JPS5832410A - ガス状減圧環境下で構造物を処理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に減圧環境下での構造物（ウェファ−１
基板、ターゲット電極）の温度制御、特に集積回路の製
造に使用される構造物、殊に半導体（シリコン）ウェフ
ァ−を処理する新規かつ改善された方法及び装置に関す
る。

真空環境下でウェファ−（基板）のような構造物に対し
て行なわれる数多くの処理、例えばスパッタ蒸着もしく
はエツチング、又は反応性イオンエツチングにおいて、
過熱が有害であるので幾つかの方法でウェファ−を冷却
するのが望ましいことが判明している。例えば、過熱は
フォトレジストを損ね得る。これとは異なり、熱は、最
適な結果に対して、例えば蒸着膜の粒度を制御するため
に望まれる。伝導によりこのような真空環境下でウェフ
ァ−に又はウェファ−から熱伝達を得る公知方法は、ウ
ェファ−と緊密な接触で液体が存在するが又は固体が存
在するかに依存したが、しかしこのように固体と緊密に
接触してウェファ−を置くことは、殆んどの熱伝達が照
射によって起こったので満足なことではなく；真空グリ
ース又は液体ガリウムのような液体を使用した場合には
、汚染の問題及び基板の後処理の困難がいつも存在した
。

従って、処理が行なわれる真空環境と適合しうる構造物
への及びこの構造物からの熱伝達を最大にする装置を得
る必要があることは、明らかである。

従って、本発明の目的は、構造物への最大の熱伝達を得
るか又は構造物からの最大の熱伝達を得ることによって
真空処理環境下で構造物の濁度を制御する方法及び装置
を、提供することに関する。

前記の必要に応じがっ真空環境下で構造物ウド電極を処
理する本発明の目的に応する本発明は、構造物と、場合
により構造物からブロック又はブロックから構造物へガ
スによって熱伝達を最大するブロックとの間にガス層を
設けることよりなる。このガス層を設けることは、ブロ
ックを加熱又は冷却するのに役立ちかつブロックと構造
物との間の圧力を制御して熱伝達ガスを供給するのに役
立つ。構造物をブロックに圧締めする装置の種々の実施
態様も開示されている。

本発明の他の目的及び利点は、次の詳細な記載及び添付
図面を読めば当業者にとって明らがなことである。

次に、本発明を図面につき詳説する。

第１図は、ガス熱伝達によりスノξツタリング系統の簡
易化された変法を示し、構造物は、本発明の開示の目的
に対して第１に記載されたウェファ−又は基板である。

この変法で、スノξツタリンク系統１０は、陽極２２に
よ、って取り囲まれた、少なくとも１つの陰極２０に面
しかつその陰極がら一定間隔で保持されたウェファ−１
６（これは、場合により基体と呼ばれる）又は他の構造
物が置かれている真空室１４を形成するハウジング１２
よりなる。陰極のターゲツト面は、ウェファ−にスパツ
クするべき材料を備え、適当な電力供給装置（図示され
てない）からの電位差は、通常ガス状環境としてのアル
ゴンの存在下でダロー放電を支持する電極間に適用され
ている。真空は、室内に開く導管３ｏに結合した適当な
弁（図示されてない）を有する真空ポンプ系統２６によ
って得られる。種々の型の材料をウェファ−に蒸着する
ために選択的に有効な幾つかのターゲット電極が存在し
得る。

この実施態様において、可動の金属ブロック３２は、詳
細に記載すべきハウジングの外側の液体源からその金属
ブロックに結合した適当な液体用導管３４を有する室中
に配置されている。真空室は、ブロック３２及びハウジ
ング１２に結合したベローズ３６によって大気圧に対し
て封止されている。ウェファ−１６は、締付装置４２に
よってブロック面４０から一定間隔で保持されている。

この実施態様において、この締付装置は、電極に面する
側でウェファ−の外端を嵌込むノツチ付締付環（取付具
）４４、この締付環と、ブロックの溝５４に位置した０
リン１５２にブロック面４０に面するウェファ−の端縁
を押し付ける不動の取付具５０との双方と接触するばね
装置、例えばコイルばね４６を有する。このｑ　ＩＪン
ダは、ウェファ−の裏面を小さいガス室５６を形成する
ブロックがら一定間隔で保持する。ウェファ−裏面とブ
ロン′り而４０との距離、したがって室５６のガス層の
厚さは、溝の深さ、ばね力、ならびにＯ’Ｊンダの直径
及び弾性の関数である。

給付装置のこの実施態様は、実際にガス室５６を主真空
室１４から封止し、したがってスーξツタリングガスと
は異なるガスを使用することができ、熱伝達は、ガス層
を通じて伝導することによるものである。例えば、ヘリ
ウムは、伝導ガスに使用することができ、アルゴンは、
スパッタリングガスとして使用される。他面で、伝導ガ
スがスパッタリングガスと同じものである場合には、０
リングに対して封止の必要は、重要でなくなる。従って
、封止リングは、スペーサーとして使用することができ
、ガス室（ガス層）を設けるためには、任意の他のスペ
ーサー装置を使用することができた。室５６を通じての
ガス流は、室１４又は他の装置に逃出することによって
それが何処に存在するかに注目すべきであり、この場合
対流は、構造物１６と、ブロック３２との間の熱流に寄
与する。

この実施態様において、このブロックは、供給装置６０
から導入管６２を通じてブロックそれ自体中に形成され
た円形又は蛇行形のブロック導管６４に流れかつ次いで
導出管６６を通じて適当な水溜め又は供給装置それ自体
に戻される水（ガスを使用してもよいのだけれども）に
より温度制御されている。導管６２及び６６は、前記３
４と同一の液体用導管の一部を形成する。ブロック温度
を、例えば抵抗加熱ヒーターによってか又はペルチェ効
果を使用することによって制御することができる他の装
置が存在することは評価しつる。

蒸着流から離れてウェファ−の背後に存在するブロック
３２を通る前記熱伝達系、すなわち循環水又はガスによ
りウェファ−の温度制御がスパッタリング処理前とスパ
ッタリング処理の間との双方で達成されることは評価し
うる。この温度制御系は、−面でスパッタリング処理が
ウニ７アーを過熱する傾向を有する場合にウェファ−を
冷却することができるか、又は他面でウェファ−表面で
の蒸着条件を改善するためにウェファ−を加熱すること
ができる。従って、ブロック３２は、熱交換器としてウ
ェファ−に対して熱源であることができるか又は冷却源
であることができる。

前記したように、処理する間には、ウェファ−からブロ
ックへの最大の熱伝達が必要であるか又は場合によりブ
ロックがらウェファ−への最大の熱伝達が必要である。

この実施態様において、ガスによる熱伝達は、次の方法
で達成された。

ブロック３２の中心には、ガス室５６に通シる通路７０
が存在する。この通路は、導管７２によって開閉弁７４
及びガス溜め７６に接続している。次に、ガス溜め７６
は、可変弁８０を通じてガス源８２に接続している。圧
力制能１装置８４は、ガス溜め中の圧力を監視するため
にガス溜め上の圧力変換器８６に接続し、かつ圧力を制
御するために弁８ｏに接続している。この圧力制御装着
は、勿論室５６中のノｊス圧を帆視し、制御する。ガス
の熱伝導率は、その圧力によって変動するので、室５６
を横断する熱伝導性もガス圧によって制御される。従っ
て、構造物の温度も室５６中のガス圧によって制御され
る。従って、室５６中のガス層により、スパッタリング
ガスの間にウェファ−１６からブロック３２へノ熱伝達
が存在するが又は場合によりブロックからウェファ−へ
の熱伝達が存在する。処理を完結させるには、弁７４を
閉じ、このブロックを締付装置４２から取出す。ガス室
５６中及び導管７２中に残留するガスは、ポンプ系統２
６によって排気管３０から排出することができる。

熱伝達をガス層を通じての伝導によって制御する前記の
方法及び装置は、スパッタ蒸着と結びイ・１けて記、ｌ
＆されているが、前記に開示されかつ主張された本発明
は、その一部であり、記載したス・ξツタリング陽極及
びス・ξツタリング陰極は、蒸発源、プラズマエツチン
グ電極、イオン銃、又はウェ７γ−表曲を処理する他の
装置ａに置き換えることができるものと解すべきである
。更に、本発明を第３図と結び付けて完全に。記載する
場合、構造物がスパッタエツチング又は蒸着に対するタ
ーゲットであることができることは、前記に記載されか
つ主張された本発明の一部であると解すべきである。

しかし、第３図について記載する前に、次には、構造物
１６の裏側と、ブロック３２との間にガス室５６を形成
する締付装置の別の実施態様を詳説する第２図を研究す
る。第２図中で、第１図のものと同じ機能を有するがし
かし型式が異なるような部材は、接尾辞Ａを付した同じ
参照番号で記載されている。全部の他の同じ部材は、同
じ参照番号で記載されている。更に、第２図中の多数の
部材は、開示の簡易化のために省略した。この実施態様
において、４２Ａの締付装置は、静電によるものであり
、かつ金属ブロック３２に接続したＤＣ電力供給装置９
゜を設け、こうしてブロックと、ウェファ−との間に電
位差を生せしめることによって達成されている。ウェフ
ァ−１６とブロック３２は、前記図面中の０リングに若
干に似せてブロックの外端に隣接して配置された非伝導
性材料の薄い多孔質膜５２Ａによって分離されている。

この・）□ 膜の厚さ及び電位差は、第１図で記載したのと同じ方法
でガス室５６中に装入されたガス層の厚さを決定する。

このブロックは電位を有するので、適当な絶縁体９２が
、ハウジング１２かラブロックを絶縁するためにブロッ
クと、ベリーズ３６との間に設けられている。膜５２Ａ
は多孔質であるので、室５６から真空室１４へのガス流
が存在する。従って、対流ならびに伝導によって熱流を
生じる、ウェファ−の裏側を横断するガス流が存在する
。

前記の記載から、構造物の温度を真空環墳下で制御する
ために、構造物と、冷却用放熱器又は場合により熱源と
の間のガスにより熱伝達を得る方法及び装置が開示され
ていることは、当業者にとって明らかであり、この場合
ブロックの加熱又は冷却は、ガス又は水循環として示さ
れており、ブロックを加熱又は冷却する他の装置は、前
記のように設けることができる。更に、ガス室中のガス
圧は、ガスの伝導性を制御する目的で制御されてお・す
、ガス室中のガス流は、必要に応じてガスを通じて対流
熱伝達を導くために制御されている。

更に、このことに関連して、ガス熱伝達に伴なう計算の
典型的な例は、次のとおりである。

構造物の裏側と、熱伝達ブロックとの間に必要とされる
間隔は、必要な処理の詳細及び構造物の所望の温度に依
存する。１例として、ス・ξツタエツチング処理の間に
シリコンウェファ−の表面温度を１５０℃よりも低い温
度に保持するのに必要とされる間隔は、次のようにして
計算することができる。次のことが前提条件となる： １）ブロックの温度は、２５℃に保持されている。

２）ウェファ−の表面に入射するエネルギー量は、ｌｏ
ｏｍ″２である。

３）シリコンウェファ−は、厚さ０．０３８ｃｍであり
、かつ０．８３７　Ｗｃｒｎｄｅｇ　Ｏの熱伝導率を有
する。

４）伝導性ガス層は、約ｙ気圧の圧力でのヘリラムであ
り、この層の熱伝導率は、約１．３４Ｘ３ １０　　Ｗｃｍ　　ｄｅｇｏ　　である。

物体を横断する温度降下は、次の方程式から計算される
。

λＸΔＴ この場合、Ｅは、単位面積当りのエネルギー量であり、
λは、熱伝導率であり、ΔＴ　は、距離ｄでの温度差で
ある。

この方程式を用いて、シリコンウェファ−を横断する温
度降下は、１℃未満であると計算され、後の計算は無視
される。大事をとって境界層効果によれば、伝導性ガス
層を横断する所望の温度降下は、１００℃であることが
できると思われる。この゛方程式を再び組立て、適当な
値を入れると、次の値が生じる： Ｏ 最後に、第３図中では、本発明の別の実施態様が示され
ており、この場合構造物は、スパッタリング陰極のター
ゲットである。第１図及び第２図と同様に、機能は同じ
であるがしかし型式が異なるような部材は、接尾辞Ｂを
付した同じ参照番号で記載されており、同じ機能を有す
るような部材は、図面の記載を簡易化するために同じ参
照番号で記載されている。しがし、この実施態様には、
一定の注目しうる差が存在する。例えば、ガス溜め７６
は省略され、今や圧力変換器８６は、真空室中の圧力を
監視する。

更に、第１図の陰極２０は、ウェファ−１６が置かれて
いる支持台９６によって今や代えられた。この実施態様
の場合、構造物２０Ｂは、第１図及び第２図のウェファ
−１６と同様に熱伝達ガス室５６の１つの壁を構成する
ターゲット電極である。このガス室は、第１図及び第２
図と同じ方法でガス供給装置δ２から導管７２及び弁８
０を通じて供給される。しかし、ガス室を形成するスペ
ーサー装置は、ブロック３２と一体の小さい突起、又は
リング５２Ｂである。

この実施態様の場合、締付装置４４Ｂは、スペーサー装
置５２Ｂに対して陰極を保持するためにねじ９δのよう
な任意の適当な装置によってブロック３２に結合してい
る。最後に、ブロック３２は、スパッタリング電力供給
装置１００からの電位を備えているのて、シールＰＩＯ
２は、ウェファ−１６に面するターゲット２０Ｂの一部
分を除いて陰極素子上に設けられている。更に、液体用
導管３４は、それを地電位又は他の電位から絶縁するた
めに非電導性材料から作られている。

圧力変換器８６が、−面で真空室１４中の圧力を監視し
、他面でリンク°５２Ｂ及び締付装置４４Ｂによって設
けられた、室５６から真空室１４への漏れ路を制御する
ので間接的にガス室５６中の圧力を監視することは、注
目に値する。この実施態様の場合、熱伝達ガス層とス・
？ツタリングガスが同じ成分を有することは明らかであ
る。

場合によっては、スパッタリング陰極２０Ｂは、それ自
体多孔質であることができ、したが飄 って室５６からの熱伝達ガスは、一定の方法でスパッタ
リング陰極を通じて室１４中に漏れる。この場合、リン
グ５２Ｅ及び締付装置は、ガス封止を形成するために構
成することができ、再びＦｌ：、力変換器は、両ガス室
中の圧力を監視する。更に、前記のように、構造物、こ
の場合スノξツタリングターゲットは、ブロックの温度
に応じて加熱又は冷却され、その際室５６中のガス層に
よる熱伝達は、伝導もしくは対流又はこれら双方の組合
せによるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スパッタ蒸着を行なうことができかつ本発明
の思想に応じてガス熱伝達を組入れたスパッタリング系
統を示す略図、第２図は、構造物保持装置の異なる型式
を有する、本発明の原理を組入れた別の実施態様を示す
略図、第３図は、構造物がスパッタリング陰極のターゲ
ットである場合の本発明の原理を組入れたもう１つの別
の実施態様を示す略図である。 １０・・・スパッタリング系統、１２・・・ハウジング
、１４・・・真空室、１６・・・ウェファ−１２ｏ、２
０Ｂ・・・陰極、２２・・・陽極、２６・・・真空ポン
プ系統、３０・・・排気管、３２・・・金属ブロック、
３４・・・液体用導管、３６・・・ベローズ、４０・・
・ブロック面、４２’、４２Ａ、４２Ｂ・・・締付装置
、４４．４４Ｂ・・・ノツチ付締付環、４６・・・コイ
ルばね、５０・・・取付具、５２・・・ｏリング、５２
Ａ・・・多孔質膜、５２Ｂ・・・リング、５４・・・溝
、５６・・・ガス室、６０・・・水供給装置、６２・・
・導入管、６４・・・ブロック導管、６６・・・導出管
、７ｏ・・・通路、７２・・・導管、７４・・・開閉弁
、７６・・・ガス溜め、δ○・・・可変弁、８２・・・
ガス供給装置、８４・・・自動圧力制御装置、８６・・
・圧力変換器、９ｏ・・・電力供給装置、９２・・・絶
縁体、９６・・・支持台、９８・・・ねじ、１ｏｏ・・
・スパッタリング電力供給装置、１０２・・・シールド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸着又はエツチングによる場合と同様に構造物に影
   響を及ぼす有効な装置を有するガス状減圧環境下で構造
   物を処理する装置において、構造物が密閉されているガ
   ス状減圧環境に対して真空室を仕切る装置、ならびに熱
   伝達装置、この熱伝達装置から構造−物を一定間隔で保
   持する装置、その間隔内にガス室を定める装置、そのガ
   ス室にガス源からのガスを供給する装置、及びそのガス
   を通じて熱を伝達するために熱伝達装置の温度を制御す
   る装置を有する処理の間に構造物の温度を制御する装置
   よりなることを特徴とする、ガス状減圧環境下で構造物
   を処理する装置。 ２、　ガスによる熱伝達が伝導によるものである、特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３、　ガスによる熱伝達が対流によるものである、特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ４、　ガスによる熱伝達が伝導及び対流によるものであ
   る、特許請求の範囲第１項記載の装装置５、伝導、対流
   又はこれら双方の組合せによる場合にガスを通じて熱伝
   達の型を制御するためにガス室中の圧力を制御する装置
   □を有する、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６、　ガス室からのガスがこのガスを通じての熱伝達が
   全部又は部分的に対流によるものであるように制御され
   る方法で真空室中に流入する、特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ７、構造物の温度を制御する装置の一部分を形成する、
   構造物を保持する装置を含む、特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ８、構造物の温度を制御する装置がガスを通じて構造物
   を冷却する装置を有する、特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ９、構造物の温度を制御する装置がガスを通じて構造物
   を加熱する装置を有する、特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 １０、熱伝達装置から構造物を一定間隔で保持する装置
   が真空室中でガス状環境からガス室を封止するための封
   止装置である、特許請求の範囲第１項記載の装置。 １１、構造物がウェファ−であり、このウェファ−の片
   面が有効な装置に面し、このウェファ−の他面がガス室
   の部分を特徴する特許請求の範囲第１項記載の装置。 １２、真空室中のガスとガス室中のガスが同じ成分を有
   する、特許請求の範囲第１項記載の装置。 １３、構造物の温度を制御する装置が熱伝達装置を含め
   て有効な装置と反対側の構造物の片面上に存在する、特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 １４、熱伝達装置から構造物を二定間隔で保持する装置
   が０リングと、この０リングをガス室の所望の厚さに応
   じて０リングを圧縮するために弾性的に嵌込む装置とか
   らなる、特許請求の範囲第１項記載の装置。 １５、熱伝達装置から構造物を一定間隔で保持しかつウ
   ェファ−を保持する装置が静電装置からなる、特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 １６、構造物がスパッター陰極のターゲットである、特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 １７、蒸１又はエツチングによる場合と同様にウェファ
   −表面を処理する装置を備えているガス状減圧環境下で
   ウェファ−を処理する方法において、処理される面の反
   対側でウェファ−に隣接するガス層を設け、処理の間に
   ウェファ−の温度を制御するためにこのガス層の温度を
   制御することを特徴とする、ガス状減圧環境下で構造物
   を処理する方法。 １８、ガス層の温度を熱交換装置によって加熱する、特
   許請求の範囲第１７項記載の方法。 １９、ガス層の温度を熱交換装置によって冷却する、特
   許請求の範囲第１７項記載の方法。 ２０、ガス層からのガス流をガス状減圧環境中に流入さ
   せる過程を有する、特許請求の範囲第１７項記載の方法
   。 ２１、蒸着又はエツチングによる場合と同様に構造物の
   表面に影響を及ぼす有効な装置を有するガス状減圧環境
   下で構造物を処理する装置において、構造物が密閉され
   ているガス状減圧環境に対して真空室を仕切る装置、な
   らびに熱伝達装置、この熱伝達装置に隣接するガス室を
   仕切る装置、そのガス室にガス源からのガスを供給する
   装置、及びガス室中のガスを通じて熱を伝達し、その後
   にガス室を仕切る装置の温度を制御するために熱伝達装
   置の温度を制御する装置を含む処理の間に温度を制御す
   る装置よりなることを特徴とする、ガス状減圧環境下で
   構造物を処理する装置。 ２２、ガス室を仕切る装置が構造物を特徴する特許請求
   の範囲第２１項記載の装置。 ２３、構造物が半導体ウェファ−である、特許請求の範
   囲第２２項記載の装置。 ２４、ガス室を仕切る装置がスパッタリング陰極のター
   ゲットを有する、特許請求の範囲第２１項記載の装置。 ２５、ガス室に供給されるガスと真空室に供給されるガ
   スが同じ成分を有し、ガス室からのガスが漏れを制御す
   ることによって真空室に入る、特許請求の範囲第２１項
   記載の装置。