JP2007046091A - Temperature control device in vacuum vessel, and thin film deposition method - Google Patents

Temperature control device in vacuum vessel, and thin film deposition method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control device in a vacuum vessel where a member can be controlled to the vicinity of a set temperature or below the set temperature in a vacuum vessel, and to provide a thin film deposition method. <P>SOLUTION: The temperature control device in a vacuum vessel performing prescribed treatment in a vacuum atmosphere has a structure where the inside of a member 8 composing the vacuum vessel involves a phase change material 11 having a melting point in the vicinity of the treatment temperature. At this time, the phase change material is composed of a low melting point alloy essentially consisting of any element selected from In, Sb, Bi and Pb, and having a melting point of about 10 to 327°C. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、真空容器内の温度制御装置および薄膜形成方法に関するものである。特に、ターゲットをスパッタリングして基板上に膜を形成させる際に用いる真空容器内の温度制御装置に関するものである。   The present invention relates to a temperature control device in a vacuum vessel and a thin film forming method. In particular, the present invention relates to a temperature control device in a vacuum vessel used when a target is sputtered to form a film on a substrate.

近年、電子デバイス、光デバイスなど各種の高機能デバイスが開発されているが、これら高機能デバイスに薄膜形成技術は欠かせないものになっている。このような薄膜形成技術は、一般にドライ薄膜形成技術とウェット薄膜形成技術とに分類できる。この中で、ドライ薄膜形成技術は、主に真空容器内で基板上に薄膜を形成する技術であり、薄膜材料を基板上に形成する方法により、(物理)蒸着技術、スパッタリング技術、CVD技術などに分類される。   In recent years, various high-functional devices such as electronic devices and optical devices have been developed, and thin film formation technology is indispensable for these high-functional devices. Such thin film formation techniques can be generally classified into dry thin film formation techniques and wet thin film formation techniques. Among them, the dry thin film formation technology is a technology for forming a thin film on a substrate mainly in a vacuum vessel. By a method of forming a thin film material on the substrate, (physical) vapor deposition technology, sputtering technology, CVD technology, etc. are categorized.

上記のドライ薄膜形成技術により高機能デバイスを形成する場合、薄膜の品質を大きく左右する共通の因子として、薄膜形成時の基板温度が挙げられる。例えば、蒸着技術を用いて、レンズ等の光学部品に反射防止膜や高反射膜を形成する場合、基板温度が低すぎると、膜密度が低下して膜の屈折率が下がる。これにより、所望の光学特性が得られないうえに耐環境性も悪化する。
逆に、基板温度が高すぎると、応力歪みによる膜割れ、曇り、基板の変形などにより光学部品として機能しなくなる。また、化学反応を利用して薄膜を形成する反応性スパッタリング技術やCVD技術では、温度により反応速度が大きく変わってくる。これにより膜の特性が大きく変わり、或は薄膜の形成速度が大きく変わることとなる。以上のことから、薄膜形成プロセス中に安定して所望の基板温度に保つことは、基板上に所望の特性を有する薄膜を形成するためには不可欠となる。
When a highly functional device is formed by the dry thin film formation technique, a common factor that greatly affects the quality of the thin film is the substrate temperature during the formation of the thin film. For example, when an antireflection film or a high reflection film is formed on an optical component such as a lens by using a vapor deposition technique, if the substrate temperature is too low, the film density is lowered and the refractive index of the film is lowered. As a result, desired optical characteristics cannot be obtained, and environmental resistance is also deteriorated.
Conversely, if the substrate temperature is too high, it will not function as an optical component due to film cracking due to stress strain, cloudiness, deformation of the substrate, and the like. In addition, in the reactive sputtering technique and the CVD technique in which a thin film is formed using a chemical reaction, the reaction rate greatly varies depending on the temperature. As a result, the characteristics of the film are greatly changed, or the formation speed of the thin film is greatly changed. From the above, it is indispensable to stably maintain a desired substrate temperature during the thin film formation process in order to form a thin film having desired characteristics on the substrate.

一方、上記のドライ薄膜形成技術により高機能デバイスを形成する場合において、基板上の膜特性の均一性を確保するため、一般的に基板回転機構が採用されている。このような基板回転機構として、複数の基板上に同時に薄膜を形成する際に、基板の自転と公転という2つの回転機構を用いるようにしたものが知られている。
また、以上の回転機構の他にも、基板自体が移動しながら薄膜を形成するような駆動機構を有するものも知られている。このような駆動機構には、ベアリングやギアなどが使われている。しかし、これらは高温において、酸化などによる部材の劣化が生じる。また、それ以外にも真空用グリースの劣化や蒸発による摺動性の悪化、或はかじり、焼き付けなどが発生して駆動できなくなる場合もある。このような場合、薄膜形成プロセスを安定して行うためには、駆動機構が高温にならないように温度を制御する必要がある。
On the other hand, in the case of forming a high-functional device by the dry thin film forming technique, a substrate rotation mechanism is generally employed in order to ensure uniformity of film characteristics on the substrate. As such a substrate rotating mechanism, there is known a mechanism that uses two rotating mechanisms, ie, rotation and revolution of a substrate, when a thin film is simultaneously formed on a plurality of substrates.
In addition to the above rotating mechanism, there is also known one having a driving mechanism that forms a thin film while the substrate itself moves. For such a drive mechanism, a bearing or a gear is used. However, these members deteriorate at a high temperature due to oxidation or the like. In addition, the grease for vacuum may be deteriorated, the slidability may be deteriorated due to evaporation, or galling or seizing may occur, resulting in failure to drive. In such a case, in order to perform the thin film formation process stably, it is necessary to control the temperature so that the drive mechanism does not become high temperature.

このような薄膜形成プロセスの温度制御するため、例えば、特許文献1には、ダミー基板を用いて基板加熱装置を制御するスパッタリング装置が提案されている。ここでのスパッタリング装置は、基板を移動させながら複数のターゲットをスパッタリングして基板上に膜を堆積させるスパッタリング装置が構成される。このようなスパッタリング装置基板において、加熱しながらこの基板をターゲットに対して移動させることができる基板加熱移動機構を設けられる。また、基板とは別個にダミー基板を基板加熱移動機構に取り付け、基板とターゲットとの位置関係と、ダミー基板とターゲットとの位置関係とが、幾何学的に同等になるようにダミー基板が配置される。このダミー基板の温度に基づいて、基板加熱移動機構の基板加熱装置を制御するように構成されている。また、この基板加熱移動機構を、基板ホルダ部と基板加熱部と基板ホルダ回転部とで構成し、この基板ホルダ回転部の回転導入軸に、軸線方向に離れた複数のシール装置が設けられている。この複数のシール装置の間の空間が真空排気するかまたは非酸化性ガス雰囲気とされている。また、基板ホルダ部と基板ホルダ回転部との接続部分に接続部材を介在させ、この接続部材を、高融点で熱伝導率の低い材質またはセラミックスで形成する構成が採られている。   In order to control the temperature of such a thin film formation process, for example, Patent Document 1 proposes a sputtering apparatus that controls a substrate heating apparatus using a dummy substrate. The sputtering apparatus here is a sputtering apparatus that deposits a film on a substrate by sputtering a plurality of targets while moving the substrate. In such a sputtering apparatus substrate, a substrate heating / moving mechanism capable of moving the substrate relative to the target while heating is provided. In addition, a dummy substrate is attached to the substrate heating and moving mechanism separately from the substrate, and the dummy substrate is arranged so that the positional relationship between the substrate and the target and the positional relationship between the dummy substrate and the target are geometrically equivalent. Is done. Based on the temperature of the dummy substrate, the substrate heating device of the substrate heating and moving mechanism is controlled. Further, the substrate heating / moving mechanism is composed of a substrate holder portion, a substrate heating portion, and a substrate holder rotating portion, and a plurality of sealing devices separated in the axial direction are provided on the rotation introduction shaft of the substrate holder rotating portion. Yes. The space between the plurality of sealing devices is evacuated or non-oxidizing gas atmosphere. Further, a connection member is interposed in the connection portion between the substrate holder part and the substrate holder rotating part, and the connection member is formed of a material having high melting point and low thermal conductivity or ceramics.

また、このようなスパッタリング装置において、スパッタリングを安定して行う上で、スパッタリングターゲットの温度を安定させることは重要である。そのため、例えば、特許文献2のように、長時間のスパッタを安定して行うことが可能となる、冷却性能を有するスパッタリング装置用のバッキングプレートが提案されている。これは、全長に沿ってほぼ一定の断面積を持ち、冷却媒体がまずバッキングプレートの外周部を回り、徐々に中心部に移行するように、冷却媒体通路がバッキングプレート本体に設けられた構成を有している。
また、特許文献3では、スパッタリング時における基板温度の安定化が図られたスパッタリング装置が提案されている。ここでのスパッタリング装置は、真空処理チャンバーと、このチャンバー内に配設された基板載置用のステージ電極と、ステージ電極に対してプラズマ放電を形成するよう配設されたターゲット電極とを有している。また、このステージ電極上に配設され基板と実質的に同一の温度変化を生じる基板温度測定用のブロックと、温度制御部とを備えている。この温度制御部は、チャンバーおよびステージ電極の温度を互いに独立して制御する各温度制御手段を有している。温度制御に際しては、これら両温度制御手段に対し、前記ブロックの温度に基づいてチャンバーおよびステージ電極の温度を、相補って制御するように指令し、基板の温度を一定に保持するように構成されている。
特許第3441002号公報 特開2000−219963号公報 特開2003−7644号公報
In such a sputtering apparatus, it is important to stabilize the temperature of the sputtering target in order to perform sputtering stably. Therefore, for example, as in Patent Document 2, a backing plate for a sputtering apparatus having a cooling performance that can stably perform sputtering for a long time has been proposed. This has a substantially constant cross-sectional area along the entire length, and the cooling medium passage is provided in the backing plate body so that the cooling medium first goes around the outer periphery of the backing plate and gradually moves to the center. Have.
Patent Document 3 proposes a sputtering apparatus that stabilizes the substrate temperature during sputtering. The sputtering apparatus here has a vacuum processing chamber, a stage electrode for placing a substrate disposed in the chamber, and a target electrode disposed to form a plasma discharge with respect to the stage electrode. ing. Also provided is a substrate temperature measuring block disposed on the stage electrode and causing a temperature change substantially the same as the substrate, and a temperature control unit. The temperature control unit has temperature control means for controlling the temperature of the chamber and the stage electrode independently of each other. When controlling the temperature, the temperature control means is configured to instruct the temperature of the chamber and the stage electrode to be complementarily controlled based on the temperature of the block, and to keep the temperature of the substrate constant. ing.
Japanese Patent No. 344002 JP 2000-219963 A JP 2003-7644 A

しかしながら、上記特許文献1の従来例のものでは、ダミー基板を用い、その温度を測定して温度制御を行う構成が採られているため、つぎのような問題を有している。
すなわち、ダミー基板はその上に熱電対が接着されているため、交換頻度がきわめて低くせざるを得ない。このため、基板をロードロックで交換してスパッタリングを複数回行う間、ダミー基板上には数倍の厚さの膜が形成されることとなる。真空中の伝熱は、輻射伝熱の比率が大きいため、基板と膜の輻射率が異なる場合、輻射伝熱による熱の移動は膜厚に大きく依存することになる。例えば、膜の輻射率が基板よりも大きい場合、輻射伝熱に寄与する赤外線の波長程度の数μmから数十μmの膜厚になるまでは、膜厚が厚くなれば輻射伝熱が大きくなる。このため、ダミー基板からの輻射伝熱による熱の逃げは、ダミー基板よりも膜厚が薄い基板からの熱の逃げよりも大きくなる。逆に膜の輻射率が基板よりも小さい場合、ダミー基板からの輻射伝熱による熱の逃げは、基板からの熱の逃げよりも小さくなる。このため、同じダミー基板を使う回数が多くなればなるほど、実際の基板の温度とダミー基板の温度との差が大きくなり、これにより基板温度を正しく制御できないといった問題が生じる。
また、上記特許文献1の従来例のものでは、基板ホルダ回転部の回転導入軸に、軸線方向に離れた複数のシール装置が設けられ、この複数のシール装置の間の空間を真空排気するかまたは非酸化性ガス雰囲気にする構成が採られている。また、前記基板ホルダ部と前記基板ホルダ回転部との接続部分に接続部材を介在させ、この接続部材を高融点で熱伝導率の低い材質で形成する構成が採られている。これらにより、回転導入軸を高温や酸化から守ることは可能であるが、基板上の膜の面内特性を均一にするために基板の自転を行う場合、自転の駆動機構はより基板に近い位置に構成されている。そのため、上記のような構成では自転の駆動機構を高温から守ることは困難である。
さらに、スパッタリング装置やプラズマCVD装置など薄膜形成にプラズマを使用する際にも、昇温する場合がある。すなわち、基板に加熱機構を有していない場合でも、プラズマから流入する荷電粒子による加熱やプラズマからの輻射による加熱により、薄膜形成を行っている間に昇温する場合がある。これらの場合、上記従来例の構成では基板の駆動機構の温度を作動限界温度以下に保つことは困難である。
また、上記特許文献2の従来例のものでは、バッキングプレート内部の冷却媒体通路を流れる冷却媒体の入り口温度は外部から制御可能であるが、実際のターゲット温度を制御できない場合が生じる。例えば、短時間に過大なパワーがターゲットに供給された場合、十分な冷却能力を得られない場合が生じる。
また、上記特許文献3の従来例のものでは、ダミー基板を用い、その温度を測定して温度制御を行うため、上記特許文献1と同様の問題が生じる。また、チャンバー温度と基板温度をお互いに独立して温度制御する必要があるため、装置構成及び制御系が複雑になるといった問題がある。また、チャンバーへの膜の付着を防止するために防着板を用いるような場合、上記特許文献3で採られているような防着板の温度制御が必要になるが、その際にも装置構成及び制御系が複雑になるという同様の問題が生じる。
However, since the conventional example of Patent Document 1 uses a dummy substrate and measures its temperature to control the temperature, it has the following problems.
In other words, since the thermocouple is bonded on the dummy substrate, the replacement frequency must be extremely low. For this reason, a film several times thicker is formed on the dummy substrate while the substrate is replaced with a load lock and sputtering is performed a plurality of times. Since heat transfer in vacuum has a large ratio of radiant heat transfer, heat transfer by radiant heat transfer greatly depends on the film thickness when the substrate and the film have different emissivities. For example, when the emissivity of the film is larger than that of the substrate, the radiant heat transfer increases as the film thickness increases until the film thickness reaches several μm to several tens of μm, which is about the wavelength of infrared rays that contributes to radiant heat transfer. . For this reason, the heat escape due to radiant heat transfer from the dummy substrate is greater than the heat escape from the substrate having a smaller film thickness than the dummy substrate. On the contrary, when the emissivity of the film is smaller than that of the substrate, the heat escape due to the radiant heat transfer from the dummy substrate is smaller than the heat escape from the substrate. For this reason, as the number of times the same dummy substrate is used increases, the difference between the actual substrate temperature and the dummy substrate temperature increases, thereby causing a problem that the substrate temperature cannot be controlled correctly.
In the conventional example of Patent Document 1, a plurality of sealing devices separated in the axial direction are provided on the rotation introduction shaft of the substrate holder rotating portion, and the space between the plurality of sealing devices is evacuated. Or the structure made into non-oxidizing gas atmosphere is taken. Further, a connection member is interposed in a connection portion between the substrate holder part and the substrate holder rotating part, and the connection member is formed of a material having a high melting point and low thermal conductivity. With these, it is possible to protect the rotation introduction shaft from high temperature and oxidation, but when rotating the substrate to make the in-plane characteristics of the film on the substrate uniform, the rotation driving mechanism is closer to the substrate. It is configured. For this reason, it is difficult to protect the rotation driving mechanism from high temperatures with the above configuration.
Furthermore, when plasma is used for forming a thin film such as a sputtering apparatus or a plasma CVD apparatus, the temperature may increase. That is, even when the substrate does not have a heating mechanism, the temperature may increase while the thin film is being formed by heating with charged particles flowing from the plasma or by radiation from the plasma. In these cases, it is difficult to keep the temperature of the substrate driving mechanism below the operating limit temperature in the configuration of the conventional example.
Further, in the conventional example of Patent Document 2 described above, the inlet temperature of the cooling medium flowing through the cooling medium passage inside the backing plate can be controlled from the outside, but there are cases where the actual target temperature cannot be controlled. For example, when excessive power is supplied to the target in a short time, a sufficient cooling capacity may not be obtained.
Further, in the conventional example of Patent Document 3, a dummy substrate is used, and its temperature is measured and temperature control is performed, so the same problem as in Patent Document 1 occurs. In addition, since it is necessary to control the chamber temperature and the substrate temperature independently of each other, there is a problem that the apparatus configuration and the control system become complicated. In addition, when using a deposition plate to prevent the film from adhering to the chamber, it is necessary to control the temperature of the deposition plate as employed in Patent Document 3 above. A similar problem arises in that the configuration and control system are complicated.

本発明は、上記課題に鑑み、真空容器内において部材を設定温度近傍若しくは設定温度以下に制御することが可能となる真空容器内の温度制御装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、基板の温度を安定して所定温度に保ち薄膜を形成することが可能となる薄膜形成方法を提供することを目的とするものである。
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a temperature control device in a vacuum vessel that can control a member in the vacuum vessel to be close to or below a set temperature.
Another object of the present invention is to provide a thin film forming method capable of forming a thin film while maintaining the substrate temperature at a predetermined temperature stably.

本発明は上記課題を解決するため、つぎのように構成した真空容器内の温度制御装置および薄膜形成方法を提供するものである。
すなわち、本発明の温度制御装置は、真空雰囲気内で所定の処理を行う真空容器内の温度制御装置であって、前記真空容器を構成する部材の内部に、該処理温度近傍に融点を持つ相変化材料が内包されていることを特徴としている。
また、本発明においては、前記相変化材料を、In、Sb、Bi、Pbのいずれかを主成分として、約10℃以上327℃以下の融点を有する低融点合金で構成することができる。
また、本発明の薄膜形成方法は、真空容器内の温度を温度制御手段によって制御し、スパッタリング法、CVD法あるいは真空蒸着法等を用いて基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記真空容器を構成する部材の内部に、該処理温度近傍に融点を持つ相変化材料が内包されており、前記相変化材料が内包されている部材の温度を、該相変化材料の融点近傍に保持した後、前記基板上に薄膜を形成することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a temperature control device and a thin film forming method in a vacuum vessel configured as follows.
That is, the temperature control device of the present invention is a temperature control device in a vacuum vessel that performs a predetermined treatment in a vacuum atmosphere, and a phase having a melting point in the vicinity of the treatment temperature is formed inside a member constituting the vacuum vessel. It is characterized by the inclusion of change material.
In the present invention, the phase change material may be composed of a low melting point alloy having a melting point of about 10 ° C. or more and 327 ° C. or less, with any of In, Sb, Bi, and Pb as a main component.
The thin film forming method of the present invention is the thin film forming method in which the temperature in the vacuum vessel is controlled by the temperature control means, and the thin film is formed on the substrate using a sputtering method, a CVD method, a vacuum deposition method or the like. A phase change material having a melting point in the vicinity of the processing temperature is included in a member constituting the container, and the temperature of the member in which the phase change material is included is maintained in the vicinity of the melting point of the phase change material. Thereafter, a thin film is formed on the substrate.

本発明によれば、真空容器内において部材を設定温度近傍若しくは設定温度以下に制御することが可能となる真空容器内の温度制御装置を実現することができる。また、基板の温度を安定して所定温度に保ち薄膜を形成することが可能となる薄膜形成方法を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature control apparatus in a vacuum vessel which becomes possible to control a member to set temperature vicinity or below setting temperature in a vacuum vessel is realizable. Further, it is possible to realize a thin film forming method capable of forming a thin film while keeping the temperature of the substrate stably at a predetermined temperature.

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。本発明においては、真空容器内において部材を設定温度近傍若しくは設定温度以下に制御するため、その実施の形態として前記相変化材料が内包されている部材を、つぎのように構成することができる。
すなわち、成膜に用いる基板を保持する基板ホルダを、前記相変化材料が内包されている部材で構成することができる。また、前記基板ホルダを回転及び/又は直進させる駆動機構近傍の部材を、前記相変化材料が内包されている部材で構成することができる。また、前記真空容器の壁面構成部材を、前記相変化材料が内包されている部材で構成することができる。また、前記真空容器の壁面に付着する付着物防止用の部材を、前記相変化材料が内包されている部材で構成することができる。また、スパッタリングターゲットをボンディングにより保持しているバッキングプレートを、前記相変化材料が内包されている部材で構成することができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described. In the present invention, in order to control the member in the vacuum vessel near the set temperature or below the set temperature, the member in which the phase change material is included can be configured as follows.
That is, a substrate holder that holds a substrate used for film formation can be configured with a member in which the phase change material is included. Further, the member in the vicinity of the drive mechanism that rotates and / or advances the substrate holder can be constituted by a member in which the phase change material is included. Further, the wall surface constituting member of the vacuum vessel can be constituted by a member in which the phase change material is included. In addition, the adhering matter preventing member adhering to the wall surface of the vacuum vessel can be configured by a member in which the phase change material is included. Moreover, the backing plate holding the sputtering target by bonding can be configured by a member in which the phase change material is included.

以上の構成により、部材に流入若しくは流出する熱量を、部材に内包する相変化材料の融解潜熱によって吸収若しくは放出することができる。これにより、これらの部材をほぼ一定温度に保つことや一定温度以下に保つことが可能となる。特に真空容器内においては、上記の課題で述べたように、部材の正確な温度計測の技術的難度が高く、また比較的正確に温度計測ができたとしても伝熱の様子が大気中とは異なり制御の応答性などに問題が生じる。
これに対して、本発明の上記構成によると、特別な温度計測及び温度制御を必要とすることなく、簡便に部材の温度を所定温度近傍や所定温度以下に安定して保つことが可能になる。
また、上記の構成において、前記基板ホルダが回転及び/又は直進する駆動機構を有する構成とすることで、形成する薄膜の基板内の膜厚分布や特性分布の均一性に大きく寄与することができる。この場合、基板ホルダが固定されている場合と比較して更に温度計測及び温度制御が困難になるが、ここでの基板ホルダに内包する相変化物質の融解潜熱による温度制御では、温度計測や温度制御のための配線が不要となる。そのため、装置構成は簡単になり且つ基板ホルダの駆動による計測制御系の揺らぎによる誤差も無く、精度良く安定して基板の温度を所定温度に安定して薄膜を形成することができる。
また、上記の構成において、バッキングプレートに、設定温度以下に融点を持つ相変化材料を内包する構成を採ることにより、スパッタリングターゲットの温度をボンディング材料の融点温度以下に安定して保つことが可能となる。これにより、安定してスパッタリングにより薄膜を形成することができる。
また、本発明のように、前記相変化材料をIn、Sb、Bi、Pbのいずれかを主成分として、30℃以上327℃以下の融点を持つ合金にすることで、成分比率により融点温度を自由に変えることが可能となる。これにより、様々なプロセス、膜材料に対応することが可能となる。
With the above configuration, the amount of heat flowing into or out of the member can be absorbed or released by the latent heat of fusion of the phase change material contained in the member. This makes it possible to keep these members at a substantially constant temperature or below a certain temperature. Especially in a vacuum vessel, as described in the above problem, the technical difficulty of accurate temperature measurement of members is high, and even if the temperature can be measured relatively accurately, the state of heat transfer is in the atmosphere. Difficulty arises in control responsiveness.
On the other hand, according to the above configuration of the present invention, it is possible to easily keep the temperature of the member stably in the vicinity of the predetermined temperature or below the predetermined temperature without requiring special temperature measurement and temperature control. .
Further, in the above configuration, the substrate holder has a driving mechanism that rotates and / or goes straight, so that it can greatly contribute to the uniformity of the film thickness distribution and characteristic distribution of the thin film to be formed in the substrate. . In this case, temperature measurement and temperature control become more difficult compared with the case where the substrate holder is fixed. However, in the temperature control based on the latent heat of fusion of the phase change material contained in the substrate holder, temperature measurement and temperature Wiring for control becomes unnecessary. Therefore, the apparatus configuration is simplified, and there is no error due to fluctuation of the measurement control system due to driving of the substrate holder, and the thin film can be formed stably and accurately at a predetermined temperature.
In the above configuration, the temperature of the sputtering target can be stably kept below the melting point temperature of the bonding material by incorporating the phase change material having the melting point below the set temperature in the backing plate. Become. Thereby, a thin film can be stably formed by sputtering.
In addition, as in the present invention, the phase change material is made of an alloy having any of In, Sb, Bi, and Pb as a main component and a melting point of 30 ° C. or higher and 327 ° C. or lower, so that the melting point temperature can be set by the component ratio. It can be changed freely. Thereby, it becomes possible to cope with various processes and film materials.

また、成膜装置を構成するに際して、前記基板ホルダを前記基板と共に前記真空容器に搬送するための搬送手段を有する構成を採ることができる。その際、前記搬送手段を、前記真空容器に接続された搬送室で構成し、該搬送室内に基板ホルダ及び基板を加熱する加熱機構を有する構成とすることができる。
また、前記相変化材料が内包されている前記駆動機構近傍の部材には、駆動機構の動作可能な上限温度以下の融点を有する相変化材料が内包された構成とすることができる。その際、前記駆動機構に、少なくともベアリング又はギアを含み、前記動作可能な上限温度を150℃以下とする構成を採ることができる。
また、前記基板を光学薄膜の成膜に用いる基板とし、該基板に光学薄膜を成膜する構成を採ることができる。
以上の構成により、特別な温度計測及び温度制御を必要とすることなく、簡便に部材の温度を所定温度近傍や所定温度以下に安定して保ち、薄膜を成膜することが可能となる。
また、上記構成において、前記基板ホルダと基板とを共に搬送した後薄膜を形成する構成を採ることで、真空容器外で基板ホルダに基板を取り付けることができるため、基板の形状の自由度を大きくすることができる。
また、上記構成において、駆動機構の近傍の基板ホルダ内に駆動機構の動作可能な上限温度以下の融点を持つ相変化材料を内包する構成を採ることで、駆動機構を安定且つ長寿命にすることが可能となる。その際、標準的なベアリングやギアでは真空中で動作可能な上限温度が150℃以下である場合が多いが、上記構成によれば、この温度度以下に制御して安定して薄膜を形成することができる。
Further, when configuring the film forming apparatus, it is possible to adopt a configuration having a transfer means for transferring the substrate holder together with the substrate to the vacuum vessel. In that case, the said conveyance means can be comprised by the conveyance chamber connected to the said vacuum vessel, and can be set as the structure which has a heating mechanism which heats a substrate holder and a board | substrate in this conveyance chamber.
Further, a member in the vicinity of the drive mechanism in which the phase change material is included may be configured to include a phase change material having a melting point equal to or lower than an upper limit temperature at which the drive mechanism can operate. At that time, the drive mechanism may include at least a bearing or a gear, and the operable upper limit temperature may be 150 ° C. or less.
Further, it is possible to adopt a configuration in which the substrate is a substrate used for forming an optical thin film, and the optical thin film is formed on the substrate.
With the above configuration, it is possible to easily form a thin film while stably maintaining the temperature of the member near or below a predetermined temperature without requiring special temperature measurement and temperature control.
Further, in the above configuration, by adopting a configuration in which a thin film is formed after the substrate holder and the substrate are transported together, the substrate can be attached to the substrate holder outside the vacuum container, so that the degree of freedom of the shape of the substrate is increased. can do.
Further, in the above configuration, by adopting a configuration in which a phase change material having a melting point equal to or lower than the upper limit temperature at which the drive mechanism can operate is included in the substrate holder in the vicinity of the drive mechanism, the drive mechanism is made stable and has a long life. Is possible. At that time, the maximum temperature at which a standard bearing or gear can operate in a vacuum is often 150 ° C. or lower. However, according to the above configuration, a thin film can be stably formed by controlling the temperature below this temperature. be able to.

また、前記薄膜を形成する工程において、前記相変化材料が内包されている基板ホルダの温度を、該相変化材料の融点近傍に保持した後、前記基板上に薄膜を形成するプロセスを含む構成を採ることができる。
また、前記基板ホルダを回転及び/又は直進しながら基板上に薄膜を形成するプロセスを含む構成を採ることができる。
また、前記基板を基板ホルダに前記真空容器外で取り付け、真空容器に接続した搬送室に投入して加熱した後、真空容器に搬送して薄膜を形成するプロセスを含む構成を採ることができる。
また、前記駆動機構近傍の部材に、該駆動機構の動作可能な上限温度以下の融点を有する相変化材料を内包させ、該相変化材料を融点以下の温度に保持した後、前記基板ホルダを回転及び/又は直進して薄膜を形成するプロセスを含む構成を採ることができる。
また、前記薄膜を形成する工程が、光学薄膜を形成する工程とすることができる。
以上の構成により、特別な温度計測及び温度制御を必要とすることなく、簡便に部材の温度を所定温度近傍や所定温度以下に安定して保ち、薄膜を形成することが可能となる。また、上記構成において、前記基板を基板ホルダに前記真空容器外で取り付け、真空容器に接続した搬送室に投入して加熱した後真空容器に搬送して薄膜を形成する構成を採ることにより、装置外部で基板を基板ホルダに取り付けることが可能なる。このため、板形状のものだけでなく、様々な基板形状に対しても簡単に対応することができる。このように基板ホルダを基板と共に搬送可能にする場合、基板の温度計測に熱電対のような接触式を用いるのはほとんど不可能であり、通常の温度制御は不可能になってくる。
これに対し、上記構成によれば基板ホルダ内に内包した相変化物質の溶融潜熱による温度制御を用いれば、精度良く安定して基板の温度を所定温度に安定して薄膜を形成することができる。
Further, the step of forming the thin film includes a process of forming a thin film on the substrate after maintaining the temperature of the substrate holder in which the phase change material is contained in the vicinity of the melting point of the phase change material. Can be taken.
Moreover, the structure including the process of forming a thin film on a board | substrate, rotating the said substrate holder and / or moving straight can be taken.
Further, it is possible to adopt a configuration including a process in which the substrate is attached to the substrate holder outside the vacuum vessel, put into a transfer chamber connected to the vacuum vessel and heated, and then transferred to the vacuum vessel to form a thin film.
Further, a member in the vicinity of the drive mechanism includes a phase change material having a melting point not higher than the upper limit temperature at which the drive mechanism can operate, and after maintaining the phase change material at a temperature not higher than the melting point, the substrate holder is rotated. A configuration including a process of forming a thin film by going straight and / or straight can be adopted.
Moreover, the process of forming the said thin film can be made into the process of forming an optical thin film.
With the above configuration, it is possible to easily keep the temperature of the member stable near the predetermined temperature or below the predetermined temperature and form a thin film without requiring special temperature measurement and temperature control. Further, in the above configuration, by adopting a configuration in which the substrate is attached to the substrate holder outside the vacuum vessel, charged into a transfer chamber connected to the vacuum vessel, heated, and then transferred to the vacuum vessel to form a thin film. It is possible to attach the substrate to the substrate holder externally. For this reason, it is possible to easily cope with various substrate shapes as well as plate shapes. When the substrate holder can be transported together with the substrate in this way, it is almost impossible to use a contact type such as a thermocouple for measuring the temperature of the substrate, and normal temperature control becomes impossible.
On the other hand, according to the above configuration, if temperature control based on the latent heat of fusion of the phase change material contained in the substrate holder is used, a thin film can be formed with high accuracy and stability and the substrate temperature at a predetermined temperature. .

つぎに、図を用いて本発明の具体的構成を、さらに詳細に説明する。
図1に、本実施の形態におけるDCマグネトロンスパッタリング装置の断面図を示す。図1において、1は真空容器、2はカソード電極、3はバッキングプレート、4はターゲット、5はアノード電極である。6は絶縁材、7は基板、8は基板ホルダ、9はゲートバルブ、10はロードロック室である。また、11は低融点合金であり、12は排気系、13はスパッタガス導入ポートである。14は直流電源、15は磁石である。
Next, the specific configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a DC magnetron sputtering apparatus in the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a vacuum vessel, 2 is a cathode electrode, 3 is a backing plate, 4 is a target, and 5 is an anode electrode. 6 is an insulating material, 7 is a substrate, 8 is a substrate holder, 9 is a gate valve, and 10 is a load lock chamber. Further, 11 is a low melting point alloy, 12 is an exhaust system, and 13 is a sputtering gas introduction port. 14 is a DC power source, and 15 is a magnet.

本実施例のスパッタリング装置は、内部をほぼ真空状態に維持する真空容器1が設けられ、この真空容器1の底部の中央部には、内部に磁石15を収め、水冷可能なカソード電極2が設けられている。このカソード電極2の上面には、バッキングプレート3が配置されており、このバッキングプレート3の上面に高純度Al金属ターゲット4が固定されている。ターゲット材料としては電気抵抗が低く直流電流を通すものであれば、種々の金属、酸素添加金属もしくはフッ素添加金属などからなるターゲットであっても勿論よい。このターゲット4との間に所定の間隙をおいて外方に配置されたアノード電極5が真空容器1に固定されている。なお、アノード電極5とバッキングプレート3との間には、絶縁材6が配置されている。   The sputtering apparatus of the present embodiment is provided with a vacuum vessel 1 that maintains the inside in a substantially vacuum state, and in the center of the bottom of the vacuum vessel 1 is provided a cathode 15 that houses a magnet 15 and can be cooled with water. It has been. A backing plate 3 is disposed on the upper surface of the cathode electrode 2, and a high-purity Al metal target 4 is fixed on the upper surface of the backing plate 3. Of course, the target material may be a target made of various metals, oxygen-added metal, fluorine-added metal or the like as long as it has a low electric resistance and allows direct current to pass. An anode electrode 5 disposed outside the target 4 with a predetermined gap is fixed to the vacuum vessel 1. An insulating material 6 is disposed between the anode electrode 5 and the backing plate 3.

さらに、真空容器1の上面には、基板7が図示しない移動機構に基板ホルダ8とロードロック室10との間をゲートバルブ9を介して移動自在に設けられている。なお、特に、図示をしていないが、真空容器1内の漏れを防止するため、適宜箇所には、シール部材が設けられている。
また、ガス導入ポート13より、マスフローコントローラを含むガス供給系によって、スパッタガスとしてArガスを導入可能な構成となっている。反応性スパッタリングにより基板上に形成する薄膜がAlの酸化物や弗化物の場合は、Arガスと一緒に酸素(O2)ガスやフッ素(F2)ガスをガス導入ポート13より導入しても良い。あるいは別のガス導入ポート(図示せず)を設けて導入しても良い。ここで、導入するガスは、流量、純度、圧力は高精度に制限され、一定値に保持できる。
基板ホルダ8の内部には、低融点合金11が封入されている。低融点合金は合金組成により様々な融点に調整できる。具体的な例として、In、Sn、Bi、Ga、Pb、Cd系の合金を用いることができ、その組成により融点を約10℃から約327℃の間で任意に変えることができる。近年は環境問題からPbフリーはんだの開発も盛んであり、PbやCdといった有害物質を含まない低融点合金を用いることが可能であり、更にはそのようなものを用いることが望ましい。
基板ホルダ8の内部に封入するものは、基板ホルダを保持したい温度に融点を持つものであれば、低融点合金以外の物質、例えば、Inのような純金属や各種の有機物でも良い。低融点合金11はあらかじめ融点近傍の温度に加熱されている。ここで、薄膜を形成する間に基板ホルダ8及び基板7の熱収支が負になる場合、即ち熱の流入よりも流出が多い場合、低融点合金は半分以上が液体状態となるようにする。そのため、基板ホルダ8及び低融点合金11は薄膜形成を行う前に、低融点合金11の融点若しくは少し高い温度に予め加熱し、低融点合金の半分以上を液体状態とする。これにより、薄膜形成プロセスの間に、熱の流失が進むが、低融点合金11が液体から固体に変わることで融解潜熱を放出して、基板ホルダ8及び基板7を一定温度に保つことが可能となる。
逆に、プラズマからの加熱が顕著な場合、薄膜を形成する間に基板ホルダ8及び基板7の熱収支は正になり、即ち熱の流出よりも流入が多い場合、低融点合金は半分以上が固体状態となるようにする。そのため、基板ホルダ8及び低融点合金11を薄膜形成を行う前に、低融点合金11の融点若しくは少し低い温度に予め設定し、低融点合金の半分以上が固体状態とする。これにより、薄膜形成プロセスの間に、熱の流入が進むが、低融点合金11が固体から液体に変わることで融解潜熱を吸収して、基板ホルダ8及び基板7を一定温度に保つことが可能となる。
Further, on the upper surface of the vacuum vessel 1, the substrate 7 is provided so as to be movable between the substrate holder 8 and the load lock chamber 10 via a gate valve 9 by a moving mechanism (not shown). Although not particularly illustrated, a seal member is provided at an appropriate location in order to prevent leakage in the vacuum vessel 1.
Further, Ar gas can be introduced from the gas introduction port 13 as a sputtering gas by a gas supply system including a mass flow controller. When the thin film formed on the substrate by reactive sputtering is an oxide or fluoride of Al, oxygen (O 2 ) gas or fluorine (F 2 ) gas can be introduced from the gas introduction port 13 together with Ar gas. good. Alternatively, another gas introduction port (not shown) may be provided for introduction. Here, the flow rate, purity, and pressure of the introduced gas are limited to high precision and can be held at a constant value.
A low melting point alloy 11 is sealed inside the substrate holder 8. The low melting point alloy can be adjusted to various melting points depending on the alloy composition. As a specific example, an alloy of In, Sn, Bi, Ga, Pb, and Cd can be used, and the melting point can be arbitrarily changed between about 10 ° C. and about 327 ° C. depending on the composition. In recent years, Pb-free solder has been actively developed due to environmental problems, and it is possible to use a low melting point alloy that does not contain harmful substances such as Pb and Cd, and it is desirable to use such a material.
What is sealed in the substrate holder 8 may be a substance other than a low melting point alloy, for example, a pure metal such as In or various organic substances, as long as it has a melting point at the temperature at which the substrate holder is desired to be held. The low melting point alloy 11 is preheated to a temperature near the melting point. Here, when the heat balance of the substrate holder 8 and the substrate 7 becomes negative during the formation of the thin film, that is, when the outflow is larger than the inflow of heat, more than half of the low melting point alloy is in a liquid state. Therefore, the substrate holder 8 and the low melting point alloy 11 are preheated to the melting point of the low melting point alloy 11 or a slightly higher temperature before forming a thin film, and more than half of the low melting point alloy is brought into a liquid state. As a result, heat flow proceeds during the thin film formation process, but the low melting point alloy 11 is changed from a liquid to a solid to release latent heat of fusion, and the substrate holder 8 and the substrate 7 can be kept at a constant temperature. It becomes.
Conversely, when the heating from the plasma is significant, the heat balance of the substrate holder 8 and the substrate 7 becomes positive during the formation of the thin film, that is, when the inflow is more than the outflow of heat, the low melting point alloy is more than half. Try to be in a solid state. Therefore, before the thin film formation of the substrate holder 8 and the low melting point alloy 11, the melting point of the low melting point alloy 11 or a slightly lower temperature is set in advance, and more than half of the low melting point alloy is in a solid state. Thereby, inflow of heat proceeds during the thin film forming process, but the low melting point alloy 11 is changed from solid to liquid to absorb the latent heat of fusion, and the substrate holder 8 and the substrate 7 can be kept at a constant temperature. It becomes.

真空容器1には真空容器内のガスを排気するためにバルブと真空ポンプからなる排気系12が接続されている。また、本実施の形態の薄膜形成装置においては、真空容器1には、図2に示すように真空容器への膜の付着を防止するために、防着部材16を取り付けても良い。真空容器1若しくは防着部材16の内部に低融点合金を封入させて(図示せず)、温度を制御することも可能である。また、バッキングプレート3の内部に低融点合金を封入させて(図示せず)、温度を制御することも可能である。   An exhaust system 12 including a valve and a vacuum pump is connected to the vacuum container 1 in order to exhaust the gas in the vacuum container. Further, in the thin film forming apparatus of the present embodiment, an adhesion preventing member 16 may be attached to the vacuum vessel 1 in order to prevent the film from adhering to the vacuum vessel as shown in FIG. It is also possible to control the temperature by sealing a low melting point alloy (not shown) inside the vacuum vessel 1 or the deposition preventing member 16. It is also possible to control the temperature by sealing a low melting point alloy (not shown) inside the backing plate 3.

本実施の形態の薄膜形成装置においては、単数の基板が回転できる駆動機構を構成するようにしても良い。図3にその構成を示す。図3において、1は真空容器、7は基板、8は基板ホルダ、11a、11bは低融点合金、17は基板駆動機構である。図3に示すように、基板7及び基板ホルダ8は基板駆動機構17により真空容器1に対して回転できるように構成し、基板の温度が安定するように低融点合金11aを基板ホルダ8内に封入する。また、基板駆動機構の近傍にも低融点合金11bを封入し、基板駆動機構の温度が低融点合金11bの融点以上に上がらないように構成する。   In the thin film forming apparatus of the present embodiment, a drive mechanism that can rotate a single substrate may be configured. FIG. 3 shows the configuration. In FIG. 3, 1 is a vacuum vessel, 7 is a substrate, 8 is a substrate holder, 11a and 11b are low melting point alloys, and 17 is a substrate driving mechanism. As shown in FIG. 3, the substrate 7 and the substrate holder 8 are configured to be rotated with respect to the vacuum vessel 1 by the substrate driving mechanism 17, and the low melting point alloy 11a is placed in the substrate holder 8 so that the temperature of the substrate is stabilized. Encapsulate. Further, the low melting point alloy 11b is also sealed in the vicinity of the substrate driving mechanism so that the temperature of the substrate driving mechanism does not rise above the melting point of the low melting point alloy 11b.

また、本発明の薄膜形成装置は、複数の基板が自公転できる駆動機構を構成しても良い。図4にその構成を示す。図4において、1は真空容器、7は基板、8a、8bは基板ホルダ、11c、11dは低融点合金、17a、17bは基板駆動機構である。図4に示すように、基板7はそれぞれ基板ホルダ8aに設置され、基板ホルダ8aはそれぞれ基板駆動機構17aにより基板ホルダ8b上で回転できるようにして、基板の自転が可能に構成する。また、基板ホルダ8aの内部には基板温度が所定の温度で安定するように低融点合金11cを封入する。基板駆動機構17a近傍の基板ホルダ8b内部にも低融点合金11dが封入されており、基板駆動機構17aが動作上限温度以上に上がらないように構成する。
基板7は基板ホルダ8aと一緒に真空容器1に接続した搬送室に投入され、真空容器1内に搬送可能となるように構成されていても良い。また、この搬送室内に基板ホルダ及び基板を加熱する加熱機構を構成しても良い。
Further, the thin film forming apparatus of the present invention may constitute a drive mechanism that can revolve and revolve a plurality of substrates. FIG. 4 shows the configuration. In FIG. 4, 1 is a vacuum vessel, 7 is a substrate, 8a and 8b are substrate holders, 11c and 11d are low melting point alloys, and 17a and 17b are substrate drive mechanisms. As shown in FIG. 4, the substrates 7 are respectively installed on the substrate holder 8a, and the substrate holders 8a can be rotated on the substrate holder 8b by the substrate driving mechanism 17a so that the substrate can rotate. Further, a low melting point alloy 11c is sealed inside the substrate holder 8a so that the substrate temperature is stabilized at a predetermined temperature. The low melting point alloy 11d is also sealed inside the substrate holder 8b in the vicinity of the substrate driving mechanism 17a so that the substrate driving mechanism 17a does not rise above the operation upper limit temperature.
The substrate 7 may be configured so that it can be transported into the vacuum container 1 by being put together with the substrate holder 8 a into the transport chamber connected to the vacuum container 1. Further, a heating mechanism for heating the substrate holder and the substrate may be configured in the transfer chamber.

つぎに、図1の装置を用いて、石英基板7上にアルミナ(Al23)薄膜を形成する方法について説明する。
まず、真空容器1をバルブと真空ポンプからなる排気系12により真空に排気する。つぎに、基板ホルダ8を外部ヒータ(図示せず)により予め低融点金属11の融点付近まで加熱する。1×10-4Paにまで排気が完了したところで、スパッタガス導入ポート13からArガスを200sccm導入する。
つぎに、反応性ガス導入ポート(図示せず)からはO2ガスを50sccm基板7近傍に導入する。バッキングプレート3に直流電源14より直流電圧500Wを印加すると、放電してArガスがイオン化し、磁石15による磁界がターゲット4の上方に形成されているため、磁界に電子がトラップされ、ターゲット表面にマグネトロンプラズマが発生する。放電によりターゲット表面にシースが形成され、プラズマ中の陽イオンがシースで加速されターゲット4に衝突し、ターゲット4からスパッタされたAl粒子が放出される。
Next, a method for forming an alumina (Al 2 O 3 ) thin film on the quartz substrate 7 using the apparatus of FIG. 1 will be described.
First, the vacuum vessel 1 is evacuated to a vacuum by an exhaust system 12 including a valve and a vacuum pump. Next, the substrate holder 8 is heated in advance to the vicinity of the melting point of the low melting point metal 11 by an external heater (not shown). When the exhaust is completed to 1 × 10 −4 Pa, 200 sccm of Ar gas is introduced from the sputtering gas introduction port 13.
Next, O 2 gas is introduced into the vicinity of the 50 sccm substrate 7 from a reactive gas introduction port (not shown). When a DC voltage of 500 W is applied to the backing plate 3 from the DC power source 14, the discharge discharges and the Ar gas is ionized, and the magnetic field generated by the magnet 15 is formed above the target 4. Magnetron plasma is generated. A sheath is formed on the surface of the target by the discharge, positive ions in the plasma are accelerated by the sheath and collide with the target 4, and Al particles sputtered from the target 4 are released.

ガス圧、流量、印加電力などは、異常放電が起こらない条件を選択し、放電が安定するまで、基板とターゲット間に配置されたシャッター(図示せず)は閉じておく。それが安定したところでシャッターを開け、基板7に薄膜を形成するようにする。
異常放電が生じる条件で成膜した場合、異物が膜に混入し、散乱の大きい膜となる。スパッタされた粒子はプラズマ中および基板表面で活性な酸素原子や酸素分子、酸素イオンと反応して、基板7にアルミナ薄膜が堆積する。成膜終了後、シャッターを閉じ、放電を停止する。ここで、基板をロードロック室10を介して、大気に搬出する。基板7についたアルミナ膜の分光特性を分光光度計により測定し、厚さ、吸収などを光学干渉法などにより算出する。
The gas pressure, flow rate, applied power, and the like are selected so that abnormal discharge does not occur, and a shutter (not shown) disposed between the substrate and the target is closed until the discharge is stabilized. When it is stable, the shutter is opened and a thin film is formed on the substrate 7.
When a film is formed under conditions that cause abnormal discharge, foreign matter is mixed into the film, resulting in a highly scattering film. The sputtered particles react with active oxygen atoms, oxygen molecules, and oxygen ions in the plasma and on the substrate surface, and an alumina thin film is deposited on the substrate 7. After the film formation is completed, the shutter is closed and the discharge is stopped. Here, the substrate is carried out to the atmosphere via the load lock chamber 10. The spectral characteristics of the alumina film on the substrate 7 are measured with a spectrophotometer, and the thickness, absorption, and the like are calculated by an optical interference method or the like.

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1においては、図1に示したDCマグネトロンスッパッタリング装置により、上述した方法でアルミナ膜を作成した。
基板ホルダは図3のものを用いた。図3において低融点合金11aには、基板近傍の温度を170℃に保つために、Sn/Bi=65.5/31.5(%)の合金を用いた。同様に、低融点合金11bには、基板駆動機構17が109℃以下の温度になるように、Sn/Bi=33.0/67.0(%)のものを用いた。スパッタリングによる成膜を行っている間、基板駆動機構17は109℃以下の温度で安定して動作し、基板温度は170℃近傍で安定していたため、所望の光学特性を持つアルミナ膜を安定して得ることができた。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In Example 1, an alumina film was formed by the above-described method using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG.
The substrate holder shown in FIG. 3 was used. In FIG. 3, an alloy of Sn / Bi = 65.5 / 31.5 (%) was used as the low melting point alloy 11a in order to keep the temperature in the vicinity of the substrate at 170.degree. Similarly, as the low melting point alloy 11b, one having Sn / Bi = 33.0 / 67.0 (%) was used so that the substrate driving mechanism 17 was at a temperature of 109 ° C. or lower. During film formation by sputtering, the substrate driving mechanism 17 stably operated at a temperature of 109 ° C. or lower and the substrate temperature was stable at around 170 ° C., so that an alumina film having desired optical characteristics was stabilized. I was able to get it.

[実施例2]
実施例2においては、図1に示したDCマグネトロンスッパッタリング装置により、上述した方法でアルミナ膜を作成した。基板ホルダは図4のものを用いた。図4において低融点合金11cには、基板近傍の温度を170℃に保つために、Sn/Bi=65.5/31.5(%)の合金を用いた。
同様に、低融点合金11dには、基板駆動機構17aが109℃以下の温度になるように、Sn/Bi=33.0/67.0(%)のものを用いた。
スパッタリングによる成膜を行っている間、基板駆動機構17aは109℃以下の温度で安定して動作し、基板温度は170℃近傍で安定していたため、所望の光学特性を持つアルミナ膜を安定して得ることができた。
[Example 2]
In Example 2, an alumina film was formed by the above-described method using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. The substrate holder shown in FIG. 4 was used. In FIG. 4, an alloy of Sn / Bi = 65.5 / 31.5 (%) was used as the low melting point alloy 11c in order to keep the temperature in the vicinity of the substrate at 170.degree.
Similarly, the low melting point alloy 11d is Sn / Bi = 33.0 / 67.0 (%) so that the substrate driving mechanism 17a has a temperature of 109 ° C. or lower.
During film formation by sputtering, the substrate driving mechanism 17a stably operated at a temperature of 109 ° C. or lower, and the substrate temperature was stable at around 170 ° C. Therefore, an alumina film having desired optical characteristics was stabilized. I was able to get it.

[実施例3]
実施例3においては、図1に示したDCマグネトロンスッパッタリング装置により、上述した方法でアルミナ膜を作成した。基板ホルダは図3のものを用いた。図1においてバッキングプレート3の内部に低融点合金(図示せず)を封入している。
低融点合金は、ターゲット4とバッキングプレート3をボンディングしているインジウム(In)の融点157℃よりも融点の低いIn/Sn=52/48(%)の合金を用いて、118℃以下の温度になるようにした。スパッタリングによる成膜を行っている間、ターゲット4の温度はインジウム(In)の融点157℃よりも低く保たれ、アルミナ膜を安定して得ることができた。
[Example 3]
In Example 3, an alumina film was formed by the above-described method using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. The substrate holder shown in FIG. 3 was used. In FIG. 1, a low melting point alloy (not shown) is sealed inside the backing plate 3.
The low melting point alloy is an alloy of In / Sn = 52/48 (%) having a melting point lower than the melting point 157 ° C. of indium (In) bonding the target 4 and the backing plate 3, and a temperature of 118 ° C. or less. I tried to become. During film formation by sputtering, the temperature of the target 4 was kept lower than the melting point of indium (In) 157 ° C., and an alumina film could be obtained stably.

[実施例4]
実施例4においては、図2に示したDCマグネトロンスッパッタリング装置により、上述した方法でアルミナ膜を作成した。基板ホルダは図3のものを用いた。図2において真空容器1に低融点金属を封入したものを用いて、防着部材16は取り外した。真空容器1は真空封止するためにゴム製のOリングを用いているため、In/Bi=66.3/33.7(%)の低融点合金を用いて72℃以下の温度に保つようにした。
真空容器1からの基板7への熱輻射による伝熱を安定させたことで基板温度が安定すると共に、真空容器1からの熱応力による膜はがれ防止効果により、所望の光学特性を有し欠陥の少ないアルミナ膜を安定して得ることができた。
[Example 4]
In Example 4, an alumina film was formed by the above-described method using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. The substrate holder shown in FIG. 3 was used. In FIG. 2, the adhesion preventing member 16 was removed using a vacuum vessel 1 in which a low melting point metal was sealed. Since the vacuum vessel 1 uses a rubber O-ring for vacuum-sealing, use a low melting point alloy of In / Bi = 66.3 / 33.7 (%) so as to keep the temperature at 72 ° C. or lower. I made it.
The substrate temperature is stabilized by stabilizing the heat transfer from the vacuum vessel 1 to the substrate 7, and the film is prevented from being peeled off due to thermal stress from the vacuum vessel 1. A small amount of alumina film could be obtained stably.

[実施例5]
実施例5においては、図2に示したDCマグネトロンスッパッタリング装置により、上述した方法でアルミナ膜を作成した。基板ホルダは図3のものを用いた。図2において防着部材16に低融点金属を封入したものを用いた。真空容器1は真空封止するためにゴム製のOリングを用いているため、In/Bi=66.3/33.7(%)の低融点合金を用いて72℃以下の温度に保つようにした。 防着部材16からの基板7への熱輻射による伝熱を安定させたことで基板温度が安定すると共に、防着部材16からの熱応力による膜はがれ防止効果により、所望の光学特性を有し欠陥の少ないアルミナ膜を安定して得ることができた。
[Example 5]
In Example 5, an alumina film was formed by the above-described method using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. The substrate holder shown in FIG. 3 was used. In FIG. 2, the anti-adhesion member 16 in which a low melting point metal is sealed is used. Since the vacuum vessel 1 uses a rubber O-ring for vacuum-sealing, use a low melting point alloy of In / Bi = 66.3 / 33.7 (%) so as to keep the temperature at 72 ° C. or lower. I made it. The substrate temperature is stabilized by stabilizing the heat transfer by the heat radiation from the deposition preventing member 16 to the substrate 7, and the film has desired optical characteristics due to the effect of preventing film peeling due to thermal stress from the deposition preventing member 16. An alumina film with few defects could be stably obtained.

本発明の実施の形態におけるDCマグネトロンスッパッタリング装置の断面図である。It is sectional drawing of the DC magnetron sputtering apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における防着部材を取り付けたDCマグネトロンスッパッタリング装置の断面図である。It is sectional drawing of the DC magnetron sputtering device which attached the adhesion prevention member in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のスッパッタリング装置における単数の基板が回転できる基板駆動機構を有する基板ホルダの断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate holder which has a board | substrate drive mechanism which can rotate the single board | substrate in the sputtering apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のスッパッタリング装置における複数の基板が自公転できる基板駆動機構を有する基板ホルダの断面図である。It is sectional drawing of the board | substrate holder which has a board | substrate drive mechanism in which the several board | substrate can revolve automatically in the sputtering apparatus of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:真空容器
2:カソード電極
3:バッキングプレート
4:ターゲット
5:アノード電極
6:絶縁材
7:基板
8、8a、8b:基板ホルダ
9:ゲートバルブ
10:ロードロック室
11、11a、11b、11c、11d:低融点合金
12:排気系
13:スパッタガス導入ポート
14:直流電源
15:磁石
16:防着部材
17、17a、17b:基板駆動機構
1: Vacuum container 2: Cathode electrode 3: Backing plate 4: Target 5: Anode electrode 6: Insulating material 7: Substrate 8, 8a, 8b: Substrate holder 9: Gate valve 10: Load lock chamber 11, 11a, 11b, 11c 11d: Low melting point alloy 12: Exhaust system 13: Sputter gas introduction port 14: DC power supply 15: Magnet 16: Deposition member 17, 17a, 17b: Substrate drive mechanism

Claims (14)

真空雰囲気内で所定の処理を行う真空容器内の温度制御装置であって、前記真空容器を構成する部材の内部に、該処理温度近傍に融点を持つ相変化材料が内包されていることを特徴とする真空容器内の温度制御装置。   A temperature control device in a vacuum vessel for performing a predetermined treatment in a vacuum atmosphere, characterized in that a phase change material having a melting point in the vicinity of the treatment temperature is included in a member constituting the vacuum vessel. A temperature control device in a vacuum vessel. 前記相変化材料が、In、Sb、Bi、Pbのいずれかを主成分として、10℃以上327℃以下の融点を有する低融点合金であることを特徴とする請求項1に記載の真空容器内の温度制御装置。   2. The inside of the vacuum vessel according to claim 1, wherein the phase change material is a low melting point alloy having a melting point of 10 ° C. or higher and 327 ° C. or lower mainly containing any of In, Sb, Bi, and Pb. Temperature control device. 前記処理は基板に薄膜を形成する真空成膜であり、前記相変化材料が内包されている部材が、前記基板を保持する基板ホルダであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空容器内の温度制御装置。   The said process is a vacuum film-forming which forms a thin film in a board | substrate, The member in which the said phase-change material is included is a board | substrate holder holding the said board | substrate, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Temperature control device in the vacuum vessel. 前記相変化材料が内包されている部材が、前記基板ホルダを回転及び/又は直進させる駆動機構近傍の部材であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control in the vacuum vessel according to claim 1 or 2, wherein the member in which the phase change material is included is a member in the vicinity of a driving mechanism that rotates and / or advances the substrate holder. apparatus. 前記相変化材料が内包されている部材が、前記真空容器の壁面構成部材であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control device in a vacuum vessel according to claim 1 or 2, wherein the member containing the phase change material is a wall surface constituting member of the vacuum vessel. 前記相変化材料が内包されている部材が、前記真空容器の壁面に付着する付着物防止用の部材であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control device in a vacuum vessel according to claim 1 or 2, wherein the member in which the phase change material is contained is a member for preventing an adhering matter adhering to a wall surface of the vacuum vessel. . 前記相変化材料が内包されている部材が、スパッタリングターゲットをボンディングにより保持しているバッキングプレートであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control device in a vacuum vessel according to claim 1 or 2, wherein the member containing the phase change material is a backing plate that holds a sputtering target by bonding. 前記基板が、光学薄膜の成膜に用いる基板であることを特徴とする請求項3に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control device in a vacuum vessel according to claim 3, wherein the substrate is a substrate used for forming an optical thin film. 前記相変化材料が内包されている前記駆動機構近傍の部材には、駆動機構の動作可能な上限温度以下の融点を有する相変化材料が内包されていることを特徴とする請求項4に記載の真空容器内の温度制御装置。   5. The phase change material having a melting point equal to or lower than an upper limit temperature at which the drive mechanism can operate is included in a member in the vicinity of the drive mechanism in which the phase change material is included. Temperature control device in a vacuum vessel. 前記駆動機構は、少なくともベアリング又はギアを含み、前記動作可能な上限温度が150℃以下であることを特徴とする請求項9に記載の真空容器内の温度制御装置。   The temperature control device in a vacuum vessel according to claim 9, wherein the drive mechanism includes at least a bearing or a gear, and the operable upper limit temperature is 150 ° C or lower. 真空容器内の温度を温度制御手段によって制御し、スパッタリング法、CVD法あるいは真空蒸着法等を用いて基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記真空容器を構成する部材の内部に、該処理温度近傍に融点を持つ相変化材料が内包されており、前記相変化材料が内包されている部材の温度を、該相変化材料の融点近傍に保持した後、前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
In the thin film formation method of controlling the temperature in the vacuum vessel by the temperature control means and forming a thin film on the substrate using a sputtering method, a CVD method or a vacuum deposition method,
A phase change material having a melting point in the vicinity of the processing temperature is included in a member constituting the vacuum vessel, and the temperature of the member in which the phase change material is included is set in the vicinity of the melting point of the phase change material. A thin film forming method comprising forming a thin film on the substrate after holding.
前記薄膜を形成する工程が、前記基板ホルダを回転及び/又は直進しながら基板上に薄膜を形成するプロセスを含むことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成方法。   12. The method of forming a thin film according to claim 11, wherein the step of forming the thin film includes a process of forming a thin film on a substrate while rotating and / or straightly moving the substrate holder. 前記薄膜を形成する工程が、前記基板を基板ホルダに前記真空容器外で取り付け、真空容器に接続した搬送室に投入して加熱した後、真空容器に搬送して薄膜を形成するプロセスを含むことを特徴とする請求項11〜12のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。   The step of forming the thin film includes a process of attaching the substrate to the substrate holder outside the vacuum vessel, placing the substrate in a transfer chamber connected to the vacuum vessel and heating, and then transferring the substrate to the vacuum vessel to form the thin film. The method for forming a thin film according to claim 11, wherein: 前記駆動機構近傍の部材に、該駆動機構の動作可能な上限温度以下の融点を有する相変化材料を内包させ、該相変化材料を融点以下の温度に保持した後、前記基板ホルダを駆動機能により回転及び/又は直進して薄膜を形成するプロセスを含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。   A member in the vicinity of the drive mechanism includes a phase change material having a melting point equal to or lower than the upper limit temperature at which the drive mechanism can be operated. After the phase change material is maintained at a temperature equal to or lower than the melting point, the substrate holder is moved by a drive function. The method of forming a thin film according to claim 11, comprising a process of forming a thin film by rotating and / or moving straight.
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JP2013064171A (en) * 2011-09-15 2013-04-11 Ulvac Japan Ltd Sputtering apparatus and film deposition method
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