JP2019218621A - 基板載置台及び成膜装置 - Google Patents

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純一 武井
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浩 曽根
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伸二 居本
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Abstract

【課題】基板載置台の耐荷重性を向上させ、基板の位置精度を高めることができる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による基板載置台は、処理容器の底面に対して回転可能に配設された軸部と、前記軸部上に設けられたベース部と、前記ベース部に取り付けられ、前記処理容器内で基板を前記底面に対して水平方向に移動させる水平移動機構と、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、基板載置台及び成膜装置に関する。
スパッタ粒子を基板に斜め方向から入射させて成膜を行うスパッタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このスパッタ装置では、基板を搭載する基板保持台を水平方向に移動させながら成膜が行われる。
特開２０１５−６７８５６号公報
本開示は、基板載置台の耐荷重性を向上させ、基板の位置精度を高めることができる技術を提供する。
本開示の一態様による基板載置台は、処理容器の底面に対して回転可能に配設された軸部と、前記軸部上に設けられたベース部と、前記ベース部に取り付けられ、前記処理容器内で基板を前記底面に対して水平方向に移動させる水平移動機構と、を有する。
本開示によれば、基板載置台の耐荷重性を向上させ、基板の位置精度を高めることができる。
成膜装置の構成例を示す概略断面図 第１の実施形態のステージを示す概略断面図 第２の実施形態のステージを示す概略断面図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔成膜装置〕
成膜装置の構成例について説明する。図１は、成膜装置の構成例を示す概略断面図である。
成膜装置１０は、スパッタリングにより基板Ｗ上に膜を形成するスパッタ装置である。成膜装置１０は、処理容器１２、スリット板１４、ホルダ１６、ステージ１８、及び制御装置２０を有する。
処理容器１２は、１１本体１２ａ及び蓋体１２ｂを有する。本体１２ａは、例えば略円筒形状を有する。本体１２ａの上端は開口されている。蓋体１２ｂは、本体１２ａの上端の上に設けられており、本体１２ａの上端の開口を閉じる。
処理容器１２の底部には、排気口１２ｅが形成されている。排気口１２ｅには、排気装置２２が接続されている。排気装置２２は、例えば圧力制御装置、減圧ポンプを有する。減圧ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプであってよい。
処理容器１２の側壁には、開口１２ｐが形成されている。処理容器１２内への基板Ｗの搬入、及び処理容器１２内からの基板Ｗの搬出は、開口１２ｐを介して行われる。開口１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉される。
処理容器１２には、処理容器１２内にガスを導入するポート１２ｉが設けられており、ガス供給部からのガス（例えば、不活性ガス）がポート１２ｉを介して処理容器１２内に導入される。
スリット板１４は、処理容器１２内に設けられている。スリット板１４は、略板状の部材である。スリット板１４は、処理容器１２の高さ方向の中間位置において水平に延在する。スリット板１４の縁部は、処理容器１２に保持されている。スリット板１４は、処理容器１２内を第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに区画する。第１空間Ｓ１は、処理容器１２内の一部の空間であり、スリット板１４の上方にある。第２空間Ｓ２は、処理容器１２内の別の一部の空間であり、スリット板１４の下方にある。
スリット板１４には、スリット１４ｓが形成されている。スリット１４ｓは、スリット板１４をその板厚方向（図１のＺ方向）に貫通する。スリット板１４は、例えば一つの部品であってもよく、複数の部品の組み合わせであってもよい。成膜時には、基板Ｗはスリット１４ｓの下方をＸ方向に移動する。Ｘ方向は、水平な一方向である。スリット１４ｓは、水平な別の一方向であるＹ方向に沿って長く延びており、例えば略矩形の平面形状を有している。Ｙ方向は、スリット１４ｓの長手方向であり、Ｘ方向に直交する方向である。スリット１４ｓのＹ方向における中心は、成膜時における基板ＷのＹ方向における中心と略一致している。Ｙ方向におけるスリット１４ｓの幅は、成膜時における基板ＷのＹ方向の幅（最大幅）よりも長い。一方、Ｘ方向におけるスリット１４ｓの幅は、成膜時における基板ＷのＸ方向の幅（最大幅）よりも短い。
ホルダ１６は、スリット板１４の上方に設けられている。ホルダ１６は、導電性材料により形成されている。ホルダ１６は、絶縁性部材１７を介して蓋体１２ｂに取り付けられている。ホルダ１６は、第１空間Ｓ１内に配置されたターゲット２４を保持する。ホルダ１６は、例えばスリット１４ｓに対して斜め上方にターゲット２４が位置するようにターゲット２４を保持する。但し、ホルダ１６は、スリット１４ｓの直上にターゲット２４が位置するようにターゲット２４を保持してもよい。ターゲット２４は、例えば略矩形の平面形状を有する。ターゲット２４のＹ方向における幅は、例えば成膜時における基板ＷのＹ方向の幅（最大幅）よりも大きい。
ホルダ１６には、電源２６が接続されている。電源２６は、ターゲット２４が金属材料である場合、直流電源であってよい。電源２６は、ターゲット２４が誘電体又は絶縁体である場合、高周波電源であってよく、整合器を介してホルダ１６に電気的に接続される。
ステージ１８は、基板載置台の一例であり、処理容器１２内において基板Ｗを支持する。ステージ１８は、処理容器１２の底面に対して水平方向（図１のＸ方向）及び上下方向（図１のＺ方向）に移動可能であり、且つ上下方向（図１のＺ方向）を回転軸として水平方向に回転可能である。なお、処理容器１２の底面に対して水平方向とは、処理容器１２の底面に対して水平の方向、回転軸と直角に交わる方向、及びこれらの方向に対して±３°以内の方向を含む。ステージ１８は、軸部１８ａ、ベース部１８ｂ、及び水平移動機構１８ｃを有する。軸部１８ａは、本体１２ａの底面の中央部に、磁性流体シール部１８ｄを介して本体１２ａを貫通して設けられている。軸部１８ａの下部は、昇降機構１９のアーム１９ａに回転可能に支持されている。軸部１８ａの上端にはベース部１８ｂが設けられており、ベース部１８ｂ上には基板Ｗを支持し、且つ水平方向（図１のＸ方向）に移動させる水平移動機構１８ｃが設けられている。したがって、昇降機構１９を昇降させることで、軸部１８ａ、ベース部１８ｂ、及び水平移動機構１８ｃが一体として上下動（鉛直方向に移動）し、軸部１８ａを回転させることで、ベース部１８ｂ及び水平移動機構１８ｃが一体として回転する。例えば、基板Ｗに成膜する際、昇降機構１９により軸部１８ａ、ベース部１８ｂ、及び水平移動機構１８ｃを上昇させて基板Ｗの上面をスリット板１４に近接させた後、水平移動機構１８ｃにより基板Ｗを水平方向（図１のＸ方向）に沿って移動させる。
制御装置２０は、成膜装置１０の各部、例えばゲートバルブ１２ｇ、水平移動機構１８ｃ、昇降機構１９、排気装置２２、及び電源２６の動作を制御する。制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。レシピ及び制御装置２０が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。レシピ等は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
〔ステージ〕
（第１の実施形態）
第１の実施形態のステージについて説明する。図２は、第１の実施形態のステージを示す概略断面図である。
図２に示されるように、ステージ１００は、軸部１１０、ベース部１２０、水平移動機構１３０、ベローズ１４０、動力伝達機構１５０、及び駆動源１６０を有する。
軸部１１０は、処理容器１２の底面の中央部に、磁性流体シール部１８ｄを介して処理容器１２を貫通して設けられている。軸部１１０の下部は、昇降機構１９のアーム１９ａに回転可能に支持されている。軸部１１０は、例えば円筒部材１１１と円環部材１１２との接合部材であり、円環部材１１２の下端が昇降機構１９のアーム１９ａに支持されている。但し、軸部１１０は、例えば一体的に形成された部材であってもよい。
ベース部１２０は、軸部１１０の上端に設けられている。ベース部１２０は、動力伝達機構１５０及び駆動源１６０を収容する筐体として機能する。ベース部１２０は、例えば底部１２１、右側部１２２、左側部１２３、正面部（図示せず）、背面部（図示せず）、及び天部１２４を有する。底部１２１は、軸部１１０上に固定されている。底部１２１は、例えば長手方向を水平な一方向（図２のＸ方向）とし、短手方向を水平な別の一方向（図２のＹ方向）とする矩形状を有する。右側部１２２及び左側部１２３は、それぞれ底部１２１の長手方向の一端及び他端から上方（図２のＺ方向）へ延びて形成されている。正面部及び背面部は、それぞれ底部１２１の短手方向の一端及び他端から上方へ延びて形成されている。天部１２４は、右側部１２２、左側部１２３、正面部、及び背面部に接続され、底部１２１、右側部１２２、左側部１２３、正面部、及び背面部との間に空間Ｓを形成する。
水平移動機構１３０は、ベース部１２０に取り付けられている。水平移動機構１３０は、基板Ｗを支持し、駆動源１６０の動力により、ベース部１２０の長手方向に移動させる。水平移動機構１３０は、ガイド部１３１、移動部１３２、及び支持部１３３を有する。ガイド部１３１は、一端がベース部１２０の右側部１２２に固定され、他端がベース部１２０の左側部１２３に固定されている。移動部１３２は、ガイド部１３１の長手方向に沿って移動可能に取り付けられている。支持部１３３は、移動部１３２の上端に接続されており、移動部１３２と一体で移動する。支持部１３３の上面には、基板Ｗが載置される。なお、移動部１３２及び支持部１３３は一体として形成されていてもよい。水平移動機構１３０は、例えばリニアガイド、ボールスプライン、ボールねじであってよい。
ベローズ１４０は、第１ベローズ１４１及び第２ベローズ１４２を含む。第１ベローズ１４１は、ガイド部１３１を覆うように設けられ、一端がベース部１２０の右側部１２２に接続され、他端が移動部１３２に接続されている。第２ベローズ１４２は、ガイド部１３１を覆うように設けられ、一端がベース部１２０の左側部１２３に接続され、他端が移動部１３２に接続されている。これにより、ガイド部１３１が設けられた雰囲気を処理容器１２内の雰囲気と隔離することができる。そのため、例えばガイド部１３１が設けられた雰囲気を大気圧に維持して移動部１３２をガイド部１３１の長手方向に沿って移動させながら、処理容器１２内の雰囲気を真空に維持して基板Ｗに成膜を行うことができる。
動力伝達機構１５０は、駆動源１６０の動力を水平移動機構１３０に伝達する機構であり、ベース部１２０の空間Ｓに設けられている。動力伝達機構１５０は、駆動源１６０の出力軸に連結された減速機１５１と、減速機１５１の出力軸に接続され、水平移動機構１３０の入力軸に接続された複数の歯車１５２と、を有する。
駆動源１６０は、処理容器１２の内部に設けられている。駆動源１６０は、例えば処理容器１２の内部に設けられたステージ１００におけるベース部１２０の空間Ｓに設けられている。駆動源１６０は、動力伝達機構１５０を介して水平移動機構１３０の移動部１３２を移動させるための駆動力を発生する。駆動源１６０は、例えばモータである。駆動源１６０を動作させるための電力は、例えば軸部１１０の内部及びベース部１２０の空間Ｓに配設されるケーブル１７０により供給される。
ところで、処理容器内で基板を水平方向に移動させる方法としては、例えば多関節アーム等の搬送アームを用いる方法、回転機構を有する載置台を処理容器内で移動させる方法がある。
搬送アームを用いる方法では、搬送アーム上に基板Ｗが片持ち状態となるため、撓みや慣性の影響が生じる場合がある。また、基板Ｗの向きの変更や微調整を行う場合、処理容器とは別に設けられたアライナやオリエンタに基板を搬送する必要があるため、スループットが低下する。
回転機構を有する載置台を処理容器内で移動させる方法では、載置台の重量が大きいため、載置台を移動させるときに振動や慣性の影響が生じる場合がある。
これに対し、第１の実施形態のステージ１００は、処理容器１２の底面に対して回転可能に配設された軸部１１０と、軸部１１０上に設けられたベース部１２０と、ベース部１２０に取り付けられ、基板Ｗを水平方向に移動させる水平移動機構１３０と、を有する。これにより、ステージ１００の耐荷重性が向上し、撓み、振動、慣性の影響を受けることなく、処理容器１２内で基板Ｗを水平方向に移動させることができる。そのため、基板Ｗの位置精度を高めることができる。
また、第１の実施形態のステージ１００は、処理容器１２の底面に対して回転可能に配設された軸部１１０を有する。そのため、ステージ１００を多元のスパッタ装置に適用することで、所望のターゲットに対して基板Ｗの向きを合わせて成膜を行うことができる。また、スリットに対する基板Ｗの移動方向を、ベース部１２０を回転させるだけで実現できるため、容易に基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射角を調整・微調整することができ、最適な条件で成膜を実施することができる。
また、第１の実施形態のステージ１００は、軸部１１０、ベース部１２０、及び水平移動機構１３０を一体として上下動させる昇降機構を有する。そのため、ステージ１００を、スパッタ粒子を基板Ｗに斜め方向から入射させて成膜を行うスパッタ装置に適用することで、基板Ｗに対して所望の角度で成膜を行うことができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態のステージについて説明する。第２の実施形態のステージは、水平移動機構を動作させる駆動源が処理容器の外部に設けられている。図３は、第２の実施形態のステージを示す概略断面図である。
図３に示されるように、ステージ２００は、軸部２１０、ベース部２２０、水平移動機構２３０、ベローズ２４０、動力伝達機構２５０、及び駆動源２６０を有する。
軸部２１０は、処理容器１２の底面の中央部に、磁性流体シール部１８ｄを介して処理容器１２を貫通して設けられている。軸部２１０の下部には、ダイレクトドライブモータ等の駆動源２８が設けられており、駆動源２８の動力により軸部２１０が回転する。軸部２１０は、ボールスプライン、ボールねじ等の昇降機構１９に接続されている。軸部２１０は、サーボモータ等の駆動源３０により昇降機構１９が上下動することで処理容器１２の底面に対して昇降する。磁性流体シール部１８ｄは、ベローズ１８ｅにより覆われている。
ベース部２２０は、軸部２１０の上端に設けられている。ベース部２２０は、動力伝達機構２５０を収容する筐体として機能する。ベース部２２０は、例えば底部２２１、右側部２２２、左側部２２３、正面部（図示せず）、背面部（図示せず）、及び天部２２４を有する。底部２２１は、軸部２１０上に固定されている。底部２２１は、例えば長手方向を水平な一方向（図３のＸ方向）とし、短手方向を水平な別の一方向（図３のＹ方向）とする矩形状を有する。右側部２２２及び左側部２２３は、それぞれ底部２２１の長手方向の一端及び他端から上方（図３のＺ方向）へ延びて形成されている。正面部及び背面部は、それぞれ底部２２１の短手方向の一端及び他端から上方へ延びて形成されている。天部２２４は、右側部２２２、左側部２２３、正面部、及び背面部に接続され、底部２２１、右側部２２２、左側部２２３、正面部、及び背面部との間に空間Ｓを形成する。
水平移動機構２３０は、ベース部２２０に取り付けられている。水平移動機構２３０は、基板Ｗを支持し、駆動源２６０の動力により、ベース部２２０の長手方向に移動させる。水平移動機構２３０は、ガイド部２３１、移動部２３２、及び支持部２３３を有する。ガイド部２３１は、一端がベース部２２０の右側部２２２に固定され、他端がベース部２２０の左側部２２３に固定されている。移動部２３２は、ガイド部２３１の長手方向に沿って移動可能に取り付けられている。支持部２３３は、移動部２３２の上端に接続されており、移動部２３２と一体で移動する。支持部２３３の上面には、基板Ｗが載置される。水平移動機構２３０は、例えばリニアガイド、ボールスプライン、ボールねじであってよい。
ベローズ２４０は、第１ベローズ２４１及び第２ベローズ２４２を含む。第１ベローズ２４１は、ガイド部２３１を覆うように設けられ、一端がベース部２２０の右側部２２２に接続され、他端が移動部２３２に接続されている。第２ベローズ２４２は、ガイド部２３１を覆うように設けられ、一端がベース部２２０の左側部２２３に接続され、他端が移動部２３２に接続されている。これにより、ガイド部２３１が設けられた雰囲気を処理容器１２内の雰囲気と隔離することができる。そのため、例えばガイド部２３１が設けられた雰囲気を大気圧に維持して移動部２３２をガイド部２３１の長手方向に沿って移動させながら、処理容器１２内の雰囲気を真空に維持して基板Ｗに成膜を行うことができる。
動力伝達機構２５０は、駆動源２６０の動力を水平移動機構２３０に伝達する機構である。動力伝達機構２５０は、例えば減速機２５１、回転軸２５２、ベルト２５３、及び複数の歯車２５４を有する。減速機２５１は、駆動源２６０の出力軸に連結されており、駆動源２６０の動力の回転速度を減じて出力する。減速機２５１は、例えばハーモニックドライブ（登録商標）であってよい。回転軸２５２は、軸部２１０の内部に磁性流体シール部１８ｄを介して設けられている。回転軸２５２は、減速機２５１の出力軸に連結されており、減速機２５１の出力に応じて回転する。ベルト２５３は、回転軸２５２の上端において回転軸２５２の出力軸に連結されており、回転軸２５２の回転に応じて回転する。複数の歯車２５４は、ベルト２５３に連結され、水平移動機構２３０の入力軸に連結されており、ベルト２５３の回転に応じた回転力を水平移動機構２３０に伝達する。
駆動源２６０は、処理容器１２の外部に設けられている。駆動源２６０は、例えば処理容器１２の下方に設けられている。駆動源２６０は、動力伝達機構２５０を介して水平移動機構２３０の移動部２３２を移動させるための駆動力を発生する。駆動源２６０は、例えばダイレクトドライブモータである。
ステージ２００は、冷媒流路２７０及び電力配線２８０を有していてもよい。冷媒流路２７０は、冷媒供給源から供給される冷媒を、ロータリージョイント２７１、回転軸２５２、及びロータリージョイント２７２等を介して支持部２３３に供給する。電力配線２８０は、電力供給源から供給される電力を、スリップリング２８１、回転軸２５２、及びスリップリング２８２等を介して支持部２３３に埋め込まれた発熱体（図示せず）に供給する。冷媒流路２７０を介して支持部２３３に供給される冷媒の流量を制御すると共に、電力配線２８０を介して発熱体に供給される電力を制御することで、支持部２３３に載置される基板Ｗの温度を制御することができる。
第２の実施形態のステージ２００は、処理容器１２の底面に対して回転可能に配設された軸部２１０と、軸部２１０上に設けられたベース部２２０と、ベース部２２０に取り付けられ、基板Ｗを水平方向に移動させる水平移動機構２３０と、を有する。これにより、ステージ２００の耐荷重性が向上し、撓み、振動、慣性の影響を受けることなく、処理容器１２内で基板Ｗを水平方向に移動させることができる。そのため、基板Ｗの位置精度を高めることができる。
また、第２の実施形態のステージ２００は、処理容器１２の底面に対して回転可能に配設された軸部２１０を有する。そのため、ステージ２００を多元のスパッタ装置に適用することで、所望のターゲットに対して基板Ｗの向きを合わせて成膜を行うことができる。また、スリットに対する基板Ｗの移動方向を、ベース部２２０を回転させるだけで実現できるため、容易に基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射角を調整・微調整することができ、最適な条件で成膜を実施することができる。
また、第２の実施形態のステージ２００は、軸部２１０、ベース部２２０、及び水平移動機構２３０が一体として上下動させる昇降機構を有する。そのため、ステージ２００を、スパッタ粒子を基板Ｗに斜め方向から入射させて成膜を行うスパッタ装置に適用することで、基板Ｗに対して所望の角度で成膜を行うことができる。
また、第２の実施形態のステージ２００は、駆動源２６０が処理容器１２の外部に設けられている。これにより、基板Ｗを高温に加熱して成膜を行う場合であっても、駆動源２６０が高温となることを抑制できるので、駆動源２６０が熱により破損することを防止することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、ステージ１８を成膜装置１０の一例であるスパッタ装置に適用する場合を説明したが、これに限定されず、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）装置に適用することもできる。
１０ 成膜装置
１２ 処理容器
１８、１００、２００ ステージ
１８ａ、１１０、２１０ 軸部
１８ｂ、１２０、２２０ ベース部
１８ｃ、１３０、２３０ 水平移動機構
１３１、２３１ ガイド部
１３２、２３２ 移動部
１４０、２４０ ベローズ
１６０、２６０ 駆動源
Ｗ 基板

Claims (8)

  1. 処理容器の底面に対して回転可能に配設された軸部と、
    前記軸部上に設けられたベース部と、
    前記ベース部に取り付けられ、前記処理容器内で基板を前記底面に対して水平方向に移動させる水平移動機構と、
    を有する、
    基板載置台。
  2. 前記水平移動機構は、
    両端が前記ベース部に固定されたガイド部と、
    前記ガイド部に対して前記ガイド部の長手方向に移動可能な移動部と、
    を有する、
    請求項１に記載の基板載置台。
  3. 一端が前記ベース部に接続され、他端が前記移動部に接続されて、前記ガイド部を覆うベローズを有する、
    請求項２に記載の基板載置台。
  4. 前記処理容器の内部に設けられ、前記水平移動機構を動作させる駆動源を有する、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板載置台。
  5. 前記処理容器の外部に設けられ、前記水平移動機構を動作させる駆動源を有する、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板載置台。
  6. 前記水平移動機構を鉛直方向に移動させる昇降機構を有する、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板載置台。
  7. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた基板載置台と、
    を有し、
    前記基板載置台は、
    前記処理容器の底面に対して回転可能に配設された軸部と、
    前記軸部上に設けられたベース部と、
    前記ベース部に取り付けられ、前記処理容器内で基板を前記底面に対して水平方向に移動させる水平移動機構と、
    を有する、
    成膜装置。
  8. 前記基板載置台の上方に配設されたスリット板と、
    前記スリット板の上方に配設されたターゲットと、
    を有する、
    請求項７に記載の成膜装置。
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