(57)【要約】【課題】基板の成膜面を略鉛直下向きに保持して成膜を行う装置において、基板の昇降動作の信頼性を向上させる。【解決手段】  基板Ｓを固定した基板アダプタ２の一部を把持し昇降するクランプブロック３１の昇降部の内壁３５ａを単一の部材によって構成する。その結果、昇降部の内壁３５ａに構成部材の接合による段差が生じなくなり、昇降部の内壁３５ａとクランプブロック３１の隙間を小さくしても、クランプブロック３１やクランプブロックに把持された基板アダプタ２の一部が引っかかることを防止することができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態で成膜を行う成膜室を備えた成膜装置において、前記基板を固定する基板アダプタと、前記成膜室内において前記基板の被成膜面が略鉛直下向となるように前記基板アダプタの一部を把持するクランプブロックと、前記クランプブロックと結合し、昇降動作を行うことによって前記クランプブロックが把持した基板アダプタの成膜室内での移動および成膜室内の所定の位置での固定を行う昇降機構と、昇降動作によって前記クランプブロックおよびクランプブロックに把持された前記基板アダプタの一部が昇降する昇降部によって構成される基板保持機構を備え、前記昇降部の内壁が単一の部材で構成されることを特徴とする成膜装置
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置を二つ以上備え、前記成膜装置間において基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態でその基板を搬送する搬送装置を有することを特徴とする複合成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体やハードディスクの製造に使用されるスパッタ装置やＣＶＤ装置等の成膜装置及び複合成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の成膜装置、例えばスパッタ装置では基板の上面に膜を成膜していた。そのため、ステージ上に載置された基板の被成膜面上にダスト等の異物が付着しやすいという欠点があり、異物の付着によって膜に欠陥が生じるおそれがあった。また、基板搬送工程においても基板の成膜面を上方にして搬送を行っていたので同様の問題があった。
【０００３】
これの問題を解決するために、特許文献１では基板の成膜面を略鉛直下向きに保持した状態で成膜を行う成膜装置が開示されている。この成膜装置では図７に示すように基板Ｓを爪７１ｃおよびボルトＢを用いて基板アダプタ７１に固定し、この基板アダプタ７１の上面（基板Ｓが装着されている面７１ａとは反対側の面）に突設したヘッド部７１ｂを成膜装置の成膜室内に設置された基板保持機構で保持することによって成膜室内において基板の被成膜面が鉛直下向きになるように固定している。被成膜面が鉛直下方を向いているため、被成膜面および成膜面に微細な反応性生物やごみなどが付着するのを防止することができ、品質の高い膜を成膜することができる。
【０００４】
また、特許文献１では基板保持機構は成膜室の壁面と一体となっているが、これを独立した構造として成膜室に設置することも可能である。図６は独立した構造の基板保持機構を示す図である。図６の基板保持機構は基板アダプタ７をチャッキングするクランプブロック６１と、クランプブロック及び前記クランプブロックに把持された前記基板アダプタを鉛直方向に昇降させる昇降機構６２と前記クランプブロックを格納するハウジング６３と、前記基板アダプタと当接することによって、前記基板アダプタ及び基板アダプタに固定された前記基板を成膜室内の所定の位置に固定するステージ６４で構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１３１７４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の成膜装置では組立の容易性から図６に示すようにクランプブロックが昇降する昇降部６５はハウジング６３の一部とステージ６４の一部から構成されている。そのため、昇降部の内壁６５aにはハウジング６３とステージ６４の接合部Ａが存在することになり、昇降機構の組立精度によってはこの接合部に段差が生じることがある。昇降部の内壁６５aとクランプブロック６１の隙間は昇降動作時に基板アダプタのずれが生じないようできるだけ小さくする必要があり、そのため、接合部に生じた段差にクランプブロック６１やクランプブロック６１に把持された基板アダプタ７の一部が引っかかることがある。その結果、クランプブロック６１の昇降動作ができなくなり、成膜プロセスが途中で中断してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は基板保持機構の組立の容易性を損なわずにクランプブロックの昇降動作の信頼性を向上させた成膜装置の及び複合成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の成膜装置は、基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態で成膜を行う成膜室を備えた成膜装置において、前記基板を固定する基板アダプタと、前記成膜室内において前記基板の被成膜面が略鉛直下向となるように前記基板アダプタの一部を把持するクランプブロックと、前記クランプブロックと結合し、昇降動作を行うことによって前記クランプブロックが把持した基板アダプタの成膜室内での移動および成膜室内の所定の位置での固定を行う昇降機構と、昇降動作によって前記クランプブロックおよびクランプブロックに把持された前記基板アダプタの一部が昇降する昇降部によって構成される基板保持機構を備え、前記昇降部の内壁が単一の部材で構成されることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の複合膜成膜装置は、上記の成膜装置を二つ以上備え、その成膜装置間において基板の被成膜面を略鉛直下向きに保持した状態でその基板を搬送する搬送装置を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明の基板保持機構はクランプブロックを昇降機構によって降下させ、基板保持機構の下部に搬送された基板アダプタの一部を把持し、その後、クランプブロックを上昇させて基板アダプタおよび基板アダプタに固定された基板を成膜室内で移動させた後、所定の位置に固定する。
【００１０】
この動作の際に、昇降部内壁を単一の部材で構成することによって、昇降部の内壁に構成部材の接合による段差が生じなくなり、昇降部の内壁とクランプブロックの隙間を小さくしても、クランプブロックやクランプブロックに把持された基板アダプタの一部が昇降部の内壁に引っかかることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
このような機構によって、昇降動作のエラーを防止し、成膜プロセスが途中で中断することによる成膜の歩留まり低下を防ぐことができる。特に成膜室を２つ以上備えた成膜装置で基板の成膜面に２層以上の成膜を行う場合においては、各成膜室内での昇降動作の信頼性が向上するため、成膜室が１つの成膜装置よりもさらに成膜の歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明による成膜装置の一実施の形態を示す図であり、ECR−CVD装置の概略構成を示す図である。ECR−CVD装置の成膜室１内には、基板アダプタ２に固定された状態の基板Ｓが、基板保持機構３０により被成膜面Ｐを下向きにして装着されている。なお、基板アダプタ２およびそれを装置へ装着するための機構の詳細は後述する。ECRプラズマ発生部３は、磁場内にマイクロ波電力を供給して電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生し、成膜室１内にプラズマ流を導入するものである。
【００１３】
マイクロ波源４で発生した２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管５を介してプラズマ室６に導入すると、プラズマ室６においてマイクロ波放電が発生する。さらに、コイル７，８による磁場によってECR条件の磁束密度８７５Ｇを形成すると、電子サイクロトロン共鳴が生じて活性なECRプラズマが発生する。プラズマ室６内に発生したECRプラズマは、プラズマ窓９から発散磁界に沿って上方の成膜室１内に移動する。
【００１４】
バイアス電源部１０においては、バイアス電源１１がマッチングユニット１２を介して成膜室１内の基板アダプタ２に接続されており、成膜室１内に配置された基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は電圧モニタ１３により測定される。反応ガス導入部１４から成膜室１内に導入された反応ガスはECRによる高密度プラズマ内でイオン化され、上記負バイアス電圧によって基板Ｓの被成膜面Ｐ上に成膜される。例えば、DLC（Diamondlike Carbon）膜を成膜する場合には、エチレン（C2H4）、メタン（CH4）、プロパン（C3H8）等が成膜ガスとして反応ガス導入部１４から供給される。１５は成膜室１内の排気を行う排気ポンプであり、１６は成膜室１内の圧力を測定する圧力計である。なお、装置全体のコントロールや成膜条件の制御は制御部１７によって行われる。
【００１５】
図２は、基板Ｓが装着された基板アダプタ２の斜視図である。基板アダプタ２の下面２ａには、基板Ｓが爪２ｃおよびボルトＢを用いて固定される。基板アダプタ２の上面（基板ｓが装着される面２ａとは反対側の面）には、ヘッド部２ｂが突設されている。基板Ｓが装着された基板アダプタ２は、基板Ｓ側を鉛直下方状態にし、被成膜面Pが鉛直下方を向くようにして図１の成膜室１に搬送される。
【００１６】
図３は、図１の成膜室１の上部に設けられた基板保持機構３０の断面図である。基板保持機構３０は基板アダプタ２のヘッド部２ｂを把持するクランプブロック３１と、クランプブロック３１と結合し、鉛直方向に昇降させる昇降機構３２とクランプブロック３１を格納するハウジング３３と、前記基板アダプタ２と当接することによって、前記基板アダプタ及び基板アダプタに固定された前記基板を成膜室１内の所定の位置に固定するステージ３４で構成されている。クランプブロック３１、ハウジング３３、ステージ３４はオーステナイト系ステンレス鋼で作成されているが、この部材に限定される物ではなく、成膜プロセスの条件等によって最適な部材を適宜選択することができる。ハウジング３３は少なくとも昇降部の内壁３５ａが単一の部材で構成されるよう作られており、ステージ３４の中央に設けられた穴を貫通する構造となっている。この構造によってクランプブロックが昇降する昇降部３５の内壁３５ａに段差を生じることなく各構成部品を組み立てることができる。基板アダプタ２はヘッド部２ｂをクランプブロック３１に掛けるようにして把持される。この基板保持機構３０は成膜室１の上壁１ａに固定されており、成膜室内での基板の保持を行う。図１のバイアス電源１１およびマッチング回路１２はハウジング３３およびステージ３４を介して基板アダプタ２に接続されており、基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される。
【００１７】
成膜装置の成膜室１において基板アダプタがクランプブロックによって把持される様子について図４に基づいて説明する。基板アダプタ２が載置された搬送ロボット２１をクランプブロック３１に対して矢印Ｒ方向に移動させて、クランプブロック３１に形成された長孔部３１１にヘッド部２ｂの軸２０１を挿入する。次いで、クランプブロック３１を図３の昇降機構３２（エアシリンダ等が用いられる）により上方に引き上げると、ヘッド部２ｂがクランプブロック３１に掛かって基板アダプタ２がクランプブロック３１に吊り下げられることになる。
【００１８】
基板Ｓが装着された基板アダプタ２をクランプブロック３１に吊り下げたならば、クランプブロック３１を昇降機構３２によりさらに上方に引き上げて、基板アダプタ２を図３のステージ３４に当接させる。図３に示すようにクランプブロック３１が昇降する昇降部３５の内壁３５ａに段差がないため、ヘッド部２bを図３の昇降部の内面に引っかけることなく基板アダプタ２を図３のステージ３４に当接させることができる。
【００１９】
このようにして、基板Ｓが装着された基板アダプタ２が図１の成膜室１内に固定され、その後に、成膜プロセスが行われる。このように基板Ｓが固定された基板アダプタ２を昇降機構３２により上方に引き上げてステージ３４に当接させるようにしているので、振動などにより基板Ｓがずれたりせず確実に固定することができる。
【００２０】
図５は複数の成膜装置を一体とした複合成膜装置５０の一例を示す図である。図５の複合成膜装置５０は例えば磁気ヘッドに保護膜を形成する装置であり、搬送ロボット２１が設けられている搬送室５１に対して、ロードロック室５２，スパッタ装置５３、エッチング装置５４およびECR−CVD装置５５がゲートバルブ５６ａ〜５６ｄを介して一体に設けられている。スパッタ装置５３、エッチング装置５４およびECR−CVD装置５５の内部には図３に示す基板保持機構３０が設けられている。ロードロック室５２には、基板アダプタ２に装着された状態の基板Ｓを複数収納した基板カセット５７が装填される。図５では、複数の基板Ｓが紙面と垂直方向に並べて収納されている。また、基板カセット５７内では、基板Ｓの被成膜面Ｐ（図２参照）が鉛直下方を向くように収納される。
【００２１】
一例として図２の基板Sの被製膜面Ｐに第１層としてＳｉ薄膜を成膜し、第２層としてDLC（Diamondlike Carbon）薄膜を成膜する場合の成膜手順は以下のようになる。まず、ロードロック室５２を大気開放して、基板カセット５７をロードロック室５２に装填する。このとき、ゲートバルブ５６ｂ〜５６ｄは閉じており、搬送室５１，スパッタ装置５３、エッチング装置５４およびECR−CVD装置５５はそれぞれ真空排気されている。
【００２２】
次に、ロードロック室５２を真空排気した後、ゲートバルブ５６ａを開いて搬送ロボット２１により基板カセット５７から基板Ｓが装着された基板ホルダ２を一つ取り出し、ゲートバルブ５６ａを閉じた後にゲートバルブ５６ｃを開いてエッチング装置５４に装填する。エッチング装置５４内でも、基板アダプタ２は図３に示した基板保持機構３０により所定の位置にセットされる。
【００２３】
その後、ゲートバルブ５６ｃを閉じてエッチングにより基板Ｓの被成膜面Ｐを洗浄して酸化膜等を除去する。このエッチングも基板Ｓの被成膜面Ｐを下に向けて行う。エッチングが終了したならば、ゲートバルブ５６ｃを開いて基板Ｓをエッチング装置５４より取り出し、ゲートバルブ５６ｃを閉じた後にゲートバルブ５６ｂを開いて基板Ｓをスパッタ装置５３に装填する。スパッタ装置５３でも基板アダプタ２は図３に示した基板保持機構３０により所定の位置にセットされ、基板Ｓの被成膜面Ｐを下向きにした状態でスパッタが行われる。スパッタ装置５３では、スパッタ法によりＳｉ層を基板Ｓの被成膜面Ｐ上に所定厚さだけ成膜する
【００２４】
次いで、スパッタが終了したならば、ゲートバルブ５６ｂを開いてスパッタ装置５３から磁気ヘッド基板６０を取り出し、ゲートバルブ５６ｂを閉じた後にゲートバルブ５６ｄを開いて磁気ヘッド基板６０をECR−CVD装置５５に装填する。上述したように、基板アダプタ２は図3に示す基板保持機構３０によりセットされ、磁気ヘッド基板６０を下向きにした状態で下方からECR成膜が行われる。ECR−CVD装置５５では、ECR−CVD法によりDLC膜をＳｉ層が成膜された被成膜面Ｐ上に所定厚さだけ成膜する。DLC膜の成膜が終了したならば、ゲートバルブ５６ｄを開いて磁気ヘッド基板６０をECR−CVD装置５５から取り出し、ゲートバルブ５６ｄを閉じた後にゲートバルブ５６ａを開いて磁気ヘッド基板６０をロードロック室５２の基板カセット５７に収納する。
【００２５】
このようにして一つの基板Ｓについて成膜が終了したならば、基板カセット５７にセットされた二つ目以降の基板Ｓについて同様の成膜を行った後、ロードロック室５２を大気開放して基板カセット５７，５８を取り出す。なお、上述した一連の成膜，エッチングおよび搬送工程においては、基板Ｓの被成膜面は常に下向きの状態で同一の基板アダプタ２にセットされている。
【００２６】
なお、図5では３つの成膜装置５３，５５，エッチング装置５４を共通の搬送室５１を介して一体に接続したが、各装置５３〜５５を共通の搬送室５１を介することなく、独立して配置されていても良い。この場合も各装置間で基板アダプタ２により基板の被成膜面を下に向けて搬送する。また、搬送室５１にはスパッタ装置５３およびECR−CVD装置５５のような成膜装置の他に、一連の成膜プロセスにおいて必要となるエッチング装置５４も設けられているが、本発明では、このような一連の成膜プロセスに必要な装置も成膜装置とみなして扱う。さらに、搬送室５１に接続される装置は３つに限定されない。
【００２７】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の主旨の範囲で適宜変更や修正を加えることができるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による成膜装置の一実施の形態を示す図であり、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】基板Ｓが装着された基板アダプタ２の斜視図である。
【図３】本発明による基板保持機構の構成を示した説明図である。
【図４】基板搬送機構２１による基板アダプタ２のクランプブロック３１への装着を説明する図である。
【図５】複数の成膜装置を一体とした複合成膜装置を示す図である。
【図６】従来の基板保持機構の構成を示した説明図である。
【図７】従来の基板アダプタ７１の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  成膜室、  １a  上壁、  ２  基板アダプタ、  ３  ＥＣＲプラズマ発生部、
４  マイクロ波源、  ５  導波管、  ６  プラズマ室、  ７  コイル、  ８  コイル、
９  プラズマ窓、  １０  バイアス電源部、  １１  バイアス電源、
１２  マッチングユニット、  １３  電圧モニタ、  １４  反応ガス導入部、
１５  排気ポンプ、  １６  圧力計、  １７  制御部、
２ｂ  ヘッド部、  ２ｃ  爪、  ２０１  軸、  ２１  基板搬送装置、
３０  基板保持機構、  ３１  クランプブロック、  ３２  昇降機構、  
３３  ハウジング、  ３４  ステージ、  ３１１  長孔部、  ３５昇降部、  
３５ａ  内壁  
５１  搬送室、  ５２  ロードロック室、  ５３  スパッタ装置、
５４  エッチング装置、  ５５  ＥＣＲ−ＣＶＤ装置、５６a〜５６ｄ  ゲートバルブ、
５７  基板カセット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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