JP7471074B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
第1の方向に延在する凸部と前記第1の方向に延在する凹部とが、該第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に形成された基板に成膜を行う成膜方法であって、
前記第2の方向に前記基板を搬送させながら薄膜を成膜する工程と、
前記薄膜を成膜する工程の後に、前記薄膜が成膜された前記基板を前記第2の方向に搬送させながら、前記基板に第1エッチング用ビームを照射してエッチングを行う第1エッチング工程と、
前記第1エッチング用ビームが照射された前記基板を前記第2の方向に搬送させながら、前記第1エッチング用ビームとは異なる照射方向から前記基板に第2エッチング用ビームを照射してエッチングを行なう第2エッチング工程と、
を含み、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームによる照射は、前記基板に成膜された薄膜への照射であり、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームにより照射される照射部と、搬送される基板を保持する保持部材による保持面の法線とを含み、かつ、前記第1の方向に対して平行な面を境界面と仮定すると、
前記第1エッチング用ビームは、前記境界面を介して分けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、前記第2エッチング用ビームは前記2つの領域のうちの他方の領域から照射されることを特徴とする。
第1の方向に延在する凸部と前記第1の方向に延在する凹部とが、該第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に形成された基板に成膜を行なう成膜装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に備えられ、前記第2の方向に搬送される前記基板に向けて成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
前記チャンバー内の前記成膜材料照射装置の下流側に備えられ、前記成膜材料が成膜されて前記第2の方向に搬送される前記基板に向けて第1エッチング用ビームを照射する第1エッチング装置と、
前記チャンバー内の前記成膜材料照射装置の下流側に備えられ、前記第1エッチング用ビームが照射されて前記第2の方向に搬送される前記基板に前記第1エッチング用ビームとは異なる照射方向で第2エッチング用ビームを照射する第2エッチング装置と、
前記成膜材料照射装置、前記第1エッチング装置、及び前記第2エッチング装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームによる照射は、前記基板に成膜された薄膜への照射であり、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームにより照射される照射部と、搬送される基板を保持する保持部材による保持面の法線とを含み、かつ、前記第1の方向に対して平行な面を境界面と仮定すると、
前記第1エッチング用ビームは、前記境界面を介して分けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、前記第2エッチング用ビームは前記2つの領域のうちの他方の領域から照射されることを特徴とする。
図1~図8を参照して、本発明の実施例1に係る成膜方法及び成膜装置について説明する。図1は本発明の実施例1に係る成膜装置の内部の概略構成図であり、成膜装置の内部全体を上方から見た場合の概略構成を示している。図2は本発明の実施例1に係る成膜装置の動作を示すフローチャートである。図3は本発明の実施例1に係る成膜装置におけるエッチング動作説明図である。図4は本発明の実施例1に係る成膜装置の内部の概略構成
図であり、エッチング用ビーム照射装置が設けられている付近を、基板の搬送方向に見た概略構成を示している。図5は本発明の実施例1に係るエッチング用ビーム照射装置としてのイオンソースの説明図であり、同図(a)はイオンソースのビーム照射面を示す正面図であり、同図(b)は同図(a)中のAA断面図であり、同図(c)はイオンビームの長手方向のエッチング強度を示すグラフである。図6及び図7は本発明の実施例1に係る成膜方法の説明図である。図8は本発明の実施例1に係る成膜装置により薄膜が形成された基板の模式的断面図である。
特に、図1を参照して、本実施例に係る成膜装置1の全体構成について説明する。成膜装置1は、成膜処理される基板10が収容されるストッカ室100と、室内を大気状態と真空状態とに切り替える気圧切替室200と、基板10の処理面に各種処理を行う処理室300とを備えている。
成膜装置1は、載置台111を往復移動させる駆動機構、気圧切替室200内の気圧、ヒータ221,222、処理室300内の気圧、基板処理装置310、スパッタ装置320、及び、エッチング用ビーム照射装置330の制御の他、基板搬送装置15による基板10の搬送制御を行うための制御装置Cを備えている。以下の動作(成膜工程、第1エッチング工程、第2エッチング工程など)は、この制御装置Cにより制御されることによって実行される。制御装置Cは、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、I/Oなどを有するコンピュータにより構成可能である。この場合、制御装置Cの機能は、メモリ又はストレージに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピュータとしては、汎用のパーソナルコンピュータを用いてもよいし、組込型のコンピュータ又はPLC(programmable logic controller)を用いてもよい。あるいは、制御装置Cの機能の一部又は全部をASICやFPGAのような回路で構成してもよい。また、制御装置Cは、制御対象となる各種装置等と接続された配線を通じて、制御命令を伝達するように構成してもよいし、無線により、各種装置等に対して制御命令を伝達するように構成してもよい。以下、特に、図2を参照して、成膜装置1の全体的な動作について説明する。
ストッカ室100には、それぞれ基板10を保持する基板搬送装置15が複数収容されている。そのうち処理対象となる基板10を保持する基板搬送装置15が、ストッカ室100から気圧切替室200に搬送される(ステップS101)。気圧切替室200において、減圧動作が行われ、室内が大気状態から真空状態に切り替えられる。また、基板10の材料によっては、基板10への加熱処理が同時に行われる(ステップS102)。例えば、約十分ほどの加熱処理により、100℃から180℃程度まで基板10が加熱される。その後、基板10は、気圧切替室200から処理室300の前処理エリア300aに搬送される(ステップS103)。前処理エリア300aでは、基板処理装置310により基板10の処理面に対してイオンビーム照射による表面処理が施される(ステップS104)。
次に、基板10は成膜エリア300bに搬送され(ステップS105)、スパッタ装置320により基板10の処理面に対しスパッタリング処理が施される(ステップS106)。スパッタ装置320については、公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、高電圧が印加されることにより、成膜材料が放出されるターゲット等を備えている。なお、ターゲットについては、平板状のものを採用することもできるし、回転可能に構成された円筒状のものを採用することもできる。
成膜処理が施された基板10は、エッチングエリア300cに搬送され(ステップS107)、エッチング用ビーム照射装置330によるエッチング処理が施される(ステップS108)。
ら大気状態に切り替えられた後に、ストッカ室100に搬出される。
特に、図3及び図4を参照して、基板処理装置310及びエッチング用ビーム照射装置330について説明する。基板処理装置310とエッチング用ビーム照射装置330の基本的な構成は同一である。すなわち、これら基板処理装置310とエッチング用ビーム照射装置330は、イオンビーム照射により基板の表面(処理面)に対し洗浄ないしエッチングの処理を行うための装置である。このように、両者の基本的な構成は同一であるので、ここでは、エッチング用ビーム照射装置330について説明する。
を電気的には絶縁しつつ機械的に接続する接続部材15cと、支持部材15bの下端に設けられる転動体15dとを備えている。転動体15dがガイドレール302上を転動することにより、基板搬送装置15は、ガイドレール302に沿って移動する。ここで、保持部材15aによる基板10を保持する面を保持面Fと称する。
特に、図5を参照して、イオンソース331について、より詳細に説明する。イオンソース331は、カソード332と、ビーム照射面333と、アノード334と、永久磁石335とを備えている。本実施例ではカソード332がイオンソース331の筐体を兼ねている。カソード332とアノード334はそれぞれSUSにより形成され、両者は電気的に絶縁されている。カソード332はチャンバー301に固定されることで、電気的に接地されている。一方、アノード334は高圧電源336に接続されている。この構成において、高圧電源336からアノード334に対し高圧が印加されると、筐体(カソード332)のビーム照射面333に設けられた出射開口からイオンビームが出射する。なお、イオンソース331の原理としては、筐体の背面側からガスを導入して筐体内部でイオンを発生するタイプと、筐体の外側に存在する雰囲気ガスをイオン化するタイプとがあるが、いずれを用いてもよい。図4においては、後者の場合を示しており、ガス供給弁304を開くことで、チャンバー301内にガスが供給される。ガスとしては、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスなどを用いることができる。
上記のように構成される基板処理装置310によれば、基板10が処理室300の前処理エリア300aに搬送されると、制御装置Cが、高圧電源を制御し、イオンソースによるビーム照射を開始する。その状態で、制御装置Cが、基板搬送装置15を一定速度で移
動させ、基板10をイオンビームに通過させる。このような方法により、基板10の表面にイオンビームが照射され、基板10の表面側は表面処理(洗浄処理)が施される。このようなビーム走査を行う構成を採用したことで、基板10の面積よりも小さい照射範囲のイオンビームで基板全体の処理を行うことができるため、イオンソースの小型化、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。また、基板10の処理面が鉛直方向に沿うような姿勢で基板10を支持し、処理面に対して水平方向にイオンビームを照射する構成を採用したことで、エッチングによって削られたパーティクルが重力によって落下し、基板10の処理面に残留しないため、パーティクルの残留による処理ムラの発生を防止することができるという利点もある。
特に、図6及び図7を参照して、成膜工程及びエッチング工程について、より詳細に説明する。本実施例に係る成膜方法及び成膜装置は、表面側に直線状の凸部11と凹部12が交互に形成された基板10の表面上に薄膜を形成する際に好適に用いられる。また、本実施例に係るエッチング工程は、図3を用いて説明したように、第1エッチング工程と、第2エッチング工程とからなる。そして、本実施例に係る成膜方法においては、凸部11及び凹部12が伸びる方向に対して垂直な方向に基板10を搬送させながら、成膜工程による成膜、第1エッチング工程によるエッチング、及び第2エッチング工程によるエッチングが行われる。
けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、第2エッチング用ビームはこの2つの領域のうちの他方の領域から照射される。例えば、図7において、矢印Sで示す部分を照射部とし、この照射部Sと法線Nとを含み、かつ、基板10における凸部11及び凹部12が伸びる方向に対して平行な面(境界面)は、図中の直線Tに相当する。この場合、第1エッチング用ビームは、境界面に相当する直線Tよりも図中左側の領域から照射され(図7(a)参照)、第2エッチング用ビームは、境界面に相当する直線Tよりも図中右側の領域から照射される(図7(b)参照)ことが分かる。また、第1エッチング用ビームと法線Nとが交わる角度のうち鋭角側の角度α、及び第2エッチング用ビームと法線Nとが交わる角度のうち鋭角側の角度βは、いずれも10°以上75°以下に設定される。なお、凸部11の断面形状と凹部12の断面形状が、いずれも、その中心(基板10の搬送方向における幅の中心)に対して対称的な形状の場合には、α=βとすると好適である。
本実施例に係る成膜方法及び成膜装置1によれば、成膜後に、第1エッチング工程と第2エッチング工程によるエッチングが行われることで、膜厚の厚い部分は削られ、膜の薄い部分は厚くなりながら、成膜工程とエッチング工程が繰り返し行われる。これにより、膜の表面が平坦となるように均されながら、膜全体の膜厚が徐々に厚くなっていく。これにより、ボイドの発生を抑制することができる。なお、成膜処理とエッチング処理を繰り返す回数Nを一定以上にすることで、図8に示すように、上面が平面状の膜20dを形成することもできる。
エッチング用ビームと第2エッチング用ビームは、共通のエッチング用ビーム照射装置330により照射される。従って、エッチング用ビーム照射装置330は一つのみ備えていればよい。
図9には、本発明の実施例2が示されている。上記実施例1では、第1エッチング用ビームと第2エッチング用ビームは、共通のエッチング用ビーム照射装置により照射される場合の構成を示した。これに対し、本実施例においては、第1エッチング用ビームを照射する第1エッチング用ビーム照射装置と、第2エッチング用ビームを照射する第2エッチング用ビーム照射装置とを、別々に備える場合の構成について説明する。基本的な構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
、その説明も省略する。
上記の実施例においては、第1エッチング用ビーム及び第2エッチング用ビームが、イオンビームの場合について説明した。しかしながら、エッチング用ビームは、イオンビームに限られず、レーザービームを用いることもできる。例えば、エッチングの対象となる膜の材料が、無機膜(SiNなど)、酸化物膜(SiO2、ITOなど)、金属膜(Al、Cuなど)の場合には、イオンビーム(Ar、Xeなどの希ガスにより生成されるイオンビーム)を用いると好適である。これに対して、エッチングの対象となる膜の材料が、有機膜(有機化合物など)の場合には、レーザービームを用いると好適である。前者の場合にはビーム径が比較的大きいのに対して、後者の場合にはビーム径が比較的小さいといった特徴がある。また、後者の場合には、膜中か下地層に光熱変換材料が含まれていると更に有効である。
10…基板
11…凸部 12…凹部
15…基板搬送装置
15a…保持部材 15b…支持部材 15c…接続部材 15d…転動体
20a,20b,20c,20d…膜
100…ストッカ室
111…載置台 112…ガイドレール 121…駆動源 122…ガイドレール
200…気圧切替室
210…ガイドレール 221,222…ヒータ
300…処理室
300a…前処理エリア 300b…成膜エリア 300c…エッチングエリア
301…チャンバー 302…ガイドレール 303…排気ポンプ 304…ガス供給弁
310…基板処理装置 320…スパッタ装置
330…エッチング用ビーム照射装置
331…イオンソース 331a…イオンビーム 331a…エッチング用ビーム
332…カソード 333…ビーム照射面 334…アノード 335…永久磁石 336…高圧電源 337…モータ 338…軸受
340…第1エッチング用ビーム照射装置 350…第2エッチング用ビーム照射装置
C…制御装置
F…保持面
N…法線
Claims (15)
- 第1の方向に延在する凸部と前記第1の方向に延在する凹部とが、該第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に形成された基板に成膜を行う成膜方法であって、
前記第2の方向に前記基板を搬送させながら薄膜を成膜する工程と、
前記薄膜を成膜する工程の後に、前記薄膜が成膜された前記基板を前記第2の方向に搬送させながら、前記基板に第1エッチング用ビームを照射してエッチングを行う第1エッチング工程と、
前記第1エッチング用ビームが照射された前記基板を前記第2の方向に搬送させながら、前記第1エッチング用ビームとは異なる照射方向から前記基板に第2エッチング用ビームを照射してエッチングを行なう第2エッチング工程と、
を含み、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームによる照射は、前記基板に成膜された薄膜への照射であり、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームにより照射される照射部と、搬送される基板を保持する保持部材による保持面の法線とを含み、かつ、前記第1の方向に対して平行な面を境界面と仮定すると、
前記第1エッチング用ビームは、前記境界面を介して分けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、前記第2エッチング用ビームは前記2つの領域のうちの他方の領域から照射されることを特徴とする成膜方法。 - 前記第1エッチング工程と、前記第2エッチング工程とは、前記基板を搬送する方向が逆向きであることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記第1エッチング用ビームの照射方向と前記第2エッチング用ビームの照射方向は、いずれも前記第1の方向に対して垂直であることを特徴とする請求項1または2に記載の成膜方法。
- 前記第1エッチング用ビームと前記法線とが交わる角度のうち鋭角側の角度、及び前記第2エッチング用ビームと前記法線とが交わる角度のうち鋭角側の角度は、いずれも10
°以上75°以下であることを特徴とする請求項1,2または3に記載の成膜方法。 - 前記成膜工程における成膜材料を基板に対して照射する方向は、前記法線と平行であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームは、イオンビームまたはレーザービームであることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 第1の方向に延在する凸部と前記第1の方向に延在する凹部とが、該第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に形成された基板に成膜を行なう成膜装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に備えられ、前記第2の方向に搬送される前記基板に向けて成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
前記チャンバー内の前記成膜材料照射装置の下流側に備えられ、前記成膜材料が成膜されて前記第2の方向に搬送される前記基板に向けて第1エッチング用ビームを照射する第1エッチング装置と、
前記チャンバー内の前記成膜材料照射装置の下流側に備えられ、前記第1エッチング用ビームが照射されて前記第2の方向に搬送される前記基板に前記第1エッチング用ビームとは異なる照射方向で第2エッチング用ビームを照射する第2エッチング装置と、
前記成膜材料照射装置、前記第1エッチング装置、及び前記第2エッチング装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームによる照射は、前記基板に成膜された薄膜への照射であり、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームにより照射される照射部と、搬送される基板を保持する保持部材による保持面の法線とを含み、かつ、前記第1の方向に対して平行な面を境界面と仮定すると、
前記第1エッチング用ビームは、前記境界面を介して分けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、前記第2エッチング用ビームは前記2つの領域のうちの他方の領域から照射されることを特徴とする成膜装置。 - 前記基板を搬送する基板搬送装置を備え、
前記制御装置は、前記基板搬送装置による搬送制御も行うことを特徴とする請求項7に記載の成膜装置。 - 前記チャンバー内には、前記成膜材料照射装置が備えられる領域と、前記第1エッチング装置及び前記第2エッチング装置が備えられる領域とが別々に設けられており、前記基板搬送装置によって、前記基板が各領域に搬送されることを特徴とする請求項8に記載の成膜装置。
- 前記第1エッチング装置と前記第2エッチング装置とは、共通のエッチング装置として構成され、前記第1エッチング用ビームの照射方向または前記第2エッチング用ビームの照射方向、あるいはそれらエッチング用ビームの照射方向の両方を可変とする可変機構を備えることを特徴とする請求項7,8または9に記載の成膜装置。
- 前記エッチング装置は、前記第1エッチング用ビームを照射する第1エッチング装置と、前記第2エッチング用ビームを照射する第2エッチング装置とを、別々に備えていることを特徴とする請求項7,8または9に記載の成膜装置。
- 前記制御装置は、前記成膜材料照射装置、第1エッチング装置、及び第2エッチング装
置のそれぞれを、予め設定された回数だけ繰り返し稼働させる制御を行うことを特徴とする請求項7,8または9に記載の成膜装置。 - 第1の方向に延在する凸部と前記第1の方向に延在する凹部とが、該第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に形成された基板に成膜を行う成膜装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に備えられ、前記第2の方向に搬送される前記基板に向けて成膜材料を照射する成膜材料照射装置と、
前記チャンバー内の前記成膜材料照射装置の下流側に備えられ、前記成膜材料が成膜されて前記第2の方向に搬送される前記基板に向けてエッチング用ビームを照射するエッチング装置と、
前記基板を搬送する基板搬送装置と、
前記エッチング装置によるエッチング用ビームの照射領域の外において、前記基板の向きを変更する基板方向変更機構と、
前記成膜材料照射装置、前記エッチング装置、及び前記基板搬送装置を制御する制御装置と、を備え、
前記エッチング装置により前記基板に向けて第1エッチング用ビームが照射された後に、前記基板方向変更機構により前記基板の向きが変更されて前記基板搬送装置により搬送され、前記エッチング装置により前記基板に向けて前記第1エッチング用ビームとは異なる照射方向で第2エッチング用ビームが照射されると共に、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームによる照射は、前記基板に成膜された薄膜への照射であり、
前記第1エッチング用ビーム及び前記第2エッチング用ビームにより照射される照射部と、搬送される基板を保持する保持部材による保持面の法線とを含み、かつ、前記第1の方向に対して平行な面を境界面と仮定すると、
前記第1エッチング用ビームは、前記境界面を介して分けられる2つの領域のうちの一方の領域から照射され、前記第2エッチング用ビームは前記2つの領域のうちの他方の領域から照射されることを特徴とする成膜装置。 - 前記チャンバー内には、前記成膜材料照射装置が備えられる領域と、前記エッチング装置が備えられる領域とが別々に設けられており、前記基板搬送装置によって、前記基板が各領域に搬送されることを特徴とする請求項13に記載の成膜装置。
- 前記制御装置は、前記成膜材料照射装置及び前記エッチング装置のそれぞれを、予め設定された回数だけ繰り返し稼働させる制御を行うことを特徴とする請求項13または14に記載の成膜装置。
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