JP5218651B2 - 表面波プラズマｃｖｄ装置および成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面波プラズマＣＶＤ装置、および、その装置を用いた成膜方法に関する。

従来、表面波プラズマを利用したＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。表面波プラズマＣＶＤ装置においては、真空チャンバに設けられた誘電体窓を通してマイクロ波が導入され、そのマイクロ波は、プラズマと誘電体窓との界面に沿った表面波として伝搬する。その結果、誘電体窓の近傍に高密度プラズマが生成される。成膜対象である基板は誘電体窓と対向する位置に固定配置される。

特開２００５−１４２４４８号公報

しかしながら、生成されるプラズマの密度分布は誘電体窓の範囲で必ずしも均一ではなく、例えば、誘電体窓の周辺領域では密度分布が低下する。そのため、誘電体窓の面積は、成膜対象である基板よりも大きく設定する必要があり、液晶ガラス基板のように2.5m角以上の大面積で均一な高密度プラズマを制御することは困難であり、コストアップの要因にもなる。また、表面波プラズマのような高密度プラズマでは特に、膜質や膜厚を均一とするために、材料性プロセスガスをプラズマ領域に一様に供給することが重要となり、そのために、ガス噴出部を精細に配置する必要があるが、大面積の場合はガス供給配管がプラズマ中に配置される場合もあり、パーティクル発生の原因となりやすいという問題があった。

また、表面波プラズマのような高密度プラズマにおいては、材料性プロセスガスを適切な位置に均一に導入することが、膜質、膜厚の均一性を得るための重要な要素となる。しかしながら、従来の装置では、ガス供給管に設けられた孔等からガスを噴出する方法が一般的であり、適切なプラズマ領域から外れるガスの量が少なくなかった。

本発明による表面波プラズマＣＶＤ装置は、マイクロ波源に接続され、複数のスロットアンテナが形成された導波管と、複数のスロットアンテナから放射されたマイクロ波をプラズマ処理室に導入して表面波プラズマを生成するための誘電体板と、誘電体板と対向する成膜処理領域を基板状の成膜対象が通過するように、成膜対象を往復動させる移動装置と、成膜条件に応じて移動装置による成膜対象の往復動を制御し、成膜対象への成膜を行わせる制御装置と、成膜処理領域を通過する成膜対象と誘電体板との間の所定位置において成膜対象の移動方向と直交する方向に複数並設されたガス噴出部であって、材料性プロセスガスを誘電体板に対して平行なスリットを介して成膜対象の移動方向に噴出するガス噴出部と、を備える。
なお、プラズマ処理室には、成膜対象の移動行路に沿って前記誘電体板と対向する前記成膜処理領域を挟むように、前記成膜対象が前記誘電体板と対向しない第１の待機領域および第２の待機領域が設けられ、第１の待機領域と第２の待機領域との間で成膜対象を往復動させるようにしても良い。
また、ガス噴出部の噴出方向に対向配置され、噴出された材料性プロセスガスを表面波プラズマの生成領域で対流させるガスバッフル板を備えるようにしても良い。
さらに、移動装置による成膜対象の移動行路全域に、成膜対象の温度を制御するバックプレートを配置するようにしても良い。
また、成膜対象とバックプレートとの間隔を変更するためのバックプレート駆動装置を備えるようにしても良い。
さらにまた、成膜対象をフィルム状基板とし、バックプレートはフィルム状基板を誘電体板と対向する領域に支持し、フィルム状基板の被成膜領域が成膜処理領域を通過するように往復動させるようにしても良い。
また、成膜対象は基板上に機能性素子を形成したものであって、機能性素子を保護する保護膜を成膜するようにしても良い。
本発明による成膜方法は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置による成膜対象への成膜方法であって、往復動の往路と復路とで成膜条件の異なる成膜層をそれぞれ成膜して、成膜条件の異なる成膜層が積層された薄膜を形成する。

本発明によれば、膜質や膜厚が均一な薄膜を低コストで形成することができる。

本発明の第１の実施の形態を説明する図であり、表面波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 第２の実施の形態を説明する図であり、表面波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 ガスバッフル板１ｂの作用を説明する図である。 第２の実施の形態を説明する図であり、（ａ）は、ガス噴出部５２の部分の拡大図であり、（ｂ）はガス噴出部５２を噴出方向から見た図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。 スリット５２１の有無による噴出ガスの拡がり方の違いを模式的に示したものであり、（ａ）は側方から見た図、（ｂ）は上方から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＤ方向から見た図である。 ガス噴出部５２の他の例を示す図である。 真空チャンバ１内での材料性プロセスガスの分布を模式的に示す図であり、（ａ）平面図であり、（ｂ）は正面図である。 第４の実施の形態を示す図である。 図１１の装置においてガスバッフル板１１０を設けた場合の装置を示す図である。 基板往復動を行わない従来の表面波プラズマＣＶＤ装置の一例を示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 プロセスガス中の窒素流量比とシリコン窒化膜の内部応力との関係を示す図である。 圧縮応力のシリコン窒化膜層と引っ張り応力のシリコン窒化膜層とを交互に積層した積層薄膜１００の断面を示す図である。 プラスチックフィルム基板上に形成された有機ＥＬ素子を示す断面図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１〜３は本発明の第１の実施の形態を説明する図であり、表面波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す。図１は装置を正面から見た断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３はＢ−Ｂ断面図である。ＣＶＤ装置は、成膜プロセスが行われる真空チャンバ１、表面波プラズマを生成する際のマイクロ波を供給するマイクロ波出力部２、導波管３、誘電体板４、ガス供給装置５、基板移動装置６および制御装置２０を備えている。

真空チャンバ１の上部には、石英などで作製された平板状の誘電体窓４が設けられている。誘電体窓４に対向する符号Ｒで示す領域は、基板１１上に成膜が行われる成膜処理領域である。誘電体窓４の上部には導波管３が載置されており、マイクロ波出力部２からのマイクロ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波）が導波管３に入力される。マイクロ波出力部２はマイクロ波電源、マイクロ波発振器 、アイソレータ 、方向性結合器および整合器で構成されている。

図２の破線で示すように、誘電体窓４の形状はｙ方向に長い長方形を成している。図１に示すように、誘電体窓４の上面は導波管３の底板３ａと接している。底板３ａの誘電体窓４に接している部分には、導波管３からマイクロ波を放射するための開口であるスロットアンテナＳが複数形成されている。マイクロ波出力部２から導入されたマイクロ波は、導波管３内において定在波を形成する。

図３に示すように、ガス供給装置５から供給されるプラズマ生成用のガスや成膜のための材料性プロセスガスは、ガス供給管５１ａ，５１ｂにより真空チャンバ１内に導入される。真空チャンバ１内には誘電体窓４の周囲を囲むように矩形のサポート部材１ａが設けられており、ガス供給管５１ａ，５１ｂはこのサポート部材１ａに固定されている。プラズマは、サポート部材１ａで囲まれた領域に形成される。ガス供給装置５からのガスは、ガス噴出部５２からサポート部材１ａ内のプラズマ領域へと噴出される。ガス供給装置５には、ガス種毎にマスフローコントローラが設けられており、制御装置２０によりマスフローコントローラを制御することにより、各ガスのオンオフおよび流量制御を行うことができる。

誘電体窓４に近い位置に設けられたガス供給管５１ａからは、Ｎ２，Ｏ２，Ｎ２Ｏ，ＮＯ，ＮＨ３等の反応性活性種の原料となるガス、およびＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等の希ガスが供給される。また、ガス供給管５１ｂからは、材料性プロセスガスとしてＴＥＯＳ，ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２ガスなどが供給される。ガス供給管５１ａ，５１ｂと誘電体窓４との距離は異なっており、ガス供給管５１ａの方が誘電体窓４との距離が小さい。本実施の形態では、ガス供給管５１ａ，５１ｂはサポート部材１ａの外側に配置されている。プラズマはサポート部材１ａで囲まれた領域に生成されるので、ガス供給管５１ａ，５１ｂはプラズマに曝されることがなく、従来のようなガス供給管をプラズマ領域に配置したことによるガス供給管への成膜や、その膜剥離によるパーティクルの発生という問題が生じない。

図１に示すように、真空チャンバ１内は、コンダクタンスバルブ８を介して接続された真空排気装置９によって真空排気される。真空排気装置９には、ターボ分子ポンプが用いられる。成膜対象である基板１１はトレイ１２上に載置され、そのトレイ１２はゲートバルブ１０を介して真空チャンバ１内に設けられた基板移動装置６のコンベアベルト６ａ上に搬送される。また、成膜を終了した基板１１は、トレイ１２に載置された状態でゲートバルブ１０を介して真空チャンバ１から搬出される。なお、トレイ１２を用いないで、基板１１をコンベアベルト６ａ上に直接載置しても構わない。

基板移動装置６は、成膜中にコンベアベルト６ａ上のトレイ１２を図１の左右方向（ｘ方向）に往復移動する。図３に示すように誘電体窓４は矩形状をしており、その短辺の延在方向は基板１１の移動方向と平行となっている。誘電体窓４の縦寸法（ｙ方向寸法）ｈ１は基板１１の縦寸法ｈ２よりも大きく設定される。すなわち、ｈ１＞ｈ２のように設定されている。一方、基板１１の横寸法ｗ２は誘電体窓４の幅寸法ｗ１と無関係であり、ｗ２は移動距離と正比例する。

バックプレート７は基板１１の温度を調整するために設けられたものであり、図示していないがヒータや冷却管が設けられていて温調可能である。例えば、トレイ１２および基板１１を加熱温度制御し、所望のＣＶＤプロセス条件を得る。また、冷却管に冷媒を循環することで、プラズマによる基板１１、トレイ１２の温度上昇を制御する。バックプレート７には、バックプレート７の位置を上下方向（ｚ方向）に駆動する駆動装置７ａが設けられており、駆動装置７ａを駆動してバックプレート７とトレイ１２とのギャップ調整を行うことができる。制御装置２０は、プラズマ源２、ガス供給装置５、基板移動装置６、駆動装置７ａ、コンダクタンスバルブ８、真空排気装置９およびゲートバルブ１０の動作を制御する。

〈動作説明〉
次に、シリコン窒化膜を成膜する場合を例に、成膜動作を説明する。この場合、ガス供給管５１ａからＮＨ３，Ｎ２ガスが供給され、ガス供給管５１ｂからＳｉＨ４ガスが供給される。導波管３のスロットアンテナＳから放射されたマイクロ波が誘電体窓４を通して真空チャンバ１内に導入されると、マイクロ波によって気体分子が電離・解離されてプラズマが発生する。そして、マイクロ波入射面付近のプラズマ中の電子密度がマイクロ波のカットオフ密度よりも大きくなると、マイクロ波はプラズマ中に入り込めなくなり、プラズマと誘電体窓４の界面に沿って表面波として伝搬する。その結果、表面波を介してエネルギーが供給される表面波プラズマが、誘電体窓４の近くに形成されることになる。

表面波プラズマは、誘電体窓４の近傍でプラズマ密度が高く、誘電体窓４から離れるに従ってプラズマ密度が指数関数的に減少する。このように、誘電体窓４からの距離に応じて高エネルギー領域と低エネルギー領域が発生するので、高エネルギー領域でラジカル生成を行い、低エネルギー領域に材料ガスであるＳｉＨ４を導入することによって、高効率ラジカル生成と、低ダメージ高速成膜が可能となる。

基板１１は前工程において予め所定の温度まで加熱され、トレイ１２に載置された状態でコンベアベルト６ａ上に搬送される。その後、基板移動装置６はトレイ１２の往復駆動を開始する。この往復移動動作により、基板１１は、真空チャンバ１内においてプラズマ領域の左側の位置（図１の実線で示す第１の待機位置）と、プラズマ領域の右側の位置（図１の破線で示す第２の待機位置）との間を往復移動する。これら左右いずれの位置においても、基板１１はサポート部材１ａで囲まれたプラズマ領域の対向位置を完全に通過した状態となっている。

表面波プラズマが生成されているサポート部材１ａで囲まれた領域の直下を基板１１が通過する間に、基板１１上にシリコン窒化膜層が形成される。このときに形成されるシリコン窒化膜層の厚さは、基板１１の移動速度に依存することになる。移動速度は、例えば１０mm/sec〜３００mm/sec程度に設定される。基板移動装置６は、基板１１がサポート部材１ａの下方領域を通過した後に減速動作を行って基板を停止させ、移動方向を反転して基板１１がサポート部材１ａの下方領域に入る前にまでに上記移動速度まで加速を完了させる。すなわち、基板１１はサポート部材１ａの下方領域を一定の移動速度で通過することになる。そのため、基板１１がサポート部材１ａの直下を１回通過する度に、移動速度に応じた均一な厚さを有するシリコン窒化膜層が形成される。最終的には、往復動におけるトータルの通過回数に等しい層数のシリコン窒化膜が、基板１１に形成されることになる。

水蒸気バリアやガスバリアのような用途では、同じ膜厚であってもモホロジーが異なる極薄膜を複層に形成した薄膜が要求され、移動往復成膜による合成薄膜が必要となる。スパッタリングやＣＶＤのような真空成膜プロセスの場合、下地の状態が薄膜の形成に遺伝的に継承されることがあるが、移動往復成膜では固定静止製膜に比べ、下地の状態が薄膜の形成に遺伝的に継承されることが緩和される。尚、さらに積極的に往路と復路で例えばシランガスとアンモニアガス導入比率を変更することで、異なった膜質の極薄膜を積層するような制御が容易となる。

なお、容量結合プラズマＣＶＤや誘導結合プラズマＣＶＤ装置では、安定した放電を得るためにカソードとアノードの安定した電気的結合が必須である。そのため、放電中にアノード側にある基板を移動すると、電極間の電位バランスが変化して安定した放電が得られず、膜質、膜厚、成膜速度の均一性が得られないという問題が生じる。また、基板を移動するとアーキングなどの異常放電を誘引することが知られており、膜質の劣化やパーティクルの発生により歩留まりが極端に低下するという問題も生じる。一方、本実施の形態において用いられている表面波プラズマＣＶＤ法は無電極放電であるため、カソードとアノードの安定した電気的結合を乱すような基板移動などを行っても上述したような問題が生じるおそれがない。

また、表面波プラズマは高密度、低電子温度のプラズマであり、デバイスに対するプラズマダメージが非常に少ない。そのため、有機薄膜デバイスのように温度やプラズマに対する耐性の低いデバイスであっても、ダメージを与えることなく無機絶縁薄膜の保護膜を形成することが可能である。

−第２の実施の形態−
図４，５は本発明の第２の実施の形態を説明する図であり、図４は表面波プラズマＣＶＤ装置を正面から見た断面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。図４，５に示すように、第２の実施の形態では、ガス供給管５１ａ，５１ｂの構成と、ガスバッフル板１ｂを設けた点が第１の実施の形態と異なっている。

図５に示すように、ガス供給管５１ａにより供給されたガスは、ガスバッフル板１ｂに向けて噴出されるものと、矩形の両短辺側から対向噴出されるものがあり、プロセス条件と矩形の長辺の長さにより両方もしくは片方を選択使用する。ガス供給管５１ａのガス噴出部５２は、矩形の三辺を成すサポート部材１ａの上下短辺および左側の長辺に設けられている。一方、ガス供給管５１ｂにより供給された材料性プロセスガスは、矩形の三辺を成すサポート部材１ａの左側の長辺に設けられたガス噴出部５２からガスバッフル板１ｂに向けて噴出される。材料性プロセスガスの噴出方向には、ガスの流れに対向するようにガスバッフル板１ｂが設けられている（図４参照）。図４に示すように、ガスバッフル板１ｂの下端は基板１１の近傍まで延びている。

図６はガスバッフル板１ｂの作用を説明する図である。ガス供給管５１ｂに設けられたガス噴出部５２の噴出口は円形であって、ガス噴出部５２からガスバッフル板１ｂ方向に噴出される材料性プロセスガスは、円錐状に広がっている。噴出されたガスは、ガスバッフル板１ｂに衝突した後に矢印のように逆流し、誘電体窓４の近傍で対流することになる。その結果、基板１１が静止している場合における膜厚分布は、図６（ｂ）に示すように誘電体窓４の右側の領域で膜厚が大きくなる。すなわち、材料性プロセスガスを効率よく利用することができるため、膜厚が大きくなっている。

一方、図６（ｃ）に示すように、ガスバッフル板１ｂを設けずに左右両方から材料性プロセスガスを噴出する場合には、膜厚分布は図６（ｄ）に示すような分布となる。また、図６（ｅ）はプラズマ密度分布を示したものであり、図６（ａ），（ｃ）のいずれの構成においても同じような分布となる。

図６（ｃ）に示す構成の場合には、ガスの分布が誘電体窓４の中心に対して左右対称であるため、膜厚の分布も左右対称となっている。ただし、図６（ａ）の場合に比べて矩形状のサポート部材１ａで囲まれた領域の外側に逃げてしまう材料性プロセスガスが多いため成膜速度が遅くなり、膜厚は図６（ｂ）と比較して相対的に薄くなっている。

一方、図６（ａ）に示す構造の場合には、材料性プロセスガスを効率よく利用することができるため、図６（ｂ）に示すように誘電体窓４の右側の領域において膜厚が大きくなる。さらに、基板１１をｘ方向に往復移動させて、基板１１がサポート部材１ａの下方領域を通過する間に成膜を行うので、図６（ｂ）に示すような分布に不均一性が生じても、その不均一性は平均化されて均一な膜厚の薄膜を形成することができる。すなわち、第２の実施の形態では、薄膜の均一性を達成しつつ、成膜速度のさらなる向上を図ることができる。

−第３の実施の形態−
図７〜１０は本発明の第３の実施の形態を説明する図である。表面波プラズマのような高密度プラズマでは、材料性プロセスガスの導入方法は、膜質、膜厚の均一性を得るための重要な要素である。上述したように、表面波プラズマは誘電体窓４からの距離に応じて高エネルギー領域と低エネルギー領域が発生し、材料性プロセスガスの導入位置として最適な位置が存在する。

上述した第１および第２の実施の形態においては、材料性プロセスガスを噴出するガス噴出部５２の噴出口の形状は円形であって、図６（ａ）に示すようにガスは円錐状に噴出される。そのため、最適な位置にガスを導入してもそこから上下方向に外れてしまうガスが比較的大きくなり、成膜速度、膜質、膜厚の均一性などに関して影響がでる。そこで、本実施の形態では、ガス噴出部５２の構造を工夫して、噴出されるガスの分布を改善するようにした。

図７（ａ）は、ガス噴出部５２の部分の拡大図であり、図７（ｂ）はガス噴出部５２を噴出方向から見た図であり、図７（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。ガス供給管５１ｂ内の材料性プロセスガスは、ガス噴出部５２の孔５２０を通過した後、スリット５２１から噴出される。材料性プロセスガスは、直径ｄ１および長さＳの孔５２０を通過することにより流速が増し、それによりスリット５２１からの噴出の勢いが増加する。孔５２０の直径ｄ１および長さＳは、必要とされるガス流速に応じて設定される。

孔５２０から噴出されるガスは、孔５２０から出た直後は円錐状に広がろうとする傾向がある。しかし、ガスが噴出されるスリット５２１の形状が、間隔の狭い水平方向（誘電体窓４に平行な方向）に延在する隙間空間であるため、ガスは、上下方向の運動が抑制され、スリット５２１の面に沿って流れるように整流される。そのため、ガスのｙ方向への広がりは、スリット５２１が無い場合よりも大きくなる。このｙ方向片の拡がり方は、スリット５２１の長さＬによって調整することができる。

スリット５２１の幅Ｗおよび長さＬは、Ｗが０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であって、Ｌ＝５Ｗ〜１２Ｗとするのが好ましい。このような設定のガス噴出部５２を用いることにより、誘電体窓４と平行な空間に均一に材料性プロセスガスを導入することができ、膜質および膜厚の均一性が向上する。

図８はスリット５２１の有無による噴出ガスの拡がり方の違いを模式的に示したものであり、（ａ）は側方から見た図、（ｂ）は上方から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＤ方向から見た図である。図８（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、実線Ｒ１は本実施の形態における噴出ガスの拡がりを示し、破線Ｒ２はスリット５２１を設けなかった場合の噴出ガスの拡がりを示す。

上述したようにスリット５２１により噴出ガスの上下方向の拡がりが制限されるため、図８（ａ）に示すように、実線Ｒ１で示す領域は、スリット５２１が無い場合（破線Ｒ２）よりも拡がりの幅が狭まっている。一方、水平方向の拡がりに関しては、上下方向が押さえられている分だけ、スリット５２１が無い場合よりもスリット５２１を設けた場合の方が、より広い範囲に広がっている。

これらのガスの拡がりを矢印Ｄの方向から見ると、図８（ｃ）に示すように、スリット５２１を設けない場合には、ｙ方向にもｚ方向にも同じように等方的に広がっている。本実施の形態のようにスリット５２１を設けた場合には、噴出ガスの分布はｙ方向（水平方向）へ大きく拡がり、ｚ方向（上下方向）には僅かしか広がっていない。すなわち平板状のガス分布となっている。

なお、ガス噴出部５２に形状は図８に示すものに限らず、例えば、図９に示すような形状であっても構わない。図８に示す例では、スリット５２１の底面が平面であったが、図９に示すガス噴出部５２では、スリット５２１の底面５２１ａは円弧状になっている。

このような平板状のガス分布が形成可能なガス噴出部５２を用いると、真空チャンバ１内での材料性プロセスガスの分布は、図１０に示すようなものとなる。図１０において（ａ）は装置上方から見た平面図であり、（ｂ）は側方から見た図である。図１０（ａ）に示すように、各ガス噴出部５２から噴出される材料性プロセスガスの分布Ｇは、水平方向に広がった扇形をしている。その結果、誘電体窓４から所定距離Ｌ２だけ離れた所望の高さに集中して、かつ、誘電体窓４が対向する領域の全体に広がるように、材料性プロセスガスを導入することが可能となる。それにより、均一性の薄膜を効率的に成膜することができる。

なお、上述したようなガス噴出部５２を用いて材料性プロセスガスを最適に所定位置に導入することは、基板を静止状態で成膜する従来の表面波プラズマＣＶＤ装置にも適用できる。また、本実施の形態のようなガス導入方法は、表面波プラズマＣＶＤ装置に限らず、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ＣＶＤ装置、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＣＶＤ装置等においても重要である。

−第４の実施の形態−
上述した第１および２の実施の形態では、被成膜対象がガラス基板のような平面基板であったが、第４の実施形態では、図１１，１２に示すようなフィルム状の基板（以下ではフィルム基板と称する）に薄膜を成膜する。真空チャンバ１の上部位置には誘電体窓４および導波管３が設けられている。真空チャンバ１内には、誘電体窓４を囲むように矩形状のサポート部材１ａが設けられている。サポート部材１ａにはガス供給管５１ａ，５１ｂが接続されている。

フィルム基板１００は図示左側のリール１０１に巻かれており、成膜されたフィルム基板１００は図示右側のリール１０２に巻き取られる。リール１０１，１０２はフィルム基板１００を往復動する移動装置として機能する。誘電体窓４と対向する位置には円筒状のバックプレート１０３が設けられており、リール１０１，１０２間のフィルム基板１００がバックプレート１０３の上面に掛けられている。バックプレート１０３は、フィルム基板１００の移動と連動して回転する。１０４はフィルム基板１００のテンションを調整するアイドラーである。

リール１０１，１０２およびアイドラー１０４はケーシング１０５内に収納されている。ケーシング１０５は、フィルム基板１００の出入り口がスリットとなっている以外は、真空チャンバ１に対して隔離されている。ケーシング１０５の内部空間は真空チャンバ１とは別に真空排気されており、ケーシング１０５内の圧力は真空チャンバ１内の圧力よりも若干低めに設定されている。すなわち、真空チャンバ１に対してケーシング１０５を負圧にすることで、ケーシング１０５の雰囲気（ガスやゴミ）によって真空チャンバ１内が汚染されるのを防止している。

図１１に示す装置の場合には、フィルム基板１００を一方向に走行させながら基板表面に薄膜を形成しても良いし、インデックス処理をして、フィルム基板の所定区間を往復動させながら成膜を行って多層膜を形成するようにしても良い。往復動させることで、第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。

図１２は、図１１の装置においてガスバッフル板１１０を設けた場合を示したものであり、ガスバッフル板１１０に対向するようにガス供給管５１ａ，５１ｂを配置する。その他の構成は図１１に示す装置と同様の構成である。このような構成することにより、上述した第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。なお、材料性プロセスガスを供給するガス供給管５１ａのガス噴出部に第３の実施の形態で説明したガス噴出部５２の構成を採用しても良い。

上述した第１〜３の実施の形態のように基板１１を往復動させて成膜を行う表面波プラズマＣＶＤ装置は、以下のような作用効果を奏する。
（１）プラズマ領域の下側、すなわち誘電体窓４と対向する成膜処理領域を通過するように、基板１１を往復移動させつつ成膜を行うため、図３に示すように基板移動方向（ｘ方向）に関する誘電体窓４の寸法Ｗ２を、基板１１の移動方向寸法Ｗ１よりも小さくすることができ、コスト低減を図ることができる。特に、基板１１の長手方向を移動方向に一致させることで、より大きな基板１１の成膜を行うことができる。

（２）また、ｘ方向位置によって成膜速度に違いが生じた場合でも、誘電体窓４に対して基板１１を移動させながら成膜を行っているので、成膜処理領域における不均一性は基板１１上においては平均化され、均一な厚さの薄膜を形成することができる。

図１３は、比較例として、基板往復動を行わない従来の表面波プラズマＣＶＤ装置の一例を示したものである。基板１１はバックプレート７上に載置されていて、その状態で成膜が行われる。プラズマ密度は誘電体窓４の周辺付近で低下するので、誘電体窓４の大きさは基板１１よりも大きく設定されている。また、誘電体窓４の面積に応じて、設置される導波管の数が設定される。図１３では導波管は図示されておらず、マイクロ波の導入方向のみが矢印で示されているが、導波管は２つ設けられる構成となっている。このように、基板を固定して成膜を行う従来の装置では、基板面積が大きくなるとそれに応じて誘電体窓４も大きくなり、導波管の数も増加するので、コストアップが避けられない。

また、基板全体に均一に成膜するためには、プラズマ領域内全体に均一に材料ガスを供給する必要があるが、誘電体窓４が大きくなるとガス導入の困難性が増大する。ガスを導入するためのガス供給管は、汚染の問題から、プラズマが生成されている空間中に配置するのは好ましくない。しかし、図１３に示すように成膜範囲がｘ方向に大きい場合には、敢えてガス供給管をプラズマ中に配置して、供給されるガスの分布を均一にするしかなかった。

（３）一方、第１〜３の実施の形態の装置では、基板移動方向の誘電体窓４の寸法を従来よりも小さくできるので、図３に示すように、サポート部材１ａの外側にガス供給管を配置してサポート部材１ａの周囲からガスを供給することで、プラズマ中にガス供給管を配置しなくとも均一のガスを供給することができる。その結果、プラズマ中へのガス供給管配置による汚染という問題を回避することができるという作用効果を奏する。

（４）また、上述した作用効果に加えて、誘電体窓４と対向する成膜処理領域を往復動させつつ成膜を行う構成としているので、基板１１を図１の右方向に移動する往路時のプロセス条件（ガス流量比や圧力など）と、基板１１を左方向に移動する復路時のプロセス条件とを変えることで、屈折率や内部応力等の異なった膜質の薄膜形成が容易となる。

図１４は、プロセスガス中の窒素流量比とシリコン窒化膜の内部応力との関係を示す図であり、ＳｉＨ４の流量を一定に保った状態で窒素ガスの流量を変化させた場合の内部応力の変化を示す。窒素流量が１５０sccm以下の場合には内部応力はプラスとなり、引っ張り応力を示す。逆に、窒素流量が１６０sccm以上になると内部応力はマイナスとなり圧縮応力を示すようになる。

このような性質を利用して、往路の成膜工程では窒素流量を１６０sccm以上に設定して圧縮方向の内部応力を有するシリコン窒化膜層（膜厚は数nm程度）を形成し、復路の成膜工程では窒素流量を１５０sccm以下に設定して引っ張り方向の内部応力を有するシリコン窒化膜層（膜厚は数nm程度）を形成すると、図１５に示すように、圧縮応力のシリコン窒化膜層と引っ張り応力のシリコン窒化膜層とを交互に積層した積層薄膜１００が形成される。その結果、内部応力の低い薄膜の形成が可能となる。

もちろん、従来の表面波プラズマＣＶＤ装置であっても、引っ張り応力の層と圧縮応力の層とを独立したプロセスで形成することで多層膜を形成することは可能である。しかし、本実施の形態の表面波プラズマＣＶＤ装置では、誘電体窓４に対向する位置を通過させるようにして成膜を行っているので、移動速度を速くすることで非常に薄い層を容易に形成することができる。その結果、１層ごとの膜厚を非常に薄くし、かつ連続的に複層に形成することで各層の界面での反転する応力も低く保たれ、安定した薄膜を得ることが可能となる。

例えば、有機ＥＬ素子や磁気ヘッド用素子などの機能性素子の保護膜としてこのような積層膜を用いることができる。有機ＥＬ素子の場合、有機ＥＬ層を水分や酸素から防護するための保護膜としてシリコン窒化膜を形成することがあるが、有機ＥＬ層は機械的に強固な膜ではないため、シリコン窒化膜の内部応力が高いとシリコン窒化膜が剥離してしまうという問題がある。このような保護膜として、図１５に示すような内部応力の非常に小さな積層薄膜１００を用いることで、シリコン窒化膜の剥離を防止することができる。

図１６は、プラスチックフィルム基板１１０上に有機ＥＬ素子１１１を形成した場合の一例を示したものである。プラスチックフィルム基板１１０に無機保護膜１１２を形成し、その上に有機ＥＬ素子１１１を形成する。さらに、その有機ＥＬ素子１１１を覆うように無機保護膜１１３が形成される。無機保護膜１１２，１１３には、上述したようなシリコン窒化膜の積層薄膜が用いられる。

上述した積層薄膜１００では、成膜条件（窒素流量）が異なる成膜層を積層することで内部応力の小さな保護膜を形成した。同様に、成膜条件が微妙に異なる層を交互に積み重ねた多層構造とすることにより、同一膜厚を有する単層の保護膜の場合に比べて、水分や酸素の透過に対する防護機能の高い保護膜を形成することができる。

上述した例では、窒素濃度の異なるシリコン窒化膜層を交互に積層する多層膜を例に説明したが、シリコン酸窒化膜とシリコン窒化膜との多層膜のように成分の異なる薄膜を交互に積層した多層膜にも適用することができる。シリコン窒化膜を形成するタイミングでは、上述した場合と同様にガス供給管５１ａからＮＨ３，Ｎ２ガスが供給され、ガス供給管５１ｂからＳｉＨ４ガスが供給される。一方、シリコン酸窒化膜を形成するタイミングでは、ＳｉＨ４ガスとＮ２ＯガスまたはＴＥＯＳガスと酸素ガスが供給される。そして、基板１１が誘電体窓４の下方領域を通過する度に、供給するガスの切り替えを行う。

なお、図１に示した表面波プラズマＣＶＤ装置では、大きな基板１１をトレイ１２に１つだけ載置して成膜を行ったが、トレイ１２上に小さな基板を複数載置して成膜を行うようにしても良い。その場合、複数の小基板が載置されている範囲が、成膜対象の範囲に相当することになる。

また、真空チャンバ１の左側に設けられたゲートバルブ１０を介して基板１１の搬入および搬出を行うようにしたが、ゲートバルブ１０を搬入専用に使用し、搬出専用のゲートバルブを真空チャンバ１の図示右側に追加しても良い。そのような構成とすることで、タクトタイムの短縮が図れる。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、上述した実施形態や変形例をどのように組み合わせることも可能である。

Claims (8)

1. マイクロ波源に接続され、複数のスロットアンテナが形成された導波管と、
   前記複数のスロットアンテナから放射されたマイクロ波をプラズマ処理室に導入して表面波プラズマを生成するための誘電体板と、
   前記誘電体板と対向する成膜処理領域を基板状の成膜対象が通過するように、前記成膜対象を往復動させる移動装置と、
   成膜条件に応じて前記移動装置による前記成膜対象の往復動を制御し、前記成膜対象への成膜を行わせる制御装置と、
   前記成膜処理領域を通過する前記成膜対象と前記誘電体板との間の所定位置において前記成膜対象の移動方向と直交する方向に複数並設されたガス噴出部であって、材料性プロセスガスを前記誘電体板に対して平行なスリットを介して前記成膜対象の移動方向に噴出するガス噴出部と、を備えたことを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
2. 請求項１に記載の表面波プラズマ装置において、
   前記プラズマ処理室には、前記成膜対象の移動行路に沿って前記誘電体板と対向する前記成膜処理領域を挟むように、前記成膜対象が前記誘電体板と対向しない第１の待機領域および第２の待機領域が設けられ、
   前記移動装置は、前記第１の待機領域と前記第２の待機領域との間で前記成膜対象を往復動させることを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
3. 請求項１または２に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置において、
   前記ガス噴出部の噴出方向に対向配置され、前記噴出された材料性プロセスガスを前記表面波プラズマの生成領域で対流させるガスバッフル板を備えたことを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置において、
   前記移動装置による前記成膜対象の移動行路全域に、前記成膜対象の温度を制御するバックプレートを配置したことを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
5. 請求項４に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置において、
   前記成膜対象と前記バックプレートとの間隔を変更するためのバックプレート駆動装置を備えたことを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
6. 請求項４または５に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置において、
   前記成膜対象はフィルム状基板であり、
   前記バックプレートは前記フィルム状基板を前記誘電体板と対向する領域に支持し、
   前記移動装置は、前記フィルム状基板の被成膜領域が前記成膜処理領域を通過するように往復動させることを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置において、
   前記成膜対象は基板上に機能性素子を形成したものであって、前記機能性素子を保護する保護膜を成膜することを特徴とする表面波プラズマＣＶＤ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の表面波プラズマＣＶＤ装置による前記成膜対象への成膜方法であって、
   前記往復動の往路と復路とで成膜条件の異なる成膜層をそれぞれ成膜して、前記成膜条件の異なる成膜層が積層された薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。

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