(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に並べられ、それぞれ薄膜が形成される複数の基板と、
前記基板毎に前記薄膜を形成するための成膜用空間と、
前記成膜用空間内の前記基板毎に成膜条件を設定できる成膜条件設定手段と、
前記基板の所定面に成膜用ガスが当る基板起立状態と当らない基板非起立状態とを選択的に切り替える駆動機構と
を備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
成膜後、前記基板から分離された前記薄膜を前記基板毎に回収する回収機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記基板の材料はガラス、石英、ケイ素、樹脂、金属、半導体又は絶縁体であることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板上に薄膜を形成するための成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｓｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の方法を用いて、基板ホルダ上に載置された基板上に薄膜が形成されている。
【０００３】
例えば、ＣＶＤ法では、形成すべき膜の種類に応じて原料をガス状態で供給し、基板表面における触媒作用を利用した化学反応によって薄膜を堆積させる。化学反応を起こさせる成膜装置内に導入された原料ガスは、熱、高周波電力、光等のエネルギーによって解離・供給反応を受け、エネルギー的に励起された前駆体ラジカルが発生する。この前駆体は基板表面で吸着・離脱を繰り返し、そのうちの一定量が基板表面に吸着され、その表面に薄膜として堆積する。このとき、生じる反応副生成物はガスとなって基板表面から離脱し、真空ポンプによって装置の外部に排気・除去される。
【０００４】
ところで、上記方法を用いて新材料や新機能性材料を開発するときには、成膜条件（温度、ガスの種類、ガスの流量、圧力等）を変化させて成膜を行い、得られた薄膜が所望の特性を有するか否かをＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｒａｍａｎスペクトル等で評価する。
【特許文献１】特開２０００−１１９８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、成膜は基板単位で行なわれ、しかも成膜条件の組み合わせは非常に多いため、所望の特性の薄膜が得られる成膜条件を見出すには非常に多くの手間と時間を要し、多大な費用がかかっていた。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は多くの手間や時間をかけることなく、所望の特性の薄膜が得られる成膜条件を見出すことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、所定の位置に並べられ、それぞれ薄膜が形成される複数の基板と、前記基板毎に前記薄膜を形成するための成膜用空間と、前記成膜用空間内の前記基板毎に成膜条件を設定できる成膜条件設定手段と、前記基板の所定面に成膜用ガスが当る基板起立状態と当らない基板非起立状態とを選択的に切り替える駆動機構とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜装置において、成膜後、前記基板から分離された前記薄膜を前記基板毎に回収する回収機構を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の成膜装置において、前記基板の材料はガラス、石英、ケイ素、樹脂、金属、半導体又は絶縁体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、多くの手間や時間をかけることなく、所望の特性の薄膜が得られる成膜条件を見出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１はこの発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を説明するブロック図である。
【００１４】
この成膜装置のチャンバ１内の中央には複数の基板１０を保持するための基板ホルダ１１が配置されている。基板ホルダ１１の下部には成膜された薄膜を基板１０から分離するための刃１２（図２参照）が設けられている。刃１２は基板ホルダ１１の下面に沿って移動する。
【００１５】
成膜装置のチャンバ１にはガス配管４０を介して導入された原料ガス(成膜用ガス)を分散させるシャワーヘッド４１が設けられている（図１ではシャワーヘッド４１は便宜上チャンバ１内の上部に記載されている）。
【００１６】
シャワーヘッド４１には、矢印に示すように原料ガスを噴射する噴射孔を備えるノズル（図示せず）が複数の基板１０が配置された後述の成膜室（成膜用空間）２０へ向けて設けられている。
【００１７】
ガス配管４０は元栓４２ａ〜４２ｃ、開閉弁４３及び流量制御手段であるマスフローコントローラ４４を介して複数のガスボンベ４５ａ〜４５ｃに接続されている。
【００１８】
また、チャンバ１には成膜処理後の原料ガスを排気する排気口５０ａ，５０ｂが設けられている。排気口５０ａ，５０ｂは開閉弁５１ａ，５１ｂ等を介して排気装置としての真空ポンプ５２ａ，５２ｂに接続されている。
【００１９】
チャンバ１の下部には、基板１０から分離された薄膜を基板１０毎に回収するための回収ボックス６１と、薄膜を回収ボックス６１へ導く枠部６２とが設けられている。回収ボックス６１と枠部６２と刃１２とで薄膜を基板毎に回収する回収機構６０が構成される（図２参照）。
【００２０】
基板１０の材料はガラス、石英、ケイ素、樹脂、金属、半導体又は絶縁体である。
【００２１】
基板１０には、基板１０の姿勢を制御するための駆動機構としての電気制御式アクチュエータ（図示せず）と、基板１０を加熱するためのヒータ（図示せず）とがそれぞれ組み込まれている。基板１０は起立状態（基板起立状態）と非起立状態（基板非起立状態）との２つの姿勢をとることができる。基板１０は、例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）として構成される。
【００２２】
成膜装置は成膜条件設定手段を構成する基板駆動コントローラ３１と温度コントローラ３２とガスコントローラ３３と切断コントローラ３４とを備え、これらのコントローラによって原料ガスの流量や基板１０の温度等が制御される。
【００２３】
基板駆動コントローラ３１は基板１０に組み込まれたアクチュエータに接続されている。基板駆動コントローラ３１はアクチュエータをオン・オフ制御し、基板１０を起立状態又は非起立状態にする。
【００２４】
温度コントローラ３２は基板１０に組み込まれたヒータに電力を供給する高周波電源（図示せず）に接続されている。温度コントローラ３２は高周波電源の出力を制御することによって、１℃単位で基板１０の温度（例えば３０〜１２００℃の範囲）を個別に制御する。
【００２５】
ガスコントローラ３３は元栓４２ａ〜４２ｃ、開閉弁４３及びマスフローコントローラ４４に接続されている。ガスコントローラ３３は元栓４２ａ〜４２ｃ、開閉弁４３及びマスフローコントローラ４４を駆動して、１ｓｃｃｍ単位で成膜室２０に供給する原料ガスの流量（例えば１〜２００ｓｃｃｍの範囲）を制御したり、原料ガスの種類を制御したりする。
【００２６】
また、ガスコントローラ３３は開閉弁５１ａ，５１ｂ等及び真空ポンプ５２ａ，５２ｂに接続され、開閉弁５１ａ，５１ｂ等及び真空ポンプ５２ａ，５２ｂの駆動を制御する。
【００２７】
切断コントローラ３４は基板１０上に形成された薄膜を切断する刃１２を駆動するためのアクチュエータ（図示せず）に接続されている。
【００２８】
図２はこの発明の一実施形態に係る成膜装置の一部の断面を示す概念図、図３は基板の配置を説明する基板ホルダの平面図である。
【００２９】
基板ホルダ１１には複数の基板１０がマトリクス状に配置されている。基板１０は起立状態と非起立状態との間で回動できる。基板１０の表面には触媒として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等の金属の中から選ばれた少なくとも１種類の金属を用いて１ｎｍ単位で、１ｎｍ〜２０ｎｍの厚さの薄膜が形成されている。
【００３０】
基板ホルダ１１は矩形状である。基板ホルダ１１には行方向（図３の横方向）へ延びる複数の壁１５が設けられている。行方向に配置された基板１０の成膜室２０が壁１５によって形成される。列方向で隣り合う成膜室２０間で原料ガスの混合が壁１５によって防止される。
【００３１】
前述したようにシャワーヘッド４１のノズルの噴射孔は各成膜室２０を指向し、同じ行の成膜室２０に配置された基板１０には同じ流量のガスが供給される。なお、ノズルから噴射させるガスの流量はＡ行からＨ行へ向かうにしたがって多くなるように制御される。
【００３２】
なお、ヒータは同じ列に配置された基板１０の温度が同一となるように制御されるとともに、１列から７列へ向かうにしたがって基板１０の温度が高くなるように制御される。
【００３３】
したがって、同一チャンバ１内に基板１０毎に異なる成膜条件を設定することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では基板ホルダ１１に５６枚（７列×８行）の基板１０を配置したが、基板１０の数はこれに限られるものではなく、上記枚数以上であってもよい。
【００３５】
上記成膜装置を用い、基板１０上にＣＮＴ（カーボンナノチューブ）薄膜１０ａを形成する工程を説明する。
【００３６】
図４は成膜工程を説明する図である。
【００３７】
なお、図４において（ａ）〜（ｄ）は成膜の各工程を示す。また、矢印ｇは原料ガスの流れる方向を示す。
【００３８】
まず、基板１０を基板ホルダ１１の所定位置にセットする。基板１０を室温〜１２００℃の範囲内で加熱する。チャンバ１内を真空排気し、チャンバ１内の圧力を２×１０-3  Ｐａ以下程度に維持する。
【００３９】
次に、所定の基板１０のアクチュエータに電力を供給し、ＣＮＴ薄膜１０ａを形成する面に原料ガスが当るように基板１０を起立状態にする（図４（ａ）参照）。
【００４０】
基板１０の温度が所定値に達したところで、所定のガスボンベ４５ａの元栓４２ａを開放し、原料ガスとしてＣＦ4 （四フッ化炭素）を供給して基板１０上にＣＮＴ薄膜１０ａを形成させる。ＣＮＴ薄膜１０ａの形成方法は従来と同様である（図４（ｂ）参照）。
【００４１】
次に、アクチュエータへの電力の供給を停止し、ＣＮＴ薄膜１０ａが形成された面に原料ガスが当らないように基板１０を非起立状態にする（図４（ｃ）参照）。
【００４２】
その後、刃１２を駆動して基板１０に対して垂直に形成されたＣＮＴ薄膜１０ａを切断し、回収ボックス６１に回収する。
【００４３】
上記各工程を各基板１０に対して行う。
【００４４】
その結果、異なる種類、長さ、直径の複数のＣＮＴ薄膜１０ａを１台の成膜装置で一度に得ることができる。
【００４５】
上記各工程において、基板１０毎に予めコントローラ３０に記録させたプログラムにしたがって基板１０の温度、ガス流量、基板１０の姿勢（起立、非起立）等が制御される。プログラム制御によれば、１秒単位で基板１０を起立状態にしたり、非起立状態にしたり、基板１０の温度を漸進的に上下させたりすることができる。
【００４６】
上記成膜方法によって得られたＣＮＴ薄膜１０ａの特性をＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｒａｍａｎスペクトル等で評価したところ、基板１０毎に長さや直径の異なるＣＮＴ（ＳＷＮＴ（単層ナノチューブ）、ＤＷＮＴ（２層ナノチューブ）、ＭＷＮＴ（多層ナノチューブ））薄膜１０ａが得られた。
【００４７】
この実施形態によれば、多数の異なる種類のＣＮＴ薄膜１０ａを１回で作ることができるので、多くの手間や時間をかけることなく、所望の特性のＣＮＴ薄膜１０ａが得られる成膜条件を見出すことができる。その結果、ＣＮＴ薄膜１０ａ等の研究開発の時間が短縮され、研究開発に要する費用を大幅に削減することができる。
【００４８】
なお、薄膜はＣＮＴ薄膜１０ａに限られるものではなく、図示はしないが、上記成膜装置を用いて他の薄膜を形成することもできる。
【００４９】
変形例として、ケイ素（Ｓｉ）を材料とする基板１０を高温のチャンバ１内に入れ、ケイ素に酸素（Ｏ2 ）や水蒸気（Ｈ2Ｏ ）等の原料ガスを反応させて、基板１０上に二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ2 ）を成長させる。このとき、上記実施形態と同様にケイ素を材料とする基板毎に基板温度、ガス流量、基板１０の姿勢等を制御した。
【００５０】
その結果、基板１０毎に膜状態・膜厚の異なるＳIＯ2  の薄膜が形成された。
【００５１】
また、他の変形例として、ＳｉＨ4 、Ｈ2 、Ｈｅ、ＮＨ3 、ＮＯ2 、Ａｒ、ＴＥＯＳ等の原料ガスを用い、上記実施形態と同様にガラス、石英、ケイ素等を材料とする基板１０毎に基板温度、ガス流量、基板１０の姿勢等を制御した。
【００５２】
その結果、基板１０毎に膜状態・膜厚の異なるＳIＯX 、ＳｉＯ2 、ＳiＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4の薄膜が形成された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】図２はこの発明の一実施形態に係る成膜装置の一部の断面を示す概念図である。
【図３】図３は基板の配置を説明する基板ホルダの平面図である。
【図４】図４は成膜工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  基板
１０ａ  ＣＮＴ薄膜（薄膜）
２０  成膜室（成膜用空間）
３１  基板駆動コントローラ
３２  温度コントローラ
３３  ガスコントローラ
３４  切断コントローラ
６０  回収機構
【図１】
0004649855.tif 000002
【図２】
0004649855.tif 000003
【図３】
0004649855.tif 000004
【図４】
0004649855.tif 000005