特開 2024-130246 表面処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024130246

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】表面処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/54 20060101AFI20240920BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240920BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

C23C14/54 B

H01L21/31 D

H01L21/31 C

H01L21/302 101G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039872

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(71)【出願人】

【識別番号】505402581

【氏名又は名称】株式会社イー・エム・ディー

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀 勝

(72)【発明者】

【氏名】小田 修

(72)【発明者】

【氏名】江部 明憲

【テーマコード（参考）】

4K029

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K029AA24

4K029BA60

4K029CA05

4K029DA02

4K029DA04

4K029DA08

4K029DC20

4K029JA03

4K029KA01

4K029KA05

5F004BA03

5F004BB13

5F004BB17

5F004BB19

5F004BB24

5F004BB26

5F004BB27

5F004BC01

5F004BD04

5F004BD05

5F004DA25

5F004DA26

5F045AA08

5F045AA19

5F045AB02

5F045AC01

5F045AC11

5F045AC15

5F045DP15

5F045DP28

5F045DQ12

5F045EB10

5F045EG01

5F045EH02

5F045EH18

5F045EK13

5F045EM10

(57)【要約】

【課題】スパッタガス等の処理ガスや該処理ガスが反応して生成された反応ガスを効率良く排出することができる表面処理装置を提供する。
【解決手段】表面処理装置１は、真空容器１１と、真空容器１１内に設けられた、被処理物を保持する被処理物保持部（基板保持部１２２）及び該被処理物保持部を周回経路に沿って周回させる被処理物移動機構（基板移動機構１２）と、前記周回経路に対向するように複数設けられた、前記被処理物の表面に対して所定の処理ガスを用いて表面処理を行う表面処理部（蒸着部１３、ラジカル照射部１４、基板加熱部１５）と、 前記周回経路の内側に設けられた、前記処理ガス及び／又は該処理ガスが反応して生成された反応ガスを前記真空容器の外に排出する排気口１６とを備える。排気口１６を周回経路の内側に設けることにより、全ての表面処理部が排気口１６に対向することとなるため、全ての表面処理部から処理ガスや反応ガスを真空容器１１の外に効率良く排出することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

a) 真空容器と、
b) 前記真空容器内に設けられた、被処理物を保持する被処理物保持部及び該被処理物保持部を周回経路に沿って周回させる被処理物移動機構と、
c) 前記周回経路に対向するように複数設けられた、前記被処理物の表面に対して所定の処理ガスを用いて表面処理を行う表面処理部と、
d) 前記周回経路の内側に設けられた、前記処理ガス及び／又は該処理ガスが反応して生成された反応ガスを前記真空容器の外に排出する排気口と
を備える。

【請求項2】

前記排気口を1個のみ備える、請求項１に記載の表面処理装置。

【請求項3】

前記排気口が、前記真空容器内に配置された筒状部材の一端であり、該筒状部材の他端は該真空容器の壁に設けられた孔に接続されている、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【請求項4】

複数の前記表面処理部のうち隣接する2つの表面処理部の間に隔壁が設けられている、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【請求項5】

前記被処理物移動機構が、回転軸に垂直な板材から成る回転板の表面の該回転軸の周りに前記被処理物保持部が複数個配置されたものであって、
さらに、前記隔壁の前記回転板寄りの端部に、該回転板に略平行に設けられた板状の第２隔壁を備える、
請求項４に記載の表面処理装置。

【請求項6】

複数の前記表面処理部のうちの少なくとも１つがプラズマ発生器を有する、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理物の表面に、プラズマ等を用いて成膜やエッチング等の処理を行う表面処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被処理物の表面に金属の窒化物や酸化物等の金属化合物から成る膜を作製する際に、原子1～数個分相当の厚さの金属から成る金属層を形成したうえで該金属層に窒化や酸化等の処理を行うという操作を多数回繰り返す、という手法が用いられている。

【0003】

そのような処理を行う装置として、特許文献１には、真空容器内に、回転する円盤の円周部に複数の基板（被処理物）を保持する基板ホルダと、基板ホルダの円周部の上方又は下方に、該基板ホルダに対向するように、周方向に交互に2個ずつ設けられたスパッタ源及びプラズマ発生器を備える表面処理装置が記載されている。スパッタ源は、表面にターゲットが保持されるカソードと、ターゲット近傍にスパッタガスを供給する手段を有する。プラズマ発生器は、マイクロ波発生器（その代わりに、誘導結合型の高周波アンテナや容量結合型の電極も可）と、窒素ガスや酸素ガス等のプラズマ原料ガスを供給する手段を有する。

【0004】

この表面処理装置では、基板ホルダの円周部に複数の基板を保持した状態で該基板ホルダを一定速度で回転させつつ、スパッタ源では金属製のターゲットをスパッタし、プラズマ発生器では窒素プラズマ又は酸素プラズマを発生させる。これにより、各基板の表面にスパッタ源により金属層を形成したうえでプラズマ発生器により該金属層を窒化又は酸化するという操作を繰り返し実行し、各基板の表面に金属窒化物又は酸化物の膜を作製する。

【0005】

この表面処理装置では、スパッタ源に供給されたスパッタガスがプラズマ発生器に流入することや、プラズマ発生器でプラズマ原料ガスが分解した反応ガスがスパッタ源に流入することを防ぐ必要がある。そのため、周方向に隣接するスパッタ源とプラズマ発生器の間、及びそれらスパッタ源やプラズマ発生器から見て基板ホルダの回転中心側の位置に、ガスの移動を防ぐ隔壁が設けられている。それと共に、スパッタ源やプラズマ発生器の側方の真空容器の壁に、排気用ポンプと接続された排気口が設けられている。これらの構成により、スパッタ源に供給されたスパッタガスやプラズマ発生器で発生した反応ガスは、排気口を通して真空容器外に排気される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開2004-250784号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の表面処理装置では、2個ずつ設けられたスパッタ源及びプラズマ発生器に対応して合わせて4個の排気口が設けられており、それに対応して排気用ポンプを4個用いる必要がある。このように表面処理装置に複数の排気用ポンプを設けると装置コストが上昇する。一方、装置コストを抑えるために排気口の個数を減少させると、排気口から離れた位置に設けられたスパッタ源及びプラズマ発生器からスパッタガスや反応ガスを効率良く排出することができない。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、排気口の個数に依らず、スパッタガス等の処理ガスや該処理ガスが反応して生成された反応ガスを効率良く排出することができる表面処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために成された本発明に係る表面処理装置は、
a) 真空容器と、
b) 前記真空容器内に設けられた、被処理物を保持する被処理物保持部及び該被処理物保持部を周回経路に沿って周回させる被処理物移動機構と、
c) 前記周回経路に対向するように複数設けられた、前記被処理物の表面に対して所定の処理ガスを用いて表面処理を行う表面処理部と、
d) 前記周回経路の内側に設けられた、前記処理ガス及び／又は該処理ガスが反応して生成された反応ガスを前記真空容器の外に排出する排気口と
を備える。

【0010】

本発明に係る表面処理装置では、被処理物保持部に保持された被処理物を被処理物移動機構によって周回経路に沿って周回させながら、該周回経路に対向して複数設けられた表面処理部によってそれぞれ被処理物に対して所定の処理ガスを用いて表面処理を行う。これにより、被処理物には、表面処理部の個数に周回経路を周回させる回数を乗じた回数の表面処理が施される。

【0011】

ここで被処理物移動機構には、特許文献１と同様の回転する板状（但し、形状は円形には限定されない）の基板ホルダを用いてもよいし、それ以外の搬送コンベア等を用いてもよい。また、被処理物移動機構は、被処理物保持部（及びそれに保持された被処理物）が各表面処理部に対向する位置を移動しながら通過するように該被処理物保持部を連続的に移動させるものであっても良いし、被処理物保持部（同上）が前記位置に一定時間留まるように該被処理物保持部を間欠的に移動させるものであってもよい。

【0012】

表面処理部には、特許文献１と同様のスパッタ源やプラズマ発生器を用いてもよいし、それら以外の成膜装置やエッチング装置等を用いてもよい。処理ガスには、スパッタガスやプラズマ原料ガス等を用いることができる。

【0013】

本発明に係る表面処理装置はさらに、周回経路の内側に排気口を備える。各表面処理部で使用された処理ガスや該処理ガスが反応して生成された反応ガスは、この排気口から真空容器の外に排出される。

【0014】

本発明に係る表面処理装置によれば、排気口を周回経路の内側に設けることで、全ての表面処理部が排気口に対向することとなるため、排気口の個数に依らず、全ての表面処理部から処理ガスや反応ガスを真空容器の外に効率良く排出することができる。

【0015】

本発明に係る表面処理装置において、前記排気口を1個のみ備えるという構成を取ることができる。これにより、排気に用いるポンプも1個のみ設ければよいため、装置コストを抑えることができる。

【0016】

一方、前記排気口を複数個備えるという構成を取ることもできる。この場合、排気の効率を高くすることができる。また、複数個の排気口をそれぞれ適切な位置に配置する（例えばそれら複数個の排気口を周回経路の内側に均等に配置する）ことにより、真空容器内のガスの分布の均一性を高くすることができる。

【0017】

本発明に係る表面処理装置において、前記排気口は、前記真空容器内に配置された筒状部材の一端であり、該筒状部材の他端は該真空容器の壁に設けられた孔に接続されている、という構成を取ることができる。これにより、排気口を真空容器の壁ではなく、真空容器の内部の適切な位置に配置することができる。

【0018】

本発明に係る表面処理装置においてさらに、複数の前記表面処理部のうち隣接する2つの表面処理部の間に隔壁が設けられていることが望ましい。これにより、それら2つの表面処理部の一方から他方に処理ガスや反応ガスが流入することを防ぐことができる。前記筒状部材を用いる場合には、該隔壁は該筒状部材の壁から放射状に延びるように複数枚形成し、隣接する隔壁間に表面処理部を1個ずつ配置するとよい。

【0019】

前記隔壁を備える構成において、
前記被処理物移動機構が、回転軸に垂直な板材から成る回転板の表面の該回転軸の周りに前記被処理物保持部が複数個配置されたものであって、
さらに、前記隔壁の前記回転板寄りの端部に、該回転板に略平行に設けられた板状の第２隔壁を備える
という構成を取ることができる。ここで「略平行」とは、回転板と第２隔壁が成す角度が20°以下であることをいう。このような構成により、隔壁で隔てられた2個の表面処理部の間で、回転板と隔壁との間を介してガスが移動することを、第２隔壁によって抑えることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る表面処理装置によれば、排気口を1個のみ設ければよいため、排気用ポンプによる装置コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る表面処理装置の一実施形態を示す縦断面図。

【図2】本実施形態の表面処理装置における真空容器内の各部の配置を示す平面図。

【図3】本実施形態の表面処理装置における被処理物移動機構を示す下面図。

【図4】本実施形態の表面処理装置における被処理物移動機構の部分拡大図。

【図5】本実施形態の表面処理装置における隔壁及び第２隔壁を含む部分拡大図。

【図6】本実施形態の表面処理装置を用いて作製された窒化チタン薄膜のＸ線回折測定の結果を示すグラフ。

【図7】変形例の表面処理装置を示す縦断面図。

【図8】別の変形例における真空容器内の各部の配置を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１～図８を用いて、本発明に係る表面処理装置の実施形態を説明する。

【0023】

(1) 本実施形態の表面処理装置の構成
図１に本実施形態の表面処理装置１の縦断面図を示す。本実施形態の表面処理装置１は、真空容器１１、並びに、該真空容器１１内に設けられた基板移動機構（前記被処理物移動機構に相当）１２、蒸着部（スパッタ部）１３、ラジカル照射部（プラズマ処理部）１４、基板加熱部１５（図２参照）、排気口１６、隔壁１７（図２参照）等を有する。蒸着部１３及びラジカル照射部１４は前記表面処理部に相当する。図２に、真空容器１１内の上記各部の配置を平面図で示し、図３に、基板移動機構１２の下面図を示す。さらに、真空容器１１の外には真空ポンプ１８を備える。

【0024】

真空容器１１は、本実施形態では円筒形の容器である。真空容器１１の形状はこの例には限定されないが、次に述べる基板移動機構１２において基板Ｓを周回させる周回経路の形状（本実施形態では円形）に対応した横断面を有する形状とすることが、真空容器１１内の空間を有効に利用できるという点で好ましい。真空容器１１の天板１１１には基板移動機構１２が設けられており、底面には蒸着部１３、ラジカル照射部１４、基板加熱部１５等が設けられている。

【0025】

基板移動機構１２は、ベース板（前記回転板に相当）１２１と、基板保持部（前記被処理物保持部に相当）１２２と、回転軸１２３と、モータ１２４とを備える。

【0026】

ベース板１２１は円盤状の板材から成り、略水平となるように真空容器１１の天板１１１寄りの高さに配置されている。基板保持部１２２はベース板１２１の下面に設けられた、ベース板１２１よりも径が小さい円盤状の部材から成り、その下面に基板Ｓが保持される。基板保持部１２２は4個設けられており、各基板保持部１２２はベース板１２１の円盤の外周付近に90°間隔で配置されている（図３参照）。本実施形態ではベース板１２１の直径を1014mm、基板保持部１２２の直径を360mmとしたが、この例には限定されない。

【0027】

回転軸１２３は、真空容器１１の円筒の中心軸と一致するように略鉛直に設けられ、下端がベース板１２１の円板の中心に固定されている。後述のように、モータ１２４によって回転軸１２３を回転させることにより、ベース板１２１がその円盤の中心の周りに回転すると共に、各基板保持部１２２もその円盤を中心の周りに回転する。これにより、基板保持部１２２に保持された基板Ｓは、ベース板１２１の回転により回転軸１２３を中心とする円形の周回経路を公転するように移動すると共に、基板保持部１２２の回転により自転する。ここで周回経路は、ベース板１２１の回転により基板保持部１２２が通過する領域で規定し、図３では一点鎖線で示した二重の円（外縁１２２１と内縁１２２２）の間のドーナツ状の領域が該当する。

【0028】

回転軸１２３の上端付近は天板１１１を貫通して該天板１１１よりも上方まで延びている。天板１１１上には回転機構部の安全カバーとして、回転軸１２３の上端付近及びモータ１２４を囲うように壁１１２が設けられている。また、天板１１１の回転軸１２３が貫通する部分には真空容器１１内と外部との間の気密を維持する軸シール機構（図示せず）が設けられている。軸シール機構には、ウイルソンシール、メカニカルシール、磁性流体シール等を用いることができる。図４に示すように、回転軸１２３は1対のギア１２５を介してモータ１２４に接続されており、モータ１２４を回転させるとギア１２５を介して回転軸１２３及びそれに固定されたベース板１２１が回転する。

【0029】

また、各基板保持部１２２の円盤の中心から上方に向けてベース板１２１を貫通するように第２回転軸１２６が延びている。第２回転軸１２６の上端には第２ギア１２７が設けられている。さらに、天板１１１の下面には、回転軸１２３を囲うように設けられ、第２ギア１２７と噛み合った固定ギア１２８が固定されている。ベース板１２１の回転に伴って基板保持部１２２が公転すると、第２ギア１２７が固定ギア１２８と噛み合いながら該固定ギア１２８の周りを回転することにより、第２回転軸１２６及び基板保持部１２２が自転する。

【0030】

蒸着部１３は、カソード電極１３１と、直流電源１３２と、スパッタガス供給部１３３とを有する。

【0031】

カソード電極１３１は、基板移動機構１２の周回経路の直下に設けられ、該周回経路を移動する基板Ｓと略平行に配置された板状の電極である。カソード電極１３１の上面には、成膜する材料であるターゲットＴが載置される。直流電源１３２は300Vの直流電圧をカソード電極１３１と接地の間に印加する電源であって、その負極がカソード電極１３１に接続されている。直流電源１３２の代わりに直流パルス電源や交流（高周波）電源（後述の高周波電源１４２とは別のもの）を用いてもよい。

【0032】

スパッタガス供給部１３３は、真空容器１１外に設けられたガスボンベ（図示せず）から真空容器１１内のターゲットＴの近傍にスパッタガスを供給する管であって、該管は真空容器１１の壁を貫通している。本実施形態ではスパッタガスとしてアルゴン（Ar）ガスを用いるが、本発明ではこの例には限定されない。

【0033】

ラジカル照射部１４は、真空容器１１の円筒の中心軸を挟んで蒸着部１３と対向する位置に設けられており、プラズマ生成室１４０と、高周波アンテナ１４１と、高周波電源１４２と、プラズマ原料ガス供給部１４３とを備える。

【0034】

プラズマ生成室１４０は、基板移動機構１２の周回経路の直下に設けられ、該周回経路を移動する基板Ｓに対向する位置に設けられている。プラズマ生成室１４０の上面（基板保持部１２２に対向する側の面）には、該プラズマ生成室１４０内で生成されるプラズマにより得られるラジカルを通過させるラジカル通過孔１４０１が設けられている。

【0035】

高周波アンテナ１４１はプラズマ生成室１４０の側方に、該プラズマ生成室１４０を挟んで2個設けられており、それぞれプラズマ生成室１４０に隣接する高周波アンテナ収容室１４１１内に収容されている。本実施形態では、高周波アンテナ１４１には線状導体をＵ字形に成形したものを用いるが、本発明ではこの例には限定されない。高周波アンテナ１４１の線状導体の一端には高周波電源１４２が接続され、他端は接地されている。高周波電源１４２は真空容器１１外に配置されており、真空容器１１の壁を通過する導線を通して高周波アンテナ１４１の一端に接続されている。この高周波電源１４２は周波数13.56MHzの高周波電流を高周波アンテナ１４１に供給する。

【0036】

プラズマ原料ガス供給部１４３は、真空容器１１外に設けられたガスボンベ（図示せず）からプラズマ生成室１４０内にプラズマ原料ガスを供給する管であって、該管は真空容器１１の壁を貫通している。本実施形態ではプラズマ原料ガスとして窒素（N₂）ガスを用いるが、酸素（O₂）ガス等の他のプラズマ原料ガスを用いてもよい。なお、本実施形態ではプラズマ生成室１４０は後述のように蒸着部１３の動作によって基板Ｓ上に形成された金属製の膜を窒化（あるいは酸化等）するためのラジカルを生成することを目的として用いるが、その代わりに、成膜する材料を基板Ｓ上に供給するためのプラズマを生成してもよい。その場合には、成膜の原料となるガス（例えばシリコンの膜を成膜する場合におけるシランガス）をプラズマ原料ガス供給部１４３からプラズマ生成室１４０内に供給する。

【0037】

基板加熱部１５は、基板移動機構１２の周回経路の直下であって、真空容器１１の円筒の周方向に関して蒸着部１３の両隣に合わせて2個設けられており、いずれも該周方向に関して蒸着部１３とラジカル照射部１４の間に位置する。基板加熱部１５にはランプヒータ１５１が配置されている。ランプヒータ１５１は図示せぬ電源から電力が供給されることにより発光及び発熱する。

【0038】

排気口１６は、真空容器１１の底面に立設された筒状部材１６１の上端の開口から成る。排気口１６は、基板移動機構１２の周回経路の内側であって、蒸着部１３のカソード電極１３１に載置されたターゲットＴ及びラジカル照射部１４のラジカル通過孔１４０１よりも上側（基板移動機構１２側）に1個のみ配置されている。筒状部材１６１は真空容器１１の底板１１３に設けられた孔１１４を介して、真空容器１１外に設けられた真空ポンプ１８に接続されている。真空ポンプ１８には、本実施形態ではターボ分子ポンプを用いるが、他の真空ポンプを用いてもよい。本実施形態の表面処理装置１は、排気口１６が1個のみであることに対応して、真空ポンプ１８も1個のみ備える。

【0039】

隔壁１７は、蒸着部１３と基板加熱部１５の間や、ラジカル照射部１４と基板加熱部１５の間を隔てる壁である。本実施形態では、隔壁１７は、蒸着部１３から見て両隣の基板加熱部１５の間にそれぞれ1枚ずつ、ラジカル照射部１４から見て両隣の基板加熱部１５の間にそれぞれ1枚ずつ、合計4枚設けられている。隔壁１７はいずれも、基板移動機構１２のベース板１２１に垂直に、真空容器１１の底面に立設されており、横方向には筒状部材１６１の壁から外方に向かって真空容器１１の壁に到達するまで放射状に延びるように形成されている。筒状部材１６１も、該筒状部材１６１を挟んで対向する蒸着部１３とラジカル照射部１４の間を隔てる壁としての役割を併せ持つ。

【0040】

隔壁１７の上端には、基板移動機構１２のベース板１２１に略平行であって蒸着部１３側及びラジカル照射部１４側に向かって延びる第２隔壁１７２が設けられている（図２、図５参照）。第２隔壁１７２は、蒸着部１３のターゲットＴの上方及びラジカル照射部１４のプラズマ生成室１４０の上方には設けられておらず、それらの上方の位置よりも隔壁１７側にのみ存在する。これにより、蒸着等の成膜やラジカルによる処理等を行う際に、スパッタ粒子ＳＰやプラズマから生成されたラジカルが基板Ｓに到達することを妨げないようにしている。また、真空容器１１の円筒の径方向に関しては、排気口１６から所定の距離までは第２隔壁１７２は設けられていない。換言すれば、第２隔壁１７２は、真空容器の壁から内方に向かって、筒状部材１６１の壁に到達する手前の位置まで延びるように形成されている。第２隔壁１７２は、基板保持部１２２に保持され基板移動機構１２により移動する基板Ｓとの間に、1mm～5mmの隙間が生じる高さに配置されている。第２隔壁１７２の平面形状は、略扇形（但し、扇の要付近の位置には第２隔壁１７２は存在しない）である。

【0041】

真空容器１１の天板１１１は基板移動機構１２が取り付けられたままの状態で開放可能であって、且つ真空容器１１内を気密に閉鎖することができる（図示省略）。成膜処理の開始前には、天板１１１を開放することで、基板保持部１２２に基板Ｓを保持させることやカソード電極１３１の上面にターゲットＴを載置する操作を行うことができる。同様に、成膜処理の終了後には、天板１１１を開放することで、表面に成膜された基板Ｓを取り出すことができる。

【0042】

(2) 本実施形態の表面処理装置の動作
本実施形態の表面処理装置１の動作を説明する。まず、真空容器１１の天板１１１を開放し、基板保持部１２２に基板Ｓを保持させると共に、カソード電極１３１の上面にターゲットＴを載置する。その後、天板１１１を閉鎖して真空容器１１内を気密に保持する。ここで基板Ｓの表面は下側を向き、この状態で該表面に処理を行うこととなる。このように基板Ｓの表面を下向きにするのは、表面処理中に該表面に不純物が落下してコンタミネーションが生じることを防ぐためである。

【0043】

次に、真空ポンプ１８を作動させ、真空容器１１内の大気を排気口１６を通して排出する。真空容器１１内が所定の真空度に到達した後、真空ポンプ１８の作動を継続したままで基板移動機構１２、蒸着部１３、ラジカル照射部１４及び基板加熱部１５を以下のように動作させる。

【0044】

基板移動機構１２では、モータ１２４を駆動させることにより、ベース板１２１及び基板保持部１２２を回転させる。これにより、基板保持部１２２及びそれに保持された基板Ｓは回転軸１２３の周りを公転すると共に、第２回転軸１２６の周りを自転する。ベース板１２１の回転速度（公転速度）は例えば50～100rpm（1分間あたり50～100回転）、基板保持部１２２の第２回転軸１２６の周りの回転速度（自転速度）は例えば100～400rpmとする。

【0045】

蒸着部１３では、スパッタガス供給部１３３からターゲットＴの近傍にスパッタガス（Arガス）を供給しつつ、直流電源１３２によりカソード電極１３１と接地の間に、カソード電極１３１側が負となる直流電圧を印加する。これにより、スパッタガスのArが電離して正イオンと電子から成るプラズマが生成される。これらのうちの正イオンは、前記直流電圧によりカソード電極１３１側に向かって加速され、カソード電極１３１上面に載置されたターゲットＴに衝突する。すると、ターゲットＴがスパッタされ、該ターゲットＴの材料から成るスパッタ粒子が飛び出し、基板保持部１２２に保持された基板Ｓに向かって飛行する。

【0046】

ラジカル照射部１４では、プラズマ原料ガス供給部１４３からプラズマ生成室１４０内にプラズマ原料ガス（N₂ガス）を供給しつつ、高周波電源１４２から高周波アンテナ１４１に高周波電流を供給する。これにより、プラズマ原料ガスのN₂分子が分解した窒素ラジカルから成るプラズマが生成される。生成された窒素ラジカルはラジカル通過孔１４０１を通過し、基板保持部１２２に保持された基板Ｓに向かって拡散する。

【0047】

基板加熱部１５では、ランプヒータ１５１に電力を投入することにより、該ランプヒータ１５１が発熱する。

【0048】

このように、ベース板１２１及び基板保持部１２２を回転させつつ蒸着部１３、ラジカル照射部１４及び基板加熱部１５を動作させることにより、4個の基板保持部１２２の各々に保持された基板Ｓは周回経路上を繰り返し周回し、その間に基板加熱部１５、蒸着部１３、基板加熱部１５、ラジカル照射部１４の順でこれら各部の上方を繰り返し通過する。これにより、基板Ｓは、基板加熱部１５で所定の温度に加熱された後に蒸着部１３においてスパッタ粒子が表面に入射することによってターゲットＴの材料から成る膜が成膜され、続いて基板加熱部１５で所定の温度に加熱された後にラジカル照射部１４において該膜が窒素ラジカルに晒されることで窒化する、という操作がベース板１２１の1周毎に繰り返される。その間、基板保持部１２２が自転することにより、成膜及び窒化処理を基板Ｓの表面内で均一に行うことができる。

【0049】

ベース板１２１を所定回数回転させた後、各部の動作を停止することにより、基板Ｓの表面に形成された、ターゲットＴの材料の窒化物から成り所定の厚みを有する膜が得られる。その後、真空容器１１の天板１１１を開放することにより、膜が形成された基板Ｓを表面処理装置１から取り出す。

【0050】

本実施形態の表面処理装置１では、表面処理部である蒸着部１３及びラジカル照射部１４の作動中に真空ポンプ１８を作動させることにより、蒸着部１３に供給されたスパッタガスやラジカル照射部１４に供給されたプラズマ原料ガス等の処理ガスやそれらが反応して生成された反応ガス、あるいはラジカル照射部１４で生成されたラジカルのうち余分のものを排気口１６から排出するため、それら余分なガスやラジカルが他の表面処理部に流入することが抑えられる。ここで、排気口１６を基板Ｓの周回経路の内側に設けたことにより、全ての表面処理部が排気口１６に対向しているため、全ての表面処理部から余分なガスやラジカルを真空容器１１の外に効率良く排出することができる。

【0051】

また、排気口１６の個数を1個のみとすることができ、それによって真空ポンプ１８も1個のみ設ければ済むため、表面処理装置１の装置コストを抑えることができる。

【0052】

さらに、本実施形態の表面処理装置１では、真空容器１１内に設けられた筒状部材１６１の一端（上端）を排気口１６とするため、真空容器１１内の適切な位置に排気口１６を配置することができる。上記の例では、排気口１６をカソード電極１３１に載置されたターゲットＴ及びラジカル通過孔１４０１よりも基板移動機構１２側に配置しているため、ターゲットＴからスパッタガスや、ラジカル通過孔１４０１から放出される窒素ラジカルのうち蒸着部１３側に向かって拡散するもの（仮にこのような窒素ラジカルが蒸着部１３に侵入するとターゲットＴを窒化させてしまい、スパッタすることが困難になる）を効率よく排出できる。

【0053】

本実施形態の表面処理装置１ではさらに、隣接する蒸着部１３と基板加熱部１５の間、及びラジカル照射部１４と基板加熱部１５の間に隔壁１７を設けているため、それら隣接する表面処理部の間でガスやラジカルが移動することを防ぐことができる。

【0054】

また、本実施形態の表面処理装置１ではさらに、隔壁１７から蒸着部１３及びラジカル照射部１４側に、基板移動機構１２のベース板１２１と略平行な第２隔壁１７２を、基板Ｓとの間に1mm～5mmの隙間が生じる高さで配置することにより、隔壁１７の上端よりも上側を通って他の表面処理部にガスやラジカルが侵入することを抑えることができる。ここで第２隔壁１７２と基板Ｓの隙間の大きさは、基板Ｓ及びその表面に形成される膜と第２隔壁１７２が接触しない範囲内で、できるだけガスやラジカルが該隙間を通過しないように、狭く設定する。

【0055】

次に、本実施形態の表面処理装置１を用いて、窒化チタン（TiN）の薄膜を作製した実施例を説明する。この実施例では、ターゲットＴは金属チタンから成るものを用い、スパッタガスはアルゴンガスを500sccmの速度で導入した。カソード電極１３１には2kWの放電電力を投入した。プラズマ原料ガスは窒素ガスを200sccmの速度で導入した。2個の高周波アンテナ１４１には合わせて2kWの高周波電力を投入した。ランプヒータ１５１に投入する電力は、それにより加熱された基板Ｓの温度が蒸着部１３及びラジカル照射部１４において200℃となるように調整した。ベース板１２１の回転速度（公転速度）は50rpmとし、基板保持部１２２の回転速度（自転速度）は200rpmとした。

【0056】

以上の作製条件で50分間（ベース板１２１を2500回転させる間）処理を行い、基板Ｓ上に厚さ約200nmの膜を成膜した。得られた膜に対してＸ線回折測定（CuKα線、波長1.54Å）を行ったところ、図６に示すように、TiNの回折パターンと一致する（金属Tiの回折ピークは見られない）測定結果が得られた。このように、本実施形態の表面処理装置１によってストイキオメトリなTiNの薄膜が得られることが確認された。

【0057】

(3) 変形例
本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

【0058】

例えば、上記実施形態では、真空容器１１内に配置した筒状部材１６１の一端を排気口１６として用いたが、その代わりに、又はそれに加えて、排気口として筒状部材の１６１の壁に孔を設けてもよい。この場合、筒状部材の１６１の周方向に複数個の孔を設けることにより、複数個の表面処理部から処理ガスや反応ガス等を効率良く排出することができる。また、この場合においても筒状部材１６１自体は1個のみ設ければよいため、それに接続する真空ポンプも1個のみ設ければ済む。

【0059】

排気口は平面視して基板の周回経路の内側に位置してさえすればよく、周回経路の中心に位置することは必須ではない。

【0060】

筒状部材１６１は真空容器１１の天板１１１に設けてもよい。この場合には筒状部材１６１を基板移動機構１２の回転軸１２３から横方向にずらした位置に配置する。あるいは、図７に示すように、筒状部材１６１を外側、基板移動機構１２の回転軸１２３Ａを中空として、その真空容器１１内側の端部を排気口１６Ａとしてもよい。図７では回転軸１２３Ａを基板移動機構１２のベース板１２１よりも下側に突出させたうえで排気口１６Ａを該ベース板１２１よりも下側に配置したが、回転軸１２３Ａをベース板１２１から突出させずに排気口１６Ａを該ベース板１２１の下面に設けてもよい。この例では、回転軸１２３Ａの排気口１６Ａとは反対側の端部には排気管１６２を接続し、該排気管１６２を真空ポンプ１８と接続している。回転軸１２３Ａと排気管１６２の間にはシール材（図示せず）を設ける。

【0061】

また、筒状部材１６１や中空の回転軸１２３Ａ等のような真空容器１１内に延びる筒状（管状）の部材を用いることなく、真空容器１１の天板１１１や底面１１３に設けた孔を排気口として用いてもよい。

【0062】

上述のように表面処理装置１の装置コストを抑えるという点では排気口１６の個数を1個のみとすることがよいが、処理ガスや反応ガス等を排出する効率をより重視する場合には、周回経路の内側に排気口を複数個設けてもよい。この場合、例えば周回経路の内側の中央付近に最も開口が大きい排気口を設けると共にその周囲に開口がより小さい補助的な排気口を1個又は複数個設けるという構成を取ってもよいし、周回経路の内側に同程度の大きさの開口を有する排気口を複数個設けるという構成を取ってもよい。図８に示した例では、排気口１６よりも蒸着部１３寄りに該排気口１６よりも開口が小さい第１補助排気口１６３を設けると共に、排気口１６よりもラジカル照射部１４寄りに該排気口１６よりも開口が小さい第２補助排気口１６４を設けている。

【0063】

上記実施形態では回転板（ベース板１２１）に基板保持部１２２を設けることにより円形の周回経路を形成したが、搬送コンベア等を用いて基板の周回経路を形成してもよい。

【0064】

上記実施形態では表面処理部同士の境界に隔壁１７を設けたが、排気口１６からの排気速度を適宜設定することにより、隔壁１７を省略しても表面処理部間でガス等の流出入を抑えることができることもあり得る。第２隔壁１７２も省略可能である。

【0065】

第２隔壁１７２の形状は上記実施形態のものには限定されない。例えば、蒸着部１３のターゲットＴの上方及びラジカル照射部１４のプラズマ生成室１４０の上方に最低限の開口を設けるとともに、排気口１６の近傍にガスが通過する（このガスは排気口１６から排出される）最小限の大きさの孔を設けたうえで、それら以外の2枚の隔壁１７の間の上方全体を第２隔壁で覆ってもよい。また、上記実施形態では、第２隔壁１７２は蒸着部１３及びラジカル照射部１４の上方に設けたが、基板加熱部１５の上に設けてもよいし、これら蒸着部１３、ラジカル照射部１４及び基板加熱部１５以外の基板処理部を設けたうえで、その上方に第２隔壁を設けてもよい。

【0066】

上記実施形態では蒸着部１３及びラジカル照射部１４を1個ずつ設けたが、それらを複数個ずつ設けてもよい。これにより、基板Ｓが周回経路を1周する毎にターゲット材料の堆積とラジカル処理（窒化や酸化等）が複数回実行されるため、成膜速度を高くすることができる。この場合にはまた、蒸着部１３毎及び／又はラジカル照射部１４毎に異なるターゲット材料の堆積及び／又はラジカル処理を行うことにより、異なる材料から成る複数種の膜が繰り返し堆積した多層膜を形成することができる。

【0067】

さらに、表面処理部として、蒸着部１３やラジカル照射部１４以外のもの、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）装置やエッチング装置等を用いてもよい。その他、ここまでに述べた各構成を適宜組み合わせて用いてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１…表面処理装置
１１…真空容器
１１１…天板
１１２…壁
１１３…底板
１１４…孔
１２…基板移動機構（被処理物移動機構）
１２１…ベース板
１２２…基板保持部
１２２１…周回経路の外縁
１２２２…周回経路の内縁
１２３、１２３Ａ…回転軸
１２４…モータ
１２５…ギア
１２６…第２回転軸
１２７…第２ギア
１２８…固定ギア
１３…蒸着部
１３１…カソード電極
１３２…直流電源
１３３…スパッタガス供給部
１４…ラジカル照射部
１４０…プラズマ生成室
１４０１…ラジカル通過孔
１４１…高周波アンテナ
１４１１…高周波アンテナ収容室
１４２…高周波電源
１４３…プラズマ原料ガス供給部
１５…基板加熱部
１５１…ランプヒータ
１６、１６Ａ…排気口
１６１…筒状部材
１６２…排気管
１６３…第１補助排気口
１６４…第２補助排気口
１７…隔壁
１７２…第２隔壁
１８…真空ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

a) 真空容器と、
b) 前記真空容器内に設けられた、被処理物を保持する被処理物保持部及び該被処理物保持部を周回経路に沿って周回させる被処理物移動機構と、
c) 前記周回経路に対向するように複数設けられた、前記被処理物の表面に対して所定の処理ガスを用いて表面処理を行う表面処理部と、
d) 前記周回経路の内側に設けられた、前記処理ガス及び／又は該処理ガスが反応して生成された反応ガスを前記真空容器の外に排出する排気口と
を備える表面処理装置。

【請求項2】

前記排気口を1個のみ備える、請求項１に記載の表面処理装置。

【請求項3】

前記排気口が、前記真空容器内に配置された筒状部材の一端であり、該筒状部材の他端は該真空容器の壁に設けられた孔に接続されている、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【請求項4】

複数の前記表面処理部のうち隣接する2つの表面処理部の間に隔壁が設けられている、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【請求項5】

前記被処理物移動機構が、回転軸に垂直な板材から成る回転板の表面の該回転軸の周りに前記被処理物保持部が複数個配置されたものであって、
さらに、前記隔壁の前記回転板寄りの端部に、該回転板に略平行に設けられた板状の第２隔壁を備える、
請求項４に記載の表面処理装置。

【請求項6】

複数の前記表面処理部のうちの少なくとも１つがプラズマ発生器を有する、請求項１又は２に記載の表面処理装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0061】

また、筒状部材１６１や中空の回転軸１２３Ａ等のような真空容器１１内に延びる筒状（管状）の部材を用いることなく、真空容器１１の天板１１１や底板１１３に設けた孔を排気口として用いてもよい。