(57)【要約】      （修正有）【課題】シャワープレート等を取り外さずに、シャワープレートの有無を切り替えて基板の処理や成膜が可能なガス分散用装置、このガス分散用装置を備えた真空処理装置、並びにこの真空処理装置を用いた基板の処理方法及びカーボンナノチューブの形成方法を提供する。【解決手段】ガス供給管に連通する第１の開口部３２及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部３３をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジング３１と、ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材３４であって、複数のガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分３４ａ及びこの孔が設けられていない後方部分３４ｂとからなるガス分散用部材と、ガス分散用部材を滑動せしめるための駆動機構３５とを備えてなり、ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、第２の開口部に前方部分が位置するように構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなり、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部が該ハウジング内の一方の側壁に突き当たって該第２の開口部に該前方部分が位置するように構成され、また、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめた時に、該前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように構成されていること特徴とするガス分散用装置。
【請求項２】
前記ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部にシール部材が設けられているか、又はこの先端部に対向するハウジングの内壁に凹部が設けられ、該凹部内にシール部材が設けられており、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス分散用装置。
【請求項３】
前記ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構が、金属製のベローズ又はレール部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のガス分散用装置。
【請求項４】
プラズマ発生装置、ガス供給管、及び真空排気系を備えた真空処理装置であって、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置と、該真空処理装置内の下部に設置された基板支持ステージとを備えてなり、該ガス分散用装置が、ガス供給管に連通する第１の開口部及び該真空処理装置の内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなり、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部が該ハウジング内の一方の側壁に突き当たって該第２の開口部に該前方部分が位置するように構成され、また、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめた時に、該前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように構成されていること特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部にシール部材が設けられているか、又はこの先端部に対向するハウジングの内壁に凹部が設けられ、該凹部内にシール部材が設けられており、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構が、金属製のベローズ又はレール部材であることを特徴とする請求項４又は５記載の真空処理装置。
【請求項７】
プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通して供給されるラジカルを用いて該基板の表面を処理することを特徴とする基板の処理方法。
【請求項８】
プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いて該基板の表面を処理することを特徴とする基板の処理方法。
【請求項９】
プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第１のプラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通って供給されるラジカルを用いて該基板の表面を処理し、次いで該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第２のプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いてラジカル処理された基板表面をさらに処理することを特徴とする基板の処理方法。
【請求項１０】
プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第１のプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いて該基板の表面を処理し、次いで該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第２のプラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通して供給されるラジカルを用いて該イオン処理された基板表面をさらに処理することを特徴とする基板の処理方法。
【請求項１１】
プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている、表面にカーボンナノチューブ成長用触媒金属が形成されている基板を処理し、次いでカーボンナノチューブを形成する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分とからなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該ガス供給官へＡｒガスを流して該プラズマ発生装置により発生せしめたＡｒプラズマを該第２の開口部から該真空処理装置内へ供給し、該Ａｒプラズマ中のイオン成分を用いて該基板の表面に形成されているカーボンナノチューブ成長用触媒金属である金属粒子を微粒化し、次いで該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該ガス供給管へ炭素原子含有のカーボンナノチューブ成長用化合物ガスを流して該プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内へ供給されるラジカルを用いて基板上にカーボンナノチューブを成長せしめることを特徴とするカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項１２】
ゲートバルブの仕切板部分に複数の孔を設けてなるもの、該仕切板部分をくり抜き、そこに複数の孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材をはめ込んでなるもの、又は該仕切板部分の代わりに複数の孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材を設けてなるものであることを特徴とするガス分散用装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のガス分散用装置を備えてなることを特徴とする真空処理装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のガス分散用装置を備えてなる真空得処理装置を用いて基板を処理する方法。
【請求項１５】
請求項１２記載のガス分散用装置を備えてなる真空処理装置を用いてカーボンナノチューブを形成することを特徴とするカーボンナノチューブの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分散用装置、真空処理装置、基板の処理方法及びカーボンナノチューブの形成方法に関し、特にシャワープレート等を取り外さずに、シャワープレートの有無を切り替えて成膜が可能なガス分散用装置、このガス分散用装置を備えた真空処理装置、並びにこの真空処理装置を用いて行う基板の処理方法及びカーボンナノチューブの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等に係る技術分野において、薄膜を形成する際に用いられる真空処理装置において、薄膜形成用の原料ガスや反応性ガスやプラズマ（ラジカルやイオン）等を装置内に載置される基板上に供給する場合、シャワープレートやメッシュ状の分散板を通し、それらのガスやプラズマの濃度分布や、ガスやラジカルやイオンの量を制御して実施されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、図１に示すプラズマＣＶＤ装置では、真空処理装置１１の天板１２にシャワープレート１３が設置され、この装置内にはその下部に基板支持ステージ１４が設置され、このステージ上に処理される基板Ｓが載置される。天板１２には石英管（例えば、直径５０ｍｍ）１５がフランジ１６を介して接続されており、石英管１５にはプラズマ発生装置１７が接続されており、このプラズマ発生装置により石英管１５内にプラズマを発生せしめ、このプラズマがシャワープレート１３を介して、真空排気系により真空排気されている真空処理装置１１内へ供給されるように構成されている。石英管１５には、図示していないガス供給管が接続されている。
【０００４】
図１に示すような真空処理装置の場合、シャワープレートや分散板は、通常、装置内部にネジなどの固定具を使用して固定されている。そのため、同じ装置を用いてシャワープレートや分散板を必要としない成膜を行う場合には、シャワープレートや分散板を取り外さなければならないが、その作業は大変な困難を伴う。また、使用するガスやプラズマがすべて分散板等を通過するわけではなく、その外側から回り込む成分もある。このような回り込みを完全に抑えることは困難であるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、シャワープレート等を取り外さずに、シャワープレートの有無を切り替えて成膜をすることが可能なガス分散用装置、このガス分散用装置を備えた真空処理装置、並びにこの真空処理装置を用いた基板の処理方法及びカーボンナノチューブの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のガス分散用装置は、ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなり、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部が該ハウジング内の一方の側壁に突き当たって該第２の開口部に該前方部分が位置するように構成され、また、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめた時に、該前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように構成されていること特徴とする。
【０００８】
上記ガス分散用装置において、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部にシール部材が設けられているか、又はこの先端部に対向するハウジングの内壁に凹部が設けられ、該凹部内にシール部材が設けられており、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記ガス分散用装置において、ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構が、金属製のベローズ又はレール部材であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の真空処理装置は、プラズマ発生装置、ガス供給管、及び真空排気系を備えた真空処理装置であって、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置と、該真空処理装置内の下部に設置された基板支持ステージとを備えてなり、該ガス分散用装置が、ガス供給管に連通する第１の開口部及び該真空処理装置の内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなり、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部が該ハウジング内の一方の側壁に突き当たって該第２の開口部に該前方部分が位置するように構成され、また、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめた時に、該前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように構成されていること特徴とする。
【００１１】
上記真空処理装置において、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部にシール部材が設けられているか、又はこの先端部に対向するハウジングの内壁に凹部が設けられ、該凹部内にシール部材が設けられており、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記真空処理装置において、ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構が、金属製のベローズ又はレール部材であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の基板の処理方法は、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通して供給されるラジカルを用いて該基板の表面を処理することを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の基板の処理方法は、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いて該基板の表面を処理することを特徴とする。
【００１５】
本発明のさらに別の基板の処理方法は、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第１のプラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通って供給されるラジカルを用いて該基板の表面を処理し、次いで該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第２のプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いてラジカル処理された基板表面をさらに処理することを特徴とする。
【００１６】
本発明のさらに別の基板の処理方法は、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分からなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第１のプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に供給されるイオン成分を用いて該基板の表面を処理し、次いで該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該プラズマ発生装置により発生せしめた第２のプラズマを該第２の開口部に配置された該複数のガス供給用孔を通して該真空処理装置内へ供給し、該ガス供給用孔を通って供給されるラジカルを用いて該イオン処理された基板表面をさらに処理することを特徴とする。
【００１７】
本発明のカーボンナノチューブの形成方法は、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内に載置されている、表面にカーボンナノチューブ成長用触媒金属が形成されている基板を処理し、次いでカーボンナノチューブを形成する際に、該真空処理装置の天板の上に固定して設けられたガス分散用装置であって、該ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、該ハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及び該孔が設けられていない後方部分とからなるガス分散用部材と、該ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなるガス分散用装置を用い、該ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分が該第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、該ガス供給官へＡｒガスを流して該プラズマ発生装置により発生せしめたＡｒプラズマを該第２の開口部から該真空処理装置内へ供給し、該Ａｒプラズマ中のイオン成分を用いて該基板の表面に形成されているカーボンナノチューブ成長用触媒金属である金属粒子を微粒化し、次いで該ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、該ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部を該ハウジング内の一方の側壁に突き当てて該第２の開口部に該前方部分が位置するように位置決めし、該ガス供給管へ炭素原子含有のカーボンナノチューブ成長用化合物ガスを流して該プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを該第２の開口部を通して該真空処理装置内へ供給し、該真空処理装置内へ供給されるラジカルを用いて基板上にカーボンナノチューブを成長せしめることを特徴とする。
【００１８】
本発明の別のガス分散用装置は、ゲートバルブの仕切板部分に複数のガス供給用孔を設けてなるもの、該仕切板部分をくり抜き、そこに複数のガス供給用孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材をはめ込んでなるもの、又は該仕切板部分の代わりに複数のガス供給用孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材を設けてなるものであることが好ましい。本発明の真空処理装置はまた、このガス分散用装置を備えてなることを特徴とし、本発明の基板を処理する及びカーボンナノチューブの形成方法はまた、このガス分散用装置を備えてなる真空得処理装置を用いて行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガス分散用装置を用いることにより、従来のようにシャワープレートや分散板を取り外したり、取り付けたりする作業をすることなく、成膜中にシャワープレートの有無を切り替えて成膜をすることが可能になるという効果を奏すると共に、使用するガスやプラズマの成分がシャワープレートや分散板の外側から回り込むことを完全に抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の真空処理装置の一構成例を模式的に示す概念図。
【図２】本発明のガス分散用装置を配置した真空処理装置の一構成例を模式的に示す概念図。
【図３】本発明のガス分散用装置の一構成例を模式的に示す概念図であり、（ａ）は、ガス分散用装置の第２の開口部（真空処理装置のガス供給用の開口部に対向している）に、ガス供給用孔が設けられたガス分散用部材の前方部分を位置せしめた状態を示し、（ｂ）は、ガス分散用装置の第２の開口部（真空処理装置のガス供給用開口部に対向している）に、ガス供給用孔が設けられたガス分散用部材の前方部分を位置していない状態を示す。
【図４】図３に示すガス分散用装置の一部を模式的に示す平面図であり、（ａ）は、ガス分散用装置の第２の開口部に、ガス供給用孔が設けられたガス分散用部材の前方部分を位置せしめた状態を示し、（ｂ）は、ガス分散用装置の第２の開口部に、ガス供給用孔が設けられたガス分散用部材の前方部分を位置していない状態を示す。
【図５】実施例１で得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を示す写真。
【図６】比較例１で得られたカーボンナノチューブが成長している基板の表面の写真。
【図７】比較例２で得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を示す写真。
【図８】比較例３で得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を示す写真。
【図９】比較例４で得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るガス分散用装置の実施形態によれば、このガス分散用装置は、ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部をそれぞれ対向して上面及び下面に有するハウジングと、このハウジング内に設けられた水平方向に滑動自在のガス分散用部材であって、複数のガス供給用孔が設けられている前方部分及びこのガス供給用孔が設けられていない後方部分とからなるガス分散用部材と、このガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構とを備えてなり、ガス分散用部材を前方に滑動せしめた時に、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部がハウジング内の一方の側壁に突き当たって衝止され、第２の開口部に前方部分が位置するように構成され、また、ガス分散用部材を後方に滑動せしめた時に、前方部分が第２の開口部に位置しなくなるように構成されてなり、前記ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部にシール部材が設けられているか、又はこの先端部に対向するハウジングの内壁に凹部が設けられ、この凹部内にシール部材が設けられ、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されており、前記ガス分散用部材を前後に滑動せしめるための駆動機構が、金属製のベローズ又はレール部材からなっている。上記第２の開口部は、真空処理装置のガス供給口と対向して設けられている。
【００２２】
また、本発明に係る真空処理装置の実施形態によれば、この真空処理装置は、プラズマ発生装置、ガス供給管、及び真空排気系を備えた真空処理装置であって、この真空処理装置の天板の上に固定して設けられた（すなわち、ガス供給管と真空処理装置の天板との間に設けられた）上記したガス分散用装置と、真空処理装置内の下部に設置された基板支持ステージとを備えてなる。かくして、従来のようにシャワープレートや分散板を取り外したり、取り付けたりする作業をすることなく、成膜中にシャワープレートの有無を切り替えて基板を処理したり、成膜をしたりすることが可能になると共に、使用するガスやプラズマやイオンの成分が従来のようにシャワープレートや分散板の外側から回り込むことを完全に抑えることができる。
【００２３】
上記したガス分散用装置を備えた真空処理装置の一構成例を模式的に図２に示す。図２に示すプラズマＣＶＤ装置では、真空処理装置２１の天板２２上に本発明のガス分散用装置２３が固定して取り付けられている。このガス分散用装置２３は、ハウジング２４内に分散板として機能する複数のガス供給用孔２５ａ−１が設けられた前方部分２５ａとガス供給用孔が設けられていない後方部分２５ｂとからなる水平方向に滑動自在のガス分散用部材２５を有しており、このガス分散用部材２５は水平方向に滑動できるような駆動機構（図示せず）を備えている。また、ハウジング２４は、その上面及び下面に、それぞれ、ガス供給管に連通する第１の開口部及び真空処理装置２１内部にガスを供給するための第２の開口部を対向して有している。
【００２４】
真空処理装置２１内にはその下部に基板支持ステージ２６が設置され、このステージ上に処理される基板Ｓが載置される。天板２２には石英管（例えば、直径５０ｍｍ、７０ｍｍ、１１６ｍｍ等）２７がフランジ２８を介して接続されており、石英管２７にはプラズマ発生装置２９が接続されており、このプラズマ発生装置により石英管２７内にプラズマを発生せしめ、このプラズマが、ガス分散用部材２５を介して、真空排気系により真空排気されている真空処理装置２１内へ供給されるように構成されている。石英管２７には、図示していないガス供給管が接続されている。
【００２５】
プラズマ中のイオン成分を照射させて触媒金属粒子を微粒子化する際には、装置構成によっても異なるが、図２に示す真空処理装置の場合、基板Ｓと天板２２との間の距離は、出来るだけ小さい方が良く、そして距離の上限は１００ｍｍ程度以内でも時間はかかるが微粒子化は可能である。また、ラジカルを照射させてカーボンナノチューブを成長させる際にも、装置構成によっても異なるが、図２に示す真空処理装置の場合、基板Ｓと天板２２との間の距離は、例えば、３０ｍｍ程度以上、１００ｍｍ程度以下であっても良い。３０ｍｍ程度よりも近づけるとカーボンナノチューブが分散用部材の前方部分の孔配置形状に沿ってしか成長しない場合がある。上記距離は、触媒金属の微粒子化の状態、カーボンナノチューブの成長速度や原料ガス濃度により適宜設定すれば良い。
【００２６】
図２に示す真空処理装置の場合、本発明のガス分散用装置を用いるので、従来のようにシャワープレートや分散板を取り外したり、取り付けたりする作業をすることなく、成膜中にシャワープレートの有無を切り替えて成膜が可能になると共に、使用するガスやプラズマの成分がシャワープレートや分散板の外側から回り込むことを完全に抑えることができる。
【００２７】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）並びに図４（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明のガス分散用装置の一構成例について説明する。
【００２８】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガス分散用装置３は、ハウジング３１を有し、このハウジングは、その上面及び下面に、それぞれ、ガス供給管に連通する第１の開口部３２及び真空処理装置内部にガスを供給するための第２の開口部３３を対向して有している。このハウジング３１内には、滑動自在のガス分散用部材３４であって、複数のガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分３４ａとガス供給用孔３４ｃが設けられていない後方部分３４ｂとからなるガス分散用部材３４が設けられている。また、このガス分散用部材３４は、このガス分散用部材を水平方向に滑動せしめるための駆動機構である伸縮自在の金属製ベローズ３５を備えている。
【００２９】
上記ガス分散用部材３４は、このガス分散用部材を前方に滑動せしめて、ガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分３４ａの先端部がハウジング３１内の一方の側壁に突き当たって衝止され、第２の開口部３３に前方部分３４ａが位置するように構成されてなり（図３（ａ））、また、ガス分散用部材３４を後方に滑動せしめて、前方部分が第２の開口部に位置しなくなるように構成されてなる（図３（ｂ））。ガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分３４ａの先端部にシール部材３６が設けられているか、又はこの先端部に対応するハウジングの内壁に凹部３８が設けられ、この凹部３８内にシール部材３６が設けられ、真空処理装置内部を真空封止できるように構成されている。ガス分散用部材３４を滑動せしめるための駆動機構は、水平方向に滑動できれば特に制限されないが、例えば上記したような伸縮自在の金属製ベローズであっても良いし、又はレール部材等であっても良い。
【００３０】
また、このガス分散用部材３４が前後に滑動されるため、ハウジング３１の長手方向は、ガス分散用部材３４が後方に滑動される距離の分だけ、余裕を持たせた長さにするか、又はこの滑動される距離の分がハウジング３１の外側に突出されるように構成すれば良い。
【００３１】
さらに、ガス分散用部材３４の前方部分３４ａの先端部がハウジング３１内の一方の側壁に突き当たって衝止されて第２の開口部３３に前方部分３４ａが位置するようにする場合、ハウジング３１の内壁に設けたストッパ部材として働く突起部３１ａと、ガス分散用部材の後方部分３４ｂに設けたストッパ部材として働く突起部３４ｄとがシール部材３７を介して突き当たって、真空処理装置内を真空封止できるに構成することが好ましい。
【００３２】
本発明のガス分散用装置は、上記したように構成され、かつ動作するので、このようなガス分散用装置を用いることにより、従来のようにシャワープレートや分散板を取り外したり、取り付けたりする作業をすることなく、成膜中にシャワープレートの有無を切り替えて基板を処理したり、成膜をしたりすることが可能になると共に、使用するガスやプラズマの成分が従来のようにシャワープレートや分散板の外側から回り込むことを完全に抑えることができる。
【００３３】
上記ガス分散用部材３４の前方部分３４ａに設けられるガス供給用孔３４ｃは、通常の分散板などに設ける孔と同様であり、例えば、直径が１〜３ｍｍ程度であり、孔と孔との間隔が１０ｍｍ程度であれば良い。
【００３４】
本発明に係る基板の処理方法によれば、この処理方法は、上記した図３に示すガス分散用装置３を備えた真空処理装置を用いて実施する方法であり、例えば、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、ガス分散用部材３４を前方に滑動せしめて、ガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分３４ａの先端部をハウジング内の一方の側壁に突き当てて衝止せしめ、第２の開口部３３に前方部分３４ａが位置するように位置決めして真空処理装置内を封止し、プラズマを第２の開口部３３に配置された複数のガス供給用孔３４ｃを通して真空処理装置内へ供給し、ガス供給用孔３４ｃを通って供給されるラジカルを用いて、載置位置を調整した基板の表面を処理することからなる。プラズマ中のイオン成分は、このガス供給用孔３４ｃにより排除される。
【００３５】
上記基板の処理方法において、ガス分散用部材３４を前方に滑動せしめるのではなく、後方に滑動せしめれば、ガス供給用孔３４ｃが設けられている前方部分が第２の開口部３３に位置しなくなるように位置決めできるので、プラズマを第２の開口部３３を通して真空処理装置内へ供給し、基板の載置位置を調整すれば、真空処理装置内に供給される直進するイオン成分を用いて基板の表面を処理することができる。
【００３６】
本発明に係る基板の別の処理方法の実施形態によれば、この処理方法は、上記したガス分散用装置を備えた真空処理装置を用いて実施する方法であり、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部をハウジング内の一方の側壁に突き当てて衝止せしめ第２の開口部に前方部分が位置するように位置決めし、プラズマを第２の開口部に配置された複数のガス供給用孔を通して真空処理装置内へ供給し、ガス供給用孔を通って供給されるラジカルを用いて載置位置を調整した基板の表面を処理し、次いでガス分散用部材を後方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分が第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、別のプラズマを発生せしめ、この別のプラズマを第２の開口部を通して真空処理装置内へ供給し、基板の載置位置を調整して、真空処理装置内に供給される直進するイオン成分を用いてプラズマ処理された基板表面をさらに処理することからなる。
【００３７】
本発明に係る基板のさらに別の処理方法の実施形態によれば、この処理方法は、上記したガス分散用装置を備えた真空処理装置を用いて実施する方法であり、プラズマ発生装置により発生せしめたプラズマを、ガス供給管を通して真空下の真空処理装置内へ供給し、真空処理装置内に載置されている基板を処理する際に、ガス分散用部材を後方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分が第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、プラズマを第２の開口部を通して真空処理装置内へ供給し、真空処理装置内に供給される直進するイオン成分を用いて真空処理装置内に載置されている基板表面を処理し、次いでガス分散用部材を前方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部をハウジング内の一方の側壁に突き当てて衝止せしめ第２の開口部に前方部分が位置するように位置決めし、プラズマ発生装置により発生せしめた別のプラズマを第２の開口部に配置された複数のガス供給用孔を通して真空処理装置内へ供給し、ガス供給用孔を通って供給されるラジカルを用いてイオン処理された基板表面をさらに処理することからなる。
【００３８】
本発明のカーボンナノチューブの形成方法は、上記したガス分散用装置を備えた真空処理装置を用いて実施する方法であり、ガス分散用部材を前方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分の先端部をハウジング内の一方の側壁に突き当てて衝止せしめ第２の開口部に前方部分が位置するように位置決めし、プラズマ発生装置により発生させたＡｒプラズマを第２の開口部に配置された複数のガス供給用孔を通して真空処理装置内へ供給し、ガス供給用孔を通って供給されるＡｒラジカルを用いて基板の表面に形成されているカーボンナノチューブ成長用触媒としての金属粒子（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等）を微粒子化し、次いでガス分散用部材を後方に滑動せしめて、ガス供給用孔が設けられている前方部分が第２の開口部に位置しなくなるように位置決めし、ガス供給管から公知の炭素原子含有のカーボンナノチューブ成長用化合物ガス（例えば、アセチレン、エチレン、メタン等）を流してプラズマ発生装置によりプラズマを発生せしめ、このプラズマをガス分散用装置の第２の開口部を通して真空処理装置内へ供給し、真空処理装置内へ供給される直進するイオンを用いて基板上にカーボンナノチューブを成長せしめるものである。
【００３９】
上記したプラズマは、その発生方法には特に制限はなく、例えばマイクロ波や高周波、直流電流プラズマを用いて発生させれば良い。
【００４０】
本発明の基板処理方法は、上記したカーボンナノチューブの形成方法の他にも、例えば、チタン等の金属の表面の酸化物膜を水素イオン処理により除去し、次いで窒素ラジカルを用いて窒化チタン膜（ＴｉＮ等）形成する場合や、基板表面に形成された膜の保護膜を除去し、次いで成膜する場合等に利用可能である。後者の場合、銅膜の形成されている基板を大気中に取り出す際に銅膜の表面上に形成した保護膜としての窒化チタン膜をＡｒ等のイオンでエッチング除去し、次いで銅膜表面でラジカルを用いて窒化反応を行う場合に利用できる。スパッタリングにより石英基板上に数十ｎｍの銅膜を形成した後に酸化防止のため表面に設けた窒化チタン膜を、ＣＶＤ装置を用いてＡｒ等のイオンで除去し、次いで炭素系のラジカルにより銅膜上にグラフェンを形成する場合等に利用できる。
【００４１】
本発明に係るガス分散用装置の別の実施形態によれば、そのガス分散用装置は、ゲートバルブの仕切板部分に複数の孔を設けてなるもの、この仕切板部分をくり抜き、そこに複数の孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材をはめ込んでなるもの、又はこの仕切板部分の代わりに複数の孔を設けた部材若しくは網状や格子状の部材を設けてなるものであっても良い。このように、ゲートバルブを改造して転用することも可能である。
【実施例１】
【００４２】
本実施例では、図２に示すガス分散用装置を備えている真空処理装置（プラズマＣＶＤ装置）を用いて表面に触媒層（Ｆｅ層）の形成された基板Ｓ上にカーボンナノチューブを成長せしめる方法について記載する。
【００４３】
まず、複数の孔２５ａ−１が設けられているガス分散用装置２３のガス分散用部材２５の前方部分２５ａが真空処理装置のガス供給用開口部上に位置しないように、ガス分散用部材２５を後方に滑動せしめ、真空処理装置２１のガス供給用開口部が石英管２７と障害物なしに連通するようにした。真空処理装置２１内に、表面にＦｅ層の形成された基板Ｓを搬送して、真空処理装置２１の天板から３０ｍｍの位置になるように基板支持ステージ２６上に載置し、真空排気系により２×１０−５Ｐａ以下になるまで真空排気した。Ａｒガス：５００ｓｃｃｍを１ｋＰａになるまで導入し、そのＡｒガスを導入しながら、基板Ｓの温度を２４０℃まで１０分間で昇温させ、次いでマイクロ波（５００Ｗ）を照射させて石英管２７内にプラズマを発生させると共に、基板Ｓの温度を４５０℃まで４０分間で昇温させながら、発生したＡｒプラズマを真空処理装置２１内へ導入し、このプラズマ中のイオン成分により触媒層を微粒子化せしめた。この際、基板Ｓは、プラズマ中の直進するイオン成分が照射されうる高さ、すなわち、真空処理装置２１の天板から３０ｍｍの位置になるように基板支持ステージ２６上に載置した。
【００４４】
次いで、真空一貫のまま、複数の孔（直径：φ＝１ｍｍ、孔間隔：１０ｍｍ）２５ａ−１が設けられているガス分散用部材２５の前方部分２５ａが真空処理装置のガス供給用開口部上に位置するようにガス分散用部材２５を前方に滑動せしめ、石英管２７内へアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を導入し、Ａｒ：５００ｓｃｃｍ、アセチレン：０．１ｓｃｃｍ、１ｋＰａの条件でプラズマを生成せしめると共に、得られたプラズマを真空処理装置２１内へ導入し、真空処理装置内の基板Ｓにラジカルを照射せしめ、基板Ｓ上にカーボンナノチューブを成長せしめた。その後、プラズマ生成を停止し、排気して基板Ｓを取り出した。かくして得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を図５に示す。図５から明らかなように、基板上に成長したカーボンナノチューブの密度は、ほぼ１０１２本／ｃｍ２であった。
【００４５】
（比較例１）
実施例１記載の触媒層の微粒子化工程を、ガス分散用部材２５の前方部分２５ａにφ１ｍｍの孔２５ａ−１が１０ｍｍ間隔で開いたガス分散用装置を用い、この前方部分２５ａから３ｍｍの距離の位置に基板Ｓを載置して行った。次いで、実施例１のカーボンナノチューブ成長工程を、上記前方部分２５ａから３０ｍｍの距離の位置に基板Ｓを載置して行った。かくして得られたカーボンナノチューブが成長している基板の表面の写真を図６に示す。図６から明らかなように、カーボンナノチューブが孔の周辺だけに、すなわち孔配置の形状に沿ってムラに成長していた。かくして、基板がプラズマの吹き出し口に近すぎると触媒が孔配置の形状に沿ってしか微粒子化しないので、カーボンナノチューブの成長がムラになることが分かる。
【００４６】
（比較例２）
実施例１記載の触媒層の微粒子化工程の後、一度大気に出してから実施例１記載のカーボンナノチューブ成長工程を行った。かくして得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を図７に示す。図７から明らかなように、基板上に成長したカーボンナノチューブの密度は、ほぼ１０１０本／ｃｍ２であった。
【００４７】
（比較例３）
実施例１記載の触媒層の微粒子化工程の後、真空一貫のまま、ガス分散用部材２５を滑動させず、そのままの位置にとどめて実施例１記載のカーボンナノチューブ成長を行った。但し、この成長工程では、基板をプラズマから遠ざけ、天板から１３０ｍｍとした。かくして得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を図８に示す。図８から明らかなように、基板上に成長したカーボンナノチューブの密度は、ほぼ１０１１本／ｃｍ２であり、長さが短い上、カーボンナノチューブの外層にダメージが観察された。
【００４８】
（比較例４）
実施例１記載の触媒層の微粒子化工程を、複数の孔２５ａ−１が設けられているガス分散用部材２５の前方部分２５ａが真空処理装置のガス供給用開口部上に位置するようにガス分散用部材２５を前方に滑動せしめた状態で行った。この場合の微粒子化プラズマ処理のプラズマを実施例１の場合よりも強くして行った（１０００Ｗ、０．５ｋＰａ）。
【００４９】
次いで、ガス分散用部材２５を滑動させずにそのままの位置においた状態で、実施例１のカーボンナノチューブ成長工程を行った。かくして得られたカーボンナノチューブが成長している基板の断面ＳＥＭ像を図９に示す。図９から明らかなように、基板上に成長したカーボンナノチューブの密度は、ほぼ１０１１本／ｃｍ２であった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、従来のようにシャワープレートや分散板を取り外したり、取り付けたりする作業をすることなく、成膜中にシャワープレートの有無を切り替えて基板を処理したり、成膜をすることが可能になり、また、使用するガスやプラズマの成分がシャワープレートや分散板の外側から回り込むことを完全に抑えることができるので、基板の処理及び基板上への成膜を行う半導体技術分野や、その他の技術分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
３  ガス分散用装置                  １１  真空処理装置
１２  天板                            １３  シャワープレート
１４  基板支持ステージ                １５  石英管
１６  フランジ                        １７  プラズマ発生装置
２１  真空処理装置                    ２２  天板
２３  ガス分散用装置                  ２４  ハウジング
２５  ガス分散用部材                  ２５ａ  前方部分
２５ａ−１  ガス供給用孔              ２５ｂ  後方部分
２６  基板支持ステージ                ２７  石英管
２８  フランジ                        ２９  プラズマ発生装置
３１  ハウジング                      ３１ａ  突起部
３２  第１の開口部                    ３３  第２の開口部
３４  ガス分散用部材                  ３４ａ  前方部分
３４ｂ  後方部分                      ３４ｃ  ガス供給用孔
３５  金属製ベローズ                  ３６、３７  シール部材
３８  凹部                            Ｓ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012057206.tif 000006
【図５】
2012057206.tif 000007
【図６】
2012057206.tif 000008
【図７】
2012057206.tif 000009
【図８】
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【図９】
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