(57)【要約】【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、成膜室内に漂ったり、成膜室壁に付着したりして成膜室内に残留する粉末の量を軽減する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】成膜室内に残留する粉末を減少させるために、成膜室内での粉末の主要な流れ方を考慮して、成膜室内を減圧する減圧ポンプが取り付けられる排気口の設置位置を設定し、粉末の排気系への吸い込み量を増やす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に載置された基板の表面に対して成膜材料を吹き出すノズルを備えた成膜室と、該成膜室に設けられた排気口に取り付けられ、前記成膜室の内部を減圧する減圧手段と、を有する成膜装置であって、
前記排気口は、その上端が、前記基板の表面と同じ高さとなるように１つ以上設けられることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
内部に載置された基板の表面に対して成膜材料を吹き出すノズルと、内部を減圧する減圧手段が取り付けられる排気口とを備えた成膜室であって、
前記排気口は、その上端が、前記基板の表面と同じ高さとなるように１つ以上設けられ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及び成膜室に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、緻密かつ高い透明度、高強度、高密着力のセラミックス被膜を常温で形成する薄膜の形成方法として、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と呼ぶ。）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このＡＤ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乾燥した粉末を基板にあたる部材にエアロゾルとして吹き付けて常温で基板上に成膜する技術である。このＡＤ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あたる部材に付着する。
ＡＤ法は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５２３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、成膜対象である基板にあたる部材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。この漂い出す粉末の最大の供給源は、成膜処理中に成膜室内部に付着、堆積していた粉末である。すなわち、成膜中に成膜室内に漂う粉末は、成膜終了後にも続けられる真空排気によって減少するが、成膜室を開けるためには、成膜室をベントしなければならず、ベントの際の気流によって成膜室内に付着、堆積していた粉末が吹き上げられ漂うことになり、この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長時間成膜室内で漂い続けることになる。この漂っている粉末が成膜室扉を開けたときに漂い出す。
【０００５】
そのため、エアロゾルデポジション装置（以下、ＡＤ装置と呼ぶ。）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、ＡＤ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。
【０００６】
一方、ＡＤ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、ＡＤ装置の周囲に漂う微細な粉末は、ＡＤ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。ＡＤ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及び成膜室において、成膜室外への粉末の漏れを低減させるために、成膜処理中に成膜室内部に付着、堆積する粉末量を低減させ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】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、成膜室内の基板に対するノズルからのエアロゾルの吹き出し方、ノズル及び基板の保持位置、並びにノズルの駆動機構等の設置位置によるガスと粉末の流路に応じて排気口の設置位置を特定することが前記課題の解決に寄与することを知見した。
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、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、内部に載置された基板の表面に対して成膜材料を吹き出すノズルを備えた成膜室と、該成膜室に設けられた排気口に取り付けられ、前記成膜室の内部を減圧する減圧手段と、を有する成膜装置であって、前記排気口は、その上端が、前記基板の表面と同じ高さとなるように１つ以上設けられることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る成膜室は、内部に載置された基板の表面に対して成膜材料を吹き出すノズルと、内部を減圧する減圧手段が取り付けられる排気口とを備えた成膜室であって、前記排気口は、その上端が、前記基板の表面と同じ高さとなるように１つ以上設けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板に対する排気口の位置を規定したので、成膜室内の壁面や基板保持具等の成膜装置の内部の表面に付着した粉末を減少させることができる。従って、ＡＤ装置の周囲に漂う微細な粉末を無くすことができ、半導体製造装置とともにＡＤ装置を使用できるようになる。
また、ＡＤ装置の周囲に漂う微細な粉末をなくすことにより、労働安全衛生上の懸念をなくすことにも寄与する。
また、成膜室に付着堆積する粉末量が減少するので、メンテナンス間隔を長く取れるようになり、成膜装置の使用効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る成膜装置の一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の一実施形態における成膜中の成膜室内の微細な粉末の主要な流れの様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る成膜装置の一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の一実施形態における構成を示す概略図である。図２は、本発明に係る成膜装置の一実施形態における成膜中の成膜室内の微細な粉末の主要な流れの様子を示す概略図である。
【００１２】
＜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２１（図２参照）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とを有する。また、成膜室２は、基板２１を成膜室２の内外へ出し入れするための扉２ａを備えている。
メインバルブ５は、成膜室２と成膜用真空ポンプ３との間に配設され、成膜室２に設けられた排気口２ｃを介して該排気口２ｃの開閉を決定する。具体的には、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の開により成膜室２の真空引きが開始される。
【００１３】
また、ベントバルブ４は、成膜室２内を大気圧状態に戻す（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ために成膜室２に配設される。具体的には、成膜室２とベントバルブ４の一方とが配管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。
図２に示すように、成膜室２内には、エアロゾルを供給するエアロゾル供給チューブ６と、該エアロゾル供給チューブ６の先端部に設置されたノズル７と、該ノズル７を保持し、その駆動を制御するノズル駆動機構（図示せず）とが設けられている。また、成膜室２内には、基板２１を載置する基板保持具２２及び該基板保持具２２を載置するテーブル２３が設けられている。ノズル７は、その吹き出し口が基板保持具２２に載置された基板２１の表面２１ａにエアロゾルを吹きつけるように設置される。すなわち、ノズル７は、その吹き出し口が基板２１の表面（成膜面）２１ａに向けられて設置されている。排気口２ｃは、成膜室２の少なくとも１つの側壁２ｅに１つ以上設けられる。ここで、排気口２ｃは、その上端２ｄが基板保持具２２に載置された基板２１の表面２１ａと同じ高さになるように設けられる。
【００１４】
ＡＤ法においては、ノズル７からガス流に乗って吹き出された微細な粉末の内、一部は基板２１上の膜となって成膜に寄与するが、成膜に寄与しなかった残りの粉末は成膜室２内に漂ったり、成膜室２内に付着したり、排気口２ｃ側に吸い込まれる。
本実施形態では、成膜室２内の微細な粉末の流路を適切に設定することで、成膜に用いられなかった微細な粉末の多くを、排気口２ｃに吸い込ませることができ、成膜室２内に残留する微細な粉末を低減させることができる。
【００１５】
成膜室２ごとの設計により、ノズル７のエアロゾルの吹き出し方や、ノズル７や成膜された基板２１の保持方法及びノズル駆動機構や、成膜室２内の補機によりガスと微細な粉末の流路は影響を受けるので、成膜室ごとに微細な粉末の流路は異なる。しかし、微細な粉末の共通する流れは以下のようになる。
図２に示すように、エアロゾルはノズル７から下向きに吹き出され、直下にある基板２１の表面２１ａに衝突して成膜が行われる。微細な粉末が基板２１の表面２１ａに衝突したところで、微細な粉末の一部が膜となるが、膜に係わらなかった微細な粉末は基板２１の表面２１ａに沿って放射状に流れ、基板２１を通り越してもそのまま直進し、成膜室２の側壁２ｅに衝突して付着する。成膜に係わらなかった微細な粉末の流れ５０に見るように、微細な粉末は重量により水平より下方にも流れていくので、側壁２ｅにおける基板２１の表面２１ａの高さより下に付着する。
【００１６】
従って、ノズル７と側壁２ｅとの間に顕著な障害物がない方向の成膜室２の側壁２ｅに成膜室２を真空に排気するための排気口２ｃを設け、排気口２ｃの上端２ｄを基板２１の成膜される面と同じ高さになるようにする。なお、排気口２ｃの下端は成膜室２の底面近傍となるように形成される。このようにすることで、成膜に係わらなかった微細な粉末が排気口２ｃに吸い込まれる量が多くなり、成膜室２内に残留する微細な粉末を低減させることができる。
【００１７】
排気口２ｃの数は最低１つが必要であるが、数を多くし、成膜室２の周囲全域に配置するとともに、ノズル７からの距離を短くすると成膜室２内に付着する粉末をさらに減らすことができる。また、成膜に係わらなかった微細な粉末の流路に応じて、排気口２ｃの設置位置を、側壁２ｅではなく、成膜室２の底面に設けてもよい。
成膜室２の内部の微細な粉末付着及び堆積を減少させるために、図２に示すように、ノズル７と側壁２ｅとの間に顕著な障害物がない方向の側壁２ｅに成膜室２内を真空に排気するための排気口２ｃを設け、排気口２の上端２ｄを基板２１の成膜される面と同じ高さとし、排気口２ｃの下端を成膜室２の底面に近くする。
【００１８】
排気口２ｃの下端の高さは、底面に近いほど微細な粉末の吸い込み量が増加するし、排気口２ｃの幅は広いほど微細な粉末の吸い込み量が増加するが、排気口２ｃの面積が大きくなるほど成膜室２の機械的強度が低下するし、真空計ポートや観察窓やその他のポートを設けるスペースが取れなくなる。従って、排気口２ｃは、これらの制限により、大きさの上限や個数の上限が決められる。
【００１９】
また、基板２１自体の厚さや、成膜室２に基板２１を上下させられる機構が備えられていることにより、基板２１が成膜される面の成膜室２内での高さは一意には決まらないことがある。これらのような場合、排気口２ｃの上端２ｄの高さは、基板２１が成膜される面が最も高くなる高さや、基板２１が成膜される面が最も高い頻度で位置する可能性のある高さと同じ高さとすることが好ましい。
【００２０】
なお、図２に示した成膜装置１では、エアロゾルを吹き出すノズル７が成膜される基板２１より上方にあり、エアロゾルが下向きに吹き出しているが、基板２１の下面を成膜面とする場合、ノズル７を、成膜される基板２１の下方に置き、エアロゾルを上方（基板２１の成膜予定面側に対向する向き）に向けて吹き出すことによって、基板２１の下面に成膜することも可能である。この場合でも、成膜に関与しなかった微細な粉末は、基板２１の下面に沿ってほぼ水平にノズル７を中心として放射状に流れ、基板２１を通り越してもそのまま直進し、成膜室２の側壁２ｅに衝突して付着する。微細な粉末は重量により水平より下方にも流れていくので、側壁２ｅの基板２１の下面の高さより下に付着する。したがって、成膜に係わらなかった微細な粉末が排気口２ｃに吸い込まれる量を多くして、成膜室２内に残留する微細な粉末を低減させるためには、排気口２ｃの上端２ｄを基板２１の成膜される面と同じ高さになるようにし、排気口２ｃの下端を成膜室の底面に近くすればよいことは、ノズル７が基板２１の上方にある場合と同じである。
【００２１】
（操作方法）
成膜後、成膜された基板を取り出す手順は、以下の順で行われる。
まず、成膜終了後、作業者はメインバルブ５を閉じる。このとき、成膜室２の内部の気圧は、成膜室２の外部の気圧より低い状態となっている。
その後、作業者はベントバルブ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。
【００２２】
次に、ベントが完了したとき、すなわち、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とき、作業者は基板を出し入れするための扉２ａを開ける。ここで、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は、ベントバルブからの吸い込み音が消えることや、成膜室２に吸着されていた扉２ａが吸着されなくなり成膜室２からわずかに浮くことで判断可能である。
このようにして開けられた扉２ａから、成膜された基板を取り出す。
【００２３】
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、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。
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。
【符号の説明】
【００２４】
１  成膜装置
２  成膜室
２ａ  扉
２ｂ  排気口
２ｃ  排気口
２ｄ  排気口２ｃの上端
２ｅ  側壁
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
６  エアロゾル供給チューブ
７  ノズル
１１  配管
１２  配管
１３  配管
２１  基板
２２  基板保持具
２３  テーブル
５０  微細な粉末の流れ
【図１】
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【図２】
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