JP3681128B2 - 真空成膜方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、基板に成膜を行なう真空成膜方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば薄膜トランジスタの製造に際して基板に薄膜を形成するような場合、図８に示すようなインライン型連続式の真空成膜装置（ＣＶＤ）が用いられている。
【０００３】
そして、この真空成膜装置は、図８に示すように、ゲートバルブ１を有し、このゲートバルブ１には基板を搬入する搬入室２が設けられ、この搬入室２にはゲートバルブ３を介して基板を加熱する加熱室４が設けられている。また、この加熱室４にはゲートバルブ５を介して基板に薄膜を形成する第１の成膜室６が設けられ、この第１の成膜室６にはゲートバルブ７を介して基板を冷却する冷却室８が設けられている。さらに、この冷却室８にはゲートバルブ９を介して基板に薄膜を形成する第２の成膜室10が設けられ、この第２の成膜室10にはゲートバルブ11を介して基板を搬出する搬出室12が設けられ、この搬出室12にもゲートバルブ13が設けられている。
【０００４】
そして、まず、基板をトレーにセットし、搬入室２に搬入する。この搬入室２では室内を真空状態にして加熱室４に搬送し、この加熱室４では所定の温度まで加熱して第１の成膜室６へ搬送する。この第１の成膜室６では所定温度にて材料ガスを導入して調圧し、高周波電力等の印加を行ない基板に薄膜形成する。そして、第１の成膜室６で薄膜形成した後、真空排気を行ない、冷却室８に搬出する。また、冷却室８に搬入された基板は、所定の温度まで冷却され、第２の成膜室10に搬送される。この第２の成膜室10では、第１の成膜室６より低温の所定の温度にて材料ガスを導入して調圧し、高周波電力等の印加を行ない、再度基板上に成膜を行なう。そして、第２の成膜室10で基板上に薄膜を形成した後に真空排気を行ない、搬出室12に搬送し、ゲートバルブ13により圧力を大気圧に戻し、成膜された基板を搬出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異なる２つ以上のプロセス条件で基板上に連続的に成膜を行なう場合、たとえば第１の成膜室と第２の成膜室との間に、基板温度を変更するための冷却室あるいは加熱室が必要となる。また、基板のみならずこの基板を取り付けたトレー自体の温度を安定化させる必要があるが、一般に、トレーはステンレス等で構成されており熱容量が大きく、図９に示すように、温度安定化までに著しい時間を要する。
【０００６】
したがって、異なる２つ以上のプロセス条件で連続的に膜形成を行なう場合、同一の成膜室で異なるプロセスを実施するには、温度安定化までに著しく時間を要するので、事実上は不可能である。
【０００７】
一方、複数の成膜室を有する場合には、第１の成膜室と第２の成膜室あるいはそれ以上の成膜室との間に、基板の温度設定を変更するための加熱室もしくは冷却室が必要である。このため、装置のコストが上昇し、さらには、装置寸法の大型化、装置設置の占有面積を増大させる。また、基板の温度を変化させて安定させるまでに、時間を要し、装置の生産能力を低下させる問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を最短時間で行なうことができ、装置のコストの低下、小型化および生産性の向上を図れる真空成膜方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の真空成膜方法は、基板を枚葉式に搬送し、基板加熱ヒータを設けた成膜室にて、基板に異なる種類の複数の薄膜を、順次成膜する真空成膜方法において、前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させるものである。
【００１０】
請求項２記載の真空成膜方法は、請求項１記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定であるものである。
【００１１】
請求項３記載の真空成膜方法は、請求項１または２記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいものである。
【００１２】
請求項４記載の真空成膜方法は、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法において、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するものである。
【００１３】
請求項５記載の真空成膜装置は、基板を搬入する搬入室と、前記基板を枚葉式に搬送する搬送機構を設けた搬送室と、前記基板を加熱する加熱室と、前記基板に薄膜を形成する１以上の成膜室と、前記成膜した基板を搬出する搬出室とを備えた真空成膜装置において、前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させる制御手段を具備したものである。
【００１４】
請求項６記載の真空成膜装置は、請求項５記載の真空成膜装置において、成膜室に、基板を加熱する基板加熱ヒータを備えたものである。
【００１５】
請求項７記載の真空成膜装置は、請求項５または６記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるものである。
【００１６】
請求項８記載の真空成膜装置は、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置において、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうものである。
【００１７】
請求項９記載の真空成膜装置は、請求項８記載の真空成膜装置において、薄膜は、半導体薄膜を少なくとも一層含むものである。
【００１８】
請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板は、ガラス基板であるものである。
【００１９】
【作用】
請求項１記載の真空成膜方法は、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２０】
請求項２記載の真空成膜方法は、請求項１記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２１】
請求項３記載の真空成膜方法は、請求項１または２記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力を変化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度変化しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。
【００２２】
請求項４記載の真空成膜方法は、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法において、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒータより周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気の温度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にできる。
【００２３】
請求項５記載の真空成膜装置は、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御手段で制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２４】
請求項６記載の真空成膜装置は、請求項５記載の真空成膜装置において、成膜室に基板を加熱する基板加熱ヒータを備えたため、成膜室の温度を任意の温度に設定できる。
【００２５】
請求項７記載の真空成膜装置は、請求項５または６記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２６】
請求項８記載の真空成膜装置は、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置において、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、簡単に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。
【００２７】
請求項９記載の真空成膜装置は、請求項８記載の真空成膜装置において、薄膜は半導体薄膜を少なくとも一層含むため、半導体製品を容易に形成できる。
【００２８】
請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラス基板内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気により容易に温度制御される。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の真空成膜装置の一実施例を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１において、21は搬入室および搬出室としての搬入搬出室で、この搬入搬出室21は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたマトリクスアレイ基板Ｂを搬入、搬送し、このマトリクスアレイ基板Ｂの搬入、搬出側には、ゲートバルブ22が設けられている。また、搬入搬出室21のゲートバルブ22とは対向する側にもゲートバルブ23が設けられ、このゲートバルブ23を介して搬送室24が設けられ、この搬送室24はトレーを用いることなく基板を枚葉式に搬送する基板枚葉搬送機構を有している。
【００３１】
そして、この搬送室24のゲートバルブ23が設けられた辺とは他の辺には、ゲートバルブ25を介して第１の成膜室26が設けられ、この第１の成膜室26は基板加熱ヒータ27を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を形成する。また、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ28が設けられ、このゲートバルブ28を介して第２の成膜室29が設けられ、この第２の成膜室29も同様に基板加熱ヒータ30を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を形成する。さらに、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ31が設けられ、このゲートバルブ31を介して加熱室32が設けられ、この加熱室32も基板加熱ヒータ33を有し、マトリクスアレイ基板Ｂを加熱する。
【００３２】
また、第１の成膜室26および第２の成膜室29は、図２に示すようになっている。すなわち、第１の成膜室26および第２の成膜室29には、真空用の吸引ポンプ41がスロットルバルブ42を介して接続されるとともに、ガス供給部43が開閉バルブ44を介して接続されている。さらに、第１の成膜室26および第２の成膜室29には圧力センサ46が設けられ、この圧力センサ46にタイマ機能を有する制御手段としてのコントローラ45が接続され、このコントローラ45はそれぞれのスロットルバルブ42および開閉バルブ44に接続され、これらスロットルバルブ42および開閉バルブ44を制御する。
【００３３】
さらに、搬送室24は、図３に示すようになっている。すなわち、搬送室24には、真空用の吸引ポンプ51がスロットルバルブ52を介して接続されるとともに、ガス供給部53が開閉バルブ54を介して接続されている。また、搬送室24には圧力センサ55が設けられ、この圧力センサ55にコントローラ45が接続され、このコントローラ45はスロットルバルブ52および開閉バルブ54に接続され、このスロットルバルブ52および開閉バルブ54を制御する。なお、コントローラ45にて搬送速度も制御する。
【００３４】
またさらに、加熱室32も同様に、図４に示すようになっている。すなわち、加熱室32には、真空用の吸引ポンプ56がスロットルバルブ57を介して接続されるとともに、ガス供給部58が開閉バルブ59を介して接続されている。また、加熱室32には圧力センサ60が設けられ、この圧力センサ60にコントローラ45が接続され、このコントローラ45はスロットルバルブ57および開閉バルブ59に接続され、このスロットルバルブ57および開閉バルブ59を制御する。
【００３５】
ここで、マトリクスアレイ基板Ｂは、図５に示すように、ガラス基板61上に、ゲート電極62が形成され、このゲート電極62を含むガラス基板61上にゲート絶縁層63を形成し、このゲート絶縁層63を介したゲート電極62上に半導体層64およびエッチングストッパ層65を形成し、ソース電極66およびドレイン電極67を形成したものである。
【００３６】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００３７】
まず、全てのゲートバルブ22，23，25，28，31を閉じ、搬入搬出室21以外では、コントローラ45により圧力センサ46，55，60で検出されたそれぞれの圧力に基づき、所定の圧力までそれぞれの吸引ポンプ41，51，56のそれぞれのスロットルバルブ42，52，57を開いて真空排気を行なう。そして、第１の成膜室26の基板加熱ヒータ27を４２０℃に、加熱室32の基板加熱ヒータ33を３９０℃に、第２の成膜室29の基板加熱ヒータ30を３５０℃に予め真空中で昇温しておく。
【００３８】
次に、搬入搬出室21のゲートバルブ22を開け、マトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61もしくはこのマトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61の入ったカセットをセットし、ゲートバルブ22を閉じて搬入搬出室21を図示しない吸引ポンプにより大気圧から所定の圧力まで真空排気を行なう。その後、搬入搬出室21の搬送室24側のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を開き、搬送室24内のガラス基板61を基板枚葉搬送機構にて、搬入搬出室21より加熱室32に搬送する。
【００３９】
そして、加熱室32にガラス基板61が搬送されると、加熱室32のゲートバルブ31を閉じ、加熱室32の基板加熱ヒータ33上でガラス基板61を約３８０℃に昇温して保持する。さらに、ガラス基板61を所定時間昇温し、昇温が完了した後に吸引ポンプ56のスロットルバルブ57を開いて真空排気を行ない、加熱室32のゲートバルブ31および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開く。次に、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬送機構の速さを制御してガラス基板61を加熱室32より第１の成膜室26へ搬送する。
【００４０】
また、ガラス基板61が第１の成膜室26に搬送されると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いてコントローラ45で所定の時間真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）および窒素ガス（Ｎ２）等をガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入し、スロットルバルブ42の開度をコントローラ45により制御して設定圧力１．５Torrに調圧し、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ゲート電極62が形成されているガラス基板61の全面上に３００℃〜４００℃、好ましくは３５０℃にて窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）膜からなるゲート絶縁層63を形成する。また、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）におけるｘは２、ｙは３が一般的であるが、ＳｉｘＮｙの膜に微量の水素（Ｈ）あるいは酸素（Ｏ）の元素を含む場合もある。なお、スロットルバルブ42の開度はガスの流れる方向に対して図示しない弁が平行の向き、すなわち１８０°としたとき開となり、直交の向き、すなわち９０°のときを閉とする。そして、調整は弁を９０°〜１８０°の範囲で調整する。ゲート絶縁層63の形成前に、あらかじめゲート電極62が薄膜形成後、エッチングされて形成されている。そして、所定の時間の放電の終了後に、予め設定された時間ｔ１吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行なう。さらに、第１の成膜室26のゲートバルブ25および第２の成膜室29のゲートバルブ28を開き、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬送機構の速さを制御して第１の成膜室26から第２の成膜室29までコントローラ45にて予め設定された時間ｔ２でゲート絶縁層63が形成されたガラス基板61を搬送する。
【００４１】
さらに、第２の成膜室29にマトリクスアレイ基板Ｂとなるゲート絶縁層63が形成されたガラス基板61が搬送されると第２の成膜室29のゲートバルブ28を閉じ、予め設定された時間ｔ３吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）および水素ガス（Ｈ２）等をガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入し、圧力センサ46で圧力を検出しながら予め設定された時間ｔ４で設定圧力２Torrにスロットルバルブ42の開度を制御して調圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ゲート絶縁層63上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜からなる半導体層64を２５０℃〜３５０℃、好ましくは３００℃にて所定膜厚形成する。そして、この半導体層64の形成後に再び吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、第２の成膜室29のゲートバルブ28および搬入搬出室21側のゲートバルブ23を開け、搬送室24の枚葉搬送機構にて、第２の成膜室29にて積層膜が形成された後のマトリクスアレイ基板Ｂを搬入搬出室21内に戻す。
【００４２】
また、第１の成膜室26、第２の成膜室29または図示しない他の成膜室にマトリクスアレイ基板Ｂとなる半導体層64が形成されたガラス基板61が搬送されると、同様に真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）および水素ガス（Ｈ２）等を導入し、設定圧力０．８Torrに調圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、半導体層64上に窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）膜からなるエッチングストッパ層65を２５０℃〜３５０℃、好ましくは２９０℃にて所定膜厚形成する。そして、このエッチングストッパ層65の形成後に再び真空排気を行ない、搬入搬出室21内に戻す。
【００４３】
さらに、所定のエッチングの後に、ソース電極66およびドレイン電極67を形成する。
【００４４】
そして、これらの動作を連続的に繰り返す。
【００４５】
また、温度の制御について図６に示す第１の成膜室26から第２の成膜室29までの２層を形成する部分の温度変化を参照して説明する。
【００４６】
まず、第１の成膜室26で、成膜が終了した後に吸引ポンプ41のスロットルバルブ42をコントローラ45で開いて真空排気時間ｔ１で基板温度を約２０℃降下させ、第１の成膜室26から第２の成膜室29までの搬送時間ｔ２で搬送室24を圧力センサ55で検知される圧力に基づきコントローラ45で１Torrに調圧し約２５℃降下させる。また、第２の成膜室29では、真空待機が時間ｔ３、ガス供給部43の開閉バルブ44をコントローラ45で開き材料ガスを導入する調圧時間ｔ４で５℃下降させる。
【００４７】
このように、第１の成膜室26での真空排気時間ｔ１、第１の成膜室26から第２の成膜室29への搬送時間ｔ２、搬送時間ｔ２の間の搬送室24の圧力、第２の成膜室29における真空待機時間ｔ３および第２の成膜室29における材料ガスを導入する調圧時間ｔ４をコントローラ45内のメモリなどに基づきコントロールすることによりマトリクスアレイ基板Ｂの温度の最短時間制御を行なう。なお、調圧時の圧力は段階的に変化させてもよい。
【００４８】
またここで、第１の成膜室26の成膜時の圧力は１．５Torr、搬送室24では１Torr、第２の成膜室29での成膜時の圧力は２Torrとした。この場合、たとえばｔ１＝１０sec、ｔ２＝１５sec、ｔ３＝５sec、ｔ４＝１０secに設定することにより、約４０秒という最短時間にてマトリクスアレイ基板Ｂの温度制御が可能である。
【００４９】
さらに、基板加熱ヒータ27，30，33上にマトリクスアレイ基板Ｂを搭載する基板温度制御方式においては、同一の基板加熱ヒータ27，30，33の温度設定時のマトリクスアレイ基板Ｂの温度は、高真空側で低くなり、逆に、低真空側で高くなるという性質を有する。この影響は、マトリクスアレイ基板Ｂと基板加熱ヒータ27，30，33との隙間が０．３mm以下で顕著であり、また、介在する気体の種類により変化する。したがって、成膜時の調圧圧力を選択することにより、希望する基板温度での成膜が可能である。
【００５０】
一方、成膜に利用するガスの種類により、同一の基板加熱ヒータ27，30，33の設定温度におけるマトリクスアレイ基板Ｂの温度は異なる。たとえば、ＳｉｘＮｙ成膜を３．５Torr、ａ−Ｓｉ成膜を１Torrとした場合、同一の基板加熱ヒータ27，30，33で温度の設定が３５０℃において、ＳｉｘＮｙはマトリクスアレイ基板Ｂ温度３５０℃で、ａ−Ｓｉはマトリクスアレイ基板Ｂ３００℃で積層成膜が可能となる。
【００５１】
したがって、複数の異なる第１および第２の成膜室26，29を用いて、異なる２つ以上のプロセス条件で連続的にマトリクスアレイ基板Ｂに成膜を実施する場合、第１の成膜室26での調圧時圧力、成膜後の真空排気時間および圧力設定値、第１の成膜室26から第２の成膜室29までマトリクスアレイ基板Ｂを搬送する搬送時間およびその時の圧力、第２の成膜室29で材料ガスを導入して調圧開始するまでの真空待機時間および圧力設定値、および、調圧時圧力設定値をパラメータとして最適設定することにより、マトリクスアレイ基板Ｂの最短時間温度制御を行なうことができる。
【００５２】
次に、他の実施例として、第１の成膜室26にて異なるプロセスの積層成膜を行なう場合を説明する。なお、第２の成膜室29にても同様に、並行処理を行なう。
【００５３】
まず、予め第１の成膜室26の基板加熱ヒータ27を３９０℃に設定しておく。そして、搬入搬出室21のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を開け、搬送室24の基板枚葉式搬送機構により加熱室32にあらかじめゲート電極62が形成されているマトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61を搬送し、加熱室32にてガラス基板61を約３８０℃に加熱する。この加熱室32にて約３８０℃に加熱された基板は、加熱室32のゲートバルブ31および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開き、搬送室24内の基板枚葉搬送機構にて加熱室32より第１の成膜室26へ搬送する。
【００５４】
そして、基板が第１の成膜室26に搬送されると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、所定の時間真空排気を行ない、材料ガスであるＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２などをコントローラ45からガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入して、コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42の開度を制御して設定圧力３．５Torrに調圧し、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ガラス基板61上に３５０℃にてＳｉｘＮｙ膜のゲート絶縁層63を形成する。
【００５５】
次に、予め設定された時間コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて再び材料ガスであるＳＩＨ４およびＨ２などを導入して、１Torrに調圧し、ゲート絶縁層63上に３００℃にてａ−Ｓｉ膜の半導体層64を形成する。ここで、真空排気時の圧力を制御するためには、コントローラ45によりガス供給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを導入し続けてもよく、高周波電力を印加し続けてもよい。
【００５６】
さらに、半導体層64を形成した後、予め設定された時間コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて再び材料ガスであるＳｉＨ４、ＮＨ３およびＨ２などを導入して、０．５Torrに調圧し、半導体層64上に２９０℃にてＳｉｘＮｙ膜のエッチングストッパ層65を形成する。この場合も同様に、真空排気時の圧力を制御するためには、コントローラ45によりガス供給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを導入し続けてもよく、高周波電力を印加し続けてもよい。
【００５７】
そして、これらゲート絶縁層63、半導体層64およびエッチングストッパ層65を成膜後に再び真空排気を行ない、第１の成膜室26のゲートバルブ25および搬入搬出室21側のゲートバルブ23を開け、搬送室24の基板枚葉搬送機構にて、第１の成膜室26から積層膜形成後の基板を搬入搬出室21内に戻す。また、第２の成膜室29でも同様に処理する。
【００５８】
さらに、所定のエッチングの後に、ソース電極66およびドレイン電極67を形成する。
【００５９】
また、基板の温度の制御について図７に示す第１の成膜室26のゲート絶縁層63および半導体層64を成膜する際の温度変化を参照して説明する。
【００６０】
まず、第１の成膜室26でコントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開き、第１の成膜であるＳｉｘＮｙ膜の成膜温度３５０℃から、成膜後の真空排気時間ｔ１＝１０秒で３００℃近くに降下させると同時に、コントローラ45によりガス供給部43のスロットルバルブ42を開いて第２成膜のａ−Ｓｉ膜材料ガス導入調圧時間ｔ４＝５秒にて基板温度を３００℃に安定させて成膜を行なう。この場合、基板設定変更に要する時間は１５秒である。なお、ここで真空排気時間ｔ１および材料ガス導入調圧時間ｔ４の時間圧力制御のために、材料ガスを導入し続けてもよく、この場合には放電状態を継続保持してもよい。
【００６１】
したがって、１つの第１の成膜室26にて異なる２つ以上のプロセスの成膜を連続的に実施する場合、各材料ガスの導入の調圧開始までの真空待機時間、調圧時圧力設定値、成膜後の真空排気時間および圧力設定値をパラメータとして最適設定することにより、成膜時基板の最短時間温度制御を行なうことができる。すなわち、真空排気時間および圧力設定値、基板の搬送時間、真空待機時間および圧力設定値をパラメータとして変化させる基板温度制御方法と、各成膜時の調圧圧力を変化させ成膜する方法を用いることにより、２つ以上のプロセス条件にて連続的に成膜実施の場合には、基板の温度を変化させるための加熱室もしくは冷却室なしに、基板の最短時間温度制御を行なうことができる。
【００６２】
上記実施例によれば、異なるプロセス条件の成膜を、連続して形成する場合において、成膜後の第１および第２の成膜室26，29内の排気時間ｔ１および圧力設定値と、基板を第１の成膜室26から第２の成膜室29まで搬送する搬送室24の基板枚葉搬送機構による搬送時間ｔ２と、搬送室内の基板搬送時圧力と、成膜前の真空待機時間ｔ３および圧力設定値と、成膜前の材料ガス導入調圧時間ｔ４を最適値に設定し、さらに、各成膜圧力を最適値に設定して成膜することにより、基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を最短時間で行なうことができる。
【００６３】
さらに、同一に設定された基板加熱ヒータ27，30の温度で異なる基板温度プロセスでの成膜が可能であり、複数の異なるプロセスの成膜を、連続的に同一の第１または第２の成膜室26，29内において実現可能であり、装置の大幅なコスト低下、装置の小型化、占有面積の縮小化、装置生産性の大幅な向上が実現できる。
【００６４】
また、第１の成膜室26あるいは第２の成膜室29などでは、マトリクスアレイ基板Ｂおよび基板加熱ヒータ27，30との間隙を０．３mm以下にすると効果的であり、到達圧力が１０mTorr 以下となる排気系を使用し、成膜時の圧力を０．１〜５Torrの範囲内で制御可能に設定すれば、ＳｉｘＮｙ膜の場合、基板加熱ヒータ27，30の設定温度を４００℃として、マトリクスアレイ基板Ｂの温度を３００℃〜３７０℃の任意の温度に制御できる。
【００６５】
特に、非晶質半導体膜を含む積層成膜を連続的に実施する場合、非晶質半導体膜成膜後に積層成膜実施時の温度を非晶質半導体層成膜時の温度よりも低くすることにより、非晶質半導体の特性変化、特に移動度の劣化を制御することを可能にできる。したがって、上記実施例のように、順次温度を低下させていけば、非晶質半導体層の特性を変化させることなく連続的に積層成膜が可能であり、薄膜トランジスタの製造に有利である。
【００６６】
上記実施例では、マトリクスアレイ基板Ｂの温度を順次低下させて成膜するものであるが、成膜温度は一定あるいは順次上昇させて成膜するものであってもよい。
【００６７】
なお、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）は一般的にはｘが１、ｙが２であり、微量のＮあるいはＨを含む場合もあり、さらには、窒化シリコンに代えて酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）を用いてもよく、膜種は任意に設定できる。
【００６８】
また、半導体装置としてはＴＦＴに限らず、太陽電池などにも用いることができる。
【００６９】
さらに、成膜に際しては１つの成膜室で複数層の成膜、１つの成膜室で１層の成膜、あるいは、これらを組み合わせて構成してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１記載の真空成膜方法によれば、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７１】
請求項２記載の真空成膜方法によれば、請求項１記載の真空成膜方法に加え、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７２】
請求項３記載の真空成膜方法によれば、請求項１または２記載の真空成膜方法に加え、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力を変化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度変化しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。
【００７３】
請求項４記載の真空成膜方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法に加え、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒータより周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気の温度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にできる。
【００７４】
請求項５記載の真空成膜装置によれば、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御手段で制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７５】
請求項６記載の真空成膜装置によれば、請求項５記載の真空成膜装置に加え、成膜室に基板を加熱するヒータを備えたので、成膜室の温度を任意の温度に設定できる。
【００７６】
請求項７記載の真空成膜装置によれば、請求項５または６記載の真空成膜装置に加え、成膜室のヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きいヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７７】
請求項８記載の真空成膜装置によれば、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置に加え、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、簡単に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。
【００７８】
請求項９記載の真空成膜装置によれば、請求項８記載の真空成膜装置に加え、薄膜は半導体薄膜を少なくとも一層含むため、半導体製品を容易に形成できる。
【００７９】
請求項１０記載の真空成膜装置によれば、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラス基板内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気により容易に温度制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空成膜装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】 同上第１および第２の成膜室を示すブロック図である。
【図３】 同上搬送室を示すブロック図である。
【図４】 同上加熱室を示すブロック図である。
【図５】 同上マトリクスアレイ基板の製造途中の状態を示す断面図である。
【図６】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【図７】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【図８】 従来例の真空成膜装置を示すブロック図である。
【図９】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
21 搬入室および搬出室としての搬入搬出室
24 搬送室
26 第１の成膜室
27，30 基板加熱ヒータ
29 第２の成膜室
32 加熱室
45 制御手段としてのコントローラ
61 基板としてのガラス基板
Ｂ マトリクスアレイ基板
【産業上の利用分野】
本発明は、基板に成膜を行なう真空成膜方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば薄膜トランジスタの製造に際して基板に薄膜を形成するような場合、図８に示すようなインライン型連続式の真空成膜装置（ＣＶＤ）が用いられている。
【０００３】
そして、この真空成膜装置は、図８に示すように、ゲートバルブ１を有し、このゲートバルブ１には基板を搬入する搬入室２が設けられ、この搬入室２にはゲートバルブ３を介して基板を加熱する加熱室４が設けられている。また、この加熱室４にはゲートバルブ５を介して基板に薄膜を形成する第１の成膜室６が設けられ、この第１の成膜室６にはゲートバルブ７を介して基板を冷却する冷却室８が設けられている。さらに、この冷却室８にはゲートバルブ９を介して基板に薄膜を形成する第２の成膜室10が設けられ、この第２の成膜室10にはゲートバルブ11を介して基板を搬出する搬出室12が設けられ、この搬出室12にもゲートバルブ13が設けられている。
【０００４】
そして、まず、基板をトレーにセットし、搬入室２に搬入する。この搬入室２では室内を真空状態にして加熱室４に搬送し、この加熱室４では所定の温度まで加熱して第１の成膜室６へ搬送する。この第１の成膜室６では所定温度にて材料ガスを導入して調圧し、高周波電力等の印加を行ない基板に薄膜形成する。そして、第１の成膜室６で薄膜形成した後、真空排気を行ない、冷却室８に搬出する。また、冷却室８に搬入された基板は、所定の温度まで冷却され、第２の成膜室10に搬送される。この第２の成膜室10では、第１の成膜室６より低温の所定の温度にて材料ガスを導入して調圧し、高周波電力等の印加を行ない、再度基板上に成膜を行なう。そして、第２の成膜室10で基板上に薄膜を形成した後に真空排気を行ない、搬出室12に搬送し、ゲートバルブ13により圧力を大気圧に戻し、成膜された基板を搬出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異なる２つ以上のプロセス条件で基板上に連続的に成膜を行なう場合、たとえば第１の成膜室と第２の成膜室との間に、基板温度を変更するための冷却室あるいは加熱室が必要となる。また、基板のみならずこの基板を取り付けたトレー自体の温度を安定化させる必要があるが、一般に、トレーはステンレス等で構成されており熱容量が大きく、図９に示すように、温度安定化までに著しい時間を要する。
【０００６】
したがって、異なる２つ以上のプロセス条件で連続的に膜形成を行なう場合、同一の成膜室で異なるプロセスを実施するには、温度安定化までに著しく時間を要するので、事実上は不可能である。
【０００７】
一方、複数の成膜室を有する場合には、第１の成膜室と第２の成膜室あるいはそれ以上の成膜室との間に、基板の温度設定を変更するための加熱室もしくは冷却室が必要である。このため、装置のコストが上昇し、さらには、装置寸法の大型化、装置設置の占有面積を増大させる。また、基板の温度を変化させて安定させるまでに、時間を要し、装置の生産能力を低下させる問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を最短時間で行なうことができ、装置のコストの低下、小型化および生産性の向上を図れる真空成膜方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の真空成膜方法は、基板を枚葉式に搬送し、基板加熱ヒータを設けた成膜室にて、基板に異なる種類の複数の薄膜を、順次成膜する真空成膜方法において、前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させるものである。
【００１０】
請求項２記載の真空成膜方法は、請求項１記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定であるものである。
【００１１】
請求項３記載の真空成膜方法は、請求項１または２記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいものである。
【００１２】
請求項４記載の真空成膜方法は、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法において、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するものである。
【００１３】
請求項５記載の真空成膜装置は、基板を搬入する搬入室と、前記基板を枚葉式に搬送する搬送機構を設けた搬送室と、前記基板を加熱する加熱室と、前記基板に薄膜を形成する１以上の成膜室と、前記成膜した基板を搬出する搬出室とを備えた真空成膜装置において、前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させる制御手段を具備したものである。
【００１４】
請求項６記載の真空成膜装置は、請求項５記載の真空成膜装置において、成膜室に、基板を加熱する基板加熱ヒータを備えたものである。
【００１５】
請求項７記載の真空成膜装置は、請求項５または６記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるものである。
【００１６】
請求項８記載の真空成膜装置は、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置において、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうものである。
【００１７】
請求項９記載の真空成膜装置は、請求項８記載の真空成膜装置において、薄膜は、半導体薄膜を少なくとも一層含むものである。
【００１８】
請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板は、ガラス基板であるものである。
【００１９】
【作用】
請求項１記載の真空成膜方法は、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２０】
請求項２記載の真空成膜方法は、請求項１記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２１】
請求項３記載の真空成膜方法は、請求項１または２記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力を変化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度変化しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。
【００２２】
請求項４記載の真空成膜方法は、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法において、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒータより周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気の温度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にできる。
【００２３】
請求項５記載の真空成膜装置は、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御手段で制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２４】
請求項６記載の真空成膜装置は、請求項５記載の真空成膜装置において、成膜室に基板を加熱する基板加熱ヒータを備えたため、成膜室の温度を任意の温度に設定できる。
【００２５】
請求項７記載の真空成膜装置は、請求項５または６記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００２６】
請求項８記載の真空成膜装置は、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置において、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、簡単に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。
【００２７】
請求項９記載の真空成膜装置は、請求項８記載の真空成膜装置において、薄膜は半導体薄膜を少なくとも一層含むため、半導体製品を容易に形成できる。
【００２８】
請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラス基板内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気により容易に温度制御される。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の真空成膜装置の一実施例を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１において、21は搬入室および搬出室としての搬入搬出室で、この搬入搬出室21は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたマトリクスアレイ基板Ｂを搬入、搬送し、このマトリクスアレイ基板Ｂの搬入、搬出側には、ゲートバルブ22が設けられている。また、搬入搬出室21のゲートバルブ22とは対向する側にもゲートバルブ23が設けられ、このゲートバルブ23を介して搬送室24が設けられ、この搬送室24はトレーを用いることなく基板を枚葉式に搬送する基板枚葉搬送機構を有している。
【００３１】
そして、この搬送室24のゲートバルブ23が設けられた辺とは他の辺には、ゲートバルブ25を介して第１の成膜室26が設けられ、この第１の成膜室26は基板加熱ヒータ27を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を形成する。また、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ28が設けられ、このゲートバルブ28を介して第２の成膜室29が設けられ、この第２の成膜室29も同様に基板加熱ヒータ30を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を形成する。さらに、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ31が設けられ、このゲートバルブ31を介して加熱室32が設けられ、この加熱室32も基板加熱ヒータ33を有し、マトリクスアレイ基板Ｂを加熱する。
【００３２】
また、第１の成膜室26および第２の成膜室29は、図２に示すようになっている。すなわち、第１の成膜室26および第２の成膜室29には、真空用の吸引ポンプ41がスロットルバルブ42を介して接続されるとともに、ガス供給部43が開閉バルブ44を介して接続されている。さらに、第１の成膜室26および第２の成膜室29には圧力センサ46が設けられ、この圧力センサ46にタイマ機能を有する制御手段としてのコントローラ45が接続され、このコントローラ45はそれぞれのスロットルバルブ42および開閉バルブ44に接続され、これらスロットルバルブ42および開閉バルブ44を制御する。
【００３３】
さらに、搬送室24は、図３に示すようになっている。すなわち、搬送室24には、真空用の吸引ポンプ51がスロットルバルブ52を介して接続されるとともに、ガス供給部53が開閉バルブ54を介して接続されている。また、搬送室24には圧力センサ55が設けられ、この圧力センサ55にコントローラ45が接続され、このコントローラ45はスロットルバルブ52および開閉バルブ54に接続され、このスロットルバルブ52および開閉バルブ54を制御する。なお、コントローラ45にて搬送速度も制御する。
【００３４】
またさらに、加熱室32も同様に、図４に示すようになっている。すなわち、加熱室32には、真空用の吸引ポンプ56がスロットルバルブ57を介して接続されるとともに、ガス供給部58が開閉バルブ59を介して接続されている。また、加熱室32には圧力センサ60が設けられ、この圧力センサ60にコントローラ45が接続され、このコントローラ45はスロットルバルブ57および開閉バルブ59に接続され、このスロットルバルブ57および開閉バルブ59を制御する。
【００３５】
ここで、マトリクスアレイ基板Ｂは、図５に示すように、ガラス基板61上に、ゲート電極62が形成され、このゲート電極62を含むガラス基板61上にゲート絶縁層63を形成し、このゲート絶縁層63を介したゲート電極62上に半導体層64およびエッチングストッパ層65を形成し、ソース電極66およびドレイン電極67を形成したものである。
【００３６】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００３７】
まず、全てのゲートバルブ22，23，25，28，31を閉じ、搬入搬出室21以外では、コントローラ45により圧力センサ46，55，60で検出されたそれぞれの圧力に基づき、所定の圧力までそれぞれの吸引ポンプ41，51，56のそれぞれのスロットルバルブ42，52，57を開いて真空排気を行なう。そして、第１の成膜室26の基板加熱ヒータ27を４２０℃に、加熱室32の基板加熱ヒータ33を３９０℃に、第２の成膜室29の基板加熱ヒータ30を３５０℃に予め真空中で昇温しておく。
【００３８】
次に、搬入搬出室21のゲートバルブ22を開け、マトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61もしくはこのマトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61の入ったカセットをセットし、ゲートバルブ22を閉じて搬入搬出室21を図示しない吸引ポンプにより大気圧から所定の圧力まで真空排気を行なう。その後、搬入搬出室21の搬送室24側のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を開き、搬送室24内のガラス基板61を基板枚葉搬送機構にて、搬入搬出室21より加熱室32に搬送する。
【００３９】
そして、加熱室32にガラス基板61が搬送されると、加熱室32のゲートバルブ31を閉じ、加熱室32の基板加熱ヒータ33上でガラス基板61を約３８０℃に昇温して保持する。さらに、ガラス基板61を所定時間昇温し、昇温が完了した後に吸引ポンプ56のスロットルバルブ57を開いて真空排気を行ない、加熱室32のゲートバルブ31および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開く。次に、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬送機構の速さを制御してガラス基板61を加熱室32より第１の成膜室26へ搬送する。
【００４０】
また、ガラス基板61が第１の成膜室26に搬送されると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いてコントローラ45で所定の時間真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）および窒素ガス（Ｎ２）等をガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入し、スロットルバルブ42の開度をコントローラ45により制御して設定圧力１．５Torrに調圧し、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ゲート電極62が形成されているガラス基板61の全面上に３００℃〜４００℃、好ましくは３５０℃にて窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）膜からなるゲート絶縁層63を形成する。また、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）におけるｘは２、ｙは３が一般的であるが、ＳｉｘＮｙの膜に微量の水素（Ｈ）あるいは酸素（Ｏ）の元素を含む場合もある。なお、スロットルバルブ42の開度はガスの流れる方向に対して図示しない弁が平行の向き、すなわち１８０°としたとき開となり、直交の向き、すなわち９０°のときを閉とする。そして、調整は弁を９０°〜１８０°の範囲で調整する。ゲート絶縁層63の形成前に、あらかじめゲート電極62が薄膜形成後、エッチングされて形成されている。そして、所定の時間の放電の終了後に、予め設定された時間ｔ１吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行なう。さらに、第１の成膜室26のゲートバルブ25および第２の成膜室29のゲートバルブ28を開き、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬送機構の速さを制御して第１の成膜室26から第２の成膜室29までコントローラ45にて予め設定された時間ｔ２でゲート絶縁層63が形成されたガラス基板61を搬送する。
【００４１】
さらに、第２の成膜室29にマトリクスアレイ基板Ｂとなるゲート絶縁層63が形成されたガラス基板61が搬送されると第２の成膜室29のゲートバルブ28を閉じ、予め設定された時間ｔ３吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）および水素ガス（Ｈ２）等をガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入し、圧力センサ46で圧力を検出しながら予め設定された時間ｔ４で設定圧力２Torrにスロットルバルブ42の開度を制御して調圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ゲート絶縁層63上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜からなる半導体層64を２５０℃〜３５０℃、好ましくは３００℃にて所定膜厚形成する。そして、この半導体層64の形成後に再び吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、第２の成膜室29のゲートバルブ28および搬入搬出室21側のゲートバルブ23を開け、搬送室24の枚葉搬送機構にて、第２の成膜室29にて積層膜が形成された後のマトリクスアレイ基板Ｂを搬入搬出室21内に戻す。
【００４２】
また、第１の成膜室26、第２の成膜室29または図示しない他の成膜室にマトリクスアレイ基板Ｂとなる半導体層64が形成されたガラス基板61が搬送されると、同様に真空排気を行ない、材料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）および水素ガス（Ｈ２）等を導入し、設定圧力０．８Torrに調圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、半導体層64上に窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）膜からなるエッチングストッパ層65を２５０℃〜３５０℃、好ましくは２９０℃にて所定膜厚形成する。そして、このエッチングストッパ層65の形成後に再び真空排気を行ない、搬入搬出室21内に戻す。
【００４３】
さらに、所定のエッチングの後に、ソース電極66およびドレイン電極67を形成する。
【００４４】
そして、これらの動作を連続的に繰り返す。
【００４５】
また、温度の制御について図６に示す第１の成膜室26から第２の成膜室29までの２層を形成する部分の温度変化を参照して説明する。
【００４６】
まず、第１の成膜室26で、成膜が終了した後に吸引ポンプ41のスロットルバルブ42をコントローラ45で開いて真空排気時間ｔ１で基板温度を約２０℃降下させ、第１の成膜室26から第２の成膜室29までの搬送時間ｔ２で搬送室24を圧力センサ55で検知される圧力に基づきコントローラ45で１Torrに調圧し約２５℃降下させる。また、第２の成膜室29では、真空待機が時間ｔ３、ガス供給部43の開閉バルブ44をコントローラ45で開き材料ガスを導入する調圧時間ｔ４で５℃下降させる。
【００４７】
このように、第１の成膜室26での真空排気時間ｔ１、第１の成膜室26から第２の成膜室29への搬送時間ｔ２、搬送時間ｔ２の間の搬送室24の圧力、第２の成膜室29における真空待機時間ｔ３および第２の成膜室29における材料ガスを導入する調圧時間ｔ４をコントローラ45内のメモリなどに基づきコントロールすることによりマトリクスアレイ基板Ｂの温度の最短時間制御を行なう。なお、調圧時の圧力は段階的に変化させてもよい。
【００４８】
またここで、第１の成膜室26の成膜時の圧力は１．５Torr、搬送室24では１Torr、第２の成膜室29での成膜時の圧力は２Torrとした。この場合、たとえばｔ１＝１０sec、ｔ２＝１５sec、ｔ３＝５sec、ｔ４＝１０secに設定することにより、約４０秒という最短時間にてマトリクスアレイ基板Ｂの温度制御が可能である。
【００４９】
さらに、基板加熱ヒータ27，30，33上にマトリクスアレイ基板Ｂを搭載する基板温度制御方式においては、同一の基板加熱ヒータ27，30，33の温度設定時のマトリクスアレイ基板Ｂの温度は、高真空側で低くなり、逆に、低真空側で高くなるという性質を有する。この影響は、マトリクスアレイ基板Ｂと基板加熱ヒータ27，30，33との隙間が０．３mm以下で顕著であり、また、介在する気体の種類により変化する。したがって、成膜時の調圧圧力を選択することにより、希望する基板温度での成膜が可能である。
【００５０】
一方、成膜に利用するガスの種類により、同一の基板加熱ヒータ27，30，33の設定温度におけるマトリクスアレイ基板Ｂの温度は異なる。たとえば、ＳｉｘＮｙ成膜を３．５Torr、ａ−Ｓｉ成膜を１Torrとした場合、同一の基板加熱ヒータ27，30，33で温度の設定が３５０℃において、ＳｉｘＮｙはマトリクスアレイ基板Ｂ温度３５０℃で、ａ−Ｓｉはマトリクスアレイ基板Ｂ３００℃で積層成膜が可能となる。
【００５１】
したがって、複数の異なる第１および第２の成膜室26，29を用いて、異なる２つ以上のプロセス条件で連続的にマトリクスアレイ基板Ｂに成膜を実施する場合、第１の成膜室26での調圧時圧力、成膜後の真空排気時間および圧力設定値、第１の成膜室26から第２の成膜室29までマトリクスアレイ基板Ｂを搬送する搬送時間およびその時の圧力、第２の成膜室29で材料ガスを導入して調圧開始するまでの真空待機時間および圧力設定値、および、調圧時圧力設定値をパラメータとして最適設定することにより、マトリクスアレイ基板Ｂの最短時間温度制御を行なうことができる。
【００５２】
次に、他の実施例として、第１の成膜室26にて異なるプロセスの積層成膜を行なう場合を説明する。なお、第２の成膜室29にても同様に、並行処理を行なう。
【００５３】
まず、予め第１の成膜室26の基板加熱ヒータ27を３９０℃に設定しておく。そして、搬入搬出室21のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を開け、搬送室24の基板枚葉式搬送機構により加熱室32にあらかじめゲート電極62が形成されているマトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61を搬送し、加熱室32にてガラス基板61を約３８０℃に加熱する。この加熱室32にて約３８０℃に加熱された基板は、加熱室32のゲートバルブ31および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開き、搬送室24内の基板枚葉搬送機構にて加熱室32より第１の成膜室26へ搬送する。
【００５４】
そして、基板が第１の成膜室26に搬送されると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、所定の時間真空排気を行ない、材料ガスであるＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２などをコントローラ45からガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入して、コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42の開度を制御して設定圧力３．５Torrに調圧し、高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ガラス基板61上に３５０℃にてＳｉｘＮｙ膜のゲート絶縁層63を形成する。
【００５５】
次に、予め設定された時間コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて再び材料ガスであるＳＩＨ４およびＨ２などを導入して、１Torrに調圧し、ゲート絶縁層63上に３００℃にてａ−Ｓｉ膜の半導体層64を形成する。ここで、真空排気時の圧力を制御するためには、コントローラ45によりガス供給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを導入し続けてもよく、高周波電力を印加し続けてもよい。
【００５６】
さらに、半導体層64を形成した後、予め設定された時間コントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて再び材料ガスであるＳｉＨ４、ＮＨ３およびＨ２などを導入して、０．５Torrに調圧し、半導体層64上に２９０℃にてＳｉｘＮｙ膜のエッチングストッパ層65を形成する。この場合も同様に、真空排気時の圧力を制御するためには、コントローラ45によりガス供給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを導入し続けてもよく、高周波電力を印加し続けてもよい。
【００５７】
そして、これらゲート絶縁層63、半導体層64およびエッチングストッパ層65を成膜後に再び真空排気を行ない、第１の成膜室26のゲートバルブ25および搬入搬出室21側のゲートバルブ23を開け、搬送室24の基板枚葉搬送機構にて、第１の成膜室26から積層膜形成後の基板を搬入搬出室21内に戻す。また、第２の成膜室29でも同様に処理する。
【００５８】
さらに、所定のエッチングの後に、ソース電極66およびドレイン電極67を形成する。
【００５９】
また、基板の温度の制御について図７に示す第１の成膜室26のゲート絶縁層63および半導体層64を成膜する際の温度変化を参照して説明する。
【００６０】
まず、第１の成膜室26でコントローラ45により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開き、第１の成膜であるＳｉｘＮｙ膜の成膜温度３５０℃から、成膜後の真空排気時間ｔ１＝１０秒で３００℃近くに降下させると同時に、コントローラ45によりガス供給部43のスロットルバルブ42を開いて第２成膜のａ−Ｓｉ膜材料ガス導入調圧時間ｔ４＝５秒にて基板温度を３００℃に安定させて成膜を行なう。この場合、基板設定変更に要する時間は１５秒である。なお、ここで真空排気時間ｔ１および材料ガス導入調圧時間ｔ４の時間圧力制御のために、材料ガスを導入し続けてもよく、この場合には放電状態を継続保持してもよい。
【００６１】
したがって、１つの第１の成膜室26にて異なる２つ以上のプロセスの成膜を連続的に実施する場合、各材料ガスの導入の調圧開始までの真空待機時間、調圧時圧力設定値、成膜後の真空排気時間および圧力設定値をパラメータとして最適設定することにより、成膜時基板の最短時間温度制御を行なうことができる。すなわち、真空排気時間および圧力設定値、基板の搬送時間、真空待機時間および圧力設定値をパラメータとして変化させる基板温度制御方法と、各成膜時の調圧圧力を変化させ成膜する方法を用いることにより、２つ以上のプロセス条件にて連続的に成膜実施の場合には、基板の温度を変化させるための加熱室もしくは冷却室なしに、基板の最短時間温度制御を行なうことができる。
【００６２】
上記実施例によれば、異なるプロセス条件の成膜を、連続して形成する場合において、成膜後の第１および第２の成膜室26，29内の排気時間ｔ１および圧力設定値と、基板を第１の成膜室26から第２の成膜室29まで搬送する搬送室24の基板枚葉搬送機構による搬送時間ｔ２と、搬送室内の基板搬送時圧力と、成膜前の真空待機時間ｔ３および圧力設定値と、成膜前の材料ガス導入調圧時間ｔ４を最適値に設定し、さらに、各成膜圧力を最適値に設定して成膜することにより、基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を最短時間で行なうことができる。
【００６３】
さらに、同一に設定された基板加熱ヒータ27，30の温度で異なる基板温度プロセスでの成膜が可能であり、複数の異なるプロセスの成膜を、連続的に同一の第１または第２の成膜室26，29内において実現可能であり、装置の大幅なコスト低下、装置の小型化、占有面積の縮小化、装置生産性の大幅な向上が実現できる。
【００６４】
また、第１の成膜室26あるいは第２の成膜室29などでは、マトリクスアレイ基板Ｂおよび基板加熱ヒータ27，30との間隙を０．３mm以下にすると効果的であり、到達圧力が１０mTorr 以下となる排気系を使用し、成膜時の圧力を０．１〜５Torrの範囲内で制御可能に設定すれば、ＳｉｘＮｙ膜の場合、基板加熱ヒータ27，30の設定温度を４００℃として、マトリクスアレイ基板Ｂの温度を３００℃〜３７０℃の任意の温度に制御できる。
【００６５】
特に、非晶質半導体膜を含む積層成膜を連続的に実施する場合、非晶質半導体膜成膜後に積層成膜実施時の温度を非晶質半導体層成膜時の温度よりも低くすることにより、非晶質半導体の特性変化、特に移動度の劣化を制御することを可能にできる。したがって、上記実施例のように、順次温度を低下させていけば、非晶質半導体層の特性を変化させることなく連続的に積層成膜が可能であり、薄膜トランジスタの製造に有利である。
【００６６】
上記実施例では、マトリクスアレイ基板Ｂの温度を順次低下させて成膜するものであるが、成膜温度は一定あるいは順次上昇させて成膜するものであってもよい。
【００６７】
なお、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）は一般的にはｘが１、ｙが２であり、微量のＮあるいはＨを含む場合もあり、さらには、窒化シリコンに代えて酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）を用いてもよく、膜種は任意に設定できる。
【００６８】
また、半導体装置としてはＴＦＴに限らず、太陽電池などにも用いることができる。
【００６９】
さらに、成膜に際しては１つの成膜室で複数層の成膜、１つの成膜室で１層の成膜、あるいは、これらを組み合わせて構成してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１記載の真空成膜方法によれば、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７１】
請求項２記載の真空成膜方法によれば、請求項１記載の真空成膜方法に加え、基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７２】
請求項３記載の真空成膜方法によれば、請求項１または２記載の真空成膜方法に加え、基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力を変化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度変化しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。
【００７３】
請求項４記載の真空成膜方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法に加え、基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒータより周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気の温度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にできる。
【００７４】
請求項５記載の真空成膜装置によれば、成膜室内の圧力設定値を制御して、基板の成膜時の温度を順次低下させるため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力設定値を制御手段で制御して温度を変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７５】
請求項６記載の真空成膜装置によれば、請求項５記載の真空成膜装置に加え、成膜室に基板を加熱するヒータを備えたので、成膜室の温度を任意の温度に設定できる。
【００７６】
請求項７記載の真空成膜装置によれば、請求項５または６記載の真空成膜装置に加え、成膜室のヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大きいヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化できる。
【００７７】
請求項８記載の真空成膜装置によれば、請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置に加え、１つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、簡単に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。
【００７８】
請求項９記載の真空成膜装置によれば、請求項８記載の真空成膜装置に加え、薄膜は半導体薄膜を少なくとも一層含むため、半導体製品を容易に形成できる。
【００７９】
請求項１０記載の真空成膜装置によれば、請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置において、基板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラス基板内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気により容易に温度制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の真空成膜装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】 同上第１および第２の成膜室を示すブロック図である。
【図３】 同上搬送室を示すブロック図である。
【図４】 同上加熱室を示すブロック図である。
【図５】 同上マトリクスアレイ基板の製造途中の状態を示す断面図である。
【図６】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【図７】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【図８】 従来例の真空成膜装置を示すブロック図である。
【図９】 同上基板の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
21 搬入室および搬出室としての搬入搬出室
24 搬送室
26 第１の成膜室
27，30 基板加熱ヒータ
29 第２の成膜室
32 加熱室
45 制御手段としてのコントローラ
61 基板としてのガラス基板
Ｂ マトリクスアレイ基板
Claims (10)
- 基板を枚葉式に搬送し、基板加熱ヒータを設けた成膜室にて、基板に異なる種類の複数の薄膜を、順次成膜する真空成膜方法において、
前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させる
ことを特徴とする真空成膜方法。 - 基板を異なる温度に制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定である
ことを特徴とする請求項１記載の真空成膜方法。 - 基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きい
ことを特徴とする請求項１または２記載の真空成膜方法。 - 基板および基板加熱ヒータの間に空隙を形成する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の真空成膜方法。 - 基板を搬入する搬入室と、前記基板を枚葉式に搬送する搬送機構を設けた搬送室と、前記基板を加熱する加熱室と、前記基板に薄膜を形成する１以上の成膜室と、前記成膜した基板を搬出する搬出室とを備えた真空成膜装置において、
前記成膜室内の圧力設定値を０．１〜５ Torr の範囲内で制御して、前記成膜室内の圧力の低下によって前記基板の成膜時の温度を順次低下させる制御手段を
具備したことを特徴とした真空成膜装置。 - 成膜室に、基板を加熱する基板加熱ヒータを備えた
ことを特徴とした請求項５記載の真空成膜装置。 - 成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定である
ことを特徴とした請求項５または６記載の真空成膜装置。 - １つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なう
ことを特徴とした請求項５ないし７いずれか記載の真空成膜装置。 - 薄膜は、半導体薄膜を少なくとも一層含む
ことを特徴とした請求項８記載の真空成膜装置。 - 基板は、ガラス基板である
ことを特徴とした請求項５ないし９いずれか記載の真空成膜装置。
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