JP2011174117A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空蒸着法やスパッタリング法などの物理蒸着法を用いて薄膜を成膜する成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a thin film using a physical vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method or a sputtering method.
従来より、非水電解質電池の製造などにおいて、真空蒸着やスパッタリングなどの物理蒸着法を用いて基材上に電極や固体電解質等の薄膜を成膜させることが行われている。 Conventionally, in the manufacture of nonaqueous electrolyte batteries, thin films such as electrodes and solid electrolytes are formed on a substrate using a physical vapor deposition method such as vacuum vapor deposition or sputtering.
この種の成膜装置は、真空チャンバー内で、蒸着源を加熱により蒸発させ、昇華した蒸着粒子を基材上に堆積させて成膜を行うものであり、成膜した薄膜が熱により変質することを防止するため、成膜後に基材をセットした基材ホルダーに冷却ブロックを押し当てることにより、基材ホルダーを介して基材を冷却することが行われている。(特許文献1)。 In this type of film forming apparatus, a vapor deposition source is evaporated by heating in a vacuum chamber, and sublimated vapor deposition particles are deposited on a substrate to form a film. The formed thin film is altered by heat. In order to prevent this, the substrate is cooled through the substrate holder by pressing a cooling block against the substrate holder on which the substrate is set after film formation. (Patent Document 1).
しかしながら、この基材ホルダーおよび冷却ブロックの表面には一般に凹凸があるため、冷却ブロックを基材ホルダーに押し当てたとしても、冷却ブロックと基材ホルダーとを十分に密着させることができない。 However, since the surfaces of the substrate holder and the cooling block are generally uneven, even if the cooling block is pressed against the substrate holder, the cooling block and the substrate holder cannot be sufficiently adhered.
このように、冷却ブロックと基材ホルダーの間で十分な密着が得られない場合、冷却ブロックから基材ホルダーへの熱伝達を一様に保つことができないため、基材のみならず、基材上に形成された膜も不均一に冷却されて、膜に冷却ムラが生じる。 As described above, when sufficient adhesion cannot be obtained between the cooling block and the base material holder, heat transfer from the cooling block to the base material holder cannot be maintained uniformly. The film formed on the film is also cooled unevenly, resulting in uneven cooling on the film.
このように、冷却ムラが生じる成膜装置を用いて成膜を行った場合、組織や特性が均一な膜を得ることができず、安定した品質の製品を提供することができない。 As described above, when film formation is performed using a film forming apparatus in which uneven cooling occurs, a film having a uniform structure and characteristics cannot be obtained, and a product with stable quality cannot be provided.
例えば、非水電解質電池に用いられる硫化物固体電解質膜の作製において、組織や特性が不均一な膜が作製されると、非水電解質電池の電池性能に大きな影響を与えて、品質を低下させる。 For example, in the production of a sulfide solid electrolyte membrane used in a nonaqueous electrolyte battery, if a membrane with a non-uniform structure or characteristics is produced, the battery performance of the nonaqueous electrolyte battery is greatly affected and the quality is degraded. .
本発明は、上記の問題の解決に鑑み、基材上に成膜された膜に冷却ムラが発生することを抑制して、組織や特性が均一な膜を作製することができ、その結果、安定した品質の製品を提供することができる成膜装置および成膜方法を提供することを課題とする。 In view of solving the above problems, the present invention can suppress the occurrence of cooling unevenness in a film formed on a substrate, and can produce a film having a uniform structure and characteristics. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of providing a product of stable quality.
本発明に係る成膜装置は、
成膜材料を基材の表面上に蒸着させて薄膜を成膜する成膜装置であって、
前記基材を保持する基材ホルダーと、
前記基材ホルダーに接して前記基材ホルダーを冷却する冷却ブロックと
を備えており、
前記基材ホルダーおよび前記冷却ブロックの少なくとも一方に、磁石が内蔵されていることを特徴とする。
A film forming apparatus according to the present invention includes:
A film forming apparatus for forming a thin film by depositing a film forming material on the surface of a substrate,
A substrate holder for holding the substrate;
A cooling block for cooling the substrate holder in contact with the substrate holder,
A magnet is incorporated in at least one of the substrate holder and the cooling block.
本請求項の発明においては、基材ホルダーおよび冷却ブロックの少なくとも一方に磁石が内蔵されているため、基材ホルダーおよび冷却ブロックの表面に凹凸が存在していても、磁石の磁力により双方を十分に密着させることができる。このため、冷却ブロックから基材ホルダーへの熱伝達のバラツキを抑制することができる。この結果、基材ホルダーに保持された基材上に成膜された膜に冷却ムラが発生することが抑制されて、組織や特性が均一な膜を提供することができ、安定した品質の製品を提供することができる。 In the invention of this claim, since the magnet is built in at least one of the base material holder and the cooling block, even if the surface of the base material holder and the cooling block is uneven, the magnet's magnetic force is sufficient for both. Can be adhered to. For this reason, variation in heat transfer from the cooling block to the base material holder can be suppressed. As a result, it is possible to provide a film having a uniform structure and characteristics by suppressing the occurrence of cooling unevenness in the film formed on the substrate held by the substrate holder, and having a stable quality product. Can be provided.
基材ホルダーおよび冷却ブロックの双方に磁石が内蔵されている場合は、基材ホルダーおよび冷却ブロックのそれぞれに、異なる極が対向するように磁石を内蔵させることにより、基材ホルダーと冷却ブロックとの間に密着力を働かすことができる。 If magnets are built in both the base holder and cooling block, the base holder and cooling block can be separated by placing magnets so that different poles face each other. Adhesion can be exerted between them.
また、基材ホルダーおよび冷却ブロックの一方にのみ磁石が内蔵されている場合には、他方が磁性材料で形成されている必要がある。 Moreover, when the magnet is incorporated only in one of the substrate holder and the cooling block, the other needs to be formed of a magnetic material.
磁石としては、フェライト磁石や金属磁石など種類を問わず、成膜環境(雰囲気、温度、ターゲット種類など)や基材のサイズなどを考慮して適宜使用することができる。磁石のサイズとしては、基材ホルダーおよび冷却ブロックの内部全面に亘って1つの磁石を内蔵していてもよいが、基材の大きさに対応した小さいサイズの磁石を複数配置してもよい。 The magnet can be appropriately used in consideration of the film forming environment (atmosphere, temperature, target type, etc.), the size of the base material, etc., regardless of the type such as a ferrite magnet or a metal magnet. As for the size of the magnet, one magnet may be built in over the entire inner surface of the substrate holder and the cooling block, but a plurality of small magnets corresponding to the size of the substrate may be arranged.
そして、前記の成膜装置は、
前記磁石が、電磁石であることを特徴とする。
And the said film-forming apparatus is
The magnet is an electromagnet.
本請求項の発明においては、磁石として電磁石を使用し、通電の有無に対応して磁力の発生を制御しているため、基材ホルダーと冷却ブロックとの密着あるいは解除を容易に行うことができ、成膜装置内での作業を円滑に行なうことができる。具体的には、例えば、基材ホルダーと冷却ブロックを密着させ、基材が冷却した後、冷却ブロックを基材ホルダーから引き離す場合、電磁石への通電を停止することにより、引き離しを円滑に行うことができる。 In the present invention, since an electromagnet is used as a magnet and the generation of magnetic force is controlled in accordance with the presence / absence of energization, the substrate holder and the cooling block can be easily adhered or released. Thus, the work in the film forming apparatus can be performed smoothly. Specifically, for example, when the base material holder and the cooling block are brought into close contact with each other and the base material is cooled, when the cooling block is separated from the base material holder, the energization to the electromagnet is stopped to smoothly perform the separation. Can do.
次に、本発明の成膜方法は、
前記の成膜装置を用いる成膜方法であって、
基材として磁性材料により構成される基材を用いることを特徴とする。
Next, the film forming method of the present invention comprises:
A film forming method using the film forming apparatus,
A base material made of a magnetic material is used as the base material.
本請求項の発明においては、基材として磁性材料により構成される基材を使用しているため、基材ホルダーおよび冷却ブロックに内蔵された磁石の磁力により、基材ホルダーと基材とを十分に密着させることができ、基材ホルダーから基材への熱伝達のバラツキを抑制することができると共に、冷却速度も速くすることができる。なお、基材ホルダーに磁石が内蔵されていない場合には、冷却ブロックには磁力線が基材ホルダーを貫通する磁石を内蔵させておく必要がある。 In the invention of this claim, since a base material composed of a magnetic material is used as the base material, the base material holder and the base material are sufficiently separated by the magnetic force of the magnet built in the base material holder and the cooling block. The heat transfer from the substrate holder to the substrate can be suppressed, and the cooling rate can be increased. In addition, when the magnet is not incorporated in the substrate holder, it is necessary to incorporate a magnet in which the magnetic lines of force penetrate the substrate holder in the cooling block.
磁性材料としては、例えば、SUS430、SUS420、SUS403、等を挙げることができる。 Examples of the magnetic material include SUS430, SUS420, SUS403, and the like.
本発明によれば、基材上に成膜された膜に冷却ムラが発生することを抑制して、組織や特性が均一な膜を作製することができ、その結果、安定した品質の製品を提供することができる成膜装置および成膜方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of uneven cooling on the film formed on the substrate, and to produce a film having a uniform structure and characteristics. A film forming apparatus and a film forming method that can be provided can be provided.
以下、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、本実施の形態においては、成膜方法として真空蒸着を採用している。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments. In this embodiment, vacuum deposition is adopted as a film forming method.
1.成膜装置
最初に、本実施の形態における成膜装置の構成につき、図1に基づき説明する。図1は、本実施の形態における成膜装置の主要部を模式的に示す断面図であり、(a)は冷却ブロックが基材ホルダーから離れている状態を示し、(b)は冷却ブロックが基材ホルダーに接触している状態を示している。
1. Film Forming Apparatus First, the structure of the film forming apparatus in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a film forming apparatus in the present embodiment, in which (a) shows a state where the cooling block is separated from the substrate holder, and (b) shows the cooling block. The state which is contacting the base-material holder is shown.
図1において、1は真空チャンバーである。真空チャンバー1内において、上部には基材2を保持する基材ホルダー3および冷却ブロック4が配置されている。そして、底部には蒸着源であるターゲット6が加熱ヒーターを内蔵した支持台5上に配置されている。
In FIG. 1, 1 is a vacuum chamber. In the vacuum chamber 1, a
冷却ブロック4は、冷却ブロック本体4aとその内部に配置されて冷媒を循環させる流路4bおよび電磁石9により構成されている。そして、この冷却ブロック4は、図外の昇降手段によって、昇降自在に配置されている。
The cooling block 4 includes a cooling block
具体的には、成膜が終了するまでは、図1(a)に示すように冷却ブロック4は基材ホルダー3から離れており、成膜終了と同時に、図1(b)に示すように冷却ブロック4が降下して基材ホルダー3の上面に接触するように設定されている。
Specifically, until the film formation is completed, the cooling block 4 is separated from the
本実施の形態における成膜装置の場合、基材ホルダー3は9枚の基材2を保持できるように構成されている。そのため、冷却ブロック4には、基材2の保持位置に対応して9個の電磁石9が配置されている。
In the case of the film forming apparatus in the present embodiment, the
また、基材ホルダー3についても、基材2の保持位置に対応して9個の電磁石9が配置されている。
In addition, nine
電磁石9は基材ホルダー3および冷却ブロック4に内蔵され、基材2よりも一回り大きいサイズに形成されている。なお、基材2の保持枚数などの変更に応じて成膜装置の電磁石9の個数などは適宜設計変更される。
The
基材ホルダー3は図外の支持材により支持されている。そして、基材2は基材ホルダー3へ係止具(図示略)などを用いて固定される。係止方法としては、例えば、額縁状に形成して基材2の全周縁を固定する方法や、基材2の周縁の複数箇所を固定する方法が考えられる。
The
一方、基材2は一般に薄いため、基材2を基材ホルダー3へ係止具などを用いて固定する際、基材2の中央部が基材ホルダー3表面から浮き上がって隙間が生じ易くなる。このため、本実施の形態においては、基材2を磁性材料により形成している。
On the other hand, since the
磁性材料により形成された基材2であれば、冷却ブロック4や基材ホルダー3に内蔵された磁石の磁力により浮き上がりを防止して、基材ホルダー3と基材2とを十分に密着させることができるため、基材2の冷却ムラが防止でき、さらに、基材2を基材ホルダー3へ固定するハンドリング性も向上する。
If the
基材2の一般的な厚さは10〜500μm程度が好ましい。
The general thickness of the
前記した冷却ブロック4、基材ホルダー3および基材2のサイズの関係につき、図2を用いて説明する。図2は、本実施の形態に係る成膜装置の冷却ブロック4、基材ホルダー3および基材ホルダー3に配置された基材2を示す平面図である。
The relationship among the sizes of the cooling block 4, the
図2(a)、(b)に示すように、冷却ブロック4のサイズは、基材ホルダー3のサイズに比べ、一回り大きく設定されている。これにより、降下時、基材ホルダー3の全面を覆って、十分に冷却することができる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the size of the cooling block 4 is set to be slightly larger than the size of the
そして、図2(c)に示すように、複数の基材2は、基材ホルダー3の下面に接して固定されている。なお、基材ホルダー3および冷却ブロック4に内蔵された電磁石は、各基材2に対応する位置に配置されている。
Then, as shown in FIG. 2C, the plurality of
2.成膜
次に、上記した本実施の形態における成膜装置を用いた成膜方法の一例につき説明する。
2. Film Formation Next, an example of a film formation method using the film formation apparatus in this embodiment described above will be described.
最初に、基材ホルダー3に複数の基材2を仮止めして真空チャンバー1内にセット後、基材ホルダー3に内蔵されている電磁石9に通電して磁力を発生させ、基材2を基材ホルダーに固定する。これにより基材2と基材ホルダー3は、隙間無く良好に密着する。このとき、冷却ブロック4は図1(a)に示すように基材ホルダー3から離れている。
First, a plurality of
次に、ターゲット6を支持台5に内蔵された加熱ヒーターにより加熱して蒸発させ、基材ホルダー3に保持された基材2の表面に堆積させて成膜を行う。
Next, the target 6 is heated and evaporated by a heater built in the support 5 and deposited on the surface of the
所定の厚さの成膜の完了と同時に、真空チャンバー1内の加熱を止め、冷却ブロック4に内蔵された電磁石9に通電する。その後、図外の昇降手段により冷却ブロック4を降下させ基材ホルダー3に当接させる。これにより、基材ホルダー3および冷却ブロック4に内蔵されているそれぞれの電磁石9の磁力により冷却ブロック4が基材ホルダー3に良好に密着する。
Simultaneously with completion of film formation of a predetermined thickness, heating in the vacuum chamber 1 is stopped, and the
そして、冷却ブロック4の流路4bに冷媒を循環させ、冷却ブロック本体4aを冷却する。
Then, the refrigerant is circulated through the
このとき、成膜された基材2と基材ホルダー3の間、および基材ホルダー3と冷却ブロック4の間は十分に密着されているため、基材2は速い速度で均一に冷却される。
At this time, since the film-formed
基材2が所定の温度まで冷却された後は、各電磁石9への通電を止め、冷却ブロック4を上昇させて、基材ホルダー3から離す。
After the
その後、真空チャンバー1内より基材ホルダー3を取り出し、成膜された基材2の仮止めを解除し、成膜された基材2を基材ホルダー3より取り外す。
Thereafter, the
3.実施例
(実施例)
上記の成膜装置を用い、基材上に硫化物固体電解質層を形成させた。
3. Example
(Example)
A sulfide solid electrolyte layer was formed on the substrate using the film forming apparatus.
本実施例おける基材として、厚さ500μmのSUS430箔を50×30mmの大きさで9枚用意し、30×20cmの大きさ(厚さ6mm)の基材ホルダーにセットした。その後、基材ホルダーに内蔵されている電磁石に通電して、磁力を発生させて基材を基材ホルダーに密着させた。 As the base material in this example, nine SUS430 foils having a thickness of 500 μm were prepared in a size of 50 × 30 mm, and set in a base material holder having a size of 30 × 20 cm (thickness 6 mm). Thereafter, an electromagnet built in the base material holder was energized to generate a magnetic force so that the base material was brought into close contact with the base material holder.
その後、成膜を行い、成膜終了と同時に、冷却ブロックを降下し、冷媒の循環により冷却された基材ホルダーおよび冷却ブロックに内蔵された電磁石に通電して磁力を発生させ、冷却ブロックを基材ホルダーに密着させた。 After that, film formation is performed, and at the same time as film formation is completed, the cooling block is lowered, and a magnetic force is generated by energizing the base magnet holder cooled by the circulation of the refrigerant and the electromagnet built in the cooling block. Adhered to the material holder.
そして、基材ホルダーを冷却した後、冷却ブロックを上昇させて、基材ホルダーから離した。 Then, after cooling the substrate holder, the cooling block was raised and separated from the substrate holder.
最後に、基材を真空チャンバーより取り出し、変色の有無を調べたところ、全面に亘って変色が無く、厚さが10μmの均質な硫化物固体電解質膜が成膜されていることが確認できた。 Finally, the substrate was taken out of the vacuum chamber and examined for the presence or absence of discoloration. As a result, it was confirmed that a uniform sulfide solid electrolyte membrane having a thickness of 10 μm and no discoloration was formed over the entire surface. .
(比較例)
電磁石を内蔵しない従来の成膜装置を用いて、同様の成膜を行い、変色の有無を調べたところ、膜の中央部に変色が認められ、中央部の冷却が不十分であったことが確認された。
(Comparative example)
Using a conventional film forming apparatus that does not contain an electromagnet, the same film was formed and the presence or absence of discoloration was examined. As a result, discoloration was observed at the center of the film, and the center was not sufficiently cooled. confirmed.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以上の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above embodiment. Various modifications can be made to the above embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.
1 真空チャンバー
2 基材
3 基材ホルダー
4 冷却ブロック
4a ブロック本体
4b 流路
5 支持台
6 ターゲット
9 電磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記基材を保持する基材ホルダーと、
前記基材ホルダーに接して前記基材ホルダーを冷却する冷却ブロックと
を備えており、
前記基材ホルダーおよび前記冷却ブロックの少なくとも一方に、磁石が内蔵されていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a thin film by depositing a film forming material on the surface of a substrate,
A substrate holder for holding the substrate;
A cooling block for cooling the substrate holder in contact with the substrate holder,
A film forming apparatus, wherein a magnet is incorporated in at least one of the substrate holder and the cooling block.
基材として磁性材料により構成される基材を用いることを特徴とする成膜方法。 A film forming method using the film forming apparatus according to claim 1 or 2,
A film forming method comprising using a base material made of a magnetic material as a base material.
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