JP2001115256A

JP2001115256A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2001115256A
Application number: JP29552699A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Yamamoto; 敏隆山本; Masaru Tanaka; 勝田中; Kiyoshi Awai; 清粟井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高いスループットで成膜が可能であるととも
に、均一な成膜を可能にする成膜装置を提供すること。【解決手段】基板Ｗを第１〜第４イオンプレーティン
グ装置３１〜３４の上方位置で巡回させているので、複
数の基板Ｗを並列的に膜形成することになり、処理速度
を全体として高めることができ、成膜のスループットを
向上させることができる。また、各基板Ｗは、第１〜第
４イオンプレーティング装置３１〜３４に対向する対向
位置間で移動することになるので、成膜の偏よりを互い
に相殺して比較的均一な成膜を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、膜材料を蒸発さ
せることによって基板上に薄膜を形成する成膜装置に関
し、特にプラズマビームを利用したイオンプレーティン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】成膜を行うための装置として、例えば特
開平７−１３８７４３号公報には、圧力勾配型のプラズ
マガンからのプラズマビームをハースに導き、ハース上
の蒸発ルツボ中の蒸着物質を蒸発・イオン化し、このよ
うに蒸発・イオン化した蒸着物質をハースと対向して配
置された基板の表面に付着させるイオンプレーティング
装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記成膜装置は、比較
的迅速な成膜を可能にするが、成膜処理をさらに迅速化
することが求められている。また、上記成膜装置は、比
較的均一な成膜を可能にするが、さらに均一な成膜が求
められている。

【０００４】そこで、本発明は、高いスループットで成
膜が可能であるとともに、均一な成膜を可能にする成膜
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の成膜装置は、成膜材料源をそれぞれ有する
複数の成膜ユニットと、複数の成膜ユニットに連通する
処理空間において複数の基板を保持するとともに、この
複数の基板を複数の成膜ユニットに設けた各成膜材料源
に略対向する対向位置を経由して移動させるホルダとを
備える。

【０００６】上記成膜装置では、ホルダが、複数の成膜
ユニットに連通する処理空間において複数の基板を保持
するとともに、この複数の基板を複数の成膜ユニットに
設けた各成膜材料源に略対向する対向位置を経由して移
動させるので、複数の基板を並列的に膜形成することに
なり、処理速度を全体として高めることができ、成膜の
スループットを向上させることができる。また、１つの
基板に着目すると、複数の成膜ユニットに対応する対向
位置を移動することになるので、各成膜ユニットでの成
膜の偏よりを互いに相殺して比較的均一な成膜を達成す
ることが可能になる。

【０００７】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
複数の成膜ユニットに設けた各成膜材料源が、所定の円
周に沿って配置され、ホルダが、所定の円周の中心軸の
回りに回転可能であるとともに所定の円周に対向するよ
うに基板を保持する板状体と、この板状体を回転させる
回転駆動機構とを備える。

【０００８】上記成膜装置では、各成膜材料源が所定の
円周に沿って配置され、ホルダが所定の円周に対向する
ように基板を保持して回転可能である板状体と、この板
状体を回転させる回転駆動機構とを備えるので、比較的
簡易な機構によって基板を移動させることができる。

【０００９】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
複数の成膜ユニットが、それぞれ成膜材料源を下部に有
するデポアップ型の装置であり、ホルダは、膜形成面を
下側にして基板を固定する。

【００１０】上記成膜装置では、複数の成膜ユニットが
それぞれデポアップ型の装置であり、ホルダが膜形成面
を下側にして基板を固定するので、成膜材料源の構造等
から成膜装置をデポアップ型とせざるを得ない場合にお
いても、成膜の迅速と均質を図ることができる。

【００１１】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
板状体が、一定速度で回転する。

【００１２】上記成膜装置では、板状体が一定速度で回
転するので、より均質な成膜が可能になる。

【００１３】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
複数の成膜ユニットが、プラズマビームを処理空間近傍
の蒸発空間中に供給するプラズマ源と、成膜材料源を含
むとともに蒸発空間中に配置されてプラズマビームを導
くハースとをそれぞれ有する。

【００１４】上記成膜装置では、プラズマを用いてイオ
ンプレーティングを行う成膜装置において、成膜のスル
ープット向上と均質化を図ることができる。

【００１５】また、上記装置の好ましい態様では、材料
蒸発源の上方の近接した領域の磁界を制御する磁場制御
部材を更に備える。

【００１６】上記成膜装置では、ハースに入射するプラ
ズマビームがカスプ状磁場等によって修正されてより均
一な厚みの膜を形成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る一実施形態
の成膜装置を示す平面図である。この成膜装置は、膜形
成面を上側にしてカセットＣＡに収納された基板Ｗを取
り出して反転させ膜形成面を下側にする第１搬送装置２
と、デポアップ型の成膜ユニットである第１〜第４イオ
ンプレーティング装置３１〜３４と、第１〜第４イオン
プレーティング装置３１〜３４上方で基板Ｗを保持しつ
つ移動させるホルダ４と、第１搬送装置２によって反転
されて気密容器６内に搬入された基板Ｗをホルダ４との
間で受け渡す第２搬送装置５とを備える。

【００１８】気密容器６の内部は、ホルダ４に保持した
基板Ｗを回転移動させつつ成膜する上側の処理空間と、
この処理空間に成膜材料を供給する下側の蒸発空間とか
らなる。後者の蒸発空間は、垂直に延びる隔壁６ｗによ
ってさらに４つに仕切られており、それぞれが第１〜第
４イオンプレーティング装置３１〜３４の材料蒸発室Ｓ
v1〜Ｓv4となっている。

【００１９】第１搬送装置２で反転された基板Ｗは、ロ
ードロックタイプの基板受渡装置７を経て気密容器６内
部に導入され、第２搬送装置５に渡される。また、この
基板受渡装置７は、第２搬送装置５から受け取った基板
Ｗを気密を保ったままで気密容器６外に移す。

【００２０】第２搬送装置５に渡された基板Ｗは、ホル
ダ４を構成する回転板４１に渡される。回転板４１は、
下面に保持爪（図示を省略）を備えており、基板Ｗをそ
の成膜面を下側にして保持するとともに、第１〜第４イ
オンプレーティング装置３１〜３４の上方位置（対向位
置）を通過するように一定速度で巡回させる。

【００２１】第１〜第４イオンプレーティング装置３１
〜３４は、それぞれプラズマガン３１ａ〜３４ａを備え
る。これらのプラズマガン３１ａ〜３４ａは、プラズマ
源として、各材料蒸発室Ｓv1〜Ｓv4にプラズマビームを
供給する。

【００２２】各プラズマガン３１ａ〜３４ａの上方に
は、材料蒸発室Ｓv1〜Ｓv4を適当な真空度に維持する排
気系３１ｃ〜３４ｃがそれぞれ設けられている。この排
気系３１ｃ〜３４ｃは、排気室３１ｃａ〜３４ｃａと、
高真空排気用のクライオポンプ３１ｃｂ〜３４ｃｂと、
モレキュラターボポンプ３１ｃｃ〜３４ｃｃとをそれぞ
れ備える。なお、図示を省略しているが、排気室３１ｃ
ａ〜３４ｃａとクライオポンプ３１ｃｂ〜３４ｃｂ、さ
らに排気室３１ｃａ〜３４ｃａとモレキュラターボポン
プ３１ｃｃ〜３４ｃｃの間には、それぞれゲートバルブ
を設けている。

【００２３】図２は、第１搬送装置２や基板受渡装置７
の構造を説明する側面図である。カセットＣＡは、カセ
ットステージ１０上に載置されている。カセットステー
ジ１０は、図示を省略する機構によって紙面に垂直な方
向に往復移動して第１搬送装置２の正面にカセットＣＡ
を移動させる。カセットＣＡ中には、膜形成面を上側に
した未処理の基板Ｗや成膜後の膜面を上にした処理済の
基板Ｗが水平状態で垂直方向に等間隔で収容されてい
る。

【００２４】第１搬送装置２は、多関節型のハンドリン
グ装置を備え、伸縮するとともに中心軸ＣＸの回りに回
転可能であるアーム２１と、アーム２１の先端に取り付
けたヘッド２２と、ヘッド２２から延びて基板Ｗを吸着
支持するハンド２３とを備える。ハンド２３は、基板Ｗ
を吸着した状態でアーム２１に送られる。すなわち、ハ
ンド２３は、周囲のカセットＣＡや基板受渡装置７に対
して基板Ｗの高さ位置を調整し、これらに対して基板Ｗ
を進退させることができる。また、ヘッド２２には、図
示を省略するギヤ付きモータ等を設けてあり、ハンド２
３とこれに吸着された基板Ｗとを水平に延びる軸方向の
回りに１８０゜回転させる。これにより、基板Ｗの位置
をほぼそのままにして基板Ｗを反転させることができ、
基板Ｗの膜形成面を適当なタイミングで上下入れ替える
ことができる。

【００２５】基板受渡装置７は、気密容器６に形成した
生成した搬出入口６ｂを外側から封止するための蓋部材
７１と、搬出入口６ｂを介して気密容器６内外に基板Ｗ
を搬送する支持部材７２とを備える。前者の蓋部材７１
は、気密容器６外に設けた第１昇降装置７３によって上
下に駆動され、搬出入口６ｂを外側から封止する封止位
置と、搬出入口６ｂを開放する開放位置との間で移動す
る。また、後者の支持部材７２は、第２昇降装置７４に
よって気密容器６中で上下に駆動され、蓋部材７１が開
放位置にあるとき、上側に移動して搬出入口６ｂを気密
容器６の内側から封止し、蓋部材７１が封止位置にある
とき、下側に移動して基板Ｗを搬出入口６ｂを介して気
密容器６内に搬入する。

【００２６】支持部材７２の上面には、３本の支柱７２
ａが立設されており、３点支持によって基板Ｗを支持す
る。これにより、支持部材７２が上側に移動して気密容
器６を封止した際には、第１搬送装置２によって搬送さ
れてきた基板Ｗを支持部材７２で受け取ることができ
る。また、蓋部材７１を封止位置に移動させて気密容器
６の気密を確保すると、支持部材７２が下側に移動し、
支柱７２ａに支持された基板Ｗが気密容器６内に移送さ
れる。

【００２７】なお、蓋部材７１の開閉動作に際しては、
高真空排気用ポンプ７５を動作させて、外気が搬出入口
６ｂを介して気密容器６内に侵入するのを防止する。

【００２８】基板受渡装置７との間で基板Ｗをやり取り
する第２搬送装置５は、詳細な図示は省略するが、第１
搬送装置２と同様に多関節型のハンドリング装置であ
り、水平方向に伸縮するとともに中心軸の回りに回転す
るアーム５１と、基板Ｗを支持するとともにアームに送
られて移動するハンド５２とを備える（図１参照）。

【００２９】図３は、第１イオンプレーティング装置３
１やホルダ４の構造を説明する側面図である。第１イオ
ンプレーティング装置３１は、材料蒸発室Ｓv1中の下方
に、融液状の蒸発物質を収容する蒸発物質源（成膜材料
源）でありかつ陽極であるハース３１ｅａと、このハー
ス３１ｅａを中心としてその周囲に環状に配置される環
状補助陽極３１ｅｂとからなる陽極部材３１ｅを備え
る。また、第１イオンプレーティング装置３１は、磁場
制御部材として環状補助陽極３１ｅｂの直下に配置され
る環状磁石３１ｆを備える。陽極部材３１ｅを臨むよう
に設けられたプラズマガン３１ａは、特開平８−２３２
０６０号公報等に開示されている圧力勾配型のプラズマ
ガンであり、モリブデン製の外筒とキャリアガスを導入
するタンタル製の内パイプとからなる２重円筒の一端を
円盤状の陰極で固定し他端にＬａＢ ₆製の円盤を配置す
ることによって形成したガン本体３１ａａと、ガン本体
３１ａａから出射するプラズマビームを収束させる環状
の磁石コイル部３１ａｂと、磁石コイル部３１ａｂを側
壁に連結する筒状部３１ａｃとを備える。また、プラズ
マガン３１ａは、筒状部３１ａｃの周囲に、プラズマビ
ームを材料蒸発室Ｓv1に導くための環状のステアリング
コイル３１ａｄを有している。

【００３０】なお、図示を省略したが、第２〜第４イオ
ンプレーティング装置３２〜３４も、第１イオンプレー
ティング装置３４とほぼ同様の構造を有しいる。

【００３１】第１イオンプレーティング装置３１の上部
には、仕切を設けていない。このため、ホルダ４の回転
板４１を収容する上側の処理空間Ｓpは、下側の材料蒸
発室Ｓv1と連通しており、材料蒸発室Ｓv1で発生した蒸
発物質の蒸気が処理空間Ｓpに直接導かれる。回転板４
１は、円形の板状体であり、中心から延びる軸４２に回
転駆動機構であるモータ４３が連結されている。モータ
４３は、回転板４１を軸４２の回りに一定速度で回転さ
せる。回転板４１の下面には、保持爪４１ａによって基
板Ｗが固定されている。この保持爪４１ａは、回転板４
１内に設けた機構（図示を省略）により、基板Ｗを固定
する上側位置と、基板Ｗの固定を解除する下側位置との
間で上下に進退する。回転板４１の下面全体には、図示
を省略しているが、４つの基板Ｗが固定されている。こ
れら基板Ｗは軸４２を中心とする円周上に配置されてい
る。つまり、回転板４１の回転にともなって、この回転
板４１に保持された４つの基板Ｗは、第１イオンプレー
ティング装置３１の陽極部材３１ｅの上方位置（対向位
置）を順次移動する。言い換えれば、回転板４１に保持
された４つの基板Ｗは、第１〜第４イオンプレーティン
グ装置３１〜３４上方に配置された円周経路を巡回する
ように移動する。

【００３２】なお、回転板４１の内部には、発熱体や冷
却水用の配管が設けられており、下面に固定した基板Ｗ
の温度を調節することができる。

【００３３】以下、図１〜図３に示す成膜装置の動作に
ついて説明する。装置外から搬送されてきたカセットＣ
Ａは、カセットステージ１０上に配置される。カセット
ＣＡ中には、膜形成面を上側にした未処理の基板Ｗが積
層して収納されている。

【００３４】次に、第１搬送装置２は、カセットＣＡに
収納した未処理の基板Ｗの直下にハンド２３を進入さ
せ、基板ＷをカセットＣＡ外に取り出す。さらに、この
第１搬送装置２は、ハンド２３に基板Ｗ裏面を吸着させ
た後にこれを反転させて膜形成面を下側にする。

【００３５】この間に、支持部材７２を上側に移動させ
て搬出入口６ｂを内側から封止し、蓋部材７１を上昇さ
せて開放位置とする。この状態では、蓋部材７１の下方
において３本の支柱７２ａが搬出入口６ｂの外部に突出
する。

【００３６】次に、第１搬送装置２は、ハンド２３に保
持した基板Ｗを３本の支柱７２ａの間に挿入して基板Ｗ
の吸着を解除し、３本の支柱７２ａにそれぞれ設けた突
起（図示を省略）に基板Ｗを支持させ、基板Ｗを支持部
材７２に渡す。

【００３７】次に、蓋部材７１を降下させて封止位置と
し、搬出入口６ｂを外側から封止するとともに、高真空
排気用ポンプ７５を動作させて蓋部材７１内部を減圧す
る。その後、支持部材７２を下側に移動させると、支柱
７２ａに支持された未処理の基板Ｗを気密容器６内部に
導入することになる。

【００３８】次に、第２搬送装置５が、支持部材７２に
支持された未処理の基板Ｗの直下にハンド５２を進入さ
せこれを上昇させて基板Ｗの縁部分を支持する。この状
態で、基板Ｗを回転板４１の下方であって隣接する第１
イオンプレーティング装置３１の上側に移動させる。こ
の際、基板Ｗを回転板４１の下面と保持爪４１ａとの間
に挿入し、ハンド５２を僅かに降下させて保持爪４１ａ
に基板Ｗを渡す。

【００３９】その後、ハンド５２を回転板４１の下方か
ら後退させ、保持爪４１ａを上側位置に移動させて基板
Ｗを回転板４１の下面に固定する。

【００４０】以上の動作を４回繰り返すことにより、カ
セットＣＡ中の４枚の基板Ｗを回転板４１の下面の４ヶ
所にセットすることができる。

【００４１】次に、第１〜第４イオンプレーティング装
置３１〜３４上方の円周経路上で回転板４１に固定した
基板Ｗを巡回移動させて基板Ｗの下面に成膜を行う。こ
のように巡回移動する基板Ｗは、所望の温度や電位に調
節されてイオンプレーティングが施される。

【００４２】イオンプレーティングについて具体的に説
明すると、ハース３１ｅａの凹部には、Ｃｕ等の蒸発物
質金属が加熱され溶融状態で溜まっている。この状態
で、プラズマガン３１ａからのプラズマビームを環状補
助陽極３１ｅｂに入射させている待機状態からハース３
１ｅａに入射させる成膜状態にスイッチする。これによ
り、ハース３１ｅａの対向位置を経由して移動する基板
Ｗの下面すなわち膜形成面には、金属被膜が形成され成
長する。基板Ｗの膜形成面に形成された膜が所定の膜厚
になった段階で、プラズマビームを環状補助陽極３１ｅ
ｂに入射させる待機状態にスイッチする。この場合、基
板Ｗを第１〜第４イオンプレーティング装置３１〜３４
の上方位置で巡回させているので、複数の基板Ｗを並列
的に膜形成することになり、処理速度を全体として高め
ることができ、成膜のスループットを向上させることが
できる。また、１つの基板Ｗに着目すると、第１〜第４
イオンプレーティング装置３１〜３４に対応する対向位
置間で移動することになるので、成膜の偏よりを互いに
相殺して比較的均一な成膜を達成することができる。

【００４３】なお、本実施形態のプラズマガン３１ａを
用いることにより、強力なプラズマビームを連続的に安
定して供給することができ、基板Ｗ上に高品質の膜が迅
速に形成されることになる。また、環状磁石３１ｆによ
ってハース３１ｅａの上方にカスプ磁場を形成しハース
３１ｅａに入射するプラズマビームを修正するので、基
板Ｗ上により均一な厚さの膜が形成されることになる。
また、以上のイオンプレーティングによれば、金属膜の
形成前に下地の表面をクリーニングするセルフサーフェ
スクリーニング効果があるので、配向性が良い膜を形成
することができる。特に金属配線用の膜の場合、導電性
が高くエレクトロマイグレーション耐性がある膜とな
る。

【００４４】次に、第２搬送装置５が、回転板４１に保
持されたいずれかの基板Ｗを支持部材７２に移載する。
そして、支持部材７２を上昇させ、支柱７２ａに支持さ
れた処理済の基板Ｗを搬出入口６ｂを介して蓋部材７１
の内側に移動させ、窒素をベントして大気圧に戻した
後、蓋部材７１を開放位置とする。これにより、処理済
の基板Ｗが気密容器６外に搬出される。次に、第１搬送
装置２が、支柱７２ａに保持したいずれかの基板Ｗをハ
ンド２３によって取り出し、吸着後に反転させる。吸着
によって反転した基板Ｗは、カセットＣＡに挿入され
る。

【００４５】以上を再度繰り返すことにより、回転板４
１に保持された４枚の処理済みの基板Ｗを順次カセット
ＣＡに収納することができる。

【００４６】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、回転板４１に保持する基板Ｗの数は、目的
に応じて２つ以上の任意の数とすることができる。この
際、イオンプレーティング装置の数と基板の数を一致さ
せる必要もない。図４は、回転板４１に保持する基板Ｗ
の配置の変形例を示す図である。この場合、回転板４１
に３枚の基板Ｗが等間隔で保持されており、図示の回転
位置では、３つのハース３１ｅａに３つの基板Ｗがそれ
ぞれ対向する。

【００４７】また、上記実施形態では、基板受渡装置７
を単一としたが、基板受渡装置７を２つ以上設けること
ができる。或いは、支持部材７２に支持する基板Ｗを２
枚以上とすることができる。さらに、第２搬送装置５
も、支持部材７２ごとに２つ以上設けることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の成膜装置によれば、ホルダが、複数の成膜ユニットに
連通する処理空間において複数の基板を保持するととも
に、この複数の基板を複数の成膜ユニットに設けた各成
膜材料源に略対向する対向位置を経由して移動させるの
で、複数の基板を並列的に膜形成することになり、処理
速度を全体として高めることができ、成膜のスループッ
トを向上させることができる。また、１つの基板に着目
すると、複数の成膜ユニットに対応する対向位置を移動
することになるので、各成膜ユニットでの成膜の偏より
を互いに相殺して比較的均一な成膜を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の成膜装置の構造を説明する平面図で
ある。

【図２】図１の装置の出入口側の側面図である。

【図３】図１の装置の本体側の要部側面図である。

【図４】回転板に固定する基板の配置の変形例を示す図
である。

【符号の説明】

２第１搬送装置４ホルダ５第２搬送装置６気密容器７基板受渡装置３１〜３４第１〜第４イオンプレーティング装置３１ａ〜３４ａプラズマガン３１ｃ〜３４ｃ排気系３１ｅ陽極部材３１ｆ環状磁石４１回転板４３モータＣＡカセットＳp 処理空間Ｓv1〜Ｓv4 材料蒸発室Ｗ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粟井清神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号住友重機械工業株式会社平塚事業所内Ｆターム(参考） 4K029 CA03 DD00 JA02 KA01 5F103 AA02 BB09 BB38 BB44 DD28 RR02 RR06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜材料源をそれぞれ有する複数の成膜
ユニットと、前記複数の成膜ユニットに連通する処理空間において複
数の基板を保持するとともに、当該複数の基板を前記複
数の成膜ユニットに設けた各成膜材料源に略対向する対
向位置を経由して移動させるホルダとを備える成膜装
置。
【請求項２】前記複数の成膜ユニットに設けた各成膜
材料源は、所定の円周に沿って配置され、前記ホルダ
は、前記所定の円周の中心軸の回りに回転するとともに
前記所定の円周に対向するように基板を保持する板状体
と、当該板状体を回転させる回転駆動機構とを備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】前記複数の成膜ユニットは、それぞれ前
記成膜材料源を下部に有するデポアップ型の装置であ
り、前記ホルダは、膜形成面を下側にして前記基板を固
定することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】前記板状体は、一定速度で回転すること
を特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項５】前記複数の成膜ユニットは、プラズマビ
ームを前記処理空間近傍の蒸発空間中に供給するプラズ
マ源と、前記成膜材料源を含むとともに前記蒸発空間中
に配置されて前記プラズマビームを導くハースとをそれ
ぞれ有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。