(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収容された基板の表面に対して真空状態下で成膜処理する成膜室と、
該成膜室内で前記基板を保持する基板保持手段と、
前記成膜室の外部に設置され、該成膜室に形成された開口部を貫通して前記基板保持手段に接続された接続棒を有し、該接続棒を三次元方向に移動させる基板駆動手段と、
前記接続棒を収容し、前記開口部に一方の端部が連通されるように設けられたベローズとを有する成膜装置であって、
前記接続棒を摺動可能とする貫通穴を有し、前記開口部を塞ぎながら、前記接続棒の前記開口部の開口面に平行な面の移動に追随して前記成膜室の前記開口部周囲の内壁面に沿って摺動する遮蔽手段と、
該遮蔽手段を前記開口部周囲の内壁面に付勢する付勢手段とが設けられたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記接続棒の外周面と、前記貫通穴の内周面との間に密封手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記成膜室内を大気圧状態に戻すためのリークバルブが前記基板駆動手段に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空条件下で基板に成膜処理する成膜室と、該成膜室に連通するベローズとを備えた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空を用いる成膜装置には、成膜対象である基板上に広い面積の膜を形成するために、前記基板又は成膜用ノズルなどをスキャンして成膜するものがある。すなわち、このような成膜装置においては、前記基板又は成膜用ノズルなどを三次元方向に運動させる機構を有している。
このような機構を有する成膜装置においては、成膜室内に駆動機構全体を入れてしまうのが簡便であるが、摩擦及び摩耗による影響を考えた場合、駆動機構全体を成膜室に入れてしまうのは問題が多い。
【０００３】
そこで、駆動機構を成膜装置の外側に設け、かつ前記基板を三次元方向に駆動させる成膜装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された成膜装置は、成膜室内の真空状態を維持しながら前記基板を三次元方向に駆動させるために、前記基板を保持する基板保持手段の運動に追随できるベローズを前記駆動機構と前記成膜室との間に設けている。
【０００４】
しかし、特許文献１の成膜装置においては、成膜に関与する物質（以下、成膜関与物質と呼ぶ。）が成膜室内に飛び交うことによって、その一部は成膜室の床や壁に加え、ベローズの内部にも堆積することがある。
ベローズの内側の掃除は、一般に成膜室の床や壁などと比べ非常に困難である。特に、溶接ベローズなどは溶接部分が鋭角になっており、鋭角の先端部分に侵入した粉末は除去が不可能に近く、溶接部分に無理な力を加えると溶接部が破壊され、空気漏れの原因となる。
これは、成膜関与物質が有毒なガスを発生させるものであったり、危険あるいは有毒なものであったりする場合においては、成膜室内に成膜関与物質が残留することは深刻な問題を抱え、その量を極力減少させることが望ましい。
【０００５】
また、成膜関与物質が有害性を持つものであるか否かにかかわらず、成膜関与物質を変更した際には、成膜室内等に残留した変更前の成膜関与物質が、変更後の成膜関与物質に対してコンタミネーションとして働くので、この場合も成膜室内やベローズ内部への残留量を極力減少させることが望まれる。
このような問題に対して、ベローズ内部への成膜関与物質の流入、及びベローズ内部から流入するチリ等による成膜室内の汚染を防ぐために、ベローズと真空室との境界部に吸気口を設けてクリーンガスを流入させる方法が特許文献２に記載されている。
【０００６】
特許文献２に開示された発明では、前記基板を三次元方向に駆動させる構成を有しないので、前記真空室と前記ベローズとの連通部分を小さく開口させるだけで済み、前記真空室内の成膜関与物質の吸引等には影響が小さいことが予想される。
しかし、前記基板を三次元方向に駆動させるために、前記真空室と前記ベローズとの連通部分を大きく開口させる構成を特許文献２に採用すると、前記真空室内の成膜関与物質を十分に吸引できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３１６５６１２号
【特許文献２】特開平１１−３０２８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、前記駆動機構と前記成膜室との間に前記ベローズを設けた成膜装置においては、前記ベローズの中の清掃が困難であるため、前記成膜関与物質が有毒物質であったり、材質を変更する際の前記ベローズ内の汚染の問題は解消されていないのが実情である。
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、成膜室内に保持された基板を三次元方向に移動させる機能を有すると共に、その機能に伴って設けられたベローズの内部に侵入する成膜関与物質の量を低減する成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、内部に収容された基板の表面に対して真空状態下で成膜処理する成膜室と、
該成膜室内で前記基板を保持する基板保持手段と、
前記成膜室の外部に設置され、該成膜室に形成された開口部を貫通して前記基板保持手段に接続された接続棒を有し、該接続棒を三次元方向に移動させる基板駆動手段と、
前記接続棒を収容し、前記開口部に一方の端部が連通されるように設けられたベローズとを有する成膜装置であって、
前記接続棒を摺動可能とする貫通穴を有し、前記開口部を塞ぎながら、前記接続棒の前記開口部の開口面に平行な面の移動に追随して前記成膜室の前記開口部周囲の内壁面（上部内壁面）に沿って摺動する遮蔽手段と、
該遮蔽手段を前記開口部周囲の内壁面に付勢する付勢手段とが設けられたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の請求項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、前記接続棒の外周面と、前記貫通穴の内周面との間に密封手段が設けられたことを特徴としている。
また、本発明の請求項３に係る成膜装置は、請求項１又は２に記載の成膜装置において、前記成膜室内を大気圧状態に戻すためのリークバルブが前記基板駆動手段に設置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に係る成膜装置によれば、接続棒の動きを妨げず、成膜室の開口部にベローズへの成膜関与物質の流出を防ぐ遮蔽手段を設けたので、掃除が困難である前記ベローズの内部に侵入する成膜関与物質の量を低減する成膜装置を提供することができる。
また、前記上部内壁面に付勢する付勢手段を設けたので、遮蔽手段を成膜室の開口部を常に塞ぐように上部内壁面に押し付けることができ、常に確実な開口部の遮蔽を実現することができる。
また、本発明の請求項２に係る成膜装置によれば、遮蔽手段と、該遮蔽手段に形成された貫通穴に対して摺動可能とされた接続棒との密封性が密封手段によって担保されるため、より確実な遮蔽効果を奏する。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る成膜装置によれば、前記基板駆動手段にリークバルブが設置されていることにより、成膜室をリークする際に、遮蔽手段と成膜室の上部内壁面との間に侵入した成膜関与物質を成膜室に押し戻すことができる。なお、遮蔽手段と成膜室上部内壁面との間に侵入した成膜関与物質を成膜室に押し戻す効果は、成膜を始めるために成膜室を真空引きするときにも奏する。
また、本発明の請求項４に係る成膜装置によれば、前記開口部の内周面と前記上部内壁面とが面取りされていることにより、前記遮蔽手段の移動によって該遮蔽手段自身が前記開口部の縁部で傷つかないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る成膜装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る成膜装置の一実施形態における成膜室内の遮蔽手段の構成を示す部分断面図である。
【図３】本発明に係る成膜装置の他の実施形態における成膜室内の遮蔽手段の構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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の概略構成を示す断面図である。また、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室内の遮蔽手段の構成を示す部分断面図である。また、図３は、本発明に係る成膜装置の他の実施形態における成膜室内の遮蔽手段の構成を示す部分断面図である。
【００１５】
＜構成＞
図１に示すように、成膜装置１は、成膜室１０と、基板保持手段２０と、基板駆動手段３０と、ノズル４０と、成膜用真空ポンプ５０と、ベローズ６０と、リークバルブ７０と、遮蔽手段８０と、付勢手段９０とを有する。
［成膜室］
成膜室１０は、例えば、公知のスパッタ装置で通常用いられるようなステンレス製で、略直方体形状あるいは円柱形状をなす中空体である。成膜室１０には、開口部１０ａ、及び開口部１０ｂが形成される。また、図示はしないが、成膜室１０には、開口部１０ａ及び開口部１０ｂの他に、基板の出し入れや成膜室の清掃のための扉が設けられる。この扉は図１中、成膜室１０の手前側のほぼ全面を占める大きさで設けられるのが通例である。
【００１６】
開口部１０ａは、基板保持手段２０によって成膜室１０の内部に収容された基板２を三次元方向に移動させるために、成膜室１０の１つの面に形成された開口部である。開口部１０ａの形状としては、円形が好ましい。なお、以下の説明において、開口部１０ａの開口方向をＺ方向、該Ｚ方向に直交する面を構成し、互いに直交する方向をＸ方向及びＹ方向とする。すなわち、Ｘ方向及びＹ方向によって構成される面は、開口部１０ａの一辺又は径方向を含む。
また、開口部１０ｂは、成膜用真空ポンプ５０の配管５１が接続される排気口として機能する開口部である。配管５１には、開口部１０ｂの開閉を制御するバルブ（図示せず）が設けられている。
【００１７】
［基板保持手段］
基板保持手段２０は、成膜対象となる基板２を保持する手段である。そして、基板保持手段２０は、基板２を保持した状態で成膜室１０内に収容される。基板保持手段２０は、保持した基板２を、後述する接続棒３１によって成膜室１０の内部で三次元方向に移動させることが可能となる。
【００１８】
［基板駆動手段］
基板駆動手段３０は、基板保持手段２０に保持された基板２を成膜室１０の内部で三次元方向に移動させるための手段である。基板駆動手段３０は、接続棒３１と、ＸＹ方向基板駆動手段３２と、Ｚ方向基板駆動手段３３と、架台３４と、ベローズ保持手段３５とを有する。
接続棒３１は、長尺形状をなし、その一端に基板保持手段２０が接続される。接続棒３１は、開口部１０ａを貫いて配置される。すなわち、接続棒３１は、その長手方向がＺ方向（図１参照）に沿うように設置される。
接続棒３１の他端には、ＸＹ方向基板駆動手段３２及びＺ方向基板駆動手段３３が接続される。Ｚ方向基板駆動手段３３は、接続棒３１をＺ方向に移動させる手段である。ＸＹ方向基板駆動手段３２は、接続棒３１を、Ｘ方向及びＹ方向（図１参照，Ｘ方向及びＹ方向は、互いに直交し、共にＺ方向に直交する方向）に移動させる手段である。
【００１９】
また、架台３４は、ＸＹ方向基板駆動手段３２及びＺ方向基板駆動手段３３を成膜室１０に固定する手段である。具体的には、図１に示すように、成膜室１０の開口部１０ａが形成された面に架台３４が固定される。なお、架台３４は、固定された架台としてではなく、Ｚ方向基板駆動手段３３の一部として用いられることもある。
ここで、接続棒３１は、ＸＹ方向基板駆動手段３２及びＺ方向基板駆動手段３３によって三次元方向に移動可能とされるため、開口部１０ａの大きさは、少なくともＸＹ方向基板駆動手段３２によって接続棒３１が移動する領域以上の大きさに設定される。例えば、開口部１０ａのＸ方向及びＹ方向の大きさは、接続棒３１のＸ方向及びＹ方向の移動可能距離の１．５倍に接続棒３１の直径（最大寸法）を足したよりも大に設定される。
【００２０】
また、ベローズ保持手段３５は、後述するベローズ６０を基板駆動手段３０に固定する部材である。ベローズ保持手段３５には、ベローズ６０が固定された際にベローズ６０の内部と、外部とが連通するように下面及び側面に貫通する貫通穴３５ａが形成されている。この貫通穴３５ａの外部に開口する側には配管７１を介してリークバルブ７０が取り付けられている。
［リークバルブ］
リークバルブ７０は、成膜室１０内を大気圧状態に戻すために導入される窒素ガスや大気の導入量を調節するために、貫通穴３５ａに連結された配管７１に設けられるバルブである。具体的には、貫通穴３５ａに一方の端部が連結された配管７１に設けられる。なお、配管７１の他方の端部は、成膜室１０に大気を導入する場合には大気に開放されており、窒素ガスを導入する場合には窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置（図示せず）が接続されている。
【００２１】
［ノズル］
ノズル４０は、基板保持手段２０に保持された基板２の表面（成膜面）２ａに成膜関与物質を吹きつけるように設置される。すなわち、ノズル４０は、その吹き出し口が基板２の表面２ａに対向するように成膜室１０の内壁面（例えば、開口部１０ａが形成された内壁面１０ｄ（図１参照）に対向する面）に設置されている。ノズル４０には、成膜関与物質の駆動を制御するノズル駆動手段（図示せず）が設けられている。
【００２２】
［成膜用真空ポンプ］
成膜用真空ポンプ５０は、成膜室１０内の真空引きを行うために設けられるポンプである。具体的には、成膜室１０に設けられた開口部１０ｂと成膜用真空ポンプ５０とが配管５１によって連結されている。この配管５１には、図示しないバルブが設けられ、このバルブの開閉により、成膜室１０内の真空引きが制御される。
［ベローズ］
ベローズ６０は、接続棒３１を収容し、開口部１０ａに一方の端部６０ａが連結されて、ベローズ６０の内部と開口部１０ａとを連通させるように設けられる。なお、ベローズ６０の他方の端部６０ｂは、接続棒３１の三次元方向の移動にベローズ６０が追随できるようにベローズ保持手段３５に固定される。
【００２３】
［遮蔽手段］
遮蔽手段８０は、成膜室１０の開口部１０ａを塞ぐ手段である。遮蔽手段８０は、例えば、平板形状をなし、接続棒３１の周面３１ａが摺接する貫通穴８１がほぼ中央部分に形成されている。遮蔽手段８０の大きさは、接続棒３１の基板駆動手段３０によるＸＹ方向の移動に伴う遮蔽手段８０のＸＹ方向の移動によっても開口部１０ａを常に塞ぐ大きさに設定される。さらに、遮蔽手段３１の大きさは、遮蔽手段３１自身の移動によって成膜室１０の側壁と干渉しない大きさに設定される。例えば、接続棒３１のＸ方向及びＹ方向の移動可能距離がそれぞれ１００ｍｍ（±５０ｍｍ）で、円柱形状の接続棒３１が直径２０ｍｍであるとすれば、開口部１０ａの形状は、直径１７０ｍｍ以上の円形が好ましい。
遮蔽手段８０は、貫通穴８１が形成され、Ｚ方向基板駆動手段３３によって接続棒３１がＺ方向に摺動したり、ＸＹ方向基板駆動手段３２によって接続棒３１がＸ方向及び／又はＹ方向に移動してもその移動方向に追随して開口部１０ａを常に塞ぐように付勢手段９０によって上部内壁面１０ｄに押し付けられている（図２及び図３参照）。
【００２４】
［付勢手段］
付勢手段９０は、成膜装置１０の開口部１０ａを塞ぐように遮蔽手段８０に付勢する手段である。
図２に示すように、付勢手段９０は、基板保持手段２０と遮蔽手段８０との間に設置されてもよい。付勢手段９０は、例えば、コイルスプリングであり、遮蔽手段８０と基板保持手段２０との間の接続棒３１の周面３１ａを巻回するように設けられる。付勢手段９０は、基板保持手段２０及び遮蔽手段８０のそれぞれの対向面に付勢するため、接続棒３１がＺ方向に摺動しても、その弾性力で遮蔽手段８０を上部内壁面１０ｄに押し付けて、開口部１０ａを遮蔽する。
【００２５】
また、他の実施形態として、図３に示すように、付勢手段９０は、ベローズ６０の内部に位置する接続棒３１の周面３１ａに設けられたフランジ部３１ｂと遮蔽手段８０との間に設置されてもよい。付勢手段９０は、例えば、コイルスプリングであり、遮蔽手段８０とフランジ部３１ｂとの間の接続棒３１の周面３１ａを巻回するように設けられる。付勢手段９０は、フランジ部３１ｂ及び遮蔽手段８０のそれぞれの対向面に付勢するため、接続棒３１がＺ方向に摺動しても、その弾性力で遮蔽手段８０を上部内壁面１０ｄに押し付けて、開口部１０ａを遮蔽する。
【００２６】
図２及び図３に示す成膜装置１においては、成膜室１０に設置される基板保持手段２０と、基板駆動手段３０と、ベローズ６０と、リークバルブ７０と、遮蔽手段８０と、付勢手段９０とが「成膜関与物質（粉末）侵入防止装置」として機能する。そして、「成膜関与物質（粉末）侵入防止装置」は、既存の成膜室に加工を施すことなく設置することが可能であるので、製作に要するコストを低減することができる。
ここで、図２及び図３に示すように、開口部１０ａの内周面１０ｃ及び成膜室１０における開口部１０ａが形成された面の上部内壁面１０ｄとによって形成されるエッジ部分で遮蔽手段８０を傷つけないように、このエッジ部分にはＲが形成されることが好ましい。
【００２７】
［密封手段］
また、本発明の成膜装置においては、接続棒３１と遮蔽手段８０の貫通穴８１との間に密封手段１００が設けられてもよい。
密封手段１００は、遮蔽手段８０の貫通穴８１の内周面８１ａと、接続棒３１の周面３１ａとの間に設置される手段であり、例えばＯリングである。密封手段１００は、遮蔽手段８０のＺ方向の摺動を妨げない程度に貫通穴８１の内周面８１ａと、接続棒３１の周面３１ａとの間に設置されることが好ましい。このように密封手段１００が設けられることにより、遮蔽手段８０による開口部１０ａの遮蔽性（密封性）が高まり、ベローズ６０の内部への成膜関与物質の汚染をより軽減させることができる。
【００２８】
＜作用＞
次に、以上のように構成された成膜装置１における、成膜準備、成膜中、及び成膜後の成膜関与物質の作用について以下に説明する。
［成膜準備］
成膜準備として、成膜用真空ポンプ５０によって、成膜室１０内を真空排気するときは、ベローズ６０の内部の圧力が成膜室１０の内部の圧力より高くなり、ベローズ６０の内部の空気、あるいはガスは、遮蔽手段８０を押し下げて成膜室１０内に流入することとなる。そのため、遮蔽手段８０と成膜室１０の上部内壁面１０ｄとの間やベローズ６０内に侵入した成膜関与物質は、成膜室１０内に押し出される。
【００２９】
［成膜中］
成膜中には、成膜室１０には成膜のためのガスが流される。したがってガスが流れないベローズ６０内の方が、圧力が低くなり、この圧力差に起因してベローズ６０内に成膜関与物質が流入しやすくなるが、本発明に係る成膜装置においては、流入経路が遮蔽手段８０で遮られる。成膜室１０の内部とベローズ６０の内部との圧力差により、遮蔽手段８０は成膜室１０の上部内壁面１０ｄに押しつけられ、成膜関与物質の流入のための隙間がふさがれ、成膜関与物質のベローズ６０の内部への流入を有効に阻止する。
【００３０】
ここで、成膜関与物質が、成膜室１０から接続棒３１の周囲に設置されるベローズ６０に侵入しようとするのは、成膜室１０の内部圧力の方がベローズ６０の内部圧力より高いときである。このとき、遮蔽手段８０は圧力差によって成膜室１０の上部内壁面１０ｄに押しつけられ、遮蔽効果は高まる。したがって、付勢手段９０による押しつけ力は、最も小さいときで、遮蔽手段８０の重量を支える力のみでよいが、安全のため、さらに、数十ｇｆ程度の力を前記押しつけ力として加えることが好ましい。押しつけ力が強すぎると、ＸＹ方向移動時には遮蔽手段８０と成膜室１０の上部内壁面１０ｄとの間で発生する摩擦力が大きくなりすぎ、速度ムラを起こしたり、動かなくなったりするので、押しつけ力は大きすぎてはいけない。また、ＸＹ方向移動時の押しつけ力による遮蔽手段８０と成膜室１０の上部内壁面１０ｄ間の摩擦力を駆動力の計算時に考慮することが必要である。
【００３１】
［成膜後］
成膜後に成膜室１０を開けるためには、成膜室１０をリークして成膜室１０の圧力を大気圧にすることが必要である。本実施形態では、図１に示すように、開口部（リーク孔）７１は、ベローズ６０を介して遮蔽手段８０より上方に設けられている。成膜室１０をリークするときには、リークガスは遮蔽手段８０を押し下げて成膜室１０に流入することとなる。これにより、成膜中に遮蔽手段８０と成膜室１０の開口部１０ａとの間や、ベローズ６０に侵入した成膜関与物質を成膜室１０側に押し出す効果がある。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の成膜装置では、基板保持手段２０に追随して移動し、ベローズ６０への成膜関与物質の流出を防ぐ遮蔽手段８０を、成膜室１０の開口部１０ａ近傍に設けたので、掃除が困難であるベローズ６０の内部に侵入する成膜関与物質の量を低減する成膜装置１を提供することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明に係る成膜装置の実施例について説明する。
本実施例では、上述の遮蔽手段を備えた成膜装置において、約２週間、アルミナの成膜を基板の表面に対して繰り返し、合計約２００ｇのアルミナ粉をノズルから成膜室に吹き込んだ。吹き込まれたアルミナ粉は、一部が基板上のアルミナ膜になり、一部は真空排気システムに吸い込まれ、一部は成膜室の内面に付着した。約２週間、掃除を行わなかった成膜室の内壁には、白いアルミナの粉末がびっしり付着し、その厚みは厚いところで２ｍｍ程度になった。しかし、成膜関与物質のベローズの内部での堆積及び付着は肉眼で見る限り全く見られなかった。
【００３４】
このように、遮蔽手段を備えた本発明の成膜装置は、成膜関与物質のベローズの内部での堆積及び付着は肉眼で見る限り全く見られず、ベローズの内部への成膜関与物質の侵入を効果的に防いでいることがわかる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、以上の実施形態は、それぞれ単独に実施することも、あるいは組み合わせて実施することも可能である。また、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】
【００３５】
１  成膜装置
２  基板
２ａ  基板の表面（成膜面）
１０  成膜室
１０ａ  開口部
１０ｂ  開口部
１０ｃ  内周面
１０ｄ  上部内壁面
２０  基板保持手段
３０  基板駆動手段
３１  接続棒
３１ａ  接続棒の周面
３１ｂ  フランジ部
３２  ＸＹ方向基板駆動手段
３３  Ｚ方向基板駆動手段
３４  架台
３５  ベローズ保持手段
３５ａ  貫通穴
４０  ノズル
５０  真空排気システム
５１  配管
６０  ベローズ
６０ａ  一方の端部
６０ｂ  他方の端部
７０  リークバルブ
７１  配管
８０  遮蔽手段
８１  貫通穴
８１ａ  貫通穴の内周面
９０  付勢手段
１００  密封手段（Ｏリング）
【図１】
0005649211.tif 000002
【図２】
0005649211.tif 000003
【図３】
0005649211.tif 000004