JPS62199769A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空蒸着装置に係り、特に室温以下の温度にお
いて薄膜を形成するに好適な真空蒸着装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の真空蒸着装置には、レビューオブ　サイエンティ
ック　インスッルメンッ、５６巻９号（１９８５年）第
１７９９頁から第１８０３頁（Ｒｅｖｊ、ｅｗ　ｏｆＳ
ｃｉｅｎｆｉｃ　ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳ、Ｖｏｌｕｍ
ｅ　５６　、　Ｎｏ　、　９（１９８５）　Ｐ　Ｐ　１
７９９〜１８０３）において示されものがある。

また、実開昭５９−９１７３４号には半導体等の基板冷
却装置が示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の技術では、基板を交換するためにはいったん
真空環境を大気圧に戻して作業せざるを得ず、再度高真
空環境を作るには数時１１１１以上を要し１作業能率が
劣るという問題があった。また。

真空容器力の装置主要部を大気圧にさらす時水分の付着
等がおこるのを避けるため、基板温度が室温以下の場合
、これを室温に回復させるための時間も必要であった。

本発明の目的は、上記問題点を克服し、真空環境中で、
基板冷却手段を低温に保持したままで、基板交換が可能
な真空蒸着装置を提供することにある。

〔問題を解決す、るための手段〕

上記目的は、熱伝導性の第１の部材と第２の部材が少な
くとも基板方向に相対的に移動可能で、かつ両部材間に
形成される部屋を伸縮自在にシールする手段と、前記第
１の部材と第２の部材に熱を供給する手段と、前記部屋
に冷媒を供給する手段と、サセプタを前記第Ｊの部材に
着脱自在に保持する手段と、サセプタの他方の面と前記
第２の部材とを密着させるように第２の部材を移動させ
る手段と、真空容器と仕切り弁を介して接続される予備
真空室と、真空容器と予備真空室とを従来して基板の着
脱操作をするマニピューレータとを設けることにより達
成される。

〔作用〕

基板装着の時は、予備真空室で基板を固着したサセプタ
をマニピュレータによって正装置に案内する。第１の部
材、第２の部材及びシール手段で形成された部屋は真空
状態にしておき、サセプタを保持手段で第１の部材に装
着した後、部屋に冷媒を供給する６冷媒の供給によって
部屋は内圧を受はシール手段が伸びて第２の部材とサセ
プタは密着し、第２の部材をサセプタ間の接触熱抵抗が
低下する。このため、基板は冷媒によって冷却される。

又、基板の冷却湿度は熱を供給する手段の供給熱量によ
り任意の温度に変更できる。次に、基板をサセプタから
雌親させる時は、冷媒を排出して部屋を真空にし、第２
の部材とサセプタ間の接触圧をなくすことによってサセ
プタを保持手段から容易にはずれるようにし、マニピュ
レータによってサセプタを予備真空室に移送するもので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図は真空蒸着装置の概略図で、】、は真空容
器で、弁２を経由して真空排気系３に接続し、真空容器
内部４を高真空に維持する。５は真空容器１に設けられ
た仕切り弁で、予備真空室６と真空容器内部４とを区分
している。予備真空室６には別の真空排気系７及び基板
導入機＠８（マニピュレータ）が設けてあり、大気中と
の基板の出し入れが可能である。９は装置主要部その詳
細は第２図にて説明する。１０は基板（後述する）を一
方の面に貼りつけたサセプタで蒸発源１１から異なる物
質を蒸発させ、シャッター１２により蒸着量の制御を行
う。装置主要部９は、第１、の冷媒１３を貯蔵する室１
４及び第２図の冷媒１５を貯蔵する室１６（図示せず）
、冷媒用のフレキシブル配管１７，１８，１９，２０．
及び室１６の回転機Ｗ２１と上下動機構２２より構成さ
れている。なお、２３は、液体窒素等で冷却されたシュ
ラウドで、真空維持の一役を担う。

２４は液体窒素などの第２の冷媒を供給する貯槽、２５
は液体窒素などの第１の冷媒を供給するためのガス又は
液体の容器、２６は容器２５とは別種のガス又は液体の
容器、２７は真空排気ポンプ、２８は流量計、２９は圧
力計、３０，３１゜３２．３３は弁である。

次に装置要部９を第２＠によって詳述する。シリコンや
ガリウムひ素、石英等からなる基板３５はインジウム、
ガリウム、半田等で鋼製のサセプタ１０に貼り付けであ
る。サセプタ１０には外周上に溝３６が彫ってあり、バ
ヨネット３７（保持手段）によりブロック３７（第１の
部材）に連結される。ブロック３８の下部には室１４を
形成するためサセプタ１０と対接する冷却ステージ３９
（第２部材）がベローズ４０を（伸縮自在なシール手段
）を介して気密に取り付けである。ブロック３８及び冷
却ステージ３９は銅、アルミニラ１１、しんちゅう、ス
テンレス鋼等がよい。またブロック３８には、電気的に
絶縁されたヒータ４１（熱を供給する手段）が熱的に接
続しである。４２はヒータ４１のリード線で、電気的な
絶縁が施されている。ヒータ４１及びリード線４２とし
て、外側をステンレス鋼のケースで完全に被覆して真空
容器１の外へ引き出せば、ヒータ線や絶縁材からの放出
ガスを問題にしなくてよい、ヒータ４１と３８との熱的
接続は冷やしぼめ、焼ばめ、ろう付、溶接などで行う。

第１の冷媒１３の供給配管１９は第２の冷媒１５を貯め
た室１６中には導きらせん管４３を経て室１４に至る。

冷却ステージ３９の室１４側の表面には溝４４を加工し
て放熱面積を増やす、あるいは、この溝４４のかわりに
、沸騰熱伝達を促進するような多孔状表面を形成しても
よい、排出配管２０は望ましくは第２の冷媒１５熱交換
しないようにして外へ出した方がよい。４５は室１６、
室１４の中心軸上に設けた軸で、外部より回転又は上下
動を加えるのに使う。

第３は、第２図とほとんど同一構成であるが、希土類元
素などを主成分とした永久磁石４６をブロック３８に貼
り付けた点が異なる。なお、ヒータ４１としてはセラミ
ック基板にヒータ材をコートしたものを示しである。

第２図及び第３図には、室１４とブロック３８を固定す
る手段として配管１９と２０のみを示したが１強度確保
のため、複数本の支持棒を付加してもよい、ただし、こ
れらはすべてステンレス鋼などの低熱伝導性の材料を使
用し、かつ断面積を小さくして熱リークを少なくする。

冷却ステージ３９とサセプタ１０の接触する表面（他方
の面）には両面とも金をメッキしておく。

接触面の酸化を防ぎかつ接触熱抵抗を小さくするためで
ある。

第４図は第２図に示したバヨネット３７の付近を分解し
て示す斜視図である。冷却ステージ３９はベローズ４０
に溶接して一体化しである。バヨネット３７には下部に
つめ４７が内周上に複数個設けてあり、サセプタ１０の
外周上の一１１記つめ４７と対応した位置に溝４８が彫
っである。

この動作はつぎのようになる。まず、予備真空室６で装
置したサセプタ１０は基板導入機構８の先端に設けた保
持器４９に溝５０の部分で支持され、冷却ステージ３９
の下部まで搬送される。この状態で回転機構２１及び上
下動機構２２を操作してバヨネットのつめ４７とサセプ
タの溝４８を合致させ、はめこむ。その後、バヨネット
側を回転させ、つめ４７をサセプタの溝３６に入れ、サ
セプタ１０が落下しないようにする。この操作を行う間
は、室１４は真空に排気しておく。冷却ス４テージ３９
とサセプタ１０は室１４の内外の圧力“ｊ 差がない場合、適当な間隙を有して回転に対して相互に
自由なようにあらかじめ製作しておく。サセプタ１０の
設定が終ったら、保持器４９を引き抜き、室１４にガス
を導入する。導入によって室１４の内外に圧力差が生じ
、こりれによる力が冷却ステージ３９をサセプタ１０に
押しつける。基板３５を液体窒素温度近辺にまで冷却す
る必要があるときは、第１の冷媒１３及び第２の冷媒１
５を液体窒素とし、容器２５より窒素ガスを一定流量で
供給する。図示していないが、冷却ステージ３９に取り
付けられた温度計の指示を監視して流量を調節する６ヒ
ータ４１を使って温度調節を行うこともできる。とくに
温度レベルを高くする場合は、第１の冷媒１３の供給を
停止する。あるいは第２の冷却１５の温度レベルを上げ
、不凝縮性のガスを容器２６より一定流量で供給しても
よい。

原着作業を終えて、基板３５を交換する場合は、室１４
を真空排気して、保持器４９をサセプタ１０にセットし
、回転機構２１と上下動機構２２によりサセプタ１ｏを
バヨネット３７からはずし、保持器４９を予備真空室６
に引き込み弁５を閉じて予備真空室６を大気開放してサ
セプタ１０を取り出し、基板３５を交換すればよい。真
空容器１の内部４は大気にさらされることがないので、
新しい基板を導入して一時的に真空度が劣化しても短時
間で高真空に回復する。

第５図は、第２図に示した実施例の変形例である。特徴
は第１の冷媒と第２の冷媒を同一としたことである。す
なわち、供給配管１９を冷媒１５を貯蔵する室１６の底
に開口させ、室１６の圧力を上げて冷媒１５を室１４に
供給することができる。室１４で気化し、温度上昇した
冷媒は、管５１の中を通り断熱した排出配管２０より外
へ放出される。冷媒１５の補給は供給配管１７より常時
又は間欠的に行われる。室１６と室１４を固定するため
に複数本の低熱導性の支持体５２が用いである。又、第
２図と異なり、冷却ステージ３９とサセプタ１０は平板
状をなしている。

第６図は、第５図に示した実施例の別の実施例である６
外部とつながる供給配管１９、排出配管２０のかわりに
、冷媒１５を貯蔵する室１６の底部に開口をもつ複数本
の細管５２．５３を設ける。

冷却ステージ３９とベローズ４０のかわりに、たわみ部
５４を有するダイヤフラム５５を用いている。又、ヒー
タ４１のかわりに、タングステン線等から゛なる加熱用
のフィラメント５６を用い、セラミックの基板５７に固
定された電流端子５８に取り付けられている６５９はキ
ャップで、電流導線６０は絶縁して引き出され、絶縁端
子６１を通して外部へ引き出される。この実施例では、
冷媒】５は室１４中へ自然循環で供給される。試料の温
度を上げるときは、フィラメント５５に通電してその軸
射熱でブロック３８を加熱し、細管５２゜５３を冷媒１
５の蒸気でブロックする。又は、冷媒１５を供給配管１
７の底から抜きとってもよい。

ダイアフラム５５は銅やステンレス鋼の薄肉０　、　Ｉ
　ｎ１１〜１　ｍ）の板で形成しているので、室１４に
圧力が加わった状態ではサセプタ１０への密着性が良く
なり、接触による熱抵抗が少ない。

第７図は、第２図に示す実施例とは別の実施例を示す。

特徴は、室１６と室１４とが、連結部６１で熱的に接続
されていて、更に室１４中には冷媒１５で凝縮すること
のないガスを細管６０より導入し、くし歯状にかみ合っ
たブロック３８と冷却ステージ３９が狭い間隙６２より
熱的につながれている。この場合、ブロック３８及び冷
却ステージ３９は熱伝導率の良い材料、例えば鋼などが
好ましく連結部６１は中程度の熱伝導性を有するステン
レス鋼やしんちゅうが良い。間ＶＸ６２の大きさは約１
０μｍ〜１００μｍとしつ室１４中に導入するガスはヘ
リウムが好ましい。こうすれば、基板３５を冷却すると
きは、ヒータ４１．を切り、連結部６１及びブロック３
８中の熱伝導、並びに間隙６２でのヘリウムの熱伝導に
より、冷却ステージ３９を冷却する。加熱する場合は、
連結６１が熱抵抗となって室１６と室１４間に温度差を
つける。サセプタ１０を着脱するときは、室１４内を真
空にして、ベローズ４０の復元力により冷却ステージ３
９をサセプタ１０から離せばよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高真空環境下で基板を着脱することが
可能となり、作業能率が著しく改善されるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明に係る真空蒸着装置の説明図
で、第１図は実施例の概略図、第２図は装置主要部の断
面図、第３図は他の実施例の装置主要部の断面図、第４
図は保持手段の分解斜視図、第５図は更に他の実施例の
装置主要部の断面図、第６図は更に他の実施例の装置主
要部の断面図、１７図は更に他の実施例の装置主要部の
断面図である。 １・・・真空容器、８・・・基板導入機構（マニピュレ
ータ）９・・・装置主要部、１０・・・サセプタ、３８
・・・ブロック（第１の部材）、３９・・・冷却ステー
ジ（第２の部材）、４０・・・ベローズ（伸縮自在なシ
ール手段）、１９．２０・・・細管、３７・・・バヨネ
ット（保持手段）、４６・・・永久磁石、５４・・・ダ
イアフ不）図 冨２図 ￥Ｊ　３　図 ■　４　図 冨５図 １σ−−−ず仁７′７　　　　　　　３ｇ−−−フ”ａ
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ＷＨ＋ｌｋ）　　４ｌ−−−ｃ−１＜％４叉５４；４１
”ｔノ纂　乙　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器、真空容器内部を真空にする手段、基板を
   一方の面に塔載するサセプタ、蒸着源又は分子線源を有
   し、基板に薄膜を形成する真空蒸着装置において、熱伝
   導性の第１の部材と第２の部材とが少なくとも基板方向
   に相対的に移動可能で、かつ両部材間に形成される部屋
   を伸縮自在にシールする手段と、前記第１の部材は第２
   の部材に熱を供給する手段と、前記部材に冷媒を供給す
   る手段と、サセプタを前記第１の部材に着脱自在に保持
   する手段と、サセプタの他方の面と前記第２の部材とを
   密着させるように第２の部材を移動させる手段と、真空
   容器と仕切り弁を介して接続する予備真空室と、真空容
   器と前記予備真空室とを往来して基板の着脱操作をする
   。マニピュレータを設けることを特徴とする真空蒸着装
   置。 ２、第２の部材に永久磁石を設けることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の真空蒸着装置。