JP2935474B2 - 平坦な基板を処理する装置及び方法 - Google Patents

平坦な基板を処理する装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、減圧された圧力の下で平坦は基板を処理す
るための装置であって、該装置は、加熱や冷却を行う手
段を持つ本体と支持面とを具える基板支持部を設けた真
空室を有して成り、上記支持面には、注入空間に連絡す
る多数の注入開口部と追加的なガス取入部とが存在し、
また上記注入開口部を通して、基板と支持面との間に熱
交換用ガス・クッションを形成するために、その基板と
支持面との間にはガスを供給することができるところの
基板処理装置に関する。
本発明はまた、集積回路の製造工程中に、加熱や冷却
を行う手段を持つ本体；及び注入空間に連絡する多数の
注入開口部と追加的なガス取入部とが存在する支持面；
を具える基板支持部を設けた真空室内で、減圧された圧
力の下に平坦な基板が処理される電子デバイスを製造す
る方法であって、上記基板と上記支持面との間に熱交換
用ガス・クッションを形成するために、その基板と支持
面との間には上記注入開口部を通してガスが供給される
ところの方法にも関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路の製造に必要な処理工程の大部分は、
減圧された圧力の１種類の処理ガス又は数種類のガスの
混合気体中で実行される蒸気又はエッチングを利用す
る。化学反応が単に基板の置かれた高温のみによって得
られる低圧化学蒸気沈殿（low pressure chemical vapo
ur deposition）略してLPCVDと呼ばれる既知の方法ばか
りでなはく、支持部と電気的に結合している基板が１つ
の電極を形成しながら、もう１つの電極は該基板から所
与の距離にこれと平行に置かれているような、その他の
工程はさらに頻繁に、真空室内で形成されるプラズマに
よる処理ガスの活性化を引き起こす。
使用される工程のタイプに依存して、プラズマを生成
するために電極に与えられる電界パワーは大きく異なり
得る、また一方で基板が保持されなければならない温度
も広い限界内で変わり得る。その結果、一般的に基板と
その支持部との間には１方向又はその反対方向の熱の流
れが生じるに違いない、云い換えれば放射損失が優勢な
らば基板を加熱し、プラズマ中に使われるパワーが高く
て放射損失を越えていればそれを冷却するに違いない。
最後に、減圧された室内又は高真空中では中性（又は
還元）ガスの雰囲気が確立されるであろうところの真空
室内で、所与の温度での極めて急速なサイクル（１分よ
り短い）によるアニーリング処理を実行することもやは
り影響を受けやすい。そのように急速なアリーリング処
理は、最初に重ねられるところの異なる種類の素材間の
マイクロアロイを得るのに、とりわけ用いられる。
減圧された室内にアッセンブリが配置されているとき
に、基板とその支持部との間の満足な熱交換を得ること
が困難であることは、よく知られている。茲で、基板の
できるだけで満足すべき温度均一製を得るため及び必要
であればできるだけ速い基板の温度上昇速度並びに冷却
速度を得るために、この熱交換は、処理中に基板が置か
れなければならない温度の制御に重要な役割を演ずる、
実際、真空中または部分真空中での処理工程は概して温
度に極めて敏感で、それ故に基板の温度制御の貧因は、
１つの操作ともう１つの操作の間での結果及び同じ基板
の表面上の場所の関数としての結果に、許容し難いばら
つきをもたらす。
これらの困難に対処するため、基板の背面と支持部の
支持面との間にガスを注入し、それによって、その温度
が積極的にやり方で規制できる基板と支持部の支持面間
の熱交換を促進する基板の背面と支持部の支持面との間
の熱交換用ガス・クッションの形成が既に提案されてい
る。
そのような技術を用い、冒頭のパラグラフで与えた定
義に対応する装置は、ドイツ国特許出願公開明細書第DE
−AP36 33 386号により既知である。
この既知の装置では、基板の背面の下に注入されたガ
スは、その面に沿って流れ、その周辺で外れ逃れ出て、
それからそこで真空室の雰囲気に達する。ヘリウム（H
e）等の処理ガスの流れが基板と支持部との間の熱交換
に使われる。
処理中に行われる反応に使われるのと同じガスが、基
板の熱接触を得るために用いられるという事実は困難な
問題を提起する。
先ず第一に、反応ガスが必ずしも熱伝導に関して最も
効果的とは云えず、処理ガスとは無関係にそれ自体とし
て選択されたガスを用いることの出来る方が遥かに望ま
しいであろう。第二には、支持体と基板との間の熱交換
に使われたガスの空間への漏出が、基板の周辺の近傍で
の真空室内の圧力に影響するだろう。
もし、支持体と基板との間の熱伝導を得るために処理
ガスとは別のガスを使わなければならないとしたら、基
板の下に注入されたガスが終いには基板の周辺で室内の
ガスと混合するという理由で生じる室内のガスの不均質
性によって、困難の生じる可能性がある。基板の下に注
入されたガスの流れを相当に減じることによりこの影響
を減じることは可能であろうが、この対策は再び基板と
支持部との間の熱交換の可能性に関する限定につながろ
う。
そうでなければ、処理ガスと同じガスが用いられて該
処理ガスが温度の上昇の影響の下では分解し易いもので
あるときは、この分解はガスが支持部を通過中に開始さ
れる。この場合には結果として、支持部の内部でその表
面及び基板の背面での望ましくない蒸気がもたらされ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はとりわけ、基板の背面に下に注入するガスが
自由に選択できるような、又一方では基板の近傍で反応
室内の雰囲気の撹乱を避けるような装置を供給すること
をその目的とする。本発明は更に、装置の不完全性や処
理工程自体に起因する基板の表面の温度のあり得べき変
化に修正するために、基板の表面の温度の分布を調整で
きるようにすることをその目的とする。本発明は更にま
た、基板の温度の、制御され且つ極めて急速な変化がで
きるようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による冒頭のパラグラフに示したタイプの基板
処理装置においては、上記支持面に、排出空間と排気排
出部とに連絡する多数の排出開口部もまた存在して、該
排出開口部を通して、基板と支持面との間からのガスを
排出することができ、それにより、注入開口部の各々を
通して注入されたガスが、ガス・クッションは持続され
るけれども、隣接する排出開口部を通して排出されるこ
とを特徴とする。
本発明による基板処理装置は、注入開口部の各々から
基板の背面の下の注入されたガスが、基板の周辺部に到
達し従って真空室内へ漏出するという可能性を伴うこと
なしに、隣接する排出開口部の少なくとも１つを通って
排出されるという利点を持つ。従って、基板の背面に下
に注入されたガスは、さもなければ室内に導入された処
理ガスと干渉することがなく、それたは独立に、とりわ
け熱伝導の性質を考慮に入れて選択できるのである。
更にまた、基板の下に注入されたガスの各部分はその
注入された点の直近の近傍で排出されるので、基板の背
面の下の圧力の定常状態の確立の遅延は、従来の技術に
よる装置と対比しても相当に低減されている、例えば基
板とその支持部との間の高熱伝導の状態から極めて低熱
伝導の状態へ急激に変化させることが望ましい場合にそ
うなっている。
注入開口部は相互に同一であり、また、少なくとも排
出開口部の主要部分もやはり相互に同一であり、これら
の注入開口部の基板支持部の支持面の単位表面積当たり
所与の第１の所在密度に従って分布し、一方、これらの
排出開口部は支持面の単位表面積当たり所与の第２の所
在密度に従って分布することを好適とする。茲に云う開
口部の第１及び第２の密度は支持部の支持面では定数と
して選択することができる。例えば実際に同一のものを
選択することができる。
これは特に、比較的高い残留処理ガス圧力、すなわち
基板の背面の下のガス・クッションの平均圧力より高い
か又はこれにほぼ等しいガス圧力が用いられる処理装置
の場合である。事実この場合には、基板は弾性的変形を
受けることなく、支持部の前壁との均一な比較的狭い接
触をしている。その結果、基板と支持部との間のほぼ均
一の熱交換が基板の表面での温度の十分な均質性を保証
するのに適することができる。
しかし、本発明の装置では、開口部の密度の少なくと
も１つ、例えば注入開口部の密度が支持部の表面上で所
在位置の関数として変化することを保証することもでき
る。意図的に実現させられたこの変化は、支持部と基板
との間の熱交換を局所的に変形すること及び処理条件か
ら保証する基板の温度差の修正を行うことを許容する。
処理条件から保証する温度差の一例は、基板の背面の下
に与えられる平均より低い真空室の残留圧力の利用によ
って与えられる。その場合には、支持部上の基板を固定
する必要があり、それは基板の周辺部に力の働く固定手
段により既知のやり方で達成される。基板の両側の圧力
の違いは基板の目に見える程度の変形（曲線形の）をも
たらし、それにより基板と支持部の支持面との距離は基
板の直径方向に沿って変化する。その結果として、基板
の下の厚さの可変な薄いガス層の熱伝導の変化が生じる
が、これは、注入開口部の密度の適切な変化や排出開口
部の密度の変化によって少なくともその主要な部分は補
償されることができる。装置の構造やその中の形成され
るプラズマの形態を対称の不完全さによって、基板の更
にそれ以外の温度不均質性も生じ得る。これらの欠陥も
また、基板支持部の表面の開口部の可変密度を用いて胎
ど修正できる。このような修正は、当面している処理の
動作条件と類似の動作条件での予備的かつ実験的な操作
の中での温度の記録から近似計算によって達成できる
し、或いは、継起的な試験の実施による本来的に実験的
な手段により同様のやり方で近似計算によって達成でき
る。後者の場合には所与の注入開口部を（閉塞すること
により）除去して基板上の温度分布に関して得られた結
果を観測するのである。
単位表面積当たりの開口部の密度が例えば均一という
ように底まっているときには、同じカテゴリーの開口部
に対して相互に同一である注入開口部や排出開口部の密
度を変化を用いる代わりに、基板の温度分布の修正をす
るために開口部の直径の変化を用いることもできる。
基板の温度均一性の初期調整が本来的に実験によって
なされる時には、本発明の装置は、特に所与の注入開口
部の拡大による開口部の密度と直径とを任意を組合せた
変化の容易さを提供する。
以下に述べる理論的な考察から、一般的に排出開口部
の直径は注入開口部のそれを大きく上回る、典型的には
少なくとも10杯大きいものとするという結論に達する。
本発明のその他の事項や詳細や利点については、以下
の記述と非限定的な実例によって与えられる添付図面と
を用いて説明される。
〔実施例〕
第１図には、減圧の下に平坦な基板を処理する装置１
が図式的に示される。この装置は真空室を有し、それは
２つの部分2a,2bから成り、ポンプ手段４に接続する排
気排出口３を具える。真空室2a,2bはまた、流量制御器
７を介して処理ガスの貯蔵タンク６に接続している取入
口５も有する。処理される基板10は支持部11の上に置か
れ、該支持部の本体11aは、支持部を加熱、冷却するた
めの手段、例えば支持部の本体11aに埋め込まれている
加熱抵抗器12を持っている。
装置１はまた、より優れた熱的接触の確立を意図した
ガスを、支持部11と基板10との間の熱交換用ガス・クッ
ション（緩衝部）を介して注入するための追加的なガス
取入口15も有する。この目的のために、このガスの貯蔵
タンク16が流量制御器17を通して追加取入口15に結合す
る。支持部11の支持面11bには多数の注入開口部20が存
在し、基板10の背面の下に、貯蔵タンク16から発してそ
の流量が制御器17により制御されているガスを配分す
る。多数の注入開口部20は、支持体11内に設けられて例
えば表面11bと本体11aとの間に位置する注入空間21と連
絡している。
排出開口部23というまた別の多数の開口部も、支持部
の表面11bに存在する。
この開口部23は、排出空間24と連絡しており、この排
出空間は支持部の本体11aに表面11bとは反対の側で隣接
し、もう１つの排気排出口25に接続している。該排出口
25はもう１つのポンプ手段26に接続する。
該もう１つのポンプ手段26の排出口を追加取入口15に
結ぶ破線150は、高価なガス例えばヘリウム等を使用す
る場合には、これを装置内でリサイクルできることを図
式的に示し、その時には貯蔵タンク16は漏洩に対応する
分を補給するだけである。
第１図に示す装置は、処理ガスを活性化するためのプ
ラズマを利用することに敏感であり、この目的のために
電極30を有し、該電極30は基板10からある距離をとり且
つこれに平行に置かれ、またその支持ピン31は真空的に
あ気密で電気的に絶縁されている密封32を通って真空室
2aを横断している。支持ピン31はプラズマの給電のため
に端子33を接続し、この支持ピン31は中空で処理ガスの
供給ダクトとなっている。結局、処理ガスは、電極30の
中空の内側を通り、多数の打ち抜き孔を持つ電極30の前
壁30aを通り抜け、矢印34で示す軌道に沿って進むとい
う、それ自体としては既知の技術を用いて真空室2a,2b
に達する。
基板処理装置１は更に、基板10を支持部11の上に固定
する手段35を有するが、これも既知の技術を形成するも
のだから、茲に詳述するには及ばないだろう。
プラズマを利用するために、基板10はシステムの第２
の電極を形成し、これは支持部11との導通により所要の
電位に到達する。該電位へは環境に従って電位０（地
気）或いはそれ以上の電位に、端子36へ延びる電気的接
続によって到達できる。またそれは基板を固定する手段
35及び支持部11のピン状の部分の、真空室の外部への出
口のために絶縁通路37及び38を必要とする。
混雑を避けるために第１図では、支持部11の各タイプ
の開口部20及び23はそれぞれほんの僅しか示してない
が、実際には注入開口部20も排出開口部23も相当多数が
支持部11中に設けられている。
第２図は、支持部11の一部の拡大断面図であって、こ
の支持機能がどのように得られていかを更に明瞭に説明
することができる。第２図では第１図中のものに対応す
るエレメントには同じ記号番号を付してある。第２図に
示されるように支持部11の本体11aは２つの部分で形成
することができ、従って絶縁被覆を具えた加熱コイル12
をたやすく格納することができる。この加熱コイルはそ
の延長27が支持部11を加熱するために、規制された電流
源に真空室の外部で接続する。支持体11の前壁には、支
持面11bにある直径が例えば約0.1mmの、注入空間21と連
絡している小さな注入開口部20が設けてある。注入空間
21は続いて、支持部11の軸内に位置して基板の背面の下
から注入するべきガスを誘導するのに使われるガス取入
部である内部チューブ28に連絡する。注入空間21を横切
るチューブ29はその一端が排出開口部23の１つとなり、
他端は、支持部11の本体11aの注入空間21に関して反対
側に位置する排出空間24に連絡する。排出空間24は、内
部チューブ28と同心的な外部チューブ18を用いて排出口
25（第１図にあり）と連絡するようになっている。第２
図に見られるように、支持部11は更に周囲の溝22を持っ
ており、この溝は基板の背面の下にその周辺まで導入さ
れたガスの呼吸を完成させようと意図するものである。
この周囲の溝22は、支持部11の周辺に分布する１個又は
数個の追加排出開口部13を用いて排出空間24と連絡する
ようにしてある。排出開口部23の直径は、注入開口部20
のそれより大きいものとする、例えば約2mm程度であ
る。
本発明によれば、基板と支持部との間の熱交換の増大
に用いられるガスは、多数の注入開口部20により基板の
面の下に分配され、支持部と基板との間の短い経路の後
でこれも多数の排出開口部23を通って排出される。こう
して基板の背面と支持部との間に注入されたガスはほぼ
完全に排出される。従って真空室に向かっての、処理ガ
スと混合するこのガスの漏洩は殆どなく、それ故、真空
室の雰囲気は撹乱されない。支持部11の支持面３の周囲
の溝22の存在は、真空室の雰囲気への漏洩の小さな可能
性をさらに減らす。従って、本発明には、支持部11と基
板10との間の熱交換の増大に用いられるガスの種類を、
その圧力や流速と同様に随意に選ぶことができるという
利点がある。
本発明の１番目の実施例では、注入開口部20は同一の
直径を持ち、支持部11の前面の単位面積当たりの密度は
所与の第１の密度で分布するように設けることができ、
排出開口部も亦相互に同一で、支持部の前面の単位面積
当りの密度は所与の第２の密度で分布するように設ける
ことができる。第３図及び第４図は、支持部11の前面の
一部の上の注入開口部20及び排出開口部23の分布の一例
を示す。これらの図では、注入開口部20を出て排出開口
部23に向かうガスの軌道を矢印40が図式的に示してい
る。また、隣接する排出開口部23を結ぶ点線41がさらに
表面をセルに再分割しており、各注入開口部20から出る
ガスはこのセルで循環していることを極めて図式的に示
している、第３図は注入開口部と排出開口部とが均一に
分布していて両カテゴリーの開口部の密度は全く等しい
例を示している。第４図もまた支持部の表面の開口部が
均一に分布しているが、今度は排出開口部の単位表面積
当りの密度が注入開口部の密度の２倍となっているもう
１つの例を示している。支持部11の表面の注入閉口部と
排出開口部との密度がほぼ一定のこれら実施例のどちら
かが、基板の背面の平均圧力に等しいかそれより高い処
理ガス圧力で処理装置が動作する時に極めて適してい
る。実際この場合には基板は変形せず、正確に支持部を
嵌合している。基板の背面の支持部の表面と間の微視的
な距離は、基板の全表面上に存在し統計的にその平均が
一定になっている粒子の粗さに関係している。基板の輻
射による量損失やプラズマによって基板に生成されるエ
ネルギーによりもたらされる熱の量がほぼ均一になる程
度にまで、この構築モードは基板の支持部との間の平均
して均一な熱交換へ、従って基板の均一な温度分布へ導
く。以下に詳細に論じるように、基板と支持部との間の
熱量交換は開口部の位置極めの後で周期的な変動をする
ものではあるが、その変動に十分に小さく不明瞭なもの
とすることが、注入及び排出開口の十分高密度な選択に
よるか、或いは基板の背面の上の平均ガス圧力を増加さ
せることによる基板それ自身の熱条件によって可能とな
る。
基板の背面の平均圧力より高い残留処理ガス圧力で装
置が動作するときには、第１図に示すように基板を固定
する手段35は省略できることに注意するべきである。
第５図は本発明のまた別の実施例に関するもので、支
持部11の表面の一部の上の注入開口部20及び排出開口部
23の分布のもう１つの実例を示す。基板と支持部との間
の熱交換を局所的に加減するため、及び第５図に示す構
築モードの処理条件の後の基板の温度差を修正するため
に、一方の開口部の密度が位置の関数として変化する。
茲に示す場合は、支持部の表面積当たりの注入開口部20
の密度はほぼ一定であるのに対して、排出開口部23の密
度は円Ａで囲まれた領域内の方が円Ｂで囲まれた領域内
よりも高くなっており、円Ｂ内では円Ａの領域の密度の
2/3に過ぎない、従って領域Ｂにおける基板と支持部と
の間の熱交換っは領域Ａでの熱交換に較べて増加させる
ことができ、それ故に均一な開口部を持つ基板を用いた
場合に観測され得たであろう基板の温度差を修正するこ
とができる。第５図はまた、支持部11の周辺部における
周囲の溝22及び２つの追加排出開口部13をも示してい
る。
基板の表面の温度差を修正するのにはもう１つの方法
を用いることもでき、その方法は局所的修正が逐次実施
される一連の実験に基づくものである。注入開口部及び
排出開口部の所与の密度から、ある特定の方法に対応す
る条件のときの基板の温度分布が観測される。その次
に、その所与の区域で局所的に１ないし数個の注入開口
部を位置毎に停止して熱交換を減少させるか又は局所的
に１ないし数個の排出開口部を位置毎に停止して熱交換
を増加させるかのいずれかによって、支持部11と基板10
の間の熱交換を局所的に修正することが実行される。所
与の注入開口部の直径をボーリングによって拡大するこ
とは、所与の排出開口部の停止の効果にほぼ等しい熱交
換を局所的増大をもたらす。以上で理解できるように、
本発明は、注入開口部や排出開口部の密度またはこれら
の開口部の密度の間の割り当て量（ration）、或いは所
与の開口部の直径を局所的に変動させることにより、所
与の処理過程での基板の表面に観測される温度差を相当
に減少させることを許すのである。基板の温度の均一性
の欠如をもたらす原因を例示として列挙すれば：熱せら
れた基板の不均一な輻射，さらに特定すれば基板の中心
と縁とで異なる輻射による熱損失、プラズマから発散
し，装置の構造に起因して基板中で不均一になる変換さ
れるパワー、真空室の雰囲気が基板の背面と支持部との
間の循環するガスの平均圧力よりも低い圧力の時に基板
の背面と前面との間の圧力差によって生じる基板の変形
（弯曲）等が挙げられる。この最後のケースでは、基板
10は固定手段35により支持部11上に固定されており、こ
れが基板の周辺に影響を及ぼすのである。基板10の背面
と支持部11の支持面11bとの距離、結果的にはガス・ク
ッションの厚さは基板の直径によって変化する。従って
熱交換も直径によって変化するので、この変化は本発明
により上述のように修正できるのである。
第６図は、所与のガス例えばヘリウムの薄にクッショ
ンの単位表面積当たりの熱伝導Ｃの変化を圧力Ｐの関数
として図式的に示したものである。値Ｃのスケールは、
この値がガスのクッションの厚さに依存するのだから、
随意に選ぶ、しかし、曲線の形は厚さが異なっても十分
薄いクッションに対してはほぼ同じである。曲線の図上
で45aとした部分は、単位表面積当たりの伝導度Ｃが圧
力の小さい値（すなわち100Pa以下）では圧力Ｐにほぼ
比例することを示している。
この曲線の部分はガス・クッションの厚さがガス分子
の平均自由経路より小さいか同程度であるという事実に
対応し、この場合には単位表面積当たりの伝導度はガス
層の厚さには極めて敏感ではない。これり反して、図上
で45bとした曲線の部分では伝導は圧力とはほぼ独立に
なるが、逆に薄板状の流れ方（laminar flow）をする流
体のように振舞うガス・クッションの厚さに比例する。
図上で45cとした曲線の中間の部分では、伝導は圧力ガ
ス・クッションの厚さとの双方に影響される混合過程に
よって得られる。
実際上の観点からは、基板の温度差が注入開口部と排
出開口部との双方又はいずれか一方の密度を用いて修正
されなければならない時は、基板の背面の下でのガス注
入の条件として第６図の曲線の45a又は45cの部分が用い
られ、基板の背面の下に局所的に加えられたガス圧力に
よる影響が残ってはいても、伝導度のより高い45cの部
分が好適である。
次に、直径が150mmの基板の面の下に一様な密度で分
布している場合に、注入個及び排出開口部の直径をどの
ようにして近似的に決定するかを、実例により説明しよ
う。
注入開口部の密度は排出開口部の密度を等しいものに
固定し、それを1cm2当たり１開口部とする、これは実際
上たやすく得られる。
各種類の開口部の数は、従って約175である。上記も
う１つの排気排出口25の限界流速Deは、排出開口部のレ
ベルでの所望の圧力Peに対応するところの10Paのオーダ
ーの圧力では221/sと想定する。この限界流速Deはポン
プ手段26の真の流速とすることもできるし、又はポンプ
容量がそれより大きいポンプ手段26の吸入口にある規制
弁により意図的にこの値に限定された流速とすることも
できる。
注入開口部の吸入口における計画値であるところの約
1000Paの圧力Pi（従って所望の平均圧力より高い圧力）
で注入開口部を通って注入されるガスの毎秒当たり流速
は： De＝Pe/Pi,すなわち約0.22l/s で与えられ、これは各注入開口部では： De＝（Pe/Pi）/N,すなわち約1.25×10-3l/s である。
かような流速は、セクションｓを持つ注入開口部の
（圧力が100Paのオーダーのガスの200m/sのオーダー
の）ガスの流れの限界速度Ｖ＊において近似的に得られ
る。従って Ｓ＝（Pe/Pi）・（De/V＊Ｎ），すなわち約0.6×10-4
cm2 であり、また注入開口部の直径ｄは： ｄ＝［（4/π）・（Pi/Pe）・（De/V＊Ｎ）］1/2，す
なわち約0.9×10-4cm となり、これは概数で0.1mmである。
排出開口部については、その直径の第１近似が、因数
（Pe/Pi）1/2，すなわちこの例の場合には因数10を乗算
することにより評価できた。しかしながら、この近似に
10×Paのオーダーという低に所望の圧力Peでの限界速度
Ｖ＊の縮小を考慮に入れてないし、また排出開口部の長
さに沿って生じるこの場合には相当程度のチャージ損失
も考慮に入れていない。更に精密な評価によると、排出
開口部の直径を決定するために考慮に入れる要因であっ
て、排出開口部のレベルでの10×Paという所望の圧力Pe
を効率的に得られるものは： α（Pi/Pe）1/2 という形をとる、但しαは一般的には1.5と３の間のあ
る係数とし、この例では２に近いものであるということ
が示される。
その結果、排出開口部の直径としては2mmの選定され
る。
本発明の基板処理装置では、基板と支持部との間の熱
伝導は、その中を循環するガスの圧力の周期的変動によ
って、位置の関数として周期的に変動するということが
以下で明らかにされよう。
しかし、基板の熱伝導は、平均温度の両側で温度の変
動を限定するのに一般的には十分である。
上述の例では、シリコン基板に対して基板により拡散
されるパワー1W/cm2の時に温度変動は５℃より小さいこ
とが判っている。
もち論、開口部の密度を増すことにより、基板の残留
温度変動はある程度減らすことができ、この温度を局所
的に調整しなければならないときには、温度規制の柔軟
性を増やすことができる。基板温度の残留変動は減少は
ポンプ手段26のポンピング速度を減らすことによって得
られる。従って結果としては、排出開口部をレベルの圧
力の上昇であり、それによる基板の背面の下の平均圧力
の増加である。
これまでの記述では、基板温度の所与の分布を得るた
めに本発明による装置をどのように使うことができるか
を、但し平衝の定常状態で考えるとして、特に示して来
た。本発明は更に、基板と支持部との間の形成されるガ
ス層の平均圧力を変えることにより、従って基板と支持
部との間に熱交換の意図的に変動により、基板温度の急
速な変動を許容するという利点も持っている。既に述べ
たように、そのような圧力の変動は、本発明の装置では
注入点と排出点との間の基板の下に注入されるガスの短
絡経路により更に急速に得られるのである。
従って、急速な熱処理の分野にも本発明の適用分野が
存在する。
例えば、支持部11を加熱する段階で貯蔵タンク16から
のガスの流れが停止し、排出開口部23を通るポンピング
が有効なときには、基板10と支持部11の間の熱交換はこ
の両者を隔てる空間が真空になるという事実により極め
て小さくなる。基板10の温度は支持部11の温度の上昇に
ついて行かない。支持部11の温度が名目温度に到達した
とき、ガスの流れは注入開口部20に与えられ、従ってそ
のとき基板の温度はは支持部の温度に急速に近づけられ
る。
第７図を参照して、処理の終わりに基板を急速に冷却
することのできる本発明の１つの実施例をこれから説明
する。
第７図は第２図と類似の立面図で、支持部111に関し
ては支持体の一部に111aに隣接する支持部本体の追加部
分111cを付加する点が第２図とは変わっているが、それ
らは追加空間124によって隔離されている。第２図の対
応するいくつかの記号は類似の番号が与えられている。
実際の排出空間24は支持部本体の追加部分111cの後ろ
に位置している。支持部本体の一部111aがコイル12で加
熱される一方で、追加部分111cは、130として図式的に
示す曲がりくねった空洞内の（例えば）水の循環によ
り、それとは反対に冷却される。追加空間124は、チュ
ーブ18及びチューブ28と同心の中間チューブ108に接続
し、該中間チューブ108内は随意に真空とすることもで
き、又は高い熱伝導性を持つガスの圧力を生成すること
もできる。
こうして追加空間124は、可変効率の熱交換器の役割
を担当し、それによって、コイル12で加熱されている時
の支持体の一部111aを冷却されている部分111cから隔離
し、その後では抵抗12の熱供給が停止し追加空間1245内
にガス圧力が生成された時に、支持体の一部111aを（及
び基板10をも）急激に冷却することができる。
第８図及び第９図は、本発明による基板支持部のさら
に別の実施例を示す。
温度での処理が実行できるために、仕掛品支持部（wa
rkpiece support）205は、電気加熱器250を具えてい
る。この加熱器が第８図の拡大垂直断面図に示されてい
る。この加熱器はプレート251を持ち、その中に段の付
いた断面を持つ円形の溝252がプレートの表面に規則的
に分布するように形成されている。
相互に同心的で結合セクション254を通って１つの円
から次の円に相互接続している複数の円235上に配置さ
れた更に深く位置する溝252の領域は、第９図に見られ
る通り、プレートの中心から外へ向かって加熱用コイル
256を受容するための一連の線に沿って延びる流路（gut
ter）を構成する。なお第９図はその半分がプレート251
の平面図を示している。
第９図のあとの半分はもう１つのプレート255を示
し、これはプレート251を覆い、それに接続している。
全プレート表面上に分布するように配置され、半径方向
に相互に連絡している溝252は、このもう１つのプレー
ト255によって覆われてガス分配のためのダクトが形成
される。
第８図に見られる通り、各溝252は段の付いた断面を
持ち、より広い上部領域とより狭い下部領域とから成
り、その中に電気加熱用コイル256が配置され、それは
プレートの中心からプレートの縁へと延びている。上部
のより広い溝の領域が分配空間を構成し、それはプレー
トの中心で溝252に合流するガス供給用のダクト257に接
続する。被覆プレート255は多数の小さい孔258を持ち、
これはその表面上に規則的に分布しており、プレートを
通り抜けて溝252に合流する。これらの小孔258を通って
溝252を流れるガスが拡散し、その後で該拡散したガス
はプレート255の表面とその上に置かれた仕掛品との間
のガス・クッションを構成する。
該ガスはプレート255の表面から仕掛品の背面側への
熱転送を増加させるのに役立つ。更に該ガスは仕掛品を
その全表に亙って完全に均一に加熱することを保証す
る。こうして仕掛品は例えば500度に加熱させることが
できる。このガス・クッションを再び排出するために、
プレート251及び被覆プレート255には多数の小孔259が
あり、これはプレート面上に均一に分布するが、溝252
の側にそれに沿って延び、両プレートを交互並んで通り
抜ける。これらの小孔はプレート251の下でガス排出空
間260に合流し、そこからガスは放出される。プレート
の縁に沿ったスロット形の開口部261も、ガスが処理空
間に達しないことを保証するために、ガスの排出を担当
する。
加熱用コイルの動作を用いることなく、ガス・クッシ
ョンとガス供給とガス放出ともまた、仕掛品の冷却と熱
放出に特に役立つ。
上述のことに関して装置の多数の変形が当業者にとっ
て可能なことは明らかであるが、これらの変形は付随す
るクレーム中の本発明の範囲で外れるものではない。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明による基板処理のための装置の図式
的な断面図であり、 第２図は、第１図の装置の一部を形成する基板支持部
を正面から見てそれを拡大してスケールで図式的に示し
た断面図であり、 第３図及び第４図は、基板支持部の表面の一部に分布
する注入開口部と排出開口部の実例を示す図であり、 第５図は、注入開口部と放出開口部の分布のまた別の
実例及び周囲部の排出用の溝の使い方を示す基板支持部
の表面の一部を部分図であり、 第６図は、所与の薄い厚さのガスの薄層の熱伝導度Ｃ
の変化を圧力Ｐの関数として表すガラフであり、 第７図は、本発明のまた別の実施例の基板支持部の立
図面であり、 第８図は、基板支持部のまた別の実施例である第９図
をそのIII−IIIの線で載った断面図であり、 第９図は、第８図で示された支持部の平面図である。
〔符号の説明〕
１…基板処理装置 2a,2b…真空室 3,25…排気排出口 ５…処理ガス取出口 ７…流量制御器 10…基板 11…基板支持部 11a…支持部11の本体 11b…支持部11の支持面 12…加熱抵抗器 15…追加的なガス取入口 20…注入開口部 21…注入空間 23…排出開口部 24…排出空間 30…電極 30a…電極30の前壁 31…支持ピン 35…基板を支持部に固定する手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−132937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−245778（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−138727（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−167292（ＪＰ，Ａ) 米国特許3717439（ＵＳ，Ａ) 米国特許4565601（ＵＳ，Ａ) 西独国公開3633386（ＤＥ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 23/00 - 25/22 C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/205 H01L 21/365 H01L 21/31 C23C 16/00 - 16/56 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ／Ｌ（ＤＩＡＬＯＧ) ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】減圧された圧力の下で平坦な基板（10）を
    処理するための装置であって、 該装置は、加熱や冷却を行う手段（12）を持つ本体（11
    a）と支持面（11b）とを具える基板支持部（11）を設け
    た真空室（2a,2b）を有して成り、 上記支持面には、注入空間（21）に連絡する多数の注入
    開口部（20）と追加的なガス取入部（28）とが存在し、
    また、 上記注入開口部を通して、基板と支持面との間に熱交換
    用ガス・クッションを形成するために、その基板と支持
    面との間にはガスを供給することができるところの基板
    処理装置において、 上記支持面（11b）には、排出空間（24）と排気排出部
    （18）とに連絡する多数の排出開口部（29）もまた存在
    して、 該排出開口部を通して、基板（10）と支持面との間から
    のガスを排出することができ、それにより、注入開口部
    の各々を通して注入されたガスが、ガス・クッションは
    持続されるけれども、隣接する排出開口部を通して排出
    されることを特徴とする基板処理装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の基板処理装置において、
    注入開口部は相互に同一であり、支持面の単位表面積当
    り所定の第１の所在密度に従って分布し、また、排出開
    口部もやはり相互に同一であり、支持面の単位表面積当
    たの所定の第２の所在密度に従って分布することを特徴
    とする基板処理装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の基板処理装置において、
    注入開口部の上記第１の所在密度は支持面上ではほぼ一
    定であり、また、排出開口部の上記第２の所在密度もや
    はり支持面上ではほぼ一定であることを特徴とする基板
    処理装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の基板処理装置において、
    注入開口部の上記第１の所在密度は排出開口部の上記第
    ２の所在密度にほぼ等しいことを特徴とする基板処理装
    置。
  5. 【請求項５】請求項２に記載の基板処理装置において、
    基板と支持部との間の熱交換を局所的に変えるため及び
    処理条件から結果的にもたらされる基板の温度差を修正
    するために、注入開口部の上記第１の所在密度と排出開
    口部の上記第２の所在密度とのうち少なくともどちらか
    一方が変動することを特徴とする基板処理装置。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の基板処理装置において、
    基板と支持部との間の熱交換を局所的に変えるために、
    多数の開口部のうち少なくとも１個の直径が変動するこ
    とを特徴とする基板処理装置。
  7. 【請求項７】請求項１ないし６のうちのいずれか１項に
    記載の基板処理装置において、注入開口部の全数は100
    と200の間にあり、注入開口部の直径は0.05mmと0.2mmの
    間にあり、それは好適には0.1mmの近傍にあり、また、
    排出開口部の直径については1mmと3mmの間にあることを
    特徴とする基板処理装置。
  8. 【請求項８】請求項１ないし７のうちのいずれか１項に
    記載の基板処理装置において、基板がその上に載ってい
    るところの支持部の支持面は、少なくとも１つの追加的
    に排出開口部によって排出空間に連絡している周辺の溝
    を有することを特徴とする基板処理装置。
  9. 【請求項９】請求項１ないし８のうちのいずれか１項に
    記載の基板処理装置において、 基板支持部（11）は、冷却手段（130）を持つ追加的な
    部分（111c）を更に有して成り、 該追加的な部分は、上記支持面（11b）とは反対側に位
    置し、それは加熱や冷却を行う手段を持つ本体部分（11
    a）の隣に、但し追加的に空間（124）により隔離されて
    所在し、 該追加的な空間はチューブ（108）に接続され、該チュ
    ーブを通して上記追加的な空間にガスを供給することが
    できることを特徴とする基板処理装置。
  10. 【請求項１０】真空装置中で表面処理を行おうとするデ
    ィスクの形状をした仕掛品のため仕掛品担体（workpiec
    e carrier）であって、仕掛品に対する支持面を構成す
    る仕掛品支持体と；該仕掛品支持体に対して加熱や冷却
    を行う手段と；支持面に沿って分布し、支持面に合流
    し、分配用空間に連絡する多数の拡散開口部と；支持面
    と仕掛品との間に熱転換用ガス・クッションを形成する
    ための分配用空間及び拡散開口部を経由してガスを供給
    するために分配用空間に接続しているガス取入口と；を
    有して成る仕掛品担体において、 上記拡散開口部（258）以外に多数の排出開口部（259）
    が支持面に合流し、該支持面はガス排出空間（260）に
    連絡し、該ガス排出空間には排気排出部が接続している
    ことを特徴とする仕掛品担体。
  11. 【請求項１１】請求項10に記載の仕掛品担体において、
    上記拡散開口部（258）は相互ん同一であることを特徴
    とする仕掛品担体。
  12. 【請求項１２】請求項11に記載の仕掛品担体において、
    上記拡散開口部（258）は上記仕掛品支持部（205）に沿
    って規則的に分布していることを特徴とする仕掛品担
    体。
  13. 【請求項１３】請求項10,11又は12に記載の仕掛品担体
    において、上記排出開口部（259）は同じやり方で形成
    されていることを特徴とする仕掛品担体。
  14. 【請求項１４】請求項13に記載の仕掛品担体において、
    上記排出開口部は上記仕掛品支持部（205）に沿って均
    一に分布していることを特徴とする仕掛品担体。
  15. 【請求項１５】請求項10ないし13のうちのいずれか１項
    に記載の仕掛品担体において、上記支持面から見たとき
    に、ガス排出空間（260）は分配用空間（252）の下に位
    置することを特徴とする仕掛品担体。
  16. 【請求項１６】請求項10ないし15のうちのいずれか１項
    に記載の仕掛品担体において、上記支持面は、上記ガス
    排出空間（260）に連絡している外周の溝（261）を含む
    ことを特徴とする仕掛品担体。
  17. 【請求項１７】請求項16記載の仕掛品担体において、上
    記溝（261）はプレート（251）を通って延びることを特
    徴とする仕掛品担体。
  18. 【請求項１８】請求項10ないし17のうちのいずれか１項
    に記載の仕掛品担体を１個またはそれ以上有するこを特
    徴とする仕掛品を処理するための真空処理室。
  19. 【請求項１９】集積回路の製造工程中に、加熱や冷却を
    行う手段（12）を持つ本体（11a）；及び注入空間に（2
    1）に連絡する多数の注入開口部（20）と追加的なガス
    取入部（28）とが存在する支持面（11b）；を具える基
    板支持部（11）を設けた真空室（2a,2b）内で、減圧さ
    れた圧力の下に平坦な基板が処理される電子デバイスを
    製造する方法であって、上記基板と上記支持面との間に
    熱交換用ガス・クッションを形成するために、その基板
    と支持面との間には上記注入開口部を通してガスが供給
    されるところの方法において、 これもまた上記支持面（11b）に存在し、排出空間（2
    4）と排気排出部（18）とに連絡するところの多数の排
    出開口部（23）を通して、上記基板と支持面との間から
    のガスが排出され、それにより、注入開口部の各々を通
    して注入されたガスが、ガス・クッションは持続される
    けれども、隣接する排出開口部を通して排出されること
    を特徴とする電子デバイス製造方法。
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