JP4875806B2

JP4875806B2 - 加熱プレートの取付構造および半導体製造装置

Info

Publication number: JP4875806B2
Application number: JP2001232346A
Authority: JP
Inventors: 真徳小野
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003059625A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等を加熱する加熱プレートをステージに取り付けるための加熱プレートの取付構造および半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置の一つであるスパッタリング装置は、例えば所定の真空度に減圧される処理チャンバを有し、この処理チャンバ内には、半導体ウェハを加熱するための基板加熱装置が配置されている。このような基板加熱装置の一例を図３に示す。
【０００３】
図３において、基板加熱装置１００はステージ１０１を有し、このステージ１０１には、冷却水が通るための冷却通路（図示せず）が設けられている。このステージ１０１の上部には、絶縁プレート１０２を介して加熱プレート１０３が配置され、この加熱プレート１０３上にウェハＷが保持される。これらのステージ１０１、絶縁プレート１０２、加熱プレート１０３は、複数のボルト１０４で固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の基板加熱装置１００においては、加熱プレート１０３と絶縁プレート１０２とステージ１０１との間に温度勾配があるため、以下の不具合が生じる。
【０００５】
即ち、ボルト１０４を強く締め付けると、加熱プレート１０３と絶縁プレート１０２との熱膨張差、絶縁プレート１０２とステージ１０１との熱膨張差によって、これらの部材の摺動が起こる虞がある。この場合には、パーティクルが発生したり、各部材の損傷や摩耗を引き起こし、最悪の場合には加熱プレート１０３が割れてしまう可能性がある。このような不具合を回避するために、ボルト１０４の締付力を緩くすることも考えられるが、この場合には、加熱プレート１０３、絶縁プレート１０２、ステージ１０１の位置ズレが起きやすくなる。このため、各部材の位置ズレを防止すべく、ボルト１０４の締付力を定期的にチェックする必要があり、管理の点で手間がかかる。
【０００６】
本発明の目的は、管理負担をかけることなく、パーティクルの発生や加熱プレート等の損傷・摩耗を低減することができる加熱プレートの取付構造および半導体製造装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステージの上部に配置された加熱プレートをステージに取り付けるための加熱プレートの取付構造であって、加熱プレートからステージに向けて上下方向に延びるように設けられたボルト挿入穴と、ボルト挿入穴内に差し込まれるボルトと、ステージ側に配置され、ボルトがねじ込まれるナットと、一端がナットに接し他端がステージに接するように配置されたコイルバネとを有することを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明において、加熱プレートをステージに取り付ける場合は、ボルトをボルト挿入穴に上側から差し込み、その状態でボルトをナットにねじ込んでいく。すると、それに従ってナットが上方に移動するため、コイルバネが付勢力に抗して収縮し、この時のコイルバネの力によって加熱プレートとステージとが締め付けられる。このように加熱プレートをステージにボルト止めするのではなく、コイルバネの力を利用して加熱プレートをステージに取り付けるので、加熱プレートとステージとの熱膨張差による加熱プレート及びステージの摺動が抑えられる。これにより、ボルトの締結力を管理しなくても、パーティクルの発生や加熱プレート及びステージの損傷・摩耗を低減することができる。
【０００９】
好ましくは、ステージには、ボルト挿入穴の一部を形成するナット収納部が設けられ、コイルバネの他端は、ナット収納部を形成するステージの内壁端面に接している。この場合には、ナット及びコイルバネがステージ内に配置されるため、高さ方向のスペース効率が向上する。
【００１０】
また、好ましくは、ステージには、ナットを支持するための支持プレートが設けられている。これにより、ナットを手に持った状態で、ボルトをナットにねじ込む必要がなくなる。従って、ステージの下方に手を入れるスペースが無い場合でも、加熱プレートをステージに確実に取り付けることができる。
【００１１】
さらに、好ましくは、ボルトには、ナットに対するねじ込み量を規制するためのストッパが設けられている。これにより、必要以上に加熱プレートとステージとを締め付けることを防止できる。
【００１２】
例えば、ステージには、冷却用冷媒が通るための冷却通路が設けられている。また、ステージと加熱プレートとの間には絶縁プレートが配置され、絶縁プレートには、ボルト挿入穴の一部分が設けられた構成とすることもできる。
【００１３】
また、本発明は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配設されたステージと、ステージの上部に配置された加熱プレートとを備えた半導体製造装置であって、加熱プレートからステージに向けて上下方向に延びるように設けられたボルト挿入穴と、ボルト挿入穴内に差し込まれるボルトと、ステージ側に配置され、ボルトがねじ込まれるナットと、一端がナットに接し他端がステージに接するように配置されたコイルバネとを有することを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、上述したように、加熱プレートとステージとの熱膨張差による加熱プレート及びステージの摺動が抑えられるため、ボルトの締結力を管理することなく、パーティクルの発生や加熱プレート等の損傷・摩耗を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る加熱プレートの取付構造および半導体製造装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る半導体製造装置の一実施形態としてスパッタリング装置を示した概略構成図である。同図において、スパッタリング装置１は処理チャンバ２を有し、この処理チャンバ２の内部は真空ポンプ３により減圧排気される。処理チャンバ２の上部には、陰極を形成する円形状のターゲット４が設けられている。また、処理チャンバ２の内部には、基板加熱装置５が配置されている。
【００１７】
基板加熱装置５は、陽極を形成するステージ６を有し、このステージ６は、例えばステンレススチールやアルミニウム等で形成されている。ステージ６内には、冷却用冷媒（例えば冷却水）が通るための冷却通路７が設けられている。また、ステージ６には、電気リード線８を介して電源９が接続されており、この電源９によりステージ６を通電すると、ステージ６（陽極）とターゲット４（陰極）との間にプラズマが発生する。
【００１８】
ステージ６の上部には、円形状の絶縁プレート１０を介して円形状の加熱プレート１１が配置されている。加熱プレート１１は、例えばセラミックヒータを含む静電チャックとして構成され、ウェハＷを吸着して保持する。加熱プレート１１には、電気リード線１２を介して電源１３が接続されており、この電源１３により加熱プレート１１を通電すると、加熱プレート１１上に置かれたウェハＷと加熱プレート１１との間にクーロン力が発生し、ウェハＷが加熱プレート１１に吸着される。絶縁プレート１０は、熱および電気を絶縁するものであり、石英やセラミック等で形成されている。
【００１９】
このように構成したスパッタリング装置１を用いて成膜プロセスを行う場合、まず図示しないウェハ搬送ロボットによって、ウェハＷを処理チャンバ２内に搬入して加熱プレート１１上に置く。そして、電源１３を投入して加熱プレート１１（静電チャック）を通電し、ウェハＷを加熱プレート１１上に固定する。このとき、ウェハＷは、加熱プレート１１に内蔵されたセラミックヒータによって加熱される。
【００２０】
次いで、真空ポンプ３を作動させて処理チャンバ２内を所定の真空度になるまで減圧排気する。そして、処理チャンバ２内にＡｒガスを導入すると共に、電源９を投入して、ステージ６とターゲット４との間に電力を印加する。すると、両者間にプラズマ放電が起こり、Ａｒイオンがターゲット４に衝突し、そこからスパッタされる粒子がウェハＷ上に堆積して薄膜が形成される。
【００２１】
その後、ウェハＷの成膜が完了すると、電源９，１３をオフにし、ウェハ搬送ロボット（図示せず）によって、加熱プレート１１上のウェハＷを処理チャンバ２の外部に搬出する。
【００２２】
以上のようなスパッタリング装置１において、基板加熱装置５の加熱プレート１１は、その周縁部において３本以上のボルト１４及びその他の部品によりステージ６に取り付けられている。この加熱プレート１１の取付構造を図２に示す。
【００２３】
同図において、加熱プレート１１には、上下方向に貫通したボルト挿入穴１５が形成され、このボルト挿入穴１５の上面側には、ボルト１４の頭部１４ａを収納するためのボルト頭収納部１５ａが設けられている。絶縁プレート１０には、ボルト挿入穴１５に続いて上下方向に貫通したボルト挿入穴１６が形成されている。
【００２４】
ステージ６には、ボルト挿入穴１６に続いて上下方向に貫通したボルト挿入穴１７が形成され、このボルト挿入穴１７には、ナット１８を上下方向に移動可能に収納するためのナット収納部１７ａが形成されている。ナット収納部１７ａは、例えばナット１８の形状に対応した六角状をなしており、ナット１８を収納した状態ではナット１８が回転しないように構成されている。
【００２５】
ステージ６には、支持プレート１９がナット収納部１７ａの開口を塞ぐように設けられている。この支持プレート１９は、ボルト１４がナット１８にねじ込まれていない状態において、ナット収納部１７ａに収納されたナット１８を支持するものであり、複数のボルト２０によりステージ６に固定されている。
【００２６】
このようなプレート１９上にナット１８が置かれた状態で、ボルト１４が上側からボルト挿入穴１５〜１７に差し込まれ、ナット１８にボルト１４の先端部がねじ込まれる。なお、ボルト１４は、その頭部１４ａがボルト頭収納部１５ａに収納された時に支持プレート１９に当接するような長さを有している。
【００２７】
なお、ここではステージ６に支持プレート１９を設けたが、ステージ６の下方に手を入れるスペースがあれば、特にそのような支持プレート１９を設けずに、ナット収納部１７ａに収納したナット１８を手に持った状態で、ボルト１４をナット１８にねじ込んでもよい。
【００２８】
また、ナット収納部１７ａにおけるナット１８の上方には、コイルバネ２１が収容されている。このコイルバネ２１の一端はナット１８に接し、コイルバネ２１の他端は、ナット収納部１７ａを形成するステージ６の内壁端面６ａに接している。
【００２９】
このようにステージ６にナット収納部１７ａを設け、このナット収納部１７ａにナット１８及びコイルバネ２１を配置したので、基板加熱装置５の高さ寸法が小さくなり、スペース的に有利となる。
【００３０】
ここで、加熱プレート１１をステージ６に取り付ける場合は、ナット１８にねじ込まれたボルト１４を更に回転させて、ナット１８にねじ込んでいく。このとき、ボルト１４の先端が支持プレート１９に当接した後は、ボルト１４の回転に従ってナット１８が上方に移動するため、コイルバネ２１がその付勢力に抗して収縮し、そのコイルバネ２１の力によってステージ６、絶縁プレート１０、加熱プレート１１が締め付けられる。この締付力は、コイルバネ２１のばね定数およびコイルバネ２１の収縮量によって決まる。このとき、コイルバネ２１は、冷却通路７を有するステージ６内に設けられているので、熱によってコイルバネ２１の機能が損なわれることは無く、所望の締付力を保つことができる。
【００３１】
また、ボルト１４には、ナット１８に対するねじ込み量を規制するためのストッパ２２が設けられ、このストッパ２２によりコイルバネ２１の収縮量を制限している。これにより、ステージ６、絶縁プレート１０、加熱プレート１１を必要以上に締め付けることは無い。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、加熱プレート１１をボルトの強い締結力によりステージ６に固定するのではなく、コイルバネ２１の伸張力を利用して取り付けるようにしたので、加熱プレート１１と絶縁プレート１０との間の熱膨張差、絶縁プレート１０とステージ６との間の熱膨張差によって加えられるストレスが緩和される。これにより、そのような熱膨張差が原因で起きる加熱プレート１１、絶縁プレート１０、ステージ６の摺動が抑えられるので、処理チャンバ２内でのパーティクルの発生や、加熱プレート１１等の損傷および摩耗が大幅に低減される。
【００３３】
このとき、ボルト１４及びコイルバネ２１によってステージ６、絶縁プレート１０、加熱プレート１１がある程度の力で締め付けられるので、これらの部材間で位置ズレを起こすことはほとんど無い。また、加熱プレート１１とウェハＷとの間に生じる残留吸着力によって、ウェハＷの搬送時にウェハＷと一緒に加熱プレート１１が浮き上がることも確実に防止できる。
【００３４】
また、ボルト止めによる加熱プレート１１の固定時にボルトの締結力を緩くした場合のように、加熱プレート１１の位置ズレを防止するためにボルトの締結力を定期的にチェックする必要もなく、管理負担が大幅に削減される。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステージ６にナット収納部１７ａを設け、このナット収納部１７ａにナット１８及びコイルバネ２１を収納したが、ステージ６の下方にある程度のスペースがあるような場合には、そのようなナット収納部１７ａを設けないで構成することも可能である。例えば、ボルトとしてステージ６を貫通するような長さを有するものを用い、ステージ６の下方位置にナット１８を配置し、このナット１８とステージ６の下面と間にコイルバネ２１を設けてもよい。この場合には、ステージ６の構造を簡素化できる。
【００３６】
また、上記実施形態は、半導体製造装置としてスパッタリング装置を採用したものであるが、本発明に係わる加熱プレートの取付構造は、ステージと加熱プレートとを有する他の半導体製造装置にも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ボルトがねじ込まれたナットとステージの所定部位との間に配置されたコイルバネの力を利用して、加熱プレートをステージに取り付けるようにしたので、管理負担をかけることなく、パーティクルの発生や加熱プレート等の損傷・摩耗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の一実施形態としてスパッタリング装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す加熱プレートをステージに取り付ける構造を示す図である。
【図３】従来において加熱プレートをステージに取り付ける構造の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…スパッタリング装置（半導体製造装置）、２…処理チャンバ、６…ステージ、６ａ…内壁端面、７…冷却通路、１０…絶縁プレート、１１…加熱プレート、１４…ボルト、１５〜１７…ボルト挿入穴、１７ａ…ナット収納部、１８…ナット、１９…支持プレート、２１…コイルバネ、２２…ストッパ。

Claims

ステージの上部に配置された加熱プレートを前記ステージに取り付けるための加熱プレートの取付構造であって、
前記加熱プレートから前記ステージに向けて上下方向に延びるように設けられたボルト挿入穴と、
前記ボルト挿入穴内に差し込まれるボルトと、
前記ステージ側に配置され、前記ボルトがねじ込まれるナットと、
一端が前記ナットに接し他端が前記ステージに接するように配置されたコイルバネとを有し、
前記ステージには、冷却用冷媒が通るための冷却通路が設けられていることを特徴とする加熱プレートの取付構造。
前記ステージには、前記ボルト挿入穴の一部を形成するナット収納部が設けられ、
前記コイルバネの他端は、前記ナット収納部を形成する前記ステージの内壁端面に接している請求項１記載の加熱プレートの取付構造。
前記ステージには、前記ナットを支持するための支持プレートが設けられている請求項１または２記載の加熱プレートの取付構造。
前記ボルトには、前記ナットに対するねじ込み量を規制するためのストッパが設けられている請求項１〜３のいずれか一項記載の加熱プレートの取付構造。
前記ステージと前記加熱プレートとの間には絶縁プレートが配置され、前記絶縁プレートには、
前記ボルト挿入穴の一部分が設けられている請求項１〜４のいずれか一項記載の加熱プレートの取付構造。
処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設されたステージと、前記ステージの上部に配置された加熱プレートとを備えた半導体製造装置であって、
前記加熱プレートから前記ステージに向けて上下方向に延びるように設けられたボルト挿入穴と、
前記ボルト挿入穴内に差し込まれるボルトと、
前記ステージ側に配置され、前記ボルトがねじ込まれるナットと、
一端が前記ナットに接し他端が前記ステージに接するように配置されたコイルバネとを有し、
前記ステージには、冷却用冷媒が通るための冷却通路が設けられていることを特徴とする半導体製造装置。