JP2006124784A

JP2006124784A - 真空装置および真空チャンバーの排気方法

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Publication number: JP2006124784A
Application number: JP2004315373A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sugiura; 嘉則杉浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】圧力の制御性を低下させることなく圧力差の大きく異なる複数の処理を行なうことを可能とする真空装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバーと該真空チャンバーにガスを供給する手段と該真空チャンバーを排気する排気手段とを有する真空装置において、前記排気手段は、第一の圧力で処理を行なうための第一の排気手段１２４と第二の圧力で処理を行なうための第二の排気手段１２６とを有し、第二の圧力で処理を行なう際には第一の排気手段１２４は停止させ、かつ第一の排気手段１２４を通して真空チャンバーを排気することが可能なように第二の排気手段１２６が第一の排気手段１２４より下流に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空装置において圧力の異なる複数の処理を行なうに当たって、圧力制御を容易に行なうための真空装置および真空チャンバーの排気方法に関する。

従来、一つの真空成膜装置において圧力の異なる処理を行なう場合、チャンバーと排気手段との間に設けられたバルブ類の開度を調整することで圧力の変更を行なってきた。しかし、異なる処理間の圧力差が大きい場合には圧力の制御が難しくなる。例えば、シランガスを用いたアモルファスシリコン薄膜の形成時において設定される圧力は数百Ｐａである。一方、エッチングガスによる堆積膜装置のクリーニングは、特許文献１に開示されているように数千Ｐａの圧力で行なわれる。従来、このような圧力差の大きい工程を同一の成膜装置で行なう場合には、以下のように行なってきた。即ち、成膜工程においては低圧力を実現するために複数チャンバーのそれぞれに対して排気手段を設けて排気を行なう。一方、クリーニング工程では高い圧力を実現するために、成膜工程において使用される排気手段より少ない台数の排気手段で複数のチャンバーを排気するという方法である。

特許第２７２０９６６号公報

上記従来例の場合では、エッチング工程において、一部の排気手段とチャンバーとの間に設けられたバルブ等を閉じる必要があった。ところが、このバルブを閉じられた排気手段には、エッチングガスが流入しないために排気手段内をクリーニングすることができないでいた。そのため、定期的に排気手段を真空装置から取り外しメンテナンスする必要が生じ、真空装置の稼働率低下を招いていた。また、エッチング工程では成膜工程とは別な排気系統が必要となるために、排気経路が複雑化し必要とされる装置設置面積や装置コストの増大を招いていた。

本発明の目的は、圧力の制御性を低下させることなく圧力差の大きく異なる複数の処理を行なうことを可能とする真空装置および真空チャンバーの排気方法を安価かつ簡便に提供することである。また、本発明の目的は、成膜後のエッチング工程において排気手段内のクリーニングを可能とする真空装置および真空チャンバーの排気方法を安価かつ簡便に提供することである。

本発明は、真空チャンバーと該真空チャンバーにガスを供給する手段と該真空チャンバーを排気する排気手段とを有する真空装置において、前記排気手段は、第一の圧力で処理を行なうための第一の排気手段と第二の圧力で処理を行なうための第二の排気手段とを有し、第二の圧力で処理を行なう際には第一の排気手段は停止させ、かつ第一の排気手段を通して前記真空チャンバーを排気することが可能なように第二の排気手段が第一の排気手段より下流に設けられていることを特徴とする。
また、第二の圧力が第一の圧力より高圧であることを特徴とする。
また、第一の圧力で行う処理が堆積膜を形成する処理であり、第二の圧力で行う処理がエッチング処理であることを特徴とする。
また、前記真空チャンバーを複数有し、かつ第二の排気手段より第一の排気手段を多く有することを特徴とする。

また、本発明は、真空チャンバーにガスを供給し該真空チャンバー内において処理を行なう際の該真空チャンバーの排気方法において、第一の排気手段で排気を行ない第一の圧力で処理を行なう第一工程と、第一工程の後に第二の排気手段に切り替えて第二の圧力とし第二の処理を行なう第二工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、圧力の制御性を低下させることなくかつ安価・簡便に、同一の真空装置において圧力の大きく異なる複数の処理を行なうことが可能となる。また、堆積膜を形成する工程において排気手段内に流入した粉体を、チャンバー内や排気管と同時にクリーニングすることが可能となり、排気手段のメンテナンスを別に行なう必要がなくなり、装置稼働率の向上につながる。

図１は、本発明をＳＵＳ製帯状基板を連続搬送しながら基板上に堆積膜を形成する成膜装置（ロール・ツー・ロール装置）に応用した場合の一例を模式的に示すものである。

本例の装置においては、第一の圧力で行なう処理が堆積膜を形成する処理、第二の圧力で行なう処理がエッチング処理であり、排気手段として、堆積膜を形成する処理を行うための第一の排気手段１２４と、エッチング処理を行なうための第二の排気手段１２６を有している。そして、エッチング処理を行なう際には第一の排気手段１２４は停止させ、かつ第一の排気手段１２４を通して真空チャンバー（成膜室１１２、１１３、１１４）を排気することが可能なように第二の排気手段１２６が第一の排気手段１２４より下流に設けられているものである。

１０３のコイル状に巻かれた帯状基板１０１は巻き出しチャンバー１１１から巻き出され、成膜室１１２、１１３、１１４を通過し巻き取りチャンバー１１５に導かれ、再び１０４のコイル状に巻き取られる。１１２、１１３、１１４の各成膜室にはガス供給管１２１、排気管１２２、基板を加熱するためのヒーター１２０が設けられている。

成膜時には、成膜室１１２、１１３、１１４へガス供給管１２１から例えばＳｉを含む原料ガスを供給し、不図示のカソードに高周波を印加することで成膜室１１２、１１３、１１４にプラズマを生起し、帯状基板１０１上に非単結晶シリコンからなる堆積膜の形成を行なう。各成膜室では、帯状基板１０１の表面（図示では下面）にそれぞれ異なる堆積膜を形成し、この状態で帯状基板を搬送することで例えばｎｉｐ構造を有する非単結晶シリコン半導体からなる太陽電池が形成される。また、各成膜室の排気は排気手段１２４を使用し、バルブ１３１、１３３は閉、バルブ１３２は開の状態である。排気手段１２４としては、大気圧から１０^-1Ｐａ程度までを排気することが可能であり、かつポンプ停止時にポンプの上流と下流との通気性があるタイプの排気手段であれば良く、ドライポンプやメカニカル・ブースター・ポンプとドライポンプの併用などが考えられる。成膜時、排気手段１２６は成膜時の排気経路からは切り離された状態であるために、成膜と同時進行で排気手段１２６のメンテナンスを行なうことができる。

ところで、上記プラズマＣＶＤ法により基板上に堆積膜を形成する場合、成膜室構成部材等に堆積膜、あるいは例えばポリシラン等の粉体状の重合物（以降、単に「粉体」と略記する。）が堆積する。また、一部は排気管内あるいは排気手段内に流入する。これらの堆積膜あるいは粉体を除去するために、所定時間の成膜後にエッチング処理を行なう。

成膜室や排気管のエッチング処理を行なう場合、エッチング用ガスをガス供給管１２１より各成膜室に導入する。エッチング時は、成膜時よりかなり高い圧力を保つ必要があるために、バルブ１３１、１３３は開、バルブ１３２は閉として、排気手段１２６のみを用いて排気する。また、この時排気手段１２４は停止状態とする。

また、巻き出しチャンバー１１１と成膜室１１２および巻き取りチャンバー１１５と成膜室１１４との間に設けられたピンチバルブ１４０、１４１を閉じることで、巻き出しチャンバー１１１や巻取りチャンバー１１５と成膜室との空間的つながりを遮断する。こうすることで、エッチングを行なう必要のない巻取りチャンバーと巻き出しチャンバーにエッチングガスが流入するのを防ぐ。また、エッチング時、エッチングガスが流れる空間の帯状基板上には堆積膜がない方が成膜室や排気管のエッチングを効率よく行なうことができる。場合によっては、成膜装置から帯状基板を取り除いておいても良い。

エッチング処理に用いるガスは、例えば、ＣｌＦ₃ガス、ＣＦ₄ガス、ＮＦ₃ガス、ＳＦ₆ガス等が利用できる。特に、以下で述べるメリットを考慮するとＣｌＦ₃ガスを利用することが望ましい。そのメリットとは、ＣｌＦ₃ガスは低エネルギーで分解され、反応性に富むものであるということである。例えばアモルファスシリコン（以降、「ａ−Ｓｉ」と略記する。）膜やポリシラン（シランガスを用いて堆積膜を形成する場合に発生する粉体）をエッチングする際、従来のエッチングガス、例えばＣＦ₄，ＮＦ₃，ＳＦ₆等のガスの場合、外部からプラズマ、熱、光等のエネルギーを与えないと、エッチング反応が進行しないのに対して、ＣｌＦ₃ガスの場合には、ａ−Ｓｉ膜やポリシランに触れただけでエッチングが進行し、外部からエネルギーを供給する必要はない。

成膜室に供給されるエッチングガスの濃度について、濃度が高いほうが反応性は高くエッチング速度が大きくなる傾向がある。しかし、反応時に発生する発熱量や装置の耐熱性などを考慮して、適宜Ｎ₂またはＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスで希釈して濃度を調整して行なうことが望ましい。

エッチング処理時の圧力について、低圧ではエッチング速度が著しく低下するためにできるだけ高圧の方が良くかつ大気圧より低く、１００〜５００ｈＰａ程度が望ましい。これについても、反応時に発生する発熱量や装置の耐熱性などを考慮して、圧力を適宜調整することが望ましい。

以下に本発明の効果を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何等限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す成膜装置を用い、上記発明の実施の形態にて示したように一定速度で搬送する帯状基板上にｎ型のアモルファスシリコン膜、ｉ型微結晶シリコン膜、ｐ型のアモルファスシリコン膜を５０時間成膜した。この時の各成膜室での成膜条件を表１に示す。本実施例において、排気手段１２４には、メカニカル・ブースター・ポンプとドライポンプを組み合わせて用いた。しかし、上記実施の形態で述べたように排気手段１２４はこれらに限定されるものではなく、大気から成膜圧力までを排気することが可能であり、かつポンプ停止時にポンプの上流と下流との通気性があるタイプの排気手段であれば良い。

成膜終了後、成膜室をＨｅにて十分にパージを行ない、成膜室の温度が室温程度にまで下がった後、エッチング処理に移る。

エッチング処理を行なう際、帯状基板１０１のテンションを０にし、巻き出しチャンバー１１１と成膜室１１２、巻き取りチャンバー１１５と成膜室１１４の間に設けられたピンチバルブ１４０、１４１を閉にした。また、成膜室の排気については、バルブ１３１、１３３は開、バルブ１３２は閉として、排気手段１２６のみを用いた。エッチング処理時のエッチングガス種、各成膜室のガス流量などの条件を表２に示す。

この時、巻き出しチャンバー１１１と巻取りチャンバー１１５には、各成膜室の圧力より５０ｈＰａ以上の圧力を保ってＮ₂を封止した。また、排気手段１２６より上流側における排気管内の圧力は、成膜室の圧力とほぼ同じであった。

エッチング処理を５時間行なった後、排気手段１２４の内部を観察したところポリシランの付着は全く無かった。また、成膜室１１２、１１３、１１４内にもポリシランの残留は全く無かった。

（比較例１）
図１に示した成膜装置とは排気系のみが異なる、図２に示す成膜装置を用いて実施例１と同様に表１に示す成膜条件で、一定速度で搬送する帯状基板上にｎ型アモルファスシリコン膜、ｉ型微結晶シリコン膜、ｐ型アモルファスシリコン膜を５０時間成膜した。成膜時、バルブ２３１、２３２は閉、バルブ２３３、２３４、２３５は開の状態である。そして、成膜室２１２、２１３、２１４は、それぞれ独立に排気手段２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃによって排気される。なお、排気手段２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃは、どれも図１における排気手段１２４と同様のものである。また、排気管２２２の径は、図１における排気管１２２と同等であり、成膜室と排気手段の間をつなぐ排気管の長さについてもそれほど大きな違いはない。

成膜終了後、成膜室をＨｅにて十分にパージを行ない、成膜室の温度が室温程度にまで下がった後、エッチング処理に移った。

エッチング処理時、実施例１と同様に帯状基板のテンションを０にし、巻き出しチャンバー２１１と成膜室２１２、巻取りチャンバー２１５と成膜室２１４の間に設けられたピンチバルブ２４０、２４１を閉にした。また、バルブ２３４、２３５を閉じ、バルブ２３１、２３２を開き、排気手段２２４ａのみで成膜室２１２〜２１４を排気する。このように成膜時より少ない台数の排気手段で排気することで、成膜時より高い圧力を実現する。また、更に高圧力を実現するために、排気管２２２において排気手段２２４ａの上流側直前に設けられた開度調整バルブ２３６の開度をほぼ０にする。このようにして、得られた圧力は表３に示す条件において、およそ１００ｈＰａであった。

表３に示す条件にて５時間のエッチング処理を行なった後、成膜室２１２、２１３、２１４内を観察したところ、ポリシランがわずかに残留しているのが確認できた。また、排気手段２２４ａの内部にはポリシランの付着がなくきれいな状態であったが、排気手段２２４ｂ、２２４ｃの内部は多量のポリシランが付着したままであった。

以上の実施例では第一の排気手段で排気を行ない第一の圧力で処理を行なう第一工程として堆積膜形成工程、第二の排気手段で排気を行ない第二の圧力で処理を行なう第二工程としてエッチング工程を例に挙げて説明したが、本発明はこれらの工程に限定されるものではなく、圧力差の大きく異なる複数の任意の処理を行う場合に適用できることは言うまでもない。

本発明の一実施例を示すロール・ツー・ロール型成膜装置とその排気経路である。従来例を示すロール・ツー・ロール型成膜装置とその排気経路である。

符号の説明

１０１、２０１帯状基板
１０２、２０２回転ローラー
１０３、２０３巻き出しコイル
１０４、２０４巻き取りコイル
１１１、２１１巻き出しチャンバー
１１２〜１１４、２１２〜２１４成膜室
１１５、２１５巻き取りチャンバー
１２０、２２０加熱ヒーター
１２１、２２１ガス導入管
１２２、２２２排気管
１２３、２２３巻き出しチャンバー用排気手段
１２４排気手段(第一の排気手段)
１２５、２２５巻き取りチャンバー用排気手段
１２６排気手段(第二の排気手段)
１３１、１３２、１３３、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５バルブ
２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ排気手段
２３６開度調整バルブ

Claims

真空チャンバーと該真空チャンバーにガスを供給する手段と該真空チャンバーを排気する排気手段とを有する真空装置において、
前記排気手段は、第一の圧力で処理を行なうための第一の排気手段と第二の圧力で処理を行なうための第二の排気手段とを有し、
第二の圧力で処理を行なう際には第一の排気手段は停止させ、かつ第一の排気手段を通して前記真空チャンバーを排気することが可能なように第二の排気手段が第一の排気手段より下流に設けられていることを特徴とする真空装置。
第二の圧力が第一の圧力より高圧であることを特徴とする請求項１に記載の真空装置。
第一の圧力で行う処理が堆積膜を形成する処理であり、第二の圧力で行う処理がエッチング処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空装置。
前記真空チャンバーを複数有し、かつ第二の排気手段より第一の排気手段を多く有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空装置。
真空チャンバーにガスを供給し該真空チャンバー内において処理を行なう際の該真空チャンバーの排気方法において、第一の排気手段で排気を行ない第一の圧力で処理を行なう第一工程と、第一工程の後に第二の排気手段に切り替えて第二の圧力とし第二の処理を行なう第二工程を有することを特徴とする真空チャンバーの排気方法。