JP2014167153A - 成膜装置及びインジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】原子層単位で基板に薄膜を形成する際、成膜の単位時間当たりの処理量を向上させることができるインジェクタおよび成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜装置は、成膜中の基板を搬送する搬送機構と、成膜用ガスを前記基板に向けて供給するインジェクタを前記基板の搬送経路に沿って複数設けたインジェクタユニットと、反応物質を生成する反応物質供給ユニットと、を備える。前記インジェクタユニットは、前記インジェクタの間のそれぞれの隙間から前記反応物質を前記成膜成分の層に供給する。前記インジェクタの基板対向面は、前記成膜用ガスを出力する成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、前記成膜成分に対して不活性なガスを供給する不活性ガス供給口と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、原子層単位で基板に薄膜を形成する成膜装置、及びガスを基板に供給するインジェクタに関する。
今日、基板に薄膜を形成するとき、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする２種類の前駆体を基板上に交互に供給して、すなわち、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して、所望厚さの膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）技術が広く使用されている。
このＡＬＤ技術を用いた成膜装置では、上記２種類の前駆体を含むガスを空間的に分離して成膜を行うｓｐａｔｉａｌＡＬＤが知られている。ｓｐａｔｉａｌＡＬＤでは、２種類の前駆体を含むガスが気相で混合して反応することがないように、不活性ガスを流して２種類のガスを分離するバリアガスとして機能させたり、真空排気により２種類のガスの混合を抑制することにより、２種類のガスを分離している。
例えば、ＡＬＤ技術を用いた成膜装置では、搬送中の基板に対して、第１前駆体を含む第１反応ガスと第２前駆体を含む第２反応ガスを交互に供給する複数の出力チャネルを基板の搬送方向に複数設けた供給ヘッドが用いられる（特許文献１）。第１反応ガスを基板に供給する出力チャネルと第２反応ガスを基板に供給する出力チャネルの間には、不活性ガスを噴射する出力チャネルが設けられる（当該文献１の図５参照）。この不活性ガスが、バリアガスとして機能する。
特開２０１１−５０１７７９号公報
上記成膜装置において成膜の単位時間当たりの処理量を向上させるには、基板の搬送速度が一定の条件では、出力チャネルの搬送方向に沿った幅を狭くし、出力チャネルを多数設ける程有利である。しかし、上記成膜装置のように、出力チャネル毎に不活性ガス、第１反応ガス、不活性ガス、及び第２反応ガスの１つを順次基板の搬送方向に配置した構成では、成膜の単位時間当たりの処理量を向上させることは難しい。不活性ガス、第１反応ガス、不活性ガス、第２反応ガスの噴出口を狭い範囲に出力チャネルを設ける場合、供給ヘッドは複雑な構造となり、成膜装置のコストアップに繋がり易い。また、供給ヘッドは複雑な構造となるので、各ガスの噴射量を一定に保つことも難しくなり、成膜装置の信頼性（薄膜の均一性）は低下し易い。
そこで、本発明は、搬送する基板に対してガスを供給する際、成膜の単位時間当たりの処理量を向上させることができる新規なインジェクタ、および、このインジェクタを用いた成膜装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、原子層単位で基板に薄膜を形成する成膜装置である。当該成膜装置は、
基板の成膜中、前記基板を搬送する搬送機構と、
搬送中の前記基板に成膜用ガスの成膜成分の層を形成するために前記成膜用ガスを前記基板に向けて供給するインジェクタを前記基板の搬送経路に沿って複数設けられたインジェクタユニットと、
前記成膜成分と反応する反応物質を生成する反応物質供給ユニットと、を備える。
前記インジェクタユニットは、前記インジェクタの間のそれぞれの隙間から前記反応物質を前記基板に向けて供給するように構成される。
前記インジェクタのそれぞれの前記基板に対向する基板対向面は、前記成膜用ガスを出力する成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、前記基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、不活性なガスを出力する不活性ガス供給口と、を備える。
前記成膜装置の好ましい形態は以下の形態が挙げられる。
すなわち、前記インジェクタのそれぞれは、前記インジェクタそれぞれを構成するインジェクタ部材の内部に、前記成膜用ガス供給口、前記第１ガス排気口、及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔が設けられる。前記連続孔のそれぞれは、前記インジェクタ部材の面に開口を備え、前記開口において、成膜用ガス源と接続された成膜用ガス供給管、排気装置と接続された排気管、および、不活性ガス源のいずれか１つと接続された不活性ガス供給管と接続される。前記第１ガス排気口及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している。
前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、前記連続孔のうち前記環状を成している部分は、前記インジェクタ部材の前記高さ方向の異なる位置に設けられる、ことが好ましい。
また、前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、
前記インジェクタ部材は、前記高さ方向に積層された複数の部材要素によって構成され、
前記部材要素のそれぞれは、前記連続孔を形成するための連続溝が設けられ、前記連続孔のそれぞれは、前記連続溝が設けられた前記部材要素が接合することにより形成される、ことが好ましい。
前記基板対向面は、さらに、前記基板上の余分なガスを吸引する第２ガス排気口を備えることが好ましい。この場合、前記第２ガス排気口は、前記不活性ガス供給口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられる。
さらに、前記搬送機構と、前記インジェクタユニットと、高周波電極を内部空間内に配置する成膜容器を有し、前記反応物質は、前記成膜容器内で前記高周波電極を用いて形成されたプラズマから生成されるラジカル原子あるいはラジカル分子を含む、ことが好ましい。
本発明の他の一態様は、成膜装置に用いられるガスを基板に供給するインジェクタである。当該インジェクタのそれぞれの前記基板に対向する基板対向面は、前記成膜用ガスの成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、前記基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、前記成膜成分に対して不活性なガスを供給する不活性ガス供給口と、を備える。
前記インジェクタの好ましい一形態は以下の形態が挙げられる。
すなわち、前記インジェクタは、インジェクタ部材により構成され、前記インジェクタ部材の内部に、前記成膜用ガス供給口、前記第１ガス排気口、及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔が設けられる。前記連続孔のそれぞれは、前記インジェクタ部材の面に開口を備え、前記開口において、成膜用ガス源と接続された成膜用ガス供給管、排気装置と接続された排気管、および、不活性ガス源と接続された不活性ガス供給管のいずれか１つと接続される。前記第１ガス排気口及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している。
前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、前記連続孔のうち前記環状を成している部分は、前記インジェクタ部材の前記基板対向面からの高さ方向の異なる位置に設けられる、ことが好ましい。
また、前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、前記インジェクタ部材は、前記高さ方向に積層された複数の部材要素によって構成され、前記部材要素のそれぞれは、前記連続孔を形成するための連続溝が設けられ、前記連続孔のそれぞれは、前記連続溝が設けられた前記部材要素が接合することにより形成される、ことが好ましい。
前記基板対向面は、さらに、前記基板上の余分なガスを吸引する第２ガス排気口を備えることが好ましい。この場合、前記第２ガス排気口は、前記不活性ガス供給口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられる。
上述のインジェクタは、搬送する基板に対してガスを供給する際、成膜の単位時間当たりの処理量を向上させることができる。
本実施形態の成膜装置の概略構成図である。 （ａ）は、本実施形態のインジェクタの概略斜視図であり、（ｂ）は、本実施形態のインジェクタの基板対向面を説明する図である。 （ａ）は、本実施形態のインジェクタ内の成膜用ガスのガス流路と、不活性ガスのガス流路と、排気路を示す図であり、（ｂ）は、図３（ａ）中のＸ−Ｘ’線に沿ったインジェクタの断面図である。 （ａ）は、本実施形態のインジェクタの最上層の部材要素の上面図及び底面図を示す図であり、（ｂ）は、本実施形態のインジェクタの１つの部材要素の斜視図である。 （ａ）は、本実施形態のインジェクタの他の部材要素の上面図及び底面図であり、（ｂ）は、本実施形態のインジェクタのさらに他の部材要素の上面図及び底面図である。 （ａ）は、本実施形態のインジェクタのさらに他の部材要素の上面図及び底面図であり、（ｂ）は、本実施形態のインジェクタのさらに他の部材要素の上面図及び底面図である。 本実施形態のインジェクタの最下層の部材要素の上面図及び底面図である。
以下、本発明のインジェクタ及び成膜装置について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の成膜装置の概略構成図である。成膜装置１０は、成膜容器１２と、搬送機構１４と、プラズマ生成ユニット１６と、インジェクタユニット１８と、ガス供給ユニット２０と、排気ユニット２２と、を有する。
具体的には、成膜装置１０は、原子層単位で基板に薄膜を形成する装置である。
搬送機構１４は、基板の成膜中、基板を搬送する。
インジェクタユニット１８は、搬送中の基板に成膜用ガスの成膜成分の層を形成するために成膜用ガスを基板に向けて供給するインジェクタを含む。このインジェクタは基板の搬送経路に沿って複数設けられている。
プラズマ生成ユニット１６は、上記成膜成分と反応する反応物質を生成するユニットであり、反応物質供給ユニットである。
インジェクタユニット１８は、インジェクタの間のそれぞれの隙間から反応物質を基板に向けて供給するように構成されている。インジェクタのそれぞれの基板に対向する基板対向面は、成膜用ガスを出力する成膜用ガス供給口と、成膜用ガス供給口に対して基板の搬送方向の両側に設けられ、基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、この第１ガス排気口のそれぞれに対して搬送方向のうち成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、不活性なガスを出力する不活性ガス供給口と、を備える。
以下、成膜装置１０の構成を詳細に説明する。なお、以下説明する実施形態では、成膜用基板として、極めて薄いガラス板や樹脂フィルムであって、ロール状に巻くことのできるウェブ状のフレキシブルな基板を対象として説明する。しかし、本発明で用いる成膜用基板は、ウェブ状のフレキシブルな基板に限定されない。例えば、板状の硬い１枚の基板を成膜用基板とすることもできる。
図１に示すように、成膜容器１２の成膜空間（内部空間）内には、搬送機構１４と、プラズマ生成ユニット１６に属する高周波電極１６ａと、インジェクタユニット１８と、が主に配置されている。成膜容器１２は、成膜容器１２内の成膜空間を所定の圧力に維持し、あるいは減圧かつ維持し、成膜空間内で成膜用基板を成膜処理するための容器である。成膜容器１２の外周の壁面のそれぞれには、成膜空間内の雰囲気を成膜処理に適した温度にするために、加熱ヒータ２４が設けられている。
搬送機構１４が搬送する成膜用基板は、ロールに巻かれたウェブ状のフレキシブルなフィルムＦである。搬送機構１４は、回転ローラ１４ａ，１４ｂを備える。回転ローラ１４ａ，１４ｂは図示されない駆動モータに接続され、駆動モータの回転により、回転ローラ１４ａ，１４ｂが回転するように構成されている。駆動モータの回転方向は選択することができる。回転ローラ１４ａ，１４ｂにはフィルムＦが巻き回されており、フィルムＦはロール状を成している。搬送機構１４は、成膜するとき、回転ローラ１４ａ，１４ｂのいずれか一方を巻き取りローラとし、他方を送りローラとして回転させる。すなわち、搬送機構１４は、回転ローラ１４ａ，１４ｂの回転により、フィルムＦを回転ローラ１４ａあるいは回転ローラ１４ｂに巻きまわされたロールから引き出してフィルムＦの成膜のためにフィルムＦを一方向に搬送した後、成膜されたフィルムＦを巻き取って成膜処理ロールにする。図１では、フィルムＦが回転ローラ１４ｂから回転ローラ１４ａに搬送されて、回転ローラ１４ａで巻き取られることが図示されている。
本実施形態では、フィルムＦに形成される薄膜の膜厚を厚くするために、フィルムＦへの成膜を繰り返し行うことが好ましい。このとき、搬送機構１４は、成膜後のフィルムＦを回転ローラ１４ａで巻き取って得られた成膜処理ロールを再度引き出して、回転ローラ１４ａから回転ローラ１４ｂに向かって、すなわち、先の成膜中の搬送方向と反対方向に搬送することが好ましい。搬送中、フィルムＦは成膜されて膜厚が厚くなる。回転ローラ１４ｂは、成膜されたフィルムＦを巻き取って新たな成膜処理ロールにする。この後、さらに膜厚を厚くするために、回転ローラ１４ｂから回転ローラ１４ａに向かって、すなわち、先の成膜中の搬送方向と反対方向にフィルムＦを搬送する。搬送中、フィルムＦは成膜されて膜厚が厚くなる。回転ローラ１４ａは、成膜されたフィルムＦを巻き取って新たな成膜処理ロールにする。このように、フィルムＦの異なる方向への搬送を繰り返しながら、薄膜の膜厚を厚くすることにより、フィルムＦに形成される薄膜の膜厚を目標の厚さにすることが好ましい。
排気ユニット２２は、ロータリポンプあるいはドライポンプ等の排気装置２２ａ，２２ｂを含む。排気ユニット２２は、成膜容器１２内の成膜空間及びプラズマの生成されるプラズマ生成空間内のガスを排気して、一定の圧力に維持する。排気装置２２ａは、後述するプラズマ生成空間内の反応性ガスを排気する。排気装置２２ｂは、高周波電極１６ａより下方の、プラズマ生成空間を含む成膜空間内のガスを排気する。
プラズマ生成ユニット１６は、高周波電極１６ａと、接地電極１６ｂと、マッチングボックス１６ｃと、高周波電源１６ｄと、を有する。プラズマ生成ユニット１６は、成膜用ガスのフィルムＦに吸着した成膜成分と反応する反応物質を生成する反応物質生成ユニットである。接地電極１６ｂは、成膜容器２４内の断面を横切るように設けられた空間仕切り壁１７の面上に設けられている。成膜容器１２内の高周波電極１６ａは、給電線により、成膜容器１２の天井面からマッチングボックス１６ｃを介して高周波電源１６ｄに接続されている。高周波電源１６ｄは、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電極１６ａに供給する。高周波電極１６ａは、板状の電極である。高周波電極１６ａの下方には、高周波電極１６ａの平面に対向するように、接地された接地電極１６ｂが設けられている。高周波電極１６ａに高周波電圧が印加されることにより、高周波電極１６ａと接地電極１６ｂとの間の空間に供給された酸素ガスを用いてプラズマＰが生成される。すなわち、高周波電極１６ａと接地電極１６ｂとの間の空間はプラズマ生成空間となる。
本実施形態は、高周波電極１６ａと接地電極１６ｂとが互いに対向し、電極間でプラズマを生成する容量結合プラズマ方式を用いるが、これ以外に、誘導結合プラズマや公知のプラズマ生成方式を用いることができる。
なお、高周波電源１６ａに高周波電力を供給する給電線は、成膜容器２４の天井面に設けられた孔を通して成膜容器２４外のマッチングボックス１６ｃに接続される。このとき、孔は、絶縁体１６ｅでシールされる。また、高周波電極１６ａの外周には、セラミックス板等を用いた絶縁体板１６ｆが設けられている。これにより、プラズマ生成空間は高周波電極１６ａの上方の空間から画されている。
本実施形態では、反応物質生成ユニットとして反応物質をプラズマから生成するプラズマ生成ユニット１６を用いるが、反応物質生成ユニットは、プラズマ生成ユニット１６に限定されない。例えば、オゾンやＨ2Ｏやアンモニアを反応物質としてフィルムＦに供給する反応物質生成ユニットを用いることもできる。この場合、反応物質の反応活性を高めるために、成膜空間内の温度を１００℃以上にすることが望ましい。
プラズマ生成空間を画する成膜容器１２の側壁（図１中の右側の側壁）には、貫通孔が設けられている。この貫通孔は、図１に示されるように、後述する反応性ガス源２０ａと接続したガス供給管と接続されている。この貫通孔を通して反応性ガスがプラズマ生成空間内に供給される。また、プラズマ生成空間を画する成膜容器２４の側壁（図１中の左側の側壁）には、貫通孔が設けられている。この貫通孔は、図１に示されるように、排気装置２２ａと接続された排気管と接続されている。
空間仕切り壁１７の下方であって、フィルムＦの搬送経路の上方には、インジェクタユニット１８が設けられている。インジェクタユニット１８は、フィルムＦの搬送経路に沿って複数のインジェクタ１８ａを含む。複数のインジェクタ１８ａはフィルムＦの搬送経路に沿って列を成している。複数のインジェクタ１８ａの列の両側には、ダミーインジェクタ１８ｂが設けられている。インジェクタ１８ａは、成膜用ガスを出力することにより搬送中のフィルムＦに供給し、フィルムＦ上に成膜成分の層を形成させる。成膜成分は、フィルムＦに化学吸着する。すなわち、成膜用ガスは、フィルムＦに成膜成分が化学吸着するようなガスが選択されている。インジェクタ１８ａは、互いに隙間を開けて配列されている。更に、この隙間に対応するフィルムＦの搬送方向の位置において、空間仕切り壁１７には、フィルムＦの搬送方向と直交する方向に延びるスリット状の貫通孔が設けられている。これにより、フィルムＦに吸着された成膜成分の層が、その直後のインジェクタ間の隙間を通過するとき、上述したプラズマ生成空間で生成されたプラズマＰから得られる反応性ガスのラジカル原子やラジカル分子が貫通孔を通してフィルムＦに向かって下降して供給される。すなわち、成膜装置１０では、インジェクタ１８ａの間のそれぞれの隙間からラジカル原子やラジカル分子がフィルムＦに形成された成膜成分の層に供給されるように構成されている。ダミーインジェクタ１８ｂは、成膜用ガスを供給する機能を有しない。ダミーインジェクタ１８ｂは、隣に位置するインジェクタ１８ａとの間に、２つのインジェクタ１８ａ間に作られる隙間と同様の隙間を作り、この隙間からラジカル原子やラジカル分子をフィルムＦに供給するために設けられている。
インジェクタ１８ａとダミーインジェクタ１８ｂの上面には、接地導体１６ｂが形成されている。
空間仕切り壁１７より下方の成膜容器２４の側壁（図１の右側の側壁）には、貫通孔が設けられている。この貫通孔には、後述するパージガス源２０ｃと接続されたガス供給管が接続されている。パージガスは、不要となった成膜用ガス、反応性ガス、ラジカル分子、ラジカル原子等を効率よく排気するために用いるガスである。
さらに、インジェクタ１８ａのそれぞれには、後述する成膜用ガス源２０ｂと接続されたガス供給管と不活性ガス源２０ｄと接続されたガス供給管が接続されている。
ガス供給ユニット２０は、反応性ガス源２０ａと、成膜用ガス源２０ｂと、パージガス源２０ｃと、不活性ガス源２０ｄと、マスフローコントローラ２２ｅ，２２ｆ（図２参照）とを有する。
反応性ガス源２０ａが供給する反応性ガスとして、例えば、Ｏ2，Ｏ3，Ｈ2Ｏ，Ｎ2Ｏ，Ｎ2，ＮＨ3等が用いられる。成膜用ガス源２０ｂが供給する成膜用ガスとして、例えばＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＭＡＺ（テトラエチルメチルアミノジルコニウム）、ＴＥＭＡＨｆ（テトラエチルメチルアミノハフニウム）、アミノシラン等を含む有機金属化合物ガスが用いられる。パージガス源２０ｃが供給するパージガスとして、窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられる。不活性ガス減２２ｄが供給する不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが用いられる。不活性ガスとは、反応性ガスと成膜用ガスに対して反応しないガスをいう。
このような成膜装置１０では、インジェクタ１８ａが複数隙間を開けて設けられており、搬送されるフィルムＦは、各インジェクタ１８ａを通過する毎に、インジェクタ１８ａから成膜用ガスの供給を受けて、フィルムＦ上に成膜用ガスの成膜成分が原子層単位で化学吸着する。
一方、フィルムＦの搬送時、プラズマ生成空間に反応性ガスが供給され、高周波電圧が印加された高周波電極１６ａと接地電極１６ｂとの間で反応生成ガスを用いたプラズマＰが生成される。このプラズマＰがインジェクタ１８ａ間の隙間を通過することにより、フィルムＦ上に到達する。この時、プラズマの大部分はイオンが中性化して、ラジカル原子あるいはラジカル分子の状態となっている。したがって、インジェクタ１８ａによる成膜用ガスの供給によってフィルムＦ上に吸着した原子層単位の成膜成分と上記ラジカル分子あるいはラジカル原子とが反応して薄膜を形成する。インジェクタ１８ａとインジェクタ１８ａ間の隙間は複数交互に設けられているので、フィルムＦの搬送中、徐々にフィルムＦに形成される薄膜は厚くなる。
このようにして、成膜装置１０は、フィルムＦに薄膜を形成することができる。以上が、成膜装置１０の説明である。次に、インジェクタ１８ａの構成を詳細に説明する。
（インジェクタ１８ａの詳細説明）
図２（ａ）は、インジェクタ１８ａの概略斜視図である。図２（ａ）は、フィルムＦに対向する基板対向面３０を上方に向くように図示している。図２（ｂ）は、インジェクタ１８ａの基板対向面３０を説明する図である。
基板対向面３０には、複数のスリット状の開口３２と、楕円形状の開口を成すガス供給ポート３４，３６とガス排気ポート３８，４０が設けられている。開口３２の長さは、フィルムＦの幅と同程度である。
ガス供給ポート３４には、不活性ガス供給管４２と接続されている。不活性ガス供給管４２は、マスフローコントローラ２２ｆを介して不活性ガス源２０ｄと接続されている。マスフローコントローラ２２ｆは、不活性ガスの成膜空間内への供給量を制御する。
ガス供給ポート３６には、成膜用ガス供給管４４と接続されている。成膜用ガス供給管４４は、マスフローコントローラ２２ｅを介して成膜用ガス源２０ｂと接続されている。マスフローコントローラ２２ｅは、成膜用ガスの成膜空間内への供給量を制御する。
ガス排気ポート３８，４０のそれぞれには、排気管４６，４８と接続されている。排気管４６，４８は、排気装置２２ｂと接続されている。
本実施形態では、ガス供給ポート３４，３６とガス排気ポート３８，４０は、インジェクタ１８ａの基板対向面３０に設けられているが、これに限られない。ガス供給ポート３４，３６とガス排気ポート３８，４０は、インジェクタ１８ａの他の面に設けられてもよい。
基板対向面３０に設けられた開口３２は、図２（ｂ）に示すように、成膜用ガス供給口５０と、第１ガス排気口５２，５２と、不活性ガス供給口５４，５４と、第２ガス排気口５６，５６と、を含む。
成膜用ガス供給口５０は、成膜用ガスを出力する開口である。第１ガス排気口５２，５２は、成膜用ガス供給口５０に対してフィルムＦの搬送方向の両側に設けられ、フィルムＦ上の余分なガスを吸引する開口である。不活性ガス供給口５４，５４は、第１ガス排気口５２，５２のそれぞれに対してフィルムＦの搬送方向のうち成膜用ガス供給口５０から遠ざかる側に設けられ、不活性なガスを出力する。
成膜用ガス供給口５０及び不活性ガス供給口５４，５４の開口面には、開口の一部を塞ぐ部材５０ａ，５４ａがスリット状の開口の長手方向に沿って設けられている。部材５０ａ，５４ａを設けるのは、成膜用ガス供給口５０及び不活性ガス供給口５４，５４からの成膜用ガス及び不活性ガスの噴射速度を可能な限り抑制して、フィルムＦの面に穏やかに成膜用ガス及び不活性ガスを供給するためである。インジェクタイ１８ａの幅Ｗ（図２（ｂ）参照）は、例えば２０〜４０ｍｍであり、成膜用ガス供給口５０、第１ガス排気口５２，５２、不活性ガス供給口５４，５４、及び第２ガス排気口５６，５６のそれぞれの開口幅は例えば１〜３ｍｍである。
なお、本実施形態では、第２ガス排気口５６，５６が設けられているが、必ずしも設けられなくてもよい。しかし、不活性ガスを確実に排気し、隣接するインジェクタ１８ａとの間の隙間に不活性ガスが流れることにより、成膜に必要なラジカル原子やラジカル分子のフィルムＦへの供給を阻害しない点で、第２ガス排気口５４，５４が設けられることが好ましい。
図３（ａ）は、インジェクタ１８ａ内の成膜用ガスのガス流路と、不活性ガスのガス流路と、排気路を立体視して示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＸ−Ｘ’線に沿ったインジェクタ１８ａの断面図である。
図３（ａ）に示すように、インジェクタ１８ａの内部において、成膜用ガス供給管４４と接続したガス供給ポート３６から延びる管状の成膜用連続孔が設けられる。この成膜用連続孔は、インジェクタ１８ａの高さ方向Ｈに沿って上昇する上昇部６０ａと、上昇部６０ａと接続されて、インジェクタ１８ａ内部でインジェクタ１８ａの幅方向Ｌに延びる細長い空間を形成する収容部６０ｂと、収容部６０ｂから成膜用ガス供給口５０に向けて、高さ方向Ｈに沿って下降する下降部６０ｃ（図３（ｂ）参照）と、を有する。高さ方向Ｈとは、インジェクタ１８ａのインジェクタ部材のフィルムＦに対向する基板対向面３０に対して垂直方向をいう。
また、インジェクタ１８ａの内部において、排気管４６と接続した排気ポート３８から延びる排気用連続孔が設けられる。この排気用連続孔は、インジェクタ１８ａの高さ方向Ｈに沿って上昇する上昇部６２ａと、上昇部６２ａと接続されて、インジェクタ１８ａ内部で環状を成す環状部６２ｂと、環状部６２ｂから排気口５２に向けて、高さ方向Ｈに沿って下降する下降部６２ｃ（図３（ｂ）参照）と、を有する。
さらに、インジェクタ１８ａの内部において、不活性ガス供給管４２と接続したガス供給ポート３４から延びる管状の不活性ガス用連続孔が設けられる。この不活性ガス用連続孔は、インジェクタ１８ａの高さ方向Ｈに沿って上昇する上昇部６４ａと、上昇部６４ａと接続されて、インジェクタ１８ａ内部の上部で環状を成す環状部６４ｂと、環状部６４ｂから不活性ガス供給口５４，５４に向けて、高さ方向Ｈに沿って下降する下降部６４ｃ（図３（ｂ）参照）と、を有する。
また、インジェクタ１８ａの内部において、排気管４８と接続した排気ポート４０から延びる排気用連続孔が設けられる。この排気用連続孔は、インジェクタ１８ａの高さ方向Ｈに沿って上昇する上昇部６６ａと、上昇部６６ａと接続されて、インジェクタ１８ａ内部で環状を成す環状部６６ｂと、環状部６６ｂから排気口５６に向けて、高さ方向Ｈに沿って下降する下降部６６ｃ（図３（ｂ）参照）と、を有する。
図３（ｂ）に示すように、環状部６２ｂ，６４ｂ，６６ｂ及び収容部６０ｂは、高さ方向Ｈの異なる位置に設けられている。
このような複雑に構成される複数の連続孔を、１つの部材の内部を繰り抜いて作製することは難しい。このため、図３（ｂ）に示すように、分割線Ａ〜Ｅに沿って、環状部や収容部の位置で分割した構成にすることが好ましい。以降、インジェクタ１８ａのインジェクタ部材を構成する部材要素を上部から順に部材要素７０，７２，７４，７６，８０とする。
図４（ａ）は、最上層の部材要素７０の上面図及び底面図を示し、図４（ｂ）は、部材要素７０の斜視図である。図５（ａ）は、最上層から２番目の部材要素７２の上面図及び底面図を示し、図５（ｂ）は、最上層から３番目の部材要素７４の上面図及び底面図を示し、図６（ａ）は、最上層から４番目の部材要素７６の上面図及び底面図を示し、図６（ｂ）は、最上層から５番目の部材要素７８の上面図及び底面図を示し、図７は、最下層の部材要素８０の上面図及び底面図を示す。
部材要素７０〜８０は、接着剤による接着あるいは溶着により互いに接合してインジェクタ１８ａを構成することができる。すなわち、部材要素のそれぞれは、連続溝が設けられた部材要素が接合することにより、連続溝同士が組み合わされて、形成される。この場合、部材要素７０〜８０に設けられた連続溝の接続部分の周囲には必要に応じてガスケットが用いられてシールされる。
このように連続孔が複雑に設けられたインジェクタ１８ａであっても、部材要素の表面から部材要素毎に連続溝を掘って連続溝を形成することができるので、内部に連続孔を備えるインジェクタ１８ａを容易に作製することができる。
本実施形態のインジェクタ１８ａのフィルムＦに対向する基板対向面３０は、成膜用ガスの成膜用ガス供給口５０と、成膜用ガス供給口５０に対してフィルムＦの搬送方向の両側に設けられ、余分な成膜用ガスを吸引する第１ガス排気口５２，５２と、第１ガス排気口５２，５２のそれぞれに対してフィルムＦの搬送方向のうち成膜用ガス供給口５０から遠ざかる側に設けられ、成膜成分に対して不活性なガスを供給する不活性ガス供給口５４，５４とを有する。すなわち、１つのインジェクタ１８ａにおいて成膜用ガスの供給と余分な成膜用ガスの排気（吸引）が完結するので、インジェクタ１８ａの幅（フィルムＦの搬送方向の長さ）を短くすることができ、フィルムＦの搬送速度が一定の条件では、成膜の単位時間当たりの処理量を向上させることができる。
第１ガス排気口５２のそれぞれに対して成膜用ガス供給口５０から遠ざかる側に不活性ガス供給口５４，５４が設けられるので、不活性ガスが成膜用ガスと反応性ガスを分離するバリアガスとして機能し、隣り合う２つのインジェクタ１８ａ間の隙間から反応性ガスのラジカル原子やラジカル分子と成膜用ガスが混合して反応することを防止する。さらに、不活性ガス供給口５４，５４のそれぞれに対して成膜用ガス供給口５０から遠ざかる側に、フィルムＦ上の余分なガスを吸引する第２ガス排気口５６，５６が設けられることで、不活性ガスを第２ガス排気口５６，５６から確実に回収することができる。
第１ガス排気口５２，５２及び不活性ガス供給口５４，５４のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、インジェクタ１８ａの部材の内部で環状を成している。このため、第１ガス排気口５２，５２の排気は、開口の長さ方向の位置に依存しない均一な排気能力を有する。また、不活性ガス供給口５４，５４からの不活性ガスの供給量は、開口の長さ方向の位置に依存しない均一な供給能力を有する。したがって、フィルムＦに成膜用ガスの成膜成分を均一に吸着させることができる。
本実施形態では、第１ガス排気口５２及び不活性ガス供給口５４のそれぞれに接続された管状の連続孔の環状を成す環状部は、インジェクタ１８ａの部材の基板対向面３０からの高さ方向の異なる位置に設けられる。したがって、成膜用ガス供給口５０、第１ガス排気口５２，５２、及び不活性ガス供給口５４のそれぞれを互いに近接させて設けることができる。このため、インジェクタ１８ａの幅（フィルムの搬送方向の長さ）を狭くすることができる。
インジェクタ１８ａの部材は、高さ方向Ｈに積層された複数の部材要素７０〜８０によって構成され、部材要素７０〜８０のそれぞれには、連続孔を形成するための連続溝が設けられている。連通孔のそれぞれは、部材要素７０〜８０のうち２つ部材要素の連続溝が合わさることにより、形成される。したがって、複雑な配置の連続孔の構成であっても、部材要素７０〜８０に連続溝を設けることによって複雑な配置の連続孔を容易に構成することができる。すなわち、インジェクタのコストを抑制することができる。
本実施形態は、不活性ガス供給口５４，５４のそれぞれに対してフィルムＦの搬送方向のうち成膜用ガス供給口５０から遠ざかる側に、フィルムＦ上の余分な不活性ガスを吸引する第２ガス排気口５６，５６が設けられる。このため、不活性ガスを第２ガス排気口５６，５６から確実に吸収することができる。
本実施形態では、搬送機構１４と、インジェクタユニット１８と、高周波電極１６ａとを、内部空間内に配置する成膜容器１２を有し、反応物質は、成膜容器２４内で高周波電極１６ａを用いて形成されたプラズマから生成されるラジカル原子あるいはラジカル分子を含む。このため、１００℃以下の空間の温度において、フィルムＦ上で反応を容易に起こさせることができ、効率よく成膜を行うことができる。
以上、本発明のインジェクタ及び成膜装置について詳細に説明したが、本発明のインジェクタ及び成膜装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ 成膜装置
１２ 成膜容器
１４ 搬送機構
１４ａ，１４ｂ 回転ローラ
１６ プラズマ生成ユニット
１６ａ 高周波電極
１６ｂ 接地電極
１６ｃ マッチングボックス
１６ｄ 高周波電源
１６ｅ 絶縁体
１６ｆ 絶縁体板
１７ 空間仕切り壁
１８ インジェクタユニット
１８ａ インジェクタ
１８ｂ ダミーインジェクタ
２０ ガス供給ユニット
２０ａ 反応性ガス源
２０ｂ 成膜用ガス源
２０ｃ パージガス源
２０ｄ 不活性ガス源
２２ 排気ユニット
２２ａ，２２ｂ 排気装置
２４ 加熱ヒータ
３０ 基板対向面
３２ 開口
３４，３６ ガス供給ポート
３８，４０ ガス排気ポート
４２ 不活性ガス供給管
４４ 成膜用ガス供給管
４６，４８ 排気管
５０ 成膜用ガス供給口
５０ａ，５４ａ 部材
５２ 第１ガス排気口
５４ 不活性ガス供給口
５６ 第２ガス排気口
６０ａ，６２ａ，６４ａ，６６ａ 上昇部
６０ｂ 収容部
６０ｃ，６２ｃ，６４ｃ，６６ｃ 下降部
６２ｂ，６４ｂ，６６ｂ 環状部
特表２０１１−５０１７７９号公報
本発明の他の一態様は、成膜装置に用いられる成膜用ガスを基板に供給するインジェクタである。当該インジェクタの前記基板に対向する基板対向面は、前記成膜用ガスの成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、前記基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、前記成膜用ガスの成膜成分に対して不活性なガスを供給する不活性ガス供給口と、を備える。
前記インジェクタは、インジェクタ部材により構成され、前記インジェクタ部材の内部に、前記成膜用ガス供給口、前記第１ガス排気口、及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔が設けられる。前記連続孔のそれぞれは、前記インジェクタ部材の面に開口を備え、前記開口において、成膜用ガス源と接続された成膜用ガス供給管、排気装置と接続された排気管、および、不活性ガス源と接続された不活性ガス供給管のいずれか１つと接続される。前記第１ガス排気口及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している。

Claims (11)

  1. 原子層単位で基板に薄膜を形成する成膜装置であって、
    基板の成膜中、前記基板を搬送する搬送機構と、
    搬送中の前記基板に成膜用ガスの成膜成分の層を形成するために前記成膜用ガスを前記基板に向けて供給するインジェクタを前記基板の搬送経路に沿って複数設けられたインジェクタユニットと、
    前記成膜成分と反応する反応物質を生成する反応物質供給ユニットと、を備え、
    前記インジェクタユニットは、前記インジェクタの間のそれぞれの隙間から前記反応物質を前記基板に向けて供給するように構成され、
    前記インジェクタのそれぞれの前記基板に対向する基板対向面は、前記成膜用ガスを出力する成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、前記基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、不活性なガスを出力する不活性ガス供給口と、を備えることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記インジェクタのそれぞれは、前記インジェクタそれぞれを構成するインジェクタ部材の内部に、前記成膜用ガス供給口、前記第１ガス排気口、及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔が設けられ、
    前記連続孔のそれぞれは、前記インジェクタ部材の面に開口を備え、前記開口において、成膜用ガス源と接続された成膜用ガス供給管、排気装置と接続された排気管、および、不活性ガス源のいずれか１つと接続された不活性ガス供給管と接続され、
    前記第１ガス排気口及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している、請求項２に記載の成膜装置。
  3. 前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、
    前記連続孔のうち前記環状を成している部分は、前記インジェクタ部材の前記高さ方向の異なる位置に設けられる、請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、
    前記インジェクタ部材は、前記高さ方向に積層された複数の部材要素によって構成され、
    前記部材要素のそれぞれは、前記連続孔を形成するための連続溝が設けられ、
    前記連続孔のそれぞれは、前記連続溝が設けられた前記部材要素が接合することにより、形成される、請求項２または３に記載の成膜装置。
  5. 前記基板対向面は、さらに、前記基板上の余分なガスを吸引する第２ガス排気口を備え、前記第２ガス排気口は、前記不活性ガス供給口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  6. さらに、前記搬送機構と、前記インジェクタユニットと、高周波電極を内部空間内に配置する成膜容器を有し、
    前記反応物質は、前記成膜容器内で前記高周波電極を用いて形成されたプラズマから生成されるラジカル原子あるいはラジカル分子を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
  7. 成膜装置に用いられるガスを基板に供給するインジェクタであって、
    前記インジェクタのそれぞれの前記基板に対向する基板対向面は、前記成膜用ガスの成膜用ガス供給口と、前記成膜用ガス供給口に対して前記基板の搬送方向の両側に設けられ、前記基板上の余分なガスを吸引する第１ガス排気口と、前記第１ガス排気口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられ、前記成膜成分に対して不活性なガスを供給する不活性ガス供給口と、を備えることを特徴とするインジェクタ。
  8. 前記インジェクタは、インジェクタ部材により構成され、前記インジェクタ部材の内部に、前記成膜用ガス供給口、前記第１ガス排気口、及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔が設けられ、
    前記連続孔のそれぞれは、前記インジェクタ部材の面に開口を備え、前記開口において、成膜用ガス源と接続された成膜用ガス供給管、排気装置と接続された排気管、および、不活性ガス源と接続された不活性ガス供給管のいずれか１つと接続され、
    前記第１ガス排気口及び前記不活性ガス供給口のそれぞれに接続された管状の連続孔の一部は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している、請求項７に記載のインジェクタ。
  9. 前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、
    前記連続孔のうち前記環状を成している部分は、前記インジェクタ部材の前記基板対向面からの高さ方向の異なる位置に設けられる、請求項８に記載のインジェクタ。
  10. 前記インジェクタ部材の前記基板対向面に対して垂直方向を高さ方向としたとき、
    前記インジェクタ部材は、前記高さ方向に積層された複数の部材要素によって構成され、
    前記部材要素のそれぞれは、前記連続孔を形成するための連続溝が設けられ、
    前記連続孔のそれぞれは、前記連続溝が設けられた前記部材要素が接合することにより形成される、請求項８または９に記載のインジェクタ。
  11. 前記基板対向面は、さらに、前記基板上の余分なガスを吸引する第２ガス排気口を備え、前記第２ガス排気口は、前記不活性ガス供給口のそれぞれに対して前記搬送方向のうち前記成膜用ガス供給口から遠ざかる側に設けられる、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のインジェクタ。
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