JP3176305B2 - 基板冷却装置及び化学蒸気反応装置並びに基板の温度制御制御方法 - Google Patents
基板冷却装置及び化学蒸気反応装置並びに基板の温度制御制御方法Info
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、処理過程中におい
てウェハなどの基板から熱を除去する装置に関する。
てウェハなどの基板から熱を除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ処理過程を最適化するために、
高出力・低圧のＲＦ及び／またはマイクロ波プラズマが
益々用いられるようになってきた。このＲＦ電力の多く
の部分は基板、通常はシリコンウェハに伝達され、基板
を加熱する。低圧下においては、通常は５ミリトル付近
の圧力下においては、ウェハを冷却するための主な熱伝
達機構は、熱放射であり、これは非常に非効率的なもの
である。そのため、ウェハは非常に高温となり、しばし
ば４５０℃以上の温度となることがある。しかし、多く
の処理過程では、ウェハを低い温度、例えば４００℃以
下に保つことが望ましい。
高出力・低圧のＲＦ及び／またはマイクロ波プラズマが
益々用いられるようになってきた。このＲＦ電力の多く
の部分は基板、通常はシリコンウェハに伝達され、基板
を加熱する。低圧下においては、通常は５ミリトル付近
の圧力下においては、ウェハを冷却するための主な熱伝
達機構は、熱放射であり、これは非常に非効率的なもの
である。そのため、ウェハは非常に高温となり、しばし
ば４５０℃以上の温度となることがある。しかし、多く
の処理過程では、ウェハを低い温度、例えば４００℃以
下に保つことが望ましい。
【０００３】ラモン・ジュニア（Ｌａｎｏｎｔ， Ｊ
ｒ．）による米国特許４，７４３，５７０号明細書に
は、排気された環境内におけるウェハの熱的な取り扱い
方法が開示されている。ウェハは所定の位置に保持さ
れ、ウェハと加熱シンクとの間の空間に約１００μｍか
ら１０００μｍの圧力のガスが導入される。この方法は
低圧力用に適しているが、例えば１５０Ｗもしくはそれ
以下の高い入力電力によってウェハが過度に加熱される
ことになる。更に、熱を伝達するために用いられるガス
と真空チャンバとの圧力差によって、好ましくないウェ
ハの機械的な変形が引き起こされる。
ｒ．）による米国特許４，７４３，５７０号明細書に
は、排気された環境内におけるウェハの熱的な取り扱い
方法が開示されている。ウェハは所定の位置に保持さ
れ、ウェハと加熱シンクとの間の空間に約１００μｍか
ら１０００μｍの圧力のガスが導入される。この方法は
低圧力用に適しているが、例えば１５０Ｗもしくはそれ
以下の高い入力電力によってウェハが過度に加熱される
ことになる。更に、熱を伝達するために用いられるガス
と真空チャンバとの圧力差によって、好ましくないウェ
ハの機械的な変形が引き起こされる。
【０００４】最近では、静電チャック（ＥＳＣと呼ぶ）
が、プラズマ処理過程における温度制御装置としてより
多くの注目を浴びている。ＥＳＣでは、ウェハは図１に
例示されているように静電力によって所定の位置に保持
される。ウェハ６は絶縁層４によって電極２と分離され
ている。電圧（図１では正の電圧）が、電源１４によっ
て電極２に印加されている。電極に印加された電圧によ
って、絶縁層４の接触面１０に電荷（図では「−」とし
て表されている）が発生し、この電荷によって、ウェハ
６の接触面１２には等量異符号の電荷（「＋」によって
表されている）が発生する。接触面１０と１２に発生し
た電荷によって、この接触面１０と１２との間に静電力
が生み出される。この静電力はウェハ６を絶縁層４に対
して保持する。次に、ウェハ６に伝達された熱は、通常
冷却水によって冷却された絶縁層４に接触による熱伝導
によって伝達される。
が、プラズマ処理過程における温度制御装置としてより
多くの注目を浴びている。ＥＳＣでは、ウェハは図１に
例示されているように静電力によって所定の位置に保持
される。ウェハ６は絶縁層４によって電極２と分離され
ている。電圧（図１では正の電圧）が、電源１４によっ
て電極２に印加されている。電極に印加された電圧によ
って、絶縁層４の接触面１０に電荷（図では「−」とし
て表されている）が発生し、この電荷によって、ウェハ
６の接触面１２には等量異符号の電荷（「＋」によって
表されている）が発生する。接触面１０と１２に発生し
た電荷によって、この接触面１０と１２との間に静電力
が生み出される。この静電力はウェハ６を絶縁層４に対
して保持する。次に、ウェハ６に伝達された熱は、通常
冷却水によって冷却された絶縁層４に接触による熱伝導
によって伝達される。
【０００５】図１に例示されたＥＳＣは、ウェハ６との
間で電気的な接続が形成される単極型のＥＳＣである。
ブリギリア（Ｂｒｉｇｌｉａ）による米国特許第４，１
８４，１８８号明細書に開示されているような双極型の
ＥＳＣでは、互いに向かい合って噛合うするように配置
された異なる極性を有する電極が、ウェハ６を保持する
めの静電力を生み出すために用いられており、ウェハ６
との電気的な接触の必要性が除去されている。
間で電気的な接続が形成される単極型のＥＳＣである。
ブリギリア（Ｂｒｉｇｌｉａ）による米国特許第４，１
８４，１８８号明細書に開示されているような双極型の
ＥＳＣでは、互いに向かい合って噛合うするように配置
された異なる極性を有する電極が、ウェハ６を保持する
めの静電力を生み出すために用いられており、ウェハ６
との電気的な接触の必要性が除去されている。
【０００６】このＥＳＣは、ＥＳＣの表面とウェハの裏
側面との間の接触が比較的均一であるので、ウェハを機
械的に保持する従来のウェハホルダに比べて優れてい
る。この均一な接触によって、ウェハの温度が入力電力
の関数となっているウェハ全体での比較的均一な温度分
布を生み出す。しかし、ウェハの処理過程中において製
造業者の望む様々な処理条件に応じてウェハの温度を調
節することができる能力が望まれている。
側面との間の接触が比較的均一であるので、ウェハを機
械的に保持する従来のウェハホルダに比べて優れてい
る。この均一な接触によって、ウェハの温度が入力電力
の関数となっているウェハ全体での比較的均一な温度分
布を生み出す。しかし、ウェハの処理過程中において製
造業者の望む様々な処理条件に応じてウェハの温度を調
節することができる能力が望まれている。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
全体での比較的均一な温度分布を生み出し、基板の温度
を調節することができる基板冷却装置を提供することで
ある。
全体での比較的均一な温度分布を生み出し、基板の温度
を調節することができる基板冷却装置を提供することで
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に基づけば、ウェ
ハ冷却装置（ＷＣＤ）が、処理過程中に、基板、通常は
ウェハから熱を除去するために用いられる。このして、
熱伝達係数が、従って基板の温度が制御される。
ハ冷却装置（ＷＣＤ）が、処理過程中に、基板、通常は
ウェハから熱を除去するために用いられる。このして、
熱伝達係数が、従って基板の温度が制御される。
【０００９】ＷＣＤは、ウェハが取り付けられる熱伝達
面を有する。ウェハは、当業者にはよく知られている方
法によって静電力を用いてＷＣＤに取り付けられてい
る。代わりに、ウェハは機械的に、例えばクランプリン
グを用いて取り付けられてもよい。
面を有する。ウェハは、当業者にはよく知られている方
法によって静電力を用いてＷＣＤに取り付けられてい
る。代わりに、ウェハは機械的に、例えばクランプリン
グを用いて取り付けられてもよい。
【００１０】水素、ヘリウム、アルゴン、もしくは窒素
などのガスが、ＷＣＤの熱伝達面とウェハとの間に形成
されたキャビティ内に導入される。
などのガスが、ＷＣＤの熱伝達面とウェハとの間に形成
されたキャビティ内に導入される。
【００１１】ＷＣＤは、更に、金属製の冷却盤に接続さ
れた金属製の支持盤に接続されたセラミック製のセラミ
ック盤を含む。ウェハはこのセラミック盤の露出された
表面に取り付けられており、この露出された面はＷＣＤ
の熱伝達面である。金属製の冷却盤は冷却水と接触する
ことによって冷却されている。セラミック盤と金属製の
支持盤との間の接触する部分の熱伝導率は、熱伝導性ペ
ーストを用いて強化されている。同様に、金属製の支持
盤と金属製の冷却盤の接触する部分の熱伝導率は、熱伝
導性ペーストを用いて強化されている。他の実施例で
は、金属製の冷却盤は、セラミック板にろうづけされも
しくは溶接されており、セラミック盤と冷却盤の組み立
て体は、金属製の支持盤内に形成されたキャビティ内に
ボルトによって取り付けられている。ＷＣＤの熱伝達面
とウェハとの間の接触部分の面積を減少させるために、
ＷＣＤ熱伝達面の一部に凹部が設けられている。ＷＣＤ
のその他の熱伝達面は、粗面化されている。これによ
り、ウェハとＷＣＤの直接の接触による熱伝導が低減さ
れる。即ち、熱伝達機構の主要な部分は、ウェハとＷＣ
Ｄとの間のガスによって行われるものであり、従ってガ
スの圧力が、熱伝達係数を決定し、基板の温度を決定す
る。ガス分配溝がＷＣＤの熱伝達面に設けられており、
ガスの漏洩の原因となるウェハとＷＣＤとの間でのガス
の圧力の変化を減少させている。熱伝達係数、及びウェ
ハの温度は、主にガスの圧力に応じて変化するので、ガ
スの圧力を均一にすることによりウェハでの温度のばら
つきが低減される。
れた金属製の支持盤に接続されたセラミック製のセラミ
ック盤を含む。ウェハはこのセラミック盤の露出された
表面に取り付けられており、この露出された面はＷＣＤ
の熱伝達面である。金属製の冷却盤は冷却水と接触する
ことによって冷却されている。セラミック盤と金属製の
支持盤との間の接触する部分の熱伝導率は、熱伝導性ペ
ーストを用いて強化されている。同様に、金属製の支持
盤と金属製の冷却盤の接触する部分の熱伝導率は、熱伝
導性ペーストを用いて強化されている。他の実施例で
は、金属製の冷却盤は、セラミック板にろうづけされも
しくは溶接されており、セラミック盤と冷却盤の組み立
て体は、金属製の支持盤内に形成されたキャビティ内に
ボルトによって取り付けられている。ＷＣＤの熱伝達面
とウェハとの間の接触部分の面積を減少させるために、
ＷＣＤ熱伝達面の一部に凹部が設けられている。ＷＣＤ
のその他の熱伝達面は、粗面化されている。これによ
り、ウェハとＷＣＤの直接の接触による熱伝導が低減さ
れる。即ち、熱伝達機構の主要な部分は、ウェハとＷＣ
Ｄとの間のガスによって行われるものであり、従ってガ
スの圧力が、熱伝達係数を決定し、基板の温度を決定す
る。ガス分配溝がＷＣＤの熱伝達面に設けられており、
ガスの漏洩の原因となるウェハとＷＣＤとの間でのガス
の圧力の変化を減少させている。熱伝達係数、及びウェ
ハの温度は、主にガスの圧力に応じて変化するので、ガ
スの圧力を均一にすることによりウェハでの温度のばら
つきが低減される。
【００１２】ある実施例では、ガス分配溝は三角形のパ
ターンに配列されている。他の実施例では、ガス分配溝
は斜交平行線のパターンに配列されている。更に他の実
施例ではガス分配溝はＷＣＤの熱伝達面の中心から外側
に向けて放射状に延在するように設けられている。更に
他の実施例では、ＷＣＤの中心に設けられた亀甲型のパ
ターンから外向きに放射状に延在するように設けられて
いる。
ターンに配列されている。他の実施例では、ガス分配溝
は斜交平行線のパターンに配列されている。更に他の実
施例ではガス分配溝はＷＣＤの熱伝達面の中心から外側
に向けて放射状に延在するように設けられている。更に
他の実施例では、ＷＣＤの中心に設けられた亀甲型のパ
ターンから外向きに放射状に延在するように設けられて
いる。
【００１３】これら全ての実施例では、１つもしくは複
数の電極がセラミック盤内に設けられている。ＤＣ（直
流）電圧が電極に印加され、ウェハをＷＣＤに固定する
静電力を生み出す。更に、ＲＦ電源が電極に加えられ、
更に金属製の支持盤に加えられる。例えば、ＷＣＤに取
り付けられたウェハに向けてイオンを加速するためにＲ
Ｆ電力が供給され、ウェハがスパッタリング法によって
エッチングされることが望ましい場合もある。
数の電極がセラミック盤内に設けられている。ＤＣ（直
流）電圧が電極に印加され、ウェハをＷＣＤに固定する
静電力を生み出す。更に、ＲＦ電源が電極に加えられ、
更に金属製の支持盤に加えられる。例えば、ＷＣＤに取
り付けられたウェハに向けてイオンを加速するためにＲ
Ｆ電力が供給され、ウェハがスパッタリング法によって
エッチングされることが望ましい場合もある。
【００１４】
【発明の実施の形態】本出願は、１９９２年１１月４日
に出願された米国特許出願第０７／９７１，３６３号
（１９９４年９月１３日に付与された米国特許第５，３
４６，５７８号）と、本出願の優先権の基礎とされた米
国特許出願と同時に出願された米国特許出願第０８／６
０２，６４１号に関連する出願である。
に出願された米国特許出願第０７／９７１，３６３号
（１９９４年９月１３日に付与された米国特許第５，３
４６，５７８号）と、本出願の優先権の基礎とされた米
国特許出願と同時に出願された米国特許出願第０８／６
０２，６４１号に関連する出願である。
【００１５】図２には、本発明に基づくウェハ冷却装置
（以下ＷＣＤと呼ぶ）４８の分解斜視図が表されてい
る。ＷＣＤ４８は、セラミック盤５２と、熱伝導性ペー
ストの第１の層５４と、（アルミニウム製の）金属製支
持盤５６と、熱伝導性ペーストの第２の層５８と、真鍮
製の金属製冷却盤６０とを含む。熱伝導性の第１の層５
４は、セラミック盤５２と金属製支持盤５６との間の熱
伝導性を高める。同様に、熱伝導性ペーストの第２の層
５８は、金属製支持盤５６と金属製冷却盤６０との間の
熱伝導性を高める。
（以下ＷＣＤと呼ぶ）４８の分解斜視図が表されてい
る。ＷＣＤ４８は、セラミック盤５２と、熱伝導性ペー
ストの第１の層５４と、（アルミニウム製の）金属製支
持盤５６と、熱伝導性ペーストの第２の層５８と、真鍮
製の金属製冷却盤６０とを含む。熱伝導性の第１の層５
４は、セラミック盤５２と金属製支持盤５６との間の熱
伝導性を高める。同様に、熱伝導性ペーストの第２の層
５８は、金属製支持盤５６と金属製冷却盤６０との間の
熱伝導性を高める。
【００１６】Ｏリング５５及び５９は、セラミック盤５
２と金属製支持盤５６との間のシールを形成し、熱伝導
性ペーストの第１の層５４を真空の処理環境から隔離す
る。Ｏリング５７は、金属製支持盤５６とセラミック製
のインシュレータ４９（その断面図が図４に例示されて
いる）との間の真空シールを形成するために用いられて
いる。第１及び第２の層５４及び５８は、各々、熱伝導
性ペーストからなり、「Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ，Ｉｎｃ．」が製造した製品名「ＯＭＥＧＡＴＨ
ＥＲＭ ２０１」が用いられているが、任意の同様な熱
伝導性ペーストが用いられてもよい。
２と金属製支持盤５６との間のシールを形成し、熱伝導
性ペーストの第１の層５４を真空の処理環境から隔離す
る。Ｏリング５７は、金属製支持盤５６とセラミック製
のインシュレータ４９（その断面図が図４に例示されて
いる）との間の真空シールを形成するために用いられて
いる。第１及び第２の層５４及び５８は、各々、熱伝導
性ペーストからなり、「Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ，Ｉｎｃ．」が製造した製品名「ＯＭＥＧＡＴＨ
ＥＲＭ ２０１」が用いられているが、任意の同様な熱
伝導性ペーストが用いられてもよい。
【００１７】層５２、５４、５６、５８及び６０のおよ
その幅は、各々、６．７０ｍｍ、０．１３ｍｍ、６．３
５ｍｍ、０．１３ｍｍ、及び３．１８ｍｍである。
その幅は、各々、６．７０ｍｍ、０．１３ｍｍ、６．３
５ｍｍ、０．１３ｍｍ、及び３．１８ｍｍである。
【００１８】セラミック盤５２は、約９０％の酸化アル
ミニウム、若しくは窒化アルミニウムからなり、テープ
鋳造法（Ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を
用いて「Ｔｏｔｏ」、「ＮＧＫ」、「Ｆｕｊｉｔｓ
ｕ」、及び「Ｋｙｏｃｅｒａ」から製造販売されてい
る。電極は、セラミック盤５２内にスクリーンプリンテ
ィング法を用いて形成されている。ＤＣ電圧は、２つの
接続ピン２８を用いて電極に印加されており、ウェハを
ＷＣＤに固定する静電力が形成される。セラミック盤５
２はまた、３つの凹部５３（リフトピンを収容するため
の）を有する。セラミック盤５２の製造方法及びセラミ
ック盤５２内に形成された電極の製造方法は、ウェハリ
フトピンの利用方法と同様に当業者にはよく知られたも
のである。
ミニウム、若しくは窒化アルミニウムからなり、テープ
鋳造法（Ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を
用いて「Ｔｏｔｏ」、「ＮＧＫ」、「Ｆｕｊｉｔｓ
ｕ」、及び「Ｋｙｏｃｅｒａ」から製造販売されてい
る。電極は、セラミック盤５２内にスクリーンプリンテ
ィング法を用いて形成されている。ＤＣ電圧は、２つの
接続ピン２８を用いて電極に印加されており、ウェハを
ＷＣＤに固定する静電力が形成される。セラミック盤５
２はまた、３つの凹部５３（リフトピンを収容するため
の）を有する。セラミック盤５２の製造方法及びセラミ
ック盤５２内に形成された電極の製造方法は、ウェハリ
フトピンの利用方法と同様に当業者にはよく知られたも
のである。
【００１９】上述された種類のパターン化された電極を
形成する方法は、ブリグリア（Ｂｒｉｇｌｉａ）による
米国特許第４，１８４，１８８号明細書に開示されてい
る。
形成する方法は、ブリグリア（Ｂｒｉｇｌｉａ）による
米国特許第４，１８４，１８８号明細書に開示されてい
る。
【００２０】所望に応じて、ＲＦ電力がセラミック盤５
２内の電極と金属製支持盤５６とに供給される。例え
ば、ＷＣＤに取り付けられたウェハに向けてイオンを加
速し、ウェハをスパッタによってエッチングする場合、
ＲＦ電力が供給されることが望ましい。ＲＦ電力は、接
続ピン２８を用いてセラミック盤５２内の電極に供給さ
れる。図示されているように、２つの接続ピン３０が、
金属製指示盤５６にＲＦ電力を供給するために用いられ
ている。
２内の電極と金属製支持盤５６とに供給される。例え
ば、ＷＣＤに取り付けられたウェハに向けてイオンを加
速し、ウェハをスパッタによってエッチングする場合、
ＲＦ電力が供給されることが望ましい。ＲＦ電力は、接
続ピン２８を用いてセラミック盤５２内の電極に供給さ
れる。図示されているように、２つの接続ピン３０が、
金属製指示盤５６にＲＦ電力を供給するために用いられ
ている。
【００２１】セラミック盤５２は、金属製支持盤５６を
貫通する６本のボルト２４によって金属製支持盤５６に
取り付けられており、この６本のボルト２４は、セラミ
ック盤５２の底面にろう付けされた金属製のねじ切りさ
れたインサート（図示されていない）に螺合されてい
る。各ボルト２４にはワッシャ２０とスプリングワッシ
ャ２２とが用いられている。スプリングワッシャ２２
は、任意の伸張及び収縮を補うためのばねとして働いて
いる。金属製冷却盤６０は、金属製冷却盤６０を貫通す
る６本のボルト２６を用いて、金属製支持盤５６内に形
成された空間内でボルトによって取り付けられており、
これら６本のボルト２６は金属製支持盤５６に螺合され
ている。
貫通する６本のボルト２４によって金属製支持盤５６に
取り付けられており、この６本のボルト２４は、セラミ
ック盤５２の底面にろう付けされた金属製のねじ切りさ
れたインサート（図示されていない）に螺合されてい
る。各ボルト２４にはワッシャ２０とスプリングワッシ
ャ２２とが用いられている。スプリングワッシャ２２
は、任意の伸張及び収縮を補うためのばねとして働いて
いる。金属製冷却盤６０は、金属製冷却盤６０を貫通す
る６本のボルト２６を用いて、金属製支持盤５６内に形
成された空間内でボルトによって取り付けられており、
これら６本のボルト２６は金属製支持盤５６に螺合され
ている。
【００２２】金属製冷却盤６０の斜視図が図３に表され
ている。図示されているように金属製冷却盤６０は入口
１０２と出口１０４とを備えた冷却水用溝１０６を有す
る。使用中に、冷却水が入口１０２から流入し、冷却水
用溝１０６を通って出口１０４から流出する。
ている。図示されているように金属製冷却盤６０は入口
１０２と出口１０４とを備えた冷却水用溝１０６を有す
る。使用中に、冷却水が入口１０２から流入し、冷却水
用溝１０６を通って出口１０４から流出する。
【００２３】図４は、ＷＣＤ４８が取り付けられたユニ
ット１００の側断面図である。図示されているように、
冷却水は第１の冷却水管１０２′を通って入口１０２へ
供給され、第２の冷却水管１０４′によって出口１０４
から排出されるが、これは当業者にはよく知られた方法
において行われる。ガス入口管１１０もまた図示されて
いる。セラミック盤５２と金属製支持盤５６が、この中
心に近い部分にガス入口管１１０を貫通させるための開
口部を有する。セラミック盤５２，Ｏリング５５、金属
製支持盤５６、Ｏリング５７、金属製冷却盤６０、及び
接続ピン３０は図２に例示されている。
ット１００の側断面図である。図示されているように、
冷却水は第１の冷却水管１０２′を通って入口１０２へ
供給され、第２の冷却水管１０４′によって出口１０４
から排出されるが、これは当業者にはよく知られた方法
において行われる。ガス入口管１１０もまた図示されて
いる。セラミック盤５２と金属製支持盤５６が、この中
心に近い部分にガス入口管１１０を貫通させるための開
口部を有する。セラミック盤５２，Ｏリング５５、金属
製支持盤５６、Ｏリング５７、金属製冷却盤６０、及び
接続ピン３０は図２に例示されている。
【００２４】図５は、ＷＣＤ４８の一部分の側断面図で
ある。ウェハ６２が、セラミック盤５２に取り付けら
れ、ウェハとＷＣＤとの境界面５０も形成されている。
例えば、ウェハ６２はシリコン、ガリウム砒素若しくは
セラミックから形成されている。ウェハは、当業者によ
く知られた方法によって静電力を用いてＷＣＤに取り付
けられている。代わりに、ウェハは例えばクランプリン
グを用いて機械的に取り付けられてもよい。図示されて
いるように、ＷＣＤ４８の接触面８２の一部は窪んだ形
状を有する。従って、ウェハ６２の接触面８０は、接触
面８２の突出した表面のみでＷＣＤ４８と接触する。従
って、ウェハとＷＣＤとの間の空隙６８が、ウェハとＷ
ＣＤの境界面５０に形成されている。空隙６８はガス
で、例えばヘリウム、水素、アルゴン若しくは窒素ガス
などで満たされる。
ある。ウェハ６２が、セラミック盤５２に取り付けら
れ、ウェハとＷＣＤとの境界面５０も形成されている。
例えば、ウェハ６２はシリコン、ガリウム砒素若しくは
セラミックから形成されている。ウェハは、当業者によ
く知られた方法によって静電力を用いてＷＣＤに取り付
けられている。代わりに、ウェハは例えばクランプリン
グを用いて機械的に取り付けられてもよい。図示されて
いるように、ＷＣＤ４８の接触面８２の一部は窪んだ形
状を有する。従って、ウェハ６２の接触面８０は、接触
面８２の突出した表面のみでＷＣＤ４８と接触する。従
って、ウェハとＷＣＤとの間の空隙６８が、ウェハとＷ
ＣＤの境界面５０に形成されている。空隙６８はガス
で、例えばヘリウム、水素、アルゴン若しくは窒素ガス
などで満たされる。
【００２５】図６は、ウェハとＷＣＤとの境界面５０の
突出した表面の１つの拡大断面図（図５の６４）を表し
ている。図６に表されているように、ウェハとＷＣＤと
の境界面５０において、ウェハ６２の接触面８０とセラ
ミック盤５２の接触面８２とは完全には平坦化されてい
ないので、ウェハ６２とセラミック盤５２との間の微少
な点において接触する（強調されて描かれている）。
突出した表面の１つの拡大断面図（図５の６４）を表し
ている。図６に表されているように、ウェハとＷＣＤと
の境界面５０において、ウェハ６２の接触面８０とセラ
ミック盤５２の接触面８２とは完全には平坦化されてい
ないので、ウェハ６２とセラミック盤５２との間の微少
な点において接触する（強調されて描かれている）。
【００２６】ＷＣＤ４８は、ウェハ６２の処理が行われ
る真空チャンバ内に取り付けられている。ウェハ６２の
処理過程の間、入力電力によってウェハ６２が加熱され
る。入力電力は、例えばウェハのスパッタリングによ
り、若しくはプラズマ化学蒸着法によってウェハに供給
される。この入力熱量は、図５においてＱｉｎとして表
されている。入力熱量Ｑｉｎは、ウェハ６２から熱伝達
経路に沿ってウェハとＷＣＤとの間の境界面５０を通
り、セラミック盤５２を通り、第１の熱的導電性ペース
ト層５４と、金属製支持盤５６と、第２の熱的導電性ペ
ースト層５８とを通り、最後に金属製冷却盤６０を通
る。熱（Ｑｏｕｔとして図示されている）は、第３図を
参照しながら上述されたように、金属製冷却盤６０に接
触してこの金属製冷却盤を冷却する冷却水によって金属
製冷却盤６０から除去される。
る真空チャンバ内に取り付けられている。ウェハ６２の
処理過程の間、入力電力によってウェハ６２が加熱され
る。入力電力は、例えばウェハのスパッタリングによ
り、若しくはプラズマ化学蒸着法によってウェハに供給
される。この入力熱量は、図５においてＱｉｎとして表
されている。入力熱量Ｑｉｎは、ウェハ６２から熱伝達
経路に沿ってウェハとＷＣＤとの間の境界面５０を通
り、セラミック盤５２を通り、第１の熱的導電性ペース
ト層５４と、金属製支持盤５６と、第２の熱的導電性ペ
ースト層５８とを通り、最後に金属製冷却盤６０を通
る。熱（Ｑｏｕｔとして図示されている）は、第３図を
参照しながら上述されたように、金属製冷却盤６０に接
触してこの金属製冷却盤を冷却する冷却水によって金属
製冷却盤６０から除去される。
【００２７】図５には、ウェハとＷＣＤとの境界面５０
を通る熱伝導の２つの主な経路が表されている。第１の
経路は、ガス熱伝導と以下の本明細書中で呼ばれる空隙
６８のガスを通過する熱伝導によるものである。第２の
経路は、以下の本明細書中で接触熱伝導と呼ばれる、ウ
ェハとＷＣＤの境界面５０における接触面８０及び８２
の間の微少な接触点を介して直接行われる熱伝導による
ものである。
を通る熱伝導の２つの主な経路が表されている。第１の
経路は、ガス熱伝導と以下の本明細書中で呼ばれる空隙
６８のガスを通過する熱伝導によるものである。第２の
経路は、以下の本明細書中で接触熱伝導と呼ばれる、ウ
ェハとＷＣＤの境界面５０における接触面８０及び８２
の間の微少な接触点を介して直接行われる熱伝導による
ものである。
【００２８】これら２つの熱伝導の経路は以下に別個に
説明される。第１のガス熱伝導は、接触面８０と８２と
の間に全く接触熱伝導がない、即ち直接的な接触部分が
ない場合を仮定して説明される。図７は、接触面８０と
８２との間に直接的な接触部分がない仮想的なウェハと
ＷＣＤとの組立体を表している。ウェハとＷＣＤの境界
面５０に直接的な接触がないので、接触熱伝導は存在し
ない。即ち、ウェハとＷＣＤの境界面５０（図７）を通
過する全ての熱は、ガス熱伝導によって空隙６８を介し
て行われる。
説明される。第１のガス熱伝導は、接触面８０と８２と
の間に全く接触熱伝導がない、即ち直接的な接触部分が
ない場合を仮定して説明される。図７は、接触面８０と
８２との間に直接的な接触部分がない仮想的なウェハと
ＷＣＤとの組立体を表している。ウェハとＷＣＤの境界
面５０に直接的な接触がないので、接触熱伝導は存在し
ない。即ち、ウェハとＷＣＤの境界面５０（図７）を通
過する全ての熱は、ガス熱伝導によって空隙６８を介し
て行われる。
【００２９】図７に例示されたウェハとＷＣＤ組立体の
全体の熱伝達係数ｈ０は、まず始めに熱伝達経路内の各
層での熱伝達係数を算出することによって算出される。
算出されかつ測定された熱伝達係数が、表１に表されて
おり、この表１において、支持盤５６はアルミニウム製
であり、冷却盤６０は真鍮製であり、空隙６８は圧力１
０トルのヘリウムガスが満たされている。
全体の熱伝達係数ｈ０は、まず始めに熱伝達経路内の各
層での熱伝達係数を算出することによって算出される。
算出されかつ測定された熱伝達係数が、表１に表されて
おり、この表１において、支持盤５６はアルミニウム製
であり、冷却盤６０は真鍮製であり、空隙６８は圧力１
０トルのヘリウムガスが満たされている。
【００３０】
【表１】
【００３１】任意の層（ｉ）の熱伝達係数は以下の式に
よって定義される。
よって定義される。
【００３２】Ｑｉ＝ｈｉ×Ａｉ×ΔＴｉ （１） ここでＱｉは伝達された熱であり、ｈｉは熱伝達係数で
あり、Ａｉは伝達された熱の通過した面積であり、ΔＴ
ｉ熱が伝達された部分の温度差である。
あり、Ａｉは伝達された熱の通過した面積であり、ΔＴ
ｉ熱が伝達された部分の温度差である。
【００３３】全体の熱伝達係数ｈ０（全ての層に亘る）
は、以下の式のように定義される。
は、以下の式のように定義される。
【００３４】 ｈ０＝（（１／ｈ１）＋（１／ｈ２）＋（１／ｈ３）＋（１／ｈ４）＋（１／ ｈ５）＋（１／ｈ６））-1 （２） 熱の伝達された面積Ａｉは、熱伝達経路に沿って各ステ
ップ（ｉ）で概ね等しい。更に、定常状態、即ちＱｉｎ
のＱｏｕｔと等しい状態では、伝達される熱（Ｑｉ）は
熱伝達経路に沿った各ステップにおいて等しい。即ち、
ｈｉ×ΔＴｉは熱伝達経路に沿った各ステップ（ｉ）に
おいて等しい。従って、熱伝達係数の低い層では温度の
降下は大きく、熱伝達係数の大きい層では温度の降下は
小さい。
ップ（ｉ）で概ね等しい。更に、定常状態、即ちＱｉｎ
のＱｏｕｔと等しい状態では、伝達される熱（Ｑｉ）は
熱伝達経路に沿った各ステップにおいて等しい。即ち、
ｈｉ×ΔＴｉは熱伝達経路に沿った各ステップ（ｉ）に
おいて等しい。従って、熱伝達係数の低い層では温度の
降下は大きく、熱伝達係数の大きい層では温度の降下は
小さい。
【００３５】ウェハ６２から金属製冷却盤６０までの熱
伝達経路に沿った温度変化が、２０００ワットの入力熱
量Ｑｉｎに対して図８に表されている。図８に表されて
いるように、Ｔ１はウェハ６２の接触面８０の温度であ
り、Ｔ２はセラミック盤５２の接触面８２の温度であ
り、Ｔ３はセラミック盤５２の底面の温度であり、Ｔ４
はアルミニウム製支持盤５６の上面の温度であり、Ｔ５
はアルミニウム製支持盤５６の底面の温度であり、Ｔ６
は真鍮製の冷却盤６０の上面の温度であり、Ｔ７は真鍮
製の冷却盤６０の底面の温度である。
伝達経路に沿った温度変化が、２０００ワットの入力熱
量Ｑｉｎに対して図８に表されている。図８に表されて
いるように、Ｔ１はウェハ６２の接触面８０の温度であ
り、Ｔ２はセラミック盤５２の接触面８２の温度であ
り、Ｔ３はセラミック盤５２の底面の温度であり、Ｔ４
はアルミニウム製支持盤５６の上面の温度であり、Ｔ５
はアルミニウム製支持盤５６の底面の温度であり、Ｔ６
は真鍮製の冷却盤６０の上面の温度であり、Ｔ７は真鍮
製の冷却盤６０の底面の温度である。
【００３６】図８は、空隙６８での温度が約２８５℃か
ら５５℃に降下することを表しており、従って温度差は
約２３０℃であることを表している。全体の温度降下
（Ｔ７−Ｔ１）は約２６０℃となっている。従って、約
８８％の温度降下が空隙６８において生じている。
ら５５℃に降下することを表しており、従って温度差は
約２３０℃であることを表している。全体の温度降下
（Ｔ７−Ｔ１）は約２６０℃となっている。従って、約
８８％の温度降下が空隙６８において生じている。
【００３７】表１に表されているように、熱伝達経路に
沿った最も低い熱伝達係数ｈはウエハとＷＣＤとのイン
タフェース５０に於ける熱伝達係数２５７Ｗ／Ｍ２−Ｋ
である。このかなり低い熱伝達係数は、図８のＴ１とＴ
２との間の温度降下によって表されているように、接触
面８０と８２との間のウエハとＷＣＤの境界面５０のか
なり大きい温度降下に関連するものである。しかし、こ
の温度降下はウエハとＷＣＤの境界線５０の温度伝達係
数を調節することによって制御することができ、従って
ウエハの温度が制御することができる。例えば、熱伝達
係数が増加した場合、そして温度降下はウエハの温度の
低下に応じて減少する。逆に、熱伝達係数が減少した場
合、温度降下はウエハの温度の上昇に応じて増加する。
沿った最も低い熱伝達係数ｈはウエハとＷＣＤとのイン
タフェース５０に於ける熱伝達係数２５７Ｗ／Ｍ２−Ｋ
である。このかなり低い熱伝達係数は、図８のＴ１とＴ
２との間の温度降下によって表されているように、接触
面８０と８２との間のウエハとＷＣＤの境界面５０のか
なり大きい温度降下に関連するものである。しかし、こ
の温度降下はウエハとＷＣＤの境界線５０の温度伝達係
数を調節することによって制御することができ、従って
ウエハの温度が制御することができる。例えば、熱伝達
係数が増加した場合、そして温度降下はウエハの温度の
低下に応じて減少する。逆に、熱伝達係数が減少した場
合、温度降下はウエハの温度の上昇に応じて増加する。
【００３８】ウエハとＷＣＤの境界面５０でのガスの熱
伝達係数の挙動は、３つの動作領域に分類される。この
３つの動作領域は、（１）連続領域、（２）自由分子行
程領域、及び（３）遷移領域である。連続領域では、熱
伝達係数は空隙６０の幅とガスの熱伝導率の関数であ
り、しかし空隙６８内のウエハ３２の裏側面でのガスの
圧力（以下裏側ガス圧力と呼ぶ）とは無関係である。自
由分子行程領域では、熱伝達係数は裏側ガス圧力と、ガ
スの分子量との関数であるが、空隙６８の幅とは無関係
である。遷移領域では連続領域と自由分子行程領域との
間の滑らかな補間法によって特徴づけられている。
伝達係数の挙動は、３つの動作領域に分類される。この
３つの動作領域は、（１）連続領域、（２）自由分子行
程領域、及び（３）遷移領域である。連続領域では、熱
伝達係数は空隙６０の幅とガスの熱伝導率の関数であ
り、しかし空隙６８内のウエハ３２の裏側面でのガスの
圧力（以下裏側ガス圧力と呼ぶ）とは無関係である。自
由分子行程領域では、熱伝達係数は裏側ガス圧力と、ガ
スの分子量との関数であるが、空隙６８の幅とは無関係
である。遷移領域では連続領域と自由分子行程領域との
間の滑らかな補間法によって特徴づけられている。
【００３９】ガスの組成が変化しない場合、例えばヘリ
ウム若しくは水素ガスのみが用いられている場合、熱伝
導率及びガスの分子量は一定である。この場合、熱伝達
係数の挙動は以下のように要約される。連続領域では、
空隙６８の幅が熱伝達係数を制御し、自由分子行程領域
では裏側ガス圧力が熱伝達係数を制御し、遷移領域では
空隙６８の幅と裏側ガス圧力との両方が熱伝達係数を制
御する。
ウム若しくは水素ガスのみが用いられている場合、熱伝
導率及びガスの分子量は一定である。この場合、熱伝達
係数の挙動は以下のように要約される。連続領域では、
空隙６８の幅が熱伝達係数を制御し、自由分子行程領域
では裏側ガス圧力が熱伝達係数を制御し、遷移領域では
空隙６８の幅と裏側ガス圧力との両方が熱伝達係数を制
御する。
【００４０】図９は、空隙６８の幅が５、１０、２０、
５０、及び１００μｍでの、水素ガスの裏側ガス圧力に
対する熱伝達係数の変化を表している。自由分子行程領
域では、熱伝達係数は裏側ガス圧力のみの関数であり、
ガス圧力が０から約１３ミリバール（０から１０トルの
間）で自由分子行程領域としてあらわれている。連続領
域では、熱伝達係数は空隙６８の幅のみの関数である
が、裏側ガス圧力が約１００ミリバール（７８トル）以
上でこの連続領域としてあらわれている。これらの２つ
の領域の間で、即ちガス圧力が約１３から１００ミリバ
ール（１０から７８トル）の範囲で、遷移領域があらわ
れている。
５０、及び１００μｍでの、水素ガスの裏側ガス圧力に
対する熱伝達係数の変化を表している。自由分子行程領
域では、熱伝達係数は裏側ガス圧力のみの関数であり、
ガス圧力が０から約１３ミリバール（０から１０トルの
間）で自由分子行程領域としてあらわれている。連続領
域では、熱伝達係数は空隙６８の幅のみの関数である
が、裏側ガス圧力が約１００ミリバール（７８トル）以
上でこの連続領域としてあらわれている。これらの２つ
の領域の間で、即ちガス圧力が約１３から１００ミリバ
ール（１０から７８トル）の範囲で、遷移領域があらわ
れている。
【００４１】要約すれば、図９に表されているように、
熱伝達係数は、０から７８トルの範囲では空隙の間隔に
無関係に裏側ガス圧力を調節することによって制御され
る。実際には、ウエハの温度の測定によって、ガス熱伝
達係数が、約１０から２０トルの範囲内で裏側ガス圧力
を調節することによって制御されることが明らかにされ
た。熱伝達係数を制御することにより、ウエハ６８から
セラミック盤５２までの温度降下が制御される。ウエハ
６８からセラミック盤５２までの温度降下は、ウエハ６
２の温度を制御する。即ち、約０から２０トルの範囲内
の裏側ガス圧力に対して、ウエハ６２の温度は単に裏側
ガス圧力を調節することによって十分に制御される。
熱伝達係数は、０から７８トルの範囲では空隙の間隔に
無関係に裏側ガス圧力を調節することによって制御され
る。実際には、ウエハの温度の測定によって、ガス熱伝
達係数が、約１０から２０トルの範囲内で裏側ガス圧力
を調節することによって制御されることが明らかにされ
た。熱伝達係数を制御することにより、ウエハ６８から
セラミック盤５２までの温度降下が制御される。ウエハ
６８からセラミック盤５２までの温度降下は、ウエハ６
２の温度を制御する。即ち、約０から２０トルの範囲内
の裏側ガス圧力に対して、ウエハ６２の温度は単に裏側
ガス圧力を調節することによって十分に制御される。
【００４２】図２３は、裏側ガス圧力を制御するための
ある手段を表したブロック図である。図４に例示された
ガス入口管１１０と同様のガス入口管１１０は、ＷＣＤ
に関連するガス流量のガス入口管１１０内で検知される
あらゆる圧力降下を防止するための充分な内径を有す
る。即ち、ガス入口管１１０のガス圧力は、ガス入口ポ
ートでの裏側ガス圧力とほぼ等しい。バルブ１４０がガ
ス入口管１１０に接続されている。バルブ１４０は例え
ばウエハを交換する間、ＷＣＤへのガスの流入を遮断す
る。
ある手段を表したブロック図である。図４に例示された
ガス入口管１１０と同様のガス入口管１１０は、ＷＣＤ
に関連するガス流量のガス入口管１１０内で検知される
あらゆる圧力降下を防止するための充分な内径を有す
る。即ち、ガス入口管１１０のガス圧力は、ガス入口ポ
ートでの裏側ガス圧力とほぼ等しい。バルブ１４０がガ
ス入口管１１０に接続されている。バルブ１４０は例え
ばウエハを交換する間、ＷＣＤへのガスの流入を遮断す
る。
【００４３】マノメータ１２４がガス入口管１１０に機
械的に接続されており、ガス入口管１１０の圧力を測定
する。マノメータ１４２は測定した圧力を表す信号を圧
力コントローラ１２８に出力する。圧力コントローラ１
２８は、圧力制御バルブ１２０に電気的に接続されてお
り、マノメータ１２４によって測定された圧力に応じて
圧力制御バルブ１２０を調節する。圧力制御バルブ１２
０は、ヘリウムなどのガス供給源に接続されたガス供給
ライン１２２に機械的に接続されている。
械的に接続されており、ガス入口管１１０の圧力を測定
する。マノメータ１４２は測定した圧力を表す信号を圧
力コントローラ１２８に出力する。圧力コントローラ１
２８は、圧力制御バルブ１２０に電気的に接続されてお
り、マノメータ１２４によって測定された圧力に応じて
圧力制御バルブ１２０を調節する。圧力制御バルブ１２
０は、ヘリウムなどのガス供給源に接続されたガス供給
ライン１２２に機械的に接続されている。
【００４４】コントローラ１２８は、例えば１０トルの
所望の圧力値（設定圧力）に設定されている。使用中
に、マノメータ１２４によって測定されたガス入口管１
１０内の圧力が設定圧力以下に、例えば１０トル以下
に、下がった場合、コントローラ１２８は圧力制御バル
ブ１２０にヘリウムの流量を増加するよう命令を送る。
これにより、ガス入口管１１０の圧力が設定圧力に達す
るまで増加する。逆に、マノメータ１２４によって測定
されたガス入口管１１０内の圧力が、設定圧力以上に上
昇した場合、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２
０にヘリウムの流量を減少させる命令を送る。これによ
り、ガス入口管１１０の圧力が設定圧力に達するまで減
少する。
所望の圧力値（設定圧力）に設定されている。使用中
に、マノメータ１２４によって測定されたガス入口管１
１０内の圧力が設定圧力以下に、例えば１０トル以下
に、下がった場合、コントローラ１２８は圧力制御バル
ブ１２０にヘリウムの流量を増加するよう命令を送る。
これにより、ガス入口管１１０の圧力が設定圧力に達す
るまで増加する。逆に、マノメータ１２４によって測定
されたガス入口管１１０内の圧力が、設定圧力以上に上
昇した場合、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２
０にヘリウムの流量を減少させる命令を送る。これによ
り、ガス入口管１１０の圧力が設定圧力に達するまで減
少する。
【００４５】マノメータ１２４とコントローラ１２８と
に電気的に接続された電源１２６は、マノメータ１２
４、コントローラ１２８、及び圧力制御バルブ１２０を
動作させるために必要な電圧を供給する。
に電気的に接続された電源１２６は、マノメータ１２
４、コントローラ１２８、及び圧力制御バルブ１２０を
動作させるために必要な電圧を供給する。
【００４６】圧力制御バルブ１２０には、「Ｕｎｉｔ
Ｉｎｓｔｒｕｎｅｎｔｓ」が製造したモデル＃Ｃ１１−
５５７１９が用いられているが、他の同様な制御バルブ
が用いられても良い。コントローラ１２８には、「Ｕｎ
ｉｔ Ｉｎｓｔｒｕｎｅｎｔｓ」が製造したモデル＃Ｕ
ＲＳ−２０Ｐが用いられているが、他の同様なコントロ
ーラが用いられても良い。マノメータ１２４には、「Ｔ
ｙｌａｎ Ｇｅｎｅｒａｌ」が製造したモデル＃ＣＭＬ
Ａ−２１５０６が用いられているが、他の同様なマノメ
ータが用いられても良い。
Ｉｎｓｔｒｕｎｅｎｔｓ」が製造したモデル＃Ｃ１１−
５５７１９が用いられているが、他の同様な制御バルブ
が用いられても良い。コントローラ１２８には、「Ｕｎ
ｉｔ Ｉｎｓｔｒｕｎｅｎｔｓ」が製造したモデル＃Ｕ
ＲＳ−２０Ｐが用いられているが、他の同様なコントロ
ーラが用いられても良い。マノメータ１２４には、「Ｔ
ｙｌａｎ Ｇｅｎｅｒａｌ」が製造したモデル＃ＣＭＬ
Ａ−２１５０６が用いられているが、他の同様なマノメ
ータが用いられても良い。
【００４７】ニードルバルブなどからなるバルブ１３４
は、一定量のガスがポンプ１３６に流れ込むようにする
ものである。これにより、圧力制御バルブ１２０に対す
る定常状態の条件が確定される。バルブ１３は圧力制御
バルブ１２０を流れるガスが圧力制御バルブ１２０に対
する最適なガス流量と等しいかもしくはこの最適なガス
流量に近い値となるように設定されており、即ちガス流
量制御における公差を改善し、裏側圧力の制御の公差を
向上させる。
は、一定量のガスがポンプ１３６に流れ込むようにする
ものである。これにより、圧力制御バルブ１２０に対す
る定常状態の条件が確定される。バルブ１３は圧力制御
バルブ１２０を流れるガスが圧力制御バルブ１２０に対
する最適なガス流量と等しいかもしくはこの最適なガス
流量に近い値となるように設定されており、即ちガス流
量制御における公差を改善し、裏側圧力の制御の公差を
向上させる。
【００４８】ある特定のウェハの温度を達成するため
に、どの圧力バルブがコントローラ１２８によって設定
されるかを求めるに、ルックアップテーブルが用いられ
る。任意の与えられたプロセスに対して、ルックアップ
テーブルが設定圧力に関連する測定されたウェハの温度
の相関関係を表している。ルックアップテーブルを作成
するためには、設定圧力が第１の値に設定され、ウェハ
の温度が測定される。次に設定圧力は第２の値に設定さ
れ、ウェハの温度は再び測定される。この反復過程が続
けられ、一つのルックアップテーブルが完成する。
に、どの圧力バルブがコントローラ１２８によって設定
されるかを求めるに、ルックアップテーブルが用いられ
る。任意の与えられたプロセスに対して、ルックアップ
テーブルが設定圧力に関連する測定されたウェハの温度
の相関関係を表している。ルックアップテーブルを作成
するためには、設定圧力が第１の値に設定され、ウェハ
の温度が測定される。次に設定圧力は第２の値に設定さ
れ、ウェハの温度は再び測定される。この反復過程が続
けられ、一つのルックアップテーブルが完成する。
【００４９】代わりに、ウェハの温度が直接測定され
て、この測定された温度がガス圧力を制御するために用
いられる。ウェハの温度は赤外線技術を用いて測定さ
れ、または当業者によく知られた埋め込まれたもしくは
接触型の熱電対を用いて測定される。ウェハの温度はセ
ンサ１３８（図２３）によって検出される。温度センサ
１３８はウェハの温度を表す信号をコントローラ１２８
に送り、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２０へ
裏側ガス圧力を調節しかつ所望のウェハ温度を保持する
ための命令を送る。例えば、ウェハの温度が所望のウェ
ハ温度よりも高い場合、コントローラ１２８は圧力制御
バルブ１２０に対してガス供給ラインにより多くのガス
を供給する命令を与えることによって裏側ガス圧力を増
加させる。これによってウェハの温度は所望の値まで減
少される。逆に、ウェハの温度が所望のウェハ温度より
も低い場合、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２
０へガス供給ラインへより少ない量のガスを供給する命
令を与えることによって裏側ガス圧力を減少させる。こ
れによってウェハの温度が所望の値まで上昇する。
て、この測定された温度がガス圧力を制御するために用
いられる。ウェハの温度は赤外線技術を用いて測定さ
れ、または当業者によく知られた埋め込まれたもしくは
接触型の熱電対を用いて測定される。ウェハの温度はセ
ンサ１３８（図２３）によって検出される。温度センサ
１３８はウェハの温度を表す信号をコントローラ１２８
に送り、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２０へ
裏側ガス圧力を調節しかつ所望のウェハ温度を保持する
ための命令を送る。例えば、ウェハの温度が所望のウェ
ハ温度よりも高い場合、コントローラ１２８は圧力制御
バルブ１２０に対してガス供給ラインにより多くのガス
を供給する命令を与えることによって裏側ガス圧力を増
加させる。これによってウェハの温度は所望の値まで減
少される。逆に、ウェハの温度が所望のウェハ温度より
も低い場合、コントローラ１２８は圧力制御バルブ１２
０へガス供給ラインへより少ない量のガスを供給する命
令を与えることによって裏側ガス圧力を減少させる。こ
れによってウェハの温度が所望の値まで上昇する。
【００５０】上述さてれているように、図７に例示され
た仮想的な構成では、ウェハとＷＣＤの境界面５０には
接触熱伝導が存在しないことが仮定されている。しか
し、ある条件のもとでは、接触熱伝導が実質的に存在す
る。図５及び図６を再び参照すると、接触熱伝導による
伝達された熱の量は、接触面８０と８２との間の直接的
な接触の面積によって決まる。接触する面積が大きけれ
ば、接触熱伝導によって伝達される熱量も増加する。直
接的な接触の面積は、接触面８０と８２との間に加えら
れた圧力と、接触面８０と８２の粗さ、平坦さ、及び硬
さとの関数となっている。接触面８０の特性はウェハご
とに異なり、接触面８０の特性は時間とともに変化する
ので、接触熱コンダクタンスを正確に制御することは困
難である。
た仮想的な構成では、ウェハとＷＣＤの境界面５０には
接触熱伝導が存在しないことが仮定されている。しか
し、ある条件のもとでは、接触熱伝導が実質的に存在す
る。図５及び図６を再び参照すると、接触熱伝導による
伝達された熱の量は、接触面８０と８２との間の直接的
な接触の面積によって決まる。接触する面積が大きけれ
ば、接触熱伝導によって伝達される熱量も増加する。直
接的な接触の面積は、接触面８０と８２との間に加えら
れた圧力と、接触面８０と８２の粗さ、平坦さ、及び硬
さとの関数となっている。接触面８０の特性はウェハご
とに異なり、接触面８０の特性は時間とともに変化する
ので、接触熱コンダクタンスを正確に制御することは困
難である。
【００５１】接触面８０と８２との間の直接的な接触の
面積を減少させるために２つの技術が用いられている。
第１の技術は、接触する部分の面積の大部分を除去する
ものである。図１０ａは、本発明に基づく好適な実施例
のセラミック盤５２の接触面８２の上面図を表してい
る。図１１ａは、図１０ａの部分７６の拡大上面図であ
る。図１１ｂは、図１１ａの線Ａ−Ａ′に沿った領域７
６の断面図である。図１０ａに例示されているように、
接触面８２は、円形のパターンで描かれている。
面積を減少させるために２つの技術が用いられている。
第１の技術は、接触する部分の面積の大部分を除去する
ものである。図１０ａは、本発明に基づく好適な実施例
のセラミック盤５２の接触面８２の上面図を表してい
る。図１１ａは、図１０ａの部分７６の拡大上面図であ
る。図１１ｂは、図１１ａの線Ａ−Ａ′に沿った領域７
６の断面図である。図１０ａに例示されているように、
接触面８２は、円形のパターンで描かれている。
【００５２】５個の円形部分７２の上面図と側断面図
が、各々、図１１ａ及び１１ｂに表されている。図１１
ｂから分かるように、各円形部分７２は接触面８２の突
出した表面７２′を表しており、各円形部分の直径Ｄは
通常約１．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲内にある。一
方、セラミック盤５２に取り付けられたウェハ（図示さ
れていない）は、突出した円形部分７２の表面７２′に
沿ってのみセラミック盤５２と接触する。即ち、接触熱
伝導に寄与する接触面８２の表面積の多くの部分が除去
されている。接触熱伝導に寄与する接触面８２の表面の
約８０％から９８％が除去されることが望ましい。図１
２ａに例示された実施例では、接触面８２の全表面積の
約８０％の部分が、全表面積の約１０％の接触熱伝導の
ために残された部分に対して降下した位置に設けられて
いる。図１０ａ及び図１１ａに例示されて上面図では円
形部分７２は円形の形状を有しているが、円形部分７２
は任意のその他の形状、例えば三角形もしくは四角形の
形状を有するものであってもよい。
が、各々、図１１ａ及び１１ｂに表されている。図１１
ｂから分かるように、各円形部分７２は接触面８２の突
出した表面７２′を表しており、各円形部分の直径Ｄは
通常約１．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲内にある。一
方、セラミック盤５２に取り付けられたウェハ（図示さ
れていない）は、突出した円形部分７２の表面７２′に
沿ってのみセラミック盤５２と接触する。即ち、接触熱
伝導に寄与する接触面８２の表面積の多くの部分が除去
されている。接触熱伝導に寄与する接触面８２の表面の
約８０％から９８％が除去されることが望ましい。図１
２ａに例示された実施例では、接触面８２の全表面積の
約８０％の部分が、全表面積の約１０％の接触熱伝導の
ために残された部分に対して降下した位置に設けられて
いる。図１０ａ及び図１１ａに例示されて上面図では円
形部分７２は円形の形状を有しているが、円形部分７２
は任意のその他の形状、例えば三角形もしくは四角形の
形状を有するものであってもよい。
【００５３】接触面８２と８０との間の直接的な接触の
量を減少させる第２の方法は、セラミック盤５２の接触
面８２を粗面化することである。接触面８２を粗面化す
ることにより、接触面８０と８２との間の微少な点によ
る点接触の数が減少される。これにより、接触面８０と
８２との間の直接的な接触の数が減少し、従って接触熱
伝導が減少する。
量を減少させる第２の方法は、セラミック盤５２の接触
面８２を粗面化することである。接触面８２を粗面化す
ることにより、接触面８０と８２との間の微少な点によ
る点接触の数が減少される。これにより、接触面８０と
８２との間の直接的な接触の数が減少し、従って接触熱
伝導が減少する。
【００５４】図１２は、種々のＷＣＤにおける表面の粗
さ（接触面８２の粗さ）に対する接触熱伝導 のための
熱伝達係数の変化を表している。曲線Ａ及びＢと、曲線
Ｃ及びＤのＷＣＤは、各々、０．０５μｍＲａと、０．
３５μｍＲａの粗さを有する接触面（８２）であり、こ
こでμｍＲａは、接触面に概ね平行な仮想平坦面からの
μｍを単位とする平均偏差を意味する。更に、曲線Ｄと
ＢのＷＣＤの接触面（８２）は、図１０ａに例示された
接触面８２と等しく、かつ接触面８２の全表面積の９０
％が降下した位置に設けられている。
さ（接触面８２の粗さ）に対する接触熱伝導 のための
熱伝達係数の変化を表している。曲線Ａ及びＢと、曲線
Ｃ及びＤのＷＣＤは、各々、０．０５μｍＲａと、０．
３５μｍＲａの粗さを有する接触面（８２）であり、こ
こでμｍＲａは、接触面に概ね平行な仮想平坦面からの
μｍを単位とする平均偏差を意味する。更に、曲線Ｄと
ＢのＷＣＤの接触面（８２）は、図１０ａに例示された
接触面８２と等しく、かつ接触面８２の全表面積の９０
％が降下した位置に設けられている。
【００５５】図１２の符号Ａによって表された曲線によ
って示されているように、接触熱伝導は、接触面８０及
び８２が０．０５μｍＲａ以下に研磨されている場合、
約２０００Ｗ／Ｍ2−Ｋの熱伝達係数に対して極めて有
効となることが分かる。一方、表１に表されているよう
に、空隙６８内の圧力１０トルのヘリウムガスに対する
熱伝達係数は、約２７５Ｗ／Ｍ2−Ｋの最大値を有す
る。接触熱コンダクタンスと、ガス熱コンダクタンスと
は並列コンダクタンスとして働き、合計のコンダクタン
スは、接触熱コンダクタンスとガス熱コンダクタンスと
を加え合わさてもとめられるので、合計のコンダクタン
スは接触熱コンダクタンスによって支配されている。即
ち、ウェハの温度は入力電力によって主に決定され、裏
側ガス圧力とは実質的に無関係となる。
って示されているように、接触熱伝導は、接触面８０及
び８２が０．０５μｍＲａ以下に研磨されている場合、
約２０００Ｗ／Ｍ2−Ｋの熱伝達係数に対して極めて有
効となることが分かる。一方、表１に表されているよう
に、空隙６８内の圧力１０トルのヘリウムガスに対する
熱伝達係数は、約２７５Ｗ／Ｍ2−Ｋの最大値を有す
る。接触熱コンダクタンスと、ガス熱コンダクタンスと
は並列コンダクタンスとして働き、合計のコンダクタン
スは、接触熱コンダクタンスとガス熱コンダクタンスと
を加え合わさてもとめられるので、合計のコンダクタン
スは接触熱コンダクタンスによって支配されている。即
ち、ウェハの温度は入力電力によって主に決定され、裏
側ガス圧力とは実質的に無関係となる。
【００５６】図１２の曲線Ｄに表されているように、接
触熱伝導の熱伝達係数は、接触に寄与する表面の面積の
多くの部分（９０％）を除去し、かつ接触に寄与する残
りの表面積を粗面化することによってかなり低減され
る。このような状況では、約２０〜５０Ｗ／Ｍ２−Ｋま
での範囲の接触熱伝導の熱伝達係数は、ウエハ表面の粗
さに応じて変化する。接触熱伝導の熱伝達係数が約５０
Ｗ／Ｍ２−Ｋ以下の場合、接触熱伝導はそれほど重要で
はなくなり、ウエハ内で発生した熱量はガス層を通して
除去される。このような仮想的な状況に於ては、ウエハ
の温度は裏側ガス圧力を調節することによって制御され
る。
触熱伝導の熱伝達係数は、接触に寄与する表面の面積の
多くの部分（９０％）を除去し、かつ接触に寄与する残
りの表面積を粗面化することによってかなり低減され
る。このような状況では、約２０〜５０Ｗ／Ｍ２−Ｋま
での範囲の接触熱伝導の熱伝達係数は、ウエハ表面の粗
さに応じて変化する。接触熱伝導の熱伝達係数が約５０
Ｗ／Ｍ２−Ｋ以下の場合、接触熱伝導はそれほど重要で
はなくなり、ウエハ内で発生した熱量はガス層を通して
除去される。このような仮想的な状況に於ては、ウエハ
の温度は裏側ガス圧力を調節することによって制御され
る。
【００５７】図１２の曲線Ｂでは、ウエハの表面の粗さ
に応じて約６０〜１０００Ｗ／Ｍ２−Ｋの範囲で変化す
る熱伝達係数が、接触熱伝導に寄与する表面の約９０％
が除去された場合にも得られている。曲線Ｃでは、ウエ
ハの表面の粗さに応じて約５０〜２７５Ｗ／Ｍ２−Ｋの
範囲の熱伝達係数が、粗面化された接触面８２によって
も得られている。曲線Ｂ及び曲線Ｃは、接触に寄与する
表面積の大部分が除去された場合と、残りの接触面が粗
面化された場合の何れの場合に於ても顕著な接触熱伝導
が起きることを表している。同業者には容易に理解でき
ることであるが、後退した表面８２の割合と、残りの接
触面の表面の粗さとは、期待されるウエハの平坦さ、ウ
エハの寸法、及び期待される熱入力等の要因に基づく設
計事項である。
に応じて約６０〜１０００Ｗ／Ｍ２−Ｋの範囲で変化す
る熱伝達係数が、接触熱伝導に寄与する表面の約９０％
が除去された場合にも得られている。曲線Ｃでは、ウエ
ハの表面の粗さに応じて約５０〜２７５Ｗ／Ｍ２−Ｋの
範囲の熱伝達係数が、粗面化された接触面８２によって
も得られている。曲線Ｂ及び曲線Ｃは、接触に寄与する
表面積の大部分が除去された場合と、残りの接触面が粗
面化された場合の何れの場合に於ても顕著な接触熱伝導
が起きることを表している。同業者には容易に理解でき
ることであるが、後退した表面８２の割合と、残りの接
触面の表面の粗さとは、期待されるウエハの平坦さ、ウ
エハの寸法、及び期待される熱入力等の要因に基づく設
計事項である。
【００５８】通常、ＷＣＤの接触面は、ウエハの表面の
粗さよりも大きくかつ３．０μｍＲａ以下の粗さを有す
るように粗面化されることが望ましい。更に、Ｒｍａｘ
はＲａの２００％以下とされるべきであり、ここでＲｍ
ａｘは、ＷＣＤの接触面と概ね平行な下層平坦面からの
最大の偏差を表している。例えば、粗さが３．０μｍＲ
ａの場合、Ｒｍａｘは６．０μｍ以下とされるべきであ
る。また、ＷＣＤの接触面は、微小な接触点（図６を参
照のこと）がランダムに配置されるように、例えば接触
面をビードブラスト（bead blasting）によって処理す
ることにより、特定のパターンを有することのないよう
に粗面化されなければならない。
粗さよりも大きくかつ３．０μｍＲａ以下の粗さを有す
るように粗面化されることが望ましい。更に、Ｒｍａｘ
はＲａの２００％以下とされるべきであり、ここでＲｍ
ａｘは、ＷＣＤの接触面と概ね平行な下層平坦面からの
最大の偏差を表している。例えば、粗さが３．０μｍＲ
ａの場合、Ｒｍａｘは６．０μｍ以下とされるべきであ
る。また、ＷＣＤの接触面は、微小な接触点（図６を参
照のこと）がランダムに配置されるように、例えば接触
面をビードブラスト（bead blasting）によって処理す
ることにより、特定のパターンを有することのないよう
に粗面化されなければならない。
【００５９】接触に寄与する表面の大部分を除去した後
に、図１０ａに示された円形パターンによって、ウエハ
と、実際に制御されるセラミック盤５２内に埋め込まれ
た電極との間に空隙が形成される。電極とウエハとの間
の空隙を正確に調節することによって、均一な静電力が
生み出される。更に、円形パターンによって円形のドッ
トパターンによってＷＣＤへのウエハの固定がなされ、
取り付けられたウエハの機械的な変形が防止される。
に、図１０ａに示された円形パターンによって、ウエハ
と、実際に制御されるセラミック盤５２内に埋め込まれ
た電極との間に空隙が形成される。電極とウエハとの間
の空隙を正確に調節することによって、均一な静電力が
生み出される。更に、円形パターンによって円形のドッ
トパターンによってＷＣＤへのウエハの固定がなされ、
取り付けられたウエハの機械的な変形が防止される。
【００６０】円形部分がまた、ガスが導入されるウエハ
６２とセラミック盤５２との間に均一な空隙を形成す
る。図１１ｂに示されているように、この空隙の幅は、
円形部分７２の高さＨｄによって確定されている。注目
されている圧力の範囲内（０から２０トル）では、円形
部分の高さＨｄを４０μｍ未満に保つことが望ましく、
好ましくは２０〜３５μｍの範囲に保つことが熱伝達特
性の低下を防止するためには望ましい。円形部分の高さ
Ｈｄの公差は、設定された値の±１０％内とされるべき
である。熱伝達特性の低下が、図９に例示されている
が、ここでは圧力１０トル（１３ミリバール）で、円形
部分の高さＤが２０、５０、１００μｍのＷＣＤに対し
て、各々、約１７００、１３００、９００Ｗ／Ｍ２−Ｋ
の熱伝達係数となる。
６２とセラミック盤５２との間に均一な空隙を形成す
る。図１１ｂに示されているように、この空隙の幅は、
円形部分７２の高さＨｄによって確定されている。注目
されている圧力の範囲内（０から２０トル）では、円形
部分の高さＨｄを４０μｍ未満に保つことが望ましく、
好ましくは２０〜３５μｍの範囲に保つことが熱伝達特
性の低下を防止するためには望ましい。円形部分の高さ
Ｈｄの公差は、設定された値の±１０％内とされるべき
である。熱伝達特性の低下が、図９に例示されている
が、ここでは圧力１０トル（１３ミリバール）で、円形
部分の高さＤが２０、５０、１００μｍのＷＣＤに対し
て、各々、約１７００、１３００、９００Ｗ／Ｍ２−Ｋ
の熱伝達係数となる。
【００６１】図１３は、円形部分の高さＨｄが２０μｍ
の本発明の実施例の中心に於て測定された、ガス圧力に
対する全体の熱伝達係数（ガス熱伝導及び接触熱伝導）
を表すグラフである。曲線Ｅ、Ｆでは、水素及びヘリウ
ムがガスとして各々用いられている。図１３は、熱伝達
係数が、従ってウエハの温度が、裏側ガス圧力を制御す
ることによって迅速に調節されることを表している。
の本発明の実施例の中心に於て測定された、ガス圧力に
対する全体の熱伝達係数（ガス熱伝導及び接触熱伝導）
を表すグラフである。曲線Ｅ、Ｆでは、水素及びヘリウ
ムがガスとして各々用いられている。図１３は、熱伝達
係数が、従ってウエハの温度が、裏側ガス圧力を制御す
ることによって迅速に調節されることを表している。
【００６２】図１３に示された全体の熱伝達係数は、図
９に於て予測された熱伝達係数よりも低いことが注目さ
れる。その主な原因は、分子がその接触する表面、即ち
ウエハ６２及びセラミック盤５２の接触面との間で熱的
な平衡状態に達することのできない程度を表すアコモデ
ーション係数（accommodation）と知られている要因に
起因するものである。このアコモデーション係数はま
た、図９に表されたより直線的な応答と比較して図１３
に示された非直線的な応答の原因でもある。
９に於て予測された熱伝達係数よりも低いことが注目さ
れる。その主な原因は、分子がその接触する表面、即ち
ウエハ６２及びセラミック盤５２の接触面との間で熱的
な平衡状態に達することのできない程度を表すアコモデ
ーション係数（accommodation）と知られている要因に
起因するものである。このアコモデーション係数はま
た、図９に表されたより直線的な応答と比較して図１３
に示された非直線的な応答の原因でもある。
【００６３】ウエハの温度の変化は処理過程に悪影響を
及ぼすので、ウエハ表面の温度を均一に保つことが望ま
れる。このウエハの温度は空隙６２内の裏側ガス圧力に
よって制御される。即ち、均一なウエハの温度を達成す
るためには、裏側ガス圧力を均一に保たなければならな
い。さもなければ、裏側ガス圧力の低い部分に於てウエ
ハ温度が高くなり、裏側ガス圧力が高い部分に於てウエ
ハの温度が低くなる。
及ぼすので、ウエハ表面の温度を均一に保つことが望ま
れる。このウエハの温度は空隙６２内の裏側ガス圧力に
よって制御される。即ち、均一なウエハの温度を達成す
るためには、裏側ガス圧力を均一に保たなければならな
い。さもなければ、裏側ガス圧力の低い部分に於てウエ
ハ温度が高くなり、裏側ガス圧力が高い部分に於てウエ
ハの温度が低くなる。
【００６４】図１４は、裏側ガス圧力の変化がウエハの
温度に及ぼす影響を表すグラフである。図１４に示され
ているように、５種類の異なる裏側ガス圧力に対する測
定された温度変化は、ウエハの中心から周縁部に向けて
温度が降下するものである。図１４は、２０００Ｗの熱
が直径２００mmのウエハに伝達されたものと仮定されて
いる。裏側のガス（この場合ヘリウムガス）が、中心に
配置されたガス供給路を通して圧力１０トルで供給され
ている。セラミック盤５２は６０℃に保たれている。曲
線Ｅのように、ウエハの中心部分から周縁部分に向かっ
た裏側ガス圧力の低下が１％の場合には、概ね均一なウ
エハの温度が達成される（中心部分では１０．０トル、
周縁部分では９．９トル）。しかし、裏側ガス圧力の降
下が９０％（中心部分では１０．０トル、周縁部分では
１．０トル）のとき、曲線Ｈに示されているように、周
縁部分の温度は７００℃以上となる。許容されるウエハ
の温度分布は、（ウエハ全体での表面の最高温度が４０
０℃以下）、曲線Ｉによって示されているように、裏側
ガス圧力の降下が１０％未満（中心部分で１０．０ト
ル、周縁部分で９．０トル）の場合に達成されている。
即ち、裏側ガス圧力の変化が１０％以上となることを回
避することが望まれる。
温度に及ぼす影響を表すグラフである。図１４に示され
ているように、５種類の異なる裏側ガス圧力に対する測
定された温度変化は、ウエハの中心から周縁部に向けて
温度が降下するものである。図１４は、２０００Ｗの熱
が直径２００mmのウエハに伝達されたものと仮定されて
いる。裏側のガス（この場合ヘリウムガス）が、中心に
配置されたガス供給路を通して圧力１０トルで供給され
ている。セラミック盤５２は６０℃に保たれている。曲
線Ｅのように、ウエハの中心部分から周縁部分に向かっ
た裏側ガス圧力の低下が１％の場合には、概ね均一なウ
エハの温度が達成される（中心部分では１０．０トル、
周縁部分では９．９トル）。しかし、裏側ガス圧力の降
下が９０％（中心部分では１０．０トル、周縁部分では
１．０トル）のとき、曲線Ｈに示されているように、周
縁部分の温度は７００℃以上となる。許容されるウエハ
の温度分布は、（ウエハ全体での表面の最高温度が４０
０℃以下）、曲線Ｉによって示されているように、裏側
ガス圧力の降下が１０％未満（中心部分で１０．０ト
ル、周縁部分で９．０トル）の場合に達成されている。
即ち、裏側ガス圧力の変化が１０％以上となることを回
避することが望まれる。
【００６５】ほぼ均一な裏側ガス圧力を用いることのも
う１つの利点は、ウエハの全体的な温度を低くできると
いうことである。この理由は、裏側ガス圧力の変化が少
なくなると、ウエハの背面の平均圧力が上昇し、平均熱
伝達係数が上昇するからである。即ち、ウエハの中心部
分をも含め、ウエハ全体での温度が低下する。例えば、
ウエハの中心部分に於ける裏側ガス圧力が入力ガスの圧
力１０トルに等しい場合でも、曲線Ｅでのウエハの中心
の温度（１％の変化）は、曲線Ｈの中心部分に於けるウ
エハの中心部分での温度（９０％の変化）よりも低い。
う１つの利点は、ウエハの全体的な温度を低くできると
いうことである。この理由は、裏側ガス圧力の変化が少
なくなると、ウエハの背面の平均圧力が上昇し、平均熱
伝達係数が上昇するからである。即ち、ウエハの中心部
分をも含め、ウエハ全体での温度が低下する。例えば、
ウエハの中心部分に於ける裏側ガス圧力が入力ガスの圧
力１０トルに等しい場合でも、曲線Ｅでのウエハの中心
の温度（１％の変化）は、曲線Ｈの中心部分に於けるウ
エハの中心部分での温度（９０％の変化）よりも低い。
【００６６】曲線Ｇによって表されているように、裏側
ガス圧力が１％のみ変化する場合でも、ウエハの周縁部
分はウエハの中心部分よりもわずかに高い温度となって
いる。この理由は、ウエハをＷＣＤに置く場合の誤差を
許容するために、ウエハはＷＣＤの周縁部分よりもわず
かに外側に、およそ１mm外側にはみ出して配置されてい
るので、このはみ出して配置されたウエハの部分がウエ
ハ自体を通る熱の伝達以外によっては、ほとんど若しく
は全く冷却されないためである。
ガス圧力が１％のみ変化する場合でも、ウエハの周縁部
分はウエハの中心部分よりもわずかに高い温度となって
いる。この理由は、ウエハをＷＣＤに置く場合の誤差を
許容するために、ウエハはＷＣＤの周縁部分よりもわず
かに外側に、およそ１mm外側にはみ出して配置されてい
るので、このはみ出して配置されたウエハの部分がウエ
ハ自体を通る熱の伝達以外によっては、ほとんど若しく
は全く冷却されないためである。
【００６７】ガスを収容するために、セラミック盤５２
（図１０ａ、図１１ａ、及び図１１ｂを参照のこと）の
周縁部分に連続した環状リング７８が設けられており、
ウエハ６２とセラミック盤５２との間のシールを形成す
る。図１１ｂには、環状リング７８の突出した表面部分
７８′と円形部分７２の突出した表面部分７２′とが概
ね同一平面上にあるように描かれており、表面７２′及
び７８′と概ね平行な下層平坦面からの平均偏差は０．
１mm以下となっている。理想的には、完璧なシールと、
ガスの移動のないこととによって、ウエハの背面での圧
力の変化は起こらないことになる。しかし、実際には環
状リング７８を通るガスのわずかな漏洩が生ずることが
ある。
（図１０ａ、図１１ａ、及び図１１ｂを参照のこと）の
周縁部分に連続した環状リング７８が設けられており、
ウエハ６２とセラミック盤５２との間のシールを形成す
る。図１１ｂには、環状リング７８の突出した表面部分
７８′と円形部分７２の突出した表面部分７２′とが概
ね同一平面上にあるように描かれており、表面７２′及
び７８′と概ね平行な下層平坦面からの平均偏差は０．
１mm以下となっている。理想的には、完璧なシールと、
ガスの移動のないこととによって、ウエハの背面での圧
力の変化は起こらないことになる。しかし、実際には環
状リング７８を通るガスのわずかな漏洩が生ずることが
ある。
【００６８】上述されたようにＷＣＤ及び環状リング７
８は、ウエハを配置するときの誤差を許容するためにウ
エハよりもわずかに小さい直径を有するものとされてい
る。環状リング７８のある部分がウエハの何れの部分と
も接触しないほどにウエハが不正確に配置された場合、
環状リング７８とウエハとによって形成されるシールが
破られる。シールが破られた場合、ガスの漏洩速度が急
に増加する。
８は、ウエハを配置するときの誤差を許容するためにウ
エハよりもわずかに小さい直径を有するものとされてい
る。環状リング７８のある部分がウエハの何れの部分と
も接触しないほどにウエハが不正確に配置された場合、
環状リング７８とウエハとによって形成されるシールが
破られる。シールが破られた場合、ガスの漏洩速度が急
に増加する。
【００６９】ウエハが不正確に配置されたことによって
はシールが破られなかった場合でも、依然としてシール
から漏洩を生ずることがある。ウエハ６２と環状リング
７８とによって形成されたシールに於けるある特定の漏
洩速度Ｑに対して、圧力の分布は以下の式によって定義
されるシールコンダクタンスＣｓによって決まる。
はシールが破られなかった場合でも、依然としてシール
から漏洩を生ずることがある。ウエハ６２と環状リング
７８とによって形成されたシールに於けるある特定の漏
洩速度Ｑに対して、圧力の分布は以下の式によって定義
されるシールコンダクタンスＣｓによって決まる。
【００７０】Ｑ＝Ｃｓ×ΔＰ （３） ここでΔＰはシールの間の圧力降下を表している。
【００７１】シールコンダクタンス（Ｃｓ）はさまざま
な要因によって変化する。１つの要因として、シールを
形成する接触面の粗さ、即ち環状リング７８の表面の粗
さと、環状リング７８と接触するウエハ６２の表面の粗
さとがある。他の要因として、シールを形成する表面上
の硬質の粒子の存在がある。シールを形成する接触面の
間のクランプ力もまたシールコンダクタンスに影響を与
える。これらの要因を予測することは困難なので、シー
ルコンダクタンスもまた予測することが困難である。し
かしながら、環状リング７８の幅（図１１ａ及び図１１
ｂのＷｓとして表されている）を増加することによっ
て、シールコンダクタンスに対するある程度の制御が達
成され、幅を広くすることによってシールコンダクタン
スが小さくなり、従って漏洩速度がより低くなる。
な要因によって変化する。１つの要因として、シールを
形成する接触面の粗さ、即ち環状リング７８の表面の粗
さと、環状リング７８と接触するウエハ６２の表面の粗
さとがある。他の要因として、シールを形成する表面上
の硬質の粒子の存在がある。シールを形成する接触面の
間のクランプ力もまたシールコンダクタンスに影響を与
える。これらの要因を予測することは困難なので、シー
ルコンダクタンスもまた予測することが困難である。し
かしながら、環状リング７８の幅（図１１ａ及び図１１
ｂのＷｓとして表されている）を増加することによっ
て、シールコンダクタンスに対するある程度の制御が達
成され、幅を広くすることによってシールコンダクタン
スが小さくなり、従って漏洩速度がより低くなる。
【００７２】任意のシールコンダクタンスに対する最大
のシール漏洩速度は、シールの間で生ずる圧力降下が式
３に基づく可能な最大の圧力降下と等しくなった場合に
起きる。可能な最大の圧力降下は、裏側のガス入力圧力
（この圧力は裏側のガス入力圧力を越えるものではな
い）と、計算の都合上０トルとみなされる真空チャンバ
内の５ミリトルの動作圧力との差である。裏側ガス圧力
の変化を制限するために、セラミック盤５２の表面の
（８２）のパターンは、最大のシール漏洩速度を越える
流速を許容するものでなければならない。これは、内側
面のコンダクタンス（ウェハとセラミック盤５２とによ
って形成された空隙内におけるセラミック盤５２の中心
から環状リング７８へのガス流れコンダクタンス）が、
シールコンダクタンスより大きな値のとき起こる。
のシール漏洩速度は、シールの間で生ずる圧力降下が式
３に基づく可能な最大の圧力降下と等しくなった場合に
起きる。可能な最大の圧力降下は、裏側のガス入力圧力
（この圧力は裏側のガス入力圧力を越えるものではな
い）と、計算の都合上０トルとみなされる真空チャンバ
内の５ミリトルの動作圧力との差である。裏側ガス圧力
の変化を制限するために、セラミック盤５２の表面の
（８２）のパターンは、最大のシール漏洩速度を越える
流速を許容するものでなければならない。これは、内側
面のコンダクタンス（ウェハとセラミック盤５２とによ
って形成された空隙内におけるセラミック盤５２の中心
から環状リング７８へのガス流れコンダクタンス）が、
シールコンダクタンスより大きな値のとき起こる。
【００７３】内側面のコンダクタンスは、円形部分の高
さＨＤによって変化するが、その理由はこれら円形部分
がガスの流れる空間を確定するからである。より長い高
さの円形部分を有するＷＣＤにおいては、内側表面のコ
ンダクタンスが高められる。しかしながら、上述された
ように、熱伝達特性の劣化を防止するためにはこの円形
部分の高さＨＤを４０μｍ以下に保つことが望ましい。
さＨＤによって変化するが、その理由はこれら円形部分
がガスの流れる空間を確定するからである。より長い高
さの円形部分を有するＷＣＤにおいては、内側表面のコ
ンダクタンスが高められる。しかしながら、上述された
ように、熱伝達特性の劣化を防止するためにはこの円形
部分の高さＨＤを４０μｍ以下に保つことが望ましい。
【００７４】内側面のコンダクタンスを増加させるため
に、ガス分配溝（図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１
１ｂの符号７４、及び７４′として表されている）が用
いられている。図１０ｂに示されているように、１８本
のガス分配溝７４が、ＷＣＤの中心部分の６角形の溝か
ら半径方向外側に向かって延在するように設けられてい
る。セラミック盤５２の中心部分において十分な個数の
円形部分７２を確保するために、中心ガス入り口ポート
からガスを分配するために６角形のパターンの内側では
６本のガス分配溝のみが設けられている。ガス分配溝
は、環状リング７８にガスを供給し、環状リング７８と
ウェハとによって形成されたシールからの漏洩したガス
の代わりとし、また真空チャンバ内にガスを供給する。
図１１ｂと参照すると、ガス分配溝７４、７４′は４角
形の断面を有し、深さＤＣ及び幅ＷＣを有する。ある実
施例では、ガス分配溝７４、７４′の幅ＷＣは、約１５
００μｍであり、深さＤＣは約７００μｍである。選択
された値の１０％の誤差を見込んだ場合、ガス分配溝７
４、７４′の幅ＷＣは、約０．５から２．５ｍｍの範囲
内にあることが望ましく、深さＤＣは、約０．２から
２．０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。
に、ガス分配溝（図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１
１ｂの符号７４、及び７４′として表されている）が用
いられている。図１０ｂに示されているように、１８本
のガス分配溝７４が、ＷＣＤの中心部分の６角形の溝か
ら半径方向外側に向かって延在するように設けられてい
る。セラミック盤５２の中心部分において十分な個数の
円形部分７２を確保するために、中心ガス入り口ポート
からガスを分配するために６角形のパターンの内側では
６本のガス分配溝のみが設けられている。ガス分配溝
は、環状リング７８にガスを供給し、環状リング７８と
ウェハとによって形成されたシールからの漏洩したガス
の代わりとし、また真空チャンバ内にガスを供給する。
図１１ｂと参照すると、ガス分配溝７４、７４′は４角
形の断面を有し、深さＤＣ及び幅ＷＣを有する。ある実
施例では、ガス分配溝７４、７４′の幅ＷＣは、約１５
００μｍであり、深さＤＣは約７００μｍである。選択
された値の１０％の誤差を見込んだ場合、ガス分配溝７
４、７４′の幅ＷＣは、約０．５から２．５ｍｍの範囲
内にあることが望ましく、深さＤＣは、約０．２から
２．０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。
【００７５】ガス分配溝７４、７４′の深さＤＣは様々
な要因に基づく設計事項である。第１に、深さＤＣが増
加されると、電極とウェハとの間の間隔がそれに応じて
増加し、静電力の応答時間、即ちウェハの固定／解放時
間が増加する。更に、電極とウェハとの間隔が増加され
ると、ウェハに対するＲＦの結合効率が低減される。更
に、ガス分配溝内のガスの誘電定数の値と、セラミック
盤５２を構成している材料の誘電定数との差によって、
電極からウェハまでに形成された電界の不規則性が生ず
る。更に、深さＤＣが増加すると、電極とウェハとの間
の電圧ブレークダウンの確率が上昇し、セラミック盤５
２の強さが低下する。即ち、当業者にはよく知られてい
るよに、ガス分配溝の最大の深さは、上述された要因に
基づく設計事項である。
な要因に基づく設計事項である。第１に、深さＤＣが増
加されると、電極とウェハとの間の間隔がそれに応じて
増加し、静電力の応答時間、即ちウェハの固定／解放時
間が増加する。更に、電極とウェハとの間隔が増加され
ると、ウェハに対するＲＦの結合効率が低減される。更
に、ガス分配溝内のガスの誘電定数の値と、セラミック
盤５２を構成している材料の誘電定数との差によって、
電極からウェハまでに形成された電界の不規則性が生ず
る。更に、深さＤＣが増加すると、電極とウェハとの間
の電圧ブレークダウンの確率が上昇し、セラミック盤５
２の強さが低下する。即ち、当業者にはよく知られてい
るよに、ガス分配溝の最大の深さは、上述された要因に
基づく設計事項である。
【００７６】図１５ａ、図１６ａ、図１７ａ、図１８及
び、図１９ａには、様々な形状のガス分配溝を備えた本
発明の他の実施例が例示されている。図１５ａは、ＷＣ
Ｄの中心から放射状に外向きに延在する６本のガス分配
溝を有するＷＣＤが例示されている。図１６ａは、環状
リング７８に隣接して配置された１つの円形のガス分配
溝を備えたＷＣＤが例示されている。図１７ａは、中心
の円形のガス分配溝から半径方向外向きに延在する１２
本のガス分配溝を備えたＷＣＤが描かれている。図１８
には、格子状に配置されたガス分配溝を備えたＷＣＤが
描かれている。図１５ｂ、図１６ｂ、及び図１７ｂは、
更に、各々、図１５ａ、図１６ａ、図１７ａに例示され
た実施例のガス分配溝を表している。
び、図１９ａには、様々な形状のガス分配溝を備えた本
発明の他の実施例が例示されている。図１５ａは、ＷＣ
Ｄの中心から放射状に外向きに延在する６本のガス分配
溝を有するＷＣＤが例示されている。図１６ａは、環状
リング７８に隣接して配置された１つの円形のガス分配
溝を備えたＷＣＤが例示されている。図１７ａは、中心
の円形のガス分配溝から半径方向外向きに延在する１２
本のガス分配溝を備えたＷＣＤが描かれている。図１８
には、格子状に配置されたガス分配溝を備えたＷＣＤが
描かれている。図１５ｂ、図１６ｂ、及び図１７ｂは、
更に、各々、図１５ａ、図１６ａ、図１７ａに例示され
た実施例のガス分配溝を表している。
【００７７】図１９ａは、及び図１９ｂは、６個の裏側
のガス入口ポート８２（例えば直径３．０ｍｍ以下の）
と、中心のガス入口ポート８４と、三角形のパターンに
配列されたガス分配溝とを有する他の実施例が表されて
いる。このガス分配溝は、金属製支持盤５６内に形成さ
れており、６個の裏側のガス入口ポート８２にガスを供
給している。複数のガス入口ポートを用いることによっ
て、裏側ガス圧力の変化が減少される。しかし、ガス入
口ポート８２によって接地電位との間のインピーダンス
の低い経路が形成されやすく、アーク放電の生ずる可能
性も高まり、ＷＣＤ装置の故障する原因となる。
のガス入口ポート８２（例えば直径３．０ｍｍ以下の）
と、中心のガス入口ポート８４と、三角形のパターンに
配列されたガス分配溝とを有する他の実施例が表されて
いる。このガス分配溝は、金属製支持盤５６内に形成さ
れており、６個の裏側のガス入口ポート８２にガスを供
給している。複数のガス入口ポートを用いることによっ
て、裏側ガス圧力の変化が減少される。しかし、ガス入
口ポート８２によって接地電位との間のインピーダンス
の低い経路が形成されやすく、アーク放電の生ずる可能
性も高まり、ＷＣＤ装置の故障する原因となる。
【００７８】これらの全ての実施例において、図示され
た中心のガス入口ポートは通常直径４．７ｍｍであり、
ガス入口管（図４の１１０）からガスを供給されてい
る。図１０ａ、図１５ａａ、図１６ａ、図１７ａ、図１
８、及び図１９ａでは、セラミック盤５２内に封入され
た二極静電チャック機構を形成する互いに噛合する形状
の電極９５と９５′の外形が破線によって描かれてい
る。電極９５と９５′の厚みはＲＦ電力を結合させ、か
つＲＦ電流に対するインピーダンスの低い経路を提供す
るように十分な厚みでなければならない。約１５から４
５μｍの範囲内の、例えば３０μｍの厚さを有する電極
が適切である。上述された全ての実施例では、環状のガ
ス分配チャネル７４′が例示されている。この環状のガ
ス分配溝は、環状リング７８とウェハとによって形成さ
れたシールに沿ってガスを分配し、従って、任意の局部
的なシールからのガスのリンクによって引き起こされる
圧力のばらつきを低減させる。様々な直径の、例えば１
５０、２００、及び３００ｍｍの直径を有するウェハが
上述された全ての実施例において用いられる。特に、図
１５ａと図１０ａに例示された実施例は、各々、１５０
ｍｍと２００ｍｍの直径のウェハに適している。
た中心のガス入口ポートは通常直径４．７ｍｍであり、
ガス入口管（図４の１１０）からガスを供給されてい
る。図１０ａ、図１５ａａ、図１６ａ、図１７ａ、図１
８、及び図１９ａでは、セラミック盤５２内に封入され
た二極静電チャック機構を形成する互いに噛合する形状
の電極９５と９５′の外形が破線によって描かれてい
る。電極９５と９５′の厚みはＲＦ電力を結合させ、か
つＲＦ電流に対するインピーダンスの低い経路を提供す
るように十分な厚みでなければならない。約１５から４
５μｍの範囲内の、例えば３０μｍの厚さを有する電極
が適切である。上述された全ての実施例では、環状のガ
ス分配チャネル７４′が例示されている。この環状のガ
ス分配溝は、環状リング７８とウェハとによって形成さ
れたシールに沿ってガスを分配し、従って、任意の局部
的なシールからのガスのリンクによって引き起こされる
圧力のばらつきを低減させる。様々な直径の、例えば１
５０、２００、及び３００ｍｍの直径を有するウェハが
上述された全ての実施例において用いられる。特に、図
１５ａと図１０ａに例示された実施例は、各々、１５０
ｍｍと２００ｍｍの直径のウェハに適している。
【００７９】予測されるＷＣＤの特性が、図１０ａ、図
１５ａ、図１７ａ、及び図１８、及び図１９に例示され
た実施例に対して、以下の表２に表されている。
１５ａ、図１７ａ、及び図１８、及び図１９に例示され
た実施例に対して、以下の表２に表されている。
【００８０】
【表２】
【００８１】表２に表された全ての実施例では、溝の幅
は１５００μｍである。ウェハの周縁部圧力は、環状リ
ング７８の内側の周縁部における裏側ガス圧力を表して
いる。シール漏洩速度は、表２に表された対応するウェ
ハの周縁部圧力に対するウェハと環状リング７８とによ
って形成されたシールでの予想される漏洩速度である。
内側面流速は、裏側ガス圧力がウェハの中心部において
１０．０トル、ウェハの周縁部において９．０トル（裏
側ガス圧力の変化が１０％）の場合に、セラミック盤の
表面８２を通る予測される流速である。
は１５００μｍである。ウェハの周縁部圧力は、環状リ
ング７８の内側の周縁部における裏側ガス圧力を表して
いる。シール漏洩速度は、表２に表された対応するウェ
ハの周縁部圧力に対するウェハと環状リング７８とによ
って形成されたシールでの予想される漏洩速度である。
内側面流速は、裏側ガス圧力がウェハの中心部において
１０．０トル、ウェハの周縁部において９．０トル（裏
側ガス圧力の変化が１０％）の場合に、セラミック盤の
表面８２を通る予測される流速である。
【００８２】表２に表されているように、実施例１（図
１９ａ）では、圧力は内側面においてウェハの中心部に
おける内側圧力１０トルからウェハの周縁部における圧
力９．７トルまで０．３トル変化する。即ち、実施例１
では、裏側ガス圧力の変化は３％である。同様に、実施
例５、１０、１１、及び１４では、裏側ガス圧力の変化
は、各々３％、５％、３％、及び９％である。実施例１
では、セラミック盤の表面８２における内側面の流速
は、５０．００ＳＣＣＭ（ウェハの中心と周縁部との間
の圧力降下が１トルの場合に対して）であり、この値は
予測されるシール漏洩速度１４．６ＳＣＣＭを大きく上
回るものである。これによって、例えばウェハが整合せ
ずに配置されたことによって、若しくは粒子の存在によ
って発生するより高いシール漏洩速度を許容する大きな
公差が提供される。同様に、実施例５では、５、１０、
及び１１では、セラミック盤の表面５２における内側面
の流速５０．００、２６．００、及び２６．００ＳＣＣ
Ｍは、各々、予測される最大のシール漏洩速度１４．
６、１４．２、及び７．３ＳＣＣＭを上回り、従ってよ
り高いシール漏洩速度を許容する顕著な公差が提供され
る。
１９ａ）では、圧力は内側面においてウェハの中心部に
おける内側圧力１０トルからウェハの周縁部における圧
力９．７トルまで０．３トル変化する。即ち、実施例１
では、裏側ガス圧力の変化は３％である。同様に、実施
例５、１０、１１、及び１４では、裏側ガス圧力の変化
は、各々３％、５％、３％、及び９％である。実施例１
では、セラミック盤の表面８２における内側面の流速
は、５０．００ＳＣＣＭ（ウェハの中心と周縁部との間
の圧力降下が１トルの場合に対して）であり、この値は
予測されるシール漏洩速度１４．６ＳＣＣＭを大きく上
回るものである。これによって、例えばウェハが整合せ
ずに配置されたことによって、若しくは粒子の存在によ
って発生するより高いシール漏洩速度を許容する大きな
公差が提供される。同様に、実施例５では、５、１０、
及び１１では、セラミック盤の表面５２における内側面
の流速５０．００、２６．００、及び２６．００ＳＣＣ
Ｍは、各々、予測される最大のシール漏洩速度１４．
６、１４．２、及び７．３ＳＣＣＭを上回り、従ってよ
り高いシール漏洩速度を許容する顕著な公差が提供され
る。
【００８３】実施例１、２、５、９、及び１０（表２）
に対する予測される熱伝達係数が以下の表３に表されて
いる。与えられた熱伝達係数は、ガス熱伝導に対するも
ののみである。これら全ての実施例において、接触熱伝
導に対する熱伝達係数は、より粗面化されたウェハ表面
の粗さに応じて約５から３０Ｗ／Ｎ2−Ｋの範囲内で変
化し、より粗面化されたウェハ表面によって、より低い
熱伝達係数がもたらされる。
に対する予測される熱伝達係数が以下の表３に表されて
いる。与えられた熱伝達係数は、ガス熱伝導に対するも
ののみである。これら全ての実施例において、接触熱伝
導に対する熱伝達係数は、より粗面化されたウェハ表面
の粗さに応じて約５から３０Ｗ／Ｎ2−Ｋの範囲内で変
化し、より粗面化されたウェハ表面によって、より低い
熱伝達係数がもたらされる。
【００８４】
【表３】
【００８５】表３は、裏側ガス圧力の変化が少ない実施
例が、ウェハの中心部とウェハの周縁部との間の熱伝達
係数の変化が少ないことを表している。例えば、実施例
１では、裏側ガス圧力の変化は３％であり、ウェハの中
心部及びウェハの周縁部での熱伝達係数は、各々、２９
５Ｗ／Ｎ2−Ｋと２５５Ｗ／Ｎ2−Ｋであり、この値は４
２Ｗ／Ｎ2−Ｋ の変化をもたらす。しかしながら、実施
例２では、裏側ガス圧力の変化は８２％というより高い
値であり、ウェハの中心部とウェハの周縁部における熱
伝達係数は、各々、２２．３Ｗ／Ｎ2−Ｋと８９Ｗ／Ｎ2
−Ｋとであり、変化は１３４Ｗ／Ｎ2−Ｋである。熱伝
達係数の変化が少ないほど、図２０に例示されているよ
うに、ウェハの温度分布が改善される。
例が、ウェハの中心部とウェハの周縁部との間の熱伝達
係数の変化が少ないことを表している。例えば、実施例
１では、裏側ガス圧力の変化は３％であり、ウェハの中
心部及びウェハの周縁部での熱伝達係数は、各々、２９
５Ｗ／Ｎ2−Ｋと２５５Ｗ／Ｎ2−Ｋであり、この値は４
２Ｗ／Ｎ2−Ｋ の変化をもたらす。しかしながら、実施
例２では、裏側ガス圧力の変化は８２％というより高い
値であり、ウェハの中心部とウェハの周縁部における熱
伝達係数は、各々、２２．３Ｗ／Ｎ2−Ｋと８９Ｗ／Ｎ2
−Ｋとであり、変化は１３４Ｗ／Ｎ2−Ｋである。熱伝
達係数の変化が少ないほど、図２０に例示されているよ
うに、ウェハの温度分布が改善される。
【００８６】図２０では、実施例１と実施例９のウェハ
の温度分布が、各々、曲線ＪとＫとによって表されてお
り、ここで粗いウェハの表面（接触熱伝導の熱伝達係数
が約５Ｗ／Ｎ2−Ｋに等しい）が仮定されている。滑ら
かなウェハの表面と、粗いウェハの表面とを備えた実施
例２のウェハの温度分布が、各々、曲線ＬとＮによって
表されている。接触熱伝導の熱伝達係数は曲線ＬとＮと
に対して、各々、５００Ｗ／Ｎ2−Ｋと３０Ｗ／Ｎ2−Ｋ
となっている。図２０では、２０００ワットの熱量が直
径２００ｍｍのウェハに供給されているという仮定がさ
れている。裏側ガス、即ちヘリウムが、圧力１０トルで
中心に位置されたガス供給管から供給されている。セラ
ミック盤５２は６０℃に保たれている。
の温度分布が、各々、曲線ＪとＫとによって表されてお
り、ここで粗いウェハの表面（接触熱伝導の熱伝達係数
が約５Ｗ／Ｎ2−Ｋに等しい）が仮定されている。滑ら
かなウェハの表面と、粗いウェハの表面とを備えた実施
例２のウェハの温度分布が、各々、曲線ＬとＮによって
表されている。接触熱伝導の熱伝達係数は曲線ＬとＮと
に対して、各々、５００Ｗ／Ｎ2−Ｋと３０Ｗ／Ｎ2−Ｋ
となっている。図２０では、２０００ワットの熱量が直
径２００ｍｍのウェハに供給されているという仮定がさ
れている。裏側ガス、即ちヘリウムが、圧力１０トルで
中心に位置されたガス供給管から供給されている。セラ
ミック盤５２は６０℃に保たれている。
【００８７】曲線Ｍによって表されているように、粗い
表面を備えたウェハを用いた実施例２において、ウェハ
の周縁部分の温度が７００℃以上となっている。しか
し、曲線Ｌによって表されているように、ウェハの表面
が研磨されている場合、実質的に均一なウェハの温度分
布が主要な接触熱伝導によって達成されている。しか
し、接触熱伝導が熱伝達機構の主な役割を果たすので、
裏側ガス圧力によってウェハの温度を制御する可能性が
制限されている。
表面を備えたウェハを用いた実施例２において、ウェハ
の周縁部分の温度が７００℃以上となっている。しか
し、曲線Ｌによって表されているように、ウェハの表面
が研磨されている場合、実質的に均一なウェハの温度分
布が主要な接触熱伝導によって達成されている。しか
し、接触熱伝導が熱伝達機構の主な役割を果たすので、
裏側ガス圧力によってウェハの温度を制御する可能性が
制限されている。
【００８８】曲線Ｊによって表されているように、最大
のウェハの温度が３５０℃以下であるほぼ均一なウェハ
の温度分布が実施例１において達成されている。重要な
ことは、実施例１ではガス熱伝導が主要な役割を果たす
ので、ウェハの温度は裏側ガス圧力を調節することによ
って十分に制御されるということである。
のウェハの温度が３５０℃以下であるほぼ均一なウェハ
の温度分布が実施例１において達成されている。重要な
ことは、実施例１ではガス熱伝導が主要な役割を果たす
ので、ウェハの温度は裏側ガス圧力を調節することによ
って十分に制御されるということである。
【００８９】曲線Ｋでは、実施例９のウェハの温度分布
が表されている。曲線Ｋはウェハの温度に対する調節さ
れた圧力の変化の効果が表されている。図示されている
ように、圧力の変化が２７％の場合でさえも、ウェハの
周縁部分の温度は３５０℃以上となる。
が表されている。曲線Ｋはウェハの温度に対する調節さ
れた圧力の変化の効果が表されている。図示されている
ように、圧力の変化が２７％の場合でさえも、ウェハの
周縁部分の温度は３５０℃以上となる。
【００９０】図２１は、本発明に基づくＷＣＤの中心部
分での裏側ガス圧力に対する温度を表している。図２１
は、２０００ワットの熱量が直径２００ｍｍのウェハに
供給されているという仮定がなされている。裏側ガス圧
力が８トルの場合、ウェハの温度は約２２５℃に保たれ
ている。しかし、裏側ガス圧力を５トルに減少させるこ
とによって、ウェハの温度は約２５７℃に調節される。
図示されているように、ウェハの温度は更に裏側ガス圧
力を減少させることによって更に増加される。即ち、図
２１は、ウェハの温度が裏側ガス圧力を調節することに
よって充分に制御されることを表している。
分での裏側ガス圧力に対する温度を表している。図２１
は、２０００ワットの熱量が直径２００ｍｍのウェハに
供給されているという仮定がなされている。裏側ガス圧
力が８トルの場合、ウェハの温度は約２２５℃に保たれ
ている。しかし、裏側ガス圧力を５トルに減少させるこ
とによって、ウェハの温度は約２５７℃に調節される。
図示されているように、ウェハの温度は更に裏側ガス圧
力を減少させることによって更に増加される。即ち、図
２１は、ウェハの温度が裏側ガス圧力を調節することに
よって充分に制御されることを表している。
【００９１】図２２ａ及び図２２ｂ（以下、両方の図を
まとめて図２２と呼ぶ）に例示されているように、各
々、本発明に基づく他の実施例の分解上面図と断面図と
が表されている。この実施例では、セラミック盤１１０
は、例えば、インジウム製のはんだを用いて、金属製冷
却盤１１２にろう付け若しくは半田付けされている。ろ
う付け若しくは半田付けに用いられる材料は、セラミッ
ク盤１１０と金属製冷却盤１１２との異なる熱膨張を許
容するための十分な柔軟性を有するものでなければなら
ない。セラミック盤１１０と金属製冷却盤１１２は、各
々、図２に例示されたセラミック盤５０と、金属製冷却
盤６０とに実質的に等しい。金属製冷却盤１１２は、金
属製支持盤１１４内に形成されたキャビティ内にボルト
によって固定されている。
まとめて図２２と呼ぶ）に例示されているように、各
々、本発明に基づく他の実施例の分解上面図と断面図と
が表されている。この実施例では、セラミック盤１１０
は、例えば、インジウム製のはんだを用いて、金属製冷
却盤１１２にろう付け若しくは半田付けされている。ろ
う付け若しくは半田付けに用いられる材料は、セラミッ
ク盤１１０と金属製冷却盤１１２との異なる熱膨張を許
容するための十分な柔軟性を有するものでなければなら
ない。セラミック盤１１０と金属製冷却盤１１２は、各
々、図２に例示されたセラミック盤５０と、金属製冷却
盤６０とに実質的に等しい。金属製冷却盤１１２は、金
属製支持盤１１４内に形成されたキャビティ内にボルト
によって固定されている。
【００９２】図２２に例示された実施例は、熱伝導性ペ
ーストの第１の層と第２の層（各々、図２の５４と５
８）が用いられていない。これは、真空処理過程の汚染
に関連して熱伝導性ペーストの漏洩がＯリング５５（図
２）を通過する可能性が除去されるので有利な点である
といえる。もう１つの利点は、ウェハに加えられた熱
が、セラミック盤１１０を通りろう付け層若しくは半田
付け層を通り、次に直接金属製冷却盤１１２に伝達され
るということである。これによって、ＷＣＤの熱伝達能
力が向上する、その理由は熱が金属製支持盤１１４を介
して伝達されないからである。セラミック盤５２（また
は１１０）の接触面８２の構造の特徴は、図２及び図２
２に例示された実施例に関する特徴と等しい。
ーストの第１の層と第２の層（各々、図２の５４と５
８）が用いられていない。これは、真空処理過程の汚染
に関連して熱伝導性ペーストの漏洩がＯリング５５（図
２）を通過する可能性が除去されるので有利な点である
といえる。もう１つの利点は、ウェハに加えられた熱
が、セラミック盤１１０を通りろう付け層若しくは半田
付け層を通り、次に直接金属製冷却盤１１２に伝達され
るということである。これによって、ＷＣＤの熱伝達能
力が向上する、その理由は熱が金属製支持盤１１４を介
して伝達されないからである。セラミック盤５２（また
は１１０）の接触面８２の構造の特徴は、図２及び図２
２に例示された実施例に関する特徴と等しい。
【００９３】これまでの説明は、本発明の主要なかつ好
適な実施例に関してなされていた。しかし、本発明はあ
る一定の上述された実施例に限定される構造を有するも
のではない。例えば、様々な熱伝導性を有するセラミッ
ク盤を用いることができる。ＷＣＤは、三角形若しくは
四角形などの様々な形状であってよい。また、支持盤の
ためにはアルミニウム以外の、冷却盤のためには真鍮以
外の、その他の金属または材料が用いられてもよい。更
に、ウェハの中心における裏側ガス圧力は、より高い入
力電力が用いられる場合には１０トル以上に増加されて
もよい。更に、薄膜ヘド若しくはフラットパネルディス
プレイの製造業者によって用いられているような、シリ
コン、ガリウム砒素、若しくはセラミックウェハ、また
は基板が、本発明の基板として用いられてもよい。更
に、本発明のＷＣＤは、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズ
マ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、プラズマエッチング法、
スパッタエッチング法、及び物理蒸着法（ＰＶＤ）等の
様々なプラズマ処理法に用いられてもよい。即ち、上述
された実施例は、限定を意図するものではなく１つの例
として考慮されるべきものである。添付の特許請求の範
囲によって定義される本発明の技術的視点から逸脱せず
に、これらの実施例に様々な変形がなされることは当業
者には容易に理解される。
適な実施例に関してなされていた。しかし、本発明はあ
る一定の上述された実施例に限定される構造を有するも
のではない。例えば、様々な熱伝導性を有するセラミッ
ク盤を用いることができる。ＷＣＤは、三角形若しくは
四角形などの様々な形状であってよい。また、支持盤の
ためにはアルミニウム以外の、冷却盤のためには真鍮以
外の、その他の金属または材料が用いられてもよい。更
に、ウェハの中心における裏側ガス圧力は、より高い入
力電力が用いられる場合には１０トル以上に増加されて
もよい。更に、薄膜ヘド若しくはフラットパネルディス
プレイの製造業者によって用いられているような、シリ
コン、ガリウム砒素、若しくはセラミックウェハ、また
は基板が、本発明の基板として用いられてもよい。更
に、本発明のＷＣＤは、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズ
マ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、プラズマエッチング法、
スパッタエッチング法、及び物理蒸着法（ＰＶＤ）等の
様々なプラズマ処理法に用いられてもよい。即ち、上述
された実施例は、限定を意図するものではなく１つの例
として考慮されるべきものである。添付の特許請求の範
囲によって定義される本発明の技術的視点から逸脱せず
に、これらの実施例に様々な変形がなされることは当業
者には容易に理解される。
【図１】従来技術の静電チャックを表す図。
【図２】本発明に基づくウェハ冷却装置（ＷＣＤ）の分
解斜視図。
解斜視図。
【図３】本発明に基づく金属製の冷却盤の斜視図。
【図４】本発明に基づくＷＣＤが据え付けられたユニッ
トの断面図。
トの断面図。
【図５】本発明に基づくＷＣＤの側断面図。
【図６】図５に例示されたウェハとＷＣＤの境界面の拡
大断面図。
大断面図。
【図７】ウェハとＷＣＤとの表面の間に接触する部分の
ない仮想的なウェハとＷＣＤとの組立体を表す図。
ない仮想的なウェハとＷＣＤとの組立体を表す図。
【図８】ウェハからＷＣＤまでの熱伝達経路に沿った温
度分布を表すグラフ。
度分布を表すグラフ。
【図９】ガスの圧力と接触面の間隔とに関連する熱伝達
係数の変化を表すグラフ。
係数の変化を表すグラフ。
【図１０】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくＷＣ
Ｄのセラミック盤の接触面の上面図であり、ｂはａに示
されたＷＣＤのガス分配溝を表す図。
Ｄのセラミック盤の接触面の上面図であり、ｂはａに示
されたＷＣＤのガス分配溝を表す図。
【図１１】ａ及びｂからなり、ａは図１０ａに例示され
たセラミック盤の一部分の拡大上面図であり、ｂは図１
０ａに示されたセラミック盤の一部分の拡大断面図。
たセラミック盤の一部分の拡大上面図であり、ｂは図１
０ａに示されたセラミック盤の一部分の拡大断面図。
【図１２】本発明に基づく様々なＷＣＤの熱伝達係数と
ウェハ表面の粗さとの関係を表すグラフ。
ウェハ表面の粗さとの関係を表すグラフ。
【図１３】本発明に基づくＷＣＤの中心で測定されたガ
ス圧と全体的な熱伝達係数との関係を表すグラフ。
ス圧と全体的な熱伝達係数との関係を表すグラフ。
【図１４】本発明に基づくＷＣＤの圧力の不均一性のウ
ェハ温度への影響を表すグラフ。
ェハ温度への影響を表すグラフ。
【図１５】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくある
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
【図１６】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくある
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
【図１７】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくある
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
【図１８】本発明に基づくある実施例のガス分配溝上面
図。
図。
【図１９】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくある
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
実施例のガス分配溝を備えたＷＣＤの上面図であり、ｂ
はａに例示された実施例のガス分配溝を表す図。
【図２０】本発明に基づくある実施例の数種類のＷＣＤ
のウェハの温度分布を表すグラフ。
のウェハの温度分布を表すグラフ。
【図２１】本発明に基づくＷＣＤの中心の裏側面のガス
圧力と温度との関係を表すグラフ。
圧力と温度との関係を表すグラフ。
【図２２】ａ及びｂからなり、ａはセラミック板が金属
製の冷却板に直接ろう付け若しくは溶接された本発明に
基づく他の実施例の分解斜視図であり、ｂはａに例示さ
れた実施例の断面図。
製の冷却板に直接ろう付け若しくは溶接された本発明に
基づく他の実施例の分解斜視図であり、ｂはａに例示さ
れた実施例の断面図。
【図２３】本発明に基づくＷＣＤの裏側面のガス圧を制
御するための手段を表すブロック図。
御するための手段を表すブロック図。
２ 電極 ４ 絶縁層 ６ 基板 １０ 負電荷 １２ 正電荷 ２０ ワッシャ ２２ スプリングワッシャ ２４ ボルト ２６ ボルト ２８ 接続ピン ３０ 接続ピン ４８ ＷＣＤ ５０ ウェハとＷＣＤの境界面 ５２ セラミック盤 ５３ 凹部 ５４ 第１の熱伝導性ペースト層 ５５ Ｏリング ５６ 金属製支持盤 ５７ Ｏリング ５８ 第２の熱伝導性ペースト層 ５９ Ｏリング ６０ 金属製冷却盤 ６２ ウェハ ７２ 円形部分 ７２′円形部分の表面 ７４ ガス分配溝 ７４′ガス分配溝 ７８ 環状リング ７８′環状リングの表面 ８０ ウェハの接触面 ８２ セラミック盤の接触面 ８４ ガス入口ポート ９５ 電極 ９５′電極 １００ ＷＣＤが取り付けられたユニット １０２ 溝入口 １０４ 溝出口 １０６ 冷却水溝 １１０ セラミック盤 １１０Ａ ガス入口管 １１２ 金属製冷却盤 １１４ 金属製支持盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・ウィング アメリカ合衆国カリフォルニア州 94022・ロスアルトス・ミルバートン 666 (56)参考文献 特開 平７−153825（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−135753（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−115226（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 H01L 21/205
Claims (67)
- 【請求項１】 基板から熱を除去するための基板冷却
装置であって、 基板接触盤であって、 周辺部に設けられた突出した部分と、 キャビティを形成する凹部と、各々が、接触面において
終息するとともに前記周縁部分に設けられた前記突出し
た部分の表面と前記各々の接触面とが概ね同一平面上に
設けられた複数の凸部とを有する中央部分であって、前
記凹部が前記中央部分の面積の８０パーセント以上９８
パーセント以下の面積を占め、前記接触面が０．３５μ
ｍ以上３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ（Ｒａ）を有
する、前記中央部分と、 前記キャビティ内へガスを供給するための少なくとも１
つのガス入り口溝とを有する前記基板接触盤と、 前記基板接触盤に熱的に接続されているとともに、冷却
液を通すための溝を有する冷却盤とを有することを特徴
とする基板冷却装置。 - 【請求項２】 少なくとも１つの前記基板接触盤と、
前記冷却盤とに取り付けられた支持盤を更に有すること
を特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記支持盤が、前記基板接触盤と前記
冷却盤との間に配置されていることを特徴とする請求項
２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記基板接触盤の背面と、前記支持盤
の第１の面との間に設けられた熱伝導性ペーストの第１
の層と、 前記支持盤の第２の面と、前記冷却盤との間に設けられ
た熱伝導性ペーストの第２の層とを更に有することを特
徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 前記第１の熱伝導性ペーストの層を、
前記基板冷却装置を取り囲む真空環境から保護するため
の第１のシールを更に有することを特徴とする請求項４
に記載の装置。 - 【請求項６】 前記第１の熱伝導性ペーストの層を、
前記少なくとも１つのガス入り口溝内の真空環境から保
護する第２のシールを更に有することを特徴とする請求
項５に記載の装置。 - 【請求項７】 前記支持盤を前記基板接触盤に取り付
けるための複数のボルトを更に有することを特徴とする
請求項３に記載の方法。 - 【請求項８】 前記ボルトの各々に対してスプリング
ワッシャが用いられており、前記支持盤と前記基板接触
盤の各々の熱的な膨張特性の差を受容する柔軟性が提供
されていることを特徴する請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】 前記基板接触盤がセラミック材料から
構成されていることを特徴とする請求項４に記載の装
置。 - 【請求項１０】 前記冷却盤が、前記基板接触盤と前
記支持盤のとの間に配置されていることを特徴とする請
求項２に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記基板接触盤が、前記冷却盤にハ
ンダ付けによってもしくは鑞付けによって取り付けられ
ていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記周縁部の突出した部分が、環状
のシールリングを有することを特徴とする請求項１に記
載の装置。 - 【請求項１３】 前記少なくとも１つのガス入り口溝
が、前記中央部分の中心にもしくは前記中心の付近に配
置されたガス入り口ポートから前記キャビティ内に連通
していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 基板から熱を除去するための基板冷
却装置であって、 基板接触盤であって、 環状のシールリングを備えた、周辺部に設けられた突出
した部分と、 キャビティを形成する凹部と、各々が、接触面において
終息するとともに前記周縁部分に設けられた前記突出し
た部分の表面と前記各々の接触面とが概ね同一平面上に
設けられた複数の凸部とを有する中央部分 と、前記キャビティ内へガスを供給するための少なくとも１
つのガス入り口溝とを有する前記基板接触盤と、 前記基板接触盤に熱的に接続されているとともに、冷却
液を通すための溝を有する冷却盤と、 前記環状のシールリングの内側エッジに隣接して設けら
れた環状のガス分配リングとを有することを特徴とする
基板冷却装置。 - 【請求項１５】 前記中央部分が、前記少なくとも１
つのガス入り口ポートから前記環状のガス分配リングへ
向けて延在する複数のガス分配溝を更に有することを特
徴とする請求項１４に記載の装置。 - 【請求項１６】 前記ガス分配溝が、０．２ｍｍから
２．０ｍｍの範囲の深さと、０．５ｍｍから２．５ｍｍ
の範囲の幅とを有することを特徴とする請求項１５に記
載の装置。 - 【請求項１７】 前記ガス分配溝が、約０．７ｍｍの
深さと、約１．５ｍｍの幅とを有することを特徴とする
請求項１６に記載の装置。 - 【請求項１８】 前記複数のガス分配溝が、前記少な
くとも１つのガス入り口ポートを囲む閉じた溝と、前記
ガス入り口ポートから前記閉じた溝まで延在する第１の
複数の溝と、前記閉じた溝から前記環状のガス分配リン
グまで延在する第２の複数の閉じた溝とを有し、 前記第２の複数の溝の個数が、前記第１の複数の溝の個
数よりも多いことを特徴とする請求項１５に記載の装
置。 - 【請求項１９】 前記閉じた溝が６角形の形状を有
し、 前記第１の複数の溝が６本の溝からなり、前記第２の複
数の溝が８本の溝からなり、前記第１の複数の溝と前記
第２の複数の溝の各々の溝が前記閉じた溝のなす６角形
の形状の角の部分と交わることを特徴とする請求項１８
に記載の装置。 - 【請求項２０】 前記ガス分配溝が、前記ガス入り口
ポートから放射状に外向きに延在することを特徴とする
請求項１５に記載の装置。 - 【請求項２１】 前記基板冷却装置が、少なくとも６
個の前記ガス分配溝を有すことを特徴とする請求項２０
に記載の装置。 - 【請求項２２】 前記基板冷却装置が、少なくとも１
２個の前記ガス分配溝を有することを特徴とする請求項
２１に記載の装置。 - 【請求項２３】 前記ガス分配溝が三角形の形状をな
すように配置されていることを特徴とする請求項１５に
記載の装置。 - 【請求項２４】 前記ガス分配溝が、格子状の形状を
なすように配置されていることを特徴とする請求項１５
に記載の装置。 - 【請求項２５】 前記基板接触盤に対して基板を固定
する手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。 - 【請求項２６】 前記基板接触盤が、少なくとも１つ
の前記基板接触盤に前記基板を固定するための電極を更
に有することを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項２７】 前記基板接触盤が、一対の互いに噛
合する形状の電極を有することを特徴とする請求項２６
に記載の装置。 - 【請求項２８】 前記少なくとも１つの電極が１５μ
ｍから４５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項
２６に記載の装置。 - 【請求項２９】 前記基板を前記基板接触盤に取り付
けるための静電力を形成するための前記少なくとも１つ
の電極に接続された電圧源を更に有することを特徴とす
る請求項２６に記載の装置。 - 【請求項３０】 前記少なくとも１つの電極に接続さ
れたＲＦ電源を更に有することを特徴とする請求項２６
に記載の装置。 - 【請求項３１】 ＲＦ電源と、前記基板接触盤と前記
冷却盤の少なくとも一方に取り付けられた金属製の支持
盤とを更に有し、 前記ＲＦ電源が前記少なくとも１つの電極と前記金属製
の支持盤とに接続されていることを特徴とする請求項２
６に記載の装置。 - 【請求項３２】 前記キャビティはその深さが４０μ
ｍ以下であり、設定された値に対して±１０％の公差と
なるように製造されていることを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項３３】 前記周縁部の突出した領域の前記表
面と前記接触面とを平均したの平均面からの偏差が、
０．１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載
の装置。 - 【請求項３４】 ＲmaxがＲａの２００％の未満であ
ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３５】 前記周縁部に設けられた突出部の前
記表面の木目と前記接触面の木目がランダムなものであ
ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３６】 基板冷却装置と、前記基板接触盤に
支持された基板とを組み合わせた組合わせ基板冷却装置
であって、前記基板冷却装置が、 基板接触盤であって、 周辺部に設けられた突出した部分と、 キャビティを形成する凹部と、各々が、接触面において
終息するとともに前記周縁部分に設けられた前記突出し
た部分の表面と前記各々の接触面とが概ね同一平面上に
設けられた複数の凸部とを有する中央部分であって、前
記凹部が前記中央部分の面積の８０パーセント以上９８
パーセント以下の面積を占め、前記接触面が０．３５μ
ｍ以上３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ（Ｒａ）を有
する、前記中央部分と、 前記キャビティ内へガスを供給するための少なくとも１
つのガス入り口溝とを有する前記基板接触盤と、 前記基板接触盤に熱的に接続されているとともに、冷却
液を通すための溝を有する冷却盤とを有し、 前記基板の表面が、前記突出した前記領域と、前記接触
面とに接触しており、ガスが前記少なくとも１つのガス
入り口溝を通って前記キャビティ内に供給されることを
特徴とする組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項３７】 前記ガスが、水素、ヘリウム、窒
素、及びアルゴンからなる集合から選択されたものであ
ることを特徴とする請求項３６に記載の組合わせ基板冷
却装置。 - 【請求項３８】 前記キャビティ内の前記ガスの圧力
が約２０トル以下であることを特徴とする請求項３６に
記載の組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項３９】 前記基板に、前記基板冷却装置の外
部の電源から電力が供給され、前記基板の温度が前記ガ
スの圧力によって制御されることを特徴とする請求項３
６に記載の組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項４０】 前記基板から除去された前記熱の約
２０％未満の熱は前記突出部を通って除去されることを
特徴とする請求項３９に記載の組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項４１】 前記周縁部分に設けられた突出した
部分と前記接触面との粗さが、前記基板冷却装置と接触
する前記基板の表面の粗さ以上であることを特徴とする
請求項３６に記載の組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項４２】 前記少なくとも１つのガス入り口溝
内のガスの圧力を制御するための圧力制御バルブと、 前記少なくとも１つのガス入り口溝内の前記ガスの圧力
を検出するための圧力センサと、 前記圧力制御バルブと前記圧力センサとに接続されたコ
ントローラとを更に有し、 前記コントローラが前記圧力センサからの信号を受け取
り、前記信号に応答して前記少なくとも１つのガス入り
口溝内の前記圧力を予め決められた値に保持する信号を
前記圧力制御バルブに送ることを特徴とする請求項３６
に記載の組合わせ基板冷却装置。 - 【請求項４３】 前記少なくとも１つのガス入り口溝
内のガスの圧力を制御するためのガス制御バルブと、 前記基板の温度を検出するための温度センサと、 前記圧力制御バルブと前記温度センサとに接続されたコ
ントローラとを更に有し、 前記コントローラが前記温度センサからの信号を受け取
り、前記信号に応答して前記基板の温度を予め決めらた
値に保持するための信号を前記圧力制御バルブに送るこ
とを特徴とする請求項３６に記載の組合わせ基板冷却装
置。 - 【請求項４４】 反応チャンバと、基板冷却装置とを
有する化学蒸気反応装置であって、 前記基板冷却装置が、 基板接触盤であって、 周辺部に設けられた突出した部分と、 キャビティを形成する凹部と、各々が、接触面において
終息するとともに前記周縁部分に設けられた前記突出し
た部分の表面と前記各々の接触面とが概ね同一平面上に
設けられた複数の凸部とを有する中央部分であって、前
記凹部が前記中央部分の面積の８０パーセント以上９８
パーセント以下の面積を占め、前記接触面が０．３５μ
ｍ以上３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ（Ｒａ）を有
する、前記中央部分と、 前記キャビティ内へガスを供給するための少なくとも１
つのガス入り口溝とを有する前記基板接触盤と、 前記基板接触盤に熱的に接続されているとともに、冷却
液を通すための溝を有する冷却盤とを有し、 前記基板冷却装置が前記反応チャンバ内の基板を支持す
るように位置決めされていることを特徴とする化学蒸気
反応装置。 - 【請求項４５】 前記化学蒸気反応装置が、化学蒸着
装置からなることを特徴とする請求項４４に記載の化学
蒸気反応装置。 - 【請求項４６】 前記化学蒸着装置が、プラズマ化学
蒸着装置からなることを特徴とする請求項４５に記載の
化学蒸気反応装置。 - 【請求項４７】 プラズマエッチング装置からなるこ
とを特徴とする請求項４４に記載の化学蒸気反応装置。 - 【請求項４８】 スパッタエッチング装置からなるこ
とを特徴とする請求項４４に記載の化学蒸気反応装置。 - 【請求項４９】 物理蒸着装置からなることを特徴と
する請求項４４に記載の化学蒸気反応装置。 - 【請求項５０】 基板冷却装置であって、 その周縁部分に沿って延在する突出した環状リングと、 凹部と、各々が接触面において終息すると共に前記突出
した環状リングの表面と前記接触面がほぼ同一平面上に
ある複数の円形部分と、ガス入り口ポートとを有する、
前記突出した環状リングの内側に配置された中央部分と
を有する上面を備えたセラミック盤であって、前記凹部
が前記中央部分の面積の８０パーセント以上９８パーセ
ント以下の面積を占め、前記接触面が０．３５μｍ以上
３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ（Ｒａ）を有する、
前記セラミック盤と、 前記セラミック盤にウェハを固定するための静電力を発
生させるための前記セラミック盤内に埋め込まれた互い
に噛合う一対の電極と、 前記セラミック盤の裏側面に取り付けられた金属製の支
持盤と、 前記金属製の支持盤の裏側面に取り付けられていると共
に冷却液を通すための溝をその内部に形成された冷却盤
と、 前記冷却盤と前記金属製の支持盤とを通って前記ガス入
り口ポートまで延在するガス入り口溝とを有することを
基板冷却装置。 - 【請求項５１】 熱伝導性ペーストからなる第１の層
が、前記セラミック盤を前記金属製の支持盤に接続し、 熱伝導性のペーストからなる第２の層が、前記金属製の
支持盤を前記冷却盤に接続していることを特徴とする請
求項５０に記載の基板冷却装置。 - 【請求項５２】 熱伝導性ペーストからなる前記第１
の層を、前記ウェハ冷却装置を取り囲む真空の環境から
保護するための第１のＯリングと、 熱伝導性ペーストからなる前記第１の層を前記ガス入り
口溝内の真空の環境から保護する第２のＯリングとを更
に有することを特徴とする請求項５１に記載の基板冷却
装置。 - 【請求項５３】 前記金属製の支持盤を前記セラミッ
ク盤に取り付けるための複数のボルトを更に有すること
を特徴とする請求項５０に記載の基板冷却装置。 - 【請求項５４】 前記ボルトの各々に対してスプリン
グワッシャが用いられており、前記金属製の支持盤と前
記セラミック盤の各々の熱的な膨張特性の差を許容する
柔軟性が提供されていることを特徴とする請求項５３に
記載の基板冷却装置。 - 【請求項５５】 基板冷却装置であって、 その周縁部分に沿って延在する突出した環状リングと、 凹部と、各々が接触面において終息すると共に前記突出
した環状リングの表面と前記接触面がほぼ同一平面上に
ある複数の円形部分と、ガス入り口ポートとを有する、
前記突出した環状リングの内側に配置された中央部分と
を有する上面を備えたセラミック盤と、 前記セラミック盤にウェハを固定するための静電力を発
生させるための前記セ ラミック盤内に埋め込まれた互い
に噛合う一対の電極と、 前記セラミック盤の裏側面に取り付けられた金属製の支
持盤と、 前記金属製の支持盤の裏側面に取り付けられていると共
に冷却液を通すための溝をその内部に形成された冷却盤
と、 前記冷却盤と前記金属製の支持盤とを通って前記ガス入
り口ポートまで延在するガス入り口溝と、 前記突出した環状リングの内側エッジ部分に隣接して設
けられた環状のガス分配リングとを有することを基板冷
却装置。 - 【請求項５６】 前記中央部分が、前記ガス入り口ポ
ートから前記環状のガス分配リングまで延在する複数の
ガス分配溝を更に有することを特徴とする請求項５５に
記載の基板冷却装置。 - 【請求項５７】 前記突出した環状リングの表面が、
前記セラミック盤に支持されたウェハの表面に対して部
分的なシールを形成するように設計されていることを特
徴とする請求項５０に記載の装基板冷却置。 - 【請求項５８】 基板冷却装置であって、 その周縁部分に沿って延在する突出した環状リングと、 凹部と、各々が接触面において終息すると共に前記突出
した環状リングの表面と前記接触面がほぼ同一平面上に
ある複数の円形部分と、ガス入り口ポートとを有する、
前記突出した環状リングの内側に配置された中央部分と
を有する上面を備えたセラミック盤であって、前記凹部
が前記中央部分の面積の８０パーセント以上９８パーセ
ント以下の面積を占め、前記接触面が０．３５μｍ以上
３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ（Ｒａ）を有する、
前記セラミック盤と、 前記セラミック盤にウェハを固定するための静電力を発
生させるための前記セラミック盤内に埋め込まれた互い
に噛合う一対の電極と、 前記セラミック盤の裏面に取り付けられていると共に冷
却液を通すための溝をその内部に形成された冷却盤と、 前記冷却盤の裏面に取り付けられた金属製の支持盤と、 前記冷却盤と前記金属製の支持盤とを通って前記ガス入
り口ポートまで延在するガス入り口溝とを有することを
基板冷却装置。 - 【請求項５９】 前記冷却盤が、前記セラミック盤の
前記裏面にハンダ付けもしくは鑞づけによって取り付け
られていることを特徴とする請求項５８に記載の基板冷
却装置。 - 【請求項６０】 前記冷却盤を前記セラミック盤の前
記裏面に取り付けるために用いられている材料が、前記
冷却盤と前記セラミック盤の各々の熱的な膨張特性の差
を許容するために十分な柔軟性を有するものであること
を特徴とする請求項５９に記載の基板冷却装置。 - 【請求項６１】 前記冷却盤が、インジウムハンダに
よって前記セラミック盤の前記裏面に取り付けられてい
ることを特徴とする請求項５９に記載の装置。 - 【請求項６２】 前記冷却盤が、前記金属製の支持盤
の中に形成されたキャビティ内に固定されていることを
特徴とする請求項５８に冷却装置。 - 【請求項６３】 前記冷却盤がボルトを用いて前記キ
ャビティ内に固定されていることを特徴とする請求項６
２に記載の装置。 - 【請求項６４】 前記キャビティを前記冷却装置を取
り囲む真空の環境から密閉するための第１のＯリング
と、 前記キャビティを前記かつ入り口溝内の真空の環境から
密閉するための第２のＯリングとを更に有することを特
徴とする請求項６３に記載の装置。 - 【請求項６５】 外部の電源からの熱エネルギを受容
する基板の温度を制御する基板の温度制御方法であっ
て、 その周縁部分に形成された環状の突出リングと、前記環
状の突出リングの内側に形成されたキャビティとを備え
た基板接触盤を有する基板冷却装置を提供する過程であ
って、前記環状の突出リングが、複数の凸部と、凹部と
を備えた中央部分を画定し、前記凹部が、前記キャビテ
ィを形成し、前記複数の凸部の各々が、接触面において
終息する、前記提供する過程と、 前記環状の突出リングの表面に前記基板を取り付ける過
程と、 前記キャビティにガスを供給する過程と、 前記キャビティ内の前記ガスの圧力を制御する過程であ
って、前記ガスの前記圧力によって前記基板の温度が制
御され、前記凹部が前記中央部分の面積の８０パーセン
ト以上９８パーセント以下の面積を占め、前記接触面が
０．３５μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内の平均粗さ
（Ｒａ）を有することにより、前記熱エネルギの主要部
分が前記ガスを介して前記基板から除去される、前記制
御する過程とを有することを特徴とする基板の温度制御
制御方法。 - 【請求項６６】 前記基板接触盤を冷却する過程を更
に有することを特徴とする請求項６５に記載の基板の温
度制御方法。 - 【請求項６７】 前記ガスの漏れが、前記基板と前記
環状の突出したリングの前記表面との間を通ることを特
徴とする請求項６５に記載の基板の温度制御方法。
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