(57)【要約】【課題】ＣＶＤ膜を効率良く成膜して収率を向上させることができるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、基板３上にサーマルＣＶＤ法により成膜するＣＶＤ装置において、チャンバー１と、前記チャンバー１の外側に配置され、前記チャンバー１を透過したランプ光が前記基板３に照射されるランプヒーター４，６と、前記チャンバー１に接続され、前記チャンバー１内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構と、前記チャンバー１に設けられ、前記チャンバー１内を排気する排気口２１と、前記排気口２１に接続された排気機構と、を具備することを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にサーマルＣＶＤ法により成膜するＣＶＤ装置において、
チャンバーと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射されるランプヒーターと、
前記チャンバーに接続され、前記チャンバー内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構と、
前記チャンバーに設けられ、前記チャンバー内を排気する排気口と、
前記排気口に接続された排気機構と、
を具備することを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項２】
基板上にサーマルＣＶＤ法により成膜するＣＶＤ装置において、
チャンバーと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射される第１のランプヒーターと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射される第２のランプヒーターと、
前記チャンバーに接続され、前記チャンバー内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構と、
前記チャンバーに設けられ、前記チャンバー内を排気する排気口と、
前記排気口に接続された排気機構と、
を具備することを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１のランプヒーター及び前記第２のランプヒーターそれぞれは、ランプ光を発するランプ発光部と、前記ランプ発光部の両端をシールするランプシール部とを有しており、
前記第２のランプヒーターのランプ発光部から発するランプ光が前記第１のランプヒーターの前記ランプシール部に照射されないように遮蔽される第１の遮蔽部材と、
前記第１のランプヒーターのランプ発光部から発するランプ光が前記第２のランプヒーターの前記ランプシール部に照射されないように遮蔽される第２の遮蔽部材と、
をさらに具備することを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記基板は長尺形状を有しており、前記チャンバー内に前記基板を連続的に搬送する搬送機構をさらに具備することを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４において、前記原料ガス導入機構は原料ガス導入口を有し、前記排気口は、前記原料ガス導入口に対して前記搬送機構によって搬送される搬送方向の下流側に位置することを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記チャンバーの内径は、前記基板の幅の２倍以下であることを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記原料ガス導入機構は原料ガス導入口を有し、前記基板と前記原料ガス導入口との間の距離は前記チャンバーの内径の１／４以下であることを特徴とするランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ加熱型サーマルＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置に係わり、特に、ＣＶＤ膜を効率良く成膜して収率を向上させることができるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来のサーマルＣＶＤ装置について説明する。
このサーマルＣＶＤ装置は、基板としてのスチールフィルム又はスチールベルトの上にＣＶＤ膜として酸化物超伝導体のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜（以下、「ＹＢＣＯ膜」という。）を成膜する装置である。
【０００３】
従来のサーマルＣＶＤ装置は、石英管チャンバーを有し、この石英管チャンバー内にはスチールフィルム又はスチールベルトなどの基板が連続的に供給されるようになっている。また、石英管チャンバーの外側にはカンタルヒーター又はセラミックヒーターが配置されており、このカンタルヒーターによって石英管チャンバー内が加熱されるようになっている。また、サーマルＣＶＤ装置は、石英管チャンバー内にＹＢＣＯ膜用の原料ガスを導入する原料ガス導入機構を有している。また、サーマルＣＶＤ装置は、チャンバー内を所定圧力になるように真空排気する真空ポンプを有している。
【０００４】
次に、上記サーマルＣＶＤ装置を用いてＹＢＣＯ膜を成膜する方法について説明する。
まず、真空ポンプによってチャンバー内を真空排気することにより、チャンバー内を所定圧力になるように減圧する。また、チャンバー内にスチールフィルムを供給し、ヒーターによってチャンバー内を加熱する。これにより、チャンバーの内壁が８００℃より高い温度に加熱され、スチールフィルムが８００℃まで加熱される。
【０００５】
次いで、原料ガス導入機構によってチャンバー内のスチールフィルムの表面及びその近傍にＹＢＣＯ膜用の原料ガスを供給する。この際、スチールフィルムがチャンバー内に連続的に供給され、このスチールフィルム上にサーマルＣＶＤ法によりＹＢＣＯ膜が連続的に成膜される。
【特許文献１】特開２００５−１５８４０号公報（００２６段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のサーマルＣＶＤ装置では、カンタルヒーター又はセラミックヒーターによってスチールフィルムなどの基板を加熱する際、基板だけでなくチャンバーの内部及び内壁を全体的に加熱している。このため、ＣＶＤ膜が基板上だけでなくチャンバーの内壁にも成膜されてしまう。その結果、チャンバー内に供給した原料ガスの量に対する基板上に成膜されたＹＢＣＯ膜の量の割合が少なくなり、収率も低くなる。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ＣＶＤ膜を効率良く成膜して収率を向上させることができるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、基板上にサーマルＣＶＤ法により成膜するＣＶＤ装置において、
チャンバーと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射されるランプヒーターと、
前記チャンバーに接続され、前記チャンバー内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構と、
前記チャンバーに設けられ、前記チャンバー内を排気する排気口と、
前記排気口に接続された排気機構と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
上記本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置によれば、ランプヒーターから発せられるランプ光によって基板を加熱し、このランプ光はチャンバーを透過するため、チャンバーが高温に加熱されることを抑制できる。このため、従来のサーマルＣＶＤ装置のようにチャンバーの内壁にＣＶＤ膜が付着するのを抑制できる。その結果、チャンバー内に供給した原料ガスの量に対する基板上に成膜されたＣＶＤ膜の量の割合を多くすることができ、収率を高くすることができる。
【００１０】
本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、基板上にサーマルＣＶＤ法により成膜するＣＶＤ装置において、
チャンバーと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射される第１のランプヒーターと、
前記チャンバーの外側に配置され、前記チャンバーを透過したランプ光が前記基板に照射される第２のランプヒーターと、
前記チャンバーに接続され、前記チャンバー内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構と、
前記チャンバーに設けられ、前記チャンバー内を排気する排気口と、
前記排気口に接続された排気機構と、
を具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置において、前記第１のランプヒーター及び前記第２のランプヒーターそれぞれは、ランプ光を発するランプ発光部と、前記ランプ発光部の両端をシールするランプシール部とを有しており、
前記第２のランプヒーターのランプ発光部から発するランプ光が前記第１のランプヒーターの前記ランプシール部に照射されないように遮蔽される第１の遮蔽部材と、
前記第１のランプヒーターのランプ発光部から発するランプ光が前記第２のランプヒーターの前記ランプシール部に照射されないように遮蔽される第２の遮蔽部材と、
をさらに具備することも可能である。
【００１２】
上記本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置によれば、第１及び第２のランプヒーターそれぞれのランプシール部に、他のランプヒーターから発せられるランプ光を遮蔽する遮蔽部材を取り付けているため、ランプシール部にランプ光が照射されて加熱されることを抑制できる。その結果、第１及び第２のランプヒーターの寿命を大幅に長くすることができる。
【００１３】
また、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置において、前記基板は長尺形状を有しており、前記チャンバー内に前記基板を連続的に搬送する搬送機構をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置において、前記原料ガス導入機構は原料ガス導入口を有し、前記排気口は、前記原料ガス導入口に対して前記搬送機構によって搬送される搬送方向の下流側に位置することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置において、前記チャンバーの内径は、前記基板の幅の２倍以下であることが好ましい。
また、本発明に係るランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置において、前記原料ガス導入機構は原料ガス導入口を有し、前記基板と前記原料ガス導入口との間の距離は前記チャンバーの内径の１／４以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、ＣＶＤ膜を効率良く成膜して収率を向上させることができるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を示す断面図である。図２は、図１に示す２−２線に沿った断面図である。このランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、長尺な基板３の上にＣＶＤ膜を連続的に成膜する装置である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、石英管チャンバー１を有し、この石英管チャンバー１内には厚さ０．１ｍｍ程度のスチールフィルム又はスチールベルトのような長尺な基板３が連続的に供給されるようになっている。即ち、この装置は、石英管チャンバー１の中央に基板３を長手方向に沿うように連続的に搬送する搬送機構を有している。また、石英管チャンバー１の内径は長尺な基板３の幅の２倍以下であることが好ましい。
【００１８】
石英管チャンバー１の一方端には基板３がリールに巻き取られた基板供給部（図示せず）が配置されており、この基板供給部から巻き回された基板３が石英管チャンバー１内で矢印３ａの方向に供給されるようになっている。また、石英管チャンバー１の他方端には基板３がリールに巻き取られた基板回収部（図示せず）が配置されており、石英管チャンバー１内で基板３上にＣＶＤ膜が成膜された後、この基板３がリールに巻き取られて基板回収部に回収されるようになっている。
【００１９】
石英管チャンバー１の成膜ゾーン４ａの外側にはランプヒーター（ハロゲンヒーター、赤外線ヒーター）４〜７が配置されている。つまり、これらランプヒーター４〜７は成膜ゾーン４ａの外周を等間隔に囲むように配置されている。これらのランプヒーター４〜７によって発せられるランプ光（例えば赤外光）が石英管チャンバー１を透過して基板３に照射されることにより、基板３は成膜ゾーン４ａで素早く加熱されるが、石英管チャンバー１は加熱されないようになっている。
【００２０】
ランプヒーター４〜７それぞれは、赤外光を発するランプ発光部８と、このランプ発光部８の両端をシールするランプシール部９とを有している。このランプシール部９の適正な使用温度は３５０℃以下である。その理由は、３５０℃を超えるとランプシール部９に使われている材料の熱膨張係数の差によってランプシール部９にクラックが入り、そのクラックがランプヒーターの故障の原因となるからである。ランプシール部９にはモリブデンが使用されているため、そのクラックからモリブデンの酸化が始まり、モリブデンの体積が増加し、それによりさらにクラックが進行する。
【００２１】
一方、本実施の形態では、石英管チャンバー１の外周を等間隔に囲むようにランプヒーター４〜７を配置することにより、ランプ発光部８から発せられる赤外光がランプシール部９にも照射されるような配置となるため、前記赤外光がランプシール部９に照射されるのを防止することが好ましい。このため、ランプヒーター４〜７それぞれのランプシール部９には、他のランプヒーターから発せられる赤外光を遮蔽する遮蔽部材１０が取り付けられている。この遮蔽部材１０によってランプシール部９が赤外光から保護され、クラックの発生が防止される。また、遮蔽部材１０は、ステンレスなどの金属板、Ａｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理した金属板などによって作製されることが好ましい。この金属板の表面は鏡面にすることが好ましい。これにより赤外光を反射させることができる。
【００２２】
尚、本実施の形態では、遮蔽部材１０をランプシール部９に取り付けているが、赤外光を遮蔽できればランプシール部９に直接取り付けなくても良いし、石英管チャンバー１の外側又は内側に取り付けても良い。また、遮蔽部材１０の材質は、赤外光を遮蔽できるものであれば種々の材質を用いることができる。
【００２３】
また、ランプヒーター４〜７それぞれは、使用時に温度が上がりすぎると故障の原因になるため、使用時の温度を下げるための空冷機構１１を有している。この空冷機構１１はパージエアーを供給するエアー供給口１２を有し、このエアー供給口１２はエアー通路１３に繋げられている。このエアー通路１３は複数のパージエアー導入口１４に繋げられており、このパージエアー導入口１４からパージエアーがランプ発光部８に供給される。これにより、ランプ発光部８が冷却されるようになっている。
【００２４】
石英管チャンバー１内には第１の仕切板１７及び第２の仕切板１８が取り付けられている。第１の仕切板１７はランプヒーター４〜７の一端近傍に位置しており、第２の仕切板１８はランプヒーター４〜７の他端近傍に位置している。前記基板供給部と第１の仕切板１７との間に位置する石英管チャンバー１の内部は、供給される基板３を予備加熱するための昇温ゾーン１５ａである。第１の仕切板１７と第２の仕切板１８との間に位置する石英管チャンバー１の内部は、供給される基板３にＣＶＤ膜を成膜するための成膜ゾーン４ａである。第２の仕切板１８と前記基板回収部との間に位置する石英管チャンバー１は、成膜ゾーンで高温に加熱された基板３を降温する降温ゾーン１６ａである。また、第１及び第２の仕切板１７，１８それぞれには基板３が通過できる程度のスリット（又は穴）１７ａ，１８ａが設けられている。
【００２５】
石英管チャンバー１の昇温ゾーン１５ａの外側には外周を覆うように昇温ゾーン用ヒーター１５が設けられており、この昇温ゾーン用ヒーター１５はランプヒーター４〜７と前記基板供給部との間に位置している。また、石英管チャンバー１の降温ゾーン１６ａの外側には外周を覆うように降温ゾーン用ヒーター１６が設けられており、この降温ゾーン用ヒーター１６はランプヒーター４〜７と前記基板回収部との間に位置している。
【００２６】
昇温ゾーン用ヒーター１５は、昇温ゾーン１５ａに供給された基板３を予備加熱するものであり、この予備加熱の温度は例えば５００〜６００℃である。また、降温ゾーン用ヒーター１６は、成膜ゾーン４ａで例えば８００℃程度の高温まで加熱された基板３を降温ゾーン１６ａで降温するものであり、降温後の基板３の温度は例えば５００〜６００℃である。
【００２７】
ランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置は、石英管チャンバー１内にＣＶＤ膜用の原料ガス、例えばＹＢＣＯ膜用の原料ガスを導入する原料ガス導入機構１９を有している（図１参照）。この原料ガス導入機構１９は基板３に原料ガスが供給される原料ガス導入口２０を有している。この原料ガス導入口２０は、石英管チャンバー１内の成膜ゾーン４ａに位置し且つ基板３の上方に位置している。原料ガス導入口２０と基板３との間の距離は石英管チャンバー１の内径の１／２以下であることが好ましい。また、原料ガス導入口２０は、複数の導入口の集合体であって原料ガスをシャワー状に基板３へ供給するものであることが好ましい。
【００２８】
石英管チャンバー１には成膜ゾーン４ａに位置する排気口２１が設けられており、この排気口２１は石英管チャンバー１内を真空排気する真空ポンプ（図示せず）に接続されている。排気口２１は第２の仕切板１８の近傍に配置されている。これにより、原料ガス導入機構１９によって基板３の上方に導入された原料ガスを、基板３の搬送方向に且つ基板３の表面を這うように流すことができる。
【００２９】
次に、上記ランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を用いて基板にＣＶＤ膜を成膜する方法について説明する。
【００３０】
石英管チャンバー１内を真空ポンプによって真空排気することにより、石英管チャンバー１の内部を所定圧力まで減圧する。また、原料ガス導入機構１９によって原料ガス導入口２０から基板３の表面にＹＢＣＯ膜用の原料ガスを供給し、この原料ガスを基板３の搬送方向に且つ基板３の表面を這うように流し、排気口２１から排気する。また、石英管チャンバー１の昇温ゾーン１５ａを昇温ゾーン用ヒーター１５によって５００〜６００℃に加熱する。また、石英管チャンバー１の成膜ゾーン４ａをランプヒーター４〜７によって８００℃に加熱する。また、石英管チャンバー１の降温ゾーン１６ａを降温ゾーン用ヒーター１６によって５００〜６００℃に加熱する。
【００３１】
ランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を上記の状態にした後、前記基板供給部から基板３を昇温ゾーン１５ａ、成膜ゾーン４ａ、降温ゾーン１６ａに一定の速度で搬送し、その後、基板３を前記基板回収部に回収する。これにより、基板３上にＹＢＣＯ膜が連続的に成膜される。
【００３２】
以下、詳細な成膜方法を説明する。
昇温ゾーン１５ａにおいて基板３を５００〜６００℃に加熱する。次に、この加熱された基板３を成膜ゾーン４ａに搬送し、この成膜ゾーン４ａにおいて基板３をランプヒーター４〜７によって素早く８００℃に加熱するとともに、基板３の表面に原料ガスを供給する。これにより、基板３上にはＹＢＣＯ膜が成膜される。次いで、このＹＢＣＯ膜が成膜された基板３を降温ゾーン１６ａに搬送し、この降温ゾーン１６ａにおいて基板３を５００〜６００℃まで降温する。次に、この降温された基板３を前記基板回収部に回収する。このようにしてステンレスフィルムのような長尺な基板３上にＹＢＣＯ膜を連続的に成膜する。
【００３３】
上記実施の形態によれば、ランプヒーター４〜７から発せられるランプ光によって基板３を加熱し、このランプ光は石英管チャンバー１を透過するため、成膜ゾーン４ａに位置する石英管チャンバー１が高温に加熱されることを抑制できる。このため、従来のサーマルＣＶＤ装置のようにチャンバーの内壁にＣＶＤ膜が付着するのを抑制できる。その結果、石英管チャンバー１内に供給した原料ガスの量に対する基板３上に成膜されたＣＶＤ膜の量の割合を多くすることができ、収率を高くすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、排気口２１を原料ガス導入口２０に対して基板３の搬送方向（矢印３ａの方向）の下流側に配置することにより、原料ガスを基板３の搬送方向に且つ基板３の表面を這うように流すことができる。その結果、成膜されずに排気される原料ガスを少なくすることが期待でき、収率を高くすることができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、石英管チャンバー１の内径を長尺な基板３の幅の２倍以下にすることにより、石英管チャンバー１内に供給する原料ガスの量を少なくすることができる。また、石英管チャンバー１内における原料ガスの流速を速くし、原料ガスの流れに直進性を持たせることができる。その結果、収率を高くすることができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、ランプヒーター４〜７それぞれのランプシール部９に、他のランプヒーターから発せられるランプ光を遮蔽する遮蔽部材１０を取り付けているため、ランプシール部９にランプ光が照射されて３５０℃以上に加熱されることを抑制できる。その結果、ランプヒーター４〜７の寿命を大幅に長くすることができる。具体的には、遮蔽部材１０を取り付けたランプヒーター４〜７は、遮蔽部材を取り付けていないランプヒーターに比べて２倍以上の寿命を有することが確認されている。
【００３７】
また、本実施の形態では、複数のランプヒーター４〜７によって基板３を加熱するため、基板３の温度均一性を良くすることができる。また、ランプヒーター４〜７によって基板３を加熱するため、カンタルヒーターによって基板を加熱する従来のＣＶＤ装置に比べて基板３の温度を素早く上昇させることができる。このため、装置の稼働率を高くすることができる。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、長尺な基板を用いているが、長尺でない基板を用いることも可能である。
【００３９】
また、上記実施の形態では、石英管チャンバー１に長尺な基板３を連続的に搬送する搬送機構を有するランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置について説明しているが、搬送機構を有しないランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置に本発明を適用することも可能である。この場合、石英管チャンバー内に基板を１枚ずつ挿入し、基板上にＣＶＤ膜を成膜することになる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、石英管チャンバー１の外側に４つのランプヒーター４〜７を配置しているが、石英管チャンバー１の外側に３つ以下のランプヒーターを配置しても良いし、５つ以上のランプヒーターを配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態によるランプ加熱型サーマルＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す２−２線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…石英管チャンバー
３…基板
３ａ…矢印
４〜７…ランプヒーター
４ａ…成膜ゾーン
８…ランプ発光部
９…ランプシール部
１０…遮蔽部材
１１…空冷機構
１２…エアー供給口
１３…エアー通路
１４…パージエアー導入口
１５…昇温ゾーン用ヒーター
１５ａ…昇温ゾーン
１６…降温ゾーン用ヒーター
１６ａ…降温ゾーン
１７…第１の仕切板
１８…第２の仕切板
１７ａ，１８ａ…スリット（又は穴）
１９…原料ガス導入機構
２０…原料ガス導入口
２１…排気口
【図１】
2008255420.tif 000003
【図２】
2008255420.tif 000004