JP2023003828A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
【課題】生産性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】基板ＧにＡＬＤ成膜を行う成膜装置であって、回転軸に平行な保持側面に基板を保持する回転ドラムと、それを収容する本体部とを有する処理チャンバー４を備え、本体部は、保持側面に対向し、回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の処理空間を有する複数の処理室４と複数の処理室のそれぞれの処理室の間に配置された排気部とを有し、複数の処理室には少なくとも基板に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着室と基板に吸着した原料ガスと反応するプラズマを、反応ガスから生成するプラズマ反応室とが含まれ、プラズマ反応室は枠体と、保持側面と対向し、プラズマ反応室の長手方向に第１の間隔で直線状に配置された複数の分割窓で構成され、長手方向に延びる辺において枠体との間に第１の間隔よりも広い第２の間隔をもって配置される長尺状の金属窓と矩形コイルアンテナとを備える成膜装置。【選択図】図１
Description
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
特許文献１には、真空容器内にて、基板載置領域に基板を載置した回転テーブルを回転させることにより前記基板を公転させて複数の処理部を順番に通過させ、これにより複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを行って基板に成膜処理を行う成膜装置が開示されている。
一の側面では、本開示は、生産性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板にＡＬＤ成膜を行う成膜装置であって、回転軸に平行な保持側面に前記基板を保持する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容する本体部と、を有する処理チャンバーを備え、前記本体部は、前記保持側面に対向し、前記回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の処理空間を有する複数の処理室と、前記複数の処理室のそれぞれの処理室の間に配置された排気部と、を有し、前記複数の処理室には、少なくとも、前記基板に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着室と、前記基板に吸着した前記原料ガスと反応するプラズマを、反応ガスから生成するプラズマ反応室と、が含まれ、前記プラズマ反応室は、前記プラズマ反応室の側壁の上部に設けられた枠体と、前記保持側面と対向し、前記プラズマ反応室の長手方向に第１の間隔で直線状に配置された複数の分割窓で構成され、前記長手方向に延びる辺において前記枠体との間に前記第１の間隔よりも広い第２の間隔をもって配置される長尺状の金属窓と、前記分割窓のそれぞれに対応して前記プラズマ反応室の外側に配置され、前記分割窓と対向する平面部を有する縦巻き矩形コイルアンテナと、を備え、複数の前記平面部は、共通した平面領域を形成し、前記縦巻き矩形コイルアンテナは、前記分割窓と平行で且つ前記金属窓の長手方向と直交する巻回軸の周りにアンテナ線を巻回して構成される、成膜装置が提供される。
一の側面によれば、生産性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜基板処理システム＞
本実施形態に係る基板処理システム１について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理システム１の構成を示す斜視図の一例である。
本実施形態に係る基板処理システム１について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理システム１の構成を示す斜視図の一例である。
基板処理システム１は、ロードロック室２と、巻取巻戻室３と、処理室（処理チャンバー）４と、ドラム５と、制御部９と、を備える。
ここで、基板処理システム１において処理が施される基板Ｇは、平面視して矩形状であり、可撓性を有する基板である。基板Ｇは、例えば、可撓性を有する矩形状のガラス基板であってもよい。また、基板Ｇは、例えば、厚さが０．１ｍｍ乃至数ｍｍ程度の薄板ガラス基板であってもよい。また、基板Ｇは、例えば、平面寸法が第４．５世代の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ程度の寸法から、第１０．５世代の３０００ｍｍ×３４００ｍｍ程度の寸法までを少なくとも含むものであってもよい。
ロードロック室２は、ゲートバルブ２１を介して、大気雰囲気の搬送室（図示せず）と接続される。また、ロードロック室２は、上下方向に昇降可能であって、複数の基板Ｇを高さ方向に収容する載置部（図示せず）を有している。また、ロードロック室２は、ゲートバルブ２２を介して、真空雰囲気の巻取巻戻室３と接続される。また、ロードロック室２は、大気雰囲気と真空雰囲気を切り替えることができるように構成されている。
巻取巻戻室３は、ゲートバルブ２２を介して、ロードロック室２と接続される。また、巻取巻戻室３は処理室４と接続される。ドラム５は軸方向に移動することにより、巻取巻戻室３におけるドラム５の位置５Ａ（破線で図示）と、処理室４におけるドラム５の位置５Ｂ（二点鎖線で図示）と、を移動することが可能に構成されている。また、ドラム５は、巻取巻戻室３及び処理室４において回転可能に構成されている。ドラム５は、円柱状であり、回転軸に平行な外周面（保持側面）に基板Ｇを吸着して保持することができるように構成されている。
ここで、巻取巻戻室３の動作について、図２を用いて説明する。図２は、巻取巻戻室３の動作を説明する模式図の一例である。
図２（ａ）は、ドラム５に基板Ｇを保持させる動作（巻取動作）を説明する模式図の一例である。ロードロック室２から巻取巻戻室３にわたって、基板Ｇを搬送する搬送装置２３が設けられている。また、ドラム５には、係止部５１及び双極静電チャック５２が設けられている。搬送装置２３で基板Ｇを搬送し、ドラム５の係止部５１に基板Ｇの前端を係止させる。そして、搬送装置２３で基板Ｇをロードロック室２から巻取巻戻室３への方向に送りながら、双極静電チャック５２を駆動しドラム５を回転（図２（ａ）において時計回り）させることで、ドラム５の外周面に基板Ｇを静電吸着により保持させることができる。
なお、ドラム５の外周面には、周方向に複数の基板Ｇが保持される。また、ドラム５の外周面に保持されることにより、基板Ｇには曲げにより応力が生じる。ここで、厚さ０．５ｍｍの第６世代の基板Ｇをドラム５の周方向に４枚吸着させる場合、ドラム５の半径は、例えば９５５ｍｍとなり、基板Ｇの曲げにより生じる応力は、例えば１８ＭＰａとなる。これに対し、この基板Ｇにおける破壊応力は、例えば５０ＭＰａとなる。このように、基板Ｇは安全率２倍以上でドラム５の外周面に保持させることができる。
図２（ｂ）は、ドラム５から基板Ｇを脱離させる動作（巻戻動作）を説明する模式図の一例である。巻取巻戻室３には、基板Ｇを除電するイオナイザ５３が設けられている。静電チャック５２による静電吸着を解除し、イオナイザ５３で除電することにより、基板Ｇを後端側から脱離させる。そして、ドラム５を逆回転（図２（ｂ）において反時計回り）させながら、搬送装置２３で基板Ｇを巻取巻戻室３からロードロック室２への方向に送ることで、ドラム５の外周面に保持された基板Ｇを脱離させて、ロードロック室２に搬送することができる。
図１に戻り、ロードロック室２の載置部に収容された基板Ｇは、搬送装置２３で巻取巻戻室３に搬送され、巻取動作によってドラム５の外周面に保持される。基板Ｇを保持したドラム５は、巻取巻戻室３から処理室４に移動する。処理室４では、ドラム５を回転させ、基板Ｇに成膜処理を施す。処理室４で基板Ｇに成膜処理が施された後、ドラム５は、処理室４から巻取巻戻室３に移動する。そして、基板Ｇは、巻戻動作によってドラム５から脱離し、搬送装置２３でロードロック室２に搬送され、ロードロック室２の載置部に収容される。
制御部９は、基板処理システム１の各構成部を制御する。制御部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭやＲＯＭの記憶領域に格納されたレシピに従い、所定の処理を実行する。
＜処理室＞
次に、処理室４について、図３を用いて説明する。図３は、処理室４の断面模式図の一例である。なお、図３は、ドラム５の回転軸の方向にみた断面図である。ドラム５の回転方向の一例を矢印で示す。
次に、処理室４について、図３を用いて説明する。図３は、処理室４の断面模式図の一例である。なお、図３は、ドラム５の回転軸の方向にみた断面図である。ドラム５の回転方向の一例を矢印で示す。
処理室４は、回転するドラム５を収容する本体部４１を備える。本体部４１は、ドラム室４２と、原料ガス吸着室４３と、プラズマ反応室４４と、パージガス室４５と、排気部４６と、を有する。
ドラム室４２は、本体部４１内に形成された円柱状の空間であって、ドラム室４２内を基板Ｇを保持したドラム５が回転できるように形成されている。
原料ガス吸着室４３は、ドラム５の外周面に対向してドラム室４２の径方向外側に形成される。また、原料ガス吸着室４３は、ドラム５の回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の空間である。原料ガス吸着室４３には、原料ガス供給部６１から原料ガスが供給される。原料ガスとしては、例えばトリシリルアミン（ＴＳＡ：Ｎ（ＳｉＨ３）３）を用いることができる。
プラズマ反応室４４は、ドラム５の外周面に対向してドラム室４２の径方向外側に形成され、ドラム５の回転方向において原料ガス吸着室４３とは異なる位置に形成される。また、プラズマ反応室４４は、ドラム５の回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の空間である。プラズマ反応室４４は、その内部においてプラズマ生成部７により反応ガスのプラズマが生成される。反応ガスとしては、例えばＮ２ガスを用いることができる。
パージガス室４５は、ドラム５の外周面に対向してドラム室４２の径方向外側に形成され、ドラム５の回転方向において原料ガス吸着室４３とプラズマ反応室４４との間に形成される。また、パージガス室４５は、ドラム５の回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の空間である。パージガス室４５は、パージガス供給部６３からパージガスが供給される。パージガスとしては、例えばＡｒガスを用いることができる。
排気部４６は、ドラム５の外周面に対向してドラム室４２の径方向外側に形成され、ドラム５の回転方向において原料ガス吸着室４３とパージガス室４５との間及びプラズマ反応室４４とパージガス室４５との間に形成される。また、排気部４６は、ドラム５の回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の空間である。排気部４６は、排気装置（図示せず）と接続され、排気部４６内のガスが処理室４外に排気される。
また、処理室４は、プラズマ生成部７を備える。プラズマ生成部７は、金属窓７０と、矩形コイルアンテナ７３と、高周波電源７４と、ケース７５と、を有する。プラズマ生成部７は、金属窓７０と矩形コイルアンテナ７３とにより誘導電界を形成し、反応ガス（プラズマ材料ガス）から誘導電界によりプラズマを生成する。
金属窓７０は、導体プレート７１と、シャワープレート７２と、を有する。導体プレート７１とシャワープレート７２はいずれも、非磁性で導電性を有し、さらに耐食性を有する金属もしくは耐食性の表面加工が施された金属である、アルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス鋼等により形成されている。耐食性を有する表面加工は、例えば、陽極酸化処理やセラミックス溶射などである。また、プラズマ反応室４４に臨むシャワープレート７２の下面には、陽極酸化処理やセラミックス溶射による耐プラズマコーティングが施されていてもよい。導体プレート７１は接地線（図示せず）を介して接地されていてもよい。シャワープレート７２と導体プレート７１とは、相互に導通するように接合されている。
また、導体プレート７１とシャワープレート７２との間にガス供給室７６が形成され、反応ガス供給部６２から反応ガスが供給される。反応ガスとしては、例えばＮ２ガスを用いることができる。反応ガス供給部６２から供給された反応ガスは、ガス供給室７６からシャワープレート７２のガス吐出孔を通り、プラズマ反応室４４に供給される。
金属窓７０の上方には、絶縁部材により形成されるスペーサ（図示せず）が配設され、該スペーサにより導体プレート７１から離間して矩形コイルアンテナ７３が配設されている。矩形コイルアンテナ７３は、銅等の良導電性の金属から形成されるアンテナ線を、渦巻き状若しくは環状に巻装することにより形成される。例えば、複数の環状のアンテナ線を並列に多重に配設してもよい。
また、矩形コイルアンテナ７３は、高周波電源７４に接続されている。矩形コイルアンテナ７３に対して高周波電源７４から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、金属窓７０に誘導電流が誘起され、金属窓７０に誘起された誘導電流により、プラズマ反応室４４内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワープレート７２からプラズマ反応室４４に供給された反応ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成される。
ケース７５は、金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３を収容する。
次に、処理室４による成膜処理について説明する。ドラム５を回転させることにより、ドラム５の外周面に保持された基板Ｇは、原料ガス吸着室４３、排気部４６、パージガス室４５、排気部４６、プラズマ反応室４４、排気部４６、パージガス室４５、排気部４６の順で通過する。これにより、処理室４は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により基板ＧにＳｉＮ膜を成膜する。
ドラム５を回転させることにより、基板Ｇは、原料ガス吸着室４３に搬送される。原料ガス吸着室４３で基板Ｇの表面に原料ガスが吸着する。
次に、基板Ｇは、パージガス室４５に搬送される。パージガス室４５で余剰の原料ガス等がパージにより除去される。
次に、基板Ｇは、プラズマ反応室４４に搬送される。プラズマ反応室４４では、基板Ｇの表面に吸着した原料ガスとプラズマ化された反応ガスが反応することでＳｉＮ膜が堆積する。
次に、基板Ｇは、パージガス室４５に搬送される。パージガス室４５で余剰の反応ガス等がパージにより除去される。
これにより、基板Ｇに１サイクルのＡＬＤサイクルが施され、一層のＳｉＮ膜が堆積する。そして、ドラム５を回転させ、予め定められた膜厚に達するまでＡＬＤサイクルを繰り返すことで、基板ＧにＳｉＮ膜を成膜する。
ここで、原料ガス及び反応ガスの組み合わせとしては、上記の他、例えば以下の組み合わせを用いることができる。原料ガスはジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、反応ガスはＮ２またはＮＨ３の組み合わせを用いることができる。また、原料ガスはモノクロロシラン（ＭＣＳ：ＳｉＨ３Ｃｌ）、反応ガスはＮ２またはＮＨ３の組み合わせを用いることができる。また、原料ガスはトリシリルアミン（ＴＳＡ：Ｎ（ＳｉＨ３）３）、反応ガスはＮ２の組み合わせを用いることができる。また、原料ガスはフッ化シリコン（ＳｉＦ４）、反応ガスはＮ２の組み合わせを用いることができる。これらのガスの組み合わせによれば、１００℃以下の低温でＳｉＮ膜を成膜することができる。これにより、熱耐性の低い素子（例えば、ＯＬＥＤ）の上に低温でＳｉＮ膜を成膜することができる。
また、原料ガスは、極性を有するガスである、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリシリルアミンのうちいずれかがより好ましい。これにより、原料ガスを基板Ｇの表面に好適に吸着させることができる。
なお、図３に示す処理室４では、原料ガス吸着室４３及びプラズマ反応室４４が１つずつ設けられ、ドラム５が１回転する毎にＡＬＤサイクルが１サイクル実行される処理室４を例に説明したが、これに限られるものではない。
図４は、処理室４の他の構成例を説明する模式図の一例である。処理室４は、複数の原料ガス吸着室４３及びプラズマ反応室４４を備えていてもよい。図４に示す例において、処理室４は、２つの原料ガス吸着室４３及びプラズマ反応室４４を備えている。また、原料ガス吸着室４３とプラズマ反応室４４との間にパージガス室４５が形成される。また、原料ガス吸着室４３とパージガス室４５との間及びプラズマ反応室４４とパージガス室４５との間に排気部４６が形成される。図４に示す処理室４では、ドラム５が１回転する毎にＡＬＤサイクルが２サイクル実行される。これにより、ＳｉＮ膜の成膜速度を向上させ、基板処理システム１の生産性を向上することができる。
図５は、基板Ｇの搬送方向にみた処理室４の模式図である。図４に示すドラム５の回転方向を、図５では左右方向として図示した模式図である。ドラム５を所定の速度で回転させることで、基板Ｇは、原料ガス吸着室４３、排気部４６、パージガス室４５、排気部４６、プラズマ反応室４４、排気部４６、パージガス室４５、排気部４６を移動する。また、各室の滞在時間は、ドラム５の回転方向に沿った各室の長さ（図５においては、左右方向の幅）によって設定される。
次に、原料ガス吸着室４３とプラズマ反応室４４との分離について、図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７は、原料ガス吸着室４３とプラズマ反応室４４との分離を示すシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
図６（ａ）は、圧力の変化を示すグラフの一例である。縦軸は圧力を示し、横軸はドラム室４２の内周面における弧長（ドラム５の回転方向に沿った長さ）を示す。図６及び後述する図７において、ＴＳＡは原料ガス吸着室４３に対応し、Ｎ２はプラズマ反応室４４に対応し、Ａｒはパージガス室４５に対応する。また、点線で示す位置は、排気部４６に対応する。図６（ａ）に示すように、排気部４６の位置で圧力が減少している。
図６（ｂ）は、各ガスの濃度の変化を示すグラフの一例である。縦軸は各ガスの濃度を示し、横軸はドラム室４２の内周面における弧長（ドラム５の回転方向に沿った長さ）を示す。また、図６（ｂ）及び後述する図７において、Ｎ２を実線で示し、ＴＳＡを破線で示し、Ａｒを一点鎖線で示す。図６（ｂ）に示すように、原料ガス吸着室４３のＴＳＡは、排気部４６、パージガス室４５、排気部４６の間で濃度が減少し、プラズマ反応室４４では、十分に低くなっている。これにより、原料ガス吸着室４３からプラズマ反応室４４にＴＳＡが流入することを防止して、プラズマ反応室４４において流入したＴＳＡとＮ２とがＣＶＤ反応することを防止することができる。
図７（ａ）から図７（ｃ）において、縦軸はモル分率を示し、横軸はドラム室４２の内周面における弧長（ドラム５の回転方向に沿った長さ）を示す。また、図７（ａ）はＡｒガスの流量を１ｓｃｃｍ、図７（ｂ）はＡｒガスの流量を１０ｓｃｃｍ、図７（ｃ）はＡｒガスの流量を５０ｓｃｃｍとした。なお、ドラム５の外周面とドラム室４２の内周面とのギャップを３ｍｍとした。
図７に示すように、Ａｒガスの流量を増やすことで、Ｎ２ガスとＴＳＡガスとを分離することができる。なお、ドラム５の外周面とドラム室４２の内周面とのギャップは、３ｍｍ程度とすることが好ましい。ギャップを広くすると、原料ガス吸着室４３からプラズマ反応室４４に流入するＴＳＡが増加するためである。
次に、プラズマ生成部７の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の構成について、図８を用いて説明する。図８は、金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の斜視図の一例である。
金属窓７０は、複数の分割金属窓７７を有する。また、支持枠体７８と、絶縁部材７９と、を有している。分割金属窓７７は、ドラム５の外周面と対向し、プラズマ反応室４４の長手方向（ドラム５の回転軸と平行な方向）に直線状に配列される。図８に示す例において、分割金属窓７７は３個に分割されている。支持枠体７８は、プラズマ反応室４４の側壁の上部に設けられる。便宜上、図８においては、分割金属窓７７同士の間、支持枠体７８と分割金属窓７７との間には、構造を分かりやすくするため絶縁部材７９を取り除いた間隙が描かれているが、実際にはこの間隙に絶縁部材７９が設けられ、絶縁されている。ここで、絶縁部材７９は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）等のフッ素樹脂により形成される。
矩形コイルアンテナ７３は、プラズマ反応室４４の外側に配置され、導電性材料、例えば銅などからなるアンテナ線を螺旋状に巻回して構成されている。矩形コイルアンテナ７３は、３つの分割金属窓７７のそれぞれに対応するように、３つの矩形コイルアンテナ７３が設けられている。これにより、一方の端部を含む領域、中央領域、他方の端部を含む領域の３つに分割して、誘導電界を制御することができる。
また、矩形コイルアンテナ７３は、分割金属窓７７と対向する平面部７０１上に複数のアンテナ線が平行に配置されている。平面部７０１上の複数のアンテナ線は、同一方向に電流が流れるように、巻回方向が縦巻きで、らせん状に巻回して構成されている。即ち、矩形コイルアンテナ７３は、分割金属窓７７と平行で且つ分割金属窓７７の長手方向と直交する巻回軸の周りにアンテナ線を巻回して形成される。また、複数の矩形コイルアンテナ７３の平面部７０１は、共通した平面領域７０２を形成する。平面領域７０２は、長手方向に直線状に並んだ平面部７０１を含んで形成される。
図９は、参考例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図及びシミュレーションによる電界強度を示すグラフの一例である。図９（ａ）は、参考例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図の一例である。参考例の金属窓７０では、絶縁部材７９の幅を均等としている。即ち、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）と、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）とが、等しく形成されている。また、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）と、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）とが、等しく形成されている。また、矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、分割金属窓７７の長手方向よりも短く形成されている。
図９（ｂ）は、参考例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の電界強度を示すグラフの一例である。横軸は長手方向（ドラム５の回転軸と平行な方向）の距離であり、縦軸は電界強度を示す。縦軸の原点は、電界強度の分布を分かりやすくするため、適当な値にシフトして表示している（図では４０の値）。また、電界強度の単位は［Ｖ／ｍ］であり、金属窓７０の３０ｍｍ下における、金属窓７０の長手方向の中心線に沿った基板Ｇの幅内の電界強度としてシミュレーションにより計算されている（以下の各実施例においても同じ）。図９（ｂ）に示すように、参考例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３においては、電界強度の粗密が生じている。ここで「粗密が生じている」とは、局所的に電界強度の強いところと弱いところが生じて混在し、全体として距離方向にわたり電界強度が凹凸を有する分布状態となっていることを示す。
図１０は、第１実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図及びシミュレーションによる電界強度を示すグラフの一例である。図１０（ａ）は、第１実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図の一例である。第１実施例の金属窓７０では、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）を狭くする。即ち、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）は、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）よりも狭く形成されている。換言すれば、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）は、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）よりも広く形成されている。また、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）と、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）とが、等しく形成されている。また、矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、分割金属窓７７の長手方向と等しく形成されている。
図１０（ｂ）は、第１実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の電界強度を示すグラフの一例である。横軸は長手方向（ドラム５の回転軸と平行な方向）の距離であり、縦軸は電界強度を示す。図１０（ｂ）に示すように、第１実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３においては、参考例と比較して電界強度の粗密が低減し、電界強度の均一性が向上する。
ここで、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましい。これにより、誘導電界を分割して制御しつつ、電界強度の均一度を向上させることができる。
図１１は、分割金属窓７７間の距離（窓間距離）と電界強度の均一性との関係を示すグラフである。縦軸は、電界強度の均一性を示し、値が小さいほど均一性が良好なことを示す。横軸は、分割金属窓７７間の距離（窓間距離）を示す。また、矩形コイルアンテナ７３間の距離を６０ｍｍ、２０ｍｍとしたときの結果をそれぞれ示す。また、図１１における電界強度の均一性は、金属窓７０の基板Ｇに対応した範囲全体で計算されている。
図１１に示すように、窓間距離を狭くすることで、電界強度の均一性が向上する。なお、矩形コイルアンテナ７３間の距離の変化による電界強度の均一性への影響は、窓間距離の変化による電界強度の均一性への影響と比較して小さい。
図１２は、第２実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図及びシミュレーションによる電界強度を示すグラフの一例である。図１２（ａ）は、第２実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図の一例である。第２実施例の金属窓７０では、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）を狭くする。即ち、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）は、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）よりも狭く形成されている。また、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）と、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）とが、等しく形成されている。
矩形コイルアンテナ７３は、金属窓７０の長手方向において、複数の分割金属窓７７の両端を超えて配置される。即ち、両端の矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、分割金属窓７７の長手方向よりも長く形成され、絶縁部材７９を超えて支持枠体７８の上まで形成されている。中央の矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、中央の分割金属窓７７の長手方向と等しい長さで形成されている。
図１２（ｂ）は、第２実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の中心線上の電界強度を示すグラフの一例である。横軸は長手方向（ドラム５の回転軸と平行な方向）の距離であり、縦軸は電界強度を示す。図１２（ｂ）に示すように、第２実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３においては、第１実施例（図１０参照）と比較して、金属窓７０の両端における電界強度の落ち込みが改善され、電界強度の均一性が向上する。
図１３は、第３実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図及びシミュレーションによる電界強度を示すグラフの一例である。図１３（ａ）は、第３実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の配置を示す平面図の一例である。第３実施例の金属窓７０では、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）を狭くする。即ち、分割金属窓７７と隣接する分割金属窓７７との間の絶縁部材７９の幅（第１の間隔）は、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）よりも狭く形成されている。また、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）と、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）とが、等しく形成されている。また、第３実施例では、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔、第３の間隔）を第２実施例よりも広くしている。また、両端の矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、分割金属窓７７の長手方向よりも長く形成され、絶縁部材７９を超えて支持枠体７８の上まで形成されている。中央の矩形コイルアンテナ７３の長手方向は、中央の分割金属窓７７の長手方向と等しい長さで形成されている。
図１３（ｂ）は、第３実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３の中心線上の電界強度を示すグラフの一例である。横軸は長手方向（ドラム５の回転軸と平行な方向）の距離であり、縦軸は電界強度を示す。図１３（ｂ）に示すように、第３実施例の金属窓７０及び矩形コイルアンテナ７３においては、第２実施例（図１２参照）と比較して、電界効率が向上して全体的に電界強度の数値が大きくなっている。
図１４は、絶縁部材７９の外周枠の幅と電界強度の均一性及び電界強度を説明するグラフの一例である。図１４における電界強度の均一性は、金属窓７０の基板Ｇに対応した範囲全体で計算されている。絶縁部材７９の外周枠の幅が増えるほど、電界強度の均一性（図中の黒丸のドット）が向上する。また、絶縁部材７９の外周枠の幅が増えるほど、電界強度（図中の黒四角のドット）が大きくなる、即ち、電界効率が向上する。なお、図１４に示す例においては、８０ｍｍで飽和傾向がみられる。
ここで、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）は、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下がより好ましい。これにより、誘導電界を分割して制御しつつ、電界強度の均一度を向上させることができる。
図１５は、第３実施例から第５実施例の金属窓７０の配置を示す平面図の一例である。図１５（ａ）は第３実施例の金属窓７０の配置を示し、図１５（ｂ）は第４実施例の金属窓７０の配置を示し、図１５（ｃ）は第５実施例の金属窓７０の配置を示す。
図１５（ａ）に示す第３実施例の金属窓７０では、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）と、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）とが、等しい長さに形成されている。
図１５（ｂ）に示す第４実施例の金属窓７０では、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）が、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）よりも、短く形成されている。
図１５（ｃ）に示す第５実施例の金属窓７０では、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）が、短手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第３の間隔）よりも、短く形成されている。
ここで、第３実施例の金属窓７０では、基板Ｇの幅内での、金属窓７０全体における電界強度の均一度は１５．６％、中心線上の電界強度の均一性は４．７％。平均電界は６１．８Ｖ／ｍとなった。これに対し、第４実施例の金属窓７０では、基板Ｇの幅内での、金属窓７０全体における電界強度の均一度は１５．５％、中心線上の電界強度の均一性は３．６％。平均電界は６１．７Ｖ／ｍとなった。一方、第５実施例の金属窓７０では、基板Ｇの幅内での、金属窓７０全体における電界強度の均一性は４４．６％、中心線上の電界強度の均一度は９．０％。平均電界は１９．１／ｍとなった。
このように、第５実施例の金属窓７０では、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）を狭くすることで、金属窓７０を通る磁場が抜けにくくなり、電界強度が低下する。また、電界強度の均一性が悪化する。換言すれば、図１５（ｂ）に示すように、分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅を広くする際、長手方向に延びる辺における分割金属窓７７と支持枠体７８との間の絶縁部材７９の幅（第２の間隔）を広くすることが好ましい。これにより、図１４に示すように、平均電界を向上させるとともに、電界の均一性を向上させることができる。
本実施形態に係る基板処理システム１によれば、ＡＬＤ成膜によってＳｉＮ膜を成膜することができる。ＡＬＤ成膜により原子１層ずつ成膜することで、誘電率が高く、薄くて緻密なＳｉＮ膜を成膜することができる。これにより、基板処理システム１は、例えば、ＯＬＥＤ素子のＨｉｇｈ－Ｋ膜の成膜装置に適用することができる。Ｈｉｇｈ－Ｋ膜の誘電率を高くして静電容量を増やすことにより、ＯＬＥＤデバイスの低周波駆動を実現することができる。また、カバレッジがよく、緻密なＳｉＮ膜を成膜することができる。これにより、基板処理システム１は、例えば、ＯＬＥＤ素子を水分から保護する封止膜の成膜装置に適用することができる。
ここで、チャンバ内のガスを入れ替えてＡＬＤ成膜を行う成膜装置では、原料ガスをチャンバに供給する工程、パージガスをチャンバに供給して余剰の原料ガス等をパージする工程、反応ガスのプラズマをチャンバに供給する工程、パージガスをチャンバに供給して余剰の反応ガス等をパージする工程、を繰り返すことにより基板にＳｉＮ膜を成膜する。このため、チャンバ内のガスを入れ替えてＡＬＤ成膜を行う成膜装置では、処理に要する時間が増加し、生産性が低下する。これに対し、本実施形態に係る基板処理システム１によれば、ドラム５を回転させることで、基板ＧにＡＬＤサイクルを繰り返すことができるので、生産性を向上することができる。
また、処理室４に反応室（原料ガス吸着室４３、プラズマ反応室４４）を複数設けることにより、ドラム５の１回転に対して複数回のＡＬＤサイクルを処理することができる。これにより、生産性を向上することができる。また、ドラム５を高速回転させることにより、１回のＡＬＤサイクルに要する時間を短くし、生産性を向上することができる。
また、基板を載置した回転テーブルを回転させることにより、基板を複数の処理部を順番に通過させる成膜装置では、例えばＦＰＤのような大型のガラス基板Ｇに対しては、回転テーブルが大型化し、成膜装置も大型化するという課題がある。これに対し、本実施形態に係る基板処理システム１によれば、ドラム５の外周面に基板Ｇを保持することができるので、装置の大型化を抑制することができる。
また、基板処理システム１は、ＳｉＮ膜をＡＬＤ成膜するものとして説明したが、これに限られるものではない。原料ガスと反応ガスを変えることにより、ＳｉＯ等やＡｌ２Ｏ３などのＡＬＤ膜を成膜できる。即ち、原料ガスは、Ｓｉ元素含有ガス若しくはＡｌ元素含有ガスを含んでもよく、反応ガスは、窒素若しくは酸素を含むガスであってもよい。
例えば、原料ガスとして、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリシリルアミン及びアミノシラン系のガスなどのうちのいずれか一つを含むＳｉ元素含有ガスを用い、反応ガスとして、Ｎ２及びＮＨ３などのうちいずれか一つ若しくは両方を含む窒化ガスを用いて、シリコン窒化膜をＡＬＤ成膜してもよい。
また、原料ガスとして、クロロシラン系のガス、アミノシラン系のガス、ＳｉＦ４などのうちのいずれか一つを含むＳｉ元素含有ガスを用い、反応ガスとして、Ｈ２Ｏ、Ｏ２及びＯ３などのうちいずれか一つ若しくは二つ以上を含む酸化ガスを用いて、シリコン酸化膜をＡＬＤ成膜してもよい。クロロシラン系のガスとしては、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＳｉＣｌ４、ＳｉＣｌ２（ＣＨ３）２などが挙げられる。アミノシラン系のガスとしては、ＢＴＢＡＳ、３ＤＭＡＳ、ＤＳＢＡＳ、ＢＤＥＡＳ、ＴＥＡＳ、ＴＩＰＡＳ、ＤＩＰＡＳ、ＤＳＮ－２などが挙げられる。
また、原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などのＡｌ元素含有ガスを用い、反応ガスとして、Ｈ２Ｏ、Ｏ２及びＯ３などのうちいずれか一つ若しくは二つ以上を含む酸化ガスを用いて、酸化アルミニウム膜をＡＬＤ成膜してもよい。
Ｓｉ元素含有ガス、Ａｌ元素含有ガス、酸化ガス、窒化ガスのいずれについても、それぞれにおいて一つのガスを選択してもよいし、複数のガスを組み合わせてもよい。
以上、基板処理システム１について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
Ｇ 基板
１ 基板処理システム
２ ロードロック室（ロードロックチャンバー）
３ 巻取巻戻室（基板脱着チャンバー）
４ 処理室（処理チャンバー）
５ ドラム
７ プラズマ生成部
９ 制御部
４１ 本体部
４２ ドラム室
４３ 原料ガス吸着室
４４ プラズマ反応室
４５ パージガス室
４６ 排気部
６１ 原料ガス供給部
６２ 反応ガス供給部
６３ パージガス供給部
７０ 金属窓
７１ 導体プレート
７２ シャワープレート
７３ 矩形コイルアンテナ
７４ 高周波電源
７５ ケース
７６ ガス供給室
７７ 分割金属窓
７８ 支持枠体
７９ 絶縁部材
７０１ 平面部
７０２ 平面領域
１ 基板処理システム
２ ロードロック室（ロードロックチャンバー）
３ 巻取巻戻室（基板脱着チャンバー）
４ 処理室（処理チャンバー）
５ ドラム
７ プラズマ生成部
９ 制御部
４１ 本体部
４２ ドラム室
４３ 原料ガス吸着室
４４ プラズマ反応室
４５ パージガス室
４６ 排気部
６１ 原料ガス供給部
６２ 反応ガス供給部
６３ パージガス供給部
７０ 金属窓
７１ 導体プレート
７２ シャワープレート
７３ 矩形コイルアンテナ
７４ 高周波電源
７５ ケース
７６ ガス供給室
７７ 分割金属窓
７８ 支持枠体
７９ 絶縁部材
７０１ 平面部
７０２ 平面領域
Claims (14)
- 基板にＡＬＤ成膜を行う成膜装置であって、
回転軸に平行な保持側面に前記基板を保持する回転ドラムと、
前記回転ドラムを収容する本体部と、を有する処理チャンバーを備え、
前記本体部は、
前記保持側面に対向し、前記回転軸と平行な方向に長手方向となる長尺状の処理空間を有する複数の処理室と、
前記複数の処理室のそれぞれの処理室の間に配置された排気部と、を有し、
前記複数の処理室には、少なくとも、前記基板に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着室と、前記基板に吸着した前記原料ガスと反応するプラズマを、反応ガスから生成するプラズマ反応室と、が含まれ、
前記プラズマ反応室は、
前記プラズマ反応室の側壁の上部に設けられた枠体と、
前記保持側面と対向し、前記プラズマ反応室の長手方向に第１の間隔で直線状に配置された複数の分割窓で構成され、前記長手方向に延びる辺において前記枠体との間に前記第１の間隔よりも広い第２の間隔をもって配置される長尺状の金属窓と、
前記分割窓のそれぞれに対応して前記プラズマ反応室の外側に配置され、前記分割窓と対向する平面部を有する縦巻き矩形コイルアンテナと、を備え、
複数の前記平面部は、共通した平面領域を形成し、
前記縦巻き矩形コイルアンテナは、
前記分割窓と平行で且つ前記金属窓の長手方向と直交する巻回軸の周りにアンテナ線を巻回して構成される、
成膜装置。 - 前記金属窓の長手方向において、前記金属窓の両端を超えて前記縦巻き矩形コイルアンテナが配置される、
請求項１に記載の成膜装置。 - 前記第１の間隔は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、
請求項１または請求項２に記載の成膜装置。 - 前記第２の間隔は、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記第２の間隔は、４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である、
請求項４に記載の成膜装置。 - 前記原料ガス吸着室と前記プラズマ反応室との間に、前記原料ガス吸着室の雰囲気と前記プラズマ反応室の雰囲気とを分離するパージガス室を更に備える、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記回転ドラムの前記回転軸の方向に、前記処理チャンバーと隣接して基板脱着チャンバーが設けられ、
前記回転ドラムは、前記処理チャンバーと前記基板脱着チャンバーとの間を移動可能であり、
前記基板は、前記基板脱着チャンバーにおいて、前記回転ドラムに吸着または前記回転ドラムからの脱離が行われる、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。 - 前記回転ドラムの前記回転軸と直交する方向に、前記基板脱着チャンバーと隣接してロードロックチャンバーが設けられ、
前記基板は、前記ロードロックチャンバーと前記基板脱着チャンバーとの間で搬出入される、
請求項７に記載の成膜装置。 - 基板にＡＬＤ成膜を行う成膜方法であって、
回転軸に平行な保持側面に前記基板を保持する回転ドラムと、前記回転ドラムを収容し、前記保持側面に対向して、少なくとも、前記基板に原料ガスを吸着させる原料ガス吸着室と、前記基板に吸着した前記原料ガスと反応するプラズマを、反応ガスから生成するプラズマ反応室とを有する本体部と、で構成された処理チャンバーを備え、前記プラズマ反応室は、前記保持側面と対向し、前記プラズマ反応室の長手方向に配置された複数の分割窓で構成される長尺状の金属窓と、前記分割窓に対応して前記プラズマ反応室の外側に配置される縦巻き矩形コイルアンテナとを備えた成膜装置において、
前記回転ドラムを前記回転軸の周りに回転させる回転工程と、
前記矩形コイルアンテナと前記金属窓とにより誘導電界を形成し、前記反応ガスから前記誘導電界により前記プラズマを生成するプラズマ生成工程と、
前記基板に前記原料ガスを吸着させる吸着工程と、
前記吸着工程の後、前記基板に吸着した前記原料ガスと前記プラズマとを反応させ膜を形成するプラズマ反応工程と、を有し、
前記膜が予め定められた厚みに達するまで、前記吸着工程と前記プラズマ反応工程とを繰り返す、
成膜方法。 - 前記原料ガスは、Ｓｉ元素含有ガス若しくはＡｌ元素含有ガスを含み、
前記反応ガスは、窒素若しくは酸素を含むガスである、
請求項９に記載の成膜方法。 - 前記原料ガスは、ジクロロシラン、モノクロロシラン、トリシリルアミン及びアミノシランのうちのいずれか一つを含み、
前記反応ガスは、Ｎ２及びＮＨ３のいずれか一つ若しくは両方を含み、
前記膜は、シリコン窒化膜である、
請求項１０に記載の成膜方法。 - 前記原料ガスは、クロロシラン、アミノシランのうちのいずれか一つを含み、
前記反応ガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２及びＯ３のいずれか一つ若しくは二つ以上を含み、
前記膜は、シリコン酸化膜である、
請求項１０に記載の成膜方法。 - 前記原料ガスは、トリメチルアルミニウムを含み、
前記反応ガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２及びＯ３のいずれか一つ若しくは二つ以上を含み、
前記膜は、酸化アルミニウム膜である、
請求項１０に記載の成膜方法。 - 前記基板は、ガラス基板である、
請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の成膜方法。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240222 |