JP2022047469A - 成膜装置、成膜システムおよび成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットで成膜を行うことができ、省スペース化が可能な成膜装置、成膜システムおよび成膜方法を提供する。【解決手段】成膜装置は、複数の基板を収容する処理チャンバと、処理チャンバ内に設けられた、基板を載置する複数の基板載置部と、複数の基板載置部を第１の方向に直線的に移動させる基板移動機構と、処理チャンバにスパッタ粒子を放出させるターゲットを有するスパッタ粒子放出部と、スパッタ粒子放出部、および基板移動機構を制御する制御部とを備え、制御部は、基板移動機構により基板を載置した複数の基板載置部を第１の方向に直線的に移動させるように制御しつつ、スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる。【選択図】図２

Description

本開示は、成膜装置、成膜システムおよび成膜方法に関する。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、基板上に膜を形成する成膜処理が行われる。成膜処理に用いられる成膜装置としては、ターゲットからスパッタ粒子を放出させスパッタ粒子を基板に堆積させるスパッタ成膜が知られている。

このようなスパッタ成膜を行う技術として、特許文献１には、２つのターゲットから放出されるスパッタ粒子を、チャンバ内の処理空間で直線的に移動される基板上に堆積させて斜め成膜を行う枚葉式の成膜装置が開示されている。

特開２０２０－２６５７５号公報

本開示は、高スループットで成膜を行うことができ、省スペース化が可能な成膜装置、成膜システムおよび成膜方法を提供する。

本開示の一態様に係る成膜装置は、複数の基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられた、基板を載置する複数の基板載置部と、複数の前記基板載置部を第１の方向に直線的に移動させる基板移動機構と、前記処理チャンバにスパッタ粒子を放出させるターゲットを有するスパッタ粒子放出部と、前記スパッタ粒子放出部、および前記基板移動機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記基板移動機構により基板を載置した複数の前記基板載置部を前記第１の方向に直線的に移動させるように制御しつつ、前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる。

本開示によれば、高スループットで成膜を行うことができ、省スペース化が可能な成膜装置、成膜システムおよび成膜方法が提供される。

成膜装置が搭載された成膜システムを示す概略平面図である。 成膜装置の一例を示す縦断面図である。 図２のIII－III線による水平断面図である。 基板を回転する機能を有する予備室を示す断面図である。 成膜方法の一例における基板の動きの概略を説明するための図である。 成膜方法の一例を実施する際の基板の搬送状態を説明するための平面図である。 成膜方法の一例を実施する際における真空搬送室の真空搬送装置から成膜装置の基板載置部へ基板を移載する状態を説明するための断面図である。 成膜方法の一例を実施する際における成膜装置の基板載置部から真空搬送室の真空搬送装置へ基板を移載する状態を説明するための断面図である。 基板を移動させながら一方のターゲットからスパッタ粒子を放出させて成膜を行う例を示す断面図である。 図９の例によりトレンチパターンを有する基板に対してスパッタ成膜を行った状態を示す断面図である。 基板を移動させながら他方のターゲットからスパッタ粒子を放出させて成膜を行う例を示す断面図である。 図１１の例によりトレンチパターンを有する基板に対してスパッタ成膜を行う状態を示す断面図である。 基板を移動させながら両方のターゲットからスパッタ粒子を放出させて成膜を行う例を示す断面図である。 図１３の例によりトレンチパターンを有する基板に対してスパッタ成膜を行う状態を示す断面図である。 基板を移動させながらターゲットからスパッタ粒子を放出させて成膜を行う際にスパッタ粒子の通過孔の位置を変更し指向性を高くした例を示す断面図である。 図１５の例によりトレンチパターンを有する基板に対してスパッタ成膜を行った状態を示す断面図である。 予備室を処理チャンバの一部としても用いた例を示す断面図である。 特許文献１の成膜装置を搭載した成膜システムを示す概略平面図である。 基板移動機構の他の例を示す側面図である。 基板移動機構のさらに他の例を示す平面図である。 基板移動機構のさらにまた他の例を示す側面図である。 成膜方法の他の例を実施する際の基板の移動を説明するための図である。 ３枚の基板に成膜処理を施す際の基板の動きの概略を説明するための図である。 ４枚の基板を基板の移動方向であるＸ方向とＸ方向に直交するＹ方向に２枚ずつマトリックス状に配列して基板に成膜処理を施す際の基板の動きの概略を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。

＜成膜システム＞
まず、成膜装置が搭載された成膜システムについて説明する。
図１は成膜装置が搭載された成膜システムを示す概略平面図である。

本実施形態の成膜システム１００は、２枚の基板Ｗに対してスパッタ成膜を行う２枚葉の成膜装置を複数有し、２枚の基板Ｗに対する成膜処理を連続的に行うものである。基板Ｗは、特に限定されるものではないが、例えば半導体ウエハを用いることができる。

成膜システム１００は、マルチチャンバタイプのシステムであり、３つの成膜装置１１０と、真空搬送室１２０と、ロードロック室１３０と、大気搬送室１４０と、全体制御部１５０とを備えている。

真空搬送室１２０は平面形状が正方形をなし、内部が真空雰囲気に減圧され、正方形の３つの辺に対応する３つの壁部のそれぞれに２つのゲートバルブＧを介して成膜装置１１０が接続されている。また、真空搬送室１２０の他の辺に対応する壁部にはロードロック室１３０が２つのゲートバルブＧ１を介して接続されている。真空搬送室１２０内には真空搬送装置１６０が設けられている。

大気搬送室１４０は、ロードロック室１３０の真空搬送室１２０と反対側に２つのゲートバルブＧ２を介して接続されている。

真空搬送室１２０内の真空搬送装置１６０は、成膜装置１１０、ロードロック室１３０に対して、基板Ｗの搬入出を行う。真空搬送装置１６０は、ベース１６１と、ベース１６１に取り付けられた２つの多関節アーム部１６２と、それらの先端にそれぞれ設けられた２つの基板支持部１６３とを有する。そして、２つの基板支持部１６３により、２枚の基板Ｗを同時に搬送できるようになっている。すなわち、真空搬送装置１６０は、ロードロック室１３０との間、および成膜装置１１０との間で、２枚の基板Ｗを同時に受け取りまたは受け渡しできるようになっている。

成膜装置１１０は、２枚の基板Ｗを収容して成膜処理を行うことが可能に構成されている。成膜装置１１０は、２つのゲートバルブＧに対応して搬入出口が設けられた平面形状が横長矩形状の処理チャンバ１０を有し、これら２つの搬入出口を介して２枚の基板Ｗの搬入出が行われるようになっている。また、処理チャンバ１０に隣接して予備室５０を有している。成膜装置１１０の詳細は後述する。

ロードロック室１３０は、大気搬送室１４０と真空搬送室１２０との間でウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。ロードロック室１３０内には基板Ｗを載置する２つの載置台１３１を有し、２枚の基板Ｗが同時に収容されるようになっている。

大気搬送室１４０のロードロック室１３０と反対側の壁面には、ロードポート（図示せず）が設けられており、ロードポートにはキャリアＣが接続されるように構成されている。キャリアＣとしては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。大気搬送室１４０内は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成される。大気搬送室１４０の内部には、基板Ｗを搬送する大気搬送装置（図示せず）が設けられている。大気搬送装置は、ロードロック室１３０が大気雰囲気でゲートバルブＧ２が開放された状態で、キャリアＣとロードロック室１３０との間で基板Ｗの搬送を行う。

全体制御部１５０は、コンピュータで構成されており、ＣＰＵを備えた主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置（記憶媒体）を有している。全体制御部１５０は、成膜システム１００の各構成部の動作を制御する上位の制御部であり、各成膜装置１１０の制御部や、真空搬送装置１６０や大気搬送室の搬送装置、ゲートバルブＧ，Ｇ１，Ｇ２を個別に制御する個別の制御部を制御する。主制御部による各構成部の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体（ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等）に記憶された制御プログラムである処理レシピに基づいてなされる。

このような成膜システム１００においては、全体制御部１５０の処理レシピに基づいて、以下のように動作される。

まず、大気搬送室１４０内の大気搬送装置（図示せず）によりロードポートに接続されたキャリアＣから２枚の基板Ｗを取り出し、２つのゲートバルブＧ２を開けて大気雰囲気のロードロック室１３０に搬入する。そして、ゲートバルブＧ２を閉じた後、２枚の基板Ｗが搬入されたロードロック室１３０を真空搬送室１２０に対応する真空状態とする。次いで、２つのゲートバルブＧ１を開けて、ロードロック室１３０の中の２枚の基板Ｗを、真空搬送装置１６０の２つの基板保持部１６３により取り出し、ゲートバルブＧ１を閉じる。次いで、いずれかの成膜装置１１０に対応する２つのゲートバルブＧを開けた後、真空搬送装置１６０の２つの基板保持部１６３によりその成膜装置１１０に２枚の基板Ｗを搬入する。そして、その成膜装置１１０において、基板保持部１６３を退避させ、ゲートバルブＧを閉じた後、成膜処理が行われる。

成膜装置１１０での成膜が終了した後、対応するゲートバルブＧを開け、真空搬送装置１６０の基板保持部１６３が、その成膜装置１１０から２枚の基板Ｗを取り出す。そして、ゲートバルブＧを閉じた後、ゲートバルブＧ１を開け、基板保持部１６３に保持された２枚の基板Ｗを、ロードロック室１３０に搬送する。その後、ゲートバルブＧ１を閉じ、ウエハＷが搬入されたロードロック室１３０を大気雰囲気とした後、ゲートバルブＧ２を開け、大気搬送装置（図示せず）によりロードロック室１３０から２枚の基板Ｗを取り出し、ロードポートのキャリアＣに収納する。

以上の処理を複数の基板Ｗに対して同時並行的に行い、キャリアＣ内の全てのウエハＷについて成膜処理を実施する。

＜成膜装置の一例＞
次に、成膜装置１１０の一例について説明する。
図２は成膜装置１１０の一例を示す縦断面図、図３は図２のIII－III線による水平断面図である。

成膜装置１１０は、２枚の基板Ｗに対してスパッタ成膜を行う２枚葉の成膜装置である。成膜装置１１０は、処理チャンバ１０と、第１および第２のスパッタ粒子放出部１２ａおよび１２ｂと、２つの基板載置部１４と、基板移動機構１６と、スパッタ粒子遮蔽部材１８と、排気装置２０と、制御部４０とを有している。また、成膜装置１１０は、チャンバ１０の横に設けられた予備室５０も有している。

処理チャンバ１０は、上部が開口されたチャンバ本体１０ａと、チャンバ本体１０ａの上部開口を塞ぐように設けられた蓋体１０ｂとを有する。蓋体１０ｂは周面が傾斜面となっている。処理チャンバ１０の内部は、成膜処理が行われる処理空間Ｓとなっている。

上述したように、処理チャンバ１０は平面形状が横長矩形状をなし、その一方の長辺に２つの基板搬入出口２３が並列に設けられており、基板搬入出口２３を介して真空搬送室１２０との間で基板Ｗの搬入出が行われる。基板搬入出口２３はゲートバルブＧにより開閉可能となっている（図３参照）。

処理チャンバ１０の底部には排気口２１が形成され、上記排気装置２０はこの排気口２１に接続されている。排気装置２０は、圧力制御弁、および真空ポンプを含んでおり、排気装置２０により、処理空間Ｓが所定の真空度まで真空排気されるようになっている。

予備室５０は、処理チャンバ１０のＸ方向（長辺方向）端部に連結され、処理チャンバ１０と連通している。予備室５０は複数の機能を果たし得るように構成されており、図２、図３の例では、基板Ｗを連続して処理する間に、タイムリーに基板Ｗを搬出できない等の事情がある場合に、基板Ｗを保持するバッファ部として機能する場合を示す。本例の場合、予備室５０は、上下方向に複数段の基板載置台５１が設けられている。基板載置台５１は１段であってもよい。

なお、予備室５０は、このようなバッファ機能を持たせる以外に、図４に示すように、基板Ｗを載置する基板載置台５２と基板載置台５２を回転する回転機構５３とを有し、基板Ｗを回転させる機能を有してもよい。また、予備室５０の内部を空の状態として、後述するように、スパッタ粒子を低角で基板Ｗに入射する場合等に、処理チャンバ１０の一部として機能させてもよい。

処理チャンバ１０の頂部には、処理空間Ｓ内にガスを導入するためのガス導入ポート２２が挿入されている。ガス導入ポート２２から、スパッタガス、例えば不活性ガスが、処理空間Ｓ内に導入される。

第１のスパッタ粒子放出部１２ａは、ターゲットホルダ２６ａと、ターゲットホルダ２６ａに保持されるターゲット３０ａと、ターゲットホルダ２６ａに電圧を印加する電源２８ａと、マグネット２９ａとを有する。また、第２のスパッタ粒子放出部１２ｂは、ターゲットホルダ２６ｂと、ターゲットホルダ２６ｂに保持されたターゲット３０ｂと、ターゲットホルダ２６ｂに電圧を印加する電源２８ｂと、マグネット２９ｂとを有する。

ターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂは、導電性を有する材料からなり、絶縁性の部材を介して、処理チャンバ１０の蓋体１０ｂの傾斜面の、互いに異なる位置に取り付けられている。本例ではターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂは、互いに対向する位置に設けられているが、これに限るものではなく、任意の位置に設けることができる。

ターゲット３０ａおよび３０ｂは、成膜しようとする膜の構成元素を含む材料からなり、導電性材料であっても誘電体材料であってもよい。ターゲット３０ａおよび３０ｂは、ターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂに保持され、Ｙ方向の長さが基板Ｗの直径よりも長く形成される。

電源２８ａおよび２８ｂは、それぞれターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂに電気的に接続されている。電源２８ａおよび２８ｂは、ターゲット３０ａおよび３０ｂが導電性材料である場合には、直流電源であってよく、ターゲット３０ａおよび３０ｂが誘電性材料である場合には、高周波電源であってよい。電源２８ａおよび２８ｂが高周波電源である場合には、整合器を介してターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂに接続される。

マグネット２９ａおよび２９ｂは、ターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂの裏面側に設けられている。マグネット２９ａおよび２９ｂは、ターゲット３０ａおよび３０ｂに漏洩磁場を与え、マグネトロンスパッタを行うためのものである。マグネット２９ａおよび２９ｂは、マグネット駆動部（図示せず）によりターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂの裏面に沿って揺動するように構成されている。

電源２８ａおよび２８ｂからターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂを介してターゲット３０ａおよび３０ｂに電圧が印加されることによりターゲット３０ａおよび３０ｂの周囲でスパッタガスが解離する。このとき、マグネット２９ａおよび２９ｂの漏洩磁場がターゲット３０ａおよび３０ｂの周囲に及ぼされることで、ターゲット３０ａおよび３０ｂの周囲に集中してマグネトロンプラズマが形成される。この状態でプラズマ中の正イオンがターゲット３０ａおよび３０ｂに衝突し、ターゲット３０ａおよび３０ｂからその構成元素がスパッタ粒子として放出され、マグネトロンスパッタによりスパッタ粒子が基板Ｗ上に堆積される。

なお、ターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂによるターゲット３０ａおよび３０ｂの配置位置、および向きは任意であり、基板Ｗに形成されたパターンに応じて設定される。

２つの基板載置部１４は、処理チャンバ１０のチャンバ本体１０ａ内に設けられ、支持ピン３１を介して基板Ｗを支持するように構成されている。２つの基板載置部１４は、処理チャンバ１０の長辺方向に沿った水平な一方向であるＸ方向に沿って配列されており、基板移動機構１６によりそれぞれ独立してＸ方向に直線的に移動可能となっている。したがって、基板載置部１４に支持された基板Ｗは、基板移動機構１６により水平面内で直線移動される。基板移動機構１６は、２つの基板載置部１４にそれぞれ対応して設けられた２つのロボットアーム（多関節アーム部）３２と、これら多関節アーム部３２を駆動する共通の駆動部３３とを有している。駆動部３３により２つのロボットアーム（多関節アーム部）３２を駆動することによって、２つの基板載置部１４が独立して、Ｘ方向に沿った共通の移動路を移動する。

２つの基板載置部１４に対する基板Ｗの受け渡しは、ゲートバルブＧを開放した状態で、真空搬送室１２０の真空搬送装置１６０との間で２つの基板搬入出口２３を介して行われる。基板搬入出口２３は、上述したように、処理チャンバ１０の長辺に沿ったＸ方向に並列に設けられており、このときの基板Ｗの搬送方向は、基板載置部１４および基板Ｗの移動方向であるＸ方向に直交するＹ方向である。

スパッタ粒子遮蔽部材１８は、ターゲット３０ａおよび３０ｂから放出されるスパッタ粒子を遮蔽するためのものである。スパッタ粒子遮蔽部材１８は、基板載置部１４の上方に水平に設けられた第１部材１８ａと、処理チャンバ１０の蓋部１０ｂに沿った円錐台状をなす第２部材１８ｂと、第２部材１８ｂの内部を仕切る第３部材１８ｃとを有している。

第１部材１８ａの中央部には、スパッタ粒子を通過させるスリット状をなす通過孔１９が形成されている。通過孔１９は、図中の水平な一方向であるＹ方向を長手方向にして細長く形成されている。通過孔１９のＹ方向の長さは基板Ｗの直径よりも長く形成される。本例では、互いに対向する位置に設けられたターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂに保持されたターゲット３０ａおよび３０ｂからスパッタ粒子が放出され、放出されたスパッタ粒子のうち通過孔１９を通過したものが基板Ｗに斜めに入射し、堆積される。

第２部材１８ｂには、ターゲット３０ａおよび３０ｂに対応する部分のみに孔が形成されている。第１部材１８ａと第２部材１８ｂとは隙間なく接続されており、スパッタ粒子が漏出することが防止される。

第３部材１８ｃは、第２部材１８ｂの上面の中央から第２部材１８ｂの内部をターゲット３０ａ側とターゲット３０ｂ側とで二分するように通過孔１９の近傍位置まで垂直に延びている。第３部材１８ｃは、ターゲット３０ａとターゲット３０ｂとのクロスコンタミを抑制するためのものである。

なお、通過孔１９の位置は中央部に限らず、後述するように、基板Ｗへの入射角度等に応じて適宜の位置に形成することができる。また、ターゲットホルダ２６ａおよび２６ｂ（ターゲット３０ａおよび３０ｂ）は、通過孔１９を挟んで、互いに対向する位置に設けられているが、これに限るものではなく、任意の位置に設けることができる。さらに、図２では、ターゲット３０ａおよび３０ｂから放出されたスパッタ粒子は、いずれも通過孔１９を通過するように構成されているが、別々の通過孔を通過させてもよい。

制御部４０は、全体制御部１５０の下位の制御部として機能し、コンピュータからなり、成膜装置１１０の各構成部、例えば、スパッタ粒子放出部１２ａおよび１２ｂ、基板移動機構１６、排気装置２０等を制御する。制御部４０は、実際にこれらの制御を行うＣＰＵからなる主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置とを有している。記憶装置には、成膜装置１１０で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、成膜装置１１０で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。制御部４０の主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１１０に所定の処理を実行させる。

＜成膜方法の一例＞
次に、以上のように構成される成膜装置における成膜方法の一例について説明する。以下の処理は制御部４０の制御により実行される。

最初に、図５を参照して本例の成膜方法における基板Ｗの動きの概略を説明する。図５は平面および側面の状態を模式的に示している。まず、２枚の基板Ｗを搬入出口２３からチャンバ１０内に搬入して基板載置部１４に載置する（図５（ａ））。次に、２枚の基板Ｗを近接させるとともにチャンバ１０のＸ方向の一方側の成膜開始位置に移動させる（図５（ｂ））。次に、２枚の基板Ｗを同時にＸ方向に沿って移動（走査）させつつスパッタ成膜を行う（図５（ｃ））。基板Ｗが成膜終了位置に達した時点で基板Ｗの移動を停止して成膜を終了させ（図５（ｄ））、その後、基板Ｗを搬入出口２３に対応する位置に移動させ（図５（ｅ））、基板Ｗを搬入出口２３から搬出する（図５（ｆ））。

次に、本例の成膜方法の詳細について説明する。
図６は本例の成膜方法を実施する際の基板の搬送状態を説明するための図である。
成膜方法を実施する際には、成膜に先立って、処理チャンバ１０内の処理空間Ｓを排気した後、ガス導入ポート２２から処理空間Ｓにスパッタガス、例えば不活性ガスを導入して所定圧力に調圧しておく。

その状態から、まず、基板載置部１４を基板受け渡し位置に位置させる（図６（ａ））。次いで、ゲートバルブＧを開け、真空搬送室１２０内の真空搬送装置１６０の２つの基板支持部１６３に支持された２枚の基板Ｗを処理チャンバ１０内に搬入して基板載置部１４に対応する位置に位置させる（図６（ｂ））。このときは図７（ａ）に示すように、基板Ｗを支持した基板支持部１６３を基板載置部１４の上方に位置させる。

次いで、基板支持部１６３の基板Ｗを基板載置部１４に受け渡す（図６（ｃ））。このときは図７（ｂ）に示すように、ロボットアーム（多関節アーム部）３２を上昇させることにより、基板支持部１６３上の基板Ｗが基板載置部１４に受け取られる。

次いで、真空搬送装置１６０の基板支持部１６３を真空搬送チャンバ１２０に戻す（図６（ｄ））。それとともにゲートバルブＧを閉じる。

次いで、基板移動機構１６により、基板Ｗが載置された２つの基板載置部１４を近接させ、その状態を保ったまま基板載置部１４を基板ＷとともにＸ方向の一方側の成膜開始位置に移動させる（図６（ｅ））。

次いで、基板移動機構１６により基板載置部１４に載置された２枚の基板ＷをＸ方向に沿った同じ方向に同じ移動路に沿って同時に移動（走査）させつつ基板Ｗにスパッタ成膜を行う（図６（ｆ））。このときのスパッタ成膜は、このように２枚の基板ＷをＸ方向に沿って移動させながら、ターゲット３０ａおよび３０ｂのいずれか一方、または両方からスパッタ粒子を放出させて基板Ｗ上に堆積させる。図６（ｆ）に示すように、基板Ｗが成膜終了位置まで達した時点で基板Ｗの移動を停止し、成膜を終了させる。

成膜が終了した後、基板Ｗを載置した２つの基板載置部１４を基板搬入出口２３に対応する位置に移動させる（図６（ｇ））。そして、ゲートバルブＧを開放し、真空搬送装置１６０の２つの基板支持部１６３を、基板Ｗを載置した２つの基板載置部１４に対応する位置に位置させる（図６（ｈ））。このときは図８（ａ）に示すように、基板支持部１６３を、基板Ｗを載置した基板載置部１４の下方に位置させる。

次いで、基板載置部１４上の基板Ｗを基板支持部１６３に受け渡す（図６（ｉ））。このときは図８（ｂ）に示すように、ロボットアーム（多関節アーム部）３２を下降させることにより、基板載置部１４上の基板Ｗが基板支持部１６３に受け取られる。

次いで、基板Ｗを受け取った基板支持部１６３を真空搬送チャンバ１２０に戻す（図６（ｊ））。それとともにゲートバルブＧを閉じる。

次に、成膜について詳細に説明する。
上述したように、本実施形態では、２枚の基板Ｗを同時にＸ方向に延びる共通の移動路に沿って移動させながら、ターゲット３０ａおよび３０ｂのいずれか一方、または両方からスパッタ粒子を放出させて基板Ｗ上に堆積させる。

例えば図９に示すように、基板ＷをＸ方向に沿う矢印Ａの方向に移動させながら、スパッタ粒子放出部１２ｂのターゲット３０ｂからスパッタ粒子を斜め下方に放出させる。このとき、スパッタ粒子はスリット状の通過孔１９を通過し、２つの基板載置部１４上の２枚の基板Ｗに対して斜めに入射され、堆積される。例えば図１０に示すように、凸部６１と凹部であるトレンチ６２とが交互に形成されたトレンチパターンを有する基板Ｗに対して、凸部６１の上に斜めに膜６３が成膜される。

図１１に示すように、ターゲット３０ａからスパッタ粒子を放出させてもよく、この場合もスパッタ粒子は通過孔１９を通過し、２つの基板載置部１４上の２枚の基板Ｗに対して図９とは反対側の斜めに入射され、堆積される。例えば図１２に示すように、凸部６１と凹部であるトレンチ６２とが交互に形成されたトレンチパターンを有する基板Ｗに対して、凸部６１の上に図１０とは反対側から斜めに膜６４が成膜される。

上記いずれの場合にも、基板Ｗの移動方向は、矢印Ａ方向に限らず、図１１に示す、矢印Ａ方向と反対方向の矢印Ｂ方向であってもよい。

図１３に示すように、ターゲット３０ａおよび３０ｂの両方からスパッタ粒子を放出させてもよく、この場合もスパッタ粒子は通過孔１９を通過し、２つの基板載置部１４上の２枚の基板Ｗに対して斜めに入射され、堆積される。基板Ｗの移動方向はＡ方向であってもＢ方向であってもよい。この場合は、例えば図１４に示すように、凸部６１と凹部であるトレンチ６２とが交互に形成されたトレンチパターンを有する基板Ｗに対して、基板Ｗに対して双方向からスパッタ粒子を照射することにより、凸部６１の上部に、両側にオーバーハングした状態の膜６５を形成することができる。

以上のような成膜は、１回で終了してもよいし、複数回繰り返してもよい。一つのターゲットを用いて複数回繰り返す場合は、同じターゲットを用いて行ってもよいし、異なるターゲットを交互に用いて行ってもよい。また成膜を複数回繰り返す場合は、基板Ｗの移動方向をＡ方向またはＢ方向で同じにしてもよいし、Ａ方向とＢ方向を交互にしてもよい。

スパッタ粒子遮蔽部材１８の通過孔１９の位置は任意に設定可能であり、通過孔１９の位置によって、スパッタ粒子の基板Ｗへの入射角度を自由に設定することができ、指向性を調整することができる。例えば、図１５に示すように、通過孔１９の位置を端部側に設定することにより、基板Ｗへのスパッタ粒子の入射角を低角にすることができ、スパッタ粒子の指向性を高めることができる。具体的には、図１６に示すように、凸部６１と凹部であるトレンチ６２とが交互に形成されたトレンチパターンを有する基板Ｗに対して、図１０よりも低角でスパッタ粒子を入射させることができ、凸部６１の上に、より指向性の高い膜６６を形成することができる。また、通過孔の位置により基板Ｗの移動距離を調整することもできる。

通過孔１９の位置を端部側に設定すると、基板Ｗの移動距離が処理チャンバ１０の長さで収まらない場合がある。そのような場合は、図１７に示すように、予備室５０を処理チャンバ１０の一部として用いることができる。

また、上述した図４のように、予備室５０に基板Ｗを回転させる機能を持たせることにより、基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射方向を自在に調整することができる。

本実施形態によれば、２枚の基板Ｗを処理チャンバ１０に搬入し、各基板載置部１４に載置された２枚の基板Ｗを同時にＸ方向に延びる共通の移動路に沿って移動させながら２枚の基板Ｗに成膜処理を行う。これにより、２枚の基板Ｗを同時に処理可能であり、特許文献１のような１枚の基板を移動させながらスパッタ成膜を行う成膜装置よりも高スループットで成膜を行うことができる。しかも、２枚の基板Ｗを同時に共通の移動路に沿って移動させながら成膜処理を行うので、基板１枚あたりのスペースを小さくでき、省スペース化が図れる。また、２枚の基板Ｗを並列して設けられた２つの搬入出口２３から、基板Ｗの移動方向であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って搬入出するので、２枚の基板Ｗを一括して搬入出可能であり、かつ、省スペース効果をより高めることができる。また、２枚の基板Ｗを処理チャンバ１０に搬入した後、２枚の基板Ｗを移動方向に対して近接させるので、その分、２枚の基板Ｗのトータルの移動距離を短くでき、より省スペース化を図ることができる。

特許文献１に記載された成膜装置は、例えば図１８に示すような成膜システム２００において、真空搬送室２２０に接続される成膜装置２１０のように構成され、処理チャンバ２１１への基板Ｗの搬入方向は、処理チャンバ２１１内の基板Ｗの移動方向である矢印Ｃ方向と同じである。なお、符号２３０はロードロック室、符号２４０は大気搬送室、符号２６０は真空搬送装置である。

特許文献１と同じ考え方で２枚葉の成膜装置を設計すると、２枚の基板を搬入出口から搬入した後、２枚の基板をＣ方向に平行な別々の搬送路に沿って移動させながら成膜する必要があり、装置のフットプリントが大きくならざるを得ない。また、基板ごとにスパッタ粒子放出部（ターゲット）を設ける必要があり、設備的にも大掛かりなものとなってしまう。

これに対し、本実施形態では上述したように、２枚の基板Ｗを２つの搬入出口２３から搬入し、２枚同時にＸ方向に延びる共通の移動路に沿って移動させながら成膜処理を行うので、特許文献１に比べて省スペース化することができる。また、２枚の基板Ｗを並列して設けられた２つの搬入出口２３から、基板Ｗの移動方向であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って搬入出するので、省スペース効果をより高めることができる。このように、成膜装置１１０を省スペース化できるため、成膜システム１００全体の省スペース化も図れる。

また、本実施形態によれば、斜めに配置されたターゲット３０ａ、３０ｂからスリット状の通過孔１９を通過させたスパッタ粒子を、基板Ｗに斜めに入射させて堆積させるので、基板Ｗ上に指向性の高い膜を形成することができる。

また、本実施形態の成膜装置１１０では、２つのスパッタ粒子放出部１２ａおよび１２ｂを設け、それらに装着されたターゲット３０ａおよび３０ｂのいずれか一方、または両方からスパッタ粒子を放出させて基板Ｗ上に堆積させる。このため、用いるターゲットおよび基板Ｗの移動方向の組み合わせによって、極めて自由度の高いスパッタ成膜を実現することができる。

さらに、スパッタ粒子を通過させる通過孔１９の位置を調整することにより、スパッタ粒子の基板Ｗへの入射角度および基板Ｗの移動距離を自由に設定することができる。さらにまた、予備室５０を処理チャンバ１０の一部として用いることにより、通過孔１９の位置を調整して基板Ｗの移動距離が長くなった場合にも対応することができる。さらにまた、予備室５０に基板Ｗを回転させる機能を持たせることにより、基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射方向を自在に調整することができる。

＜成膜装置の他の例＞
次に、成膜装置の他の例について説明する。
上記成膜装置の一例においては、基板Ｗを載置した基板載置部１４を移動させる基板移動機構として、ロボットアーム（多関節アーム部）３２と駆動部３３とを有し、それぞれ基板載置部１４を移動させる基板移動機構１６を例示した。しかし、基板載置部１４をＸ方向に移動できれば基板移動機構はこれに限るものではない。

例えば、図１９に示すように、２つの基板載置部１４をＸ方向にガイドするレール７１と、各基板載置部１４を独立してＸ方向に移動させる２つの駆動機構７２とを有する基板移動機構１１６であってもよい。図２０に示すように、駆動機構としてボールねじ機構を用いた基板移動機構１１６´であってもよい。すなわち、駆動機構として、各基板載置部１４にそれぞれ螺合する２つのボールねじ７３と、それぞれのボールねじ７３を回転させる２つの駆動モータ７４とを有するものを用い、ボールねじ７３を回転させることにより各基板載置部１４をレール７１に沿って移動させる。

また、図２１に示すように、平面モータを用いた基板移動機構２１６であってもよい。すなわち、基板移動機構２１６は、処理チャンバ１０の床の中に複数の電磁コイルを埋め込んで構成された平面モータ８１と、各基板載置部１４を支持するように設けられ、内部に複数の永久磁石が配列された２つのベース８２を有する。このような基板移動機構２１６は、平面モータ８１の電磁コイルに電流を供給し、その電流の向きを、それにより生成される磁場が永久磁石と反発するような向きとしてベース８２を磁気浮上させる。そして、電磁コイルに供給する電流を個別に制御することにより、基板載置部１４をＸ方向に移動させる。

＜成膜方法の他の例＞
次に、成膜方法の他の例について説明する。
上記成膜方法の一例においては、成膜する際に２枚の基板Ｗを近接させて省スペース化を図っているが、本例では、成膜の開始時および終了時において、２枚の基板Ｗを上下に重ねるようにして、さらなる省スペース化を図っている。成膜を実施している際の基板Ｗの上下の移動は、例えば、基板移動機構１６の多関節アーム部３２を昇降させることにより実現できる。

図２２は、成膜方法の他の例を実施する際の基板の移動を説明するための図であり、平面および側面の状態を模式的に示している。

まず、２枚の基板Ｗを搬入する（図２２（ａ））。このときの基板Ｗの位置は、図５（ａ）と同じである。次いで、２枚の基板Ｗを処理チャンバ１０の一方の端部に移動させ、上下に重なった状態とする（図２２（ｂ））。その状態から上に存在する基板ＷをＸ方向に沿って処理チャンバ１０の他方の端部に向けて移動させ、成膜を開始する（図２２（ｃ））。そして、２枚の基板Ｗの重なりが解消された時点で２枚の基板Ｗの高さ位置を合わせ（図２２（ｄ））、２枚の基板Ｗを同時にＸ方向に沿って処理チャンバ１０の他方の端部に向けて移動させながら、両方の基板Ｗの成膜を行う（図２２（ｅ））。先の基板Ｗが他方の端部に到達した時点で先の基板ＷのＸ方向の移動を停止して成膜を終了する（図２２（ｆ））。後の基板Ｗの成膜処理を継続しつつ、先の基板Ｗよりも後の基板Ｗの位置が高くなるように２枚の基板Ｗの上下位置を調整し（図２２（ｇ））、後の基板Ｗを処理チャンバ１０の他方の端部に向けて移動させる（図２２（ｈ））。処理チャンバ１０の他方の端部で２枚の基板Ｗが上下に重なった状態となった時点で後の基板Ｗも停止し、成膜を終了する（図２２（ｉ））。次いで、２枚の基板Ｗを搬入出口（図示せず）に対応する位置まで移動させ、処理チャンバ１０から搬出する。（図２２（ｊ））。

このように、成膜開始と成膜終了の際に、２枚の基板を上下に重ねた状態とすることにより、処理チャンバ１０をさらに小さくすることができ、さらなる省スペース化を実現することができる。

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、２枚の基板に成膜処理を行う場合を示したが、基板の数はこれに限らず、複数であれば３枚以上であってもよい。

一例として３枚の基板Ｗに成膜処理を施す際の基板Ｗの動きの概略について図２３を参照して説明する。基板Ｗが３枚の場合も図５に示す基板Ｗが２枚の場合と同様であり、まず、３つの搬出入口から３枚の基板Ｗをチャンバ１０内に搬入して基板載置部に載置する（図２３（ａ））。次に、３枚の基板Ｗを近接させるとともにチャンバ１０のＸ方向の一方側の成膜開始位置に移動させる（図２３（ｂ））。次に、３枚の基板Ｗを同時にＸ方向に沿って移動（走査）させつつスパッタ成膜を行う（図２３（ｃ））。基板Ｗが成膜終了位置に達した時点で基板Ｗの移動を停止して成膜を終了させ（図２３（ｄ））、その後、基板Ｗを搬入出口に対応する位置に移動させ（図２３（ｅ））、基板Ｗを搬出する（図２３（ｆ））。４枚以上も同様である。

また、上記実施形態では基板Ｗの移動方向に基板Ｗを配列した例を示したが、これに限定されず、基板Ｗの移動方向と直交する方向に基板Ｗを配列してもよい。

一例として、４枚の基板Ｗを基板Ｗの移動方向であるＸ方向とＸ方向に直交するＹ方向に２枚ずつマトリックス状に配列して基板Ｗに成膜処理を施す際の基板Ｗの動きの概略について図２４を参照して説明する。まず、２つの搬出入口から２枚ずつ合計４枚の基板Ｗをチャンバ１０内に搬入して、Ｘ方向とＹ方向に２つずつ配列された４つの基板載置部に載置する（図２４（ａ））。次に、Ｘ方向に配列された２枚の基板Ｗを近接させるとともにチャンバ１０のＸ方向の一方側の成膜開始位置に移動させる（図２４（ｂ））。次に、４枚の基板Ｗを同時にＸ方向に沿って移動（走査）させつつスパッタ成膜を行う（図２４（ｃ））。基板Ｗが成膜終了位置に達した時点で基板Ｗの移動を停止して成膜を終了させ（図２４（ｄ））、その後、基板Ｗを搬入出口に対応する位置に移動させ（図２４（ｅ））、基板Ｗを搬出する（図２４（ｆ））。

さらに、基板Ｗを基板Ｗの移動方向であるＸ方向に３枚以上配列した場合にも、図２２と同様に、成膜開始位置で基板Ｗを上下に重ねるようにして、基板Ｗを順番に移動させてもよい。

さらに、上記実施形態のスパッタ粒子を放出させる手法は例示であり、他の方法でスパッタ粒子を放出させてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、ターゲット（スパッタ粒子放出部）を２つ設けた例を示したが、１つであっても３つ以上であってもよい。

さらにまた、上記実施形態では、基板を一方向に移動している間に一方のターゲットまたは両方のターゲットからスパッタ粒子を放出する場合を示したが、基板を一方向に移動させながら２つのターゲットから交互にスパッタ粒子を放出するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態では真空搬送室の周囲に３つの成膜装置を接続した例を示したが、成膜装置の数は限定されない。また、真空搬送室を複数連結し、各真空搬送室に成膜装置を連結してもよい。

１０；処理チャンバ
１２ａ，１２ｂ；スパッタ粒子放出部
１４；基板載置部
１６；基板移動機構
１８；スパッタ粒子遮蔽部材
１９；通過孔
２２；ガス導入ポート
３０ａ，３０ｂ；ターゲット
５０；予備室
１００；成膜システム
１１０；成膜装置
１２０；真空搬送室
１６０；真空搬送装置
Ｗ；基板

Claims (25)

1. 複数の基板を収容する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に設けられた、基板を載置する複数の基板載置部と、
   複数の前記基板載置部を第１の方向に直線的に移動させる基板移動機構と、
   前記処理チャンバにスパッタ粒子を放出させるターゲットを有するスパッタ粒子放出部と、
   前記スパッタ粒子放出部、および前記基板移動機構を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記基板移動機構により基板を載置した複数の前記基板載置部を前記第１の方向に直線的に移動させるように制御しつつ、前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる、成膜装置。
2. 前記処理チャンバに収容する基板は２枚であり、前記基板載置部は２つである、請求項１に記載の成膜装置。
3. 複数の前記基板載置部は、前記第１の方向に沿って配列される、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記処理チャンバは、前記第１の方向に沿って並列に設けられた、基板を搬入出する複数の基板搬入出口を有し、複数の前記基板搬入出口から前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記チャンバに基板が搬入出される、請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記制御部は、前記処理チャンバに複数の基板が搬入された後、複数の前記基板を前記処理チャンバの一方側の成膜開始位置に位置させ、複数の前記基板が前記処理チャンバの他方側の成膜終了位置に移動されるように前記基板移動機構を制御する、請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記制御部は、前記成膜開始位置に配置された複数の前記基板が近接するように前記基板移動機構を制御する、請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記制御部は、前記開始位置に配置された複数の前記基板が上下に重なるように前記基板移動機構を制御する、請求項５に記載の成膜装置。
8. 前記スパッタ粒子放出部から放出された前記スパッタ粒子を通過させて、前記基板載置部に載置された基板に導く通過孔を有するスパッタ粒子遮蔽部材をさらに有し、基板に対し斜めにスパッタ粒子を入射させる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の成膜装置。
9. 前記通過孔の位置を調整することにより、前記スパッタ粒子の指向性を調整する、請求項８に記載の成膜装置。
10. 前記スパッタ粒子放出部を２つ有し、前記制御部は、２つの前記スパッタ粒子放出部の一方または両方からスパッタ粒子を放出させる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の成膜装置。
11. 前記基板移動機構は、複数の前記基板載置部のそれぞれに対応する複数のロボットアーム、複数の前記基板載置部をガイドするレール、または、複数の前記基板載置部を磁気浮上させ移動させる平面モータを有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
12. 前記処理チャンバの前記第１の方向の端部に接続され、前記処理チャンバと連通する予備室をさらに有し、前記予備室は、基板を保持するバッファ部としての機能、その内部で基板を回転させる機能、または、前記処理チャンバの一部としての機能を有する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
13. 複数の基板に対して同時にスパッタ成膜を行う成膜装置と、
    搬送室と、
    前記搬送室に設けられた前記成膜装置との間で複数の基板を搬送する搬送装置とを具備し、
    前記成膜装置は、
    前記搬送室に複数の基板搬入出口を介して連結され、複数の基板を収容する処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に設けられ、前記搬送装置により搬送された複数の基板を載置する複数の基板載置部と、
    複数の前記基板載置部を第１の方向に直線的に移動させる基板移動機構と、
    前記処理チャンバにスパッタ粒子を放出させるターゲットを有するスパッタ粒子放出部と、
    前記スパッタ粒子放出部、および前記基板移動機構を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、基板を載置した複数の前記基板載置部を前記基板移動機構により前記第１の方向に直線的に移動させるように制御しつつ、前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる、成膜システム。
14. 前記処理チャンバに収容する基板は２枚であり、前記基板載置部は２つである、請求項１３記載の成膜システム。
15. 複数の前記基板載置部は、前記第１の方向に沿って配列される、請求項１３または請求項１４に記載の成膜システム。
16. 前記搬送装置は、前記複数の基板搬入出口から前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記複数の基板を搬入する、請求項１５に記載の成膜システム。
17. 成膜装置により所定の膜を成膜する成膜方法であって、
    前記成膜装置は、複数の基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられた、基板を載置する複数の基板載置部と、複数の前記基板載置部を第１の方向に直線的に移動させる基板移動機構と、前記処理チャンバにスパッタ粒子を放出させるターゲットを有するスパッタ粒子放出部と、を備え、
    複数の基板を前記処理チャンバに搬入し、複数の前記基板載置部のそれぞれに載置する工程と、
    前記基板を載置した複数の前記基板載置部を前記第１の方向に直線的に移動させる工程と、
    前記基板載置部を移動させている間に、前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる工程と、
    を有する、成膜方法。
18. 前記処理チャンバに収容する基板は２枚であり、前記基板載置部は２つである、請求項１７に記載の成膜方法。
19. 前記複数の基板載置部は、前記第１の方向に沿って配列される、請求項１７または請求項１８に記載の成膜方法。
20. 前記処理チャンバは、前記第１の方向に沿って並列に設けられた、基板を搬入出する複数の基板搬入出口を有し、
    複数の前記基板搬入出口から前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って複数の基板を搬入する、請求項１９に記載の成膜方法。
21. 前記処理チャンバに複数の基板が搬入された後、複数の前記基板を前記処理チャンバの一方側の成膜開始位置に位置させ、複数の前記基板を前記処理チャンバの他方側の成膜終了位置に移動させる、請求項２０に記載の成膜方法。
22. 前記成膜開始位置に配置された複数の前記基板が近接するように前記基板移動機構を制御する、請求項２１に記載の成膜方法。
23. 前記開始位置に配置された複数の前記基板が上下に重なるように前記基板移動機構を制御する、請求項２１に記載の成膜方法。
24. 前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる工程は、前記スパッタ粒子放出部から放出された前記スパッタ粒子を、スパッタ粒子遮蔽部材の通過孔に通過させて、基板に対し斜めにスパッタ粒子を入射させる、請求項１７から請求項２３のいずれか一項に記載の成膜方法。
25. 前記成膜装置は、前記スパッタ粒子放出部を２つ有し、
    前記スパッタ粒子放出部からスパッタ粒子を放出させ、前記基板上に堆積させる工程は、２つの前記スパッタ粒子放出部の一方または両方からスパッタ粒子を放出させる、請求項１７から請求項２４のいずれか一項に記載の成膜方法。

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