JP2006316299A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基材表面に均一かつ良質な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】 チャンバ３内にはガス供給部７−１、７−２、７−３が設けられる。チャンバ３内の基材１３の同一表面側には電極３５−１、３５−２を有する電極ユニット１５−１、１５−２が回転可能に設けられ、電源１７から電力が供給される。
成膜時には、チャンバ３内にガス供給部７−１、７−２、７−３から成膜用ガスが供給され、電極３５−１、３５−２はプラズマを発生し、基材１３上に薄膜が形成される。
また、成膜中は、電極ユニット１５−１、１５−２の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ成膜装置（以下、成膜装置と称する）及びプラズマＣＶＤ成膜方法（以下、成膜方法と称する）に係り、特に減圧下において基材表面に均一に薄膜を安定して形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。

従来、プラズマＣＶＤ法により基材上に薄膜を形成するためには、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマを用いる方法が知られている（非特許文献１）。

プラズマエレクトロニクス オーム社 菅井秀郎編集 第１版第1刷 平成１２年８月２５日発行 １０６ページ

本文献１０６ページ８行目には、容量結合型プラズマは簡単に大口径プラズマを作れることが記載され、ウエハーやガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔等の基材に対して薄膜形成を行う分野で、容量結合型プラズマが広く用いられている。

本文献、図６.３及び１０６ページ１３行目から１４行目には容量結合型プラズマを薄膜形成に用いる場合、プラズマ放電用の２枚の電極を用い、被成膜基材は、これら２枚の電極上に配置され、この状態で成膜が行われる。

しかしながら、このような方法で成膜を行う場合、特に半導体や絶縁性の被成膜基板を電極上に配置することにより、プラズマの電気の流れにくさ、すなわち放電インピータンスが大きくなるという問題があった。この場合、プラズマ放電を立てにくくなったり、プラズマ放電の安定性が悪くなるという問題が生じる。

また、放電インピーダンスが大きくなると、同一電力を投入した場合でも放電電圧が上昇し、放電電流は低下する。この結果、成膜速度の低下（生産性低下）、膜応力の増加、基材へのダメージ（電気的なチャージアップの発生、基材が強くエッチングされることによる密着性不良、基材着色発生など）の不具合が生じ、膜品質の低下が問題となる。

さらには、基材によって放電インピーダンスが異なるため、形成される膜の膜厚や膜質が異なるという問題が生じ、基材の種類毎に成膜条件を最適化させる必要があった。
以上の問題は、例えばＳｉＯ2やＴｉＯ2のような絶縁膜を形成する際は、成膜材料の分解性が悪いことに起因して放電インピーダンスが更に大きくなり、成膜が不安定になるという問題がある。

一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基材表面に均一かつ良質な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために第１の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された１組の電極と、前記２つの電極間に電力を供給する電源と、前記２つの電極間の距離を調整する調整手段と、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定する測定手段と、を具備し、前記調整手段は、前記測定手段を用いて測定した前記発光強度が、一定になるよう電極間の距離を調整することを特徴とする成膜装置。である。

ここで電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、電極の冷却に必要な冷媒が用いられ、この冷媒や冷媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グランドレベル）を基準とし、電極とアースとの間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。

前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、前記基材を搬送する搬送機構とを更に具備してもよい。
前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われてもよい。
前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであってもよく、また前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給してもよい。

前記電極は平板もしくは曲面形状、あるいは円筒形状を有してもよい。
前記電極は、回転軸に垂直な断面が多角形状を有してもよく、前記多角形は正多角形でもよい。あるいは前記多角形は３角形以上２０角形以下であってもよい。
前記電極の回転速度は、毎分０．１回転から毎分３００００回転の間に設定する。
前記電極が、回転軸を有し回転することを特徴とする回転軸に垂直な断面が円形または多角形であってもよい。
前記１組の電極は、各々の回転方向が同一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
前記電極は表面に補助翼が設けられていてもよく、前記補助翼は絶縁性材料で形成されていてもよい。

前記電極は基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えてもよい。前記マグネットは、前記電極と同時には回転せず前記基材に対して固定されていてもよい。
前記マグネットは基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであり、前記マグネットは、マグネトロン構造を有する。
前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚが望ましい。
この成膜装置では、前記１組の電極から構成される複数組の電極が、前記基板の両側に設置されてもよい。

前記基材は、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記基材が電気的にフローティングレベルの場合、前記基材に一定の直流電圧を印加してもよい。
前記基材近傍の成膜圧力は０.１Ｐａから１００Ｐａの間であってもよい。
前記チャンバは、成膜室と排気室とを有する構成としてもよい。前記排気室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の高い真空度である。

また前記成膜装置は、基材搬送機構を更に具備してもよい。この場合、基材は、絶縁性のトレー、キャリア等の基材保持部品に載置される。また成膜装置は、前記チャンバに隣接するロードロック室を備えてもよい。
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記ドラムが電気的にフローティングレベルの場合、前記ドラムに一定の直流電圧を印加してもよい。

前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有する構成としてもよい。この場合、前記成膜室の成膜時圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間であってもよく、前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲で高くてもよい。
前記チャンバは、成膜室と排気室とを有し、前記電極は前記排気室内に設けられる構成としてもよい。前記排気室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲で高いことが望ましい。

前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えてもよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であってもよい。
前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室に、プラズマ放電処理装置を備えてもよい。
前記基材帯電除去部は前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室に設けられていてもよい。

前記ドラムは少なくともステンレス、アルミニウム、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成されてもよく、その表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってもよい。
前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有してもよい。
前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有してもよい。前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されてもよく、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していてもよい。

前記チャンバ内に設けられ、成膜後の前記基材が接触するロールを更に具備してもよく、前記ロールは冷却機構を有してもよく、電気的にアースレベルに設置されてもよい。
前記ロールは、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えてもよい
前記ロールよりも前に基材除電機構を有していてもよく、前記ロールはフローティングレベルに設置されていてもよい。
前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であってもよい。

第２の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内にガスを供給し、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された１組の電極に電力を供給してプラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法である。

第３の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、前記チャンバ内にガスを供給し、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法である。

第４の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、前記チャンバ内にガスを供給し、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法である。

本発明によれば電極間の距離を調整しながら成膜を行うため、放電インピーダンスを最適に設定し、基材上に均一に良質な膜を形成すること、成膜投入電力を大きくし、成膜速度を向上させ、生産性を向上させること、長時間異常放電なく、安定して成膜させることが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る成膜装置及び成膜方法について詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る成膜装置１を示す図であり、図２（ａ）は図１の斜視図，図２（ｂ）は図１の上面図である。

チャンバ３内に成膜室４が形成され、成膜室４内にガス供給部７−１、７−２、７−３が設けられる。ガス供給部７−１、７−２、７−３は供給ガス種ごとに流量制御器８−１、８−２、８−３を介してガス貯留部５−１、５−２、５−３と接続される。ガス貯留部５−１、５−２、５−３は成膜用ガスを保持しており、ガス貯留部５−１は、例えば成膜原料であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ₂Ｈ_５）_４）を貯留し、ガス貯留部５−２は分解性の酸化ガスである酸素（Ｏ₂）を貯留し、ガス貯留部５−３は放電用イオン化ガスであるアルゴン（Ａｒ）を貯留する。

チャンバ３内で支持部９に基材ホルダ１１が設けられ、基材ホルダ１１上に基材１３が保持される。図示してはいないが、成膜時に基板を冷却または加熱し、一定温度とすることを目的として、基板ホルダ１１内部および支持部９に冷媒や熱媒を循環させるための温度調節媒体用配管を設けてもよい。この基材１３としては、例えば、ウエハー、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。

この基材１３の表面側に１対の電気的にフローティングレベルに設置された電極３５−１、３５−２を有する電極ユニット１５−１、１５−２が設置され、この電極３５−１、３５−２は一定の周波数で電力を印加可能な電源１７に接続される。電源１７から電力が供給されて基材１３に向けてプラズマ１６を発する。チャンバ３には、圧力調整バルブ１９を介して真空排気ポンプ２１が設けられる。

図２（ａ）に示すように電極ユニット１５−１および電極ユニット１５−２は円筒形状を有しており、表面の一部は絶縁性材料からなる円筒状のシールド２１−１、２１−２で覆われている。
これらシールドは、所望の成膜領域外での異常放電を防止する効果がある。この目的のため、これらシールドは電気的に絶縁性の材料で構成されることが好ましい。

電極ユニット１５−１の内部に保持される電極３５−１は両端部にギヤ２７−１、２７−３が設けられており、ギヤ２７−１にはベルト２５−１を介してモータ２３−１が設けられている。
ギヤ２７−３にはベルト２５−２を介してモータ２３−２が設けられている。
一方、電極ユニット１５−２の内部に保持される電極３５−２は両端部にギヤ２７−２、２７−４が設けられており、ギヤ２７−２にはベルト２５−１を介してモータ２３−１が設けられている。
ギヤ２７−４にはベルト２５−３を介してモータ２３−３が設けられている。

即ち、電極３５−１は、モータ２３−１、もしくはモータ２３−２によって図１のＡ１、Ｂ１方向に回転可能となっている。
同様に、電極３５−２は、モータ２３−１、もしくはモータ２３−３によって図１のＣ１、Ｄ１方向に回転可能となっている。

またこれら電極の回転速度は０．１回転／分から３００００回転／分に設定することが好ましい。回転速度が０．１回転／分よりも低速であると、電極の冷却効果が得られないこと、３００００回転／分以上であると回転機構が複雑となり、高価な装置となる問題がある。これら電極の回転速度は、さらに好ましくは、毎分１回転以上１０００回転以下、さらに好ましくは毎分１回転以上１００回転以下とすることが好ましい。これら回転速度では放電安定性、装置コストの面で最大効果を得ることが可能となる。

なお、通常、組にして使用する電極および電極ユニットは、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。

また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、電極ユニット１５−１および電極ユニット１５−２の端部はレール２２−１、２２−２に接続され、レール２２−１、２２−２上をＥ方向およびＦ方向に移動可能となっている。
さらに、電極ユニット１５−１、１５−２の周囲にはプラズマ発光モニタ２４−１〜２４−６が、図示されたようにチャンバ３外部に設置された石英製のビューポート（窓）２６−１〜２６−５を通してプラズマ１６をモニタするか、またはチャンバ３内部に設置され、プラズマ１６をモニタ可能なように設けられている。プラズマ発光モニタ２４−１〜２４−６の詳細については後述する。

図１に示すように、電極３５−１、３５−２は電源１７に接続され、電源１７から電力が供給されると電極３５−１、３５−２からプラズマ１６が発生する。
なお、電極ユニット１５−１および１５−２の構造の詳細については後述する。

ガス供給部７−１、７−２、７−３はその噴出口が基材１３表面に向けられるように配置される。このため、基材１３表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることができ、基材１３の大面積の部分に均一な成膜を行うことができる。

電源１７は、その周波数が１０Ｈｚから２７．１２ＭＨｚである。１０Ｈｚ以上の周波数で成膜原料の分解性が良好となり、プラズマ放電および成膜が可能となる一方、２７．１２ＭＨｚよりも高い周波数では電源やそのマッチング回路が高価になり装置コストが高くなる。
さらに好ましくは１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚが好ましい。

１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの成膜用電源を用いた場合は、成膜材料が成膜のために必要な分解を起こす効率が高く、基材１３への成膜材料打ち込み効果が高いため良質な膜が得られる。また、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚでは成膜材料の成膜に必要な分解を起こす分解効率が更に高まり、ガスの反応性が高くなり、緻密で密着性の高い良質な成膜が可能となる。これら電源は高周波数帯の中でも、産業上利用を許容された周波数であるため、同周波数電源は多数市販化されていて、安価であるという利点がある。

電源１７の制御方法としては、投入電力制御または放電電圧値を放電電流値で割り算した電気の流れにくさを示す放電インピーダンスを制御する、インピーダンス制御方式がある。投入電力制御では電源１７の成膜投入電力を一定となるようにし、プラズマ放電を安定化させながら成膜を行え、安定的、簡便、安価に成膜を行うことができる。

インピーダンス制御では、応答性が速く、長時間の成膜におけるインピーダンス変化が生じた場合（例えば放電によりチャンバ３の内壁が温まることで放出し始める水分の影響により、ＣＶＤ成膜ガスの組成が変化し、結果としてインピーダンスが変化したような場合）、これを一定に維持する効果がある。

または、より簡便に制御する方式として、放電電圧値、放電電流値を単独または組み合わせて用いることが可能である。
これら放電インピーダンスや放電電流、放電電圧をモニタし、制御する方法としては、成膜用電源が保有するモニタ機構や放電安定化回路を用いる方法が最も簡便である。

また、電源１７の安定成膜のための制御方法として、光学的手法を用いてもよい。たとえば、プラズマエミッションモニタを設置し、プラズマ中での特定元素の発光強度をモニタし、その発光強度を一定とするためのプロセス制御を行ってもよい。この場合のプロセス制御方法としては、成膜原料ガス、分解性ガス、酸化ガス、放電ガス、イオン化ガスなどの供給ガス量を制御したり、成膜圧力、成膜電力、基材温度等の成膜条件を制御してもよい。

基材１３は電気的にアースレベルに設置してもよい。基材１３をアースレベルに設置した場合、基材１３表面に蓄積された帯電電荷が、基材ホルダ１１を伝わりアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。
この場合、基材ホルダ１１やホルダ支持体に金属製の導電性材料を用いることで実現できる。

また、基材１３は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。基材１３の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。

ここで電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバ３や他の成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い基材や基材ホルダが設計、設置されている状態を意味している。

基板ホルダ１１の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、基材１３および基板ホルダ１１の冷却または加熱に必要な冷媒や熱媒が用いられ、この冷媒や熱媒、これら媒体を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グランドレベル）を基準として、基材１３とアースまたは基板ホルダ１１とアース間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。

具体的には、基材ホルダ１１や基材ホルダ支持体に絶縁性、耐プラズマ性及び耐熱性を有するセラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂のような絶縁性材料を用いる方法、または基材ホルダ、基材ホルダ支持体の表面に前記セラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂からなる表面処理を施した材料を用いる方法、チャンバ３と基材ホルダ１１との間に前記絶縁性のセラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂からなる部材を挿入する方法があげられる。

セラミックス材料としては、酸化アルミ、酸化珪素、酸化チタン、酸化クロムのような無機酸化膜、窒化アルミ、窒化珪素、窒化チタン、窒化クロムのような無機窒化膜、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素、酸化窒化チタン、酸化窒化クロムのような無機酸化窒化膜が上げられる。

ガス供給部７−１、７−２、７−３は電気的にフローティングレベルとしてもよい。この場合、ガス供給部７−１、７−２、７−３に成膜電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。

また、ガス供給部７−１、７−２、７−３においてチャンバ３内にガスが供給される以前に配管供給口で成膜が生じ、供給口を塞ぐことを回避できる。

ここで、電極ユニット１５−１および電極ユニット１５−２の構造について詳細に説明する。図３は図１における電極ユニット１５−１の拡大図であり、図４及び図５は図３の変形例である。また、図６は電極ユニット１５−１の断面図であり、図７は図６の変形例である。さらに、図８、図９、図１０は電極ユニット１５−１の変形例である。

なお、電極ユニット１５−２の構造は電極ユニット１５−１の構造と同様であるため、説明を省略する。

図３に示すように電極ユニット１５−１は円筒形状を有しており、表面の一部は円筒状のシールド２１−１で覆われている。
また、プラズマ放電形成部のために、２４−１１、２４−１２に図示される等にＶ字型またはＵ字型のシールド切り欠き部を設けてもよい。

なお、図３のように、電極ユニット１５−１ａの端部のみをシールド２２−１，２２−２で覆うようにしてもよい。

また、図５に示すようにシールド２１−１だけでなく、電極ユニット１５−１の端部にサイドシールド２３−１、２３−２を設けてもよい。
サイドシールド２３−１、２３−２は溝部２５−１、２５−２を有しており、シールド２１−１の端部が溝部２５−１、２５−２に嵌合されている。

シールド２１−１、２２−１，２２−２およびサイドシールド２３−１、２３−２は絶縁性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、加工性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的にはフッ素樹脂材料、ポリイミド樹脂材料、無機酸化材料、無機窒化材料、無機酸化窒化材料やこれらの被覆膜を設けた材料が好適に用いられる。

なお、電極ユニット１５−１の形状は多角形でもよいが、この場合、放電電圧、電流のムラをなくして一定となるよう安定的に放電形成や成膜を行うためには、電極断面形状は正多角形とすることが好ましい。

また、電極ユニット１５−１の形状は平板状であってもよい。

次に、電極ユニット１５−１の内部の構造について説明する。
図６に示すように電極ユニット１５−１の表面には円筒状の電極３５−１が設けられており、電極ユニット１５−１の内部には電極ユニット全体を支持するための固定軸２７が設けられている。また、電極ユニット１５−１の表面である電極３５−１は回転してもよく、その回転速度は毎分０．１回転から毎分３００００回転が好ましい。
電極３５−１と固定軸２７の間には電極３５−１を冷却するための電極冷却水２９が流れている。

電極３５−１は、電力を投入するために導電性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、冷却水による冷却効率が高く（熱伝導率が高く）、非磁性材料で、加工性に優れた材料を用い、作製することが好ましい。具体的には、アルミニウム、鉄、銅、ステンレスが好適に用いられる。

また、図７に示すように、電極ユニット１５−１ｃの内部に台座２８を設け、台座２８上にマグネット２９−１、２９−２、２９−３を備えてもよい。マグネット２９−１、２９−２、２９−３は電極３５−１からのプラズマ１６が基材１３表面に集中して形成するために設置される。

電極ユニット１５−１ｃにおいて回転するのは、図７に示される断面形状では、電極３５−１だけとしてもよい。即ち、台座２８、冷却水配管３１、マグネット２９−１、２９−２、２９−３は基材表面に対向した位置に固定されて設置され、形成されるプラズマ１６は基材表面に連続的に形成し、プラズマＣＶＤ成膜を行うことが可能である。

台座２８には冷却水用配管３１−１、３１−２が設けられており、冷却水用配管３１−１、３１−２の内部にはマグネット２９−１、２９−２、２９−３を冷却するための冷却水が流れている。

マグネット２９−１、２９−２、２９−３を設けることにより、基材１３表面近傍での反応性が高くなり、良質な膜を高速で形成できる。
電極ユニット１５−１ｃのマグネット２９−１、２９−２、２９−３は基材１３の表面位置での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスである。基材１３表面での水平磁束密度が１０ガウス以上であれば、基材１３表面近傍での反応性を十分高めることが可能となり、良質な膜を高速で形成することができる。

一方、基材１３表面での水平磁束密度を１００００ガウスよりも高くするには高価な磁石または磁場発生機構が必要となる。
電極３５−１ｃのマグネット２９−１、２９−２、２９−３の配置構造はマグネトロン構造である。マグネトロン構造とすることでプラズマＣＶＤ成膜時に形成されるイオンや電子はこのマグネトロン構造に従って連続的に回転運動を行う。

このため、例えば３００ｍｍ×３００ｍｍサイズ以上の大面積の基材１３に対してプラズマＣＶＤ成膜をする場合においても電極ユニット１５−１ｃ表面全体にわたり、電子、イオン等の成膜材料の分解生成物が均一に拡散され、基材１３が大面積の場合にも均一且つ安定した成膜が可能となる。

また、電極３５−１やマグネット２９−１、２９−２、２９−３など電極ユニット１５−１ｃに局所的に偏って熱電子やイオンが蓄積することがなくなり、構成部材の耐熱性が低くてよくなるため、安価に部品を作製できるほか、熱変形、構造物の穴あきや割れ発生といった不具合発生を抑えることが可能となる。

一方、図８に示すように、電極ユニット１５−１ｄの表面に板状の補助翼３３−１を設けてもよい。
補助翼３３−１を設けることにより、電極ユニット１５−１ｄの表面近傍に滞留している未反応の分解生成物や副生成物を効率よく取り除くことが可能となる。

補助翼３３−１は電気的に絶縁性の材料からなる。
補助翼３３−１が電気的に絶縁性であれば電気的にカップリングされることがないため、放電インピーダンス上昇することもなく、プラズマ放電および成膜を安定して行うことが可能となる。

なお、補助翼の形状は、図９および図１０に示す補助翼３３−２、３３−３のように、折れ曲がった形状であってもよい。

次に、成膜装置１の概略の動作について説明する。基材１３を基材ホルダ１１上に設置し、真空排気ポンプ２１を動作させ、圧力調整バルブ１９を開き、チャンバ３内成膜室を真空排気する。

ガス貯留部５−１、５−２、５−３からそれぞれ流量制御器８−１、８−２、８−３により流量制御しながら成膜用ガスを供給し、均一に混合した後、成膜室内のガス供給部７−１、７−２、７−３へ導き、基材３へ向けて均一に成膜用ガスを噴出させる。圧力調整バルブ１９の開度を調整し、成膜室内を所望の真空度に設定する。通常、本プラズマＣＶＤ成膜装置および成膜方法においては、安定してプラズマを形成し、所望の十分な緻密性と密着性を有する膜を形成するためには、成膜室の成膜圧力（真空度）を圧力調整バルブ１９の開度を調整し、０．１Ｐａから１００Ｐａの間の真空度に設定、維持して成膜を行う。

電源１７から電極３５−１、３５−２に一定周波数で電力を供給し、電極３５−１、３５−２から基材１３に向けてプラズマ１６が発せられ、基材１３上に薄膜が形成される。成膜時に発生した副生成物は真空排気ポンプ２１により排気される。
なお、成膜時は電極３５−１、３５−２は回転しているが、回転方向は、プラズマ放電を乱すことなく、安定した放電および成膜を可能とするためには、同一方向とすることが好ましい。

また、成膜中は、電極ユニット１５−１、１５−２の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
具体的には、成膜時の放電インピーダンスをリアルタイムで光学的に測定、モニタし、この値が一定となるように、電極ユニット１５−１、１５−２を図示しないアクチュエータ等を用いて図２（ａ）のＥ方向もしくはＦ方向に移動する。

放電インピーダンスの光学的なモニタ方法としては、プラズマ発光モニタ２４−１〜２４−６を用い、形成されているプラズマ中の特定元素の発光強度を光学的に測定する方法が、最も簡便かつ正確な方法である。通常検出方法は、プラズマ近傍にシリカ等のオプティカルファイバを設置し、発光は検出器である光電子増倍管へ導かれる。この光路中にモニタする元素に合わせてフィルタを設置する。元素ごとにプラズマの分解によって発せられる特定の光学波長があり、例えば、シリコンの場合２５１．６ｎｍ、アルミの場合３９６．１ｎｍ、タンタルの場合４８１．２ｎｍに特定の発光を有し、これらに適した光学フィルタを用いることが可能である。
またオプティカルファイバの設置位置、即ちプラズマ発光モニタ部は減圧化であるチャンバ内に設置してもよいし、大気圧下で石英製ビューポート（窓）を介して設置する方法でもよい。またモニタ箇所は、基材が大型である場合、複数箇所でモニタして電極間距離を制御してもよい。

発光強度は、特にプラズマ中の成膜原料あたりの投入電力を表す指標であり、さらに成膜原料の分解性とその分解生成物が酸化ガスや窒化ガスと反応し、膜を堆積させる成膜反応過程を逐一モニタすることができ、電極間距離を制御する方式に適している。このモニタ値を用い、電極間距離を調整する。

実際の発光強度が弱い場合は、成膜原料ガスの分解性が低いことに起因しているが、より分解性を高めるため、放電インピーダンスを小さくするように、即ち、電極間距離を狭めるよう電極ユニット１５−１、１５−２を移動させる。
反対に実際の発光強度が強い場合は、成膜原料ガスの分解性が高いことに起因しているが、より分解性を低くするため、放電インピーダンスを大きくするように、即ち、電極間距離を広げるよう電極ユニット１５−１、１５−２を移動させる。
異常放電を認識させ、過敏に電極間距離を調整させない別の方法としては、放電電圧値や放電電流値について、経時的に値の平均値またはそれに類する統計演算処理を行い、この値を平均値として求めて電極間距離を調整してもよい。

このようにして、成膜中は発光強度即ち放電インピーダンスが常に一定に保たれている。特に、成膜時間が長時間にわたる場合は、例えばチャンバや成膜部などにプロセスにより生じた熱が蓄積され温度が上昇し、チャンバ内壁や部品から水分が出てきたり、基材から放出される水分量が増加したりまたは減少したりすることで、成膜室の雰囲気、具体的にはガス組成が経時的に変化する問題が生じる。

このほか成膜原料ガスの供給安定性や印加電力の不安定性などに起因して成膜が適切に安定して行われない場合、放電インピーダンスが安定しない問題が生じる。これらの場合、プロセス上の重要なポイントは、成膜原料を適切に分解し、酸化ガス等と反応させて膜を形成する点にある。これら供給ガスや投入電力の不安定性が生じた場合にも、成膜原料を適切に分解させ、適量の酸化ガスを制御しながら供給するためには、放電インピーダンスを一定とするようプロセスを制御することが好ましい。

このように第１の実施の形態によれば、成膜時の放電インピーダンスをリアルタイムで光学的に測定、モニタし、電極ユニット１５−１、１５−２間の距離を調整する。従って常に放電インピーダンスを一定に保つことが可能となり、基材１３へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。

また、第１の実施の形態によれば、基材を電極上に置いて成膜せず、電気的にカップリングされなくなるため、プラズマ放電のインピーダンス上昇を防ぐことができ、容易にプラズマ形成が可能となり、かつ長時間安定して放電およびプラズマＣＶＤ成膜を行うことが可能となる。

また、放電インピーダンスが上昇しないことから、プラズマＣＶＤ成膜においては成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）をはかることが可能となる。

さらに、電極が回転することで、電極表面を効率よく冷却可能となり、特に電極内部にマグネットを設置した場合には、マグネットによりプラズマが集中して形成される電極の基板対向表面に、順次冷却された電極表面があらわれ、成膜時のプラズマ放電が飛躍的に安定する。また電極が十分冷却されるために投入電力を大きくすることが可能となる。また電極の冷却効率がよくなることから、電極表面に付着したパーティクル等の異物が飛散し発生するアーキングなどの異常放電がなくなり、結果として、欠陥のない緻密な膜の形成が可能となる。

円筒形の電極は前記冷却効率に優れることから、平板型電極と比較して、そのサイズをコンパクトに設計することが可能となり、結果的に装置寸法が小さく設計できるほか、基板や電極表面近傍での排気コンダクタンスを大きくすることができ、表面付近に滞留している副生成物を効率よく除去することが可能となり、結果として緻密で良質な膜を形成することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置１０１について説明する。
図１１は、成膜装置１０１を示す図で、チャンバ１０３内に隔壁１０５が設けられ、隔壁１０５により成膜室１０７と排気室１０９が形成される。

ガス供給部１１３−１、１１３−２、１１３−３は供給ガス種ごとに流量制御器１１４−１、１１４−２、１１４−３を介してガス貯留部１１１−１、１１１−２、１１１−３に接続され、ガス貯留部から１１１−１、１１１−２、１１１−３から個々に流量制御された成膜用ガスが供給される。

チャンバ１０３に設けられた支持部１１５には電気的絶縁性部品からなるカップリング部１１７が設けられ、この支持部１１５に基材ホルダ１１９が設けられる。基材ホルダ１１９は基材１２１を支持する。

チャンバ１０３内に、電気的にフローティングレベルに設置された電極１４９−１、１４９−２を有する電極ユニット１２３−１、１２３−２が設けられ、この電極１４９−１、１４９−２は電源１２５に接続される。
電極ユニット１２３−１、１２３−２の構造は第１の実施の形態における電極ユニット１５−１、１５−２と同様であり、電極１４９−１は図１１のＡ２およびＢ２方向に回転可能である。

同様に電極１４９−２は図１１のＣ２およびＤ２方向に回転可能である。
また、電極ユニット１２３−１、１２３−２は電極ユニット１５−１、１５−２同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置１０１においてはプラズマ発光モニタ１２８−１、１２８−２はチャンバ１０３内に設置されている。プラズマ放電、成膜を妨げない位置でかつ発光部をモニタ可能な位置に設置している。

排気室１０９側に圧力調整バルブ１２９−１を介して真空排気ポンプ１３１−１が設けられ、成膜室１０７側に圧力調整バルブ１２９−２を介して真空排気ポンプ１３１−２が設けられる。

成膜装置１０１ではチャンバ１０３内に隔壁１０５が設けられ、チャンバ１０３内が成膜室１０７と排気室１０９に分けられる。そして、成膜室１０７と排気室１０９内の圧力は異なる。成膜室１０７で安定してプラズマを形成し、所望の十分な緻密性と密着性を有する膜を形成するためには、成膜室の成膜圧力（真空度）は圧力調整バルブ１３１−２の開度を調整することにより、０．１Ｐａから１００Ｐａの間の真空度に設定、維持され、成膜が行われる。排気室１０９は成膜室１０７の成膜時真空度の１０倍以上１００００倍以下の高い真空度とすることが好ましい。

このように、成膜室１０７と排気室１０９に分けることにより成膜時に発生した副生成物を基材１２１表面近傍から効率よく排気できる。
副生成物を効率よく排気するためには、成膜室１０７に対して排気室１０９は少なくとも１０倍以上高い真空度であることが必要である。また排気室１０９の真空度を成膜室１０７よりも１００００倍高いものとするには高価な排気系が必要となるため、１００００倍以下とするのが好ましい。

成膜装置１０１における電極１４９−１、１４９−２、基材１２１の電位レベル等については成膜装置１と同様にすることができる。

ここで基材１２１が電気的にフローティングレベルの場合、基材１２１に図示しない直流電源を用いて直流電位をかけ、基材１２１へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能である。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材１２１にマイナス１０Ｖからマイナス３０００Ｖのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材１２１にプラス１０Ｖからプラス３０００Ｖのプラス電位を与えることが好ましい。

カップリング部１１７はこのように基材１２１に対して電位をかける場合に必要な機構で、基材ホルダ１１９を電気的にフローティングレベルとするためにチャンバ１０３と基材１２１と基材ホルダ１１９間に設置される電気的絶縁性の部材である。
なお、基材ホルダ１１９を電気的にフローティングレベルとする場合でも、基材１２１に対して電位をかけない場合はカップリング部１１７は必要ない。

また、設備的には高額、複雑となるが、基材１２１に１０Ｈｚ〜２７．１２ＭＨｚの周波数を有する交流電力を与えてもよい。なお、このように基材１２１に直流電位をかけることは他の実施の形態において行ってもよい。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る成膜装置２０１について説明する。
図１２は成膜装置２０１を示す図で、この成膜装置２０１では基材２１３の両側に電極ユニット２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４を配置したものである。

チャンバ２０３内にガス供給部２０７−１、２０７−２、２０７−３、２０７−４、２０７−５、２０７−６が設けられる。ガス供給部２０７−１、２０７−２、２０７−３は供給ガス種ごとに流量制御器２４０−１、２４０−２、２４０−３を介してガス貯留部２０５−１、２０５−２、２０５−３に接続され、ガス供給部２０７−４、２０７−５、２０７−６は供給ガス種ごとに流量制御器２４０−４、２４０−５、２４０−６を介してガス貯留部２０５−４、２０５−５、２０５−６に接続される。

ガス貯留部２０５−１、２０５−２、２０５−３、２０５−４、２０５−５、２０５−６は成膜用ガスを貯留する。すなわち、ガス貯留部２０５−１、２０５−２、２０５−３は図１のガス貯留部５−１、５−２、５−３に相当する。同様に、ガス貯留部２０５−４、２０５−５、２０５−６はガス貯留部５−１、５−２、５−３に相当する。

基材２１３は基材ホルダ２１１に保持される。基材２１３の片面側に電極２３０−１、２３０−２を有する電極ユニット２１５−１、２１５−２が設けられ、電極２３０−１、２３０−２は電源２１７−１に接続される。
また、基材２１３の反対の面側に電極２３０−３、２３０−４を有する電極ユニット２１５−３、２１５−４が設けられ、電極２３０−３、２３０−４は電源２１７−２に接続される。

これら電極２３０−１、２３０−２、２３０−３、２３０−４の電極表面は電気的にフローティングレベルに設置されている。

電極ユニット２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４の構造は第１の実施の形態における電極ユニット１５−１、１５−２と同様であり、電極２３０−１は図１２のＡ３およびＢ３方向に回転可能であり、電極２３０−２は図１２のＣ３およびＤ３方向に回転可能である。
成膜装置２０１においてはプラズマ発光モニタ２１８−１〜４はチャンバ１０３内に設置されている。プラズマ放電、成膜を妨げない位置でかつ発光部をモニタ可能な位置に設置している。

同様に、電極２３０−３は図１２のＡ４およびＢ４方向に回転可能であり、電極２３０−４は図１２のＣ４およびＤ４方向に回転可能である。
また、電極ユニット２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４は電極ユニット１５−１、１５−２同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。

次に、成膜装置２０１の概略動作について説明する。
ガス貯留部２０５−１、２０５−２、２０５−３に貯留された成膜用ガスは流量制御器２４０−１、２４０−２、２４０−３により個別に流量調整されて、ガス供給部２０７−１、２０７−２、２０７−３から基材２１３の片面側に向けて放出される。電源２１７−１から電極２３０−１、２３０−２に電力が供給され、プラズマ２１６が発生する。この際、電極２３０−３、２３０−４は回転する。

同様に、ガス供給部２０７−４、２０７−５、２０７−６から成膜用ガスが基材２１３の反対の面側に向けて放出される。安定してプラズマを形成し、所望の十分な緻密性と密着性を有する膜を形成するためには、チャンバ内成膜室の成膜圧力（真空度）を圧力調整バルブ２１９の開度を調整し、０．１Ｐａから１００Ｐａの間の真空度に設定、維持して成膜を行う。

電源２１７−２から電極２３０−３、２３０−４に電力が供給され、電極２３０−３、２３０−４からプラズマ２１６が発生する。この際、電極２３０−３、２３０−４は回転する。そして、基材２１３の両面に薄膜が形成される。成膜時の副生成物は真空排気ポンプ２２１から排出される。
また、成膜中は、電極ユニット２１５−１、２１５−２の間の距離および電極ユニット２１５−３、２１５−４の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。

成膜装置２０１では、基材２１３の両側に電極を１組ずつ設けるので、基材２１３の両面への成膜が可能となり、基材２１３の応力緩和が可能となり、良質な薄膜を形成することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る成膜装置３０１について説明する。
図１３は成膜装置３０１を示す図である。チャンバ３０３内に隔壁３０５が設けられ、チャンバ３０３内に成膜室３０７、排気室３０９が形成される。

チャンバ３０３内にガス供給部３１３−１、３１３−２、３１３−３が設けられる。ガス供給部３１３−１、３１３−２、３１３−３は供給ガス種ごとに流量制御器３１４−１、３１４−２、３１４−３を介して、ガス貯留部３１１−１、３１１−２、３１１−３に接続される。ガス貯留部３１１−１、３１１−２、３１１−３は成膜用ガスを貯留する。

チャンバ３０３内に電極３６０−１、３６０−２を有する電極ユニット３２３−１、３２３−２が電気的フローティングレベルとして設けられ、この電極３６０−１、３６０−２は電源３２５に接続される。

電極３６０−１、３６０−２の構造は第１の実施の形態における電極３５−１、３５−２と同様であり、電極３６０−１は図１３のＡ５およびＢ５方向に回転可能であり、電極３６０−２は図１３のＣ５およびＤ５方向に回転可能である。

また、電極ユニット３２３−１、３２３−２は電極ユニット１５−１、１５−２同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置３０１においてはプラズマ発光モニタはチャンバ３０３内でかつ図面の手前側から奥方向に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極下部近傍、プラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。

チャンバ３０３内にトレー３１９の走行用のレール３５７が設けられる。排気室３０９側に圧力調整バルブ３２９−１を介して真空排気ポンプ３３１−１が設けられ、成膜室３０７側に圧力調整バルブ３２９−２を介して真空排気ポンプ３３１−２が設けられる。

真空排気ポンプ３３１−１は排気室３０９の排気を行う。真空排気ポンプ３３１−２は成膜室３０７側の排気を行う。
チャンバ３０３にゲートバルブ３４１−１を介してロードロック室（予備排気室）３５１−１が設けられる。ロードロック室３５１−１に圧力調整バルブ３５３−１を介して真空排気ポンプ３５５−１が設けられる。

また、チャンバ３０３にゲートバルブ３４１−２を介してロードロック室（予備排気室）３５１−２が設けられる。ロードロック室３５１−２に圧力調整バルブ３５３−２を介して真空排気ポンプ３５５−２が設けられる。

これらロードロック室３５１−１、３５１−２を設けることにより、大気雰囲気下への基材の出し入れを行う際に、成膜部を有するチャンバ３０３内部の真空を大気圧に戻すことなく連続して成膜処理を行うことが可能となる。この結果、生産性が高い装置となり、高い真空度を維持できるため、チャンバ３０３内部に水分吸着を防ぐことができ、良質な膜を形成可能なことなどの利点が得られる。

チャンバ３０３内におけるガス供給部３１３、電極３６０等の機能は第１の実施の形態と同様である。
ゲートバルブ３４１−１はチャンバ３０３とロードロック室３５１−１との間の開閉を行う。ゲートバルブ３４１−２はチャンバ３０３とロードロック室３５１−２との間の開閉を行う。

ロードロック室３５１−１には、複数の基材をストック可能とするためにトレー搬送、移動機構を備えている。基材３２１を載置したトレー３１９が多数備えられ、これらのトレー３１９は上下昇降機能を有する保管ラックに保管することができる。

真空排気ポンプ３５１−１はロードロック室３５１−１内の排気を行う。ロードロック室３５１−１の真空度がチャンバ３０３の真空度とほぼ等しくなり圧力差がなくなった状態で、ゲートバルブ３４１−１の開閉動作が可能となる。
チャンバ３０３内ではトレー３１９がレール３５７上を走行する。

ゲートバルブ３４１−２はチャンバ３０３とロードロック室３５１−２の間の開閉を行う。ロードロック室３５１−２は多数のトレー３１９を格納でき、トレー３１９は上下方向に移動可能である。真空排気ポンプ３５５−２はロードロック室３５１−２の排気を行う。

次に、この成膜装置３０１の概略動作について説明する。
成膜室３０７および排気室３０９を備えたチャンバ３０３内部は真空排気ポンプ３３１−１および３３１−２により連続的に排気され圧力調整バルブ３３１−１および圧力調整バルブ３３１−２により、所望の真空度に設定される。

大気中で、ロードロック室３５１−１内に基材３２１を載置したトレー３１９をセットする。続いて、真空排気ポンプ３５５−１を動作させ、圧力調整バルブ３５３−１を開状態としロードロック室３５１−１の真空引きを行う。ロードロック室３５１−１の真空度が、成膜室３０７を備えるチャンバ３０３の真空度と同一になった後、ゲートバルブ３４１−１を開くことが可能となる。このトレー３１９がレール３５７上を走行し、トレー３１９全体がゲートバルブ３４１−１を通過しチャンバ３０３に搬送された後、ゲートバルブ３４１−１は閉じられる。

ゲートバルブ３４１−１が閉じられた後、ガス貯留部３１１−１、３１１−２、３１１−３に貯留された成膜用ガスは個別に設けられた流量制御器３１４−１、３１４−２、３１４−３により所望の流量供給され、これらガスは事前に均一に混合され、ガス供給部３１３−１、３１３−２、３１３−３から基材３２１側に向けて噴出される。また成膜室３０７および排気室３０９は真空排気ポンプ３３１−１、３３１−２および圧力調整バルブ３２９−１、３２９−２により成膜に適した圧力に設定される。排気室３０９は成膜室３０７よりも１０倍以上１００００倍までの範囲のより高い真空度で成膜が行われる。

トレー３１９がチャンバ３０３内のレール３５７上を走行し、電極３６０−１、３６０−２の下の位置に到達する。トレー３１９は電極３６０−１、３６０−２で停止してよいし、一定速度で走行させながら通過させてもよい。また必要膜厚を得るために、トレー３１９を双方向搬送を繰り返し成膜を行ってもよい。

安定してプラズマを形成し、所望の十分な緻密性と密着性を有する膜を形成するためには、チャンバ内成膜室の成膜圧力（真空度）は圧力調整バルブ３２９−１の開度を調整し、０．１Ｐａから１００Ｐａの間の真空度に設定、維持して成膜を行い、また成膜時に基板表面に生成される副生成物を効率よく排気するため、チャンバ内排気室の圧力（真空度）は圧力調整バルブ３２９−２の開度を調整し、成膜室圧力の１０倍から１００００倍高い真空度に設定、維持して成膜を行う。

このとき、電源３２５から電極３６０−１、３６０−２に電力が供給され、電極３６０−１、３６０−２からプラズマが発生する。この際、同時に電極３６０−１、３６０−２は回転する。そして、基材３２１上に薄膜が形成される。

また、成膜中は、電極ユニット３２３−１、３２３−２の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
薄膜が形成された後、電極３６０−１、３６０−２に供給された電力の供給を停止し、プラズマ放電を停止する。更に成膜用ガス供給を停止し、圧力調整バルブ３２９−１、３２９−２を全開としてチャンバ３０３内の残留ガスを排気する。

被成膜基材を再格納する部位として、ロードロック室３５１−１または３５１−２のいずれかを用いることができる。ここではロードロック室３５１−２に再格納する場合を説明する。あらかじめロードロック３５１−２室には被成膜基材を再格納するためのスペースを空けておき、真空排気ポンプ３５５−２を動作させ、圧力調整バルブ３５３−２を全開としてロードロック室３５１−２内部を減圧しておく。

先に説明の成膜工程が完了し、残留ガスを排気した後、チャンバ３０３の真空度とロードロック室３５１−２の真空度を同一にした後、ゲートバルブ３４１−２を開き、基材トレー３１９及び被成膜基材をレール３５７上を搬送させ、ロードロック室３５１−２の所定の位置に移動させる。基材トレー３１９がゲートバルブ３４１−２を通過し、全体がロードロック室３５１−２に移動した後、ゲートバルブ３４１−２を閉じる。

以上の工程を複数枚の基材３２１に対して、連続的に行うことも可能である。また全ての基材３２１に対して成膜処理が完了した後、ロードロック室３５１−２の真空引きを停止し、大気開放することで基材の取り出しが可能となる。

第４の実施の形態によれば、チャンバ３０３の前後に少なくとも１つのロードロック室３５１−１（または３５１−２）を備えるので、真空引き工程と成膜工程を分離させることができ、生産性が向上する。

また、車輪付きのトレー３１９がレール３５７上を走行しつつ、基材３２１を搬送するので生産性が向上し、基材３２１の大面積の部分へ均一且つ安定した連続成膜が可能となる。
なお、基材搬送機構としては、レール３５７上を車輪付きトレー３１９で搬送させる他、基材の端部を爪で保持し、アーム移動する構造や基材をトレーや枠に積載し、全体をアームで移動する機構等を用いることもできる。

なお、トレー３１９はその表面を絶縁性とし、基材３２１は電気的にフローティングレベルとすることが好ましい。トレー３１９を絶縁性とすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、成膜への利用効率も高く、安定した成膜が可能となる。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る成膜装置５０１について説明する。図１４は第５の実施の形態に係る成膜装置５０１を示す図である。
チャンバ４０３内に隔壁４０５、４０７が形成される。隔壁４０５の上側には基材搬送室４０９が形成され、隔壁４０５と隔壁４０７で囲まれた空間に成膜室４１１が形成され、隔壁４０７より下側に排気室４１３が形成される。

基材搬送室４０９には巻出しローラ４１５、巻取りローラ４１７が設けられる。隔壁４０５で挟まれるようにドラム４１９が設けられ、巻出しローラ４１５とドラム４１９との間にガイドローラ４２１−１、４２１−２、４２１−３および張力ピックアップロール４２３−１が設けられ、ドラム４１９と巻取りローラ４１７との間にガイドローラ４２１−４、４２１−５、４２１−６及び張力ピックアップロール４２３−２が設けられる。

巻出しローラ４１５は基材１６を巻回しており、基材１６はガイドローラ４２１−１、４２１−２、張力ピックアップロール４２３−１、ガイドローラ４２１−３を介してドラム４１９に巻きつけられ、更にガイドローラ４２１−４、張力ピックアップロール４２３−２、ガイドローラ４２１−５、４２１−６を介して巻取りローラ１７で巻き取られる。張力ピックアップロール４２３−１、４２３−２により基材１６の張力を調整し、基材を搬送する。

また、基材搬送方向は図１４においては巻出しローラ４１５から巻取りローラ４１７へ基材が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。
基材１６は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。

ドラム４１９近傍に前処理装置４２５、後処理装置４２７が設けられる。前処理装置４２５はたとえば、プラズマ放電装置であり、後処理装置４２７は成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えばプラズマ放電装置である。

隔壁７に挟まれるように、ガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３が設けられ、ガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３は流量制御器４３５−１、４３５−２、４３５−３を介してガス貯留部４３３−１、４３３−２、４３３−３に接続される。
ガス貯留部４３３−１、４３３−２、４３３−３は、成膜用ガスを貯留する。

ガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３はその噴出口がドラム４１９上の基材１６に向けられる。このため、基材１６表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることが可能となり、基材１６の大面積の部分に均一な成膜が可能となる。

ガス供給部４３７−１、４３７−２の間に電極４５５−１を備えた電極ユニット４３９−１が設けられ、ガス供給部４３７−２、４３７−３の間に電極４５５−２を備えた電極ユニット４３９−２が設けられ、電極４５５−１、４５５−２は電源４４１と接続され、電源４４１から電力が供給される。電極４５５−１、４５５−２電気的にフローティングレベルに設定されている。

電極４５５−１、４５５−２の構造は第１の実施の形態における電極３５−１、３５−２と同様であり、電極４５５−１は図１４のＡ６およびＢ６方向に回転可能であり、電極４５５−２は図１４のＣ６およびＤ６方向に回転可能である。
また、電極ユニット４３９−１、４３９−２は電極ユニット１５−１、１５−２同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置５０１においてはプラズマ発光モニタはチャンバ５０３内でかつ図面の手前側から奥側方向に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極とドラム４１９の間のプラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。

基材搬送室４０９には、圧力調整バルブ４２９−１を介して真空排気ポンプ３１−１が設けられ、成膜室４１１には圧力調整バルブ４２９−２を介して真空排気ポンプ４３１−２が設けられ、排気室１３には圧力調整バルブ４２９−３を介して真空排気ポンプ４３１−３が設けられる。
これら真空排気ポンプの排気能力および圧力調整バルブの開度を調整することで、任意の真空度に設定することが可能である。

図１５はドラム４１９の側面図、図１６はドラム４１９の断面図である。ドラム４１９は円筒状のドラム本体６１の両端に回転軸６３を備える。回転軸６３にはベアリング６５が設けられる。ドラム温度制御のため、ドラム４１９および回転軸６３の内部には、冷媒や熱媒等の温度調節媒体を循環させるための配管が設置される。ドラムはドラム内を循環させる温度調節媒体の温度を調整することにより、−２０℃から＋２００℃の間で、一定温度に調節することが可能で、その温度制御性は設定温度±２℃であることが好ましい。ドラム本体６１の中央部の両側、及び回転軸６３周囲には電気的な絶縁部６９が設けられ、基材１６はドラム本体６１の中央部に巻かれる。

ドラム４１９は電気的にアースレベルに設置してもよい。ドラム４１９をアースレベルに設置した場合、基材１６表面に蓄積された帯電電荷がアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。この場合、ドラム本体や回転軸、ベアリング、ドラム支持体に金属製の導電性材料を用いることで実現できる。

また、ドラム４１９は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。ドラム４１９の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。
この場合、ドラム回転軸、ベアリング、ドラム支持体部品のいずれか１つ以上を絶縁性部品とすることで実現することができる。

ドラム４１９が電気的にフローティングレベルの場合、ドラム４１９に直流電位をかけ、基材１６へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能となる。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材１６にマイナス１０Ｖからマイナス３０００Ｖのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材１６にプラス１０Ｖからプラス３０００Ｖのプラス電位を与えることが好ましい。また、設備的には高額複雑となるが、基材１６に１０Ｈｚ〜２７．１２ＭＨｚの周波数を有する交流電力を与えてもよい。

基材搬送室４０９は、電極４５５−１、４５５−２の存在する成膜室４１１とは隔壁（ゾーンシール）４０５により仕切られ圧力が異なる。基材搬送室４０９と成膜室４１１とを圧力的に異なる空間とすることで成膜室４１１のプラズマ４４３が基材搬送室４０９に漏れることによって成膜室４１１のプラズマ放電状態が不安定になったり、基材搬送室４０９の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。

具体的には、成膜室４１１の成膜圧力は０．１Ｐａから１００Ｐａの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ４４３を形成することができる。

そして、基材搬送室４０９の圧力（真空度）は成膜室４１１の成膜時の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、基材搬送室４０９の圧力を設定することにより成膜室４１１のプラズマ４４３が基材搬送室４０９に漏れ込むことがなくなり、成膜室４１１でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。

排気室４１３は、隔壁（ゾーンシール）４０７により成膜室４１１と仕切られ、圧力が異なる。排気室４１３は成膜室４１１の成膜時の圧力よりも４１０倍以上１００００倍以下の圧力（真空度）である。成膜室４１１と排気室４１３とを仕切り、成膜室４１１と排気室４１３に圧力差を設けることで、成膜時に発生した副生成物を基材４１６の表面近傍から効率よく排気することができる。

成膜室４１１よりも後段の基材搬送室４０９に成膜により発生した基材帯電を除去するための基材帯電除去部としての後処理装置４２７を備える。

後処理装置４２７を成膜室４１１後段の基材搬送室４０９に設置し、基材帯電を除去することにより基材４１６をドラム４１９から所定位置で速やかに離し搬送することができ、安定した基材搬送が可能となり、帯電に起因する基材４１６の破損や品質低下を防ぎ、基材４１６表裏面の濡れ性改善による後加工適正向上を図ることがきる。

帯電除去部としての後処理装置４２７として、例えばプラズマ放電装置、電子線照射装置、紫外線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置等、任意の処理装置を用いることが可能である。

プラズマ処理装置、グロー放電装置を用いて放電を形成する場合、基材１６近傍でアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム等の放電用ガスを単体または混合して供給し、交流（ＡＣ）プラズマ、直流（ＤＣ）プラズマ、アーク放電、マイクロウェーブ、表面波プラズマ等、任意の放電方式を用いることが可能である。減圧環境下では、プラズマ放電装置を用いる帯電処理方法が最も好ましい。

成膜室４１１よりも前段の基材搬送室４０９に前処理装置４２５を備える。前処理装置４２５は、プラズマ放電処理装置であり、このプラズマ放電処理装置は成膜前に基材１６をプラズマ放電処理することにより、基材４１６の表面を物理的にエッチングすることが可能となり、基材４１６表面に凹凸形状を形成することが可能な他、化学的な結合状態や官能基を変化させることにより、その後段の成膜時に膜の密着性を向上させることが可能となる。

ドラム４１９は少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成される。ドラム４１９の表面は傷つき防止のため硬質のクロムハードコート処理等を施してもよい。これらの材料は加工が容易で、ドラム自体の熱伝導性がよいので温度制御を行う際に、温度制御性が優れたものとなる。

ドラム４１９は、その表面平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下であることが好ましい。通常、プラスチックフィルムや金属板、鋼鈑等、基材１６の平均表面粗さＲａは通常１０〜５０ｎｍ、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材１６で５〜１０ｎｍ、さらに表面コーティング加工により平坦加工を行った場合で、５ｎｍ以下の表面平坦性を持つため、これら基材１６に対して効率よく冷却、加熱等の温度調整を行うためには、ドラム４１９は上記範囲が好ましい。

また、ドラム４１９表面は平坦であればあるほど好ましいが、表面平均粗さＲａの測定限界は現状０．１ｎｍであり、便宜的にこの値を下限としておく。
ドラム４１９は、冷却媒体及びまたは熱源媒体あるいはヒータを用いることにより−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節機構を有している。

温度調節機構により成膜時に発生する熱による基材１６の温度の変動を抑えることが可能となる。具体的には、冷却媒体（冷媒）としてエチレングリコール水溶液や熱源媒体（熱媒）としてシリコンオイルを用いたり、ドラム４１９内を循環させることにより温度調節したり、ドラム４１９と対向する位置にヒータを設置することが可能である。

特に、成膜装置５０１では関連する機械部品の耐熱性の制約や汎用性の面から設定温度は−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設置できることが好ましく、その制御性は成膜装置１を用いたプロセスにおいては設定温度±２℃以内の範囲で温度制御することが好ましい。

図１５、図１６に示すように、ドラム４１９は基材１６の幅方向に基材１６により被覆されない絶縁部６９およびドラム側面に絶縁部６９を有する。絶縁部６９を形成することで成膜室１１において導電性の金属部分が露出する領域がなくなり、成膜のために形成されたプラズマが電気的にドラム４１９に落ちることがなくなり、安定したプラズマ４４３の形成が可能となる。

絶縁部６９は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜、または窒化膜、または酸化窒化膜で形成される。あるいは、絶縁部６９はポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆される。これらの方法および材料は絶縁性を確実なものとし、耐熱性、耐プラズマ性を有し、耐久性に優れた材料であるので長時間にわたり安定して用いることが可能である。

次に、成膜装置５０１の概略の動作について説明する。ガス貯留部４３３−１、４３３−２、４３３−３から成膜用ガスがガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３に供給され、ガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３から基材１６に向けて成膜用ガスが噴出される。

また、電源４４１から電極４８９−１、４８９−２に電力が供給され、電極４８９−１、４８９−２から基材１６に向けてプラズマ４４３が発せられ、基材１６上に薄膜が形成される。この際、同時に電極４８９−１、４８９−２は回転する。
また、成膜中は、電極ユニット４３９−１、４３９−２の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。

次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
図１７は成膜装置６０１を示す図である。成膜装置６０１は、基材５１６に成膜処理を実施するチャンバ５０３と、基材５１６の搬送を行う第１基材搬送室５１５、第２基材搬送室５１９等からなる。チャンバ５０３内には、隔壁５０５および隔壁５０７が形成される。隔壁５０５と隔壁５０７で囲まれた空間に成膜室５０８が形成され、隔壁５０５の上側および隔壁５０７の下側に排気室が形成される。隔壁５０７の下側を第１排気室５０９、隔壁５０５の上側を第２排気室５１１とする。

第１基材搬送室５１５は、成膜前の基材５１６の送り出し等を行い、第２基材搬送室５１９は、成膜後の基材５１６の巻取り等を行う。
第１基材搬送室５１５には、巻き出しローラ５４１、ガイドローラ５４３−１、前処理装置５４５が設けられる。また、第２基材搬送室５１９には、巻取りローラ５４７、ガイドローラ５４３−２、５４３−３、５４３−４、張力ピックアップロール５４４、後処理装置５４９が設けられる。

巻き出しローラ５４１は基材５１６を巻回している。基材５１６は、巻き出しローラ５４１からガイドローラ５４３−１を介し、第１基材搬送室５１５とチャンバ５０３を分ける壁に設けられた基材５１６が通り得るスリット状の水平な空隙である基材搬入口５３５を介して成膜室５０８に送り込まれる。

一方、チャンバ５０３と第２基材搬送室５１９を分ける壁にも同様の空隙が基材搬出口５３７として設けられており、成膜室５０８での成膜工程を終えた基材５１６は、基材搬出口５３７を介して第２基材搬送室５１９に送り出され、ガイドローラ５４３−２、張力ピックアップロール５４５、ガイドローラ５４３−３、５４３−４を介して巻取りローラ５４７で巻き取られる。張力ピックアップローラ５４５は、基材５１６の張力を調整し、基材５１６を搬送する。

また、図１７では、基材搬送方向は、巻き出しローラ５４１から巻取りローラ５１７へ基材５１６が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。

基材５１６は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。

第１基材搬送室５１５内には、ガイドローラ５４３−１と基材搬入口５３５との間に前処理装置５４５が、第２基材搬送室５１９内には、基材搬出口５３７とガイドローラ５４３−２の間に後処理装置５４９が設けられる。

前処理装置５４５および後処理装置５４９は、基材５１６の両側に基材５１６を挟むように設けられる。前処理装置５４５は、例えばプラズマ放電装置であり、後処理装置５４９は、成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えば、プラズマ放電装置である。

チャンバ５０３は、第１基材搬送室５１５と第２基材搬送室５１９間に挟まれるように設けられ、基材搬入口５３５と基材搬出口５３７間は、基材５１６が水平に搬送されるフリースバンド部を構成する。基材５１６は、巻取りローラ５４７により巻き取られることにより成膜室５０８内を移動し、その間に成膜処理が成される。

チャンバ５０３内には、基材５１６の上面側、下面側の両方にガス供給部５２１および電極ユニット５２７が設けられる。
基材５１６の上面側では、隔壁５０５に挟まれるように、ガス供給部５２１−１、５２１−２、５２１−３が設けられ、ガス供給部５２１−１、５２１−２、５２１−３は、流量制御器５２３−１、５２３−２、５２３−３を介してガス貯留部５２５−１、５２５−２、５２５−３に接続される。

また、基材５１６の下面側では、隔壁５０７に挟まれるように、ガス供給部５２１−４、５２１−５、５２１−６が設けられ、ガス供給部５２１−４、５２１−５、５２１−６は、流量制御部５２３−４、５２３−５、５２３−６を介してガス貯留部５２５−４、５２５−５、５２５−６に接続される。

ガス貯留部５２５−１〜５２５−６は、成膜用ガスを貯留する。
流量制御器５２３−１〜５２３−６は、それぞれ、ガス貯留部５３３−１〜５３３−６からガス供給部５２１−１〜５２１−６に送られるガスの流量を計測する。

ガス供給部５２１−１〜５２１−６は、その噴出口が、基材５１６に向けられる。

基材５１６の上部では、ガス供給部５２１−１、５２１−２の間に電極５５５−１を備えた電極ユニット５２７−１が設けられ、ガス供給部５２１−２、５２１−３の間に電極５５５−２を備えた電極ユニット５２７−２が設けられ、電極５５５−１、５５５−２は、電源５２９−１と接続され、電源５２９−１から電力が供給される。電極５５５−１、５５５−２は電気的にフローティングレベルに設定されている。

一方、基材５１６の下面も同様に、ガス供給部５２１−４、５２１−５の間に電極５５５−３を備えた電極ユニット５２７−３が設けられ、ガス供給部５２１−５、５２１−６の間に電極５５５−４を備えた電極ユニット５２７−４が設けられ、電極５５５−３、５５５−４は、電源５２９−２と接続され、電源５２９−２から電力が供給される。電極５５５−３、５５５−４は電気的にフローティングレベルに設定されている。

電極５５５−１、５５５−２、５５５−３、５５５−４の構造は第１の実施の形態における電極３５−１、３５−２と同様であり、電極５５５−１は図１７のＡ７およびＢ７方向に回転可能であり、電極５５５−２は図１７のＣ７およびＤ７方向に回転可能である。

同様に、電極５５５−３は図１７のＡ８およびＢ８方向に回転可能であり、電極５５５−４は図１７のＣ８およびＤ８方向に回転可能である。

また、電極ユニット５２７−１、５２７−２、５２７−３、５２７−４は電極ユニット１５−１、１５−２同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。

第１基材搬送室５１５、第２基材搬送室５１９、チャンバ５０３下部の第１排気室５０９、チャンバ５０３上部の第２排気室５１１、およびチャンバ３内の成膜室５０８の各室には、それぞれ圧力調整バルブ５３１を介し真空排気ポンプ５３３が設けられる。

すなわち、第１基材搬送室５１５には、圧力調整バルブ５３１−４を介して真空排気ポンプ５３３−４が、第２基材搬送室５１９には、圧力調整バルブ５３１−５を介して真空排気ポンプ５３３−５が、第１排気室５０９には、圧力調整バルブ５３１−３を介して真空排気ポンプ５３３−３が、第２排気室１１には、圧力調整バルブ５３１−１を介して真空排気ポンプ５３３−１が、成膜室５０８には、圧力調整バルブ５３１−２を介して真空排気ポンプ５３３−２が設けられる。

以上の圧力調整バルブ５３１、真空排気ポンプ５３３により、第１、第２基材搬送室５１５、５１９と、成膜室５０８、第１、第２排気室５０９、５１１の圧力はそれぞれ異なるように設定可能である。

すなわち、成膜室５１１と第１、第２基材搬送室５１５、５１９とを圧力的に異なる空間とすることで、成膜室５０８のプラズマ５２８が第１、第２基材搬送室５１５、５１９に漏れることによって成膜室５０８のプラズマ放電状態が不安定になったり、第１、第２基材搬送室５１５、５１９の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。

具体的には、成膜室５０８の成膜圧力は０．１Ｐａから１００Ｐａの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ２８を形成することができる。

そして、第１、第２基材搬送室５１５、５１９の圧力（真空度）は、成膜室５０８の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、第１、第２基材搬送室５１５、５１９の圧力を設定することにより、成膜室５０８のプラズマ５２８が第１、第２基材搬送室に漏れ込むことがなくなり、成膜室５０８でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。

一方、第１排気室５０９および第２排気室５１１は、成膜室５０８と、それぞれ、隔壁（ゾーンシール）５０７および隔壁（ゾーンシール）５０５により仕切られ、圧力が異なる。第１、第２排気室５０９、５１１は、成膜室５０８の成膜時の圧力よりも１０倍以上１００００倍以下の高い真空度である。このように圧力差を設けることにより、成膜時に発生した副生成物を基材５１６の表面近傍から効率よく排気することができる。

次に、成膜装置６０１の概略の動作について説明する。ガス貯留部５２５−１、５２５−２、５２５−３から成膜用ガスがガス供給部４３７−１、４３７−２、４３７−３に供給され、ガス供給部５２１−１、５２１−２、５２１−３から基材５１６の上面に向けて成膜用ガスが噴出される。

さらに、ガス貯留部５２５−４、５２５−５、５２５−６から成膜用ガスがガス供給部５２３−４、５２３−５、５２３−６に供給され、ガス供給部５２１−４、５２１−５、５２１−６から基材５１６の上面に向けて成膜用ガスが噴出される。

また、電源５２９−１から電極５５５−１、５５５−２に電力が供給され、電極４８９−１、４８９−２から基材１６に向けてプラズマ５２８が発せられ、基材１６の上面上に薄膜が形成される。この際、同時に電極４８９−１、４８９−２は回転する。

さらに、電源５２９−２から電極５５５−３、５５５−４に電力が供給され、電極４８９−１、４８９−２から基材５１６に向けてプラズマ５２８が発せられ、基材５１６の上面上に薄膜が形成される。この際、同時に電極５５５−３、５５５−４は回転する。
また、成膜中は、電極ユニット５２７−１、５２７−２の間の距離および５２７−３、５２７−４間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
成膜装置６０１においてはプラズマ発光モニタはチャンバ６０３内で、かつ図面の手前側から奥側に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極下部または電極上部でプラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定化され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。

以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、第２の実施の形態から第５の実施の形態において、ガス貯留部、ガス供給部、電源、電極等の機能は、第１の実施の形態と同様である。また電源電圧、電源の制御方法、基材の電位、ガス供給部の電位等も第１の実施の形態と同様にすればよい。さらに電極として、図３、図４に示すもの、図５、図６、図７、図８、図９、図１０に示すものを適宜用いてもよい。

次に、図１１に示す成膜装置１０１を用いて実際に成膜を行った際の実験結果について説明する。
図１１に示す成膜装置１０１において、電極１４９−１および電極１４９−２は電気的にフローティングレベルとし、図７に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。

成膜チャンバはアースレベルに、基板ホルダはテフロン（登録商標）樹脂を介した構造として、カップリング部は設けず、基板は電気的にフローティングレベルとした。濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を基板ホルダ、電極１４９−１、電極１４９−２に個別に循環供給させ、基板ホルダを０℃に冷却した。このとき電極１４９−１と基板ホルダ間、および電極１４９−２と基板ホルダ間、電極１４９−１と電極１４９−２の間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。

基板としてシリコンウエハーを用意し、基板ホルダ上にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を１×１０^−４Ｐａまで真空引きした。成膜用ガスとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４を加熱温度１２０℃で気化して供給した。また成膜用ガスとして、酸素（Ｏ_２）、アルゴン（Ａｒ）を用意した。

ＴＥＯＳ、酸素、アルゴンを、それぞれ２０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給し、均一に混合させた後、成膜ガス供給部をへて成膜チャンバ内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を１０Ｐａ、排気室圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるよう圧力を調整した。

成膜用電源に周波数４０ｋＨｚ（Advanced Energy Industries Inc.社製、ＰＥII １０ｋＷ）の電源を用い、電極１４９−１および電極１４９−２を、それぞれＡ２、Ｃ２方向に毎分８回転で回転させながら、５ｋＷの電力を電力制御方式により印加し、成膜時間５分で成膜を行った。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。また、成膜中は目視により放電のアーキング（異常放電）発生回数をカウントした。

成膜後、チャンバ内残留ガスを排気し、基板を取り出し、分光エリプソメトリー（ＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ社製、ＵＶＩＳＥＬ）を用いて、ウエハー基板上に形成されたＳｉＯ２膜の膜厚と屈折率を測定して求めた。
また、この成膜を５回連続して実施したところ、図１８に示すとおり、再現性のよい結果が得られ、安定した成膜が可能なことが判明した。

これに対して比較例として、実施例と同様の成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜を行った。この際、平均放電電圧およびアーキング回数は図１９に示すとおりであった。

また成膜後、ウエハー基板上に形成されたＳｉＯ２膜の膜厚と屈折率を測定した。以上の成膜を５回連続して実施した結果を、図１９に示す。
実施例と比較して、形成される膜の膜厚が薄く、屈折率も若干低く疎な膜となり、平均放電電圧も高く、アーキング発生が多いことがわかる。

図１４に示す成膜装置を用意した。電極４５５−１および電極４５５−２には図７に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。

成膜チャンバはアースレベルに、成膜ドラムおよび電極は電気的にフローティングレベルとした。濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を成膜ドラム４１９、電極４５５−１、電極４５５−２に個別に循環供給させ、成膜ドラム４１９を０℃に冷却した。このとき電極４５５−１と成膜ドラム間、および電極４５５−２と成膜ドラム間、電極４５５−１と電極４５５−２の間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。

基板として０．６ｍ幅のＰＥＴフィルム（東洋紡績社製、Ａ４１００、厚み１００μｍ）を用意し、基材搬送系にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を１×１０^−４Ｐａまで真空引きした。成膜用ガスとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４を加熱温度１２０℃で気化して供給した。また成膜用ガスとして、酸素（Ｏ_２）、アルゴン（Ａｒ）を用意した。

ＴＥＯＳ、酸素、アルゴンを、それぞれ２０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給し、均一に混合させた後、成膜ガス供給部をへて成膜チャンバ内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を１０Ｐａ、基材搬送室および排気室圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるよう圧力を調整した。

成膜用電源に周波数４０ｋＨｚ（Advanced
Energy Industries Inc.製、ＰＥII １０ｋＷ）の電源を用い、電極４５５−１および電極４５５−２を、それぞれＢ６、Ｃ６方向に毎分６回転で回転させながら、５ｋＷの電力を電力制御方式により印加し、ライン速度５ｍ／ｍｉｎにより１２００ｍ成膜を行った。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。また成膜開始後、成膜距離２００ｍ成膜を行う間に発生した放電のアーキング（異常放電）発生回数をカウントした。

成膜後、チャンバ内の残留ガスを排気し、基材を取り出し、基材表面の目視観察および２００ｍおきにサンプルリングを行い、これらサンプルの膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア性測定を行った。

膜厚は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；日立製作所（株）製、Ｓ−５０００Ｈ）を用い、断面観察を行うことにより膜厚を求めた。膜密度は、Ｘ線反射率測定装置（理学電機（株）製、ＡＴＸ−Ｅ）および付属ソフトウェアにより算出した。ガスバリア性は、酸素透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社、ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／２０型、測定条件：温度２３℃、湿度９０％Ｒｈ、インディビジュアル測定あり）および水蒸気透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社、ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ Ｗ３／３１型、測定条件：温度４０℃、湿度９０％Ｒｈ）にて測定した。以上の結果を図２０にまとめる。

また、比較例として、実施例と同様の成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜および評価を行った。結果を図２１に示す。
実施例、比較例の比較から、実施例では、放電中のアーキングがほぼ発生せず良質かつ均一な膜が形成可能となる。また投入する電力が成膜に有効に用いられることから、成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成可能となることがわかる。
また、ガスバリア膜として評価した場合、酸素透過率、水蒸気透過率が小さく、かつ安定的にガスバリア性を有する膜を形成できることがわかる。

図１７に示す成膜装置を用意した。電極５５５−１、５５５−２、５５５−３、５５５−４には図７に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。

成膜チャンバはアースレベルに、電極５５５−１、５５５−２、５５５−３、５５５−４および成膜後に初めに接触するロールは電気的にフローティングレベルとした。濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を電極５５５−１、５５５−２、５５５−３、５５５−４に個別に循環供給させ、電極を０℃に冷却した。このとき電極５５５−１とチャンバ、電極５５５−２とチャンバ、電極５５５−３とチャンバ、電極５５５−４とチャンバおよび各電極間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。

基板として０．６ｍ幅のＰＥＴフィルム（東洋紡績社製、Ａ４１００、厚み１００μｍ）を用意し、基材搬送系にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を１×１０^−４Ｐａまで真空引きした。成膜用ガスとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４を加熱温度１２０℃で気化して供給した。さらに成膜用ガスとして、酸素（Ｏ_２）、アルゴン（Ａｒ）を用意した。

ＴＥＯＳ、酸素、アルゴンを、それぞれ２０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給し、均一に混合させた後、電気的にフローティングレベルに設置された成膜ガス供給部をへて成膜室内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を１０Ｐａ、基材搬送室および排気室圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるよう圧力を調整した。

成膜用電源に周波数４０ｋＨｚ（Advanced
Energy Industries, Inc.製、PEII 、10kW）の電源を用い、電極５５５−１と５５５−２を、それぞれＡ８、Ｄ８方向に毎分１０回転で回転させながら４ｋＷの電力を、電極５５５−３と５５５−４を、それぞれＢ８、Ｃ８方向に毎分１０回転で回転させながら４ｋＷの電力を印加した。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。

これら電力の制御はインピーダンス制御により行った。基材ライン速度５ｍ／ｍｉｎにより１２００ｍ成膜を行った。成膜開始後、成膜距離２００ｍずつの間に発生する放電のアーキング（異常放電）発生回数をカウントした。

成膜後、チャンバ内残留ガスを排気し、基板を取り出し、基材表面の目視観察および２００ｍおきにサンプルリングを行い、これらサンプルの膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア測定、基材反り測定を行った。

膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア測定は実施例２と同様に測定、評価を行った。基材反り測定は、サンプルを２０ｍｍ×２０ｍｍサイズに切断し、成膜時上側面を上（＋側とする）平らな基準面の上に置き、基材反りによる平らな基準面からの反りによる最高の基材高さをレーザー変位計により測定した。以上の結果を図２２に示す。

また、比較例として図１７に示す成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜を行った。結果を図２３に示す。

実施例、比較例の比較から、実施例では、放電中のアーキングがほぼ発生せず良質かつ均一な膜が形成可能となる。また投入する電力が成膜に有効に用いられることから、成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成可能となることがわかる。また本発明による成膜で、両面均一な成膜が可能で、基材反り（カール）のない膜を形成することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る成膜装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

成膜装置１を示す図 図１の斜視図 図１の上面図 図１における電極ユニット１５−１の拡大図 図３の変形例 図３の変形例 電極ユニット１５−１の断面図 図６の変形例 電極ユニット１５−１の変形例 電極ユニット１５−１の変形例 電極ユニット１５−１の変形例 成膜装置１０１を示す図 成膜装置２０１を示す図 成膜装置３０１を示す図 成膜装置５０１を示す図 ドラム４１９の側面図 ドラム４１９の断面図 成膜装置６０１を示す図 成膜装置３０１による成膜結果を示す図 成膜装置３０１による成膜結果を示す図 成膜装置５０１による成膜結果を示す図 成膜装置５０１による成膜結果を示す図 成膜装置６０１による成膜結果を示す図 成膜装置６０１による成膜結果を示す図

符号の説明

１、１０１、２０１、３０１、５０１、６０１………成膜装置
３、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３………チャンバ
５、１１１、２０５、３１１、４３３、５２５………ガス貯留部
７、１１３、２０７、３１３、４３７、５２１……ガス供給部
８、１１４、２４０、３１４、４３５、５２３…………流量制御器
１３、１２１、２１３、３２１、１６、５１６………基材
１５、１２３、２１５、３２３、４３９、５２７………電極ユニット
１７、１２５、２１７、３２５、４４１、５２９………電源
３５、１４９、２３０、３６０、４５５、５５５………電極

Claims (57)

1. プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
   前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された１組の電極と、
   前記２つの電極間に電力を供給する電源と、
   前記２つの電極間の距離を調整する調整手段と、
   プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定する測定手段と、
   を具備し、
   前記調整手段は、前記測定手段を用いて測定した前記発光強度が、一定になるよう電極間の距離を調整することを特徴とする成膜装置。
2. 前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、
   前記基材を搬送する搬送機構と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、
   前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
4. 前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
5. 前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
6. 前記電極は平板もしくは曲面形状を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
7. 前記電極は円筒形状を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
8. 前記電極は、回転軸に垂直な断面が多角形状を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
9. 前記多角形は、正多角形であることを特徴とする請求項８記載の成膜装置。
10. 前記多角形は３角形以上２０角形以下であることを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
11. 前記電極が、回転軸を有し回転することを特徴とする回転軸に垂直な断面が円形または多角形であることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
12. 前記電極の回転速度が毎分０．１回転から毎分３００００回転の間に設定されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の成膜装置。
13. 前記１組の電極は、各々の回転方向が同一であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
14. 前記１組の電極は、各々の回転方向が異なることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
15. 前記電極は、表面に補助翼が設けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
16. 前記補助翼は、絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１５記載の成膜装置。
17. 前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備え、
    前記マグネットは電極と同時には回転せず、前記基材の表面に対向して固定されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
18. 前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであることを特徴とする請求項１７記載の成膜装置。
19. 前記マグネットは、マグネトロン構造を有することを特徴とする請求項１８記載の成膜装置。
20. 前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
21. 前記１組の電極から構成される複数組の電極が、前記基材の両面に設置されることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
22. 前記基材は、電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
23. 前記基材は電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
24. 前記基材に一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項２３記載の成膜装置。
25. 前記基材近傍の成膜圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
26. 前記チャンバは、成膜室と排気室とを有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
27. 前記排気室の真空度は、前記成膜室の成膜時の真空度に対して１０倍以上１００００倍以下の高い真空度であることを特徴とする請求項２６記載の成膜装置。
28. 基材搬送機構を更に具備することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
29. 前記基材は、絶縁性の基材保持部品に載置されることを特徴とする請求項２８記載の成膜装置。
30. 前記チャンバに隣接するロードロック室を備えることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
31. 前記ドラムは電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
32. 前記ドラムは電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
33. 前記ドラムに一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項３２記載の成膜装置。
34. 前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
35. 前記成膜室の成膜時圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間であることを特徴とする請求項３４記載の成膜装置。
36. 前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室の真空度に対して１０倍以上１００００倍以下の高い真空度であることを特徴とする請求項２７記載の成膜装置。
37. 前記チャンバは、成膜室と排気室とを有し、前記電極は前記排気室内に設けられることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
38. 前記排気室の真空度は、前記成膜室の真空度に対して１０倍以上１００００倍以下の高い真空度であることを特徴とする請求項３６記載の成膜装置。
39. 前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項３４記載の成膜装置。
40. 前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であることを特徴とする請求項３９記載の成膜装置。
41. 前記基材帯電除去部は前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室に設けられていることを特徴とする請求項３９記載の成膜装置
42. 前記ドラムは少なくともステンレス、アルミニウム、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成されることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
43. 前記ドラムは、その表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であること特徴とする請求項２記載の成膜装置。
44. 前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
45. 前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
46. 前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されることを特徴とする請求項４５記載の成膜装置。
47. 前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していることを特徴とする請求項４５記載の成膜装置。
48. 前記チャンバ内に設けられ、成膜後の前記基材が接触するロールを更に具備することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
49. 前記ロールは冷却機構を有することを特徴とする請求項４８記載の成膜装置。
50. 前記ロールは電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求４８記載の成膜装置。
51. 前記ロールは、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項４７記載の成膜装置。
52. 前記ロールよりも前に基材帯電除去部を有していることを特徴とする請求項４８記載の成膜装置。
53. 前記ロールは電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求４８記載の成膜装置。
54. 前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であることを特徴とする請求項５２記載の成膜装置。
55. プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
    チャンバ内にガスを供給し、
    前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された１組の電極に電力を供給してプラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
56. プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
    チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、
    前記チャンバ内にガスを供給し、
    前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
57. プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
    チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、
    前記チャンバ内にガスを供給し、
    前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。

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