JPH06287754A - 真空成膜方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必
要とせず、基板の温度制御を最短時間で行なうことがで
き、装置のコストの低下、小型化および生産性の大幅な
向上を図れる真空成膜装置を提供する。 【構成】 搬入搬出室21、搬送室24、第１の成膜室26、
第２の成膜室29および加熱室32を、それぞれゲートバル
ブ22，23，25，28，31を介して設ける。異なるプロセス
条件で連続して形成する場合、成膜後の第１および第２
の成膜室26，29内の排気時間、マトリクスアレイ基板を
第１の成膜室26から第２の成膜室29まで搬送する搬送室
24の基板枚葉搬送機構による搬送時間、搬送室内の圧
力、成膜前の真空待機時間、成膜前の材料ガス導入調圧
時間をコントローラで最適値に設定する。各成膜圧力を
最適値に設定して成膜して、基板の温度変更のための加
熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を最短時間
で行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板に成膜を行なう真
空成膜方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば薄膜トランジスタの製造
に際して基板に薄膜を形成するような場合、図８に示す
ようなインライン型連続式の真空成膜装置（ＣＶＤ）が
用いられている。

【０００３】そして、この真空成膜装置は、図８に示す
ように、ゲートバルブ１を有し、このゲートバルブ１に
は基板を搬入する搬入室２が設けられ、この搬入室２に
はゲートバルブ３を介して基板を加熱する加熱室４が設
けられている。また、この加熱室４にはゲートバルブ５
を介して基板に薄膜を形成する第１の成膜室６が設けら
れ、この第１の成膜室６にはゲートバルブ７を介して基
板を冷却する冷却室８が設けられている。さらに、この
冷却室８にはゲートバルブ９を介して基板に薄膜を形成
する第２の成膜室10が設けられ、この第２の成膜室10に
はゲートバルブ11を介して基板を搬出する搬出室12が設
けられ、この搬出室12にもゲートバルブ13が設けられて
いる。

【０００４】そして、まず、基板をトレーにセットし、
搬入室２に搬入する。この搬入室２では室内を真空状態
にして加熱室４に搬送し、この加熱室４では所定の温度
まで加熱して第１の成膜室６へ搬送する。この第１の成
膜室６では所定温度にて材料ガスを導入して調圧し、高
周波電力等の印加を行ない基板に薄膜形成する。そし
て、第１の成膜室６で薄膜形成した後、真空排気を行な
い、冷却室８に搬出する。また、冷却室８に搬入された
基板は、所定の温度まで冷却され、第２の成膜室10に搬
送される。この第２の成膜室10では、第１の成膜室６よ
り低温の所定の温度にて材料ガスを導入して調圧し、高
周波電力等の印加を行ない、再度基板上に成膜を行な
う。そして、第２の成膜室10で基板上に薄膜を形成した
後に真空排気を行ない、搬出室12に搬送し、ゲートバル
ブ13により圧力を大気圧に戻し、成膜された基板を搬出
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異なる
２つ以上のプロセス条件で基板上に連続的に成膜を行な
う場合、たとえば第１の成膜室と第２の成膜室との間
に、基板温度を変更するための冷却室あるいは加熱室が
必要となる。また、基板のみならずこの基板を取り付け
たトレー自体の温度を安定化させる必要があるが、一般
に、トレーはステンレス等で構成されており熱容量が大
きく、図９に示すように、温度安定化までに著しい時間
を要する。

【０００６】したがって、異なる２つ以上のプロセス条
件で連続的に膜形成を行なう場合、同一の成膜室で異な
るプロセスを実施するには、温度安定化までに著しく時
間を要するので、事実上は不可能である。

【０００７】一方、複数の成膜室を有する場合には、第
１の成膜室と第２の成膜室あるいはそれ以上の成膜室と
の間に、基板の温度設定を変更するための加熱室もしく
は冷却室が必要である。このため、装置のコストが上昇
し、さらには、装置寸法の大型化、装置設置の占有面積
を増大させる。また、基板の温度を変化させて安定させ
るまでに、時間を要し、装置の生産能力を低下させる問
題を有している。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせ
ず、基板の温度制御を最短時間で行なうことができ、装
置のコストの低下、小型化および生産性の向上を図れる
真空成膜方法およびその装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の真空成膜
方法は、基板を枚葉式に搬送出し、基板加熱ヒータを設
けた成膜室にて前記基板に薄膜を形成する真空成膜方法
において、前記基板加熱ヒータの発熱温度を一定にし、
前記成膜室内の圧力設定値および前記基板を搬送する搬
送時間の少なくともいずれか１つを制御して前記基板の
温度を制御するものである。

【００１０】請求項２記載の真空成膜方法は、基板加熱
ヒータを設けた成膜室にて、基板に異なる種類の複数の
薄膜を、順次成膜する真空成膜方法において、前記成膜
室内の圧力設定値を制御して、前記基板温度を異なる温
度に制御するものである。

【００１１】請求項３記載の真空成膜方法は、請求項２
記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御
する際、基板加熱ヒータの温度は一定であるものであ
る。

【００１２】請求項４記載の真空成膜方法は、請求項２
または３記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータ
の熱容量は、基板の熱容量よりも大きいものである。

【００１３】請求項５記載の真空成膜方法は、請求項２
ないし４記載の真空成膜方法において、基板および基板
加熱ヒータの間に空隙を形成するものである。

【００１４】請求項６記載の真空成膜装置は、基板を搬
入する搬入室と、前記基板を枚葉式に搬送する搬送機構
を設けた搬送室と、前記基板を加熱する加熱室と、前記
基板に薄膜を形成する１以上の成膜室と、前記成膜した
基板を搬出する搬出室とを備えた真空成膜装置におい
て、前記成膜室内の成膜開始前後の排気時間および圧力
設定値、前記成膜室の成膜時の圧力設定値、前記基板を
搬送する搬送時間、および、前記搬送室内の圧力の少な
くともいずれか１つを制御して前記基板の温度を制御す
る制御手段を具備したものである。

【００１５】請求項７記載の真空成膜装置は、請求項６
記載の真空成膜装置において、成膜室に、基板を加熱す
る基板加熱ヒータを備えたものである。

【００１６】請求項８記載の真空成膜装置は、請求項６
または７記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加
熱ヒータの発熱温度は一定であるものである。

【００１７】請求項９記載の真空成膜装置は、請求項６
ないし８いずれか記載の真空成膜装置において、１つの
成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロ
セスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうものであ
る。

【００１８】請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項
９記載の真空成膜装置において、薄膜には、半導体薄膜
が少なくとも一層含まれるものである。

【００１９】請求項１１記載の真空成膜装置は、請求項
６ないし１０いずれか記載の真空成膜装置において、基
板は、ガラス基板であるものである。

【００２０】

【作用】請求項１記載の真空成膜方法は、枚様式のため
トレーが不要であり、熱容量を小さくして容易に短時間
で温度を変化させることができ、基板加熱ヒータの発熱
温度を一定にして成膜室内の圧力設定値および基板を搬
送する搬送時間の少なくともいずれか１つを制御して基
板の温度を制御するため、基板を直接加熱したり冷却し
たりすることが不要になるため、低コストで、簡単に基
板の温度を変化できる。

【００２１】請求項２記載の真空成膜方法は、成膜室内
の圧力設定値を制御して、基板温度を異なる温度に制御
するため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいものの圧力
設定値を制御して温度を変化させるので、短時間で基板
の温度を変化できる。

【００２２】請求項３記載の真空成膜方法は、請求項２
記載の真空成膜方法において、基板を異なる温度に制御
する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、成膜
室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較
的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に
保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の温度
を変化できる。

【００２３】請求項４記載の真空成膜方法は、請求項２
または３記載の真空成膜方法において、基板加熱ヒータ
の熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力を変
化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度変化
しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。

【００２４】請求項５記載の真空成膜方法は、請求項２
ないし４記載の真空成膜方法において、基板および基板
加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒータ
より周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気の温
度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にでき
る。

【００２５】請求項６記載の真空成膜装置は、枚葉式の
ためトレーが不要であるため、熱容量を小さくして容易
に短時間で温度を変化させることができ、成膜室内の成
膜開始前後の排気時間および圧力設定値、成膜室の成膜
時の圧力設定値、基板を搬送する搬送時間、および、搬
送室内の圧力の少なくともいずれか１つを制御手段で制
御して基板の温度制御できるので、基板の温度変更のた
めの加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制御を短
時間で行なうことができ、複数の異なるプロセスの成膜
を連続的に同一の成膜室内において実現可能となり、装
置のコスト低下、小型化および生産性の向上を図れる。

【００２６】請求項７記載の真空成膜装置は、請求項６
記載の真空成膜装置において、成膜室に基板を加熱する
基板加熱ヒータを備えたため、成膜室の温度を任意の温
度に設定できる。

【００２７】請求項８記載の真空成膜装置は、請求項６
または７記載の真空成膜装置において、成膜室の基板加
熱ヒータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量
の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一定に保った状態
で温度変化させるので、短時間で基板の温度を変化でき
る。

【００２８】請求項９記載の真空成膜装置は、請求項６
ないし８いずれか記載の真空成膜装置において、１つの
成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類のプロ
セスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、簡単
に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。

【００２９】請求項１０記載の真空成膜装置は、請求項
９記載の真空成膜装置において、薄膜には半導体薄膜が
少なくとも一層含まれるため、半導体製品を容易に形成
できる。

【００３０】請求項１１記載の真空成膜装置は、請求項
６ないし１０いずれか記載の真空成膜装置において、基
板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラス基板
内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気により
容易に温度制御される。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の真空成膜装置の一実施例を図
面を参照して説明する。

【００３２】図１において、21は搬入室および搬出室と
しての搬入搬出室で、この搬入搬出室21は薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）が形成されたマトリクスアレイ基板Ｂを
搬入、搬送し、このマトリクスアレイ基板Ｂの搬入、搬
出側には、ゲートバルブ22が設けられている。また、搬
入搬出室21のゲートバルブ22とは対向する側にもゲート
バルブ23が設けられ、このゲートバルブ23を介して搬送
室24が設けられ、この搬送室24はトレーを用いることな
く基板を枚葉式に搬送する基板枚葉搬送機構を有してい
る。

【００３３】そして、この搬送室24のゲートバルブ23が
設けられた辺とは他の辺には、ゲートバルブ25を介して
第１の成膜室26が設けられ、この第１の成膜室26は基板
加熱ヒータ27を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を
形成する。また、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ28
が設けられ、このゲートバルブ28を介して第２の成膜室
29が設けられ、この第２の成膜室29も同様に基板加熱ヒ
ータ30を有し、マトリクスアレイ基板Ｂに薄膜を形成す
る。さらに、搬送室24の他の辺にもゲートバルブ31が設
けられ、このゲートバルブ31を介して加熱室32が設けら
れ、この加熱室30も基板加熱ヒータ33を有し、マトリク
スアレイ基板Ｂを加熱する。

【００３４】また、第１の成膜室26および第２の成膜室
29は、図２に示すようになっている。すなわち、第１の
成膜室26および第２の成膜室29には、真空用の吸引ポン
プ41がスロットルバルブ42を介して接続されるととも
に、ガス供給部43が開閉バルブ44を介して接続されてい
る。さらに、第１の成膜室26および第２の成膜室29には
圧力センサ46が設けられ、この圧力センサ46にタイマ機
能を有する制御手段としてのコントローラ45が接続さ
れ、このコントローラ45はそれぞれのスロットルバルブ
42および開閉バルブ44に接続され、これらスロットルバ
ルブ42および開閉バルブ44を制御する。

【００３５】さらに、搬送室24は、図３に示すようにな
っている。すなわち、搬送室24には、真空用の吸引ポン
プ51がスロットルバルブ52を介して接続されるととも
に、ガス供給部53が開閉バルブ54を介して接続されてい
る。また、搬送室24には圧力センサ55が設けられ、この
圧力センサ55にコントローラ45が接続され、このコント
ローラ45はスロットルバルブ52および開閉バルブ54に接
続され、このスロットルバルブ52および開閉バルブ54を
制御する。なお、コントローラ45にて搬送速度も制御す
る。

【００３６】またさらに、加熱室32も同様に、図４に示
すようになっている。すなわち、加熱室32には、真空用
の吸引ポンプ56がスロットルバルブ57を介して接続され
るとともに、ガス供給部58が開閉バルブ59を介して接続
されている。また、加熱室32には圧力センサ60が設けら
れ、この圧力センサ60にコントローラ45が接続され、こ
のコントローラ45はスロットルバルブ57および開閉バル
ブ59に接続され、このスロットルバルブ57および開閉バ
ルブ59を制御する。

【００３７】ここで、マトリクスアレイ基板Ｂは、図５
に示すように、ガラス基板61上に、ゲート電極62が形成
され、このゲート電極62を含むガラス基板61上にゲート
絶縁層63を形成し、このゲート絶縁層63を介したゲート
電極62上に半導体層64およびエッチングストッパ層65を
形成し、ソース電極66およびドレイン電極67を形成した
ものである。

【００３８】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００３９】まず、全てのゲートバルブ22，23，25，2
8，31を閉じ、搬入搬出室21以外では、コントローラ45
により圧力センサ46，55，60で検出されたそれぞれの圧
力に基づき、所定の圧力までそれぞれの吸引ポンプ41，
51，56のそれぞれのスロットルバルブ42，52，57を開い
て真空排気を行なう。そして、第１の成膜室26の基板加
熱ヒータ27を４２０℃に、加熱室32の基板加熱ヒータ33
を３９０℃に、第２の成膜室29の基板加熱ヒータ30を３
５０℃に予め真空中で昇温しておく。

【００４０】次に、搬入搬出室21のゲートバルブ22を開
け、マトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61もしくはこ
のマトリクスアレイ基板Ｂのガラス基板61の入ったカセ
ットをセットし、ゲートバルブ22を閉じて搬入搬出室21
を図示しない吸引ポンプにより大気圧から所定の圧力ま
で真空排気を行なう。その後、搬入搬出室21の搬送室24
側のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を
開き、搬送室24内のガラス基板61を基板枚葉搬送機構に
て、搬入搬出室21より加熱室32に搬送する。

【００４１】そして、加熱室32にガラス基板61が搬送さ
れると、加熱室32のゲートバルブ31を閉じ、加熱室32の
基板加熱ヒータ33上でガラス基板61を約３８０℃に昇温
して保持する。さらに、ガラス基板61を所定時間昇温
し、昇温が完了した後に吸引ポンプ56のスロットルバル
ブ57を開いて真空排気を行ない、加熱室32のゲートバル
ブ31および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開く。次
に、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬送機構
の速さを制御してガラス基板61を加熱室32より第１の成
膜室26へ搬送する。

【００４２】また、ガラス基板61が第１の成膜室26に搬
送されると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、
吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いてコントロー
ラ45で所定の時間真空排気を行ない、材料ガスであるモ
ノシランガス（ＳｉＨ₄ ）、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）
および窒素ガス（Ｎ₂ ）等をガス供給部43の開閉バルブ
44を開いて導入し、スロットルバルブ42の開度をコント
ローラ45により制御して設定圧力１．５Torrに調圧し、
高周波電力を印加することにより放電を発生せしめ、ゲ
ート電極62が形成されているガラス基板61の全面上に３
００℃〜４００℃、好ましくは３５０℃にて窒化シリコ
ン（Ｓｉ_x Ｎ_y ）膜からなるゲート絶縁層63を形成す
る。また、窒化シリコン（Ｓｉ_x Ｎ_y ）におけるｘは
２、ｙは３が一般的であるが、Ｓｉ_x Ｎ_y の膜に微量の
水素（Ｈ）あるいは酸素（Ｏ）の元素を含む場合もあ
る。なお、スロットルバルブ42の開度はガスの流れる方
向に対して図示しない弁が平行の向き、すなわち１８０
°としたとき開となり、直交の向き、すなわち９０°の
ときを閉とする。そして、調整は弁を９０°〜１８０°
の範囲で調整する。ゲート絶縁層63の形成前に、あらか
じめゲート電極62が薄膜形成後、エッチングされて形成
されている。そして、所定の時間の放電の終了後に、予
め設定された時間ｔ₁ 吸引ポンプ41のスロットルバルブ
42を開いて真空排気を行なう。さらに、第１の成膜室26
のゲートバルブ25および第２の成膜室29のゲートバルブ
28を開き、コントローラ45により搬送室24の基板枚葉搬
送機構の速さを制御して第１の成膜室26から第２の成膜
室29までコントローラ45にて予め設定された時間ｔ₂ で
ゲート絶縁層63が形成されたガラス基板61を搬送する。

【００４３】さらに、第２の成膜室29にマトリクスアレ
イ基板Ｂとなるゲート絶縁層63が形成されたガラス基板
61が搬送されると第２の成膜室29のゲートバルブ28を閉
じ、予め設定された時間ｔ₃ 吸引ポンプ41のスロットル
バルブ42を開いて真空排気を行ない、材料ガスであるモ
ノシランガス（ＳｉＨ₄ ）および水素ガス（Ｈ₂ ）等を
ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて導入し、圧力セン
サ46で圧力を検出しながら予め設定された時間ｔ₄ で設
定圧力２Torrにスロットルバルブ42の開度を制御して調
圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生
せしめ、ゲート絶縁層63上にアモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）膜からなる半導体層64を２５０℃〜３５０℃、
好ましくは３００℃にて所定膜厚形成する。そして、こ
の半導体層64の形成後に再び吸引ポンプ41のスロットル
バルブ42を開いて真空排気を行ない、第２の成膜室29の
ゲートバルブ28および搬入搬出室21側のゲートバルブ23
を開け、搬送室24の枚葉搬送機構にて、第２の成膜室29
にて積層膜が形成された後のマトリクスアレイ基板Ｂを
搬入搬出室21内に戻す。

【００４４】また、第１の成膜室26、第２の成膜室29ま
たは図示しない他の成膜室にマトリクスアレイ基板Ｂと
なる半導体層64が形成されたガラス基板61が搬送される
と、同様に真空排気を行ない、材料ガスであるモノシラ
ンガス（ＳｉＨ₄ ）、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）および
水素ガス（Ｈ₂ ）等を導入し、設定圧力０．８Torrに調
圧した後、高周波電力を印加することにより放電を発生
せしめ、半導体層64上に窒化シリコン（Ｓｉ_x Ｎ_y ）膜
からなるエッチングストッパ層65を２５０℃〜３５０
℃、好ましくは２９０℃にて所定膜厚形成する。そし
て、このエッチングストッパ層65の形成後に再び真空排
気を行ない、搬入搬出室21内に戻す。

【００４５】さらに、所定のエッチングの後に、ソース
電極66およびドレイン電極67を形成する。

【００４６】そして、これらの動作を連続的に繰り返
す。

【００４７】また、温度の制御について図６に示す第１
の成膜室26から第２の成膜室29までの２層を形成する部
分の温度変化を参照して説明する。

【００４８】まず、第１の成膜室26で、成膜が終了した
後に吸引ポンプ41のスロットルバルブ42をコントローラ
45で開いて真空排気時間ｔ₁ で基板温度を約２０℃降下
させ、第１の成膜室26から第２の成膜室29までの搬送時
間ｔ₂ で搬送室24を圧力センサ55で検知される圧力に基
づきコントローラ45で１Torrに調圧し約２５℃降下させ
る。また、第２の成膜室29では、真空待機が時間ｔ₃ 、
ガス供給部43の開閉バルブ44をコントローラ45で開き材
料ガスを導入する調圧時間ｔ₄ で５℃下降させる。

【００４９】このように、第１の成膜室26での真空排気
時間ｔ₁ 、第１の成膜室26から第２の成膜室29への搬送
時間ｔ₂ 、搬送時間ｔ₂ の間の搬送室24の圧力、第２の
成膜室29における真空待機時間ｔ₃ および第２の成膜室
29における材料ガスを導入する調圧時間ｔ₄ をコントロ
ーラ45内のメモリなどに基づきコントロールすることに
よりマトリクスアレイ基板Ｂの温度の最短時間制御を行
なう。なお、調圧時の圧力は段階的に変化させてもよ
い。

【００５０】またここで、第１の成膜室26の成膜時の圧
力は１．５Torr、搬送室24では１Torr、第２の成膜室29
での成膜時の圧力は２Torrとした。この場合、たとえば
ｔ₁＝１０sec 、ｔ₂ ＝１５sec 、ｔ₃ ＝５sec 、ｔ₄
＝１０sec に設定することにより、約４０秒という最短
時間にてマトリクスアレイ基板Ｂの温度制御が可能であ
る。

【００５１】さらに、基板加熱ヒータ27，30，33上にマ
トリクスアレイ基板Ｂを搭載する基板温度制御方式にお
いては、同一の基板加熱ヒータ27，30，33の温度設定時
のマトリクスアレイ基板Ｂの温度は、高真空側で低くな
り、逆に、低真空側で高くなるという性質を有する。こ
の影響は、マトリクスアレイ基板Ｂと基板加熱ヒータ2
7，30，33との隙間が０．３mm以下で顕著であり、ま
た、介在する気体の種類により変化する。したがって、
成膜時の調圧圧力を選択することにより、希望する基板
温度での成膜が可能である。

【００５２】一方、成膜に利用するガスの種類により、
同一の基板加熱ヒータ27，30，33の設定温度におけるマ
トリクスアレイ基板Ｂの温度は異なる。たとえば、Ｓｉ
_x Ｎ_y 成膜を３．５Torr、ａ−Ｓｉ成膜を１Torrとした
場合、同一の基板加熱ヒータ27，30，33で温度の設定が
３５０℃において、Ｓｉ_x Ｎ_y はマトリクスアレイ基板
Ｂ温度３５０℃で、ａ−Ｓｉはマトリクスアレイ基板Ｂ
３００℃で積層成膜が可能となる。

【００５３】したがって、複数の異なる第１および第２
の成膜室26，29を用いて、異なる２つ以上のプロセス条
件で連続的にマトリクスアレイ基板Ｂに成膜を実施する
場合、第１の成膜室26での調圧時圧力、成膜後の真空排
気時間および圧力設定値、第１の成膜室26から第２の成
膜室29までマトリクスアレイ基板Ｂを搬送する搬送時間
およびその時の圧力、第２の成膜室29で材料ガスを導入
して調圧開始するまでの真空待機時間および圧力設定
値、および、調圧時圧力設定値をパラメータとして最適
設定することにより、マトリクスアレイ基板Ｂの最短時
間温度制御を行なうことができる。

【００５４】次に、他の実施例として、第１の成膜室26
にて異なるプロセスの積層成膜を行なう場合を説明す
る。なお、第２の成膜室29にても同様に、並行処理を行
なう。

【００５５】まず、予め第１の成膜室26の基板加熱ヒー
タ27を３９０℃に設定しておく。そして、搬入搬出室21
のゲートバルブ23および加熱室32のゲートバルブ31を開
け、搬送室24の基板枚葉式搬送機構により加熱室32にあ
らかじめゲート電極62が形成されているマトリクスアレ
イ基板Ｂのガラス基板61を搬送し、加熱室32にてガラス
基板61を約３８０℃に加熱する。この加熱室32にて約３
８０℃に加熱された基板は、加熱室32のゲートバルブ29
および第１の成膜室26のゲートバルブ25を開き、搬送室
24内の基板枚葉搬送機構にて加熱室32より第１の成膜室
26へ搬送する。

【００５６】そして、基板が第１の成膜室26に搬送され
ると、第１の成膜室26のゲートバルブ25を閉じ、所定の
時間真空排気を行ない、材料ガスであるＳｉＨ₄ 、ＮＨ
₃ およびＮ₂ などをコントローラ45からガス供給部43の
開閉バルブ44を開いて導入して、コントローラ45により
吸引ポンプ41のスロットルバルブ42の開度を制御して設
定圧力３．５Torrに調圧し、高周波電力を印加すること
により放電を発生せしめ、ガラス基板61上に３５０℃に
てＳｉ_x Ｎ_y 膜のゲート絶縁層63を形成する。

【００５７】次に、予め設定された時間コントローラ45
により吸引ポンプ41のスロットルバルブ42を開いて真空
排気を行ない、ガス供給部43の開閉バルブ44を開いて再
び材料ガスであるＳＩＨ₄ およびＨ₂ などを導入して、
１Torrに調圧し、ゲート絶縁層63上に３００℃にてａ−
Ｓｉ膜の半導体層64を形成する。ここで、真空排気時の
圧力を制御するためには、コントローラ45によりガス供
給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを導入し続けて
もよく、高周波電力を印加し続けてもよい。

【００５８】さらに、半導体層64を形成した後、予め設
定された時間コントローラ45により吸引ポンプ41のスロ
ットルバルブ42を開いて真空排気を行ない、ガス供給部
43の開閉バルブ44を開いて再び材料ガスであるＳｉ
Ｈ₄ 、ＮＨ₃ およびＨ₂ などを導入して、０．５Torrに
調圧し、半導体層64上に２９０℃にてＳｉ_x Ｎ_y 膜のエ
ッチングストッパ層65を形成する。この場合も同様に、
真空排気時の圧力を制御するためには、コントローラ45
によりガス供給部43の開閉バルブ44を開いて材料ガスを
導入し続けてもよく、高周波電力を印加し続けてもよ
い。

【００５９】そして、これらゲート絶縁層63、半導体層
64およびエッチングストッパ層65を成膜後に再び真空排
気を行ない、第１の成膜室26のゲートバルブ25および搬
入搬出室21側のゲートバルブ23を開け、搬送室24の基板
枚葉搬送機構にて、第１の成膜室26から積層膜形成後の
基板を搬入搬出室21内に戻す。また、第２の成膜室29で
も同様に処理する。

【００６０】さらに、所定のエッチングの後に、ソース
電極66およびドレイン電極67を形成する。

【００６１】また、基板の温度の制御について図７に示
す第１の成膜室26のゲート絶縁層63および半導体層64を
成膜する際の温度変化を参照して説明する。

【００６２】まず、第１の成膜室26でコントローラ45に
より吸気ポンプ41のスロットルバルブ42を開き、第１の
成膜であるＳｉ_x Ｎ_y 膜の成膜温度３５０℃から、成膜
後の真空排気時間ｔ₁ ＝１０秒で３００℃近くに降下さ
せると同時に、コントローラ45によりガス供給部42のス
ロットルバルブ43を開いて第２成膜のａ−Ｓｉ膜材料ガ
ス導入調圧時間ｔ₄ ＝５秒にて基板温度を３００℃に安
定させて成膜を行なう。この場合、基板設定変更に要す
る時間は１５秒である。なお、ここで真空排気時間ｔ₁
および材料ガス導入調圧時間ｔ₄ の時間圧力制御のため
に、材料ガスを導入し続けてもよく、この場合には放電
状態を継続保持してもよい。

【００６３】したがって、１つの第１の成膜室26にて異
なる２つ以上のプロセスの成膜を連続的に実施する場
合、各材料ガスの導入の調圧開始までの真空待機時間、
調圧時圧力設定値、成膜後の真空排気時間および圧力設
定値をパラメータとして最適設定することにより、成膜
時基板の最短時間温度制御を行なうことができる。すな
わち、真空排気時間および圧力設定値、基板の搬送時
間、真空待機時間および圧力設定値をパラメータとして
変化させる基板温度制御方法と、各成膜時の調圧圧力を
変化させ成膜する方法を用いることにより、２つ以上の
プロセス条件にて連続的に成膜実施の場合には、基板の
温度を変化させるための加熱室もしくは冷却室なしに、
基板の最短時間温度制御を行なうことができる。

【００６４】上記実施例によれば、異なるプロセス条件
の成膜を、連続して形成する場合において、成膜後の第
１および第２の成膜室26，29内の排気時間ｔ₁ および圧
力設定値と、基板を第１の成膜室26から第２の成膜室29
まで搬送する搬送室24の基板枚葉搬送機構による搬送時
間ｔ₂ と、搬送室内の基板搬送時圧力と、成膜前の真空
待機時間ｔ₃ および圧力設定値と、成膜前の材料ガス導
入調圧時間ｔ₄ を最適値に設定し、さらに、各成膜圧力
を最適値に設定して成膜することにより、基板の温度変
更のための加熱室や冷却室を必要とせず、基板の温度制
御を最短時間で行なうことができる。

【００６５】さらに、同一に設定された基板加熱ヒータ
27，30の温度で異なる基板温度プロセスでの成膜が可能
であり、複数の異なるプロセスの成膜を、連続的に同一
の第１または第２の成膜室26，29内において実現可能で
あり、装置の大幅なコスト低下、装置の小型化、占有面
積の縮小化、装置生産性の大幅な向上が実現できる。

【００６６】また、第１の成膜室26あるいは第２の成膜
室29などでは、マトリクスアレイ基板Ｂおよび基板加熱
ヒータ27，30との間隙を０．３mm以下にすると効果的で
あり、到達圧力が１０mTorr 以下となる排気系を使用
し、成膜時の圧力を０．１〜５Torrの範囲内で制御可能
に設定すれば、Ｓｉ_x Ｎ_y 膜の場合、基板加熱ヒータ2
7，30の設定温度を４００℃として、マトリクスアレイ
基板Ｂの温度を３００℃〜３７０℃の任意の温度に制御
できる。

【００６７】特に、非晶質半導体膜を含む積層成膜を連
続的に実施する場合、非晶質半導体膜成膜後に積層成膜
実施時の温度を非晶質半導体層成膜時の温度よりも低く
することにより、非晶質半導体の特性変化、特に移動度
の劣化を制御することを可能にできる。したがって、上
記実施例のように、順次温度を低下させていけば、非晶
質半導体層の特性を変化させることなく連続的に積層成
膜が可能であり、薄膜トランジスタの製造に有利であ
る。

【００６８】上記実施例では、マトリクスアレイ基板Ｂ
の温度を順次低下させて成膜するものであるが、成膜温
度は一定あるいは順次上昇させて成膜するものであって
もよい。

【００６９】なお、窒化シリコン（Ｓｉ_x Ｎ_y ）は一般
的にはｘが１、ｙが２であり、微量のＮあるいはＨを含
む場合もあり、さらには、窒化シリコンに代えて酸化シ
リコン（Ｓｉ_x Ｏ_y ）を用いてもよく、膜種は任意に設
定できる。

【００７０】また、半導体装置としてはＴＦＴに限ら
ず、太陽電池などにも用いることができる。

【００７１】さらに、成膜に際しては１つの成膜室で複
数層の成膜、１つの成膜室で１層の成膜、あるいは、こ
れらを組み合わせて構成してもよい。

【００７２】

【発明の効果】請求項１記載の真空成膜方法によれば、
枚様式のためトレーが不要であるため、熱容量を小さく
して容易に短時間で温度を変化させることができ、ヒー
タの発熱温度を一定にして成膜室内の圧力設定値および
基板を搬送する搬送時間の少なくともいずれか１つを制
御して基板の温度を制御するため、基板を直接加熱した
り冷却したりすることが不要になるため、低コストで、
簡単に基板の温度を変化できる。

【００７３】請求項２記載の真空成膜方法によれば、成
膜室内の圧力設定値を制御して、基板温度を異なる温度
に制御するため、基板加熱ヒータは熱容量が大きいもの
の圧力設定値を制御して温度を変化させるので、短時間
で基板の温度を変化できる。

【００７４】請求項３記載の真空成膜方法によれば、請
求項２記載の真空成膜方法に加え、基板を異なる温度に
制御する際、基板加熱ヒータの温度は一定としたため、
成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一定であるため、
比較的温度容量の大きい基板加熱ヒータの発熱温度を一
定に保った状態で温度変化させるので、短時間で基板の
温度を変化できる。

【００７５】請求項４記載の真空成膜方法によれば、請
求項２または３記載の真空成膜方法に加え、基板加熱ヒ
ータの熱容量は、基板の熱容量よりも大きいため、圧力
を変化させた場合、基板加熱ヒータより基板の方が温度
変化しやすいので、容易に基板の温度を変化できる。

【００７６】請求項５記載の真空成膜方法によれば、請
求項２ないし４記載の真空成膜方法に加え、基板および
基板加熱ヒータの間に空隙を形成するため、基板加熱ヒ
ータより周囲の温度変化の方が早いため、周囲の雰囲気
の温度により容易に短い温度で基板の温度を設定値にで
きる。

【００７７】請求項６記載の真空成膜装置によれば、枚
葉式では熱容量の大きなトレーが不要であるため、熱容
量を小さくして容易に短時間で温度を変化させることが
でき、成膜室内の成膜開始前後の排気時間および圧力設
定値、成膜室の成膜時の圧力設定値、基板を搬送する搬
送時間、および、搬送室内の圧力の少なくともいずれか
１つを制御手段で制御して基板の温度制御できるので、
基板の温度変更のための加熱室や冷却室を必要とせず、
基板の温度制御を短時間で行なうことができ、複数の異
なるプロセスの成膜を連続的に同一の成膜室内において
実現可能となり、装置のコスト低下、小型化および生産
性の向上を図れる。

【００７８】請求項７記載の真空成膜装置によれば、請
求項６記載の真空成膜装置に加え、成膜室に基板を加熱
するヒータを備えたので、成膜室の温度を任意の温度に
設定できる。

【００７９】請求項８記載の真空成膜装置によれば、請
求項６または７記載の真空成膜装置に加え、成膜室のヒ
ータの発熱温度は一定であるため、比較的温度容量の大
きいヒータの発熱温度を一定に保った状態で温度変化さ
せるので、短時間で基板の温度を変化できる。

【００８０】請求項９記載の真空成膜装置によれば、請
求項６ないし８いずれか記載の真空成膜装置に加え、１
つの成膜室内で基板の温度を順次制御し、異なる種類の
プロセスでの複数の薄膜の成膜を連続的に行なうため、
簡単に１つの成膜室で異なる種類の薄膜を積層できる。

【００８１】請求項１０記載の真空成膜装置によれば、
請求項９記載の真空成膜装置に加え、薄膜には半導体薄
膜が少なくとも一層含まれるため、半導体製品を容易に
形成できる。

【００８２】請求項１１記載の真空成膜装置によれば、
請求項６ないし１０いずれか記載の真空成膜装置におい
て、基板はガラス基板であるため、熱伝導率が低くガラ
ス基板内に温度勾配ができるので、薄膜は周囲の雰囲気
により容易に温度制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空成膜装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】同上第１および第２の成膜室を示すブロック図
である。

【図３】同上搬送室を示すブロック図である。

【図４】同上加熱室を示すブロック図である。

【図５】同上マトリクスアレイ基板の製造途中の状態を
示す断面図である。

【図６】同上基板の温度変化を示すグラフである。

【図７】同上基板の温度変化を示すグラフである。

【図８】従来例の真空成膜装置を示すブロック図であ
る。

【図９】同上基板の温度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

21 搬入室および搬出室としての搬入搬出室 24 搬送室 26 第１の成膜室 27，30 基板加熱ヒータ 29 第２の成膜室 32 加熱室 45 制御手段としてのコントローラ Ｂ マトリクスアレイ基板

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を枚葉式に搬送出し、基板加熱ヒー
   タを設けた成膜室にて前記基板に薄膜を形成する真空成
   膜方法において、 前記基板加熱ヒータの発熱温度を一定にし、前記成膜室
   内の圧力設定値および前記基板を搬送する搬送時間の少
   なくともいずれか１つを制御して前記基板の温度を制御
   することを特徴とする真空成膜方法。
2. 【請求項２】 基板加熱ヒータを設けた成膜室にて、基
   板に異なる種類の複数の薄膜を、順次成膜する真空成膜
   方法において、 前記成膜室内の圧力設定値を制御して、前記基板温度を
   異なる温度に制御することを特徴とする真空成膜方法。
3. 【請求項３】 基板を異なる温度に制御する際、基板加
   熱ヒータの温度は一定であることを特徴とする請求項２
   記載の真空成膜方法。
4. 【請求項４】 基板加熱ヒータの熱容量は、基板の熱容
   量よりも大きいことを特徴とする請求項２または３記載
   の真空成膜方法。
5. 【請求項５】 基板および基板加熱ヒータの間に空隙を
   形成することを特徴とする請求項２ないし４記載の真空
   成膜方法。
6. 【請求項６】 基板を搬入する搬入室と、前記基板を枚
   葉式に搬送する搬送機構を設けた搬送室と、前記基板を
   加熱する加熱室と、前記基板に薄膜を形成する１以上の
   成膜室と、前記成膜した基板を搬出する搬出室とを備え
   た真空成膜装置において、 前記成膜室内の成膜開始前後の排気時間および圧力設定
   値、前記成膜室の成膜時の圧力設定値、前記基板を搬送
   する搬送時間、および、前記搬送室内の圧力の少なくと
   もいずれか１つを制御して前記基板の温度を制御する制
   御手段を具備したことを特徴とした真空成膜装置。
7. 【請求項７】 成膜室に、基板を加熱する基板加熱ヒー
   タを備えたことを特徴とした請求項６記載の真空成膜装
   置。
8. 【請求項８】 成膜室の基板加熱ヒータの発熱温度は一
   定であることを特徴とした請求項６または７記載の真空
   成膜装置。
9. 【請求項９】 １つの成膜室内で基板の温度を順次制御
   し、異なる種類のプロセスでの複数の薄膜の成膜を連続
   的に行なうことを特徴とした請求項６ないし８いずれか
   記載の真空成膜装置。
10. 【請求項１０】 薄膜には、半導体薄膜が少なくとも一
    層含まれることを特徴とした請求項９記載の真空成膜装
    置。
11. 【請求項１１】 基板は、ガラス基板であることを特徴
    とした請求項６ないし１０いずれか記載の真空成膜装
    置。