JP6056025B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は成膜装置に関し、特に、蒸発源に対向配置される基板に配向膜を形成する成膜装置に関する。

特許文献１は従来の成膜装置を開示する。同文献に開示される成膜装置は、成膜室、準備室及び試料室を備え、成膜室はその内部に蒸発源及び蒸発源と対向する位置に同心円状に配置された複数のスリット機構を備える。ロボット等によって蒸発材料が試料室から蒸発源まで搬送され、基板が準備室からスリット機構に搬送される。各スリット機構は、開口を有するスリット、基板を保持して開口に対する方位角を調整する基板方位角可変機構及び基板をスリットに対してスライド移動させる基板スライド機構を備える。また、スリット機構自体も蒸発源に対する角度及び高さが調整される。これにより、基板毎に成膜条件を自在に変更して所望の配向膜を生産できる。

特開２００６−３３０４１１号公報

上記のような成膜装置において、配向膜特性における成膜精度は、（１）蒸発源において加熱される蒸発材料の位置、（２）蒸発源に対するスリットの開口の位置、及び（３）スリット開口に対する基板成膜面の位置、によって決まる。即ち、（１）蒸着材料が飛散する始点となる位置、（２）成膜に寄与する蒸着材料が通過する位置、及び（３）蒸着材料が到達する基板面の位置、を正確に位置決めすることにより成膜精度が向上する。

そこで、本発明は、上記の（１）乃至（３）の位置について位置決め精度を向上して成膜精度及びその再現性を向上した成膜装置を提供することを課題とする。

本発明の成膜装置は、真空槽内に、蒸発源、および蒸着される基板を保持する基板保持機構を備えた成膜装置であって、基板保持機構が、基板に対して蒸着粒子の入射方向を調整するスリット開口を有する少なくとも一つのスリット機構、およびスリット開口に対する基板の相対位置を調整するために基板保持機構を移動させる可動機構を備え、可動機構は、基板を基板の成膜面に対して水平方向に回転制御する基板方位角調整機構と、基板の厚さに応じてスリット開口に対して垂直方向に移動制御する離間距離調整機構とを備え、スリット機構は、スリット開口を有するメインプレートと、該インプレートを挟んでプレートの水平方向にメインプレートに連接される少なくとも２枚のサブプレートとを備え、メインプレートおよびサブプレートは、スリット固定用ブロックにそれぞれ取り付けられるように構成した。

また、メインプレートの水平の１軸方向の長さをＬ１とし、スリット全体の水平方向の１軸方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２は、１／４以上１／２以下であるように構成した。

本発明のスリット構造により、蒸発源に対するスリット開口の位置決め精度が高くなり、成膜精度及び再現性を向上することができる。

本発明の成膜装置を示す概略正面図である。 本発明の成膜装置を示す概略上面図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明で用いるハースライナーを示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 本発明の成膜装置におけるスリット機構を示す概略正面図である。 本発明の成膜装置におけるスリット機構を示す概略上面図である。 本発明の成膜装置におけるスリットを示す図である。 本発明のスリットの変形例を示す図である。 一般的な成膜装置におけるライナー搬送機構を示す図である。 一般的な成膜装置におけるスリット機構を示す図である。 一般的な成膜装置におけるスリット機構を示す図である。

＜成膜装置の基本構成＞
図１Ａに本発明の成膜装置の概略正面図を、図１Ｂに図１Ａの成膜装置の概略上面図を示す。成膜装置は、成膜室１及び試料室２を備え、試料室２はハースライナー（即ち、蒸着材料）を格納するマガジン３を含む。成膜室１と試料室２の間の通路はゲートバルブ４によって仕切られ、成膜室１又は成膜室１及び試料室２が真空槽を構成する。

成膜装置の底面側には、ハースユニット５、電子銃６及びライナー搬送機構７が配置される。ハースライナーはライナー搬送機構７によってマガジン３からハースユニット５の受渡し位置５ａに搬送される。ハースユニット５はその中心軸５ｃを中心に回転され、順次ハースライナーが受渡し位置５ａに載置されていく。即ち、ハースユニット５の周縁部にハースライナーが順次配置されていく。電子銃６は蒸発位置５ｂに移動されてきたハースライナーに電子ビームを照射し、ハースライナーを順次蒸発させる。使用済みのハースライナーはライナー搬送機構７によってハースユニット５からマガジン３に順次回収される。なお、本願明細書において、ハースユニット５の蒸発位置５ｂの部分及び電子銃６をまとめて蒸発源というものとする。

成膜装置の上部側には、蒸発した材料を所定の条件で基板に蒸着させるためのスリット機構等が配置される。スリット機構８ａ〜８ｄは蒸発位置５ｂに対向してかつ同心円状に配置され、公転機構９によって蒸発位置５ｂに関して回転される。各スリット機構において蒸発位置５ｂに対する角度及び高さが調整される。以降の説明において、スリット機構８ａ〜８ｄをまとめて、或いはいずれか一つを代表してスリット機構８というものとする。なお、図１Ａにおいては、成膜室１への基板の搬送に関連する準備室、基板搬送機構等の部材を省略する。また、図１Ｂにおいては、図の明瞭化のために公転機構９の図示を省略する。なお、図１Ｂにおいては、４個のスリット機構を図示するが、スリット機構の数は４個に限定されない。

＜ライナー搬送機構＞
図７は一般的なライナー搬送機構の上面図である。ライナー搬送機構は、回転軸２５を有するアーム駆動部２４、一端が回転軸２５に関して枢動可能に接続されたアーム２１、一端がアーム２１の他端に枢動可能に接続されたアーム２２、及び一端がアーム２２の他端に枢動可能に接続されたアーム２３からなる。アーム２３の先端はハースライナー１０のロード及びアンロードが可能な保持部２３ａを有する。ライナー搬送機構は、マガジン３にあるハースライナー１０を保持部２３ａにロードし（破線部参照）、各アーム同士の角度を制御して保持部２３ａを受渡し位置５ａまで移動し、ハースライナー１０を受渡し位置５ａにアンロードする（実線部参照）。

ところで、上記のようなライナー搬送機構には以下の問題がある。まず、マガジン３にあるハースライナー１０を保持部２３ａにロードする際に、アーム２１〜２３が比較的伸張した状態でロード動作を行うため、保持部２３ａに対するハースライナー１０の位置誤差が大きくなるという問題がある。また、ハースライナー１０がロードされた保持部２３ａをマガジン３から受渡し位置５ａまで移動する際に、振動等により位置誤差が発生又は拡大するという問題があった。保持部２３ａにおけるハースライナー１０の位置誤差が大きいと、ハースライナー１０が受渡し位置５ａに対してずれた状態で載置されることになる。そして、受渡し位置５ａからずれて配置されたハースライナー１０は、ハースユニット５が回転されて蒸発位置５ｂに移動したときに蒸発位置５ｂからもずれて配置されることになる。そのため、蒸発の始点位置の精度が低くなり、成膜精度及びその再現性が低下するという問題があった（上記課題（１）参照）。

＜実施例＞
図２Ａは本発明におけるライナー搬送機構７の上面図である。ライナー搬送機構７は、ハースライナー１０をマガジン３からハースユニット５の受渡し位置５ａまで移送するための移載機構２０、及びこの移送過程で移載機構２０におけるハースライナー１０の保持位置を決める位置決め機構３０を備える。

移載機構２０の構造は図７に示したライナー搬送機構と同様である。即ち、移載機構２０は、アーム駆動部２４、一端がアーム駆動部２４の回転軸２５に関して枢動可能に接続されたアームユニットを備える。アームユニットは、一端が回転軸２５に関して枢動可能に接続された第１のアーム２１、一端が第１のアーム２１の他端に枢動可能に接続された第２のアーム２２、及び一端が第２のアーム２２の他端に枢動可能に接続された第３のアーム２３を備える。第３のアーム２３の先端はハースライナー１０のロード及びアンロードが可能な保持部２３ａを有する。

図２Ｂに移載機構２０のロード時の側面図を、図２Ｃに移載機構２０の移送中の側面図を示す。マガジン３は複数段のラック３ａからなり、各ラック３ａにハースライナー１０が配置されている。本実施例では、マガジン３が図示しない駆動源を備え、任意の段のラック３ａを所定のロード位置に昇降駆動するが、移載機構２０の昇降駆動のみによって任意の段のラック３ａをロードしてもよい。なお、図２Ｄに示すように、本発明で用いるハースライナー１０は上面が鍔のように突出し、鍔部１０ａが形成されている。ロード動作では、移載機構２０は、保持部２３ａをハースライナー１０の鍔部１０ａの下方に位置させた後にアーム２１〜２３を上昇させ、保持部２３ａに鍔部１０ａの下面を支持させる。一方、アンロード動作では、移載機構２０は、アーム２１〜２３を降下させてハースライナー１０の底面を所定面に当接させた後に、アーム２１〜２３をさらに降下させて保持部２３ａによる鍔部１０ａの支持を解放し、保持部２３ａを鍔部１０ａの下方から引き抜く。

図２Ａに戻り、位置決め機構３０は、ハースライナー１０を載置可能な調整ステージ３１、当接部材３２、調整ステージ３１上でハースライナー１０を当接部材３２の方向に移動させる可動の当接部材３３、並びに当接部材３３を当接部材３２に向かう方向及びそこから遠ざかる方向に摺動させる駆動部材３４を備える。ハースライナー１０が当接部材３２及び３３の双方に当接されることによりハースライナー１０の位置が決定される。当接部材３３は支点３３ａを有し、支点３３ａは駆動部材３４の長穴３４ａ内に移動可能な状態で含まれる。駆動部材３４は軸部３４ｂに対して枢動され、この枢動動作によって当接部材３３が摺動される。なお、本実施例では当接部材３２を固定の当接部材として示しているが、当接部材３２も可動の当接部材として、当接部材３２及び３３の双方からハースライナー１０を挟み込む構成としてもよい。

ここで、調整ステージ３１と受渡し位置５ａの間の距離がマガジン３（格納位置）と受渡し位置５ａの間の距離よりも短くなるように調整ステージ３１が配置される。また、回転軸２５と調整ステージ３１の間の距離が回転軸２５とマガジン３（格納位置）の間の距離よりも小さくなるように調整ステージ３１が配置される。このような配置の優位性については後述する。

図２Ａ及び図３Ａ〜３Ｄを用いてライナー搬送機構７によるハースライナー１０の搬送動作を説明する。
まず、図２Ａに関して上述したように、移載機構２０は、アーム２１〜２３を伸張させた状態で、マガジン３（格納位置）にあるハースライナー１０をアーム２３の保持部２３ａにロードする。

次に、図３Ａに示すように、移載機構２０は、アーム２１〜２３の回転角を制御してハースライナー１０を調整ステージ３１まで移送し、ハースライナー１０を保持部２３ａから調整ステージ３１にアンロードする。即ち、当接部材３２と可動当接部材３３の間にハースライナー１０が載置される。

次に、図３Ｂに示すように、位置決め機構３０は、調整ステージ３１に載置されたハースライナー１０の位置を設定位置に修正する。具体的には、位置決め機構３０は、駆動部材３４を軸部３４ｂに関して枢動することにより可動の当接部材３３を当接部材３２に向けて移動させ、ハースライナー１０を当接部材３２に押し当てる。当接部材３２及び可動当接部材３３はそれぞれハースライナー１０と２点（即ち、合計４点）で接するように当接面を有するので、当接部材３２及び可動当接部材３３によって挟まれた状態、即ち、双方に当接する状態のハースライナー１０の位置が一点に決定される。その後、位置決め機構３０は、駆動部材３４を軸部３４ｂに関して上記と逆方向に枢動することにより可動の当接部材３３を当接部材３２から離間させる。

次に、図３Ｃに示すように、移載機構２０は、調整ステージ３１からハースライナー１０を保持部２３ａにロードする。ここで、回転軸２５と調整ステージ３１の間の距離が回転軸２５とマガジン３の間の距離よりも小さいので、図２Ａの状態よりもアーム２１〜２３は全体として短縮した状態でロード動作を行うことができる。一般に、アームを有するロボットにおいては、アームユニットが伸張した状態よりも短縮した状態の方が先端部（保持部）の動作精度が高くなる。従って、図３Ｃにおけるロード動作は、図２Ａにおけるロード動作に比べて、保持部２３ａにおけるハースライナー１０の保持位置の精度が高くなる。即ち、図７に示すライナー搬送機構のようにマガジン３からハースライナー１０をロードしてから直接受渡し位置５ａにアンロードする場合に比べて、受渡し位置５ａへのアンロードにおける位置決め精度を高くすることができる。

次に、図３Ｄに示すように、移載機構２０は、ハースライナー１０をハースユニット５の受渡し位置５ａまで移送してアンロードする。このように、調整ステージ３１から受渡し位置５ａの間の移動距離は、図７に示すライナー搬送機構のようにマガジン３から受渡し位置５ａまで直接移動させる場合の移動距離よりも短いので、移動中に保持位置の誤差が発生し又は拡大する可能性を大幅に低減することができる。

このように、本発明のライナー搬送機構７は、ハースライナー１０を受渡し位置５ａに載置する際の位置決め精度を大幅に向上することができる。これにより、ハースライナーが蒸発位置５ｂに配置されたときの蒸発始点位置の精度を向上することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施例では本発明の最も好適な例を示したが、本発明におけるライナー搬送機構は以下のように変形可能である。
例えば、上記実施例では、移載機構２０のアームユニットについて、３本のアームからなる構成を開示したが、２本のアームからなる構成としてもよいし、４本以上のアームからなる構成としてもよい。即ち、アームユニットを第１〜第ｎ（２≦ｎ）のアームで構成し（ｎが大きいアームほど回転軸２５から遠ざかるものとする）、第１のアームの一端が回転軸２５に枢動可能に接続され、２≦ｋ≦ｎとして、第ｋ−１のアームの回転軸２５から遠い側の端部と第ｋのアームの回転軸２５に近い側の端部が枢動可能に接続され、第ｎのアームの他端が保持部２３ａからなるようにしてもよい。

また、上記実施例では、移載機構２０のアームユニットについて、互いに枢動可能に接続された３本のアームからなる構成を示したが、回転軸２５に対して枢動可能でかつ伸縮自在な１本のアームからなる構成としてもよい。

即ち、移載機構２０のアームユニットは、一端が回転軸２５に枢動可能に接続され、先端が蒸発材料保持部を有し、上記一端と先端の間の距離が伸縮可能であればよい。

また、上記実施例では、アーム２３の保持部２３ａがハースライナー１０の鍔部１０ａの下面を支持する構成を示したが、保持部２３ａはハースライナー１０の周囲側面を挟持する構成のものであってもよい。この場合、ハースライナー１０の鍔部は不要であるが、移載機構２０は保持部２３ａの開閉を操作する機構を備える必要がある。

また、上記実施例では、当接部材３２及び３３について、ハースライナー１０が当接部材３２及び３３に挟まれたときに、ハースライナー１０と当接部材３２及び３３の接点が４点となる構成を示したが、接点数は３以上であればよい。また、当接部材３２又は３３がハースライナー１０と線（円弧）で接する構成としてもよい。即ち、ハースライナー１０が当接部材３２及び３３に当接されたときにハースライナー１０の位置が一点に決定されるものであれば、ハースライナー１０と当接部材３２及び３３の接点の形態はどのようなものであってもよい。

また、上記実施例では、可動の当接部材３３が摺動される構成を示したが、可動の当接部材３３はハースライナー１０を当接部材３２の方向に移動させることが可能であれば、所定の回転軸に関して回転させる構成など他の形態のものであってもよい。

＜スリット機構＞
図８Ａに一般的な成膜装置におけるスリット機構の概略正面図を、図８Ｂにその概略上面図を示す。スリット機構はその下面に、ｙ軸方向に延在する開口４０ａを有するスリット１４０を備える。スリット機構はまた、ボックス４８内に、基板５０を保持する基板ホルダ４４、基板ホルダ４４をｘ−ｙ平面において回転させる方位角調整機構４５、基板ホルダ４４及び方位角調整機構４５をｘ軸方向にスライドさせるスライド機構４６、並びに方位角調整機構４５及びスライド機構４６を駆動する駆動部（不図示）を備える。即ち、配向膜の成膜工程において、開口４０ａに対する基板５０の方位角が調整された上で、基板５０が開口４０ａの上面をｘ軸方向にスライドされる。併せて、蒸発源に対するスリット機構自体の角度及び高さが調整される。なお、図８Ｂにおいては、方位角調整機構４５及びスライド機構４６の図示を省略し、基板５０を破線で示す。

ところで、上記のようなスリット機構には以下のような問題がある。
まず、スリット１４０その他の加工精度に影響して、開口４０ａの位置決め精度が低下する。更に、スリット１４０が成膜処理中の熱、自重又は他の部材から加わる力により変形すると、開口４０ａの位置決め精度が低下する。特にスリット１４０の両端部（開口４０ａから遠い部分）の変形自体は成膜中に問題とならないが、その変形が開口部４０ａの変形をもたらし、その位置決め精度に影響を与えることが問題となる。従って、図８Ａ及び８Ｂに示すスリット機構は、蒸発源に対する開口４０ａの位置決め精度が低かった（上記課題（２）参照）。

また、上記のスリット機構における基板ホルダ４４は、その方位角及びスライドに関して制御可能であるが、ｚ軸方向の位置、即ち、基板５０とスリット１４０の離間距離が固定されている。そのため、形状の異なる多品種の基板について、前記ｚ軸方向の位置を、個別に最適化することができないという問題があった。厚みの異なる基板５０について、基板成膜面とスリット１４０（開口４０ａ）を同一の離間距離で成膜することができないという問題もあった。従って、図８Ａ及び８Ｂに示すスリット機構は、開口４０ａに対する基板成膜面の位置を適切に調整できないという問題があった（上記課題（３）参照）。

＜実施例＞
図４Ａに本発明におけるスリット機構８の概略正面図を、図４Ｂにその概略上面図を示す。スリット機構８は、ボックス４８の底面にスリット４０を備える。図５にスリット４０の鳥瞰図を示す。スリット機構８はまた、ボックス４８内に、基板５０を保持する基板ホルダ４４、基板ホルダ４４をｘ−ｙ平面において回転させる方位角調整機構４５、基板ホルダ４４及び方位角調整機構４５をｘ軸方向にスライドさせるスライド機構４６、基板ホルダ４４をｚ軸方向に昇降する離間距離調整機構４７、並びに方位角調整機構４５、スライド機構４６及び離間距離調整機構４７を駆動する駆動部（不図示）を備える。離間距離調整機構４７は、基板ホルダ４４のみを昇降させる構成としてもよいし、基板ホルダ４４とともに方位角調整機構４５又はスライド機構４６を昇降させる構成としてもよい。なお、図４Ｂにおいては、方位角調整機構４５、スライド機構４６及び離間距離調整機構４７の図示を省略し、基板５０を破線で示す。

配向膜の成膜工程において、開口４０ａに対する基板５０の方位角が方位角調整機構４５によって調整され、基板５０とスリット４０との離間距離が離間距離調整機構４７によって調整された上で、基板５０が開口４０ａの上面をスライド機構４６によってスライドされる。併せて、蒸発源に対するスリット機構８自体の角度及び高さも調整される。

スリット４０は、ｙ軸方向に延在する開口４０ａを有するメインプレート４１、メインプレート４１を挟んでｘ軸方向に連接されたサイドプレート４２及び４３、並びに防着版４９を備える。メインプレート４１とサイドプレート４２及び４３はそれぞれスリット固定用ブロック５１に取り付けられる。このように、スリット４０を複数枚（本例では３枚）の個別のプレートからなる構成としたので、スリット端部付近の変形（即ち、サイドプレート４２及び４３の変形）がメインプレート４０の開口４０ａ付近の変形をもたらすことを防止できる。従って、本発明のスリット構造によると、蒸発源に対する開口４０ａの位置決め精度が高くなり、成膜精度及び再現性を向上することができる。

ここで、メインプレート４１のｘ軸方向の長さをＬ１とし、スリット４０のｘ軸方向の長さをＬ２とする。Ｌ１を小さくすることにより、上述したように、開口４０ａがスリット４０の端部の変形の影響を受け難くなる。従って、Ｌ１／Ｌ２は約１／２以下であることが好ましい。一方、開口４０ａの位置決めはメインプレート４１の位置決めによって行われる。例えば、開口４０ａは、メインプレート４１の四隅についてボックス４８内における空間位置を調整することによって位置決めされる。従って、Ｌ１が小さすぎると、高精度な位置出しが難しくなる。従って、Ｌ１／Ｌ２は約１／４以上であることが好ましい。従って、Ｌ１／Ｌ２を１／４以上１／２程度とすることが好ましい。

このように、本実施例は、開口４０ａを有するメインプレート４１の加工精度を向上させ、更に変形し難い構成としたので、蒸発源に対するスリット４０の開口４０ａの位置決め精度を向上することができる。また、基板５０とスリット４０（開口４０ａ）の離間距離を調整可能としたので、蒸着材料が到達する基板成膜面の位置を正確に位置決めすることが可能となる。基板５０とスリット１４０の離間距離により、基板５０に成膜される膜の入射角度が変化するが、離間距離を調整可能とすることで所望の入射角度に設定することができる。従って、本発明のスリット機構によると、成膜精度及び再現性の向上を達成することができる。

＜変形例＞
上記実施例においては、スリットが３分割される構成を示したが、スリットが２分割される構成としてもよい。例えば、図８Ａ及び８Ｂにおいて、スリットの図の右側の変形が大きく、左側の変形が小さいような場合、スリットの右側のみを分割する構成としてもよい。このような変形の偏りは、熱源である蒸発源との位置関係や他の部材との結合関係によって発生することが想定される。スリットの右側のみを分離する場合、図６に示すように、スリット４０´を、開口４０ａを含むプレート４１´及び開口４０ａを含まない側のプレート４２´で構成するようにすればよい。

１．成膜室
２．試料室
３．マガジン
４．ゲートバルブ
５．ハースユニット
５ａ．受渡し位置
５ｂ．蒸発位置
６．電子銃
７．ライナー搬送機構
８、８ａ〜８ｄ．スリット機構
９．公転機構
１０．ハースライナー
１０ａ．鍔部
２０．移載機構
２１〜２３．アーム
２３ａ．保持部
２４．アーム駆動部
２５．回転軸
３０．位置決め機構
３１．調整ステージ
３２、３３．当接部材
３４．駆動部材
４０．スリット
４０ａ．開口
４１．メインプレート
４２、４３．サイドプレート
４４．基板ホルダ
４５．方位角調整機構
４６．スライド機構
４７．昇降機構
４８．ボックス
４９．防着版
５０．基板
５１．スリット固定用ブロック

Claims (2)

1. 真空槽内に、蒸発源、および蒸着される基板を保持する基板保持機構を備えた成膜装置であって、
   前記基板保持機構が、前記基板に対して蒸着粒子の入射方向を調整するスリット開口を有する少なくとも一つのスリット機構、および前記スリット開口に対する前記基板の相対位置を調整するために前記基板保持機構を移動させる可動機構を備え、
   前記可動機構は、前記基板を前記基板の成膜面に対して水平方向に回転制御する基板方位角調整機構と、前記基板の厚さに応じて前記スリット開口に対して垂直方向に移動制御する離間距離調整機構とを備え、
   前記スリット機構は、前記スリット開口を有するメインプレートと、該メインプレートを挟んでプレートの水平方向にメインプレートに連接される少なくとも２枚のサブプレートとを備え、
   前記メインプレートおよび前記サブプレートは、スリット固定用ブロックにそれぞれ取り付けられる
   ことを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１記載の成膜装置であって、
   前記メインプレートの水平の１軸方向の長さをＬ１とし、スリット全体の水平方向の１軸方向の長さをＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２は、１／４以上１／２以下である
   成膜装置。