JP6793828B2 - ヒータベース及び処理装置 - Google Patents
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Description
本願は、2018年1月19日に日本に出願された特願2018−7451号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(処理装置)
以下の説明では、一例として、本発明の第1実施形態に係る処理装置がプラズマCVD装置(chemical vapor deposition)に適用される場合を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る第1実施形態に係るプラズマCVD装置100の概略構造を示す断面図である。
図1に示すように、プラズマCVD装置100は、真空チャンバ10と、ヒータ20と、高周波電源30と、昇降機構40と、ヒータベース50と、真空ポンプ60と、ガス供給部70と、ドアバルブ80とを備える。
真空チャンバ10は、下部チャンバ11、上部チャンバ12、及び下部チャンバ11と上部チャンバ12との間に挟まれた電極フランジ13とを備える。
ヒータ20は、真空チャンバ10内に配置されており、導電性部材であるアルミニウム合金によって形成されている。ヒータ20は、基板Kが載置される載置面21T(表面)と、ヒータベース50に対向するとともに複数のボールベアユニット90(後述)によって支持される支持面21B(裏面、表面とは反対側の裏面)を有する。
高周波電源30は、真空チャンバ10の外部に設けられており、不図示のマッチングボックス及び配線を通じて真空チャンバ10内に設けられた上部電極75(カソード電極)に電気的に接続されている。高周波電源30が起動し、マッチング整合された高周波電力(RF)が上部電極75に供給されることで、真空チャンバ10内にプラズマが発生する。
昇降機構40は、モータ等の駆動装置と歯車等の動力伝達機構と、支柱41と、フランジ42と、ベローズ43とを有する。
支柱41は、ベローズ43によって囲まれ、真空チャンバ10内に配置され、フランジ42とヒータベース50の裏面51Bとに固定されている。ベローズ43は、上下方向に伸縮可能であり、真空チャンバ10の下面と、フランジ42の上面に固定されている。
真空ポンプ60は、不図示の圧力調整弁及び配管を介して、真空チャンバ10に形成された排気口に接続されている。真空ポンプ60を駆動することで、真空チャンバ10内を真空状態に維持することが可能であり、プロセス終了後に真空チャンバ10内に残存するガスを除去することが可能である。また、プロセスガスが真空チャンバ10内に供給されている状態で真空ポンプ60及び圧力調整弁が駆動することで、プロセス条件に応じて真空チャンバ10内の圧力を調整することが可能である。
ガス供給部70は、不図示のマスフローコントローラ及び配管を介して、真空チャンバ10に形成されたガス供給口に接続されている。ガス供給部70から供給されるガスの種類は、真空チャンバ10内のプロセスの種類、例えば、成膜処理、エッチング処理、アッシング処理等に応じて、適宜、選択可能である。ガス供給部70から供給されたガスは、真空チャンバ10に供給された後、上部電極75(シャワープレート)を通じて、基板Kに向けて、上部電極75とヒータ20との間の空間に供給される。
ドアバルブ80は、不図示の開閉駆動機構を備えている。ドアバルブ80が開くことで、不図示の搬送アームがプラズマCVD装置100内に基板Kを搬入したり、プラズマCVD装置100から基板Kを搬出したりすることが可能となる。ドアバルブ80が閉じることで、真空チャンバ10が密閉状態となり、真空チャンバ10内で基板Kを処理することが可能となる。
ヒータベース50は、真空チャンバ10の内部に配置されており、ヒータ20の支持面21Bを支持する。ヒータ20とヒータベース50との間には、後述する複数のボールベアユニット90(変位機構)が配置されており、このボールベアユニット90は、ヒータベース50の上面51Tに設けられている。ヒータベース50の材質としては、セラミックが採用される。本実施形態では、ヒータベース50の形状は、平板であり、図3に示すように、平面視において矩形である。なお、平面視におけるヒータベース50の形状は矩形であるが、ヒータベース50の形状は本実施形態に限定されない。
図2Aは、図1に示すヒータ20、ヒータベース50、及びボールベアユニット90を拡大して示す断面図である。
複数のボールベアユニット90の各々は、ベースプレートB、台座92、複数の小径ボール93、大径ボール94、及びカバー95を備える。
ベースプレートBは、不図示の締結部材によりヒータベース50の上面51Tに固定されている。ベースプレートBには、台座92が固定される収容部B1が設けられている。
収容部B1の形状は、台座92の形状に応じて適宜選択される。ベースプレートBの材質は、例えば、アルミニウムである。収容部B1におけるベースプレートBの厚さは、ボールベアユニット90が配置される部分におけるヒータ20とヒータベース50との間の距離が、ヒータベース50の全面において等しくなるように適宜決定される。
台座92は、ベースプレートBの収容部B1に収容されている。台座92に形成された凹部91は、例えば、半球状の窪みであり、ヒータ20に向けて開口し、凹部91の内部には球面(曲面)が形成されている。
複数の小径ボール93は、凹部91の内部に位置し、凹部91の球面に沿って配置されている。小径ボール93は、凹部91の表面上を転がることが可能である。
本実施形態では、小径ボール93の径は、例えば、2.0mmであり、小径ボール93の個数は、例えば、49〜52個である。
なお、小径ボール93の個数及び直径は、本実施形態に限定されない。小径ボール93の個数及び直径は、小径ボール93の転がり易さ、大径ボール94の直径、大径ボール94の転がり易さ、台座92及びカバー95の高さ、ヒータ20とヒータベース50との間の距離等、ボールベアユニット90からの小径ボール93の離脱防止等の観点に基づき適切に決定されている。
大径ボール94は、凹部91の内部において複数の小径ボール93によって支持され、ヒータ20のパッド21P(接触部)に接触し、小径ボール93よりも大きな径を有する。
大径ボール94は、複数の小径ボール93の各々の球面の一部に接触した状態で、小径ボール93の表面上を転がることが可能である。
本実施形態では、一つの凹部91内に、一つの大径ボール94が配置されている。
本実施形態では、大径ボール94の径は、例えば、9.5mmである。
なお、大径ボール94の直径は、本実施形態に限定されない。大径ボール94の直径は、大径ボール94の転がり易さ、台座92及びカバー95の高さ、ヒータ20とヒータベース50との間の距離、ボールベアユニット90からの大径ボール94の離脱防止等の観点に基づき適切に決定されている。
パッド21Pは、ネジ等の締結部材Sによりヒータ20の支持面21Bに固定された部材であり、パッド21Pの位置は、大径ボール94の位置に対応している。パッド21Pは、大径ボール94の球面の一部と接触しており、パッド21Pの表面において、大径ボール94が転がることが可能である。
また、「ボールベアユニット90がヒータ20に接触した状態(変位機構がヒータに接触した状態)」とは、ヒータ20と大径ボール94(ボールベアユニット90)とがパッド21Pを介して配置されている状態を意味しており、或いは、パッド21Pを介さずにヒータ20と大径ボール94とが直接的に接触している状態を意味している。
カバー95は、ネジ等の締結部材Sにより台座92の上面92Tに固定されている。カバー95には円形の穴95Hが形成されており、大径ボール94は、穴95Hの内側に配置され、かつ、穴95Hを通じてカバー95の上面95Tから露出している。
具体的に、カバー95の上面95Tにおける穴95Hの直径は、大径ボール94の直径Dよりも小さい。カバー95の下面95Bにおける穴95Hの直径は、大径ボール94の直径Dよりも大きく、凹部91の直径と略同じである。
なお、台座92、小径ボール93、大径ボール94、及びカバー95の材質としては、例えば、アルミナ等のセラミック材料が採用される。ボールベアユニット90を構成する部材の材料は、本実施形態に示す例に限定されない。
図3は、プラズマCVD装置100を鉛直方向から投影した図であって、ヒータ20、ヒータベース50、及びボールベアユニット90の配置を説明する平面図である。符号41は、ヒータベース50の裏面51Bに取り付けられた支柱であり、この支柱41の内部には、ヒータ20に電力を供給する給電線25が通っている(図1参照)。なお、図3においては、プラズマCVD装置100を構成する他の構成要素は省略されている。
図3に示す例では、ボールベアユニット90の個数が3個であるが、その個数は、3以上であればよい。ボールベアユニット90の個数が少なくとも3個であれば、3点においてヒータ20がボールベアユニット90によって安定的に支持される。
なお、4個以上のボールベアユニット90がヒータベース50の上面51T上に配置されてもよい。
外部端子44から給電線25を介して発熱線24に電力が供給されると、ヒータ20が加熱される。ヒータ20の温度は、適切な温度に制御可能であるが、本実施形態では、380℃を超えるような高温に設定されている。例えば、ヒータ20は、430℃以上に加熱されることも可能であるが、基板K上に形成される膜の種類や成膜条件等によってその温度は適宜設定される。
この結果、上部電極75とヒータ20との間のギャップを一定に維持することができ、均一に生成されるプラズマによって基板K上の膜厚分布を均一にすることができる。
図2B、図2C、及び図4Aから図4Cにおいて、上述した第1実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図2Bは、第1実施形態の変形例Aに係る処理装置を構成するヒータ20、ヒータベース50A、及びボールベアユニット90を拡大して示す断面図である。ボールベアユニット90が取り付けられるヒータベースの構造の点で、変形例Aは第1実施形態とは相違する。
この構成において、取り付け凹部51Rの深さ(上面51Tから底面51Lまでの距離)は、特に限定されない。例えば、ヒータ20とヒータベース50Aとの間の距離G及びボールベアユニット90の高さ(大径ボール94とパッド21Pとの接触点からベースプレートBの裏面までの距離)に応じて、取り付け凹部51Rの深さは適宜設定される。例えば、約10mmの深さを有する取り付け凹部51Rがヒータベース50Aの上面51Tに形成されてもよい。
上面51Tに形成される取り付け凹部51Rの個数は、ボールベアユニット90の個数に応じて決定される。
また、ボールベアユニット90が取り付け凹部51Rに予め取り付けられた処理装置においてメンテナンス作業を行う際に、作業者は、ボールベアユニット90を把持し、取り付け凹部51Rからボールベアユニット90を取り外すだけで、メンテナンス作業を行うことができる。換言すると、締結部材を用いていない固定構造が得られているため、ボールベアユニット90の取り外しが容易である。
特に、構成部品の腐食が懸念される処理装置においてはメンテナンスの頻度が多くなる場合があるが、上述した構造を有するヒータベース50Aによれば、メンテンナンスが容易であるため、メンテンナンス時間の短縮に寄与する。
図2Cは、第1実施形態の変形例Bに係る処理装置を構成するヒータ20、ヒータベース50B、及びボールベアユニット90Aを拡大して示す断面図である。ボールベアユニットの構造の点で、変形例Bは変形例Aとは相違する。
ヒータベース50Bは、上面51Tから凹むように形成された取り付け凹部51Rを備えている。取り付け凹部51R内には、ボールベアユニット90Aが配置されている。ボールベアユニット90Aの一部(カバー95)が上面51Tから突出するように、ボールベアユニット90Aの下面は取り付け凹部51Rの底面51Lに接触している。
この構成において、取り付け凹部51Rの深さは、例えば、ヒータ20とヒータベース50Bとの間の距離G及びボールベアユニット90Aの高さ(大径ボール94とパッド21Pとの接触点から台座92の裏面までの距離)に応じて、適宜設定される。
上面51Tに形成される取り付け凹部51Rの個数は、ボールベアユニット90Aの個数に応じて決定される。
さらに、上述した変形例Aと同様に、締結部材を用いずに、取り付け凹部51Rにボールベアユニット90Aを配置するだけで、ボールベアユニット90Aの位置決めをすることができる。また、取り付け凹部51Rからボールベアユニット90Aを容易に取り外すことができる。
特に、構成部品の腐食が懸念される処理装置においてはメンテナンスの頻度が多くなる場合があるが、上述した構造を有するヒータベース50Bによれば、メンテンナンスが容易であるため、メンテンナンス時間の短縮に寄与する。
図4Aは、第1実施形態の変形例Cに係るボールベアユニット190を拡大して示す断面図である。図4Bは、変形例Cに係るボールベアユニット190を拡大して示す平面図である。
ボールベアユニットの構造の点で、変形例Cは第1実施形態とは相違する。具体的に、ボールベアユニット190は、ベースプレートB、複数の凹部91を有する台座192、複数の小径ボール93、複数の大径ボール94、及びカバー195を備える。
パッド21Pは、大径ボール94と接触しており、パッド21Pの表面において、大径ボール94が転がることが可能である。
図4Cは、第1実施形態の変形例Dに係るボールベアユニット290を拡大して示す平面図である。変形例Dに係るボールベアユニット290は、凹部及び大径ボールの個数の点で、図4Bに示す変形例Cとは異なる。ボールベアユニット290は、4個の大径ボールを備える。
ボールベアユニット190、290を構成するその他の部材の構造及び材質は、上記実施形態に係るボールベアユニット90と同じである。
この場合、複数のボールベアユニットの各々において、多点で、大径ボール94とパッド21Pとが接触するので、図3に示す場合よりも多い数の支持点で、ヒータ20を支持することができる。
また、ボールベアユニットが備える大径ボール94の個数は、上記の6個、4個に限定されず、ボールベアユニットが配置される配置パターン、ボールベアユニットの各々に加わる負荷等に応じて、適宜選択される。
また、上記ボールベアユニット190、290を構成する台座192は、図2Cに示された構造に適用することも可能である。この場合、台座192が取り付け凹部51Rに配置される。
次に、図5Aから図7Bを参照し、本発明の第2実施形態に係るプラズマCVD装置とその変形例について説明する。
図5Aから図7Bにおいて、第1実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。ヒータベースの構造の点で、第2実施形態は、第1実施形態とは相違する。
なお、図5Aから図7Bにおいて、符号BUで示されたボールベアユニットBUには、上述したボールベアユニット90、190、290のいずれかが採用されている。
第2ベース53の各々の上面53T上には、3個のボールベアユニットBUが配置されているため、合計12個のボールベアユニットBUがヒータベース150に配置されている。なお、図5Aに示す例では、第1ベース52上には、ボールベアユニットBUは配置されていない。
本変形例では、ヒータベース150と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図5Bに示す変形例1では、1本の第1ベース52に4本の第2ベース53が固定されている。第2ベース53の各々の上面53T上には、5個のボールベアユニットBUが配置されている。さらに、第2ベース53の上面53Tだけでなく、第1ベース52の上面52TにもボールベアユニットBUが配置されている。また、支柱41に近い位置にも、支柱41を囲むようにボールベアユニットBUが配置されている。合計26個のボールベアユニットBUがヒータベース250に配置されている。
本変形例では、ヒータベース150、250と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図6Aに示す変形例2では、1本の第1ベース52に6本の第2ベース53が固定されている。
第2ベース53の各々の上面53T上には、3個のボールベアユニットBUが配置されているため、合計18個のボールベアユニットBUがヒータベース350に配置されている。なお、図6Aに示す例では、第1ベース52上には、ボールベアユニットBUは配置されていない。
本変形例では、ヒータベース150、250、350と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図6Bに示す変形例3では、1本の第1ベース52に6本の第2ベース53が固定されている。第2ベース53の各々の上面53T上には、5個のボールベアユニットBUが配置されている。さらに、第2ベース53の上面53Tだけでなく、第1ベース52の上面52TにもボールベアユニットBUが配置されている。また、支柱41に近い位置にも、支柱41を囲むようにボールベアユニットBUが配置されている。合計38個のボールベアユニットBUがヒータベース450に配置されている。
また、図5Aから図6Bでは、第1ベース52及び第2ベース53の形状は長尺の矩形であるが、本発明は、第1ベース52に6本の第2ベース53の形状を限定しない。また、上記実施形態では、第1ベース52に第2ベース53が重なって固定される構造が示されているが、本発明は、第1ベース52及び第2ベース53の固定構造を限定しない。
上述した第2実施形態及びその変形例1〜3においては、第1ベース52の延在方向(X方向)と、複数の第2ベース53の延在方向(Y方向)とが交差しているが、本発明は、第1ベース52と第2ベース53とが互いに交差する構造に限定されない。例えば、以下に説明する変形例4、5に示す構造が採用されてもよい。
図7Aに示す本変形例4に係るヒータベース650は、支柱41上に、平板状の第1ベース62と、第1ベース62よりも大きい第2ベース63とが重なる構造を有する。具体的には、支柱41に対して、第1ベース62及び第2ベース63が共締めされている。支柱41が配置されている部分以外の部分においては、第1ベース62に第2ベース63は固定されておらず、第1ベース62の上面に第2ベース63が単に乗った状態となっている。
複数のベース分割体の各々の外周部は、第2ベース63の外周部P2を形成している。すなわち、第1分割体63Aの外周部63AP、第2分割体63Bの外周部63BP、第3分割体63Cの外周部63CP、及び第4分割体63Dの外周部63DPによって、外周部P2が形成されている。
上述した4つのベース分割体63A、63B、63C、63Dは、互いに向かい合う対向面の間に隙間が生じないように、すなわち、互いに向かい合う対向面が接触するように、配置されている。
本変形例では、ヒータベース650と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図7Bに示す変形例5に係るヒータベース750においては、4つのベース分割体63A、63B、63C、63Dの各々の上面には、9個のボールベアユニットBUが配置されている。このため、4つのベース分割体で構成されている第2ベース63の上面に、合計、36個のボールベアユニットBUが配置されている。
さらに、図7Aに示すヒータベース650と同様に、第2ベース63による断熱性の向上に起因して、ヒータ20の面上における温度の均一性を維持することができる。この結果、ヒータ20が基板Kを均一に加熱することが可能となり、成膜均一性を得ることができる。特に、高温プロセス(例えば、380℃を超えるような成膜温度)において、優れた成膜均一性を得ることができる。
次に、上述したヒータベース150、250、350、450、650、750に配置される複数のボールベアユニットBUで構成される配置パターンを説明する。
図8A及び図8Bは、本発明の第2実施形態に係る処理装置を構成するヒータベースの平面視におけるボールベアユニットの平面パターンを説明する図である。図8Aは、変形例6を示す図であり、図8Bは、変形例7を示す図である。
なお、図8A及び図8Bにおいては、ヒータベースは示されておらず、ヒータベース上に配置されたボールベアユニットBUの配置(配列)のみを説明する。ヒータベースの構成としては、図3、図5Aから図7Bに示す構造等が採用される。
特に、第1配列方向D1及び第2配列方向D2は、直角に交差しており、第1配列方向D1及び第2配列方向D2の交点に、ボールベアユニットBUが配置している。
即ち、第1配列方向D1及び第2配列方向D2は斜めに交差している。第1配列方向D1及び第2配列方向D2の交点に、ボールベアユニットBUが配置している。
換言すると、千鳥パターンを形成するように、複数のボールベアユニットBUがヒータベース上に配置している。
また、距離L1、L2、L3が全て等しいパターン、換言すると、正三角形の3つの角にボールベアユニットが配置されるようなパターンで、複数のボールベアユニットが配置されてもよい。
なお、ボールベアユニットBUの配置パターンの例として、図8A及び図8Bに示すパターンを説明したが、本発明は、ボールベアユニットBUの配置パターンを限定しない。複数のボールベアユニットBUが必ずしも等間隔で配置されている必要はなく、また、2種類以上の規則的な配置パターンが組み合わされた複合パターンで、複数のボールベアユニットBUがヒータベース上に配置されてもよい。
次に、図9を参照し、本発明の第3実施形態に係るプラズマCVD装置について説明する。
図9において、第1実施形態及び第2実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。ヒータベースの構造の点で、第3実施形態は、第1実施形態及び第2実施形態とは相違する。
なお、中央域550Cにおける距離調整部96に深さを有する凹部を形成し、その凹部にスペーサSPを配置してもよい。
この場合、ボールベアユニットを介してヒータベースによって支持されるヒータも、中央域から外周域に向けて変形してしまう。このようなヒータの変形に伴って、ヒータの表面の平坦性が低下し、ヒータに対向する上部電極とヒータとの間のギャップが不均一になり、均一な膜厚分布が得られないという問題がある。
Claims (10)
- ヒータを支持するヒータベースであって、
前記ヒータと前記ヒータベースとの間に配置され、かつ、前記ヒータベースに設けられた複数の変位機構を備え、
複数の前記変位機構のうち、3個以上の変位機構が、前記ヒータに接触した状態で、前記ヒータを前記ヒータベースに対して変位可能であり、
複数の前記変位機構の各々は、
前記ヒータベースに固定され、前記ヒータに向けて開口する凹部を有する台座と、
前記凹部の内部に位置し、前記凹部の表面上を転がる複数の小径ボールと、
前記凹部の内部において複数の前記小径ボールによって回転可能に支持され、前記ヒータに接触し、前記小径ボールよりも径が大きい大径ボールと、
を備える、
ヒータベース。 - 複数の前記変位機構の各々は、
複数の前記凹部と、
複数の前記大径ボールと、
を備え、
一つの凹部内に、一つの大径ボールが配置されている
請求項1に記載のヒータベース。 - 複数の前記変位機構は、前記ヒータベースの一つの面上に配置されている
請求項1又は請求項2に記載のヒータベース。 - 前記ヒータベースは、
第1方向に延在する第1ベースと、
前記第1方向に交差する第2方向に延在し、前記第1ベースに固定された複数の第2ベースと、
を備え、
複数の前記変位機構は、複数の前記第2ベース上に配置されている
請求項1又は請求項2に記載のヒータベース。 - 前記変位機構は、前記第1ベース上に配置されている
請求項4に記載のヒータベース。 - 前記ヒータベースは、
平板状の第1ベースと、
前記ヒータベースの平面視において前記第1ベースの中心に一致する中心を有し、前記第1ベースの外周部よりも外側に位置する外周部を有し、前記第1ベースの全面を覆うように前記第1ベースの上面に配置され、複数のベース分割体で構成された平板状の第2ベースと、
を備え、
複数の前記変位機構は、複数の前記ベース分割体上に配置されている
請求項1又は請求項2に記載のヒータベース。 - 複数の前記変位機構が配置される前記ヒータベースの面上において、前記ヒータベースは、複数の距離調整部を備え、
一つの距離調整部に、一つの変位機構が配置されており、
複数の前記距離調整部の各々において、前記変位機構と前記ヒータとが接触する接触部と、前記ヒータベースとの間の距離が調整されている
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のヒータベース。 - 前記ヒータベースの前記面の外周域に位置する前記距離調整部と前記ヒータとの間の距離は、前記面の中央域に位置する前記距離調整部と前記ヒータとの間の距離よりも大きくなるように規定されている
請求項7に記載のヒータベース。 - 前記距離調整部に設けられたスペーサを備え、
前記スペーサの高さに応じて、前記距離調整部と前記ヒータとの間の距離が規定されている
請求項7又は請求項8に記載のヒータベース。 - 基板を処理する処理装置であって、
チャンバと、
前記基板が載置される表面と、前記表面とは反対側の裏面とを有し、前記チャンバ内に配置されたヒータと、
前記ヒータの前記裏面を支持し、前記チャンバ内に配置されたヒータベースと、
前記ヒータと前記ヒータベースとの間に配置され、かつ、前記ヒータベースに設けられた複数の変位機構と、
前記チャンバ内にプラズマを発生させる高周波電源と、
前記ヒータベースを上下方向に移動させる昇降機構と、
を備え、
複数の前記変位機構のうち、3個以上の変位機構が、前記ヒータに接触した状態で、前記ヒータを前記ヒータベースに対して変位可能であり、
複数の前記変位機構の各々は、
前記ヒータベースに固定され、前記ヒータに向けて開口する凹部を有する台座と、
前記凹部の内部に位置し、前記凹部の表面上を転がる複数の小径ボールと、
前記凹部の内部において複数の前記小径ボールによって回転可能に支持され、前記ヒータに接触し、前記小径ボールよりも径が大きい大径ボールと、
を備える、
処理装置。
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