JP2001226771A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トレーに保持された成膜用ワークを、効率的に
冷却して常に所定の温度以下に確実に維持することので
きる構成を備えた成膜装置を提供する。 【解決手段】ワーク搬送手段３に取り付けられたトレー
１０を介した伝熱手段で成膜用ワーク９を冷却するワー
ク冷却機構を、ワーク搬送手段３に形成されたトレー取
付孔２８底部に設けられてトレー１０を載置状態で支持
する冷却ブロック３０と、成膜室２内に外部から導入さ
れて冷却ブロック３０に固定され、冷却媒体が内部を循
環する冷却配管１９と、冷却ブロック３０とワーク搬送
手段３との間に配設された断熱スペーサ２９とを備えて
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として電子部品
や薄膜磁気ヘッドなどの薄膜デバイスの製造過程におけ
る成膜対象基板などの成膜用ワークの表面に薄膜を形成
する工程に用いられる成膜装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の用途に用いられている従来の一
般的なスパッタリング方式の成膜装置は、その概略縦断
面図を示した図３のような構成になっている。同図にお
いて、外体容器の真空チャンバ１は、その側壁に開口し
た真空排気口（図示せず）を介して真空排気ポンプ（図
示せず）に接続されており、真空排気ポンプの駆動によ
って内部空間の成膜室２が高真空状態に引かれる。この
高真空状態となった成膜室２には、図示しないガス導入
管を通じてアルゴンガスなどのプロセスガスが導入され
て所定の圧力に調整される。

【０００３】成膜室２の下部には、ターンテーブル３が
回転軸４回りに回転自在に設けられており、ターンテー
ブル３における同一の回転円上には、支持段部８を有す
るトレー取付孔７が、例えば等間隔で複数個形成されて
いる。成膜対象のガラス基板などからなる成膜用ワーク
９は、その周縁部をトレー１０に取り付けられており、
トレー１０がトレー取付孔７に挿入して支持段部８上に
載置されることにより、トレー１０を介してターンテー
ブル３に保持される。この成膜用ワーク９は、ターンテ
ーブル３の回転駆動によって成膜室２内における回転軌
跡の円に沿って搬送される。

【０００４】各成膜用ワーク９に薄膜を形成するための
成膜材料（スパッタリング材料）となるターゲット１１
は、スパッタ電極１２およびバッキングプレート１３か
らなるカソードに固着されて、ターンテーブル３の回転
駆動による成膜用ワーク９の移動軌跡上に真上から対向
する位置に配置されている。バッキングプレート１３
は、絶縁物１４を介在して真空チャンバ１の上端開口面
に電気絶縁状態で支持され、且つ成膜室２は、絶縁物１
４の上下両面の凹溝に嵌め込まれたＯリング１７によっ
て真空シールされている。また、回転軸４はハウジング
１６によって成膜室２を真空シールした状態で回転自在
に支持されている。

【０００５】また、成膜室２内には、その中央上部から
シール機構１８を介して冷却配管１９が導入されてい
る。この冷却配管１９は、ターンテーブル３の中央部か
らその内部を挿通するよう配設されて、管内を循環する
冷却媒体によってターンテーブル３を冷却する。成膜用
ワーク９は、冷却されたターンテーブル３およびトレー
１０を通じて伝熱手段で冷却される。

【０００６】一方、真空チャンバ１の底板部におけるタ
ーンテーブル３のトレー取付孔７の真下の対向位置に
は、挿通孔２０が設けられ、この挿通孔２０とケーシン
グ２１とで囲まれて成膜室２に連通する空間内には、成
膜用ワーク９を保持したトレー１０の突き上げ機構２２
が配設されている。この突き上げ機構２２は、ケーシン
グ２１に対し真空シールされた状態で貫通して上下動さ
れる昇降シャフト２３と、この昇降シャフト２３の上端
に直交状態で固着された突き上げプレート２４と、この
突き上げプレート２４の上面に立設された複数本の支持
ピン２７とにより構成されている。この突き上げ機構２
２は、図示しないトレー搬入装置によってトレー１０が
成膜室２内に搬入されたときに上昇して、トレー取付孔
７を挿通した支持ピン２７でトレー搬入装置からトレー
１０を受け取り、そののちに下降することによって受け
取ったトレー１０を支持段部８に載置してターンテーブ
ル３に取り付ける。また、突き上げ機構２２は、成膜用
ワーク９への薄膜形成が終了したときにも上昇して、支
持ピン２７でトレー１０を突き上げてトレー取付孔７の
上方に持ち上げ、トレー搬入装置にトレー１０を受け渡
す。

【０００７】上記成膜装置では、成膜室２内がプロセス
ガス雰囲気中において、ターゲット１１に対し電源部
（図示せず）からスパッタ電極１２およびバッキングプ
レート１３を介して直流電力または高周波電力が印加さ
れることにより、例えばアルゴンプラズマを生成し、高
いエネルギを有するイオンをターゲット１１に入射させ
ることによって、このターゲット１１からスパッタ粒子
を弾き出し、そのスパッタ粒子を、ターンテーブル３の
回転に伴ってターゲット１１の真下位置に搬送された成
膜用ワーク９に堆積させることにより、成膜用ワーク９
の表面に薄膜を形成するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の成
膜装置では、薄膜形成に際して、成膜用ワーク９を所望
の温度以下になるよう冷却する必要がある。これは、成
膜用ワーク９の温度が高くなると、形成された薄膜の膜
質が変わるからである。しかしながら、上記従来の成膜
装置では、成膜用ワーク９を冷却するに際して、冷却配
管１９によってターンテーブル３を冷却して、このター
ンテーブル３に対しトレー１０を通じた伝熱手段で成膜
用ワーク９を冷却する非常に効率の悪い冷却方式を採用
しているだけでなく、この冷却が真空状態の成膜室２内
で行われることから、接触手段による伝熱でしか冷却さ
れないので、成膜用ワークを常に所定温度以下になるよ
う十分に冷却することができない問題がある。

【０００９】そのため、ターゲット１１への供給電力
は、成膜用ワーク９を十分に冷却できないことに起因し
て大きくすることができない。すなわち、ターゲット１
１への供給電力を大きくすると、成膜用ワーク９の温度
は、上述のように十分な冷却効果を得られないことから
高くなってしまい、所望の膜質を有する薄膜を形成でき
ないからである。したがって、上記成膜装置では、ター
ゲット１１への供給電力を大きくできないことから、成
膜レートが小さく、薄膜形成の生産性を上げることがで
きない欠点がある。

【００１０】さらに、10時間を超えるような長時間の連
続薄膜工程では、冷却効果が不十分であることから、成
膜用ワーク９の温度が徐々に上昇して成膜状態に悪影響
を及ぼすので、製造後の薄膜デバイスに所望のデバイス
特性を得ることができない問題もある。さらにまた、薄
膜デバイスによっては、所望の膜質を得るためにターゲ
ット１１に比較的高い電力を供給することが必要な場合
があるが、従来の成膜装置では、成膜用ワーク９を十分
に冷却できないことから、電力の供給がどうしても不十
分になりがちとなり、目的とするデバイス特性を実現す
ることができないという問題もある。

【００１１】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、トレーに保持された成膜用ワーク
を、効率的に冷却して常に所定の温度以下に確実に維持
することのできる構成を備えた成膜装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の成膜装置は、真空チャンバ内部の成膜室に
設けられた成膜材料のターゲットと、成膜用ワークを保
持したトレーが着脱自在に取り付けられて前記成膜用ワ
ークを前記ターゲットに対向する成膜位置に搬送するワ
ーク搬送手段と、前記ワーク搬送手段に取り付けられた
前記トレーを介した伝熱手段で前記成膜用ワークを冷却
するワーク冷却機構とを備えてなり、前記ワーク冷却機
構は、前記ワーク搬送手段に形成されたトレー取付孔の
底部に設けられて前記トレーを載置状態で支持する冷却
ブロックと、前記成膜室内に外部から導入されて前記冷
却ブロックに固定され、内部を冷却媒体が循環する冷却
配管と、前記トレーが挿入できる配置で前記冷却ブロッ
クと前記ワーク搬送手段との間に設けられた断熱スペー
サとを備えて構成されていることを特徴としている。

【００１３】この成膜装置では、冷却ブロックが冷却配
管により伝熱手段で直接的に冷却されるとともに、冷却
ブロックがワーク搬送手段に対し断熱スペーサで断熱さ
れているため、冷却配管によって冷却ブロックのみが効
率的に冷却される。したがって、トレーは、冷却配管に
よって効率的に冷却される冷却ブロック上に直接的に載
置されることによって効果的に冷却され、さらに、トレ
ーに保持されている成膜用ワークは、十分に冷却されて
常に所定値以下の温度に維持される。そのため、ターゲ
ットには所要の大きな電力を供給することができ、所望
の膜質を有する薄膜を高い生産性で形成することが可能
になるとともに、長時間の連続成膜工程においても、所
要のデバイス特性を有する薄膜デバイスを確実に得るこ
とが可能となる。

【００１４】上記発明の成膜装置において、冷却ブロッ
クと冷却配管とが、比較的薄くて弾性を有する第１の伝
熱用シートを介在した密着状態で互いに固定されている
構成とすることが好ましい。これにより、冷却配管と冷
却ブロックとの相対向する面は、これらの間に介在する
薄くて弾性を有する第１の伝熱用シートの弾性変形によ
り、その伝熱用シートを介して互いに密着状態となり、
冷却配管と冷却ブロックとの間の伝熱効率が向上するの
で、冷却ブロックを冷却配管によって一層効率的に冷却
することができる。

【００１５】また、上記発明の成膜装置において、トレ
ーが、比較的薄くて弾性を有する第２の伝熱用シートを
介在して冷却ブロック上に載置されるように構成するこ
とが好ましい。これにより、冷却ブロックとトレーとの
相対向する面は、これらの間に介在する薄くて弾性を有
する第２の伝熱用シートの弾性変形により、その伝熱用
シートを介して互いに密着状態となり、トレーと冷却ブ
ロックとの間の伝熱効率が向上するので、トレーを冷却
ブロックによって一層効率的に冷却することができる。

【００１６】さらに、上記発明の成膜装置において、冷
却ブロックにおける冷却配管との対向面が鏡面に形成さ
れていることが好ましい。これにより、冷却ブロックの
トレーに対する接触面積が増大し、冷却ブロックとトレ
ーとの間の伝熱効率を一層向上させることができる。

【００１７】さらにまた、上記発明の成膜装置におい
て、トレーにおける冷却ブロックとの対向面が鏡面に形
成されていることが好ましい。これにより、トレーの冷
却ブロックに対する接触面積が増大し、トレーと冷却ブ
ロックとの間の伝熱効率を一層向上させることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明の一実施の形態に係る成膜装置の概略構成を示す縦断
面図、図２は同成膜装置における真空チャンバ１部分の
概略横断面図である。これらの図において、図３と同一
若しくは同等のものには同一の符号を付して、その説明
を省略する。

【００１９】上記成膜装置が図３の従来装置に対し相違
する主要な構成部分は成膜用ワーク９に対する冷却機構
である。なお、この実施の形態では、図２に示すよう
に、成膜用ワーク９を保持するトレー１０をターンテー
ブル３の同一円状に等間隔で１２個取り付けられるもの
を例示してある。すなわち、ターンテーブル３には、タ
ーゲット１１の真下位置であって突き上げ機構２２の真
上位置を通る同一円上に、トレー１０を取り付けるため
のトレー取付孔２８が１２個形成されている。

【００２０】上記トレー取付孔２８は、従来装置のトレ
ー取付孔７に形成されていた支持段部８を有していなく
同一径の貫通孔である。このトレー取付孔２８には、円
形のトレー１０を挿入できる内径を有するリング状の断
熱スペーサ２９が嵌め込み固定されているとともに、こ
の断熱スペーサ２９の内部下方位置に円板状の冷却ブロ
ック３０が嵌入固定されている。断熱スペーサ２９と冷
却ブロック３０とは、冷却ブロック３０を恰も底板とし
て、トレー１０を挿入して取り付けるための容器状に構
成されている。したがって、トレー１０は、リング状の
断熱スペーサ２９内に挿入されて冷却ブロック３０上に
載置した状態で取り付けられる。冷却ブロック３０は、
熱伝導性の良い材料、例えば銅により形成されている。

【００２１】図１のシール機構１８によって真空シール
された状態で成膜室２の中央部に導入された２系統の冷
却配管１９は、図２に明示するように、各々６個ずつの
冷却ブロック３０に対し循環するよう配設されている。
また、図１に示すように、冷却配管１９における冷却ブ
ロック３０の下方に導かれた部分は、クランプ部材３１
により冷却ブロック３０に密着状態に固定されている。
冷却ブロック３０の上下両面には、比較的薄くて弾性を
有する伝熱用シート３２，３３が設けられており、この
伝熱用シート３２，３３は、例えばシリコンゴムなどに
より形成されている。したがって、トレー１０は伝熱用
シート３２を介在して冷却ブロック３０上に載置され、
冷却配管１９は伝熱用シート３３を介在して冷却ブロッ
ク３０に密着状態に固定されている。なお、この実施の
形態では、真空チャンバ１の側方位置に、トレーハンド
リング機構３８が内装されたロードロック室３７がゲー
トバルブ３４を介在して配設されている。

【００２２】つぎに、上記成膜装置の作用について説明
する。先ず、成膜用ワーク９を保持したトレー１０が、
ターンテーブル３の各冷却ブロック３０上に順次載置し
て取り付けられる。すなわち、通常は大気状態のロード
ロック室３７が真空に引かれた状態においてゲートバル
ブ３４が開かれ、この状態において、トレーハンドリン
グ機構３８がロードロック室３７のトレー１０をハンド
リングしながらゲートバルブ３４を通じて成膜室２内に
搬入し、この搬入されたトレー１０が、上昇してきた突
き上げ機構２２の各支持ピン２７で受け取られたのち
に、突き上げ機構２２の下降によって冷却ブロック３０
上に載置される工程を繰り返して、各冷却ブロック３０
上にトレー１０が順次載置して取り付けられていく。

【００２３】つぎに、成膜室２内は、真空ポンプの駆動
によって高真空状態に引かれ、続いて、高真空状態とな
った成膜室２内にはガス導入管を通じてアルゴンなどの
プロセスガス（放電ガス）が導入される。このプロセス
ガスの雰囲気中において、電源部からスパッタ電極１２
およびバッキングプレート１３を介してターゲット１１
に直流電力または高周波電力が印加されることにより、
例えばアルゴンプラズマを生成して、高いエネルギを有
するイオンをスパッタリング材料のターゲット１１に入
射させることにより、このターゲット１１のスパッタ粒
子を弾き出し、そのスパッタ粒子をガラス基板などから
なる成膜用ワーク９に堆積させることにより、成膜用ワ
ーク９の表面に所望の薄膜を形成する。

【００２４】上述の成膜用ワーク９への薄膜の形成に際
しては、ターンテーブル３の一定速度の回転によってタ
ーゲット１１の真下位置を移動中の成膜用ワーク９に対
し行う方法と、ターンテーブル３の間欠移動によって成
膜用ワーク９をターゲット１１の真下に位置決め状態に
静止させて行う方法との何れかが用いられる。薄膜が形
成された成膜用ワーク９は、ターンテーブル３の回転に
伴って突き上げ機構２２の上方位置まで搬送されたとき
に、ターンテーブル３の回転制御によって突き上げ機構
２２に対し位置決め状態に静止される。この状態におい
て、突き上げ機構２２の昇降シャフト２３の上動により
突き上げプレート２４が上昇して、複数本の支持ピン２
７が、トレー１０の下面に当接したのち、このトレー１
０を持ち上げてトレーハンドリング機構３８に受け渡
す。

【００２５】上述の成膜用ワーク９に薄膜が形成されて
いるとき、各冷却ブロック３０が冷却配管１９により伝
熱手段で直接的に冷却されるとともに、冷却ブロック３
０がターンテーブル３に対し断熱スペーサ２９で断熱さ
れているため、冷却配管１９内を循環する冷却媒体によ
って冷却ブロック３０のみが効率的に冷却される。しか
も、冷却配管１９と冷却ブロック３０との相対向する面
は、これらの間に介在する薄くて弾性を有する伝熱用シ
ート３３の弾性変形により、その伝熱用シート３３を介
して互いに密着状態となり、冷却配管１９と冷却ブロッ
ク３０との間の伝熱効率が向上する。これにより、冷却
ブロック３０は冷却配管１９によって一層効率的に冷却
される。

【００２６】したがって、トレー１０は、上述のように
冷却配管１９によって効率的に冷却される冷却ブロック
３０上に載置されることによって効果的に冷却される。
しかも、冷却ブロック３０とトレー１０との相対向する
面は、これらの間に介在する薄くて弾性を有する伝熱用
シート３２の弾性変形により、その伝熱用シート３２を
介して互いに密着状態となり、冷却ブロック３０とトレ
ー１０との間の伝熱効率が向上している。これにより、
トレー１０は冷却ブロック３０によって一層効率的に冷
却され、このトレー１０に保持されている成膜用ワーク
９は、十分に冷却されて常に所定値以下の温度を維持す
る。そのため、ターゲット１１には所望の大きな電力を
供給することができるから、所望の膜質を有する薄膜を
高い生産性で形成することが可能になるとともに、長時
間の連続成膜工程においても、所望のデバイス特性を有
する薄膜デバイスを確実に得ることができる。

【００２７】なお、冷却ブロック３０におけるトレー１
０との対向面を鏡面に形成すれば、冷却ブロック３０の
伝熱用シート３３を介在してのトレー１０に対する接触
面積が増大し、冷却ブロック３０とトレー１０との間の
伝熱効率を一層向上させることができる。さらに、トレ
ー１０における冷却ブロック３０との対向面を鏡面に形
成すれば、トレー１０の伝熱用シート３２を介在しての
冷却ブロック３０に対する接触面積が増大し、トレー１
０と冷却ブロック３０との間の伝熱効率を一層向上させ
ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の成膜装置によれ
ば、トレーを通じた伝熱手段で成膜用ワークを冷却する
ためのワーク冷却機構を、ワーク搬送手段に形成された
トレー取付孔の底部に設けられてトレーを載置状態で支
持する冷却ブロックに冷却配管を直接的に固定するとと
もに、冷却ブロックとワーク搬送手段との間を断熱スペ
ーサで断熱する構成としたので、冷却ブロックが冷却配
管により伝熱手段で直接的に冷却されるとともに、冷却
ブロックがワーク搬送手段に対し断熱スペーサで断熱さ
れているため、冷却配管内を循環する冷却媒体によって
冷却ブロックのみを効率的に冷却することができ、トレ
ーは、効率的に冷却された冷却ブロック上に載置される
ことによって効果的に冷却されるから、このトレーに保
持されている成膜用ワークは、十分に冷却されて常に所
定値以下の温度に維持される。そのため、ターゲットに
は所要の大きな電力を供給することができ、所望の膜質
を有する薄膜を高い生産性で形成することが可能になる
とともに、長時間の連続成膜工程においても、所要のデ
バイス特性を有する薄膜デバイスを確実に得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る成膜装置の概略構
成を示す縦断面図。

【図２】同上成膜装置における真空チャンバ部分の概略
構成を示す横断面図。

【図３】従来の成膜装置を示す概略縦断面図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 成膜室 ３ ターンテーブル（ワーク搬送手段） ９ 成膜用ワーク １０ トレー １１ ターゲット １９ 冷却配管 ２８ トレー取付孔 ２９ 断熱スペーサ ３０ 冷却ブロック ３２ 伝熱用シート（第２の伝熱用シート） ３３ 伝熱用シート（第１の伝熱用シート）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内部の成膜室に設けられた
   成膜材料のターゲットと、 成膜用ワークを保持したトレーが着脱自在に取り付けら
   れて前記成膜用ワークを前記ターゲットに対向する成膜
   位置に搬送するワーク搬送手段と、 前記ワーク搬送手段に取り付けられた前記トレーを介し
   た伝熱手段で前記成膜用ワークを冷却するワーク冷却機
   構とを備えてなり、 前記ワーク冷却機構は、 前記ワーク搬送手段に形成されたトレー取付孔の底部に
   設けられて前記トレーを載置状態で支持する冷却ブロッ
   クと、前記成膜室内に外部から導入されて前記冷却ブロ
   ックに固定され、内部を冷却媒体が循環する冷却配管
   と、前記トレーが挿入できる配置で前記冷却ブロックと
   前記ワーク搬送手段との間に設けられた断熱スペーサと
   を備えて構成されていることを特徴とする成膜装置。
2. 【請求項２】 冷却ブロックと冷却配管とが、比較的薄
   くて弾性を有する第１の伝熱用シートを介在した密着状
   態で互いに固定されている請求項１に記載の成膜装置。
3. 【請求項３】 トレーが、比較的薄くて弾性を有する第
   ２の伝熱用シートを介在して冷却ブロック上に載置され
   るようになっている請求項１または２に記載の成膜装
   置。
4. 【請求項４】 冷却ブロックにおける冷却配管との対向
   面が鏡面に形成されている請求項１〜３の何れかに記載
   の成膜装置。
5. 【請求項５】 トレーにおける冷却ブロックとの対向面
   が鏡面に形成されている請求項１〜４の何れかに記載の
   成膜装置。