JP6918554B2 - 可動体構造及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、可動体構造及び成膜装置に関する。
従来から、回転体の温度を測定する方法として、回転体に熱電対を取り付け、スリップリングを介して熱電対の信号を固定体へ伝達する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−６８３２号公報
しかしながら、スリップリングを介して熱電対の信号を伝達する場合、回転体と固定体との間に温度差が生じると、熱起電力の差から測定誤差が生じる。そのため、回転体の温度を精度よく測定することができない。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、回転体の温度を精度よく測定することが可能な可動体構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る可動体構造は、真空環境下での処理を可能に構成された処理容器と、前記処理容器内に配置された固定部と、前記固定部に対して移動可能に設けられた可動部と、前記固定部に設けられた送受信モジュールであり、該送受信モジュールを構成する部材が一体として真空封止された気密封止構造を有する送受信モジュールと、前記可動部に設けられたセンサモジュールであり、該センサモジュールを構成する部材が一体として真空封止された気密封止構造を有するセンサモジュールと、を備え、前記送受信モジュールと前記センサモジュールとは非接触で信号の送受信を行う。
開示の可動体構造によれば、回転体の温度を精度よく測定することができる。
本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図 本発明の実施形態に係る可動体構造の第１構成例を示す概略断面図 センサモジュールの一例を示す図 本発明の実施形態に係る可動体構造の第２構成例を示す概略断面図 本発明の実施形態に係る可動体構造の第３構成例を示す概略断面図
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
最初に、本発明の実施形態に係る可動体構造が適用可能な成膜装置について説明する。以下では、成膜装置の一例として、極低温下（例えば５０ケルビン（Ｋ）以下）、且つ超高真空環境下（例えば１０−９Ｐａ以下）での処理を可能に構成された処理容器内において、基板に対し所定の膜を形成することが可能なＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を例に挙げて説明する。ＰＶＤ装置は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）の読み込みヘッド部、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）等に用いられる磁性膜を形成する際に好適に利用することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。
図１に示されるように、成膜装置は、処理容器１を有する。処理容器１内には、回転可能に構成された載置台２と、載置台２に固定された静電チャック３とが配置される。静電チャック３上には、半導体ウエハ等の基板Ｗが載置される。基板Ｗは、図示しない搬送機構によって、ゲートバルブＧＶを介して互いに接続された処理容器１と搬送室４との間で搬送される。
処理容器１は、下部に位置する底板１ａと、底板１ａの外周を取り囲む筒状部１ｂと、筒状部１ｂの上部に設けられ、筒状部１ｂを封止する天板１ｃとを備えている。なお、底板１ａと筒状部１ｂとは一体構造であってもよく、筒状部１ｂと天板１ｃとは一体構造であってもよい。
天板１ｃには、ターゲットホルダ１３が固定されている。ターゲットホルダ１３には、爪部材１４が固定されている。ターゲットホルダ１３と爪部材１４との間に、ターゲット１２の周縁部が挟まれることにより、ターゲット１２がターゲットホルダ１３に保持される。
なお、ターゲットホルダ１３は導電体であるが、天板１ｃとの間には絶縁体が介在しており、プラズマ発生用電源１５からの電圧が与えられる。天板１ｃを含む処理容器１の電位はグランド電位である一方、ターゲットホルダ１３及びターゲット１２にはプラズマ発生用電源１５からの高周波の電位が与えられる。
プラズマ発生用電源１５は、処理容器１内においてプラズマを発生させ、希ガス等をイオン化し、イオン化した希ガス元素等によって、ターゲット１２をスパッタリングするために用いられる。また、プラズマを発生するために、処理容器１の内部には、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガスが充填される。
プラズマ発生用電源１５は、高周波等の交流電源１５ａ及び整合器１５ｂを備えている。プラズマ発生用電源１５は、ターゲット１２とグランド電位との間に交流電圧を印加する。プラズマ発生用電源１５からターゲット１２へ交流電圧が印加されると、ターゲット１２の近傍にプラズマが発生し、ターゲット１２がスパッタリングされ、スパッタリングされた原子又は分子がターゲット１２に対向する基板Ｗの表面上に堆積する。例えば、磁性膜（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ等の強磁性体を含む膜）を堆積する場合、ターゲット１２の材料としては、例えばＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＮｉＦｅＣｏを用いることができる。また、ターゲット材料として、これらの材料に、別の元素を混入させることもできる。
また、プラズマ発生用電源１５は、交流電源１５ａに対し並列に直流電源１５ｃを備えていてもよい。直流電源１５ｃにより、ターゲット１２に与えられる電位の振幅中心電位を変更することができる。プラズマ発生には、一般的には１３．５６ＭＨｚ等の高周波が用いられるが、その他の周波数（直流電源を含む）を用いることも可能である。なお、ターゲット１２の近傍に磁石を配置し、ターゲット１２の表面に磁界を印加して、マグネトロンスパッタを行うこともできる。
静電チャック３は、誘電体膜３ａと、電極３ｂとを備えている。電極３ｂは、誘電体膜３ａ内に埋設されている。図示しない直流電源から配線Ｌ１を介して電極３ｂに対し所定の電位が与えられることにより、基板Ｗを静電チャック３に固定することができる。配線Ｌ１と、配線Ｌ１に電力を供給する直流電源とは、スリップリング１６を介して電気的に接続されている。これにより、配線Ｌ１は、静電チャック３と共に回転することができる。また、静電チャック３には、基板Ｗとの界面にヘリウム（Ｈｅ）等の冷却ガス（熱伝達ガス）を供給する通路を設けることができる。
処理容器１には、真空ポンプ１０が連通している。真空ポンプ１０により処理容器１の内部のガスを排気することで、処理容器１内の圧力は、プラズマが発生可能な程度に減圧される。即ち、処理容器１は、真空環境下での処理を可能に構成されている。
載置台２の下方には、載置台２の下面２ａと隙間Ｇ１を介して冷却機構５が設けられている。載置台２は、冷却機構５によって、例えば５０Ｋ以下の温度域である極低温に冷却される。これにより、載置台２に載置された基板Ｗも、５０Ｋ以下の極低温に冷却される。スパッタリングによる磁性膜の形成においては、極低温で形成することで、結晶粒径、膜応力等の薄膜特性を制御することができる。
載置台２の下面２ａには、冷却機構５の外周面と隙間Ｇ２を介して冷却機構５の外周面を覆うように設けられ、上下方向に延びた回転部１７が固定されている。回転部１７は、ダイレクトドライブモータ等の駆動機構１８に接続されている。駆動機構１８は、回転部１７を回転させることができ、これにより、回転部１７に固定された載置台２が、載置台２の中心軸Ｃを回転中心として回転する。また、回転部１７とその周囲との間には磁性流体シール１９が設けられており、回転部１７は気密性を維持した状態で回転可能に構成されている。
次に、本発明の実施形態に係る可動体構造の第１構成例について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る可動体構造の第１構成例を示す概略断面図である。
図２に示されるように、可動体構造は、処理容器１と、冷却機構５と、載置台２と、送受信モジュール５１と、センサモジュール２１とを備える。
処理容器１は、極低温下、且つ真空環境下での処理が可能に構成されている。
冷却機構５は、冷凍機５ａと、冷凍伝熱体５ｂとを有する。冷凍伝熱体５ｂは、冷凍機５ａの上に設けられており、その上部が処理容器１内に配置されている。冷凍伝熱体５ｂは、例えば銅（Ｃｕ）等の熱伝導率の高い材料により形成されており、略円柱形状を有している。また、冷凍伝熱体５ｂは、載置台２の中心軸Ｃにその中心が一致するように配置されている。載置台２の下面２ａと冷凍伝熱体５ｂの上面との隙間Ｇ１は、例えばＨｅ等の冷却ガス（熱伝達ガス）が供給される冷却ガス通路として機能する。そして、冷凍機５ａは、冷凍伝熱体５ｂ、及び冷却ガス通路に供給される冷却ガスを介して載置台２を冷却する。
載置台２は、冷凍伝熱体５ｂに対して回転可能に設けられている。
送受信モジュール５１は、冷凍伝熱体５ｂに設けられている。送受信モジュール５１には、配線Ｌ２が接続されており、配線Ｌ２を介してセンサ信号、電力信号等の各種の信号が処理容器１の外部との間で送受信される。配線Ｌ２は、送受信モジュール５１の内部から、例えば極細線径のハーメチックシールを介して外部に引き出されている。送受信モジュール５１は、非接触（ワイヤレス）でセンサモジュール２１とセンサ信号、電力信号等の各種の信号を送受信可能に構成されている。送受信モジュール５１は、高周波、共鳴、マイクロ波等によって各種の信号を送受信するコイルを有する。具体的には、送受信モジュール５１は、コイルを介して、センサモジュール２１の温度センサ２２が計測した温度を非接触で取得する。また、送受信モジュール５１は、コイルを介して、センサモジュール２１に対し、非接触で電力信号を供給する。送受信モジュール５１は、送受信モジュール５１を構成するコイル等の部材が、一体として真空封止された気密封止構造を有する。
センサモジュール２１は、載置台２に設けられている。センサモジュール２１は、非接触で送受信モジュール５１とセンサ信号、電力信号等の各種の信号を送受信可能に構成されている。図３は、センサモジュール２１の一例を示す図である。図３に示されるように、センサモジュール２１は、温度センサ２２と、回路基板２３と、コイル２４と、フェライトコア２５と、外装体２６とを有する真空管二重構造である。温度センサ２２は、載置台２の温度を計測するセンサであり、例えばダイオードセンサ、熱電対であってよい。回路基板２３は、各種の信号を送受信するための回路やキャパシタ（コンデンサ）等のコンポーネントを含み、温度センサ２２と電気的に接続されている。コイル２４は、送受信モジュール５１のコイルとの間で、高周波、共鳴、マイクロ波等によって各種の信号の送受信を行うものであり、回路基板２３と電気的に接続されている。コイル２４及びフェライトコア２５は、例えば温度センサ２２により計測されたセンサ信号を送受信モジュール５１に送信したり、送受信モジュール５１のコイルから供給される電力信号を受信したりする。外装体２６は、電磁誘導作用を抑制しない非金属、例えばガラス等によって構成されている。また、センサモジュール２１は、センサモジュール２１を構成する温度センサ２２、回路基板２３、コイル２４及びフェライトコア２５等の部材が、外装体２６により一体として真空封止された気密封止構造を有する。このように、センサモジュール２１が気密封止構造を有するので、基板等への極低温入熱による基板の反り・ハンダ接合部へのダメージを抑制することや外部静電影響を抑制するための接地効果を一体として得ることができる。また、センサモジュール２１の外装体２６に機能性の金属薄膜を付与させることが好ましい。これにより、処理容器１内で発生する電磁界や静電等のノイズ影響を抑制することができる。機能性の金属薄膜は、磁気シールド、静電シールド、帯電防止等の機能を有する膜であり、例えばニッケル合金系の膜であってよい。
以上に説明したように、第１構成例に係る可動体構造では、回転可能に構成された載置台２に設けられたセンサモジュール２１の温度センサ２２で測定される温度を、非接触で冷凍伝熱体５ｂに設けられた送受信モジュール５１に伝達することができる。そのため、載置台２と冷凍伝熱体５ｂとの間に温度差が生じた場合であっても、熱起電力の差から測定誤差が生じることがない。その結果、回転体である載置台２の温度を精度よく測定することができる。
また、本発明の実施形態に係る可動体構造は、センサモジュール２１及び送受信モジュール５１が気密封止構造を有する。そのため、基板等への極低温入熱・基板の反り・ハンダ接合部へのダメージを抑制することや外部静電影響を抑制するための接地効果や静電シールド、または帯電防止を付与させることで、処理容器１内で発生する電磁界や静電等のノイズ影響を抑制することができる。その結果、測定誤差を低減し、回転体である載置台２の温度を精度よく測定することができる。
また、本発明の実施形態に係る可動体構造は、センサモジュール２１及び送受信モジュール５１が非接触で各種の信号の送受信を行う。そのため、従来のスリップリング方式の課題であった集電環とブラシとの接触により生じる汚染（コンタミ）がなく、且つ寿命が長くなる。また、構成部品の分解又は組立が容易であるので、分解や組立に要する時間を短縮することができる。さらに、熱による膨張又は収縮により冷凍伝熱体５ｂの上面と載置台２の下面との隙間Ｇ１（冷却ガス通路）の距離が変化した場合であっても、断線等の影響を気にする必要がなく、コイルの巻き数や大きさを調整することで容易に対応することができる。
次に、本発明の実施形態に係る可動体構造の第２構成例について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る可動体構造の第２構成例を示す概略断面図である。
図４に示されるように、第２構成例の可動体構造は、冷却機構５の冷凍伝熱体５ｂに１つの送受信モジュール５１が設けられており、載置台２に複数のセンサモジュール２１が設けられている点で、図２で示した第１構成例の可動体構造と異なる。
センサモジュール２１は、載置台２における複数の位置に設けられている。図示の例では、載置台２には、複数のセンサモジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが設けられている。これにより、載置台２の面内における複数の位置の温度を計測することができる。そのため、載置台２の面内における複数の位置の温度に基づいて、載置台２の温度を制御することが可能となり、温度の面内均一性を向上させることができる。
送受信モジュール５１は、複数のセンサモジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅとセンサ信号や電力信号等の各種の信号を送受信可能に配置されている。図示の例では、送受信モジュール５１は、冷凍伝熱体５ｂの径方向に沿って中心から外方に延びるように、例えば矩形状に形成されている。送受信モジュール５１は、載置台２が回転することに伴い、順次、複数のセンサモジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと各種の信号を送受信する。図示の例では、送受信モジュール５１とセンサモジュール２１ｃ，２１ｄ，２１ｅとの間でセンサ信号や電力信号を送受信し得る状態に位置しているときのセンサモジュール２１と送受信モジュール５１との位置関係を示している。
次に、本発明の実施形態に係る可動体構造の第３構成例について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る可動体構造の第３構成例を示す概略断面図である。
図５に示されるように、第３構成例の可動体構造は、静電チャック３の電極３ｂが、センサモジュール２１に対し非接触で電力信号を送信する点で、第２構成例の可動体構造と異なる。
センサモジュール２１は、静電チャック３の電極３ｂから非接触で電力信号を受信することが可能なコイルを有している。これにより、センサモジュール２１は、送受信モジュール５１から電力信号を受信できない、又は電力信号の受信が不安定な場合であっても、静電チャック３の電極３ｂから非接触で給電されるので、安定的に電力を確保することができる。
なお、上記の実施形態において、載置台２は可動部の一例であり、冷凍伝熱体５ｂは固定部の一例である。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
なお、上記の実施形態では、センサモジュール２１が温度センサ２２を含む場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば変位センサ等の別のセンサを含んでいてもよい。センサモジュール２１が変位センサを含む場合、回転体の位置情報を変位センサにより非接触で精度よく測定することが可能となる。また、別のセンサの例としては、物体の有無（在荷）、位置（ポジションメーター）・変位（差動変圧器）・寸法（エンコーダ）、圧力・応力・歪み・トルク・重量（歪みゲージ、感圧ダイオード、ロードセル、ダイヤフラム、ブルドン管、ベローズ）、角度（レゾルバ、エンコーダ）、速度・回転数（超音波、レーザードップラなど）、加速度・振動（圧電素子、加速度センサ）、温度（バイメタル、熱電対、抵抗測温体、サーミスタや光高温計）、磁気（磁針、ホール素子、ＭＲセンサなど）や光（フォトダイオード・サイリスタ、光電子増倍管、ＣＣＤイメージセンサなど）等のセンサが挙げられる。
１ 処理容器
２ 載置台
２１ センサモジュール（真空管二重構造）
２２ 温度センサ
２３ 回路基板
２４ コイル
２５ フェライトコア
２６ 外装体
３ 静電チャック
３ａ 誘電体膜
３ｂ 電極
５ 冷却機構
５ａ 冷凍機
５ｂ 冷凍伝熱体
５１ 送受信モジュール
１２ ターゲット
Ｗ 基板

Claims (13)

  1. 真空環境下での処理を可能に構成された処理容器と、
    前記処理容器内に配置された固定部と、
    前記固定部に対して移動可能に設けられた可動部と、
    前記固定部に設けられた送受信モジュールであり、該送受信モジュールを構成する部材が一体として真空封止された気密封止構造を有する送受信モジュールと、
    前記可動部に設けられたセンサモジュールであり、該センサモジュールを構成する部材が一体として真空封止された気密封止構造を有するセンサモジュールと、
    を備え、
    前記送受信モジュールと前記センサモジュールとは非接触で信号の送受信を行う、
    可動体構造。
  2. 真空環境下での処理を可能に構成された処理容器と、
    前記処理容器内に配置された固定部と、
    前記固定部に対して移動可能に設けられた可動部と、
    前記固定部に設けられ、気密封止構造を有する送受信モジュールと、
    前記可動部に設けられ、気密封止構造を有するセンサモジュールと、
    を備え、
    前記可動部は、基板を載置する載置台であり、
    前記載置台は、静電チャックを含み、
    前記センサモジュールへの電力は、前記静電チャックの電極から非接触で給電され、
    前記送受信モジュールと前記センサモジュールとは非接触で信号の送受信を行う、
    可動体構造。
  3. 前記可動部は、基板を載置する載置台である、
    請求項１に記載の可動体構造。
  4. 前記載置台は、静電チャックを含み、
    前記センサモジュールへの電力は、前記静電チャックの電極から非接触で給電される、
    請求項３に記載の可動体構造。
  5. 前記固定部は、前記載置台を冷却する冷却機構を含む、
    請求項２乃至４のいずれか一項に記載の可動体構造。
  6. 前記冷却機構は、前記載置台を極低温の温度に冷却する、
    請求項５に記載の可動体構造。
  7. 前記冷却機構は、前記載置台の回転中心である中心軸にその中心が一致するように配置されている、
    請求項５又は６に記載の可動体構造。
  8. 前記冷却機構は、冷凍機と、前記冷凍機の上に設けられた冷凍伝熱体と、を含み、
    前記冷凍伝熱体の上面と前記載置台の下面との間には、冷却ガスが供給される冷却ガス通路が設けられている、
    請求項５乃至７のいずれか一項に記載の可動体構造。
  9. 前記センサモジュールは、前記可動部の温度を測定する温度センサを含む、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載の可動体構造。
  10. 前記温度センサは、ダイオードセンサである、
    請求項９に記載の可動体構造。
  11. 前記温度センサは、熱電対である、
    請求項９に記載の可動体構造。
  12. 前記固定部には、１つの前記送受信モジュールが設けられており、
    前記可動部には、複数の前記センサモジュールが設けられており、
    前記１つの前記送受信モジュールは、前記複数の前記センサモジュールとの間で信号を送受信可能に配置されている、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の可動体構造。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の可動体構造と、
    前記処理容器内に設けられたターゲットと、
    を備える、
    成膜装置。
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