JP2017511972A - 高電圧でバイアスされる静電式加熱基板保持具 - Google Patents

Abstract

本発明は、高電圧電源（１２）に接続され、電気絶縁性の台（４０）に支持された導電性のバイアステーブル（１０）と、その上面が基板（５０）を受けるように設計された支え面を提供する、円筒の形状の電気絶縁性の基板保持具（２０）と、該基板保持具（２０）の底面を支持するように、該バイアステーブル（１０）上に立っている脚部（１５）と、該支え面を該バイアステーブル（１０）へ接続するための、少なくとも一つの導電性接続部（２０１，２０２，２０３，３１，３０）と、を含む支持体に関する。該基板保持具（２０）は、加熱エレメント（２６）を組み込んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧でバイアスされる静電式加熱基板保持具に関する。

本発明の分野は、基板が高電圧でバイアスされる場合に、低圧の雰囲気で該基板を取り扱う分野である。

より具体的に、本発明は、基板中に不純物を挿入させる、イオンを注入すること、すなわち、ドーピングとして知られた技術を目的とする。ドーピングは、機械的性質、熱的性質、電気的性質、疎水性など、基板の所定の性質を変更する役割を果たす。

そのような注入を実施するために、近頃は、プラズマ浸漬モードで機能するイオン注入装置を使用することができる。このように、基板へのイオン注入は、プラズマのイオンを基板に注入させるように、プラズマのイオンを基板に向かって加速させることを可能にする電界を生成するために、基板をプラズマ中に浸漬し、数十ボルトから数十キロボルト（一般的に１００ｋｖ未満）の負の電圧で基板をバイアスすることにある。このようにして注入された原子は、ドーパントと呼ばれる。バイアスは、一般的にはパルスとされる。

所定の応用においては、基板を加熱するのが適切である。

基板を加熱するための赤外線ランプを使用する注入装置が知られている。上記の状況は、「クリーン」ということのできるプラズマ（窒素、酸素、・・・）によって、機械的要素を注入するには適切である。上記の状況は、シリコンをドーピング処理する場合には適切ではない。使用されるプラズマは、ランプ上に障害を与える堆積物を生成しやすく、そのため、放射が遮断され、加熱が妨げられる。

高温壁を有するエンクロージャを利用する注入装置が知られている。この主題に関し、著作物 "Handbook of plasma immersion on implantation and deposition", 2000年, Andre Anders編, John Wiley & Sons刊行, ISBN 0-471-24698-0（非特許文献１）を参照することができる。使用圧が非常に低い場合に、実用上対流は存在しないので、高温壁と基板との間の熱交換は、わずかである。基板温度を高温（３００℃よりも高温）に上昇させるのが望ましい場合には、損失が相当な大きさになるので、放射による熱交換は有効ではない。加熱パワーを大きくする必要があり、そのことは、ガスケットの動作、機械部品の変形など、密閉の問題を生じる。

基板を交互に負電圧及び正電圧でバイアスする注入装置が知られている。負の電圧はイオンを引き付け、注入に使用される。正の電圧は、エネルギーを基板に移し、したがって、基板を加熱する電子を引き付ける。温度は、デューティ比、及び／または電子を加速するために使用される電圧に働きかけることによって制御される。この解決策は、損傷されにくい部品の表面を処理するには適切である。マイクロエレクトロニクス、より具体的に、シリコン上のマイクロエレクトロニクスにおいては、高エネルギーの電子が担体の寿命の短縮につながる欠陥を生成しやすい。

文献US 7 094 670（特許文献１）は、反応性プラズマを使用する際に、エッチング、または寄生堆積を制御するために、基板の温度を制御する利点を示している。該文献は、該温度が、使用されるガスから形成される物質（たとえば、水素化ホウ素型のポリマー）を堆積させるために必要な閾値よりも高い必要があることを示している。さらに、該温度は、多結晶であるか、単結晶であるか、非結晶であるかにかかわらず、シリコン基板をエッチングするのに必要な閾値よりも低い必要がある。該文献において、基板保持具の温度は、安定した温度で、熱伝達流体を循環させることによって制御される。基板の温度は、プラズマから来るエネルギー束、及び基板と基板保持具との間の熱抵抗に依存する。到達する温度は、使用される方法に強く依存することになる。熱伝達流体が加熱される場合に、その温度は、実際には２００℃を超えない。したがって、低密度プラズマ、及び／または、低加速電圧、及び／または、低注入電流を利用した場合にのみ、高い温度に到達することができる。

上記から、プラズマ浸漬によってイオンを注入する状況において基板を加熱することは、真の問題であることになる。その問題は、静電式の基板保持具が利用される場合には、さらに困難となる。

そのような基板保持具の利点は当業者に広く知られており、本明細書でその利点を繰り返す必要はない。

この主題に関し、文献US 6 538 872（特許文献２）は、抵抗加熱手段を有する静電式基板保持具を示している。そのシステムは、プラズマのパラメータと無関係に基板を加熱することを可能にする。それにもかかわらず、その基板保持具は、その構成を考慮すると、高電圧でバイアスすることはできない。基板保持具を構成する種々のモジュールを分離する対策はなされていない。さらに、ヒーター抵抗を含むモジュールは、基板保持具自体に接触した部分に挿入されている。ヒーターモジュールと基板保持具との間の接続は、熱伝達を最適化するために、ロウ付けされた接合層で行われる。接合層は、スズ、インジウム、銅などの金属を含み、これらの金属は、イオン注入に対する主要な汚染物質である。

US 7 094 670 US 6 538 872

"Handbook of plasma immersion on implantation and deposition", 2000年, Andre Anders編, John Wiley & Sons刊行, ISBN 0-471-24698-0

本発明の目的は、上述の制約を避け、かつ、基板保持具が高電圧でバイアスされる場合にも、上述の制約を避けるヒーター手段を提案することである。

本発明によれば、支持体は、
高電圧電源に接続され、電気絶縁性の台に支持された導電性のバイアステーブルと、
その上面が基板を受けるように設計された支え面を有する、円筒の形状の電気絶縁性の基板保持具と、
該基板保持具の底面を支持するように、該バイアステーブル上に立っている脚部と、
該支え面を該バイアステーブルへ接続するための、少なくとも一つの導電性接続部と、を含み、
該基板保持具（２０）が加熱エレメントを組み込んでいる。

上記の構成によって、基板を高温に加熱し、基板を高電圧でバイアスすることができるので、上記の構成は提起された問題に対応する。

さらなる特徴によれば、該基板保持具が基部に肩部を備え、支持体は、該バイアステーブルに対して該肩部をクランプするクランプフランジをさらに含む。

その状況において、支持体は、該支え面を該肩部へ接続するための少なくとも一つの導電性エレメントを含む。

該導電性エレメントは、
該上面の周縁に配置された第１のストリップと、
該円筒上において、該第１のストリップと該肩部との間に伸びる第２のストリップと、
該第２のストリップに接触し、該肩部に配置された第３のストリップと、
該第３のストリップと該クランプフランジとの間に配置された導電性のバネと、を含むのが有利である。

支持体は、該基板保持具の底面と該バイアステーブルとの間に置かれた少なくとも一つの熱遮蔽板を含むのが好ましい。

さらなる特徴によれば、支持体は、該基板保持具に接触した温度プローブを含む。

一例として、該温度プローブは、該加熱エレメントへパワーを供給する調節器へ接続されている。

好ましい実施形態において、該バイアステーブルは、冷却用配管網を組み込んでいる。

本発明は、説明のために、唯一の添付図面を参照しながらなされる実施形態の以下の記載によってより詳細に明らかになる。

本発明の支持体の断面図である。

図面を参照すると、支持体は、本質的に４個の部分を含む。
バイアステーブル１０
基板保持具２０
クランプフランジ３０
台４０

台４０は、その上にバイアステーブル１０が支持される、注入エンクロージャに固定された部材である。台４０は電気的に絶縁性である。

バイアステーブル１０は、その中を貫通し、第一に、基板保持具２０に開き、第二に、外側に開いた管１１を有する。この管１１の機能は以下に詳細に説明する。

バイアステーブル１０は導電性であり、直流（ＤＣ）モード、またはパルスモードで機能する高電圧電源１２へ接続されたプレートの形状である。

好ましい実施形態において、バイアステーブル１０は冷却される。一例として、冷却管の配管網１３が、バイアステーブル１０に埋め込まれる。この配管網には、当業者に知られた任意の電気絶縁性の流体が供給される。一例として、流体は、グリコールを添加した脱イオン水、あるいは油であってもよい。

基板保持具２０は電気絶縁性である。基板保持具２０は、バイアステーブル１０上に脚１５によって支持される。基板保持具２０は、その底部から突出した肩部２１を有する円筒形状である。

クランプフランジ３０は、基板保持具２０を脚１５に押し付ける役割を果たす。クランプフランジ３０は導電性である。第一に、クランプフランジ３０は、いずれかの手段によってバイアステーブル１０の周囲に固定される。第二に、クランプフランジ３０は、バネ３１を経由して肩部２１を押す。バネ３１は、同様に導電性であり、膨張差を吸収する。

基板保持具２０の上面は、凹部２２を有し、凹部２２がその周囲に対して、リング２３を規定する。リング２３の厚さは、通常は、１０マイクロメータ（μｍ）から１５μｍの範囲である。リングの上面は、基板５０を支持する支え面を規定する。

一連の電極２５は、基板に静電クランプを提供する役割を果たす。電極は、対で分布している。電極は、基板５０の上面に平行な平面内において、凹部２２のすぐ下に配置される。電極は、当業者に知られたいずれかの方法、たとえば、「厚膜」技術による方法によって製造される。原理は、
アノード・基板キャパシタ、及び
基板・カソードキャパシタ
という２個のキャパシタを製造することにある。

管１１に戻り、管１１は、凹部２２をガスで満たすために使用される。熱伝達ガスは、通常、１トルから２０トルの範囲の圧力のヘリウム、または水素である。熱伝達ガスの機能は、基板保持具２０から基板５０の裏面へ熱を伝達することである。

オプションとして、熱伝達ガスを放出する部材を準備してもよい。熱伝達ガスは、高電圧をかけている間に、１気圧よりも高い圧力の、プラズマの生成に適していない他のガス、たとえば、窒素で満たされた経路を通して吸い出される。このことによって、高電圧をかける際に、経路における放電プラズマの誘発が防止される。

バイアステーブル１０と基板５０との間の電気的連続性を保証するシステムについて考察する。

第１の金属ストリップ２０１は、基板保持具２０の上面の周囲に存在するリング２３上に配置される。一例として、金属ストリップは、チタン、窒化チタン、プラチナ、タングステン、または炭化タングステンなどの金属によって、いわゆる「薄膜」技術を使用して、製造される。いずれにしろ、材料は、導電性の材料で、できれば、耐熱性の材料である必要がある。

金属ストリップの厚さは、満足し得る電気抵抗を示すのに十分である必要があるが、大き過ぎてはならない。この暑さに適切な値は、１μｍから３μｍの範囲である。

第２の金属ストリップ２０２は、基板保持具２０の円筒状の壁上において、第１の金属ストリップ２０１と肩部２１との間に置かれる。

最後に、第３の金属ストリップ２０３は、肩部２１の、クランプフランジ３０に向き合う面上に置かれる。

上記のように並べられた３個のストリップは、支え面から、それ自身導電性のクランプフランジまでの電気的連続性を提供する。

特に、バネ３１も導電性である。

基板保持具２０は、ヒーター抵抗２６によって加熱される。ヒーター抵抗２６は、接着剤によって接合してもよい。ヒーター抵抗２６は、基板保持具２０内に一体化してもよい。加熱エレメント（heating resistor）２６は、たとえば、厚膜として、堆積してもよい。

基板保持具２０の温度は、温度プローブ２７によって監視される。温度プローブは、熱電対、測温抵抗体、白金プローブ、または高温計であってよい。温度プローブは、ヒーター抵抗２６にパワーを供給する制御部２８へ接続される。制御部２８は、プラズマによって出力されるエネルギーの量にかかわらず、安定した温度を維持する役割を果たす。

基板保持具２０の底面とバイアステーブル１０との間に置かれた一または複数（図では３個）の遮蔽板２９を設けるのが好ましい。このことによって、これらの２個の要素間の熱交換が制限される。遮蔽板は、反射性、または断熱性であってもよい。

装置の以下の部品の全ては、バイアス電圧とされることがわかる。
温度プローブ２７の変換器２８
ヒーター抵抗２６の電源
基板保持具２０の電極２５の電源、及び
熱伝達ガスの圧力調節器

装置のこれらの部品が、コントローラと通信することができるように光ファイバー通信モジュールが備わる。

例示として、上述の支持体を使用した注入の方法の例を以下に示す。
基板保持具２０の温度を設定する。
基板５０を基板保持具２０に載せる。
基板を１０秒（ｓ）から３０ｓ予熱する。
基板５０をクランプするために電極２５を作動させる。
３トルから１０トルの圧力で管１１へ熱伝達ガスを導入する。
イオンを注入する。
熱伝達ガスの導入を中断し、熱伝達ガスをポンプで排出する。
クランプ電極２５を停止させる。
基板５０を取り出す。

最後に、基板とバイアステーブルとの間の電気的接続は、多くの方法で設けることができることを記載する。たとえば、支え面と基板保持具の基部または底面との間の接続を提供するための、メッキした貫通孔であってもよい。メッキした貫通孔の代わりに金属挿入物を設けることもできる。さらに、電気的連続性は、その場合に導電性である脚部によって与えられる。

上述の本発明の実施形態は、具体的な性質のために選択されたものである。しかし、本発明に含まれるすべての可能な実施形態を網羅的に列挙することは不可能である。特に、本発明の範囲を超えることなく、記載されたいずれの手段も均等な手段によって置き換えることができる。

Claims (8)

1. 高電圧電源（１２）に接続され、電気絶縁性の台（４０）に支持された導電性のバイアステーブル（１０）と、
   その上面が基板（５０）を受けるように設計された支え面を有する、円筒の形状の電気絶縁性の基板保持具（２０）と、
   該基板保持具（２０）の底面を支持するように、該バイアステーブル（１０）上に立っている脚部（１５）と、
   該支え面を該バイアステーブル（１０）へ接続するための、少なくとも一つの導電性接続部（２０１，２０２，２０３，３１，３０）と、を含み、
   該基板保持具（２０）が加熱エレメント（２６）を組み込んだ支持体。
2. 該基板保持具（２０）が基部に肩部（２１）を備え、該バイアステーブル（１０）に対して該肩部（２１）をクランプするクランプフランジ（３０）をさらに含む請求項１に記載の支持体。
3. 該支え面を該肩部（２１）へ接続するための少なくとも一つの導電性エレメント（２０１，２０２，２０３）を含む請求項２に記載の支持体。
4. 該導電性エレメントは、
   該上面の周縁に配置された第１のストリップ（２０１）と、
   該円筒上において、該第１のストリップ（２０１）と該肩部（２１）との間に伸びる第２のストリップ（２０２）と、
   該第２のストリップ（２０２）に接触し、該肩部（２１）に配置された第３のストリップ（２０３）と、
   該第３のストリップ（２０３）と該クランプフランジ（３０）との間に配置された導電性のバネ（３１）と、を含む請求項３に記載の支持体。
5. 該基板保持具（２０）の底面と該バイアステーブル（１０）との間に置かれた少なくとも一つの熱遮蔽板（２９）を含む請求項１から４のいずれかに記載の支持体。
6. 該基板保持具（２０）に接触した温度プローブ（２７）を含む請求項１から５のいずれかに記載の支持体。
7. 該温度プローブ（２７）は、該加熱エレメント（２６）へパワーを供給する調節器（２８）へ接続された請求項６に記載の支持体。
8. 該バイアステーブル（１０）は、冷却用配管網（１３）を組み込んだ請求項１から７のいずれかに記載の支持体。