(57)【要約】【課題】  原料ガスに制約の少ない蒸着法やスパッタリング法などを用いながら、大掛かりな設備を要することなく、高エネルギー粒子等による悪影響を抑えて良好な薄膜を効率良く形成する。【解決手段】  キャリアガスが導入される処理容器１０内に円筒状外周面１８を有する回転体２０を配置して当該回転体外周面１８と基材１６の表面とを所定の間隙２４をおいて対向させるとともに、同外周面１８と表面に成膜材料を有する成膜材料供給体３０とを別の位置で対向させる。前記成膜材料供給体３０の表面からスパッタリング等によって成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子である成膜微粒子を飛散等させるとともに、回転体２０を回転させ、その回転によって回転体外周面１８の近傍に作り出されるキャリアガスの流動によって前記成膜微粒子を基材１６の表面近傍へ輸送して該基材１６の表面に付着させる。【選択図】      図１
2005133136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスが導入される処理容器内に設けられた円筒状外周面を有する回転体の当該外周面を基材表面に間隙をおいて対向させた状態で当該回転体をその外周面の中心軸周りに回転させる工程と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で、前記成膜材料で構成された表面を有する成膜材料供給体の当該表面を前記回転体の円筒状外周面に所定の間隙をおいて対向させた状態で、当該成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより、当該円筒状外周面に対して前記成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する工程と、前記基材と回転体とが対向する位置における当該回転体の回転周方向と略平行な方向に前記基材を移送する工程とを含み、前記円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するようにしたことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させる工程は、当該成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させる工程は、当該成膜材料供給体と前記回転体との間に電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させて当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項４】
請求項３記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程では、前記キャリアガスに用いられる元素よりも元素番号の大きい希ガス元素を含むスパッタガスを前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入して当該間隙に発生したプラズマ中に前記希ガス元素のイオンを生じせしめ、そのイオンによって前記成膜材料供給体の表面材料をスパッタリングすることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程では、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込めることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面を前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面としてその中心軸回りに当該成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の薄膜形成方法において、キャリアガスとして準安定状態準位をもつ希ガスを用いることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の薄膜形成方法において、前記キャリアガスとしてヘリウムガスを用いるとともに、当該ヘリウムガスの圧力Ｐ［Pa］、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙の寸法ｇ［ｍ］、および当該回転体の周速度ｕ［ｍ／ｓ］が条件式10-5≪Ｐ・ｇ＜104／ｕを満たすようにして運転することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】
キャリアガスが導入される処理容器と、この処理容器内に設けられ、円筒状外周面を有し、この外周面が前記処理容器内に導入される基材の表面に間隙をおいて対向するように配置された回転体と、この回転体をその円筒状外周面の中心軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で当該円筒状外周面に対して対向するように配置され、少なくとも当該円筒状外周面に対向する面が成膜材料で構成された成膜材料供給体と、この成膜材料供給体の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより前記円筒状外周面側へ当該成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する成膜材料供給手段とを備え、この円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するように構成されたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給手段は、前記成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる加熱手段を含むことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の薄膜形成装置において、前記加熱手段は、前記成膜材料供給体に組み込まれ、かつ、前記成膜材料で構成された表面部位のすぐ内側の位置に設けられていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給手段は、前記成膜材料供給体と前記回転体との間に直流、交流および／または高周波電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段を含み、当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料がスパッタリングされることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の薄膜形成装置において、前記キャリアガスを構成する元素よりも元素番号の大きい希ガス元素を前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入するためのスパッタガス供給部を備え、このスパッタガス供給部から供給される前記希ガス元素のイオンが前記プラズマ中に生じて当該イオンにより前記成膜材料供給体の表面材料がスパッタリングされることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込める磁束形成手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体を支持する支持部材に前記磁束線を発生させるための磁石が組み込まれていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体が前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面を有するとともに、この成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させる供給体駆動手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記基材表面と前記回転体の外周面との間隙が当該回転体の外周面と前記成膜材料供給体との間隙よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１８】
請求項１０〜１７のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記反応容器内のキャリアガスを循環させる通路であって、前記成膜材料供給体よりも前記回転体の回転方向上流側にあるキャリアガスを前記回転体と前記基材とが対向する位置に対して当該回転体の回転方向下流側から供給するキャリアガス循環通路を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の成膜形成装置において、前記キャリアガス循環通路の途中に、当該通路を流れるキャリアガスに含まれるガスであって、前記反応容器の内壁から放出される不純物ガス、前記反応容器内に滞留するスパッタガス、成膜材料から揮発する副次的な不要有機ガスのうちの少なくとも一つを吸着除去する吸着手段が設けられていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２０】
請求項９〜１９のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記反応容器は、前記基材の表面に付着できずに前記回転体と前記基材とが対向する位置よりも当該回転体の回転方向上流側の位置に存在する前記成膜材料の原子分子およびそのクラスター微粒子を反応容器外部へ排出するための排気部を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板やプラスチックフィルム等の基材の表面に、金属材料、半導体材料、絶縁材料等の各種材料からなる薄膜を形成するための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基材表面に薄膜を形成する技術として、スパッタリング現象を利用したものが広く知られている。かかる薄膜形成技術は、金属から半導体及び絶縁体に至るまでのほとんどの材料について、結晶からアモルファス状態の成膜が可能であること、また、単体元素のみならず、化合物、合金等の成膜が可能であること、量産性に優れていることなどから、半導体、表示装置、表面加工等の様々な分野で利用されている。
【０００３】
スパッタリングは、その原理上、プラズマを発生させることが前提であるため、比較的高いエネルギーをもつイオン、電子等の荷電粒子、スパッタ原子といった高エネルギー粒子が発生する。このエネルギーを積極的に利用して、付着力等機械強度の強い膜や種々の機能薄膜が作製され、実用化されている。しかし、研究が進むにつれて、例えば、ＧａＡｓ等の半導体やイットリウム、ビスマス系の酸化物高温超伝導体等の機能材料、有機EL用途の有機蛍光材料の場合、それらの特性を一層向上させるためには、粒子のエネルギーを精密に制御し、必要以上に高いエネルギーを有する粒子を取り除いて膜表面に与える悪影響を抑える必要があることが明らかになってきた。一方、薄膜が形成される基材は、高エネルギー粒子にさらされ、しかも高温になることから、無機系基板がほとんどであり、これら高エネルギー粒子等により変質、劣化しやすい有機膜が形成された有機系基板へのスパッタ法の適用はごく狭い範囲に限られている。例えば、半導体デバイスの多層配線においては、有機系層間絶縁膜として現在実用化されているのは、上記観点から比較的耐性の高いポリイミドだけである。
【０００４】
このような状況において、粒子のエネルギーを制御し、機能薄膜のより一層の高性能化をはかるための研究、並びにスパッタ技術の有機系基板への拡大を目的とした研究が盛んに行われており、例えば、基板にバイアスを印加して荷電粒子のエネルギーを制御する方法、基板をスパッタ空間から離すオフアクシススパッタ法やスパッタカソードマグネットの磁場強度の最適化により放電電圧を低減する方法等が提案されている。さらに、前記のような有機薄膜の形成も可能とする薄膜形成法として、次のようなものが知られている。
【０００５】
（１）スパッタガスにＫｒまたはＸｅガスを使用し、動作圧力１０Pa以上のＤＣスパッタ法によって、高速電子発生率の低減化および基板に飛来する粒子のエネルギー低減化を図る（特許文献１）。
【０００６】
（２）ターゲット材と同じ材質のコイルを基板に近い距離に配置し、交流電圧を印加することによって、電子やイオンをターゲット表面近傍に拘束し、基板への入射を防止する（特許文献２）。
【０００７】
（３）真空室内に基板と中空形状のターゲットとを配設し、ターゲットの一端から高速のスパッタガスを導入し、ターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、ターゲットの中空部で発生したスパッタ粒子をスパッタガスにより基板上に輸送して堆積させる輸送型スパッタリング法による薄膜形成方法及び装置であって、ターゲットの中心軸に垂直な方向に前記スパッタ粒子を含むスパッタガスを排気する排気口を設け、中心軸から前記排気口側の位置若しくは排気口内に前記基板を配置し、基板がプラズマ、高エネルギー粒子、電磁波等の影響を受けないようにして薄膜を形成する（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１０−１２５７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０３４４号公報
【特許文献３】特開２００１−１４００６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記各文献に開示された方法及び装置において、電子、イオン及び中性粒子の高エネルギー粒子や、プラズマから放射される紫外線等の電磁波を十分に除去するための条件と、基材表面における薄膜形成領域の大面積化や量産化を達成するための条件とは、原理的に相反するため、その両立は極めて難しい。この点は、前記スパッタリング以外の物理的成膜方法、例えば蒸着法においても、程度の差こそあれ、共通して存在する問題点である。
【０００９】
すなわち、既存の蒸着法やスパッタ法では成膜材料の蒸発や揮発、飛散が等方的で方向性を有しないため、当該成膜を行いながら上記の高エネルギー粒子や電磁波が基材表面に与える影響を回避するためには、当該成膜材料の蒸発や飛散等を行う部位と基材との間に絶対的な距離あるいは遮蔽壁を介在させるを得ず、その結果、必然的に成膜速度が下がることになる。
【００１０】
また、反応容器内において基材以外の部位（例えば容器内壁）に多くの微粒子が付着するため、成膜材料の資源効率が低下するのみならず、装置のメンテナンス（清掃）の頻度が高く、稼働率の向上が難しいという問題がある。
【００１１】
なお、前記特許文献３（特開２００１−１４００６号公報）に記載された方法は、中空形状ターゲットを用いてスパッタリング領域から高速ガスでスパッタ粒子を基材に輸送する輸送型スパッタリング法であり、基材到達前に高エネルギーの荷電粒子及び中性粒子を効率よく排除することを可能にせんとするものであるが、実際にターゲットと基材との配置、輸送ガス流速、及び動作圧力の最適化を図る段階になると、プラズマの安定発生によるスパッタリングが起きる圧力（100Pa以下）で、物質輸送を担える粘性流動とするには、最低でも50m/sの流速が必要であり、このような高い流速を確保するには巨大な排気系が必要となるため、実用化は困難である。
【００１２】
また、前記のような蒸着法やスパッタリング法以外の薄膜形成方法として、原理的に高エネルギー粒子が介在しないプラズマ化学気相蒸着（ＣＶＤ）法が存在するが、かかるＣＶＤ法は原料ガスに制約が強く、現状実用的なものは、アモルファスＳｉおよびシリカ、チタニア等酸化膜に限られている。原理的には、原料ガスとして有機金属蒸気を使えば金属膜を成膜できるものの、毒性が強くて扱いにくいものが多く、また、ガス供給および除外設備の投資が過大となるため、余程の必要性がなければ、産業的には既存の蒸着装置やスパッタ装置に代替することはできない。
【００１３】
本発明は、以上の従来の問題点及び解決を検討する過程で得られた知見に基づき、完成に至った発明であり、その目的は、原料ガスに制約の少ない蒸着法やスパッタリング法などを用いながら、大掛かりな設備を要することなく、高エネルギー粒子等による悪影響を抑えて良好な薄膜を効率良く形成することができる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、キャリアガスが導入される処理容器内に設けられた円筒状外周面を有する回転体の当該外周面を基材表面に間隙をおいて対向させた状態で当該回転体をその外周面の中心軸周りに回転させる工程と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で、前記成膜材料で構成された表面を有する成膜材料供給体の当該表面を前記回転体の円筒状外周面に所定の間隙をおいて対向させた状態で、当該成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより、当該円筒状外周面に対して成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する工程と、前記基材と回転体とが対向する位置における当該回転体の回転周方向と略平行な方向に前記基材を移送する工程とを含み、前記円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するようにした薄膜形成方法である。
【００１５】
なお、前記回転体は必ずしもその全体が反応容器に収容されていなくてもよく、その一部が反応容器外部に露出していて当該露出部分が基材と対向する構成とされていてもよい。
【００１６】
前記方法では、従来のように成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子（以下「成膜微粒子」と総称する。）を等方的に蒸発させたり飛散させたりするのではなく、成膜微粒子を回転体の外周面に供給して当該回転体がその外周面近傍に作り出すキャリアガスの流動によって基材表面近傍へ輸送するようにしているので、成膜材料供給体と基材表面との間に大きな距離や遮断壁を介在させなくても、前記成膜材料の蒸発や飛散等の際に発生する高エネルギー粒子や電磁波等が基材表面に与える影響を有効に抑止しながら、当該成膜材料を基材表面に集中して付着させ、薄膜を形成することができる。また、前記成膜微粒子が基材表面以外の部位に付着する量も少なくすることができ、これにより高い資源効率及び稼働率を得ることができる。
【００１７】
前記成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させる工程としては、当該成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる工程を含むものや、当該成膜材料供給体と前記回転体との間に電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させて当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程を含むものが好適である。
【００１８】
いずれの場合も、前記成膜材料供給体表面の加熱やスパッタリングを基材表面と回転体外周面とが対向する位置から当該回転体の回転周方向に離れた位置の際に生じる高エネルギー粒子や電磁波が基材表面に影響を与えるのを回避しながら、当該加熱やスパッタリングによって回転体外周面に供給される成膜微粒子を基材表面に輸送して良好な薄膜を形成することができる。また、前記加熱による成膜材料の蒸発または揮発と前記スパッタリングとを同時に行うようにすれば、より効果的となる。
【００１９】
ここで、前記成膜材料を熱的に蒸発、揮発させるには、例えば当該成膜材料の表面皮下に薄膜ヒータを埋設する、当該成膜材料に近接して電磁誘導コイルを設置する、あるいは成膜材料からなる表面に集光する光学系を有する赤外線ランプまたはレーザによって当該表面を直接加熱する、等の手段が有効である。
【００２０】
また、前記成膜材料を揮発させる手段として、大出力パルスのレーザを成膜材料に直接照射してアブレーション（剥離）を起こさせることにより粒子を放出させるレーザアブレーション法も採用可能である。
【００２１】
また、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程としては、前記キャリアガスに用いられる元素よりも元素番号の大きい希ガス元素（例えばキャリアガスにヘリウムを用いる場合にはアルゴン、キセノン、クリプトンなど）を含むスパッタガスを前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入して当該間隙に発生したプラズマ中に前記希ガス元素のイオンを生じせしめ、そのイオンによって前記成膜材料供給体の表面材料をスパッタリングするものが、好適である。この方法によれば、前記希ガス元素のイオンの衝突によって成膜材料をスパッタリングすることにより、より高いエネルギーでもって多量の成膜微粒子を回転体外周面側に飛散させることができる。
【００２２】
また、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程では、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込めることにより、荷電粒子の散逸を抑制してより効率の高いスパッタリングを行うことができる。
【００２３】
前記成膜材料供給体は、回転体外周面の近傍に固定的に設置されたものでもよいが、当該成膜材料供給体の表面を前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面としてその中心軸回りに当該成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させるようにすれば、前記回転体がその外周面近傍に作り出すキャリアガスの流れが成膜材料供給体との対向部位で乱れるのを抑えながら当該成膜材料の供給を行うことができる。
【００２４】
本発明方法において、キャリアガスとしては、準安定状態準位をもつ比較的軽い希ガス、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン等、あるいはそれらの混合気体が好適である。このようなキャリアガスを用いることで、プラズマ発生を安定化させ、かつ、そのキャリアガスのラジカルによって蒸発または揮発した成膜材料の微粒子を包み込んで輸送することが可能であり、これによって成膜のための付着力を増すことができる。
【００２５】
ここで、キャリアガスにヘリウムガスを用いる場合、当該ヘリウムガスを確実に粘性流かつ層流状態にするには、当該ヘリウムガスの圧力Ｐ［Pa］、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙の寸法ｇ［ｍ］、および当該回転体の周速度ｕ［ｍ／ｓ］が条件式10-5≪Ｐ・ｇ＜104／ｕを満たすようにして運転するようにすればよい。
【００２６】
また本発明は、キャリアガスが導入される処理容器と、この処理容器内に設けられ、円筒状外周面を有し、この外周面が前記処理容器内に導入される基材の表面に間隙をおいて対向するように配置された回転体と、この回転体をその円筒状外周面の中心軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で当該円筒状外周面に対して対向するように配置され、少なくとも当該円筒状外周面に対向する面が成膜材料で構成された成膜材料供給体と、この成膜材料供給体の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより前記円筒状外周面側へ当該成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する成膜材料供給手段とを備え、この円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するように構成された薄膜形成装置である。
【００２７】
前記成膜材料供給手段としては、前記成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる加熱手段を含むものや、前記成膜材料供給体と前記回転体との間に直流、交流および／または高周波電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段を含んで当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料がスパッタリングされるようにしたものが好適である。
【００２８】
ここで、前記加熱手段としては、例えば、前記成膜材料供給体に組み込まれ、かつ、前記成膜材料で構成された表面部位のすぐ内側の位置に設けられているものが好適である。この構成によれば、前記加熱手段を前記成膜材料供給体に組み込んで簡素な構造を保ちながら、当該加熱手段によって成膜材料供給体表面部位の成膜材料を効率良く加熱し、蒸発または揮発させることができる。
【００２９】
また、前記プラズマ発生手段によってスパッタリングを行う場合、前記キャリアガスを構成する元素よりも元素番号の大きい希ガス元素を前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入するためのスパッタガス供給部を備え、このスパッタガス供給部から供給される前記希ガス元素のイオンが前記プラズマ中に生じて当該イオンにより前記成膜材料供給体の表面材料がスパッタリングされるようにすれば、より効率良く成膜材料の飛散を行わせることができる。
【００３０】
さらに、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込める磁束形成手段を備えることにより、荷電粒子の散逸を抑制してより効率の高いスパッタリングを行うことが可能になる。
【００３１】
その場合、前記成膜材料供給体を支持する支持部材に前記磁束線を発生させるための磁石が組み込まれている構成とすれば、簡素な構造でかつ有効な磁束線を形成し得る磁束形成手段を構築することができる。
【００３２】
また、前記成膜材料供給体が前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面を有するとともに、この成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させる供給体駆動手段を備える構成とすることにより、前記回転体がその外周面近傍に作り出すキャリアガスの流れが成膜材料供給体との対向部位で乱れるのを抑えながら当該成膜材料の供給を行うことができる。
【００３３】
また、前記基材表面と前記回転体の外周面との間隙はなるべく小さいことが好ましく、これにより、当該間隙をキャリアガスが通過するのを抑制して当該間隙の手前側で大半のキャリアガスをターンさせることにより、当該キャリアガスに含まれる成膜微粒子（成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子）に作用する遠心力を利用して当該成膜微粒子をキャリアガスから分離し、これを効率良く基材の表面に付着させることができる。
【００３４】
具体的には前記基材表面と前記回転体の外周面との間隙を、当該回転体の外周面と前記成膜材料供給体との間隙よりも小さくするのが、より好ましい。
【００３５】
本発明装置では、前記反応容器内のキャリアガスを循環させる通路であって、前記成膜材料供給体よりも前記回転体の回転方向上流側にあるキャリアガスを前記回転体と前記基材とが対向する位置に対して当該回転体の回転方向下流側から供給するキャリアガス循環通路を備えることが、より好ましい。このような通路を備えることにより、反応容器内でのキャリアガスの粘性流動をより円滑にする（具体的には乱流を抑制して層流化を促進する）ことができる。
【００３６】
その場合、前記キャリアガス循環通路の途中に、当該通路を流れるキャリアガスに含まれるガスであって、前記反応容器の内壁から放出される不純物ガス、前記反応容器内に滞留するスパッタガス、成膜材料から揮発する副次的な不要有機ガスのうちの少なくとも一つを吸着除去する吸着ポンプが設けられている構成とすることにより、当該キャリアガス循環通路を利用して反応容器内のガスの浄化を行うことができ、膜質の向上を図ることができる。
【００３７】
また、前記反応容器が、前記基材の表面に付着できずに前記回転体と前記基材とが対向する位置よりも当該回転体の回転方向上流側の位置に存在する前記成膜材料の原子分子およびそのクラスター微粒子を反応容器外部へ排出するための排気部を有する構成とすることにより、基材表面に付着できなかった成膜材料の原子分子およびそのクラスター微粒子等を積極的に排出し、反応容器内の浄化を促進できる。これにより、装置内の清掃等のメンテナンスの頻度が低減して稼働率がさらに向上するとともに、連続成膜がより容易となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明は、回転体が基材と対向する位置からその回転周方向に離れた位置で回転体に対向させた成膜材料供給体の表面から成膜材料を蒸発等させて当該回転体の外周面に成膜微粒子等を供給し、これらを前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させるようにしたものであるので、大掛かりな設備を要することなく、蒸着法やスパッタリング法等の実行により発生する高エネルギー粒子等が基材表面へ入射されることによる基材表面への影響を有効に抑止して良好な薄膜の形成を実現することができる。
【００３９】
また、前記成膜材料を基材表面に集中して付着させることができ、その他の部位（例えば反応容器内壁）への付着を有効に抑止できるので、稼働率及び量産性を飛躍的に向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４１】
図１及び図２に示す薄膜形成装置は、キャリアガス（この実施の形態ではヘリウムガス）が導入される反応容器１０を備えている。この反応容器の底壁１２はヘリウムガスの整流板を兼ねており、その中央部には開口部１４が形成されている。そして、この開口部１４のすぐ下方を通過するように基材１６が水平方向に搬送されるようになっている。
【００４２】
本発明では、この基材１６の具体的な形状及びその移送手段を問わない。例えば基材１６がガラス基板で構成される場合には、当該基板が載置されるテーブルごと移送することが可能であり、前記基材１６が長尺のプラスチックフィルムである場合には、当該フィルムを繰り出しローラに巻き付けておき、その端部を前記繰り出しローラから離間して設けられた巻取りローラで巻き取ることにより、前記フィルムが前記開口部１４の下方を通過するようにその移送を行うことが可能である。
【００４３】
また、基材１６の移送方向についても、この基材１６と後述の回転体２０とが対向する位置における当該回転体２０の回転周方向と略平行な方向であればよく、図１に示す矢印方向の他、これと逆方向に移送してもよいし、両方向に基材１６を往復させるようにしてもよい。
【００４４】
前記反応容器１０内には、円筒状外周面１８をもつ回転体２０が設けられている。この回転体２０は、前記円筒状外周面１８の中心軸と合致する回転中心軸２２を有し、この回転中心軸２２が水平方向を向き、かつ、回転体２０の下端部のみが前記開口部１４を通じて前記容器底壁１２から僅かに下方に突出するように設置され、当該回転体２０の下端部における外周面１８と前記基材１６との間に微小な（好ましくは１〜３mm程度の）間隙２４が形成されるようになっている。前記回転中心軸２２の両端は、図２（ａ）に示すような軸受台２５によって回転可能に支持され、かつ、当該回転中心軸２２にモータ（回転駆動手段）２６の出力軸が連結されており、このモータ２６の作動によって回転体２０が図１の反時計回り方向（同図矢印方向）に回転駆動される（好ましくは100rpm以上の回転数で駆動される）ようになっている。
【００４５】
なお、前記回転体２０は反応容器１０内に完全に収容されていてもよく、この場合は当該反応容器１０内に前記基材１６を搬入するようにすればよい。
【００４６】
さらに、前記反応容器１０内には、前記円筒状外周面１８よりも小径の円筒状外周面２８をもつ成膜材料供給体３０が設けられている。
【００４７】
この成膜材料供給体３０は、前記回転体２０の外周面１８に対して成膜微粒子（成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子）を供給するためのもので、図２（ａ）（ｂ）に示すような円柱状の本体３２を備え、その表面に加熱層３４及び成膜材料層３６が順次積層されている。
【００４８】
成膜材料層３６は、成膜材料（例えばアルミニウム）で形成され、その材料がすぐ内側に位置する加熱層（加熱手段）３４によって加熱されることにより蒸発または揮発するようになっている。加熱層３４は、加熱用高抵抗層３７とこれを内外から挟みこむ絶縁層３８とで構成され、前記高抵抗層３７が図略の電源によって通電されることにより発熱するように構成されている。
【００４９】
成膜材料供給体３０は、その円筒状外周面２８の中心軸と合致する回転中心軸３９を有し、この回転中心軸３９が前記回転体２０の回転中心軸２２と平行となる姿勢で、かつ、前記回転体２０の外周面１８と基材１６の表面とが対向する位置から周方向に所定角度（図では９０°）離れた位置で当該外周面１８に対向する位置に、配置されている。
【００５０】
前記回転中心軸３９は、支持部材４０によって反応容器１０の側壁側に回転可能に支持されている。支持部材４０は、前記反応容器１０の側壁と一体に形成された支持部材本体４２と、この支持部材本体４２の前後両側から回転体２０側に向けて突設された軸受部４４とを有し、これら軸受部４４によって前記回転中心軸３９の両端部が回転可能に支持されている。
【００５１】
さらに、当該回転中心軸３９には、モータ（供給体駆動手段）４５の出力軸が連結されており、このモータ４５の作動によって前記成膜材料供給体３０が前記回転体２０の回転方向とは逆の方向（図１の矢印方向）に所定回転数（好ましくは回転体２０と周速度がほぼ等しくなる程度の回転数）で回転駆動される。
【００５２】
この装置では、前記回転体２０と成膜材料供給体３０との間に前記キャリアガスのプラズマ５０を発生させるためのプラズマ発生手段が設けられている。具体的には、当該回転体２０と前記成膜材料供給体３０とをそれぞれ電極として、両者間に（例えば13.56MHzの）高周波電源（なお本発明では直流電源または高周波電源以外の交流電源でもよい。）５２が介設され、その高周波電力によって前記回転体２０の外周面１８と成膜材料供給体３０の外周面との間隙２７に電界が形成され、前記キャリアガスのプラズマ５０が形成されるようになっている。
【００５３】
一方、前記支持部材本体４２には、前記回転体２０と成膜材料供給体３０との間隙２７に前記キャリアガス（Ｈｅ）よりも元素記号の大きい（より好ましくは成膜材料（Ａｌ）よりも大きい）希ガス（例えばＡｒやＸｅ）からなるスパッタガスを供給するためのスパッタガス供給部が形成されている。
【００５４】
このスパッタガス供給部は、前記支持部材本体４２の中央部に容器側壁を貫通する方向に形成されたガス導入口５４と、このガス導入口５４から前記成膜材料供給体３０の外周面を取り巻くようにして回転体２０側に開放されたガス通路５６とで構成され、このガス通路５６は、前記支持部材本体４２に形成された成膜材料供給体カバー部４３と成膜材料供給体３０の外周面２８との間に形成されている。前記ガス導入口５４には、前記スパッタガスが高圧状態で封入されたガスボンベ５８が接続されており、当該ガスボンベ５８から前記スパッタガス供給ノズルを通じて前記成膜材料供給体３０の外周面２８に沿わせながら当該外周面２８と回転体外周面１８との間隙２７にスパッタガスが供給されるようになっている。
【００５５】
また、前記支持部材４０では、前記成膜材料供給体３０と前記回転体２０との間隙２７に磁束線４９を発生させることにより当該間隙２７に生じたプラズマ５０を閉じ込めて荷電粒子の散逸を抑制する磁束形成手段が構成されている。
【００５６】
具体的には、前記両軸受部４４から回転体２０側に当該回転体２０の両側面を外側から覆う形状の磁束形成部材４６が延設されるとともに、当該磁束形成部材４６の途中部分に磁石４８が組み込まれている。この磁石４８は、そのＮＳ両極が磁界形成手段４６の長手方向に並ぶように配置されている。さらに、軸受部４４及び磁束形成部材４６は鉄等の磁性材料で構成され、支持部材本体４２はステンレス鋼等の非磁性材料で構成されており、前記磁石４８の存在によって前記間隙２７を前記回転体２０と成膜材料供給体３０とが対向する方向に通過する磁束線４９が形成されるようになっている。
【００５７】
また、この装置では、前記反応容器１０内のキャリアガスを循環させるためのキャリアガス循環通路６０が設けられている。このキャリアガス循環通路６０は、前記反応容器１０において、前記成膜材料供給体３０よりも前記回転体２０の回転方向上流側（図では上側）に設けられたガス取り込み部６２と、前記回転体３０と基材１６の表面とが対向する位置よりも回転体の回転方向下流側に位置するガス排出部６４とを前記反応容器１０を迂回して連通するように配管されている。
【００５８】
さらに、前記キャリアガス循環通路６０の途中には、当該通路を流れるキャリアガスに含まれるガスのうち、前記反応容器１０の内壁から放出される不純物ガス、前記反応容器１０内に滞留するスパッタガス、成膜材料から揮発する副次的な不要有機ガスのうちの少なくとも一つ（好ましくはこれらのガス全て）を吸着除去する吸着ポンプ（吸着手段）６６が設けられている。この吸着ポンプ６６には、例えば低温吸着ポンプや物理吸着ポンプの適用が可能である。
【００５９】
また、前記反応容器１０には、前記回転体２０と成膜材料供給体３０とが対向する位置と、当該回転体３０と基材１６とが対向する位置との間の領域に対して開口する排気口６７が設けられ、当該排気口６７に排気ダクト６８が接続されている。
【００６０】
次に、この装置において行われる薄膜形成方法を説明する。
【００６１】
反応容器１０内において、回転体２０が図の矢印方向に回転駆動されることにより、その周囲のキャリアガス（この実施の形態ではヘリウムガス）が回転体外周面１８に引き連れられて流動し、当該外周面１８と成膜材料供給体３０の外周面２８との間隙２７を通って当該回転体外周面１８と基材１６との間隙２４へ向かうガス流れが形成される。特に、図示のように成膜材料供給体３０の外周面２８も円筒状ととして当該供給体３０を回転体２０と逆方向に回転駆動するようにすれば、前記間隙２７での流れはより円滑になる。
【００６２】
ただし、本発明は成膜材料供給体３０が回転せずに固定状態で設置されるものを除外する趣旨ではない。
【００６３】
一方、回転体２０と成膜材料供給体３０との間に高周波電源５２が印加されることによって、両者の間隙２７にプラズマ５０が形成され、かつ、このプラズマ５０中にガス導入口５４及びガス通路５６を通じてスパッタガスが供給されることにより、当該スパッタガスを構成する希ガス元素のイオンが生成される。このイオンの衝突によって成膜材料供給体３０の表面の成膜材料層３６がスパッタリングされ、前記間隙２７へ成膜微粒子（成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子）が効率良く飛散する。
【００６４】
特に図示の装置では、支持部材４０に組み込まれた磁石４８によって前記間隙２７にプラズマ５０を閉じ込める磁束線４９が形成されるため、これにより放電をさらに安定化させて、また荷電粒子が基材１６に向かって散逸するのを抑制することが可能になる。
【００６５】
また、この装置では、前記スパッタリングと並行して、前記成膜材料供給体３０における加熱層３４の高抵抗層３７が通電されることにより前記成膜材料層３６が加熱され、当該成膜材料層３６から成膜微粒子が蒸発または揮発することによっても、前記間隙２７への成膜微粒子の供給が行われる。
【００６６】
なお、本発明は前記スパッタリングと加熱のいずれか一方のみによって成膜微粒子を発生させるものを除外する趣旨ではない。また、加熱手段を用いる場合でも、図示のような加熱層３４を成膜材料供給体３０に設けるほか、当該成膜材料供給体３０に電磁誘電コイルを近接させたり、当該成膜材料供給体３０の表面に集光する光学系を有する赤外線ランプまたはレーザを設置して表面を直接加熱したりする手段も有効である。このような蒸着法を採用すれば、現状の有機蛍光材料なども本発明によって成膜することが可能になる。また、加熱手段のみを用いる場合には、成膜材料供給体３０の表面形状は必ずしも凸面でなくてもよく、例えば回転体２０の外周面１８に沿う凹面や平面であってもよい。
【００６７】
図１に示す装置において、前述のようにして生成された成膜微粒子は、回転体２０の外周面１８の近傍に生じたキャリアガスの粘性流動によって、基材１６と回転体２０との間隙２４に向けて輸送された後、水平方向に移送される基材１６の表面に付着することにより薄膜を形成する。そのメカニズムを図３及び図４（ａ）（ｂ）に示す。
【００６８】
図３は、成膜材料供給体３０から基材１６に至るまでの領域における流体解析結果、すなわち流速分布と、当該成膜材料供給体３０と回転体２０との間隙２７において生成される流線（質量ゼロ、直径ゼロの仮想微粒子の軌跡）とを示すものである。図示の流線は、キャリアガスであるヘリウム分子の軌跡と近似的にみなすことができる。前記間隙２７から流れ出たキャリアガスの大半は、該回転体２０の円周に沿って流動するが、この回転体２０と基材１６との間隙２４で大きな流動抵抗があるためにその直前で折り返し、今度は基材１６の表面に沿って流れ、約半分は再び回転体２０に向って流れ込み渦を作り、残りの半分は排気口６７から容器外へ排出される。
【００６９】
図４（ａ）（ｂ）は、比重が小さい前記キャリアガスの流れの中に、当該キャリアガスの分子７０よりも比重が大きい成膜微粒子７２が混入して流れていくモデルを示したものである。回転体２０の表面近傍には、同図（ａ）に示すように急峻な流速勾配が生じ、その中で比重が大きい成膜微粒子７２は、同図（ａ）の確率的輸送現象によって回転体外周面１８の近傍からより流速の遅い外方向へ移動経路を移していく。すなわち、回転体外周面１８からその径方向外側へ徐々に離れていく。さらに、基材１６と回転体２０との間隙２４の直前領域では、同図（ｂ）に示すように、急峻に流線が折り返すため、比重の大きい成膜微粒子７２にはキャリアガス分子７０よりも大きな遠心力Ｆが働く。
【００７０】
ここで、単位質量あたりの遠心力Ｆ／ｍすなわち遠心加速度α［m/s2］は、流速をＵ［m/s］、ｒを流線頂部付近の曲率半径とすると、式α＝Ｕ2／ｒで見積もることができる。
【００７１】
ここで、前記流速Ｕを回転体２０の周速度に等しいものとみなし、（比較的小さな実験機仕様として）回転体２０の直径を0.1ｍφ、回転数を300rpmとすると、
Ｕ＝0.1mφ×π×300rpm÷60s/min＝1.5m/s
となる。また、流体解析の結果からｒ≒0.001mを適用すると、前記遠心加速度αは、
α＝(1.5m/s)2／0.001m＝2,250［m/s2］
となる。この遠心加速度αの値は、地上の重力加速度（＝１Ｇ）を9.8m/s2とすると、α≒200Ｇとなり、太陽表面の重力加速度（30Ｇ）をはるかに越える値であることが理解できる。
【００７２】
そして、本発明では、前記流線の折り返しの頂点（正確には基材１６の表面の線）付近に、流速ゼロの淀み点Ｐが生じることが重要であり、その淀み点Ｐに近接する流線に働く大きな加速度αによって、浮遊するナノサイズの成膜微粒子７２が遠心分離され、淀み点Ｐ近傍で降り積もり、基材１６の表面に付着することとなるのである。従って、かかる操作を行いながら基材１６を前記回転体２０の回転中心軸２２と直交する方向（図１では矢印方向）に移送すれば、当該基材１６上への成膜が可能となる。
【００７３】
このように、本発明方法及び装置では、その原理として、成膜材料供給体３０と回転体２０との間隙２７において生じたナノサイズの成膜微粒子の大部分を回転体外周面１８の近傍のキャリアガス粘性流によって上記淀み点Ｐへ輸送できるという特徴をもつ。これは、あたかも楕円鏡面において一つの焦点に置いた光源の光がもう一つの焦点に全て集束されるような働きに相当するものである。かかる特徴は、産業用の生産装置として、成膜材料の資源効率を高めるのみならず、メンテナンス（清掃）の頻度を減らして稼働率を向上させることにも大きく寄与することになる。
【００７４】
なお、本発明においてキャリアガスに用いられるガスはヘリウムに限らず、その他の希ガス（例えばネオンやアルゴン）の使用も可能であるが、ヘリウムガスをキャリアガスとして用いれば、その準安定状態（準位）がきわめて長寿命であるという特質を利用して、種々の顕著な効果を得ることができる。
【００７５】
まず、よく知られている効果として、ヘリウムガスを用いれば、そのイオン化エネルギーが２４eＶと高いにもかかわらず、比較的容易にプラズマ放電を行うことが可能になる。これは、ヘリウムが約20ｅＶもの高いエネルギーをもつ準安定状態に長時間滞在してプラズマ室に充満可能であることによる。すなわち、イオン化されたヘリウムは、電子と再結合しても基底状態にまでは戻らずに前記準安定状態を維持し、その後わずか４eV（＝24eV−20eV）の小さなエネルギーで再びイオン化されるという特質を有している（図５ので（ａ）参照）、このようなヘリウムを前記キャリアガスとして用いれば、回転体２０と成膜材料供給体３０との間隙２７で発生させたプラズマ５０内に準安定励起状態（ラジカル）のヘリウムも多量に存在することとなり、そのラジカルヘリウムが回転体外周面１８に引き連れられて巡回することにより再び前記間隙２７に到来するため、比較的圧力が高くて大気圧に近い状態でも容易に安定したプラズマ放電を実現することが可能となる。
【００７６】
さらに、当該ヘリウムガスを用いれば次のような効果が得られる。
【００７７】
本発明では、キャリアガスにより輸送される成膜微粒子がその輸送途中で熱化されて運動エネルギーを失い、この運動エネルギーの消失によって高速粒子が除去され、基材１６の表面にダメージを与えるのを有効に抑止できるという効果が得られるわけであるが、その代わり、当該運動エネルギーによって通常のスパッタリング法では享受し得る効果、すなわち、スパッタ粒子のもつ運動エネルギーによって基材表面を清浄化する（吸着不純物を除去する）効果や、基材表面での化学結合を切って密着性を高める効果は期待し難いものになる。しかし、前記キャリアガスとして前記のように準安定状態の寿命が長いヘリウムガスを用いると、その特質を利用して前記効果を補うことが可能になる。
【００７８】
すなわち、前記ヘリウムのラジカルは、他の分子と衝突した際に、その高いエネルギーで分子をイオン化することが可能であるため、このヘリウムラジカルが基材１６の表面に到来すると、図５（ａ）に示す「ペニング過程」と呼ばれる現象によって表面原子の化学結合を切り、これによって、当該表面の反応性を高くして飛来する成膜微粒子が付着し易い状態にすることができる。また、同図（ｂ）に示すように、基材表面に吸着した不純物分子をイオン化して脱離を促す清浄効果も得ることができる。ナノサイズの微粒子自体は、通常のマクロな物質よりはるかに大きな表面エネルギーをもち、降り積もるだけで何らかの形態に再結晶化（含アモルファス）化するが、不純物分子が混入するとその過程を阻止されてしまうため、かかる不純物分子の効果を前記ヘリウムラジカルによって弱めることにより、再結晶化の促進につながることとなる。
【００７９】
なお、このような準安定状態は、ヘリウムだけでなくネオンやアルゴンにも存在するものである（表１参照）。
【００８０】
【表１】
2005133136.tif 000003
【００８１】
以上記したように本発明はキャリアガスの粘性流動により成膜微粒子を輸送するものであるから、前記回転体２０の外周面１８の近傍には層流かつ粘性流が生じるように運転条件を設定することが望まれる。
【００８２】
まず、層流条件としてレイノルズ数Reを所定値以下であるという条件が挙げられる。ヘリウムのほか、ネオンやアルゴン等の希ガスも存在することを考慮して、Reを1000以下とすると、当該条件は次式
Re＝Ｕ・Ｌ／ν＜1000  …(1)
で表される。ここでＵは代表流速、Ｌは代表寸法、νは動粘性係数（＝η/ρ：ただしηは粘性係数、ρは密度）である。
【００８３】
この式に、ヘリウムの密度ρ＝0.18×10-5×Ｐ［kg/m3］（ただしＰはキャリアガスの圧力［Pa］）、及び粘性係数η＝20×10-6［ポアズ］（圧力によらず一定）を代入すると、次式(2)が得られる。
【００８４】
P・U・L＜10000  …(2)
ここで、代表速度Ｕに回転体２０の周速度ｕ［m/s］、代表寸法Ｌに成膜材料供給体３０と回転体２０との間隙２７の寸法ｇ[m]を採用すると、前記式(2)は次式(3)にまとめられる。
【００８５】
Ｐ・ｇ＜１０4／Ｕ  …(3)
一方、ガス流れが真空のような分子流ではなく粘性流となる条件は、ヘリウムの平均自由行程λ［ｍ］と代表長さｇ［ｍ］との間に
λ≪ｇ  …(4)
という大小関係があることが求められる。ヘリウムの平均自由行程λは、圧力Ｐ［Pa］の関数λ＝1.4×10-6／Ｐとして表されるので、これを前記式(4)に代入し、さらに分子流から粘性流への遷移領域を除く安全サイドを考慮すると、次式(5)が得られる。
【００８６】
10-5≪Ｐ・ｇ  …(5)
この式(5)と前記式(3)とを合せると、好ましい運転条件を表す式として次式(6)が得られる。
【００８７】
10-5≪Ｐ・ｇ＜104／ｕ  …(6)
本発明では、成膜微粒子やスパッタガスの流動挙動が重要であり、小さな処理容器１０でも局所的かつ予測不能な乱流の発生を避けて安定な粘性層流を作り出すためには、種々の工夫を施すことが好ましい。この点について、図示の装置では、前記処理容器１０にキャリアガス循環通路６０が付設され、同通路６０により、前記成膜材料供給体３０よりも前記回転体２０の回転方向上流側にあるキャリアガスが前記回転体２０と前記基材１６とが対向する位置に対して当該回転体２０の回転方向下流側から供給されるため、キャリアガスの粘性流動をより円滑にして層流化を促進することができる。
【００８８】
また、処理容器１０の内面形状を図１に示すようにして目標となる流動形態に沿わせることも有効である。
【００８９】
また、図示の反応容器１０には排気口６７及び排気ダクト６８が設けられ、前記基材１６の表面に付着できずに前記回転体２０と前記基材１６とが対向する位置よりも当該回転体２０の回転方向上流側の位置に存在する成膜微粒子が反応容器外部へ排出されるようになっているので、これにより反応容器１０内を清浄な状態に保って連続成膜も可能にすることができる。特に、産業用装置の場合は、装置内の清掃等メンテナンス間隔を長くできる。
【００９０】
さらに、前記キャリアガス循環通路６０の途中に吸着ポンプ６６が設けられ、同ポンプ６６により、反応容器内壁から放出される不純物ガスや容器内に滞留するスパッタガスね成膜材料から揮発する副次的な不要有機ガスなどが除外されることにより、処理容器１０内のキャリアガスをより長期間にわたって清浄に保つことが可能になる。
【００９１】
例えば、前記吸着ポンプ６６としてクライオポンプを用いた場合、当該ポンプの通常の運転温度では、ヘリウムの凝集ができないため、当該ヘリウムをキャリアガスとして用いた場合には、当該キャリアガス中に含まれる不純物のみを選択的に吸着することが可能であり、さらに、装置のメンテナンス時に温度制御のもと昇温すれば、スパッタガスであるArや高価なXeを回収できるシステムにすることも可能となる。
【００９２】
なお、本発明において基材１６と成膜材料供給体３０との位置関係は図示のものに限られない。例えば図６に示すように、回転体２０を挟んで成膜材料供給体３０が基材１６と反対の側に設置されたものにおいても、当該成膜材料供給体３０から供給される成膜微粒子を回転体２０の回転及びこれに伴うキャリアガスの流動によって基材１６の表面へ輸送することが可能である。
【実施例】
【００９３】
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、圧力を100Pa（７Torr）から100000Pa（１気圧）まで大きく変化させた時の流体解析結果を示したものである。同図によれば、キャリアガスの拡散係数と動粘性係数のバランスによって大域的な流線挙動は多少変化するが、淀み点位置（図の下向き矢印が示す位置）がわずかに上流側（図では左側）に移動するのみで、流線挙動はほとんど変化ないことがなく、よって本発明は広い圧力領域において安定した効果が得られることが理解できる。
【００９４】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、回転体２０と成膜材料供給体３０との間隙２７の寸法を２mmに固定する一方、回転体２０と基材１６との間隙２４の寸法を前記間隙２７の寸法の１／２倍（１mm）、１倍（２mm）、１．５倍（３mm）にそれぞれ設定した場合の流体解析結果を示したものである。図示のように、間隙２４が１ｍｍの場合では、淀み点位置（図の下向き矢印が示す位置）が間隙最小寸法位置に近く、成膜微粒子が混入した流線のほとんどが前記淀み点の直前で折り返し、基材表面を逆流して、大半は排気口６７から出て、一部は渦を巻く。これに対し、間隙２４が２ｍｍや３ｍｍの場合は、淀み点位置が大きく上流側に移動するとともに、成膜微粒子を含む流線のほとんどが前記間隙２４を通り抜けてしまうため、当該成膜微粒子に十分な遠心力が働くことは期待できない。淀み点に近接するのは、回転体２０の上流側に生じた渦の流線であり、回転体２０の表面近傍にへばりついた流線から拡散的または確率輸送的に漏れ出てくる成膜微粒子が、この渦に取り込まれ、渦中を何回も旋回した後、淀み点に降り積もることとなる。
【００９５】
従って、本発明においてより良好な薄膜形成を実現するには、回転体２０と基材１６との間隙２４を小さく抑えることが有効であり、具体的には、当該間隙２４が回転体２０と成膜材料供給体３０との間隙２７よりも小さいことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜形成装置の全体構成を示す断面正面図である。
【図２】（ａ）は前記薄膜形成装置における回転体と成膜材料供給体およびその支持構造を示す平面図、（ｂ）は当該成膜材料供給体の積層構造を示す断面図である。
【図３】前記薄膜形成装置の要部におけるキャリアガス等の流動状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は前記回転体の外周面近傍の図３Ａ部におけるヘリウムガスの流動速度勾配を示す説明図、（ｂ）は基材表面近傍での図３Ｂ部の淀み点において成膜材料の成膜微粒子に作用する遠心力を示す説明図である。
【図５】（ａ）はヘリウムの準安定状態と固体表面とのペニングイオン化作用を示す概念図、（ｂ）は固体表面の吸着分子との相互作用を示す概念図である。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る薄膜形成装置の他の例を示す全体構成図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は反応容器内圧力と前記薄膜形成装置内でのガス流動および淀み点位置との関係を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は基材表面と回転体との間隙の寸法と前記薄膜形成装置内でのガス流動および淀み点位置との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０    反応容器
１６    基材
１８    回転体の円筒状外周面
２０    回転体
２２    回転体の回転中心軸
２４    回転体外周面と基材表面との間隙
２６    モータ（回転駆動手段）
２８    成膜材料供給体の円筒状外周面
３０    成膜材料供給体
３２    成膜材料供給体の本体
３４    加熱層（加熱手段）
３６    成膜材料層
３９    成膜材料供給体の回転中心軸
４０    支持部材
４２    支持部材本体
４４    軸受部
４５    モータ（供給体駆動手段）
４６    磁束形成部材
４８    磁石
４９    磁束線
５０    プラズマ
５２    高周波電源（プラズマ発生手段）
５４    ガス導入部（スパッタガス供給部）
５６    ガス通路（スパッタガス供給部）
６０    キャリアガス循環通路
６６    吸着ポンプ（吸着手段）
７０    キャリアガス分子
７２    成膜微粒子
【図１】
2005133136.tif 000004
【図２】
2005133136.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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