JPH0978235A - 基板電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタリング装置などの基板電極に関し、
平坦度の悪い被加工基板と基板電極の間に常に一定の接
触を保持して被加工基板の温度を正確に制御することを
目的とする。 【解決手段】 ターゲット２と向き合う基板電極１にお
いて、被加工基板４を保持する位置に貫通孔１３ａを穿
設した電極本体１３と、この電極本体１３の貫通孔１３
ａに挿入された被加工基板４の被膜形成面の反対面に移
動自在にばね接触する複数の伝熱ピン１１を備えて貫通
孔１３ａに嵌設される熱伝導ユニット１４と、前記被加
工基板４の被膜形成領域と同じ形状の開口部１２ａを有
して被加工基板４を電極本体１３に固定する固定部材１
２とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置などの基板電極に関する。ターゲットと離隔対面する
基板電極に薄い被加工基板を取り付け、被加工基板の表
面に金属を堆積し膜を形成する際に、反りやうねりなど
で平坦度の悪い被加工基板は基板電極との密着度が悪く
基板電極からの熱伝導にむらを生じて被加工基板の温度
制御が難しい。そのため、均一で熱伝導効率のよい基板
電極の構造が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】図５は直流スパッタリング装置を例示す
る。図示するように、真空ポンプ１５で排気し希薄なＡ
ｒガスを充満させた真空チャンバ７内で基板電極１００
とターゲット２とを離隔対面させ、高圧直流電源３によ
り基板電極１００とターゲット２の間に大きな電位差を
与えて放電させる。

【０００３】すると、Ａｒイオンがターゲット２に衝突
し、その反動でターゲット２を構成する物質の原子がた
たき出されて基板電極１００の表面に堆積する。そこ
で、基板電極１００上に被加工基板４を取り付けておけ
ば、その表面はターゲット２を構成する物質の膜で被覆
されこととなる。

【０００４】ここで用いられている従来の基板電極１０
０は、金属製の円板状でターゲット２との放電における
一方の電極とするため、中心の回転軸５を通じて真空チ
ャンバ７の外部との電気的導通をとり、所定の電位が設
定されており、図６に示すように、膜で被覆したい複数
（図は４個を示している）の被加工基板４をターゲット
との対向面側の表面（下面）に回転中心を囲むように押
さえ金具１０１で押さえて取付ねじ１０２により固定し
ている。

【０００５】また、成膜時の被加工基板４の表面の温度
は、形成された被膜の物性を大きく左右するため基板電
極１００の温度を精度よく制御する必要がある。そのた
め、真空チャンバ７の天井面に加熱手段６であるヒータ
を設置し、ヒータ６の発生する輻射熱によって基板電極
１００を加熱している。基板電極１００の温度を図示し
ない熱電対で測定しながら、ヒータ６をＯＮ・ＯＦＦ制
御し、基板電極１００を高い温度領域で一定温度に維持
している。

【０００６】また、基板電極１００を加熱しない場合に
は、基板電極１００内に図示しない冷却通路を設けて回
転軸５を通じて一定温度に冷却水を循環させ一定温度を
保持するように制御している。

【０００７】このような構成で、基板電極１００とター
ゲット２間で放電させながら基板電極１００を回転さ
せ、被加工基板４をターゲット２の上につぎつぎと通過
させ、一度で多数の被加工基板４の表面に膜を形成して
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上記構造の基板電極によれば、図７に示すように、
平坦度が悪く反りやうねりなどがある被加工基板４は、
基板電極１００との間に隙間１０ができ、接触面積が少
なくなる。真空チャンバ内のＡｒガスは大気に比べて非
常に希薄であり、隙間１０を通じての熱伝達は接触部分
での熱伝導に比べてほとんど行われなくなる。

【０００９】このため、基板電極と被加工基板間の熱の
移動効率が低くなり、被加工基板の温度の追随性が悪
く、しかも温度むらが生じ易くなる。結果として被加工
基板の温度制御が正確にできないといった問題があっ
た。

【００１０】上記問題点に鑑み、本発明は平坦度の悪い
被加工基板と基板電極の間に常に一定の接触を保持して
被加工基板の温度を正確に制御できる基板電極を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の基板電極においては、図１に示す本発明の
原理図（従来図において説明した部分は同一符号を用い
説明も省略する）のように、ターゲット２と向き合う基
板電極１において、被加工基板４を保持する位置に貫通
孔１３ａを穿設した電極本体１３と、この電極本体１３
の貫通孔１３ａに挿入された被加工基板４の被膜形成面
の反対面に移動自在にばね接触する複数の伝熱ピン１１
を備えて貫通孔１３ａに嵌設される熱伝導ユニット１４
と、被加工基板４の被膜形成領域と同じ形状の開口部１
２ａを有して被加工基板４を電極本体１３に固定する固
定部材１２とで構成する。

【００１２】このように構成することにより、熱伝導ユ
ニットの個々の伝熱ピンの先端が被加工基板の表面（被
膜形成面の反対面）に倣って移動（出入り）しばね接触
する。そのため、被加工基板の平坦度が悪く、反りやう
ねりなどの凹凸があってもそれに追従して凹凸形状を吸
収し、基板全面にわたって均一に効率よく熱伝導するこ
とができ、基板電極と被加工基板間の熱伝導効率の低下
はなくなり、被加工基板の温度の追随性がよくなって温
度むらが生じにくくなる。

【００１３】また、伝熱ピンの反対側の先端は、離隔し
て設けられた加熱手段と直接対面して加熱手段からの輻
射熱を受け止めて被加工基板へと熱伝導するため、被加
工基板の急激な温度変化を緩衝することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例に基づ
いて本発明の要旨を詳細に説明する。図２はスパッタリ
ング装置に備えられた基板電極を示す。図示するよう
に、この基板電極１は、中心に回転軸５を垂設した円板
状の電極本体１３と、この電極本体１３に複数の被加工
基板４（４個の場合の中、１個を例示）をそれぞれに保
持するように円周４分割の位置に穿設された貫通孔１３
ａと、個々の貫通孔１３ａに嵌設される熱伝導ユニット
１４と、この熱伝導ユニット１４との間に被加工基板４
を挟んで支える固定部材１２とで構成する。

【００１５】なお、この熱伝導ユニット１４及び固定部
材１２は共に取付ねじ９によって電極本体１３に取り付
けられ、個々の熱伝導ユニット１４には被加工基板４が
１枚ずつ当接される。

【００１６】熱伝導ユニット１４は、加熱手段６である
ヒータからの輻射熱を効率良く均一に被加工基板４に熱
伝導する。そのため、熱伝導ユニット１４は、電極本体
１３の貫通孔１３ａに嵌設される円板状の伝熱ピン保持
部材１６と、電極本体１３の貫通孔１３ａに挿入された
被加工基板４の被膜形成面の反対面に、互いに独立して
移動しばね接触するように、伝熱ピン保持部材１６に蜂
の巣状（図４参照）に垂直に立設される複数の伝熱ピン
１１と、この伝熱ピン１１のそれぞれに被加工基板４の
方にばね付勢するように挿入されるコイルばね１８とで
構成する。

【００１７】伝熱ピン保持部材１６は、板面に垂直で微
小な直径のピン孔１７を蜂の巣状に穿設し、伝熱ピン１
１は個々のピン孔１７を貫いて互いに独立自在に上下移
動する。

【００１８】伝熱ピン１１は、被加工基板４と接触する
側に頭部１９を備え、この頭部１９は、被加工基板４の
表面と斜めに接触する場合でもそれを確実にするため半
球状の滑らかな曲面にする。頭部１９の反対側には、受
熱容量を大きくするために熱浴部２０を備える。これに
より、頭部１９の急激な温度の変化を緩和する。

【００１９】伝熱ピン保持部材１６と頭部１９との間に
圧縮されて挿着されたコイルばね１８は、伝熱ピン１１
を被加工基板４の方にばね付勢し頭部１９を圧接する。
伝熱ピン１１の自由状態では、熱浴部２０の段差が伝熱
ピン保持部材１６のピン孔１７に係合するまで伝熱ピン
１１を押し下げている。

【００２０】伝熱ピン保持部材１６のピン孔１７は、伝
熱ピン１１が可能な限り密に並ぶように蜂の巣状に開け
られるが、すべての熱浴部２０が一つの束になって平面
を形成するように密接して並ぶピッチで開けられる。

【００２１】固定部材１２は、被加工基板４の被膜形成
領域と同じ形状の円形や方形の開口部１２ａが開けられ
ており、被加工基板４を下側（ターゲット側）から支え
るようにして取付ねじ９により電極本体１３の下面に取
り付けられる。

【００２２】図３は、基板電極に被加工基板を保持した
状態を示す。反りやうねりなどの凹凸がある被加工基板
４を固定部材１２により伝熱ピン１１の頭部１９が並ん
だ面に押し付けると、個々の伝熱ピン１１はその位置で
の被加工基板４の凹凸の程度に応じて上下に動き、すべ
ての伝熱ピン１１が被加工基板４の表面（被膜形成面の
反対面）に接触し、ヒータ６で発生した熱が輻射により
すべての伝熱ピン１１の熱浴部２０に伝わり、それぞれ
の頭部１９から熱伝導される。

【００２３】なお、ヒータのＯＮ・ＯＦＦによる温度制
御の精度と効率を高めるため、とくに伝熱ピンは、銅な
どの高熱伝導性金属を用いて製作されることが望まし
い。また、基板電極とターゲットとの間の電界を乱して
放電に支障をきたすことのないように、電極本体、伝熱
ピン保持部材、伝熱ピン、コイルばね、固定部材のそれ
ぞれが導電性金属で製作され、かつこれらをすべて同電
位とするため互いの電気的導通が確保されていることが
必要である。

【００２４】本発明を直流スパッタリング装置に適用
し、大きさ９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ７００μｍの最大
で約１５０μｍの反りやうねりなどの凹凸のある４枚の
アルミナ板製の被加工基板を基板電極に取り付けて加熱
し２００℃に保持する実験を行った。

【００２５】従来の基板電極を使用した場合、アルミナ
板の表面が２００°Ｃに達するまでに約６８分を要し、
またヒータ６のＯＮ・ＯＦＦによる温度制御を開始して
からは２００°Ｃを中心に±８°Ｃの範囲で上下し、各
被加工基板とも表面の温度分布は最大で５°Ｃであっ
た。

【００２６】一方、本発明の基板電極を使用した場合
は、アルミナ板の温度は約３５分で２００°Ｃにまで上
昇した。温度制御中は温度の上下は±３°Ｃと小さくな
り、また表面の温度分布も１°Ｃ以下となり、温度制御
の容易さ、温度むらにおいて従来基板電極より優れてい
ることが確認された。

【００２７】このように、基板電極の被加工基板を保持
する位置にばね接触可能な複数の伝熱ピンを備えた熱伝
導ユニットを被加工基板との間に介在させ、個々の伝熱
ピンを被加工基板の被膜形成面の反対面にばね接触させ
て固定することにより、伝熱ピンの先端は反りやうねり
などの凹凸に倣って移動（出入り）し常に確実に隙間な
く接触するため、さらに伝熱ピンの反対側の先端は、離
隔して設けられた加熱手段と直接対面して加熱手段から
の輻射熱を受けて被加工基板へと熱伝導するため、被加
工基板の平坦度が悪くてもそれに追従して凹凸形状を吸
収し、基板全面にわたって均一で効率の良い熱伝導が可
能となり、被加工基板の温度制御を、より正確に行うこ
とができる。

【００２８】なお、本発明においても従来同様に基板電
極内に冷却通路を設けて回転軸を通じて冷却水を循環さ
せ、冷却の必要な場合に流通させ温度制御する。

【００２９】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
反りやうねりなどの凹凸のある薄板状の被加工基板であ
っても、基板電極から均一で効率の良い熱伝導が可能と
なり、この基板電極を例えば、スパッタリング装置に適
用して被加工基板の温度の、より正確な制御が実現でき
るといった産業上極めて有用な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による基板電極の原理図

【図２】 本発明による基板電極の一実施例の破断を含
む要部側面図

【図３】 図２の被加工基板の装着状態を示す要部側断
面図

【図４】 図３の熱伝導ユニットの要部平面図

【図５】 従来技術によるスパッタリング装置の模式側
面図

【図６】 従来技術による基板電極の斜視図

【図７】 図６に被加工基板を装着した状態を示す要部
側面図

【符号の説明】

１ :電極基板 ２ :ターゲット ４ :被加工基板 11 :伝熱ピン 12 :固定部材 12a:開口部 13 :電極本体 13a:貫通孔 14 :熱伝導ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットと向き合う基板電極におい
   て、 被加工基板を保持する位置に貫通孔を穿設した電極本体
   と、 該電極本体の貫通孔に挿入された前記被加工基板の被膜
   形成面の反対面に移動自在にばね接触する複数の伝熱ピ
   ンを備えて該貫通孔に嵌設される熱伝導ユニットと、 前記被加工基板の被膜形成領域と同じ形状の開口部を有
   して該被加工基板を前記電極本体に固定する固定部材
   と、からなることを特徴とする基板電極。