JPH1046337A

JPH1046337A - 成膜装置

Info

Publication number: JPH1046337A
Application number: JP20444596A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sasaki; 真佐々木; Hiroyasu Kawano; 浩康川野; Tomohisa Yagi; 友久八木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の表面に膜を形成する成膜装置に関し、
成膜作業の効率化を目的とする。【解決手段】真空チャンバー80内に配置され，基板１
を保持する基板ホルダー70と、前記真空チャンバー80内
の気圧（真空度）の変化対応に伸縮して前記基板１を前
記基板ホルダー70に圧接させる基板駆動機構50と、を具
備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板状の基板の表
面に金属等を堆積させて膜を形成するスパッタリング装
置や真空蒸着装置などの成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は成膜装置の基本構造を説明するた
めの図である。図中、80は真空チャンバー、１は膜を堆
積させる基板、70は基板１と接触することによって当該
基板１の温度を制御する基板ホルダー、60は基板１を基
板ホルダー70に固定するための基板固定機構、85は真空
チャンバーの基台部、71は基板ホルダー70を基台部85に
固定するための支柱、82は基板１に堆積させる堆積物質
Ｇの物質源Ｆを収容する容器、90は真空ポンプ、をそれ
ぞれ示す。

【０００３】以下この成膜装置によって基板１上に膜を
形成する成膜工程を説明する。 (1) まず基板固定機構60を用いて基板１を基板ホルダー
70に固定する。これによって基板ホルダー70から基板１
側へ熱が移動して該基板１の温度は所期の温度に制御さ
れる。なお、基板ホルダー70の温度は成膜条件対応に設
定されるが、この基板ホルダー70の温度を制御する手段
については特定しない。

【０００４】(2) 真空チャンバー80を閉じる。これによ
って真空チャンバー80の内部は密閉状態となる。 (3) 真空ポンプ90によって真空チャンバー80内を減圧す
る。

【０００５】(4) 基板１が所期の温度となり、さらに真
空チャンバー80内が減圧によって成膜可能な気圧（真空
度）になると容器82内の物質源Ｆから堆積物質Ｇを飛ば
せて基板１の表面に堆積物質Ｇの膜を形成する。

【０００６】さて、真空成膜を効率化するためには、基
板１の温度を精度良く制御することが重要である。これ
は、基板１の表面温度が堆積する膜の物性を決定する上
で重要な因子となるからである。この装置の場合、基板
１の温度制御は基板ホルダー70を介して行われることか
ら、基板１と基板ホルダー70の密着度を高めてやること
が基板１の温度制御の精度向上につながる。

【０００７】図９は基板を基板ホルダーに固定する基板
固定機構の従来構造を説明するための図である。この基
板固定機構60は、ねじ挿通穴65を備えた爪63と、前記ね
じ挿通穴65を挿通して基板ホルダー70のねじ穴72に螺入
されるねじ61と、からなるもので、前記爪63によって基
板１を基板ホルダー70側へ押圧して固定する。この場
合、爪63が基板１を基板ホルダー70側へ押圧する押圧力
は、前記ねじ61の締めつけトルクによって決まることに
なる。

【０００８】図10は成膜装置の一変形例を示す図であっ
て、該成膜装置は、一つの基板ホルダー70Ａに複数の基
板１を配置して成膜を行うように構成されている。この
成膜装置は、Ｏを回転中心として基板ホルダー70Ａを矢
印Ｒ方向に回転させながら容器82の上方に位置している
各基板１の表面に物質源Ｆから飛び出した堆積物質Ｇを
堆積させて成膜する。この成膜装置の場合は、真空チャ
ンバー（図示せず）内を一回減圧するだけで複数の基板
１に堆積物質Ｇを堆積させることができるので量産に適
している。なお、この成膜装置も、図９に開示した基板
固定機構60を用いて各基板１を基板ホルダー70Ａに固定
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図８，図９，図10を用
いて説明した成膜装置は、爪63とねじ61とで構成された
基板固定機構60を用いて基板１を基板ホルダー70，70Ａ
に押圧して固定するようになっている。このため、基板
１を交換するときは全てのねじ61を一旦緩めて基板１の
交換を行った後に再びこれらのねじ61を所定のトルクで
締めつけて基板１を基板ホルダー70，70Ａに固定するこ
とになる。しかしながら、基板１を交換する度毎に全て
のねじ61を一本づつ緩めたり，締めつけたりするのは作
業者に大きな負担を強いることになる。従って、この基
板固定機構60を用いて基板１の着脱を行うと極めて作業
効率が悪い。

【００１０】特に、この基板固定機構60においては、爪
63の押圧力がねじ61の締め付けトルクに依存することか
ら、ねじ61の締めつけトルクが過大であると基板１が破
損するし、逆にねじ61の締めつけトルクが過少であると
熱の流通が不充分になって基板１を所定温度に制御する
ことができない。このため、作業者はねじ61の締めつけ
トルクには特に神経を使うことになるので作業効率が悪
くなる。

【００１１】本発明は、基板交換作業の効率化を実現す
るために創案されたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による成膜装置
は、図１に開示しているように、真空チャンバー80内に
配置された基板１を保持する基板ホルダー70と、前記真
空チャンバー80内の真空度対応に伸縮して前記基板１を
基板ホルダー70に圧接させる基板駆動機構50と、を具備
してなるものである。

【００１３】前記基板駆動機構50は、気体Ｍの体積が外
部圧力対応に変化する現象を利用してこの体積の変化を
背丈Ｈの変化に変換するように構成されている。即ち基
板駆動機構50は、真空チャンバー80内を減圧してシリン
ダー部材51とピストン部材53とによって密封状態で配置
されている気体Ｍの体積が膨張したときはピストン部材
53がシリンダー部材51から突出してその背丈がＨ₁で示
すように高くなる。このため、ピストン部材53上に載置
されている基板１は上方へ持ち上げられて基板ホルダー
70に圧接する。また、逆に真空チャンバー80内の圧力を
常圧に戻してやると気体Ｍは元の体積に戻ってピストン
部材53がシリンダー部材51内に引き込まれるので基板駆
動機構50は元の背丈Ｈに戻り、基板１を基板ホルダー70
から引き離す。

【００１４】この成膜装置は、基板１を基板ホルダー70
に圧接させる操作が前記真空チャンバー80内の真空度を
変化させることによって自動的に実行される構造である
ことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１(a) と(b) は本発明による成
膜装置の構成原理を説明するための図（その１）であ
る。図中、１は膜を堆積させる基板、70は基板１と接触
することによって当該基板１の温度を制御する基板ホル
ダー、50は真空チャンバー80内の真空度の変化対応に伸
縮して基板１を基板ホルダー70に圧接させる基板駆動機
構、51と53は基板駆動機構50の構成部材であるシリンダ
ー部材とピストン部材、52はピストン部材53が嵌合状態
で係入するピストン係入部、Ｍはシリンダー部材51とピ
ストン部材53とによって密封された状態で配置されてい
る気体、75は基板駆動機構50を支持してこれを基板ホル
ダー70に固定する支持部材、をそれぞれ示す。

【００１６】なお、本発明は基板１を基板ホルダー70に
圧接させる基板駆動機構の改良に関する発明である。図
１(a) と(b) に示すように、本発明による成膜装置は、
真空チャンバー80内の基板１と接触することによって該
基板１の温度制御を行う基板ホルダー70と、前記真空チ
ャンバー80内の気圧（以下真空度と称する）の変化対応
に背丈がＨ〜Ｈ₁の範囲で変化する基板駆動機構50と、
を具備してなるもので、特に前記基板１を前記基板ホル
ダー70に圧接させる制御が、前記真空チャンバー80内の
真空度の変化によって自動的に実行される構造であるこ
とを特徴とする。

【００１７】以下この成膜装置を用いて基板上に膜を形
成する工程について説明する。 (1) まず膜を堆積させる基板１を基板駆動機構50のピス
トン部材53の上に図１(a) に示すように載置する。この
ときは基板ホルダー70とピストン部材53間には所定の隙
間Ｓが形成されているので基板１の交換はこのときに行
う。なお、この図１(a) と(b) の場合は、基板駆動機構
50が１個だけ開示されているが、この基板駆動機構50は
複数箇所に設けられている。

【００１８】(2) 図示しない真空ポンプ90（図８参照）
を作動させて真空チャンバー80内を減圧する。 (3) 真空チャンバー80内を減圧して真空度が高くなると
前記気体Ｍの体積が膨張してピストン部材53を矢印Ｕ方
向に押し上げる。これによって当初Ｈであった基板駆動
機構50の背丈はＨ₁と高くなる〔図１(a) と(b) 参
照〕。

【００１９】(4) 基板駆動機構50の背丈がＨ₁と高くな
ったことによってピストン部材53上に載置されている基
板１は矢印Ｕ方向に上昇し、基板ホルダー70に圧接す
る。なお、基板駆動機構50の背丈が伸びてＨ₁になって
いるときは基板１が基板ホルダー70に圧接していなけれ
ばならないが、この圧接力は基板駆動機構50内に充填さ
れている気体Ｍの充填量を制御することによって調整さ
れる。

【００２０】(5) 基板１が所期の温度となり、真空チャ
ンバー80内が成膜可能な真空度になると、図８に開示し
た容器82内の物質源Ｆから堆積物質Ｇを飛ばせて基板１
の表面に堆積物質Ｇの膜を形成する。

【００２１】以上の説明から明らかなように、この成膜
装置は、基板１を基板ホルダー70に圧接させる制御が真
空チャンバー80内の真空度を変化させることによって自
動的に実行される点に特徴がある。

【００２２】また、この成膜装置は、気体Ｍの体積膨張
によって生じる押圧力を利用して基板１を基板ホルダー
70に圧接させるという方式であることから、ピストン部
材53と基板１と基板ホルダー70はそれぞれソフトタッチ
で接触する。このため、この成膜装置の場合は、基板１
が損傷するといった事故は殆ど発生しない。

【００２３】ところで、本実施例では気体Ｍにアルゴン
を用いているが、気体Ｍは物理的，化学的に安定度の高
い気体であれば良い。このため、気体Ｍの種類について
は特定しない。

【００２４】なお、前記基板駆動機構50は、ピストン部
材53とシリンダー部材51によって気体Ｍを密封すること
になるため、ピストン部材53とピストン係入部52が摺動
する部分には気密性を維持するためのシリコングリス等
が塗布される。

【００２５】図２(a) と(b) は本発明による成膜装置の
構成原理を説明するための図（その２）である。図２
(a) と(b) に示す成膜装置は、ベローズ状の袋40の中に
気体Ｍを密封した構造の基板駆動機構50Ａを装備してい
る以外は図１に開示した成膜装置と同じである。

【００２６】前記ベローズ状の袋40は、内部に密封され
ている気体Ｍの膨張／収縮によってその背丈が軸心Ｚ方
向に伸縮するので、この基板駆動機構50Ａの動作は図１
で説明した基板駆動機構50と同じである。

【００２７】図３(a) と(b) は本発明の第１実施例を説
明するための図であって、図３(a)は基板駆動機構が動
作する前の状態を示し、図３(b) は基板駆動機構が動作
して基板を基板ホルダーに圧接させている状態を示す。

【００２８】この第１実施例に開示した成膜装置は、基
板ホルダー70の上面側に配置された基板駆動機構50によ
って当該基板ホルダー70の下面側に配置されている基板
１を駆動するようになっている。なお、この第１実施例
に開示した技術は、基板１のサイズが大きくて基板配置
側に基板駆動機構50を配置するスペースが少ない場合に
適用される。この技術を適用すると基板ホルダー70に密
接している基板駆動機構50に膜が成膜されるといった現
象は発生しない。

【００２９】この成膜装置は、一方の端部が基板駆動機
構50のピストン部材53に固定され他方の端部が基板押圧
部材35に固定された動力伝導機構30を介して基板１を基
板ホルダー70に圧接させるように構成されている。

【００３０】前記動力伝導機構30は、基板ホルダー70側
に設けられた貫通穴73を挿通する形でピストン部材53と
基板押圧部材35とを連結することによって基板ホルダー
70の上面側に配置された基板駆動機構50の動作（背丈が
Ｈ〜Ｈ₁の範囲で変化する現象）を当該基板ホルダー70
の下面側に配置されている基板１に伝導することを可能
にしている。なお、この成膜装置によって基板１上に成
膜する工程は図１で説明したとおりである。

【００３１】この成膜装置は、シリンダー部材51とピス
トン部材53と気体Ｍとからなる基板駆動機構50を装備し
た装置構成になっているが、この基板駆動機構50の代わ
りに図２で説明した基板駆動機構50Ａを用いても同様の
効果が得られる。

【００３２】図４は本発明の第２実施例を説明するため
の図である。この第２実施例に開示した成膜装置は、動
力伝導機構30Ａの構造のみが前記第１実施例に開示した
成膜装置と異なる。即ちこの動力伝導機構30Ａは、ピス
トン部材53と基板押圧部材35を連結する動力伝導機構30
Ａが、シリンダー部材51の底部に設けられた挿通穴56と
基板ホルダー70Ａ側に設けられた貫通穴73を挿通する形
で設けられている。

【００３３】図４から明らかなように、この成膜装置の
場合は、動力伝導機構30Ａの形状が極めて簡単で製作し
易い点に特徴がある。なお、この基板駆動機構50Ｂは、
気体Ｍの漏洩を防止するために挿通穴56と動力伝導機構
30Ａが摺動する部分に気密を確保するためのグリス等が
塗布される。

【００３４】図５(a) と(b) と(c) と(d) は基板押圧部
材の構造例を説明するための図である。図５(a) と(b)
に開示しているのは、例えば金属板或いは硬質プラスチ
ック等で構成された基板押圧部材35である。この基板押
圧部材35は動力伝導機構30の伝導体31に固定ねじ36を用
いて固定される。この基板押圧部材35は、前記固定ねじ
36を緩めることによって図５(b) に示すように矢印Ｒ方
向或いは矢印Ｒ’方向に回転して先端位置を変えること
ができる。

【００３５】次の図５(c) に開示しているのは、弾力性
を有する金属或いはプラスチック等で構成された基板押
圧部材35Ａである。この基板押圧部材35Ａを用いると基
板１を押圧するときに弾力性が作用するので基板１を損
傷する危険性が少なくなる。

【００３６】また、図５(d) に開示されている基板押圧
部材35Ｂは、基板１と接触する側の面に軟質ゴム，スポ
ンジ等からなる緩衝材38が配置されている。このため、
この基板押圧部材35Ｂを用いると、基板１を押圧すると
きにクッション性が作用するので基板１を損傷する危険
性がない。

【００３７】図６(a) と(b) は基板押圧部材の一変形例
を示す図であって、(a) は模式的要部側断面図、(b) は
模式的要部斜視図である。この基板押圧部材35Ｃは、リ
ング状（環状）に形成されているので基板１の外周部分
を全面的に保持することになる。なお、該基板押圧部材
35Ｃは複数個（この実施例では２個）の基板駆動機構50
によって駆動されて基板１を基板ホルダー70に圧接させ
る。

【００３８】この基板押圧部材35Ｃは基板１を均等に押
圧することになるので基板１に加えられる押圧力が特定
部分に集中しない。このため、この基板押圧部材35Ｃを
用いると成膜工程中に基板１が損傷する危険性がより少
なくなる。

【００３９】図７(a) と(b) と(c) と(d) は本発明の一
応用例を説明するための図である。図中、50Ｃは基板駆
動機構、20はピストン部材53の作用方向を変換させる作
用方向変換部材、25は作用方向変換部材20の作用方向を
制御するガイド、をそれぞれ示す。

【００４０】この成膜装置は、基板駆動機構50Ｃの背丈
Ｈ〜Ｈ₁の変化が、力の作用方向を変換させる作用方向
変換部材20を介して基板１に伝導される構造であること
を特徴とするものである。

【００４１】以下基板１が基板ホルダー70に圧接するま
での工程を説明する。 (1) まず基板１を基板駆動機構50Ｃのピストン部材53の
先端部分に設けられている作用方向変換部材20の斜面22
上に載置する〔図７(a) 参照〕。このときの基板駆動機
構50Ｃの背丈は図中Ｈで示すように動作前の背丈Ｈであ
る。

【００４２】(2) 真空チャンバー（図示せず）内を減圧
する。これによって基板駆動機構50Ｃに内蔵されている
気体Ｍが膨張してピストン部材53を図７(b) に示すよう
に矢印Ｓ方向に押し出す。このときの基板駆動機構50Ｃ
の背丈は図中Ｈ₁で示すようにＨよりも大きくなってい
る。

【００４３】(3) 基板駆動機構50Ｃの背丈が大きくなっ
て作用方向変換部材20が矢印Ｓ方向に移動したことによ
って該作用方向変換部材20の斜面22上に載置されている
前記基板１は矢印Ｕ方向に押し上げられて基板ホルダー
70に圧接する。

【００４４】図７(c) は前記ガイド25の作用を示す図で
ある。この図７(c) から明らかなように、作用方向変換
部材20はその側面部分をこのガイド25によって摺動可能
に保持された形になっている。このため、矢印Ｓ方向に
移動するときに作用方向変換部材20の斜面22が面ブレを
起こすことがない。

【００４５】図７(d) は作用方向変換部材20の斜面22に
緩衝材38を配置した状態を示す図である。このように作
用方向変換部材20の斜面22に緩衝材38が配置されている
と、この緩衝材38の作用によって作用方向変換部材20と
基板１の接触がソフトタッチとなるので基板１の損傷事
故を的確に回避することができる。

【００４６】以上の説明から明らかなように、本発明に
よる成膜装置は、真空チャンバー内の真空度を変化させ
ることによって基板を基板ホルダーに圧接させる制御が
自動的に実行される。このため、この成膜装置を用いる
と成膜作業が著しく効率化される。

【００４７】またこの成膜装置は、気体の膨張力を利用
して基板を基板ホルダーに圧接させるようになっている
ので両者がソフトタッチで接触する。このため、基板の
損傷事故が発生し難い。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、基板を極めて安全且つ効率的に成膜装置にセ
ッティングすることができるので作業効率を飛躍的に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成原理を説明するための図（その
１）

【図２】本発明の構成原理を説明するための図（その
２）

【図３】本発明の第１実施例を説明するための図

【図４】本発明の第２実施例を説明するための図

【図５】基板押圧部材の一構造例を示す図

【図６】基板押圧部材の一変形例を示す図

【図７】本発明の一応用例を説明するための図

【図８】成膜装置の基本構造を説明するための図

【図９】基板を基板ホルダーに固定する基板固定機構
の従来構造を説明するための図

【図10】成膜装置の一変形例を示す図

【符号の説明】

１基板、 20 作用方向変換部材、 22 斜面、 25 ガイド、 30，30Ａ動力伝導機構、 35 基板押圧部材、 38 緩衝材、 40 ベローズ状の袋、 50，50Ａ，50Ｂ，50Ｃ基板駆動機構、 51 シリンダー部材、 52 ピストン係入部、 53 ピストン部材、 60 基板固定機構、 61 ねじ、 63 爪、 65 ねじ挿通穴、 70，70Ａ基板ホルダー、 71 支柱、 73 貫通穴、 75 支持部材、 80 真空チャンバー、 82 容器、Ｆ物質源、Ｇ堆積物質、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に膜を形成する成膜装置であ
って、真空チャンバー内に配置され，基板を保持する基板ホル
ダーと、前記真空チャンバー内の気圧の変化対応に伸縮して前記
基板を前記基板ホルダーに圧接させる基板駆動手段と、を具備してなることを特徴とする成膜装置。