JP2002332570A

JP2002332570A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2002332570A
Application number: JP2001137779A
Authority: JP
Inventors: Nobuyasu Kitamura; 信保喜多村; Aoshi Horiguchi; 青史堀口; Hiroshi Kamikura; 洋神倉
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、欠陥が極めて少なく、且つ膜厚均
一性の高い薄膜を連続して形成可能な基板処理装置、さ
らには、膜厚方向に組成を変化する薄膜を基板面内で均
一に形成可能な基板処理装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】内部に基板移送ロボットを配置した搬送
室と、スパッタ室及びロードロック室とが、ゲートバル
ブを介して連結された基板処理装置において、前記スパ
ッタ室は、ターゲットと、基板を保持する基板ホルダ
と、前記基板が前記ターゲットに対向する位置を通過し
再び元に戻すための前記基板ホルダの搬送機構と、を備
えたことを特徴とする。さらに、前記ターゲットは、そ
の長手方向を基板移動方向と垂直な方向に配置した矩形
状ターゲットであり、該長手方向の両側に、多数のガス
吹き出し孔を前記長手方向に形成したガス導入機構を設
けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】

【０００１】本発明は、基板処理装置に係り、特に、パ
ーティクルの発生を抑え欠陥がなく、かつ膜厚均一性に
優れた成膜に適した基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス、液晶ディスプレイ等の
用いられる種々の薄膜は、膜厚及び膜質に関し高い均一
性が要求される。例えば、露光用マスクのブランクス
は、石英基板上に遮光用のＣｒ膜と反射防止用のＣｒＯ
ｘ膜等が積層された膜構成を有するものであるが、特に
ＣｒＯｘ膜等はレジストの露光特性に直接影響するた
め、極めて高い面内均一性とともに、膜厚方向に酸素量
（ｘ）が変化する膜構成が求められる。

【０００３】ＣｒＯｘ膜は、例えば、ターゲットにＣｒ
を用い、Ａｒ／Ｏ_２混合ガス等を用いた反応性スパッタ
により形成される。一方、スパッタ方式としては、一般
に、大型のターゲットに静止基板を対向させて配置する
方式、複数のターゲットに基板を対向配置し、基板を回
転させながら成膜を行う方式が用いられるが、これらの
方式ではターゲット面内又は基板面内でＯ_２等の均一な
ガス濃度分布を形成することは困難であり、基板面内で
均質な薄膜や膜厚方向に組成が一様に変化する薄膜を形
成するのは実際上困難である。また、ターゲット全体の
専有面積が大きくなり、成膜装置コストを増大させると
いう問題がある。このような理由から、マスク用ブラン
クス膜の形成には、一辺の長さが基板長さよりも大きい
矩形状ターゲット上を基板を通過させながら膜形成を行
う通過型のスパッタ方式が用いられる。このスパッタ方
式を採用した露光マスクのブランクス製造装置を図２に
示す。

【０００４】図２に示すように、製造装置は、ロードロ
ック室１０１、成膜室１０２、アンロードロック室１０
３がゲートバルブ１０６を介して連結されている。成膜
室１０２は、遮光用Ｃｒ膜室１１０、反射防止用ＣｒＯ
ｘ膜室１１１及びバッファ室１１２、１１２’，１１
２”から構成され、内部にトレイの搬送路及び駆動機構
が敷設されている。

【０００５】未処理基板は、基板収納室１０４から取り
出され、空のトレイ１０８上に載置される。トレイはロ
ードロック室１０１、成膜室１０２、アンロードロック
室１０３の順に送られ、大気側に送り出される。成膜室
１０２において、トレイは駆動機構によりターゲットの
上を通過し、基板上にＣｒ膜、ＣｒＯｘが形成される。
大気側に送り出されたトレイから基板のみが基板回収室
１０５に回収され、空のトレイはリターン通路１０７を
通って、ロードロック室側に戻される。即ち、トレイの
みが循環し、基板はロードロック室前及びアンロードロ
ック室後にそれぞれ搭載、回収する構成とされている。
また、成膜を連続して行うと、成膜室内及びトレイに堆
積した薄膜が剥離し、パーティクルを発生して形成され
る薄膜にピンホール等の欠陥を生じるため、成膜室やト
レイのクリーニング処理等のメンテナンスが定期的にが
行われる。以上のような構成とすることにより、膜厚均
一性に優れたブランクスを、高い生産性でしかも安定し
て生産することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高集積化が一
層進む次世代の半導体デバイス用のブランクスに対する
要求は一層厳しくなり、上記装置構成では今まで問題と
ならなかった極微小のピンホールが深刻な問題となり、
これを避けるためには、メンテナンス頻度を増やす必要
があり、生産性を低下せざるを得ない事態となった。

【０００７】そこで、極微小ピンホール発生の原因を調
査すべく、実験とともに種々の検討を行ったところ、図
２の装置の場合、トレイに堆積した膜がピンホール発生
の原因であることが分かった。即ち、トレイのみを頻繁
にクリーニング処理行うことにより、ピンホールの発生
が抑えられたこと及び実験機によりトレイを大気に曝さ
ず連続成膜を行ったところ０．５ｍｍ程度の膜が堆積し
ても膜剥離は発生しなかったことから、膜が堆積したト
レイを大気に曝すことが主な原因であることが明かとな
った。

【０００８】本発明はかかる知見に基づいて完成したも
のである。なお、以上は、マスク用のブランクスの製造
装置について述べてきたが、このような事情は、高集積
化、高密度化する半導体デバイスや液晶ディスプレイの
製造に用いられる種々の薄膜形成装置についても同様で
ある。また、上記の製造装置は大型とならざるを得ず、
小型化に対する強い要望がある。

【０００９】かかる状況に鑑み、本発明は、欠陥が極め
て少なく、且つ膜厚均一性の高い薄膜を連続して形成可
能な基板処理装置を提供することを目的とする。さら
に、膜厚方向に組成を変化する薄膜を基板面内で均一に
形成可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような基板処理装置を小型化し、
装置のコスト削減を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成装置
は、内部に基板移送ロボットを配置した搬送室と、スパ
ッタ室及びロードロック室とが、ゲートバルブを介して
連結された基板処理装置において、前記スパッタ室は、
ターゲットと、基板を保持する基板ホルダと、前記基板
が前記ターゲットに対向する位置を通過し再び元に戻す
ための前記基板ホルダの搬送機構と、を備えたことを特
徴とする。このように、クラスタ構造の基板処理装置に
おける処理室の１つを、基板がターゲットに対向して往
復運動できるスパッタ室とすることにより、基板ホルダ
を大気に曝すことの無い装置構成でありながら、装置全
体を大幅に小型化することが可能となる。しかも、大型
基板に、欠陥が少なく、膜厚及び膜質の均一性に優れた
薄膜を形成することが可能となる。

【００１１】また、前記ターゲットは、その長手方向を
基板移動方向と垂直な方向に配置した矩形状ターゲット
であり、該長手方向の両側に、多数のガス吹き出し孔を
前記長手方向に形成したガス導入機構を設けたことを特
徴とする。２つのガス導入機構から異なる種類のガスを
スパッタ室内に導入することにより、膜厚方向に組成が
変化する薄膜を基板面内で均一に形成することが可能と
なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図に
基づいて説明する。本発明の表面処理装置の一構成例を
図１に示す。図１は、６インチ露光マスクのブランクス
製造装置を示す（ａ）模式的平面図及び（ｂ）ＣｒＯｘ
成膜室の模式的断面図である。図１のブランクス製造装
置は、基板移送ロボット１５が配置された搬送室１０の
周りに、Ｃｒ成膜室２０、ＣｒＯｘ成膜室３０，ロード
ロック室４０及びアンロードロック室５０が、ゲートバ
ルブ１１，１２，１３、１４を介して連結されたクラス
タ型の製造装置である。

【００１３】Ｃｒ成膜室２０は、遮光用のＣｒ膜形成用
のスパッタ室であり、内部に１４インチ径Ｃｒターゲッ
ト２１、静止型基板ホルダ２２、Ａｒガス導入口２３及
び排気口２４が配設される。ＣｒＯｘ成膜室３０は、膜
厚方向に組成が変化するＣｒＯｘ反射防止膜の形成用ス
パッタ室であり、矩形状ターゲット（１６ｘ５インチ）
３１，基板トレイ３２、排気口３３が配設され、さらに
ターゲット３１の両側にはＡｒ／Ｏ_２混合ガス導入管３
４及びＡｒガスの導入管３５が配置される。それぞれの
導入管には、多数のガス吹き出し孔が長手方向に形成さ
れ、ターゲットを縦断してＯ_２濃度に勾配が形成される
構成となっている。また、図には示していないが、室内
には、基板トレイ３２の搬送機構が取り付けられてお
り、基板トレイ３２はガイドレール上を移動し、ターゲ
ット３１とゲートバルブ１２間の位置から排気口３３上
へ移動してターゲット上を基板が対向して通過する際に
成膜が行われる。

【００１４】ロードロック室４０及びアンロードロック
室５０は、ゲートバルブ４１，５１を介して大気圧にあ
るカセット収納室６０と接続され、未処理基板及び処理
済み基板はオートローダ（不図示）により１枚ずつカセ
ット６１からロードロック室４０へ送り込まれ、また、
アンロードロック室から取り出されてカセット内に回収
される。

【００１５】次に、図１の装置の一連の動作を説明す
る。まず、カセット６１からオートローダにより基板１
がロードロック室４０に送り込まれる。ゲートバルブ４
１を閉じ、内部を高真空に排気した後、ゲートバルブ１
３が開き、ロボットアームが進入して基板を取り出し、
スパッタ室２０内の基板ホルダ２３上に載置する。続い
て、ロボットアームが後退して、ゲートバルブ１１が閉
じ、ガス導入口２２から内部にＡｒガスが所定流量導入
される。排気口２４の可変オリフィスを調整し所定の圧
力に設定した後ターゲット２１に電力を供給して放電を
開始し所定時間スパッタを行う。この間、ロードロック
室４０には未処理基板が搬入される。Ｃｒ膜が形成され
た基板１は、ロボットアームにより取り出され、ＣｒＯ
ｘ成膜室３０内の基板トレイ３２上に載置される。ま
た、ロードロック室４０の基板はＣｒ成膜室２０へ、カ
セット６１の未処理基板はロードロック室４０へと順送
りされる。

【００１６】全てのゲートバルブが閉じ、各室で所定の
処理が同時に行われる。ＣｒＯｘ成膜室３０では、Ａｒ
／Ｏ_２ガス導入管３４及びＡｒガス導入管３５を通して
所定流量のガスがそれぞれ導入され、排気口３３上部に
配置された可変オリフィス３６を調整して室内が所定の
圧力に設定される。この時点で、ターゲット３１に電力
が供給され放電が開始すると、基板トレイ搬送機構が動
作し、基板トレイ３２を排気口３３に向かって移動させ
る。ターゲット３１上を移動中にＣｒ膜の上にＯ_２ガス
の濃度勾配に応じて組成が膜厚方向に変化するＣｒＯｘ
膜が形成される。基板トレイ３２が排気口３３上に来た
ところで電力の供給を停止し放電を止める。また、ガス
の供給を停止し、室内を高真空に排気するとともに、基
板トレイをゲートバルブ１２側に移動させ元の位置で停
止させる。このような搬送機構としては、一般に用いら
れるラック・ピニオン、ボールネジを利用したものを用
いることができるが、より円滑な搬送が可能で発塵の少
ない磁気搬送機構（例えば特開平１０−１５９９３４号
公報）が好適に用いられる。この間、Ｃｒ成膜室２０で
は基板１上にＣｒの成膜が行われる。

【００１７】続いて、ゲートバルブが開き、ロードロッ
ク室、Ｃｒ成膜室、ＣｒＯｘ成膜室の基板は、ロボット
によりそれぞれＣｒ成膜室、ＣｒＯｘ成膜室、アンロー
ドロック室５０へと順送りされる。次の工程で、アンロ
ードロック室５０の処理済み基板はオートローダにより
取り出されカセット６１内に回収される。以上の操作が
繰り返し行われ、基板上にＣｒ／ＣｒＯｘ積層膜の形成
が連続して行われる。

【００１８】以上から明らかなように、本実施形態の基
板処理装置を用いることにより、連続成膜中に、膜が堆
積した基板トレイその他の部材が成膜室に搬送される工
程は一切なくなり、基板トレイに付着した膜が短期間で
剥離してパーティクルが発生するという問題を回避する
ことが可能となった。その結果、基板トレイに０．５ｍ
ｍ程度の膜が堆積するまでクリーニング処理等のメンテ
ナンスなしに連続成膜を行えることとなり、生産性の高
い基板処理装置を実現することができる。しかも、装置
の小型化を達成でき、製造装置の大幅なコスト削減を図
ることが可能となった。

【００１９】また、ＣｒＯｘ膜は、レジストの露光強度
に直接影響するため、次世代の超微細パターン形成用の
マスクとしては、マスク面内での膜厚及び膜質均一性は
極めて高精度に制御する必要があるが、ターゲット上を
基板が通過する構成としたため、基板回転型あるいは静
止型のスパッタ方式に比べて極めて均一性の高い成膜が
可能となった。さらに、膜厚方向の組成変化を、Ａｒ／
Ｏ_２ガス比、流量、圧力により自由に変更でき、また一
様に変化させることが可能となるため、最適な反射防止
膜を形成することできる。

【００２０】本発明において、通過型スパッタ室のター
ゲットとしては、基板長さの１５０ｍｍ以上長いターゲ
ットを用いるのが好ましく、これにより膜厚及び膜質の
均一性は一層向上する。また、通過型スパッタ室の内部
構造は、図１のものに限定されるものではなく、ターゲ
ットを基板が対向して通過する構成であればどのような
構成であっても良い。また、ターゲットと基板との上下
関係を逆にするだけでなく、例えば、基板を垂直に保持
し、垂直に設置したターゲット前面を通過させることも
可能である。

【００２１】さらに、上記の実施形態においては、図１
の左方向に移動する際に成膜する構成としたが、予め基
板トレイを左端に移動させ、右方向に移動中に成膜を行
っても良い。さらに、膜組成を厚さ方向に変化させる必
要がない場合には、基板トレイが両方向に移動中に成膜
しても良い。また、図１の装置構成からアンロードロッ
ク室を省き、例えば、ロードロック室にカセットを配置
する構成としても良い。この場合、例えば、カセットか
ら未処理基板を取り出し、処理済み基板をカセットの空
いた棚に戻すようにし、カセットの全ての基板処理が終
了した後に、カセット単位で大気側に取り出し、未処理
基板を収納したカセットと交換する。

【００２２】以上、本発明を、基板上にＣｒ／ＣｒＯｘ
積層膜を形成する露光マスク用ブランクスについて述べ
てきたが、本発明の基板処理装置は、これらに限定され
ないことは言うまでもなく、種々の材質、構造の薄膜形
成に適用できるものである。例えば、Ｏ_２ガスの代わり
にＮ_２ガス、Ｔｉターゲットを用いて窒化膜（ＴｉＮ）
を形成する等、ターゲット及びガスの種類等を適宜選択
することにより、種々の材質及び内部構造を有する薄膜
形成が可能となる。また、搬送室に３以上の成膜室を連
結することにより、より多層の積層膜を連続形成するこ
とができる。この場合、成膜室は、スパッタ室以外に、
例えばプラズマＣＶＤ室等他の方式の成膜室や処理室等
を連結しても良い。本発明の基板処理装置は、以上述べ
てきたように、欠陥が極めて少なくかつ基板面内で膜厚
及び膜質が極めて均一な薄膜を生産性良く製造できるた
め、マスクブランクスの他、液晶ディスプレイや半導体
デバイス、磁気ディスク等の製造に特に好適に適用され
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
より、大型基板に面内で欠陥がなく、しかも均一な膜
厚、膜質の薄膜形成が可能となる。また、膜厚方向にあ
る一定の勾配を持つ膜形成が可能となり、種々の酸化
膜、窒化膜等及び膜応力を制御した薄膜を形成すること
が可能となる。さらに、このような高性能装置を、従来
に比べ大幅に小型化することが可能となる。すなわち、
本発明は、今後ますます微細化、高性能化、大型化する
各種デバイス等の開発及び生産に大きく貢献するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板処理装置の一例を示す模式図であ
る。

【図２】従来の露光マスクのブランクス製造装置を示す
模式図である。

【符号の説明】

１基板、１０搬送室、１１，１２，１３、１４、４１，５１ゲートバルブ、１５基板移送ロボット、２０Ｃｒ成膜室、２１Ｃｒターゲット、２２静止型基板ホルダ、２３ガス導入口、２４排気口、３０ＣｒＯｘ成膜室、３１矩形状Ｃｒターゲット、３２基板トレイ、３３排気口、３４，３５ガス導入管、３６可変オリフィス、４０ロードロック室、５０アンロードロック室、６０カセット収納室、６１カセット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神倉洋東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BA07 BA43 BA60 BB02 BC07 BD00 CA06 DA04 DC03 DC12 KA02 5F031 CA01 CA02 CA05 CA07 FA04 FA07 FA12 FA15 FA18 GA02 GA44 GA47 GA64 HA45 HA57 HA60 LA12 LA14 MA04 MA29 NA05 NA07 PA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に基板移送ロボットを配置した搬送
室と、スパッタ室及びロードロック室とが、ゲートバル
ブを介して連結された基板処理装置において、前記スパ
ッタ室は、ターゲットと、基板を保持する基板ホルダ
と、前記基板が前記ターゲットに対向する位置を通過し
再び元に戻すための前記基板ホルダの搬送機構と、を備
えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】前記ターゲットは、その長手方向を基板
移動方向と垂直な方向に配置した矩形状ターゲットであ
り、該長手方向の両側に、多数のガス吹き出し孔を前記
長手方向に形成したガス導入機構を設けたことを特徴と
する請求項１に記載の基板処理装置。