JP2022126050A - 成膜装置、電子デバイスの製造方法及び成膜源のメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図りつつ、成膜源のメンテナンス性を高めることのできる成膜装置、電子デバイスの製造方法及び成膜源のメンテナンス方法を提供する。【解決手段】チャンバ１０の天板には、基板保持手段１１の配置位置から離れた位置に、成膜源１００を構成する少なくとも一つの部材をチャンバ１０の内部から外部に搬出及びチャンバ１０の外部から内部に搬入可能とする開閉部１０ａが設けられると共に、移動手段は、成膜源１００を、成膜動作時に基板保持手段１１に保持された基板Ｐに対向する位置と、開閉部１０ａにより開かれる開口部１０ｂの真下の位置との間を往復移動可能とするように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、成膜源によって基板上に薄膜を形成する成膜装置、電子デバイスの製造方法及び成膜源のメンテナンス方法に関する。

面積の大きな基板の表面に成膜を行うための成膜装置においては、成膜源を往復移動させながら成膜を行う技術が知られている。特許文献１に開示された技術においては、チャンバ内の上方には基板を保持するための基板保持手段が設けられ、チャンバ内の下方には成膜源を往復移動させるための移動手段が設けられている。特許文献２には、チャンバの側方からチャンバの内部に配置されたカソードユニットを引き出して、メンテナンスを行うことが開示されている。

特開２０１９－９４５４８号公報 特開２０１４－１６２９５１号公報

特許文献１に開示されるような、成膜源を往復移動させながら成膜を行う成膜装置においては、基板保持手段と移動手段との間の空間は狭くなることが多い。そのため、成膜源のメンテナンスを行う際に、作業がし難い問題がある。特許文献２では、成膜源をチャンバの側面側からチャンバの外部まで移動させる機構を設けている。しかしながら、この対策では、広いスペースが必要となってしまい、必ずしも、十分な対策とは言えない。

本発明の目的は、省スペース化を図りつつ、成膜装置のメンテナンス性を高めることのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のスパッタ装置は、
チャンバと、
前記チャンバの内部に配置され、基板に薄膜を形成するための成膜源と、
前記基板に対して相対的に前記成膜源を移動させる移動手段と、を備え、
前記チャンバの天板は、前記成膜源の移動範囲の一部の鉛直方向上方の位置に、前記成膜源を構成する少なくとも一つの部材を前記チャンバの内部から外部に搬出及び前記チャンバの外部から内部に搬入するための開閉部を有することを特徴とする。

本発明によれば、移動手段によって、成膜源を開閉部により開かれる開口部の真下の位置まで移動させることにより、成膜源を構成する少なくとも一つの部材を吊り上げれば、開口部からチャンバの外部に搬出することができる。また、成膜源を構成する少なくとも一つの部材を吊り下げれば、開口部からチャンバの内部に搬入することができる。

以上説明したように、本発明によれば、省スペース化を図りつつ、成膜源のメンテナンス性を高めることができる。

本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。 本発明の実施例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。 本発明の実施例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。 本発明の実施例に係る成膜源の概略構成図である。 本発明の実施例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。 本発明の実施例に係る成膜源のメンテナンスの様子を示す概略構成図である。 本発明の実施例に係る成膜源のメンテナンスの様子を示す概略構成図である。 電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。

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）
図１～図７を参照して、本発明の実施例に係る成膜装置及び成膜源のメンテナンス方法について説明する。なお、本実施例においては、成膜装置の一例として、スパッタ装置の場合を例にして説明する。図１は本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。図２は、図１において、矢印Ｖ１方向に見た断面図である。図３は、図１において、矢印Ｖ２方向に見た断面図である。図４は本発明の実施例に係る成膜源の概略構成図であり、同図（ａ）は成膜源の一部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５は本発明の実施例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、メンテナンスを行う際の様子を示している。図６及び図７は、本発明の実施例に係る成膜源のメンテナンスの様子を示す概略構成図である。

＜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源１００と、成膜源１００を移動させる移動手段を有する駆動装置２００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手段１１と、マスクＭを保持するマスク保持手段１２が備えられている。これらの保持手段により、基板ＰとマスクＭは、成膜動作中（スパッタリング動作中）は静止した状態が保たれる。なお、基板保持手段１１及び、マスク保持手段１２については、各図面では簡略的に示しているが、これらの保持手段は、基板ＰとマスクＭとの位置関係を精度良く調整できるように構成されている。

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。

駆動装置２００は、大気ボックス２１０と、大気ボックス２１０を移動させる移動手段と、大気ボックス２１０の移動に伴って従動する大気アーム２４０とを備えている。移動手段は、一対のガイドレール２２１，２２２と、大気ボックス２１０を貫くように設けられる回転軸２３１と、回転軸２３１の両側に設けられる一対のギア２３２と、回転軸２３１を回転させるモータなどの駆動源２３３とを備えている。一対のガイドレール２２１，２２２には、一対のギア２３２とそれぞれ噛み合うラックが設けられている。以上の構成により、駆動源２３３によって回転軸２３１を回転させることで、一対のガイドレール２２１，２２２に沿って、大気ボックス２１０を往復移動させることができる。このように、本実施例における移動手段は、いわゆるラックアンドピニオン機構を採用している。ただし、大気ボックス２１０を往復移動させるための駆動機構については、ラックアンドピニオン機構に限定されることはなく、ボールねじ機構など、各種公知技術を採用し得る。

大気ボックス２１０は、その内部が空洞により構成されており、大気アーム２４０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２１０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に接続される配線５１と、同じくチャンバ１０の外部に設けられた冷却液供給装置６０に接続される冷却管６１を成膜源１００に接続することができる。

このように、大気アーム２４０は、移動する大気ボックス２１０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及び冷却液供給装置６０に接続される冷却管６１を配するために設けられている。すなわち、大気アーム２４０は、その内部が空洞により構成され、かつ、大気ボックス２１０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２４０は、第１アーム２４１と第２アーム２４２とを備えている。第１アーム２４１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２４２は、その一端が第１アーム２４１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２１０に対して回動自在に軸支されている。

以上のように構成される駆動装置２００により、大気ボックス２１０に固定された成膜源１００を、大気ボックス２１０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、成膜源１００を稼働させることによって、基板Ｐに対して、成膜動作（スパッタリング）を行うことができる。従って、大型の基板Ｐに成膜する場合であっても、駆動装置２００により、成膜源１００を移動させながら成膜動作を行うことで、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。

＜成膜装置＞
図４を参照して、本実施例に係る成膜装置１に適用可能な成膜源１００の一例を説明する。成膜源１００は、ターゲット１１０と、ターゲット１１０の両端を支持する一対の支持部材としてのサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０とを備えている。なお、本実施例においては、ターゲット１１０は、２本設けられており、これら２本のターゲット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も、２本のターゲット１１０にそれぞれ一つずつ設けられている。ただし、本発明に係る成膜装置においては、ターゲットの個数が限定されることはない。ターゲット１１０は、スパッタリング時に回転する円筒状の部材であり、ロータリーカソードとも呼ばれる。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２１０の上面に固定されている。ターゲット１１０は、円筒状のターゲット本体１１１と、その内周に配される電極であるカソード１１２とを備えている。また、ターゲット１１０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、モータなどの駆動源１４０
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。なお、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置の場合には、ターゲット１１０と基板Ｐとの間に磁場（漏洩磁場）を発生させるために、カソード１１２の内部に磁石が設けられる。

以上のように構成される成膜源１００においては、ターゲット１１０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１１０に衝突することで、ターゲット１１０（ターゲット本体１１１）からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１０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１１０の構成原子による薄膜が形成される（成膜工程）。また、マグネトロンスパッタリング方式の場合には、上記の漏洩磁場によって、ターゲット１１０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源１００においては、スパッタリングの最中にターゲット１１０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１１０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１１０の利用効率を高めることができる。

＜成膜源のメンテナンスに関係する構成＞
本実施例に係るチャンバ１０の天板には、基板保持手段１１の配置位置から離れた位置に、開閉部１０ａが設けられている。この開閉部１０ａは、成膜源１００のメンテナンスを行う際に、成膜源１００を構成する少なくとも一つの部材をチャンバ１０の内部から外部に搬出可能とし、かつチャンバ１０の外部から内部に搬入可能とするために設けられている。そして、駆動装置２００に備えられる移動手段は、成膜源１００を、成膜動作時に基板保持手段１１に保持された基板Ｐに対向する位置と、開閉部１０ａにより開かれる開口部１０ｂの真下の位置との間を往復移動可能とするように構成されている。すなわち、成膜源１００の移動範囲は、基板Ｐの鉛直方向下方の位置を少なくとも含む。開閉部１０は、成膜源１００の移動範囲の少なくとも一部の鉛直方向上方に位置している。また、図５が示す通り、開閉部１０の鉛直方向に沿った射影は、成膜時の基板Ｐとは重ならないように、基板保持手段１１と開閉部１０とが配置される。また、図７に示すように、大気ボックス２１０は、底板部２１１と、底板部２１１を取り囲むように設けられる側壁部２１２と、側壁部２１２に対して着脱自在に設けられる天板部２１３とを有している。また、側壁部２１２のうちの少なくとも一部は、メンテナンスの際に大気ボックス２１０の内部を開放するための扉部２１２ａにより構成されている。ターゲット１１０を回転させるための駆動源１４０は、天板部２１３の内壁面に固定されている。

＜成膜源のメンテナンス方法＞
成膜源１００のメンテナンス方法においては、駆動装置２００の移動手段によって、成膜源１００を開閉部１０ａにより開かれる開口部１０ｂの真下の位置に移動させる移動工程（図５参照）と、成膜源１００を構成する少なくとも一つの部材と成膜装置の他の構造（他の部材）との接続を解除する解除工程と、上記の少なくとも一つの部材を吊り上げて、開口部１０ｂからチャンバ１０の外部に搬出させる搬出工程と、を含む。ここで、成膜源１００のメンテナンスについては、ターゲット１１０のみを交換する場合と、成膜源１００全体を交換する場合がある。「移動工程」については、両者は同一であり、以下、「解除工程」及び「搬出工程」について、それぞれの場合について説明する。

＜＜ターゲットのみを交換するメンテナンス＞＞
ターゲットのみを交換する場合には、まず、ターゲット１１０とサポートブロック１２０との接続が解除される（図６（ａ）参照）。例えば、これらはネジ止めされており、ネ
ジが外される。次に、ターゲット１１０とエンドブロック１３０との接続が解除される（図６（ｂ）参照）。例えば、これらは嵌合により固定されており、ターゲット１１０をエンドブロック１３０から引く抜くことで、これらの接続が解除される。その後、ターゲット１１０は、クレーン５００に備えられたワイヤやフックなどからなる吊り上げ部材５１０によって吊り上げられて、開閉部１０ａにより開かれた開口部１０ｂからチャンバ１０の外部に搬出される（図５及び図６（ｃ）参照）。なお、その後、新品や修理後のターゲット１１０が開口部１０ｂからチャンバ１０の内部に搬入されて、エンドブロック１３０とサポートブロック１２０に接続される。図５においては、クレーン５００がチャンバ１０の天井（天板）から吊下げられる構成を示したが、チャンバ１０が設置される工場の天井からクレーンが吊下げられる構成を採用することもできる。

＜＜成膜源全体を交換するメンテナンス＞＞
成膜源１００の全体を交換する場合には、大気ボックス２１０における側壁部２１２と天板部２１３の接続が解除される（図７（ａ）参照）。例えば、これらはネジ止めされており、ネジが外される。次に、扉部２１２ａが開かれて、成膜源１００側と電源５０側の配線５１を接続するコネクタ５１ａが外される。また、成膜源１００側と冷却液供給装置６０側の冷却管６１を接続する配管接続部６１ａによる接続も解除される（図７（ｂ）参照）。その後、成膜源１００（ターゲット１１０と、サポートブロック１２０と、エンドブロック１３０と、駆動源１４０）と、大気ボックス２１０の天板部２１３とが一体の状態で、クレーン５００に備えられたワイヤやフックなどからなる吊り上げ部材５１０によって吊り上げられて、開閉部１０ａにより開かれた開口部１０ｂからチャンバ１０の外部に搬出される（図５及び図７（ｃ）参照）。なお、その後、新品や修理後の成膜源１００及び天板部２１３が一体の状態で、開口部１０ｂからチャンバ１０の内部に搬入されて、天板部２１３と側壁部２１２とが接続される。

＜本実施例に係る成膜装置及び成膜源のメンテナンス方法の優れた点＞
本実施例に係る成膜装置１及び成膜源１００のメンテナンス方法によれば、移動手段によって、成膜源１００をチャンバ１０の開閉部１０ａにより開かれる開口部１０ｂの真下の位置まで移動させることにより、成膜源１００を構成する少なくとも一つの部材を吊り上げれば、開口部１０ｂからチャンバ１０の外部に搬出することができる。従って、チャンバ１０内の上方に設けられる基板保持手段１１と、チャンバ１０内の下方に設けられる移動手段との間の空間が狭くても、この狭い空間内での作業を減らすことが可能となり、メンテナンス性を高めることができる。また、成膜源１００をチャンバ１０の側面側からチャンバ１０の外部まで移動させる必要もないため、省スペース化を図ることができる。

＜電子デバイスの製造装置（製造方法）＞
上記実施例で示した成膜装置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。以下、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８を参照して説明する。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、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８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。

（その他）
上記実施例においては、成膜装置１がスパッタ装置であり、成膜源１００がターゲット１１０などを備える構成の場合を示した。しかしながら、本発明においては、例えば、成膜装置が真空蒸着装置で、成膜源が蒸発源の場合にも適用可能である。

１ 成膜装置、 １０ チャンバ、 １０ａ 開閉部、 １０ｂ 開口部、 １１ 基板保持手段、 １００ 成膜源、 １１０ ターゲット、 １２０ サポートブロック、
１３０ エンドブロック、 １４０ 駆動源、 ２００駆動装置、 ２１０ 大気ボックス、 Ｐ 基板

Claims (11)

1. チャンバと、
   前記チャンバの内部に配置され、基板に薄膜を形成するための成膜源と、
   前記基板に対して相対的に前記成膜源を移動させる移動手段と、を備え、
   前記チャンバの天板は、前記成膜源の移動範囲の一部の鉛直方向上方の位置に、前記成膜源を構成する少なくとも一つの部材を前記チャンバの内部から外部に搬出及び前記チャンバの外部から内部に搬入するための開閉部を有することを特徴とする成膜装置。
2. 前記チャンバの内部に配置され、前記基板を保持する基板保持手段をさらに備え、
   前記移動手段は、前記成膜源を、成膜動作時に前記基板保持手段に保持された前記基板と鉛直方向において対向する位置と、前記開閉部の鉛直方向下方の位置との間を往復するように移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記開閉部の鉛直方向への射影が、成膜時に前記基板保持手段によって保持された前記基板と重ならない
   ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記成膜源は、スパッタリングによって、基板上に薄膜を形成するための粒子を放出し、かつ、スパッタリングの際に回転するように構成される円筒状のターゲットを備えており、
   前記ターゲットが前記開閉部から前記チャンバの外部に搬出及び前記チャンバの内部に搬入される
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記成膜源は、
   スパッタリングによって、基板上に薄膜を形成するための粒子を放出し、かつ、スパッタリングの際に回転するように構成される円筒状のターゲットと、
   前記移動手段によって移動可能に構成される大気ボックス上面に固定され、前記ターゲットの両端を支持する一対の支持部材と、
   前記ターゲットを回転させる駆動源と、を有し、
   前記大気ボックスは、底板部と、前記底板部を取り囲むように設けられる側壁部と、前記側壁部に対して着脱自在に設けられる天板部と、を有し、
   前記ターゲットと、前記一対の支持部材と、前記天板部に固定された前記駆動源と、前記天板部とが一体の状態で、前記開閉部から前記チャンバの外部に搬出及び前記チャンバの内部に搬入される
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記少なくとも一つの部材は、クレーンによって搬出及び搬入される
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の成膜装置を用いて、前記基板に成膜を行う成膜工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
8. 天板に開閉部が設けられたチャンバと、
   前記チャンバの内部に配置され、基板に薄膜を形成するための成膜源と、
   前記基板に対して相対的に前記成膜源を移動させる移動手段と、を備える成膜装置のメンテナンス方法であって、
   前記移動手段によって、前記成膜源を前記開閉部の鉛直方向下方の位置に移動させる移
   動工程と、
   前記成膜源を構成する少なくとも一つの部材を前記成膜装置の他の構造との接続を解除する解除工程と、
   前記少なくとも一つの部材を前記開閉部から前記チャンバの外部に搬出する搬出工程と、を有することを特徴とする成膜源のメンテナンス方法。
9. 前記成膜源は、
   スパッタリングによって、基板上に薄膜を形成するための粒子を放出し、かつ、スパッタリングの際に回転するように構成される円筒状のターゲットと、
   前記移動手段によって移動可能に構成される大気ボックス上面に固定され、前記ターゲットの両端を支持する一対の支持部材と、
   を有しており、
   前記解除工程においては、前記ターゲットと前記一対の支持部材との接続を解除し、
   前記搬出工程においては、前記ターゲットを前記チャンバの外部に搬出することを特徴とする請求項８に記載の成膜源のメンテナンス方法。
10. 前記成膜源は、
    スパッタリングによって、基板上に薄膜を形成するための粒子を放出し、かつ、スパッタリングの際に回転するように構成される円筒状のターゲットと、
    前記移動手段によって移動可能に構成される大気ボックス上面に固定され、前記ターゲットの両端を支持する一対の支持部材と、
    を有すると共に、
    前記大気ボックスは、底板部と、前記底板部を取り囲むように設けられる側壁部と、前記側壁部に対して着脱自在に設けられる天板部と、を有し、前記天板部には、前記ターゲットを回転させる駆動源が固定されており、
    前記解除工程においては、前記天板部と前記側壁部との接続を解除し、
    前記搬出工程においては、前記ターゲットと、前記一対の支持部材と、前記駆動源と、前記天板部とを一体の状態で、前記チャンバの外部に搬出することを特徴とする請求項８に記載の成膜源のメンテナンス方法。
11. 請求項８～１０のいずれか１項に記載のメンテナンス方法によって前記成膜装置をメンテナンスする工程と、
    メンテナンスされた前記成膜装置を用いて、前記基板に成膜を行う成膜工程と、を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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