JP3566528B2

JP3566528B2 - スパッタ膜の製造装置およびスパッタ膜の製造方法

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Publication number: JP3566528B2
Application number: JP04503498A
Authority: JP
Inventors: 正康二川; 清水戸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11241163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の部分以外に膜が形成されないようにする防着板を有するスパッタ膜の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置や半導体等の製造にはスパッタ成膜装置が用いられている。
これらの量産に用いられるスパッタ成膜装置には、基板を保持具に保持して基板保持具ごと搬送するインラインスパッタ成膜装置と、基板だけを搬送するクラスターツールスパッタ成膜装置の２種類の形態がある。
【０００３】
インラインスパッタ成膜装置は、ロード室やアンロード室、成膜室等複数の処理室が、直線、あるいはＵ字型、あるいはコの字型に連続して配置されている。基板は通常複数の基板毎に１つの保持具に保持される。そして、その基板保持具は連続的に配置された処理室内を基板表面に平行な方向に移動していく際に、基板に対して各処理室内での成膜等の処理が連続的になされる。このインラインスパッタ装置では、基板保持具の搬送が基板のみの搬送と比較して容易であるため、搬送が高速に行え、良好な生産性が得られる。
【０００４】
一方、クラスターツールスパッタ成膜装置は、装置中央に真空ロボットを内蔵する中間室があり、その周囲に成膜室やロード室、アンロード室など、複数の処理室が配置されたものである。
【０００５】
装置中央の真空ロボットは、基板を周囲の処理室へ搬出入する。成膜時には、基板は成膜室内部に静止した状態で、正確に位置決めされ成膜される。このように、基板が位置決めされ静止しているため、成膜時に防着板とを近接して設けても、それらが接触することを避けることができる。従って、不必要な部分への膜の堆積を最小限に押さえることができる。さらに、防着板の構成部品点数を抑えることが可能なため、メンテナンスが容易となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
インラインスパッタ成膜装置における成膜室には、基板の所定の部分以外や真空容器内部に不必要な膜が堆積しないように、基板の一部や装置機構部分を覆う防着板が設けられている。この防着板は、基板搬送中に基板と防着板、あるいは基板保持具と防着板との接触を避けるため、基板と防着板とのすきまを比較的大きくとるよう設定される。
【０００７】
しかしながら、このように大きな隙間を設けると、基板保持具や真空容器内部に不必要な膜が堆積してしまう。このように不必要な膜が堆積すると、これが剥離することによって基板を汚染し、スパッタ膜の品質を低下させるおそれがある。
【０００８】
また、基板保持具を移動させる基板保持具駆動機構にも膜が堆積しないように、これを覆う多数多種の防着板を設けなければならないが、これらの防着板は定期的に交換洗浄が必要であるため、メンテナンスが困難である。
【０００９】
また、クラスターツールスパッタ成膜装置では、装置中央の真空ロボットは基本的に１度に１枚の基板しか搬送できず、基板搬送能力に限界があるため、生産性は限定されるという問題点がある。
【００１０】
さらに、近年、上記２種類のスパッタ成膜装置の利点を併せ持つスパッタ成膜装置もいくつか提案されている。例えば、特開平４−１３７５２２号公報、特開平６−６９３１６号公報、特開平８−３７４４号公報、特開平９−１４３７３３号公報において提案されているスパッタ成膜装置がある。これらの新しいスパッタ成膜装置は、基板カート、トレイ、あるいは基板キャリアと呼ばれる基板保持具を用いることと、基板の搬送方向が基板表面に対し平行であるという点で共通しており、インラインスパッタ成膜装置の改良装置と位置付けできる。しかしながら、これらにおいても、インラインスパッタ成膜装置の有するメンテナンス性に関する問題点を同様に有している。
【００１１】
本発明は、インラインスパッタ成膜装置、あるいはその改良装置の有する高い生産性と、基板のみを搬送するクラスターツールスパッタ成膜装置の良好なメンテナンス性とを両立し、良質なスパッタ膜の製造を可能とするスパッタ膜の装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のスパッタ膜の製造装置は、スパッタ膜を成膜する少なくとも１つの成膜室を含む複数の処理室と、基板を装着させることのできる基板保持具を前記処理室間で移動させるとともに、前記成膜室におけるスパッタ膜の成膜時に前記基板保持具を静止させる移動手段と、を有し、各処理室間を移動する基板に対して、各処理室において処理を施すスパッタ膜の製造装置であって、前記成膜室が、不必要な部分へスパッタ膜が形成されるのを防ぐ、互いに独立した防着板固定部と防着板可動部とを備え、前記防着板固定部は、成膜材料からなるターゲット脇に固定され、前記成膜室はさらに、成膜時に前記防着板可動部を基板に接近させ、移動時に前記防着板可動部を基板から離間させる駆動手段を備え、前記防着板固定部と防着板可動部とが、前記防着板可動部の先端と前記基板保持具に保持された基板の表面とが接近した状態で、前記ターゲットから見て前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具を覆う配置となることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項１に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記駆動手段が、前記成膜室外に配された駆動力発生手段と、該駆動力発生手段からの駆動力を前記成膜室内に導入して前記防着板を駆動させる真空内駆動力導入手段と、を有するものである。
【００１４】
請求項３に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項１または請求項２に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記駆動手段は、前記防着板を駆動するための駆動力を伝える駆動体を有してなり、前記駆動体内部に前記防着板を冷却する冷却手段を有してなるものである。
【００１５】
請求項４に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスパッタ膜の製造装置において、前記防着板が、基板または前記基板保持具に対する位置関係を決定する位置決め部材を有してなるものである。
請求項５に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスパッタ膜の製造装置において、前記基板保持具は基板を立たせた状態で移動させるものである。
請求項６に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項３に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記冷却手段として前記防着板の内部に設けられた冷却水を通す穴を備えるものである。
請求項７に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項４に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記位置決め部材は前記基板保持具に当接するものである。
請求項８に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項４に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記位置決め部材と前記位置決め部材に当接する部位に設けられた位置決め穴とを嵌合するものである。
請求項９に記載のスパッタ膜の製造装置は、請求項７に記載のスパッタ膜の製造装置において、前記位置決め部材は前記基板保持具に当接した状態において、前記防着板と基板との間には隙間を有するものである。
請求項１０に記載のスパッタ膜の製造方法は、互いに独立した防着板固定部と防着板可動部とを備え、前記防着板固定部が成膜材料からなるターゲットの脇に固定された、スパッタ膜の製造装置におけるスパッタ膜の製造方法であって、スパッタ膜を成膜する成膜室へ他の処理室から基板を基板保持具に装着させた状態で移動させる工程と、前記成膜室において前記基板保持具を静止させる工程と、不必要な部分へスパッタ膜が形成されるのを防ぐ防着板可動部の先端が前記基板保持具に保持された前記基板の表面に接近して、前記防着板可動部と防着板固定部とが、前記ターゲットから見て前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具を覆う配置に変える工程と、前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具にスパッタ膜の形成を防止すると同時に、前記基板の必要部分に成膜する工程と、成膜後に前記防着板を前記基板から離間させる工程と、を含むものである。
【００１６】
以下に、本発明の作用を説明する。
本発明によれば、インラインスパッタ成膜装置、あるいはその改良装置であってもクラスターツールスパッタ成膜装置と同等な防着板を使用できるため、インラインスパッタ成膜装置、あるいはその改良装置の有する高い基板搬送能力とクラスターツールスパッタ成膜装置の良好なメンテナンス性とを両立でき、良質なスパッタ膜を効率よく製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態１を図１乃至図９を参照して説明する。
図１は実施の形態１のスパッタ成膜装置の全体の概要構成上面図である。このスパッタ成膜装置は、図１に示すように、ロード室１と、ロード室１に開閉可能なゲートバルブ２ａを介して連接された加熱室３と、加熱室３に開閉可能なゲートバルブ２ｂを介して連接された成膜室４と、成膜室４に開閉可能なゲートバルブ２ｃを介して連接された冷却室５と、冷却室５に開閉可能なゲートバルブ２ｄを介して連接されたアンロード室６を備えている。
【００１８】
また、ロード室１の入り口には開閉可能なゲートバルブ２ｅが、アンロード室６の出口には開閉可能なゲートバルブ２ｆがそれぞれ設けてある。
【００１９】
図２は上記スパッタ成膜装置の全体の概要構成正面図である。以下、この図を用いて、本スパッタ装置による処理動作を工程順に説明する。
【００２０】
（１）まず、大気中において基板７を基板保持具８に装着する。通常、複数枚の基板７を各の表面が平行になるように１つの基板保持具に装着する。基板保持具８は、スパッタ処理装置内の各処理室に設けられた基板保持具搬送機構１９（移動手段）により搬送され、その移動に伴い、基板７を鉛直方向に立たせた状態で、その表面と平行な方向に移動させるようになっている。
【００２１】
（２）次に、基板保持具８をロード室１に搬入し、ロード室１の入り口のゲートバルブ２ｅを閉じた後、図示されていない排気装置によりロード室１内を所定の圧力に設定する。
【００２２】
（３）所定の圧力となった後、ロード室１と加熱室３の間のゲートバルブ２ａを開き、基板保持具８をロード室１から加熱室３に搬送する。そして、ロード室１と加熱室３の間のゲートバルブ２ａを閉じた後、加熱室３において基板保持具８に装着された基板７を所定の温度まで加熱する。
【００２３】
（４）次に、ゲートバルブ２ｂを介して基板保持具８を成膜室４に搬送して、基板７に対し成膜を実行する。この成膜は、後述するように、防着板１３（図１参照）を基板７に対して接近させた状態で実行する。そして、成膜処理が終了したら、防着板１３を基板７から離間させる。
【００２４】
（５）続いて、ゲートバルブ２ｃを介して、基板保持具８を冷却室５へと搬出し、冷却室で基板７を所定の温度まで冷却する。
【００２５】
（６）基板７の冷却後、基板保持具８をゲートバルブ２ｄを介してアンロード室６に搬送する。その後、アンロード室６を大気圧として、基板保持具８をゲートバルブ２ｆを介して装置外部に取り出す。
【００２６】
（７）最後に、基板保持具８から成膜処理の終了した基板７を取り外す。
基板７を取り外された基板保持具８は、再び未処理の新たな基板７を装着されてロード室１に搬送される。
【００２７】
以上の一連の処理は、並列的かつ連続的に実行される。このため、本スパッタ成膜装置によれば高い生産性が得られる。
【００２８】
次に、上記工程（５）における処理について図３，４を用いて説明する。図３は成膜中における成膜室４内の様子を、図４は基板搬送中における成膜室４内の様子を示す要部平面図である。
【００２９】
成膜室４内部に搬入された基板保持具８は所定位置で静止し、その位置で成膜が実行される。成膜室４内の上記静止位置近傍には、基板保持具８に装着された各基板に対して防着板１３が設けられている（図１参照）。この防着板１３は、ターゲット１２と基板７の間に配置されており、上記したように成膜中（静止中）は基板７に対して接近し（図３）、基板７の成膜不要場所及び基板保持具にスパッタ膜が付着するのを防止する。また、防着板１３は、搬送中は基板７に対して離間するため（図４）、搬送時に基板７と防着板１３が接触することを防止でき、スパッタ装置に発生する故障や基板７に生じるダメージを防止できる。
【００３０】
以下、この防着板１３の構成及び動作について詳細に説明する。
【００３１】
防着板１３は、防着板固定部１３ａと防着板可動部１３ｂより構成されている。防着板固定部１３ａはターゲットの脇に固定されており、防着板可動部１３ｂは駆動体１４によって支持されている。駆動体１４は、真空容器（成膜室４）外の駆動力発生装置１６に接続されており、駆動力発生装置１６（駆動力発生手段，例えばエアシリンダやモータ）が発生させ、真空内駆動力導入機構１５（真空内駆動力導入手段，例えば磁気カップリング，ベローズや磁気流体シール）によって真空容器内に導入された駆動力によって、紙面上下方向に移動可能となっている。
【００３２】
防着板可動部１３ｂを支持する駆動体１４には位置決めピン１１が設けられている。この位置決めピン１１は、駆動体１４が下方（基板側）に駆動されたときに、基板保持具８に設けられた位置決め穴１０に嵌合するよう形成されている。
【００３３】
このような構成の防着板１３及びその駆動機構を有するスパッタ装置では、成膜時（図３）には、上記したように防着板１３を静止させるとともに、駆動力発生装置１６が駆動体１４を下方（基板側）へと駆動する。このとき位置決めピン１１が基板保持具８の位置決め穴１０に嵌合して、駆動体１４と基板保持具８との位置関係、ひいては、成膜室４内における基板７の位置関係を正確に決定する。
【００３４】
この際、防着板可動部１３ｂの先端と基板７の表面とは所定のギャップ（０．１〜５ｍｍ程度）を有して接近し、かつ、ターゲット１２から見て防着板固定部１３ａと防着板可動部１３ｂとが一部重なり合うように配置される。このため、この状態では、ターゲット１２から見て、基板７の成膜不要部分及び基板保持具８を覆うようになる。したがって、不必要な部分への膜の堆積を防ぐことができる。
【００３５】
一方、基板保持具８の搬送時（図４）には、駆動力発生装置１６が駆動体１４を上方（ターゲット側）へと駆動し、位置決めピン１１と位置決め穴１０との嵌合を解除する。そして、防着板可動部１３ｂの先端と基板７の表面との距離が５〜３０ｍｍ程度となるようにする。この距離は、位置決めピン１１と基板７あるいは基板保持具８との接触を避けるに十分な距離であればよく、上記値に限定されるものではなく、装置構成によって適切な距離が選択される。
【００３６】
基板７または基板保持具８と防着板可動部１３ｂとの間隔が十分開いたところで、基板保持具８の搬送を開始させる。このため、本装置によれば、基板７（または基板保持具８）と防着板１３との接触を防止でき、故障や基板損傷を抑制できる。
【００３７】
ところで、基板７やターゲット１２の近傍に配される防着板１３は、成膜を続けるに連れて加熱昇温される。防着板１３の昇温は、その熱膨張を引き起こして防着板１３からの付着物の放出（パーティクルの発生）を誘発し結果として基板７を汚染する。このため、防着板１３の温度上昇はできる限り抑制せねばならない。そこで、本実施の形態では、駆動体４内部に冷却水穴１７（冷却手段）を設け、その冷却水穴１７を用いて冷却水を還流させている（図３，４では冷却水の防着板１３への導入部分のみ示しており防着板からの排出部分については省略している）。冷却水穴１７は、防着板を効率よく冷却するため防着板を取り囲むように、かつ防着板に密着して配置されている。このようにすることで、パーティクルの発生を抑制できる。なお、防着板１３を冷却する方法としては、防着板内部に冷却水を通す穴を設ける等の他の構成も採用できる。
【００３８】
（変形例１）
図５，図６は図３，４の防着板１３及びその駆動機構の他の構成例を示す図である。ここで、図５は成膜中における成膜室４内の様子を、図６は基板搬送中における成膜室４内の様子を示す要部平面図である。
【００３９】
図５，図６の防着板１３は、図３，図４に示す防着板１３とは防着板固定部１３ａと防着板移動部１３ｂの位置関係が逆になっている。このような構成であっても、成膜中（静止中）は基板７の成膜不要場所及び基板保持具８のにスパッタ膜が付着するのを防止でき、かつ、搬送時に基板７と防着板１３が接触することを防止できる。
【００４０】
（変形例２）
また、上記実施の形態では、防着板８の一部（防着板可動部１３ｂ）が移動する構成としたが、図７，図８に示すように、防着板１３全体が移動する構成でもよい。
【００４１】
この場合、防着板１３のターゲット１２側に突出部２０を設け、基板保持具８側へ防着板１３を移動させたことに起因する、ターゲット１２と防着板１３との間に隙間の発生を防止することができ、この隙間に基づく不要な膜の堆積を防止できる。
【００４２】
（変形例３）
本変形例は、上記実施の形態において防着板１３の移動機構を変形したものである。図９，図１０は本変形例の防着板１３及びその駆動機構の他の構成例を示す図である（図９：成膜時，図１０：搬送時）。
【００４３】
本変形例では、防着板１３は回転軸２１を中心に回転する構成となっている。この場合も、図示はされていないが、回転動作を行う回転駆動力は、これまで述べた実施例と同じように真空容器外の駆動力発生装置によって発生され、真空内駆動力導入機構によって真空容器内に導入される。
【００４４】
また、この構成では、基板保持具８に位置決め穴が形成されておらず、防着板１３の位置決めは、位置決めピン１１は基板保持具８に当接することで実行される。防着板１３は回転軸２１によって位置精度良く取り付けることが可能なので、このように、位置決めピン１１の位置決めを基板保持具８との接触によって行っても、高い距離精度を得ることが可能である。
【００４５】
なお、以上の実施の形態及び変形例では、装置構成として各処理室が直線的に配置されたインラインスパッタ成膜装置を用いる場合についてのみ示したが、これに限るものではなく、別の形態のインラインスパッタ成膜装置や、前述のインラインスパッタ成膜装置の改良装置、あるいはクラスターツールスパッタ成膜装置にも適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスパッタ膜の製造装置は、所定の部分以外に膜が形成されないように基板の一部を覆う防着板の少なくとも一部が、基板成膜時は基板と接近し、基板搬送時は基板と離れる。したがって、基板成膜時は防着板と基板が接近しているため、不要部分への膜の堆積を防止でき、基板搬送時は防着板と基板が離れているため、基板と防着板との接触を避けることができ、基板の破損，装置の故障を抑制できる。
【００４７】
防着板を移動させる駆動力は真空容器外で発生し、真空内駆動力導入機構により真空容器内に導入されるため、真空容器内に駆動力発生機構を設ける必要がない。
【００４８】
また、この駆動力を伝達する駆動体内部に防着板を冷却する手段を有しているため、冷却用に別の機構を設けることなく防着板を冷却することができる。よって、パーティクル等の影響を抑制できる。
【００４９】
位置決めは、防着板に位置決め部材が設けられているため、基板保持具と防着板との位置関係を正確に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるスパッタ成膜装置の概要構成平面図である。
【図２】図１のスパッタ成膜装置の概要構成正面図である。
【図３】図１のスパッタ製造装置における成膜中の成膜室内部を説明する図である。
【図４】図１のスパッタ製造装置における基板搬送中の成膜室内部を説明する図である。
【図５】変形例１のスパッタ製造装置における成膜中の成膜室内部を説明する図である。
【図６】変形例１のスパッタ製造装置における基板搬送中の成膜室内部を説明する図である。
【図７】変形例２のスパッタ製造装置における成膜中の成膜室内部を説明する図である。
【図８】変形例２のスパッタ製造装置における基板搬送中の成膜室内部を説明する図である。
【図９】変形例３のスパッタ製造装置における成膜中の成膜室内部を説明する図である。
【図１０】変形例３のスパッタ製造装置における基板搬送中の成膜室内部を説明する図である。
【符号の説明】
４成膜室
７基板
８基板保持具
９基板保持穴
１０位置決め穴
１１位置決めピン
１２ターゲット
１３防着板
１４駆動体
１５真空内駆動力導入機構
１６駆動力発生装置
１７冷却水穴
１９基板保持具搬送機構

Claims

スパッタ膜を成膜する少なくとも１つの成膜室を含む複数の処理室と、基板を装着させることのできる基板保持具を前記処理室間で移動させるとともに、前記成膜室におけるスパッタ膜の成膜時に前記基板保持具を静止させる移動手段と、を有し、各処理室間を移動する基板に対して、各処理室において処理を施すスパッタ膜の製造装置であって、
前記成膜室は、
不必要な部分へスパッタ膜が形成されるのを防ぐ、互いに独立した防着板固定部と防着板可動部とを備え、
前記防着板固定部は、成膜材料からなるターゲット脇に固定され、
前記成膜室はさらに、成膜時に前記防着板可動部を基板に接近させ、移動時に前記防着板可動部を基板から離間させる駆動手段を備え、
前記防着板固定部と防着板可動部とが、前記防着板可動部の先端と前記基板保持具に保持された基板の表面とが接近した状態で、前記ターゲットから見て前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具を覆う配置となることを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項１に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記駆動手段は、
前記成膜室外に配された駆動力発生手段と、
該駆動力発生手段からの駆動力を前記成膜室内に導入して前記防着板を駆動させる真空内駆動力導入手段と、を有することを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項１または２に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記駆動手段は、前記防着板を駆動するための駆動力を伝える駆動体を有してなり、
前記駆動体内部に前記防着板を冷却する冷却手段を有してなることを特徴とするスパッ
タ膜の製造装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記防着板は、基板または前記基板保持具に対する位置関係を決定する位置決め部材を有してなることを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記基板保持具は基板を立たせた状態で移動させることを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項３に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記冷却手段として前記防着板の内部に設けられた冷却水を通す穴を備えることを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項４に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記位置決め部材は前記基板保持具に当接することを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項４に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記位置決め部材と前記位置決め部材に当接する部位に設けられた位置決め穴とを嵌合することを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
請求項７に記載のスパッタ膜の製造装置において、
前記位置決め部材は前記基板保持具に当接した状態において、前記防着板と基板との間には隙間を有することを特徴とするスパッタ膜の製造装置。
互いに独立した防着板固定部と防着板可動部とを備え、前記防着板固定部が成膜材料からなるターゲットの脇に固定された、スパッタ膜の製造装置におけるスパッタ膜の製造方法であって、
スパッタ膜を成膜する成膜室へ他の処理室から基板を基板保持具に装着させた状態で移動させる工程と、
前記成膜室において前記基板保持具を静止させる工程と、
不必要な部分へスパッタ膜が形成されるのを防ぐ防着板可動部の先端が前記基板保持具に保持された前記基板の表面に接近して、前記防着板可動部と防着板固定部とが、前記ターゲットから見て前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具を覆う配置に変える工程と、
前記基板の成膜不要部分および前記基板保持具にスパッタ膜の形成を防止すると同時に、前記基板の必要部分に成膜する工程と、
成膜後に前記防着板を前記基板から離間させる工程と、を含むことを特徴とするスパッタ膜の製造方法。