特開 2024-176085 ステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176085

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】ステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241212BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20241212BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20241212BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20241212BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

C23C14/50 E

C23C16/46

H01L21/31 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094319

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 直樹

(72)【発明者】

【氏名】波多野 達夫

【テーマコード（参考）】

4K029

4K030

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K029AA24

4K029CA05

4K029DA08

4K029DC16

4K029DC34

4K029JA02

4K029JA06

4K030CA17

4K030GA02

4K030GA06

4K030GA12

4K030HA01

4K030JA10

4K030KA23

4K030KA26

4K030KA41

4K030KA46

5F045AA19

5F045AE01

5F045DP02

5F045DP28

5F045DQ10

5F045EH01

5F045EJ03

5F045EJ10

5F045EK07

5F045EK27

5F045EM05

5F131AA02

5F131BA03

5F131BA04

5F131CA03

5F131CA68

5F131EA03

5F131EA04

5F131EA23

5F131EA24

5F131EB11

5F131EB72

5F131EB81

5F131EB82

5F131EB84

5F131EB87

5F131KA23

5F131KA54

(57)【要約】

【課題】基板を載置するステージを冷却するステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法を提供する。
【解決手段】基板を載置する複数のステージと、複数の前記ステージに共通する１つの冷却プレートと、前記冷却プレートを冷却する冷凍機と、複数の前記ステージの第１接触面と前記冷却プレートの第２接触面とを熱的に接続または離隔可能な昇降装置と、を備える、ステージ構造体。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を載置する複数のステージと、
複数の前記ステージに共通する１つの冷却プレートと、
前記冷却プレートを冷却する冷凍機と、
複数の前記ステージの第１接触面と前記冷却プレートの第２接触面とを熱的に接続または離隔可能な昇降装置と、を備える、
ステージ構造体。

【請求項2】

複数の前記ステージをそれぞれ支持する複数の支持柱を備え、
前記冷却プレートは、複数の前記支持柱をそれぞれ挿通する複数の貫通孔を有する、
請求項１に記載のステージ構造体。

【請求項3】

平面視して、複数の前記貫通孔の中心を結んだ直線の中心位置に前記冷凍機が配置される、
請求項２に記載のステージ構造体。

【請求項4】

それぞれの前記ステージの中心から前記冷凍機の中心までの水平距離は、それぞれ同距離である、
請求項１に記載のステージ構造体。

【請求項5】

前記貫通孔は、前記貫通孔の中心から前記冷凍機の中心に向かう方向を長手方向とする長穴である、
請求項２に記載のステージ構造体。

【請求項6】

前記支持柱は、断熱部材で構成される断熱部を有する、
請求項２に記載のステージ構造体。

【請求項7】

前記ステージを上昇位置に配置した際、前記断熱部の上面は、前記冷却プレートの上面よりも高い位置に配置される、
請求項６に記載のステージ構造体。

【請求項8】

前記ステージを上昇位置に配置した際、前記断熱部の下面は、前記冷却プレートの下面よりも低い位置に配置される、
請求項６に記載のステージ構造体。

【請求項9】

前記冷却プレートを加熱するヒータを有する、
請求項１に記載のステージ構造体。

【請求項10】

前記ヒータは、１つの前記ステージごとに、インナーヒータ及びアウターヒータを有する、
請求項９に記載のステージ構造体。

【請求項11】

前記ステージは、
該ステージの内側領域の温度を検出する内側温度センサと、
該ステージの外側領域の温度を検出する外側温度センサと、を有する、
請求項１０に記載のステージ構造体。

【請求項12】

請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のステージ構造体を備える、
基板処理装置。

【請求項13】

基板を載置する第１ステージ及び第２ステージと、前記第１ステージ及び前記第２ステージに共通する１つの冷却プレートと、前記冷却プレートを冷却する冷凍機と、複数の前記ステージの第１接触面と前記冷却プレートの第２接触面とを熱的に接続または離隔可能な昇降装置と、前記第１ステージの温度を検出する第１温度センサと、前記第２ステージの温度を検出する第２温度センサと、前記第１ステージとの接触面を加熱する第１ヒータと、前記第２ステージとの接触面を加熱する第２ヒータと、を有するステージ構造体の温度制御方法であって、
前記第１温度センサ及び前記第２温度センサのうち、温度の低い温度センサに対応する前記第１ヒータまたは前記第２ヒータに供給する電力を増加させる、
温度制御方法。

【請求項14】

基板を載置するステージと、冷却プレートと、前記冷却プレートを冷却する冷凍機と、複数の前記ステージの第１接触面と前記冷却プレートの第２接触面とを熱的に接続または離隔可能な昇降装置と、前記冷却プレートを加熱するヒータと、を有するステージ構造体の温度制御方法であって、
前記ヒータに第１の電力を供給し、前記第１接触面と前記第２接触面とを熱的に接続させ、前記ステージを冷却する工程と、
前記第１接触面と前記第２接触面とを離隔させる工程と、
前記ヒータに前記第１の電力よりも小さい第２の電力を供給し、前記第１接触面と前記第２接触面とを熱的に接続させ、前記ステージを冷却する工程と、を含む、
温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、成膜装置内で成膜が行われる基板を載置する基板載置機構であって、基板を載置する基板載置面を有する載置台と、前記載置台の前記基板載置面と反対側に対向して設けられ、冷凍機により極低温に冷却された冷却ヘッドと、前記載置台と前記冷却ヘッドを接離させる接離機構と、載置台を回転させる回転機構と、制御部と、を備え、前記制御部は、成膜時以外は、前記接離機構により前記載置台と前記冷却ヘッドを接触させた状態とし、その状態で前記基板を前記載置台に載置させ、成膜時には、前記接離機構により前記載置台と前記冷却ヘッドを離隔させた状態で前記回転機構により前記載置台を回転させる、基板載置機構が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－４７６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一の側面では、本開示は、基板を載置するステージを冷却するステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置する複数のステージと、複数の前記ステージに共通する１つの冷却プレートと、前記冷却プレートを冷却する冷凍機と、複数の前記ステージの第１接触面と前記冷却プレートの第２接触面とを熱的に接続または離隔可能な昇降装置と、を備える、ステージ構造体が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、基板を載置するステージを冷却するステージ構造体、基板処理装置及び温度制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係るステージ構造体を備える基板処理装置の構成を示す断面図の一例。

【図2】ヒータを制御するヒータコントローラを説明するブロック図。

【図3】温度制御の一例を示すグラフ。

【図4】参考例におけるステージの温度変化の一例を示すグラフ。

【図5】本実施形態におけるステージの温度変化の一例を示すグラフ。

【図6】各工程におけるステージの状態を示す断面模式図の一例。

【図7】基板処理装置の動作の一例を示すタイムチャート。

【図8】ステージ構造体の一例を示す模式図。

【図9】ステージ構造体の一例を示す模式図。

【図10】貫通孔の形状の一例を示す拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

本実施形態に係るステージ構造体を備える基板処理装置１の一例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るステージ構造体を備える基板処理装置１の構成を示す断面図の一例である。

【0010】

ここで、基板処理装置１は、図１に示すように、処理容器２内に処理ガスを供給し処理容器２内に設けられたターゲット３１をスパッタして基板Ｗに所望の処理（例えば成膜処理等）を施す基板処理装置（例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置等）である。なお、本実施形態に係るステージ構造体を備える基板処理装置１は、ＰＶＤ装置である場合を例に説明するが、これに限られるものではなく、例えば、処理容器２内に処理ガスを供給して基板Ｗに所望の処理（例えば成膜処理等）を施す基板処理装置（例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等）であってもよい。

【0011】

基板処理装置１は、処理容器２と、スパッタ粒子放出部３と、基板Ｗを載置する複数のステージ４（４Ａ，４Ｂ）と、複数のステージ４に対して共通する１つの冷凍装置５と、ステージ４を回転させるステージ回転機構６と、ステージ４を昇降させるステージ昇降機構７と、ヒータコントローラ８と、制御部９と、を備える。また、基板処理装置１のうち、基板Ｗを支持する構造体をステージ構造体ともいう。具体的には、ステージ構造体は、複数のステージ４（４Ａ，４Ｂ）と、冷凍装置５と、ステージ回転機構６と、ステージ昇降機構７と、ヒータコントローラ８と、を含む。

【0012】

処理容器２は、内部空間２Ｓを形成する。処理容器２は、真空ポンプ等の排気装置（図示せず）を作動することにより、その内部空間２Ｓが超高真空に減圧されるように構成されている。また、処理容器２は、処理ガス供給部から処理ガスが供給されるガス導入ポート（図示せず）を有する。ＰＶＤ装置において、ガス導入ポートから処理ガスとしてスパッタガス（例えば、不活性ガス）が内部空間２Ｓに導入される。

【0013】

スパッタ粒子放出部３は、ターゲット３１と、スパッタ電源３２と、を含む。ターゲット３１は、成膜しようとする膜の構成元素を含む材料からなる。ターゲット３１は、導電性のターゲットホルダ（図示せず）に保持される。また、ターゲットホルダは、絶縁部材（図示せず）を介して、処理容器２に保持される。スパッタ電源３２は、ターゲットホルダに電気的に接続されている。スパッタ電源３２は、ターゲット３１が導電性材料である場合には、直流電源であってよく、ターゲット３１が誘電性材料である場合には、高周波電源であってよい。スパッタ電源３２が高周波電源である場合には、整合器を介してターゲットホルダに接続される。ターゲットホルダに電圧が印加されることにより、ターゲット３１の周囲でスパッタガスが解離する。そして、解離したスパッタガス中のイオンがターゲット３１に衝突し、ターゲット３１からその構成材料の粒子であるスパッタ粒子が放出される。

【0014】

処理容器２の内部には、基板Ｗを載置する複数のステージ４（４Ａ，４Ｂ）が設けられている。図１に示す例において、基板処理装置１は、２つのステージ４Ａ，４Ｂを有する。ステージ４は、熱伝導性の高い材料（例えば、銅（純銅）、アルミニウム等）により形成されている。また、ステージ４の熱容量は、基板Ｗに比べて十分に大きい。

【0015】

また、ステージ４は、静電チャックを含む。静電チャックは、誘電体膜内に埋設されたチャック電極４１を有する。チャック電極４１は、後述するスリップリング６３を介して、チャック電源４２と接続され、所定の電位が与えられるようになっている。この構成により、基板Ｗを静電チャックにより吸着し、ステージ４の上面（基板載置面）に基板Ｗを固定することができる。また、ステージ４は、ステージ昇降機構７によって、上昇位置と下降位置とのいずれかに配置することができる。上昇位置は、ステージ４の第１接触面４Ｓと後述する冷却プレート５２の第２接触面５２１Ｓとを離隔させる位置である。また、上昇位置は、ステージ回転機構６によってステージ４を回転させることが可能となる位置（ステージ回転位置）である。下降位置は、ステージ４の第１接触面４Ｓと後述する冷却プレート５２の第２接触面５２１Ｓとを熱的に接続させる位置（ステージ冷却位置）である。図１に示す例において、第１接触面４Ｓは、ステージ４の基板載置面（上面）と反対側の面（下面、裏面）に形成される。

【0016】

また、ステージ４には、ステージ４の温度を検出する温度センサ４３が設けられている、温度センサ４３は、後述するスリップリング６３を介して、ヒータコントローラ８に接続される。また、温度センサ４３は、後述する図２で示すように、各ステージ４に複数設けられている。

【0017】

また、ステージ４には、基板Ｗの裏面とステージ４の載置面との間の隙間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給する伝熱ガス供給部４４を有する。

【0018】

また、ステージ４の基板載置面と反対側の面の中央には、ステージ４を支持する支持柱４５が設けられている。支持柱４５の一部は、断熱部材で構成される断熱部４５１を有する。また、支持柱４５は、ステージ４を回転させる際の回転軸となる。

【0019】

ステージ４の下方には、冷凍装置５が設けられている。冷凍装置５は、冷凍機５１と、冷却プレート５２と、を有する。

【0020】

冷凍機５１は、処理容器２の外側に設けられる。冷凍機５１には、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用する形態が好ましい。

【0021】

冷却プレート５２は、プレート部５２１と、伝熱部５２２と、を有する。冷却プレート５２は、熱伝導性の高い材料（例えば、銅（純銅）、アルミニウム等）により形成されている。また、プレート部５２１と伝熱部５２２とは、一体に構成されていてもよく、別体に形成されたものを熱的に接続して構成されていてもよい。また、冷却プレート５２の熱容量は、ステージ４に比べて十分に大きい。

【0022】

プレート部５２１は、支持柱４５のそれぞれが挿通される複数の貫通孔５２１ｈを有する。貫通孔５２１ｈは、１つの支持柱４５に対して１つ形成されている。また、プレート部５２１は、ステージ４の第１接触面４Ｓと熱的に接続される第２接触面５２１Ｓを有する。図１に示す例において、第２接触面５２１Ｓは、プレート部５２１の上面に形成される。また、第２接触面５２１Ｓは、貫通孔５２１ｈの周囲に形成される。伝熱部５２２の一端は、プレート部５２１と接続される。伝熱部５２２の他端は、処理容器２の底壁を貫通し、冷凍機５１と熱的に接続される。なお、処理容器２の底壁と伝熱部５２２との間には、断熱部材２１が設けられている。

【0023】

このような構成により、冷凍機５１は、冷却プレート５２の第２接触面５２１Ｓを極低温に冷却する。また、冷凍機５１は、冷却プレート５２を介して、下降位置に配置されたステージ４を冷却する。

【0024】

また、プレート部５２１の裏面側（第２接触面５２１Ｓとは反対側の面）には、プレート部５２１を加熱するヒータ５３が設けられている。また、ヒータ５３は、後述する図２で示すように、各ステージ４に対応して複数設けられている。

【0025】

ステージ回転機構６は、モータ６１と、磁性流体シール６２と、スリップリング６３と、を有する。

【0026】

モータ６１は、後述する昇降板７１よりも下方に設けられ、支持柱４５を回転させることにより、ステージ４を回転させる。モータ６１は、例えば、ダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）である。なお、支持柱４５を回転させるステージ回転機構６は、ダイレクトドライブモータ以外の形態であってもよく、例えばサーボモータと伝達ベルトを用いて支持柱４５を回転させる形態等であってもよい。

【0027】

支持柱４５は、昇降板７１を貫通する。支持柱４５と昇降板７１との間には、磁性流体シール６２が設けられている。磁性流体シール６２は、支持柱４５を回転自在に支持するとともに、支持柱４５と昇降板７１との間を封止して、処理容器２の内部空間２Ｓと処理容器２の外部空間とを分離する。

【0028】

このような構成により、ステージ回転機構６は、モータ６１によって支持柱４５を回転させることにより、ステージ４を回転させる。

【0029】

スリップリング６３は、回転する支持柱４５及びステージ４に設けられた温度センサ４３からの電気信号やチャック電極４１への電力を伝達する。

【0030】

ステージ昇降機構７は、昇降板７１と、ベローズ７２と、昇降駆動部（図示せず）と、を備える。昇降板７１は、磁性流体シール６２を介して、支持柱４５を回転自在に支持する。ベローズ７２は、昇降板７１と処理容器２との間を封止して、処理容器２の内部空間２Ｓと処理容器２の外部空間とを分離する。昇降駆動部は、昇降板７１を上昇または下降させる。これにより、昇降駆動部は、ステージ４を上昇または下降させる。昇降駆動部は、例えばボールねじと、サーボモータと、を用いてステージ４を上昇または下降させる携帯であってもよい。

【0031】

このような構成により、ステージ昇降機構７は、昇降駆動部によって昇降板７１を上昇させることでステージ４を上昇位置に配置し、昇降駆動部によって昇降板７１を下降させることでステージ４を下降位置に配置する。

【0032】

ヒータコントローラ８は、温度センサ４３で検出した温度に基づいて、ヒータ５３（５３１～５３４）を制御する。

【0033】

制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置１の動作を制御する。制御部９は、基板処理装置１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部９が基板処理装置１の外部に設けられている場合、制御部９は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置１を制御できる。

【0034】

このような構成により、ステージ構造体は、ステージ昇降機構７によってステージ４を下降位置に配置することにより、ステージ４の第１接触面４Ｓと冷却プレート５２の第２接触面５２１Ｓとを熱的に接続させ、ステージ４を冷却する。また、ステージ構造体は、ステージ昇降機構７によってステージ４を上昇位置に配置することにより、ステージ４の第１接触面４Ｓと冷却プレート５２の第２接触面５２１Ｓとを離隔させる。また、ステージ構造体は、ステージ４が上昇位置に配置された状態において、ステージ回転機構６によりステージ４を回転させる。

【0035】

また、ステージ構造体は、支持柱４５の直径が増大することを抑制することができる。換言すれば、ダイレクトドライブモータ６１、磁性流体シール６２、スリップリング６３の口径が大きくなることを抑制することができる。また、冷凍装置５（冷凍機５１、冷却プレート５２）を昇降する昇降機構を用いることなく、ステージ４の冷却位置（下降位置とステージ４の回転位置（上昇位置）を切り替えることができる。

【0036】

次に、ヒータコントローラ８による温度制御の一例について、図２から図５を用いて説明する。

【0037】

図２は、ヒータ５３を制御するヒータコントローラ８を説明するブロック図である。

【0038】

温度センサ４３は、第１のステージ４Ａに設けられた第１の内側温度センサ４３１及び第１の外側温度センサ４３２と、第２のステージ４Ｂに設けられた第２の内側温度センサ４３３及び第２の外側温度センサ４３４と、を有する。第１の内側温度センサ４３１は、第１のステージ４Ａの回転中心に近い側の領域における第１のステージ４Ａの温度を計測する。第１の外側温度センサ４３２は、第１のステージ４Ａの回転中心から遠い側の領域における第１のステージ４Ａの温度を計測する。第２の内側温度センサ４３３は、第２のステージ４Ｂの回転中心に近い側の領域における第２のステージ４Ｂの温度を計測する。第２の外側温度センサ４３４は、第２のステージ４Ｂの回転中心から遠い側の領域における第２のステージ４Ｂの温度を計測する。

【0039】

また、ヒータ５３は、第１のステージ４Ａに対応する第１インナーヒータ５３１及び第１アウターヒータ５３２と、第２のステージ４Ｂに対応する第２インナーヒータ５３３及び第２アウターヒータ５３４と、を有する。

【0040】

第１のステージ４Ａの支持柱４５を挿通する貫通孔５２１ｈと同心円の円環領域に第１インナーヒータ５３１が設けられる。また、第１のステージ４Ａの支持柱４５を挿通する貫通孔５２１ｈと同心円の円環領域であって、第１インナーヒータ５３１が設けられる領域よりも外側の円環領域に、第１アウターヒータ５３２が設けられている。第２のステージ４Ｂの支持柱４５を挿通する貫通孔５２１ｈと同心円の円環領域に第２インナーヒータ５３３が設けられる。また、第２のステージ４Ｂの支持柱４５を挿通する貫通孔５２１ｈと同心円の円環領域であって、第２インナーヒータ５３３が設けられる領域よりも外側の円環領域に、第２アウターヒータ５３４が設けられている。

【0041】

図３は、温度制御の一例を示すグラフである。横軸は時間を示す。縦軸は、ステージ４の温度である。ここでは、ステージ昇降機構７によってステージ４が下降し、第１接触面４Ｓと第２接触面５２１Ｓとが熱的に接触している。

【0042】

図３（ａ）において、破線で示すＣＨ１は、第１の内側温度センサ４３１で検出される温度である。実線で示すＣＨ２は、第２の内側温度センサ４３３で検出される温度である。

【0043】

ここでは、ＣＨ１で示すステージ４Ａの温度に対して、ＣＨ２で示すステージ４Ｂの温度に温度差ΔＴを有している。この場合、ヒータコントローラ８は、温度の低い側のヒータの電力供給量を増加させる。ここでは、第２インナーヒータ５３３の電力供給量を増加させる。換言すれば、第２インナーヒータ５３３の電力供給量を第１インナーヒータ５３１の電力供給量よりも大きくする。これにより、ＣＨ２で示すステージ４Ｂの温度がＣＨ１で示すステージ４Ａの温度と同等の温度となるまで温度調整される。

【0044】

なお、第１の内側温度センサ４３１及び第２の内側温度センサ４３３で検出される内側の領域の温度差を調整する例を説明したが、これに限られるものではない。第１の外側温度センサ４３２及び第２の外側温度センサ４３４で検出される外側の領域の温度差を調整する場合も同様である。このように、一方のステージ４Ａの温度センサ（４３１，４３２）と他方のステージ４Ｂの温度センサ（４３３，４３４）のうち、温度の低い温度センサに対応する第１ヒータ（５３１，５３２）または第２ヒータ（５３３，５３４）に供給する電力を増加させる。これにより、ステージ４の間における温度差を低減することができる。

【0045】

図３（ｂ）において、破線で示すＣＨ１ｉｎは、第１の内側温度センサ４３１で検出される温度である。破線で示すＣＨ１ｏｕｔは、第１の外側温度センサ４３２で検出される温度である。

【0046】

ここでは、ＣＨ１ｉｎで示すステージ４Ａの内側の温度に対して、ＣＨ１ｏｕｔで示すステージ４Ａの外側の温度に温度差Δｔ１を有している。この場合、ヒータコントローラ８は、温度の低い側のヒータの電力供給量を増加させる。ここでは、第１アウターヒータ５３２の電力供給量を増加させる。換言すれば、第１アウターヒータ５３２の電力供給量を第１インナーヒータ５３１の電力供給量よりも大きくする。これにより、ＣＨ１ｏｕｔで示すステージ４Ａの外側の温度がＣＨ１ｉｎで示すステージ４Ａの内側の温度と同等の温度となるまで温度調整される。

【0047】

なお、第１のステージ４Ａにおける内周側と外周側の温度差を調整する例を説明したが、これに限られるものではない。第２のステージ４Ｂにおける内周側と外周側の温度差を調整する場合も同様である。このように、１つのステージ４内における温度差を低減することができる。

【0048】

次に、複数の基板Ｗに対し連続して基板処理を施す際における冷却プレート５２の温度変化について、図４及び図５を用いて説明する。

【0049】

図４は、参考例におけるステージ４の温度変化の一例を示すグラフである。横軸は基板Ｗの処理枚数を示す。縦軸は、ステージ４の温度である。

【0050】

ここでは、ヒータ５３による温調を行わない場合におけるステージ４の温度変化の一例を示す。搬送される基板Ｗの温度や基板処理中のプラズマからの入熱により、ステージ４の温度は、図４に示すように温度差ΔＴで温度が上昇する。このため、安定した温度で基板処理を行うために、まず、ダミー基板を用いて所定の枚数処理を施し、ステージ４の温度が安定（平衡状態）となった後、製品となる基板Ｗの処理（製品処理）を行う。

【0051】

図５は、本実施形態におけるステージ４の温度変化の一例を示すグラフである。横軸は基板Ｗの処理枚数を示す。縦軸は、ステージ４の温度である。

【0052】

ここでは、１枚目の基板Ｗの基板処理の開始時において、予めヒータ５３に所定の電力を供給している。搬送される基板Ｗの温度や基板処理中のプラズマから入熱すると、ヒータコントローラ８は、温度センサ４３の検出温度に基づき、ヒータ５３に供給する電力を低下させるように制御する。

【0053】

以下に、複数の基板Ｗについて、基板処理を施す際の温度制御の一例について説明する。

【0054】

まず、第１の基板Ｗをステージ４に載置する。次に、第１の基板Ｗを載置したステージ４を下降位置に配置して、第１接触面４Ｓと前記第２接触面５２１Ｓとを熱的に接続させ、ステージ４及び第１の基板Ｗを冷却する。ここで、ヒータ５３に第１の電力を供給する。

【0055】

次に、第１の基板Ｗを載置したステージ４を上昇位置に配置して、第１接触面４Ｓと前記第２接触面５２１Ｓと離隔させる。そして、第１の基板Ｗに基板処理（成膜処理）を施す。成膜処理が施された基板Ｗは、処理容器２から搬出される。

【0056】

次に、第２の基板Ｗをステージ４に載置する。次に、第２の基板Ｗを載置したステージ４を下降位置に配置して、第１接触面４Ｓと前記第２接触面５２１Ｓとを熱的に接続させ、ステージ４及び第１の基板Ｗを冷却する。この際、第１の基板Ｗに基板処理を施した際の入熱により、ステージ４の温度が高くなっている。ここで、ヒータ５３に第１の電力よりも小さい第２の電力を供給する。これにより、冷凍装置５によるステージ４の冷却性能を向上させる。

【0057】

次に、第２の基板Ｗを載置したステージ４を上昇位置に配置して、第１接触面４Ｓと前記第２接触面５２１Ｓと離隔させる。そして、第２の基板Ｗに基板処理（成膜処理）を施す。成膜処理が施された基板Ｗは、処理容器２から搬出される。以下、ステージ４の温度が安定となるまで、この処理を繰り返す。

【0058】

これによれば、１枚目の基板Ｗの基板処理から、ステージ４の温度が安定し、複数の基板Ｗに対し連続して基板処理を施すことができる。即ち、図４に示す参考例と比較して、ダミー基板を用いたステージ４の温度を安定させる処理が不要となる。

【0059】

次に、基板処理装置１の動作の一例について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、各工程におけるステージ４の状態を示す断面模式図の一例である。図７は、基板処理装置１の動作の一例を示すタイムチャートである。

【0060】

待機工程において、制御部９は、ステージ回転機構６によるステージ４の回転を停止（Ｓｔａｇｅ 停止）し、ステージ昇降機構７によりステージ４を下降位置（Ｓｔａｇｅ ｄｏｗｎ）に配置させる。これにより、第１接触面４Ｓと第２接触面５２１Ｓとが熱的に接触し、ステージ４が冷却される。この工程におけるステージ４の状態を図６（ａ）に示す。

【0061】

基板搬入工程において、制御部９は、前述の工程から引き続いて、ステージ回転機構６によるステージ４の回転を停止（Ｓｔａｇｅ 停止）し、ステージ昇降機構７によりステージ４を下降位置（Ｓｔａｇｅ ｄｏｗｎ）に配置させる。次に、搬送装置（図示せず）によって、基板Ｗを処理容器２内に搬送する。そして、制御部９は、リフトピン４６を上昇位置（Ｐｉｎｓ ｕｐ）に移動させる。これにより、基板Ｗは、リフトピン４６で支持される。その後、搬送装置は、処理容器２内から退避する。この工程におけるステージ４の状態を図６（ｂ）に示す。

【0062】

基板載置工程において、制御部９は、前述の工程から引き続いて、ステージ回転機構６によるステージ４の回転を停止（Ｓｔａｇｅ 停止）し、ステージ昇降機構７によりステージ４を下降位置（Ｓｔａｇｅ ｄｏｗｎ）に配置させる。そして、制御部９は、リフトピン４６を下降位置（Ｐｉｎｓ ｄｏｗｎ）に移動させる。これにより、基板Ｗは、ステージ４に載置される。また、第１接触面４Ｓと第２接触面５２１Ｓとが熱的に接触し、ステージ４及び基板Ｗが冷却される。この工程におけるステージ４の状態を図６（ｃ）に示す。

【0063】

成膜工程において、制御部９は、ステージ昇降機構７により上昇位置（Ｓｔａｇｅ ｕｐ）に配置し、ステージ回転機構６によりステージ４を回転（Ｓｔａｇｅ 回転）させる。また、制御部９は、スパッタ粒子放出部３を制御して、スパッタ粒子を放出させる。ここで、ステージ４の熱容量は基板Ｗの熱容量より大きく、基板Ｗの温度上昇を抑制して、基板処理を施すことができる。この工程におけるステージ４の状態を図６（ｄ）に示す。

【0064】

ここで、成膜工程において、貫通孔５２１ｈには、断熱部４５１が配置される。

【0065】

具体的には、ステージ４を上昇位置に配置した際、断熱部４５１の上面は、冷却プレート５２の上面よりも高い位置に配置されることが好ましい。これにより、プラズマからステージ４に入熱することでステージ４の温度が上昇しても、支持柱４５を介して冷却プレート５２に入熱する熱量を抑制することができる。

【0066】

また、ステージ４を上昇位置に配置した際、断熱部４５１の下面は、冷却プレート５２の下面よりも低い位置に配置されることが好ましい。これにより、成膜工程において、処理容器２の外部からの熱が、昇降板７１及び支持柱４５を介して冷却プレート５２に入熱する熱量を抑制することができる。

【0067】

搬出工程において、制御部９は、ステージ回転機構６によるステージ４の回転を停止（Ｓｔａｇｅ 停止）し、ステージ昇降機構７によりステージ４を下降位置（Ｓｔａｇｅ ｄｏｗｎ）に配置させる。そして、制御部９は、リフトピン４６を上昇位置（Ｐｉｎｓ ｕｐ）に移動させる。これにより、基板Ｗは、リフトピン４６で支持される。この状態におけるステージ４の状態は、図６（ｂ）に示す状態と同様である。その後、搬送装置は、リフトピン４６で支持された基板Ｗを受け取り、処理容器２内から搬出する。そして、制御部９は、リフトピン４６を下降位置（Ｐｉｎｓ ｄｏｗｎ）に移動させる。この状態におけるステージ４の状態は、図６（ａ）に示す状態と同様である。

【0068】

次に、ステージ構造体における配置について、図８から図１０を用いて説明する。

【0069】

図８及び図９は、ステージ構造体の一例を示す模式図である。ここでは、冷凍機５１、冷却プレート５２及びステージ４を抜粋して図示する。また、図８及び図９は、ステージ構造体を下方から平面視した図である。

【0070】

図８に示すように、１つの冷凍機５１に対して、２つのステージ４Ａ，４Ｂを備える構成であってもよい。また、平面視して、複数の貫通孔５２１ｈの中心を結んだ直線の中心位置に冷凍機５１が配置される。また、それぞれのステージ４Ａ，４Ｂの中心から冷凍機５１の中心までの水平距離は、それぞれ同距離であるように配置される。これにより、ステージ４Ａ，４Ｂの間の温度差を抑制することができる。

【0071】

また、図９に示すように、１つの冷凍機５１に対して、４つのステージ４Ａ～４Ｄを備える構成であってもよい。また、平面視して、複数の貫通孔５２１ｈの中心を結んだ直線の中心位置に冷凍機５１が配置される。また、それぞれのステージ４Ａ～４Ｄの中心から冷凍機５１の中心までの水平距離は、それぞれ同距離であるように配置される。これにより、ステージ４Ａ～４Ｄの間の温度差を抑制することができる。

【0072】

図１０は、貫通孔５２１ｈの形状の一例を示す拡大図である。ここでは、図９の破線で示すステージ４Ｄの貫通孔５２１ｈを例に説明する。

【0073】

平面視して、冷凍機５１の中心から支持柱４５の中心に向かう方向をＸ方向とし、このＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。Ｘ方向における貫通孔５２１ｈと支持柱４５との隙間は、Ｙ方向における貫通孔５２１ｈと支持柱４５との隙間よりも大きく形成される。即ち、貫通孔５２１ｈは、貫通孔５２１ｈの中心から冷凍機５１の中心に向かう方向を長手方向とする長穴である。これにより、冷却プレート５２が熱膨張又は熱収縮する際に、貫通孔５２１ｈの壁面と支持柱４５とが干渉することを防止することができる。

【0074】

以上、基板処理装置１について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0075】

Ｗ 基板
１ 基板処理装置
２ 処理容器
３ スパッタ粒子放出部
４，４Ａ～４Ｄ ステージ
４１ チャック電極
４２ チャック電源
４３ 温度センサ
４４ 伝熱ガス供給部
４５ 支持柱
４５１ 断熱部
４Ｓ 第１接触面
５ 冷凍装置
５１ 冷凍機
５２ 冷却プレート
５２１ プレート部
５２１ｈ 貫通孔
５２２ 伝熱部
５２１Ｓ 第２接触面
５３ ヒータ
５３１ 第１インナーヒータ
５３２ 第１アウターヒータ
５３３ 第２インナーヒータ
５３４ 第２アウターヒータ
６ ステージ回転機構
６１ モータ
６２ 磁性流体シール
６３ スリップリング
７ ステージ昇降機構
７１ 昇降板
７２ ベローズ
８ ヒータコントローラ
９ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】