JP6959680B1 - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】稼働率が高い成膜装置を提供する。【解決手段】少なくとも成膜材料Ｍと被成膜物Ｓが設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバ２と、前記成膜チャンバ２の内部に設けられ、前記成膜材料Ｍを収容するハースライナ２３と、前記成膜チャンバ２の内部に設けられ、前記ハースライナ２３に収容された成膜材料Ｍを加熱する加熱源２４と、前記ハースライナ２３に供給するための成膜材料Ｍが充填される材料充填部３５を有し、仕切バルブ３７を有する連通路３６を介して前記成膜チャンバ２に接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバ３と、を備える。成膜材料Ｍを供給する場合、成膜チャンバ２を成膜雰囲気に設定した状態で、前記材料供給チャンバ３の内部を前記所定の圧力雰囲気に設定したのち、前記仕切バルブ３７を開き、前記連通路３６を介して前記材料充填部３５に充填された成膜材料Ｍを前記ハースライナ２３に供給する。【選択図】 図１
Description
本発明は、成膜装置に関し、特に真空蒸着方法を適用して好ましい成膜装置に関するものである。
真空蒸着法を用いた成膜装置において、蒸着材料を収容するハースブロック（Hearth brock，炉床，坩堝。ハースライナともいう。）を複数設け、ハースブロックに異種の蒸着材料を収容し、同一バッチにおいてハースブロックを切り替えながら異種の蒸着材料を成膜源から蒸発させることにより、複合多層膜を成膜するものが知られている（特許文献１）。
ところで、上述した従来の成膜装置のように複数のハースブロックを備えていても、蒸着材料の収容量には限界がある。したがって、蒸着材料を補給する場合には成膜チャンバの内部を大気雰囲気に戻さなければならず、真空雰囲気を維持したまま成膜処理を継続できないため、成膜処理が中断するぶんだけ成膜装置の稼働率が低いという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、稼働率が高い成膜装置を提供することである。
本発明は、ハースライナに供給するための成膜材料を充填する材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバを設けることによって上記課題を解決する。
本発明によれば、成膜チャンバを成膜雰囲気に設定した状態で、材料供給チャンバの内部を所定の圧力雰囲気に設定したのち、仕切バルブを開き、連通路を介して材料充填部に充填された成膜材料をハースライナに供給する。その結果、成膜チャンバを大気圧雰囲気に戻す必要がないので、成膜装置の稼働率を高めることができる。
以下、本発明に係る成膜装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る成膜装置１の一実施の形態を示す主要部の縦断面図を含むブロック図、図２は、同じく平面図、図３はハースホルダ及びハースライナを示す拡大断面図である。本発明の成膜装置は、典型的には真空蒸着装置として具現化することができるので、以下においては、真空蒸着法を用いた成膜装置１を本発明の一実施の形態として説明する。ただし、本発明の成膜装置は、真空蒸着法を用いた真空蒸着装置にのみ限定される趣旨ではなく、真空蒸着装置以外の成膜装置を含めた広い意味での成膜装置である。
本実施形態の成膜装置１は、少なくとも成膜材料Ｍと被成膜物Ｓが設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバ２と、成膜チャンバ２に接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバ３と、を備える。
成膜チャンバ２には、仕切バルブ２１ａを介して排気装置２１が設けられ、仕切バルブ２１ａを開いて成膜チャンバ２の内部の気体を排気することで、成膜チャンバ２の内部を、たとえば蒸着処理に適した真空雰囲気に設定することができる。成膜チャンバ２の内部の真空度が高くなると、成膜材料Ｍの平均自由行程が大きくなり、また成膜材料の蒸発温度も下がるので、蒸着処理が促進される。なお、排気装置２１及び仕切バルブ２１ａは、制御器６からの指令信号により制御される。
成膜チャンバ２の天井には、半導体ウェーハ、ガラス基板、プラスチック基板などの被成膜物Ｓを支持する被成膜物ホルダ２８が垂下して設けられている。特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の被成膜物ホルダ２８は、成膜材料Ｍが蒸発するハースライナ２３と、それぞれの被成膜物Ｓとの距離がなるべく均等になるように、凹状の球面を有する板状部材で構成されている。また、同じく特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の被成膜物ホルダ２８は、モータなどで構成されたホルダ駆動部２９により回転可能とされ、これによっても、それぞれの被成膜物Ｓに形成される膜の厚さがほぼ均等になる。なお、ホルダ駆動部２９は、制御器６からの指令信号により制御される。
なお、成膜チャンバ２には、仕切バルブ７１を介してロードロックチャンバ（真空予備チャンバ）７が接続されている。このロードロックチャンバ７の内部も、ロードロックチャンバ７に設けられた排気装置（不図示）により、成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定することができる。また、ロードロックチャンバ７には、扉（不図示）が設けられ、大気圧雰囲気である成膜装置１の外部とのアクセスは、当該扉を介して行うことができる。
被成膜物ホルダ２８は、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａなどに対して着脱可能とされている。そして、成膜処理を行う場合には、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、ロードロックチャンバ７から成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａに装着する。また、成膜処理を終了したら、ロードロックチャンバ７を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定したのち、仕切バルブ７１を開き、成膜後の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、成膜チャンバ２からロードロックチャンバ７へ搬出する。このように、ロードロックチャンバ７を設けることにより、成膜チャンバ２の真空雰囲気を維持したまま、被成膜物Ｓを成膜チャンバ２に搬入したり、成膜チャンバ２から搬出したりすることができる。
成膜チャンバ２の内部の床面には、ハースホルダ２２が、軸２７を中心に回転自在に支持されている。このハースホルダ２２は、モータなどで構成された第１駆動部２６と、図示しないロータリエンコーダにより、軸２７を中心に所定の回転角度でステッピング回転が可能とされている。
ハースホルダ２２は、特に限定する趣旨ではないが、図１及び図２に示すように、８つのハースライナ２３を同心円上に支持する。同じく特に限定する趣旨ではないが、８つのハースライナ２３は、軸２７に対し、円周方向に等配角度で設けられている。また、８つのハースライナ２３を支持するハースホルダ２２の支持箇所には、図３に示すように、重量計測器４及び冷却器５が挿通可能な径を有する通孔２２ａが形成されている。また、当該通孔２２ａの上端には、通孔２２ａより大径であって、成膜材料を収容するハースライナ２３の外径より僅かに大径の座面２２ｂが形成されている。そして、ハースライナ２３は、この座面２２ｂに分離可能（すなわち着脱自在）に載置される。
なお、ハースホルダ２２に支持されるハースライナ２３の外径を含む形状は、全て同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。全て同じ形状のハースライナ２３を用いる場合には、ハースホルダ２２に形成する座面２２ｂの内径等の寸法も全て同じ寸法にすればよい。また、異なる形状のハースライナ２３を用いる場合には、ハースホルダ２２の座面２２ｂの形状も、それぞれのハースライナ２３の形状に応じた寸法にすればよい。
また、８つのハースライナ２３に投入する成膜材料Ｍの種類を全て同じ種類の成膜材料Ｍとしてもよく、全て異なる種類の成膜材料Ｍを投入してもよい。あるいは、８種類未満の成膜材料Ｍを８つのハースライナ２３に振り分けてもよい。
ハースライナ２３は、成膜材料Ｍを投入して加熱溶融する、いわゆる溶解炉の坩堝であり、ハースブロックとか、単にハースとも称される。本実施形態のハースライナ２３は、特に限定する趣旨ではないが、たとえば絶縁性のＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitride：パイロリティック（熱分解による）窒化ホウ素）からなる本体に、導電性膜を被覆してなり、ＰＢＮからなる本体は、ＣＶＤを利用した熱分解法により製造することができる。これに代えて、ハースライナ２３は、モリブデンやタングステンにより構成してもよい。加熱源２４である電子銃からの電子ビームを、ハースライナ２３に収容した成膜材料Ｍの表面に照射して電子を入れると、ハースライナ２３の導電性膜を通してＰＢＮ製ハースライナ２３に電流が流れ、ＰＢＮ製ハースライナ２３自体が赤熱し、収容した成膜材料Ｍが蒸発可能な温度になる。これに対して、特に限定する趣旨ではないが、ハースホルダ２２は、銅製とされている。
加熱源２４は、成膜チャンバ２の内部に設けられ、ハースライナ２３に収容された成膜材料Ｍを加熱して蒸発させる。加熱源２４としては、電子銃を用いた電子ビーム加熱のほか、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザービーム加熱を用いることができる。図１に示す実施形態の成膜装置１の加熱源２４は、電子銃を用いた電子ビーム加熱であり、図２にハッチングで示す、最も近接した位置（以下、蒸発位置Ｐ１ともいう）にある１つのハースライナ２３に対して、電子ビームが照射される。
材料供給チャンバ３には、仕切バルブ３１ａを介して排気装置３１が設けられている。材料供給チャンバ３の内部は、仕切バルブ３１ａを開いて材料供給チャンバ３の内部の気体を排気することで、たとえば成膜チャンバ２の内部と同じ真空雰囲気に設定することができる。材料供給チャンバ３の内部を成膜チャンバ２の内部と同じ真空雰囲気に設定することで、成膜チャンバ２の内部の真空雰囲気を維持したまま成膜材料Ｍを補給することができる。なお、排気装置３１及び仕切バルブ３１ａは、制御器６からの指令信号により制御される。
材料供給チャンバ３の内部の床面には、マガジンホルダ３２が、回転軸３３を中心に回転自在に支持されている。このマガジンホルダ３２は、モータなどで構成された第２駆動部３４と、図示しないロータリエンコーダにより、回転軸３３を中心に所定の回転角度でステッピング回転が可能とされている。第２駆動部３４は、制御器６からの指令信号により制御される。
マガジンホルダ３２は、図１及び図２に示すように、特に限定する趣旨ではないが、図１及び図２に示すように、８つのマガジン３５を同心円上に支持する。同じく特に限定する趣旨ではないが、８つのマガジン３５は、回転軸３３に対し、円周方向に等配角度で設けられている。このマガジン３５が、本発明に係る材料充填部に相当する。マガジン３５は、たとえば天井が開口し、底面に開閉ドアを有する筒体で構成され、粒状の成膜材料Ｍを天井の開口から投入し、底面の開閉ドアを開くことでマガジン３５内の粒状の成膜材料Ｍを連通路３６に落下させる。なお、マガジン３５の開閉ドアは、マガジン３５が補給位置Ｐ３に達したら自動的に開き、補給位置Ｐ３以外では自動的に閉じるといった機械的な機構であってもよく、あるいはアクチュエータを設けて電気的制御により開閉してもよい。
なお、８つのマガジン３５には、それぞれ同じ重量の成膜材料Ｍを収容してもよく、互いに異なる重量の成膜材料Ｍを収容してもよい。あるいは、大・中・小といった異なる重量の分類で収容してもよい。また、８つのマガジン３５に収納する成膜材料Ｍの種類は、全て同じ種類の成膜材料Ｍとしてもよく、全て異なる種類の成膜材料Ｍを投入してもよい。あるいは、８種類未満の成膜材料Ｍを８つのマガジン３５に振り分けてもよい。
材料供給チャンバ３と成膜チャンバ２との間には、仕切バルブ３７を備えた連通路３６が設けられ、これにより材料供給チャンバ３と成膜チャンバ２とが、空間的に連通したり遮断したりする。連通路３６の上端は、マガジン３５の補給位置Ｐ３に一致して設けられ、連通路３６の下端は、ハースライナ２３の補給位置Ｐ２に一致して設けられている。図２において、マガジン３５の補給位置Ｐ３とハースライナ２３の補給位置Ｐ２とが、鉛直方向に重なっているため、連通路３６は直線状の管路とされている。ただし、マガジン３５の補給位置Ｐ３とハースライナ２３の補給位置Ｐ２とが、鉛直方向に重ならずにずれている場合には、連通路３６を曲線状の管路とすればよい。仕切バルブ３７は、制御器６からの指令信号により制御される。
本実施形態の成膜装置１は、材料供給チャンバ３からハースライナ２３に供給する成膜材料Ｍの重量を計測する重量計測器４をさらに備える。図４は、重量計測器４を含む成膜装置１の主要部を拡大して示す縦断面図を含むブロック図である。本実施形態の重量計測器４は、ハースホルダ２２の補給位置Ｐ２の下方に設けられている。そして、重量計測器４は、成膜チャンバ２の内部が成膜雰囲気に設定された状態において、補給位置Ｐ２にあるハースライナ２３に供給された成膜材料Ｍの重量を計測する。
従来、補給前の成膜材料Ｍの重量を計測し、これをハースライナ２３への補給量とすることもあったが、本実施形態の重量計測器４は、補給位置Ｐ２にあるハースライナ２３に供給された成膜材料Ｍの重量を計測するので、補給時に飛び跳ねてこぼれたものは測定値から除外することができ、実際にハースライナ２３に補給された成膜材料Ｍの重量そのものを正確に測定することができる。また従来、粒状の成膜材料Ｍの粒の数量に基づいて補給することも行われていたが、本実施形態では成膜材料Ｍの重量そのものを計測するので、粒の重量に製造上のバラツキがあっても、実際にハースライナ２３に補給された成膜材料Ｍの重量を正確に測定することができる。
本実施形態の重量計測器４は、計測部４１と、先端部分に計測部４１が設けられた計測部昇降機構４２とを備える。計測部昇降機構４２は、ボールネジ機構などにより、補給位置Ｐ２にあるハースホルダ２２の通孔２２ａに昇降移動し、上昇した際に、ハースホルダ２２に支持されたハースライナ２３を上昇させる。これにより、ハースライナ２３をハースホルダ２２から分離する。この状態から、計測部昇降機構４２が下降すると、分離していたハースライナ２３も下降して再びハースホルダ２２に支持されることになる。
計測部昇降機構４２の先端部分に設けられた計測部４１は、たとえばロードセルからなり、図４に示すように、ハースライナ２３がハースホルダ２２から持ち上げられて分離された状態におけるハースライナ２３の重量を計測する。計測部昇降機構４２は、制御器６からの指令信号により制御され、計測部４１の検出信号は、制御器６に出力される。
ここで、成膜チャンバ２の真空雰囲気を維持したまま、特定のハースライナ２３に特定の成膜材料Ｍを供給する手順を説明する。図７は、材料供給の工程（図５のステップＳ５）を示すフローチャートである。
材料供給チャンバ３のマガジン３５に成膜材料Ｍを充填するには、材料供給チャンバ３の内部を大気圧雰囲気に戻したうえで、材料供給チャンバ３に設けられた図示しない扉から、それぞれのマガジン３５に成膜材料Ｍを充填する。そして、材料供給チャンバ３のマガジン３５から成膜チャンバ２のハースライナ２３に成膜材料Ｍを供給するには、まず材料供給チャンバ３の内部を成膜チャンバ２の内部と同じ真空雰囲気に設定する。これと相前後して、制御器６にて、供給すべき成膜材料Ｍが充填されたマガジン３５の位置を特定し、第２駆動部３４に指令信号を出力することで当該マガジン３５を補給位置Ｐ３まで移動させる。また制御器６にて、供給されるべきハースライナ２３の位置を特定し、第１駆動部２６に指令信号を出力することで当該ハースライナ２３を補給位置Ｐ２まで移動させる。これにより、供給すべき成膜材料Ｍが充填されたマガジン３５と供給されるべきハースライナ２３とが連通路３６の上下の補給位置Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ位置することになる。以上が、ステップＳ５１の処理である。
マガジン３５とハースライナ２３との位置合わせが終了したら、計測部昇降機構４２を上昇させ、補給位置Ｐ２にあるハースライナ２３を持ち上げてハースホルダ２２から分離する（ステップＳ５２）。この状態で計測部４１からの出力信号を読み取ることで、成膜材料Ｍを供給する前のハースライナ２３の重量Ｗ１を計測することができる。成膜材料Ｍを供給する前のハースライナ２３の重量Ｗ１としては、新規に成膜材料Ｍを供給する場合にはハースライナ２３単体の重量Ｗ０となり、また、成膜材料Ｍを注ぎ足す場合には、ハースライナ２３単体の重量Ｗ０に、残っている成膜材料Ｍの重量を加えた重量となる。何れにしても、成膜材料Ｍを供給する前のハースライナ２３の重量Ｗ１を読み出した制御器６は、ハースライナ２３に供給可能な重量を演算することができる。
次いで、仕切バルブ３７を開き、マガジン３５の底面の開閉ドアを開いて成膜材料Ｍをハースライナ２３に供給する（ステップＳ５３）。この状態で計測部４１からの出力信号を読み取ることで、成膜材料Ｍを供給した後のハースライナ２３の重量Ｗ２を計測することができる。ここで制御器６は、供給された成膜材料Ｍの単独の重量を演算する。たとえば、新規に成膜材料Ｍを供給した場合には、計測した重量Ｗ２から、ハースライナ２３単体の重量Ｗ０を減算した値（Ｗ２−Ｗ０）になる。また、成膜材料Ｍを注ぎ足した場合には、計測した重量Ｗ２から、ハースライナ２３単体の重量Ｗ０と残っている成膜材料Ｍの重量との総重量を減算した値（Ｗ２−Ｗ１）となる。以上が、ステップＳ５４の処理である。
次いで、制御器６は、ステップＳ５４の重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲を満たしているか否かを判定する（ステップＳ５５）。目標とする供給重量の範囲とは、ハースライナ２３に供給するのに適した重量を意味し、上限値のみ、下限値のみ、又は上限値及び下限値の何れであってもよい。ただし、目標とする供給重量の範囲が下限値のみであると、ハースライナ２３に過多の成膜材料Ｍを供給し、ハースライナ２３から溢れ出るおそれがある。また目標とする供給重量の範囲が上限値のみであると、ハースライナ２３に過少の成膜材料Ｍしか供給されず、充分な膜厚が形成されないおそれがある。したがって、目標とする供給重量は、上限値と下限値を有する範囲であることが望ましい。
ステップＳ５５にて、ステップＳ５４の重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲内にある場合には、ステップＳ５６へ進み、計測部昇降機構４２を下降させ、それまで持ち上げていたハースライナ２３を再びハースホルダ２２に載置し、材料供給処理を終了する。
これに対して、ステップＳ５５にて、ステップＳ５４の重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲内にない場合はステップＳ５７へ進み、目標とする供給重量の範囲の上限値以上であるか否かを判定する。ステップＳ５７にて、ステップＳ５４の重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲の上限値以上である場合には、ステップＳ５８へ進み、異常処理を実行したのち、ステップＳ５６へ進み、計測部昇降機構４２を下降させ、それまで持ち上げていたハースライナ２３を再びハースホルダ２２に載置し、材料供給処理を終了する。ステップＳ５８の異常処理は、それ以降の材料供給を中止するとともに、オペレータに警告を発するなど異常である旨を喚起することを含む。ハースライナ２３の重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲の上限値以上であるということは、供給した成膜材料Ｍが溢れ出したり、その前の蒸発処理の際に溢れ出た成膜材料Ｍによりハースライナ２３がハースホルダ２２に固着したりしている可能性があるからである。
また、ステップＳ５７にて、重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲の上限値以上ではない場合、すなわち、重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲の下限値以下である場合には、ステップＳ５９へ進み、指定されたマガジン３５から成膜材料Ｍを供給する。重量計測の結果が、目標とする供給重量の範囲の下限値以下である場合には、制御器６は、不足する成膜材料Ｍの重量を演算し、これに相当する重量の成膜材料Ｍが充填されたマガジン３５を抽出し、第２駆動部３４を制御してそのマガジン３５を補給位置Ｐ３に移動する。そして、マガジン３５の底面の開閉ドアを開いて成膜材料Ｍをハースライナ２３に供給したのち、ステップＳ５４へ戻り、再びハースライナ２３の重量を計測する。２回目以降の計測は、それまで計測した重量を加算することで、目標とする供給重量の範囲と比較する。
図１に戻り、本実施形態の成膜装置１は、蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を冷却する冷却器５をさらに備える。加熱源２４により、ハースホルダ２２その他の周辺部品が過熱されるからである。図５は、冷却器５を含む成膜装置１の主要部を拡大して示す縦断面図を含むブロック図である。本実施形態の冷却器５は、ハースホルダ２２の蒸発位置Ｐ１の下方に設けられている。特に本実施形態の冷却器５は、蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を上昇させてハースホルダ２２から分離した状態で、当該ハースライナ２３を冷却する。これにより、加熱されるハースライナ２３と、ハースホルダ２２その他の周辺部品との直接的な熱接触がなくなり、しかも断熱性が高い（熱伝導性が低い）真空雰囲気であるので、ハースホルダ２２その他の周辺部品の過熱を抑制しつつ、ハースライナ２３を効率的に冷却することができる。
従来、ハースライナ２３に相当する坩堝部分は周辺部品と熱的に接触していたので、冷却器も坩堝部分だけでなく周辺部品も含めて冷却する必要があり、冷却器の構造が複雑かつ大型になるとともに冷却効率も低いものであった。本実施形態の成膜装置１では、加熱されるハースライナ２３をハースホルダ２２から分離した状態でハースライナ２３を冷却するので、冷却器の構造を簡素化かつ小型化できるとともに冷却効率も高めることができる。
本実施形態の冷却器５は、冷却部５１と冷却部昇降機構５２とを備える。冷却部昇降機構５２は、ボールネジ機構などにより、蒸発位置Ｐ１にあるハースホルダ２２の通孔２２ａに昇降移動し、上昇した際に、ハースホルダ２２に支持されたハースライナ２３に接触してこれを上昇させる。これにより、ハースライナ２３をハースホルダ２２から分離する。この状態から、冷却部昇降機構５２が下降すると、分離していたハースライナ２３も下降して再びハースホルダ２２に支持されることになる。
図５に示すように、冷却部昇降機構５２の先端部分には、冷却部５１の冷却面５３が設けられ、当該冷却面５３がハースライナ２３の底面と接触して熱の授受を行う。冷却部５１は、その一部が冷却部昇降機構５２の内部に設けられた冷媒流路５４と、冷媒を冷却する冷媒冷却機構５５を含み、冷媒冷却機構５５は、チラー５６と、ポンプ５７と、流量調節バルブ５８とを含む。冷媒流路５４を流れる冷媒としては、水、不凍液、オイル、ガスなど、液体冷媒及び気体冷媒の何れをも用いることができる。そして、チラー５６により冷却された冷媒は、ポンプ５７により圧送され、流量調節バルブ５８で流量が調節されたのち、冷却部昇降機構５２の内部の冷媒流路５４を介して冷却面５３に至る。この冷却面５３において、冷媒はハースライナ２３の熱を奪って当該ハースライナ２３を冷却したのち、チラー５６に戻る。なお、冷媒流路５４は、ハースホルダ２２には接触しない構造とされている。
なお、図１に示す本実施形態の成膜装置１は、１つの蒸発位置Ｐ１に１つのハースライナ２３が配置されるため、当該蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を冷却する冷却器５も１つ設ければ足りる。しかしながら、１つの成膜チャンバ２の内部に複数の蒸発位置Ｐｎが設けられ、それぞれの蒸発位置Ｐｎにハースライナ２３がそれぞれ配置される場合、それぞれのハースライナ２３に要求される冷却能力を備えた冷却器５を、それぞれの蒸発位置Ｐｎに設けてもよい。
また、冷却部昇降機構５２の先端部分の冷却面５３又はその近傍には、熱電対などの温度センサ５９ａが設けられ、冷却面５３又はその近傍の温度を検出し、これを制御器６へ出力する。これに代えて、非接触式温度センサ５９ｂを設け、ハースライナ２３の温度を直接検出し、これを制御器６へ出力してもよい。なお図５には、２つの温度センサ５９ａ，５９ｂを示すが、いずれか一方を設ければよい。
本実施形態の制御器６には、温度センサ５９ａ又は５９ｂで検出する温度に対する、基準温度範囲が予め設定されており、温度センサ５９ａ又は５９ｂにより検出された温度と、予め設定された基準温度範囲とを比較し、この比較の結果、検出された温度が基準温度範囲内である場合には、冷却器５の冷却能力の設定が適切であると判断して成膜処理を続行する。これに対し、温度センサ５９ａ又は５９ｂにより検出された温度と、予め設定された基準温度範囲との比較の結果、検出された温度が基準温度範囲より低い場合には、冷却器５の冷却能力を減少させ、逆に、検出された温度が基準温度範囲より高い場合には、冷却器５の冷却能力を増加させる。冷却器５の冷却能力は、流量調節バルブ５８の開度を調節し、冷媒流路５４を流れる冷媒の流量を減少すれば冷却能力も減少し、冷媒の流量を増加すれば冷却能力も増加する。なお、蒸着材料Ｍの温度は、電子銃などで構成される加熱源２４の出力パワー値が大きいほど高くなることから、加熱源２４の出力パワー値が大きい場合には、当該出力パワー値が小さい場合に比べて、相対的に冷却器５の冷却能力を増加させるようにしてもよい。
次に、本実施形態の成膜装置１を用いた成膜処理の概要を説明する。図６は、本実施形態の成膜装置１の制御器６にて実行される主要な処理を示すフローチャートである。まず、成膜処理を開始する場合には、ステップＳ１において、成膜チャンバ２の仕切バルブ２１ａを開いて排気装置２１により排気することで、成膜チャンバ２の内部を所定の真空雰囲気とする。
次いで、ステップＳ２において、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、ロードロックチャンバ７に搬入したのち、当該ロードロックチャンバ７の内部を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気にする。そして、仕切バルブ７１を開き、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、ロボットなどを用いてロードロックチャンバ７から成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａに装着したのち、ロードロックチャンバ７の仕切バルブ７１を閉じる。なお、成膜開始時のステップＳ１とＳ２の順序を逆にしてもよい。
次いで、ステップＳ３において、第１駆動部２６を駆動し、蒸着すべき成膜材料Ｍが収容されたハースライナ２３を蒸着位置Ｐ１に移動する。そして、ホルダ駆動部２９を駆動して被成膜物ホルダ２８を所定の定速で回転させながら、加熱源２４を駆動し、蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を加熱し、成膜材料Ｍを蒸発させる。これにより、蒸発した成膜材料Ｍが、被成膜物Ｓに蒸着して膜を形成することになる。
被成膜物ホルダ２８に装着された複数の被成膜物Ｓに所定膜厚の蒸着膜が形成されたら、成膜処理を終了し、ステップＳ４にて、成膜材料Ｍの供給（補給）が必要か否かを判定する。成膜処理を連続して行ったり、成膜材料Ｍの種類を交換したりする場合には、成膜材料の供給が必要となるため、ステップＳ５へ進み、図７を参照して既述した材料供給を行ったのち、ステップＳ６へ進む。成膜材料の供給（補給）が不要である場合はステップＳ６へ進む。
ステップＳ６では、ロードロックチャンバ７を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定したのち、仕切バルブ７１を開き、成膜処理を終了した複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、ロボットなどを用いて把持し、成膜チャンバ２からロードロックチャンバ７へ搬出する。その後、仕切バルブ７１を閉じたのち、ロードロックチャンバ７を大気圧雰囲気に戻し、成膜後の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しない扉を介して外部へ搬出する。そして、成膜前の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、同じく扉を介してロードロックチャンバ７の内部へ搬入し、扉を閉めたのち、ロードロックチャンバ７の内部を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定する。ロードロックチャンバ７の内部が成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気になったら、ロードロックチャンバ７の仕切バルブ７１を開き、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、ロボットなどを用いてロードロックチャンバ７から成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａに装着したのち、ロードロックチャンバ７の仕切バルブ７１を閉じる。これにより、ステップＳ６の被成膜物ホルダ２８の交換が完了する。
続くステップＳ７において、ステップＳ３と同様の手順で成膜処理を行ったのち、ステップＳ８において、成膜処理が終了したか否かを判定し、継続する場合はステップＳ４へ戻る。ステップＳ８において、成膜処理が終了したと判定したらステップＳ９へ進み、成膜チャンバ２の内部を大気圧雰囲気に戻し、成膜処理を終了する。
以上説明したとおり、本実施形態の成膜装置１によれば、成膜チャンバ２とは別に、当該成膜チャンバと同等の真空雰囲気に設定可能な材料供給チャンバ３を設けているので、成膜チャンバ２の内部の真空雰囲気を維持したまま、ハースライナ２３に成膜材料Ｍを供給することができる。
また、本実施形態の成膜装置１によれば、ハースライナ２３に供給する成膜材料Ｍの重量を計測する重量計測器４をさらに備え、この重量計測器４は、成膜チャンバ２の内部が成膜雰囲気に設定された状態において、ハースライナ２３に供給された成膜材料Ｍの重量を計測する。そのため、補給時に飛び跳ねてこぼれたものは測定値から除外することができ、実際にハースライナ２３に補給された成膜材料Ｍの重量そのものを正確に測定することができる。また、本実施形態の重量計測器４は、成膜材料Ｍの重量そのものを計測するので、粒の重量に製造上のバラツキがあっても、実際にハースライナ２３に補給された成膜材料Ｍの重量を正確に測定することができる。
また、本実施形態の成膜装置１によれば、ハースライナ２３を冷却する冷却器５をさらに備え、蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を上昇させてハースホルダ２２から分離した状態で、当該ハースライナ２３を冷却する。これにより、加熱されるハースライナ２３と、ハースホルダ２２その他の周辺部品との直接的な熱接触がなくなり、しかも断熱性が高い（熱伝導性が低い）真空雰囲気であるので、ハースホルダ２２その他の周辺部品の過熱を抑制しつつ、ハースライナ２３を効率的に冷却することができる。
１…成膜装置
２…成膜チャンバ
２１…排気装置
２１ａ…仕切バルブ
２２…ハースホルダ（hearth holder）
２３…ハースライナ（hearth liner）
２４…加熱源
２６…第１駆動部
２７…軸
２８…被成膜物ホルダ
２９…ホルダ駆動部
３…材料供給チャンバ
３１…排気装置
３１ａ…仕切バルブ
３２…マガジンホルダ（magazine holder）
３３…回転軸
３４…第２駆動部
３５…マガジン（材料充填部）
３６…連通路
３７…仕切バルブ
４…重量計測器
４１…計測部
４２…計測部昇降機構
５…冷却器
５１…冷却部
５２…冷却部昇降機構
５３…冷却面
５４…冷媒流路
５５…冷媒冷却機構
５６…チラー
５７…ポンプ
５８…流量調節バルブ
５９ａ，５９ｂ…温度センサ
６…制御器
７…ロードロックチャンバ（load lock chamber）
７１…仕切バルブ
Ｍ…成膜材料
Ｓ…被成膜物
Ｐ１…蒸発位置
Ｐ２…補給位置
２…成膜チャンバ
２１…排気装置
２１ａ…仕切バルブ
２２…ハースホルダ（hearth holder）
２３…ハースライナ（hearth liner）
２４…加熱源
２６…第１駆動部
２７…軸
２８…被成膜物ホルダ
２９…ホルダ駆動部
３…材料供給チャンバ
３１…排気装置
３１ａ…仕切バルブ
３２…マガジンホルダ（magazine holder）
３３…回転軸
３４…第２駆動部
３５…マガジン（材料充填部）
３６…連通路
３７…仕切バルブ
４…重量計測器
４１…計測部
４２…計測部昇降機構
５…冷却器
５１…冷却部
５２…冷却部昇降機構
５３…冷却面
５４…冷媒流路
５５…冷媒冷却機構
５６…チラー
５７…ポンプ
５８…流量調節バルブ
５９ａ，５９ｂ…温度センサ
６…制御器
７…ロードロックチャンバ（load lock chamber）
７１…仕切バルブ
Ｍ…成膜材料
Ｓ…被成膜物
Ｐ１…蒸発位置
Ｐ２…補給位置
Claims (17)
- 少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナの上方に配置され、前記ハースライナに供給するための粒状の成膜材料が充填される材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して前記成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバと、を備え、
前記連通路の上端は、前記材料充填部の補給位置に設けられ、前記連通路の下端は、前記ハースライナの補給位置に設けられ、
前記成膜チャンバを成膜雰囲気に設定した状態で、前記材料供給チャンバの内部を前記所定の圧力雰囲気に設定したのち、前記仕切バルブを開き、前記材料充填部に充填された粒状の成膜材料を、前記成膜材料の自重により前記連通路を通過させて前記ハースライナに供給する成膜装置。
- 少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナに供給するための成膜材料が充填される材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して前記成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバと、を備え、
前記成膜チャンバを成膜雰囲気に設定した状態で、前記材料供給チャンバの内部を前記所定の圧力雰囲気に設定したのち、前記仕切バルブを開き、前記連通路を介して前記材料充填部に充填された成膜材料を前記ハースライナに供給する成膜装置において、
前記ハースライナに供給する成膜材料の重量を計測する重量計測器をさらに備える成膜装置。 - 前記重量計測器は、前記成膜チャンバの内部が成膜雰囲気に設定された状態において、前記ハースライナに供給された成膜材料の重量を計測する請求項２に記載の成膜装置。
- 前記成膜チャンバには、
第１駆動部と、
前記第１駆動部により回転可能とされ、前記ハースライナを同心円上に支持するハースホルダと、が設けられ、
前記材料供給チャンバには、
第２駆動部と、
前記第２駆動部により回転可能とされ、同心円上に支持され、前記成膜材料が充填される材料充填部と、が設けられ、
前記第１駆動部と前記第２駆動部の回転角度をそれぞれ制御し、前記ハースライナの回転方向の位置と前記材料充填部の回転方向の位置を前記連通路の位置に一致させる制御信号を、前記第１駆動部と前記第２駆動部に出力する制御器をさらに備える請求項２又は３に記載の成膜装置。 - 前記成膜チャンバには、
第１駆動部と、
前記第１駆動部により回転可能とされ、前記ハースライナを同心円上に支持するハースホルダと、が設けられ、
前記材料供給チャンバの、前記連通路の位置に相当する位置には、前記成膜材料が充填される材料充填部が設けられ、
前記第１駆動部の回転角度を制御し、前記ハースライナの回転方向の位置を前記材料充填部の回転方向の位置及び前記連通路の位置に一致させる制御信号を、前記第１駆動部に出力する制御器をさらに備える請求項２又は３に記載の成膜装置。 - 前記制御器は、
前記重量計測器により計測された成膜材料の重量と、予め設定した基準重量範囲とを比較し、
前記比較の結果、前記成膜材料の重量が前記基準重量範囲内である場合には、成膜処理を続行し、
前記比較の結果、前記成膜材料の重量が前記基準重量範囲より軽い場合には、前記ハースライナに成膜材料をさらに供給し、
前記比較の結果、前記成膜材料の重量が前記基準重量範囲より重い場合には、成膜処理を中止し、警告を出力する請求項４又は５に記載の成膜装置。 - 前記ハースライナは、前記ハースホルダに分離可能に支持され、
前記ハースホルダに前記第１駆動部の回転軸が接続されている請求項４又は５に記載の成膜装置。 - 前記重量計測器は、計測部と、計測部昇降機構とを有し、
前記計測部昇降機構は、前記ハースホルダに支持されたハースライナを上昇させることにより前記ハースライナをハースホルダから分離するとともに、分離したハースライナを下降させることにより前記ハースライナをハースホルダに支持し、
前記計測部は、前記ハースホルダと接触する前記計測部昇降機構の先端部分に設けられ、前記ハースライナがハースホルダから分離された状態におけるハースライナの重量を計測する請求項７に記載の成膜装置。 - 前記ハースライナを冷却する冷却器をさらに備え、
前記冷却器は、冷却部と、冷却部昇降機構とを有し、
前記冷却部は、前記ハースライナと接触する前記冷却部昇降機構の先端部分に設けられた冷却面を含み、
前記冷却部昇降機構は、前記ハースホルダに支持されたハースライナを上昇させて前記ハースホルダから分離することにより前記冷却面を前記ハースライナに接触させるとともに、分離したハースライナを下降させて前記ハースホルダに支持することにより前記冷却面と前記ハースライナとを非接触にする請求項７又は８に記載の成膜装置。 - 前記冷却部は、前記冷却部昇降機構の内部に設けられた冷媒流路と、当該冷媒流路を流れる冷媒と、前記冷媒を前記冷媒流路に供給する供給系と、前記冷媒流路に設けられた流量調節バルブとを含み、
前記冷媒流路は、前記ハースホルダには接触せず、
前記冷媒の流量は、前記流量調節バルブにより制御される請求項９に記載の成膜装置。 - 前記冷却面の温度を検出する温度センサ又は前記ハースライナの温度を検出する温度センサをさらに備える請求項９又は１０に記載の成膜装置。
- 前記制御器は、
前記温度センサにより検出された温度と、予め設定された基準温度範囲とを比較し、
前記比較の結果、前記検出された温度が前記基準温度範囲内である場合には、成膜処理を続行し、
前記比較の結果、前記検出された温度が前記基準温度範囲より低い場合には、前記冷却器の冷却能力を減少させ、
前記比較の結果、前記検出された温度が前記基準温度範囲より高い場合には、前記冷却器の冷却能力を増加させる請求項１１に記載の成膜装置。 - 前記制御器は、
前記加熱源の出力パワー値が大きい場合には、当該出力パワー値が小さい場合に比べて相対的に前記冷却器の冷却能力を増加させる請求項１２に記載の成膜装置。 - 前記制御器は、
前記被成膜物に形成された膜の膜厚と、予め設定された基準膜厚範囲とを比較し、
前記比較の結果、前記膜の膜厚が前記基準膜厚範囲より厚い場合には、前記材料供給チャンバから供給する成膜材料の量を減少させ、
前記比較の結果、前記膜の膜厚が前記基準膜厚範囲より薄い場合には、前記材料供給チャンバから供給する成膜材料の量を増加させる請求項４〜１３のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記制御器は、
前記被成膜物に形成された膜の膜厚と、予め設定された基準膜厚範囲とを比較し、
前記比較の結果、前記膜の膜厚が前記基準膜厚範囲より厚い場合には、前記材料供給チャンバから供給する成膜材料の量を減少させるとともに、前記冷却部の冷却能力を減少させ、
前記比較の結果、前記膜の膜厚が前記基準膜厚範囲より薄い場合には、前記材料供給チャンバから供給する成膜材料の量を増加させるとともに、前記冷却部の冷却能力を増加させる請求項９〜１３のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナに供給するための成膜材料が充填される材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して前記成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバと、を備え、
前記成膜チャンバを成膜雰囲気に設定した状態で、前記材料供給チャンバの内部を前記所定の圧力雰囲気に設定したのち、前記仕切バルブを開き、前記連通路を介して前記材料充填部に充填された成膜材料を前記ハースライナに供給する成膜装置において、
前記材料供給チャンバには、複数の材料充填部が設けられ、少なくとも２つの材料充填部には、異なる種類の成膜材料が充填される成膜装置。 - 少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナに供給するための成膜材料が充填される材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して前記成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバと、を備え、
前記成膜チャンバを成膜雰囲気に設定した状態で、前記材料供給チャンバの内部を前記所定の圧力雰囲気に設定したのち、前記仕切バルブを開き、前記連通路を介して前記材料充填部に充填された成膜材料を前記ハースライナに供給する成膜装置において、
前記成膜チャンバには、複数のハースライナが設けられ、少なくとも２つのハースライナには、異なる種類の成膜材料が供給される成膜装置。
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