JP6672595B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、気相成長法によりフレキシブル基板上に薄膜を形成するための成膜装置に関する。より詳しくは、フレキシブル基板を断続的または連続的に搬送しながら該フレキシブル基板上に薄膜を形成する装置であって、気相による堆積（デポジション）を利用した真空成膜装置に関する。

気相を用いて薄膜を形成する方法は、大別して化学的気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、物理的気相成長法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とがある。
ＰＶＤとして代表的なものには真空蒸着法やスパッタ法などがある。特にスパッタ法は、一般に装置コストは高いが、膜質と膜厚の均一性に優れた高品質の薄膜の作製が行えるため、表示デバイスなどに広く応用されている。ただし膜に欠陥を含むことがある。

ＣＶＤは、真空チャンバー内に原料ガスを導入し、熱エネルギーによって基板上で１種類あるいは２種類以上のガスを分解または反応させて固体薄膜を成長させるものである。反応を促進させたり反応温度を下げたりするため、プラズマや触媒（Ｃａｔａｌｙｓｔ）反応を併用するものもある。プラズマを併用するものをＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）、触媒反応を併用するものをＣａｔ−ＣＶＤ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ＣＶＤ）と呼ぶ。化学的気相成長法は成膜欠陥が少ないという特徴を有し、ゲート絶縁膜の成膜など半導体デバイス製造工程に主に適用されているが、成膜に比較的高温が必要というデメリットもある。

原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、表面吸着した物質を表面における化学反応によって原子レベルで１層ずつ成膜していく方法であり、ＣＶＤに分類される。ＡＬＤが一般的なＣＶＤと区別されるのは、一般的なＣＶＤが単一のガスまたは複数のガスを同時に用いて基板上で反応させて薄膜を成長させるのに対して、ＡＬＤでは前駆体（またはプリカーサーともいう）と呼ばれる活性に富んだガスと反応性ガス（これもＡＬＤでは前駆体と呼ばれる）を交互に用い、基板表面における吸着とそれに続く化学反応によって原子レベルで１層ずつ薄膜を成長させていく特殊な成膜方法にある。

具体的には、表面吸着において表面がある種のガスで覆われるとそれ以上そのガスの吸着が生じない自己制限（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）効果を利用し、表面が前駆体を１層吸着したところで未反応の前駆体を排気する。続いて反応性ガスを導入して先の前駆体を酸化または還元して所望の組成を有する薄膜を１層得たのち反応性ガスを排気する。これを１サイクルとしこのサイクルを繰り返して、１サイクルで１層ずつ、薄膜を成長させていくものである。従ってＡＬＤでは薄膜は二次元的に成長する。ＡＬＤでは、従来の蒸着法やスパッタ法などとの比較ではもちろん、一般的なＣＶＤなどと比較しても成膜欠陥が少ないことが特徴であり、様々な分野に応用が期待されている。

ＡＬＤでは、第二の前駆体を分解し、基板に吸着している第一の前駆体と反応させる工程において、反応を活性化させるためにプラズマを用いる方法があり、これはプラズマ活性化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＡＬＤ）または単にプラズマＡＬＤと呼ばれる。
ＡＬＤは他の成膜法と比較して斜影効果が無いなどの特徴があるため、ガスが入り込める隙間があれば成膜が可能であり、高アスペクト比を有するラインやホールの被覆のほか３次元構造物の被覆用途でＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）関連にも応用が期待されている。

以上述べてきたような成膜法を用いて薄膜を形成する対象は、ウェハーやフォトマスクなどの小さな板状の基板、ガラス板などの大面積でフレキシブル性が無い基板、またはフィルムなどの大面積でフレキシブル性がある基板、など様々に存在する。これに対応して、これらの基板に薄膜を形成するための量産設備では、コスト、取り扱いの容易さ、成膜品質などによって様々な基板の取り扱い方法が提案され、実用化されている。

例えばウェハーでは基板一枚を成膜装置に供給して成膜して、その後、次の基板へ入れ換えて再び成膜を行う枚葉式や、複数の基板をまとめてセットし全てのウェハーに同一の成膜を行うバッチ式等がある。
また、ガラス基板などに成膜を行う方法には、成膜の源となる部分に対して基板を逐次搬送しながら同時に成膜を行うインライン式や、さらには、主にフレキシブル基板に対してはロールから基板を巻き出し、搬送しながら成膜を行い、別のロールに基板を巻き取る、いわゆるロールツーロールによるウェブコーティング方式がある。フレキシブル基板だけでなく、成膜対象となる基板を連続搬送できるようなフレキシブルなシートまたは一部がフレキシブルとなるようなトレイに載せて搬送／連続成膜する方式も、ウェブコーティング方式に含まれる。

いずれの成膜法、基板取り扱い方法も、コスト、品質、取り扱いの容易さなどから判断して最適な組み合わせが採用されている。
ＡＬＤの欠点としては、特殊な材料を使用する点やそのコストの点等が挙げられるが、最大の欠点は、ＡＬＤは１サイクルで１層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていく方法であるため、蒸着やスパッタ等の成膜法と比較しても５〜１０倍ほど成膜速度が遅いことにある。

これを解決するため、一つのチャンバーで前駆体の供給と排気を繰り返す従来の方法（これを時間分割型という）から、チャンバーを幾つかのゾーンに分割しそれぞれのゾーンには単一の前駆体またはパージガスを供給して、各ゾーン間を基板が行き来する空間分割型が提案されている（例えば特許文献１）。

国際公開２００７／１１２３７０号

空間分割型ＡＬＤ成膜法の登場で成膜速度の問題は大きく改善された。しかしＣＶＤやスパッタ法と比較すると成膜速度は未だ充分ではなく、成膜コストが高くなる一因となっている。ロールツーロールＡＬＤ成膜において、飽和吸着を実現するなど理想的な成膜条件が整った場合、フレキシブル基材を搬送する速度が成膜速度を決定する。膜厚を厚くするためには基板が当該の少なくとも二つのゾーンを行き来する領域を増やす、すなわち装置を大規模化する必要があり、やはりコスト高の要因となる。

そして作製される膜の耐久性を高めるために、ある程度の膜厚が必要となる。
ここで成膜速度向上のため、反応性ガスを常時流し、前駆体の導入はパルス化するというＡｔｏｍｉｃ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＡＶＤ）なるものも発明されている。ただしこれは時間分割型のバッチ成膜装置を対象としたもので、空間分割型のロールツーロール成膜には向かない。
本発明の目的は、フレキシブル基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、装置全体を小型化可能とし、また効率を向上させて生産性を向上させるための成膜装置を提供することである。

課題を解決するために、本発明の一態様の成膜装置は、真空チャンバー内を移動するフレキシブル基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記真空チャンバー内を、少なくとも第一のゾーンと第二のゾーンとに画成すると共に前記フレキシブル基板が通過する開口が形成された隔壁と、前記フレキシブル基板を、前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとの間を往来させる機構と、前記第一のゾーンに金属または珪素を含む原料ガスを供給する機構と、前記第二のゾーンに配置されて金属または珪素を含む材料をターゲット材としてスパッタリングを行う機構と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、下記に示す効果を奏する。
すなわち、上述の装置を用いることにより、スパッタ成膜よりも高品質な膜を高い成膜速度で得ることができる。またそのことにより、装置は小型化が可能である。
またスパッタ成膜のみの場合と比較して、スパッタ成膜特有の成膜欠陥が膜に含まれることを低減することができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置を説明するための、真空チャンバー内の構成図を例示したものである。この図は基幹となる成膜部のみを表した模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置の電極を表した模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置による成膜法を説明するための一例の概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
図１は真空チャンバー１００のうち、成膜に関する部分のみを記載している。フレキシブル基板２０５への薄膜の形成は、先に述べたとおりロールツーロールによる成膜が一般的に用いられているが、必ずしもそれに限定されない。図ではフィルムの供給部は公知の技術であるため省略している。

〈構成〉
真空チャンバー１００内は、ゾーンセパレーター２０２によって少なくとも２つのゾーンに隔てられている。本実施形態の真空チャンバー１００内は、図１に示すように、基板２０５の搬送方向に所定間隔を開けて配置された２つのゾーンセパレーター２０２によって、３つのゾーン１０１、１０２、１０３に区画されており、後述の通り、第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２の間に第三のゾーン１０３が形成された場合を例示している。第三のゾーン１０３は複数形成されていても良い。

そして、真空チャンバー１００内に送られたフレキシブル基板２０５は、複数のローラー２０１によって搬送方向を１８０°反転されながら、第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２とに複数回、往復搬送された後に、真空チャンバー１００外に送られる構成となっている。ゾーンセパレーター２０２は隔壁を構成する。複数のローラー２０１は、基板２０５を第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２との間を往来させる機構を構成する。

第一のゾーン１０１には、原料ガス導入機構５０１によって、原料ガスが導入される。原料ガスには、主として金属または珪素が含まれる。
第二のゾーン１０２には電極２０３が設置されており、電極２０３には、成膜する目的の膜種に対応したターゲット材がセットされる。電極２０３は、搬送される基板２０５のスパッタリングする面と対向配置される。電極２０３を複数設置する場合は、電極２０３は材質、組成比の面で全て同じものを用いてもよいし、一つだけあるいは複数あるいはそれぞれにおいて異なるものを用いてもよい。図１では、電極として、電極２０３の他に同２０４を対向配置した場合を例示している。電極２０３の他に同２０４を用いると、フレキシブル基板２０５への両面成膜が可能である。電極２０３と同２０４に異なる材料を使用すると、フレキシブル基板２０５の一方の面と他方の面で異なる材質の薄膜を形成することができる。

第二のゾーン１０２には、スパッタリングガス導入機構５０２によって、スパッタリングに適したガスが導入される。反応性スパッタを行う場合には反応性ガスも併せて導入される。なお、メタルターゲットではなく酸素欠損型の導電性の低級酸化物ターゲットを用い、さらに反応性ガスを導入して酸化物薄膜を成膜する場合も反応性スパッタと呼ぶことがある。この例として、ターゲット材に化学量論組成比よりも酸素の含有量が少ない酸化インジウム錫を用い、ガスにアルゴンと酸素を用いて、酸化物薄膜を形成する場合などが挙げられる。本発明には、これも反応性スパッタに含むものとする。

ここで、前記原料ガスに主として含まれる金属または珪素のうちの主たる成分が、ターゲットに含まれる金属また珪素のうちの主たる成分と同じになるようにすると、同一種の（単一な）薄膜を形成することができる。反対にそれらが相異なるようにすると、複数種の成分を有する薄膜を作製することができる。膜を構成する成分のうち、スパッタ成膜の成分が多く反対に第一のゾーン１０１において吸着する原料ガスの成分が少ない場合は、前記原料ガスの成分をスパッタ膜へのドーピング材料として適用する事もできる。

電極２０３及び同２０４は、スパッタ成膜においてプラズマを励起する際の電極になっている。電極２０３及び２０４の構造及び特徴については後述する。
ゾーンセパレーター２０２にはフレキシブル基板２０５が通過するための開口部が設けられている。該開口部の大きさはフレキシブル基板２０５の搬送時に該基板２０５が該開口部の壁面に接触しない範囲で最小限の大きさが好適である。開口部が大きいとゾーンセパレーター２０２としての役割を充分に果たせなくなる。すなわち注目するゾーンに存在するガスと隣り合うゾーンに存在するガスが混ざり合い、その量が成長中の膜に影響を及ぼすほど大きくなると、期待した膜質が得られないなど無視できない不具合となる。従って開口部は可能な範囲において小さく設けることが必要である。

その影響をより緩和するために、本実施形態では、図１に示すように、第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２の間に、緩衝用の第三のゾーン１０３を設けている。また、第三のゾーン１０３に不活性ガスを導入する機構５０３を設ける。これによって、成膜時に第三のゾーン１０３に不活性ガスを導入することで、第一のゾーン１０１に導入したガスと第二のゾーン１０２に導入したガスとが直接混合する量を軽減することができる。第三のゾーン１０３に導入した不活性ガスは、第一のゾーン１０１または／及び第二のゾーン１０２を通って排気される流れを作るとより効果的である。

フレキシブル基板２０５はゾーンセパレーター２０２の開口部を通じて第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２の間を、第三のゾーン１０３を介して、行ったり来たりして成膜が行われる。
図２は電極２０３または同２０４の構造を図示した概略断面図である。電極２０３または同２０４は、スパッタリングを行う機構を構成する。

電極２０３と同２０４はチャンバー１００内での配置場所が異なるだけで、左右の設置向きなど実施用途によって注意が必要なケースがあるものの、基本的には同一である。もちろん互いに異なる物を用いてもよい。フレキシブル基板２０５の片面に成膜を行う場合はいずれか一方の電極群を使用することになるが、両面に成膜する場合は両方を同時に設置して使用する。以下の説明では特別に指摘していない限り、電極２０３と電極２０４は互いに読み替えることができ、以下の構造の説明では、電極２０３を代表して説明する。

スパッタリングターゲットは、通常、プラズマを励起する際の電極となっている。通常は導電性の高い銅板（バッキングプレートと呼ばれる）の上にスパッタ成膜時の原材料となるターゲット材を形成したものを用いる。図２（１）はバッキングプレート３０２の一方の面にターゲット材３０３を配置した例である。一般的なスパッタ成膜では、ターゲット裏面は真空には曝されないのに対して、本実施形態で用いる電極２０３は、主にフレキシブル基板２０５の間に設置されるものであるから、両面スパッタする場合を除き電極２０３の片面には絶縁体３０１を配置してバッキングプレート３０２からの放電を抑止する。

両面スパッタする場合は、図２（２）のように、バッキングプレート３０２の両面にターゲット材３０３を配置することでそれが可能になる。このとき、ターゲット材３０３には同一材料を用いてもよいし、相異なる材料を用いてもよい。相異なる材料を用いると、単一ではなくそれぞれの材料を含む組成のスパッタ膜を形成できる。ターゲット材３０３には金属または珪素を含む材料を用いてスパッタ成膜に必要な導電性を確保する。酸化物や窒化物であっても、導電性を確保できればよい。例えば、これも前述したが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）なども成分や酸化度を適切に制御して作製することによって導電性を有するターゲット材と成り得る。ターゲット材の導電性が不足する場合や成膜中に導電性が低下する場合などは公知のパルス化ＤＣ電源やデュアルカソードの技術を使用するなどして放電が停止するのを抑制することもできる。導電性を持たないターゲット材を使用する場合は、ＲＦ電源を用いるとよい。ただしこの場合は放電を安定させるために全ての電極で位相の同期を取る必要があるなど、成膜にある程度の制約は生じる。

図２（３）は、バッキングプレート３０２の一部にターゲット材３０３を設けた他は図２（１）の構成と同じである。この様な構成を用いることによって、ターゲット材３０３が存在する部分に対向するフレキシブル基板２０５上に主にスパッタ成膜が行われ、それ以外の部分では励起されたプラズマによる基板２０５表面の改質／活性化のみが行われるという選択的な状況を作り出すことができる。従って成膜と改質／活性化を、同時ではなくややタイミングをずらして実施したい場合に好適である。ただし、バッキングプレート３０２の構成物質がスパッタされるのを防止するためバッキングプレート３０２にはスパッタ率の低い材料を用いることが肝要となる。

図２（４）はそういった制限を緩和するためのもので、ターゲット材３０３が配置されている部分のみに対応して背面にマグネトロンを設置したものである。これによりターゲット材３０３の近傍のみに高いプラズマ密度を形成できるため、投入電力を抑えることができ、相対的にバッキングプレート３０２がスパッタされる量を少なくすることができる。

図２（５）は、マグネトロン３０４を二つ背中合わせに配置して両面スパッタを可能にした例である。二つのマグネトロン３０４の干渉を防ぐために、間に防磁板（図示無し）を設けてもよい。防磁板についてはこのあと詳細に述べる。
図２（６）は、バッキングプレート３０２の一方の面にターゲット材３０３を配置し、その裏面にマグネトロン３０４を配置したのち絶縁体３０１でマグネトロンを保護したのち、その上に導電体３０５を配置して、ターゲット材３０３またはバッキングプレート３０２と、該導電体３０５が、電気的に接続されている例を示したものである。導電体の材質は問わない。また電気的な接続方法も問わない。これにより、ターゲット材３０３を有する面ではスパッタ成膜が実施され、他方、導電体３０５を有する面ではフレキシブル基板２０５上で成長中の膜の表面改質を行うことができる。図はターゲット材３０３がバッキングプレート３０２の一部のみに形成された例であるが、図２（６）’の様にバッキングプレート３０２の一面いっぱいに形成してもよい。ターゲット材３０３の大きさに合わせてマグネトロン３０４の大きさも適宜変更される。

図２（７）は、図２（６）で示した電極の、マグネトロン３０４と導電体３０５との間に防磁板３０６を設けた様子を例示したものである。防磁板の種類や材質などには特に制限は無く、充分に防磁効果が発揮できるものであればよい。マグネトロン３０４からの磁場の漏洩を防ぎ導電体３０５からのスパッタを最小限に抑えることができれば、公知のものが適用できる。
なお図示はしていないが、いずれの電極にも水冷あるいはその他の冷却機構を設けて電極に対する過剰な熱の蓄積を防いでもよい。電極の熱はフレキシブル基板２０５へ輻射熱（放射熱）として伝えられ、フレキシブル基板２０５に損傷を与える一因となるため、避けることが望ましい。

〈成膜方法〉
次に、本成膜装置を使用した成膜方法について述べる。本成膜装置を使用することで、成膜は次のように行われる。
ここで、各電極の違いによる効果は先に述べた通りである。また、成膜方法自体は同じであるので、ここでは図２（７）のターゲット材３０３をバッキングプレート３０２の一面いっぱいに形成した図２（７）’のみを例にとり、図３を参照しながら説明する。

ターゲット材３０３には前述のとおり導電性のあるものを用いる。原料ガスを用いた成膜では実施が困難な材料をスパッタ成膜のターゲット材として選択することができるのもこの発明の特徴の一つである。すなわち、ＣＶＤやＡＬＤでは高融点金属やその化合物は原料ガスとして取り出すために一般に高温が必要で、従って成膜時にも高温が必要なためフレキシブル基板２０５への成膜が困難であるが、そういった材料もスパッタ成膜であればターゲット材という形で採用することができる。従って本成膜では様々な材料を成膜することができる。

なお図では全て同じ電極２０３を配置した例を示したが、作製したい膜によって適宜適切なものをそれぞれの電極として選択してもよいし、間引いてもよい。膜質と成膜速度との兼ね合いによって決定される。
本成膜装置による成膜方法は、まず、フレキシブル基板２０５を成膜装置の真空チャンバー１００にセットしてチャンバー１００を真空状態にする。求められる真空度は製造する膜の膜質や許される処理速度などによって変わってくるため、一義的に決定することは適当ではない。フレキシブル基板２０５の材質はＰＥＴやＰＥＮ、ポリイミドなどの他、フォイルや紙、布など、本装置構成での基板２０５の搬送に耐えられるものであれば適用可能である。薄化して曲げられるようになった珪素やガラスでもよい。上記を複数含む複合材料でもよい。

必要であれば真空チャンバー１００を適宜加熱する。
続いて、第一のゾーン１０１に金属または珪素を含む原料ガスを、第二のゾーン１０２にアルゴンガスを導入する。第二のゾーン１０２で反応性スパッタを実施する場合には酸素などの反応性ガスも併せて導入する。プレスパッタによるターゲット表面クリーニングなどは、この時に済ませておく。

また、第三のゾーン１０３にはパージガスとして、不活性なアルゴンまたは窒素ガスを導入するとよい。このとき、第三のゾーン１０３のガス圧が、他の領域のガス圧よりも最も高くなるように設定するとよい。これにより第一のゾーン１０１に導入した前駆体と第二のゾーン１０２に導入したスパッタ用のガスとが混合する可能性やその割合を低くできる。なお、例えばスパッタ用のガスとして第一のゾーン１０１に導入した前記原料ガスに対して不活性な種を選択する場合はこの限りではない。

次いで、フレキシブル基板２０５の搬送を開始すると共にスパッタ成膜を行う。一般的なＤＣスパッタリングが使用できるが、カソード（ターゲット）の数によっては高周波やマイクロ波、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などもプラズマ励起源として使用できる。アーキング抑止のため公知の技術を適用してもよい。例えばパルス化ＤＣ電源の使用や、アークカット制御回路付きＤＣ電源の使用などがこれに当たる。

スパッタ成膜時にプラズマへ投入する電力は所望の膜質、成膜速度によって自由に設定することができる。一般にスパッタ成膜では放電電力に比例して作製される膜の膜厚は厚くなる。しかし本成膜法の特徴は前記原料ガスの吸着とスパッタによる成膜を相補的に交互に繰返し行う事であるから、スパッタ成膜のみが突出して成される事は本成膜法の利点を損なうことにつながる。

このとき、搬送されるフレキシブル基板２０５に注目してみると、真空チャンバー１００の成膜室へ導入されたフレキシブル基板２０５は第一のゾーン１０１で金属または珪素を含むガスに曝される。この例では図３の左上からフレキシブル基板２０５が真空チャンバー１００の成膜室に入ってくるものとする。原料ガスはフレキシブル基板２０５の表面に吸着する。その後、フレキシブル基板２０５はゾーンセパレーター２０２の開口部を通って第三のゾーン１０３へ移動し、不活性ガスに曝されるが、第一のゾーン１０１で既に吸着した原料ガスはそのままフレキシブル基板２０５の表面に残っている。次いでフレキシブル基板２０５は先と同様にゾーンセパレーター２０２の開口部を通って第二のゾーン１０２へ移動し、ここでスパッタ成膜のためのガスに曝される。

図３の例では図２（７）’で示した電極がその向きで収められている。すなわち、空間４０１近傍では電極２０３による放電によってプラズマが励起され、空間４０１近傍に位置するフレキシブル基板２０５は前述の表面吸着した原料ガスが改質される。表面近傍に存在する元素によってどの様に改質されるかは異なる。例えば、元素として酸素が存在する場合には酸化することが見込まれる。続いてフレキシブル基板２０５はローラー２０１によって１８０°反転され、再び電極２０３の前に導かれる。この時のフレキシブル基板２０５の向きから考えると、電極２０３はその表面にターゲット材３０３がある方に面しており、ターゲット材３０３の構成物質がスパッタされている。従って空間４０２近傍ではフレキシブル基板２０５上にスパッタ成膜が進行する。その後、フレキシブル基板２０５はゾーンセパレーター２０２の開口部を通って第三のゾーン１０３に入り、引き続いて同様に第一のゾーン１０１に入ることになる。これを繰り返すことによって一連の成膜が進行する。

なお様々なケースが考えられるため数値で示すのは適切ではないが、例えば空間４０２近傍をフレキシブル基板２０５が一回通過する際に膜厚として約０．２〜１ｎｍ程度がスパッタ成膜によって形成されるようにスパッタ成膜の投入電力などを調整すると、膜質の低下を抑えつつ膜成長速度を稼ぐことができて、好適である。
所望の膜厚になるまでフレキシブル基板２０５を第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２との間で往来させる。図３では説明を簡単にするため５往復分のみ描画しているが、何往復させるかを決めるのはフレキシブル基板２０５のターン数であるため、狙う膜厚に対して予めターン数を（すなわちローラー２０１と電極２０３の数を）考慮して設計した装置を用いる。

基板２０５搬送のスピードは膜質からの要求及び許容されるスループットによって制限されるため、規定することは好適ではない。
所望の膜厚になるまで成膜を実施したあとは、プラズマをオフにし、原料ガスその他のガスの供給を止め、真空チャンバー１００を真空引きしてチャンバー１００内に残ったガスを完全に排気した後、真空チャンバー１００をベントしてフレキシブル基板２０５を取り出す。ロールツーロールで別チャンバーからフレキシブル基板２０５の巻き出し・巻き取りを行うケースでは該別チャンバーをベントして成膜済みのロールを取り出す。
以上で成膜が完了する。

〈本実施形態の効果〉
本実施形態の成膜装置を用いることで、フレキシブル基板２０５が第一のゾーン１０１を通過する過程で金属または珪素を含む原料ガスはフレキシブル基板２０５に存在するホールやピットも含め３次元的にフレキシブル基板２０５全体を覆う。フレキシブル基板２０５が、続く第二のゾーン１０２を通過する過程でスパッタ成膜によってスパッタリングターゲットを構成する成分を含む薄膜が形成される。これにはスパッタ成膜条件によって数原子層から数十或いは数百原子層分の膜厚の堆積が期待できる。これを繰り返すことによって第一のゾーン１０１では１原子層レベルの薄膜が、第二のゾーン１０２ではスパッタ成膜による厚膜が得られることになる。

スパッタ成膜法は欠陥の多い成膜法ではあるが、たとえ欠陥があったとしても、第一のゾーン１０１において原料ガスがその欠陥までも覆うことにより、全体として良好な薄膜を形成できる。これらは絶縁膜、誘電膜、ガスバリア膜などに適用可能である。
また、第三のゾーン１０３を設け、第三のゾーン１０３へ不活性ガスを導入する構成を用いることで、第一のゾーン１０１と第二のゾーン１０２との間でガスのミキシングを抑えることができ、フレキシブル基板２０５上への予期しない薄膜堆積を抑制することができる。また第一のゾーン１０１や第三のゾーン１０３においてはチャンバー１００内壁への薄膜堆積を抑えることができる。

また、ターゲット材が電極２０３の一部のみに配置されている。
このような構成を用いることで、電極２０３の表面のうちターゲット材で覆われていない部分は第一のゾーン１０１でフレキシブル基板２０５に吸着された金属または珪素を含むガスを効率的に分解または反応させたのち、スパッタリングによる成膜分を積層することができる。

また、電極２０３のうち、ターゲット材が配置されている部分のみに対応してマグネトロンが配置されている。
スパッタリングターゲット（電極２０３）にマグネトロンを組み合わせること自体は公知の技術である。これに対し、本実施形態は電極２０３表面のうち、ターゲット材で覆われている部分にマグネトロンを組み合わせ、ターゲット材で覆われていない部分にはマグネトロンを設置せずそのまま残すものである。

この様な構成を用いることで、投入する電力によっては、マグネトロンを組み合わせた部分はターゲット材からスパッタされる粒子の量が飛躍的に上昇し（スパッタ率の向上）、そうでない部分はほとんどスパッタされないといった選択的な状況を作り出すことができる。
また、フレキシブル基板２０５に相対する電極２０３の２面のうち一方の面にのみターゲット材が形成されている。

このような構成を用いることで、一方の面ではフレキシブル基板２０５上にスパッタ成膜を行うことができ、他方の面ではフレキシブル基板２０５上に形成された薄膜または成長中の薄膜に対して表面の改質を行うことができる。
また、フレキシブル基板２０５に相対する電極２０３の２面のうち一方の面にのみターゲット材が形成されている電極２０３において、該電極２０３の他方の面にマグネトロンが設置され、該マグネトロンを覆うように導電体が形成され、ターゲット材と該導電体が電気的に接続されている。
このような構成を用いることで、一方の面でマグネトロンスパッタを実施できると同時に、他方の面でフレキシブル基板２０５上で形成された薄膜または成長中の薄膜に対して表面の改質を行うことができる。

また、マグネトロンと前記導電体の間に、防磁構造体が設けられている。
このような構成を用いることで、ターゲット材と反対側に位置する導電体へ及ぶ磁場の影響を無くすかまたは少なくすることができ、前記導電体表面がスパッタされるのを防ぐことができる。
また、スパッタリングが、反応性スパッタリングである場合には、フレキシブル基板２０５上に吸着した原料ガスを反応性ガスそこからプラズマによって派生する活性種によって効率的に改質して薄膜を形成することができる。

本発明は基板を搬送しながら基板上に薄膜を作製する工程において、設備を大規模化することなく成膜を実施することができ、生産コスト低減に貢献する。また多種多様な膜種を創世することができる。

１００ 真空チャンバー
１０１ 第一のゾーン
１０２ 第二のゾーン
１０３ 第三のゾーン
２０１ ローラー
２０２ ゾーンセパレーター
２０３、２０４ 電極
２０５ フレキシブル基板
３０１ 絶縁体
３０２ バッキングプレート
３０３ ターゲット材
３０４ マグネトロン
３０５ 導電体
３０６ 防磁板
４０１、４０２ 空間
５０１、５０２、５０３ ガスを導入する機構

Claims (2)

1. 真空チャンバー内を移動するフレキシブル基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
   前記真空チャンバー内を、少なくとも第一のゾーンと第二のゾーンとに画成すると共に前記フレキシブル基板が通過する開口が形成された隔壁と、
   前記フレキシブル基板を、前記第一のゾーン内に配置された第一のローラーと、前記第二のゾーン内に配置された第二のローラーとによって、前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとの間を往来させる機構と、
   前記第一のゾーンに金属または珪素を含む原料ガスを供給する機構と、
   前記第二のゾーンに配置されて金属または珪素を含む材料をターゲット材としてスパッタリングを行う機構と、を含み、
   前記スパッタリングを行う機構は、第一の電極と、前記第一の電極に対向配置された第二の電極とを備え、前記ターゲット材が前記電極の一部のみに配置され、
   前記フレキシブル基板は、前記第一の電極と前記第二の電極との間を通過することを特徴とする成膜装置。
2. 前記第一の電極と前記第二の電極とは、互いに異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

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