WO2014132892A1 - 成膜装置及びインジェクタ - Google Patents

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WO2014132892A1
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gas
injector
film
film forming
substrate
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望 服部
宮武　直正
康成 森
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三井造船株式会社
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in units of atomic layers and an injector for supplying gas to the substrate.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • spatial ALD In a film forming apparatus using this ALD technique, spatial ALD is known in which film formation is performed by spatially separating the gas containing the above two types of precursors.
  • an inert gas is flowed so that the gas containing two kinds of precursors does not mix and react in the gas phase, and this inert gas functions as a barrier gas that separates the two kinds of gases.
  • the two types of gas are separated by suppressing the mixing of the two types of gas by evacuating each gas.
  • a plurality of output channels that alternately supply a first reaction gas containing a first precursor and a second reaction gas containing a second precursor to a substrate being transferred.
  • a supply head provided with a plurality of substrates in the substrate transport direction is used (Patent Document 1).
  • An output channel for injecting an inert gas is provided between an output channel for supplying the first reactive gas to the substrate and an output channel for supplying the second reactive gas to the substrate (see FIG. 5 of the reference 1). This inert gas functions as a barrier gas.
  • the supply head When the output channel is provided in a narrow range of the ejection ports for the inert gas, the first reactive gas, the inert gas, and the second reactive gas, the supply head has a complicated structure, which tends to increase the cost of the film forming apparatus. In addition, since the supply head has a complicated structure, it is difficult to keep the injection amount of each gas constant, and the reliability (thin film uniformity) of the film forming apparatus tends to decrease.
  • an object of the present invention is to provide a novel injector and a film forming apparatus capable of improving the throughput per unit time of film formation when supplying gas to a substrate to be transferred. .
  • One embodiment of the present invention is a film formation apparatus that forms a thin film over a substrate in atomic layer units.
  • the film forming apparatus A transport mechanism for transporting the substrate during film formation of the substrate; In order to form a film forming component layer of the film forming gas on the substrate being transferred, the film forming gas is supplied toward the substrate, and is provided with a gap along the substrate transfer path.
  • An injector unit comprising a plurality of injectors;
  • a reactive substance supply unit that supplies a reactive substance that reacts with the film-forming component toward the substrate from the gap.
  • a substrate facing surface of each of the injectors facing the substrate is provided on both sides of the substrate transport direction with respect to the film forming gas supply port for outputting the film forming gas and the film forming gas supply port.
  • a first gas exhaust port for sucking excess gas on the substrate, and a first gas exhaust port on the side away from the film forming gas supply port in the transport direction with respect to each of the first gas exhaust ports.
  • Each of the injectors has a tubular continuous hole connected to each of the film forming gas supply port, the first gas exhaust port, and the inert gas supply port inside an injector member constituting each of the injectors.
  • Each of the continuous holes has an opening in the surface of the injector member, and in the opening, a film forming gas supply pipe connected to a film forming gas source, an exhaust pipe connected to an exhaust device, and an inert gas Connected to any one of the inert gas supply pipes connected to the gas source; It is preferable that the tubular continuous hole connected to each of the first gas exhaust port and the inert gas supply port has an annular portion inside the injector member.
  • the annular portion of the continuous hole is provided at a different position in the height direction of the injector member.
  • the injector member When the direction perpendicular to the substrate facing surface of the injector member is a height direction, the injector member includes a plurality of member elements stacked in the height direction, and each of the member elements is the continuous member. It is preferable that continuous grooves for forming holes are provided, and each of the continuous holes is provided at a joint portion of the member element provided with the continuous grooves.
  • the substrate facing surface further includes a second gas exhaust port that sucks excess gas on the substrate, and the second gas exhaust port is out of the transport direction with respect to each of the inert gas supply ports. It is preferable to be provided on the side away from the film forming gas supply port.
  • the transfer mechanism, the injector unit, and the high frequency electrode are arranged in an internal space, and the reactant is generated from plasma formed by using the high frequency electrode in the film forming container. It preferably contains a radical atom or radical molecule to be generated.
  • Another embodiment of the present invention is an injector that supplies a deposition gas used in a deposition apparatus to a substrate.
  • the injector is A substrate-facing surface that faces each of the substrates of the injector is provided on a film-forming gas supply port of the film-forming gas, and on both sides of the film-forming gas supply port in the substrate transport direction, A first gas exhaust port that sucks excess gas on the substrate, and a first gas exhaust port that is provided on a side away from the film forming gas supply port in the transport direction with respect to each of the first gas exhaust ports;
  • An inert gas supply port for supplying an inert gas to the film forming component of the working gas.
  • the injector is constituted by an injector member, and two continuous holes connected to each of the first gas exhaust ports are provided inside the injector member, and two continuous holes extending from the first gas exhaust ports, respectively. It is preferable that the holes are joined inside the injector member.
  • the injector is constituted by an injector member, and tubular continuous holes connected to the film forming gas supply port, the first gas exhaust port, and the inert gas supply port are provided inside the injector member.
  • Each of the continuous holes is provided with an opening in the surface of the injector member, and in the opening, a film forming gas supply pipe connected to a film forming gas source, an exhaust pipe connected to an exhaust device, and
  • the tubular continuous hole connected to any one of the inert gas supply pipes connected to the inert gas source and connected to each of the first gas exhaust port and the inert gas supply port is formed by the injector member. It is preferable to have a ring-shaped part inside.
  • the portion of the continuous hole that forms the ring is in the height direction from the substrate facing surface of the injector member. It is preferable that they are provided at different positions.
  • the injector member When the vertical direction with respect to the substrate facing surface of the injector member is a height direction, the injector member is constituted by a plurality of member elements stacked and joined in the height direction, and each of the member elements is A continuous groove for forming the continuous hole is provided; Each of the continuous holes is preferably formed at a joint portion of the member element provided with the continuous groove.
  • the substrate facing surface further includes a second gas exhaust port that sucks excess gas on the substrate, and the second gas exhaust port is out of the transport direction with respect to each of the inert gas supply ports. It is preferable to be provided on the side away from the film forming gas supply port.
  • the above-described injector and film formation apparatus can improve the throughput per unit time of film formation when supplying gas to the substrate to be transferred.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the injector along the line XX ′.
  • (A) is a figure which shows the top view and bottom view of the member element of the uppermost layer of the injector of this embodiment
  • (b) is a perspective view of the member element of the uppermost layer of the injector of this embodiment.
  • (A) is the top view and bottom view of the other member element of the injector of this embodiment
  • (b) is the top view and bottom view of the other member element of the injector of this embodiment.
  • (A) is a top view and a bottom view of still another member element of the injector of this embodiment
  • (b) is a top view and a bottom view of yet another member element of the injector of this embodiment. It is the top view and bottom view of the member element of the lowest layer of the injector of this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus of the present embodiment.
  • the film forming apparatus 10 includes a film forming container 12, a transport mechanism 14, a plasma generation unit 16, an injector unit 18, a gas supply unit 20, and an exhaust unit 22.
  • the film forming apparatus 10 is an ALD film forming apparatus that forms a thin film on a substrate in units of atomic layers.
  • the transport mechanism 14 transports the substrate during film formation of the substrate.
  • the injector unit 18 includes an injector for supplying a film forming gas toward the substrate in order to form a film forming component layer of the film forming gas on the substrate being transferred. A plurality of the injectors are provided with a gap along the substrate transport path.
  • the plasma generation unit 16 is a unit that generates a reactive substance that reacts with the film forming component, and is a reactive substance supply unit.
  • the injector unit 18 is configured to supply the reactants from the respective gaps between adjacent injectors toward the substrate.
  • a substrate-facing surface that faces each substrate of the injector is provided on both sides of the substrate transport direction with respect to the film-forming gas supply port for outputting the film-forming gas and on the substrate.
  • a first gas exhaust port that sucks excess gas and an inert gas that is provided on the side away from the film forming gas supply port in the transport direction with respect to each of the first gas exhaust ports and outputs an inert gas.
  • a gas supply port is not limited to a strip-shaped flexible substrate.
  • a single plate-like hard substrate can be used as the deposition substrate.
  • a transport mechanism 14, a high-frequency electrode 16 a belonging to the plasma generation unit 16, and an injector unit 18 are mainly arranged in a film formation space (internal space) of the film formation container 12.
  • the film formation container 12 is a container for maintaining the film formation space in the film formation container 12 at a predetermined pressure, or maintaining the pressure by reducing the pressure, and forming a film formation substrate in the film formation space. is there.
  • Each of the outer peripheral wall surfaces of the film forming container 12 is provided with a heater 24 in order to set the atmosphere in the film forming space to a temperature suitable for the film forming process.
  • the film formation substrate conveyed by the conveyance mechanism 14 is a strip-like flexible film F wound around a roll.
  • the transport mechanism 14 includes rotating rollers 14a and 14b.
  • the rotation rollers 14a and 14b are connected to a drive motor (not shown), and the rotation rollers 14a and 14b are configured to rotate by the rotation of the drive motor.
  • the direction of rotation of the drive motor can be selected.
  • a film F is wound around the rotating rollers 14a and 14b, and the film F has a roll shape.
  • the transport mechanism 14 rotates one of the rotating rollers 14a and 14b as a take-up roller and the other as a feed roller.
  • the conveyance mechanism 14 draws the film F from the roll wound around the rotation roller 14a or the rotation roller 14b by the rotation of the rotation rollers 14a and 14b, and conveys the film F in one direction for film formation. After that, the formed film F is wound up to form a film forming treatment roll.
  • FIG. 1 illustrates that the film F is conveyed from the rotating roller 14b to the rotating roller 14a and wound up by the rotating roller 14a.
  • the transport mechanism 14 pulls out again the film-forming treatment roll obtained by winding the film F after film formation with the rotating roller 14a, toward the rotating roller 14b from the rotating roller 14a, that is, the previous film forming roll. It is preferable to transport in the direction opposite to the transport direction in the film. During conveyance, the film F is formed and the film thickness is increased. The rotating roller 14b winds up the film F formed into a new film forming roll.
  • the film F is conveyed from the rotating roller 14b toward the rotating roller 14a, that is, in the direction opposite to the conveying direction during the previous film formation. During conveyance, the film F is formed and the film thickness is increased.
  • the rotating roller 14a winds up the film F formed into a new film forming roll.
  • the thickness of the thin film formed on the film F is set to a target thickness by increasing the thickness of the thin film while repeating conveyance of the film F in different directions.
  • the exhaust unit 22 includes exhaust devices 22a and 22b such as a rotary pump or a dry pump.
  • the exhaust unit 22 exhausts the gas in the film formation space in the film formation container 12 and the plasma generation space in which plasma is generated, and maintains the pressure at a constant pressure.
  • the exhaust device 22a exhausts reactive gas in a plasma generation space described later.
  • the exhaust device 22b exhausts the gas in the film formation space including the plasma generation space below the high frequency electrode 16a.
  • the plasma generation unit 16 includes a high-frequency electrode 16a, a ground electrode 16b, a matching box 16c, and a high-frequency power source 16d.
  • the plasma generating unit 16 is a reactive substance generating unit that generates a reactive substance that reacts with the film forming component adsorbed on the film F of the film forming gas.
  • the ground electrode 16 b is provided on the surface of the space partition wall 17 provided so as to cross the cross section in the film forming container 24.
  • the high-frequency electrode 16a in the film-forming container 12 is connected to the high-frequency power source 16d from the ceiling surface of the film-forming container 12 via a matching box 16c by a power supply line.
  • the high frequency power supply 16d supplies, for example, a high frequency voltage of 13.56 MHz to the high frequency electrode 16a.
  • the high frequency electrode 16a is a plate-like electrode.
  • a ground electrode 16b that is grounded is provided below the high-frequency electrode 16a so as to face the plane of the high-frequency electrode 16a.
  • plasma P is generated using a gas, for example, oxygen gas, supplied to the space between the high-frequency electrode 16a and the ground electrode 16b. That is, the space between the high frequency electrode 16a and the ground electrode 16b is a plasma generation space.
  • the high frequency electrode 16a and the ground electrode 16b are opposed to each other, and a capacitively coupled plasma method that generates plasma between the electrodes is used.
  • a capacitively coupled plasma or a known plasma generation method may be used in addition to this. it can.
  • the power supply line for supplying high-frequency power to the high-frequency power supply 16 a is connected to the matching box 16 c outside the film-forming container 24 through a hole provided in the ceiling surface of the film-forming container 24. At this time, the hole is sealed with the insulator 16e.
  • An insulator plate 16f using a ceramic plate or the like is provided on the outer periphery of the high-frequency electrode 16a. Thereby, the plasma generation space is defined from the space above the high-frequency electrode 16a.
  • a plasma generation unit 16 that generates a reactant from plasma is used as the reactant generation unit.
  • the reactant generation unit is not limited to the plasma generation unit 16.
  • a reactant generation unit that supplies ozone, H 2 O, or ammonia as a reactant to the film F can be used.
  • the temperature in the film formation space is preferably set to 100 ° C. or higher.
  • a through hole is provided in the side wall (the right side wall in FIG. 1) of the film forming container 12 that defines the plasma generation space. As shown in FIG. 1, the through hole is connected to a gas supply pipe connected to a reactive gas source 20a described later. A reactive gas is supplied into the plasma generation space through the through hole. Further, a through hole is provided in the side wall (left side wall in FIG. 1) of the film forming container 24 that defines the plasma generation space. As shown in FIG. 1, the through hole is connected to an exhaust pipe connected to the exhaust device 22a.
  • An injector unit 18 is provided below the space partition wall 17 between the plasma generation unit 16 and the film F conveyance path and above the conveyance path.
  • the injector unit 18 includes a plurality of injectors 18 a provided with a gap along the film F conveyance path.
  • the plurality of injectors 18 a form a line along the film F conveyance path.
  • Dummy injectors 18b are provided on both sides of the row of the plurality of injectors 18a.
  • the injector 18a supplies the film forming gas to the film F that is being conveyed by outputting the film forming gas, and forms a layer of film forming components in the film forming gas on the film F.
  • the film forming component is chemically adsorbed on the film F.
  • a gas is selected such that the film forming components are chemically adsorbed on the film F.
  • the injectors 18a are arranged with a gap therebetween.
  • the space partition wall 17 is provided with a slit-like through hole extending in a direction orthogonal to the film F conveyance direction at a position in the film F conveyance direction corresponding to the gap.
  • the film forming apparatus 10 is configured such that radical atoms and radical molecules are supplied to the film forming component layers formed on the film F from the respective gaps between the injectors 18a.
  • the dummy injector 18b does not have a function of supplying a film forming gas.
  • the dummy injector 18b creates a gap similar to the gap formed between the two adjacent injectors 18a, 18a between the adjacent injectors 18a, and supplies radical atoms and radical molecules to the film F from this gap. It is provided for.
  • a ground conductor 16b is formed on the upper surfaces of the injector 18a and the dummy injector 18b.
  • a through hole is provided in the side wall of the film forming container 24 below the space partition wall 17 (the right side wall in FIG. 1).
  • a gas supply pipe connected to a purge gas source 20c described later is connected to the through hole.
  • the purge gas is a gas used for efficiently exhausting unnecessary film forming gas, reactive gas, radical molecules, radical atoms and the like.
  • each of the injectors 18a is connected to a gas supply pipe connected to a film forming gas source 20b described later and a gas supply pipe connected to an inert gas source 20d.
  • the gas supply unit 20 includes a reactive gas source 20a, a film forming gas source 20b, a purge gas source 20c, an inert gas source 20d, and mass flow controllers 20e and 20f (see FIG. 2).
  • a reactive gas source 20a for example, O 2 , O 3 , H 2 O, N 2 O, N 2 , NH 3 or the like is used.
  • an organometallic compound gas containing TMA trimethylaluminum
  • TEMAZ tetraethylmethylaminozirconium
  • TEMAHf tetraethylmethylaminohafnium
  • aminosilane or the like
  • an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, neon gas, or helium gas
  • An inert gas such as nitrogen gas, argon gas, neon gas, or helium gas is used as the inert gas supplied by the inert gas reduction 22d.
  • the inert gas refers to a reactive gas, a deposition gas, and a gas that does not react with a thin film formed by the deposition apparatus 10.
  • the injectors 18a are provided with a plurality of gaps, and the film F being conveyed receives supply of the film forming gas from the injectors 18a each time it passes through each injector 18a.
  • the film forming component of the film forming gas is chemically adsorbed on the film F in atomic layer units.
  • a reactive gas is supplied to the plasma generation space, and plasma P using the reaction product gas is generated between the high frequency electrode 16a to which the high frequency voltage is applied and the ground electrode 16b.
  • the plasma P reaches the film F by passing through the gap between the injectors 18a. At this time, most of the plasma is in the state of radical atoms or radical molecules due to neutralization of ions.
  • the thin film is formed by the reaction of the film-forming components in units of atomic layers adsorbed on the film F by the supply of the film-forming gas from the injector 18a and the radical molecules or radical atoms. Since a plurality of gaps between the adjacent injectors 18a and the injectors 18a are provided alternately, the thin film formed on the film F gradually becomes thicker during the conveyance of the film F. In this way, the film forming apparatus 10 can form a thin film on the film F.
  • the above is the description of the film forming apparatus 10. Next, the configuration of the injector 18a will be described in detail.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view of the injector 18a.
  • FIG. 2A illustrates the substrate facing surface 30 facing the film F so as to face upward.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating the substrate facing surface 30 of the injector 18a.
  • the substrate facing surface 30 is provided with a plurality of slit-shaped openings 32, gas supply ports 34 and 36 and gas exhaust ports 38 and 40 forming an elliptical opening.
  • the length of the opening 32 is approximately the same as the width of the film F.
  • the gas supply port 34 is connected to an inert gas supply pipe 42.
  • the inert gas supply pipe 42 is connected to the inert gas source 20d via the mass flow controller 20f.
  • the mass flow controller 20f controls the supply amount of the inert gas into the film formation space.
  • the gas supply port 36 is connected to a film forming gas supply pipe 44.
  • the film forming gas supply pipe 44 is connected to the film forming gas source 20b via the mass flow controller 20e.
  • the mass flow controller 20e controls the supply amount of the film forming gas into the film forming space.
  • the gas exhaust ports 38 and 40 are connected to exhaust pipes 46 and 48, respectively.
  • the exhaust pipes 46 and 48 are connected to the exhaust device 22b.
  • the gas supply ports 34 and 36 and the gas exhaust ports 38 and 40 are provided on the substrate facing surface 30 of the injector 18a, but are not limited thereto.
  • the gas supply ports 34 and 36 and the gas exhaust ports 38 and 40 may be provided on the other surface of the injector 18a.
  • the opening 32 provided in the substrate facing surface 30 includes a film forming gas supply port 50, first gas exhaust ports 52 and 52, and inert gas supply ports 54 and 54. , Second gas exhaust ports 56, 56.
  • the film forming gas supply port 50 is an opening for outputting a film forming gas.
  • the first gas exhaust ports 52, 52 are openings that are provided on both sides of the film F transport direction with respect to the film forming gas supply port 50 and suck excess gas on the film F.
  • the excess gas is an excess gas with respect to the reaction that occurs on the film F.
  • a layer of a film forming component is formed on the film F by chemical adsorption, and no film forming component is adsorbed any more.
  • the inert gas supply ports 54 and 54 are provided on the side away from the film formation gas supply port 50 in the transport direction of the film F with respect to the first gas exhaust ports 52 and 52, respectively, and output an inert gas. To do.
  • members 50a and 54a for closing a part of the opening are provided along the longitudinal direction of the slit-shaped opening.
  • the members 50a and 54a are provided on the surface of the film F by suppressing the film forming gas supply ports 50 and the inert gas supply ports 54 and 54 from the injection speed of the inert gas as much as possible. This is because the film forming gas and the inert gas are gently supplied.
  • the width W of the injection tie 18a (see FIG.
  • each of the second gas exhaust ports 56, 56 is, for example, 1 to 3 mm.
  • the second gas exhaust ports 56 are provided, but they are not necessarily provided. However, the inert gas is surely exhausted, and the inert gas flows into the gap between the adjacent injectors 18a, so that supply of radical atoms and radical molecules necessary for film formation to the film F is not hindered.
  • the second gas exhaust ports 56 are preferably provided.
  • FIG. 3A is a diagram showing a three-dimensional view of the gas flow path of the film forming gas, the gas flow path of the inert gas, and the exhaust path in the injector 18a
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of an injector 18a taken along line XX ′ in FIG.
  • a tubular film-forming continuous hole extending from the gas supply port 36 connected to the film-forming gas supply pipe 44 is provided inside the injector 18a.
  • the continuous hole for film formation is connected to the ascending portion 60a that rises along the height direction H of the injector 18a and the ascending portion 60a, and forms an elongated space that extends in the width direction of the injector 18a inside the injector 18a.
  • the height direction H refers to a direction perpendicular to the substrate facing surface 30 of the injector member of the injector 18a facing the film F.
  • an exhaust continuous hole extending from the exhaust port 38 connected to the exhaust pipe 46 is provided inside the injector 18a.
  • the exhaust continuous holes include a rising portion 62a that rises along the height direction H of the injector 18a, an annular portion 62b that is connected to the rising portion 62a and forms an annular shape inside the injector 18a, and two annular portions 62b.
  • the two continuous holes extending from the two first gas exhaust ports 52, 52 merge inside the injector member and reach the exhaust port 38.
  • a tubular inert gas continuous hole extending from the gas supply port 34 connected to the inert gas supply pipe 42 is provided inside the injector 18a.
  • the inert gas continuous hole includes an ascending portion 64a that rises along the height direction H of the injector 18a, an annular portion 64b that is connected to the ascending portion 64a and forms an annulus at the top inside the injector 18a, and an annular portion.
  • a descending portion 64c (see FIG. 3B) descending along the height direction H from the 64b toward the inert gas supply ports 54, 54.
  • an exhaust continuous hole extending from the exhaust port 40 connected to the exhaust pipe 48 is provided inside the injector 18a.
  • the exhaust continuous hole is connected to the ascending portion 66a that rises along the height direction H of the injector 18a, the annular portion 66b that is connected to the ascending portion 66a and forms an annular shape inside the injector 18a, and the second portion from the annular portion 66b.
  • the annular portions 62b, 64b, 66b and the accommodating portion 60b are provided at different positions in the height direction H.
  • each continuous hole of the injector 18a is connected to any one of the film forming gas supply pipe 44, the exhaust pipes 46 and 48, and the inert gas supply pipe 42 at the opening provided on the surface of the injector 18a.
  • the member elements constituting the injector member of the injector 18a are referred to as member elements 70, 72, 74, 76, and 80 in order from the top.
  • FIG. 4A shows a top view and a bottom view of the uppermost member element 70
  • FIG. 4B is a perspective view of the member element 70
  • 5A shows a top view and a bottom view of the second member element 72 from the top layer
  • FIG. 5B shows a top view and a bottom view of the third member element 74 from the top layer
  • 6A shows a top view and a bottom view of the fourth member element 76 from the top layer
  • FIG. 6B shows a top view and a bottom view of the fifth member element 78 from the top layer
  • FIG. 7 shows a top view and a bottom view of the lowermost member element 80.
  • the member elements 70 to 80 are preferably joined to each other by bonding or welding with an adhesive to constitute the injector 18a.
  • each of the member elements is preferably formed by combining the continuous grooves by joining the member elements provided with the continuous grooves, and the continuous holes are formed of the member elements provided with the continuous grooves. It is preferable to be provided at the joint portion. In this case, a gasket is used for sealing around the connection portion of the continuous groove provided in the member elements 70 to 80, if necessary. Even in the case of the injector 18a in which the continuous holes are provided in a complicated manner as described above, the continuous groove can be formed by digging the continuous groove for each member element from the surface of the member element. Therefore, the injector 18a having the continuous hole therein. Can be easily manufactured.
  • the substrate facing surface 30 facing the film F of the injector 18a of the present embodiment has a film forming gas supply port 50 for the film forming gas and both sides of the film forming gas supply port 50 in the transport direction of the film F.
  • It has an inert gas supply port 54, 54 that is provided on the far side and supplies an inert gas to at least the film forming component and the reactive gas.
  • the width of the injector 18a (the length in the transport direction of the film F) can be shortened.
  • the throughput per unit time of film formation can be improved.
  • the inert gas supply ports 54 are provided on the side away from the film forming gas supply port 50 for each of the first gas exhaust ports 52, the inert gas separates the film forming gas and the reactive gas. It functions as a barrier gas and prevents reaction of radical atoms or radical molecules of the reactive gas with the film forming gas through a gap between two adjacent injectors 18a.
  • second gas exhaust ports 56 and 56 for sucking excess gas on the film F are provided on the side away from the film forming gas supply port 50 with respect to each of the inert gas supply ports 54 and 54.
  • the inert gas can be reliably recovered from the second gas exhaust ports 56 and 56.
  • Part of the tubular continuous hole connected to each of the first gas exhaust ports 52 and 52 and the inert gas supply ports 54 and 54 forms a ring inside the member of the injector 18a.
  • the exhaust of the first gas exhaust ports 52, 52 has a uniform exhaust capability independent of the position in the length direction of the opening.
  • the supply amount of the inert gas from the inert gas supply ports 54, 54 has a uniform supply capability that does not depend on the position of the opening in the length direction. Therefore, the film forming component of the film forming gas can be uniformly adsorbed to the film F.
  • the annular portion of the annular continuous hole connected to each of the first gas exhaust port 52 and the inert gas supply port 54 is in the height direction from the substrate facing surface 30 of the member of the injector 18a.
  • the film forming gas supply port 50, the first gas exhaust ports 52 and 52, and the inert gas supply port 54 can be provided close to each other. For this reason, the width
  • the member of the injector 18a is composed of a plurality of member elements 70 to 80 stacked in the height direction H, and each of the member elements 70 to 80 is provided with a continuous groove for forming a continuous hole.
  • Each of the communication holes is formed by combining the continuous grooves of two member elements among the member elements 70 to 80. That is, each of the continuous holes is provided at a joint portion of the member elements 70 to 80 provided with continuous grooves. Therefore, even if it is the structure of the continuous hole of complicated arrangement
  • the extra inert gas on the film F is sucked to the side away from the film forming gas supply port 50 in the transport direction of the film F with respect to the inert gas supply ports 54 and 54.
  • Two gas exhaust ports 56 are provided. For this reason, the inert gas can be reliably absorbed from the second gas exhaust ports 56 and 56.
  • the transport mechanism 14, the injector unit 18, and the high-frequency electrode 16 a are provided with the film-forming container 12 that is disposed in the internal space. It contains radical atoms or radical molecules generated from the plasma formed in this way. For this reason, reaction can be easily caused on the film F at a temperature of the film forming space of 100 ° C. or less, and film formation can be performed efficiently.

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Abstract

　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、成膜用ガス等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、不活性なガスを供給する不活性ガス供給口と、を有する。

Description

成膜装置及びインジェクタ
　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することにより、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すことにより、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この不活性ガスを２種類のガスを分離するバリアガスとして機能させる。あるいは、ガスそれぞれの真空排気により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、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、前記基板の搬送経路に沿って隙間をあけて設けられた複数のインジェクタを備える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、前記隙間から前記基板に向けて供給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は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している部分を有する、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。
　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を含み、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の接合部分に設けられている、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、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、ことが好ましい。
　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。当該インジェクタは、
　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、前記第１ガス排気口のそれぞれに接続された２つの連続孔が設けられ、前記第１ガス排気口のそれぞれから延びる２つの連続孔は、前記インジェクタ部材の内部で合流する、ことが好ましい。
　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は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している部分を有する、ことが好ましい。
　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。
　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て接合し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の接合部分に形成されている、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、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、ことが好ましい。
　上述のインジェクタおよび成膜装置は、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最上層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ＡＬＤ成膜装置である。
　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隙間をあけ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、隣り合う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帯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、帯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、あるいは減圧して圧力を維持し、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、ロールに巻かれた帯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ガス、例えば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℃以上にすることが好ましい。
　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、プラズマ生成ユニット１６とフィルムＦの搬送経路との間で、かつ、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隙間をあけて設けられた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上に成膜用ガス中の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、成膜用ガスとして、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、搬送中のフィルムＦに吸着した成膜成分の層が、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、隣り合う２つのインジェクタ１８ａ，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２０ｅ，２０ｆ（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、成膜用ガス、及び成膜装置１０にて形成される薄膜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。隣り合うインジェクタ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２０ｆ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２０ｆ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２０ｅ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２０ｅ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。余分なガスは、フィルムＦ上で生じる反応に対して余分となったガスであり、例えば、化学吸着により成膜成分の層がフィルムＦ上に形成されてこれ以上成膜成分が吸着されない余分な成膜用ガス、及びフィルムＦ上の反応によって生成されたガスを少なくとも含む。また、後述する不活性なガスやパージガスも含んでもよい。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５６，５６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２つの第１ガス排気口５２，５２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。逆に言うと、２つの第１ガス排気口５２，５２から延びる２つの連続孔は、インジェクタ部材の内部で合流して排気ポート３８に至る。
　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から第２ガス排気口５６，５６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。
　このように、インジェクタ１８ａのそれぞれの連続孔は、インジェクタ１８ａの面に備えた開口において、成膜用ガス供給管４４，排気管４６，４８、及び不活性ガス供給管４２のいずれか１つと接続されている。このよう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を構成することが好ましい。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、形成されることが好ましく、連続孔は、連続溝が設けられた部材要素の接合部分に設けられることが好ましい。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、少なくとも成膜成分及び反応性ガス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。すなわち、連続孔のそれぞれは、連続溝が設けられた部材要素７０～８０の接合部分に設けられている。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℃以下の成膜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

Claims (12)

  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、前記基板の搬送経路に沿って隙間をあけて設けられた複数のインジェクタを備える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、前記隙間から前記基板に向けて供給する反応物質供給ユニットと、を備え、
    　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は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している部分を有する、請求項１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を含み、
    　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の接合部分に設けられている、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成膜用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、前記第１ガス排気口のそれぞれに接続された２つの連続孔が設けられ、
    　前記第１ガス排気口のそれぞれから延びる２つの連続孔は、前記インジェクタ部材の内部で合流する、請求項７に記載のインジェクタ。
  9. 　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は、前記インジェクタ部材の内部で環状を成している部分を有する、請求項７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９に記載のインジェクタ。
  11. 　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て接合し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の接合部分に形成されている、請求項８～１０のいずれか１項に記載のインジェクタ。
  12. 　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７～１１のいずれか１項に記載のインジェクタ。
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