(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＶＤによる基板の処理方法及び処理装置の提供。【解決手段】物理蒸着（ＰＶＤ）工程中、基板５が基板支持体６から持ち上がるように基板５に冷却ガスを供給するＰＶＤによる基板５の処理方法、及び基板支持体６と、物理蒸着（ＰＶＤ）工程中、基板５が基板支持体６から持ち上がるように冷却ガスを基板５に供給するための冷却ガス供給源とを含み、基板支持体６がＰＶＤ工程中の基板５の持ち上げを可能にするように構成される、ＰＶＤにより基板を処理するための装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理蒸着（ＰＶＤ）工程中、基板が基板支持体から持ち上がるように前記基板に冷却ガスを供給する、ＰＶＤによる基板の処理方法。
【請求項２】
前記基板が、前記ＰＶＤ工程に供せられる上面と、下面とを有し、前記冷却ガスを前記下面に、前記基板を前記基板支持体から持ち上げるのに十分な圧力でもって供給する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板全体が前記基板支持体から持ち上げられる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
持ち上げている間の前記基板と前記基板支持体との間での垂直方向の変位が３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＰＶＤ工程を所定の時間にわたって行い、前記基板を前記基板支持体から前記時間の少なくとも５０％にわたって持ち上げる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＰＶＤ工程でプロセスガスを使用し、前記冷却ガスが前記プロセスガスと同じ組成である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記冷却ガスが不活性ガスである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記冷却ガスがアルゴン等の希ガスである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＶＤ工程を０．１〜２０ｍＴｏｒｒの範囲のガス圧で行う、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記冷却ガスを、０．５〜５ｓｃｃｍの範囲の流量で前記基板に供給する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＰＶＤ工程により前記基板上に膜を堆積させ、前記膜が関連する抵抗率を有し、前記冷却ガスを前記基板に、冷却ガスを使用しないこと以外は同じ条件下で堆積させた膜の平均抵抗率と比較して±５％を超えて膜の抵抗率を変化させない流量で供給する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板支持体が、前記基板を前記基板支持体上に配置した場合に、前記基板を前記基板から間隔を置いて取り囲むように構成された保持部を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板支持体が、前記冷却ガスの前記基板への供給を可能にする１つ以上の開口部を有する内部構造を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＰＶＤ工程がスパッタリング工程である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
基板支持体と、物理蒸着（ＰＶＤ）工程中、基板が前記基板支持体から持ち上がるように冷却ガスを前記基板に供給するための冷却ガス供給源とを含み、前記基板支持体が前記ＰＶＤ工程中の前記基板の持ち上げを可能にするように構成される、ＰＶＤにより基板を処理するための装置。
【請求項１６】
前記基板支持体が、前記基板の上面が前記ＰＶＤ工程に供され且つ前記基板の下面に前記冷却ガスが前記冷却ガス供給源から供給されるように前記基板を受け入れる構成である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記基板支持体が、前記基板を前記基板支持体上に配置した場合に、前記基板との間に間隔を置いて前記基板を取り囲むように構成された保持部を含む、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記基板支持体が前記基板をその上に配置可能な上面を備え、前記上面が非平面である、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記上面が凹形である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ＰＶＤ処理中の前記冷却ガスによる前記基板支持体からの持ち上げに適した処理対象である基板と組み合わせた請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理蒸着（ＰＶＤ）による基板の処理方法及び関連するＰＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＶＤは、半導体業界及び関連業界において、例えばスパッタ堆積による高純度薄膜の堆積に広く用いられている。大量生産の要求に応えるために、通常、スパッタ膜の堆積速度を最大化することが望ましい。しかしながら、高堆積速度のＰＶＤ工程を製造環境に組み入れるにあたっては重大な問題がある。スパッタターゲットへの電力供給量を増加させることで堆積速度は上昇し得るものの、この電力の増加に伴って半導体ウェハ（又は他の基板）の温度は上昇しがちである。ウェハのこの温度上昇は多数の要因、例えばスパッタされた粒子流束の濃縮、スパッタされた粒子流束の運動エネルギー、反射した中性化学種、放射加熱及び荷電粒子の衝突に起因する。
【０００３】
多くの用途に関し、可能な限りウェハを低温に維持することで、それまで堆積させた材料に有害な作用が及ぶのを回避する必要がある。加えて、高温でダメージを受ける接着剤を使用している場合もある。また、過度の温度上昇が、例えば堆積させた層の応力を上昇させる又はそのグレインサイズを増大させることで、堆積させた材料の特性に望ましくない形で影響する場合もある。
【０００４】
典型的なスパッタリングシステムにおいては、処理対象である基板をプラテン上に位置決めする。伝導、対流及び放射により、熱は基板からプラテンへと移動することができる（逆もまた同様である）。典型的なスパッタ圧力では対流熱伝達は少なく、約３００℃より下の温度では放射熱伝達を考慮する必要はあまりないと予測される。このため、典型的には伝導による熱伝達を利用して基板の温度を管理する。当該分野では一般に２つのアプローチを用いてウェハの冷却を向上させている。第１の方法では、メカニカルクランプ又は静電クランプでウェハをプラテンの面に保持し、それからガスをウェハ背後のキャビティ及びプラテン上面に流し込む。静電チャックは静電引力の原理を利用して基板に対するクランプ力を得ているのに対し、メカニカルクランプは典型的には、ウェハの縁部を保持する環状の固定具である。これだと基板と静電チャックとの接触により伝導が大きくなり伝熱量が増加し得る。加えて、対流による熱伝達をさらに向上させるためにガスの背圧を基板の下側に印加し得る。大きくゆがんだ、損傷を受けた、テープが貼付された又は絶縁されたウェハを固締する必要がある場合に大きな問題が起きる。加えて、静電チャックは、その作製に用いられる材料に温度制限があることから高出力スパッタ工程には使えない。また、クランプ力がかかるウェハ下側に粒状物質が付着し得る。さらに、ウェハ下側に機械的な損傷を引き起こし得る。公知の第２の冷却法はバックフィル工程であり、成膜を一時的に停止させてからバックフィル工程を行う。その間、処理モジュールは真空ポンプ系から隔離され、モジュールには、速やかな熱伝達を起こすのに充分な高さの圧力で不活性ガスが充填される。典型的には、バックフィル工程は６０秒間にわたって圧力１Ｔｏｒｒで持続し得る。その後、モジュールの圧抜きをし、スパッタ工程の再開に必要とされる真空状態を達成するのにさらに時間を必要とする。厚い膜を堆積させる場合、ウェハを充分に低い温度に維持するために幾度かのバックフィルを工程において必要とし得る。これによってスループットの著しい低下が引き起こされ、生産性が低下するため、商業的にはおよそ望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、少なくともその幾つかの実施形態において、上記の問題に取り組むものである。
【０００６】
誤解のないように述べると、本明細書で使用するところの用語「ガス」とは、単一の化学組成物の純粋なガスだけではなくガスの混合物も指すと理解される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様により、物理蒸着（ＰＶＤ）による基板の処理方法を提供し、この方法ではＰＶＤ工程中、基板が基板支持体から持ち上がるように基板に冷却ガスを供給する。
【０００８】
本発明によりＰＶＤ中の基板の冷却に関して新しいパラダイムが得られると考えられる。従来技術のアプローチでは典型的には、ＰＶＤ中に基板を基板支持体に固締する固締装置を使用する。本発明は、当該分野で当たり前とされてきた知識を覆すものである。
【０００９】
本発明を用いて、基板と基板支持体との間での対流を強めることで冷却を改善することが可能である。加えて、本発明は、ＰＶＤで処理しない基板面を粒状物質及び／又は固締で生じる機械的な接触に関係した損傷から保護し得る。驚くべきことに、ＰＶＤ工程に過度に影響を及ぼすことなく、冷却ガスにより基板を持ち上げられることが判明した。
【００１０】
典型的には、基板は、ＰＶＤ工程に供せられる上面を有する。基板は下面を有し得る。冷却ガスを下面に、基板を基板支持体から持ち上げるのに充分な圧力でもって供給し得る。
【００１１】
典型的には、基板全体を基板支持体から持ち上げる。これらの実施形態においては、基板が、基板支持体上に浮いているとみなすことができる。典型的には、基板を基板支持体から大きくは持ち上げない。持ち上げている間の基板と基板支持体との間での垂直方向の変位は３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下になり得る。
【００１２】
このＰＶＤ工程をある時間にわたって行い得る。典型的には、基板を基板支持体からこの時間の少なくとも５０％、好ましくはこの時間の少なくとも７５％、より好ましくはこの時間の少なくとも９０％にわたって持ち上げる。
【００１３】
このＰＶＤ工程ではプロセスガスを使用し得る。冷却ガスは、このプロセスガスと同じ化学組成になり得る。プロセスガスが単一の化学組成物の純粋なガスであるならば、冷却ガスは同じ化学組成になり得る。プロセスガスがガスの混合物であるならば、冷却ガスは同じ化学組成になり得る。あるいは、冷却ガスは、プロセスガスと同じガス成分を異なる割合で用い得る。あるいは、冷却ガスは、プロセスガスのガス成分の全てではないが１種以上を含み得る。これらの実施形態は、冷却ガスによるＰＶＤ工程の中断又は妨害の軽減を支援し得る。当然のことながら、冷却ガスはプロセスガスと同じ組成になり得るものの、異なる圧力及び流量を採り得る。
【００１４】
冷却ガスは不活性ガスになり得る。冷却ガスは希ガスになり得て、例えばアルゴンである。
【００１５】
ＰＶＤ工程を、０．１〜２０ｍＴｏｒｒの範囲のガス圧で行い得る。
【００１６】
冷却ガスを、０．５〜５ｓｃｃｍの範囲の流量で基板に供給し得る。
【００１７】
ＰＶＤ工程により基板上に膜を堆積させ得る。この膜は関連する抵抗率を有し得る。冷却ガスを基板に、冷却ガスを使用しないこと以外は同じ条件下で堆積させた膜の平均抵抗率と比較して±５％を超えて膜の抵抗率を変化させない流量で供給し得る。平均（ａｖｅｒａｇｅ）抵抗率は、相加平均（ｍｅａｎ）抵抗率として計算し得る。
【００１８】
基板支持体は、基板を保持するための保持部を含み得る。この保持部は、基板を基板支持体上に配置した場合に、保持部が基板を基板から間隔を置いて取り囲むように構成され得る。驚くべきことに、このタイプの保持部の使用により、持ち上げられたウェハが安定した、中心位置を維持できることが判明している。特定の理論又は推測による拘束を望むものではないが、この効果は、冷却ガス流が流れ込み、ガス圧が保持部の境界付近で均等となって基板の同心性を保持部内で維持するから可能であると考えられる。驚くべき効果は、基板上に機械的な拘束具がないにも関わらず、ＰＶＤ処理中、基板を精確に位置決めできることである。保持部は、ウェハの縁部を粒状物質から保護し得る。
【００１９】
典型的には、保持部は、基板より少しだけ大きい、基板を受け入れるためのくぼみを規定する。このくぼみの特性寸法は基板の特性寸法を５％未満、好ましくは３％未満、最も好ましくは１％未満超過し得る。
【００２０】
基板支持体は、基板を中に配置し得るくぼみを含み得る。これらの実施形態において、保持部は、このくぼみの壁部になり得る。あるいは、保持部は、基板支持体の基板受け入れ面から立ち上がる構造体になり得る。
【００２１】
保持部は、受け入れる基板と同じ断面概形の基板受け入れ領域を規定し得る。
【００２２】
保持部は環状になり得る。
【００２３】
基板支持体は、冷却ガスの基板への供給を可能にする１つ以上の開口部を有する内部構造を含み得る。適切なパターンに並べられた複数の開口部を用い得る。
【００２４】
基板支持体はその上に基板を配置可能な上面を備え得て、上面は非平面である。上面の他の任意の特徴について、本発明の第２の態様との関連で説明する。
【００２５】
ＰＶＤ工程はスパッタリング工程になり得る。スパッタリング工程はいずれの簡便なスパッタリング工程にもなり得て、例えば金属スパッタリングである。他のＰＶＤ工程を用いる場合もある。金属コーティングに加えて、無機コーティング、例えばセラミックコーティング及び有機コーティングもＰＶＤ工程により基板上に堆積させ得る。
【００２６】
基板を、薄膜をその上に堆積させることで処理し得る。
【００２７】
基板は半導体基板になり得る。
【００２８】
基板は平面基板になり得て、例えばウェハである。
【００２９】
基板はいずれの慣用のサイズ及び形状にもなり得て、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェハである。
【００３０】
本発明の第２の態様により物理蒸着（ＰＶＤ）により基板を処理するための装置を提供し、この装置は、基板支持体と、ＰＶＤ工程中、基板が基板支持体から持ち上がるように冷却ガスを基板に供給するための冷却ガス供給源とを含み、基板支持体はＰＶＤ工程中の基板の持ち上げを可能にするように構成される。
【００３１】
基板支持体は、基板の上面がＰＶＤ工程に供され且つ基板の下面に冷却ガスが冷却ガス供給源から供給されるように基板を受け入れる構成になり得る。
【００３２】
基板支持体は、基板を基板支持体上に配置した場合に、基板との間に間隔を置いて基板を取り囲むように構成された保持部を含み得る。保持部は、本発明の第１の態様に関連して説明した通りになり得る。
【００３３】
基板支持体は、基板をその上に配置可能な上面を備え得る。上面は非平面になり得る。
【００３４】
上面は、基板支持体に沿った半径方向位置の関数を変化させる非平面の輪郭を有し得る。
【００３５】
上面は非平面の輪郭を有し得て、この非平面の輪郭が、使用時、基板を（ｉ）上面の周縁領域で支持すること及び（ｉｉ）上面の中心領域から離間させることを可能にする。
【００３６】
上面は凹形になり得る。凹部の深さは０．５〜０．２ｍｍの範囲になり得る。
【００３７】
基板支持体はプラテンになり得る。
【００３８】
装置はスパッタリング装置になり得る。
【００３９】
典型的には、装置は、基板支持体を中に位置決めするチャンバとプロセスガス供給源とを含む。装置はＰＶＤ工程に関係した他の特徴、例えばスパッタリング供給源を含み得る。そのような特徴は本質的に慣用のものになり得るため、当業者には周知となる。したがって、これらの特徴についてさらに詳細に説明する必要はないとする。
【００４０】
装置は、ＰＶＤ処理中の冷却ガスによる基板支持体からの持ち上げに適した処理対象である基板と組み合わせて提供され得る。
【００４１】
これまで本発明について説明してきたが、本発明は上記の又は以下の説明、請求項及び図面に記載の特徴のいずれの創意に富んだ組み合わせにも及び得る。例えば、本発明の第１の態様に関係して記載のいずれの特徴も本発明の第２の態様の一部を構成し得るし、またその逆も同様である。
【００４２】
ここで本発明による方法及び装置の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の装置の部分概略図である。
【図２】（ａ）本発明の冷却ガスを使用して、（ｂ）本発明の冷却ガスを使用せずに、ＰＶＤスパッタリングにより得られたＡｌＣｕ膜のＳＥＭ画像である。
【図３】（ａ）初期段階、（ｂ）冷却ガス導入後すぐ及び（ｃ）冷却ガス導入後の平衡配位でのウェハの保持リングに対する位置を示す。
【図４】（ａ）保持リングを使用して、（ｂ）保持リングを使用した場合及び使用しなかった場合の両方で達成されたウェハの位置的な精確さを示す。
【図５】皿状にへこんだプラテンを示す。
【図６】冷却ガス流量の関数としての中心位置からのウェハの移動距離を示す。
【図７】多数のプラテン構成を用いて処理したウェハの中心部及び縁部でのグレインサイズを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、本発明の、概して１０で描かれるＰＶＤ装置を示す。ＰＶＤ装置１０はスパッタ堆積システムであり、適切な真空ポンピング設備（図示せず）に連結されたポンピングポート７を有する真空チャンバ１を備える。このチャンバ１内には、スパッタ材料から形成されるターゲット１１とアノード８とが配置される。チャンバ１内にはプラテンの形態の基板支持体６も設置される。プラテン６は、プラテン６の基板受け入れ面から立ち上がる保持リング４を有する。処理対象である基板５（典型的にはウェハ）は、プラテン６の保持リング４及び基板受け入れ面により規定されるくぼみに置かれる。保持リング４は、くぼみが基板５よりわずかに大きくなるようにサイズ設定される。例えば、内径３０２ｍｍを有する保持リングが、直径３００ｍｍのウェハとの使用に適している。ＰＶＤプロセスガスをチャンバ１内に導入する、関連バルブ２ａを有するガスライン２が設けられる。関連バルブ３ａを有する別のガスライン３が設けられる。この別のガスライン３により、基板５の下側に「裏面」ガスを導入することができる。
【００４５】
スパッタリングを、典型的には不活性ガスの存在下、ただし事によると不活性ガスに加えて又はその代わりに反応性ガスの存在下、チャンバ１内で低圧プラズマを作り出すことで行う。プラズマを、ターゲット１１とアノード８との間に電位を印加することで維持する。陽イオンはターゲット１１に引き寄せられ、このイオン衝突の結果、ターゲット材料の一部がターゲット１１から離れて処理対象である基板５に運ばれる。ガスは、ポンプポート７を通って真空チャンバ１から除去される。スパッタリング工程の前後に、ウェハのチャンバ１内外への輸送をスロットバルブ９を通して行う。
【００４６】
一実施形態においては、ガスライン２を使用してアルゴンを真空チャンバ１へと、スパッタが起きる望ましいチャンバ１内圧力をもたらすのに充分な流量で導入する。ガスライン３は、アルゴンを基板５の下側に導入するのに使用される。プラテン６には複数の開口部がある配置で形成され、これがガスライン３により供給されるガスの基板５の下側への到達を可能にしている。基板５とプラテン６との間での熱伝達が改善されるように基板５の下側でガス圧上昇を引き起こすのに充分な流量でアルゴンをガスライン３を通して導入する。ガス流量の非限定的な例は、ガスライン２については流量約１００ｓｃｃｍ、ガスライン３については０．５〜３ｓｃｃｍの範囲の流量である。
【００４７】
表１は、裏面のアルゴン流を０から３ｓｃｃｍと変化させた場合の効果を示し、それ以外は標準的な高圧Ａｌ  ０．５％  Ｃｕ堆積工程であり、１５０秒間にわたってプラズマ出力４０ｋＷ、ガスライン２のプロセスガス流１００ｓｃｃｍアルゴンで行った。直径３００ｍｍのシリコンウェハを処理し、スパッタされたＡｌＣｕ膜の抵抗率を測定した。驚くべきことに、調査した裏面ガス流の範囲において、抵抗率の値には殆ど差がなかった（平均又は１δ均一性）。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
さらなる実験を行い、１０秒間にわたる２０℃に制御されたプラテン上での４０ｋＷ  ＡｌＣｕスパッタリング工程により処理した３００ｍｍのシリコンウェハの温度を調査した。実験を、ガスライン３によりギャップ裏面ガス流を供給して及び供給せずに行った。予熱は行わなかったため、試験は周囲温度の基板で開始された。不可逆温度ステッカーを使用して、得られたピーク温度を評価した。裏面ガス流がない場合、７１℃のピーク温度が記録され、裏面ガス流が１ｓｃｃｍの場合、より低い６５℃のピーク温度が記録された。これは、裏面ガス流に冷却効果があることを実証している。
【００５０】
グレインサイズの測定も行った。これらの実験においては、３００ｍｍのシリコンウェハを、１５０秒間にわたって、ウェハの下側に裏面ガス流を供給し及び供給せずに、温度６０℃を維持するように制御されたプラテンを使用して４０ｋＷ  ＡｌＣｕスパッタリング工程により処理した。別の予熱によりシリコンウェハを３００℃まで脱気してから、堆積工程を開始した。次に、ＡｌＣｕグレインサイズを、切断法を用いた膜の表面のＳＥＭ画像から求めた。スパッタされた金属膜において、高温では、表面エネルギー及び成長する膜における移動性の上昇からグレインサイズが増大することが公知である。図２は、（ａ）裏面ガス流（ＢＳＧ）を用いて得られたＳＥＭ画像及び（ｂ）ウェハに裏面ガス流を用いずに得られた（ＢＳＧなし）ＳＥＭ画像を示す。裏面ガス流を利用した場合のほうが平均グレインサイズが小さいことがはっきりとみてとれる。図２（ａ）に示される平均グレインサイズは４．１ミクロンであり、図２（ｂ）における平均グレインサイズは６．４ミクロンである。このことから、成長する膜の温度が、裏面冷却ガスの使用により低下することになる。
【００５１】
熱伝達の改善に関わる冷却に加えて、本発明が提供する裏面ガスは、基板にかかる揚力も発生させる。この揚力は基板を基板ホルダから完全に持ち上げるのに充分なものになり得ることから、ＰＶＤ工程中、基板は基板ホルダ上に浮く。このアプローチの有利な点は、基板が浮くことで基板と基板支持体との間での機械的な接触が少なくなることである。このことは、基板の下側へのいかなる接触をも最小限に抑えることが望ましい用途において特に有利である。また、標準的なハンドリングシステムと比較すると、基板の下側での粒状物質のレベル低下に効果的である。表２は、基板を基板支持体から持ち上げるための裏面ガスを使用する及び使用しない１５０秒間の模擬工程を経る基板下側での粒状物質の存在についての調査結果を示す。裏面ガスの（流量１ｓｃｃｍでの）使用により基板下側で粒状物質のレベルが著しく低下することがみてとれる。この裏面ガスアプローチは、より大きなｂｉｎサイズにおける粒子の減少に特に効果的であり、２．０ミクロンより大きいサイズの粒子においては６４％の減少が見られた。しかしながら、著しい減少は、測定した全ての粒子ｂｉｎサイズについて観察される。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
図１に示す実施形態において、プラテン６は、立ち上がった保持リング４を有する。この保持リング４の使用は更なる利点をもたらす。特に、実際にはその位置に機械的な拘束具がないにも関わらずＰＶＤ工程中に基板が精確に位置決めされるようである。裏面ガスのせいで基板が浮いている時でさえ、基板は基板支持体の中心に置かれたままであることが判明している。その結果、基板は保持リング４と接触しない。これは、本発明が、ウェハ縁部の接触を回避しなくてはならない場合に特に適していることを意味する。しかしながら、この特徴は全般的に有利であると考えられる。特定の理論又は推測による拘束を望むものではないが、保持リングは裏面ガス流を導いてウェハの同心位置をプラテン６により規定されるくぼみ内に維持する働きをし、これはガス圧が保持リング４の境界付近で均等となるからであると考えられる。図４は、保持リングを使用する及び使用しない処理中のウェハの位置を示す。保持リングが所定の位置にある状態で、裏面ガス流を流量１ｓｃｃｍで用いて、また裏面ガス流を用いず、位置繰り返し精度試験を行った。また、位置繰り返し精度試験を、所定の位置で保持リングを使用することなく、流量１ｓｃｃｍの裏面ガス流を用いて行った。処理後、ウェハの位置データを光露光装置を使用して得た。図４（ａ）は、プラテン上に位置決めされた保持リングを使用して得られた移動距離データを示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のデータを、所定の位置で保持リングを使用せずに得られた移動距離データとともに示す。図４（ａ）から、裏面ガス流を使用して得られた移動距離データ４０が、裏面ガス流を使用しない標準工程で得られた移動距離データ４２にひけを取らないことがみてとれる。比較すると、図４（ｂ）の移動距離データ４４からは、保持リングが存在しない場合、裏面ガス流の使用が基板の著しい移動を引き起こし、移動距離が同中心から４ｍｍを超えることもしばしばであることがみてとれる。この著しい移動は、基板とプラテンとの間での最小限の摩擦の存在に起因するようである。
【００５４】
本発明の更なる実施形態においては、ＰＶＤ装置の性能を目的に合わせたものにするために、プラテン表面の形状を改良する。こうすることで処理中のウェハのその初期位置からの移動を減少させることができる。また、処理中のウェハ全体での温度ムラを減少させることが可能である。図５は、ウェハを置く成形された上面５２を有するプラテン５０を示す。わかりやすく提示するために、この図では背景冷却ガスによるプラテン通過を可能にするチャネルを省略していることがわかる。上面５２は、ウェハ下の上面の一部がウェハと直接接触しないように皿状にへこんでいる。図５に示すように、プラテン５０の上面５２は領域５４において凹形である。これによってウェハの裏とプラテン５０の上面５２との間に、半径方向位置に沿って変化する隙間が生じる。特定の理論又は推測による限定を望むものではないが、皿状にへこんだプラテンとすることでウェハの動きが２つのメカニズムにより減少すると考えられる。第１に、ウェハ裏面での体積増加は、所与のガス流で発生する揚力がより少ないことを意味する。第２に、裏面ガス流量がウェハが動かなくなるレベルにまで上昇すると、ウェハがチャンバの中心に移動して系の総位置エネルギーが最小限に抑えられる。一旦ウェハが皿状部内の中心に据えられるとウェハは安定した平衡状態に置かれ、それ以上は殆ど動かなくなる又は動かなくなる。図６は、凹部の最大深さが１．０ｍｍである凹形上面を有するプラテンを使用した、裏面ガスの流量の関数としての、ウェハの中心位置からの移動距離を示す。１０枚のウェハを使用したハンドリング試験を行った。図６は、観察された中心からの最大６０、平均６２及び最小６４移動距離を示す。さらなる実験において、平面である上面を有するプラテン及びその上面に深さ０．６ｍｍの凹部を有するプラテンを使用して行った同じ実験と比較して、深さ１．０ｍｍの凹部を有するプラテンを使用すると、観察される中心位置からの移動が著しく小さいことが立証されている。しかしながら、深さ０．６ｍｍの凹部を有するプラテンでは、平面である上面を有するプラテンより優れた位置的な結果が得られた。
【００５５】
幾つかの実施形態においては、ウェハの温度がウェハ表面に沿って異なり得る。特に、幾つかの実施形態において、ウェハ中心部の温度がウェハ周縁での温度より高いことが観察されている。凹形の上面を有するプラテンが、ウェハの半径方向位置の関数として温度均一性を改善できることが判明している。図７は、ＡｌＣｕスパッタ工程を用いて得られたＡｌＣｕグレインサイズを示す。データは、平面である上面、深さ０．６ｍｍの凹部を上面に有するプラテン及び深さ１．０ｍｍの凹部を上面に有するプラテンを使用して得られた。図７は、それぞれ平面であるプラテン上面、深さ０．６ｍｍのプラテン上面及び深さ１．０ｍｍのプラテン上面に対応するバー７０、７２、７４を示す。各データバーの最上部はウェハ中心部でのグレインサイズを示し、各データバーの最下部はウェハ縁部でのグレインサイズを示す。大きいグレインサイズがより高い温度に対応することが思い出される。凹形のプラテンを使用した場合、ウェハの中心部から縁部に向かっての温度変動が減少することがみてとれる。深さ１．０ｍｍの凹形のプラテンを使用した場合の温度変動が最も小さかった。ウェハ全体での温度勾配を調整するために、プラテン上面の輪郭を変化させ得る。プラテン上面の輪郭を変化させることで今度は堆積させる膜の特性を調整することができる。プラテンの上面が凹形の場合、ウェハの寸法に対する凹部の深さ及び凹形セクションの直径等の特徴を制御することで所望の効果が得られる。本発明は、ウェハ処理中に異なる温度作用を生じさせるための他のプラテン表面形状の採用も想定している。
【００５６】
当業者には、上記の原理に基づいた数々の変化形及び変更が想定され得ることは明白である。例えば、他の基板支持構造体を利用し得る。基板支持体は、基板を収容し且つウェハの同心性を維持する働きをする、その表面に形成されたくぼみを有し得る。他の保持構造体、例えばスプリットリング構造体も想定し得る。加えて又は代替案として、裏面冷却ガスの方向性を、冷却ガスの基板への導入の仕方を制御することで制御し得る。上で挙げた具体例においては、スパッタリングを行う。しかしながら、本発明の原理は他のＰＶＤ工程にも容易に適用し得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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