JP5453985B2 - 支持台 - Google Patents

Description

本発明は、基板を支持するための、ヒーターを内蔵した支持台に関する。

一般に、ＣＶＤ（化学気相蒸着）装置のような成膜装置では、非処理体となる基板を決まった枚数成膜処理したら、チャンバー内に堆積した膜を、ドライクリーニングによって除去している。これは、堆積した膜がパーティクルとなって成膜時に基板に付着し、異物となって成膜不良を引き起こすのを防止するためである。

ドライクリーニングとは、ＮＦ_３やＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６などの反応性の高いハロゲン化ガス（反応性ガス）を、チャンバー内または外部で分解してラジカル化またはイオン化し、このようなラジカルまたはイオンにより、チャンバー内の堆積膜を除去する方法である。
ところが、このようなハロゲン化ラジカルやハロゲン化イオンは反応性が高いため、堆積膜を容易に除去できるものの、その一方で、チャンバー内に配置されている各種部材にもダメージを与えてしまう。

ＣＶＤ装置には、プラズマＣＶＤや熱ＣＶＤなど複数の種類があるが、いずれの場合にも、基板をチャンバー内に設置するべくこれを支持（保持）するための、サセプタと呼ばれるステージ（支持台）が必要となる。このようなステージ（サセプタ）としては、支持した基板の温度を上昇させて反応を促進させ、成膜速度を向上させるために、ヒーターを内蔵したものが多く知られている。ヒーターを内蔵したステージは、通常、一対のプレート間に溝を形成し、この溝にヒーターを埋設して作製されている。

ところで、ステージ（支持台）は成膜時に真空雰囲気中に置かれる。しかし、一対のプレート間には前記溝内に空気が存在するので、真空雰囲気中に置かれることにより、ステージにプレート割れなどの破損が生じるおそれがある。そこで、これを防ぐため、ステージにはその一方のプレートに、内部の空気を抜くための気抜き孔と、これに連通する気抜き溝とを設けている。

ところが、このような気抜き孔や気抜き溝を形成したプレートからなるステージ（支持台）では、前記のドライクリーニングの処理中などに、この気抜き孔から反応性ガスが浸入してしまい、ヒーターを構成する金属と反応してこれを劣化させ、断線を引き起こしてしまうことがある。すると、ヒーターを交換するためのコストが増加し、ＣＶＤ装置のメンテナンス費用が増大してしまう。
このような背景のもとに、従来では、特殊な合金からなる電熱線を用いた、ＣＶＤ装置用の加熱ヒーターが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１４８０４９号公報

しかしながら、前記の特殊な合金からなる電熱線を用いた加熱ヒーターにあっては、ニクロム線等の一般的な電熱線に比べて高価になるため、これを備えた支持台（ステージ）のコストも当然高くなってしまう。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コストの増大を招くことなく、反応性ガスとの反応に起因するヒーターの断線を防止し、これによってＣＶＤ装置等のメンテナンス費用の増大を抑制した、ヒーターを内蔵してなる支持台を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ヒーターが断線を起こす箇所としては、前記の気抜き孔近傍や、この気抜き孔に直接連通する気抜き溝近傍に多いことを見いだした。そこで、このような知見に基づきさらに研究を重ねた結果、本発明を完成した。

本願発明に係るひとつの支持台は、反応性ガスが供給されるチャンバー内にて、被処理体を支持するための支持台であって、一対のプレートと、該一対のプレート間に設けられてなるヒーターとを備え、前記一対のプレートには、少なくともその一方に、該プレートの表裏面を貫通する気抜き孔と、該気抜き孔に連通する導入溝と、該導入溝に連通する気抜き溝と、前記導入溝と前記気抜き溝との少なくとも一方に連通し、かつ前記気抜き溝より幅が狭い埋設溝と、が形成され、前記ヒーターは、前記導入溝、前記気抜き溝、及び前記埋設溝内に埋設されるとともに、前記気抜き孔を介して電気配線に接続されてなり、かつ、前記導入溝内に埋設された部分の少なくとも前記気抜き孔側が、非発熱部になっており、前記気抜き孔と前記気抜き溝との間に、ヒーターが配置されない非埋設溝が形成されていることを特徴とする。
上記のひとつの支持台において、前記導入溝は、前記埋設溝より幅が広く、前記気抜き溝より幅が狭く形成されていることが好ましい。
上記のひとつの支持台において、前記非埋設溝は、非直線状に形成されていることが好ましい。
すなわち、本発明の支持台は、反応性ガスが供給されるチャンバー内にて、被処理体を支持するための支持台であって、
一対のプレートと、該一対のプレート間に設けられてなるヒーターとを備え、
前記一対のプレートには、少なくともその一方に、該プレートの表裏面を貫通する気抜き孔と、該気抜き孔に連通する導入溝と、該導入溝に連通する気抜き溝と、前記導入溝と前記気抜き溝との少なくとも一方に連通し、かつ前記気抜き溝より幅が狭い埋設溝と、が形成され、
前記ヒーターは、前記導入溝、前記気抜き溝、及び前記埋設溝内に埋設されるとともに、前記気抜き孔を介して電気配線に接続されてなり、かつ、前記導入溝内に埋設された部分の少なくとも前記気抜き孔側が、非発熱部になっていることを特徴としている。

この支持台によれば、例えばドライクリーニング中にチャンバー内を加熱し、クリーニングのための反応を高めるべく前記ヒーターを発熱させると、ヒーターは発熱することで自身の反応性ガスとの反応性も高くなる。反応性ガスは、気抜き孔を通って一対のプレート間に浸入し、ヒーターと接触するので、特に気抜き孔に連通する導入溝内において、ヒーターとより反応し易くなる。
しかし、この支持台にあっては、導入溝内に埋設されたヒーターの少なくとも前記気抜き孔側が、非発熱部になっているので、この非発熱部においては反応性ガスとの反応性が高くならず、したがって反応性ガスとの反応による劣化が抑制され、断線が防止される。
また、反応性ガスは気抜き孔を通って導入溝に至り、さらにこの導入溝を通る過程において、そのラジカルやイオンが互いに衝突し結合することなどにより、非ラジカル化や非イオン化が起こり、不活性化する。したがって、導入溝内に埋設されたヒーターの前記気抜き孔側を非発熱部にすることで、実質的に反応性ガスとの反応を十分に防止し、断線を抑制することが可能になる。

また、前記支持台においては、前記導入溝は、前記埋設溝より幅が広く、前記気抜き溝より幅が狭く形成されているのが好ましい。
このようにすれば、成膜時等の処理時においてチャンバー内を真空引きした際、前記埋設溝内や気抜き溝内に残存する空気を、埋設溝より幅が広い導入溝を介して容易に気抜き孔に導き、該気抜き孔より導出することが可能になる。

また、前記支持台においては、前記気抜き孔と前記気抜き溝との間に、ヒーターが配置されない非埋設溝が形成されているのが好ましい。
このようにすれば、成膜時等の処理時においてチャンバー内を真空引きした際、前記埋設溝内や気抜き溝内に残存する空気を、ヒーターが配置されない非埋設溝を介してより容易に気抜き孔に導き、該気抜き孔より導出することが可能になる。
また、例えばドライクリーニング中において、反応性ガスが気抜き孔を通って非埋設溝に導入されると、ここにはヒーターが配置されていないことから、当然ながらここでのヒーターの断線が生じない。そして、反応性ガスがこの非埋設溝を通る過程において、そのラジカルやイオンの非ラジカル化や非イオンが起こり、不活性化するため、この非埋設溝を通過した反応性ガスに起因する、気抜き溝に埋設されたヒーターの断線が抑制される。

なお、この支持台にあっては、前記非埋設溝が、非直線状に形成されているのが好ましい。
このように、例えば非埋設溝を折曲したような非直線状に形成すれば、反応性ガスが非埋設溝を通る過程において、そのラジカルやイオンが互いに衝突し結合する確率が高くなり、その非ラジカル化や非イオンを起こり易くなってより十分に不活性化する。

プラズマＣＶＤ装置の一例の概略構成を示す側断面図である。 （ａ）は支持台本体の要部拡大断面図、（ｂ）は下プレートの平面図である。 埋設溝や気抜き溝を説明するための斜視図である。 下プレートの内面側の平面図である。

以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明の支持台を備えた装置の一例として、プラズマＣＶＤ装置を示す。図１は、プラズマＣＶＤ装置の一例の概略構成を示す側断面図であり、図１中符号１はプラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣＶＤ装置１は、平行平板式のもので、ベース板Ｂに固定された気密なチャンバー（反応炉）１１と、その内部に水平に設置された支持台１２と、その上部に平行に設けたシャワー電極１３と、これに対するノズル部１４と、チャンバー１１の外に設けられた高周波電源部１５とを備えた構成されている。

支持台１２は、本発明における支持台の一実施形態となるもので、被処理体となる基板２を載置し支持（保持）するためのサセプタ（ステージ）として機能するものである。この支持台１２は、ベース板Ｂに固定された絶縁支持台１６と、これの上に配置固定された支持台本体１７とからなるものである。

支持台本体１７は、セラミックス製の上プレート１８ａと下プレート１８ｂとからなる一対のプレートと、該一対のプレート１８ａ、１８ｂ間に設けられてなるヒーター１９と、を備えて構成されたもので、ヒーター１９に接続するリード線（電気配線）２０が、チャンバー１１の外に設けられた電源（図示せず）に接続したものである。ヒーター１９は、後述するようにニクロム線等の一般的な電熱線からなる発熱部１９ａと、リード線２０を構成する配線金属と同種の金属からなる非発熱部１９ｂと、からなっている。

このような構成によってヒーター１９は、前記電源に接続する制御部（図示せず）で制御されることにより、前記リード線２０を介して通電され、発熱部１９ａにおいて所望の温度で発熱し、上プレート１８ａ上に支持する基板２を加熱するようになっている。なお、非発熱部１９ｂにおいては、ジュール熱によってある程度は発熱するものの、その発熱量は電熱線からなる発熱部１９ａに比べて十分に小さく、したがって、基板２を実質的に加熱しないものとなっている。

被処理体となる基板（ウエハ）２は、チャンバー１１の側面の窓１１ａより内部に挿入され、前記支持台１２の上プレート１８ａに載置されるようになっている。そして、扉１１ｂが閉じられた後、前記支持台本体１７のヒーター１９によって加熱され、所定の温度に維持されるようになっている。

ノズル部１４は、２個のインレット１４ａ、１４ｂを有したもので、これらインレット１４ａ、１４ｂに対して、例えばテトラエチルオルト・シリケート（ＴＥＯＳ）と、酸素Ｏ_２＋ヘリウムＨｅとがそれぞれ供給され、これらの混合ガスがシャワー電極１３に設けた多数の噴射孔１３ａより噴射されるようになっている。

高周波電源部１５は、周波数ｆ_１とｆ_２をそれぞれ発振する２個の発振器１５ａ、１５ｂを有して構成されている。周波数ｆ₁ とｆ₂ は、例えば１３．５６ＭＨｚ、４００ｋＨｚとされ、これらがシャワー電極１３と上プレート１８ａ及び下プレート１８ｂとにそれぞれ供給されるようになっている。これにより、両者の間に生ずる電界によって本例では、噴射された前記混合ガスがプラズマ化されて酸化シリコンが生成され、これが基板２の表面に蒸着し、その薄膜が形成されるようになっている。
反応済みのガスは、チャンバー１１の側面に設けた複数のアウトレット１１ｃよりチャンバー１１外に排出される。

このような構成のプラズマＣＶＤ装置１にあっては、前記のプラズマ化により生成された酸化シリコンが、基板２の表面以外の、シャワー電極１３や支持台１２、チャンバー１１の内壁にも蒸着し、フレークとなって堆積する。フレークがある程度以上の厚さになると、剥離し浮遊してプラズマ化に悪影響を及ぼしたり、異物（パーティクル）となって基板２に付着し、形成する膜の品質を低下させてしまう。

したがって、このような成膜処理を所定回数行ったら、前述したようにチャンバー１１内をドライクリーニングし、チャンバー１１内の各所に堆積した蒸着膜（フレーク）を除去する。その際、従来のようなヒーター１９の断線を防止するべく、本実施形態の支持台１２では、特に一対のプレート１８ａ、１８ｂとヒーター１９とからなる支持台本体１７を、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように構成している。

すなわち、支持台本体１７の要部拡大断面図である図２（ａ）、下プレート１８ｂの内面側の平面図である図２（ｂ）に示すように、下プレート１８ｂにはその中心部に気抜き孔２１が形成されている。そして、一対のプレート１８ａ、１８ｂ間に設けられたヒーター１９は、その一部がこの気抜き孔２１を通って外側に引き出され、リード線２０に接続されている。

そして、このヒーター１９は、気抜き孔２１を通って外側に引き出された部分と、一対のプレート１８ａ、１８ｂ間において、気抜き孔２１の近傍に位置する部分とが、前述した非発熱部１９ｂになっている。ここで、ヒーター１９は、下プレート１８ｂの内面に形成された各種の溝内に、埋設されている。

すなわち、図２（ｂ）に示すように下プレート１８ｂには、本実施形態では前記気抜き孔２１に連通して４つの導入溝２２が形成され、さらにこれら導入溝２２に連通して複数の気抜き溝２３、多数の埋設溝２４が形成されている。そして、ヒーター１９は、下プレート１８ｂの外面側から気抜き孔２１を通って下プレート１８ｂの内面側に引き入れられ、さらに導入溝２２内を通って該導入溝２２に連通する気抜き溝２３内、埋設溝２４内にそれぞれ引き回されている。なお、図２（ｂ）に示した例では、ヒーター１９は下プレート１８ｂの内周部に配設されてなる系と、外周部に配設されてなる系の、２系列によって構成されている。また、これら２系列には、それぞれ電流の入る側と出る側が形成され、これら全ての端部が、気抜き孔２１を通って下プレート１８ｂの外側に引き出され、リード線２０に接続されている。

前記埋設溝２４は、図３に示すように基本的にヒーター１９を埋設するために多数形成された溝で、ヒーター１９の外径より僅かに広い幅に形成されたものである。したがって、この埋設溝２４内にも、チャンバー１１内を真空引きする前には空気が残存するものの、空気の流通路としては十分に機能しないようになっている。そこで、これら埋設溝２４に連通し、かつ前記導入溝２２を介して気抜き孔２１に連通する、気抜き溝２３が複数形成されている。

気抜き溝２３は、図２（ｂ）、図３に示すように主にヒーター１９の非直線部（湾曲部や折曲部）を配置し埋設するもので、前記埋設溝２４に比べて、その幅が十分に広く形成され、空気の流通路として十分に機能するようになっている。これにより、真空引き時に埋設溝２４に残存する空気は、一旦気抜き溝２３側に抜け、その後導入溝２２を介して気抜き孔２１から導出されるようになっている。

また、導入溝２２は、本実施形態では前記気抜き溝２３よりは幅が狭いものの、前記埋設溝２４よりは幅が広く形成され、したがって空気の流通路として機能するようになっている。これにより、チャンバー１１内を真空引きした際、前記埋設溝２４内や気抜き溝２３内に残存する空気は、導入溝２２を通って気抜き孔２１に容易に導かれ、この気抜き孔２４から導出されるようになっている。

また、前記ヒーター１９において、前述した気抜き孔２１の近傍に位置する非発熱部１９ｂは、本実施形態では導入溝２２内に位置する部分となっている。すなわち、ヒーター１９は、上プレート１８ａと下プレート１８ｂとの間において、気抜き孔２１内、及び導入溝２２内に位置する部分が非発熱部１９ｂとなっており、気抜き溝２３内、埋設溝２４内に位置する部分が発熱部１９ａとなっている。なお、下プレート１８ｂの外側に引き出された部分も、非発熱部１９ｂになっているのは、前述した通りである。

また、上プレート１９ａは、溝を形成しない平板状に形成されたもので、下プレート１９ａの内面に気密に接着されている。したがって、支持台本体１７は、内部に形成した導入溝２２、埋設溝２４、気抜き溝２３が、互いに連通しつつ気抜き孔２１に連通することで、これら各溝２２、２３、２４が、この気抜き孔２１のみを介して外部に通じたものとなっている。

このような構成からなる支持台本体１７を備えた支持台１２にあっては、前記プラズマＣＶＤ装置１のチャンバー１１内に配置され、上プレート１８ａ上に基板２を支持することにより、基板２に対する成膜処理に用いられる。その際、ヒーター１９に通電されることにより、基板２を所定の温度に維持するようになっている。

また、前述したように成膜処理を所定回数行った後、チャンバー１１内をドライクリーニングするには、ＮＦ_３やＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６などの反応性の高いハロゲン化ガス（反応性ガス）を、例えばノズル部１４から流入するとともに、ラジカル化またはイオン化する。その際、この反応性ガスの反応性を高めるべく、支持台本体１７のヒーター１９に通電することにより、チャンバー１１内を加熱する。

このようにしてドライクリーニングを行うと、従来のヒーターでは、気抜き孔２１の近傍や、この気抜き孔２１に直接連通する気抜き溝（すなわち導入溝２２）の近傍に位置する部分に、断線が多く発生していた。
これに対して本実施形態の支持台１２におけるヒーター１９では、気抜き孔２１内や、この気抜き孔２１に直接連通する導入溝２２に位置する部分を非発熱部１９ｂとしているので、この非発熱部１９ｂにおいては反応性ガスとの反応性が高くならず、したがって反応性ガスとの反応による劣化が抑制され、断線が十分に防止される。
また、反応性ガスは気抜き孔２１を通って導入溝２２に至り、さらにこの導入溝２２を通る過程において、そのラジカルやイオンが互いに衝突し結合することなどにより、非ラジカル化や非イオン化が起こり、不活性化する。したがって、導入溝２２内に埋設されたヒーター１９を非発熱部１９ｂにすることで、実質的に反応性ガスとの反応を十分に防止し、断線を抑制することができる。
よって、本実施形態の支持台１２によれば、コストの増大を招くことなく、反応性ガスとの反応に起因するヒーター１９の断線を防止し、これによってＣＶＤ装置等のメンテナンス費用の増大を抑制することができる。

また、導入溝２２の幅を、埋設溝２４の幅より広く、気抜き溝２３の幅より狭く形成したので、成膜時においてチャンバー内を真空引きした際、前記埋設溝２４内や気抜き溝２３内に残存する空気を、埋設溝２４より幅が広い導入溝２２を介して容易に気抜き孔２４に導き、該気抜き孔より導出することができる。

次に、本発明の支持台の、他の実施形態を説明する。図４は、本発明の支持台の他の実施形態を示す図であり、図２（ｂ）と同様に、下プレートの内面側の平面図である。図４に示した下プレート１８ｃが図２（ｂ）に示した下プレート１８ｂと異なるところは、前記気抜き孔２１と前記気抜き溝２３との間に、ヒーター１９を配置しない非埋設溝２５を形成した点である。

すなわち、この下プレート１８ｃにあっては、前記導入溝２２とは別に、気抜き孔２１に連通して非直線状、すなわち折曲した状態（図４では２回折曲した状態）の非埋設溝２５が形成されている。この非埋設溝２５は、導入溝２２と同じ幅に形成され、したがって埋設溝２４より幅広に形成されたもので、長さが例えば３５０ｎｍ以上に形成されたものである。また、この非埋設溝２５には、前述したようにヒーター１９が配置されないことから、その幅の全域が、空気の流通路として機能するようになっている。

よって、このような非埋設溝２５を形成してなる支持台（支持台本体）にあっては、成膜時等においてチャンバー１１内を真空引きした際、埋設溝２４内や気抜き溝２３内に残存する空気を、ヒーター１９が配置されない非埋設溝２５を介してより容易に気抜き孔２１に導き、該気抜き孔２１より導出することができる。

また、例えばドライクリーニング中において、反応性ガスが気抜き孔２１を通って非埋設溝２５に導入されると、ここにはヒーター１９が配置されていないことから、当然ながらここでのヒーター１９の断線が生じない。そして、反応性ガスがこの非埋設溝２５を通る過程において、そのラジカルやイオンの非ラジカル化や非イオンが起こり、不活性化するため、この非埋設溝２５を通過した反応性ガスに起因する、気抜き溝２３に埋設されたヒーター１９の断線を抑制することができる。

特に、非埋設溝２５を、折曲してなる非直線状に形成されているので、反応性ガスがこの非埋設溝２５を通る過程において、そのラジカルやイオンが互いに衝突し結合する確率を高め、その非ラジカル化や非イオンを起こり易くすることでこれらを十分に不活性化し、気抜き溝２３等に埋設されたヒーター１９の断線をより確実に防止することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、前記実施形態では本発明の支持台を、プラズマＣＶＤ装置１のチャンバー１１内にて使用する例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばドライエッチング装置のチャンバー内において、非処理体となる基板を支持するための支持台としても用いることができる。その場合にも、ドライエッチングに用いられるハロゲン化ガス等の反応性ガスによってヒーターが劣化し断線するのを、抑制することができる。

また、前記実施形態では、本発明の支持台を、絶縁支持台と１６と支持台本体１７とから構成したが、支持台本体１７のみにより、本発明の支持台を構成することもできる。
また、前記実施形態では、下プレート１８ｂ、１８ｃ側にのみ、気抜き孔２１や各溝２２〜２５を形成したが、例えば上プレート１８ａ側にのみ、これら気抜き孔２１や各溝２２〜２５を形成してもよく、下プレート１８ｂ、１８ｃと上プレート１８ａの両方に、気抜き孔２１や各溝２２〜２５を形成してもよい。

また、前記実施形態では、図１で示すような平行平板式のプラズマＣＶＤ装置を用いて説明したが、本発明は、平行平板式のプラズマＣＶＤ装置に限らず、例えばリモートプラズマ式などのプラズマＣＶＤ装置にも適用可能である。

１…プラズマＣＶＤ装置、２…基板（非処理体）、１１…チャンバー、１２…支持台、１６…絶縁支持台、１７…支持台本体、１８ａ…上プレート、１８ｂ、１８ｃ…下プレート、１９…ヒーター、１９ａ…発熱部、１９ｂ…非発熱部、２０…リード線（電気配線）、２１…気抜き孔、２２…導入溝、２３…気抜き溝、２４…埋設溝、２５…非埋設溝

Claims (3)

1. 反応性ガスが供給されるチャンバー内にて、被処理体を支持するための支持台であって、
   一対のプレートと、該一対のプレート間に設けられてなるヒーターとを備え、
   前記一対のプレートには、少なくともその一方に、該プレートの表裏面を貫通する気抜き孔と、該気抜き孔に連通する導入溝と、該導入溝に連通する気抜き溝と、前記導入溝と前記気抜き溝との少なくとも一方に連通し、かつ前記気抜き溝より幅が狭い埋設溝と、が形成され、
   前記ヒーターは、前記導入溝、前記気抜き溝、及び前記埋設溝内に埋設されるとともに、前記気抜き孔を介して電気配線に接続されてなり、かつ、前記導入溝内に埋設された部分の少なくとも前記気抜き孔側が、非発熱部になっており、
   前記気抜き孔と前記気抜き溝との間に、ヒーターが配置されない非埋設溝が形成されていることを特徴とする支持台。
2. 前記導入溝は、前記埋設溝より幅が広く、前記気抜き溝より幅が狭く形成されていることを特徴とする請求項１記載の支持台。
3. 前記非埋設溝は、非直線状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の支持台。

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