JP2007224339A

JP2007224339A - 成膜方法及び成膜装置

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Publication number: JP2007224339A
Application number: JP2006044743A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Wada; 和夫和田
Original assignee: SERUBAKKU KK
Current assignee: SERUBAKKU KK
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: JP4903453B2

Abstract

【課題】１層または２層以上の薄膜を、煩わしい作業無しで大量生産することができる成膜方法及び好適な成膜装置を提供する。
【解決手段】一定幅のシート１０が巻回された供給ローラ２から一定距離離れた巻取ローラ６により、前記供給ローラ２から解かれたシート１０を、プラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーン３、４、５を通過させて巻取る工程と、上記薄膜形成ゾーン３〜５を通過させることに伴って上記シート１０上に上記ゾーン３〜５と同数の薄膜のそれぞれを順次プラズマＣＶＤ法により成膜する工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）、液晶表示素子などを成膜するためのシートに、プラズマＣＶＤ法により薄膜を形成するための成膜方法及びその方法に好適に使用される成膜装置に関する。

上述したプラズマＣＶＤ法により薄膜を成膜する方法として、チャンバー内でプラズマを発生させて、チャンバー内に導入された成膜ガスをプラズマにより分解・イオン化し、基板等の被成膜対象の表面に薄膜を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−６３３０４号公報（図２参照）

ところで、上述した成膜方法による場合には、チャンバー内にセットする被成膜対象がセットし得る大きさに限定されるため、一度に大量の被成膜対象に対して成膜することができず、大量生産に適用し難いという難点があった。また、被成膜対象を１つずつ出入れして成膜する必要があるため、チャンバー内を成膜可能な所定の雰囲気に調整するという準備に長時間を要するという難点もあった。

更に、上述した成膜方法により、被成膜対象の表面に複数の薄膜を形成する場合には、以下のような課題があった。ここで２層の薄膜を形成する場合を例に挙げると、２層の薄膜を形成する方式としては、例えば同一の成膜装置により２回成膜する方式と、別の成膜装置によりそれぞれ１回ずつ成膜する方式とが考えられる。しかしながら、前者の同一の成膜装置により２回成膜する方式によるときには、下層の薄膜を形成した後、その上層の薄膜を形成する前に、上記下層の薄膜の形成に用いた成膜ガスを置換等により除去する等の準備作業が必要となり煩わしい。一方、後者の別の成膜装置によりそれぞれ１回ずつ成膜する方式によるときは、２つの成膜装置に対する被成膜対象の出入れに長時間を要するとともに上記出入れに伴うチャンバー内の雰囲気変化を元の状態に戻す作業も必要となって煩わしいという難点がある。３層以上の成膜のときは、更に煩わしくなる。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、１層または２層以上の薄膜を、煩わしい作業無しで大量生産することができる成膜方法及び好適な成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の成膜方法は、一定幅のシートが巻回された供給ローラから一定距離離れた巻取ローラにより、前記供給ローラから解かれたシートを、１または２以上のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーンを通過させて巻取る工程と、上記薄膜形成ゾーンを通過することに伴って上記シート上に上記ゾーンと同数の薄膜のそれぞれを順次プラズマＣＶＤ法により成膜する工程とを含むことを特徴とする。

請求項２の成膜方法は、請求項１に記載の成膜方法において、前記シートの移動速度を変えることにより前記薄膜の厚みを調整することを特徴とする。

請求項３の成膜方法は、請求項１または２に記載の成膜方法において、前記薄膜形成ゾーンのシート移動方向に沿った長さを調節することにより前記薄膜の厚みを調整することを特徴とする。

請求項４の成膜方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜方法において、前記２以上の薄膜形成ゾーンを通過させ、前記シートの上に、湿気及び酸素の透過を防止するための窒化シリコンからなるバリヤ層と、酸化シリコン、窒酸化シリコンおよび炭化シリコンのうちの少なくとも一つからなる応力緩和層とを有する保護膜を形成することを特徴とする。

請求項５の成膜方法は、請求項４に記載の成膜方法において、前記応力緩和層を、前記保護膜が前記シート上のゴミを覆うことができる厚みに形成することを特徴とする。

本発明の請求項６の成膜装置は、一定幅のシートが巻回される供給ローラと、該供給ローラから一定距離離れていて該供給ローラから解かれた上記シートを巻取る巻取ローラと、該供給ローラと該巻取ローラとの間に設けられていて上記供給ローラからの上記シートが通過する１または２以上のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーンと、上記供給ローラ、上記巻取ローラ及び上記１または２以上の薄膜形成ゾーンが内部に設けられたチャンバーと、上記薄膜形成ゾーンに設けられたガス供給部材とを具備することを特徴とする。

請求項７の成膜装置は、請求項６に記載の成膜装置において、前記２以上の薄膜形成ゾーンのそれぞれは、前記シートの出入りに用いる出入り口を有する部屋に仕切られていて、隣合う薄膜形成ゾーンは上記出入り口を共用するように連続していることを特徴とする。

請求項８の成膜装置は、請求項７に記載の成膜装置において、前記部屋のそれぞれに、真空引き用のポンプが配置されていることを特徴とする。

請求項９の成膜装置は、請求項６乃至８のいずれかに記載の成膜装置において、前記チャンバーが２以上の薄膜形成ゾーンを有し、そのチャンバー内で２種類以上の薄膜が形成されることを特徴とする。

本発明の方法及び装置による場合には、供給ローラから解かれたシートを、１または２以上のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーンを通過させ、ゾーンを通過する間に薄膜を形成して巻取ローラに巻取る。このため、上記薄膜形成ゾーンの通過に伴って上記シート上に上記ゾーンと同数の薄膜を順次プラズマＣＶＤ法により連続的に成膜することができる。換言すると、１層の薄膜を形成する場合は、１つの薄膜形成ゾーンを通過させることでシート上に薄膜を形成することができ、長いシートを用いることで、非常に長い薄膜付きシートを生産することができる。また、２層以上の薄膜を形成する場合は、薄膜の数の薄膜形成ゾーンを設けるだけで、任意の数の薄膜を簡単に連続成膜することができる。よって、従来のように成膜ガスの置換等による除去する等の準備作業、２以上の成膜装置に対する被成膜対象の長時間の出入れ、及び、上記出入れに伴って変化したチャンバー内の雰囲気を元の状態に戻す作業のいずれも不要にできるので、煩わしい作業無しで大量生産することが可能になる。

請求項２の方法による場合には、シートの移動速度を遅くすると薄膜形成時間が長くなり、シートの移動速度を速くすると薄膜形成時間が短くなるため、これにより薄膜の厚みを調整することが可能となる。

請求項３の方法による場合には、薄膜形成ゾーンのシート移動方向長さを長くすると薄膜形成時間が長くなり、薄膜形成ゾーンのシート移動方向長さを短くすると薄膜形成時間が短くなるため、これにより薄膜の厚みを調整することが可能となる。

請求項４の方法による場合には、シートの上に、湿気及び酸素の透過を防止するための窒化シリコンからなるバリヤ層と、酸化シリコン、窒酸化シリコンおよび炭化シリコンのうちの少なくとも一つからなる応力緩和層とを有する保護膜を形成するので、バリヤ層におけるクラックの発生を効果的に防止でき、更に上記保護膜の上に例えば有機ＥＬ素子などを形成してもその有機ＥＬ素子などを長期にわたって湿気、酸素から保護することが可能になる。

つまり、シート上に形成した窒化シリコンからなるバリヤ層は、湿気、酸素の透過率が非常に低いので、湿気、酸素から保護することができる。また、バリヤ層の他に、酸化シリコン、窒酸化シリコンおよび炭化シリコンのうちの少なくとも一つからなる応力緩和層を形成しているので、成膜後の残留応力が大きいバリヤ層におけるクラックの発生を効果的に防止することができ、これにより長期にわたって湿気、酸素から保護することが可能になる。

請求項５の発明による場合には、保護膜がシート上のゴミを覆うので、保護膜上に成膜する半導体素子、例えば有機ＥＬ素子にゴミによる悪影響を及ぶのを防止することができる。また、酸化シリコンや窒酸化シリコン或いは炭化シリコン或いはこれらのうちの２以上を組み合わせた混合物からなる応力緩和層は、窒化シリコンからなるバリヤ層よりも、同一の移動速度であっても厚く形成することができるので、成膜時間の短縮化に寄与することができる。更に、光触媒によりシート上のゴミを除去する作業を省略することができる。

請求項７の発明による場合には、薄膜形成ゾーンのそれぞれが、シートの出入りに用いる出入り口を有する部屋に仕切られていて、隣合う薄膜形成ゾーンは出入り口を共用するように連続しているので、各薄膜形成ゾーンを離した配置にする場合よりも全長を短くすることができ、コンパクト化が図れる。

請求項８の発明による場合には、部屋のそれぞれに配置したポンプで真空引きを行うことができ、各部屋毎に個別に真空度の調整が可能になる。

以下に、本発明を具体的に説明する。

図１は、本発明方法に用いる薄膜の成膜装置を模式的に示す正面図である。

この成膜装置は、減圧用チャンバー１の内側に、供給ローラ２を内蔵する供給ゾーンと３つの薄膜形成ゾーン３、４、５と巻取ローラ６を内蔵する巻取ゾーンとが設けられていて、各薄膜形成ゾーン３〜５のそれぞれには、複数、図示例では２つのガス導入管１１、１２、１３、１４、１５および１６が設けられている。

供給ローラ２と巻取ローラ６とは一定距離離れて配置されていて、供給ローラ２には折曲げ自在な一定幅のフレキシブルなシート１０が巻回されていて、供給ローラ２から解かれたシート１０は、薄膜形成ゾーン３〜５を経て巻取ローラ６に巻取られる。供給ローラ２と巻取ローラ６の近傍のチャンバー１部分には開閉扉１７、１８が設けられていて、開閉扉１７を介して供給ローラ２に巻回されたシート１０の取付けができ、開閉扉１８を介して巻取ローラ６に巻き取られたシート１０を取出すことができるようになっている。

供給ローラ２と巻取ローラ６の近傍にはテンションローラ９ａ、９ｂが設けられ、これら一対のテンションローラ９ａ、９ｂによりシート１０に引張り張力を付与する。また、一対のテンションローラ９ａ、９ｂの間には、位置決めローラ９ｃ、９ｄが設けられ、これら一対の位置決めローラ９ｃ、９ｄはシート１０の高さ位置を決める働きを有している。

上記の各薄膜形成ゾーン３〜５は、チャンバー１の中央部を３つに仕切る４つの壁７の２つずつで挟まれた部屋として形成され、各壁７にはシート１０の出入りを許容する出入り口８が設けられている。この出入り口８は、隣合う薄膜形成ゾーン３〜５で共用されている。なお、上記ガス導入管１１〜１６は、各薄膜形成ゾーン３〜５の下側、例えば図示例では上記出入り口８よりも低い位置に設けられている。

また、各薄膜形成ゾーン３〜５の上側には、それぞれ真空引き用のポンプ３１が設けられ、下側にはプラズマ発生用のカソードとして機能する誘導コイル３２が設けられ、各薄膜形成ゾーン３〜５の内面がアノードとして機能する構成となっている。これらカソード及びアノードにより発生したプラズマは、ポンプ３１により下方から上方に移動せしめられる。なお、上記アノードは、各薄膜形成ゾーン３〜５の壁７の部分としてもよい。

供給ローラ２に最も近い薄膜形成ゾーン３は、窒化シリコンからなるバリヤ層を成膜するためのゾーンで、その薄膜形成ゾーン３に配されたガス導入管１１には、例えばＳｉＨ_４がゾーン３内に供給され、同じく薄膜形成ゾーン３に配されたガス導入管１２には、例えばＮ_２がゾーン３内に供給される。これら両ガスは上記プラズマにより分解・イオン化されて下方から上方に移動せしめられる。

隣の中間の薄膜形成ゾーン４は、本実施形態では酸化シリコンからなる応力緩和層を成膜するためのゾーンで、その薄膜形成ゾーン４に配されたガス導入管１３には、例えばＳｉＨ_４がゾーン４内に供給され、同じく薄膜形成ゾーン４に配されたガス導入管１４には、例えばＯ_２がゾーン４内に供給される。これら両ガスは上記プラズマにより分解・イオン化されて下方から上方に移動せしめられる。

最終の薄膜形成ゾーン５は、本実施形態では窒化シリコンからなる第２バリヤ層を成膜するためのゾーンで、その薄膜形成ゾーン５に配されたガス導入管１５には、例えばＳｉＨ_４がゾーン５内に供給され、同じく薄膜形成ゾーン５に配されたガス導入管１６には、例えばＮ_２がゾーン５内に供給される。これら両ガスは上記プラズマにより分解・イオン化されて下方から上方に移動せしめられる。

図２は薄膜形成ゾーン３〜５の雰囲気の状態を示す図である。薄膜形成ゾーン３、５ではＳｉＮの雰囲気となっていて、薄膜形成ゾーン４ではＳｉＯ_２の雰囲気となっている。そして、これら薄膜形成ゾーン３〜５をシート１０が通過することに伴って、シート１０の下面側の上にはゾーンと同数の薄膜が順次成膜される。

したがって、図３に示すように、シート１０の上には、順次、窒化シリコンからなるバリヤ層２１と、酸化シリコンからなる応力緩和層２２と、窒化シリコンからなる第２バリヤ層２３とが連続的に成膜され、これらバリヤ層２１と応力緩和層２２と第２バリヤ層２３とからなる保護膜２０が形成される。なお、バリヤ層２１と応力緩和層２２との間、及び応力緩和層２２と第２バリヤ層２３との間には、図２に示すように出入り口８を介して両側の薄膜形成ゾーン３〜５のガスが混合してＳｉＯＮからなるガスの存在により、ＳｉＯＮからなる非常に薄い薄膜が形成されることになる。

上記バリヤ層２１、応力緩和層２２及び第２バリヤ層２３は、それぞれシート１０の移動速度とゾーン長さに応じて成膜厚が制御される。例えば、シート１０の移動速度を遅くすると薄膜形成時間が長くなり、シート１０の移動速度を速くすると薄膜形成時間が短くなるため、これによりバリヤ層２１、応力緩和層２２及び第２バリヤ層２３の厚みを調整することが可能となる。一方、薄膜形成ゾーン３〜５のシート移動方向長さを長くすると薄膜形成時間が長くなり、薄膜形成ゾーン３〜５のシート移動方向長さを短くすると薄膜形成時間が短くなるため、これによりバリヤ層２１、応力緩和層２２及び第２バリヤ層２３の厚みを調整することが可能となる。なお、シート１０の移動速度とゾーン長さとの両方を変えることにより、バリヤ層２１、応力緩和層２２及び第２バリヤ層２３の厚みを調整するようにしてもよい。

以上のようにして成膜されたバリヤ層２１、応力緩和層２２及び第２バリヤ層２３は、以下のような効果を奏する。つまり、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなるバリヤ層２１及び第２バリヤ層２３は、湿気、酸素の透過率が非常に低いという特徴があるものの、成膜後の残留応力がシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）やシリコン窒酸化膜（ＳｉＯｘＮｙ膜）に比べて大きいため、膜厚を大きくしすぎると、上記残留応力に基づいて短期間にクラックを生じ、このクラックを通じて湿気や酸素の侵入を許し、却って信頼性を低下させる虞がある。一方、酸化シリコンからなる応力緩和層２２は、シリコン窒化膜に比べて成膜によって生じる残留応力が小さく、柔軟性に富む半面、湿気、酸素の透過率が劣るため、経時に伴って湿気、酸素が膜内に侵入することがある。よって、湿気、酸素の透過率が非常に低いバリヤ層２１及び第２バリヤ層２３と、成膜後の残留応力が小さい応力緩和層２２とを組み合わせることで、成膜後の残留応力が大きいバリヤ層２１及び第２バリヤ層２３におけるクラックの発生を応力緩和層２２が効果的に防止することができ、これにより長期にわたって湿気、酸素から保護することが可能になる。なお、応力緩和層２２をシリコン窒酸化膜、或いはシリコン窒酸化膜とシリコン酸化膜との複合膜にしても、同様の効果が得られる。

また、バリヤ層２１及び第２バリヤ層２３の成膜速度は約３００ｎｍ／ｍｉｎで、応力緩和層２２の成膜速度は約１５００ｎｍ／ｍｉｎであり、応力緩和層２２の成膜速度が５倍程度高い。ここで、薄膜形成ゾーン３のシート移動方向長さＬ１を３００ｍｍ、薄膜形成ゾーン４のシート移動方向長さＬ２を１８０ｍｍ、薄膜形成ゾーン５のシート移動方向長さＬ３を３００ｍｍとし、シート１０を１５ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させると仮定すると、バリヤ層２１及び第２バリヤ層２３の成膜厚みは約１００ｎｍとなり、応力緩和層２２の成膜厚みは約３００ｎｍとなる。よって、成膜速度の速い応力緩和層２２を厚く形成することで、成膜速度の遅いバリヤ層２１または第２バリヤ層２３を厚く形成する場合よりも短時間で保護膜２０全体を厚く形成できる。これによりシート１０の下面にゴミが付着していても、そのゴミを保護膜２０で覆い得る厚みを、短時間で形成できる。

なお、上述した実施形態では薄膜形成ゾーン３〜５の隣合うものどうしが壁で切られた接近した構成としているが、本発明はこれに限らず、薄膜形成ゾーン３〜５を離した構成とする場合よりも全長を短くコンパクトにすることができる。

また、上述した実施形態ではシートの下面側に薄膜を形成する構成としているが、本発明はこれに限らず、シートの上面側に薄膜を形成する構成としてもよい。例えば、誘導コイル３２を薄膜形成ゾーン３〜５の上側に、ポンプ３１を薄膜形成ゾーン３〜５の下側にそれぞれ配置させる構成としてもよい。

更に、上述した実施形態ではシートの上に窒化シリコンからなるバリヤ層２１及び第２バリヤ層２３と、酸化シリコンからなる応力緩和層２２とを形成する場合を説明しているが、本発明はこれに限らない。例えば、バリヤ層２１及び第２バリヤ層２３のうちの一方のバリヤ層と応力緩和層２２とを形成してもよく、その場合にも、前記一方のバリヤ層におけるクラックの発生を応力緩和層２２が効果的に防止することができ、これにより長期にわたって湿気、酸素から保護することが可能になる。また、応力緩和層２２に関しては、酸化シリコンに代えて、窒酸化シリコンまたは炭化シリコンからなる膜を形成したり、或いは酸化シリコン、窒酸化シリコンおよび炭化シリコンのうちの２以上の混合物からなる膜を形成したり、或いはこのような１または２以上の材質に、例えばＳｉＯＣ、ＳｉＣＮなどを組み合わせた複数の膜を形成したりする場合にも、同様に簡単に大量生産が可能になる。

更にまた、上述した実施形態では薄膜形成ゾーン３〜５のそれぞれにポンプ３１を設けているが、本発明はこれに限らない。例えば薄膜形成ゾーン３〜５で共用するようにポンプを１または２以上設けるようにしてもよい。但し、本実施形態のように薄膜形成ゾーン３〜５のそれぞれにポンプ３１を設ける場合には、各薄膜形成ゾーン３〜５での真空度を個別に調整することができる利点がある。

更にまた、上述した実施形態では３つの薄膜形成ゾーン３〜５を設けているが、本発明はこれに限らない。シート上に形成する薄膜の数に応じて薄膜形成ゾーンを設ければよい。よって、１層の薄膜を形成するときは１つの薄膜形成ゾーンでよい。

本発明方法に用いる薄膜の成膜装置を模式的に示す正面図である。図１の薄膜形成ゾーンの雰囲気の状態を示す図である。シート上の薄膜形成状態を示す断面図である。

符号の説明

１チャンバー
２供給ローラ
３、４、５薄膜形成ゾーン
６巻取ローラ
８出入り口
１０シート
１１、１２、１３、１４、１５、１６ガス導入管
２０保護膜
２１バリヤ層
２２応力緩和層
２３第２バリヤ層
３２誘導コイル

Claims

一定幅のシートが巻回された供給ローラから一定距離離れた巻取ローラにより、前記供給ローラから解かれたシートを、１または２以上のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーンを通過させて巻取る工程と、
上記薄膜形成ゾーンを通過することに伴って上記シート上に上記ゾーンと同数の薄膜のそれぞれを順次プラズマＣＶＤ法により成膜する工程とを含むことを特徴とする成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法において、
前記シートの移動速度を変えることにより前記薄膜の厚みを調整することを特徴とする成膜方法。
請求項１または２に記載の成膜方法において、
前記薄膜形成ゾーンのシート移動方向に沿った長さを調節することにより前記薄膜の厚みを調整することを特徴とする成膜方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜方法において、
前記２以上の薄膜形成ゾーンを通過させ、前記シートの上に、湿気及び酸素の透過を防止するための窒化シリコンからなるバリヤ層と、酸化シリコン、窒酸化シリコンおよび炭化シリコンのうちの少なくとも一つからなる応力緩和層とを有する保護膜を形成することを特徴とする成膜方法。
請求項４に記載の成膜方法において、
前記応力緩和層を、前記保護膜が前記シート上のゴミを覆うことができる厚みに形成することを特徴とする成膜方法。
一定幅のシートが巻回される供給ローラと、
該供給ローラから一定距離離れていて該供給ローラから解かれた上記シートを巻取る巻取ローラと、
該供給ローラと該巻取ローラとの間に設けられていて上記供給ローラからの上記シートが通過する１または２以上のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成ゾーンと、
上記供給ローラ、上記巻取ローラ及び上記１または２以上の薄膜形成ゾーンが内部に設けられたチャンバーと、
上記薄膜形成ゾーンに設けられたガス供給部材とを具備することを特徴とする成膜装置。
請求項６に記載の成膜装置において、
前記２以上の薄膜形成ゾーンのそれぞれは、前記シートの出入りに用いる出入り口を有する部屋に仕切られていて、隣合う薄膜形成ゾーンは上記出入り口を共用するように連続していることを特徴とする成膜装置。
請求項７に記載の成膜装置において、
前記部屋のそれぞれに、真空引き用のポンプが配置されていることを特徴とする成膜装置。
請求項６乃至８のいずれかに記載の成膜装置において、
前記チャンバーが２以上の薄膜形成ゾーンを有し、そのチャンバー内で２種類以上の薄膜が形成されることを特徴とする成膜装置。