WO2017064988A1 - 成膜装置 - Google Patents

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WO2017064988A1
WO2017064988A1 PCT/JP2016/078008 JP2016078008W WO2017064988A1 WO 2017064988 A1 WO2017064988 A1 WO 2017064988A1 JP 2016078008 W JP2016078008 W JP 2016078008W WO 2017064988 A1 WO2017064988 A1 WO 2017064988A1
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WO
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temperature control
control medium
liquid
film forming
forming apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/078008
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩 玉垣
明日香 永峰
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus. Specifically, the present invention relates to an apparatus for forming a film on the surface of a substrate under reduced pressure.
  • PVD method physical vapor deposition method
  • AIP method ion plating
  • sputtering method sputtering method
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • a film is formed on the surface of the base material held by the base material holder in the vacuum chamber whose pressure is reduced to a pressure close to vacuum by a vacuum pump.
  • Patent Document 1 discloses a vacuum film forming apparatus that forms a film by sputtering on a base material fixed to a base material holder that revolves around a revolution axis in a vacuum.
  • This base material holder has a cylindrical shape or a polygonal shape.
  • a large number of substrates are mounted on the outer peripheral surface of the substrate.
  • Patent Document 2 discloses a vacuum film formation in which a film is formed by a plasma CVD (PECVD) method on a substrate mounted on a substrate table that rotates in a planetary environment in vacuum (that is, revolves around a revolution axis while rotating).
  • PECVD plasma CVD
  • the substrate temperature needs to be controlled (generally heated) to a temperature at which good film characteristics can be obtained. If the substrate temperature varies between the substrates, the film characteristics vary. Therefore, it is necessary to control the substrate temperature during film formation with high uniformity.
  • a temperature control medium such as water or oil heated by a heater outside the vacuum chamber is circulated inside the base holder, so that the heat of the temperature control medium can be transmitted through the base holder.
  • a technique for heating a substrate by transmitting it to the substrate attached to the material holder since the temperature of the temperature control medium varies between the upstream side and the downstream side in the path circulating inside the base material holder, it is difficult to keep the temperature of the base material holder uniform. Therefore, this technique also has a variation in the substrate temperature between the substrates attached to the substrate holder.
  • a film forming apparatus including a heat pipe and a heating unit connected to the lower part of the heat pipe has been proposed. Yes.
  • a heat pipe is installed inside the vacuum chamber instead of the substrate holder.
  • the base material is attached to the outer peripheral surface of the heat pipe.
  • the heat pipe has a cylindrical body and a working fluid sealed inside the cylindrical body.
  • the heat pipe is heated by the heating unit installed in the lower part thereof. Since there is no gas that mediates heat in the vacuum state inside the vacuum chamber, heat transfer from the heating part to the heat pipe is performed only at the contact part between the heating part and the cylinder of the heat pipe. Therefore, there exists a problem that the heat transfer from a heating part to a heat pipe cannot be performed efficiently. Moreover, in a heat pipe, since the heat from a heating part is transmitted to a working fluid via a cylinder, there exists a problem that it is difficult to raise a working fluid efficiently. Therefore, in this film forming apparatus, it is difficult to efficiently heat the heat pipe and quickly and uniformly control the substrate temperature.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a film forming apparatus capable of efficiently and uniformly controlling the substrate temperature.
  • a film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus for forming a substrate under reduced pressure, and is attached to a vacuum chamber and the inside of the vacuum chamber.
  • a storage container having a holding section for holding a material, a storage container having a storage space therein, and a temperature control medium that changes phase between liquid and gas, wherein the liquid is disposed at a bottom of the storage space And a temperature control medium accommodated inside the accommodation space in a state where the gas is present on the liquid, and the temperature control medium installed at a position in contact with the liquid inside the accommodation space.
  • a heating source for heating to a temperature at which vaporization is possible.
  • the film forming apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a configuration in which the substrate W is formed by a film forming technique such as sputtering or AIP under a reduced pressure close to vacuum (for example, about 0.1 to 10 Pa).
  • the film forming apparatus 1 includes a vacuum chamber 2, a storage container 3 having a holding unit 3 e that holds a large number of substrates W, a temperature control medium 4 stored in the storage container 3, A heating source 5 that heats the temperature control medium 4 to a vaporizable temperature, a rotary table 6 on which the container 3 is placed, a film forming source 7, a power source 8, a temperature detection unit 9, and a control unit 10 It has.
  • the vacuum chamber 2 is a sealed housing. In the internal space of the vacuum chamber 2, the container 3, the rotary table 6 and the film forming source 7 are accommodated. This internal space is depressurized to a vacuum or a pressure close thereto by a vacuum pump (not shown) during film formation. Although not shown in the drawing, the vacuum chamber 2 introduces a gas necessary for the processing process (for example, sputtering gas such as argon) into the internal space, and the gas after the processing process from the internal space to the outside. A discharge part is provided for discharging to a gas necessary for the processing process (for example, sputtering gas such as argon) into the internal space, and the gas after the processing process from the internal space to the outside. A discharge part is provided for discharging to
  • the storage container 3 is a hollow cylinder having a storage space 3a.
  • a base material W that is a film formation target is attached to the outer peripheral surface of the container 3.
  • the storage container 3 has a cylindrical or polygonal rectangular tube shape.
  • the container 3 has, for example, a cylindrical peripheral wall 3b, a top wall 3c that closes the upper part of the peripheral wall 3b, and a bottom wall 3d that closes the lower part of the peripheral wall 3b.
  • a housing space 3a is formed by the peripheral wall 3b, the top wall 3c, and the bottom wall 3d.
  • the accommodation space 3a is a sealed space and is blocked from the outside of the accommodation space 3a.
  • the container 3 is preferably made of a material that easily transfers the heat received by the base material W during processing into the container 3, and is made of stainless steel or the like.
  • a temperature detector 9 such as a temperature sensor for measuring the temperature of the storage container 3 is attached to the storage container 3. In addition, you may provide the temperature detection part for detecting the temperature of the base material W separately from said temperature detection part 9.
  • the container 3 has a plurality of holding portions 3e for holding the base material W as shown in FIG.
  • the plurality of holding portions 3e are formed at equal intervals along the circumferential direction in the peripheral wall 3b.
  • Each holding part 3e has a shape corresponding to the outer shape of the substrate W.
  • the holding part 3e is comprised by the recessed part, groove
  • the holding unit 3e has a contact surface 3f that is in close contact with the surface of the substrate W.
  • the shape of the holding portion 3e only needs to correspond to the outer shape of the base material W, and is not limited to the above groove, but may be another shape.
  • the holding unit 3 e is disposed at a position higher than the maximum height h of a surface 4 a 1 of a liquid 4 a described later of the temperature control medium 4.
  • the temperature control medium 4 is a medium for controlling the temperature of the substrate W (substrate temperature), and is a medium that changes phase between the liquid 4a and the gas (that is, the vapor 4b).
  • the temperature control medium 4 is stored in the storage space 3a in a state where the liquid 4a is present at the bottom of the storage space 3a and the vapor 4b is present on the liquid 4a.
  • the temperature control medium 4 is sealed in the sealed storage space 3a of the storage container 3 in a state where impurities are eliminated and the pressure is reduced to near vacuum.
  • the liquid 4a of the temperature control medium 4 is present at the bottom, and the remaining area above the liquid 4a is filled with the vapor 4b. That is, the amount of the temperature control medium 4 filled in the storage space 3a is set to such an amount that the liquid 4a always exists at the bottom of the storage space 3a (that is, does not evaporate at all during the film forming process).
  • the accommodation space 3a is a space in which the temperature control medium 4 is enclosed in a state where the pressure is reduced to a vacuum state. It is possible to obtain high temperature uniformity of the storage container by filling the inside of the storage space 3a with only the temperature control medium 4 without impurity components, particularly in a temperature range where the vapor pressure of the temperature control medium is low. It has been confirmed by the inventor's experiment that the temperature uniformity is improved.
  • the temperature control medium 4 As the temperature control medium 4, a material whose vapor pressure of the temperature control medium 4 corresponding to the temperature of the container 3 at the time of film formation of the substrate W is 1 to 100 kPa is used. When such a material is used, the pressure difference between the inside and outside of the container 3 can be maintained at atmospheric pressure or lower in both cases where the film forming process is performed and not performed. Therefore, it is possible to make the wall (for example, peripheral wall 3b) of the storage container 3 thin. That is, in the state where the film forming process is performed, the inside of the vacuum chamber is depressurized to a pressure close to a vacuum, while the inside of the container 3 is heated by the temperature control medium 4 by the heating source 5 to generate steam. Then the pressure rises.
  • the wall for example, peripheral wall 3b
  • the temperature control medium 4 has a vapor pressure corresponding to the temperature of the container 3 at the time of film formation of 1 to 100 kPa, which is equal to or lower than atmospheric pressure (approximately 100 kPa). It is possible to keep.
  • atmospheric pressure approximately 100 kPa.
  • the outside of the container 3 is at atmospheric pressure, but the temperature inside the container 3 is lower than the atmospheric pressure because the temperature control medium 4 is not heated. In this case as well, the pressure difference between the inside and outside of the container 3 can be kept below atmospheric pressure (1 to 100 kPa).
  • the pressure difference between the inside and outside of the storage container 3 is maintained at an atmospheric pressure of approximately 1 to 100 kPa at the time of film formation and other times, so that the pressure resistance of the storage container 3 is maintained. It becomes possible to make the wall of the necessary container 3 thin. Thereby, it becomes possible to reduce the resistance of the heat transfer in the said wall, and the temperature control of the base material W becomes still easier. Moreover, the weight reduction of the storage container 3 can also be achieved.
  • the vapor pressure of the temperature control medium 4 corresponding to the temperature of the storage container 3 at the time of film formation is extremely low, the heating ability and the temperature equalization ability of the storage container 3 by the temperature control medium 4 are lowered. For this reason, it is desirable that the vapor pressure of the temperature control medium 4 corresponding to the maximum temperature of the container 3 at the time of film formation is 1 kPa or more.
  • the temperature control medium 4 includes water, a material that satisfies the above selection conditions (conditions in which the vapor pressure of the temperature control medium 4 corresponding to the temperature of the container 3 at the time of film formation of the base material W is 1 to 100 kPa). It is preferable to include at least one selected from the group consisting of alkylbenzene, methylnaphthalene, and paraffinic hydrocarbon (trade name, manufactured by Tosoh Corporation, HC370). All of these materials are inexpensive and easy to obtain, and it is possible to maintain the pressure difference between the inside and outside of the container 3 at or below atmospheric pressure in both cases of film formation and other times.
  • the maximum heating temperature of the container 3 during film formation is less than 100 ° C., for example, 80 ° C.
  • water may be selected as the temperature control medium 4.
  • the vapor pressure of water is in the range of 1 to 100 kPa (specifically, about 3 to 100 kPa).
  • alkylbenzene may be selected as the temperature control medium 4.
  • the vapor pressure of the alkylbenzene is within the above range of 1 to 100 kPa.
  • paraffinic hydrocarbons for example, HC370
  • the maximum heating temperature of the storage container 3 is higher than 80 ° C. and lower than 196 ° C., for example, 180 ° C.
  • paraffinic hydrocarbons for example, HC370
  • the vapor pressure of the paraffinic hydrocarbon HC370 is within the range of 1 to 100 kPa.
  • methylnaphthalene may be selected as long as it does not exceed 244 ° C. Also in this case, at a temperature of less than 244 ° C., the vapor pressure of methylnaphthalene falls within the above range of 1 to 100 kPa.
  • the heating source 5 is installed at a position in contact with the liquid 4a inside the accommodation space 3a.
  • the heating source 5 heats the temperature control medium 4 to a temperature at which the temperature control medium 4 can be vaporized.
  • the heating source 5 generates heat upon receiving power supply from a power source 8 installed outside the vacuum chamber 2.
  • the heating source 5 shown in FIG. 1 is a sheath heater, for example, and is arranged at a position immersed in the liquid 4a of the temperature control medium 4.
  • the sheath heater used as the heating source 5 includes a heating wire 5a that generates heat when energized, and a cylindrical sheath that covers the outer periphery of the heating wire 5a and protects the heating wire 5a from the liquid.
  • the sheath heater used as the heating source 5 is immersed in the liquid of the temperature control medium 4 and contacts the temperature control medium 4 over the entire outer surface of the sheath heater. Thereby, it is possible to heat the temperature control medium 4 directly by the sheath heater and quickly heat it. In addition, since the heating wire 5a of the sheath heater is protected from the liquid of the temperature control medium 4 by the sheath 5b, there is no possibility that the liquid contacts the heating wire 5a to cause a short circuit.
  • the shape and size of the heat source 5 and the amount of the temperature control medium 4 are set so that the heat source 5 is always immersed in the liquid 4a of the temperature control medium 4.
  • the heating source 5 can directly heat the liquid 4a as long as at least a part thereof is in contact with the liquid 4a (immersion in the above embodiment). When the entire heating source 5 is completely immersed in the liquid 4a, the liquid 4a can be heated most efficiently.
  • heating source capable of directly heating the liquid 4a while being immersed in the liquid 4a
  • other heating mechanisms such as a ceramic heater can be employed in addition to the sheath heater.
  • the rotary table 6 rotates around the vertical axis as the center of rotation while the container 3 is placed during film formation of the substrate W. As a result, it is possible to form a film on the surface of the substrate W by sputtering or the like while sequentially causing a large number of substrates W mounted in the container 3 to face the film forming source 7.
  • the film forming source 7 is an evaporation source for performing a film forming process on the substrate W.
  • an evaporation source such as a cylindrical or flat magnetron sputtering evaporation source is used.
  • a metal target such as chromium (Cr) serving as a film material is attached to the film forming source 7.
  • thermal energy is released from the plasma generated by the film formation source 7 toward the base material W and the storage container 3, and the base material W and the storage container 3 are heated by receiving the thermal energy.
  • the base material W is formed in the following procedure. First, as shown in FIGS. 1 and 2, in a state where a large number of base materials W are fixed to the holding portion 3e of the storage container 3, the air in the internal space of the vacuum chamber 2 is exhausted to a reduced pressure state close to vacuum. . Next, the turntable 6 is rotated while operating the film forming source 7 to release particles of the film forming material. Accordingly, the surface of the base material W attached to the holding portion 3e on the peripheral surface of the storage container 3 has a uniform distribution in the circumferential direction of the storage container 3, and the film is formed in the axial direction of the storage container 3. A film is formed with a distribution determined by the dimensions and performance of the source 7.
  • the control unit 10 includes a heating source in order to control the temperature of the large number of substrates W held in the container 3 to a target temperature preferable for film formation.
  • the heating capacity of 5 is controlled, and uniform temperature control is performed so that the entire temperature of the container 3 becomes the target temperature.
  • the control unit 10 operates the heating source 5 formed of a sheath heater immersed in the liquid 4 a of the temperature control medium 4.
  • the heating source 5 directly heats the temperature control medium 4.
  • the liquid 4a of the temperature control medium 4 directly heated by the heating source 5 is heated to a vaporizable temperature (for example, 100 ° C.
  • the temperature control medium 4 is water
  • the vapor 4b generated at that time is generated inside the accommodation space 3a.
  • released to the storage space 3a condenses on the inner surfaces of the surrounding wall 3b etc. (namely, the surrounding wall 3b, the top wall 3c, etc.) of the containing container 3.
  • the peripheral wall 3b and the like are heated by the latent heat of the steam 4b at this time.
  • the inside of the storage container 3 is in the same state as the heat pipe filled with the liquid 4a and the vapor 4b of the temperature control medium 4, and the temperature of the storage container 3 is very high due to the temperature shift caused by latent heat. Thereby, the container 3 can be heated at a very uniform temperature, and as a result, a large number of substrates W held in the container 3 can be heated uniformly.
  • the control unit 10 controls to stop or suppress the power input from the power source 8 to the heating source 5. Thereby, the control part 10 can control the heating source 5 so that the temperature of the temperature control medium 4 (liquid 4a and vapor
  • the temperature control medium 4 that transfers heat to the substrate W is directly heated by the heating source 5, thereby efficiently and uniformly controlling the substrate temperature. enable. That is, according to the configuration of the film forming apparatus 1 described above, the heating source 5 includes the liquid 4a of the temperature control medium 4 that changes phase between the liquid 4a and the vapor 4b (gas) in the storage space 3a of the storage container 3. It is installed at a position where it comes into contact. Therefore, the heating source 5 can directly heat the temperature control medium 4 without using a cylinder or the like as in the prior art, and can quickly heat the medium 4 to a temperature at which the medium 4 can be vaporized.
  • the gas 4b generated by vaporizing the liquid 4a of the temperature control medium 4, that is, the vapor 4b is quickly diffused into the accommodating space 3a, and the accommodating container 3 is uniformly heated by the latent heat of the vapor 4b.
  • the base material W attached to the storage container 3 can be quickly and uniformly heated. Therefore, it is possible to control the substrate temperature efficiently and uniformly.
  • the holding unit 3 e of the container 3 is disposed at a high position that is higher than the maximum height h of the surface 4 a 1 of the liquid 4 a of the temperature control medium 4.
  • the holding unit 3e makes it possible to arrange the container 3 at a position higher than the position where the liquid 4a of the temperature control medium 4 exists, that is, the position where the vapor 4b of the temperature control medium 4 exists. . Therefore, it is possible to reliably achieve uniform heating of the substrate W by the latent heat of the steam 4b.
  • the holding portion 3e of the container 3 has a shape corresponding to the outer shape of the base material W, and has a contact surface 3f that is in close contact with the surface of the base material W. Therefore, it is possible to efficiently transmit the latent heat of the steam 4b of the temperature control medium 4 to the base material W through the contact surface 3f of the holding unit 3e.
  • the temperature control of the storage container 3 is performed by heating the temperature control medium 4 by the heating source 5, but the present invention is not limited to this.
  • a mechanism for cooling the temperature control medium 4 together with the heating source 5 may be further provided.
  • a gas cooling unit 11 may be further provided inside the container 3 as in the film forming apparatus 1 according to the modification of the present invention shown in FIG.
  • the gas cooling unit 11 is disposed in the upper part of the storage space 3 a of the storage container 3, and cools the gas state in the temperature control medium 4, that is, the steam 4 b portion.
  • the gas cooling unit 11 includes, for example, an annular pipe through which a coolant such as water passes.
  • the refrigerant is supplied from the outside of the vacuum chamber 2 to the gas cooling unit 11 through the refrigerant pipe 12 and discharged from the gas cooling unit 11 through the refrigerant pipe 12.
  • a portion that rotates together with the turntable 6 in the refrigerant pipe 12 is connected via a fluid coupling such as a rotary joint.
  • the refrigerant used in the gas cooling unit 11 may be a gas in addition to a liquid such as water.
  • the gas state part of the temperature control medium 4 that is, the vapor 4 b is cooled and liquefied by the gas cooling unit in the upper part inside the accommodation space 3 a.
  • the liquefied temperature control medium 4 cools the storage container 3 when it flows down along the inner wall of the storage space 3a. As a result, it is possible to suppress the temperature rise of the container 3 during film formation.
  • the gas cooling unit 11 is stopped.
  • the temperature of the container 3 rises due to heat released from plasma generated from the film formation source 7.
  • the heating source 5 is stopped and cooling water is supplied to the gas cooling unit 11 through the refrigerant pipe 12.
  • steam 4b of the temperature control medium 4 around the gas cooling part 11 is cooled and condensed by cooling water.
  • the liquid 4 a generated by condensing the vapor 4 b of the temperature control medium 4 flows down along the inner surface of the peripheral wall 3 b of the container 3.
  • the temperature of the storage container 3 increases as the distance from the gas cooling unit 11 increases.
  • the falling liquid 4a receives heat from the storage container 3 at a position away from the gas cooling unit 11 and evaporates again, and takes heat from the peripheral wall 3b of the storage container 3 by the latent heat at that time. Thereby, the whole container 3 is cooled, and the temperature rise of the container 3 is suppressed. Thus, the entire container 3 can be efficiently cooled by the cooling capacity of the gas cooling unit 11.
  • the portion in the liquid 4 a state in the temperature control medium 4 is arranged at the bottom inside the storage space 3 a of the storage container 3.
  • the liquid cooling unit 13 may supply and discharge a refrigerant such as water via the refrigerant pipe 14.
  • the liquid 4a is cooled by cooling the portion of the temperature control medium 4 in the liquid 4a state at the bottom inside the accommodation space 3a. It is possible to lower the temperature of the entire temperature control medium 4 including it. Thereby, it is possible to suppress the temperature rise of the container 3 during film formation.
  • the container 3 is cooled while lowering the temperature of the entire temperature control medium 4. Therefore, as in the modified example shown in FIG. 4 described above, the vapor 4b of the temperature control medium 4 is cooled by the gas cooling unit 11 to generate the liquid 4a, and the latent heat at the time of re-evaporation of the liquid 4a is used for storage. Compared to the case where the container 3 is cooled, the storage container 3 can be slowly cooled. Therefore, it is easy to maintain the uniformity of the temperature of the container 3.
  • the apparatus further includes an exhaust part 15 that exhausts the vapor 4b existing inside the accommodation space 3a from the accommodation space 3a.
  • the exhaust unit 15 includes, for example, a communication path that connects the interior of the storage space 3a of the storage container 3 and the space outside the vacuum chamber 2, and an opening / closing mechanism that opens and closes the communication path.
  • the exhaust unit 15 can exhaust the gas from the storage space 3a. Therefore, the phase change of the temperature control medium 4 can be stably performed for a long time.
  • the storage space 3a of the storage container 3 is evacuated and free of foreign matter before the temperature control medium 4 is sealed.
  • components other than the temperature control steam 4b may be mixed into the housing space 3a due to thermal decomposition of the temperature control medium 4 or the like.
  • the exhaust unit 15 stores a high vapor pressure component other than the temperature control steam 4b. Remove from space 3a. As a result, it is possible to ensure long-term operational stability of the temperature control medium 4.
  • a sheath heater is described as an example of the heating source 5, but the present invention is not limited to this.
  • the temperature control medium 4 is disposed at a position in contact with the temperature control medium 4 and can be directly heated, various forms can be adopted as the heating source of the present invention.
  • the heating source 16 forms the bottom of the accommodation space 3 a and contacts the liquid 4 a of the temperature control medium 4.
  • the heating source 16 may be provided a bottom forming part 16a and an induction heating part 16b for heating the temperature control medium 4 by induction heating the bottom forming part 16a.
  • the bottom forming portion 16a is manufactured from a metal material such as stainless steel.
  • the bottom forming part 16 a constitutes the bottom wall of the container 3.
  • the bottom forming part 16a is integrally formed with the peripheral wall 3b and the top wall 3c of the container 3.
  • the bottom forming portion 16a may be a separate member from the peripheral wall 3b and the top wall 3c. Since the upper surface of the bottom forming portion 16a forms the bottom of the accommodation space 3a, it is in contact with the liquid 4a of the temperature control medium 4.
  • the induction heating unit 16b has a configuration for induction heating the bottom forming unit 16a, and includes, for example, an induction coil.
  • the induction heating unit 16b heats the bottom forming unit 16a in contact with the liquid 4a of the temperature control medium 4 by induction heating when an alternating current is supplied from the power source 8. Thereby, the temperature control medium 4 in contact with the bottom forming part 16a can be directly heated to heat the medium 4 quickly.
  • a heat source including the bottom forming portion 16a and a heater cast in the bottom forming portion 16a may be used. Also in this case, it is possible to heat the medium 4 promptly by directly heating the temperature control medium 4 in contact with the bottom forming part 16a.
  • the container 3 has a configuration in which the part having the housing space 3a for housing the temperature control medium 4 and the part having the holding part 3e are integrated. Is not limited to this.
  • the container 21 may include a container main body 22 having a storage space 22a and a holder 23 as in the film forming apparatus shown in FIGS.
  • the holder 23 has a holding portion 23 a that holds the base material W, and is attached to the outer surface of the container main body 22. In this configuration, the base material W can be reliably fixed to the outer surface of the container main body 22 via the holder 23.
  • the change of the shape of the container main body 22 may be small. Further, if the outer diameter of the container main body 22 remains cylindrical, and the shape of the holder 23 is a shape that can be in close contact with the container main body 22, the container can be manufactured at a lower cost.
  • the container main body 22 of FIGS. 7 to 8 is specifically a hollow cylinder having a storage space 22a, similar to the container 1 of FIG. 1, and includes a peripheral wall 22b, a top wall 22c, and a bottom wall 22d.
  • the accommodation space 22a is formed.
  • the accommodation space 22a is a sealed space in which the temperature control medium 4 is accommodated.
  • the holder 23 is attached to an attachment portion 22e such as a recess formed on the outer surface of the container main body 22. Since the holder 23 is a separate member from the container main body 22, the holder 23 can be manufactured from a material different from that of the container main body 22 (for example, a material having better thermal conductivity than the material of the container main body 22). is there. The holder 23 can be attached to the container main body 22 in a state of protruding from the outer peripheral surface of the container main body 22.
  • the holding portion 23a that holds the base material W has a shape corresponding to the outer shape of the base material W, similarly to the holding portion 3e (see FIG. 1).
  • the holding part 23 a is configured by, for example, a recess or a groove formed on the outer surface of the holder 23. Since the holding part 23 a has the contact surface 23 b that is in close contact with the surface of the substrate W, the heat of the temperature control medium 4 is easily transmitted to the substrate W through the holder 23.
  • the film forming apparatus is a film forming apparatus that forms a base material under reduced pressure, and includes a vacuum chamber and a holding unit that is attached to the inside of the vacuum chamber and holds the base material.
  • a temperature-controlling medium which is a container and has a storage space in its interior and a phase change between a liquid and a gas, wherein the liquid is present at the bottom of the storage space and above the liquid
  • a source is a source.
  • the heat source is installed in the position which contacts the liquid of the temperature control medium which changes a phase between a liquid and gas in the storage space of a storage container. Therefore, the heating source can directly heat the temperature control medium without using a cylinder or the like as in the prior art, and can quickly heat the medium to a temperature at which the medium can be vaporized. For this reason, the gas generated by vaporizing the liquid of the temperature control medium, that is, the vapor is quickly diffused into the accommodation space, and the accommodation container is uniformly heated by the latent heat of the vapor. As a result, it is possible to quickly and uniformly heat the base material attached to the storage container. Therefore, it is possible to control the substrate temperature efficiently and uniformly.
  • the storage space of the storage container is preferably a space in which the temperature control medium is sealed in a state where the pressure is reduced to a vacuum state.
  • the holding unit is disposed at a high position that is equal to or higher than the maximum height of the surface of the liquid.
  • the holding unit can arrange the storage container at a position higher than the position where the liquid of the temperature control medium exists, that is, the position where the vapor of the temperature control medium exists. Therefore, it is possible to reliably achieve uniform heating of the substrate by the latent heat of the steam.
  • the holding portion has a shape corresponding to the outer shape of the base material, and the holding portion has a contact surface that is in close contact with the surface of the base material.
  • the temperature control medium is preferably a material whose vapor pressure of the temperature control medium corresponding to the temperature of the container at the time of film formation of the base material is 1 to 100 kPa.
  • the pressure difference between the inside and outside of the storage container can be maintained at atmospheric pressure or lower in both cases where the film forming process is performed and not performed.
  • the inside of the vacuum chamber is depressurized to a pressure close to a vacuum, while the inside of the container is heated by the temperature control medium by a heating source to generate steam.
  • the temperature control medium has a vapor pressure corresponding to the temperature of the container at the time of film formation of 1 to 100 kPa, which is equal to or lower than atmospheric pressure (approximately 100 kPa), the pressure difference between the inside and outside of the container can be kept below atmospheric pressure. Is possible.
  • the outside of the container is at atmospheric pressure, but the temperature inside the container is not heated, so the pressure is lower than atmospheric pressure.
  • the pressure difference between the inside and outside of the container can be kept below atmospheric pressure (1 to 100 kPa). Therefore, since the pressure difference between the inside and outside of the storage container is maintained at atmospheric pressure or lower at any time during film formation and other times, the wall of the storage container necessary for maintaining the pressure resistance of the storage container It becomes possible to make it thinner. Thereby, it becomes possible to reduce the resistance of heat transfer in the wall, and the temperature control of the base material is further facilitated. Further, it is possible to reduce the weight of the storage container.
  • the temperature control medium preferably contains at least one selected from the group consisting of water, alkylbenzene, paraffinic hydrocarbons, and methylnaphthalene.
  • the above materials selected as the temperature control medium are all cheap and easy to obtain, and the pressure difference between the inside and outside of the container is maintained at or below atmospheric pressure during film formation and at other times. Is possible.
  • the heating source is a sheath heater disposed at a position immersed in the liquid, and the sheath heater covers a heating wire that generates heat when energized and an outer periphery of the heating wire to protect the heating wire from the liquid. It is preferable to have a sheath.
  • the sheath heater used as a heating source is immersed in the liquid of the temperature control medium and contacts the temperature control medium over the entire outer surface of the sheath heater.
  • the sheath heater since the heating wire of the sheath heater is protected from the liquid by the sheath, there is no possibility that the liquid contacts the heating wire and a short circuit occurs.
  • the heating source includes a bottom forming portion that forms a bottom portion of the accommodation space and is in contact with the liquid, and an induction heating portion that heats the temperature control medium by induction heating the bottom forming portion. May be.
  • the bottom formation part that is in contact with the liquid of the temperature control medium is induction-heated by the induction heating part, so that the temperature control medium that is in contact with the bottom formation part is directly heated and the medium is quickly It is possible to heat.
  • the apparatus further includes a gas cooling unit that is disposed in an upper part of the storage space of the storage container and cools a gas state portion of the temperature control medium.
  • the gas state portion of the temperature control medium that is, the vapor is cooled and liquefied by the gas cooling unit in the upper part inside the accommodation space.
  • the liquefied temperature control medium cools the storage container when it flows down along the inner wall of the storage space. As a result, it is possible to suppress an increase in the temperature of the container during film formation.
  • the liquid container may further include a liquid cooling unit that is disposed at the bottom inside the storage space of the storage container and cools the liquid state portion of the temperature control medium.
  • the apparatus further includes an exhaust part that exhausts the gas existing in the accommodation space from the accommodation space.
  • the storage container preferably includes a storage container main body having the storage space, and a holder attached to an outer surface of the storage container main body and having the holding portion.

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Abstract

基材温度を効率よく均一に制御することが可能な成膜装置を提供する。成膜装置１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２の内部に取り付けられ、基材Ｗを保持する保持部３ｅを有する収容容器３であって、その内部に収容空間３ａを有する収容容器３と、液体４ａと気体（蒸気４ｂ）との間で相変化する温度制御媒体４であって、収容空間３ａの底部に液体４ａが存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間３ａの内部に収容された温度制御媒体４と、収容空間３ａの内部において液体４ａと接触する位置に設置され、温度制御媒体４を気化可能な温度に加熱する加熱源５と、を備えている。

Description

成膜装置
　本発明は、成膜装置に関する。具体的には、本発明は減圧下で基材の表面に皮膜形成を行う装置に関する。
　従来、減圧下において基材の表面に皮膜を形成する技術として、イオンプレーティング、ＡＩＰ法、スパッタ法などの物理的蒸着法（ＰＶＤ法）やプラズマＣＶＤ法などの化学的蒸着法（ＣＶＤ法）などの種々の技術がある。
　これらの技術では、真空ポンプにより真空に近い気圧まで減圧された真空チャンバの内部において、基材ホルダに保持された基材の表面に皮膜が形成される。
　例えば、特許文献１には、真空中で公転軸回りに公転する基材ホルダに固定された基材にスパッタリング法により皮膜を形成する真空成膜装置が開示されている。この基材ホルダは、円筒状や多角形形状を有している。基材の外周面には、多数の基材が装着される。また、特許文献２には、真空中で遊星回転（すなわち、自転しながら公転軸回りに公転）する基材テーブル上に搭載した基材にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法によって皮膜を形成する真空成膜装置が開示されている。
　これらの真空成膜装置を用いて基材の成膜を行う場合、基材温度は、良好な皮膜の特性が得られる温度に制御（一般的には加熱）される必要がある。基材間において基材温度にばらつきが生じれば、皮膜の特性にばらつきが生じる。そのため、成膜中の基材温度は高い均一性で制御する必要がある。
　従来、基材の温度制御を行うために、真空チャンバ内部に設置された加熱源からのプラズマ加熱や輻射加熱を行うことによって、基材ホルダに取り付けられた基材を加熱する技術がある。しかし、これらの加熱方法では、加熱源から放射される熱が基材ホルダに取り付けられた多数の基材に均一に伝わりにくいので、基材間で基材温度のばらつきが生じるおそれがある。
　また、他の加熱方法として、真空チャンバ外部のヒータで加熱された水や油などの温度制御媒体を基材ホルダ内部に循環させることにより、当該温度制御媒体の熱を基材ホルダを介して基材ホルダに取り付けられた基材へ伝達することによって基材を加熱する技術がある。しかし、この技術では、基材ホルダ内部を循環する経路において上流側と下流側とでは温度制御媒体の温度にばらつきがあるので、基材ホルダの温度を均一に保つことが難しい。そのため、この技術も、基材ホルダに取り付けられた基材間に基材温度のばらつきがある。
　そこで、基材温度を均一に制御するために、特許文献３に記載されているように、ヒートパイプと、当該ヒートパイプの下部に接続された加熱部とを備えた成膜装置が提案されている。この成膜装置では、基材ホルダの代わりにヒートパイプが真空チャンバ内部に設置されている。基材は、ヒートパイプの外周面に装着される。ヒートパイプは、筒体と、筒体の内部に封入された作動流体とを有する。加熱部がヒートパイプの筒体を下方から加熱することにより、筒体内部の作動流体が加熱される。これにより、ヒートパイプ全体が均一な温度を維持することが可能であり、ヒートパイプに装着された基材間において基材温度を均一に制御する。
　上記の特許文献３記載の成膜装置では、ヒートパイプがその下部に設置された加熱部によって加熱される。真空チャンバ内部の真空状態では、熱を媒介する気体が存在しないので、加熱部からヒートパイプへの熱伝達は、加熱部とヒートパイプの筒体との接触部でのみ行われる。そのため、加熱部からヒートパイプへの熱伝達を効率よく行うことができないという問題がある。また、ヒートパイプにおいては、加熱部からの熱は、筒体を介して作動流体に伝達されるので、作動流体を効率よく昇温することが難しいという問題がある。そのため、この成膜装置では、ヒートパイプの加熱を効率よく行って基材温度を速やかに均一に制御することは難しい。
特開２００９－１８８４号公報 特開２０１３－１４８１８号公報 特開昭６２－２５６９６６号公報
　本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、基材温度を効率よく均一に制御することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためのものとして、本発明の成膜装置は、減圧下で基材の成膜を行う成膜装置であって、真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に取り付けられ、前記基材を保持する保持部を有する収容容器であって、その内部に収容空間を有する収容容器と、液体と気体との間で相変化する温度制御媒体であって、前記収容空間の底部に前記液体が存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間の内部に収容された温度制御媒体と、前記収容空間の内部において前記液体と接触する位置に設置され、前記温度制御媒体を気化可能な温度に加熱する加熱源と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明の実施形態に係る成膜装置の全体構成を示す断面図である。 図１の成膜装置の水平断面図である。 図１の加熱源であるシースヒータの内部構成を示す切欠断面図である。 本発明の成膜装置の変形例に係る気体冷却部を備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置の他の変形例に係る液体冷却部を備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置のさらに他の変形例に係る誘導加熱部を有する加熱源と、収容空間内部の排気を行う排気部と備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置のさらに他の変形例に係る収容容器本体およびホルダを有する収容容器を備えた例を示す断面図である。 図７の成膜装置の水平断面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の成膜装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。
　図１～２に示される成膜装置１は、真空に近い減圧下（例えば、０．１～１０Ｐａ程度）でスパッタリングやＡＩＰなどの成膜技術によって基材Ｗの成膜を行う構成を有する。具体的には、成膜装置１は、真空チャンバ２と、多数の基材Ｗを保持する保持部３ｅを有する収容容器３と、収容容器３の内部に収容された温度制御媒体４と、当該温度制御媒体４を気化可能な温度に加熱する加熱源５と、収容容器３が載置される回転テーブル６と、成膜源７と、電源８と、温度検出部９と、制御部１０とを備えている。
　真空チャンバ２は、密閉された筐体である。真空チャンバ２の内部空間には、収容容器３、回転テーブル６および成膜源７が収容される。この内部空間は、図示されない真空ポンプによって成膜時には真空またはそれに近い圧力まで減圧される。また、真空チャンバ２には、図示されていないが、処理プロセスに必要なガス（例えばアルゴンなどのスパッタリングガス）を内部空間に導入するための導入部、および処理プロセス後のガスを内部空間から外部へ排出する排出部が設けられている。
　収容容器３は、収容空間３ａを有する中空の筒体である。当該収容容器３の外周面には、成膜対象である基材Ｗが取り付けられる。具体的には、収容容器３は、円筒または多角形の角形筒状の形状を有する。収容容器３は、例えば、円筒状の周壁３ｂと、周壁３ｂの上部を閉じる天壁３ｃと、周壁３ｂの下部を閉じる底壁３ｄとを有する。これら周壁３ｂと、天壁３ｃと、底壁３ｄとによって収容空間３ａが形成される。収容空間３ａは、密閉空間であり、当該収容空間３ａの外部から遮断されている。
　収容容器３は、基材Ｗが処理中に受ける熱を収容容器３内部に伝達しやすい材料で製造されるのが好ましく、ステンレス鋼などで製造される。収容容器３には、当該収容容器３の温度を測定するための温度センサなどの温度検出部９が取り付けられている。なお、基材Ｗの温度を検出するための温度検出部を上記の温度検出部９とは別に設けてもよい。
　収容容器３は、図２に示されるように、基材Ｗを保持する複数の保持部３ｅを有する。複数の保持部３ｅは、周壁３ｂにおいて円周方向に沿って等間隔に形成されている。
　各保持部３ｅは、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有する。保持部３ｅは、例えば、周壁３ｂに形成された凹部、溝、または面取り部などによって構成される。保持部３ｅは、当該基材Ｗの表面に密着する接触面３ｆを有する。保持部３ｅの形状は、基材Ｗの外形形状に対応していればよく、上記の溝に限定されるものではなく、他の形状でもよい。
　本実施形態では、保持部３ｅは、図１に示されるように、温度制御媒体４の後述の液体４ａの表面４ａ１の最大高さｈ以上の高い位置に配置されている。
　温度制御媒体４は、基材Ｗの温度（基材温度）を制御するための媒体であり、液体４ａと気体（すなわち蒸気４ｂ）との間で相変化する媒体である。温度制御媒体４は、収容空間３ａの底部に液体４ａが存在するとともに当該液体４ａの上に蒸気４ｂが存在する状態で当該収容空間３ａの内部に収容されている。
　具体的には、収容容器３の密閉された収容空間３ａの内部は、不純物が排除されて真空近くまで減圧された状態で、温度制御媒体４が封入されている。
　収容空間３ａの内部では、その底部には温度制御媒体４の液体４ａが存在し、当該液体４ａの上のその残りの領域では蒸気４ｂで満たされている。すなわち、収容空間３ａに充填される温度制御媒体４の量は、液体４ａが収容空間３ａの底部に常時存在するような（すなわち成膜処理時にすべて蒸発しないような）量に設定されている。
　このように、本実施形態では、収容空間３ａは、真空状態まで減圧された状態で温度制御媒体４が封入された空間である。収容空間３ａの内部が不純物成分が無く温度制御媒体４のみで満たされることにより、収容容器の高い温度均一性を得ることが可能であること、特に、温度制御媒体の蒸気圧が低い温度域での温度均一性が良くなることが発明者の実験で確認されている。
　温度制御媒体４としては、基材Ｗの成膜時における収容容器３の温度に対応する当該温度制御媒体４の蒸気圧が１～１００ｋPａになる材料が用いられる。このような材料を用いれば、成膜処理を行っている状態および行っていない状態のいずれの場合も、収容容器３の内外の圧力差が大気圧以下に維持することができる。したがって、収容容器３の壁（例えば周壁３ｂ）を薄くすることが可能である。すなわち、成膜処理を行っている状態では、真空チャンバ内部は真空に近い圧力まで減圧され、その一方で、収容容器３内部は温度制御媒体４が加熱源５によって加熱されることによって蒸気が発生して圧力が上昇する。しかし、温度制御媒体４は成膜時における収容容器３の温度に対応する蒸気圧が大気圧（ほぼ１００ｋＰａ）以下の１～１００ｋＰａであるので、収容容器３の内外の圧力差を大気圧以下に保つことが可能である。一方、成膜処理を行わない状態では、収容容器３の外部は大気圧であるが、収容容器３の内部は温度制御媒体４が加熱されていないので圧力が大気圧より低い状態になる。この場合も、収容容器３の内外の圧力差を大気圧以下（１～１００ｋＰａ）に保つことが可能である。よって、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器３の内外の圧力差がほぼ１～１００ｋＰａの大気圧以下に維持されるので、収容容器３の耐圧性を維持するために必要な収容容器３の壁を薄くすることが可能になる。これにより、当該壁における熱伝達の抵抗を下げることが可能になり、基材Ｗの温度制御がさらに容易になる。また、収容容器３の軽量化も達成することが可能である。
　ここで、成膜時における収容容器３の温度に対応する温度制御媒体４の蒸気圧が極端に低ければ、温度制御媒体４による収容容器３の加熱能力および均熱化の能力が低下する。このため、成膜時における収容容器３の最高温度に対応する温度制御媒体４の蒸気圧は１ｋＰａ以上であることが望ましい。
　温度制御媒体４は、上記の選択条件（基材Ｗの成膜時における収容容器３の温度に対応する当該温度制御媒体４の蒸気圧が１～１００ｋPａになる条件）を満たす材料として、水、アルキルベンゼン、メチルナフタレン、パラフィン系炭化水素（東ソー製商品名、ＨＣ３７０）からなる群から選択された少なくとも１つを含むのが好ましい。これらの材料はいずれも安価で入手しやすく、しかも、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器３内外の圧力差を大気圧以下に維持することが可能である。
　例えば、成膜時の収容容器３の加熱最高温度が１００℃未満、例えば８０℃の場合は水を温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合、１００℃未満の温度では水の蒸気圧は１～１００ｋＰａの範囲内（具体的には、３～１００ｋＰａ程度）になる。また、収容容器３の加熱最高温度が１１０℃を超え１７６℃未満、例えば１４０℃の場合はアルキルベンゼンを温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合も、１７６℃未満の温度では、アルキルベンゼンの蒸気圧は上記の１～１００ｋＰａの範囲内になる。また、収容容器３の加熱最高温度が８０℃を超え１９６℃未満、例えば１８０℃の場合はパラフィン系炭化水素（例えば、ＨＣ３７０など）を温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合も、１９６℃未満の温度では、パラフィン系炭化水素ＨＣ３７０の蒸気圧は上記の１～１００ｋＰａの範囲内になる。さらに、収容容器３の加熱最高温度が高い場合は、２４４℃を超えない範囲であればメチルナフタレンを選ぶとよい。この場合も、２４４℃未満の温度では、メチルナフタレンの蒸気圧は上記の１～１００ｋＰａの範囲内になる。
　加熱源５は、収容空間３ａの内部において液体４ａと接触する位置に設置される。加熱源５は、温度制御媒体４の気化が可能な温度に当該温度制御媒体４を加熱する。加熱源５は、真空チャンバ２の外部に設置された電源８から電力の供給を受けて発熱する。図１に示される加熱源５は、例えばシースヒータであり、温度制御媒体４の液体４ａに浸漬された位置に配置される。加熱源５として用いられるシースヒータは、図３に示されるように、通電時に発熱する電熱線５ａと、当該電熱線５ａの外周を覆って、当該電熱線５ａを前記液体から保護する筒状のシース（すなわち、さやの部分）５ｂと、シース５ｂの両端を閉じる端末部５ｃとを有する。加熱源５として用いられるシースヒータは、温度制御媒体４の液体に浸漬されて当該シースヒータの外表面全体で温度制御媒体４に接触する。これにより、温度制御媒体４をシースヒータによって直接加熱して速やかに加熱することが可能である。しかも、シースヒータの電熱線５ａはシース５ｂによって温度制御媒体４の液体から保護されているので、液体が電熱線５ａに接触して短絡が発生するおそれがない。
　本実施形態では、加熱源５の形状および大きさ、ならびに温度制御媒体４の量は、加熱源５が温度制御媒体４の液体４ａに常時浸漬されるように設定される。
　なお、加熱源５は、その少なくとも一部が液体４ａに接触（上記実施形態では浸漬）していれば当該液体４ａを直接加熱することができる。加熱源５の全体が液体４ａに完全に浸漬している場合には、最も効率よく液体４ａを加熱することが可能である。
　また、液体４ａに浸漬された状態で当該液体４ａを直接加熱可能な加熱源としては、シースヒータの他にもセラミックヒータなど他の加熱機構を採用することも可能である。
　回転テーブル６は、基材Ｗの成膜中、収容容器３が載置された状態で垂直軸を回転中心として回転する。これにより、収容容器３に装着された多数の基材Ｗを成膜源７に順次対向させながらスパッタリングなどによって基材Ｗの表面に皮膜を形成することが可能である。
　成膜源７は、基材Ｗに対して成膜処理を行うための蒸発源である。成膜源７としては、例えば、円筒状または平板状のマグネトロンスパッタ蒸発源などの蒸発源が用いられる。この成膜源７には、皮膜材料となるクロム（Ｃｒ）などの金属ターゲットが取り付けられている。成膜中は、成膜源７で発生するプラズマから基材Ｗおよび収容容器３へ向けて熱エネルギーが放出されるので、当該熱エネルギーを受けて基材Ｗおよび収容容器３は加熱される。
　以上のように構成された成膜装置１を用いて、基材Ｗの成膜が以下の手順で行われる。まず、図１～２に示されるように、収容容器３の保持部３ｅに多数の基材Ｗを固定した状態で、真空チャンバ２の内部空間の空気を排気して真空に近い減圧状態にする。次に、成膜源７を動作させて成膜材料の粒子を放出しつつ、回転テーブル６を回転させる。これにより、収容容器３の周面の保持部３ｅに取り付けられた基材Ｗの表面には、収容容器３の円周方向において均一な分布であって、収容容器３の軸方向については成膜源７の寸法や性能等によって決まる分布で皮膜が形成される。
　本実施形態の成膜装置１では、成膜中において、収容容器３に保持された多数の基材Ｗの温度を成膜にとって好ましい目標の温度に制御するために、制御部１０は、加熱源５の加熱能力を制御して、収容容器３の全体の温度が当該目標の温度になるように均一な温度制御をする。具体的には、収容容器３の内部の収容空間３ａにおいて、制御部１０は、温度制御媒体４の液体４ａに浸漬されたシースヒータからなる加熱源５を作動させる。加熱源５は、温度制御媒体４を直接加熱する。加熱源５によって直接加熱された温度制御媒体４の液体４ａは気化可能な温度（例えば温度制御媒体４が水の場合は１００℃）まで加熱され、そのときに発生した蒸気４ｂが収容空間３ａ内部に放出される。収容空間３ａに放出された蒸気４ｂは、収容容器３の周壁３ｂ等（すなわち、周壁３ｂおよび天壁３ｃなど）の内面で凝縮する。このときの蒸気４ｂの潜熱により周壁３ｂ等が加熱される。収容容器３の内部は、温度制御媒体４の液体４ａと蒸気４ｂで満たされたヒートパイプと同じ状態であり、収容容器３の温度は潜熱による温度移動により非常に高い均一性が得られる。これにより、収容容器３を非常に均一な温度で加熱することが可能になり、その結果、収容容器３に保持された多数の基材Ｗを均一に加熱することが可能になる。
　収容容器３あるいは基材Ｗが所定の温度になったときには、制御部１０は、電源８から加熱源５へ入力される電力を停止あるいは抑制するように制御する。これにより、制御部１０は、温度制御媒体４（液体４ａおよび蒸気４ｂ）、さらには収容容器３の温度を所定の温度で安定するように加熱源５を制御することが可能である。
　本実施形態の成膜装置１では、上記のように、基材Ｗに熱を伝達する温度制御媒体４を加熱源５によって直接加熱することにより、基材温度を効率よく均一に制御することを可能にする。すなわち、上記の成膜装置１の構成によれば、加熱源５は、収容容器３の収容空間３ａにおいて、液体４ａと蒸気４ｂ（気体）との間で相変化する温度制御媒体４の液体４ａと接触する位置に設置されている。そのため、当該加熱源５は、従来技術のように筒体などを介さずに温度制御媒体４を直接加熱し、速やかに当該媒体４を気化可能な温度まで加熱することが可能である。このため、温度制御媒体４の液体４ａが気化して発生した気体、すなわち蒸気４ｂは、収容空間３ａに速やかに拡散され、当該蒸気４ｂの潜熱によって収容容器３を均一に加熱する。その結果、収容容器３に取り付けられた基材Ｗを速やかに均一に加熱することが可能である。よって、基材温度を効率よく均一に制御することが可能である。
　しかも、本実施形態の成膜装置１では、収容容器３の保持部３ｅは、温度制御媒体４の液体４ａの表面４ａ１の最大高さｈ以上の高い位置に配置されている。この構成では、保持部３ｅによって、収容容器３を温度制御媒体４の液体４ａが存在する位置以上の高い位置、すなわち、温度制御媒体４の蒸気４ｂが存在する位置に配置することが可能になる。そのため、当該蒸気４ｂの潜熱によって基材Ｗの均一な加熱を確実に達成することが可能である。
　さらに、本実施形態の成膜装置１では、収容容器３の保持部３ｅは、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有し、当該基材Ｗの表面に密着する接触面３ｆを有する。そのため、温度制御媒体４の蒸気４ｂの潜熱を保持部３ｅの接触面３ｆを介して基材Ｗへ効率よく伝達することが可能である。
　以上の実施形態の成膜装置１では、加熱源５によって温度制御媒体４を加熱することによって収容容器３の温度制御を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、加熱源５とともに、温度制御媒体４を冷却する機構をさらに備えてもよい。
　例えば、図４に示される本発明の変形例に係る成膜装置１のように、収容容器３の内部に気体冷却部１１をさらに備えていてもよい。この構成では、気体冷却部１１は、収容容器３の収容空間３ａの内部の上部に配置され、温度制御媒体４における気体状態、すなわち蒸気４ｂの部分を冷却する。
　気体冷却部１１は、例えば、水などの冷媒が通る円環状のパイプを備えている。冷媒は、真空チャンバ２の外部から気体冷却部１１へ冷媒配管１２を通って供給され、当該冷媒配管１２を通って気体冷却部１１から排出される。冷媒配管１２において回転テーブル６とともに回転する部分は、ロータリージョイントなどの流体継手を介して接続される。
　なお、気体冷却部１１で用いられる冷媒は、水などの液体の他にもガスでもよい。
　図４に示される気体冷却部１１を備えた成膜装置１では、収容空間３ａの内部の上部において、温度制御媒体４における気体状態の部分、すなわち蒸気４ｂを気体冷却部によって冷却して液化する。液化した温度制御媒体４は、収容空間３ａの内壁に沿って流れ落ちるときに収容容器３を冷却する。その結果、成膜時において収容容器３の温度上昇を抑えることが可能である。
　例えば、収容容器３を加熱源５で加熱するときには、気体冷却部１１は停止している。成膜中は、収容容器３の温度が成膜源７から発生するプラズマから放出される熱により上昇する。成膜中に収容容器３の温度上昇を抑制する必要が生じた場合には、加熱源５を停止させ、冷却水が冷媒配管１２を通して気体冷却部１１へ供給される。これにより、気体冷却部１１の周辺の温度制御媒体４の蒸気４ｂは、冷却水により冷却されて凝縮する。温度制御媒体４の蒸気４ｂが凝縮して生成された液体４ａは、収容容器３の周壁３ｂの内面に沿って流れ落ちる。収容容器３の温度は、気体冷却部１１から離れるにつれて高くなる。そのため、落下する液体４ａは、気体冷却部１１から離れた位置で収容容器３から熱を受けて再び蒸発し、そのときの潜熱によって収容容器３の周壁３ｂから熱を奪う。これによって収容容器３の全体が冷却され、収容容器３の温度上昇が抑制される。このように、気体冷却部１１の冷却能力によって収容容器３全体を効率よく冷却することが可能である。
　また、本発明の他の変形例として、図５に示される成膜装置１のように、収容容器３の収容空間３ａの内部の底部に配置され、温度制御媒体４における液体４ａ状態の部分を冷却する液体冷却部１３をさらに備えた構成を有してもよい。この液体冷却部１３も、上記の気体冷却部１１と同様に、冷媒配管１４を介して水などの冷媒の供給および排出を行うようにすればよい。図５に示される液体冷却部１３を備えた成膜装置１では、収容空間３ａの内部の底部において、温度制御媒体４における液体４ａ状態の部分を液体冷却部によって冷却することによって、蒸気４ｂを含む温度制御媒体４全体の温度を下げることが可能になる。これにより、成膜時において収容容器３の温度上昇を抑えることが可能である。
　このように、液体冷却部１３によって温度制御媒体４の液体４ａを冷却する場合には、温度制御媒体４全体の温度を下げながら収容容器３を冷却する。そのため、上記の図４に示される変形例のように気体冷却部１１によって温度制御媒体４の蒸気４ｂを冷却して液体４ａを生成し、当該液体４ａの再蒸発時の潜熱を利用して収容容器３を冷却する場合と比較して、収容容器３を緩やかに冷却することが可能である。したがって、収容容器３の温度の均一性を維持しやすい。
　また、本発明のさらに他の変形例として、図６に示される成膜装置１のように、収容空間３ａの内部に存在する蒸気４ｂを当該収容空間３ａから排気する排気部１５をさらに備えていてもよい。排気部１５は、例えば、収容容器３の収容空間３ａ内部と真空チャンバ２の外部の空間とを連通する連通路と、当該連通路を開閉する開閉機構とを備えている。この構成では、温度制御媒体４の蒸気４ｂ以外の成分を含むガスが収容空間３ａ内部に混入または発生した場合には、排気部１５によって当該収容空間３ａから排気することが可能である。そのため、温度制御媒体４の相変化を長期に安定して行うことが可能である。
　すなわち、収容容器３の収容空間３ａは、温度制御媒体４が封入される前に、真空排気されて異物は無い状態になっている。しかし、温度制御媒体４の熱分解等によって、温度制御蒸気４ｂ以外の成分が当該収容空間３ａ内部に混入される場合がある。このような場合には、収容容器３の温度が低下して温度制御媒体４がほぼ液体４ａの状態になっているときに、排気部１５によって、温度制御蒸気４ｂ以外の高蒸気圧成分を収容空間３ａから除去する。これによって、温度制御媒体４の長期の動作安定を確保することが可能である。
　上記の実施形態の成膜装置１では、加熱源５としてシースヒータを例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。温度制御媒体４と接触する位置に配置され、当該温度制御媒体４を直接加熱することが可能であれば、本発明の加熱源として種々の形態を採用することが可能である。
　すなわち、本発明のさらに他の変形例として、図６に示される成膜装置１のように、加熱源１６は、収容空間３ａの底部を形成し、温度制御媒体４の液体４ａと接触している底部形成部１６ａと、当該底部形成部１６ａを誘導加熱することにより温度制御媒体４を加熱する誘導加熱部１６ｂとを備えていてもよい。
　底部形成部１６ａは、ステンレスなどの金属製の材料で製造される。底部形成部１６ａは、収容容器３の底壁を構成する。底部形成部１６ａは、収容容器３の周壁３ｂおよび天壁３ｃとともに一体形成される。なお、底部形成部１６ａは、周壁３ｂおよび天壁３ｃと別部材でもよい。底部形成部１６ａの上面は、収容空間３ａの底部を形成しているので、温度制御媒体４の液体４ａに接触している。
　誘導加熱部１６ｂは、底部形成部１６ａを誘導加熱する構成を有し、例えば、誘導コイルを備えている。誘導加熱部１６ｂは、電源８から交流電流が供給されることにより、温度制御媒体４の液体４ａと接触している底部形成部１６ａを誘導加熱により加熱する。これにより、当該底部形成部１６ａに接触する温度制御媒体４を直接加熱して当該媒体４を速やかに加熱することが可能である。
　また、加熱源のさらに他の例として、例えば、上記の底部形成部１６ａと、当該底部形成部１６ａの内部に鋳込まれたヒータとを備えた加熱源でもよい。この場合も、当該底部形成部１６ａと接触する温度制御媒体４を直接加熱して当該媒体４を速やかに加熱することが可能である。
　上記の実施形態の成膜装置１では、収容容器３が温度制御媒体４を収容する収容空間３ａを有する部分と保持部３ｅを有する部分とを一体にした構成を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のさらに他の変形例として、図７～８に示される成膜装置のように、収容容器２１が、収容空間２２ａを有する収容容器本体２２と、ホルダ２３とをそれぞれ有する構成でもよい。ホルダ２３は、基材Ｗを保持する保持部２３ａを有しており、収容容器本体２２の外面に取り付けられている。この構成では、ホルダ２３を介して基材Ｗを収容容器本体２２の外面に確実に固定することが可能である。また、基材Ｗの形状に対応してホルダ２３の形状を変更すればよいので、収容容器本体２２の形状の変更は少なくても済む。また、収容容器本体２２の外径を円筒形状のままとして、ホルダ２３の形状を収容容器本体２２に密着可能な形状とすると、収容容器をより安価に製作できる。
　図７～８の収容容器本体２２は、具体的には、図１の収容容器１と同様に、収容空間２２ａを有する中空の筒体であり、周壁２２ｂと、天壁２２ｃと、底壁２２ｄとによって収容空間２２ａが形成される。収容空間２２ａは、密閉空間であり、前記温度制御媒体４が収容されている。
　ホルダ２３は、具体的には、収容容器本体２２の外面に形成された凹部などの取付部分２２ｅに取り付けられている。ホルダ２３は、収容容器本体２２とは別個の部材であるので、当該収容容器本体２２と異なる材料（例えば、収容容器本体２２の材料よりも熱伝導性の良い材料）で製造することが可能である。ホルダ２３は、収容容器本体２２の外周面から突出した状態で当該収容容器本体２２に取り付けることが可能である。
　基材Ｗを保持する保持部２３ａは、具体的には、上記の保持部３ｅ（図１参照）と同様に、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有する。保持部２３ａは、例えば、ホルダ２３の外面に形成された凹部や溝などによって構成される。保持部２３ａは、当該基材Ｗの表面に密着する接触面２３ｂを有するので、ホルダ２３を介して基材Ｗへ温度制御媒体４の熱が伝達しやすい。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本実施形態の成膜装置は、減圧下で基材の成膜を行う成膜装置であって、真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に取り付けられ、前記基材を保持する保持部を有する収容容器であって、その内部に収容空間を有する収容容器と、液体と気体との間で相変化する温度制御媒体であって、前記収容空間の底部に前記液体が存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間の内部に収容された温度制御媒体と、前記収容空間の内部において前記液体と接触する位置に設置され、前記温度制御媒体を気化可能な温度に加熱する加熱源と、を備えていることを特徴とするものである。
　本実施形態では、基材に熱を伝達する温度制御媒体を加熱源によって直接加熱することにより、基材温度を効率よく均一に制御することを可能にする。すなわち、上記の構成によれば、加熱源は、収容容器の収容空間において、液体と気体との間で相変化する温度制御媒体の液体と接触する位置に設置されている。したがって、当該加熱源は、従来技術のように筒体などを介さずに温度制御媒体を直接加熱し、速やかに当該媒体を気化可能な温度まで加熱することが可能である。このため、温度制御媒体の液体が気化して発生した気体、すなわち蒸気は、収容空間に速やかに拡散され、当該蒸気の潜熱によって収容容器を均一に加熱する。その結果、収容容器に取り付けられた基材を速やかに均一に加熱することが可能である。よって、基材温度を効率よく均一に制御することが可能である。
　前記収容容器の前記収容空間は、真空状態まで減圧された状態で前記温度制御媒体が封入された空間であるのが好ましい。
　かかる構成によれば、収容空間の内部に不純物成分が無く温度制御媒体のみで満たされることにより、収容容器の高い温度均一性を得ることが可能である。
　保持部は、前記液体の表面の最大高さ以上の高い位置に配置されているのが好ましい。
　かかる構成によれば、保持部によって、収容容器を温度制御媒体の液体が存在する位置以上の高い位置、すなわち、温度制御媒体の蒸気が存在する位置に配置することが可能になる。そのため、当該蒸気の潜熱によって基材の均一な加熱を確実に達成することが可能である。
　前記保持部は、前記基材の外形形状に対応する形状を有し、当該保持部は、当該基材の表面に密着する接触面を有するのが好ましい。
　かかる構成によれば、温度制御媒体の蒸気の潜熱を保持部の接触面を介して基材へ効率よく伝達することが可能である。
　前記温度制御媒体は、前記基材の成膜時における前記収容容器の温度に対応する当該温度制御媒体の蒸気圧が１～１００ｋPａになる材料であるであるのが好ましい。
　かかる構成によれば、成膜処理を行っている状態および行っていない状態のいずれの場合も、収容容器の内外の圧力差が大気圧以下に維持することができるので、収容容器の壁を薄くすることが可能である。すなわち、成膜処理を行っている状態では、真空チャンバ内部は真空に近い圧力まで減圧され、その一方で、収容容器内部は温度制御媒体が加熱源によって加熱されることによって蒸気が発生して圧力が上昇する。しかし、温度制御媒体は成膜時における収容容器の温度に対応する蒸気圧が大気圧（ほぼ１００ｋＰａ）以下の１～１００ｋＰａであるので、収容容器の内外の圧力差を大気圧以下に保つことが可能である。一方、成膜処理を行わない状態では、収容容器の外部は大気圧であるが、収容容器の内部は温度制御媒体が加熱されていないので圧力が大気圧より低い状態になる。この場合も、収容容器の内外の圧力差を大気圧以下（１～１００ｋＰａ）に保つことが可能である。よって、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器の内外の圧力差が大気圧以下に維持されるので、収容容器の耐圧性を維持するために必要な収容容器の壁を薄くすることが可能になる。これにより、当該壁における熱伝達の抵抗を下げることが可能になり、基材の温度制御がさらに容易になる。また、収容容器の軽量化も達成することが可能である。
　前記温度制御媒体は、水、アルキルベンゼン、パラフィン系炭化水素およびメチルナフタレンからなる群から選択された少なくとも１つを含むのが好ましい。
　この場合、温度制御媒体として選択される上記の材料はいずれも安価で入手しやすく、しかも、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器内外の圧力差を大気圧以下に維持することが可能である。
　前記加熱源は、前記液体に浸漬された位置に配置されたシースヒータであり、当該シースヒータは、通電時に発熱する電熱線と、当該電熱線の外周を覆って、当該電熱線を前記液体から保護するシースとを有するのが好ましい。
　かかる構成によれば、加熱源として用いられるシースヒータは、温度制御媒体の液体に浸漬されて当該シースヒータの外表面全体で温度制御媒体に接触する。これにより、温度制御媒体をシースヒータによって直接加熱して速やかに加熱することが可能である。しかも、シースヒータの電熱線はシースによって液体から保護されているので、液体が電熱線に接触して短絡が発生するおそれがない。
　前記前記加熱源は、前記収容空間の底部を形成し、前記液体と接触している底部形成部と、当該底部形成部を誘導加熱することにより前記温度制御媒体を加熱する誘導加熱部とを有してもよい。
　かかる構成によれば、温度制御媒体の液体と接触している底部形成部を誘導加熱部によって誘導加熱することにより、当該底部形成部に接触する温度制御媒体を直接加熱して当該媒体を速やかに加熱することが可能である。
　前記収容容器の収容空間の内部の上部に配置され、前記温度制御媒体における気体状態の部分を冷却する気体冷却部をさらに備えているのが好ましい。
　かかる構成によれば、収容空間の内部の上部において、温度制御媒体における気体状態の部分、すなわち蒸気を気体冷却部によって冷却して液化する。液化した温度制御媒体は、収容空間の内壁に沿って流れ落ちるときに収容容器を冷却する。その結果、成膜時において収容容器の温度上昇を抑えることが可能である。
　前記収容容器の収容空間の内部の底部に配置され、前記温度制御媒体における液体状態の部分を冷却する液体冷却部をさらに備えていてもよい。
　かかる構成によれば、収容空間の内部の底部において、温度制御媒体における液体状態の部分を液体冷却部によって冷却することによっても、蒸気を含む温度制御媒体全体の温度を下げることが可能になり、成膜時において収容容器の温度上昇を抑えることが可能である。
　前記収容空間の内部に存在する気体を当該収容空間から排気する排気部をさらに備えているのが好ましい。
　かかる構成によれば、温度制御媒体の気体以外の成分を含むガスが収容空間内部に混入または発生した場合には、排気部によって当該収容空間から排気することが可能である。そのため、温度制御媒体の相変化を長期に安定して行うことが可能である。
　前記収容容器は、前記収容空間を有する収容容器本体と、前記収容容器本体の外面に取り付けられ、前記保持部を有するホルダとを有するのが好ましい。
　かかる構成によれば、ホルダを介して基材を収容容器本体の外面に確実に固定することが可能である。また、基材の形状に対応してホルダの形状を変更すればよいので、収容容器本体の形状の変更は少なくても済む。

Claims (12)

  1. 　減圧下で基材の成膜を行う成膜装置であって、
    　真空チャンバと、
    　前記真空チャンバの内部に取り付けられ、前記基材を保持する保持部を有する収容容器であって、その内部に収容空間を有する収容容器と、
    　液体と気体との間で相変化する温度制御媒体であって、前記収容空間の底部に前記液体が存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間の内部に収容された温度制御媒体と、
    　前記収容空間の内部において前記液体と接触する位置に設置され、前記温度制御媒体を気化可能な温度に加熱する加熱源と、
    　を備えている成膜装置。
  2. 　前記収容容器の前記収容空間は、真空状態まで減圧された状態で前記温度制御媒体が封入された空間である、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記保持部は、前記液体の表面の最大高さ以上の高い位置に配置されている、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  4. 　前記保持部は、前記基材の外形形状に対応する形状を有し、
    　当該保持部は、当該基材の表面に密着する接触面を有する、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  5. 　前記温度制御媒体は、前記基材の成膜時における前記収容容器の温度に対応する当該温度制御媒体の蒸気圧が１～１００ｋPａになる材料である、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  6. 　前記温度制御媒体は、水、アルキルベンゼン、パラフィン系炭化水素およびメチルナフタレンからなる群から選択された少なくとも１つを含む、　
    請求項５に記載の成膜装置。
  7. 　前記加熱源は、前記液体に浸漬された位置に配置されたシースヒータであり、
    　当該シースヒータは、通電時に発熱する電熱線と、当該電熱線の外周を覆って、当該電熱線を前記液体から保護するシースとを有する、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  8. 　前記加熱源は、前記収容空間の底部を形成し、前記液体と接触している底部形成部と、当該底部形成部を誘導加熱することにより前記温度制御媒体を加熱する誘導加熱部と
    を有する、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  9. 　前記収容容器の収容空間の内部の上部に配置され、前記温度制御媒体における気体状態の部分を冷却する気体冷却部をさらに備えている、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  10. 　前記収容容器の収容空間の内部の底部に配置され、前記温度制御媒体における液体状態の部分を冷却する液体冷却部をさらに備えている、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  11. 　前記収容空間の内部に存在する気体を当該収容空間から排気する排気部をさらに備えている、
    請求項１または２に記載の成膜装置。
  12. 　前記収容容器は、
    　前記収容空間を有する収容容器本体と、
    　前記収容容器本体の外面に取り付けられ、前記保持部を有するホルダと、を有する、請求項１または２に記載の成膜装置。
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