WO2013088597A1

WO2013088597A1 - 基板ホルダ装置および真空処理装置

Info

Publication number: WO2013088597A1
Application number: PCT/JP2012/005406
Authority: WO
Inventors: 泰嗣三浦; 英二藤山; 昌昭石田
Original assignee: キヤノンアネルバ株式会社
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-06-20
Also published as: JP5877850B2; US20140262769A1; TW201342520A; KR20140108265A; JPWO2013088597A1; TWI492331B

Abstract

　基板ホルダ装置は、チャンバの中の減圧された処理空間において基板を保持することが可能な基板ホルダと、基板ホルダに連結された支柱と、支柱を回転可能に支持する第１の回転支持部と、第１の回転支持部が支柱を支持する位置から支柱の軸方向に離間した位置で支柱を回転可能に支持する第２の回転支持部と、第１および第２の回転支持部を支持する筐体とを備える。第２の回転支持部と筐体、若しくは、支柱と筐体は、電気的に絶縁されている。

Description

基板ホルダ装置および真空処理装置

　本発明は、基板ホルダ装置および真空処理装置に関する。

　従来から、電力導入機構を用いて基板ホルダの静電チャックに電力を供給する構成が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１における基板ホルダは支柱によって支持されており、支柱は駆動部により回転可能である。駆動部の構成として、回転シール、ベアリング、モータ、電力導入回転機構などが支柱の回転軸方向に沿って順番に配置されるため、支柱の軸方向の寸法は長くなる。支柱が長尺になった場合、組み立て時や加工時の公差の影響によって、支柱の回転位置精度が低下したり、支柱の回転振れによりベアリングに対する負荷が大きくなり、ベアリングの寿命が低下するおそれがある。

　そのため、基板ホルダを支持する支柱の軸方向の２箇所でベアリングによって支柱を支持し、回転位置精度の向上とベアリング寿命の向上を図っている。

特開２００８－１５６７４６号公報

　２箇所のベアリングによって支柱を支持する構造では、一方のベアリングで支柱の位置決めをして、他方のベアリングは支柱の外周部とベアリングの内周部との間に隙間を設けてベアリングに過大な負荷がかかることを防止している。そのため、組み立て時や加工時の公差によって生じる回転角度の変化により、支柱との間に隙間を設けて配置されたベアリングと支柱との接触状態が変動することが起こりうる。

　一方、基板ホルダを介して基板にＥＳＣ用の電極に印加する電力にバイアス電力を重ねて基板に印加する構成が知られている。このようなバイアス電力を印加する基板ホルダにおいては、ベアリングの接触状態の変動が、基板に印加されるバイアス電力に影響する可能性がある。具体的には、基板に印加されたバイアス電力の帰還側の経路の抵抗値がベアリングの接触状態によって変化することで、プラズマへの入射波に対する反射波が生じ、プラズマの放電状態に影響することが懸念されている。従って、ベアリングの接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化できる基板ホルダ装置が望まれている。

　本発明は、上記の課題を鑑みて、ベアリングの接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化できる技術の提供を目的とする。

　上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る基板ホルダ装置は、チャンバの中の減圧された処理空間において基板を保持することが可能な基板ホルダと、
　前記基板ホルダに連結された支柱と、
　前記支柱を回転可能に支持する第１の回転支持手段と、
　前記第１の回転支持手段が前記支柱を支持する位置から前記支柱の軸方向に離間した位置で前記支柱を回転可能に支持する第２の回転支持手段と、
　前記第１および第２の回転支持手段を支持する筐体と、
　を備え、
　前記第２の回転支持手段と前記筐体、若しくは、前記支柱と前記筐体は、電気的に絶縁されていることを特徴とする。

　あるいは、本発明の他の側面に係る基板ホルダ装置は、チャンバの中の減圧された処理空間において基板を保持することが可能な基板ホルダと、
　前記基板ホルダに連結された支柱と、
　前記支柱を回転可能に支持する第１の回転支持手段と、
　前記第１の回転支持手段が前記支柱を支持する位置から前記支柱の軸方向に離間した位置で前記支柱を回転可能に支持する第２の回転支持手段と、
　を備え、
　前記支柱は、第１の支柱部と、第２の支柱部とを備え、
　前記第１の支柱部と前記第２の支柱部との間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする。

　あるいは、本発明の他の側面に係る真空処理装置は、基板を処理するための真空処理室と、
　前記真空処理室の内部に設けられた前記基板ホルダ装置と、
　前記基板ホルダ装置によって保持可能な基板を処理する処理手段と、
　を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、ベアリングの接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化できる。

　バイアス電力の安定化により、プラズマの放電状態の安定化が可能になる。

　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図。第１実施形態に係る基板ホルダ装置の構成例を示す図。第２実施形態に係る基板ホルダ装置の構成例を示す図。第３実施形態に係る基板ホルダ装置の構成例を示す図。第４実施形態に係る基板ホルダ装置の構成例を示す図。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　（基板処理装置の構成）
　本発明の実施形態に係る基板処理装置１００（真空処理装置）の構成について図１を参照して説明する。スパッタ装置を例として基板処理装置１００の構成を説明する。

　基板処理装置１００は、チャンバ１、ステージ１３、電源１４、スパッタ電極１５、スパッタ電源１７、ガス供給装置１８、排気装置１９、排気バルブ２０、支柱３０、電力導入ユニット６１、駆動部７９および筐体５０を備える。

　チャンバ１の内部（真空処理室Ｓ）は排気バルブ２０を介して排気装置１９と接続されている。排気バルブ２０はチャンバ１の内部圧力を制御することが可能であり、排気装置１９はチャンバ１の内部を基板処理に適した所要の減圧状態にする。また、チャンバ１の内部（真空処理室Ｓ）はガス供給装置１８と接続されている。ガス供給装置１８はプラズマ発生に用いられるガスをチャンバ１の真空処理室Ｓに導入する。

　基板を処理する構成として機能するスパッタ電源１７はスパッタ電極１５を介してターゲット１６に電力を供給する。スパッタ電源１７から電力が供給されると、スパッタ放電によりターゲット１６がスパッタされ、ターゲット１６からスパッタされた材料が基板１０上に成膜される。ターゲット１６は基板１０に成膜する物質に応じた材料が用いられる。

　排気装置１９にてチャンバ１内の排気を行い、ガス供給装置１８にてスパッタ用のガスをチャンバ１に導入する。排気バルブ２０にて圧力をコントロールした後、スパッタ電源１７から電力をスパッタ電極１５に供給してターゲット１６をスパッタすることによりステージ１３に保持された基板１０に膜付けを行う。

　ステージ１３（基板ホルダ）は、チャンバ１の中の減圧された処理空間Ｓにおいて基板１０を保持することが可能な基板載置面と、載置された基板１０を静電吸着力で基板載置面に固定するための静電チャックとを備える。静電チャックの内部には電極５３が設けられている。電極５３には、ステージ１３および中空構造を有する支柱３０の内部に設けられた電力導入ライン５４を介して所要の電力が印加される。電力導入ライン５４は支柱３０の内部において絶縁部材５５で被覆されている。

　ステージ１３（基板ホルダ）は支柱の上端部に連結されている。支柱３０の下端部には、静電チャックの電極５３に電力を与えるための電力導入ユニット６１が設けられている。電力導入ユニット６１には、電源１４が接続されている。電力導入ユニット６１は、電力導入ライン５４を介して、静電チャックを動作させるための電力と、膜の性質やスパッタカバレッジをコントロールするためのバイアス電力とを供給する。

　基板面上の成膜分布の均一性を高めるため、駆動部７９は支柱３０を介してステージ１３に保持されている基板１０を回転させる。

　駆動部７９は支柱３０の外周部に配置された可動子部７７と、筐体５０の内周面に固定された固定子部５８とを有する。駆動部７９は可動子部７７と、可動子部７７の周囲に配置された固定子部５８との相互作用によって支柱３０を回転させるモータとして機能する。ここで、筐体５０はチャンバ１と接続しており、チャンバ１を介して接地されているものとする。

　駆動部７９による支柱３０の回転は、ベアリング５７（メインベアリング）およびベアリング５９（サブベアリング）により支持されている。

　ベアリング５７およびベアリング５９の外周部は筐体５０の内周面に固定されている。支柱３０と筐体５０との間には、真空回転シール５６が設けられており、チャンバ１内の真空雰囲気が維持される。

　基板処理装置１００（真空処理装置）の構成のうち、ステージ１３、支柱３０、ベアリング５７、ベアリング５９、および筐体５０は、基板を保持可能な基板ホルダ装置を構成する。本発明の実施形態に係る基板ホルダ装置の構成を以下、具体的に説明する。

　（第１実施形態）
　図２は本発明の第１実施形態に係る基板ホルダ装置２００の構成例を示す図である。図１に示した構成と同一の構成については同一の参照番号を付して説明を省略する。

　メインベアリング１５７（第１の回転支持部）は、支柱１３０を位置決めし、かつ、支柱１３０を回転可能に支持する。サブベアリング１５９（第２の回転支持部）は支柱１３０を回転可能に支持する。メインベアリング１５７およびサブベアリング１５９の外周部は筐体１５０によって保持されている。なお、メインベアリング１５７は複数のベアリングから構成されているが、１つのベアリングから構成されていてもかまわない。

　サブベアリング１５９の内周部と支柱１３０の外周部との間には僅かな隙間が設けられている。この隙間により、基板ホルダ装置２００の組み立て時や支柱１３０の加工時の公差の影響によって、支柱の回転位置精度が低下したり、支柱の回転振れによりサブベアリング１５９に対する負荷を低減することができる。

　サブベアリング１５９の内周部と対向する支柱１３０の外周部には、段差部１３５が形成されている。この段差部１３５に電気絶縁部材１６０が配置されている。電気絶縁部材１６０は環状形状を有しており、支柱１３０の段差部１３５に嵌め込まれる。段差部１３５に嵌め込まれた電気絶縁部材１６０は、支柱１３０と共に回転可能であり、電気絶縁部材１６０の外周部がサブベアリング１５９の内周部と接触するように構成されている。電気絶縁部材１６０と接触するサブベアリング１５９は支柱１３０との間で絶縁される。支柱１３０とサブベアリング１５９との間に電気絶縁部材１６０が配置されることにより、支柱１３０と筐体１５０との間は電気的に絶縁される。支柱１３０の回転によりサブベアリング１５９と支柱１３０との接触状態が変化した場合でも、支柱１３０側からの電位は電気絶縁部材１６０で遮断される。支柱１３０側からの電位は電気絶縁部材１６０と接触するサブベアリング１５９を介して筐体１５０に通電されないので、基板処理装置１００における基板ホルダ装置２００の導電状態に変化は生じない。本実施形態によれば、サブベアリング１５９の接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化することができ、バイアス電力の安定化により、プラズマの放電状態の安定化が可能になる。

　尚、図２の構成中では、メインベアリング１５７をステージ１３側（上側）に配置し、サブベアリング１５９をメインベアリング１５７に対して下側に配置した構成例を示している。本発明の趣旨はこの例に限定されず、サブベアリング１５９をステージ１３側（上側）、メインベアリング１５７をサブベアリング１５９に対して下側に配置した構成にも適用可能である。すなわち、支柱１３０の回転軸方向に沿って、２つのベアリング（メインベアリング１５７、サブベアリング１５９）が離間して配置される構成に適用可能である。

　（第２実施形態）
　図３は本発明の第２実施形態に係る基板ホルダ装置３００の構成例を示す図である。メインベアリング２５７（第１の回転支持部）は、支柱２３０を位置決めし、かつ、支柱２３０を回転可能に支持する。サブベアリング２５９（第２の回転支持部）は支柱２３０を回転可能に支持する。メインベアリング２５７の外周部は筐体２５０によって保持されている。サブベアリング２５９の外周部に対向する筐体２５０には、電気絶縁部材２６０が設けられており、サブベアリング２５９の外周部が電気絶縁部材２６０に接触した状態でサブベアリング２５９は筐体２５０に固定されている。

　サブベアリング２５９の内周部と支柱２３０の外周部との間には僅かな隙間が設けられている。この隙間により、基板ホルダ装置３００の組み立て時や支柱２３０の加工時の公差の影響によって、支柱の回転位置精度が低下したり、支柱の回転振れによりサブベアリング２５９に対する負荷を低減することができる。

　電気絶縁部材２６０と接触するサブベアリング２５９は筐体２５０との間で絶縁される。筐体２５０とサブベアリング２５９との間に電気絶縁部材２６０が配置されることにより、支柱２３０と筐体２５０との間は電気的に絶縁される。支柱２３０の回転によりサブベアリング２５９との接触状態が変化した場合でも、支柱２３０およびサブベアリング２５９を介した電位は電気絶縁部材２６０で遮断される。支柱２３０側からの電位は筐体２５０に通電されないので、基板ホルダ装置３００の導電状態に変化は生じない。本実施形態によれば、サブベアリング２５９の接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化することができ、バイアス電力の安定化により、プラズマの放電状態の安定化が可能になる。

　尚、図３の構成中では、メインベアリング２５７をステージ１３側（上側）に配置し、サブベアリング２５９をメインベアリング２５７に対して下側に配置した構成例を示している。本発明の趣旨はこの例に限定されず、サブベアリング２５９をステージ１３側（上側）、メインベアリング２５７をサブベアリング２５９に対して下側に配置した構成にも適用可能である。すなわち、支柱２３０の回転軸方向に沿って、２つのベアリング（メインベアリング２５７、サブベアリング２５９）が離間して配置される構成に適用可能である。

　（第３実施形態）
　図４は本発明の第４実施形態に係る基板ホルダ装置４００の構成例を示す図である。支柱３３０は、中空構造の支柱を２つに分割した第１の支柱部３３１および第２の支柱部３３２と、第１の支柱部３３１と第２の支柱部３３２との間に設けられた電気絶縁部材３６０とを備える。中空構造の支柱を２つに分割した第１の支柱部３３１の下面と、第２の支柱部３３２の上面との間に、中空構造を有する電気絶縁部材３６０が挿入され、一体の中空構造の支柱３３０が形成される。

　メインベアリング３５７（第１の回転支持部）は、第１の支柱部３３１側に配置されており、第１の支柱部３３１（支柱３３０）を位置決めし、かつ、支柱３３０を回転可能に支持する。サブベアリング３５９（第２の回転支持部）は第２の支柱部３３２側に配置されており、第２の支柱部３３２（支柱３３０）を回転可能に支持する。

　メインベアリング３５７およびサブベアリング３５９の外周部は筐体３５０によって保持されている。サブベアリング３５９の内周部と第２の支柱部３３２（支柱３３０）の外周部との間には僅かな隙間が設けられている。この隙間により、基板ホルダ装置４００の組み立て時や支柱３３０の加工時の公差の影響によって、支柱３３０の回転位置精度が低下したり、支柱３３０の回転振れによりサブベアリング３５９に対する負荷を低減することができる。

　第１の支柱部３３１と、第２の支柱部３３２との間に電気絶縁部材３６０が配置されていることにより、電気絶縁部材３６０の上方の第１の支柱部３３１側と、電気絶縁部材３６０の下方の第２の支柱部３３２側とは電気的に絶縁される。支柱３３０の回転によりサブベアリング３５９との接触状態が変化した場合でも、ステージ１３（基板ホルダ）を含む第１の支柱部３３１側からの電位は、電気絶縁部材３６０で遮断される。すなわち、ステージ１３（基板ホルダ）を含む第１の支柱部３３１側からの電位は、第２の支柱部３３２、サブベアリング３５９を介して筐体３５０に通電されないので、基板ホルダ装置４００の導電状態に変化は生じない。本実施形態によれば、サブベアリング３５９の接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化することができ、バイアス電力の安定化により、プラズマの放電状態の安定化が可能になる。

　尚、図４の構成中では、メインベアリング３５７をステージ１３側（上側）に配置し、サブベアリング３５９をメインベアリング３５７に対して下側に配置した構成例を示している。

　本発明の趣旨はこの例に限定されず、サブベアリング３５９をステージ１３側（上側）、メインベアリング３５７をサブベアリング３５９に対して下側に配置した構成にも適用可能である。この場合、ステージ１３からサブベアリング３５９が支柱３３０を支持する位置までの間で、支柱３３０を分割し、分割した位置に電気絶縁部材３６０を挿入すればよい。かかる構成により、支柱３３０の回転軸方向に沿って、２つのベアリング（メインベアリング３５７、サブベアリング３５９）が離間して配置される構成に適用可能である。

　（第４実施形態）
　図５は本発明の第４実施形態に係る基板ホルダ装置５００の構成例を示す図である。図１に示した構成と同一の構成については同一の参照番号を付して説明を省略する。

　メインベアリング４５７（第１の回転支持部）は、支柱４３０を位置決めし、かつ、支柱４３０を回転可能に支持する。サブベアリング４５９（第２の回転支持部）は支柱４３０を回転可能に支持する。メインベアリング４５７およびサブベアリング４５９の外周部は筐体４５０によって保持されている。

　サブベアリング４５９の内周部と支柱４３０の外周部との間には僅かな隙間が設けられている。この隙間により、基板ホルダ装置４００の組み立て時や支柱４３０の加工時の公差の影響によって、支柱４３０の回転位置精度が低下したり、支柱４３０の回転振れによりサブベアリング４５９に対する負荷を低減することができる。

　サブベアリング４５９は絶縁部材により構成されている。絶縁部材により構成される構成要素には、筐体４５０により保持される外周部、支柱４３０を支持する内周部、外周部に対して内周部を相対的に回転可能するボール（転導体）、および転導体を保持部、が含まれる。本発明の趣旨は、サブベアリング４５９の全ての構成要素が絶縁部材で構成されることに限定されるものではなく、支柱４３０側からの電位を、サブベアリング４５９が構成要素として有する絶縁部材で遮断できればよい。サブベアリング４５９の変形例として、内周部および外周部のうちいずれか一方を絶縁部材で構成する場合にも、同様の効果を実現することができる。

　絶縁部材により構成されるサブベアリング４５９を用いることにより、支柱４３０と筐体４５０との間は電気的に絶縁される。支柱４３０の回転によりサブベアリング４５９と支柱４３０との接触状態が変化した場合でも、支柱４３０側からの電位はサブベアリング４５９で遮断される。支柱４３０側からの電位はサブベアリング４５９を介して筐体４５０に通電されないので、基板ホルダ装置５００の導電状態に変化は生じない。本実施形態によれば、サブベアリング４５９の接触状態の変化の影響を受けずに、印加されるバイアス電力をより安定化することができ、バイアス電力の安定化により、プラズマの放電状態の安定化が可能になる。

　尚、図５の構成中では、メインベアリング４５７をステージ１３側（上側）に配置し、サブベアリング４５９をメインベアリング４５７に対して下側に配置した構成例を示している。本発明の趣旨はこの例に限定されず、サブベアリング４５９をステージ１３側（上側）、メインベアリング４５７をサブベアリング４５９に対して下側に配置した構成にも適用可能である。すなわち、支柱４３０の回転軸方向に沿って、２つのベアリング（メインベアリング４５７、サブベアリング４５９）が離間して配置される構成に適用可能である。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

　本願は、２０１１年１２月１５日提出の日本国特許出願特願２０１１－２７５０７４を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims

　チャンバの中の減圧された処理空間において基板を保持することが可能な基板ホルダと、
　前記基板ホルダに連結された支柱と、
　前記支柱を回転可能に支持する第１の回転支持手段と、
　前記第１の回転支持手段が前記支柱を支持する位置から前記支柱の軸方向に離間した位置で前記支柱を回転可能に支持する第２の回転支持手段と、
　前記第１および第２の回転支持手段を支持する筐体と、
　を備え、
　前記第２の回転支持手段と前記筐体、若しくは、前記支柱と前記筐体は、電気的に絶縁されていることを特徴とする基板ホルダ装置。
　前記第２の回転支持手段が支持する前記支柱の外周部と前記第２の回転支持手段との間には絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ装置。
　前記筐体が支持する前記第２の回転支持手段の外周部と前記筐体との間には絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ装置。
　前記第２の回転支持手段は、絶縁部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ装置。
　チャンバの中の減圧された処理空間において基板を保持することが可能な基板ホルダと、
　前記基板ホルダに連結された支柱と、
　前記支柱を回転可能に支持する第１の回転支持手段と、
　前記第１の回転支持手段が前記支柱を支持する位置から前記支柱の軸方向に離間した位置で前記支柱を回転可能に支持する第２の回転支持手段と、
　を備え、
　前記支柱は、第１の支柱部と、第２の支柱部とを備え、
　前記第１の支柱部と前記第２の支柱部との間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする基板ホルダ装置。
　電源からの電力を、前記支柱の内部に設けられた電力導入ラインを介して、前記基板ホルダが備える電極に供給する電力導入手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板ホルダ装置。
　基板を処理するための真空処理室と、
　前記真空処理室の内部に設けられた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板ホルダ装置と、
　前記基板ホルダ装置によって保持可能な基板を処理する処理手段と、
　を備えることを特徴とする真空処理装置。