TWI803603B - 形成石墨烯構造體的方法及裝置 - Google Patents

形成石墨烯構造體的方法及裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI803603B
TWI803603B TW108110828A TW108110828A TWI803603B TW I803603 B TWI803603 B TW I803603B TW 108110828 A TW108110828 A TW 108110828A TW 108110828 A TW108110828 A TW 108110828A TW I803603 B TWI803603 B TW I803603B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
microwave
mentioned
forming
graphene structure
Prior art date
Application number
TW108110828A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201942053A (zh
Inventor
井福亮太
松本貴士
Original Assignee
日商東京威力科創股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商東京威力科創股份有限公司 filed Critical 日商東京威力科創股份有限公司
Publication of TW201942053A publication Critical patent/TW201942053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI803603B publication Critical patent/TWI803603B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C01B32/186—Preparation by chemical vapour deposition [CVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

[課題] 提供不使用觸媒金屬層，可以形成結晶性良好的石墨烯構造體的方法及裝置。 [解決手段] 形成石墨烯構造體的方法，包含：準備被處理基板的工程；及在被處理基板之表面不具有觸媒之功能的狀態下，藉由含碳氣體及使用包含氧化性氣體的處理氣體之電漿的電漿CVD在被處理基板之表面形成石墨烯構造體之工程。

Description

形成石墨烯構造體的方法及裝置
本揭示關於形成石墨烯構造體的方法及裝置。
石墨烯(Graphene)，係由1~數十、數百原子層左右之石墨(graphite)之薄膜形成在基板上者，作為石墨烯構造體，除與基板平行形成的通常之石墨烯以外，數層之石墨烯片(石墨烯sheet)對基板持有角度、典型為呈垂直成長的奈米碳片(Carbon nanowall)(以下亦標記為CNW)為習知者。
石墨烯，係藉由碳原子之共價鍵(sp2 鍵結)而構成六元環結構之集合體者，其示出移動度為200000cm2 / Vs以上，為矽(Si)之100倍以上，電流密度為109 A/cm2 ，為Cu之1000倍以上之特殊的電子特性。
基於這樣的特性，石墨烯作為配線、場效電晶體(FET)通道、阻障膜等，CNW基於其構造特性，而作為燃料電池、電場電子放出源、或者感測器等各種元件材料受到注目。
作為石墨烯之形成方法，被提案有在被處理體上形成觸媒金屬層，進行觸媒金屬層之活化處理之後，藉由CVD形成石墨烯，實施形態中作為CVD之例記載有使用微波電漿之CVD(專利文獻1、2)。
又，非專利文獻1記載有，不使用觸媒金屬層而在介電質基板上藉由電漿CVD形成石墨烯時，藉由在電漿CVD氛圍中添加H2 氣體，藉由蝕刻除去存在石墨烯之邊緣的缺陷。
非專利文獻2記載有，對石墨烯構造之基於氫自由基的蝕刻具有極高選擇比。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2013-100205號公報 [專利文獻2] 特開2014-231455號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1] Dacheng Wei et al., Angewandte Chemie International Edition,2013, 52, 14121-14126 [非專利文獻2] Rong yang et al., Advanced Materials, 2010; 22(36): 4014-9
本揭示提供不使用觸媒金屬層，可以形成結晶性良好的石墨烯構造體的方法及裝置。
本揭示之一態樣的方法，係形成石墨烯構造體的方法，包含：準備被處理基板的工程；及在上述被處理基板之表面不具有觸媒之功能的狀態下，藉由使用了包含含碳氣體和氧化性氣體的處理氣體之電漿的電漿CVD在上述被處理體之表面形成石墨烯構造體之工程。
依據本揭示，不使用觸媒金屬層，可以形成結晶性良好的石墨烯構造體。
以下，參照添附圖面具體說明實施形態。
＜石墨烯構造體之形成方法之一實施形態＞ 首先，對石墨烯構造體之形成方法之一實施形態進行說明。 上述專利文獻1、2中，為了在極低的溫度下有效地成長結晶性良好的石墨烯，因此形成Ni等之促進石墨烯之成長的成為觸媒之觸媒金屬膜作為底層，藉由還原性氣體之H2 氣體與含氮氣體之N2 氣體之電漿使觸媒金屬層活化之後，藉由電漿CVD(PE-CVD)成長石墨烯。亦即，引用文獻1、2中，係利用金屬觸媒層之觸媒反應使成膜原料氣體(前驅物)解離而成長石墨烯。
相對於此，本實施形態之方法，其原理係和引用文獻1、2這樣的基於活化的金屬觸媒之觸媒反應完全不同。亦即，本實施形態之方法，係使用電漿在比較低溫下使成膜原料氣體亦即含碳氣體適當地解離，依循成核與橫向成長(lateral growth)之所謂通常的結晶之成長樣式進行石墨烯構造體之成膜反應。因此，無需觸媒金屬層之形成及活化處理等繁雜的工程。
按照這樣的成膜原理進行石墨烯構造體之成膜時，為了控制石墨烯構造體之缺陷使結晶性成為良好，一邊除去成長反應中生成的缺陷構造一邊促進成長為重要者。
關於此，非專利文獻1中，在藉由不使用觸媒金屬層的電漿CVD進行石墨烯之成膜時，係藉由在電漿CVD氛圍中添加H2 氣體，依循Cx Hy (氣體)⇔C(石墨烯)+H2 (氣體)之非常簡單的化學平衡式對非石墨烯構造(缺陷)進行蝕刻，提升結晶性。
另一方面，於非專利文獻2記載有，在藉由H2 自由基(或者氫離子)蝕刻包含缺陷(非石墨烯構造)的石墨烯構造體時選擇比為非常高，H2 電漿的缺陷除去作用對特定之缺陷呈現強烈作用之可能性變高。
於此，發明者們檢討之結果發現，藉由在電漿CVD氛圍中添加微量之氧化性氣體，可以蝕刻缺陷整體，可以獲得結晶性高的石墨烯構造體。
進行石墨烯膜之成膜時之氧化性氣體之作用記載於特開2017-66506號公報，確認了氧化性氣體具有蝕刻作用，但也對構成通常的石墨烯之鍵結亦即sp2 鍵結帶來不良影響。但是，特開2017-66506號公報之技術為使用金屬觸媒層之觸媒作用者，因此發明者們針對在不使用金屬觸媒層之系列下使用氧化性氣體進行了實驗。結果發現，氧化性氣體對sp2鍵結不造成不良影響之情況下有助於提升石墨烯構造體之結晶性。
本實施形態之石墨烯構造體之製造方法，如圖1所示，具有：準備被處理基板的工程(步驟1)；及在被處理基板之表面不具有觸媒之功能的狀態下，藉由含碳氣體及使用包含氧化性氣體的處理氣體之電漿CVD在被處理基板之表面形成石墨烯構造體之工程(步驟2)。
作為步驟1中的被處理基板，只要是供作為形成石墨烯構造體的表面在進行步驟2之電漿CVD時不具有觸媒之功能即可，該表面可以是半導體亦可以是絕緣體。又，即使被處理基板之表面為金屬，在電漿CVD工程之前不進行活化處理，而在電漿CVD工程時被處理基板表面不具有觸媒之功能即可。
圖2A~圖2C示出被處理基板之具體例。作為被處理基板300可以舉出典型的半導體晶圓。作為被處理基板300例示有，如圖2A所示，僅由矽這樣的半導體形成的半導體基體301所構成者，或如圖2B所示，在矽等之半導體基體301上形成有SiO2膜這樣的絕緣膜302者，或如圖2C所示，在矽等之半導體基體301上隔著SiO2膜這樣的絕緣膜302及TaN膜或Ta膜、TiN膜等之阻障膜303形成有Cu膜這樣的金屬膜304者。依據金屬而省略阻障膜303亦可。又，阻障膜303亦可以是積層膜(例如Ta/TaN)。
步驟2中，將被處理基板300收納於處理容器內，使包含含碳氣體和氧化性氣體的處理氣體之電漿作用於被處理基板300，據此，如圖3所示，在被處理基板300上成長石墨烯構造體310。
作為此時之電漿，較好是使用對處理容器內導入微波藉由微波電場產生電漿，使從電漿生成區域擴散之電漿作用於遠離電漿生成區域之位置上所配置的被處理基板300之遠距微波電漿。藉由使用遠距微波電漿在比較低溫下可以將含碳氣體解離成適合石墨烯構造體成長之狀態。
該情況下，較好是於處理容器內導入微波，並且導入由稀有氣體形成的電漿生成氣體來生成微波電漿。接著，藉由作為成膜原料氣體之含碳氣體被電漿解離並且供給至遠離電漿生成區域之被處理基板300，於被處理基板300上成長石墨烯構造體310。
作為稀有氣體可以使用Ar、He、Ne、Kr、Xe等，彼等之中以可以穩定生成電漿的Ar為較佳。
作為成膜原料氣體的含碳氣體，例如可以使用乙烯(C2H4)，甲烷(CH4)，乙烷(C2H6)，丙烷(C3H8)，丙烯(C3H6)，乙炔(C2H2)等之碳氫氣體，甲醇(CH3OH)，乙醇(C2H5OH)等之醇類氣體。
氧化性氣體，係對包含於成長的石墨烯構造體310中的缺陷(非石墨烯構造體)進行蝕刻者，例如可以使用氧氣體(O2氣體)。又，氧化性氣體為包含氫的氣體亦可，作為這樣的氣體例如可以使用水蒸氣(H2 O氣體)。又，導入氧化性氣體和氫氣體(H2 氣體)亦可。氫亦具有對石墨烯構造體310所包含的缺陷(非石墨烯構造體)進行蝕刻之作用，因此藉由使用包含氫的氧化性氣體或使用氧化性氣體和H2 氣體，可以進一步提升石墨烯構造體之結晶性。又，作為不含氫的氧化性氣體，除O2 氣體以外可以使用O2 、O3 、CO、CO2 ，作為含氫的氧化性氣體，除H2 O氣體以外可以使用H2 O2 。
使用遠距微波電漿之情況下，與必要的解離度對應地，可以將成膜原料氣體導入電漿生成區域與被處理基板附近區域之間之任意之位置。亦即，電漿生成區域中藉由高能量之電漿使解離度變高，被處理基板之附近區域中藉由從電漿生成區域擴散之低電子溫度之電漿，解離度較電漿生成區域變低，因此藉由成膜原料氣體之導入位置可以調整成膜原料氣體之解離度。
又，使用遠距微波電漿CVD之情況下，被處理基板配置於遠離微波電漿生成區域之區域，對被處理基板供給從電漿生成區域擴散之電漿，因此被處理基板上成為低電子溫度之電漿成為低損傷，而且藉由微波成為自由基主體之高密度之電漿。因此，對不使用活化處理的金屬觸媒層之基板上可以比較容易形成石墨烯構造體310。
作為石墨烯構造體，可以僅為在基板平行形成的通常之石墨烯，或是除石墨烯以外包含對基板持有角度而成長的奈米碳片(CNW)亦可。
作為使用遠距微波電漿之情況下之製程條件，被處理基板之溫度為350~1000℃(更好是400~800℃)，微波功率為100~5000W為較佳。又，關於處理容器內之壓力，在被處理基板之表面為絕緣體及半導體之情況下為1.33~667Pa(0.01~5Torr)，在被處理基板之表面為金屬之情況下為1.33~400Pa(0.01~3Torr)為較佳。該壓力範圍相比引用文獻1、2為朝低壓側偏移之範圍，為了在不設置已活化處理的觸媒金屬層而形成石墨烯構造體實，低壓者為有利。又，時間為1~200min之範圍為較佳。
氧化性氣體為O2 氣體這樣的不含氫者之情況下，氧化性氣體流量相對於含碳氣體流量的流量比，若換算成為氧化性氣體中之氧原子之量/含碳氣體中之碳原子之量(O/C)的值(O/C換算流量比)則以0.1~0.5為較佳。又，氧化性氣體為H2 O氣體這樣的含氫者之情況下，氧化性氣體流量相對於含碳氣體流量的流量比按O/C換算流量比則以4以下為較佳。又，除氧化性氣體以外亦導入H2 氣體時，若氧化性氣體為O2 氣體之情況下，彼等流量比(H2 氣體/O2 氣體)之適合的範圍為0.01~100。含碳氣體、氧化性氣體、H2 氣體、稀有氣體之流量本身可以對應於氣體之種類或使用的裝置適當設定。
又，在步驟2之基於電漿CVD的石墨烯構造體之產生之前，進行以被處理基板表面之清淨化為目的之表面處理亦可。作為表面處理，可以舉出將被處理基板加熱至300~600℃，同時例如供給H2 氣體或Ar氣體+H2 氣體的處理。此時產生電漿亦可。該表面處理係以表面之清淨化為目的者，因此不僅被處理基板之表面為半導體及絕緣體之情況為可能，金屬之情況下亦可能。
＜處理裝置＞ 接著，對上述實施形態的石墨烯構造體之形成方法之實施上適合的處理裝置之例進行說明。
[處理裝置之第1例] 圖4表示處理裝置之第1例的示意剖面圖。圖4所示處理裝置100，例如構成為RLSA(註冊商標)微波電漿方式之電漿處理裝置。
該處理裝置100具有：大致圓筒狀之處理容器1；設置於處理容器1內，用於載置作為被處理基板之例如半導體晶圓(以下簡單標記為晶圓)W的載置台2；對處理容器1內導入微波的微波導入機構3；對處理容器1內導入氣體的氣體供給機構4；對處理容器1內進行排氣的排氣部5；及對處理裝置100之各構成部進行控制的控制部6。
於處理容器1之底壁1a之大致中央部形成有圓形之開口部10，於底壁1a設置有與該開口部10連通，朝向下方突出的排氣室11。於處理容器1之側壁設置有對晶圓W進行搬出入之搬出入口17，及對該搬出入口17進行開啟/關閉的閘閥18。
載置台2，形成為圓板狀，由AlN等之陶瓷構成。載置台2係被從排氣室11之底部中央朝上方延伸之圓筒狀之AlN等之陶瓷形成的支撐構件12支撐。於載置台2之外緣部設置有導引晶圓W之導環13。又，使晶圓W升降之升降銷(未圖示)以相對於載置台2之上面可以突出/沒入地設置於載置台2之內部。另外，於載置台2之內部填埋電阻加熱型之加熱器14，該加熱器14藉由從加熱器電源15之供電透過載置台2對其上之晶圓W進行加熱。又，於載置台2***有熱電偶(未圖示)，依據來自熱電偶之訊號，可以將晶圓W之加熱溫度例如控制於350~1000℃之範圍之規定之溫度。另外，於載置台2內之加熱器14之上方埋設有和晶圓W同一程度之大小之電極16，於該電極16電連接有高頻偏壓電源19。從該高頻偏壓電源19對載置台2施加引入離子之高頻偏壓。又，高頻偏壓電源19依據電漿處理之特性亦可以不設置。
微波導入機構3具有：面臨處理容器1之上部之開口部而設置，形成有多個狹縫21a的平面狹縫天線21；產生微波的微波產生部22；及將來自微波產生部22之微波導引至平面天線21的微波傳送機構23。由介電質形成的微波透過板24，係以被以環狀設置於處理容器1之上部的上板32支撐的方式設置於平面天線21之下方，於平面狹縫天線21之上設置有水冷構造之屏蔽構件25。另外，在屏蔽構件25與平面狹縫天線21之間設置有滯波材26。
平面狹縫天線21例如由表面鍍銀或鍍金的銅板或鋁板形成，且成為放射微波之複數個狹縫21a按規定圖案以貫穿的方式被形成之構成。狹縫21a之圖案，係以微波被均等放射的方式適當地設定。作為適合的圖案之例，可以舉出以配置為Ｔ字狀的2個狹縫21a作為一對而將複數對之狹縫21a配置為同心圓狀的徑向線狹縫。狹縫21a之長度或配列間隔係與微波之等效波長(λg)對應而適當決定。又，狹縫21a可以是圓形狀、圓弧狀等之其他形狀。另外，狹縫21a之配置形態並未特別限定，同心圓狀以外，例如可以配置為螺旋狀、放射狀。狹縫21a之圖案，係以成為可以獲得期待之電漿密度分布的微波放射特性的方式適當地設定。
滯波材26係由具有比真空大的介電率的介電質例如石英、陶瓷(Al2 O3 )、聚四氟乙烯、聚醯亞胺等之樹脂形成。滯波材26具有使微波之波長比起真空中變短而縮小平面狹縫天線21之功能。又，微波透過板24亦由同樣之介電質構成。
微波透過板24及滯波材26之厚度，係以由滯波材26、平面狹縫天線21、微波透過板24及電漿形成的等效電路滿足共振條件的方式進行調整。藉由滯波材26之厚度之調整，可以調整微波之位相，藉由以平面狹縫天線21之接合部成為駐波之「波腹(Antinode)」的方式來調整厚度，可以使微波之反射極小化，使微波之放射能量成為最大。又，藉由將滯波材26與微波透過板24設為同一材質，可以防止微波之界面反射。
微波產生部22具有微波震盪器。微波震盪器可以是磁控管或固態元件(solid-state)。微波震盪器震盪的微波之頻率可以使用300MHz~10GHz之範圍。例如藉由使用磁控管作為微波震盪器可以產生頻率為2.45GHz之微波。
微波傳送機構23具有：從微波產生部22引導微波之朝水平方向伸展的導波管27；由平面狹縫天線21之中心朝上方伸展的內導體29及其外側之外導體30所形成的同軸導波管28；及設置於導波管27與同軸導波管28之間的模式變換機構31。微波產生部22產生的微波，係以TE模式在導波管27內傳播，藉由模式變換機構31使微波之振動模式由TE模式轉換為TEM模式，經由同軸導波管28導引至滯波材26，從滯波材26經由平面狹縫天線21之狹縫21a及微波透過板24向處理容器1內放射。又，於導波管27之中途，設置有使處理容器1內之負載(電漿)之阻抗與微波產生部22之電源之特性阻抗匹配的調諧器(未圖示)。
氣體供給機構4具有：在處理容器1內之載置台之上方位置以隔開上下的方式沿著水平設置的噴淋板41；及在噴淋板41之上方位置，沿著處理容器1之內壁以環狀設置的噴淋環42。
噴淋板41具有：形成為格子狀的氣體流通構件51；於該氣體流通構件51之內部以格子狀設置的氣體流路52；及從氣體流路52朝下方延伸之多個氣體吐出孔53；格子狀之氣體流通構件51之間成為貫穿孔54。到達處理容器1之外壁的氣體供給路55係延伸至該噴淋板41之氣體流路52，於該氣體供給路55連接有氣體供給配管56。該氣體供給配管56分歧成為分歧管56a、56b、56c之3個，於彼等分歧管56a、56b、56c分別連接有供給含氫氣體亦即H2 氣體的H2 氣體供給源57、供給作為成膜原料氣體亦即含碳氣體之乙烯(C2 H4 )氣體的C2 H4 氣體供給源58、及供給作為淨化氣體等使用的N2 氣體的N2 氣體供給源59。又，於分歧管56a、56b、56c，雖未圖示，設置有流量控制用之質量流量控制器及其前後之閥。
噴淋環42具有：設置於其內部的環狀之氣體流路66；及與該氣體流路66連接且於其內側設有開口的多個氣體吐出孔67，於氣體流路連接有氣體供給配管61。該氣體供給配管61分歧為分歧管61a、61b、61c之3個，於彼等分歧管61a、61b、61c分別連接有供給作為電漿生成氣體亦即稀有氣體之Ar氣體的Ar氣體供給源62，供給對缺陷(非石墨烯構造體)進行蝕刻之氧化性氣體亦即O2 氣體的O2 氣體供給源63，及供給作為淨化氣體等使用的N2 氣體的N2 氣體供給源64。於分歧管61a、61b、61c，雖未圖示，設置有流量控制用之質量流量控制器及其前後之閥。又，含碳氣體、氧化性氣體、稀有氣體不限定於彼等，可以使用上述各種氣體。
排氣部5具有：上述排氣室11；設置於排氣室11之側面的排氣配管81；及具有連接於排氣配管81的真空泵及壓力控制閥等的排氣裝置82。
控制部6，典型係由電腦構成，對處理裝置100之各部進行控制。控制部6具備將處理裝置100之製程序列及控制參數亦即製程配方進行記憶的記憶部或輸入手段及顯示器等，可以依據選擇的製程配方進行規定之控制。
藉由如此而構成的處理裝置100依據上述實施形態形成石墨烯構造體時，首先，於處理容器1內搬入作為被處理基板之例如表面由絕緣體、半導體、金屬形成的晶圓W，載置於載置台2之上，必要時進行晶圓W之表面之清淨化。
該表面處理之較佳條件如以下。 氣體流量：Ar/H2 =0~2000/10~2000sccm 壓力：0.1~10Torr(13.3~1333Pa) 晶圓溫度：300~600℃ 時間：10~120min
接著，將處理容器1內之壓力及晶圓溫度控制成為規定之值，在晶圓W之表面不具有觸媒之功能之狀態下(表面為金屬之情況下不進行活化處理)，藉由遠距微波電漿CVD形成石墨烯構造體。
具體言之，從噴淋環42將電漿生成氣體亦即Ar氣體供給至微波透過板24之正下方，而且將微波產生部22產生的微波，經由微波傳送機構23之導波管27、模式變換機構31、同軸導波管28導引至滯波材26，從滯波材26經由平面狹縫天線21之狹縫21a及微波透過板24放射至對處理容器1內，使電漿點火。
微波作為表面波而朝微波透過板24之正下方區域擴展，生成基於Ar氣體的表面波電漿，該區域成為電漿生成區域。
接著，在電漿點火之時序從噴淋板41供給作為成膜原料氣體亦即含碳氣體之C2H4氣體及用於蝕刻缺陷(非石墨烯構造體)的作為氧化性氣體之O2氣體。此時，必要時供給H2氣體亦可。
彼等氣體藉由從電漿生成區域擴散之電漿被激發而解離，並且被供給至在噴淋板41之下方之載置台2上所載置的被處理基板即晶圓W。晶圓W配置於遠離電漿生成區域之區域，從電漿生成區域擴散之電漿被供給至晶圓W，因此在晶圓W上成為低電子溫度之電漿成為低損傷，而且成為自由基主體之高密度之電漿。藉由這樣的電漿，在不使用習知必要的已活化處理的金屬觸媒層之情況下，根據成核與橫向成長之通常的結晶之成長模式可以形成石墨烯構造體。
此時，作為含碳氣體之C2H4氣體及必要時H2氣體係從噴淋板41被供給至電漿生成區域之下方，藉由擴散之電漿被解離，因此可以抑制彼等氣體之過度解離。但是，將彼等氣體供給至電漿生成區域亦可。又，不使用電漿生成氣體亦即Ar氣體亦可，將含碳氣體亦即C2H4氣體等供給至電漿生成區域直接點火電漿亦可。
處理裝置100中的遠距微波電漿CVD時之較佳條件如以下。
氣體流量：
Ar氣體=0~2000sccm
C2H4氣體=0.1~300sccm
O2氣體=0.1~10sccm
H2氣體=0~500sccm
壓力：
晶圓表面為絕緣體及半導體之情況下
1.33~667Pa(0.01~5Torr)
晶圓表面為金屬之情況下(無觸媒之功能)
1.33~400Pa(0.01~3Torr)
溫度：350~1000℃(更好是400~800℃)
微波功率：100~5000W(更好是1000~3500W)
時間：1~200min
[處理裝置之第2例]
圖5表示處理裝置之第2例之模式的剖面圖，圖6表示圖5之處理裝置之微波導入裝置之構成的構成圖，圖7表示圖5之處理裝置中的微波放射機構之模式的剖面圖，圖8表示圖5之處理裝置中的處理容器之天壁部之模式的底面圖。
該處理裝置200具有：收納晶圓W的處理容器101；配置於處理容器101之內部，用於載置晶圓W的載置台102；對處理容器101內供給氣體的氣體供給機構103；對處理容器101內進行排氣的排氣裝置104；於處理容器101內產生生成電漿之微波，並且對處理容器101內導入微波的微波導入裝置105；及控制部106。
處理容器101例如藉由鋁及其合金等之金屬材料形成，成為大致圓筒形狀，具有板狀之天壁部111及底壁部113，及將彼等連結的側壁部112。微波導入裝置105設置於處理容器101之上部，作為對處理容器101內導入電磁波(微波)生成電漿的電漿生成手段之功能。微波導入裝置105於後述詳細說明。
於天壁部111具有嵌入微波導入裝置105之後述微波放射機構及氣體導入部的複數個開口部。側壁部112具有在與處理容器101鄰接的搬送室(未圖示)之間進行被處理基板亦即晶圓W之搬出入之搬出入口114。搬出入口114藉由閘閥115進行開啟/關閉。於底壁部113設置有排氣裝置104。排氣裝置104設置有與底壁部113連接的排氣管116，具備真空泵與壓力控制閥。藉由排氣裝置104之真空泵經由排氣管116對處理容器101內進行排氣。處理容器101內之壓力藉由壓力控制閥進行控制。
載置台102形成為圓板狀，由AlN等之陶瓷形成。載置台102，係被從處理容器101之底部中央朝上方延伸之圓筒狀之AlN等之陶瓷形成的支撐構件120所支撐。於載置台102之外緣部設置有對晶圓W進行導引之導環181。又，於載置台102之內部，用於升降晶圓W之升降銷(未圖示)係相對於載置台102之上面設置成為可以突出/沒入。另外，於載置台102之內部埋設有電阻加熱型之加熱器182，該加熱器182藉由從加熱器電源183之供電並經由載置台102對其上之晶圓W進行加熱。又，於載置台102***有熱電偶(未圖示)，依據來自熱電偶之信號，可以將晶圓W之加熱溫度控制成為例如350~1000℃之範圍之規定之溫度。另外，於載置台102內之加熱器182之上方，埋設有和晶圓W同一程度之大小之電極184，於該電極184電連接有高頻偏壓電源122。從該高頻偏壓電源122對載置台102施加引入離子之高頻偏壓。又，高頻偏壓電源122可以依據電漿處理之特性而不設置。
氣體供給機構103係將電漿生成氣體及形成石墨烯構造體之原料氣體導入處理容器101內者，具有複數個氣體導入噴嘴123。氣體導入噴嘴123被嵌入形成於處理容器101之天壁部111的開口部。於氣體導入噴嘴123連接有氣體供給配管191。該氣體供給配管191分歧為分歧管191a、191b、191c、191d、191e之5個，於彼等分歧管191a、191b、191c、191d、191e分別連接有供給作為電漿生成氣體亦即稀有氣體之Ar氣體的Ar氣體供給源192，供給氧化性氣體亦即O2 氣體的O2 氣體供給源193，供給作為淨化氣體等使用的N2 氣體的N2 氣體供給源194，供給含氫氣體亦即H2 氣體的H2 氣體供給源195，及供給作為成膜原料氣體亦即含碳氣體之乙烯(C2 H4 )氣體的C2 H4 氣體供給源196。又，於分歧管191a、191b、191c、191d、191e，雖未圖示，設置有流量控制用之質量流量控制器及其前後之閥。又，和第1例同樣地設置噴淋板將C2 H4 氣體等供給至接近晶圓W之位置，據此，可以調整氣體之解離。又，藉由使供給彼等氣體的噴嘴朝下方延伸可以獲得同樣效果。
如上述說明，微波導入裝置105設置於處理容器101之上方，作為對處理容器101內導入電磁波(微波)生成電漿的電漿生成手段之功能。如圖5所示，微波導入裝置105具有：作為天板之功能的處理容器101之天壁部111；生成微波並且將微波分配為複數個路徑而輸出的微波輸出部130；將從微波輸出部130輸出的微波導入處理容器101的天線單元140。
如圖6所示，微波輸出部130具有：微波電源131；微波震盪器132；將經由微波震盪器132震盪的微波進行放大的放大器133；及將經由放大器133放大的微波分配為複數個路徑的分配器134。微波震盪器132為固態元件，例如已860MHz震盪微波(例如PLL震盪)。又，微波之頻率不限定於860MHz，2.45GHz，8.35GHz，5.8GHz，1.98GHz等從700MHz至10GHz之範圍者。分配器134對輸入側與輸出側之阻抗邊進行匹配邊分配微波。
天線單元140，係如圖6所示，包含複數個天線模組141。複數個天線模組141分別將經由分配器134分配的微波導入處理容器101內。複數個天線模組141之構成全部相同。各天線模組141具有主要將分配的微波放大並輸出的放大器部142，及將從放大器部142輸出的微波放射至處理容器101內的微波放射機構143。
放大器部142具有：變化微波之相位的相位器145；對輸入主放大器147的微波之電力位準進行調整的可變增益放大器146；作為固態元件放大器而構成的主放大器147；將被後述之微波放射機構143之天線部反射而朝向主放大器147的反射微波進行分離的分離器148。
如圖5所示，複數個微波放射機構143設置於天壁部111。又，如圖7所示，微波放射機構143具有形成為筒狀的外側導體152及在外側導體152內與外側導體152以同軸狀設置的內側導體153，具有：於彼等之間具有微波傳送路的同軸管151；將來自放大器部142之已放大的微波供電至微波傳送路的供電部155；將負載之阻抗與微波電源131之特性阻抗進行匹配的調諧器154；及使同軸管151之微波放射至處理容器101內的天線部156。
供電部155係從外側導體152之上端部之側方藉由同軸電纜被導入經由放大器部142放大的微波，例如藉由供電天線放射微波而對外側導體152與內側導體153之間之微波傳送路進行微波電力之供電，使微波電力朝天線部156傳播。
天線部156設置於同軸管151之下端部。天線部156具有：連接於內側導體153之下端部，且形成為圓板狀的平面天線161；配置於平面天線161之上面側的滯波材162；及配置於平面天線161之下面側的微波透過板163。微波透過板163嵌入天壁部111，其下面從處理容器101之內部空間露出。平面天線161具有以貫穿的方式形成的狹縫161a。狹縫161a之形狀以可以有效放射微波的方式被適當地設定。於狹縫161a可以***介電質。滯波材162藉由具有比真空大的介電率的材料形成，藉由其厚度可以調整微波之相位，可以將微波之放射能量設為最大。微波透過板163亦由介電質構成，以可以使微波以TE模式有效放射的方式來形成形狀。透過微波透過板163的微波，於處理容器101內之空間生成電漿。作為構成滯波材162及微波透過板163之材料，例如可以使用石英或陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等之氟系樹脂、聚醯亞胺樹脂等。
調諧器154係構成芯塊調諧器(slug tuner)，如圖7所示，具有：配置於比起同軸管151之天線部156更靠近基端部側(上端部側)之部分的2個芯塊171a、171b；對彼等2個芯塊分別獨立進行驅動的致動器172；及對該致動器172進行控制的調諧器控制器173。
芯塊171a、171b係形成為板狀且環狀，由陶瓷等之介電質材料構成，配置於同軸管151之外側導體152與內側導體153之間。又，致動器172例如藉由使設置於內側導體153之內部且分別與芯塊171a、171b擰緊的2個螺栓旋轉而個別對芯塊171a、171b進行驅動。依據來自調諧器控制器173之指令，藉由致動器172使芯塊171a、171b朝上下方向移動。調諧器控制器173以使終端部之阻抗成為50Ω的方式對芯塊171a、171b之位置進行調整。
主放大器147與調諧器154與平面天線161被接近配置。調諧器154與平面天線161構成集中常數電路，並且作為共振器之功能。在平面天線161之安裝部分存在阻抗不匹配，但藉由調諧器154直接對電漿負載進行調諧，因此可以包含電漿以高精度進行調諧，可以消除平面天線161中的反射之影響。
如圖8所示，本例中，微波放射機構143設置7個，與彼等對應的微波透過板163均等地成為六方最密配置的的方式被配置。亦即，7個微波透過板163之中之1個被配置於天壁部111之中央，於其周圍配置其他之6個微波透過板163。彼等7個微波透過板163係以鄰接的微波透過板成為等間隔的方式配置。又，氣體供給機構103之複數個噴嘴123係以包圍中央之微波透過板之周圍的方式配置。又，微波放射機構143之個數不限定於7個。
控制部106，典型係由電腦構成，對處理裝置200之各部進行控制。控制部106具備記憶有處理裝置200之製程序列及控制參數亦即製程配方的記憶部或輸入手段及顯示器等，依據選擇的製程配方進行規定之控制。
依據如此般構成的處理裝置200依據上述實施形態形成石墨烯構造體時，首先，將作為被處理基板之例如表面由絕緣體、半導體、金屬形成的晶圓W搬入，載置於載置台102之上必要時進行晶圓W之表面之清淨化。
該表面處理之較佳條件如以下。 氣體流量：Ar/H2 =0~2000/10~2000sccm 壓力：0.1~10Torr(13.3~1333Pa) 晶圓溫度：300~600℃ 時間：10~120min
接著，將處理容器101內之壓力及晶圓溫度控制成為規定之值，在晶圓W之表面不具有觸媒之功能之狀態下(表面為金屬之情況下不進行活化處理)，藉由遠距微波電漿CVD形成石墨烯構造體。
具體言之，從氣體導入噴嘴123將電漿生成氣體亦即Ar氣體供給至處理容器101之天壁部111之正下方，並且將從微波導入裝置105之微波輸出部130被分配為複數個而輸出的微波導引至天線單元140之複數個天線模組141，由彼等微波放射機構143放射使電漿點火。
於各天線模組141中，微波係被構成固態元件放大器之主放大器147個別放大，並供電至各微波放射機構143，在同軸管151內傳送而到達天線部156。此時，微波藉由調諧器154之芯塊171a及芯塊171b自動進行阻抗匹配，在電力反射實質上不存在的狀態下，從調諧器154經過天線部156之滯波材162而從平面天線161之狹縫161a被放射，進一步透過微波透過板163，在與電漿接觸的微波透過板163之表面(下面)傳送而形成表面波。來自各天線部156之電力在處理容器101內進行空間合成，在天壁部111之正下方區域生成基於Ar氣體的表面波電漿，該區域成為電漿生成區域。
接著，按電漿點火之時序從氣體導入噴嘴123供給作為成膜原料氣體亦即含碳氣體之C2 H4 氣體及對缺陷(非石墨烯構造體)進行蝕刻的作為氧化性氣體之O2 氣體。此時，必要時供給H2 氣體亦可。
彼等氣體被電漿激發而解離，供給至載置於載置台102上的被處理基板亦即晶圓W。晶圓W配置於遠離電漿生成區域之區域，對晶圓W供給從電漿生成區域擴散之電漿，因此晶圓W上成為低電子溫度之電漿成為低損傷，並且成為自由基主體之高密度之電漿。藉由這樣的電漿，不必使用習知必要的已活化處理的金屬觸媒層，依據成核與橫向成長之通常的結晶之成長樣式可以形成石墨烯構造體。
本例中，作為含碳氣體之C2 H4 氣體及必要時H2 氣體被供給至電漿生成區域而被解離，但使用和第1例同樣之噴淋板，或延伸氣體導入噴嘴，而藉由從電漿生成區域擴散之電漿使C2 H4 氣體及必要時之H2 氣體解離而抑制解離亦可。又，不使用電漿生成氣體亦即Ar氣體亦可，將含碳氣體亦即C2 H4 氣體等直接供給至電漿生成區域而點火電漿亦可。
本例之處理裝置200中，藉由構成固態元件放大器之主放大器147個別放大分配為複數個的微波，從複數個天線部156個別導入處理容器101內形成表面波後，使彼等於空間合成而生成微波電漿，因此不必要大型之分離器或合成器，成為輕便化。另外，主放大器147、調諧器154及平面天線161被接近設置，調諧器154與平面天線161構成集中常數電路，並且作為共振器之功能，據此，在存在阻抗不匹配的平面狹縫天線安裝部分中藉由調諧器154可以高精度進行包含電漿之調諧，因此可以確實消除反射之影響可以進行高精度之電漿控制。又，設置有複數個微波透過板163，因此和第1例之處理裝置中的單一之微波透過板24比較，可以縮小整體之面積，可以縮小使電漿穩定地點火及放電所必要的微波之功率。
處理裝置200中的遠距微波電漿CVD時之較佳條件，基本上和第1例相同，依據項目更佳條件會有不同，如以下。 氣體流量： Ar氣體=0~2000/10~2000sccm C2 H4 氣體=0.1~300sccm O2 氣體=0.1~10sccm H2 氣體=0~500sccm 壓力： 晶圓表面為絕緣體及半導體之情況下 1.33~667Pa(0.01~5Torr) 晶圓表面為金屬之情況下(無觸媒之功能) 1.33~400Pa(0.01~3Torr) 溫度：350~1000℃(更好是400~800℃) 微波功率：整體為100~5000W(更好是1000~3500W) 時間：1~200min
＜實驗例＞ 以下，對實驗例進行說明。
[實驗例1] 於此，作為被處理基板而準備在Si基體上形成有SiO2 膜的晶圓(無觸媒金屬層)，使用第1例之處理裝置，作為含碳氣體使用C2 H4 氣體，作為稀有氣體使用Ar氣體，作為氧化性氣體使用O2 氣體，C2 H4 氣體流量：20sccm，Ar氣體流量：500sccm，O2 氣體流量於0~10sccm之間變化，進行遠距微波電漿CVD。
其他之條件設為，壓力：0.4Torr，溫度：400℃，微波功率：2kW，時間：40min。
圖9係變化O2 氣體流量為0sccm、1sccm、2sccm、4sccm、8sccm形成石墨烯膜時之膜之SEM照片。從圖9可知隨著O2 氣體流量增加，石墨烯膜之成膜量減少，特別是比較O2 氣體流量為4sccm與8sccm之情況下，藉由增多O2 氣體流量，則核生成密度減少。由此確認了O2 氣體之蝕刻效果。
接著，針對O2 氣體添加對石墨烯之結晶性的影響進行了調査。石墨烯之結晶性可以藉由拉曼光譜把握。圖10表示典型的石墨烯之拉曼光譜之圖。圖中，G為起因於石墨烯構造之峰值，D’為起因於缺陷構造之峰值，因此可以使用G/D’比作為石墨烯之結晶性之指標。亦即，示出G/D’比越大石墨烯之結晶性越良好。
圖11表示O2 氣體流量設為0sccm、2sccm、4sccm、8sccm、10sccm成膜的石墨烯構造體之拉曼光譜之圖。圖11中，為了方便，將各O2 氣體量之光譜在高度方向重疊示出。又，圖12表示此時之O2 氣體流量與G/D’比之關係之圖。如彼等圖所示，隨O2 氣體流量(O2 氣體添加量)之增加，G/D’比亦增加，確認了藉由O2 氣體添加可以提升石墨烯構造體之結晶性。
圖13係由上述結果，將O2 氣體流量與C2 H4 氣體之流量比按照氧原子之量/碳原子之量換算成為O/C換算流量比，表示該O/C換算流量比與G/D’比之關係之圖。由該圖可知，O/C換算流量比為0.1以上時G/D’比增加，在0.5呈飽和。由此確認了，作為氧化性氣體使用O2 氣體之情況下，O/C換算流量比在0.1~0.5之範圍為較佳。
[實驗例2] 於此，作為被處理基板準備在Si基體上形成有SiO2 膜的晶圓(無觸媒金屬層)，使用第1例之處理裝置，作為含碳氣體而使用C2 H2 氣體，作為稀有氣體使用Ar氣體，作為氧化性氣體使用H2 O氣體(水蒸氣)，C2 H2 氣體流量為：0.6sccm，Ar氣體流量為：90sccm，H2 O氣體流量在0~8sccm之間變化，進行了遠距微波電漿CVD。
作為其他之條件設定為，壓力：0.036~0.05 Torr，溫度：600℃，微波功率：400W，時間：10min。
圖14係表示將H2 O氣體流量設為0sccm、2sccm、4sccm、8sccm進行成膜的石墨烯構造體之拉曼光譜之圖。圖14中方便上，將各H2 O氣體量之光譜在高度方向重疊表示。又，圖15係表示此時之H2 O氣體流量與G/D’比之關係之圖。如彼等圖所示，隨H2 O氣體流量(H2 O氣體添加量)之增加，G/D’比亦增加，確認了藉由H2 O氣體添加可以提升石墨烯構造體之結晶性。
圖16係表示，依據上述結果，將H2 O氣體流量與C2 H2 氣體之流量比按照氧原子之量/碳原子之量換算成為O/C換算流量比時，該為O/C換算流量比與G/D’比之關係之圖。由該圖可知，直至O/C換算流量比為4為止G/D’比增加，O/C換算流量比大於4時G/D’比降低。由此確認了，作為氧化性氣體使用H2 O氣體之情況下，O/C換算流量比在4以下之範圍為較佳。
＜其他之適用＞ 以上，針對實施形態進行說明，但此次揭示的實施形態全部應考慮為僅是例示，並非用來制限者。上述實施形態在不脫離申請專利範圍及其主旨範圍內可以按各種形態進行省略、置換、變更。
例如電漿CVD不限定於微波電漿CVD。又，進行遠距微波電漿CVD之處理裝置不限定於上述例，可以使用各種型態之處理裝置。
又，作為形成石墨烯構造體之被處理基板，雖舉出以Si等之半導體基體作為基材的半導體晶圓之例進行說明，但不限定於此。
1、101‧‧‧處理容器 2、102‧‧‧載置台 3‧‧‧微波導入機構 4、103‧‧‧氣體供給機構 5‧‧‧排氣部 6、106‧‧‧控制部 82、104‧‧‧排氣裝置 100、200‧‧‧處理裝置 105‧‧‧微波導入裝置 300‧‧‧被處理基板 301‧‧‧半導體基體 302‧‧‧絕緣膜 303‧‧‧阻障膜 304‧‧‧金屬膜 310‧‧‧石墨烯構造體 W‧‧‧晶圓
[圖1]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法之流程圖。
[圖2A]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法使用的被處理基板之構造之具體例之剖面圖。
[圖2B]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法使用的被處理基板之構造之具體例之剖面圖。
[圖2C]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法使用的被處理基板之構造之具體例之剖面圖。
[圖3]表示藉由本揭示之一實施形態的石墨烯構造體 之形成方法在被處理基板上形成石墨烯構造體的狀態之剖面圖。
[圖4]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法之實施上適合的處理裝置之第1例之剖面圖。
[圖5]表示本揭示之一實施形態的石墨烯構造體之形成方法之實施上適合的處理裝置之第2例之剖面圖。
[圖6]表示圖5之處理裝置中的微波導入裝置之構成的構成圖。
[圖7]表示圖5之處理裝置中的微波放射機構之模式的剖面圖。
[圖8]表示圖5之處理裝置中的處理容器之天壁部之模式的底面圖。
[圖9]表示實驗例1中變化O2氣體流量而形成的石墨烯構造體的SEM照片。
[圖10]表示典型的石墨烯之拉曼光譜之圖。
[圖11]表示實驗例1中作為O2氣體流量而設為0sccm、2sccm、4sccm、8sccm、10sccm成膜的石墨烯構造體之拉曼光譜之圖。
[圖12]表示實驗例1中的O2氣體流量與G/D’比之關係之圖。
[圖13]將實驗例1中的O2氣體流量與C2H4氣體之流量比以氧原子之量/碳原子之量換算成為O/C換算流量比，表示O/C換算流量比與G/D’比之關係之圖。
[圖14]表示實驗例2中將H2O氣體流量設為0sccm、2sccm、4sccm、8sccm而成膜的石墨烯構造體之拉曼光譜之圖。 [圖15] 表示實驗例2中的H2 O氣體流量與G/D’比之關係之圖。 [圖16] 將實驗例2中的H2 O氣體流量與C2 H2 氣體之流量比以氧原子之量/碳原子之量換算成為O/C換算流量比，表示該O/C換算流量比與G/D’比之關係之圖。

Claims (10)

  1. 一種形成石墨烯構造體的方法，係形成石墨烯構造體的方法，包含：準備被處理基板的工程；及在上述被處理基板之表面不具有觸媒之功能的狀態下，藉由使用了包含含碳氣體和含有氧原子的氧化性氣體的處理氣體之電漿的電漿CVD在上述被處理基板之表面形成石墨烯構造體之工程。
  2. 如申請專利範圍第1項之形成石墨烯構造體的方法，其中上述被處理基板，其表面為絕緣體、半導體、或未實施活化處理的金屬。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之形成石墨烯構造體的方法，其中上述電漿CVD為遠距微波電漿CVD。
  4. 如申請專利範圍第3項之形成石墨烯構造體的方法，其中形成石墨烯構造體之工程，係在被處理基板之溫度設為350~1000℃，微波功率設為100~5000W，時間設為1~200min之範圍進行。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之形成石墨烯構造體的方法，其中上述氧化性氣體為氧氣體。
  6. 如申請專利範圍第5項之形成石墨烯構造體的方法，其中氧氣體流量相對於含碳氣體流量的流量比，按照氧氣體中之氧原子之量/含碳氣體中之碳原子之量換算而成的O/C換算流量比為0.1~0.5。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之形成石墨烯構造體的方法，其中上述氧化性氣體為水蒸氣。
  8. 如申請專利範圍第7項之形成石墨烯構造體的方法，其中水蒸氣氣體流量相對於碳氫氣體流量的流量比，按照水蒸氣中之氧原子之量/含碳氣體中之碳原子之量換算而成的O/C換算流量比為4以下。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之形成石墨烯構造體的方法，其中上述處理氣體進一步包含氫氣體。
  10. 一種形成石墨烯構造體之裝置，係形成石墨烯構造體之裝置，具有：收納被處理基板的處理容器；對上述被處理基板進行加熱的加熱機構；具有狹縫的平面狹縫天線，隔著構成上述處理容器之天壁的介電質材料所形成的微波透過板配置於上述處理容器之上；微波導入機構，將微波透過上述狹縫及上述微波透過板導入上述處理容器內；氣體導入機構，對上述處理容器內供給包含含碳氣體和含有氧原子的氧化性氣體的處理氣體；排氣機構，對上述處理容器內進行排氣；及控制部，對上述加熱機構、上述微波導入機構、上述氣體導入機構、及上述排氣機構進行控制；上述控制部，係以如申請專利範圍第1至9項中任一項之方法被進行的方式對上述加熱機構、上述微波導入機構、上述氣體導入機構、及上述排氣機構進行控制。
TW108110828A 2018-03-30 2019-03-28 形成石墨烯構造體的方法及裝置 TWI803603B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-067448 2018-03-30
JP2018067448A JP7109230B2 (ja) 2018-03-30 2018-03-30 グラフェン構造体を形成する方法および装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201942053A TW201942053A (zh) 2019-11-01
TWI803603B true TWI803603B (zh) 2023-06-01

Family

ID=68061502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108110828A TWI803603B (zh) 2018-03-30 2019-03-28 形成石墨烯構造體的方法及裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210047186A1 (zh)
JP (1) JP7109230B2 (zh)
KR (1) KR102455326B1 (zh)
TW (1) TWI803603B (zh)
WO (1) WO2019187987A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4324577A1 (en) 2015-12-16 2024-02-21 6K Inc. Method of producing spheroidal dehydrogenated titanium alloy particles
AU2020264446A1 (en) 2019-04-30 2021-11-18 6K Inc. Mechanically alloyed powder feedstock
EP4061787B1 (en) 2019-11-18 2024-05-01 6K Inc. Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing
US11590568B2 (en) 2019-12-19 2023-02-28 6K Inc. Process for producing spheroidized powder from feedstock materials
TWI720868B (zh) * 2020-04-08 2021-03-01 大陸商烯美科技（深圳）有限公司 工業化量產高純度多孔石墨烯粉末之製程方法及其裝置
EP4173060A1 (en) 2020-06-25 2023-05-03 6K Inc. Microcomposite alloy structure
US11963287B2 (en) 2020-09-24 2024-04-16 6K Inc. Systems, devices, and methods for starting plasma
AU2021371051A1 (en) 2020-10-30 2023-03-30 6K Inc. Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders
TWI810772B (zh) 2021-12-30 2023-08-01 日揚科技股份有限公司 一種快速退火設備

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102892919A (zh) * 2010-03-17 2013-01-23 独立行政法人产业技术总合研究所 透明导电性碳膜的制造方法及透明导电性碳膜

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5407921B2 (ja) 2010-02-19 2014-02-05 富士電機株式会社 グラフェン膜の製造方法
JP5851804B2 (ja) 2011-11-09 2016-02-03 東京エレクトロン株式会社 前処理方法、グラフェンの形成方法及びグラフェン製造装置
JP5890204B2 (ja) 2012-03-05 2016-03-22 東京エレクトロン株式会社 スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置
JP2014167142A (ja) 2013-02-28 2014-09-11 Tokyo Electron Ltd カーボン膜形成方法及びカーボン膜
JP6002087B2 (ja) 2013-05-29 2016-10-05 東京エレクトロン株式会社 グラフェンの生成方法
US9911544B1 (en) * 2014-06-10 2018-03-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Metal oxide vertical graphene hybrid supercapacitors
KR101662710B1 (ko) * 2014-06-19 2016-10-06 울산과학기술원 수소플라즈마 처리를 통한 다이아몬드상 필름 제조방법
JP6883953B2 (ja) 2016-06-10 2021-06-09 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102892919A (zh) * 2010-03-17 2013-01-23 独立行政法人产业技术总合研究所 透明导电性碳膜的制造方法及透明导电性碳膜

Also Published As

Publication number Publication date
KR102455326B1 (ko) 2022-10-18
TW201942053A (zh) 2019-11-01
JP7109230B2 (ja) 2022-07-29
KR20200135506A (ko) 2020-12-02
WO2019187987A1 (ja) 2019-10-03
JP2019178021A (ja) 2019-10-17
US20210047186A1 (en) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI803603B (zh) 形成石墨烯構造體的方法及裝置
KR102209666B1 (ko) 그래핀 구조체의 형성 방법 및 형성 장치
JP6002087B2 (ja) グラフェンの生成方法
KR101993019B1 (ko) 전처리 방법, 그래핀의 형성 방법 및 그래핀 제조 장치
KR102452917B1 (ko) 성막 방법 및 처리 장치
US20190237326A1 (en) Selective film forming method and film forming apparatus
KR102650973B1 (ko) 그래핀 구조체를 형성하는 방법 및 장치
WO2021131480A1 (ja) 成膜方法および成膜装置
JP5788627B2 (ja) カーボンナノチューブ成長方法
WO2021220841A1 (ja) プリコート方法及び処理装置
JP7033999B2 (ja) ボロン系膜の成膜方法および成膜装置
WO2024029320A1 (ja) 成膜方法および成膜装置
WO2022102463A1 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
US20220316065A1 (en) Processing apparatus and film forming method
KR20230136206A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치