CN105525270A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成膜装置。提供生产性高的成膜装置。增大多个自转公转夹具(211~215)的倾斜度，使邻接的二块(211~215)的前头侧和后尾侧重合。如果使自转公转夹具(211~215)一边以夹具旋转轴线(29)为中心而旋转，一边以主旋转轴线(12)为中心而回旋移动，则从成膜源(15)放出的成膜材料粒子到达由各自转公转夹具(211~215)保持的基板(26)，形成薄膜。由于自转公转夹具(211~215)之间的间隙小，因而成膜材料(15b)的使用效率提高。

Description

成膜装置
技术领域
本发明涉及在真空气氛中形成薄膜的成膜装置的技术领域，尤其涉及使用自转公转夹具的成膜装置的技术领域。
背景技术
在真空气氛中形成薄膜的情况下，存在一块一块地成膜于基板的逐块式的成膜装置和一次成膜于多个块数的基板的分批式的成膜装置，作为分批式的成膜装置，已知将多块基板装配于自转公转夹具且一边使自转公转夹具旋转一边形成薄膜的成膜装置。
图10的符号102是该现有技术的真空成膜装置，在真空槽111的内部，配置有固定于真空槽111的圆形轨道116、多个(在此为3台)自转公转夹具1211~1213以及成膜源115。
自转公转夹具1211~1213是平坦的圆盘状或像球体的一部分那样弯曲的圆顶形状，如图11所示，在单面(在弯曲的情况下为凹面)，安装有多块作为成膜对象的基板126。
在各自转公转夹具1211~1213的相反侧的面(在弯曲的情况下为凸面)侧，配置有旋转轴，在该面，在中心位置固定有旋转轴127的一端，在另一端，设有行驶车轮122。
行驶车轮122配置于圆形轨道116上，如果通过未图示的移动装置来以圆形轨道116的中心点为中心而将沿着圆形轨道116的弯曲的方向的力施加至旋转轴127，则行驶车轮122在圆形轨道116上滚动，一边旋转一边行驶。
如果行驶车轮122旋转，则旋转轴127和自转公转夹具1211~1213以其中心轴线为中心而旋转。
在行驶车轮122行驶时，自转公转夹具1211~1213以行驶车轮122的行驶的中心点为中心而回旋。
如果将该回旋称为公转，将自转公转夹具1211~1213的旋转称为自转，则各自转公转夹具1211~1213一边自转一边公转。
成膜源115配置于自转公转夹具1211~1213的下方，具有容器115a和配置于容器115a的内部的成膜材料115b。
在真空槽111，连接有真空排气装置117，如果在由真空排气装置117使真空槽111的内部进行真空排气而成为真空气氛之后，由未图示的加热装置对成膜材料115b进行加热，产生成膜材料115b的蒸气，则该蒸气从成膜源115放出至真空槽111的内部。
在各自转公转夹具1211~1213，多个基板126分别朝向成膜源115配置。
自转公转夹具1211~1213分别以既定距离离开而配置，基板126与自转公转夹具1211~1213一起进行旋转和回旋，同时，从成膜源115放出的蒸气到达基板126的表面，生长出均匀的薄膜。
自转公转夹具1211~1213是平坦的圆盘或弯曲的圆盘，即使如图12所示地使邻接的自转公转夹具1211~1213的外周彼此接触，也在自转公转夹具1211~1213的外周与邻接的自转公转夹具1211~1213的外周之间形成间隙。
在该间隙，存在多个自转公转夹具1211~1213中的被各自转公转夹具1211~1213的顶点附近的外周包围而形成的间隙部分100a和形成于邻接的二个自转公转夹具1211~1213的外周之间的间隙部分100b1~100b3，从成膜源115放出的蒸气的一部分通过这些间隙部分100a、100b1~100b3，无助于成膜而消耗。
此外，关于使用自转公转夹具的成膜装置，记载于例如日本特开昭57-70274号公报、日本特开2002-164303号公报，以未形成间隙的方式成膜的技术记载于例如日本特开2012-224878号公报，对使用自转公转夹具的装置进行改良的技术记载于例如日本专利第2762948号公报，但未找到具有使间隙部分减少的自转公转夹具的成膜装置。
专利文献
专利文献1：日本特开昭57-70274号公报；
专利文献2：日本特开2002-164303号公报；
专利文献3：日本特开2012-224878号公报；
专利文献4：日本专利第2762948号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述现有技术的不良而创作的，其目的在于，提供能够使间隙部分减少而有效地活用成膜材料的成膜装置。
用于解决课题的方案
(由于照抄权利要求，因而省略。)
发明的效果
成膜材料的使用效率提高。
即使不使装置大型化，也能够使能够通过一次成膜处理工序而形成薄膜的基板的块数增加。
即使不增大圆形轨道的直径，也能够增大自转公转夹具的倾斜度并减小成膜材料粒子的入射角度。
由于入射角度小，因而能够使成膜材料粒子到达形成于基板表面的深孔或槽的底面。
附图说明
图1是本发明的一个示例的成膜装置。
图2是夹具安装装置的立体图。
图3(a)、(b)是用于说明框体的内部的图，(a)是圆盘的自转公转夹具的情况，(b)是圆顶型的自转公转夹具的情况。
图4是用于说明配置于自转公转夹具的基板的位置的图。
图5是用于说明6块自转公转夹具的配置的图。
图6(a)、(b)是用于说明将4英寸基板配置于自转公转夹具的状态的图，(a)是平面图，(b)是立体图。
图7(a)、(b)是用于说明将5英寸基板配置于自转公转夹具的状态的图，(a)是平面图，(b)是立体图。
图8(a)、(b)是用于说明将6英寸基板配置于自转公转夹具的状态的图，(a)是平面图，(b)是立体图。
图9(a)、(b)是用于说明将8英寸基板配置于自转公转夹具的状态的图，(a)是平面图，(b)是立体图。
图10是现有技术的成膜装置。
图11是用于说明将基板配置于自转公转夹具的状态的图。
图12是示出使自转公转夹具密合时的状态的图。
具体实施方式
<实施方式>
图1示出本发明的成膜装置2。
该成膜装置2具有真空槽11，在真空槽11的内部，配置有圆形轨道16，固定于真空槽11。
在真空槽11的内部，配置有5个以上的多个(在图1中为5个)自转公转夹具211~215和保持各自转公转夹具211~215的夹具安装装置20。
在图2中示出夹具安装装置20。夹具安装装置20具有：主旋转轴34，气密地***贯通于真空槽11的顶棚；顶板30，配置于真空槽11的内部，安装于主旋转轴34的下端；臂31，上部设于顶板30；以及框体32，设在臂31的下部。
在该示例中，臂31，与自转公转夹具211~215相同数量的条数固定于顶板30。
顶板30具有从圆盘状的部分延伸至圆盘的中心的桥板33，在圆盘的中心位置处，主旋转轴34的下端固定于桥板33。
夹具安装装置20由主旋转轴34悬吊于真空槽11的内部。
自转公转夹具211~215位于顶板30的下方，如图3(a)的截面图所示，是圆盘状的形状，或者，如图3(b)的截面图所示，是球体的一部分，成为中央部弯曲的圆顶型的形状。
在各自转公转夹具211~215，在自转公转夹具211~215的中心位置，设有棒状的夹具轴38的一端。
作为夹具轴38的中心轴线的夹具旋转轴线29分别通过自转公转夹具211~215的中心位置，如果夹具轴38以夹具旋转轴线29为中心而旋转，则自转公转夹具211~215也以夹具旋转轴线29为中心而旋转。
在该示例中，关于夹具轴38，夹具旋转轴线29相对于自转公转夹具211~215的设有夹具轴38的部分而垂直，无论在各自转公转夹具211~215上的哪个位置，都在与夹具旋转轴线29垂直的平面内旋转。
夹具轴38的另一端***贯通于框体32的内部，各自转公转夹具211~215的重量经由夹具轴38和框体32而由夹具安装装置20支撑。
在圆形轨道16上，配置有一端安装于车轮轴27的行驶车轮22。
车轮轴27的另一端***框体32，行驶车轮22经由车轮轴27和框体32而由夹具安装装置20按压于圆形轨道16上。
夹具轴38和车轮轴27能够相对于框体32而旋转，如果行驶车轮22在圆形轨道16上一边滚动一边行驶，则车轮轴27能够旋转。
在真空槽11的外部，配置有电动机13。
电动机13安装于主旋转轴34的上部，使主旋转轴34以作为主旋转轴34的中心轴线的主旋转轴线12为中心而旋转。
圆形轨道16以圆状铺设，主旋转轴线12相对于圆形轨道16所位于的平面而垂直地通过圆形轨道16的中心点。
车轮轴27和行驶车轮22以作为相同且共同的中心轴线的车轮旋转轴线28为中心而旋转，车轮旋转轴线28与主旋转轴线12交叉。
因此，如果使电动机13进行动作，使主旋转轴34以主旋转轴线12为中心而旋转，则各自转公转夹具211~215以主旋转轴线12为中心而回旋移动。
此时，行驶车轮22与圆形轨道16接触，按压于圆形轨道16，通过各自转公转夹具211~215的回旋移动，使得行驶车轮22在圆形轨道16上不滑动地滚动。即，各行驶车轮22以车轮旋转轴线28为中心而旋转，同时，沿着圆形轨道16以主旋转轴线12为中心而回旋移动。
此外，只要行驶车轮22能够进行以主旋转轴线12为中心的回旋移动和以车轮轴27的车轮旋转轴线28为中心的旋转，也就可以相对于圆形轨道16而垂直地配置，也可以倾斜而配置。
在车轮轴27的位于框体32的内部的部分，设有主动齿轮36，在夹具轴38的位于框体32的内部的部分，设有被动齿轮37。
主动齿轮36以行驶车轮22和车轮轴27的车轮旋转轴线28为中心而旋转，被动齿轮37以夹具轴38的夹具旋转轴线29为中心而旋转。
主动齿轮36和被动齿轮37啮合，如果一方旋转，则其旋转力传递至另一方，另一方旋转。
因此，夹具安装装置20使多个自转公转夹具211~215向右转(顺时针转)或左转(逆时针转)的任一相同的方向以主旋转轴线12为中心而一起回旋移动，如果行驶车轮22与自转公转夹具211~215一起以主旋转轴线12为中心而回旋移动，则行驶车轮22以车轮旋转轴线28为中心而旋转，通过其旋转力而使得车轮轴27和主动齿轮36旋转，通过主动齿轮36的旋转而使得被动齿轮37、夹具轴38以及自转公转夹具211~215以夹具旋转轴线29为中心而旋转。
在真空槽11内部的比自转公转夹具211~215更靠近下方的位置，配置有成膜源15。
各自转公转夹具211~215，单面朝向斜下方，与成膜源15面对面，相反侧朝向斜上方。
夹具轴38安装于朝向斜上方的面，在朝向斜下方的面，如图4所示，设有多个基板保持部25。
在圆顶形状的情况下，如图3(b)所示，在弯曲而成为凹面的一方，设有基板保持部25，以与成膜源15面对面的方式倾斜。
图4表示自转公转夹具211~215的朝向成膜源15的面，符号25是保持基板26的基板保持部。
由基板保持部25保持的基板26不从自转公转夹具211~215脱落，与自转公转夹具211~215一起进行旋转和回旋。
如后所述，如果从成膜源15放出的成膜材料粒子到达基板26的表面，则在该基板表面，生长出薄膜。
各自转公转夹具211~215的安装有夹具轴38的中心位置位于同一圆周上，关于自转公转夹具211~215和夹具轴38，夹具旋转轴线29朝向不与主旋转轴线12交叉的方向，结果，各自转公转夹具211~215，以主旋转轴线12为中心而一起进行回旋移动时的各自转公转夹具211~215的前头侧与主旋转轴线12之间的距离和后尾侧与主旋转轴线12之间的距离不同。
因此，在本发明中，在将各自转公转夹具211~215以圆形并排地配置时，能够将各自转公转夹具211~215的前头侧的部分和后尾侧的部分配置为与邻接的其他自转公转夹具211~215的后尾侧的部分和前头侧的部分重合，依据该配置，各自转公转夹具211~215不相互碰撞，邻接的自转公转夹具211~215的中心位置之间的距离比自转公转夹具211~215的直径更短而接近。
关于重合，各自转公转夹具211~215配置为前头侧和后尾侧中的一侧比另一侧更接近主旋转轴线12。
沿着圆形轨道16配置的全部的自转公转夹具211~215，前头侧和后尾侧中的相同侧接近主旋转轴线12。
例如，在图1的成膜装置中，从真空槽11的顶棚侧观看各自转公转夹具211~215，在顺时针转地旋转的情况下，各自转公转夹具211~215的前头侧比后尾侧离主旋转轴线12更远，在逆时针转地旋转的情况下，前头侧比后尾侧离主旋转轴线12更近。
成膜源15配置在与主旋转轴线12交叉的位置，因此，在各自转公转夹具211~215的重合的部分，前头侧和后尾侧中的任一侧比邻接的自转公转夹具211~215更接近成膜源15，另一侧比邻接的自转公转夹具211~215更远离成膜源15地配置，在该较远地配置的部分，相对于成膜源15，成为邻接的自转公转夹具211~215的重叠的部分的背后。从成膜源15放出的成膜材料粒子到达除了成为背后的部分以外的部分，不到达成为背后的部分。
在图1的成膜装置2的重合的情况下，在从上方观看时，顺时针转的前头侧是离主旋转轴线12较远的一方，因而前头侧从成膜源15观看而成为背后，后尾侧不成为背后。
在本发明中，一块自转公转夹具211~215，前头侧的部分和后尾侧部分中的一方的部分成为背后，另一方的部分不成为背后。
在该实施例中，各自转公转夹具211~215，配置有基板26的面的中心位置以不成为背后的方式重叠，因此，在自转公转夹具211~215的配置有基板26的面，无论在哪个位置，在自转公转夹具211~215以夹具旋转轴线29为中心而旋转一次的期间，都通过不成为背后的部分，因而无论是配置于自转公转夹具211~215的基板26的表面的哪个位置，从成膜源5放出的成膜材料粒子都能够到达。
此外，车辆旋转轴线28与主旋转轴线12交叉，夹具旋转轴线29不与主旋转轴线12交叉，因而车轮旋转轴线28与夹具旋转轴线29不平行(还包括一致)。
<成膜方法>
接着，说明使用该成膜装置2的成膜方法。
在该成膜装置2中，自转公转夹具211~215从夹具轴38装卸自由地构成，在由该成膜装置2形成薄膜的情况下，首先，打开真空槽11的门，将各自转公转夹具211~215从夹具安装装置20拆卸，取出至真空槽11的外部，在将基板26安装于基板保持部25之后，装配于夹具安装装置20，将门关闭。
在真空槽11，连接有真空排气装置17，使真空排气装置17进行动作，使真空槽11的内部进行真空排气而成为真空气氛，使电动机13进行动作，使各自转公转夹具211~215围绕主旋转轴线12旋转(将此称为公转)，另外，围绕夹具旋转轴线29旋转(将此称为自转)。
成膜源15具有容器15a和配置于容器15a的成膜材料15b，如果由加热装置(未图示)对容器15a和成膜材料15b进行加热，使成膜材料15b升温，则开始成膜材料15b的蒸发，作为成膜材料15b的蒸气的成膜材料粒子从成膜源15放出至真空槽11的内部。此外，也可以不对加热容器15a进行加热，而是对成膜材料15b进行直接加热。
如果放出至真空槽11的内部的成膜材料粒子在真空槽11的内部行进，到达基板26的表面，则在基板26的成膜材料粒子到达的部分，生长出薄膜。
如上所述，本发明的成膜装置2，各自转公转夹具211~215配置为，在真空槽11的内部，前头侧和后尾侧重合，形成于邻接的二个自转公转夹具211~215的外周之间的间隙比使各自转公转夹具的外周之间不重合地离开而配置的成膜装置的自转公转夹具之间的间隙更小。
另外，由于使前头侧和后尾侧重合，因而即使不增大圆形轨道16的直径，各自转公转夹具211~215的朝向下方的倾斜度也比不重合的成膜装置的情况更大，在该情况下，被各自转公转夹具211~215的外周的顶点位置的附近包围而形成的间隙也比不重合的成膜装置更小。
与间隙大的情况相比，间隙小的情况，通过间隙的成膜材料粒子的量更少，因而配置于容器15a的成膜材料15b的使用效率提高。
在薄膜以既定膜厚形成于基板26的表面之后，真空槽11的内部成为大气压，将门打开，自转公转夹具211~215从真空槽11的内部取出，将已成膜的基板26更换为未成膜的基板26，装配于真空槽11的内部，进行成膜处理。
<其他成膜装置>
图5示出将6块自转公转夹具211~216的前头侧和后尾侧重合而配置于成膜装置的真空槽时的自转公转夹具211~216的重合，如果自转公转夹具211~216的块数增加，则各自转公转夹具211~216的外周中的被顶点附近的部分包围的间隙变小。
<基板的直径与自转公转夹具的关系>
下述表1、2是将4、5、6、8英寸的圆盘状的基板装配于设在成膜装置的自转公转夹具而形成薄膜时的数值，求出每1小时能够成膜的基板块数(处理块数/时间)。
[表1]
表1自转公转夹具为3块且不存在重叠的现有技术的成膜装置
4”5”6”8”
基板总数54362112
排气时间(包括加热)60606060
成膜时间20202020
升压时间(包括冷却)10101010
合计时间90909090
处理块数/时间36.024.014.08.0
[表2]
表2自转公转夹具为5块且不存在重叠的本发明的成膜装置
4”5”6”8”
基板总数60402515
重叠损失(%)16.712.520.016.7
排气时间(包括加热)60606060
成膜时间23.322.524.023.3
升压时间(包括冷却)10101010
合计时间93.392.594.093.3
处理块数/时间38.625.916.09.6
基板总数比率1.111.111.191.25
生产性比率1.071.081.141.21
自转公转夹具的直径420英寸，弯曲的圆顶型。
表1是将3块自转公转夹具配置为不重合的现有技术的成膜装置的数值。
表2是将5块自转公转夹具重合而配置的本发明的成膜装置的数值，该装置的真空槽的大小是与表1的成膜装置的真空槽相同的大小。
在表1、2中，“处理块数/时间”的项目的数值表示成膜装置每1小时能够处理的基板的块数。
“排气时间”、“成膜时间”、“升压时间”、“合计时间”的项目是用于求出“处理块数/时间”的数值，单位为“分钟”。
“基板总数”的项目是使配置在真空槽内的全部的自转公转夹具满载基板时的合计块数，“合计时间”的项目是“基板总数”的项目所记载的块数的基板的处理所需要的时间。
表2中的“基板总数比率”的项目是关于相同大小的基板的、表2的成膜装置的“基板总数”所记载的数值对、表1的成膜装置的“基板总数”的数值的值，得知，表2的成膜装置，与表1的成膜装置相比，增加11%以上的块数。
表2中的“重叠损失”的项目是相对于自转公转夹具的面积中的成为背后的部分的整体的面积的比率，与“成膜时间”的项目的数值相关联，关于相同大小的基板，将在“重叠损失”的项目的数值加“1”而得到的数值乘以表1的“成膜时间”而得的值记载于表2的“成膜时间”的项目。
表2的“生产性比率”是表2的成膜装置1小时能够处理的基板的块数相对于表1的成膜装置1小时能够处理的基板的块数的比，该数值是表1的“处理块数/时间”的项目的数值对、表2的相同大小的基板的“处理块数/时间”的数值的值。
从“基板总数比率”和“生产性比率”减去“1”而得到的值是表2的本发明的成膜装置比表1的成膜装置增加的装配基板的比例和能够处理的基板的比例，从表2得知，基板的直径越大，生产性比率越是增加。
下述表3是相对于自转公转夹具数为3块且每1块装配有10块基板的现有技术的成膜装置，与在相同大小的真空槽内，自转公转夹具数为6块且每1块装配有8块基板的本发明的成膜装置的比较，生产性提高至1.5倍。
[表3]
表3自转公转夹具数6块且存在重叠的本发明的成膜装置和自转公转夹具数3且不存在重叠的现有技术的成膜装置的比较
现有技术本发明
基板总数3048
重叠损失(%)030
排气时间(包括加热)6060
成膜时间2026
大气释放(包括冷却)1010
处理时间合计9096
处理块数/时间2030
基板总数比率1.01.6
生产性比率1.01.5。
此外，图6(a)、(b)~图9(a)、(b)是示出将表2所记载的4、5、6、8英寸的基板26配置于自转公转夹具21时的、基板26与自转公转夹具21的关系的图，图6(a)~图9(a)是与朝向成膜源15的面相反的一侧的面的平面图，图6(b)~图9(b)是立体图。
在此，使用弯曲的自转公转夹具21。
<其他>
以上，对自转公转夹具211~215为5块的情况进行了说明，但不限定于5块，在本发明中包括使前头侧和后尾侧的一部分重合而设置4块以上自转公转夹具的成膜装置。但是，为了提高成膜材料15b的使用效率，期望5块以上。
另外，在上述示例中，成膜源15是导致产生由成膜材料15b的蒸气构成的成膜材料粒子的真空蒸镀装置的成膜源，但本发明也可以以溅射源作为成膜源，使用作为成膜材料而配置于电极上的溅射靶，将电压施加至电极，在真空气氛中，对溅射靶进行溅射，将从溅射靶放出的溅射粒子用作成膜材料粒子。
在上述示例中，使用主动齿轮和被动齿轮，但如果使用由带将主动齿轮和被动齿轮连结的装置或其他装置，通过行驶车轮的旋转而使重合的自转公转夹具以中心轴为中心而旋转，则被包括在本发明中。
符号说明
11…真空槽
12…主旋转轴线
13…电动机
15…成膜源
16…圆形轨道
20…夹具安装装置
21、211~215…自转公转夹具
22…行驶车轮
27…车轮轴
28…车轮旋转轴线
29…夹具旋转轴线
34…主旋转轴
36…主动齿轮
37…被动齿轮
38…夹具轴

Claims (4)

1.一种成膜装置，具有：
真空槽；
圆形轨道，配置于所述真空槽内；
成膜源，将成膜材料粒子放出至所述真空槽的内部；
多个自转公转夹具，配置有多个基板；
多个行驶车轮，配置于所述圆形轨道上；
夹具安装装置，保持多个所述自转公转夹具；以及
电动机，使所述夹具安装装置围绕主旋转轴线旋转，
多个所述自转公转夹具，在所述圆形轨道的内侧，沿着所述圆形轨道一台一台地以圆形并排地配置，
各所述自转公转夹具分别连接至其他所述行驶车轮，
如果通过所述电动机而使得所述夹具安装装置旋转，则所述自转公转夹具通过所述夹具安装装置的旋转而围绕所述主旋转轴线回旋移动，并且，连接至各所述自转公转夹具的所述行驶车轮一边以车轮旋转轴线为中心而旋转，一边行驶于所述圆形轨道上，
通过所述行驶车轮的旋转而使得所述自转公转夹具以夹具旋转轴线为中心而旋转，
配置于所述自转公转夹具的所述基板，与所述自转公转夹具一起进行旋转和回旋移动，同时，在表面附着有所述成膜材料粒子，形成有薄膜，
各所述自转公转夹具，在进行所述回旋移动的方向的前头侧和后尾侧，与邻接的其他所述自转公转夹具重合而配置，
各所述自转公转夹具分别地，在所述前头侧重合的部分和在所述后尾侧重合的部分的任一侧比重合的其他所述自转公转夹具更位于所述主旋转轴线的附近，另一侧比重合的其他所述自转公转夹具离所述主旋转轴线更远地定位。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述车轮旋转轴线和所述夹具旋转轴线不平行。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，在所述行驶车轮，固定有通过所述行驶车轮的旋转来以所述车轮旋转轴线为中心而旋转的车轮轴，在所述自转公转夹具，固定有以所述夹具旋转轴线为中心而旋转的夹具轴，设在所述车轮轴的主动齿轮和设在所述夹具轴的被动齿轮啮合，所述主动齿轮的旋转传递至所述被动齿轮，通过所述被动齿轮而使所述夹具轴和所述自转公转夹具旋转。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的成膜装置，其特征在于，所述自转公转夹具设置5个以上。
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