JP2006257464A

JP2006257464A - 成膜処理方法

Info

Publication number: JP2006257464A
Application number: JP2005073912A
Authority: JP
Inventors: Masami Murai; 正己村井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】基板の汚染を防止して優れた膜質の成膜を行うことができると共に複数の基板の膜質を均一化することができ、且つコストを低減した成膜処理方法を提供する。
【解決手段】内部が真空状態の搬送室によって繋がれた基板の成膜処理を行うチャンバー間で前記基板を前記搬送室内を通過させて搬送する際に、一方のチャンバーで成膜処理が終わった当該基板を前記搬送室内で待機させることなく前記搬送室を可及的速やかに通過させて他方のチャンバーに搬送する。
【選択図】なし

Description

本発明は、基板にスパッタリングや逆スパッタリング等の成膜処理を連続して行う成膜処理方法に関する。

従来より、シリコン単結晶シリコン基板などの基板に成膜や逆スパッタリング等の成膜処理を行う成膜処理装置としては、例えば、搬送室によって繋がれた成膜処理を行うチャンバー間で、搬送室を通過させて基板を搬送することにより、各チャンバーで基板に連続的に成膜処理を行わせるものがある。このような成膜処理装置では、チャンバー間を搬送する際に通過する搬送室内を真空状態として、基板の表面に粉塵などが付着して汚染されるのを防止している。

しかしながら、搬送室を真空状態とすると残留ガス中に水分等を含む割合が大きく、搬送室を通過する基板に水分が吸着してしまい、膜質に悪影響を及ぼしてしまうと共に、複数の基板を連続して成膜処理した際に各基板の膜質にバラツキが生じてしまうという問題がある。特にこのような問題は、水分が吸着し易いジルコニウム（Ｚｒ）やチタン（Ｔｉ）等を成膜処理した場合に顕著に現れる。

このような問題を解決するために、搬送室内にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを導入するようにした成膜処理装置及び成膜方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら、搬送室内にアルゴン等の不活性ガスを導入することで、水分の吸着による汚染が防止できるものの、搬送室に不活性ガスを導入する装置等が必要で、大がかりとなってしまうと共に、コストが増大してしまうという問題がある。

特開２０００−２６９５６８号公報（第３〜４頁、第１、３図）特開２００１−６９６３号公報（第５〜６頁、第１〜３図）

本発明はこのような事情に鑑み、基板の汚染を防止して優れた膜質の成膜を行うことができると共に複数の基板の膜質を均一化することができ、且つコストを低減した成膜処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、内部が真空状態の搬送室によって繋がれた基板の成膜処理を行うチャンバー間で前記基板を前記搬送室内を通過させて搬送する際に、一方のチャンバーで成膜処理が終わった当該基板を前記搬送室内で待機させることなく前記搬送室を可及的速やかに通過させて他方のチャンバーに搬送することを特徴とする成膜処理方法にある。
かかる第１の態様では、基板をチャンバー間で移動させる際に、真空状態の水分を含有する雰囲気の搬送室内を可及的速やかに通過させることにより、基板及び基板に形成された膜等に水分が吸着するのを低減して、優れた膜質の成膜処理を行うことができる。また、搬送室にアルゴンガス等を導入しなくても基板への水分の吸着を低減できるため装置が大がかりになることがなく、コストを低減することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、一方のチャンバー内で処理された前記基板を当該チャンバー内で一定時間待機させることを特徴とする成膜処理方法にある。
かかる第２の態様では、成膜処理された基板を水分を含有する搬送室内で待機させることなく、チャンバー内で待機させることにより、水分の吸着を低減することができると共に、成膜処理により活性化された基板表面あるいは膜表面を安定化させることができ、さらに搬送室内での水分の吸着を低減して優れた膜質の成膜処理を行うことができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、複数枚の基板を１バッチとして、各基板の前記搬送手段による前記搬送室を通過させる搬送時間を同一時間とすることを特徴とする成膜処理方法にある。
かかる第３の態様では、複数の基板の膜質にバラツキが生じるのを防止して、ほぼ同一の膜質で成膜処理された複数の基板を得ることができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記一方のチャンバーでは、逆スパッタリングを行うことを特徴とする成膜処理方法にある。
かかる第４の態様では、逆スパッタリングにより活性化された基板であっても、水分の吸着を低減して優れた膜質の成膜処理を行うことができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記一方のチャンバーでは、チタン又はジルコニウムの成膜処理を行うことを特徴とする成膜処理方法。
かかる第５の態様では、水分を吸着し易いチタン又はジルコニウムを成膜処理したとしても、水分の吸着を低減して優れた膜質の成膜処理を行うことができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る成膜処理装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、成膜処理装置１０は、基板１にスパッタリング及び逆スパッタリング等の成膜処理を施す第１のチャンバー１１ａ及び第２のチャンバー１１ｂと、この第１及び第２のチャンバー１１ａ及び１１ｂの内部に連通することで両者を繋ぎ、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ間で基板１を搬送した際に基板１が通過される搬送室１２と、複数枚の基板１を保持したカートリッジ１３とを具備するロードロック室から構成される。

第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂは、基板１にスパッタリング及び逆スパッタリング等の成膜処理を施すものであり、例えば、図示しない各種ターゲットや、アルゴンガス等のスパッタリングガスを充填する充填装置、電極及び電源等が設けられている。なお、逆スパッタリングとは、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ内にスパッタリングガスを導入し、基板１とターゲットとにＲＦ電界を印加して基板１の表面又は膜表面をわずかにエッチングする操作であり、これにより基板の表面又は成膜面をクリーニングするものである。

搬送室１２は、カートリッジ１３、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ間などに基板１を搬送させる際に基板１が通過するところであり、内部は図示しない真空ポンプ等によって真空状態又は超真空状態になっている。本実施形態では、搬送室１２内を真空状態又は超真空状態とすることで、基板１に粉塵等が付着するのを防止するものの、水分が含有されていることを避けることができない。

また、搬送室１２内には、カートリッジ１３及びチャンバー１１間などに基板１を移動させる搬送手段１４が設けられている。この搬送手段１４は、菱形形状に設けられて屈折することで伸縮自在に設けられたアーム部１５と、基板１が保持される保持テーブル１６とで構成されている。

このような搬送手段１４は、基端部が搬送室１２の中央部に回転自在に保持され、保持テーブル１６を第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ及びカートリッジ１３に相対向する位置に移動されるようになっている。このような搬送手段１４の回転方向の移動は、図示しない駆動モータ等の駆動により行われる。また、搬送手段１４のアーム部１５は、図示しない駆動モータ等の駆動により伸縮し、保持テーブル１６を第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ及びカートリッジ１３内と、搬送室１２内とに移動されるようになっている。これにより、搬送手段１４は、カートリッジ１３、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ間で基板１を搬送室１２を通過させて搬送することができる。なお、保持テーブル１６による基板１の保持方法は特に限定されないが、例えば、静電吸着力により基板１を保持テーブル１６上に吸着させる方法などが挙げられる。

また、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂと搬送室１２とが連通する部分には、搬送室１２と第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂとを隔離するシャッター１７が設けられている。このシャッター１７は、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ内で基板１に成膜処理を行っている間は閉口されて、搬送室１２の内部と第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂの内部とを隔離するようになっている。そして、シャッター１７は、基板１の搬送時にのみ開口して、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂと搬送室１２との内部を連通するようになっている。これにより、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ内で成膜処理を施す際に、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ内のみをアルゴンガス等のスパッタリングガスで充填することができると共に、搬送室１２内を真空状態にすることができる。

カートリッジ１３は、搬送室１２に固定されており、内部に第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂで連続して成膜処理される複数の基板１が保持されている。本実施形態では、連続して成膜処理される基板１を２６枚として、カートリッジ１３内に２６枚の基板１が保持されるようにした。すなわち、本実施形態の成膜処理装置１０は、詳しくは後述する成膜処理方法によって、カートリッジ１３内に保持された２６枚の基板１を１バッチとして、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂで連続して成膜処理するようになっている。また、搬送室１２とカートリッジ１３との間にもシャッター１７が設けられており、搬送室１２内とカートリッジ１３内とをシャッター１７で隔離することによって、搬送室１２内の真空状態を保ったまま、カートリッジ１３の交換を行うこともできる。

このような成膜処理装置１０によって複数の基板１を１バッチとして連続して成膜処理する本発明の成膜処理方法について説明する。なお、図２及び図３は、本発明の実施形態１に係る成膜処理方法を示す成膜処理装置の平面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、搬送手段１４によってカートリッジ１３から１枚目の基板１ａを第１のチャンバー１１ａ内に搬送し、第１のチャンバー１１ａ内で１枚目の基板１ａに成膜処理を行う。この成膜処理は、上述したように逆スパッタリングであっても各種膜の成膜であってもよい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、搬送手段１４によって第１のチャンバー１１ａで成膜処理が行われた１枚目の基板１ａを第１のチャンバー１１ａ内で待機させることなく、１枚目の基板１ａを第２のチャンバー１１ｂに搬送する。このとき、搬送手段１４は、１枚面の基板１ａが搬送室１２で待機することなく、第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂに可及的速やかに搬送する。ここで、本実施形態の可及的速やかにとは、搬送手段１４の搬送能力によりかかる搬送時間だけで搬送することを言う。本実施形態では、１枚目の基板１ａを第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂまで搬送した際に１枚目の基板１ａが搬送室１２を通過した時間は、約３０秒であった。すなわち、搬送手段１４の搬送能力による搬送時間が３０秒であった。

また、第２のチャンバー１１ｂに搬送された１枚目の基板１ａに直ちに成膜処理を行うようにした。このように基板１ａを第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂに搬送室１２内で待機させることなく可及的速やかに搬送することで、搬送室１２内が真空状態又は超真空状態となっていて水分が含有されていて、しかも、基板１ａの表面が成膜処理により活性化されていても、成膜処理した部分に水分が付着し難く、優れた膜質の成膜処理を施すことができる。特に、第１のチャンバー１１ａで逆スパッタリングを行い、第２のチャンバー１１ｂで吸湿性の高いチタン（Ｔｉ）又はジルコニウム（Ｚｒ）などを成膜した場合には、１枚目の基板１ａの搬送室１２を通過する時間を短くすることで、水分による影響を抑えることができ、第２のチャンバー１１ｂで優れた膜質の成膜処理を行うことができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、搬送手段１４によってカートリッジ１３から２枚目の基板１ｂを第１のチャンバー１１ａ内に搬送し、第１のチャンバー１１ａ内で２枚目の基板１ｂに成膜処理を行う。

次いで、図３に示すように、搬送手段１４によって第１のチャンバー１１ａで成膜処理が行われた２枚目の基板１ｂを第１のチャンバー１１ａ内で待機させることなく第２のチャンバー１１ｂに搬送する。このとき、搬送手段１４は、２枚面の基板１ｂが搬送室１２で待機することなく、第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂに可及的速やかに搬送する。また、２位枚目の基板１ｂを第２のチャンバー１１ｂに搬送する前に、第２のチャンバー１１ｂ内で成膜処理された１枚目の基板１ａをカートリッジ１３に搬送しておくことで、第２のチャンバー１１ｂ内を空けておく。すなわち、第１のチャンバーで２枚目の基板１ｂの成膜処理が終わる前に、第２のチャンバー１１ｂで１枚目の基板１ａの成膜処理が終わっていなければ、２枚目の基板１ｂの成膜処理が終わった後に搬送室１２内で待機時間が発生するため、第１のチャンバー１１ａ内で２枚目の基板１ｂの成膜処理が終わる前に第２のチャンバー１１ｂ内から１枚目の基板１ａを搬送して、２枚目の基板１ｂを第２のチャンバー１１ｂに可及的速やかに搬送できるようにしておく。また、このときの搬送時間は、１枚目の基板１ａと同じ時間、すなわち、約３０秒となるようにする。

このときも、上述した１枚目の基板１ａと同様に、２枚目の基板１ｂを第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂに搬送室１２内で待機させることなく可及的速やかに搬送することで、搬送室１２内が真空状態又は超真空状態となっていて水分が含有されていて、しかも、基板１ｂの表面が成膜処理により活性化されていても、成膜処理した部分に水分が付着し難く、優れた膜質の成膜処理を施すことができる。

その後は、３枚目以降の基板１も上述したのと同様に、基板１を搬送室１２で待機させることなく可及的速やかに搬送して、第１のチャンバー１１ａ及び第２のチャンバー１１ｂで成膜処理を施すことにより、１バッチ、本実施形態では、２６枚の基板１に成膜処理を行う。このときも全ての基板１において、搬送室１２を通過する搬送時間を同じ時間としておく。

このように、スパッタリング又は逆スパッタリング等の成膜処理を行った後、搬送室１２内で基板１を待機させることなく、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ間の移動を連続して行わせることによって、基板１の活性化された表面に搬送室１２内で水分が吸着するのを低減させて、良好な膜質の成膜処理を行わせることができる。

また、複数枚の基板１、本実施形態では、２６枚の基板１を１バッチとして連続して処理した際に、各基板１が搬送室１２を通過する搬送時間を同じ時間とすることで、各基板１に成膜処理した膜質のバラツキを無くして、各基板１に同一の膜質で成膜処理を行うことができる。

（実施形態２）
上述した実施形態１では、第１のチャンバー１１ａ内で基板１の成膜処理を行った後、基板１を直ちに次の第２のチャンバー１１ｂに搬送するようにしたが、本実施形態では、第１のチャンバー１１ａで成膜処理した基板１をそのまま第１のチャンバー１１ａ内で待機させるようにした。

また、上述した実施形態１と同様に、第１のチャンバー１１ａから第２のチャンバー１１ｂに基板１を搬送する際には、搬送室１２で基板１を待機させずに可及的速やかに搬送するようにした。

このように、第１のチャンバー１１ａで成膜処理した基板１をそのまま第１のチャンバー１１ａ内で待機させることにより、成膜処理により活性化された基板１の表面を安定化させて、第２のチャンバー１１ｂ内で成膜処理することができるため、さらに搬送室１２内で水分の吸着を防止することができ、優れた膜質の成膜処理を施すことができる。

（実施例１）
シリコン単結晶基板からなる基板上に厚さが１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜上に上述した実施形態１と同様の方法により２６枚の基板を１バッチとして連続して成膜処理を行った。詳しくは、基板の酸化シリコン膜上に第１のチャンバー１１ａにてスパッタリングにより５ｎｍ（２５秒間）逆スパッタリングした後、基板が第１のチャンバー１１ａ内で待機することなく、第２のチャンバー１１ｂ内でＤＣマグネトロンスパッタリングによりジルコニウム（Ｚｒ）からなる膜を２５０ｎｍ（処理時間４分３０秒）で形成した。なお、１枚目の基板は、成膜処理装置の安定化を図るためダミー基板とした。

（実施例２）
シリコン単結晶基板からなる基板上に厚さが１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜上に上述した実施形態２と同様の方法により２６枚の基板を１バッチとして連続して成膜処理を行った。詳しくは、基板の酸化シリコン膜上に第１のチャンバー１１ａにてスパッタリングにより５ｎｍ（２５秒間）逆スパッタリングした後、基板を第１のチャンバー１１ａ内で４分間待機させてから第２のチャンバー１１ｂ内でＤＣマグネトロンスパッタリングによりジルコニウム（Ｚｒ）からなる膜を２５０ｎｍ（処理時間４分３０秒）で形成した。なお、１枚目の基板は、成膜処理装置の安定化を図るためダミー基板とした。

（比較例）
シリコン単結晶基板からなる基板上に厚さが１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜上に上述した実施形態１と同様の成膜処理装置１０を用いて、従来の成膜処理方法によって逆スパッタリング及びジルコニウムからなる膜の成膜を２６枚の基板を１バッチとして連続して成膜処理を行った。すなわち、第１のチャンバー１１ａで成膜処理が終了後、基板を第２のチャンバー１１ｂに搬送するが、このとき、第２のチャンバー１１ｂ内で前の基板の成膜処理が終わっていない場合には、搬送室１２内で基板を待機させるようにした。また、搬送室１２内で待機している基板がある場合には、第１のチャンバー１１ａ内で成膜処理が終わっても第１のチャンバー内で待機させるようにした。このときの第１のチャンバー１１ａ及び搬送室１２内での待機時間を計測した結果を下記表１に示す。

（試験例）
上述した実施例１及び２と比較例とによってジルコニウムが成膜された基板について、Ｘ線回折装置ＧＸＲ−３００（Ｃｕ管球；リガク株式会社製）で広角法によりジルコニウムの（００２）面の回折強度を測定した。この結果を図４に示す。

図４に示すように、実施例１及び２の成膜処理方法によって成膜したジルコニウムの回折強度は、２５枚に亘って常に安定しているのに対し、比較例の成膜処理方法で成膜したジルコニウムの回折強度には、バラツキが発生していることが分かった。特に、比較例の２枚目及び３枚目の基板のジルコニウムの回折強度が、４枚目以降の基板のジルコニウムの回折強度と比較して大きく異なることが分かる。これは、比較例の２枚目及び３枚目の基板の第１のチャンバー１１ａ及び搬送室１２内での待機時間が、４枚目以降の基板の待機時間と異なるためだと考えられる。

このように、実施例１及び２のように、複数の基板を搬送室１２で待機させることなく、連続して第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂ間を搬送させることにより、基板の汚染を防止して優れた膜質の成膜を行うことができると共に複数の基板の膜質を均一化することができ、コストを低減することができる。

また、実施例２の基板のジルコニウムの回折強度に比べて、実施例１の基板のジルコニウムの回折強度が大きいことから、実施例２の場合には、逆スパッタリング後の基板への水分の吸着がほとんど無いため、基板からの拘束により回折強度が低くなってしまうと予想される。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、成膜処理を行う２つの第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂが設けられた成膜処理装置１０を例示したが、特にこれに限定されず、チャンバーが２つ以上であれば、複数設けられていても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態１及び２では、第１及び第２のチャンバー１１ａ、１１ｂで基板１を１枚ずつ成膜処理するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、各チャンバーで複数の基板を同時に成膜処理できるようにしてもよい。

本発明の実施形態１に係る成膜処理装置の概略構成を示す平面図である。本発明の実施形態１に係る成膜処理方法を示す平面図である。本発明の実施形態１に係る成膜処理方法を示す平面図である。本発明の試験例による試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ基板、１０成膜処理装置、１１ａ第１のチャンバー、１１ｂ第２のチャンバー、１２搬送室、１３カートリッジ、１４搬送手段、１７シャッター

Claims

内部が真空状態の搬送室によって繋がれた基板の成膜処理を行うチャンバー間で前記基板を前記搬送室内を通過させて搬送する際に、一方のチャンバーで成膜処理が終わった当該基板を前記搬送室内で待機させることなく前記搬送室を可及的速やかに通過させて他方のチャンバーに搬送することを特徴とする成膜処理方法。
請求項１において、一方のチャンバー内で処理された前記基板を当該チャンバー内で一定時間待機させることを特徴とする成膜処理方法。
請求項１又は２において、複数枚の基板を１バッチとして、各基板の前記搬送手段による前記搬送室を通過させる搬送時間を同一時間とすることを特徴とする成膜処理方法。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記一方のチャンバーでは、逆スパッタリングを行うことを特徴とする成膜処理方法。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記一方のチャンバーでは、チタン又はジルコニウムの成膜処理を行うことを特徴とする成膜処理方法。