TWI406809B - 碳構造體之製造裝置及製造方法 - Google Patents

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Description

碳構造體之製造裝置及製造方法
本發明係關於碳構造體之製造裝置及製造方法。本申請案係根據2006年9月1日於日本所申請之日本特願2006－238305號而主張優先權，並在此援用該內容。
碳奈米壁、碳奈米管、碳奈米纖維等之碳構造體(碳奈米構造體)，乃令人期待可廣泛應用於半導體裝置、燃料電池的電極等之種種領域。於下列文獻中，係揭示有關於碳構造體的製造手法之技術的一例。
[專利文獻1]日本特開2005－307352號公報[專利文獻2]日本特開2005－097113號公報[專利文獻3]日本特開2006－069816號公報
例如，於使用配置在成膜室內之電極而於該成膜室內生成電漿，並將碳氫化合物系氣體等之原料氣體供應至該成膜室，而藉此於基板上形成碳構造體時，碳會被供應至電極的一部分、或是成膜室之內壁面的一部分等之基板以外的構件，而導致於該構件上形成碳膜。
例如於電極上形成碳膜時，由於該電極所生成之電漿狀態的變動等，而無法將電漿生成於期望狀態，結果即無法良好地於基板上形成碳構造體。
此外，不僅在電極上，例如亦可能產生：較多的碳膜形成於電極附近之成膜室的內壁面的一部分區域中之情形。該所形成的碳膜容易剝離，且剝離的碳膜乃作為雜質而作用。因此當雜質附著於基板時，即無法良好地於基板上形成碳構造體。
此外，以防止碳膜形成於電極上、及構成電極材料之元素作為雜質而混入於碳構造體等為目的，係考量有從玻璃等之非金屬材料的窗中將微波導入至成膜室內之微波電漿CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法；以石英管等的非金屬材料作為反應容器，並藉由配置於此周圍之高頻線圈，將電漿形成於反應容器的預定部分之方法等；以及進行無電極放電之方法；然而，於採用此等方法時，由於會在導入微波之窗的內面或是反應容器的內面上形成碳膜，因此若持續進行製程，則電力會集中於碳膜的析出部分而進行加熱。如此，該部分的溫度會相對地上升，而可能有產生因構成窗及成膜室之玻璃等的非金屬材料的熔解所造成之變形、或是因熱衝擊所造成之破壞之虞。此外，於使用橡膠製的O型環作為窗等的密封材時，若因上述現象而於窗的內面形成碳膜並使電力集中，則可預測到容易超過密封材的耐熱溫度。這些結果會導致無法保持真空狀態等之裝置運轉上的重大損害。
從這些情況來看，於形成碳構造體之裝置中，必須頻繁的進行電極及/或成膜室(反應容器)的清潔及/或交換。
本發明係鑑於上述情況而創作出之發明，目的在於提供一種於在基板上形成碳構造體時，可抑制雜質等的產生並且能夠橫跨大面積而良好地形成碳構造體之製造裝置及製造方法。此外，目的在於提供一種可於同一成膜室內，進行作為碳構造體的底層所形成之金屬膜或觸媒微粒子的形成之製造裝置及製造方法。
為了解決上述課題，本發明係採用下列構成。
本發明的第1型態係提供一種碳構造體之製造裝置，係於基板上形成碳構造體者，其具備：第1室，形成用以收納上述基板之第1空間；原料氣體供應裝置，將用以形成上述碳構造體之原料氣體供應至上述第1空間；第2室，形成與上述第1空間為不同的第2空間；氣體供應裝置，將用以生成電漿之氣體供應至上述第2空間；電漿生成裝置，於上述第2空間中生成電漿；開口，連接上述第1空間與上述第2空間；及電漿導入裝置，經介於上述開口，將於上述第2空間中所生成之上述電漿導入至上述第1空間；並且，藉由導入至上述第1空間之上述電漿，使用上述原料氣體而於上述基板上形成上述碳構造體。
根據本發明的第1型態，由於係分離為供應有用以形成碳構造體之原料氣體之第1空間、及用以生成電漿之第2空間，因此可抑制對第2空間之原料氣體的供應，進而抑制被配置在第2空間中的電漿生成裝置中所包含之電極上形成碳膜等之情形。此外，由於在第1空間中不具有電極等，因此可抑制於電極附近之第1室的內壁面的一部分區域形成有較多碳膜之情形。因此可抑制雜質的產生，而可使用期望狀態的電漿良好地形成碳構造體。
於上述型態的製造裝置中，可採用下列構成，亦即將上述第1空間的壓力設定為較上述第2空間還低。
藉此，可產生從第2空間至第1空間之流動，並圓滑地將於第2空間中所生成之期望狀態的電漿導入至第1空間。此外，亦可抑制第1空間的物質流入至第2空間。
於上述型態的製造裝置中，可採用下列構成，亦即具備有配置於上述開口的附近、且將上述第1空間的上述電漿整形為薄片狀之磁場生成裝置者。
藉此，可於基板上的寬廣區域上迅速形成碳構造體。
於上述型態的製造裝置中，可採用下列構成，亦即具有以被配置於上述第1空間之方式將靶材材料予以保持之保持構件，並且具備：將基於被導入至上述第1空間之上述電漿中的非活性氣體所生成之離子粒子予以照射至上述靶材材料，而從上述靶材材料中放射出用以於上述基板上形成導電性膜及觸媒微粒子中至少一者之濺鍍粒子之濺鍍裝置。
藉此，可於第1空間中，進行依據濺鍍法之金屬膜的形成動作、以及依據電漿CVD法之碳構造體的形成動作之兩者。因此，例如不會使基板暴露於大氣等環境中而能夠於基板上連續形成期望的金屬膜及/或觸媒微粒子與碳構造體。此外，可於同一空間(第1空間)中執行採用不同手法之形成動作(採用濺鍍法之形成動作、採用電漿CVD法之形成動作)，藉此可防止製造裝置全體之構造的複雜化，而分別圓滑地形成金屬膜及碳構造體。
本發明的第2型態係提供一種碳構造體之製造方法，係於基板上形成碳構造體者，其包含：將用以形成上述碳構造體之原料氣體供應至收納有上述基板之第1空間之步驟；於與上述第1空間為不同的第2空間中生成電漿之步驟；經介於開口，將於上述第2空間中所生成之上述電漿導入至上述第1空間之步驟；及藉由導入至上述第1空間之上述電漿，使用上述原料氣體而於上述基板上形成上述碳構造體之步驟。
根據本發明的第2型態，由於係分離為供應有用以形成碳構造體之原料氣體之第1空間、及用以生成電漿之第2空間，因此可抑制對第2空間之原料氣體的供應，進而抑制於被配置在第2空間中的電漿生成裝置中所包含之電極上形成碳膜等之情形。此外，由於在第1空間中不具有電極等，因此可抑制於電極附近之第1室的內壁面的一部分區域形成有較多碳膜之情形。因此可抑制雜質的產生，使用期望狀態的電漿，而良好地形成碳構造體。
於上述型態的製造方法中，可採用下列構成，亦即於上述基板上形成上述金屬膜及觸媒微粒子的至少一種之後，形成上述碳構造體。
藉此，即使例如於基板上不易直接形成碳構造體時，可藉由在基板上形成金屬膜及/或觸媒微粒子，而能夠於該基板上所形成之金屬膜及/或觸媒微粒子上，良好地形成觸媒微粒子。
於上述型態的製造方法中，可採用下列構成，亦即於上述基板上形成上述碳構造體之後，形成觸媒微粒子。
藉此，可將碳構造體形成為期望狀態。
根據本發明，可抑制電極等的污染及雜質等的產生，而能夠於大面積的基板上良好地形成碳構造體。
以下係參照圖式，說明本發明的實施型態。於以下的說明中，係設定XYZ直交座標系，並參照此XYZ直交座標系而說明各構件的位置關係。此外，由於將原點設定於之後所述的電漿源，因此將水平面內的預定方向設定為X軸方向，將水平面內與X軸方向直交之方向設定為Y軸方向，將分別與X軸方向及Y軸方向直交之方向(亦即為垂直方向)設定為Z軸方向。此外，分別將X軸、Y軸及Z軸周圍的旋轉方向設定為θ X、θ Y、θ Z方向。
第1實施型態
接下來說明本發明的第1實施型態。第1圖係顯示本發明的第1實施型態之碳構造體之製造裝置FA的概略構成圖。碳構造體係包含所謂的碳奈米構造體。碳奈米構造體係例如包含碳奈米壁、碳奈米管、碳奈米纖維、碳奈米薄片、及碳奈米薄膜等。
於本實施型態中，係以製造裝置FA藉由將碳奈米構造體形成於基板W上而製造出碳奈米構造體之情況為例而進行說明，但是本發明並不限定於此。只要為含碳之構造體，則製造裝置FA均可製造該構造體。亦即，製造裝置FA所能夠形成之碳構造體(碳奈米構造體)並不限定於上述構造體，亦可製造出任意的碳構造體(碳奈米構造體)。
於第1圖中，製造裝置FA係具備：第1室1，形成用以收納基板W之第1空間1A；原料氣體供應裝置3，將用以形成碳構造體之原料氣體供應至第1空間1A；第2室2，形成與第1空間1A為不同的第2空間2A；第1放電用氣體供應裝置4G，將用以生成電漿之放電用氣體供應至第2空間2A；電漿生成裝置4，包含於第2空間2A中用以生成電漿之電漿源4A；開口5，連接第1空間1A與第2空間2A；及電漿導入裝置6，經介於開口5，將於第2空間2A中所生成之電漿導入至第1空間1A。
此外，製造裝置FA係具備用以保持基板W之基板固持具7。基板固持具7係配置於第1空間1A，且以將基板W配置於第1空間1A之方式地保持該基板W。基板固持具7係以使基板W的表面(形成有碳構造體之面)與XY平面幾乎呈平行之方式保持該基板W。此外，基板固持具7係具備有可調整所保持之基板之溫度的溫度調整裝置。於基板固持具7(及保持於基板固持具7之基板W)中施加有正或負的電位。
關於基板W，只要於該表面上可形成碳構造體，則可由任意的材料所形成，例如可由矽(Si)等半導體材料、玻璃(石英)等絕緣性材料、及鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)及這些金屬的合金等之導電性材料(金屬材料)等所形成。此外，亦可由導電性陶瓷材料形成基板W。於本實施型態中，係使用矽晶圓作為基板W。
第1室1為所謂的真空室(成膜室)，第1室1的第1空間1A係藉由圖中未顯示的真空系統而設定於至少較大氣壓還低之壓力。第2室2為所謂的放電室，係配置於第1室1的外側，且形成與第1空間(成膜空間)1A為不同的第2空間(放電空間)2A。第1空間1A的壓力係設定為較第2空間2A還低。
原料氣體供應裝置3為將用以形成碳構造體之原料氣體予以供應至配置有基板W之第1空間1A者，並供應例如為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔或包含這些化合物之混合物的碳氫化合物系氣體以作為原料氣體。原料氣體供應裝置3亦可供應碳氫化合物系氣體及氫氣兩者。於本實施型態中，原料氣體供應裝置3係供應甲烷(CH3 )及氫氣(H2 )。
於第1空間1A的預定位置中，配置有與原料氣體供應裝置3連接之噴嘴(nozzle)構件3A，從原料氣體供應裝置3所送出之原料氣體，係經介供應管3L而被供應至噴嘴構件3A。從原料氣體供應裝置3所送出並於供應管3L中流通之原料氣體，係經介噴嘴構件3A而放出至第1空間1A。此外，於供應管3L的中途，配置有可將此供應管3L的流路予以開閉之閥機構3B。
此外，於第1室1的預定位置(於本實施型態中，為第1室1之上端及下端的預定位置)，形成有可將第1空間1A的氣體予以排氣之排氣口1K。
此外，於第1室1之外壁面的預定位置中，配置有大口徑且為空心之線圈1M，於本實施型態中，製造裝置FA係具有：於開口5的附近以包圍第2空間2A之方式配置於－X側的外壁面之第1線圈1M、及配置於＋X側的外壁面之第2線圈1M。
電漿生成裝置4係包含可於第2空間2A中生成電漿之電漿槍(Plasma Gun)，例如為日本特開平6－119992號公報、日本特開2001－240957號公報等所揭示之電漿槍。包含電漿槍之電漿生成裝置4可將所生成之電漿供應至第1空間1A。
於本實施型態中，電漿生成裝置4係包含日本特開平6－119992號公報所揭示之電漿源4A。電漿源4A係配置於第2空間2A。
此外，製造裝置FA係具備：將用以於第2空間2A中生成電漿之放電用氣體予以供應之第1放電用氣體供應裝置4G。第1放電用氣體供應裝置4G為將於電漿生成裝置4中被放電之放電用氣體予以供應至配置於第2空間2A中之電漿源4A者，且供應例如為氬氣等非活性氣體以作為放電用氣體。從第1放電用氣體供應裝置4G中所送出之放電用氣體(於本實施型態中為氬氣)，係經介供應管4L而供應至電漿源4A。此外，於供應管4L的中途，配置有可將此供應管4L的流路予以開閉之閥機構4B。
電漿生成裝置4的電漿源4A係藉由電弧放電將所供應的放電用氣體予以電漿化。電漿生成裝置4的電漿源4A係將從第1放電用氣體供應裝置4G所供應之氬氣予以電漿化，而生成該氬氣的電漿。
於本實施型態中，電漿生成裝置4亦可例如藉由利用來自於鎢絲的熱電子放出之直流放電，而將放電用氣體予以電漿化。
電漿導入裝置6為用以將藉由電漿生成裝置4的電漿源4A在第2空間2A所生成之電漿經介開口5而導入至第1空間1A者，並包含一對的環狀電極6M。
於與電極6M對向之位置上配置有對向電極8，藉由電漿生成裝置4於第2空間2A中所生成的電漿之電子流，係藉由電極6M而被加速，並經介開口5而導入(照射)至第1空間1A。
此外，於本實施型態中，製造裝置FA係具備：配置於開口5的附近且將第1空間1A中的電漿整形為薄片狀之磁場生成裝置9。磁場生成裝置9係具備：以包夾開口5而對向之方式配置的一對永久磁鐵9A。一對永久磁鐵9A係以同極彼此(例如N極彼此或S極彼此)互為對向之方式配置。由電漿生成裝置4所生成，且於通過開口5時於YZ平面內幾乎呈圓形之電漿，係藉由磁場生成裝置9而於YZ平面內被整形為Y軸方向較長之薄片狀。於以下的說明中，係將藉由磁場生成裝置而被整形為薄片狀之電漿權宜地稱為薄片電漿10。
此外，於本實施型態中，係以永久磁鐵9A將電漿整形為薄片狀，但亦可藉由設置於第1室1的兩端之線圈1M所形成的磁場，將電漿予以整形。惟為了使第1空間1A中所形成的電漿達到高密度化，而對大面積的基板W形成均勻的電漿場，較理想為藉由永久磁鐵9A而形成薄片狀的電漿。
電極6M係相對於由基板固持具7所保持之基板W為配置於－X側，對向電極8則配置於＋X側。薄片電漿10係從電極6M側(第1空間1A的－X側)朝向對向電極8側(第1空間1A的＋X側)行進。薄膜電漿10的表面及內面係與XY平面幾乎平行。供應原料氣體之噴嘴構件3A與基板固持具7所保持之基板W係以包夾薄膜電漿10而對向之方式地被配置。
接著說明具有上述構成之製造裝置FA的動作。於基板W保持於基板固持具7之後，藉由溫度調整裝置以調整基板W的溫度。之後從原料氣體供應裝置3，經介噴嘴構件3A將用以形成碳構造體之原料氣體供應至第1空間1A內。此外，於電漿生成裝置4中，放電用氣體係從第1放電用氣體供應裝置4G被供應至第2空間2A中所配置之電漿源4A，而生成電漿。
藉由電漿生成裝置4而於第2空間2A中所生成之電漿，係藉由包含電極6M之電漿導入裝置6，經介開口5而被導入至第1空間1A。電漿係朝向＋X方向於第1空間1A中行進。於第1空間1A之開口5的附近，配置有包含永久磁鐵9A之磁場生成裝置9。導入至第1空間1A之電漿係沿著與基板固持具7所保持之基板W的表面(形成有碳構造體之一面)幾乎平行之XY平面而擴散，並被轉換為薄片電漿10。
用以形成碳構造體之原料氣體，係從原料氣體供應裝置3，經介噴嘴構件3A被供應至第1空間1A內。第1室1內的薄片電漿10係將第1室1內的原料氣體予以激發而離子化。由導入至第1空間1A之電漿所激發而離子化之原料氣體，係於基板固持具7所保持之基板W的表面上形成碳構造體。
如以上所說明般，於本實施型態中，於用以在基板W上形成碳構造體之第1室1的第1空間1A，並未配置包含有用以生成電漿之電漿生成裝置4的電極等之電漿源，而是將構成電漿生成裝置4之電漿源(電極)等構件，配置於與第1空間1A為不同的第2空間2A，因此可抑制碳膜形成於構成電漿生成裝置4之構件上。於電漿源等形成碳膜時，可能使所生成之電漿的狀態產生變動，而無法於基板W上形成期望狀態的碳構造體。此外，形成於基板W以外的構件上之碳膜，容易從該構件中剝離，該剝離的碳膜乃作為雜質而作用，因此若該雜質附著於基板W，則可能存有製造出之碳構造體的性能惡化之虞。於本實施型態中，由於係將用以在基板W上形成碳構造體之第1空間1A、及配置有用以產生電漿的電漿源4A等之第2空間2A予以分離，因此可抑制上述缺失的產生。
此外，於供應有原料氣體之第1空間1A中並無電漿源等，而是於第2空間2A中形成電漿，因此，例如可抑制於第1室1的內壁面之局部區域上形成較多的碳膜之缺失。例如，於第1室1之第1空間1A的內側配置有用以生成電漿之電漿源時，可能因依據該電漿源所生成之電漿的狀態之不同，而例如於電漿源附近之第1室1的內壁面之局部區域上形成較多的碳膜。例如於依據該電漿源所生成之電漿產生區域中供應有原料氣體時，可能於該電漿產生區域附近之第1室1的內壁面之局部區域上形成較多的碳膜。此外，即使例如以玻璃管等形成成膜室，於該成膜室的外側配置電極或線圈等，並使用配置於該成膜室的外側之線圈等，將電漿形成於成膜室的內側時，亦可能於該線圈附近之成膜室的內壁面的一部分區域上形成較多的碳膜。此外，若於第1室1的內壁面之局部區域上形成較多的碳膜，則電力僅集中於該部分，可能導致該部分的溫度過度上升。此時，可能使第1室1的一部分劣化，或是無法良好地進行基板W上之碳構造體的形成。於本實施型態中，由於在第1室1的第1空間1A中不具有電漿源，因此可抑制此缺失的產生。
此外，於本實施型態中，由於第1空間1A的壓力設定為較第2空間2A還低，因而產生從第2空間2A朝向第1空間1A之氣流。藉此可抑制第1空間1A的原料氣體流入至配置有電漿源4A之第2空間2A。亦即，於本實施型態中，原料氣體幾乎不流入至產生電漿之電漿生成裝置4中，或是即使流入亦為微量，因此於用以產生電漿之電漿源4A等，幾乎不會形成碳膜。
此外，於第1室1的內壁面上雖然可能形成碳膜，但該量亦為微量。此外，由於第1室1的內壁面與基板W之間的距離、或第1室1的內壁面與薄片電漿10之間的距離較大，因此可抑制從第1室1的內壁面所產生之雜質附著於基板W。
此外，於對向電極8上雖然可能形成碳膜，但該量亦為微量。此外，由於對向電極8並非用以生成電漿之電極，而是從第2空間2A將電漿導入至第1空間1A之電極，因此，即使於對向電極8上形成碳膜，亦不會產生所生成之電漿的狀態發生變動之缺失。
此外，於本實施型態中，於第1空間1A中，係藉由生成與基板W之表面幾乎平行之薄片電漿10，而能夠於高電漿密度下，圓滑且高速地將均勻的碳構造體形成於基板W表面的寬廣區域上。
此外，於本實施型態中，可於正確的規則下將碳構造體層積於基板W上，而製造出具有期望構造之碳構造體。因此能夠形成具有較佳的電場電子放出特性、氫吸收特性、垂直於基板W的表面之方向上的導電性等之碳構造體。
此外，藉由調整基板W的電位，可調整照射(注入)至基板W之離子粒子(包含依據氬氣之離子粒子、依據原料氣體之離子粒子)的量及能量。例如，可藉由調整基板W的電位，如第2A圖的示意圖所示，而降低依據於供應至基板W的原料氣體之離子粒子的供應量，或是如第2B圖的示意圖所示，增加依據於供應至基板W的原料氣體之離子粒子的供應量。具體而言，於施加負的電位至基板W時，可藉由降低該電位的絕對值，而減少供應至基板W之離子粒子的供應量，或是藉由提高該電位的絕對值，而增加供應至基板W之離子粒子的供應量。
此外，於第2圖中，第2B圖之入射離子的能量較第2A圖還大，因此可藉由施加於基板W之負的電位，而調整入射離子的能量。此外，藉由將施加於基板W之電位設定為正，並調整此電位，可抑制離子流入至基板W，並藉由調整電位而形成以自由基為主原料之碳構造體。如此，藉由調整往基板W之離子入射量、離子的能量、及自由基入射量，可調整碳構造體的大小、構成此碳構造體之結晶粒的大小、及石墨化程度。此外，亦可控制電性傳導率及氣體吸附能力等。
此外，藉由使基板固持具7於Z軸方向移動，可調整基板W與薄膜電漿10之間的距離，並藉由此調整而控制電漿與基板W之間的電場強度。此外，可藉由兼用施加於上述基板W之電壓的調整動作及基板W與薄膜電漿10之間之距離的調整動作，而良好地控制離子注入量、能量、及自由基入射量。
此外，於本實施型態中，係使用以電漿導入裝置6的電極6M(或是收歛線圈)所生成之磁力，而有效地將電漿生成裝置4中所生成之電漿導入至第1空間1A。
第2實施型態
接下來說明本發明的第2實施型態。第2實施型態的特徵部分為：製造裝置FA具有以被配置於第1空間1A之方式地將靶材材料T予以保持之保持構件12，並且具備：將基於被導入至第1空間1A之電漿中的非活性氣體所生成之離子粒子予以照射至靶材材料T，而從靶材材料T中放射出用以於基板W上形成金屬膜及/或觸媒微粒子之濺鍍粒子之濺鍍裝置11。亦即，於上述第1實施型態中，係根據所謂的電漿CVD法而形成碳構造體，但是於第2實施型態中，除了根據電漿CVD法而形成碳構造體之動作之外，更執行根據所謂的濺鍍法而形成金屬膜及/或觸媒微粒子之動作。於以下的說明中，與上述第1實施型態為相同或同等的構成部分，係附加相同圖號並簡略或省略該說明。
第3圖係顯示第2實施型態之製造裝置FA的概略構成圖。於第3圖中，製造裝置FA係具備濺鍍裝置11。濺鍍裝置11係具備：保持構件12，包含可保持靶材材料T之電極12A；及第2放電用氣體供應裝置14，可將氬氣等的非活性氣體供應至第1空間1A以作為放電用氣體。
本實施型態之濺鍍裝置11，為將直流電壓施加於靶材材料T與第1室1之間之DC濺鍍裝置，亦可為施加高頻之高頻濺鍍裝置，或是於靶材材料T的內面配置有磁鐵之磁控濺鍍裝置。
包含電極12A之保持構件12，係以使基板固持具7所保持之基板W的表面與靶材材料T為對向之方式，將靶材材料T予以保持。於本實施型態中，靶材材料T係包含鎳(Ni)、鐵(Fe)等金屬。
從第2放電用氣體供應裝置14所送出之非活性氣體(放電用氣體)，係經介供應管14L而供應至第1空間1A。此外，於供應管14L的中途，配置有可將此供應管14L的流路予以開閉之閥機構14B。
濺鍍裝置11係從第2放電用氣體供應裝置14中，供應氬氣以作為放電用氣體，並於第1空間1A之靶材材料T的附近產生電漿，於本實施型態中，為於靶材材料T之－Z側的預定區域(與基板W之間的預定區域)產生電漿。於第1空間1A中產生電漿之電漿產生區域PU’中，係產生基於該放電用氣體之離子粒子p1。濺鍍裝置11係將所生成之離子粒子p1照射至靶材材料T，並從靶材材料T中，放出用以於基板W上形成金屬膜之濺鍍粒子p2。
接著說明具有上述構成之製造裝置FA的動作。當基板W被保持於基板固持具7之後，如第4A圖的示意圖所示，濺鍍裝置11係對靶材材料T進行濺鍍。亦即，製造裝置FA從第2放電用氣體供應裝置14中，將非活性氣體(氬氣)供應至第1空間1A，並將電力施加於電極12A，而於靶材材料T與基板W之間的預定區域中形成電漿產生區域PU’。於依據濺鍍裝置11之濺鍍處理中，電漿生成裝置4並不生成電漿。
藉由將放電用氣體(非活性氣體)供應至電漿產生區域PU’，而生成依據該放電用氣體之離子粒子p1。所生成之離子粒子p1被照射至靶材材料T。藉由將離子粒子p1照射至靶材材料T，從該靶材材料T中放出用以形成金屬膜之濺鍍粒子p2，並於基板W上形成金屬膜。
於以濺鍍裝置11在基板W上形成金屬膜之後，製造裝置FA係停止濺鍍裝置11的動作。之後，如第4B圖的示意圖所示，製造裝置FA藉由原料氣體供應裝置3供應原料氣體至第1空間1A，並藉由電漿生成裝置4生成電漿。藉此，於第1空間1A中生成薄片電漿10，並於基板W的金屬膜上形成碳構造體。
於形成碳構造體時，未施加電壓於靶材材料T，並將基板W加熱至預定溫度為止，使原料氣體於第1室1中流通，且使碳材料堆積於基板W的金屬膜上。此外，亦可設置能夠使保持構件12移動之機構，而構成為於供應原料氣體並於金屬膜上形成碳構造體時，使保持構件12移動並使靶材材料T退出。此時，於產生電漿之電漿生成裝置4中，原料氣體幾乎不流入，或是即使流入亦為微量，因此於用以產生電漿之電漿源4A等，幾乎不會形成碳膜。
如以上所說明，於本實施型態中，於1個第1室1中，可進行依據濺鍍法之金屬膜的形成動作，以及依據電漿CVD法之碳構造體的形成動作之兩者。因此，例如不會使基板W暴露於大氣等的環境中，而可抑制製造裝置FA全體之構造的複雜化，並於基板W上形成期望的膜(構造體)。
此外，於使用碳構造體做為電極材料時，可形成銅、鋁、鈦、鎳鉻合金、金、銀、不銹鋼、鎳等的金屬膜，以作為將電荷供應至碳構造體之導電性膜，再於該金屬膜上形成碳構造體。此外，導電性膜除了上述金屬膜之外，亦可使用ITO、ZnO等的導電性膜。
此外，於所欲形成之碳構造體為碳奈米管時，於以促進碳奈米管的成長(成膜)為目的，於基板W上形成稱為觸媒金屬(觸媒微粒子)之金屬膜時，可根據本實施型態之製造裝置FA，於1個第1室1內，於基板W上形成金屬膜(觸媒金屬)之後，於該觸媒金屬上，依據用以形成碳奈米管之電漿CVD法而執行處理。
此外，不限於觸媒金屬，於使用與碳構造體的接著性並非良好之基板W時，係於該基板W上形成與碳構造體的接著性較為良好的膜之後，於該膜上形成碳構造體(碳奈米壁、碳奈米管、碳奈米纖維等)，藉此，能夠於基板W(金屬膜)上良好地形成碳構造體。此外，亦可將白金、鎳等供應至基板W作為觸媒微粒子後，再形成碳構造體。
此外，不限於導電性膜、觸媒微粒子，亦可於基板W上形成矽等的半導體膜之後，於該半導體膜上形成碳構造體。
第3實施型態
接下來說明本發明的第3實施型態。於上述第2實施型態中，係將電力施加於保持靶材材料T之保持構件12，而於第1空間1A中形成電漿產生區域PU’並形成金屬膜，但是亦可如第5A圖所示般，將電漿生成裝置4中所生成之電漿，導入至配置有靶材材料T之第1空間1A，並使用該導入的電漿(薄膜電漿10)，對靶材材料T進行濺鍍。藉此，亦可於基板W上形成金屬膜。
於本實施型態中，亦可省略第2放電用氣體供應裝置14。另外，當從用以設成在第2空間2A中生成電漿用所需的壓力的第1放電用氣體供應裝置4G而來的氣體供應量無法使第1空間1A的壓力滿足濺鍍所需之預定的壓力時，亦可輔助性地利用第2放電用氣體供應裝置14，並用以將第1空間1A調整至濺鍍所需的壓力。
靶材材料T係被施加相對於薄片電漿10為負的電位，由薄片電漿10所產生之離子粒子p1係對靶材材料T進行濺鍍，並從靶材材料T中放出用以於基板W上形成金屬膜之濺鍍粒子p2。此時，藉由控制基板W的溫度、對基板W之濺鍍粒子p2的入射量、及濺鍍時間等，可控制金屬膜的膜厚、及觸媒微粒子的粒子徑、分布等。
此外較理想為，於金屬膜的形成中，係以使離子粒子p1均勻地照射於靶材材料T的廣泛區域之方式，預先將靶材材料T的寬度(Y軸方向的大小)及薄片電漿10的寬度(Y軸方向的大小)形成為幾乎相同。此外，藉由預先將基板W的大小形成為與靶材材料T的大小幾乎相同或是稍微小，可使所形成之金屬膜的膜厚形成為均勻。
此外，亦可控制電漿源4A而增加照射於靶材材料T之離子粒子p1的量。為了控制離子粒子p1碰撞於靶材材料T之能量時，可增加施加於靶材材料T之濺鍍電壓。此等動作可獨立控制，且與如磁控濺鍍般之僅控制電壓的型態不同，可獨立控制成膜速度及膜的品質等。
接著，於形成碳構造體時，未施加電壓於靶材材料T，並將基板W加熱至預定溫度為止，如第5B圖所示般，供應原料氣體至第1空間1A，且使碳材料堆積於基板W上。此時，於產生電漿之電漿生成裝置4中，原料氣體幾乎不流入，或是即使流入亦為微量，因此於用以產生電漿之電漿源4A等，幾乎不會形成碳膜。此外，此時藉由控制流通至電極6M之電流、施加於基板W之偏壓電壓、及薄片電漿10與基板W之間的距離，可控制照射於基板W之依據原料氣體的離子粒子量、離子能量、及自由基的量，並控制碳構造體的形態及構造。於第5圖中，為了分別明確地表示出依據濺鍍法以形成金屬膜之動作，以及依據電漿CVD法以形成碳構造體之動作，係於相對於基板W為＋Z側上，於第5A圖中配置有靶材材料T，於第5B圖中配置有噴嘴構件3A，此外，於第1空間1A中更設置有，可分別使靶材材料T及噴嘴構件3A於第1空間1A內自由移動之機構，以及對於第1空間1A內進行導入及退出之機構，藉此可執行濺鍍法及電漿CVD法兩者。此外，噴嘴構件3A並不一定須配置於基板W的正面，只要可將原料氣體導入至第1空間1A內即可。
第4實施型態
接下來說明第4實施型態。於上述第2、第3實施型態中，係於基板W形成金屬膜及/或觸媒微粒子後，再形成碳構造體，但例如亦可於基板W形成碳構造體後，再形成觸媒微粒子。如上述第2、第3實施型態中所說明之、依據濺鍍法以形成金屬膜及/或觸媒微粒子之動作，可於在基板W上形成碳構造體之動作後執行。例如，可於基板W上形成碳構造體之後，藉由濺鍍法將預定的材料入射至碳構造體的表面。例如於使用碳構造體做為燃料電池的電極材料時，可將白金、鎳等作為觸媒微粒子，供應至基板W上所形成之碳構造體。所供應之白金、鎳等的觸媒微粒子，係擔持於碳構造體。
於上述第2至第4實施型態中，於形成碳構造體時，可能會於靶材材料T的表面上附著有碳，或是靶材材料T的原子作為雜質而混入於碳構造體。藉由設置能夠使靶材材料T於Z軸方向移動之移動機構以使該靶材材料T退出，可抑制碳附著於靶材材料T的表面，或是抑制靶材材料T的原子作為雜質而混入於碳構造體。此外，亦可藉由遮蔽構件或閥機構等，將靶材材料T收納於與第1空間1A所遮蔽之空間(室)內。
(產業利用可能性)
如以上所說明般，根據本發明，可抑制電極等的污染及雜質等的產生，而能夠於大面積的基板上良好地形成碳構造體。
1．．．第1室
1A．．．第1空間
1K．．．排氣口
1M．．．線圈
2．．．第2室
2A．．．第2空間
3．．．原料氣體供應裝置
3A．．．噴嘴構件
3B．．．閥機構
3L．．．供應管
4．．．電漿生成裝置
4A．．．電漿源
4B．．．閥機構
4G．．．第1放電用氣體供應裝置
4L．．．供應管
5．．．開口
6．．．電漿導入裝置
6M．．．環狀電極
7．．．基板固持具
8．．．對向電極
9．．．磁場生成裝置
9A．．．一對永久磁鐵
10．．．薄膜電漿
11．．．濺鍍裝置
12．．．保持構件
FA．．．製造裝置
T．．．靶材材料
W．．．基板
第1圖係顯示本發明的第1實施型態之碳構造體之製造裝置的概略構成圖。
第2A圖及第2B圖係顯示將依據供應至基板上之原料氣體之離子粒子的量予以調整之狀態之示意圖。
第3圖係顯示本發明的第2實施型態之碳構造體之製造裝置的概略構成圖。
第4A圖及第4B圖係顯示用以說明本發明的第2實施型態之製造裝置的動作之示意圖。
第5A圖及第5B圖係顯示用以說明本發明的第3實施型態之製造裝置的動作之示意圖。
1．．．第1室
1A．．．第1空間
1K．．．排氣口
1M．．．線圈
2．．．第2室
2A．．．第2空間
3．．．原料氣體供應裝置
3A．．．噴嘴構件
3B．．．閥機構
3L．．．供應管
4．．．電漿生成裝置
4A．．．電漿源
4B．．．閥機構
4G．．．第1放電用氣體供應裝置
4L．．．供應管
5．．．開口
6．．．電漿導入裝置
6M．．．環狀電極
7．．．基板固持具
8．．．對向電極
9．．．磁場生成裝置
9A．．．一對永久磁鐵
10．．．薄膜電漿
FA．．．製造裝置
W．．．基板

Claims (6)

  1. 一種碳構造體之製造裝置，為於基板上形成碳構造體者，該碳構造體之製造裝置係具備：第1室，形成用以收納上述基板之第1空間；原料氣體供應裝置，將用以形成上述碳構造體之原料氣體供應至上述第1空間；第2室，形成與上述第1空間為不同的第2空間；氣體供應裝置，將用以生成電漿之氣體供應至上述第2空間；電漿生成裝置，於上述第2空間中生成電漿；開口，連接上述第1空間與上述第2空間；電漿導入裝置，經介於上述開口，將於上述第2空間中所生成之上述電漿導入至上述第1空間；永久磁鐵，係配置於上述第1空間內；而且，藉由導入至上述第1空間之上述電漿，使用上述原料氣體而於上述基板上形成上述碳構造體；其中，係具有以被配置於上述第1空間之方式地將靶材材料予以保持之保持構件，並且具備：濺鍍裝置，係將基於被導入至上述第1空間之上述電漿中的非活性氣體而生成之離子粒子予以照射至上述靶材材料，而從上述靶材材料中放射出用以於上述基板上形成導電性膜及觸媒微粒子中至少一者之濺鍍粒子。
  2. 如申請專利範圍第1項之碳構造體之製造裝置，其中，將上述第1空間的壓力設定為較上述第2空間還低。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之碳構造體之製造裝置，其中，前述永久磁鐵係配置於上述開口的附近，且將上述第1空間的上述電漿整形為薄片狀之磁場生成裝置。
  4. 一種碳構造體之製造方法，為於基板上形成碳構造體者，該碳構造體之製造方法係包含：於與上述第1空間為不同的第2空間中生成電漿之步驟；經介於開口，將於上述第2空間中所生成之上述電漿導入至上述第1空間之步驟；藉由配置在第1空間內之永久磁鐵將被導入至上述第1空間之電漿成形為薄片狀之步驟；將基於被導入至上述第1空間之上述電漿中的非活性氣體而生成之離子粒子予以照射至被保持於上述第1空間的靶材材料，而於上述基板上形成導電性膜及觸媒微粒子中至少一者之步驟；將用以形成上述碳構造體之原料氣體供應至收納有上述基板之第1空間之步驟；以及藉由導入至上述第1空間之上述電漿，使用上述原料氣體而於上述基板上形成上述碳構造體之步驟。
  5. 如申請專利範圍第4項之碳構造體之製造方法，其中，於上述基板上形成上述導電性膜及觸媒微粒子中至少一者之後，形成上述碳構造體。
  6. 如申請專利範圍第4項之碳構造體之製造方法，其中，於上述基板上形成上述碳構造體之後，形成觸媒微粒子。
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