JP5849218B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子や高機能フィルム（例えば、反射防止フィルム、ガスバリアフィルム）を製造する際などに用いられる成膜装置に関するものである。

従来より、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ）により薄膜を形成することが行われている。例えば、特許文献１、２に記載されたプラズマ成膜装置は、膜の原料を含む第１ガスを流通させる第１流路と、膜の原料を含まない第２ガスを流通させる第２流路と、電極とを有するものである。そして、第２流路を流通する第２ガスに電圧を電極により印加して放電を発生させることにより第２ガスに活性種を生成し、第１流路を流通させた第１ガスと活性種を含む第２ガスとを合流させる。これにより、第１ガスの膜の原料を第２ガスの活性種で分解・反応させる。この後、合流して混合された第１ガスと第２ガスとを被処理物に吹き付けることにより、膜の原料を被処理物に堆積させる。このようにして被処理物の表面に薄膜を形成することができる。

特開２００４−１４９９１９号公報 特開２００５−１１６９０１号公報

しかし、上記のプラズマ成膜装置では、第１ガスの流通方向に対して第２ガスを略垂直な方向あるいは約４５°斜め方向から流通させることにより、第１ガスと第２ガスとを合流させている。従って、第１ガスの流通方向が第２ガスとの合流により乱れ、被処理物に到達する膜の原料が不均一になりやすく、その結果、被処理物上での膜の厚みが不均一になり、均一な薄膜を形成するのが難しいという問題があった。さらに、第１ガスが第２ガス流れの周辺部から供給されるため、第１ガス中の活性種と第２ガスの反応が不均一になりやすく、その結果、組成も均一な薄膜を形成するのが難しいという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、厚みと組成の均一な膜を形成しやすい成膜装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る成膜装置は、大気圧下においてプラズマを生成し、このプラズマを用いて被処理物の表面に膜原料を付着させて成膜するための成膜装置であって、前記膜原料を含有する成膜ガスを流通させるための第１流路と、プラズマ生成ガスを流通させるための第２流路と、前記プラズマ生成ガスに電界を印加して前記プラズマを生成させるための電極と、前記第１流路と前記第２流路とを合流させるための合流部と、前記合流部から前記膜原料を放出させるための放出口とを備え、前記第１流路から前記合流部への前記成膜ガスの流入方向と、前記合流部での前記プラズマの流通方向とが略平行となるように前記第１流路が前記第２流路内に形成され、前記第１流路から前記合流部への前記成膜ガスの流入速度が、前記合流部での前記プラズマの流速よりも高速であることを特徴とするものである。

本発明にあっては、前記電極により前記プラズマが生成される箇所をプラズマ生成部とし、前記第１流路と前記合流部との境界における前記第１流路の断面積が、前記プラズマ生成部に対応する第１流路の断面積よりも小さく形成されているのが好ましい。

本発明にあっては、前記電極を複数個備え、これらの電極が前記第２流路を流通するプラズマ生成ガスの流通方向と略平行な方向に並設されているのが好ましい。

本発明にあっては、前記第１流路を有する第１ノズルと前記第２流路を有する第２ノズルとを備え、前記第１ノズルは前記第２流路内に設けられ、前記第１ノズルと前記第２ノズルは前記第２流路におけるプラズマ生成ガスの流通方向と略平行な方向に相対的に移動自在に形成されているのが好ましい。

本発明にあっては、前記第１ノズルと前記第２ノズルの少なくとも一方を他方に対して移動させるためのノズル移動部を備えているのが好ましい。

本発明にあっては、前記プラズマの状態を検知するプラズマ検知部を有し、このプラズマ検知部の検知結果に基づいて前記ノズル移動部による前記第１ノズルと前記第２ノズルの少なくとも一方の移動量を制御するための移動制御部を備えているのが好ましい。

本発明にあっては、前記合流部に前記膜原料が放出される放出口が形成され、前記第１流路の合流位置における前記合流部の断面積よりも放出口の開口面積が小さく形成されているのが好ましい。

本発明にあっては、前記放出口の開口面積が可変自在に形成されているのが好ましい。

本発明にあっては、前記放出口の開口面積を可変にするための開口可変部を備えると共に前記プラズマの状態を検知するプラズマ検知部を有し、このプラズマ検知部の検知結果に基づいて前記開口可変部による前記開口面積の可変量を制御する開口制御部を備えているのが好ましい。

本発明にあっては、前記プラズマ検知部が、前記第２流路内で生成されたプラズマ又は前記放出口から放出されたプラズマの放射光を検知する光センサーであることが好ましい。

本発明にあっては、前記放出口の開口面積を可変にするための開口可変部を備えると共に前記被処理物に形成された膜の状態を検知する膜検知部を有し、この膜検知部の検知結果に基づいて前記開口可変部による前記開口面積の可変量を制御する開口制御部を備えているのが好ましい。

本発明にあっては、前記膜検知部が、前記被処理物に形成された膜の反射光あるいは透過光を検知する光センサーであることが好ましい。

本発明にあっては、前記プラズマ検知部又は前記膜検知部の検知結果に基づいて、前記成膜ガスの供給量を制御する成膜ガス制御部を備えているのが好ましい。

本発明にあっては、前記第２ノズルが円管を用いて形成されるのが好ましい。

本発明にあっては、前記第２ノズルが角管を用いて形成されるのが好ましい。

本発明にあっては、前記プラズマ生成用ガスの流通方向に対して最も下流側に配置した電極を接地するのが好ましい。

本発明は、厚みと組成の均一な膜を形成しやすいものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の第１ノズルの一例を示し、（ａ）（ｂ）は斜視図である。 同上の第２ノズルの一例を示し、（ａ）（ｂ）は斜視図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の第２ノズルの一例を示し、（ａ）（ｂ）は斜視図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の第２ノズルの一例を示し、（ａ）（ｂ）は斜視図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に成膜装置Ａの一例を示す。この成膜装置Ａは、第１ノズル１と、第２ノズル２と、電極３などを備えて形成されている。

第１ノズル１は図２（ａ）に示すような円管や図２（ｂ）に示すような角管などの管部材４を用いて形成されている。管部材４は高融点の絶縁材料（誘電体材料）で形成されており、絶縁材料としては石英、アルミナ、イットリア部分安定化ジルコニアなどのガラス質材料やセラミック材料などが用いられている。管部材４は略真直に形成されており、その内部の空間は略真直な第１流路５として形成されている。また、管部材４の下部には絞り部４ａが一体に形成されている。図２（ａ）に示すように、管部材４が円管の場合、絞り部４ａは上側（上流側）から下側（下流側）に向かって内径及び外径が徐々に小さくなるよう絞り込まれた形状（略円錐台形状の管状体）で形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、管部材４が幅方向に長い角管である場合、絞り部４ａは短手方向の寸法が上側（上流側）から下側（下流側）に向かって徐々に小さくなるような形状に形成されている。そして、第１流路５の一端（上端）は管部材４の一端（上端）に導入口６として開口していると共に第１流路５の他端（下端）は管部材４の他端（下端）、すなわち絞り部４ａの下端面に導出口７として開口している。

第２ノズル２は第１ノズル１と同様に、図３（ａ）のような円管や図３（ｂ）のような角管などの管部材８により形成されており、また、その材質も上記と同様の絶縁材料が用いられている。管部材８は略真直に形成されており、その内部の空間は略真直な第２流路９として形成されている。この第２流路９の一端は管部材８の一端（上端）に流入口１０として開口していると共に第２流路９の他端は管部材８の他端（下端）に放出口１１として開口している。第２ノズルの管部材８の内径は第１ノズル１の管部材４の外径よりも大きく形成されている。

電極３は、銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）などの導電性の金属材料で形成されている。また、電極３は環状に形成されているが、その内周形状は第２ノズル２の外周形状に合致させて形成されているのが好ましい。

第１ノズル１は第２ノズル２の第２流路９に差し込んで設けられている。この場合、第１ノズル１と第２ノズル２はその軸方向（長手方向）が鉛直方向となるように配設されるのが好ましい。また、第１ノズル１の軸方向と第２ノズル２の軸方向とが同方向となるが、第１ノズル１の中心軸と第２ノズル２の中心軸とが一致するように第２流路９に第１ノズル１を設けるのが好ましい。また、電極３は第２ノズル２の外周に設けられる。電極３は複数設けることができ、例えば、一対の電極３を用いることができる。一対の電極３は所定の間隔を介して第２ノズル２の軸方向に並設することができる。電極３には電源１２が接続されている。一対の電極３のうち、第２ノズル２の放出口１１よりも遠い方の電極（上流側の電極）３に電源１２が接続され、放出口１１に近い方の電極（下流側の電極）３が接地されるのが好ましい。これにより、最も近い電極３と被処理物Ｗとの電位差を小さくすることができ、電極３から被処理物Ｗへのアーク放電の発生を抑えることができて被処理物Ｗの損傷をほとんど無いようにすることができる。

そして、第２流路９において、電源１２から電極３への電圧の印加により放電が発生し、プラズマが生成される部分がプラズマ生成部１３として形成されている。すなわち、上流側の電極３の上流側端部３ａと下流側の電極３の下流側端部３ｂとの間がプラズマ生成部１３として形成することができる。また、第２流路９において、プラズマ生成部１３の上流側端部と放出口１１との間に第１ノズル１の導出口７が放出口１１と対向して位置しており、導出口７と放出口１１との間の第２流路９の一部が合流部１４として形成されている。図１では、プラズマ生成部１３の下流側端部よりも下流側に導出口７が位置している。第１ノズル１の下端部には上記のような絞り部４ａが設けられているため、第１流路５と合流部１４との境界Ｌにおける第１流路５の水平断面の断面積（すなわち、導出口７の開口面積）が、プラズマ生成部１３に対応する（すなわち、プラズマ生成部１３内に位置する）第１流路５の断面積よりも小さく形成され、成膜ガスＣＧが第１流路５から合流部１４に流入する際の流入速度が高速となりやすいものである。

また、第２ノズル２の上流側端部にはノズル保持部１５が設けられている。ノズル保持部１５は第１ノズル１と第２ノズル２とを位置決めするものであって、第２ノズル２の流入口１０から突出する第１ノズル１の上流側端部が差し込まれている。また、ノズル保持部１５には、流入口１０を通じて第２流路９と連通する供給路１６が形成されている。

上記のように形成される成膜装置Ａを用いて大気圧下で被処理物Ｗの表面に膜Ｃを形成するにあたっては、以下のようにして行う。尚、本明細書において「大気圧下」とは気圧が９０〜１０７ｋＰａの範囲をいう。

まず、大気圧下において供給路１６を通じて流入口１０から第２流路９にプラズマ生成ガスＰＧを供給する。プラズマ生成ガスＰＧとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、水素などをそれぞれ単独であるいは混合して用いることができる。プラズマ生成ガスＰＧの供給量（流量）は特に限定はないが、０．１〜３００リットル／分とすることができる。第２流路９に供給されたプラズマ生成ガスＰＧは、第２流路９（第１ノズル１の外面と第２ノズル２の内面との間の空間）を下に向かって流通してプラズマ生成部１３にまで達し、この後、合流部１４にまで到達する。このプラズマ生成ガスＰＧの流通方向は第１ノズル１や第２ノズル２の軸方向と略平行（略鉛直下向き）となっている。

一方、一対の電極３の間には電源１２により電圧が付与されてプラズマ生成部１３に電界Ｅが印加される。電極３に印加される電圧の波形は正弦波などの連続波形とすることができ、その周波数は１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。また、電極３に印加される電圧の波形はパルス波形とすることができ、この場合、周波数は０．５ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。電極３に印加される電圧は電極３間の距離やプラズマ生成ガスＰＧの組成等によって異なるが、電界強度が０．１ｋＶ〜３０ｋＶ／ｍｍの範囲になるように設定するのが好ましい。このようにプラズマ生成部１３に電界を印加すると、大気圧下においてプラズマ生成部１３にストリーマ放電などの放電が生じ、この放電によりプラズマ生成部１３を流れるプラズマ生成ガスＰＧがプラズマＰとなる。ここで、プラズマＰとはイオンやラジカルや荷電粒子などの活性種を含むガスのことである。従って、プラズマ生成部１３の下流にある合流部１４には、活性種を含むガス、すなわちプラズマＰが流入することになる。

次に、大気圧下において第１ノズル１の導入口６から第１流路５に膜原料を含む成膜ガスＣＧを供給する。ここで、膜原料としてはシラン、有機シラン、金属元素含有ガス（例えば、シリコン、インジウム、アルミニウム、亜鉛などの金属元素を含有するガス）などをそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種併用したりすることができる。また、成膜ガスＣＧは膜原料のガスのみで組成されたものや、膜原料（ガスか否かは問わない）とその他のガスとの混合ガスであっても良い。この場合、膜原料と混合するその他のガスとしては、酸素、水素、窒素、空気、アンモニア、窒素酸化物ガス、炭化水素ガスなどをそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種併用したりすることができる。成膜ガスＣＧの供給量（流量）は、成膜の厚みや膜原料の種類や濃度などにより適宜設定可能であり、特に限定はないが、例えば、０．０１〜３０リットル／分とすることができる。第１流路５に供給された成膜ガスＣＧは、第１流路５を下に向かって流通し、導出口７を通じて合流部１４に流入するが、この成膜ガスＣＧの流通方向は第１ノズル１や第２ノズル２の軸方向と略平行（略鉛直下向き）となっている。従って、プラズマＰの合流部１４での流通方向と、第一流路５の導出口７から合流部１４への成膜ガスＣＧの流入方向とは略並行となるものである。尚、ここで「略平行」とは、プラズマＰの合流部１４での流通方向と、第一流路５の導出口７から合流部１４への成膜ガスＣＧの流入方向とのなす角度が、０°以上で１０°以下の範囲をいう。

上記のようにして、プラズマＰと成膜ガスＣＧの両方が合流部１４に流入するが、成膜ガスＣＧが第１流路５から合流部１４に流入する際の流入速度が、合流部１４に流入したプラズマＰの流速（プラズマ生成部１３から合流部１４へのプラズマＰの流入速度）よりも高速になるように形成されている。ここで、成膜ガスＣＧが第１流路５から合流部１４に流入する際の流入速度は、合流部１４に流入したプラズマＰの流速の１倍より大きく １０倍以下にすることが好ましく、より好ましくは、１．１倍以上３倍以下である。成膜ガスＣＧが第１流路５から合流部１４に流入する際の流入速度が合流部１４に流入したプラズマＰの流速に対して上記の範囲であると、プラズマＰの生成効率は低下しにくく、且つ、合流部１４における成膜ガスＣＧのプラズマＰとの反応効率も低下しにくくなり、成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応に過不足が発生しにくくなるものである。

また、成膜ガスＣＧの供給量を増加させて成膜ガスＣＧの流速を向上させることも考えられるが、本発明では、第１ノズル１に絞り部４ａを設けることによって、絞り部４ａを有さない真っ直ぐなノズルに比べて成膜ガスＣＧの流速を向上させるのが好ましい。この場合、第１流路５と合流部１４との境界Ｌにおける第１流路５の水平断面の断面積（すなわち、導出口７の開口面積）が上記境界Ｌにおける合流部１４の水平断面の断面積（導出口７の開口面積は除く）よりも小さく形成され、成膜ガスＣＧが第１流路５から合流部１４に流入する際の流入速度が合流部１４に流入したプラズマＰの流速に対して高速となりやすい。

このように成膜ガスＣＧの流量を増加させることなく、第１流路５から合流部１４に噴出される成膜ガスＣＧの流速を大きくすることによって、合流部１４における成膜ガスＣＧの滞在時間をプラズマＰよりも短くすることができ、成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応時間を調整することができ、厚みと組成の均一な膜を形成しやすくなるものである。尚、成膜ガスＣＧの流量を増加させれば、導出口７における成膜ガスＣＧの流速は大きくなるが、成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応が不足する可能性がある。すなわち、成膜ガスＣＧの供給量を変えることなく、成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応時間を調整することによって、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。特に、プラズマＰとの反応しやすい成膜ガスＣＧ（具体的には、例えばヘキサメチルジシロキサンのようなガス）の場合、成膜ガスＣＧの流速を、合流部１４におけるプラズマＰの流速以上にすることで、成膜ガスＣＧをプラズマＰと過剰に反応させず被処理物Ｗの表面まで搬送することができ、同時に第１ノズル１の導出口７に成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応物の付着を抑制することができて、好ましい。

このようにして合流部１４に流入した成膜ガスＣＧとプラズマＰとが混合しながら合流部１４を下に向かって流れる。そして、この混合により、プラズマＰに含まれている活性種が成膜ガスＣＧ中の膜原料に作用し、膜原料の解離や結合反応が生じる。例えば、膜原料としてヘキサメチルジシロキサンを、プラズマ生成ガスＰＧとしてアルゴンと酸素混合ガスをそれぞれ用いた場合、放電により活性種の酸素ラジカルが生じ、この活性種により膜原料が酸化シリコンとなる。

この後、膜原料を含む成膜ガスＣＧ及びプラズマＰの混合ガスが合流部１４を下方に流れて放出口１１から放出される。このとき、上記混合ガスは成膜ガスＣＧ及びプラズマＰの圧力等によりジェット状に吹き出すことができる。そして、大気圧下において上記混合ガスが放出口１１の下流側に位置する被処理物Ｗに供給されることによって、混合ガス中の膜原料が被処理物Ｗの表面に付着し、堆積するなどして膜Ｃが形成されるものである。膜Ｃの膜厚は例えば、１０ｎｍ〜１００μｍに形成することができる。ここで、被処理物Ｗを放出口１１の下流側で混合ガスの吹き出し方向と直交する方向に搬送しながら成膜することができ、また、成膜装置Ａを混合ガスの吹き出し方向と直交する方向に移動させながら成膜しても良い。また、被処理物Ｗと成膜装置Ａとを相対的に移動させないで成膜しても良い。被処理物Ｗを搬送する場合、そのスピードは膜Ｃの厚みや膜原料の組成等により適宜設定可能である。尚、被処理物Ｗとしてはガラス板やガラス成形品、樹脂製のフィルムや成形品などを例示することができる。この場合、樹脂製の被処理物Ｗは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などで形成することができる。

そして、上記の成膜装置Ａでは、成膜ガスＣＧの合流部１４への流入方向と、合流部１４におけるプラズマＰの流通方向とをほぼ並行にするので、成膜ガスＣＧの流れがプラズマＰとの合流によって乱されにくくなるものである。さらに、成膜ガスＣＧは、プラズマＰの内部に確実に投入されるため、成膜ガスＣＧとプラズマＰ中の活性種との反応が促進されるものである。従って、成膜ガスＣＧは導出口７から合流部１４及び放出口１１を通って被処理物Ｗにまで略直進するため、膜原料が被処理物Ｗに均一に到達しやすくなり、均一な厚みで均質な膜が形成されやすいものであり、また、膜原料を効率よくプラズマＰと反応させやすくなって、膜組成の均質化を向上させることができるものである。また、成膜ガスＣＧには、第１流路５を流れながらプラズマ生成部１３の箇所を通過する際に、プラズマＰの熱が第１ノズル１を介して伝導することで加熱されることになる。従って、成膜ガスＣＧとプラズマＰが合流しても急激な温度変化が起こりにくくすることができ、膜原料の均一な解離や反応が起こりやすくなるものである。この際、成膜ガスＣＧはプラズマＰに直接曝されることなく加熱することができるので、プラズマ生成部１３が膜原料によって汚染されることがない。さらに、上記の成膜装置Ａでは、一対の電極３がプラズマ生成ガスＰＧの流通方向と略平行に並設されているため、プラズマ生成部１３に印加される電界Ｅの方向もプラズマ生成ガスＰＧの流通方向と略平行となる。従って、プラズマ生成部１３でのストリーマー放電が生じやすくなって、プラズマ生成ガスＰＧに効率よく活性種が生成されることになる。よって、膜原料の反応性が向上し、未反応の膜原料が混入するなどの膜質の低下が発生しにくくなるものである。ここで「略平行」とは、プラズマ生成ガスＰＧの流通方向と、プラズマ生成部１３に印加される電界Ｅの方向とのなす角度が、０°以上で３０°以下の範囲をいう。

図４に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、第１ノズル１と第２ノズル２とが軸方向と平行な方向に相対的に移動自在に形成されている。この場合、第１ノズル１とノズル保持部１５も完全に固定されていない。また、ノズル保持部１５にはパッキン１７が設けられており、第１ノズル１とパッキン１７を密着させて供給部１６からプラズマ生成ガスＰＧを漏れにくくしている。その他の構成及び成膜動作は図１のものと同様である。

この成膜装置Ａでは、第１ノズル１と第２ノズル２とを軸方向（成膜ガスＣＧ及びプラズマ生成ガスＰＧの流通方向）と平行な方向に相対的に移動させることによって、第１ノズル１の軸方向（長手方向）における導出口７の位置を変えることができる。つまり、導出口７と放出口１１との距離を変えて合流部１４の長さを変更することができ、成膜ガスＣＧとプラズマＰとが合流してから被処理物Ｗに到達するまでの時間や距離を変えることができる。従って、成膜ガスＣＧやプラズマ生成ガスＰＧの組成やプラズマＰの状態に応じて最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。例えば、膜原料の解離や反応が起こりにくい場合は、合流部１４を長くし、成膜ガスＣＧとプラズマ生成ガスＰＧの混合から膜原料が被処理物Ｗに到達するまでの時間を長くし、膜原料の解離や反応を充分に行うことができる。

図５に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａは図４のものにおいて、ノズル移動部１８を備えて形成されるものであり、その他の構成は図４のものと同様である。このノズル移動部１８は、第１ノズル１を第２ノズル２に対して移動させるものであり、モータなどの駆動を発生させる駆動源１９と、駆動源１９で発生する駆動により移動する取付部２０とで形成されている。取付部２０は第１ノズル１の軸方向と略平行な方向に駆動されるものである。また、取付部２０はノズル保持部１５の上流側に突出する第１ノズル１の上流側端部に取り付けられている。

この成膜装置Ａでは図４のものに比べて機械的な駆動で第１ノズル１を第２ノズル２に対して移動させることができる。従って、例えば、ノズル移動部１８により第１ノズル１を軸方向に振動させるなど、手動では行いにくい動作を容易に行うことができる。

図６に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図５のものにおいて、プラズマ検知部２１と移動制御部２２とを設けたものであり、その他の構成は図５のものと同様である。プラズマ検知部２１はプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知するものである。プラズマ検知部２１は例えば、一対の電極３の間において第１ノズル１の外面に当接させて設けることができる。このプラズマ検知部２１は、例えば、プラズマからの放射光をとらえる光センサーを用いることができ、放電により生じるプラズマＰの発光量や発光色などのプラズマＰの状態を検知するものである。また、移動制御部２２はプラズマ検知部２１で検知されたプラズマＰの状態が入力され、それに基づいてノズル移動部１８による第１ノズル１の移動量や移動方向を制御するものである。移動制御部２２はマイクロコンピュータなどで形成することができ、ノズル移動部１８の駆動源１９に設けることができる。

この成膜装置Ａでは、プラズマ検知部２１によりプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知し、この検知結果に基づいて、第１ノズル１の移動量等をフィードバック制御するために、検知されたプラズマＰの状態に応じて、より最適な成膜条件となるように第１ノズル１を移動させることができるものである。例えば、プラズマＰの発光量が少ない場合は、プラズマＰの生成量が少ないと判断し、第１ノズル１を上流側に移動させて合流部１４を長くしてプラズマＰと成膜ガスＣＧの混合から被処理物Ｗに到達するまでの時間を長くすることができる。

図７に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図５のものにおいて、管部材８の下流側端部に絞り部２３を設けて第２ノズル２が形成されており、その他の構成は図５のものと同様である。絞り部２３は管部材８の下流側端部に突出して管部材８と一体的に形成されており、図８（ａ）に示すように、管部材８が円管の場合は上流側から下流側に向かって内径が徐々に小さくなるような略円錐台形状の管状体で形成されている。また、図８（ｂ）に示すように、第２ノズル２の管部材８が幅方向に長い角管である場合は、絞り部２３は短手方向の寸法が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるように形成されている。また、管状体の絞り部２３の下流側端面は放出口１１として開口されており、絞り部２３の上流側端部は第１流路５及び第２流路９と連通している。そして、第１ノズル１は管部材８の下流側端部とほぼ同じ高さに位置しており、絞り部２３の内側空間が合流部１４として形成されている。

この成膜装置Ａでは、図１のように、プラズマ生成部１３と合流部１４の断面積（軸方向と直交する方向の断面積）及び放出口１１の開口面積とが同じ場合に比べて、絞り部２３で成膜ガスＣＧ及びプラズマＰの流れを絞って放出口１１からの流速を高めることができ、被処理物Ｗに供給される成膜ガスＣＧやプラズマＰの圧力を高めることができ、効率よく膜Ｃを成膜することができるものである。尚、絞り部２３を設けた場合であっても、成膜ガスＣＧの合流部１４への流入方向と、合流部１４におけるプラズマＰの流通方向とは略平行な状態となっている。

図９に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａは、図６のものにおいて、管部材８の下流側端部に開口可変部２４を設けて第２ノズル２が形成されており、その他の構成は図６のものと同様である。開口可変部２４は、基台２５と可動板２６及び可動板駆動部２７とを備えて形成されている。

基台２５は平面視で方形状に形成されている。また、基台２５には管部材８の下流側端部が差し込まれており、管部材８の下流側開口は基台２５の下流側面（下面）で露出されている。可動板２６は正面視で方形状に形成されており、複数枚の可動板２６が基台２５に設けられている。

可動板２６の上流側端部（上端）は管部材８の下流側開口の周囲において基台２５の下流側面に回動軸２８により枢着されている。従って、可動板２６は管部材８の下流側開口に近接離間する方向で回動自在に形成されている。尚、図１０（ａ）に示すように、円管の管部材８の場合は、基台２５として平面視で略正方形のものを用いることができ、可動板２６は正面視で略正方形のものを用いることができる。また、基台２５の四辺と平行に回動軸２８を配置して四枚の可動板２６を設けることができる。一方、幅方向に長い角管の管部材８の場合は、図１０（ｂ）に示すように、基台２５として管部材８の幅方向と同等の長さを有する平面視で略長方形のものを用いることができる。また、幅方向に長い角管の管部材８の場合も四辺と平行に回動軸２８を配置して四枚の可動板２６を設けることができる。この場合、一方の対向する可動板２６ａ、２６ａは管部材８の幅方向と同等の長さを有する正面視で略長方形のものを用い、他方の対向する可動板２６ｂ、２６ｂは正面視で略正方形のものを用いることができる。

尚、図１０（ａ）（ｂ）の第２ノズル２において、可動板２６を四枚とも回動自在に形成する必要はなく、対向する一対の可動板２６を回動自在とし、その他の対向する可動板２６は回動しないようにして固定板２６ｃとして形成することもできる。この場合、固定板２６ｃは回動軸２８を用いずに基台２５の下流側面に突出して設けることができる。また、図１０（ｂ）のものでは、管部材８の短手方向と略平行に配置した可動板２６ｂを固定板２６ｃとして形成することができる。

可動板駆動部２７は可動板２６を回動駆動させるものであって、モータなどの駆動を発生させる駆動源２９と、駆動源２９で発生する駆動により移動する棒状の押圧部３０とで形成されている。可動板駆動部２７は各可動板２６に対して一機ずつ設けられており、各可動板２６の外側（管部材８と反対側）に配置されて基台２５に取り付けられている。また、押圧部３０の先端は可動板２６の表面（管部材８側の面と反対側の面）に枢着により連結されている。押圧部３０は第２ノズル２の軸方向と略直交する方向に駆動されるものであり、これにより、押圧部３０で可動板２６が回動するものである。

この成膜装置Ａでは、管部材８の下流側の可動板２６で囲まれる空間が合流部１４として形成されており、可動板２６の下流側端部で囲まれる部分で放出口１１が形成されている。そして、可動板駆動部２７で可動板２６を回動させることにより、対向する可動板２６が近接離間することになり、合流部１４の容積や放出部１１の開口面積を変えることができる。従って、成膜ガスＣＧ及びプラズマＰの流れを絞って放出口１１からの流速を大きくしたり、逆に、成膜ガスＣＧ及びプラズマＰの流れを広げて放出口１１からの流速を小さくしたりして、膜Ｃを形成するのに最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。尚、開口可変部２４を設けた場合であっても、成膜ガスＣＧの合流部１４への流入方向と、合流部１４におけるプラズマＰの流通方向とは略平行な状態となっている。

図１１に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図９のものにおいて、可動板駆動部２７に開口制御部３１を設けて開口可変部２４が形成されており、その他の構成は図９のものと同様である。この開口制御部３１にはプラズマ検知部２１によるプラズマＰの状態の検知結果が入力されるように形成されている。

この成膜装置Ａでは、開口制御部３１にプラズマ検知部２１で検知されたプラズマＰの状態が入力され、それに基づいて、可動板駆動部２７による可動板２６の移動量や移動方向を制御することができる。このようにプラズマ検知部２１によりプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知し、この検知結果に基づいて、第２ノズル２の放出口１１の開口面積等をフィードバック制御するために、検知されたプラズマＰの状態に応じて、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。

図１２に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図１１のものにおいて、成膜ガス制御部３２を備えたものであり、その他の構成は図１１のものと同様である。成膜ガス制御部３２はプラズマ検知部２１の検知結果に基づいて、成膜ガスＣＧの第１ノズル１への供給量（流量）を制御するものである。このような成膜ガス制御部３２としては、例えば、第１ノズル１に成膜ガスＣＧを供給するための配管３３の途中に設けられる電磁弁等と、この電磁弁等を開閉制御するマイクロコンピュータなどとを備えて形成することができる。

この成膜装置Ａでは、成膜ガス制御部３２にプラズマ検知部２１で検知されたプラズマＰの状態が入力され、それに基づいて、成膜ガスＣＧの第１ノズル１への供給量（流量）を制御することができる。このようにプラズマ検知部２１によりプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知し、この検知結果に基づいて、第１ノズル１への成膜ガスＣＧの供給量をフィードバック制御するために、検知されたプラズマＰの状態に応じて、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。例えば、プラズマＰの発光量が多い場合は、プラズマＰの生成量が多いと判断し、第１ノズル１に供給される成膜ガスＣＧの供給量を増加させることができる。

図１３に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図１２のようにプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知するプラズマ検知部２１の代わりに、放出口１１の下流側に放出されたプラズマＰの状態を検知するプラズマ検知部２１を設けたものであり、その他の構成は図１２のものと同様である。

この成膜装置Ａでは、ノズル移動部１８の移動制御部２２や開口可変部２４の開口制御部３１や成膜ガス制御部３２に、プラズマ検知部２１で検知されたプラズマＰの状態が入力され、それに基づいて、第１ノズル１の移動量や放出口１１の開口面積や成膜ガスＣＧの第１ノズル１への供給量を制御することができる。このようにプラズマ検知部２１により放出部１１の下流側におけるプラズマＰの状態を検知し、この検知結果に基づいて、第１ノズル１の移動量や放出口１１の開口面積や第１ノズル１への成膜ガスＣＧの供給量をフィードバック制御するために、検知されたプラズマＰの状態に応じて、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。特に、この成膜装置Ａでは、成膜ガスＣＧとプラズマＰとが混合した後の状態をプラズマ検知部２１で検知するので、プラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知する場合に比べて、成膜ガスＣＧとプラズマＰとの反応過程を直接検出することができ、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。

図１４に成膜装置Ａの他例を示す。この成膜装置Ａでは、図１２のようにプラズマ生成部１３におけるプラズマＰの状態を検知するプラズマ検知部２１の代わりに、被処理物Ｗの表面に形成された膜Ｃの状態を検知する膜検知部３４を設けたものであり、その他の構成は図１２のものと同様である。膜検知部３４は膜Ｃからの反射光や透過光をとらえる光センサーなどを用いることができる。従って、膜検知部３４は成膜された被処理物Ｗの上方や下方など、膜Ｃからの反射光や透過光が入力される位置にあればよい。また、膜Ｃの状態とは、膜Ｃの厚みや組成などである。

この成膜装置Ａでは、ノズル移動部１８の移動制御部２２や開口可変部２４の開口制御部３１や成膜ガス制御部３２に、膜検知部３４で検知された膜Ｃの状態が入力され、それに基づいて、第１ノズル１の移動量や放出口１１の開口面積や成膜ガスＣＧの第１ノズル１への供給量を制御することができる。このように膜検知部３４により膜Ｃの状態を検知し、この検知結果に基づいて、第１ノズル１の移動量や放出口１１の開口面積や第１ノズル１への成膜ガスＣＧの供給量をフィードバック制御するために、検知された膜Ｃの状態に応じて、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。特に、この成膜装置Ａでは、膜Ｃの状態を直接検知するために、プラズマＰの状態を検知して間接的に膜Ｃの状態を評価する場合に比べて、より最適な成膜条件を設定しやすくなるものである。

Ａ 成膜装置
Ｃ 膜
Ｅ 電界
Ｐ プラズマ
Ｗ 被処理物
ＣＧ 成膜ガス
ＰＧ プラズマ生成ガス
１ 第１ノズル
２ 第２ノズル
３ 電極
５ 第１流路
９ 第２流路
１１ 放出口
１３ プラズマ生成部
１４ 合流部
１８ ノズル移動部
２１ プラズマ検知部
２２ 移動制御部
２４ 開口可変部
３１ 開口制御部
３２ 成膜ガス制御部
３４ 膜検知部

Claims (17)

1. 大気圧下においてプラズマを生成し、このプラズマを用いて被処理物の表面に膜原料を付着させて成膜するための成膜装置であって、前記膜原料を含有する成膜ガスを流通させるための第１流路と、プラズマ生成ガスを流通させるための第２流路と、前記プラズマ生成ガスに電界を印加して前記プラズマを生成させるための電極と、前記第１流路と前記第２流路とを合流させるための合流部と、前記合流部から前記膜原料を放出させるための放出口とを備え、前記第１流路から前記合流部への前記成膜ガスの流入方向と、前記合流部での前記プラズマの流通方向とが略平行となるように前記第１流路が前記第２流路内に形成され、前記第１流路から前記合流部への前記成膜ガスの流入速度が、前記合流部での前記プラズマの流速よりも高速であることを特徴とする成膜装置。
2. 前記電極により前記プラズマが生成される箇所をプラズマ生成部とし、前記第１流路と前記合流部との境界における前記第１流路の断面積が、前記プラズマ生成部における第１流路の断面積よりも小さく形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記電極を複数個備え、これらの電極が前記第２流路を流通するプラズマ生成ガスの流通方向と略平行な方向に並設されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記第１流路を有する第１ノズルと前記第２流路を有する第２ノズルとを備え、前記第１ノズルは前記第２流路内に設けられ、前記第１ノズルと前記第２ノズルは前記第２流路におけるプラズマ生成ガスの流通方向と略平行な方向に相対的に移動自在に形成されて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記第２ノズルが円管を用いて形成されて成ることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記第２ノズルが角管を用いて形成されて成ることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
7. 前記第１ノズルと前記第２ノズルの少なくとも一方を他方に対して移動させるためのノズル移動部を備えて成ることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
8. 前記プラズマの状態を検知するプラズマ検知部を有し、このプラズマ検知部の検知結果に基づいて前記ノズル移動部による前記第１ノズルと前記第２ノズルの少なくとも一方の移動量を制御するための移動制御部を備えて成ることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記プラズマの状態を検知するプラズマ検知部を有し、このプラズマ検知部の検知結果に基づいて、前記成膜ガスの供給量を制御する成膜ガス制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置。
10. 前記放出口の開口面積を可変にするための開口可変部を備えると共に前記プラズマの状態を検知するプラズマ検知部を有し、このプラズマ検知部の検知結果に基づいて前記開口可変部による前記開口面積の可変量を制御する開口制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置。
11. 前記プラズマ検知部が、前記第２流路内で生成されたプラズマ又は前記放出口から放出されたプラズマの放射光を検知する光センサーであることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
12. 前記被処理物に形成された膜の状態を検知する膜検知部を有し、この膜検知部の検知結果に基づいて、前記成膜ガスの供給量を制御する成膜ガス制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
13. 前記放出口の開口面積を可変にするための開口可変部を備えると共に前記被処理物に形成された膜の状態を検知する膜検知部を有し、この膜検知部の検知結果に基づいて前記開口可変部による前記開口面積の可変量を制御する開口制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
14. 前記膜検知部が、前記被処理物に形成された膜の反射光あるいは透過光を検知する光センサーであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の成膜装置。
15. 前記第１流路の合流位置における前記合流部の断面積よりも前記放出口の開口面積が小さく形成されて成ることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の成膜装置。
16. 前記放出口の開口面積が可変自在に形成されて成ることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の成膜装置。
17. 前記電極を複数個備え、これらの電極が前記第２流路を流通するプラズマ生成ガスの流通方向と略平行な方向に並設され、前記プラズマ生成ガスの流通方向に対して最も下流側に配置した前記電極を接地して成ることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の成膜装置。

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