JP2014118604A - 対向電極型プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜スピードの向上を図る対向電極型プラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】対向電極型プラズマ発生装置１４において、一対の電極５０、５２間の距離が第１距離Ｌ１に設定された第１経路８０と、一対の電極５４、５６間の距離が第１距離Ｌ１より短い第２距離Ｌ２に設定された第２経路８２と、を備え、第１経路８０には、不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、第２経路８２には、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、第２経路８２に供給される気相原材料の濃度は、第１経路８０に供給される気相原材料の濃度より高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜スピードの向上を図る対向電極型プラズマ発生装置に関する。

下記特許文献１に示すように、不活性ガスと気相原材料との混合気をプラズマノズルに向けて送気し、プラズマノズルは、プラズマ発生機構の作用下にプラズマ化して混合気を出力することで、プラズマ化した不活性ガスにより液相原材料を活性化させ、更にプラズマ化した気相原材料により液相原材料の主成分が結合されることによって、成膜を行うことが知られている。

特開２０１１−２５２０８５号公報

しかしながら、誘電体を被覆しない対向電極により構成されるプラズマ発生機構ではプラズマ化できる気相原材料の含有量には限界があり、それ以上に成膜スピードの向上を図ることはできない。また、気相原材料の含有量を増加させることで、不活性ガスの活性化度が大幅に低下してしまうため、気相原材料を限界まで増加させることのみによっては成膜スピードの向上を図ることができない。

そこで、本発明は、成膜スピードの向上を図る対向電極型プラズマ発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、対向電極型プラズマ発生装置において、一対の電極間の距離が第１距離に設定された第１経路と、一対の電極間の距離が前記第１距離より短い第２距離に設定された第２経路と、を備え、前記第１経路には、不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、前記第２経路には、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、前記第２経路に供給される気相原材料の濃度は、前記第１経路に供給される気相原材料の濃度より高いことを特徴とする。

前記対向電極型プラズマ発生装置において、前記第２経路は、少なくとも一方の電極を被覆する誘電体を有してもよい。

前記対向電極型プラズマ発生装置において、前記第１距離、前記第２距離、前記第１経路を通過する気相原材料の量、及び、前記第２経路を通過する気相原材料の量は、以下の関係式を有してもよい。
（（前記第２経路を通過する気相原材料の量）／（前記第１経路を通過する気相原材料の量））×（（前記第２距離）／（前記第１距離））＞１

前記対向電極型プラズマ発生装置において、前記第１経路でプラズマ化された不活性ガス又は混合ガスと、前記第２経路でプラズマ化された混合ガスとを噴出する噴出口を有してもよい。

本発明によれば、対向電極型プラズマ発生装置は、一対の電極間の距離が第１距離に設定された第１経路と、一対の電極間の距離が第１距離より短い第２距離に設定された第２経路を備え、第２経路に供給される気相原材料の濃度を、電極間距離を短く設定することにより第１経路に供給される気相原材料の濃度より高く設定できる。このため、第１経路と第２経路の電極間距離、及び気相原材料の濃度を同一にするよりも、第１経路によって、プラズマ化される不活性ガスの量を増やすことができ、第２経路によってプラズマ化される気相原材料の量を高く維持又は増やすことができ、その結果、成膜速度を向上させることができる。

第２経路は、少なくとも一方の電極を被覆する誘電体を有することができるので、第２経路によってプラズマ化される気相原材料の量を更に増やすことができ、成膜速度を向上させることができる。

また、第１距離、第２距離、第１経路を通過する気相原材料の量、及び、第２経路を通過する気相原材料の量は、（（前記第２経路を通過する前記気相原材料の量）／（前記第１経路を通過する前記気相原材料の量））×（（前記第２距離）／（前記第１距離））＞１、の関係式を有するので、第１経路によって、プラズマ化される不活性ガスの量を高く維持することができ、第２経路によってプラズマ化される気相原材料の量を増やすことができ、その結果、成膜速度を向上させることができる。

第１経路でプラズマ化された不活性ガス又は混合ガスと、第２経路でプラズマ化された混合ガスとを噴出する噴出口を有するので、プラズマ化されたガスが失活する前に、両プラズマ化された混合ガスを混合又は整流して噴出することができる。

また、第１経路及び第２経路に供給される混合ガスの気相原材料が酸素の場合は、酸素濃度が高くなることで、第２経路でプラズマ化された混合ガスは高温になり易いが、第１経路に供給される混合ガスは、酸素が含まれないか又は酸素濃度が低いので第１経路でプラズマ化された混合ガスは高温になり難い。従って、第１経路でプラズマ化された不活性ガス又は混合ガスと、第２経路でプラズマ化された混合ガスとが混合又は整流されて、噴出口から放出されることで、噴出口から放出されるプラズマ化された混合ガスが高温になることを抑制することができ、樹脂等の溶融温度が低い基材に対しても成膜することができる。

プラズマ成膜装置の要部正面断面図である。 第１の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。 第２の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。 第３の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置の概略構成図である。 実施例１〜実施例５、及び、比較例１〜比較例４において得られた成膜速度等を示す図表である。 電極間距離と、プラズマ化することができる酸素の量との関係を示すグラフである。

本発明に係る対向電極型プラズマ発生装置及び対向電極型プラズマ発生装置を用いてプラズマ成膜方法を実施するプラズマ成膜装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、プラズマ成膜装置１０の要部正面断面図である。プラズマ成膜装置１０は、基材１１に対して成膜を行うものであり、原料供給部１２と、原料供給部１２に連結される対向電極型プラズマ発生装置１４とを有する。成膜対象である基材１１は、プラスチック、金属、セラミック等からなる。なお、基材１１の材質は、木材や石等であってもよい。基材１１の好適な具体例としては、ポリカーボネート樹脂やガラス、アルミニウム等が挙げられる。

対向電極型プラズマ発生装置１４には、ガスライン１６ａ、１６ｂを介して、不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが送気される。対向電極型プラズマ発生装置１４は、不活性ガス又は混合ガスをプラズマ化し、プラズマ化混合ガスとして噴出口１４ａから放出する。この対向電極型プラズマ発生装置１４については、後で詳しく述べる。

原料供給部１２は、対向電極型プラズマ発生装置１４の噴出口１４ａから基材１１の成膜部位に向かう合流供給路１８と、合流供給路１８の経路の途中に設けられた原料供給路２０とを有する。対向電極型プラズマ発生装置１４の噴出口１４ａから原料供給路２０までの距離Ｄ１は、例えば、１ｍｍに設定される。

原料供給路２０の外部側の開口端には、液相原材料を供給するための供給装置２２が連結される。詳しくは、供給装置２２から供給された液相原材料は、供給装置２２と原料供給路２０とに接続された供給管２４を経由して、合流供給路１８に導入される。

供給装置２２には、公知の供給量制御器２６が介装される。この供給量制御器２６により液相原材料の供給量を適宜調整することができる。液相原材料は、例えば、モノマー、オリゴマー又はポリマーであり、且つ、常温・常圧下で液相である物質（シロキサン）であり、液相のまま、又は気化されることで気相に相変化されて、合流供給路１８に供給される。

次に、プラズマ成膜方法について簡単に説明する。まず、対向電極型プラズマ発生装置１４は、送気された不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスをプラズマ化して、プラズマ化混合ガスとして噴出口１４ａから放出し、放出されたプラズマ化混合ガスは、合流供給路１８に導入される。気相原材料は、原料供給路２０から導入される常温・常圧下で液相である原材料に含まれるＳｉ原子やＣ原子と結合し得る原子を含む気体であり、例えば、酸素、窒素、又は空気が挙げられる。本実施の形態では、気相原材料として酸素を用いる。また、不活性ガスは、ヘリウムやアルゴン等が挙げられ、本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。

液相原材料は、プラズマ化混合ガスに含まれる活性化された気相原材料又は不活性ガスや、プラズマ化混合ガスのエネルギー準位が低下することで発生したラジカル等によって、分解又は活性化され、分解又は活性化された気相原材料の原子と結合することで、成膜部位に結合堆積する。なお、堆積の後も、成膜部位に到達するプラズマ化混合ガスやラジカル等によって、転移結合や活性化が継続される。

図２は、第１の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。対向電極型プラズマ発生装置１４は、一対の第１電極５０及び第２電極５２と、一対の第３電極５４及び第４電極５６を有する。第１電極５０と第３電極５４との間には、絶縁性の仕切板５８が設けられている。第１電極５０及び第４電極５６間の距離は、第１電極５０及び第２電極５２間の距離より十分に大きくなっており、第３電極５４及び第２電極５２間の距離は、第３電極５４及び第４電極５６間の距離より十分に大きくなっている。

第１電極５０及び第３電極５４には、それぞれ高周波電源６０ａ、６０ｂに接続され、第２電極５２及び第４電極５６はアースされている。第２電極５２及び第４電極５６との間には、噴出口１４ａが設けられている。第２電極５２及び第４電極５６は、連接して形成された１つの電極６２であってもよく、その場合、該１つの電極６２にスリットを設けることで、該スリットが噴出口１４ａとして機能する。また、第２電極５２及び第４電極５６は、別個に形成された電極であってもよい。

なお、２つの高周波電源６０ａ、６０ｂを設けるようにしたが、１つの高周波電源を用いてもよい。この場合は、第１電極５０及び第３電極５４に１つの高周波電源が接続される。また、第１電極５０及び第３電極５４を１つの電極で構成してもよい。

この第１電極５０及び第２電極５２で第１経路８０が形成され、第３電極５４及び第４電極５６で第２経路８２が形成される。第１電極５０及び第２電極５２間の距離は、第１距離Ｌ１（例えば、１ｍｍ）に設定され、第３電極５４及び第４電極５６間の距離は、第１距離Ｌ１より短い第２距離Ｌ２（例えば、０．５ｍｍ）に設定されている。ここでは、第４電極５６の厚みを第２電極５２より厚くすることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短く設定する。なお、第３電極５４の厚みを第１電極５０より厚くすることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短く設定してもよい。

第１経路８０には、不活性ガス、又は、気相原材料と不活性ガスとを有する混合ガスが供給され、第２経路８２には、気相原材料と不活性ガスとを有する混合ガスが供給される。以下、第１経路８０に供給される不活性ガスを第１不活性ガスと、第１経路８０に供給される混合ガスを第１混合ガスと、第２経路８２に供給される混合ガスを第２混合ガスと呼ぶ場合がある。第１不活性ガス及び第１混合ガスは、ガスライン１６ａによって供給され、第２混合ガスは、ガスライン１６ｂによって供給される。

第１電極５０及び第３電極５４に高周波電圧を印加することで、第１経路８０及び第２経路８２を通過する第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２混合ガスとがプラズマ化される。このプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、プラズマ化された第２混合ガスとが失活する前に、プラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２混合ガスとが混合又は整流されて、プラズマ化混合ガスとして噴出口１４ａから放出する。

［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。

第１の実施の形態においては、第４電極５６の厚みを第２電極５２より厚くすることで、第２距離Ｌ２（第３電極５４と第４電極５６との間の距離）を、第１距離Ｌ１（第１電極５０と第２電極５２との間の距離）より短くしたが、図３においては、第２電極５２と第４電極５６の厚みを同じにし、第４電極５６の位置を、第２電極５２より高く、つまり、第３電極５４に近づけることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしている。なお、第３電極５４の位置を、第１電極５０より低く、つまり、第４電極５６に近づけることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしてもよい。

［第３の実施の形態］
図４は、第３の実施の形態における、図１に示す対向電極型プラズマ発生装置１４の概略構成図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。

第３の実施の形態においては、第２電極５２と第４電極５６の厚みを同じにし、第４電極５６の第３電極５４が設けられた側に、第４電極５６を被覆する誘電体９０を設けることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしている。なお、第３電極５４の第４電極５６が設けられた側に、第３電極５４を被覆する誘電体９０を設けることで、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしてもよい。また、第３電極５４及び第４電極５６に誘電体９０をそれぞれ設けるようにしてもよい。誘電体９０としては、樹脂やガラス等を用いることができる。

図５は、実施例１〜実施例５、及び、比較例１〜比較例４において得られた成膜速度等を示す図表である。

（実施例１）
実施例１では、図２又は図３の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。実施例１では、比較例１と比較して、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしたので、詳しくは、第２距離Ｌ２を０．５（ｍｍ）にしたので、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を、比較例１の第２距離Ｌ２＝１．０（ｍｍ）の場合に第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量より多くしても、第２混合ガスをプラズマ化することができる。つまり、酸素は、プラズマ化をし難くする性質を有するが、第２距離Ｌ２を短くすることで、酸素の濃度及び量を増やしても、第２混合ガスをプラズマ化することができる。従って、活性化された成膜用原材料の酸化結合を促進するプラズマ化酸素（プラズマ化された酸素）の量を多くすることができ、ＣＶＤ反応速度が大幅に向上する。

また、第１距離Ｌ１を比較例１と同じにしたので、詳しくは、第１距離Ｌ１を１．０（ｍｍ）にしたので、第１経路８０に供給するアルゴンの濃度及び量を維持したままでプラズマ化することができる。従って、成膜用原材料の分子の分解（成膜原材料の活性化）を促進することができるプラズマ化アルゴン（プラズマ化されたアルゴン）の量を維持することができる。

プラズマ化酸素の量を多くすることができ、また同時に、プラズマ化アルゴンの量の低下を抑えることができるので、成膜速度が約１７０（ｎｍ／ｍｉｎ）となり、成膜速度が向上する。実施例１では放電状態の均一性が保たれる。

評価値は、評価値＝（（第２経路８２を通過する酸素の量）／（第１経路８０を通過する酸素の量））×（（第２距離Ｌ２）／（第１距離Ｌ１））、の関係式で求めることができる。実施例１では、第２経路８２を通過する酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）、第１経路８０を通過する酸素の量は、４０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１は、１．０（ｍｍ）なので、評価値は、（１６０／４０）×（０．５／１．０）＝２．０００、となり、評価値は１より大きい値となる。

なお、第２経路８２でプラズマ化された第２混合ガスは、酸素の量が多いため高温になり易いが、第１経路８０でプラズマ化された第１混合ガスは、酸素の量が少ないので、第１経路８０でプラズマ化された第１混合ガスと第２経路８２でプラズマ化された第２混合ガスとが混合されて、プラズマ化混合ガスとして噴出口１４ａから放出されることで、プラズマ化混合ガスが高温になることを抑制することができ、樹脂等の溶融温度が低い基材１１に対しても成膜することができる。このことは、以下に述べる実施例２〜４でも同様のことが言える。

（実施例２）
実施例２では、図２又は図３の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。実施例２では、図５に示すように、第１距離Ｌ１は、１．５（ｍｍ）に設定され、第１経路８０に供給される第１混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０に供給されるアルゴンの量は、１５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、５（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第１混合ガスの酸素濃度は、約０．０３（％）である。また、第２距離Ｌ２は、第１距離Ｌ１より短い０．５（ｍｍ）に設定され、第２経路８２に供給される第２混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第２混合ガスの酸素濃度は、約３．１０（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、２０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、１６５（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

実施例２では、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしたので、詳しくは、第２距離Ｌ２を０．５（ｍｍ）にしたので、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を第１経路８０に供給する酸素の濃度及び量より多くしても、第２混合ガスをプラズマ化することができる。従って、活性化された成膜用原材料の酸化結合を促進するプラズマ化酸素の量を多くすることができる。

また、第１距離Ｌ１を第２距離Ｌ２より長くしたので、詳しくは、第１距離Ｌ１を１．５（ｍｍ）にしたので、第１経路８０に供給するアルゴンの濃度及び量を、第２経路８２に供給するアルゴンの濃度及び量より多くしても、アルゴンをプラズマ化することができる。従って、成膜用原材料の分子の分解（成膜原材料の活性化）を促進することができるプラズマ化アルゴンの量を多くすることができる。また、実施例２においては、第１距離Ｌ１を実施例１より長くしたので、実施例１に比べプラズマ化されるアルゴンの量を更に多くすることが可能となる。

プラズマ化酸素の量及びプラズマ化アルゴンの量を多くすることができるので、成膜速度が約２８０（ｎｍ／ｍｉｎ）となり、成膜速度が向上する。また、実施例２においては、プラズマ化されるアルゴンの量が実施例１より多くなるので、成膜速度は実施例１より速くなる。実施例２では放電状態の均一性が保たれる。

実施例２では、第２経路８２を通過する酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）、第１経路８０を通過する酸素の量は、５（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１は、１．５（ｍｍ）なので、評価値は、（１６０／５）×（０．５／１．５）≒１０．６６７となり、評価値は１より大きい値となる。

（実施例３）
実施例３では、図４の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。実施例３では、図５に示すように、第１距離Ｌ１は、１．０（ｍｍ）に設定され、第１経路８０に供給される第１不活性ガス又は第１混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０に供給されるアルゴンの量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、４０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第１混合ガスの酸素濃度は、約０．４０（％）である。また、第２距離Ｌ２は、第１距離Ｌ１より短い０．５（ｍｍ）に設定され、第２経路８２に供給される第２混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、２４０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第２混合ガスの酸素濃度は、約４．５８（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、１５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、２８０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

実施例３では、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしたので、詳しくは、第２距離Ｌ２を０．５（ｍｍ）にしたので、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を第１経路８０に供給する酸素の濃度及び量より多くしても、酸素をプラズマ化することができる。また、実施例３では、第４電極５６を被覆する誘電体９０を設けたので、第２距離Ｌ２が同じ実施例１及び実施例２に比べ、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を多くしても、酸素をプラズマ化することができる。従って、活性化された成膜用原材料の酸化結合を促進するプラズマ化酸素の量を実施例１及び実施例２より多くすることができ、ＣＶＤ反応速度が大幅に向上する。

図６は、電極間距離と、プラズマ化することができる酸素の量との関係を示すグラフである。横軸ｘは、電極間距離を示し、縦軸ｙは、プラズマ化することができる酸素の量を示す。実線で示すグラフは、ｘ×ｙ＜８０の関数を表すグラフであり、電極間距離が長くなる程、プラズマ化することができる酸素の量は減少する。ｘ×ｙ＜８０の関係式を満たすように、第３電極５４及び第４電極５６間の距離である第２距離Ｌ２と、第２経路８２に供給される酸素の量とを設定することで、第２経路８２に供給される酸素をプラズマ化することができる。

破線で示すグラフは、電極間に誘電体９０を設けたときの、電極間距離と、プラズマ化することができる酸素の量との関係を示すものである。図６に示すように、誘電体９０を設けると、同じ電極間距離であっても、プラズマ化することができる酸素の量が上昇する。従って、実施例３においては、第４電極５６に誘電体９０を設けることで、より多くの酸素を第２経路８２に供給しても、酸素をプラズマ化することが可能となる。

また、実施例３では、第１距離Ｌ１を第２距離Ｌ２より長くしたので、詳しくは、第１距離Ｌ１を１．０（ｍｍ）にしたので、第１経路８０に供給するアルゴンの濃度及び量を、第２経路８２に供給するアルゴンの濃度及び量より多くしても、アルゴンをプラズマ化することができる。従って、成膜用原材料の分子の分解（成膜原材料の活性化）を促進することができるプラズマ化アルゴンの量を多くすることができる。

プラズマ化酸素の量及びプラズマ化アルゴンの量を多くすることができるので、成膜速度が約２１０（ｎｍ／ｍｉｎ）となり、成膜速度が向上する。また、実施例３においては、プラズマ化される酸素の量が実施例１より多くなるので、成膜速度は実施例１より速くなる。実施例３では放電状態の均一性が保たれる。なお、成膜速度をより向上させるためには、プラズマ化酸素の量とプラズマ化アルゴンの量を共に多くする必要があるため、プラズマ化アルゴンの量が多い実施例２の方が実施例３より成膜速度が速い。

実施例３では、第２経路８２を通過する酸素の量は、２４０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）、第１経路８０を通過する酸素の量は、４０（ｍｌ／ｍｍ）、第１距離Ｌ１は、１．０（ｍｍ）なので、評価値は、（２４０／４０）×（０．５／１．０）＝３．００、となり、評価値は１より大きい値となる。

（実施例４）
実施例４では、図４の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。実施例４では、図５に示すように、第１距離Ｌ１は、１．５（ｍｍ）に設定され、第１経路８０に供給される第１混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０に供給されるアルゴンの量は、１５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、５（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第１混合ガスの酸素濃度は、約０．０３(％)である。また、第２距離Ｌ２は、第１距離Ｌ１より短い０．５（ｍｍ）に設定され、第２経路８２に供給される第２混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、２４０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第２混合ガスの酸素濃度は、約４．５８（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、２０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、２４５（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

実施例４では、実施例３と同様に、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしたので、詳しくは、第２距離Ｌ２を０．５（ｍｍ）にしたので、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を第１経路８０に供給する酸素の濃度及び量より多くしても、酸素をプラズマ化することができる。また、実施例４では、第４電極５６を被覆する誘電体９０を設けたので、第２距離Ｌ２が同じ実施例１及び実施例２に比べ、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を多くしても、酸素をプラズマ化することができる。従って、活性化された成膜用原材料の酸化結合を促進するプラズマ化酸素の量をより多くすることができ、ＣＶＤ反応速度が大幅に向上する。

また、第１距離Ｌ１を第２距離Ｌ２より長くしたので、詳しくは、第１距離Ｌ１を１．５（ｍｍ）にしたので、第１経路８０に供給するアルゴンの濃度及び量を、第２経路８２に供給するアルゴンの濃度及び量より多くしても、アルゴンをプラズマ化することができる。従って、成膜用原材料の分子の分解（成膜原材料の活性化）を促進することができるプラズマ化アルゴンの量を多くすることができる。また、実施例４においては、第１距離Ｌ１を実施例１及び実施例３より長くしたので、実施例１及び実施例３に比べプラズマ化されるアルゴンの量を更に多くすることができる。

プラズマ化酸素の量及びプラズマ化アルゴンの量を多くすることができるので、成膜速度が約３９０（ｎｍ／ｍｉｎ）となり、成膜速度が向上する。また、実施例４においては、プラズマ化されるアルゴンの量が実施例１及び実施例３より多くなり、プラズマ化される酸素の量が実施例１及び実施例２より多くなるので、成膜速度は実施例１〜実施例３より速くなる。実施例４では放電状態の均一性が保たれる。

実施例４では、第２経路８２を通過する酸素の量は、２４０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）、第１経路８０を通過する酸素の量は、５（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１は、１．５（ｍｍ）なので、評価値は、（２４０／５）×（０．５／１．５）＝１６．０００、となり、評価値は１より大きい値となる。

（実施例５）
実施例５では、図２又は図３の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。実施例５では、図５に示すように、第１距離Ｌ１は、１．０（ｍｍ）に設定され、第１経路８０に供給される第１混合ガスのガス種は、第１不活性ガスとしてのアルゴンである。第１経路８０に供給されるアルゴンの量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）であり、酸素の量は、０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第１混合ガスの酸素濃度は０．００（％）である。また、第２距離Ｌ２は、第１距離Ｌ１より短い０．５（ｍｍ）に設定され、第２経路８２に供給される第２混合ガスのガス種は、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、第２混合ガスの酸素濃度は、約３．１０（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、１５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素ガスの総量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

実施例５では、実施例１と同様の第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２であるが、第１経路８０に酸素を供給していない。しかしながら、第２距離Ｌ２を第１距離Ｌ１より短くしたので、詳しくは、第２距離Ｌ２を０．５（ｍｍ）にしたので、第２経路８２に供給する酸素の濃度及び量を第１経路８０に供給する酸素の濃度及び量より多くしても、酸素をプラズマ化することができる。従って、第２経路８２では、活性化された成膜用原材料の酸化結合を促進するプラズマ化酸素の量を、第１経路８０より多く生成できる。言い換えれば安定的に放電できる。

また、第１距離Ｌ１を第２距離Ｌ２より長くしたので、詳しくは、第１距離Ｌ１を１．０（ｍｍ）にしたので、第１経路８０に供給するアルゴンの濃度及び量を多くしても、アルゴンをプラズマ化することができる。言い換えれば安定的に放電できる。つまり、成膜用原材料の分子の分解（成膜原材料の活性化）を促進することができるプラズマ化アルゴンの量を多くすることができる。

実施例５においては、第１経路８０への酸素供給を行わないことで、実施例１に比べアルゴンのプラズマ密度を更に高くすることが可能となり、また実施例１に比べプラズマ化される酸素の量が減少する。これにより成膜速度は、１９０（ｎｍ／ｍｉｎ）となり、実施例１と比べ殆ど変らないが、成膜速度は比較例１より速くなり、放電状態の均一性が保たれる。

また、第２経路８２を通過する酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１経路８０を通過する酸素の量は、０（ｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１は、１．０（ｍｍ）、第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）なので、評価値は、（１６０／０）×（０．５／１．０）＝＋∞となり、評価値は１より大きい値となる。

（比較例１）
比較例１では、図２及び図３に示すような対向電極型プラズマ発生装置１４を用いたが、実施例１及び実施例２とは異なり、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との長さは同一である。つまり、比較例１では、従来からある対向電極型プラズマ発生装置を用いた。また、第１経路８０及び第２経路８２には、同一の混合ガスが供給される。

図５に示すように、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、共に１．０（ｍｍ）であり、第１経路８０及び第２経路８２に供給される混合ガスは、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、４０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、混合ガスの酸素濃度は、約０．４０（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、２０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、８０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。比較例１では、放電状態の均一性が保たれ、成膜速度は、約１１０（ｎｍ／ｍｉｎ）となる。

比較例１では、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２が共に１．０（ｍｍ）であり、実施例１〜４と比べ、プラズマ化される酸素の量が低いので、比較例１の成膜速度は、実施例１〜実施例５に比べ遅い。

比較例１では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量は、４０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、１.０（ｍｍ）なので、評価値は、（４０／４０）×（１．０／１．０）＝１となり、評価値は１より大きな値とならない。

（比較例２）
比較例２では、比較例１と同様の対向電極型プラズマ発生装置１４を用いた。また、第１経路８０及び第２経路８２には、同一の混合ガスが供給される。

図５に示すように、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、共に０．５（ｍｍ）であり、第１経路８０及び第２経路８２に供給される混合ガスは、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、混合ガスの酸素濃度は、約３．１０（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、３２０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。比較例２では、放電状態の均一性が保たれ、成膜速度は、比較例１と同じ約１１０（ｎｍ／ｍｉｎ）となる。

比較例２では、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２の長さを比較例１より短くして、プラズマ化される酸素の量を増やしたが、それに伴い供給されるアルゴンの量が減少したので、プラズマ化アルゴンの量が少なくなり、成膜速度が向上しなかった。

比較例２では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）なので、評価値は、（１６０／１６０）×（０．５／０．５）＝１となり、評価値は１より大きな値とならない。

（比較例３）
比較例３は、比較例１に対して第１経路８０及び第２経路８２に供給される酸素の量のみを２倍に増やしたものであり、それ以外は、比較例１と同様である。

詳しくは、図５に示すように、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、共に１．０（ｍｍ）であり、第１経路８０及び第２経路８２に供給される混合ガスは、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、８０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、混合ガスの酸素濃度は、約０．７９（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、２０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、１６０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

比較例３では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量が多いため、酸素がプラズマ化されなかった。従って、成膜ができず、成膜速度の測定は不能であった。

なお、比較例３では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量は、８０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、１.０（ｍｍ）なので、評価値は、（８０／８０）×（１．０／１．０）＝１となり、評価値は１より大きな値とならない。

（比較例４）
比較例４は、比較例２に対して第１経路８０及び第２経路８２に供給される酸素の量のみを２倍に増やしたものであり、それ以外は、比較例２と同様である。

詳しくは、図５に示すように、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、共に０．５（ｍｍ）であり、第１経路８０及び第２経路８２に供給される混合ガスは、不活性ガスとしてのアルゴンと、気相原材料としての酸素である。第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの量は、５（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の量は、３２０（ｍｌ／ｍｉｎ）であり、混合ガスの酸素濃度は、約６．０２（％）である。

従って、第１経路８０及び第２経路８２に供給されるアルゴンの総量は、１０（ｌ／ｍｉｎ）、酸素の総量は、６４０（ｍｌ／ｍｉｎ）となる。

比較例４では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量が多いため、酸素がプラズマ化されなかった。従って、成膜ができず、成膜速度の測定は不能であった。

なお、比較例４では、第１経路８０及び第２経路８２を通過する酸素の量は、３２０（ｍｌ／ｍｉｎ）、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、０．５（ｍｍ）なので、評価値は、（３２０／３２０）×（０．５／０．５）＝１となり、評価値は１より大きな値とならない。

このように、本実施の形態の対向電極型プラズマ発生装置１４は、第１電極５０及び第２電極５２間の距離が第１距離Ｌ１に設定された第１経路８０と、第３電極５４及び第４電極５６間の距離が第１距離Ｌ１より短い第２距離Ｌ２に設定された第２経路８２を備え、第２経路８２に供給される気相原材料の濃度を、第１経路８０に供給される気相原材料の濃度より高くしたので、第１経路８０によって、プラズマ化される不活性ガスの量を増やすことができ、第２経路８２によってプラズマ化される気相原材料の量を増やすことができ、その結果、成膜速度を向上させることができる。

また、第２経路８２は、第３電極５４又は第４電極５６を被覆する誘電体９０を有するので、第２経路８２によってプラズマ化される気相原材料の量を更に増やすことができ、成膜速度を向上させることができる。

また、第１距離Ｌ１、第２距離Ｌ２、第１経路８０を通過する気相原材料の量、及び、第２経路８２を通過する気相原材料の量は、（第２経路８２を通過する気相原材料の量×第２距離Ｌ２）／（第１経路８０を通過する気相原材料の量×第１距離Ｌ１）＞１、の関係式を有するので、第１経路８０によって、プラズマ化される不活性ガスの量を増やすことができ、第２経路８２によってプラズマ化される気相原材料の量を増やすことができ、その結果、成膜速度を向上させることができる。

第１経路８０でプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２経路８２でプラズマ化された第２混合ガスとを噴出する噴出口１４ａを有するので、プラズマ化されたエネルギーが失活する前に、プラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２混合ガスとを混合して噴出することができる。

また、第２経路８２に供給される第２混合ガスは、酸素濃度が高いので、第２経路８２でプラズマ化された第２混合ガスは高温になり易いが、第１経路８０に供給される第１不活性ガス又は第１混合ガスは、酸素濃度が低い乃至酸素を含まないので第１経路８０でプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスは高温になり難い。従って、第１経路８０でプラズマ化された第１不活性ガス又は第１混合ガスと、第２経路８２でプラズマ化された第２混合ガスとが混合されて、噴出口１４ａから放出されることで、噴出口１４ａから放出されるプラズマ化混合ガスが高温になることを抑制することができ、樹脂等の溶融温度が低い基材１１に対しても成膜することができる。

以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…プラズマ成膜装置 １１…基材
１２…原料供給部 １４…対向電極型プラズマ発生装置
１４ａ…噴出口 ５０…第１電極
５２…第２電極 ５４…第３電極
５６…第４電極 ５８…仕切板
６０ａ、６０ｂ…高周波電源 ８０…第１経路
８２…第２経路 ９０…誘電体

Claims (4)

1. 対向電極型プラズマ発生装置において、
   一対の電極間の距離が第１距離に設定された第１経路と、
   一対の電極間の距離が前記第１距離より短い第２距離に設定された第２経路と、
   を備え、
   前記第１経路には、不活性ガス、又は、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、
   前記第２経路には、気相原材料及び不活性ガスを有する混合ガスが供給され、
   前記第２経路に供給される気相原材料の濃度は、前記第１経路に供給される気相原材料の濃度より高い
   ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
2. 請求項１に記載の対向電極型プラズマ発生装置において、
   前記第２経路は、少なくとも一方の電極を被覆する誘電体を有する
   ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の対向電極型プラズマ発生装置において、
   前記第１距離、前記第２距離、前記第１経路を通過する気相原材料の量、及び、前記第２経路を通過する気相原材料の量は、以下の関係式を有することを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。
   （（前記第２経路を通過する気相原材料の量）／（前記第１経路を通過する気相原材料の量））×（（前記第２距離）／（前記第１距離））＞１
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の対向電極型プラズマ発生装置において、
   前記第１経路でプラズマ化された不活性ガス又は混合ガスと、前記第２経路でプラズマ化された混合ガスとを噴出する噴出口を有する
   ことを特徴とする対向電極型プラズマ発生装置。

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