JP6845286B2 - ステージ、ステージを備える成膜装置または膜加工装置、および基板の温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基板を支持するためのステージ、ステージを備える成膜装置や膜加工装置、および基板の温度を制御する方法に関する。

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、パターニングされた種々の半導体膜や絶縁膜、導電膜を基板上に積層することによって構成される。これらの膜は、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て形成され、フォトリソグラフィープロセスによって加工（パターニング）される。

上述した膜の特性は、膜を形成する際、あるいはパターニングする際の条件によって大きく左右される。そのうちの一つが基板の温度である。多くの場合、基板の全体にわたって均一な温度を維持するために、基板を設置するための載置台（以下、ステージと記す）の温度ができるだけ均一になるように制御される。ステージの温度制御は、ステージ内に設けられるヒータを加熱すると同時に、ステージ内に設けられる冷媒用の流路に冷媒を流すことで行われる（特許文献１、２参照）。

特開２０１８−０５６３３３号公報 特開２０１４−１７５４９１号公報

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ステージを提供することである。あるいは本発明の実施形態の課題の一つは、このステージを有する成膜装置、もしくは膜加工装置を提供することである。あるいは、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方法を提供することである。

本発明の実施形態の一つは、ステージである。このステージは、シャフト、シャフト上の第１の支持プレート、第１の支持プレート内に形成された溝内に配置されるヒータ、およびシャフト内に配置され、第１の支持プレートにガスを吹き付けるように構成されるガス供給管を備える。

本発明の実施形態の一つは、基板の温度を制御する方法である。この方法は、第１の支持プレートと第１の支持プレート下のシャフトとを備えるステージ上に基板を配置すること、第１の支持プレートに形成される溝内に配置されるヒータを用いて第１のステージを加熱すること、およびシャフト内に配置されるガス供給管からガスを第１の支持プレートに吹き付けることを含む。

本発明の実施形態に係る膜加工装置の模式的断面図。 本発明の実施形態に係るステージの模式的斜視図と上面図。 本発明の実施形態に係るステージの模式的断面図。 本発明の実施形態に係るステージの模式的断面図。 本発明の実施形態に係るステージのガス供給管の模式的斜視図と断面図。 本発明の実施形態に係るステージの温度分布を表す概念図。 本発明の実施形態に係るステージの模式的断面図。 本発明の実施形態に係る成膜装置の模式的断面図。 本発明の実施形態に係る成膜装置の模式的断面図。 本発明の実施形態に係る成膜装置の模式的断面図。 実施例におけるステージの模式的上面図。 実施例と比較例における第１の支持プレートの温度分布。

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。

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。

本明細書および図面において、同一、あるいは類似する複数の構成を総じて表記する際には同一の符号を用い、一つの構成のうちの複数の部分をそれぞれ区別して表記する際には、同一の符号を用い、さらにハイフンとアルファベットを用いる。

（第１実施形態）
本実施形態では、本発明の実施形態の一つであるステージ１００、およびステージ１００が備えられた膜加工装置であるエッチング装置２００について説明する。

１．エッチング装置
図１には、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２００の断面模式図が示されている。エッチング装置２００はチャンバー２０２を有し、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がチャンバー２０２によって提供される。

チャンバー２０２には排気装置２０４が接続され、これにより、チャンバー２０２内を減圧雰囲気に設定することができる。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２０２上部には導波管２１０を介してマイクロ波源２１２を設けることができる。マイクロ波源２１２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の上部へ伝播し、石英やセラミックなどを含む窓２１４を介してチャンバー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２０２下部には基板を設置するため、本発明の実施形態の一つに係るステージ１００が設けられる。図示しない基板はステージ１００上に設置される。ステージ１００には電源２２０が接続され、高周波電力がステージ１００に与えられ、マイクロ波による電界がステージ１００の表面、基板表面に対して垂直な方向に形成される。チャンバー２０２の上部や側面にはさらに磁石２１６を設けることができる。磁石２１６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２１６によってステージ１００、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１００、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。

エッチング装置２００において基板の温度を制御する際、後述するように、ステージ１００に設けられるシースヒータ（後述）１２４を用いるとともに、ステージ１００の中心部を冷却するためにガス（冷却用ガスとも記す）が供給される。このためエッチング装置２００には、シースヒータ１２４を制御するヒータ電源２２２やガス供給装置１５０が設けられる。図示しないが、ガス供給装置１５０から供給される冷却用ガスを冷却するための冷却装置をガス供給装置１５０に接続してもよい。ステージ１００にはさらに、任意の構成として、基板をステージ１００に固定するための静電チャック用電源２２４や、ステージ１００内部に環流される液体の温度制御を行う温度コントローラ２２６、ステージ１００を回転させるための回転制御装置（図示せず）が接続されてもよい。チャンバー２０２内には基板を搬送するメカニズムを配置することができる。このメカニズムに制約はないが、例えば図１に示すようにロボットアームが備えられた搬送ロボット２３０を配置することができる。

１−２．ステージ
図２（Ａ）に実施形態の一つに係るステージ１００の模式的斜視図を示す。図２（Ａ）に示すように、ステージ１００はシャフト１４０を有し、シャフト１４０上にシャフト１４０によって支持される第１の支持プレート１２０、および第１の支持プレート上の第２の支持プレート１１０を基本的な構成として備える。図１（Ａ）では第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０はそれぞれ上面が円である円盤形状を有しているが、これらの形状に制約はなく、用いる基板の形状に適合する形状でも良い。例えば第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０は上面が四角形である直方体の形状を備えていてもよい。

図２（Ｂ）にステージ１００の模式的上面図を示す。図２（Ｂ）では第２の支持プレート１１０は図示されていない。第１の支持プレート１２０には、その上面に沿って一つ、あるいは複数の溝（図３（Ｂ）参照）１２２が設けられ、それぞれの溝１２２にはシースヒータ１２４が配置される。シースヒータ１２４の内部にはヒータ電源２２２（図１参照）と電気的に接続される電熱線（ヒータ線）が設けられ、ヒータ電源２２２からの電力によってシースヒータ１２４が加熱される。溝１２２は、第１の支持プレート１２０の全体がシースヒータ１２４によって均一に加熱されるように形成される。第１の支持プレート１２０の熱が第２の支持プレート１１０へ伝導し、この熱によって第２の支持プレート１１０上に配置される基板が加熱される。図示しないが、第２の支持プレート１１０にも溝を設け、第１の支持プレート１２０の溝１２２と第２の支持プレート１１０の溝内にシースヒータ１２４を収容してもよい。あるいは第１の支持プレート１２０には溝１２２を設けず、第２の支持プレート１１０に溝を設け、その中にシースヒータ１２４を配置してもよい。

第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０は金属を含み、金属は１０Ｗ／ｍＫ以上４３０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する金属から選択される。高い熱伝導率を有する金属を用いることで、シースヒータ１２４が発生する熱エネルギーを効率よく受け取ることができる。また、金属は３×１０^-6／Ｋ以上２５×１０^-6／Ｋ以下の熱膨張率を有することが好ましい。このような特性を満たす具体的な金属として、チタンやアルミニウム、ステンレスなどの金属が挙げられる。第２の支持プレート１１０に含まれる金属と第１の支持プレート１２０に含まれる金属は同一でも良く、異なっていてもよい。異なる場合には、第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０に含まれる金属の熱膨張率の差が２５０×１０^-6／Ｋ以下となるように、それぞれの金属を選択することができる。これにより、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いステージ１００を提供することができる。

第２の支持プレート１１０と第１の支持プレート１２０は互いに接合される。第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０の接合は、溶接やねじ止め、ろう付けによって行うことができる。ろう付けにおいて用いられるろうとしては、銀、銅、および亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、リンを微量含む銅、アルミニウムやその合金、チタン、銅、およびニッケルを含む合金、チタン、ジルコニウム、および銅を含む合金、チタン、ジルコニウム、銅、およびニッケルを含む合金などが挙げられる。

図２（Ｂ）の鎖線Ａ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´に沿った断面の模式図を図３（Ａ）、図３（Ｂ）にそれぞれ示す。図３（Ａ）に示すように、シャフト１４０内にはガス供給装置１５０と接続されるガス供給管１４２が備えられる。ガス供給管１４２は中空構造を有し、ガス供給装置１５０から供給される冷却用ガスがガス供給管１４２内部を流れ、その後第１の支持プレート１２０の方向へ供給されるように構成される。ガス供給管１４２に含まれる材料に制約はなく、鉄やアルミニウム、銅などの金属、ステンレスや真鍮などの合金、あるいは塩化ビニルやポリエチレンなどのビニルポリマーを材料として用いればよい。ビニルポリマーとしてポリ（テトラフルオロエチレン）などのフッ素含有高分子を採用してもよい。

ガス供給管１４２を介して供給される冷却用ガスは、第１の支持プレート１２０の中心部分を冷却し、外周部分と比較して低い温度にするために用いられる。ガス供給管１４２は、その中心軸が第１の支持プレート１２０の中心を通るように設けることが好ましい。したがって第１の支持プレート１２０の平面形状が円の場合（すなわち、第１の支持プレート１２０が円盤形状の場合）、ガス供給管１４２の中心軸が円の中心を通るようにガス供給管１４２を設けることが好ましい。ただし、ガス供給管１４２の配置はこのように厳密に制御する必要は無く、第１の支持プレート１２０の中心とその近傍が冷却可能なようにガス供給管１４２を配置すればよい。したがって例えば、第１の支持プレート１２０の上面に平行なガス供給管１４２の断面が第１の支持プレート１２０の中心と重なるようにガス供給管１４２を配置してもよい。

ガス供給管１４２の先端と第１の支持プレート１２０間の距離Ｄ（図３（Ａ）参照）は、第１の支持プレート１２０の大きさや冷却用ガスの供給量、冷却用ガスの温度などを考慮して適宜設定することができ、例えば１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、あるいは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲から選択される。距離Ｄを上記範囲に設定することで、冷却用ガスの流れが第１の支持プレート１２０と接触する前に広く拡散することなく、第１の支持プレート１２０の中心部分を選択的に冷却することができる。同時に、中心部分において大きな温度勾配の発生が防止される。

冷却用ガスはチャンバー２０２内に開放されないことが好ましい。これは、冷却用ガスによってチャンバー２０２内のガスの組成や圧力が変化するためである。したがって、シャフト１４０や第１の支持プレート１２０は、冷却用ガスがチャンバー２０２内にリークしないように構成されることが好ましい。例えば第１の支持プレート１２０は、少なくともシャフト１４０と重なる領域に貫通孔を設けず、冷却用ガスを遮断するように構成される。さらに、図３（Ａ）に示すように、シャフト１４０と重なる領域においてチャンバー２０２に一つ、あるいは複数の貫通孔２０２ａを設け、冷却用ガスを排出するようにエッチング装置２００を構成することができる。このような構成により、図３（Ａ）の点線で示すように、第１の支持プレート１２０の方向へ供給される冷却用ガスが第１の支持プレート１２０の中心と接触し、その後シャフト１４０内で方向を変え、チャンバー２０２の外部へ排出することができる。

冷却用ガスとしては、空気、窒素、アルゴン、あるいはこれらの混合ガスなどが利用でき、その温度も室温でもよく、あるいは−２０℃以上３０℃以下、０℃以上２５℃以下、あるいは１０℃以上２５℃以下の範囲から適宜選択すればよい。室温以外の温度を選択する場合には、冷却装置を用いて冷却用ガスの温度を制御すればよい。冷却用ガスの流量も適宜調整され、例えば１０Ｌ／ｍｉｎ以上１０００Ｌ／ｍｉｎ以下、３０Ｌ／ｍｉｎ以上５００Ｌ／ｍｉｎ以下、あるいは３０Ｌ／ｍｉｎ以上３００Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲から選択すればよい。

前述の通り、第１の支持プレート１２０の上面には溝１２２が形成され、溝１２２に沿ってシースヒータ１２４が配置される（図３（Ｂ））。シースヒータ１２４の構造にも制約はなく、両端に端子を有する両端子型シースヒータ、片側だけに二つの端子を有する片端子型シースヒータのいずれを用いてもよい。シースヒータ１２４のヒータ線は配線１２６と接続され、配線１２６はシャフト１４０内を延伸し、チャンバー２０２に設けられる貫通孔２０２ａを介して外部へ取り出され、ヒータ電源２２２に接続される。

シャフト１４０内には、冷却用ガスの排出を制御するためのガス排出管１４４を設けてもよい。例えば図４（Ａ）に示すように、チャンバー２０２の貫通孔２０２ａを介して一つ、あるいは複数のガス排出管１４４をシャフト１４０内に挿入する。ガス排出管１４４の端部の位置は任意に設定され、第１の支持プレート１２０までの距離は距離Ｄ（図３（Ａ）参照）と同じでもよく、距離Ｄよりも小さくても大きくてもよい。ガス排出管１４４はシャフト１４０の内壁に沿うように配置してもよく、あるいは図４（Ｂ）に示すようにガス供給管１４２と接するように配置してもよい。図示しないが、ガス排出管１４４にガス排気装置を接続して冷却用ガスを吸引してもよい。このような構成を採用することで、より精密に冷却用ガスの流れを制御することができる。

あるいは、冷却用ガスの供給能と排出能を兼ね備えたガス供給／排出管を用いてもよい。例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、ガス供給装置１５０と接続されるガス供給部１４２ａ、およびガス供給部１４２ａを取り囲むように配置され、かつガス供給部１４２ａと一体化されたガス排出部１４４ａを備えるガス供給／排出管１４６をガス供給管１４２とガス排出管１４４に替わって用いることができる。ガス供給／排出管１４６では、ガス供給部１４２ａとガス排出部１４４ａは単一の隔壁で分離される。このようなガス供給／排出管１４６を用いることでシャフト１４０内の空間を有効に活用することができ、その結果、独立して制御されるシースヒータ１２４の数を増やすことができ、このことはステージ１００の温度をより精密に制御することに寄与する。

従来の膜加工装置や成膜装置に配置されるステージは、ステージ上に配置される基板全体を均一に加熱するため、支持プレートの全体が均一な温度になるように設計される。すなわち、図６の概念図の直線（ｃ）で表されるように、支持プレートの中心部分から外周部分にわたって同一の温度となるようにシースヒータの数や配置などが決定される。しかしながら、膜加工装置や成膜装置内ではステージ外周部分からの放熱を無視することができず、例えば図１に示すチャンバー２０２、搬送ロボット２３０などの基板を搬送するための機構、基板を上下方向に動かすためのピン、ステージ付近に配置される保護治具（図示しない）などへ熱が散逸する。その結果、熱の散逸が無い場合には直線（ｃ）で表される理想的な温度プロフィールを与えるようにステージを設計しても、ステージ周辺部分の温度が低下し（点線（ａ））、基板に温度分布が生じる。

これに対して本発明の実施形態の一つに係るステージ１００では、シースヒータ１２４によって第１の支持プレート１２０を介して第２の支持プレート１１０を加熱しつつ、第１の支持プレート１２０の中心部分に対して冷却用ガスを供給する。その結果、点線（ｂ）で示すように、中心部分の温度が外周部分の温度よりも低くなるように第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０の温度を制御することができる。このような温度プロフィールを作り出すことにより、第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０の外周部分からの熱の散逸とのバランスが成立し、直線（ｃ）で表される理想的な温度プロフィール、もしくはそれに近い温度プロフィールを実現することができる。その結果、基板全体を均一な温度で保持したまま基板上の膜を加工する、あるいは基板上に膜を作製することが可能となる。

１−３．変形例
ステージ１００の構造は上述した構造に限られず、様々な構造を採用することができる。例えば図７（Ａ）に示すように、第１の支持プレート１２０下面に流体を環流するための溝（流路）１２８を設けてもよい。この場合、ステージ１００には、流路１２８を覆うための第３の支持プレート１３０が設けられ、冷却用ガスは第３の支持プレート１３０を介して第１の支持プレート１２０に吹き付けられる。第３の支持プレート１３０も第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０で使用可能な金属を含むことができる。第３の支持プレート１３０は、溶接やねじ止め、ろう付けによって第１の支持プレート１２０に固定される。図示しないが、流路１２８を第１の支持プレート１２０に設けず、第３の支持プレート１３０に設けてもよい。温度コントローラ２２６（図１参照）によって温度が制御された流体を流路１２８に流すことで、基材の温度をより精密に制御することができる。媒体はステージ１００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。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、フルオロカーボンなどのフッ素系流体などの液体の媒体を用いることができる。

また、第１の支持プレート１２０と第３の支持プレート１３０には、温度センサーを設置するための開口１３２を一つ、あるは複数設けてもよい。温度センサーとしては熱電対などを利用することができる。

あるいは図７（Ｂ）に示すように、第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０、および第３の支持プレート１３０を貫通する貫通孔１３４を一つ、あるいは複数設けてもよい。貫通孔１３４にはヘリウムなどの熱伝導率の高いガスの供給源がガス導入管１３６を介して接続される。これにより、高熱伝導率を有するガスを第２の支持プレート１１０と基板の隙間に流すことができ、シースヒータ１２４の熱エネルギーを効率よく基板へ伝えることができる。なお、貫通孔１３４はシャフト１４０と重なるように設けてもよく、あるいは図７（Ｂ）に示すようにシャフト１４０と重ならない領域に設けてもよい。シャフト１４０と重ならないように設けることで、貫通孔１３４から冷却用ガスがリークしてチャンバー２０２内に拡散することを防ぐことができ、また、シャフト１４０内に配線１２６やガス供給管１４２を配置するための広い空間を確保することができる。

あるいは図７（Ｃ）に示すように、基板をステージ１００上に固定するための機構として静電チャック１６０を第１の支持プレート１２０上に設けてもよい。静電チャック１６０は、例えば静電チャック電極１６４を絶縁性の膜１６２で覆った構造を有することができる。静電チャック用電源２２４（図１参照）から静電チャック電極１６４に対して高電圧（数百Ｖから数千Ｖ）を印加することで、静電チャック電極１６４に生じる電荷、および基板裏面に発生し、静電チャック電極１６４に生じる電荷とは逆の極性の電荷と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１６２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１６２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。

上述したように本実施形態に係るステージ１００では、第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０の中心部分の温度が外周部分の温度よりも低くなるよう、シャフト１４０内に配置されるガス供給管１４２から冷却用ガスが第１の支持プレート１２０の中心部分に向けて供給される。その結果、シースヒータ１２４からの熱の入力と外周部分からの熱の散逸との良好なバランスが形成され、第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０の全体が均一な温度となり、基板全体の温度を均一に制御することが可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べたステージ１００を有する種々の成膜装置に関し、図８から図１０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８は、成膜装置の一つであるＣＶＤ装置３００の模式図である。ＣＶＤ装置３００はチャンバー３０２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３０２には排気装置３０４が接続され、チャンバー３０２内の圧力を低減することができる。チャンバー３０２にはさらに反応ガスを導入するための導入管３０６が設けられ、バルブ３０８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２００と同様、チャンバー３０２上部には導波管３１０を介してマイクロ波源３１２を設けてもよい。マイクロ波源３１２で発生したマイクロ波は導波管３１０によってチャンバー３０２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３４４をチャンバー２０２内に設けることができる。チャンバー３０２下部には、第１実施形態で述べたステージ１００が設けられ、基板がステージ１００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２００と同様、チャンバー３０２の側面にはさらに磁石３１６、３１８を設けてもよい。

ステージ１００にはさらに、高周波電力をステージ１００に供給するための電源３２０、シースヒータ１２４を制御するヒータ電源３２２、静電チャック用電源３２４、ステージ１００内部に環流される流体の温度制御を行う温度コントローラ３２６が接続されてもよい。ＣＶＤ装置３００にはさらに、任意の構成として、ステージ１００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９は、成膜装置の一つであるスパッタ装置４００の模式図である。スパッタ装置４００はチャンバー４０２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４０２にはチャンバー４０２内を減圧にするための排気装置４０４が接続される。チャンバー４０２にはアルゴンなどのスパッタガスをチャンバー４０２へ導入するための導入管４０６、およびバルブ４０８が設けられる。

チャンバー４０２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４１０が設けられ、その上にターゲット４１２が設置される。ターゲットステージ４１０には高周波電源４１４が接続され、高周波電源４１４によってチャンバー４０２内にプラズマを発生することができる。

チャンバー４０２上部には、第１実施形態で述べたステージ１００を設けることができる。この場合、基板がステージ１００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２００やＣＶＤ装置３００と同様、ステージ１００にはさらに、高周波電力をステージ１００に供給するための電源４２０、ヒータ電源４２２、静電チャック用電源４２４、温度コントローラ４２６が接続されてもよい。スパッタ装置４００にはさらに、任意の構成として、ステージ１００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４０２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４１２に衝突し、ターゲット４１２の原子が弾き出される。弾き出された原子は、シャッター４１６が開放されている間、ステージ１００下に設置される基板へ飛翔し、堆積する。

本実施形態では、ステージ１００がチャンバー４０２の上部に、ターゲットステージ４１０がチャンバー４０２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、ターゲットがステージ１００の上に位置するようにスパッタ装置４００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ステージ１００を設置し、それに対向するようにターゲットステージ４１０を設けてもよい。

３．蒸着装置
図１０は、成膜装置の一つである蒸着装置５００の模式図である。蒸着装置５００はチャンバー５０２を有し、蒸着源５１０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５０２にはチャンバー５０２内を高真空にするための排気装置５０４が接続される。チャンバー５０２にはチャンバー５０２を大気圧に戻すための導入管５０６が設けられ、バルブ５０８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５０２内に導入される。

チャンバー５０２上部には、第１実施形態で述べたステージ１００を設けることができる。基板がステージ１００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２００、ＣＶＤ装置３００、スパッタ装置４００と同様、ステージ１００にはさらに、ヒータ電源５２２、静電チャック用電源５２４、温度コントローラ５２６、が接続されてもよい。蒸着装置５００にはさらに、任意の構成として、ステージ１００を回転させるための回転制御装置５２８が設けられていてもよい。図示しないが、ステージ１００はさらに、基板と蒸着源５１０の間にメタルマスクを固定するためのマスクホルダを有してもよい。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５１０がチャンバーの下側に設けられ、蒸着する材料が蒸着源５１０に充填される。蒸着源５１０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５１２によって制御される。排気装置５０４を用いてチャンバー５０２内を高真空にし、蒸着源５１０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５１４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３００、スパッタ装置４００、蒸着装置５００などの成膜装置には、実施形態１で説明したステージ１００を有することができる。したがって、基板の温度を精密に制御し、かつ応答性良く調整することができ、形成される薄膜の物性の制御が容易となる。

本実施例では、第１実施形態で述べたステージ１００の温度プロフィールを測定した結果について述べる。

本実施例では、アルミニウム製第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０を有するステージ１００（図２（Ａ）参照）を用いた。図１１に示すように、第１の支持プレート１２０には三つのシースヒータ（第１のシースヒータ１２４ａ、第２のシースヒータ１２４ｂ、第３のシースヒータ１２４ｃ（それぞれ外径３１０ｍｍ、容量１２００Ｗ）を配置した。第１のシースヒータ１２４ａは、シャフト１４０と重なり、ガス供給管１４２と重なる領域を数回取り巻くように設けた。第１のシースヒータ１２４ａを囲むようにほぼ三重に巻かれた第２のシースヒータ１２４ｂを配置した。第３のシースヒータ１２４ｃは、第１の支持プレート１２０の外周部分に最も近くなるように配置した。第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０の総厚さは３３ｍｍ、直径はそれぞれ３２２ｍｍであった。第１の支持プレート１２０と第２の支持プレート１１０に３個の熱電対を配置し、三つのシースヒータ１２４に通電して加熱を行った。加熱は２００Ｖ、１０Ａの電源を用いてＰＩＤ制御で設定温度まで昇温するように、それぞれのシースヒータ１２４に電流を印加することで行った。冷却用ガスとして室温の空気を用い、ガス供給管１４２を介して１００Ｌ／ｍｉｎの流速で第１の支持プレート１２０の中心部分へ供給した。

第２の支持プレート１１０の表面にダミーウエハを設置して加熱を行い、温度が定常状態に達した際に１７箇所の温度を測定した。その結果に基づいて温度分布を模式的に表した図を図１２（Ａ）に示す。図１２（Ａ）から理解されるように、第２の支持プレート１１０の中心部分の温度は外周部分と比較して低い。具体的には、中心部分Ａの温度は１４５．２℃であり、外周部分Ｂの温度は１５５℃であり、その差は９．８℃であった。

冷却用ガスを供給せずに同様の実験を行って得られた温度分布の模式図を図１２（Ｂ）に示す。この図から理解されるように、冷却用ガスを供給しない場合、第２の支持プレート１１０の温度は全体にわたって均一であり、中心部分Ａの温度は１５２．４℃であり、外周部分Ｂの温度は１５５℃であり、その差は２．６℃であった。

以上のことから、本実施形態の一つに係るステージ１００では、冷却用ガスを供給することによってステージ１００の第１の支持プレート１２０や第２の支持プレート１１０の中心部分の温度を外周部分の温度よりも低く設定することができる。ステージ１００を成膜装置や膜加工装置で使用する際には外周部から熱の散逸が生じるため、本実施形態の一つに係るステージ１００を用いることで、理想的な温度プロフィールを実現し、基板全体を均一な温度に制御できることが確認された。

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：ステージ、１１０：第２の支持プレート、１２０：第１の支持プレート、１２２：溝、１２４：シースヒータ、１２４ａ：第１のシースヒータ、１２４ｂ：第２のシースヒータ、１２４ｃ：第３のシースヒータ、１２６：配線、１２８：流路、１３０：第３の支持プレート、１３２：開口、１３４：貫通孔、１３６：ガス導入管、１４０：シャフト、１４２：ガス供給管、１４２ａ：ガス供給部、１４４：ガス排出管、１４４ａ：ガス排出部、１４６：ガス供給／排出管、１５０：ガス供給装置、１６０：静電チャック、１６２：膜、１６４：静電チャック電極、１６６：リブ、２００：エッチング装置、２０２：チャンバー、２０２ａ：貫通孔、２０４：排気装置、２０６：導入管、２０８：バルブ、２１０：導波管、２１２：マイクロ波源、２１４：窓、２１６：磁石、２２０：電源、２２２：ヒータ電源、２２４：静電チャック用電源、２２６：温度コントローラ、２３０：搬送ロボット、３００：ＣＶＤ装置、３０２：チャンバー、３０４：排気装置、３０６：導入管、３０８：バルブ、３１０：導波管、３１２：マイクロ波源、３１６：磁石、３１８：磁石、３２０：電源、３２２：ヒータ電源、３２４：静電チャック用電源、３２６：温度コントローラ、３４４：磁石、４００：スパッタ装置、４０２：チャンバー、４０４：排気装置、４０６：導入管、４０８：バルブ、４１０：ターゲットステージ、４１２：ターゲット、４１４：高周波電源、４１６：シャッター、４２０：電源、４２２：ヒータ電源、４２４：静電チャック用電源、４２６：温度コントローラ、５００：蒸着装置、５０２：チャンバー、５０４：排気装置、５０６：導入管、５０８：バルブ、５１０：蒸着源、５１２：制御装置、５１４：シャッター、５２２：ヒータ電源、５２４：静電チャック用電源、５２６：温度コントローラ、５２８：回転制御装置

Claims (14)

1. シャフト、
   前記シャフト上の第１の支持プレート、
   前記第１の支持プレート内に形成された溝内に配置されるヒータ、および
   前記シャフト内に配置されるガス供給管を備え、
   前記シャフトと前記ガス供給管は、前記第１の支持プレートが前記シャフトと重なる部分のみにガスを吹き付けるように構成され、
   前記ヒータは、前記第１の支持プレートの上面に垂直かつ前記第１の支持プレートの中心軸を含むいずれの断面においても、前記ガスが供給される空間と重なる部分と重ならない部分を有する、ステージ。
2. 前記第１の支持プレートは円盤形状を有し、
   前記第１の支持プレートの表面に平行な前記ガス供給管の断面は、前記円盤形状の中心と重なる、請求項１に記載のステージ。
3. 前記第１の支持プレートは前記ガスを遮断し、前記ステージが配置されるチャンバー内に前記ガスを放出しないように構成される、請求項１に記載のステージ。
4. 前記第１の支持プレート上に第２の支持プレートをさらに備える、請求項１に記載のステージ。
5. 前記第１の支持プレート下に第３の支持プレートをさらに備え、
   前記第１の支持プレートは、流体を循環するための流路を有する、請求項１に記載のステージ。
6. 前記第１の支持プレートは、前記シャフトと重ならない貫通孔を有する、請求項１に記載のステージ。
7. 前記ガス供給管を囲む複数のガス排出管をさらに含む、請求項１に記載のステージ。
8. 前記シャフトと前記ガス供給管は、前記ガスが前記第１の支持プレートと接触する領域の面積が、前記第１の支持プレートが前記ガスと接触しない領域の面積よりも小さくなるように構成される、請求項１に記載のステージ。
9. 第１の支持プレートと前記第１の支持プレート下のシャフトとを備えるステージ上に基板を配置すること、
   前記第１の支持プレートに形成される溝内に配置されるヒータを用いて第１のステージを加熱すること、および
   前記第１の支持プレートの前記シャフトと重なる部分のみに対し、前記シャフト内に配置されるガス供給管からガスを吹き付けることを含み、
   前記ヒータは、前記第１の支持プレートの上面に垂直かつ前記第１の支持プレートの中心軸を含むいずれの断面においても、前記ガスが供給される空間と重なる部分と重ならない部分を有する、基板温度制御方法。
10. 第１の支持プレートは円盤形状を有し、
    前記ガスの前記吹き付けは、前記第１の支持プレートの中心の温度が前記第１の支持プレートの外周部の温度より低くなるように行われる、請求項９に記載の基板温度制御方法。
11. 前記第１の支持プレートは円盤形状を有し、
    前記ガス供給管は、前記第１の支持プレートの表面に平行な前記ガス供給管の断面が前記円盤形状の中心と重なるように配置される、請求項９に記載の基板温度制御方法。
12. 前記ステージが配置されるチャンバー内に前記ガスを放出しないように、前記ガスを前記チャンバー外に排出することをさらに含む、請求項９に記載の基板温度制御方法。
13. 前記第１の支持プレートに形成される流路に流体を流すことをさらに含む、請求項９に記載の基板温度制御方法。
14. 前記ガスの吹き付けは、前記ガスが前記第１の支持プレートと接触する領域の面積が、前記第１の支持プレートが前記ガスと接触しない領域の面積よりも小さくなるように行われる、請求項９に記載の基板温度制御方法。