JP6738976B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
粒子源から放出される粒子を使って基板を処理する基板処理装置がある。粒子源は、例えば、カソードによって保持されたターゲットであったり、イオンビーム源であったりしうる。粒子源がターゲットである場合、基板処理装置は、スパッタリング装置(成膜装置)として使用されうる。粒子源がイオンビーム源である場合、基板処理装置は、エッチング装置またはイオン注入装置として使用されうる。
特許文献1には、凹凸形状を有する基体に薄膜を成膜する成膜装置が記載されている。特許文献1に記載された成膜装置は、Y方向の軸のまわりで回転自在のカソードユニットと、基体ホルダーを回転させる回転軸と、回転軸をその軸方向に駆動する駆動系と、回転軸をXZ面内で搖動させる駆動系とを備えている。
特開2005−336535号公報
特許文献1に記載された成膜装置のように基板(基体)側の姿勢(傾き)および位置を制御する構成では、凹形状を有する基板に膜を形成する場合に、ターゲットと基板との距離およびターゲットと基板との相対的な姿勢を調整可能な範囲が限定されうる。調整可能な範囲を大きくするためには、基板の姿勢および位置の調整範囲を大きくするとともにカソードユニットの回動範囲を大きくする必要があるが、成膜装置が大型化しうる。
本発明は、粒子源と基板との距離および粒子源と基板との相対的な姿勢を調整するために有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の第1側面は、粒子を使って基板を処理する基板処理装置に係り、前記基板処理装置は、前記基板を搬送面に沿って搬送する搬送機構と、粒子を放出する粒子源と、前記粒子源を自転軸の周りで回動させる自転機構と、前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる移動機構と、を備える。
本発明の第2側面は、基板を処理する基板処理方法に係り、前記基板処理方法は、前記基板を搬送面に沿って搬送するとともに、粒子を放出する粒子源の姿勢および位置を制御しながら、前記粒子源から放出される粒子を使って前記基板を処理する処理工程を含み、前記基板の被処理箇所は、前記基板の搬送に伴って変化し、前記処理工程は、前記基板の前記被処理箇所の変化に応じて、前記粒子源を自転軸の周りで回動させるとともに、前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる駆動工程を含む。
本発明によれば、粒子源と基板との距離および粒子源と基板との相対的な姿勢を調整するために有利な技術が提供される。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
本発明の第1実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す図。 本発明の第2実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す図。 制御部による制御の下でなされうる自転機構および移動機構によるターゲット(カソード)の姿勢および位置の調整あるいは制御を模式的に示す図。 スパッタリング装置において基板にスパッタリングによって膜が形成される処理を時系列的に示す図。 スパッタリング装置において基板にスパッタリングによって膜が形成される処理を時系列的に示す図。 スパッタリング装置において基板にスパッタリングによって膜が形成される処理を時系列的に示す図。 本発明の第2実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
以下、添付図面を参照しながら本発明のその例示的な実施形態を通して説明する。本発明は、粒子源から放出される粒子を使って基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。粒子源は、例えば、カソードによって保持されたターゲットであり、基板処理装置は、カソードのスパッタリングによって放出される粒子を使って基板に膜を形成するスパッタリング装置として構成されうる。あるいは、粒子源は、イオンビーム源であり、基板処理装置は、イオンビーム源から放出される粒子を使って基板をエッチングするエッチング装置として、または、イオンビーム源から放出される粒子を基板に注入するイオン注入装置として構成されうる。
以下では、本発明に係る基板処理装置がスパッタリング装置に適用された例を説明するが、以下の説明における粒子源がイオンビーム源に置き換えられることによって、以下で説明される基板処理装置は、基板をエッチングするエッチング装置として、または、基板にイオンを注入するイオン注入装置として機能しうる。
図1には、本発明の第1実施形態のスパッタリング装置1の構成が模式的に示されている。スパッタリング装置1は、スパッタリングチャンバーCAと、スパッタリングチャンバーCAの中で基板Sを搬送面CSに沿って搬送する搬送機構CMAと、スパッタリングチャンバーCAの中でターゲットT(粒子源)を保持するカソードCとを備えうる。また、スパッタリング装置1は、カソードCを自転軸の周りで回動させる自転機構RTMと、カソードCと搬送面CSとの距離が変更されるようにカソードCを移動させる移動機構RVMとを備えうる。ここで、カソードCと搬送面CSとの距離は、ターゲットTと基板Sの膜形成箇所との距離が一定になるように移動機構RVMによって調整あるいは制御されうる。
基板Sは、例えば、凹形状を有する表面を有し、該表面にスパッタリングによって膜が形成されうる。該表面は、例えば、円筒面の一部を構成する面、球面の一部を構成する面、または、放物面等でありうるが、他の形状を有してもよい。また、本発明は、凹形状の表面を有する基板の該表面に膜を形成するために有利であるが、凸形状の表面を有する基板の該表面に膜を形成するために適用されてもよい。
基板Sは、例えば、基板ホルダーSHによって保持された状態で搬送機構CMAによって搬送面CSに沿って搬送されうる。基板Sは、例えば、ミラー等の光学素子の母材あるいはベースとなりうる。搬送機構CMAは、例えば、ローラーコンベアでありうるが、他の形式の搬送機構であってもよい。
スパッタリング装置1は、その他、スパッタリングチャンバーCAの内部空間を減圧するための真空ポンプ(例えば、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ、クライオポンプ等)を備えうる。また、スパッタリング装置1は、スパッタリングチャンバーCAの内部空間にガス(例えば、アルゴンガス)を供給するガス供給部を備えうる。また、スパッタリング装置1は、カソードCと基板Sおよび/またはスパッタリングチャンバーCAとの間に高周波を供給する高周波供給源を備えうる。
スパッタリング装置1は、ロードロックチャンバーCBを更に備えてもよい。ロードロックチャンバーCBは、ゲートバルブV1を介してスパッタリングチャンバーCAに接続されうる。ロードロックチャンバーCBには、ロードロックチャンバーCBの内部空間を減圧する真空ポンプが設けられうる。また、ロードロックチャンバーCBには、ロードロックチャンバーCBの中で基板Sを搬送するための搬送機構CMBが設けられうる。ロードロックチャンバーCBの中には、基板Sを加熱するヒータHTが設けられてもよい。
スパッタリング装置1は、基板SをロードロックチャンバーCBに搬入したり、ロードロックチャンバーCBから基板Sを搬出したりするための中継場所を提供するポートCCを備えうる。ポートCCは、ゲートバルブV2を介してロードロックチャンバーCBに接続されうる。ポートCCには、ポートCCの中で基板Sを搬送するための搬送機構CMCが設けられうる。また、ポートCCには、基板Sの表面の形状を計測するための計測器MEASが設けられうる。計測器MEASは、例えば、3次元形状計測器でありうる。計測器MEASは、例えば、搬送機構CMCによって基板Sが走査された状態で基板Sの表面の形状を計測し、表面形状情報を生成しうる。
スパッタリング装置1は、搬送機構CMA、CMB、CMC、自転機構RTM、移動機構RVM、ヒータHTおよび計測器MEASを制御する制御部CNTを備えうる。制御部CNTは、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(Programmable Logic Deviceの略。)、又は、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
図1に示された例では、基板Sは、ポートCCに搬入され、ゲートバルブV2を通してロードロックチャンバーCBに搬送機構CMC、CMBによって搬送されうる。ここで、基板Sの表面の形状が不明である場合には、計測器MEASによって基板Sの表面の形状が計測されうる。制御部CNTは、計測器MEASによって計測された結果である表面形状情報(基板Sの表面の形状を示す情報)、または、不図示の入力装置を介して提供される基板Sの表面形状情報に基づいて、自転機構RTMおよび移動機構RVMを制御するための制御情報を生成しうる。
ロードロックチャンバーCBの中に基板Sが搬入されると、ロードロックチャンバーCBの内部空間が減圧されうる。また、必要に応じて、ヒータHTによって基板Sが加熱されうる。その後、基板Sは、ゲートバルブV1を通してスパッタリングチャンバーCAの内部空間に搬送機構CMB、CMAによって搬送されうる。
スパッタリングチャンバーCAでは、基板Sを搬送面CSに沿って第1搬送方向に搬送するとともに、ターゲットTを保持するカソードCの姿勢および位置を制御しながら、スパッタリングによって基板Sに膜を形成する膜形成工程が実施されうる。基板Sの表面の全体のうち膜が形成される箇所(膜が成長する箇所)である膜形成箇所は、搬送機構CMAによる基板Sの搬送に伴って変化しうる。ここで、膜形成箇所は、処理される箇所、即ち被処理箇所であるとも言える。膜形成工程は、基板Sの膜形成箇所の変化に応じて、カソードCを自転軸の周りで回動させるとともに、カソードCと搬送面CSとの距離が変更されるようにカソードCを移動させる駆動工程を含みうる。駆動工程では、ターゲットTと基板Sの膜形成箇所との距離が一定になるように駆動機構RVMによってカソードCと搬送面CSとの距離が調整あるいは制御されうる。
基板Sの表面の全域(あるいは、膜を形成すべき領域の全域)に膜が形成された後、基板Sは、第1搬送方向とは反対の第2搬送方向に搬送機構CMAによって、更に、ゲートバルブV1を通してロードロックチャンバーCBの内部空間に搬送機構CMA、CMBによって搬送される。その後、ロードロックチャンバーCBの圧力が大気圧に戻され、ポートCCに搬送機構CMB、CMCによって搬送されうる。
図2には、自転機構RTMおよび移動機構RVMの構成例が模式的に示されている。図3には、制御部CNTによる制御の下でなされうる自転機構RTMおよび移動機構RVMによるターゲットT(カソードC)の姿勢および位置の調整あるいは制御が模式的に示されている。移動機構RVMは、例えば、カソードCを公転軌道OBに沿って回動させることによってカソードCと搬送面CS(膜形成箇所DP)との距離が変更されるようにカソードCを移動させる公転機構として具体化されうる。移動機構RVMは、例えば、モーター12と、自転機構RTMに連結された回転軸16と、回転軸16を支持するベアリング18と、モーター12の出力(回動)を回転軸16に伝達するギア機構14とを含みうる。自転機構RTMは、例えば、モーター32と、カソードCを支持する回転軸38と、モーター32の出力(回動)を回転軸38に伝達するギア機構36とを含みうる。
基板Sの膜形成箇所DP(図3参照)は、搬送機構CMAによる基板Sの搬送に伴って変化しうる。制御部CNTによる制御の下で、自転機構RTMおよび移動機構RVMは、基板Cの膜形成箇所DPの法線NSとターゲットTの表面の法線NT(粒子源の法線)との角度が一定になるようにカソードC(ターゲットT)の姿勢および位置を調整あるいは制御しうる。好ましくは、制御部CNTによる制御の下で、自転機構RTMおよび移動機構RVMは、基板Cの膜形成箇所DPの法線NSとターゲットTの表面の法線NTとが平行になるようにカソードC(ターゲットT)の姿勢および位置を調整あるいは制御しうる。
更に、制御部CNTによる制御の下で、自転機構RTMおよび移動機構RVMは、基板Sの膜形成箇所DPの法線NSとターゲットTの表面の法線NTとの角度が一定になり、かつ、膜形成箇所DPとターゲットTとの距離が一定になるように、カソードC(ターゲットT)の姿勢および位置を調整あるいは制御しうる。好ましくは、制御部CNTによる制御の下で、自転機構RTMおよび移動機構RVMは、基板Sの膜形成箇所DPの法線NSとターゲットTの表面の法線NTとが平行になり、かつ、膜形成箇所DPとターゲットTとの距離が一定になるように、カソードC(ターゲットT)の姿勢および位置を調整あるいは制御しうる。
自転軸RTAは、搬送機構CMAによる基板Sの搬送方向(Y軸に平行な方向)に平行な第1方向に対して直交する第2方向(X軸に平行な方向)に平行であり、公転軌道OBの公転軸RVAは、該第2方向に平行でありうる。
図4〜図6には、スパッタリング装置1において基板Sにスパッタリングによって膜が形成される処理が時系列的に示されている。処理は、状態S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19の順に進行する。基板Sは、搬送機構CMAによる搬送方向における一端E1、および、搬送機構CMAによる搬送方向における他端E2を有し、一端E1から他端E2までの領域に膜が形成されうる。
図4〜図6に例示される処理では、基板Sの表面は、搬送方向に沿った断面(XZ断面)において、凹形状を有する。図4〜図6に示された例では、基板Sが搬送機構CMAによって搬送方向に搬送されながら基板Sの一端E1から基板Sの他端E2までの領域に膜が形成される間に、移動機構RVMは、カソードC(ターゲットT)を第1公転方向に公転軌道OBに沿って回動させた後に、第1公転方向とは反対の第2公転方向に公転軌道OBに沿って回動させる。また、図4〜図6に示された例では、基板Sが搬送機構CMAによって搬送方向に搬送されながら基板Sの一端E1から基板Sの他端E2までの領域に膜が形成される間に、自転機構RTMは、カソードC(ターゲットT)を自転軸RTAの周りで1つの自転方向にのみ回動させる。
一つの構成例において、カソードCは、搬送面CSの上方に配置され、公転軌道OBの最下点は、基板Sの許容される最上点(スパッタリング装置1において処理可能な基板Sにおける最上点)よりも低い。他の構成例において、カソードCは、搬送面CSの上方に配置され、公転軌道OBの最下点は、基板Sの許容される最上点(スパッタリング装置1において処理可能な基板Sにおける最上点)よりも高い。
基板Sに対する膜の形成を開始する前に、基板Sは、ターゲットTおよびカソードCが基板Sに衝突しない位置に退避された状態で、搬送機構CMAによって状態S11として示される位置まで搬送されうる。その後、制御部CNTによる制御の下で、自転機構RTMおよび移動機構RVMは、基板Sの膜形成箇所DPの法線NSとターゲットTの表面の法線NTとが平行になり、かつ、膜形成箇所DPとターゲットTとの距離が目標距離になるように、カソードC(ターゲットT)の姿勢および位置を制御しうる。これにより、基板SとターゲットTとの相対的な位置および姿勢は、状態S11のようになる。この状態で、基板Sが搬送機構CMAによって搬送されながら基板Sに膜の形成する処理が開始される。
その後、状態S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18を経て状態S19に至り、一端E1から他端E2までの領域に対する膜の形成が完了する。その後、ターゲットTおよびカソードCが基板Sに衝突しない位置に退避された状態で、搬送機構CMA、CMBによって基板SがスパッタリングチャンバーCAからロードロックチャンバーCBに搬送され、更に、搬送機構CMB、CMCによってポートCCに搬送される。
この実施形態によれば、カソードCを自転軸の周りで回動させる自転機構RTMと、カソードCと搬送面CSとの距離が変更されるようにカソードCを移動させる移動機構RVMとを備えることによって、凹形状を有する基板Sを搬送しながら基板Sに対する膜の形成を行うことができる。このような構成は、基板Sを公転あるいは回動させることによってターゲットと基板との相対的な位置および姿勢を調整あるいは制御する構成よりもスパッタリング装置の小型化に有利である。
図7には、スパッタリング装置1あるいはスパッタリングチャンバーCAの第2実施形態が示されている。第2実施形態として説明しない事項は、図1〜図6を参照しながら説明した第1実施形態に従いうる。第2実施形態では、第1実施形態の移動機構RVMが移動機構RVM’に変更されている。移動機構RVM’は、カソードCを昇降させることによってカソードCと搬送面CS(膜形成箇所)との距離が変更されるようにカソードCを移動させる昇降機構として具体化されている。
本願は、2018年2月6日提出の日本国特許出願特願2018−019569を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
1:スパッタリング装置、CA:スパッタリングチャンバー、CB:ロードロックチャンバー、CC:ポート、CMA:搬送機構、CMB:搬送機構、CMC:搬送機構、CS:搬送面、C:カソード、T:ターゲット、S:基板、RTM:自転機構、RVM:移動機構(公転機構)、RVM’:移動機構(昇降機構)、RTA:自転軸、RVA:公転軸、OB:公転軌道:DP:膜形成箇所

Claims (20)

  1. 粒子を使って基板を処理する基板処理装置であって、
    前記基板を搬送面に沿って所定の搬送方向に搬送する搬送機構と、
    粒子を放出する粒子源と、
    前記粒子源を前記搬送方向に直交する自転軸の周りで回動させる自転機構と、
    前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる移動機構と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記基板の被処理箇所は、前記搬送機構による前記基板の搬送に伴って変化し、
    前記自転機構および前記移動機構は、前記基板の前記被処理箇所の法線と前記粒子源の法線との角度が一定になるように前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記基板の被処理箇所は、前記搬送機構による前記基板の搬送に伴って変化し、
    前記自転機構および前記移動機構は、前記基板の前記被処理箇所の法線と前記粒子源の法線とが平行になるように前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  4. 前記自転機構および前記移動機構は、前記被処理箇所と前記粒子源との距離が一定になるように、前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の基板処理装置。
  5. 前記移動機構は、前記粒子源を公転軌道に沿って回動させることによって前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  6. 前記公転軌道の公転軸は、前記自転軸と平行である、
    ことを特徴とする請求項5に記載の基板処理装置。
  7. 前記基板が前記搬送機構によって前記搬送方向に搬送されながら前記基板の前記搬送方向における一端から前記基板の前記搬送方向における他端までの領域に膜が形成される間に、前記移動機構は、前記粒子源を第1公転方向に前記公転軌道に沿って回動させた後に、前記粒子源を前記第1公転方向とは反対の第2公転方向に前記公転軌道に沿って回動させる、
    ことを特徴とする請求項6に記載の基板処理装置。
  8. 前記基板が前記搬送機構によって前記搬送方向に搬送されながら前記基板の前記搬送方向における一端から前記基板の前記搬送方向における他端までの領域に膜が形成される間に、前記自転機構は、前記粒子源を前記自転軸の周りで1つの自転方向にのみ回動させる、
    ことを特徴とする請求項6又は7に記載の基板処理装置。
  9. 前記移動機構は、前記粒子源を昇降させることによって前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  10. 前記基板の表面の形状を示す表面形状情報に基づいて、前記自転機構および前記移動機構を制御するための制御情報を生成する制御部を更に備える、
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  11. 前記基板の形状を計測して前記表面形状情報を生成する計測器を更に備える、
    ことを特徴とする請求項10に記載の基板処理装置。
  12. 前記粒子源は、カソードによって保持されたターゲットであり、
    前記基板処理装置は、前記カソードのスパッタリングによって放出される粒子を使って前記基板に膜を形成する、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  13. 前記粒子源は、イオンビーム源である、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  14. 基板を処理する基板処理方法であって、
    前記基板を搬送面に沿って所定の搬送方向に搬送するとともに、粒子を放出する粒子源の姿勢および位置を制御しながら、前記粒子源から放出される粒子を使って前記基板を処理する処理工程を含み、
    前記基板の被処理箇所は、前記基板の搬送に伴って変化し、
    前記処理工程は、前記基板の前記被処理箇所の変化に応じて、前記粒子源を前記搬送方向に直交する自転軸の周りで回動させるとともに、前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる駆動工程を含む、
    ことを特徴とする基板処理方法。
  15. 前記駆動工程では、前記基板の前記被処理箇所の法線と前記粒子源の法線との角度が一定になるように前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項14に記載の基板処理方法。
  16. 前記駆動工程では、前記基板の前記被処理箇所の法線と前記粒子源の法線とが平行になるように前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項14に記載の基板処理方法。
  17. 前記駆動工程では、前記被処理箇所と前記粒子源との距離が一定になるように、前記粒子源の姿勢および位置を制御する、
    ことを特徴とする請求項15又は16に記載の基板処理方法。
  18. 前記粒子源は、カソードによって保持されたターゲットであり、
    前記カソードのスパッタリングによって放出される粒子を使って前記基板に膜が形成される、
    ことを特徴とする請求項14乃至17のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  19. 前記粒子源は、イオンビーム源である、
    ことを特徴とする請求項14乃至17のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  20. 前記駆動工程では、前記自転軸と平行な公転軸の周りで公転軌道に沿って前記粒子源を回動させることによって前記粒子源と前記搬送面との距離が変更されるように前記粒子源を移動させる、
    ことを特徴とする請求項14乃至19のいずれか1項に記載の基板処理方法。
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