(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバーと、
前記処理チャンバーと大気側との間で基板が搬送される際に基板が一時的に滞留するロードロックチャンバーとを備える薄膜作成装置であって、
前記処理チャンバーと前記ロードロックチャンバーとは内部空間が気密に連通するようにして接続されており、
前記ロードロックチャンバーは、１枚又は２枚のみの基板が内部に滞留するものであって、内部を所定の真空圧力に排気する排気系と、
内部を大気圧に戻すベントガス導入系と、
成膜処理に先立ち基板を加熱して脱ガスを行う脱ガス機構と、
成膜処理後に基板を冷却する冷却機構と、
前記冷却機構による基板冷却後に前記ベントガス導入系によりベントを行なうように制御するコントローラとを備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記脱ガス機構による加熱及び前記冷却機構による冷却のいずれか一方のみが行われるよう制御するコントローラが設けられていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記脱ガス機構は、基板を輻射加熱するランプヒータによって構成されているとともに、前記冷却機構は、面接触して基板を保持するロック内ステージに冷媒を供給する機構によって構成されており、前記コントローラは、脱ガス時には基板をロック内ステージから離間させた位置で保持しながらランプヒータからの輻射線が基板に到達するようにし、冷却時には基板をロック内ステージに面接触させるようにする制御を行うものであることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記ロック内ステージは、脱ガス機構による加熱又は冷却機構による冷却の際に基板をステージに静電吸着する静電吸着機構とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ロードロックチャンバーは、
前記脱ガスを行う脱ガス機構を備える第一ロードロックチャンバーと、
前記冷却機構を備える第二ロードロックチャンバーとを有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記第一及び第二ロードロックチャンバーは、滞留する基板と平行な方向に沿って積層されたものであり、両者の境界部分には、断熱部又は前記第一ロードロックチャンバーからの熱を除去して前記第二ロードロックチャンバーに伝わらないようにする冷却部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記ベントガス導入系は、第一の排気速度で排気後、前記第一の排気速度より高い排気速度で排気するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記処理チャンバーは、スパッタリングチャンバーであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記冷却機構は前記ロック内ステージに設けられた空洞に冷媒を供給する機構であり、空洞に接続された冷媒供給管及び冷媒排出管と、前記冷媒排出管を通して排出された冷媒を所定温度に冷却しながら前記冷媒供給管を通して空洞内に供給するサーキュレータから構成されている請求項３に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
１枚又は２枚のみの基板が内部に滞留するロードロックチャンバーであって、
内部を所定の真空圧力に排気する排気系及び内部を大気圧に戻すベントガス導入系と、
成膜処理に先立ち基板を加熱して脱ガスを行う脱ガス機構と、
成膜処理後に基板を冷却する冷却機構と、
前記冷却機構による基板冷却後に前記ベントガス導入系によりベントを行なうように制御するコントローラとを備えることを特徴とするロードロックチャンバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願の発明は、ロードロックチャンバーを備えた薄膜作成装置に関するものであり、特に大気側とスパッタチャンバーとの間に設けられるロードロックチャンバーの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは、対象物の表面に薄膜を作成する技術として産業の各分野で多用されている。特に、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイスや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の表示装置の製造においては、各種導電膜や絶縁膜の作成にスパッタリング装置が頻繁に使用されている。
このような基板処理装置には、大きく分けて、複数の基板を一括して処理するバッチ式の装置と、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置がある。バッチ式装置は、加熱炉を使用した酸化装置等でよく見られるが、スパッタリング装置では、基板相互の処理の均一性や再現性を考慮して枚葉式の装置が多い。
【０００３】
枚葉式装置の最も単純な構成は、所定の処理を行う処理チャンバーがあり、この処理チャンバーに対して基板を１枚ずつ搬入して成膜処理し、１枚ずつ取り出す構成である。しかしながら、この構成では、基板の出し入れの際に処理チャンバーの内部が外部の雰囲気に晒されてしまい、処理の品質を損ねるという問題がある。特に、処理チャンバーが真空を利用する真空チャンバーである場合が多く、基板の出し入れの際に大気に開放されると、処理の度に真空排気を行わなければならず、生産性が悪いという問題がある。
このような問題のため、通常は、基板の出し入れの際に基板が一時的に滞留するロードロックチャンバーを設け、このロードロックチャンバーを処理チャンバーに対して気密に接続するようにする。処理チャンバーとロードロックチャンバーとの間のゲートバルブが開いている時は、ロードロックチャンバーの大気側のゲートバルブは閉じられ、処理チャンバーは直接大気に晒されない構成とされる。
【０００４】
このようなロードロックチャンバーを備えたスパッタリング装置では、通常、複数枚の基板をロードロックチャンバー内に収容可能に構成される。具体的には、ロードロックチャンバー内には、基板を１０〜２０数枚程度収容可能なカセットが設けられている。
また、ロードロックチャンバーの外には、ロードロックチャンバー内のカセット（以下、ロック内カセット）と同様の構造のカセット（以下、外部カセット）が設けられている。そして、外部カセットとロック内カセットとの間で基板の搬送を行う機構としてオートローダと呼ばれる機構が設けられている。オートローダは、未処理の基板を外部カセットから１枚ずつ取り出してロック内カセットに収容するとともに、処理済みの基板を１枚ずつロック内カセットから取り出して外部カセットに収容するようになっている。オペレータは、所定数の未処理の基板を収容した外部カセットを装置のロードステーションにセットし、所定数の処理済みの基板が収容されている外部カセットを回収する作業を行う。
尚、処理済みの基板をロードロックチャンバーから取り出す際には、ロードロックチャンバー内にベントガスを導入して大気圧に戻すベントの動作が行われる。ベントの後、ロードロックチャンバーの大気側のゲートバルブが開けられ、処理済みの基板が取り出される。また、未処理の基板を搬入した場合、ロードロックチャンバーの大気側のバルブ及び処理チャンバー側のバルブを閉じ、ロードロックチャンバー内を所定の真空圧力まで排気する排気動作が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置において、ロードロックチャンバー内のカセットの基板収容枚数が多くなる傾向にある。これは、ロードロックチャンバーのベント及び排気の頻度をなるべく少なくしたいという事情がある。ベントや排気の頻度が多くなると、装置全体の生産性が低下する恐れがある。このため、従来の装置では、ロードロックチャンバー内の基板収容枚数を多くし、ベント及び排気の動作のインターバルを長くするようにしている。
しかしながら、基板収容枚数が多くなると、必然的にロック内カセットが大型化する。これに伴い、ロードロックチャンバー自体も大型化する傾向がある。ロードロックチャンバーが大型化すると、真空に排気すべき空間が大きくなるから、所定の到達圧力まで排気するのに要する時間が長くなってしまう。従って、せっかく多数の基板を収容できるようにして排気動作の頻度を少なくしても、一回の排気動作の所要時間が長くなってしまい、生産性の向上にあまり貢献できない。
また、ロードロックチャンバー内のパーティクル（基板を汚損する微粒子の総称）の舞い上がり等を防止するため、ベントガスの流量は、ある程度以下に抑える必要がある。従って、ロードロックチャンバーが大きくなると、大気圧に戻すまでに必要なベントガス導入に要する時間（ベント時間）が長くなり、やはり生産性が低下する。
さらに、スパッタリング装置では、基板は高温状態で成膜処理されるため、処理チャンバーから搬出された基板は室温より高い高温である。基板は、ロードロックチャンバーを経由することで、室温程度まで降温するが、従来の装置では、降温の仕方が基板によってばらついたり、降温が不充分なためにベント時に基板の表面が変性したりする問題が生ずることがあった。
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ロードロックチャンバーのベントや排気に要する全体の時間を短縮するとともに、成膜後の要因による基板の変性等の問題を効果的に解決する技術的意義を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、処理チャンバーと、前記処理チャンバーと大気側との間で基板が搬送される際に基板が一時的に滞留するロードロックチャンバーとを備える薄膜作成装置であって、処理チャンバーとロードロックチャンバーとは内部空間が気密に連通するようにして接続されており、前記ロードロックチャンバーは、１枚又は２枚のみの基板が内部に滞留するものであって、内部を所定の真空圧力に排気する排気系と、内部を大気圧に戻すベントガス導入系と、成膜処理に先立ち基板を加熱して脱ガスを行う脱ガス機構と、成膜処理後に基板を冷却する冷却機構と、前記冷却機構による基板冷却後に前記ベントガス導入系によりベントを行なうように制御するコントローラを備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項９記載の発明は、１枚又は２枚のみの基板が内部に滞留するロードロックチャンバーであって、内部を所定の真空圧力に排気する排気系及び内部を大気圧に戻すベントガス導入系と、成膜処理に先立ち基板を加熱して脱ガスを行う脱ガス機構と、成膜処理後に基板を冷却する冷却機構と、前記冷却機構による基板冷却後に前記ベントガス導入系によりベントを行なうように制御するコントローラとを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
まず、図１及び図２を用いて本願発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本願発明の第一の実施形態のスパッタリング装置の構成を示す平面概略図であり、図２は、図１の装置のＸ−Ｘでの断面概略図である。図１に示す装置は、内部で基板９に対してスパッタリングによる成膜処理がなされるスパッタチャンバー１と、スパッタチャンバー１に対して気密に連続しているロードロックチャンバー２と、ロードロックチャンバー２を経由して大気側とスパッタチャンバー１との間で基板９の搬送を行う搬送機構とを備えている。
【０００８】
本実施形態の装置は、マルチチャンバータイプの装置の一種であり、真ん中に搬送チャンバー３が設けられ、その周囲にスパッタチャンバー１やロードロックチャンバー２が気密に接続されている。本実施形態では、二つのロードロックチャンバー２が設けられており、いずれもアンロードロックチャンバーに兼用されている。また、スパッタチャンバー１以外の他の処理チャンバー４，５が同様に搬送チャンバー３の周囲に気密に接続されている。他の処理チャンバーの一つ４は、成膜前に基板９をエッチングする前処理エッチングチャンバーである。各チャンバー１，２，３，４，５は、専用の排気系（図１中不図示）を備えた気密な真空容器である。
尚、搬送チャンバー３と各チャンバー１，２，４，５の接続箇所にはゲートバルブ８が設けられている。また、「スパッタチャンバーに対して気密に連続しているロードロックチャンバー」とは、この実施形態のように搬送チャンバー等の他のチャンバーが介在している場合と、スパッタチャンバーに対してロードロックチャンバーが直接接続されている場合とも含む概念である。
【０００９】
搬送機構としては、本実施形態では、二つの機構が設けられている。一つは、大気側と各ロードロックチャンバー２内との間で基板９を搬送するオートローダ６１である。他の一つは、搬送チャンバー３内に設けられた搬送ロボット６２である。搬送ロボット６２は、搬送チャンバー３を経由し、各ロードロックチャンバー２と各処理チャンバー１，４，５との間、又は、各処理チャンバー１，４，５の間で基板９の搬送を行うよう構成されている。
【００１０】
次に、本実施形態の装置の大きな特徴点を成すロードロックチャンバー２の構成について詳説する。
まず、前述したように従来は大気開放回数を少なくするためにロードロックチャンバー２内の基板９収容枚数が増加する傾向があったが、本実施形態では、この傾向から１８０度転換し、ロードロックチャンバー２は、１枚の基板９のみを収容可能なものとした。このため、ロードロックチャンバー２を極限までに小型化することが可能となり、占有面積を小さくすることができている。そして、内部空間の小さいロードロックチャンバー２であるため、各ロードロックチャンバー２内を排気系２３によって排気する際の所要時間（以下、排気時間）は、従来に比べて格段に短くなっている。
また、図１及び図２から分かるように、搬送チャンバー３は多角筒状のものであり、その側面に二つのロードロックチャンバー２が接続されている。二つのロードロックチャンバー２は、上下に積層させて設けてもよい。積層すると、さらに占有面積の低減が図れる。
【００１１】
また、本実施形態では、ロードロックチャンバー２の排気系２３は、いわゆる二段階排気を行うものとなっている。具体的には、排気系２３は、排気管によってロードロックチャンバー２につながれた真空ポンプ２３１と、排気管上に設けられた開閉バルブ２３２及び排気速度調整器２３３から構成されている。本実施形態の装置は、装置の各部を制御する不図示のコントローラを有している。コントローラは、排気速度調整器２３３を制御して、最初は低い排気速度で排気し、その後は、高い排気速度で排気するようにする。
【００１２】
このような制御は、ロードロックチャンバー２内でのパーティクルの舞い上がり等を防止する技術的意義を有する。前述したように、ロードロックチャンバー２は、大気に開放されるチャンバーである。従って、排気系２３による排気を開始した当初は、ロードロックチャンバー２内の圧力は高い。従って、当初から高い排気速度で排気すると、ロードロックチャンバー２内に大きな気流が生じやすく、これが原因で、パーティクルの舞い上がりが生じやすい。この場合のパーティクルは、大気側からロードロックチャンバー２内に進入した塵や埃、スパッタチャンバー１からロードロックチャンバー２内に進入したスパッタ粒子の塊等である。パーティクルの舞い上がりが生ずると、パーティクルが基板９の表面に付着する可能性が高くなり、回路の断線やショート、パーティクルの薄膜中への混入による膜質低下、膜の付着力低下等の問題を生ずることになる。
【００１３】
このようなことを考慮し、本実施形態では、上記のように、当初は低い排気速度で排気し、その後、高い排気速度で排気するようにしている。このため、パーティクルの舞い上がり等を防止しつつ、比較的短時間に所定の真空圧力まで排気できるようになっている。高い排気速度で排気するのは、パーティクルの舞い上がり等がない程度の真空圧力に達してからであり、この圧力は１００〜２００Ｐａ程度である。排気速度の値は、ロードロックチャンバー２の内寸が前述した程度である場合、当初は１０００〜１５００リットル／分程度、その後は２００００〜３００００リットル／分程度である。
【００１４】
また、ロードロックチャンバー２が備えるベントガス導入系２４の構成も、同様にパーティクルの舞い上がり等を防止したものとなっている。ベントガス導入系２４は、ベントガス導入管上に設けられた主ベントバルブ２４１と、ベントガスの流量を調整する可変コンダクタンスバルブ２４２等から構成されている。ベントガスとしては、例えば乾燥空気が導入される。
【００１５】
コントローラは、可変コンダクタンスバルブ２４２を制御し、当初は少ない流量でベントガスを導入し、その後、大きな流量で導入するようにする。具体的には、当初のベントガスの流量は、１０〜１００ｃｃ／分程度、その後は１０００〜２０００ｃｃ／分程度にする。ベントガスの流量を大きくするタイミングとしては、ロードロックチャンバー２内の圧力が１００〜２００Ｐａ程度になった時点とする。このような二段階ベントにより、パーティクルの舞い上がり等を防止しつつ、比較的短時間にロードロックチャンバー２内を大気圧に戻すことができるようになっている。尚、ロードロックチャンバー２内が大気圧に近づくに従いベントガスの流量は再び小さくなり、大気圧に一致した時点で実質的にゼロになる。
【００１６】
本実施形態におけるロードロックチャンバー２の別の特徴点は、ロードロックチャンバー２が、成膜前に基板９に脱ガス即ち吸蔵ガスの放出を行わせる脱ガス機構２１を備えている点である。脱ガス機構２１は、基板９を所定温度に加熱して脱ガスを行わせる機構である。
脱ガス機構２１は、ロードロックチャンバー２内を仕切る隔壁２１１と、隔壁２１１を通して基板９を輻射加熱するランプヒータ２１２と、ランプヒータ２１２の背後に設けられた反射ミラー２１３から主に構成されている。隔壁２１１は、ロードロックチャンバー２内を気密に仕切るものであり、ランプヒータ２１２が配置された側の空間は大気圧、基板９が配置される側の空間は真空に排気される空間である。ランプヒータ２１２は、赤外線ランプ等であり、隔壁２１１は、ランプヒータ２１２からの光を効率よく透過させる石英ガラス等で形成されている。
【００１７】
また、各ロードロックチャンバー２内の基板９が配置される側の空間には、１枚のみの基板９を面接触して保持するロック内ステージ２２が設けられている。ロック内ステージ２２は、上面に基板９を載置して保持する台状の部材である。ロック内ステージ２２の上面は、基板９より少し大きい。
ロック内ステージ２２には、基板９の受け渡しの際に昇降する昇降ピン２２１が設けられている。昇降ピン２２１は、例えば正方形を成す位置関係になるように四つ設けられている。各昇降ピン２２１は、ロック内ステージ２２に設けられた貫通穴に挿通されている。ロードロックチャンバー２の下方には、小型のソレノイド又はエアシリンダ等の直線駆動源２２２が設けられており、各昇降ピン２２１はこの直線駆動源２２２によって所定の短い距離だけ昇降するようになっている。尚、昇降ピン２１１はロードロックチャンバー２の底板部分を貫通しているが、この部分にはメカニカルシールのような真空シール又はベローズ等が設けられており、ロードロックチャンバー２内の真空のリークが防止されている。
【００１８】
本実施形態におけるロードロックチャンバー２のさらに別の特徴点は、ロードロックチャンバー２が、成膜後に基板９を冷却する冷却機構２５を備えている点である。冷却機構２５は、ロック内ステージ２２に設けられた空洞に冷媒を供給する機構であり、空洞に接続された冷媒供給管２５１及び冷媒排出管２５２と、冷媒排出管２５２を通して排出された冷媒を所定温度に冷却しながら冷媒供給管２５１を通して空洞内に供給するサーキュレータ２５３等から構成されている。冷媒としては、例えばガルデンが使用され、サーキュレータによって０〜１０℃程度の低温に維持されて空洞に送られる。
【００１９】
尚、コントローラは、各ロードロックチャンバー２の機能として、脱ガスを行うのか、冷却を行うのかを正しく選択するようになっている。脱ガスを行う場合、ランプヒータ２１２を動作させるのに併せて、冷却機構２５による冷却を解除する制御が行われる。具体的には、冷媒をロック内ステージ２２から回収しておき、ランプヒータ２１２からの熱によって冷媒が加熱されないようにする。そして、冷却を行う場合、ランプヒータ２１２を動作させないようにしながら、冷媒をロック内ステージ２２の空洞に供給する。
【００２０】
次に、ロードロックチャンバー２以外の構成について説明する。
まず、ロードロックチャンバー２の外の大気側には、外部カセット６３を配置するロードステーション６４が設けられている。ロードステーション６４は、所定数の基板９を収容した外部カセット６３を所定位置に保持するためのものである。
そして、オートローダ６１は、外部カセット６３から基板９を１枚取り出して一つのロードロックチャンバー２のロック内カセットに搬送することが可能となっている。このオートローダ６１には、アームの先端に基板９を載せて搬送する多関節ロボットが採用されている。オートローダ６１は、アームを水平面内で移動させることが可能であるとともにアームを上下動させることが可能となっている。
【００２１】
また、搬送チャンバー３内に設けられた搬送ロボット６２には、オートローダ６１と同様に、アームの先端に基板９を載せて搬送する多関節ロボットが採用されている。この多関節ロボットも、水平面内でのアームの移動が可能であるとともにアームを上下動させることが可能となっている。但し、搬送チャンバー３内は真空雰囲気なので、真空中で動作するものが採用されている。また、搬送ロボット６２は、オートローダ６１とは異なり、同時に二枚の基板９を搬送できるよう二つのアームを備えている。二つのアームは、独立又は連動して移動することが可能となっている。
【００２２】
また、図１に示すように、本実施形態では二つのスパッタチャンバー１が設けられている。二つのスパッタチャンバー１は、全く同一の構成とされる場合もあるし、プロセスの内容に応じて異なった構成とされる場合もある。同一の構成は、一つの成膜工程を二つに分けて行うことでタクトタイムを短縮する場合等に採用される。また、異なる構成は、例えばチタンと窒化チタンとを積層するバリア膜の作成のように、異種薄膜を積層する場合等に採用される。
【００２３】
各スパッタチャンバー１は、図２に示すように、内部を排気する排気系１１と、内部にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、被スパッタ面がスパッタチャンバー１内に露出したターゲット１３１を含むカソード１３と、カソード１３に対向する位置に基板９を保持する基板ホルダー１４等を備えている。ターゲット１３１は、作成される薄膜の材料から成る。カソード１３には、カソード１３に負の直流電圧又は高周波電圧を印加してスパッタ放電を生じさせるスパッタ電源１５が接続されている。
【００２４】
プロセスガス導入系１２によってアルゴンのようなプロセスガスが所定の流量で導入されている状態でスパッタ電源１５を動作させると、スパッタ放電が生じてターゲット１３１がスパッタされ、基板ホルダー１４上の基板９の表面に所定の薄膜が作成される。尚、成膜時に基板ホルダー１４に高周波電圧を印加してスパッタ放電によるプラズマと高周波との相互作用により基板９の表面に自己バイアス電圧を与えるよう構成される場合がある。自己バイアス電圧は負の直流分の電圧であり、プラズマ中から正イオンを引き出して基板９に入射させるよう働く。
【００２５】
また、前処理エッチングチャンバー４は、スパッタエッチングにより基板９の表面の保護膜又は自然酸化膜を除去するチャンバーである。保護膜や自然酸化膜が表面に形成されたままでスパッタリングによる成膜を行うと、薄膜の密着性や付着性が悪くなったり、導通性等の電気的性質が不充分になったりする問題がある。
前処理エッチングチャンバー４は、高周波放電を生じさせて基板９の表面をスパッタエッチングする構成とされる。具体的には、上面に載せて基板９を保持する基板ホルダーを介して高周波電界を設定する高周波電源を設ける。高周波電源と基板ホルダーとの間に、自己バイアス電圧用のキャパシタンスを設ける。アルゴン等の不活性ガスを前処理エッチングチャンバー４内に導入し、高周波電源によって高周波電界を設定して高周波放電を生じさせる。高周波放電によりプラズマが形成されるとともに、基板９に自己バイアス電圧が与えられる。自己バイアス電圧により、プラズマからイオンが引き出されて基板９の表面に入射し、基板９の表面の保護膜又は自然酸化膜がスパッタエッチングされて除去される。
【００２６】
次に、図１及び図２に示す第一の実施形態の装置の全体の動作について説明する。
まず、一方のロードロックチャンバー２の大気側のゲートバルブ８が開き、オートローダ６１が外部カセット６３から１枚の基板９を取り出して一方のロードロックチャンバー２に搬送する。一方のロードロックチャンバー２内では、予め昇降ピン２２１が上昇して所定の上昇位置に位置しており、搬入された基板９はこの昇降ピン２２１上に載せられる。そして、直線駆動源２２２が動作して昇降ピン２２１が所定距離下降する。この結果、基板９がロック内ステージ２２の上面に載置される。
【００２７】
その後、大気側のゲートバルブ８は閉じられ、ロードロックチャンバー２内は、前述したように排気系２３により二段階排気される。排気と並行して、ランプヒータ２１２が動作し、基板９が輻射加熱される。この結果、基板９の脱ガスが行われる。尚、ロック内ステージ２２には、必要に応じて熱電対のような温度センサが設けられる。温度センサからの信号は、ランプヒータ２１２の電源に送られ、基板９の加熱温度が負帰還制御される。
【００２８】
また、他方のロードロックチャンバー２の大気側のゲートバルブ８が開き、オートローダ６１が次の基板９を外部カセット６３から取り出し、他方のロードロックチャンバー２に搬送する。基板９が上昇位置の昇降ピン２２１の上に載せられる。そして、同様にして昇降ピン２２１の下降により基板９がロック内ステージ２２に載置され、ロードロックチャンバー２内の排気と脱ガスが行われる。
【００２９】
次に、一方のロードロックチャンバー２の搬送チャンバー３側のゲートバルブ８が開き、搬送ロボット６２によって基板９が一方のロードロックチャンバー２から前処理エッチングチャンバー４に搬送される。そして、前処理エッチングチャンバー４で、前述した通り前処理エッチングが行われた後、この基板９は、スパッタチャンバー１に搬送される。スパッタチャンバー１での処理の間、次の基板９が前処理エッチングチャンバー４に搬送され、前処理エッチングが行われる。空になったロードロックチャンバー２には、次の未処理の基板９が順次搬送される。
【００３０】
スパッタリングによる成膜処理が終了した基板９は、搬送ロボット６２によりいずれかのロードロックチャンバー２に戻される。基板９は、同様に昇降ピン２２１によってロック内ステージ２２に受け渡される。この際、コントローラは、ランプヒータ２１２による加熱が停止状態になっているのを確認するとともに、予め冷媒をロック内ステージ２２の空洞に供給してロック内ステージ２２を冷却しておく。成膜後の基板９は、１００℃〜２００℃程度であるが、ロック内ステージ２２に載置されることで、３０〜６０秒程度の間に室温程度まで冷却される。
冷却と並行して、ロードロックチャンバー２のベントが行われる。コントローラは、主ベントバルブ２４１を開けた後、可変コンダクタンスバルブ２４２を制御し、前述した通り、二段階ベントを行う。ベントが終了してロードロックチャンバー２内が大気圧になった後、ロードロックチャンバー２の大気側のゲートバルブ８が開き、処理済みの基板９はオートローダ６１により外部カセットに搬出される。
【００３１】
このような動作を繰り返し、いずれかのロードロックチャンバー２を経由して前処理エッチングチャンバー４及びスパッタチャンバー１に基板９を１枚ずつ搬送して枚葉処理を行い、いずれかのロードロックチャンバー２を経由して外部カセットに戻す。外部カセット６３に当初収容されていた最後の基板９が処理されて元の位置に戻ると、外部カセット６３に当初収容されていたすべての基板９に対する処理が終了したことになる。
【００３２】
上述した本実施形態の装置の動作において、各ロードロックチャンバー２が１枚の基板９を収容するのみであり、各ロードロックチャンバー２が充分に小型化されているので、従来に比べて大気から所定の真空圧力までの排気する回数は増えるものの、一回の排気に要する時間が格段に短くなっている。また同様に、ベントの回数は増えるものの、一回のベントに要する時間が格段に短くなっている。このため、装置の生産性は全体として大きく向上している。
【００３３】
また、ロードロックチャンバー２が脱ガス機構を備えているので、別途脱ガス用の処理チャンバーを設ける必要がない。このため、処理チャンバーの数が少なくて済み、装置コストの低減、装置の専有面積の低減等が図れる。
また、ロードロックチャンバー２が冷却機構２５を備えていることは、成膜後の要因による膜質の劣化や不安定化等の問題を防止するという技術的意義をもたらす。以下、この点について説明する。
前述したように、成膜済みの基板９は、ベントされたロードロックチャンバー２内で大気に触れる。この際、基板９の温度が高いと、作成された薄膜の表面酸化のような変性が生じることがある。図３は、この点を確認した実験の結果について示した図である。
【００３４】
図３に示す実験では、基板９の表面にスパッタリングによりアルミ膜を作成し、その後、ロードロックチャンバー２に戻した。この際、前述したようにロック内ステージ２２に載置して冷却した後にロードロックチャンバー２をベントした場合と、昇降ピン２２１への載置のみでロック内ステージ２２には載置しないまま放置して冷却せずにベントした場合とで、膜質がどのように変わるかを比較した。膜質の比較は、シート抵抗値を図ることにより行った。
【００３５】
図３の横軸は、成膜処理された基板９の枚数、縦軸は、各基板９におけるシート抵抗値（相対値）である。図３中、実線は冷却を行った後ベントした場合、点線は冷却を行わずにベントした場合である。図３に示すように、冷却を行わずにベントした場合、冷却を行った場合に比べるとシート抵抗値は３０〜４０％程度高い。この結果は、高温状態で大気に触れる結果、薄膜の表面が酸化し、これが原因で抵抗値が増したものと推測される。
【００３６】
このようなシート抵抗値の増加が生ずると、製作される素子の動作特性を悪化させたりことがある。また、従来の装置では、成膜された基板９は１枚ずつロードロックチャンバー２に搬送され、所定枚数の基板９が溜まった後、ベントが行われる。この構成では、成膜後にベントされるまでの時間が基板９毎に異なるため、ベント時の基板９の温度も基板９毎に異なる。この結果、上述した膜質の劣化がばらついて生じてしまう。一方、本実施形態の装置によれば、１枚のみ基板９を収容して冷却後にベントを行う構成なので、膜質の劣化やバラツキ等がなく、高品質の薄膜を高い再現性で作成することができる。
【００３７】
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。
図４は、第二の実施形態の装置の主要部を示したものであり、第二の実施形態の装置におけるロードロックチャンバー２の断面概略図である。第二の実施形態の装置では、脱ガス機構２１は、ロック内ステージ２２に設けられたジュール発熱ヒータ２１４と、ジュール発熱ヒータ２１４に接続されたヒータ電源２１５とから主に構成されている。ロック内ステージ２２には、不図示の熱電対等の温度センサが設けられており、温度センサからの信号によりヒータ電源２１５は負帰還制御される。尚、本実施形態におけるロードロックチャンバー２も、同様の排気系及びベントガス導入系を備えているが、図４では図示が省略されている。
【００３８】
また、本実施形態の装置では、基板９をロック内ステージ２２に静電吸着する静電吸着機構２６が設けられている。ロック内ステージ２２は、金属製のステージ本体２２３と、ステージ本体２２３の上側に設けられた誘電体ブロック２２４とよりなる。ジュール発熱ヒータ２１４は、ステージ本体２２３内に設けられている。
【００３９】
静電吸着機構２６は、誘電体ブロック２２４内に設けられた吸着電極２６１と、吸着電極２６１に接続された吸着電源２６２とから主に構成されている。吸着電極２６１は一対のものであり、吸着電源２６２は互いに極性の異なる直流電圧を各吸着電極２６１に印加するものである。吸着電極２６１に印加された電圧により誘電体ブロック２２４に誘電分極が生じ、表面に静電気が誘起される。これにより、基板９が静電吸着される。
【００４０】
本実施形態の構成によると、脱ガス機構２１がロック内ステージ２２に設けられているので、第一の実施形態のロードロックチャンバー２内を仕切る必要がなく、ロードロックチャンバー２内の構造がシンプルになる。また、基板９がロック内ステージ２２に静電吸着されるので、加熱の効率が高く、脱ガスを短時間に行うことができる。
【００４１】
尚、本実施形態においても、ロードロックチャンバー２が成膜後の基板９の冷却の機能を備えるようにすることは可能である。具体的には、ステージ本体２２３内に第一の実施形態の同様の空洞を設け、冷媒を供給するようにする。この場合も、コントローラからの指示により、ロック内ステージ２２で脱ガスを行うのか、成膜後の冷却を行うのかが選択され、脱ガス機構２１又は冷却機構２５がいずれか一方のみが動作する。
【００４２】
次に、本願発明の第三の実施形態について説明する。
図５は、第三の実施形態のスパッタリング装置の断面概略図である。図５に示す装置も、ロードロックチャンバー２の構成が第一の実施形態と異なっている。この実施形態では、二つの上下に積層されたロードロックチャンバー２が一組となり、これが左右に二組設けられた構造となっている。従って、本実施形態では、四つのロードロックチャンバー２が設けられた構成となっている。そして、上側のロードロックチャンバー２は装置への搬入用、下側のロードロックチャンバー２は装置からの搬出用となっている。尚、各ロードロックチャンバー５は、それぞれ独立して動作する排気系及びベントガス導入系を備えているが、図５では図示が省略されている。
【００４３】
上側の搬入用のロードロックチャンバー（以下、搬入用チャンバー）２は、第一の実施形態におけるものと同様に内部が隔壁２１１によって気密に仕切られている。隔壁２１１の上側の空間には、第一の実施形態と同様にランプヒータ２１２及び反射ミラー２１３が設けられている。
また、隔壁２１１の下側の空間は、第一の実施形態と同様に真空に排気される空間である。第一の実施形態とは異なり、この空間にはピン２７が設けられたのみであり、ロック内ステージ２２は設けられていない。ピン２７は、第一の実施形態における昇降ピン２２１と同様に四本程度均等に設けられている。
【００４４】
一方、下側の搬出用のロードロックチャンバー（以下、搬出用チャンバー）２内には、ロック内ステージ２２が設けられている。このロック内ステージ２２は、第一の実施形態におけるものとほぼ同様であり、冷却機構２５を備えた台状の部材である。尚、各ロードロックチャンバー２は、それぞれ独立して真空排気とベントとが可能となっている。排気とベントは、前述したように二段階の制御が行われる。
【００４５】
また、図５に示すように、搬入用チャンバー２と搬出チャンバー２とは、内部に滞留する基板９と平行な方向に沿って積層された状態となっている。これは、各ロードロックチャンバー２が基板９に平行な方向に延びる薄い（高さの低い）ものであることに鑑み、それらを平行に積層することによって占有スペースの低減を図るものである。
【００４６】
そして、両ロードロックチャンバー２の境界部分には、冷却部２８が設けられている。冷却部２８は、銅のような熱伝導性の高い冷却ブロック内に冷媒を流通させて冷却するものである。冷却部２８により、搬入用チャンバーからの熱が除去されて搬出用チャンバー２に伝わらないようになっており、この結果、搬出用チャンバー２における冷却が不充分になることが防止されている。冷却部２８に代え、断熱材を充填した構成の断熱部が設けられることもある。断熱部は、搬入用チャンバー２と搬出用チャンバー２とを断熱する。
【００４７】
この実施形態の装置によれば、脱ガス機構２１と冷却機構２５とが別々のロードロックチャンバー２に設けられているので、エネルギーの利用効率が高いという長所がある。第一の実施形態のように、脱ガスと冷却とが同じロードロックチャンバー２で行われる場合、エネルギー効率的に無駄な点がある。つまり、脱ガス時にランプヒータ２１２からの熱によってロック内ステージ２２は加熱される。このため、冷却時には、ロック内ステージ２２が室温にある場合により多く冷却しなければならない。そして、冷却後に同一ロードロックチャンバー２で脱ガスを行う場合、ロック内ステージ２２が室温にある場合よりも多く加熱しなければならない。
【００４８】
一方、本実施形態によれば、脱ガスと冷却とは別々のロードロックチャンバー２で行われるようになっているので、上記のようなエネルギー効率の悪さはない。場合によっては、搬出用チャンバー２における冷却機構２５は、冷媒を常時ロック内ステージ２２に供給する構成としても良い。また、脱ガスと冷却とが別々のロードロックチャンバー２で行われるので、いずれか遅い方の工程に律速されることがない。このため、リードタイムが最短となるよう基板９の搬送経路を適宜選定することが可能となる。
【００４９】
次に、本願発明の第四の実施形態について説明する。
図６は、第四の実施形態のスパッタリング装置の主要部を示したものであり、第四の実施形態の装置におけるロードロックチャンバー２の断面概略図である。この実施形態の装置では、ロードロックチャンバー２が２枚のみの基板９を収容する構造となっている。
【００５０】
ロードロックチャンバー２内には、二つのロック内ステージ２２が上下に積層して設けられている。上側のロック内ステージ２２は、フレーム２２５によって支持されている。各ロック内ステージ２２は、図３に示す第二の実施形態のものとほぼ同様である。この実施形態では、昇降ピン２２１を駆動する直線駆動源２２２は、各ロック内ステージ２２に設けられている。尚、本実施形態においても、ロック内ステージ２２には、静電吸着機構及び脱ガス機構が設けられているが、図６においてはそれらの図示は省略されている。また、排気系及びベントガス導入系についても、図示が省略されている。
【００５１】
本実施形態の装置では、未処理の基板９はオートローダにより１枚ずつロードロックチャンバー２に搬入され、昇降ピン２２１を介して各ロック内ステージ２２に載置される。そして、不図示の排気系による排気及び不図示の脱ガス機構による脱ガスの後、搬送ロボットにより１枚ずつ搬出され、前述したのと同様に成膜処理される。成膜処理後は、１枚ずつロードロックチャンバー２に戻され、各ロック内ステージ２２に基板９が載置された後、ベントされる。その後、１枚ずつオートローダにより外部カセットに搬出される。尚、外部カセットとロードロックチャンバー２間の搬送には、二枚の基板９を同時に保持して搬送する構成が採られることもある。
【００５２】
上記各実施形態において、ロードロックチャンバー２における脱ガスは、排気と並行して行われると説明したが、これには、脱ガスの開始と排気の開始とが同じである場合、排気を開始した後に脱ガスを行う場合等が含まれる。つまり、排気を開始した後、所定の真空圧力になった後にランプヒータ２１２の点灯を開始したり、ジュール発熱ヒータ２１４を内蔵したロック内ステージ２２に基板９の載置したりすることがある。圧力が高い状態での加熱による基板９の酸化が抑制されたり、真空状態での加熱により脱ガスが促進される効果がより高くなったりする。
また、ベントについても、冷却の開始とベントとが同時の場合の他、冷却を開始した後に所定時間経過後又は基板９の温度が所定温度に降下した後にベントを開始する場合もある。このようにすると、基板９の温度が充分に低下してから基板９が大気に触れるようにすることができるため、前述した成膜後の膜の酸化等の問題がさらに抑制できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１又は２記載の発明によれば、ロードロックチャンバーが基板を１枚又は２枚のみ収容するものであるため、排気やベントに要する時間が短くて済み、装置の全体の生産性が向上する。加えて、ロードロックチャンバーが脱ガス機構と冷却機構とを備えているので、脱ガス用の処理チャンバーや冷却用の処理チャンバーを別途設ける必要がなく、装置コストが安価になり、また装置の占有スペースも低減する。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、ロック内ステージに対する接触時に冷却を行い、非接触時に輻射線による加熱が行われるので、脱ガスと冷却の切り替えが容易である。
また、請求項４記載の発明によれば、基板をロック内ステージに静電吸着させる静電吸着機構が設けられているので、脱ガス又は冷却がより効率的に行える。
また、請求項５記載の発明によれば、脱ガス機構と冷却機構とが別々のロードロックチャンバーに設けられているので、両者の所要時間に差異がある場合でもそれらに律速されることなく、全体のリードタイムが最短になるよう基板の搬送経路を適宜選定することが可能となる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、一対のロードロックチャンバーの境界部分に断熱部又は冷却部が設けられているので、冷却機構による冷却が不充分になることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施形態のスパッタリング装置の構成を示す平面概略図である。
【図２】図１の装置のＸ−Ｘでの断面概略図である。
【図３】成膜後に高温のままベントされると膜質が劣化する点を確認した実験の結果について示した図である。
【図４】第二の実施形態の装置の主要部を示したものであり、第二の実施形態の装置におけるロードロックチャンバーの断面概略図である。
【図５】第三の実施形態のスパッタリング装置の断面概略図である。
【図６】第四の実施形態のスパッタリング装置の主要部を示したものであり、第四の実施形態の装置におけるロードロックチャンバーの断面概略図である。
【符号の説明】
１  スパッタチャンバー
１１  排気系
１２  プロセスガス導入系
１３  カソード
１３１  ターゲット
１４  基板ホルダー
２  ロードロックチャンバー
２１  脱ガス機構
２１１  隔壁
２１２  ランプヒータ
２１３  反射ミラー
２１４  ジュール発熱ヒータ
２２  ロック内ステージ
２２１  昇降ピン
２２３  ステージ本体
２２４  誘電体ブロック
２３  排気系
２３２  排気速度調整器
２４  ベントガス導入系
２４２  可変コンダクタンスバルブ
２５  冷却機構
２６  静電吸着機構
２６１  吸着電極
２６２  吸着電源
２７  ピン
３  搬送チャンバー
４  前処理エッチングチャンバー
５  処理チャンバー
６１  オートローダ
６２  搬送ロボット
８  ゲートバルブ
９  基板
【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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