CN111684101A - 基板处理装置以及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

作为基板处理装置的溅射装置(1)具备沿着搬送面搬送基板(S)的搬送机构(CMA)、保持靶材(T)的阴极(C)、使阴极(C)绕自转轴转动的自转机构(RTM)、以及使阴极(C)移动以变更阴极(C)与搬送面(CS)的距离的移动机构(RVM)。

Description

基板处理装置以及基板处理方法
技术领域
本发明涉及基板处理装置以及基板处理方法。
背景技术
有使用从粒子源发射的粒子对基板进行处理的基板处理装置。粒子源例如可以是由阴极保持的靶材或离子束源。在粒子源为靶材的情况下，基板处理装置可以作为溅射装置(成膜装置)使用。在粒子源为离子束源的情况下，基板处理装置可以作为蚀刻装置或离子注入装置使用。
在专利文献1中记载了在具有凹凸形状的基体上形成薄膜的成膜装置。专利文献1所记载的成膜装置具备绕Y方向的轴旋转自如的阴极单元、使基体支架旋转的旋转轴、在旋转轴的轴向上驱动旋转轴的驱动系统、以及使旋转轴在XZ面内摆动的驱动系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-336535号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在如专利文献1所记载的成膜装置那样对基板(基体)侧的姿势(倾斜)及位置进行控制的结构中，在具有凹形状的基板上形成膜的情况下，能够限定可调整靶材与基板的距离以及靶材与基板的相对姿势的范围。为了增大可调整的范围，需要增大基板的姿势及位置的调整范围，并且增大阴极单元的转动范围，但成膜装置可能会大型化。
本发明的目的在于提供一种有利于调整粒子源与基板的距离以及粒子源与基板的相对姿势的技术。
用于解决课题的手段
本发明的第一方面涉及使用粒子对基板进行处理的基板处理装置，所述基板处理装置具备沿着搬送面搬送所述基板的搬送机构、发射粒子的粒子源、使所述粒子源绕自转轴转动的自转机构、以及使所述粒子源移动以变更所述粒子源与所述搬送面的距离的移动机构。
本发明的第二方面涉及对基板进行处理的基板处理方法，所述基板处理方法包括处理工序，在所述处理工序中，一边沿着搬送面搬送所述基板并且控制发射粒子的粒子源的姿势及位置，一边使用从所述粒子源发射的粒子对所述基板进行处理，所述基板的被处理部位随着所述基板的搬送而变化，所述处理工序包括驱动工序，在所述驱动工序中，根据所述基板的所述被处理部位的变化，使所述粒子源绕自转轴转动，并且使所述粒子源移动，以变更所述粒子源与所述搬送面的距离。
发明效果
根据本发明，提供有利于调整粒子源与基板的距离以及粒子源与基板的相对姿势的技术。
通过参照附图的以下的说明，本发明的其他特征及优点将变得明确。此外，在附图中，对相同或者相似的结构标注相同的附图标记。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的溅射装置的结构的图。
图2是示意性地表示本发明的第二实施方式的溅射装置的结构的图。
图3是示意性地表示能够在控制部的控制下进行的自转机构及移动机构对靶材(阴极)的姿势及位置的调整或控制的图。
图4是按时间序列表示在溅射装置中通过溅射在基板上形成膜的处理的图。
图5是按时间序列表示在溅射装置中通过溅射在基板上形成膜的处理的图。
图6是按时间序列表示在溅射装置中通过溅射在基板上形成膜的处理的图。
图7是示意性地表示本发明的第二实施方式的溅射装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式。另外，以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。在实施方式中记载了多个特征，但未必这些多个特征全部都是发明所必需的特征，另外，多个特征也可以任意地组合。并且，在附图中，对相同或者相似的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
以下，参照附图，通过本发明的其例示性的实施方式进行说明。本发明涉及使用从粒子源发射的粒子对基板进行处理的基板处理装置以及基板处理方法。粒子源例如是由阴极保持的靶材，基板处理装置可以构成为使用通过阴极的溅射而发射的粒子在基板上形成膜的溅射装置。或者，粒子源是离子束源，基板处理装置可以构成为使用从离子束源发射的粒子对基板进行蚀刻的蚀刻装置、或者将从离子束源发射的粒子向基板注入的离子注入装置。
以下，对将本发明的基板处理装置应用于溅射装置的例子进行说明，但通过将以下说明中的粒子源置换为离子束源，以下说明的基板处理装置可以作为对基板进行蚀刻的蚀刻装置、或者向基板注入离子的离子注入装置发挥功能。
图1示意性地示出了本发明的第一实施方式的溅射装置1的结构。溅射装置1可以具备溅射室CA、在溅射室CA中沿着搬送面CS搬送基板S的搬送机构CMA、以及在溅射室CA中保持靶材T(粒子源)的阴极C。另外，溅射装置1可以具备使阴极C绕自转轴转动的自转机构RTM、以及使阴极C移动以变更阴极C与搬送面CS的距离的移动机构RVM。在此，阴极C与搬送面CS的距离可以由移动机构RVM调整或控制，以使靶材T与基板S的膜形成部位的距离恒定。
基板S具有例如具有凹形状的表面，能够在该表面通过溅射来形成膜。该表面例如可以是构成圆筒面的一部分的面、构成球面的一部分的面、或抛物面等，但也可以具有其他形状。另外，本发明有利于在具有凹形状的表面的基板的该表面形成膜，但也可以应用于在具有凸形状的表面的基板的该表面形成膜。
基板S例如可以在由基板支架SH保持的状态下通过搬送机构CMA沿着搬送面CS被搬送。基板S例如可以成为反射镜等光学元件的母材或者基底。搬送机构CMA例如可以是辊式输送机，但也可以是其他形式的搬送机构。
溅射装置1除此之外还可以具备用于对溅射室CA的内部空间进行减压的真空泵(例如涡轮分子泵、干式泵、低温泵等)。另外，溅射装置1可以具备向溅射室CA的内部空间供给气体(例如氩气)的气体供给部。另外，溅射装置1可以具备向阴极C与基板S和/或溅射室CA之间供给高频的高频供给源。
溅射装置1还可以具备载锁室(load lock chamber)CB。载锁室CB可以经由闸阀V1与溅射室CA连接。在载锁室CB中，可以设置对载锁室CB的内部空间进行减压的真空泵。另外，在载锁室CB中，可以设置用于在载锁室CB中搬送基板S的搬送机构CMB。也可以在载锁室CB中设置对基板S进行加热的加热器HT。
溅射装置1可以具备端口CC，该端口CC提供用于将基板S搬入载锁室CB或从载锁室CB搬出基板S的中继场所。端口CC可以经由闸阀V2与载锁室CB连接。在端口CC可以设置用于在端口CC中搬送基板S的搬送机构CMC。另外，在端口CC可以设置用于测量基板S的表面的形状的测量器MEAS。测量器MEAS例如可以是三维形状测量器。测量器MEAS例如可以在通过搬送机构CMC扫描基板S的状态下测量基板S的表面的形状，生成表面形状信息。
溅射装置1可以具备对搬送机构CMA、CMB、CMC、自转机构RTM、移动机构RVM、加热器HT以及测量器MEAS进行控制的控制部CNT。控制部CNT例如可以由FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列的缩写。)等PLD(Programmable LogicDevice：可编程逻辑器件的缩写。)、或者ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路的缩写。)、或者编入了程序的通用计算机、或者它们的全部或一部分的组合构成。
在图1所示的例子中，基板S可以被搬入端口CC，通过闸阀V2而由搬送机构CMC、CMB搬送到载锁室CB。在此，在基板S的表面的形状不清楚的情况下，可以通过测量器MEAS测量基板S的表面的形状。控制部CNT可以基于由测量器MEAS测量出的结果即表面形状信息(表示基板S的表面的形状的信息)、或者经由未图示的输入装置提供的基板S的表面形状信息，生成用于控制自转机构RTM以及移动机构RVM的控制信息。
当基板S被搬入到载锁室CB中时，可以使载锁室CB的内部空间减压。另外，根据需要，可以通过加热器HT对基板S进行加热。之后，基板S可以通过闸阀V1而由搬送机构CMB、CMA搬送到溅射室CA的内部空间。
在溅射室CA中，可以实施如下的膜形成工序：一边沿着搬送面CS在第一搬送方向上搬送基板S，并且对保持靶材T的阴极C的姿势及位置进行控制，一边通过溅射在基板S上形成膜。基板S的整个表面中的形成膜的部位(膜生长的部位)即膜形成部位可以随着由搬送机构CMA进行的基板S的搬送而变化。在此，膜形成部位也可以说是被处理的部位，即被处理部位。膜形成工序可以包括如下的驱动工序：根据基板S的膜形成部位的变化，使阴极C绕自转轴转动，并且使阴极C移动，以变更阴极C与搬送面CS的距离。在驱动工序中，可以通过驱动机构RVM调整或控制阴极C与搬送面CS的距离，以使靶材T与基板S的膜形成部位的距离恒定。
在基板S的表面的整个区域(或者应形成膜的区域的整个区域)形成膜之后，基板S由搬送机构CMA在与第一搬送方向相反的第二搬送方向上搬送，进一步通过闸阀V1而由搬送机构CMA、CMB搬送到载锁室CB的内部空间。之后，可以使载锁室CB的压力返回到大气压，由搬送机构CMB、CMC搬送到端口CC。
图2示意性地示出了自转机构RTM以及移动机构RVM的结构例。图3示意性地示出了能够在控制部CNT的控制下进行的自转机构RTM以及移动机构RVM对靶材T(阴极C)的姿势及位置的调整或控制。移动机构RVM例如可以具体化为公转机构，该公转机构通过使阴极C沿着公转轨道OB转动来使阴极C移动，以变更阴极C与搬送面CS(膜形成部位DP)的距离。移动机构RVM例如可以包括马达12、与自转机构RTM连结的旋转轴16、支承旋转轴16的轴承18、以及将马达12的输出(转动)传递至旋转轴16的齿轮机构14。自转机构RTM例如可以包括马达32、支承阴极C的旋转轴38、以及将马达32的输出(转动)传递至旋转轴38的齿轮机构36。
基板S的膜形成部位DP(参照图3)可以随着由搬送机构CMA进行的基板S的搬送而变化。在控制部CNT的控制下，自转机构RTM以及移动机构RVM可以调整或者控制阴极C(靶材T)的姿势及位置，以使基板C的膜形成部位DP的法线NS与靶材T的表面的法线NT(粒子源的法线)的角度恒定。优选地，在控制部CNT的控制下，自转机构RTM以及移动机构RVM可以调整或者控制阴极C(靶材T)的姿势及位置，以使基板C的膜形成部位DP的法线NS与靶材T的表面的法线NT平行。
并且，在控制部CNT的控制下，自转机构RTM以及移动机构RVM可以调整或者控制阴极C(靶材T)的姿势及位置，以使基板S的膜形成部位DP的法线NS与靶材T的表面的法线NT的角度恒定且膜形成部位DP与靶材T的距离恒定。优选地，在控制部CNT的控制下，自转机构RTM以及移动机构RVM可以调整或者控制阴极C(靶材T)的姿势及位置，以使基板S的膜形成部位DP的法线NS与靶材T的表面的法线NT平行且膜形成部位DP与靶材T的距离恒定。
自转轴RTA可以与第二方向(与X轴平行的方向)平行，公转轨道OB的公转轴RVA可以与该第二方向平行，该第二方向相对于与由搬送机构CMA进行的基板S的搬送方向(与Y轴平行的方向)的第一方向正交。
图4～图6按时间序列示出了在溅射装置1中通过溅射在基板S上形成膜的处理。处理按照状态S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19的顺序进行。基板S具有搬送机构CMA的搬送方向上的一端E1以及搬送机构CMA的搬送方向上的另一端E2，可以在从一端E1到另一端E2的区域形成膜。
在图4～图6所例示的处理中，基板S的表面在沿着搬送方向的截面(XZ截面)中具有凹形状。在图4～图6所示的例子中，在一边通过搬送机构CMA沿搬送方向搬送基板S、一边在从基板S的一端E1到基板S的另一端E2的区域形成膜的期间，移动机构RVM使阴极C(靶材T)在第一公转方向上沿着公转轨道OB转动之后，在与第一公转方向相反的第二公转方向上沿着公转轨道OB转动。另外，在图4～图6所示的例子中，在一边通过搬送机构CMA沿搬送方向搬送基板S、一边在从基板S的一端E1到基板S的另一端E2的区域形成膜的期间，自转机构RTM使阴极C(靶材T)绕自转轴RTA仅向一个自转方向转动。
在一个结构例中，阴极C配置于搬送面CS的上方，公转轨道OB的最低点低于基板S的容许的最高点(在溅射装置1中能够处理的基板S中的最高点)。在其他结构例中，阴极C配置于搬送面CS的上方，公转轨道OB的最低点高于基板S的容许的最高点(在溅射装置1中能够处理的基板S中的最高点)。
在开始对基板S形成膜之前，基板S在靶材T及阴极C退避到不与基板S碰撞的位置的状态下，可以通过搬送机构CMA搬送到作为状态S11而示出的位置。之后，在控制部CNT的控制下，自转机构RTM以及移动机构RVM可以控制阴极C(靶材T)的姿势及位置，以使基板S的膜形成部位DP的法线NS与靶材T的表面的法线NT平行且膜形成部位DP与靶材T的距离成为目标距离。由此，基板S与靶材T的相对位置及姿势成为状态S11那样。在该状态下，开始一边通过搬送机构CMA搬送基板S一边在基板S上形成膜的处理。
之后，经过状态S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18达到状态S19，对从一端E1到另一端E2的区域的膜的形成完成。之后，在靶材T和阴极C退避到不与基板S碰撞的位置的状态下，通过搬送机构CMA、CMB将基板S从溅射室CA搬送到载锁室CB，进一步通过搬送机构CMB、CMC搬送到端口CC。
根据该实施方式，通过具备使阴极C绕自转轴转动的自转机构RTM以及使阴极C移动以变更阴极C与搬送面CS的距离的移动机构RVM，能够一边搬送具有凹形状的基板S一边对基板S进行膜的形成。与通过使基板S公转或转动来调整或控制靶材与基板的相对位置及姿势的结构相比，这样的结构有利于溅射装置的小型化。
图7示出了溅射装置1或溅射室CA的第二实施方式。未作为第二实施方式说明的事项可以遵循参照图1～图6说明的第一实施方式。在第二实施方式中，第一实施方式的移动机构RVM变更为移动机构RVM’。移动机构RVM’具体化为升降机构，该升降机构通过使阴极C升降来使阴极C移动，以变更阴极C与搬送面CS(膜形成部位)的距离。
本申请以2018年2月6日提交的日本专利申请特愿2018-019569为基础而主张优先权，在此引用其记载内容的全部。
发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的精神以及范围的情况下进行各种变更以及变形。因此，为了明确发明的范围而附上权利要求。
附图标记说明
1：溅射装置、CA：溅射室、CB：载锁室、CC：端口、CMA：搬送机构、CMB：搬送机构、CMC：搬送机构、CS：搬送面、C：阴极、T：靶材、S：基板、RTM：自转机构、RVM：移动机构(公转机构)、RVM’：移动机构(升降机构)、RTA：自转轴、RVA：公转轴、OB：公转轨道、DP：膜形成部位。

Claims (19)

1.一种基板处理装置，使用粒子对基板进行处理，其特征在于，具备：
搬送机构，沿着搬送面搬送所述基板；
粒子源，发射粒子；
自转机构，使所述粒子源绕自转轴转动；以及
移动机构，使所述粒子源移动，以变更所述粒子源与所述搬送面的距离。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板的被处理部位随着由所述搬送机构进行的所述基板的搬送而变化，
所述自转机构和所述移动机构控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述基板的所述被处理部位的法线与所述粒子源的法线的角度恒定。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述基板的被处理部位随着由所述搬送机构进行的所述基板的搬送而变化，
所述自转机构和所述移动机构控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述基板的所述被处理部位的法线与所述粒子源的法线平行。
4.根据权利要求2或3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述自转机构和所述移动机构控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述被处理部位与所述粒子源的距离恒定。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述移动机构通过使所述粒子源沿着公转轨道转动来使所述粒子源移动，以变更所述粒子源与所述搬送面的距离。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，
所述自转轴与第二方向平行，所述公转轨道的公转轴与所述第二方向平行，所述第二方向相对于与由所述搬送机构进行的所述基板的搬送方向平行的第一方向正交。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
在一边通过所述搬送机构沿所述搬送方向搬送所述基板、一边在从所述基板的所述搬送方向上的一端到所述基板的所述搬送方向上的另一端的区域形成膜的期间，所述移动机构使所述粒子源在第一公转方向上沿着所述公转轨道转动之后，使所述粒子源在与所述第一公转方向相反的第二公转方向上沿着所述公转轨道转动。
8.根据权利要求6或7所述的基板处理装置，其特征在于，
在一边通过所述搬送机构沿所述搬送方向搬送所述基板、一边在从所述基板的所述搬送方向上的一端到所述基板的所述搬送方向上的另一端的区域形成膜的期间，所述自转机构使所述粒子源绕所述自转轴仅向一个自转方向转动。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述移动机构通过使所述粒子源升降来使所述粒子源移动，以变更所述粒子源与所述搬送面的距离。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备控制部，所述控制部基于表示所述基板的表面的形状的表面形状信息，生成用于控制所述自转机构和所述移动机构的控制信息。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备测量器，所述测量器测量所述基板的形状来生成所述表面形状信息。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述粒子源是由阴极保持的靶材，
所述基板处理装置使用通过所述阴极的溅射而发射的粒子在所述基板上形成膜。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述粒子源是离子束源。
14.一种基板处理方法，对基板进行处理，其特征在于，
包括处理工序，在所述处理工序中，一边沿着搬送面搬送所述基板并且控制发射粒子的粒子源的姿势及位置，一边使用从所述粒子源发射的粒子对所述基板进行处理，
所述基板的被处理部位随着所述基板的搬送而变化，
所述处理工序包括驱动工序，在所述驱动工序中，根据所述基板的所述被处理部位的变化，使所述粒子源绕自转轴转动，并且使所述粒子源移动，以变更所述粒子源与所述搬送面的距离。
15.根据权利要求14所述的基板处理方法，其特征在于，
在所述驱动工序中，控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述基板的所述被处理部位的法线与所述粒子源的法线的角度恒定。
16.根据权利要求14所述的基板处理方法，其特征在于，
在所述驱动工序中，控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述基板的所述被处理部位的法线与所述粒子源的法线平行。
17.根据权利要求15或16所述的基板处理方法，其特征在于，
在所述驱动工序中，控制所述粒子源的姿势及位置，以使所述被处理部位与所述粒子源的距离恒定。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的基板处理方法，其特征在于，
所述粒子源是由阴极保持的靶材，
使用通过所述阴极的溅射而发射的粒子在所述基板上形成膜。
19.根据权利要求14至17中任一项所述的基板处理方法，其特征在于，
所述粒子源是离子束源。
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