JP3723686B2

JP3723686B2 - 薄膜製造装置

Info

Publication number: JP3723686B2
Application number: JP16459698A
Authority: JP
Inventors: 勝田中; 清粟井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JPH11350116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜製造装置に関する。さらに詳しくは、アーク放電を用いたイオンプレーティング法により、金属成膜を工業的に量産するための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置の分野において、搬送室の周囲に放射状に複数の処理室を接続したマルチチャンバー構造の製造装置は、特開平８−８３１８号公報（従来例Ｉ）や特開平７−２９７２５４号公報（従来例II）に記載されている。
上記従来例Ｉの図４の構成では、４室のプロセスチャンバーのうち、２室にＣＶＤ処理室を設けている。
また、上記従来例IIの明細書［００３０］欄には、任意のプロセスチャンバーにスパッタ等の任意のプロセスを実行させる旨記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成膜法には大別してＣＶＤ（化学蒸着法）とＰＶＤ（物理蒸着法）があり、いずれもプレーティング過程はつぎのとおりである。
▲１▼蒸着物質の合成
(a) 凝集相（液体または固体）から気相への相転移
(b) 化合物蒸着の場合は、成分ガス相互の反応
▲２▼蒸発源と基板の間の蒸気の輸送
▲３▼蒸気の凝集（蒸着）と膜の核生成および成長
しかるに、ＰＶＤ法（物理蒸着法）はＣＶＤ法（化学蒸着法）に比べて、この三段階（特に▲１▼と▲３▼）を独立に制御でき、したがって膜の組織、性質、蒸着速度をかなり自由に調節できることに特徴がある。しかし、ＣＶＤ法では▲１▼〜▲３▼の段階がほとんど基板上で起こるため、基板温度を決めると膜特性が決まってしまい、調節の自由度がない。よって、前記従来例Ｉは、膜の組織、性質等の調節ができず、高品質な半導体製品の製造に適していない。
また、スパッタリング法はＰＶＤ（物理蒸着法）の一種ではあっても、その気相の原子の生成速度はスパッタ率とボンバードアルゴンの流束に依存することになり、その値は真空蒸着法、イオンプレーティング法に比べてかなり小さく、一般的に、前２者の蒸着速度は、100 〜250,000 Å/minであるが、スパッタリング法のそれは２５〜10,000Å/minでしかない。よって、従来例IIは蒸着速度が遅いという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑み、蒸着膜の品質が良く、蒸着速度が早く、生産性が高くて工業的量産に適した薄膜製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の薄膜製造装置は、多角柱形状の搬送チャンバーと、該搬送チャンバーの周囲の各側面に、接続された複数のプロセスチャンバーとからなり、前記複数のプロセスチャンバーの任意のチャンバーに、アーク放電を用いたプラズマコーティング成膜装置が組み込まれており、該プラズマコーティング成膜装置が、基板を自転させながら公転させる自公転手段と、基板を上向きと下向きに姿勢変換する反転手段とを備えた基板支持装置を設けており、前記反転手段が、中空の反転軸と、該反転軸を回転させる駆動源からなり、前記自公転手段が、前記反転軸内に通された自公転軸と、該自公転軸を回転させる駆動源と、前記反転軸上で回転可能に取り付けられた公転アームと、該公転アームの公転運動に基づいて自転するテーブルとからなることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、プロセスチャンバーのうち任意のチャンバーにプラズマコーティング成膜装置を組込んでいるので、膜の組織、性質、蒸着速度を自由に調節して高品質の半導体製品を製造することができ、プラズマコーティング成膜装置の前後のプロセスチャンバーで、必要な前後の処理が行え、それらのプロセスが搬送室の搬送手段によって連続的に実行できるので、工業的量産に適し、生産性が高い。しかも、基板支持装置は反転手段によって上向きにしたり下向きにして、搬出入と蒸着作業の切換えができ、また成膜装置での蒸着作業中、自公転手段によって基板が自転しながら公転するので、蒸着ムラがなく、高品質の薄膜が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の平面図、図２は図１の薄膜製造装置を構成するプラズマコーティング成膜室の平面図、図３は同プラズマコーティング成膜室の断面図、図４は基板支持手段の断面図である。
【０００８】
図１において、１Ｃは搬送チャンバーであり、多角柱、例えば八角形に構成されている。この搬送チャンバー１Ｃのなかには、ハンドリングアームを備えた搬送手段が備えられている。
前記搬送チャンバー１Ｃの周囲の各側面には、複数のプロセスチャンバー２Ｃ〜９Ｃが接続されている。プロセスチャンバー２Ｃ〜９Ｃのうち、任意のチャンバーにはプラズマコーティング成膜装置が組込まれ、他のチャンバーにはプラズマコーティングに必要な任意のプロセス装置が組込まれている。
それらの一例としては、プラズマコーティング成膜装置のチャンバー２Ｃ、３Ｃ、アニールチャンバー４Ｃ、ロードチャンバー５Ｃ、ロード兼アンロードチャンバー６Ｃ、クリーニングチャンバー７Ｃ、バリア膜生成チャンバープロセス８Ｃ、９Ｃがある。もちろん、上記に限ることなく種々のプロセスチャンバーを用いてよい。
なお、各チャンバー２Ｃ〜９Ｃと搬送チャンバー１Ｃとの間にはゲードバルブ２Ｖ〜９Ｖが設けられる。
【０００９】
前記プラズマコーティングチャンバー２Ｃ、３Ｃの基本的構成を図２〜３に基づき説明する。
３は成膜室で、側壁と底壁と天板で囲まれた密閉可能な容器である。
側壁には、プラズマ源４と排気用パイプ５が取付けられ、底壁上には陽極６が取付けられている。また、成膜室３の前記搬送室１Ｃ（図１参照）と接続される側の側壁の上部には、基板を出し入れするための搬出入口７が形成されている。
【００１０】
上記のごとき基本構成を有する成膜室３内に基板支持装置Ａが配置されている。この基板支持装置Ａの詳細は後述するが、基本構成部品として、反転軸１１と支持フレーム１５やテーブル２０等からなる基板支持手段Ｂを有している。
図３において、実線で示した上向きの基板支持手段Ｂは、搬出入口７から挿入された搬出入手段のハンドリングアームによって基板を把持、挿入できる搬出入位置であり、想像線で示した基板支持手段Ｂは、下向きの蒸着位置を示している。
【００１１】
つぎに、図４に基づき、前記基板支持装置Ａの詳細を説明する。
まず、反転手段を説明する。
１１は中空の反転軸で、成膜室３内の上部で水平に、回転自在に支持されている。１２、１２は反転軸１１の両端を支持する軸受である。１３は反転軸１１の一端に連結された反転駆動源であるモータである。このモータ１３を回転させると、反転軸１１は自在に反転させられる。
【００１２】
この反転軸１１に基板支持手段Ｂが取付けられており、つぎのように構成されている。反転軸１１の中央部に、箱状の取付ボックス１４が形成されており、この取付ボックス１４に、支持フレーム１５の中央部が固定されている。この支持フレーム１５は平面視で円板状であり、成膜室３の内径より、少し小さい直径を有している。
【００１３】
この支持フレーム１５に対し、公転アーム１６が回転自在に取付けられている。すなわち、公転アーム１６の基部１７は前記支持フレーム１５の中央部に軸受１８によって回転自在に支持されており、この基部１７からアーム部１９が前記反転軸１１に沿って延びている。
【００１４】
また、アーム部１９の先端の筒状部にはテーブル２０が軸受２１によって回転自在に取付けられている。このテーブル２０は平面視で円板状の部材であり、その直径は前記支持フレーム１５の直径の１／２〜２／３位である。そして、テーブル２０の周縁にクランプ２２が取付けられ、基板Ｃを着脱自在に取付け得るようになっている。
【００１５】
つぎに、このテーブル２０を公転させながら自転させる自公転手段を説明する。
まず、公転機構を説明すると、これは自公転軸２５を有している。この自公転軸２５は前記反転軸１１の中空部内を同心状に通されており、軸受２６、２６で回転自在に支持されている。また、その一端には回転駆動源であるモータ２７が連結されている。この自公転軸２５の略中央部、すなわち取付ボックス１４内には第１傘歯車２８が取付けられている。一方、前記公転アーム１６の基部１７には第２傘歯車２９が取付けられており、前記第１傘歯車２８と噛み合っている。したがって、前記モータ２７によって自公転軸２５を回転させると、その回転が第１傘歯車２８と第２傘歯車２９によって公転アーム１６の回転に変換させられる。その結果、公転アーム１６は、その基部１７を中心に回転することになる。
【００１６】
つぎに、自転機構を説明する。前記テーブル２０の下面には、外歯歯車３１が設けられている。この外歯歯車３１のピッチ円直径は、テーブル２０の直径より少し小さい程度である。一方、前記支持フレーム１５の上面には内歯歯車３２が設けられている。この内歯歯車３２のピッチ円直径は支持テーブル１５の直径より少し小さい程度であり、テーブル２０側の外歯歯車３１のピッチ円直径よりは大きい。そして、公転アーム１６が回転したとき、外歯歯車３１が内歯歯車３２に噛み合って回転しながら、公転することになる。このため基板Ｃを保持するテーブル２０が公転しながら自転することになる。
【００１７】
図３において、実線で示した状態は、基板Ｃを載せたテーブル２０が搬出入口７に合った高さにある搬出入位置であり、ハンドリングアームを搬出入口７から挿入して、基板Ｃを出し入れすることができる。
上記の状態から反転軸１１を180 ゜回転するとテーブル２０と支持フレーム１５は下を向いた想像線図示の蒸着位置となる。この状態で、自公転軸２５を回転させつづけると、基板Ｃを保持したテーブル２０は、公転しながら自転するので、蒸着ムラが生じず、高品質の蒸着膜が形成される。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、膜の組織、性質、蒸着速度を自由に調節して高品質の半導体製品を製造することができ、プロセスが搬送室の搬送手段によって連続的に実行できるので、工業的量産に適し、生産性が高く、基板支持装置は反転手段によって搬出入と蒸着作業の切換えができ、自公転手段によって基板が自転しながら公転するので、蒸着ムラがなく、高品質の薄膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の平面図である。
【図２】図１の薄膜製造装置を構成するプラズマコーティングチャンバーの平面図である。
【図３】同プラズマコーティングチャンバーの断面図である。
【図４】基板支持装置Ａの断面図である。
【符号の説明】
２Ｃプラズマコーティングチャンバー
３Ｃプラズマコーティングチャンバー
Ａ基板支持装置
Ｂ基板支持手段
Ｃ基板
１１反転軸
１５支持フレーム
２０テーブル

Claims

多角柱形状の搬送チャンバーと、該搬送チャンバーの周囲の各側面に、接続された複数のプロセスチャンバーとからなり、
前記複数のプロセスチャンバーの任意のチャンバーに、アーク放電を用いたプラズマコーティング成膜装置が組み込まれており、
該プラズマコーティング成膜装置が、基板を自転させながら公転させる自公転手段と、基板を上向きと下向きに姿勢変換する反転手段とを備えた基板支持装置を設けており、
前記反転手段が、中空の反転軸と、該反転軸を回転させる駆動源からなり、
前記自公転手段が、前記反転軸内に通された自公転軸と、該自公転軸を回転させる駆動源と、前記反転軸上で回転可能に取り付けられた公転アームと、該公転アームの公転運動に基づいて自転するテーブルとからなる
ことを特徴とする薄膜製造装置。