特許 7170016 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-02

(45)【発行日】2022-11-11

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20221104BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20221104BHJP

   H05B 33/10 20060101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 L

C23C14/34 C

H05B33/14 A

H05B33/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020169055

(22)【出願日】2020-10-06

(65)【公開番号】P2022061206

(43)【公開日】2022-04-18

【審査請求日】2021-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】591065413

【氏名又は名称】キヤノントッキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 行生

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２５３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０５５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５２１５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８

Ｈ０５Ｂ ４４／００

Ｈ０５Ｂ ４５／６０

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバ内に配される基板上に薄膜を形成するための成膜源と、
内部が大気環境に保たれ、かつ前記成膜源を支持して往復移動する支持台と、
両端がいずれも回動自在に軸支される複数の大気アームにより構成され、前記チャンバと前記支持台とを連結するように設けられると共に、前記チャンバの外部と前記支持台の内部とを連通させ、かつ前記支持台の移動に伴って移動する連結機構と、
前記支持台の内部に配されて、前記成膜源に冷却液を供給するための第１冷却管と、
前記連結機構の内部に配されると共に、前記第１冷却管に対して多岐管を介して接続され、かつ、いずれも前記第１冷却管よりも細い複数の第２冷却管と、
を備えることを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記チャンバの外部に配されると共に、前記チャンバの外部に配された外部多岐管を介して、前記複数の第２冷却管に接続され、かつ前記第２冷却管よりも太い第３冷却管を備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記複数の大気アームは、
第１の端部が前記チャンバに回動自在に軸支される第１大気アームと、
第１の端部が前記第１大気アームの第２の端部に回動自在に軸支され、第２の端部が前記支持台に回動自在に軸支される第２大気アームと、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記複数の第２冷却管は、束にして捩じれた状態で前記連結機構の内部に配されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の成膜装置。

【請求項5】

前記成膜源は、スパッタリングによって、基板上に薄膜を形成するための粒子を放出し、かつ、スパッタリングの際に回転するように構成される少なくとも一つの円筒状のターゲットを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に薄膜を形成する成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

成膜装置において、面積の広い基板に薄膜を形成するために、成膜源が往復移動するように構成される技術が知られている。このような技術においては、成膜源を支持する支持台としての大気ボックスと、大気ボックスを往復移動させる移動機構と、大気ボックスの移動に伴って従動する複数の大気アームとを備えている。大気ボックスと複数の大気アームは、いずれも内部が大気に曝された状態となっており、チャンバの外部から電気配線や冷却液を供給する冷却管が、大気ボックス及び複数の大気アームの内部を通じて、成膜源に接続されるように構成されている。冷却管は、柔軟性を有する配管により構成されており、複数の大気アームの動作に伴って、冷却管自体も変形することで、配管としての機能を維持している。特に、大気アーム同士を接続する部分においては、冷却管は湾曲した状態を維持しながら変形可能に構成されている。

【0003】

成膜源に供給する冷却液の流量を増加する必要がある場合には、より太い冷却管を用いる必要がある。冷却管が太ければ太いほど、湾曲させる際の曲率半径を大きくしなければならない。従って、大気アーム同士を接続する部分において、太い冷却管を湾曲した状態で維持するためには、大気アームを大きくしなければならず、大気アームの設置スペースも広くなり、装置全体が大型化してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－２９９１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、装置の大型化を抑制しつつ、成膜源に供給する冷却液の流量の増加を可能と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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の成膜装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に配される基板上に薄膜を形成するための成膜源と、
内部が大気環境に保たれ、かつ前記成膜源を支持して往復移動する支持台と、
両端がいずれも回動自在に軸支される複数の大気アームにより構成され、前記チャンバと前記支持台とを連結するように設けられると共に、前記チャンバの外部と前記支持台の内部とを連通させ、かつ前記支持台の移動に伴って移動する連結機構と、
前記支持台の内部に配されて、前記成膜源に冷却液を供給するための第１冷却管と、
前記連結機構の内部に配されると共に、前記第１冷却管に対して多岐管を介して接続され、かつ、いずれも前記第１冷却管よりも細い複数の第２冷却管と、
を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、成膜源に供給する冷却液の流量を増加させるために第１冷却管を太くしても、複数の第２冷却管は曲率半径を小さな状態で湾曲させることができる。そのため、連結機構を大きくしなくても、複数の第２冷却管を連結機構の内部に配することが可能となる。

【発明の効果】

【0008】

以上説明したように、本発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、成膜源に供給する冷却液の流量の増加を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。

【図2】本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。

【図3】本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。

【図4】本発明の実施例に係る成膜源の概略構成図である。

【図5】本発明の実施例に係る連結機構の一部を示す模式的断面図である。

【図6】本発明の実施例に係る第２冷却管の動作説明図である。

【図7】電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0011】

（実施例）
図１～図６を参照して、本発明の実施例に係る成膜装置について説明する。なお、本実施例においては、成膜装置の一例として、スパッタ装置の場合を例にして説明する。図１は本発明の実施例に係る成膜装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。図２は、図１において、矢印Ｖ１方向に見た断面図である。図３は、図１において、矢印Ｖ２方向に見た断面図である。図４は本発明の実施例に係る成膜源の概略構成図であり、同図（ａ）は成膜源の付近を正面から見た概略構成図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図である。なお、図４（ａ）では、大気ボックスについては断面図で示している。図５は本発明の実施例に係る連結機構の一部を示す模式的断面図であり、大気アームの一部の付近を断面図にて示している。図６は本発明の実施例に係る第２冷却管の動作説明図である。

【0012】

＜成膜装置の全体構成＞
図１～図３を参照して、本実施例に係る成膜装置１の全体構成について説明する。成膜装置１は、内部が真空雰囲気となるチャンバ１０と、チャンバ１０内に備えられる成膜源１００と、成膜源１００を移動させるための駆動装置２００とを備えている。

【0013】

チャンバ１０内には、基板Ｐを保持する基板保持機構１１と、マスクＭを保持するマスク保持機構１２が備えられている。これらの保持機構により、基板ＰとマスクＭは、成膜動作中（スパッタリング動作中）は静止した状態が保たれる。チャンバ１０は気密容器であり、排気ポンプ２０によって、その内部は真空状態（又は減圧状態）に維持される。ガス供給弁３０を開き、チャンバ１０内にガスを供給することで、処理に対する適切なガス雰囲気（又は圧力帯）に適宜変更することができる。チャンバ１０全体は接地回路４０により電気的に接地されている。

【0014】

駆動装置２００は、成膜源１００を支持する支持台としての大気ボックス２１０と、大気ボックス２１０の移動を案内する一対のガイドレール２２１，２２２と、大気ボックス２１０を往復移動させる移動機構２３０とを備えている。また、駆動装置２００には、チ
ャンバ１０と大気ボックス２１０とを連結するように設けられ、大気ボックス２１０の移動に伴って従動して移動する連結機構２４０も備えられている。大気ボックス２１０は、その内部が空洞となっており、連結機構２４０により、チャンバ１０の外部と大気ボックス２１０の内部とを連通させることで、大気ボックス２１０の内部は大気環境に保たれるように構成されている。このような構成が採用されることで、チャンバ１０の外部に設けられた冷却液供給装置５０に接続される冷却管と、同じくチャンバ１０の外部に設けられた電源６０に接続される配線６１を成膜源１００に接続することができる。

【0015】

大気ボックス２１０は、移動機構２３０によって、一対のガイドレール２２１，２２２に沿って、往復移動するように構成されている。移動機構２３０は、ボールねじ機構を採用しており、ボールねじ２３１と、ボールねじ２３１を回転させるモータなどの駆動源２３２とを備えている。ただし、大気ボックス２１０を往復移動させるための移動機構については、ボールねじ機構に限定されることはなく、ラックアンドピニオン機構など、各種公知技術を採用し得る。移動機構２３０にラックアンドピニオン機構を採用する場合は、搬送ガイド部分に設けることができる。

【0016】

＜成膜源＞
図４を参照して、成膜源１００について、より詳細に説明する。成膜源１００は、ターゲット１１０と、ターゲット１１０の両端を支持するサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０とを備えている。なお、本実施例においては、ターゲット１１０は、２本設けられており、サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０も、２本のターゲット１１０にそれぞれ一つずつ設けられている。ターゲット１１０は、スパッタリング時に回転する円筒状の部材であり、ロータリーカソードとも呼ばれる。サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０は、大気ボックス２１０の上面に固定されている。ターゲット１１０は、円筒状のターゲット本体１１１と、その内周に配される電極であるカソード１１２とを備えている。また、ターゲット１１０は、サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０により回転自在に支持されており、エンドブロック１３０内に備えられた不図示のモータなどの駆動源により、スパッタリング時に回転するように構成されている。なお、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置の場合には、ターゲット１１０と基板Ｐとの間に磁場（漏洩磁場）を発生させるために、カソード１１２の内部に磁石が設けられる。

【0017】

以上のように構成される成膜源１００においては、ターゲット１１０とアノードであるチャンバ１０との間に一定以上の電圧を印加することにより、これらの間にプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イオンがターゲット１１０に衝突することで、ターゲット１１０（ターゲット本体１１１）からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１０から放出された粒子は、衝突を繰り返しながら、放出された粒子のうちターゲット物質の中性の原子が基板Ｐに堆積していく。これにより、基板Ｐには、ターゲット１１０の構成原子による薄膜が形成される。また、マグネトロンスパッタリング方式の場合には、上記の漏えい磁場によって、ターゲット１１０と基板Ｐとの間の所定領域にプラズマを集中させることができる。これにより、効率的にスパッタリングが行われるため、基板Ｐへのターゲット物質の堆積速度を向上させることができる。更に、本実施例に係る成膜源１００においては、スパッタリングの最中にターゲット１１０が回転するように構成されている。これにより、ターゲット１１０の消耗領域（エロ―ジョンによる浸食領域）が一部に集中することはなく、ターゲット１１０の利用効率を高めることができる。

【0018】

＜連結機構＞
連結機構２４０について、より詳細に説明する。連結機構２４０は、両端がいずれも回動自在に軸支され、かつ、内部が空洞である複数の大気アームにより構成される。より具体的には、連結機構２４０は、第１大気アーム２４１と第２大気アーム２４２とを備えて
いる。第１大気アーム２４１は、第１の端部がチャンバ１０の底板に対して回動自在に構成されている。そして、第２大気アーム２４２は、第１の端部が第１大気アーム２４１の第２の端部に対して回動自在に軸支される。第２大気アーム２４２の第２の端部が大気ボックス２１０に対して回動自在に軸支されている。

【0019】

図５には第１大気アーム２４１の第１の端部付近の構造を模式的断面図にて示している。図示のように、チャンバ１０の底板には貫通孔１０ａが設けられ、第１大気アーム２４１には円筒状の突出部２４１ａが設けられている。そして、大気ボックス２１０の底板と第１大気アーム２４１との間には、これらを回動自在に接続するための段差付きの円筒状部材２４１ｂが設けられている。この円筒状部材２４１ｂの一端は、チャンバ１０の底板に設けられた貫通孔１０ａ内に挿入されている。また、第１大気アーム２４１に設けられた突出部２４１ａが、円筒状部材２４１ｂの他端側から挿入されている。なお、貫通孔１０ａと円筒状部材２４１ｂとの間の環状隙間と、突出部２４１ａと円筒状部材２４１ｂとの間の環状隙間は、それぞれシールリング２４１ｃ，２４１ｄによって封止されている。

【0020】

以上のような構成により、第１大気アーム２４１はチャンバ１０の底板に対して回動自在に支持されつつ、第１大気アーム２４１内の空洞部と、第１大気アーム２４１の外側の空間（チャンバ１０の内部空間）とは隔てられる。つまり、チャンバ１０の内部を真空状態（又は減圧状態）に維持することができる。なお、第１大気アーム２４１と第２大気アーム２４２とが回動自在に軸支されている機構と、第２大気アーム２４２と大気ボックス２１０とが回動自在に軸支されている機構についても、同様の機構であるので、その説明は省略する。また、本実施例においては、２つのアームにより構成される場合を示したが、大気ボックス２１０の移動距離を長くしたい場合には、３つ以上のアームを連結することもできる。

【0021】

以上のように構成される連結機構２４０を備える駆動装置２００により、大気ボックス２１０に固定された成膜源１００を、大気ボックス２１０と共に往復移動させることが可能となる。これにより、往路及び復路のうちの少なくともいずれか一方の移動中に、成膜源１００を稼働させることによって、基板Ｐに対して、成膜動作（スパッタリング）を行うことができる。従って、面積の広い基板Ｐに成膜を形成する場合であっても、駆動装置２００により、成膜源１００を移動させながら成膜動作を行うことで、基板Ｐの一端側から他端側に向かって連続的に薄膜を形成することができる。

【0022】

＜冷却管＞
冷却管について、より詳細に説明する。本実施例に係る冷却管は、大気ボックス２１０の内部に配されて成膜源１００に接続される第１冷却管５１と、連結機構２４０の内部に配される複数の第２冷却管５２と、冷却液供給装置５０に接続される第３冷却管５３とを備えている。また、冷却管は、大気ボックス２１０の内部に配され、第１冷却管５１と複数の第２冷却管５２とを接続する多岐管５４と、チャンバ１０の外部に配され、複数の第２冷却管５２と第３冷却管５３とを接続する外部多岐管５５とを備えている。

【0023】

複数の第２冷却管５２は、いずれも第１冷却管５１よりも細く、かつ第３冷却管５３よりも細い。そして、複数の第２冷却管５２は、束にして捩じれた状態で連結機構２４０の内部に配されている。図２，３，６において、図中の符号５２ａは、複数の第２冷却管５２が束にされて捩じれた状態の部位を示している。このような構成を採用することで、第１大気アーム２４１と第２大気アーム２４２とのなす角が大きくなり直線に近い状態に近づくと、束になった複数の第２冷却管５２は捩じれがきつくなり、互いの間隔が狭い状態となる（図６（ａ）参照）。これに対して、第１大気アーム２４１と第２大気アーム２４２とのなす角が小さくなり、屈曲した状態になると、束になった複数の第２冷却管５２は捩じれが緩くなり、互いの間隔が広い状態となる（図６（ｂ）参照）。しかしながら、第
２冷却管５２同士は、ある程度拘束されるため、無駄に弛んでしまうことを抑制でき、第２冷却管５２同士、及び第２冷却管５２とアーム内壁面との間で摺動摩擦が生じてしまうことを抑制することができる。なお、複数の第２冷却管５２を束にして捩じれた状態にすることなく連結機構２４０の内部に配した場合には、各々の第２冷却管５２は拘束されることなく個別に動作するため、局所的に摺動摩擦が生じて耐久性が低下するおそれがある。

【0024】

＜本実施例に係る成膜装置の優れた点＞
本実施例に係る成膜装置１によれば、成膜源１００に供給する冷却液の流量を増加させるために第１冷却管５１を太くしても、複数の第２冷却管５２は、いずれも第１冷却管５１よりも細い。そのため、個々の第２冷却管５２については、曲率半径を小さな状態で湾曲させることができる。従って、連結機構２４０を大きくしなくても、複数の第２冷却管５２を連結機構２４０の内部に配することが可能となる。これにより、装置の大型化を抑制しつつ、成膜源１００に供給する冷却液の流量の増加を図ることができる。また、大気ボックス２１０内においては、１本の第１冷却管５１によって冷却液を供給する構成を採用することで、大気ボックス２１０内の容積を有効利用することができる。すなわち、仮に、大気ボックス２１０内において、複数の第２冷却管５２を配する構成を採用した場合には、管の被覆の分だけ、冷却管の占有容積が大きくなってしまう。ただし、本発明においては、必ずしも第１冷却管が１本のみ設けられる構成に限定される訳ではない。第３冷却管についても同様に、２本以上設けられる場合も含まれる。

【0025】

＜電子デバイスの製造装置＞
上記実施例で示した成膜装置１は、電子デバイスを製造するための製造装置として利用可能である。以下、電子デバイスの製造装置、及び、電子デバイスの製造装置により製造される電子デバイスについて、図７を参照して説明する。成膜装置１は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板Ｐ上（基板Ｐの表面に積層体が形成されているものも含む）に薄膜（有機膜、金属膜、金属酸化物膜など）を堆積形成するために用いることができる。より具体的には、成膜装置１は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施例に係る成膜装置１は、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。

【0026】

電子デバイスの製造装置により製造される有機ＥＬ素子の一例を図７に示している。図示の有機ＥＬ素子は、基板Ｐ上に、陽極Ｆ１、正孔注入層Ｆ２、正孔輸送層Ｆ３、有機発光層Ｆ４、電子輸送層Ｆ５、電子注入層Ｆ６、陰極Ｆ７の順番に成膜されている。本実施例に係る成膜装置１は、特に、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極や陽極）に用いられる金属膜や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に積層成膜が可能である。

【0027】

（その他）
上記実施例においては、成膜装置１がスパッタ装置であり、成膜源１００がターゲット１１０などを備える構成の場合を示した。しかしながら、本発明においては、例えば、成膜装置が真空蒸着装置で、成膜源が蒸発源の場合にも適用可能である。

【符号の説明】

【0028】

１ 成膜装置
１０ チャンバ
５１ 第１冷却管
５２ 第２冷却管
５３ 第３冷却管
５４ 多岐管
５５ 外部多岐管
１００ 成膜源
２００ 駆動装置
２１０ 大気ボックス
２３０ 移動機構
２４０ 連結機構
２４１ 第１大気アーム
２４２ 第２大気アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】