JPH09306415A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理時の基板表面内の温度上昇分布の均一性
を向上させる。 【解決手段】 柔軟性膜１２とベース４との間に冷媒１
８を加圧封入している密閉領域１６を、その上に保持す
る基板２よりも当該基板の周囲において５ｍｍ以上の幅
Ｗで大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置、イオンドーピング装置（非質量分離型のイオン
注入装置）、スパッタリング装置、ドライエッチング装
置、電子ビーム照射装置等において、真空中またはその
他の雰囲気中で基板にイオンビーム、プラズマ、電子ビ
ーム等のエネルギーを有する粒子を入射させる場合に用
いられる基板保持装置に関し、より具体的には、処理時
の基板表面内の温度上昇分布の均一性を向上させる手段
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板、液晶ディスプレイ用ガラス
基板等の基板の表面に、イオン注入、エッチング等の処
理を施す際に、イオンビームやプラズマ等によって基板
に投入されるパワーによる基板の温度上昇を抑えるため
に、従来から種々の基板保持装置が提案されている。

【０００３】その一例を図７に示す。この基板保持装置
は、基板２等を支持するためのベース４と、このベース
４の表面部に設けられた凹部１０を覆うように張られて
いてベース４との間に密閉領域１６を形成する柔軟性膜
１２と、この密閉領域１６に一定の圧力で封入された冷
媒１８と、柔軟性膜１２上に載置される基板２の周縁部
をベース４に向けて押さえ付ける（即ちクランプする）
環状のクランパー２０とを備えている。基板２の平面形
状は例えば四角形をしており、それに応じて柔軟性膜１
２、密閉領域１６、ベース４およびクランパー２０の平
面形状も例えば四角形をしている。

【０００４】柔軟性膜１２は、例えばフッ素樹脂、ポリ
イミド等の高分子材料やステンレス、銅等の金属薄膜等
から成るごく薄い膜である。この柔軟性膜１２の周縁部
は、その全周に亘ってベース４に固着されて密封されて
いる。１４はその固着部を示す。

【０００５】冷媒１８は、例えばシリコーンオイル、ガ
リウム、水銀等の熱伝導率の高い液体である。

【０００６】ベース４は、この例では内部に冷媒通路６
を有していて、そこに外部から例えば水、代替フロン等
の冷媒８を流すことによって冷却される。

【０００７】この基板保持装置にクランプされた基板２
に、例えば真空中において、クランパー２０の開口部を
通して例えばイオンビームが照射される等して所要の処
理が施される。その際、イオンビーム照射等によって基
板２に熱入力が加えられるが、その熱は、基板２から柔
軟性膜１２および冷媒１８を経由してベース４に伝達さ
れ、更には冷媒８によって運び去られる。このようにし
て基板２が冷却される。

【０００８】しかもこの基板保持装置では、基板２に対
する接触面を柔軟な構造にしていて、基板２の反りやう
ねり、更にはクランプすることによる基板２の変形等に
も当該接触面が追従することができるので、大きな接触
面積を確保することができる。従って、基板２を効率的
に冷却してその温度上昇を小さくすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記基板保持装置にお
ける柔軟性膜１２は、図８に拡大して示すように、その
中央領域１２ａは緩やかな凸面状になるのに対して、固
着部１４に近い周縁領域１２ｂは凹面状または中央領域
１２ａよりも急な（即ち曲率の大きい）凸面状になる。
これは、柔軟性膜１２の張力やその内部の冷媒１８の圧
力等との関係でこのようになるものと考えられる。周縁
領域１２ｂが凹になるか凸になるかは、柔軟性膜１２の
伸び率や弾性率等の特性に依存する。

【００１０】従って、クランパー２０を押し下げて基板
をクランプした場合、図９に示すように、中央領域１２
ａでは柔軟性膜１２は基板２の変形等に追従することが
できるけれども、周縁領域１２ｂではそれに追従するこ
とができなくなる。従って、基板２の周縁部では柔軟性
膜１２は基板２に接触しにくくなり、そこでの熱伝導が
悪化するので、基板２の周縁部は中央部に比べて温度上
昇が大きくなる。その結果、処理時の基板表面内の温度
上昇分布の均一性が悪くなる。

【００１１】そこでこの発明は、このような点を改善し
て、処理時の基板表面内の温度上昇分布の均一性を向上
させることを主たる目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の基板保持装置
は、前述したような密閉領域を、その上に保持する基板
よりも当該基板の周囲において５ｍｍ以上の幅で大きく
したことを特徴とする。

【００１３】上記構成によれば、密閉領域上に張られた
柔軟性膜の、基板と接触しにくい周縁領域が基板の外側
に位置するようになるので、クランプ時に基板の周縁部
もその中央部と同じように柔軟性膜に接触するようにな
る。その結果、基板の周縁部における熱伝導の悪化が防
止され、処理時の基板表面内の温度上昇分布の均一性が
向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る基板保持
装置の一例を示す断面図である。図２は、図１中の密閉
領域と基板との関係を示す平面図である。図７の従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１５】この実施例においては、前述した密閉領域
１６の平面寸法を、従って柔軟性膜１２の平面寸法を
も、基板２よりも当該基板２の周囲において５ｍｍ以上
の幅Ｗで大きくしている。換言すれば、基板２等が図２
に示すように四角形の場合、密閉領域１６および柔軟性
膜１２等の縦横の寸法を、基板２のそれよりも、片側で
５ｍｍ以上ずつ大きくしている。

【００１６】なお、基板２が円形の場合は、密閉領域１
６および柔軟性膜１２も円形にし、それらの半径を基板
２の半径よりも５ｍｍ以上大きくすれば良い。

【００１７】このような構造にすることにより、例えば
図３に示すように、密閉領域１６上に張られた柔軟性膜
１２の周縁領域１２ｂの一部または全体が基板２の外側
に位置するようになる。周縁領域１２ｂは、前述したよ
うに凹面状または急な凸面状になるので、基板２と接触
しにくい。上記幅Ｗを５ｍｍよりも大きくする程、この
周縁領域１２ｂが基板２の外側に位置する割合が増え、
幅Ｗを２０ｍｍ〜３０ｍｍにすると、この周縁領域１２
ｂは完全に基板２の外側に位置するようになる。従っ
て、上記幅Ｗは２０ｍｍ〜３０ｍｍ以上にするのがより
好ましい。

【００１８】柔軟性膜１２の基板２と接触しにくい周縁
領域１２ｂが基板２の外側に位置する分、クランプ時に
基板２の周縁部もその中央部と同じように柔軟性膜１２
に、より具体的にはその緩やかな凸面状をした中央領域
１２ａに接触するようになる。その結果、基板２の周縁
部における当該基板２と柔軟性膜１２および冷媒１８等
との間の熱伝導の悪化が防止され、基板２に対する冷却
性能が均一化するので、イオン注入等の処理時の基板２
の中央部と周縁部との間の温度上昇の差が小さくなる。
即ち、処理時の基板表面内の温度上昇分布の均一性が向
上する。

【００１９】基板表面内の温度上昇分布の均一性が向上
することによって、過大な温度上昇部分の発生を防止す
ることができるので、処理基板の品質が向上する。ま
た、より高いパワー（例えば、より大きなイオン電流密
度またはより大きなイオンエネルギー）での基板処理が
可能になるので、処理時間を短縮してスループットを向
上させることができる。

【００２０】

【実施例】基板２の表面における図４に示した〜の
位置での温度上昇を測定した結果を図５および図６にそ
れぞれ示す。なお、図４に示すような測定位置の取り方
をしたのは、基板中心からの距離だけでなく、基板表面
での位置をも多様にして、基板表面内での温度上昇分布
を把握し易くするためである。

【００２１】図５は、８０ｋｅＶのエネルギーで、４０
０ｍｍ×３００ｍｍの寸法の基板２にイオン注入を行っ
た時の結果である。同図中の比較例は、前述した密閉領
域１６および柔軟性膜１２の寸法を基板２と同寸法の４
００ｍｍ×３００ｍｍとした時のものであり、実施例
は、密閉領域１６および柔軟性膜１２の寸法を４６０ｍ
ｍ×３６０ｍｍ（即ち前述した幅Ｗを３０ｍｍ）とした
時のものである。

【００２２】この図５から分かるように、比較例に比べ
て実施例の方が温度上昇分布の均一性が遙かに良い。

【００２３】図６は、１×１０¹⁶個／ｃｍ² のドーズ量
を、イオンのエネルギーを変えて基板２にイオン注入し
た時の結果である。即ち、イオンのエネルギーを、比較
例１は８０ｋｅＶ、比較例２は４０ｋｅＶ、実施例は８
０ｋｅＶとした。基板２の寸法、比較例１、２の密閉領
域１６および柔軟性膜１２の寸法、実施例の密閉領域１
６および柔軟性膜１２の寸法は、図５の場合とそれぞれ
同じである。

【００２４】この図６から分かるように、比較例１およ
び２に比べて実施例の方が温度上昇分布の均一性が遙か
に良い。また、温度上昇の最高値も、実施例は比較例２
の２倍のエネルギーで注入したにも拘わらず、比較例２
の最高値に近い値に納まっている。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、密閉領
域上に張られた柔軟性膜の、基板と接触しにくい周縁領
域が基板の外側に位置するようになるので、クランプ時
に基板の周縁部もその中央部と同じように柔軟性膜に接
触するようになる。その結果、基板の周縁部における熱
伝導の悪化が防止され、処理時の基板表面内の温度上昇
分布の均一性が向上する。

【００２６】また、基板表面内の温度上昇分布の均一性
が向上することによって、過大な温度上昇部分の発生を
防止することができるので、処理基板の品質が向上す
る。また、より高いパワーでの基板処理が可能になるの
で、処理時間を短縮してスループットを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板保持装置の一例を示す断面
図である。

【図２】図１中の密閉領域と基板との関係を示す平面図
である。

【図３】図１中のＡ部の拡大断面図であり、クランプ時
のものである。

【図４】基板表面の温度測定位置を示す平面図である。

【図５】基板に一定のエネルギーでイオン注入を行った
時の基板表面内の温度上昇分布の測定結果の一例を示す
図である。

【図６】基板に一定のドーズ量でイオン注入を行った時
の基板表面内の温度上昇分布の測定結果の一例を示す図
である。

【図７】従来の基板保持装置の一例を示す断面図であ
る。

【図８】図７中のＡ部の拡大断面図であり、非クランプ
時のものである。

【図９】図７中のＡ部の拡大断面図であり、クランプ時
のものである。

【符号の説明】

２ 基板 ４ ベース １２ 柔軟性膜 １２ａ 中央領域 １２ｂ 周縁領域 １６ 密閉領域 １８ 冷媒 ２０ クランパー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースと、このベースの表面に張られて
   いて同ベースとの間に密閉領域を形成する柔軟性膜と、
   この密閉領域に加圧封入された冷媒と、前記柔軟性膜上
   に載置される基板の周縁部をベースに向けて押さえ付け
   るクランパーとを備える基板保持装置において、前記密
   閉領域を、その上に保持する基板よりも当該基板の周囲
   において５ｍｍ以上の幅で大きくしたことを特徴とする
   基板保持装置。