JP2002222849A - 基板温度制御機構及び真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 信頼性や安定性といった点で優れた基板温度
制御機構を提供するとともに、このような基板温度制御
機構を備えることで処理の再現性や品質の点で優れた真
空処理装置を提供する。 【解決手段】 基板９に接触する接触ブロック１１と接
触ブロック１１に向かい合わせて近接して設けられたス
テージ本体１２とより成るステージ１に基板９が載置さ
れ、ステージ本体１２内に設けられた熱交換部２により
加熱又は冷却されて基板９の温度が制御される。接触ブ
ロック１１とステージ本体１２の向かい合う面には、平
坦な面をつき合わせた場合に比べて表面積が大きくなる
よう互いに適合する凹凸が設けられており、両者の隙間
に温度制御用ガス導入系４がガス導入して圧力を上昇さ
せる。温度制御用ガス導入系４は、基板９と接触ブロッ
ク１１との隙間へのガス導入にも兼用される。基板処理
装置は、基板９の温度制御を行いながら真空中で基板９
を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、真空中で基板
を処理する真空処理装置及びそのような装置において基
板の温度を制御する基板温度制御機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】真空中で基板を処理することは、ＬＳＩ
（大規模集積回路）等の電子デバイスやＬＣＤ（液晶デ
ィスプレイ）等の表示デバイスの製造において広く行わ
れている。このような真空処理においては、処理の際の
基板の温度が処理に品質に影響を与えることが多いた
め、基板の温度を制御しながら処理することがしばしば
行われている。基板の温度制御は、通常、基板に面接触
する部材を介して熱交換を行うことにより行われてい
る。輻射加熱ランプを使用することもあるが、温度制御
の精度等を考慮して、通常は、伝導伝達による熱交換が
利用される。従来の典型的な基板温度制御機構の構成
は、台状の部材（以下、ステージ）に基板を載置し、ス
テージ内に設けた熱源又は冷源により基板を加熱又は冷
却して温度制御する。

【０００３】このような基板温度制御機構でも、温度制
御の精度や応答性が充分に高く得られない場合がある。
この原因の一つは、基板の裏面やステージの表面には微
小な凹凸があるためである。微小な凹凸があることによ
って接触面積が少なくなり、熱交換の効率が低下してし
まう。この結果、温度制御の精度や応答性も低下する。
真空処理装置のように、基板やステージを真空中に配置
して温度制御を行う場合には、微小な凹凸で形成された
微小な空間は真空圧力になるため、熱交換効率が低下し
てしまう。この結果、やはり温度制御の精度や応答性が
低下する。

【０００４】従来の基板温度制御機構は、このような問
題を解消するため、基板をステージに静電吸着させる構
成を採っている。具体的には、ステージの基板を載置す
る側の部分を誘電体製とし、その誘電体製の部材（以
下、誘電体ブロック）内に一対又は複数対の吸着電極を
設ける。そして、対を成す吸着電極に正負の直流電圧を
印加する。電圧印加によって誘電体ブロックの表面に静
電気が誘起され、この静電気により基板が誘電体ブロッ
クに静電吸着される。静電吸着により密着性が向上する
結果、基板と誘電体ブロックの熱交換効率が高まり、温
度制御の精度や応答性が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の基板温度制御機構は、基板の静電吸着を行うため、
以下のような問題がある。

【０００６】一つめの問題は、静電吸着ブロックのバラ
ツキ等に起因した温度制御の信頼性や安定性の問題であ
る。静電吸着ブロックは、体積抵抗率等の特性が製造段
階での要因により多少ばらつくことが避けられない。こ
のような特性のバラツキがあると、同じように電圧を印
加した場合でも、表面に生ずる静電吸着力が僅かに異な
ってくる。このような静電吸着力のバラツキは、基板と
ステージとの間の熱交換効率のバラツキにつながり、最
終的には、温度制御の応答性等の制御特性のバラツキに
つながる。静電吸着力が個々の誘電体ブロックによって
バラツクということは、同じような制御パターンで熱源
又は冷源を制御しても、基板の温度変化が個々の誘電体
ブロックによって異なるという結果にもなりかねない。

【０００７】また、体積抵抗率等の特性のバラツキは、
個々の誘電体ブロック同士に生ずる他、一つの誘電体ブ
ロック内でも生ずることが避けられない。つまり、体積
抵抗率等の特性が全く均一な誘電体ブロックを製造する
ことは困難であり、特性のバラツキが不可避である。基
板を吸着する面（以下、吸着面）の方向に特性のバラツ
キが生ずると、両者の接触性が不均一となり、この結
果、熱交換効率も不均一となる。これにより、基板の温
度分布も不均一になってしまう。

【０００８】さらに、上述した説明から解るように、静
電吸着を利用した基板温度制御は、吸着面の状態に大き
く依存する。基板の吸着と脱離を多く繰り返すと、吸着
面の状態が経時的に変化することがある。例えば、吸着
面が基板によって多少削られる結果、吸着面の微小な凹
凸が経時的に平坦化されたりすることがある。このよう
な表面状態の経時的な変化が生ずると、静電吸着の特性
も変化し、この結果、温度制御の特性も変化してしま
う。つまり、経時的に安定した温度制御が行えないこと
になる。

【０００９】また、静電吸着の本質的な問題として、基
板の種類が変わってしまった場合、吸着力も変わってし
まう問題がある。基板を静電吸着させた際、誘電体ブロ
ックと基板との間には電位差があり、この電位差によっ
て漏れ電流が流れる。この漏れ電流の大きさが大きいほ
ど、静電吸着力が大きくなる。基板の種類が異なると、
その抵抗率も異なってくるため、漏れ電流の大きさが変
わってしまい、静電吸着力も変わってしまう。従って、
静電吸着を利用した基板温度制御機構では、基板の種類
が変わるたびに印加電圧の調整等を作業をしなければな
らない煩わしさがある。このように、静電吸着を利用し
た基板温度制御機構は、温度制御の信頼性や安定性とい
った点で問題が指摘されている。

【００１０】また、静電吸着を利用した基板温度制御機
構は、基板の処理の際に使用されるものである場合、基
板を汚損する問題もある。基板が静電吸着力により誘電
体ブロックに強く吸着される結果、基板の裏面が誘電体
ブロックにより傷つけられることがある。逆に、誘電体
ブロックの表面が基板により傷つけられたり、表面が欠
けたりする場合がある。このような傷や欠けが発生する
と、微小な破片が放出される。この破片が、被処理面で
ある基板の表面に付着すると、表面が汚損される可能性
が高い。例えば、基板の表面に薄膜が作成される処理が
行われる場合、薄膜中に異物として破片が混入すること
で薄膜の品質が著しく損なわれることがある。また、基
板の表面に微細な回路が形成されている場合、破片が付
着することによって回路の断線やショート等が生ずるこ
とがある。このような基板を汚損する微粒子は、一般的
にパーティクルと呼ばれる。上記静電吸着を利用した基
板温度制御機構は、このようにパーティクルを発生させ
易いという問題がある。

【００１１】本願の発明は、かかる課題を解決するため
になされたものであり、信頼性や安定性といった点で優
れた基板温度制御機構を提供するとともに、このような
基板温度制御機構を備えることで処理の再現性や品質の
点で優れた真空処理装置を提供する技術的意義を有す
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、基板に面接触するス
テージと、基板との接触面を介して基板を加熱する熱源
又は基板を冷却する冷源である熱交換部と、熱交換部に
よる基板との熱交換の量を調整することで基板の温度を
制御する制御部とよりなる基板温度制御機構であって、
前記ステージは、基板に面接触する接触ブロックと、接
触ブロックに向かい合わせて近接させて設けられたステ
ージ本体とより成るものであり、前記熱交換部はステー
ジ本体内に設けられており、前記接触ブロックと前記ス
テージ本体のお互いの向かい合う面は、平坦な面をつき
合わせた場合に比べて表面積が大きくなるよう互いに適
合する凹凸が設けられているとともに、そのお互いに向
かい合う面の隙間にガスを導入して圧力を上昇させる温
度制御用ガス導入系が設けられているという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発
明は、基板に面接触するステージと、基板との接触面を
介して基板を加熱する熱源又は基板を冷却する冷源であ
る熱交換部と、熱交換部による基板との熱交換の量を調
整することで基板の温度を制御する制御部とよりなる基
板温度制御機構であって、前記ステージは、基板に面接
触する接触ブロックと、接触ブロックに向かい合わせて
近接させて設けられたステージ本体とより成るものであ
り、前記熱交換部はステージ本体内に設けられており、
前記接触ブロックと前記ステージ本体のお互いの向かい
合う面の隙間にガスを導入して圧力を上昇させる温度制
御用ガス導入系が設けられているとともに、前記温度制
御用ガス導入系が導入するガスを、前記基板と前記接触
ブロックとの隙間に導入するガス導入部が前記接触ブロ
ックに設けられているという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項３記載の発明は、基板に面
接触するステージと、基板との接触面を介して基板を加
熱する熱源又は基板を冷却する冷源である熱交換部と、
熱交換部による基板との熱交換の量を調整することで基
板の温度を制御する制御部とよりなる基板温度制御機構
であって、前記ステージは、基板に面接触する接触ブロ
ックと、接触ブロックに向かい合わせて近接させて設け
られたステージ本体とより成るものであり、前記熱交換
部はステージ本体内に設けられており、前記接触ブロッ
クと前記ステージ本体のお互いの向かい合う面は、平坦
な面をつき合わせた場合に比べて表面積が大きくなるよ
う互いに適合する凹凸が設けられているとともに、その
お互いに向かい合う面の隙間にガスを導入して圧力を上
昇させる温度制御用ガス導入系が設けられており、さら
に、前記温度制御用ガス導入系が導入するガスを、前記
基板と前記接触ブロックとの隙間に導入するガス導入部
が前記接触ブロックに設けられているという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発
明は、前記請求項２又は３の構成において、前記ガス導
入部は、前記接触ガスの一部を多孔性部材とすることに
より構成されているという構成を有する。また、上記課
題を解決するため、請求項５記載の発明は、基板に面接
触するステージと、基板との接触面を介して基板を加熱
する熱源又は基板を冷却する冷源である熱交換部と、熱
交換部による基板との熱交換の量を調整することで基板
の温度を制御する制御部とよりなる基板温度制御機構で
あって、前記ステージは、基板に面接触する接触ブロッ
クと、接触ブロックに向かい合わせて近接させて設けら
れたステージ本体とより成るものであり、前記熱交換部
はステージ本体内に設けられており、前記接触ブロック
と前記ステージ本体のお互いの向かい合う面の隙間にガ
スを導入して圧力を上昇させる温度制御用ガス導入系が
設けられているとともに、前記温度制御用ガス導入系が
導入するガスを、前記基板と前記接触ブロックとの隙間
に導入するよう前記接触ブロックは全体に多孔性部材で
形成されているという構成を有する。また、上記課題を
解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の
構成において、記接触ブロックと前記ステージ本体のお
互いの向かい合う面は、平坦な面をつき合わせた場合に
比べて表面積が大きくなるよう互いに適合する凹凸が設
けられているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至
６いずれかに記載の基板温度制御機構と、この基板温度
制御機構のステージが内部に配置された真空チャンバー
と、真空チャンバー内を排気する排気系と、真空チャン
バー内に所定のガスを導入するプロセス用ガス導入系と
を備え、ステージに基板を載置して基板の温度制御を行
いながら真空中で基板に対して所定の処理を行うもので
あるという構成を有する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態（以
下、実施形態）について説明する。図１は、本願発明の
実施形態の基板温度制御機構及び真空処理装置の概略構
成を示す正面断面図である。図１に示す基板温度制御機
構は、基板９に面接触するステージ１と、基板９との接
触面を介して基板９との間で熱交換を行う熱交換部２
と、熱交換部２による基板９との熱交換の量を調整する
ことで基板９の温度を制御する制御部３とを備えてい
る。また、図１に示す真空処理装置は、この基板温度制
御機構と、基板温度制御機構のステージ１が内部に配置
された真空チャンバー６と、真空チャンバー６内を排気
する排気系６１と、真空チャンバー６内に所定のガスを
導入するプロセス用ガス導入系６２と、処理の内容によ
って最適化される処理手段７等から構成されている。

【００１４】ステージ１は、図１に示すように台状の部
材であり、上面に基板９が載置される。従って、上面が
基板９との接触面（以下、単に接触面）である。ステー
ジ１は、基板９に面接触する接触ブロック１１と、接触
ブロック１１に向かい合わせて近接させて設けられたス
テージ本体１２とより成っている。接触ブロック１１
は、押さえリング１６によりステージ本体１２に押さえ
付けられた状態で設けられている。尚、「接触ブロック
１１に向かい合わせて近接させて」の「近接させて」と
は、両者が接触している場合と、接触してはいないが小
さい隙間で接近している場合の双方の含む意味である。
ステージ本体１２は、銅のような熱伝導性の良い金属で
形成されている。熱交換部２は、ステージ本体１２内に
設けられている。熱交換部２としては、本実施形態で
は、基板９を加熱する熱源２１と基板９を冷却する冷源
２２の双方が設けられている。

【００１５】熱源２１には、本実施形態では、ジュール
発熱方式のものが採用されている。熱源２１は、ステー
ジ本体１２の中心軸の周りに発熱線を螺旋状又は渦巻き
状に配置した構成となっている。熱源２１には、熱源２
１を通電して発熱させる加熱用電源２１１が接続されて
いる。この加熱用電源２１１は、制御部３によって熱源
２１への供給電力が制御されるようになっている。

【００１６】また、冷源２２は、ステージ本体１２内に
設けた空洞１２１に流通される冷媒となっている。空洞
１２１は、接触面と平行な面内に蛇行して延びる一本の
冷媒の流通路を構成するものである。空洞１２１が形成
する流通路の入り口に連通するようにして冷媒供給管２
２１が接続され、流通路の出口に連通するようにして冷
媒排出管２２２が接続されている。冷媒供給管２２１と
冷媒排出管２２２とは、サーキュレータ２２３を介して
つながっている。サーキュレータ２２３は、冷媒供給管
２２１を介して空洞１２１内に導入する冷媒の温度を管
理するものである。サーキュレータ２２３には、制御部
３から制御信号が送られるようになっており、制御信号
に従って冷媒の温度が管理される。

【００１７】接触ブロック１１は、ステージ本体１２と
同様、熱伝達率の良いものであることが好ましい。本実
施形態では、接触ブロック１１は、窒化アルミで形成さ
れている。また、基板温度制御機構は、基板９の温度を
検出する温度センサ５を備えている。温度センサ５とし
ては、本実施形態では、熱電対が使用されている。温度
センサ５は、図１に示すように、ステージ本体１２内に
埋設されている。従って、温度センサ５は、ステージ本
体１２の温度を検出することにより間接的に基板９の温
度を検出する。熱電対よりなる温度センサ５を基板９に
接触させて基板９の温度を直接検出することも可能であ
るが、接触が安定して充分に行われるようにする必要が
ある。温度センサ５の検出信号は、制御部３に送られ
る。尚、温度センサ５には、放射温度計等の熱電対以外
のものが使用される場合もある。

【００１８】また、ステージ１は、基板９の受け渡し用
のリフトピン１３を備えている。図１に示すように、ス
テージ本体１２及び接触ブロック１１には、リフトピン
１３用の貫通孔が形成されており、この貫通孔内にリフ
トピン１３が配置されている。リフトピン１３には、不
図示の昇降機構が設けられている。昇降機構は、リフト
ピン１３を上昇させて基板９を受け取った後にリフトピ
ン１３を下降させ、基板９をステージ１上に載置するよ
うになっている。また、基板９をステージ１から取り去
る際には、昇降機構は、リフトピン１３を上昇させて基
板９をステージ１から突き上げるようにする。尚、リフ
トピン１３は、図１では１本のみ示されているが、実際
には３本程度均等に設けられている。

【００１９】真空チャンバー６は気密な容器であり、不
図示のロードロックチャンバー又は内部に搬送ロボット
を有する搬送チャンバーが気密に接続されている。接続
箇所には、基板９の搬入搬出のための不図示のゲートバ
ルブが設けられている。尚、真空チャンバー６の底壁部
には開口が設けられており、ステージ１はこの開口を気
密に塞ぐようにして取付具１５により取り付けられてい
る。

【００２０】真空処理がスパッタリングである場合を例
にして、真空処理装置の構成について説明する。スパッ
タリングを行う場合、プロセス用ガス導入系６２は、ア
ルゴンや窒素等のガスを導入するよう構成される。処理
手段７は、ターゲットと、ターゲットにスパッタ放電用
の電圧を印加するスパッタ電源とから構成される。ター
ゲットの背後（被スパッタ面とは反対側）には、マグネ
トロンスパッタリングのための磁石が設けられる。

【００２１】本実施形態の基板温度制御機構の大きな特
徴点は、接触ブロック１１とステージ本体１２の境界部
分の構造にある。本実施形態の大きな特徴点は、接触ブ
ロック１１とステージ本体１２のお互いの向かい合う面
が、平坦な面をつき合わせた場合に比べて表面積が大き
くなるよう互いに適合する凹凸を有した面となっている
点である。

【００２２】図２は、ステージ本体１２に設けた凹凸の
平面視を示す図である。ステージ本体１２の接触ブロッ
ク１１に向かい合う面（上面）の凹凸は、図２に示すよ
うに、ステージ本体１２の中心軸と同軸の円周を多数連
ねた形状となっている。接触ブロック１１のステージ本
体１２に向かい合う面（接触面とは反対側の面）の凹凸
は、同様に多数の同心円周状の凹凸となっており、図１
に示すようにステージ本体１２の凹部に凸部が丁度嵌り
合う構成となっている。

【００２３】また、本実施形態では、ステージ本体１２
と接触ブロック１１の向かい合う面の隙間にガスを導入
して圧力を上昇させる温度制御用ガス導入系４が設けら
れている。ステージ本体１２には、図１に示すように、
ガス導入路１４が形成されている。ガス導入路１４は、
ステージ本体１２の上面にまで達している。温度制御用
ガス導入系４は、ガス導入路１４を介して隙間にガスを
導入するものであり、不図示のガスボンベとガス導入路
１４とをつなぐ配管４１と、配管４１上に設けられたカ
ットバルブ４２や流量調整器４３、圧力計４４等から構
成されている。

【００２４】また、流量調整器４３とカットバルブ４２
との間の配管４１から分岐させるようにしてバイパス４
５が設けられている。バイパス４５は、真空チャンバー
６に接続されているとともに、バイパス４５上には、バ
イパスバルブ４６が設けられている。尚、温度制御用ガ
ス導入系４が導入するガスは、ヘリウムのような熱伝導
率のガスである。

【００２５】図１では、ステージ本体１２の凸部の先端
面は接触ブロック１１に接触し、接触ブロック１１の凸
部の先端面はステージ本体１２に接触しているが、接触
は完全ではなく、微小な隙間がある。温度制御用ガス導
入系４によって導入されたガスは、微小な隙間を通り、
ステージ本体１２と接触ブロック１１との間の全体の隙
間に拡散していく。

【００２６】図１及び図２に示す基板温度制御機構の動
作について、以下に説明する。以下の説明では、一例と
して基板９を加熱して所定の温度に制御する場合を採り
上げる。リフトピン１３及び不図示の昇降機構の動作に
よって、前述した通り基板９がステージ１上に載置され
る。ステージ１内の熱源２１が予め動作しており、制御
部３からの制御信号に従い、ステージ１は全体に所定の
高温に維持されている。

【００２７】基板９がステージ１に載置されると、熱源
２１からの熱が接触ブロック１１を介して基板９に伝え
られ、基板９の温度は上昇する。しかしながら、ステー
ジ本体１２と接触ブロック１１との間は、真空圧力であ
ってガス分子による熱の伝導伝達や対流による熱の伝達
はあまり期待できない。従って、ステージ本体１２と接
触ブロック１１との間に温度差が生じやすい。

【００２８】そこで、本実施形態では、温度制御用ガス
導入系４を動作させ、ステージ本体１２と接触ブロック
１１との隙間にガスを導入し、圧力を上昇させる。即
ち、バイパスバルブ４６を閉めた状態でカットバルブ４
２を開け、流量調整器４３を経由してステージ本体１２
と接触ブロック１１との隙間にガスを導入する。導入さ
れるガスの圧力は、圧力計４４で計測され、制御部３に
送られる。制御部３は、ガスの圧力が所定の値になるよ
う、流量調整器４３を調整する。これにより、接触ブロ
ック１１とステージ本体１２の隙間のガス圧力もその所
定の値にほぼ等しくなる。

【００２９】このようにして接触ブロック１１とステー
ジ本体１２との隙間の圧力が上昇する結果、両者の熱交
換効率が向上し、接触ブロック１１の温度はステージ本
体１２の温度に近くなる。従って、接触ブロック１１に
接触している基板９の温度もステージ本体１２の温度に
近くなる。ステージ本体１２の温度は、温度センサ５に
よって計測されて制御部３に送られる。制御部３は、ス
テージ本体１２の温度が所定の高温に維持されるよう熱
源２１をフィードバック制御する。この結果、基板９の
温度も所定の高温に維持される。

【００３０】この際、基板９の温度を、温度制御用ガス
導入系４によるガス導入量で制御することも可能であ
る。具体的には、温度センサ５からの信号に従い、ステ
ージ本体１２と接触ブロック１１の隙間の圧力の設定値
を変更する。この変更により、温度制御用ガス導入系４
の流量調整器４３に制御信号が送られ、圧力計４４で計
測される圧力がこの設定値になるよう流量調整器４３が
フィードバック制御される。このような構成によって
も、基板９の温度制御が可能である。

【００３１】基板９の処理の動作について、同様にスパ
ッタリングの場合を例にして説明する。上記のように基
板９がステージ１に載置されて所定の温度に制御された
状態で、プロセス用ガス導入系６２によってガスが所定
の流量で導入されるとともに排気系６１によって真空チ
ャンバー６内が所定の真空圧力に維持される。この状態
で、スパッタ電源が動作してスパッタ放電が生じ、ター
ゲットがスパッタされる。スパッタによって放出された
ターゲットの材料が基板９に到達し、基板９の表面にタ
ーゲットの材料の薄膜が堆積する。

【００３２】薄膜が所定の厚さに達したら、スパッタ電
源及びプロセス用ガス導入系６２の動作を止め、真空チ
ャンバー６内を再度排気する。また、温度制御用ガス導
入系４の動作も止める。そして、リフトピン１３を突き
上げて基板９をステージ１から取り去る。この際、温度
制御用ガス導入系４の流量調整器４３の設定値を０にす
るとともにカットバルブ４２を閉め、バイパスバルブ４
６を開ける。この結果、接触ステージ１とステージ本体
１２との隙間やカットバルブ４２と流量調整器４３との
間に残留しているガスは、真空チャンバー６内を経て排
気系６１により排気される。

【００３３】上記構成及び作用に係る本実施形態の基板
温度制御機構によれば、ステージ本体１２と接触ブロッ
ク１１との隙間に熱伝達率の高いガスが導入されるの
で、両者の熱交換効率が増す。このため、接触ブロック
１１を介した基板９との熱交換効率も増し、温度制御の
精度や応答性が高くなる。そして、この基板温度制御機
構を備えた真空処理装置によれば、基板９及びステージ
１が真空圧力下に置かれるにもかかわらず、基板９の温
度が精度良く制御される。このため、再現性や品質の点
で優れた処理を行うことができる。

【００３４】尚、接触ブロック１１と基板９との間の熱
交換効率が問題になるときは、接触ブロック１１内に吸
着電極を設け、基板９を接触ブロック１１に静電吸着す
るようにする。この場合、接触ブロック１１とステージ
本体１２との熱交換効率が高いため、それほど大きな静
電吸着力は必要としない。従って、基板９や接触ブロッ
ク１１が傷つけられる問題は、従来に比べて低減する。

【００３５】上記実施形態では、熱源２１によって基板
９を加熱しながら熱源２１を制御して基板９の温度を所
定の高温に維持したが、冷源２２によって基板９を冷却
しながら基板９の温度を所定の値に維持する場合もある
のは、勿論である。例えば、プラズマを形成しながら処
理する場合、プラズマからの熱によって基板が必要以上
に加熱されることがあり、この場合は、冷源２２によっ
て基板９を冷却しながら温度制御することもある。この
場合、制御部３は、サーキュレータ２２３に制御信号を
送って冷媒の温度を所定の値に保つようにする。

【００３６】この他、熱源２１によって基板９を加熱し
ながら冷源２２を動作させたり、冷源２２によって基板
９を冷却しながら熱源２１を動作させることもある。こ
の場合、熱源２１によって基板９を加熱するもののフィ
ードバック制御は冷源２２に対して行ったり、逆に冷源
２２によって基板９を冷却するもののフィードバック制
御は熱源２１に対して行う場合もある。

【００３７】次に、本願発明の第二の実施形態の基板温
度制御機構の構成について説明する。図３は、第二の実
施形態の基板温度制御機構の概略構成を示す正面断面図
である。この実施形態の基板温度制御機構も、基板９に
面接触するステージ１と、基板９との接触面を介して基
板９との間で熱交換を行う熱交換部２と、熱交換部２に
よる基板９との熱交換の量を調整することで基板９の温
度を制御する制御部３とを備えている。

【００３８】この実施形態の大きな特徴点は、接触ブロ
ック１１と基板９との間の熱交換効率を向上させるた
め、両者の隙間にガスを導入するようになっていること
であり、そのガス導入のための構成として、ステージ本
体１２と接触ブロック１１との間にガスを導入する温度
制御用ガス導入系４が兼用されている点である。

【００３９】具体的に説明すると、接触ブロック１１
は、接触ブロック１１とステージ本体１２との隙間にあ
るガスを基板９と接触ブロック１１との隙間に導くガス
導入部１１１を有している。ガス導入部１１１として
は、本実施形態では、多孔性部材が使用されている。多
孔性部材は、ろ過精度０．０１μｍ程度のフィルタと同
様の部材から成るものが使用できる。材質は、セラミッ
クス等である。このような多孔性部材は、例えば焼結等
の方法により成形するに際し、内部からのガス放出によ
って無数の孔が形成されるようにすることで製造するこ
とができる。

【００４０】接触ブロック１１は、多孔性部材が設けら
れる部分に貫通孔を有している。多孔性部材は、貫通孔
に填め込まれている。貫通孔及び多孔性部材の形状は任
意であるが、例えばステージ１と同軸の円環状で良い。
上下に細長い貫通孔を複数均等に設け、その各々にロッ
ド状の多孔性部材を填め込んでも良い。

【００４１】本実施形態の構成では、温度制御用ガス導
入系４が導入するガスが、基板９と接触ブロック１１と
の間にも導入されるので、基板９と接触ブロック１１と
の隙間の圧力も高くなる。このため、基板９と接触ブロ
ック１１との熱交換効率が向上し、基板９の温度制御の
精度や応答性がさらに高くなる。このため、この基板温
度制御機構を備えた真空処理装置によれば、再現性や品
質の点でさらに優れた処理を行うことができる。

【００４２】また、本実施形態の構成によれば、基板９
と接触ブロック１１との隙間に導入されたガスにより熱
交換効率が高まるので、基板９を接触ブロック１１に対
して静電吸着させなくとも、上記温度制御の精度向上や
応答性向上の効果を得ることができる。従って、信頼性
や安定性の点で問題のある静電吸着を採用することによ
る基板温度制御の信頼性や安定性の低下、パーティクル
の発生による基板９の汚損といった問題からは、本実施
形態は無縁である。とはいえ、本願発明は、静電吸着機
構の採用を排除するものではなく、必要であれば採用し
ても良い。

【００４３】また、本実施形態の構成では、基板９と接
触ブロック１１との隙間にガスを導入する構成として、
接触ブロック１１とステージ本体１２との隙間にガスを
導入する構成を兼用している。この構成には、ガス導入
のための構成が簡略化され、ステージ１やステージ１の
周辺の構成がシンプルになるメリットがある。但し、兼
用しない構成も採用が可能であり、専用の経路で基板９
と接触ブロック１１との隙間にガス導入しても良い。
尚、ガス導入部１１１の構成としては、上述した多孔性
部材を使用する場合の他、単なるガス導入路（貫通路）
の構成でも良い。

【００４４】次に、本願発明の第三の実施形態の基板温
度制御機構の構成について説明する。図４は、第三の実
施形態の基板温度制御機構の概略構成を示す正面断面図
である。この実施形態の基板温度制御機構も、基板９に
面接触するステージ１と、基板９との接触面を介して基
板９との間で熱交換を行う熱交換部２と、熱交換部２に
よる基板９との熱交換の量を調整することで基板９の温
度を制御する制御部３とを備えている。

【００４５】この実施形態も、第二の実施形態と同様
に、接触ブロック１１と基板９との間の熱交換効率を向
上させるため、両者の隙間にガスを導入するようになっ
ており、そのガス導入のための構成として、ステージ本
体１２と接触ブロック１１との間にガスを導入する温度
制御用ガス導入系４が兼用されている。この第三の実施
形態が第二の実施形態と異なるのは、接触ブロック１１
が全体に多孔性部材となっている点である。即ち、接触
ブロック１１は、ろ過精度０．０１μｍ程度のフィルタ
と同様の部材で全体が形成されている。

【００４６】このように接触ブロック１１を多孔性部材
で全体に形成すると、接触ブロック１１とステージ本体
１２の隙間にあるガスが均一に上昇して基板９と接触ブ
ロック１１との隙間に導入される。このため、基板９と
接触ブロック１１との隙間のガス圧力の分布がより均一
になる。この結果、基板９の温度もより均一になり、よ
り均一な処理が行えることになる。

【００４７】尚、この第三の実施形態では、接触ブロッ
ク１１とステージ本体１２とのお互いの向かい合う面
は、第一第二の実施形態のような凹凸面になっていな
い。ステージ本体１２の接触ブロック１１に向かい合う
面には、大きな一つの凹部が形成されているのみであ
る。この凹部で形成される空間に温度制御用ガス導入系
４が導入するガスが溜まり、熱交換効率を向上させるよ
うになっている。但し、第一第二の実施形態と同様に互
いに嵌り合う小さな多数の凹凸より成る面にしておく
と、接触ブロック１１とステージ本体１２の熱交換の効
率がさらに高まる効果を得られるので、さらに好適であ
る。

【００４８】上記各実施形態では、熱交換部２は、基本
的に伝導伝達により熱交換を行うものであったが、輻射
熱で熱交換を行ったり、対流により熱交換を行ったりす
る構成が採用されることもある。

【００４９】

【実施例】次に、上記各実施形態に属する実施例につい
て説明する。例えば、基板９がシリコン等の半導体ウェ
ーハであり、その基板９を５００℃まで加熱してその温
度を制御する場合、温度制御用ガスの導入量は、４ＳＣ
ＣＭ（ＳＣＣＭは０℃１気圧で換算した気体の流量（立
方センチメートル／分））程度である。温度制御用ガス
の圧力（圧力計４４の計測値）は、１０^３Ｐａ程度であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の基板温度制御機構によれば、ステージ本体と接触ブロ
ックとの隙間にガスが導入されるので、両者の熱交換効
率が増す。このため、接触ブロックを介した基板との熱
交換効率も増し、温度制御の精度や応答性が高くなると
いう効果が得られる。また、請求項２記載の発明によれ
ば、接触ブロックとステージ本体のお互いの向かい合う
面の隙間にガスを導入して圧力を上昇させる温度制御用
ガス導入系が設けられているので、ステージ本体と接触
ブロックとの熱交換効率が増し、温度制御の精度や応答
性が高くなる。加えて、温度制御用ガス導入系が導入す
るガスを基板と接触ブロックとの隙間に導入するガス導
入部が接触ブロックに設けられているので、基板と接触
ブロックとの熱交換効率も増す。このため、温度制御の
精度や応答性がさらに高くなる。そして、基板と接触ブ
ロックとの隙間にガスを導入する構成に、接触ブロック
とステージ本体との隙間にガスを導入する構成が兼用さ
れているので、構造がシンプルになる。また、請求項３
記載の発明によれば、上記請求項１の効果と請求項２の
効果の双方を得ることができる。また、請求項５記載の
発明によれば、上記請求項２と同様の効果が得られると
もに、接触ブロックが全体に多孔性部材で形成されてい
るので、基板の温度をより均一化させることができると
いう効果が得られる。また、請求項６記載の発明によれ
ば、上記請求項５の効果に加え、請求項１と同様の効果
を得ることができる。また、請求項７記載の発明によれ
ば、上記効果を有する基板温度制御機構を使用しながら
真空中で基板が処理されるので、再現性や品質といった
点で優れた処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態の基板温度制御機構及び真
空処理装置の概略構成を示す正面断面図である。

【図２】ステージ本体１２に設けた凹凸の平面視を示す
図である。

【図３】第二の実施形態の基板温度制御機構の概略構成
を示す正面断面図である。

【図４】第三の実施形態の基板温度制御機構の概略構成
を示す正面断面図である。

【符号の説明】

１ ステージ １１ 接触ブロック １１１ ガス導入部 １２ ステージ本体 ２ 熱交換部 ２１ 熱源 ２１１ 加熱用電源 ２２ 冷源 ２２１ 冷媒供給管 ２２２ 冷媒排出管 ２２３ サーキュレータ ３ 制御部 ４ 温度制御用ガス導入系 ５ 温度センサ ６ 真空チャンバー ６１ 排気系 ６２ プロセス用ガス導入系 ７ 処理手段 ９ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝俣 好弘 東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ 株式会社内 (72)発明者 高橋 信行 東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QB44 RF09 RF27 VV22 3L044 AA03 BA09 CA14 HA01 5F031 CA02 CA05 HA02 HA03 HA10 HA16 HA37 HA38 HA39 MA30 PA20 PA26 5F046 KA04 5F103 AA08 BB24 BB42 BB57 RR10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に面接触するステージと、基板との
   接触面を介して基板を加熱する熱源又は基板を冷却する
   冷源である熱交換部と、熱交換部による基板との熱交換
   の量を調整することで基板の温度を制御する制御部とよ
   りなる基板温度制御機構であって、 前記ステージは、基板に面接触する接触ブロックと、接
   触ブロックに向かい合わせて近接させて設けられたステ
   ージ本体とより成るものであり、 前記熱交換部はステージ本体内に設けられており、 前記接触ブロックと前記ステージ本体のお互いの向かい
   合う面は、平坦な面をつき合わせた場合に比べて表面積
   が大きくなるよう互いに適合する凹凸が設けられている
   とともに、そのお互いに向かい合う面の隙間にガスを導
   入して圧力を上昇させる温度制御用ガス導入系が設けら
   れていることを特徴とする基板温度制御機構。
2. 【請求項２】 基板に面接触するステージと、基板との
   接触面を介して基板を加熱する熱源又は基板を冷却する
   冷源である熱交換部と、熱交換部による基板との熱交換
   の量を調整することで基板の温度を制御する制御部とよ
   りなる基板温度制御機構であって、 前記ステージは、基板に面接触する接触ブロックと、接
   触ブロックに向かい合わせて近接させて設けられたステ
   ージ本体とより成るものであり、 前記熱交換部はステージ本体内に設けられており、 前記接触ブロックと前記ステージ本体のお互いの向かい
   合う面の隙間にガスを導入して圧力を上昇させる温度制
   御用ガス導入系が設けられているとともに、 前記温度制御用ガス導入系が導入するガスを、前記基板
   と前記接触ブロックとの隙間に導入するガス導入部が前
   記接触ブロックに設けられていることを特徴とする基板
   温度制御機構。
3. 【請求項３】 基板に面接触するステージと、基板との
   接触面を介して基板を加熱する熱源又は基板を冷却する
   冷源である熱交換部と、熱交換部による基板との熱交換
   の量を調整することで基板の温度を制御する制御部とよ
   りなる基板温度制御機構であって、 前記ステージは、基板に面接触する接触ブロックと、接
   触ブロックに向かい合わせて近接させて設けられたステ
   ージ本体とより成るものであり、 前記熱交換部はステージ本体内に設けられており、 前記接触ブロックと前記ステージ本体のお互いの向かい
   合う面は、平坦な面をつき合わせた場合に比べて表面積
   が大きくなるよう互いに適合する凹凸が設けられている
   とともに、そのお互いに向かい合う面の隙間にガスを導
   入して圧力を上昇させる温度制御用ガス導入系が設けら
   れており、 さらに、前記温度制御用ガス導入系が導入するガスを、
   前記基板と前記接触ブロックとの隙間に導入するガス導
   入部が前記接触ブロックに設けられていることを特徴と
   する基板温度制御機構。
4. 【請求項４】 前記ガス導入部は、前記接触ガスの一部
   を多孔性部材とすることにより構成されていることを特
   徴とする請求項２又は３記載の基板温度制御機構。
5. 【請求項５】 基板に面接触するステージと、基板との
   接触面を介して基板を加熱する熱源又は基板を冷却する
   冷源である熱交換部と、熱交換部による基板との熱交換
   の量を調整することで基板の温度を制御する制御部とよ
   りなる基板温度制御機構であって、 前記ステージは、基板に面接触する接触ブロックと、接
   触ブロックに向かい合わせて近接させて設けられたステ
   ージ本体とより成るものであり、 前記熱交換部はステージ本体内に設けられており、 前記接触ブロックと前記ステージ本体のお互いの向かい
   合う面の隙間にガスを導入して圧力を上昇させる温度制
   御用ガス導入系が設けられているとともに、 前記温度制御用ガス導入系が導入するガスを、前記基板
   と前記接触ブロックとの隙間に導入するよう前記接触ブ
   ロックは全体に多孔性部材で形成されていることを特徴
   とする基板温度制御機構。
6. 【請求項６】 前記接触ブロックと前記ステージ本体の
   お互いの向かい合う面は、平坦な面をつき合わせた場合
   に比べて表面積が大きくなるよう互いに適合する凹凸が
   設けられていることを特徴とする請求項５記載の基板温
   度制御機構。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６いずれかに記載の基板温
   度制御機構と、この基板温度制御機構のステージが内部
   に配置された真空チャンバーと、真空チャンバー内を排
   気する排気系と、真空チャンバー内に所定のガスを導入
   するプロセス用ガス導入系とを備え、ステージに基板を
   載置して基板の温度制御を行いながら真空中で基板に対
   して所定の処理を行うものであることを特徴とする真空
   処理装置。