JP5378193B2 - Plasma film forming apparatus and film forming method - Google Patents
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Description
本発明は真空槽内でプラズマを発生させ、成膜対象物に膜を形成する成膜装置および成膜方法に関する。特に、有機EL素子もしくは樹脂基板やガラス基板など比較的耐熱温度が低い成膜対象物に、窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンを成膜して保護膜を形成する成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for generating plasma in a vacuum chamber to form a film on an object to be formed. In particular, the present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a protective film by forming silicon nitride or silicon oxynitride on a film formation target having a relatively low heat-resistant temperature such as an organic EL element, a resin substrate, or a glass substrate.
従来、基板上に下部電極、有機発光層、上部電極を形成し、この基板上に窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンなどの保護膜を形成する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。また、樹脂基板やガラス基板などからのガスの発生を抑えるために、窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンなどの保護膜を形成する場合がある。 Conventionally, a technique is known in which a lower electrode, an organic light emitting layer, and an upper electrode are formed on a substrate, and a protective film such as silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the substrate (see, for example, Patent Document 1). In addition, a protective film such as silicon nitride or silicon oxynitride may be formed in order to suppress generation of gas from a resin substrate, a glass substrate, or the like.
窒化シリコン(SiN)もしくは酸窒化シリコン(SiON)は、真空槽内にSiH4などのSi供給ガスとN2、NH3やO2などの反応ガスが供給され、真空槽内でプラズマを発生させる方法、いわゆるプラズマCVD法により成膜される。この時、成膜対象物以外の真空槽内にも窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンの膜が形成される。 In silicon nitride (SiN) or silicon oxynitride (SiON), a Si supply gas such as SiH 4 and a reaction gas such as N 2 , NH 3, or O 2 are supplied into the vacuum chamber, and plasma is generated in the vacuum chamber. The film is formed by the method, so-called plasma CVD method. At this time, a silicon nitride or silicon oxynitride film is also formed in the vacuum chamber other than the film formation target.
保護膜の形成は、その保護性能の要求により、比較的厚い膜が形成される場合が多い。このため真空槽内部に形成される不要な膜は、比較的、少ない成膜回数で一定の膜厚以上になる。一定の膜厚以上になると、真空槽内部から膜が剥離して汚れ(パーティクル)の原因になる場合がある。 In the formation of the protective film, a relatively thick film is often formed depending on the requirement of the protective performance. For this reason, the unnecessary film | membrane formed in a vacuum chamber becomes more than a fixed film thickness by the relatively small frequency | count of film-forming. If the film thickness exceeds a certain value, the film may be peeled off from the inside of the vacuum chamber and cause dirt (particles).
このため、一または複数回、成膜を行う毎に成膜室内のクリーニングが行われる。このような成膜室内のクリーニングの例が特許文献2に記載されている。特許文献2では、NF3ガスをアプリケータでプラズマ化して、真空容器内に導入している。NF3ガスをプラズマ化することにより反応性が非常に高くなりクリーニング速度が向上する。 For this reason, cleaning is performed in the deposition chamber every time one or more depositions are performed. An example of such cleaning in the film formation chamber is described in Patent Document 2. In Patent Document 2, NF 3 gas is converted into plasma by an applicator and introduced into a vacuum vessel. By making NF 3 gas into plasma, the reactivity becomes very high and the cleaning speed is improved.
ところで、上述したような保護膜の対象物が、有機EL素子や樹脂基板の場合、耐熱温度が比較的低いという問題がある。例えば、有機EL素子に形成された有機物の発光層は100℃以上で損傷する。また、樹脂基板も100〜200℃で損傷する。このため、このような成膜対象物に窒化シリコン(SiN)もしくは酸窒化シリコン(SiON)を形成する場合、成膜対象物がその耐熱温度以上にならないようにする必要がある。 By the way, when the target object of a protective film as mentioned above is an organic EL element or a resin substrate, there exists a problem that heat-resistant temperature is comparatively low. For example, the organic light emitting layer formed on the organic EL element is damaged at 100 ° C. or higher. Also, the resin substrate is damaged at 100 to 200 ° C. For this reason, when silicon nitride (SiN) or silicon oxynitride (SiON) is formed on such a film formation target, it is necessary that the film formation target does not exceed the heat resistant temperature.
しかし、成膜室の温度が低すぎると、成膜室内が汚れやすく、また、膜質が悪化する場合がある。このため、成膜室を冷却し過ぎることは好ましくない。 However, if the temperature of the film formation chamber is too low, the film formation chamber is likely to become dirty, and the film quality may deteriorate. For this reason, it is not preferable to cool the film formation chamber too much.
クリーニング時に、NF3ガスを導入して真空槽内でプラズマを発生させる場合がある。この場合、真空槽内に設置された高周波電極(カソード電極)に、長時間もしくは高密度で高周波電圧を導入するため、高周波電極の温度が上がり真空槽内の温度が上昇する。さらに、成膜とクリーニングを繰り返すと真空槽の温度が徐々に上昇し、サセプタ(基板保持部材)の温度も上昇する。このため、成膜時にサセプタに保持される基板の耐熱温度を超えてしまう場合がある。これを防ぐために、クリーニング後に、真空槽の冷却期間を設けると、成膜装置の稼働率が低下する。
また、複数の成膜後にクリーニングする方が、成膜毎にクリーニングするより効率が良くなり、全体としてクリーニング時間が短縮される。しかし、厚い膜が形成された後にクリーニングするため一回のクリーニング時間は長くなる。この場合、高周波電極(カソード電極)に高周波を導入する時間が長くなるため、真空槽の温度上昇が顕著になる。
During cleaning, NF 3 gas may be introduced to generate plasma in the vacuum chamber. In this case, since the high-frequency voltage is introduced into the high-frequency electrode (cathode electrode) installed in the vacuum chamber for a long time or at a high density, the temperature of the high-frequency electrode rises and the temperature in the vacuum chamber rises. Furthermore, when film formation and cleaning are repeated, the temperature of the vacuum chamber gradually rises and the temperature of the susceptor (substrate holding member) also rises. For this reason, the heat-resistant temperature of the board | substrate hold | maintained at a susceptor at the time of film-forming may be exceeded. In order to prevent this, if the cooling period of the vacuum chamber is provided after cleaning, the operation rate of the film forming apparatus is lowered.
In addition, cleaning after a plurality of film formations is more efficient than cleaning for each film formation, and the cleaning time is shortened as a whole. However, since the cleaning is performed after the thick film is formed, one cleaning time becomes long. In this case, since the time for introducing the high frequency into the high frequency electrode (cathode electrode) becomes longer, the temperature rise in the vacuum chamber becomes remarkable.
これに対し、特許文献2のように、真空槽の外でプラズマ化したクリーニングガスを導入する方法がある。しかし、このように活性化された真空ガスは、真空槽内に広がらず、特定の部分が選択的にクリーニングされてしまう。さらに、クリーニングガスの入り口付近では活性(反応性)が高いが、遠い場所では活性(反応性)が低下するので、真空槽内全体を均一にクリーニングできないという課題がある。 On the other hand, as disclosed in Patent Document 2, there is a method of introducing a cleaning gas that has been converted into plasma outside the vacuum chamber. However, the activated vacuum gas does not spread in the vacuum chamber, and a specific portion is selectively cleaned. Furthermore, the activity (reactivity) is high near the entrance of the cleaning gas, but the activity (reactivity) decreases at a distant place, so that there is a problem that the entire vacuum chamber cannot be cleaned uniformly.
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プラズマCVDによる成膜とクリーニングとを繰り返しても、真空槽内の温度上昇を抑制し、かつ、効率良く均一にクリーニング可能な成膜装置および成膜方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to suppress the temperature increase in the vacuum chamber even when the film formation and cleaning by plasma CVD are repeated. In addition, an object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of efficiently and uniformly cleaning.
本願は、上記の課題を解決するために以下の構成および方法を用いる。
本願の一形態のプラズマ成膜装置は、内部を減圧可能な真空槽と、真空槽内に設置され、成膜対象物が置載されるサセプタと、サセプタの上方に設置されるカソード電極と、カソード電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、真空槽内に成膜原料ガスを供給する成膜ガス供給手段と、を有する。
このプラズマ成膜装置は、カソード電極に高周波電圧が印加され、真空槽内に成膜原料ガスが供給されて、カソード電極とサセプタの間にプラズマを発生させて成膜対象物に成膜する。さらに、このプラズマ成膜装置は、サセプタ内に恒温媒体を循環させるサセプタ恒温媒体循環手段と、クリーニングガスを真空槽内に供給するクリーニングガス供給手段とを有する。クリーニングガス供給手段は、クリーニングガスが真空槽内に供給される前に、クリーニングガスのイオンもしくはラジカルを発生させるクリーニングガス活性化手段を有する。
さらに、このプラズマ成膜装置は、カソード電極が、成膜原料ガスを真空槽内に導入するシャワープレートを有している。
さらに、このプラズマ成膜装置は、クリーニング工程において、真空槽内に、クリーニングガス供給手段がイオンもしくはラジカルを含むクリーニングガスを、シャワープレートを介さずに前記シャワープレートと前記サセプタの間に供給しながら、高周波電源がカソード電極に高周波電圧を印加することができる。
本願のプラズマ成膜装置は、カソード電極の温度を制御するカソード電極温度制御手段を有してもよい。
本願のプラズマ成膜装置において、カソード電極温度制御手段は、カソード電極に隣接して恒温媒体を循環させてもよい。
本願のプラズマ成膜装置は、真空槽の側壁の温度を制御するチャンバ側壁温度制御手段を有してもよい。
本願のプラズマ成膜装置において、チャンバ側壁温度制御手段は、チャンバ側壁に近接して、もしくはチャンバ側壁内に恒温媒体を循環させてもよい。
本願のプラズマ成膜装置において、サセプタ恒温媒体循環手段によりサセプタ内を循環する恒温媒体は、室温もしくは40℃より高く、成膜対象物の耐熱温度より低いことが好ましい。
本願のプラズマ成膜装置において、クリーニングガス活性化手段は、プラズマ発生手段を用いることができる。
本願のプラズマ成膜装置において、高周波電源が供給する高周波電圧は、27.12MHzである。
本願の一形態の成膜方法は、真空槽内にシャワープレートを介して成膜原料ガスを供給し、前記真空槽内のカソード電極に27.12MHzの高周波電圧を印加してプラズマを発生させながら、成膜対象物に膜を形成する成膜工程と、一回又は複数回の成膜工程毎に、真空槽内にシャワープレートを介さずにシャワープレートと、成膜対象物を載置するためのサセプタとの間にクリーニングガスを導入してクリーニングを行うクリーニング工程を有する。クリーニング工程において、クリーニングガスは、真空槽に導入される前に活性化されて真空槽に導入される際にイオンまたはラジカルを含み、かつ、カソード電極に27.12MHzの高周波電圧が印加される。また、成膜工程およびクリーニング工程の間、サセプタ内に同じ温度の恒温媒体が循環される。
本願の成膜方法において、成膜工程およびクリーニング工程の間、成膜対象物が置載されるサセプタ内には、室温もしくは40℃より高く、成膜対象物の耐熱温度より低い恒温媒体が循環されることが好ましい。
本願の成膜方法において、成膜工程およびクリーニング工程の間、カソード電極に近接して、室温もしくは40℃より高く、成膜対象物の耐熱温度より低い恒温媒体が循環されることが好ましい。
本願の成膜方法において、成膜工程およびクリーニング工程の間、真空槽内もしくは真空槽に近接して、室温もしくは40℃より高く、成膜対象物の耐熱温度より低い恒温媒体が循環されることが好ましい。
本願の成膜方法において、成膜対象物を有機EL素子とし、成膜される膜として窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンを用いることができる。
本願の成膜方法において、成膜対象物は樹脂基板もしくはガラス基板とし、成膜される膜として窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンを用いることができる。
The present application uses the following configurations and methods in order to solve the above problems.
A plasma film forming apparatus according to an embodiment of the present application includes a vacuum chamber capable of reducing the pressure inside, a susceptor installed in the vacuum chamber on which a film formation target is placed, a cathode electrode installed above the susceptor, A high frequency power source for applying a high frequency voltage to the cathode electrode; and a film forming gas supply means for supplying a film forming source gas into the vacuum chamber.
In this plasma film-forming apparatus, a high-frequency voltage is applied to the cathode electrode, a film-forming material gas is supplied into the vacuum chamber, and plasma is generated between the cathode electrode and the susceptor to form a film on the film-forming target. The plasma film forming apparatus further includes a susceptor constant temperature medium circulating means for circulating a constant temperature medium in the susceptor and a cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas into the vacuum chamber. The cleaning gas supply means has cleaning gas activation means for generating ions or radicals of the cleaning gas before the cleaning gas is supplied into the vacuum chamber.
Further, in this plasma film forming apparatus, the cathode electrode has a shower plate for introducing a film forming source gas into the vacuum chamber.
Further, in the plasma film forming apparatus, in the cleaning process, the cleaning gas supply means supplies the cleaning gas containing ions or radicals between the shower plate and the susceptor without passing through the shower plate. The high frequency power source can apply a high frequency voltage to the cathode electrode.
The plasma film-forming apparatus of this application may have a cathode electrode temperature control means for controlling the temperature of the cathode electrode.
In the plasma film forming apparatus of the present application, the cathode electrode temperature control means may circulate a constant temperature medium adjacent to the cathode electrode.
The plasma film-forming apparatus of this application may have a chamber side wall temperature control means for controlling the temperature of the side wall of the vacuum chamber.
In the plasma film forming apparatus of the present application, the chamber side wall temperature control means may circulate a constant temperature medium in the vicinity of the chamber side wall or in the chamber side wall.
In the plasma film forming apparatus of the present application, the constant temperature medium circulating in the susceptor by the susceptor constant temperature medium circulating means is preferably room temperature or higher than 40 ° C. and lower than the heat resistance temperature of the film formation target.
In the plasma film forming apparatus of the present application, a plasma generating means can be used as the cleaning gas activating means.
In the plasma film forming apparatus of the present application, the high frequency voltage supplied by the high frequency power source, Ru 2 7.12MHz der.
In one embodiment of the present invention, a film forming method supplies a film forming source gas into a vacuum chamber through a shower plate, and generates a plasma by applying a high frequency voltage of 27.12 MHz to the cathode electrode in the vacuum chamber. In order to place the shower plate and the film formation object in the vacuum chamber without using the shower plate for each film formation process for forming a film on the film formation object and for each one or a plurality of film formation processes A cleaning step of introducing a cleaning gas between the susceptor and the susceptor . In the cleaning step, the cleaning gas is activated include ions or radicals upon being introduced into the vacuum chamber, and the mosquito cathode electrode RF voltage 27.12MHz is applied prior to being introduced into the vacuum chamber . Further, a constant temperature medium having the same temperature is circulated in the susceptor during the film forming process and the cleaning process.
In the film forming method of the present gun, during the film forming process and a cleaning process, in the susceptor film-forming target is置載, above room temperature or 40 ° C., less thermostatic medium than the heat resistance temperature of the film-forming target is It is preferably circulated.
In the film forming method of the present application, it is preferable that a constant temperature medium higher than room temperature or 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film formation target is circulated in the vicinity of the cathode electrode during the film forming process and the cleaning process.
In the film forming method of the present application, during the film forming process and the cleaning process, a constant temperature medium that is room temperature or higher than 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film forming object is circulated in or in the vicinity of the vacuum tank. Is preferred.
In the film forming method of the present application, the object to be formed can be an organic EL element, and silicon nitride or silicon oxynitride can be used as a film to be formed.
In the film formation method of the present application, the film formation target can be a resin substrate or a glass substrate, and silicon nitride or silicon oxynitride can be used as a film to be formed.
上記の手段により、本願は、プラズマCVDによる成膜とクリーニングとを繰り返しても、真空槽内の温度上昇を抑制し、かつ、クリーニング効率が良い成膜装置および成膜方法を提供することができる。 By the above means, the present application can provide a film forming apparatus and a film forming method that can suppress the temperature rise in the vacuum chamber and have good cleaning efficiency even if the film formation and cleaning by plasma CVD are repeated. .
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the invention unless otherwise specified.
図1は、有機EL素子に保護膜を形成する保護膜形成装置の構成例を示す平面図である。
図1に示すように、本実施の形態の保護膜形成装置100は、成膜室101、搬入室102、搬送室103、反転室104、搬出室105を有する。成膜対象物を搬出する時の搬出室105以外、運転中の保護膜形成装置100の内部は真空に維持される。
成膜室101は、その内部で保護膜の成膜が行われるもので、搬送室103の周辺に複数設置される。図1に示す本実施の形態では成膜室1011〜1015が5室設置されている。成膜室101の詳細は後述される。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a protective film forming apparatus for forming a protective film on an organic EL element.
As shown in FIG. 1, the protective
A plurality of
搬入室102は、保護膜の成膜対象物50である有機EL素子を搬入するための室である。通常、有機EL素子は第一電極、有機発光層、第二電極が蒸着によりデポアップで成膜されるため、搬入室102へは、成膜面が下向きの状態で成膜対象物50が搬入される。
The carry-in
搬送室103は、その内部に、各室間で成膜対象物50を移送する搬送ロボット(図示せず)を有する。搬送室103の周囲には、成膜室101、搬入室102、反転室104、搬出室105が設置される。搬送室103と各室の間には必要に応じてバルブが設置される。
The
反転室104は、成膜面が下向きの状態で移送された成膜対象物を、上下反転し、成膜面を上向きにする反転機構104aを有する。これは、成膜室101内で成膜対象物50が、デポダウンにより保護膜が形成されるためである。
The reversing
搬出室105から成膜室101で保護膜を成膜された成膜対象物50が搬出される。搬出室105内部が大気と真空に圧力調整されることにより、搬送室103は真空を維持したまま、真空雰囲気から大気中に成膜対象物50が搬出される。
The film
搬入室102に搬入された成膜対象物50は、搬送室103の搬送ロボットにより反転室104に移送され、反転室104で上下反転されて、搬送室103の搬送ロボットにより、複数の成膜室1011〜1015のいずれかに移送される。成膜室1011〜1015で成膜された成膜対象物50は、搬送室103の搬送ロボットにより搬出室105に移送され、搬出室105から搬出される。
The
次に、図2を参照して、成膜室101の構成を説明する。図2は、成膜室101の断面を示す。
Next, the configuration of the
成膜室101は、チャンバ壁11、カソード絶縁部12、プレート部材13、恒温媒体循環手段15、RF電源17、成膜原料ガス供給手段18、カバー19、カソード電極20、基板電極部30、クリーニングガス供給手段40、を有する。
成膜室101内部の基板電極部30上に成膜対象物50が配置されて、成膜対象物50表面に保護膜が形成される。
The
A
チャンバ壁11は、真空槽の一部(側壁及び底部)を構成するもので、導電性の部材により形成され、接地電位にされている。チャンバ壁11の底部には、排気口14が形成され図示しない排気手段により真空排気される。
チャンバ壁11の側壁には、恒温媒体が循環するチャンバ側壁温度制御手段16が、チャンバ壁11の外面に沿って、もしくはチャンバ壁11内部に設置される場合がある。
The
On the side wall of the
カソード絶縁部12は絶縁性の部材からなり、チャンバ壁11とカソード電極20の間に配置される。カソード絶縁部12が真空槽の一部を構成しても良い。
The
恒温媒体循環手段15は、基板電極部30を構成するサセプタ31内部に恒温媒体を供給する。恒温媒体循環手段15は、チャンバ側壁温度制御手段16や後述するカソード電極温度制御手段25に恒温媒体を供給するように構成することもできる。
The constant temperature medium circulation means 15 supplies a constant temperature medium to the inside of the
RF電源17は、カソード電極20に高周波電圧を印加する。本発明の場合、高周波電圧の周波数は、27.12MHz以上であることが好ましい。この理由は、図4に示されるように、13.56MHzを使用する場合より、27.12MHzや40.68MHzの高周波電圧を使用した場合の方が、同じ電力密度でも基板温度の温度上昇をより抑えることができるからである。
The
成膜原料ガス供給手段18は、成膜原料ガスを、カソード電極20を介して成膜室101内部の成膜領域60へ供給する。成膜する膜が窒化シリコンの場合、SiH4とアンモニアガス及び/または窒素を含む混合ガスが供給される。成膜する膜が酸窒化シリコンの場合、SiH4とアンモニアガス及び/または窒素と窒素酸化物を含む混合ガスが供給される。成膜する膜が酸化シリコンの場合、SiH4と窒素酸化物を含む混合ガスが供給される。なお、上記の原料ガスの他に混合ガスがArを含む場合がある。
カバー19は、カソード電極20に人等が接触して感電しないように、カソード電極20の上方及び周囲を覆っている。
The film forming material gas supply means 18 supplies the film forming material gas to the
The
カソード電極20は、導電性物質で形成された函体から構成される。ここで、カソード電極20は上面にカソード上部電極21を、下面にシャワープレート22を有し、カソード上部電極21とシャワープレート22の間、即ちカソード電極20内部には空間23が形成されている。カソード上部電極21には、RF電源17より高周波電圧が印加される。また、カソード上部電極21には成膜原料ガス供給手段18と空間23を接続する成膜原料ガス供給管26が設けられている。シャワープレート22には空間23と成膜室101内部の成膜領域60を接続する複数の孔24が形成される。
なお、カソード上部電極21に近接するように、恒温媒体が循環するカソード電極温度制御手段25を設けても良い。
The
In addition, you may provide the cathode electrode temperature control means 25 through which a constant temperature medium circulates so that it may adjoin to the cathode
成膜原料ガス供給手段18から供給された原料ガスは、成膜原料ガス供給管26を通って空間23に供給され、空間23からシャワープレート22の孔24により分散され、成膜対象物50表面に均一に成膜されるように成膜室101内の成膜領域60に導入される。
基板電極部30は、サセプタ31、サセプタ恒温媒体循環路32、基板電極絶縁部材33を有する。基板電極部30は接地電位とされる。
そして、RF電源17から印加された高周波電圧により、シャワープレート22と基板電極部30の間で放電し、プラズマが発生する。このプラズマにより、原料ガスが反応し、サセプタ31の上に成膜領域60と接するように配置された成膜対象物50上に保護膜が形成される。
The raw material gas supplied from the film forming raw material gas supply means 18 is supplied to the
The
Then, a high frequency voltage applied from the
サセプタ31の内部にはサセプタ恒温媒体循環路32が形成され、上記恒温媒体循環手段15から供給された恒温媒体が循環する。恒温媒体の温度は、室温もしくは40℃以上でかつ成膜対象物50の耐熱温度未満とすることが好ましい。
成膜対象物50の耐熱温度以上では、成膜対象物50の温度が上がりすぎるため好ましくない。通常は成膜対象物50の耐熱温度から10〜40℃低い温度の恒温媒体が循環される。例えば、有機EL素子の耐熱温度は100℃未満であり、樹脂基板の耐熱温度は200℃未満である。このため、有機EL素子は成膜中に90℃以下に管理され、樹脂基板は190℃以下に管理されることが好ましい。このため恒温媒体はこの管理される温度より低く制御される。
A susceptor constant temperature
A temperature higher than the heat resistance temperature of the
サセプタ31の周りに設けられた基板電極絶縁部材33は、サセプタ31とチャンバ壁11の間に異常放電が発生するのを防止するためのものである。さらに、上述したプレート部材13は、サセプタ31とチャンバ壁11の底部の間に配置され、チャンバ壁11とサセプタ31とを電気的に接続するように構成されている。これは、RF電源17、カソード電極20、プラズマ、基板電極部30、チャンバ壁11、接地で形成される高周波の回路を短くして、異常な放電を防止するためである。
基板電極部30は、サセプタ31とシャワープレート22の距離を調整する基板電極昇降機構34を有しても良い。
The substrate
The
クリーニングガス供給手段40は、クリーニングガス活性化手段41、クリーニングガス貯蔵部42、クリーニングガス供給管43、44を有する。
クリーニングガス活性化手段41には、クリーニングガス貯蔵部42からクリーニングガス供給管44を介してNF3のクリーニングガスと、Arガスが供給される。クリーニングガス活性化手段41は、ICP(誘導結合プラズマ)などのプラズマ発生手段を有し、内部でプラズマを発生させる機能を有する。このプラズマの発生によりNF3のイオンまたはラジカルを含む活性種が形成される。
クリーニングガス供給管43はクリーニングガス活性化手段41と成膜室101内の成膜領域60を接続し、クリーニングガスの活性種を成膜領域60に導入する。
The cleaning
The cleaning gas activating means 41 is supplied with cleaning gas of NF 3 and Ar gas from the cleaning
The cleaning
次に、成膜室101における成膜工程を説明する。ここでは、例として有機EL素子に窒化シリコン膜を形成する場合を示す。
図2に示すように、サセプタ31の上に成膜対象物50として有機EL素子を設置し、成膜領域60に原料ガス(SiH4、アンモニア、窒素)を導入しながら、RF電源17から高周波電圧を供給し成膜領域60にプラズマを発生させる。プラズマにより原料ガスが反応して成膜対象物50上に窒化シリコン保護膜が形成される。RF電源17は27.12MHzの高周波電圧を印加する。このとき、例えばサセプタ恒温媒体循環路32には恒温媒体として60℃の温水を循環させる。これにより、5分の成膜時間中に、基板温度は成膜の開始時は60℃以上、成膜中は85℃以下に制御される。
Next, a film forming process in the
As shown in FIG. 2, an organic EL element is installed on the
また、成膜時間を長くした場合、高周波電圧の印加によりカソード電極20の温度が上昇するのでカソード電極温度制御手段25に恒温媒体を循環することで、温度上昇を抑え、85℃以下に制御することができる。
Further, when the film formation time is lengthened, the temperature of the
さらに、プラズマやカソード電極20からの伝熱により、チャンバ壁11全体の温度が上昇する場合はチャンバ側壁温度制御手段16に恒温媒体を循環することで、温度上昇を抑え、85℃以下に制御することができる。
成膜が終了すると、原料ガスの導入と高周波電圧の印加を停止し、成膜された成膜対象物50を成膜室101から搬出する。
Further, when the temperature of the
When the film formation is completed, the introduction of the source gas and the application of the high frequency voltage are stopped, and the film
本例では、図3に示すように、一もしくは複数の基板に成膜工程が行われた後(S1〜Sn)、クリーニング工程(C1)を行う。ここで、成膜回数とクリーニングの頻度は、成膜する膜の厚さと内壁から剥離が発生する膜の厚さ等から決められる。成膜室101内からの膜剥離等の問題がなければ、複数の成膜対象物50に成膜工程が行われた後にクリーニング工程を行うことが好ましい。これは、クリーニング工程の最後には、成膜室101内に剥離防止用の膜を形成するプレデポなどの工程があるが、複数回の成膜後にまとめてクリーニングすればこのプレデポなどの工程を削減できるため、全体として成膜室の稼働率を向上できるからである。
In this example, as shown in FIG. 3, after the film forming process is performed on one or a plurality of substrates (S1 to Sn), the cleaning process (C1) is performed. Here, the number of times of film formation and the frequency of cleaning are determined based on the thickness of the film to be formed and the thickness of the film in which peeling occurs from the inner wall. If there is no problem such as film peeling from the
次に、成膜室101のクリーニング方法を説明する。
成膜対象物50が搬出された状態で、クリーニングガス活性化手段41にクリーニングガス(NF3)とArガスが導入され、クリーニングガス活性化手段41内でプラズマ発生手段によってプラズマを発生させる。プラズマにより活性化されたクリーニングガスを成膜室101内に導入する。このとき、RF電源17からカソード電極20に高周波電圧27.12MHzを印加する。このような活性化されたクリーニングガスを導入することで、カソード電極20に印加される高周波電圧の電圧密度を低くすることができるため、成膜室101内の温度上昇を抑えることができる。さらに、クリーニングガスの導入中にもカソード電極20に高周波電圧を印加することで、クリーニングガスのプラズマが成膜室101内に広がり、かつ、クリーニングガスの活性も一様になるので、均一にクリーニングすることが可能なる。また、クリーニング中にサセプタ恒温媒体循環路32、カソード電極温度制御手段25、チャンバ側壁温度制御手段16に、60℃の温水を循環させた。これにより、10分間のクリーニングでも、サセプタ31の温度が85℃以上に上昇することがなかった。
Next, a method for cleaning the
With the
本実施の形態では、活性化されたクリーニングガスが導入されることで、カソード電極20に印加される高周波電圧の電圧密度を低くすることができるとともに、クリーニング時間が短縮されるので、成膜室101の温度上昇を抑えられる。さらに、クリーニングガスの導入中にもカソード電極20に高周波電圧を印加することで、クリーニングガスのプラズマが成膜室101内に広がり、かつ、クリーニングガスの活性も一様になるので、成膜室101内を均一にクリーニングすることが可能なる。
In the present embodiment, since the activated cleaning gas is introduced, the voltage density of the high-frequency voltage applied to the
これに対し、活性化されたクリーニングガスを導入し、カソード電極20に高周波電圧を印加しなかった場合、クリーニングガスの導入口付近およびクリーニングガスの流れ順序によりクリーニング結果が不均一になった。
On the other hand, when the activated cleaning gas was introduced and no high frequency voltage was applied to the
また、活性化されていないクリーニングガスを導入して、カソード電極20に高周波電圧を印加した場合、クリーニングガスの活性が低いため、クリーニング時間が長くなるとともに、高周波電圧の電圧密度を上げる必要が生じた。このため、カソード電極20、サセプタ31およびチャンバ壁11の温度が上昇し、成膜室101内が90℃以上になった。このため、冷却時間が必要で、直ちに次の成膜工程に移行することができなかった。
In addition, when a non-activated cleaning gas is introduced and a high frequency voltage is applied to the
特に、複数の基板に成膜工程が行われた後にクリーニング工程が行われる場合、クリーニング時間が一回の成膜時間より長くなり、温度上昇の問題が大きくなる。長時間かつ連続的に高周波電圧が印加されることによりカソード電極20等の温度が上昇するためである。このような場合、クリーニング時に温度の上昇を抑え、直ちに次の成膜工程に移行することができることは、成膜室101の稼動効率を上げるために特に好ましい。
In particular, when the cleaning process is performed after the film forming process is performed on a plurality of substrates, the cleaning time becomes longer than a single film forming time, and the problem of a temperature rise becomes large. This is because the temperature of the
基本的には、プラズマ発生期間に成膜室101内の温度が上昇し、プラズマ消失期間に温度が恒温媒体温度近くまで下がる。このため、成膜中やクリーニング中に温度が上昇し、次の成膜までに一定温度まで温度が下がる必要がある。一定温度まで温度が下がらないと、運転を繰り返すうちに徐々に温度が上昇して成膜対象物50の耐熱温度を超えてしまうからである。このため、クリーニング時においても、次の成膜までに一定温度になるように温度を管理することは重要である。クリーニング時にカソード電極20の温度が必要以上に高くなる場合は、カソード電極温度制御手段25のみにサセプタ恒温媒体循環路32より低い温度の恒温媒体を循環させても良い。
Basically, the temperature in the
なお、循環媒体の温度変更には時間がかかるため、サセプタ恒温媒体循環路32に流される恒温媒体の温度は、成膜時とクリーニング時で変化させない方が良い。これは成膜開始温度をできるだけ一定に保つためである。
なお、上記では高周波電圧として周波数27.12MHzのものを使用したが、これに限定されず、27.12MHzより大きい周波数でもよい。
In addition, since it takes time to change the temperature of the circulating medium, it is better not to change the temperature of the constant temperature medium flowing through the susceptor constant temperature
In the above description, a high frequency voltage having a frequency of 27.12 MHz is used, but the present invention is not limited to this, and a frequency higher than 2 7.12 MHz may be used.
100 保護膜形成装置
101 成膜室
102 搬入室
103 搬送室
104 反転室
105 搬出室
11 チャンバ壁
12 カソード絶縁部
13 プレート部材
14 排気口
15 恒温媒体循環手段
16 チャンバ側壁温度制御手段
17 RF電源
18 成膜原料ガス供給手段
19 カバー
20 カソード電極
21 カソード上部電極
22 シャワープレート
23 空間
24 孔
25 カソード電極温度制御手段
26 成膜原料ガス供給管
30 基板電極部
31 サセプタ
32 サセプタ恒温媒体循環路
33 基板電極絶縁部材
34 基板電極昇降機構
40 クリーニングガス供給手段
41 クリーニングガス活性化手段
42 クリーニングガス貯蔵部
43 クリーニングガス供給管
50 成膜対象物(基板)
60 成膜領域
DESCRIPTION OF
60 Deposition area
Claims (13)
前記真空槽内に設置され、成膜対象物が置載されるサセプタと、
前記サセプタの上方に設置されるカソード電極と、
前記カソード電極に27.12MHzの高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記真空槽内に成膜原料ガスを供給する成膜ガス供給手段と、を有し、
前記カソード電極に高周波電圧が印加され、前記真空槽内に前記成膜原料ガスが供給され、前記カソード電極と前記サセプタの間にプラズマを発生させて前記成膜対象物に成膜するプラズマ成膜装置であって、
前記サセプタ内に恒温媒体を循環させるサセプタ恒温媒体循環手段と、
前記真空槽内に設けられ、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段とを有し、
前記カソード電極は、前記成膜原料ガスを前記真空槽内に導入するシャワープレートを有し、
前記クリーニングガス供給手段は、前記クリーニングガスが前記真空槽内に供給される前に、前記クリーニングガスのイオンもしくはラジカルを発生させるクリーニングガス活性化手段を有し、
当該クリーニング工程において、前記真空槽内に、前記クリーニングガス供給手段がイオンもしくはラジカルを含む前記クリーニングガスを、前記シャワープレートを介さずに前記シャワープレートと前記サセプタの間に供給しながら、前記高周波電源が前記カソード電極に27.12MHzの高周波電圧を印加する、
プラズマ成膜装置。 A vacuum chamber capable of reducing the pressure inside,
A susceptor installed in the vacuum chamber and on which a film formation target is placed;
A cathode electrode installed above the susceptor;
A high frequency power source for applying a high frequency voltage of 27.12 MHz to the cathode electrode;
A film forming gas supply means for supplying a film forming raw material gas into the vacuum chamber,
Plasma film deposition in which a high-frequency voltage is applied to the cathode electrode, the deposition source gas is supplied into the vacuum chamber, and plasma is generated between the cathode electrode and the susceptor to form a film on the deposition target. A device,
Susceptor constant temperature medium circulating means for circulating a constant temperature medium in the susceptor;
Provided in the vacuum chamber, and a cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas,
The cathode electrode has a shower plate for introducing the film forming source gas into the vacuum chamber,
The cleaning gas supply means before said cleaning gas is supplied into the vacuum chamber, a cleaning gas activated manually stage for generating ions or radicals of the cleaning gas,
In the cleaning step, the high-frequency power source is supplied into the vacuum chamber while the cleaning gas supply means supplies the cleaning gas containing ions or radicals between the shower plate and the susceptor without passing through the shower plate. Applies a high frequency voltage of 27.12 MHz to the cathode electrode;
Plasma deposition system.
請求項1に記載のプラズマ成膜装置。 Cathode electrode temperature control means for controlling the temperature of the cathode electrode;
The plasma film-forming apparatus according to claim 1.
請求項2に記載のプラズマ成膜装置。 The cathode electrode temperature control means circulates a constant temperature medium in proximity to the cathode electrode;
The plasma film-forming apparatus according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。 Chamber side wall temperature control means for controlling the temperature of the side wall of the vacuum chamber;
The plasma film-forming apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3.
請求項4に記載のプラズマ成膜装置。 The chamber side wall temperature control means circulates a constant temperature medium in the vicinity of the chamber side wall or in the chamber side wall.
The plasma film-forming apparatus according to claim 4.
請求項1乃至5のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。 The constant temperature medium circulated in the susceptor by the susceptor constant temperature medium circulation means is room temperature or higher than 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film formation target.
The plasma film-forming apparatus in any one of Claims 1 thru | or 5.
請求項1乃至6のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。 The cleaning gas activating means is a plasma generating means.
The plasma film-forming apparatus in any one of Claims 1 thru | or 6.
一回又は複数回の前記成膜工程毎に、前記真空槽内に前記シャワープレートを介さずに前記シャワープレートと、前記成膜対象物を載置するためのサセプタとの間にクリーニングガスを導入してクリーニングを行うクリーニング工程を有し、
前記クリーニング工程において、前記クリーニングガスは、前記真空槽に導入される前に活性化されて前記真空槽に導入される際にイオンまたはラジカルを含み、かつ、前記カソード電極に27.12MHzの高周波電圧が印加され、
前記成膜工程および前記クリーニング工程の間、前記サセプタ内に同じ温度の恒温媒体が循環される
成膜方法。 Supplying a film-forming raw material gas through a shower plate in the vacuum chamber, while plasma is generated by applying a high frequency voltage of 27.12MHz to a cathode electrode of the vacuum chamber, forming a film on the film-forming target A film forming step to perform,
A cleaning gas is introduced between the shower plate and the susceptor for placing the film formation target in the vacuum chamber without the shower plate in each film forming process once or a plurality of times. And having a cleaning process for cleaning,
In the cleaning step, the cleaning gas may include ions or radicals upon being introduced into the vacuum chamber is activated before being introduced into the vacuum chamber, and, before the hear cathode electrode of 27.12MHz A high frequency voltage is applied ,
A film forming method in which a constant temperature medium having the same temperature is circulated in the susceptor during the film forming process and the cleaning process .
請求項8記載の成膜方法。 During the film formation step and the cleaning step, a constant temperature medium higher than room temperature or 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film formation target is circulated in the susceptor on which the film formation target is placed .
The film forming method according to claim 8 .
請求項8又は9のいずれかに記載の成膜方法。 During the film formation step and the cleaning step, a constant temperature medium that is higher than room temperature or 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film formation target is circulated in the vicinity of the cathode electrode.
The film forming method according to claim 8 .
請求項8乃至10のいずれかに記載の成膜方法。 During the film formation step and the cleaning step, a constant temperature medium is circulated in or near the vacuum chamber at room temperature or higher than 40 ° C. and lower than the heat resistant temperature of the film formation target.
The film deposition method according to any one of claims 8 to 10.
請求項8乃至11のいずれかに記載の成膜方法。 The film formation target is an organic EL element, and the film to be formed is silicon nitride or silicon oxynitride.
The film deposition method according to any one of claims 8 to 11.
請求項8乃至11のいずれかに記載の成膜方法。
The film formation target is a resin substrate or a glass substrate, and the film to be formed is silicon nitride or silicon oxynitride.
The film deposition method according to any one of claims 8 to 11.
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