JP3822481B2 - スパッタリング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空処理の技術分野にかかり、特に、複数の基板に対して連続して真空処理を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板表面に薄膜を成膜する量産装置としては、１台の搬送室の周囲に処理室が複数台接続されたマルチチャンバ型の真空処理装置が用いられている。
【０００３】
図１９の符号１０２は、その真空処理装置を示している。搬送室１５０の周囲に、複数の処理室が接続されている(ここでは２台の処理室１５１、１５３が示されている。)。
【０００４】
１台の処理室１５３を例にとって内部構成を説明すると、この処理室１５３の壁面のうち、搬送室１５０に接続された壁面には通過口１２４が設けられている。この通過口１２４には、不図示のゲートバルブが設けられており、そのゲートバルブによって通過口１２４が塞がれると搬送室１５０の内部雰囲気は処理室１５３の内部雰囲気から分離され、ゲートバルブが開けられると搬送室１５０の内部雰囲気は処理室１５３の内部雰囲気に接続されるようになっている。
【０００５】
処理室１５３の壁面のうち、通過口１２４が形成された壁面と対向する壁面には、ターゲットホルダ１２３が配置されている。
【０００６】
処理室１５３の底壁上には基板保持装置１１０が配置されている。基板保持装置１１０は、回転軸１１４と、保持板１１１と、昇降板１１３とを有しており、回転軸１１４は、ターゲットホルダ１２３近辺に水平に配置されている。
【０００７】
保持板１１１は、回転軸１１４に取り付けられており、回転軸１１４を回転させると水平な姿勢にも垂直な姿勢にもできるようになっている。図２０は水平な姿勢にある保持版１１１を示している。
【０００８】
搬送室１５０内には基板搬送ロボット１４０が配置されている。基板搬送ロボット１４０は、回転軸と、根本部分が該回転軸に取り付けられたアーム１４１と、該アーム１４１先端に取り付けられたハンド１４３とを有しており、回転軸を回転させ、アーム１４１を伸縮させるとハンド１４３を水平面内で移動できるように構成されている。
【０００９】
上記の真空処理装置１０２で成膜作業を行う場合は、ハンド１４３上に基板１０５を乗せ、ゲートバルブを開け、ハンド１４３を処理室内１５３内に挿入し、水平姿勢の保持板１１１上で静止させる。
【００１０】
昇降板１１３は、水平姿勢の保持板１１１の下方に配置されており、該昇降板１１３の表面にはピン１１７が複数本数立設されている。保持板１１１には孔１１８が複数個設けられており、昇降板１１３を上方に移動させると、各ピン１１７は水平姿勢の保持板１１１の孔１１８内に挿通される。そして、更にピン１１７を上昇させると、ピン１１７の上端部分はハンド１４３の間から上方に突き出され、その結果、基板１０５はピン１１７の上端部に乗せられる。図２０はその状態を示している。
【００１１】
次いで、ハンド１４３を搬送室１５０に戻し、昇降板１１３を降下させると、基板１０５は保持板１１１上に乗せられる。図２１はその状態を示している。
【００１２】
保持板１１１に設けられた不図示の保持機構により、基板１０５を保持板１１１上に保持し、回転軸１１４を回転させて保持板１１１を起立させると、図２２に示すように基板１０５は保持板１１１と共に起立する。ターゲットホルダ１２３内には、不図示のターゲットが鉛直に配置されれおり、基板１０５が起立姿勢になると、基板１０５の表面はターゲットに対して平行に対向する。
【００１３】
この状態でゲートバルブを閉じ、処理室１５３の内部を搬送室１５０から遮断し、処理室１５３内にスパッタリングガスを導入し、ターゲットに電圧を印加してスパッタリングを行い、基板１０５表面に薄膜を形成する。
【００１４】
薄膜が所定膜厚に形成された後、処理室１５３の内部からスパッタリングガスを排気し、処理室１５３内部の圧力が搬送室１５０内の圧力と同程度まで低下した後、処理室１５３と搬送室１５０の間のゲートバルブを開け、処理室１５３の内部雰囲気と搬送室１５０の内部雰囲気とを接続し、基板搬送ロボット１４０のハンド１４３を処理室１５３内に挿入し、ハンド１４３上に薄膜が形成された基板１０５を乗せ、処理室１５３の内部から搬出し、後工程の処理室の内部に搬入する。
【００１５】
ハンド１４３上から薄膜が形成された基板１０５が除去された後、前工程の処理室や搬入室内にハンド１４３を挿入し、未処理の基板を乗せ、搬送室１５０の内部を通して処理室１５３内に搬入し、スパッタリング作業を行う。
【００１６】
以上のように、従来技術のスパッタリング方法では、薄膜が形成された基板を処理室１５３内部から除去した後、未処理の基板をハンド１４３上に乗せて処理室１５３内部に搬入し、その基板に対するスパッタリング作業を開始する必要がある。処理が終了した基板を未処理の基板と交換する間は、処理室１５３内部での成膜作業を行うことはできないため、交換に要する時間が無駄になっていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板を交換している間も真空処理を行うことができる基板保持装置と、その基板保持装置を用いた真空処理装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、処理室と、前記処理室内に互いに平行に水平に配置された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸に取りつけられ、前記第一、第二の回転軸が回転すると、水平姿勢と起立姿勢を取れる第一、第二の保持板と、前記処理室内に鉛直に配置され、起立姿勢にされた前記第一、第二の保持板と対面可能なターゲットと、前記処理室の前記ターゲットと対面する位置に形成され、閉可能な通過口と、前記通過口で前記処理室と接続された搬送室とを有し、前記第一、第二の保持板が、前記第一、第二の回転軸の間の位置で水平姿勢を取れるように構成されたスパッタリング装置を用い、前記ターゲットをスパッタリングし、起立姿勢の前記第一の保持板に配置され、前記ターゲットに対面された第一の基板表面に薄膜を成長させながら、薄膜が未形成の第二の基板を前記通過口を通過させて前記搬送室から前記処理室内に搬入し、水平姿勢の前記第二の保持板上に配置するスパッタリング方法であって、前記第一、第二の回転軸は水平面内で回転可能に構成され、前記第一の基板のスパッタリングが終了した後、回転機構によって、前記第一、第二の回転軸を１８０°回転させ、前記第二の保持板を起立姿勢にし、前記第二の基板を前記ターゲットと対面させ、前記ターゲットをスパッタリングするスパッタリング方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタリング方法であって、前記スパッタリング装置は、前記第一、第二の回転軸が異なる高さに配置され、前記第一、第二の保持板が前記第一、第二の回転軸の間の位置で重ねて水平姿勢を取れるように構成され、前記第一、第二の保持板を昇降移動させ、起立姿勢の前記第一、第二の保持板を同じ高さにして前記第一、第二の基板表面に薄膜を成長させるスパッタリング方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング方法であって、前記ターゲットのスパッタリング中に、前記搬送室に接続された他の処理室から基板を取り出すスパッタリング方法であって、前記他の処理室から前記基板を取り出す際には前記通過口を閉じ、前記搬送室を前記処理室よりも低圧力にし、前記通過口を開けて前記搬送室の内部雰囲気と前記処理室の内部雰囲気を接続する前に、前記搬送室の内部雰囲気を前記他の処理室の内部雰囲気から遮断し、前記搬送室内にスパッタリングガスを導入し、前記搬送室の圧力を上昇させ、接続するスパッタリング方法である。
【００１９】
本発明は上記のように構成されており、処理室内で基板を鉛直に起立させた状態でスパッタリングを行っているときに、次にスパッタリング処理すべき基板を処理室内に搬入するので、スパッタリング処理終了後、基板を交換する場合に比べ、処理時間が短くて済む。
【００２０】
この場合、搬送室はスパッタリング中の処理室と接続されるため、搬送室内の圧力を処理室内の圧力と略一致させておくと、接続の際にも処理室内の圧力変動が生じなくなるので、スパッタリングを安定して行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１の符号２は本発明のスパッタリング方法を用いることができる真空処理装置の一例を示している。
【００２２】
この真空処理装置２は、搬送室５０と、搬出入室５１と、処理室５２〜５６を有している。搬出入室５１と各処理室５２〜５６とは、ゲートバルブ７１〜７６を介して、搬送室５０の側面にそれぞれ接続されている。
【００２３】
搬送室５０と、搬出入室５１と、処理室５２〜５６には、真空排気系６０〜６６と、ガス導入系８０〜８６とがそれぞれ接続されており、各ゲートバルブ７１〜７６を閉じ、真空排気系６０〜６６を動作させると、搬出入室５１と搬送室５０と各処理室５２〜５６の内部を個別に真空排気できるように構成されている。
【００２４】
各処理室５２〜５６に接続されたガス導入系８２〜８６は、処理室５２〜５６内部で行われる処理に応じたガスボンベが接続されている。例えば、スパッタリング処理に対してはアルゴンガスであり、ＣＶＤに対しては薄膜の原料ガスとキャリアガスであり、エッチング処理に対しては有機フッ素ガス等のエッチングガスである。
【００２５】
他方、搬送室５０に接続されたガス導入系８０には、窒素ガスやアルゴンガスの不活性な補助ガスが充填されたガスボンベが接続されている。
【００２６】
この搬送室５０内には、基板搬送ロボット４０が配置されている。基板搬送ロボット４０は、回転軸４４と、アーム４２と、ハンド４３とを有している。回転軸４４は鉛直に配置されており、アーム４２の一端が取り付けられている。ハンド４３は、アーム４２の他端に取り付けられており、回転軸４４の回転によってアーム４２が伸縮動作し、それに伴ってハンド４３が水平面内で移動するように構成されている。ハンド４３は先端が分割され、フォーク状になっており、後述するピン１７がハンド４３内に挿入されるようになっている。
【００２７】
図２は、本発明を説明するために、処理室５２、５４〜５６を省略した真空処理装置２の斜視図であり、搬送室５０と、搬出入室５１と、１台の処理室５３が示されている。
【００２８】
この搬送室５３内には基板保持装置１０が配置されている。該基板保持装置１０は、上側基板ホルダ１１と、下側基板ホルダ１２と、上側回転軸１４と、下側回転軸１５と、昇降板１３とを有している。
【００２９】
上側回転軸１４は、処理室５３内で水平に配置されており、下側回転軸１５は、上側回転軸１４に対して水平方向に離間し、且つ下方位置であって、上側回転軸１４に対して平行に配置されている。符号２２は上側回転軸１４の回転軸線を示しており、符号２５は下側回転軸１５の回転軸線を示している。上側回転軸１４と下側回転軸１５には、不図示のモータが取り付けられており、上側回転軸１４と下側回転軸１５は、それぞれ回転軸線２２、２５を中心として回転できるように構成されている。
【００３０】
上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２は四角形状の板であり、その一辺が、それぞれ上側回転軸１４と下側回転軸１５に、軸線方向に沿って取り付けられている。
【００３１】
図２は、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２とがそれぞれ水平な状態で静止した水平姿勢にある場合を示しており、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２とが共に水平姿勢にあるときは、隙間を存した状態で互いに重ね合うようになっている。
【００３２】
昇降板１３は、水平姿勢にある下側基板ホルダ１２の鉛直下方位置に水平に配置されている。昇降板１３の表面には複数本のピン１７が直立して設けられている。昇降板１３は、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２に対して相対的に上下移動可能に構成されており、昇降板１３の上下移動に伴い、ピン１７が上下移動するようになっている。
【００３３】
水平姿勢にあるときの上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２の各ピン１７の鉛直上方位置には、それぞれ孔１８、１９が設けられている。従って、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２を水平姿勢にし、昇降板１３を上方に移動させると各ピン１７は孔１８、１９内に挿入される。
【００３４】
ところで、図２は、基板搬送ロボット４０によって搬出入室５１内から処理対象の基板５が取り出され、処理室５３に搬入される直前の状態が示されている。
【００３５】
また、図２では、搬送室５０と処理室５３との間のゲートバルブ７３が開けられた状態になっており、搬送室５０と処理室５３とは通過口２４によって内部が接続されている。
【００３６】
この処理室５３はスパッタリング室であり、処理室５３の壁面のうち、通過口２４が形成された壁面と相対する一壁面には、ターゲットホルダ２３が配置されている。
【００３７】
上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２と昇降板１３とは水平面内で一緒に回転できるように構成されている。図２では、上側回転軸１４が通過口２４側に位置し、下側回転軸１５がターゲットホルダ２３側に位置した状態で静止している。
【００３８】
この状態から水平面内で１８０°回転させると、図３に示すように、下側回転軸１５が通過口２４側に位置し、上側回転軸１４がターゲットホルダ２３側に位置する。
【００３９】
図４は、その状態から上側回転軸１４を９０°回転させ、水平姿勢にあった上側基板ホルダ１１を鉛直な起立姿勢にした状態を示している。起立姿勢にある上側基板ホルダ１１はターゲットホルダ２３内のターゲットに平行に面している。
【００４０】
図５は、図４とは逆に、下側回転軸１５がターゲットホルダ２３側に位置し、上側回転軸１４が通過口２４側に位置しており、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあり、上側基板ホルダ１１が水平姿勢にある状態を示している。起立姿勢にある下側基板ホルダ１２はターゲットホルダ２３内のターゲットに平行に面している。
【００４１】
上側回転軸１４と下側回転軸１５とが上下方向に移動可能に構成されている場合は、図７に示すように、上側基板ホルダ１１が起立姿勢にあるとき(図７の左方の状態)と、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあるとき(図７の右方の状態)との高さを一致させることができる。
【００４２】
図６は、図５のように上側基板ホルダ１１が水平姿勢にあり、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にある状態で、昇降板１３が上方に移動した場合を示しており、ピン１７の先端が上側基板ホルダ１１の孔１７から突き出されている。
【００４３】
次に、上記基板保持装置１０を用い、処理室５３内で本発明のスパッタリング方法を行う手順について説明する。
【００４４】
図８を参照し、先ず、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあり、上側基板ホルダ１１が水平姿勢にあり、下側基板ホルダ１２には、スパッタリング法によって薄膜の形成途中の基板５ａが鉛直に保持されている状態にあるものとする。
【００４５】
図８及び後述する図９〜１８の符号２６は、ターゲットホルダ２３内に鉛直に配置されたターゲットを示しており、図８の状態はスパッタリングによる薄膜形成作業中であり、基板５ａはターゲット２６に面している。
【００４６】
この状態では、処理室５３と搬送室５０の間のゲートバルブ７３は閉じられており、処理室５３内にはアルゴンガス等のスパッタリングガスがマスフローコントローラ(ＭＦＣ)等によって流量制御されながら導入され、内部は１０-1Ｐａ〜１０+1Ｐａ程度の圧力にされている。
【００４７】
他方、搬送室５０の内部は真空排気系６０によって処理室５３よりも低圧力にされている。
【００４８】
この状態で基板搬送ロボット４０を動作させ、搬出入室５１や他の処理室５２、５４〜５６から基板を取り出し、搬送室５０と搬出入室５１の間、及び搬送室５０と処理室５２〜５６との間のゲートバルブ７１〜７６を閉じた状態にし、搬送室５０の内部雰囲気を搬出入室５１や各処理室５１〜５６の内部雰囲気から遮断する。
【００４９】
次いで、搬送室５０に接続されたガス導入系８０により、マスフローコントローラ等によって流量制御しながら、搬送室５０内部に補助ガスを導入し、搬送室５０の内部雰囲気の圧力をスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気の圧力と同じ圧力まで昇圧させる。
【００５０】
搬送室５０の内部に導入される補助ガスは、処理室５３内部に侵入しても処理室５３内で行われるスパッタリング等の真空処理に影響を与えない不活性ガスであり、例えばＮ2ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。ここでは、補助ガスとして、処理室５３内部に導入中のスパッタリングガスと同じアルゴンガスを導入した。
【００５１】
搬送室５０と処理室５３との間の圧力差が解消された後、その間のゲートバルブ７３を開け、搬送室５０の内部雰囲気とスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気とを接続し、次にスパッタリングによって薄膜が形成される基板をハンド４３上に乗せ、通過口２４を通してハンド４３を処理室５３内部に挿入する。図９はその状態を示しており、ハンド４３は、水平姿勢にある上側基板ホルダ１１の上方に位置している。符号５ｂは、ハンド４３上に乗せられた次に薄膜が形成される基板を示している。
【００５２】
次いで、図１０に示すように、昇降板１３を上方に移動させると、ピン１７の先端は上側基板ホルダ１１の表面高さよりも突き出され、更に上昇すると、ハンド４３とは接触せず基板５ｂの裏面に当接される。その結果、基板５ｂはハンド４３上からピン１７の上端部上に移し換えられる。
【００５３】
その状態で、図１１に示すように、ハンド４３を搬送室５０内に戻し、図１２に示すように昇降板１３を降下させると、昇降ピン１７の上端部上の基板５ｂは水平姿勢にある上側基板ホルダ４３上に乗せられる。次いで、不図示の保持機構を動作させ、基板５ｂを上側基板ホルダ１１上に密着保持する。
【００５４】
ハンド４３が搬送室５０に戻された後では、搬送室５０と処理室５３との間のゲートバルブ７３は閉じられており、搬送室５０の内部雰囲気はスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気から分離されている。
【００５５】
その状態で搬送室５０内への補助ガスの導入を停止し、搬送室５０内部を低圧力にし、他の処理室５２、５４〜５６や搬出入室５１との間で基板の搬出入を行う。
【００５６】
処理室５３内部では、ゲートバルブ７３が閉じた後でもスパッタリングが続行され、基板５ａに所定膜厚の薄膜が形成された後、ターゲット２６への電圧の印加と処理室５３内へのスパッタリングガスの導入を停止し、スパッタリングを終了させる。
【００５７】
スパッタリングの終了後、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２を回転させ、図１３に示すように、下側基板ホルダ１２を通過口２４側に位置させ、上側基板ホルダ１１をターゲット２６側に位置させ、次いで図１４に示すように、上側基板ホルダ１１を起立させ、処理室５３の内部にスパッタリングガスを導入し、ターゲット２６のスパッタリングによる基板５ｂ表面への薄膜形成作業を開始する。
【００５８】
次に、図１５に示すように、下側基板ホルダ１２を水平姿勢にした後、図１６に示すように、昇降板１３を上昇させ、薄膜形成が終了した基板５ａをピン１７上に乗せる。
【００５９】
このとき、基板搬送ロボット４０のハンド４３上には基板は載置されておらず、また、搬送室５０と搬出入室５１及び処理室５２〜５６の間のゲートバルブ７１〜７６は閉じられており、搬送室５０の内部には補助ガスが導入され、その圧力は処理室５３内部の圧力と同程度まで昇圧されている。
【００６０】
その状態でゲートバルブ７３を開け、スパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気と搬送室５０の内部雰囲気とを接続し、図１７に示すように、基板搬送ロボット４０のハンド４３を、基板５ａと下側基板ホルダ１２との間に挿入する。
【００６１】
次いで、昇降板１３を降下させ、図１８に示すように、薄膜が形成された基板５ａをハンド４３上に乗せた後、ハンド４３を搬送室５０内に退避させると、基板保持装置１０は、図８に示したのと同様に、１枚の基板の表面に薄膜形成中の状態になる。
【００６２】
この状態では、下側基板ホルダ１２上からは、処理が終了した基板５ａが取り除かれているので、基板搬送ロボット４０により、処理室５３内で薄膜を形成する基板を乗せると、次々と基板表面に薄膜を形成することが可能になる。
【００６３】
【発明の効果】
スパッタリング処理の終了後に基板を交換する場合に比べ、処理時間が短くて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を用いることができる真空処理装置の一例
【図２】その真空処理装置に用いられている基板保持装置を説明するための図
【図３】その基板保持装置の動作を説明するための図(１)
【図４】その基板保持装置の動作を説明するための図(２)
【図５】その基板保持装置の動作を説明するための図(３)
【図６】その基板保持装置の動作を説明するための図(４)
【図７】起立姿勢にある上側基板ホルダと下側基板ホルダの高さを一致させた場合を説明するための図
【図８】本発明方法の手順を説明するための図(１)
【図９】本発明方法の手順を説明するための図(２)
【図１０】本発明方法の手順を説明するための図(３)
【図１１】本発明方法の手順を説明するための図(４)
【図１２】本発明方法の手順を説明するための図(５)
【図１３】本発明方法の手順を説明するための図(６)
【図１４】本発明方法の手順を説明するための図(７)
【図１５】本発明方法の手順を説明するための図(８)
【図１６】本発明方法の手順を説明するための図(９)
【図１７】本発明方法の手順を説明するための図(１０)
【図１８】本発明方法の手順を説明するための図(１１)
【図１９】従来技術のスパッタリング方法が用いられる真空処理装置を説明するための図
【図２０】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(１)
【図２１】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(２)
【図２２】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(３)
【符号の説明】
５、５ａ、５ｂ……基板 ２６……ターゲット ５０……搬送室 ５３……処理室
【発明の属する技術分野】
本発明は真空処理の技術分野にかかり、特に、複数の基板に対して連続して真空処理を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板表面に薄膜を成膜する量産装置としては、１台の搬送室の周囲に処理室が複数台接続されたマルチチャンバ型の真空処理装置が用いられている。
【０００３】
図１９の符号１０２は、その真空処理装置を示している。搬送室１５０の周囲に、複数の処理室が接続されている(ここでは２台の処理室１５１、１５３が示されている。)。
【０００４】
１台の処理室１５３を例にとって内部構成を説明すると、この処理室１５３の壁面のうち、搬送室１５０に接続された壁面には通過口１２４が設けられている。この通過口１２４には、不図示のゲートバルブが設けられており、そのゲートバルブによって通過口１２４が塞がれると搬送室１５０の内部雰囲気は処理室１５３の内部雰囲気から分離され、ゲートバルブが開けられると搬送室１５０の内部雰囲気は処理室１５３の内部雰囲気に接続されるようになっている。
【０００５】
処理室１５３の壁面のうち、通過口１２４が形成された壁面と対向する壁面には、ターゲットホルダ１２３が配置されている。
【０００６】
処理室１５３の底壁上には基板保持装置１１０が配置されている。基板保持装置１１０は、回転軸１１４と、保持板１１１と、昇降板１１３とを有しており、回転軸１１４は、ターゲットホルダ１２３近辺に水平に配置されている。
【０００７】
保持板１１１は、回転軸１１４に取り付けられており、回転軸１１４を回転させると水平な姿勢にも垂直な姿勢にもできるようになっている。図２０は水平な姿勢にある保持版１１１を示している。
【０００８】
搬送室１５０内には基板搬送ロボット１４０が配置されている。基板搬送ロボット１４０は、回転軸と、根本部分が該回転軸に取り付けられたアーム１４１と、該アーム１４１先端に取り付けられたハンド１４３とを有しており、回転軸を回転させ、アーム１４１を伸縮させるとハンド１４３を水平面内で移動できるように構成されている。
【０００９】
上記の真空処理装置１０２で成膜作業を行う場合は、ハンド１４３上に基板１０５を乗せ、ゲートバルブを開け、ハンド１４３を処理室内１５３内に挿入し、水平姿勢の保持板１１１上で静止させる。
【００１０】
昇降板１１３は、水平姿勢の保持板１１１の下方に配置されており、該昇降板１１３の表面にはピン１１７が複数本数立設されている。保持板１１１には孔１１８が複数個設けられており、昇降板１１３を上方に移動させると、各ピン１１７は水平姿勢の保持板１１１の孔１１８内に挿通される。そして、更にピン１１７を上昇させると、ピン１１７の上端部分はハンド１４３の間から上方に突き出され、その結果、基板１０５はピン１１７の上端部に乗せられる。図２０はその状態を示している。
【００１１】
次いで、ハンド１４３を搬送室１５０に戻し、昇降板１１３を降下させると、基板１０５は保持板１１１上に乗せられる。図２１はその状態を示している。
【００１２】
保持板１１１に設けられた不図示の保持機構により、基板１０５を保持板１１１上に保持し、回転軸１１４を回転させて保持板１１１を起立させると、図２２に示すように基板１０５は保持板１１１と共に起立する。ターゲットホルダ１２３内には、不図示のターゲットが鉛直に配置されれおり、基板１０５が起立姿勢になると、基板１０５の表面はターゲットに対して平行に対向する。
【００１３】
この状態でゲートバルブを閉じ、処理室１５３の内部を搬送室１５０から遮断し、処理室１５３内にスパッタリングガスを導入し、ターゲットに電圧を印加してスパッタリングを行い、基板１０５表面に薄膜を形成する。
【００１４】
薄膜が所定膜厚に形成された後、処理室１５３の内部からスパッタリングガスを排気し、処理室１５３内部の圧力が搬送室１５０内の圧力と同程度まで低下した後、処理室１５３と搬送室１５０の間のゲートバルブを開け、処理室１５３の内部雰囲気と搬送室１５０の内部雰囲気とを接続し、基板搬送ロボット１４０のハンド１４３を処理室１５３内に挿入し、ハンド１４３上に薄膜が形成された基板１０５を乗せ、処理室１５３の内部から搬出し、後工程の処理室の内部に搬入する。
【００１５】
ハンド１４３上から薄膜が形成された基板１０５が除去された後、前工程の処理室や搬入室内にハンド１４３を挿入し、未処理の基板を乗せ、搬送室１５０の内部を通して処理室１５３内に搬入し、スパッタリング作業を行う。
【００１６】
以上のように、従来技術のスパッタリング方法では、薄膜が形成された基板を処理室１５３内部から除去した後、未処理の基板をハンド１４３上に乗せて処理室１５３内部に搬入し、その基板に対するスパッタリング作業を開始する必要がある。処理が終了した基板を未処理の基板と交換する間は、処理室１５３内部での成膜作業を行うことはできないため、交換に要する時間が無駄になっていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板を交換している間も真空処理を行うことができる基板保持装置と、その基板保持装置を用いた真空処理装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、処理室と、前記処理室内に互いに平行に水平に配置された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸に取りつけられ、前記第一、第二の回転軸が回転すると、水平姿勢と起立姿勢を取れる第一、第二の保持板と、前記処理室内に鉛直に配置され、起立姿勢にされた前記第一、第二の保持板と対面可能なターゲットと、前記処理室の前記ターゲットと対面する位置に形成され、閉可能な通過口と、前記通過口で前記処理室と接続された搬送室とを有し、前記第一、第二の保持板が、前記第一、第二の回転軸の間の位置で水平姿勢を取れるように構成されたスパッタリング装置を用い、前記ターゲットをスパッタリングし、起立姿勢の前記第一の保持板に配置され、前記ターゲットに対面された第一の基板表面に薄膜を成長させながら、薄膜が未形成の第二の基板を前記通過口を通過させて前記搬送室から前記処理室内に搬入し、水平姿勢の前記第二の保持板上に配置するスパッタリング方法であって、前記第一、第二の回転軸は水平面内で回転可能に構成され、前記第一の基板のスパッタリングが終了した後、回転機構によって、前記第一、第二の回転軸を１８０°回転させ、前記第二の保持板を起立姿勢にし、前記第二の基板を前記ターゲットと対面させ、前記ターゲットをスパッタリングするスパッタリング方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタリング方法であって、前記スパッタリング装置は、前記第一、第二の回転軸が異なる高さに配置され、前記第一、第二の保持板が前記第一、第二の回転軸の間の位置で重ねて水平姿勢を取れるように構成され、前記第一、第二の保持板を昇降移動させ、起立姿勢の前記第一、第二の保持板を同じ高さにして前記第一、第二の基板表面に薄膜を成長させるスパッタリング方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング方法であって、前記ターゲットのスパッタリング中に、前記搬送室に接続された他の処理室から基板を取り出すスパッタリング方法であって、前記他の処理室から前記基板を取り出す際には前記通過口を閉じ、前記搬送室を前記処理室よりも低圧力にし、前記通過口を開けて前記搬送室の内部雰囲気と前記処理室の内部雰囲気を接続する前に、前記搬送室の内部雰囲気を前記他の処理室の内部雰囲気から遮断し、前記搬送室内にスパッタリングガスを導入し、前記搬送室の圧力を上昇させ、接続するスパッタリング方法である。
【００１９】
本発明は上記のように構成されており、処理室内で基板を鉛直に起立させた状態でスパッタリングを行っているときに、次にスパッタリング処理すべき基板を処理室内に搬入するので、スパッタリング処理終了後、基板を交換する場合に比べ、処理時間が短くて済む。
【００２０】
この場合、搬送室はスパッタリング中の処理室と接続されるため、搬送室内の圧力を処理室内の圧力と略一致させておくと、接続の際にも処理室内の圧力変動が生じなくなるので、スパッタリングを安定して行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１の符号２は本発明のスパッタリング方法を用いることができる真空処理装置の一例を示している。
【００２２】
この真空処理装置２は、搬送室５０と、搬出入室５１と、処理室５２〜５６を有している。搬出入室５１と各処理室５２〜５６とは、ゲートバルブ７１〜７６を介して、搬送室５０の側面にそれぞれ接続されている。
【００２３】
搬送室５０と、搬出入室５１と、処理室５２〜５６には、真空排気系６０〜６６と、ガス導入系８０〜８６とがそれぞれ接続されており、各ゲートバルブ７１〜７６を閉じ、真空排気系６０〜６６を動作させると、搬出入室５１と搬送室５０と各処理室５２〜５６の内部を個別に真空排気できるように構成されている。
【００２４】
各処理室５２〜５６に接続されたガス導入系８２〜８６は、処理室５２〜５６内部で行われる処理に応じたガスボンベが接続されている。例えば、スパッタリング処理に対してはアルゴンガスであり、ＣＶＤに対しては薄膜の原料ガスとキャリアガスであり、エッチング処理に対しては有機フッ素ガス等のエッチングガスである。
【００２５】
他方、搬送室５０に接続されたガス導入系８０には、窒素ガスやアルゴンガスの不活性な補助ガスが充填されたガスボンベが接続されている。
【００２６】
この搬送室５０内には、基板搬送ロボット４０が配置されている。基板搬送ロボット４０は、回転軸４４と、アーム４２と、ハンド４３とを有している。回転軸４４は鉛直に配置されており、アーム４２の一端が取り付けられている。ハンド４３は、アーム４２の他端に取り付けられており、回転軸４４の回転によってアーム４２が伸縮動作し、それに伴ってハンド４３が水平面内で移動するように構成されている。ハンド４３は先端が分割され、フォーク状になっており、後述するピン１７がハンド４３内に挿入されるようになっている。
【００２７】
図２は、本発明を説明するために、処理室５２、５４〜５６を省略した真空処理装置２の斜視図であり、搬送室５０と、搬出入室５１と、１台の処理室５３が示されている。
【００２８】
この搬送室５３内には基板保持装置１０が配置されている。該基板保持装置１０は、上側基板ホルダ１１と、下側基板ホルダ１２と、上側回転軸１４と、下側回転軸１５と、昇降板１３とを有している。
【００２９】
上側回転軸１４は、処理室５３内で水平に配置されており、下側回転軸１５は、上側回転軸１４に対して水平方向に離間し、且つ下方位置であって、上側回転軸１４に対して平行に配置されている。符号２２は上側回転軸１４の回転軸線を示しており、符号２５は下側回転軸１５の回転軸線を示している。上側回転軸１４と下側回転軸１５には、不図示のモータが取り付けられており、上側回転軸１４と下側回転軸１５は、それぞれ回転軸線２２、２５を中心として回転できるように構成されている。
【００３０】
上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２は四角形状の板であり、その一辺が、それぞれ上側回転軸１４と下側回転軸１５に、軸線方向に沿って取り付けられている。
【００３１】
図２は、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２とがそれぞれ水平な状態で静止した水平姿勢にある場合を示しており、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２とが共に水平姿勢にあるときは、隙間を存した状態で互いに重ね合うようになっている。
【００３２】
昇降板１３は、水平姿勢にある下側基板ホルダ１２の鉛直下方位置に水平に配置されている。昇降板１３の表面には複数本のピン１７が直立して設けられている。昇降板１３は、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２に対して相対的に上下移動可能に構成されており、昇降板１３の上下移動に伴い、ピン１７が上下移動するようになっている。
【００３３】
水平姿勢にあるときの上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２の各ピン１７の鉛直上方位置には、それぞれ孔１８、１９が設けられている。従って、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２を水平姿勢にし、昇降板１３を上方に移動させると各ピン１７は孔１８、１９内に挿入される。
【００３４】
ところで、図２は、基板搬送ロボット４０によって搬出入室５１内から処理対象の基板５が取り出され、処理室５３に搬入される直前の状態が示されている。
【００３５】
また、図２では、搬送室５０と処理室５３との間のゲートバルブ７３が開けられた状態になっており、搬送室５０と処理室５３とは通過口２４によって内部が接続されている。
【００３６】
この処理室５３はスパッタリング室であり、処理室５３の壁面のうち、通過口２４が形成された壁面と相対する一壁面には、ターゲットホルダ２３が配置されている。
【００３７】
上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２と昇降板１３とは水平面内で一緒に回転できるように構成されている。図２では、上側回転軸１４が通過口２４側に位置し、下側回転軸１５がターゲットホルダ２３側に位置した状態で静止している。
【００３８】
この状態から水平面内で１８０°回転させると、図３に示すように、下側回転軸１５が通過口２４側に位置し、上側回転軸１４がターゲットホルダ２３側に位置する。
【００３９】
図４は、その状態から上側回転軸１４を９０°回転させ、水平姿勢にあった上側基板ホルダ１１を鉛直な起立姿勢にした状態を示している。起立姿勢にある上側基板ホルダ１１はターゲットホルダ２３内のターゲットに平行に面している。
【００４０】
図５は、図４とは逆に、下側回転軸１５がターゲットホルダ２３側に位置し、上側回転軸１４が通過口２４側に位置しており、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあり、上側基板ホルダ１１が水平姿勢にある状態を示している。起立姿勢にある下側基板ホルダ１２はターゲットホルダ２３内のターゲットに平行に面している。
【００４１】
上側回転軸１４と下側回転軸１５とが上下方向に移動可能に構成されている場合は、図７に示すように、上側基板ホルダ１１が起立姿勢にあるとき(図７の左方の状態)と、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあるとき(図７の右方の状態)との高さを一致させることができる。
【００４２】
図６は、図５のように上側基板ホルダ１１が水平姿勢にあり、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にある状態で、昇降板１３が上方に移動した場合を示しており、ピン１７の先端が上側基板ホルダ１１の孔１７から突き出されている。
【００４３】
次に、上記基板保持装置１０を用い、処理室５３内で本発明のスパッタリング方法を行う手順について説明する。
【００４４】
図８を参照し、先ず、下側基板ホルダ１２が起立姿勢にあり、上側基板ホルダ１１が水平姿勢にあり、下側基板ホルダ１２には、スパッタリング法によって薄膜の形成途中の基板５ａが鉛直に保持されている状態にあるものとする。
【００４５】
図８及び後述する図９〜１８の符号２６は、ターゲットホルダ２３内に鉛直に配置されたターゲットを示しており、図８の状態はスパッタリングによる薄膜形成作業中であり、基板５ａはターゲット２６に面している。
【００４６】
この状態では、処理室５３と搬送室５０の間のゲートバルブ７３は閉じられており、処理室５３内にはアルゴンガス等のスパッタリングガスがマスフローコントローラ(ＭＦＣ)等によって流量制御されながら導入され、内部は１０-1Ｐａ〜１０+1Ｐａ程度の圧力にされている。
【００４７】
他方、搬送室５０の内部は真空排気系６０によって処理室５３よりも低圧力にされている。
【００４８】
この状態で基板搬送ロボット４０を動作させ、搬出入室５１や他の処理室５２、５４〜５６から基板を取り出し、搬送室５０と搬出入室５１の間、及び搬送室５０と処理室５２〜５６との間のゲートバルブ７１〜７６を閉じた状態にし、搬送室５０の内部雰囲気を搬出入室５１や各処理室５１〜５６の内部雰囲気から遮断する。
【００４９】
次いで、搬送室５０に接続されたガス導入系８０により、マスフローコントローラ等によって流量制御しながら、搬送室５０内部に補助ガスを導入し、搬送室５０の内部雰囲気の圧力をスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気の圧力と同じ圧力まで昇圧させる。
【００５０】
搬送室５０の内部に導入される補助ガスは、処理室５３内部に侵入しても処理室５３内で行われるスパッタリング等の真空処理に影響を与えない不活性ガスであり、例えばＮ2ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。ここでは、補助ガスとして、処理室５３内部に導入中のスパッタリングガスと同じアルゴンガスを導入した。
【００５１】
搬送室５０と処理室５３との間の圧力差が解消された後、その間のゲートバルブ７３を開け、搬送室５０の内部雰囲気とスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気とを接続し、次にスパッタリングによって薄膜が形成される基板をハンド４３上に乗せ、通過口２４を通してハンド４３を処理室５３内部に挿入する。図９はその状態を示しており、ハンド４３は、水平姿勢にある上側基板ホルダ１１の上方に位置している。符号５ｂは、ハンド４３上に乗せられた次に薄膜が形成される基板を示している。
【００５２】
次いで、図１０に示すように、昇降板１３を上方に移動させると、ピン１７の先端は上側基板ホルダ１１の表面高さよりも突き出され、更に上昇すると、ハンド４３とは接触せず基板５ｂの裏面に当接される。その結果、基板５ｂはハンド４３上からピン１７の上端部上に移し換えられる。
【００５３】
その状態で、図１１に示すように、ハンド４３を搬送室５０内に戻し、図１２に示すように昇降板１３を降下させると、昇降ピン１７の上端部上の基板５ｂは水平姿勢にある上側基板ホルダ４３上に乗せられる。次いで、不図示の保持機構を動作させ、基板５ｂを上側基板ホルダ１１上に密着保持する。
【００５４】
ハンド４３が搬送室５０に戻された後では、搬送室５０と処理室５３との間のゲートバルブ７３は閉じられており、搬送室５０の内部雰囲気はスパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気から分離されている。
【００５５】
その状態で搬送室５０内への補助ガスの導入を停止し、搬送室５０内部を低圧力にし、他の処理室５２、５４〜５６や搬出入室５１との間で基板の搬出入を行う。
【００５６】
処理室５３内部では、ゲートバルブ７３が閉じた後でもスパッタリングが続行され、基板５ａに所定膜厚の薄膜が形成された後、ターゲット２６への電圧の印加と処理室５３内へのスパッタリングガスの導入を停止し、スパッタリングを終了させる。
【００５７】
スパッタリングの終了後、上側基板ホルダ１１と下側基板ホルダ１２を回転させ、図１３に示すように、下側基板ホルダ１２を通過口２４側に位置させ、上側基板ホルダ１１をターゲット２６側に位置させ、次いで図１４に示すように、上側基板ホルダ１１を起立させ、処理室５３の内部にスパッタリングガスを導入し、ターゲット２６のスパッタリングによる基板５ｂ表面への薄膜形成作業を開始する。
【００５８】
次に、図１５に示すように、下側基板ホルダ１２を水平姿勢にした後、図１６に示すように、昇降板１３を上昇させ、薄膜形成が終了した基板５ａをピン１７上に乗せる。
【００５９】
このとき、基板搬送ロボット４０のハンド４３上には基板は載置されておらず、また、搬送室５０と搬出入室５１及び処理室５２〜５６の間のゲートバルブ７１〜７６は閉じられており、搬送室５０の内部には補助ガスが導入され、その圧力は処理室５３内部の圧力と同程度まで昇圧されている。
【００６０】
その状態でゲートバルブ７３を開け、スパッタリング中の処理室５３の内部雰囲気と搬送室５０の内部雰囲気とを接続し、図１７に示すように、基板搬送ロボット４０のハンド４３を、基板５ａと下側基板ホルダ１２との間に挿入する。
【００６１】
次いで、昇降板１３を降下させ、図１８に示すように、薄膜が形成された基板５ａをハンド４３上に乗せた後、ハンド４３を搬送室５０内に退避させると、基板保持装置１０は、図８に示したのと同様に、１枚の基板の表面に薄膜形成中の状態になる。
【００６２】
この状態では、下側基板ホルダ１２上からは、処理が終了した基板５ａが取り除かれているので、基板搬送ロボット４０により、処理室５３内で薄膜を形成する基板を乗せると、次々と基板表面に薄膜を形成することが可能になる。
【００６３】
【発明の効果】
スパッタリング処理の終了後に基板を交換する場合に比べ、処理時間が短くて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を用いることができる真空処理装置の一例
【図２】その真空処理装置に用いられている基板保持装置を説明するための図
【図３】その基板保持装置の動作を説明するための図(１)
【図４】その基板保持装置の動作を説明するための図(２)
【図５】その基板保持装置の動作を説明するための図(３)
【図６】その基板保持装置の動作を説明するための図(４)
【図７】起立姿勢にある上側基板ホルダと下側基板ホルダの高さを一致させた場合を説明するための図
【図８】本発明方法の手順を説明するための図(１)
【図９】本発明方法の手順を説明するための図(２)
【図１０】本発明方法の手順を説明するための図(３)
【図１１】本発明方法の手順を説明するための図(４)
【図１２】本発明方法の手順を説明するための図(５)
【図１３】本発明方法の手順を説明するための図(６)
【図１４】本発明方法の手順を説明するための図(７)
【図１５】本発明方法の手順を説明するための図(８)
【図１６】本発明方法の手順を説明するための図(９)
【図１７】本発明方法の手順を説明するための図(１０)
【図１８】本発明方法の手順を説明するための図(１１)
【図１９】従来技術のスパッタリング方法が用いられる真空処理装置を説明するための図
【図２０】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(１)
【図２１】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(２)
【図２２】従来技術のスパッタリング方法の手順を説明するための図(３)
【符号の説明】
５、５ａ、５ｂ……基板 ２６……ターゲット ５０……搬送室 ５３……処理室
Claims (3)
- 処理室と、
前記処理室内に互いに平行に水平に配置された第一、第二の回転軸と、
前記第一、第二の回転軸に取りつけられ、前記第一、第二の回転軸が回転すると、水平姿勢と起立姿勢を取れる第一、第二の保持板と、
前記処理室内に鉛直に配置され、起立姿勢にされた前記第一、第二の保持板と対面可能なターゲットと、
前記処理室の前記ターゲットと対面する位置に形成され、閉可能な通過口と、
前記通過口で前記処理室と接続された搬送室とを有し、
前記第一、第二の保持板が、前記第一、第二の回転軸の間の位置で水平姿勢を取れるように構成されたスパッタリング装置を用い、
前記ターゲットをスパッタリングし、起立姿勢の前記第一の保持板に配置され、前記ターゲットに対面された第一の基板表面に薄膜を成長させながら、
薄膜が未形成の第二の基板を前記通過口を通過させて前記搬送室から前記処理室内に搬入し、水平姿勢の前記第二の保持板上に配置するスパッタリング方法であって、
前記第一、第二の回転軸は水平面内で回転可能に構成され、
前記第一の基板のスパッタリングが終了した後、回転機構によって、前記第一、第二の回転軸を１８０°回転させ、前記第二の保持板を起立姿勢にし、前記第二の基板を前記ターゲットと対面させ、前記ターゲットをスパッタリングするスパッタリング方法。 - 前記スパッタリング装置は、前記第一、第二の回転軸が異なる高さに配置され、前記第一、第二の保持板が前記第一、第二の回転軸の間の位置で重ねて水平姿勢を取れるように構成され、
前記第一、第二の保持板を昇降移動させ、起立姿勢の前記第一、第二の保持板を同じ高さにして前記第一、第二の基板表面に薄膜を成長させる請求項１記載のスパッタリング方法。 - 前記ターゲットのスパッタリング中に、前記搬送室に接続された他の処理室から基板を取り出すスパッタリング方法であって、
前記他の処理室から前記基板を取り出す際には前記通過口を閉じ、前記搬送室を前記処理室よりも低圧力にし、
前記通過口を開けて前記搬送室の内部雰囲気と前記処理室の内部雰囲気を接続する前に、前記搬送室の内部雰囲気を前記他の処理室の内部雰囲気から遮断し、前記搬送室内にスパッタリングガスを導入し、前記搬送室の圧力を上昇させ、接続する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング方法。
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