(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で真空処理を可能とする真空容器と、
基板を保持することが可能な基板ホルダーと、
前記基板ホルダーを回動軸まわりに回動させ、前記基板ホルダーに保持された基板を前記真空容器内に設けられたプロセスソースに対して傾斜可能な傾斜部と、
前記基板ホルダーに設けられ、前記真空容器の外側に設けられた圧縮装置とともに作用することで、前記基板ホルダーに保持された基板を冷却する冷却装置と、
前記傾斜部に設けられ、前記圧縮装置から前記冷却装置へ冷媒ガスを供給する供給路、及び前記冷却装置から前記圧縮装置へ冷媒を排出する排出路が形成された回転継手と、を備え、
前記回転継手は、
前記真空容器に固定された固定部と、
前記固定部に対して回動可能に設けられ、前記基板ホルダーに固定された回動部と、
前記固定部または前記回動部に設けられ、前記固定部と前記回動部とが対向する領域において前記供給路または前記排出路から漏れた冷媒ガスを、前記回転継手の外部に導くガス誘導路と、を備えることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記回転継手は、
前記領域において、前記供給路をシールする第１シール部材と、
前記領域において、前記排出路をシールする第２シール部材と、をさらに備え、
前記ガス誘導路は、前記第１シール部材、及び前記第２シール部材のいずれにも接する空間に連結されることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記回転継手は、前記第１シール部材、及び第２シール部材の少なくとも一方にグリースを供給するために、前記空間に接続されたグリース供給口をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記グリース供給口は、前記ガス誘導路を兼ねていることを特徴とすることを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空処理装置に関する。特に、真空容器内で傾斜可能に設けられた基板ホルダーに保持された基板を冷却できる真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機を用いて基板ホルダーに保持された基板を冷却する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この成膜装置では、基板ホルダー内にＧＭ式の冷凍機を配置し、基板を効率よく冷却できるように構成されている。そして、冷凍機との間でヘリウムガスをやり取りする圧縮装置を真空容器の外部に配置し、冷凍機と圧縮装置とは、冷媒としてのヘリウムガスを移送するホースで接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、基板ホルダーに冷凍機が内蔵されている構造のため、基板ホルダーを傾けるためには冷凍機をも傾けなければならない。しかしながら、冷凍機に連結されているホースは曲げに弱いために、冷凍機を傾ける際にホースの曲げ量を小さく抑える機構を必要としていた。しかしながら、装置のさらなる小型化もしくは低コスト化のため、傾斜する冷凍機に対してより簡便な構成でヘリウムを供給できる装置が望まれていた。【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡便な構造で、真空容器内で傾斜する冷凍機にヘリウムを供給できる真空処理装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の真空処理装置は、内部で真空処理を可能とする真空容器と、
基板を保持することが可能な基板ホルダーと、前記基板ホルダーを回動軸まわりに回動させ、前記基板ホルダーに保持された基板を前記真空容器内に設けられたプロセスソースに対して傾斜可能な傾斜部と、
前記基板ホルダーに設けられ、前記真空容器の外側に設けられた圧縮装置とともに作用することで、前記基板ホルダーに保持された基板を冷却する冷却装置と、
前記傾斜部に設けられ、前記圧縮装置から前記冷却装置へ冷媒ガスを供給する供給路、及び前記冷却装置から前記圧縮装置へ冷媒を排出する排出路が形成された回転継手と、を備え、
前記回転継手は、前記真空容器に固定された固定部と、
前記固定部に対して回動可能に設けられ、前記基板ホルダーに固定された回動部と、
前記固定部または前記回動部に設けられ、前記固定部と前記回動部とが対向する領域において前記供給路または前記排出路から漏れた冷媒ガスを、前記回転継手の外部に導くガス誘導路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の真空処理装置によれば、真空容器内で傾斜する基板ホルダーに保持された基板を冷却できる真空処理装置を提供できる。特に、ＧＭ式の冷凍機を用いて基板を冷却する基板ホルダーを備えているため、熱流入の比較的大きな真空プロセスや装置構成においても基板を傾けながら十分に冷却できる。【０００８】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空処理装置の概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。各実施形態において、真空処理装置１としてスパッタリング装置を例にとって説明するが、他の蒸着装置やエッチング装置にも本発明を適用できることは勿論である。例えば、本発明をエッチング装置に適用する場合は、プロセスソースとしてイオンビームソースを用いる。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る真空処理装置を図１〜４に基づいて説明する。図１は真空処理装置１の概略図、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、ホルダー回動軸Ｏに垂直な面での真空処理装置１中央部の断面概略図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図であり、ホルダー回動軸Ｏに平行な重力方向の面での基板ホルダー１０の断面概略図である。また、図４は回転継手２９の断面概略図である。なお図１は真空容器の内側が見えるように壁面の一部を取り除いて記載した。
【００１１】
真空処理装置１は、スパッタリング装置であり、基板ホルダー１０がカソード５に対して傾斜する方向に回動することにより、カソード５に取付けられたプロセスソースとしてのターゲットＴＧからスパッタされた被成膜物質（プロセス粒子）が基板Ｗに入射する角度（入射角）を変化させることができる。真空処理装置１は、基板ホルダー１０とカソード５を真空容器３内に有している。
【００１２】
ターゲットホルダーとしてのカソード５は、カソード回転軸Ｃを回転軸として回転する回転カソードである。外周部に３つのターゲットＴＧを取り付けて、基板ホルダー１０に対向させることで成膜に使用するターゲットＴＧを選択しうる。ターゲットＴＧ表面に磁場を生じさせるマグネットがカソード５の内部に備えられている。基板ホルダー１０に対向させたターゲットＴＧに不図示の電源からの電力を印加することにより選択したターゲットＴＧをスパッタする。また、カソード５を回転させて、基板ホルダー１０に保持された基板Ｗに対向するターゲットＴＧの相対角度を変化させることもできる。従って、カソード５の回転によっても、選択したターゲットＴＧからスパッタされた被成膜物質が基板Ｗに入射する角度を調整することができる。スパッタ粒子を基板Ｗに角度を付けて入射させることにより膜厚の均一化に効果がある。カソード５の周囲にはプロセスガスを導入する不図示のガス導入装置が設けられている。
【００１３】
基板ホルダー１０は、基板Ｗを保持するステージ１１（基板ステージ）を有している。傾斜部としての傾斜装置によって基板ホルダー１０は、ホルダー回動軸Ｏ（回動軸）のまわりに回動可能（傾斜可能）に構成されている。傾斜装置は、基板ホルダー１０をホルダー回動軸Ｏのまわりに回動動作させる装置であり、基板ホルダー１０と連結され、真空容器３に対して回動する回動部材１２を有している。基板ホルダー１０は内部及び回動部材１２の内部は気密に構成されており、真空容器３内が真空雰囲気であっても基板ホルダー１０内部は大気圧に保持しうる。
【００１４】
傾斜装置（傾斜部）は、回動部材１２の他に、回動部材１２を真空容器３に支持するベアリング５１、回動部材１２と真空容器３の接続部分をシールするシール機構５２、回動部材１２を回動させる駆動源５３、駆動源の回動角度を検知することで基板ホルダー１０の傾斜角度を検知する不図示のセンサー、センサーからの信号と予め入力された設定値とから駆動源５３を制御する不図示の制御装置を有して構成されている。本実施形態ではシール機構５２としては磁性流体を用いた磁気シールが採用されている。また、回動部材１２には後述の回転継手２９が連結されている。
【００１５】
傾斜装置の回動部材１２を回動させることで、回動部材１２に固定された基板ホルダー１０を傾けて、ステージ１１上の基板ＷがターゲットＴＧと対向する相対角度を調整しうる。すなわち、傾斜装置によってターゲットＴＧから基板Ｗに入射するスパッタ粒子の相対角度（入射角度）を調整しうる。基板ホルダー１０の内部にはステージ１１を冷却する冷却装置としての冷凍機１３が備えられている。
【００１６】
冷凍機１３（冷却装置）はＧＭ式の冷凍機である。ＧＭ式冷凍機は、冷凍機内部の蓄冷剤の入ったシリンダ内のピストン（ディスプレーサ）を上下駆動させてヘリウムガスを断熱膨張させることで極低温まで冷却しうる装置である。本実施形態では冷媒ガスとしてヘリウムガスを用いているが他のガスを用いても良い。
【００１７】
真空容器３の外側には図３に模式的に示すように圧縮装置２７が配置されている。冷凍機１３は圧縮装置２７とともに作用して基板ホルダー１０に保持された基板を冷却するように構成されている。すなわち、冷凍機１３のシリンダ内で圧縮装置２７から供給された高圧ヘリウムガス（高圧冷媒）を膨張させることで、冷凍機１３に連結されたステージ１１を介して基板Ｗを冷却しうる。また、冷凍機１３内で膨張した低圧ヘリウムガス（低圧冷媒）は排出路を通って圧縮装置２７に回収される。回収された低圧ヘリウムガスは圧縮装置２７で圧縮され高圧ヘリウムガスとして再び冷凍機１３へ送り出される。
【００１８】
冷凍機１３と圧縮装置２７は、回転継手２９及び高圧ヘリウムガスを移送できるホース（移送部）１７を介して接続されている。ホース１７は圧縮装置２７から回転継手２９の供給用口３２に高圧ヘリウムガスを供給する供給ホースと、回転継手の排出用口３３から圧縮装置２７にヘリウムガスを戻す回収ホースとから構成されている。
【００１９】
図４に示すように、回転継手２９は、真空容器３側に固定された固定部３０と、回動部材１２に固定され、固定部３０に対して回動する回動部３１とを有して構成されている。回転継手２９の回動部３１は基板ホルダー１０に伴って回動する。固定部３０は、略丸棒状の樹脂若しくは金属部材であり、一端側が真空容器３に固定されている。回動部３１は、略環形状を有する樹脂若しくは金属部材であり、固定部３０の一端側を内部に通し、固定部３０に対して回動可能に取り付けられている。
【００２０】
回転継手２９の固定部３０に設けられた供給用口３２と回動部３１に設けられた供給用口３４は、回動部３１の回動角度によらず連通され、圧縮装置側から冷却装置側へ冷媒ガスを供給する供給路を構成している。同様に、回転継手２９の固定部３０に設けられた排出用口３３と回動部３１に設けられた排出用口３５は、回動部３１の回動角度によらず連通され、冷却装置側から圧縮装置側へ冷媒ガスを回収するために排出する排出路を構成している。
【００２１】
また、回転継手２９の回動部３１に設けられた供給用口３４は冷凍機１３のシリンダ内に通じる不図示の移送口に連通されている。そして、移送口から冷凍機１３のシリンダ内に高圧ヘリウムガスを供給し、シリンダ内で膨張した低圧ヘリウムガスを他の移送口から冷凍機１３の外部に排出する。低圧ヘリウムを排出する冷凍機１３の移送口は回転継手の回動部３１に設けられた排出側の排出用口３５に連通されている。
【００２２】
回転継手２９の回動部３１と固定部３０とが対向する領域には、ヘリウムが流れるガス流通溝５５（５５ａ，５５ｂ）と、Ｏリング５７ｄ（シール部材）を設けるシール溝５７（５７ａ，５７ｂ，５７ｃ）と、グリースが滞留するグリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）とが設けられている。本実施形態では、それぞれの溝は、固定部３０の円周方向に一周するように回動部３１側に環状に形成されているが、固定部３０に上記の各溝を形成、若しくは固定部３０と回動部３１のいずれにも上記の各溝を形成しても良い。
【００２３】
ガス流通溝５５としては、圧縮装置２７から高圧ヘリウムを供給するガス供給溝５５ａと冷凍機１３から圧縮装置２７にヘリウムガスを戻すガス排出溝５５ｂが設けられている。シール溝５７としては、供給路のガス流通溝５５ａの両側に設けられるシール溝５７ａと、排出路のガス流通溝５５ｂの両側に設けられるシール溝５７ｂ、さらに、後述するグリース溝５９ｂを挟んでガス流通溝５５ａ、５５ｂの逆側にそれぞれ設けられたシール溝５７ｃとがある。
【００２４】
このシール溝５７ｃにＯリング５７ｄをそれぞれ環装することでヘリウムガスが回動部３１と固定部３０が対向する領域からヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。ガス供給溝５５ａの両側のシール溝５７ａのそれぞれに環装された２つのＯリング５７ｄ（第１シール部材）によって、ガス供給溝５５ａから高圧ヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。同様に、ガス供給溝５５ｂの両側のシール溝５７ｂのそれぞれに環装されたＯリング５７ｄ（第２シール部材）によってガス供給溝５５ｂから高圧ヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。
【００２５】
また、ガス供給溝５５ａとガス排出溝５５ｂの間のシール溝（５７ａ，５７ｂのそれぞれ一方側）にＯリング５７ｄを環装することで、ガス供給溝５５ａに流れる高圧ヘリウムガスが低圧側のガス排出溝５５ｂに流入するのを防いでいる。なお、本実施形態では、回動部３１と固定部３０が対向する領域は、固定部３０の環状部分の内面と回動部３１の外周面とが対向する部分である。
【００２６】
グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）は、Ｏリング５７ｄの磨耗を抑えるためシール溝５７ａ，５７ｂの近傍に設けられており、常にＯリング５７ｄにグリースが充填されるような構造となっている。さらに、グリースに大気側から塵が混入しないよう、グリース溝横の大気側のシール溝５７ｃにもＯリング５７ｄが設けられている。
【００２７】
圧縮装置２７から移送された高圧のヘリウムガスはホース１７を介して固定部３０の供給用口３２に入り、回動部３１の供給用口３４から排出される（供給路）。供給用口３４から排出された高圧のヘリウムガスは冷凍機１３へ供給される。一方、冷凍機１３から排出された低圧のヘリウムガスは回動部３１の排出用口３５から流入し、固定部３０の排出用口３３から排出される（排出路）。そして、排出用口３３から排出された低圧のヘリウムガスはホース１７を介して圧縮装置２７に戻る。固定部３０及び回動部３１の供給路と排出路は回転継手２９の内部で別れており、互いにヘリウムガスが行き来することがない構造となっている。
【００２８】
具体的には、固定部３０は圧縮装置２７からの供給用口３２と、軸Ｂと平行な通路３７と、軸Ｂと垂直な通路３６，３８とを有している。供給用口３２と通路３６と通路３７と通路３８は連通し、冷媒ガスの供給路の一部をなしている。また、固定部３０は軸Ｂと垂直な通路４１，４３と、軸Ｂと平行な通路４２と、圧縮装置２７への排出用口３３と、を有している。排出用口３３と通路４１と通路４３と通路４２は連通し、冷媒ガスの排出路の一部をなしている。なお、軸Ｂは回動部３１の回動軸であり、本実施形態においては軸Ｏと重なるように配置されている。
【００２９】
回動部３１には、冷媒ガスの供給路の一部として、供給用口３４と、円周方向に形成されたガス供給溝５５ａと、供給用口３４とガス供給溝５５ａとを繋ぐ通路４０とを有している。また、冷媒ガスの排出路の一部として、円周方向のガス排出溝５５ｂと、排出用口３５と、排出用口３５とガス排出溝５５ｂとを繋ぐ通路４５とを有している。
【００３０】
回動部３１はハウジング形状となっており、ベアリング４７を介して、回動部３１と固定部３０とを軸通させると、回動部３１の回転方向のガス供給溝５５ａと、固定部３０の軸Ｂと垂直な通路３８とが連通し、回動部３１の回転方向のガス排出溝５５ｂと、固定部３０の軸Ｂと垂直な通路４３とが連通する。これにより、固定部３０の供給用口３２から流入したヘリウムガスは、回動部３１の供給用口３４を通り冷凍機１３へ移送するとともに、回動部３１の排出用口３５から流入したヘリウムガスは、固定部３０の排出用口３３から圧縮装置２７へ移送される。
【００３１】
グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）は、Ｏリング５７ｄにグリースを供給するためのグリース溜まりとしての溝であり、Ｏリング５７ｄが配置されるシール溝５７に隣接して回動部３１に設けられている。グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）にグリースを供給するグリース供給口としてのグリース供給用通路６０（６０ａ，６０ｂ）が回動部３１に設けられている。グリース供給用通路６０はそれぞれのグリース溝５９に備えられている。本実施形態においては３つのグリース溝５９が設けられているため、グリース供給用通路６０も３つ設けられている。
【００３２】
具体的には、グリース溝５９ａは、供給路の一部であるガス供給溝５５ａ及び、排出路の一部であるガス排出溝５５ｂの間にあるシール溝５７ａ，５７ｂに配置された２つのＯリング５７ｄにグリースを供給するため設けられている。そのため、グリース溝５９ａはそれらのＯリングのいずれにも接する空間に設けられている。グリース供給用通路６０ａはグリース溝５９ａに連通している。同様に、グリース溝５９ｂは、シール溝５７ａの一方とシール溝５７ｃの間、及びシール溝５７ｂの一方とシール溝５７ｃの間に配置されたＯリング５７ｄにそれぞれグリースを供給するために、それらのＯリングのいずれにも接する空間に設けられている。グリース供給用通路６０ｂはグリース溝５９ｂに連通している。なお、回動部３１の外周は回動部材１２の内側であるため大気圧である。すなわち、グリース供給用通路６０ａ，６０ａの両側は大気圧雰囲気である。
【００３３】
時間経過により、グリース溝５９内のグリースから放出された汚染ガスは、グリース供給用通路６０を通り大気へ放出される。そのため、ガス供給溝５５ａ及びガス排出溝５５ｂに汚染ガスが流入することはない。すなわち、本実施形態のグリース供給用通路６０（グリース供給口）は汚染ガスを放出する通路（ガス誘導路）を兼ねている。また、大気圧に対し、ガス供給溝５５ａ及びガス排出溝５５ｂに流入しているヘリウムガス圧力はグリース溝５９内の圧力よりも高いため汚染ガスがヘリウムガスに混入することはない。すなわち、Ｏリング５７ｄに適度なグリースを供給しながら、グリースから発生する汚染ガスはグリース供給用通路６０（ガス誘導路）を介して排出できる。そのため、長期間に亘りヘリウムガスの純度が保たれる。
【００３４】
また、高圧ヘリウムガスが流通するガス供給溝５５ａと、低圧ヘリウムガスが流通するガス排出溝５５ｂの間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ａが連通しているため、ガス供給溝５５ａから漏れたヘリウムガスがガス排出溝５５ｂに流入することがない。もちろん、ガス排出溝５５ｂから漏れたヘリウムガスがガス供給溝５５ａに流入することもない。そのため、グリースから発生する汚染ガスのヘリウムガスへの混入を防ぐことができる。同様に、ガス供給溝５５ａと、大気圧の回転継手２９の外側との間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ｂが連通している。また、ガス排出溝５５ｂと、大気圧の回転継手２９の外側との間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ｂが連通している。そのため、大気圧側からガス排出溝５５ａにヘリウムガスが流入することがなく、グリースから発生する汚染ガスのヘリウムガスへの混入を防ぐことができる。
【００３５】
汚染ガスを排出するグリース供給用通路６０（ガス誘導路）によって、汚染ガスがヘリウムガスに混入することがないため、冷凍機１３の動作の信頼性を向上させることができる。すなわち、冷凍機１３内の低温部分で汚染ガス（不純物）が凍りつき、冷媒ガスの流路を妨げることがないため、冷媒ガスの流量の減少により冷却性能が低下することがない。また、冷凍機１３の可動部品に付着した不純物が凍ることによる冷凍機１３の動作不良や故障の心配がないため、冷凍機の信頼性を向上させることができる。そのため、メンテナンス間隔を延長できる。
【００３６】
もちろん、グリースから発生したガスに限らず、冷媒ガスに不純物が混入し冷凍機１３へ流入した場合、冷凍機１３の特徴である断熱膨張による極低温となったところに不純物が混入し凍りつくことが考えられる。この場合、冷媒ガスの流路が妨げられるためメンテナンスの必要が生じる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、汚染ガスはグリース供給用通路６０を介して排出しているが、グリース供給用通路６０とは別途に汚染ガス排出用のガス誘導路を回動部３１に設けてもよい。この場合は、グリース溝５９に連通する小さな通路を、回動部３１を貫通するように形成するとよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、ガス誘導路はグリース供給用通路６０を兼ねており、回動部３１に設けられているが、固定部３０にガス誘導路を設けても良い。固定部３０にガス誘導路を設ける場合は、供給路もしくは排出路から漏れた冷媒ガスを真空容器の外部側に汚染ガス用の排出口を設けてもよい。汚染ガス用の排出口から汚染ガスを回収して所定の処理を行えば冷媒ガスとして再生しうる。
【００３９】
（第２実施形態）
上記の第１実施形態は、グリース供給用通路６０ｂがガス誘導路を兼ねる構成であったが、グリース供給用通路６０ｂとガス誘導路とを、それぞれ異なる通路により構成してもよい。図５は、第２実施形態にかかる真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。図５に示す構成では、回動部３１にグリースを供給するグリース供給口としてのグリース供給用通路６０ｂが設けられており、グリース供給用通路６０ｂとは別構成で、ガスを放出する通路としてガス誘導路７０ｂが設けられている。
【００４０】
上述したように、第１および第２実施形態の真空処理装置によれば、簡便な構造で、真空容器内で傾斜する冷凍機にヘリウムガスを供給できる。さらに、Ｏリングにグリースを供給するグリース溝と大気側を連通する通路を形成することにより、冷媒ガスへの不純物の混入を防ぎ、冷凍機の信頼性を向上することができる。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
【００４２】
本願は、２０１３年２月２８日提出の日本国特許出願特願２０１３−３８１１１を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
【図１】
0005941215.tif 000002
【図２】
0005941215.tif 000003
【図３】
0005941215.tif 000004
【図４】
0005941215.tif 000005
【図５】
0005941215.tif 000006