(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工基板が載置される基板電極において、
加熱手段と直接対面する位置に、
前記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、
前記被加工基板の被膜形成面の反対面を弾発的に押圧するように前記貫通孔に嵌設された複数の伝熱ピンとを有し、
前記伝熱ピンは、前記加熱手段と直接対面する一端に受熱容量の大きい熱浴部と、前記被加工基板に接する他端に半球状の頭部とを有する
ことを特徴とする基板電極。
【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Ａｒ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１００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】
上記目的は、被加工基板が載置される基板電極において、加熱手段と直接対面する位置に、前記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、前記被加工基板の被膜形成面の反対面を弾発的に押圧するように前記貫通孔に嵌設された複数の伝熱ピンとを有し、前記伝熱ピンは、前記加熱手段と直接対面する一端に受熱容量の大きい熱浴部と、前記被加工基板に接する他端に半球状の頭部とを有するように構成された基板電極によって解決される。
【００１２】
このように構成することにより、複数の伝熱ピンから構成された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、弾発的に接触する。
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る。その結果、基板電極と表面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１３ａ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１１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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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