(57)【要約】【課題】６００℃±５℃の均熱性を保持しながら強誘電体膜などをスパッタリングするプロセスにおいて、被処理基板を保持するトレーの反りや被処理基板からトレーへの放熱を防止し、処理被処理基板上での温度均一性を確保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。【解決手段】高温成膜処理する被処理基板保持機構として、被処理基板１をピン２にてトレー３上に保持し、また、トレー３へのスリットを実施し、さらにトレー３裏面に緩衝材３９を溶射することにより、被処理基板１表面温度均一性を向上させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を保持するトレーと前記被処理基板を加熱する発熱体との間に均熱板を介在させた成膜装置であって、前記被処理基板をピンを用いて保持し、前記トレーと被処理基板との接触面積を最小化したこと
を特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記発熱体と被処理基板との距離が５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記トレーの表面にピンを立て、前記ピンで前記均熱板を保持し、前記トレーと前記均熱板との接触面積を最小化すること
を特徴とする請求項１および２記載の成膜装置。
【請求項４】
被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーにスリットを形成し、前記スリットを塞ぐようにプレートが取り付けられたこと
を特徴とする成膜装置。
【請求項５】
被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーのうち、被処理基板を載置する面に成膜材料と同等の熱膨張率の薄膜を積層したこと
を特徴とする成膜装置。
【請求項６】
前記成膜材料と同等の熱膨張率を有する材料がＣＵ−ＡＬであることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造や電子部品製造などで用いられる成膜装置に関し、特に、スパッタリング技術などにおいて被処理基板を均一に加熱するための手段に特徴がある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体膜のスパッタリングプロセスは、ハードディスクアクチュエータなどの各種アクチュエータやインクジェット用ヘッド、更には角速度測定用センサーを形成するため成膜工程に応用されつつある。
【０００３】
以下、図４及び図５を参照しながら、従来の技術におけるスパッタリングプロセスを説明する。
【０００４】
図４は、従来の技術の強誘電体用スパッタリング装置の概略図を示す。
【０００５】
図４（ａ）は成膜装置の全体構成を示し、４１は被処理基板をトレーごとに収納するカセットロードロック室、４２は被処理基板をトレー毎にカセットロードロック室４１より搬送する真空移載室、４３は被処理基板をスパッタ処理する真空チャンバー、４４及び４５は各ポジションでのヒータを示している。また、図４（ｂ）は、前述する成膜装置の内部構成を示し、４６はカソードユニット、４７はトレーに載置される被処理被基板を各成膜ポジションへ移動させるターンテーブルである。
【０００６】
更に、図５は、ターンテーブル４７上に被処理基板が保持される状態を示しており、５１は被処理基板、５２は被処理基板を加熱するヒータ、５３はトレーである。このとき、被処理基板５１は、トレー５３上に直置きされている。
【０００７】
このような成膜装置において、所定のスパッタリングプロセスを行い、結晶構造の強誘電体膜を被処理基板５１の表面に膜質良く形成するには、被処理基板５１の表面の設定温度を±５℃以内に均一に保つ必要があるとされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述するような成膜装置では、被処理基板５１からトレー５３への放熱が非常に大きいことから、幾らヒータ４４，４５にて内外周の温度勾配を調整するにしても、被処理基板５１の表面での温度均一を保つことが難しいという問題を有することになる。
【０００９】
また、特にトレー５３が金属製である場合、このトレー５３を搭載している水冷配管付きのターンテーブル４７への放熱がトレー５３外周部で起こり易くなり、トレー５３の表面に温度勾配が発生し、場合によっては、トレー５３自体に熱歪みが発生してしまうこともある。更に、トレー５３の裏面にスパッタ膜が付着した場合、トレー５３の表面温度の変化などにより、トレー５３表面と膜表面の熱膨張係数の違いから膜応力が発生し、膜剥れや、トレー５３の反りなどが発生することも生じる。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、被処理基板を均一に加熱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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと前記被処理基板を加熱する発熱体との間に均熱板を介在させた成膜装置であって、前記被処理基板をピンを用いて保持し、前記トレーと被処理基板との接触面積を最小化したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載された成膜装置は、請求項１における成膜装置において、発熱体と被処理基板との距離が５ｍｍ以内であることを特徴する。
【００１３】
また、請求項３に記載された成膜装置は、請求項１または２における成膜装置において、トレーの表面にピンを立て、ピンで均熱板を保持し、前記トレーと均熱板との接触面積を最小化することを特徴とする。
【００１４】
また、請求４に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーにスリットを形成し、前記スリットを塞ぐようにプレートが取り付けられたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求５に記載された成膜装置は、被処理基板を保持するトレーと、前記被処理基板を加熱する発熱体とを有する成膜装置であって、前記トレーのうち、被処理基板を載置する面に成膜材料と同等の熱膨張率の薄膜を積層したことを特徴とする。
【００１６】
更に、請求項６に記載された成膜装置は、請求項５における成膜装置において、成膜材料と同等の熱膨張率を有する材料がＣＵ−ＡＬであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を図１を参照しながら詳述する。
【００１８】
図１は、従来のトレー構造に本発明を適用した成膜装置を示し、例えば、被処理基板１を４インチとした場合、被処理基板１はチタンまたはインコネルなどの金属、又はセラミック製の直径１７０ｍｍのトレー３に突上げピン２にて保持されている。このトレー３には、突上げピン５にて保持された厚さ１〜３ｍｍのＳＩＮやＡＬＮなどの直径１６０程度、厚み１〜３ｍｍ程度均熱板４が設置されている。
【００１９】
更に、突上げピン２は直径約１〜２ｍｍのピンであり、このような構成によって、被処理基板１はトレー３への放熱を低減することが可能となり、また、ピン受けでもあるために、トレー３に熱歪みなどが発生しても被処理基板１への熱影響を減少させることが可能となる。
【００２０】
また、均熱板４については、被処理基板１と同様、突き上げピン５にてトレー３上に保持されているため、トレー３からの熱影響は小さく、トレー３に熱歪みなどが発生しても均熱板４の外周部で温度変化を低減させることが可能であり、その結果、被処理基板１の表面温度均一性を保つことが可能となる。なお、被処理基板１と均熱板４との距離が５ｍｍ以内であれば、より好適である。
【００２１】
なお、被処理基板１の突上げピン２のサイズや個数や材質は適宜設定してもよく、角度を付けても良い。また、トレー２のスリットの位置、本数、幅、長さなどもトレー３の材質、形状、大きさ、厚さ、加熱温度などにより適宜設定してもよく、曲線状にしても良い。
【００２２】
以上のように、複数のピンによって被処理基板はトレー上に保持されるので、被処理基板の表面温度を６００℃±５℃に保つことが可能となり、被処理基板を均一に加熱することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を図２及び図３を参照しながら詳述する。
【００２４】
本実施形態に係る成膜装置のトレー２３は、トレー２３ごとカセット部より搬送されるので真空チャンバー内では、常時、ターンテーブル３５に搭載されている。また、水冷パイプ３６はこのターンテーブル３５上に形成されている。
【００２５】
図２及び図３のような構成において、成膜処理を行うと、トレー２３は上部に配置されたヒータ３７からの輻射熱、及び均熱板３８による熱により、高温（約３００℃〜６００℃）に加熱される。しかし、トレー２３は、水冷パイプ３６により常温に冷却されたターンテーブル３５の上に搭載されているため、トレー２３の表面に温度勾配が発生することになる。
【００２６】
このような状況から、これまでは、熱歪みを低減するようにトレー２３の厚みを大きくしたり、トレー２３の材質を熱膨張係数の小さなセラミックや石英などへの変更も検討されたりしたが、搬送アームの耐荷重制限、及びダスト対策のブラスト処理または、溶射処理などが難しいなどの理由により、厚さ約１〜３ｍｍ程度のチタン製トレーを使用するに止まり、歪みの発生を十分に抑えられるに至っていなかった。
【００２７】
そこで、図２（ａ）のように、トレー２３にその外周、９０度振り分けで幅２ｍｍ程度、深さ１０ｍｍ程度のスリットを入れ、また、トレー２３内部の応力緩和のために、内部にスリットを同様な幅で設けた。
【００２８】
但し、このとき、同心円位置での応力緩和のため、外周よりのスリット先端位置と内部スリットの最外形の位置は、２ｍｍ程度オーバーラップさせている。トレー２３の被処理基板１の搭載部においては、被処理基板１への熱伝導バランスへとスパッタ膜の回り込みを押えるため、スリットは入れていない。また、図２（ｂ）のようにスリット部からの膜の回り込みを防止するため、スリット部には、プレートがスポット溶接などにより取り付けるようにした。
【００２９】
なお、スリット方向は、トレー２３の表面と斜めにカットすることにより、トレー２３の厚みとカット角度によっては、プレート２４無しでもスパッタリング膜の回り込みも押えることが可能である。
【００３０】
以上のように、トレーの内外周にスリットを入れることによって、トレーの歪みを緩和することが可能となり、被処理基板を均一に加熱することが可能となる。
【００３１】
（第３の実施形態）
以下、図３に記載されたトレー２３の裏面への熱応力緩和膜について説明する。
【００３２】
Ｔｉなどの金属トレーを用いた場合、トレー２３が６００℃程度になると、熱膨張係数が１×１０−５ｍ／℃であるＴｉトレーに対し、成膜される強誘電体膜の熱膨張係数は約５．７×１０−６ｍ／℃であることから、同一温度であっても４．３×１０−６×直径分の熱歪みが発生することになる。
【００３３】
そこで、トレー２３の裏面に、ＣＵ−ＡＬなど熱膨張係数が膜のものと近い（６×１０−５ｍ／℃）ものを緩衝材として成膜することにより、膜表面での急激な応力集中を緩和することができ、高温時及び常温時でも膜剥れによるダスト発生などを低減することが可能となる。
【００３４】
なお、本発明の成膜装置は強誘電体スパッタリングを一例として示したが、酸化膜や金属膜のスパッタリング装置や、ＣＶＤ、ケミカルビームエピタキシ、真空蒸着などの薄膜成長を行う各種装置に適応してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の成膜装置によれば、被処理基板をピン受けにすることで、前記被処理基板で生じる熱をトレーへを最小限に抑えることが可能となり、その結果、被処理基板に生じる温度を均一にすることができ、前記被処理基板の品質も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置におけるトレーの概略図
（ａ）上方から見た図
（ｂ）Ａ方向からの矢視図
【図３】本発明の第２及び３の実施形態に係る成膜装置のトレー保持部分の構成図
【図４】（ａ）は従来の技術における成膜装置の本体外観図
（ｂ）は従来の技術における成膜装置の本体内部構成図
【図５】従来の技術における成膜装置の基板保持機構の構成図
【符号の説明】
１　被処理基板
２，５　突き上げピン
３　トレー
４　均熱板
５　均熱板外周押え
６　基板外周押え
【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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