(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室を有するチャンバと、
前記成膜室に配置され、基板を支持するステージと、
エネルギ線を照射する照射源を有し、前記成膜室と対向して配置された光源ユニットと、
前記光源ユニットに対向する第１の面と、前記ステージに対向する第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面を貫通する複数の貫通孔と、を含み前記エネルギ線を透過させるシャワープレートと、前記第１の面に面し前記エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスを拡散させるガス拡散室と、を有し、前記原料ガスを前記ガス拡散室から前記成膜室に供給するガス供給部と、
前記シャワープレートの前記第１の面の全体を覆うように形成され、前記複数の貫通孔と連通する複数の孔を有する透明導電膜を有し、前記透明導電膜の抵抗加熱によって前記第１の面を前記エネルギ線硬化樹脂の気化温度以上に加熱する加熱部と
を具備する成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記透明導電膜が、ＩＴＯを含む成膜装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成膜装置であって、
前記シャワープレートは、石英ガラスで構成される成膜装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記チャンバは、
前記成膜室を前記光源ユニットに向けて開放する開口部と、
前記開口部を閉塞し前記エネルギ線を透過させる天板と、
をさらに有し、
前記ガス拡散室は、前記天板と前記シャワープレートとに挟まれた空間として構成される成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ線硬化樹脂からなる樹脂層を形成する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線硬化樹脂等のエネルギ線硬化樹脂を硬化して樹脂層を基板上に形成する際、典型的には、以下の２工程が行われる。すなわち、冷却ステージによって基板を支持し、当該樹脂を含む原料ガスを冷却ステージに支持された基板上に供給する工程と、基板上に紫外線等の光を照射し、基板上に硬化した樹脂層を形成する工程とである。【０００３】
特に最近では、このような複数の工程をそれぞれ別の真空チャンバで行うことはせず、基板上に原料ガスを供給する工程と、紫外線等によって基板上に硬化した樹脂層を形成する工程とを１つの真空チャンバ内で行う成膜装置が提供されている。例えば、特許文献１には、原料ガスを吐出する配管を含むガス供給部を有する成膜装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０６４１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の成膜装置では、原料ガスが配管から吐出される場合、基板上に形成された樹脂層の膜厚分布に偏りが生じ、所望の成膜品質が得られないことがあった。また、配管等のガス供給部における樹脂の堆積により、生産性が低下する可能性があった。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、成膜品質及び生産性を向上させることが可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、チャンバと、ステージと、光源ユニットと、ガス供給部と、加熱部と、を具備する。
上記チャンバは、成膜室を有する。
上記ステージは、上記成膜室に配置され、基板を支持する。
上記光源ユニットは、エネルギ線を照射する照射源を有し、前記成膜室と対向して配置される。
上記ガス供給部は、シャワープレートと、ガス拡散室と、を有する。
上記シャワープレートは、上記光源ユニットに対向する第１の面と、上記ステージに対向する第２の面と、上記第１の面及び上記第２の面を貫通する複数の貫通孔と、を含み上記エネルギ線を透過させる。
上記ガス拡散室は、上記第１の面に面し上記エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスを拡散させる。
上記ガス供給部は、上記原料ガスを上記ガス拡散室から上記成膜室に供給する。
上記加熱部は、上記シャワープレートの上記第１の面を加熱する。【０００８】
この構成では、ガス供給部がシャワープレートとガス拡散室とを有するため、ガス拡散室によって圧力が高められた原料ガスがシャワープレートの複数の貫通孔から成膜室に供給される。これにより、成膜室に供給される原料ガスの流量を均一化でき、膜厚分布を均一化することができる。したがって、成膜品質を高めることができる。さらに、シャワープレートのガス拡散室側の第１の面が加熱部によって加熱される。これにより、ガス拡散室の内壁及び貫通孔におけるエネルギ線硬化樹脂の付着を防止でき、エネルギ線の透過率の低下や貫通孔の詰まりを抑え、生産性を高めることができる。【０００９】
上記加熱部は、上記シャワープレートの上記第１の面に形成された透明導電膜を有していてもよい。
これにより、透明導電膜による抵抗加熱によって第１の面が加熱される。したがって、シャワープレートにおけるエネルギ線の透過性を確保できるとともに、加熱部のメンテナンスを容易にすることができる。【００１０】
例えば、上記透明導電膜が、ＩＴＯを含んでいてもよい。
これにより、透明導電膜が十分なエネルギ線透過性を得られる。【００１１】
また、上記透明導電膜は、上記複数の貫通孔と連通する複数の孔を有していてもよい。
これにより、透明導電膜によって第１の面の多くの領域が被覆された場合でも、原料ガスを供給することが可能となる。【００１２】
例えば、上記シャワープレートは、石英ガラスで構成されてもよい。
これにより、シャワープレートのエネルギ線に対する透過性を十分に確保することができる。【００１３】
具体的な構成として、上記チャンバは、
上記成膜室を上記光源ユニットに向けて開放する開口部と、
上記開口部を閉塞し上記エネルギ線を透過させる天板と、をさらに有し、
上記ガス拡散室は、上記天板と上記シャワープレートとに挟まれた空間として構成されてもよい。
これにより、チャンバの天板を利用してガス拡散室を形成することができ、部品点数を低下させることができる。したがって、メンテナンスの容易な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、成膜品質及び生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すシャワープレート及び透明導電膜を拡大して示す概略断面図である。
【図３】上記透明導電膜を示す概略平面図である。
【図４】本実施形態の比較例に係る成膜装置を示す概略断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る成膜装置の要部断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る成膜装置の要部平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る成膜装置の要部平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る成膜装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置１００を示す概略断面図である。図においてＸ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向を示し、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向を示している。
【００１８】
［成膜装置］
成膜装置１００は、基板Ｗ上に、エネルギ線硬化樹脂である紫外線硬化樹脂からなる層を形成するための成膜装置として構成されている。成膜装置１００は、紫外線硬化樹脂を含む原料ガスを基板Ｗ上に供給した後、基板Ｗ上に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂層を形成するための装置である。
【００１９】
成膜装置１００は、チャンバ１０と、ステージ１５と、光源ユニット２０と、ガス供給部３０と、加熱部４０と、を備える。
【００２０】
（チャンバ）
チャンバ１０は、成膜室１１と、成膜室１１の上部に形成された開口部１３と、開口部１３を気密に閉塞する天板１２と、を有する。
【００２１】
チャンバ１０は、上部が開口する金属製の真空容器であり、内部に成膜室１１を有する。成膜室１１は、チャンバ１０の底部に接続された真空排気系１９を介して所定の減圧雰囲気に排気または維持することが可能に構成される。
【００２２】
天板１２は、紫外線ＵＶを透過させる。例えば、天板１２は、紫外線ＵＶを透過させる窓部１２１と、窓部１２１を支持する枠部１２２とを有する。窓部１２１は、石英ガラス等の紫外線透過性材料で構成され、枠部１２２はアルミニウム合金等の金属材料で構成される。窓部１２１の数は特に限定されず、２つ以上であってもよいし、単数であってもよい。
【００２３】
（ステージ）
ステージ１５は、成膜室１１に配置され、基板Ｗを支持することが可能に構成される。ステージ１５は、例えば、冷却水等の冷却媒体により冷却される。なお、上記所定温度以下に冷却された基板Ｗが成膜室１１に搬送されるように構成されてもよい。
【００２４】
基板Ｗは、ガラス基板であるが、半導体基板であってもよい。基板の形状や大きさは特に限定されず、矩形でもよいし円形でもよい。基板Ｗの成膜面には、あらかじめ素子が形成されていてもよい。この場合、基板Ｗに成膜される樹脂層は、上記素子の保護膜として機能する。
【００２５】
（光源ユニット）
光源ユニット２０は、カバー２１と、照射源２２とを有する。カバー２１は、天板１２の上に配置され、照射源２２を収容する光源室２３を有する。光源室２３は、例えば、大気雰囲気である。照射源２２は、ステージ１５に向けて、天板１２の窓部１２１を介してエネルギ線としての紫外線ＵＶを照射する光源であり、典型的には、紫外線ランプで構成される。これに限られず、照射源２２には、紫外線ＵＶを発光する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）がマトリクス状に配列された光源モジュールが採用されてもよい。
【００２６】
（ガス供給部）
ガス供給部３０は、紫外線ＵＶの照射を受けて硬化する樹脂（紫外線硬化樹脂）を含む原料ガスを成膜室１１へ供給する。ガス供給部３０は、シャワープレート３１と、ガス拡散室３２とを有する。
【００２７】
シャワープレート３１は、板形状を有し、石英ガラス等の紫外線透過性材料で構成される。シャワープレート３１は、適宜の固定部材を介してチャンバ１０の内壁面に固定される。
【００２８】
シャワープレート３１は、光源ユニット２０に対向する第１の面３１１と、ステージ１５に対向する第２の面３１２と、第１の面３１１及び第２の面３１２を貫通する複数の貫通孔３１３と、を有する。
【００２９】
複数の貫通孔３１３は、シャワープレート３１を厚み方向に貫通し、ガス拡散室３２と成膜室１１とを相互に連通させる。貫通孔３１３は、原料ガスをガス拡散室３２から成膜室１１へ供給することが可能に構成される。複数の貫通孔３１３は、面内において一定の間隔をあけて形成されていてもよいし、異なった間隔をあけて形成されていてもよい。また、各貫通孔３１３の径は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００３０】
ガス拡散室３２は、原料ガスを拡散させる。例えば、ガス拡散室３２は、天板１２とシャワープレート３１とに挟まれた空間として構成され、天板１２とシャワープレート３１とチャンバ１０の側壁とによって区画されている。ガス拡散室３２には、原料ガス生成部１０１を介して上記原料ガスが導入される。
【００３１】
紫外線硬化樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂を用いることができる。また、上記樹脂には重合開始剤等を添加して用いることも可能である。このような樹脂を含む原料ガスは、チャンバ１０の外部に設置される原料ガス生成部１０１によって生成される。原料ガス生成部１０１は、配管１３０を介して、ガス供給部３０のガス拡散室３２へ上記樹脂を含む原料ガスを導入する。
【００３２】
原料ガス生成部１０１は、樹脂材料供給ライン１１０と、気化器１２０と、配管１３０とを有する。
【００３３】
樹脂材料供給ライン１１０は、液状の樹脂材料が充填されたタンク１１１と、タンク１１１から樹脂材料を気化器１２０へ搬送する配管１１２とを有する。タンク１１１から気化器１２０への樹脂材料の搬送には、例えば窒素などの不活性ガスからなるキャリアガスが用いられる。また、配管１１２には、バルブＶ１や、図示しない液体流量制御器等を取り付けることも可能である。
【００３４】
気化器１２０で生成された原料ガスは、配管１３０を介してガス供給部３０のガス拡散室３２へ供給される。配管１３０にはバルブＶ２が取り付けられており、ガス拡散室３２へのガスの流入が調節可能である。さらに図示しない流量制御器を取り付けることによって、ガス拡散室３２へ流入するガスの流量を制御することも可能である。
【００３５】
ここで、ガス拡散室３２に導入された原料ガスが気化温度未満に冷却された場合、ガス拡散室３２の内壁や貫通孔３１３の内部に、当該原料ガスに含まれる樹脂材料が堆積することがある。これを防止するため、成膜装置１００は、シャワープレート３１の第１の面３１１を加熱する加熱部４０をさらに有する。
【００３６】
（加熱部）
加熱部４０は、本実施形態において、シャワープレート３１の第１の面３１１に形成された透明導電膜４１と、透明導電膜４１に接続された配線４２と、を有する。加熱部４０は、透明導電膜４１の抵抗加熱によって、上記樹脂材料の気化温度以上の適宜の温度にガス拡散室３２及びシャワープレート３１を加熱することが可能に構成される。配線４２は、例えば、図１に示すように成膜装置１００の後述する制御部５０に接続されていてもよいし、別の電源装置に接続されていてもよい。
【００３７】
透明導電膜４１は、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）を含む。これにより、ステージ１５に対するエネルギ線の透過性を十分に確保しつつ、ガス拡散室３２及びシャワープレート３１を加熱することができる。
【００３８】
図２は、シャワープレート３１及びそれに形成された透明導電膜４１を拡大して示す概略断面図である。図３は、シャワープレート３１に形成された透明導電膜４１を示す概略平面図である。
【００３９】
透明導電膜４１は、本実施形態において、シャワープレート３１の第１の面３１１全体を覆うように構成される。この構成でも原料ガスの供給を確保するため、透明導電膜４１は、複数の貫通孔３１３と連通する複数の孔４１１を有する。複数の孔４１１は、各貫通孔３１３に対応して設けられ、対応する各貫通孔３１３と略同一の径を有する。
【００４０】
成膜装置１００は、制御部５０をさらに備える。制御部５０は、典型的には、コンピュータで構成され、成膜装置１００の各部を制御する。
【００４１】
［成膜方法］
続いて、以上のように構成される本実施形態の成膜装置１００を用いた成膜方法について説明する。
【００４２】
（成膜工程）
成膜工程では、紫外線硬化樹脂を含む原料ガスの供給工程と、紫外線樹脂層の硬化工程とを有する。
【００４３】
成膜工程では、成膜室１１は、真空排気系１９によって所定の真空度に調圧されており、基板Ｗは、所定温度以下に冷却されたステージ１５に配置されている。ガス供給部３０は、加熱部４０によって紫外線硬化樹脂の気化温度以上の温度に加熱されている。
【００４４】
原料ガスの供給工程では、原料ガス生成部１０１で生成された紫外線硬化樹脂を含む原料ガスが、配管１３０を介してガス供給部３０へ導入される。ガス供給部３０に導入された原料ガスは、ガス拡散室３２において拡散し、シャワープレート３１の複数の貫通孔３１３を介してステージ１５上の基板Ｗの全面に供給される。基板Ｗの表面に供給された原料ガス中の紫外線硬化樹脂は、その凝縮温度以下の温度に冷却された基板Ｗの表面で凝縮し、堆積する。
【００４５】
紫外線硬化樹脂の硬化工程では、原料ガスの供給が停止し、光源ユニット２０の照射源２２からステージ１５のステージ１５に向けて紫外線ＵＶが照射される。ガス供給部３０は紫外線を透過させる材料で構成されているため、ガス供給部３０を介してステージ１５上の基板Ｗに十分な量の紫外線ＵＶが照射される。これにより、基板Ｗ上に紫外線硬化樹脂の硬化物層が形成される。
【００４６】
硬化工程の完了後、基板Ｗは成膜室１１から搬出され、新たに未成膜の基板Ｗが成膜室に搬入される。そして上述の各工程が同様に実施される。これにより、一台の成膜装置で、基板Ｗ上に所定厚みの紫外線硬化樹脂層を形成することができる。
【００４７】
［本実施形態の作用効果］
【００４８】
本実施形態では、原料ガスがガス拡散室３２に供給され、ガス拡散室３２の内部全体が原料ガスによって一定の圧力以上に維持される。仮に、ガス供給部がシャワープレートを有さず、複数のガス吐出配管等によって構成されていた場合には、原料ガス生成部１０１に近い部分と、遠い端部との間で、原料ガスの流量及び圧力に差が生じる。このため、ガス吐出配管から吐出される原料ガスの流量に分布が生じ、紫外線硬化樹脂層の面内における膜厚分布を均一化することは難しくなる。
【００４９】
一方、本実施形態では、ガス拡散室３２の内部の原料ガスの圧力をより均一化することができる。これにより、シャワープレート３１の中央部における貫通孔３１３と、周縁部における貫通孔３１３とにおける原料ガスの流量を、ほぼ一定に維持することができる。したがって、基板Ｗ上に成膜される樹脂層の膜厚分布を均一化でき、成膜品質を高めることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、加熱部４０がシャワープレート３１の第１の面３１１を加熱する。これにより、ガス拡散室３２の内壁や貫通孔３１３における紫外線硬化樹脂層の堆積を防止することができる。したがって、堆積された樹脂層に起因する紫外線透過率の低下が防止され、長時間にわたり安定した紫外線の透過量が維持される。すなわち、長時間にわたり成膜効率の低下を防止でき、生産性に優れた成膜装置１００を提供することができる。
【００５１】
また、加熱部４０によってガス拡散室３２及びシャワープレート３１における樹脂層の堆積が防止されることで、堆積された樹脂層が剥がれて生じるパーティクルも防止することができる。これにより、成膜室１１内をクリーンな状態に維持でき、メンテナンスを容易にすることができる。また、加熱部４０により、剥がれた樹脂が成膜中の基板Ｗ上に付着することを防止でき、成膜品質をさらに向上させることができる。
【００５２】
さらに、加熱部４０は、シャワープレート３１の第１の面３１１全体を覆うように構成された透明導電膜４１を有する。これにより、シャワープレート３１における紫外線ＵＶの透過性は維持しつつ、シャワープレート３１の面内をより均一に加熱することができる。したがって、ガス拡散室３２の内壁や貫通孔３１３における樹脂層の堆積をより効果的に防止することができる。
【００５３】
これに加えて、加熱部４０がシャワープレート３１と一体に構成されるため、加熱部４０に対する別途のメンテナンスが不要となる。これにより、成膜装置１００のメンテナンスをより容易にすることができる。
【００５４】
また、透明導電膜４１が貫通孔３１３と連通する孔４１１を有することで、貫通孔３１３における原料ガスの供給機能を維持しつつ、貫通孔３１３を効果的に加熱することができる。したがって、付着した樹脂に伴う貫通孔３１３の詰まりをより確実に防止できる。
【００５５】
［他の実施形態］
シャワープレート３１の構成は上記に限定されない。
例えば、図４の要部断面図に示すように、ガス供給部３０が、複数のシャワープレート３１と、複数のシャワープレート３１を支持する枠部３３と、ガス拡散室３２と、を有していてもよい。シャワープレート３１が分割されることで、各シャワープレート３１のサイズを縮小でき、ガス供給部３０の製造コストを低下させることができる。
【００５６】
また、ガス供給部３０のガス拡散室３２が、シャワープレート３１とチャンバ１０の天板１２とによって形成されると説明したが、この構成に限定されない。例えば、図５の要部断面図に示すように、ガス供給部３０が、シャワープレート３１を備えたシャワーヘッド３４を有していてもよい。シャワーヘッド３４は、成膜室１１のステージ１５と天板１２との間に配置され、内部にガス拡散室３２が形成される。またシャワーヘッド３４では、シャワープレート３１と、天板１２側の面３４ａとが、紫外線透過性を有する材料で構成される。このような構成でも、基板Ｗ内における紫外線硬化樹脂層の膜厚分布を均一化することができる。
【００５７】
シャワープレート３１の貫通孔３１３及び透明導電膜４１の孔４１１は、図３で示す配置に限定されず、例えば図６に示すような千鳥配置であってもよい。あるいは、その他の配置であってもよい。
【００５８】
また、透明導電膜４１は、第１の面３１１全体を覆う構成に限定されない。例えば図７の概略平面図に示すように、透明導電膜４１は、帯状のパターンで形成されていてもよい。この場合、透明導電膜４１は、図７に示すように、隣接する貫通孔３１３の間に形成されていてもよい。また、透明導電膜４１が、貫通孔３１３を覆うように構成される場合は、貫通孔３１３に対応する位置に孔４１１を有していてもよい。透明導電膜４１は、帯状のパターンに限定されず、その他の任意のパターンで形成されてもよい。
【００５９】
また、加熱部４０は、透明導電膜４１を有する構成に限定されず、例えば図８の要部断面図に示すように、第１の面３１１側に配置された抵抗加熱線４３等のヒータを有していてもよい。抵抗加熱線４３は、例えば、印刷法によって形成されたプリント配線とすることができる。
【００６０】
さらに、加熱部４０は、透明導電膜４１に加えて、成膜室１１の内壁や天板１２等を加熱する加熱源を有していてもよい。
【００６１】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６２】
以上の実施形態では、エネルギ線が紫外線の例を示したが、これに限られない。例えば１３ＭＨｚ、２７ＭＨｚ程度の高周波電源から発生される電磁波を用いることも可能である。この場合、照射源は発振器等とすることができる。また、エネルギ線を電子ビームとし、照射源を電子ビーム源とすることも可能である。
【００６３】
さらに、以上の実施形態に係る成膜装置を、例えば複数のチャンバを有するインライン式あるいはクラスタ式の成膜装置の一部として用いることも可能である。このような装置を用いることで、発光素子のような複数の層を有する素子等を作製することがより容易になる。また、このような装置によって、低コスト化、省スペース化及びさらなる生産性の向上を実現することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…チャンバ
１１…成膜室
１２…天板
１３…開口部
１５…ステージ
２０…光源ユニット
２２…照射源
３０…ガス供給部
３１…シャワープレート
３２…ガス拡散室
４０…加熱部
４１…透明導電膜
１００…成膜装置
３１１…第１の面
３１２…第２の面
３１３…貫通孔
４１１…孔
【図１】
0006959454.tif 000002
【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】
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【図８】
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