(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜工程において微細な粉末が発生し得る成膜装置において、成膜室外への粉末の漏れを抑制する成膜装置及び成膜室を提供する。【解決手段】制御手段９によってベント後に成膜室２内を成膜室外と同じ大気圧に保ちながら弱く排気する。この状態で成膜された基板を取り出すために成膜室扉２ａを開けたときに成膜室内向きの気流が発生するので、前記扉を開ける際に、成膜室の内部に残留した微細な粉末が外に漂い出すことを抑止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を収容するための扉を備えた成膜室と、該成膜室の内部を減圧する減圧手段と、前記成膜室の内部の気圧を前記成膜室の外部の気圧と同じ気圧にするためにベントガスの流入量を調節するベントバルブと、前記減圧手段による成膜用排気を開閉制御する第１の排気バルブ、及び前記減圧手段による排気量を調節可能な第２の排気バルブを有する成膜装置であって、
前記第２の排気バルブは、前記扉の開口側近傍に配置された第１の排気口に接続され、前記ベントバルブは、前記扉の開口側に対向する位置付近に設置された第２の排気口に接続され、
前記成膜室の内部の気圧と前記成膜室の外部の気圧とを比較する比較手段と、前記ベントバルブ及び前記第２の排気バルブの開度を調節する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記成膜室を減圧状態にして成膜を行った後、成膜工程が終了した信号を受信し、かつ前記第１の排気バルブが閉じられた後に、前記ベントバルブが開けられることによって、前記比較手段により前記成膜室の内部の気圧と成膜室の外部の気圧とがほぼ同じになったことを示す比較情報を受信したことを契機に、前記第２の排気バルブを開き、前記ベントバルブからの流入ベントガス量と前記第２の排気バルブからの流出ベントガス量を等しく制御することにより、前記成膜室の圧力を成膜室の外部の気圧と等しく保ちながら、前記ベントバルブから前記成膜室に流入し、前記成膜室から前記第２の排気バルブを通して流出するベントガスの流れを作ることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記扉の開閉状態を検知し、前記扉の開閉状態を前記制御手段に報知する扉開閉報知手段を備え、前記制御手段は、前記第２の排気バルブが開かれ、かつ前記扉開閉報知手段から前記扉が開かれた信号を受信したことを契機に、前記ベントバルブを閉じ、かつ前記第２の排気バルブの開度を最大とすることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
内部に基板を収容するための扉と、前記扉の開口側近傍に配置され、内部を減圧するための成膜用排気を開閉制御する第１の排気バルブ、及び前記減圧手段による排気量を調節可能な第２の排気バルブを接続する第１の排気口及び第３の排気口と、前記扉の開口側に対向する位置付近に設置され、内部の気圧を外部の気圧と同じ気圧にするためにベントガスの流入量を調節するベントバルブを接続する第２の排気口と、内部の気圧と外部の気圧とを比較する比較手段とを有することを特徴とする成膜室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧雰囲気あるいは真空中で、成膜過程において成膜室中に微細な粉末が存在する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スパッタ法やＣＶＤ法など成膜過程において成膜室中に微細な粉末が存在する成膜法にあっては、微細な粉末が成膜品質に悪影響を及ぼすことが知られ、解決策が講じられてきた。
例えば、スパッタ成膜の際に成膜室に残存した粉末が後の成膜対象の基板上に落下することによるピンホールの発生を防ぐために、成膜室内に残存した粉末を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、集塵機で成膜室内に残存した粉末をベント後に強制的に吸い込む方法が開示されている。
【０００３】
また、成膜室内壁や各種電極への粉末状の反応生成物の付着を低減させるために、成膜反応に関与しないガスを流して粉末状の反応生成物による成膜層の汚染や損傷を抑制する方法等も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、これらは微細な粉末が成膜品質に悪影響を及ぼすことを回避することを目的として、微細な粉末が成膜室外の環境に対し悪影響を及ぼすことを防ぐことは意図していなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−２１３８７６号公報
【特許文献２】特開昭６２−１７３４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エアロゾルデポジション法は、減圧雰囲気中に、高速排気をしながら、主として数マイクロメーターからサブマイクロメーターの径を持つ微細な粉末を基板に吹き付けて基板上に成膜する技術である。このエアロゾルデポジション法では、成膜中及び成膜後に成膜室内に漂う多量の微細な粉末が、内壁面や基板ホルダーなどの成膜装置の内部の表面及び成膜された基板に付着する。
【０００６】
エアロゾルデポジションは、通常、真空中で行われるので、成膜室は、エアロゾルを供給するエアロゾル供給手段や信号授受の配線や真空排気系を含め、全体が大気とは完全に遮断されており、成膜室内部に漂う粉末は大気中に漏れ出すことはない。
しかし、成膜対象である基板を成膜装置の内外に出し入れするときや、事故や装置メンテナンスの際には、成膜室の扉を開ける必要があり、このときに成膜室の内部に漂う微細な粉末が成膜室外の大気中に漂い出すことがある。
【０００７】
具体的には、成膜中に成膜室内に漂う粉末は、成膜終了後に長時間真空排気を続けることによってある程度減少させることができる。しかし、成膜室を開ける際にはベントを行う必要があり、そのときに生じる気流によって成膜室内に残留した粉末が吹き上げられ漂うことになる。
このようにして漂う粉末は、真空ポンプによって排出されることはないので粉末が成膜室内に長時間漂い続けることになり、成膜室扉を開けたときに成膜室外に漂い出す。
【０００８】
そのため、エアロゾルデポジション装置の周辺においては、肉眼では見えない微細な粉末が漂うことになる。漂っている粉末の中でも大きめの粉末は時間の経過と共に周囲の床や装置の上に降り積もるが、直径がサブミクロンの粉末は空気中に数日から数週間漂う。また、人間の移動や装置の稼働に伴う振動や風によって、降り積もった粉末がまた舞い上がることもある。
このように、エアロゾルデポジション装置の周囲には、常時、微細な粉末が漂っているので、微細な塵埃等の存在を許さない半導体製造装置と共存して使用することは困難であると考えられてきた。
【０００９】
一方、エアロゾルデポジション法で使う粉末は、主として数マイクロメーターからサブマイクロメーターの径を持つ微細な粉末であるが、これが成膜装置周辺の空気中に漂っているものは、空気中に漂うＰＭ（Particulate Matter）２．５と呼ばれる直径２．５μｍ以下の粒子と定義上ほぼ同じものである。ＰＭ２．５の粒子は、のどや気管のべん毛など粒子を取り除く機構もすり抜けて直接肺の内胞に沈着し、健康被害を引き起こすとされる。したがって、エアロゾルデポジション装置の周囲に漂う微細な粉末は、エアロゾルデポジション装置の周囲で働く人間の健康に対して悪影響を及ぼす可能性がある。エアロゾルデポジション装置の作業者は通常マスクによって防護しているが、マスクを必要とする作業環境は労働安全衛生上好ましいものではない。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、成膜工程において微細な粉末が発生し得る成膜装置において、成膜室外への粉末の漏れを抑制する成膜装置及び成膜室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る成膜装置は、内部に基板を収容するための扉を備えた成膜室と、該成膜室の内部を減圧する減圧手段と、前記成膜室の内部の気圧を前記成膜室の外部の気圧と同じ気圧にするためにベントガスの流入量を調節するベントバルブと、前記減圧手段による成膜用排気を開閉制御する第１の排気バルブ、及び前記減圧手段による排気量を調節可能な第２の排気バルブを有する成膜装置であって、
前記第２の排気バルブは、前記扉の開口側近傍に配置された第１の排気口に接続され、前記ベントバルブは、前記扉の開口側に対向する位置付近に設置された第２の排気口に接続され、
前記成膜室の内部の気圧と前記成膜室の外部の気圧とを比較する比較手段と、前記ベントバルブ及び前記第２の排気バルブの開度を調節する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記成膜室を減圧状態にして成膜を行った後、成膜工程が終了した信号を受信し、かつ前記第１の排気バルブが閉じられた後に、前記ベントバルブが開けられることによって、前記比較手段により前記成膜室の内部の気圧と成膜室の外部の気圧とがほぼ同じになったことを示す比較情報を受信したことを契機に、前記第２の排気バルブを開き、前記ベントバルブからの流入ベントガス量と前記第２の排気バルブからの流出ベントガス量を等しく制御することにより、前記成膜室の圧力を成膜室の外部の気圧と等しく保ちながら、前記ベントバルブから前記成膜室に流入し、前記成膜室から前記第２の排気バルブを通して流出するベントガスの流れを作ることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のうち、請求項２に係る成膜装置は、請求項１に記載の成膜装置において、前記扉の開閉状態を検知し、前記扉の開閉状態を前記制御手段に報知する扉開閉報知手段を備え、前記制御手段は、前記第２の排気バルブが開かれ、かつ前記扉開閉報知手段から前記扉が開かれた信号を受信したことを契機に、前記ベントバルブを閉じ、かつ前記第２の排気バルブの開度を最大とすることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のうち、請求項３に係る成膜室は、内部に基板を収容するための扉と、前記扉の開口側近傍に配置され、内部を減圧するための成膜用排気を開閉制御する第１の排気バルブ、及び前記減圧手段による排気量を調節可能な第２の排気バルブを接続する第１の排気口及び第３の排気口と、前記扉の開口側に対向する位置付近に設置され、内部の気圧を外部の気圧と同じ気圧にするためにベントガスの流入量を調節するベントバルブを接続する第２の排気口と、内部の気圧と外部の気圧とを比較する比較手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係る成膜装置では、制御手段によってベント後に成膜室内を成膜室外と同じ大気圧に保ちながら弱く排気する。この状態で成膜された基板を取り出すために成膜室扉を開けたときに成膜室内向きの気流が発生するので、前記扉を開ける際に、成膜室の内部に残留した微細な粉末が外に漂い出すことを抑止できる。
このように、成膜対象である基板を成膜室の内外に出し入れするときや、事故、メンテナンスの際には、成膜室の扉を開ける必要があり、このときに成膜室の内部に漂う微細な粉末が成膜室の外に漏れ出すことがある。そこで、内向け気流生成用ポンプによって成膜室の外部から成膜室の内部に向かう方向の気流を生成することで、成膜室の扉を開けることによって漂う粉末が成膜室の外部に漏れ出すことを抑制できる。
【００１４】
その結果、成膜装置の周囲に漂う微細な粉末をできる限りなくして、成膜装置を微細な塵埃の存在を許さない半導体製造装置とともに使用することができる。これにより、成膜されたセラミックス膜を絶縁膜、光学回路などに用いて集積回路に組み込むことが可能となる。
さらには、成膜装置の周囲に漂う微細な粉末をできる限りなくすことにより、労働安全衛生上の懸念を軽減することにも寄与する。
【００１５】
本発明の請求項２に係る成膜装置によれば、成膜室内に向かう空気の流れをより強力にし、成膜室の内部に残留した微細な粉末が外に漂い出すことをより強力に抑止する作業を効率的に自動化することができる。具体的には、成膜室扉を開けた後、前記ベントバルブを閉じ、前記第２の排気バルブを全開とするため、前記ベントバルブから前記成膜室への流入ベントガスが無くなり、かつ成膜室から前記第２の排気バルブへの流出ベントガス量が増加するので、成膜室扉を開けたことによる開口部からの空気流入量が増加することで、成膜室内に向かう空気の流れがより強力となり、成膜室の内部に残留した微細な粉末が外に漂い出すことをより強力に抑止できる。前記成膜室に前記扉開閉報知手段を設置することにより、これらの作業を簡素化でき、作業者は単に前記扉を開けて成膜された基板を取り出せばよい。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る成膜室によれば、第１の排気口及び第３の排気口に第１の排気バルブ及び第２の排気バルブを接続し、第２の排気口にベントバルブを接続し、前記ベントバルブ及び第２の排気バルブの開度を調節する制御手段とを接続することにより、請求項１又は請求項２に記載の効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る成膜装置及び成膜室の第１の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る成膜装置及び成膜室の第２の実施形態の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る成膜装置及び成膜室の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る成膜装置及び成膜室の第１の実施形態における構成を示す概略図である。
（構成）
図１に示すように、成膜装置１は、成膜対象となる基板（図示せず）を収容する成膜室２と、成膜用真空ポンプ３と、ベントバルブ４と、メインバルブ５と、流量可変バルブ６と、内向け気流生成用真空ポンプ７と、比較手段８と、制御手段９とを有する。すなわち、本実施形態では、成膜室２内を減圧する減圧手段として成膜用真空ポンプ３及び内向け気流生成用真空ポンプ７が設けられている。
【００１９】
また、成膜室２は、前記基板を出し入れするための扉２ａを備えている。
比較手段８は、成膜室２の内部の気圧と成膜室２の外部の気圧とを計測及び比較し、その比較情報を制御手段９に通知する手段である。成膜室２の内外の気圧の計測は、所定時間毎に比較手段８によって行われることが好ましい。
制御手段９は、ベントバルブ４と、流量可変バルブ６の開度調節をおこなわせる手段である。具体的には、成膜室２において減圧状態で行われる成膜工程が終了したことを通知する信号を受信し、かつメインバルブ５が閉じられた後に、ベントバルブ４が開けられることによって、比較手段８により成膜室２の内部の気圧と成膜室２の外部の気圧とがほぼ同じになったことを示す比較情報を受信したことを契機に、流量可変バルブ６を開く手段である。
【００２０】
成膜室２と成膜用真空ポンプ３との間には、成膜室２に設けられた第１の排気口２ｂを介してメインバルブ（第１の排気バルブ）５が配設されている。成膜室２とメインバルブ５とが配管１１によって連結され、成膜用真空ポンプ３とメインバルブ５とが配管１２によって連結される。配管１１及び配管１２によって連結された成膜室２の内部は、メインバルブ５によって成膜室２の真空に排気されるか否かが決定される。
【００２１】
また、成膜室２には、第２の排気口２ｃが設けられる。この第２の排気口２ｃには、当該成膜室２内を減圧状態から大気圧状態に戻す（いわゆるベントする）ためにベントガスの導入量を調節するベントバルブ４の一方が配管１３によって連結され、ベントバルブ４の他方は大気圧に開放されているか、特定のベントガスを用いる場合は特定のベントガスの供給源（図示せず）に接続される。また、成膜室２と内向け気流生成用真空ポンプ７との間には、第３の排気口２ｄを介して該第３の排気口２ｄの開度を調節する流量可変バルブ（第２の排気バルブ）６が配設され、成膜室２と流量可変バルブ６とが配管１４によって連結され、内向け気流生成用真空ポンプ７と流量可変バルブ６とが配管１５によって連結される。配管１４及び配管１５によって連結された成膜室２の内部、及び内向け気流生成用真空ポンプ７は、流量可変バルブ６の開閉によって成膜室２の減圧度が調節される。
【００２２】
内向け気流生成用真空ポンプ７は、成膜用真空ポンプ３と同様に、成膜室２内の気体を排出するための真空ポンプである。
なお、内向け気流生成用真空ポンプ７が必要とする排気速度は、成膜対象である基板を成膜室２の内外に出し入れする際の扉２ａのコンダクタンスによって決定される。
【００２３】
（操作方法）
成膜後、成膜された基板を取り出す手順は、以下の（１）〜（５）の順で行われる。
（１）成膜終了後、作業者は制御手段９を用いてメインバルブ５を閉じる。なお、このとき、制御手段９は、成膜室２の内部の気圧が、成膜室２の外部の気圧より低いことを示す比較情報を比較手段８から得ている。
その後、作業者は制御手段９を用いてベントバルブ４を開け、成膜室２の内部にベントガスを導入する。成膜のタクトタイムを短くするため、ベント時間を最短にしたいことから、通常、ベントバルブ４は全開とされる。しかし、ベントガスにより成膜室２内には気流が生成されるので、成膜室２内に固定が不十分な部材が設置されるときなどは、固定の不十分なものがベントガスにより吹き飛ばされないようにするため、ベントバルブ４の開度を小さくし、時間をかけてベントする。
【００２４】
（２）ベントが完了したとき、すなわち、比較手段８による成膜室２の内部の気圧と成膜室２の外部の気圧とがほぼ同じになったことを示す比較情報を制御手段９が受信したとき、制御手段９は、流量可変バルブ６を開ける。このとき、もし、流量可変バルブ６からの排出ガス量が、ベントバルブ４からの流入ガス量より多くなると、成膜室２内は減圧状態となり、基板を出し入れするための扉２ａが開かなくなる。したがって、流量可変バルブ６の開度は、基板を出し入れするための扉２ａが開く範囲でもっとも大きく開けるのが最適である。なお、扉２ａの開度を検知する開度センサを設けて、この開度センサによる扉の開度具合に応じて流量可変バルブ６の開度が調節される構成としてもよい。また、ベントバルブ４からの流入ベントガス量と流量可変バルブ６からの流出ベントガス量を等しく制御するために、ベントバルブ４の開度を最大とし、比較手段８を参照しながら、流量可変バルブの開度を制御してもよい。
【００２５】
（３）ベントバルブ４が開けられ、流量可変バルブ６が制御された開度にされ、かつ扉２ａが閉じた状態で、流量可変バルブ６を通した排気を続ける。排気を続けることにより、ベントにより浮遊した粉末を成膜室２から排出でき、扉２ａを開けた時に成膜室２外に漂い出す微粉末を極小にできる。排出に要する時間は長くとるほどよいが、現実的な目安としては、成膜室２を到達真空度から大気圧までにベントするのに要した時間と同程度である。例えば現行のエアロゾルデポジション装置では、タクトタイムを短縮するため通過容量の大きなベントバルブを用い、真空装置としては急速な20秒から1分程度のベント時間にしている。なお、流量可変バルブ６を開けた後直ちに扉２ａを開いてもよいが、上述のように、扉２ａを閉じた状態で、流量可変バルブ６を通した排気を続けることによって上記のような効果を奏する。
【００２６】
（４）作業者が扉２ａをわずかに開けて、制御手段９を用いてベントバルブ４を閉じ、流量可変バルブ６の開度を大きくする。
（５）作業者が扉２ａを開けて成膜された基板を取り出す。
なお、成膜室２内にたまっている粉末が少ない等の理由により、ベント後の成膜室２内に漂う粉末が少ないと推測されるときには、（３）のように粉末の排出を待たずに、直ちに（４）〜（５）の手順に入っても良い。
【００２７】
さらに、成膜室２に扉開閉報知手段１０を設置すれば、（４）〜（５）の手順を簡素化できる。すなわち、流量可変バルブ６が開かれ、かつ（４）において扉開閉報知手段１０から扉２ａが開かれた信号を受信したことを契機として、制御手段９がベントバルブ４を閉じ、流量可変バルブ６の開度を大きくする。したがって、作業者は単に扉２ａを開けて成膜された基板を取り出せばよい。
以上が成膜後、成膜された基板を取り出す手順であるが、この後、次の成膜を行う場合は、成膜室２内に次の成膜基板をセットし、制御手段９を用いて流量可変バルブ６を閉じ、扉２ａを閉じ、メインバルブ５を開けて、成膜用真空ポンプ３により成膜室２の排気を行う。
【００２８】
（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る成膜装置及び成膜室の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図２に示す第２の実施形態においては、内向け気流生成用真空ポンプ７を用いない以外は、前述した第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。上述した第１の実施形態では、成膜用真空ポンプ３を内向け気流生成用のポンプとして用いるには排気速度が大きすぎるので、成膜用の排気口とは別の排気口を成膜室２に設け、別に成膜用真空ポンプ３よりも排気速度の小さい内向け気流生成用真空ポンプ７を設置した構成とした。しかし、成膜室２の外部から成膜室２の内部に向かう方向の気流を生成するにあたって、排気速度に問題が生じない場合には、本実施形態を示す図２のように、成膜用の排気口とは別の排気口を成膜室２に設け、配管１４と流量可変バルブ６と配管１６により配管１２を通して成膜用真空ポンプ３に接続し、流量可変バルブ６により排気速度を減少させることで成膜用真空ポンプ３を内向け気流生成用真空ポンプとして用いてもよい。
【００２９】
このように、本実施形態は、成膜用真空ポンプ３が内向け気流生成用真空ポンプの機能を併せ持つことで、上述した第１の実施形態よりも部品点数が少なくなり、コスト低減の効果を奏する。
あるいは、上述した第１の実施形態における内向け気流生成用真空ポンプ７に代えて、成膜室２の内部から外部に向けて送風するブロワーを設置してもよい。内向け気流生成用真空ポンプ７に代わりにブロワーを用いるときは、ブロワーから排出される空気中の微細な粉末を取り除くフィルタをブロワーの吹き出し口に設置する必要がある。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、上述の実施形態では、第1の排気バルブに、全開と全閉のどちらかしか取らず、流量調整ができないバルブを採用している。これは成膜用の大流量ガスを流すために必要であるが、第１の排気バルブに流量調整が可能なバルブを採用することにより、第２の排気バルブを設けない構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１  成膜装置
２  成膜室
２ａ  扉
２ｂ  第１の排気口
２ｃ  第２の排気口
２ｄ  第３の排気口
３  成膜用真空ポンプ（減圧手段）
４  ベントバルブ
５  メインバルブ（第１の排気バルブ）
６  流量可変バルブ（第２の排気バルブ）
７  内向け気流生成用真空ポンプ（減圧手段）
８  比較手段
９  制御手段
１０  扉開閉報知手段
１１  配管
１２  配管
１３  配管
１４  配管
１５  配管
１６  配管
【図１】
2011171593.tif 000003
【図２】
2011171593.tif 000004