WO2016017602A1 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Definitions

  • a substrate processing apparatus includes a plasma generation unit that generates plasma of a process gas in a plasma generation space in which a substrate is disposed, and a supply port that faces the substrate through a cooling space and supplies the process gas to the cooling space
  • a cooling unit having a cooling gas, a process gas supply unit that supplies the process gas to the cooling unit, the cooling space and the plasma generation space communicated, and the process gas supplied to the cooling space is transferred to the plasma generation space And a communication part for supplying to the vehicle.
  • the cooling unit includes a base part in which a gas flow path including the supply port is formed, and the substrate processing apparatus further includes a cooling source to which the base unit is connected.
  • the relative relationship between the film substrate 1 and the substrate facing surface 23 is made without causing the substrate facing surface 23 and the substrate holding portion 14 to interfere with each other.
  • the distance can be shortened.
  • the cooling effect of the film substrate 1 can be enhanced.
  • the relative distance between the film substrate 1 and the substrate facing surface 23 is shown larger than the actual distance.
  • the relative distance between the film substrate 1 and the substrate facing surface 23 is preferably, for example, 1 mm or less.
  • control device 15 controls the exhaust unit 11a to exhaust the inside of the chamber 11.
  • the control device 15 drives the cryopump 22. Thereby, the temperature of the cooling unit 20 is adjusted to a predetermined temperature of ⁇ 100 ° C. or lower, for example.
  • control device 15 controls the process gas supply unit 30 and supplies the process gas to the cooling unit 20.
  • the process gas is cooled by passing through the cooled base portion 24.
  • the cooled process gas is supplied from the supply port 26 to the cooling space 55 between the cooling unit 20 and the film substrate 1.
  • the supply port 26 is arranged symmetrically with respect to the center point P of the substrate facing surface 23, and the opening area of the supply port 26 is made the same in each of the small regions Z1 to Z4 defined by the diagonal lines L1 and L2. As a result, it is possible to suppress a deviation in the amount of process gas supplied in the cooling space 55. Thereby, the small regions Z1 to Z4 are uniformly cooled, so that the temperature distribution in the plane of the film substrate 1 is made uniform.

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Abstract

基板処理装置（10）は、基板（1）が配置されるプラズマ生成空間にプロセスガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、基板に対して冷却空間（55）を介して向かい合い、冷却空間にプロセスガスを供給する供給口（26）を有する冷却部（20）と、冷却部（20）にプロセスガスを供給するプロセスガス供給部（30）と、冷却空間（55）とプラズマ生成空間とを連通し、冷却空間に供給されたプロセスガスをプラズマ生成空間に供給するための連通部（56）とを備える。

Description

基板処理装置及び基板処理方法
　本発明は、基板の両面を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関する。
　近年、電子機器の軽量化や薄型化等を図るために、電子部品が実装される実装基板等に、例えばフィルム状の基板が採用されつつある。
　フィルム状の基板のような薄型の基板は、従来多用されていたガラス基板等に比べると、耐熱性が低い。例えば、薄型の基板にスパッタ法により成膜を行う場合、高いエネルギーのスパッタ粒子が基板の表面に到達することによって、基板表面の温度が上昇する。基板表面の温度が基板材料の許容温度を超えると、基板の変形等を招くことがあるため、薄型の基板に成膜する場合には、基板材料の許容温度を超えない温度範囲で成膜する必要がある。
　薄型の基板を冷却する機構としては、例えば、基板の裏側に冷却ローラを面接触させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９－１５５７０４号公報
　ところで、例えば両面成膜を行う場合等には、基板の両面への異物の付着を抑制する必要がある。上述したように、冷却ローラと基板とを面接触させて基板を冷却する場合には、冷却ローラと接触する基板の裏面に異物が付着しやすい。尚、こうした課題は、薄型の基板を処理対象とする装置に限らず、基板の冷却が必要となる基板処理装置においては、概ね共通したものである。
　本発明の目的は、基板への異物の付着を抑制しつつ基板を冷却することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
　本発明の一態様は、基板処理装置である。基板処理装置は、基板が配置されるプラズマ生成空間にプロセスガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記基板に対して冷却空間を介して向かい合い、前記冷却空間に前記プロセスガスを供給する供給口を有する冷却部と、前記冷却部に前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給部と、前記冷却空間と前記プラズマ生成空間とを連通し、前記冷却空間に供給された前記プロセスガスを前記プラズマ生成空間に供給するための連通部とを備える。
　本発明の他の態様は、基板処理方法である。基板処理方法は、プラズマ生成空間に基板を配置すること、および前記基板に対して冷却空間を介して向かい合う冷却部から前記冷却空間に前記プロセスガスを供給することによって前記基板を冷却しながら、前記冷却空間に供給された前記プロセスガスを前記基板と前記冷却部との間隙を介して前記プラズマ生成空間に供給し前記プロセスガスのプラズマを生成することによって基板処理することを備える基板処理方法。
　上記基板処理装置又は基板処理方法によれば、冷却部と基板との間の冷却空間に供給されたガスによって基板を冷却できるため、基板と冷却部との面接触による冷却に比べて、基板への異物の付着を抑制することができる。さらに、冷却用のガスは、プラズマの原料ガスとなるプロセスガスであって、冷却空間を介して、プラズマ生成空間へ供給される。このため、冷却用のガスを、プラズマ生成用のガスとしても有効に活用することができる。
　上記基板処理装置において、前記冷却部は、前記供給口を含むガス流路が形成されたベース部を含み、当該基板処理装置は、前記ベース部は接続された冷却源を更に備えることが好ましい。
　上記構成によれば、ベース部は冷却源によって冷却されるため、このベース部のガス流路を通過するプロセスガスも冷却される。このため、基板の冷却効果を高めることができる。
　上記基板処理装置において、前記供給口は、前記冷却部の基板対向面の中心点に対して対称に配置された複数の供給口のうちの１つであることが好ましい。
　上記構成によれば、基板対向面の中心点に対して対称に配置された複数の供給口からプロセスガスを供給できるので、冷却空間へのプロセスガスの供給量の偏りを抑制することができる。従って、基板が局所的に冷却されることが抑制されるため、基板の面内における温度分布の均一化を図ることができる。
　上記基板処理装置において、前記冷却部の基板対向面は矩形状であり、前記基板対向面の対角線によって区画される複数の領域の各々で前記供給口の開口面積が同一であることが好ましい。
　上記構成によれば、基板対向面の対角線で区切られる各領域内での供給口の開口面積は同一であるため、冷却空間へのプロセスガスの供給量の偏りを抑制することができる。また、冷却空間からプラズマ生成空間にプロセスガスを等方的に供給することができる。
　上記基板処理装置は、前記基板を保持する枠状の基板保持部を更に備え、前記冷却部の基板対向面の大きさは、前記基板保持部の内側に設けられた開口部よりも小さいことが好ましい。
　上記構成によれば、基板対向面が、基板保持部の内側の開口部よりも小さいので、冷却部を開口部に向かって接近させたとき、基板保持部と干渉することなく基板との相対距離を短くすることが可能となる。このため、冷却部による基板の冷却効果を高めることができる。
　上記基板処理装置は、前記基板を保持する枠状の基板保持部を更に備え、前記基板保持部は、枠体と、前記枠体に設けられて前記基板を固定する基板固定具とを含み、前記基板固定具は、前記枠体と前記基板との間に隙間を形成するように構成されており、前記冷却空間から前記隙間を介して前記プラズマ生成空間への前記プロセスガスの供給を可能とすることが好ましい。
　上記構成によれば、冷却空間に供給されたプロセスガスが、枠体と基板との間の隙間を介してプラズマ生成空間に供給されるため、プロセスガスの圧力による基板の撓みを抑制できる。その結果、冷却空間へのプロセスガス流量を増大させて、基板の冷却効果を高めることができる。
　上記基板処理装置において、前記冷却部は、前記冷却部の基板対向面から突出する複数のリブを含み、当該基板処理装置は、前記複数のリブの間に設けられ、前記冷却空間から前記プラズマ生成空間に前記プロセスガスを供給する連通口を更に備えることが好ましい。
　上記構成によれば、基板対向面に設けられた複数のリブによって、冷却空間におけるプロセスガスの滞留時間を長くすることができる。また、リブの間には、連通口が設けられているので、プロセスガスがプラズマ生成空間へ流れる方向を制御することができる。
基板処理装置の第１実施形態の概略構成を模式的に示す側面図。 図１の基板処理装置における搬送機構の模式図。 図１の基板処理装置におけるフィルム基板を装着した基板保持部の斜視図。 図３の基板保持部の一部を示す断面図。 第１実施形態の基板保持部及び冷却部を示す斜視図。 第１実施形態の基板保持部及び冷却部の断面図。 第２実施形態の基板保持部及び冷却部の斜視図。 第２実施形態の基板保持部及び冷却部の断面図。 第３実施形態における冷却部の一部の断面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の冷却部の正面図。 変形例の基板保持部を示す正面図。
　（第１実施形態）
　以下、基板処理装置の第１実施形態を説明する。本実施形態の基板処理装置は、スパッタ法により基板に薄膜を形成するスパッタ装置である。また、成膜対象となる基板は、フィルム状の基板（以下、フィルム基板）である。
　フィルム基板は、樹脂を主成分とする。また、本実施形態のフィルム基板は、正方形状であって、一辺の長さは、例えば５００ｍｍ～６００ｍｍである。また、フィルム基板の厚さは、例えば、１ｍｍ以下である。
　［基板処理装置の概略構成］
　図１及び図２を参照して、基板処理装置１０の概略構成について説明する。
　図１に示すように、基板処理装置１０は、チャンバ１１の搬入口側及び搬出口側にゲートバルブ１２，１３をそれぞれ備える。ゲートバルブ１２，１３の間には、フィルム基板１を搬送する搬送路が設けられている。なお基板処理装置１０の態様に応じて、ゲートバルブ１２，１３を省略してもよい。
　また、チャンバ１１には、チャンバ１１内の気体を排出する排気部１１ａが接続されている。排気部１１ａは、例えばターボ分子ポンプであって、基板処理装置１０に併設される制御装置１５によって制御される。
　チャンバ１１内のうち、搬送路の一側方には、冷却部２０が設けられている。冷却部２０は板状に形成され、搬送路側に正方形の基板対向面２３を有する。
　冷却部２０には、冷却源であるクライオポンプ２２が接続部２１を介して接続されている。クライオポンプ２２は、チャンバ１１の外側に配置されている。冷却部２０及びクライオポンプ２２を接続する接続部２１は、金属等の熱伝導性の高い材料からなり、チャンバ１１の壁部に設けられた挿通部内に摺動可能に設けられている。なお、冷却部２０の冷却源は、クライオポンプの他、冷却部２０に極低温の冷媒を導入して冷却する機構等でもよい。
　クライオポンプ２２は、図示しない冷凍機ユニット等を備え、例えば－１５０℃～－１００℃の極低温に到達する極低温面を有する。接続部２１は、その一端が、クライオポンプ２２の極低温面に接続され、他端が冷却部２０の底面に接続されている。このため、冷却部２０の熱が接続部２１を介してクライオポンプ２２に伝わることにより、冷却部２０の温度が極低温域まで低下する。このクライオポンプ２２は、制御装置１５によって制御される。
　冷却部２０、接続部２１及びクライオポンプ２２は、冷却機構２５を構成する。この冷却機構２５は、変位機構６０に連結されている。変位機構６０は、動力源として図示しないモータ等を備え、このモータは、制御装置１５によって制御される。変位機構６０が駆動されることにより、冷却部２０がフィルム基板１に近接する冷却位置と、冷却部２０がフィルム基板１から相対的に大きく離間した退避位置との間で変位する。なお本実施形態では冷却部２０を変位させるが、フィルム基板１を保持した基板保持部１４を冷却部２０に対して変位させてもよい。
　また、冷却部２０には、プロセスガスを供給するプロセスガス供給部３０がガス供給管３１を介して接続されている。プロセスガスは、プラズマの原料ガスであって、例えばアルゴン、窒素ガス、酸素ガス、及び水素ガスのいずれかを用いてもよく、例えばアルゴンを含むこれら４種のガスの少なくとも２つが混合されたガスでもよい。プロセスガス供給部３０は、プロセスガスの流量を調整する流量調整弁を有する。制御装置１５は、プロセスガス供給部３０を制御することによって、プロセスガスの供給を開始及び停止するとともに、プロセスガスの流量を調整する。
　また、搬送路の他側方には、プラズマ生成部としてのカソードユニット４０が設けられている。カソードユニット４０は、バッキングプレート４１、及びターゲット４２を備えている。ターゲット４２は、形成対象の薄膜の主成分からなり、バッキングプレート４１のうち冷却部２０に近い側の面に設けられている。
　バッキングプレート４１には、ターゲット電源４３が電気的に接続されている。また、バッキングプレート４１の裏面側には、プラズマ生成空間Ｓに磁場を形成する磁気回路４４が設けられている。磁気回路４４は、プラズマ生成空間Ｓのうち、カソードユニット４０に近い側に磁場を生成する。磁気回路４４によって磁場が生成されることで、プラズマ内の電子が捕捉されてスパッタガス原子又は分子との衝突確率が増大し、プラズマ密度が高められる。
　図２に示すように、搬送路１８は、搬送レール５０及び搬送ローラ５１を有する。搬送ローラ５１には、制御装置１５によって制御される搬送モータ５２が接続されている。搬送ローラ５１は、フィルム基板１が固定された基板保持部１４の一辺（底部）を支持することにより、フィルム基板１をほぼ垂直に立てた状態で搬送する。
　次に図３及び図４を参照して、フィルム基板１を保持する基板保持部１４について説明する。
　図３に示すように、基板保持部１４は、枠体１６と、枠体１６の内周面に設けられた基板固定具１７を備えている。基板固定具１７は、磁石からなり、枠体１６の４辺に複数設けられる。
　図４に示すように、枠体１６は、第１枠体１６ａ及び第２枠体１６ｂから構成されている。第１枠体１６ａ及び第２枠体１６ｂの内周面側には、溝状の被嵌合部１６ｃ，１６ｄが形成されている。第１枠体１６ａ及び第２枠体１６ｂは、図示しない固定具等により互いに固定される。また、第１枠体１６ａのうち基板固定具１７が配置される位置、又は第１枠体１６ａの全域には、磁石１６ｅが埋設されている。基板固定具１７は、一対の固定片１７ａ，１７ｂからなる。また、基板固定具１７は、その一端に溝部１７ｃを備えている。溝部１７ｃには、フィルム基板１の縁が差し込まれる。なお、フィルム基板１の厚さに応じて溝部１７ｃは省略できる。
　基板保持部１４にフィルム基板１が装着される際には、例えば第２枠体１６ｂの被嵌合部１６ｄに基板固定具１７の固定片１７ｂを配置した状態で、フィルム基板１を第２枠体１６ｂに対する所定の位置に配置する。また、第１枠体１６ａの被嵌合部１６ｃに固定片１７ａを配置する。この固定片１７ａは磁石１６ｅの磁力により第１枠体１６ａに向かって吸引される。そして、固定片１７ｂ上にフィルム基板１を載置した第２枠体１６ｂに、固定片１７ａを配置した第１枠体１６ａを重ねる。これにより、枠体１６に基板固定具１７を介してフィルム基板１が固定される。
　基板保持部１４に固定されたフィルム基板１と枠体１６との間には、隙間１９が設けられる。なお、基板保持部１４の基板固定具１７よりも内側が、基板保持部１４の内側に設けられた開口部Ｚである。フィルム基板１の縁には、基板固定具１７がフィルム基板１を挟持するためのマージンが設けられている。フィルム基板１の各面において基板保持部１４の開口部Ｚから露出する領域、即ちマージンよりも内側が、異物等の付着を抑制すべき清浄領域１５Ｚ（図３参照）である。
　［冷却部の構成］
　次に、図５及び図６を参照して、冷却部２０の構成について詳しく説明する。
　図５に示すように、冷却部２０は、直方体の形状を有するベース部２４を備えている。ベース部２４は、カソードユニット４０と対向する側に基板対向面２３を有している。基板対向面２３には、４つの供給口２６が開口している。供給口２６は、円形状に形成され、基板対向面２３の中心点Ｐに対して対称となる位置に配置されている。また、正方形状の基板対向面２３の対角線Ｌ１，Ｌ２によって分割された小領域Ｚ１～Ｚ４の各々で供給口２６の開口面積は同一である。例えば、４つの供給口２６は、２つずつ、正方形状の基板対向面２３の対角線Ｌ１，Ｌ２上に配置される。
　図６に示すように、基板対向面２３の一辺の長さは、基板保持部１４の開口部Ｚの一辺の長さ（平面視での幅及び高さ）よりも小さい。換言すると、基板対向面２３の一辺の長さは、基板保持部１４に保持されたフィルム基板１の清浄領域１５Ｚの一辺の長さ（平面視での幅及び高さ）よりも小さい。基板対向面２３の大きさが基板保持部１４の開口部Ｚや清浄領域１５Ｚ以上の大きさである場合には、冷却部２０をフィルム基板１に接近させると、基板対向面２３と基板固定具１７とが干渉する。
　基板対向面２３の大きさが基板保持部１４の開口部Ｚよりも小さい場合には、基板対向面２３と基板保持部１４とを干渉させることなく、フィルム基板１と基板対向面２３との相対距離を短くすることができる。これにより、フィルム基板１の冷却効果を高めることができる。なお、図６では、便宜上、フィルム基板１と基板対向面２３との相対距離を実際より大きく図示している。冷却効果を高めるうえでは、フィルム基板１と基板対向面２３との相対距離（冷却位置での近接距離）は、例えば１ｍｍ以下が好ましい。
　また、冷却部２０（ベース部２４）は、外側冷却部２０ａと、外側冷却部２０ａに重ねられた内側冷却部２０ｂとを有している。外側冷却部２０ａには、ガス供給管３１に接続されるガス導入口２７及び共通流路２８が形成されている。ガス導入口２７及び共通流路２８は、例えば金属材を切削加工することにより形成されている。なお、外側冷却部２０ａが板金等から形成されている場合には、ガス導入口２７及び共通流路２８をプレス加工することにより形成してもよい。
　内側冷却部２０ｂには、共通流路２８及び供給口２６を接続する分岐路２９が形成されている。分岐路２９は、例えば金属材の厚み方向に貫通する孔であって、共通流路２８に連通する位置に形成されている。内側冷却部２０ｂが外側冷却部２０ａに積層されることによって、ガス導入口２７から、共通流路２８及び分岐路２９を介して供給口２６に続くガス流路３２が形成される。
　なお、外側冷却部２０ａ及び内側冷却部２０ｂの間に熱伝導性が高い材料からなる接着層を設けてもよい。又は、外側冷却部２０ａ及び内側冷却部２０ｂは、局所的に接着されることにより固定されていてもよい。また、冷却部２０の外周であって外側冷却部２０ａ及び内側冷却部２０ｂの間にシール部材を設けてもよい。また、外側冷却部２０ａ及び内側冷却部２０ｂの厚さの比は、特に制限されない。
　ベース部２４は、接続部２１を介してクライオポンプ２２に接続されているため、－１００℃以下の極低温に冷却される。このため、ベース部２４を通過するプロセスガスも、流路内側面との接触等により冷却される。
　［基板処理装置の動作］
　次に図６を参照して、基板処理装置１０の動作について説明する。
　制御装置１５は、搬入口側のゲートバルブ１２を介して、基板保持部１４に固定されたフィルム基板１がチャンバ１１内に搬入されると、搬送モータ５２を駆動して、フィルム基板１を搬送路１８に沿って搬送する。そして、制御装置１５は、フィルム基板１をカソードユニット４０に対向する対向位置に配置して、搬送モータ５２の駆動を停止する。このとき、カソードユニット４０に近い側に位置するフィルム基板１の面が、基板処理装置１０での成膜面であり、その反対側の面が冷却部２０によって冷却される冷却対象面である。なお、この段階では、冷却部２０は退避位置に配置されている。
　また、制御装置１５は、変位機構６０を駆動して、冷却機構２５の全体をカソードユニット４０に向かって移動させる。これにより、冷却部２０は、退避位置から冷却位置に変位し、基板対向面２３は冷却空間５５を介してフィルム基板１に対向する。なお、冷却空間５５は、基板対向面２３とフィルム基板１とによって区画される空間であって、冷却部２０及びフィルム基板１の間の間隙である連通部５６を介してプラズマ生成空間Ｓに連通する。
　さらに、制御装置１５は、排気部１１ａを制御してチャンバ１１内を排気する。また、制御装置１５は、クライオポンプ２２を駆動する。これにより、冷却部２０の温度は、例えば－１００℃以下の所定温度に調整される。
　さらに、制御装置１５は、プロセスガス供給部３０を制御し、冷却部２０にプロセスガスを供給する。プロセスガスは、冷却されたベース部２４を通過することで冷却される。そして冷却されたプロセスガスは、供給口２６から冷却部２０とフィルム基板１との間の冷却空間５５に供給される。
　冷却空間５５に供給されたプロセスガスがフィルム基板１の冷却対象面と接触することにより、フィルム基板１は冷却される。そして、プロセスガスは、フィルム基板１を冷却しながら冷却空間５５を通過し、冷却部２０とフィルム基板１との間の連通部５６や、フィルム基板１と枠体１６と間に設けられた隙間１９を通じて、プラズマ生成空間Ｓに供給される。
　冷却部２０を通じてチャンバ１１内にプロセスガスが供給されてチャンバ１１内が所定の圧力になると、制御装置１５は、ターゲット電源４３を制御して、バッキングプレート４１に高周波電力を供給する。その結果、プラズマ生成空間Ｓには、プロセスガスのプラズマが生成される。プラズマ中の正イオンは、負電位の状態となったターゲット４２に引き込まれ、ターゲット粒子をたたき出す。ターゲット粒子は、フィルム基板１の成膜面に到達して、ターゲット粒子からなる薄膜が形成される。なお、上述したように、フィルム基板１の厚さが１ｍｍ以下であると、スパッタによりフィルム基板１の温度が上昇してフィルム基板１の変形の可能性が高くなるが、冷却部２０による冷却によって、フィルム基板１の変形を抑制することができる。また、フィルム基板１の厚さが１００μｍ以下の場合には、さらにフィルム基板１の変形を抑制する効果が高められる。
　高周波電力の供給を所定時間継続すると、制御装置１５はターゲット電源４３への高周波電力の供給を停止する。また、制御装置１５は、クライオポンプ２２の駆動を停止するとともにプロセスガス供給部３０からのプロセスガスの供給を停止する。さらに、制御装置１５は、変位機構６０を駆動して、冷却部２０を冷却位置から退避位置に退避させる。その後、制御装置１５は、搬送モータ５２を駆動して、フィルム基板１をチャンバ１１から搬出する。
　このように、冷却部２０とフィルム基板１との間の冷却空間５５に供給したプロセスガスによってフィルム基板１が冷却されることで、冷却部との面接触によりフィルム基板１を冷却する場合に比べ、フィルム基板１への異物の付着が抑制される。また、フィルム基板１の冷却に用いるガスは、プロセスガスであるため、冷却用のガスが成膜工程に悪影響を及ぼすことがなく、冷却用のガスをプラズマの原料ガスとしても有効に活用することができる。また、冷却用のガスを循環させるガス供給系を別途設ける必要もない。
　また、プロセスガスは、フィルム基板１と冷却部２０との間隙である連通部５６や、基板保持部１４とフィルム基板１との間の隙間１９からプラズマ生成空間Ｓに供給される。このため、冷却空間が閉空間である場合に比べ、ガス圧力によるフィルム基板１の撓みを抑制できる。従って、例えば冷却空間５５へのガス流量を増大させて、フィルム基板１の冷却効果を高めることができる。
　さらに、基板対向面２３の中心点Ｐに対して供給口２６を対称に配置するとともに、対角線Ｌ１，Ｌ２で区画された小領域Ｚ１～Ｚ４の各々で供給口２６の開口面積を同一にすることにより、冷却空間５５におけるプロセスガスの供給量の偏りを抑制することができる。これにより、小領域Ｚ１～Ｚ４が均一に冷却されるので、フィルム基板１の面内における温度分布が均一化される。
　また、冷却空間５５におけるプロセスガスの供給量の偏りが抑制されることによって、基板対向面２３の４つの辺から、ほぼ均等にプロセスガスをプラズマ生成空間Ｓに供給できる。このため、プラズマ生成空間Ｓのプロセスガスの偏りを抑制することによってプラズマ密度の均一化を図ることができる。
　上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
　（１）冷却部２０とフィルム基板１との間の冷却空間５５に供給されたプロセスガスによってフィルム基板１を冷却できるため、フィルム基板１と冷却部２０との面接触による冷却に比べて、フィルム基板１への異物の付着を抑制することができる。さらに、冷却用のガスは、プラズマの原料ガスとなるプロセスガスであって、冷却空間５５を介して、プラズマ生成空間Ｓへ供給される。このため、冷却用のガスを、プラズマ生成用のガスとしても有効に活用することができる。
　（２）ベース部２４は冷却源であるクライオポンプ２２によって冷却されるため、このベース部２４のガス流路３２を通過するプロセスガスも冷却される。このため、フィルム基板１の冷却効果を高めることができる。
　（３）基板対向面２３の中心点Ｐに対して対称に配置された複数の供給口２６からプロセスガスを供給できるので、冷却空間５５へのプロセスガスの供給量の偏りを抑制することができる。従って、フィルム基板１が局所的に冷却されることが抑制されるため、フィルム基板１の面内における温度分布の均一化を図ることができる。
　（４）基板対向面２３の対角線Ｌ１，Ｌ２で区切られる４つの小領域Ｚ１～Ｚ４の各々で供給口２６の開口面積は同一であるため、冷却空間５５へのプロセスガスの供給量の偏りを抑制することができる。また、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓにプロセスガスを等方的に供給することができる。
　（５）基板対向面２３が、基板保持部１４の内側の開口部Ｚよりも小さいので、冷却部２０を開口部Ｚに向かって接近させたとき、基板保持部１４と干渉することなくフィルム基板１との相対距離を短くすることが可能となる。このため、冷却部２０によるフィルム基板１の冷却効果を高めることができる。
　（第２実施形態）
　次に、基板処理装置１０の第２実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第２実施形態にかかる基板処理装置１０も、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図面においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
　図７に示すように、冷却部２０の基板対向面２３には、複数のリブ８０が設けられている。複数のリブ８０は、基板対向面２３から突出し、基板対向面２３の縁に沿って設けられている。隣接するリブ８０の間には、冷却空間５５とプラズマ生成空間Ｓとを連通するための連通口８１が設けられている。冷却効果を高めるうえでは、フィルム基板１と基板対向面２３との相対距離（冷却位置での近接距離）は、例えば１ｍｍ以下が好ましい。
　基板対向面２３の４つの辺におけるリブ８０及び連通口８１の配置パターンは同じである。例えば、基板対向面２３の４つの隅部に、Ｌ字状のリブ８０ａが設けられ、２つのＬ字状のリブ８０ａの間に直線状のリブ８０ｂが一つ設けられている。
　図８に示すように、冷却部２０が冷却位置に配置されたとき、リブ８０の先端はフィルム基板１の冷却対象面に接触しない。また、冷却空間５５に供給されたプロセスガスの多くが連通口８１を通過することによって、プロセスガスの流れる方向が制御される。連通口８１は、基板対向面２３の各辺の同じ位置に配置されているので、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓにプロセスガスを等方的に供給することができる。
　以上説明したように、第２実施形態にかかる基板処理装置１０によれば、上記（１）～（５）の効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られるようになる。
　（６）基板対向面２３に設けられた複数のリブ８０によって、冷却空間５５におけるプロセスガスの滞留時間を長くすることができる。また、リブ８０の間には、連通口８１が設けられているので、プロセスガスがプラズマ生成空間Ｓへ流れる方向を制御することができる。
　（第３実施形態）
　次に、基板処理装置１０の第３実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第３実施形態にかかる基板処理装置１０も、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図面においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
　図９に示すように、冷却部２０を構成する内側冷却部２０ｂは、冷却層７１、バッファ層７２、及び黒色層７３が順に積層された構造を有する。冷却層７１は、外側冷却部２０ａに接触する。黒色層７３は、フィルム基板１と対向する基板対向面２３を有する。バッファ層７２は、冷却層７１及び黒色層７３の間に配置される。なお、冷却層７１、バッファ層７２、及び黒色層７３の厚さの比は、外側冷却部２０ａの熱伝導性を著しく妨げないように設定すればよく、特に制限されない。
　冷却層７１は、外側冷却部２０ａの温度が伝わりやすい材料であることが好ましく、例えば銅等の金属材からなる。また、バッファ層７２は、黒色層７３が冷却層７１から剥がれることを抑える層であり、その熱膨張係数が、冷却層７１の熱膨張係数と黒色層７３の熱膨張係数との間であることが好ましい。
　黒色層７３は、他の層と比べて輻射率の高い材料によって形成されている。黒色層７３の形成材料の輻射率は、０．８以上１以下であることが好ましい。なお、黒色層７３は、少なくとも基板対向面２３の輻射率が高ければよい。黒色層７３の形成材料は、例えば、表面に陽極酸化被膜を有するアルミニウムや、カーボンが好ましい。また、黒色クロムめっき、黒色アルマイト等の被膜を有するものでもよい。
　このように、フィルム基板１と向かい合う冷却部２０の表面が黒色であるため、表面の輻射率が相対的に低い冷却部に比べて、冷却部２０の表面からフィルム基板１に向けて反射する熱を小さくすることができる。このため、フィルム基板１の温度の上昇を抑制することができる。
　以上説明したように、第３実施形態にかかる基板処理装置によれば、上記（１）～（５）の効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られるようになる。
　（７）冷却部２０は、黒色の基板対向面２３を有するので、冷却部２０の表面からフィルム基板１に向けて反射する熱を小さくすることができる。このため、フィルム基板１の温度の上昇を抑制することができる。
　尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
　・図１０に示すように、基板対向面２３には、１つの供給口２６を中央に形成してもよい。この場合には、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓへプロセスガスを等方的に供給することができる。
　・図１１に示すように、基板対向面２３の４つの隅部寄りに供給口２６を形成してもよい。この場合には、フィルム基板１の中央部に加わるガス圧力を低減し、フィルム基板１の撓みを抑制することができる。
　・図１２に示すように、基板対向面２３に、４つ以上の供給口２６を形成してもよい。供給口２６は、基板対向面２３にマトリクス状に等間隔に設けられるか、中心点に対して対称に設けられることが好ましい。この場合には、フィルム基板１の面内温度分布の均一化を図ることができる。また、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓへプロセスガスを等方的に供給することができる。
　・図１３に示すように、基板対向面２３に、基板対向面２３の幅方向に延びる複数の細長状の供給口２６を形成してもよい。この場合には、フィルム基板１の面内温度分布の均一化を図ることができる。
　・図１４に示すように、冷却部２０の内側冷却部２０ｂを格子状の構造としてもよい。この場合、外側冷却部２０ａには、例えばガス導入口２７から導入されたプロセスガスを一時的に貯留するバッファ室が設けられ、バッファ室から内側冷却部２０ｂの供給口２６にプロセスガスが供給される。この場合には、フィルム基板１の面内温度分布の均一化を図ることができる。また、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓへプロセスガスを等方的に供給することができる。
　・図１５に示すように、基板対向面２３に供給口２６を同心円状に配置してもよい。この場合には、フィルム基板１の面内温度分布の均一化を図ることができる。また、冷却空間５５からプラズマ生成空間Ｓへプロセスガスを等方的に供給することができる。
　・基板保持部１４は、上記実施形態以外の構成であってもよい。
　例えば図１６に示すように、基板保持部１４は、枠体１６と、枠体１６の内周面に沿って設けられる四角枠状の基板固定具９５とを備えていてもよい。基板固定具９５は、フィルム基板１の縁を全周に亘って固定するため、フィルム基板１を強固に固定できる。
　・上記実施形態では、フィルム基板１及び冷却部２０の基板対向面２３を正方形状としたが、これ以外の形状でもよい。例えば、フィルム基板１及び冷却部２０の基板対向面２３が長方形状であってもよく、この場合にも、基板対向面２３の中心点に対して供給口２６を対称に設けることが好ましい。また、対角線によって区画される小領域の各々で供給口２６の開口面積を同一にすることが好ましい。
　・基板保持部１４は、枠体１６及び基板固定具１７を備える構成としたが、フィルム基板１の両方の成膜面に成膜を行うことができる構成であればよい。例えば、基板保持部は、一対の枠体にフィルム基板１の縁部を挟む構成や、成膜面を露出する開口を有するトレイであってもよい。
　・冷却部２０を２層構造としたが、単層構造の冷却部２０であってもよい。
　・搬送路１８は、フィルム基板１を固定した基板保持部１４の一辺（底部）を支持して搬送する構造としたが、搬送路は、フィルム基板１を水平にした状態で基板保持部１４の枠体１６を支持して搬送する構造としてもよい。この場合、搬送路は、例えば枠体１６を支持する一対の搬送レールを備え、基板保持部１４の開口部Ｚと冷却部２０とが互いに近接することが可能な構造を有する。
　・カソードユニット４０は、上述した構成以外のものであってもよい。例えば、磁気回路４４を省略したものであってもよいし、複数のターゲットを有するものであってもよい。
　・上記実施形態では、冷却機構２５の全体を変位機構６０によって変位させたが、少なくとも冷却部２０が冷却位置及び退避位置の間で変位できればよい。例えば、変位機構６０をチャンバ１１内に設けるようにしてもよい。
　・上記実施形態では、冷却源を、クライオポンプ２２に具体化したが、例えば冷凍機等の他の装置であってもよい。
　・冷却部２０に、フィルム基板１に対する冷却部２０の位置決めをするアライメント機構を設けるようにしてもよい。例えば、冷却部２０の隅部にピンを設け、ピンをフィルム基板１に当接させることにより、冷却部２０及びフィルム基板１の相対距離を調整してもよい。この場合、ピンの当接位置は、フィルム基板１のうち清浄領域を除く部分とすることが好ましい。また、冷却部２０の変位を冷却位置で停止させるアライメント機構をチャンバ１１内に設けるようにしてもよい。
　・上記実施形態では、プロセスガスを、冷却部２０のみを介してプラズマ生成空間Ｓ内に供給したが、冷却部２０からプロセスガスを供給するガス供給系統に加え、チャンバ１１にプロセスガスを供給するガス供給機構を設けてもよい。
　・上記実施形態では、基板処理装置１０をスパッタ装置に具体化したが、これ以外の装置であってもよい。例えば、基板処理装置は、基板に対してプラズマ中の正イオンを引き込んで付着物をスパッタにより除去する逆スパッタ装置であってもよい。また、基板処理装置は、イオンガンによるイオンボンバードメント等の表面処理を行う装置であってもよい。
　・フィルム基板１は、樹脂以外の材料から形成されていてもよい。また、フィルム基板は、例えば、紙フェノール基板、ガラスエポキシ基板、テフロン基板（テフロンは登録商標）、アルミナ等のセラミックス基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板等のリジッド基板であってもよい。あるいは、これらの基板に金属で構成された配線層が形成されたプリント基板であってもよい。
　・基板処理装置は、フィルム基板１等の薄型基板以外の基板を処理するものであってもよい。処理対象となる基板は、比較的低い温度での成膜が好ましい基板であれば、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
　１…フィルム基板、１０…基板処理装置、１４…基板保持部、２０…冷却部、２２…冷却源としてのクライオポンプ、２３…基板対向面、２４…ベース部、２６…供給口、３０…プロセスガス供給部、３２…ガス流路、４０…プラズマ生成部としてのカソードユニット、５５…冷却空間、５６…連通部、８０…リブ、８１…連通口、Ｐ…中心点、Ｓ…プラズマ生成空間、Ｚ１～Ｚ４…小領域。

Claims (8)

  1. 　基板処理装置であって、
    　基板が配置されるプラズマ生成空間にプロセスガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    　前記基板に対して冷却空間を介して向かい合い、前記冷却空間に前記プロセスガスを供給する供給口を有する冷却部と、
    　前記冷却部に前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給部と、
    　前記冷却空間と前記プラズマ生成空間とを連通し、前記冷却空間に供給された前記プロセスガスを前記プラズマ生成空間に供給するための連通部と、
    　を備える基板処理装置。
  2. 　前記冷却部は、前記供給口を含むガス流路が形成されたベース部を含み、
    　前記ベース部に接続された冷却源を更に備える
    　請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記供給口は、前記冷却部の基板対向面の中心点に対して対称に配置された複数の供給口のうちの１つである、
    　請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記冷却部の基板対向面は矩形状であり、
    　前記基板対向面の対角線によって区画される複数の領域の各々で前記供給口の開口面積が同一である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 　前記基板を保持する枠状の基板保持部を更に備え、
    　前記冷却部の基板対向面の大きさは、前記基板保持部の内側に設けられた開口部よりも小さい、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 　前記基板を保持する枠状の基板保持部を更に備え、
    　前記基板保持部は、枠体と、前記枠体に設けられて、前記基板を固定する基板固定具と、を含み、
    　前記基板固定具は、前記枠体と前記基板との間に隙間を形成するように構成されており、前記冷却空間から前記隙間を介して前記プラズマ生成空間への前記プロセスガスの供給を可能とする、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 　前記冷却部は、前記冷却部の基板対向面から突出する複数のリブを含み、
    　前記複数のリブの間に設けられ、前記冷却空間から前記プラズマ生成空間に前記プロセスガスを供給するための連通口を更に備える
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 　基板処理方法であって、
    　プラズマ生成空間に基板を配置すること、
    　前記基板に対して冷却空間を介して向かい合う冷却部から前記冷却空間にプロセスガスを供給することによって前記基板を冷却しながら、前記冷却空間に供給された前記プロセスガスを前記基板と前記冷却部との間隙を介して前記プラズマ生成空間に供給し前記プロセスガスのプラズマを生成することによって基板処理すること
    　を備える基板処理方法。
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