JPH11269635A - Method for cooling substrate in vacuum film forming device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the method for cooling a substrate in a vacuum film forming device by which a direct cooling means for a holder holding the substrate is unneccesitated. SOLUTION: In the vacuum film forming device, an introducing means introducing a gas from an introducing port 10a to a vacuum vessel 10 and an exhausting means for exhausting the inside of the vacuum vessel from an exhausting port 10b, and by the introducing port and the exhausting port, the replacement of the atmosphere in the vacuum vessel per unit time is executed in a mass-produced way, by which the cooling of a substrate 100 is executed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器による成
膜室内にて、プラズマ源が発生するプラズマビームをハ
ースに導き、蒸着材料を蒸発させて被処理物体表面に膜
を形成する真空成膜装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum film forming method in which a plasma beam generated by a plasma source is guided to a hearth in a film forming chamber by a vacuum vessel, and a vapor deposition material is evaporated to form a film on the surface of an object to be processed. Related to the device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】プラズマを利用した真空成膜装置には、
イオンプレーティング装置や、プラズマＣＶＤ装置など
がある。2. Description of the Related Art Vacuum film forming apparatuses utilizing plasma include:
There are an ion plating apparatus and a plasma CVD apparatus.

【０００３】イオンプレーティング装置としては、例え
ば、アーク放電型プラズマ源である圧力勾配型プラズマ
源またはＨＣＤプラズマ源を用いた装置が知られてい
る。このようなイオンプレーティング装置では、プラズ
マビーム発生器（プラズマ源）を備えており、真空容器
中に配置されたハース（陽極）とプラズマビーム発生器
との間でプラズマビームを発生させ、ハース上に載置さ
れた被膜材料としての蒸着材料を加熱蒸発させている。
そして、蒸着材料から蒸発した粒子はプラズマビームに
よってイオン化され、このイオン化された粒子が負電圧
に維持された基板表面に付着し、基板上に膜が形成され
る。As an ion plating apparatus, for example, an apparatus using a pressure gradient type plasma source or an HCD plasma source, which is an arc discharge type plasma source, is known. Such an ion plating apparatus is provided with a plasma beam generator (plasma source), and generates a plasma beam between a hearth (anode) arranged in a vacuum vessel and the plasma beam generator. The evaporation material as a coating material placed on the substrate is heated and evaporated.
Then, particles evaporated from the deposition material are ionized by the plasma beam, and the ionized particles adhere to the substrate surface maintained at a negative voltage, and a film is formed on the substrate.

【０００４】ところで、この種の真空成膜装置では、プ
ラズマの発生中に陽極が高温になる。陽極が所定温度よ
りも高温になると陽極自体が溶解するので、冷却を行っ
ている。加えて、基板における温度上昇も著しい。In this type of vacuum film forming apparatus, the temperature of the anode becomes high during the generation of plasma. When the temperature of the anode becomes higher than a predetermined temperature, the anode itself dissolves, and thus cooling is performed. In addition, the temperature rise in the substrate is significant.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】基板における温度は、
真空容器の容積や、プラズマビームと基板との間隔、プ
ラズマビームを流れる電流及び輻射熱等によっても変化
するが、高いほうでは３００℃以上にもなる場合があ
る。そのため、基板の冷却が必要となる。The temperature at the substrate is:
It varies depending on the volume of the vacuum vessel, the distance between the plasma beam and the substrate, the current flowing through the plasma beam, the radiant heat, and the like. Therefore, cooling of the substrate is required.

【０００６】そこで、本発明の課題は、基板温度の上昇
を抑制することのできる真空成膜装置における基板の冷
却方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for cooling a substrate in a vacuum film forming apparatus capable of suppressing an increase in substrate temperature.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空容
器と、前記真空容器に取り付けられたプラズマ源と、前
記真空容器内の底部に配置されたハースとを有し、前記
プラズマ源が発生するプラズマビームを前記ハースに導
き、該ハース内に収納された蒸着材料を蒸発させて被処
理物体表面に膜を形成する真空成膜装置において、前記
真空容器にガスを導入する導入手段と、前記真空容器内
を排気する排気手段とを備え、前記導入手段と前記排気
手段とにより単位時間当たりの前記真空容器内の雰囲気
の入れ換えを大量に行うことにより前記被処理物体の冷
却を行うことを特徴とする真空成膜装置における基板の
冷却方法が提供される。According to the present invention, there is provided a vacuum vessel, a plasma source attached to the vacuum vessel, and a hearth disposed at a bottom of the vacuum vessel, wherein the plasma source is In a vacuum film forming apparatus for guiding a generated plasma beam to the hearth and evaporating a vapor deposition material contained in the hearth to form a film on the surface of the object to be processed, an introduction unit for introducing a gas into the vacuum vessel, Exhaust means for exhausting the inside of the vacuum vessel, and cooling the object to be processed by performing a large amount of replacement of the atmosphere in the vacuum vessel per unit time by the introduction means and the exhaust means. A method for cooling a substrate in a vacuum deposition apparatus is provided.

【０００８】なお、前記真空容器内は、前記被処理物体
表面に形成される膜により決まる実質上１０^-4〜１０^-2
Ｔｏｒｒの範囲内の圧力に維持されることが好ましい。The inside of the vacuum vessel is substantially 10 ^-4 to 10 ^-2 determined by a film formed on the surface of the object to be processed.
Preferably, the pressure is maintained within the range of Torr.

【０００９】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して、本発明が
適用されるイオンプレーティング装置について説明す
る。図１において、このイオンプレーティング装置は、
気密性の真空容器１０を有している。真空容器１０に
は、ガイド部１２を介してプラズマビーム発生器（例え
ば、圧力勾配型プラズマ銃）２０が取り付けられてい
る。ガイド部１２の外側には、プラズマビームをガイド
するためのステアリングコイル３１が配設されている。
プラズマビーム発生器２０には、プラズマビームを収束
するための第１及び第２の中間電極２７及び２８が同心
的に配置されている。第１の中間電極２７には磁極軸が
プラズマ発生器２０の中心軸と平行になるようにして永
久磁石２７ａが内蔵されており、第２の中間電極２８に
はコイル２８ａが内蔵されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an ion plating apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. In FIG. 1, this ion plating apparatus
It has an airtight vacuum container 10. A plasma beam generator (for example, a pressure gradient type plasma gun) 20 is attached to the vacuum vessel 10 via a guide unit 12. Outside the guide section 12, a steering coil 31 for guiding the plasma beam is provided.
In the plasma beam generator 20, first and second intermediate electrodes 27 and 28 for converging a plasma beam are concentrically arranged. The first intermediate electrode 27 has a built-in permanent magnet 27a with the magnetic pole axis parallel to the central axis of the plasma generator 20, and the second intermediate electrode 28 has a built-in coil 28a.

【００１０】プラズマビーム発生器２０には、第１及び
第２の中間電極２７及び２８で規定される通路に繋がる
絶縁管（例えば、ガラス管）２１が備えられている。絶
縁管２１内には、Ｍｏ筒２２が配置されている。Ｍｏ筒
２２内には、Ｔａパイプ２３が配置されている。Ｍｏ筒
２２とＴａパイプ２３とで規定される空間は、ＬａＢ₆
製の環状板２４で隔離されている。絶縁管２１、Ｍｏ筒
２２、及びＴａパイプ２３の一端には、導体板部２５が
取り付けられている。導体板部２５に形成されたキャリ
アガス導入口２６からキャリアガス（Ａｒ等の不活性ガ
ス）が導入され、キャリアガスは、Ｔａパイプ２３を通
過する。The plasma beam generator 20 is provided with an insulating tube (for example, a glass tube) 21 connected to a passage defined by the first and second intermediate electrodes 27 and 28. A Mo cylinder 22 is arranged in the insulating tube 21. A Ta pipe 23 is arranged in the Mo cylinder 22. The space defined by the Mo cylinder 22 and the Ta pipe 23 is LaB ₆
Are separated by an annular plate 24 made of a metal. A conductor plate portion 25 is attached to one end of the insulating tube 21, the Mo cylinder 22, and the Ta pipe 23. A carrier gas (an inert gas such as Ar) is introduced from a carrier gas inlet 26 formed in the conductor plate portion 25, and the carrier gas passes through the Ta pipe 23.

【００１１】真空容器１０内には、被処理物体としての
基板１００が搬送装置６１に支持されることによって配
置されている。基板１００には、負バイアス用の直流電
源が接続される。真空容器１０の底面には、基板１００
に対向するように、ハース（陽極）４１が配置されてい
る。ハース４１は永久磁石を内蔵しており、その外周に
は、環状の補助陽極４２が配置されている。補助陽極４
２は、環状の永久磁石と電磁石コイルとを内蔵してい
る。In the vacuum vessel 10, a substrate 100 as an object to be processed is arranged by being supported by a transfer device 61. A DC power supply for negative bias is connected to the substrate 100. A substrate 100 is provided on the bottom surface of the vacuum vessel 10.
A hearth (anode) 41 is arranged so as to oppose to. The hearth 41 has a built-in permanent magnet, and an annular auxiliary anode 42 is arranged on the outer periphery thereof. Auxiliary anode 4
2 has a built-in annular permanent magnet and an electromagnet coil.

【００１２】導体板部２５には、可変電源９０のマイナ
ス側が接続されている。可変電源９０のプラス側は、そ
れぞれ抵抗器Ｒ１及びＲ２を介して、第１及び第２の中
間電極２７及び２８に接続されている。一方、ハース４
１は、可変電源９０ならびに抵抗器Ｒ１及びＲ２に接続
される。また、真空容器１０の側壁には、キャリアガス
（ＡｒやＨｅ等の不活性ガス）を導入するためのガス導
入口１０ａと、真空容器１０内を排気するための排気口
１０ｂとが形成されている。The negative side of the variable power supply 90 is connected to the conductor plate 25. The positive side of the variable power supply 90 is connected to the first and second intermediate electrodes 27 and 28 via resistors R1 and R2, respectively. Meanwhile, Haas 4
1 is connected to a variable power supply 90 and resistors R1 and R2. A gas inlet 10a for introducing a carrier gas (an inert gas such as Ar or He) and an exhaust port 10b for exhausting the inside of the vacuum vessel 10 are formed on the side wall of the vacuum vessel 10. I have.

【００１３】このイオンプレーティング装置では、キャ
リアガス導入口２６からキャリアガスが導入されると、
第１の中間電極２７とＭｏ筒２２との間で放電が始ま
る。これによって、プラズマビーム３００が発生する。
プラズマビーム３００は、ステアリングコイル３１と補
助陽極４２の磁石にガイドされて、陽極として用いられ
るハース４１及び補助陽極４２に到達する。ハース４１
にプラズマビーム３００が与えられると、ハース４１に
収容された蒸着材料２００がジュール加熱されて蒸発す
る。蒸発した金属粒子は、イオン化され、負電圧が印加
された基板１００の表面に付着し、基板１００上に膜が
形成される。ジュール加熱による蒸発作用は、具体的に
は、ハース４１及びこれに収容された蒸着材料２００へ
の放電によって蒸着材料２００が瞬間的に高温に加熱さ
れ（放電着火と呼ばれる）て始まり、この後、蒸着材料
２００自体の電気抵抗による自己加熱によって蒸着材料
２００は蒸発する。蒸発した粒子は、プラズマビーム３
００によってイオン化され、イオン化された粒子が基板
１００に付着することにより被膜が形成される。このよ
な内部構造自体は、例えば特開平８−２３２０６０号公
報に開示されている。In this ion plating apparatus, when a carrier gas is introduced from the carrier gas inlet 26,
Discharge starts between the first intermediate electrode 27 and the Mo cylinder 22. As a result, a plasma beam 300 is generated.
The plasma beam 300 is guided by the magnets of the steering coil 31 and the auxiliary anode 42, and reaches the hearth 41 and the auxiliary anode 42 used as the anode. Haas 41
Is supplied with the plasma beam 300, the vapor deposition material 200 accommodated in the hearth 41 is heated by Joule heating and evaporates. The evaporated metal particles are ionized, adhere to the surface of the substrate 100 to which the negative voltage is applied, and a film is formed on the substrate 100. Specifically, the evaporation effect by Joule heating starts when the vapor deposition material 200 is instantaneously heated to a high temperature (called discharge ignition) by discharge to the hearth 41 and the vapor deposition material 200 contained therein, and thereafter, The evaporation material 200 evaporates by self-heating due to the electric resistance of the evaporation material 200 itself. The evaporated particles are the plasma beam 3
The film is formed by the ionized particles of the particles 00 and the ionized particles adhering to the substrate 100. Such an internal structure itself is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-23060.

【００１４】このようなイオンプレーティング装置にお
いて、成膜される基板温度は、プラズマビーム３００の
輻射熱やハース４１上で溶融、蒸気化している物質から
の輻射熱と、蒸気化した成膜物質が運んでくる潜熱によ
り上昇する。In such an ion plating apparatus, the temperature of the substrate to be formed depends on the radiant heat of the plasma beam 300, the radiant heat from the material melted and vaporized on the hearth 41, and the vaporized film-forming material. It rises due to the latent heat coming out.

【００１５】そして、基板温度の上昇を抑制する手段と
しては、真空中であるため、基板を冷却されたホルダ１
５０に密着させるか、基板からの輻射位しかなく、余り
効果的ではない。As means for suppressing a rise in the temperature of the substrate, since the substrate is kept in a vacuum,
It is not very effective because it is in close contact with 50 or has only a radiation position from the substrate.

【００１６】本形態では、基板温度の上昇を抑制する方
法としてガスを使用する。つまり、成膜の際に必要とさ
れるキャリアガス（Ａｒ、Ｈｅ等）や反応ガス（Ｎ₂ 、
Ｏ₂、Ｈ₂ 等）等のガスの量を増加させ、プラズマビー
ム自体の持つ熱をガスにより除去するようにしている。In this embodiment, a gas is used as a method for suppressing a rise in the substrate temperature. That is, a carrier gas (Ar, He, etc.) and a reaction gas (N ₂ ,
The amount of gas such as O ₂ and H ₂ ) is increased, and the heat of the plasma beam itself is removed by the gas.

【００１７】一方、真空容器１０内の圧力は、基板１０
０に形成される目的の膜質により決まり、ある圧力に維
持される必要がある。この圧力は、通常、１０^-4〜１０
^-2ｔｏｒｒの範囲内である。そこで、本形態では、排気
口１０ｂからの排気量を増加させて真空容器１０内を上
記の範囲内のある圧力に維持するようにしている。具体
的には、排気口１０ｂからの排気量は、排気口１０ｂの
配管に接続される排気ポンプの容量によって決めること
ができるが、排気ポンプの容量は、導入口１０ａから導
入される希釈ガス又は反応ガスの量と、キャリアガス導
入口２６から導入されるキャリアガスの量とを考慮して
決定される。On the other hand, the pressure in the vacuum vessel 10 is
It depends on the quality of the target film formed to be zero, and needs to be maintained at a certain pressure. This pressure is usually 10 ⁻⁴ to 10
^-2 torr. Therefore, in the present embodiment, the amount of exhaust from the exhaust port 10b is increased to maintain the inside of the vacuum vessel 10 at a certain pressure within the above range. Specifically, the amount of exhaust from the exhaust port 10b can be determined by the capacity of an exhaust pump connected to the pipe of the exhaust port 10b. The amount is determined in consideration of the amount of the reaction gas and the amount of the carrier gas introduced from the carrier gas inlet 26.

【００１８】以上のような冷却方法において具体的な数
値を挙げると、真空容器１０の容積０．４ｍ³ 、プラズ
マビームに流れる電流１５０（Ａ）、プラズマビームと
基板との間の最短距離Ｌ＝１７０〜２００（ｍｍ）、形
成される被膜として厚さ１（μｍ）のＳ_ｉＯ₂ 材料の場
合、本発明を適用しなければ基板の温度は３００℃まで
上昇するのに対し、本発明により排気量を６０００（リ
ットル／ｓｅｃ）とした場合の基板の温度は１００℃で
あった。Specific values of the cooling method as described above are as follows: the capacity of the vacuum vessel 10 is 0.4 m ³ , the current flowing through the plasma beam is 150 (A), and the shortest distance L between the plasma beam and the substrate is L = 170 to 200 (mm), the case of _S i O ₂ material thickness as the film formed 1 (μm), whereas the temperature rises to the substrate to be applied the present invention is 300 ° C., by the present invention The substrate temperature was 100 ° C. when the displacement was 6000 (liter / sec).

【００１９】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、基板を保持するための
ホルダに直接冷却のための手段を設けること無く、基板
の温度を所定の値に維持することができる。According to the present invention, the temperature of the substrate can be maintained at a predetermined value without providing a means for directly cooling the holder for holding the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明が適用される真空成膜装置の内部構造を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an internal structure of a vacuum film forming apparatus to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 真空容器 １０ａ 導入口 １０ｂ 排気口 ２０ プラズマビーム発生器 ３１ ステアリングコイル ４１ ハース ４２ 補助陽極 １００ 基板 １５０ ホルダ ２００ 蒸着材料 ３００ プラズマビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vacuum container 10a Inlet 10b Exhaust port 20 Plasma beam generator 31 Steering coil 41 Hearth 42 Auxiliary anode 100 Substrate 150 Holder 200 Deposition material 300 Plasma beam

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 真空容器と、前記真空容器に取り付けら
れたプラズマ源と、前記真空容器内の底部に配置された
ハースとを有し、前記プラズマ源が発生するプラズマビ
ームを前記ハースに導き、該ハース内に収納された蒸着
材料を蒸発させて被処理物体表面に膜を形成する真空成
膜装置において、前記真空容器にガスを導入する導入手
段と、前記真空容器内を排気する排気手段とを備え、前
記導入手段と前記排気手段とにより単位時間当たりの前
記真空容器内の雰囲気の入れ換えを大量に行うことによ
り前記被処理物体の冷却を行うことを特徴とする真空成
膜装置における基板の冷却方法。1. A vacuum vessel, a plasma source attached to the vacuum vessel, and a hearth disposed at a bottom in the vacuum vessel, wherein a plasma beam generated by the plasma source is guided to the hearth, In a vacuum film forming apparatus for forming a film on the surface of an object to be processed by evaporating a vapor deposition material stored in the hearth, an introducing unit for introducing a gas into the vacuum container, and an exhaust unit for exhausting the inside of the vacuum container Wherein the introduction means and the exhaust means cool the object to be processed by performing a large amount of replacement of the atmosphere in the vacuum vessel per unit time, thereby cooling the object to be processed. Cooling method. 【請求項２】 請求項１記載の基板の冷却方法におい
て、前記真空容器内は、前記被処理物体表面に形成され
る膜により決まる実質上１０^-4〜１０^-2Ｔｏｒｒの範囲
内の圧力に維持されることを特徴とする真空成膜装置に
おける基板の冷却方法。2. The method for cooling a substrate according to claim 1, wherein the pressure in the vacuum vessel is substantially within a range of 10 ⁻⁴ to 10 ⁻² Torr determined by a film formed on the surface of the object to be processed. A method for cooling a substrate in a vacuum film forming apparatus, characterized by being maintained.