JP3441002B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、基板を移動させながら
複数のタ−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に関し、特に成膜する基板
の温度を常時モニタ−して温度制御する基板加熱移動機
構を備えたスパッタリング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus for depositing a film on a substrate by sputtering a plurality of targets while moving the substrate, and in particular, it monitors the temperature of the substrate on which the film is formed at all times. The present invention relates to a sputtering apparatus having a controlled substrate heating movement mechanism.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、薄膜作製技術の進歩と共に多くの
高機能デバイスが開発されている。その薄膜作製技術の
代表的な方法としてスパッタリング法がある。スパッタ
リング法を、使用するタ−ゲットの個数の観点から分類
すると、単一タ−ゲットスパッタリング法（以下、単一
スパッタリング法と呼ぶ。）と多元タ−ゲットスパッタ
リング法（以下、多元スパッタリング法と呼ぶ。）に分
けることができる。前者は、一つのタ−ゲットで膜を作
製する方法であり、通常は作製しようとする膜と同じ組
成のタ−ゲットを利用する。この場合、目的の膜を得る
ためには成膜条件（基板温度、スパッタリング圧力、ガ
スの種類等）を最適化する必要がある。もし、成膜条件
を最適化しても目的の膜が得られない場合はタ−ゲット
の組成を変える必要がある。後者は、複数のタ−ゲット
を用いて膜を作製する方法であり、目的の膜が複数の元
素から構成されている場合に、これらの元素の単体また
は組み合わせからなる組成のタ−ゲットを複数種類用い
る。目的の膜を得るためには、種々の成膜条件を最適化
し、かつ各タ−ゲットに印加する電力を調整する。した
がって、多元スパッタリング法は、単一スパッタリング
法に比べて広い成膜条件で精密な膜組成制御及び組成の
異なる薄膜の積層が可能な利点を有する。2. Description of the Related Art In recent years, many high-performance devices have been developed along with the progress of thin film manufacturing technology. A sputtering method is a typical method for forming the thin film. When the sputtering method is classified from the viewpoint of the number of target targets used, a single target sputtering method (hereinafter referred to as a single sputtering method) and a multi-source target sputtering method (hereinafter referred to as a multi-source sputtering method). .) Can be divided into. The former is a method of forming a film with one target, and usually a target having the same composition as the film to be formed is used. In this case, it is necessary to optimize the film formation conditions (substrate temperature, sputtering pressure, gas type, etc.) in order to obtain the target film. If the desired film cannot be obtained even if the film forming conditions are optimized, it is necessary to change the composition of the target. The latter is a method of forming a film using a plurality of targets, and when the target film is composed of a plurality of elements, a plurality of targets having a composition composed of these elements alone or in combination are used. Use types. In order to obtain the target film, various film forming conditions are optimized and the electric power applied to each target is adjusted. Therefore, the multi-source sputtering method has an advantage over the single sputtering method in that the film composition can be precisely controlled and thin films having different compositions can be stacked under a wider film forming condition.
【０００３】特に、多元スパッタリング法は、高品質な
多層膜及び多元素薄膜の作製に有望である。このような
多元素薄膜の一例として、多元系酸化物薄膜（例えば、
Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy、Ｐｂ1Ｚｒ0 . 5Ｔｉ0 . 5Ｏy、ＳｒＴｉ
Ｏ3等）があげられる。これらの薄膜は、膜組成が結晶
構造や膜特性に大きく影響を及ぼし、その膜組成は成膜
条件に大きく影響を受け易い。その原因としては次のよ
うなことが考えられる。In particular, the multi-source sputtering method is promising for producing high quality multilayer films and multi-element thin films. As an example of such a multi-element thin film, a multi-component oxide thin film (for example,
Y 1 Ba 2 Cu 3 O y , Pb 1 Zr 0. 5 Ti 0. 5 O y, SrTi
O 3 etc.). In these thin films, the film composition greatly affects the crystal structure and the film characteristics, and the film composition is easily affected by the film forming conditions. The possible causes are as follows.
【０００４】（１）荷電または中性粒子の基板衝撃によ
る膜からの堆積粒子の再放出
この現象は、タ−ゲットから放出される酸素負イオン、
酸素、反跳アルゴン等が持つエネルギ−の程度に依存す
る。(1) Re-emission of deposited particles from a film due to impact of charged or neutral particles on a substrate. This phenomenon is caused by oxygen negative ions released from a target,
It depends on the energy level of oxygen, recoil argon, etc.
【０００５】（２）スパッタリングガスの種類による影
響
例えば、アルゴンガスと酸素ガスの混合ガスを考える
と、スパッタリング率はアルゴンガスと酸素ガスの分圧
比に依存する。これは、アルゴンと酸素では、タ−ゲッ
ト表面酸化の程度が異なり、またガス分子の質量が異な
るためである。さらに、空間における低付着確率中間生
成物の発生の程度差がガスの種類によって異なり、付着
確率も変化する。(2) Effect of type of sputtering gas For example, considering a mixed gas of argon gas and oxygen gas, the sputtering rate depends on the partial pressure ratio of argon gas and oxygen gas. This is because argon and oxygen have different degrees of target surface oxidation, and gas molecules have different masses. Furthermore, the difference in the degree of generation of intermediate products having a low adhesion probability in space varies depending on the type of gas, and the adhesion probability also changes.
【０００６】（３）付着確率の基板温度による変化
これは、堆積する各物質の蒸気圧の温度依存性による。
例えば、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜を作成する場合、蒸気圧
は、各種タ−ゲット材質で比較すると、Ｂａ＜ＣｕＯ＜
Ｃｕ＜ＢａＯ＜Ｙ＜Ｙ2Ｏ3の関係になり、酸化物膜であ
るから基板温度を上げるとＣｕが再蒸発し易い。(3) Change in adhesion probability with substrate temperature This is due to the temperature dependence of the vapor pressure of each substance deposited.
For example, when creating a Y 1 Ba 2 Cu 3 O y thin film, vapor pressure, various data - when compared with target material, Ba <CuO <
The relationship is Cu <BaO <Y <Y 2 O 3 , and since it is an oxide film, Cu is easily re-evaporated when the substrate temperature is raised.
【０００７】以上のような点を考慮すると、成膜中に各
種成膜条件を常時モニタ−して一定に制御することが膜
の再現性、組成制御性、高品質性に対して重要である。
特に基板温度は、膜質や膜の結晶性に大きく影響を及ぼ
す重要な因子である。In view of the above points, it is important for film reproducibility, composition controllability, and high quality to constantly monitor various film formation conditions during film formation and control them constantly. .
In particular, the substrate temperature is an important factor that greatly affects the film quality and film crystallinity.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】多元スパッタリング装
置において基板加熱を行う場合には基板を移動しながら
加熱する機構が必要になる。この基板加熱移動機構の回
転導入軸（真空室の外部の駆動源から真空室の内部に回
転運動を伝達する部分）の構造としては種々のものが知
られている。例えば、磁気カップリング型や磁性流体
型、オイルシ−ル型などがある。When heating a substrate in a multi-source sputtering apparatus, a mechanism for heating the substrate while moving it is necessary. Various structures are known as the structure of the rotation introducing shaft (the part that transmits the rotary motion from the drive source outside the vacuum chamber to the inside of the vacuum chamber) of the substrate heating moving mechanism. For example, there are a magnetic coupling type, a magnetic fluid type, an oil seal type and the like.
【０００９】しかし、磁気カップリング型は、その構造
上、熱電対を通すことができず、基板温度を熱電対で直
接測定できない。また、磁性流体型は、流体を使用して
いるため、高温で使用できない。これに対して、オイル
シ−ル型は、熱電対を回転導入軸に通すことができるの
で、基板に直接熱電対を取り付けることができる。ただ
し、このような熱電対取り付け方法は基板交換機構がな
いバッチタイプの装置に限られる。すなわち、バッチタ
イプの場合、基板を交換するごとに成膜室を大気圧にす
るので、成膜する基板に直接熱電対を取り付けることが
できる。また、このオイルシ−ル型の場合、成膜すると
きの基板温度は最高で３００〜４００℃程度までであ
る。However, the magnetic coupling type cannot pass a thermocouple because of its structure, and the substrate temperature cannot be directly measured by the thermocouple. Further, since the magnetic fluid type uses a fluid, it cannot be used at a high temperature. On the other hand, in the oil seal type, since the thermocouple can be passed through the rotation introducing shaft, the thermocouple can be directly attached to the substrate. However, such a thermocouple mounting method is limited to a batch type apparatus having no substrate exchange mechanism. That is, in the case of the batch type, since the film forming chamber is set to the atmospheric pressure each time the substrate is replaced, the thermocouple can be directly attached to the substrate on which the film is formed. Further, in the case of this oil seal type, the substrate temperature during film formation is up to about 300 to 400 ° C.
【００１０】ところで、タ−ゲットを大気にさらすこと
なく基板を交換できる基板交換機構を有したマルチカソ
−ドスパッタリング装置では、上述のようなオイルシ−
ル型の回転導入軸を有する従来の基板加熱移動機構を使
用した場合には、高温の基板温度測定に関して次のよう
な問題点があった。By the way, in the multi-cathode sputtering apparatus having the substrate exchange mechanism capable of exchanging the substrate without exposing the target to the atmosphere, the oil shield as described above is used.
When the conventional substrate heating / moving mechanism having the rotary type rotation introducing shaft is used, there are the following problems in measuring the high temperature of the substrate.
【００１１】Ａ．基板温度が熱電対で直接測定できない
ので、次のような問題がある。
（１）成膜する基板温度がわからないので、膜の成長温
度が同定できない。
（２）基板加熱時に、スパッタリングガスを導入した
り、シャッタ−を開閉したり、膜付着が進行したりする
と、基板温度が変化しやすいが、この基板温度変化に温
度制御が対応しにくく、基板温度が一定にならない。
（３）基板とは別の場所に熱電対を設置して温度補正を
しようとしても、基板材質により温度係数が異なり、成
膜する基板材料ごとに温度校正表が必要となって実用的
ではない。A. Since the substrate temperature cannot be directly measured by the thermocouple, there are the following problems. (1) The growth temperature of the film cannot be identified because the substrate temperature for film formation is unknown. (2) When the substrate is heated, if the sputtering gas is introduced, the shutter is opened / closed, or the film deposition progresses, the substrate temperature is likely to change, but it is difficult to control the temperature due to the substrate temperature change. The temperature is not constant. (3) Even if a thermocouple is installed in a place different from the substrate to correct the temperature, the temperature coefficient differs depending on the substrate material, and a temperature calibration table is required for each substrate material to be deposited, which is not practical. .
【００１２】Ｂ．基板温度を高温にあげると基板ホルダ
−の温度が上昇し、次のような問題が生じる。
（１）基板加熱移動機構の回転導入軸の軸受が熱酸化を
起こして回転不良が起こり、回転導入軸の寿命が短くな
る。
（２）基板加熱移動機構の回転導入軸付近が熱変形など
を生じ、この部分から真空漏れが生じる。B. When the substrate temperature is raised to a high temperature, the temperature of the substrate holder rises, causing the following problems. (1) The bearing of the rotation introducing shaft of the substrate heating / moving mechanism is thermally oxidized to cause defective rotation, which shortens the life of the rotation introducing shaft. (2) Thermal deformation occurs near the rotation introducing shaft of the substrate heating movement mechanism, and vacuum leakage occurs from this portion.
【００１３】このように基板温度が直接測定できなかっ
たり、一定に保てなかったりすると、前述したように膜
の再現性、制御性、膜質が悪くなる恐れがある。また、
基板回転導入軸の軸受の熱酸化による回転不良や真空漏
れは、膜の品質を落とし、装置の短寿命化をまねく問題
がある。If the substrate temperature cannot be directly measured or cannot be kept constant as described above, the reproducibility, controllability and film quality of the film may be deteriorated as described above. Also,
Poor rotation and vacuum leakage due to thermal oxidation of the bearing of the substrate rotation introduction shaft deteriorates the quality of the film and shortens the life of the device.
【００１４】そこで、本発明の目的は、基板温度測定の
ためにダミ−基板を利用することにより、成膜する基板
の温度を常に一定に保ち、膜組成の再現性や制御性を改
善することにある。また、本発明の別の目的は、基板回
転導入軸における真空封止性能を向上させるとともに、
基板ホルダ−部から回転導入軸への熱の伝達を少なくし
て、基板加熱移動機構の長寿命化を図ることにある。An object of the present invention is to improve the reproducibility and controllability of the film composition by using a dummy substrate for measuring the substrate temperature so that the temperature of the substrate on which the film is formed is always constant. It is in. Further, another object of the present invention is to improve the vacuum sealing performance in the substrate rotation introducing shaft,
It is intended to reduce the heat transfer from the substrate holder part to the rotation introducing shaft to prolong the life of the substrate heating moving mechanism.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、基板を移
動させながら複数のタ−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において、基
板を加熱しながらこの基板をタ−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、基板とは別
個にダミ−基板を基板加熱移動機構に取り付け、基板と
タ−ゲットとの位置関係とダミ−基板とタ−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−基板を
配置し、そのダミ−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し、 前記基板加熱移動機構
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−ル装置を設け、この複数の
シ−ル装置の間の空間を真空排気するかまたは非酸化性
ガス雰囲気にすることを特徴としている。非酸化性ガス
としては、アルゴンやネオンなどの不活性ガスや窒素ガ
スを使うことができる。 A first aspect of the present invention is a sputtering apparatus for sputtering a plurality of targets while moving a substrate to deposit a film on the substrate, while the substrate is being heated and the target is targeted. A substrate heating moving mechanism that can move with respect to the get is provided, and the dummy substrate is attached to the substrate heating moving mechanism separately from the substrate, and the positional relationship between the substrate and the target and the dummy substrate and the target are provided. dummy and positional relationship such is geometrically equivalent - the substrate is disposed, the dummy - controls the substrate heating apparatus of the substrate heating moving mechanism based on the temperature of the substrate, the substrate heating moving mechanism
The substrate holder part, the substrate heating part and the substrate holder-rotating part
And the substrate holder-on the rotation introducing shaft of the rotating unit,
A plurality of seal devices separated in the axial direction are provided, and the plurality of seal devices are
Evacuate the space between seal devices or non-oxidize
It is characterized by creating a gas atmosphere. Non-oxidizing gas
As an inert gas such as argon or neon or nitrogen gas.
Can be used.
【００１６】第１の発明において、前記ダミ−基板を、
成膜する基板と同じ材質で形成することができる。 In the first invention, the dummy substrate is
It can be formed of the same material as the substrate on which the film is formed .
【００１７】第１の発明において、タ−ゲットを大気に
さらすことなく基板を交換できる基板交換機構を備える
ことができる。 In the first aspect of the present invention, it is possible to provide a substrate exchange mechanism capable of exchanging substrates without exposing the target to the atmosphere .
【００１８】 削除 Delete
【００１９】第２の発明は、第１の発明において、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したことを特徴としている。本発明
において、高融点とは９００℃以上を指し、低熱伝導率
とは０．１（cal・cm／cm2・sec・℃）以下を指す。In a second aspect based on the first aspect , a connecting member is interposed in a connecting portion between the substrate holder portion and the substrate holder-rotating portion, and the connecting member has a high melting point and a low thermal conductivity. It is characterized by being made of a material. In the present invention, the high melting point means 900 ° C. or higher, and the low thermal conductivity means 0.1 (cal · cm / cm 2 · sec · ° C.) or lower.
【００２０】第３の発明は、第２の発明において、前記
接続部材をセラミックスで形成したことを特徴としてい
る。セラミックスとしては酸化物、窒化物、ホウ化物、
炭化物などを使うことができる。A third invention is characterized in that, in the second invention, the connecting member is made of ceramics. Ceramics include oxides, nitrides, borides,
Carbides can be used.
【００２１】[0021]
【作用】第１の発明は、ダミ−基板を、成膜する基板と
幾何学的に同等な位置に設けて、そのダミ−基板の温度
をモニタ−することによって基板加熱装置の制御を行う
ようにしているので、成膜する基板の温度をほぼ正確に
同定でき、かつ、精密な温度制御が可能になる。また、
成膜前から基板温度を常時モニタ−して制御できるの
で、スパッタリングガスの導入や、シャッタ−開閉など
による基板温度変動要因に確実に対応して、常に基板温
度を一定に保持することができる。さらに、基板ホルダ
−回転部のシ−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しているので、軸受部の熱酸化
を防ぐことができる。また、回転導入軸からの真空漏れ
の危険を少なくしている。 According to the first aspect of the invention, the dummy substrate is provided at a position geometrically equivalent to the substrate on which the film is to be formed, and the substrate heating device is controlled by monitoring the temperature of the dummy substrate. Therefore, the temperature of the substrate on which the film is formed can be identified almost accurately, and precise temperature control can be performed. Also,
Since the substrate temperature can be constantly monitored and controlled before the film formation, the substrate temperature can be always kept constant by reliably responding to the substrate temperature fluctuation factors such as the introduction of the sputtering gas and the opening / closing of the shutter. In addition, the substrate holder
-Vacuum the space between the seals of the rotating part or
Is in a non-oxidizing gas atmosphere, so thermal oxidation of the bearing
Can be prevented. In addition, vacuum leakage from the rotary introduction shaft
Reduces the risk of.
【００２２】さらに、成膜する基板と同じ材質のダミ−
基板を用いるようにすると、より正確に、成膜する基板
と同じ温度制御が可能となる。 Furthermore , a dummy made of the same material as the substrate on which the film is formed is used.
If it so that using a substrate, more precisely, it is possible to the same temperature control as the substrate for film formation.
【００２３】さらに、タ−ゲットを大気にさらすことな
く基板を交換できる基板交換機構を備えるようにする
と、ダミ−基板以外の成膜用基板をタ−ゲットを大気に
さらすことなく交換できる。このように、ダミ−基板に
よる基板温度制御方式は、基板交換機構を備えるスパッ
タリング装置において特に効果的である。[0023] In addition, other - a get to so that with a substrate exchange mechanism that can replace the substrate without being exposed to the air
Thus, the film forming substrates other than the dummy substrate can be exchanged without exposing the target to the atmosphere. As described above, the substrate temperature control system using the dummy substrate is particularly effective in the sputtering apparatus having the substrate exchange mechanism.
【００２４】 削除 Delete
【００２５】第２および第３の発明は、基板ホルダ−部
と基板ホルダ−回転部との間の接続部材を高融点で熱伝
導率の低い材質で形成することにより、基板ホルダ−か
ら基板ホルダ−回転部への熱の伝達を少なくしている。In the second and third aspects of the present invention, the connecting member between the substrate holder portion and the substrate holder-rotating portion is formed of a material having a high melting point and a low thermal conductivity, so that the substrate holder is changed from the substrate holder to the substrate holder. -Reduces heat transfer to the rotating part.
【００２６】このようにして第１、第２および第３の発
明は、基板加熱移動機構の長寿命化に寄与している。As described above, the first , second and third inventions contribute to prolonging the life of the substrate heating and moving mechanism.
【００２７】[0027]
【実施例】図１は本発明のスパッタリング装置の一実施
例の平面断面図である。この装置の基本的な構成は、４
つのタ−ゲットを備え、６個の基板を装着可能なカル−
セル型の基板ホルダ−を備え、基板交換機構を備えるこ
となどである。真空容器１は成膜室を構成し、真空容器
１の内部には４個のカソ−ド電極１６があり、それぞれ
タ−ゲット１７を備えている。各カソ−ド電極１６はイ
ンピ−ダンス整合回路１８を介して高周波電源１９に接
続されている。真空容器１の中央にはカル−セル型の基
板ホルダ−５がある。この円筒ドラム形の基板ホルダ−
５の外周面には６個の基板２を取り付けることができる
ようになっている。ただし、その内の１個はダミ−基板
としている。基板ホルダ−５は矢印３９の方向に回転可
能である。基板ホルダ−５とタ−ゲット１７との間には
シャッタ−１５が配置されている。基板ホルダ−５の内
部には基板を加熱するためのランプヒ−タ４がある。し
たがって、基板２は加熱されながら回転移動できるよう
になっている。FIG. 1 is a plan sectional view of an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention. The basic configuration of this device is 4
Cal with 6 targets and 6 substrates can be mounted
A cell type substrate holder is provided, and a substrate exchange mechanism is provided. The vacuum container 1 constitutes a film forming chamber, and inside the vacuum container 1 are four cathode electrodes 16 each provided with a target 17. Each cathode electrode 16 is connected to a high frequency power source 19 via an impedance matching circuit 18. At the center of the vacuum container 1 is a carousel-type substrate holder-5. This cylindrical drum type substrate holder
Six substrates 2 can be attached to the outer peripheral surface of 5. However, one of them is a dummy substrate. The substrate holder-5 is rotatable in the direction of arrow 39. A shutter 15 is arranged between the substrate holder 5 and the target 17. Inside the substrate holder-5 is a lamp heater 4 for heating the substrate. Therefore, the substrate 2 can be rotated while being heated.
【００２８】図２は、このスパッタリング装置の正面断
面図である。真空容器１の下部にはメインバルブ１０を
介して矢印方向１１に排気を行う主排気系（図示せず）
が接続されており、真空容器１内は１０- 5Ｐａ以下の真
空状態に保つことができる。各タ−ゲット１７の近傍に
はタ−ゲットシ−ルド６を備えている。スパッタリング
ガス９はマスフロ−メ−タ−（図示せず）を通してリン
グ状のパイプ４０から成膜室に導入される。FIG. 2 is a front sectional view of this sputtering apparatus. A main exhaust system (not shown) that exhausts air in the direction of arrow 11 through the main valve 10 below the vacuum container 1.
There are connected, the vacuum chamber 1 10 - can be kept 5 Pa or less vacuum state. A target shield 6 is provided in the vicinity of each target 17. The sputtering gas 9 is introduced into the film forming chamber from a ring-shaped pipe 40 through a mass flow meter (not shown).
【００２９】６個の基板２はタ−ゲット１７との関係に
おいて幾何学的に互いに同等な位置にあり、成膜用の５
個の基板２と、１個のダミ−基板３とが基板ホルダ−５
に取り付けられる。基板ホルダ−５は基板ホルダ−回転
機構８によって回転駆動される。各基板２は各タ−ゲッ
ト１７の前を一定時間おきに通過する構成になってい
る。基板２は、ゲ−トバルブ１２を介して、真空状態で
基板交換室１４に基板搬送機構１３を利用して移動させ
ることができる。ゲ−トバルブ１２、基板交換室１４、
基板搬送機構１３によって基板交換機構を構成してい
る。基板ホルダ−５の内部（すなわち、ランプヒ−タ４
の近傍）の温度は熱電対３６によって測定される。The six substrates 2 are geometrically equivalent to each other in relation to the target 17, and five for film formation.
One substrate 2 and one dummy substrate 3 are substrate holders-5.
Attached to. The substrate holder-5 is rotationally driven by the substrate holder-rotating mechanism 8. Each substrate 2 is configured to pass in front of each target 17 at regular intervals. The substrate 2 can be moved to the substrate exchange chamber 14 in a vacuum state by using the substrate transfer mechanism 13 via the gate valve 12. A gate valve 12, a substrate exchange chamber 14,
The substrate transfer mechanism 13 constitutes a substrate exchange mechanism. Inside the substrate holder-5 (that is, the lamp heater 4
(Near) is measured by thermocouple 36.
【００３０】図３はダミ−基板の取り付け部分を拡大し
て示した側面断面図である。ダミ−基板３は基板取付板
２１に取り付けてあり、その基板取付板２１を基板ホル
ダ−５に取り付けるようになっている。基板取付板２１
には孔４１が開けてあり、その孔４１に熱電対７ａと７
ｂを通して、その先端をダミ−基板３上にセラマボンド
で接着してある。ダミ−基板３と基板取付板２１は背面
よりランプヒ−タからの熱線２０を受けて加熱される。
熱電対７ａと７ｂのダミ−基板上の接着位置は特に制限
されないが、直径方向に反対の位置に配置するのが好ま
しい。熱電対７ａと７ｂのどちらかで測定した温度を基
にしてランプヒ−タの電力供給制御を行なうことができ
る。この実施例ではＰＩＤ制御方式による温度制御を行
っている。さらに、この熱電対ともう一方の熱電対を利
用して、ダミ−基板３の面内温度分布を測定することが
できる。FIG. 3 is an enlarged side sectional view showing a mounting portion of the dummy board. The dummy substrate 3 is attached to the substrate mounting plate 21, and the substrate mounting plate 21 is mounted to the substrate holder-5. Board mounting plate 21
The hole 41 is formed in the hole 41, and the thermocouples 7a and 7
Through b, the tip is bonded to the dummy substrate 3 by ceramer bond. The dummy substrate 3 and the substrate mounting plate 21 are heated by receiving the heat rays 20 from the lamp heater from the rear surface.
The bonding positions of the thermocouples 7a and 7b on the dummy substrate are not particularly limited, but they are preferably arranged at diametrically opposite positions. The power supply of the lamp heater can be controlled based on the temperature measured by either of the thermocouples 7a and 7b. In this embodiment, temperature control is performed by the PID control method. Furthermore, the in-plane temperature distribution of the dummy substrate 3 can be measured using this thermocouple and the other thermocouple.
【００３１】図４は上述の基板加熱装置を用いて基板を
加熱した際の温度測定結果の一例である。ランプ部温度
（熱電対３６で測定）とダミ−基板温度（熱電対７ａで
測定）の測定例を示している。基板温度が高くなるほど
両者の温度差は広がり、ランプ部温度が８００℃のとき
には約２００℃程度の温度差がある。FIG. 4 shows an example of the temperature measurement results when the substrate is heated using the above-mentioned substrate heating device. The measurement example of the lamp part temperature (measured by the thermocouple 36) and the dummy substrate temperature (measured by the thermocouple 7a) is shown. The higher the substrate temperature, the wider the temperature difference between the two, and when the lamp temperature is 800 ° C, there is a temperature difference of about 200 ° C.
【００３２】図５はダミ−基板温度が６００℃で一定に
なるように温度制御をしたときのランプ部温度とダミ−
基板温度とを示している。一般に、ガス導入、放電開
始、シャッタ−開、などの各種の条件下では基板温度は
変化しやすいが、この測定例によれば、ダミ−基板温度
を熱電対で直接測定しているので、ダミ−基板温度はほ
ぼ一定に保たれている。FIG. 5 shows the lamp temperature and the dummy when the temperature is controlled so that the substrate temperature is kept constant at 600.degree.
The substrate temperature is shown. Generally, the substrate temperature is likely to change under various conditions such as gas introduction, discharge start, shutter opening, etc., but according to this measurement example, since the substrate temperature is directly measured by the thermocouple, -The substrate temperature is kept almost constant.
【００３３】図６は基板ホルダ−回転機構８の拡大正面
断面図である。支持ボディ３７は冷却水２２ａ、２２ｂ
によって水冷されている。支持ボディ３７と真空容器１
の間はＯリング２３によって真空シ−ルされている。支
持ボディ３７の内部では回転導入軸５ｂが回転可能に支
持されている。回転導入軸５ｂは２個の軸受２４ａ、２
４ｂによって回転支持され、また、２個のオイルシ−ル
２５ａ、２５ｂによって真空シ−ルされている。図７に
さらに拡大して示すように、２個のオイルシ−ルの間の
空間４２と大気との間の真空シ−ルは２段階でシ−ルさ
れる。すなわち、基本的には上側のオイルシ−ル２５ａ
で真空シ−ルされ、さらにＯリング２８、２９、３０で
シ−ルされる。FIG. 6 is an enlarged front sectional view of the substrate holder-rotating mechanism 8. The support body 37 is the cooling water 22a, 22b.
Is water cooled by. Support body 37 and vacuum container 1
The space between them is vacuum-sealed by an O-ring 23. The rotation introducing shaft 5b is rotatably supported inside the support body 37. The rotation introducing shaft 5b has two bearings 24a, 2
It is rotatably supported by 4b and is vacuum-sealed by two oil seals 25a and 25b. As shown in a further enlarged view in FIG. 7, the vacuum seal between the space 42 between the two oil seals and the atmosphere is sealed in two stages. That is, basically, the upper oil seal 25a
And vacuum seal and then seal with O-rings 28, 29, 30.
【００３４】図６に戻って、回転導入軸５ｂの内部には
２本の熱電対７ａ、７ｂが通っている。大気側の熱電対
７ａ、７ｂはスリップリング３１に接続されており、こ
れにより大気側で熱電対７ａ，７ｂが回転するのを防い
でいる。回転導入軸５ｂの上端には歯車３２が固定され
ていて、モ−タ３８の回転は歯車３３と歯車３２を介し
て回転導入軸５ｂに伝えられる。歯車３３が矢印３４ｂ
の方向に回転すると、回転導入軸５ｂは矢印３４ａの方
向に回転する。Returning to FIG. 6, two thermocouples 7a and 7b pass through the inside of the rotation introducing shaft 5b. The atmosphere-side thermocouples 7a and 7b are connected to the slip ring 31, which prevents the thermocouples 7a and 7b from rotating on the atmosphere side. A gear 32 is fixed to the upper end of the rotation introducing shaft 5b, and the rotation of the motor 38 is transmitted to the rotation introducing shaft 5b via the gear 33 and the gear 32. The gear 33 has an arrow 34b
When rotated in the direction of, the rotation introducing shaft 5b rotates in the direction of the arrow 34a.
【００３５】このような基板ホルダ−回転機構におい
て、２個のオイルシ−ル２５ａ，２５ｂの間の空間４２
はバルブ２６を介して矢印２７の方向に真空排気されて
いる。あるいは、真空排気の代わりに、バルブ２６にガ
ス導入系を接続して、空間４２を不活性ガス（アルゴン
ガスやネオンガス等）や窒素ガスなどの非酸化性ガス雰
囲気にすることもできる。これによって、基板ホルダ−
５を加熱したときに回転導入軸５ｂに熱が伝達されて
も、軸受２４ａ、２４ｂが酸化しにくくなり、回転不良
が起こらなくなった。In such a substrate holder-rotation mechanism, the space 42 between the two oil seals 25a and 25b is formed.
Is evacuated through the valve 26 in the direction of arrow 27. Alternatively, instead of evacuation, the gas introduction system may be connected to the valve 26 to make the space 42 a non-oxidizing gas atmosphere such as an inert gas (argon gas or neon gas) or nitrogen gas. This allows the substrate holder
Even if heat was transferred to the rotation introducing shaft 5b when the No. 5 was heated, the bearings 24a and 24b were less likely to be oxidized, and rotation failure did not occur.
【００３６】回転導入軸５ｂの下端は接続部材３５を介
して基板ホルダ−５に固定されている。接続部材３５
は、高融点で低熱伝導率のセラミックス（例えばアルミ
ナ）で形成してある。接続部材３５の中心には熱電対７
ａ、７ｂが貫通できる孔があいている。このような接続
部材３５を介在させることにより、基板ホルダ−５が高
温に加熱されても回転導入軸５ａに伝達される熱は少な
くなる。接続部材３５の材質としては、アルミナ以外
に、高融点で低熱伝導率のセラミックスであれば、窒化
物、ホウ化物、炭化物系などのセラミックスを用いても
同様な効果が得られる。The lower end of the rotation introducing shaft 5b is fixed to the substrate holder 5 via a connecting member 35. Connection member 35
Is formed of ceramics (for example, alumina) having a high melting point and low thermal conductivity. A thermocouple 7 is provided at the center of the connecting member 35.
There is a hole through which a and 7b can pass. By interposing such a connecting member 35, the heat transferred to the rotation introducing shaft 5a is reduced even if the substrate holder 5 is heated to a high temperature. As the material of the connecting member 35, the same effect can be obtained by using ceramics such as nitrides, borides, and carbides as long as they are ceramics having a high melting point and low thermal conductivity in addition to alumina.
【００３７】この実施例の基板加熱移動機構を使用した
ところ、基板温度を６００℃、基板回転速度を３０ｒｐ
ｍとして、１日８時間使用するという条件で、２年以上
の寿命が達成された。これに対して、従来の基板加熱移
動機構を用いた場合には同じ動作条件で２か月の寿命し
かなかった。When the substrate heating and moving mechanism of this embodiment was used, the substrate temperature was 600 ° C. and the substrate rotation speed was 30 rp.
As m, a life of 2 years or more was achieved under the condition of using for 8 hours a day. On the other hand, when the conventional substrate heating moving mechanism was used, the life was only 2 months under the same operating conditions.
【００３８】[0038]
【発明の効果】基板加熱移動機構の基板ホルダ−にダミ
−基板を取り付けて、このダミ−基板の温度を直接測定
して基板温度制御を行うことにより、成膜条件の重要な
因子の一つである基板温度を正確に温度制御でき、作製
した膜の膜質の再現性、膜組成の制御性及び高品質性を
容易に得ることができる。また、新物質を作製する場合
の結晶化温度を容易に同定でき、新物質の物性も明らか
にできる効果がある。By attaching a dummy substrate to the substrate holder of the substrate heating and moving mechanism and directly measuring the temperature of the dummy substrate to control the substrate temperature, one of the important factors of the film forming conditions is obtained. It is possible to accurately control the substrate temperature, and it is possible to easily obtain the reproducibility of the film quality of the manufactured film, the controllability of the film composition, and the high quality. In addition, the crystallization temperature when producing a new substance can be easily identified, and the physical properties of the new substance can be clarified.
【００３９】また、基板加熱移動機構の回転導入軸にお
いて、真空シ−ル装置の間の空間を真空排気するか非酸
化性ガス雰囲気にすることによって、軸受の熱酸化を防
いで回転不良をなくすと共に、真空漏れも防ぐことがで
きる。さらに、回転導入軸と基板ホルダ−との間に高融
点で低熱伝導率の接続部材を介在させることにより、基
板ホルダ−から回転導入軸に伝わる熱を少なくできて、
熱的な要因によって引き起こされる種々の問題点が解決
でき、基板加熱移動機構の長寿命化が図れる。Further, in the rotation introducing shaft of the substrate heating / moving mechanism, the space between the vacuum seal devices is evacuated or made into a non-oxidizing gas atmosphere to prevent thermal oxidation of the bearing and eliminate defective rotation. At the same time, vacuum leakage can be prevented. Furthermore, by interposing a connection member having a high melting point and low thermal conductivity between the rotation introducing shaft and the substrate holder, heat transferred from the substrate holder to the rotation introducing shaft can be reduced,
Various problems caused by thermal factors can be solved, and the life of the substrate heating and moving mechanism can be extended.
【図１】本発明の一実施例の水平断面図である。FIG. 1 is a horizontal sectional view of an embodiment of the present invention.
【図２】図１の装置の正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view of the device of FIG.
【図３】ダミ−基板の取り付け部分の拡大側面断面図で
ある。FIG. 3 is an enlarged side sectional view of a mounting portion of a dummy board.
【図４】ランプ部温度とダミ−基板温度の関係を示すグ
ラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a lamp temperature and a dummy-substrate temperature.
【図５】ダミ−基板を温度制御したときのグラフであ
る。FIG. 5 is a graph when the temperature of the dummy substrate is controlled.
【図６】基板ホルダ−回転機構の拡大正面断面図であ
る。FIG. 6 is an enlarged front sectional view of a substrate holder-rotation mechanism.
【図７】基板ホルダ−回転機構の一部をさらに拡大した
正面断面図である。FIG. 7 is a front cross-sectional view further enlarging a part of the substrate holder-rotation mechanism.
２ 成膜する基板 ３ ダミ−基板 ４ ランプヒ−タ ５ 基板ホルダ− ５ｂ 回転導入軸 ７ａ、７ｂ 熱電対 ８ 基板ホルダ−回転機構 １７ タ−ゲット ２４ａ、２４ｂ 軸受 ２５ａ、２５ｂ オイルシ−ル ２６ バルブ ３５ 接続部材 2 Substrates for film formation 3 dummy board 4 lamp heater 5 Board holder 5b Rotation introduction shaft 7a, 7b thermocouple 8 Substrate holder-rotation mechanism 17 Target 24a, 24b bearing 25a, 25b oil seal 26 valves 35 Connection member
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−196370（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−223458（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−110874（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111575（ＪＰ，Ａ)Continued front page (56) References JP-A-62-196370 (JP, A) JP-A-3-223458 (JP, A) JP-A-2-97670 (JP, A) JP-A-62-107065 (JP, A) JP-A-60-110874 (JP, A) JP-A-3-111575 (JP, A)
Claims (3)
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
リング装置において、 基板を加熱しながらこの基板をタ−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、基板とは
別個にダミ−基板を基板加熱移動機構に取り付け、基板
とタ−ゲットとの位置関係とダミ−基板とタ−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−基板
を配置し、そのダミ−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し、 前記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−ル装
置を設け、この複数のシ−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 ことを特徴とす
るスパッタリング装置。1. A sputtering apparatus for depositing a film on a substrate by sputtering a plurality of targets while moving the substrate, wherein the substrate can be moved with respect to the target while heating the substrate. A heating movement mechanism is provided, and the dummy substrate is attached to the substrate heating movement mechanism separately from the substrate, and the positional relationship between the substrate and the target and the positional relationship between the dummy substrate and the target are geometrically equivalent. The dummy substrate is arranged so that the substrate heating device of the substrate heating moving mechanism is controlled based on the temperature of the dummy substrate, and the substrate heating moving mechanism is connected to the substrate holder part and the substrate heating part.
And the substrate holder-rotating part.
The rotary introduction shaft of the moving part is equipped with a plurality of seals that are separated in the axial direction.
Is installed, and the space between the plurality of seal devices is evacuated.
Or a non-oxidizing gas atmosphere .
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したことを特徴
とする請求項１記載のスパッタリング装置。2. The substrate holder part and the substrate holder
A connecting member is interposed in the connecting portion with the rotating portion, and this connecting portion
Characterized by forming the material with a high melting point and low thermal conductivity
The sputtering apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。3. The connecting member is made of ceramics.
The sputtering apparatus according to claim 2, wherein:
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