KR20210068996A

KR20210068996A - 성막 방법 및 성막 장치

Info

Publication number: KR20210068996A
Application number: KR1020200165339A
Authority: KR
Inventors: 토시하루 우치다; 유키오 마츠모토
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112981331B; KR102500133B1; JP7382809B2; JP2021088733A; CN112981331A

Abstract

［과제] 볼록부와 오목부가 형성된 기판 표면에 박막을 형성할 때에, 요철 표면 형상을 유지하면서 소정의 막두께로 표면을 피복하는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
［해결 수단] 제1 방향으로 연장하는 볼록부와 상기 제1 방향으로 연장하는 오목부가, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 형성된 기판(10)에 성막을 행하는 성막 방법으로서, 기판(10)에 대해 성막 재료를 조사하여 박막을 성막하는 성막 공정과, 상기 박막이 성막된 기판(10)에 대해 에칭용 빔을 조사하여 에칭을 행하는 에칭 공정을 포함하고, 상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 기판(10)의 성막면의 법선에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은, 기판 상에 박막을 형성하기 위한 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.

종래, 스퍼터링 등에 의해 기판 상에 박막을 형성하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 기판 표면에 요철이 설치되어 있는 경우, 형성하는 박막의 내부에 보이드라고 불리는 공동(空洞; hollow space)이 형성되는 경우가 있다. 이 점에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 종래예에 따른 성막 방법에 의해 박막이 형성되는 기판의 모식적 단면도이다.

도시된 기판(710)의 표면에는, 볼록부(711)와 오목부(712)가 설치되어 있다. 도 10(a)는, 성막 처리가 행해지는 과정에 있어서의 초기 상태를 나타내고 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 형성되는 막(720a)에 있어서는, 볼록부(711)의 상면에 형성되는 막은, 그 일부가 오목부(712)측을 향해 돌출되어 덮이도록 형성된다. 그 때문에, 이대로 성막 처리가 실시되면, 오목부(712)의 상방에 보이드(V)가 형성되어 버린다. 도 10(b)는 박막(720b)의 상면이 거의 평면 형상이 될 때까지 성막을 행한 경우의 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 보이드(V)가 형성되면, 원하는 기능이나 품질이 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 이와 같이 보이드가 생기는 원인은, 스퍼터링에 의해 입자가 부착되는 기판의 오목부 상면, 볼록부 상면, 측면에 따라 성막 레이트가 달라, 막두께에 차이가 생기기 때문이다.

특허문헌 1: 일본특허공표 2015-529744호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2012-67394호 공보

본 발명의 목적은, 볼록부와 오목부가 형성된 기판 표면에 박막을 형성할 때, 요철 표면 형상을 유지하면서 소정의 막두께로 표면을 피복하는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.

즉, 본 발명의 성막 방법은,

제1 방향으로 연장하는 볼록부와 상기 제1 방향으로 연장하는 오목부가, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 형성된 기판에 성막을 행하는 성막 방법으로서,

상기 기판에 대해 성막 재료를 조사하여 박막을 성막하는 성막 공정과,

상기 박막이 성막된 상기 기판에 대해 에칭용 빔을 조사하여 에칭을 행하는 에칭 공정을 포함하고,

상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 상기 기판의 성막면의 법선에 대해 경사져 있으며, 또한 양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 「양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있다」란, 양자의 조사 각도가 동일한 것이 바람직하지만, 각종 부재의 치수 공차나 어떠한 영향에 의해, 조사(입사) 각도에 다소의 어긋남이 발생된 경우도 포함됨을 의미한다.

본 발명에 의하면, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판에 대해 조사하는 방향을, 상기의 법선에 대해 경사지게 함으로써, 기판 표면에 형성시키는 막의 막두께를 굳이 그 위치에 따라 다르게 하도록 하고 있다. 그리고, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판에 대해 조사하는 방향(입사 각도)이 동일하도록 설정함으로써, 에칭용 빔에 의해, 막이 두꺼운 부분에서는 깎여져 얇게 되고, 막이 얇은 부분에서는 깎인 재료의 일부가 부착되어 두껍게 된다. 이에 의해, 막 표면을 평탄하게 고르게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 볼록부와 오목부가 형성된 기판 표면에 박막을 형성할 때, 표면의 요철 형상을 유지하면서 표면을 균등한 막두께로 피복할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 내부의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 동작 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 내부 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 이온 소스의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법의 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법의 설명도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법의 설명도이다.
도 10은 종래예에 따른 성막 방법에 의해 박막이 형성되는 기판의 모식적 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 단, 이하의 실시형태는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 플로우, 제조 조건, 치수, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이들만으로 한정하는 취지의 것이 아니다.

(실시형태)

도 1∼도 9를 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 내부 개략 구성도이며, 성막 장치의 내부 전체를 상방으로부터 본 경우의 개략 구성을 나타내고 있다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 동작을 나타내는 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치에 있어서의 동작 설명도이다. 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 장치의 내부 개략 구성도이며, 에칭 장치가 설치되어 있는 부근을, 기판의 반송 방향으로 본 개략 구성을 나타내고 있다. 도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 에칭 장치로서의 이온 소스의 설명도이며, 같은 도면의 (a)는 이온 소스의 빔 조사면을 나타내는 정면도이며, 같은 도면의 (b)는 같은 도면의 (a) 중 AA 단면도이며, 같은 도면의 (c)는 이온 빔의 길이방향의 에칭 강도를 나타내는 그래프이다. 도 6∼도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 성막 방법의 설명도이다.

<성막 장치의 전체 구성>

특히, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 따른 성막 장치(1)의 전체 구성에 대해 설명한다. 성막 장치(1)는, 성막 처리되는 기판(10)이 수용되는 스톡커실(100)과, 실내를 대기 상태와 진공 상태로 전환하는 기압 전환실(200)과, 기판(10)의 처리면에 각종 처리를 행하는 처리실(300)을 구비하고 있다.

스톡커실(100)은, 기판(10)을 보유지지하면서 반송 가능한 기판 반송 장치(15)를 복수 수용하는 역할을 담당하고 있다. 이 스톡커실(100)에는, 복수의 기판 반송 장치(15)가 재치되는 재치대(111)와, 재치대(111)를 왕복 이동시키는 구동 기구를 구비하고 있다. 이 구동 기구는, 볼나사를 회전시키는 모터 등의 구동원(121)과, 재치대(111)의 이동 방향을 규제하는 가이드 레일(122) 등으로 구성된다. 다만, 재치대(111)를 왕복 이동시키는 구동 기구에 대해서는, 이러한 구성에 한정되는 것이 아니며, 각종 공지기술을 채용할 수 있다. 또한, 재치대(111)에는, 기판 반송 장치(15)의 이동 방향을 규제하는 가이드 레일(112)이 복수 설치되어 있다.

기압 전환실(200)은, 대기 상태에 있는 스톡커실(100)로부터 반입되는 기판 반송 장치(15)를, 진공 상태에 있는 처리실(300)로 보내기 위해, 처리실(300)로 보내지기 이전 단계에서, 실내를 대기 상태로부터 진공 상태로 전환하는 역할을 담당하고 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 기압 전환실(200)에는, 기판(10)을 가열하는 히터(221, 222)가 설치되어 있다. 즉, 기판(10)의 재료에 따라서는, 상온인 채로 처리실(300)에 반송되면, 기판(10)으로부터 각종 가스가 발생하여, 성막 시에 악영향이 발생하게 된다. 이에, 그러한 기판(10)에 대해서는, 히터(221, 222)로 가열함으로써, 가스를 강제적으로 조기에 발생시켜, 처리실(300) 내에서 가스가 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기압 전환실(200)에도, 기판 반송 장치(15)의 이동 방향을 규제하는 가이드 레일(210)이 설치되어 있다.

처리실(300)은, 내부가 진공 분위기가 되는 챔버(301)와, 기판 반송 장치(15)의 이동 방향을 규제하는 가이드 레일(302)을 구비하고 있다. 기판 반송 장치(15)를 왕복 이동시키기 위한 기구에 대해서는, 각종 공지기술을 적용할 수 있으므로, 그 상세 설명은 생략하지만, 볼나사에 의한 구동 기구나 랙 앤드 피니언(rack and pinion) 기구 등을 적용 가능하다.

처리실(300) 내에는, 전처리 에리어(300a)와, 성막 에리어(300b)와, 에칭 에리어(300c)가 설치되어 있다. 전처리 에리어(300a)에는, 성막 처리에 앞서 기판(10)의 처리면의 세정 등의 전처리를 행하기 위한 기판 처리 장치(310)가 설치되어 있다. 또한, 성막 에리어(300b)에는, 기판(10)의 처리면에 성막 처리를 행하는 성막 재료 조사 장치로서의 스퍼터 장치(320)가 설치되어 있다. 또한, 에칭 에리어(300c)에는, 스퍼터 장치(320)에 의해 기판(10) 상에 형성된 막에 대해 에칭을 행하는 에칭 장치(330)이 설치되어 있다. 한편, 전처리 에리어(300a)의 기판 처리 장치(310)의 전단에 설치된 공간은, 기판 처리 장치(310)에 의한 전 처리를 실시하기 전의 기판 반송 장치(15)가 대기하는 공간이다. 본 실시형태에 따른 성막 장치(1)는, 기판(10)을 보유지지하여 반송하면서, 기판(10)에 대해 일련의 처리를 실시하는, 이른바 인라인형의 구성을 이루고 있다.

<성막 장치의 전체적인 동작>

성막 장치(1)는, 재치대(111)를 왕복 이동시키는 구동 기구, 기압 전환실(200) 내의 기압, 히터(221, 222), 처리실(300) 내의 기압, 기판 처리 장치(310), 스퍼터 장치(320) 및 에칭 장치(330)의 제어뿐만 아니라, 기판 반송 장치(15)에 의한 기판(10)의 반송 제어를 행하기 위한 제어 장치(C)를 구비하고 있다. 이하의 동작(성막 공정 및 에칭 공정 등)은, 이 제어 장치(C)에 의해 제어됨으로써 실행된다. 제어 장치(C)는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터로 구성 가능하다. 이 경우, 제어 장치(C)의 기능은, 메모리 또는 스토리지에 기억된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터로서는, 범용의 컴퓨터를 이용해도 되고, 임베디드형의 컴퓨터 또는 PLC(programmable logic controller)를 이용해도 된다. 또는, 제어 장치(C)의 기능의 일부 또는 모두를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성해도 된다. 또한, 제어 장치(C)는, 제어 대상이 되는 각종 장치 등과 접속된 배선을 통해, 제어 명령을 전달하도록 구성해도 되고, 무선에 의해, 각종 장치 등에 대해 제어 명령을 전달하도록 구성해도 된다. 이하, 특히, 도 2을 참조하여, 성막 장치(1)의 전체적인 동작에 대해 설명한다.

<<준비 공정>>

스톡커실(100)에는, 각각 기판(10)을 보유지지하는 기판 반송 장치(15)가 복수 수용되어 있다. 그 중 처리 대상이 되는 기판(10)을 보유지지하는 기판 반송 장치(15)가, 스톡커실(100)로부터 기압 전환실(200)로 반송된다(스텝 S101). 기압 전환실(200)에서, 감압 동작이 행하여져, 실내가 대기 상태로부터 진공 상태로 전환된다. 또한, 기판(10)의 재료에 따라서는, 기판(10)에의 가열 처리가 동시에 행하여진다(스텝 S102). 예를 들면, 약 10분 정도의 가열 처리에 의해, 100℃에서 180℃ 정도까지 기판(10)이 가열된다. 그 후, 기판(10)은, 기압 전환실(200)로부터 처리실(300)의 전처리 에리어(300a)로 반송된다(스텝 S103). 전처리 에리어(300a)에서는, 기판 처리 장치(310)에 의해 기판(10)의 처리면에 대해 이온 빔 조사에 의한 표면 처리가 실시된다(스텝 S104).

<<성막 공정>>

다음으로, 기판(10)은 성막 에리어(300b)에 반송되어(스텝 S105), 스퍼터 장치(320)에 의해 기판(10)의 처리면에 대해 스퍼터링 처리가 실시된다(스텝 S106). 스퍼터 장치(320)에 대해서는, 공지기술이므로, 그 상세한 설명은 생략하나, 고전압이 인가됨으로써 성막 재료가 방출되는 타겟 등을 구비하고 있다. 한편, 타겟에 대해서는, 평판 형상의 것을 채용할 수도 있고, 회전 가능하도록 구성된 원통 형상의 것을 채용할 수도 있다.

<<에칭 공정>>

성막 처리가 실시된 기판(10)은, 에칭 에리어(300c)에 반송되어(스텝 S107), 에칭 장치(330)에 의한 에칭 처리가 실시된다(스텝 S108).

에칭 처리가 실시된 후, 제어 장치(C)에 의해, 스퍼터링 횟수 X가 N에 도달하였는지 여부가 판정되어(스텝 S109), N에 도달하지 않은 경우에는, 기판(10)은, 성막 에리어(300b)로 되돌려져, 성막 처리와 에칭 처리가 다시 실시된다. 본 실시형태에 있어서는, 성막 처리와 에칭 처리가 미리 정해진 횟수 N만큼 반복하여 행하여진다. 또한, 도 1 중의 아래쪽의 화살표(T11, T21, T12, T22, ···, T1X, T2X)는, 기판(10)(기판 반송 장치(15))의 이동 공정을 나타내고 있다. 성막 처리와 에칭 처리가 N회 반복된 후, 처리 후의 기판(10)은, 기압 전환실(200)에 보내져, 진공 상태로부터 대기 상태로 전환된 후, 스톡커실(100)로 반출된다.

한편, 본 실시형태에서는, 처리실(300)의 일단측에 설치된 스톡커실(100)과 기압 전환실(200)에서, 기판 반송 장치(15)의 반입과 반출을 행하는 구성을 채용하는 경우를 나타냈다. 그러나, 처리실(300)의 일단측에 설치된 스톡커실(100)과 기압 전환실(200)에 대해서는, 기판 반송 장치(15)의 반입 동작만 행하도록 하고, 처리실(300)의 타단측에 기판 반송 장치(15)의 반출을 행하기 위한 기압 전환실과, 처리후의 기판(10)을 수용하기 위한 스톡커실을 설치하는 구성을 채용할 수도 있다.

본 실시형태에 따른 성막 장치(1)는, 예를 들면, 전처리를 수반하는 다양한 전극 형성에 적용 가능하다. 구체예로서는, 예를 들면, FC-BGA(Flip-Chip Ball Grid Array) 실장 기판에 적합한 도금 시드막이나, SAW(Surface Acoustic Wave) 디바이스용의 메탈 적층막의 성막을 들 수 있다. 또한, LED의 본딩부에 있어서의 도전성 경질막, MLCC(Multi-Layered Ceramic Capacitor)의 단자부막의 성막 등도 들 수 있다. 기타, 전자 부품 패키지에 있어서의 전자 쉴드막이나 칩 저항기의 단자부막의 성막에도 적용 가능하다. 기판(10)의 사이즈는 특히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는, 200mm×200mm정도의 사이즈의 기판(10)을 사용하고 있다. 또한, 기판(10)의 재료는 임의이며, 예를 들면, 폴리이미드, 유리, 실리콘, 금속, 세라믹 등의 기판이 사용된다.

<기판 처리 장치 및 에칭 장치>

특히, 도 3(b) 및 도 4를 참조하여, 기판 처리 장치(310) 및 에칭 장치(330)에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(310)와 에칭 장치(330)의 기본적인 구성은 동일하다. 즉, 이들 기판 처리 장치(310)와 에칭 장치(330)는, 이온 빔 조사에 의해 기판의 표면(처리면)에 대해 세정 내지 에칭의 처리를 행하기 위한 장치이다. 이와 같이, 양자의 기본적인 구성은 동일하므로, 여기서는, 에칭 장치(330)에 대해 설명한다.

에칭 장치(330)는, 이온 소스(331)와, 이온 소스(331)에 전압을 인가하는 고압 전원(336)을 구비하고 있다. 도 4에는, 이온 소스(331)로부터 조사된 이온 빔(331a)도 나타내고 있다.

처리실(300)에 있어서의 챔버(301)는 기밀 용기이며, 배기 펌프(303)에 의해 그 내부는 진공 상태(또는 감압 상태)로 유지된다. 가스 공급 밸브(304)를 열고 챔버(301) 내로 가스를 공급함으로써, 처리에 대한 적절한 가스 분위기(또는 압력대)로 적절히 변경을 할 수 있다. 챔버(301) 전체는 전기적으로 접지되어 있다. 기판 반송 장치(15)는, 기판(10)의 처리면이 연직 방향을 따르도록 기판(10)을 수직인 자세로 보유지지하면서, 챔버(301)의 저면에 부설된 가이드 레일(302) 위를 이동 가능하도록 구성되어 있다. 가이드 레일(302)은 기판(10)의 표면과 평행한 방향으로 연설되어 있으며, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 기판 반송 장치(15)는 기판(10)의 표면에 평행한 방향을 따라 이동한다.

기판 반송 장치(15)는, 기판(10)을 보유지지하는 보유지지 부재(기판 홀더) (15a)와, 보유지지 부재(15a)를 지지하는 지지 부재(반송 캐리어)(15b)와, 보유지지 부재(15a)와 지지 부재(15b)를 전기적으로는 절연하면서 기계적으로 접속하는 접속 부재(15c)와, 지지 부재(15b)의 하단에 설치되는 전동체(轉動體; 15d)를 구비하고 있다. 전동체(15d)가 가이드 레일(302) 위를 전동함으로써, 기판 반송 장치(15)는, 가이드 레일(302)을 따라 이동한다. 여기서, 보유지지 부재(15a)에 의한 기판(10)을 보유지지하는 면을 보유지지면(F)이라고 칭한다.

도 3(b)는, 기판 반송 장치(15)가, 도 1 중, 화살표(T11, T12, T1X) 방향으로 이동하면서 에칭 처리가 행해지는 공정(에칭 공정) 중의 에칭 장치(330)와 기판 반송 장치(15)의 모습을 나타내고 있다. 한편, 이온 소스(331)와 기판(10) 사이의 거리는 약 100∼200mm으로 설정되어 있다. 또한, 고압 전원(336)은 이온 소스(331)에 애노드 전압(∼수 kV)을 인가하도록 구성되어 있다.

<이온 소스>

특히, 도 5을 참조하여, 이온 소스(331)에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 이온 소스(331)는, 캐소드(332)와, 빔 조사면(333)과, 애노드(334)와, 영구자석(335)을 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 캐소드(332)가 이온 소스(331)의 케이스를 겸하고 있다. 캐소드(332)와 애노드(334)는 각각 SUS로 형성되며, 양자는 전기적으로 절연되어 있다. 캐소드(332)는 챔버(301)에 고정됨으로써, 전기적으로 접지되어 있다. 한편, 애노드(334)는 고압 전원(336)에 접속되어 있다. 이 구성에 있어서, 고압 전원(336)으로부터 애노드(334)에 대해 고압이 인가되면, 케이스(캐소드(332))의 빔 조사면(333)에 설치된 출사 개구로부터 이온 빔이 출사한다. 또한, 이온 소스(331)의 원리로서는, 케이스의 배면측에서 가스를 도입하여 케이스 내부에서 이온을 발생하는 타입과, 케이스의 외측에 존재하는 분위기 가스를 이온화하는 타입이 있으나, 어느 것을 사용해도 된다. 도 4에서는, 후자의 경우를 나타내고 있으며, 가스 공급 밸브(304)를 여는 것에 의해, 챔버(301) 내에 가스가 공급된다. 가스로서는, 아르곤 가스, 산소 가스, 질소 가스 등을 사용할 수 있다.

본 실시형태에 따른 이온 소스(331)는, 출사 개구가 긴 길이방향과 짧은 길이방향을 갖도록, 약 300∼400mm × 약 70mm의 길고 가는 형상(라인 형상 또는 트랙 형상)의 빔 조사면(333)을 갖고 있다. 그리고, 출사 개구의 긴 길이방향이 기판(10)의 반송 방향에 대해 교차하도록, 이온 소스(331)가 배치되어 있다. 이러한 세로로 긴 이온 소스(331)를 이용함으로써, 기판(10)의 종방향(반송 방향에 대해 직교하는 방향) 전체적으로 이온 빔이 조사되게 된다. 따라서, 반송 방향을 따른 1회의 빔 주사로 기판(10)의 전면에 대해 빔을 조사할 수 있고, 표면 처리(에칭 처리)의 고속화(생산성 향상)를 도모할 수 있다.

한편, 도 5(c)는, 이온 소스(331)로부터 출사되는 이온 빔의 긴 길이방향의 에칭 강도를 나타내고 있다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 이온 빔의 길이방향의 강도는 일정하지 않으며, 이온 소스(331)의 자장 설계에 의존하여, 파선(L2)과 같이 중앙 부분의 강도가 크게 되거나, 실선(L1)과 같이 중앙 부분의 강도가 작게 되는 것 중 어느 하나의 분포를 취한다. 도 5(c)와 같은 에칭 강도의 분포에 치우침이 있으면, 에칭량에 불균일이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 이에, 기판(10)에 대해, 1.5∼2배 정도의 사이즈의 빔 조사면(333)을 이용함으로써, 에칭 강도의 분포를 균일하게 할 수 있다.

<기판 처리 장치에 의한 표면 처리의 흐름>

상술한 바와 같이 구성되는 기판 처리 장치(310)에 의하면, 기판(10)이 처리실(300)의 전처리 에리어(300a)에 반송되면, 제어 장치(C)가, 고압 전원을 제어하고, 이온 소스에 의한 빔 조사를 개시한다. 그 상태로, 제어 장치(C)가, 기판 반송 장치(15)를 일정 속도로 이동시켜, 기판(10)을 이온 빔에 통과시킨다. 이러한 방법에 의해, 기판(10)의 표면에 이온 빔이 조사되어, 기판(10)의 표면측은 표면 처리(세정 처리)가 실시된다. 이러한 빔 주사를 행하는 구성을 채용함으로써, 기판(10)의 면적보다도 작은 조사 범위의 이온 빔으로 기판 전체의 처리를 행할 수 있기 때문에, 이온 소스의 소형화, 나아가 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 기판(10)의 처리면이 연직 방향을 따르는 자세로 기판(10)을 지지하고, 처리면에 대해 수평 방향으로 이온 빔을 조사하는 구성을 채용함으로써, 에칭에 의해 깎인 파티클이 중력에 의해 낙하하여, 기판(10)의 처리면에 잔류하지 않기 때문에, 파티클의 잔류에 의한 처리 불균일의 발생을 방지할 수 있다고 하는 이점도 있다.

<성막 공정 및 에칭 공정>

특히, 도 3, 및 도 6∼도 9를 참조하여, 성막 공정 및 에칭 공정에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치는, 표면측에 직선 형상의 볼록부(11)와 오목부(12)가 교대로 형성된 기판(10)의 표면 상에 박막을 형성할 때에 바람직하게 사용할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치는, 제1 방향으로 연장하는 볼록부(11)와 제1 방향으로 연장하는 오목부(11)가, 이 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 형성된 기판(10)에 성막을 행할 때에 바람직하게 사용할 수 있다.

도 3(a)는 성막 공정시의 기판 반송 장치(15)와 스퍼터 장치(320)의 모습을 나타내고 있고, 도 3(b)는 에칭 공정시의 기판 반송 장치(15)와 에칭 장치(330)의 모습을 나타내고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 도 1 중의 아래쪽의 화살표(T11, T12, T1X) 방향으로 기판(10)이 반송되면서, 성막 공정과 에칭 공정이 행해진다. 한편, 도 1 중의 아래쪽의 화살표(T21, T22, T2X) 방향으로 기판(10)이 반송될 때에는, 스퍼터 장치(320) 및 에칭 장치(330)의 동작은 정지되어 있다.

도 6은 본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치에 있어서, 기판(10)을 반송시키는 방법에 대한 바람직한 예를 2가지 나타내고 있다. 이하, 각각 「제1 반송 양태」, 「제2 반송 양태」라고 칭한다. 도 6(a)는 제1 반송 양태의 경우에 있어서의 기판(10)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 제1 반송 양태에 있어서는, 기판(10)에 있어서의 볼록부(11) 및 오목부(12)가 형성하는 홈 형상의 단차가 연장하는 방향(제1 방향)에 대해 수직 방향(제2 방향)으로 기판(10)이 반송된다. 도 6(b)는 제2 반송 양태의 경우에 있어서의 기판(10)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 제2 반송 양태에서는, 기판(10)에 있어서의 볼록부(11) 및 오목부(12)가 형성하는 홈 형상의 단차가 연장하는 방향(제1 방향)에 대해 평행하게 기판(10)이 반송된다.

도 7은 제1 반송 양태의 경우를 나타내고 있으며, 같은 도면의 (a)는 성막 공정을 나타내고, 같은 도면의 (b)는 에칭 공정을 나타내고 있다. 한편, 도 7 중 기판(10)은, 도 6(a) 중 BB 단면에 상당한다. 도 8은 제2 반송 양태의 경우를 나타내고 있으며, 같은 도면의 (a)는 성막 공정을 나타내고, 같은 도면의 (b)는 에칭 공정을 나타내고 있다. 한편, 도 8 중 기판(10)은, 도 6(b) 중 CC 단면에 상당한다. 또한, 도 6∼도 8에서는, 기판 반송 장치(15)에 대해서는 생략하고, 기판 반송 장치(15)에 의해 반송되는 기판(10)의 모습만을 나타내고 있다. 이하의 설명에 있어서, 반송되는 기판(10)을 보유지지하는 보유지지 부재(15a)에 의한 보유지지면(F)의 법선을, 편의상, 「법선(N)」이라고 칭한다. 또한, 에칭 공정에 있어서 조사되는 빔을 「에칭용 빔」이라고 칭한다. 한편, 법선(N)은, 기판(10)의 성막면의 법선이라고 할 수도 있다.

본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치(1)에 있어서, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향, 및 에칭용 빔의 조사 방향은, 법선(N)과 기판(10)이 반송되는 방향에 평행한 방향을 포함하는 면에 대해, 평행한 방향이다. 또한, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향은, 법선(N)에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사 각도(입사 각도)가 동일하도록 설정되어 있다. 또한, 「양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있다」란, 양자의 조사 각도가 동일한 것이 바람직하지만, 각종 부재의 치수 공차나 어떠한 영향에 의해, 조사 각도에 다소의 어긋남이 발생되는 경우도 포함됨을 의미한다. 또한, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과 법선(N)이 교차하는 각도 중 예각측의 각도, 및 에칭용 빔과 법선(N)이 교차하는 각도 중 예각측의 각도는, 모두 10°이상 75°이하이다. 한편, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과 법선(N)이 교차하는 각도 중 예각측의 각도는, 도 7(a) 중 각도(α)에 상당한다. 또한, 에칭용 빔과 법선(N)이 교차하는 각도 중 예각측의 각도는, 도 7(b) 중 각도(α)에 상당한다. 한편, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향, 및 에칭용 빔의 조사 방향은, 제1 반송 양태의 경우도 제2 반송 양태의 경우도 마찬가지이다.

그리고, 제1 반송 양태의 경우에는, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향은, 모두 볼록부(11) 및 오목부(12)가 형성하는 홈 형상의 단차가 연장하는 방향(제1 방향)에 대해 수직이다. 또한, 제2 반송 양태의 경우에는, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향은, 모두 볼록부(11) 및 오목부(12)가 형성하는 홈 형상의 단차가 연장하는 방향(제1 방향)과 법선(N)을 포함하는 면에 대해 평행이다.

<<제1 반송 양태>>

특히, 도 7을 참조하여, 제1 반송 양태의 경우에 있어서의 성막 공정에 의한 막이 형성되는 방법과, 에칭 공정에 의해 에칭이 되는 방법에 대해 설명한다. 스퍼터 장치(320)(타겟)로부터 기판(10)을 향해 조사되는 성막 재료는, 기판(10)의 표면에 있어서, 해당 성막 재료의 조사 방향에 대해 막의 두께가 두껍게 되어 간다. 도 7(a)에는, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 볼록부(11)의 상면에 형성되는 막 중, 도면 중 우측으로 갈수록 막두께가 두껍게 되고, 오목부(12)의 상면에 있어서는, 볼록부(11)에 의해 차단되는 부근의 막의 막두께가 얇게 된다.

그리고, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)에 대해, 에칭용 빔이 조사되어 에칭이 행해진다(도 7(b) 참조). 에칭용 빔이 막(20a)에 조사되면, 막(20a)은, 빔의 조사 방향에 대해 서서히 깎여진다. 따라서, 기판(10)의 표면에 형성된 막(20a)은, 에칭용 빔에 의해, 도 7(b) 중, 볼록부(11)의 상면에 형성된 부분의 도면 중 우측 부근을 중심으로 깎여진다. 도 7(b) 중 막(20b)은, 에칭 공정 후의 상태를 나타내고 있다. 또한, 동 도면 중에 나타내는 점선(L1)은, 성막 공정 후의 막(20a)의 표면의 위치를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향은, 법선(N)에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사(입사) 각도가 동일하도록 설정되어 있다. 따라서, 막두께가 두꺼운 부분일수록, 에칭에 의해 깎이는 양이 많게 된다. 한편, 에칭에 의해 깎여진 재료의 일부는, 막에 부착되고, 막의 일부가 된다. 이 때, 특히, 에칭용 빔이 조사되지 않는 부분에 부착되기 쉽기 때문에, 막두께가 얇은 부분이 부착된 재료에 의해 두껍게 되는 경향이 된다.

<<제2 반송 양태>>

특히, 도 8을 참조하여, 제2 반송 양태의 경우에 있어서의 성막 공정에 의한 막이 형성되는 방법과, 에칭 공정에 의한 에칭이 되는 방법에 대해 설명한다. 스퍼터 장치(320)(타겟)로부터 기판(10)을 향해 조사되는 성막 재료는, 기판(10)의 표면에 있어서, 해당 성막 재료의 조사 방향에 대해 막의 두께가 두껍게 되어 간다. 도 8(a)에는, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 볼록부(11)의 상면과, 오목부(12)의 상면에 형성되는 막의 막두께가 두껍게 되고, 볼록부(11)의 측면(오목부(12)의 측면이라고도 말할 수 있음)에 형성되는 막의 막두께는 얇게 된다.

그리고, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)에 대해, 에칭용 빔이 조사되어서 에칭이 행해진다(도 8(b) 참조). 에칭용 빔이 막(20a)에 조사되면, 막(20a)은, 빔의 조사 방향에 대해 서서히 깎여진다. 따라서, 기판(10)의 표면에 형성된 막(20a)은, 에칭용 빔에 의해, 도 8(b) 중, 볼록부(11)의 상면에 형성된 부분과 오목부(12)의 상면에 형성된 부분을 중심으로 깎여진다. 도 8(b) 중 막(20b)은, 에칭 공정 후의 상태를 나타내고 있다. 또한, 동 도면 중에 나타내는 점선(L1)은, 성막 공정 후의 막(20a)의 표면의 위치를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향은, 법선(N)에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사(입사) 각도가 동일하도록 설정되어 있다. 따라서, 막두께가 두꺼운 부분일수록, 에칭에 의해 깎이는 양이 많아진다. 한편, 에칭에 의해 깎인 재료의 일부는, 막에 부착되고, 막의 일부가 된다. 이 때, 특히, 에칭용 빔이 조사되지 않는 부분에 부착되기 쉽기 때문에, 막두께가 얇은 부분이 부착된 재료에 의해 두껍게 되는 경향이 된다.

<본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치가 우수한 점>

본 실시형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치(1)에 의하면, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향을, 법선(N)에 대해 경사지게 함으로써, 기판(10)의 표면에 형성시키는 막의 막두께를, 굳이 그 위치에 따라 다르게 하도록 하고 있다. 그리고, 성막 공정에 있어서의 성막 재료를 기판(10)에 대해 조사하는 방향과, 에칭용 빔을 기판(10)에 대해 조사하는 방향(입사 각도)이 동일하도록 설정함으로써, 에칭용 빔에 의해, 막이 두꺼운 부분에서는 깎여져 얇게 되고, 막이 얇은 부분에서는 깎여진 재료의 일부가 부착되어 두껍게 된다. 이에 의해, 막 표면을 평탄하게 고르게 할 수 있다.

한편, 본 실시형태에 있어서는, 성막 공정과 에칭 공정을 1회만 행할 경우 (상기의 반복 횟수 N=1의 경우)에도, 기판(10)의 표면에 형성되는 막의 표면을 평탄하게 할 수 있다. 그리고, 막두께를 두껍게 하고 싶을 경우에는, 원하는 막두께가 되도록, 반복 횟수 N을 설정하면 된다. 이 경우에도, 막의 표면을 평탄하게 고르게 하면서, 서서히 막두께를 두껍게 할 수 있다.

한편, 상기의 설명에 있어서는, 기판(10)의 표면측에 형성된 볼록부(11)과 오목부(12)는, 그 단면 형상(볼록부(11)과 오목부(12)가 연장하는 방향에 대해 수직인 단면의 형상)이 사각형인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 볼록부 및 오목부의 형상에 대해서는, 그러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 볼록부(11)와 오목부(12)의 단면 형상(볼록부(11)와 오목부(12)가 연장하는 방향에 대해 수직인 단면의 형상)이 사다리꼴의 경우라도 적용 가능하다. 한편, 도 9는, 이러한 기판(10)을 사용한 경우로서, 상기의 제1 반송 양태의 경우를 나타내고 있으며, 같은 도면의 (a)는 성막 공정을 나타내고, 같은 도면의 (b)는 에칭 공정을 나타내고 있다.

도 9(a)에는, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 요철의 단면 형상이 사다리꼴인 기판(10)의 경우라도, 볼록부(11)의 상면에 형성되는 막 중, 도면 중 우측일수록 막두께가 두껍게 되고, 오목부(12)의 상면에서는, 볼록부(11)에 의해 차단되는 부근의 막 막두께가 얇게 된다. 한편, 오목부(12)의 상면에 있어서는, 막이 거의 형성되지 않는 부분도 있다.

그리고, 성막 공정에 의해 형성된 막(20a)에 대해, 에칭용 빔이 조사되어 에칭이 행해진다(도 9(b)참조). 에칭용 빔이 막(20a)에 조사되면, 막(20a)은, 빔의 조사 방향에 대해 서서히 깎여진다. 따라서, 기판(10)의 표면에 형성된 막(20a)은, 에칭용 빔에 의해, 도 9(b) 중, 볼록부(11)의 상면에 형성된 부분의 도면 중 우측 부근을 중심으로 깎여진다. 도 9(b) 중 막(20b)은, 에칭 공정 후의 상태를 나타내고 있다. 또한, 동 도면 중에 나타내는 점선(L1)은, 성막 공정 후의 막(20a)의 표면의 위치를 나타내고 있다. 요철의 단면 형상이 사다리꼴인 기판(10)의 경우에도 마찬가지로, 막두께가 두꺼운 부분일수록 에칭에 의해 깎여지는 양이 많게 되며, 에칭에 의해 깎여진 재료의 일부는, 막에 부착되고, 막의 일부가 된다. 이 때, 특히, 에칭용 빔이 조사되지 않는 부분에 부착되기 쉽기 때문에, 막두께가 얇은 부분이 부착된 재료에 의해 두껍게 되는 경향이 된다. 따라서, 상술한 경우와 마찬가지로, 막 표면이 평탄하게 고르게 된다.

(기타)

상기 실시형태에 있어서는, 에칭용 빔이 이온 빔인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 에칭용 빔은, 이온 빔에 한정되지 않고, 레이저 빔을 이용할 수도 있다. 예를 들면, 에칭 대상이 되는 막의 재료가 무기막(SiN 등), 산화물막(SiO2, ITO 등), 금속막(Al, Cu 등)인 경우에는, 이온 빔(Ar, Xe 등의 희가스에 의해 생성되는 이온 빔)을 사용하면 바람직하다. 이에 대해, 에칭 대상이 되는 막의 재료가 유기막(유기 화합물 등)인 경우에는, 레이저 빔을 사용하면 바람직하다. 전자의 경우에는 빔 직경이 비교적 큰 것에 비해, 후자의 경우에는 빔 직경이 비교적 작다라는 특징이 있다. 또한, 후자의 경우에는, 막 중 또는 하지층에 광열 변환 재료가 포함되어 있으면 더욱 유효하다.

1: 성막 장치
10: 기판
11: 볼록부
12: 오목부
15: 기판 반송 장치
15a: 보유지지 부재
15b: 지지 부재
15c: 접속 부재
15d: 전동체
20a, 20b, 20c, 20d: 막
100: 스톡커실
111: 재치대
112: 가이드 레일
121: 구동원
122: 가이드 레일
200: 기압 전환실
210: 가이드 레일
221, 222: 히터
300: 처리실
300a: 전처리 에리어
300b: 성막 에리어
300c: 에칭 에리어
301: 챔버
302: 가이드 레일
303: 배기 펌프
304: 가스 공급 밸브
310: 기판 처리 장치
320: 스퍼터 장치
330: 에칭 장치
331: 이온 소스
331a: 이온 빔
331a: 에칭용 빔
332: 캐소드
333: 빔 조사면
334: 애노드
335: 영구자석
336: 고압 전원
C: 제어 장치
F: 보유지지면
N: 법선

Claims

제1 방향으로 연장하는 볼록부와 상기 제1 방향으로 연장하는 오목부가, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 형성된 기판에 성막을 행하는 성막 방법으로서,
상기 기판에 대해 성막 재료를 조사하여 박막을 성막하는 성막 공정과,
상기 박막이 성막된 상기 기판에 대해 에칭용 빔을 조사하여 에칭을 행하는 에칭 공정을 포함하고,
상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 상기 기판의 성막면의 법선에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제1항에 있어서,
상기 성막 공정과, 상기 에칭 공정은, 상기 기판을 반송시키면서 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제2항에 있어서,
상기 기판을 반송시키는 방향은, 방향을 바꾸어 행하는 것이 가능한 성막 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막 공정에 있어서의 상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 모두 상기 제1 방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막 공정에 있어서의 상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 모두 상기 제1 방향과 상기 법선을 포함하는 면에 대해 평행한 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막 공정에 있어서의 상기 성막 재료를 조사하는 방향과 상기 법선이 교차하는 각도 중 예각측의 각도, 및 상기 에칭용 빔과 상기 법선이 교차하는 각도 중 예각측의 각도는, 모두 10°이상 75°이하인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에칭용 빔은, 이온 빔 또는 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제1 방향으로 연장하는 볼록부와 상기 제1 방향으로 연장하는 오목부가, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 형성된 기판에 성막을 행하는 성막 장치로서,
챔버와,
상기 챔버 내에 구비되어, 상기 기판을 향해 성막 재료를 조사하는 성막 재료 조사 장치와,
상기 챔버 내에 구비되어, 상기 기판을 향해 에칭용 빔을 조사하는 에칭 장치와,
상기 성막 재료 조사 장치 및 상기 에칭 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 성막 재료를 조사하는 방향과, 상기 에칭용 빔을 조사하는 방향은, 상기 기판의 성막면의 법선에 대해 경사져 있고, 또한 양자의 조사 각도가 동일하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제8항에 있어서,
상기 기판을 반송하는 기판 반송 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 기판 반송 장치에 의한 반송 제어도 행하는 것을 특징으로 성막 장치.
제9항에 있어서,
상기 챔버 내에는, 상기 성막 재료 조사 장치가 구비되는 영역과, 상기 에칭 장치가 구비되는 영역이 별도로 설치되어 있고, 상기 기판 반송 장치에 의해 상기 기판이 상기 각 영역으로 반송되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 성막 재료 조사 장치 및 상기 에칭 장치의 각각을, 미리 설정된 횟수만큼 반복하여 가동시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.