JP4353601B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ装置に関し、特に、液晶表示装置の製造工程において、ガラス基板上にＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法により、SiO2膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大面積のガラス基板に、低温で膜質の良好な絶縁膜を成膜する方法として、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法がある。図５の符号１１０は、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ装置の従来技術のものを示しており、真空槽１１２を有している。真空槽１１２の外部には真空排気系１２３が設けられており、真空排気系１２３を起動すると、真空槽１１２内部を真空排気することができるように構成されている。
【０００３】
真空槽１１２の天井側には、真空槽１１２と電気的に絶縁された状態で電極１３１が設けられている。
他方、真空槽１１２外には電圧源１２２が配置されており、真空槽１１２を接地電位に置いた状態で電極１３１に高周波電圧を印加できるように構成されている。
【０００４】
真空槽１１２内部の底壁上には台座１１７が配置され、その表面に載置台１１８が取り付けられている。
載置台１１８は、その断面図を図６(ａ)に示すように、２枚の板状部材１５３、１５４と、線状のシースヒータ１５５とを有している。各板状部材１５３、１５４の表面には、図６(ｂ)に示すように所定パターンの溝１６５が形成されている。
【０００５】
各板状部材１５３、１５４は、互いに密着した状態で、それぞれの溝１６５が互いに重なり合うように密着配置されている。シースヒータ１５５は、これらの溝１６５と同じ形状に曲げられており、各板状部材１５３、１５４が密着した状態で、それぞれの表面に形成された溝１６５の間に形成される空間内に配置され、２枚の板状部材１５３、１５４の両方と密着している。
【０００６】
シースヒータ１５５は、真空槽１１２外に配置された図示しない電源に接続されている。載置台１１８は、板状部材１５３に基板１２１を載置した状態で、その電源を起動してシースヒータ１５５に通電すると、その内部に設けられた抵抗発熱体(図示せず)が発熱し、板状部材１５３、１５４全体が均一に加熱され、基板１２１を均一に昇温させることができる。
【０００７】
電極１３１は、電極本体１１３と、シャワープレート１１６とを有している。
電極本体１１３は、容器状に成形されており、容器底面部分に、ガス導入パイプ１１９の一端が接続されている。ガス導入パイプ１１９の他端には、図示しないガスボンベが接続されており、電極本体１１３の容器状の空間中にガスを導入できるように構成されている。
【０００８】
シャワープレート１１６は、電極本体１１３の容器開口部を閉塞するように固定され、電極本体１１３とシャワープレート１１６とで、空間が形成されている。
シャワープレート１１６には、多数の孔１１５が形成されており、ガス導入パイプ１１９から空間内にガスが導入されると、この空間はガス貯留室１１４となって、導入ガスが一旦充満し、次いで、各孔１１５から真空槽１１２内へと吹き出すことができるように構成されている。
【０００９】
このような構成のプラズマＣＶＤ装置１１０を用い、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数のガラス基板表面にSiO2膜を形成する場合、先ず、真空排気系１２３によって真空槽１１２内を真空排気するとともに、シースヒータ１５５に通電して、載置台１１８を加熱して昇温させる。真空槽１１２内の圧力が所定圧力になるとともに、載置台１１８が所定温度まで昇温されたら、真空状態を維持しながら、真空槽１１２内に１枚目の基板１２１を搬入し、載置台１１８上に載置する。
【００１０】
基板１２１が所定温度まで昇温されたら、ガス貯留室１１４内に反応性ガスを導入し、シャワープレート１１６から基板１２１表面に対して吹き付ける。
その状態で電圧源１２２を起動し、電極１３１に高周波の交流電圧を印加すると、放電が生じ、その放電によりプラズマが生じて原料ガスが分解され、基板１２１の表面で気相成長することにより、基板１２１の表面にSiO2膜が成膜される。
所定膜厚のSiO2膜が成膜されたら、高周波電力の供給と反応性ガス、希釈ガスの導入を停止し、不図示の搬送系で基板１２１を真空槽１１２外へと搬出する。
【００１１】
引き続いて未処理の基板を新たに真空槽１１２内へ搬入し、載置台１１８上に載置させた後に、上述した工程と同様の工程を経て、搬入した基板の表面に所定膜厚のSiO2膜を成膜する。以上の作業を繰り返すことにより、複数の基板の表面にSiO2膜を成膜することができる。
【００１２】
このようなＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法では、反応性ガスがプラズマ中で活性化されるので、基板１２１が比較的低温でも薄膜を形成することが可能になっている。
【００１３】
そして、真空槽１１２の容量を大きくし、大面積の基板を収容できるようにすると、比較的大きな基板表面にも、プラズマＣＶＤ法によって比較的均一な薄膜を形成することもできる。
【００１４】
しかしながら、上述の成膜方法では、同一の真空槽内で、連続して複数の基板に薄膜を成膜すると、成膜速度が徐々に低下してしまうという問題が生じていた。
本発明の発明者等は、各基板ごとの処理時間を一定にして、複数の基板表面に、同一真空槽内で連続してSiO2膜を成膜した場合に、基板の処理枚数と、各基板に成膜されたSiO2膜の膜厚との関係を調べる実験を行った。図７の曲線(Ｙ)に、その実験結果を示す。図７で横軸は、基板の処理枚数を示しており、縦軸は、１枚目の基板の膜厚を１としたときの、各基板表面に形成された薄膜の膜厚(以下で規格化膜厚と称する。)を示している。
【００１５】
曲線(Ｙ)に示すように、基板の処理枚数が増えるごとに成膜速度は低下し、１２枚目の基板の規格化膜厚は約０．８５となり、１枚目の基板に成膜された薄膜の膜厚の８５％程度になってしまい、処理枚数が増えるごとに、成膜速度が低下してしまうことが確かめられた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、複数の基板に連続的に絶縁膜を成膜する際に、処理枚数が増えても、成膜速度の低下が小さくなる技術を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、従来装置において成膜速度が低下する原因について調べた。
従来装置では、シャワープレート１１６はハステロイ製の板と、その表面に形成された酸化アルミニウム薄膜とから成り、他方、載置台１１８を構成する各板状部材１５３、１５４は、図６(ａ)に示すように、カーボングラファイト板１６３、１６４と、それぞれの表面に溶射法で形成された酸化アルミニウム膜１７３、１７４とから成り、シャワープレート１１６と、板状部材１５３、１５４の材質は異なっている。
ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法では、その成膜速度は真空槽内の温度によって大きく左右されるが、従来装置では、上述したようにシャワープレートと載置台との材質が異なるため、シャワープレートの温度変化率と載置台の温度変化率とは異なる。このため、本発明の発明者等は、処理枚数が増加して真空槽内の温度が変化する際に、真空槽内の温度分布が不均一になることが、成膜速度低下の一因であるという推測をした。
【００１８】
かかる推測のもとに、載置台と、シャワープレートの材質を変えて実験を重ねた結果、載置台とシャワープレートの両方を、表面に酸化アルミニウム膜が成膜されたアルミニウムで構成することにより、基板の処理枚数が増加しても、各基板ごとの成膜速度がほぼ一定になることを見いだした。
【００１９】
本発明は、かかる知見に基づいて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に設けられた電極と、前記真空槽内に設けられ、基板を載置可能な載置面を有する載置台とを有し、前記電極は、電極本体と、前記電極本体の、前記載置面側に設けられたシャワープレートと、該電極本体と、前記シャワープレートとの間に形成され、内部にガスが導入できるように構成されたガス貯留室とを備え、前記ガス貯留室に導入された原料ガスを、前記シャワープレートに設けられた複数の孔から前記載置台に向けて吹き出し、前記電極に電圧を印加して放電を生じさせ、該放電によって前記基板と前記シャワープレートとの間に生じたプラズマで前記原料ガスを分解して気相成長させることにより、基板表面に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台と前記シャワープレートとは、アルミニウムで構成され、少なくとも、前記載置台の前記載置面と、前記シャワープレートの前記載置面と対向するシャワープレート表面には、前記載置面と前記シャワープレート表面がそれぞれ陽極にされ、陰極材料と共に電解質水溶液に浸漬された状態で、正電圧と負電圧が前記陽極と前記陰極材料にそれぞれ印加され、前記電解質水溶液が電気分解されて発生された酸素がアルミニウムと反応して、前記載置面と前記シャワープレート表面に、孔を有する酸化アルミニウム薄膜がそれぞれ形成された後、水蒸気に曝されて前記孔が埋められた酸化アルミニウム膜が成膜されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台は、その内部に発熱体を有し、前記基板を載置した状態で、前記基板を加熱することができるように構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台は、前記酸化アルミニウム膜が形成され、前記基板が配置される板状部材を有し、前記発熱体は、前記板状部材底面下に配置されている。
以上のように構成することにより、基板の処理枚数が増加しても、各基板における成膜速度は、ほとんど低下せず、ほぼ一定になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
大面積のガラス基板に、低温で膜質の良好な絶縁膜を成膜する方法として、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法がある。図１の符号１０は、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法を実施する本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を示している。このプラズマＣＶＤ装置１０は真空槽１２を有している。真空槽１２の外部には、真空排気系２３が設けられており、真空槽１２内を真空排気することができるように構成されている。
【００２１】
真空槽１２の天井側には、真空槽１２と電気的に絶縁された状態で電極３１が設けられている。
他方、真空槽１２外には電圧源２２が配置されており、真空槽１２を接地電位に置いた状態で電極３１に高周波電圧を印加できるように構成されている。
【００２２】
真空槽１２内部の底壁上には台座１７が配置され、その表面に載置台１８が取り付けられている。
載置台１８の表面は平坦にされており、その部分に基板２１を水平に載置できるように構成されている。その状態の基板２１表面は、電極３１表面と並行に対向するようになっている。
【００２３】
載置台１８は、その断面図を図２(ａ)に示すように、２枚の板状部材５３、５４と、線状のシースヒータ５５とを有している。各板状部材５３、５４の表面には、図２(ｂ)に示すように所定パターンの溝６５が形成されている。
【００２４】
シースヒータ５５は、溝６５と同じ形状に曲げられており、シースヒータ５５を溝６５に収めた状態で、各板状部材５３、５４を互いに密着させると、シースヒータ５５が各板状部材５３、５４の両方の溝６５内に配置され、各板状部材５３、５４の両方と密着するように構成されている。
【００２５】
シースヒータ５５は、図２(ｃ)に示すように、クロム１６％,鉄７％を含むニッケル系合金(商標名インコネル)からなるチューブ５８を有している。チューブ５８内には、線状の抵抗発熱体(ＮｉＣｒ)５６が挿通され、絶縁物(ＭｇＯ)５７が充填されており、絶縁物５７によってチューブ５８と抵抗発熱体５６が絶縁されるように構成されている。
【００２６】
シースヒータ５５は、真空槽１２外に配置された図示しない電源に接続されており、板状部材５３上に基板２１を載置した状態で、その電源を起動してシースヒータ５５に通電すると、抵抗発熱体５６が発熱し、板状部材５３、５４全体が均一に加熱され、基板２１を昇温させることができるように構成されている。
【００２７】
電極３１は、電極本体１３と、シャワープレート１６とを有している。
電極本体１３は、容器状に成形されており、容器底面部分に、ガス導入パイプ１９の一端が接続されている。ガス導入パイプ１９の他端には、図示しないガスボンベが接続されており、電極本体１３の容器状の空間中にガスを導入できるように構成されている。
【００２８】
シャワープレート１６は、電極本体１３の容器開口部を閉塞するように固定され、電極本体１３とシャワープレート１６とで、空間が形成されている。
シャワープレート１６には、多数の孔１５が形成されており、ガス導入パイプ１９から空間内にガスが導入されると、この空間はガス貯留室１４となって、導入ガスが一旦充満し、次いで、各孔１５から真空槽１２内へと吹き出すことができるように構成されている。
【００２９】
このようなプラズマＣＶＤ装置１０を用い、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数のガラス基板の表面にSiO2膜を形成する場合、先ず、真空排気系２３によって真空槽１２内を真空排気するとともに、シースヒータ５５に通電して、載置台１８を加熱して昇温させる。真空槽１２内の圧力が所定圧力になるとともに、載置台１８が所定温度まで昇温されたら、真空状態を維持しながら、真空槽１２内に１枚目の基板２１を搬入し、載置台１８上に載置する。
【００３０】
基板２１が所定温度まで昇温されたら、ガス貯留室１４内に反応性ガスを導入し、シャワープレート１６から基板２１表面に対して吹き付ける。
その状態で電圧源２２を起動し、電極３１に高周波の交流電圧を印加すると、放電が生じ、放電によってプラズマが発生して原料ガスが分解され、基板２１の表面で気相成長することにより、基板２１の表面にSiO2膜が成膜される。
【００３１】
所定膜厚のSiO2膜が成膜されたら、高周波電力の供給と原料ガスの導入を停止し、不図示の搬送系で基板２１を真空槽１２外へと搬出する。
引き続いて未処理の基板を新たに真空槽１２内へ搬入し、載置台１８上に載置させた後に、上述と同様の工程を経て、搬入した基板の表面に所定膜厚のSiO2膜を成膜する。以上の作業を繰り返すことにより、複数の基板の表面にSiO2膜を成膜することができる。
【００３２】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、上述した２枚の板状部材５３、５４は、その断面図を図２(ａ)に示すように、それぞれがアルミニウム板６３、６４と、それぞれの表面に陽極酸化法で成膜された酸化アルミニウム膜７３、７４から成る。
【００３３】
ここで陽極酸化法とは、アルミニウム板と陰極材料とを電解質水溶液に浸漬した状態で、正電圧をアルミニウム板に印加し、負電圧を陰極材料に印加することにより、電解質水溶液を電気分解し、電気分解によって水溶液内部に酸素を発生させ、その酸素とアルミニウムとの化学反応により、アルミニウム板表面に酸化アルミニウムの薄膜を成膜する方法である。このようにして形成された酸化アルミニウム薄膜の表面には多数の孔が形成されるので、高温の水蒸気に酸化アルミニウム薄膜を曝して孔を埋め、酸化アルミニウム薄膜の耐食性を高めている。
【００３４】
また、シャワープレート１６は、その断面図を図３に示すように、載置台１８の板状部材５３、５４と同様、複数の孔１５が形成されたアルミニウム板６１と、その全表面に陽極酸化法で成膜された酸化アルミニウム膜６２とから成る。
【００３５】
このように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、真空槽１２内に配置されたシャワープレート１６と載置台１８を、ともに表面に酸化アルミニウム膜が形成されたアルミニウムで構成している。
【００３６】
このように熱伝導率の良いアルミニウムを母材に使うことで、基板の出し入れや成膜前後での温度変化を少なく抑えているので、シャワープレート１１６と載置台１１８の材質が異なっていた従来に比して、真空槽内の温度分布が均一になる。このため、真空槽内の温度分布によって成膜速度が大きく左右されるＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数の基板に連続して成膜した場合であっても、各基板ごとの成膜速度がほぼ一定になるようにすることができる。
【００３７】
本発明の発明者等は、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０を用い、各基板ごとの処理時間を一定にして、複数の基板表面に、同一真空槽内で連続してSiO2膜を成膜した場合に、基板の処理枚数と、各基板に成膜されたSiO2膜の膜厚との関係を調べる実験を行った。図４の曲線(Ｘ)に、その実験結果を示す。図４で横軸は、基板の処理枚数を示しており、縦軸は、１枚目の基板の膜厚を１としたときの、各基板表面に形成された薄膜の膜厚(以下で規格化膜厚と称する。)を示している。
【００３８】
曲線(Ｘ)に示すように、１２枚目の基板の規格化膜厚は約０．９８で、１枚目の基板に成膜された薄膜の膜厚の９８％程度であり、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０を用いた場合、基板の処理枚数が増えても、成膜速度はほとんど低下することがないことが確認された。
【００３９】
また、本実施形態では、載置台１８を構成する板状部材５３、５４の全面に酸化アルミニウム膜７３、７４が成膜され、シャワープレート１６の全表面に酸化アルミニウム膜６２が成膜されているが、本発明はこれに限らず、載置台１８については、少なくとも基板が載置される面に酸化アルミニウム膜が成膜されていればよく、また、シャワープレート１６については、少なくとも基板と対向する面に酸化アルミニウム膜が成膜されていればよい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、載置台１８が二枚の板状部材５３、５４を有しているものとしているが、本発明はこれに限らず、例えば１枚の板状部材中に、シースヒータが埋め込まれているような構成としてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、載置台１８の内部にシースヒータ５５が設けられており、基板が載置された状態で基板を昇温させることができるように構成されているが、本発明の載置台はこれに限られるものではなく、基板を昇温させるように構成されていなくともよい。
【００４２】
【発明の効果】
複数の基板に連続的に成膜した場合でも、成膜速度をほぼ一定にすることができる。
陽極酸化法によって成膜された酸化アルミニウム薄膜の表面には多数の孔が形成されているので、その酸化アルミニウム薄膜を高温の水蒸気に曝して孔を埋め、酸化アルミニウム薄膜の耐食性が高められている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマＣＶＤ装置を説明する断面図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の載置台の構成を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の板状部材を説明する平面図
(ｃ)：本発明の一実施形態のシースヒータを説明する断面図
【図３】本発明の一実施形態のシャワープレートを説明する断面図
【図４】本発明の一実施形態のプラズマＣＶＤ装置の作用効果を説明するグラフ
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置を説明する断面図
【図６】(ａ)：従来の載置台の構成を説明する断面図
(ｂ)：従来の板状部材を説明する平面図
【図７】従来装置の問題点を説明するグラフ
【符号の説明】
１０……プラズマＣＶＤ装置 １２……真空槽 １３……電極本体 １４……ガス貯留室 １５……孔 １６……シャワープレート １８……載置台 ３１……電極 ５３、５４……板状部材 ６１……アルミニウム板
６２、６３、６４……酸化アルミニウム膜
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ装置に関し、特に、液晶表示装置の製造工程において、ガラス基板上にＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法により、SiO2膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大面積のガラス基板に、低温で膜質の良好な絶縁膜を成膜する方法として、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法がある。図５の符号１１０は、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ装置の従来技術のものを示しており、真空槽１１２を有している。真空槽１１２の外部には真空排気系１２３が設けられており、真空排気系１２３を起動すると、真空槽１１２内部を真空排気することができるように構成されている。
【０００３】
真空槽１１２の天井側には、真空槽１１２と電気的に絶縁された状態で電極１３１が設けられている。
他方、真空槽１１２外には電圧源１２２が配置されており、真空槽１１２を接地電位に置いた状態で電極１３１に高周波電圧を印加できるように構成されている。
【０００４】
真空槽１１２内部の底壁上には台座１１７が配置され、その表面に載置台１１８が取り付けられている。
載置台１１８は、その断面図を図６(ａ)に示すように、２枚の板状部材１５３、１５４と、線状のシースヒータ１５５とを有している。各板状部材１５３、１５４の表面には、図６(ｂ)に示すように所定パターンの溝１６５が形成されている。
【０００５】
各板状部材１５３、１５４は、互いに密着した状態で、それぞれの溝１６５が互いに重なり合うように密着配置されている。シースヒータ１５５は、これらの溝１６５と同じ形状に曲げられており、各板状部材１５３、１５４が密着した状態で、それぞれの表面に形成された溝１６５の間に形成される空間内に配置され、２枚の板状部材１５３、１５４の両方と密着している。
【０００６】
シースヒータ１５５は、真空槽１１２外に配置された図示しない電源に接続されている。載置台１１８は、板状部材１５３に基板１２１を載置した状態で、その電源を起動してシースヒータ１５５に通電すると、その内部に設けられた抵抗発熱体(図示せず)が発熱し、板状部材１５３、１５４全体が均一に加熱され、基板１２１を均一に昇温させることができる。
【０００７】
電極１３１は、電極本体１１３と、シャワープレート１１６とを有している。
電極本体１１３は、容器状に成形されており、容器底面部分に、ガス導入パイプ１１９の一端が接続されている。ガス導入パイプ１１９の他端には、図示しないガスボンベが接続されており、電極本体１１３の容器状の空間中にガスを導入できるように構成されている。
【０００８】
シャワープレート１１６は、電極本体１１３の容器開口部を閉塞するように固定され、電極本体１１３とシャワープレート１１６とで、空間が形成されている。
シャワープレート１１６には、多数の孔１１５が形成されており、ガス導入パイプ１１９から空間内にガスが導入されると、この空間はガス貯留室１１４となって、導入ガスが一旦充満し、次いで、各孔１１５から真空槽１１２内へと吹き出すことができるように構成されている。
【０００９】
このような構成のプラズマＣＶＤ装置１１０を用い、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数のガラス基板表面にSiO2膜を形成する場合、先ず、真空排気系１２３によって真空槽１１２内を真空排気するとともに、シースヒータ１５５に通電して、載置台１１８を加熱して昇温させる。真空槽１１２内の圧力が所定圧力になるとともに、載置台１１８が所定温度まで昇温されたら、真空状態を維持しながら、真空槽１１２内に１枚目の基板１２１を搬入し、載置台１１８上に載置する。
【００１０】
基板１２１が所定温度まで昇温されたら、ガス貯留室１１４内に反応性ガスを導入し、シャワープレート１１６から基板１２１表面に対して吹き付ける。
その状態で電圧源１２２を起動し、電極１３１に高周波の交流電圧を印加すると、放電が生じ、その放電によりプラズマが生じて原料ガスが分解され、基板１２１の表面で気相成長することにより、基板１２１の表面にSiO2膜が成膜される。
所定膜厚のSiO2膜が成膜されたら、高周波電力の供給と反応性ガス、希釈ガスの導入を停止し、不図示の搬送系で基板１２１を真空槽１１２外へと搬出する。
【００１１】
引き続いて未処理の基板を新たに真空槽１１２内へ搬入し、載置台１１８上に載置させた後に、上述した工程と同様の工程を経て、搬入した基板の表面に所定膜厚のSiO2膜を成膜する。以上の作業を繰り返すことにより、複数の基板の表面にSiO2膜を成膜することができる。
【００１２】
このようなＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法では、反応性ガスがプラズマ中で活性化されるので、基板１２１が比較的低温でも薄膜を形成することが可能になっている。
【００１３】
そして、真空槽１１２の容量を大きくし、大面積の基板を収容できるようにすると、比較的大きな基板表面にも、プラズマＣＶＤ法によって比較的均一な薄膜を形成することもできる。
【００１４】
しかしながら、上述の成膜方法では、同一の真空槽内で、連続して複数の基板に薄膜を成膜すると、成膜速度が徐々に低下してしまうという問題が生じていた。
本発明の発明者等は、各基板ごとの処理時間を一定にして、複数の基板表面に、同一真空槽内で連続してSiO2膜を成膜した場合に、基板の処理枚数と、各基板に成膜されたSiO2膜の膜厚との関係を調べる実験を行った。図７の曲線(Ｙ)に、その実験結果を示す。図７で横軸は、基板の処理枚数を示しており、縦軸は、１枚目の基板の膜厚を１としたときの、各基板表面に形成された薄膜の膜厚(以下で規格化膜厚と称する。)を示している。
【００１５】
曲線(Ｙ)に示すように、基板の処理枚数が増えるごとに成膜速度は低下し、１２枚目の基板の規格化膜厚は約０．８５となり、１枚目の基板に成膜された薄膜の膜厚の８５％程度になってしまい、処理枚数が増えるごとに、成膜速度が低下してしまうことが確かめられた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、複数の基板に連続的に絶縁膜を成膜する際に、処理枚数が増えても、成膜速度の低下が小さくなる技術を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、従来装置において成膜速度が低下する原因について調べた。
従来装置では、シャワープレート１１６はハステロイ製の板と、その表面に形成された酸化アルミニウム薄膜とから成り、他方、載置台１１８を構成する各板状部材１５３、１５４は、図６(ａ)に示すように、カーボングラファイト板１６３、１６４と、それぞれの表面に溶射法で形成された酸化アルミニウム膜１７３、１７４とから成り、シャワープレート１１６と、板状部材１５３、１５４の材質は異なっている。
ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法では、その成膜速度は真空槽内の温度によって大きく左右されるが、従来装置では、上述したようにシャワープレートと載置台との材質が異なるため、シャワープレートの温度変化率と載置台の温度変化率とは異なる。このため、本発明の発明者等は、処理枚数が増加して真空槽内の温度が変化する際に、真空槽内の温度分布が不均一になることが、成膜速度低下の一因であるという推測をした。
【００１８】
かかる推測のもとに、載置台と、シャワープレートの材質を変えて実験を重ねた結果、載置台とシャワープレートの両方を、表面に酸化アルミニウム膜が成膜されたアルミニウムで構成することにより、基板の処理枚数が増加しても、各基板ごとの成膜速度がほぼ一定になることを見いだした。
【００１９】
本発明は、かかる知見に基づいて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に設けられた電極と、前記真空槽内に設けられ、基板を載置可能な載置面を有する載置台とを有し、前記電極は、電極本体と、前記電極本体の、前記載置面側に設けられたシャワープレートと、該電極本体と、前記シャワープレートとの間に形成され、内部にガスが導入できるように構成されたガス貯留室とを備え、前記ガス貯留室に導入された原料ガスを、前記シャワープレートに設けられた複数の孔から前記載置台に向けて吹き出し、前記電極に電圧を印加して放電を生じさせ、該放電によって前記基板と前記シャワープレートとの間に生じたプラズマで前記原料ガスを分解して気相成長させることにより、基板表面に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台と前記シャワープレートとは、アルミニウムで構成され、少なくとも、前記載置台の前記載置面と、前記シャワープレートの前記載置面と対向するシャワープレート表面には、前記載置面と前記シャワープレート表面がそれぞれ陽極にされ、陰極材料と共に電解質水溶液に浸漬された状態で、正電圧と負電圧が前記陽極と前記陰極材料にそれぞれ印加され、前記電解質水溶液が電気分解されて発生された酸素がアルミニウムと反応して、前記載置面と前記シャワープレート表面に、孔を有する酸化アルミニウム薄膜がそれぞれ形成された後、水蒸気に曝されて前記孔が埋められた酸化アルミニウム膜が成膜されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台は、その内部に発熱体を有し、前記基板を載置した状態で、前記基板を加熱することができるように構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置であって、前記載置台は、前記酸化アルミニウム膜が形成され、前記基板が配置される板状部材を有し、前記発熱体は、前記板状部材底面下に配置されている。
以上のように構成することにより、基板の処理枚数が増加しても、各基板における成膜速度は、ほとんど低下せず、ほぼ一定になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
大面積のガラス基板に、低温で膜質の良好な絶縁膜を成膜する方法として、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法がある。図１の符号１０は、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法を実施する本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を示している。このプラズマＣＶＤ装置１０は真空槽１２を有している。真空槽１２の外部には、真空排気系２３が設けられており、真空槽１２内を真空排気することができるように構成されている。
【００２１】
真空槽１２の天井側には、真空槽１２と電気的に絶縁された状態で電極３１が設けられている。
他方、真空槽１２外には電圧源２２が配置されており、真空槽１２を接地電位に置いた状態で電極３１に高周波電圧を印加できるように構成されている。
【００２２】
真空槽１２内部の底壁上には台座１７が配置され、その表面に載置台１８が取り付けられている。
載置台１８の表面は平坦にされており、その部分に基板２１を水平に載置できるように構成されている。その状態の基板２１表面は、電極３１表面と並行に対向するようになっている。
【００２３】
載置台１８は、その断面図を図２(ａ)に示すように、２枚の板状部材５３、５４と、線状のシースヒータ５５とを有している。各板状部材５３、５４の表面には、図２(ｂ)に示すように所定パターンの溝６５が形成されている。
【００２４】
シースヒータ５５は、溝６５と同じ形状に曲げられており、シースヒータ５５を溝６５に収めた状態で、各板状部材５３、５４を互いに密着させると、シースヒータ５５が各板状部材５３、５４の両方の溝６５内に配置され、各板状部材５３、５４の両方と密着するように構成されている。
【００２５】
シースヒータ５５は、図２(ｃ)に示すように、クロム１６％,鉄７％を含むニッケル系合金(商標名インコネル)からなるチューブ５８を有している。チューブ５８内には、線状の抵抗発熱体(ＮｉＣｒ)５６が挿通され、絶縁物(ＭｇＯ)５７が充填されており、絶縁物５７によってチューブ５８と抵抗発熱体５６が絶縁されるように構成されている。
【００２６】
シースヒータ５５は、真空槽１２外に配置された図示しない電源に接続されており、板状部材５３上に基板２１を載置した状態で、その電源を起動してシースヒータ５５に通電すると、抵抗発熱体５６が発熱し、板状部材５３、５４全体が均一に加熱され、基板２１を昇温させることができるように構成されている。
【００２７】
電極３１は、電極本体１３と、シャワープレート１６とを有している。
電極本体１３は、容器状に成形されており、容器底面部分に、ガス導入パイプ１９の一端が接続されている。ガス導入パイプ１９の他端には、図示しないガスボンベが接続されており、電極本体１３の容器状の空間中にガスを導入できるように構成されている。
【００２８】
シャワープレート１６は、電極本体１３の容器開口部を閉塞するように固定され、電極本体１３とシャワープレート１６とで、空間が形成されている。
シャワープレート１６には、多数の孔１５が形成されており、ガス導入パイプ１９から空間内にガスが導入されると、この空間はガス貯留室１４となって、導入ガスが一旦充満し、次いで、各孔１５から真空槽１２内へと吹き出すことができるように構成されている。
【００２９】
このようなプラズマＣＶＤ装置１０を用い、ＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数のガラス基板の表面にSiO2膜を形成する場合、先ず、真空排気系２３によって真空槽１２内を真空排気するとともに、シースヒータ５５に通電して、載置台１８を加熱して昇温させる。真空槽１２内の圧力が所定圧力になるとともに、載置台１８が所定温度まで昇温されたら、真空状態を維持しながら、真空槽１２内に１枚目の基板２１を搬入し、載置台１８上に載置する。
【００３０】
基板２１が所定温度まで昇温されたら、ガス貯留室１４内に反応性ガスを導入し、シャワープレート１６から基板２１表面に対して吹き付ける。
その状態で電圧源２２を起動し、電極３１に高周波の交流電圧を印加すると、放電が生じ、放電によってプラズマが発生して原料ガスが分解され、基板２１の表面で気相成長することにより、基板２１の表面にSiO2膜が成膜される。
【００３１】
所定膜厚のSiO2膜が成膜されたら、高周波電力の供給と原料ガスの導入を停止し、不図示の搬送系で基板２１を真空槽１２外へと搬出する。
引き続いて未処理の基板を新たに真空槽１２内へ搬入し、載置台１８上に載置させた後に、上述と同様の工程を経て、搬入した基板の表面に所定膜厚のSiO2膜を成膜する。以上の作業を繰り返すことにより、複数の基板の表面にSiO2膜を成膜することができる。
【００３２】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、上述した２枚の板状部材５３、５４は、その断面図を図２(ａ)に示すように、それぞれがアルミニウム板６３、６４と、それぞれの表面に陽極酸化法で成膜された酸化アルミニウム膜７３、７４から成る。
【００３３】
ここで陽極酸化法とは、アルミニウム板と陰極材料とを電解質水溶液に浸漬した状態で、正電圧をアルミニウム板に印加し、負電圧を陰極材料に印加することにより、電解質水溶液を電気分解し、電気分解によって水溶液内部に酸素を発生させ、その酸素とアルミニウムとの化学反応により、アルミニウム板表面に酸化アルミニウムの薄膜を成膜する方法である。このようにして形成された酸化アルミニウム薄膜の表面には多数の孔が形成されるので、高温の水蒸気に酸化アルミニウム薄膜を曝して孔を埋め、酸化アルミニウム薄膜の耐食性を高めている。
【００３４】
また、シャワープレート１６は、その断面図を図３に示すように、載置台１８の板状部材５３、５４と同様、複数の孔１５が形成されたアルミニウム板６１と、その全表面に陽極酸化法で成膜された酸化アルミニウム膜６２とから成る。
【００３５】
このように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、真空槽１２内に配置されたシャワープレート１６と載置台１８を、ともに表面に酸化アルミニウム膜が形成されたアルミニウムで構成している。
【００３６】
このように熱伝導率の良いアルミニウムを母材に使うことで、基板の出し入れや成膜前後での温度変化を少なく抑えているので、シャワープレート１１６と載置台１１８の材質が異なっていた従来に比して、真空槽内の温度分布が均一になる。このため、真空槽内の温度分布によって成膜速度が大きく左右されるＴＥＯＳ／Ｏ2系プラズマＣＶＤ法で、複数の基板に連続して成膜した場合であっても、各基板ごとの成膜速度がほぼ一定になるようにすることができる。
【００３７】
本発明の発明者等は、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０を用い、各基板ごとの処理時間を一定にして、複数の基板表面に、同一真空槽内で連続してSiO2膜を成膜した場合に、基板の処理枚数と、各基板に成膜されたSiO2膜の膜厚との関係を調べる実験を行った。図４の曲線(Ｘ)に、その実験結果を示す。図４で横軸は、基板の処理枚数を示しており、縦軸は、１枚目の基板の膜厚を１としたときの、各基板表面に形成された薄膜の膜厚(以下で規格化膜厚と称する。)を示している。
【００３８】
曲線(Ｘ)に示すように、１２枚目の基板の規格化膜厚は約０．９８で、１枚目の基板に成膜された薄膜の膜厚の９８％程度であり、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０を用いた場合、基板の処理枚数が増えても、成膜速度はほとんど低下することがないことが確認された。
【００３９】
また、本実施形態では、載置台１８を構成する板状部材５３、５４の全面に酸化アルミニウム膜７３、７４が成膜され、シャワープレート１６の全表面に酸化アルミニウム膜６２が成膜されているが、本発明はこれに限らず、載置台１８については、少なくとも基板が載置される面に酸化アルミニウム膜が成膜されていればよく、また、シャワープレート１６については、少なくとも基板と対向する面に酸化アルミニウム膜が成膜されていればよい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、載置台１８が二枚の板状部材５３、５４を有しているものとしているが、本発明はこれに限らず、例えば１枚の板状部材中に、シースヒータが埋め込まれているような構成としてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、載置台１８の内部にシースヒータ５５が設けられており、基板が載置された状態で基板を昇温させることができるように構成されているが、本発明の載置台はこれに限られるものではなく、基板を昇温させるように構成されていなくともよい。
【００４２】
【発明の効果】
複数の基板に連続的に成膜した場合でも、成膜速度をほぼ一定にすることができる。
陽極酸化法によって成膜された酸化アルミニウム薄膜の表面には多数の孔が形成されているので、その酸化アルミニウム薄膜を高温の水蒸気に曝して孔を埋め、酸化アルミニウム薄膜の耐食性が高められている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマＣＶＤ装置を説明する断面図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の載置台の構成を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の板状部材を説明する平面図
(ｃ)：本発明の一実施形態のシースヒータを説明する断面図
【図３】本発明の一実施形態のシャワープレートを説明する断面図
【図４】本発明の一実施形態のプラズマＣＶＤ装置の作用効果を説明するグラフ
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置を説明する断面図
【図６】(ａ)：従来の載置台の構成を説明する断面図
(ｂ)：従来の板状部材を説明する平面図
【図７】従来装置の問題点を説明するグラフ
【符号の説明】
１０……プラズマＣＶＤ装置 １２……真空槽 １３……電極本体 １４……ガス貯留室 １５……孔 １６……シャワープレート １８……載置台 ３１……電極 ５３、５４……板状部材 ６１……アルミニウム板
６２、６３、６４……酸化アルミニウム膜
Claims (3)
- 真空槽と、
前記真空槽内に設けられた電極と、
前記真空槽内に設けられ、基板を載置可能な載置面を有する載置台とを有し、
前記電極は、電極本体と、前記電極本体の、前記載置面側に設けられたシャワープレートと、該電極本体と、前記シャワープレートとの間に形成され、内部にガスが導入できるように構成されたガス貯留室とを備え、
前記ガス貯留室に導入された原料ガスを、前記シャワープレートに設けられた複数の孔から前記載置台に向けて吹き出し、前記電極に電圧を印加して放電を生じさせ、該放電によって前記基板と前記シャワープレートとの間に生じたプラズマで前記原料ガスを分解して気相成長させることにより、基板表面に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記載置台と前記シャワープレートとは、アルミニウムで構成され、
少なくとも、前記載置台の前記載置面と、前記シャワープレートの前記載置面と対向するシャワープレート表面には、前記載置面と前記シャワープレート表面がそれぞれ陽極にされ、陰極材料と共に電解質水溶液に浸漬された状態で、正電圧と負電圧が前記陽極と前記陰極材料にそれぞれ印加され、前記電解質水溶液が電気分解されて発生された酸素がアルミニウムと反応して、前記載置面と前記シャワープレート表面に、孔を有する酸化アルミニウム薄膜がそれぞれ形成された後、水蒸気に曝されて前記孔が埋められた酸化アルミニウム膜が成膜されたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 前記載置台は、その内部に発熱体を有し、前記基板を載置した状態で、前記基板を加熱することができるように構成されたことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
- 前記載置台は、前記酸化アルミニウム膜が形成され、前記基板が配置される板状部材を有し、
前記発熱体は、前記板状部材底面下に配置された請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置。
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