JP2018111848A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス後の復帰が容易となる成膜装置の提供。【解決手段】基材を収容するチャンバー１０と、チャンバー１０内の基材に対して成膜を行うための放電用の電極２５を有すると共にチャンバー１０に取り外し可能として設けられている電極ユニット２０とを備え、電極２５は、直線部３１，３２と、一つの直線部３１と別の直線部３２とを繋げている折り返し部３３とを有し、電極ユニット２０は、更に、折り返し部３３を覆うと共に内部の気密性が確保された大気ボックス２７を有しており、大気ボックス２７はチャンバー１０内に設けられている成膜装置。【選択図】図３

Description

本発明は、基材に薄膜を形成するための成膜装置に関する。

例えばディスプレイ用の薄膜トランジスタや太陽電池等に用いられる基板にシリコン窒化膜を形成する方法として、化学気相成長法（ＣＶＤ）が知られており、その中でも、プラズマＣＶＤが広く用いられている。従来のプラズマＣＶＤ装置は、基材を収容するチャンバー及び放電用の電極の他、チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入部、チャンバーのガスを排出するガス排出部、及び、電極に高周波電流を供給するための電源部等を備えている。

このようなプラズマＣＶＤ装置等の成膜装置では、近年、より広い面積の基材に対して成膜を可能とするための技術開発が進められている。その理由としては、例えば、所定面積の基材から得られる製品の数を多くすることで生産能率を高めるためや、ディスプレイや太陽電池が大型化しているためである。このように基材が大型化すれば、成膜装置においても、基材を収容するチャンバーを広くする必要があり、これに応じて電極を長尺化し更に広域に設置する必要がある。

そこで、図５（平面図）に示すように、電極９０をＵ字形状とする構成が提案されている。すなわち、電極９０は、細長い一対の直線部９１，９２の他に、これら直線部９１，９２を折り返して繋げている折り返し部９３を有している。直線部９１，９２は、チャンバー９９の一方側（図５では左側）の壁部９８を貫通しており、プラズマＣＶＤ装置の場合、これら直線部９１，９２には整合器１００及び図外の高周波電源部が接続されている。そして、チャンバー９９内（反応室９９ａ）の気密性を確保するために、電極９０の一方側（図５では左側）にはフランジ９４が設けられており、このフランジ９４と壁部９８との間にＯリング等によるシール部材を介在させている。

反対側の折り返し部９３については、真空となるチャンバー９９外に位置させて大気に露出させた環境とする必要がある（例えば、特許文献１の図２参照）。これは、折り返し部９３で起きることのある異常放電を防止したり、折り返し部９３でプラズマ密度が高くなってガス分解が促進されて膜厚や膜質の均一性に悪影響を及ぼすのを防止したりするためである。

特開２００６−２３７４６９号公報

図５に示す成膜装置では、折り返し部９３をチャンバー９９外に位置させることから、チャンバー９９の他方側（図５では右側）において、チャンバー９９内（反応室９９ａ）の気密性を確保するための構造が必要である。そこで、電極９０の他方側にフランジ９５が設けられており、このフランジ９５と壁部９７との間にＯリング等によるシール部材を介在させている。

このような成膜装置では、例えば電極９０及びその周辺を清掃する等のメンテナンスが定期的に必要となる。このメンテナンスを行うためには、チャンバー９９を解体するのではなく、先ず、電極９０の銅管９０ａ内の水を抜き、折り返し部（銅管ブロック）９３を外し、そして、電極９０の銅管９０ａ及びその外周の石英管９０ｂをチャンバー９９から慎重に引き抜くことで行われる。

しかし、その作業性は悪く、特に電極９０が長尺である場合、困難である。このため、銅管９０ａ、石英管９０ｂ、折り返し部９３、及び、フランジ９４，９５を一体化させた電極ユニット９６を構成し、メンテナンスの際に、フランジ９４，９５とチャンバー９９（壁部９８，９７）との締結を解いて壁部９８に形成されている孔９８ａから、電極ユニット９６を一体的に（図５では左側へ）抜き出すことが考えられる。

この場合、電極ユニット９６をチャンバー９９から抜き出し、清掃等のメンテナンスを終えた後、この電極ユニット９６を復帰させるためには、電極ユニット９６を一方側の壁部９８の孔９８ａから挿入して、他方側の壁部９７の孔９７ａに折り返し部９３を挿通させる必要がある。しかし、特に電極９０が長尺化されていると、前記のような復帰作業の際、電極ユニット９６の他方側（図５では右側）が撓みやすい。このため、チャンバー９９の壁部９７に対してフランジ９５が傾き、Ｏリング等のシール部材をこのフランジ９５と壁部９７との間に適切な状態で介在させることは難しく、復帰の作業に手間を要する。シール部材が適切な状態に復帰されないと、チャンバー９９の気密性が保証できず、成膜作業に支障をきたす。

このように、従来の成膜装置では、メンテナンス後の復帰（組み立て）が困難となったり、気密性の確保が困難となったりするという問題点がある。
そこで、本発明は、メンテナンス後の復帰が容易となる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の成膜装置は、基材を収容するチャンバーと、前記チャンバー内の前記基材に対して成膜を行うための放電用の電極を有すると共に当該チャンバーに取り外し可能として設けられている電極ユニットと、を備え、前記電極は、複数本の直線部と、一つの前記直線部と別の前記直線部とを繋げている折り返し部と、を有し、前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部を覆うと共に内部の気密性が確保された大気ボックスを有し、当該大気ボックスは前記チャンバー内に設けられている。

この成膜装置によれば、電極ユニットをチャンバーから取り外して清掃等のメンテナンスを行った後、復帰させる場合、チャンバー外において電極の折り返し部側に大気ボックスを取り付けた状態としてから、これをチャンバー内に入れて設置すればよい。つまり、電極の折り返し部を覆う大気ボックス内の気密性を確保するための作業を、チャンバー外で行うことができるので、従来のように、メンテナンス後の電極の組み立てが困難となったり、気密性の確保が困難となったりするという問題点が解消される。そして、電極の折り返し部は、気密性が確保された大気ボックスにより覆われていることから、この折り返し部における異常放電等の不具合を防ぐことができる。

前記のとおり、真空となるチャンバー内に大気ボックスが設けられることから、大気ボックスにおけるエアのリークチェックが必要となる。そこで、前記成膜装置は、前記大気ボックスの気密性を検出する検出手段を、更に備えているのが好ましい。

また、前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部の反対側の部分であって前記チャンバーの第一壁部を貫通している貫通部と、当該貫通部に設けられ前記第一壁部に対して着脱可能に取り付けられているフランジと、を有し、前記チャンバーは、前記第一壁部と対向する第二壁部に設けられ前記大気ボックス側を支持する支持部を有しているのが好ましい。
この場合、電極ユニットは、チャンバーの第一壁部にフランジを介して取付けられ、その反対側の第二壁部においては支持部によって支持された構成となり、電極ユニットが長尺であってもその長手方向の両側において安定して支持される。

また、前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部の反対側の部分であって前記チャンバーの第一壁部を貫通している貫通部と、当該貫通部に設けられ前記第一壁部に対して着脱可能に取り付けられているフランジと、を有し、前記検出手段は、一端が前記大気ボックス内で開口し、他端側が前記フランジに接続されているリークチェック用配管を有しているのが好ましい。
この場合、電極ユニットと共にリークチェック配管を取り外すことができ、メンテナンスが容易となる。

本発明の成膜装置によれば、電極ユニットのメンテナンス後、その復帰が容易となる。

本発明の成膜装置の実施の一形態を示す概略図である。 図１に示す成膜装置の一部を示す概略図である。 電極ユニットの平面図である。 電源ユニットの側面図である。 従来の成膜装置の一部の概略構成を示す平面図である。

図１は、本発明の成膜装置の実施の一形態を示す概略図である。図２は、図１に示す成膜装置７の一部を示す概略図（図１のＡ矢視）である。図１において、成膜装置７は、基材Ｗを収容するチャンバー１０と、このチャンバー１０に設けられている電極ユニット２０とを備えている。また、この成膜装置７は、更に、チャンバー１０内にガスを導入する第一ガス導入部５１及び第二ガス導入部５２と、チャンバー１０のガスを排出するガス排出部５５と、電極ユニット２０が有している電極（ＩＣＰ電極）２５に高周波電流を供給するための電源部６０（図２参照）とを備えている。なお、電源部６０には高周波電源の他に、整合器が含まれる。

成膜装置７は、チャンバー１０内を真空状態とし、電極２５により発生させたプラズマによって基材Ｗに薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置である。本実施形態では、薄膜としてシリコン窒化膜が生成される。基材Ｗは、枚葉状の基板であってもよいが、本実施形態では、ロールトゥロールで搬送される帯状の部材（樹脂フィルム）である。

チャンバー１０は、箱体からなり、例えば、ガラス等の絶縁材やステンレス鋼等の金属材が用いられて構成されている。図１に示すチャンバー１０は、遮蔽板１３によって、基材Ｗが存在する反応室１１と、その隣りのプラズマ生成室１２とに区画されている。遮蔽板１３は、例えば薄い金属製の網からなり、イオントラップとして機能する。そして、チャンバー１０内は真空ポンプ５６によって真空状態とされる。

プラズマ生成室１２に電極ユニット２０が設けられている。本実施形態では、二組の電極ユニット２０が設けられており、図２に示すように、これらは電気的に並列となって電源部６０に接続されている。二組の電極ユニット２０それぞれは同じものであり、チャンバー１０の幅方向に沿って長く構成されている。チャンバー１０の幅方向に直交する方向が、基材Ｗの搬送方向となる。電極ユニット２０の具体的構成については、後に説明する。

図１において、第一ガス導入部５１は、配管５１ａ、バルブ５１ｂ及び第一ガスのタンク５１ｃを含む。第一ガス導入部５１は、プラズマ生成室１２と繋がっており、第一ガスをプラズマ生成室１２に供給する。第一ガスは、プラズマ生成ガスであり、例えば、窒素源となるアンモニアガス又は窒素ガスとすることができる。

第二ガス導入部５２は、配管５２ａ、バルブ５２ｂ及び第二ガスのタンク５２ｃを含む。第二ガス導入部５２は、反応室１１と繋がっており、第二ガスを反応室１１に供給する。第二ガスは、成膜ガスであり、例えば、窒素源及びシリコン源となるヘキサメチルジシラザンガス（ＨＤＭＳガス）とすることができる。

ガス排出部５５は、配管５５ａ及びバルブ５５ｂを含み、真空ポンプ５６及び反応室１１と繋がっている。ガス排出部５５は、反応室１１のガスを排出する。

以上の構成を備えている成膜装置７によって行われる成膜方法について説明する。
チャンバー１０を密閉空間とし、チャンバー１０内を真空状態とする。具体的には、真空ポンプ５６によりチャンバー１０の圧力が所定値以下となるまで減圧する。また、バルブ５１ｂを開くことによりプラズマ生成ガスをプラズマ生成室１２に導入し、バルブ５２ｂを開くことにより成膜ガスを反応室１１に導入する。反応室１１の圧力が所定値まで低下するとバルブ５１ｂ，５２ｂおよびバルブ５５ｂの開度を制御して、プラズマ生成ガスおよび成膜ガスを供給しながら反応室１１の圧力が所定値である状態を維持する。電源６０から電極２５に高周波電流を流す。これにより、プラズマ生成室１２においてプラズマが発生し、基材Ｗが、その発生領域の近傍を通過すると、高密度のプラズマを受け、基材Ｗの移動に伴いその表面に対して順次表面反応が進み、シリコン窒化膜が形成される。以上のようにして、基材Ｗへの成膜が行われる。

電極ユニット２０の構成について説明する。図３は電極ユニット２０の平面図であり、図４は、電極ユニット２０の側面図である。電極ユニット２０は、電極２５、電極フレーム２６、大気ボックス２７、第一フランジ２８、及び、第二フランジ２９を有しており、これらが一体となって構成されている。電極ユニット２０は、チャンバー１０が備えている第一壁部１６に形成された孔１６ａを貫通した状態となって、このチャンバー１０に取り付けられている。また、電極ユニット２０は、後にも説明するが、チャンバー１０から取り外し可能となっている。第一フランジ２８におけるチャンバー１０へのボルト等による締結を解除することで、電極ユニット２０をチャンバー１０から取り外すことができる。本実施形態では（図２参照）、二つの電極ユニット２０がプラズマ生成室１２に設けられているが、電極ユニット２０それぞれを独立してチャンバー１０から取り外すことができる。

電極ユニット２０の各部について説明する。
電極２５は、二本の直線部３１，３２と、一つの直線部３１と別の直線部３２とを折り返して繋げている折り返し部３３とを有しており、Ｕ字形の電極である（図３参照）。直線部３１，３２それぞれは、銅管３４と、その外周側に設けられている石英管３５とを有して構成されている。折り返し部３３は、銅製ブロックからなり、前記銅管３４の中空部と連続する流路が内部に形成されている。銅管３４の中空部と銅製ブロック（折り返し部３３）の流路とには冷却媒体（水）が流れる。

電極フレーム２６は、二本の直線部３１，３２を収容している部材であり、例えばステンレス鋼等の鋼製からなる。電極フレーム２６は、直線部３１，３２の長手方向と同方向に長い箱状であるが、反応室１１（図１参照）側に向かって開口している。この電極フレーム２６の長手方向一方側（図３では左側）に第一フランジ２８が取り付けられており、電極フレーム２６の長手方向他方側（図３では右側）に第二フランジ２９が取り付けられている。そして、第二フランジ２９に大気ボックス２７が取り付けられている。

第一フランジ２８は、図示していないがボルト（締結部材）によって、チャンバー１０が有する第一壁部１６に取り付けられている。このボルトを外すことで、電極ユニット２０を第一壁部１６から取り外すことができる。また、フランジ２８と第一壁部１６との間には、図示していないがＯリング等のシール部材が介在しており、チャンバー１０内の気密性を確保している。
このように、電極ユニット２０は、第一壁部１６を貫通している貫通部３０を有しており、この貫通部３０に設けられている第一フランジ２８が、第一壁部１６に対して着脱可能に取り付けられている。前記貫通部３０は、電極２５の折り返し部３３の（当該電極２５の長手方向について）反対側の部分であり、銅管３４の一部、この一部の外周側の石英管３５の一部、及びこれら一部を囲む電極フレーム２６の一部により構成された部分である。

大気ボックス２７は、電極２５の直線部３１，３２を貫通させているベース部３８と、ベース部３８に取り付けられているカバー部３６とを有している。ベース部３８は板状であり、カバー部３６は有底筒状であり、ベース部３８にカバー部３６を被せることでベース部３８とカバー部３６との間に空間３７が形成され、この空間３７に電極２５の折り返し部３３を収容した状態とする。ベース部３８とカバー部３６とはボルト等によって分解可能として連結されており、これらの間にはＯリング等のシール部材が介在している。ベース部３８と電極２５の直線部３１，３２それぞれとの間にはＯリンク等のシール部材が介在している。このため、大気ボックス２７内の前記空間３７は密閉状態が確保されている。大気ボックス２７の組み立ては大気中で行われることから、空間３７は大気圧にある。大気ボックス２７は、電極２５と共にチャンバー１０内のプラズマ生成室１２に設けられており、成膜の際にはプラズマ生成室１２は真空となるが、大気ボックス２７は大気圧が維持される。

以上のように、本実施形態の成膜装置７は、チャンバー１０に取り外し可能として設けられている電極ユニット２０を備えている。電極ユニット２０は、チャンバー１０内の基材Ｗに対して成膜を行うための放電用の電極２５、及び、この電極２５の折り返し部３３を覆うと共に内部の気密性が確保された大気ボックス２７を有している。チャンバー１０は、その幅方向（図２参照）の両側において、相互離れた第一壁部１６と第二壁部１７とを有しており、電極２５の直線部３１，３２、及び、電極２５の折り返し部３３を収容している大気ボックス２７は、第一壁部１６と第二壁部１７との間に設けられている。つまり、大気ボックス２７は電極２５の直線部３１，３２と共にチャンバー１０内に設けられている。

この構成を備えている成膜装置７によれば、電極ユニット２０をチャンバー１０から取り外して清掃等のメンテナンスを行った後、復帰させる場合、先ず、チャンバー１０外において大気中で電極２５の折り返し部３３側に大気ボックス２７を取り付け、電極ユニット２０を組み立て完了状態とする。そして、この電極ユニット２０をチャンバー１０の第一壁部１６の孔１６ａ（図３参照）からチャンバー１０内に挿し入れ、第一フランジ２８を第一壁部１６に固定し、電極ユニット２０をチャンバー１０に設置する。
このように、本実施形態では、電極２５の折り返し部３３を収容する大気ボックス２７内の気密性を確保するための作業を、チャンバー１０外で行うことができるので、従来（図５参照）のように、メンテナンス後のチャンバー９９における電極９０の組み立てが困難となったり、チャンバー９９内の気密性の確保が困難となったりするという問題点が解消される。つまり、電極ユニット２０のメンテナンス後、その復帰が容易となる。
そして、本実施形態の前記構成によれば、電極２５の折り返し部３３は、気密性が確保された大気ボックス２７により覆われていることから、この折り返し部３３における異常放電等の不具合を防ぐことができる。

また、図４に示すように、本実施形態の成膜装置７では、チャンバー１０は、電極ユニット２０の大気ボックス２７側を支持する支持部１８を有している。支持部１８は、第一壁部１６と対向する第二壁部１７に設けられている。本実施形態では、支持部１８は第二壁部１７に固定されている部材である。また、大気ボックス２７のカバー部３６には突起３９が設けられている。突起３９が支持部１８上に載った状態となることで、電極ユニット２０の荷重（自重）を、突起３９及び支持部１８を介してチャンバー１０の第二壁部１７が受けることができる。この構成によれば、電極ユニット２０は、チャンバー１０の第一壁部１６に第一フランジ２８を介して取付けられており、その反対側の第二壁部１７においては支持部１８によって支持された構成となる。このため、電極ユニット２０は長尺体であるが、その長手方向の両側において安定して支持される。

前記のとおり、大気ボックス２７は、真空となるチャンバー１０内に設けられることから、大気ボックス２７におけるエア（大気）のリークチェックが必要となる。そこで、成膜装置７は、大気ボックス２７の気密性を検出する検出手段４０（図３参照）を更に備えている。本実施形態では、大気ボックス２７の気密性の検出は、ヘリウムリークチェックにより行われる。そのために、検出手段４０は、リークチェック用配管４１を有しており、この配管４１の一端は大気ボックス２７内で開口しており、他端側が第一フランジ２８に接続されている。そして、チャンバー１０内の真空となる領域に、ガス（ヘリウムガス）の存在を検出する検出器（図示せず）が設けられている。

配管４１の他端側から大気ボックス２７内へリウムガスを供給することで、大気ボックス２７の気密性の低下を検出することが可能となる。また、配管４１は、電極ユニット２０に含まれる第一フランジ２８と接続されていることから、メンテナンスの際、電極ユニット２０と共に配管４１を取り外すことができ、メンテナンス作業が容易となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の成膜装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、基材Ｗは、帯状でなく、枚葉状であってもよい。また、基材Ｗに形成する薄膜は、シリコン窒化膜以外であってもよい。

７：成膜装置 １０：チャンバー １６：第一壁部
１７：第二壁部 １８：支持部 ２０：電極ユニット
２５：電極 ２６：電極フレーム ２７：大気ボックス
２８：第一フランジ ２９：第二フランジ ３０：貫通部
３１：直線部 ３２：直線部 ３３：折り返し部
４０：検出手段 ４１：リークチェック用配管 Ｗ：基材

Claims (4)

1. 基材を収容するチャンバーと、
   前記チャンバー内の前記基材に対して成膜を行うための放電用の電極を有すると共に当該チャンバーに取り外し可能として設けられている電極ユニットと、
   を備え、
   前記電極は、複数本の直線部と、一つの前記直線部と別の前記直線部とを繋げている折り返し部と、を有し、
   前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部を覆うと共に内部の気密性が確保された大気ボックスを有し、当該大気ボックスは前記チャンバー内に設けられている、成膜装置。
2. 前記大気ボックスの気密性を検出する検出手段を、更に備えている請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部の反対側の部分であって前記チャンバーの第一壁部を貫通している貫通部と、当該貫通部に設けられ前記第一壁部に対して着脱可能に取り付けられているフランジと、を有し、
   前記チャンバーは、前記第一壁部と対向する第二壁部に設けられ前記大気ボックス側を支持する支持部を有している、請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記電極ユニットは、更に、前記折り返し部の反対側の部分であって前記チャンバーの第一壁部を貫通している貫通部と、当該貫通部に設けられ前記第一壁部に対して着脱可能に取り付けられているフランジと、を有し、
   前記検出手段は、一端が前記大気ボックス内で開口し、他端側が前記フランジに接続されているリークチェック用配管を有している、請求項２に記載の成膜装置。

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