KR102558443B1

KR102558443B1 - 성막 장치

Info

Publication number: KR102558443B1
Application number: KR1020200177761A
Authority: KR
Inventors: 마코토 이가라시; 스구루 사이토; 유야 노나카
Original assignee: 신크론 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2023-07-20
Also published as: TW202229589A; KR20210024436A; WO2022102355A1; CN116568854A; EP4245882A1; US20230304144A1; JP2022078588A; JP6959680B1

Abstract

과제
가동률이 높은 성막 장치를 제공한다.
해결 수단
적어도 성막 재료(M)와 피성막물(S)이 설치되고, 소정의 성막 분위기로 설정 가능한 성막 챔버(2)와, 상기 성막 챔버(2)의 내부에 설치되고, 상기 성막 재료(M)를 수용하는 허스 라이너(23)와, 상기 성막 챔버(2)의 내부에 설치되고, 상기 허스 라이너(23)에 수용된 성막 재료(M)를 가열하는 가열원(24)과, 상기 허스 라이너(23)에 공급하기 위한 성막 재료(M)가 충전되는 재료 충전부(35)를 갖고, 게이트 밸브(37)를 갖는 연통로(36)를 통하여 상기 성막 챔버(2)에 접속되고, 소정의 압력 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버(3)를 구비한다. 성막 재료(M)를 공급하는 경우, 성막 챔버(2)를 성막 분위기로 설정한 상태에서, 상기 재료 공급 챔버(3)의 내부를 상기 소정의 압력 분위기로 설정한 뒤, 상기 게이트 밸브(37)를 열고, 상기 연통로(36)를 통하여 상기 재료 충전부(35)에 충전된 성막 재료(M)를 상기 허스 라이너(23)에 공급한다.

Description

성막 장치{FILM FORMATION DEVICE}

본 발명은, 성막 장치에 관한 것으로서, 특히 진공 증착 방법을 적용하여 바람직한 성막 장치에 관한 것이다.

진공 증착법을 이용한 성막 장치에 있어서, 증착 재료를 수용하는 허스 블록(Hearth block, 노상, 도가니. 허스 라이너라고도 한다.)을 복수 설치하여, 허스 블록에 이종의 증착 재료를 수용하고, 동일 배치(batch)에 있어서 허스 블록을 전환하면서 이종의 증착 재료를 성막원으로부터 증발시킴으로써, 복합 다층막을 성막하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1).

일본 특허 제6715739호

그런데, 상술한 종래의 성막 장치와 같이 복수의 허스 블록을 구비하고 있어도, 증착 재료의 수용량에는 한계가 있다. 따라서, 증착 재료를 보급하는 경우에는 성막 챔버의 내부를 대기 분위기로 되돌려야 하여, 진공 분위기를 유지한 채 성막 처리를 계속할 수 없기 때문에, 성막 처리가 중단되는 만큼 성막 장치의 가동률이 낮다는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가동률이 높은 성막 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 허스 라이너에 공급하기 위한 성막 재료를 충전하는 재료 충전부를 갖고, 게이트 밸브를 갖는 연통로를 통하여 성막 챔버에 접속되고, 소정의 압력 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버를 설치함으로써 상기 과제를 해결한다.

본 발명에 의하면, 성막 챔버를 성막 분위기로 설정한 상태에서, 재료 공급 챔버의 내부를 소정의 압력 분위기로 설정한 뒤, 게이트 밸브를 열고, 연통로를 통하여 재료 충전부에 충전된 성막 재료를 허스 라이너에 공급한다. 그 결과, 성막 챔버를 대기압 분위기로 되돌릴 필요가 없으므로, 성막 장치의 가동률을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시형태를 나타내는 주요부의 종단면도를 포함하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 허스 홀더 및 허스 라이너의 확대 단면도이다.
도 4는 도 1의 중량 계측기를 포함하는 주요부를 확대하여 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다.
도 5는 도 1의 냉각기를 포함하는 주요부를 확대하여 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다.
도 6은 도 1의 제어부에서 실행되는 주요한 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 도 5의 단계 S5의 서브루틴을 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 성막 장치(1)의 일 실시형태를 나타내는 주요부의 종단면도를 포함하는 블록도, 도 2는, 마찬가지로 평면도, 도 3은 허스 홀더 및 허스 라이너를 나타내는 확대 단면도이다. 본 발명의 성막 장치는, 전형적으로는 진공 증착 장치로서 구현화할 수 있으므로, 이하에 있어서는, 진공 증착법을 이용한 성막 장치(1)를 본 발명의 일 실시형태로서 설명한다. 단, 본 발명의 성막 장치는, 진공 증착법을 이용한 진공 증착 장치에만 한정되는 취지는 아니며, 진공 증착 장치 이외의 성막 장치를 포함시킨 넓은 의미에서의 성막 장치이다.

본 실시형태의 성막 장치(1)는, 적어도 성막 재료(M)와 피성막물(S)이 설치되고, 소정의 성막 분위기로 설정 가능한 성막 챔버(2)와, 성막 챔버(2)에 접속되고, 소정의 압력 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버(3)를 구비한다.

성막 챔버(2)에는, 게이트 밸브(21a)를 통하여 배기 장치(21)가 설치되고, 게이트 밸브(21a)를 열어 성막 챔버(2)의 내부의 기체를 배기함으로써, 성막 챔버(2)의 내부를, 예를 들어 증착 처리에 적합한 진공 분위기로 설정할 수 있다. 성막 챔버(2)의 내부의 진공도가 높아지면, 성막 재료(M)의 평균 자유 행정이 커지고, 또한 성막 재료의 증발 온도도 내려가므로, 증착 처리가 촉진된다. 한편, 배기 장치(21) 및 게이트 밸브(21a)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

성막 챔버(2)의 천장에는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플라스틱 기판 등의 피성막물(S)을 지지하는 피성막물 홀더(28)가 늘어져 설치되어 있다. 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 본 실시형태의 피성막물 홀더(28)는, 성막 재료(M)가 증발하는 허스 라이너(23)와, 각각의 피성막물(S)의 거리가 가급적 균등해지도록, 오목상의 구면을 갖는 판상 부재로 구성되어 있다. 또한, 마찬가지로 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 본 실시형태의 피성막물 홀더(28)는, 모터 등으로 구성된 홀더 구동부(29)에 의해 회전 가능하게 되고, 이에 의해서도, 각각의 피성막물(S)에 형성되는 막의 두께가 대략 균등해진다. 한편, 홀더 구동부(29)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

한편, 성막 챔버(2)에는, 게이트 밸브(71)를 통하여 로드 락 챔버(진공 예비 챔버)(7)가 접속되어 있다. 이 로드 락 챔버(7)의 내부도, 로드 락 챔버(7)에 설치된 배기 장치(도시 생략)에 의해, 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 설정할 수 있다. 또한, 로드 락 챔버(7)에는, 문(도시 생략)이 설치되고, 대기압 분위기인 성막 장치(1)의 외부와의 액세스는, 당해 문을 통하여 행할 수 있다.

피성막물 홀더(28)는, 홀더 구동부(29)의 회전축(29a) 등에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다. 그리고, 성막 처리를 행하는 경우에는, 성막 전의 복수의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 도시하지 않은 로봇 등을 사용하여 파지하고, 로드 락 챔버(7)로부터 성막 챔버(2)에 반입하여, 홀더 구동부(29)의 회전축(29a)에 장착한다. 또한, 성막 처리를 종료하면, 로드 락 챔버(7)를 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 설정한 뒤, 게이트 밸브(71)를 열고, 성막 후의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 도시하지 않은 로봇 등을 사용하여 파지하고, 성막 챔버(2)로부터 로드 락 챔버(7)로 반출한다. 이와 같이, 로드 락 챔버(7)를 설치함으로써, 성막 챔버(2)의 진공 분위기를 유지한 채, 피성막물(S)을 성막 챔버(2)에 반입하거나, 성막 챔버(2)로부터 반출하거나 할 수 있다.

성막 챔버(2)의 내부의 바닥면에는, 허스 홀더(22)가, 축(27)을 중심으로 자유롭게 회전하도록 지지되어 있다. 이 허스 홀더(22)는, 모터 등으로 구성된 제1 구동부(26)와, 도시하지 않은 로터리 인코더에 의해, 축(27)을 중심으로 소정의 회전 각도로 스테핑 회전이 가능하게 되어 있다.

허스 홀더(22)는, 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 8개의 허스 라이너(23)를 동심원 상에 지지한다. 마찬가지로 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 8개의 허스 라이너(23)는, 축(27)에 대하여, 원주 방향으로 등배 각도로 설치되어 있다. 또한, 8개의 허스 라이너(23)를 지지하는 허스 홀더(22)의 지지 개소에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 중량 계측기(4) 및 냉각기(5)가 삽통 가능한 직경을 갖는 통공(22a)이 형성되어 있다. 또한, 당해 통공(22a)의 상단에는, 통공(22a)보다 큰 직경으로서, 성막 재료를 수용하는 허스 라이너(23)의 외경보다 미소하게 큰 직경의 시트면(22b)이 형성되어 있다. 그리고, 허스 라이너(23)는, 이 시트면(22b)에 분리 가능(즉 착탈자재)하게 재치된다.

한편, 허스 홀더(22)에 지지되는 허스 라이너(23)의 외경을 포함하는 형상은, 전부 동일한 형상이어도 되고, 다른 형상이어도 된다. 전부 동일한 형상의 허스 라이너(23)를 사용하는 경우에는, 허스 홀더(22)에 형성하는 시트면(22b)의 내경 등의 치수도 전부 동일한 치수로 하면 된다. 또한, 다른 형상의 허스 라이너(23)를 사용하는 경우에는, 허스 홀더(22)의 시트면(22b)의 형상도, 각각의 허스 라이너(23)의 형상에 따른 치수로 하면 된다.

또한, 8개의 허스 라이너(23)에 투입하는 성막 재료(M)의 종류를 전부 동일한 종류의 성막 재료(M)로 해도 되고, 전부 다른 종류의 성막 재료(M)를 투입해도 된다. 혹은, 8종류 미만의 성막 재료(M)를 8개의 허스 라이너(23)에 배분해도 된다.

허스 라이너(23)는, 성막 재료(M)를 투입하여 가열 용융하는, 소위 용해로의 도가니로, 허스 블록이라든가, 간단히 허스라고도 칭해진다. 본 실시형태의 허스 라이너(23)는, 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 예를 들어 절연성의 PBN(Pyrolytic Boron Nitride: 파이롤리틱(열 분해에 의한) 질화붕소)으로 이루어지는 본체에, 도전성 막을 피복하여 이루어지고, PBN으로 이루어지는 본체는, CVD를 이용한 열 분해법에 의해 제조할 수 있다. 이 대신에, 허스 라이너(23)는, 몰리브덴이나 텅스텐에 의해 구성해도 된다. 가열원(24)인 전자총으로부터의 전자 빔을, 허스 라이너(23)에 수용한 성막 재료(M)의 표면에 조사하여 전자를 넣으면, 허스 라이너(23)의 도전성 막을 통하여 PBN제 허스 라이너(23)에 전류가 흐르고, PBN제 허스 라이너(23) 자체가 적열하여, 수용한 성막 재료(M)가 증발 가능한 온도가 된다. 이에 대하여, 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 허스 홀더(22)는, 구리제로 되어 있다.

가열원(24)은, 성막 챔버(2)의 내부에 설치되고, 허스 라이너(23)에 수용된 성막 재료(M)를 가열하여 증발시킨다. 가열원(24)으로서는, 전자총을 사용한 전자 빔 가열 외에, 저항 가열, 고주파 유도 가열, 레이저 빔 가열을 이용할 수 있다. 도 1에 나타내는 실시형태의 성막 장치(1)의 가열원(24)은, 전자총을 사용한 전자 빔 가열이며, 도 2에 해칭으로 나타내는, 가장 근접한 위치(이하, 증발 위치(P1)라고도 한다)에 있는 1개의 허스 라이너(23)에 대하여, 전자 빔이 조사된다.

재료 공급 챔버(3)에는, 게이트 밸브(31a)를 통하여 배기 장치(31)가 설치되어 있다. 재료 공급 챔버(3)의 내부는, 게이트 밸브(31a)를 열어 재료 공급 챔버(3)의 내부의 기체를 배기함으로써, 예를 들어 성막 챔버(2)의 내부와 동일한 진공 분위기로 설정할 수 있다. 재료 공급 챔버(3)의 내부를 성막 챔버(2)의 내부와 동일한 진공 분위기로 설정함으로써, 성막 챔버(2)의 내부의 진공 분위기를 유지한 채 성막 재료(M)를 보급할 수 있다. 한편, 배기 장치(31) 및 게이트 밸브(31a)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

재료 공급 챔버(3)의 내부의 바닥면에는, 매거진 홀더(32)가, 회전축(33)을 중심으로 자유롭게 회전하도록 지지되어 있다. 이 매거진 홀더(32)는, 모터 등으로 구성된 제2 구동부(34)와, 도시하지 않은 로터리 인코더에 의해, 회전축(33)을 중심으로 소정의 회전 각도로 스테핑 회전이 가능하게 되어 있다. 제2 구동부(34)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

매거진 홀더(32)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 8개의 매거진(35)을 동심원 상에 지지한다. 마찬가지로 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 8개의 매거진(35)은, 회전축(33)에 대하여, 원주 방향으로 등배 각도로 설치되어 있다. 이 매거진(35)이, 본 발명에 따른 재료 충전부에 상당한다. 매거진(35)은, 예를 들어 천장이 개구되고, 저면에 개폐 도어를 갖는 통체로 구성되며, 입자상의 성막 재료(M)를 천장의 개구로부터 투입하고, 저면의 개폐 도어를 여는 것에 의해 매거진(35) 내의 입자상의 성막 재료(M)를 연통로(36)에 낙하시킨다. 한편, 매거진(35)의 개폐 도어는, 매거진(35)이 보급 위치(P3)에 도달하면 자동적으로 열리고, 보급 위치(P3) 이외에서는 자동적으로 닫힌다는 기계적인 기구여도 되고, 혹은 액추에이터를 설치하여 전기적 제어에 의해 개폐해도 된다.

한편, 8개의 매거진(35)에는, 각각 동일한 중량의 성막 재료(M)를 수용해도 되고, 서로 다른 중량의 성막 재료(M)를 수용해도 된다. 혹은, 대·중·소라는 다른 중량의 분류로 수용해도 된다. 또한, 8개의 매거진(35)에 수납하는 성막 재료(M)의 종류는, 전부 동일한 종류의 성막 재료(M)로 해도 되고, 전부 다른 종류의 성막 재료(M)를 투입해도 된다. 혹은, 8종류 미만의 성막 재료(M)를 8개의 매거진(35)에 배분해도 된다.

재료 공급 챔버(3)와 성막 챔버(2) 사이에는, 게이트 밸브(37)를 구비한 연통로(36)가 설치되고, 이에 의해 재료 공급 챔버(3)와 성막 챔버(2)가, 공간적으로 연통되거나 차단되거나 한다. 연통로(36)의 상단은, 매거진(35)의 보급 위치(P3)와 일치하여 설치되고, 연통로(36)의 하단은, 허스 라이너(23)의 보급 위치(P2)와 일치하여 설치되어 있다. 도 2에 있어서, 매거진(35)의 보급 위치(P3)와 허스 라이너(23)의 보급 위치(P2)가, 연직 방향으로 겹쳐져 있기 때문에, 연통로(36)는 직선상의 관로로 되어 있다. 단, 매거진(35)의 보급 위치(P3)와 허스 라이너(23)의 보급 위치(P2)가, 연직 방향으로 겹쳐지지 않고 어긋나 있는 경우에는, 연통로(36)를 곡선상의 관로로 하면 된다. 게이트 밸브(37)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

본 실시형태의 성막 장치(1)는, 재료 공급 챔버(3)로부터 허스 라이너(23)에 공급하는 성막 재료(M)의 중량을 계측하는 중량 계측기(4)를 더 구비한다. 도 4는, 중량 계측기(4)를 포함하는 성막 장치(1)의 주요부를 확대하여 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다. 본 실시형태의 중량 계측기(4)는, 허스 홀더(22)의 보급 위치(P2)의 하방에 설치되어 있다. 그리고, 중량 계측기(4)는, 성막 챔버(2)의 내부가 성막 분위기로 설정된 상태에 있어서, 보급 위치(P2)에 있는 허스 라이너(23)에 공급된 성막 재료(M)의 중량을 계측한다.

종래, 보급 전의 성막 재료(M)의 중량을 계측하고, 이것을 허스 라이너(23)로의 보급량으로 하는 경우도 있었으나, 본 실시형태의 중량 계측기(4)는, 보급 위치(P2)에 있는 허스 라이너(23)에 공급된 성막 재료(M)의 중량을 계측하므로, 보급시에 튀어올라 넘친 것은 측정값으로부터 제외할 수 있어, 실제로 허스 라이너(23)에 보급된 성막 재료(M)의 중량 그 자체를 정확하게 측정할 수 있다. 또한 종래, 입자상의 성막 재료(M)의 입자의 수량에 기초하여 보급하는 것도 행하여지고 있었으나, 본 실시형태에서는 성막 재료(M)의 중량 그 자체를 계측하므로, 입자의 중량에 제조상의 편차가 있어도, 실제로 허스 라이너(23)에 보급된 성막 재료(M)의 중량을 정확하게 측정할 수 있다.

본 실시형태의 중량 계측기(4)는, 계측부(41)와, 선단 부분에 계측부(41)가 설치된 계측부 승강 기구(42)를 구비한다. 계측부 승강 기구(42)는, 볼 스크루 기구 등에 의해, 보급 위치(P2)에 있는 허스 홀더(22)의 통공(22a)에 승강 이동하고, 상승하였을 때에, 허스 홀더(22)에 지지된 허스 라이너(23)를 상승시킨다. 이에 의해, 허스 라이너(23)를 허스 홀더(22)로부터 분리한다. 이 상태에서, 계측부 승강 기구(42)가 하강하면, 분리되어 있던 허스 라이너(23)도 하강하여 다시 허스 홀더(22)에 지지되게 된다.

계측부 승강 기구(42)의 선단 부분에 설치된 계측부(41)는, 예를 들어 로드 셀로 이루어지고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 허스 라이너(23)가 허스 홀더(22)로부터 들어 올려져 분리된 상태에 있어서의 허스 라이너(23)의 중량을 계측한다. 계측부 승강 기구(42)는, 제어기(6)로부터의 지령 신호에 의해 제어되고, 계측부(41)의 검출 신호는, 제어기(6)에 출력된다.

여기서, 성막 챔버(2)의 진공 분위기를 유지한 채, 특정한 허스 라이너(23)에 특정한 성막 재료(M)를 공급하는 순서를 설명한다. 도 7은, 재료 공급의 공정(도 6의 단계 S5)을 나타내는 플로우차트이다.

재료 공급 챔버(3)의 매거진(35)에 성막 재료(M)를 충전하기 위해서는, 재료 공급 챔버(3)의 내부를 대기압 분위기로 되돌린 후, 재료 공급 챔버(3)에 설치된 도시하지 않은 문으로부터, 각각의 매거진(35)에 성막 재료(M)를 충전한다. 그리고, 재료 공급 챔버(3)의 매거진(35)으로부터 성막 챔버(2)의 허스 라이너(23)에 성막 재료(M)를 공급하기 위해서는, 먼저 재료 공급 챔버(3)의 내부를 성막 챔버(2)의 내부와 동일한 진공 분위기로 설정한다. 이와 거의 동시에, 제어기(6)로, 공급해야 할 성막 재료(M)가 충전된 매거진(35)의 위치를 특정하고, 제2 구동부(34)에 지령 신호를 출력함으로써 당해 매거진(35)을 보급 위치(P3)까지 이동시킨다. 또한 제어기(6)로, 공급되어야 할 허스 라이너(23)의 위치를 특정하고, 제1 구동부(26)에 지령 신호를 출력함으로써 당해 허스 라이너(23)를 보급 위치(P2)까지 이동시킨다. 이에 의해, 공급해야 할 성막 재료(M)가 충전된 매거진(35)과 공급되어야 할 허스 라이너(23)가 연통로(36)의 상하의 보급 위치(P2, P3)에 각각 위치하게 된다. 이상이, 단계 S51의 처리이다.

매거진(35)과 허스 라이너(23)의 위치 맞춤이 종료되면, 계측부 승강 기구(42)를 상승시켜, 보급 위치(P2)에 있는 허스 라이너(23)를 들어 올려 허스 홀더(22)로부터 분리한다(단계 S52). 이 상태에서 계측부(41)로부터의 출력 신호를 판독함으로써, 성막 재료(M)를 공급하기 전의 허스 라이너(23)의 중량 W₁을 계측할 수 있다. 성막 재료(M)를 공급하기 전의 허스 라이너(23)의 중량 W₁로는, 신규로 성막 재료(M)를 공급하는 경우에는 허스 라이너(23) 단체의 중량 W₀이 되고, 또한, 성막 재료(M)를 더 붓는 경우에는, 허스 라이너(23) 단체의 중량 W₀에, 남아 있는 성막 재료(M)의 중량을 더한 중량이 된다. 어느쪽이든, 성막 재료(M)를 공급하기 전의 허스 라이너(23)의 중량 W₁을 판독한 제어기(6)는, 허스 라이너(23)에 공급 가능한 중량을 연산할 수 있다.

이어서, 게이트 밸브(37)를 열고, 매거진(35)의 저면의 개폐 도어를 열어 성막 재료(M)를 허스 라이너(23)에 공급한다(단계 S53). 이 상태에서 계측부(41)로부터의 출력 신호를 판독함으로써, 성막 재료(M)를 공급한 후의 허스 라이너(23)의 중량 W₂를 계측할 수 있다. 여기서 제어기(6)는, 공급된 성막 재료(M)의 단독의 중량을 연산한다. 예를 들어, 신규로 성막 재료(M)를 공급한 경우에는, 계측한 중량 W₂로부터, 허스 라이너(23) 단체의 중량 W₀을 감산한 값(W₂ - W₀)이 된다. 또한, 성막 재료(M)를 더 부은 경우에는, 계측한 중량 W₂로부터, 허스 라이너(23) 단체의 중량 W₀과 남아 있는 성막 재료(M)의 중량의 총 중량을 감산한 값(W₂ - W₁)이 된다. 이상이, 단계 S54의 처리이다.

이어서, 제어기(6)는, 단계 S54의 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위를 만족하고 있는지의 여부를 판정한다(단계 S55). 목표로 하는 공급 중량의 범위란, 허스 라이너(23)에 공급하기에 적합한 중량을 의미하며, 상한값만, 하한값만, 또는 상한값 및 하한값 중 어느 것이어도 좋다. 단, 목표로 하는 공급 중량의 범위가 하한값만이면, 허스 라이너(23)에 과다한 성막 재료(M)를 공급하여, 허스 라이너(23)로부터 흘러 넘칠 우려가 있다. 또한 목표로 하는 공급 중량의 범위가 상한값만이면, 허스 라이너(23)에 과소한 성막 재료(M)밖에 공급되지 않아, 충분한 막두께가 형성되지 않을 우려가 있다. 따라서, 목표로 하는 공급 중량은, 상한값과 하한값을 갖는 범위인 것이 바람직하다.

단계 S55에서, 단계 S54의 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위 내에 있는 경우에는, 단계 S56으로 진행되어, 계측부 승강 기구(42)를 하강시켜, 그때까지 들어 올리고 있던 허스 라이너(23)를 다시 허스 홀더(22)에 재치하고, 재료 공급 처리를 종료한다.

이에 비하여, 단계 S55에서, 단계 S54의 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위 내에 없는 경우에는 단계 S57로 진행되어, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 상한값 이상인지의 여부를 판정한다. 단계 S57에서, 단계 S54의 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 상한값 이상인 경우에는, 단계 S58로 진행되어, 이상 처리를 실행한 뒤, 단계 S56으로 진행되어, 계측부 승강 기구(42)를 하강시켜, 그때까지 들어 올리고 있던 허스 라이너(23)를 다시 허스 홀더(22)에 재치하고, 재료 공급 처리를 종료한다. 단계 S58의 이상 처리는, 그 이후의 재료 공급을 중지하는 동시에, 오퍼레이터에 경고를 발하는 등 이상하다는 취지를 환기하는 것을 포함한다. 허스 라이너(23)의 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 상한값 이상이라는 것은, 공급한 성막 재료(M)가 흘러 넘치거나, 그 전의 증발 처리시에 흘러 넘친 성막 재료(M)에 의해 허스 라이너(23)가 허스 홀더(22)에 고착되거나 하고 있을 가능성이 있기 때문이다.

또한, 단계 S57에서, 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 상한값 이상이 아닌 경우, 즉, 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 하한값 이하인 경우에는, 단계 S59로 진행되어, 지정된 매거진(35)으로부터 성막 재료(M)를 공급한다. 중량 계측의 결과가, 목표로 하는 공급 중량의 범위의 하한값 이하인 경우에는, 제어기(6)는, 부족한 성막 재료(M)의 중량을 연산하고, 이에 상당하는 중량의 성막 재료(M)가 충전된 매거진(35)을 추출하고, 제2 구동부(34)를 제어하여 그 매거진(35)을 보급 위치(P3)에 이동한다. 그리고, 매거진(35)의 저면의 개폐 도어를 열어 성막 재료(M)를 허스 라이너(23)에 공급한 뒤, 단계 S54로 되돌아가, 다시 허스 라이너(23)의 중량을 계측한다. 2회째 이후의 계측은, 그때까지 계측한 중량을 가산함으로써, 목표로 하는 공급 중량의 범위와 비교한다.

도 1로 되돌아가, 본 실시형태의 성막 장치(1)는, 증발 위치(P1)에 있는 허스 라이너(23)를 냉각하는 냉각기(5)를 더 구비한다. 가열원(24)에 의해, 허스 홀더(22) 그 밖의 주변 부품이 과열되기 때문이다. 도 5는, 냉각기(5)를 포함하는 성막 장치(1)의 주요부를 확대하여 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다. 본 실시형태의 냉각기(5)는, 허스 홀더(22)의 증발 위치(P1)의 하방에 설치되어 있다. 특히 본 실시형태의 냉각기(5)는, 증발 위치(P1)에 있는 허스 라이너(23)를 상승시켜 허스 홀더(22)로부터 분리한 상태에서, 당해 허스 라이너(23)를 냉각한다. 이에 의해, 가열되는 허스 라이너(23)와, 허스 홀더(22) 그 밖의 주변 부품의 직접적인 열 접촉이 없어지고, 게다가 단열성이 높은(열 전도성이 낮은) 진공 분위기이므로, 허스 홀더(22) 그 밖의 주변 부품의 과열을 억제하면서, 허스 라이너(23)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

종래, 허스 라이너(23)에 상당하는 도가니 부분은 주변 부품과 열적으로 접촉하고 있었으므로, 냉각기도 도가니 부분뿐만 아니라 주변 부품도 포함시켜 냉각할 필요가 있어, 냉각기의 구조가 복잡 또한 대형이 되는 동시에 냉각 효율도 낮은 것이었다. 본 실시형태의 성막 장치(1)에서는, 가열되는 허스 라이너(23)를 허스 홀더(22)로부터 분리한 상태에서 허스 라이너(23)를 냉각하므로, 냉각기의 구조를 간소화 또한 소형화할 수 있는 동시에 냉각 효율도 높일 수 있다.

본 실시형태의 냉각기(5)는, 냉각부(51)와 냉각부 승강 기구(52)를 구비한다. 냉각부 승강 기구(52)는, 볼 스크루 기구 등에 의해, 증발 위치(P1)에 있는 허스 홀더(22)의 통공(22a)에 승강 이동하고, 상승하였을 때에, 허스 홀더(22)에 지지된 허스 라이너(23)에 접촉하여 이것을 상승시킨다. 이에 의해, 허스 라이너(23)를 허스 홀더(22)로부터 분리한다. 이 상태에서, 냉각부 승강 기구(52)가 하강하면, 분리되어 있던 허스 라이너(23)도 하강하여 다시 허스 홀더(22)에 지지되게 된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 냉각부 승강 기구(52)의 선단 부분에는, 냉각부(51)의 냉각면(53)이 설치되고, 당해 냉각면(53)이 허스 라이너(23)의 저면과 접촉하여 열의 수수를 행한다. 냉각부(51)는, 그 일부가 냉각부 승강 기구(52)의 내부에 설치된 냉매 유로(54)와, 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 기구(55)를 포함하고, 냉매 냉각 기구(55)는, 칠러(56)와, 펌프(57)와, 유량 조절 밸브(58)를 포함한다. 냉매 유로(54)를 흐르는 냉매로는, 물, 부동액, 오일, 가스 등, 액체 냉매 및 기체 냉매를 어느 것이나 사용할 수 있다. 그리고, 칠러(56)에 의해 냉각된 냉매는, 펌프(57)에 의해 압송되고, 유량 조절 밸브(58)로 유량이 조절된 뒤, 냉각부 승강 기구(52)의 내부의 냉매 유로(54)를 통하여 냉각면(53)에 이른다. 이 냉각면(53)에 있어서, 냉매는 허스 라이너(23)의 열을 빼앗아 당해 허스 라이너(23)를 냉각한 뒤, 칠러(56)로 되돌아간다. 한편, 냉매 유로(54)는, 허스 홀더(22)에는 접촉하지 않는 구조로 되어 있다.

한편, 도 1에 나타내는 본 실시형태의 성막 장치(1)는, 1개의 증발 위치(P1)에 1개의 허스 라이너(23)가 배치되기 때문에, 당해 증발 위치(P1)에 있는 허스 라이너(23)를 냉각하는 냉각기(5)도 1개 설치하면 충분하다. 그러나, 1개의 성막 챔버(2)의 내부에 복수의 증발 위치(Pn)가 설치되고, 각각의 증발 위치(Pn)에 허스 라이너(23)가 각각 배치되는 경우, 각각의 허스 라이너(23)에 요구되는 냉각 능력을 구비한 냉각기(5)를, 각각의 증발 위치(Pn)에 설치해도 된다.

또한, 냉각부 승강 기구(52)의 선단 부분의 냉각면(53) 또는 그 근방에는, 열전대 등의 온도 센서(59a)가 설치되어, 냉각면(53) 또는 그 근방의 온도를 검출하고, 이것을 제어기(6)로 출력한다. 이 대신에, 비접촉식 온도 센서(59b)를 설치하여, 허스 라이너(23)의 온도를 직접 검출하고, 이것을 제어기(6)로 출력해도 된다. 한편 도 5에는, 2개의 온도 센서(59a, 59b)를 나타내는데, 어느 일방을 설치하면 된다.

본 실시형태의 제어기(6)에는, 온도 센서(59a 또는 59b)로 검출하는 온도에 대한, 기준 온도 범위가 미리 설정되어 있고, 온도 센서(59a 또는 59b)에 의해 검출된 온도와, 미리 설정된 기준 온도 범위를 비교하여, 이 비교의 결과, 검출된 온도가 기준 온도 범위 내인 경우에는, 냉각기(5)의 냉각 능력의 설정이 적절하다고 판단하여 성막 처리를 속행한다. 이에 비하여, 온도 센서(59a 또는 59b)에 의해 검출된 온도와, 미리 설정된 기준 온도 범위의 비교의 결과, 검출된 온도가 기준 온도 범위보다 낮은 경우에는, 냉각기(5)의 냉각 능력을 감소시키고, 반대로, 검출된 온도가 기준 온도 범위보다 높은 경우에는, 냉각기(5)의 냉각 능력을 증가시킨다. 냉각기(5)의 냉각 능력은, 유량 조절 밸브(58)의 개방도를 조절하여, 냉매 유로(54)를 흐르는 냉매의 유량을 감소시키면 냉각 능력도 감소되고, 냉매의 유량을 증가시키면 냉각 능력도 증가된다. 한편, 성막 재료(M)의 온도는, 전자총 등으로 구성되는 가열원(24)의 출력 파워값이 클수록 높아지기 때문에, 가열원(24)의 출력 파워값이 큰 경우에는, 당해 출력 파워값이 작은 경우와 비교하여, 상대적으로 냉각기(5)의 냉각 능력을 증가시키도록 해도 된다.

다음으로, 본 실시형태의 성막 장치(1)를 사용한 성막 처리의 개요를 설명한다. 도 6은, 본 실시형태의 성막 장치(1)의 제어기(6)에서 실행되는 주요한 처리를 나타내는 플로우차트이다. 먼저, 성막 처리를 개시하는 경우에는, 단계 S1에 있어서, 성막 챔버(2)의 게이트 밸브(21a)를 열어 배기 장치(21)에 의해 배기함으로써, 성막 챔버(2)의 내부를 소정의 진공 분위기로 한다.

이어서, 단계 S2에 있어서, 성막 전의 복수의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 도시하지 않은 로봇 등을 사용하여 파지하고, 로드 락 챔버(7)에 반입한 뒤, 당해 로드 락 챔버(7)의 내부를 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 한다. 그리고, 게이트 밸브(71)를 열고, 성막 전의 복수의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 로봇 등을 사용하여 로드 락 챔버(7)로부터 성막 챔버(2)에 반입하고, 홀더 구동부(29)의 회전축(29a)에 장착한 뒤, 로드 락 챔버(7)의 게이트 밸브(71)를 닫는다. 한편, 성막 개시시의 단계 S1과 S2의 순서를 반대로 해도 된다.

이어서, 단계 S3에 있어서, 제1 구동부(26)를 구동하여, 증착해야 할 성막 재료(M)가 수용된 허스 라이너(23)를 증발 위치(P1)에 이동한다. 그리고, 홀더 구동부(29)를 구동하여 피성막물 홀더(28)를 소정의 정속으로 회전시키면서, 가열원(24)을 구동하여, 증발 위치(P1)에 있는 허스 라이너(23)를 가열하고, 성막 재료(M)를 증발시킨다. 이에 의해, 증발한 성막 재료(M)가, 피성막물(S)에 증착되어 막을 형성하게 된다.

피성막물 홀더(28)에 장착된 복수의 피성막물(S)에 소정 막두께의 증착막이 형성되면, 성막 처리를 종료하고, 단계 S4에서, 성막 재료(M)의 공급(보급)이 필요한지의 여부를 판정한다. 성막 처리를 연속해서 행하거나, 성막 재료(M)의 종류를 교환하거나 하는 경우에는, 성막 재료의 공급이 필요하게 되기 때문에, 단계 S5로 진행되어, 도 7을 참조하여 기술한 재료 공급을 행한 뒤, 단계 S6으로 진행된다. 성막 재료의 공급(보급)이 불필요한 경우에는 단계 S6으로 진행된다.

단계 S6에서는, 로드 락 챔버(7)를 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 설정한 뒤, 게이트 밸브(71)를 열고, 성막 처리를 종료한 복수의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 로봇 등을 사용하여 파지하고, 성막 챔버(2)로부터 로드 락 챔버(7)로 반출한다. 그 후, 게이트 밸브(71)를 닫은 뒤, 로드 락 챔버(7)를 대기압 분위기로 되돌리고, 성막 후의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 도시하지 않은 문을 통하여 외부로 반출한다. 그리고, 성막 전의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 마찬가지로 문을 통하여 로드 락 챔버(7)의 내부로 반입하고, 문을 닫은 뒤, 로드 락 챔버(7)의 내부를 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 설정한다. 로드 락 챔버(7)의 내부가 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기가 되면, 로드 락 챔버(7)의 게이트 밸브(71)를 열고, 성막 전의 복수의 피성막물(S)이 장착된 피성막물 홀더(28)를, 로봇 등을 사용하여 로드 락 챔버(7)로부터 성막 챔버(2)에 반입하고, 홀더 구동부(29)의 회전축(29a)에 장착한 뒤, 로드 락 챔버(7)의 게이트 밸브(71)를 닫는다. 이에 의해, 단계 S6의 피성막물 홀더(28)의 교환이 완료된다.

이어지는 단계 S7에 있어서, 단계 S3과 동일한 순서로 성막 처리를 행한 뒤, 단계 S8에 있어서, 성막 처리가 종료되었는지의 여부를 판정하고, 계속하는 경우에는 단계 S4로 되돌아간다. 단계 S8에 있어서, 성막 처리가 종료되었다고 판정하면 단계 S9로 진행되어, 성막 챔버(2)의 내부를 대기압 분위기로 되돌리고, 성막 처리를 종료한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 성막 장치(1)에 의하면, 성막 챔버(2)와는 별도로, 당해 성막 챔버와 동등한 진공 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버(3)를 설치하고 있으므로, 성막 챔버(2)의 내부의 진공 분위기를 유지한 채, 허스 라이너(23)에 성막 재료(M)를 공급할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 성막 장치(1)에 의하면, 허스 라이너(23)에 공급하는 성막 재료(M)의 중량을 계측하는 중량 계측기(4)를 더 구비하고, 이 중량 계측기(4)는, 성막 챔버(2)의 내부가 성막 분위기로 설정된 상태에 있어서, 허스 라이너(23)에 공급된 성막 재료(M)의 중량을 계측한다. 그 때문에, 보급시에 튀어올라 넘친 것은 측정값으로부터 제외할 수 있어, 실제로 허스 라이너(23)에 보급된 성막 재료(M)의 중량 그 자체를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 중량 계측기(4)는, 성막 재료(M)의 중량 그 자체를 계측하므로, 입자의 중량에 제조상의 편차가 있어도, 실제로 허스 라이너(23)에 보급된 성막 재료(M)의 중량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 성막 장치(1)에 의하면, 허스 라이너(23)를 냉각하는 냉각기(5)를 더 구비하여, 증발 위치(P1)에 있는 허스 라이너(23)를 상승시켜 허스 홀더(22)로부터 분리한 상태에서, 당해 허스 라이너(23)를 냉각한다. 이에 의해, 가열되는 허스 라이너(23)와, 허스 홀더(22) 그 밖의 주변 부품의 직접적인 열 접촉이 없어지고, 게다가 단열성이 높은(열 전도성이 낮은) 진공 분위기이므로, 허스 홀더(22) 그 밖의 주변 부품의 과열을 억제하면서, 허스 라이너(23)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

1…성막 장치
2…성막 챔버
21…배기 장치
21a…게이트 밸브
22…허스 홀더(hearth holder)
23…허스 라이너(hearth liner)
24…가열원
26…제1 구동부
27…축
28…피성막물 홀더
29…홀더 구동부
3…재료 공급 챔버
31…배기 장치
31a…게이트 밸브
32…매거진 홀더(magazine holder)
33…회전축
34…제2 구동부
35…매거진(재료 충전부)
36…연통로
37…게이트 밸브
4…중량 계측기
41…계측부
42…계측부 승강 기구
5…냉각기
51…냉각부
52…냉각부 승강 기구
53…냉각면
54…냉매 유로
55…냉매 냉각 기구
56…칠러
57…펌프
58…유량 조절 밸브
59a, 59b…온도 센서
6…제어기
7…로드 락 챔버(load lock chamber)
71…게이트 밸브
M…성막 재료
S…피성막물
P1…증발 위치
P2…보급 위치

Claims

적어도 성막 재료와 피성막물이 설치되고, 소정의 성막 분위기로 설정 가능한 성막 챔버와,
상기 성막 챔버의 내부에 설치되고, 상기 성막 재료를 수용하는 허스 라이너와,
상기 성막 챔버의 내부에 설치되고, 상기 허스 라이너에 수용된 성막 재료를 가열하는 가열원과,
상기 허스 라이너에 공급하기 위한 성막 재료가 충전되는 재료 충전부를 갖고, 게이트 밸브를 갖는 연통로를 통하여 상기 성막 챔버에 접속되고, 소정의 압력 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버와,
상기 허스 라이너에 공급하는 성막 재료의 중량을 계측하는 중량 계측기를 구비하고,
상기 성막 챔버를 성막 분위기로 설정한 상태에서, 상기 재료 공급 챔버의 내부를 상기 소정의 압력 분위기로 설정한 뒤, 상기 게이트 밸브를 열고, 상기 연통로를 통하여 상기 재료 충전부에 충전된 성막 재료를 상기 허스 라이너에 공급하는 성막 장치에 있어서,
상기 성막 챔버에는,
제1 구동부와,
상기 제1 구동부에 의해 회전 가능하게 되고, 상기 허스 라이너를 동심원 상에 지지하는 허스 홀더가 설치되고,
상기 허스 라이너는 상기 허스 홀더에 분리 가능하게 지지되고,
상기 허스 홀더에 상기 제1 구동부의 회전축이 접속되고,
상기 중량 계측기는 계측부와, 계측부 승강 기구를 갖고,
상기 계측부 승강 기구는 상기 허스 홀더에 지지된 허스 라이너를 상승시킴으로써 상기 허스 라이너를 허스 홀더로부터 분리하는 한편, 분리한 허스 라이너를 하강시킴으로써 상기 허스 라이너를 허스 홀더에 지지하고,
상기 계측부는 상기 허스 홀더와 접촉하는 상기 계측부 승강 기구의 선단 부분에 설치되고, 상기 허스 라이너가 허스 홀더로부터 분리된 상태에 있어서의 허스 라이너의 중량을 계측하는 성막 장치.
적어도 성막 재료와 피성막물이 설치되고, 소정의 성막 분위기로 설정 가능한 성막 챔버와,
상기 성막 챔버의 내부에 설치되고, 상기 성막 재료를 수용하는 허스 라이너와,
상기 성막 챔버의 내부에 설치되고, 상기 허스 라이너에 수용된 성막 재료를 가열하는 가열원과,
상기 허스 라이너에 공급하기 위한 성막 재료가 충전되는 재료 충전부를 갖고, 게이트 밸브를 갖는 연통로를 통하여 상기 성막 챔버에 접속되고, 소정의 압력 분위기로 설정 가능한 재료 공급 챔버와,
상기 허스 라이너에 공급하는 성막 재료의 중량을 계측하는 중량 계측기를 구비하고,
상기 성막 챔버를 성막 분위기로 설정한 상태에서, 상기 재료 공급 챔버의 내부를 상기 소정의 압력 분위기로 설정한 뒤, 상기 게이트 밸브를 열고, 상기 연통로를 통하여 상기 재료 충전부에 충전된 성막 재료를 상기 허스 라이너에 공급하는 성막 장치에 있어서,
상기 성막 챔버에는,
제1 구동부와,
상기 제1 구동부에 의해 회전 가능하게 되고, 상기 허스 라이너를 동심원 상에 지지하는 허스 홀더가 설치되고,
상기 재료 공급 챔버에는,
제2 구동부와,
상기 제2 구동부에 의해 회전 가능하게 되고, 동심원 상에 지지되고, 상기 성막 재료가 충전되는 재료 충전부가 설치되고,
상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 회전 각도를 각각 제어하여, 상기 허스 라이너의 회전 방향의 위치와 상기 재료 충전부의 회전 방향의 위치를 상기 연통로의 위치와 일치시키는 제어 신호를, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부에 출력하는 제어기를 더 구비하고,
상기 제어기는,
상기 피성막물에 형성된 막의 막두께와, 미리 설정된 기준 막두께 범위를 비교하여,
상기 비교의 결과, 상기 막의 막두께가 상기 기준 막두께 범위보다 두꺼운 경우에는, 상기 재료 공급 챔버로부터 공급하는 성막 재료의 양을 감소시키고,
상기 비교의 결과, 상기 막의 막두께가 상기 기준 막두께 범위보다 얇은 경우에는, 상기 재료 공급 챔버로부터 공급하는 성막 재료의 양을 증가시키는 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중량 계측기는 상기 성막 챔버의 내부가 성막 분위기로 설정된 상태에 있어서, 상기 허스 라이너에 공급된 성막 재료의 중량을 계측하는 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 허스 라이너를 냉각하는 냉각기를 더 구비하고,
상기 냉각기는 냉각부와, 냉각부 승강 기구를 갖고,
상기 냉각부는 상기 허스 라이너와 접촉하는 상기 냉각부 승강 기구의 선단 부분에 설치된 냉각면을 포함하고,
상기 냉각부 승강 기구는 상기 허스 홀더에 지지된 허스 라이너를 상승시켜 상기 허스 홀더로부터 분리함으로써 상기 냉각면을 상기 허스 라이너에 접촉시키는 한편, 분리한 허스 라이너를 하강시켜 상기 허스 홀더에 지지함으로써 상기 냉각면과 상기 허스 라이너를 비접촉으로 하는 성막 장치.
제4항에 있어서,
상기 냉각부는 상기 냉각부 승강 기구의 내부에 설치된 냉매 유로와, 당해 냉매 유로를 흐르는 냉매와, 상기 냉매를 상기 냉매 유로에 공급하는 공급계와, 상기 냉매 유로에 설치된 유량 조절 밸브를 포함하고,
상기 냉매 유로는 상기 허스 홀더에는 접촉하지 않고,
상기 냉매의 유량은 상기 유량 조절 밸브에 의해 제어되는 성막 장치.
제4항에 있어서,
상기 냉각면의 온도를 검출하는 온도 센서 또는 상기 허스 라이너의 온도를 검출하는 온도 센서를 더 구비하는 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 재료 공급 챔버에는, 복수의 재료 충전부가 설치되고, 적어도 2개의 재료 충전부에는, 다른 종류의 성막 재료가 충전되는 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성막 챔버에는, 복수의 허스 라이너가 설치되고, 적어도 2개의 허스 라이너에는, 다른 종류의 성막 재료가 공급되는 성막 장치.
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