JP5456716B2

JP5456716B2 - 成膜装置

Info

Publication number: JP5456716B2
Application number: JP2011074818A
Authority: JP
Inventors: 喜信村上
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012207287A

Description

本発明は、成膜装置に関するものである。

被処理物の表面に成膜材料を成膜する方法として、例えば、真空容器内において成膜材料にプラズマ照射を行うことによって成膜材料をイオン化し拡散させ、被処理物の表面にイオン化した該成膜材料を付着させて成膜するイオンプレーティング法がある。この方法では、拡散した成膜材料の一部が成膜材料付近に留まり、成膜材料を保持する主ハース（主陽極）の縁や、主ハースの周囲に配置された補助陽極に堆積する。この堆積物が過度に堆積して主ハースと補助陽極とが短絡されると、主ハース及び補助陽極それぞれの機能が失われてしまう。

例えば、固形材料である成膜材料を高密度プラズマにより昇華させて成膜するＲＰＤ成膜装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の成膜装置では、主ハースの外側に配置されたカバーを複数備える構成として、カバーに付着した堆積物が多くなるとハンドリング装置を用いてカバーを移動させることで、新たなカバーを露出させて成膜を実施している。また、特許文献２に記載の成膜装置では、カバーに付着した堆積物が多くなるとハンドリング装置を用いてカバーをたたくことで、カバーに付着した堆積物を落下させて除去している。

特開２００６−３４６７６５号公報特開２００６−３４８３１８号公報

しかしながら上記の従来技術では、カバーに付着した堆積物が増加すると、その都度、運転作業員がハンドリング装置を用いてカバーを取り除いて交換したり、堆積物を叩き落としたりしていた。このように運転作業員が手動で、メンテナンス作業を行う必要があるため、メンテナンス作業の簡素化が求められている。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、成膜材料がカバーに付着した際のメンテナンス作業の簡素化を図ることが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

本発明による成膜装置は、プラズマビームによって成膜材料を加熱し、成膜材料から気化した粒子を被成膜物に付着させて成膜する成膜装置であって、真空環境を形成する真空容器と、真空容器内にプラズマビームを生成するプラズマ源と、成膜材料を保持すると共に、プラズマビームを成膜材料へ導く主陽極またはプラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、主ハースの周囲に配置されプラズマビームを誘導する補助陽極と、主ハースの周囲に配置されプラズマビームを誘導する補助陽極と、主ハースと補助陽極との間に配置され主ハースを覆うカバーと、主ハースとカバーとを電気的に絶縁する絶縁体と、プラズマ源と主ハースとを電気的に接続する第１の配線と、第１の配線中に設けられた電源と、電源と前記カバーとを電気的に接続する第２の配線と、電源と主ハースとの間の第１の配線に設けられた第１のスイッチと、電源とカバーとの間の第２の配線に設けられた第２のスイッチと、を備えることを特徴としている。

このような成膜装置によれば、主ハースとカバーとの間に絶縁体が配置され、電源と主ハースとを接続する第１の配線に第１のスイッチが設置され、電源とカバーとを接続する第２の配線に第２のスイッチが設置されているため、スイッチを開閉することで、主ハースとカバーとの間に電位差を生じさせることができる。これにより、プラズマ源から生成されたプラズマビームを主ハース側へ誘導することが可能であり、プラズマビームをカバー側へ誘導することも可能となる。このように、プラズマビームをカバーへ誘導することで、カバーに付着した成膜材料を加熱して、再昇華させることができる。そのため、プラズマビームの導出先を切り替えるだけで、カバーに付着した成膜材料を除去することが可能となり、メンテナンス作業の簡素化を図ることができる。

また、被成膜物に成膜材料を付着させて成膜する運転モードである成膜運転モードと、カバーに付着した付着物である成膜材料を除去する運転モードである清掃運転モードとの切り替えを制御する制御部を更に備え、制御部は、第１のスイッチ及び第２のスイッチをＯＮ状態とすることで、プラズマビームを主ハース又は成膜材料へ導いて成膜運転モードへの切り替えを行い、第１のスイッチをＯＦＦ状態とする共に第２のスイッチをＯＮ状態とすることで、プラズマビームをカバーへ導いて清掃運転モードへの切り替えを行うことが好適である。

このように、成膜運転モードと清掃運転モードとの切り替えを制御する制御部を備える構成であるため、スイッチの切り替えを行い自動的に行い、カバーに付着した成膜材料を除去することができる。これにより、真空状態を解除して行うメンテナンス作業の周期を延長することができる。その結果、連続運転時間の延長を図り、生産効率の向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、成膜材料がカバーに付着した際のメンテナンス作業の簡素化を図ることが可能な成膜装置を提供することができる。

本発明による成膜装置の一実施形態の構成を示す側面断面図である。図１中の主ハース及びカバーを拡大して示す断面図である。図１中の主ハース及びカバーを拡大して示す断面図であり、成膜運転モード実行時のスイッチの開閉状態を示す図である。図１中の主ハース及びカバーを拡大して示す断面図であり、清掃運転モード実行時のスイッチの開閉状態を示す図である。成膜装置の制御部及びスイッチを示すブロック構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による成膜装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による成膜装置の一実施形態の構成を示す側面断面図である。図２は図１中の主ハース及びカバーを拡大して示す断面図である。本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、図１及び図２には、説明を容易にする為にＸＹＺ直交座標系も示されている。

本実施形態の成膜装置１は、ハース機構２、搬送機構３、補助陽極６、プラズマ源７、及び真空容器１０を備える。

真空容器１０は、成膜対象である被処理物（被成膜物）１１を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマ源７から照射されるプラズマＰを真空容器１０へ受け入れるプラズマ口１０ｃとを有する。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に延びており、成膜室１０ｂ上に配置されている。本実施形態においては、搬送方向（矢印Ａ）はＸ軸に沿って設定されている。また、真空容器１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で被処理物１１を保持する被処理物保持部材３２を搬送方向Ａに搬送する。搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ３１によって構成されている。搬送ローラ３１は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔で並んでおり、被処理物保持部材３２を支持しつつ搬送方向に搬送することができる。なお、被処理物１１としては、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が例示される。

プラズマ源７は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁（プラズマ口１０ｃ）に設けられている。プラズマ源７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へ出射される。プラズマＰは、プラズマ口１０ｃに設けられた図示しないステアリングコイルによって出射方向が制御される。

ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持するための機構である。ハース機構２は、真空容器１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＺ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、プラズマ源７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａへ導く主陽極、またはプラズマ源７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース２１を有する。主ハース２１は、接地電位である真空容器１０に対して正電位に保たれており、プラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース２１の中央部には、成膜材料Ｍａを装填するための貫通孔が形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔の一端において露出している。

補助陽極６は、プラズマＰを誘導するための電磁石である。補助陽極６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース２１の周囲に配置されており、環状の容器、並びに該容器内に収容されたコイル６ａ及び永久磁石６ｂを有する。コイル６ａ及び永久磁石６ｂは、コイル６ａに流れる電流量に応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマＰの向き、または、主ハース２１に入射するプラズマＰの向きを制御する。

成膜材料Ｍａとしては、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース２１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰからの電流によって主ハース２１が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース２１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂの上方（Ｚ軸正方向）へ移動し、搬送室１０ａ内において被処理物１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱状の固体に成形されており、一度に複数の成膜材料Ｍａがハース機構２にセットされる。そして、最上部の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース２１の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａがハース機構２の下方から順次押し出される。

また、ハース機構２は、主ハース２１の周囲に配置されたカバー２８を更に有する。このカバー２８は、成膜材料Ｍａが成膜時に主ハース２１の周囲に堆積することによる主ハース２１と補助陽極６との短絡を防止するために設けられている。

図２に示すように、ハース機構２が有するカバー２８は、円筒状の有底容器であり、主ハース２１を取り囲むように配置された側壁２８ｂを有する。また、カバー２８の底部には、主ハース２１が挿通される円形の開口２８ａが形成されている。そして、カバー２８の開口２８ａに主ハース２１が挿通されている。また、カバー２８の側壁２８ｂの上部は、カバー２８の側方へ向けて徐々に反っている。

また、ハース機構２は、主ハース２１とカバー２８との間にインシュレーター２２を更に有する。このインシュレーター２２は、主ハース２１とカバー２８とを電気的に絶縁する絶縁体である。インシュレーター２２には、主ハース２１を挿通させる筒状部２２ａと、筒状部２２ａから外方に張り出すつば部２２ｂとを有する。筒状部２２ａは、カバー２８の開口部２８ａに下方から挿通され、主ハース２１は、筒状部２２ａの開口部に挿通されている。つば部２２ｂは、カバー２８の底面に当接して配置されている。すなわち、主ハース２１とカバー２８との間に、インシュレーター２２が配置されて、主ハース２１及びカバー２８は互いに接触していない状態である。

ここで、本実施形態の成膜装置１は、被成膜物に成膜材料を付着させて成膜する運転モードである成膜運転モードと、カバー２８に付着した付着物である成膜材料を除去する運転モードである清掃運動モードとを切り替え可能な構成とされている。具体的には、成膜装置１は、プラズマ源７と主ハース２１とを電気的に接続する第１の配線３１、第１の配線３１に直列に接続された電源３３、電源３３とカバー２８とを電気的に接続する第２の配線３２、電源３３と主ハース２１との間の第１の配線３１に直列に接続された第１のスイッチ（開閉器）３４、電源３３とカバー２８との間の第２の配線３２に設けられた第２のスイッチ（開閉器）３５、及び成膜運転モードと清掃運転モードとの切り替えを制御する制御部３６（図５参照）を備える。第１のスイッチ３４及び第２のスイッチ３５は、有接点スイッチ（機械式スイッチ）に限定されず、無接点スイッチでも良い。

図５は、成膜装置の制御部及びスイッチを示すブロック構成図である。図５に示すように、制御部３６は、真空容器１０外に配置され、第１のスイッチ３４及び第２のスイッチ３５と電気的に接続されている。制御部３６は、第１のスイッチ３４及び第２のスイッチ３５をＯＮ状態とすることで、プラズマビームＰを主ハース２１へ導いて成膜運転モードへの切り替えを行い、第１のスイッチ３４をＯＦＦ状態とする共に第２のスイッチ３５をＯＮ状態とすることで、プラズマビームＰをカバー２８へ導いて清掃運転モードへの切り替えを行う。制御部３６は、第１のスイッチ３４及び第２のスイッチ３５に指令信号を送信することで、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。

また、制御部３６は、成膜運転モードでの運転時間を積算しておき、運転時間の積算値が、運転モードの切り替えを判定するための判定閾値に達したか否かの判定を行う機能を有する。成膜装置１には、運転時間の積算値が判定閾値に達していることを報知する警告手段が設けられている。制御部３６は、成膜運転モードによる運転時間の積算値が判定閾値に達した場合に、警告手段であるアラームランプやモニター画面を用いた警告を行い、清掃運転モードへの切り替え操作の実行をオペレーターに報知することができる。オペレーターは、警告手段による警告を受け、所定の操作を行い清掃運転モードへの切り替えを行う。

なお、運転時間の積算値が判定閾値に達した場合に、清掃運転モードへの切り替えを自動的に、実行可能な成膜装置でもよい。また、カメラなどを用いて、オペレーターが堆積物の付着量を確認して、清掃運転モードへの切り替え時期を判定してもよい。

次に、成膜装置１を用いた成膜方法について説明する。まず、主ハース２１へ成膜材料Ｍａを装着するとともに、被処理物１１を保持した被処理物保持部材３２を搬送機構３に複数セットする。そして、真空容器１０内を真空状態にする。

続いて、接地電位にある真空容器１０を挟んで、負電圧をプラズマ源７に、正電圧を主ハース２１に印加して放電を生じさせ、プラズマＰを生成する。このとき、制御部３６は、第１のスイッチ３４をＯＮ状態とし、第２のスイッチ３５をＯＮ状態とする（図３参照）。主ハース２１とカバー２８とを同じ電位とする。プラズマＰは、補助陽極６に案内されて主ハース２１へ照射される。プラズマＰによって昇華し、活性化された成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂ内をＺ軸方向の正方向に上昇する。

他方、被処理物１１は、搬送機構３によって搬送されて成膜室１０ｂの上方に達し、成膜室１０ｂ内を拡散している成膜材料粒子Ｍｂに曝される。そして、主ハース２１と対向する被処理物１１の成膜面に、成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子が膜状に付着する。被処理物１１が一定速度で搬送されながら成膜材料粒子Ｍｂに所定時間曝されることにより、被処理物１１の表面に所定の厚さの膜が形成される。こうして、被処理物１１の表面に所望の膜が形成される。

以上の成膜工程においては、複数の被処理物１１を搬送しながらこれらの被処理物１１に対して成膜する。また、主ハース２１には複数の成膜材料Ｍａを装着することが可能となっている。従って、真空容器１０の真空状態を維持したまま長時間にわたって成膜作業を行うことができるが、長時間の成膜作業の結果、カバー２２の側壁の内側に成膜材料Ｍａの堆積物Ｄ（図４）が堆積する。この堆積物Ｄは、蒸発した成膜材料粒子Ｍｂが上昇せずに主ハース２１の周囲に留まることにより次第に大きく形成される。

ここで、制御部３６は、成膜運転モードから清掃運転モードへの切り替えを行う。このとき、制御部３６は、第１のスイッチ３４をＯＦＦ状態とする共に第２のスイッチ３５をＯＮ状態とすることで、プラズマビームＰをカバー２８へ導いて清掃運転モードへの切り替えを行う（図４参照）。

このような成膜装置１によれば、主ハース２１とカバー２８との間にインシュレーター２２が配置され、電源３３と主ハース２１とを接続する第１の配線３１に第１のスイッチ３４が設置され、電源３３とカバー２８とを接続する第２の配線３２に第２のスイッチ３５が設置されているため、スイッチを開閉することで、主ハース２１とカバー２８との間に電位差を生じさせることができる。これにより、プラズマ源７から生成されたプラズマビームＰを主ハース２１側へ誘導することが可能であり、プラズマビームＰをカバー２８側へ誘導することも可能となる。このように、プラズマビームＰをカバー２８へ誘導することで、カバー２８に付着した成膜材料を加熱して、再昇華させることができる。そのため、プラズマビームＰの導出先を切り替えるだけで、カバー２８に付着した成膜材料を除去することが可能となり、メンテナンス作業の簡素化を図ることができる。

また、成膜装置１は、成膜運転モードと清掃運転モードとの切り替えを制御する制御部３６を備える構成であるため、スイッチ３４，３５の切り替えを行い自動的に行い、カバー２８に付着した成膜材料を除去することができる。これにより、真空状態を解除して行うメンテナンス作業の周期を延長することができる。その結果、連続運転時間の延長を図り、生産効率の向上を図ることが可能となる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

１…成膜装置、２…ハース機構、７…プラズマガン（プラズマ源）、２１…主ハース、２２…インシュレーター、２８…カバー、３１…第１の配線、３２…第２の配線、３３…電源、３４…第１のスイッチ、３５…第２のスイッチ、３６…制御部。

Claims

プラズマビームによって成膜材料を加熱し、前記成膜材料から気化した粒子を被成膜物に付着させて成膜する成膜装置であって、
真空環境を形成する真空容器と、
前記真空容器内に前記プラズマビームを生成するプラズマ源と、
前記成膜材料を保持すると共に、前記プラズマビームを前記成膜材料へ導く主陽極または前記プラズマビームが導かれる主陽極である主ハースと、
前記主ハースの周囲に配置され前記プラズマビームを誘導する補助陽極と、
前記主ハースと前記補助陽極との間に配置され前記主ハースを覆うカバーと、
前記主ハースと前記カバーとを電気的に絶縁する絶縁体と、
前記プラズマ源と前記主ハースとを電気的に接続する第１の配線と、
前記第１の配線中に設けられた電源と、
前記電源と前記カバーとを電気的に接続する第２の配線と、
前記電源と前記主ハースとの間の前記第１の配線に設けられた第１のスイッチと、
前記電源と前記カバーとの間の前記第２の配線に設けられた第２のスイッチと、を備えることを特徴とする成膜装置。
前記被成膜物に前記成膜材料を付着させて成膜する運転モードである成膜運転モードと、前記カバーに付着した付着物である前記成膜材料を除去する運転モードである清掃運転モードとの切り替えを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチをＯＮ状態とすることで、前記プラズマビームを前記主ハース又は前記成膜材料へ導いて前記成膜運転モードへの切り替えを行い、
前記第１のスイッチをＯＦＦ状態とする共に前記第２のスイッチをＯＮ状態とすることで、前記プラズマビームを前記カバーへ導いて前記清掃運転モードへの切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。