JP3121359U - 真空薄膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の異なる基板ホルダに対して加熱ユニットの変更無く最適な加熱温度分布を調整する手段を設け、従来加熱ユニットの変更に伴って必要であった設計・試験・設置の労力および時間損失を防止し、電子デバイスの製造コストを低減する。
【解決手段】加熱ユニットＨＮにおいて、熱遮蔽板１１をヒータ３Ｎと基板ホルダ２の中間の必要箇所に配設する。熱遮蔽板１１は保持ロッド１２を介して着脱可能にフレーム５Ｎに取り付ける。保持ロッド１２はヒータ３Ｎの全面に配設され、反射板４Ｎを穿設する。熱遮蔽板１１は基板ホルダ２に対する加熱温度分布試験の結果によって必要個数を増減し、確定する。
【選択図】図１

Description

本考案は蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの手法による薄膜形成または、ドライエッチングなどの手法による薄膜加工を行うための真空薄膜装置に関する。

真空環境下で蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの手法によって基板上に薄膜を形成し、またはドライエッチングなどの手法によって基板上の薄膜加工を行うなど、種々の電子デバイス作成のための薄膜の処理を行う真空薄膜装置には、一般に処理内容に応じた構造の基板および基板ホルダ（以下両者を合わせて加熱対象物と記載する）が配設されている（たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。また加熱対象物を最適なプログラムで昇温し、規定の温度プログラムによって高温に制御保持し、降温するためのヒータおよびヒータ制御電源が配設されている。加熱対象物の全面にわたって必要な加熱温度分布を得るためには、適切な構造のヒータを加熱対象物近傍に配置し、加熱対象物の全面積に対してヒータ電力分布、したがってヒータ温度分布を最適化し、またヒータ裏面に配設される熱反射板の形状、反射率分布を最適化させる必要がある。最適化のためには、一般に初期設計計算に基づく試作品について、加熱試験による温度分布の確認や真空処理後の薄膜の評価が行われ、その結果がヒータおよび制御電源の設計や温度制御プログラムなどにフィードバックされ、必要に応じて設計改良や制御プログラムの改良が行われる。

図３によって従来の真空薄膜装置の基板加熱関連部分の構造および加熱方法を説明する。以下、基板加熱関連部分を図３に示す加熱ユニットＨと呼称する。加熱ユニットＨにおいて、１は蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの手法によってその表面に薄膜を形成し、またはエッチング等により薄膜の加工を行うための基板であり、後記の各要素類とともに、真空薄膜装置の真空室（図示せず）内に配設されている。基板１は基板ホルダ２上に載置されており、基板ホルダ２とともに、ヒータ３からの輻射熱により規定の温度に加熱される。なお基板１および基板ホルダ２を合わせて前記のように加熱対象物と呼称する。

反射板４はヒータ３の下方にあり、ヒータ３から下方に輻射される輻射熱を有効に前記加熱対象物に向けて反射するとともに、輻射熱によるフレーム５の昇温を防止する。フレーム５は反射板４を載置するとともに、熱絶縁材（図示せず）を介して基板ホルダ２、ヒータ３を保持している。６はヒータ温度を検出する熱電対で、その出力はヒータ３の昇温・降温プログラムを内蔵したヒータ制御電源（図示せず）に伝達され、ヒータ３の各時点の温度が制御される。なお、図３ではヒータ３、反射板４は各１個であるが、これらの要素は一般には最適な加熱温度分布を得るために、必要により複数に分割されることがある。

特開２００３−２５３４４６号公報 特開平１０−０２５５７０号公報 実開平０８−０３７１５２号公報

従来の真空薄膜装置の加熱ユニットの構造および加熱方法は以上のとおりであるが、この構造では多種類の加熱対象物のそれぞれに対する専用の加熱部の準備および、そのそれぞれについての構造の最適化および最適制御条件の確定が必要であり、これらに多くの時間と労力を要する。すなわち背景技術欄で記したように、加熱対象物の全面にわたって希望の加熱温度分布を得るには、加熱対象物の全面積にわたってヒータ電力分布、したがってヒータ温度分布を最適化する必要があり、またヒータ裏面に配設された熱反射板の形状、反射率分布を最適化させる必要がある。加熱ユニットの構造の最適化のためには最初に初期設計計算に基づく試作を行い、加熱温度分布試験による温度分布の確認や真空処理後の基板上の薄膜の評価を経て、必要な設計改良を行う。また平行して制御プログラムの改良を行い加熱条件を確定する。しかし熱計算の精度には限界があるため確定までには大規模の設計変更が何回も必要になることが少なくない。

種々の材料や形状の各種の加熱対象物毎に新規に上記の方法を繰り返した場合、新規の設計確定および新規の真空薄膜装置の準備にはその都度多くの時間と労力を要し、製品となる電子デバイスの製造コストが上昇していた。これを避けるため異なった加熱対象物に対して同一の真空薄膜装置を共用しようとする場合も、最適の加熱を行うためには加熱対象物毎に新規の加熱ユニットを準備しておき、加熱対象物が変わる都度、真空薄膜装置内で煩雑な加熱ユニットの取り替えおよび加熱ユニットに適合した制御プログラムの変更を行う必要があり、場合によっては制御電源の取り替えを要する場合もあった。したがってこの場合もやはり多くの時間と労力を要するため、電子デバイスの製造コストが上昇していた。本考案はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とする。

本考案が提供する真空薄膜装置は上記課題を解決するために、基板ホルダとヒータとの間に配設されヒータからの熱線の一部を遮蔽する熱遮蔽板を１個もしくは多数個備えるとともに、このそれぞれの熱遮蔽板を基板ホルダとヒータとの間の所定位置に着脱自在に固定保持させる熱遮蔽部材保持手段を設ける。また、ヒータの敷設面積に比して小さい面積を有する熱遮蔽板とこの熱遮蔽板を頂部に付設し他端がフレームに付設された保持ロッドと保持ロッドを多数付設したフレームで構成する。また、同一形状の前記熱遮蔽部材を取り付けた場合に前記ヒータを均等に遮る位置に前記フレームの保持ロッド取付形状もしくは保持ロッドを挿設する。さらに前記ヒータと前記フレームの中間に挿設された反射板にも保持ロッド用貫通孔を穿設する。

本考案によれば前記加熱ユニット内で、前記熱遮蔽板の取り付け、取り外しのみによって基板ホルダの温度分布を部分的に微細に調整することが可能になり、単独の加熱ユニットを用いて種々の基板ホルダに対して最適な加熱を行うことができる。したがって加熱ユニットおよび加熱ユニットに適合した制御電源の設計の確定が単純化され、設計に要する時間、労力が低下する。また同一の加熱ユニットおよび真空薄膜装置が種々の電子デバイス用に共用でき、これらの理由によって電子デバイスの製造コストが改善される。

本考案が提供する真空薄膜装置の第１の特徴は、基板を保持する基板ホルダとこの基板ホルダを基板保持面と反対側から加熱するヒータを備えた真空薄膜装置において、基板ホルダとヒータとの間に配設されヒータからの熱線の一部を遮蔽する熱遮蔽板を１個もしくは多数個備えるとともに、このそれぞれの熱遮蔽板を基板ホルダとヒータとの間の所定位置に着脱自在に固定保持させる熱遮蔽部材保持手段を設けた点であり、第２の特徴はヒータの敷設面積に比して小さい面積を有する熱遮蔽板とこの熱遮蔽板を頂部に付設した他端がフレームに付設された保持ロッドと保持ロッドを多数付設したフレームで構成したことであり、第３の特徴は同一形状の前記熱遮蔽部材を取り付けた場合に前記ヒータを均等に遮る位置に前記フレームの保持ロッド取付形状もしくは保持ロッドを挿設したことであり、第４の特徴は前記ヒータと前記フレームの中間に挿設された反射板にも保持ロッド用貫通孔を穿設したことであり、これらの特徴を備えた形態が最良の形態である。

以下図示例にしたがって説明する。図１（Ａ）は本考案の加熱ユニットＨＮ部分の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中に示したＢ視方向から見た平面図である。図１において図３と同一符号の部品の構造および作動は図３と同一である。加熱ユニットＨＮにおいて、基板１は基板ホルダ２上に載置されており、基板ホルダ２とともに、ヒータ３Ｎからの輻射熱により規定の温度に加熱される。ヒータ３Ｎは２分割されたシースヒータである。反射板４Ｎはヒータ３Ｎの下方にあり、ヒータ３Ｎから下方に輻射される輻射熱を有効に前記基板ホルダ２に向けて反射するとともに、輻射熱によるフレーム５Ｎの昇温を防止する。フレーム５Ｎは反射板４Ｎを載置するとともに、熱絶縁材（図示せず）を介して間接的に基板ホルダ２、ヒータ３Ｎを保持する。なお熱電対による温度計測については、図３の熱電対６と同一であるので、図１には熱電対の記載は省略する。

熱遮蔽部材である熱遮蔽板１１は同じく熱遮蔽部材である保持ロッド１２を介して熱遮蔽部材保持手段であるフレーム５Ｎに取り付けられている。保持ロッド１２とフレーム５Ｎの締結にはフレーム５Ｎ裏面からのネジ止めなどの方法（図示せず）が使用される。図１には４個の熱遮蔽板１１が示されているが、熱遮蔽板１１は必要に応じてヒータ３Ｎと基板ホルダ２の中間全面を遮断する個数を取り付けることが可能であり、そのため反射板４Ｎにはあらかじめ全面にわたって、保持ロッド１２が挿設されており、またフレーム５Ｎには保持ロッド１２取り付け用のポスト（図示せず）が全面にわたって加工されている。ポストにはあらかじめ、熱遮蔽板１１が取り付けられていない箇所についても保持ロッド１２が付設されている。

ヒータ３Ｎから基板ホルダ２に向かって放射される輻射熱線の一部は熱遮蔽板１１によって基板ホルダ２への到達が妨げられ、加熱温度分布が変更できる。熱遮蔽板１１はフレーム５Ｎに対して保持ロッド１２を介して熱伝導性を有し使用中もヒータ３Ｎより低温に保たれているので、熱遮蔽板１１から基板ホルダ２に向けて放射される２次的な輻射熱は、ヒータ３Ｎから基板ホルダ２に向かう輻射熱よりはるかに少なくなる。熱遮蔽板１１の材料には金属板、カーボン板やこれらのクラッド板など、耐熱性の任意の材料が使用できる。

基板ホルダ２の温度分布の最適化のためには、最初に熱遮蔽板１１を取り付けない状態で基板ホルダ２を加熱し、温度分布を測定する。次に規定より高い温度部分について、基板ホルダ２とヒータ３Ｎの中間に熱遮蔽板１１を挿入しヒータ３Ｎからの輻射熱を部分的に低下させ、温度分布を測定する。この操作を繰り返し、規定の温度分布が得られるように熱遮蔽板１１の位置と個数を確定する。

図２は熱遮蔽板１１と保持ロッド１２の取り付け方法の一例を示している。保持ロッド１２は反射板４Ｎに穿設された保持ロッド用貫通孔１３を貫通してフレーム５Ｎに取り付けられている。保持ロッド１２の上面部分のロッド径は細く仕上げられており、また固定用のピン１４を挿入する孔が設けられているので、熱遮蔽板１１の中央部の孔（図示せず）を保持ロッド１２の上面当該部分に挿入し、ピン１４で保持することができる。熱遮蔽板１１には熱遮蔽板１１を取り付けた場合にヒータ３Ｎの輻射熱の一部、たとえば２０％を通過させるための開口が８個設けられている。熱遮蔽板１１は前記のように特定の基板ホルダ２に対する加熱温度分布試験の結果によって個数を増減し、使用個数を確定するが、確定した個数および配置を記録しておけば、基板ホルダ２（したがって基板ホルダ２上の基板１から作製される電子デバイス）を一旦他の電子デバイス用の基板ホルダに変更し、再び元の基板ホルダ２に戻した場合も元の加熱環境を短時間で再現させることができる。

本考案は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば図１の加熱ユニットＨＮの構造は一例であり、ヒータ３Ｎ、反射板４Ｎ等の構造・形状・個数は任意に変更できる。また熱遮蔽板１１、保持ロッド１２の形状、構造、個数、取り付け位置ならびに、熱遮蔽板１１の保持ロッド１２への取り付け方式も一例を示したものであり、たとえば輻射熱の一部を通過させるための開口の大きさ、個数および配置なども必要に応じて変更することができる。保持ロッド１２への固定方式もＣリング、止めねじなど任意の方式が使用できる。熱遮蔽板１１と保持ロッド１２との結合箇所の形状は円孔および円柱である必要はなく、角穴と角柱として熱遮蔽板１１の回転を防止しても良く、また１個の熱遮蔽板１１を２個以上の保持ロッド１２で固定し、熱遮蔽板１１の回転を防止しても良い。またヒータ３Ｎの温度の計測には、必要により熱電対や光学式温度検出器などを含め任意の原理のものが任意の個数使用できる。本考案はこれらをすべて包含する。

本考案は蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの手法による薄膜形成または、ドライエッチングなどの手法による薄膜加工を行うための真空薄膜装置に適用することができる。

本考案の実施例の構成図である。 本考案の実施例の熱遮蔽板の取り付け方法の一例である。 従来の真空薄膜装置の基板加熱機構の一例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 基板ホルダ
３ ヒータ
３Ｎ ヒータ
４ 反射板
４Ｎ 反射板
５ フレーム
５Ｎ フレーム
６ 熱電対
１１ 熱遮蔽板
１２ 保持ロッド
１３ 保持ロッド用貫通孔
１４ ピン
Ｈ 加熱ユニット
ＨＮ 加熱ユニット

Claims (4)

1. 基板を保持する基板ホルダとこの基板ホルダを基板保持面と反対側から加熱するヒータを備えた真空薄膜装置において、基板ホルダとヒータとの間に配設されヒータからの熱線の一部を遮蔽する熱遮蔽板を１個もしくは多数個備えるとともに、このそれぞれの熱遮蔽板を基板ホルダとヒータとの間の所定位置に着脱自在に固定保持させる熱遮蔽部材保持手段を設けたことを特徴とする真空薄膜装置。
2. ヒータの敷設面積に比して小さい面積を有する熱遮蔽板とこの熱遮蔽板を頂部に付設し他端がフレームに付設された保持ロッドと保持ロッドを多数付設したフレームで構成されていることを特徴とする請求項１記載の真空薄膜装置。
3. 同一形状の前記熱遮蔽部材を取り付けた場合に前記ヒータを均等に遮る位置に前記フレームの保持ロッド取付形状もしくは保持ロッドを挿設したことを特徴とする請求項２記載の真空薄膜装置。
4. 前記ヒータと前記フレームの中間に挿設された反射板にも保持ロッド用貫通孔を穿設したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の真空薄膜装置。

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