JP2020007618A

JP2020007618A - 積層成膜装置

Info

Publication number: JP2020007618A
Application number: JP2018130824A
Authority: JP
Inventors: 英二古屋; Eiji Furuya
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】異なる方法で形成される第１層および第２層を交互に積層する積層成膜装置を提供する。【解決手段】基材９の被形成面９ａに対面するように配置される蒸着材料７と、基材と蒸着材料との間に配置される蒸発制御体５と、原料ガス２６を供給するガス供給部８と、基材と蒸発制御体との間にプラズマ領域２１を形成するプラズマ発生源１０とを備え、蒸発制御体は、開口部５１と非開口部５２とを交互に有し、基材と蒸発制御体との間で相対的な位置変化をもたらすように構成されており、基材の被形成面が、蒸発制御体の開口部と非開口部とに交互に対面することにより、それぞれ、活性化反応性蒸着法によって形成される第１層３１と、プラズマ励起化学的気相成長法によって形成される第２層３２とを被形成面の上で交互に形成する。【選択図】図１

Description

この発明は、異なる方法で形成される第１層および第２層を交互に積層する積層成膜装置に関する。

一種類の第１層だけでは、十分な効果を発揮できないため、第１層と、第１層とは異なる特性を有する第２層とを交互に積層した積層膜がある。例えば、非特許文献１は、水蒸気や酸素などのガスの侵入を防止するために、無機層と有機層とを交互に積層したガスバリア膜を開示する。

特許文献１は、従来技術の説明において、プラズマビームを用いたイオンプレーティング法によってガスバリア膜を形成するとき、有機層の形成と無機層の形成とが別々の工程であることを開示する。

特許文献２は、真空チャンバに向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンを備える真空成膜装置を開示する。

特許文献３は、基材ホルダに対して自公転可能に取り付けられた基材に対面するように、複数のターゲットが配置されたスパッタリング装置を開示する。

特開２００７−４６０８１号公報特開平１１−２６９６３６号公報実開平０４−８９５４８号公報

小川倉一、「プラスチック基材へのガスバリア膜の低温形成技術と評価」、表面技術、２０１０年、第６１巻、第１０号、ｐ．６７０−６７４

しかしながら、上記従来技術では、或る一つの方法を用いて成膜するだけであり、異なる方法を用いて第１層および第２層を形成することができない。

したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、異なる方法で形成される第１層および第２層を交互に積層する積層成膜装置を提供することである。

上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下の積層成膜装置が提供される。

すなわち、この発明に係る積層成膜装置は、
基材の被形成面に対面するように配置される蒸着材料と、
前記基材と前記蒸着材料との間に配置される蒸発制御体と、
前記基材と前記蒸発制御体との間に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記基材と前記蒸発制御体との間にプラズマ領域を形成するプラズマ発生源とを備え、
前記蒸発制御体は、開口部と非開口部とを交互に有し、
前記基材と前記蒸発制御体との間で相対的な位置変化をもたらすように構成されており、
前記基材の前記被形成面が、前記蒸発制御体の前記開口部と前記非開口部とに交互に対面することにより、それぞれ、前記蒸着材料からの蒸発物と前記原料ガスとを前記プラズマ領域で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって形成される第１層と、前記原料ガスを前記プラズマ領域で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって形成される第２層とを前記被形成面の上で交互に形成することを特徴とする。

この発明によれば、基材と蒸発制御体との間での相対的な位置変化によって、基材の被形成面が蒸発制御体の開口部に対面すると、蒸着材料からの蒸発物と原料ガスとをプラズマ領域で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって第１層が形成され、基材の被形成面が蒸発制御体の非開口部に対面すると、原料ガスをプラズマ領域で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって第２層が形成される。したがって、異なる方法で形成される第１層および第２層を交互に積層することができる。

この発明の第１実施形態に係る積層成膜装置を説明する図である。基材上に積層された第１層および第２層の模式図である。この発明の第２実施形態に係る積層成膜装置を説明する図である。この発明の第３実施形態に係る積層成膜装置を説明する図である。この発明の第４実施形態に係る積層成膜装置を説明する図である。この発明の第５実施形態に係る積層成膜装置を説明する図である。蒸発制御体の第１変形例を示す模式的平面図である。蒸発制御体の第２変形例を示す模式的平面図である。蒸発制御体の第３変形例を示す模式的斜視図である。

（第１実施形態）
図１および図２を参照しながら、第１実施形態に係る積層成膜装置１を説明する。

図１に示すように、積層成膜装置１は、真空チャンバ２、回転駆動モータ３、蒸発制御体５、坩堝６、ガス供給部８、基材９、基材ホルダ９ｂおよびプラズマ発生源１０を備える。真空チャンバ２は、図示しない真空ポンプに接続され、真空チャンバ２の内部が所定の減圧状態に保たれている。

坩堝６は、真空チャンバ２の内部であり且つ真空チャンバ２の下方に配置されている。凹形状の坩堝６には、後述する蒸着材料７が収容される。蒸着材料７がプラズマによって加熱されることによって、蒸着材料７から蒸発物２２が蒸発する。基材９は、真空チャンバ２の内部であり且つ真空チャンバ２の上方の基材ホルダ９ｂに取り付けられている。基材９は、例えば、シート体、板体、またはロール状に巻回されたフィルム体などの様々な形状を取ることができる。図１に示した基材９は、板体であり、回転駆動モータ３から下方に延びるシャフト４によって回転可能に支持されている。基材９の被形成面９ａは、坩堝６に収容された蒸着材料７に対面している。

蒸発制御体５は、真空チャンバ２の内部であり且つ坩堝６と基材９との間に配置されている。蒸発制御体５は、例えば、シート体、板体、またはロール状に巻回されたフィルム体などの様々な形状を取ることができるが、図１に示した蒸発制御体５は、板体である。蒸発制御体５は、開口部５１と非開口部５２とを有し、蒸着材料７からの蒸発物２２の通過を制御する。開口部５１は、蒸着材料７からの蒸発物２２の通過を可能にする。非開口部５２は、蒸着材料７からの蒸発物２２の通過を遮断する。図１に示した蒸発制御体５では、例えば、左半分が開口部５１であり、右半分が非開口部５２である。蒸発制御体５と基材９との間には、隙間領域２０が形成されている。

プラズマ発生源１０が、真空チャンバ２の外部であり且つ真空チャンバ２の側方に配置されている。回転駆動モータ３が、真空チャンバ２の外側であり且つ上方に配置されている。プラズマ発生源１０の周囲には、プラズマを真空チャンバ２内に導くための環状の収束コイル１５が設けられている。真空チャンバ２の中には、ガス供給部８を通じて、例えば、後述する炭化水素系ガスやシラン系ガスなどの原料ガス２６が供給される。また、坩堝６の下方には、プラズマを坩堝６に引き寄せるための坩堝磁石１７が配置されている。

図１に示した積層成膜装置１では、圧力勾配型プラズマガン１０がプラズマ発生源１０として用いられている。圧力勾配型プラズマガン１０は、放電電源１６（後述する図６に図示）のマイナス側に接続された環状の陰極１１と、放電電源１６のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１２と、第２中間電極１３とを備える。陰極１１側から放電ガス２９（例えばアルゴンガス）を供給し、放電ガス２９をプラズマ状態にして第２中間電極１３から真空チャンバ２内に向けて、プラズマ状態の放電ガス２９を流出させるように構成されている。放電電源１６のプラス側は、導電性材料からなる坩堝６に接続されている。

第２中間電極１３からは、坩堝６内の蒸着材料７に向けて出射されるプラズマビーム１９が形成され、プラズマビーム１９の照射によって蒸着材料７が蒸発して、蒸発物２２を生成する。生成された蒸発物２２が、基材９の被形成面９ａに付着して、薄膜が形成される。なお、収束コイル１５は、プラズマビーム１９に対して横断面を収縮させる働きを有する。坩堝６の下部に設けられた坩堝磁石１７は、プラズマビーム１９の焦点合わせおよびプラズマビーム１９の湾曲を行う働きを有する。

圧力勾配型プラズマガン１０は、プラズマビーム１９の照射によって蒸発物２２を生成させる加熱手段の機能と、真空チャンバ２内の略全体にわたってプラズマ領域２１を発生させるプラズマ発生源の機能とを有する。

上記積層成膜装置１を用いて、第１層３１と第２層３２とを交互に形成することによって積層膜３０を成膜する方法を説明する。

有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイでは、ディスプレイパネルの基材としてガラス基板が用いられるが、薄膜化、軽量化、耐衝撃性向上、フレキシブル化、更には、ロールツーロールプロセスへの適応の観点から、透明樹脂基板や透明樹脂フィルムへの代替要求が高まっている。

透明樹脂基板や透明樹脂フィルムの上に直に有機ＥＬ素子を形成した場合、有機ＥＬ素子が水蒸気や酸素ガスに弱いため、有機ＥＬ素子が劣化する。したがって、水蒸気や酸素ガスに対するガスバリア性を有するとともに透明であるガスバリア膜を、透明樹脂基板や透明樹脂フィルムの上に形成することが必要となる。

ガスバリア性を有する単一種類の薄層を複数で積層した積層膜の場合、ガスバリア性を有する薄層自体の脆さのために薄層に微小クラックが入ってしまい、ガスバリア性が低下する。そこで、図２に示すように、ガスバリア性を有する第１層３１と、応力緩和性を有する第２層３２とを交互に積層した透明な積層膜（ガスバリア膜）３０を、透明樹脂基板や透明樹脂フィルムの上に形成することが検討されている。しかしながら、従来技術は、真空チャンバ２内において、或る一種類の方法を用いて、第１層３１および第２層３２を形成するものである。これに対して、本願の積層成膜装置１は、異なる方法で形成される第１層３１および第２層３２を交互に積層することを特徴としている。

以下に、ＳｉＯＣＨからなる第１層３１と、ＣＨからなる第２層３２とを交互に積層する積層膜（ガスバリア膜）３０の成膜方法を例示として説明する。

坩堝６にはＳｉＯが蒸着材料７としてセットされ、ガス供給部８からはＣＨ_４ガスが原料ガス２６として供給される。図示しない真空ポンプで真空チャンバ２内を減圧した後、放電電源１６を起動する。プラズマガン１０により放電ガス２９のプラズマが生成されるとともに、このプラズマを収束させることで生成されるプラズマビーム１９を蒸着材料７であるＳｉＯに照射する。蒸着材料７がプラズマビーム１９で高温に加熱されることにより、蒸着材料７からはＳｉＯが蒸発物２２として蒸発する。プラズマガン１０によって生成されたプラズマの残部は、真空チャンバ２内の略全体にわたってプラズマ領域２１を形成する。

蒸発物２２のＳｉＯが基材９の側に向けて蒸発するとき、蒸発制御体５の開口部５１のところにある蒸発物２２のＳｉＯは、開口部５１を通過して基材９の側にさらに進行できる。しかしながら、蒸発制御体５の非開口部５２のところにある蒸発物２２のＳｉＯは、非開口部５２によって進路が妨害されるため、基材９に向けて進むことができない。

蒸着材料７を収容した坩堝６から基材９の被形成面９ａの近傍に至る領域では、プラズマ領域２１が形成されているとともに、ガス供給部８から供給されたＣＨ_４ガスの原料ガス２６が存在する。そのため、開口部５１に対応し且つ被形成面９ａの近傍でのプラズマ領域２１において、蒸発物２２のＳｉＯと、原料ガス２６のＣＨ_４ガスとが、プラズマによって活性化されて反応する。その結果、開口部５１に対応するところでの被形成面９ａの上には、微量のＣＨを含むＳｉＯＣＨ膜が第１層３１として形成される。ＳｉＯＣＨ膜は、水蒸気や酸素ガスに対するガスバリア性を有するとともに透明である。このように、蒸発物２２と原料ガス２６とをプラズマ領域２１で活性化して反応させる方法は、活性化反応性蒸着法（Activated Reactive Evaporation:略してＡＲＥ法）と呼ばれている。

他方、非開口部５２に対応し且つ被形成面９ａの近傍でのプラズマ領域２１（隙間領域２０）においては、蒸発物２２のＳｉＯが届かず、原料ガス２６のＣＨ_４のみが、プラズマで活性化されて分解して反応する。その結果、非開口部５２に対応するところでの被形成面９ａの上には、ＣＨ膜が第２層３２として形成される。ＣＨ膜は、応力緩和性を有するとともに透明である。このように、原料ガス２６をプラズマ領域２１で活性化して反応させる方法は、プラズマ励起化学的気相成長法（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition:略してプラズマＣＶＤ法）と呼ばれている。

ガスバリア膜としての積層膜３０を形成する間、基材９は、基材回転駆動モータ３によって連続的に回転しているのに対して、蒸発制御体５は固定されている。そのため、基材９と蒸発制御体５との間で相対的な位置変化が連続的にもたらされる。そして、基材９の被形成面９ａの或る特定の部分に着目すると、基材９の回転により、当該特定の部分が開口部５１に対面する開口場面と、当該特定の部分が非開口部５２に対面する遮蔽場面とが、交互に存在する。開口場面ではＳｉＯＣＨ膜の第１層３１が活性化反応性蒸着法によって形成され、遮蔽場面ではＣＨ膜の第２層３２がプラズマ励起化学的気相成長法によって形成される。基材９が所定の回転速度（成膜可能な移動速度）で連続的に回転すると、基材９の被形成面９ａの上には、第１層３１および第２層３２が交互に積層される。その結果、図２に示すように、所定の数で第１層３１および第２層３２が積層された積層膜３０が、基材９の被形成面９ａの上に形成される。

上記構成によれば、基材９と蒸発制御体５との間での相対的な位置変化によって、基材９の被形成面９ａが蒸発制御体５の開口部５１に対面すると、蒸着材料７からの蒸発物２２と原料ガス２６とをプラズマ領域２１で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって第１層３１が形成され、基材９の被形成面９ａが蒸発制御体５の非開口部５２に対面すると、原料ガス２６をプラズマ領域２１で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって第２層３２が形成される。したがって、異なる方法で形成される第１層３１と第２層３２とを交互に積層した積層膜３０が形成される。

蒸着材料７がＳｉＯであるとともに、原料ガス２６が炭化水素系ガスである場合、第１層３１がガスバリア性を有するとともに、第２層３２が応力緩和性を有する。したがって、ガスバリア性を有する第１層３１と、応力緩和性を有する第２層３２とが交互に積層されるので、優れたガスバリア性を有する積層膜（ガスバリア膜）３０を基材９に形成できる。

（第２実施形態）
図３を参照しながら、第２実施形態に係る積層成膜装置１を説明する。

図３に示すように、第２実施形態に係る積層成膜装置１では、基材９がその長手方向に移動するとともに、蒸発制御体５が真空チャンバ２に固定されている。

基材９は、例えば、２つのロール間で巻回されたシート形状をしており、図示しない基材駆動モータがロールを駆動することによって、基材９が図３の左側から図３の右側に連続的に移動する。なお、図３では、便宜上、第１層３１および第２層３２の各厚みが、基材９の厚みよりも少し薄いくらいに図示されているが、実際の第１層３１および第２層３２の各厚みは数百ナノメートル程度である。

蒸発制御体５は、基材９の移動方向に沿って、開口部５１および非開口部５２が交互に配置されている。蒸発制御体５では、第１層３１および第２層３２の積層数に対応した数量の開口部５１および非開口部５２が形成されている。開口部５１および非開口部５２は、それぞれ、図３の紙面直交方向に延びている。基材９の被形成面９ａと非開口部５２との間であって、非開口部５２寄りのところには、ガス供給部８が配設されている。ガス供給部８は、図３の紙面直交方向に延びていて、紙面直交方向に離間配置された複数のガス供給孔（図示しない）を通じて原料ガス２６を供給する。

図３においては、例えば、基材９が左側から右側に向けて所定の移動速度（成膜可能な移動速度）で連続的に移動するのに対して、蒸発制御体５が固定されているので、基材９と蒸発制御体５との間では相対的な位置変化がもたらされる。

基材９が蒸発制御体５に対して連続的に移動するとき、図３の一番左側にある開口部５１では、蒸着材料７からの蒸発物２２と原料ガス２６とをプラズマ領域２１で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって、第１層３１が、基材９の被形成面９ａの直上に形成される。図３の左側にある非開口部５２では、原料ガス２６をプラズマ領域２１で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって第２層３２が、第１層３１の上に形成される。同様に、図３の中央にある開口部５１では、活性化反応性蒸着法によって、第１層３１が、第２層３２の上に形成され、図３の右側にある非開口部５２では、プラズマ励起化学的気相成長法によって、第２層３２が、第１層３１の上に形成され、図３の一番右側にある開口部５１では、活性化反応性蒸着法によって、第１層３１が、第２層３２の上に形成される。その結果、図２に示すように、第１層３１および第２層３２が所定の積層数で積層された積層膜３０が、基材９の被形成面９ａの上に形成される。

（第３実施形態）
図４を参照しながら、第３実施形態に係る積層成膜装置１を説明する。

図４に示すように、第３実施形態に係る積層成膜装置１では、アノード部としての電子帰還電極１８が、圧力勾配型プラズマガン１０の出口側に設けられている。

坩堝６内の蒸着材料７が電気絶縁性である場合、坩堝６の表面や真空チャンバ２の内面などに電気絶縁性の蒸発物２２が付着することによって、坩堝６の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバ２内で通電不能となる。このため、プラズマビーム１９に対する連続的に且つ安定した制御ができなくなり、成膜の安定性が低下する。

そこで、圧力勾配型プラズマガン１０の出口部には、絶縁管１４と電子帰還電極１８とが設けられている。絶縁管１４は、プラズマビーム１９の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態として突設している。電子帰還電極１８は、真空チャンバ２内にて絶縁管１４の外周側を取巻くとともに、放電電源１６のプラス側に接続され、圧力勾配型プラズマガン１０の出口部よりも高い電位になっている。

アノード部としての電子帰還電極１８が、蒸着材料７から離れた位置に設けられているので、電気絶縁性の蒸着材料７からの蒸発物２２が電子帰還電極１８に付着しにくくなる。また、圧力勾配型プラズマガン１０から出たプラズマビーム１９と電子帰還電極１８との間に両者を遮る絶縁管１４が設けられているので、プラズマビーム１９が電子帰還電極１８に入射して、陰極１１と電子帰還電極１８との間で異常放電が発生することを防止できる。したがって、プラズマビーム１９の照射が連続的にかつ安定的に維持されるので、電気絶縁性の蒸着材料７が安定的に蒸発できる。

（第４実施形態）
図５を参照しながら、第４実施形態に係る積層成膜装置１を説明する。

第４実施形態に係る積層成膜装置１では、第２実施形態と同様に、基材９がその長手方向に移動するとともに、蒸発制御体５が真空チャンバ２に固定されている。図５に示すように、基材９の被形成面９ａとの反対側に位置するとともに蒸発制御体５の非開口部５２と重なる部分には、プラズマ引き寄せ磁石２８が配設されている。また、基材９の被形成面９ａと非開口部５２との間であって、非開口部５２寄りのところには、ガス供給部８が配設されている。

プラズマ引き寄せ磁石２８は、基材９の移動方向と直交する移動直交方向（すなわち、図５の紙面直交方向）に板状に延びている。例えば、プラズマ引き寄せ磁石２８では、そのＮ極が、基材９の被形成面９ａの側に位置して、そのＳ極が、基材９の被形成面９ａとの反対側に位置する。

真空チャンバ２の内部で生成されたプラズマの一部は、プラズマ引き寄せ磁石２８の磁力線の近傍に比較的多く存在するように引き寄せられる。隙間領域２０における被形成面９ａの近傍では、プラズマ引き寄せ磁石２８の磁界によって、プラズマが引き寄せられて、プラズマ密度が高くなった高密度プラズマ領域２５が形成される。当該高密度プラズマ領域２５により、蒸着材料７から蒸発した蒸発物２２や原料ガス２６が、より活性化される。したがって、蒸発制御体５によってプラズマが回り込みにくくなっている隙間領域２０における被形成面９ａの近傍において、プラズマ密度が高くなった高密度プラズマ領域２５が形成されるので、第１層３１および第２層３２の膜質および成膜速度が向上する。

（第５実施形態）
図６を参照しながら、第５実施形態に係る積層成膜装置１を説明する。

図６に示すように、第５実施形態に係る積層成膜装置１では、圧力勾配型プラズマガン１０がプラズマ発生源として用いられるとともに、蒸着材料７が、別の加熱手段によって加熱される。

坩堝６の下部には、磁石１７を配置しないで、電気ヒータなどの加熱手段２７を配置する。圧力勾配型プラズマガン１０は、プラズマビーム１９の照射によって真空チャンバ２内の略全体にわたってプラズマ領域２１を発生させるプラズマ発生源としての機能を有する。

磁石１７を坩堝６の下部に配置していないため、圧力勾配型プラズマガン１０から照射されたプラズマビーム１９は、湾曲することなく、図６のように、真空チャンバ２内をほぼ直線状に広がる。なお、照射口付近には、プラズマビーム１９を上下方向にシート状に押しつぶすことを可能にする磁石（図示せず）を配置してもよい。

第５実施形態に係る積層成膜装置１では、圧力勾配型プラズマガン１０がプラズマ発生源として用いられるとともに、蒸着材料７が、加熱手段２７によって加熱されるように構成されている。

圧力勾配型プラズマガン１０は、プラズマビーム１９が、蒸発制御体５と基材９との間の隙間領域２０において略水平方向に進行するように、配置されている。したがって、隙間領域２０における基材９の近傍では、プラズマ密度の高いプラズマ領域２１が形成される。

また、坩堝６の周囲や下部には、加熱手段２７が配設されている。加熱手段２７として、抵抗加熱ヒータや誘導加熱コイルなどが用いられる。加熱手段２７によって、蒸着材料７を収容した坩堝６が加熱されることにより、蒸着材料７から蒸発物２２が蒸発する。

隙間領域２０における被形成面９ａの近傍では、圧力勾配型プラズマガン１０から略直進するプラズマビーム１９によって、図１に示した第１実施形態の場合よりもプラズマ密度の高いプラズマ領域２１が形成されている。当該プラズマ密度の高いプラズマ領域２１により、蒸着材料７から蒸発した蒸発物２２や原料ガス２６が、より活性化される。したがって、隙間領域２０における被形成面９ａの近傍において、プラズマ密度の高いプラズマ領域２１が形成されるので、第１層３１および第２層３２の膜質および成膜速度が向上する。

（蒸発制御体５の変形例）
次に、図７から図９を参照しながら、蒸発制御体５の変形例を説明する。

図７は、蒸発制御体５の第１変形例を示す模式的平面図であり、図８は、蒸発制御体５の第２変形例を示す模式的平面図であり、図９は、蒸発制御体５の第３変形例を示す模式的平面図である。

図７に示すように、第１変形例に係る蒸発制御体５は、平面視で方形形状をしており、それぞれが直角三角形をした複数の開口部５１および非開口部５２を有する。開口部５１および非開口部５２が、交互に形成されて、回転中心を対称点とする点対称に構成されて、真空チャンバ２に固定されている。図７に例示した蒸発制御体５では、４組の開口部５１および非開口部５２が形成されている。基材９が一回転すると、基材９の被形成面９ａ上には、４組の第１層３１および第２層３２が交互に積層された積層膜３０が形成される。

図８に示すように、第２変形例に係る蒸発制御体５は、平面視で長方形形状をしており、基材９の移動方向と蒸発制御体５の長手方向とが一致している。蒸発制御体５が真空チャンバ２に固定されて、基材９が蒸発制御体５の長手方向に移動するように構成されている。蒸発制御体５の長手方向に沿って、開口部５１および非開口部５２が、交互に形成されている。図８に例示した蒸発制御体５では、非開口部５２が蒸発制御体５の背景部分を構成して、４つの開口部５１が長手方向に離間して形成されている。基材９が連続的に移動すると、基材９の被形成面９ａ上には、３組の第１層３１および第２層３２が交互に積層されるとともに第１層３１が被形成面９ａの上に積層された積層膜３０が形成される。

図９に示すように、第３変形例に係る蒸発制御体５は、平面視で長方形形状をしており、無端のベルト状に構成されている。ベルト状の蒸発制御体５は、一対のローラー５４の間で架け渡されている。ローラー５４が図示しないローラー駆動モータによって回転することにより、ベルト状の蒸発制御体５の上面部が、例えば、図９での左側から右側に移動し、下面部が、図９での右側から左側に移動する。蒸発制御体５には、非開口部５２が蒸発制御体５の背景部分を構成して、矩形形状をした複数の開口部５１が、長手方向に離間して形成されている。蒸発制御体５が長手方向に移動すると、蒸発制御体５での上面側の開口部５１と下面側の開口部５１とが、重なるときがある。上面側および下面側の開口部５１が少なくとも部分的に重なったとき、蒸発物２２の通過が可能になり第１層３１が形成される。上面側および下面側の開口部５１が全く重ならないとき、蒸発物２２の通過が遮断されて第２層３２が形成される。基材９の被形成面９ａ上には、上面側および下面側での開口部５１の重なりに応じた第１層３１および第２層３２が交互に積層された積層膜３０が形成される。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

原料ガス２６は、ＣＨ_４ガス以外に、Ｃ_２Ｈ_２ガス、Ｃ_３Ｈ_８ガスなどのＣ_ｘＨ_ｙの炭化水素系ガス、テトラメチルシラン（TetraMethylSilane：ＴＭＳ）やテトラエトキシシラン(Tetraethyl orthosilicate：ＴＥＯＳ)などのシラン系ガスにすることができる。

ディスプレイパネルの基材９に対してガスバリア膜としての積層膜３０を形成する場合、蒸着材料７は、ＳｉＯ以外に、Ｓｉ系やＡｌ系やＭｇ系やＣｒ系の酸化物や窒化物であって、薄膜化したときに透明になるものであればよい。

酸素ガスや窒素ガスなどの反応用ガスを真空チャンバ２内に導入することができる。反応用ガスは、原料ガス２６への添加、あるいはガス供給部８とは別の系統のガス供給部を通じた供給によって、真空チャンバ２内に導入することができる。例えば、蒸着材料７がＳｉＯであり且つ原料ガス２６がＣＨ_４ガスである場合に窒素ガスを導入すると、第１層３１としてＳｉＯＮＣＨ膜が形成され、第２層３２としてＮＣＨ膜が形成される。また、酸素ガスは、例えば、上述したＳｉＯ膜に酸素不足が起こる場合に導入できる。

プラズマからの加熱によって蒸発制御体５が変形することを防止するために、蒸発制御体５は、水冷構造にすることができる。

蒸発制御体５での開口部５１および非開口部５２での相対的移動量は、開口部５１および非開口部５２毎に異なるようにすることができる。開口部５１での相対的移動量が大きくなると、第１層３１の厚みが厚くなり、開口部５１での相対的移動量が小さくなると、第１層３１の厚みが薄くなる。非開口部５２の相対的移動量が大きくなると、第２層３２の厚みが厚くなり、非開口部５２の相対的移動量が小さくなると、第２層３２の厚みが薄くなる。したがって、開口部５１および非開口部５２での相対的移動量を変えることによって、第１層３１および第２層３２の厚みをそれぞれ変化させることができる。

蒸着材料７は、ＤＣ型、ＲＦ型、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型、マグネトロン型またはイオンビーム型のスパッタ法によって蒸発させることもできる。スパッタ法で成膜するときに発生するプラズマは、真空チャンバ２内にプラズマ領域２１を生成して、第１層３１および第２層３２の形成に利用される。

図３のように、複数のガス供給部８が隙間領域２０に設けられている場合、ガス供給部８毎に供給する原料ガス２６の種類を変えることができる。異なる組成や膜質を有する第１層３１および第２層３２が積層された積層膜３０を形成できる。

蒸着材料７は、電子ビームやレーザ光やホローカソードなどの加熱手段２７によって加熱することができる。

基材９と蒸発制御体５との間に形成される隙間領域２０は、原料ガス２６やプラズマが基材９の被形成面９ａに適切に行き渡るように構成される。

基材９と蒸発制御体５との間で相対的な位置変化をもたらすように、基材９および蒸発制御体５の少なくとも一方が移動することができる。基材９と蒸発制御体５との間での相対的な位置変化を連続的にもたすことができる。当該構成によれば、第１層３１および第２層３２の形成が連続的に行われるので、第１層３１および第２層３２の膜質が均一化される。なお、基材９と蒸発制御体５との間での相対的な位置変化を、非連続的に（ステップ送りで）もたらす態様にすることもできる。

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

この発明の一態様に係る積層成膜装置１は、
基材９の被形成面９ａに対面するように配置される蒸着材料７と、
前記基材９と前記蒸着材料７との間に配置される蒸発制御体５と、
前記基材９と前記蒸発制御体５との間に原料ガス２６を供給するガス供給部８と、
前記基材９と前記蒸発制御体５との間にプラズマ領域２１を形成するプラズマ発生源１０とを備え、
前記蒸発制御体５は、開口部５１と非開口部５２とを交互に有し、
前記基材９と前記蒸発制御体５との間で相対的な位置変化をもたらすように構成されており、
前記基材９の前記被形成面９ａが、前記蒸発制御体５の前記開口部５１と前記非開口部５２とに交互に対面することにより、それぞれ、前記蒸着材料７からの蒸発物２２と前記原料ガス２６とを前記プラズマ領域２１で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって形成される第１層３１と、前記原料ガス２６を前記プラズマ領域２１で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって形成される第２層３２とを前記被形成面９ａの上で交互に形成することを特徴とする。

上記構成によれば、基材９と蒸発制御体５との間での相対的な位置変化によって、基材９の被形成面９ａが蒸発制御体５の開口部５１に対面すると、蒸着材料７からの蒸発物２２と原料ガス２６とをプラズマ領域２１で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって第１層３１が形成され、基材９の被形成面９ａが蒸発制御体５の非開口部５２に対面すると、原料ガス２６をプラズマ領域２１で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって第２層３２が形成される。したがって、異なる方法で形成される第１層３１と第２層３２とを交互に積層した積層膜３０を形成できる。

また、一実施形態の積層成膜装置１では、
前記プラズマ領域２１が、プラズマビーム１９を生成する圧力勾配型プラズマガン１０によって生成され、前記蒸発物２２が、前記蒸着材料７への前記プラズマビーム１９の照射によってもたらされる。

上記実施形態によれば、圧力勾配型プラズマガン１０によって、プラズマ領域２１の形成と、蒸着材料７からの蒸発物２２の蒸発とが可能になる。

また、一実施形態の積層成膜装置１では、
前記基材９の前記被形成面９ａの反対側には、プラズマ引き寄せ磁石２８が配設されている。

上記実施形態によれば、隙間領域２０における被形成面９ａの近傍では、プラズマ引き寄せ磁石２８の磁界によって、プラズマ密度が高くなった高密度プラズマ領域２５が形成され、当該高密度プラズマ領域２５により、蒸着材料７から蒸発した蒸発物２２や原料ガス２６が、より活性化される。したがって、蒸発制御体５によってプラズマが回り込みにくくなっている隙間領域２０における被形成面９ａの近傍において、第１層３１および第２層３２の膜質および成膜速度が向上する。

また、一実施形態の積層成膜装置１では、
前記相対的な位置変化が、連続的にもたらされる。

上記実施形態によれば、第１層３１および第２層３２の形成が連続的に行われるので、第１層３１および第２層３２の膜質が均一化される。

また、一実施形態の積層成膜装置１では、
前記蒸着材料７がＳｉＯであるとともに前記原料ガス２６が炭化水素系ガスであり、前記第１層３１がガスバリア性を有するとともに前記第２層３２が応力緩和性を有する。

上記実施形態によれば、ガスバリア性を有する第１層３１と、応力緩和性を有する第２層３２とが交互に積層されるので、優れたガスバリア性を有する積層膜（ガスバリア膜）３０を基材９に形成できる。

また、一実施形態の積層成膜装置１では、
前記プラズマガン１０の出口側には、アノード部１８が設けられている。

上記実施形態によれば、電気絶縁性の蒸着材料７からの蒸発物２２がアノード部１８に付着しにくくなるため、プラズマビーム１９の照射が連続的にかつ安定的に維持されるので、電気絶縁性の蒸着材料７が安定的に蒸発できる。

１積層成膜装置
２真空チャンバ
３基材回転駆動モータ
４シャフト
５蒸発制御体
６坩堝
７蒸着材料
８ガス供給部
９基材
９ａ被形成面
９ｂ基材ホルダ
１０圧力勾配型プラズマガン（プラズマ発生源）
１１陰極
１２第１中間電極
１３第２中間電極
１４絶縁管
１５収束コイル
１６放電電源
１７坩堝磁石
１８電子帰還電極（アノード部）
１９プラズマビーム
２０隙間領域
２１プラズマ領域
２２蒸発物
２５高密度プラズマ領域
２６原料ガス
２７加熱手段
２８プラズマ引き寄せ磁石
２９放電ガス
３０積層膜（ガスバリア膜）
３１第１層
３２第２層
５１開口部
５２非開口部
５４ローラー

Claims

基材の被形成面に対面するように配置される蒸着材料と、
前記基材と前記蒸着材料との間に配置される蒸発制御体と、
前記基材と前記蒸発制御体との間に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記基材と前記蒸発制御体との間にプラズマ領域を形成するプラズマ発生源とを備え、
前記蒸発制御体は、開口部と非開口部とを交互に有し、
前記基材と前記蒸発制御体との間で相対的な位置変化をもたらすように構成されており、
前記基材の前記被形成面が、前記蒸発制御体の前記開口部と前記非開口部とに交互に対面することにより、それぞれ、前記蒸着材料からの蒸発物と前記原料ガスとを前記プラズマ領域で活性化して反応させる活性化反応性蒸着法によって形成される第１層と、前記原料ガスを前記プラズマ領域で活性化して反応させるプラズマ励起化学的気相成長法によって形成される第２層とを前記被形成面の上で交互に形成することを特徴とする、積層成膜装置。
前記プラズマ領域が、プラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンによって生成され、前記蒸発物が、前記蒸着材料への前記プラズマビームの照射によってもたらされることを特徴とする、請求項１に記載の積層成膜装置。
前記基材の前記被形成面の反対側には、プラズマ引き寄せ磁石が配設されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の積層成膜装置。
前記相対的な位置変化が、連続的にもたらされることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積層成膜装置。
前記蒸着材料がＳｉＯであるとともに前記原料ガスが炭化水素系ガスであり、前記第１層がガスバリア性を有するとともに前記第２層が応力緩和性を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層成膜装置。