JP2002252271A - 基板処理装置の基板保持装置 - Google Patents

基板処理装置の基板保持装置

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JP2002252271A JP2001050864A JP2001050864A JP2002252271A JP 2002252271 A JP2002252271 A JP 2002252271A JP 2001050864 A JP2001050864 A JP 2001050864A JP 2001050864 A JP2001050864 A JP 2001050864A JP 2002252271 A JP2002252271 A JP 2002252271A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板ホルダ上に固定された基板の昇温または
降温を短時間に行い、基板処理に要する時間を短縮し、
基板製作のスループットを高め、膜質を向上するように
した基板処理装置の基板保持装置を提供する。 【解決手段】 この基板処理装置の基板保持装置は、処
理される基板21が置かれる誘電体板22と、この誘電
体板上に置かれた基板を固定する静電吸着装置23を備
え、さらに、基板の裏面側に基板温度調整用の裏面ガス
を経路25と、経路25から供給される裏面ガスの流量
を調整するマスフローコントローラ29と、このマスフ
ローコントローラによる調整動作を制御し、基板の固定
状態が維持される範囲で裏面ガスの流量を瞬時的に大き
く変化させることに基づき基板の温度調整時間を短縮す
る制御部31とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板処理装置の基板
保持装置に関し、特に、被処理基板の昇温および降温の
温度制御を短時間に行うことができる基板処理装置の基
板保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造工程において、基板表
面を処理する基板処理装置として、スパッタリング装
置、エッチング装置、CVD装置などが知られている。
これらの基板処理装置では、被処理基板の表面が各種の
作用に基づいて処理される。基板は、所要の圧力に減圧
された処理チャンバ内に設けられた基板ホルダのステー
ジ上に置かれて固定される。ステージ上に基板を固定す
る装置としては、静電吸着作用を利用した静電チャッ
ク、あるいは機械的機構を利用したクランプチャックな
どが知られている。
【0003】例えばスパッタリング装置においてスパッ
タリング作用に基づいて基板の表面に成膜処理を行うと
き、処理チャンバ内に基板を搬入し、基板を基板ホルダ
のステージ上に載置し、例えば静電チャックの吸着作用
で基板を固定する。この固定状態で基板の裏面を基板ホ
ルダのステージ表面に十分に接触させる。静電チャック
を動作させるために、静電チャックには、吸着用静電力
を生じさせるに必要な電圧を印加するための電源が付設
されている。静電チャックには電極板が内蔵される。こ
の電極板に、電源から電圧が印加される。基板を成膜処
理する際には、上記減圧状態および所定ガスの導入に加
えて、基板の温度を望ましい温度に保持することが必要
である。このため、基板ホルダには加熱機構を内蔵して
基板ホルダを予め所要の温度に保持し、基板ホルダのス
テージ上に固定された基板を加熱するようにしている。
基板ホルダのステージ上に固定された基板を効果的に加
熱するために、従来では、ステージに裏面ガス導入経路
を形成し、この経路に裏面ガス、例えばArやN2を流
すようにしている。当該裏面ガスは、熱伝導ガスであ
り、基板ホルダ側から基板への熱の伝導を円滑にかつ効
率よく行い、基板の温度を目的温度にするためのもので
ある。基板の裏面側に裏面ガスを供給するときには、従
来、マスフローコントローラによって制御するようにし
ていた。裏面ガスの供給の制御では、ガス圧力を制御す
る場合と制御しない場合がある。裏面ガスのガス圧力を
制御する場合には、裏面ガス導入経路に隔膜真空計(ダ
イアフラムゲージ)などを設けてガス圧を測定し、この
測定データに基づいて圧力制御を行う。
【0004】基板処理装置において基板を保持した基板
保持装置で、基板の裏面側に導入されるガスを利用して
基板の昇温または降温を行うための発明を開示した従来
の公知文献として、特公昭52−61334号公報、特
公平6−22213号公報を挙げる。
【0005】特公昭52−61334号公報は、真空処
理装置における基板の冷却機構を示す。基板ホルダに
は、基板の裏面側には冷却空所を形成し、この冷却空所
に冷却ガスが導入される構造が設けられている。この冷
却機構によれば、冷却空所に導入される冷却ガスの圧力
を制御し、一定熱入力に対して基板の温度を一定範囲で
制御できる構成を有している。
【0006】特公平6−22313号公報は、試料の温
度制御方法および装置を示す。この装置では、試料台の
上に試料を載置し、試料を例えば静電吸着装置で吸着し
て固定し、試料の裏面と試料台の間に形成された隙間に
伝熱ガスを供給する構造を有している。この伝熱ガス供
給機構によれば、基板の温度を計測しながら、ヘリウム
ガス(伝熱ガス)の供給量を制御する構成が言及されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタリング
装置などで採用されていた基板ホルダにおける裏面ガス
導入の仕方は、基板ホルダに載置され固定された基板を
単に加熱すること、あるいは保温することに重きを置
き、裏面ガスは単に流されているだけであるのが一般的
であった。
【0008】しかし、基板製作のスループットを高める
こと、および基板に成膜される膜の膜質を向上すること
を考慮すると、基板の温度を目的温度に早く立ち上げる
ことが要求される。従来の裏面ガスの導入方法によれ
ば、基板を目的温度まで高めるのに長い時間がかかる。
基板を目的温度までに昇温させるのに時間がかかると、
例えばスパッタリング装置では、成膜中に基板の温度が
変化し、これによって膜質が変化すると可能性が高い。
さらに、単位時間当たりの基板の処理枚数が少なくなる
という問題も提起される。
【0009】上記の例は基板ホルダ上に載置され静電チ
ャックなどで固定された基板の昇温に関する問題であっ
たが、基板の裏面側に冷却ガスを導入し、当該基板の温
度を降温させる場合にも同様な問題を生じる。
【0010】また前述した従来の各公知文献に開示され
る発明は、基板保持装置上に配置された基板を所望の温
度にするため、あるいは所望の温度に維持するため、裏
面ガスを利用しかつ圧力を大きくすることによって、あ
るいは流量(供給量)を制御することによって温度制御
を行うようにしている。しかしながら、単に圧力を大き
くしたり、単に流量を制御するだけでは、或る力で基板
保持装置上に固定された基板の当該固定状態を保持する
ことができないという問題が発生する。
【0011】本発明の目的は、上記の課題を解決するこ
とにあり、基板ホルダ上に固定された基板の昇温または
降温を短時間に行い、基板処理に要する時間を短縮し、
基板製作のスループットを高め、膜質を向上するように
した基板処理装置の基板保持装置を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
基板処理装置の基板保持装置は、上記の目的を達成する
ために、次のように構成される。
【0013】第1の基板処理装置の基板保持装置(請求
項1に対応)は、処理される基板が置かれるステージ
(誘電体板22)と、このステージ上に置かれた基板を
固定する固定装置(静電吸着装置23など)を備え、さ
らに、基板の裏面側に基板温度調整ガス(裏面ガス)を
供給するガス供給部(経路25、ガス源)と、ガス供給
部から供給される基板温度調整ガスの流量を調整する調
整部(マスフローコントローラ29)と、この調整部に
よる調整動作を制御し、基板の固定状態が維持される範
囲で基板温度調整ガスの流量を瞬時的に大きく変化させ
ることに基づき基板の温度調整時間を短縮する制御部と
を備えるように構成されている。
【0014】上記の構成によれば、基板の温度調整のた
めの調整ガス(裏面ガス)を基板の裏面側に導入するよ
うにし、かつ当該調整ガスを瞬時的に大流量の変化状態
で導入する(ガススパイク)ようにした。調整ガスは、
基板の裏面側に通じるガス導入経路を含んで成るガス供
給部によって基板の裏面側に導入される。一方、基板保
持装置には、通常、成膜条件を満たすように基板の温度
を加熱するあるいは保温する加熱機構を内蔵されてい
る。当該加熱機構から出力される熱は、ステージを通し
て伝導作用により基板に与えられる。この場合において
基板の裏面側に導入された調整ガスは伝熱作用を高める
ことができる。そこで調整ガスを瞬時的に大きな流量で
流すことにより、伝熱効果を高め、昇温の効果を高め、
基板の温度を目的温度にするための昇温に要する時間を
短縮する。ただしこの場合に、ステージ上に基板は固定
装置で固定されている。調整ガスの基板裏面への導入量
を瞬時的に大きく変化させると、それによって固定装置
による基板の固定状態が解除されるおそれがある。そこ
で、当該固定状態が解除されない範囲内、すなわち固定
状態が維持される範囲で流量を制限するようにしてい
る。
【0015】第2の基板処理装置の基板保持装置(請求
項2に対応)は、上記の第1の構成において、好ましく
は、ガス供給部から供給される基板温度調整ガスの圧力
を検出する圧力検出部(隔膜真空計30)を備え、さら
に、上記制御部は、圧力検出部から検出された圧力信号
に基づき、基板の固定状態が維持される範囲で基板温度
調整ガスのガス圧力を制限し、かつ基板温度調整ガスの
流量を瞬時的に大きく変化させるように構成される。
【0016】第3の基板処理装置の基板保持装置(請求
項3に対応)は、上記の各構成において、上記の固定装
置は静電吸着装置であることで特徴づけられる。いわゆ
る静電チャックと呼ばれる固定装置で固定される基板に
対して裏面ガスを導入する構成である。
【0017】第4の基板処理装置の基板保持装置(請求
項4に対応)は、上記の各構成において、上記の固定装
置は機械的固定装置であることで特徴づけられる。いわ
ゆるクランプチャックと呼ばれる機械的な固定装置で固
定される基板の裏面に裏面ガスを導入する構成である。
【0018】第5の基板処理装置の基板保持装置(請求
項5に対応)は、上記の各構成において、好ましくは、
加熱装置を備え、基板温度調整ガスは、加熱装置から発
生される熱を基板側へ伝達し、基板の昇温制御に用いら
れることを特徴とする。当該基板温度調整ガスは、熱伝
達媒体として機能し、加熱機構によって生じた熱を基板
側へ効率良く伝達する。
【0019】第6の基板処理装置の基板保持装置(請求
項6に対応)は、上記の各構成において、好ましくは、
基板温度調整ガスは、基板の降温制御に用いられる冷却
ガスであることで特徴づけられる。冷却機構を基板保持
装置に設けても、設けなくてもよい。基板の裏面に導入
されるガスが基板の熱を奪い、基板保持装置側の温度と
同じになる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【0021】図1は本発明に係る基板処理装置の基板保
持装置の実施形態を示す構成図であり、基板処理装置の
処理チャンバ部分は縦断面図で示している。この図で
は、基板処理装置の処理チャンバおよび基板保持装置の
概略構成と、基板保持装置に搭載された基板に対して裏
面ガスを導入するための構成が示されている。基板処理
装置は一例として基板表面に成膜を行うスパッタリング
装置である。しかしながら、本発明が適用される基板処
理装置はスパッタリング装置に限定されるものではな
い。
【0022】図1において、処理チャンバ11は、内部
を所要の減圧状態にする排気装置12と、プラズマの発
生に用いられる材料としてプロセスガスを導入するガス
供給装置13と、スパッタリング粒子を供給するターゲ
ット14と、ターゲット14に電力を供給する電源15
を設けている。ターゲット14には、成膜物質に応じた
材料が用いられる。さらに処理チャンバ11の内部に
は、底部16に取りつけられた基板ホルダ17が設けら
れている。基板保持装置は基板ホルダ17を主要部とし
て含んで成る。基板ホルダ17は支柱18によって底部
16に固定されている。通常、支柱18は、基板搭載面
の位置を上下に変える目的で昇降するように設けられて
いる。支柱18は絶縁部材で作られている。上記ターゲ
ット14は処理チャンバ11の天井部19に固定されて
いる。処理チャンバ11は導体で作られ、接地されるこ
とにより接地電位に保持されている。処理チャンバ11
の天井部19に設けられたターゲット14はその周囲を
絶縁リング20で保持され、上記電源15は、接地電位
である処理チャンバ11とターゲット14の間に設けら
れている。
【0023】基板ホルダ17は、基板21を搭載するス
テージとしての誘電体板22と、搭載された基板21を
適当な吸着力で誘電体板22に押付けて固定するための
静電吸着装置23と、基板ホルダの全体を必要な温度に
保つ加熱機構24とを備えている。基板ホルダ17で
は、さらに、静電吸着装置23によって誘電体板22上
に固定された基板21の裏面側に対して、熱伝導用の裏
面ガスを導入するための空所22aと経路(または流
路)25が形成されている。経路25は孔として形成す
ることができるし、パイプ状部材として形成することも
できる。裏面ガスは、基板ホルダ17の熱が基板21に
効率よく伝達されるようにするためのガスであり、従来
では、アルゴンガス(Ar)や窒素ガス等が用いられて
いる。
【0024】静電吸着装置23は内部に電極26を有し
ている。電極26は板状の絶縁体部材23aの中に埋設
されている。この電極26には、電源ライン27aを介
して電源27から所要の電圧が印加される。電圧の印加
は、基板21を誘電体板22の上に固定するタイミング
で行われる。加熱機構24は、静電吸着装置23を所定
の温度にし、さらに基板21を望ましい温度に設定し保
持するための機構である。加熱機構24にはヒータ等の
任意の機構を用いることができる。図1において加熱機
構24に関しては具体的な構造の図示は省略されてい
る。
【0025】上記の経路25は、静電吸着装置23の絶
縁体部材23a、加熱機構24、支柱18の各々の内部
を通って設けられている。さらに経路25は、基板ホル
ダ17の下側に設けられたガス導入管28につながって
いる。経路25とガス導入管28との接続部の図示は省
略されている。ガス導入管28にはマスフローコントロ
ーラ(MFC)29が設けられ、さらに分岐管部28a
を形成してこれに隔膜真空計30が付設されている。マ
スフローコントローラ29は、ガス導入管28を流れ、
さらに基板ホルダ17内の経路25を流れる裏面ガスの
流量を制御する。また隔膜真空計30は裏面ガスの圧力
を測定する。これによって裏面ガスの圧力状態が常時モ
ニタされる。隔膜真空計30による測定で得られた裏面
ガスの圧力に係る信号は制御部31に入力される。制御
部31は、通常、パソコン(PC)で構成されている。
制御部31は、少なくとも、処理チャンバ11における
基板21へのスパッタリング成膜動作のための通常の成
膜制御機能部31aと、裏面ガスの導入方法を制御する
ための裏面ガス導入制御機能部31bを備えている。裏
面ガス導入制御機能部31bによって本実施形態による
特徴的な導入方法が実施される。また裏面ガス導入制御
機能部31bは、成膜中の裏面ガスの導入においてその
圧力を制御する機能も有している。基板21の裏面に裏
面ガスを導入するときにおいてその圧力を制御する機構
は、APC(Automatic Pressure Control)機構と呼ばれ
ている。APC機構は、隔膜真空計30によってモニタ
された裏面ガスの圧力情報に基づいて、当該圧力が規定
圧力まで達したときに裏面ガスの供給を停止して圧力封
止にて裏面圧力を維持し、規定圧力を下まわったときに
は設定流量にて裏面ガスを供給し規定圧力まで昇圧させ
るという作用を有する。上記規定値等は任意に設定され
る。また裏面ガス導入制御機能部31bによって実行さ
れる特徴的な裏面ガス導入プロセス(導入シーケンス)
の内容は、後で詳述される。以上のごとく、裏面ガス導
入制御機能部31bは、裏面ガスの流量を流量を変える
べくマスフローコントローラ29に指示信号を与える。
【0026】図1に示された基板処理装置において、基
板ホルダ17に配置された基板21は、静電吸着装置2
3による静電吸着力に基づいて誘電体板22上に固定さ
れる。基板21が基板ホルダ17で固定された状態にお
いて、基板21に対してプラズマによる成膜処理や脱ガ
ス処理が行われる。32はプロセスガスを導入する導入
管である。その処理の際に、プロセス中でも、制御部3
1によって、裏面ガスの流量が任意に変更され、裏面ガ
スの圧力が任意に設定される。
【0027】スパッタリング装置の場合、プラズマ処理
を施さないときにも基板21は加熱させることが必要で
ある。そのため、後述される評価における静電吸着装置
23による吸着用DC電圧の極性は、正負双極形を用い
ている。
【0028】次に上記基板保持装置を備えたスパッタリ
ング装置で実施される裏面ガスの導入の制御方法を説明
する。この裏面ガス導入制御は、制御部31の裏面ガス
導入制御機能部31bに用意されたプログラムで実行さ
れる。すなわち、裏面ガス導入制御機能部31bにより
裏面ガスの導入と、APC制御とが実行される。また静
電吸着装置23への電圧印加の制御も行われる。この制
御は、通常の成膜制御機能部31aが行う。
【0029】以下において裏面ガス導入の制御を説明す
るため、基板ホルダ17に搭載される基板として試験用
基板(シリコンウェハ等)が用いられる。試験用基板
は、基板の温度変化を見ることができ、基板の温度測定
に使用される。試験用基板には温度センサとして熱電対
が埋め込まれている。試験用基板の熱電対から基板の温
度に関する信号が得られる。この温度信号によって、本
実施形態に係る裏面ガスの導入制御方法を説明するため
の基板の昇温特性を得る。
【0030】上記基板保持装置を用いた基板の昇温特性
に関しては、以下に述べるように、2通りの評価が行わ
れた。第1の基板昇温特性の評価は、図2に示されるご
とき、昇温特性の裏面ガス圧力依存性に関するものであ
り、第2の基板昇温特性の評価は、図3に示されるごと
き、昇温特性の裏面ガス流量依存性に関するものであ
る。
【0031】図2のグラフで横軸は経過時間(秒、se
c)、縦軸は基板温度(℃)である。図2において、静
電吸着を行う基板ホルダ17の温度設定が加熱機構24
により例えば370℃の場合の基板温度の時間依存性を
裏面ガス圧力をパラメータ(10Torrの場合と6Torrの
場合)として示している。本評価では、裏面ガス流量を
2sccmで一定値に保ち、目的とする裏面ガス圧力に到達
するまでの時間には何らの考慮を払っていない。このグ
ラフから分かるように、裏面ガスの圧力が高い方(曲線
41、10Torrの場合)が低い方(曲線42、6Torrの
場合)に比較して飽和に到達するまでの時間が明らかに
速い。同じ実験を、後述するデガスチャンバに搭載した
異なるタイプの静電吸着ホルダにおいてホルダ温度を1
50℃に設定して評価したが、この場合にも裏面ガス圧
力が高い方が昇温速度が速いことが判明した。
【0032】次に図3のグラフでは、同じく横軸は経過
時間(秒、sec)、縦軸は基板温度(℃)を示してい
る。図3のグラフで示された実験例では、基板ホルダ1
7の設定温度が加熱機構17により同じく370℃に設
定され、裏面ガスの圧力が10Torrに設定されている。
グラフ中の複数の曲線51,52,53は、裏面ガスの
流量が異なる場合、すなわち10sccm、2sccm、0sccm
の場合を示している。図3に示されるごとく、流量が大
きいほど温度が飽和するまでの時間は短いことが分か
る。この評価によれば、裏面ガスが、基板ホルダ17か
ら基板21への熱伝導性を高くし、また裏面ガスの流量
が多い方が昇温速度が速くなることを示している。
【0033】図2および図3の各グラフを参照して説明
された以上の現象は、基板ホルダ17で静電吸着装置2
3によって誘電体板22上に固定された基板21を加熱
するメカニズムが、基板ホルダ17の加熱機構24によ
って生じた熱が裏面ガスを熱媒体として受けとっている
ことからくるものと理解される。裏面ガスは、静電吸着
装置23側からの熱を効率良く基板21側へ伝達し、基
板21の温度を所望の温度に高める(調整する)熱媒体
としての作用を生じる。このことは裏面ガスが冷却ガス
として作用する場合にも同様に当てはまることである。
【0034】そこで、次に、基板の昇温(降温)の場合
における裏面ガスによる熱伝導の作用について説明す
る。
【0035】裏面ガスの熱伝導率をSとすると、 S∝P (P:裏面ガス圧力) …(1) P∝F×t …(2) (F:裏面ガス流量、t:裏面ガス導入時からの時間) T∝S×P=P×F×t (T:基板の温度) …(3) の関係が成立する。
【0036】(3)式を考慮すれば、前述した図2と図
3の結果は妥当な結果であることが分かる。また(3)
式に基づけば、基板21の昇温速度は、裏面ガスを導入
した時点からの経過時間に依存することが分かる。つま
り、裏面ガスを流し始めてから、いかに早く裏面ガスの
圧力を高い圧力までに昇圧させるかによって、基板21
の短期昇温特性が決まることを示唆している。
【0037】次に、上記評価を考慮し、前述の基板保持
装置において制御部31の裏面ガス導入制御機能部31
bによって実行される本実施形態に係る裏面ガスの導入
方法の例を説明する。
【0038】この裏面ガスの導入方法では、裏面ガス導
入制御部31bがマスフローコントローラ29による流
量調整動作を制御して、裏面ガスの流量を瞬時的に大き
く変化させる。すなわち経路25を介して基板21の裏
面の空所へ裏面ガスを導入することにおいて、ガススパ
イクの状態を発生させる。ここで「ガススパイク」と
は、厳密には、基板21を静電吸着装置23により基板
ホルダ17に固定した後、裏面ガスを後述するような方
式により流し、裏面ガス圧力の上昇を高めるシーケンス
による裏面ガス注入のことを意味する。なおこのとき、
静電吸着装置23によって誘電体板22上に固定される
基板21の当該固定状態が維持されるように、裏面ガス
の流量は制限を受ける。
【0039】図4は、裏面ガスの導入で上記ガススパイ
クによる制御を取り入れた実験結果を示している。
【0040】ガススパイクによる裏面ガスの導入方法を
一般的に述べると、次の三段階から成っている。最初
に、X(sccm)にてt1(秒)の間、裏面ガスを流す。
次いで、Y(sccm)にてt2(秒)の間、裏面ガスを流
す。最後に、Z(sccm)にてP(Torr)のAPC制御を
行う。以上において、流量、時間、圧力の値として一般
的にパラメータX,Y,Z,t1,t2,Pが用いられて
いる。上記パラメータX,Y,Zの間ではX>Y≧Zと
いう関係が成立している。パラメータX,Y,Z,
1,t2の関係に関しては図5に示されている。図5に
おいて、横軸は処理時間を示し、縦軸は裏面ガスの流量
を示している。図5によれば、裏面ガスの流量は、t1
(秒)の間はX(sccm)、t2(秒)の間はY(scc
m)、それ以降はZ(sccm)にてP(Torr)のAPC制
御が実施される。
【0041】図4では2つの曲線61,62が示されて
いる。曲線61は、X=10、Y=6、Z=2、t1
3、t2=2、P=10に設定した場合の「ガススパイ
クあり」の裏面ガス導入方法による基板温度の昇温変化
特性である。曲線62は、X=0、Y=0、Z=2、t
1=0、t2=0、P=10に設定した場合の「ガススパ
イクなし」の裏面ガス導入方法による基板温度の昇温変
化特性である。図4のグラフにおいて、経過時間15秒
を起点にして30秒後の基板の温度を比較すると、曲線
61では飽和温度に達しているのに対して、曲線62で
は飽和温度に達していないことが分かる。
【0042】以上のことから、経路25を介して基板2
1の背面に裏面ガスを導入するとき、基板21の温度を
短期に昇温させるためには、ガススパイクによって裏面
ガスの流量を制御すると、昇温速度が短縮化され、効率
良く昇温することができる。ただし、このときにおい
て、基板21は誘電体板22の上に静電吸着装置23の
吸着力によって固定されているので、裏面ガスの流量を
一定時間の間増加させるとき裏面ガスの圧力が高くなる
が、その圧力は基板21の固定状態が維持される範囲
(解除されない範囲)に含まれるように裏面ガスの流量
が制限される。すなわち、ガススパイクによる裏面ガス
の導入制御を行うとき、静電吸着力を考慮して裏面ガス
の圧力は最適化される。
【0043】次に図6を参照して、スパッタリング装置
に設けられたデガスチャンバ(脱ガスチャンバ)におい
て評価された結果を示す。
【0044】デガスチャンバの装置の構成は、図1で説
明した構成でターゲット14を除いたものと同等であ
る。基板ホルダ17において搭載した基板21を固定す
るには静電吸着装置が使用されるが、当該静電吸着装置
は、図1で説明したものとは型式が異なっている。従っ
て基板ホルダ17に内蔵される加熱機構24によって保
持される温度の帯域が異なっている。
【0045】評価の対象温度は100℃と150℃であ
る。150℃の場合においてガススパイクによる昇温効
果を評価した。図6では4つの曲線71,72,73,
74が描かれている。150℃の場合の曲線は71,7
2である。前述のパラメータX,Y,Z,t1,t2,P
について、曲線71はX=20、Y=0、Z=4、t 1
=5、t2=0、P=20という値(条件1)を設定し
ており、曲線72は、X=10、Y=0、Z=10、t
1=5、t2=0、P=10という値(条件2)を設定し
ている。曲線71に基づく評価では、初期の裏面ガスの
圧力を22Torrに設定しており、曲線71に関する設定
では、初期ガススパイク(X=20、t1=5)で約2
5〜27Torrへ突入するオーバーシュートが認められ
る。ここで、ガススパイクのための条件「150℃、2
0sccm、22Torr、5sec」は基板の昇温時間の短縮化
を図ることを可能する。このガススパイクのための条件
は、基板を基板ホルダに保持するための限界の条件であ
る。なお「4sccm、20Torr、APC」は一度昇温した
基板を保温するための条件である。またガススパイクの
ない曲線72に関する評価結果と比較すると、条件1が
昇温に適した条件である。この条件1は、タイプの異な
る基板ホルダ17においては、条件2と比較すると、ガ
ススパイクは短期間に昇温を行うときに極めて有効であ
る。
【0046】なお条件を、X=20、Y=0、Z=4、
1=5、t2=0、P=20に設定し、初期の5秒の
間、裏面ガスの圧力を30Torrに設定する場合には、昇
温特性結果は条件1の結果と同じである。ガススパイク
と裏面ガス圧力が一定の値を満たすように設定された場
合には、一定の値で得られる昇温特性以上の昇温特性を
期待することはできない。
【0047】評価の対象温度が100℃である場合に
は、ガススパイクを行うようにしているが、その初期の
設定を変更した場合で評価を実施した。ガススパイクに
よる昇温後のAPC機構による制御は、両方共に、Z=
4、P=20の設定を用いている。
【0048】図6において評価の対象温度が100℃で
ある場合の曲線73,74である。曲線73に関して、
初期ガススパイクでのオーバーシュートは、16sccm、
20Torr、5秒において約22Torr、曲線74に関し
て、20sccm、22Torr、5秒において約25〜27To
rrである。図6に示された曲線73,74のグラフか
ら、初期のオーバーシュートに僅かな差がある場合で、
昇温特性に差が出る可能性が認められる。
【0049】図6で示した評価では、基板を150℃の
設定温度に昇温する場合と、基板を100℃の設定温度
に昇温する場合とではガススパイクの条件が異なる。一
般的に設定温度が低くなるほど、昇温時間の短縮化が困
難になるという特性が見うけられる。
【0050】前述の実施形態では、基板ホルダ17に静
電吸着装置23によって基板21を固定し、加熱機構2
4で生じた熱を、経路25を流れ基板21の裏面の隙間
(空所)に供給される裏面ガスの伝熱作用を利用して基
板21に伝える構成において、所要のシーケンスに基づ
きガススパイク状態で裏面ガスを供給するようにした
が、基板固定装置は、静電吸着装置に限定されない。例
えば固定装置として機械的なクランプ機構を用いること
ができる。またガススパイクに基づいて導入される裏面
ガスを利用して基板の昇温時間の短縮を図るようにした
が、裏面ガスとして冷却ガスを用いることによって、基
板の降温時間の短縮を図るように構成することができ
る。
【0051】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、静電吸着装置等の固定装置で基板を基板ホルダ上
に固定し、加熱機構で生じた熱を、基板の裏面隙間に供
給される裏面ガスの伝熱作用を利用して基板に伝える構
成において所要のシーケンスに基づくガススパイク状態
で裏面ガスを供給するようにしたため、基板の昇温効果
を高め、昇温時間を短縮化し、膜質の変化を防止、基板
成膜のスループットを向上することができる。基板の温
度を下げるときにも、ガススパイクによるシーケンスで
実施された裏面ガスの導入によって降温時間を短縮する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板処理装置の基板保持装置の構
成と裏面ガスを導入する構成とを示す一部を断面とした
構成図である。
【図2】裏面ガスの圧力を異ならせAPC制御に基づい
て裏面ガスを導入するときの基板温度の経時的変化を示
す図である。
【図3】裏面ガスの流量を異ならせ、裏面ガスを導入す
るときの基板温度の経時的変化を示す図である。
【図4】本実施形態によるガススパイクによって裏面ガ
スを導入するときの基板温度の経時的変化を説明する図
である。
【図5】本実施形態における処理ガスと裏面ガスの流量
との関係を説明する図である。
【図6】デガスチャンバにおける本発明の実施形態によ
る裏面ガスの導入方法を説明する図である。
【符号の説明】
11 処理チャンバ 17 基板ホルダ 21 基板 22 誘電体板 23 静電吸着装置 24 加熱機構 25 経路 26 電極 28 ガス導入管 29 マスフローコントローラ 30 隔膜真空計 31 制御部 31a 成膜制御機能部 31b 裏面ガス導入制御部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3065 H02N 13/00 D 5F045 H02N 13/00 B23Q 3/15 D // B23Q 3/15 H01L 21/302 B Fターム(参考) 3C016 GA10 4K029 DA08 EA03 EA04 EA08 JA05 JA06 4K030 GA02 JA05 JA09 JA10 KA23 KA26 KA41 5F004 BB20 BB22 BB25 BB26 5F031 CA02 CA11 HA16 HA37 HA38 HA40 HA58 JA10 JA46 JA47 JA51 MA28 MA29 MA32 PA11 5F045 BB08 DP02 DQ10 EJ01 EJ02 EJ10 EK01 EK05 EM05 EM07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理される基板が置かれるステージと、
    このステージ上に置かれた前記基板を固定する固定装置
    を備える基板処理装置の基板保持装置において、 前記基板の裏面側に基板温度調整ガスを供給するガス供
    給部と、 前記ガス供給部から供給される前記基板温度調整ガスの
    流量を調整する調整部と、 前記調整部による調整動作を制御し、前記基板の固定状
    態が維持される範囲で前記基板温度調整ガスの流量を瞬
    時的に大きく変化させることに基づき前記基板の温度調
    整時間を短縮する制御部と、 を備えることを特徴とする基板処理装置の基板保持装
    置。
  2. 【請求項2】 前記ガス供給部から供給される前記基板
    温度調整ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、 前記制御部は、前記圧力検出部から検出された圧力信号
    に基づき、前記基板の固定状態が維持される範囲で前記
    基板温度調整ガスのガス圧力を制限し、かつ前記基板温
    度調整ガスの前記流量を瞬時的に大きく変化させる、 ことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置の基板保
    持装置。
  3. 【請求項3】 前記固定装置は静電吸着装置であること
    を特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置の基
    板保持装置。
  4. 【請求項4】 前記固定装置は機械的固定装置であるこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の基板処理装置の
    基板保持装置。
  5. 【請求項5】 加熱機構を備え、かつ前記基板温度調整
    ガスは、前記加熱機構が発する熱を前記基板に伝達し、
    前記基板の昇温制御に用いられることを特徴とする請求
    項1〜4のいずれか1項に記載の基板処理装置の基板保
    持装置。
  6. 【請求項6】 前記基板温度調整ガスは、前記基板の降
    温制御に用いられる冷却ガスであることを特徴とする請
    求項1〜4のいずれか1項に記載の基板処理装置の基板
    保持装置。
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