(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電吸着パターンと、ヒータとが設けられた装置本体を有し、
処理対象物の基板を前記装置本体の吸着面上に配置し、前記静電吸着パターンに電圧を印加すると、前記基板が前記静電吸着パターンに吸着され、前記吸着面に密着されるように構成されたホットプレートであって、
前記装置本体は、上部が前記吸着面にされ、内部に前記静電吸着パターンが配置された中央部分と、前記中央部分の側面周囲に設けられた膨出部分とを有し、
前記膨出部分は、前記吸着面よりも低くされ、前記基板の前記吸着面からはみ出した部分は前記膨出部分と非接触にされ、
前記ヒータは、少なくとも外周部分が前記膨出部分に配置された第一のヒータパターンと、前記中央部分に配置された第二のヒータパターンとを有し、
前記第一、第二のヒータパターンに通電し、前記吸着面の外周の温度を中央の温度よりも高くできるように構成されたホットプレート。
【請求項２】
前記第一、第二のヒータパターンは独立して通電できるように構成された請求項１記載のホットプレート。
【請求項３】
前記一、第二のヒータパターンは直列に接続され、前記第一のヒータパターンの発熱量が前記第二のヒータパターンの発熱量よりも大きくなるように構成された請求項１記載のホットプレート。
【請求項４】
前記膨出部分上には、金属製のプラテンリングが前記吸着面からはみ出た前記基板と非接触になるように配置された請求項１記載のホットプレート。
【請求項５】
真空排気可能な真空槽と、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のホットプレートを有する真空処理装置であって、前記ホットプレートが、前記真空槽内に配置されたことを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空雰囲気中で基板を加熱する技術分野にかかり、特に、大面積基板を均一に加熱できるホットプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空雰囲気中で基板を吸着・保持し、所定温度に昇温させる装置として、従来より、図５に示すようなホットプレート１１１が用いられている。そのホットプレート１１１を説明すると、一般に、ホットプレート１１１は、スパッタリング装置等の真空処理装置１０１の真空槽１１０内に配置されており、その底壁１１６上に固定されている。
ホットプレート１１１内部表面近傍には、静電吸着パターン１２５が設けられており、その下方には、ヒータ１２２が設けられている。
【０００３】
この真空処理装置１０１によって基板表面に薄膜を形成する場合には、先ず、真空槽１１０内を真空排気し、予め高真空状態にしておき、その状態でヒータ１２２に通電し、ホットプレート１１１全体を所定に昇温させておく。
【０００４】
次いで、真空状態を維持しながら、真空槽１１０内に基板を搬入し、ホットプレート１１１上に載置する。
図５の符号１１５は、その状態の基板を示しており、載置後、静電吸着パターン１２５に電圧を印加すると、基板１１５は静電吸着パターン１２５に静電吸着され、ホットプレート１１１表面に密着される。
【０００５】
真空雰囲気内では熱は伝わりずらいが、基板１１５はホットプレート１１１表面に密着されているため、基板１１５とホットプレート１１１との間の熱伝達性は高くなっており、ヒータ１２２の発熱により、基板１１５は短時間で加熱される。
【０００６】
このようなホットプレート１１１は、図６の平面図に示すように、絶縁性のセラミックス基体１２０を有しており、ヒータ１１２は、基体１２０表面に形成された抵抗発熱体のパターンによって構成されている(図６では、静電吸着パターン１２５及び、ヒータ１１２と静電吸着パターン１２５周囲に形成されている絶縁物は省略する)。
【０００７】
ヒータ１１２には、端子１２７a、１２７bが設けられており、該端子１２７a、１２７bは、導線１２９によって、真空槽１１０外部に配置された加熱用電源(図示せず。)に接続されている。その電源により、ヒータ１１２に通電するとヒーター１１２が発熱し、ホットプレート１１１を所定温度に加熱できるようになっている。
【０００８】
基板１１５が所定温度まで加熱された後、真空槽１１０内にアルゴンガスを導入し、真空槽１１０の天井に設けられたターゲット１１３をスパッタリングすると、基板１１５表面に薄膜が形成される。
【０００９】
このようなホットプレート１１１を用いた真空処理装置１０１では、スパッタリングが行われる際に、基板１１５は所定温度まで昇温されているので、低温のまま成膜するのに比べると、基板１１５表面には、緻密で高品質な薄膜を形成できるようになっている。
【００１０】
上記のようなホットプレート１１１では、機械的押圧力によってホットプレート表面に基板を密着させるのとは異なり、ホットプレート１１１内部の静電吸着パターン１２５によって、基板をホットプレート１１１表面に密着させるので、押圧部材に薄膜が付着することはなく、従って、付着した薄膜が剥離してダストになるということがない。
【００１１】
また、押圧部材がエッチングされ、ダストが発生することがないため、ホットプレート１１１は、スパッタリング装置やＣＶＤ装置等の薄膜製造装置ばかりではなく、エッチング装置等の真空雰囲気内で基板を処理する真空処理装置に広く用いられている。
【００１２】
但し、ホットプレート１１１表面に薄膜が形成された場合や、ホットプレート１１１表面がエッチングされた場合には、その部分からダストが発生したり、また、ホットプレート１１１が劣化することから、上記ホットプレート１１１は処理対象となる基板１１５の直径よりも小径にされ、基板を吸着保持した状態では、ホットプレート１１１表面が真空雰囲気中に露出しないようにされている。
【００１３】
しかしながら、そのような小径のホットプレート１１１を使用する場合、図７に示すように、基板１１５の周縁部分１３１がホットプレート１１１上からはみ出すため、その部分の温度が周囲よりも低くなってしまう。また、ホットプレート１１１上に位置する部分１３２でも、ヒータ１２２によって加熱されるものの、周縁部分１３２が低温になる影響を受け、中心付近よりも温度が低下してしまう。従って、基板１１５表面の温度が周辺部分は低く、中心部分は高くなるため、膜厚や品質、あるいはエッチング量が不均一になるという問題がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板を均一に加熱できるホットプレートを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、静電吸着パターンと、ヒータとが設けられた装置本体を有し、処理対象物の基板を前記装置本体の吸着面上に配置し、前記静電吸着パターンに電圧を印加すると、前記基板が前記静電吸着パターンに吸着され、前記吸着面に密着されるように構成されたホットプレートであって、前記装置本体は、上部が前記吸着面にされ、内部に前記静電吸着パターンが配置された中央部分と、前記中央部分の側面周囲に設けられた膨出部分とを有し、前記膨出部分は、前記吸着面よりも低くされ、前記基板の前記吸着面からはみ出した部分は前記膨出部分と非接触にされ、前記ヒータは、少なくとも外周部分が前記膨出部分に配置された第一のヒータパターンと、前記中央部分に配置された第二のヒータパターンとを有し、前記第一、第二のヒータパターンに通電し、前記吸着面の外周の温度を中央の温度よりも高くできるように構成されたホットプレートである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のホットプレートであって、前記第一、第二のヒータパターンは独立して通電できるように構成されたホットプレートである。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のホットプレートであって、前記一、第二のヒータパターンは直列に接続され、前記第一のヒータパターンの発熱量が前記第二のヒータパターンの発熱量よりも大きくなるように構成されたホットプレートである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のホットプレートであって、前記膨出部分上には、金属製のプラテンリングが前記吸着面からはみ出た前記基板と非接触になるように配置されたホットプレートである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、真空処理装置であって、真空排気可能な真空槽と、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のホットプレートを有する真空処理装置であって、前記ホットプレートが、前記真空槽内に配置されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明は上記のように構成されており、装置本体内に、静電吸着パターンとヒータとが配置されている。装置本体自体は絶縁物で構成されており、静電吸着パターン間や、ヒータ間は短絡しないようになっており、また、装置本体の表面は平坦に成形され、吸着面にされている。
このような吸着面に基板を載置した後、静電吸着パターンに電圧を印加すると、基板が静電吸着され、吸着面に密着し、ヒータによって加熱されるようになっている。
【００２１】
そして、本発明のホットプレートでは、ヒータは、吸着面の外周部分の温度と、外周部分よりも内側の部分の温度とを別個に設定できるように構成されており、外周部分の温度を高めに設定すると、低温になり易い基板の周辺部分が加熱され、その結果、基板全体に亘って温度を均一にできるようになっている。
【００２２】
このように、吸着面の外周部分の温度と、それよりも内側の部分の温度とを別個に設定する場合、ヒータを第１のヒータパターンと第２のヒータパターンとに分け、主として第１のヒータパターンで外周部分を加熱し、第２のヒータパターンによってそれよりも内側部分を加熱するようにすると、吸着面の温度設定が容易になる。
【００２３】
その場合、第１、第２のヒータパターンを独立に通電できるように構成すると、発熱量を別個に制御できる。他方、第１、第２のヒータパターンを直列に接続する場合には、第１のヒータパターンの発熱量が第２のヒータパターンの発熱量よりも大きくなるように抵抗値を設定しておくとよい。
【００２４】
ホットプレートの吸着面が基板よりも小径な場合には、基板の周辺部分の温度が特に低下しやすいので、本発明のホットプレートにより、載置面の周辺部分の温度を高めに設定しておくと、基板温度を均一にするために適している。
【００２５】
吸着面が基板よりも小径な場合、ホットプレート周辺部分を膨出させておき、膨出部分に第１のヒータパターンの少なくとも一部を配置しておくと、基板周辺部分が、膨出部分からも加熱されるので、基板温度が一層均一になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１を参照し、符号１は本発明の第１例の真空処理装置であり、真空槽１０を有している。真空槽１０の天井側には、カソード電極１９が設けられており、底壁側には、ホットプレート１１が固定されている。
ホットプレート１１は、絶縁物から成る装置本体２０と、抵抗発熱体から成るヒータ２２と、導電性材料から成る静電吸着パターン２５とを有している。
【００２７】
装置本体２０は、内部正面図である図２に示すように、絶縁物が円盤状に成形された基体２１を有しており、ヒータ２２は、その基体２１上に形成された２本の抵抗発熱体のヒータパターン(第１、第２のヒータパターン)によって構成されている。
【００２８】
第１のヒータパターン２２1は、リング形状にパターニングされており、第２のヒータパターン２２2は、円形の平面内を埋め尽くすようにパターニングされており、第１のヒータパターン２２1は基体２１の外周部分に配置され、第１のヒータパターン２２1は第２のヒータパターン２２2よりも大径にされており、第１のヒータパターン２２1の内側に、第２のヒータパターン２２2が配置されている。
【００２９】
第１、第２のヒータパターン２２1、２２2には、それぞれ２個の端子２６a、２６b、２７a、２７bが設けられており、各端子２６a、２６b、２７a、２７bは、真空槽１０外に配置された２台の加熱用電源１９1、１９2にそれぞれ接続されている。
【００３０】
加熱用電源１９1、１９2は、独立して制御できるように構成されており、従って、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2は、それぞれ独立して通電できるように構成されている。
【００３１】
また、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2の上方には、絶縁物を介して静電吸着パターン２５が配置されており、更に、静電吸着パターン２５表面には、絶縁物が配置されている(それらの絶縁物は図２では示さない。)。装置本体２０の表面を形成する絶縁物は平坦に成形されており、基板配置が可能な吸着面２８にされている。
【００３２】
上記のような真空処理装置１を用いる場合、先ず、真空槽１０内を真空排気し、予め真空状態にしておくと共に、電源１９1、１９2を起動し、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2に通電し、ホットプレート１１全体を昇温させておく。
【００３３】
このとき、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2への通電量を制御し、第１のヒータパターン２２1の発熱量を大きくし、吸着面２８の外周部分の温度を、その内側の部分の温度よりも高くしておく。
【００３４】
次に、真空槽１０内の真空状態を維持したまま、処理対象物である基板(シリコンウェハ)を搬入し、吸着面２８上に載置し、静電吸着パターン２５に電圧を印加して静電吸着し、基板１５裏面を吸着面２８表面に密着させると、基板１５はホットプレート１からの熱伝導によって加熱される。
【００３５】
図１の符号１５はその状態の基板を示しており、ホットプレート１１の外周は、基板１５よりも小径に形成されているため、基板１５の外周部分は、ホットプレート１１からはみ出ている(一例として、基板１５が直径２００ｍｍのとき、吸着面２８の直径は１９０ｍｍ)。
【００３６】
基板１５の外周付近の拡大図を図３に示す。ホットプレート１１の周囲には、金属製のプラテンリング１７が配置されており、基板１５のホットプレート１１上からはみ出た部分は、プラテンリング１７上に非接触の状態で位置している。
【００３７】
実験的に、上記基板１５表面に予め熱電対を設けておき、静電吸着から所定時間が経過し、基板１５が加熱された後、基板１５の温度分布を測定したところ、基板１５の中心部分の温度が３９０℃のときに、周辺部分(縁から３ｍｍ内側の部分)の温度を３７５℃まで昇温させることができた。
【００３８】
図６に示したような従来技術のホットプレート１１１でも、同様に基板の温度分布を測定したところ、中心部分が３９０℃のときに、周辺部分が３６０℃まで低下しており、本発明のホットプレート１１は、従来技術のホットプレート１１１に比べて基板１５が均一に昇温されていることが分かる。
【００３９】
基板１５に熱電対が設けられておらず、通常通り真空処理する場合には、基板１５が所定温度に加熱された後、真空槽１０内にアルゴンガスを導入し、カソード電極１９に電圧を印加すると、カソード電極１９上に設けられたターゲット１３がスパッタリングされ、基板１５表面に薄膜が形成される。このとき基板１５表面は均一に加熱されているので、周辺部分とその内側部分での薄膜の膜厚や品質は均一になっている。
【００４０】
上記のように、薄膜を形成した後、真空槽１０外に搬出すると、この真空処理装置１を用いた基板１５の薄膜形成作業は終了する。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図４を参照し、符号１２は、本発明の第２例のホットプレートであり、上記第１例のホットプレート１１と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
この第２例のホットプレート１２の装置本体５０は、中央部分５１と膨出部分５２によって構成されている。中央部分５１は、第１例のホットプレート１１の装置本体２０と同径にされているが、第２例のホットプレート１２の基体は、上記第１例のホットプレート１よりも大径にされており、中央部分５１の側面周囲に膨出部分５２が形成されている。膨出部分５２上には、金属製のプラテンリング１７が配置され、基板１５を吸着面２８に載置・吸着したときに、基板１５がプラテンリング１７とは非接触の状態になるように構成されている。
【００４３】
このホットプレート１２では、第１のヒータパターン２２1は、少なくともその外周部分が膨出部分５２内に位置するように配置されており、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2に通電すると、吸着面２８の周辺部分は、膨出部分５２と、中央部分５１の膨出部分５２に隣接する部分とから加熱されるように構成されている。
【００４４】
このホットプレート１２では、真空雰囲気内で基板を静電吸着し、吸着面２８の外周部分の温度が高くなるように、第１、第２のヒータパターン２２1、２２2に通電した場合、基板１５の中心部分の温度が３９０℃のとき、周辺部分(縁から３ｍｍの部分)の温度は３８０℃に達しており、第１例のホットプレート１よりも、基板温度を均一にできた。
【００４５】
なお、以上はシリコンウェハを加熱するホットプレート１１、１２であり、そのためホットプレート１１、１２の形状は円盤状であったが、液晶表示装置に用いる矩形のガラス基板を加熱するホットプレートの場合、その形状は、ガラス基板と相似な矩形形状にすることができる。要するに、本発明のホットプレート及びそのホットプレートを用いた真空処理装置の場合、ホットプレートの形状は、処理対象の基板の形状に応じて定められるものであり、円盤状や矩形形状のものに限定されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
基板温度を均一化できるので、成膜処理やエッチング処理等の真空雰囲気内での処理の面内均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例の真空処理装置を説明するための図
【図２】本発明の第１例のホットプレートのヒータパターンを説明するための図
【図３】そのホットプレートの周辺部分の拡大図
【図４】本発明の第２例のホットプレートを説明するための図
【図５】従来技術の真空処理装置を説明するための図
【図６】その真空処理装置に用いられているホットプレートのヒータパターンを説明するための図
【図７】そのホットプレートの周辺部分の拡大図
【符号の説明】
１……真空処理装置    １０……真空槽    １１、１２……ホットプレート
２０……装置本体    ２２……ヒータ    ２２1……第１のヒータパターン
２２2……第２のヒータパターン    ２８……吸着面    ５１……膨出部分
【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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【図６】
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【図７】
0004009006.tif 000008