(57)【要約】【課題】複数のチャンバーで同時又は連続的に成膜する際に各チャンバー間でのクロスコンタミネーションを抑えるのに効果的な複合膜の成膜装置の提供を目的とする。【解決手段】隔壁で仕切った複数のチャンバーと、当該複数のチャンバー間を横切るように可動する可動部を備え、前記可動部は被処理物の保持手段を有し、前記各チャンバーはそれぞれ減圧排気手段，ガス導入手段及び蒸気源となるターゲットの保持手段を有し、前記可動部と隔壁又はチャンバー内壁との間に形成された直接又は間接的な隙間に前記可動部の摺接移動を許容しながら当該隙間をシールするシール手段を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁で仕切った複数のチャンバーと、当該複数のチャンバー間を横切るように可動する可動部を備え、
前記可動部は被処理物の保持手段を有し、
前記各チャンバーはそれぞれ減圧排気手段，ガス導入手段及び蒸気源となるターゲットの保持手段を有し、
前記可動部と隔壁又はチャンバー内壁との間に形成された直接又は間接的な隙間に前記可動部の摺接移動を許容しながら当該隙間をシールするシール手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記隔壁の端部から各チャンバーの開口部に跨って遮蔽した遮蔽板を有し、
前記遮蔽板は、各チャンバーに連通した連通孔を有し、
前記連通孔は孔周囲に沿って枠状のシール部材を有し、
前記シール手段は前記シール部材に前記可動部の被処理物の保持面が摺接するものであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記保持面は被処理物の被処理面が前記保持面より突出しないように前記被処理物を保持するための保持凹部を有し、前記保持凹部の開口部の大きさが前記シール部材の枠形状の大きさよりも小さくなるように設定してあることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記シール部材は可動部の被処理物の保持面に向けて弾性付勢されていることを特徴とする請求項２又は３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記可動部を覆う蓋部を有し、前記蓋部の内部空間と少なくとも１つ以上のチャンバーとの間を開閉する弁装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
各チャンバー間における成膜条件に圧力差を生じさせる差動排気手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの成膜装置において、少なくとも１つのチャンバーに電子銃及び検出器を備えることで他のチャンバーにて成膜された膜の表面分析が連続的に可能であることを特徴とする表面分析機能付き成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物に複合膜を成膜するのに適した成膜装置に関し、特に各チャンバー間で異なる成膜条件を設定するのに好適な成膜装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
異なる金属間、金属と酸化物，金属と窒化物，酸化物と窒化物等を複合化させたコンポジット膜や多層膜が得られれば新たな機能を有する複合膜が得られることから、本出願人は先に各チャンバー毎に成膜条件を設定することが可能な差動排気型同時成膜装置を提案している（特許文献１）。
同技術は、各チャンバー間のガス分子の流出入を抑制するために各チャンバーを仕切った隔壁と被処理物を保持した基板ホルダー等の可動部との間の隙間を約２ｍｍ以下に小さくしたり、オリフィスの奥行き寸法を大きくしたものである。
これにより、各チャンバー間におけるクロスコンタミネーションを抑制する方法として、一定の効果が認められた。
【０００３】
しかし、例えば隣り合うチャンバーのうち一方のチャンバーで金属膜を成膜し、他方のチャンバーで金属酸化物膜を同時的に成膜する場合等においては、金属膜を成膜しているチャンバーに金属酸化物膜を成膜しているチャンバーからわずかな酸素ガスの混入するだけでも成膜品質への影響が課題となる分野も存在する。
例えば、薄膜シリコン太陽電池の分野にあっては、プラズマＣＶＤ法を用いたシリコン結晶薄膜の成膜が光照射変換効率の向上を目的に検討されているが、この分野でｐ層，ｉ層及びｎ層の積層が必要であり、酸素不純物がセル特性に影響を与えることが知られている（非特許文献１）。
また、非特許文献２には、Ｎｉ膜，Ｚｎ膜，Ａｕ膜等の蒸着膜に対するＯ２分圧の影響が記載されている。
従って、このような分野では先の隔壁と可動部との間を非接触状態に保持しながら隙間をさらに小さくするには構造上の限界があり、改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３１５０３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K.Nishimura, Y.Nasuno, H.Yamamoto and T.Hayakawa, 「シリコン結晶膜太陽電池の高効率化技術」，シャープ技法，第９３号，２００５年１２月号
【非特許文献２】「薄膜ハンドブック」（日本学術振興会薄膜第１３１委員会偏），オーム社，第１版第２刷，Ｐ．４７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、複数のチャンバーで同時又は連続的に成膜する際に各チャンバー間でのクロスコンタミネーションを抑えるのに効果的な複合膜の成膜装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る成膜装置は、隔壁で仕切った複数のチャンバーと、当該複数のチャンバー間を横切るように可動する可動部を備え、前記可動部は被処理物の保持手段を有し、前記各チャンバーはそれぞれ減圧排気手段，ガス導入手段及び蒸気源となるターゲットの保持手段を有し、前記可動部と隔壁又はチャンバー内壁との間に形成された直接又は間接的な隙間に前記可動部の摺接移動を許容しながら当該隙間をシールするシール手段を有することを特徴とする。
本発明において、減圧排気手段とは、成膜に必要なレベルまで減圧するためのもの及び後述する表面分析に必要なレベルまでに減圧できるものをいう。
このような成膜装置は、各種ＰＶＤ装置，ＣＶＤ装置に適用できる。
本発明は、本出願人が先に出願した特許文献１に開示する成膜装置を改良したものであり、同公報図１，２に示すような円盤状の可動部とチャンバーを仕切った隔壁との間をシールしてもよく、同公報図１３に示すような隔壁と可動部とがともに回転する構造の場合は断面円筒状のチャンバー内壁と隔壁及び可動部との間をシールする場合も含まれる。
【０００８】
さらに各チャンバー間のクロスコンタミネションを抑えるには、隔壁の端部から各チャンバーの開口部に跨って遮蔽した遮蔽板を有し、前記遮蔽板は、各チャンバーに連通した連通孔を有し、前記連通孔は孔周囲に沿って枠状のシール部材を有し、前記シール手段は前記シール部材に前記可動部の被処理物の保持面が摺接するものであるのが好ましい。
この場合に保持面は被処理物の被処理面が前記保持面より突出しないように前記被処理物を保持するための保持凹部を有し、前記保持凹部の開口部の大きさが前記シール部材の枠形状の大きさよりも小さくなるように設定してあると、被処理物の表面がシール部材に接触するのを防止しつつ、シール部材の側面と可動部の保持面との間が常に接触シールした状態になる。
【０００９】
本発明においてシール部材として弾性材を用いてもよいが、弾性材の中には摺動性に劣るものもあることから、シール部材は可動部の被処理物の保持面に向けて弾性付勢されている構造でもよい。
このようなシール構造を採用したことにより、各チャンバー間における成膜条件に圧力差を生じさせる差動排気手段を有するような成膜装置のコンタミ防止に効果的である。
また、各チャンバー間で圧力差を充分にとることができるから、少なくとも１つのチャンバーに電子銃及び検出器を備え、所定の真空度（所定の減圧レベル）に保持することで他のチャンバーにて成膜された膜の表面分析が連続的に可能である。
本発明において、可動部を覆う蓋部を有し、前記蓋部の内部空間と少なくとも１つ以上のチャンバーとの間を開閉する弁装置を有するようにしてもよい。
このようにすると、チャンバー内を減圧する際にこの弁装置を開き、蓋部の内部空間も減圧することができ、可動部の内外が減圧されるために早期に安定した成膜条件が得られる。
そして成膜時においては、各チャンバー間のガス分子のクロスコンタミネーションを抑制するために当該弁装置を閉じる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る成膜装置にあっては、被処理物を保持した可動部とチャンバーの仕切り部材との間に可動部の摺接移動を許容したシール部材を配設したので、各チャンバーを実質、物理的に隔離したのでクロスコンタミネーションを防止しつつ、各チャンバー内における金属あるいは酸化物等、異なるターゲットに応じてそれぞれ最適な異なる供給ガスや減圧条件を選定することができるので、高品質のコンポジット膜や多層膜からなる複合膜を連続的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る成膜装置の基本構成例を示す。
【図２】成膜装置のシール手段の構造例を示し、（ａ）は断面斜視図、（ｂ）はシール部材の構造例を示し、（ｃ）はシール部材の弾性付勢例を示す。
【図３】可動部（基本ホルダー）を静止させた状態で、第１チャンバーに１０％Ｏ２ガス濃度のＡｒガス２［ｓｃｃｍ］とともにＡｒガスを流入させた際のＡｒガスの流入量に対する第２チャンバーの酸素分圧［１０−５Ｐａ］変化を示す。
【図４】可動部（基板ホルダー）を３ｒｐｍ回転させた状態で、第１チャンバーに１０％Ｏ２ガス濃度のＡｒガス２［ｓｃｃｍ］とともにＡｒガスを流入させた際のＡｒガスの流入量に対する第２チャンバーの酸素分圧［１０−５Ｐａ］変化を示す。
【図５】可動部（基板ホルダー）を１２ｒｐｍ回転させた状態で、第１チャンバーに１０％Ｏ２ガス濃度のＡｒガス２［ｓｃｃｍ］とともにＡｒガスを流入させた際のＡｒガスの流入量に対する第２チャンバーの酸素分圧［１０−５Ｐａ］変化を示す。
【図６】蓋部の内部空間とチャンバーとの間に弁装置を設けた例を示す。（ａ）は可動部及びカバー部材を除いた状態の内部斜視図を示し、（ｂ）は弁装置の拡大図を示す。（ｃ）は可動部及びカバー部材を取り付けた状態の断面図を示す。
【図７】押圧式の弁部の断面図を示し、（ａ）は開いた状態、（ｂ）は閉じた状態を示す。
【図８】ハンドルのロック機構を示し、（ａ）は弁部を開いた状態、（ｂ）は閉じた状態を示す。
【図９】スライド式の弁装置を取り付けた例を示す。
【図１０】スライド式の弁体が開閉する動きを示し、（ａ）は開いた状態、（ｂ）は閉じた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の構造例を以下図面に基づいて説明するが、成膜室を複数のチャンバーに仕切壁で分割し、この複数のチャンバーを被処理物を保持した可動部が横切る方式の構造を有するものであればよく、本実施例に限定されない。
【００１３】
図１は、水平断面が略円筒状のドラム型の成膜室１１を中央部の隔壁１３にて第１チャンバー２０と第２チャンバー３０に仕切った例を示す。
分割されたチャンバーの数に制限がなく、全てのチャンバーに成膜手段を有する必要がなく、複数のチャンバーのうち少なくとも２以上連続して成膜チャンバーを有するものであれば本発明に含まれる。
図１の実施例では、第１及び第２チャンバーの上部開口部を横切るように回転する円盤状の可動部１２を有する。
可動部１２は、駆動軸１２ｃを介してモーター等の駆動源１２ａにて回転制御されている。
図１に示した実施例では、隔壁１３の上端部と可動部１４の被処理物の保持面との間に遮蔽板１４ａ等からなるシール手段１４を設けてあるが、隔壁１３の上端部と可動部の被処理物保持面との間を直接シールしてもよい。
遮蔽板１４ａは、図２に示すように隔壁１３の上端部から第１及び第２チャンバーの上部の開口部に跨って遮蔽するように設けてあり、各チャンバーの上部中央部には上下に連通した連通孔１４ｄを有する。
被処理物１には、この連通孔１４ｄを介して薄膜が成膜される。
この連通孔１４ｄの上面（可動部側）には、連通孔１４ｄを囲むように枠形状のシール部材１４ｂを設けてある。
本実施例では連通孔１４ｄを円形状にしたので、これに合せてシール部材１４ｂはリング状になっているが、この形状に限定されない。
シール部材１４ｂは、複数のスプリング等の弾性部材１４ｃにて可動部側に向けて付勢されている。
これにより、シール部材は必ずしも弾性材である必要はなく、複合膜の条件に合せて金属材，樹脂材等を選択使用できる。
可動部１２の被処理物保持面には、保持面よりも凹んだ凹部状の被処理物の保持部１２ｂを有し、例えば基板等の被処理物１をこの保持部に装着すると、基板の表面が保持面よりも奥側に位置する。
また、凹部状の保持部の大きさ（基板の大きさ）がシール部材１４ｂの内側の大きさよりも小さく設定してある。
これにより、図２（ａ）に示すように保持部の凹部がシール部材を横切る際に被処理物の表面がシール部材と接触することなく、この凹部の外側の保持面が絶えずシール部材１４ｂの上面と接触していることになる。
【００１４】
各チャンバーに成膜手段を有し、図１に示した実施例では第１及び第２チャンバー２０，３０にそれぞれガス導入口２１，３１を介して設けたガス導入手段，排気口２２，３２を介して減圧排気手段を有し、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ），ロータリーポンプ等が取り付けられている。
第１，第２チャンバー２０，３０の底部には、ターゲット保持手段２３，３３を有し、本実施例ではターゲットと被処理物との間にプラズマを出現させるために高圧の電圧を印加する電源を備えている。
また、プラズマ中のイオン分析をするために発光分光分析器(ＯＥＳ)が設けられている。
【００１５】
次に図２に示したシール構造からなる成膜装置を用いて、図１の模式図で右側の第１チャンバー２０にＡｒガス希釈１０％Ｏ２ガス２ｓｃｃｍに加えて導入するＡｒガスの導入量を変化させ、左側の第２チャンバーにＡｒガスを導入した初期の全圧の変化、Ｏ２分圧の変化をプロセスガスモニタ（ＰＧＭ）を介して測定した。
比較例として、本出願人が先に提案した特許文献１に基づいて可動部と隔壁との間に非接触の隙間１ｍｍの場合を測定した。
なお、可動部として基板ホルダーを用い、保持部に基板を装着した。
図３は基板ホルダーを静止させた状態、図４は基板ホルダーを３ｒｐｍの速度で回転させた状態、図５は基板ホルダーを１２ｒｐｍの速度で回転させた状態での第１チャンバーＡｒガス流入量に対する第２チャンバーのＯ２分圧変化を示す。
これにより、いずれの場合も本発明に係るシール構造は、比較例よりも第１チャンバー２０から第２チャンバー３０へのガスの混入が少ないことが明らかになった。
【００１６】
本発明の装置が有するこのような左右チャンバー間のガスの相互流入抑制機能は、新たな利用方法も提供できる。
例えば図１の左チャンバーにＡｒガスを所定量流し、圧力を０．３Ｐａに設定して金属等をスパッタ成膜する。
右チャンバーには電子銃と検出器を設置するとともに、ガスを流さず、減圧排気のみ行う。
この場合、本発明の装置の実施例では右側チャンバーの圧力は１０−３Ｐａ程度の圧力であるが、この圧力は装置内部の防着板とチャンバー内壁との気密性を高め、排気性能を高めるなどの改良により、いわゆる高真空と表現されるさらに低い圧力の減圧状態にすることは技術的に十分可能である。
左チャンバーで成膜した膜を、基板ホルダーを１８０度回転させることにより、右チャンバーに設置した電子銃および検出器を用いて、その場で表面の観察、分析などを行うことが可能になる。
【００１７】
成膜装置にて各種複合膜を形成するには、各チャンバーを初期状態として所定の真空状態に減圧しなければならない。
本実施例に係る成膜装置においては、図６（ｃ）に示すように可動部１２の上部周囲をカバー部材１４ｆで囲むとともに、Ｏリング１４ｇでシールしている。
図６（ａ）に示したように、遮蔽板１４ａと防着板１４ｅとで各チャンバーの上部開口部を塞ぎ、その上に図１に示すように可動部１２を包み囲むように蓋部１５を設けてある。
これにより、可動部１２の上部側からエアーがチャンバー内に漏れないように設けたシール手段１４をサポートしてある。
図６〜図１０に示した例は、この蓋部１５の内部空間１５ａのエアーも初期に減圧することで、早く成膜条件が得られるようにしたものである。
図６〜図８は、押圧式の弁体からなる弁装置１６を示す。
弁装置１６は、防着板１４ｅに貫通孔１６ｅを形成し、弁座１６ｄ側を取り付ける。
弁体１６ａは、弁棒１６ｊ及びスプリング１６ｆにて弁座１６ｄ方向に付勢されている。
弁体を開閉するためのハンドル１６ｂの軸側にカム１６ｃが連結され、カム１６ｃが弁体１６ａの後方に設けた引掛け部１６ｇを下方に向けて押圧することで、スプリング１６ｆの付勢力に対抗して弁体が開く。
ハンドル１６ｂの開閉位置は、図６（ｂ）及び図８に示すようにプランジャ１６ｈの押し込みにより突出方向に付勢されたロックピン１６ｉが没入し、ハンドル操作でき、弁体の開いた状態と閉じた状態をロックピンで位置決めされている。
【００１８】
図９，図１０は、スライド式の弁装置の例を示す。
図１０に弁装置の断面図を示すようにハンドル１６ｂの軸側に設けたカム１７ｃにて弁体１７ａが左右方向にスライドするようになっている。
本実施例は、カム１７ｃの先端部が球になっていてスライド式の弁体１７ａの凹部１７ｂに摺接連結されている。
防着板１４ｅの開口部１６ｅを弁体１７ａが塞ぐ際に、弾性材１７ｄにより弁座側に押圧するようになっている。
ハンドル１６ｂのロック機構は、先の実施例と同様である。
【００１９】
図６〜図１０に示した弁装置は、両側に２つあるチャンバーのうち、一方のみに設けたが、左右のチャンバーに対してそれぞれ設けてもよい。
なお、蓋部１５の内部空間１５ａが減圧された後は弁装置を閉じ、各チャンバー間のガス分子のクロスコンタミネーションを抑え成膜する。
【符号の説明】
【００２０】
１        被処理物（基板）
１０      成膜装置
１１      成膜室
１２      可動部（基板ホルダー）
１２ｂ    保護手段
１３      隔壁
１４      シール手段（遮蔽板）
１４ｅ    防着板
１４ｆ    カバー部材
１５      蓋部
１５ａ    蓋部の内部空間
１６      弁装置
１６ａ    弁体
２０      第１チャンバー
２１      ガス導入口（ガス導入手段）
２２      排気口
２３      ターゲット保持手段
３０      第２チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015110827.tif 000009
【図８】
2015110827.tif 000010
【図９】
2015110827.tif 000011
【図１０】
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