JP2013251370A

JP2013251370A - 基板搭載装置

Info

Publication number: JP2013251370A
Application number: JP2012124437A
Authority: JP
Inventors: Atsufumi Ogishi; 厚文大岸; Tetsuya Saruwatari; 哲也猿渡; Daisuke Imai; 大輔今井; Takeshi Mishina; 健三科
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】膜の堆積に起因する変形が抑制された基板搭載装置を提供する。
【解決手段】成膜処理対象の基板を搭載して成膜装置に格納される基板搭載装置であって、基板の搭載される搭載領域が定義された搭載面を有し、搭載面の少なくとも搭載領域の残余の領域である堆積領域の表面に、堆積領域に堆積される膜が堆積領域の全面に渡って連続的には搭載面と密着しないように凹凸構造が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜処理対象の基板を搭載して成膜装置に格納される基板搭載装置に関する。

半導体装置の製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜、エッチング、アッシングなどの処理にプラズマ処理装置が用いられている。例えば成膜装置として、平行平板を構成するカソード電極とアノード電極間にプラズマを形成して成膜処理を行うプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置が知られている。

プラズマＣＶＤ成膜装置の基板処理方法は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式と複数の基板を同時に処理するバッチ式に大別される。太陽電池は基板サイズが１２５ｍｍ〜１５６ｍｍ程度と小さく、また、基板１枚当たりにかけられるコストが小さいために単位時間当たりの処理基板枚数を多くする必要がある。このため、太陽電池用の成膜装置ではバッチ式が用いられることが多い。

バッチ式では、複数の基板を同時に成膜処理室に搬送するために、基板を基板搭載装置に移載する。基板搭載装置には、水平な板に基板を水平に並べるカートタイプや、基板を垂直に複数並べるボートタイプなどがある。

基板搭載装置は基板を搭載した状態で成膜処理室に搬送され、カソード電極又はアノード電極として使用される。成膜処理後に基板が基板搭載装置から取り外され、新たな基板が基板搭載装置に移載されて成膜処理室に搬送される。例えば、基板搭載装置から基板を容易に取り外すことができ、且つ基板が搭載される領域の磨耗を抑制するために、基板搭載装置の基板と接触する領域の表面に凹凸を形成する方法が提案されている（特許文献１参照。）。

成膜装置の連続運転中は常に基板を移載する必要があるため、基板搭載装置は、基板の移載における大気冷却と成膜処理における真空加熱とが連続的に繰り返される。その間、基板搭載装置のプラズマに曝されている箇所にも繰り返し薄膜が堆積する。基板搭載装置に数μｍ〜数十μｍの薄膜が堆積した状態で基板に薄膜を形成すると、基板上の薄膜の膜厚分布の劣化、パーティクルの発生、不安定な放電などが生じるおそれがある。このため、基板搭載装置は定期的に溶液又はガスで洗浄され、堆積した膜が除去される。このようにして、基板搭載装置は繰り返し使用される。

特許第３１６０２２９号公報

基板搭載装置に堆積した膜は応力を持ち、基板搭載装置が十分な剛性を有しない場合には、基板搭載装置を変形させる要因となる。基板搭載装置が変形すると、成膜工程時のアノード電極とカソード電極間距離の不均一や基板が適切に搭載されないなどの問題が生じる。また、基板搭載装置に堆積された膜は、真空加熱と大気冷却の繰り返しによって局所的に剥離する。この局所的な剥離が発生すると、膜応力が偏ってしまい、これも基板搭載装置の変形を引き起こす原因となる。

したがって、一定量以上の変形が生じると基板搭載装置を洗浄して膜を除去する必要がある。この洗浄頻度が高くなると、成膜装置の稼働率低下やランニングコストの増大という問題が生じる。

上記問題点に鑑み、本発明は、膜の堆積に起因する変形が抑制された基板搭載装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、成膜処理対象の基板を搭載して成膜装置に格納される基板搭載装置であって、基板の搭載される搭載領域が定義された搭載面を有し、搭載面の少なくとも搭載領域の残余の領域である堆積領域の表面に、堆積領域に堆積される膜が堆積領域の全面に渡って連続的には搭載面と密着しないように凹凸構造が形成されている基板搭載装置が提供される。

本発明によれば、膜の堆積に起因する変形が抑制された基板搭載装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置の構成を示す模式図である。ボートタイプの基板搭載装置の構成例を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置の堆積領域に溝が形成された構成を示す模式図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った断面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置の堆積領域に形成される溝の構造を説明するための模式的な断面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置を用いてプラズマＣＶＤ成膜法によって基板に薄膜を形成する例を示す模式図である。プラズマＣＶＤ成膜法による成膜処理状態を示す模式図であり、図６（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置を用いた場合であり、図６（ｂ）は比較例の基板搭載装置を用いた場合である。基板搭載装置の反り量を説明するための模式図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る基板搭載装置の構成を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る基板搭載装置の構成を示す模式図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＩＸ−ＩＸ方向に沿った断面図である。カートタイプの基板搭載装置の構成例を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置１０は、成膜処理対象の基板を搭載して成膜装置に格納される基板搭載装置であって、図１に示すように、基板の搭載される搭載領域１０１が定義された搭載面１００を有する。成膜装置は、例えばプラズマ化学気相成長方式の成膜装置（プラズマＣＶＤ成膜装置）などである。

搭載面１００の搭載領域１０１の残余の領域（以下において、「堆積領域１０２」という。）には基板が搭載されないため、基板の成膜処理時に膜が堆積される。基板搭載装置１０では、基板の成膜処理時において搭載面１００の堆積領域１０２に堆積される膜が、堆積領域１０２の全面に渡って連続的には搭載面１００と密着しないように、搭載面１００の少なくとも堆積領域１０２の表面に凹凸構造が形成されている。凹凸構造上に膜が堆積されるため、堆積領域１０２に堆積される膜は分断され、各堆積膜の面積は小さい。このため、堆積領域１０２に堆積される膜によって基板搭載装置１０にかかる曲げ応力を低下させることができる。

なお、搭載領域１０１の表面には凹凸構造を形成するための表面加工処理を施さないことが好ましい。これは、基板の全体と搭載面１００を密着させるためである。例えば基板の全体と搭載面１００とが密着されずに点接触状態のようになった場合には、基板の保持が不安定になったり基板の熱伝導が不均一になったりする。その結果、基板上に形成される膜の膜質や膜厚分布が劣化するという問題が生じる。このため、凹凸構造は搭載面１００の堆積領域１０２のみに形成することが好ましい。

なお、複数の基板を搭載できるにように、複数の搭載領域１０１が定義された搭載面１００を複数有するボートタイプの基板搭載装置１０を採用可能である。ボートタイプの基板搭載装置１０は、例えば図２に示すように、搭載面１００が定義された複数の基板取り付け板１１が、搭載面１００の法線方向に並行に配置された構造である。

図３（ａ）、図３（ｂ）に、堆積領域１０２の表面に沿って延伸するストライプ状の複数の溝３０によって凹凸構造を形成する例を示す。堆積される膜の連続する面積を小さくするために、例えば図３（ａ）に示すように、堆積領域１０２の表面に溝３０を格子状に配置する。形成される溝３０の深さや幅、配置間隔は、基板搭載装置１０の基板取り付け板１１の厚みなどに応じて、基板搭載装置１０の強度を考慮して決定される。

例えば図４に示すように、基板取り付け板１１の厚みＤが２ｍｍ程度の場合には、溝３０の深さｄを０．５ｍｍ程度に設定する。溝３０の間隔Ｐは１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、例えば５ｍｍ程度である。間隔Ｐを小さくするほど、堆積される膜の各面積を小さくできる。溝３０の幅ｗは、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度、例えば０．５ｍｍ程度に設定される。溝３０の深さｄや幅ｗは、堆積領域１０２に堆積される膜が確実に分断されるように設定される。

プラズマＣＶＤ成膜装置によって基板に薄膜を形成する場合を以下に説明する。図５に示すように、基板１が移載された基板搭載装置１０はプラズマＣＶＤ成膜装置２０に格納され、基板１に薄膜が形成される。成膜後、基板搭載装置１０がプラズマＣＶＤ成膜装置２０から排出され、基板搭載装置１０から成膜処理された基板１が取り出される。その後、処理対象の新たな基板１が移設された基板搭載装置１０が、プラズマＣＶＤ成膜装置２０に格納される。

このため、基板搭載装置１０のプラズマに曝されている堆積領域１０２の表面に、繰り返し膜が堆積する。堆積された膜の膜厚が厚くなるに従って、膜の応力による基板搭載装置１０を変形させようとする力が増大する。

しかし、基板搭載装置１０では、溝３０によって搭載面１００の堆積領域１０２の表面に凹凸構造を形成することにより、堆積領域１０２に堆積された膜は分断され、堆積領域１０２の全面に渡って連続的には堆積膜が搭載面１００と密着していない。このため、凹凸構造が形成されない場合と比較して、膜の応力による基板搭載装置１０の変形が生じにくい。

以下に、堆積領域１０２の表面に溝３０を形成した基板搭載装置１０と、溝３０を形成しない比較例の基板搭載装置１０Ａについて、プラズマＣＶＤ法による成膜工程を繰り返すことにより生じる変形の程度を調査した結果を示す。

調査に用いた基板搭載装置１０と基板搭載装置１０Ａは、搭載面１００の面積が２００ｍｍ×２００ｍｍであり、厚みＤが２ｍｍのカーボン製の基板取り付け板１１をそれぞれ有する。そして、搭載面１００の内側の１５６ｍｍ×１５６ｍｍの領域を搭載領域１０１とし、その周囲を堆積領域１０２とした。基板搭載装置１０の堆積領域１０２には、５ｍｍピッチで幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を図３（ａ）に示すように格子状に形成した。比較例の基板搭載装置１０Ａの堆積領域１０２には、溝形成処理を施さない。

基板搭載装置１０と基板搭載装置１０Ａのそれぞれの搭載領域１０１に面積が１５６ｍｍ×１５６ｍｍの基板１を搭載した状態で、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すようにプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を同時に形成した。成膜ガスには、シラン（ＳｉＨ₄）とアンモニア（ＮＨ₃)の混合ガスを用いた。

比較例の基板搭載装置１０Ａでは、連続放電を４日間行って図７に示すＳｉＮｘ膜２００の累積膜厚ｔが４８μｍに達した時点で、基板取り付け板１１の反り量Ｃが１ｍｍであった。

一方、基板搭載装置１０では、３０日間の連続放電を行ってＳｉＮｘ膜２００の累積膜厚ｔが３６０μｍに達した時点で反り量Ｃが１ｍｍであった。つまり、堆積領域１０２に溝３０を形成することにより、溝３０を形成しない場合に比べて、反り量Ｃが１ｍｍに達するまでの時間が７．５倍に改善された。

なお、図３（ａ）では、溝３０が基板１の外縁と平行に延伸する例を示した。しかし、図８に示すように、溝３０が基板１の外縁と斜めに、例えば４５度の角度で交差するように延伸してもよい。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る基板搭載装置１０では、搭載面１００の堆積領域１０２の表面に溝３０を形成して凹凸構造を実現することにより、堆積される膜が堆積領域１０２の全面に渡って連続的には搭載面１００と密着しない。つまり、堆積領域１０２の表面に堆積される膜が堆積領域１０２上で分断されることによって、膜の堆積に起因する変形が抑制された基板搭載装置１０を実現できる。その結果、基板搭載装置１０では、変形が始まるまでに堆積される膜の許容膜厚が増加する。このため、膜の堆積に起因する変形を防止するために基板搭載装置１０を洗浄する頻度の増大が抑制される。したがって、基板搭載装置１０によれば、成膜装置の稼働率低下やランニングコストの増大が抑制される。

（第２の実施形態）
堆積領域１０２に凹凸構造を形成するためには、溝３０を形成する方法以外にも、例えばブラスト加工処理によって堆積領域１０２の表面に凹凸構造を形成してもよい。ブラスト加工処理により凹凸構造を実現することにより、堆積領域１０２の表面粗度が増大する。これにより、堆積領域１０２上に堆積される膜が分断され、堆積領域１０２の全面に渡って連続的には堆積膜と搭載面１００とが密着することがない。図９（ａ）、図９（ｂ）に、堆積領域１０２にブラスト加工処理を施した基板搭載装置１０の例を示す。

ただし、堆積領域１０２の表面の粗さが大きすぎると、プラズマＣＶＤ成膜処理中のプラズマの状態に影響を及ぼす可能性がある。一方、堆積領域１０２の表面の粗さが小さすぎると、堆積領域１０２に堆積される膜の堆積領域１０２との密着性が高くなる問題が生じる。調査の結果、発明者らは、算術平均粗さＲａが１０〜２０μｍ程度になるように堆積領域１０２の表面をブラスト加工処理することが好ましいことを見出した。

以下に、堆積領域１０２の表面をブラスト加工処理を施した基板搭載装置１０と、ブラスト加工処理を施していない比較例の基板搭載装置１０Ａについて、プラズマＣＶＤ法による成膜工程を繰り返すことにより生じる変形の程度を調査した結果を示す。

調査に用いた基板搭載装置１０と基板搭載装置１０Ａは、搭載面１００の面積が２００ｍｍ×２００ｍｍであり、厚みＤが２ｍｍのカーボン製の基板取り付け板１１をそれぞれ有する。そして、搭載面１００の内側の１５６ｍｍ×１５６ｍｍの領域を搭載領域１０１とし、その周囲を堆積領域１０２とした。基板搭載装置１０の堆積領域１０２にブラスト加工処理を施し、堆積領域１０２の表面の算術平均粗さＲａは１２μｍであった。一方、比較例の基板搭載装置１０Ａのブラスト加工処理を施さない堆積領域１０２の表面の算術平均粗さＲａは２μｍであった。

基板搭載装置１０と基板搭載装置１０Ａそれぞれの搭載領域１０１に面積が１５６ｍｍ×１５６ｍｍの基板１を搭載した状態で、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を同時に形成した。成膜ガスには、ＳｉＨ₄とＮＨ₃の混合ガスを用いた。

比較例の基板搭載装置１０Ａでは、連続放電を４日間行ってＳｉＮｘ膜２００の累積膜厚ｔが４８μｍに達した時点で、基板取り付け板１１の反り量Ｃが１ｍｍであった。

一方、基板搭載装置１０では、１５日間の連続放電を行ってＳｉＮｘ膜２００の累積膜厚ｔが１８０μｍに達した時点で反り量Ｃが１ｍｍであった。つまり、堆積領域１０２をブラスト加工処理することにより、ブラスト加工処理をしない場合に比べて、反り量Ｃが１ｍｍに達するまでの時間が３．８倍に改善された。

本発明の第２の実施形態に係る基板搭載装置１０では、堆積領域１０２の表面にブラスト加工処理を行うことによって凹凸構造が実現される。このため、堆積される膜が堆積領域１０２の全面に渡って連続的には搭載面１００と密着せず、堆積領域１０２の表面に堆積される膜は分断される。その結果、膜の堆積に起因する変形が抑制された基板搭載装置１０を実現できる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。

なお、堆積領域１０２に溝３０を形成し、且つブラスト加工処理を施すことによって凹凸構造を実現してもよい。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、基板搭載装置１０が基板１を垂直に複数並べるボートタイプである場合について説明したが、基板搭載装置１０が図１０に示すような、水平な板上に基板１を配列して搭載するカートタイプであってもよい。

また、プラズマＣＶＤ法によって成膜する場合を説明したが、他の成膜方法によって基板１に成膜する場合にも、堆積領域１０２上の堆積膜による基板搭載装置１０の変形を緩和することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…基板
１０…基板搭載装置
１１…基板取り付け板
２０…プラズマＣＶＤ成膜装置
３０…溝
１００…搭載面
１０１…搭載領域
１０２…堆積領域

Claims

成膜処理対象の基板を搭載して成膜装置に格納される基板搭載装置であって、
前記基板の搭載される搭載領域が定義された搭載面を有し、
前記搭載面の少なくとも前記搭載領域の残余の領域である堆積領域の表面に、前記堆積領域に堆積される膜が前記堆積領域の全面に渡って連続的には前記搭載面と密着しないように凹凸構造が形成されていることを特徴とする基板搭載装置。
前記搭載領域の表面には前記凹凸構造が形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の基板搭載装置。
前記堆積領域の表面に沿って延伸するストライプ状の複数の溝によって前記凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板搭載装置。
前記複数の溝が、前記堆積領域の表面に格子状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の基板搭載装置。
前記溝の幅が０．５ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする請求項３又は４に記載の基板搭載装置。
前記堆積領域の表面がブラスト加工処理されて前記凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板搭載装置。
前記堆積領域の算術平均粗さが１０μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の基板搭載装置。