JPWO2010073666A1 - ガス供給装置、真空処理装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

ガス供給管２１の全長が長くとも、均一にガスを供給することができ、膜質の均一性を確保することができるガス供給装置２０を提供する。ガス導入管２２に接続された内管２３と、該内管２３の外周部を間隙を隔てて被う外管２４とからなる二重管で構成されたガス供給管２１を備え、前記内管２３は、少なくとも一部にガスを通過させる多孔質の焼結体２５を有し、前記外管２４は、前記焼結体２５を通過したガスを真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口２６を有するガス供給装置２０とする。

Description

本発明は、真空容器内に処理ガスを導入するために使用するガス供給装置、該ガス供給装置を真空容器内に備えた真空処理装置及び該真空装置を用いた電子デバイスの製造方法に関する。

スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング及びプラズマ重合など、真空容器内で基板などに成膜処理を行う場合には、真空容器内に処理ガスを供給する必要がある。特に、真空雰囲気下で反応性ガスを供給して基板上に薄膜を成膜する成膜方法では、反応性ガスを均一に供給することが、膜質の均一性を確保するために重要である。

反応性ガスを均一に供給する技術としては、例えば、真空容器内に多数のガス流出口を開設したガス供給管を用いるスパッタリング技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平３−１６６３６６号公報（第１図、第２図）

しかしながら、特許文献１のように、ガス供給管に多数のガス流出口を開設しただけでは、真空容器内におけるガスの均一化は不充分であった。特に、基板の大面積化の要請により、ガス供給管の全長が長くなる傾向にあり、ガス導入系との接続部に近い側と遠い側とではガス流量に差異が生じ、均一にガスを供給することができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、ガス供給管の全長が長くとも、均一にガスを供給することができ、膜質の均一性を確保することができるガス供給装置該ガス供給装置を備えた真空処理装置及び該真空処理装置を用いた電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。

即ち、本発明に係るガス供給装置は、真空容器内に処理ガスを供給するガス供給管を備えたガス供給装置であって、前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の周囲を間隙を隔てて被う外管と、からなる二重管であり、前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、前記外管は、前記焼結体面を通過したガスを上記真空容器内へ流出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とするガス供給装置である。

また、本発明に係る真空処理装置は、基板を処理する真空容器内にガスを供給するガス供給管を備えた真空処理装置において、前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の外周部を間隙を隔てて被う外管と、からなる二重管であり、前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、前記外管は、前記焼結体を通過したガスを前記真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とする真空処理装置である。

更に、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、真空容器内にガスを供給するガス供給管を備えた真空処理装置内で基板処理を行う工程を有する電子デバイスの製造方法において、前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の外周部を間隙を隔てて被う外管と、からなる二重管であり、前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、前記外管は、前記焼結体を通過したガスを前記真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法である。

本発明によれば、ガス供給管が二重管構造であり、内管の多孔質の焼結体面を通過して外管内でガスが拡散したうえで、外管の多数のガス吹出口から放出される。したがって、ガス供給管の全長が長くとも、均一にガスを供給することができ、膜質の均一性を確保することができる。

本発明に係るガス供給装置を備えた第１の実施形態の真空処理装置を例示する模式図である。 本実施形態のガス供給装置の構造を示す模式図である。 ガス供給装置のガス供給管の断面構造を例示する模式図である。 第２の実施形態の真空処理装置を例示する模式図である。 第３の実施形態の真空処理装置を例示する模式図である。 第４の実施形態の真空処理装置を例示する模式図である。 他の例に係るガス供給装置の構造を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

〔第１の実施形態〕
〈真空処理装置〉
まず、図１を参照して、本発明に係る真空処理装置の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明に係るガス供給装置を備えた第１の実施形態の真空処理装置を示し、図１（ａ）は正面模式図、図１（ｂ）は右側面模式図である。

図１に示すように、本実施形態の真空処理装置１は、基板２の処理空間３を区画する真空容器４が備えられている。真空容器４内の中央部に基板２を載置するための基板支持台５が設けられている。この基板支持台５は、例えば、その載置面に静電吸着方式により基板２を支持し、回転可能及び昇降移動可能に構成されている。

また、真空容器４の上部には、上記基板支持台５に対向するように、カソードユニット６が設けられている。カソードユニット６は、カソードケーシングの前面側にターゲットを支持し、裏面側にターゲットに磁界を印加する磁石ユニットを備えている。さらに、真空容器４の底部には、不図示の排気系（排気ポンプ）に接続された排気口７が設けられ、真空容器内を排気して真空状態に保持する。

そして、真空容器４の側壁には、後で詳述するガス供給装置２０のガス供給管２１が設けられ、このガス供給管２１にはガス導入管２２が接続され、ガス供給管２１のガス吹出口２６（図２参照）から真空容器内に反応性ガスを含む処理ガスが供給される。ガス導入管２２は、ガス源を含むガス導入系に接続されているものである。

本実施の形態では、ガス供給管２１のガス吹出口２６は、真空容器２の上部壁に臨んで開設されており、基板２とは反対方向を向いている。したがって、ガス供給管２１のガス吹出口２６から供給されたガスの流れは、真空容器２の上壁面に衝突してから容器中央の処理空間へ向かうので、ガス流はより均一な流れとなる。

〈ガス供給装置〉
次に、図２を参照して、本実施形態のガス供給装置２０の具体的な構造について説明する。図２は、本実施形態のガス供給装置の構造を示す模式図である。

図２に示すように、ガス供給装置２０は、真空容器内に処理ガスを供給するガス供給管２１を備えた装置であり、このガス供給管２１は、ガス導入管２２に接続された内管２３と、この内管２３の外周部を間隙を隔てて被う外管２４と、からなる二重管である。

ガス導入管２２はガス源から延出され、外管２４の長手方向の中央部を貫通して、内管２３の長手方向の中央部に接続されている。このように内管２３の中央部に接続するのは、ガス供給管２１からのガス放出量を均一化させるためである。また、内管２３の一部（中間部）には多孔質の焼結体２５が介設され、ガスを通過させる多孔質の焼結体面を有している。

外管２４には、ガス導入管２２から内管２３に導入され、上記焼結体面を通過したガスを真空容器内へ流出させる多数のガス吹出口２６が開設されている。ガス吹出口２６は、外管２４の長手方向に多数設けられ、上述したように、真空容器２の上部壁に臨んで開設されている。そして、外管２４のガス吹出口２６の開設範囲Ｌは、真空容器内で処理する基板２の幅（外径）Ｄよりも大きく設定されている。

また、外管２４からのガス放出量を均一化させるために、内管２３の焼結体面は、基板２の幅方向中心（径方向中心）に対して左右均等に配置され、かつガス導入管２２の接続部を境にした外管２４の左右部分２４ａ，２４ａの中央部に位置する。ここで、内管２３が焼結体２５までの長さしかなくとも、外管２４内のガス量が部位によって異なってしまうため、ガス放出量の均一化を図るためには、外管２４を延長する必要がある。したがって、外管２４内で焼結体２５よりも内管２３を延長する場合は、必ずしも中空である必要はない。

次に、図３を参照して、上記ガス供給管２１の断面構造の態様について説明する。図３（ａ）ないし（ｃ）は、それぞれガス供給装置２０のガス供給管２１の断面構造を例示する模式図である。

図３（ａ）に例示するガス供給管２１は、内管２３の中間部に円柱状の多孔質の焼結体２５が介設されている例である。この焼結体２５としては、例えば、粉末冶金による金属焼結体を用いることができる。構成金属としては、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの耐熱性及び耐腐食性を有する金属を用いることが好ましい。また、焼結体２５は数μｍの焼結粒で形成されていることが好ましく、その空孔を塞がないように空孔処理は行わず、内管２３の中間部に溶接などの接合手段を用いて設けられる。外管２４は、内管２３の外周部を間隙を隔てて被っており、上部にガス吹出口２６が開設されている。

また、図３（ｂ）に例示する他の態様のガス供給管２１は、内管２３の中間部に介設された円柱状の焼結体２５の上半面が半割短管状のカバー部材３０で被われている。外管２４は、内管２３の外周部を間隙を隔てて被っており、上部にガス吹出口２６が開設されている。即ち、外管２４の内部において、内管２３の焼結体面は、外管２４のガス吹出口２６の開設側と逆方向に臨んでいる。本例では、焼結体２５の上半面が半割短管状のカバー部材３０で被われているので、内管２３内のガスは焼結体２５に供給され、焼結体面から外管２４に開設したガス吹出口２６と反対方向に向けて排出される。そのため、ガスは整流され、一定流量のガスが真空容器内に供給され易い。

さらに、図３（ｃ）に例示する他の態様のガス供給管２１のように、内管自体を円筒状の焼結体２５により構成してもよい。

上記のような構造のガス供給管２１を用いることで、外管２４のガス吹出口２６から放出される処理ガスの流量分布を一定にする。ガス吹出口２６の数は多いほど良いが、通常外管２４の長手方向５０ｍｍ間隔に１箇所程度で十分である。また、ガス供給管２１の外部形状は複雑でないので、設置場所の制約を受け難い。ガス導入管２２への流量調整の方法は限定されないが、マスフローコントローラなどを用いて制御することが望ましい。

以上説明したように、本実施形態のガス供給装置２０によれば、ガス供給管２１が二重管構造であり、内管２３の多孔質の焼結体面を通過して外管２４内でガスが拡散したうえで、外管２４の多数のガス吹出口２６から放出される。したがって、ガス供給管２１の全長が長くとも、均一にガスを供給することができ、膜質の均一性を確保することができる。

〔第２の実施形態〕
図４を参照して、第２の実施形態の真空処理装置１００について説明する。図４は、第２の実施形態の真空処理装置を例示する断面模式図である。なお、第１の実施形態と同様の構成の部材については、同一の符号を付して説明する。

図４に示すように、第２の実施形態の真空処理装置１００では、処理空間３を区画する真空容器４の両側面に不図示の基板搬入口及び基板搬出口が開設され、ローラ１０５上を長尺基板（もしくは帯状基体）１０２が搬送される。真空容器４の底部には、処理空間３を排気する排気系に接続される排気口７が設けられている。

また、真空容器４の上部には、長尺基板１０２の搬送方向に２台のカソードユニット６が配設されており、真空容器内で連続成膜処理される。２台のカソードユニット６の間には、成膜処理に際して、真空容器内に反応性ガスを含む処理ガスを供給する上記ガス供給装置２０のガス供給管２１が設けられている。このガス供給管２１は、長尺基板１０２の長手方向と直交する方向（幅方向）に沿って延出されている。

ガス供給管２１は、ガス吹出口２６が外管２４の上部に開設され、ガス吹き出し方向を真空容器４の上壁へ向けて放出する（図３参照）。

第２の実施形態の真空処理装置１００では、上記のような構造のガス供給装置２０を用いることで、ガス供給管２１のガス吹出口２６から放出される処理ガスの流量分布を一定にすることができる。即ち、第２の実施形態の真空処理装置１００では、ガス供給装置２０から供給された処理ガスがターゲットと長尺基板１０２との間の処理空間３に、その分布が乱れることなく至ることになる。

〔第３の実施形態〕
図５を参照して第３の実施形態の真空処理装置２００について説明する。

図５（ａ）は、第３の実施形態の真空処理装置を上面から透視的に見た模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した真空処理装置のＡ−Ａ’断面における断面模式図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示した真空処理装置のＢ−Ｂ’断面における断面模式図である。

第３の実施形態の真空処理装置２００は、第２の実施形態において、更にガス供給管２１の周囲を、長方形の箱形をなすシールド４０で囲った構造を有する。本実施形態においても、第２の実施形態と同様、ガス供給管２１は、ガス吹出口２６が外管２４の上部に開設され、ガス吹き出し方向を真空容器４の上壁へ向けて放出する。本構造によれば、ガス供給管２１のガス吹出口２６から供給されたガスは、真空容器４の上壁面に衝突後、シールド４０に衝突するので、真空容器４内を自由に拡散しにくい。

本シールド４０の側壁のうち、長尺基板１０２の長手方向と直交する方向（幅方向）に延びる側壁と、真空容器４の上壁面との間には隙間が設けられている。一方、長尺基板１０２の長手方向（長尺基板進行方向）に延びるシールド４０の側壁と、真空容器４の上壁面との間には隙間が無い構造となっている。つまり、ガスは、シールド４０の幅方向両端部からは流出できないようになっている。

これにより、ガス供給管２１のガス吹出口２６から供給されたガスの流れは、真空容器４の上壁面に衝突後、長尺基板１０２の幅方向に延びたシールド４０の側壁と、真空容器４の上壁面との間の隙間からのみ、真空容器４内に導入される。そのため、カソードユニット６近傍の処理空間へのみガス流はより均一な流れとなって供給される。

ガス供給管２１のガス吹出口２６が外管２４の上部に開設され、ガス吹き出し方向を真空容器４の上壁へ向けて放出させるため、長尺基板１０２の搬送方向上流側と下流側に設置された２台のカソードユニット６近傍の処理空間へのガス流は、それぞれ等しくなる。

長尺基板１０２の幅方向に延びたシールド４０の側壁と真空容器４の上壁面との間の隙間は、供給される気体分子の平均自由行程以下の寸法が望ましい。隙間が気体分子の平均自由行程以上であると、ガスが真空容器４内に拡散してしまい、真空容器４の上壁面と、長尺基板１０２の幅方向に延びたシールド４０の側壁との間の隙間からカソードユニット６近傍の処理空間へのみガスを均一に供給することができない。

処理圧力が１Ｐａの場合、Ａｒ、Ｏ₂、Ｎ₂の平均自由行程は６ｍｍ程度であるため、真空容器４の上壁面と、長尺基板１０２の幅方向に延びたシールド４０の側壁との間の隙間は６ｍｍよりも狭くする必要がある。

〔第４の実施形態〕
図６を参照して、第４の実施形態の真空処理装置３００について説明する。図６は、第４の実施形態の真空処理装置を例示する模式図である。なお、第１、第２及び第３の実施形態と同様の構成の部材については、同一の符号を付して説明する。

第４の実施形態の真空処理装置３００では、２台のカソードユニット６の基板搬送方向の側壁側の端部にそれぞれガス供給装置２０のガス供給管２１を設けている。本実施形態においても、ガス供給管２１のガス吹出口２６は外管２４の上部に開設され、ガス吹き出し方向を真空容器４の上壁へ向けて放出する（図４参照）。これに限定されず、各ターゲット方向へ向けて外管２４にガス吹出口２６を開設してもよい。

第４の実施形態の真空処理装置３００では、上記のような構造のガス供給装置２０を用いることで、ガス供給管２１のガス吹出口２６から放出される処理ガスの流量分布を一定にすることができる。即ち、第４の実施形態の真空処理装置３００では、ガス供給装置２０から供給された処理ガスがターゲットと長尺基板１０２との間の処理空間３に、その分布が乱れることなく至ることになる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の変更が可能である。

〔ガス供給装置の他の例〕
図７を参照してガス供給装置２０の他の例について説明する。図７は他の例に係るガス供給装置の構造を示す模式図である。なお、第１の実施形態におけるガス供給装置２０と同様の構成の部材については、同一の符号を付して説明する。

図７示すように、図２に示されるガス供給装置２０と同様に、ガス導入管２２に接続された内管２３と、この内管２３の外周部を間隙を隔てて被う外管２４とからなる二重管構造のガス供給管２１を備えたものとなっているが、ガス供給管２１がＣ字形の環状をなしている。また、ガス導入管２２は、Ｃ字形をなす外管２４の湾曲長中央部を貫通して、同じくＣ字形をなす内管２３の湾曲長中央部に接続されている。外管２４には、ガス導入系２２から内管２３に導入され、多孔質の焼結体２５を通過したガスを真空容器内へ流出させる多数のガス吹出口２６が開設されている。ガス吹出口２６は、外管２４の内周面に等間隔で多数設けられている。

本例のガス供給装置２０は、例えば図１に示されるカソードユニット６と基板２の間に設けると、カソードユニット６と基板との間の空間に確実にガスを供給することができる。

なお、本例においては、外管２４の内周面にガス吹出口２６を設けたものとなっているが、ガス吹出口２６を外管２４の外周面、上面または下面に設けることもできる。

本発明の実施形態にかかる真空処理装置は、例えば、大型フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ）や薄膜太陽電池パネル、マイクロインダクタ、磁気記録ヘッドなどの電子デバイスなどを製造するための成膜工程に使用される真空処理装置にも適用可能である。

１，１００，２００，３００ 真空処理装置
２，１０２ 基板
３ 処理空間
４ 真空容器
５ 基板支持台
６ カソードユニット
７ 排気口
２０ ガス供給装置
２１ ガス供給管
２２ ガス導入管
２３ 内管
２４ 外管
２５ 焼結体
２６ ガス吹出口
３０ カバー部材
４０ シールド

Claims (12)

1. 真空容器内にガスを供給するガス供給管を備えたガス供給装置であって、
   前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の外周部を間隙を隔てて被う外管とからなる二重管であり、
   前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、
   前記外管は、前記焼結体を通過したガスを前記真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とするガス供給装置。
2. 前記外管のガス吹出口の開設範囲が、前記真空容器内で処理する基板の幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
3. 前記ガス導入管が、前記外管の中央部を貫通して前記内管の長手方向の中央部に接続され、
   前記内管の前記焼結体面が、前記基板の幅方向中心に対して左右均等に配置され、かつ前記ガス導入管の接続部を境にした前記外管の左右部分の中央部に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給装置。
4. 前記外管の内部において、前記内管の前記焼結体は、前記外管の前記ガス吹出口の開設側と逆方向に臨んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
5. 基板を処理する真空容器内にガスを供給するガス供給管を備えた真空処理装置において、
   前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の外周部を間隙を隔てて被う外管とからなる二重管であり、
   前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、
   前記外管は、前記焼結体を通過したガスを前記真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とする真空処理装置。
6. 前記基板と対向する位置にターゲットを配置したことを特徴とする請求項５に記載の真空処理装置。
7. 前記ガスは処理ガスであることを特徴とする請求項５または６に記載の真空処理装置。
8. 前記外管のガス吹出口の開設範囲が、前記真空容器内で処理する基板の幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の真空処理装置。
9. 前記ガス導入管が、前記外管の中央部を貫通して前記内管の長手方向の中央部に接続され、
   前記内管の前記焼結体面が、前記基板の幅方向中心に対して左右均等に配置され、かつ前記ガス導入管の接続部を境にした前記外管の左右部分の中央部に位置することを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の真空処理装置。
10. 前記外管の内部において、前記内管の前記焼結体は、前記外管の前記ガス吹出口の開設側と逆方向に臨んでいることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の真空処理装置。
11. 前記ターゲットは前記真空処置装置の上壁に固定され、前記外管ガス吹き出し口は、前記真空処理装置の上壁に向けてガスを吹き出すように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の真空処理装置。
12. 真空容器内にガスを供給するガス供給管を備えた真空処理装置内で基板処理を行う工程を有するデバイスの製造方法において、
    前記ガス供給管は、ガス導入管に接続された内管と、該内管の外周部を間隙を隔てて被う外管とからなる二重管であり、
    前記内管は、少なくとも一部に、ガスを通過させる多孔質の焼結体を有し、
    前記外管は、前記焼結体を通過したガスを前記真空容器内へ放出させる多数のガス吹出口を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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