JP6573814B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置に関する。具体的には、本発明は減圧下で基材の表面に皮膜形成を行う装置に関する。

従来、減圧下において基材の表面に皮膜を形成する技術として、イオンプレーティング、ＡＩＰ法、スパッタ法などの物理的蒸着法（ＰＶＤ法）やプラズマＣＶＤ法などの化学的蒸着法（ＣＶＤ法）などの種々の技術がある。

これらの技術では、真空ポンプにより真空に近い気圧まで減圧された真空チャンバの内部において、基材ホルダに保持された基材の表面に皮膜が形成される。

例えば、特許文献１には、真空中で公転軸回りに公転する基材ホルダに固定された基材にスパッタリング法により皮膜を形成する真空成膜装置が開示されている。この基材ホルダは、円筒状や多角形形状を有している。基材の外周面には、多数の基材が装着される。また、特許文献２には、真空中で遊星回転（すなわち、自転しながら公転軸回りに公転）する基材テーブル上に搭載した基材にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法によって皮膜を形成する真空成膜装置が開示されている。

これらの真空成膜装置を用いて基材の成膜を行う場合、基材温度は、良好な皮膜の特性が得られる温度に制御（一般的には加熱）される必要がある。基材間において基材温度にばらつきが生じれば、皮膜の特性にばらつきが生じる。そのため、成膜中の基材温度は高い均一性で制御する必要がある。

従来、基材の温度制御を行うために、真空チャンバ内部に設置された加熱源からのプラズマ加熱や輻射加熱を行うことによって、基材ホルダに取り付けられた基材を加熱する技術がある。しかし、これらの加熱方法では、加熱源から放射される熱が基材ホルダに取り付けられた多数の基材に均一に伝わりにくいので、基材間で基材温度のばらつきが生じるおそれがある。

また、他の加熱方法として、真空チャンバ外部のヒータで加熱された水や油などの温度制御媒体を基材ホルダ内部に循環させることにより、当該温度制御媒体の熱を基材ホルダを介して基材ホルダに取り付けられた基材へ伝達することによって基材を加熱する技術がある。しかし、この技術では、基材ホルダ内部を循環する経路において上流側と下流側とでは温度制御媒体の温度にばらつきがあるので、基材ホルダの温度を均一に保つことが難しい。そのため、この技術も、基材ホルダに取り付けられた基材間に基材温度のばらつきがある。

そこで、基材温度を均一に制御するために、特許文献３に記載されているように、ヒートパイプと、当該ヒートパイプの下部に接続された加熱部とを備えた成膜装置が提案されている。この成膜装置では、基材ホルダの代わりにヒートパイプが真空チャンバ内部に設置されている。基材は、ヒートパイプの外周面に装着される。ヒートパイプは、筒体と、筒体の内部に封入された作動流体とを有する。加熱部がヒートパイプの筒体を下方から加熱することにより、筒体内部の作動流体が加熱される。これにより、ヒートパイプ全体が均一な温度を維持することが可能であり、ヒートパイプに装着された基材間において基材温度を均一に制御する。

特開２００９−１８８４号公報 特開２０１３−１４８１８号公報 特開昭６２−２５６９６６号公報

しかし、特許文献３記載の成膜装置では、ヒートパイプがその下部に設置された加熱部によって加熱される。真空チャンバ内部の真空状態では、熱を媒介する気体が存在しないので、加熱部からヒートパイプへの熱伝達は、加熱部とヒートパイプの筒体との接触部でのみ行われる。そのため、加熱部からヒートパイプへの熱伝達を効率よく行うことができないという問題がある。また、ヒートパイプにおいては、加熱部からの熱は、筒体を介して作動流体に伝達されるので、作動流体を効率よく昇温することが難しいという問題がある。そのため、この成膜装置では、ヒートパイプの加熱を効率よく行って基材温度を速やかに均一に制御することは難しい。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、基材温度を効率よく均一に制御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。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の成膜装置は、減圧下で基材の成膜を行う成膜装置であって、真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に取り付けられ、前記基材を保持する保持部を有する収容容器であって、その内部に収容空間を有する収容容器と、液体と気体との間で相変化する温度制御媒体であって、前記収容空間の底部に前記液体が存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間の内部に収容された温度制御媒体と、前記収容空間の内部において前記液体と接触する位置に設置され、前記温度制御媒体を気化可能な温度に加熱する加熱源と、前記収容容器の収容空間の内部の底部に配置され、前記温度制御媒体における液体状態の部分を冷却する液体冷却部と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明では、基材に熱を伝達する温度制御媒体を加熱源によって直接加熱することにより、基材温度を効率よく均一に制御することを可能にする。すなわち、上記の構成によれば、加熱源は、収容容器の収容空間において、液体と気体との間で相変化する温度制御媒体の液体と接触する位置に設置されているので、当該加熱源は、従来技術のように筒体などを介さずに温度制御媒体を直接加熱し、速やかに当該媒体を気化可能な温度まで加熱することが可能である。このため、温度制御媒体の液体が気化して発生した気体、すなわち蒸気は、収容空間に速やかに拡散され、当該蒸気の潜熱によって収容容器を均一に加熱する。その結果、収容容器に取り付けられた基材を速やかに均一に加熱することが可能である。よって、基材温度を効率よく均一に制御することが可能である。
また、上記の構成によれば、収容空間の内部の底部において、温度制御媒体における液体状態の部分を液体冷却部によって冷却することによって、蒸気を含む温度制御媒体全体の温度を下げることが可能になり、成膜時において収容容器の温度上昇を抑えることが可能である。

前記収容容器の前記収容空間は、真空状態まで減圧された状態で前記温度制御媒体が封入された空間であるのが好ましい。

かかる構成によれば、収容空間の内部に不純物成分が無く温度制御媒体のみで満たされることにより、収容容器の高い温度均一性を得ることが可能である。

保持部は、前記液体の表面の最大高さ以上の高い位置に配置されているのが好ましい。

かかる構成によれば、保持部によって、収容容器を温度制御媒体の液体が存在する位置以上の高い位置、すなわち、温度制御媒体の蒸気が存在する位置に配置することが可能になる。そのため、当該蒸気の潜熱によって基材の均一な加熱を確実に達成することが可能である。

前記保持部は、前記基材の外形形状に対応する形状を有し、当該基材の表面に密着する接触面を有するのが好ましい。

かかる構成によれば、温度制御媒体の蒸気の潜熱を保持部の接触面を介して基材へ効率よく伝達することが可能である。

前記温度制御媒体は、前記基材の成膜時における前記収容容器の温度に対応する当該温度制御媒体の蒸気圧が１〜１００ｋPａになる材料であるであるのが好ましい。

かかる構成によれば、成膜処理を行っている状態および行っていない状態のいずれの場合も、収容容器の内外の圧力差が大気圧以下に維持することができるので、収容容器の壁を薄くすることが可能である。すなわち、成膜処理を行っている状態では、真空チャンバ内部は真空に近い圧力まで減圧され、その一方で、収容容器内部は温度制御媒体が加熱源によって加熱されることによって蒸気が発生して圧力が上昇する。しかし、温度制御媒体は成膜時における収容容器の温度に対応する蒸気圧が大気圧（ほぼ１００ｋＰａ）以下の１〜１００ｋＰａであるので、収容容器の内外の圧力差を大気圧以下に保つことが可能である。一方、成膜処理を行わない状態では、収容容器の外部は大気圧であるが、収容容器の内部は温度制御媒体が加熱されていないので圧力が大気圧より低い状態になる。この場合も、収容容器の内外の圧力差を大気圧以下（１〜１００ｋＰａ）に保つことが可能である。よって、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器の内外の圧力差が大気圧以下に維持されるので、収容容器の耐圧性を維持するために必要な収容容器の壁を薄くすることが可能になる。これにより、当該壁における熱伝達の抵抗を下げることが可能になり、基材の温度制御がさらに容易になる。また、収容容器の軽量化も達成することが可能である。

前記温度制御媒体は、水、アルキルベンゼン、パラフィン系炭化水素およびメチルナフタレンからなる群から選択された少なくとも１つを含むのが好ましい。

この場合、温度制御媒体として選択される上記の材料はいずれも安価で入手しやすく、しかも、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器内外の圧力差を大気圧以下に維持することが可能である。

前記加熱源は、前記液体に浸漬された位置に配置されたシースヒータであり、当該シースヒータは、通電時に発熱する電熱線と、当該電熱線の外周を覆って、当該電熱線を前記液体から保護するシースとを有するのが好ましい。

かかる構成によれば、加熱源として用いられるシースヒータは、温度制御媒体の液体に浸漬されて当該シースヒータの外表面全体で温度制御媒体に接触する。これにより、温度制御媒体をシースヒータによって直接加熱して速やかに加熱することが可能である。しかも、シースヒータの電熱線はシースによって液体から保護されているので、液体が電熱線に接触して短絡が発生するおそれがない。

前記前記加熱源は、前記収容空間の底部を形成し、前記液体と接触している底部形成部と、当該底部形成部を誘導加熱することにより前記温度制御媒体を加熱する誘導加熱部とを有してもよい。

かかる構成によれば、温度制御媒体の液体と接触している底部形成部を誘導加熱部によって誘導加熱することにより、当該底部形成部に接触する温度制御媒体を直接加熱して当該媒体を速やかに加熱することが可能である。

前記収容容器の収容空間の内部の上部に配置され、前記温度制御媒体における気体状態の部分を冷却する気体冷却部をさらに備えているのが好ましい。

かかる構成によれば、収容空間の内部の上部において、温度制御媒体における気体状態の部分、すなわち蒸気を気体冷却部によって冷却して液化する。液化した温度制御媒体は、収容空間の内壁に沿って流れ落ちるときに収容容器を冷却する。その結果、成膜時において収容容器の温度上昇を抑えることが可能である。

前記収容空間の内部に存在する気体を当該収容空間から排気する排気部をさらに備えているのが好ましい。

かかる構成によれば、温度制御媒体の気体以外の成分を含むガスが収容空間内部に混入または発生した場合には、排気部によって当該収容空間から排気することが可能である。そのため、温度制御媒体の相変化を長期に安定して行うことが可能である。

前記収容容器は、前記収容空間を有する収容容器本体と、前記収容容器本体の外面に取り付けられ、前記保持部を有するホルダとを有するのが好ましい。

かかる構成によれば、ホルダを介して基材を収容容器本体の外面に確実に固定することが可能である。また、基材の形状に対応してホルダの形状を変更すればよいので、収容容器本体の形状の変更は少なくても済む。

以上説明したように、本発明の成膜装置によれば、基材温度を効率よく均一に制御することができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置の全体構成を示す断面図である。 図１の成膜装置の水平断面図である。 図１の加熱源であるシースヒータの内部構成を示す切欠断面図である。 本発明の成膜装置の変形例に係る気体冷却部を備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置の他の変形例に係る液体冷却部を備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置のさらに他の変形例に係る誘導加熱部を有する加熱源と、収容空間内部の排気を行う排気部と備えた例を示す断面図である。 本発明の成膜装置のさらに他の変形例に係る収容容器本体およびホルダを有する収容容器を備えた例を示す断面図である。 図７の成膜装置の水平断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の成膜装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。

図１〜２に示される成膜装置１は、真空に近い減圧下（例えば、０．１〜１０Ｐａ程度）でスパッタリングやＡＩＰなどの成膜技術によって基材Ｗの成膜を行う構成を有する。具体的には、成膜装置１は、真空チャンバ２と、多数の基材Ｗを保持する保持部３ｅを有する収容容器３と、収容容器３の内部に収容された温度制御媒体４と、当該温度制御媒体４を気化可能な温度に加熱する加熱源５と、収容容器３が載置される回転テーブル６と、成膜源７と、電源８と、温度検出部９と、制御部１０とを備えている。

真空チャンバ２は、密閉された筐体である。真空チャンバ２の内部空間には、収容容器３、回転テーブル６および成膜源７が収容される。この内部空間は、図示されない真空ポンプによって成膜時には真空またはそれに近い圧力まで減圧される。また、真空チャンバ２には、図示されていないが、処理プロセスに必要なガス（例えばアルゴンなどのスパッタリングガス）を内部空間に導入するための導入部、および処理プロセス後のガスを内部空間から外部へ排出する排出部が設けられている。

収容容器３は、収容空間３ａを有する中空の筒体である。当該収容容器３の外周面には、成膜対象である基材Ｗが取り付けられる。具体的には、収容容器３は、円筒または多角形の角形筒状の形状を有する。収容容器３は、例えば、円筒状の周壁３ｂと、周壁３ｂの上部を閉じる天壁３ｃと、周壁３ｂの下部を閉じる底壁３ｄとを有する。これら周壁３ｂと、天壁３ｃと、底壁３ｄとによって収容空間３ａが形成される。収容空間３ａは、密閉空間であり、当該収容空間３ａの外部から遮断されている。

収容容器３は、基材Ｗが処理中に受ける熱を収容容器３内部に伝達しやすい材料で製造されるのが好ましく、ステンレス鋼などで製造される。収容容器３には、当該収容容器３の温度を測定するための温度センサなどの温度検出部９が取り付けられている。 なお、基材Ｗの温度を検出するための温度検出部を上記の温度検出部９とは別に設けてもよい。

収容容器３は、図２に示されるように、基材Ｗを保持する複数の保持部３ｅを有する。複数の保持部３ｅは、周壁３ｂにおいて円周方向に沿って等間隔に形成されている。

各保持部３ｅは、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有する。保持部３ｅは、例えば、周壁３ｂに形成された凹部、溝、または面取り部などによって構成される。保持部３ｅは、当該基材Ｗの表面に密着する接触面３ｆを有する。保持部３ｅの形状は、基材Ｗの外形形状に対応していればよく、上記の溝に限定されるものではなく、他の形状でもよい。

本実施形態では、保持部３ｅは、図１に示されるように、温度制御媒体４の後述の液体４ａの表面４ａ１の最大高さｈ以上の高い位置に配置されている。

温度制御媒体４は、基材Ｗの温度（基材温度）を制御するための媒体であり、液体４ａと気体（すなわち蒸気４ｂ）との間で相変化する媒体である。温度制御媒体４は、収容空間３ａの底部に液体４ａが存在するとともに当該液体４ａの上に蒸気４ｂが存在する状態で当該収容空間３ａの内部に収容されている。

具体的には、収容容器３の密閉された収容空間３ａの内部は、不純物が排除されて真空近くまで減圧された状態で、温度制御媒体４が封入されている。

収容空間３ａの内部では、その底部には温度制御媒体４の液体４ａが存在し、当該液体４ａの上のその残りの領域では蒸気４ｂで満たされている。すなわち、収容空間３ａに充填される温度制御媒体４の量は、液体４ａが収容空間３ａの底部に常時存在するような（すなわち成膜処理時にすべて蒸発しないような）量に設定されている。

このように、本実施形態では、収容空間３ａは、真空状態まで減圧された状態で温度制御媒体４が封入された空間である。収容空間３ａの内部が不純物成分が無く温度制御媒体４のみで満たされることにより、収容容器の高い温度均一性を得ることが可能であること、特に、温度制御媒体の蒸気圧が低い温度域での温度均一性が良くなることが発明者の実験で確認されている。

温度制御媒体４としては、基材Ｗの成膜時における収容容器３の温度に対応する当該温度制御媒体４の蒸気圧が１〜１００ｋPａになる材料が用いられる。このような材料を用いれば、成膜処理を行っている状態および行っていない状態のいずれの場合も、収容容器３の内外の圧力差が大気圧以下に維持することができるので、収容容器３の壁（例えば周壁３ｂ）を薄くすることが可能である。すなわち、成膜処理を行っている状態では、真空チャンバ内部は真空に近い圧力まで減圧され、その一方で、収容容器３内部は温度制御媒体４が加熱源５によって加熱されることによって蒸気が発生して圧力が上昇する。しかし、温度制御媒体４は成膜時における収容容器３の温度に対応する蒸気圧が大気圧（ほぼ１００ｋＰａ）以下の１〜１００ｋＰａであるので、収容容器３の内外の圧力差を大気圧以下に保つことが可能である。一方、成膜処理を行わない状態では、収容容器３の外部は大気圧であるが、収容容器３の内部は温度制御媒体４が加熱されていないので圧力が大気圧より低い状態になる。この場合も、収容容器３の内外の圧力差を大気圧以下（１〜１００ｋＰａ）に保つことが可能である。よって、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器３の内外の圧力差がほぼ１〜１００ｋＰａの大気圧以下に維持されるので、収容容器３の耐圧性を維持するために必要な収容容器３の壁を薄くすることが可能になる。これにより、当該壁における熱伝達の抵抗を下げることが可能になり、基材Ｗの温度制御がさらに容易になる。また、収容容器３の軽量化も達成することが可能である。

ここで、成膜時における収容容器３の温度に対応する温度制御媒体４の蒸気圧が極端に低ければ、温度制御媒体４による収容容器３の加熱能力および均熱化の能力が低下する。このため、成膜時における収容容器３の最高温度に対応する温度制御媒体４の蒸気圧は１ｋＰａ以上であることが望ましい。

温度制御媒体４は、上記の選択条件（基材Ｗの成膜時における収容容器３の温度に対応する当該温度制御媒体４の蒸気圧が１〜１００ｋPａになる）を満たす材料として、水、アルキルベンゼン、メチルナフタレン、パラフィン系炭化水素（東ソー製商品名、HC370）からなる群から選択された少なくとも１つを含むのが好ましい。これらの材料はいずれも安価で入手しやすく、しかも、成膜時およびそれ以外の時のいずれの場合も、収容容器３内外の圧力差を大気圧以下に維持することが可能である。

例えば、成膜時の収容容器３の加熱最高温度が１００℃未満、例えば８０℃の場合は水を温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合、１００℃未満の温度では水の蒸気圧は１〜１００ｋＰａの範囲内（具体的には、３〜１００ｋＰａ程度）になる。また、収容容器３の加熱最高温度が１１０℃を超え１７６℃未満、例えば１４０℃の場合はアルキルベンゼンを温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合も、１７６℃未満の温度では、アルキルベンゼンの蒸気圧は上記の１〜１００ｋＰａの範囲内になる。また、収容容器３の加熱最高温度が８０℃を超え１９６℃未満、例えば１８０℃の場合はパラフィン系炭化水素（例えば、ＨＣ３７０など）を温度制御媒体４として選ぶとよい。この場合も、１９６℃未満の温度では、パラフィン系炭化水素ＨＣ３７０の蒸気圧は上記の１〜１００ｋＰａの範囲内になる。さらに、収容容器３の加熱最高温度が高い場合は、２４４℃を超えない範囲であればメチルナフタレンを選ぶとよい。この場合も、２４４℃未満の温度では、メチルナフタレンの蒸気圧は上記の１〜１００ｋＰａの範囲内になる。

加熱源５は、収容空間３ａの内部において液体４ａと接触する位置に設置される。加熱源５は、温度制御媒体４の気化が可能な温度に当該温度制御媒体４を加熱する。加熱源５は、真空チャンバ２の外部に設置された電源８から電力の供給を受けて発熱する。図１に示される加熱源５は、例えばシースヒータであり、温度制御媒体４の液体４ａに浸漬された位置に配置される。加熱源５として用いられるシースヒータは、図３に示されるように、通電時に発熱する電熱線５ａと、当該電熱線５ａの外周を覆って、当該電熱線５ａを前記液体から保護する筒状のシース（すなわち、さやの部分）５ｂと、シース５ｂの両端を閉じる端末部５ｃとを有する。加熱源５として用いられるシースヒータは、温度制御媒体４の液体に浸漬されて当該シースヒータの外表面全体で温度制御媒体４に接触する。これにより、温度制御媒体４をシースヒータによって１１直接加熱して速やかに加熱することが可能である。しかも、シースヒータの電熱線５ａはシース５ｂによって温度制御媒体４の液体から保護されているので、液体が電熱線５ａに接触して短絡が発生するおそれがない。

本実施形態では、加熱源５の形状および大きさ、ならびに温度制御媒体４の量は、加熱源５が温度制御媒体４の液体４ａに常時浸漬されるように設定される。

なお、加熱源５は、その少なくとも一部が液体４ａに接触（上記実施形態では浸漬）していれば当該液体４ａを直接加熱することができる。加熱源５の全体が液体４ａに完全に浸漬している場合には、最も効率よく液体４ａを加熱することが可能である。

また、液体４ａに浸漬された状態で当該液体４ａを直接加熱可能な加熱源としては、シースヒータの他にもセラミックヒータなど他の加熱機構を採用することも可能である。

回転テーブル６は、基材Ｗの成膜中、収容容器３が載置された状態で垂直軸を回転中心として回転する。これにより、収容容器３に装着された多数の基材Ｗを成膜源７に順次対向させながらスパッタリングなどによって基材Ｗの表面に皮膜を形成することが可能である。

成膜源７は、基材Ｗに対して成膜処理を行うための蒸発源である。成膜源７としては、例えば、円筒状または平板状のマグネトロンスパッタ蒸発源などの蒸発源が用いられる。この成膜源７には、皮膜材料となるクロム（Ｃｒ）などの金属ターゲットが取り付けられている。成膜中は、成膜源７で発生するプラズマから基材Ｗおよび収容容器３へ向けて熱エネルギーが放出されるので、当該熱エネルギーを受けて基材Ｗおよび収容容器３は加熱される。

以上のように構成された成膜装置１を用いて、基材Ｗの成膜が以下の手順で行われる。まず、図１〜２に示されるように、収容容器３の保持部３ｅに多数の基材Ｗを固定した状態で、真空チャンバ２の内部空間の空気を排気して真空に近い減圧状態にする。次に、成膜源７を動作させて成膜材料の粒子を放出しつつ、回転テーブル６を回転させる。これにより、収容容器３の周面の保持部３ｅに取り付けられた基材Ｗの表面には、収容容器３の円周方向において均一な分布であって、収容容器３の軸方向については成膜源７の寸法や性能等によって決まる分布で皮膜が形成される。

本実施形態の成膜装置１では、成膜中において、収容容器３に保持された多数の基材Ｗの温度を成膜にとって好ましい目標の温度に制御するために、制御部１０は、加熱源５の加熱能力を制御して、収容容器３の全体の温度が当該目標の温度になるように均一な温度制御をする。具体的には、収容容器３の内部の収容空間３ａにおいて、制御部１０は、温度制御媒体４の液体４ａに浸漬されたシースヒータからなる加熱源５を作動させる。加熱源５は、温度制御媒体４を直接加熱する。加熱源５によって直接加熱された温度制御媒体４の液体４ａは気化可能な温度（例えば温度制御媒体４が水の場合は１００℃）まで加熱され、そのときに発生した蒸気４ｂが収容空間３ａ内部に放出される。収容空間３ａに放出された蒸気４ｂは、収容容器３の周壁３ｂ等（すなわち、周壁３ｂおよび天壁３ｃなど）の内面で凝縮する。このときの蒸気４ｂの潜熱により周壁３ｂ等が加熱される。収容容器３の内部は、温度制御媒体４の液体４ａと蒸気４ｂで満たされたヒートパイプと同じ状態であり、収容容器３の温度は潜熱による温度移動により非常に高い均一性が得られる。これにより、収容容器３を非常に均一な温度で加熱することが可能になり、その結果、収容容器３に保持された多数の基材Ｗを均一に加熱することが可能になる。

収容容器３あるいは基材Ｗが所定の温度になったときには、制御部１０は、電源８から加熱源５へ入力される電力を停止あるいは抑制するように制御する。これにより、制御部１０は、温度制御媒体４（液体４ａおよび蒸気４ｂ）、さらには収容容器３の温度を所定の温度で安定するように加熱源５を制御することが可能である。

本実施形態の成膜装置１では、上記のように、基材Ｗに熱を伝達する温度制御媒体４を加熱源５によって直接加熱することにより、基材温度を効率よく均一に制御することを可能にする。すなわち、上記の成膜装置１の構成によれば、加熱源５は、収容容器３の収容空間３ａにおいて、液体４ａと蒸気４ｂ（気体）との間で相変化する温度制御媒体４の液体４ａと接触する位置に設置されている。そのため、当該加熱源５は、従来技術のように筒体などを介さずに温度制御媒体４を直接加熱し、速やかに当該媒体４を気化可能な温度まで加熱することが可能である。このため、温度制御媒体４の液体４ａが気化して発生した蒸気４ｂ、すなわち蒸気４ｂは、収容空間３ａに速やかに拡散され、当該蒸気４ｂの潜熱によって収容容器３を均一に加熱する。その結果、収容容器３に取り付けられた基材Ｗを速やかに均一に加熱することが可能である。よって、基材温度を効率よく均一に制御することが可能である。

しかも、本実施形態の成膜装置１では、収容容器３の保持部３ｅは、温度制御媒体４の液体４ａの表面４ａ１の最大高さｈ以上の高い位置に配置されている。この構成では、保持部３ｅによって、収容容器３を温度制御媒体４の液体４ａが存在する位置以上の高い位置、すなわち、温度制御媒体４の蒸気４ｂが存在する位置に配置することが可能になる。そのため、当該蒸気４ｂの潜熱によって基材Ｗの均一な加熱を確実に達成することが可能である。

さらに、本実施形態の成膜装置１では、収容容器３の保持部３ｅは、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有し、当該基材Ｗの表面に密着する接触面３ｆを有する。そのため、温度制御媒体４の蒸気４ｂの潜熱を保持部３ｅの接触面３ｆを介して基材Ｗへ効率よく伝達することが可能である。

（変形例）
（Ａ）
以上の実施形態の成膜装置１では、加熱源５によって温度制御媒体４を加熱することによって収容容器３の温度制御を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、加熱源５とともに、温度制御媒体４を冷却する機構をさらに備えてもよい。

例えば、図４に示される本発明の変形例に係る成膜装置１のように、収容容器３の内部に気体冷却部１１をさらに備えていてもよい。この構成では、気体冷却部１１は、収容容器３の収容空間３ａの内部の上部に配置され、温度制御媒体４における気体状態、すなわち蒸気４ｂの部分を冷却する。

気体冷却部１１は、例えば、水などの冷媒が通る円環状のパイプを備えている。冷媒は、真空チャンバ２の外部から気体冷却部１１へ冷媒配管１２を通って供給され、当該冷媒配管１２を通って気体冷却部１１から排出される。冷媒配管１２において回転テーブル６とともに回転する部分は、ロータリージョイントなどの流体継手を介して接続される。

なお、気体冷却部１１で用いられる冷媒は、水などの液体の他にもガスでもよい。

図４に示される気体冷却部１１を備えた成膜装置１では、収容空間３ａの内部の上部において、温度制御媒体４における気体状態の部分、すなわち蒸気４ｂを気体冷却部によって冷却して液化する。液化した温度制御媒体４は、収容空間３ａの内壁に沿って流れ落ちるときに収容容器３を冷却する。その結果、成膜時において収容容器３の温度上昇を抑えることが可能である。

例えば、収容容器３を加熱源５で加熱するときには、気体冷却部１１は停止している。成膜中は、収容容器３の温度が成膜源７から発生するプラズマから放出される熱により上昇する。成膜中に収容容器３の温度上昇を抑制する必要が生じた場合には、加熱源５を停止させ、冷却水が冷媒配管１２を通して気体冷却部１１へ供給される。これにより、気体冷却部１１の周辺の温度制御媒体４の蒸気４ｂは冷却水により冷却されて凝縮する。温度制御媒体４の蒸気４ｂが凝縮して生成された液体４ａは、収容容器３の周壁３ｂの内面に沿って流れ落ちる。収容容器３の温度は、気体冷却部１１から離れるにつれて高くなる。そのため、落下する液体４ａは、気体冷却部１１から離れた位置で収容容器３から熱を受けて再び蒸発し、そのときの潜熱によって収容容器３の周壁３ｂから熱を奪う。これによって収容容器３の全体が冷却され、収容容器３の温度上昇が抑制される。このように、気体冷却部１１の冷却能力によって収容容器３全体を効率よく冷却することが可能である。

（Ｂ）
また、本発明の他の変形例として、図５に示される成膜装置１のように、収容容器３の収容空間３ａの内部の底部に配置され、温度制御媒体４における液体４ａ状態の部分を冷却する液体冷却部１３をさらに備えた構成を有してもよい。この液体冷却部１３も、上記の気体冷却部１１と同様に、冷媒配管１４を介して水などの冷媒の供給および排出を行うようにすればよい。図５に示される液体冷却部１３を備えた成膜装置１では、収容空間３ａの内部の底部において、温度制御媒体４における液体４ａ状態の部分を液体冷却部によって冷却することによって、蒸気４ｂを含む温度制御媒体４全体の温度を下げることが可能になる。これにより、成膜時において収容容器３の温度上昇を抑えることが可能である。

このように、液体冷却部１３によって温度制御媒体４の液体４ａを冷却する場合には、温度制御媒体４全体の温度を下げながら収容容器３を冷却する。そのため、上記変形例（Ａ）のように気体冷却部１１によって温度制御媒体４の蒸気４ｂを冷却して液体４ａを生成し、当該液体４ａの再蒸発時の潜熱を利用して収容容器３を冷却する場合と比較して、収容容器３を緩やかに冷却することが可能である。したがって、収容容器３の温度の均一性を維持しやすい。

（Ｃ）
また、本発明のさらに他の変形例として、図６に示される成膜装置１のように、収容空間３ａの内部に存在する蒸気４ｂを当該収容空間３ａから排気する排気部１５をさらに備えていてもよい。排気部１５は、例えば、収容容器３の収容空間３ａ内部と真空チャンバ２の外部の空間とを連通する連通路と、当該連通路を開閉する開閉機構とを備えている。この構成では、温度制御媒体４の蒸気４ｂ以外の成分を含むガスが収容空間３ａ内部に混入または発生した場合には、排気部１５によって当該収容空間３ａから排気することが可能である。そのため、温度制御媒体４の相変化を長期に安定して行うことが可能である。

すなわち、収容容器３の収容空間３ａは、温度制御媒体４が封入される前に、真空排気されて異物は無い状態になっている。しかし、温度制御媒体４の熱分解等によって、温度制御蒸気４ｂ以外の成分が当該収容空間３ａ内部に混入される場合がある。このような場合には、収容容器３の温度が低下して温度制御媒体４がほぼ液体４ａの状態になっているときに、排気部１５によって、温度制御蒸気４ｂ以外の高蒸気圧成分を収容空間３ａから除去する。これによって、温度制御媒体４の長期の動作安定を確保することが可能である。

（Ｄ）
上記の実施形態の成膜装置１では、加熱源５としてシースヒータを例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。温度制御媒体４と接触する位置に配置され、当該温度制御媒体４を直接加熱することが可能であれば、本発明の加熱源として種々の形態を採用することが可能である。

すなわち、本発明のさらに他の変形例として、図６に示される成膜装置１のように、加熱源１６は、収容空間３ａの底部を形成し、温度制御媒体４の液体４ａと接触している底部形成部１６ａと、当該底部形成部１６ａを誘導加熱することにより温度制御媒体４を加熱する誘導加熱部１６ｂとを備えていてもよい。

底部形成部１６ａは、ステンレスなどの金属製の材料で製造される。底部形成部１６ａは、収容容器３の底壁を構成する。底部形成部１６ａは、収容容器３の周壁３ｂおよび天壁３ｃとともに一体形成される。なお、底部形成部１６ａは、周壁３ｂおよび天壁３ｃと別部材でもよい。底部形成部１６ａの上面は、収容空間３ａの底部を形成しているので、温度制御媒体４の液体４ａに接触している。

誘導加熱部１６ｂは、底部形成部１６ａを誘導加熱する構成を有し、例えば、誘導コイルを備えている。誘導加熱部１６ｂは、電源８から交流電流が供給されることにより、温度制御媒体４の液体４ａと接触している底部形成部１６ａを誘導加熱により加熱する。これにより、当該底部形成部１６ａに接触する温度制御媒体４を直接加熱して当該媒体４を速やかに加熱することが可能である。

また、加熱源のさらに他の例として、例えば、上記の底部形成部１６ａと、当該底部形成部１６ａの内部に鋳込まれたヒータとを備えた加熱源でもよい。この場合も、当該底部形成部１６ａと接触する温度制御媒体４を直接加熱して当該媒体４を速やかに加熱することが可能である。

（Ｅ）
上記の実施形態の成膜装置１では、収容容器３が温度制御媒体４を収容する収容空間３ａを有する部分と保持部３ｅを有する部分とを一体にした構成を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のさらに他の変形例として、図７〜８に示される成膜装置のように、収容容器２１が、収容空間２２ａを有する収容容器本体２２と、ホルダ２３とをそれぞれ有する構成でもよい。ホルダ２３は、基材Ｗを保持する保持部２３ａを有しており、収容容器本体２２の外面に取り付けられている。この構成では、ホルダ２３を介して基材Ｗを収容容器本体２２の外面に確実に固定することが可能である。また、基材Ｗの形状に対応してホルダ２３の形状を変更すればよいので、収容容器本体２２の形状の変更は少なくても済む。また、収容容器本体２２の外径を円筒形状のままとして、ホルダ２３の形状を収容容器本体２２に密着可能な形状とすると、収容容器をより安価に製作できる。

図７〜８の収容容器本体２２は、具体的には、図１の収容容器１と同様に、収容空間２２ａを有する中空の筒体であり、周壁２２ｂと、天壁２２ｃと、底壁２２ｄとによって収容空間２２ａが形成される。収容空間２２ａは、密閉空間であり、前記温度制御媒体４が収容されている。

ホルダ２３は、具体的には、収容容器本体２２の外面に形成された凹部などの取付部分２２ｅに取り付けられている。ホルダ２３は、収容容器本体２２とは別個の部材であるので、当該収容容器本体２２と異なる材料（例えば、収容容器本体２２の材料よりも熱伝導性の良い材料）で製造することが可能である。ホルダ２３は、収容容器本体２２の外周面から突出した状態で当該収容容器本体２２に取り付けることが可能である。

基材Ｗを保持する保持部２３ａは、具体的には、上記の保持部３ｅ（図１参照）と同様に、基材Ｗの外形形状に対応する形状を有する。保持部２３ａは、例えば、ホルダ２３の外面に形成された凹部や溝などによって構成される。保持部２３ａは、当該基材Ｗの表面に密着する接触面２３ｂを有するので、ホルダ２３を介して基材Ｗへ温度制御媒体４の熱が伝達しやすい。

１ 成膜装置
２ 真空チャンバ
３、２１ 収容容器
３ａ、２２ａ 収容空間
３ｅ、２３ａ 保持部
３ｆ、２３ｂ 接触面
４ 温度制御媒体
４ａ 液体
４ａ１ 表面
４ｂ 蒸気
５、１６ 加熱源
５ａ 電熱線
５ｂ シース
１１ 気体冷却部
１３ 液体冷却部
１６ａ 底部形成部
１６ｂ 誘導加熱部
２２ 収容容器本体
２３ ホルダ
Ｗ 基材

Claims (11)

1. 減圧下で基材の成膜を行う成膜装置であって、
   真空チャンバと、
   前記真空チャンバの内部に取り付けられ、前記基材を保持する保持部を有する収容容器であって、その内部に収容空間を有する収容容器と、
   液体と気体との間で相変化する温度制御媒体であって、前記収容空間の底部に前記液体が存在するとともに当該液体の上に前記気体が存在する状態で当該収容空間の内部に収容された温度制御媒体と、
   前記収容空間の内部において前記液体と接触する位置に設置され、前記温度制御媒体を気化可能な温度に加熱する加熱源と、
   前記収容容器の収容空間の内部の底部に配置され、前記温度制御媒体における液体状態の部分を冷却する液体冷却部と、
   を備えている成膜装置。
2. 前記収容容器の前記収容空間は、真空状態まで減圧された状態で前記温度制御媒体が封入された空間である、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記保持部は、前記液体の表面の最大高さ以上の高い位置に配置されている、
   請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記保持部は、前記基材の外形形状に対応する形状を有し、当該基材の表面に密着する接触面を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記温度制御媒体は、前記基材の成膜時における前記収容容器の温度に対応する当該温度制御媒体の蒸気圧が１〜１００ｋPａになる材料である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記温度制御媒体は、水、アルキルベンゼン、パラフィン系炭化水素およびメチルナフタレンからなる群から選択された少なくとも１つを含む、
   請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記加熱源は、前記液体に浸漬された位置に配置されたシースヒータであり、
   当該シースヒータは、通電時に発熱する電熱線と、当該電熱線の外周を覆って、当該電熱線を前記液体から保護するシースとを有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 前記加熱源は、前記収容空間の底部を形成し、前記液体と接触している底部形成部と、当該底部形成部を誘導加熱することにより前記温度制御媒体を加熱する誘導加熱部と
   を有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記収容容器の収容空間の内部の上部に配置され、前記温度制御媒体における気体状態の部分を冷却する気体冷却部をさらに備えている、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記収容空間の内部に存在する気体を当該収容空間から排気する排気部をさらに備えている、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 前記収容容器は、
    前記収容空間を有する収容容器本体と、
    前記収容容器本体の外面に取り付けられ、前記保持部を有するホルダと、
    を有する、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成膜装置。