JP2021116470A - 成膜装置及び電子デバイス製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】成膜材料の照射とエッチングを行いながら成膜を行う構成を採用しつつ、薄膜の形成位置の精度を高めることを可能とする成膜装置及び電子デバイス製造装置を提供する。【解決手段】チャンバ１０と、チャンバ１０内に保持された基板表面に成膜材料を照射する成膜材料照射装置１００と、エッチング用ビーム照射装置２００と、成膜材料照射装置１００とエッチング用ビーム照射装置２００とを保持しながら搬送させる搬送装置３００と、を備え、搬送装置３００により成膜材料照射装置１００とエッチング用ビーム照射装置２００とを搬送させながら、前記基板に対して成膜動作とエッチング動作を同時に行わせることが可能に構成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に薄膜を形成するための成膜装置及び電子デバイス製造装置に関する。
従来、スパッタリングなどにより、基板上に薄膜を形成する技術が知られている。しかしながら、例えば、基板表面に凹凸が設けられている場合に、形成する薄膜の内部にボイドと呼ばれる空洞が形成されてしまうことがある。その対策として、基板を搬送させながらスパッタリングとエッチングを繰り返し行う技術が知られている（特許文献１参照）。このような技術によれば、基板表面の凹凸に沿うように薄膜を形成させることが可能となる。
しかしながら、上記のような技術では、大型の基板の場合に、基板とマスクの位置ズレが生じやすく薄膜を形成する位置の精度を高めることが難しい。
特開２０１２−６７３９４号公報
本発明の目的は、成膜材料の照射とエッチングを行いながら成膜を行う構成を採用しつつ、薄膜の形成位置の精度を高めることを可能とする成膜装置及び電子デバイス製造装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の成膜装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に備えられ、該チャンバ内に保持された基板表面に成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
前記チャンバ内に備えられ、エッチング用ビームを照射する少なくとも一つのエッチング用ビーム照射装置と、
前記成膜材料照射装置とエッチング用ビーム照射装置とを保持しながら搬送させる搬送装置と、
を備え、
前記搬送装置により前記成膜材料照射装置とエッチング用ビーム照射装置とを搬送させながら、前記基板に対して前記成膜材料照射装置による成膜動作と前記エッチング用ビーム照射装置によるエッチング動作を同時に行わせることが可能に構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、基板を保持させた状態で、搬送される成膜材料照射装置及びエッチング用ビーム照射装置により、それぞれ成膜動作とエッチング動作がなされるため、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。
以上説明したように、本発明によれば、成膜材料の照射とエッチングを行いながら成膜を行う構成を採用しつつ、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。
図１は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を平面的に見た概略構成図である。 図２は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 図３は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 図４は大気アームのメカニズムを説明する図である。 図５は本発明の実施例１に係る成膜材料照射装置の概略構成図である。 図６は本発明の実施例１に係るエッチング用ビーム照射装置の概略構成図である。 図７は電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。 図８は本発明の実施例２に係る成膜装置の主要構成図である。 図９は本発明の実施例３に係る成膜装置の主要構成図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例１）
図１〜図７を参照して、本発明の実施例１に係る成膜装置及び電子デバイス製造装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を平面的に見た（上方から見た）概略構成図である。図２は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図であり、より具体的には、図１において、矢印Ｖ１方向に見た内部構成について、一部の構成について断面的に示した図である。図３は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図であり、より具体的には、図１において、矢印Ｖ２方向に見た内部構成について、一部の構成について断面的に示した図である。図４は大気アームのメカニズムを説明する図であり、大気アームの一部について、模式的断面図にて示している。図５は本発明の実施例１に係る成膜材料照射装置の概略構成図であり、同図（ａ）は成膜材料照射装置の付近を正面から見た概略構成図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図である。図６は本発明の実施例１に係るエッチング用ビーム照射装置の概略構成図であり、同図（ａ）はエッチング用ビーム照射装置の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＢＢ断面図である。図７は電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。
＜成膜装置の全体構成＞
図１〜図３を参照して、本実施例に係る成膜装置の全体構成について説明する。本実施例に係る成膜装置１は、内部が真空雰囲気となるチャンバ１０と、チャンバ１０内に備えられる成膜材料照射装置１００と、同じくチャンバ１０内に備えられるエッチング用ビーム照射装置２００と、これらを保持させながら搬送させる搬送装置３００とを備えている。
チャンバ１０内には、基板Ｐを保持する基板保持機構１１と、マスクＭを保持するマスク保持機構１２が備えられている。これらの保持機構により、基板ＰとマスクＭは、成膜動作中は静止した状態が保たれる。チャンバ１０は気密容器であり、排気ポンプ２０によ
って、その内部は真空状態（又は減圧状態）に維持される。ガス供給弁３０を開き、チャンバ１０内にガスを供給することで、処理に対する適切なガス雰囲気（又は圧力帯）に適宜変更ができる。チャンバ１０全体は接地回路４０により電気的に接地されている。
搬送装置３００は、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０の移動方向を案内する一対のガイドレール３２１，３２２と、大気ボックス３１０を移動させる駆動機構３３０と、大気ボックス３１０の移動に伴って従動する大気アーム３４０とを備えている。大気ボックス３１０は、その内部が空洞により構成されており、大気アーム３４０の内部を通じて、チャンバ１０の外部と連通するように構成されている。そのため、大気ボックス３１０の内部は大気に曝された状態となっている。このような構成が採用されることで、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２を成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００に接続することができる。なお、成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００は、大気ボックス３１０に固定されている。
この大気ボックス３１０は、一対のガイドレール３２１，３２２によって、往復移動可能に構成されている。また、大気ボックス３１０は、駆動機構３３０によって、往復移動するように構成されている。本実施例に係る駆動機構３３０は、ボールねじ機構を採用しており、ボールねじ３３１と、ボールねじ３３１を回転させるモータなどの駆動源３３２とを備えている。ただし、大気ボックス３１０を往復移動させるための駆動機構については、ボールねじ機構に限定されることはなく、ラックアンドピニオン機構など、各種公知技術を採用し得る。駆動機構３３０にラックアンドピニオン機構を採用する場合は、搬送ガイド部分に設けることができる。
大気アーム３４０は、移動する大気ボックス３１０の空洞内に、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２を配するために設けられている。すなわち、大気アーム３４０は、その内部が空洞により構成され、かつ、大気ボックス３１０の移動に追随して動作するように構成されている。より具体的には、大気アーム３４０は、第１アーム３４１と第２アーム３４２とを備えている。第１アーム３４１は、その一端がチャンバ１０の底板に対して回動自在に構成されている。そして、第２アーム３４２は、その一端が第１アーム３４１の他端に対して回動自在に軸支され、その他端が大気ボックス３１０に対して回動自在に軸支されている。
図４は第１アーム３４１の一端付近の構造を模式的断面図にて示している。図示のように、チャンバ１０の底板には貫通孔１０ａが設けられ、第１アーム３４１には円筒状の突出部３４１ａが設けられている。そして、大気ボックス３１０の底板と第１アーム３４１との間には、これらを回動自在に接続するための段差付きの円筒状部材３４１ｂが設けられている。この円筒状部材３４１ｂの一端は、チャンバ１０の底板に設けられた貫通孔１０ａ内に挿入されている。また、第１アーム３４１に設けられた突出部３４１ａが、円筒状部材３４１ｂの他端側から挿入されている。なお、貫通孔１０ａと円筒状部材３４１ｂとの間の環状隙間と、突出部３４１ａと円筒状部材３４１ｂとの間の環状隙間は、それぞれシールリング３４１ｃ，３４１ｄによって封止されている。
以上のような構成により、第１アーム３４１はチャンバ１０の底板に対して回動自在に支持されつつ、第１アーム３４１内の空洞部と、第１アーム３４１の外側の空間（チャンバ１０の内部空間）とは隔てられる。つまり、チャンバ１０の内部を真空状態（又は減圧状態）に維持することができる。なお、第１アーム３４１と第２アーム３４２とが回動自在に軸支されている機構と、第２アーム３４２と大気ボックス３１０とが回動自在に軸支されている機構についても、同様の機構であるので、その説明は省略する。
以上のように構成される搬送装置３００により、大気ボックス３１０に固定された成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を、大気ボックス３１０と共に往復移動させることが可能となる。これにより、往路及び復路のうちの少なくともいずれか一方の移動中に、成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を同時に稼働させることによって、基板Ｐに対して、成膜動作とエッチング動作を同時に行わすことができる。従って、大型の基板Ｐに成膜を形成する場合であっても、搬送装置３００により、成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を移動させながら成膜動作とエッチング動作を同時に行わせることで、基板Ｐの一端側から他端側に向かって連続的に薄膜を形成することができる。また、基板Ｐの表面に凹凸が設けられている場合であっても、成膜された部分の一部がエッチングされながら成膜されるため、基板Ｐの表面の凹凸に沿うように薄膜を形成させることが可能となる。なお、成膜材料照射装置１００とエッチング用ビーム照射装置２００が図２に示すように配置される場合には、これらが図中右から左に移動する過程で、成膜動作とエッチング動作を同時に行わせるとよい。これにより、成膜された部分の一部がエッチングされつつ、薄膜が形成される。
＜成膜材料照射装置＞
本発明における成膜材料照射装置については、成膜材料を用いて基板表面に薄膜を形成可能な各種装置を適用可能である。ここでは、図５を参照して、本実施例に係る成膜装置１に適用可能な成膜材料照射装置１００の一例を説明する。図５に示す成膜材料照射装置１００は、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置である。この成膜材料照射装置１００は、ターゲットユニット１１０と、ターゲットユニット１１０の両端を支持するサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０とを備えている。サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０は、大気ボックス３１０の上面に固定されている。ターゲットユニット１１０は、円筒状のターゲット１１１と、その内周に配される電極であるカソード１１２と、カソード１１２の内部に配される磁石ユニット１１３とを備えている。ターゲット１１１は、サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０により回転自在に支持されており、エンドブロック１３０内に備えられた不図示のモータなどの駆動源により、スパッタリング時に回転するように構成されている。また、カソード１１２の内部に配された磁石ユニット１１３によって、ターゲット１１１と基板Ｐとの間には磁場（漏洩磁場）が形成される。
以上のように構成される成膜材料照射装置１００においては、ターゲット１１１とアノードであるチャンバ１０との間に一定以上の電圧を印加することにより、これらの間にプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イオンがターゲット１１１に衝突することで、ターゲット１１１からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１１から放出された粒子は、衝突を繰り返しながら、放出された粒子のうちターゲット物質の中性の原子が基板Ｐに堆積していく。これにより、基板Ｐには、ターゲット１１１の構成原子による薄膜が形成される。また、上記の漏えい磁場によって、ターゲット１１１と基板Ｐとの間の所定領域にプラズマを集中させることができる。これにより、効率的にスパッタリングが行われるため、基板Ｐへのターゲット物質の堆積速度を向上させることができる。更に、本実施例に係る成膜材料照射装置１００においては、スパッタリングの最中にターゲット１１１が回転するように構成されている。これにより、ターゲット１１１の消耗領域（エロ―ジョンによる浸食領域）が一部に集中することはなく、ターゲット１１１の利用効率を高めることができる。
ただし、本発明における成膜材料照射装置については、上記の通り、各種装置を適用することができ、例えば、平板状のターゲットを備えるスパッタ装置を適用することも可能である。
＜エッチング用ビーム照射装置＞
本発明におけるエッチング用ビーム照射装置については、基板表面に形成された膜の一部をエッチング可能な各種装置を適用可能である。ここでは、図６を参照して、本実施例に係る成膜装置１に適用可能なエッチング用ビーム照射装置２００の一例を説明する。
エッチング用ビーム照射装置２００は、イオンソース２１０と、イオンソース２１０に電圧を印加する高圧電源２２０とを備えている。高圧電源２２０はイオンソース２１０にアノード電圧（〜数ｋＶ）を印加するように構成されている。
イオンソース２１０は、カソード２１１と、ビーム照射面２１２と、アノード２１３と、永久磁石２１４とを備えている。本実施例ではカソード２１１がイオンソース２１０の筐体を兼ねている。カソード２１１とアノード２１３はそれぞれＳＵＳにより形成され、両者は電気的に絶縁されている。カソード２１１はチャンバ１０に固定されることで、電気的に接地されている。一方、アノード２１３は高圧電源２２０に接続されている。この構成において、高圧電源２２０からアノード２１３に対し高圧が印加されると、筐体（カソード２１１）のビーム照射面２１２に設けられた出射開口からイオンビームが出射する。なお、イオンソース２１０の原理としては、筐体の背面側からガスを導入して筐体内部でイオンを発生するタイプと、筐体の外側に存在する雰囲気ガスをイオン化するタイプとがあるが、いずれを用いてもよい。本実施例では、後者を採用しており、ガス供給弁３０を開くことで、チャンバ１０内にガスが供給される。ガスとしては、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスなどを用いることができる。
本実施例に係るイオンソース２１０は、出射開口が長手方向と短手方向を持つように、長細い形状（ライン形状又はトラック形状）のビーム照射面２１２を有している。そして、出射開口の長手方向が基板Ｐの長手方向に対して交差するように、イオンソース２１０が配置されている。このような縦長のイオンソース２１０を用いることで、基板Ｐの幅方向全体にイオンビームが照射されることとなる。したがって、搬送方向に沿った１回のビーム走査で基板Ｐの全面に対しビームを照射でき、表面処理の高速化（生産性向上）を図ることができる。
なお、本実施例においては、エッチング用ビームが、イオンビームの場合について説明した。しかしながら、エッチング用ビームは、イオンビームに限られず、レーザービームを用いることもできる。例えば、エッチングの対象となる膜の材料が、無機膜（ＳｉＮなど）、酸化物膜（ＳｉＯ２、ＩＴＯなど）、金属膜（Ａｌ、Ｃｕなど）の場合には、イオンビーム（Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスにより生成されるイオンビーム）を用いると好適である。これに対して、エッチングの対象となる膜の材料が、有機膜（有機化合物など）の場合には、レーザービームを用いると好適である。前者の場合にはビーム径が比較的大きいのに対して、後者の場合にはビーム径が比較的小さいといった特徴がある。また、後者の場合には、膜中か下地層に光熱変換材料が含まれていると更に有効である。
＜電子デバイスの製造装置＞
電子デバイスの製造装置、及び、電子デバイスの製造装置により製造される電子デバイスについて、図７を参照して説明する。上述した成膜装置１は、電子デバイスを製造するための製造装置として利用可能である。すなわち、成膜装置１は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板Ｐ上（基板Ｐの表面に積層体が形成されているものも含む）に薄膜（有機膜、金属膜、金属酸化物膜など）を堆積形成するために用いることができる。より具体的には、成膜装置１は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施例に係る成膜装置１は、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光
素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。
電子デバイスの製造装置により製造される有機ＥＬ素子の一例を図７に示している。図示の有機ＥＬ素子は、基板Ｐ上に、陽極Ｆ１、正孔注入層Ｆ２、正孔輸送層Ｆ３、有機発光層Ｆ４、電子輸送層Ｆ５、電子注入層Ｆ６、陰極Ｆ７の順番に成膜されている。本実施例に係る成膜装置１は、特に、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極や陽極）に用いられる金属膜や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に積層成膜が可能である。
＜本実施例に係る成膜装置及び電子デバイス製造装置の優れた点＞
本実施例に係る成膜装置１及びこれを用いた電子デバイスの製造装置によれば、基板Ｐを保持させた状態で、搬送される成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００により、それぞれ成膜動作とエッチング動作がなされる。そのため、成膜動作中に基板ＰやマスクＭが移動してしまうことがなく、これらの位置ズレを抑制することができる。従って、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。また、成膜動作とエッチング動作が同時に行われるため、薄膜を形成するのに要する時間を短くすることができ、生産性を高めることができる。
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、エッチング用ビーム照射装置によるビーム照射方向を工夫した構成が示されている。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図８は本発明の実施例２に係る成膜装置の主要構成図である。図８においては、本実施例に係る成膜装置の構成のうち、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０に固定される成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００と、大気ボックス３１０を移動させるためのボールねじ３３１の一部と、チャンバ内に配される基板Ｐ及びマスクＭのみを示している。その他の構成については、上記実施例１で示した通りであるので、その説明は省略する。
本実施例においては、エッチング用ビームの照射方向が、基板Ｐが保持される保持面の垂線方向に対して傾斜するように、エッチング用ビーム照射装置２００が設けられている。図中、矢印Ｄは、エッチング用ビームの照射方向を示している。これにより、基板Ｐに対して、大気ボックス３１０が対向する領域Ｘの外側にエッチング用ビームが照射される。従って、エッチング時に発生するパーティクルが、成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００に付着することを抑制することができる。また、エッチング用ビームを上記の垂線方向に対して照射する構成を採用した場合には、エッチングされた材料の一部が基板Ｐの表面に再付着され易い。これに対して、上記の垂線方向に対して傾斜するようにエッチング用ビームを照射することで、再付着を抑制することができるため、エッチングの効率を高めることができる。なお、本実施例に係る成膜装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３が示されている。本実施例においては、エッチング用ビーム照射装置が一対設けられた構成が示されている。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する
。
図９は本発明の実施例３に係る成膜装置の主要構成図である。図９においては、本実施例に係る成膜装置の構成のうち、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０に固定される成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂと、大気ボックス３１０を移動させるためのボールねじ３３１の一部と、チャンバ内に配される基板Ｐ及びマスクＭのみを示している。その他の構成については、上記実施例１で示した通りであるので、その説明は省略する。
本実施例に係る成膜装置においては、エッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂが、搬送装置による成膜材料照射装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂの搬送方向に対して、成膜材料照射装置１００の両側にそれぞれ設けられている。これにより、往路と復路のいずれに拘わらず、基板Ｐに対して、成膜動作とエッチング動作を同時に行うことができる。従って、生産性をより一層高めることができる。なお、本実施例に係る成膜装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、本実施例においても、上記実施例２の場合と同様に、エッチング用ビームの照射方向が、基板Ｐが保持される保持面の垂線方向に対して傾斜するように、エッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂを設ける構成を採用することもできる。
１ 成膜装置
１０ チャンバ
１００ 成膜材料照射装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ エッチング用ビーム照射装置
３００ 搬送装置
３１０ 大気ボックス
３４０ 大気アーム
Ｍ マスク
Ｐ 基板
本発明は、基板上に薄膜を形成するための成膜装置及び電子デバイス製造装置に関する。
従来、スパッタリングなどにより、基板上に薄膜を形成する技術が知られている。しかしながら、例えば、基板表面に凹凸が設けられている場合に、形成する薄膜の内部にボイドと呼ばれる空洞が形成されてしまうことがある。その対策として、基板を搬送させながらスパッタリングとエッチングを繰り返し行う技術が知られている（特許文献１参照）。このような技術によれば、基板表面の凹凸に沿うように薄膜を形成させることが可能となる。
しかしながら、上記のような技術では、大型の基板の場合に、基板とマスクの位置ズレが生じやすく薄膜を形成する位置の精度を高めることが難しい。
特開２０１２−６７３９４号公報
本発明の目的は、成膜材料の照射とエッチングを行いながら成膜を行う構成を採用しつつ、薄膜の形成位置の精度を高めることを可能とする成膜装置及び電子デバイス製造装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の成膜装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に備えられ、該チャンバ内に保持された基板表面に向けて成膜材料を放出することで成膜動作を行う成膜材料放出装置と、
前記チャンバ内に備えられ、前記基板表面に向けてエッチング用ビームを照射することでエッチング動作を行うエッチング用ビーム照射装置と、
前記成膜材料放出装置とエッチング用ビーム照射装置とを搬送する搬送装置と、
を備え、
前記搬送装置により前記成膜材料放出装置とエッチング用ビーム照射装置とを搬送しながら、前記基板に対して前記成膜材料放出装置による前記成膜動作と前記エッチング用ビーム照射装置による前記エッチング動作を同時に行うことを特徴とする。
本発明によれば、基板を保持させた状態で、搬送される成膜材料放出装置及びエッチング用ビーム照射装置により、それぞれ成膜動作とエッチング動作がなされるため、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。
以上説明したように、本発明によれば、成膜材料の照射とエッチングを行いながら成膜を行う構成を採用しつつ、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。
図１は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を平面的に見た概略構成図である。 図２は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 図３は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 図４は大気アームのメカニズムを説明する図である。 図５は本発明の実施例１に係る成膜材料放出装置の概略構成図である。 図６は本発明の実施例１に係るエッチング用ビーム照射装置の概略構成図である。 図７は電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。 図８は本発明の実施例２に係る成膜装置の主要構成図である。 図９は本発明の実施例３に係る成膜装置の主要構成図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例１）
図１〜図７を参照して、本発明の実施例１に係る成膜装置及び電子デバイス製造装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を平面的に見た（上方から見た）概略構成図である。図２は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図であり、より具体的には、図１において、矢印Ｖ１方向に見た内部構成について、一部の構成について断面的に示した図である。図３は本発明の実施例１に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図であり、より具体的には、図１において、矢印Ｖ２方向に見た内部構成について、一部の構成について断面的に示した図である。図４は大気アームのメカニズムを説明する図であり、大気アームの一部について、模式的断面図にて示している。図５は本発明の実施例１に係る成膜材料放出装置の概略構成図であり、同図（ａ）は成膜材料放出装置の付近を正面から見た概略構成図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図である。図６は本発明の実施例１に係るエッチング用ビーム照射装置の概略構成図であり、同図（ａ）はエッチング用ビーム照射装置の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＢＢ断面図である。図７は電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。
＜成膜装置の全体構成＞
図１〜図３を参照して、本実施例に係る成膜装置の全体構成について説明する。本実施例に係る成膜装置１は、内部が真空雰囲気となるチャンバ１０と、チャンバ１０内に備えられる成膜材料放出装置１００と、同じくチャンバ１０内に備えられるエッチング用ビーム照射装置２００と、これらを保持させながら搬送させる搬送装置３００とを備えている。
チャンバ１０内には、基板Ｐを保持する基板保持機構１１と、マスクＭを保持するマスク保持機構１２が備えられている。これらの保持機構により、基板ＰとマスクＭは、成膜動作中は静止した状態が保たれる。チャンバ１０は気密容器であり、排気ポンプ２０によって、その内部は真空状態（又は減圧状態）に維持される。ガス供給弁３０を開き、チャンバ１０内にガスを供給することで、処理に対する適切なガス雰囲気（又は圧力帯）に適宜変更ができる。チャンバ１０全体は接地回路４０により電気的に接地されている。
搬送装置３００は、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０の移動方向を案内する一対のガイドレール３２１，３２２と、大気ボックス３１０を移動させる駆動機構３３０と、大気ボックス３１０の移動に伴って従動する大気アーム３４０とを備えている。大気ボックス３１０は、その内部が空洞により構成されており、大気アーム３４０の内部を通じて、チャンバ１０の外部と連通するように構成されている。そのため、大気ボックス３１０の内部は大気に曝された状態となっている。このような構成が採用されることで、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２を成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００に接続することができる。なお、成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００は、大気ボックス３１０に固定されている。
この大気ボックス３１０は、一対のガイドレール３２１，３２２によって、往復移動可能に構成されている。また、大気ボックス３１０は、駆動機構３３０によって、往復移動するように構成されている。本実施例に係る駆動機構３３０は、ボールねじ機構を採用しており、ボールねじ３３１と、ボールねじ３３１を回転させるモータなどの駆動源３３２とを備えている。ただし、大気ボックス３１０を往復移動させるための駆動機構については、ボールねじ機構に限定されることはなく、ラックアンドピニオン機構など、各種公知技術を採用し得る。駆動機構３３０にラックアンドピニオン機構を採用する場合は、搬送ガイド部分に設けることができる。
大気アーム３４０は、移動する大気ボックス３１０の空洞内に、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２を配するために設けられている。すなわち、大気アーム３４０は、その内部が空洞により構成され、かつ、大気ボックス３１０の移動に追随して動作するように構成されている。より具体的には、大気アーム３４０は、第１アーム３４１と第２アーム３４２とを備えている。第１アーム３４１は、その一端がチャンバ１０の底板に対して回動自在に構成されている。そして、第２アーム３４２は、その一端が第１アーム３４１の他端に対して回動自在に軸支され、その他端が大気ボックス３１０に対して回動自在に軸支されている。
図４は第１アーム３４１の一端付近の構造を模式的断面図にて示している。図示のように、チャンバ１０の底板には貫通孔１０ａが設けられ、第１アーム３４１には円筒状の突出部３４１ａが設けられている。そして、大気ボックス３１０の底板と第１アーム３４１との間には、これらを回動自在に接続するための段差付きの円筒状部材３４１ｂが設けられている。この円筒状部材３４１ｂの一端は、チャンバ１０の底板に設けられた貫通孔１０ａ内に挿入されている。また、第１アーム３４１に設けられた突出部３４１ａが、円筒状部材３４１ｂの他端側から挿入されている。なお、貫通孔１０ａと円筒状部材３４１ｂとの間の環状隙間と、突出部３４１ａと円筒状部材３４１ｂとの間の環状隙間は、それぞれシールリング３４１ｃ，３４１ｄによって封止されている。
以上のような構成により、第１アーム３４１はチャンバ１０の底板に対して回動自在に支持されつつ、第１アーム３４１内の空洞部と、第１アーム３４１の外側の空間（チャンバ１０の内部空間）とは隔てられる。つまり、チャンバ１０の内部を真空状態（又は減圧状態）に維持することができる。なお、第１アーム３４１と第２アーム３４２とが回動自在に軸支されている機構と、第２アーム３４２と大気ボックス３１０とが回動自在に軸支されている機構についても、同様の機構であるので、その説明は省略する。
以上のように構成される搬送装置３００により、大気ボックス３１０に固定された成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を、大気ボックス３１０と共に往復移動させることが可能となる。これにより、往路及び復路のうちの少なくともいずれか一方の移動中に、成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を同時に稼働させることによって、基板Ｐに対して、成膜動作とエッチング動作を同時に行わすことができる。従って、大型の基板Ｐに成膜を形成する場合であっても、搬送装置３００により、成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００を移動させながら成膜動作とエッチング動作を同時に行わせることで、基板Ｐの一端側から他端側に向かって連続的に薄膜を形成することができる。また、基板Ｐの表面に凹凸が設けられている場合であっても、成膜された部分の一部がエッチングされながら成膜されるため、基板Ｐの表面の凹凸に沿うように薄膜を形成させることが可能となる。なお、成膜材料放出装置１００とエッチング用ビーム照射装置２００が図２に示すように配置される場合には、これらが図中右から左に移動する過程で、成膜動作とエッチング動作を同時に行わせるとよい。これにより、成膜された部分の一部がエッチングされつつ、薄膜が形成される。
＜成膜材料放出装置＞
本発明における成膜材料放出装置については、成膜材料を用いて基板表面に薄膜を形成可能な各種装置を適用可能である。ここでは、図５を参照して、本実施例に係る成膜装置１に適用可能な成膜材料放出装置１００の一例を説明する。図５に示す成膜材料放出装置１００は、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置である。この成膜材料放出装置１００は、ターゲットユニット１１０と、ターゲットユニット１１０の両端を支持するサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０とを備えている。サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０は、大気ボックス３１０の上面に固定されている。ターゲットユニット１１０は、円筒状のターゲット１１１と、その内周に配される電極であるカ
ソード１１２と、カソード１１２の内部に配される磁石ユニット１１３とを備えている。ターゲット１１１は、サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０により回転自在に支持されており、エンドブロック１３０内に備えられた不図示のモータなどの駆動源により、スパッタリング時に回転するように構成されている。また、カソード１１２の内部に配された磁石ユニット１１３によって、ターゲット１１１と基板Ｐとの間には磁場（漏洩磁場）が形成される。
以上のように構成される成膜材料放出装置１００においては、ターゲット１１１とアノードであるチャンバ１０との間に一定以上の電圧を印加することにより、これらの間にプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イオンが電界によって引き寄せられターゲット１１１に衝突することで、ターゲット１１１からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１１から放出された粒子は、衝突を繰り返しながら、放出された粒子のうちターゲット物質の中性の原子が基板Ｐに堆積していく。これにより、基板Ｐには、ターゲット１１１の構成原子による薄膜が形成される。また、上記の漏洩磁場によって、ターゲット１１１と基板Ｐとの間の所定領域にプラズマを集中させることができる。これにより、効率的にスパッタリングが行われるため、基板Ｐへのターゲット物質の堆積速度を向上させることができる。更に、本実施例に係る成膜材料放出装置１００においては、スパッタリングの最中にターゲット１１１が回転するように構成されている。これにより、ターゲット１１１の消耗領域（エロ―ジョンによる浸食領域）が一部に集中することはなく、ターゲット１１１の利用効率を高めることができる。
ただし、本発明における成膜材料放出装置については、上記の通り、各種装置を適用することができ、例えば、平板状のターゲットを備えるスパッタ装置を適用することも可能である。
＜エッチング用ビーム照射装置＞
本発明におけるエッチング用ビーム照射装置については、基板表面に形成された膜の一部をエッチング可能な各種装置を適用可能である。ここでは、図６を参照して、本実施例に係る成膜装置１に適用可能なエッチング用ビーム照射装置２００の一例を説明する。
エッチング用ビーム照射装置２００は、イオンソース２１０と、イオンソース２１０に電圧を印加する高圧電源２２０とを備えている。高圧電源２２０はイオンソース２１０にアノード電圧（〜数ｋＶ）を印加するように構成されている。
イオンソース２１０は、カソード２１１と、ビーム照射面２１２と、アノード２１３と、永久磁石２１４とを備えている。本実施例ではカソード２１１がイオンソース２１０の筐体を兼ねている。カソード２１１とアノード２１３はそれぞれＳＵＳにより形成され、両者は電気的に絶縁されている。カソード２１１はチャンバ１０に固定されることで、電気的に接地されている。一方、アノード２１３は高圧電源２２０に接続されている。この構成において、高圧電源２２０からアノード２１３に対し高圧が印加されると、筐体（カソード２１１）のビーム照射面２１２に設けられた出射開口からイオンビームが出射する。なお、イオンソース２１０の原理としては、筐体の背面側からガスを導入して筐体内部でイオンを発生するタイプと、筐体の外側に存在する雰囲気ガスをイオン化するタイプとがあるが、いずれを用いてもよい。本実施例では、後者を採用しており、ガス供給弁３０を開くことで、チャンバ１０内にガスが供給される。ガスとしては、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスなどを用いることができる。
本実施例に係るイオンソース２１０は、出射開口が長手方向と短手方向を持つように、長細い形状（ライン形状又はトラック形状）のビーム照射面２１２を有している。そして、出射開口の長手方向が基板Ｐの長手方向に対して交差するように、イオンソース２１０
が配置されている。このような縦長のイオンソース２１０を用いることで、基板Ｐの幅方向全体にイオンビームが照射されることとなる。したがって、搬送方向に沿った１回のビーム走査で基板Ｐの全面に対しビームを照射でき、表面処理の高速化（生産性向上）を図ることができる。
なお、本実施例においては、エッチング用ビームが、イオンビームの場合について説明した。しかしながら、エッチング用ビームは、イオンビームに限られず、レーザービームを用いることもできる。例えば、エッチングの対象となる膜の材料が、無機膜（ＳｉＮなど）、酸化物膜（ＳｉＯ２、ＩＴＯなど）、金属膜（Ａｌ、Ｃｕなど）の場合には、イオンビーム（Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスにより生成されるイオンビーム）を用いると好適である。これに対して、エッチングの対象となる膜の材料が、有機膜（有機化合物など）の場合には、レーザービームを用いると好適である。前者の場合にはビーム径が比較的大きいのに対して、後者の場合にはビーム径が比較的小さいといった特徴がある。また、後者の場合には、膜中か下地層に光熱変換材料が含まれていると更に有効である。
＜電子デバイスの製造装置＞
電子デバイスの製造装置、及び、電子デバイスの製造装置により製造される電子デバイスについて、図７を参照して説明する。上述した成膜装置１は、電子デバイスを製造するための製造装置として利用可能である。すなわち、成膜装置１は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板Ｐ上（基板Ｐの表面に積層体が形成されているものも含む）に薄膜（有機膜、金属膜、金属酸化物膜など）を堆積形成するために用いることができる。より具体的には、成膜装置１は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施例に係る成膜装置１は、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。
電子デバイスの製造装置により製造される有機ＥＬ素子の一例を図７に示している。図示の有機ＥＬ素子は、基板Ｐ上に、陽極Ｆ１、正孔注入層Ｆ２、正孔輸送層Ｆ３、有機発光層Ｆ４、電子輸送層Ｆ５、電子注入層Ｆ６、陰極Ｆ７の順番に成膜されている。本実施例に係る成膜装置１は、特に、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極や陽極）に用いられる金属膜や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に積層成膜が可能である。
＜本実施例に係る成膜装置及び電子デバイス製造装置の優れた点＞
本実施例に係る成膜装置１及びこれを用いた電子デバイスの製造装置によれば、基板Ｐを保持させた状態で、搬送される成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００により、それぞれ成膜動作とエッチング動作がなされる。そのため、成膜動作中に基板ＰやマスクＭが移動してしまうことがなく、これらの位置ズレを抑制することができる。従って、薄膜の形成位置の精度を高めることができる。また、成膜動作とエッチング動作が同時に行われるため、薄膜を形成するのに要する時間を短くすることができ、生産性を高めることができる。
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、エッチング用ビーム照射装置によるビーム照射方向を工夫した構成が示されている。その他の構成および作用
については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図８は本発明の実施例２に係る成膜装置の主要構成図である。図８においては、本実施例に係る成膜装置の構成のうち、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０に固定される成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００と、大気ボックス３１０を移動させるためのボールねじ３３１の一部と、チャンバ内に配される基板Ｐ及びマスクＭのみを示している。その他の構成については、上記実施例１で示した通りであるので、その説明は省略する。
本実施例においては、エッチング用ビームの照射方向が、基板Ｐが保持される保持面の垂線方向に対して傾斜するように、エッチング用ビーム照射装置２００が設けられている。図中、矢印Ｄは、エッチング用ビームの照射方向を示している。これにより、基板Ｐに対して、大気ボックス３１０が対向する領域Ｘの外側にエッチング用ビームが照射される。従って、エッチング時に発生するパーティクルが、成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００に付着することを抑制することができる。また、エッチング用ビームを上記の垂線方向に対して照射する構成を採用した場合には、エッチングされた材料の一部が基板Ｐの表面に再付着され易い。これに対して、上記の垂線方向に対して傾斜するようにエッチング用ビームを照射することで、再付着を抑制することができるため、エッチングの効率を高めることができる。なお、本実施例に係る成膜装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３が示されている。本実施例においては、エッチング用ビーム照射装置が一対設けられた構成が示されている。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
図９は本発明の実施例３に係る成膜装置の主要構成図である。図９においては、本実施例に係る成膜装置の構成のうち、大気ボックス３１０と、大気ボックス３１０に固定される成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂと、大気ボックス３１０を移動させるためのボールねじ３３１の一部と、チャンバ内に配される基板Ｐ及びマスクＭのみを示している。その他の構成については、上記実施例１で示した通りであるので、その説明は省略する。
本実施例に係る成膜装置においては、エッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂが、搬送装置による成膜材料放出装置１００及びエッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂの搬送方向に対して、成膜材料放出装置１００の両側にそれぞれ設けられている。これにより、往路と復路のいずれに拘わらず、基板Ｐに対して、成膜動作とエッチング動作を同時に行うことができる。従って、生産性をより一層高めることができる。なお、本実施例に係る成膜装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、本実施例においても、上記実施例２の場合と同様に、エッチング用ビームの照射方向が、基板Ｐが保持される保持面の垂線方向に対して傾斜するように、エッチング用ビーム照射装置２００Ａ，２００Ｂを設ける構成を採用することもできる。
１ 成膜装置
１０ チャンバ
１００ 成膜材料放出装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ エッチング用ビーム照射装置
３００ 搬送装置
３１０ 大気ボックス
３４０ 大気アーム
Ｍ マスク
Ｐ 基板

Claims (8)

  1. チャンバと、
    前記チャンバ内に備えられ、該チャンバ内に保持された基板表面に成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
    前記チャンバ内に備えられ、エッチング用ビームを照射する少なくとも一つのエッチング用ビーム照射装置と、
    前記成膜材料照射装置とエッチング用ビーム照射装置とを保持しながら搬送させる搬送装置と、
    を備え、
    前記搬送装置により前記成膜材料照射装置とエッチング用ビーム照射装置とを搬送させながら、前記基板に対して前記成膜材料照射装置による成膜動作と前記エッチング用ビーム照射装置によるエッチング動作を同時に行わせることが可能に構成されていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記成膜材料照射装置は、スパッタリングを行うスパッタ装置であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記スパッタ装置は、スパッタリング時に回転する円筒状のターゲットを備えることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記エッチング用ビーム照射装置により照射されるエッチング用ビームは、イオンビームまたはレーザービームであることを特徴とする請求項１，２または３に記載の成膜装置。
  5. エッチング用ビームの照射方向は、前記基板が保持される保持面の垂線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の成膜装置。
  6. 前記エッチング用ビーム照射装置は、前記搬送装置による前記成膜材料照射装置及びエッチング用ビーム照射装置の搬送方向に対して、前記成膜材料照射装置の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の成膜装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の成膜装置を備え、
    前記成膜装置によって、基板上に有機膜を形成することを特徴とする電子デバイスの製造装置。
  8. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の成膜装置を備え、
    前記成膜装置によって、基板上に形成された有機膜上に、金属膜または金属酸化物膜を形成することを特徴とする電子デバイスの製造装置。
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