JP2008280617A - Composite film deposition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体やハードディスクの製造に使用されるスパッタ装置やCVD装置等の成膜装置及び複合成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus used for manufacturing semiconductors and hard disks, and a composite film forming apparatus.
従来の成膜装置、例えばスパッタ装置では基板の上面に膜を成膜していた。そのため、ステージ上に載置された基板の被成膜面上にダスト等の異物が付着しやすいという欠点があり、異物の付着によって膜に欠陥が生じるおそれがあった。また、基板搬送工程においても基板の成膜面を上方にして搬送を行っていたので同様の問題があった。 In a conventional film forming apparatus such as a sputtering apparatus, a film is formed on the upper surface of the substrate. For this reason, there is a drawback that foreign matters such as dust are likely to adhere to the film formation surface of the substrate placed on the stage, and there is a possibility that the film may be defective due to the attachment of foreign matters. Further, since the substrate is transported with the film-forming surface of the substrate facing upward in the substrate transport process, there is a similar problem.
これの問題を解決するために、特許文献1では基板の成膜面を略鉛直下向きに保持した状態で成膜を行う成膜装置が開示されている。この成膜装置では図7に示すように基板Sを爪71cおよびボルトBを用いて基板アダプタ71に固定し、この基板アダプタ71の上面(基板Sが装着されている面71aとは反対側の面)に突設したヘッド部71bを成膜装置の成膜室内に設置された基板保持機構で保持することによって成膜室内において基板の被成膜面が鉛直下向きになるように固定している。被成膜面が鉛直下方を向いているため、被成膜面および成膜面に微細な反応性生物やごみなどが付着するのを防止することができ、品質の高い膜を成膜することができる。
In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses a film forming apparatus that performs film formation in a state where the film formation surface of the substrate is held substantially vertically downward. In this film forming apparatus, as shown in FIG. 7, the substrate S is fixed to the
また、特許文献1では基板保持機構は成膜室の壁面と一体となっているが、これを独立した構造として成膜室に設置することも可能である。図6は独立した構造の基板保持機構を示す図である。図6の基板保持機構は基板アダプタ7をチャッキングするクランプブロック61と、クランプブロック及び前記クランプブロックに把持された前記基板アダプタを鉛直方向に昇降させる昇降機構62と前記クランプブロックを格納するハウジング63と、前記基板アダプタと当接することによって、前記基板アダプタ及び基板アダプタに固定された前記基板を成膜室内の所定の位置に固定するステージ64で構成されている。
従来の成膜装置では組立の容易性から図6に示すようにクランプブロックが昇降する昇降部65はハウジング63の一部とステージ64の一部から構成されている。そのため、昇降部の内壁65aにはハウジング63とステージ64の接合部Aが存在することになり、昇降機構の組立精度によってはこの接合部に段差が生じることがある。昇降部の内壁65aとクランプブロック61の隙間は昇降動作時に基板アダプタのずれが生じないようできるだけ小さくする必要があり、そのため、接合部に生じた段差にクランプブロック61やクランプブロック61に把持された基板アダプタ7の一部が引っかかることがある。その結果、クランプブロック61の昇降動作ができなくなり、成膜プロセスが途中で中断してしまうおそれがあった。
In the conventional film forming apparatus, as shown in FIG. 6, the
本発明の目的は基板保持機構の組立の容易性を損なわずにクランプブロックの昇降動作の信頼性を向上させた成膜装置の及び複合成膜装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a composite film forming apparatus that improve the reliability of the lifting and lowering operation of the clamp block without impairing the ease of assembly of the substrate holding mechanism.
本発明の成膜装置は、基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態で成膜を行う成膜室を備えた成膜装置において、前記基板を固定する基板アダプタと、前記成膜室内において前記基板の被成膜面が略鉛直下向となるように前記基板アダプタの一部を把持するクランプブロックと、前記クランプブロックと結合し、昇降動作を行うことによって前記クランプブロックが把持した基板アダプタの成膜室内での移動および成膜室内の所定の位置での固定を行う昇降機構と、昇降動作によって前記クランプブロックおよびクランプブロックに把持された前記基板アダプタの一部が昇降する昇降部によって構成される基板保持機構を備え、前記昇降部の内壁が単一の部材で構成されることを特徴としている。 The film forming apparatus of the present invention includes a substrate adapter for fixing the substrate, and the film forming apparatus provided with a film forming chamber for forming a film in a state where the film formation surface of the substrate is held substantially vertically downward. A clamp block for gripping a part of the substrate adapter so that the film-forming surface of the substrate is substantially vertically downward in the room, and the clamp block is gripped by being connected to the clamp block and performing an elevating operation. Elevating mechanism for moving the substrate adapter in the film forming chamber and fixing it at a predetermined position in the film forming chamber, and an elevating unit for raising and lowering the clamp block and a part of the substrate adapter held by the clamp block by the elevating operation And the inner wall of the elevating part is composed of a single member.
また、本発明の複合膜成膜装置は、上記の成膜装置を二つ以上備え、その成膜装置間において基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態でその基板を搬送する搬送装置を有することを特徴としている。 In addition, the composite film deposition apparatus of the present invention includes two or more of the film deposition apparatuses described above, and transports the substrate with the deposition surface of the substrate held substantially vertically downward between the film deposition apparatuses. It has the device.
本発明の基板保持機構はクランプブロックを昇降機構によって降下させ、基板保持機構の下部に搬送された基板アダプタの一部を把持し、その後、クランプブロックを上昇させて基板アダプタおよび基板アダプタに固定された基板を成膜室内で移動させた後、所定の位置に固定する。 In the substrate holding mechanism of the present invention, the clamp block is lowered by the elevating mechanism, a part of the substrate adapter conveyed to the lower part of the substrate holding mechanism is gripped, and then the clamp block is raised and fixed to the substrate adapter and the substrate adapter. The substrate is moved in the film formation chamber and then fixed at a predetermined position.
この動作の際に、昇降部内壁を単一の部材で構成することによって、昇降部の内壁に構成部材の接合による段差が生じなくなり、昇降部の内壁とクランプブロックの隙間を小さくしても、クランプブロックやクランプブロックに把持された基板アダプタの一部が昇降部の内壁に引っかかることを防止することができる。 In this operation, by configuring the inner wall of the lifting unit with a single member, a step due to joining of the component members does not occur on the inner wall of the lifting unit, and even if the gap between the inner wall of the lifting unit and the clamp block is reduced, It is possible to prevent the clamp block or a part of the substrate adapter held by the clamp block from being caught on the inner wall of the elevating unit.
このような機構によって、昇降動作のエラーを防止し、成膜プロセスが途中で中断することによる成膜の歩留まり低下を防ぐことができる。特に成膜室を2つ以上備えた成膜装置で基板の成膜面に2層以上の成膜を行う場合においては、各成膜室内での昇降動作の信頼性が向上するため、成膜室が1つの成膜装置よりもさらに成膜の歩留まりを向上させることができる。 With such a mechanism, an error in the raising / lowering operation can be prevented, and a reduction in film formation yield due to interruption of the film formation process can be prevented. In particular, in the case where two or more layers are deposited on the deposition surface of a substrate with a deposition apparatus having two or more deposition chambers, the reliability of the lifting operation in each deposition chamber is improved. The deposition yield can be further improved as compared with a deposition apparatus having one chamber.
図1を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図1は本発明による成膜装置の一実施の形態を示す図であり、ECR−CVD装置の概略構成を示す図である。ECR−CVD装置の成膜室1内には、基板アダプタ2に固定された状態の基板Sが、基板保持機構30により被成膜面Pを下向きにして装着されている。なお、基板アダプタ2およびそれを装置へ装着するための機構の詳細は後述する。ECRプラズマ発生部3は、磁場内にマイクロ波電力を供給して電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生し、成膜室1内にプラズマ流を導入するものである。
The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention, and is a diagram showing a schematic configuration of an ECR-CVD apparatus. In the film forming chamber 1 of the ECR-CVD apparatus, the substrate S fixed to the
マイクロ波源4で発生した2.45GHzのマイクロ波を導波管5を介してプラズマ室6に導入すると、プラズマ室6においてマイクロ波放電が発生する。さらに、コイル7,8による磁場によってECR条件の磁束密度875Gを形成すると、電子サイクロトロン共鳴が生じて活性なECRプラズマが発生する。プラズマ室6内に発生したECRプラズマは、プラズマ窓9から発散磁界に沿って上方の成膜室1内に移動する。
When a 2.45 GHz microwave generated by the microwave source 4 is introduced into the
バイアス電源部10においては、バイアス電源11がマッチングユニット12を介して成膜室1内の基板アダプタ2に接続されており、成膜室1内に配置された基板Sに負のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は電圧モニタ13により測定される。反応ガス導入部14から成膜室1内に導入された反応ガスはECRによる高密度プラズマ内でイオン化され、上記負バイアス電圧によって基板Sの被成膜面P上に成膜される。例えば、DLC(Diamondlike Carbon)膜を成膜する場合には、エチレン(C2H4)、メタン(CH4)、プロパン(C3H8)等が成膜ガスとして反応ガス導入部14から供給される。15は成膜室1内の排気を行う排気ポンプであり、16は成膜室1内の圧力を測定する圧力計である。なお、装置全体のコントロールや成膜条件の制御は制御部17によって行われる。
In the bias
図2は、基板Sが装着された基板アダプタ2の斜視図である。基板アダプタ2の下面2aには、基板Sが爪2cおよびボルトBを用いて固定される。基板アダプタ2の上面(基板sが装着される面2aとは反対側の面)には、ヘッド部2bが突設されている。基板Sが装着された基板アダプタ2は、基板S側を鉛直下方状態にし、被成膜面Pが鉛直下方を向くようにして図1の成膜室1に搬送される。
FIG. 2 is a perspective view of the
図3は、図1の成膜室1の上部に設けられた基板保持機構30の断面図である。基板保持機構30は基板アダプタ2のヘッド部2bを把持するクランプブロック31と、クランプブロック31と結合し、鉛直方向に昇降させる昇降機構32とクランプブロック31を格納するハウジング33と、前記基板アダプタ2と当接することによって、前記基板アダプタ及び基板アダプタに固定された前記基板を成膜室1内の所定の位置に固定するステージ34で構成されている。クランプブロック31、ハウジング33、ステージ34はオーステナイト系ステンレス鋼で作成されているが、この部材に限定される物ではなく、成膜プロセスの条件等によって最適な部材を適宜選択することができる。ハウジング33は少なくとも昇降部の内壁35aが単一の部材で構成されるよう作られており、ステージ34の中央に設けられた穴を貫通する構造となっている。この構造によってクランプブロックが昇降する昇降部35の内壁35aに段差を生じることなく各構成部品を組み立てることができる。基板アダプタ2はヘッド部2bをクランプブロック31に掛けるようにして把持される。この基板保持機構30は成膜室1の上壁1aに固定されており、成膜室内での基板の保持を行う。図1のバイアス電源11およびマッチング回路12はハウジング33およびステージ34を介して基板アダプタ2に接続されており、基板Sに負のバイアス電圧が印加される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
成膜装置の成膜室1において基板アダプタがクランプブロックによって把持される様子について図4に基づいて説明する。基板アダプタ2が載置された搬送ロボット21をクランプブロック31に対して矢印R方向に移動させて、クランプブロック31に形成された長孔部311にヘッド部2bの軸201を挿入する。次いで、クランプブロック31を図3の昇降機構32(エアシリンダ等が用いられる)により上方に引き上げると、ヘッド部2bがクランプブロック31に掛かって基板アダプタ2がクランプブロック31に吊り下げられることになる。
The manner in which the substrate adapter is held by the clamp block in the film forming chamber 1 of the film forming apparatus will be described with reference to FIG. The
基板Sが装着された基板アダプタ2をクランプブロック31に吊り下げたならば、クランプブロック31を昇降機構32によりさらに上方に引き上げて、基板アダプタ2を図3のステージ34に当接させる。図3に示すようにクランプブロック31が昇降する昇降部35の内壁35aに段差がないため、ヘッド部2bを図3の昇降部の内面に引っかけることなく基板アダプタ2を図3のステージ34に当接させることができる。
When the
このようにして、基板Sが装着された基板アダプタ2が図1の成膜室1内に固定され、その後に、成膜プロセスが行われる。このように基板Sが固定された基板アダプタ2を昇降機構32により上方に引き上げてステージ34に当接させるようにしているので、振動などにより基板Sがずれたりせず確実に固定することができる。
In this way, the
図5は複数の成膜装置を一体とした複合成膜装置50の一例を示す図である。図5の複合成膜装置50は例えば磁気ヘッドに保護膜を形成する装置であり、搬送ロボット21が設けられている搬送室51に対して、ロードロック室52,スパッタ装置53、エッチング装置54およびECR−CVD装置55がゲートバルブ56a〜56dを介して一体に設けられている。スパッタ装置53、エッチング装置54およびECR−CVD装置55の内部には図3に示す基板保持機構30が設けられている。ロードロック室52には、基板アダプタ2に装着された状態の基板Sを複数収納した基板カセット57が装填される。図5では、複数の基板Sが紙面と垂直方向に並べて収納されている。また、基板カセット57内では、基板Sの被成膜面P(図2参照)が鉛直下方を向くように収納される。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a composite
一例として図2の基板Sの被製膜面Pに第1層としてSi薄膜を成膜し、第2層としてDLC(Diamondlike Carbon)薄膜を成膜する場合の成膜手順は以下のようになる。まず、ロードロック室52を大気開放して、基板カセット57をロードロック室52に装填する。このとき、ゲートバルブ56b〜56dは閉じており、搬送室51,スパッタ装置53、エッチング装置54およびECR−CVD装置55はそれぞれ真空排気されている。
As an example, a film forming procedure when a Si thin film is formed as the first layer and a DLC (Diamondlike Carbon) thin film is formed as the second layer on the deposition surface P of the substrate S in FIG. 2 is as follows. . First, the
次に、ロードロック室52を真空排気した後、ゲートバルブ56aを開いて搬送ロボット21により基板カセット57から基板Sが装着された基板ホルダ2を一つ取り出し、ゲートバルブ56aを閉じた後にゲートバルブ56cを開いてエッチング装置54に装填する。エッチング装置54内でも、基板アダプタ2は図3に示した基板保持機構30により所定の位置にセットされる。
Next, after the
その後、ゲートバルブ56cを閉じてエッチングにより基板Sの被成膜面Pを洗浄して酸化膜等を除去する。このエッチングも基板Sの被成膜面Pを下に向けて行う。エッチングが終了したならば、ゲートバルブ56cを開いて基板Sをエッチング装置54より取り出し、ゲートバルブ56cを閉じた後にゲートバルブ56bを開いて基板Sをスパッタ装置53に装填する。スパッタ装置53でも基板アダプタ2は図3に示した基板保持機構30により所定の位置にセットされ、基板Sの被成膜面Pを下向きにした状態でスパッタが行われる。スパッタ装置53では、スパッタ法によりSi層を基板Sの被成膜面P上に所定厚さだけ成膜する
Thereafter, the
次いで、スパッタが終了したならば、ゲートバルブ56bを開いてスパッタ装置53から磁気ヘッド基板60を取り出し、ゲートバルブ56bを閉じた後にゲートバルブ56dを開いて磁気ヘッド基板60をECR−CVD装置55に装填する。上述したように、基板アダプタ2は図3に示す基板保持機構30によりセットされ、磁気ヘッド基板60を下向きにした状態で下方からECR成膜が行われる。ECR−CVD装置55では、ECR−CVD法によりDLC膜をSi層が成膜された被成膜面P上に所定厚さだけ成膜する。DLC膜の成膜が終了したならば、ゲートバルブ56dを開いて磁気ヘッド基板60をECR−CVD装置55から取り出し、ゲートバルブ56dを閉じた後にゲートバルブ56aを開いて磁気ヘッド基板60をロードロック室52の基板カセット57に収納する。
Next, when the sputtering is completed, the
このようにして一つの基板Sについて成膜が終了したならば、基板カセット57にセットされた二つ目以降の基板Sについて同様の成膜を行った後、ロードロック室52を大気開放して基板カセット57,58を取り出す。なお、上述した一連の成膜,エッチングおよび搬送工程においては、基板Sの被成膜面は常に下向きの状態で同一の基板アダプタ2にセットされている。
When film formation is completed for one substrate S in this way, similar film formation is performed for the second and subsequent substrates S set in the
なお、図5では3つの成膜装置53,55,エッチング装置54を共通の搬送室51を介して一体に接続したが、各装置53〜55を共通の搬送室51を介することなく、独立して配置されていても良い。この場合も各装置間で基板アダプタ2により基板の被成膜面を下に向けて搬送する。また、搬送室51にはスパッタ装置53およびECR−CVD装置55のような成膜装置の他に、一連の成膜プロセスにおいて必要となるエッチング装置54も設けられているが、本発明では、このような一連の成膜プロセスに必要な装置も成膜装置とみなして扱う。さらに、搬送室51に接続される装置は3つに限定されない。
In FIG. 5, the three
なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の主旨の範囲で適宜変更や修正を加えることができるのは明らかである。 It should be noted that each of the above embodiments is an example of the present invention, and it is obvious that changes and modifications can be made as appropriate within the scope of the gist of the present invention.
1 成膜室、 1a 上壁、 2 基板アダプタ、 3 ECRプラズマ発生部、
4 マイクロ波源、 5 導波管、 6 プラズマ室、 7 コイル、 8 コイル、
9 プラズマ窓、 10 バイアス電源部、 11 バイアス電源、
12 マッチングユニット、 13 電圧モニタ、 14 反応ガス導入部、
15 排気ポンプ、 16 圧力計、 17 制御部、
2b ヘッド部、 2c 爪、 201 軸、 21 基板搬送装置、
30 基板保持機構、 31 クランプブロック、 32 昇降機構、
33 ハウジング、 34 ステージ、 311 長孔部、 35昇降部、
35a 内壁
51 搬送室、 52 ロードロック室、 53 スパッタ装置、
54 エッチング装置、 55 ECR−CVD装置、56a〜56d ゲートバルブ、
57 基板カセット
1 deposition chamber, 1a upper wall, 2 substrate adapter, 3 ECR plasma generator,
4 microwave source, 5 waveguide, 6 plasma chamber, 7 coil, 8 coil,
9 Plasma window, 10 Bias power supply, 11 Bias power supply,
12 matching unit, 13 voltage monitor, 14 reaction gas introduction part,
15 Exhaust pump, 16 Pressure gauge, 17 Control unit,
2b head part, 2c claw, 201 axis, 21 substrate transfer device,
30 substrate holding mechanism, 31 clamp block, 32 lifting mechanism,
33 housing, 34 stage, 311 long hole part, 35 elevating part,
35a inner wall
51 transfer chamber, 52 load lock chamber, 53 sputter device,
54 etching apparatus, 55 ECR-CVD apparatus, 56a-56d gate valve,
57 Substrate cassette
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