JP5372223B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、真空容器11と、回転ドラム13と、スパッタリング手段と、スパッタリングガス供給手段と、プラズマ発生手段80と、反応性ガス供給手段と、を主要な構成要素としている。
以下に、成膜プロセス領域20,40について説明する。成膜プロセス領域20,40には、それぞれスパッタリング手段が設置されている。
続いて、反応プロセス領域60について説明する。上述したように、反応プロセス領域60では、第1の成膜プロセス領域20又は第2の成膜プロセス領域40で基板Sの表面に付着した膜原料物質をプラズマ処理し、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物の形成を行う。
次に、成膜装置1を用いて、光学薄膜をプラスチック樹脂製の基板Sの上に、複数の成膜バッチに亘って連続して成膜する場合を説明する。以下では、基板Sの上に、例えば酸化ニオブ(Nb2O5)の薄膜と酸化ケイ素(SiO2)の薄膜を連続して積層する場合を例示する。
まず、図1に示す成膜装置1のターゲット部(図示省略)を大気開放し、ターゲット29a,29b,49a,49bをマグネトロンスパッタ電極21a,21b,41a,41bにセットした後、ターゲット部を閉じる。ターゲット29a,29bの材料としてニオブ(Nb)を用い、ターゲット49a,49bの材料としてケイ素(Si)を用いる。
次に、再び真空ポンプ15を作動させて、成膜室11Aの内部、アンテナ収容室の内部を排気し、成膜室11A内を成膜環境に適した圧力、例えば10−4〜10−3Pa程度の真空状態にまで減圧する。ここでの排気時間Cは5分程度である。続いて、モータを作動させて回転ドラム13を回転させる。
次に、第1の成膜プロセス領域20での作動のみを停止し、第2の成膜プロセス領域40での作動を開始する。
まず、回転ドラム13の回転やガスの供給を停止する。次に、ロードロック室11Bを成膜室11Aとほぼ同じ真空状態(例えば0.01〜10Pa程度)に保持しながら扉11bを開放し、回転ドラム13を成膜室11Aからロードロック室11Bへと移動させる。次に、扉11cを閉じた後、ロードロック室11Bを大気圧にまでリーク(大気開放)し、その後、扉11cを開放して回転ドラム13から成膜後の基板Sを取り外す。これにより薄膜が取り出される。これで1バッチ目の成膜が終了する。
まず、1バッチ目と同様の手順でロードロック室11Bを大気開放した後、扉11cを開放して回転ドラム13から成膜済みの基板Sを取り外す。次に、新たな基板(成膜前の基板)Sを回転ドラム13にセットし、続いて扉11cを閉じる。次に、真空ポンプ15’を作動させてロードロック室11B内の排気を行い、ロードロック室11B内を例えば0.01〜10Pa程度の真空状態にまで排気する。このときの排気時間Aは、例えば5分程度である。続いて、真空ポンプ15’の出力を上げて排気を継続し、ロードロック室11B内を10−4〜10−3Pa程度の真空状態にする。このときの排気時間Bは、例えば10分程度である。本実施形態では、この排気時間Bの間、加熱装置90を作動させ、回転ドラム13を例えば50〜90℃程度、好ましくは55〜85℃程度の範囲で加熱し、ロードロック室11Bにて新たな基板Sに入れ替える際に回転ドラム13に付着する水分や、新たな基板S自体が放出する水分などを蒸発させる。すなわち、所定温度での加熱排気を実行する。この加熱排気は、2バッチ目以降のみならず、1バッチ目から行うこともできる。むしろ、1バッチ目から加熱排気を行うことが好ましい。
基板Sの表面に酸化ニオブ(Nb2O5)の薄膜と酸化ケイ素(SiO2)の薄膜をそれぞれ所定膜厚で順次形成する工程を成膜1バッチとし、この成膜バッチを図1〜4に示す成膜装置1を用いて10回連続して行った(10バッチの連続成膜)。
(1a)成膜の準備
まず、ターゲット部(図示省略)を大気開放し、ターゲット29a,29b,49a,49bをマグネトロンスパッタ電極21a,21b,41a,41bにセットした。ターゲット29a,29bとしては、縦670mm×横150mm×厚み6mmの平板状で、材質がニオブのターゲットを用いた。ターゲット49a,49bとしては、縦670mm×横150mm×厚み6mmの平板状で、材質がケイ素のターゲットを用いた。
再び真空ポンプ15を作動させて、成膜室11Aの内部、アンテナ収容室の内部を排気し、成膜室11A内を成膜環境に適した圧力である3×10−4Pa程度の高真空状態にまで減圧した。ここでの排気時間Cは2分であった。続いて、モータを作動させて回転ドラム13を回転させた。その後、成膜室11A内部、アンテナ収容室内部の圧力が安定した後に、成膜プロセス領域20内の圧力を0.3Paに調整した。
基板温度:室温(加熱なし)、
ターゲット29a,29b:ニオブ(Nb)、
ターゲット29a,29bに供給される電力(スパッタ電力):3.5kW、
スパッタ電極21a,21bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
アルゴンガスの導入流量:300sccm。
高周波電源89からアンテナに供給される電力(プラズマ処理電力):500W、
アンテナに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
酸素ガスの導入流量:150sccm、
アルゴンガスの導入流量:150sccm。
次に、第1の成膜プロセス領域20での作動のみを停止し、第2の成膜プロセス領域40での作動を開始した。
基板温度:室温(加熱なし)、
ターゲット49a,49b:ケイ素(Si)、
ターゲット49a,49bに供給される電力(スパッタ電力):3.5kW、
スパッタ電極41a,41bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
アルゴンガスの導入流量:300sccm。
高周波電源89からアンテナに供給される電力(プラズマ処理電力):500W、
アンテナに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
酸素ガスの導入流量:150sccm、
アルゴンガスの導入流量:150sccm。
続いて、回転ドラム13の回転やガスの供給を停止した。次に、ロードロック室11Bを成膜室11Aと同じ真空状態に保持しながら扉11bを開放し、回転ドラム13を成膜室11Aからロードロック室11Bへと移動させた。次に、扉11bを閉じた後、ロードロック室11Bを大気圧にまでリークし、その後、扉11cを開放して回転ドラム13から基板Sを取り外し、1バッチ目の成膜が終了した。続いて、2バッチ目以降10バッチ目まで以下に示す手順で行った。
(1a’)成膜の準備
1バッチ目の基板Sが取り外された回転ドラム13に新たな基板Sをセットし、続いて扉11cを閉じた。次に、真空ポンプ15’を作動させてロードロック室11B内の排気を行い、ロードロック室11B内を10Pa程度にまで排気した(排気時間Aは5分)。これとともに、加熱装置90を作動させ、回転ドラム13を70℃で加熱した。すなわち、前記温度での加熱排気を実行した。加熱装置90の作動時間(排気時間B)は25分であった。本例では、こうした加熱排気に連動させ、ガス凝結捕捉装置70の配管72内に液化窒素を導入し、配管72の外側表面を低温化させた。ガス凝結捕捉装置70の作動時間は10分であった。
まず、各成膜バッチ毎に得られた36個のフィルタ試料のそれぞれの光線透過率を分光光度計(日立製作所社製、U−4100)で測定し、分光チャートを得る。次に、得られた分光チャートから、各成膜バッチ毎に、36個のサンプルを用いて、光線透過率が50%(T50)となる波長位置λ(T50)の平均値を算出した。以下、この平均値を「λ(T50)Av」と略記し、表1に示す。次に、算出した10個のλ(T50)Av値から、各成膜バッチ間でのλ(T50)Avの変動状況を評価した。
上記(1)と同様に、得られた分光チャートから、各成膜バッチ毎に、36個のサンプルの各λ(T50)の値を取得した。次に、各成膜バッチ毎に、取得した36個のλ(T50)値から、最大値と最小値を取得した。以下、各成膜バッチ毎の最大値を「λ(T50)max」、各成膜バッチ毎の最小値を「λ(T50)min」と略記し、表1に示す。次に、取得した2つの値λ(T50)max,λ(T50)minから、両値の差(=最大値と最小値の幅)を算出した。以下、この両値の差を「Δλ(T50)」と略記し、表1に示す。
上記(1)と同様に、得られた分光チャートから、各成膜バッチ毎に、36個のサンプルを用いて、波長が420nm〜640nmの光線透過率Tの平均値を算出した。以下、この平均値を「TAv」と略記し、表1に示す。次に、算出した10個のTAv値から、各成膜バッチ間でのTAvの変動状況を評価した。
上記(1)と同様に、得られた分光チャートから、各成膜バッチ毎に、36個のサンプルの、波長が420nm〜640nmの光線透過率の値をそれぞれ取得した。次に、各成膜バッチ毎に、取得した36個の光線透過率値から、最大値と最小値を取得した。以下、各成膜バッチ毎の最大値を「Tmax」、各成膜バッチ毎の最小値を「Tmin」と略記し、表1に示す。次に、取得した2つの値Tmax,Tminから、両値の差(=最大値と最小値の幅)を算出した。以下、この両値の差を「ΔT」と略記し、表1に示す。
まず、各成膜バッチ毎に得られた36個のフィルタ試料のうち回転ドラム13の任意の1列(上下方向)に配置された6個のフィルタ試料を用いて、上記(1)と同様に、得られた分光チャートから、光線透過率が50%(T50)となる波長位置λ(T50)の平均値(λ(T50)Av)を算出した。
実施例1の1バッチ目に引き続き、2〜10バッチ目までの9バッチの成膜を連続して行った。ただし、本例では、2〜10バッチ目までの9バッチの成膜を、加熱装置90及びガス凝結捕捉装置70を作動させない状態で行った。
20,40…成膜プロセス領域、21a,21b,41a,41b…マグネトロンスパッタ電極、29a,29b,49a,49b…ターゲット、24,44…トランス、23,43…交流電源、26,46…反応性ガスボンベ、28,48…スパッタガスボンベ、25,27,45,47…マスフローコントローラ、
60…反応プロセス領域、80…プラズマ発生手段、81…ケース体、83…誘電体板、87…マッチングボックス、89…高周波電源、66…反応性ガスボンベ、65,67…マスフローコントローラ、68…不活性ガスボンベ、
70…ガス凝結捕捉装置(ガス凝縮捕捉手段)、72…配管、90…加熱装置(加熱手段)。
Claims (6)
- 成膜前基板を基板保持移動手段に装着する第1の工程と、
成膜室に接続されたロードロック室の内部に、前記基板が装着された前記基板保持移動手段を固定した状態で前記ロードロック室内を排気した後、真空状態に保持された前記成膜室の内部に前記ロードロック室から前記基板保持移動手段を移動させる第2の工程と、
前記成膜室の内部で前記基板に薄膜を形成する第3の工程と、
真空状態に保持された前記ロードロック室の内部に前記成膜室から前記基板保持移動手段を移動させて固定し、前記成膜室の内部を真空状態に保持しながら前記ロードロック室内を大気開放し、前記基板保持移動手段から成膜済み基板を取り外す第4の工程とを有する単一の成膜バッチを連続して複数繰り返す連続成膜方法であって、
各成膜バッチごとの第2の工程では、成膜前基板が装着された基板保持移動手段をロードロック室内に固定した後、前記ロードロック室の内壁面より室内側の室内空間を加熱するとともに、前記ロードロック室の室内に配置された配管に低温流体を導入し循環させることによって前記配管の外側表面を低温化させた状態で、前記ロードロック室内を排気し、その後、成膜室内で成膜前基板に薄膜を形成している間に、再びロードロック室の室内空間を加熱することを特徴とする連続成膜方法。 - 請求項1記載の連続成膜方法において、前記ロードロック室の室内空間を50〜90℃に加熱することを特徴とする連続成膜方法。
- 請求項1又は2記載の方法を実現するための成膜装置であって、
成膜処理が行われる成膜室と、
該成膜室に対し開閉可能な隔絶手段を介して接続されたロードロック室と、
該ロードロック室の内壁面より室内側の室内空間を加熱する加熱手段と、
前記ロードロック室の室内に浮遊する不純物成分を凝結捕捉させるガス凝結捕捉手段と、
前記ロードロック室内を排気可能な排気手段とを含み、
前記ガス凝結捕捉手段は、前記ロードロック室の室内に配置され、低温流体の、前記ロードロック室外からの導入と前記ロードロック室内での循環を許容する配管を含み、前記低温流体を前記配管に導入し循環させることによって低温化した前記配管の外側表面に前記不純物成分を凝結捕捉させるものであり、
前記加熱手段と前記ガス凝結捕捉手段を作動させた状態で、前記排気手段を作動させるようにし、その後、前記成膜室内で成膜処理を行っている間に、再び前記加熱手段を作動させるようにした成膜装置。 - 請求項1又は2記載の方法を実現するための成膜装置であって、
ターゲットのスパッタ物質を基板に付着させる成膜プロセス領域と、
前記成膜プロセス領域とは分離して配置され、前記基板に反応性ガスを接触させて前記スパッタ物質の組成を変換させる反応プロセス領域と、
前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で前記基板を繰り返し移動させる基板保持移動手段と、
前記成膜プロセス領域及び前記反応プロセス領域が配置される成膜室に対し、開閉可能な隔絶手段を介して接続されたロードロック室と、
該ロードロック室の内壁面より室内側の室内空間を加熱する加熱手段と、
前記ロードロック室の室内に浮遊する不純物成分を凝結捕捉させるガス凝結捕捉手段と、
前記ロードロック室内を排気可能な排気手段とを含み、
前記ガス凝結捕捉手段は、前記ロードロック室の内壁面付近に配置され、低温流体の、前記ロードロック室外からの導入と前記ロードロック室内での循環を許容する配管を含み、前記低温流体を前記配管に導入し循環させることによって低温化した前記配管の外側表面に前記不純物成分を凝結捕捉させるものであり、
前記加熱手段と前記ガス凝結捕捉手段を作動させた状態で、前記排気手段を作動させるようにし、その後、前記成膜室内で前記基板に成膜プロセスと反応プロセスが施されている間に、再び前記加熱手段を作動させるようにした成膜装置。 - 請求項3又は4記載の成膜装置において、前記加熱手段は、前記ロードロック室内に該室内の空間を囲むように露出して配置されていることを特徴とする成膜装置。
- 請求項5記載の成膜装置において、前記加熱手段は、前記ロードロック室内の空間四隅近傍に配置されていることを特徴とする成膜装置。
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