JP2020177986A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記チャンバは、成膜室を有する。
上記ステージは、上記成膜室に配置される。
上記光源ユニットは、エネルギ線を照射する照射源を有し、上記ステージと一軸方向に対向して配置される。
上記ガス供給部は、上記エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスを、上記ステージに向けて供給する。
上記排気溝は、上記成膜室の上記ステージの外周に配置され、第1の開口幅の第1の状態と、上記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅の第2の状態と、の間で可変に構成される。
上記排気系は、上記成膜室に接続され、上記排気溝を通った上記原料ガスを排気する。
上記駆動機構は、上記排気溝の上記第1の状態と上記第2の状態とを切り替える。
上記ステージの周縁に沿って延びる第1の開口形成部を含む第1の溝部材と、
上記ステージの周縁に沿って延び上記第1の開口形成部とともに上記排気溝の開口を形成する第2の開口形成部を含み、上記第1の溝部材の外周に配置された第2の溝部材と、を有し、
上記第2の開口形成部は、上記第2の状態において、上記第1の状態よりも上記第1の開口形成部から離間するように構成され、
上記駆動機構は、上記第2の溝部材の上記第1の状態と上記第2の状態とを切り替えてもよい。
これにより、排気溝を分割された2つの部材で構成することができ、一方の第2の溝部材のみ変形又は変位させることで、開口幅を可変に構成することができる。したがって、開口幅の変更に伴う装置構成の複雑化を抑制することができる。
これにより、排気溝がステージの外周に沿って環状に開口する。したがって、排気の流れの偏りや乱れをより効果的に防止でき、成膜工程において排気溝を第1の状態とすることで、膜厚分布を均一化することができる。また、第2の状態においては、排気効率を高めることができ、排気時間をより短縮することができる。
上記駆動機構は、上記第2の溝部材を上記一軸方向に沿って昇降させてもよい。
これにより、第2の溝部材が一軸方向に沿って移動することによって第1の状態と第2の状態とが切り替わる。したがって、装置構成の複雑化をより効果的に防止できる。
上記第2の溝部材は、上記第2の開口形成部から屈曲して上記成膜室の外方へ陥凹する凹部をさらに含んでいてもよい。
これにより、第1の状態において屈曲した流路が形成され、排気溝におけるガス流速をより低下させることができる。したがって、第1の状態が適用される成膜時等の排気速度を抑え、排気に伴う膜厚分布の偏りをより効果的に抑制することができる。
上記一軸方向に延び、先端部によって上記ステージに配置される基板を支持することが可能な基板昇降ピンと、
上記一軸方向に延び、先端部によって上記第2の溝部材を支持することが可能な溝部材昇降ピンと、
上記基板昇降ピン及び上記部材昇降ピンを上記一軸方向に昇降させる駆動部と、を有してもよい。
これにより、基板の昇降と第2の溝部材の昇降とを1つの駆動機構によって行うことができる。したがって、第2の溝部材の昇降に伴う装置構成の複雑化を防止することができる。
これにより、冷却された原料ガスが排気溝の流路に付着して硬化することを防止できる。
上記排気溝を、上記第1の状態に設定するように上記駆動機構を制御し、
上記排気溝を上記第1の状態に設定した後、上記原料ガスを上記基板に向けて供給するように上記ガス供給部を制御し、
上記成膜ガスを供給した後、上記排気溝を上記第2の状態に切り替えるように上記駆動機構を制御し、
上記排気溝を上記第2の状態に切り替えた後、上記成膜室内の上記原料ガスを排気するように上記排気系を制御する
ように構成された制御部
をさらに具備してもよい。
上記成膜室における上記ステージの外周に配置された排気溝の開口が、第1の開口幅に設定される。
上記開口を上記第1の開口幅に設定した後、エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスが、上記基板に向けて供給される。
上記成膜ガスを供給した後、上記排気溝の上記開口が、上記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅に切り替えられる。
上記開口を上記第2の開口幅に切り替えた後、上記成膜室内の上記原料ガスが排気される。
上記原料ガスを排気した後、上記エネルギ線が上記基板に照射される。
[成膜装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る成膜装置100を示す概略断面図である。図2は、図1のII−II方向から見た断面図である。図においてX軸方向及びY軸方向は互いに直交する水平方向を示し、Z軸方向はX軸方向及びY軸方向に直交する方向を示している。
チャンバ10は、上部に開口が形成された金属製の真空容器である。チャンバ10は、底部10aと側壁10bとで区画された成膜室11を有する。チャンバ10の底部10aは、一例として矩形で構成されるが、円形その他の形状でもよい。成膜室11には、所定の減圧雰囲気に排気または維持することが可能な排気系19が接続される。排気系19は、例えば、図示しない配管や調圧バルブ、流速制御器及び真空ポンプ等を有する。
ステージ15は、成膜室11に配置される。ステージ15は、基板Wを支持しZ軸方向に向いた支持面15aを有する。ステージ15は、図示しない冷却機構を有し、所定温度以下に冷却される。冷却機構により、基板Wは、後述する原料ガス中の紫外線硬化樹脂を凝縮させるのに十分な適宜の温度に冷却される。基板Wは、ガラス基板であるが、半導体基板であってもよい。基板Wの形状や大きさは特に限定されず、矩形でもよいし円形でもよい。
光源ユニット20は、カバー21と、照射源22とを有する。カバー21は、例えば天板14の上に配置され、照射源22を収容する光源室23を有する。光源室23は、例えば、大気雰囲気である。照射源22は、ステージ15に向けて、天板14の窓部141を介してエネルギ線としての紫外線UVを照射する光源であり、典型的には、紫外線ランプで構成される。これに限られず、照射源22には、紫外線UVを発光する複数のLED(Light Emitting Diode)がマトリクス状に配列された光源モジュールが採用されてもよい。
ガス供給部30は、例えば複数のガス供給配管31を有し、紫外線UVの照射を受けて硬化する樹脂(紫外線硬化樹脂)を含む原料ガスをステージ15に向けて供給する。
図3は、排気溝40の構成を示す図1の拡大断面図である。
排気溝40は、第1の溝部材41と、第2の溝部材42と、を有し、成膜室11内のステージ15の外周に配置される。第1の溝部材41は、ステージ15側に配置される。第2の溝部材42は、第1の溝部材41と間隔をあけて、第1の溝部材41の外周に配置される。第1の溝部材41と第2の溝部材42の間隙は、排気されるガスの流路Qとなる。排気溝40の流路Qを通ったガスは、成膜室11の、排気溝40よりZ軸方向下方の領域に接続された排気系19(図3において図示せず)によって排気される。
図1に示すように、駆動機構50は、本実施形態において、基板昇降ピン51と、溝部材昇降ピン52と、基板昇降ピン51及び溝部材昇降ピン52をZ軸方向に昇降させる駆動部53と、を有する。なお、図1では、便宜上、基板昇降ピン51と溝部材昇降ピン52とを同一断面上に記載している。
制御部60は、典型的にはコンピュータで構成され、成膜装置100の各部を制御する。制御部60により、成膜装置100を用いて以下の成膜方法が実施される。
図4は、成膜装置100を用いた成膜方法を示すフローチャートである。図5〜7は、成膜装置100の異なる態様を示す要部の概略構成図である。以下、図4及び図5〜7を参照しながら、本実施形態に係る成膜装置100の動作について説明する。
ステップS01では、基板Wが成膜室11に搬入される。基板Wは、基板搬送装置によって、側壁10bの図示しない開口等から成膜室11へ搬入される。
続いて、駆動部53は、基板昇降ピン51を、先端部51aが支持面15aから突出しない待機位置まで、Z軸方向に下降させる。これにより、図6に示すように、基板Wが先端部51aとともにZ軸方向下方に下降し、ステージ15の支持面15a上に配置される。
ステップS03では、ステージ15上の基板Wを冷却する。本ステップでは、基板冷却機構によってステージ15を冷却することに加えて、冷却された窒素等の不活性ガスを成膜室11に導入することで、基板Wを例えば−5℃以下に冷却する。このとき、排気溝40は、開口幅D1が狭い第1の状態を維持している。
ステップS04では、駆動部53が、溝部材昇降ピン52を介して第2の溝部材42をZ軸方向上方に上昇させる。これにより、図7に示すように、排気溝40が第2の状態に切り替わる。
ステップS05では、図8に示すように、成膜室11内を、成膜圧力である例えば0〜200Pa程度の圧力に調圧する。本ステップでは、第2の状態である排気溝40から、ステップS02で導入された不活性ガスを排気することで、成膜室11内の圧力を調整する。
仮に排気溝40が第1の状態であった場合、開口P及び流路Qの幅が狭く、排気速度が規制され、本ステップにかかる時間が長時間化する。また、十分に排気されない場合、次の成膜工程における圧力が目標到達圧力まで到達せず、成膜が不安定になる可能性もある。
ステップS06では、駆動部53が、溝部材昇降ピン52を介して第2の溝部材42をZ軸方向上方に下降させる。これにより、図6に示すように、排気溝40が第1の状態に切り替わり、開口幅が第1の開口幅D1に設定される。
ステップS07では、ガス供給部30から成膜室11へ原料ガスが供給される。原料ガスが冷却された基板Wに到達すると、原料ガス内の樹脂が基板W上に凝縮し、紫外線硬化樹脂層が成膜される。
ステップS08では、駆動部53が、溝部材昇降ピン52を介して、第2の溝部材42をZ軸方向上方に上昇させる。これにより、排気溝40が、図7及び9に示す第2の状態に切り替わり、開口幅が第2の開口幅D2に切り替わる。
なお、ここでいう「第2の状態」とは、第1の開口幅D1よりも大きい(例えば100mm以下の)任意の第2の開口幅D2を採り得るものとし、ステップS04において設定した第2の開口幅D2と同一でも異なっていてもよい。
ステップS09では、図8Bに示すように、成膜室11内の原料ガスを排気し、成膜室11の圧力を低下させる。本ステップでは、排気溝40が第2の状態であるため、排気速度を高めることができる。これにより、本ステップにかかる時間を短縮することができる。また、排気溝40の排気性能を高めることで、成膜室11内を十分に排気することができる。
ステップS10では、照射源22から基板W上へ紫外線UVを照射する。これにより、基板W上に凝縮した樹脂層が硬化する。紫外線UVは、例えば、隣接するガス供給配管31の間を通って基板Wへ到達する。
ステップS11では、駆動部53が、基板昇降ピン51を、先端部51aが支持面15aより突出する位置までZ軸方向に上昇させる。これにより、図5に示すように、基板Wが支持面15aからZ軸方向に離間し、図示しない基板搬送装置に基板Wが移載される。これにより、成膜後の基板Wが成膜室11から搬出される。
以下の各実施形態において、上述の第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[成膜装置の構成]
図10は、本発明の第2の実施形態に係る成膜装置200の要部を示す概略構成図である。
成膜装置200は、第1の実施形態と同様のチャンバ10、ステージ15、光源ユニット20、ガス供給部30及び排気溝40を備えるが、第1の実施形態と異なる駆動機構70を備える。なお、図10において、光源ユニット20及びガス供給部30等の構成は省略している。
図11及び12は、成膜装置200の図10とは異なる態様を示す概略構成図である。以下、図4の成膜方法を示すフローチャート及び図10〜12を参照しながら、本実施形態に係る成膜装置200の動作について説明する。
ステップS01では、基板Wが成膜室11に搬入される。基板搬入時には、第1の駆動機構71のみが駆動し、図11に示すように、基板昇降ピン711の先端部711aが、ステージ15の支持面15aから突出する基板支持位置に配置される。これにより、基板Wが、基板昇降ピン711の先端部711aに配置される。このとき、第2の駆動機構72は駆動せず、第2の溝部材42は第1の状態で待機している。
ステップS02では、第1の駆動機構71が、基板昇降ピン711を、先端部711aが支持面15aから突出しない待機位置までZ軸方向に下降させる。これにより、図10に示すように、基板Wが先端部51aとともにZ軸方向下方に下降し、ステージ15の支持面15a上に配置される。本ステップにおいても第2の駆動機構72は駆動せず、第2の溝部材42は第1の状態で待機している。
ステップS03では、第1の実施形態と同様に、ステージ15上の基板Wが冷却される。このとき、第2の溝部材42が第1の状態であるため、冷却用の不活性ガスの排気が規制され、効率的に基板Wの冷却を行うことができる。
ステップS04では、図12に示すように、第2の駆動機構72が、溝部材昇降ピン721を介して第2の溝部材42をZ軸方向上方に上昇させる。これにより、排気溝40が開口幅の広い第2の状態に切り替わる。このとき、第1の駆動機構71は駆動せず、基板昇降ピン711は引き続き待機位置で待機している。
ステップS05では、第1の実施形態と同様に、成膜室11から不活性ガスが排気され、成膜室11内が調圧される。このとき、第2の溝部材42は開口幅の広い第2の状態であるため、成膜室11から速やかに不活性ガスが排気され、調圧工程にかかる時間を短縮できる。なお、基板昇降ピン711は待機位置で待機している。
ステップS06では、第2の駆動機構72が、溝部材昇降ピン721を介して第2の溝部材42をZ軸方向下方に下降させる。これにより、図10に示すように、排気溝40が開口幅の狭い第1の状態に切り替わる。なお、基板昇降ピン711は駆動せずに、引き続き待機位置で待機している。
ステップS07では、第1の実施形態と同様に、ガス供給部30から成膜室11へ原料ガスが供給され、基板W上に紫外線硬化樹脂層が成膜される。
ステップS08では、第2の駆動機構72が、溝部材昇降ピン721を介して第2の溝部材42をZ軸方向上方に上昇させる。これにより、図12に示すように、排気溝40が開口幅の広い第2の状態に切り替わる。このとき、第1の駆動機構71は駆動せず、基板昇降ピン711は引き続き待機位置で待機している。
なお、ここでいう「第2の状態」とは、第1の開口幅D1よりも大きい(例えば100mm以下の)任意の第2の開口幅D2を採り得るものとし、ステップS04において設定した第2の開口幅D2と同一でも異なっていてもよい。
ステップS09では、第1の実施形態と同様に、成膜室11内の原料ガスを排気する。
このとき、第2の溝部材42は開口幅の広い第2の状態であるため、排気速度を高め、本ステップにかかる時間を短縮することができる。なお、基板昇降ピン711は待機位置で待機している。
ステップS10では、第1の実施形態と同様に、照射源22から基板W上へ紫外線UVを照射して、基板W上に凝縮した樹脂層が硬化する。
このとき、第2の溝部材42は、開口幅の広い第2の状態でもよいし、第2の駆動機構72によって、開口幅の狭い第1の状態に切り替えられてもよい。なお、基板昇降ピン711は待機位置で待機している。
ステップS11では、第1の駆動機構71が、基板昇降ピン711を、基板支持位置までZ軸方向に上昇させる。これにより、図11に示すように、基板Wが支持面15aからZ軸方向に離間し、図示しない基板搬送装置に基板Wを移載させる。移載された基板Wは、成膜室11から搬出される。
このとき、第2の溝部材42は、開口幅の広い第2の状態でもよいし、開口幅の狭い第1の状態に切り替えられてもよい。
図13は、本発明の第3の実施形態に係る成膜装置300を示す要部断面図である。
同図に示すように、成膜装置300は、第1の実施形態に係る排気溝40とは異なる構成の排気溝80を備える。図13Aは、排気溝80の第1の状態を示し、図13Bは、排気溝80の第2の状態を示す。
第1の開口形成部811は、開口Pの一部を形成し、ステージ15の周縁に沿って延びる。第1の開口形成部811は、Z軸方向に上方に向いた上面部811aと、成膜室11の外方に対して斜めに向いた斜面部811bと、を含む。
第2の開口形成部821は、第1の開口形成部811とともに排気溝80の開口Pを形成し、ステージ15の周縁に沿って延びる。第2の開口形成部821は、Z軸方向上方に向いた上面部821aと、成膜室11の内方に対して斜めに向いた斜面部821bと、を含む。
図14は、本発明の第4の実施形態に係る成膜装置400を示す要部断面図である。
同図に示すように、成膜装置400は、第1の実施形態に係る排気溝40とは異なる構成の排気溝90を備える。図14Aは、排気溝90の第1の状態を示し、図14Bは、排気溝90の第2の状態を示す。
第2の開口形成部921は、第1の開口形成部911とともに排気溝90の開口Pを形成し、ステージ15の周縁に沿って延びる。第2の開口形成部921は、第2の状態において、第1の状態よりも第1の開口形成部911から離間するように構成され、例えば基部922に対して成膜室11の内外方向(例えば図14においてはX軸方向)にスライド可能に構成される。
11…成膜室
15…ステージ
19…排気系
20…光源ユニット
22…照射源
30…ガス供給部
40,80,90…排気溝
41,81,91…第1の溝部材
42,82,92…第2の溝部材
50,70…駆動機構
60…制御部
411.811.911…第1の開口形成部
421.821.921…第2の開口形成部
P…開口
Claims (9)
- 成膜室を有するチャンバと、
前記成膜室に配置されたステージと、
エネルギ線を照射する照射源を有し、前記ステージと一軸方向に対向して配置された光源ユニットと、
前記エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスを、前記ステージに向けて供給するガス供給部と、
前記成膜室の前記ステージの外周に配置され、第1の開口幅の第1の状態と、前記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅の第2の状態と、の間で可変に構成された排気溝と、
前記成膜室に接続され、前記排気溝を通った前記原料ガスを排気する排気系と、
前記排気溝の前記第1の状態と前記第2の状態とを切り替える駆動機構と
を具備する成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置であって、
前記排気溝は、
前記ステージの周縁に沿って延びる第1の開口形成部を含む第1の溝部材と、
前記ステージの周縁に沿って延び前記第1の開口形成部とともに前記排気溝の開口を形成する第2の開口形成部を含み、前記第1の溝部材の外周に配置された第2の溝部材と、を有し、
前記第2の開口形成部は、前記第2の状態において、前記第1の状態よりも前記第1の開口形成部から離間するように構成され、
前記駆動機構は、前記第2の溝部材の前記第1の状態と前記第2の状態とを切り替える
成膜装置。 - 請求項2に記載の成膜装置であって、
前記第1の開口形成部及び前記第2の開口形成部は、前記ステージの外周を取り囲む環状に構成される
成膜装置。 - 請求項2又は3に記載の成膜装置であって、
前記第2の溝部材は、前記第1の状態において、前記第1の溝部材と対向し、前記第2の状態において、前記一軸方向に沿って前記第1の溝部材から離間させ、
前記駆動機構は、前記第2の溝部材を前記一軸方向に沿って昇降させる
成膜装置。 - 請求項4に記載の成膜装置であって、
前記第1の溝部材は、前記第1の開口形成部から屈曲して前記成膜室の外方へ突出する凸部をさらに含み、
前記第2の溝部材は、前記第2の開口形成部から屈曲して前記成膜室の外方へ陥凹する凹部をさらに含む
成膜装置。 - 請求項4又は5に記載の成膜装置であって、
前記駆動機構は、
前記一軸方向に延び、先端部によって前記ステージに配置される基板を支持することが可能な基板昇降ピンと、
前記一軸方向に延び、先端部によって前記第2の溝部材を支持することが可能な溝部材昇降ピンと、
前記基板昇降ピン及び前記部材昇降ピンを前記一軸方向に昇降させる駆動部と、を有する
成膜装置。 - 請求項1から6のうちいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記排気溝は、前記原料ガスの流路を加熱する加熱機構をさらに有する
成膜装置。 - 請求項1から7のうちいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記排気溝を、前記第1の状態に設定するように前記駆動機構を制御し、
前記排気溝を前記第1の状態に設定した後、前記原料ガスを前記基板に向けて供給するように前記ガス供給部を制御し、
前記成膜ガスを供給した後、前記排気溝を前記第2の状態に切り替えるように前記駆動機構を制御し、
前記排気溝を前記第2の状態に切り替えた後、前記成膜室内の前記原料ガスを排気するように前記排気系を制御する
ように構成された制御部
をさらに具備する成膜装置。 - チャンバの成膜室に配置されたステージに基板を配置し、
前記成膜室における前記ステージの外周に配置された排気溝の開口を、第1の開口幅に設定し、
前記開口を前記第1の開口幅に設定した後、エネルギ線の照射を受けて硬化するエネルギ線硬化樹脂を含む原料ガスを前記基板に向けて供給し、
前記成膜ガスを供給した後、前記排気溝の前記開口を、前記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅に切り替え、
前記開口を前記第2の開口幅に切り替えた後、前記成膜室内の前記原料ガスを排気し、
前記原料ガスを排気した後、前記エネルギ線を前記基板に照射する
成膜方法。
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