DE112009000734T5

DE112009000734T5 - Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät, Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, und Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma

Info

Publication number: DE112009000734T5
Application number: DE112009000734T
Authority: DE
Inventors: Kenji Shibata; Toshihisa Shimo; Kyoko Kumagai; Hidetaka Hayashi; Shinya Okuda; Shinfuku Nomura; Hiromichi Toyota
Original assignee: Toyota Industries Corp; Ehime University NUC
Current assignee: Toyota Industries Corp; Ehime University NUC
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US8607732B2; WO2009110625A1; JP5182989B2; US20110229656A1; JP2009235559A

Abstract

Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät, mit:
einem Behälter zur Aufnahme eines Substrates und einer Flüssigkeit, die ein Rohmaterial enthält;
einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei die Elektrode in dem Behälter angeordnet ist; und
einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung für die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma;
wobei die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ausgerüstet ist mit:
einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktiren der Flüssigkeit;
einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, die näher an einer Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet ist, an der das Substrat angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes als Bezugspunkt genommen wird, und die dem entladenden Ende zugewandt ist, wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; und
einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zum Erzeugen von Plasma eingerichtet...

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Schichtausbildungsgerät zur Ausbildung von verschiedenen Beschichtungen auf einer Oberfläche eines Substrates unter Verwendung von Plasma, das in Flüssigkeit erzeugt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, eine Elektrode, die für das vorliegende Schichtausbildungsgerät geeignet verwendet werden kann, sowie ein Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma.
STAND DER TECHNIK
Vormals wurde die Gasphasenabscheidung unter Verwendung von gasphasenbasiertem Plasma als Schichtausbildungsverfahren mit Plasma weithin verwendet. Da bei dem gasphasenbasierten Plasma das Rohmaterial in gasförmigem Zustand zugeführt wird, war jedoch die Materialdichte gering, und eine Verbesserung der Schichtausbildungsrate war schwierig. Daher erregte ein Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma Aufmerksamkeit, wobei in einem Schichtausbildungsverfahren ein Rohmaterial in flüssigem Zustand mit hoher Materialdichte durch Erzeugung von Plasma in der Flüssigkeit zugeführt werden kann.
Bezüglich des flüssigkeitsbasierten Plasmas werden gemäß der Patentdruckschrift Nr. 1 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-297598 ) sowie der Patentdruckschrift Nr. 2 (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-152523 ) unter Verwendung einer Ultraschallwelle auf Dodekan (C₁₂H₂₆), das bei Raumtemperatur und unter Normaldruck in flüssigem Zustand vorliegt, Blasen erzeugt, und zusätzlich wird eine elektromagnetische Welle auf die Position gerichtet, an der die Blasen erzeugt werden, wodurch ein Plasma mit hoher Energie innerhalb der Blasen erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt liegt das Dodekan innerhalb der Blasen in gasförmigem Zustand vor, und wird mittels des Plasmas angeregt. Zudem wird durch ein in Kontakt bringen der das Plasma enthaltenden Blasen mit einem Substrat auf einer Oberfläche des Substrates Kohlenstoff abgeschieden, wodurch eine amorphe Kohlenstoffschicht mit hoher Rate ausgebildet wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem flüssigkeitsbasiertes Plasma durch das Einstrahlen einer elektromagnetischen Welle auf Blasen erzeugt wird, die in einer Flüssigkeit erzeugt wurden, wird eine hohe Reaktionsrate erhalten, weil die Molekulardichte in der Flüssigphase im Vergleich zur Gasphase extrem hoch ist. Bei Flüssigkeiten, die eine elektrische Leitfähigkeit zeigen, wie etwa Wasser und Alkohol, gibt es jedoch das Problem, dass in der Flüssigkeit Wirbelströme auftreten, und dadurch die Energie der eingestrahlten elektromagnetischen Welle aufgenommen worden ist. Darüber hinaus gibt es außerdem das Problem, dass die elektromagnetische Welle gedämpft wird, weil die Hydroxylgruppe und dergleichen spezielle Frequenzen absorbieren.
Daher wird bei Beispiel Nr. 2 der Patentdruckschrift Nr. 3 (Internationale Veröffentlichung WO 2006-059808 ) Plasma in Ethanol unter Verwendung von einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma erzeugt, wobei die Elektrode ein elektrisch leitendes Element mit einer entladenden Endoberfläche in Kontakt mit dem Ethanol sowie ein isolierendes Element aufweist, dass die äußere Peripherie des elektrisch leitenden Elementes außer der entladenden Endoberfläche bedeckt. Wenn dem elektrisch leitenden Element hochfrequente Elektrizität zugeführt wird, kocht das Ethanol und erzeugt dann Blasen, weil das Vorderende des elektrisch leitenden Elementes Wärme erzeugt. Gleichzeitig wird innerhalb der Blasen Plasma erzeugt, weil eine hochfrequente Welle auf die Position eingestrahlt wird, an der die Blasen erzeugt werden. Diese Blasen kommen in Kontakt mit einem elektrisch leitenden Substrat (oder einer zweiten Elektrode), welches der entladenden Endoberfläche zugewandt angeordnet ist, wodurch eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates ausgebildet wird.
Wenn die in der Patentdruckschrift Nr. 3 offenbarte Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma verwendet wird, wird das Plasma leichter in einer größeren Auswahl an Flüssigkeiten erzeugt, einschließlich solcher Flüssigkeiten mit elektrischer Leitfähigkeit wie etwa Wasser und Alkohohl.
Um das Plasma durch die Zufuhr von hochfrequenter Elektrizität an ein elektrisch leitendes Element zu erzeugen, ist jedoch die Verwendung der zweiten Elektrode wesentlich, welche der entladenden Endoberfläche des elektrisch leitenden Elementes zugewandt ist. Dies bedeutet, dass selbst wenn ein elektrisch leitendes Element alleine in der Flüssigkeit angeordnet ist, und dem elektrisch leitenden Element dann eine hochfrequente Elektrizität zugeführt wird, kein Plasma erzeugt wird.
Darüber hinaus wird bei dem Beispiel Nr. 2 der Patentdruckschrift Nr. 3 unter Verwendung eines Substrates mit elektrischer Leitfähigkeit als der zweiten Elektrode eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates ausgebildet. Dadurch erfolgt die Schichtausbildung auf einer Oberfläche des Substrates mit elektrischer Leitfähigkeit mit Leichtigkeit. Es ist jedoch nicht leicht, einen Schichtausbildungsvorgang auf Substrate ohne elektrische Leitfähigkeit wie etwa Keramik auszuführen.
Zudem gibt es in Abhängigkeit von den Schichtausbildungsbedingungen nicht nur eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Glühentladungen, welche für die Schichtausbildung geeignet ist, sondern auch für die Bogenentladung zwischen dem elektrisch leitenden Element und dem Substrat (oder der zweiten Elektrode). Wenn eine Bogenentladung erzeugt wird, ist dies nicht wünschenswert, weil das Substrat verschlechtert wird, oder auf der resultierenden Schichtoberfläche Entladungsmarkierungen verbleiben. Darüber hinaus können Fälle auftreten, bei denen keine Beschichtung mit den gewünschten Eigenschaften aufgrund des Einflusses der Bogenentladung erzeugt wird.
ERFINDUNGSOFFENBARUNG
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät, das die Erzeugung von Plasma in Flüssigkeit ohne die Verwendung einer zweiten Elektrode als Substrat ermöglicht, eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma sowie ein Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma bereitzustellen. Zudem soll eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma bereitgestellt werden, wobei die Elektrode ein Unterdrücken von Bogenentladungen auf Substrate ermöglicht.
(Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät)
Ein erfindungsgemäßes flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät ist gekennzeichnet durch: einen Behälter zur Aufnahme eines Substrates und einer Flüssigkeit mit einem Rohmaterial darin; eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei die Elektrode in dem Behälter angeordnet ist; und eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung für die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma; wobei die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ausgerüstet ist mit: einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktieren der Flüssigkeit; einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, welche näher zu einer Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet ist, an der das Substrat angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes als Bezugspunkt genommen wird, und die dem entladenden Ende zugewandt ist, wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; und einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung von Plasma eingerichtet ist, das das Rohmaterial innerhalb von Blasen aufweist, die in dem Raum mittels der Elektrizität ausgebildet werden, die der Hauptelektrode zugeführt wird, wobei die das Plasma enthaltenden Blasen, das an der Plasmaerzeugungseinheit erzeugt wird, mit dem Substrat in Kontakt kommen, wodurch ein zersetzter Bestandteil des Rohmaterials auf eine Oberfläche des Substrates abgeschieden wird.
Bei dem erfindungsgemäßen flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät wird eine Elektrode als eingetauchte Elektrode verwendet, welche zusätzlich zu der konventionellen Hauptelektrode eine Hilfselektrode aufweist. Wenn der Hauptelektrode Elektrizität zugeführt wird, werden an der Plasmaerzeugungseinheit, die durch eine Oberfläche des entladenden Endes und eine Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, die der Oberfläche des entladenden Endes zugewandt ist, Blasen erzeugt, die Plasma mit dem in der Flüssigkeit enthaltenden Rohmaterial beinhalten. Folglich erfüllt die vorstehend beschriebene Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma mit der Hauptelektrode und der Hilfselektrode die Rolle einer Plasma erzeugenden Quelle, welche Plasma in Flüssigkeit unabhängig erzeugen kann. Dies bedeutet, dass es nicht erforderlich ist, die zweite Elektrode zu verwenden, welche der Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma zugewandt ist, wie es im Stand der Technik verwendet wird.
Ferner werden die Blasen, welche das an der Plasma erzeugenden Einheit erzeugte Plasma enthalten, nacheinander in der Umgebung des entladenden Endes der Hauptelektrode erzeugt, und separieren sich dann von der Plasma erzeugenden Einheit durch den Anstieg der Blasen mittels der Auftriebskraft. Da die Blasen mit dem Plasma mit dem Substrat zur Ausbildung einer Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrates einfach in Kontakt gebracht werden können, ist die Schichtausbildung machbar, selbst wenn das Substrat beliebige Materialkonfigurationen und -qualitäten aufweist.
Darüber hinaus wird bei dem erfindungsgemäßen flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät die Hilfselektrode näher an einer Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet, an der das Substrat angeordnet wird, wenn die Position des entladenden Endes (oder die Hauptelektrode) als Bezugspunkt genommen wird. Folglich ist das Auftreten einer Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode wahrscheinlicher als zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat. Daher wird das Auftreten einer Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat unterdrückt, wodurch Schäden an dem Substrat reduziert werden.
(Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma)
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma bereitgestellt, welche Plasma in Flüssigkeit erzeugt, und welche für das vorstehend beschriebene flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät erfindungsgemäß verwendet werden kann. Eine erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist gekennzeichnet durch: eine Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktieren der Flüssigkeit; ein isolierendes Element, das eine äußere Peripherie der Hauptelektrode außer einer Oberfläche des entladenden Endes bedeckt; eine Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, die eine Abdeckform aufweist, die über das entladende Ende mittels des isolierenden Elementes angeordnet ist, wobei die Anordnung mit einem Abstand zwischen der Hilfselektrode und der Oberfläche des entladenden Endes versehen ist, und wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; eine Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch die Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung von Plasma innerhalb von in dem Raum ausgebildeten Blasen mittels der der Hauptelektrode zugeführten Elektrizität eingerichtet ist; und eine Plasmaemissionseinheit mit einer oder mehr Öffnungen, die in der Hilfselektrode bereitgestellt sind, und die mit der Plasmaerzeugungseinheit kommunizieren und die an der Plasmaerzeugungseinheit erzeugten und das Plasma enthaltenden Blasen von der Plasmaerzeugungseinheit emittieren.
Die erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma umfasst die Hilfselektrode zusätzlich zu der konventionellen Hauptelektrode auf dieselbe Weise wie die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma bei dem erfindungsgemäßen flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät. Im Einzelnen demonstriert die erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma dieselben Wirkungen wie die des erfindungsgemäßen flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes, das vorstehend bereits beschrieben ist.
Außerdem umfasst bei der erfindungsgemäßen Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma die Hilfselektrode eine Abdeckform, die über das entladende Ende der Hauptelektrode angeordnet ist. Dabei werden die Hauptelektrode und die Hilfselektrode mit einem Abstand zwischen der Oberfläche des entladenden Endes und einer der Oberfläche des entladenden Endes zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode angeordnet. Da es möglich ist, die Blasen innerhalb der Plasmaerzeugungseinheit temporär einzusperren, die durch die Abgrenzung durch die beiden Oberflächen abgeschlossen wird, wird ein intensives Plasma innerhalb der Blasen ausgebildet. Danach wird das Plasma aus den Öffnungen, die in der Hilfselektrode ausgebildet sind, zusammen mit den Blasen herausgestrahlt, und wandert dann in die Flüssigkeit.
(Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma)
Darüber hinaus ist es möglich, das flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät sowie die Elektrode für das flüssigkeitsbasierte Plasma erfindungsgemäß als Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung eines flüssigkeitsbasierten Plasmas einzubinden. Ein erfindungsgemäßes Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung eines flüssigkeitsbasierten Plasmas ist, bei dem ein Zersetzungsbestandteil eines Rohmaterials auf die Oberfläche eines Substrates mit den nachfolgend angeführten Schritten abgeschieden wird: einem Anordnungsschritt zum Anordnen eines Substrates und einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma in einer Flüssigkeit mit einem Rohmaterial, wobei die beiden einander zugewandt sind; und einem Plasmaerzeugungsschritt zur Erzeugung von das Rohmaterial aufweisendem Plasma innerhalb von Blasen in der Flüssigkeit durch die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode für das flüssigkeitsbasierte Plasma; wobei die Elektrode für das flüssigkeitsbasierte Plasma ausgerüstet ist mit: einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktieren der Flüssigkeit; einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, die näher an der Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet ist, an der das Substrat angeordnet wird, wenn die Position des entladenden Endes als Bezugspunkt genommen wird, und die dem entladenden Ende zugewandt ist, wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; und einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung der Blasen mit dem Plasma in dem Raum mittels der der Hauptelektrode zugeführten Elektrizität eingerichtet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für ein erfindungsgemäßes flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät.
2 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei oben die Draufsicht von der Seite der Hilfselektrode und unten die axiale Schnittansicht gezeigt sind.
3 zeigt ein beschreibendes Diagramm von einem flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät, das für die Schichtausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht verwendet wurde (die nachstehend beschriebenen Schichtausbildungsnummern 1–5).
4A zeigt ein REM-Bild, bei dem die Oberfläche der Probe #11, die bei der Schichtausbildung Nr. 1 erhalten wurde, mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) betrachtet wurde. 4B zeiht ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #11 mittels des Ionenfeinstrahlverfahrens (FIB) betrachtet wurde.
5A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #12 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 2 erhalten wurde. 5B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #12 betrachtet wurde.
6A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #13 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 3 erhalten wurde. 6B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #13 betrachtet wurde.
7A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #14 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 4 erhalten wurde. 7B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #14 betrachtet wurde.
8A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #C1 betrachtet wurde, die bei dem Schichtausbildungsvorgang Nr. 5 erhalten wurde. 8B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #C1 betrachtet wurde.
9 zeigt ein beschreibendes Diagramm von einem flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät, das für die Schichtausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht verwendet wurde (die nachstehend beschriebene Schichtausbildung Nr. 6 sowie die Schichtausbildung Nr. 7).
10A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #21 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 6 erhalten wurde. 10B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt der Probe #21 betrachtet wurde.
11A zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #C2 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 7 erhalten wurde. 11B zeigt ein Ionenfeinstrahlbild (B), bei dem ein Querschnitt der Probe #C2 betrachtet wurde.
12 zeigt ein beschreibendes Diagramm von einem flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät, das für die Schichtausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht verwendet wurde (die nachstehend beschriebene Schichtausbildung Nr. 8 sowie Schichtausbildung Nr. 9).
13 zeigt REM-Bilder (A), bei denen eine Oberfläche der Probe #31 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 8 erhalten wurde, sowie Ionenfeinstrahlbilder (B), bei denen ein Querschnitt davon betrachtet wurde, und sie zeigen fünf Positionen (wobei die Positionen in dem Diagramm schematisch spezifiziert sind) auf dem Substrat, wobei die Positionen jeweils bezüglich des Abstands von dem Zentralabschnitt, an dem die Hilfselektrode angeordnet war, verschieden waren.
14 zeigt ein REM-Bild, bei dem eine Oberfläche der Probe #C3 betrachtet wurde, die bei der Schichtausbildung Nr. 9 erhalten wurde, ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt des Zentralabschnitts betrachtet wurde, ein Zentralabschnitt, bei dem auf der Oberfläche ein Abschälen sichtbar war, sowie ein Ionenfeinstrahlbild, bei dem ein Querschnitt des Peripherieabschnitts betrachtet wurde, wobei auf dem Peripherieabschnitt kein Abschälen ersichtlich war.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Nachstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele zum Ausführen des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes, der Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma sowie des Schichtausbildungsverfahrens unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma beschrieben.
(Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät)
Ein erfindungsgemäßes flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät (nachstehend mit „erfindungsgemäßem Schichtausbildungsgerät” abgekürzt) ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Obwohl in 1 ein Umriss des erfindungsgemäßen Schichtausbildungsgerätes gezeigt ist, stellt 1 lediglich ein Beispiel für das erfindungsgemäße Schichtausbildungsgerät dar, und der Entwurf sowie die Konfigurationen der jeweiligen Konstruktionselemente sind nicht auf die in 1 dargestellten Einzelheiten beschränkt.
Das erfindungsgemäße Schichtausbildungsgerät umfasst einen Behälter 1 zum Halten eines Substrates „S” und einer Flüssigkeit „L” mit einem Rohmaterial darin, eine Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma, die in dem Behälter 1 angeordnet ist, sowie eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung 3 für die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma.
Bezüglich des Behälters 1 gibt es keine Beschränkungen insbesondere bezüglich seiner Konfiguration und der Materialqualität, solange es sich um einen Behälter handelt, der die Flüssigkeit „L” während der Schichtausbildung befriedigend behalten kann. Darüber hinaus ist es außerdem zulässig, dass der Behälter 1 mit einer fixierenden Spannvorrichtung zum Fixieren des Substrates „S” an einer vorbestimmten Position innerhalb des Behälters 1 ausgerüstet werden kann. Es ist zulässig, dass die fixierende Spannvorrichtung nicht nur die Position des Substrates „S” konstant halten kann, sondern außerdem das Substrat „S” parallel bewegen kann.
Es ist zulässig, dass die Flüssigkeit „L” mit Rohmaterial in Abhängigkeit von den Arten der fraglichen Schichten ausgewählt werden kann, weil ein Zersetzungsbestandteil des Rohmaterials im Wesentlichen mit einem Bestandteil der auszubildenden Schicht zusammenfällt. Wenn beispielsweise eine amorphe Kohlenstoffschicht ausgebildet wird, ist es zulässig, eine organische Verbindung zu verwenden, die sich bei Raumtemperatur und unter Normaldruck in flüssiger Form befindet. Für die organische Verbindung kann folgendes verwendet werden: Kohlenwasserstoff wie etwa Dodekan; Äther wie etwa Ethyläther und Tetrahydrofuran; Alkohol, wie etwa Methanol und Ethanol; Phenol (einschließlich von Phenolsäure (C₆H_SOH) verschiedenen Verbindungen, bei denen eine oder mehr Hydroxylgruppen ein oder mehr Wasserstoffatome in dem aromatischen Kohlenwasserstoffnukleus substituieren) und dergleichen. Es ist zulässig, diese organischen Verbindungen nicht nur unabhängig zu verwenden, sondern auch zwei oder mehr von ihnen bei der Verwendung zu mischen. Wenn darüber hinaus eine Siliziumoxidschicht ausgebildet wird, ist es zulässig, eine organische Verbindung mit Silizium zu verwenden. Genauer kann eine Siliziumverbindung wie etwa Silikonöle verwendet werden. Es versteht sich, dass selbst wenn eine organische Verbindung sich bei Raumtemperatur und unter Normaldruck nicht in flüssiger Form befindet, es möglich ist, sie als Rohmaterial zu verwenden, wenn sie in Wasser, Alkohol, Äther usw. löslich ist.
Für die Konfiguration und die Materialqualität des Substrates „S” gibt es keine Einschränkungen. Die Materialqualität des Substrates ist nicht auf metallische Materialien beschränkt, die elektrische Leitfähigkeit zeigen, und folglich ist es möglich, Schichten auf Substrate auszubilden, die metallische Materialien, anorganische Materialien oder organische Materialien aufweisen; genauer ist es möglich, Schichten auf nahezu alle Substrate wie etwa anorganisches Glas, organisches Glas, Gummi, Harz, Faser, Keramik, Holz und Papier auszubilden.
Die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist mit einer Hauptelektrode 21 und einer Hilfselektrode 26 sowie einer Plasmaerzeugungseinheit 29 ausgerüstet, die zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist.
Die Hauptelektrode 21 zeigt elektrische Leitfähigkeit und umfasst ein entladendes Ende 22, das in Kontakt mit der Flüssigkeit „L” steht.
Solange die Hauptelektrode 21 ein elektrisch leitendes Material aufweist, gibt es keine besonderen Beschränkungen bei der Materialqualität. Wenn es sich beispielsweise um ein metallisches Material handelt, ist es zusätzlich zu Kupfer (Cu), oder Kupferlegierungen mit Cu, Aluminium (Al) oder Aluminiumlegierungen mit Al und Edelstahl möglich, Wolfram (W), Silber (Ag), Molybdän (Mo), Gold (Au), Platin (Pt) und dergleichen sowie verschiedene diese beinhaltende Legierungen zu verwenden. Darüber hinaus ist es außerdem zulässig, dass die Hauptelektrode Kohlenstoff aufweisen kann.
Obwohl es keine Einschränkungen auf die Konfiguration der Hauptelektrode 21 gibt, ist es zulässig, dass zumindest das entladende Ende 22 eine stabförmige Konfiguration wie etwa eine zylindrische Säule oder eine quadratische Säule oder eine plattenförmige Konfiguration aufweist. Im Einzelnen wird bevorzugt, dass die Querschnittskonfiguration des entladenden Endes 22 ein Kreis oder Rechteck wie etwa perfekte Kreise, elliptische Formen, Quadrate oder Rechtecke sein kann. Darüber hinaus kann das Vorderende des entladenden Endes 22 außerdem eine gekrümmte Oberfläche oder eine halbrunde Oberfläche zusätzlich zu einer flachen Oberfläche aufweisen; darüber hinaus kann es sich sogar um eine spitze Konfiguration handeln.
Es ist zulässig, dass die Hauptelektrode 21 mit einem isolierenden Element 23 ausgerüstet sein kann, das die äußere Peripherie der Hauptelektrode 21 außer der Oberfläche des entladenden Endes 22 bedeckt (was nachstehend als „entladende Oberfläche 22a” bezeichnet ist). Das isolierende Element 23 ist nicht besonders in seiner Konfiguration beschränkt, solange es die äußere Peripherie der Hauptelektrode 21 außer der entladenden Oberfläche 22a bedecken kann, und folglich ist es zulässig, es zweckmäßig in Abhängigkeit von der Konfiguration der Hauptelektrode 21 auszuwählen. Es versteht sich, dass obwohl das Ende der Hauptelektrode 21 von dem isolierenden Element 23 in 1 hervorsteht, es ebenso zulässig ist, dass das Ende der Hauptelektrode 21 in das isolierende Element 23 zurückweicht. Wenn das Ende der Hauptelektrode 21 von dem isolierenden Element 23 hervorsteht, wird das hervorstehende Ende das entladende Ende 22. Wenn das Ende der Hauptelektrode 21 in das isolierende Element 23 zurückweicht, wird ein extrem kleiner (oder dünner) Teil, der diese Endoberfläche aufweist, als das entladende Ende 22 betrachtet, weil zumindest ein Teil der Endoberfläche die entladende Oberfläche 22a wird.
Es versteht sich, dass es keine Beschränkungen für die Größenordnung des Hervorstehens des entladenden Endes 22 von dem isolierenden Element 23 gibt (oder für die Größenordnung des Zurückweichens). Wenn eine Endoberfläche des isolierenden Elementes 23, die im Wesentlichen parallel zu einer Endoberfläche des entladenden Endes 22 ist, als die Bezugsoberfläche genommen wird, kann vorzugsweise ein Abstand „X” (Einheit: mm) von dieser Bezugsoberfläche zu einer die Endoberfläche einbeziehenden Ebene –1 ≤ „X” ≤ 1 sein.
Das isolierende Element 23 kann vorzugsweise aus Harz oder Keramik ausgebildet sein. Als Harz kann folgendes verwendet werden: Epoxydharz, Phenolharz, ungesättigtes Polyesterharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyurethanharz, Silikonharz, Zyanatharz, Polyamidharz, Polyacetal, Polycarbonat, denaturierter Polyphenyläther, thermoplastischer Polyesterharz, Polytetrafluorethylen, Fluorkohlenstoffharz, Polyphenylsulfid, Polysulfon, amorphes Polyallylat, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyetherketon, flüssigkristallines Polyester, Polyamidimid, Polyamid, Polyallyläthernitril, Polybenzoimidazol, sowie Polymerlegierungen daraus und dergleichen; als Keramik kann folgendes verwendet werden: Aluminiumoxyd, Aluminiumoxysilikonoxyd, Zirkonoxyd, Siliziumnitrid-Aluminiumoxyd (Sialon), Glimmererde (fluriniertes Phlogopite), Wollastonit, hexagonales Bornitrid, Aluminiumnitrid, Cordierit, Petalit usw.
Die Hilfselektrode 26 zeigt elektrische Leitfähigkeit und ist näher benachbart zu einer Seite des entladenden Endes 22 als eine Position angeordnet, an der das Substrat „S” angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes 22 der Hauptelektrode 22 als Bezugspunkt verwendet wird. Hierbei ist die Hilfselektrode 26 dem entladenden Ende 22 zugewandt. Zudem steht die Hilfselektrode 26 in Kontakt mit der Flüssigkeit „L”.
Soweit die Hilfselektrode 26 ein elektrisch leitendes Material aufweist, gibt es keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Materialqualität. Wenn es sich beispielsweise um ein metallisches Material handelt, ist es zusätzlich zu einer Verwendung von Kupfer (Cu) oder Kupfer beinhaltenden Kupferlegierungen, Aluminium (Al) oder Aluminium enthaltenden Aluminiumlegierungen sowie Edelstahl möglich, Wolfram (W), Silber (Ag), Molybdän (Mo), Gold (Au), Platin (Pt) und dergleichen sowie verschiedene diese enthaltenden Legierungen zu verwenden. Darüber hinaus ist es außerdem zulässig, dass es sich um eine Elektrode mit Kohlenstoff handelt.
Die Hilfselektrode 26 ist näher benachbart zu einer Seite des entladenden Endes 22 als eine Position angeordnet, an der das Substrat „S” angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes 22 der Hauptelektrode 21 als Bezugspunkt verwendet wird. Ein Beispiel für den Entwurf der Hauptelektrode 21, der Hilfselektrode 26 sowie des Substrates „S” ist in 1 dargestellt. In 1 ist das entladende Ende 22 der Hauptelektrode 21 dem Substrat „S” zugewandt angeordnet, und die Hilfselektrode 26 ist zwischen dem Substrat „S” und der Hauptelektrode 21 angeordnet. Obwohl in 1 die Hauptelektrode 21, die Hilfselektrode 26 und das Substrat „S” angeordnet sind, während sie in dieser Reihenfolge in vertikaler Richtung aufgereiht sind, ist es darüber hinaus zulässig, die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma zu entwerfen, während sie innerhalb eines Bereiches von ±90° in 1 geneigt wird. Im Einzelnen ist es ebenso zulässig, die Hauptelektrode 21 und die Hilfselektrode 26 so gut wie horizontal auf der vertikal unteren Seite des Substrates „S” aufzureihen. Darüber hinaus ist es in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma und dem Substrat „S” ebenso machbar, die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma zu verwenden, während sie über dem Substrat „S” angeordnet ist.
Bezüglich der Konfiguration der Hilfselektrode 26 gibt es keine Beschränkungen, und es ist zulässig, dass sie eine derartige Konfiguration aufweist, bei der zumindest ein Teil der Oberfläche des entladenden Endes 22 der Hauptelektrode 21 zugewandt ist. Es ist beispielsweise möglich, folgendes vorzusehen: ein plattenförmiger Körper, der im Wesentlichen dieselbe Konfiguration als Querschnittskonfiguration des entladenden Endes 22 aufweist, ein stabförmiger Körper oder spitzer nadelförmiger Körper, der mit einem Vorderende versehen ist, das zumindest einem Teil der Oberfläche des entladenden Endes 22 zugewandt ist, eine Abdeckung, die die gesamte Oberfläche des entladenden Endes 22 bedeckt, und dergleichen. Darüber hinaus ist es zulässig, dass die Hilfselektrode 26 eine oder mehr Öffnungen aufweist, die mit der nachfolgend beschriebenen Plasmaerzeugungseinheit 29 kommuniziert. Folglich ist es sogar zulässig, dass die Hilfselektrode 26 aus einem plattenförmigen Körper ausgebildet sein kann, der eine Vielzahl von durchgehenden Löchern aufweist, die in Richtung der Dickendimension eindringen. Obwohl Lochstanzmetalle, Streckmetalle usw. als spezifische Beispiele genannt werden können, sind auch metallische Netze in dem vorstehend beschriebenen Begriff „plattenförmiger Körper” enthalten. Eine ausführliche Beschreibung für eine als Abdeckung konfigurierte Hilfselektrode erfolgt in dem Abschnitt (Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma).
Wenn ein stabförmiger Körper als Hilfselektrode verwendet wird, wird eine Bogenentladung zwischen einem Substrat, das um den stabförmigen Körper angeordnet ist, und dem stabförmigen Körper unterdrückt, und dadurch werden Schädigungen am Substrat verringert, weil das Auftreten einer Bogenentladung zwischen der entladenden Endoberfläche und dem Vorderende des stabförmigen Körpers wahrscheinlich werden. Demzufolge ist es für die Ausführung einer Schichtausbildung geeignet, eine als das Substrat dienende ringförmige flache Platte und einen als Hilfselektrode dienenden stabförmigen Körper koaxial anzuordnen. Für die ringförmige flache Platte können Kupplungsscheiben, Unterlegscheiben, Lager und dergleichen vorgesehen werden. Bezüglich der Konfiguration und der Abmessungen des stabförmigen Körpers gibt es keine besonderen Einschränkungen. Wenn die Querschnittsform des stabförmigen Körpers eine kreisrunde Form aufweist, ist es zulässig, dass der Durchmesser 0,0001 mm–100 mm beträgt. Es ist ferner zulässig, dass das Vorderende des stabförmigen Körpers auf der Endoberfläche eine flache Oberfläche, eine kugelförmige Oberfläche, ein spitzes Ende usw. aufweist.
Wenn ein plattenförmiger Körper mit einer Vielzahl von durchgehenden Löchern als die Hilfselektrode verwendet wird, ist es darüber hinaus möglich, die Oberfläche des Substrats, die einer Schichtausbildung zu unterziehen ist, vollständig zu bedecken, wobei die von der entladenden Endoberfläche erzeugten Blasen durch die durchgehenden Löcher passieren und dann leicht zu der Oberfläche wandern, welche der Schichtausbildung zu unterziehen ist. Selbst wenn die der Schichtausbildung zu unterziehende Oberfläche mit der Hilfselektrode bedeckt ist, ist es demzufolge möglich, eine Bogenentladung über einen weiten Bereich zu unterdrücken, ohne je die Effizienz der Schichtausbildung zu verschlechtern. Obwohl es keine besonderen Einschränkungen für die Konfiguration und die Dimensionen der durchgehenden Löcher gibt, wird bei einer Verwendung eines metallischen Netzes, und wenn die darin enthaltene Maschenanzahl pro Zoll 1–1000 Maschen pro Zoll beträgt, nicht nur die Bogenentladung unterdrückt, sondern eine Wanderung der Blasen wird auch wahrscheinlicher.
Die Plasmaerzeugungseinheit 29 umfasst einen Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes 22 (d. h., einer entladenden Oberfläche 22a) und einer Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26 abgegrenzt ist, die der entladenden Oberfläche 22a zugewandt ist. Bei der Plasmaerzeugungseinheit 29 wird ein Plasma innerhalb der Blasen erzeugt, die zwischen den einander zugewandten Oberflächen ausgebildet werden, nämlich zwischen der entladenden Oberfläche 22a und der Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26 (d. h. in dem Raum) und zwar mittels der der Hauptelektrode 21 zugeführten Elektrizität.
Die Blasen in der Plasmaerzeugungseinheit 29 werden erzeugt, weil die Hauptelektrode 21 Wärme erzeugt und schließlich die Flüssigkeit „L” mittels der der Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma zugeführten Elektrizität kocht. Für eine weitere Erzeugung der Blasen in der Plasmaerzeugungseinheit 29 ist es ferner zulässig, die Blasen mittels eines der nachstehend aufgeführten Verfahren zu erzeugen: wenn die Plasmaerzeugungseinheit 29 mit einer Wärmeerzeugungseinrichtung zum Erwärmen der Flüssigkeit „L” versehen ist; wenn in der Plasmaerzeugungseinheit 29 eine Ultraschallwelle auf die Flüssigkeit „L” angewendet wird; wenn ein Gas zugeführt wird, das von der Art der Flüssigkeit „L” abhängt, und dergleichen.
Ferner ist das Innere der Blasen in einem derartigen Zustand, dass ein in der Flüssigkeit „L” enthaltenes Rohmaterial in gasförmigem Zustand bei hoher Temperatur und hohem Druck vorliegt, und demzufolge eine Erzeugung von Plasma mit dem Rohmaterial wahrscheinlich ist. Folglich wird mittels einer gasförmigen Entladung an der Plasmaerzeugungseinheit 29 innerhalb der Blasen leicht ein Plasma erzeugt. Wenn die elektrische Energieversorgungsvorrichtung 3 eine elektrische Hochfrequenzenergieversorgungsquelle ist, welche hochfrequente Elektrizität zuführt, werden die Blasen mit dem Plasma durch Bestrahlen der Plasmaerzeugungseinheit 29 mit einer Hochfrequenzwelle leicht erzeugt. Es ist zulässig, dass die verwendete Frequenz zweckmäßig gemäß der Art der Flüssigkeit „L” ausgewählt werden kann, und es ist zulässig, sie im Bereich von 3 MHz–3 GHz zu verwenden. Insbesondere wenn eine wässrige Lösung als die Flüssigkeit „L” verwendet wird, sind die industriell zulässigen Frequenzen 13,56 MHz oder 27,12 MHz weniger wahrscheinlich einer Absorption durch die Flüssigkeit „L” unterworfen. Ähnliche Effekte können nicht nur mit Sinuswellen sondern auch mit pulsierenden elektrischen Energieversorgungsquellen erhalten werden.
Dabei wird bevorzugt, dass die Plasmaerzeugungseinheit 29 einen Gasphasenraum aufweisen kann, der mittels der Blasen ausgebildet wird, die kontinuierlich zwischen den aneinander zugewandten Oberflächen (d. h. in dem Raum) in Verbindung stehen, nämlich zwischen der entladenden Oberfläche 22a und der Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26, die der entladenden Oberfläche 22a zugewandt ist. Weil der Gasphasenraum zwischen den einander zugewandten Oberflächen ausgebildet ist, wird ein intensives Plasma innerhalb der Blasen erzeugt. Da innerhalb der Plasmaerzeugungseinheit 29 eine Bogenentladung wahrscheinlich wird, werden darüber hinaus Schäden an dem Substrat aufgrund einer Bogenentladung reduziert. Genauer wird bevorzugt, dass die Hauptelektrode 21 und die Hilfselektrode 26 so angeordnet sein können, dass ein Abstand zwischen ihren einander zugewandten Oberflächen (bzw. ein Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode) in einen Bereich von 0,001–100 mm fällt, und noch bevorzugter in einen Bereich zwischen 0,1 mm und 30 mm. Wenn der Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode weniger als 0,001 mm beträgt, wird die isolierende Eigenschaft zwischen der Hauptelektrode 21 und der Hilfselektrode 26 gering, und die Erzeugung von Plasma an der Plasmaerzeugungseinheit 29 wird folglich schwierig. Wenn der Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode 100 mm überschreitet, wird es schwierig, einen kontinuierlichen Kontakt zwischen den einander zugewandten Oberflächen durch Blasen mit gewöhnlicher Größe herzustellen, und folglich wird das innerhalb der Blasen erzeugte Plasma abgeschwächt. Es versteht sich, dass wenn die entladende Oberfläche 22a der Hauptelektrode 21 und der Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26 in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung einander zugewandt sind, es zulässig ist, den Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode auf 20 mm oder weniger einzustellen.
Die Auftrittswahrscheinlichkeit von Bogenplasma wird nicht nur durch den Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Hauptelektrode 21 und der Hilfselektrode 26 (oder dem Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode) oder einem Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Hauptelektrode 21 und des Substrates „S” (oder einem Abstand „d” zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat) beeinflusst, sondern auch durch den Druck und die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Blasen, zusätzlich zu der Materialqualität des Substrates „S”. Folglich ist es zulässig, dass die Hauptelektrode 21, die Hilfselektrode 26, bzw. das Substrat „S” so angeordnet sein können, dass ein Entladungsabstand bei dem eine Bogenentladung zwischen der Oberfläche des entladenden Endes 22 der Hauptelektrode (d. h. der entladenden Oberfläche 22a) und der Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26, die der entladenden Oberfläche 22a zugewandt ist, kürzer als ein Entladungsabstand wird, bei dem eine Bogenentladung zwischen der entladenden Oberfläche 22a und einer Oberfläche des Substrates „S” auftritt (insbesondere einer der entladenden Oberfläche 22a zugewandten Oberfläche des Substrates „S”). Dabei ist es zulässig, dass der Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode ausreichend kleiner als der Abstand „d” zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat sein kann. Es versteht sich, dass eine effiziente Schichtausbildung durch Einstellen des Abstands „D” zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat auf 0,001–200 mm möglich ist.
An der Plasmaerzeugungseinheit 29 werden die Plasma enthaltenden Blasen nacheinander erzeugt, und die erzeugten Blasen werden von der Plasmaerzeugungseinheit 29 durch Auftriebskraft wegsepariert und wandern innerhalb des Behälters 1. Dabei ist es zulässig, dass die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ferner mit einer Plasmaemissionseinheit zur Emission der Blasen, die das an der Plasmaerzeugungseinheit 29 erzeugte Plasma enthalten, von der Plasmaerzeugungseinheit 29 ausgerüstet ist. Vorzugsweise kann die Plasmaemissionseinheit eine oder mehrere Öffnungen sein, die in der Hilfselektrode 26 bereitgestellt sind, und die mit der Plasmaerzeugungseinheit 29 kommunizieren. Die das an der Plasmaerzeugungseinheit 29 erzeugte Plasma enthaltenden Blasen werden in den Behälter 1 durch die Öffnungen emittiert. Folglich ist es zulässig, dass die Hilfselektrode 26 aus einem Plattenmaterial ausgebildet sein kann, welches eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die in der Dimension der Dicke eindringen, wie etwa ein metallisches Netz oder dergleichen, wie es vorstehend beschrieben ist.
Das innerhalb der Blasen erzeugte Plasma wandert zusammen mit den Blasen und kommt sodann in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrates, dass in der Flüssigkeit angeordnet ist. Somit wird der zersetzte Bestandteil des Rohmaterials, das in dem Plasmazustand aktiviert wurde, auf die Oberfläche des Substrates abgeschieden, und dadurch wird eine Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet. Es versteht sich, dass das Prinzip zur Aktivierung des Rohmaterials innerhalb der Blasen und dessen anschließende Abscheidung auf die Oberfläche des Substrates dasselbe wie bei einem konventionellen CVD-Verfahren ist.
Es ist zulässig, dass das erfindungsgemäße Schichtausbildungsgerät ferner eine Ausstoßeinrichtung zum Druckaufbau für den Raum aufweisen kann, der den Behälter 1 beinhaltet. Durch die Durchführung eines Druckabbauvorgangs wird die Plasmaerzeugung leicht. Es ist erwünscht, dass der Druck hierbei 1–600 hPa betragen kann. Da der Druckabbau besonders zu Beginn der Erzeugung von Blasen und Plasma effektiv ist, ist es nicht wichtig, den Druckabbau zurück auf Normaldruck zu führen, wenn die Erzeugung von Blasen und Plasma stabil wird; es ist jedoch auch zulässig, dass die Ausstoßeinrichtung eine Steuerfunktion zum Einstellen des Drucks aufweisen kann, der zur Aufrechterhaltung des Plasmas benötigt wird. Zusätzlich zu der Ausstoßeinrichtung ist es auch zulässig, eine Flüssigkeitszirkulationsvorrichtung zum Zirkulieren der Flüssigkeit „L” innerhalb des Behälters 1 und dergleichen vorzusehen, während darauf abgezielt wird, die Rohmaterialkonzentration der Flüssigkeit „L” homogen auszubilden, oder einen Kontakt der Blasen mit dem Plasma mit der Oberfläche des Substrates wahrscheinlich zu machen.
Nachstehend ist eine Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma beschrieben, wobei die Elektrode eine besonders wünschenswerte Betriebsart für das erfindungsgemäße Schichtausbildungsgerät aufweist.
(Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma)
Nachstehend ist eine erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Obwohl 2 die Draufsicht (oberes Bild) der erfindungsgemäßen Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma sowie die axiale Schnittansicht (unteres Bild) davon zeigt, ist 2 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, und Entwurf und Konfiguration der jeweiligen Bestandteile sind nicht auf die in 2 dargestellten Ausführungen beschränkt.
Eine erfindungsgemäße Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist eine Elektrode zur Erzeugung von Plasma in einer Flüssigkeit, und ist mit einer Hauptelektrode 41, einem isolierenden Element 43, einer Hilfselektrode 46, einer Plasmaerzeugungseinheit 49 und einer Plasmaemissionseinheit 47 ausgerüstet.
Die Hauptelektrode 41 zeigt elektrische Leitfähigkeit und weist ein entladendes Ende 42 auf, das mit einer Flüssigkeit in Kontakt steht. Die Konfigurationen und Materialqualitäten der Hauptelektrode 41 und des entladenden Endes 42 sind so wie es vorstehend beschrieben ist.
Das isolierende Element 43 bedeckt die äußere Peripherie der Hauptelektrode 41 außer der Oberfläche des entladenden Endes 42. Die Konfiguration und die Materialqualität des isolierenden Elementes 43 sind ebenfalls so, wie es vorstehend beschrieben ist. Es versteht sich, dass obwohl das Ende der Hauptelektrode 41 in das isolierende Element 43 in 2 zurückweicht („X” < 0), ist es zulässig, dass das Ende der Hauptelektrode 41 von dem isolierenden Element 43 hervorsteht.
Die Hilfselektrode 46 zeigt elektrische Leitfähigkeit und weist eine Abdeckungsform auf, die über das entladende Ende 42 der Hauptelektrode 41 mittels des isolierenden Elementes 43 angeordnet ist. Folglich bedeckt die Hilfselektrode 46 eine Oberfläche des entladenden Endes 42 (oder einer entladenden Oberfläche 42a). Dabei ist die Hilfselektrode 46 mit einem Abstand zwischen sich und der entladenden Oberfläche 42a angeordnet. Außerdem steht die Hilfselektrode 46 in Kontakt mit der Flüssigkeit.
Die Materialqualität der Hilfselektrode 46 ist so, wie es vorstehend beschrieben ist. Die Konfiguration der Hilfselektrode 46 ist nicht besonders beschränkt, solange es sich um eine Abdeckform handelt, die über das entladende Ende 42 der Hauptelektrode 41 mittels des isolierenden Elementes 43 angeordnet werden kann, wobei es zulässig ist, sie geeignet gemäß der Konfiguration des entladenden Endes 42 auszuwählen. Wenn beispielsweise die Hauptelektrode 41 (oder das entladende Ende 42) eine zylindrische massive Konfiguration wie in 2 aufweist, wird bevorzugt, dass die Hilfselektrode 46 eine zylindrische hohle Konfiguration mit Boden aufweisen kann.
Die Plasmaerzeugungseinheit 49 wird zumindest durch die Oberfläche des entladenden Endes 42 (oder die entladende Oberfläche 42a) und eine Oberfläche 46a der Hilfselektrode, die der entladenden Oberfläche 42a zugewandt ist, abgegrenzt. Zudem wird gemäß vorstehender Beschreibung Plasma innerhalb der Blasen erzeugt, die zwischen den einander zugewandten Oberflächen (bzw. dem Raum) durch die die Plasmaerzeugungseinheit 49 abgegrenzt ist, vermittels der Elektrizität ausgebildet werden, die der Hauptelektrode 41 zugeführt wird.
Die Plasmaemissionseinheit 47, mit der die Hilfselektrode 46 versehen ist, ist eine oder mehr Öffnungen, die mit der Plasmaerzeugungseinheit 49 kommunizieren. Durch die Öffnung 47 werden Blasen emittiert, wobei die Blasen Plasma enthalten, das an der Plasmaerzeugungseinheit 49 erzeugt worden ist. Wenn die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma auf das erfindungsgemäße flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät angewendet wird, ist es zulässig, die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma so anzuordnen, dass die Öffnung 47 der Substratoberfläche zugewandt ist. Obwohl die Öffnung 47 bezüglich der einen Hilfselektrode in einer Menge von eins bereitgestellt ist, ist es zulässig, eine Hilfselektrode mit mehreren Öffnungen zu versehen; es gibt auch keine Beschränkungen bezüglich der Größe und Konfiguration. Folglich ist es auch zulässig, ein ausgestanztes Metall oder ein Streckmetallgitter zur Ausbildung der Hilfselektrode 48 zu verarbeiten.
Wenn insbesondere gemäß 2 das entladende Ende 42 der Hauptelektrode 41 eine zylindrische massive Konfiguration aufweist, und die Hilfselektrode 46 eine zylindrische hohle Konfiguration mit Boden aufweist, die eine Öffnung 47 in der Bodenoberfläche aufweist, wird bevorzugt, dass die Öffnung 47 einen Durchmesser „W” von 1 mm oder mehr bis weniger als 2 mm aufweist. Obwohl die Plasma enthaltenden Blasen weniger wahrscheinlich von der Plasmaerzeugungseinheit 49 emittiert werden, wenn der Durchmesser „W” der Öffnung 47 klein ist, werden die Blasen in günstiger Weise emittiert, wenn „W” 1 mm oder mehr beträgt, und folglich wird die Schichtausbildung bei einer praktischen Rate möglich. Darüber hinaus wird der Entladungsabstand, bei dem die Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode 41 und der Hilfselektrode 46 auftritt, praktisch umso größer, je größer der Durchmesser „W” wird, und folglich erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode 41 und dem Substrat. Obwohl die obere Grenze des Durchmessers „W” nicht im Allgemeinen vorgeschrieben werden kann, weil sie auch von der Position des Substrates „S” in dem flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät abhängt, ist es wünschenswert, den Durchmesser „W” der Öffnung 47 auf weniger als 2 mm einzustellen, und noch bevorzugter auf 1,9 mm oder weniger oder 1,7 mm oder weniger.
Darüber hinaus ist wünschenswert, dass der kürzeste Abstand zwischen der zugewandten Oberfläche der Hauptelektrode 41 und der zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode 46 (oder der Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode) 0,001–100 mm sein kann, noch bevorzugter 0,1–30 mm, wie es vorstehend beschrieben ist.
(Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma)
Bei einem erfindungsgemäßen Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma wird ein Zersetzungsbestandteil von einem Rohmaterial auf die Oberfläche eines Substrates mit den folgenden Schritten abgeschieden: einem Anordnungsschritt zum Anordnen eines Substrates und einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma in einer Flüssigkeit mit einem Rohmaterial, während sie einander zugewandt sind; und einem Plasmaerzeugungsschritt zur Erzeugung von Plasma, welches das Rohmaterial aufweist, innerhalb von Blasen in der Flüssigkeit durch die Zufuhr von Elektrizität an die vorstehend angeführte Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma.
Die bei dem erfindungsgemäßen Schichtausbildungsverfahren verwendete Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist die vorstehend beschriebene. Im Einzelnen ist sie nicht nur mit der Hauptelektrode und der Hilfselektrode ausgerüstet, sondern auch mit der Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes der Hauptelektrode und einer Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, welche der Oberfläche zugewandt ist. Die Plasmaerzeugungseinheit erzeugt die Blasen mit dem Plasma in dem Raum mittels der der Hauptelektrode zugeführten Elektrizität.
Vorstehend sind Beispiele zum Ausführen des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes, der Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma und des Schichtausbildungsverfahrens unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Sie kann auf verschiedenerlei Weise ausgeführt werden, wobei Abwandlungen, Verbesserungen und dergleichen, die dem Fachmann zugänglich sind, innerhalb eines nicht vom Erfindungsbereich abweichenden Bereichs durchgeführt werden können.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele für die Ausführungsarten für das flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät, die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma und das Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben. Nachstehend ist ein flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät gemäß einem spezifischen Beispiel unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
(Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma)
Eine Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma (2) umfasst eine Hauptelektrode 41 und eine Hilfselektrode 46. Die Hauptelektrode 41 ist ein runder Wolframstab mit einem Durchmesser von 3 mm, und das Vorderende ihres entladenden Endes 42 weist eine Halbkugelform mit einem Krümmungsradius von 1,5 mm auf. Auf die Hauptelektrode 41 ist eine Quarzröhre mit einer Dicke von 1,5 mm (d. h. ein isolierendes Element 43) außen um sie eingepasst, wobei die Quarzröhre die äußere Peripherieoberfläche der Elektrode bedeckt. Wenn dabei eine gegenüberliegende Endoberfläche des isolierenden Elementes 43, die im Wesentlichen parallel zu der oberen Fläche des entladenden Endes 42 ist, d. h. eine gegenüberliegende Endoberfläche der Hauptelektrode 42, als Bezugsebene genommen wird, ist es möglich, den Abstand (d. h. die vorstehende Größe „X”) von der Bezugsebene bis zu einer die Endoberfläche einbeziehende Ebene (d. h. die obere Oberfläche) durch Bewegen der Hauptelektrode 41 und des isolierenden Elementes 43 relativ zueinander in axialer Richtung einzustellen.
Die Hilfselektrode 46 ist aus reinem Aluminium ausgebildet, und weist eine zylindrische hohle Konfiguration mit Boden mit einer Dicke von 0,3 mm, 16 mm Außendurchmesser und 7 mm Höhe auf. Die Hilfselektrode 46 weist eine kreisförmige Öffnung 47 mit einem Durchmesser „W” im zentralen Abschnitt der Bodenoberfläche auf. Die Hilfselektrode 46 ist außen um ein entgegengesetztes Ende des isolierenden Elementes 43 angepasst, und über das entladende Ende 42 der Hauptelektrode 41 angeordnet. Dabei ist es möglich, einen Abstand, (d. h. den Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode) zwischen einer vertikal zugewandten Oberfläche der Hauptelektrode 41 und einer vertikal zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode 46 (d. h. zwischen einer die entgegengesetzte Endoberfläche der Hauptelektrode 41 einbeziehende Ebene und einer anderen, die innere Bodenoberfläche 46a der Hilfselektrode 42 einbeziehende Ebene) durch Bewegen der Hauptelektrode 41 und der Hilfselektrode 46 relativ zueinander in axialer Richtung einzustellen.
Dabei wird eine Plasmaerzeugungseinheit 49 zwischen der Hauptelektrode 41 und der Hilfselektrode 46 abgegrenzt. Die Plasmaerzeugungseinheit 49 kommuniziert mit der Öffnung 47 (d. h. der Plasmaemissionseinheit), die koaxial zu der Hauptelektrode 41 angeordnet ist. Dabei wurden bezüglich der Hilfselektrode 46 vier Arten der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma bereitgestellt, wobei die Elektroden 4 sich bezüglich des Öffnungsdurchmessers „W” der Öffnung 47 wie folgt voneinander unterschieden: 1,0 mm ø; 1,5 mm ø; 1,7 mm ø; und 2,0 mm ø.
(Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät I)
3 zeigt ein beschreibendes Diagramm von einem flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerät. Das flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät umfasst Behälter 81 und 91, die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma sowie eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung 7.
Der Behälter 81 umfasst einen Behälterkörper, der aus Quarzglas ausgebildet ist, und eine zylindrische hohle Konfiguration aufweist, sowie Abschlusselemente, die sein oberes Öffnungsende und sein unteres Öffnungsende schließen, und die aus Edelstahl ausgebildet sind und eine im Wesentlichen kreisrunde Scheibenform aufweisen. Die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist mit dem Abschlusselement, das das obere Öffnungsende verschließt, an deren zentralem Abschnitt fixiert. Die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist so angeordnet, dass das entladende Ende 42 und die Hilfselektrode 46 in das Innere des Behälters 81 vorragen.
Innerhalb des Behälters 81 ist eine Flüssigkeit „L'” gefüllt, und das entladende Ende 42 und die Hilfselektrode 46 stehen in Kontakt mit der Flüssigkeit „L'” und über der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma wird ein Substrat „S'” mittels einer nicht gezeigten Haltespannvorrichtung gehalten, so dass das Substrat „S'” der Elektrode 4 mit einem vorbestimmten Abstand „D” zwischen der Elektrode und dem Substrat zugewandt ist. Es versteht sich, dass der Abstand „D” zwischen der Elektrode und dem Substrat der kürzeste Abstand von der Endoberfläche der Hauptelektrode 41 (oder der oberen Oberfläche) zu einer Oberfläche des Substrates „S'” ist (oder der der Schichtausbildung zu unterziehenden Oberfläche). Das Substrat „S'” wird in einem derartigen Zustand gehalten, dass zumindest die Oberfläche des Substrates „S'”, die der Schichtausbildung zu unterziehen ist, in die Flüssigkeit „L'” eintaucht.
Von den Leiterbahnen der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist die der Hauptelektrode 41 mit der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 leitend verbunden, und die der Hilfselektrode 46 ist aus den Behältern 81 und 91 mithilfe von Isolatoren 83 und 93 herausgeführt, und dann auf Masse gelegt.
Der Behälter 81 ist innerhalb des äußeren Behälters 91 aufgenommen, der Dimensionen um eine Größenordnung größer als die des Behälters 81 aufweist.
Abgesehen von einer Vakuumpumpe 90, die mit dem äußeren Behälter 91 mittels einer Ausstoßpassage 95 verbunden ist, weist der äußere Behälter 91 denselben Aufbau wie den des Behälters 81 auf.
(Plasmaerzeugung in Methanol)
Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Plasmaschichtausbildungsgerätes wurde Plasma in Methanol erzeugt. Methanol wurde als die Flüssigkeit „L'” bereitgestellt, und der Behälter 81 des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes wurde damit befüllt. Darüber hinaus wurde die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma so eingestellt, dass die vorstehende Größe „X” = 0 mm war (die obere Oberfläche und die Bezugsebene lagen nämlich in einer identischen Ebene vor: vergleiche 3); und so dass der Öffnungsdurchmesser „W” = 2,0 mm und der Abstand „D” zwischen den Elektroden = 1,0 mm war. Kein Substrat „S'” wurde angeordnet.
Zunächst wurde das Innere des äußeren Behälters 91 evakuiert, um den Behälterinnendruck auf 300 hPa einzustellen. Danach wurde die Frequenz der Ausgabeelektrizität von der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 auf 27,12 MHz eingestellt, und die Ausgabe auf 100 W (Reflexion: 0 W) eingestellt, und dann wurde die Hochfrequenzelektrizität der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma zugeführt.
Bei Beobachtung des Inneren des Behälters 81 spritzten kontinuierlich Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, von der Öffnung 47 der Hilfselektrode 46 heraus, und wanderte dann durch die Flüssigkeit „L'” aufwärts. Dies bedeutete, dass es möglich wird, eine Schichtausbildung sogar auf einer Oberfläche eines Substrates durchzuführen, das keine elektrische Leitfähigkeit zeigt, indem ein Substrat an einer Stelle über der Öffnung 47 angeordnet wird.
(Schichtausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht)
Unter Verwendung der vier Arten für die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei sich die Elektroden 4 in ihrem Öffnungsdurchmesser „W” unterschieden, wurden amorphe Kohlenstoffschichten auf einer Substratoberfläche ausgebildet.
(Schichtausbildung Nr. 1)
Methanol wurde als die Flüssigkeit „S'” bereitgestellt, und der Behälter 81 des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes wurde damit befüllt.
Darüber hinaus wurde die Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma so eingestellt, dass die vorstehende Größe „X” = 0 mm war; und der Öffnungsdurchmesser „W” 1,0 mm war. Für das Substrat „S'” wurde ein Siliziumwafer verwendet.
Zunächst wurde das Innere des äußeren Behälters 91 evakuiert, um den Behälterinnendruck auf 300 hPa einzustellen. Danach wurde die Frequenz der Ausgabeelektrizität von der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 auf 27,12 MHz eingestellt, und die Ausgabe wurde auf 100 W eingestellt (Reflexion: 0 W), und dann wurde die Hochfrequenzelektrizität der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma für 1 Minute zugeführt, wodurch die Schichtausbildung ausgeführt wurde. Blasen mit im Inneren erzeugten Plasma wurden kontinuierlich aus der Öffnung 47 der Hilfselektrode 46 herausgespritzt, und wanderten dann durch die Flüssigkeit „L'” zu einer Oberfläche des Substrates „S'” aufwärts.
Beim Herausnehmen des Substrates „S'” aus dem Behälter 81 nach Abschalten der Zufuhr der Hochfrequenzelektrizität war es möglich, zu bestätigen, dass eine schwarz gefärbte Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet war. Die bei der Schichtausbildung Nr. 1 erhaltene Probe ist mit #11 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 2)
Außer dass der Öffnungsdurchmesser der Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma auf „W” = 1,5 mm eingestellt war, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 1 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 2 erhaltene Probe ist mit #12 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 3)
Außer dass der Öffnungsdurchmesser der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma auf „W” = 1,7 mm eingestellt war, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf eine Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 1 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 3 erhaltene Probe ist mit #13 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 4)
Außer dass der Öffnungsdurchmesser der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma auf „W” = 2,0 mm eingestellt war, und die Schichtausbildungszeit auf 3 Minuten eingestellt war, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 1 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 4 erhaltene Probe ist mit #14 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 5 (Vergleichsbeispiel))
Außer dass die Hilfselektrode 46 von der Elektrode 4 für flüssigkeitsbasiertes Plasma entfernt wurde, und die Schichtausbildungszeit auf 3 Minuten eingestellt war, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 1 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 5 erhaltene Probe ist mit #C1 bezeichnet.
Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, wurden von dem entladenden Ende 42 der Hauptelektrode 41 erzeugt, und wanderten dann durch die Flüssigkeit „L'” zu einer Oberfläche des Substrates „S'” nach oben. Dabei trat häufig eine Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode 41 und dem Substrat „S'” auf.
(Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät II)
Außer dass das in 9 dargestellte flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät eine Elektrode 5 für flüssigkeitsbasiertes Plasma aufweist, die ein metallisches Netz als Hilfselektrode verwendet, ist es dasselbe, wie das vorstehend beschriebene flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät. Eine Hauptelektrode 51, ein entladendes Ende 52 und ein isolierendes Element 53 sind dieselben, wie die vorstehend beschriebene Hauptelektrode 41, entladendes Ende 42 bzw. isolierendes Element 43 (vergleiche 2). Ein metallisches Netz 56 als Hilfselektrode ist bezüglich einer Oberfläche eines Substrates „S'” parallel fixiert, welche einem Schichtausbildungsvorgang zu unterziehen ist, wobei ein isolierender Abstandshalter 55 auf dem Randabschnitt der Oberfläche angeordnet ist, die der Schichtausbildung zu unterziehen ist.
Die Elektrode 5 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist so angeordnet, dass das entladende Ende 52 der Hauptelektrode 51 in das Innere des Behälters 81 vorragt. Innerhalb des Behälters 81 ist eine Flüssigkeit „L'” eingefüllt, und das entladende Ende 52 und das metallische Netz 56 kontaktieren die Flüssigkeit „L'”. Über dem entladenden Ende 52 wird ein Substrat „S'” mit einer nicht gezeigten Haltespannvorrichtung und fixiertem metallischen Netz 56 wie folgt gehalten: (Abstand „d” zwischen Elektrode und Substrat) > (Abstand „D” zwischen den Elektroden). Dabei wurde das Substrat „S'” in einem derartigen Zustand gehalten, dass zumindest die Oberfläche, die der Schichtausbildung zu unterziehen ist, in die Flüssigkeit „L'” eingetaucht ist. Hierbei ist das metallische Netz 56 als Hilfselektrode zwischen der Hauptelektrode 51 und dem Substrat „S'” angeordnet.
Von den Leiterbahnen der Elektrode 5 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist die der Hauptelektrode 51 mit einer elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 leitend verbunden, und die des metallischen Netzes 56 ist aus den Behältern 81 und 91 mithilfe von Isolatoren 83 und 93 herausgeführt, und dann auf Masse gelegt.
(Schichtausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht)
Unter Verwendung des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes II wurden amorphe Kohlenstoffschichten auf einer Substratoberfläche ausgebildet.
(Schichtausbildung Nr. 6)
Methanol wurde als die Flüssigkeit „L'” bereitgestellt, und der Behälter 81 des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes II wurde damit befüllt. Darüber hinaus wurde die Elektrode 5 für flüssigkeitsbasiertes Plasma durch Bereitstellung eines metallischen Wolframnetzes angeordnet, wobei der Drahtdurchmesser des metallischen Wolframnetzes 0,1 mm betrug (und wobei die auf einen Zoll enthaltene Anzahl an Maschen 20 Maschen pro Zoll betrug), und die als das metallische Netz diente. Für das Substrat „S'” wurde ein Siliziumwafer verwendet.
Zunächst wurde das Innere des äußeren Behälters 91 evakuiert, um den Behälterinnendruck auf 300 hPa einzustellen. Danach wurde die Frequenz der Ausgabeelektrizität von der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 auf 27,12 MHz eingestellt und die Ausgabe wurde auf 100 W eingestellt (Reflexion: 20 W), und dann wurde die Hochfrequenzelektrizität der Elektrode 5 für flüssigkeitsbasiertes Plasma für 50 Sekunden zugeführt, wodurch eine Schichtausbildung ausgeführt wurde. Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, stiegen zwischen der Hauptelektrode 51 und dem metallischen Netz 56 (d. h. der Plasmaerzeugungseinheit 59) auf; und die Blasen spritzten kontinuierlich von den Maschen des metallischen Netzes 56 heraus, und wanderten dann zu einer Oberfläche des Substrates „S'” hin.
Beim Herausnehmen des Substrates „S'” aus dem Behälter 81, nach Abschalten der Zufuhr der Hochfrequenzelektrizität, war es möglich, zu bestätigen, dass eine schwarzfarbige Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet war. Die bei der Schichtausbildung Nr. 6 erhaltene Probe ist mit #21 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 7 (Vergleichsbeispiel))
Außer, dass das metallische Netz 56 entfernt wurde, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 6 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 7 erhaltene Probe ist mit #C2 bezeichnet.
Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, wurden aus dem entladenden Ende 52 der Hauptelektrode 51 erzeugt, und wanderten sodann durch die Flüssigkeit „L'” zu einer Oberfläche des Substrates „S'” hin nach oben. Dabei trat häufig eine Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode 51 und dem Substrat „S'” auf.
(Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät III)
Außer, dass das in 12 dargestellte flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät eine Elektrode 6 für flüssigkeitsbasiertes Plasma aufweist, die einen stabförmigen Körper als Hilfselektrode verwendet, handelt es sich dabei um dasselbe, wie das vorstehend beschriebene flüssigkeitsbasierte Plasmaschichtausbildungsgerät. Eine Hauptelektrode 61, ein entladendes Ende 62 und ein isolierendes Element 63 sind dieselben, wie die vorstehend beschriebene Hauptelektrode 41, entladendes Ende 42 bzw. isolierendes Element 43 (vergleiche 2).
Die Elektrode 6 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist so angeordnet, dass das entladende Ende 62 der Hauptelektrode 61 in das Innere des Behälters 81 vorragt. Innerhalb des Behälters 81 ist eine Flüssigkeit „L'” eingefüllt, und das entladende Ende 62 und der stabförmige Körper 66 kontaktieren die Flüssigkeit „L'”. Über dem entladenden Ende 62 wird ein Substrat „S'” mit einem an dem zentralen Abschnitt ausgebildeten durchgehenden Loch „h” mittels einer nicht gezeigten Haltespannvorrichtung gehalten. Der stabförmige Körper 66 wird in das durchgehende Loch „h” eingefügt, und das entgegengesetzte Ende des stabförmigen Körpers 66 ragt zu der Seite einer Oberfläche hervor, die einem Schichtausbildungsvorgang zu unterziehen ist. Die Hauptelektrode 61, der stabförmige Körper 66 und das durchgehende Loch „h” sind jeweils koaxial angeordnet. Darüber hinaus wird das Substrat „S'” in einem derartigen Zustand gehalten, dass zumindest die Oberfläche, die dem Schichtausbildungsvorgang zu unterziehen ist, in die Flüssigkeit „L'” eintaucht. Auf diese Weise wird das metallische Netz 56 als Hilfselektrode zwischen der Hauptelektrode 51 und dem Substrat „S'” wie folgt angeordnet: (Abstand „d” zwischen Elektrode und Substrat) > (Abstand „D” zwischen den Elektroden).
Von den Leiterbahnen für die Elektrode 6 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ist die der Hauptelektrode 61 mit der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 leitend verbunden, und die des stabförmigen Körpers 66 ist mittels der Isolatoren 83 und 93 aus den Behältern 81 und 91 nach außen herausgeführt, und dort auf Masse gelegt.
(Schichtausbildung der amorphen Kohlenstoffschicht)
Unter Verwendung des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes III wurden amorphe Kohlenstoffschichten auf einer Substratoberfläche ausgebildet.
(Schichtausbildung Nr. 8)
Methanol wurde als die Flüssigkeit „L'” bereitgestellt, und der Behälter 81 des flüssigkeitsbasierten Plasmaschichtausbildungsgerätes III wurde damit befüllt. Darüber hinaus wurde die Elektrode 6 für flüssigkeitsbasiertes Plasma durch Zuschneiden eines Wolframdrahtes mit 0,3 mm Drahtdurchmesser auf eine vorbestimmte Länge bereitgestellt, der als der stabförmige Körper 66 diente. Für das Substrat „S'” wurde ein Plattenmaterial mit einem Hochdrehstahl (SKH51 (JIS)) verwendet, wobei in dem Plattenmaterial ein durchgehendes Loch „h” mit 0,5 mm Durchmesser in dem zentralen Abschnitt ausgebildet wurde.
Zunächst wurde das Innere des äußeren Behälters 91 evakuiert, um den Behälterinnendruck auf 200 hPa einzustellen. Sodann wurde die Frequenz der Ausgabeelektrizität der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 auf 27,12 MHz eingestellt, und die Ausgabe wurde auf 110 W eingestellt (Reflexion: 10 W), und danach wurde die Hochfrequenzelektrizität der Elektrode 56 für flüssigkeitsbasiertes Plasma für 1 Minute zugeführt, wodurch ein Schichtausbildungsvorgang ausgeführt wurde. Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, stiegen zwischen der Hauptelektrode 61 und dem stabförmigen Körper 66 (einer Plasmaerzeugungseinheit 69) auf, und dann wanderten die Blasen von dem Peripherieabschnitt der Plasmaerzeugungseinheit 69 zu einer Oberfläche des Substrates „S'” hin.
Beim Herausnehmen des Substrates „S'” aus dem Behälter 81 nach Abschalten der Zufuhr der Hochfrequenzelektrizität war es möglich, zu bestätigen, dass eine schwarz gefärbte Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet wurde. Die bei der Schichtausbildung Nr. 8 erhaltene Probe ist mit #31 bezeichnet.
(Schichtausbildung Nr. 9 (Vergleichsbeispiel))
Außer, dass der stabförmige Körper 66 entfernt wurde, und die Ausgabe der elektrischen Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 7 auf 180 W eingestellt wurde (Reflexion: 30 W) wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates „S'” auf dieselbe Weise wie bei der Schichtausbildung Nr. 8 ausgebildet. Die bei der Schichtausbildung Nr. 9 erhaltene Probe ist mit #C3 bezeichnet.
Blasen, in deren Innerem Plasma erzeugt wurde, stiegen von dem entladenden Ende 52 der Hauptelektrode 51 auf und wanderten sodann durch die Flüssigkeit „L'” zu einer Oberfläche des Substrates „S'” hin nach oben. Dabei trat häufig eine Bogenentladung zwischen der Hauptelektrode 51 und dem Substrat „S'” auf.

Die Einzelheiten der Elektroden für flüssigkeitsbasiertes Plasma und die Abstände „D” zwischen den Hauptelektroden und den Hilfselektroden bei den Schichtausbildungen Nr. 1 bis Nr. 9 sind jeweils in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Probe	Ausmaß des Hervorstehens der Hauptelektrode „X” (mm)	Art der Hilfselektrode	Öffnungs-durchmesser „W” (mm)	Abstand „D” zwischen Haupt-elektrode und Hilfselektrode „D” (mm)	Abstand „d” zwischen Elektrode und Substrat „d” (mm)
#11	0	Abdeckform	1,0	1	2
#12	0	Abdeckform	1,5	1	2
#13	0	Abdeckform	1,7	1	2
#14	0	Abdeckform	2,0	1	2
#C1	0	-	-	-	1
#21	0	Metallisches Netz	-	1	1,3
#C2	0	-	-	-	1
#31	0	Stabform	-	2,5	3
#C3	0	-	-	-	3

Tabelle 1

Bei den Schichtausbildungen Nr. 1 bis 4, und den Schichtausbildungen Nr. 6 und Nr. 8 (Proben #11–#14 sowie #21 und #31) wurde keine merkliche Bogenentladung während der Schichtausbildung beobachtet. Im Einzelnen wurde die Bogenentladung durch Ausführen der Schichtausbildung unter Anordnung einer Hilfselektrode zwischen der Hauptelektrode und dem Substrat unterdrückt. Darüber hinaus wurde bei der Schichtausbildung Nr. 6 (#21) und der Schichtausbildung Nr. 8 (#31) jeweils ein Gasphasenraum beobachtet, wobei der Gasphasenraum durch Blasen ausgebildet wurde, die kontinuierlich mit der Plasmaerzeugungseinheit verbunden waren, weil der Abstand „D” zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode auf 1,0–2,5 mm eingestellt war.
(Beobachtungen bei den amorphen Kohlenstoffschichten)
Bezüglich der Proben #11–#14, #21 und #31 sowie bezüglich der Proben #C1–#C3 erfolgte eine Oberflächenbetrachtung sowie eine Querschnittsbetrachtung. Eine Betrachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) wurde für die Oberflächenbetrachtung verwendet, und ein Ionenfeinstrahlverfahren (focused ion beam – FIB) wurde für die Querschnittsbetrachtung verwendet. Die Ergebnisse sind in den 4 bis 8, 10, 11, 13 bzw. 14 gezeigt. In den jeweiligen Darstellungen bezeichnet „A” eine Fotografie zur Spezifizierung der Ergebnisse der Oberflächenbetrachtung mithilfe von REM, wobei die Fotografie die Zeichnung darstellt, und „B” eine Fotografie zur Spezifizierung der Ergebnisse der Querschnittsbetrachtung mithilfe von FIB bezeichnet, wobei die Fotografie die Zeichnung darstellt. Bei den FIB-Bildern zeigt der dunkelste Teil den Querschnitt des Substrates „S'”, darüber ist der Querschnitt der amorphen Kohlenstoffschicht gezeigt, und der weiter darüber liegende helle Teil zeigt die Oberfläche der amorphen Kohlenstoffschicht. In den 7B und 8B zeigt der mit den Pfeilen bezeichnete Bereich jeweils den Querschnitt der amorphen Kohlenstoffschicht.
Gemäß den Oberflächenbetrachtungen bei den bei den Schichtausbildungen Nr. 1–5 erhaltenen Proben zeigt sich aus 4A (#11), 5A (#12) und 6A (#13), dass die Oberflächenzustände bei den jeweiligen Proben nahezu homogen waren, bei denen der Öffnungsdurchmesser „W” auf 1,0 mm, 1,5 mm und 1,7 mm eingestellt war. Je größer jedoch der Öffnungsdurchmesser „W” wurde, umso inhomogener wurde der Zustand der Oberflächen; bei Probe #14, bei der der Öffnungsdurchmesser bei 2,0 mm lag, wurde eine kreisförmige Vertiefung in der Oberfläche beobachtet (vergleiche 7A), was eine Entladungsmarkierung zu sein scheint. Darüber hinaus wurden bei der mit #C1 bezeichneten Probe, die eine Schichtausbildung ohne Verwendung der Hilfselektrode 46 durchlief, ebenfalls Vertiefungen in der Oberfläche beobachtet (vergleiche 8A).
Ferner wurden gemäß den Querschnittsbetrachtungen amorphe Kohlenstoffschichten mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,3 μm, die auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet wurden, bei den jeweiligen Proben betrachtet, die ausgebildet wurden, während der Öffnungsdurchmesser „W” auf 1,0 mm, 1,5 mm und 1,7 mm eingestellt wurde, wie aus der 4B (#11), der 5B (#12) und der 6B (#13) ersichtlich ist. Die Oberflächen des Substrates „S'” waren genauso flach wie jene vor der Schichtausbildung. Andererseits zeigten sich bei der Probe #04, bei der der Öffnungsdurchmesser 2,0 mm war, kleine Vertiefungen in der Oberfläche des Substrates „S'” (vergleiche 7B), obwohl eine amorphe Kohlenstoffschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 2 μm beobachtet wurde, die auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet wurde. Darüber hinaus zeigten sich auch bei der Probe #C1 sogar große Vertiefungen in der Oberfläche des Substrates „S'” (vergleiche 8B) obwohl eine amorphe Kohlenstoffschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 2 μm gleichermaßen beobachtet wurde, die auf der Oberfläche des Substrates „S'” ausgebildet wurde. Dies bedeutet, dass das Auftreten einer Bogenentladung zwischen dem Substrat und der Elektrode mittels der Verwendung einer Hilfselektrode unterdrückt wird, und folglich Schäden an dem Substrat reduziert werden.
Bei der Probe #21, die bei der Schichtausbildung Nr. 6 erhalten wurde, wurde die in 10A gezeigte amorphe Kohlenstoffschicht homogen über die gesamte Oberfläche ausgebildet. Darüber hinaus war es möglich, die Ausbildung einer amorphen Kohlenstoffschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 1 μm auf der Oberfläche des Substrates sicherzustellen, die so flach wie die Oberfläche des Substrates vor der Schichtausbildung war, wie bei 10B. Andererseits zeigte sich bei der Probe #C2, die bei der Schichtausbildung Nr. 7 erhalten wurde, deutlich eine kreisförmige Vertiefung in der Oberfläche (vergleiche 11A), was eine Entladungsmarkierung zu sein scheint. Darüber hinaus war es bei der Probe #C2 nicht möglich, eine flache Oberfläche auf dem Substrat zu sehen, selbst als die Querschnittsbetrachtung erfolgte (vergleiche 11B).
Bei Probe #31, die bei der Schichtausbildung Nr. 8 erhalten wurde, wurde eine amorphe Kohlenstoffschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,3 μm erhalten (vergleiche 13). Üblicherweise sinkt mit steigendem Abstand von der Hauptelektrode 61 die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Bogenentladungen. Obwohl bei 13 die Beobachtungsergebnisse von Positionen dargestellt sind, die jeweils verschiedene Abstände von dem Zentrum, an dem die Hilfselektrode angeordnet war, aufwiesen, war die Oberfläche der amorphen Kohlenstoffschicht homogen, und es wurden auch keine Beschädigungen an irgendeiner der Positionen beobachtet. Im Einzelnen wurde unter Verwendung des stabförmigen Körpers 66 als Hilfselektrode das Auftreten der Bogenentladung in demselben Ausmaße unterdrückt wie bei dem Peripherieabschnitt, und folglich wurden auch Schäden am Substrat reduziert, selbst am zentralen Abschnitt, der näher an der Hauptelektrode 61 lag. Obwohl bei der Probe #C3, die bei der Schichtausbildung Nr. 9 erhalten wurde, eine amorphe Kohlenstoffschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 2–3 μm ausgebildet wurde, wurde andererseits ein Ablösen der amorphen Kohlenstoffschicht am zentralen Abschnitt des Substrates (oder Teilen, die nahe an der Hauptelektrode 61 lagen) beobachtet (vergleiche 14A). Wenn zudem der Querschnitt des zentralen Abschnitts betrachtet wurde, an dem das Ablösen auftrat, zeigten sich große Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Substrates (das linke Bild aus 14B). Darüber hinaus zeigten sich selbst in dem Querschnitt des Peripherieabschnittes, der von dem zentralen Abschnitt um 2 mm getrennt war, Vertiefungen in der Oberfläche des Substrates, und auf dem Substrat konnte keine flache Oberfläche beobachtet werden (das rechte Bild aus 14B).
Zusammenfassung
Ein flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät umfasst: einen Behälter 1 zur Aufnahme eines Substrates „S” und einer Flüssigkeit „L” mit einem Rohmaterial darin; eine Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei die Elektrode 2 in dem Behälter 1 angeordnet ist; eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung 3 für die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma; wobei die Elektrode 2 für flüssigkeitsbasiertes Plasma ausgerüstet ist mit: einer Hauptelektrode 21 mit einem entladenden Ende 22; einer Hilfselektrode 26, die nicht nur dem entladenden Ende 22 zugewandt ist, sondern auch zwischen dem entladenden Ende 22 und dem Substrat „S” angeordnet ist, welche einander zugewandt sind; und einer Plasmaerzeugungseinheit 29 mit einem Raum, der durch eine Oberfläche 22a des entladenden Endes 22 und eine dieser Oberfläche 22a zugewandten Oberfläche 26a der Hilfselektrode 26 abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung von Plasma mittels der der Hauptelektrode 21 zugeführten Elektrizität eingerichtet ist. Ferner wird ein Zersetzungsbestandteil des Rohmaterials auf einer Oberfläche des Substrates „S” durch Kontakt des Plasmas, das an der Plasmaerzeugungsseinheit 29 erzeugt wurde, mit dem Substrat „S” abgeschieden. Mittels dieses Aufbaus wird es möglich, Plasma in Flüssigkeit zu erzeugen, ohne eine zweite Elektrode zu verwenden, die als Substrat dient. (1)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003-297598 [0003]
JP 2004-152523 [0003]
WO 2006-059808 [0005]

Claims

Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät, mit: einem Behälter zur Aufnahme eines Substrates und einer Flüssigkeit, die ein Rohmaterial enthält; einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma, wobei die Elektrode in dem Behälter angeordnet ist; und einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung für die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma; wobei die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ausgerüstet ist mit: einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktiren der Flüssigkeit; einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, die näher an einer Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet ist, an der das Substrat angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes als Bezugspunkt genommen wird, und die dem entladenden Ende zugewandt ist, wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; und einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zum Erzeugen von Plasma eingerichtet ist, das das Rohmaterial innerhalb von Blasen aufweist, die in dem Raummittels der Elektrizität ausgebildet werden, die der Hauptelektrode zugeführt wird; wobei die Blasen mit dem Plasma, das an der Plasmaerzeugungseinheit erzeugt wird, mit dem Substrat in Kontakt kommen, wodurch ein zersetzter Bestandteil des Rohmaterials auf eine Oberfläche des Substrates abgeschieden wird.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei: die Hauptelektrode so angeordnet ist, dass das entladende Ende dem Substrat zugewandt ist; und die Hilfselektrode zwischen dem Substrat und der Hauptelektrode angeordnet ist.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma ferner mit einer Plasmaemissionseinheit zur Emission der an der Plasmaerzeugungseinheit erzeugten und das Plasma beinhaltenden Blasen von der Plasmaerzeugungseinheit ausgerüstet ist.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 3, wobei die Plasmaemissionseinheit einer oder mehreren Öffnungen entspricht, die in der Hilfselektrode bereitgestellt sind, und die mit der Plasmaerzeugungseinheit kommunizieren.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 4, wobei die Hilfselektrode einen plattenförmigen Körper aufweist, der eine Vielzahl von durchgehenden Löchern als den Öffnungen umfasst, welche in Richtung der Dickendimension eindringen.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 4, wobei: die Hauptelektrode mit einem isolierenden Element ausgerüstet ist, dass die äußere Peripherie außer der Oberfläche des entladenden Endes bedeckt; und die Hilfselektrode eine Abdeckkonfiguration aufweist, und über das entladende Ende mittels des isolierenden Elementes angeordnet ist.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Hilfselektrode ein stabförmiger Körper ist, der ein Vorderende aufweist, das zumindest einem Teil der Oberfläche des entladenden Endes der Hauptelektrode zugewandt ist.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Plasmaerzeugungseinheit einen Gasphasenraum aufweist, der mittels der Blasen ausgebildet ist, welche den Raum kontinuierlich verbinden.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Hauptelektrode, die Hilfselektrode und das Substrat jeweils so angeordnet sind, dass ein Entladungsabstand, bei dem Bogenentladung zwischen der Oberfläche des entladenden Endes der Hauptelektrode und der Oberfläche der Hilfselektrode auftritt, kürzer als ein Entladungsabstand wird, an dem Bogenentladung zwischen der Oberfläche des entladenden Endes der Hauptelektrode und der Oberfläche des Substrates auftritt.
Flüssigkeitsbasiertes Plasmaschichtausbildungsgerät nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energieversorgungsvorrichtung eine elektrische Hochfrequenzenergieversorgungsvorrichtung ist, die eine Hochfrequenzelektrizität an die Hauptelektrode anlegt.
Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma zur Erzeugung von Plasma in einer Flüssigkeit, mit: einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktieren der Flüssigkeit; einem isolierenden Element, das die äußere Peripherie der Hauptelektrode außer einer Oberfläche des entladenden Endes bedeckt; einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit mit einer Abdeckform, die über das entladende Ende mittels des isolierenden Elementes angeordnet ist, wobei die Anordnung mit einem Abstand zwischen der Hilfselektrode und der Oberfläche des entladenden Endes erfolgt ist, und wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch die Oberfläche des entladenden Endes und einer dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung von Plasma innerhalb von in dem Raum ausgebildeten Blasen mittels der der Hauptelektrode zugeführten Elektrizität eingerichtet ist; und einer Plasmaemissionseinheit mit einer oder mehr Öffnungen, die in der Hilfselektrode bereitgestellt sind, und die mit der Plasmaerzeugungseinheit kommunizieren, wobei die Plasmaemissionseinheit die das Plasma beinhaltenden und an der Plasmaerzeugungseinheit erzeugten Blasen von der Plasmaerzeugungseinheit emittieren.
Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma nach Anspruch 11, wobei: zumindest das entladende Ende der Hauptelektrode eine zylindrische massive Konfiguration aufweist; und die Hilfselektrode eine zylindrische hohle Konfiguration mit Boden aufweist, welche die Öffnungen in der Bodenoberfläche aufweist.
Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma nach Anspruch 12, wobei die Öffnungen einen Durchmesser von 1 mm oder mehr bis weniger als 2 mm aufweisen.
Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma, bei dem ein Zersetzungsbestandteil von Rohmaterial auf die Oberfläche des Substrates mit den folgenden Schritten abgeschieden wird: einem Anordnungsschritt zum Anordnen eines Substrates und einer Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma in einer Flüssigkeit mit Rohmaterial, wobei sie einander zugewandt sind; und einem Plasmaerzeugungsschritt zur Erzeugung von das Rohmaterial aufweisendem Plasma innerhalb von Blasen in der Flüssigkeit durch die Zufuhr von Elektrizität an die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma; wobei die Elektrode für flüssigkeitsbasiertes Plasma versehen ist mit: einer Hauptelektrode mit einem elektrisch leitfähigen entladenden Ende zum Kontaktieren der Flüssigkeit; einer Hilfselektrode zum Kontaktieren der Flüssigkeit, die näher an einer Seite des entladenden Endes als eine Position angeordnet ist, an der das Substrat angeordnet ist, wenn die Position des entladenden Endes als Bezugspunkt genommen wird, und die dem entladenden Ende zugewandt ist, wobei die Hilfselektrode elektrische Leitfähigkeit aufweist; und einer Plasmaerzeugungseinheit mit einem Raum, der durch eine Oberfläche des entladenden Endes und eine dieser Oberfläche zugewandten Oberfläche der Hilfselektrode abgegrenzt ist, und die zur Erzeugung der Blasen mit dem Plasma in dem Raum mittels der der Hauptelektrode zugeführten Elektrizität eingerichtet ist.
Schichtausbildungsverfahren unter Verwendung von flüssigkeitsbasiertem Plasma nach Anspruch 14, wobei das Material eine organische Verbindung ist, wodurch eine amorphe Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche des Substrates ausgebildet wird.