(57)【要約】【課題】簡易な構成によって、基板温度を所定の温度に加熱制御することが可能な基板保持装置、及びこのような基板保持装置を配設した基板処理装置を提供すること。【解決手段】本発明の基板保持装置は、基板２０Ａを載置する載置面２１を備えたヒータハウジング２２と、基板２０Ａを載置面２１上に保持するホルダ２３と、ヒータハウジング２２内に設置され、載置面２１と載置面上に保持された基板２０Ａとの間の隙間Ｇに熱媒体ガスを排出可能にする排出部３０ａを備えた配管３０と、ガス流路３０に沿って設置され、ガス流路内を流れる熱媒体ガスを加熱するシースヒータ４０とを有する。【選択図】図１
2007231343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置面を備えたヒータハウジングと、前記基板を載置面上に保持するホルダと、前記ヒータハウジング内に設置され、前記載置面と載置面上に保持された基板との間の隙間に熱媒体ガスを排出可能にする排出部を備えたガス流路と、前記ガス流路に沿って設置され、前記ガス流路内を流れる熱媒体ガスを加熱する発熱体と、を有することを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記ガス流路は配管で構成され、前記発熱体は、前記配管と隣接設置されるシースヒータによって構成されることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記配管とシースヒータとは、隙間を置かずに密に巻かれた渦巻状に巻回設置されることを特徴とする請求項２記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記ガス流路の排出部に、前記ガスの流れが直接前記基板にぶつかることを防ぐ分散板を設置したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板保持装置を、デポアップ型として配設したことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程において、半導体基板を処理する際に用いられる基板処理装置、及びこのような基板処理装置に配設され、半導体基板の温度を適正に制御可能にした基板保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体製造工程では、半導体基板（以下、基板という）の表面を処理するに際して、例えば、スパッタリング装置やＣＶＤ装置などの基板処理装置が設置される。これらの基板処理装置は、所定の圧力に減圧された処理チャンバ内で基板を基板保持装置によって保持しておき、所定の表面処理を実行するよう構成されている。
【０００３】
例えば、上記したスパッタリング装置は、基板を固定した状態で、基板と対向する位置にターゲットを設置しておき、処理チャンバ内に不活性ガス（スパッタガス）を導入すると共に、これをプラズマ化し、基板の表面にターゲット物質を成膜するよう構成されている。そして、このようなスパッタリング装置には、基板を基板保持装置によって載置、保持しておき、その上側からターゲット物質を成膜する方式（デポダウン型と称する）と、基板を基板保持装置に保持しておき、下側からターゲット物質を成膜する方式（デポアップ型と称する）が存在する。
【０００４】
上記したスパッタリング装置では、優れた特性の薄膜を形成するために、基板の温度を均一で一定の温度に加熱制御することが知られている。すなわち、前記基板保持装置に、所定温度に加熱されるヒータハウジングを設けておき、基板をヒータハウジングの載置面上に設置、保持して、基板温度を所定温度に加熱、維持する手法が公知となっている。
【０００５】
しかしながら、このような公知技術では、基板とヒータハウジングの載置面の密着度が悪いため、両者の間に隙間が生じてしまい、真空断熱になって温度が上がらなくなる、あるいは、基板上の温度分布が悪い、という問題が生じてしまう。特に、上記したデポアップ型では、基板を吊るした状態で保持するため、載置面と基板との間の隙間が大きくなる傾向となり、上記した問題が顕著に生じてしまう。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、特許文献１には、基板の密着度を上げるように、静電吸着装置を設置した基板保持装置が開示されている。前記静電吸着装置は、ヒータ等の加熱装置によって加熱されるようになっており、前記静電吸着装置によって吸着される基板は、所定の温度に加熱制御される。
【０００７】
また、特許文献２には、ヒータ等の加熱装置で加熱される載置面と基板との間の隙間に熱媒体ガスを介在させて、載置面の温度を基板に伝える基板保持装置が開示されている。この公知技術では、熱媒体ガスを基板の周囲から隙間内に導入し、中央部分で排気するよう構成されている。
【特許文献１】特開２００２−２５２２７１号公報
【特許文献２】特許第３０８１６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている基板保持装置は、静電吸着装置を設置する構成のため、基板の着脱が容易ではなく、装置全体が複雑化するという問題が生じる。
【０００９】
また、上記特許文献２に開示されている基板保持装置は、装置全体は簡易化されるものの、熱媒体ガスは、載置面と基板との間に排出された際、加熱装置で加熱された状態にある載置面（ヒータ面）でのみ加熱される構成であるため、熱媒体ガスが高温化するまで時間を要し、この結果、基板の温度が上がり難く、基板の温度分布が均一になり難いという問題がある。
【００１０】
この場合、載置面をより高温化して導出された熱媒体ガスを加熱することも考えられるが、別の問題（熱伝達効率が悪い、或いは、加熱装置や載置面の構成が高価なものになる等の構造上の問題）が生じてしまう。さらに、上記した熱媒体ガスは、真空状態となった部分の隙間に排出されるため、断熱膨張が起こり、ガス温度が下がり易い。このため、上記した事情と相まって、熱媒体ガスの加熱状態がより充分ではなく、基板を所定の温度に加熱し難いという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、基板温度を所定の温度に加熱制御することが可能な基板保持装置、及びこのような基板保持装置を配設した基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の基板保持装置は、基板を載置する載置面を備えたヒータハウジングと、前記基板を載置面上に保持するホルダと、前記ヒータハウジング内に設置され、前記載置面と載置面上に保持された基板との間の隙間に熱媒体ガスを排出可能にする排出部を備えたガス流路と、前記ガス流路に沿って設置され、前記ガス流路内を流れる熱媒体ガスを加熱する発熱体と、を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ホルダによって基板を載置面上に保持した状態で、所定の表面処理を施す際、載置面と載置面上に保持された基板との間の隙間に、ガス流路の排出部から熱媒体ガスが排出される。隙間内に排出される熱媒体ガスは、ガス流路に沿って設置されている発熱体によって既に加熱された状態にあることから、容易に基板の温度を所定の温度で均一に加熱制御することが可能となる。
【００１４】
本発明の基板保持装置においては、前記ガス流路は配管で構成されることが好ましい。この構成によれば、熱媒体ガスを流通させて効果的に加熱することができる。この場合において、前記発熱体は、前記配管と隣接設置されるシースヒータによって構成されることが好ましい。この場合において、前記配管とシースヒータとは、隙間を置かず密に巻かれた渦巻状に巻回設置されることが好ましい。この構成によれば、所定の設置スペース内で効率良く、熱伝達効率を高めることが可能となる。
【００１５】
なお、配管とシースヒータが、間に隙間を置かずに密に渦巻状に巻かれると、前記配管は、前記発熱体のスペーサとしての機能を有するようになり、熱伝達効率をより高めることができる。
【００１６】
本発明の基板保持装置においては、前記ガス流路の排出部に、前記ガスの流れが直接前記基板にぶつかることを防ぐ分散板を設置することが好ましい。この構成によれば、熱媒体ガスが直接基板に排出されないように構成することができる。
【００１７】
本発明の基板処理装置は、上記基板保持装置を、デポアップ型として配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の基板保持装置は、基板を載置する載置面を備えたヒータハウジングと、前記基板を載置面上に保持するホルダと、前記ヒータハウジング内に設置され、前記載置面と載置面上に保持された基板との間の隙間に熱媒体ガスを排出可能にする排出部を備えたガス流路と、前記ガス流路に沿って設置され、前記ガス流路内を流れる熱媒体ガスを加熱する発熱体と、を有するので、簡易な構成によって、基板温度を所定の温度に加熱制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１から図３は、本発明の実施の形態１に係る基板保持装置を示す図であり、図１は、基板保持装置が設けられた基板処理装置の一例であるスパッタリング装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、配管とシースヒータの配列状態を示す断面図である。
【００２０】
スパッタリング装置１は、所定の成膜処理を実行する処理チャンバ２と、内部を減圧状態にする排気装置３と、不活性ガス（例えば、Ａｒガス）を導入するガス導入装置５と、後述する基板処理装置に保持された基板（半導体ウエハ）２０Ａに対して成膜材料となるスパッタリング粒子を供給するターゲット７と、前記基板２０Ａとターゲット７間に直流高電圧を印加する直流電源９とを備えている。この場合、本実施の形態のスパッタリング装置１は、基板２０Ａを基板保持装置２０に保持しておき、その下側からターゲット物質を成膜する、いわゆるデポアップ方式として構成されている。すなわち、基板２０Ａは、ターゲット７に対向するようにして基板保持装置２０に保持されており、基板２０Ａとターゲット７間に直流高電圧を印加することで、イオン化したＡｒをターゲット７に衝突させて、弾き飛ばされたターゲット物質を基板２０Ａの露出側表面に成膜する。なお、上記した構造は、直流電源を高周波電源に置き換えても良い。
【００２１】
基板保持装置２０は、基板２０Ａを載置する載置面２１を備えたヒータハウジング２２と、前記載置面２１の側部に設けられ、基板を載置面上に保持する公知のホルダ２３とを備えている。このヒータハウジング２２は、耐熱性に優れた材料、例えば、ステンレスやステンレス合金などで構成されており、載置面上に保持された基板２０Ａを所定の温度に加熱する後述の発熱体４０が収容可能な空洞部２２ａを備えている。
【００２２】
載置面２１には、基板を載置する突部２１ａが形成されており、基板２０Ａをホルダ２３によって保持した際、載置面２１と基板２０Ａとの間に隙間Ｇが生じるように構成される。この隙間Ｇ内には、熱媒体ガスが導入されるようになっており、発熱体４０によって加熱されるヒータハウジング２２の載置面２１ａの温度と基板２０Ａとの間で熱交換を行い、基板２０Ａが所定の温度になるように加熱制御する。
【００２３】
なお、突部２１ａの形状（基板裏面と接触する形状）については、特に限定しないが、ホルダ２３によって基板２０Ａを保持した際、少なくとも隙間Ｇ内に導入された熱媒体ガスが基板２０Ａに沿って均一に流れるように構成される。具体的には、載置された基板２０Ａの中心から螺旋状に突部２１ａが拡がった状態で支持する構成（基板の全面にわたって隙間Ｇが形成される）であっても良いし、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、波型の平行溝２１ｂが形成されるように支持する構成であっても良い。すなわち、波型の平行溝２１ｂ（隙間Ｇ）が形成されるように突部２１ａを設けることにより、後述する排出部３０ａを中心にして、基板２０Ａとの間で図４（ｂ）の矢印で示すような排出ガス流路が形成される。また、突部２１ａの高さについては、加熱面２１からの放射熱伝達などを考慮して、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に形成することが好ましい。
【００２４】
ヒータハウジング２２の空洞部２２ａには、ガス流路３０が設けられている。このガス流路３０は、一端が外部に設置されたガス供給装置３２に接続され、他端である排出部３０ａが隙間Ｇ内に開口しており、基板の処理工程中において、隙間Ｇ内に、熱媒体ガス（例えば、Ａｒガス）を排出する機能を有する。すなわち、基板２０Ａの処理工程中に、隙間Ｇ内に熱媒体ガスを排出することで、ヒータハウジング２２で加熱された載置面２１と基板２０Ａとの間で熱交換作用を促進し、基板温度を高めると共に、均一化を図ることが可能となる。なお、ガス流路３０の排出部３０ａは、複数箇所であっても良いし、１箇所であっても良い。また、隙間Ｇ内を流れるガスは、基板の裏面を流れ、端面から真空中に放出される（図４（ｂ）参照）。
【００２５】
また、空洞部２２ａには、ガス流路３０を流れる熱媒体ガスを効率良く加熱するように載置面２１を加熱する発熱体に沿ってガス流路３０が設けられている。すなわち、ガス流路３０内の熱媒体ガスを予め加熱しておくことにより、加熱していない熱媒体ガスを排出する場合と比較して、断熱膨張によって隙間Ｇ内に排出されたガス温度が低下しても、ある程度、高いガス温度を維持することが可能となり、この結果、載置面２１の温度を効率的に基板２０Ａに伝達して、基板を効果的に加熱制御することが可能となる。
【００２６】
上記構成において、ヒータハウジング２２の空洞部２２ａの内面に凹溝を形成したり、壁部を形成することでガス流路３０を構成することが可能であるが、流れる熱媒体ガスをより加熱し易いように、ガス流路３０は管状部材（以下、配管３０という）によって構成することが好ましい。また、発熱体４０は、ガス流路３０に沿って配置され、ガス流路３０内を流通する熱媒体ガスを加熱できる構成であれば良いが、配管３０に沿って配設され、効果的に加熱できるように、ガス管に隣接設置可能なシースヒータ（以下、シースヒータ４０とする）によって構成することが好ましい。すなわち、シースヒータ４０は、ステンレスなどの金属シースの中に、発熱体（ニクロム線）を保持し、その隙間に熱伝導性の良い絶縁物（例えば、酸化マグネシウム）などを充填して構成されており、自由に屈曲させることが可能であると共に発熱線の温度近くまで表面の温度を上昇させることが可能なため、配管３０に沿わせて熱媒体ガスを容易に高温まで加熱することが可能となる。なお、シースヒータ４０の発熱体には、外部の電源４２から発熱電流が供給される。また、熱媒体ガスが充分に加熱されるように、配管３０及びそれに隣接設置されるシースヒータ４０は、少なくとも３００ｍｍ以上にわたって沿うように設置することが好ましい。
【００２７】
配管３０は、加熱領域（発熱体であるシースヒータ４０が沿う領域）を少なくとも３０ｍｍ以上にすることが好ましく、このように加熱領域を長くすることで、排出されるガス温度をより高温化することが可能となる。このため、配管３０及びシースヒータ４０は、載置面の下方側の空洞部２２ａ内において、載置面と平行な状態で湾曲配置することが好ましい。また、配管３０とシースヒータ４０は、隙間を置かずに密に設置できるように、同径にすることが好ましい。この場合、配管３０とシースヒータ４０との接触部、或いはそれらと基板載置面の裏側との接触部では、伝熱セメント等で隙間を埋めることにより熱の伝導性を向上させることができる。
【００２８】
特に、図２に示すように、載置面外側から中心に向かって同芯状に巻回設置して排出部３０ａを中心領域に設置することにより、所定のスペース内で加熱領域を効率的に確保することが可能となる。そして、このように巻回設置する場合、図２及び図３に示すように、配管３０とシースヒータ４０を密着した状態とし、配管３０を、シースヒータ４０のスペーサとしての機能を持たせるように巻回することが好ましい。このような巻回態様によれば、配管３０はシースヒータ４０によって挟持された状態になるため、加熱効率の向上が図れ、配管３０内に流れる熱媒体ガスをより効果的に加熱することが可能となる。
【００２９】
なお、配管３０とシースヒータ４０は、同芯状に巻回されることなく、例えば、両者が密着した状態で配置される構成であっても良く、部分的に密着した状態であっても良い。また、本実施の形態では、同芯状に巻回する構成として円形状に巻回しているが、それ以外の形状で同芯状に巻回しても良い。
【００３０】
具体的に、直径約４インチの基板が処理可能な基板保持装置２０において、ヒータハウジング２２内に、図２及び図３に示すように、配管３０をシースヒータ４０のスペーサとなるように密着させ、かつ同芯円状に巻回する構成とした場合、ヒータハウジング内に設置される配管３０は口径が約１／８インチ、シースヒータ４０は直径約３ｍｍで２芯型のものを用いることが可能となる。すなわち、このような構成では、配管３０をシースヒータ４０に対して約３０００ｍｍ程度沿わせることが可能となり、経路中で確実にガス温度を向上させることが可能となる。
【００３１】
なお、配管３０及びシースヒータ４０を巻回するに際しては、それらが潰れないようにする必要があり、具体的に、最小巻き半径（中心領域における巻き半径）Ｒは、配管の直径Ｄに対して、Ｒ＝３Ｄ程度に設定することが好ましい。
【００３２】
上記構成の基板保持装置２０では、シースヒータ４０を加熱することで、ヒータハウジング２２の載置面２１の温度を４００℃以上に上昇させた際、排出部３０ａで排出される熱媒体ガスの温度を３００℃以上にすることが可能となる。これにより、熱媒体ガスを真空中に排出する際、断熱膨張によって低下するガス温度を制御温度付近に設定することができるようになる。すなわち、ヒータハウジング２２の載置面２１の温度を必要以上に加熱しなくても、基板温度を所定温度に加熱制御することが可能となる。また、ガス流路として口径１／８インチの細い配管３０を用いることにより、少ないガス流量でも流速を一定量稼ぐことができ、これにより、レイノルズ数を上げて熱伝達率を向上し、熱交換率を効率良く行うことが可能となる。
【００３３】
なお、上記配管３０の排出部３０ａは、複数箇所に形成しても良いが、パーティクルの散乱などを考慮して１箇所にすることが好ましい。また、排出部を１箇所とした場合、その位置は、図に示したように、基板の温度分布が均一化できるように中心領域にすることが好ましい。
【００３４】
上記構成の基板保持装置２０は、静電チャックを用いないことから、システム全体が簡略化されると共に、デポアップ型のスパッタリング装置１に配設されるため、基板処理工程中に、パーティクルが基板２０Ａ上に落下するようなことがなく、歩留まりを向上することが可能となる。なお、上記基板保持装置２０は、デポダウン型の基板処理装置に配設することも可能である。
【００３５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る基板保持装置の概略構成を示す図であり、図６は、分散板によって分散される排出ガスの流れを示す概略平面図である。  
本実施形態では、上記した実施形態におけるヒータハウジング２２の載置面２１に、配管３０の排出部３０ａから排出される熱媒体ガスを分散させる分散板（バッフルプレート）６０を配設している。すなわち、配管３０から排出される熱媒体ガスは、真空中に一気に排出されるため、断熱膨張が起ってガス温度が下がってしまい、これによって、基板２０Ａの温度分布がばらつく可能性がある。このため、排出部３０ａの部分に分散板６０を配設して、熱媒体ガスの流れが直接基板にぶつからず、図６に示すように、基板と平行な方向に曲げられ、かつ周囲に分散した状態で排出する状態にしたことで、基板の温度分布のばらつきを改善することが可能となる。
【００３６】
具体的には、基板を２００℃に加熱することを目標とした場合、分散板６０が配設されていない構成では、基板の温度は２００℃±１５℃であったのに対し、分散板を配設したことで、２００℃±１０℃に改善することが可能となった。
【００３７】
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、本発明は、基板保持装置に保持される基板と載置面との間の隙間に、ガス流路に沿って配設された加熱体によって加熱された状態の熱媒体ガスが排出される構成であれば良い。このため、上記ガス流路の構成、配設パターン、加熱体の構成などについては、適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態１，２における基板保持装置は、スパッタリング装置以外にも、基板に対して表面処理を施す装置、例えばＣＶＤ装置に適用することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る基板保持装置を備えた基板処理装置の一例であるスパッタリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】配管とシースヒータの配列状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、ヒータハウジングの概略構成を示す図、（ｂ）は、排出ガスの流れを示す概略平面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る基板保持装置を示す図である。
【図６】分散板によって分散される排出ガスの流れを示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  スパッタリング装置
２  処理チャンバ
７  ターゲット
２０  基板保持装置
２０Ａ  基板
２１  載置面
２２  ヒータハウジング
２３  ホルダ
３０  ガス流路（配管）
３０ａ  排出部
４０  発熱体（シースヒータ）
６０  分散板
【図１】
2007231343.tif 000003
【図２】
2007231343.tif 000004
【図３】
2007231343.tif 000005
【図４】
2007231343.tif 000006
【図５】
2007231343.tif 000007
【図６】
2007231343.tif 000008