JP2006097069A - Vacuum film-forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空成膜装置に関し、特に、回転する基板の温度を演算するための温度測定手段を、真空槽内の適所に配置した真空成膜装置に関する。 The present invention relates to a vacuum film-forming apparatus, and more particularly to a vacuum film-forming apparatus in which temperature measuring means for calculating the temperature of a rotating substrate is arranged at an appropriate place in a vacuum chamber.
真空成膜装置の一形態として、真空成膜装置の真空槽内に、蒸着材料をセットする坩堝と複数の基板(ガラス基板や樹脂基板)を保持するドーム状の基板ホルダとが、適宜の間隔を開けて配置され、電子ビーム加熱や抵抗加熱に基づき蒸着材料を加熱溶融することにより蒸着材料を蒸発させ、これにより、基板にこの蒸着材料から放出した蒸着粒子からなる蒸着膜を形成させる真空蒸着装置やイオンプレーティング装置がある。 As one form of the vacuum film forming apparatus, a crucible for setting a deposition material and a dome-shaped substrate holder for holding a plurality of substrates (glass substrate or resin substrate) in a vacuum chamber of the vacuum film forming apparatus have an appropriate interval. Vapor deposition, in which the vapor deposition material is evaporated by heating and melting the vapor deposition material based on electron beam heating or resistance heating, thereby forming a vapor deposition film made of vapor deposition particles emitted from the vapor deposition material. There are devices and ion plating devices.
そして、こうした真空成膜装置では、蒸着材料の溶融加熱の影響による基板に対する過度の昇温を抑えるため、基板の温度コントロールを適切に実行させることが肝要である。 In such a vacuum film forming apparatus, it is important to appropriately control the temperature of the substrate in order to suppress an excessive temperature rise on the substrate due to the influence of the melting and heating of the vapor deposition material.
このため、蒸着材料の熱輻射や基板に蒸着した高温の蒸着被膜の熱伝導によって、基板にもたらされる熱量を確実に見積もって、こうした熱輻射や熱伝導により、例えば樹脂製の基板に対する熱ダメージを未然に防止する技術が開発されている。 For this reason, the amount of heat brought to the substrate is reliably estimated by the heat radiation of the vapor deposition material or the heat conduction of the high-temperature vapor-deposited film deposited on the substrate, and the heat radiation or heat conduction causes heat damage to the resin substrate, for example. Technology to prevent it has been developed.
例えば、固定のウェハホルダプレートに、蒸着材料を蒸着するための半導体基板の他に、基板温度測定用のダミーの基板を配置して、基板温度測定用のダミーの基板に接続する熱電対によって得られた温度に基づいて上記半導体基板の温度を推定する真空蒸着装置がある(例えば、特許文献1参照)。 For example, in addition to a semiconductor substrate for depositing vapor deposition material on a fixed wafer holder plate, a dummy substrate for substrate temperature measurement is arranged and obtained by a thermocouple connected to the dummy substrate for substrate temperature measurement. There is a vacuum deposition apparatus that estimates the temperature of the semiconductor substrate based on the measured temperature (see, for example, Patent Document 1).
また、基板を保持した基板ホルダを回転させつつ、この基板の温度を見積る技術として、基板に近接するように、基板回転用のドーム状の保持手段の背面に温度センサを配置した真空被覆装置もある(例えば、特許文献2参照)。
しかし、特許文献1に記載の装置では、ウェハホルダプレートを固定することを前提とする基板温度の測定技術に関するものであり、この測定技術をそのまま基板ホルダに保持され基板ホルダと共に回転する基板の温度測定に適用しても、ダミーの基板に接続する熱電対が絡まって基板の回転が妨げられてしまう。 However, the apparatus described in Patent Document 1 relates to a substrate temperature measurement technique on the premise that the wafer holder plate is fixed. The temperature of the substrate that is held by the substrate holder and rotates together with the substrate holder as it is. Even if it is applied to the measurement, the thermocouple connected to the dummy substrate is entangled and the rotation of the substrate is hindered.
また、上記の特許文献2に記載の保持手段の背面にある温度センサでは、蒸着材料から基板に輻射される熱線が、保持手段により遮蔽され正確な輻射熱量を見積れないという不具合がある。
In addition, the temperature sensor on the back surface of the holding means described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸着材料の加熱に基づく基板への輻射伝熱について、基板を回転させた状態で正確に見積るための温度測定手段を、真空槽内の適所に配置した真空成膜装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a temperature measuring means for accurately estimating the radiant heat transfer to the substrate based on the heating of the deposition material while the substrate is rotated. Is to provide a vacuum film forming apparatus arranged in a proper position in a vacuum chamber.
上記課題を解決するため、本発明に係る真空成膜装置は、真空槽と、基板を保持して回転するように前記真空槽内に配置された基板ホルダと、前記基板ホルダに対向して前記真空槽内に配置され、蒸着材料を加熱することにより蒸着粒子を前記基板に向けて放出する蒸発源と、前記蒸着材料から輻射される熱線を受けることにより、前記熱線を検知する温度測定手段と、を備える。 In order to solve the above problems, a vacuum film forming apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber, a substrate holder disposed in the vacuum chamber so as to hold and rotate the substrate, and the substrate holder facing the substrate holder. An evaporation source that is disposed in a vacuum chamber and emits vapor deposition particles toward the substrate by heating the vapor deposition material; and a temperature measurement unit that detects the heat rays by receiving heat rays radiated from the vapor deposition material; .
こうして、前記温度測定手段が、前記蒸発源を直接に臨めるように真空槽内の適所に配置され、これにより、前記温度測定手段に前記蒸着材料から輻射される熱線を当てて、前記熱線が正確に検知される。 Thus, the temperature measuring means is disposed at a proper position in the vacuum chamber so as to directly face the evaporation source, so that the heat rays radiated from the vapor deposition material are applied to the temperature measuring means, so that the heat rays are accurate. Is detected.
ここで、前記基板ホルダを保持して回転する中空領域を有する中空回転体を備え、前記基板ホルダは開口を有する環状体である一方、前記温度測定手段は、前記中空領域を通って前記開口に向かって前記真空槽内に挿入されるように構成しても良い。前記中空回転体の中空領域を上手く流用することにより、前記温度測定手段が、真空槽内の適所に配置されて好適である。 Here, a hollow rotating body having a hollow region that holds and rotates the substrate holder is provided, and the substrate holder is an annular body having an opening, while the temperature measuring means passes through the hollow region to the opening. You may comprise so that it may insert in the said vacuum chamber. By appropriately diverting the hollow region of the hollow rotating body, it is preferable that the temperature measuring means is arranged at an appropriate place in the vacuum chamber.
若しくは、前記温度測定手段は、前記基板ホルダの周囲と前記真空槽の壁部との間の前記真空槽内に挿入されるように構成しても良い。前記温度測定手段が、前記基板ホルダの周囲と前記真空槽の壁部との間の前記真空槽内の適所に配置されて好適である。 Alternatively, the temperature measuring unit may be inserted into the vacuum chamber between the periphery of the substrate holder and the wall of the vacuum chamber. Preferably, the temperature measuring means is disposed at a suitable position in the vacuum chamber between the periphery of the substrate holder and the wall of the vacuum chamber.
ここで前記温度測定手段の一例は、線状の温度センサと、少なくとも前記温度センサの端部を囲む凹状のカバー部材と、を備え、前記温度センサの端部と前記カバー部材とが接触するものである。 Here, an example of the temperature measuring unit includes a linear temperature sensor and a concave cover member surrounding at least an end portion of the temperature sensor, and the end portion of the temperature sensor and the cover member are in contact with each other. It is.
こうすると、蒸着材料から放出する蒸着粒子が前記カバー部材に付着され、その結果、前記温度センサの先端が、前記蒸着粒子により汚染されることを解消できる。 If it carries out like this, the vapor deposition particle discharge | released from vapor deposition material will adhere to the said cover member, As a result, it can eliminate that the front-end | tip of the said temperature sensor is contaminated with the said vapor deposition particle.
また、この真空成膜装置には、前記温度測定手段から出力された信号に基づいて前記基板の温度を演算する制御装置を備えている。 Further, the vacuum film forming apparatus includes a control device that calculates the temperature of the substrate based on a signal output from the temperature measuring means.
前記温度測定手段は、例えば、前記中空領域を通って前記開口に向かって前記真空槽内に挿入され、前記蒸着材料から輻射される熱線を受けることにより、前記熱線を検知する第1の温度測定手段と、前記基板ホルダの周囲と前記真空槽の壁部との間の前記真空槽内に挿入され、前記蒸着材料から輻射される熱線を受けることにより、前記熱線を検知する第2の温度測定手段と、によって構成され、前記第1の温度測定手段から出力された信号と前記第2の温度測定手段から出力された信号に基づいて前記基板の温度が演算されるように構成しても良い。 The temperature measurement means is, for example, a first temperature measurement that detects the heat ray by receiving a heat ray that is inserted into the vacuum chamber through the hollow region toward the opening and radiated from the vapor deposition material. Means, and a second temperature measurement that detects the heat ray by receiving a heat ray radiated from the vapor deposition material, inserted into the vacuum vessel between the periphery of the substrate holder and the wall of the vacuum vessel. And the temperature of the substrate may be calculated based on the signal output from the first temperature measuring means and the signal output from the second temperature measuring means. .
そして、前記基板ホルダの一例は、その中心から周囲に向かって前記蒸発源側に傾斜した傾斜面を有しており、第1の温度測定手段の先端が、前記中心に形成された前記基板ホルダの開口と略同一面上に位置付けられ、かつ前記第2の温度測定手段の先端が、前記開口と並行な前記周囲と略同一面上に位置付けられるように構成しても良い。 An example of the substrate holder has an inclined surface inclined toward the evaporation source side from the center toward the periphery, and the tip of the first temperature measuring means is formed at the center. The tip of the second temperature measuring means may be positioned substantially on the same plane as the periphery parallel to the opening.
こうした構成により、前記基板ホルダの中心および周囲という2箇所の前記真空槽内の雰囲気温度が得られて、前記基板ホルダの前記傾斜面に配置された複数の基板の温度であっても適正に演算可能になる。 With this configuration, the ambient temperature in the vacuum chamber at two locations, the center and the periphery of the substrate holder, can be obtained, and even if the temperatures of the plurality of substrates arranged on the inclined surface of the substrate holder are calculated appropriately It becomes possible.
ここで、前記蒸着粒子を堆積して得られた前記基板の膜が、複数の層に区分された積層構造である場合に、前記制御装置は、前記基板への前記各層の成膜終了後に前記蒸着粒子の前記基板への放出を停止する層間停止時間を、前記信号に基づき設定するものであっても良い。 Here, when the film of the substrate obtained by depositing the vapor deposition particles has a laminated structure divided into a plurality of layers, the control device is configured to perform the film formation after the formation of the layers on the substrate. An interlayer stop time for stopping the release of vapor deposition particles to the substrate may be set based on the signal.
こうすると、前記層間停止時間が、前記信号に基づき適正に設定され、その結果、基板の温度がそのしきい値温度(TK0)を超えて昇温することが確実に防止され好適である。 In this case, the interlayer stop time is appropriately set based on the signal, and as a result, the temperature of the substrate is reliably prevented from rising beyond the threshold temperature (TK 0 ), which is preferable.
また、前記制御装置は、前記層間停止時間の開始直後における前記信号と予め設定された値とを対比する一方、前記対比結果に基づき前記層間停止時間の妥当性が判定されても良い。 The control device may compare the signal immediately after the start of the interlayer stop time with a preset value, and determine the validity of the interlayer stop time based on the comparison result.
そして、前記層間停止時間が妥当で無ければ、前記制御装置は、前記層間停止時間の開始後における前記信号の経時変化に対応した時定数および整定時間を演算した後、前記時定数および前記整定時間から得られた前記信号の経時変化プロファイルに基づき前記層間停止時間を再設定しても良い。 If the interlayer stop time is not appropriate, the control device calculates a time constant and a settling time corresponding to a change with time of the signal after the start of the interlayer stop time, and then calculates the time constant and the settling time. The interlayer stop time may be reset based on the time-varying profile of the signal obtained from (1).
こうして、前記信号の経時変化プロファイルに基づき層間停止時間が適切に再設定されることにより、基板に積層構造の蒸着膜が形成される場合であっても、基板の温度をそのしきい値温度以下(TK0)に保つことが可能になる。 In this way, by appropriately resetting the interlayer stop time based on the time-dependent change profile of the signal, even when a vapor deposition film having a laminated structure is formed on the substrate, the temperature of the substrate is lower than the threshold temperature. It becomes possible to keep (TK 0 ).
更に、前記膜が材質を違えて連続して成膜された第1層および第2層を有しており、前記制御装置は、前記基板への前記第1層の成膜終了の後における前記層間停止時間の経過に先立って、前記層間停止時間に基づいて前記基板への前記第2層の成膜のための蒸着材料を予備加熱するように制御しても良い。 Further, the film has a first layer and a second layer formed continuously with different materials, and the control device is configured to perform the control after the film formation of the first layer on the substrate is completed. Prior to the passage of the interlayer stop time, the vapor deposition material for forming the second layer on the substrate may be controlled to be preheated based on the interlayer stop time.
これにより、真空成膜装置における蒸着材料の予備加熱時期を適正に予測することができ、ひいては、基板に材質の違えた複数の層からなる蒸着膜を連続的に形成する場合であっても、真空成膜装置の蒸着材料の無駄や成膜タクトの遅延が解消される。 Thereby, it is possible to properly predict the preheating time of the vapor deposition material in the vacuum film forming apparatus, and as a result, even in the case of continuously forming a vapor deposition film composed of a plurality of layers of different materials on the substrate, The waste of the vapor deposition material of the vacuum film forming apparatus and the delay of the film forming tact are eliminated.
本発明によれば、蒸着材料の加熱に基づく基板への輻射伝熱について、基板を回転させた状態で正確に見積るための温度測定手段を、真空槽内の適所に配置した真空成膜装置が得られる。 According to the present invention, there is provided a vacuum film forming apparatus in which temperature measuring means for accurately estimating the radiant heat transfer to the substrate based on the heating of the vapor deposition material in a state where the substrate is rotated is disposed at an appropriate position in the vacuum chamber. can get.
以下、図面を参照して発明を実施するための実施の形態について説明する。 Embodiments for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る真空成膜装置の構成を示した断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a vacuum film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
また、図2は、図1に示した真空成膜装置のうちの基板ホルダを保持する中空回転体の周辺構成を拡大して図示した断面図である。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the peripheral structure of the hollow rotating body that holds the substrate holder in the vacuum film forming apparatus shown in FIG.
最初に、図1及び図2を参照して真空成膜装置の構成について概説する。 First, the configuration of the vacuum film forming apparatus will be outlined with reference to FIG. 1 and FIG.
図1に示すように、真空成膜装置100は導電性の真空槽1を有している。真空槽1の内部空間1eの下部には、蒸着材料蒸発用の一対(2個)の蒸発源2が配設されている。また、真空槽1の内部空間1eの上部には、この蒸発源2に対向して複数の基板3を保持して回転するドーム状の基板ホルダ4が配設されている。
As shown in FIG. 1, the vacuum
蒸発源2は各々、蒸着材料(図示せず)をセットする凹状の蒸着材料溜めを形成した坩堝2aと、坩堝2aの蒸着材料溜めにセットされた蒸着材料を電子エネルギーによって蒸発させるため、この蒸着材料溜めに向けて高速の電子ビームを放出する電子銃2bと、蒸着材料から放出した蒸着粒子の基板3への被覆を制御するように、適宜の駆動装置(図示せず)により蒸着材料溜めの開口を開閉するシャッタ部材2cと、によって構成されている。
Each of the
このシャッタ部材2cは、後ほど述べるように、高温の蒸着材料から基板3に伝達される熱輻射による熱量を制御する手段としての役割も果たす。
As will be described later, the
なお、シャッタ部材2cの開閉動作により、これらの蒸発源2の各々から同時に蒸着材料を基板3に放出しても良く、蒸発源2の各々に設置されたシャッタ部材2cの開閉を、互いに適宜の時間間隔毎に切り替えて、蒸着粒子を基板3に向けて放出しても良い。更に、これらの蒸発源2の各々の坩堝2aに同じ蒸着材料をセットしても良く、材質を違えた蒸着材料をセットしても良い。
Note that the evaporation material may be simultaneously released from each of these
要するに、蒸発源2の構成およびその動作に依存して、基板3には適宜の積層構造や合金構造の蒸着膜が形成され得る。
In short, depending on the configuration and operation of the
基板ホルダ4は、中空回転体6(後ほど説明)に保持され、この中空回転体6と共に回転駆動装置27(図2参照;後ほど説明)に駆動され回転するように構成されている。基板3の回転動作により、基板3に均一な厚みの蒸着膜が形成される。
The substrate holder 4 is held by a hollow rotating body 6 (described later), and is configured to be driven and rotated together with the hollow rotating
また、基板ホルダ4は、図2に示すように、複数の基板3を背面に保持した状態でこの基板3に蒸着粒子を付着させるように、基板3の一部を蒸発源2に対して露出させるような蒸着穴5を有するドーム状の導電性の第1のプレート板7と、この第1のプレート板7の背面側に、環状の導電性のスペーサ31によって所定の間隔を隔ててボルト32で第1のプレート板7に連結された、第1のプレート板7と同形の導電性の第2のプレート板8と、によって構成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the substrate holder 4 exposes a part of the
そしてこの真空成膜装置100を、例えばイオンプレーティング装置として使用する際には、真空槽1の内部空間1eに所定の放電ガスが導かれると共に、電力供給源(図示せず)から第1および第2のプレート板7、8に所定の電力が供給され、これにより、接地状態の真空槽1と第1および第2のプレート板の間で放電現象が発生して、第1のプレート7の前面近傍にこの放電によるプラズマ領域が適切に形成される。
When the vacuum
また、第1および第2のプレート板7、8は共に、その中心に開口7a、8aが形成された環状体であり、基板3に形成された蒸着膜の厚みを監視するための光モニタ9(後ほど説明)と基板3の温度を見積って監視するための第1の温度測定手段10(後ほど説明)とが、中空回転体6の中空領域を通って開口7a、8aに向かって真空槽1の内部空間1eに延び、その結果、光モニタ9および第1の温度測定手段10の先端が、蒸発源2(蒸着材料)を直接に臨めるように配置されている。
The first and
更に、基板3の温度を見積もって監視する第2の温度測定手段11は、図1に示すように、基板ホルダ4の周囲(第1および第2のプレート板7、8の縁)と真空槽1の壁部1aとの間の内部空間1eに挿入され、同様に、第2の温度測定手段11の先端が、蒸発源2(蒸着材料)を直接に臨めるように配置されている。
Further, as shown in FIG. 1, the second temperature measuring means 11 for estimating and monitoring the temperature of the
制御装置12は、第1および第2の温度測定手段10、11から出力された信号を受け取って、この信号に基づいて蒸発源2(蒸着材料)から基板3に伝達される熱輻射による熱量を適正に制御するように、蒸発源2の出力やシャッタ部材2cの開閉を制御している。即ち、基板3に対して基板3のしきい値温度(後ほど説明)を超えるような熱輻射が蒸発源2から伝達されるような状況にあれば、制御装置12は、電子銃2bによる蒸着材料に対する電子エネルギーの低減やシャッタ部材2cによる蒸着材料を溜めた坩堝2aの開口遮断により、蒸発源2(蒸着材料)から基板3に伝達される熱輻射の熱供給量を抑制するように真空成膜装置100を制御する。
The
次に、図2を参照して中空回転体6およびその周辺構造を詳しく説明する。
Next, the hollow
図2に示すように、基板ホルダ4の背面には、回転可能な導電性の中空回転体6が基板ホルダ4を保持するように配置されている。そして、中空回転体6は、真空槽1の壁部1aに形成した開口1bに対して気密的かつ回転可能に貫通して、その内部空間1eから真空槽1の外部(大気)に延出するように配設されている。こうして、中空回転体6の側壁部で囲まれた中空領域が、その軸方向の下方において真空槽1の内部空間1eと連通する。なお、中空回転体6の軸方向の上方は、蓋(後ほど説明)により塞がれている。
As shown in FIG. 2, a rotatable conductive
また、中空回転体6のうちの壁部1aから大気側の先端に至る部分の軸方向の途中には、回転駆動装置27が中空回転体6を回転駆動可能にして配設されている。
Further, in the middle of the axial direction of the portion of the
この回転駆動装置27は、例えば中空回転体6に対し回転駆動力を発生するモータであり、この回転駆動装置27の駆動部と中空回転体6の外周面に設置された環状のプーリ22とが、ベルト21により連結され、このベルト21を介して回転駆動装置27の回転力が中空回転体6に伝達される。
The
中空回転体6の周辺構造は主として、中空回転体6の外周を覆う略円筒状のハウジング部材28と、中空回転体6およびハウジング部材28の軸方向の上端に当接する鍔部を有して中空回転体6の中空領域に挿入される円筒状の内蓋29と、この内蓋29の鍔部に密着すると共に、中空回転体6の軸方向上方の開口を塞ぐように配置される円盤状の外蓋30と、ハウジング部材28の側壁内面に固定され、中空回転体6を回転自在に支持する2つの環状の上部および下部軸受25、26と、によって構成されている。
The peripheral structure of the
なお、ハウジング部材28は、その下端部が真空槽1の壁部1aの開口1bに嵌挿され、図示されない固定具によって壁部1aに固定されている。また、内蓋29の鍔部と外蓋30との接触面における外蓋30の表面には、環状の溝(図示せず)が形成され、ここにOリング(図示せず)を配置して適宜の固定手段(図示せず)により両者が固定され、これによりこの接触部分が気密に真空シールされている。
The lower end of the
また、中空回転体6の内周面と内蓋29の筒部の外周面との間に環状にオイルシール23が配置され、中空回転体6の外周面とハウジング部材28の内周面との間に環状にオイルシール24が配置され、これにより中空回転体6と内蓋29の筒部との間および中空回転体6とハウジング部材28との間が気密に真空シールされている。
An
また、光モニタ9および第1の温度測定手段10が、気密的に外蓋30を貫通し中空領域の軸方向に延びて、各々の先端が、第1および第2のプレート板7、8の開口7a、8a内に位置するように配設されている。これにより、これらの先端が蒸発源2(蒸着材料)に臨んでいる。
Further, the
光モニタ9は、既存の真空成膜装置100に標準的に装備されるものであり、モニタ用硝子板9aを約60枚セット可能な装置である。光モニタ9は例えば、モニタ硝子板9aに形成された蒸着膜に対して投光部(図示せず)から光を照射して、この蒸着膜により反射した反射光を受光部(図示せず)にて受光して、この反射光の強度に基づきモニタ用硝子板9aに形成された蒸着膜の厚みを測定可能な装置である。
The
そして、モニタ用硝子板9aに形成された蒸着膜の厚みを適宜の方法で換算することにより、基板3に形成された蒸着膜の厚みが測定され得る。
And the thickness of the vapor deposition film formed in the board |
なお、基板3に形成された蒸着膜が複数の単一層からなる積層構造であれば、基板3に単一層を形成させる度に同時に、この単一層が堆積されたモニタ用硝子板9aを新規の硝子板に取り替え、これにより、蒸着膜を構成する各単一層の全ての厚みが測定できる。
In addition, if the vapor deposition film formed on the
次に、第1の温度測定手段10の構成について、図3を参照して説明する。なお、図1に示した第2の温度測定手段11の構成は、第1の温度測定手段10の構成と同じため、第2の温度測定手段11の構成の説明は省略する。
Next, the configuration of the first temperature measuring means 10 will be described with reference to FIG. The configuration of the second
図3は、第1の温度測定手段の先端部分の構成を示した断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the tip portion of the first temperature measuring means.
第1の温度測定手段10は、中空回転体6の中空領域の軸方向に延びるように装着されるものであり、図3から理解されるとおり、蒸着材料から輻射される熱線を検知する線状の熱電対10c(温度センサ)と、この熱電対10cの外周を覆ってその変形を防止する保護用の筒状のステンレス管10bと、ステンレス管10bの先端に上端部が接続され、ステンレス管10bの内部を下方に延びる熱電対10cの先端に当接させかつ少なくとも熱電対10cの軸方向端部を覆うように熱電対10cを収容する空間を形成した、凹状の銅製のカバー部材10aと、によって構成されている。
The first temperature measuring means 10 is mounted so as to extend in the axial direction of the hollow region of the hollow
そして、ステンレス管10bの外周面とカバー部材10aの内面の各々には、例えば、ねじが切ってあり、ステンレス管10bがカバー部材10aの内方にねじ込まれることによって、このステンレス管10bと共に軸方向に動く熱電対10cの先端が、カバー部材10aの底面(内面)に接触したか否かを確実に確認できる。
Each of the outer peripheral surface of the
また、カバー部材10aの底面と熱電対10cの先端とが面接触するように両者がテーパ状に処理されており、これにより、蒸着材料から輻射される熱線がカバー部材10aに当たることにより、蒸着材料の加熱に基づく熱輻射が、伝熱特性に優れた銅製のカバー部材10aを介して正確に熱電対10cに伝わる。
Moreover, both are processed in the taper shape so that the bottom face of the
また、カバー部材10aが熱電対10cの少なくとも先端を覆っているため、蒸発源2の蒸着材料から放出された蒸着粒子はカバー部材10aに付着し、その結果、熱電対10cが蒸着粒子により汚染されなくなる。即ち、カバー部材10aは、蒸着粒子の熱電対10への付着を回避させる防着部材として機能して、カバー部材10aによって熱電対10cの先端を清潔な状態に保つことができ好適である。
Further, since the
このような真空成膜装置100によれば、複数の基板3を配置した基板ホルダ4を回転する中空回転体6における光モニタ9の配置用中空領域を上手く流用して、蒸発源2(蒸着材料)を直接に臨めるように第1の温度測定手段10を、真空槽1の内部空間1eの適所に配置可能であり、これにより、蒸着材料から輻射される熱線を第1の温度測定手段10で正確に検知でき、ひいては制御装置12が、この第1の温度測定手段10から出力された信号に基づき基板3の各々の温度を適切に演算できる。
According to such a vacuum film-forming
また、第1の温度測定手段10の他、蒸発源2(蒸着材料)を直接に臨めるように第2の温度測定手段11を、真空槽1の内部空間1eの適所に配置し、同様に、制御装置12が、第1の温度測定手段10から出力された信号と第2の温度測定手段11から出力された信号に基づき基板3の各々の温度を適切に演算できる。
Further, in addition to the first temperature measuring means 10, the second temperature measuring means 11 is arranged at a suitable position in the
例えば、第1のプレート板7(基板ホルダ4)が、第1のプレート板7の中心からその周囲に向かって下方に、即ち蒸発源2の側に、傾斜した傾斜面(例えばドーム状に湾曲した面)を有する形態の場合に、第1の温度測定手段10の先端が、第1のプレート板7の中心に形成された開口7aと略同一面上(第1の水平面上)に位置付けられ、第2の温度測定手段11の先端が、開口7aと並行な、第1のプレート板7の周囲と略同一面上(第2の水平面上)に位置付けられると、第1および第2の温度測定手段10、11から出力された信号から、第1および第2の温度測定手段10、11の先端と略同一水平面上にある、第1のプレート板7の中心近傍および周囲近傍という2箇所の内部空間1eの雰囲気温度が得られて、下方に傾斜した傾斜面を有する第1のプレート板7の全面に配置された複数の基板3の温度であっても適正に演算可能になる。
For example, the first plate plate 7 (substrate holder 4) is inclined downwardly from the center of the first plate plate 7 toward the periphery thereof, that is, toward the evaporation source 2 (for example, curved in a dome shape). The tip of the first temperature measurement means 10 is positioned substantially on the same plane as the
更には、第1および第2の温度測定手段10、11の先端に防着部材としてのカバー部材10aが配置され、これにより、蒸発源2(蒸着材料)から放出される蒸着粒子による熱電対10cの付着汚染を未然に防ぐことができる。
Further, a
次に、図1に示した第1または第2の温度測定手段10、11(以下、熱電対という。)から出力された信号(以下、熱電対の温度という。)を使用して、基板3に積層構造の蒸着膜が形成される際に、制御装置12により制御される真空成膜装置100の成膜動作の一例を述べる。
Next, using the signal (hereinafter referred to as the thermocouple temperature) output from the first or second temperature measuring means 10 or 11 (hereinafter referred to as the thermocouple) shown in FIG. An example of the film forming operation of the vacuum
真空成膜装置100の成膜動作の説明に先立って、熱電対の温度と基板3の温度との間の相関を取るための要素試験の結果を述べる。なお、この要素試験の結果は、予め制御装置12の記憶装置(図示せず)に記憶される。
Prior to the description of the film forming operation of the vacuum
図4は、要素試験の結果の一例を示した図であり、横軸に時間をとり、縦軸に基板の温度(図4(a))と熱電対の温度(図4(b))をとって描いた図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the result of the element test. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the substrate temperature (FIG. 4 (a)) and the thermocouple temperature (FIG. 4 (b)). It is a figure drawn.
図4によれば、熱電対により測定された熱電対温度カーブおよびそれに対応する基板温度カーブ(ある特定の基板)の経時変化が示されている。 FIG. 4 shows the time course of the thermocouple temperature curve measured by the thermocouple and the corresponding substrate temperature curve (a specific substrate).
ここで、図4(a)に示した基板温度カーブには、基板3の形状や材質に基づいて予め特定されたしきい値温度(TK0)が制御装置12の記憶装置に記憶される。
Here, in the substrate temperature curve shown in FIG. 4A, a threshold temperature (TK 0 ) specified in advance based on the shape and material of the
また、基板温度カーブ(図4(a))のしきい値温度(TK0)に対応する熱電対温度カーブ(図4(b))のしきい値温度(TN0)も、要素試験に基づいて予め測定され、制御装置12の記憶装置に記憶されている。このため、制御装置12は、熱電対の温度を逐次モニタすることにより、基板3の温度をそのしきい値温度(TK0)を超えて昇温しないように適切に制御できる。
The threshold temperature (TN 0 ) of the thermocouple temperature curve (FIG. 4B) corresponding to the threshold temperature (TK 0 ) of the substrate temperature curve (FIG. 4A) is also based on the element test. Are measured in advance and stored in the storage device of the
次に、制御装置12による基板3の温度制御に使用する層間停止時間の意味合いを、図4を参照して説明する。
Next, the meaning of the interlayer stop time used for the temperature control of the
ここで層間停止時間とは、複数の単一層に区分された積層構造の蒸着膜について、所定の単一層の成膜終了後に基板3への蒸着粒子の放出を停止する時間のことをいう。
Here, the interlayer stop time refers to a time for stopping the release of the vapor deposition particles to the
図4(a)に示すように、基板3に積層構造の蒸着膜を構成する単一層の蒸着が開始すると、基板3の温度は、蒸着材料の加熱に基づく熱輻射に起因して限界初期温度(TKs)からしきい値温度(TK0)にまで昇温する。そして、この単一層の基板3への成膜が終了すると同時に、蒸着材料から基板3に伝わる熱輻射が例えばシャッタ部材2cにより遮られて、これにより、基板3の温度は時間の経過に伴って下がる。
As shown in FIG. 4A, when the vapor deposition of a single layer constituting the vapor deposition film having a laminated structure is started on the
勿論、蒸発源2の出力を低減させることにより、蒸着材料から基板3にもたらされる熱輻射を抑制しても良い。
Of course, by reducing the output of the
また熱電対の温度も同様に図4(b)に示すように、蒸着材料の加熱に基づく熱輻射に起因して限界初期温度(TNs)からしきい値温度(TN0)にまで昇温する。そして、この単一層の基板3への成膜が終了と同時に、蒸着材料から基板3に伝わる熱輻射が例えばシャッタ部材2cにより遮られて、これにより、熱電対の温度も時間の経過に伴って下がる。
Similarly, as shown in FIG. 4B, the temperature of the thermocouple is raised from the critical initial temperature (TN s ) to the threshold temperature (TN 0 ) due to thermal radiation based on heating of the vapor deposition material. To do. At the same time as the film formation on the single-
図4から理解されるとおり、仮に基板3を上記の限界初期温度(TKs)より高めにした状態で基板3への次層の蒸着を開始すると、しきい値温度(TK0)を超えて基板3が昇温しかねない。このため、制御装置12は、上記の限界初期温度(TKs)に安全率αを乗じた適正な初期温度(αTKs)を予め算出して、単一層の蒸着終了時点から基板3の適正な初期温度(αTKs)にまで基板3の温度が下がる時間を、この適正な初期温度(αTKs)に相当する熱電対の適正な初期温度(αTNs)および熱電対の温度カーブに基づいて換算することにより、層間停止時間βtinとして設定している。
As understood from FIG. 4, if the deposition of the next layer on the
即ち、制御装置12は、層間停止時間βtinを熱電対の温度に基づき適正に設定したうえで、基板3への単一層の成膜毎に、少なくとも層間停止時間βtinの間、基板3への蒸着粒子に基づく成膜動作を中断(例えば、シャッタ部材2cによる熱輻射伝達遮断)するように真空成膜装置100を制御して、これにより、基板3の温度がそのしきい値温度(TK0)を超えて昇温することを確実に防止している。
That is, the
次に、層間停止時間βtinの単一層毎の設定変更動作例について図5を参照して説明する。層間停止時間βtinは、基板3に積層した単一層の数や基板3の周囲温度に依存して時々刻々と変化するものであり、基板3への単一層の成膜毎にこの層間停止時間βtinを正しく把握する必要がある。
Next, an example of setting change operation for each single layer of the interlayer stop time βtin will be described with reference to FIG. The interlayer stop time βtin changes from moment to moment depending on the number of single layers stacked on the
図5は、基板に形成された蒸着膜におけるn番目の単一層(以下、n次層という。)とその次の(n+1)番目の単一層(以下、(n+1)次層という。)における層間停止時間の設定変更動作例を示したフローチャートである。 FIG. 5 shows an interlayer in an nth single layer (hereinafter referred to as an nth order layer) and a next (n + 1) th single layer (hereinafter referred to as an (n + 1) th order layer) in a deposited film formed on a substrate. It is the flowchart which showed the setting change operation example of stop time.
基板3へのn次層の成膜が終了すると(ステップS501)、当初の層間停止時間βtinの開始直後に、制御装置12は、熱電対の温度Tと熱電対のしきい値温度(TN0)とを対比して、熱電対の温度Tが熱電対のしきい値温度(TN0)以下であるか否かを判定する(ステップS502)。
When the formation of the n-th layer on the
ここで、熱電対の温度Tが、熱電対のしきい値温度(TN0)以下と判定された場合(ステップS502においてYES)、即ち、基板3の温度がそのしきい値温度(TK0)を超えてなく、当初の層間停止時間βtinが妥当であると判定された場合には、制御装置12は、n次層の成膜終了から当初の層間停止時間βtinの経過の後(ステップS503)、基板3への(n+1)次層の成膜を実行させる(ステップS508)。
Here, when it is determined that the temperature T of the thermocouple is equal to or lower than the threshold temperature (TN 0 ) of the thermocouple (YES in step S502), that is, the temperature of the
一方、熱電対の温度Tが、熱電対のしきい値温度(TN0)を超えていると判定された場合(ステップS502においてNo)、即ち、基板3の温度がそのしきい値温度(TK0)を超え、当初の層間停止時間βtinが妥当で無いと判定された場合には、制御装置12は、層間停止時間を再設定するための次のステップに進むように制御する。
On the other hand, when it is determined that the temperature T of the thermocouple exceeds the threshold temperature (TN 0 ) of the thermocouple (No in step S502), that is, the temperature of the
まず、熱電対の温度Tの経時変化に相当する熱電対温度カーブのうちの初期の熱電対温度降下カーブLに基づきその経時変化に対応した時定数および整定時間t0(熱電対温度降下カーブが経時的に一定になる時間)が、制御装置12により演算され(ステップS504)、これにより、熱電対温度カーブの全体の経時変化プロファイルが、n次層の成膜終了後、速やかに予測される。 First, based on the initial thermocouple temperature drop curve L of the thermocouple temperature curve corresponding to the time change of the thermocouple temperature T, the time constant corresponding to the time change and the settling time t 0 (the thermocouple temperature drop curve is The time that becomes constant over time) is calculated by the control device 12 (step S504), whereby the entire time-dependent change profile of the thermocouple temperature curve is predicted promptly after the deposition of the n-th layer is completed. .
続いて、制御装置12は、こうして得られた熱電対温度カーブの経時変化プロファイルに基づいて、熱電対の限界初期温度(TNs)に安全率αを乗じた適正な初期温度(αTNs)までの時間βt0を、新たな層間停止時間として再設定する(ステップS505)。
Subsequently, based on the time-dependent change profile of the thermocouple temperature curve thus obtained, the
その後、制御装置12は、基板3へのn次層の成膜終了時点からこの層間停止時間βt0が経過したら(ステップS506)、熱電対の温度Tと熱電対の適正な初期温度(αTNs)とを対比して、熱電対の温度Tが熱電対の適正な初期温度(αTNs)以下であるか否かを判定する(ステップS507)。
Thereafter, when the interlayer stop time βt 0 has elapsed from the end of deposition of the n-th layer on the substrate 3 (step S506), the
ここで、層間停止時間βt0の経過後の熱電対の温度Tが、熱電対の適正な初期温度(αTNs)以下と判定された場合(ステップS507においてYES)、即ち、基板3の温度を充分に下げた状態にあって、新たに設定された層間停止時間βt0が妥当であると判定された場合には、制御装置12は、基板3への(n+1)次層の成膜を実行させる(ステップS508)。
Here, when it is determined that the temperature T of the thermocouple after the lapse of the interlayer stop time βt 0 is equal to or lower than the appropriate initial temperature (αTN s ) of the thermocouple (YES in step S507), that is, the temperature of the
一方、層間停止時間βt0の経過後の熱電対の温度Tが、熱電対の適正な初期温度(αTNs)を超えていると判定された場合(ステップS507においてNo)、即ち、新たに設定された層間停止時間βt0が妥当で無いと判定された場合には、制御装置12は、例えば、初期の熱電対温度降下カーブLの条件を見直して、ステップS504〜ステップS507に示した処理を再実行させる。
On the other hand, when it is determined that the temperature T of the thermocouple after the lapse of the interlayer stop time βt 0 exceeds the appropriate initial temperature (αTN s ) of the thermocouple (No in step S507), that is, newly set If it is determined that the interlayer stop time βt 0 is not valid, the
こうして、熱電対の温度Tの経時変化プロファイルに基づき層間停止時間βtin、βt0が適正に設定されることにより、基板3に積層構造の蒸着膜が形成される場合であっても、基板3の温度をそのしきい値温度以下(TK0)に保つことが可能になる。
In this way, even when the vapor deposition film having the laminated structure is formed on the
また、制御装置12は、基板3への単一層の成膜終了直後(層間停止時間の開始直後)に、熱電対の温度Tをその熱電対のしきい値温度(TN0)と対比して、その対比結果によって当初の層間停止時間βtinの妥当性が判定され得る。そして、仮に当初の層間停止時間βtinが妥当で無ければ、基板3への単一層の成膜終了後速やかに(層間停止時間の開始後速やかに)、この当初の層間停止時間βtinに替わる適正な層間停止時間βt0を初期の熱電対温度降下カーブLに基づき演算でき、このような層間停止時間βt0の迅速な演算動作によって、真空成膜装置100は、基板3に材質の違えた複数の単一層からなる蒸着膜を連続的に成膜する際には、蒸着材料の予備加熱動作の適正化を図ることが可能になるという効果を奏する。
Further, the
以下、こうした蒸着材料の予備加熱動作の適正化という効果を、図1に示した真空成膜装置100における一対の蒸発源2の各々に材質を違えた蒸着材料をセットした例を用いて説明する。
Hereinafter, the effect of optimizing the preheating operation of the vapor deposition material will be described using an example in which different vapor deposition materials are set in each of the pair of
図1に示した一対の蒸発源2の各々に、材質を違えた蒸着材料をセットしたうえで、制御装置12により、電子銃2bによる加熱動作およびシャッタ部材2cによる開閉動作の切り替えに連動して、基板3には材質の異なる蒸着粒子が交互に付着するように制御される。
A vapor deposition material of a different material is set in each of the pair of
ここで制御装置12は、一方の蒸発源2による基板3への成膜動作の終了(一方の蒸発源2の加熱終了)の後に、他方の蒸発源2による基板3への成膜開始(他方の蒸発源2の加熱開始)を実行するように制御すると共に、通常、一方の蒸発源2の加熱終了に伴う層間停止時間の経過に先立って、他方の蒸発源2の蒸着材料を電子銃2bにより予め一定温度に予備加熱するようにも制御している。
Here, the
そして、仮に他方の蒸発源2の蒸着材料の予備加熱時期が早すぎると、蒸着材料の無駄になって望ましくない。また、仮に蒸着材料の予備加熱時期が遅すぎると、層間停止時間の経過到来時に速やかに蒸着粒子を放出できなく、真空成膜装置100の成膜タクトを遅らせて望ましくない。
If the preheating time of the vapor deposition material of the
本実施の形態1による真空成膜装置100によれば、層間停止時間の経過時期の到来に先立って、適正な層間停止時間βt0(当初の層間停止時間βtinが妥当でない場合)が、初期の熱電対温度降下カーブLに基づき迅速かつ正確に推定され、これにより、真空成膜装置100における蒸着材料の予備加熱時期が適正に予測可能になって、ひいては、基板3に材質の違えた複数の単一層からなる蒸着膜を連続的に形成する場合であっても、真空成膜装置100の蒸着材料の無駄や成膜タクトの遅延が未然に防止できる。
According to the vacuum
本発明によれば、真空槽内に配置され回転する基板の温度が正確に演算でき、例えば基板に蒸着膜を形成させる真空成膜装置の用途に適用できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the board | substrate arrange | positioned in a vacuum chamber and rotating can be calculated correctly, for example, it can apply to the use of the vacuum film-forming apparatus which forms a vapor deposition film in a board | substrate.
1 真空槽
1a 真空槽の壁部
1e 真空槽の内部空間
2 蒸発源
2a 坩堝
2b 電子銃
2c シャッタ部材
3 基板
4 基板ホルダ
5 蒸着穴
6 中空回転体
7 第1のプレート板
7a 第1のプレート板の開口
8 第2のプレート板
8a 第2のプレート板の開口
9 光モニタ
9a モニタ用硝子板
10 第1の温度測定手段
10a カバー部材
10b ステンレス管
10c 熱電対
11 第2の温度測定手段
12 制御装置
21 ベルト
22 プーリ
23、24 オイルシール
25 上部軸受
26 下部軸受
27 回転駆動装置
28 ハウジング部材
29 内蓋
30 外蓋
31 スペーサ
32 ボルト
100 真空成膜装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
基板を保持して回転するように前記真空槽内に配置された基板ホルダと、
前記基板ホルダに対向して前記真空槽内に配置され、蒸着材料を加熱することにより蒸着粒子を前記基板に向けて放出する蒸発源と、
前記蒸着材料から輻射される熱線を受けることにより、前記熱線を検知する温度測定手段と、
を備えた真空成膜装置。 A vacuum chamber;
A substrate holder disposed in the vacuum chamber to hold and rotate the substrate;
An evaporation source disposed in the vacuum chamber facing the substrate holder and emitting vapor deposition particles toward the substrate by heating the vapor deposition material;
Temperature measuring means for detecting the heat rays by receiving the heat rays radiated from the vapor deposition material;
A vacuum film forming apparatus.
を備え、
前記温度センサの端部と前記カバー部材とが接触する請求項1記載の真空成膜装置。 The temperature measuring means includes a linear temperature sensor, and a concave cover member surrounding at least an end of the temperature sensor,
With
The vacuum film-forming apparatus according to claim 1, wherein an end of the temperature sensor and the cover member are in contact with each other.
前記基板ホルダは開口を有する環状体である一方、前記温度測定手段は、前記中空領域を通って前記開口に向かって前記真空槽内に挿入される請求項1または2記載の真空成膜装置。 While holding and rotating the substrate holder, comprising a hollow rotating body having a hollow region,
The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder is an annular body having an opening, and the temperature measurement unit is inserted into the vacuum chamber through the hollow region toward the opening.
前記第1の温度測定手段から出力された信号と前記第2の温度測定手段から出力された信号に基づいて前記基板の温度が演算される請求項3記載の真空成膜装置。 The temperature measuring means is inserted into the vacuum chamber through the hollow region toward the opening, and receives the heat rays radiated from the vapor deposition material, thereby detecting the heat rays; A second temperature measuring unit that is inserted into the vacuum chamber between the periphery of the substrate holder and the wall of the vacuum chamber and detects the heat rays by receiving the heat rays radiated from the vapor deposition material; Composed of,
4. The vacuum film forming apparatus according to claim 3, wherein the temperature of the substrate is calculated based on a signal output from the first temperature measuring unit and a signal output from the second temperature measuring unit.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004283278A JP2006097069A (en) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | Vacuum film-forming apparatus |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2011084768A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Stanley Electric Co Ltd | Film deposition apparatus, and method for manufacturing ferroelectric film |
JP2011184750A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Stanley Electric Co Ltd | Film deposition device |
-
2004
- 2004-09-29 JP JP2004283278A patent/JP2006097069A/en not_active Withdrawn
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