JP5901554B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜用ガスと反応性ガスを用いて原子層単位で薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。

今日、原子層単位で薄膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）による成膜方法が知られている。このＡＬＤでは、前駆体ガスとしての成膜用ガスと反応性ガスを基板に交互に供給することにより、原子層単位の膜が複数積層された構成の薄膜が形成される。このようなＡＬＤにより得られる薄膜は、０．１ｎｍ程度の非常に薄い膜厚で作製可能であるため、高精度の成膜として各種デバイスに有効利用されている。

例えば、製造コストを抑えつつ成膜の最の自由度を向上させることができる成膜装置が知られている（特許文献１）
上記成膜装置は、複数のロール部材を含む、被成膜体としての基材を搬送する搬送機構と、ロール部材に対して対向配置され、原子層堆積を行うための前駆体ガスを基材に対して局所的に出力可能なガス源としての複数のヘッド部と、を備えている。そして、各ヘッド部は、複数種類の前駆体ガスを個別に出力可能に構成されている。

また、連続的または断続的に基板を搬送しながら、気相状態にある材料を用いて基板上に薄膜の形成を行う成膜方法であって、回転ドラムの周囲に基板を配置する工程と、回転ドラムを第一の速度で回転させる工程と、回転ドラムに少なくとも２つの材料をそれぞれ供給する工程と、基板を第二の速度で搬送する工程と、を含み、第一の速度と第二の速度とが異なることを特徴とする成膜方法も知れている（特許文献２）。

特開２０１１−１３７２０８号公報 特開２０１２−１９３４３８号公報

これらの成膜装置あるいは成膜方法では、基板としてフレキシブル性を有するフィルムまたはシート状のものが用いられ、基板は搬送されながら、複数の成膜用のヘッド部を通過することにより、異なるガスが交互に基板に供給される。
上記成膜装置及び成膜方法は、異なるガスを基板に交互に供給することで、供給したガスと、既に供給されたガスのうち基板に形成された成膜成分の層とが反応することで、原子層単位の薄膜が形成されるが、この反応は温度に依存するので、反応を高めるために基板の温度を高める必要がある。このため、フレキシブルで樹脂系フィルムを基板として用いる場合、基板の種類は制限され易く、また、基板の温度も制限を受け易い。

これに対して、基板の温度の制限を受け難いプラズマを用いたＡＬＤ（プラズマＡＬＤ）も知られている。
しかし、プラズマＡＬＤの成膜装置であって、搬送する基板に対して成膜する成膜装置では、プラズマから生成される反応活性が高いラジカル（ラジカル原子やラジカル分子）を用いるので、可能な限り反応する他の成膜用ガスと気相中で混合されることは好ましくない。
また、搬送する基板に対して成膜するプラズマＡＬＤ成膜装置であって、成膜を効率よく行うことができ、しかも、簡単な構成でＡＬＤを実現できる装置構成は現在知られていない。
一方、静止した基板を成膜容器内で成膜するプラズマＡＬＤ成膜装置として、平行平板電極を用いた構成が知られている。この構成を搬送中の基板に適用したとき、反応性ガスをラジカル化するために平行平板電極間の空間全体に亘ってプラズマを効率く生成することは難しく、ラジカルを効率よく基板上に供給することは難しかった。

そこで、本発明は、プラズマＡＬＤを用いて搬送中の基板を成膜する成膜装置であって、効率よくラジカルを基板上に供給することができる成膜装置及びこの成膜装置を用いた成膜方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、成膜用ガスと反応性ガスを用いて原子層単位で薄膜を形成する成膜装置である。当該成膜装置は、
成膜容器と、
前記成膜容器内で成膜用の基板を搬送する搬送機構と、
前記成膜容器内の前記基板の搬送経路に沿って設けられる複数の板状の電極板であって、前記電極板それぞれの主表面は前記基板の面に対向するように設けられ、前記電極板それぞれにおいて前記基板の搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成することで前記成膜空間内の反応性ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成電極板と、
前記プラズマ生成電極板と前記搬送経路との間において、前記プラズマから生成されるラジカルが前記基板に供給されるように隙間をあけて前記搬送経路に沿って設けられた複数のインジェクタであって、成膜用ガスの噴射口を有し、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と、を有する。
前記プラズマ生成電極板それぞれの前記電流が流れて磁界を形成する横断部分は、前記搬送方向に沿った位置に関して、前記インジェクタ間の前記隙間と同じ位置に設けられている。

前記プラズマ生成電極板は、給電を受ける給電端と接地されている接地端とを有し、前記基板の搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成する横断部分の前記給電端から前記接地端に向かう電流経路の向きは、前記横断部分のうち前記搬送方向に隣接する横断部分同士で、互いに逆向きである、ことが好ましい。

前記プラズマ生成電極板の、前記搬送経路を挟んだ両側のうち少なくともいずれか一方の側に位置する端部は、前記給電端と前記接地端とが前記搬送方向に沿って交互に設けられている、ことが好ましい。

前記プラズマ生成電極板は、直線状の板材を用いて構成され、前記給電端と前記接地端は、前記搬送経路を挟んで異なる側に位置し、前記搬送経路を挟んだ両側において前記給電端と前記接地端とは前記搬送方向に沿って交互に設けられている、ことが好ましい。

前記プラズマ生成電極板は、２つの横断部分が前記搬送経路を横切る方向に延び、かつ、前記搬送方向の位置に関して前記インジェクタの１つを挟むように配置されたＵ字状の板材を用いて構成され、前記給電端と前記接地端は、前記搬送経路を挟んで同じ側に位置する、ことも同様に好ましい。

前記プラズマ生成電極板の前記給電端は互いに同位相の交流の給電を受ける、ことが好ましい。

このような成膜装置の一形態として、前記搬送機構は、一対の回転ローラを含み、前記基板は、長尺状のフレキシブルなフィルムである。この場合、前記フィルムは、前記回転ローラの一方に巻き回された状態から前記回転ローラの他方に巻き取られる、ことが好ましい。

さらに、本発明の他の一態様は、上述した成膜装置を用いて行う成膜方法である。当該成膜方法において用いる前記基板は、ロールに巻かれたフィルムである。当該成膜方法は、
成膜時、フィルムをロールから引き出してフィルムの成膜のために前記フィルムを搬送した後、搬送中成膜されたフィルムを巻き回して成膜処理ロールにする第１ステップと、
前記フィルムの膜厚を厚くするために、前記成膜処理ロールから前記フィルムを再度引き出して搬送し、搬送中成膜されたフィルムを巻き取って新たな成膜処理ロールにする第２ステップと、を含み、前記第２ステップを繰り返すことにより、形成された膜の膜厚を目標の厚さにする。

上述の成膜装置及び成膜方法によれば、効率よくラジカルを搬送中の基板上に供給することができる。

本実施形態の成膜装置の概略構成図である。 （ａ）は、本実施形態に用いられる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）、（ｂ）は、本実施形態のプラズマ生成電極板の配置を説明する図である。 変形例１に用いられるプラズマ生成電極板を説明する図である。 変形例２に用いられるプラズマ生成電極板を説明する図である。

以下、本発明の成膜装置について詳細に説明する。

（成膜装置）
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。成膜装置１０は、プラズマ生成電極板を流れる電流によって生成される磁界により、プラズマを生成する方式である。この方式は、モノポールアンテナ等のアンテナ素子等の共振により発生する高電圧によりプラズマを生成する方式や平行平板電極間に電圧をかけてプラズマを生成する容量結合プラズマ方式（ＣＣＰ）とは異なる方式である。
本実施形態では、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、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。

成膜容器１２の成膜空間内には、搬送機構１４と、プラズマ生成ユニット１６に属するプラズマ生成電極板１６ａと、インジェクタユニットに属するインジェクタ１８ａと、が主に設けられている。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（回転ローラ１４ａ，１４ｂ）に巻かれた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、回転ローラ１４ａ，１４ｂの回転により、フィルムＦをロール（回転ローラ１４ｂ）に巻き回された状態から引き出し、回転ローラ１４ａが巻き取る。このとき、引き出されたフィルムＦは成膜のために一方向に搬送された後、搬送中成膜されたフィルムＦを回転ローラ１４ａは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。すなわち、回転ローラ１４ａ，１４ｂは、互いに異なる方向に回転することができ、フィルムＦの搬送方向は、異なる２方向に自在に選択されることが好ましい。

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、例えば１〜１００Ｐａの減圧状態を維持する。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、プラズマ生成電極板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、プラズマ生成電極板１６ａ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ユニットである。成膜容器１２内には、成膜容器１２の断面を横切るように空間仕切り壁１７が設けられている。

成膜容器１２内のプラズマ生成電極板１６ａは、成膜容器内のフィルムＦの搬送経路に沿って複数設けられている。プラズマ生成電極板１６ａそれぞれの主表面はフィルムＦの面に対向するように設けられている。プラズマ生成電極板１６ａそれぞれにおいてフィルムＦの搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成することで成膜空間内の反応性ガスを用いてプラズマを生成する。このため、プラズマ生成電極板１６ａのそれぞれは、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の高周波電圧をプラズマ生成電極板１６ａに供給する。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１２の天井面に設けられた孔を通して成膜容器１２外のマッチングボックス１６ｃから成膜容器１２内に延びており、給電線はプラズマ生成電極板１６ａのそれぞれと接続される。このとき、孔は、絶縁体１６ｅでシールされている。

具体的には、プラズマ生成電極板１６ａそれぞれには、板材の長手方向（搬送経路を横断する方向）に沿って電流、例えば数アンペアの電流が流れる。プラズマ生成電極板１６ａのそれぞれに電流が流れることで磁界を成膜空間内に生成する。このプラズマ生成電極板１６ａの作用は、従来のアンテナ素子のようにアンテナ素子を共振させてアンテナ素子近傍の空間で高電圧を生成する方式と異なり、共振が発生しなくてもよく、生成された磁界によってプラズマを生成する。このため、プラズマ生成電極板１６ａの共振に対応するように周波数を調整する必要がない。また、容量結合プラズマの生成方式のように、搬送経路全体をカバーするような１つの大きな平行平板電極を用いる必要がなく、プラズマを生成させたい部分だけにプラズマ生成電極板１６ａを配置すればよいので、電極板を小型化でき、コンパクトな成膜装置を構成することができる。また、プラズマ生成電極板１６ａの面は、従来の平行平板電極の面のように大きな面積を必要としないので、電力の消費を抑制することができ、単位電力当たりのプラズマ、さらにはプラズマから生成されるラジカル（ラジカル原子あるいはラジカル分子）の量を増加させて、フィルムＦに良質な膜を形成することができる。

成膜容器１２には、側壁から延びる絶縁体板１６ｆが設けられ、プラズマ生成電極板１６ａと絶縁板１６ｆとが、成膜容器１２内の空間を上方空間と下方空間に隔てている。下方空間の気圧は、排気ユニット２２によって減圧状態になるように制御されている。したがって、プラズマ生成電極板１６ａに電流が流れることにより、プラズマ生成電極板１６ａの下方空間で反応性ガスを用いてプラズマが生成される。より具体的には、プラズマ生成電極板１６ａと絶縁板１６ｆとで作られる壁と、空間仕切り壁１７との間に、プラズマが生成するプラズマ生成空間が形成される。
プラズマ生成電極板１６ａのプラズマ生成空間に面する側には、膜状の誘電体１６ｇが設けられている。誘電体１６ｇには、例えば石英が用いられる。誘電体１６ｇを設けるのは、プラズマによるプラズマ生成電極板１６ａの腐食を防ぎ、かつ効率よくプラズマへ電気エネルギを伝播させるためである。
プラズマ生成電極板１６ａの配置については、後述する。

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、ガス供給孔が設けられている。このガス供給孔は、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。このガス供給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。すなわち、反応性ガスは、成膜容器１２の側壁から、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１２の側壁（図１中の左側の側壁）には、ガス排気孔が設けられている。このガス排気孔は、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は、板状の絶縁部材から構成される。
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、すなわち、プラズマ生成電極板１６ａと搬送経路の間には、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。インジェクタ１８ａそれぞれは、プラズマ生成空間中の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がフィルムＦに供給されるように、隙間をあけてフィルムＦの搬送経路に沿って列を成して設けられている。インジェクタ１８ａそれぞれは、フィルムＦの搬送方向に直交する方向に延在する成膜用ガスの噴射口を有し、この成膜用ガスをフィルムＦに向けて供給する。成膜用ガスをフィルムＦに向けて供給することにより、フィルムＦ上に成膜用ガスの少なくとも一部である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。

なお、空間仕切り壁１７には、フィルムＦの搬送経路に沿って隣接するインジェクタ１８ａとの間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、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から得られる反応性ガスのラジカル原子あるいはラジカル分子が上記貫通孔さらに上記隙間を通してフィルム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、隣接するインジェクタ１８ａ間に位置する貫通孔さらには隙間からラジカル原子あるいは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。インジェクタ１８ａの構成については後述する。

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。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。
このように、成膜用ガスをフィルムＦに向けて供給しないダミーインジェクタ１８ｂは、フィルムＦの搬送方向の最下流側に位置する最下流インジェクタに対してさらに搬送方向の下流側に隙間をあけて設けられている。より具体的には、ダミーインジェクタ１８ｂは、最下流に位置する最下流インジェクタとともに、空間仕切り壁１７に設けられたスリット状の貫通孔１７ａのうち搬送方向の最下流側に位置する最下流貫通孔を挟むように設けられることが好ましい。このとき、回転ローラ１４ａ，１４ｂが逆方向に回転してフィルムＦの搬送と成膜を繰り返し行う場合、ダミーインジェクタ１８ｂは、図１に示すように、一列に並んだインジェクタ１８ｂの両側に設けられることが好ましい。

空間仕切り壁１７より下方の成膜容器１２の側壁（図１の右側の側壁）には、ガス供給孔が設けられている。このガス供給孔には、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（ａ）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。不活性ガス源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。

（インジェクタ１８ａ）
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。

インジェクタ１８ａは、空間仕切り壁１７のプラズマ生成電極板１６ａと対向する対向面と反対側の面に設けられ、成膜用ガスをフィルムＦに向かって供給する。しかし、インジェクタ１８ａは、単に成膜用ガスを供給するだけでなく、フィルムＦへの吸着をしない余分な成膜用ガスを吸引するとともに、インジェクタ１８ａから隣接するインジェクタ１８ａ間の隙間に成膜用ガスが拡散しないように不活性ガスをバリアガスとして出力する。

基板対向面３０には、複数のスリット状の開口３２が設けられている。開口３２の長さは、フィルムＦの幅より短い。
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、成膜成分に対して不活性なガスを供給する。

成膜用ガス供給口５０及び不活性ガス供給口５６，５６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。

このようなガスの供給及び排気のために、基板対向面３０には、開口３２の他に、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。
ガス供給ポート３４には、図２（ａ）に示すように、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、図２（ａ）に示すように、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、図２（ａ）に示すように、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。

なお、本実施形態では、第２ガス排気口５４，５４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。

（プラズマ生成電極板１６ａ）
図３（ａ）、（ｂ）は、プラズマ生成電極板１６ａの配置を説明する図である。
プラズマ生成電極板１６ａは、直線状の板材を用いて構成されている。
プラズマ生成電極板１６ａそれぞれの電流が搬送経路を横断する方向に流れて磁界を形成する横断部分は、フィルムＦの搬送方向に沿った位置に関して、インジェクタ１８ａ間の隙間１８ｃと同じ位置に設けられている。このように、プラズマ生成電極板１６ａを配置することにより、プラズマ生成電極板１６ａそれぞれの下方のプラズマ生成空間においてプラズマＰが生成され、このプラズマＰあるいはプラズマＰから生成されるラジカル分子あるいはラジカル原子が隙間１８ｃに移動するので、フィルムＦにラジカル分子あるいはラジカル原子を効率よく供給することができる。しかも、プラズマ生成電極１６ａの幅（搬送方向に沿った長さ）は、隙間１８ｃの搬送方向に沿った長さに略対応した幅であればよいので、従来のような平行平板電極を用いるプラズマ生成の場合に比べて、幅の狭い電極板を用いることができるので、コンパクトな装置となる他、電力の消費を抑制することができる。この結果、単位電力当たりのプラズマ、さらには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の量を増加させて、効率よくラジカルを基板上に供給することができ、フィルムＦに良質な膜を形成することができる。
プラズマ生成電極板１６ａの給電端は互いに同位相の交流の給電を受けるように、配線長が調整されている。プラズマ生成電極板１６ａの給電端は互いに同位相の交流の給電を受けることにより、同位相の磁界を生成でき、効率よくプラズマＰを形成することができる。

プラズマ生成電極板１６ａは、給電を受ける給電端１６ｈと接地されている接地端１６ｉとを有する。そして、フィルムＦの搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成する横断部分の給電端１６ｈから接地端ｉに向かう電流経路の向きは、搬送方向に隣接する２つの横断部分同士で、互いに逆向きである。このように逆向きとするのは、本実施形態のような磁界によるプラズマの生成方式では、プラズマ生成空間内で生成されるプラズマの電子密度は、接地端１６ｉの側では電子密度が高く、給電端１６ｈの側では電子密度が低い。この理由については、明確ではないが、接地端１６ｉの側では電流により生成された磁界に基づいて生成されるプラズマ（電流に由来するプラズマ）が支配的であるのに対し、給電端１６ｈの側では高電圧によって生成されるプラズマ（電圧に由来するプラズマ）が支配的であることに起因すると考えられる。高電圧の給電端１８ｈの側では、電子はその電界により加熱されるため、十分なエネルギを受け取ることができず、高密度なプラズマが生成されにくいと考えられる。このため、フィルムＦの搬送方向と直交する方向で供給されるラジカル分子あるいはラジカル原子の密度が異なり、形成される薄膜の厚さの不均一性が生じ易い。したがって、給電端１６ｈと接地端１６ｉの配置を、隣接するプラズマ生成電極１６ａ間で互いに逆向きに配置することにより、すなわち、給電端１６ｈから接地端ｉに向かう電流経路の向きを互いに逆向きとすることにより、形成される薄膜の厚さを均一にすることができる。このように、プラズマ生成電極板１６ａでは、給電端１６ｈと接地端１６ｉが、フィルムＦの搬送経路を挟んで異なる側に位置し、搬送経路を挟んだ両側において給電端１６ｈと接地端１６ｉとは搬送方向に沿って交互に設けられている。

（成膜方法）
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、電流が流れるプラズマ生成電極板１６ａによる磁界により反応生成ガスを用いたプラズマが生成される。このプラズマあるいは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が空間仕切り壁１７の貫通孔及びインジェクタ１８ａ間の隙間１８ｃを通過することにより、フィルムＦ上に到達する。この時、プラズマの一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１８ｃ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、フィルムＦを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を搬送した後、搬送中成膜されたフィルムＦを巻き回して成膜処理ロールにする（第１ステップ）。さらに、フィルムＦの膜厚を厚くするために、成膜処理ロールからフィルムＦを再度引き出して搬送し、搬送中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（第２ステップ）。そして、第２ステップを繰り返すことにより、膜の膜厚を目標の厚さにすることができる。
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。

（変形例１）
図４は、変形例１におけるプラズマ生成電極板１６ａの形状と、プラズマ生成電極板１６ａとインジェムタ１８ａとの配置を説明する図である。
変形例１におけるプラズマ生成電極板１６ａは、Ｕ字形状を成した電極板で構成される。
プラズマ生成電極板１６ａでは、Ｕ字形状の対向する２つの直線部分が搬送経路を横切る方向に延びる横断部分となっている。そして、プラズマ生成電極１６ａの上記横断部分は、フィルムＦの搬送方向の位置に関してインジェクタ１８ａの１つを挟むように配置されている。このように、プラズマ生成電極板１６ａはＵ字形状を成すので、１つのプラズマ生成電極１６ａにおける２つの横断部分では、給電端１６ｈから接地端１６ｉに至る電流経路の向きは互いに逆向きである。このため、上述したように、接地端１６ｉの側では電子密度が高く、給電端１６ｈの側では電子密度が低くなることに由来する薄膜の厚さのフィルムＦの幅方向における不均一性の問題を解消することができ、形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。
また、プラズマ電極板１６ａは、高周波電源１６ｄと接続された給電端１６ｈと接地された接地端１６ｉは、搬送経路を挟んで同じ側に位置するように配置されている。隣接するプラズマ生成電極板１６ａも同様にＵ字形状を成し、給電端１６ｈと接地された接地端１６ｉは、搬送経路を挟んで同じ側に位置するように配置されている。そして、給電端１６ｈと接地端１６ｉとを有するプラズマ生成電極板１６ａでは、上記横断部分の給電端１６ｈから接地端１６ｉに向かう電流経路の向きは、横断部分のうち搬送方向に隣接する横断部分同士で、互いに逆向きである。給電端１６ｈと接地端１６ｉの配置を、隣接するプラズマ生成電極１６ａ間で互いに逆向きに配置することにより、図３（ａ）に示す本実施形態と同様に、接地端１６ｉの側では電子密度が高く、給電端１６ｈの側では電子密度が低くなることに由来する薄膜の厚さのフィルムＦの幅方向における不均一性の問題を解消することができ、形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。

（変形例２）
図５は、変形例２におけるプラズマ生成電極板１６ａの形状と、プラズマ生成電極板１６ａとインジェクタ１８ａとの配置を説明する図である。
変形例２におけるプラズマ生成電極板１６ａは、変形例１と同様に、Ｕ字形状を成した電極板で構成される。プラズマ生成電極板１６ａは、Ｕ字形状の対向する２つの直線部分が搬送経路を横切る方向に延びる横断部分となっている。そして、プラズマ生成電極１６ａの上記横断部分は、フィルムＦの搬送方向の位置に関してインジェクタ１８ａの１つを挟むように配置されている。プラズマ電極板１６ａは、高周波電源１６ｄと接続された給電端１６ｈと接地された接地端１６ｉは、搬送経路を挟んで同じ側に位置するように配置されている。しかし、隣接するプラズマ生成電極１６ａの向き、具体的にはＵ字形状の向く向きは互いに反対側になっている。図５では、Ｕ字形状のプラズマ生成電極１６ａの向きは、下側、上側、下側となっている。
これに対して、上記横断部分の給電端１６ｈから接地端１６ｉに向かう電流経路の向きは、横断部分のうち搬送方向に隣接する横断部分同士で、互いに逆向きとなるように、給電端１６ｈと接地端１６ｉが定められている。図３（ａ）に示す本実施形態と同様に、形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。また、プラズマ生成電極板１６ａはＵ字形状を成すので、１つのプラズマ生成電極１６ａにおける２つの横断部分では、給電端１６ｈから接地端１６ｉに至る電流経路の向きは互いに逆向きである。このため、上述したように、接地端１６ｉの側では電子密度が高く、給電端１６ｈの側では電子密度が低くなることに由来する薄膜の厚さのフィルムＦの幅方向における不均一性の問題を解消することができ、形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。

以上、本実施形態、変形例１及び変形例２では、プラズマ生成電極板１６ａそれぞれの電流が流れて磁界を形成する横断部分は、フィルムＦの搬送方向に沿った位置に関して、インジェクタ１８ａ間の隙間１８ｃと同じ位置に設けられている。プラズマ生成電極板１６ａそれぞれの下方のプラズマ生成空間においてプラズマＰは生成される。このプラズマＰあるいはプラズマＰから生成されるラジカル分子あるいはラジカル原子は、隙間１８ｃに移動するので、フィルムＦにラジカル分子あるいはラジカル原子を効率よく供給することができ、成膜を効率よくできる。しかも、プラズマ生成電極１６ａの幅（搬送方向に沿った長さ）は、隙間１８ｃの搬送方向に沿った長さに略対応した幅であればよいので、従来のような平行平板電極を用いるプラズマ生成の場合に比べて、幅の狭い電極板を用いることができる。したがって、成膜装置１０はコンパクトな装置構成となり、電力の消費も抑制される。さらに、単位電力当たりのラジカル原子あるいはラジカル分子の量を増加させることができるので、効率よくラジカルを基板上に供給することができ、成膜時の反応を良好に行うことができ、良質な膜をフィルムＦに形成することができる。

本実施形態、変形例１及び変形例２におけるプラズマ生成電極板１６ａは、給電端１６ｈと接地端１６ｉとを有し、フィルムＦの搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成する横断部分の給電端１８ｈから接地端１８ｉに向かう電流経路の向きは、横断部分のうち搬送方向に隣接する横断部分同士で、互いに逆向きである。このため、形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。

図３に示すように、本実施形態のプラズマ生成電極板１６ａは、直線状の板材を用いて構成され、給電端１６ｈと接地端１６ｉは、搬送経路を挟んで異なる側に位置する。そして、搬送経路を挟んだ両側において給電端１６ｈと接地端１６ｉとは搬送方向に沿って交互に設けられている。このため、給電線及び接地線を配線し易い。
また、図４に示すように、プラズマ生成電極板１６ａは、２つの横断部分が搬送経路を横切る方向に延び、かつ、搬送方向の位置に関してインジェクタ１８ａの１つを挟むように配置されたＵ字状の板材を用いて構成される。このため、フィルムＦ上に形成される薄膜の厚さをフィルムＦの幅方向において均一にすることができる。また、給電端１６ｈと接地端１６ｉは、搬送経路を挟んで同じ側に位置するので、給電線及び接地線を配線し易い。

本実施形態、変形例１，２では、搬送機構は回転ローラ１４ａ，１４ｂを含み、薄膜を形成する基板は、長尺状のフレキシブルなフィルムＦである。フィルムＦは、回転ローラ１４ａ，１４ｂの一方に巻き回された状態から回転ローラ１４ａ，１４ｂの他方に巻き取られる。このため、１つの成膜容器１２内で、フィルムＦを回転ローラ１４ａ，１４ｂが巻き取ると、第１の回転方向、第１の回転方向と反対の第２の回転方向に順次回転方向を変えることにより、フィルムＦをインジェクタユニット１８に沿って繰り返し往復させることができ、搬送中成膜をすることができる。したがって、フィルムＦ上に形成された薄膜の膜厚を目標の厚さに効率よくすることができる。

以上、本発明の成膜装置及び成膜方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および例に限定されず、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 プラズマ生成電極板
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
１６ｇ 誘電体
１６ｈ 給電端
１６ｉ 接地端
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
１８ｃ 隙間
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

Claims (8)

1. 成膜用ガスと反応性ガスを用いて原子層単位で薄膜を形成する成膜装置であって、
   成膜容器と、
   前記成膜容器内で成膜用の基板を搬送する搬送機構と、
   前記成膜容器内の前記基板の搬送経路に沿って設けられる複数の板状の電極板であって、前記電極板それぞれの主表面は前記基板の面に対向するように設けられ、前記電極板それぞれにおいて前記基板の搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成することで前記成膜空間内の反応性ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成電極板と、
   前記プラズマ生成電極板と前記搬送経路との間において、前記プラズマから生成されるラジカルが前記基板に供給されるように隙間をあけて前記搬送経路に沿って設けられた複数のインジェクタであって、成膜用ガスの噴射口を有し、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と、を有し、
   前記プラズマ生成電極板それぞれの前記電流が流れて磁界を形成する横断部分は、前記搬送方向に沿った位置に関して、前記インジェクタ間の前記隙間と同じ位置に設けられている、ことを特徴とする成膜装置。
2. 前記プラズマ生成電極板は、給電を受ける給電端と接地されている接地端とを有し、前記基板の搬送経路を横断する方向に電流が流れて磁界を形成する横断部分の前記給電端から前記接地端に向かう電流経路の向きは、前記横断部分のうち前記搬送方向に隣接する横断部分同士で、互いに逆向きである、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記プラズマ生成電極板の、前記搬送経路を挟んだ両側のうち少なくともいずれか一方の側に位置する端部は、前記給電端と前記接地端とが前記搬送方向に沿って交互に設けられている、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記プラズマ生成電極板は、直線状の板材を用いて構成され、前記給電端と前記接地端は、前記搬送経路を挟んで異なる側に位置し、
   前記搬送経路を挟んだ両側において前記給電端と前記接地端とは前記搬送方向に沿って交互に設けられている、請求項２または３に記載の成膜装置。
5. 前記プラズマ生成電極板は、２つの横断部分が前記搬送経路を横切る方向に延び、かつ、前記搬送方向の位置に関して前記インジェクタの１つを挟むように配置されたＵ字状の板材を用いて構成され、前記給電端と前記接地端は、前記搬送経路を挟んで同じ側に位置する、請求項２または３に記載の成膜装置。
6. 前記プラズマ生成電極板の前記給電端は互いに同位相の交流の給電を受ける、請求項２〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 前記搬送機構は、一対の回転ローラを含み、
   前記基板は、長尺状のフレキシブルなフィルムであって、
   前記フィルムは、前記回転ローラの一方に巻き回された状態から前記回転ローラの他方に巻き取られる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の成膜装置を用いて行う成膜方法であって、
   前記基板は、ロールに巻かれたフィルムであり、
   成膜時、フィルムをロールから引き出してフィルムの成膜のために前記フィルムを搬送した後、搬送中成膜されたフィルムを巻き回して成膜処理ロールにする第１ステップと、
   前記フィルムの膜厚を厚くするために、前記成膜処理ロールから前記フィルムを再度引き出して搬送し、搬送中成膜されたフィルムを巻き取って新たな成膜処理ロールにする第２ステップと、を含み、
   前記第２ステップを繰り返すことにより、形成された膜の膜厚を目標の厚さにする、ことを特徴とする成膜方法。
   
   
   
   
   
   

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