JP7382809B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に薄膜を形成するための成膜方法及び成膜装置に関する。
従来、スパッタリングなどにより、基板上に薄膜を形成する技術が知られている。しかしながら、基板表面に凹凸が設けられている場合に、形成する薄膜の内部にボイドと呼ばれる空洞が形成されてしまうことがある。この点について、図１０を参照して説明する。図１０は従来例に係る成膜方法により薄膜が形成される基板の模式的断面図である。
図示の基板７１０の表面には、凸部７１１と凹部７１２が設けられている。図１０（ａ）は、成膜処理がなされる過程における初期の状態を示している。この図に示すように、形成される膜７２０ａにおいては、凸部７１１の上面に形成される膜は、その一部が、凹部７１２側に向かって突き出して覆いかぶさるように形成される。そのため、そのまま成膜処理が施されると、凹部７１２の上方にボイドＶが形成されてしまう。図１０（ｂ）は薄膜７２０ｂの上面がほぼ平面状になるまで成膜を行った場合の状態を示している。このように、ボイドＶが形成されてしまうと、所望の機能や品質が得られなくなってしまうことがある。このようにボイドが生じる原因は、スパッタリングにより粒子が付着する基板の凹部上面、凸部上面、側面によって成膜レートが異なり、膜厚に違いが生じるためである。
本発明の目的は、凸部と凹部が形成された基板表面に薄膜を形成する際に、凹凸表面形状を保ちながら所定の膜厚で表面を被覆することのできる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の成膜方法は、
表面側に直線状の凸部と凹部が交互に形成された基板表面上に薄膜を形成する成膜方法であって、
基板表面上に膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程により形成された膜に対して、エッチング用ビームを照射してエッチングを行うエッチング工程と、
を含み、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、基板を保持する保持部材による保持面の法線に対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されていることを特徴とする。
表面側に直線状の凸部と凹部が交互に形成された基板表面上に薄膜を形成する成膜方法であって、
基板表面上に膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程により形成された膜に対して、エッチング用ビームを照射してエッチングを行うエッチング工程と、
を含み、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、基板を保持する保持部材による保持面の法線に対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されていることを特徴とする。
ここで、「両者の入射角度が略同一となるように設定されている」とは、両者の入射角
度が同一であるのが望ましいものの、各種部材の寸法公差や何らかの影響によって、入射角度に多少のずれが生じてしまう場合も含まれることを意味する。
度が同一であるのが望ましいものの、各種部材の寸法公差や何らかの影響によって、入射角度に多少のずれが生じてしまう場合も含まれることを意味する。
本発明によれば、成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向を、上記の法線に対して傾斜させるようにすることで、基板表面に形成させる膜の膜厚を、あえて、その位置によって異なるようにさせている。そして、成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板に対して照射する方向（入射角度）が略同一となるように設定することで、エッチング用ビームによって、膜が厚い部分では削られて薄くなり、膜が薄い部分では削られた材料の一部が付着して厚くなる。これにより、膜表面を平坦に均すことができる。
以上説明したように、本発明によれば、凸部と凹部が形成された基板表面に薄膜を形成する際に、表面の凹凸形状を保ちつつ表面を均等な膜厚で被覆することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施例を説明する。ただし、以下の実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲はそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がないかぎりは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例）
図１～図９を参照して、本発明の実施例に係る成膜方法及び成膜装置について説明する。図１は本発明の実施例に係る成膜装置の内部の概略構成図であり、成膜装置の内部全体を上方から見た場合の概略構成を示している。図２は本発明の実施例に係る成膜装置の動作を示すフローチャートである。図３は本発明の実施例に係る成膜装置における動作説明図である。図４は本発明の実施例に係る成膜装置の内部の概略構成図であり、エッチング用ビーム照射装置が設けられている付近を、基板の搬送方向に見た概略構成を示している。図５は本発明の実施例に係るエッチング用ビーム照射装置としてのイオンソースの説明図であり、同図（ａ）はイオンソースのビーム照射面を示す正面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図であり、同図（ｃ）はイオンビームの長手方向のエッチング強度を示すグラフである。図６～図９は本発明の実施例に係る成膜方法の説明図である。
図１～図９を参照して、本発明の実施例に係る成膜方法及び成膜装置について説明する。図１は本発明の実施例に係る成膜装置の内部の概略構成図であり、成膜装置の内部全体を上方から見た場合の概略構成を示している。図２は本発明の実施例に係る成膜装置の動作を示すフローチャートである。図３は本発明の実施例に係る成膜装置における動作説明図である。図４は本発明の実施例に係る成膜装置の内部の概略構成図であり、エッチング用ビーム照射装置が設けられている付近を、基板の搬送方向に見た概略構成を示している。図５は本発明の実施例に係るエッチング用ビーム照射装置としてのイオンソースの説明図であり、同図（ａ）はイオンソースのビーム照射面を示す正面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図であり、同図（ｃ）はイオンビームの長手方向のエッチング強度を示すグラフである。図６～図９は本発明の実施例に係る成膜方法の説明図である。
＜成膜装置の全体構成＞
特に、図１を参照して、本実施例に係る成膜装置１の全体構成について説明する。成膜装置１は、成膜処理される基板１０が収容されるストッカ室１００と、室内を大気状態と
真空状態とに切り替える気圧切替室２００と、基板１０の処理面に各種処理を行う処理室３００とを備えている。
特に、図１を参照して、本実施例に係る成膜装置１の全体構成について説明する。成膜装置１は、成膜処理される基板１０が収容されるストッカ室１００と、室内を大気状態と
真空状態とに切り替える気圧切替室２００と、基板１０の処理面に各種処理を行う処理室３００とを備えている。
ストッカ室１００は、基板１０を保持しながら搬送可能な基板搬送装置１５を複数収容する役割を担っている。このストッカ室１００には、複数の基板搬送装置１５が載置される載置台１１１と、載置台１１１を往復移動させる駆動機構とを備えている。この駆動機構は、ボールねじを回転させるモータなどの駆動源１２１と、載置台１１１の移動方向を規制するガイドレール１２２などにより構成される。ただし、載置台１１１を往復移動させる駆動機構については、このような構成に限られることはなく、各種公知技術を採用し得る。また、載置台１１１には、基板搬送装置１５の移動方向を規制するガイドレール１１２が複数設けられている。
気圧切替室２００は、大気状態にあるストッカ室１００から搬入される基板搬送装置１５を、真空状態にある処理室３００に送り込むために、処理室３００に送られるよりも前の段階で、室内を大気状態から真空状態に切り替える役割を担っている。また、本実施例に係る気圧切替室２００には、基板１０を加熱するヒータ２２１，２２２が設けられている。すなわち、基板１０の材料によっては、常温のまま処理室３００に搬送されると、基板１０から各種ガスが発生し、成膜時に悪影響が出てしまう。そこで、そのような基板１０については、ヒータ２２１，２２２により加熱することで、ガスを強制的に早期に発生させてしまい、処理室３００内においてガスが発生してしまうことを抑制することができる。また、気圧切替室２００にも、基板搬送装置１５の移動方向を規制するガイドレール２１０が設けられている。
処理室３００は、内部が真空雰囲気となるチャンバー３０１と、基板搬送装置１５の移動方向を規制するガイドレール３０２とを備えている。基板搬送装置１５を往復移動させるための機構については、各種公知技術を適用できるので、その詳細説明は省略するが、ボールねじによる駆動機構やラックアンドピニオン機構などを適用可能である。
処理室３００内には、前処理エリア３００ａと、成膜エリア３００ｂと、エッチングエリア３００ｃとが設けられている。前処理エリア３００ａには、成膜処理に先立って基板１０の処理面の洗浄等の前処理を行うための基板処理装置３１０が設けられている。また、成膜エリア３００ｂには、基板１０の処理面に成膜処理を行う成膜材料照射装置としてのスパッタ装置３２０が設けられている。更に、エッチングエリア３００ｃには、スパッタ装置３２０により基板１０上に形成された膜に対してエッチングを行うエッチング用ビーム照射装置３３０が設けられている。なお、前処理エリア３００ａの基板処理装置３１０の前段に設けられた空間は、基板処理装置３１０による前処理を施す前の基板搬送装置１５が待機するスペースである。本実施例に係る成膜装置１は、基板１０を保持しながら搬送しつつ、基板１０に対して一連の処理を施す、いわゆるインライン型の構成をなしている。
＜成膜装置の全体的な動作＞
成膜装置１は、載置台１１１を往復移動させる駆動機構、気圧切替室２００内の気圧、ヒータ２２１，２２２、処理室３００内の気圧、基板処理装置３１０、スパッタ装置３２０、及び、エッチング用ビーム照射装置３３０の制御の他、基板搬送装置１５による基板１０の搬送制御を行うための制御装置Ｃを備えている。以下の動作（成膜工程及びエッチング工程など）は、この制御装置Ｃにより制御されることによって実行される。制御装置Ｃは、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、Ｉ／Ｏなどを有するコンピュータにより構成可能である。この場合、制御装置Ｃの機能は、メモリ又はストレージに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピュータとしては、汎用のパーソナルコンピュータを用いてもよいし、組込型のコンピュータ又はＰＬＣ（ｐｒｏ
ｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いてもよい。あるいは、制御装置Ｃの機能の一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。また、制御装置Ｃは、制御対象となる各種装置等と接続された配線を通じて、制御命令を伝達するように構成してもよいし、無線により、各種装置等に対して制御命令を伝達するように構成してもよい。以下、特に、図２を参照して、成膜装置１の全体的な動作について説明する。
成膜装置１は、載置台１１１を往復移動させる駆動機構、気圧切替室２００内の気圧、ヒータ２２１，２２２、処理室３００内の気圧、基板処理装置３１０、スパッタ装置３２０、及び、エッチング用ビーム照射装置３３０の制御の他、基板搬送装置１５による基板１０の搬送制御を行うための制御装置Ｃを備えている。以下の動作（成膜工程及びエッチング工程など）は、この制御装置Ｃにより制御されることによって実行される。制御装置Ｃは、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、Ｉ／Ｏなどを有するコンピュータにより構成可能である。この場合、制御装置Ｃの機能は、メモリ又はストレージに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピュータとしては、汎用のパーソナルコンピュータを用いてもよいし、組込型のコンピュータ又はＰＬＣ（ｐｒｏ
ｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いてもよい。あるいは、制御装置Ｃの機能の一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。また、制御装置Ｃは、制御対象となる各種装置等と接続された配線を通じて、制御命令を伝達するように構成してもよいし、無線により、各種装置等に対して制御命令を伝達するように構成してもよい。以下、特に、図２を参照して、成膜装置１の全体的な動作について説明する。
＜＜準備工程＞＞
ストッカ室１００には、それぞれ基板１０を保持する基板搬送装置１５が複数収容されている。そのうち処理対象となる基板１０を保持する基板搬送装置１５が、ストッカ室１００から気圧切替室２００に搬送される（ステップＳ１０１）。気圧切替室２００において、減圧動作が行われ、室内が大気状態から真空状態に切り替えられる。また、基板１０の材料によっては、基板１０への加熱処理が同時に行われる（ステップＳ１０２）。例えば、約十分ほどの加熱処理により、１００℃から１８０℃程度まで基板１０が加熱される。その後、基板１０は、気圧切替室２００から処理室３００の前処理エリア３００ａに搬送される（ステップＳ１０３）。前処理エリア３００ａでは、基板処理装置３１０により基板１０の処理面に対してイオンビーム照射による表面処理が施される（ステップＳ１０４）。
ストッカ室１００には、それぞれ基板１０を保持する基板搬送装置１５が複数収容されている。そのうち処理対象となる基板１０を保持する基板搬送装置１５が、ストッカ室１００から気圧切替室２００に搬送される（ステップＳ１０１）。気圧切替室２００において、減圧動作が行われ、室内が大気状態から真空状態に切り替えられる。また、基板１０の材料によっては、基板１０への加熱処理が同時に行われる（ステップＳ１０２）。例えば、約十分ほどの加熱処理により、１００℃から１８０℃程度まで基板１０が加熱される。その後、基板１０は、気圧切替室２００から処理室３００の前処理エリア３００ａに搬送される（ステップＳ１０３）。前処理エリア３００ａでは、基板処理装置３１０により基板１０の処理面に対してイオンビーム照射による表面処理が施される（ステップＳ１０４）。
＜＜成膜工程＞＞
次に、基板１０は成膜エリア３００ｂに搬送され（ステップＳ１０５）、スパッタ装置３２０により基板１０の処理面に対しスパッタリング処理が施される（ステップＳ１０６）。スパッタ装置３２０については、公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、高電圧が印加されることにより、成膜材料が放出されるターゲット等を備えている。なお、ターゲットについては、平板状のものを採用することもできるし、回転可能に構成された円筒状のものを採用することもできる。
次に、基板１０は成膜エリア３００ｂに搬送され（ステップＳ１０５）、スパッタ装置３２０により基板１０の処理面に対しスパッタリング処理が施される（ステップＳ１０６）。スパッタ装置３２０については、公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、高電圧が印加されることにより、成膜材料が放出されるターゲット等を備えている。なお、ターゲットについては、平板状のものを採用することもできるし、回転可能に構成された円筒状のものを採用することもできる。
＜＜エッチング工程＞＞
成膜処理が施された基板１０は、エッチングエリア３００ｃに搬送され（ステップＳ１０７）、エッチング用ビーム照射装置３３０によるエッチング処理が施される（ステップＳ１０８）。
成膜処理が施された基板１０は、エッチングエリア３００ｃに搬送され（ステップＳ１０７）、エッチング用ビーム照射装置３３０によるエッチング処理が施される（ステップＳ１０８）。
エッチング処理が施された後に、制御装置Ｃによって、スパッタリング回数ＸがＮに達したか否かが判定され（ステップＳ１０９）、Ｎに達していない場合には、基板１０は、成膜エリア３００ｂに戻されて、成膜処理とエッチング処理が再度施される。本実施例においては、成膜処理とエッチング処理が、予め定められた回数Ｎだけ繰り返し行われる。なお、図１中の下方の矢印Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２，・・・，Ｔ１Ｘ，Ｔ２Ｘは、基板１０（基板搬送装置１５）の移動工程を示している。成膜処理とエッチング処理がＮ回繰り返された後に、処理後の基板１０は、気圧切替室２００に送られて、真空状態から大気状態に切り替えられた後に、ストッカ室１００に搬出される。
なお、本実施例では、処理室３００の一端側に設けられたストッカ室１００と気圧切替室２００において、基板搬送装置１５の搬入と搬出を行う構成を採用する場合を示した。しかしながら、処理室３００の一端側に設けられたストッカ室１００と気圧切替室２００については、基板搬送装置１５の搬入動作のみ行うようにして、処理室３００の他端側に基板搬送装置１５の搬出を行うための気圧切替室と、処理後の基板１０を収容するためのストッカ室とを設ける構成を採用することもできる。
本実施例に係る成膜装置１は、例えば、前処理を伴う種々の電極形成に適用可能である。具体例としては、例えば、ＦＣ－ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ－Ｃｈｉｐ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）実装基板向けのメッキシード膜や、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイス向けのメタル積層膜の成膜が挙げられる。また、ＬＥＤのボンディング部における導電性硬質膜、ＭＬＣＣ（Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の端子部膜の成膜なども挙げられる。その他、電子部品パッケージにおける電磁シールド膜やチップ抵抗器の端子部膜の成膜にも適用可能である。基板１０のサイズは特に限定されないが、本実施例では、２００ｍｍ×２００ｍｍ程度のサイズの基板１０を用いている。また、基板１０の材料は任意であり、例えば、ポリイミド、ガラス、シリコン、金属、セラミックなどの基板が用いられる。
Ａｒｒａｙ）実装基板向けのメッキシード膜や、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイス向けのメタル積層膜の成膜が挙げられる。また、ＬＥＤのボンディング部における導電性硬質膜、ＭＬＣＣ（Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の端子部膜の成膜なども挙げられる。その他、電子部品パッケージにおける電磁シールド膜やチップ抵抗器の端子部膜の成膜にも適用可能である。基板１０のサイズは特に限定されないが、本実施例では、２００ｍｍ×２００ｍｍ程度のサイズの基板１０を用いている。また、基板１０の材料は任意であり、例えば、ポリイミド、ガラス、シリコン、金属、セラミックなどの基板が用いられる。
＜基板処理装置及びエッチング用ビーム照射装置＞
特に、図３（ｂ）及び図４を参照して、基板処理装置３１０及びエッチング用ビーム照射装置３３０について説明する。基板処理装置３１０とエッチング用ビーム照射装置３３０の基本的な構成は同一である。すなわち、これら基板処理装置３１０とエッチング用ビーム照射装置３３０は、イオンビーム照射により基板の表面（処理面）に対し洗浄ないしエッチングの処理を行うための装置である。このように、両者の基本的な構成は同一であるので、ここでは、エッチング用ビーム照射装置３３０について説明する。
特に、図３（ｂ）及び図４を参照して、基板処理装置３１０及びエッチング用ビーム照射装置３３０について説明する。基板処理装置３１０とエッチング用ビーム照射装置３３０の基本的な構成は同一である。すなわち、これら基板処理装置３１０とエッチング用ビーム照射装置３３０は、イオンビーム照射により基板の表面（処理面）に対し洗浄ないしエッチングの処理を行うための装置である。このように、両者の基本的な構成は同一であるので、ここでは、エッチング用ビーム照射装置３３０について説明する。
エッチング用ビーム照射装置３３０は、イオンソース３３１と、イオンソース３３１に電圧を印加する高圧電源３３６とを備えている。図４には、イオンソース３３１から照射されたイオンビーム３３１ａも示している。
処理室３００におけるチャンバー３０１は気密容器であり、排気ポンプ３０３によって、その内部は真空状態（又は減圧状態）に維持される。ガス供給弁３０４を開き、チャンバー３０１内にガスを供給することで、処理に対する適切なガス雰囲気（又は圧力帯）に適宜変更ができる。チャンバー３０１全体は電気的に接地されている。基板搬送装置１５は、基板１０の処理面が鉛直方向に沿うように基板１０を垂直な姿勢で保持しつつ、チャンバー３０１の底面に敷設されたガイドレール３０２上を移動可能に構成されている。ガイドレール３０２は基板１０の表面と平行な方向に延設されており、不図示の駆動機構により基板搬送装置１５は基板１０の表面に平行な方向に沿って移動する。
基板搬送装置１５は、基板１０を保持する保持部材（基板ホルダ）１５ａと、保持部材１５ａを支える支持部材（搬送キャリア）１５ｂと、保持部材１５ａと支持部材１５ｂとを電気的には絶縁しつつ機械的に接続する接続部材１５ｃと、支持部材１５ｂの下端に設けられる転動体１５ｄとを備えている。転動体１５ｄがガイドレール３０２上を転動することにより、基板搬送装置１５は、ガイドレール３０２に沿って移動する。ここで、保持部材１５ａによる基板１０を保持する面を保持面Ｆと称する。
図３（ｂ）は、基板搬送装置１５が、図１中、矢印Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１Ｘ方向に移動しながらエッチング処理がなされる工程（エッチング工程）中のエッチング用ビーム照射装置３３０と基板搬送装置１５の様子を示している。なお、イオンソース３３１と基板１０と間の距離は約１００～２００ｍｍに設定されている。また、高圧電源３３６はイオンソース３３１にアノード電圧（～数ｋＶ）を印加するように構成されている。
＜イオンソース＞
特に、図５を参照して、イオンソース３３１について、より詳細に説明する。イオンソース３３１は、カソード３３２と、ビーム照射面３３３と、アノード３３４と、永久磁石３３５とを備えている。本実施例ではカソード３３２がイオンソース３３１の筐体を兼ねている。カソード３３２とアノード３３４はそれぞれＳＵＳにより形成され、両者は電気的に絶縁されている。カソード３３２はチャンバー３０１に固定されることで、電気的に接地されている。一方、アノード３３４は高圧電源３３６に接続されている。この構成に
おいて、高圧電源３３６からアノード３３４に対し高圧が印加されると、筐体（カソード３３２）のビーム照射面３３３に設けられた出射開口からイオンビームが出射する。なお、イオンソース３３１の原理としては、筐体の背面側からガスを導入して筐体内部でイオンを発生するタイプと、筐体の外側に存在する雰囲気ガスをイオン化するタイプとがあるが、いずれを用いてもよい。図４においては、後者の場合を示しており、ガス供給弁３０４を開くことで、チャンバー３０１内にガスが供給される。ガスとしては、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスなどを用いることができる。
特に、図５を参照して、イオンソース３３１について、より詳細に説明する。イオンソース３３１は、カソード３３２と、ビーム照射面３３３と、アノード３３４と、永久磁石３３５とを備えている。本実施例ではカソード３３２がイオンソース３３１の筐体を兼ねている。カソード３３２とアノード３３４はそれぞれＳＵＳにより形成され、両者は電気的に絶縁されている。カソード３３２はチャンバー３０１に固定されることで、電気的に接地されている。一方、アノード３３４は高圧電源３３６に接続されている。この構成に
おいて、高圧電源３３６からアノード３３４に対し高圧が印加されると、筐体（カソード３３２）のビーム照射面３３３に設けられた出射開口からイオンビームが出射する。なお、イオンソース３３１の原理としては、筐体の背面側からガスを導入して筐体内部でイオンを発生するタイプと、筐体の外側に存在する雰囲気ガスをイオン化するタイプとがあるが、いずれを用いてもよい。図４においては、後者の場合を示しており、ガス供給弁３０４を開くことで、チャンバー３０１内にガスが供給される。ガスとしては、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスなどを用いることができる。
本実施例に係るイオンソース３３１は、出射開口が長手方向と短手方向を持つように、約３００～４００ｍｍ×約７０ｍｍの長細い形状（ライン形状又はトラック形状）のビーム照射面３３３を有している。そして、出射開口の長手方向が基板１０の搬送方向に対して交差するように、イオンソース３３１が配置されている。このような縦長のイオンソース３３１を用いることで、基板１０の縦方向（搬送方向に対して直交する方向）全体にイオンビームが照射されることとなる。したがって、搬送方向に沿った１回のビーム走査で基板１０の全面に対しビームを照射でき、表面処理（エッチング処理）の高速化（生産性向上）を図ることができる。
ところで、図５（ｃ）は、イオンソース３３１から出射されるイオンビームの長手方向のエッチング強度を示している。同図に示されるように、イオンビームの長手方向の強度は一様ではなく、イオンソース３３１の磁場設計に依存して、破線Ｌ２のように中央部分の強度が大きくなるか、実線Ｌ１のように中央部分の強度が小さくなるかのいずれかの分布をとる。図５（ｃ）のようなエッチング強度の分布に偏りがあると、エッチング量にムラが生じるため望ましくない。そこで、基板１０に対して、１．５～２倍程度のサイズのビーム照射面３３３を用いることで、エッチング強度の分布を均一することができる。
＜基板処理装置による表面処理の流れ＞
上記のように構成される基板処理装置３１０によれば、基板１０が処理室３００の前処理エリア３００ａに搬送されると、制御装置Ｃが、高圧電源を制御し、イオンソースによるビーム照射を開始する。その状態で、制御装置Ｃが、基板搬送装置１５を一定速度で移動させ、基板１０をイオンビームに通過させる。このような方法により、基板１０の表面にイオンビームが照射され、基板１０の表面側は表面処理（洗浄処理）が施される。このようなビーム走査を行う構成を採用したことで、基板１０の面積よりも小さい照射範囲のイオンビームで基板全体の処理を行うことができるため、イオンソースの小型化、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。また、基板１０の処理面が鉛直方向に沿うような姿勢で基板１０を支持し、処理面に対して水平方向にイオンビームを照射する構成を採用したことで、エッチングによって削られたパーティクルが重力によって落下し、基板１０の処理面に残留しないため、パーティクルの残留による処理ムラの発生を防止することができるという利点もある。
上記のように構成される基板処理装置３１０によれば、基板１０が処理室３００の前処理エリア３００ａに搬送されると、制御装置Ｃが、高圧電源を制御し、イオンソースによるビーム照射を開始する。その状態で、制御装置Ｃが、基板搬送装置１５を一定速度で移動させ、基板１０をイオンビームに通過させる。このような方法により、基板１０の表面にイオンビームが照射され、基板１０の表面側は表面処理（洗浄処理）が施される。このようなビーム走査を行う構成を採用したことで、基板１０の面積よりも小さい照射範囲のイオンビームで基板全体の処理を行うことができるため、イオンソースの小型化、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。また、基板１０の処理面が鉛直方向に沿うような姿勢で基板１０を支持し、処理面に対して水平方向にイオンビームを照射する構成を採用したことで、エッチングによって削られたパーティクルが重力によって落下し、基板１０の処理面に残留しないため、パーティクルの残留による処理ムラの発生を防止することができるという利点もある。
＜成膜工程及びエッチング工程＞
特に、図３、及び図６～図９を参照して、成膜工程及びエッチング工程について、より詳細に説明する。本実施例に係る成膜方法及び成膜装置は、表面側に直線状の凸部１１と凹部１２が交互に形成された基板１０の表面上に薄膜を形成する際に好適に用いられる。
特に、図３、及び図６～図９を参照して、成膜工程及びエッチング工程について、より詳細に説明する。本実施例に係る成膜方法及び成膜装置は、表面側に直線状の凸部１１と凹部１２が交互に形成された基板１０の表面上に薄膜を形成する際に好適に用いられる。
図３（ａ）は成膜工程の際の基板搬送装置１５とスパッタ装置３２０の様子を示しており、図３（ｂ）はエッチング工程の際の基板搬送装置１５とエッチング用ビーム照射装置３３０の様子を示している。本実施例においては、図１中の下方の矢印Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１Ｘ方向に基板１０が搬送されながら、成膜工程とエッチング工程がなされる。なお、図１中の下方の矢印Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２Ｘ方向に基板１０が搬送される際においては、スパッタ装置３２０及びエッチング用ビーム照射装置３３０の動作は停止されている。
図６は本実施例に係る成膜方法及び成膜装置において、基板１０の搬送のさせ方について、好適な例を２通り示している。以下、それぞれ「第１の搬送態様」「第２の搬送態様」と称する。図６（ａ）は第１の搬送態様の場合における基板１０の様子を示している。この図に示すように、第１の搬送態様においては、基板１０における凸部１１及び凹部１２が形成する溝状の段差が伸びる方向に対して垂直方向に基板１０が搬送される。図６（ｂ）は第２の搬送態様の場合における基板１０の様子を示している。この図に示すように、第２の搬送態様においては、基板１０における凸部１１及び凹部１２が形成する溝状の段差が伸びる方向に対して平行に基板１０が搬送される。
図７は第１の搬送態様の場合を示しており、同図（ａ）は成膜工程について示し、同図（ｂ）はエッチング工程について示している。なお、図７中の基板１０は、図６（ａ）中のＢＢ断面に相当する。図８は第２の搬送態様の場合を示しており、同図（ａ）は成膜工程について示し、同図（ｂ）はエッチング工程について示している。なお、図８中の基板１０は、図６（ｂ）中のＣＣ断面に相当する。また、図６～図８においては、基板搬送装置１５については省略し、基板搬送装置１５によって搬送される基板１０の様子のみを示している。以下の説明において、搬送される基板１０を保持する保持部材１５ａによる保持面Ｆの法線を、便宜上、「法線Ｎ」と称する。また、エッチング工程において照射されるビームを「エッチング用ビーム」と称する。
本実施例に係る成膜方法及び成膜装置１において、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向、及びエッチング用ビームの照射方向は、法線Ｎと基板１０が搬送される方向に平行な方向で形成される面に対して、平行な方向である。また、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されている。なお、「両者の入射角度が略同一となるように設定されている」とは、両者の入射角度が同一であるのが望ましいものの、各種部材の寸法公差や何らかの影響によって、入射角度に多少のずれが生じてしまう場合も含まれることを意味する。更に、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と法線Ｎとが交わる角度のうち鋭角側の角度、及びエッチング用ビームと法線Ｎとが交わる角度のうち鋭角側の角度は、いずれも１０°以上７５°以下である。なお、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と法線Ｎとが交わる角度のうち鋭角側の角度については、図７（ａ）中の角度αに相当する。また、エッチング用ビームと法線Ｎとが交わる角度のうち鋭角側の角度については、図７（ｂ）中の角度αに相当する。なお、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向、及びエッチング用ビームの照射方向については、第１の搬送態様の場合も第２の搬送態様の場合も同様である。
そして、第１の搬送態様の場合には、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向は、いずれも凸部１１及び凹部１２が形成する溝状の段差が伸びる方向に垂直な面に対して平行である。また、第２の搬送態様の場合には、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向は、いずれも凸部１１及び凹部１２が形成する溝状の段差が伸びる方向に平行な面に対して平行である。
＜＜第１の搬送態様＞＞
特に、図７を参照して、第１の搬送態様の場合における成膜工程による膜の形成のされ方と、エッチング工程によるエッチングのされ方について説明する。スパッタ装置３２０（ターゲット）から基板１０に向けて照射される成膜材料は、基板１０の表面において、当該成膜材料の照射方向に対して垂直状に膜の厚みが厚くなっていく。図７（ａ）には、成膜工程によって形成された膜２０ａを示している。図示のように、凸部１１の上面に形
成される膜のうち、図中右側ほど膜厚が厚くなり、凹部１２の上面においては、凸部１１により遮られる付近の膜の膜厚が薄くなる。
特に、図７を参照して、第１の搬送態様の場合における成膜工程による膜の形成のされ方と、エッチング工程によるエッチングのされ方について説明する。スパッタ装置３２０（ターゲット）から基板１０に向けて照射される成膜材料は、基板１０の表面において、当該成膜材料の照射方向に対して垂直状に膜の厚みが厚くなっていく。図７（ａ）には、成膜工程によって形成された膜２０ａを示している。図示のように、凸部１１の上面に形
成される膜のうち、図中右側ほど膜厚が厚くなり、凹部１２の上面においては、凸部１１により遮られる付近の膜の膜厚が薄くなる。
そして、成膜工程により形成された膜２０ａに対して、エッチング用ビームが照射されてエッチングが行われる（図７（ｂ）参照）。エッチング用ビームが膜２０ａに照射されると、膜２０ａは、ビームの照射方向に対して垂直状に徐々に削られる。従って、基板１０の表面に形成された膜２０ａは、エッチング用ビームによって、図７（ｂ）中、凸部１１の上面に形成された部分の図中右側付近を中心に削られる。図７（ｂ）中の膜２０ｂは、エッチング工程後の状態を示している。また、同図中に示す点線Ｌ１は、成膜工程後の膜２０ａの表面の位置を示している。上記の通り、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されている。従って、膜厚が厚い部分ほど、エッチングにより削られる量が多くなる。なお、エッチングにより削られた材料の一部は、膜に付着して、膜の一部となる。このとき、特に、エッチング用ビームが照射されない部分に付着し易いため、膜厚の薄い部分が付着した材料により厚くなる傾向となる。
＜＜第２の搬送態様＞＞
特に、図８を参照して、第２の搬送態様の場合における成膜工程による膜の形成のされ方と、エッチング工程によるエッチングのされ方について説明する。スパッタ装置３２０（ターゲット）から基板１０に向けて照射される成膜材料は、基板１０の表面において、当該成膜材料の照射方向に対して垂直状に膜の厚みが厚くなっていく。図８（ａ）には、成膜工程によって形成された膜２０ａを示している。図示のように、凸部１１の上面と、凹部１２の上面に形成さる膜の膜厚が厚くなり、凸部１１の側面（凹部１２の側面とも言える）に形成される膜の膜厚は薄くなる。
特に、図８を参照して、第２の搬送態様の場合における成膜工程による膜の形成のされ方と、エッチング工程によるエッチングのされ方について説明する。スパッタ装置３２０（ターゲット）から基板１０に向けて照射される成膜材料は、基板１０の表面において、当該成膜材料の照射方向に対して垂直状に膜の厚みが厚くなっていく。図８（ａ）には、成膜工程によって形成された膜２０ａを示している。図示のように、凸部１１の上面と、凹部１２の上面に形成さる膜の膜厚が厚くなり、凸部１１の側面（凹部１２の側面とも言える）に形成される膜の膜厚は薄くなる。
そして、成膜工程により形成された膜２０ａに対して、エッチング用ビームが照射されてエッチングが行われる（図８（ｂ）参照）。エッチング用ビームが膜２０ａに照射されると、膜２０ａは、ビームの照射方向に対して垂直状に徐々に削られる。従って、基板１０の表面に形成された膜２０ａは、エッチング用ビームによって、図８（ｂ）中、凸部１１の上面に形成された部分と凹部１２の上面に形成された部分を中心に削られる。図８（ｂ）中の膜２０ｂは、エッチング工程後の状態を示している。また、同図中に示す点線Ｌ１は、成膜工程後の膜２０ａの表面の位置を示している。上記の通り、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向は、法線Ｎに対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されている。従って、膜厚が厚い部分ほど、エッチングにより削られる量が多くなる。なお、エッチングにより削られた材料の一部は、膜に付着して、膜の一部となる。このとき、特に、エッチング用ビームが照射されない部分に付着し易いため、膜厚の薄い部分が付着した材料により厚くなる傾向となる。
＜本実施例に係る成膜方法及び成膜装置の優れた点＞
本実施例に係る成膜方法及び成膜装置１によれば、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向を、法線Ｎに対して傾斜させるようにすることで、基板１０の表面に形成させる膜の膜厚を、あえて、その位置によって異なるようにさせている。そして、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向（入射角度）が略同一となるように設定することで、エッチング用ビームによって、膜が厚い部分では削られて薄くなり、膜が薄い部分では削られた材料の一部が付着して厚くなる。これにより、膜表面を平坦に均すことができる。
本実施例に係る成膜方法及び成膜装置１によれば、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向を、法線Ｎに対して傾斜させるようにすることで、基板１０の表面に形成させる膜の膜厚を、あえて、その位置によって異なるようにさせている。そして、成膜工程における成膜材料を基板１０に対して照射する方向と、エッチング用ビームを基板１０に対して照射する方向（入射角度）が略同一となるように設定することで、エッチング用ビームによって、膜が厚い部分では削られて薄くなり、膜が薄い部分では削られた材料の一部が付着して厚くなる。これにより、膜表面を平坦に均すことができる。
なお、本実施例においては、成膜工程とエッチング工程を１回のみ行う場合（上記の繰
り返し回数Ｎ＝１の場合）でも、基板１０の表面に形成される膜の表面を平坦にすることができる。そして、膜厚を厚くしたい場合には、所望の膜厚になるように、繰り返し回数Ｎを設定すればよい。この場合でも、膜の表面を平坦に均しながら、徐々に膜厚を厚くすることができる。
り返し回数Ｎ＝１の場合）でも、基板１０の表面に形成される膜の表面を平坦にすることができる。そして、膜厚を厚くしたい場合には、所望の膜厚になるように、繰り返し回数Ｎを設定すればよい。この場合でも、膜の表面を平坦に均しながら、徐々に膜厚を厚くすることができる。
なお、上記の説明においては、基板１０の表面側に形成された凸部１１と凹部１２は、その断面形状（凸部１１と凹部１２が伸びる方向に垂直な断面の形状）が矩形の場合について説明した。しかしながら、本発明においては、凸部及び凹部の形状については、そのような形状に限定されることはない。例えば、図９に示すように、凸部１１と凹部１２の断面形状（凸部１１と凹部１２が伸びる方向に垂直な断面の形状）が台形の場合でも適用可能である。なお、図９は、このような基板１０を用いた場合であって、上記の第１の搬送態様の場合を示しており、同図（ａ）は成膜工程について示し、同図（ｂ）はエッチング工程について示している。
図９（ａ）には、成膜工程によって形成された膜２０ａを示している。図示のように、凹凸の断面形状が台形の基板１０の場合であっても、凸部１１の上面に形成される膜のうち、図中右側ほど膜厚が厚くなり、凹部１２の上面においては、凸部１１により遮られる付近の膜の膜厚が薄くなる。なお、凹部１２の上面においては、膜が殆ど形成されない部分もある。
そして、成膜工程により形成された膜２０ａに対して、エッチング用ビームが照射されてエッチングが行われる（図９（ｂ）参照）。エッチング用ビームが膜２０ａに照射されると、膜２０ａは、ビームの照射方向に対して垂直状に徐々に削られる。従って、基板１０の表面に形成された膜２０ａは、エッチング用ビームによって、図９（ｂ）中、凸部１１の上面に形成された部分の図中右側付近を中心に削られる。図９（ｂ）中の膜２０ｂは、エッチング工程後の状態を示している。また、同図中に示す点線Ｌ１は、成膜工程後の膜２０ａの表面の位置を示している。凹凸の断面形状が台形の基板１０の場合であっても、同様に、膜厚が厚い部分ほど、エッチングにより削られる量が多くなり、エッチングにより削られた材料の一部は、膜に付着して、膜の一部となる。このとき、特に、エッチング用ビームが照射されない部分に付着し易いため、膜厚の薄い部分が付着した材料により厚くなる傾向となる。従って、上記の場合と同様に、膜表面が平坦に均される。
（その他）
上記の実施例においては、第１エッチング用ビーム及び第２エッチング用ビームが、イオンビームの場合について説明した。しかしながら、エッチング用ビームは、イオンビームに限られず、レーザービームを用いることもできる。例えば、エッチングの対象となる膜の材料が、無機膜（ＳｉＮなど）、酸化物膜（ＳｉＯ２、ＩＴＯなど）、金属膜（Ａｌ、Ｃｕなど）の場合には、イオンビーム（Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスにより生成されるイオンビーム）を用いると好適である。これに対して、エッチングの対象となる膜の材料が、有機膜（有機化合物など）の場合には、レーザービームを用いると好適である。前者の場合にはビーム径が比較的大きいのに対して、後者の場合にはビーム径が比較的小さいといった特徴がある。また、後者の場合には、膜中か下地層に光熱変換材料が含まれていると更に有効である。
上記の実施例においては、第１エッチング用ビーム及び第２エッチング用ビームが、イオンビームの場合について説明した。しかしながら、エッチング用ビームは、イオンビームに限られず、レーザービームを用いることもできる。例えば、エッチングの対象となる膜の材料が、無機膜（ＳｉＮなど）、酸化物膜（ＳｉＯ２、ＩＴＯなど）、金属膜（Ａｌ、Ｃｕなど）の場合には、イオンビーム（Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスにより生成されるイオンビーム）を用いると好適である。これに対して、エッチングの対象となる膜の材料が、有機膜（有機化合物など）の場合には、レーザービームを用いると好適である。前者の場合にはビーム径が比較的大きいのに対して、後者の場合にはビーム径が比較的小さいといった特徴がある。また、後者の場合には、膜中か下地層に光熱変換材料が含まれていると更に有効である。
１…成膜装置
１０…基板
１１…凸部 １２…凹部
１５…基板搬送装置
１５ａ…保持部材 １５ｂ…支持部材 １５ｃ…接続部材 １５ｄ…転動体
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…膜
１００…ストッカ室
１１１…載置台 １１２…ガイドレール １２１…駆動源 １２２…ガイドレール
２００…気圧切替室
２１０…ガイドレール ２２１，２２２…ヒータ
３００…処理室
３００ａ…前処理エリア ３００ｂ…成膜エリア ３００ｃ…エッチングエリア
３０１…チャンバー ３０２…ガイドレール ３０３…排気ポンプ ３０４…ガス供給弁
３１０…基板処理装置 ３２０…スパッタ装置
３３０…エッチング用ビーム照射装置
３３１…イオンソース ３３１ａ…イオンビーム ３３１ａ…エッチング用ビーム
３３２…カソード ３３３…ビーム照射面 ３３４…アノード ３３５…永久磁石 ３３６…高圧電源
Ｃ…制御装置
Ｆ…保持面
Ｎ…法線
１０…基板
１１…凸部 １２…凹部
１５…基板搬送装置
１５ａ…保持部材 １５ｂ…支持部材 １５ｃ…接続部材 １５ｄ…転動体
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…膜
１００…ストッカ室
１１１…載置台 １１２…ガイドレール １２１…駆動源 １２２…ガイドレール
２００…気圧切替室
２１０…ガイドレール ２２１，２２２…ヒータ
３００…処理室
３００ａ…前処理エリア ３００ｂ…成膜エリア ３００ｃ…エッチングエリア
３０１…チャンバー ３０２…ガイドレール ３０３…排気ポンプ ３０４…ガス供給弁
３１０…基板処理装置 ３２０…スパッタ装置
３３０…エッチング用ビーム照射装置
３３１…イオンソース ３３１ａ…イオンビーム ３３１ａ…エッチング用ビーム
３３２…カソード ３３３…ビーム照射面 ３３４…アノード ３３５…永久磁石 ３３６…高圧電源
Ｃ…制御装置
Ｆ…保持面
Ｎ…法線
Claims (9)
- 表面側に直線状の凸部と凹部が交互に形成された基板表面上に薄膜を形成する成膜方法であって、
基板表面上に膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程により形成された膜に対して、エッチング用ビームを照射してエッチングを行うエッチング工程と、
を含み、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、基板を保持する保持部材による保持面の法線に対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されていると共に、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、いずれも前記凸部及び凹部が形成する溝状の段差が伸びる方向に垂直な面に対して平行であることを特徴とする記載の成膜方法。 - 表面側に直線状の凸部と凹部が交互に形成された基板表面上に薄膜を形成する成膜方法であって、
基板表面上に膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程により形成された膜に対して、エッチング用ビームを照射してエッチングを行うエッチング工程と、
を含み、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、基板を保持する保持部材による保持面の法線に対して傾斜しており、かつ両者の入射角度が略同一となるように設定されていると共に、
前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と、前記エッチング用ビームを基板に対して照射する方向は、いずれも前記凸部及び凹部が形成する溝状の段差が伸びる方向に平行な面に対して平行であることを特徴とする成膜方法。 - 前記保持部材を有する基板搬送装置によって基板が搬送されながら、前記成膜工程による成膜、及びエッチング工程によるエッチングが行われることを特徴とする請求項１また
は２に記載の成膜方法。 - 前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向と前記法線とが交わる角度のうち鋭角側の角度、及び前記エッチング用ビームと前記法線とが交わる角度のうち鋭角側の角度は、いずれも１０°以上７５°以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 前記エッチング用ビームは、イオンビームまたはレーザービームであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 請求項１～５のいずれか一つに記載の成膜方法を行う成膜装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に備えられ、基板表面に向けて成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
前記チャンバー内に備えられ、エッチング用ビームを照射するエッチング用ビーム照射装置と、
前記成膜工程及びエッチング工程を実行させるために前記成膜材料照射装置及びエッチング用ビーム照射装置を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする成膜装置。 - 基板を保持しながら搬送させる基板搬送装置を備え、
前記制御装置は、前記基板搬送装置による搬送制御も行うことを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。 - 前記チャンバー内には、前記成膜材料照射装置が備えられる領域と、前記エッチング用ビーム照射装置が備えられる領域が別々に設けられており、前記基板搬送装置によって、基板が各領域に搬送されることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
- 前記制御装置は、前記成膜工程、及びエッチング工程を予め設定された回数だけ繰り返し行わせる制御を行うことを特徴とする請求項６，７または８に記載の成膜装置。
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