JP6838136B2 - 基板支持ユニット、および基板支持ユニットを有する成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は基板支持ユニット、あるいは基板支持ユニットを有する膜加工装置、成膜装置に関する。
半導体デバイスはほぼ全ての電子機器に搭載されており、電子機器の機能に対して重要な役割を担っている。半導体デバイスはシリコンなどが有する半導体特性を利用したデバイスであり、半導体のみならず、絶縁体や導電体などを含む多数の薄膜によって構成される。これらの薄膜の形成と加工は、フォトリソグラフィープロセスによって行われる。フォトリソグラフィープロセスは、一般的に、蒸着、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、あるいは基板の化学反応などを利用した薄膜の形成、薄膜上へのレジスト膜の形成、露光、現像によるレジストマスクの成形、エッチングによる薄膜の部分的除去、レジスト膜の除去を含む。
フォトリソグラフィープロセスの各ステップでは、多くの反応条件が薄膜の特性を決定づけており、そのうちの一つが基板の温度である。多くの場合、基板の温度は基板を設置する載置台（以下、ステージと記す）の温度を調節することによって制御される。特許文献１から３には、基板の温度を制御するためのヒータが搭載されたステージ、およびステージを支持するシャフトを有する基板支持ユニットが開示されている。
特許第５７１２０５４号公報 特開２００５−１６６３６８号公報 特許第４３１１９２２号公報
本発明の実施形態の一つは、基板支持ユニットである。基板支持ユニットは、シャフト、第１のヒータ、およびステージを有する。第１のヒータはシャフト内に位置し、シャフトの上部を加熱するように構成される。ステージはシャフト上に位置しており、第１のプレートと、第１のプレート上の第２のプレートと、第１のプレートと第２のプレート間の第２のヒータを有する。
本発明の一実施形態の膜加工装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの模式的斜視図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの断面の斜視図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの断面図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの模式的上面図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの模式的上面図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの断面の斜視図。 本発明の一実施形態の基板支持ユニットの断面の斜視図。 本発明の一実施形態の成膜装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態の成膜装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態の成膜装置の構成を示す図。 実施例と比較例の基板支持ユニットの温度分布を示す図。 実施例と比較例の基板支持ユニットの温度分布を示す図。
本発明の実施形態の課題の一つは、基板の温度を精密に制御するための基板支持ユニット、および基板支持ユニットを有する成膜装置、もしくは膜加工装置を提供することである。
以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態の一つである基板支持ユニット、およびそれを備える膜加工装置に関し、図１から図４Ｂを用いて説明する。
［１．膜加工装置］
図１には、本発明の第１実施形態に係る膜加工装置の一例として、種々の膜に対してドライエッチングを行うためのエッチング装置１００が示されている。エッチング装置１００は、チャンバー１０２を有している。チャンバー１０２は、例えばシリコン基板やガラス基板上に形成された導電体、絶縁体、半導体などの膜に対してエッチングを行う空間を提供する。
チャンバー１０２には排気装置１０４が接続され、これにより、チャンバー１０２内を減圧雰囲気に設定することができる。チャンバー１０２にはさらに反応ガスを導入するための導入管１０６が設けられ、バルブ１０８を介してチャンバー内にエッチング用の反応ガスが導入される。反応ガスとしては、例えば四フッ化炭素（ＣＦ4）、オクタフルオロシクロブタン（ｃ−Ｃ4Ｆ8）、デカフルオロシクロペンタン（ｃ−Ｃ5Ｆ10）、ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ4Ｆ6）などの含フッ素有機化合物が挙げられる。
チャンバー１０２上部には導波管１１０を介してマイクロ波源１１２を設けることができる。マイクロ波源１１２はマイクロ波を供給するためのアンテナなどを有しており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波や、１３．５６ＭＨｚのラジオ波（ＲＦ）といった高周波数のマイクロ波を出力する。マイクロ波源１１２で発生したマイクロ波は導波管１１０によってチャンバー１０２の上部へ伝播し、石英やセラミックなどを含む窓１１４を介してチャンバー１０２内部へ導入される。マイクロ波によって反応ガスがプラズマ化し、プラズマに含まれる電子やイオン、ラジカルによって膜のエッチングが進行する。
チャンバー１０２下部には基板を載置し、基板の温度を制御するための基板支持ユニット１３０が設けられる。基板支持ユニット１３０はシャフト１３４とシャフト１３４上に設置されるステージ１３２を有する。基板はステージ１３２上に設置される。ステージ１３２には電源１２２が接続され、高周波電力がステージ１３２に与えられ、マイクロ波による電界がステージ１３２表面、基板表面に対して垂直な方向に形成される。チャンバー１０２の上部や側面にはさらに磁石１１６、１１８、１２０を設けることができる。磁石１１６、１１８、１２０としては永久磁石でもよく、電磁コイルを有する電磁石でもよい。磁石１１６、１１８、１２０によってステージ１３２、および基板表面に平行な磁界成分が作り出され、マイクロ波による電界との連携により、プラズマ中の電子はローレンツ力を受けて共鳴し、ステージ１３２、および基板表面に束縛される。その結果、高い密度のプラズマを基板表面に発生させることができる。
ステージ１３２には、ステージ１３２やシャフト１３４に設けられるヒータ（後述する第１のヒータ、第２のヒータ）を制御するヒータ電源１２６が接続される。ステージ１３２にはさらに、基板をステージ１３２に固定するための静電チャック用の電源１２４が接続されてもよい。エッチング装置１００にはさらに、任意の構成として、ステージ１３２を回転させるための回転制御装置１２８が設けられていてもよい。
［２．基板支持ユニット］
図２Ａに基板支持ユニット１３０の模式的斜視図を示す。図２Ａに示すように、基板支持ユニット１３０はシャフト１３４と、シャフト１３４上に設けられるステージ１３２を有する。
＜１．ステージ＞
ステージ１３２は二つのプレートを有することができ、ここでは下部プレート１３２ｂと、下部プレート１３２ｂ上に位置する上部プレート１３２ａが設けられる例が示されている。上部プレート１３２ａと下部プレート１３２ｂは互いにネジで接続されていてもよく、あるいは溶接、ろう付けによって固定されていてもよい。上部プレート１３２ａや下部プレート１３２ｂの主な材料は金属であり、材料としては例えばチタンやアルミニウム、ステンレスなどが挙げられる。図示していないが、下部プレート１３２ｂの底面に温度センサーを設置するための開口を設けてもよい。温度センサーには熱電対などを利用することができる。図２Ａには円形のステージ１３２が図示されているが、ステージ１３２の形状に制限はなく、楕円、あるいは四角形などの多角形の形状を有していてもよい。
図２Ｂに基板支持ユニット１３０の断面の斜視図を、図２Ｃに図２Ｂの中心部分の拡大図を示す。図２Ｂに示すように、ステージ１３２は、下部プレート１３２ｂと上部プレート１３２ａの間に第２のヒータ１４０を有している。第２のヒータ１４０はステージ１３２を加熱するために設けられ、下部プレート１３２ｂと上部プレート１３２ａに形成された溝に沿って配置される。ただし、溝は下部プレート１３２ｂと上部プレート１３２ａの一方のみに設けてもよい。
図３Ａに、ステージ１３２の上面模式図を示す。図３Ａは、ステージ１３２から上部プレート１３２ａを省いた状態を示す。図３Ａに示すように、第２のヒータ１４０はステージ１３２の全体に引き回され、これによりステージ１３２の全体が加熱される。
第２のヒータ１４０の代表的な例としてシースヒータが挙げられる。シースヒータは金属シースを有し、通電することで発熱する金属を含む発熱体、および発熱体を取り囲む絶縁物が金属シース内に設けられている。発熱体はタングステンやニッケル、クロム、コバルト、およびモリブデンから選択される金属を含むことができる。金属はこれらの金属を含む合金でもよく、例えばニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、およびコバルトを含む合金でもよい。絶縁物としては、例えば酸化アルミニウム、酸化物チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、あるいはこれらの複合酸化物などが挙げられる。
図２Ｂに示すように、第２のヒータ１４０は配線１４２と接続され、配線１４２はステージ１３２の中心からシャフト１３４の内部を延伸し、図１に示すヒータ電源１２６と接続される。ヒータ電源１２６によって第２のヒータ１４０に流れる電流が制御され、これにより、ステージ１３２の温度が制御される。
＜２．シャフト＞
シャフト１３４はステージ１３２を支持するものであり、メインシャフト１３６、および任意の構成としてコネクタ１３８を有している（図２Ｂ、図２Ｃ）。コネクタ１３８を設ける場合、コネクタは下部プレート１３２ｂとメインシャフト１３６の少なくとも一方と接するように設置することができる。シャフト１３４とステージ１３２は溶接、あるいはろう付けによって接続することができる。
メインシャフト１３６は管状の形状を有してもよく、ステージ１３２が円形の場合、ステージ１３２の中心を通る法線がメインシャフト１３６の断面、あるいは断面の中心を通過するよう、ステージ１３２とメインシャフト１３６を構成することができる。ステージ１３２の面積はメインシャフト１３６の断面積よりも大きい。メインシャフト１３６の内部には空洞、あるいは空間が形成され、この中に配線１４２が配置される。メインシャフト１３６の上端には、図２Ｃに示すようにフランジ１４４（図中、点線の楕円で示した部分）が形成されていてもよい。フランジ１４４を形成する場合、フランジ１４４はリング状の形状を有し、メインシャフト１３６の端部を形成する。コネクタ１３８を設ける場合、コネクタ１３８はリング状の形状を有し、フランジ１４４を覆うように設けることができる。
メインシャフト１３６やコネクタ１３８は、上部プレート１３２ａと下部プレート１３２ｂで使用可能な材料を含むことができる。例えばメインシャフト１３６と上部プレート１３２ａ、下部プレート１３２ｂは、同一の材料を含むことができる。これにより、シャフト１３４とステージ１３２間で熱膨張係数の差がなくなるため、シャフト１３４とステージ１３２間の接続に高い信頼性を付与することができる。シャフト１３４やステージ１３２、コネクタ１３８で異なる材料を用いる場合、材料間の熱膨張率の差は０．２×１０-6／Ｋ以上２．０×１０-6／Ｋ以下、あるいは０．５×１０-6／Ｋ以上１．０×１０-6／Ｋ以下、あるいは０．７×１０-6／Ｋ以上０．９×１０-6／Ｋとすることができる。さらにシャフトからの熱引け防止効果を高めるために、コネクタ１３８に高熱伝導材料、メインシャフト１３６に低熱伝導材料を用いてもよい。この場合、高熱伝導材料と低熱伝導材料の少なくとも一方は、上部プレート１３２ａや下部プレート１３２ｂに含まれる材料と異なることも可能である。
シャフト１３４にはさらに、メインシャフト１３６の上部を加熱する第１のヒータ１５０が内蔵される。例えば第１のヒータ１５０は、メインシャフト１３６と下部プレート１３２ｂの間に設けることができ、あるいは図２Ｂ、図２Ｃに示すようにメインシャフト１３６とコネクタ１３８との間に設けることができる。図示していないが、第１のヒータ１５０はコネクタ１３８と下部プレート１３２ｂの間に設けてもよい。
第１のヒータ１５０は、シャフト１３４を取り囲むように、あるいはメインシャフト１３６の空洞を囲むように配置される。また、ステージ１３２の中心を通過する、ステージ１３２の法線を囲むように配置される。フランジ１４４を設ける場合、図２Ｃに示すように、フランジ１４４およびコネクタ１３８に形成される溝に沿って第１のヒータ１５０を設置することができる。ただし溝はフランジ１４４およびコネクタ１３８の少なくとも一方に形成されていればよい。図３Ｂに、シャフト１３４の上面図を示す。ここでは、第２のヒータ１４０や下部プレート１３２ｂの一部が点線で示されている。図２Ｃおよび図３Ｂに示すように、第１のヒータ１５０はフランジ１４４が形成する平面内で、第１のヒータ１５０の一部が複数の同心円と重なるように形成することができる。
第２のヒータ１４０と同様、第１のヒータ１５０としてシースヒータを用いることができる。第１のヒータ１５０の端子は配線１５２と接続され（図２Ｂ、図２Ｃ）、配線１５２はメインシャフト１３６の空洞を延伸し、図１に示すヒータ電源１２６と接続される。ヒータ電源１２６によって第１のヒータ１５０に流れる電流が制御され、これにより、メインシャフト１３６の上部の温度が制御される。
第１のヒータ１５０の断面積は、第２のヒータ１４０の断面積よりも小さくなるよう、第１のヒータ１５０と第２のヒータ１４０を構成することができる。すなわち、第１のヒータ１５０に内蔵される発熱体の断面積は、第２のヒータ１４０に内蔵されるそれと比較して小さくなるよう、第１のヒータ１５０と第２のヒータ１４０を構成することができる。このため、ステージ１３２と比較して小さい面積を有するメインシャフト１３６やフランジ１４４に、より高い密度で第１のヒータ１５０を設置することができる。
半導体プロセスにおける基板の温度の設定幅は広く、例えば５００℃以上に加熱されることも多い。このような高温での基板加熱を行うためには、ステージ１３２に設けられる第２のヒータ１４０に大きな電力を与える必要があり、したがって、大きな断面積を有する発熱体が第２のヒータ１４０で使用され、これに伴い、大きな断面積を有するシースヒータが第２のヒータ１４０として使用される。大きな断面積を有するシースヒータを図１に示すように変形して使用する場合、曲げ部分の曲率半径に限界がある。すなわち、第２のヒータ１４０を緩やかに曲げることは容易であるものの、大きな曲率半径で曲げることは困難であり、このため、ステージ１３２の中心付近と周辺領域ではヒータの設置密度を均一にすることが難しい。より具体的には、ステージ１３２の周辺領域では高い密度で第２のヒータ１４０を配置することができるものの、中心付近においては高い密度で第２のヒータ１４０を設けることが困難である。さらに、ステージ１３２の中心付近にはシャフト１３４が設けられるため、シャフト１３４を通じてステージ１３２の熱が奪われやすい。その結果、ステージ１３２の中心とその近傍の温度は、周辺領域よりも低くなりやすい。これらの理由に起因し、ステージ１３２全体を均一な温度に保つことは必ずしも容易ではない。
一方上述したように、本実施形態で示した基板支持ユニットには、ステージ１３２の加熱を行うための第２のヒータ１４０とともに、シャフト１３４の端部、すなわちシャフト１３４のステージ１３２の近傍を加熱するための第１のヒータ１５０が設けられる。また、第１のヒータ１５０の断面積は、第２のヒータ１４０のそれよりも小さいため、フランジ１４４やコネクタ１３８などの小さな面積を有する部材に高密度で配置することができる。このため、第１のヒータ１５０を用いてシャフト１３４の端部を加熱することで、ステージ１３２の中心とその付近における温度低下を防止することができる。その結果、ステージ１３２全体の温度を均一に保持することが容易となり、精密な基板温度制御を達成することが可能となる。
＜３．その他の構成＞
ステージ１３２にはさらに、基板をステージ１３２上に固定するための機構として静電チャック１６０を有してもよい（図４Ａ）。静電チャック１６０は、例えば静電チャック電極１６２を絶縁性の膜１６４で覆った構造を有することができる。静電チャック電極１６２に電源１２４（図１参照）から高電圧（数百Ｖから数千Ｖ）を印加することで、静電チャック電極１６２に電荷が生じる。同時に、静電チャック電極１６２に生じる電荷とは逆の極性の電荷が基板裏面に発生する。極性が異なる電荷同士のクーロン力により、基板を固定することができる。絶縁体としては、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム、窒化ホウ素などのセラミックを用いることができる。なお、絶縁性の膜１６４は完全に絶縁性である必要はなく、ある程度の導電性（例えば１０9Ω・ｃｍから１０12Ω・ｃｍオーダーの抵抗率）を有してもよい。この場合、膜１６４は上述したセラミックに酸化チタンや、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物がドープされる。静電チャック１６０の周辺には、基板の位置を決定するためのリブ１６６が設けられていてもよい。
さらに任意の構成として、ステージ１３２は、貫通孔１６８を一つ、あるいは複数有してもよい。貫通孔１６８にヘリウムなどの熱伝導率の高いガスを流すよう、チャンバー１０２にヘリウム導入管を設けてもよい。これにより、ガスがステージ１３２と基板の隙間を流れ、ステージ１３２の熱エネルギーを効率よく基板へ伝えることができる。
基板を固定するための静電チャック１６０をステージ１３２上に設けず、真空チャックの機能をステージ１３２に付与してもよい。例えば図４Ｂに示すように、上部プレート１３２ａに複数の吸引孔１７０を設け、図示しない吸引装置を用いて吸引孔１７０から気体を吸引し、上部プレート１３２ａ上に基板を吸着することで基板を固定してもよい。
図示していないが、ステージ１３２の内部に、基板の温度を制御するための媒体を環流するための溝（流路）を設けてもよい。媒体としては、水、イソプロパノールやエチレングリコールなどのアルコール、シリコーンオイルなどの液体の媒体を用いることができる。この場合、上部プレート１３２ａと下部プレート１３２ｂの一方、あるいは両方に溝が形成され、その後上部プレート１３２ａと下部プレート１３２ｂがろう付けなどによって接合される。媒体はステージ１３２を冷却する場合、加熱する場合のいずれの場合に用いてもよい。
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べた基板支持ユニット１３０を有する種々の成膜装置に関し、図５から図７を用いて説明する。第１実施形態と同様の構成に関しては記述を割愛することがある。
［１．ＣＶＤ装置］
図５は、成膜装置の一つであるＣＶＤ装置２００の模式図である。ＣＶＤ装置２００はチャンバー２０２を有し、反応ガスを化学的に反応させる場を提供する。
チャンバー２０２には排気装置２０４が接続され、チャンバー２０２内の圧力を低減することができる。チャンバー２０２にはさらに反応ガスを導入するための導入管２０６が設けられ、バルブ２０８を介してチャンバー内に成膜用の反応ガスが導入される。反応ガスとしては、作成する膜に依存して種々のガスを用いることができる。ガスは、常温で液体でもよい。例えばシランやジクロロシラン、テトラエトキシシランなどを用いることでシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素などの薄膜を形成することができる。あるいはフッ化タングステンやトリメチルアルミニウムなどを用いることで、タングステンやアルミニウムなどの金属薄膜を形成することができる。
エッチング装置１００と同様、チャンバー２０２上部には導波管２１０を介してマイクロ波源２１２を設けてもよい。マイクロ波源２１２で発生したマイクロ波は導波管２１０によってチャンバー２０２内部へ導入される。マイクロ波によって反応ガスがプラズマ化し、プラズマに含まれる種々の活性種によってガスの化学反応が促進され、化学反応によって得られる生成物が基板上に堆積し、薄膜が形成される。任意の構成として、プラズマの密度を増大させるための磁石２４４をチャンバー２０２内に設けることができる。チャンバー２０２下部には、第１実施形態で述べた基板支持ユニット１３０が設けられ、基板がステージ１３２上に設置された状態で薄膜の堆積を行うことができる。エッチング装置１００と同様、チャンバー２０２の側面にはさらに磁石２１６、２１８を設けてもよい。
ＣＶＤ装置２００にはさらに、ステージ１３２やシャフト１３４に設けられる第１のヒータ１５０、第２のヒータ１４０を制御するヒータ電源２２４が設けられる。ＣＶＤ装置２００は、高周波電力をステージ１３２に供給するための電源２２６、静電チャック用の電源２２８、ステージ１３２内部に環流される媒体の温度制御を行う温度コントローラ２３０などをさらに有していてもよい。ＣＶＤ装置２００にはさらに、任意の構成として、ステージ１３２を回転させるための回転制御装置（図示せず）が設けられていてもよい。
［２．スパッタ装置］
図６は、成膜装置の一つであるスパッタ装置３００の模式図である。スパッタ装置３００はチャンバー３０２を有し、高速のイオンとターゲットの衝突、およびその際に発生するターゲット原子の堆積のための場を提供する。
チャンバー３０２にはチャンバー３０２内を減圧にするための排気装置３０４が接続される。チャンバー３０２にはアルゴンなどのスパッタガスをチャンバー３０２へ導入するための導入管３０６、およびバルブ３０８が設けられる。
チャンバー３０２下部には、成膜する材料を含むターゲットを保持し、かつ陰極として機能するターゲットステージ３１０が設けられ、その上にターゲット３１２が設置される。ターゲットステージ３１０には高周波電源３１４が接続され、高周波電源３１４によってチャンバー３０２内にプラズマを発生することができる。
チャンバー３０２上部には、第１実施形態で述べた基板支持ユニット１３０を設けることができる。この場合、基板がステージ１３２下に設置された状態で薄膜の形成が進行する。エッチング装置１００やＣＶＤ装置２００と同様、スパッタ装置３００は、ステージ１３２やシャフト１３４に設けられる第１のヒータ１５０、第２のヒータ１４０を制御するヒータ電源３２４が設けられる。基板支持ユニット１３０にはさらに、高周波電力をステージ１３２に供給するための電源３２６、静電チャック用の電源３２８、温度コントローラ３３０などが接続されてもよい。スパッタ装置３００にはさらに、任意の構成として、ステージ１３２を回転させるための回転制御装置（図示せず）が設けられていてもよい。
チャンバー３０２内で発生したプラズマによって加速されたアルゴンイオンは、ターゲット３１２に衝突し、ターゲット３１２の原子が弾き出される。弾き出された原子は、シャッター３１６が開放されている間、ステージ１３２下に設置される基板へ飛翔し、堆積する。
本実施形態では、基板支持ユニット１３０がチャンバー３０２の上部に、ターゲットステージ３１０がチャンバー３０２の下部に設置される構成が例示されるが、本実施形態はこの構成に限られず、ターゲットが基板支持ユニット１３０の上に位置するようにスパッタ装置３００を構成してもよい。あるいは、基板の主面が水平面に対して垂直に配置されるように基板支持ユニット１３０を設置し、それに対向するようにターゲットステージ３１０を設けてもよい。
［３．蒸着装置］
図７は、成膜装置の一つである蒸着装置４００の模式図である。蒸着装置４００はチャンバー４０２を有し、蒸着源４１０における材料の蒸発、ならびに蒸発した材料の基板上への堆積のための空間が提供される。
チャンバー４０２にはチャンバー４０２内を高真空にするための排気装置４０４が接続される。チャンバー４０２にはチャンバー４０２を大気圧に戻すための導入管４０６が設けられ、バルブ４０８を介して窒素やアルゴンなどの不活性ガスがチャンバー４０２内に導入される。
チャンバー４０２上部には、第１実施形態で述べた基板支持ユニット１３０を設けることができる。基板がステージ１３２の下に設置された状態で材料の堆積が進行する。エッチング装置１００、ＣＶＤ装置２００、スパッタ装置３００と同様、蒸着装置４００はさらに、ステージ１３２やシャフト１３４に設けられる第１のヒータ１５０、第２のヒータ１４０を制御するヒータ電源４２４が設けられる。基板支持ユニット１３０には、静電チャック用の電源４２６、温度コントローラ４２８、ステージ１３２を回転させるための回転制御装置４３０などが設けられてもよい。基板支持ユニット１３０はさらに、基板と蒸着源４１０の間にメタルマスクを固定するためのマスクホルダ４１６を有してもよい。これにより、材料を堆積する領域にメタルマスクの開口部が重なるように、基板近傍にメタルマスクを配置することができる。
蒸着源４１０がチャンバーの下側に設けられ、蒸着する材料が蒸着源４１０に充填される。蒸着源４１０には材料を加熱するためのヒータが設けられており、ヒータは制御装置４１２によって制御される。排気装置４０４を用いてチャンバー４０２内を高真空にし、蒸着源４１０を加熱して材料を気化させることで蒸着が開始される。蒸着の速度が一定になった時にシャッター４１４を開放することで、基板上において材料の堆積が開始される。
上述したように、本実施形態のＣＶＤ装置２００、スパッタ装置３００、蒸着装置４００などの成膜装置には、実施形態１で説明した基板支持ユニット１３０を有することができる。したがって、基板全体の温度を均一に制御することができ、形成される薄膜の物性のばらつきを大幅に低減することができる。
第１実施形態で述べた基板支持ユニット１３０を用いることで、ステージ１３２の全体を均一に加熱することができることを以下に述べる実施例で説明する。
図２Ａから図３Ｂに示す構造を有する基板支持ユニット１３０を実施例として用い、加熱温度のシミュレーションを行った。シミュレーションの設定条件は以下のとおりである。なお比較例として、第１のヒータ１５０を備えない基板支持ユニットを用いた。
（１）上部プレート１３２ａおよび下部プレート１３２ｂ
直径：３５０ｍｍ、厚さ：３０ｍｍ、熱導電率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ
（２）第１のヒータ１５０
断面積：２．５４ｍｍ2、長さ：１３００ｍｍ、発生する熱量：４００Ｗ
（３）第２のヒータ
断面積：８５ｍｍ2、長さ：１５００ｍｍ、発生する熱量：６００Ｗ
（４）メインシャフト１３６
外径：６０ｍｍ、内径：５０ｍｍ、長さ：９０ｍｍ、熱導電率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ
（５）コネクタ１３８：
外径：９０ｍｍ、内径：５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍ、熱導電率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ
（６）フランジ１４４
外径：９０ｍｍ、内径：５０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍ、熱導電率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ
（７）外部環境
雰囲気：真空、温度：３０℃、放射率：０．３
上記設定条件下において平衡に達した時の実施例、比較例の基板支持ユニット１３０の温度分布をそれぞれ図８Ａ、図８Ｂに示す。各図において、左側は基板支持ユニットの上面図であり、右側は矢印方向から見た断面図である。図８Ｂに示すように、比較例の基板支持ユニットでは、上部プレート１３２ａに大きな温度分布が観測され、周辺領域から中心に向かうにつれて温度が低下した。具体的には、最大温度を示す位置は上部プレート１３２ａの周辺領域であり、その温度は３７０．９℃であった。一方、最小温度を示した場所は上部プレート１３２ａの中央部であり、その温度は３５０．５℃となり、最大温度と最小温度の差は２０．４℃であった。
一方図８Ａに示すように、実施例の基板支持ユニット１３０では、最大温度と最小温度を示す位置は比較例と同様であるものの、前者は３６８．５℃、後者は３６０．４℃となり、その差は僅か８．１℃であった。
上述したシミュレーション結果が示すように、本発明の実施形態に係る基板支持ユニット１３０は、シャフト１３４の上端部、すなわち、シャフト１３４のステージ１３２付近に第１のヒータ１５０が内蔵されており、この第１のヒータ１５０を用いることでステージ１３２の中心部からシャフト１３４への熱伝導による熱損失を補うことができ、その結果、ステージ１３２の加熱を均一に行うことができることが分かった。したがって、この基板支持ユニット１３０を備えた成膜装置や膜加工装置を用いることで、基板上に均一な特性を有する種々の薄膜を形成する、あるいは薄膜に対して基板上で均一な成形を行うことができるため、より精密に半導体プロセスを制御することが可能である。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
１００：エッチング装置、１０２：チャンバー、１０４：排気装置、１０６：導入管、１０８：バルブ、１１０：導波管、１１２：マイクロ波源、１１４：窓、１１６：磁石、１１８：磁石、１２０：磁石、１２２：電源、１２４：電源、１２６：ヒータ電源、１２８：回転制御装置、１３０：基板支持ユニット、１３２：ステージ、１３２ａ：上部プレート、１３２ｂ：下部プレート、１３４：シャフト、１３６：メインシャフト、１３８：コネクタ、１４０：第２のヒータ、１４２：配線、１４４：フランジ、１５０：第１のヒータ、１５２：配線、１６０：静電チャック、１６２：静電チャック電極、１６４：絶縁性の膜、１６６：リブ、１６８：貫通孔、１７０：吸引孔、２００：ＣＶＤ装置、２０２：チャンバー、２０４：排気装置、２０６：導入管、２０８：バルブ、２１０：導波管、２１２：マイクロ波源、２１６：磁石、２１８：磁石、２２４：ヒータ電源、２２６：電源、２２８：電源、２３０：温度コントローラ、２４４：磁石、３００：スパッタ装置、３０２：チャンバー、３０４：排気装置、３０６：導入管、３０８：バルブ、３１０：ターゲットステージ、３１２：ターゲット、３１４：高周波電源、３１６：シャッター、３２４：ヒータ電源、３２６：電源、３２８：電源、３３０：温度コントローラ、４００：蒸着装置、４０２：チャンバー、４０４：排気装置、４０６：導入管、４０８：バルブ、４１０：蒸着源、４１２：制御装置、４１４：シャッター、４１６：マスクホルダ、４２４：ヒータ電源、４２６：電源、４２８：温度コントローラ、４３０：回転制御装置

Claims (10)

  1. シャフトと、
    前記シャフト内に位置し、前記シャフトの上部を加熱するように構成される第１のヒータと、
    前記シャフト上に位置し、第１のプレートと、前記第１のプレート上の第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレート間の第２のヒータを有するステージを有し、
    前記第１のヒータに内蔵される発熱体の断面積は、前記第２のヒータに内蔵される発熱体の断面積よりも小さい基板支持ユニット。
  2. 前記シャフトは、メインシャフトを有し、
    前記第１のヒータは前記メインシャフトと前記第１のプレート間に挟持される、請求項１に記載の基板支持ユニット。
  3. 前記シャフトは、前記メインシャフトと前記第１のプレート間にコネクタをさらに有し、
    前記コネクタは、前記メインシャフトと前記第１のプレートの少なくとも一方に接し、
    前記第１のヒータは前記メインシャフトと前記コネクタ間に挟持される、請求項２に記載の基板支持ユニット。
  4. 前記メインシャフトは管状の形状を有し、上端部にリング形状のフランジを有し、
    前記コネクタはリング形状を有し、前記フランジを覆う、請求項３に記載の基板支持ユニット。
  5. 前記シャフトは管状の形状を有し、内部に空洞を有し、
    前記第１のヒータと接続される配線、および前記第２のヒータと接続される配線が前記空洞内に配置され、
    前記第１のヒータは前記空洞を囲むように配置される、請求項１に記載の基板支持ユニット。
  6. 前記シャフトの断面積は、前記第１のプレートの表面の面積よりも小さく、
    前記シャフトは前記第１のプレートの中心と重なり、
    前記第１のヒータは、前記中心を通過する前記第１のプレートの法線を囲むように配置される、請求項１に記載の基板支持ユニット。
  7. 前記シャフトは、前記第１のプレートにろう付けされる、あるいは溶接される、請求項１に記載の基板支持ユニット。
  8. 前記コネクタは、前記第１のプレートにろう付けされる、あるいは溶接される、請求項３に記載の基板支持ユニット。
  9. 請求項１に記載の基板支持ユニットを有する成膜装置。
  10. 請求項１に記載の基板支持ユニットを有する膜加工装置。
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