JP5293220B2

JP5293220B2 - 成膜装置

Info

Publication number: JP5293220B2
Application number: JP2009013965A
Authority: JP
Inventors: 久保山　　公道; 浩昭中原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP2010168636A

Description

本発明は、成膜装置に係り、特に半導体装置用の薄膜を基板の表面に形成するための化学気相成長（ＣＶＤ）装置における反応ガス（成膜ガス）の排気構造に関する。

現在では、成膜装置が種々の薄膜を形成するために多くの技術分野で利用されている（例えば、特許文献１）。代表的な例としては、薄膜太陽電池、感光ドラム、液晶ディスプレイのＴＦＴアレイなどが挙げられる。
図４は、容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の一例を示す模式図である。このプラズマＣＶＤ装置では、内部に減圧可能な反応室２１が形成された反応容器２を備えており、反応室２１内には、外部の高周波電源（ＲＦ電源）３から高周波電力が供給される高周波電極（ＲＦ電極）３１と、該高周波電極３１と対向する位置に接地電極３２が配置されている。
高周波電極３１には、図示しないガス導入路が接続されており、該ガス導入路から成膜原料となる成膜ガス（反応ガス）６が、シャワー電極として多数のガス吹出口を有する高周波電極３１の表面から反応室２１内の基板１に向かって放出されるようになっている。また、接地電極３２内には、搬送された基板１を加熱するためのヒータが内蔵されている。一方、反応容器２の側壁には、一端が除外装置７に接続された排気口７０が設けられている。

次に、図４に示されるプラズマＣＶＤ装置を用いて基板１の表面に薄膜を形成する手順を説明する。
まず、図示しない搬送機構により基板１を反応容器２の反応室２１内に搬送し、減圧されている反応室２１内で高周波電極３１及び接地電極３２の間に配置するとともに、接地電極３２内のヒータによって基板１を所望の温度に加熱する。
次いで、高周波電極３１と基板１との間の放電空間に、図示しないガス導入路から成膜ガス６を導入し、高周波電極３１から基板１に向けて放出するとともに、高周波電源３により高周波電極３１に高周波電圧を印加すると、上記放電空間にプラズマ４０が発生する。これに伴い、放出された成膜ガス６は、プラズマ４０中で分解されて分解粒子５１となり、基板１上及び高周波電極３１に膜５０及び残渣（フレーク）５２ａが生成される一方、残りの成膜ガス６は、排気口７０から除外装置７に排気されることになる。

その際、高周波電極３１の表面には、基板１に成膜された膜５０と同様の残渣（フレーク）５２ａが付着し、また、成膜されずに残った残渣（パウダー）５２ｂは、反応室２１の内壁に付着して堆積することになる。そのため、これら残渣５２ａ，５２ｂを除去する清掃作業が定期的に必要となる。
なお、プラズマ４０中では、成膜ガス６が分解され、基板１に膜５０が成膜されるだけでなく、分解粒子５１がプラズマ４０から放出されると、パウダー状態の粒子になることが知られている。

特開２００８−２６６７１１号公報

このように、上述した従来のプラズマＣＶＤ装置では、成膜ガス６が排気口７０から排気される際、基板１に成膜されずに残った残渣（フレーク）５２ａや残渣（パウダー）５２ｂが反応容器２の反応室２１の内壁面などに付着することは避けられない。そして、これらの残渣の成膜時間の累積に伴って増大したとき、剥がれ落ちたりすることで基板１の表面に付着し、成膜工程中に膜厚分布不良を招き、あるいは、欠陥の原因となりうるパーティクルやダストとなり、要求される薄膜の特性が損なわれるおそれがある。したがって、通常は、プラズマＣＶＤ装置を分解して洗浄作業が行われるため、長時間にわたり装置の運転を停止する必要があり、生産性に問題を有している。

一方、従来から、プラズマＣＶＤ装置を分解しないでクリーニングする方法も提供されている。しかしながら、このようなクリーニング方法では、フッ素系などのエッチングガスを用いて洗浄しているので、ランニングコストが掛かる上、安全に排気するための除害コストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板に成膜されずに残った残渣の反応室内壁面などへの付着を最小限とすることにより、連続稼動時間を延ばし、生産性の向上を図り、低コスト化を実現することが可能な成膜装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、反応ガスが導入される反応容器の反応室内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記反応ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送される基板の表面に薄膜を形成するようにした成膜装置において、前記２つの電極のうち、一方の電極の電極板には、前記反応ガスを放出する複数のガス吹出口が設けられ、前記電極板の端部であって、前記基板の搬送方向の両側端部には、前記反応ガスを前記プラズマの生成部から排気する複数の排気口が前記ガス吹出口を間に置いて設けられ、前記排気口には、ガス排気流路を構成する排気ダクトの一端がそれぞれ接続され、これら排気ダクトは、前記一方の電極の背面側から前記反応容器の外部に向かって直線的に延在するとともに、前記排気口側の端部外形が拡大した開口部を有する漏斗状の傾斜面に形成され、かつ前記排気ダクトには、全周囲を覆って加熱する加熱手段が設けられ、前記基板に成膜されずに残った前記反応ガスを前記プラズマの生成部から前記排気口及び前記排気ダクトを介して垂直方向へ直進させて排気するように構成されている。

本発明においては、次のように構成することが好ましい。
前記基板への成膜は、前記基板を搬送しながら行われている。

上述の如く、本発明に係る成膜装置は、反応ガスが導入される反応容器の反応室内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記反応ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送される基板の表面に薄膜を形成するようにしたものであって、前記２つの電極のうち、一方の電極の電極板には、前記反応ガスを放出する複数のガス吹出口が設けられ、前記電極板の端部であって、前記基板の搬送方向の両側端部には、前記反応ガスを前記プラズマの生成部から排気する複数の排気口が前記ガス吹出口を間に置いて設けられ、前記排気口には、ガス排気流路を構成する排気ダクトの一端がそれぞれ接続され、これら排気ダクトは、前記一方の電極の背面側から前記反応容器の外部に向かって直線的に延在するとともに、前記排気口側の端部外形が拡大した開口部を有する漏斗状の傾斜面に形成され、かつ前記排気ダクトには、全周囲を覆って加熱する加熱手段が設けられ、前記基板に成膜されずに残った前記反応ガスを前記プラズマの生成部から前記排気口及び前記排気ダクトを介して垂直方向へ直進させて排気するように構成されているので、基板に成膜されずに残った反応ガスが曲がって周辺部位に接触することなく、プラズマの生成部から直接ガス排気流路に導くことが可能となり、残渣が反応室の内壁面などに付着する量を最小限に抑えることができ、長時間の連続稼動によって生産性を向上させ、低コスト化を図ることができる。また、本発明の成膜装置によれば、反応ガスの温度よりもガス排気流路等の内壁面温度を高くすることにより、パウダー状になった残渣が内壁面に付着しにくくなり、より一層残渣付着量を低減させることができる。さらに、本発明の成膜装置によれば、電極表面に付着する残渣の量を最小限にすることができる。

そして、本発明の成膜装置において、前記基板への成膜は、前記基板を搬送しながら行われているので、優れた生産効率で高品質な薄膜を成膜することができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置におけるプラズマＣＶＤ装置であって、（ａ）はその構成を示す模式図、（ｂ）はガス吹出口及び排気口と基板との位置関係を示す模式図、（ｃ）はプラズマ中の基板を示す模式図である。図１におけるプラズマＣＶＤ装置であって、（ａ）は高周波電極の一部を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１のプラズマＣＶＤ装置において、成膜ガスの動作を説明する模式図である。従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る成膜装置について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。なお、図４に示す従来例と同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

図１〜図３は本発明の実施形態に係る成膜装置におけるプラズマＣＶＤ装置を示すものであり、図１（ａ）はその構成模式図、図１（ｂ）はガス吹出口及び排気口と基板との位置関係模式図、図１（ｃ）はプラズマ中の基板の模式図、図２（ａ）は高周波電極の一部模式図、図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３は成膜ガスの動作を説明する模式図である。

図１〜図３に示す本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、例えば、ロールツーロール方式で基板１を搬送しながら、プラズマＣＶＤ法によって基板１の表面に薄膜を成膜するように構成されている。
図１において、本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置における反応容器２の反応室２１内には、表面側の電極板３１ａに成膜ガス（反応ガス）６を放出するための多数の成膜ガス吹出口（ガス吹出部）５を穿設した高周波電極３１が配置されており、高周波電極３１の背面側には、成膜ガス６を導入するための成膜ガス導入部３１ｂが設けられている。この成膜ガス導入部３１ｂは、絶縁／磁気シール材９を介して固定部材３１ｃに接続されている。しかも、成膜ガス導入部３１ｂは、成膜ガス吹出口５を介して反応室２１に連通している。なお、成膜ガス導入部３１ｂの基端は、図示しない成膜ガス供給源に接続されている。

また、本実施形態に係る高周波電極３１の電極板３１ａにおいて、基板１の搬送方向の両側には、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、成膜ガス６を排気するための複数の排気口７０が設けられ、該排気口７０には、ガス排気流路を構成する排気ダクト８の一端がそれぞれ接続されている。これら排気ダクト８は、高周波電極３１の背面側から反応容器２の外部に向かって直線的に延在しており、その他端は、除外装置７に接続されている。これにより、排気口７０及び排気ダクト８は、プラズマ４０の生成部に対して垂直方向へ配置される直管のガス排気流路となっている。

さらに、排気ダクト８には、図１（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、その全周囲を覆う排気管加熱ヒータ（加熱手段）１１が設けられており、該排気管加熱ヒータ１１によって排気ダクト８の全周が加熱されるようになっている。しかも、排気ダクト８は、排気口７０側の端部外形が拡大した開口部を有する漏斗状の傾斜面に形成されており、プラズマ４０中の残渣が集めやすくなるように構成されている。そして、排気ダクト８は、気密シール１２を介して反応容器２の壁部に取付けられている。

次に、図１(ａ)及び図３を用いて、本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置の作用を説明する。
図示しない搬送機構により基板１を反応容器２の反応室２１内に搬送し、高周波電極３１及び接地電極３２の間に配置するとともに、接地電極３２内のヒータによって基板１を加熱する。そして、高周波電極３１の成膜ガス導入部３１ｂに成膜ガス６を導入し、電極板３１ａの成膜ガス吹出口５から基板１に向けて吹き出すことにより放出するとともに、高周波電源３により高周波電極３１に高周波電圧を印加すると、高周波電極３１と基板１との間の放電空間にプラズマ４０が発生する。これに伴い、放出された成膜ガス６は、プラズマ４０中で分解（イオン化）されて分解粒子５１となり、基板１上に付着して膜５０を形成する。

一方、基板１に成膜されずに残った成膜ガス６中には、ラジカルやイオンが存在している。この状態では、残った成膜ガス６が反応室２１の内壁面などに付着することは少ないが、プラズマ４０の生成部外に出ると、微粒子が重合してパウダー状の残渣５２ｂとなる。
そこで、本発明の実施形態では、基板１に成膜されずに残った成膜ガス６をプラズマ４０の生成部中から直接排気口７０及び排気ダクト８に導き、パウダー状の残渣５２ｂとなる前に除外装置７に排気している。その際、ガス排気流路には曲がり部が設けられていないため、遠心力や慣性力によって成膜ガス６が反応室２１の内壁面などに付着することなく、基板１に成膜されずに残った成膜ガス６は、垂直方向へ直進して排気されることになる。

このように、本発明の実施形態のプラズマＣＶＤ装置においては、成膜時に、基板１に成膜されずに残った成膜ガス６をプラズマ４０の生成部中から直接排気口７０及び排気ダクト８に導き、パウダー状の残渣５２ｂとなる前に垂直方向へ直進させて除外装置７に排気しているので、特にパウダー状の残渣５２ｂが反応室２１の内壁面などに付着するのを最小限に抑えることができる。また、本実施形態の排気ダクト８は、排気管加熱ヒータ１１によって全周を加熱し、成膜ガス６の温度より壁面温度を高くすることが可能であるため、より一層、パウダー状の残渣５２ｂを壁面に付着しにくくすることができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、既述の実施形態では、基板１に成膜されずに残ったプラズマ４０中の成膜ガス６を垂直方向へ直進させて排気すべく、排気口７０及び排気ダクト８を高周波電極３１の背面側に設けているが、当該成膜ガス６を水平方向へ直進させて排気することも可能である。この場合、排気口７０及び排気ダクト８などは、プラズマ４０の生成部と対応する高さ位置で、反応容器２の側壁部に設けられることになる。

１基板
２反応容器
３高周波電源
５成膜ガス吹出口（ガス吹出部）
６成膜ガス（反応ガス）
７除外装置
８排気ダクト（ガス排気流路）
１１排気管加熱ヒータ
２１反応室
３１高周波電極
３１ａ電極板
３１ｂ成膜ガス導入部
３２接地電極
４０プラズマ
５０膜
５１分解粒子
５２ａ，５２ｂ残渣
７０排気口

Claims

反応ガスが導入される反応容器の反応室内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記反応ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送される基板の表面に薄膜を形成するようにした成膜装置において、
前記２つの電極のうち、一方の電極の電極板には、前記反応ガスを放出する複数のガス吹出口が設けられ、前記電極板の端部であって、前記基板の搬送方向の両側端部には、前記反応ガスを前記プラズマの生成部から排気する複数の排気口が前記ガス吹出口を間に置いて設けられ、前記排気口には、ガス排気流路を構成する排気ダクトの一端がそれぞれ接続され、これら排気ダクトは、前記一方の電極の背面側から前記反応容器の外部に向かって直線的に延在するとともに、前記排気口側の端部外形が拡大した開口部を有する漏斗状の傾斜面に形成され、かつ前記排気ダクトには、全周囲を覆って加熱する加熱手段が設けられ、
前記基板に成膜されずに残った前記反応ガスを前記プラズマの生成部から前記排気口及び前記排気ダクトを介して垂直方向へ直進させて排気するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
前記基板への成膜は、前記基板を搬送しながら行われていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。