JP2004059990A

JP2004059990A - Film deposition apparatus

Info

Publication number: JP2004059990A
Application number: JP2002219328A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Yoshinaga; 吉永　光宏
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition apparatus for preventing warping of a tray to hold a substrate to be treated or heat radiation from the substrate to the tray and ensuring the temperature uniformity on the substrate in a process for sputtering a ferroelectric film or the like while maintaining the heat uniformity of 600°C±5°C. <P>SOLUTION: For a mechanism for holding a substrate subjected to high-temperature film deposition, the substrate 1 is held on a tray 3 by a pin 2, slit is performed on the tray 3, and a shock-absorbing material 39 is thermally-sprayed on the rear face of the tray 3 to improve the temperature uniformity of the surface of the substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造や電子部品製造などで用いられる成膜装置に関し、特に、スパッタリング技術などにおいて被処理基板を均一に加熱するための手段に特徴がある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体膜のスパッタリングプロセスは、ハードディスクアクチュエータなどの各種アクチュエータやインクジェット用ヘッド、更には角速度測定用センサーを形成するため成膜工程に応用されつつある。
【０００３】
以下、図４及び図５を参照しながら、従来の技術におけるスパッタリングプロセスを説明する。
【０００４】
図４は、従来の技術の強誘電体用スパッタリング装置の概略図を示す。
【０００５】
図４（ａ）は成膜装置の全体構成を示し、４１は被処理基板をトレーごとに収納するカセットロードロック室、４２は被処理基板をトレー毎にカセットロードロック室４１より搬送する真空移載室、４３は被処理基板をスパッタ処理する真空チャンバー、４４及び４５は各ポジションでのヒータを示している。また、図４（ｂ）は、前述する成膜装置の内部構成を示し、４６はカソードユニット、４７はトレーに載置される被処理被基板を各成膜ポジションへ移動させるターンテーブルである。
【０００６】
更に、図５は、ターンテーブル４７上に被処理基板が保持される状態を示しており、５１は被処理基板、５２は被処理基板を加熱するヒータ、５３はトレーである。このとき、被処理基板５１は、トレー５３上に直置きされている。
【０００７】
このような成膜装置において、所定のスパッタリングプロセスを行い、結晶構造の強誘電体膜を被処理基板５１の表面に膜質良く形成するには、被処理基板５１の表面の設定温度を±５℃以内に均一に保つ必要があるとされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述するような成膜装置では、被処理基板５１からトレー５３への放熱が非常に大きいことから、幾らヒータ４４，４５にて内外周の温度勾配を調整するにしても、被処理基板５１の表面での温度均一を保つことが難しいという問題を有することになる。
【０００９】
また、特にトレー５３が金属製である場合、このトレー５３を搭載している水冷配管付きのターンテーブル４７への放熱がトレー５３外周部で起こり易くなり、トレー５３の表面に温度勾配が発生し、場合によっては、トレー５３自体に熱歪みが発生してしまうこともある。更に、トレー５３の裏面にスパッタ膜が付着した場合、トレー５３の表面温度の変化などにより、トレー５３表面と膜表面の熱膨張係数の違いから膜応力が発生し、膜剥れや、トレー５３の反りなどが発生することも生じる。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、被処理基板を均一に加熱することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと前記被処理基板を加熱する発熱体との間に均熱板を介在させた成膜装置であって、前記被処理基板をピンを用いて保持し、前記トレーと被処理基板との接触面積を最小化したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載された成膜装置は、請求項１における成膜装置において、発熱体と被処理基板との距離が５ｍｍ以内であることを特徴する。
【００１３】
また、請求項３に記載された成膜装置は、請求項１または２における成膜装置において、トレーの表面にピンを立て、ピンで均熱板を保持し、前記トレーと均熱板との接触面積を最小化することを特徴とする。
【００１４】
また、請求４に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーにスリットを形成し、前記スリットを塞ぐようにプレートが取り付けられたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求５に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーのうち、被処理基板を載置する面に成膜材料と同等の熱膨張率の薄膜を積層したことを特徴とする。
【００１６】
更に、請求項６に記載された成膜装置は、請求項５における成膜装置において、成膜材料と同等の熱膨張率を有する材料がＣＵ−ＡＬであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を図１を参照しながら詳述する。
【００１８】
図１は、従来のトレー構造に本発明を適用した成膜装置を示し、例えば、被処理基板１を４インチとした場合、被処理基板１はチタンまたはインコネルなどの金属、又はセラミック製の直径１７０ｍｍのトレー３に突上げピン２にて保持されている。このトレー３には、突上げピン５にて保持された厚さ１〜３ｍｍのＳＩＮやＡＬＮなどの直径１６０程度、厚み１〜３ｍｍ程度均熱板４が設置されている。
【００１９】
更に、突上げピン２は直径約１〜２ｍｍのピンであり、このような構成によって、被処理基板１はトレー３への放熱を低減することが可能となり、また、ピン受けでもあるために、トレー３に熱歪みなどが発生しても被処理基板１への熱影響を減少させることが可能となる。
【００２０】
また、均熱板４については、被処理基板１と同様、突き上げピン５にてトレー３上に保持されているため、トレー３からの熱影響は小さく、トレー３に熱歪みなどが発生しても均熱板４の外周部で温度変化を低減させることが可能であり、その結果、被処理基板１の表面温度均一性を保つことが可能となる。なお、被処理基板１と均熱板４との距離が５ｍｍ以内であれば、より好適である。
【００２１】
なお、被処理基板１の突上げピン２のサイズや個数や材質は適宜設定してもよく、角度を付けても良い。また、トレー２のスリットの位置、本数、幅、長さなどもトレー３の材質、形状、大きさ、厚さ、加熱温度などにより適宜設定してもよく、曲線状にしても良い。
【００２２】
以上のように、複数のピンによって被処理基板はトレー上に保持されるので、被処理基板の表面温度を６００℃±５℃に保つことが可能となり、被処理基板を均一に加熱することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を図２及び図３を参照しながら詳述する。
【００２４】
本実施形態に係る成膜装置のトレー２３は、トレー２３ごとカセット部より搬送されるので真空チャンバー内では、常時、ターンテーブル３５に搭載されている。また、水冷パイプ３６はこのターンテーブル３５上に形成されている。
【００２５】
図２及び図３のような構成において、成膜処理を行うと、トレー２３は上部に配置されたヒータ３７からの輻射熱、及び均熱板３８による熱により、高温（約３００℃〜６００℃）に加熱される。しかし、トレー２３は、水冷パイプ３６により常温に冷却されたターンテーブル３５の上に搭載されているため、トレー２３の表面に温度勾配が発生することになる。
【００２６】
このような状況から、これまでは、熱歪みを低減するようにトレー２３の厚みを大きくしたり、トレー２３の材質を熱膨張係数の小さなセラミックや石英などへの変更も検討されたりしたが、搬送アームの耐荷重制限、及びダスト対策のブラスト処理または、溶射処理などが難しいなどの理由により、厚さ約１〜３ｍｍ程度のチタン製トレーを使用するに止まり、歪みの発生を十分に抑えられるに至っていなかった。
【００２７】
そこで、図２（ａ）のように、トレー２３にその外周、９０度振り分けで幅２ｍｍ程度、深さ１０ｍｍ程度のスリットを入れ、また、トレー２３内部の応力緩和のために、内部にスリットを同様な幅で設けた。
【００２８】
但し、このとき、同心円位置での応力緩和のため、外周よりのスリット先端位置と内部スリットの最外形の位置は、２ｍｍ程度オーバーラップさせている。トレー２３の被処理基板１の搭載部においては、被処理基板１への熱伝導バランスへとスパッタ膜の回り込みを押えるため、スリットは入れていない。また、図２（ｂ）のようにスリット部からの膜の回り込みを防止するため、スリット部には、プレートがスポット溶接などにより取り付けるようにした。
【００２９】
なお、スリット方向は、トレー２３の表面と斜めにカットすることにより、トレー２３の厚みとカット角度によっては、プレート２４無しでもスパッタリング膜の回り込みも押えることが可能である。
【００３０】
以上のように、トレーの内外周にスリットを入れることによって、トレーの歪みを緩和することが可能となり、被処理基板を均一に加熱することが可能となる。
【００３１】
（第３の実施形態）
以下、図３に記載されたトレー２３の裏面への熱応力緩和膜について説明する。
【００３２】
Ｔｉなどの金属トレーを用いた場合、トレー２３が６００℃程度になると、熱膨張係数が１×１０^−５ｍ／℃であるＴｉトレーに対し、成膜される強誘電体膜の熱膨張係数は約５．７×１０^−６ｍ／℃であることから、同一温度であっても４．３×１０^−６×直径分の熱歪みが発生することになる。
【００３３】
そこで、トレー２３の裏面に、ＣＵ−ＡＬなど熱膨張係数が膜のものと近い（６×１０^−５ｍ／℃）ものを緩衝材として成膜することにより、膜表面での急激な応力集中を緩和することができ、高温時及び常温時でも膜剥れによるダスト発生などを低減することが可能となる。
【００３４】
なお、本発明の成膜装置は強誘電体スパッタリングを一例として示したが、酸化膜や金属膜のスパッタリング装置や、ＣＶＤ、ケミカルビームエピタキシ、真空蒸着などの薄膜成長を行う各種装置に適応してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の成膜装置によれば、被処理基板をピン受けにすることで、前記被処理基板で生じる熱をトレーへを最小限に抑えることが可能となり、その結果、被処理基板に生じる温度を均一にすることができ、前記被処理基板の品質も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置におけるトレーの概略図
（ａ）上方から見た図
（ｂ）Ａ方向からの矢視図
【図３】本発明の第２及び３の実施形態に係る成膜装置のトレー保持部分の構成図
【図４】（ａ）は従来の技術における成膜装置の本体外観図
（ｂ）は従来の技術における成膜装置の本体内部構成図
【図５】従来の技術における成膜装置の基板保持機構の構成図
【符号の説明】
１　被処理基板
２，５　突き上げピン
３　トレー
４　均熱板
５　均熱板外周押え
６　基板外周押え[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus used in semiconductor manufacturing, electronic component manufacturing, and the like, and is particularly characterized by means for uniformly heating a substrate to be processed in a sputtering technique or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a sputtering process of a ferroelectric film is being applied to a film forming process for forming various actuators such as a hard disk actuator, an inkjet head, and a sensor for measuring an angular velocity.
[0003]
Hereinafter, a conventional sputtering process will be described with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 4 is a schematic view of a conventional ferroelectric sputtering apparatus.
[0005]
FIG. 4A shows the overall configuration of the film forming apparatus, in which 41 is a cassette load lock chamber for accommodating substrates to be processed for each tray, and 42 is a vacuum transfer chamber for transporting substrates to be processed from the cassette load lock chamber 41 for each tray. The mounting chamber 43 is a vacuum chamber for sputtering the substrate to be processed, and 44 and 45 are heaters at respective positions. FIG. 4B shows the internal configuration of the above-described film forming apparatus, wherein 46 is a cathode unit, and 47 is a turntable for moving a substrate to be processed placed on a tray to each film forming position.
[0006]
FIG. 5 shows a state in which the substrate to be processed is held on the turntable 47. Reference numeral 51 denotes a substrate to be processed, 52 denotes a heater for heating the substrate to be processed, and 53 denotes a tray. At this time, the substrate to be processed 51 is placed directly on the tray 53.
[0007]
In such a film forming apparatus, in order to perform a predetermined sputtering process and form a ferroelectric film having a crystal structure on the surface of the substrate 51 with good film quality, the set temperature of the surface of the substrate 51 is set to ± 5 ° C. It is said that it is necessary to keep uniform within.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the film forming apparatus described above, since the heat radiation from the processing target substrate 51 to the tray 53 is extremely large, even if the temperature gradient of the inner and outer circumferences is adjusted by the heaters 44 and 45, the processing target substrate There is a problem that it is difficult to maintain temperature uniformity on the surface of the surface 51.
[0009]
In particular, when the tray 53 is made of metal, heat radiation to the turntable 47 with the water-cooled pipe on which the tray 53 is mounted is likely to occur at the outer peripheral portion of the tray 53, and a temperature gradient occurs on the surface of the tray 53. In some cases, thermal distortion may occur in the tray 53 itself. Further, when a sputtered film adheres to the back surface of the tray 53, a film stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the surface of the tray 53 and the film surface due to a change in the surface temperature of the tray 53, etc. Warpage may occur.
[0010]
An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of uniformly heating a substrate to be processed in view of the above-mentioned conventional problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a film forming apparatus according to claim 1, wherein a soaking plate is interposed between a tray for holding a substrate to be processed and a heating element for heating the substrate to be processed. A film apparatus, wherein the substrate to be processed is held by using pins, and a contact area between the tray and the substrate to be processed is minimized.
[0012]
Further, a film forming apparatus according to a second aspect is the film forming apparatus according to the first aspect, wherein a distance between the heating element and the substrate to be processed is within 5 mm.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the film forming apparatus according to the first or second aspect, wherein a pin is erected on the surface of the tray, and the heat equalizing plate is held by the pin. It is characterized in that the contact area is minimized.
[0014]
Further, the film forming apparatus according to claim 4 is a film forming apparatus having a tray for holding a substrate to be processed and a heating element for heating the substrate to be processed, wherein a slit is formed in the tray, The plate is attached so as to cover the slit.
[0015]
Further, the film forming apparatus according to claim 5 is a film forming apparatus having a tray for holding a substrate to be processed and a heating element for heating the substrate to be processed, wherein the substrate to be processed among the trays is A thin film having the same coefficient of thermal expansion as the film-forming material is laminated on the surface on which the film is to be mounted.
[0016]
Furthermore, a film forming apparatus according to claim 6 is characterized in that, in the film forming apparatus according to claim 5, the material having the same thermal expansion coefficient as the film forming material is CU-AL.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0018]
FIG. 1 shows a film forming apparatus in which the present invention is applied to a conventional tray structure. For example, when the substrate 1 to be processed is 4 inches, the substrate 1 to be processed is made of a metal such as titanium or inconel, or a ceramic diameter. It is held by a push-up pin 2 on a 170 mm tray 3. The tray 3 is provided with a soaking plate 4 having a diameter of about 160 and a thickness of about 1 to 3 mm such as SIN or ALN having a thickness of 1 to 3 mm held by the push-up pins 5.
[0019]
Further, the push-up pin 2 is a pin having a diameter of about 1 to 2 mm. With such a configuration, the substrate 1 to be processed can reduce the heat radiation to the tray 3, and also serves as a pin receiver. Even if thermal distortion or the like occurs in the tray 3, it is possible to reduce the thermal effect on the substrate 1 to be processed.
[0020]
Further, the heat equalizing plate 4 is held on the tray 3 by the push-up pins 5 as in the case of the substrate 1 to be processed. It is also possible to reduce the temperature change at the outer peripheral portion of the heat equalizing plate 4, and as a result, it is possible to maintain the uniformity of the surface temperature of the substrate 1 to be processed. It is more preferable that the distance between the substrate 1 to be processed and the soaking plate 4 is within 5 mm.
[0021]
Note that the size, number, and material of the push-up pins 2 of the substrate 1 to be processed may be set as appropriate, or may be angled. Further, the position, number, width, length, and the like of the slits of the tray 2 may be appropriately set according to the material, shape, size, thickness, heating temperature, and the like of the tray 3, or may be curved.
[0022]
As described above, since the substrate to be processed is held on the tray by the plurality of pins, the surface temperature of the substrate to be processed can be maintained at 600 ° C. ± 5 ° C., and the substrate to be processed can be uniformly heated. It becomes possible.
[0023]
(Second embodiment)
Hereinafter, a film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0024]
The tray 23 of the film forming apparatus according to the present embodiment is transported together with the tray 23 from the cassette unit, and therefore is always mounted on the turntable 35 in the vacuum chamber. A water cooling pipe 36 is formed on the turntable 35.
[0025]
When the film forming process is performed in the configuration shown in FIGS. 2 and 3, the tray 23 is heated to a high temperature (about 300 ° C. to 600 ° C.) by radiant heat from the heater 37 disposed above and heat generated by the soaking plate 38. Heated. However, since the tray 23 is mounted on the turntable 35 cooled to room temperature by the water cooling pipe 36, a temperature gradient occurs on the surface of the tray 23.
[0026]
Under such circumstances, until now, the thickness of the tray 23 has been increased so as to reduce the thermal strain, and the material of the tray 23 has been considered to be changed to ceramic, quartz, or the like having a small coefficient of thermal expansion. Due to the limitations of the load-bearing capacity of the transfer arm and the difficulty of blast treatment or dust spray treatment for dust measures, only titanium trays with a thickness of about 1 to 3 mm are used, and the occurrence of distortion can be sufficiently suppressed. Was not reached.
[0027]
Therefore, as shown in FIG. 2 (a), a slit having a width of about 2 mm and a depth of about 10 mm is formed in the outer periphery of the tray 23 by 90 ° distribution, and a slit is formed inside the tray 23 to relieve stress inside the tray 23. It was provided with a similar width.
[0028]
However, at this time, in order to relieve stress at the concentric position, the position of the slit tip from the outer periphery and the position of the outermost shape of the internal slit are overlapped by about 2 mm. No slit is formed in the mounting portion of the tray 23 on which the substrate 1 is to be mounted in order to suppress the spread of the sputtered film to balance the heat conduction to the substrate 1 to be processed. In addition, a plate is attached to the slit portion by spot welding or the like in order to prevent the film from passing through the slit portion as shown in FIG. 2B.
[0029]
The slit direction is cut obliquely to the surface of the tray 23, so that depending on the thickness and the cut angle of the tray 23, it is possible to suppress the wraparound of the sputtering film even without the plate 24.
[0030]
As described above, by forming slits on the inner and outer peripheries of the tray, the distortion of the tray can be reduced, and the substrate to be processed can be uniformly heated.
[0031]
(Third embodiment)
Hereinafter, the thermal stress relieving film on the back surface of the tray 23 shown in FIG. 3 will be described.
[0032]
When a metal tray such as Ti is used, when the temperature of the tray 23 is about 600 ° C., the thermal expansion coefficient of a ferroelectric film to be formed is higher than that of a Ti tray having a thermal expansion coefficient of 1 × 10 ⁻⁵ m / ° C. Is about 5.7 × 10 ⁻⁶ m / ° C., so that even at the same temperature, thermal strain of 4.3 × 10 ⁻⁶ × diameter is generated.
[0033]
Therefore, a material having a thermal expansion coefficient close to that of the film (6 × 10 ⁻⁵ m / ° C.) such as CU-AL is formed on the back surface of the tray 23 as a cushioning material, so that a sharp stress concentration on the film surface is achieved. Can be reduced, and the generation of dust and the like due to film peeling can be reduced even at high temperatures and normal temperatures.
[0034]
Although the film forming apparatus of the present invention has been described using ferroelectric sputtering as an example, it is applicable to various apparatuses for performing thin film growth such as an oxide film or metal film sputtering apparatus, CVD, chemical beam epitaxy, and vacuum deposition. Is also good.
[0035]
【The invention's effect】
According to the film forming apparatus of the present invention, since the substrate to be processed is the pin receiver, heat generated in the substrate to be processed can be minimized to the tray, and as a result, the temperature generated in the substrate to be processed can be reduced. Can be made uniform, and the quality of the substrate to be processed can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view of a tray in a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention, as viewed from above (a). (B) View from the direction of arrow A. FIG. 3 is a configuration diagram of a tray holding portion of the film forming apparatus according to the second and third embodiments of the present invention. FIG. The external view of the main body of the apparatus (b) is an internal configuration diagram of the film forming apparatus according to the prior art.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate to be processed 2, 5 Push-up pin 3 Tray 4 Heat equalizing plate 5 Heat equalizing plate outer periphery presser 6 Substrate outer periphery presser

Claims

A film forming apparatus in which a soaking plate is interposed between a tray holding a substrate to be processed and a heating element that heats the substrate to be processed, wherein the substrate is held using pins, and the tray and A film forming apparatus characterized in that a contact area with a substrate to be processed is minimized.

2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a distance between the heating element and the substrate to be processed is within 5 mm.

3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a pin is erected on the surface of the tray, the pin is used to hold the soaking plate, and a contact area between the tray and the soaking plate is minimized. .

A film forming apparatus having a tray for holding a substrate to be processed and a heating element for heating the substrate to be processed, wherein a slit is formed in the tray, and a plate is attached so as to close the slit. Film forming apparatus.

What is claimed is: 1. A film forming apparatus comprising: a tray for holding a substrate to be processed; and a heating element for heating the substrate to be processed. A film forming apparatus characterized in that thin films of different rates are laminated.

6. The film forming apparatus according to claim 5, wherein the material having the same thermal expansion coefficient as the film forming material is CU-AL.