(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜対象基板に対して回転中心軸が平行な円筒状の回転電極に電力を供給することで、この回転電極と前記成膜対象基板との間隙にプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて、供給された反応ガスの化学反応により前記成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記回転電極を前記回転中心軸の周りに回転させる駆動手段と、
前記回転電極の回転により前記回転電極の表面に引きずられて前記回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れを形成するために、前記回転電極の表面に前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記不活性ガスの流れと前記成膜対象基板との間に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
整流ガスの流れである整流ガス層を形成する整流ガス層形成手段と、を備え、
前記整流ガス層形成手段は、前記整流ガスを供給する整流ガス導入管と、この整流ガス導入管が供給した整流ガスを排出する整流ガス導出管とを有することにより、前記プラズマが生成される領域であるプラズマ生成領域の近傍において前記整流ガス層を形成し、この整流ガス層に前記反応ガスの流れを沿わせることによって当該反応ガスの流れを整え、
前記反応ガス供給手段は、前記プラズマ領域に対して前記回転電極の回転方向上流側において、前記成膜対象基板に対して前記回転電極の回転方向側に傾斜する方向に向けて前記反応ガスを供給し、
前記不活性ガス供給手段は、前記プラズマ生成領域に対して近い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記不活性ガスを供給し、
前記整流ガス導入配管は、前記プラズマ生成領域に対して遠い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記整流ガスを供給し、
前記整流ガス導出配管は、前記成膜対象基板に沿い且つ前記整流ガスの供給位置よりも前記プラズマ生成領域から離れた位置から前記整流ガスを排出することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記不活性ガス供給手段は、前記回転電極の表面のうち、少なくとも、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向上流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に対応する領域に、前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記不活性ガス供給手段は、
前記プラズマ生成領域を含む前記プラズマ生成領域近傍に対応する部分の壁が開放された、前記回転電極を囲む容器と、
前記容器の開放部分まで前記不活性ガスが到達して、前記回転電極の表面の、前記プラズマ生成領域の近傍に対応する領域に前記不活性ガスが供給されるよう、前記容器内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、を有して構成されていることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記反応ガス供給手段は、前記プラズマ生成領域の近傍に設けられた反応ガス供給口を有し、
前記反応ガス供給口から前記成膜対象基板表面に向けて前記反応ガスを流出させることで、前記プラズマ生成領域に、前記不活性ガスの流れと略同一の向きに流れる、前記成膜対象基板の表面に沿った前記反応ガスの流れを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記成膜対象基板の表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記反応ガス、および、前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去するガス回収手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記ガス回収手段のガス吸引口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることを特徴とする請求項５記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記回転電極表面に沿った前記不活性ガスの流れから分離させるために、前記回転電極表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記不活性ガスの流れに対して分離用ガスを噴きつける、分離ガス噴出手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記分離用ガスは、前記不活性ガスと同種のガスであり、
前記分離ガス噴出手段は、
前記分離用ガスの一部のガス成分が、前記プラズマ生成領域を通過した前記不活性ガスの流れに対して噴きつけられた後、前記回転電極の回転によって前記回転電極の表面に沿って移動する前記不活性ガスの流れに取り込まれるよう、前記分離ガスを噴きつけることを特徴とする請求項７記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記分離ガス噴出手段の分離用ガス噴出口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることを特徴とする請求項７または８記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記成膜対象基板の前記表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記反応ガス及び前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去するガス回収手段を有し、
前記ガス回収手段は、前記分離ガス噴出手段によって前記不活性ガスの流れから分離された前記反応ガスの反応生成物も、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記ガス回収手段は、前記回転電極に沿った前記不活性ガスの流れに対して前記分離ガス噴出手段から噴きつけられた前記分離ガスの一部、および、前記回転電極に沿った前記不活性ガスの流れから分離した前記不活性ガスの一部も、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去することを特徴とする請求項１０記載の薄膜形成装置。
【請求項１２】
前記ガス回収手段のガス吸引口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転
駆動方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることを特徴とする請求
項１０または１１記載の薄膜形成装置。
【請求項１３】
成膜対象基板に対して回転中心軸が平行な円筒状の回転電極に電力を供給することによって生成するプラズマを用いて、前記成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記回転電極を前記回転中心軸の周りに回転させる工程と、
前記回転電極の回転により前記回転電極の表面に引きずられて、前記回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れを形成するために、前記回転電極の表面に前記不活性ガスを供給する工程と、
前記不活性ガスの流れと前記成膜対象基板との間に反応ガスを供給する工程と、
整流ガスの流れである整流ガス層を形成する工程と、を備え、
前記整流ガス層を形成する工程は、前記整流ガスを供給する工程と、この整流ガスを供給する工程において供給された整流ガスを排出する工程とを有することにより、前記プラズマが生成される領域であるプラズマ生成領域の近傍において前記整流ガス層を形成し、この整流ガス層に前記反応ガスの流れを沿わせることによって当該反応ガスの流れを整え、
前記反応ガスを供給する工程では、前記プラズマ領域に対して前記回転電極の回転方向上流側において、前記成膜対象基板に対して前記回転電極の回転方向側に傾斜する方向に向けて前記反応ガスが供給され、
前記不活性ガスを供給する工程では、前記プラズマ生成領域に対して近い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記不活性ガスが供給され、
前記整流ガスを供給する工程では、前記プラズマ生成領域に対して遠い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記整流ガスが供給され、
前記整流ガスを排出する工程では、前記成膜対象基板に沿い且つ前記整流ガスの供給位置よりも前記プラズマ生成領域から離れた位置から前記整流ガスが排出されることを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜対象基板と回転電極との間隙にプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて、供給された反応ガスの化学反応により成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ドラム状の回転電極に高周波電力又は直流電力を印加することにより、ドラム状の回転電極表面と成膜対象基板との間隙にプラズマを生成し、この生成したプラズマを用いて、供給された反応ガスを活性化させて基板上に薄膜を形成する、回転電極型のプラズマＣＶＤ装置及び方法が開示されている。
【０００３】
このような回転電極型のプラズマＣＶＤ装置では、回転電極が回転することによって、回転電極の周囲の反応ガスが回転電極に引きずられて移動し、回転電極表面と成膜対象基板との間隙のプラズマ生成領域に供給される反応ガスの流れが生成される。回転電極型のプラズマＣＶＤ装置では、この反応ガスの流れを、回転電極の回転によって制御することができる。このような回転電極型のプラズマＣＶＤ装置では、比較的高い圧力条件下であっても（例えば、回転電極が配置される容器内が大気圧に近い状態であっても）、回転電極と成膜対象基板との間隙のプラズマ生成領域に、反応ガスを常に供給することができる。このため、回転電極型のプラズマＣＶＤ装置によれば、プラズマ生成領域において反応ガスを高い効率で反応させて、成膜対象基板表面に、薄膜を高速で形成することができる。
【０００４】
このような回転電極型のＣＶＤ装置でも、ＣＶＤ装置における成膜処理において通常問題となる、反応ガスの反応生成物のうち、膜として基板上に形成されず、空間で固体化した生成物（いわゆるパーティクル）は発生する。パーティクルは、成膜処理の最中に成膜対象基板の表面に降り積もることにより薄膜内に混入し、また、成膜の最中において（成膜反応過程で）薄膜内に混入してしまい、形成する薄膜の膜質を顕著に劣化させてしまう。また、例えば、パーティクルが回転電極表面に付着することで、回転電極表面の形状や、回転電極と成膜対象基板との間隙に発生する電界を変化させてしまい、結果として、連続した成膜の最中であっても、成膜条件（成膜速度など）が変化してしまう。また、回転電極表面に付着したパーティクルが、回転電極表面から剥離して、薄膜に混入してしまうこともある。また、回転電極表面にパーティクルが付着することに限らず、回転電極が配置された容器内にパーティクルが飛散することで、容器内が汚染されてしまい、装置のクリーニング処理を頻繁に行う必要が生じ、余分なコスト（手間や時間）が発生するといった問題も引き起こす。特に、回転電極型のＣＶＤ装置では、間隙のプラズマ生成領域に比較的大量の反応ガスを供給することができるため、比較的大量の反応ガスを供給して高速成膜を行なった場合など、プラズマ生成領域において反応ガスの反応が急激に起き、パーティクルが比較的発生しやすい。
【０００５】
下記特許文献１では、回転電極と対向電極との間隙にプラズマを発生させて、回転電極の表面を覆うように載置された基材の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置であって、成膜中に発生して回転電極と対向する対向電極に付着するパーティクルの問題を解決することを目的とした、プラズマ放電処理装置が提案されている。下記特許文献１記載のプラズマ放電処理装置では、対向電極へのパーティクルの付着を防止するために、回転電極の表面に沿って流れる反応ガスの流れに加えて、対向電極の表面に沿って流れる希ガスの流れ（非反応性のガスの流れ）を生成した状態で、回転電極と対向電極との間隙にプラズマを発生させている。下記特許文献１では、基材表面に反応ガスの流れを生成し、対向電極には希ガスの流れを生成している（対向電極を希ガスで覆っている）ので、長時間プラズマ放電処理しても、反応性ガスからの生成物は対向電極表面にはほとんど蓄積せず、対向電極表面が汚れることがないとされている。
【０００６】
また、下記特許文献２では、回転電極の回転によって反応ガスの流れを制御する回転電極型のＣＶＤ装置であって、成膜中に発生して回転電極の表面に付着するパーティクルの問題を解決することを目的としたプラズマ処理装置が提案されている。図８は、下記特許文献２に記載されたプラズマ処理装置の主要な実施形態について説明する概略側面図である。特許文献２に記載のプラズマ処理装置１００は、基板搬送台１０２（特許文献２の明細書中において記載されているが、図示はされていない）と、回転電極１０６とを備えている。回転電極１０６は、基板搬送台１０２に載置された成膜対象基板１０４と僅かな間隙Ｄ’（例えば２００μｍ）を開けて対向するように配置されている。さらに、回転電極１０６の回転方向下流側である回転電極１０６の側方には、回転電極１０６の表面にガスを噴き付ける、分離ガス噴出口（ノズル）１０８が設けられている。そして、分離ガス噴出口１０８の下方には、回転電極１０６の周囲のパーティクルを吸引するための吸引手段を構成する、ガス回収口（ダクト）１１０が設けられている。
【０００７】
特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、基板搬送台１０２に成膜対象基板１０４が載置された状態で、図示しない反応ガス供給源から反応ガスを回転電極１０６の近傍に導入し、さらに、図示しない電源から高周波電力または直流電力を、回転電極１０６に印加した状態で、回転電極１０６を回転させる。回転電極１０６の回転によって、導入された反応ガスは、回転電極１０６と成膜対象基板１０４との間隙のプラズマ生成領域１１２に導かれる。そして、印加された電力によってプラズマ発生領域１１２にプラズマが発生し、基板搬送台１０２上の成膜対象基板１０４に、例えば成膜などのプラズマ処理を実施する。特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、このようなプラズマ処理を実施する際、分離ガス噴出口１０８から回転電極１０６の表面の表面に向けてガスを噴き付け、回転電極１０６の表面に付着したパーティクルを、回転電極の表面から強制的に引き剥がしている。そして、ガス回収口１１０から、プラズマ発生領域１１２で発生して気相に浮いているパーティクルとともに、回転電極１０６の表面から強制的に引き剥がされたパーティクル等を吸引除去している。特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、このようにして、回転電極表面に付着したパーティクル等を効果的に除去することができるとしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６６０６３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、回転電極型のＣＶＤ装置では、回転電極と基板との間の間隙が狭くなった部分にプラズマを生成し、この生成したプラズマを用いて反応ガスを反応させて薄膜を形成するので、薄膜が形成される領域は、回転電極と基板との間の間隙が最も狭くなった部分の近傍に限られる。そのため、板状の基板の表面に薄膜を形成する場合は、回転電極型のＣＶＤ装置では、回転電極に対して基板を相対的に移動搬送させながら、薄膜を形成する必要がある。
【００１０】
ここで、特許文献１記載のプラズマ放電処理装置は、回転電極表面に載置可能なフィルム状の基材については、表面に薄膜を形成することが可能であるが、板状の基材については、そもそも薄膜を形成することもできない。また、このように回転電極表面に載置したフィルム状の基材の表面に薄膜を形成する場合、プラズマ生成領域に対する基材表面の相対移動速度は、基材表面に所望の厚さの薄膜を形成することができる程度に、充分遅い必要がある。すなわち、特許文献１記載のプラズマ放電処理装置では、回転電極表面の移動速度、すなわち回転電極の回転速度は遅い。このように遅い回転速度の回転電極では、回転電極の表面に沿って流れる反応ガスや、対向電極の表面に沿って流れる希ガスの流れのいずれについても、回転電極の回転によって形成・制御することはできない。実際、特許文献１記載のプラズマ放電処理装置では、特許文献１の、例えば段落［００４１］〜［００４３］に記載されているように、ガスの流速を調整することで、反応ガスと希ガスの２つの層流を形成している。しかし、ガスの流速を調整することで、反応ガスと希ガスの２つの層流を形成することは難しく、乱流が生じ易い。そして、特許文献１の、例えば段落［００２６］にも記載されているように、ひとたび乱流が生じれば、対向電極に付着するパーティクルを防止することさえできない。このように、特許文献１記載のプラズマ放電処理装置では、板状の基材（すなわち基板）には薄膜を形成することもできず、対向電極の表面に付着するパーティクルを大幅に低減することもできない。しかも、特許文献１記載のプラズマ放電処理装置では、基材表面に付着するパーティクルを防止するための手段について、何ら示唆もされていない。
【００１１】
一方、特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、成膜対象基板１０４を、基板搬送台１０２とともに、回転電極１０６の回転軸と直交する方向に走査することによって、成膜対象基板１０４の表面全体をプラズマ処理している。特許文献２記載のプラズマ処理装置１００のような回転電極型のＣＶＤ装置では、基板搬送台やモータ等の駆動手段を介して、成膜対象基板の移動搬送を制御している。
【００１２】
ここで、特許文献２記載のプラズマ処理装置は、基板搬送台１０２と同程度か、基板搬送台１０２よりも小さい面積の成膜対象基板１０４に対して、基板一枚毎に処理を行う装置である（いわゆるバッチ式の装置である）。このように、基板搬送台１０２自体を、比較的小さい基板１０４の範囲にわたって移動させる場合には、基板１０４と回転電極１０６との間の間隙Ｄ’の変動を抑制することは比較的容易であるといえ、成膜対象基板１０４と回転電極１０６と間隙Ｄ’を、非常に狭く（例えば、特許文献２では２００μｍ）しておくことも可能ではある。
【００１３】
しかし、例えば、特許文献２のプラズマ処理装置１００において、基板搬送台１０２の大きさに比べて走査方向に十分に長い基板に対してプラズマ処理を行う場合など、基板搬送台１０２に代えて、例えば、図９に示すようなローラー型の基板搬送手段２０２などを用いる必要がある。このような装置では、回転中の各ローラ２０４に順次基板が接触し、複数のローラ２０４と接触した状態で基板が移動するので、基板に振動が発生し易く、回転電極と基板との間の間隙Ｄ’も変動し易い。また、基板が大きいほど、プラズマ生成領域から大きく離れた位置で振動が生じた場合でも、回転電極と基板との間の間隙Ｄ’は変動してしまう。特に、比較的大きな基板表面に対して、途切れることなく連続して処理を行う装置（いわゆるインライン型の装置）では、基板１０４と回転電極１０６との間の間隙Ｄ’の変動を抑制することは非常に困難である。このため、回転電極型のＣＶＤ装置を用いて、比較的大きな基板に対して成膜などの処理を行う場合など、成膜対象基板と回転電極との間隙は、比較的大きくしておく必要が生じる。
【００１４】
しかし、回転電極と基板との間隙を大きくした場合、当然、プラズマ生成領域も広くなる。このため、反応ガスが、広くなった気相中でプラズマにより大量に反応し、気相中でパーティクルが大量に発生してしまう。大量に発生したパーティクルは、プラズマ生成領域において、基板に降り積もって薄膜に付着してしまい、良質の薄膜を形成することができないといった問題が生じる。また、プラズマ生成領域が大きくなり、プラズマ生成領域中の反応ガスの濃度が比較的薄くなってしまうので、特に成膜対象基板表面近傍における反応ガス濃度が低くなってしまう。このように、成膜成膜対象基板表面近傍における反応ガス濃度が低くなった結果、薄膜の形成速度が低くなってしまうといった問題も生じる。特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、回転電極１０６と成膜対象基板１０４との間隙Ｄ’を大きくした場合、このような、薄膜形成速度の低下の問題や、気相中で発生するパーティクルの増加の問題について、いずれも解決することはできない。このため、特許文献２記載のプラズマ処理装置１００では、回転電極１０６と成膜対象基板１０４との間隙Ｄ’を大きくすることができず、比較的大きな基板は処理することができない。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、回転電極と基板との間の間隙を従来に比べて広く設定しても、上記パーティクルの発生を抑制することができ、しかも、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、高い成膜速度で成膜することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は、成膜対象基板に対して回転中心軸が平行な円筒状の回転電極に電力を供給することで、この回転電極と前記成膜対象基板との間隙にプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて、供給された反応ガスの化学反応により前記成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記回転電極を前記回転中心軸の周りに回転させる駆動手段と、前記回転電極の回転により前記回転電極の表面に引きずられて前記回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れを形成するために、前記回転電極の表面に前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記不活性ガスの流れと前記成膜対象基板との間に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、整流ガスの流れである整流ガス層を形成する整流ガス層形成手段と、を備え、前記整流ガス層形成手段は、前記整流ガスを供給する整流ガス導入管と、この整流ガス導入管が供給した整流ガスを排出する整流ガス導出管とを有することにより、前記プラズマが生成される領域であるプラズマ生成領域の近傍において前記整流ガス層を形成し、この整流ガス層に前記反応ガスの流れを沿わせることによって当該反応ガスの流れを整え、前記反応ガス供給手段は、前記プラズマ領域に対して前記回転電極の回転方向上流側において、前記成膜対象基板に対して前記回転電極の回転方向側に傾斜する方向に向けて前記反応ガスを供給し、前記不活性ガス供給手段は、前記プラズマ生成領域に対して近い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記不活性ガスを供給し、前記整流ガス導入配管は、前記プラズマ生成領域に対して遠い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記整流ガスを供給し、前記整流ガス導出配管は、前記成膜対象基板に沿い且つ前記整流ガスの供給位置よりも前記プラズマ生成領域から離れた位置から前記整流ガスを排出することを特徴とする薄膜形成装置を提供する。
【００１７】
なお、前記不活性ガス供給手段は、前記回転電極の表面のうち、少なくとも、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向上流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に対応する領域に、前記不活性ガスを供給することが好ましい。
【００１８】
また、前記不活性ガス供給手段は、前記プラズマ生成領域を含む前記プラズマ生成領域近傍に対応する部分の壁が開放された、前記回転電極を囲む容器と、前記容器の開放部分まで前記不活性ガスが到達して、前記回転電極の表面の、前記プラズマ生成領域の近傍に対応する領域に前記不活性ガスが供給されるよう、前記容器内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、を有して構成されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記反応ガス供給手段は、前記プラズマ生成領域の近傍に設けられた反応ガス供給口を有し、前記反応ガス供給口から前記成膜対象基板表面に向けて前記反応ガスを流出させることで、前記プラズマ生成領域に、前記不活性ガスの流れと略同一の向きに流れる、前記成膜対象基板の表面に沿った前記反応ガスの流れを生成することが好ましい。
【００２０】
また、前記成膜対象基板の表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記反応ガス、および、前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去するガス回収手段を有することが好ましい。
【００２１】
また、前記ガス回収手段のガス吸引口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２２】
また、前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記回転電極表面に沿った前記不活性ガスの流れから分離させるために、前記回転電極表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記不活性ガスの流れに対して分離用ガスを噴きつける、分離ガス噴出手段を有することが好ましい。
【００２３】
また、前記分離用ガスは、前記不活性ガスと同種のガスであり、前記分離ガス噴出手段は、前記分離用ガスの一部のガス成分が、前記プラズマ生成領域を通過した前記不活性ガスの流れに対して噴きつけられた後、前記回転電極の回転によって前記回転電極の表面に沿って移動する前記不活性ガスの流れに取り込まれるよう、前記分離ガスを噴きつけることが好ましい。
【００２４】
なお、前記分離ガス噴出手段の分離用ガス噴出口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２５】
さらに、前記成膜対象基板の前記表面に沿って前記プラズマ生成領域を通過した前記反応ガス及び前記プラズマによって生じた前記反応ガスの反応生成物を、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去するガス回収手段を有し、前記ガス回収手段は、前記分離ガス噴出手段によって前記不活性ガスの流れから分離された前記反応ガスの反応生成物も、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去することが好ましい。
【００２６】
また、前記ガス回収手段は、前記回転電極に沿った前記不活性ガスの流れに対して前記分離ガス噴出手段から噴きつけられた前記分離ガスの一部、および、前記回転電極に沿った前記不活性ガスの流れから分離した前記不活性ガスの一部も、前記プラズマ生成領域の近傍から吸引除去することが好ましい。
【００２７】
なお、前記ガス回収手段のガス吸引口は、前記プラズマ生成領域に対して前記回転電極の回転駆動方向下流側の、前記プラズマ生成領域の近傍に配置されていることが好ましい。  
【００２８】
本発明は、さらに、  成膜対象基板に対して回転中心軸が平行な円筒状の回転電極に電力を供給することによって生成するプラズマを用いて、前記成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記回転電極を前記回転中心軸の周りに回転させる工程と、前記回転電極の回転により前記回転電極の表面に引きずられて、前記回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れを形成するために、前記回転電極の表面に前記不活性ガスを供給する工程と、前記不活性ガスの流れと前記成膜対象基板との間に反応ガスを供給する工程と、整流ガスの流れである整流ガス層を形成する工程と、を備え、前記整流ガス層を形成する工程は、前記整流ガスを供給する工程と、この整流ガスを供給する工程において供給された整流ガスを排出する工程とを有することにより、前記プラズマが生成される領域であるプラズマ生成領域の近傍において前記整流ガス層を形成し、この整流ガス層に前記反応ガスの流れを沿わせることによって当該反応ガスの流れを整え、前記反応ガスを供給する工程では、前記プラズマ領域に対して前記回転電極の回転方向上流側において、前記成膜対象基板に対して前記回転電極の回転方向側に傾斜する方向に向けて前記反応ガスが供給され、前記不活性ガスを供給する工程では、前記プラズマ生成領域に対して近い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記不活性ガスが供給され、前記整流ガスを供給する工程では、前記プラズマ生成領域に対して遠い側から前記反応ガスの流れと接するように前記反応ガスの供給方向と略平行に前記整流ガスが供給され、前記整流ガスを排出する工程では、前記成膜対象基板に沿い且つ前記整流ガスの供給位置よりも前記プラズマ生成領域から離れた位置から前記整流ガスが排出されることを特徴とする薄膜形成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法では、回転電極の回転により回転電極の表面に引きずられて、回転電極と基板との間隙のプラズマ生成領域を回転電極の表面に沿って移動する、不活性ガスの流れを形成するので、回転電極へパーティクルが付着することを大幅に低減することができる。また、プラズマ生成領域において、反応ガスを基板表面部分にのみ供給することができるので、プラズマ生成領域における気相部分での反応を抑制し、余分な反応生成物すなわちパーティクルの発生自体を抑制することができる。また、形成された不活性ガスの流れによって、プラズマ生成領域における反応ガスが供給される空間（基板表面と接する側の空間部分）の大きさを小さくする。これにより、プラズマ生成領域における、基板表面部分での反応ガスの濃度を向上させ、ひいては基板表面への成膜の速度も向上させることができる。このため、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法では、回転電極と基板との間の間隙を従来に比べて広く設定しても、パーティクルの発生を抑制することができ、しかも、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、高い成膜速度で成膜することができる。
また、プラズマ生成領域の近傍において反応ガスの流れと接して、反応ガスの流れを整える整流ガス層を形成するので、プラズマ生成領域内またはその近傍における、反応ガスや不活性ガスの渦の発生を防止することができる。これにより、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、さらに安定した成膜条件で成膜することができる。
【００３０】
また、プラズマ生成領域の近傍に設けられた反応ガス供給口から、基板表面に向けて反応ガスを流出させることにより、プラズマ生成領域に、不活性ガスの流れと略同一の向きに流れる、成膜対象基板の表面に沿った反応ガスの流れを生成し、反応ガスと不活性ガスとが略同一方向に流れる２層の安定した流れを、プラズマ生成領域に形成することができる。この２層の安定した流れにより、パーティクルの発生を抑制する一方、発生したパーティクルをプラズマ生成領域から不活性ガスの流れに沿って除去するとともに、基板表面へ反応ガスを安定的に供給する。このため、安定した条件で基板表面に薄膜を成膜することができる。
【００３１】
また、回転電極表面に沿ってプラズマ生成領域を通過した不活性ガスの流れに対して分離用ガスを噴きつけ、パーティクルを、回転電極表面に沿った不活性ガスの流れから分離させる。これにより、成膜装置の内部への侵入を抑え、特に回転電極表面へのパーティクルの付着を大幅に低減することができ、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、安定した成膜条件で成膜することができる。
【００３２】
また、プラズマ生成領域を通過した反応ガスとともに、反応ガスに含まれる、プラズマによって生じた反応ガスの反応生成物を、プラズマ生成領域の近傍から吸引除去することにより、回転電極表面へのパーティクルの付着をさらに大幅に低減することができ、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、さらに安定した成膜条件で成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００３５】
まず、本発明の薄膜形成装置の一例の概略の構成について説明する。図１は、本発明の薄膜形成装置の一例である、薄膜形成装置１０（装置１０）について説明する概略構成図である。装置１０は、基板Ｓに対して回転中心軸１４が平行な円筒状の回転電極１２に電力を供給することで、この回転電極１２と基板Ｓとの間隙の、プラズマ生成領域Ｐにプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて、供給された反応ガスＧの化学反応により基板Ｓに薄膜を形成する、いわゆるプラズマＣＶＤ装置である。装置１０は、圧力が９００ｈＰａ以上で大気圧に近い圧力雰囲気中でプラズマを生成し、基板Ｓの表面に薄膜を形成する。以下、装置１０を用い、透明なガラス基板である基板Ｓの表面に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する場合について、説明する。
【００３６】
装置１０は、回転電極１２、対向電極１６、電極駆動手段２０、電源２２、基板搬送手段３０、不活性ガス供給手段４０、反応ガス供給手段５０、分離ガス噴出手段６０、ガス回収手段７０、整流ガス層形成手段８０、および制御手段９０を有して構成されている。
【００３７】
回転電極１２は、基板に対して平行な回転中心軸１４を備え、表面が滑らかな金属製円筒状回転体で構成されている。回転電極１２は、例えば駆動モータからなる電極駆動手段２０と接続されて、回転中心軸１４を中心に回転する。また、回転電極１２は電源２２と接続されている。回転電極１２の下側には、対向電極１６が設けられている。電源２２は、回転電極１２と対向電極１６との間の空間にプラズマを生成するための電力を、回転電極１２と対向電極１６に供給する（図１において、対向電極１６への配線は図示されていない）。成膜対象基板である基板Ｓは、基板搬送手段３０によって、回転電極１２と対向電極１６との間の空間を、図１において右側から左側に、基板Ｓの表面に沿った方向に移動する（必要に応じて、その逆方向の移動を行い、あるいは往復の移動を複数回行ってもよい）。
【００３８】
装置１０は、回転電極１２の回転により回転電極１２の表面に引きずられて、回転電極１２の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れを、プラズマ生成領域Ｐに導く機能を有している。装置１０は、この特徴的な機能によって、回転電極１２の表面へのパーティクルの付着を低減し、また、プラズマ生成領域Ｐにおける反応ガスＧの流れの空間を制限する。後に詳述するが、このような回転電極１２の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れによって、成膜反応中の余分な反応生成物すなわちパーティクルの発生自体を抑制し、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、高い成膜速度で成膜するといった効果が得られる。装置１０では、主に、回転電極１２を駆動する電極駆動手段２０、および不活性ガス供給手段４０の動作によって、不活性ガスＮの流れが形成される。不活性ガス供給手段４０は、回転電極１２の表面に不活性ガスＮを供給する手段である。また、反応ガス供給手段５０は、不活性ガスＮの流れと基板Ｓとの間に反応ガスＧを供給する手段である。
【００３９】
ここで、不活性ガスＮは、プラズマ生成領域Ｐに発生したプラズマに曝されても、当該ガスの分子のみでは余分な反応生成物を生じない、非反応性のガスである。不活性ガスＮとしては、例えば希ガスや反応性の低いガスを用いればよい。本実施形態の装置１０では、このような不活性ガスＮとして窒素（Ｎ２）を用いる。また、反応ガスＧは、プラズマ生成領域Ｐに発生したプラズマに曝されることで、当該ガスの分子が反応して、基板Ｓの表面に薄膜を形成するためのガス（必要に応じて、１種類のガスでも、複数のガスの混合でもよい）である。例えばＳｉＯ2薄膜を基板Ｓ上に形成する場合、原料ガスであるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン；正珪酸四エチル）ガスと、成膜反応に寄与する酸化ガスである酸素（Ｏ２）ガスと、キャリアガスである窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを、反応ガスＧとして供給すればよい。ここで、キャリアガスとは、反応そのものに寄与しないが、成膜反応に寄与するガス濃度調整、体積調整等をするガスのことであり、不活性ガスＮと同種のものが混合されていても、反応ガスという。
【００４０】
装置１０は、また、プラズマによって生じたパーティクルを、回転電極１２の表面に沿った不活性ガスの流れから分離させて、少なくとも回転電極１２の近傍から除去するといった機能も有している。装置１０では、このような特徴的な機能によって、回転電極１２表面や装置１０内のその他の部分へのパーティクルの付着を防止するといった効果を奏する。装置１０は、主に、分離ガス噴出手段６０およびガス回収手段７０の動作によって、プラズマによって生じたパーティクルを、回転電極１２の表面に沿った不活性ガスの流れから分離させて、少なくとも回転電極１２の近傍から除去する。分離ガス噴出手段６０は、回転電極表面１２に沿ってプラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮの流れに対して分離用ガスを噴きつける手段である。ガス回収手段７０は、プラズマ生成領域Ｐを通過した反応ガスＧとともに、反応ガスＧに含まれるパーティクルを、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去するとともに、分離ガス噴出手段６０によって不活性ガスＮの流れから分離されたパーティクルも、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去する手段である。
【００４１】
また、プラズマ生成領域Ｐの近傍において反応ガスＧの流れと接して、少なくとも反応ガスＧの流れを整える整流ガス層Ｒを形成する機能も装置１０は有している。装置１０では、このような特徴的な機能によって、プラズマ生成領域Ｐ内またはその近傍において、反応ガスＧや不活性ガスＮが渦状の流れを形成することを防止し、その結果渦状の流れが原因で発生するパーティクルを低減するといった効果を奏する。装置１０は、整流ガス層形成手段８０の作用によって、少なくとも反応ガスＧの流れを整える整流ガス層Ｒを形成する。本実施形態の装置１０では、分離ガスおよび整流ガスとして、不活性ガスＮと同種のガス、すなわち窒素ガス（Ｎ２）を用いる。なお、本明細書においては、それぞれ同種のガスであっても、不活性ガスとして供給されるガスを不活性ガス、分離ガスとして導入されるガスを分離ガス、整流ガスとして導入されるガスを整流ガスとして、それぞれ区別して記載している。
【００４２】
上記各手段は、制御手段９０に接続されている。制御手段９０は、オペレータからの入力を受け付けて、受け付けた入力内容に応じて、例えば、反応ガスＧの流れや不活性ガスＮの流れが所望の状態となり、高速で安定した成膜が実現できるよう、各手段の動作それぞれを制御可能となっている。
【００４３】
図２〜図４は、図１に概略的に示した装置１０の各手段の具体的な構成および機能について説明する図であり、図２は装置１０の概略斜視断面図であり、図３は装置１０の概略側断面図である。また、図４は、装置の一部、詳しくはプラズマ生成領域Ｐとその周辺部分を拡大した側断面図である。以下、図２〜図４を参照して、各手段の機能の詳細について説明する。なお、図３および図４中の白抜き矢印は、原料ガスであるＴＥＯＳガスを含む反応ガスＧの流れを示している。また、図３および図４中の着色した矢印は、窒素ガス（不活性ガスＮ、分離ガス、整流ガスそれぞれ）の流れを示している。
【００４４】
回転電極１２は、例えば、直径２００ｍｍの円筒形状の電極であり、対向電極１６と所定の距離離間して配置されている。基板搬送手段３０は、図示しない駆動手段と接続された複数のローラ３２を備えて構成された公知のローラ型基板搬送手段である。基板Ｓは、回転中の各ローラ３２に順次接触して、複数のローラ３２と接触した状態で移動される。基板Ｓは、図２中の左右方向に充分長いガラス基板であり、基板搬送手段３０によって、回転電極１２と対向電極１６との間の空間を、図２中右側から左側に移動する。装置１０は、このように、一方向に充分に長い基板や、複数の基板に対して途切れることなく連続して処理を行う装置（いわゆるインライン型の装置）である。このようなインライン型の装置では、搬送方向に十分に長い基板の任意の場所で発生した振動が回転電極と基板との間の間隙Ｄ（図２参照）へ伝達され易く、間隔Ｄは変動し易い。装置１０では、回転電極１２と基板Ｓの表面の間隙Ｄが、例えば５ｍｍと比較的大きく設定されており、このような振動が生じたとしても、基板Ｓと対向電極とが接触することはない。充分に長い基板Ｓに生じる振動に関わらず、この基板Ｓ表面に安定して薄膜を形成するためには、間隙Ｄは２ｍｍ以上、特に３ｍｍ以上が好ましく、６ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
回転電極１２は、周囲が壁面で囲まれた反応室４２を構成する容器４３内に配置されており、電極駆動手段２０（図２〜４においては図示せず）によって、反応室４２内において回転駆動している。電極駆動手段２０は、制御手段９０に制御されて、回転電極１２の表面の移動速度（周速度）が所定の速度（例えば１３ｍ／ｓ）となるよう、回転電極１２を回転駆動させる。
【００４６】
上述の不活性ガス供給手段４０は、この容器４３と不活性ガス導入手段４５（図３参照）とを有して構成されている。容器４３は、壁面に、不活性ガス導入口４１と開放口４４とを備えている。不活性ガス導入口４１は、容器４３の図２中上側の壁に設けられている。また、開放口４４は、容器４３の、回転電極１２と基板Ｓとの間隙のプラズマ生成領域Ｐに対応する部分に設けられている。容器４３の開放口４４は、容器４３の側壁端部４２ａおよび４２ｂと、回転電極１２の表面とが、それぞれ一定の距離を保って離間するよう形成されている。例えば、容器４３の側壁端部４２ｂと回転電極１２の表面との距離（後述する不活性ガス返流口４４ｂの幅）は、例えば、約１．２ｍｍに設定されている。
【００４７】
不活性ガス導入口４１には、不活性ガス導入手段４５が接続されている。不活性ガス導入手段４５は、不活性ガス導入口４１と接続された図示しないガス導入パイプ、ガス導入パイプと接続された図示しない不活性ガスボンベ、さらに、ガス導入パイプに設けられた図示しない公知のマスフローコントローラー等からなるガス流量調整手段を有して構成されている。不活性ガス導入手段４５は、上述の制御手段９０と接続されている。不活性ガス導入手段４５は、制御手段９０によって、特にガス流量調整手段の動作が制御されて、所望のガス流量で、不活性ガス導入口４１を介して反応室４２内に不活性ガスＮを流入させる。
【００４８】
この不活性ガス導入口４１は、基板Ｓの表面に垂直で回転電極１２の回転中心軸１４を通る平面Ｃの近傍に、かつ、右回りで回転する回転電極をもつ図２の装置において平面Ｃより右側に設けられている。以下、本明細書においては、この平面Ｃ、及び右回りの回転電極における回転方向を基準として位置関係を表すものとする。平面Ｃによって回転電極を２分したときに、回転する回転電極の円周表面がプラズマ生成量域Ｐへ向かう側を“平面Ｃの右側”と呼ぶこととし、図２では平面Ｃの右側とは、平面Ｃを基準として、平面Ｃに垂直方向で基板Ｓに平行な方向に向かう側とする。また、回転電極の円周表面に沿った方向に対しては、円周表面に沿って回転電極の回転方向の逆方向を“回転方向の上流側”の方向もしくは単に“回転上流側”の方向とよび、円周表面に沿って回転電極の回転方向と順方向を“回転方向の下流流側”の方向もしくは単に“回転下流側”の方向と呼ぶ。
不活性ガス導入口４１が、このように平面Ｃの右側に設けられているので、不活性ガス導入口４１から流入した不活性ガスＮは、回転電極１２の回転方向に沿った速度成分を有している。これにより、不活性ガス導入口４１から流入した不活性ガスＮは、回転電極１２の表面に沿って、反応室４２内をスムーズに移動することができ、反応室４２の開放口４４まで不活性ガスＮがスムーズに到達する。このように、不活性ガスＮは、回転電極１２の表面の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に対応する領域にスムーズに供給される。不活性ガス導入口４１は、例えば、平面Ｃから平面Ｃの右側に、例えば約７ｍｍ離間した位置に設けられており、不活性ガス導入口の幅（図２中左右方向の幅）は、例えば約３ｍｍとなっている。なお、回転電極１２の表面と、容器４３の図中上側の内壁面との距離は、最も狭い部分で約１．０ｍｍとなっている。
【００４９】
上述のように、容器４３の開放口４４は、側壁端部４２ａおよび４２ｂと、回転電極１２の表面とが、それぞれ一定の距離を保って離間するよう形成されている。すなわち、開放口４４の回転上流側には、回転電極１２と側壁端部４２ａとの間隙である不活性ガス供給口４４ａが形成され、開放口４４の回転下流側には、回転電極１２と側壁端部４２ｂとの間隙である不活性ガス返流口４４ｂが形成されている。不活性ガス導入口４１から流入した不活性ガスＮは、反応室４２内を、回転電極１２の表面に沿ってスムーズに移動し、この反応ガス供給口４４ａから回転電極１２の表面の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に対応する領域に供給される。特に、回転電極１２が回転している状態では、反応室４２内の不活性ガスＮは、回転電極１２の表面に引きずられて移動し、不活性ガス供給口４４ａに安定して供給され続ける。
【００５０】
不活性ガス供給手段４０によって、反応室４２内に不活性ガスＮが供給されると、不活性ガスＮは最終的に不活性ガス供給口４４ａから流出する。不活性ガス供給口４４ａに不活性ガスＮが供給され、回転電極１２が回転駆動されていると、供給された不活性ガスＮは、回転電極１２の回転によって回転電極１２の表面に引きずられて移動して、プラズマ生成領域Ｐを、回転電極１２の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れが形成される。なお、反応室４２の図２中右側の内壁面は、図面右から左に向かって傾斜（つまり、反応室のプラズマ生成領域の上流側の壁面下部は回転電極側に傾斜）しており、このように壁面を傾斜させたることが好ましい。このような内壁面の傾斜により、回転電極１２の表面のプラズマ生成領域Ｐの近傍に対応する領域に、より効率的に不活性ガスＮが供給される他、回転電極１２の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れが、より安定して形成されるといった効果を奏する。
【００５１】
反応ガス供給手段５０は、平面Ｃの右側の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられた反応ガス供給口５２、反応ガス配管５４と、反応ガス導入手段５５（図３参照）とを有して構成されている。反応ガス配管５４は、容器４３の図２中右側の壁に沿って設けられている。反応ガス供給口５２は、この反応ガス配管５４の開口端であり、不活性ガス供給口４４ａの近傍の、平面Ｃの右側方向に配置されている。反応ガス配管５４には、反応ガス導入手段５５が接続されている。反応ガス導入手段５５は、反応ガス配管５４と接続された図示しない反応ガスボンベ（ＴＥＯＳガスボンベ、酸素ガスボンベ、窒素ガスボンベ［図示しない不活性ガスボンベと共通でよい］）や、液体状原料であるＴＥＯＳを気体化して供給するための液体ソース供給機構や、各ガスボンベそれぞれに対応して設けられた、図示しない公知のマスフローコントローラー等からなるガス流量調整手段などを有して構成されている。反応ガス導入手段５５は、上述の制御手段９０と接続されている。反応ガス導入手段５５は、制御手段９０によって、特にガス流量調整手段の動作が制御されて、所望のガス流量で、反応ガス配管５４に反応ガスＧを流入させる。
【００５２】
反応ガス配管５４に流入された反応ガスＧは、反応ガス供給口５２から基板Ｓの表面に向けて流出される。反応ガス供給口５２は、不活性ガス供給口４４ａの近傍の、不活性ガス供給口４４ａよりも平面Ｃの右側方向に配置されており、不活性ガスＮの流れと基板Ｓとの間に反応ガスＧが流出される。このように反応ガス供給口５２から、基板Ｓ表面に向けて、不活性ガスＮの流れと基板Ｓとの間に反応ガスＧが流出されると、プラズマ生成領域Ｐには、不活性ガスＮの流れと略同一の向きに流れる、基板Ｓの表面に沿った反応ガスＧの流れが生成される。回転電極１２が回転駆動されると、回転電極１２の表面に沿った不活性ガスＮの流れが形成され、この不活性ガスＮの流れによって、反応ガスＧの流れが安定化される。また、後述するように、ガス回収手段７０では、後述のガス回収口７２から、プラズマ生成領域Ｐを通過した反応ガスＧを吸引しており、この吸引の効果によっても反応ガスＧの流れが安定化される（図４参照）。なお、反応ガス配管５４は、反応室４２の壁面の傾斜に沿って、図面右側から左側に向かって傾斜している。このように壁面を傾斜させることが好ましい。このような傾斜により、反応ガス供給口５２から基板Ｓ表面に向けて、基板表面に沿った速度成分を有するように反応ガスＧを流出させて、基板Ｓの表面に沿った反応ガスＧの流れを、より安定して形成することができるといった効果を奏する。
【００５３】
このように、プラズマ生成領域Ｐにおいて回転電極１２の表面に沿って移動する、不活性ガスＮの流れを形成することで、回転電極へパーティクルが付着することを大幅に低減することができる。また、形成された不活性ガスＮの流れによって、プラズマ生成領域における、反応ガスＧが供給される空間（基板表面と接する側の空間部分）を小さくする。これにより、プラズマ生成領域Ｐにおける、基板表面部分での反応ガスＧの濃度（より詳しくは、反応ガスＧに含まれる原料ガス［本実施形態ではＴＥＯＳガス］の濃度）を高め、ひいては基板Ｓ表面への成膜の速度を向上させることができる。また、プラズマ生成領域Ｐにおいて、反応ガスＧを基板Ｓの表面部分にのみ供給することができるので、プラズマ生成領域Ｐにおける気相部分での反応を抑制し、余分な反応生成物すなわちパーティクルの発生自体を抑制することができる。
【００５４】
また、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられた反応ガス供給口５２から、基板Ｓの表面に向けて反応ガスＧを流出させることで、プラズマ生成領域Ｐに、不活性ガスＮの流れと略同一の向きに流れる成膜対象基板の表面に沿った反応ガスＧの流れを生成し、反応ガスＧと不活性ガスＮとが略同一方向に流れる２層の安定した流れを、プラズマ生成領域Ｐに形成することができる。この２層の安定した流れにより、パーティクルの発生を抑制しつつ、プラズマ生成領域Ｐからパーティクルを除去するとともに、基板Ｓの表面へ反応ガスＧを安定して供給して、基板Ｓの表面に薄膜を安定した条件で成膜することができる。
【００５５】
本明細書において、反応ガスＧと不活性ガスＮとが略同一方向に流れ、２層の安定した流れを形成している状態とは、それぞれが層流として一方向に流れている状態であってもよく、また、少なくともいずれか１つのガスが乱流として流れている状態であっても構わない。不活性ガスＮの流れは、回転電極１２の回転によって回転電極１２の表面に引きずられて生じる粘性流であり、通常、回転電極１２の表面では不活性ガスＮの濃度が充分高く、回転電極１２の表面から離れるにしたがって、不活性ガスＮの濃度は徐々に低くなる。本発明の薄膜形成装置では、このように、回転電極の回転によって、回転電極の表面に沿った不活性ガスＮの流れを形成するので、回転電極の表面には充分高い濃度の不活性ガスＮの流れが形成される。そして、この状態で、不活性ガスＮの流れと成膜対象基板との間に反応ガスＧを供給するので、回転電極１２の表面近傍における反応ガスＧの濃度、より詳しくは反応ガスＧに含まれる原料ガス［本実施形態ではＴＥＯＳガス］の濃度は、充分に小さく、しかも安定して保たれる。このため、装置１０では、プラズマ生成領域Ｐの回転電極１２の表面近傍、すなわちプラズマ生成領域Ｐの気相部分において、パーティクルがほとんど発生しない。
【００５６】
また、装置１０において不活性ガスＮや、反応ガスＧにおけるキャリアガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いれば、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスと比較して、比較的扱いやすく、また値段も低いため、成膜（薄膜形成）にかかるコストを低く抑えることができる。しかし、窒素ガスは、ヘリウムガスと比較すると、成膜反応過程において、余分な反応生成物を生じ易い傾向がある。このため、従来の回転電極型のプラズマＣＶＤ装置においては、反応生成物が比較的発生し易い状態に設定した場合、すなわち、回転電極と基板表面との間隙を例えば５ｍｍと比較的大きく設定した場合など、窒素ガスを用いることができなかった。装置１０では、回転電極１２の表面に形成された不活性ガスＮの流れによって、回転電極１２へパーティクルが付着することを大幅に低減し、かつ、余分な反応生成物すなわちパーティクルの発生自体を抑制することができるので、不活性ガスＮやキャリアガスとして比較的安価なＮ２ガスを利用しても、パーティクル発生の問題を生じることがない。本発明の薄膜形成装置を用いれば、薄膜の形成に係るコストを比較的低くすることもできる。
【００５７】
分離ガス噴出手段６０は、平面Ｃの左側の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられた分離ガス噴出口６２、分離ガス配管６４と、分離ガス導入手段６５とを有して構成されている。分離ガス配管６４は、容器４３の図２中左側（平面Ｃの左側）の壁に沿って設けられている。分離ガス噴出口６２は、この分離ガス配管６４の開口端である。分離ガス噴出口６２は、ガス回収手段７０の後述するガス回収口７２の近傍に設けられており、ガス回収口７２に対して図中のより上側、すなわち回転電極１２の回転方向のより下流側に配置されている。分離ガス配管６４には、分離ガス導入手段６５が接続されている。分離ガス導入手段６５は、分離ガス配管６４と接続された図示しない分離ガスボンベ（図示しない不活性ガスボンベと共通でよい）や、図示しない公知のマスフローコントローラーからなるガス流量調整手段などを有して構成されている。分離ガス導入手段６５は、上述の制御手段９０と接続されている。分離ガス導入手段６５は、制御手段９０によって、特にガス流量調整手段の動作が制御されて、所望のガス流量で、分離ガス配管６４に分離ガスを流入させる。分離ガス配管６４に流入した分離ガスは、分離ガス噴出口６２から噴出して、回転電極１２表面に沿ってプラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮの流れに噴き付けられる。
【００５８】
分離ガス噴出手段６０は、プラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮの流れに対して分離ガスを噴き付けることで、プラズマ生成領域において発生し、不活性ガスＮの流れに混入した僅かなパーティクルを、回転電極表面１２に沿って流れる不活性ガスＮの流れから分離する（図４参照）。仮に、この分離ガス噴出手段６０を有していない場合、プラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮの大部分は、回転電極表面１２に沿って流れ続け、不活性ガス供給口４４ａを再度通過して、プラズマ生成領域Ｐに供給されることとなる。装置１０では、上述のように、パーティクルの発生を大部分予防できるものであるが、微量ながらパーティクルが形成される可能性はある。特に、比較的大きい面積の基板Ｓに対して、長時間かけて成膜を行なった場合、形成されるパーティクルの量も無視できなくなる。分離ガス噴出手段６０が、プラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮの流れに分離ガスを噴き付け、不活性ガスＮの流れに混入したパーティクルを、回転電極表面１２に沿って流れる不活性ガスＮの流れから分離することで、装置１０の内部、特に回転電極１２の表面へのパーティクルの付着をより大幅に低減することができる。なお、分離ガス（窒素ガス）の一部のガスは、プラズマ生成領域Ｐを通過した不活性ガスＮ（窒素ガス）の流れに対して噴きつけられた後、回転電極１２の回転によって回転電極１２の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れに取り込まれる。これにより、回転電極表面１２に沿った不活性ガスＮの流れ（窒素ガスの流れ）は、プラズマ生成領域Ｐより回転下流側においても安定して形成されることになる。このように、分離ガス噴出手段６０を有することで、パーティクルの混入がほとんどないより高品質の薄膜を、より安定した成膜条件で成膜することができる。
【００５９】
ガス回収手段７０は、回転下流側の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられたガス回収口７２、ガス回収配管７４と、ガス導出手段７５とを有して構成されている。ガス回収配管７４は、図２に示すように、容器４３の図２中の左側（平面Ｃの左側）に、分離ガス配管６４に沿って設けられている。ガス回収口７２は、このガス回収配管７４の開口端である。ガス回収口７２は、分離ガス噴出口６２に対して図２中のより下側、すなわちガス回収口７２より回転電極１２の回転方向のより上流側に配置されている。回収ガス配管７４には、ガス導出手段７５が接続されている。ガス導出手段７５は、ガス回収配管７４と接続された図示しない吸気ポンプや、図示しないガス排気量調整手段などを有して構成されている。ガス導出手段７５は、上述の制御手段９０と接続されている。ガス導出手段７５は、制御手段９０によって、特にガス排気量調整手段の動作が制御されて、所望のガス排気流量で、ガス回収配管７４を介して、各種ガス（およびパーティクル）を排気する。
【００６０】
ガス回収手段７０は、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられたガス回収口７２から、プラズマ生成領域Ｐ近傍の各種ガスや、各種ガスに混入しているパーティクルを吸入・除去する。まず、反応ガス供給手段５０によって供給されて、プラズマ生成領域Ｐを通過した反応ガスＧとともに、反応ガスＧに含まれるパーティクルを、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去する。それとともに、分離ガス噴出手段６０によって不活性ガスＮの流れから分離されたパーティクルも、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去する。また、ガス回収手段７０は、分離ガス噴出口６２から不活性ガスＮ（窒素ガス）の流れに向けて噴きつけられた分離ガス（窒素ガス）の一部、および、回転電極１２に沿った不活性ガスの流れから分離した不活性ガスＮ（窒素ガス）の一部も、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去する（図４参照）。仮に、このガス回収手段７０を有していない場合、プラズマ生成領域Ｐにおいて発生した微量なパーティクルが、反応室４２内に混入して、反応室４２の内壁面や回転電極表面に微量ながら付着する虞が生じる。また、ガス回収手段７０を有していない場合、プラズマ生成領域Ｐを通過した反応ガスＧが、反応室４２内に混入して、回転電極１２の表面に沿って流れる不活性ガスＮの流れに混入する虞もある。この場合、回転電極１２のごく近傍の気相中で、パーティクルが比較的多く生成されてしまう。装置１０では、ガス回収手段７０によって、反応ガスＧやパーティクルを、プラズマ生成領域Ｐの近傍から吸引除去するので、回転電極１２の表面へのパーティクルの付着をさらに大幅に低減することができ、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、さらに安定した成膜条件で成膜することができる。
【００６１】
整流ガス層形成手段８０は、平面Ｃの右側において整流ガス層を形成するための上流側ガス層形成手段８０Ａと、平面Ｃの左側において整流ガス層を形成するための下流側ガス層形成手段８０Ｂと、を有して構成されている。装置１０は、一方向に充分に長い基板Ｓの表面に薄膜を形成するための装置であり、充分に大きな基板Ｓと、回転電極１２や各種ガスの流出入口との間隙Ｆは、装置１０および基板Ｓが設置される比較的大きな空間（例えば室内）の雰囲気に開放されている。整流ガス層形成手段８０（上流側ガス層形成手段８０Ａおよび下流側ガス層形成手段８０Ｂ）は、このような雰囲気からのコンタミの混入を防止し、かつ、反応ガスＧや不活性ガスＮの流れを整える整流ガス層Ｒを形成する。
【００６２】
上流側ガス層形成手段８０Ａは、平面Ｃの右側の間隙Ｆにおいて、プラズマ生成領域Ｐの近傍で反応ガスＧの流れと接して、少なくとも反応ガスＧの流れを整える整流ガス層Ｒを形成する。上流側ガス層形成手段８０Ａは、平面Ｃの右側の、プラズマ生成領域Ｐの近傍に設けられた整流ガス導入口８２Ａ、整流ガス導入配管８４Ａと、整流ガス導入・導出手段８５、整流ガス導出口８６Ａと、整流ガス導出配管８８Ａとを有して構成されている。整流ガス導入口８２Ａは、整流ガス導入配管８４Ａの開口端であり、整流ガス導出口８６Ａは、整流ガス導出配管８８Ａの開口端である。整流ガス導入口８２Ａは、反応ガス導出口５２の近傍に設けられており、反応ガス導出口５２に対してより平面Ｃの右側方向に配置されている。また、整流ガス導出口８６Ａは、整流ガス導入口８２Ａに対してより平面Ｃの右側方向に配置されている。整流ガス導入・導出手段８５は、整流ガス導入配管８４Ａを介して整流ガス導入口８２Ａから整流ガスを流出させるとともに、整流ガス導出口８６Ａから整流ガス導出配管８８Ａを通って整流ガスを排出させる。整流ガス導入・導出手段８５は、図示しない整流ガスボンベ（図示しない不活性ガスボンベと共通でよい）や、図示しない公知のマスフローコントローラーからなるガス流量調整手段、図示しない吸気ポンプや、図示しないガス排気量調整手段などを有して構成されている。整流ガス導入・導出手段８５は、上述の制御手段９０と接続されている。整流ガス導入・導出手段８５は、制御手段９０によって、特にガス流量調整手段や、ガス排気量調整手段の動作が制御されて、整流ガス層Ｒにおける整流ガスの流れを調整する。下流側ガス層形成手段８０Ｂも、上流側ガス層形成手段８０Ａと同様の構成になっており、平面Ｃの左側の間隙Ｆにおいて、プラズマ生成領域Ｐの近傍で反応ガスＧの流れと接して、少なくとも反応ガスＧの流れを整える整流ガス層Ｒを形成する。
【００６３】
整流ガス層Ｒにおいて、整流ガスは例えば図４に示したような流れを形成している。この整流ガス層Ｒによって、間隙Ｆから外部雰囲気の気体が流入することを防ぐことができる。また、同時に、プラズマ生成領域Ｐ内またはその近傍において、反応ガスＧや不活性ガスＮが渦状の流れを形成したり、乱流を形成することを防止して、プラズマ生成領域Ｐにおける反応ガスＧの流れや不活性ガスＮの流れを安定化することができる。これにより、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、さらに安定した成膜条件で成膜することができる。
【００６４】
各種ガスの流れを生成するための上記各手段は、制御手段９０に接続されており、制御手段９０が、各手段におけるガス流量やガス排気量の程度を調整することで、各種ガスの流れを所望の状態に調整することができる。
【００６５】
装置１０の制御手段９０によって、各種ガスの流れが所望の流れとなるよう調整されている状態で、電源２２を用いて、回転電極１２と対向電極１６との間の空間に電界を形成して、プラズマ生成領域Ｐにプラズマが形成されている。このように、反応ガスＧが流れるプラズマ生成領域Ｐにプラズマが生成されることで、反応ガスＧの化学反応によって、基板Ｓのプラズマ生成領域Ｐに対応する領域に、酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２膜）が形成される。この際、プラズマ生成領域Ｐにおけるパーティクルの発生はほとんどなく、また、充分速い成膜速度で薄膜形成が進行することは上述のとおりである。装置１０では、制御手段９０が基板搬送手段３０の動作を制御して、このようなプラズマが生成されている状態で、基板Ｓを図中右側から左側に基板Ｓの表面に沿った方向に移動させて、基板Ｓの表面全体に薄膜を形成する。装置１０では、回転電極１２と基板Ｓとの表面の間隙Ｄが、例えば５ｍｍと比較的大きく設定されたインライン型の成膜装置であるが、充分早い成膜速度で、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を形成することができる。
すなわち、本発明の薄膜形成方法は、回転電極１２を回転中心軸の周りに回転させる工程と、回転電極１２の回転により回転電極１２の表面に引きずられて、回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスＮの流れを形成するために、回転電極１２の表面に不活性ガスＮを供給する工程と、不活性ガスＮの流れと成膜対象基板Ｓとの間に反応ガスＧを供給する工程と、を有して行われる。
【００６６】
以下、装置１０が備える各手段の効果について、装置１０を再現するモデルを用いたシミュレーションによる結果を示す。シミュレーションは、ＣＤａｄａｐｃｏ社製、ＳＴＡＲ−ＣＤ  ｖｅｒｓｉｏｎ３．２４を用いて行なった。装置１０を再現するモデルとしては、図５に示す２次元再現モデルを用いた、２次元再現モデルにおいて、回転電極１２を再現する回転電極モデル１２Ｍの直径は２００ｍｍとした。また、回転電極モデル１２Ｍの表面と基板モデルＳＭとの間隔は５ｍｍとした。また図示するように、スリット幅３ｍｍの不活性ガス導入口（モデル）４１Ｍが、回転電極モデル１２Ｍが設けられた容器モデル４３Ｍの上側壁面に設けられているものとした。不活性ガス導入口４１Ｍの中心位置は、基板モデルＳＭの表面に垂直で回転電極の回転中心軸を通る平面から、図面右側に７ｍｍ離間した位置に設定した。また、回転中心軸を通る平面から右側には、反応ガス供給配管（モデル）５４Ｍおよび整流ガス導入配管（モデル）８２ａＭとを再現し、各配管の幅は５ｍｍとした。そして、回転中心軸を通る平面から左側には、分離ガス配管（モデル）６４Ｍおよびガス回収配管（モデル）７４Ｍを再現し、各配管の幅を３ｍｍとし、各配管同士の間隔は１０ｍｍに設定した。また、成膜対象の基板ＳＭと、回転電極１２Ｍや各種ガスの流出入口との間隙ＦＭの端部は、大気開放されているものと設定した。
【００６７】
以下の各シミュレーションでは、反応ガス供給配管５４Ｍの端部から配管内に流入する反応ガスの流速を２．２（ｍ／ｓ）、整流ガス導入配管８２ａＭの端部から配管内に流入する整流ガスの流速を１．１（ｍ／ｓ）、分離ガス配管の端部から配管内に流入する分離ガスの流速を３．３（ｍ／ｓ）と、それぞれ一定値に設定した（ただし、分離ガスの速度は、後述する条件３−２では変更している）。これらの流速は、実際の装置１０において、各種ガス流量調整手段やガス排気流量調整手段によって調整することができるものであり、装置１０を用いて行なう実際の成膜条件に対応している。なお、反応ガスとしては、原料ガスであるＴＥＯＳガスと、キャリアガスである窒素ガスとを混合した混合ガスを仮定した。反応ガスにおける各ガスの混合比は、装置１０を用いて行なう実際の成膜条件に対応した混合比（ＴＥＯＳガス：窒素ガス＝１：９９）とし、各シミュレーションにおいて常に一定とした。
【００６８】
以下の各シミュレーションでは、回転電極モデル１２Ｍの表面の移動速度（回転周速度）ｒ、不活性ガス導入口４１Ｍから反応室モデル４３Ｍに流出する不活性ガスの流速ｖ１（図中下向きの流れ）、分離ガス配管６４Ｍの端部から配管内に流入する分離ガスの流速ｖ２（図中左から右向きの流れ）、をそれぞれ設定した各条件について、回転電極１２Ｍと基板ＳＭとの再接近部分における原料ガスの濃度（反応ガスに含まれるＴＥＯＳガスの濃度）勾配を計算した。再接近部分とは、再現モデルにおけるプラズマ生成領域ＰＭに対応する部分であり、より詳しくは、基板ＳＭの表面に垂直で回転電極１２Ｍの回転中心軸を通る平面に対応する位置である。
【００６９】
第１のシミュレーションでは、下記表１に示すように、回転周速度ｒのみがそれぞれ異なる２つの条件（条件１−１、条件１−２）を設定した。
【表１】
0005134343.tif 000002
【００７０】
図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、条件１−１、条件１−２それぞれのシミュレーション結果を示すグラフである。条件１−２では、回転電極モデル１２Ｍを回転させてはいるが、回転周速度ｒは著しく遅い（１．６７（ｍ／ｓ））。このような回転周速度では、回転電極モデル１２Ｍ表面に引きずられて回転電極モデル１２Ｍ表面に沿って流れる不活性ガスの流れは、流量自体（すなわち回転に伴って移動するガスの量）も少なく、また外乱によって反応ガスが容易に混入してしまうような、不安定な流れである（例えば、上記特許文献１での、乱流が生じ易い不活性ガスの流れに対応している）。このような条件１−２でも、不活性ガス導入口４１Ｍから、比較的大きな流速をもって不活性ガスが供給されているので、回転電極モデル１２Ｍ表面の反応ガスの濃度はある程度低減できている。しかし、その他の条件が同一で回転電極モデル１２Ｍの周速度ｒが充分に速い条件１−１と比較すると、条件１−２では、回転電極モデル１２Ｍ表面の原料ガス濃度が著しく高くなっている。図６（ａ）および（ｂ）、表１に示すように、条件１−１、すなわち回転電極モデル１２Ｍの回転周速度ｒを充分速く回転させた方が、回転電極モデル１２Ｍ表面での反応ガスの濃度が低いことが確認できる。このような第１のシミュレーションの結果から、回転電極を充分速く回転させることで、回転電極表面に引きずられて回転電極表面に沿って流れる不活性ガスの流れがより確実に形成され、回転電極表面における反応ガス濃度を低減できることが確認できた。この結果、プラズマ生成領域の回転電極表面の気相中で発生するパーティクルの量を低減できる。そして、パーティクルが薄膜に付着することを低減できるので、良質の薄膜を形成することができる。また、同じ原料ガス量を使用する従来型の装置に比べ相対的に、成膜対象基板表面近傍における反応ガス濃度が濃くなるので、薄膜の形成速度を速くすることができる。
【００７１】
第２のシミュレーションでは、下記表２に示すように、不活性ガス導入口４１Ｍから反応室モデル４３Ｍに流出する不活性ガスの流速ｖ１のみがそれぞれ異なる２つの条件（条件２−１、条件２−２）を設定した。
【表２】
0005134343.tif 000003
【００７２】
図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、条件２−１、条件２−２それぞれのシミュレーション結果を示すグラフである。条件２−２では、回転上流側に設けられている不活性ガス導入口４１Ｍから、回転電極モデル１２Ｍの回転方向に沿った速度成分を有するように、反応室にガスを流入させてはいるが、そのガス流速ｖ１は著しく小さい（０．１（ｍ／ｓ））。このようなガス流速では、回転電極モデル１２Ｍ表面に不活性ガスが充分に供給されず、回転電極モデル１２Ｍ表面に引きずられて回転電極表面に沿って流れる不活性ガスの流れは、回転が速いため不活性ガスの流量は多いが、不活性ガスだけでなく原料ガスをも引き込む。このような条件２−２でも、回転電極モデル１２Ｍを充分速く回転させているので、回転電極モデル１２Ｍ表面の原料ガスの濃度はある程度低減できている。しかし、その他の条件が同一で、不活性ガスの流速ｖ１のみがより速い条件２−１と比較すると、条件２−２では、回転電極モデル１２Ｍ表面の原料ガス濃度が著しく高くなっている。図７（ａ）および（ｂ）、表２に示すように、条件２−１、すなわち不活性ガスの流速ｖ１を充分速くさせた方が（不活性ガスの流量を充分多くした方が）、回転電極モデル１２Ｍ表面での原料ガスの濃度が低いことが確認できる。このような第２のシミュレーションの結果から、回転上流側に設けられている不活性ガス導入口から、回転電極の回転方向に沿った速度成分を充分有する、充分な量の不活性ガスを導入することで、不活性ガス導入口から流入した不活性ガスが回転電極の表面に沿ってスムーズに移動して、プラズマ生成領域において、回転電極表面に引きずられて回転電極表面に沿って流れる不活性ガスの流れがより確実に形成され、回転電極表面における反応ガス濃度を低減できることが確認できた。この結果、プラズマ生成領域の回転電極表面の気相中で発生するパーティクルの量を低減できる。そして、パーティクルが薄膜に付着することを低減できるので、良質の薄膜を形成することができる。また、同じ原料ガス量を使用する従来型の装置に比べ相対的に、成膜対象基板表面近傍における反応ガス濃度が濃くなるので、薄膜の形成速度を速くすることができる。
【００７３】
第３のシミュレーションでは、下記表３に示すような、分離ガス配管６４Ｍの端部から配管内に流入する分離ガスの流速ｖ２のみがそれぞれ異なる２つの条件（条件３−１、条件３−２）を設定した。
【表３】
0005134343.tif 000004
【００７４】
条件３−２では、回転下流側に設けられている分離ガス配管６４Ｍから、回転電極モデル１２Ｍの表面に向けて分離ガス（不活性ガス）を噴出していない。この場合、回転電極モデル１２Ｍの表面には、不活性ガス導入口４１Ｍからのみ不活性ガスが供給されていることになる。この場合、回転電極モデル１２Ｍ表面に不活性ガスが充分に供給されず、回転電極モデル１２Ｍ表面に引きずられて回転電極表面に沿って流れる不活性ガスの流れは、流量自体（すなわち回転に伴って移動するガスの量）が少ない。このような条件３−２でも、回転電極を充分速く回転させ、不活性ガスの流速ｖ１を充分速くさせているので、回転電極表面の原料ガスの濃度はある程度低減できている。しかし、その他の条件が同一で、分離ガスの流速ｖ２として充分速い条件（すなわち充分なガス流量）が与えられている条件３−１と比較すると、条件３−２では、回転電極モデル１２Ｍ表面の原料ガス濃度が著しく高くなっている。下記表３に示すように、条件３−１、すなわち分離ガスの流速ｖ２を充分速くさせた方が（分離ガスの流量を充分多くした方が）、回転電極モデル１２Ｍ表面での原料ガスの濃度が低いことが確認できる。このような第３のシミュレーションの結果から、回転下流側に設けられている分離ガス噴出口から、充分な量の分離ガス（不活性ガス）を導入することで、分離ガスの一部が回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れに取り込まれ、回転電極表面に沿った不活性ガスの流れが回転下流側においても安定して形成され、結果として、プラズマ生成領域において、回転電極表面に引きずられて回転電極表面に沿って流れる不活性ガスの流れがより確実に形成され、回転電極表面における反応ガス濃度を低減できることが確認できた。この結果、プラズマ生成領域の回転電極表面の気相中で発生するパーティクルの量を低減できる。そして、パーティクルが薄膜に付着することを低減できるので、良質の薄膜を形成することができる。また、同じ原料ガス量を使用する従来型の装置に比べ相対的に、成膜対象基板表面近傍における反応ガス濃度が濃くなるので、薄膜の形成速度を速くすることができる。
【００７５】
なお、本発明の薄膜形成装置で形成される薄膜の種類は特に制限されないが、酸化物膜であることが好ましく、例えば、ガラス基板に、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ及びＳｎＯ２の群から選択される１種類以上の酸化物膜である。より好ましくは、ガラス基板に形成するＳｉＯ２又はＴｉＯ２の酸化物膜であることが好ましい。また、原料ガスは、ＴＥＯＳの他に、金属アルコキシド、アルキル化金属、金属錯体等の有機金属化合物や金属ハロンゲン化物等を用いることができる。例えば、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、ジブチル錫ジアセテート、亜鉛アセチルアセトナート等を好適に用いることができる。
【００７６】
本発明の薄膜形成装置は、インライン型の薄膜形成装置であることに限定されず、例えば、比較的小さな搬送ステージに載置した、比較的小さなガラス基板に対して断続的に成膜（薄膜形成）を施す、バッチ型の成膜装置であってもよい。また、ローラ型の基板搬送手段を用いたインライン型の薄膜形成装置の場合、比較的大きな基板に対して薄膜を形成することができる。このようなインライン型の薄膜形成装置として、本発明の薄膜形成装置を用いることで、回転電極と基板との間の間隙を従来に比べて広く設定しつつ、余分な反応生成物（パーティクル）の発生を抑制することができ、しかも、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、高い成膜速度で成膜することができる。
【００７７】
なお、本発明の薄膜形成装置では、不活性ガス供給手段は、上記の構成、すなわち、回転電極が内部に配置された、不活性ガス導入口と開放口とを備えた容器と、この回転電極に不活性ガスを導入する手段とを有する構成に限定されない。本発明の薄膜形成装置では、不活性ガス供給手段は、回転電極の回転により回転電極の表面に引きずられて、プラズマ生成領域を回転電極の表面に沿って移動する不活性ガスの流れを形成するために、回転電極の表面に前記不活性ガスを供給するものであればよい。ただし、装置１０の不活性ガス供給手段４０では、回転電極１２の表面が余分な外気に曝されることなく、また、回転電極の表面に、常に新しい（余分な反応生成物などが全く混入していない）不活性ガスを供給し続けることができ、さらに、不活性ガスをプラズマ生成領域にスムーズに供給することができる。本発明の不活性ガス供給手段は、回転電極が内部に配置された、不活性ガス導入口と開放口とを備えた容器と、この回転電極に不活性ガスを導入する手段とを有することが好ましい。
【００７８】
なお、本発明の薄膜形成装置では、不活性ガス供給手段は、上述の構成（不活性ガス導入口４１と開放口４４とを備える容器４３、および不活性ガス導入手段４５を有する、不活性ガス供給手段４０の構成）に限定されない。ただし、装置１０の不活性ガス供給手段４０では、不活性ガスＮを充填した容器４３内に回転電極１２を設け、この容器４３内に不活性ガス導入口４１から、回転電極１２の回転方向に沿った速度成分を有するように不活性ガスＮを供給し、容器４３の開放口４４から流出可能としている。このような構成とすることで、回転電極１２の表面が余分な外気に曝されることなく、また、回転電極の表面に、常に新しい（余分な反応生成物などが全く混入していない）不活性ガスを供給することができ、さらに、不活性ガスをプラズマ生成領域にスムーズに供給することができる。本発明の不活性ガス供給手段は、不活性ガス導入口と開放口とを備える容器、および不活性ガス導入手段を有することが好ましい。
【００７９】
また、本発明の薄膜形成装置では、反応ガス供給配管の配置や構成など、本発明の反応ガス供給手段は、上述の構成に限定されない。ただし、プラズマ生成領域に安定した反応ガスの流れを形成するために、反応ガス供給口は、プラズマ生成領域Ｐに対して回転上流側に設けられていることが好ましく、この反応ガス供給口から成膜対象基板に沿って反応ガスを流出させることが好ましい。
【００８０】
同様に、分離ガス噴出配管の配置や構成など、本発明の分離ガス噴出手段は、上述の構成に限定されない。また、ガス回収配管の配置や構成など、本発明のガス回収手段は、上述の構成に限定されない。また、整流ガス導入配管や整流ガス導出配管の配置や構成など、本発明の整流ガス層形成手段は、上述の構成に限定されない。ただし、薄膜形成装置全体の大きさをコンパクトにしつつ、回転電極やプラズマ生成領域近傍のガスの流れを安定して形成するためには、上記各手段の構成は、上記実施形態の構成であることが好ましい。
【実施例】
【００８１】
本発明における薄膜形成装置、及び比較例として、従来の薄膜形成装置を用いて薄膜を形成した。
【００８２】
［比較例］
従来の薄膜形成装置としては、図１０に示すような薄膜形成装置を用いた。図１０に示す薄膜形成装置は、回転電極３０４が回転することで、基板Ｓと回転電極３０４との間隙に、原料ガスと不活性ガスとが混合したガス（実施例における反応ガスに相当する）の流れを形成するものである。図１０に示す従来の装置は、チャンバー３０２内に溜め込んだ原料ガスを、回転の力でギャップ部に引き込む形式である。
【００８３】
このような従来の装置を用い、基板Ｓと回転電極との間隙（ギャップ）の条件を下記表４の様に変化させて成膜を行い、薄膜表面の凹凸を表す指標としてヘイズ率を測定し、薄膜を判定した。基板Ｓとしてガラス基板を用い、この基板ＳにＳｉＯ2膜を形成させた。各条件とも、回転電極１２の直径は１００ｍｍであり、回転電極の回転数は１５００ｒｐｍ（周速度７．９ｍ／ｓ）とした。また、各条件とも基板の搬送速度は３．３ｍｍ／ｓとし、回転電極には、周波数２０ｋＨｚ、電圧７０００Ｖの直流パルスを供給した。なお、従来装置では、成膜速度はギャップに依存し、ギャップ５ｍｍのときは成膜速度３８ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ、ギャップ３ｍｍのときは成膜速度４４ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ、ギャップ１．５ｍｍのときは成膜速度５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであった。また、形成した薄膜の膜厚はギャップにより変わり、（成膜速度）／（搬送速度）で表される値となる。
【００８４】
ここで、ヘイズ率は、薄膜表面の凹凸形状の指標として用いられる値であり、ひいては、薄膜に混入したパーティクルの量を表しているといえる。測定対象面の凹凸による光の拡散を利用したヘイズ率は、全光線透過率に対する拡散透過率の比率を％表示したものである。詳しくは、ＪＩＳ  Ｋ  ７１３６  （２０００年）、ＪＩＳ  Ｋ  ７３６１（１９９７年）に規定されている。ヘイズ率２％以上で、一般的な人物が明らかに曇りを視認するので、ヘイズ率２％以上で膜質ＮＧとし、ヘイズ率２％未満で膜質ＯＫとした。下記表４に示すように、従来の装置では、ギャップが３ｍｍ以上ではヘイズ率が比較的大きく、膜質がＮＧとなっていた。これは、形成された薄膜に混入しているパーティクルの量が、ギャップ３ｍｍ以上では著しく多いためである。しかも、ギャップ３ｍｍ以上では、成膜速度も著しく低下していた。
【表４】
0005134343.tif 000005
【００８５】
［実施例１］
これに対し、図３の装置と同様の薄膜形成装置（回転電極の直径は１００ｍｍ）を用い、比較例と同様の、ガラス基板Ｓに、ＳｉＯ2膜を形成した。形成した薄膜の膜厚が上記の比較例とほぼ同等になるように、基板の搬送速度および回転電極に供給する電力を調整した。このような本発明の薄膜形成装置を用い、ギャップを下記表５の様に変化させて成膜を行い、上記比較例の場合と同様に、薄膜表面の凹凸を表す指標としてヘイズ率を測定し、薄膜を判定した。
【表５】
0005134343.tif 000006
表５に示すように、実施例では、回転電極１２と基板Ｓとの間隙（ギャップ）Ｄを５ｍｍに設定して成膜を行っても、ヘイズ率は０．５％と充分小さいものであった。また、ギャップを５ｍｍに成膜した場合も、比各例に比べ成膜速度は充分に速いものであった。このような結果から、本発明の薄膜形成装置を用いることで、回転電極と基板との間の間隙を従来に比べて広く設定しても、余分な反応生成物（パーティクル）の発生を抑制することができ、しかも、パーティクルの混入がほとんどない高品質の薄膜を、高い成膜速度で成膜することが確認できた。
【００８６】
［実施例２］
また、本発明の別の実施例形態として、図１１に示すような薄膜形成装置を用い、比較例と同様のガラス基板Ｓに、ＳｉＯ２膜を形成した。図１１に示す薄膜形成装置は、図１０に示した装置に不活性ガス供給手段とガス回収手段を追加したものである。形成した薄膜の膜厚が上記比較例とほぼ同様となるように、基板の移動搬送速度および回転電極に供給する電極を調整して行い、ギャップを３ｍｍとしたときのヘイズ率を測定した。
比較例においてヘイズ率でＮＧであったギャップ３ｍｍの条件でも、実施例２では、ヘイズ率１．４％と低くでき、これよりパーティクルの発生が抑制でき、良質の薄膜を形成することができた。
【００８７】
以上、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態や実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の薄膜形成装置の一例について説明する概略構成図である。
【図２】本発明の薄膜形成装置の一例の概略斜視断面図である。
【図３】本発明の薄膜形成装置の一例の概略側断面図である。
【図４】本発明の薄膜形成装置の一例の一部を拡大した側断面図である。
【図５】本発明の薄膜形成装置の一例を再現する２次元再現モデルを説明する図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の薄膜形成装置の一例を再現するモデルを用いたシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の薄膜形成装置の一例を再現するモデルを用いたシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図８】従来の薄膜形成装置の一例について説明する概略側面図である。
【図９】従来の薄膜形成装置の他の例について説明する概略側面図であり、従来の薄膜形成装置を用いて、比較的大型な基板に対して処理を行う場合について示している。
【図１０】従来の薄膜形成装置の他の例について説明する概略側面図である。
【図１１】本発明の薄膜形成装置の他の例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  薄膜形成装置
１２  回転電極
１２Ｍ  回転電極モデル
１４  回転中心軸
１６  対向電極
２０  電極駆動手段
２２  電源
３０  基板搬送手段
３２  ローラ
４０  不活性ガス供給手段
４１  不活性ガス導入口
４１Ｍ  不活性ガス導入口（モデル）
４２  反応室
４２ａ、４２ｂ  側壁端部
４３  容器
４３Ｍ  容器モデル
４４  開放口
４４ａ  不活性ガス供給口
４４ｂ  不活性ガス返流口
４５  不活性ガス導入手段
５０  反応ガス供給手段
５２  反応ガス供給口
５４  反応ガス配管
５４Ｍ  反応ガス供給配管（モデル）
５５  反応ガス導入手段
６０  分離ガス噴出手段
６２  分離ガス噴出口
６４  分離ガス配管
６４Ｍ  分離ガス配管（モデル）
６５  分離ガス導入手段
７０  ガス回収手段
７２  ガス回収口
７４  ガス回収配管
７４Ｍ  ガス回収配管（モデル）
７５  ガス導出手段
８０  整流ガス層形成手段
８０Ａ  上流側ガス層形成手段
８０Ｂ  下流側ガス層形成手段
８２Ａ、８０Ｂ  整流ガス導入口
８４Ａ  整流ガス導入配管
８４ａＭ  整流ガス導入配管（モデル）
８５  整流ガス導入・導出手段
８６Ａ  整流ガス導出口
８８Ａ  整流ガス導出配管
９０  制御手段
Ｃ  平面
Ｆ  間隙
Ｇ  反応ガス
Ｎ  不活性ガス
Ｐ  プラズマ生成領域
Ｒ  整流ガス層
Ｓ  基板
ＳＭ  基板モデル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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