(57)【要約】【課題】基材に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮する。【解決手段】チャンバ１１内で基材７上に多層膜８を形成する方法には、原料ガス用流路２１を通じて第一原料ガスＧ１−１をチャンバ１１に供給し基材７上に多層膜８の内の第一膜を形成する第一成膜工程と、第二原料ガスＧ１−２をチャンバ１１に供給し前記第一膜の上に第二膜を形成する第二成膜工程と、第一成膜工程と第二成膜工程との間に行われ原料ガスＧ１の切り替えを行うための切り替え工程とが含まれる。第一成膜工程での成膜終了のために原料ガス用流路２１からの第一原料ガスＧ１−１の供給を停止すると、切り替え工程では、チャンバ１１へプラズマ生成ガスＧ２を供給しかつプラズマを発生させ、チャンバ１１内のガスをポンプ１３により外部へ排出する。【選択図】      図１
2018090849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内で基材上に複数の層からなる多層膜を形成する方法であって、
前記チャンバ内でプラズマを発生させると共に、原料ガス用流路を通じて第一原料ガスを前記チャンバに供給し前記基材上に前記多層膜の内の第一膜を形成する第一成膜工程と、
前記チャンバ内でプラズマを発生させると共に、第二原料ガスを前記チャンバに供給し前記第一膜の上に第二膜を形成する第二成膜工程と、
前記第一成膜工程と前記第二成膜工程との間に行われ原料ガスの切り替えを行うための切り替え工程と、を含み、
前記第一成膜工程での成膜終了のために前記原料ガス用流路から前記チャンバへの第一原料ガスの供給を停止すると、前記切り替え工程では、前記チャンバへプラズマ生成ガスを供給しかつプラズマを発生させ、前記チャンバ内のガスをポンプにより外部へ排出する、多層膜の形成方法。
【請求項２】
前記第一成膜工程での成膜終了のために前記第一原料ガスの供給を停止した状態で、前記プラズマ生成ガスをバイパス流路を通じて前記原料ガス用流路へと流すことで、当該原料ガス用流路に滞留している前記第一原料ガスを前記プラズマ生成ガスと共に前記チャンバ内へ流す、請求項１に記載の多層膜の形成方法。
【請求項３】
基材上に複数の層からなる多層膜を形成するための成膜装置であって、
前記基材を収容するチャンバと、
前記チャンバに設けられ電力が供給されることで当該チャンバ内にプラズマを発生させるための電極と、
前記チャンバで開口する原料ガス用流路を有し原料ガスを前記チャンバに供給するための第一供給部と、
前記チャンバで開口するプラズマ生成ガス用流路を有しプラズマ生成ガスを前記チャンバに供給するための第二供給部と、
前記チャンバ内のガスを外部へ排出させるポンプと、
を備え、
成膜終了のために、前記原料ガス用流路を通じて行う原料ガスの供給を停止すると共に、前記プラズマ生成ガス用流路からプラズマ生成ガスを供給しかつ前記電極に電力を供給する、成膜装置。
【請求項４】
前記原料ガス用流路と前記プラズマ生成ガス用流路とを繋ぎ前記プラズマ生成ガスを当該原料ガス用流路へと流通可能とさせるバイパス流路を更に備えている、請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ポンプは運動量輸送式のポンプである、請求項３又は４に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内で基材上に複数の層からなる多層膜（積層膜）を形成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空プロセスにおいて各種基材上に様々な機能膜を付与するための技術開発が盛んに行われている。前記基材として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、ガラス基板等が挙げられ、前記機能膜として、透明導電膜、水蒸気バリア膜、反射防止膜、光触媒膜等が挙げられる。
【０００３】
前記のような基材に機能膜を付与するための方法として、ドライ成膜法があり、その具体的手段として、プラズマＣＶＤ、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ等が用いられる。
【０００４】
特許文献１には、原料ガスを用いて基材に成膜を行うＣＶＤ装置が開示されている。この装置は、カーボンを含む原料ガス（プロセスガス）の第一供給源と、プラズマ放電用の酸素ガスの第二供給源とを備えている。チャンバ内の残留酸素の濃度が高い場合、次の基材における成膜に悪影響を及ぼすことから、この装置では、残留酸素を低減するための処理が行われる（特許文献１の段落００３４）。その手段の一つとして、酸素プラズマ放電終了後、チャンバ内の残留酸素を、成膜で用いた原料ガスに置き換えている（第一の手段）。また、他の手段として、酸素プラズマ放電終了前に酸素ガスの供給を停止し、チャンバ内に残存する酸素ガスで放電を維持し、酸素ガス濃度を低下させている（第二の手段）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４８３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の成膜装置は、基材に単層の成膜を行う装置であり、この成膜装置を多層膜（積層膜）の形成に用いると、生産効率が低下してしまう。すなわち、複数の層からなる多層膜を基材に形成する場合、その多層膜の内の第一膜を第一原料ガスにより形成する工程と、この第一膜の上に第二膜を第二原料ガスにより形成する工程とを要するが、これら工程の間に、原料ガスの切り替えを行う必要がある。これは第二膜を形成する際に不純物が混入するのを防ぐためであり、そのために、層を形成する毎にチャンバ内の残留ガス及びチャンバに各種ガスを導入する配管内の残留ガスのガス引き（ガス抜き）が行われる。
前記第一の手段のように、第一膜の形成後、チャンバ内の残留酸素を、成膜で用いた第一原料ガスに置換してしまうと、第一原料ガスがチャンバ内に多く残留する。このため、第二膜の形成の前にチャンバ内の多くの第一原料ガスを抜き取る作業が発生し、その作業時間が長くなって生産効率が低下してしまう。更に、第一原料ガスをチャンバに供給する配管（流路）にも、第一原料ガスが滞留しており、この配管からも第一原料ガスを除く必要があるが、その処理に時間を要し、ガスの切り替え時間が更に長くなってしまう。
【０００７】
また、前記第二の手段のように、第一膜の形成後、チャンバ内に残存する酸素ガスで放電を維持し酸素ガス濃度を低下させても、第一原料ガスは残存する。したがって、前記第一の手段の場合と同様、第二膜の形成の前に、チャンバに残留する第一原料ガスを抜き取る作業が発生し、また、チャンバに開口する配管に残留する第一原料ガスを除くために時間を要し、ガスの切り替え時間が長くなってしまう。
【０００８】
以上のように、基材に多層膜を形成する場合、ガスの切り替えが必要となるが、特に、前記のとおり配管（流路）に滞留している原料ガスが抜けにくいと、ガスの切り替えの時間が長くなり、この結果、次の層の成膜開始までに時間を要し、生産効率の向上が望めない。
【０００９】
そこで、本発明は、基材に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、チャンバ内で基材上に複数の層からなる多層膜を形成する方法であって、前記チャンバ内でプラズマを発生させると共に、原料ガス用流路を通じて第一原料ガスを前記チャンバに供給し前記基材上に前記多層膜の内の第一膜を形成する第一成膜工程と、前記チャンバ内でプラズマを発生させると共に、第二原料ガスを前記チャンバに供給し前記第一膜の上に第二膜を形成する第二成膜工程と、前記第一成膜工程と前記第二成膜工程との間に行われ原料ガスの切り替えを行うための切り替え工程と、を含み、前記第一成膜工程での成膜終了のために前記原料ガス用流路から前記チャンバへの第一原料ガスの供給を停止すると、前記切り替え工程では、前記チャンバへプラズマ生成ガスを供給しかつプラズマを発生させ、前記チャンバ内のガスをポンプにより外部へ排出する。
【００１１】
この成膜方法によれば、第一膜の成膜終了のために第一原料ガスの供給を停止するが、切り替え工程において、プラズマ生成ガスを供給しかつプラズマを発生させることで、チャンバに残留している原料ガスが分解される。原料ガスは分解されることでチャンバの外部へ排出されやすくなり、ポンプの作動により、チャンバの圧力を迅速に下げることができる。すると、原料ガス用流路に滞留している第一原料ガスのチャンバへの流出が促進され、原料ガス用流路を空にする時間が短縮される。この結果、基材に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することが可能となる。
なお、基材に形成する多層膜は、種類が異なる複数の層によって構成されてもよいが、同じ種類の層が含まれて構成されたものであってもよい。つまり、第一原料ガスと第二原料ガスとは同じガスであってもよい。
【００１２】
また、前記成膜方法では、前記第一成膜工程での成膜終了のために前記第一原料ガスの供給を停止した状態で、前記プラズマ生成ガスをバイパス流路を通じて前記原料ガス用流路へと流すことで、当該原料ガス用流路に滞留している前記第一原料ガスを前記プラズマ生成ガスと共に前記チャンバ内へ流すのが好ましい。これにより、原料ガス用流路を空にする時間がより一層短縮される。
【００１３】
また、本発明は、基材上に複数の層からなる多層膜を形成するための成膜装置であって、前記基材を収容するチャンバと、前記チャンバに設けられ電力が供給されることで当該チャンバ内にプラズマを発生させるための電極と、前記チャンバで開口する原料ガス用流路を有し原料ガスを前記チャンバに供給するための第一供給部と、前記チャンバで開口するプラズマ生成ガス用流路を有しプラズマ生成ガスを前記チャンバに供給するための第二供給部と、前記チャンバ内のガスを外部へ排出させるポンプと、を備え、成膜終了のために、前記原料ガス用流路を通じて行う原料ガスの供給を停止すると共に、前記プラズマ生成ガス用流路からプラズマ生成ガスを供給しかつ前記電極に電力を供給する。
【００１４】
この成膜装置によれば、成膜終了のために、原料ガスの供給を停止しても、プラズマ生成ガスを供給しかつ電極に高周波電流を供給することで、チャンバ内でプラズマは発生した状態にあり、チャンバに残留している原料ガスが分解される。原料ガスは分解されることでチャンバの外部へ排出されやすくなり、ポンプの作動により、チャンバの圧力を迅速に下げることができる。すると、原料ガス用流路に滞留している原料ガスのチャンバへの流出が促進され、原料ガス用流路を空にする時間が短縮される。この結果、基材に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することが可能となる。
【００１５】
また、プラズマ生成ガスは原料ガスよりも分子量が小さく流れやすい。そこで、前記成膜装置は、前記原料ガス用流路と前記プラズマ生成ガス用流路とを繋ぎ前記プラズマ生成ガスを当該原料ガス用流路へと流通可能とさせるバイパス流路を更に備えているのが好ましい。この構成によれば、成膜終了のために原料ガスの供給を停止した状態で、前記バイパス流路を通じてプラズマ生成ガスを原料ガス用流路へと流すことで、原料ガス用流路に滞留している原料ガスをプラズマ生成ガスと共にチャンバ内へ流すことができ、原料ガス用流路を空にする時間がより一層短縮される。
【００１６】
また、前記ポンプは運動量輸送式のポンプであるのが好ましい。このポンプの場合、原料ガスよりもプラズマ生成ガスが流れやすくなり、また、高い真空度が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基材に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することが可能となり、生産効率を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】原料ガス用流路の説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】多層膜の形成方法の全体を示すフロー図である。
【図４】第一成膜工程から切り替え工程を示すフロー図である。
【図５】第一成膜工程から切り替え工程を示すフロー図である。
【図６】第一膜の成膜完了後、切り替え工程でガスの切り替えに要した時間を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は成膜装置の一例を示す概略構成図である。この成膜装置は、プラズマＣＶＤ装置であり、チャンバ１１、電極１２、ポンプ１３、第一供給部２０、及び第二供給部３０を備えている。更に、成膜装置は、前記の各機器の動作を制御する制御装置（コンピュータ）１４、及び質量分析計１６を備えている。この成膜装置は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により基材７上に複数の層からなる多層膜（積層膜）８を形成する。多層膜８は機能が異なる膜を複数積層した構造を有している。層の数は機能膜の種類によって様々であり、二層以上とする場合にこの成膜装置が用いられる。なお、本実施形態では、説明を容易とするために二層の膜を基材７上に形成する場合について説明するが、層の数は変更自在である。
【００２０】
チャンバ１１は、内部に処理室１５を有しており、基材７を収容する。本実施形態の基材７は枚葉状の基板であり、チャンバ１１は、図示しないが基材７を出し入れするための開口、この開口を閉じる扉、及び基材７を搬送する装置を備えている。なお、基材７は、枚葉以外であってもよく、帯状でありロールトゥロールによって搬送されるものとすることができる。
【００２１】
電極１２は、チャンバ１１（処理室１５）に設けられており、電力（高周波電流）が供給されることで、第二供給部３０から供給されるプラズマ生成ガスＧ２によってチャンバ１１内にプラズマを発生させることができる。
【００２２】
第一供給部２０は、基材７に形成する膜の原料となる原料ガスＧ１をチャンバ１１に供給するためのものである。前記のとおり本実施形態では基材７上に二層の膜を形成することから、第一供給部２０は、二種類の原料ガスＧ１−１，Ｇ１−２の内の一方を先に選択して供給し、他方を後に選択して供給する。このために、第一供給部２０は、第一高温槽２６と第二高温槽２７とを有している。第一高温槽２６では、液体状として保管している原料を気化させ第一原料ガスＧ１−１とし、第二高温槽２７は、液体状として保管している原料を気化させ第二原料ガスＧ１−２とする。第一高温槽２６は、第一原料ガスＧ１−１を流すための上流側流路４１及び下流側流路４４、これら流路４１，４４間のバルブ４２、上流側流路４１に設けられている流量コントローラ４３を有している。第二高温槽２７は、第二原料ガスＧ１−２を流すための上流側流路４５及び下流側流路４８、これら流路４５，４８間のバルブ４６、上流側流路４５に設けられている流量コントローラ４７を有している。第一高温槽２６の下流側流路４４と第二高温槽２７の下流側流路４８とは合流しており、合流点の下流側の共通流路４０がチャンバ１１で開口している。下流側流路４４，４８と共通流路４０とによって、チャンバ１１で開口する原料ガス用流路２１が構成されている。前記合流点には三方弁２８が設けられている。本実施形態では、三方弁２８（交流点）はチャンバ１１の外に設けられている。
【００２３】
以上より、第一供給部２０は、チャンバ１１で開口する原料ガス用流路２１を有しており、原料ガスＧ１（Ｇ１−１又はＧ１−２）を原料ガス用流路２１を通じてチャンバ１１に供給することができる。原料ガスＧ１−１，Ｇ１−２は、ＨＭＤＳ、ＨＭＤＳＯ、ＴＥＯＳ等とすることができる。本実施形態では、第一原料ガスＧ１−１と第二原料ガスＧ１−２とは種類が異なっている。なお、第一原料ガスＧ１−１と第二原料ガスＧ１−２との気化温度が同じであれば、高温槽を一つにまとめてもよい。
なお、本実施形態において各種「流路」は「配管」からなるが、その他の形態であってもよく、例えば、配管以外にブロックに形成された孔による流路であってもよい。
【００２４】
第二供給部３０は、チャンバ１１内でプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成ガスＧ２をチャンバ１１に供給するためのものである。第二供給部３０は、複数種類のプラズマ生成ガスＧ２（以下、生成ガスＧ２という。）を選択的にチャンバ１１へ供給可能であり、本実施形態では、第一生成ガスＧ２−１用の上流側流路５１及び下流側流路５５、第二生成ガスＧ２−２用の上流側流路５２及び下流側流路５６、第三生成ガスＧ２−３用の上流側流路５３及び下流側流路５７、及び、第四生成ガスＧ２−４用の上流側流路５４及び下流側流路５８を備えている。上流側流路５１〜５４それぞれには、バルブ５１ａ〜５４ａ、流量コントローラ５１ｂ〜５４ｂ、及びガス源５１ｃ〜５４ｃが接続されている。下流側流路５５〜５８は合流しており、合流点の下流側の共通流路５０がチャンバ１１で開口している。下流側流路５５〜５８と共通流路５０とにより、チャンバ１１で開口するプラズマ生成ガス用流路３２（以下、生成ガス用流路３２という。）が構成されている。
以上より、第二供給部３０は、チャンバ１１で開口する生成ガス用流路３２を有しており、生成ガスＧ２をこの生成ガス用流路３２を通じてチャンバ１１に供給することができる。生成ガスＧ２−１〜Ｇ２−４は、酸素、アルゴン、水素、窒素等とすることができる。
【００２５】
ポンプ１３は、チャンバ１１内のガスを外部（処理室１５の外）へ排出させる。排出の対象となるガスは、チャンバ１１内のガスの他に、（バルブ４２，４６，５１ａ〜５４ａを閉じた状態で）原料ガス用流路２１内の原料ガスＧ１及び生成ガス用流路３２内の生成ガスＧ２である。本実施形態のポンプ１３は運動量輸送式のポンプであり、特にターボ分子ポンプである。生成ガスＧ２（Ｇ２−１〜Ｇ２−４）は、原料ガスＧ１（Ｇ１−１，Ｇ１−２）よりも分子量が小さく、このポンプ１３によれば、生成ガスＧ２は原料ガスＧ１よりも流れやすく、また、チャンバ１１外へ排出されやすい。
【００２６】
本実施形態の成膜装置は、原料ガス用流路２１と生成ガス用流路３２とを繋いでいるバイパス流路１７を備えている。バイパス流路１７の途中にバルブ１８が設けられている。バルブ１８を開いている状態では、第二供給部３０側の生成ガスＧ２を原料ガス用流路２１へと流通可能とさせる。バルブ１８を閉じている状態では、第二供給部３０側の生成ガスＧ２を原料ガス用流路２１へ流すことができない。
【００２７】
バイパス流路１７は、原料ガス用流路２１の上流側で接続されている。本実施形態では、第一高温槽２６の下流側流路４４においてバイパス流路１７が接続されており、特に、バルブ４２の直下の流路に接続されている。第二高温槽２７の下流側流路４８にも、生成ガス用流路３２から延びる別のバイパス流路７７が接続されている。このバイパス流路７７は、第一高温槽２６のバイパス流路１７と同じ構成であり、図示していないがバルブを有しており、このバルブが開の状態で、第二供給部３０側の生成ガスＧ２をバイパス流路７７を通じて原料ガス用流路２１へ流すことができる。前記のとおり、原料ガス用流路２１の合流点には三方弁２８が設けられており、なるべく各流路に原料ガスが滞留しないようにしている。
【００２８】
前記電極１２への電力供給のタイミング制御、及び、前記各バルブの開閉タイミング制御は制御装置１４によって行われる。質量分析計１６は、チャンバ１１内のガス濃度としてイオン電流を計測し、その計測結果が制御装置１４に与えられる。
【００２９】
図２は、原料ガス用流路２１の説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。原料ガスＧ１の利用効率（成膜レート）の向上のために、原料ガス用流路２１の出口部２２は基材７（図１参照）に接近した位置に設けられている。図２（Ａ）に示すように、出口部２２は複数の小孔からなる噴出口２３を有しており、これら噴出口２３は、基材７における膜厚の均一性を高めるために広い範囲に配置されている。噴出口２３は、原料ガス用流路２１を構成している配管径よりも小さい径で開口しており（図２（Ｂ）参照）、原料ガスＧ１を基材７に向かって噴出することができる。また、図２に示す形態では、出口部２２に、その長手方向に沿って複数の小孔を有する分散板２４が設けられており、出口部２２の長手方向の端部にまで原料ガスＧ１が広がるようにしている（つまり、出口部２２における原料ガスＧ１の拡散性を高めている）。このような分散板２４及び前記噴出口２３を有する出口部２２によれば、原料ガスＧ１を広く拡散させ、基材７における膜厚分布や膜質分布を良くすることができる。
なお、図１において、生成ガス用流路３２の出口部３３は、例えば生成ガス用流路３２を構成している配管径と同じ口径で開口しており、原料ガス用流路２１の各噴出口２３よりも開口面積が大きくなっている。
【００３０】
以上の構成を備えている成膜装置を用いて、真空状態にあるチャンバ１１内で基材７上に複数の層からなる多層膜（積層膜）８を形成する方法について説明する。図３は、多層膜の形成方法の全体を示すフロー図である。本実施形態の形成方法には、多層膜の内の第一膜を基材７上に形成する第一成膜工程Ｓ１と、形成した第一膜の上に第二膜を形成する第二成膜工程Ｓ３と、第一成膜工程Ｓ１と第二成膜工程Ｓ３との間に行われ原料ガスＧ１の切り替えを行うための切り替え工程Ｓ２とが含まれる。
本実施形態では、基材７上に二層の膜を積層することから、一層目の第一成膜工程Ｓ１と二層目の第二成膜工程Ｓ３とを含む場合を説明するが、更に多くの層を積層させてもよく、この場合、続けて第三成膜工程、第四成膜工程・・・が行われ、各成膜工程を終える毎に原料ガスを切り替える工程（切り替え工程）が行われる。
【００３１】
〔第一成膜工程Ｓ１について〕
第一成膜工程Ｓ１では、ポンプ１３によりチャンバ１１を真空にし、第二供給部３０においてバルブ５２ａ，５３ａを開いて生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）を、生成ガス用流路３２を介してチャンバ１１に供給すると共に、電極１２に電力を供給し、チャンバ１１内でプラズマを発生させる（図４のステップＳｔ１１）。なお、第二供給部３０において開くバルブは、他のバルブであってもよく、発生させるプラズマに応じて変更可能である。
また、第一成膜工程Ｓ１では、第一供給部２０の第一高温槽２６において第一原料ガスＧ１−１を発生させ、バルブ４２を開いて（図４のステップＳｔ１１）第一原料ガスＧ１−１を原料ガス用流路２１を通じてチャンバ１１に供給する。なお、その他のバルブは閉じた状態にある。第一原料ガスＧ１−１の流量は流量コントローラ４３によって調整される。所定時間この状態を継続し、第一原料ガスＧ１−１によって基材７上に第一膜を形成する。予定時間が経過すると、第一供給部２０のバルブ４２を閉じる（図４のステップＳｔ１２）。これにより、第一原料ガスＧ１−１の供給が停止され、第一膜の成膜終了となる。
【００３２】
〔第二成膜工程Ｓ３について〕
先に第二成膜工程Ｓ３を説明する。ポンプ１３によりチャンバ１１を真空にし、第二供給部３０においてバルブ５１ｂ，５４ｂを開いて生成ガスＧ２（Ｇ２−１，Ｇ２−４）を、生成ガス用流路３２を介してチャンバ１１に供給すると共に、電極１２に電力を供給し、チャンバ１１内でプラズマを発生させる。なお、第二供給部３０において開くバルブは、他のバルブであってもよく、発生させるプラズマに応じて変更可能である。
また、第二成膜工程Ｓ３では、第一供給部２０の第二高温槽２７において第二原料ガスＧ１−２を発生させ、バルブ４６を開いて、第二原料ガスＧ１−２を原料ガス用流路２１を通じてチャンバ１１に供給する。なお、その他のバルブは閉じた状態にある。第二原料ガスＧ１−２の流量は流量コントローラ４７によって調整される。所定時間この状態を継続し、基材７上に既に形成されている第一膜の上に第二膜を第二原料ガスＧ１−２によって形成する。予定時間が経過すると、第一供給部２０のバルブ４６を閉じる。これにより、第二原料ガスＧ１−２の供給が停止され、第二膜の成膜終了となる。
【００３３】
〔切り替え工程Ｓ２（その１）について〕
第一成膜工程Ｓ１で用いられる原料ガスＧ１−１と、第二成膜工程Ｓ３とで用いられる原料ガスＧ１−２とが、本実施形態では異なるため、第一成膜工程Ｓ１の終了後であって第二成膜工程Ｓ３の開始前に、先に用いられた原料ガスＧ１−１をポンプ１３によりチャンバ１１外へ排出する必要がある。そこで、切り替え工程Ｓ２では、原料ガスの引き出しを行う。
【００３４】
具体的に説明すると、前記のとおり、第一成膜工程Ｓ１での成膜終了のために第一供給部２０のバルブ４２を閉じることで（図４のステップＳｔ１２）原料ガス用流路２１からチャンバ１１への第一原料ガスＧ１−１の供給を停止すると、切り替え工程Ｓ２が開始される。この切り替え工程Ｓ２では、第一成膜工程Ｓ１から継続してバルブ５２ａ，５３ａは開状態にあり（図４のステップＳｔ１２）、生成ガス用流路３２からチャンバ１１へ生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）を第一成膜工程Ｓ１から継続して供給し、かつ、第一成膜工程Ｓ１から継続して電極１２に電力（高周波電流）を供給することで（図４のステップＳｔ１２）プラズマを発生させる。そして、チャンバ１１内のガスをポンプ１３により外部へ排出する。なお、この際、バルブ１８は閉じた状態にある。
【００３５】
この状態を継続した後、開状態にあったバルブ５２ａ，５３ａを閉じて生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）の供給を停止すると共に、電極１２への電力供給を停止しプラズマを消失させる（図４のステップＳｔ１３）。そして、ポンプ１３により、チャンバ１１、原料ガス用流路２１及び生成ガス用流路３２に残るガス引きが行われる（図４のステップＳｔ１４）。プラズマを消失させるタイミング（バルブ５２ａ，５３ａの閉動作、及び／又は、電極１２への電力供給の停止）は、制御装置１４が備えているタイマ機能により決定してもよいが、質量分析計１６によってチャンバ１１内のガス濃度（イオン電流）を計測し、計測結果に応じて、制御装置１４が決定してもよい。これにより、ガスの切り替え工程Ｓ２が終了となる。
【００３６】
〔成膜方法について（その１）〕
前記切り替え工程Ｓ２（その１）を含む成膜方法によれば、第一膜の成膜終了のためにバルブ４２を閉じて第一原料ガスＧ１−１の供給を停止するが、切り替え工程Ｓ２において、生成ガスＧ２を第一成膜工程Ｓ１から継続して供給し、かつ、プラズマを第一成膜工程Ｓ１から継続して発生させることで（図４のステップＳｔ１２）、チャンバ１１に残留している原料ガスＧ１−１が分解される。原料ガスＧ１−１は分解されることで分子量が小さくなり、チャンバ１１の外部へ排出されやすくなり、ターボ分子ポンプ１３の作動により、チャンバ１１の圧力を迅速に下げることができる。すると、原料ガス用流路２１に滞留している第一原料ガスＧ１−１のチャンバ１１への流出が促進され、原料ガス用流路２１を空にする時間が短縮される。一般にターボ分子ポンプは、水の分子量「１８」について最も排気速度が上がるように設計されており、分子量が大きい分子を排気する場合にはポンプの羽に重い（エネルギーの大きい）分子が衝突することになり羽に負荷がかかるため、排気速度が下がる。ここで、本説明で原料ガスとして用いているＨＭＤＳの分子量は「１６１」、ＨＭＤＳＯの分子量は「１６２」、ＴＥＯＳの分子量は「２０８」であり、水の分子量「１８」よりも遙かに大きい。そこで、本実施形態では、原料ガスＧ１−１を、水の分子量「１８」により近い分子量を持つ分子に分解してから排気することで、高い排気速度を保つことができる。
第一原料ガスＧ１−１の供給停止（バルブ４２の閉）に遅れて、切り替え工程Ｓ２において生成ガスＧ２の供給も停止（バルブ５２ａ，５３ａの閉、電力供給のオフ）すると（図４のステップＳｔ１３）、前記のとおりチャンバ１１の圧力が下がっていることで、生成ガス用流路３２に滞留する生成ガスＧ２のチャンバ１１への流出も促進される。
【００３７】
チャンバ１１に流出した各ガスがポンプ１３によって更に外部へ排出され、質量分析計１６による計測値が閾値を下回ると、つまり、第一成膜工程Ｓ１で用いられたガスが原料ガス用流路２１、生成ガス用流路３２及びチャンバ１１から排出されると（図４のステップＳｔ１４）、切り替え工程Ｓ２を終了する。
【００３８】
以上より、前記切り替え工程Ｓ２（その１）を含む成膜方法によれば、第一原料ガスＧ１−１及び生成ガスＧ２の流出が促され、基材７に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することが可能となり、生産効率を向上させることできる。
続けて、前記第二成膜工程Ｓ３が開始され、第一膜の上に第二膜が形成される。
【００３９】
図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ、第一成膜工程Ｓ１終了後、切り替え工程Ｓ２でガスの切り替えに要した時間（図４のステップＳｔ１２開始〜Ｓｔ１４終了までの時間）を説明するグラフである。図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）それぞれの縦軸は質量分析計１６により測定されたイオン電流であり、横軸が時間である。
前記切り替え工程Ｓ２（その１）によれば、図６（Ａ）に示すように、第一膜の成膜完了、つまり、バルブ４２を閉じてから、第一原料ガスＧ１及び生成ガスＧ２−１，Ｇ２−２それぞれのイオン電流が低下し、各閾値に達するまでの時間（切り替えに要した時間）Ｔ１は、図６（Ｃ）に示す比較例の場合の切り替えに要した時間Ｔ０よりも短縮されている（Ｔ１＜Ｔ０）。なお、前記比較例では、ガスの切り替えのために（切り替え工程において）ポンプ１３は動作させるが、チャンバ１１においてプラズマを生じさせず、また、バイパス流路１７を機能させていない場合である。
【００４０】
〔切り替え工程Ｓ２（その２）について〕
前記実施形態の成膜方法は、バイパス流路１７（バルブ１８）を用いない場合の方法である。バイパス流路１７（バルブ１８）を用いる場合について以下説明する。
この場合においても、第一成膜工程Ｓ１で用いられる原料ガスＧ１−１と、第二成膜工程Ｓ３とで用いられる原料ガスＧ１−２とが異なるため、第一成膜工程Ｓ１の終了後であって第二成膜工程Ｓ３の開始前に、先に用いられた原料ガスＧ１−１をポンプ１３によりチャンバ１１外へ排出する必要がある。そこで、切り替え工程Ｓ２では、原料ガスの引き出しを行う。
【００４１】
具体的に説明すると、前記のとおり、第一成膜工程Ｓ１での成膜終了のために第一供給部２０のバルブ４２を閉じることで（図５のステップＳｔ１２）原料ガス用流路２１からチャンバ１１への第一原料ガスＧ１−１の供給を停止すると、切り替え工程Ｓ２が開始される。この切り替え工程Ｓ２では、第一成膜工程Ｓ１から継続してバルブ５２ａ，５３ａは開状態にあり（図５のステップＳｔ１２）、生成ガス用流路３２からチャンバ１１へ生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）を第一成膜工程Ｓ１から継続して供給し、かつ、第一成膜工程Ｓ１から継続して電極１２に電力（高周波電流）を供給することで（図４のステップＳｔ１２）プラズマを発生させる。そして、チャンバ１１内のガスをポンプ１３により外部へ排出する。
【００４２】
更に、第一成膜工程Ｓ１での成膜終了のために第一原料ガスＧ１−１の供給を停止した状態で（バルブ４２を閉じた状態で）、バイパス流路１７の閉じていたバルブ１８を開くことで（図５のステップＳｔ１２）、第二供給部３０の生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）はバイパス流路１７を通じて原料ガス用流路２１へと流れる。なお、生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）の多くは生成ガス用流路３２から直接的にチャンバ１１へと流れるが、生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）の一部はバイパス流路１７を通じて原料ガス用流路２１へと流れ、更に、前記噴出口２３からチャンバ１１へと流れる。これにより、原料ガス用流路２１に滞留している第一原料ガスＧ１を生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）と共にチャンバ１１内へ流すことができる。つまり、第二供給部３０側からバイパス流路１７を流れた生成ガスＧ２が、原料ガス用流路２１に残っている第一原料ガスＧ１を追い出すことができる。
【００４３】
この状態を継続した後、開状態にあったバルブ５２ａ，５３ａを閉じて生成ガスＧ２（Ｇ２−２，Ｇ２−３）の供給を停止すると共に、電極１２への電力供給を停止しプラズマを消失させる（図５のステップＳｔ１３）。そして、ポンプ１３により、チャンバ１１、原料ガス用流路２１及び生成ガス用流路３２に残るガス引きが行われる（図５のステップＳｔ１４）。プラズマを消失させるタイミング（バルブ５２ａ，５３ａの閉動作、及び／又は、電極１２への電力供給の停止）は、制御装置１４が備えているタイマ機能により決定してもよいが、質量分析計１６によってチャンバ１１内のガス濃度（イオン電流）を計測し、計測結果に応じて、制御装置１４が決定してもよい。そして、バイパス流路１７のバルブ１８を閉じる（図５のステップＳｔ１５）。これにより、ガスの切り替え工程Ｓ２が終了となる。
【００４４】
〔成膜方法について（その２）〕
前記切り替え工程Ｓ２（その２）を含む成膜方法によれば、第一膜の成膜終了のためにバルブ４２を閉じて第一原料ガスＧ１−１の供給を停止するが、切り替え工程Ｓ２において、生成ガスＧ２を第一成膜工程Ｓ１から継続して供給し、かつ、プラズマを第一成膜工程Ｓ１から継続して発生させることで（図５のステップＳｔ１２）、チャンバ１１に残留している原料ガスＧ１−１が分解される。原料ガスＧ１−１は分解されることで分子量が小さくなり、チャンバ１１の外部へ排出されやすくなり、ターボ分子ポンプ１３の作動により、チャンバ１１の圧力を迅速に下げることができる。すると、原料ガス用流路２１に滞留している第一原料ガスＧ１−１のチャンバ１１への流出が促進され、原料ガス用流路２１を空にする時間が短縮される。
【００４５】
更に、切り替え工程Ｓ２（その２）では、バルブ１８を開けてバイパス流路１７によって、生成ガスＧ２を原料ガス用流路２１へと流通可能とさせることで（図５のステップＳｔ１２）、第二供給部３０側からバイパス流路１７を流れた生成ガスＧ２が、原料ガス用流路２１に残っている第一原料ガスＧ１を追い出すことができる。このため、原料ガス用流路２１を空にする時間がより一層短縮される。
特に、図２により説明したように、原料ガス用流路２１の出口部２２では、噴出口２３の開口面積が小さくなっている。このため、ガスをチャンバ１１へ噴出させる際、抵抗（流路抵抗）は大きい。しかし、前記のとおり、原料ガス用流路２１に残っている第一原料ガスＧ１を、バイパス流路１７からの生成ガスＧ２が追い出し、更に、チャンバ１１においてプラズマを継続して発生させることでチャンバ１１に残留している原料ガスＧ１−１を分解してポンプ１３によって排出させやすくして、チャンバ１１の圧力を迅速に低下させている。この結果、原料ガス用流路２１に残留する第一原料ガスＧ１の排出が促進され、原料ガス用流路２１を空にする時間が短縮される。
第一原料ガスＧ１−１の供給停止（バルブ４２の閉）に遅れて、切り替え工程Ｓ２において生成ガスＧ２の供給も停止（バルブ５２ａ，５３ａの閉、電力供給のオフ）すると（図５のステップＳｔ１３）、前記のとおりチャンバ１１の圧力が下がっていることで、生成ガス用流路３２に滞留する生成ガスＧ２のチャンバ１１への流出も促進される。
【００４６】
チャンバ１１に流出した各ガスがポンプ１３によって更に外部へ排出され、質量分析計１６による計測値が閾値を下回ると、つまり、第一成膜工程Ｓ１で用いられたガスが原料ガス用流路２１、生成ガス用流路３２及びチャンバ１１から排出されると（図５のステップＳｔ１４）、バルブ１８を閉じて（ステップＳｔ１５）切り替え工程Ｓ２を終了する。
【００４７】
以上より、前記切り替え工程Ｓ２（その２）を含む成膜方法によれば、第一原料ガスＧ１−１及び生成ガスＧ２の流出が促され、基材７に多層膜を形成する場合に必要となるガスの切り替えのための時間を短縮することが可能となり、生産効率を向上させることできる。
続けて、前記第二成膜工程Ｓ３が開始され、第一膜の上に第二膜が形成される。
【００４８】
前記切り替え工程Ｓ２（その２）によれば、図６（Ｂ）に示すように、第一膜の成膜完了、つまり、バルブ４２を閉じてから、第一原料ガスＧ１及び生成ガスＧ２−１，Ｇ２−２それぞれのイオン電流が低下し、各閾値に達するまでの時間（切り替えに要した時間）Ｔ２は、図６（Ｃ）に示す比較例の場合の切り替えに要した時間Ｔ０よりも短縮されている（Ｔ２＜Ｔ０）。
【００４９】
〔その他〕
前記各実施形態のとおり、第一成膜工程Ｓ１と第二成膜工程Ｓ３とで用いられる原料ガスが異なることで、基材７に形成する多層膜８が、種類の異なる複数の層（二層）によって構成されてもよいが、同じ種類の層が含まれて構成されたものであってもよい。つまり、第一原料ガスＧ１−１と第二原料ガスＧ１−２とは同じガスであってもよい。このように、第一成膜工程Ｓ１と第二成膜工程Ｓ３とで用いられる原料ガスＧ１が一種類の場合であっても、第一成膜工程Ｓ１を終了した時点で、原料ガス用流路２１に原料ガスＧ１が残っていると、その後、チャンバ１１をポンプ１３によって真空にする際、この原料ガス用流路２１（噴出口２３）から、原料ガスＧ１が徐々にチャンバ１１に侵入するため、所定の真空状態とするまでに要する時間が長くなってしまう。このため、第二成膜工程Ｓ３で用いる原料ガスＧ１が第一成膜工程Ｓ１で用いる原料ガスＧ１と同じであっても、切り替え工程Ｓ２において、原料ガス用流路２１の原料ガスＧ１を、この原料ガス用流路２１から可及的に早く排出するのが好ましい。そこで、原料ガスＧ１が一種類の場合においても、前記のとおり切り替え工程Ｓ２（その１）又は（その２）が実行される。
【００５０】
以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の成膜装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施形態では、二層の膜からなる機能膜（多層膜８）を基材７に形成する場合について説明したが、それ以上の層からなる機能膜（多層膜８）を基材７に形成してもよく、更に、各層の原料ガスが異なる場合、第一供給部２０は、その原料ガスの種類（数）に応じて高温槽を設ければよい。そして、成膜に不純物が混入するのを防ぐために、一層形成毎にチャンバ１１及び各流路内のガス（残留ガス）のガス引き（切り替え工程）が行われる。
【符号の説明】
【００５１】
７：基材                ８：多層膜                １１：チャンバ
１２：電極              １３：ポンプ              １７：バイパス流路
２０：第一供給部        ２１：原料ガス用流路      ３０：第二供給部
３２：プラズマ生成ガス用流路                      ７７：バイパス流路
Ｇ１：原料ガス          Ｇ２：プラズマ生成ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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