JP4597630B2 - Surface treatment method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ等による化学反応を利用して、ガラス基板等の基材の表面に各種酸化膜の形成その他の表面処理を施すための方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for forming various oxide films and other surface treatments on the surface of a base material such as a glass substrate using a chemical reaction by plasma or the like.
近年、化学反応を利用して成膜等の処理を行う手段として、基材と対向配置されるプラズマ発生用の電極を略円柱状とし、かつ、これを高速回転させるようにしたものが開発されるに至っている(特許文献1)。 In recent years, as a means for performing a film forming process using a chemical reaction, an electrode for generating a plasma disposed opposite to a base material has a substantially cylindrical shape and is rotated at a high speed. (Patent Document 1).
この文献に記載の装置は、基材を搬送しながらこれと近接する回転電極を回転させるとともに、前記回転電極に高周波電力(直流電力でもよい)を印加し、当該回転電極の回転により当該回転電極と基材との間に表面処理用ガスが巻き込まれてプラズマが生成されるようにしたものであり、当該プラズマを生成しながら基材を搬送することにより、当該基材表面に薄膜を形成することができる。 The apparatus described in this document rotates a rotating electrode adjacent to the rotating electrode while conveying a substrate, applies high-frequency power (or DC power) to the rotating electrode, and rotates the rotating electrode to rotate the rotating electrode. A plasma is generated by entraining a surface treatment gas between the substrate and the base material, and a thin film is formed on the surface of the base material by transporting the base material while generating the plasma. be able to.
この装置は、大気圧またはそれに近い圧力下での表面処理を実現し得る手段として有用であるが、前記基材と回転電極との間の微小隙間の寸法管理が非常に難しく、基材が搬送ベルト上ではねたり昇温で反ったりするだけでも良好な処理が阻害されるおそれがある。 Although this apparatus is useful as a means for realizing surface treatment under atmospheric pressure or a pressure close thereto, it is very difficult to control the size of a minute gap between the substrate and the rotating electrode, and the substrate is transported. Even if the belt is warped or warped due to an increase in temperature, good processing may be hindered.
このような厳しい寸法管理を不要にする手段として、特許文献2に示されるような遠隔プラズマCVDが考えられる。この方法は、相対向する電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置しておき、当該電極間に大気圧近傍の圧力下で表面処理用ガスを供給しかつパルス状の電界を印加することにより放電プラズマを生成し、このプラズマを放電空間外に配された基材の表面に誘導して接触させることにより、当該基材表面に膜を付着させるものである。
前記のような遠隔プラズマCVDにおいて、基材表面上における膜厚分布を均一にするためには、基材の搬送方向と直交する方向について表面処理用ガスを均等に分布させる必要がある。特に成膜処理では、薄膜原料ガスの流れがそのまま形成膜の膜厚分布に影響を与えるため、基材搬送方向と直交する方向についてのガス供給の均一化は非常に重要な課題となる。 In the remote plasma CVD as described above, in order to make the film thickness distribution on the substrate surface uniform, it is necessary to distribute the surface treatment gas evenly in the direction orthogonal to the conveyance direction of the substrate. Particularly in the film forming process, since the flow of the thin film source gas directly affects the film thickness distribution of the formed film, it is very important to make the gas supply uniform in the direction orthogonal to the substrate transport direction.
ここで、従来の減圧下でのプロセスにおいては、分子の平均自由行程が長いため、適当な間隔でガス噴出孔を設けるだけでもガスを十分に混合して均一な性膜を行うことが比較的容易であったが、大気圧近傍の圧力下では前記ガスの流れが粘性流の領域に入るためガスの均一性を確保することが難しい。 Here, in the conventional process under reduced pressure, since the mean free path of molecules is long, it is relatively easy to form a uniform sex film by sufficiently mixing gases even by providing gas ejection holes at appropriate intervals. Although it was easy, it is difficult to ensure the uniformity of the gas because the gas flow enters the viscous flow region under a pressure near atmospheric pressure.
その対策として、前記特許文献2の図6には、ガス導入口に斜板を配することにより、基材搬送方向と直交する方向について圧力損失及び流速を均一化させることが開示されているが、実際の流れは前記のような粘性流の領域であるため、ガス導入口一次側の圧力や、表面処理部における反応圧力、使用するガスの種類といった運転条件に左右され易く、当該条件にかかわらず常に均一なガス流を形成することは難しい。すなわち、様々な運転条件に見合った装置を設計することは非常に困難であり、かかる困難性は基材とプラズマ等の活性源との距離が大きくなるほど顕著となる。
As a countermeasure, FIG. 6 of
本発明は、このような事情に鑑み、簡素かつ低コストの構成で、基材上への均一なガス供給を可能にして高質の表面処理を実現することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to realize a high-quality surface treatment by enabling uniform gas supply onto a substrate with a simple and low-cost configuration.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、特定方向に基材を搬送する操作と、その基材の表面に向けて表面処理用ガスを供給するガス供給操作とを含む表面処理方法において、前記ガス供給操作は、前記基材から離れた位置に対向部材が設けられてこの対向部材に円筒状外周面をもつ回転体の当該外周面が隙間をおいて対向するように配置された表面処理装置を用い、その回転体を前記基材の搬送方向と略直交する方向の軸を中心に回転させ、かつ、この回転体の外周面に前記表面処理用ガスを巻き込ませて前記隙間に導かせることにより、当該隙間から前記回転体の回転方向上流側に逆流した前記表面処理用ガスが前記基材表面へ送り出されるようにするものである。
As means for solving the above problems, the present invention provides a surface treatment method including an operation of transporting a base material in a specific direction and a gas supply operation of supplying a surface treatment gas toward the surface of the base material. In the gas supply operation, a counter member is provided at a position away from the base material, and the counter member is arranged such that the outer peripheral surface of the rotating body having a cylindrical outer peripheral surface is opposed to the counter member with a gap. Using a processing apparatus, the rotating body is rotated about an axis in a direction substantially orthogonal to the conveying direction of the base material, and the surface treatment gas is entrained on the outer peripheral surface of the rotating body to be introduced into the gap. By allowing the surface treatment gas to flow, the surface treatment gas that has flowed backward from the gap to the upstream side in the rotation direction of the rotating body is sent out to the surface of the base material.
この方法では、回転体を基材表面またはその基材表面から離れた対向部材に隙間をおいて対向させた状態で当該回転体を基材搬送方向と略直交する方向の軸回りに回転させることにより、当該回転体の回転に伴う表面処理用ガスの巻き込みと、その巻き込まれたガスの前記隙間からの噴出しとを利用して、当該表面処理用ガスを基材表面に対してその搬送方向と直交する方向に均一に供給することができ、その結果、良好な表面処理を実現することができる。 In this method, the rotating body is rotated about an axis in a direction substantially orthogonal to the substrate transport direction in a state where the rotating body is opposed to the surface of the base material or a facing member separated from the base material surface with a gap. By using the entrainment of the surface treatment gas accompanying the rotation of the rotating body and the ejection of the entrained gas from the gap, the transport direction of the surface treatment gas with respect to the substrate surface Can be uniformly supplied in a direction orthogonal to the direction, and as a result, a good surface treatment can be realized.
この方法では、基材と回転電極との隙間にプラズマを発生させるものと異なり、厳格な寸法管理は要求されず、しかも、表面処理用ガスを前記隙間から均一に供給することができる。 In this method, unlike the case of generating plasma in the gap between the substrate and the rotating electrode, strict dimensional control is not required, and the surface treatment gas can be supplied uniformly from the gap.
ここで、前記ガス供給操作が、前記隙間を通過したガスをそのまま基材表面へ供給するものである場合には、前記隙間を通過したガスが膨張して減圧する傾向があるのに対し、前記隙間から前記回転体の回転方向上流側に逆流したガスが前記基材表面に送り出されるようにすることにより、より安定した圧力状態でガスの供給を行うことができる。
Here, the gas supply operation, when the gas passing through the gap is to directly supplied to the substrate surface, to gas that has passed through the gap that tend to vacuum expands, the by be Rukoto as gas flow back to the upstream side in the rotation direction of the rotor from the gap is delivered to the substrate surface, it is possible to supply the gas in a more stable pressure state.
なお、本発明にいう「表面処理用ガス」は、表面処理を行う目的で基材表面へ流すガスを広く含むものであり、表面処理のための化学反応を促進するためのガスや、プラズマを形成するためのガス、処理装置内での流れを維持するために導入されるガス等も含むものである。 The “surface treatment gas” referred to in the present invention broadly includes a gas that flows to the surface of the substrate for the purpose of surface treatment, and includes gas or plasma for promoting a chemical reaction for surface treatment. The gas for forming, the gas introduced in order to maintain the flow in a processing apparatus, etc. are also included.
また「回転体の回転方向上流側に逆流」とは、少なくとも回転体の回転方向上流側に向かうベクトル成分を含む方向の流れであればよく、当該ベクトルに対して傾斜する向きにガスが流れるものも含む趣旨である。 In addition, “backflow upstream of the rotating body in the rotation direction” may be a flow that includes at least a vector component directed upstream in the rotation direction of the rotating body, and the gas flows in a direction inclined with respect to the vector. It is also intended to include.
前記表面処理用ガスを活性化する場合には、例えば、前記回転体から前記基材の表面に至るまでの領域内にプラズマ生成用の電界を形成してその電界形成位置に前記表面処理用ガスを供給するようにすればよい。 When activating the surface treatment gas, for example, an electric field for plasma generation is formed in a region from the rotating body to the surface of the substrate, and the surface treatment gas is formed at the electric field formation position. Should be supplied.
前記表面処理として前記基材の表面に薄膜を形成する処理を含む場合には、当該薄膜の原料となる薄膜原料ガスを前記表面処理用ガスに含ませ、当該薄膜原料ガスを前記基材表面またはその近傍で化学反応させることにより当該基材表面を処理するようにしてもよいし、前記電界に前記表面処理用ガスを供給することにより生成されたプラズマまたはこのプラズマにより励起されたラジカル種を前記基材の表面に供給するとともに当該基材表面のプラズマまたはラジカル種に前記薄膜の原料となる薄膜原料ガスを供給することにより当該薄膜原料ガスを前記基材表面またはその近傍で化学反応させて当該基材表面に薄膜を形成するようにしてもよい。 When the surface treatment includes a process of forming a thin film on the surface of the base material, a thin film source gas serving as a raw material for the thin film is included in the surface treatment gas, and the thin film source gas is added to the surface of the base material or The substrate surface may be treated by a chemical reaction in the vicinity thereof, or plasma generated by supplying the surface treatment gas to the electric field or radical species excited by the plasma may be The thin film source gas is supplied to the surface of the base material and supplied to the plasma or radical species on the surface of the base material with a thin film raw material gas serving as a raw material for the thin film to cause a chemical reaction of the thin film source gas at or near the base material surface. A thin film may be formed on the substrate surface.
後者の場合には、回転体の表面に無駄に薄膜が形成されてしまうのを回避することにより、当該回転体のメンテナンス周期を延ばし、また効率を高めることができる利点が得られる。この場合、前記表面処理用ガスとしては、不活性ガス、酸素含有ガスの少なくとも一方が含まれたものが好適であり、その不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどが挙げられ、酸素含有ガスとしては、酸素ガスのほか、空気、水蒸気、窒素酸化物などが挙げられる。 In the latter case, there is an advantage that the maintenance cycle of the rotating body can be extended and the efficiency can be increased by avoiding unnecessary formation of a thin film on the surface of the rotating body. In this case, the surface treatment gas preferably includes at least one of an inert gas and an oxygen-containing gas, and examples of the inert gas include nitrogen, helium, argon, krypton, and xenon. Examples of the oxygen-containing gas include oxygen gas, air, water vapor, and nitrogen oxide.
また本発明は、前記方法を実現する装置であって、特定方向に基材を搬送する基材搬送手段と、その基材の表面に向けて表面処理用ガスを供給するガス供給手段とを備えた表面処理装置において、前記ガス供給手段は、円筒状外周面を有し、その中心軸が前記基材の搬送方向と略直交する方向を向くように配置された回転体と、この回転体をその中心軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記回転体の外周面に対して隙間をおいて対向する位置に設けられた対向部材とを備え、前記回転体の回転に伴ってその外周面に巻き込まれた表面処理用ガスが当該回転体の外周面と前記対向部材との隙間に導かれ、かつ、この隙間から前記基材表面へ前記表面処理用ガスが送り出されるように前記対向部材が配置されているものである。 Further, the present invention is an apparatus for realizing the above method, comprising: a base material transport means for transporting the base material in a specific direction; and a gas supply means for supplying a surface treatment gas toward the surface of the base material. In the surface treatment apparatus, the gas supply means has a cylindrical outer peripheral surface, and a rotating body arranged so that a central axis thereof faces a direction substantially orthogonal to the transport direction of the base material, and the rotating body A rotation driving means for rotating around the central axis; and a counter member provided at a position facing the outer circumferential surface of the rotating body with a gap, and on the outer circumferential surface as the rotating body rotates. The counter member is arranged so that the entrained surface treatment gas is guided to the gap between the outer peripheral surface of the rotating body and the counter member, and the surface treatment gas is sent out from the gap to the surface of the substrate. It is what has been.
さらに、本発明に係る装置において、前記ガス供給手段は、前記隙間から前記回転体の回転方向上流側に逆流したガスが前記基材表面に送り出されるように前記回転体及び対向部材が配置されたものである。
Furthermore, in the apparatus according to the present invention, the gas supply means includes the rotating body and the opposing member so that the gas flowing backward from the gap to the upstream side in the rotation direction of the rotating body is sent to the surface of the base material. Is .
さらに、前記回転体から前記基材の表面に至るまでの領域中にプラズマ生成用の電界を形成する電界形成手段が配置され、この電界を前記表面処理用ガスが通ることにより表面処理用プラズマが生成されるように構成されているものでは、表面処理用ガスの供給とその活性化とを同時並行して効率良く行うことができる。 Further, an electric field forming means for forming an electric field for generating plasma is disposed in a region from the rotating body to the surface of the base material, and the surface processing plasma passes through the electric field through the electric field. With what is comprised so that it may be produced | generated, supply of the gas for surface treatment and its activation can be performed efficiently simultaneously in parallel.
前記対向部材の形状は特に問わないが、当該対向部材が前記隙間から前記基材の表面へ前記表面処理用ガスを案内する案内面を有している構成とすれば、前記隙間に導かれた表面処理用ガスをより安定した状態で基材表面へ導くことができる。 The shape of the facing member is not particularly limited, but if the facing member has a guide surface for guiding the surface treatment gas from the gap to the surface of the base material, the facing member is guided to the gap. The surface treatment gas can be guided to the substrate surface in a more stable state.
この場合、前記案内面をそのまま回転体の外周面に対向させてもよいし、前記対向部材を板状としてその端面を前記回転体の外周面に対向させ、当該対向部材の一側面を前記案内面とするようにしてもよい。後者の場合には対向部材の一側面全体を案内面として活用できるため、その結果として当該対向部材の小型化を図ることができる。 In this case, the guide surface may be directly opposed to the outer peripheral surface of the rotating body, or the opposing member is formed in a plate shape and the end surface thereof is opposed to the outer peripheral surface of the rotating body, and one side surface of the opposing member is guided. You may make it be a surface. In the latter case, the entire side surface of the opposing member can be used as a guide surface, and as a result, the opposing member can be downsized.
さらに、前記対向部材の端面を回転体の外周面に対向させる場合、その端面を前記回転体の外周面に沿う形状の曲面とすることにより、当該隙間の管理をより容易に行うことが可能になる。 Furthermore, when the end surface of the facing member is opposed to the outer peripheral surface of the rotating body, the end surface is a curved surface along the outer peripheral surface of the rotating body, so that the gap can be managed more easily. Become.
また、前記対向部材に加え、この対向部材よりも前記回転体の回転方向下流側の位置で当該回転体の外周面に隙間をおいて対向する下流側対向部材を備えるとともに、この下流側対向部材と前記対向部材とで挟まれた領域内に前記表面処理用ガスとは別のガスを供給するための少なくとも一つのガス供給部が設けられ、このガス供給部から供給されるガスが前記回転体の外周面に巻き込まれて当該回転体と前記下流側対向部材との隙間から当該下流側対向部材に沿って基材表面へ案内されるように当該下流側対向部材が配置されている構成とすれば、前記表面処理用ガスとこれとは別のガスとを共通の回転体を用いて基材表面に供給することが可能になる。従って、簡素な構成で二系統のガス供給による基材表面処理を実現できる。 Further, in addition to the facing member, a downstream facing member that faces the outer peripheral surface of the rotating body with a gap at a position downstream of the facing member in the rotation direction of the rotating body is provided. And at least one gas supply section for supplying a gas different from the surface treatment gas is provided in a region sandwiched between the counter member and the gas supplied from the gas supply section. The downstream facing member is arranged so as to be guided to the substrate surface along the downstream facing member from the gap between the rotating body and the downstream facing member. For example, it becomes possible to supply the surface treatment gas and a different gas to the substrate surface using a common rotating body. Accordingly, it is possible to realize the substrate surface treatment by two systems of gas supply with a simple configuration.
具体的に、前記回転体と前記対向部材との隙間から前記基材表面に至るまでの間の領域中にプラズマ生成用の電界を形成する電界形成手段が配置され、この電界を前記表面処理用ガスが通ることにより表面処理用プラズマが生成されるように構成されるとともに、前記ガス供給部からは前記表面処理用プラズマにより化学反応を起こして基材表面に薄膜を形成する薄膜原料ガスが供給されるように構成されたものでは、前記回転体の回転によって基材表面に前記表面処理用ガスをプラズマ化したものと前記薄膜原料ガスとの双方を同時供給することができ、これによって基材表面に効率良く薄膜を形成することが可能になる。 Specifically, an electric field forming means for forming an electric field for generating plasma is disposed in a region from the gap between the rotating body and the opposing member to the surface of the base material, and this electric field is used for the surface treatment. The gas is supplied so that a plasma for surface treatment is generated, and a thin film source gas that causes a chemical reaction by the plasma for surface treatment to form a thin film on the substrate surface is supplied from the gas supply unit. In such a structure, both the thin film raw material gas and the plasma treatment of the surface treatment gas can be simultaneously supplied to the surface of the substrate by the rotation of the rotating body. A thin film can be efficiently formed on the surface.
ここで、前記回転体と前記対向部材との隙間は前記回転体と前記下流側対向部材との隙間よりも小さくすることが、より好ましい。これにより、当該回転体と対向部材との隙間におけるシール性を高めることができ、前記表面処理用ガスと前記ガス供給部から供給されるガスとの混合をより効果的に抑止することができる。 Here, it is more preferable that the gap between the rotating body and the facing member is smaller than the gap between the rotating body and the downstream facing member. Thereby, the sealing property in the clearance gap between the said rotary body and an opposing member can be improved, and mixing with the gas supplied from the said surface treatment gas and the said gas supply part can be suppressed more effectively.
本発明装置では、前記案内面と対向する位置に整流部材が設けられ、この整流部材と前記案内面との間を前記表面処理用ガスが流れるように当該整流部材が配置されているのが、より好ましい。この構成によれば、前記隙間からのガスをより効率良く基材表面へ導くことができる。 In the device of the present invention, a rectifying member is provided at a position facing the guide surface, and the rectifying member is arranged so that the surface treatment gas flows between the rectifying member and the guide surface. More preferred. According to this configuration, the gas from the gap can be more efficiently guided to the substrate surface.
さらに、当該案内面とこれに対向する前記整流部材の面とに相対向するプラズマ生成用電極を配置し、これらの電極の間に電圧が印加された状態で当該電極間を前記表面処理用ガスが通過することにより当該表面処理用ガスが化学反応を起こすようにすることにより、効率の高いガスの供給と同時に、当該ガスをより確実にプラズマ領域に通してその活性化を図ることができる。 Furthermore, a plasma generating electrode is disposed opposite to the guide surface and the surface of the rectifying member facing the guide surface, and the surface treatment gas is interposed between the electrodes in a state where a voltage is applied between the electrodes. By allowing the surface treatment gas to cause a chemical reaction by passing through, the gas can be more reliably passed through the plasma region and activated at the same time as the supply of the highly efficient gas.
ここで、前記対向部材の案内面と前記整流部材との離間距離は前記回転体の外周面と前記案内面との離間距離よりも大きいことが好ましい。これにより、前記隙間からの表面処理用ガスの噴出し効果を確保しながら、その噴出したガスを円滑に基材表面へ導くことができる。 Here, it is preferable that the separation distance between the guide surface of the opposing member and the rectifying member is larger than the separation distance between the outer peripheral surface of the rotating body and the guide surface. Thereby, the ejected gas can be smoothly guided to the substrate surface while ensuring the ejection effect of the surface treatment gas from the gap.
また、前記回転体及び前記対向部材を覆う覆い部材を備え、この覆い部材に、当該覆い部材内に表面処理用ガスを導入するための表面処理用ガス導入口と、この覆い部材内における前記回転体と前記対向部材との隙間から前記基材の表面へ向けて前記表面処理用ガスを排出するための表面処理用ガス排出口とが設けられている構成とすれば、覆い部材内の限られた空間に表面処理用ガスを供給して回転体に巻き込ませることにより、必要な表面処理用ガスをより効率良く集中的に基材表面へ導くことが可能になる。 In addition, a cover member that covers the rotating body and the counter member is provided, and a surface treatment gas introduction port for introducing a surface treatment gas into the cover member and the rotation in the cover member are provided in the cover member. If the surface treatment gas discharge port for discharging the surface treatment gas from the gap between the body and the opposing member toward the surface of the base material is provided, the inside of the cover member is limited. By supplying the surface treatment gas into the space and entraining it in the rotating body, the necessary surface treatment gas can be more efficiently and intensively guided to the substrate surface.
また、本発明の表面処理装置において、前記対向部材としては、前記基材の表面にも対向するように当該基材の表面と前記回転体との間に配置され、かつ、この対向部材と前記回転体との隙間が最小となる位置よりも前記回転体の回転方向上流側の位置に当該対向部材を貫通するガス排出口を有するとともに、前記隙間から前記回転体の回転方向上流側に逆流したガスが前記ガス排出口を通じて基材表面に送り出されるように配置されているものも好適である。 In the surface treatment apparatus of the present invention, the facing member is disposed between the surface of the base material and the rotating body so as to face the surface of the base material, and the facing member and the surface It has a gas discharge port that penetrates the counter member at a position upstream of the rotating body in the rotational direction from the position where the clearance with the rotating body is minimized, and flows backward from the clearance to the upstream side of the rotating body in the rotational direction. It is also preferable that the gas is arranged so as to be sent to the substrate surface through the gas discharge port.
この構成によれば、前記回転体の外周面と対向部材との間に形成された隙間から逆流するガスが当該対向部材に設けられたガス排出口を通じて基材上の安定した位置に供給されることとなる。 According to this configuration, the gas flowing backward from the gap formed between the outer peripheral surface of the rotating body and the opposing member is supplied to a stable position on the base material through the gas discharge port provided in the opposing member. It will be.
さらに、前記ガス排出口が前記回転体の回転軸方向と平行な方向に延びるスリット状をなしているものであれば、当該方向すなわち基材の搬送方向と直交する方向により均一に前記ガスを供給することが可能になる。 Further, if the gas discharge port has a slit shape extending in a direction parallel to the rotation axis direction of the rotating body, the gas is supplied uniformly in the direction, that is, the direction orthogonal to the substrate transport direction. It becomes possible to do.
また、前記対向部材が、前記回転体の外周面に沿って湾曲する凹面を有し、かつ、この凹面と前記回転体の外周面との間にその周方向に亘って略均一な微小隙間が形成される位置に配置されているものであれば、当該隙間におけるガスの流れ抵抗を有効に高めることにより、当該隙間から逆流して前記ガス排出口から前記基材の表面に供給されるガス量をさらに増やすことができ、これにより処理効率をさらに高めることができる。 Further, the opposing member has a concave surface that curves along the outer peripheral surface of the rotating body, and a substantially uniform minute gap is provided between the concave surface and the outer peripheral surface of the rotating body in the circumferential direction. If it is arranged at the position to be formed, the amount of gas supplied to the surface of the base material from the gas discharge port by flowing back from the gap by effectively increasing the gas flow resistance in the gap Can be further increased, whereby the processing efficiency can be further increased.
また、前記回転体を覆う覆い部材を備え、この覆い部材に、当該覆い部材内に表面処理用ガスを導入するための表面処理用ガス導入口が設けられるとともに、当該覆い部材を構成する壁の一部が前記回転体と前記基材との間に介在して前記対向部材を構成しているものとすれば、覆い部材内の限られた空間に表面処理用ガスを供給して回転体に巻き込ませることにより、必要な表面処理用ガスをより効率良く集中的に基材表面へ導くことができるとともに、その覆い部材の壁の一部を前記対向部材に兼用することによって装置の簡略化を図ることができる。 In addition, a covering member that covers the rotating body is provided. The covering member is provided with a surface treatment gas introduction port for introducing a surface treatment gas into the covering member, and a wall constituting the covering member is provided. If a part is interposed between the rotating body and the base material to constitute the opposing member, the surface treatment gas is supplied to the limited space in the covering member to the rotating body. By entraining, the necessary surface treatment gas can be efficiently and intensively guided to the surface of the base material, and the part of the wall of the covering member can also be used as the facing member to simplify the apparatus. Can be planned.
以上のように本発明は、基材表面に表面処理用ガスを供給する手段として、円筒状外周面をもつ回転体の当該外周面を前記基材表面または当該基材から離れた位置に設けられた対向部材に隙間をおいて対向させて当該回転体を前記基材の搬送方向と略直交する方向の軸を中心に回転させ、かつ、この回転体の外周面に前記表面処理用ガスを巻き込ませて前記隙間に導かせることにより、当該隙間から前記基材表面へ前記表面処理用ガスを送り出すようにしたものであるので、簡素かつ低コストの構成で、基材上への均一なガス供給を可能にして高質の表面処理を実現することができる効果がある。また、前記隙間から前記回転体の回転方向上流側に逆流したガスが前記基材表面に送り出されるようにすることにより、より安定した圧力状態でガスの供給を行うことができる。 As described above, the present invention provides the outer peripheral surface of a rotating body having a cylindrical outer peripheral surface at a position away from the substrate surface or the base material as means for supplying the surface treatment gas to the base material surface. The rotating body is rotated around an axis in a direction substantially perpendicular to the conveying direction of the base material with a gap facing the facing member, and the surface treatment gas is caught in the outer peripheral surface of the rotating body. Since the gas for surface treatment is sent out from the gap to the surface of the base material by guiding it to the gap, a uniform gas supply onto the base material with a simple and low-cost configuration This makes it possible to realize a high-quality surface treatment. Further, the gas can be supplied in a more stable pressure state by allowing the gas flowing backward from the gap to the upstream side in the rotation direction of the rotating body to be sent out to the surface of the base material.
本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、チタニア、シリカ、ジルコン、酸化錫などからなる酸化膜の成膜に好適であるが、その他、一般のCVDで成膜可能な全ての材料について本発明の適用が可能である。当該成膜の際のキャリアガスや酸化剤の種類についても薄膜の原料となる薄膜原料ガスの種類に応じて適宜選定すればよい。また、本発明は、成膜の他、例えばエッチングなど、他のプラズマ処理を行う場合にも適用が可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Although the present invention is suitable for forming an oxide film made of titania, silica, zircon, tin oxide, etc., the present invention can be applied to all other materials that can be formed by general CVD. . What is necessary is just to select suitably the kind of carrier gas and oxidizing agent in the said film-forming according to the kind of thin film raw material gas used as the raw material of a thin film. Further, the present invention can be applied to the case of performing other plasma processing such as etching in addition to film formation.
また、以下に示す各実施形態のうち、回転体と対向部材との隙間から、回転体の回転方向上流側に逆流したガスが基材表面に送り出されるようにガス供給を操作するものについては、回転体と対向部材とがなす隙間の寸法は、後述のようなガスの逆流が生じ得る程度に小さく設定される。その具体的な寸法は適宜設定可能であるが、一般には5mm以下、より好ましくは2mm以下とするのがよい。このように隙間の寸法を適当な範囲内で定めることにより、ガスの遮断効果が生じ、当該隙間部分の圧力が上昇することにより、この隙間へ導かれるガスの一部または全部を回転体の回転方向上流側に逆流させることが可能になる。 Also, among the embodiments described below, for the one that operates the gas supply so that the gas that has flowed back to the upstream side in the rotation direction of the rotating body from the gap between the rotating body and the opposing member is sent to the substrate surface, The size of the gap formed between the rotating body and the opposing member is set to be small enough to cause a backflow of gas as described later. Although the specific dimension can be set suitably, generally it is 5 mm or less, More preferably, it is good to set it as 2 mm or less. Thus, by determining the size of the gap within an appropriate range, a gas blocking effect is produced, and when the pressure in the gap increases, a part or all of the gas guided to the gap is rotated by the rotating body. It becomes possible to make it flow backward to the direction upstream.
なお、前記回転体と対向部材との隙間から回転体の回転方向上流側に逆流した前記ガスは、そのまま基材表面に送り出されるようにしてもよいし、ガス排出口などを通過してその流れ方向が調整された後に基材表面に送り出されるようにしてもよい。 The gas that has flowed backward from the gap between the rotating body and the opposing member to the upstream side in the rotational direction of the rotating body may be sent directly to the surface of the substrate, or may flow through the gas discharge port. You may make it send out to the base-material surface, after a direction is adjusted.
図1及び図2は、回転体24と対向板(対向部材)20及び下流側対向板(下流側対向部材)20′との組み合わせを利用した表面処理装置の例を示したものである。この装置は、図1に示すようなチャンバー2を備え、このチャンバー2の側部に排気口4が設けられている。同チャンバー2の底部には特定方向(図1では左右方向)に延びる基材搬送ベルト8が設置され、この基材搬送ベルト8に固定された基材搬送台10上に基材12が載置された状態で当該基材12が水平姿勢を保ちながら前記基材搬送ベルト8の長手方向(図では左から右に向かう方向)に搬送されるようになっている。そして、この基材搬送ベルト8の上方に、チャンバー2内の空間の一部を取り囲む覆い部材14が設けられている。
1 and 2 show an example of a surface treatment apparatus using a combination of a
なお、前記基材12は、表面処理が可能なものであれば特に限定されず、ガラスやプラスチックフィルムが例示される。基材としてガラスを用いる場合、そのガラスの厚さは0.3〜15mmであることが強度の点で好ましい。
In addition, the said
図2にも示すように、前記覆い部材14の頂部には少なくとも一つの表面処理用ガス供給口16が設けられ、底部には表面処理用ガス排出口18及び薄膜原料ガス排出口18′が基材搬送方向に沿って並設されている。そして、この覆い部材14の内部に、前記対向板20及び下流側対向板20′と、整流板(整流部材)22と、回転体24とが格納されている。
As shown in FIG. 2, at least one surface treatment
回転体24は、円筒状の外周面をもつ円柱状に形成され、その中心軸が前記基材の搬送方向と略直交する水平方向(図2(b)では奥行き方向)を向くように配置されている。具体的に、この回転体24にはその中心軸に沿って当該回転体24を貫く回転中心軸26が固定され、この回転中心軸26の両端が、前記覆い部材14の底壁上に立設された一対の軸受台28を介して回転可能に支承されている。
The rotating
覆い部材14の外部には、回転駆動手段であるモータ30が設置されている。このモータ30の出力軸及び前記回転中心軸26の一端部には互いに磁力で連動するマグネットカップリング32が固定され、これらのマグネットカップリング32が覆い部材14の側壁を挟んでその内外に配置されている。従って、前記モータ30の作動により、前記回転体24が前記回転中心軸26の中心軸回り、すなわち、基材搬送方向と略直交する方向の軸回りに回転駆動されるようになっている。また、前記表面処理用ガス排出口18は前記薄膜原料ガス排出口18′よりも回転体24の回転方向上流側(図2(a)(b)では右側)に形成されている。
Outside the covering
対向板20、下流側対向板20′、及び整流板22は全て平板状をなし、相互平行な姿勢で覆い部材14の底壁から略垂直方向に立ち上がっている。
The
具体的に、前記対向板20は、前記表面処理用ガス排出口18の回転体回転方向下流側縁部(図2(a)(b)では左側縁部)から上方に立ち上がり、その上端面20aが前記回転体24の外周面に隙間23をおいて対向している。また、当該上端面20aは前記回転体24の外周面に沿う形状の曲面とされ、当該上端面20aと前記回転体24の外周面との隙間の均一化が図られている。
Specifically, the
下流側対向板20′は、前記薄膜原料ガス排出口18′の回転体回転方向下流側縁部(図2(a)(b)では左側縁部)から上方に立ち上がり、その一側面(図2(a)(b)では右側面)が前記回転体24の外周面に対して側方から隙間23′をおいて対向している。また、この下流側対向板20′と前記対向板20とで挟まれる領域には、当該領域に対して側方から後述の薄膜原料ガスを供給するための少なくとも一つのガス供給口6が設けられている。
The downstream facing
ここで、前記対向板20の上端面20aと前記回転体24の外周面との隙間23の寸法は、前記対向板20の側面と整流板22の側面との離間寸法よりも小さく、さらには、前記下流側対向板20′と前記回転体24の外周面との隙間23′の寸法よりも小さく設定されていることが好ましい。具体的な隙間寸法は適宜設定可能であるが、一般には、隙間23′の寸法を0.5〜1.0mm程度、隙間23の寸法を0.1mm程度に設定すれば、当該隙間23においてある程度のガス遮断効果を得ることが可能である。
Here, the size of the
前記整流板22は、前記表面処理用ガス排出口18の回転体回転方向上流側縁部(図2(a)(b)では右側縁部)から上方に立ち上がり、前記対向板20との間に略垂直方向の表面処理用ガス案内通路を形成している。すなわち、対向板20の側面のうち整流板22側の面が案内面として機能している。また、整流板22の上端面と前記回転体24との間には表面処理用ガスが円滑に流通できるのに十分な隙間(前記隙間23,23′よりも十分大きな隙間)が確保されている。
The
さらに、この装置では、回転体24と基材12との間の位置(前記表面処理用ガス案内通路の途中の位置)に、プラズマ生成用の電界を形成するための放電電極34及び接地電極36が設けられている。このうち、接地電極36は、前記表面処理用ガス排出口18の近傍における前記対向板20の側面に固定され、放電電極34は前記整流板22の側面において前記接地電極36に対向する位置に固定されている。そして、前記接地電極36が接地される一方、前記放電電極34に高周波電圧(直流電圧でもよい)が印加されることにより、両電極34,36間にプラズマ生成用の電界が形成されるようになっている。
Further, in this apparatus, a
次に、この装置を用いて基材12の表面に酸化膜を形成する方法の例を説明する。
Next, an example of a method for forming an oxide film on the surface of the
この方法では、次の各操作が同時並行して行われる。 In this method, the following operations are performed in parallel.
1)基材搬送操作:基材搬送台10に基材12を載置し、図略のヒータによって予熱した後、搬送ベルト8の長手方向に沿って覆い部材14の表面処理用ガス排出口18及び薄膜原料ガス排出口18′の下方の位置へ搬送する。
1) Substrate transport operation: The
2)薄膜原料ガス供給操作:ガス供給口6を通じて、薄膜原料となるガス(例えばシリコン酸化膜を形成する場合にはテトラエトキシシラン(TEOS)など)と、アルゴン等のキャリアガスとを対向板20と下流側対向板20′とで挟まれた領域内に供給する。
2) Thin film source gas supply operation: A gas (for example, tetraethoxysilane (TEOS) in the case of forming a silicon oxide film) and a carrier gas such as argon are supplied to the
3)表面処理用ガス供給操作:表面処理用ガス供給口16を通じて覆い部材14内に表面処理用ガスを供給する。この実施の形態では、表面処理用ガスに、アルゴン等の不活性ガスからなるキャリアガスと、O2,N2O,NO2,空気、水蒸気といった酸素含有ガスからなる酸化剤の少なくとも一方を含む。また、覆い部材14内では、モータ30の作動で回転体24を図1及び図2(a)(b)の矢印方向、すなわち、回転体24の外周面と対向板20の上端面20aとの隙間23における当該回転体24の外周面の周速成分が基材搬送台10上の基材12の表面から離れる向きとなる方向に高速回転させる。
3) Surface treatment gas supply operation: The surface treatment gas is supplied into the covering
この回転体24の回転により、その外周面に前記表面処理用ガスが巻き込まれて前記隙間23に導かれるが、この隙間23の寸法が小さいために多くの表面処理用ガスが回転体24の回転方向上流側に逆流し、対向板20の側面(案内面)に沿って、すなわち当該対向板20と整流板22との間の案内通路を通じて表面処理用ガス排出口18から基材12の表面に向けて排出される。
Due to the rotation of the
その際、前記放電電極34と接地電極36との間に所定強さの電界を形成しておくと、両電極34,36間を前記表面処理用ガスが通過することによりプラズマが生成され、当該プラズマ、もしくは、少なくとも当該プラズマによって前記表面処理用ガスが活性化されたラジカル種が、基材12の表面に供給される。
At this time, if an electric field having a predetermined strength is formed between the
さらに、前記対向板20よりも回転体24の回転方向下流側の領域では、前記ガス供給口6から供給される薄膜原料ガスが前記と同様に回転体24の外周面に巻き込まれて当該回転体24の外周面と下流側対向板20′との隙間23′へ導かれ、この隙間23′から逆流した薄膜原料ガスが前記下流側対向板20′の側面に沿って薄膜原料ガス排出口18′から基材12の表面に供給される。そして、この薄膜原料ガスが前記プラズマまたはラジカル種に混合されて化学反応を起こすことにより、基材12の表面に薄膜が形成される。反応に使われなかったガスはガス排出口4からチャンバー2の外部へ排出される。
Further, in the region downstream of the
この方法では、例えば回転電極と基材12との微小隙間にプラズマを生成する従来方法に比べ、隙間寸法の厳しい管理が要求されず、しかも、回転体24の回転による表面処理用ガスの巻き込みと、当該回転体24と対向板20との隙間23からの表面処理用ガスの逆流とを利用して、基材12に対してその幅方向(基材搬送方向と直交する方向)に均一な表面処理用ガスの供給をすることにより、高質の表面処理を実現することができる。
In this method, for example, compared with the conventional method in which plasma is generated in a minute gap between the rotating electrode and the
特に、図示の装置では、共通の回転体24を用いて、前記表面処理用ガスと薄膜原料ガスとを同時に並行して基材12の表面に供給することが可能となっており、小型かつ簡素な構成で良好な薄膜形成を行うことが可能となっている。
In particular, in the illustrated apparatus, it is possible to supply the surface treatment gas and the thin film raw material gas to the surface of the
なお、本発明では必ずしも共通の回転体24を用いて2系統のガス供給を同時に行うものに限らず、図3に示すように単一の対向板20のみを設置して一系統のガス供給を行うようにしてもよい。この装置において薄膜形成を行うには、例えばチャンバー2に前記ガス供給口6を設けて当該チャンバー2内に薄膜原料ガスを供給するようにすればよい。
In the present invention, the gas supply of two systems is not necessarily performed simultaneously using the common
また、本発明では対向部材の具体的な配置や姿勢は限定されない。図4及び図5は、対向板20が傾斜するように配置されたものを示している。図例では、対向板20の上面(案内面)が前記表面処理用ガス排出口18に向かってなだらかに傾斜するように覆い部材14の底部に配置されている。整流板22も、前記対向板20と略平行となるように傾斜し、かつ、前記表面処理用ガス排出口18の近傍で前記対向板20の端部に対して上側から対向するように配置され、当該対向板20との間に表面処理用ガス案内通路を形成している。この場合も、図4に示すガス供給口6から薄膜原料ガスを供給すれば、当該ガスが前記表面処理用ガス案内通路から供給されるプラズマまたはラジカル種との混合によって化学反応を起こして基材12の表面に薄膜を形成することになる。また、前記回転体24の外周面と対向板20の表面との隙間23の寸法(離間距離)はなるべく小さい方が好ましく、当該寸法よりも、前記表面処理用ガス排出口18の隙間寸法や、前記覆い部材14の底壁と基材12の表面との離間寸法を大きくするのが好ましい。
In the present invention, the specific arrangement and posture of the facing member are not limited. 4 and 5 show the
なお、前記覆い部材14内に供給する表面処理用ガスに薄膜原料ガスを含め、この薄膜原料ガスもともにプラズマ化して基材12の表面に供給するようにしても、薄膜形成は可能である。その場合、ガス供給口6からはチャンバー2内に例えばキャリアガスのみを供給するようにすればよい。ただし、その場合には回転体24の表面にもある程度の薄膜が形成されてしまうのに対し、前記方法のように覆い部材14内に供給される表面処理用ガスには薄膜原料ガスを含めずに別途基材12の表面に供給するようにすれば、回転体24の表面に薄膜が形成されるのを回避できる分、効率が向上し、また回転体24のメンテナンス周期を延長させることができる利点が得られる。
The thin film can be formed even if the surface treatment gas supplied into the covering
また、覆い部材14内でプラズマを生成させるにあたり、電界形成位置は適宜設定可能であり、例えば前記放電電極34を図6に示すような整流板22の直上方の位置に設けたり図7に示すように対向板20に組み込んだりした上で、回転体24を接地することにより、当該放電電極34と回転体24との間に電界を形成してその電界形成位置でプラズマを生成するようにしてもよい。その場合も、当該プラズマが表面処理用ガスとともに表面処理用ガス排出口18を通じて基材12の表面に供給されることにより、当該基材表面の処理が実現される。
Further, when generating plasma in the covering
具体的に、図6に示す装置では、放電電極34と回転体24との間の放電により励起された表面処理用ガスが回転体24と対向板20との隙間23またはその近くまで巻き込まれた後、逆流して基材12の表面に供給され、図7に示す装置では、前記隙間23またはその近くまで巻き込まれた表面処理用ガスが同隙間23で形成されるプラズマにより励起されてから逆流して基材12の表面に供給されることとなる。
Specifically, in the apparatus shown in FIG. 6, the surface treatment gas excited by the discharge between the
前記図1〜図7に示した装置は、回転体24及びこれに対向する対向板20が覆い部材14内に収容されたものであるが、当該覆い部材14の壁の一部を対向部材として構成することも可能であり、これによって装置の構造はより簡素化される。
In the apparatus shown in FIGS. 1 to 7, the rotating
図8は、前記覆い部材14の底壁15が対向部材として構成されたものである。図において、覆い部材14は回転体24全体を収容しており、当該覆い部材14の底壁15が前記回転体24の外周面と基材12の表面との間に介在している。前記回転体24は、その外周面が覆い部材14の底壁15の内側面(上面)と微小な隙間23をおいて対向する位置に設けられている。
In FIG. 8, the
前記覆い部材14の底壁15には、同底壁15を上下方向に貫通する表面処理用ガス排出口18が形成されている。この表面処理用ガス排出口18は、回転体24の回転軸26と平行な方向に延びるスリット状をなし、前記回転体24の外周面と覆い部材14の底壁15との隙間が最小となる位置よりも当該回転体24の回転方向上流側(図例では右側)に位置している。さらに、プラズマ生成手段である放電電極34及び接地電極36が前記表面処理用ガス排出口18を前後から挟むようにして前記覆い部材14の底壁15の下面に取付けられている。
The
この装置において、覆い部材14内に供給される表面処理用ガスは、前記回転体24の回転によりその外周面に巻き込まれて前記隙間23に導かれ、そのガスの多くが回転体24の回転方向上流側に逆流するが、その上流側にスリット状の前記表面処理用ガス排出口18が存在するため、前記隙間23から逆流したガスは、前記表面処理用ガス排出口18から基材12の表面に対し、前記回転体24の回転軸26と平行な方向(すなわち基材搬送方向と直交する方向)に延びるカーテン状に安定した状態で供給される。この供給ガスは、前記放電電極34と接地電極36との間に形成された所定強さの電界を通過することによりプラズマを生成し、当該プラズマ、もしくは、少なくとも当該プラズマによって前記表面処理用ガスが活性化されたラジカル種が、基材12の表面に供給され、薄膜42を形成する。
In this apparatus, the surface treatment gas supplied into the covering
なお、前記プラズマ生成手段としては、前記図6に示した装置と同様に、前記回転体24が接地され、かつ、その外周面に対向するように放電電極34が配設されたものでもよい。図9に示す装置では、前記表面処理用ガス排出口18よりもさらに回転体24の回転方向上流側の位置で放電電極34が覆い部材14の底壁15上に固定されており、その放電電極34には前記回転体24の外周面と対向する傾斜面34aが形成されている。この装置では、回転する回転体24の外周面に巻き込まれた表面処理用ガスが前記放電電極34と回転体24との間に形成されたプラズマ40を通過した後に隙間23の手前で逆流して表面処理用ガス排出口18から基材12の表面に向けて送り出される。
As the plasma generating means, as in the apparatus shown in FIG. 6, the rotating
図8及び図9に示す装置によれば、表面処理用ガス排出口18の形状設定によって底壁15から供給されるガスの流量及び領域を適正に制御することができ、これにより安定した表面処理を実現することができる。その隙間23や表面処理用ガス排出口18の寸法、位置等の好適例については後述の実施例4,5として提示する。
According to the apparatus shown in FIGS. 8 and 9, the flow rate and region of the gas supplied from the
前記のように覆い部材14の底壁15を対向部材として利用する場合でも、必ずしも前記回転体24の全体が覆い部材14内に収容されていなくてもよく、図10及び図11に示すように、当該底壁15に設けられた開口38から回転体24の一部が覆い部材14の外部に突出(図では基材12に向けて突出)したものであってもよい。この場合、図示のように、前記底壁15における開口38の周縁部が前記回転体24の外周面との間に微小な隙間23を形成し、それよりも回転体24の回転方向上流側に前記底壁15の表面処理用ガス排出口18が位置する構成とすればよい。
Even when the
なお、図10は、前記表面処理用ガス排出口18を前後から挟むようにして放電電極34と接地電極36とが覆い部材14の底壁15に組み込まれた例を示しており、図11は、前記隙間23よりもさらに回転体24の回転方向上流側の位置で当該回転体24の外周面に放電電極34が対向し、この放電電極34と接地された回転体24との間にプラズマ40が形成される例を示している。
FIG. 10 shows an example in which the
本発明において、隙間23からガスを逆流させて基材12に供給する場合、当該隙間23でのガスの流れ抵抗は高いことが好ましく、当該流れ抵抗が高いほど逆流するガスの割合を増やすことが可能である。図12,図13に示す装置では、対向部材としての覆い部材14の底壁15の上面において、前記表面処理用ガス排出口18よりも回転体24の回転方向下流側の位置に、前記回転体24の外周面に沿って湾曲する凹面15aが形成され、この凹面15aと前記回転体24の外周面との間にその周方向に亘って略均一な隙間23が形成されている。このような構成では、隙間23におけるガスの流れ抵抗を著しく増大させることができ、当該隙間23の手前で逆流するガスの量を有効に増やすことができる。
In the present invention, when the gas flows backward from the
このような装置においても、プラズマ生成手段として種々の態様が存在する。前記図12に示す装置では、前記表面処理用ガス排出口18よりもさらに回転体24の回転方向上流側の位置で放電電極34が覆い部材14の底壁15上に固定され、その放電電極34に前記回転体24の外周面と対向する傾斜面34aが形成されており、この傾斜面34aと前記回転体24との間でプラズマ40が形成される。これに対して図13に示す装置では、表面処理用ガス排出口18の出口を覆うようにガスの透過が可能なメッシュ状の放電電極34が配設され、この放電電極34と回転体24との間で前記表面処理用ガス排出口18内にプラズマ40が形成される。
Even in such an apparatus, various modes exist as the plasma generation means. In the apparatus shown in FIG. 12, the
なお、前記図12に示す装置では、覆い部材14の底壁15の一部をそのまま放電電極として構成してもよい。当該図12に示す装置における各寸法の好適例については、後述の実施例6として提示する。
In the apparatus shown in FIG. 12, a part of the
本発明では、前記対向板20や覆い部材14の底壁15に代え、回転体24の外周面を基材12の表面に対向させることによっても、良好な表面処理用ガスの供給を行うことが可能である。その例を図14及び図15に示す。なお、図14において、チャンバー2内の基本構成は前記図1に示したものと全く同等であり、ここでは説明を省略する。
In the present invention, the surface treatment gas can be supplied satisfactorily by making the outer peripheral surface of the
図15(a)(b)に示すように、回転体24は、前記図2(a)(b)に示したものと同様に円筒状の外周面をもつ円柱状に形成されているが、ここでは、その下部を残してそれよりも上側の部分が覆い部材14で覆われている。詳しくは、覆い部材14の底壁に回転体24の形状に対応した形状の表面処理用ガス排出口18が設けられ、この表面処理用ガス排出口18から回転体24の下部が覆い部材14の下方に突出するように当該回転体24が配設されており、基材12の搬送時に当該基材12と回転体24の下面とが微小な隙間23をおいて対向するようになっている。
As shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), the rotating
この装置においても、回転体24の中心軸は前記基材12の搬送方向と略直交する方向を向き、当該回転体24にその中心軸に沿って当該回転体24を貫く回転中心軸26が固定されており、この回転中心軸26の両端が、前記覆い部材14の底壁上に立設された一対の軸受台28を介して回転可能に支承されている。そして、覆い部材14の外部に回転駆動手段であるモータ30が設置されるとともに、このモータ30の出力軸及び前記回転中心軸26の一端部には互いに磁力で連動するマグネットカップリング32が固定され、これらのマグネットカップリング32が覆い部材14の側壁を挟んでその内外に配置されており、当該モータ30の作動により、前記回転体24が前記回転中心軸26の中心軸回り(基材搬送方向と略直交する方向の軸回り)に回転駆動されるようになっている。
Also in this apparatus, the central axis of the
この装置では、前記覆い部材14の底壁の下面(すなわち覆い部材14が基材12の表面と対向する面)に放電電極34が設けられている。この放電電極34は、前記回転体24を基準として、当該回転体24と基材12との隙間23における当該回転体24の外周面の周速の向き(図では右向き)と反対の側(図では左側)に設けられている。そして、この放電電極34に高周波電圧(直流電圧でもよい)が印加される一方、基材12が接地された状態で搬送されることにより、前記放電電極34と基材12との間にプラズマ生成用の電界が形成されるようになっている。
In this apparatus, a
また、この装置でも、前記対向板20の案内面と整流板22の側面との離間寸法が前記回転体24の外周面と対向板20の上面との隙間23の寸法(離間距離)よりも大きく設定されている。
Also in this apparatus, the separation dimension between the guide surface of the
次に、この装置を用いて基材12の表面に酸化膜を形成する例を説明する。
Next, an example in which an oxide film is formed on the surface of the
この方法で行われる各操作のうち、「1)基材搬送操作」は前記の方法と全く同等である。また、「2)薄膜原料ガス供給操作」も、単にチャンバー2内に当該薄膜原料ガスを供給するようにすればよい。
Among the operations performed by this method, “1) Substrate transport operation” is exactly the same as the above method. In addition, the “2) thin film source gas supply operation” simply supplies the thin film source gas into the
「3)表面処理用ガス供給操作」についても、前記と同様、表面処理用ガス供給口16を通じて覆い部材14内にアルゴン等のキャリアガス及びO2,N2O,NO2,空気等の酸化剤を含む表面処理用ガスを供給するが、覆い部材14内では、モータ30の作動で回転体24を図1及び図2の矢印方向、すなわち、回転体24の外周面と基材12の表面との隙間23における当該回転体24の外周面の周速成分が基材搬送台10上の基材12の表面から離れる向きとなる方向に高速回転させる。
In the “3) surface treatment gas supply operation”, similarly to the above, the carrier gas such as argon and the oxidation of O 2 , N 2 O, NO 2 , air, etc. are entered into the covering
この回転体24の回転により、その外周面に前記表面処理用ガスが巻き込まれ、覆い部材14内から表面処理用ガス排出口18を通じて基材12の表面に抜け出て前記隙間23に導かれる。しかし、この隙間23の寸法が小さいために多くの表面処理用ガスが回転体24の回転方向上流側に逆流し、基材12の表面と覆い部材14の底壁とで挟まれた空間内に導かれる。
Due to the rotation of the
その際、当該基材12の表面と放電電極34との間に所定強さの電界を形成しておくと、この電界形成領域に前記表面処理用ガスが供給されることによりプラズマ40が生成され、当該プラズマ40によってチャンバー2内の薄膜原料ガスが基材12上で化学反応を起こすことにより当該基材12の表面に薄膜が形成される。
At this time, if an electric field having a predetermined strength is formed between the surface of the
この方法でも、例えば従来のように回転電極と基材12との微小隙間にプラズマを生成する方法に比べ、隙間寸法の厳しい管理が要求されず、しかも、回転体24の回転による表面処理用ガスの巻き込みと、当該回転体24と基材12との隙間23からの表面処理用ガスの逆流とを利用して基材12に対してその幅方向(基材搬送方向と直交する方向)について均一な表面処理用ガスの供給をすることができ、これにより高質の表面処理を実現することができる。
Even in this method, for example, as compared with the conventional method of generating plasma in a minute gap between the rotating electrode and the
また、前記覆い部材14内に供給する表面処理用ガスに薄膜原料ガスを含め、この薄膜原料ガスもともにプラズマ化して基材12の表面に供給するようにしても、薄膜形成は可能であり、その場合、ガス供給口6からはチャンバー2内に例えばキャリアガスのみを供給するようにすればよいことは、前記図4及び図5に示した装置と同様である。
In addition, a thin film can be formed by including a thin film raw material gas in the surface treatment gas supplied into the covering
なお、本発明は以上示したプラズマCVDに限るものではなく、例えば、予め基材12を高温に加熱しておいてその熱エネルギーを利用してガスに化学反応を起こさせる熱CVDの適用も可能である。その場合も、前記と同じ要領で適当な表面処理用ガスを基材12の表面に供給するようにすればよい。
The present invention is not limited to the plasma CVD described above. For example, it is possible to apply thermal CVD in which the
また、前記図1〜図15に示した装置はいずれも、回転体24と対向板20または基材12との隙間23から逆流したガスを基材12の表面に供給するようにしているが、例えば図16に示すように、前記図2に示した装置において回転体24を逆向きに回転させ、当該回転体24と対向板20との隙間23を通過したガスがそのまま回転体24の周速の向きに基材12の表面に供給されるようにしてもよい。
In addition, in any of the apparatuses shown in FIGS. 1 to 15, the gas that flows backward from the
あるいは、図17に示すように、覆い部材14内に一対の回転体24を微小な隙間23をおいて相対向させて相互逆向きに回転させ、当該隙間23を通過したガスがそのまま基材12の表面に供給されるようにしてもよい。この場合、両回転体24がそれぞれ対向部材を兼用することになる。
Alternatively, as shown in FIG. 17, a pair of
また、前記図14及び図15に示した装置においても、前記回転体24を図の矢印方向と逆の方向に回転させ、当該回転体24と基材12との隙間23を通過したガスが基材12の表面に供給されるようにしてもよい。
Also in the apparatus shown in FIGS. 14 and 15, the rotating
ただし、前記のように隙間23から逆流したガスが供給されるようにすれば、より安定した圧力状態で表面処理用ガスを基材12の表面に対して均一に供給することができる利点が得られる。
However, if the gas flowing backward from the
前記図4及び図5に示す装置でチタニア(チタン酸化膜)の形成を行った。基材12には厚さ4mmのガラス基板を用い、薄膜原料ガスにはTi(i-OC3H7)4を用い、覆い部材14内へはヘリウムと酸素の混合ガスを表面処理用ガス供給口16から導入し、チャンバー2内へは前記薄膜原料ガスをヘリウムガスで希釈したガスをガス供給口6から導入するようにした。放電電極34には13.56MHzの高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、基材12上にヘリウム・酸素の活性ガスを供給した。
Titania (titanium oxide film) was formed using the apparatus shown in FIGS. A glass substrate having a thickness of 4 mm is used for the
この条件において、回転体24を1500rpmで回転させた場合には基材12の表面に対してその幅方向(基材搬送方向と直交する方向)について±1%内の精度で均一にガスを供給することができた。また、薄膜原料ガスとして前記のTi(i-OC3H7)4に代えてTi(t-OC4H9)4を用いた場合にも同様の効果を得ることができた。これに対し、前記回転体24を回転させなかった場合にはいずれの薄膜原料ガスを用いても成膜を確認することができなかった。
Under this condition, when the
前記図16に示す装置において、熱CVDによりシリカ(シリコン酸化膜)の形成を行った。基材12には厚さ0.7mmのガラス基板を用い、これを300℃に加熱した状態で搬送し、さらに表面処理用ガス排出口18の直前で600℃まで加熱した状態でこれに表面処理用ガスを吹き付けた。この表面処理用ガスには、キャリアガスであるヘリウムに薄膜原料ガスであるテトラエトキシシラン(TEOS)を1.5%混合したものを用いた。
In the apparatus shown in FIG. 16, silica (silicon oxide film) was formed by thermal CVD. A glass substrate having a thickness of 0.7 mm is used as the
この条件において、回転体24を1500rpmで回転させた場合には基材12の表面に対してその幅方向(基材搬送方向と直交する方向)について±3%内の精度で均一にガスを供給することができたのに対し、前記回転体24を回転させず、覆い部材14内への表面処理用ガス供給圧力のみによって表面処理用ガス排出口18からガスを排出させた場合には、±50%程度の均一性しか得ることができなかった。
Under this condition, when the
前記図14及び図15に示す装置において、回転体24と対向板20との隙間23の寸法を適宜変更しつつ、薄膜原料ガスにテトラエトキシシラン(TEOS)、キャリアガスにヘリウムを用いてシリコン酸化膜の形成を行った。ここで、基材と放電電極34との間隔は5mm、回転体24の直径は100mmとし、回転数は1500rpmとした。
In the apparatus shown in FIGS. 14 and 15, silicon oxide is oxidized using tetraethoxysilane (TEOS) as a thin film source gas and helium as a carrier gas while appropriately changing the size of the
図18(a)は、前記隙間23の寸法と、成膜を開始してから1分の間に形成された薄膜の膜厚との関係を示したものである。図示のように、この実施例では、回転体24の外周面と対向板20との隙間23を5mm以下とすることによって成膜速度の著しい向上が見られ、特に当該隙間23を2mm以下(さらに好ましくは1mm以下)とすることによりきわめて速度の高い成膜を実現できることが確認できた。
FIG. 18A shows the relationship between the dimension of the
また、この実施例3において、前記隙間差の寸法を1mmに固定する一方、回転体24の回転数を変えて成膜実験を行った結果を図18(b)に示す。図示のように、回転体24を回転させない場合(0rpm)では、成膜速度が上がらないのは勿論のこと、回転体24の両外側の広い空間にガスが逃げ込むために基材12の両外側に膜厚が偏在するのに対し、回転体24の回転数を上げるに従って成膜速度及び膜厚の均一性が向上し、回転数を1500rpmまで高めると基材幅方向(基材搬送方向と直交する方向)の膜厚の変動割合を±1%以下のレベルまで高めることが可能になる。
Further, in Example 3, the result of the film formation experiment performed by fixing the size of the gap difference to 1 mm and changing the rotational speed of the
前記図8に示した装置における主要寸法の好適例を以下に提示する。 A preferred example of main dimensions in the apparatus shown in FIG. 8 is presented below.
1)回転体24の外周面と覆い部材底壁15との隙間の最小寸法:1mm
2)前記隙間が最小となる位置から表面処理用ガス排出口18までの距離:11mm
3)表面処理用ガス排出口18のスリット幅:1〜5mm未満
4)底壁15の厚さ(表面処理用ガス排出口18の深さ):5mm
5)底壁15の下面と基材12との離間距離:5mm
6)放電電極34及び接地電極36の断面形状:矩形状(縦3mm×横5mm)
1) Minimum dimension of the gap between the outer peripheral surface of the
2) Distance from the position where the gap is minimized to the surface treatment gas outlet 18: 11 mm
3) Slit width of surface treatment gas outlet 18: less than 1 to 5 mm 4) Thickness of bottom wall 15 (depth of surface treatment gas outlet 18): 5 mm
5) Distance between the bottom surface of the
6) Cross-sectional shape of
前記図9に示した装置における主要寸法の好適例を以下に提示する。 A preferred example of main dimensions in the apparatus shown in FIG. 9 is presented below.
1)回転体24の外周面と覆い部材底壁15との隙間の最小寸法:1mm
2)前記隙間が最小となる位置から表面処理用ガス排出口18までの距離:11mm
3)表面処理用ガス排出口18のスリット幅:1〜5mm未満
4)底壁15の厚さ(表面処理用ガス排出口18の深さ):5mm
5)底壁15の下面と基材12との離間距離:5mm
6)放電電極34の傾斜面34aの傾斜角度:30°
7)放電電極34の傾斜面34aと回転体24の外周面との水平距離の最小値:2mm
1) Minimum dimension of the gap between the outer peripheral surface of the
2) Distance from the position where the gap is minimized to the surface treatment gas outlet 18: 11 mm
3) Slit width of surface treatment gas outlet 18: less than 1 to 5 mm 4) Thickness of bottom wall 15 (depth of surface treatment gas outlet 18): 5 mm
5) Distance between the bottom surface of the
6) Inclination angle of the
7) Minimum horizontal distance between the
前記図12に示した装置における主要寸法の好適例を以下に提示する。 A preferred example of the main dimensions in the apparatus shown in FIG. 12 is presented below.
1)回転体24の外周面と凹面15aとの隙間1mm
2)底壁15の厚さ:6〜10mm
3)底壁15の下面と基材12との離間距離:5mm
4)放電電極34の傾斜面34aの傾斜角度:30°
7)放電電極34の傾斜面34aと回転体24の外周面との水平距離:1〜5mm
1) 1 mm gap between the outer peripheral surface of the
2) Thickness of bottom wall 15: 6-10mm
3) Distance between the lower surface of the
4) Inclination angle of the
7) Horizontal distance between the
6 ガス供給口
8 基材搬送ベルト(基材搬送手段)
10 基材搬送台
12 基材
14 覆い部材
15 覆い部材の底壁
15a 凹面
16 表面処理用ガス供給口
18 表面処理用ガス排出口
20 対向板(対向部材)
20a 対向板の上端面
20′下流側対向板(下流側対向部材)
22 整流板(整流部材)
23,23′隙間
24 回転体
30 モータ(回転駆動手段)
34 放電電極
36 接地電極
40 プラズマ
6
DESCRIPTION OF
20a Upper end surface of opposing
22 Rectifier plate (rectifier member)
23, 23 '
34
Claims (22)
隙間から前記基材の表面へ向けて前記表面処理用ガスを排出するための表面処理用ガス排出口とが設けられていることを特徴とする表面処理装置。 18. The surface treatment apparatus according to claim 6 , further comprising a cover member that covers the rotating body and the opposing member, and a surface for introducing a surface treatment gas into the cover member. A treatment gas introduction port and a surface treatment gas discharge port for discharging the surface treatment gas from the gap between the rotating body and the facing member in the cover member toward the surface of the base material are provided. The surface treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
The surface treatment apparatus according to any one of claims 19 to 21 , further comprising: a cover member that covers the rotating body, and introducing a surface treatment gas into the cover member for introducing the surface treatment gas into the cover member. A surface treatment apparatus, wherein a mouth is provided and a part of a wall constituting the covering member is interposed between the rotating body and the base material to constitute the facing member.
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