WO2020090163A1 - 真空処理装置 - Google Patents

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藤井　佳詞
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株式会社アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum processing apparatus including a vacuum chamber capable of forming a vacuum atmosphere and a stage that supports a substrate to be processed in the vacuum chamber.
  • a vacuum processing apparatus used for such a vacuum processing, there is known a vacuum processing apparatus including a vacuum chamber capable of forming a vacuum atmosphere and a stage for supporting a substrate to be processed in the vacuum chamber, for example, in Patent Document 1.
  • the stage is provided with a base that is selectively cooled and a substrate that is provided on the base so that the substrate to be processed can be controlled to a predetermined temperature above room temperature (for example, 300 ° C.) during vacuum processing.
  • a chuck plate that electrostatically attracts a processing substrate and a hot plate interposed between the base and the chuck plate (the chuck plate and the hot plate may be integrally formed). Further, in this device, in order to efficiently heat the substrate to be processed by the hot plate, a heat insulating plate made of an insulating material is further provided between the base and the hot plate, and heat transfer from the hot plate to the base ( Heat sink) is suppressed.
  • the substrate to be processed has heat input from other than the hot plate due to the energy of the plasma and the sputtered particles incident on the substrate to be processed. Then, even if the substrate to be processed is controlled to a predetermined temperature above room temperature (for example, 300 ° C.) during vacuum processing, the substrate to be processed may be heated to above this control temperature, and in this case, a film is formed. There is a possibility that the film quality of the thin film may be adversely affected.
  • the current supplied to the hot plate should be stopped or reduced, and the hot plate should be cooled. It is necessary to heat the existing base.
  • the heat insulating plate is present between the hot plate and the base as in the above-mentioned conventional example, the heat transfer between the hot plate and the base is dominated by radiation. Therefore, heat rays emitted from the hot plate (for example, infrared rays having a wavelength of 4 ⁇ m or less) are transmitted through the heat insulating plate and reflected on the upper surface of the base, and the reflected heat rays are returned to the hot plate again, so that the hot plate is energized. There is a problem that the temperature of the hot plate does not drop early even if the current is stopped or reduced.
  • the present invention has been made in view of the above points, and a vacuum processing apparatus capable of controlling a substrate to be processed to a predetermined temperature even when heat is input to the substrate to be processed from a source other than a hot plate during vacuum processing.
  • the purpose is to provide.
  • a vacuum chamber capable of forming a vacuum atmosphere and a stage for supporting a substrate to be processed in the vacuum chamber
  • the stage has a base that is selectively cooled, and a stage on the base.
  • the substrate to be electrostatically adsorbed on the surface of the chuck plate is kept at room temperature.
  • the vacuum processing apparatus of the present invention which is controllable to the above predetermined temperature, further includes a heat insulating plate that suppresses heat transfer from the hot plate to the base between the base and the hot plate, and the base and the heat insulating plate. And a high emissivity layer having a higher emissivity than the upper surface of the base.
  • the high emissivity layer is provided between the base and the heat insulating plate, heat rays emitted from the hot plate are absorbed by the high emissivity layer and transmitted to the base. Therefore, the temperature of the hot plate can be lowered at an early stage by stopping or reducing the current supplied to the hot plate. Therefore, even when heat is applied to the substrate to be processed from other than the hot plate during vacuum processing, the substrate to be processed can be controlled to a predetermined temperature.
  • the high emissivity layer has an emissivity of 0.49 or more for heat rays (infrared rays) having a wavelength of 4 ⁇ m or less. If it deviates from this range, there is a problem that the heat rays emitted from the substrate to be processed cannot be efficiently absorbed.
  • the high emissivity layer is made of an Al x Ti 1-x N film (0.1 ⁇ x ⁇ 0.95) to ensure that the emissivity of the high emissivity layer is 0.49 or more. can do.
  • the high emissivity layer is formed so as to cover the entire upper surface of the base, Since the temperature of the outer peripheral portion is lower than that of the central portion, a temperature difference is likely to occur between the central portion and the outer peripheral portion of the hot plate. Therefore, in the present invention, the high emissivity layer is formed so as to cover a portion of the upper surface of the base other than the outer peripheral portion, thereby suppressing a temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the hot plate. It is possible and advantageous.
  • a vacuum processing apparatus is a magnetron-type sputtering apparatus
  • a substrate to be processed is a silicon wafer (hereinafter referred to as “substrate Sw”), and a predetermined thin film is formed on the surface of the substrate Sw is taken as an example.
  • substrate Sw silicon wafer
  • An embodiment of the vacuum processing apparatus of the present invention will be described. In the following, terms indicating directions such as “up” and “down” are based on the installation posture of the sputtering apparatus as the vacuum processing apparatus shown in FIG.
  • SM is the sputtering device of this embodiment.
  • the sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1 capable of forming a vacuum atmosphere.
  • a cathode unit 2 is detachably attached to the upper surface opening of the vacuum chamber 1.
  • the cathode unit 2 is composed of a target 21 and a magnet unit 22 arranged above the target 21.
  • the target 21 a known target such as aluminum, copper, titanium or alumina is used depending on the thin film to be formed on the surface of the substrate Sw.
  • the target 21 is attached to the upper portion of the vacuum chamber 1 via the insulator 11 provided on the upper wall of the vacuum chamber 1 in a posture in which the target 21 is bonded to the backing plate 21a with the sputtering surface 21b facing downward.
  • the target 21 is connected to an output 21d from a sputtering power source 21c including a DC power source and an AC power source according to the target type.
  • a sputtering power source 21c including a DC power source and an AC power source according to the target type.
  • a predetermined power having a negative potential or a high frequency with a predetermined frequency is used. Power can be turned on.
  • the magnet unit 22 generates a magnetic field in the space below the sputter surface 21b of the target 21, captures the electrons and the like ionized below the sputter surface 21b during sputtering, and efficiently ionizes the sputtered particles scattered from the target 21. Since it has a closed magnetic field or cusp magnetic field structure, detailed description thereof is omitted here.
  • a stage 4 is arranged below the vacuum chamber 1 so as to face the target 21.
  • the stage 4 is a metal base 41 (for example, made of SUS) having a cylindrical contour, which is installed via an insulator 32 provided in the lower portion of the vacuum chamber 1, and a chuck provided on the base 41. And a plate 42.
  • the base 41 is formed with a coolant circulation path 41a for circulating a coolant supplied from a chiller unit (not shown) so that it can be selectively cooled.
  • the chuck plate 42 has an outer diameter that is slightly smaller than the upper surface of the base 41, and electrodes for electrostatic chuck are embedded therein.
  • the substrate Sw When a voltage is applied to this electrode from a chuck power supply (not shown), the substrate Sw is electrostatically attracted to the upper surface of the chuck plate 42. Further, a hot plate 43 made of, for example, aluminum nitride is interposed between the base 41 and the chuck plate 42. The heating means 43a such as a heater is incorporated in the hot plate 43. By energizing the heating means 43a from the power source 43b, the hot plate 43 can be heated to a predetermined temperature (for example, 300 ° C. to 500 ° C.) according to the energizing current.
  • a predetermined temperature for example, 300 ° C. to 500 ° C.
  • the substrate Sw can be controlled to a predetermined temperature above room temperature (for example, 350 ° C.) by heating with the hot plate 43 and cooling the base 41 by circulating the coolant.
  • a predetermined temperature above room temperature for example, 350 ° C.
  • the outline of the upper surface of the hot plate 43 was made between the base 41 and the hot plate 43.
  • a heat insulating plate 44 made of an insulating material such as quartz or sapphire is provided.
  • a gas pipe 5 for introducing a sputtering gas is connected to the side wall of the vacuum chamber 1, and the gas pipe 5 communicates with a gas source (not shown) via a mass flow controller 51.
  • the sputtering gas includes not only a rare gas such as argon gas introduced when plasma is formed in the vacuum chamber 1, but also a reactive gas such as oxygen gas and nitrogen gas.
  • An exhaust pipe 62 leading to a vacuum pump 61 composed of a turbo molecular pump, a rotary pump, or the like is connected to the lower wall of the vacuum chamber 1, and the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated and a sputtering gas is introduced during sputtering.
  • the vacuum chamber 1 can be maintained at a predetermined pressure.
  • the stage 4 in the vacuum chamber 1 by covering the outer peripheral portion 43c of the upper surface of the hot plate 43, it functions as a deposition preventive plate that prevents the sputtered particles generated by the sputtering of the target 21 from adhering to the relevant portion 43c.
  • Platen rings 7 are provided at intervals.
  • the platen ring 7 is made of a known material such as alumina or stainless steel, and is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the base 41 via the insulator 33.
  • a deposition preventive plate 8 for preventing the sputtered particles from adhering to the inner wall surface of the vacuum chamber 1 is provided.
  • the deposition-inhibitory plate 8 is composed of an upper deposition-inhibition plate 81 and a lower deposition-inhibition plate 82 each made of a known material such as alumina or stainless steel.
  • the upper deposition preventing plate 81 has a tubular contour and is suspended via a locking portion 11 provided on the upper portion of the vacuum chamber 1.
  • the lower deposition-inhibiting plate 82 also has a tubular contour, and an upstanding wall portion 82a that is erected upward is formed at the free end on the radially outer side thereof.
  • a drive shaft 83 a from a drive means 83 such as a motor or an air cylinder, which extends through the lower wall of the vacuum chamber 1 and is connected to the lower attachment plate 82.
  • the lower deposition-inhibiting plate 82 is driven by the driving means 83 to a film forming position where the film is formed by sputtering and a position higher than the film forming position, and the substrate Sw is transferred to the stage 4 by a vacuum robot (not shown). Moved up and down between positions.
  • the lower end of the upper deposition-inhibiting plate 81 and the upper end of the standing wall 82a are designed to overlap each other in the vertical direction.
  • the flat portion 82b of the lower deposition-inhibitory plate 82 extending orthogonally to the vertical direction is sized so that the inner portion in the radial direction faces the platen ring 7.
  • one annular protrusion 82c is formed at a predetermined position on the lower surface of the flat portion 82b.
  • An annular groove 71 is formed on the upper surface of the platen ring 7 so as to correspond to each protrusion 82c.
  • a so-called labyrinth seal is formed by the protrusion 82c of the flat portion 82b and the concave groove 71 of the platen ring 7, and inside the vacuum chamber 1 located below the lower deposition preventive plate 82 around the substrate Sw.
  • the sputtering apparatus SM includes a control means (not shown) having a known structure including a microcomputer, a storage element, a sequencer, etc., and the control means includes the sputtering power supply 21c, the power supply 43b, the mass flow controller 51, and the vacuum pump 61. Controls each part during sputtering.
  • the control means controls to stop or reduce the current flowing from the power source 43b to the heating means 43a.
  • the film forming method will be described below by taking the case where the target 21 is aluminum and an aluminum film is formed on the surface of the substrate Sw by the sputtering apparatus SM as an example.
  • the substrate Sw is transferred onto the stage 4 by a vacuum transfer robot (not shown) at the transfer position of the lower deposition prevention plate 82, and the chuck of the stage 4 is chucked.
  • the substrate Sw is placed on the upper surface of the plate 42.
  • the vacuum transfer robot retreats, the lower deposition preventive plate 82 is moved to the film forming position, and a predetermined voltage is applied to the electrodes of the chuck plate 42 from a power source (not shown) to electrostatically adsorb the substrate Sw on the upper surface of the chuck plate 42. ..
  • the hot plate 43 is heated by energizing the heater 43a of the hot plate 43 from the power source 43b, and the base 41 is cooled by the circulation of the refrigerant to the refrigerant circulation path 41a.
  • a predetermined temperature equal to or higher than room temperature (for example, 350 ° C.)
  • an argon gas as a sputtering gas is introduced at a predetermined flow rate (the pressure in the vacuum chamber 1 at this time is 0.5 Pa).
  • a predetermined power for example, 3 kW to 50 kW having a negative potential is applied to the target 21 from the sputtering power source 21c.
  • the sputtering surface 21b of the target 21 is sputtered by the ions of the argon gas in the plasma, and the sputtered particles from the target 21 are attached and deposited on the substrate Sw to form an aluminum film. Be filmed.
  • the substrate Sw receives heat from other than the hot plate 43 due to the energy of the plasma and the sputtered particles incident on the substrate Sw, and the substrate Sw is heated to a predetermined temperature (for example, during film formation). Even if the temperature is controlled to 350 ° C., the substrate Sw may be heated above the control temperature (for example, 390 ° C.). In this case, it is necessary to stop or reduce the current flowing from the power source 43b to the hot plate 43, and to heat the base plate 41 from the hot plate 43. However, since the heat insulating plate 44 exists, the hot plate 43 and the base plate are present. The heat transfer to and from 41 is dominated by radiation, and the temperature of the hot plate 43 does not drop early.
  • a high emissivity layer 45 having a higher emissivity than the upper surface of the base 41 is provided between the base 41 and the heat insulating plate 44, and the hot plate 43 of The radiative cooling effect is enhanced.
  • This high emissivity layer 45 has, for example, an Al x Ti 1-x N film (0.1 ⁇ x ⁇ 0. 95). Since the Al x Ti 1-x N film emits less gas when absorbing heat rays, it can be preferably used as the high emissivity layer 45. If the high emissivity layer 45 is made of an Al x Ti 1-x N film (0.8 ⁇ x ⁇ 0.95), the emissivity of the high emissivity layer 45 can be 0.6 or more.
  • the high emissivity layer 45 may be formed on the upper surface of the base 41 or the lower surface of the heat insulating plate 44. However, forming the high emissivity layer on the upper surface of the base 41 rather than on the lower surface of the heat insulating plate 44 allows heat rays absorbed by the high emissivity layer 45 to be more absorbed. It can be efficiently transmitted to the base 41.
  • a method of forming the high emissivity layer 45 a known method such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method can be used, and therefore detailed description thereof is omitted here.
  • the high emissivity layer 45 is provided between the base 41 and the heat insulating plate 44, the heat rays emitted from the hot plate 43 are absorbed by the high emissivity layer 45, and the absorbed heat is absorbed. It can be transmitted to the base 41. That is, the radiative cooling effect of the hot plate 43 is enhanced by the high emissivity layer 45, and heat can be drawn from the hot plate 43 to the base 41. Therefore, the temperature of the hot plate 43 can be lowered early by stopping or lowering the current flowing from the power source 43b to the hot plate 43. Therefore, even when heat is input from other than the hot plate 43 during film formation, the substrate Sw can be controlled to a predetermined temperature.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the vacuum processing apparatus is the sputtering apparatus SM
  • the stage 4 having the heat insulating plate 44 between the hot plate 43 and the base 41 is provided in the vacuum chamber 1.
  • the present invention can be applied to, for example, a dry etching apparatus, a CVD apparatus, and a heat treatment apparatus as long as it is a vacuum processing apparatus.
  • the chuck plate 42 and the hot plate 43 are separately configured, but the chuck plate 42 and the hot plate may be integrally configured by incorporating heating means in the chuck plate 42. Good.
  • the heat radiation amount from the outer peripheral portion is larger than the heat radiation amount from the central portion of the hot plate 43, and when the high emissivity layer 45 is formed so as to cover the entire upper surface of the base 41, Since the temperature of the outer peripheral portion is lower than that of the central portion of the hot plate 43, a temperature difference is likely to occur between the central portion and the outer peripheral portion of the hot plate 43. In this case, a vacuum is uniformly applied over the entire surface of the substrate Sw. There is a possibility that processing cannot be performed. Therefore, as shown in FIG.
  • the high emissivity layer 45 is formed so as to cover the upper surface of the base 41 excluding the outer peripheral portion 41b, so that the temperature generated between the central portion and the outer peripheral portion of the hot plate 43 is increased. The difference can be suppressed, which is advantageous.
  • the Al x Ti 1-x N film (0.1 ⁇ x ⁇ 0.95) is described as the high emissivity layer 45, but the high emissivity layer 45 is not limited to this.
  • a surface treatment such as thermal spraying or film formation on the upper surface of the base 41 or the lower surface of the heat insulating plate 44, a high emissivity layer composed of a non-metal film such as Al 2 O 3 or a Ti thermal spray film is formed.
  • SM sputtering apparatus (vacuum processing apparatus) 1 ... vacuum chamber, 4 ... stage, 41 ... base, 42 ... chuck plate, 43 ... hot plate, 44 ... heat insulating plate, 45 ... high emissivity layer, Al x Ti 1 -X N film.

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Abstract

真空処理中にホットプレート以外から被処理基板への入熱がある場合でも、被処理基板を所定温度に制御できるようにした真空処理装置を提供する。　真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ１と、真空チャンバ内で被処理基板Ｓｗを支持するステージ４とを備え、ステージが、選択的に冷却される基台４１と、基台上に設けられて被処理基板を静電吸着するチャックプレート４２と、基台とチャックプレートとの間に介設されたホットプレート４３とを有し、チャックプレート表面に静電吸着された被処理基板を室温以上の所定温度に制御自在とした本発明の真空処理装置ＳＭは、基台とホットプレートとの間に、ホットプレートから基台への伝熱を抑制する断熱プレート４４を更に備え、基台と断熱プレートとの間に、基台の上面よりも高い放射率を持つ高放射率層４５を設ける。

Description

真空処理装置
　本発明は、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバと、真空チャンバ内で被処理基板を支持するステージとを備える真空処理装置に関する。
　例えば半導体デバイスの製造工程においては、シリコンウエハ等の被処理基板に対し、成膜処理やエッチング処理といった真空処理を施す工程がある。このような真空処理に用いられる真空処理装置として、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバと、真空チャンバ内で被処理基板を支持するステージとを備えるものが例えば特許文献１で知られている。このものでは、真空処理中に被処理基板を室温以上の所定温度（例えば、３００℃）に制御できるように、ステージが、選択的に冷却される基台と、基台上に設けられて被処理基板を静電吸着するチャックプレートと、基台とチャックプレートとの間に介設されたホットプレートとを有する（チャックプレートとホットプレートとは一体に形成されていてもよい）。また、このものでは、ホットプレートによって被処理基板を効率よく加熱するために、基台とホットプレートとの間に絶縁材料製の断熱プレートを更に設け、ホットプレートからから基台への伝熱（熱引け）を抑制している。
　ところで、上記真空処理装置の中には、例えばスパッタリング装置のように、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、ターゲットのスパッタリングにより発生したスパッタ粒子を付着、堆積させて成膜処理を施すものがある。このとき、被処理基板には、プラズマや被処理基板に入射するスパッタ粒子が持つエネルギーに起因したホットプレート以外からの入熱がある。すると、真空処理中に被処理基板を室温以上の所定温度（例えば、３００℃）に制御していても、この制御温度以上に被処理基板が加熱される場合があり、これでは、成膜される薄膜の膜質等に悪影響を与える虞がある。
　このため、制御温度以上に被処理基板が加熱されたとき、ホットプレートの温度を可及的速やかに下げるには、ホットプレートへの通電電流を停止または低下させると共に、ホットプレートから、冷却されている基台に熱引きさせる必要がある。然し、上記従来例のように、ホットプレートと基台との間に断熱プレートが存在すると、ホットプレートと基台との間の熱移動は、放射によるものが支配的となる。このため、ホットプレートから放出される熱線（例えば波長４μｍ以下の赤外線）が断熱プレートを透過して基台上面で反射し、反射した熱線がホットプレートに再び戻ることになり、ホットプレートへの通電電流を停止または低下させても、ホットプレートの温度が早期に下がらないという問題がある。
特表２０１８－５１８８３３号公報
　本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、真空処理中にホットプレート以外から被処理基板への入熱がある場合でも、被処理基板を所定温度に制御できるようにした真空処理装置を提供することをその目的とするものである。
　上記課題を解決するために、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバと、真空チャンバ内で被処理基板を支持するステージとを備え、ステージが、選択的に冷却される基台と、基台上に設けられて被処理基板を静電吸着するチャックプレートと、基台とチャックプレートとの間に介設されたホットプレートとを有し、チャックプレート表面に静電吸着された被処理基板を室温以上の所定温度に制御自在とした本発明の真空処理装置は、基台とホットプレートとの間に、ホットプレートから基台への伝熱を抑制する断熱プレートを更に備え、基台と断熱プレートとの間に、基台の上面よりも高い放射率を持つ高放射率層を設けることを特徴とする。
　本発明によれば、基台と断熱プレートとの間に高放射率層を設けたため、ホットプレートから放出される熱線が高放射率層により吸収されて基台に伝わる。このため、ホットプレートへの通電電流を停止または低下させれば、ホットプレートの温度を早期に下げることができる。従って、真空処理中にホットプレート以外から被処理基板への入熱がある場合でも、被処理基板を所定温度に制御できる。
　本発明においては、前記高放射率層の例えば波長４μｍ以下の熱線（赤外線）に対する放射率が０．４９以上であることがより好ましい。この範囲を外れると、被処理基板から放出される熱線を効率よく吸収できないという不具合がある。この場合、前記高放射率層をＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜（０．１≦ｘ≦０．９５）で構成することで、前記高放射率層の放射率を確実に０．４９以上にすることができる。
　ところで、ホットプレートの中央部からの熱線放出量よりも外周部からの熱線放出量が多いことが知られており、基台上面の全面を覆うように高放射率層を形成すると、ホットプレートの中央部よりも外周部の温度が低くなってホットプレートの中央部と外周部との間で温度差が生じ易くなる。そこで、本発明においては、前記高放射率層を前記基台上面の外周部を除く部分を覆うように形成することで、ホットプレートの中央部と外周部との間で生じる温度差を抑制することができ、有利である。
本発明の実施形態のスパッタリング装置を示す模式断面図。 図１の一部を拡大して示す断面図。 本発明の変形例を示す断面図。
　以下、図面を参照して、真空処理装置をマグネトロン方式のスパッタリング装置、被処理基板をシリコンウエハ（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗ表面に所定の薄膜を成膜する場合を例に本発明の真空処理装置の実施形態を説明する。以下においては、「上」「下」といった方向を示す用語は、図１に示す真空処理装置としてのスパッタリング装置の設置姿勢を基準とする。
　図１を参照して、ＳＭは、本実施形態のスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の上面開口にはカソードユニット２が着脱自在に取付けられている。カソードユニット２は、ターゲット２１と、このターゲット２１の上方に配置される磁石ユニット２２とで構成されている。ターゲット２１としては、基板Ｓｗ表面に成膜しようとする薄膜に応じて、アルミニウム、銅、チタンやアルミナなど公知のものが利用される。そして、ターゲット２１は、バッキングプレート２１ａに接合した状態で、スパッタ面２１ｂを下方にした姿勢で真空チャンバ１の上壁に設けた絶縁体１１を介して真空チャンバ１の上部に取り付けられる。
　ターゲット２１には、ターゲット種に応じて直流電源や交流電源などから構成されるスパッタ電源２１ｃからの出力２１ｄが接続され、ターゲット種に応じて、例えば負の電位を持つ所定電力や所定周波数の高周波電力が投入できるようになっている。磁石ユニット２２は、ターゲット２１のスパッタ面２１ｂの下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面２１ｂの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２１から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。
　真空チャンバ１の下部には、ターゲット２１に対向させてステージ４が配置されている。ステージ４は、真空チャンバ１の下部に設けた絶縁体３２を介して設置される、筒状の輪郭を持つ金属製（例えばＳＵＳ製）の基台４１と、この基台４１上に設けられるチャックプレート４２とを有する。基台４１には、図外のチラーユニットから供給される冷媒を循環させる冷媒循環路４１ａが形成されており、選択的に冷却できるようになっている。チャックプレート４２は、基台４１の上面より一回り小さい外径を有し、静電チャック用の電極が埋設されている。この電極に図外のチャック電源から電圧を印加すると、チャックプレート４２上面に基板Ｓｗが静電吸着されるようになっている。また、基台４１とチャックプレート４２との間には、例えば窒化アルミニウム製のホットプレート４３が介設されている。ホットプレート４３には、例えばヒータ等の加熱手段４３ａが組み込まれている。この加熱手段４３ａに電源４３ｂから通電することにより、通電電流に応じた所定温度（例えば、３００℃～５００℃）にホットプレート４３を加熱できるようになっている。そして、ホットプレート４３による加熱と、冷媒循環による基台４１の冷却とによって基板Ｓｗを室温以上の所定温度（例えば、３５０℃）に制御できるようにしている。ここで、加熱されるホットプレート４３から冷却される基台４１への伝熱を抑制するために、基台４１とホットプレート４３との間には、ホットプレート４３の上面の輪郭に一致させた、例えば、石英やサファイア等の絶縁材料製の断熱プレート４４が設けられている。
　真空チャンバ１の側壁には、スパッタガスを導入するガス管５が接続され、ガス管５がマスフローコントローラ５１を介して図示省略のガス源に連通している。スパッタガスには、真空チャンバ１内にプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスだけでなく、酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスが含まれる。真空チャンバ１の下壁には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等で構成される真空ポンプ６１に通じる排気管６２が接続され、真空チャンバ１内を真空引きし、スパッタリング時にはスパッタガスを導入した状態で真空チャンバ１を所定圧力に保持できるようにしている。
　真空チャンバ１内でステージ４の周囲には、ホットプレート４３上面の外周部分４３ｃを覆うことで、ターゲット２１のスパッタリングにより発生するスパッタ粒子の当該部分４３ｃへの付着を防止する防着板として機能するプラテンリング７が間隔を存して設けられている。プラテンリング７は、アルミナ、ステンレス等の公知の材料製であり、基台４１上面の外周部分に絶縁体３３を介して設けられている。また、真空チャンバ１内には、スパッタ粒子の真空チャンバ１の内壁面への付着を防止する防着板８が設けられている。防着板８は、夫々がアルミナ、ステンレス等の公知の材料製である上防着板８１と下防着板８２とで構成されている。上防着板８１は、筒状の輪郭を持ち、真空チャンバ１の上部に設けた係止部１１を介して吊設されている。下防着板８２もまた、筒状の輪郭を持ち、その径方向外側の自由端には、上方に向けて起立した起立壁部８２ａが形成されている。下防着板８２には、真空チャンバ１の下壁を貫通してのびる、モータやエアシリンダなどの駆動手段８３からの駆動軸８３ａが連結されている。駆動手段８３によって下防着板８２は、スパッタリングによる成膜が実施される成膜位置と、成膜位置よりも高く、図外の真空ロボットによるステージ４への基板Ｓｗの受渡が実施される搬送位置との間で上下動される。下防着板８２の成膜位置では、上防着板８１の下端部と起立壁部８２ａの上端部とが互いに上下方向でオーバーラップするように設計されている。
　上下方向と直交してのびる下防着板８２の平坦部８２ｂは、その径方向の内方部がプラテンリング７と対向するように定寸されている。平坦部８２ｂ下面の所定位置には、例えば１個の環状の突条８２ｃが形成されている。各突条８２ｃに対応させてプラテンリング７の上面には、環状の凹溝７１が形成されている。そして、成膜位置では、平坦部８２ｂの突条８２ｃとプラテンリング７の凹溝７１とにより所謂ラビリンスシールが形成され、基板Ｓｗの周囲で下防着板８２の下方に位置する真空チャンバ１内の空間へのスパッタ粒子の回り込みを防止できるようにしている。また、スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知の構造の制御手段（図示省略）を備え、この制御手段が、スパッタ電源２１ｃ、電源４３ｂ、マスフローコントローラ５１や真空ポンプ６１等のスパッタリング時の各部品の制御などを統括して行う。また、制御手段は、ホットプレート４３の温度を下げる場合、電源４３ｂから加熱手段４３ａへの通電電流を停止または低下させる制御を行う。以下に、ターゲット２１をアルミニウムとし、上記スパッタリング装置ＳＭにより基板Ｓｗ表面にアルミニウム膜を成膜する場合を例に成膜方法を説明する。
　真空ポンプ６１を作動させて真空チャンバ１内を真空排気した後、下防着板８２の搬送位置にて、図外の真空搬送ロボットによりステージ４上へと基板Ｓｗを搬送し、ステージ４のチャックプレート４２上面に基板Ｓｗを載置する。真空搬送ロボットが退避すると、下防着板８２を成膜位置に移動すると共に、チャックプレート４２の電極に図外の電源から所定電圧を印加し、チャックプレート４２上面に基板Ｓｗを静電吸着する。これに併せて、ホットプレート４３のヒータ４３ａへの電源４３ｂからの通電によりホットプレート４３を加熱すると共に、冷媒循環路４１ａへの冷媒の循環により基台４１を冷却する。基板Ｓｗの温度が室温以上の所定温度（例えば、３５０℃）に達すると、スパッタガスとしてのアルゴンガスを所定の流量で導入し（このときの真空チャンバ１内の圧力が０．５Ｐａ）、これに併せてターゲット２１にスパッタ電源２１ｃから負の電位を持つ所定電力（例えば、３ｋＷ～５０ｋＷ）を投入する。これにより、真空チャンバ１内にプラズマが形成され、プラズマ中のアルゴンガスのイオンでターゲット２１のスパッタ面２１ｂがスパッタリングされ、ターゲット２１からのスパッタ粒子が基板Ｓｗに付着、堆積してアルミニウム膜が成膜される。
　ここで、上記のように、基板Ｓｗには、プラズマや基板Ｓｗに入射するスパッタ粒子が持つエネルギーに起因したホットプレート４３以外からの入熱があり、成膜中に基板Ｓｗを所定温度（例えば３５０℃）に制御していても、この制御温度以上（例えば３９０℃）に基板Ｓｗが加熱される場合がある。この場合、電源４３ｂからホットプレート４３への通電電流を停止または低下させると共に、ホットプレート４３から基台４１に熱引きさせる必要があるが、断熱プレート４４が存在するため、ホットプレート４３と基台４１との間の熱移動は放射によるものが支配的となり、ホットプレート４３の温度が早期に下がらない。
　そこで、本実施形態では、図２も参照して、基台４１と断熱プレート４４との間に、基台４１の上面よりも高い放射率を持つ高放射率層４５を設け、ホットプレート４３の放射冷却効果を高めるようにした。この高放射率層４５は、例えば波長４μｍ以下の熱線（赤外線）に対して０．４９以上の放射率を持つように、例えばＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜（０．１≦ｘ≦０．９５）で構成されている。ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜は、熱線を吸収したときの放出ガスが少ないため、高放射率層４５として好適に用いることができる。なお、高放射率層４５をＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜（０．８≦ｘ≦０．９５）で構成すれば、高放射率層４５の放射率を０．６以上とすることができ、より好ましい。高放射率層４５は、基台４１上面または断熱プレート４４下面に形成すればよいが、断熱プレート４４下面よりも基台４１上面に形成する方が、高放射率層４５で吸収した熱線をより効率よく基台４１に伝えることができる。高放射率層４５の形成方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法など公知の方法を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　以上の実施形態によれば、基台４１と断熱プレート４４との間に高放射率層４５を設けたため、ホットプレート４３から放出される熱線を高放射率層４５で吸収し、吸収した熱を基台４１に伝えることができる。つまり、高放射率層４５によりホットプレート４３の放射冷却効果が高められ、ホットプレート４３から基台４１に熱引きさせることができる。このため、電源４３ｂからホットプレート４３への通電電流を停止または低下させれば、ホットプレート４３の温度を早期に下げることができる。従って、成膜中にホットプレート４３以外からの入熱がある場合でも、基板Ｓｗを所定温度に制御することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、真空処理装置をスパッタリング装置ＳＭとした場合を例に説明したが、ホットプレート４３と基台４１との間に断熱プレート４４を有するステージ４が真空チャンバ１内に設けられる真空処理装置であれば、これに限定されるものではなく、例えば、ドライエッチング装置、ＣＶＤ装置や熱処理装置にも本発明を適用することができる。
　また、上記実施形態では、チャックプレート４２とホットプレート４３とが別体で構成されているが、チャックプレート４２に加熱手段を内蔵してチャックプレート４２とホットプレートとが一体に構成されていてもよい。
　ところで、ホットプレート４３の中央部からの熱線放出量よりも外周部からの熱線放出量が多いことが知られており、基台４１上面の全面を覆うように高放射率層４５を形成すると、ホットプレート４３の中央部よりも外周部の温度が低くなってホットプレート４３の中央部と外周部との間で温度差が生じ易くなり、これでは、基板Ｓｗ表面の全面に亘って均一に真空処理を施すことができない虞がある。そこで、図３に示すように、高放射率層４５を基台４１上面の外周部分４１ｂを除く部分を覆うように形成することで、ホットプレート４３の中央部と外周部との間で生じる温度差を抑制することができ、有利である。
　また、上記実施形態では、例えば、高放射率層４５としてＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜（０．１≦ｘ≦０．９５）を例に説明したが、これに限定されるものではなく、基台４１上面または断熱プレート４４下面に対して溶射や成膜などの表面処理を施すことで、Ａｌ２Ｏ３等の非金属膜やＴｉ溶射膜から構成される高放射率層を形成するようにしてもよい。
　ＳＭ…スパッタリング装置（真空処理装置）、１…真空チャンバ、４…ステージ、４１…基台、４２…チャックプレート、４３…ホットプレート、４４…断熱プレート、４５…高放射率層，ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜。

Claims (4)

  1. 　真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバと、真空チャンバ内で被処理基板を支持するステージとを備え、ステージが、選択的に冷却される基台と、基台上に設けられて被処理基板を静電吸着するチャックプレートと、基台とチャックプレートとの間に介設されたホットプレートとを有し、チャックプレート表面に静電吸着された被処理基板を室温以上の所定温度に制御自在とした真空処理装置であって、
    　基台とホットプレートとの間に、ホットプレートから基台への伝熱を抑制する断熱プレートを更に備えるものにおいて、
    　基台と断熱プレートとの間に、基台の上面よりも高い放射率を持つ高放射率層を設けることを特徴とする真空処理装置。
  2. 　前記高放射率層の放射率が０．４９以上であることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
  3. 　前記高放射率層がＡｌｘＴｉ１－ｘＮ膜（０．１≦ｘ≦０．９５）で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空処理装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項記載の真空処理装置において、
    　前記高放射率層は、基台上面の外周部を除く部分を覆うように形成されていることを特徴とする真空処理装置。
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