JP2016069727A - 成膜装置及び成膜基板製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スパッタガスG1が導入されるチャンバ2と、チャンバ2内に設けられ、ワークWを循環搬送する搬送路を有する搬送部と、ワークWに堆積されて膜となる成膜材料によって形成され、搬送路に離隔して対向する位置に設けられたターゲット41と、ターゲット41に電力を印加することにより、スパッタガスG1をプラズマ化させ、成膜材料を、ワークWに堆積させる第1の電源部5と、成膜材料が堆積する領域である成膜領域Fを、搬送部によってワークWが通過する間に、ワークWのターゲット41に対する位置の変化に応じて、第1の電源部5がターゲット41に印加する電力を変化させる電源制御部とを有する。
【選択図】図2
Description
[概要]
プラズマ処理装置1は、図1に示すように、回転テーブル31が回転すると、保持部33に保持されたワークWが、円を描く軌跡で移動して、スパッタ源4に対向する位置を通過するときに、ターゲット41からスパッタされた粒子が付着して成膜を受ける装置である。このプラズマ処理装置1は、逆スパッタ源6を有し、ワークWが、逆スパッタ源6に対向する位置を通過するときに、エッチングや、窒化、酸化等による化合物膜の生成が行われる。
本実施形態におけるプラズマ処理装置1は、図1〜図4に示すように、チャンバ2、搬送部3、スパッタ源4、第1の電源部5、逆スパッタ源6、第2の電源部7、ロードロック部8、制御装置9を有する。
チャンバ2は、内部にスパッタガスG1が導入される容器である。スパッタガスG1は、電力の印加により生じるプラズマにより、発生するイオン等を処理対象物に衝突させるスパッタリングを実施するためのガスである。例えば、アルゴンガスは、スパッタガスG1として用いることができる。
搬送部3は、チャンバ2内に設けられ、ワークWを循環搬送させる装置である。上記のように、搬送部3におけるワークWが移動する経路が、搬送路Pである。循環搬送は、ワークWを無端状の移動経路で移動させることをいう。この搬送部3は、回転テーブル31、モータ32、保持部33を有する。
スパッタ源4は、ワークWに堆積されて膜となる成膜材料の供給源である。スパッタ源4は、ターゲット41、バッキングプレート42、電極43を有する。ターゲット41は、ワークWに堆積されて膜となる成膜材料によって形成され、搬送路Pに離隔して対向する位置に設けられている。成膜材料は、例えば、チタン、シリコンなどを使用できる。但し、スパッタリングにより成膜される材料であれば、周知のあらゆる材料を適用可能である。このターゲット41は、例えば、円柱形状である。但し、長円柱形状、角柱形状等、他の形状であってもよい。
第1の電源部5は、ターゲット41に電力を印加する構成部である。この第1の電源部5によってターゲット41に電力を印加することにより、スパッタガスG1をプラズマ化させ、成膜材料を、ワークWに堆積させることができる。本実施形態においては、第1の電源部5は、例えば、高電圧を印加するDC電源である。なお、高周波スパッタを行う装置の場合には、RF電源とすることもできる。回転テーブル31は、接地されたチャンバ2と同電位であり、ターゲット41側に高電圧を印加することにより、電位差を発生させている。これにより、可動の回転テーブル31をマイナス電位とするために第1の電源部5と接続する困難さを回避している。
逆スパッタ源6は、逆スパッタ処理を行う処理ユニットである。逆スパッタは、窒化膜、酸化膜等の化合物膜の生成、エッチング等の処理である。この逆スパッタ源6は、筒形電極61を有している。筒形電極61は有底の筒状体であり、一端の真空室21側が開口し、他端は閉塞している。筒形電極61の開口側の端部は、搬送路Pと離隔して対向する位置に配置されている。閉塞した他端は、チャンバ2上面に設けられた貫通孔を貫通して、外部に露出している。
第2の電源部7は、筒形電極10に高周波電圧を印加するためのRF電源である。回転テーブル31は、接地されたチャンバ2と同電位であり、筒形電極10側に高電圧を印加することにより、電位差を発生させている。
[成膜処理]
以上のような本実施形態による成膜処理を、図1〜図4に加えて、図5〜図8を参照して、以下に説明する。まず、ロードロック部8の搬送手段により、成膜処理すべきワークWを、チャンバ2内に順次搬入する。回転テーブル31は、空の保持部33を、順次、ロードロック部8からの搬入箇所に移動させる。保持部33は、搬送手段により搬入されたワークWを、それぞれ個別に保持する。
上記の成膜過程において、第1の電源部5は、記憶部92に記憶された電力の変化態様で、電源制御部91の指示に従って、スパッタ源4のターゲット41に電力を印加する。
本実施形態による成膜処理と、電力を変化させない場合の成膜処理とを比較した実験例は、以下の通りである。
実験に用いたワークWは、長辺の長さ(X)が210mm、短辺つまり幅(Y)が90mm、厚さが5mmの長方形状の基板である。このワークWは、長辺が略円弧状に湾曲しており、水平な載置面から最高部までの高さhが20mmである。湾曲により最も窪んだ部分の表面と、両縁部との高低差Δは15mmである。ワークWは、図9(A)に示すように、凹状に保持する場合と、図9(B)に示すように、凸状に保持する場合を実験した。
なお、実験に用いた装置の条件は、以下の通りである。
ターゲット41のサイズはφ127mmである。
スパッタに要した時間は300秒であり、回転速度は60rpmである。
チタン酸化膜の成膜においては、スパッタ源4へのアルゴンガス流量は480sccm、逆スパッタ源6への酸素流量は150sccmである。スパッタ源4への直流の印加電力は、初期電力は1.3kwであり、変化させない場合はそのままで、成膜面が凹状で変化させる場合は1.3kw−2.6kw−1.3kwと2倍の変化をさせ、これと逆に成膜面が凸状で変化させる場合は2.6kw−1.3kw−2.6kwと2倍の変化をさせた。逆スパッタ源6へのRFの印加電力は300Wとした。
シリコン酸化膜の成膜においては、スパッタ源4へのアルゴンガス流量は120sccm、逆スパッタ源6の酸素流量は200sccmである。スパッタ源4への直流の印加電力は、初期電力は1.5kwであり、変化させない場合はそのままで、成膜面が凹状で変化させる場合は1.5kw−3.0kw−1.5kwと2倍の変化をさせ、これと逆に成膜面が凸状で変化させる場合は1.5kw−3.0kw−1.5kwと2倍の変化をさせた。逆スパッタ源6へのRFの印加電力は200Wとした。
図10〜図17は、本実験による成膜装置による成膜処理の膜厚分布を示す。横軸は、基板の長手方向Xの中心を0とする水平長さ±100mmの位置を示す。縦軸は、基板の中心の膜厚を1とした場合に、短手方向であるY位置0点における膜厚の比率(無単位)を示す。図10〜図13は、ターゲット41に対して凹状に対向する面に成膜した結果であり、図14〜図17は、ターゲット41に対して凸状に対向する面に成膜した結果である。
以上のような本実施形態は、スパッタガスG1をプラズマ化させ、成膜材料をワークWに堆積させる成膜装置であって、スパッタガスG1が導入されるチャンバ2と、チャンバ2内に設けられ、ワークWを循環搬送する搬送部3と、ワークWに堆積されて膜となる成膜材料によって形成され、搬送部3によってワークWが移動する経路に対向する位置に設けられたターゲット41を有するスパッタ源4と、ターゲット41に電力を印加する電源部5とを有する。そして、成膜材料が堆積される領域である成膜領域Fを、搬送部3によってワークWが通過する間に、ワークWのターゲット41に対する位置の変化に応じて、第1の電源部5がターゲット41に印加する電力を変化させる電源制御部91とを有する。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様も含む。
(1)スパッタ源4は、ターゲット41を複数有し、第1の電源部5は、ターゲット41毎に、印加する電力を変化させるタイミングを変えてもよい。この場合、複数のターゲット41は、ワークWの搬送方向に対する角度を変えることにより、成膜領域Fの広狭を変化させることができる。これは、スパッタ源4を回動する構成とすればよい。複数のターゲット41のうち、ワークWが先に接近するターゲット41ほど、印加する電力を上昇させるタイミングを早くする。これは、ターゲット41が3つ以上の場合にも、同様である。
2 チャンバ
3 搬送部
4 スパッタ源
5 第1の電源部
6 逆スパッタ源
7 第2の電源部
8 ロードロック部
9 制御装置
10 検出器
21 真空室
22 排気口
23 排気部
24 導入口
25 第1のガス供給部
26 チャンバ
31 回転テーブル
32 モータ
33 保持部
35 保持部
41 ターゲット
42 バッキングプレート
43 電極
44 カバー
61 筒形電極
62 導入口
63 第2のガス供給部
90 機構制御部
91 電源制御部
92 記憶部
93 設定部
94 入出力制御部
95 入力装置
96 出力装置
E 排気
F 成膜領域
G1 スパッタガス
G2 反応ガス
K センサ
W ワーク
第2の電源部7は、筒形電極61に高周波電圧を印加するためのRF電源である。回転テーブル31は、接地されたチャンバ2と同電位であり、筒形電極61側に高電圧を印加することにより、電位差を発生させている。
Claims (15)
- スパッタガスをプラズマ化させ、成膜材料をワークに堆積させる成膜装置であって、
スパッタガスが導入されるチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、ワークを循環搬送する搬送部と、
前記ワークに堆積されて膜となる前記成膜材料によって形成され、前記搬送部によって前記ワークが移動する経路に対向する位置に設けられたターゲットを有するスパッタ源と、
前記ターゲットに電力を印加する電源部と、
前記成膜材料が堆積される領域である成膜領域を前記ワークが通過する間に、前記ワークの前記ターゲットに対する間隔、方向又は平面方向から見た重なり面積の変化に応じて、前記電源部が前記ターゲットに印加する電力を変化させる電源制御部と、
を有することを特徴とする成膜装置。 - 前記電源制御部は、前記ワークにおける成膜対象となる面と前記ターゲットとの垂直方向の距離に応じて、前記電源部が前記ターゲットに印加する電力を変化させることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電源制御部は、前記距離が短いほど印加する電力を小さく、前記距離が長いほど印加する電力を大きくすることを特徴とする請求項2記載の成膜装置。
- 前記電源制御部は、前記電源部が印加する電力を、所定の振幅及び周期で変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記電源制御部は、前記ワークの循環搬送の1周分において定められた変化のパターンに従って、前記電源部が前記ターゲットに印加する電力を変化させることを特徴とする請求項4記載の成膜装置。
- 前記搬送部は、前記ワークの搬送方向に対する前記ワークの角度を一定に保持する複数の保持部を有し、前記保持部は、等間隔で配設されていることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記保持部は、前記成膜領域を通過するワークが、前記ターゲットとの距離が最大となる箇所と、最小となる箇所とを通過する位置に、前記ワークを保持することを特徴とする請求項6記載の成膜装置。
- 前記搬送部は、前記保持部が設けられた回転テーブルを有することを特徴とする請求項7記載の成膜装置。
- 前記搬送部は、前記保持部が設けられた回転ドラムを有することを特徴とする請求項7記載の成膜装置。
- 前記スパッタ源は、前記ターゲットを複数有し、
前記電源部は、ターゲット毎に、印加する電力を変化させるタイミングを変えることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 - 距離を検出するセンサを有し、
前記電源制御部は、前記センサに接続され、前記センサにより検出された前記ワークの表面までの距離に応じて、前記電源部が印加する電力を変化させることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 - 前記センサは、前記ワークの表面までの距離が最大となる箇所と、最小となる箇所とを検出する位置に設けられていることを特徴とする請求項11記載の成膜装置。
- スパッタガスが導入されたチャンバ内において、搬送部により基板を循環搬送し、
この循環搬送される前記基板の移動経路に対向して配置されたターゲットに、電源部が電力を印加することにより、チャンバ内のスパッタガスをプラズマ化して、基板に成膜材料を堆積させ、
前記搬送部による前記基板の移動に従って生じる基板とターゲットとの位置の変化に応じて、前記電源部がターゲットに印加する電力を変えることを特徴とする成膜基板製造方法。 - 前記電源部が、前記基板における成膜対象となる面と前記ターゲットとの距離に応じて、前記スパッタ源に印加する電力を変化させることを特徴とする請求項13記載の成膜基板製造方法。
- 前記距離が短いほど印加する電力を小さく、前記距離が長いほど印加する電力を大きくすることを特徴とする請求項14記載の成膜基板製造方法。
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