JP2004339546A

JP2004339546A - 真空処理装置と処理方法

Info

Publication number: JP2004339546A
Application number: JP2003135239A
Authority: JP
Inventors: Izuru Matsuda; 出松田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】被処理物の温度分布を均一にして均質な処理ができる真空処理装置と処理方法を提供する。
【解決手段】排気装置２０を有する真空容器１内に配置され、ロール３、４間を移動する被処理物としてのステンレス薄板２と、ステンレス薄板２に成膜またはエッチング処理を施す蒸着源１０などの機構と、ステンレス薄板２を加熱するランプヒータ３１などの加熱体とを有する真空処理装置であって、ステンレス薄板２とランプヒータ３１との間に、処理範囲よりも面積の大きいバッファー板３２を配置し、バッファー板３２を介して加熱することで温度分布を均一化するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、液晶ディスプレイパネル、太陽電池等の製造における薄膜形成工程、あるいは微細加工工程等に用いられる真空処理装置と処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デバイスの高機能化のため、従来にない特殊な膜を、成膜及びエッチングする取り組みが行われている。また、この種の処理を施す真空処理装置において、製造コストの削減のためにロールツーロール方式の製造方法を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
以下、この種の真空処理装置の一例である蒸着処理装置について、図４、図５を参照して説明する。
【０００４】
図４において、１は真空容器で、真空排気装置２０を有し、また被処理物としてのステンレス薄板２をロール状態にしたロール３、処理が完了したステンレス薄板２を再度ロール状に巻き取るロール４、ステンレス薄板２の張力調整機構５を備えている。なお、ロール３、４を回転させる駆動系は、図示を省略している。１０はロール３、４間においてアルミ膜を成膜するために設置された蒸着源で、蒸着するアルミ１１と、アルミ１１を収納するルツボ１２と、ルツボ１２を加熱しアルミ１１を蒸発させるためのルツボヒータ１３により構成されている。また、蒸着源１０に対向した位置に薄板２を加熱する加熱体としてのランプヒータ３１が設置され、輻射によりステンレス薄板２を加熱するようになっている。
【０００５】
次に、動作を説明する。まず、ステンレス薄板２をロール状にしたロール３と処理が完了した際に巻き取るためのロール４を設置し、真空排気装置２０にて１×１０^−３Ｐａ以下まで真空引きする。次いで、ランプヒータ３１を点灯させ、ステンレス薄板２が３００℃になるように加熱する。また、蒸着源１０において、ルツボヒータ１３にてルツボ１２を加熱し、ルツボ１２内のアルミ１１を蒸発させ、ステンレス薄板２に成膜する。同時にロール３、４を回転させ、ステンレス薄板２が１０ｍｍ／秒の速度で移動することにより、順次アルミの薄膜がステンレス薄板２上に形成されることになる。処理が終わったステンレス薄板２はロール４に巻き取られ、所定の処理を終了する。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００１−３３２６０７号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の真空処理装置の構成では、第１に、ランプヒータ３１による輻射加熱を行っているため、ステンレス薄板２上において温度分布が発生するという問題がある。成膜条件として２９０℃〜３００℃以内に抑える必要があるが、図５に示すように、ステンレス薄板２上で２７０℃〜３００℃の温度分布が発生し、均質なアルミ膜が形成されない。
【０００８】
第２に、ランプヒータ３１による加熱の影響がロール３、４の駆動部に及んでしまい、その熱影響によってベアリングのスムーズな回転が妨害され、またステンレス薄板２を均一に張るための張力調整機構５に悪影響を与える等の問題がある。
【０００９】
第３に、処理の完了したステンレス薄板２がロール４に巻かれる際に、膜が剥がれるという問題がある。これは、ステンレス薄板２の表面にごく薄い自然酸化膜が生成され、熱サイクルにより自然酸化膜とともに脱落してしまうからである。また、図５に示すような温度ムラにより歪みが発生して密着度が低下することや、ロール４が熱を帯びたステンレス薄板２のために熱歪みを発生することも膜剥がれの原因となっている。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、被処理物の温度分布を均一にして均質な処理ができ、また加熱によるロール駆動系への悪影響を防止でき、また処理後の膜剥がれを防止できる真空処理装置と処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明の真空処理装置は、排気装置を有する真空容器内に配置され、ロールツーロール方式で被処理物を搬送する手段と、前記被処理物に成膜またはエッチング処理を施す機構と、前記被処理物を加熱する加熱体とを有する真空処理装置であって、前記被処理物の処理を施す部位と前記加熱体との間に、前記被処理物の処理範囲よりも面積の大きいバッファー板を配置したものであり、バッファー板を介して加熱することで被処理物の処理を施す部位の温度分布を精度良く均一にでき、均質な処理を実現できる。
【００１２】
また、前記加熱体が前記被処理物の処理範囲以外に熱影響を与えないように熱遮断機構を備えると、不要な箇所への熱影響を防止でき、ロール駆動系への悪影響を防止できる。
【００１３】
また、前記熱遮断機構は、冷媒を流す通路を有する板状体から成ると、コンパクトな構成で確実に熱影響を防止できて好適である。
【００１４】
また、前記バッファー板は、熱伝導度が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ線膨張係数が５×１０^−６／Ｋ以下のセラミックであると、高い均熱性が得られてバッファー板の全体が均一な温度に加熱され、かつ熱による応力ひずみも殆ど発生せず、バッファー板と被処理物の間の距離も一定に確保できるので、被処理物の均一な加熱を実現することができ、またメンテナンス時の装置立ち上げ時間を短縮し加熱体の消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、前記バッファー板は、前記被処理物の移動方向下手側で、前記被処理物の中央部より両側部でより長くオーバーラップさせると、処理後の被処理物を中央部と両側部の区別なく同様に温度低下させることができて、ひび割れ、剥離等の問題の発生を防止することができる。
【００１６】
また、本願の第２発明の真空処理装置は、排気装置を有する真空容器内に配置され、ロールツーロール方式で被処理物を搬送する手段と、前記被処理物に成膜またはエッチング処理を施す機構と、前記被処理物を加熱する加熱体とを有する真空処理装置であって、前記被処理物を巻き取るロール又は前記被処理物と接触するロールを直径５０ｍｍ以上の軸体にて構成したものであり、巻き付けられる被処理物の変形による成膜物の剥離を防止できるとともに、軸撓みを防止して被処理物の安定した送りを実現できる。
【００１７】
また、前記被処理物を巻き取るロール又は前記被処理物と接触するロールの線膨張係数を１０×１０^−６／Ｋ以下にすると、熱によるロールの変形を小さく抑えることで、撓みのない被処理物の送り・巻き取りを実現でき、剥離も防止できる。
【００１８】
また、前記被処理物がアルミ合金又は鉄合金から成る場合に、特に好適に適用することができる。
【００１９】
また、本願の第３発明の真空処理方法は、真空容器内で被処理物をロールツーロール方式で搬送させ、前記被処理物を加熱しつつ成膜またはエッチング処理を施す真空処理方法であって、前記被処理物の処理が完了した後前記被処理物の両側部と中央部を均等に冷却するものであり、温度ムラによる熱応力が発生することなく、ひび割れ、剥離等の発生を防止できる。
【００２０】
また、前記被処理物を加熱体との間にバッファー板を配置して加熱し、かつ前記バッファー板を前記被処理物の中央部より両側部でより長くオーバーラップさせて前記被処理物の両側部と中央部を均等に冷却すると、簡単な構成にて確実に温度ムラによる熱応力の発生を防止してひび割れ、剥離等の発生を防止できる。
【００２１】
また、本願の第４発明の真空処理方法は、真空容器内で被処理物をロールツーロール方式で搬送させ、前記被処理物を加熱しつつ成膜またはエッチング処理を施す真空処理方法であって、処理を施す前に前記被処理物を過酸化物溶液、水素アンモニウム系溶液、塩化系溶液の内の少なくとも１種を含む溶液にて洗浄するものであり、自然酸化膜を事前に確実に除去した状態で処理することができ、成膜物の密着度を高め、膜剥離等の問題の発生を防止することができる。
【００２２】
また、前記過酸化物溶液は過酸化水素、前記水素アンモニウム系溶液は二フッ化水素アンモニウム、前記塩化系溶液は塩化第二鉄を適用するのが好適である。
【００２３】
また、前記被処理物がアルミ合金又は鉄合金である場合に、特に好適に適用することができる。
【００２４】
また、処理時の前記被処理物自身の温度が２００℃以上の高温での処理時に特に効果的である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空処理装置と処理方法の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２６】
図１において、真空容器１、真空排気装置２０、被処理物であるステンレス薄板２、未処理のステンレス薄板２を巻回したロール３、処理が完了したステンレス薄板２をロール状態に巻き取るロール４、ステンレス薄板２の張力調整機構５、蒸着源１０、アルミ１１、ルツボ１２、ルツボヒータ１３、ステンレス薄板２を加熱するためのランプヒータ３１は、図４を参照して説明した従来例と同じ構成・性能となっている。
【００２７】
ランプヒータ３１とステンレス薄板２との間に、ＳｉＮなどのセラミックからなるバッファー板３２が配置されている。バッファー板３２は、図２に示すように、処理後のステンレス薄板２に対して中央部より両側部でより長くオーバーラップするように、処理部位の移動方向下手側で中央部に切欠３２ａを形成した形状とされ、ステンレス薄板２の両側部と中央部を均等に冷却するように構成されている。ランプヒータ３１のステンレス薄板２移動方向の両側部には、所定の間隔をあけて熱遮断機構としての一対の冷却板３３がバッファー板３２に近接する位置にわたって配置されている。冷却板３３は、ステンレス製で内部に冷却水を流すように構成されている。さらに、ステンレス薄板２は、事前に過酸化水素溶液にて洗浄された状態となっている。
【００２８】
次に、動作とともに詳細な構成を説明する。まず、真空容器１内にステンレス薄板２をロール状にしたロール３と処理が完了した際に巻き取るためのロール４を設置し、真空排気装置２０にて１×１０^−３Ｐａ以下まで真空引きする。次いで、ランプヒータ３１を点灯させ、バッファー板３２を介してステンレス薄板２が３００℃になるように加熱する。
【００２９】
ここで、バッファー板３２がランプヒータ３１からの輻射熱によって加熱されるとともに、バッファー板３２がＳｉＮ製で熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋと高いので、ランプヒータ３１からの輻射熱にはバラツキが生じていても、バッファー板３２内でほぼ均等に分散する。このバッファー板３２は均熱状態にしたいステンレス薄板２の処理範囲よりも大きくしてあり、そのためバッファー板３２からの輻射熱で加熱されるステンレス薄板２の均熱性が向上し、かつ処理範囲外でこのバッファー板３２が保持されている。その保持材としては、熱伝導の低いもの、かつ接触面積が極力小さいものとしていることは言うまでもない。
【００３０】
バッファー板３２は熱伝導度が高いものほど均熱性が良く、例えばＳｉＣは７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＡｌＮは１７０Ｗ／ｍ・Ｋであるため効果は一層向上し、特にステンレス薄板２の移動速度が速くなる場合に有効であるがコスト高であるため、コストと効率でどの材料を採用するかが決定される。例えば、３ｍｍ／秒以上でステンレス薄板２を移動させ、かつ１００ｍｍ^２以上の面積において成膜処理する場合においては、最低２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要であることを確認している。
【００３１】
また、熱伝導度は装置メンテナンスにおいても重要である。常温から昇温する際にバッファー板３２の均熱時間が装置立ち上げ時間となるからである。特に、５００℃以上の高温処理の場合、２０Ｗ／ｍ・Ｋより小さいと、均一温度になるまでの時間が長くかかるので好ましくない。また、ランプヒータ３１の消費電力を上げないためにも、熱伝導度の下限を２０Ｗ／ｍ・Ｋとするのが好ましい。
【００３２】
また、ＳｉＮ製のバッファー板３２は、その線膨張係数が３．２×１０^−６／Ｋであるため、熱による応力歪みも殆ど発生しない。これにより、バッファー板３２とステンレス薄板２との距離を一定に確保でき、さらに熱応力によるセラミックの破損も起き難く、コスト的に効果がある。バッファー板３２の線膨張係数が、５×１０^−６／Ｋより大きいと、セラミック材料は熱応力によるひずみが発生し、昇温・降温を繰り返すうちに破壊してしまうおそれがある。また、最近では線膨張係数の低い金属材料が開発されているが、金属はキューリー点と線膨張係数が急激に増加する温度点を有しており、一般的にキューリー点は５００°以下である。よって、今後増加する高温での使用では安定した降下を発揮することは困難である。
【００３３】
以上により、図３に示すように、図１のＸ方向から見たステンレス薄板２の温度分布を、蒸着処理を行う範囲において、２９０℃〜３００℃以内に抑えることができる。また、ロールツーロール方式により保持体無しの範囲、すなわち張力調整機構５のロール間の距離を５００ｍｍとし、その範囲内に処理する領域を設定しているので、熱が逃げて温度勾配ができる原因を排除でき、温度分布の均一性の確保に効果を発揮していると言える。
【００３４】
また、冷却板３３を配置していることで、バッファー板３２以外への熱影響を防止でき、ロール３、４の安定した駆動が実現されている。
【００３５】
次いで、蒸着源１０において、ルツボヒータ１３にてルツボ１２を加熱し、ルツボ１２内のアルミ１１を蒸発させ、ステンレス薄板２に成膜する。同時にロール３、４を回転させ、ステンレス薄板２を１０ｍｍ／秒の速度で移動させることにより、順次アルミの薄膜がステンレス薄板２上に形成されることになる。ここで、ステンレス薄板２は事前に過酸化水素溶液にて洗浄された状態であるため、自然酸化膜を除去され、成膜物の密着度を高くすることができる。
【００３６】
引続いて、ロール３、４を駆動させつつステンレス薄板２に蒸着処理後、ステンレス薄板２はランプヒータ３１の影響が減少し、徐々に冷却される。ここで、ステンレス薄板２の平面形状の特徴として、両側部より冷却が始まる。そこで、図２に示すように、処理後に冷却される移動方向下手側において、バッファー板３２をステンレス薄板２の両側部により長くオーバーラップするように配置していることで、順次送られるステンレス薄板２が処理終了後、両側部と中央部の区別なく同様に温度減少するように最適化される。これにより、温度ムラによる熱応力が発生することなく、ひび割れ・剥離等の問題も発生しなくなる。オーバーラップ形状は、ステンレス薄板２の送り速度、処理温度、バッファー板３２の熱伝導度、ランプヒータ３１からの輻射熱効率、ランプヒータ３１のバッファー板３２の距離、バッファー板３２とステンレス薄板２の距離に応じて最適化される。これらのパラメータを数式化することは困難ではあるが、中央部より両側部を長くオーバーラップさせるという知見、バッファー板３２の熱伝導度を２０Ｗ／ｍ・Ｋとするという知見に基づいて実験的に最適形状を見出すことは、さほど困難ではない。
【００３７】
また、処理が終わったステンレス薄板２はロール４に巻き取られるが、張力調整機構５のロールとの接触、及びロール４による巻き取りの際、それらのロールの直径を５０ｍｍ以上としていることで、ステンレス薄板２の変形による膜の剥離を防止できる。直径が５０ｍｍより小さいと、ロールに巻き付けられる最初のステンレス薄板２上の成膜部の剥離が確認されたほか、ロールツーロール方式のメリットである大量連続処理を行う際、ステンレス薄板２の自重により軸撓みが発生し、安定した送りができないという問題もある。
【００３８】
また、ステンレス薄板２が１００℃程度の状態で巻き取られることもあるため、送り精度に影響の大きいロール軸の熱に対する配慮も重要である。ロール３、４を線膨張係数が１０×１０^−６／Ｋ以下の材料にて作製しているので、熱による変形が少なく、撓みのないステンレス薄板２の送り、巻き取りを実現でき、かつ膜はがれも防止できる。
【００３９】
このように順次アルミの薄膜がステンレス薄板２上に形成され、ロール４に巻き取られ、所定の処理を終了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、被処理物であるステンレス薄板２とそれを加熱する加熱体としてのランプヒータ３１の間に、熱伝導度・線膨張係数を最適化したバッファー板３２を配置し、処理時の温度分布を精度良く均一化し、さらに熱遮断機構により不要な箇所への熱影響を防止することができる。
【００４１】
また、ステンレス薄板２を事前に洗浄し、自然酸化膜を除去することにより、成膜物の密着度を高め、さらに処理後均等に冷却されるようにバッファー板３２の形状を最適化することにより、線膨張による熱応力の発生を防止することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態の説明では、生成物の剥離を防止する手段として、ステンレス薄板２の洗浄、ロール直径の最小値の設定、ロールの熱伝導度の設定を同時に行ったが、別々に実施してもそれぞれ効果があることは言うまでもない。
【００４３】
また、上記実施形態では、蒸着装置の例を説明したが、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置や、スパッタリング装置に本発明を適用しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の真空処理装置と処理方法によれば、被処理物の高温処理時の温度分布の均一性を精度良く高めることができて均質な処理を実現でき、また不要な箇所への熱影響を防止することができ、また膜剥がれのない成膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空処理装置の一実施形態の真空蒸着装置の縦断正面図。
【図２】同実施形態のバッファー板の平面図。
【図３】図１のＸ方向から見たステンレス薄板の温度分布図。
【図４】従来例の真空蒸着装置の縦断正面図。
【図５】図４のＸ方向から見たステンレス薄板の温度分布図。
【符号の説明】
１真空容器
２ステンレス薄板（被処理物）
３、４ロール
１０蒸着源
２０真空排気装置
３１ランプヒータ（加熱体）
３２バッファー板
３３冷却板（熱遮断機構）

Claims

排気装置を有する真空容器内に配置され、ロールツーロール方式で被処理物を搬送する手段と、前記被処理物に成膜またはエッチング処理を施す機構と、前記被処理物を加熱する加熱体とを有する真空処理装置であって、前記被処理物の処理を施す部位と前記加熱体との間に、前記被処理物の処理範囲よりも面積の大きいバッファー板を配置した真空処理装置。
前記加熱体が前記被処理物の処理範囲以外に熱影響を与えないように熱遮断機構を備えた請求項１記載の真空処理装置。
前記熱遮断機構は、冷媒を流す通路を有する板状体から成る請求項２記載の真空処理装置。
前記バッファー板は、熱伝導度が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ線膨張係数が５×１０^−６／Ｋ以下のセラミックである請求項１記載の真空処理装置。
前記バッファー板を、前記被処理物の移動方向下手側で、前記被処理物の中央部より両側部でより長くオーバーラップさせた請求項１記載の真空処理装置。
排気装置を有する真空容器内に配置され、ロールツーロール方式で被処理物を搬送する手段と、前記被処理物に成膜またはエッチング処理を施す機構と、前記被処理物を加熱する加熱体とを有する真空処理装置であって、前記被処理物を巻き取るロール又は前記被処理物と接触するロールを直径５０ｍｍ以上の軸体にて構成した真空処理装置。
前記被処理物を巻き取るロール又は前記被処理物と接触するロールの軸の線膨張係数は１０×１０^−６／Ｋ以下である請求項６記載の真空処理装置。
前記被処理物はアルミ合金又は鉄合金から成る請求項１又は６記載の真空処理装置。
真空容器内で被処理物をロールツーロール方式で搬送させ、前記被処理物を加熱しつつ成膜またはエッチング処理を施す真空処理方法であって、前記被処理物の処理が完了した後前記被処理物の両側部と中央部を均等に冷却する真空処理方法。
前記被処理物を加熱体との間にバッファー板を配置して加熱し、かつ前記バッファー板を前記被処理物の中央部より両側部でより長くオーバーラップさせて前記被処理物の両側部と中央部を均等に冷却する請求項９記載の真空処理方法。
真空容器内で被処理物をロールツーロール方式で搬送させ、前記被処理物を加熱しつつ成膜またはエッチング処理を施す真空処理方法であって、処理を施す前に前記被処理物を過酸化物溶液、水素アンモニウム系溶液、塩化系溶液の内の少なくとも１種を含む溶液にて洗浄する真空処理方法。
前記過酸化物溶液が過酸化水素、前記水素アンモニウム系溶液は二フッ化水素アンモニウム、前記塩化系溶液は塩化第二鉄である請求項１１記載の真空処理方法。
前記被処理物がアルミ合金又は鉄合金である請求項９又は１１記載の真空処理方法。
処理時の前記被処理物自身の温度が２００℃以上である請求項９又は１１記載の真空処理方法。