(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室の内部で被処理基板を保持するための基板ホルダーと、前記基板ホルダーを回転駆動するための回転駆動手段と、を備え、前記基板ホルダーは、前記被処理基板の裏面と前記基板ホルダーの表面との間に所定の間隔を形成するようにして前記被処理基板を保持する成膜装置において、
前記被処理基板を冷却するための基板冷却手段を備え、前記基板冷却手段は、前記所定の間隔によって形成された基板裏面側空間に基板冷却用ガスを供給するための基板冷却用ガス供給機構を有し、
前記回転駆動手段は、前記基板ホルダーが固設された筒状の回転出力軸と、前記回転出力軸を内側から軸支する回転中心軸とを有するモータを備え、
前記基板冷却用ガス供給機構は、前記回転中心軸をその長手方向に貫通するガス流路と、前記回転出力軸の頂部に形成され、前記ガス流路の出口端が露出するガス受入空間と、前記ガス受入空間と前記基板裏面側空間とを連通するように前記基板ホルダーに形成されたガス導入孔と、を備えていることを特徴とする、基板冷却手段を備えた成膜装置。
【請求項２】
前記基板冷却手段は、さらに、前記基板ホルダーを冷却するためのホルダー冷却手段を有することを特徴とする請求項１記載の基板冷却手段を備えた成膜装置。
【請求項３】
前記ホルダー冷却手段は、前記基板ホルダーの裏面に対して離間して対向する冷却面を有するホルダー冷却部と、前記基板ホルダーの裏面と前記ホルダー冷却部の前記冷却面との間にホルダー冷却用ガスを供給するためのホルダー冷却用ガス供給機構と、前記ホルダー冷却部を冷却するための主冷却機構と、を備えたことを特徴とする請求項２記載の基板冷却手段を備えた成膜装置。
【請求項４】
前記基板ホルダーの裏面及び前記ホルダー冷却部の前記冷却面には、非接触にて互いに相補的にはまり合う同心状の凹凸形状がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３記載の基板冷却手段を備えた成膜装置。
【請求項５】
前記基板冷却用ガスのガス分子の平均自由行程と前記所定の間隔とが等しくなるときの前記基板冷却用ガスの圧力をＰ１とおき、前記基板冷却用ガスの前記基板裏面側空間への導入圧力をＰとおいた場合に、Ｐ＞Ｐ１となるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の基板冷却手段を備えた成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空下において被処理基板を成膜処理するための成膜装置であって、特に、被処理基板を冷却するための基板冷却手段を備えた成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程、液晶表示パネル製造工程、或いはディスク製造工程等の各種の製造工程において、シリコンウエハ、液晶表示基板、光ディスクやミニディスク等の被処理基板の成膜処理を行うために成膜装置が使用されている。
【０００３】
成膜装置には各種のタイプがあるがその代表的なものとして、被処理基板を真空下において処理するための真空処理室の内部にプラズマを形成し、このプラズマによってターゲットをスパッタリングし、ターゲットから放出されたターゲット原子によって被処理基板の表面に薄膜を形成するようにしたスパッタリング装置がある。
【０００４】
また、プラズマを利用するスパッタリング装置にもいろいろなタイプのものがあるが、そのうちの１つに磁場を利用して真空処理室の内部にプラズマを形成するタイプがある。
【０００５】
図７は、このタイプのスパッタリング装置の真空処理室部分を示した側断面図であり、図７において符号２Ａは真空処理室を示し、この真空処理室２Ａは真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）１２によって真空排気可能である。真空処理室２Ａは開口部２ａを備えており、この開口部２ａは、バルブ開閉機構２７によって開閉駆動されるバルブ円板よりなる可動蓋２６によって閉塞されている。
【０００６】
また、可動蓋２６の内面２６ａの下部には可動蓋側電気接続部３０が取り付けられている。また、真空処理室２Ａには、可動蓋側電気接続部３０に対向する位置に処理室側電気接続部３１が取り付けられている。
【０００７】
これらの可動蓋側及び処理室側電気接続部３０、３１は、被処理基板Ｄの処理中に膜付着等の汚損を受けないようにリフレクター３６によって保護されている。また、処理室側電気接続部３１は、電源３２及びスパッタリング装置の制御部３３に電気的に接続されている。
【０００８】
そして、図７から分かるように、可動蓋２６が真空処理室２Ａの開口部２ａを閉塞した状態においては、可動蓋側電気接続部３０と処理室側電気接続部３１とが接触して電気的に接続されている。
【０００９】
可動蓋２６は内面２６ａを有し、この内面２６ａには被処理基板（ディスク）Ｄを保持するための４個の基板ホルダー２８が回転可能に設けられている。また、真空処理室２Ａには、所定の成膜処理を行うためのスパッタ源１４Ａが設置されている。このスパッタ源１４Ａは、被処理基板Ｄに対向するようにして配置されたターゲットＴと、真空処理室２Ａの内部にプラズマを生成するためのマグネット（図示せず）とを備えている。
【００１０】
そして、このスパッタリング装置において被処理基板Ｄの成膜処理を実施する際には、真空排気された真空処理室２Ａの内部に所定のガスを導入すると共に、マグネットによる磁場を利用しながら真空処理室２Ａの内部に導入されたガスをプラズマ化する。
【００１１】
真空処理室２Ａの内部にプラズマが形成されると、このプラズマによってターゲットＴの表面からターゲット原子がスパッタされ、被処理基板Ｄに向かってターゲット原子が放出される。被処理基板Ｄに向かって放出されたターゲット原子は被処理基板Ｄの表面に付着して堆積し、これによって被処理基板Ｄの表面に所望の膜が形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の成膜装置、特にスパッタリング装置においては、成膜処理中に輻射及び凝縮熱によって被処理基板の温度が上昇し、例えば被処理基板がポリカーボネート製ディスクの場合には熱によってディスクにソリ等の熱変形が生じてしまう恐れがある。
【００１３】
被処理基板の過熱を防止するためには、被処理基板に冷却治具を接触させて熱を逃がす方法が考えられるが、例えばディスクの場合には接触可能な範囲がその内外周部分に限られてしまい、十分な冷却を行うことができない。
【００１４】
そこで、従来の成膜装置においては被処理基板に対する加熱率自体を下げることによって被処理基板の熱変形を防止するようにしており、例えばスパッタリング装置においてはスパッタ電力を低く設定することによって被処理基板の温度上昇を抑えるようにしていた。
【００１５】
しかしながら、このように成膜装置の出力、例えばスパッタ電力を低く設定すると被処理基板に対する成膜速度が小さくなってしまうので、成膜装置による基板の処理効率の低下を招いてしまうという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、被処理基板の過熱を防止できると共に処理効率の向上を図ることができる、基板冷却手段を備えた成膜装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置は、真空処理室の内部で被処理基板を保持するための基板ホルダーと、前記基板ホルダーを回転駆動するための回転駆動手段と、を備え、前記基板ホルダーは、前記被処理基板の裏面と前記基板ホルダーの表面との間に所定の間隔を形成するようにして前記被処理基板を保持する成膜装置において、前記被処理基板を冷却するための基板冷却手段を備え、前記基板冷却手段は、前記所定の間隔によって形成された基板裏面側空間に基板冷却用ガスを供給するための基板冷却用ガス供給機構を有し、前記回転駆動手段は、前記基板ホルダーが固設された筒状の回転出力軸と、前記回転出力軸を内側から軸支する回転中心軸とを有するモータを備え、前記基板冷却用ガス供給機構は、前記回転中心軸をその長手方向に貫通するガス流路と、前記回転出力軸の頂部に形成され、前記ガス流路の出口端が露出するガス受入空間と、前記ガス受入空間と前記基板裏面側空間とを連通するように前記基板ホルダーに形成されたガス導入孔と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置は、前記基板冷却手段は、さらに、前記基板ホルダーを冷却するためのホルダー冷却手段を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置は、前記ホルダー冷却手段は、前記基板ホルダーの裏面に対して離間して対向する冷却面を有するホルダー冷却部と、前記基板ホルダーの裏面と前記ホルダー冷却部の前記冷却面との間にホルダー冷却用ガスを供給するためのホルダー冷却用ガス供給機構と、前記ホルダー冷却部を冷却するための主冷却機構と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置は、前記基板ホルダーの裏面及び前記ホルダー冷却部の前記冷却面には、非接触にて互いに相補的にはまり合う同心状の凹凸形状がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置は、前記基板冷却用ガスのガス分子の平均自由行程と前記所定の間隔とが等しくなるときの前記基板冷却用ガスの圧力をＰ１とおき、前記基板冷却用ガスの前記基板裏面側空間への導入圧力をＰとおいた場合に、Ｐ＞Ｐ１となるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の参考例の第１実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置について図１乃至図４を参照して説明する。
【００２７】
まず初めに、本実施形態による成膜装置であるスパッタリング装置の全体構成について図１を参照して説明する。
【００２８】
図１はスパッタリング装置の平断面図であり、平面形状がほぼ八角形のハウジング１０の内側には、内部を真空排気可能な真空搬送室３が形成されている。この真空搬送室３の一辺には、真空搬送室３の内部に被処理基板Ｄを搬入し又は搬出するためのロードロック室１が形成され、残りの７辺には７個の真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇが等角度間隔で配置形成されている。
【００２９】
そして、これらの真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇの内部で、被処理基板Ｄに対してスパッタリングによる成膜処理が施される。なお、本実施形態による成膜装置によって処理される被処理基板Ｄはコンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（ＭＤ）等の円形基板であり、中央部に円形開口が形成されたものである。
【００３０】
ロードロック室１及び真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇの真空搬送室３に面する側には、被処理基板Ｄを出し入れするための同形同大の開口部１ａ、２ａがそれぞれ形成されている。また、各真空処理室２には、真空ポンプであるターボ分子ポンプ１２（図２参照）が接続されて内部を真空排気できると共に、所定の成膜処理を行うためのスパッタ源１４Ａ、１４Ｂ…１４Ｇが設置されている。
【００３１】
真空搬送室３の底部には、環状の回転テーブル１５が回転可能に配置され、この回転テーブル１５の外周には大歯車１８が形成されている。この大歯車１８には駆動小歯車１９が噛み合っている。
【００３２】
回転テーブル１５の上面には８台のバルブ機構２５が回転テーブル１５の円周方向に沿って配設されており、これらのバルブ機構２５はロードロック室１と７個の真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇに対応するように配置されている。各バルブ機構２５は、ロードロック室１及び真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇのそれぞれの開口部１ａ、２ａを閉塞可能なバルブ円板よりなる可動蓋２６と、この可動蓋２６を開閉駆動するバルブ開閉機構２７とを備えている。
【００３３】
各可動蓋２６は、ロードロック室１及び真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇの各開口部１ａ、２ａを閉塞したときにロードロック室１及び真空処理室２Ａ、２Ｂ…２Ｇの内部に面する内面２６ａを有し、この内面２６ａには、被処理基板Ｄを回転保持するための４個の基板ホルダー１２０が回転（自転）可能に設けられている。
【００３４】
また、ロードロック室１の搬入側には、被処理基板Ｄをロードロック室１内に搬入するための搬送装置２９が設けられており、この搬送装置２９によってロードロック室１の内部に４枚一組で被処理基板Ｄが搬入され又は搬出される。
【００３５】
図２は、可動蓋２６によって真空処理室２Ａを閉塞した状態を示した側断面図である。図２に示したように可動蓋２６の内面２６ａの下部には可動蓋側電気接続部３０が取り付けられている。また、真空処理室２Ａの真空搬送室３に面した側には、可動蓋側電気接続部３０に対向する位置に処理室側電気接続部３１が取り付けられている。
【００３６】
これらの可動蓋側及び処理室側電気接続部３０、３１は、被処理基板Ｄの処理中に膜付着等の汚損を受けないようにリフレクター３６によって保護されている。また、処理室側電気接続部３１は、電源３２及びスパッタリング装置の制御部３３に電気的に接続されている。
【００３７】
そして、図２から分かるように、可動蓋２６が真空処理室２Ａの開口部２ａを閉塞した状態においては、可動蓋側電気接続部３０と処理室側電気接続部３１とが接触して電気的に接続されている。
【００３８】
また、図２に示したようにスパッタ源１４Ａは、被処理基板Ｄに対向するようにして配置されたターゲットＴと、真空処理室２Ａの内部にプラズマを生成するためのマグネット（図示せず）とを備えている。
【００３９】
なお、図２は１つの真空処理室２Ａ及び１つの可動蓋２６を例示したものであり、他の真空処理室２Ｂ、２Ｃ…２Ｇ及び他の可動蓋２６、２６…２６についても同様に、可動蓋側電気接続部３０及び処理室側電気接続部３１がそれぞれ取り付けられている。
【００４０】
このスパッタリング装置において被処理基板Ｄの成膜処理を実施する際には、真空排気された真空処理室２Ａの内部に所定のガスを導入すると共に、マグネットによる磁場を利用しながら真空処理室２Ａの内部に導入されたガスをプラズマ化する。
【００４１】
真空処理室２Ａの内部にプラズマが形成されると、このプラズマによってターゲットＴの表面からターゲット原子がスパッタされ、被処理基板Ｄに向かってターゲット原子が放出される。被処理基板Ｄに向かって放出されたターゲット原子は被処理基板Ｄの表面に付着して堆積し、これによって被処理基板Ｄの表面に所望の膜が形成される。
【００４２】
次に、本実施形態による成膜装置の特徴部分である基板冷却手段について説明する。
【００４３】
図３は、本実施形態による成膜装置の要部を示した側断面図である。図３において符号４１は可動蓋２６に設けられたベースプレートを示し、このベースプレート４１には回転軸８０が挿通された開口部８１が形成されている。
【００４４】
回転軸８０には基板ホルダー１２０が設けられており、この基板ホルダー１２０は、回転軸８０に固設されたベース部５３と、このベース部５３に被処理基板Ｄを固定するためのインナーマスク５８及びアウターマスク５９を備えている。また、ベース部５３には段部６０を有する基板受入凹部６１が形成されており、段部６０で被処理基板Ｄの外周裏面を支持することによって、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２０のベース部５３の表面６２との間に所定の間隔ｄが形成されている。
【００４５】
ベースプレート４１の開口部８１の裏面側の周囲には、回転軸８０を軸支する軸受け部８２が固設されており、この軸受け部８２は複数のベアリング８３を介して回転軸８０を軸支している。また、回転軸８０と軸受け部８２との間には複数のＯリング８４が設けられて気密性が保たれている。なお、ベースプレート４１と軸受け部８２との間にもＯリング８５が設けられて気密性が保たれている。
【００４６】
回転軸８０にはギヤ部８６が設けられており、このギヤ部８６は図示を省略した回転駆動機構に連結され、この回転駆動機構からギヤ部８６に動力を伝達することによって回転軸８０及び基板ホルダー１２０が回転駆動される。
【００４７】
回転軸８０の下端には延長部材８７が固設されており、この延長部材８７は複数のベアリング８８を有するロータリージョイント８９によって軸支されている。また、ロータリージョイント８９と延長部材８７との間には複数のＯリング９０が設けられて気密性が保たれている。
【００４８】
さらに、本実施形態による成膜装置は基板冷却手段９１を備えており、この基板冷却手段９１は、所定の間隔ｄによって形成された基板裏面側空間７５に基板冷却用ガスを供給するための基板冷却用ガス供給機構９２を備えている。
【００４９】
この基板冷却用ガス供給機構９２は、軸受け部８２を貫通する第１ガス流路９３、回転軸８０を貫通する第２ガス流路９４、第１ガス流路９３と第２ガス流路９４とを連通させるために回転軸８０に周設された環状溝からなる第３ガス流路９５、及び基板ホルダー１２０のベース部５３に形成された貫通孔からなる第４ガス流路９６を備えており、これらの第１、第２、第３、第４ガス流路９３、９４、９５、９６によって、回転軸８０及び基板ホルダー１２０を貫通して基板裏面側空間７５に達するガス流路が形成されている。
【００５０】
ここで、基板冷却用ガスには、熱伝導率が高く且つ被処理基板Ｄの成膜プロセスに影響しない不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。
【００５１】
また、基板冷却手段９１は、さらに、基板ホルダー１２０を冷却するためのホルダー冷却手段９７を備えている。このホルダー冷却手段９７は、基板ホルダー１２０を冷却するために基板ホルダー１２０の内部に広範囲に形成された冷却媒体流通空間９８と、この冷却媒体流通空間９８に冷却媒体を供給するための冷却媒体流路９９とを備えている。
【００５２】
冷却媒体流路９９は、回転軸８０及びその延長部材８７の内部に軸方向に設けられた外管１００及び内管１０１からなる二重管によって形成された往路側冷却媒体流路１０２及び復路側冷却媒体流路１０３、並びに基板ホルダー１２０のベース部５３に形成された導入孔１０４及び排出孔１０５によって構成されている。
【００５３】
また、ロータリージョイント８９には短管１０６が設けられており、この短管１０６と往路側冷却媒体流路１０２とを連通させるために、延長部材８７には往路側冷却媒体流路１０２に連通する環状の流路１０７が形成されている。
【００５４】
なお、冷却媒体流路９９に流すための冷却媒体としては、水等の液体、或いは不活性ガス（例えばＡｒ）等の気体を使用することができる。
【００５５】
次に、本実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置の作用について説明する。
【００５６】
ロータリージョイント８９に設けられた短管１０６を経由して、延長部材８７に形成された環状の流路１０７に冷却媒体が供給される。ここで、延長部材８７は回転軸８０と共に回転しているが、流路１０７は環状であるのでこの流路１０７と短管１０６とは常に連通状態が維持されている。
【００５７】
環状の流路１０７に供給された冷却媒体は往路側冷却媒体流路１０２内を流れて導入孔１０４に達し、この導入孔１０４を介して冷却媒体流通空間９８内に導入される。冷却媒体流通空間９８内に導入された冷却媒体は、この冷却媒体流通空間９８の内部を流れた後に排出孔１０５に達し、この排出孔１０５を介して復路側冷却媒体流路１０３内に流れ込み、排出される。
【００５８】
また、回転軸８０と軸受け部８２とは一部において機械接触しているので、基板ホルダー１２０の熱の一部は回転軸８０に伝達された後にこの機械接触部分を介して放熱される。
【００５９】
このように基板ホルダー１２０のベース部５３の内部の冷却媒体流通空間９８内に冷却媒体を流通させることによって、基板ホルダー１２０の熱が冷却媒体を介して除去されるので、真空下であり、しかも高速回転状態であるにもかかわらず基板ホルダー１２０が十分に冷却される。
【００６０】
なお、冷却媒体流通空間９８の内部に、冷却媒体が冷却媒体流通空間９８内を満遍なく流れるようにするための仕切を設けることによって、基板ホルダー１２０のベース部５３の全体を満遍なく冷却することができる。
【００６１】
また、第１ガス流路９３、第２ガス流路９４、第３ガス流路９５、及び第４ガス流路９６よりなる基板冷却用ガス供給機構９２を介して、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２０のベース部５３の表面６２との間に形成された基板裏面側空間７５に基板冷却用ガスが供給される。基板裏面側空間７５に導入された基板冷却用ガスのガス分子は被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２とを衝突往復する。
【００６２】
そして、上記の如く基板ホルダー１２０は冷却されているので、被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２との間で基板冷却用ガスを媒介として非接触形式の熱伝達が行われ、これによって被処理基板Ｄが十分に冷却される。
【００６３】
次に、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２０のベース部５３の表面６２との間の所定の間隔ｄの最適化方法について説明する。
【００６４】
基板裏面側空間７５への基板冷却用ガスの導入圧力をＰ［Ｐａ］とおき、導入された基板冷却用ガスのガス分子の平均自由行程をλ[ ｍｍ] とおくと、
λ〓１／Ｐ    ・・・（１）
となる。
【００６５】
また、被処理基板Ｄの裏面Ｄａ及び基板ホルダー１２０のベース部５３の表面６２に対するガス分子の入射頻度をΓ［個／ｓ］とおくと、
Γ〓Ｐ    ・・・（２）
となる。
【００６６】
基板裏面側空間７５に導入された基板冷却用ガスのガス分子は、冷却されているベース部５３の表面６２に衝突、吸着し、冷却される。冷却されたガス分子はベース部５３の表面６２から離脱し、被処理基板Ｄの裏面Ｄａに衝突、吸着することによって被処理基板Ｄの熱が奪われて冷却が行われる。
【００６７】
ガス分子の平均自由行程λがディスク〜ホルダー間の所定の間隔ｄと等しくなるときの導入圧力をＰ１［Ｐａ］とすると、導入圧力ＰがＰ１よりも低い場合には導入されたガスは分子流（λ＞ｄ）となる。この場合には上式（２）のようにΓ〓Ｐであり、導入圧力Ｐの増加に伴って入射頻度Γが増加し、熱伝達が促進されて冷却効率も増加する。
【００６８】
一方、導入圧力ＰがＰ１よりも高い場合には、導入されたガスは粘性流（λ＜ｄ）となる。この場合には分子同士の衝突により熱伝達は導入圧力Ｐに依存せず一定となる。
【００６９】
上記考察から分かるように、導入圧力Ｐが変動した場合においてもなお高い冷却効率を実現するためには、Ｐ＞Ｐ１とすれば良い。このようにＰ＞Ｐ１とすることによって被処理基板Ｄを安定的に且つ高い冷却効率の下で冷却することができる。
【００７０】
また、Ｐ１が大きくなるほど入射頻度Γが大きくなり、被処理基板Ｄの冷却効果が大きくなる。そこで、ディスク〜ホルダー間の所定の間隔ｄを狭めることによってＰ１を増加させ、これによって入射頻度Γを増加させて被処理基板Ｄの冷却効果を増加させることができる。
【００７１】
図４は、基板裏面側空間７５への基板冷却用ガス（Ａｒ）の導入流量と被処理基板Ｄの温度上昇との関係を示したグラフであり、ディスク〜ホルダー間の所定の間隔ｄを変えた場合の２種類の結果を示している。なお、基板ホルダー１２０はアルミ合金によって形成されている。
【００７２】
図４から分かるように、基板裏面側空間７５に基板冷却用ガスを流すことによって被処理基板Ｄの温度上昇を抑制することが可能であり、また、ディスク〜ホルダー間の所定の間隔ｄを０．８ｍｍから０．４ｍｍに短縮することによって被処理基板Ｄの冷却効果が増大している。
【００７３】
例えば、ディスク〜ホルダー間の所定の間隔ｄを０．４ｍｍとし、Ａｒガス流量を３０ｓｃｃｍとすることによって、ガスをまったく流さない場合には７０℃であったものが３０℃低下して４０℃となっている。
【００７４】
以上述べたように本実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置によれば、処理中或いは処理前後において被処理基板Ｄを基板冷却手段９１によって十分に冷却することができるので、スパッタ電力を従来よりも高く設定した場合でも過熱によって被処理基板Ｄにソリ等の熱変形が生じることがない。このため、スパッタ電力を高く設定して成膜速度を大きくすることができ、これによって成膜装置による基板の処理効率を大幅に高めることができる。
【００７５】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置について図５を参照して説明する。なお、本実施形態の全体構成は、図１及び図２に示した上記第１実施形態の全体構成と共通するので、以下では上記第１実施形態と相違する部分について詳細に説明する。
【００７６】
図５は、本実施形態による成膜装置の要部を示した側断面図であり、図５において符号４０は被処理基板Ｄを冷却するための基板冷却手段４０を示し、符号３５は基板ホルダー１２１を回転駆動するための回転駆動手段である真空モータを示している。
【００７７】
図５において符号４１は可動蓋２６に設けられたベースプレートを示し、このベースプレート４１にはフランジ部材４２が填め込まれ、このフランジ部材４２には冷却槽形成部材４３が填め込まれている。冷却槽形成部材４３には冷却水を貯留するための冷却槽４４が形成されており、この冷却槽４４には冷却水流入口４５及び冷却水流出口４６を介して冷却水が循環供給されている。
【００７８】
冷却槽形成部材４３には冷却用ハウジング部材４７が連接されており、この冷却用ハウジング部材４７の底面４８は冷却槽４４の内壁面の一部を構成し、冷却水に接触している。冷却用ハウジング部材４７の端部には鍔状部４９が形成されており、この鍔状部４９を押さえ具５０及び取付ボルト５１によってベースプレート４１に締結固定することによって、冷却用ハウジング部材４７と共に冷却槽形成部材４３及びフランジ部材４２がベースプレート４１に固設されている。
【００７９】
冷却槽形成部材４３、冷却槽４４、冷却水流入口４５、冷却水流出口４６、及び冷却用ハウジング部材４７は、真空モータ３５を冷却するための主冷却機構１１３を構成している。
【００８０】
なお、ベースプレート４１、フランジ部材４２、冷却槽形成部材４３、及び冷却用ハウジング部材４７のそれぞれの間の気密性は各Ｏリング５２によって確保されている。
【００８１】
冷却用ハウジング部材４７の内部には真空モータ３５が固定収納されており、この真空モータ３５と冷却用ハウジング部材４７との間にはカーボンシート６３が介装されている。真空モータ３５は、基板ホルダー１２１のベース部５３が固設された回転出力軸５４と、この回転出力軸５４をベアリング５５を介して軸支する回転中心軸５６と、ステーター部５７とを備えている。
【００８２】
基板ホルダー１２１は、回転出力軸５４に固設されたベース部５３と、このベース部５３に被処理基板Ｄを固定するためのインナーマスク５８及びアウターマスク５９を備えている。また、ベース部５３には段部６０を有する基板受入凹部６１が形成されており、段部６０で被処理基板Ｄの外周裏面を支持することによって、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２１のベース部５３の表面６２との間に所定の間隔ｄが形成されている。
【００８３】
また、冷却用ハウジング部材４７の頂部にはリング状部材１１４がボルト６５によって固設されており、リング状部材１１４と冷却用ハウジング部材４７との間にはカーボンシート６６が介装されている。
【００８４】
そして、冷却槽４４に循環供給される冷却水によって冷却用ハウジング部材４７が、特にその底面４８を介して冷却され、冷却用ハウジング部材４７が冷却される。冷却された冷却用ハウジング部材４７は真空モータ３５に対する冷却手段として機能し、真空中であるにもかかわらず真空モータ３５を十分に冷却することができる。
【００８５】
また、真空モータ３５の回転中心軸５６には、この回転中心軸５６をその長手方向に貫通するようにしてガス流路７１が形成されており、このガス流路７１の入口端７２は冷却用ハウジング部材４７に形成されたガス流路７８に連通している。
【００８６】
また、真空モータ３５の回転出力軸５４の頂部にはガス受入空間７３が形成されており、このガス受入空間７３にはガス流路７１の出口端７４が露出している。
【００８７】
さらに、基板ホルダー１２１のベース部５３には、所定の間隔ｄによって形成された基板裏面側空間７５とガス受入空間７３とを連通するようにしてガス導入孔７６が貫通形成されている。
【００８８】
ガス流路７１、ガス流路７８、ガス受入空間７３、ガス導入孔７６は、基板冷却用ガスを供給するための基板冷却用ガス供給機構１１０を構成し、この基板冷却用ガス供給機構１１０によって基板裏面側空間７５に基板冷却用ガスが供給される。
【００８９】
ここで、基板冷却用ガスには、熱伝導率が高く且つ被処理基板Ｄの成膜プロセスに影響しない不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。
【００９０】
次に、本実施形態による成膜装置における基板冷却手段４０の作用について説明する。
【００９１】
ガス流路７８、ガス流路７１、ガス受入空間７３、ガス導入孔７６よりなる基板冷却用ガス供給機構１１０を介して、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２１のベース部５３の表面６２との間に形成された基板裏面側空間７５に基板冷却用ガス（Ａｒ）が供給される。基板裏面側空間７５に導入された基板冷却用ガスのガス分子は被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２とを衝突往復する。
【００９２】
そして、被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２との間で基板冷却用ガスを媒介として非接触形式の熱伝達が行われ、これによって被処理基板Ｄが十分に冷却される。
【００９３】
また、回転出力軸５４と回転中心軸５６とは一部において接触しており、また、回転中心軸５６はステータ部５７の構造部材を介して冷却されているので、基板ホルダー１２１に伝達された熱は、回転出力軸５４に伝達された後にこの機械接触部分を介して放熱される。
【００９４】
以上述べたように本実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置によれば、処理中或いは処理前後において被処理基板Ｄを基板冷却手段４０によって十分に冷却することができるので、スパッタ電力を従来よりも高く設定した場合でも過熱によって被処理基板Ｄにソリ等の熱変形が生じることがない。このため、スパッタ電力を高く設定して成膜速度を大きくすることができ、これによって成膜装置による基板の処理効率を大幅に高めることができる。
【００９５】
第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置について図６を参照して説明する。なお、本実施形態の全体構成は、図１及び図２に示した上記第１実施形態の全体構成と共通するので、以下では上記第１実施形態と相違する部分について詳細に説明する。
【００９６】
図６は、本実施形態による成膜装置の要部を示した側断面図であり、図６において符号４０は被処理基板Ｄを冷却するための基板冷却手段４０を示し、符号３５は基板ホルダー１２２を回転駆動するための回転駆動手段である真空モータを示している。
【００９７】
基板冷却手段４０はホルダー冷却手段１１１を備えており、このホルダー冷却手段１１１は、後述するホルダー冷却部６４、ホルダー冷却用ガス供給機構１１２、及び主冷却機構１１３を備えている。
【００９８】
図６において符号４１は可動蓋２６に設けられたベースプレートを示し、このベースプレート４１にはフランジ部材４２が填め込まれ、このフランジ部材４２には冷却槽形成部材４３が填め込まれている。冷却槽形成部材４３には冷却水を貯留するための冷却槽４４が形成されており、この冷却槽４４には冷却水流入口４５及び冷却水流出口４６を介して冷却水が循環供給されている。
【００９９】
冷却槽形成部材４３には冷却用ハウジング部材４７が連接されており、この冷却用ハウジング部材４７の底面４８は冷却槽４４の内壁面の一部を構成し、冷却水に接触している。冷却用ハウジング部材４７の端部には鍔状部４９が形成されており、この鍔状部４９を押さえ具５０及び取付ボルト５１によってベースプレート４１に締結固定することによって、冷却用ハウジング部材４７と共に冷却槽形成部材４３及びフランジ部材４２がベースプレート４１に固設されている。
【０１００】
冷却槽形成部材４３、冷却槽４４、冷却水流入口４５、冷却水流出口４６、及び冷却用ハウジング部材４７は、後述するホルダー冷却部６４を冷却するための主冷却機構１１３を構成している。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、主冷却機構１１３が基板ホルダー１２２の冷却と真空モータ３５の冷却とに兼用されている。
【０１０２】
ベースプレート４１、フランジ部材４２、冷却槽形成部材４３、及び冷却用ハウジング部材４７のそれぞれの間の気密性は各Ｏリング５２によって確保されている。
【０１０３】
冷却用ハウジング部材４７の内部には真空モータ３５が固定収納されており、この真空モータ３５と冷却用ハウジング部材４７との間にはカーボンシート６３が介装されている。真空モータ３５は、基板ホルダー１２２のベース部５３が固設された回転出力軸５４と、この回転出力軸５４をベアリング５５を介して軸支する回転中心軸５６と、ステーター部５７とを備えている。
【０１０４】
基板ホルダー１２２は、回転出力軸５４に固設されたベース部５３と、このベース部５３に被処理基板Ｄを固定するためのインナーマスク５８及びアウターマスク５９を備えている。また、ベース部５３には段部６０を有する基板受入凹部６１が形成されており、段部６０で被処理基板Ｄの外周裏面を支持することによって、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２２のベース部５３の表面６２との間に所定の間隔ｄが形成されている。
【０１０５】
また、冷却用ハウジング部材４７の頂部には、リング状部材よりなるホルダー冷却部６４がボルト６５によって固設されており、ホルダー冷却部６４と冷却用ハウジング部材４７との間にはカーボンシート６６が介装されている。
【０１０６】
ホルダー冷却部６４は、基板ホルダー１２２のベース部５３の裏面６７に近接して離間対向する冷却面６８を有している。また、ベース部５３の裏面６７及びホルダー冷却部６４の冷却面６８には、非接触にて互いに相補的にはまり合う同心状の凹凸形状６９、７０がそれぞれ形成されている。
【０１０７】
真空モータ３５の回転中心軸５６には、この回転中心軸５６をその長手方向に貫通するようにしてガス流路７１が形成されており、このガス流路７１の入口端７２は冷却用ハウジング部材４７に形成されたガス流路７８に連通している。
【０１０８】
また、真空モータ３５の回転出力軸５４の頂部にはガス受入空間７３が形成されており、このガス受入空間７３にはガス流路７１の出口端７４が露出している。
【０１０９】
さらに、基板ホルダー１２２のベース部５３には、所定の間隔ｄによって形成された基板裏面側空間７５とガス受入空間７３とを連通するようにしてガス導入孔７６が貫通形成されている。
【０１１０】
ガス流路７１、ガス流路７８、ガス受入空間７３、ガス導入孔７６は、基板冷却用ガスを供給するための基板冷却用ガス供給機構１１０を構成し、この基板冷却用ガス供給機構１１０によって基板裏面側空間７５に基板冷却用ガスが供給される。
【０１１１】
また、ホルダー冷却部６４には、ホルダー冷却用ガスを供給するためのホルダー冷却用ガス供給機構１１２を構成するガス流路７７が形成されており、このガス流路７７を介してベース部５３の裏面６７とホルダー冷却部６４の冷却面６８との間にホルダー冷却用ガスが供給されるようになっている。
【０１１２】
ここで、基板冷却用ガス及びホルダー冷却用ガスには、熱伝導率が高く且つ被処理基板Ｄの成膜プロセスに影響しない不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。
【０１１３】
次に、本実施形態による成膜装置における基板冷却手段４０の作用について説明する。
【０１１４】
冷却槽４４に循環供給される冷却水によって冷却用ハウジング部材４７が、特にその底面４８を介して冷却され、冷却用ハウジング部材４７が冷却されることによって、この冷却用ハウジング部材４７に連設されたホルダー冷却部６４が冷却される。
【０１１５】
ホルダー冷却部６４が冷却されると、このホルダー冷却部６４の冷却面６８とこの冷却面６８に近接して離間対向する基板ホルダー１２２のベース部５３の裏面６７との間で熱交換が行われ、これによって基板ホルダー１２２が冷却される。
【０１１６】
ベース部５３の裏面６７及びホルダー冷却部６４の冷却面６８には、非接触にて互いに相補的にはまり合う同心状の凹凸形状６９、７０がそれぞれ形成されているので、これらの凹凸形状６９、７０によって熱交換に寄与する面積が増大して伝熱効率が向上し、ひいては基板ホルダー１２２の冷却効率が向上する。
【０１１７】
さらに、ベース部５３の裏面６７とホルダー冷却部６４の冷却面６８との間の間隙には、ホルダー冷却用ガス供給機構１１２であるガス流路７７を介してホルダー冷却用ガス（Ａｒ）が供給され、このホルダー冷却用ガスが熱伝達媒体となって裏面６７と冷却面６８との間の伝熱効率が向上し、ひいては基板ホルダー１２２の冷却効率が向上する。
【０１１８】
このようにして基板ホルダー１２２は、その裏面６７がホルダー冷却部６４の冷却面６８との間でホルダー冷却用ガスを媒介とした非接触形式の熱伝達を行うことによって、真空下であり、しかも高速回転状態であるにもかかわらず十分に冷却される。
【０１１９】
なお、冷却用ハウジング部材４７は真空モータ３５に対する冷却手段としても機能し、真空中であるにもかかわらず真空モータ３５を十分に冷却することができる。
【０１２０】
また、回転出力軸５４と回転中心軸５６とは一部において接触しており、回転中心軸５６はステータ部５７の構造部材を介して冷却されているので、基板ホルダー１２２の熱は回転出力軸５４に伝達された後にこの機械接触部分を介して放熱される。
【０１２１】
また、ガス流路７８、ガス流路７１、ガス受入空間７３、ガス導入孔７６よりなる基板冷却用ガス供給機構１１０を介して、被処理基板Ｄの裏面Ｄａと基板ホルダー１２２のベース部５３の表面６２との間に形成された基板裏面側空間７５に基板冷却用ガス（Ａｒ）が供給される。基板裏面側空間７５に導入された基板冷却用ガスのガス分子は被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２とを衝突往復する。
【０１２２】
そして、上記の如く基板ホルダー１２２は冷却されているので、被処理基板Ｄの裏面Ｄａとベース部５３の表面６２との間で基板冷却用ガスを媒介として非接触形式の熱伝達が行われ、これによって被処理基板Ｄが十分に冷却される。
【０１２３】
以上述べたように本実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置によれば、処理中或いは処理前後において被処理基板Ｄを基板冷却手段によって十分に冷却することができるので、スパッタ電力を従来よりも高く設定した場合でも過熱によって被処理基板Ｄにソリ等の熱変形が生じることがない。このため、スパッタ電力を高く設定して成膜速度を大きくすることができ、これによって成膜装置による基板の処理効率を大幅に高めることができる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明による基板冷却手段を備えた成膜装置によれば、処理中或いは処理前後において被処理基板を基板冷却手段によって十分に冷却することができるので、成膜速度を増加させるために成膜装置の出力を従来よりも高く設定した場合でも過熱によって被処理基板にソリ等の熱変形が生じることがない。このため、成膜装置の出力を高く設定して成膜速度を大きくすることができ、これによって成膜装置による基板の処理効率を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例の第１実施形態による基板冷却手段を備えた成膜装置（スパッタリング装置）の全体構成を示した平断面図。
【図２】図１に示した成膜装置の真空処理室を可動蓋によって閉塞した状態を示した側断面図。
【図３】  本発明の参考例の第１実施形態による成膜装置の要部を拡大して示した側断面図。
【図４】  本発明の参考例の第１実施形態による成膜装置の基板冷却手段による基板冷却効果を示したグラフ。
【図５】本発明の第２実施形態による成膜装置の要部を拡大して示した側断面図。
【図６】本発明の第３実施形態による成膜装置の要部を拡大して示した側断面図。
【図７】従来の成膜装置（スパッタリング装置）の真空処理室部分を示した側断面図。
【符号の説明】
２Ａ、２Ｂ…２Ｇ  真空処理室
３５  真空モータ（回転駆動手段）
４０、９１  基板冷却手段
４３  冷却槽形成部材（主冷却機構）
４４  冷却槽（主冷却機構）
４７  冷却用ハウジング部材（主冷却機構）
５４  回転出力軸
５６  回転中心軸
６２  基板ホルダーのベース部の表面
６４  ホルダー冷却部
６７  基板ホルダーのベース部の裏面
６８  ホルダー冷却部の冷却面
６９、７０  凹凸形状
７１  ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
７３  ガス受入空間（基板冷却用ガス供給機構）
７４  ガス流路７１の出口端
７５  基板裏面側空間
７６  ガス導入孔（基板冷却用ガス供給機構）
７７  ガス流路（ホルダー冷却用ガス供給機構）
７８  ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
８０  回転軸
８６  ギヤ部
８９  ロータリージョイント
９２、１１０  基板冷却用ガス供給機構
９３  第１ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
９４  第２ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
９５  第３ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
９６  第４ガス流路（基板冷却用ガス供給機構）
９７、１１１  ホルダー冷却手段
９８  冷却媒体流通空間
９９  冷却媒体流路
１００  外管
１０１  内管
１０２  往路側冷却媒体流路
１０３  復路側冷却媒体流路
１０４  導入孔
１０５  排出孔
１０６  短管
１０７  環状の流路
１１２  ホルダー冷却用ガス供給機構
１１３  主冷却機構
１２０、１２１、１２２  基板ホルダー
ｄ  ディスク〜ホルダー間の所定の間隔
Ｄ  被処理基板
Ｄａ  被処理基板の裏面
【図１】
0004037493.tif 000002
【図２】
0004037493.tif 000003
【図３】
0004037493.tif 000004
【図４】
0004037493.tif 000005
【図５】
0004037493.tif 000006
【図６】
0004037493.tif 000007
【図７】
0004037493.tif 000008