(57)【要約】【課題】常圧ＣＶＤ装置において、危険のガスが外部に漏れることを確実に防止するとともに、外部からの酸素の混入も防止する。【解決手段】基板トレイ１１を搬送する搬送用コンベア１２と、搬送用コンベア１２の上方位置において上下動可能に配置され、搬送用コンベア１２上の基板トレイ１１と密着して外気と隔離された空間を形成する可動チャンバ２と、可動チャンバ２内に設けられたプラズマ発生機構部４と、可動チャンバ２内を微減圧に減圧する排気機構部４とを備え、前記可動チャンバ２は、成膜時に降下して搬送用コンベア１２上の基板トレイ１１と密着し、成膜後に上昇するように構成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板トレイを搬送する搬送用コンベアと、前記搬送用コンベアの上方位置において上下動可能に配置され、搬送用コンベア上の基板トレイと密着して外気と隔離された空間を形成する可動チャンバと、前記可動チャンバ内に設けられたプラズマ発生機構部と、前記可動チャンバ内を減圧する排気機構部とを備えたことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記可動チャンバは、成膜時に降下して前記搬送用コンベア上の基板トレイと密着し、成膜後に上昇するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）ＴＦＴ作製プロセスに代表される多層膜連続成膜工程に用いられるＣＶＤ装置に係り、特に常圧ＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ａ−ＳｉＴＦＴ作製プロセスに使用される装置は、真空クラスターツールと呼ばれる装置である。この装置は、中央にトランスファー室を配置し、その周囲に複数の成膜用真空チャンバを配置した構成となっている。
【０００３】
近年のＬＣＤ基板の大型化とともに、真空チャンバのサイズも大型化しており、そのチャンバを排気する真空ポンプも大型化の一途をたどっている。そのため、装置が著しく増加し、基板パネルのコストダウンも進まないのが現状である。
【０００４】
このような問題を解決するため、近年、枚葉連続搬送型製造ラインが提唱されている。
【０００５】
この枚葉連続搬送型製造ラインは、基板をコンベア上に載せて搬送し、成膜プロセスも常圧で行うことにより、装置コストの低減を図ったものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２０３８３５号公報（第３頁−図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ａ−Ｓｉの成膜をはじめとするＴＦＴ向け成膜では、ＳｉＨ４　をはじめとする危険なガスが使用されており、それが外部に漏れないようにする安全対策が必要である。また、外部からの酸素の混入も同様に安全のために回避しなければならない課題である。
【０００８】
しかしながら、上記従来技術に記載の枚葉連続搬送型製造ラインでは、成膜プロセス部の構成が明確ではなく、危険なガスが外部に漏れないようにする安全対策や、外部からの酸素の混入を防止するための安全対策については何ら記載されていない。従って、安全対策が十分であるとは言えないといった問題があった。
【０００９】
本発明は係る問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、危険のガスが外部に漏れることを確実に防止するとともに、外部からの酸素の混入も防止することのできる成膜装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶＤ装置は、基板トレイを搬送する搬送用コンベアと、前記搬送用コンベアの上方位置において上下動可能に配置され、搬送用コンベア上の基板トレイと密着して外気と隔離された空間を形成する可動チャンバと、前記可動チャンバ内に設けられたプラズマ発生機構部と、前記可動チャンバ内を減圧する排気機構部とを備えたことを特徴としている。また、前記可動チャンバは、成膜時に降下して前記搬送用コンベア上の基板トレイと密着し、成膜後に上昇するように構成されている。すなわち、成膜時は、可動チャンバが降下して、基板トレイと一体型の独立チャンバを構成する。また、成膜は、可動チャンバ内でプラズマヘッドをスキャンすることにより実施する。
【００１１】
なお、複数の膜を連続成膜することを目的とした連続搬送システムを持つ常圧ＣＶＤ装置に本発明を適用した場合には、搬送経路の各成膜工程にそれぞれ可動チャンバを配置し、ステップ送りと成膜のサイクルを複数回繰り返せばよい。　このように、本発明によれば、成膜領域を独立チャンバで閉鎖空間内に設けることにより、安全性の高いＣＶＤ装置が提供できる。また、一部が大気に開放されているオープン型チャンバと比べ、ガスの気密が高いため、二重エアカーテン等のガスシールに頼らずにすむため、安全性が高い。
【００１２】
本発明のＣＶＤ装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、常圧ＣＶＤ装置や微減圧ＣＶＤ装置に用いるとその効果を十分に発揮でき、特に、大気圧近傍下やそれよりも若干減圧した微減圧の圧力下で用いるとその効果が十分に発揮される。
【００１３】
次に、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１４】
上記大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０４　〜１０．６６４×１０４　Ｐａの圧力下を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置構成が簡便になる９．３３１×１０４　〜１０．３９７×１０４　Ｐａの範囲が好ましい。また、大気圧よりも若干減圧した微減圧とは、大気圧より０〜２ｋＰａ程度減圧した状態をいい、より好ましくは１ｋＰａ減圧した状態をいう。
【００１５】
プラズマを発生させる電極の材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金あるいは金属間化合物等などが挙げられる。電極は、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、プラズマ空間（電極間）の距離が一定となる構造であることが好ましい。より好ましくは平行平板型の対向電極である。
【００１６】
また、プラズマを発生させる電極（対向電極）は、一対のうち少なくとも一方の対向面に固体誘電体が配置されている必要がある。この際、固体誘電体と設置される側の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じやすくなる。
【００１７】
上記固体誘電体の形状は、シート状もしくはフィルム状のいずれであってもよい。固体誘電体の厚みは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。固体誘電体の厚みが厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。なお、固体誘電体は溶射法にて電極表面にコーティングされた膜であってもよい。
【００１８】
上記固体誘電体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
【００１９】
また、固体誘電体は、比誘電率が２以上（２５℃環境下、以下同じ）であることが好ましい。比誘電率が２以上の固体誘電体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げることができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生させるためには、比誘電率が１０以上の固体誘電体を用いることが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では１８，５００程度のものが知られている。上記比誘電率が１０以上である固体誘電体としては、例えば、酸化チタニウム５〜５０重量％、酸化アルミニウム５０〜９５重量％で混合された金属酸化物被膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物被膜からなるものを挙げることができる。
【００２０】
固体誘電体の厚みは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。
【００２１】
電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、０．１〜５ｍｍであることが好ましい。電極間の距離が０．１ｍｍ未満であると、電極間の間隔を置いて設置するのに充分でないことがあり、一方、５ｍｍを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。さらに好ましくは、放電が安定しやすい０．５〜３ｍｍの間隔である。
【００２２】
上記電極間には、高周波、パルス波、マイクロ波等の電界が印加され、プラズマを発生させるが、パルス電界を印加することが好ましく、特に、電界の立ち上がり及び／または立ち下がり時間が１０μｓ以下であるパルス電界が好ましい。１０μｓを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われるが、４０ｎｓ未満の立ち上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。立ち上がり時間及び立ち下がり時間のより好ましい範囲は５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間、立ち下がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間を指すものとする。
【００２３】
上記パルス電界の電界強度は、１〜１０００ｋＶ／ｃｍであり、好ましくは２０〜３００ｋＶ／ｃｍである。電界強度が１ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。
【００２４】
上記パルス電界の周波数は、０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であると処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５００ＭＨｚといった高周波帯でも構わない。負荷との整合性のとり易さや取扱い性を考慮すると、５００ｋＨｚ以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
【００２５】
また、上記パルス電界における１つのパルス継続時間は、２００μｓ以下であることが好ましく、より好ましくは３〜２００μｓである。２００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、１つのパルス継続時間とは、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返しからなるパルス電界における、１つのパルスの連続するＯＮ時間を言う。
【００２６】
本発明で用いるプロセスガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。
【００２７】
薄膜の原料としての原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ４　、Ｓｉ２　Ｈ６　、ＳｉＣｌ４　、ＳｉＨ２　Ｃｌ２　、Ｓｉ（ＣＨ３　）４　等のシリコン含有ガスからアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、また上記シリコン含有ガスと無水アンモニア、窒素ガス等の窒素含有ガスから、ＳｉＮ膜が形成される。また、ＳｉＨ４　、Ｓｉ２　Ｈ６　、テトラエトキシシラン等のシラン含有ガスと酸素ガスからＳｉＯ２　等の酸化膜が得られる。
さらに、ＣＦ４　、Ｃ２　Ｆ６　、ＣＦ３　ＣＦＣＦ２　、Ｃ４　Ｆ８　等のフッ素含有化合物ガス、Ｏ２　、Ｏ３　、Ｈ２　Ｏ、ＣＨ３　ＯＨ、Ｃ２　Ｈ５　ＯＨ等の酸素含有化合物ガス、Ｎ２　、ＮＨ３　等の窒素含有化合物ガス、ＳＯ２　、ＳＯ３　等のイオウ含有化合物ガス、アクリル酸、メタクリルアミド、ポリエチレングリコールジメタクリル酸エステル等の重合性親水モノマーガス等をそれぞれの目的に応じて用いることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態に係る常圧プラズマＣＶＤ装置の要部の概略構成を示している。
【００３０】
この常圧プラズマＣＶＤ装置は、ＳｉＮＸ　、ａ−Ｓｉ、ｎ−Ｓｉの３層の膜を連続して成膜する装置であって、被成膜用の基板５を載置する複数個の基板トレイ１１を一方向Ｘに連続的に搬送する搬送ユニット１を備えている。この搬送ユニット１は、例えばベルトコンベア等の搬送用コンベア１２によって構成されており、この搬送用コンベア１２上に、連続して複数個の基板トレイ１１が設けられている。図１では、２個の基板トレイ１１，１１が隙間無く接した状態で示されているが、実際には、さらに連続して基板トレイが設けられている。なお、搬送用コンベア１２は、一方向にのみ進むラインでもよいし、途中で折れ曲がったＵ字型のラインでもよい。要するに、本実施の形態ではライン型のシステムとなっている。また、搬送用コンベア１２の下側には、基板５を加熱するためのヒータ１３が、搬送方向Ｘに沿って一定の間隔を存して複数個配置されている。
【００３１】
そして、この搬送ユニット１の上方位置に、搬送されてくる基板トレイ１１に対向して下面開放の箱状体からなる複数台の可動チャンバ２が配置されている。
【００３２】
本実施の形態では、ＳｉＮＸ　、ａ−Ｓｉ、ｎ−Ｓｉの３層の膜を連続して成膜するため、３台の可動チャンバ２（ただし、図１では２台のみ示している）が、連続する基板トレイ１１，１１にそれぞれ対向して配置されている。
【００３３】
可動チャンバ２は、図示は省略しているが油圧シリンダ等によって構成された上下動機構部により、搬送用コンベア１２上に設けられた基板トレイ１１に対して近接（降下）及び離隔（上昇）可能に設けられている。この可動チャンバ２は、成膜時には降下（図１中、Ｙ１方向）して搬送用コンベア１２上の基板トレイ１１と密着し（図１中、左側に示す状態）、成膜後に上昇（図１中、Ｙ２方向）する（図１中、右側に示す状態）ように制御される。この制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主体とする制御ユニット３によって行われる。
【００３４】
また、基板トレイ１１と密着する可動チャンバ２の下端開口部２５には、基板トレイ１１との気密性を確保するためのシール部材２６が設けられている。このシール部材２６の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン、シリコンゴム、ネオプレン及びフッ素ゴムなどがある。
【００３５】
可動チャンバ２内には、プラズマ発生機構部４が設けられている。
【００３６】
プラズマ発生機構部４は、図１及び図２に示すように、電圧印加電極４２と接地電極４３とからなる対向電極４１、電源４６、ＳｉＨ４　等のプロセスガスを供給するプロセスガス供給源４７などを備えており、対向電極４１は、図示しない駆動部によって可動チャンバ２内を左右方向（すなわち、搬送方向Ｘ）に往復移動可能に設けられている。
【００３７】
対向電極４１の電圧印加電極４２と接地電極４３とは、所定の間隔をあけて互いに平行となるように対向配置されており、これら一対の電極４２，４３間にプラズマ空間Ｐが形成される。電圧印加電極４２及び接地電極４３の各表面はそれぞれ固体誘電体（図示せず）によって被覆されている。
【００３８】
対向電極１にはガス導入口４１ａとガス吹出口４１ｂが設けられている。ガス導入口４１ａにはプロセスガス供給源４７が接続されており、電圧印加電極４２と接地電極４３との間にプロセスガスを供給することができる。なお、対向電極４１を構成する電圧印加電極４２及び接地電極４３は長方形の平板電極であり、ガス吹出口４１ｂの形状は紙面奥行き方向に細長い長方形となっている。
【００３９】
可動チャンバ２内を微減圧に減圧する排気機構部６は、可動チャンバ２の上部に配置されており、可動チャンバ２の天壁２１に設けられた排気口２２から強制的に排気する構造となっている。排気機構部６には例えばブロワー等が用いられる。
【００４０】
そして、以上の構造のプラズマＣＶＤ装置において、基板５が載置された基板トレイ１１を搬送用コンベア１２により可動チャンバ２の下方位置まで搬送して一旦停止し、この状態で、可動チャンバ２を降下させて基板トレイ１１に密着させる。次に、排気機構部６によって可動チャンバ２内を強制的に排気するとともに、図示しない駆動部によって対向電極４１を左右方向（搬送方向Ｘ）に移動させ、基板５のスキャンを開始する。そして、電圧印加電極４２と接地電極４３との間にプロセスガス（例えば、ＳｉＨ４　等）を供給し、この状態で、電圧印加電極４２と接地電極４３との間に電源４６からの電界（パルス電界）を印加して電圧印加電極４２と接地電極４３との間にプラズマ空間Ｐを発生させ、プロセスガスをプラズマ励起する。このプラズマ空間Ｐを通過したプロセスガス（励起状態）は基板５に向けて吹き出す。ここで、対向電極４１は、基板５に対して１往復スキャンしてもよいし、複数往復スキャンしてもよい。
【００４１】
本実施の形態では、上記のプラズマ処理を、ＳｉＮＸ　、ａ−Ｓｉ、ｎ−Ｓｉの３層連続して行って成膜する。すなわち、ステップ送りと成膜のサイクルを３回繰り返すことになる。
【００４２】
ここで、本実施の形態では、ＳｉＮＸ　膜は、１ヘッド（１個のプラズマ発生機構部４）当たり、ＮＨ３　＝５００ＳＣＣＭ、ＳｉＮ４　＝１００ＳＣＣＭ、Ｎ２　＝５ＳＬＭ流し、３ヘッドを２００ｍｍ／ｍｉｎでスキャンすることにより成膜する。ａ−Ｓｉ膜は、ＳｉＨ４　及び水素、Ａｒの混合ガスにより成膜する。ｎ−Ｓｉ膜は、ａ−Ｓｉ成膜ガスにＰＨ３　を適量添加することにより成膜する。
【００４３】
また、各可動チャンバ２内の圧力は、微減圧に制御される。本実施の形態では、（大気圧−１ｋＰａ）とした。また、各可動チャンバ２内は、成膜に先立って不活性ガス（Ａｒ，Ｎ２　）で置換し、プロセスガスと大気（特に酸素）との混合を防止した。具体的には、プロセスガス供給源４７は、原料ガス源と不活性ガス源を備えている。そして、可動チャンバ２が基板トレイ１１と密着した時点で排気を開始するとともに、プロセスガス供給源４７から不活性ガスのみがガス吹出口４１ｂより供給される。また、成膜中もプロセスガスとは別に、可動チャンバ２内の雰囲気制御ガスを多量に導入することで、万一大気が混入した場合でも、プロセスガスと大気とが反応し燃焼等をしないように制御した。
【００４４】
本実施の形態のＣＶＤ装置によれば、搬送ユニット１及びヒータ１３と可動チャンバ２とを独立の構成とすることができるので、設計の自由度が増し、設計工数の低減が可能である。また、搬送ユニット１及びヒータ１３がプロセスガスにさらされることが無いため、腐食による部材劣化を防止でき、より安価な部材を用いることができる。つまり、コストダウンを図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のＣＶＤ装置によれば、成膜領域を独立した可動チャンバで閉鎖空間内に設けることにより、安全性の高いＣＶＤ装置を提供することができる。また、一部が大気に開放されているオープン型チャンバと比べ、ガスの気密が高いため、二重エアカーテン等のガスシールに頼らずにすむため、より安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる常圧プラズマＣＶＤ装置の要部の概略構成を示す説明図である。
【図２】プラズマ発生機構部の電極部周辺の断面構造を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１　搬送ユニット
２　可動チャンバ
３　制御ユニット
４　プラズマ発生機構部
５　基板
６　排気機構部
１１　基板トレイ
１２　搬送用コンベア
１３　ヒータ
２１　天壁
２２　排気口
２５　下端開口部
２６　シール部材
４１　対向電極
４１ａ　ガス導入口
４１ｂ　ガス吹出口
４２　電圧印加電極
４３　接地電極
４６　電源
４７　プロセスガス供給源
Ｐ　プラズマ空間
【図１】
2004111486.tif 000003
【図２】
2004111486.tif 000004