JP2021504958A - 基板処理装置、基板を処理する方法及び処理加工物を製造する方法 - Google Patents

Abstract

基板処理装置（１０）は、処理側表面（１９０）を有する基部（１９）と、処理側表面（１９０）に配置され、その周辺部で基板（１７）を支持するように設計された基板支持体（１４）であって、その周辺部、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面が、処理側表面（１９０）から離隔される、基板支持体（１４）と、を備え、基板処理装置（１０）は、電磁放射線を測定するように適合され、基部（１９）の裏側表面（１９１）の面に配置される放射線センサ（２１）と、放射線センサ（２１）と基板支持体（１４）の周辺部との間に、より具体的には、放射線センサ（２１）と前記周辺部によって規定される平面との間に配置される放射流路（２２、２３、２４、２５、２６）と、をさらに備え、放射流路（２２、２３、２４、２５、２６）は、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。

Description

本発明は、基板処理装置に関する。本発明は、さらに、そのような基板処理装置において基板を処理する方法及び処理加工物を製造する方法に関する。

（定義）
本発明の意味における処理は、基板に作用する任意の化学的、物理的又は機械的作用を含む。さらに、処理には、単独で、又は化学的、物理的又は機械的効果作用と組み合わせて、温度調整も含まれる。このような調整は、基板を所望の温度に加熱すること、基板を所望の温度に維持すること、及び、例えば、処理自体が基板を過熱する傾向がある場合、基板を冷却して所望の処理温度に維持することを含むと理解されるべきである。

本発明の意味における基板は、処理装置で処理される構成要素、部品又は加工物である。基板には、長方形、正方形又は円形の形状を有する平坦な板状部品が含まれるが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、本発明は、ウェハなどの本質的に平面の円形基板に対処する。そのようなウェハの材料は、ガラス、半導体、セラミック、又は、記載された処理温度に耐えることができる他の任意の物質であってよい。

真空処理又は真空処理システム／装置／チャンバは、周囲の大気圧よりも低い圧力下で処理される基板のための少なくとも囲いと、前記基板を処理するための手段とを備える。

チャック又はクランプは、処理中に基板を固定するように構成された基板ホルダ又は支持体である。このクランプは、特に、静電力（静電チャックＥＳＣ）、機械的手段、真空、又は、前述の手段の組み合わせによって達成することができる。チャックは、温度制御部品（冷却、加熱）及びセンサ（基板の向き、温度、反りなど）のような追加の設備を示す場合がある。

ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、加熱された基板への層の堆積を可能にする化学プロセスである。１つ又は複数の揮発性前駆体材料は、それらが基板表面で反応及び／又は分解して所望の堆積物を生成するプロセスシステムに供給されている。ＣＶＤのバリエーションには次のものがある：低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）−準大気圧でのＣＶＤプロセス。超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶＣＶＤ）は、通常１０^−６Ｐａ／１０^−７Ｐａ未満のＣＶＤプロセスである。プラズマ法には、マイクロ波プラズマ支援ＣＶＤ（ＭＰＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）などがある。これらのＣＶＤプロセスは、前駆体の化学反応速度を高めるためにプラズマを利用する。

物理気相成長法（ＰＶＤ）は、気化した形態の材料を基板の表面（半導体ウェハなど）に凝縮して薄膜を堆積させる様々な方法を表す一般的な用語である。コーティング方法は、ＣＶＤとは対照的に、高温真空蒸着又はプラズマスパッタ衝撃などの純粋に物理的なプロセスを含む。ＰＶＤのバリエーションには、カソードアーク蒸着、電子ビーム物理蒸着、蒸発蒸着、スパッタ蒸着（通常、ターゲット材料の表面にある磁気トンネルに閉じ込められるグロープラズマ放電）がある。

層、コーティング、堆積及び膜という用語は、本開示では、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、又は、ＰＶＤ（物理気相成長）などの真空処理装置で堆積される膜に対して互換的に使用される。

基板処理装置、及び、基板処理装置において基板を処理する方法又は処理加工物を製造する方法は、広く知られている。処理された製品、すなわち処理された基板又は加工物の品質に影響を与える、圧力、温度、処理時間などの複数のパラメータがあることも知られている。しかしながら、そのようなパラメータを実際に、特にリアルタイムで制御することは、かなり困難な場合がある。その結果、処理された製品の品質を向上させるために、例えば、改善された基板処理装置及び／又は改善された基板処理方法を提供することによって、より信頼性が高く正確な方法でそのようなパラメータを制御する必要が常にある。特に、基板が片側から処理され、前記片側の反対側から加熱される装置の場合、その処理中に基板の実際の状態を検出することは非常に難しい。これは、特に、処理中の基板へのアクセスが制限されているために発生する。

従って、本発明の目的は、設計が単純であり、処理中に基板の実際の状態を検出することができる基板処理装置を提供することである。

これは、本発明による基板処理装置によって達成される。

この基板処理装置は、
−拡張された、基本的に平面の処理側表面を有する基部、
−処理側表面に配置され、その周辺部で基板を支持するように設計された基板支持体であって、その周辺部が、処理側表面から離隔されている、基板支持体、
を備え、
基板処理装置は、さらに、
−基部の裏側表面の、処理側表面とは反対側に配置された、電磁放射線を測定するように適合された少なくとも１つの放射線センサ、
−少なくとも１つの放射線センサと基板支持体の周辺部との間に配置された少なくとも１つの放射流路、
を備え、
放射流路は、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。

より具体的には、基板支持体の周辺部は、平面を規定し、この平面は、処理側表面から離隔されている。さらに、より具体的な方法では、少なくとも１つの放射流路は、少なくとも１つの放射線センサと基板支持体の周辺部によって規定される平面との間に配置される。

放射線センサは、処理中にコーティングされる基板の状態と相関し得る電磁放射線の検出を可能にする。例えば、基部に面する基板の温度を決定することができる。この場合、放射線センサは、光学温度センサであり得る。このような温度決定は、例えば、物理蒸着プロセスの開始を起こすことによって、例えば基板処理プロセスをトリガーするために使用できるため、特に興味深い。所定の好ましい基板温度（例えば、８００℃）からターゲット材料の堆積を開始することによって、より均質な堆積層を生成して、より高品質の処理された基板をもたらすことが可能である。さらに、温度決定は、基板の段階的な加熱を制御するために使用することができ、特に、複数の層及び／又は異なる材料の層を堆積させるときに有用である。あるいは、放射線センサによって検出された放射線は、コーティングされる基板上のコーティングの厚さを決定するために、放射線源の放出、例えば、コーティングされる基板の側で基部と反対側に、特に、加熱要素と面する側と反対側の基板の側に提供されるプラズマ点火と相関させることができる。コーティングが厚いほど、放出される放射線の多くがコーティングによって吸収され、放射線センサで検出できる放射線が少なくなる。基部の裏側表面の側に放射線検出器を配置することは、センサが裏側表面から離隔して配置されることを意味することもできる。センサは、基部に対して横向きに配置することもでき、従って、基部の正面側に配置することもできるが、横方向にオフセットすることもできる。この場合、放射流路は、長くなり、直線に沿って延びない。放射流路の湾曲した又は複数の湾曲した延長部も可能である。複数の放射線検出器と複数の対応する放射流路が存在する場合がある。例えば、２、３、４、５、６又はそれ以上の検出器及び対応する流路があり、それを利用して、処理中の基板の実際の状態を同時に又は交互に検出することができる。複数の放射流路を１つの放射線検出器と組み合わせることが可能であり、一束の放射流路は、放射線検出器が割り当てられている１つの特定の場所に集められる。放射流路及び／又は放射線検出器は、基部の前面に均等に配置し、又は、基部の前側表面に対して、基板支持体の周辺部の投影に沿って、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面の投影に沿って、又は、基部の前側表面に対して、基板支持体の周辺部の中間線の投影に沿って、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面の中間線の投影に沿って、特定の領域に配置することができる。

当該技術分野で知られている「検出器」という単語は、「センサ」という単語の同義語として使用することができる。

一実施形態では、放射流路は、処理側表面から裏側表面まで延びる基部内の通路と、少なくとも１つの放射導体とを備える。この設計により、処理中の基板と放射線センサとの間の距離が広がり、それによって、センサが処理条件、つまり熱又はコーティング材料によって悪影響を受けるのを防ぐ。

一実施形態では、加熱要素は、基板支持体の周辺部、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面と、処理側表面との間の基部に配置され、加熱要素は、処理側表面に対する基板支持体の周辺部から、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面からの電磁放射線の通過を可能にする通路を含む。加熱要素により、処理される基板の所定の最適な処理温度を処理中に維持することができる。摂氏１００度から１２００度の範囲、好ましくは摂氏７５０度から１０００度の範囲の基板温度が望ましい。放射線センサ、例えば光学温度センサによるインサイチュ温度検出は、加熱要素の温度、従って処理される基板の温度を制御するために使用することができる。加熱要素の通路は、加熱要素によって放出される電磁放射線が放射線センサの測定に悪影響を与えることを防ぐ。あるいは、基板処理装置内の温度制御された雰囲気を使用して、基板の温度を制御することができる。

一実施形態では、熱反射表面は、処理側表面（１９０）に配置され、熱反射表面は、基板支持体の周辺部によって規定される平面から熱反射表面を通って電磁放射線の通過を可能にする通路を備える。熱反射表面は、基部を介した熱の散逸を防止し、それにより基部への熱負荷を低減し、それにより、熱源、例えば加熱要素の必要なエネルギー消費を低減する。

一実施形態では、処理材料の供給源は、基部の反対側の基板支持体の周辺部から距離を置いて、より具体的には、前記周辺部によって画定される平面から距離を置いて配置される。処理材料の供給源は、例えばターゲット又は蒸発坩堝などのＰＶＤ、ＣＶＤ又は活性化ガス供給源（例えば、洗浄、後処理、表面改質又はエッチング用）のいずれであってもよい。

一実施形態では、少なくとも基部及び基板支持体を囲む囲いが提供され、さらなる実施形態では、囲いは、さらに、処理材料の供給源を囲む。囲いは、好ましくは、密封された又は密封可能な区画であり、従って、囲い内の真空の生成を可能にする。

一実施形態では、放射導体は、裏側表面又は熱反射表面に配置される。基板支持体の周辺部から、より具体的には前記周辺部によって規定される平面からの距離での放射導体の割り当ては、例えば、いくつかのコーティング材料による放射導体への悪影響を防ぐ。放射導体は、広範囲の電磁放射線、例えば、波長が１ナノメートルから数センチメートルの電磁放射線、つまりＸ線からマイクロ波までに透過性であり得る。あるいは、放射導体は、少なくとも１つの範囲の電磁放射線が放射導体を通過するのを防ぐことができる。従って、特定の波長範囲の電磁放射線のみを放射導体を通過させることができる。例えば、波長が５００ナノメートルから１００マイクロメートルの電磁放射線である。あるいは、放射導体は、例えば、９００ナノメートルの波長を有する特定の波長のみが放射導体を通過することができるように設計される。放射導体は、ガラス又は光ファイバーとすることができる。放射流路のビューイングポート、すなわち通路の開口部又は放射導体の直径をそれぞれ小さく保つことが勧めされる。それにより、放射線センサによって検出できる直接的及び間接的（例えば反射）電磁放射線の量が低減され、従って、検出の感度が向上する。放射導体に入る可能性のある加熱要素からの放射の量を減らすために、処理中に基板に面する放射導体の入口面を、加熱要素と基板支持体の周辺部との間に、より具体的には、加熱要素と前記周辺部によって規定される平面との間に配置することができる。細長い放射導体、すなわち光ファイバーを保護するために、追加の放射導体を、光ファイバーと基板支持体の周辺部との間、より具体的には、光ファイバーと前記周辺部によって規定される平面との間に配置することができる。追加の放射導体は、放射導体の上に配置されたプレート、入口表面を覆うスリーブ、及び／又は、光ファイバーの側表面の一部であり得る。スリーブは、完全に電磁放射線に対して透過性のある材料から作ることができ、又は、電磁放射線透過性材料のみを入口表面を覆う部分に含むことができる。それが本質的にスリーブによって囲まれている放射導体の側部のみである場合、反射特性を有する内表面及び／又は外表面を有するスリーブが好ましい。反射性外壁は、放射導体を不要な放射、例えば、散乱放射又は加熱要素から発生する放射から保護する。反射性の内壁は、放射導体の側面から入った放射の損失を防ぎ、従って、温度決定の効率を高める。その結果、スリーブは、金属で作ることができ、金属を含むことができ、又は、反射コーティングを含むことができる。

一実施形態では、第１の放射導体は、基部の通路内、又は、基部及び熱反射表面の通路内、又は、基部、熱反射表面及び加熱要素の通路内に配置される。放射導体が基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面に近いほど、すなわち動作中に処理される基板の周辺部に近いほど、放射導体に入ることができる散乱放射の量は少ない。従って、放射線検出器によって検出された放射線の質を改善する。

一実施形態では、追加の放射導体は、反射表面の表面に配置され、少なくとも反射表面の通路を覆う。追加の放射導体は、下にある放射導体を保護する。追加の放射導体は、小さく、従って安価である。追加の放射導体が汚染されているか、処理材料でコーティングされているか、機械的又は熱的負荷によって破壊されている場合、それは、簡単に交換でき、下にある放射導体ほどコストがかからない。

一実施形態では、第１の放射導体は、スリーブによって横方向に囲まれる。追加の放射導体は、スリーブの前面側に、第１の放射導体の前面側から距離を置いて配置される。一方、スリーブは、第１の放射導体を放射から保護する。一方、スリーブは、第１の放射導体を熱エネルギー、すなわち温度から保護する。

一実施形態では、放射導体と基部との間に封止材料が配置される。熱伝導係数が異なるため、放射導体及び基部の熱膨張が異なり、それらが互いに直接接触すると、機械的応力が発生する。封止材料、例えば、セラミック接着剤は、機械的応力を軽減する。これにより、放射導体の断線を防ぐ。

一実施形態では、封止材料は、放射導体とスリーブとの間、及び／又は、スリーブと基部との間に配置される。

一実施形態では、冷却流路は、基部に配置される。冷却流路は、基部を通って基部の裏側表面の側に向かって熱が放散するのを防ぎ、従って、例えば、放射線センサを熱負荷から保護する。同時に、基部の熱膨張が低減され、その結果、基部の、従って、例えば、基部に取り付けられた基板支持体の周辺部の幾何学的偏差が小さくなる。これにより、プロセスの精度及び再現性が向上する。

一実施形態では、放射流路は、放射流路内に配置された冷却ラインによって能動的に冷却される。放射導体が光ファイバーである場合、冷却ラインを光ファイバーと組み合わせて、基部、熱反射表面及び／又は加熱要素の通路に一緒に導入することができるユニットを形成することができる。あるいは、放射導体は、基部と接触するだけで受動的に冷却できる。例えば、放射導体を横方向に囲むスリーブは、冷却された基部を通して間接的に冷却することができる。基部は、基部の通路の周りの領域に配置された冷却流路を含むことができる。

一実施形態では、基板処理装置は、拡張された、本質的に平面の処理側表面を有する基部、処理側表面上に配置され、基板を支持するように設計された周辺部を有する基板支持体、及び、基板支持体の周辺部と基部の処理側表面との間、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面と基部の処理側表面との間の基部上に配置された加熱要素を備える。加熱要素は、基板支持体の周辺部から、より具体的には前記周辺部によって規定される平面から処理側表面への、すなわち、基板支持体によって処理側表面に支持されるときの基板からの電磁放射の通過を可能にする通路を備える。基板処理装置は、電磁放射線を測定するように適合された少なくとも１つの放射線センサと、少なくとも１つの放射線センサと基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面との間、すなわち、基板支持体によって支持されるときの少なくとも１つの放射線センサと基板との間に配置された少なくとも１つの放射流路と、をさらに備える。放射流路は、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。

任意に、この装置は、基板支持体の周辺部から、より具体的には前記周辺部によって規定される平面から距離を置いて基部の反対側に配置された処理材料の供給源（ＰＶＤ、ＣＶＤ又は活性ガス源のいずれかであり得る）を備える。処理材料の供給源は、基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面が、加熱要素と処理材料の供給源との間に挟まれるように配置される。これは、基板が基板支持体によって支持されたときに、基板が、加熱要素に面する基板の側から加熱され、処理材料の供給源に面する側から処理されるように、処理材料の供給源が、加熱要素の反対側に離れて配置されることを意味する。

処理側表面から裏側表面まで延びる、基部内の通路を含む放射流路と、少なくとも１つの放射導体とを有する装置のさらなる実施形態では、少なくとも１つの放射導体の１つが、基部の通路内に完全に配置される。前記１つの放射導体は、通路の両端、又は、通路の端部の１つ、特に、通路の端部が基部の処理側表面に属するものと同一平面であってもよい。

処理側表面から裏側表面まで延びる、基部内の通路を含む放射流路と、少なくとも１つの放射導体とを有する放射流路を有する装置のさらに別の実施形態では、少なくとも１つの放射導体の１つ、いくつか、又は、全ては、それらが、処理側表面に属する通路の端部から突出しないように配置される。

前記１つ、いくつか、又は、全ての放射導体は、通路の一部にのみ沿って延びるように配置されることが好ましい。１つ、いくつか、又は、全ての放射導体は、特に、処理側表面に属する通路の端部に対してある程度のクリアランスを残すように、すなわち、処理側表面までの距離を保つように配置される。そのようなクリアランスは、基部の通路がホール開口部として機能することを可能にする。そのような実施形態では、特にレンズが存在しない場合、基部の通路の直径が、１つ、いくつか、又は、全ての放射導体の直径、特に処理側表面に属する通路の端部に最も近い放射導体の直径の１２０％以下であることを好ましい。ホール開口部の効果は、基部及び放射導体の通路の断面積を相互に適合させることだけでなく、基部の処理側表面に対する放射導体の距離、従ってクリアランスのサイズを変えることによっても調整することができる。

放射流路が基部の処理側表面の熱反射表面に通路をさらに含む場合、熱反射表面の通路もまた、ホール開口部の効果に寄与するか、又は完全に支配する。前述の教示は、それに応じて適用することができる。

一実施形態では、放射流路は、少なくとも１つの集束レンズを含む。このようなレンズは、基部の通路内、熱反射表面の通路内、加熱要素の通路内、基部の通路と加熱要素の通路との間、熱反射表面の通路と加熱要素の通路との間、及び／又は、加熱要素の通路と周辺部との間、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面と基板支持体との間に配置することができる。レンズが即座に形成されるように、１つ又は複数の放射流路を設計することも可能である。

レンズが２つの屈折面を含み、特にそれらのうちの少なくとも１つが凹面又は凸面であるので、レンズは、放射を集束させることができる。その結果、それを使用して、一般に放射流路の構成、特に放射流路内の放射導体の配置を改善することができる。例えば、レンズを使用することにより、基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面までの放射導体の距離を増加させることが可能である。例えば、基部の通路に配置された放射導体を備えた構成を有する場合、基部の処理側表面までの、従って加熱要素、及び、基板支持体の周辺部、より具体的には、前記周辺部によって規定された平面までの前記放射導体の距離は、レンズが放射を集束させているときに放射強度を失うことなく放射導体の上にレンズを使用することにより、増加させることができる。

好ましい実施形態では、少なくとも１つのレンズは、基部の通路内に配置される。さらに好ましい実施形態では、レンズは、第１の放射導体と追加の放射導体との間に配置され、追加の放射導体は、レンズを保護する。さらに好ましい実施形態では、レンズ、第１及び追加の放射導体は、基部の通路内に配置され、追加の放射導体は、好ましくは、基部の処理側表面と同一平面に配置される。

一実施形態では、放射線センサの受光角は、最大４５°、特に最大３０°、さらに特に最大１５°である。最小許容角は、基本的に、必要なセンサ信号及びその信号対雑音比によってのみ制限される。受光角は、主に放射流路の設定によって定義され、例えば、基部の通路の直径、熱反射表面の通路の直径、加熱要素の通路の直径、基部、熱反射表面、加熱要素、及び／又は、基板支持体の周辺部、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面の間の距離、放射導体の量及び場所、１つ又は複数のレンズの存在、量及び場所、放射導体又はレンズ等の存在、大きさ、及び、それらの間のギャップの存在、サイズおよび場所を調製することによって影響され得る。

一実施形態では、放射流路は、少なくとも１つの波長変換器を含む。例えば、放射導体が前記放射を適切に伝導することができないので、波長変換器は、基板によって放出された放射が放射線センサによってほとんど検出できない場合に特に有益である。

波長変換器の実装はまた、少なくとも１つの範囲の電磁放射線が通過するのを防止する放射導体、及び／又は、特定の波長のみが通過できるように設計された放射導体を備える装置にとって有益である。

放射導体に到達する照射された放射線が、最初に波長変換器を通過しなければならないように、波長変換器は、基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面と、放射導体との間に配置されなければならない。波長変換器は、２つの部分を含んでもよく、１つの部分は、基板によって放出された放射線を吸収し、１つの部分は、放射導体に向かって放射線を放出する。あるいは、波長変換器は、例えば、シリコンコーティング又は酸化アルミニウムコーティングであるコーティングを含む１つの部分からなる。

一実施形態では、加熱要素は、放射加熱器、特に炭素加熱器及び／又はランプ加熱器である。放射加熱器は、特に各々の基板領域が１つの温度領域に対応する、特に基板の２以上の領域の温度を決定する２以上の放射検出器を用いて、個々に制御することができる、例えば、２、３、４、５、６又はそれ以上の温度領域を含む領域加熱器であってもよい。

加熱される基板の直径よりも約２０から５０ｍｍ大きい直径を含む加熱要素（例えば、２００ｍｍ基板の場合は２４０ｍｍ、３００ｍｍ基板の場合は３４０ｍｍ、又は、長方形基板の場合は同様の関係）は、約５から３０ｍｍ、好ましくは８から２０ｍｍ、特に１０から１５ｍｍの直径を有する電磁放射線の通過のための通路を含むことができる。

この装置の上記の実施形態の特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、任意の組み合わせで使用することができる。

本発明による基板処理装置において基板を処理し、処理加工物を製造する方法は、
−本発明による基板処理装置を提供する段階、
−基板支持体の周辺部に基板を配置する段階、
−基板をコーティングする段階、及び、
−放射線センサを用いて電磁放射線を検出する段階
を含む。

一実施形態では、この方法はさらに、
−基板支持体の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面と、処理側表面との間に加熱要素を提供する段階であって、前記加熱要素が通路を含む、段階、
−基部の反対側の基板支持体の周辺部からある距離、より具体的には、前記周辺部によって規定される平面の距離にある処理材料の供給源を提供する段階、
−囲いを提供し、少なくとも基部、基板支持体、加熱要素、及び、処理材料の供給源を囲む段階、
−囲いに真空を適用する段階、及び、
−放射線センサによって検出された電磁放射線に基づいて、基板を加熱するために加熱要素に電力を供給する段階
を含む。

この方法の上記の実施形態の特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、任意の組み合わせで使用することができる。

本発明の実施形態は、図面を参照して以下で、より詳細に説明される。これらは、説明のみを目的としており、制限するものとして解釈されるべきではない。

本発明による基板処理装置の第１の実施形態の断面図である。 本発明による基板処理装置の第２の実施形態の断面図である。 本発明による加熱要素を示す図である。 本発明による基板処理装置の第３の実施形態の断面図である。 本発明による基板処理装置の第４の実施形態の断面図である。

基板処理装置１０は、真空処理チャンバ内に配置される基部１９を備える。前記チャンバ又は囲いは、図１では省略されており、真空を発生させ、廃ガスを除去するために必要な手段、電気配線、及び、基板のロード／アンロード設備を含め、当該技術分野で既知のように設計できる。加熱要素１５が前記基部１９上に配置され、好ましくは、基部１９と前記加熱要素１５との間に隙間を提供する支柱１６上の基部１９の表面に平行に取り付けられる。加熱要素は、基本的に、抵抗加熱器、特に放射加熱器、又は特に好ましくは炭素又は炭化ケイ素の加熱器構成などの従来技術の加熱要素から選択することができる。前記基部１９及び加熱要素１５に再び平行な平面に、基板１７を、好ましくは基板とターゲットとの間に５センチメートルから８センチメートルの間の距離に配置することができる。前記基板１７は、好ましくは、基板支持体１４によって保持され、基板支持体１４は、リング形状の支持領域として、又は、基板の周囲の選択的支持体として設計することができる。

基部１９の裏面１９１の側に、放射導体２２を有する放射線センサ２１が配置される。放射線センサは、例えば、高温計であってもよい。放射線センサ２１によって検出された信号は、主に基板から放出された放射線を測定し、周囲の情報、例えば、ヒーターからの、又は基板を通過する放射線、例えばプラズマ放射線をあまり収集しないようにすることができる、例えば、センサ用の小さな、つまり狭い波長ウィンドウを選択することによって、フィルタ処理されてもよい。放射流路２２、２３、２４、２５、２６は、放射線センサ２１と基板支持体１４の周辺部との間に、より具体的には放射線センサ２１と前記周辺部によって規定される平面との間に配置される。放射流路は、好ましくは、基部１９の中心に配置される。放射導体２２及び追加の放射導体２６は、放射流路の一部である。放射流路は、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。基部の通路２３、熱反射表面１８の通路２４、及び、加熱要素１５の通路２５は、空である。従って、電磁放射線は、妨げられないこれらの通路を通過することができる。放射導体２２及び／又は追加の放射導体２６は、同様に完全に透過性であり、又は、放射の一部を吸収することができる。図１では、放射導体２２及び追加の放射導体２６は、光学ガラス板である。図１の実施形態では、放射導体２２は、基部１９の裏面１９１に配置され、追加の放射導体２６は、熱反射表面１８に配置される。あるいは、放射導体２２は、裏側表面１９１に取り付けられたスリーブ２８に取り付けられて、裏側表面１９１までの距離を置いて配置することができる。

処理中、基板は、基板支持体１４上に置かれ、自重によって保持される。従って、固定手段によって機械的応力が加えられない。基部１９に平行な別の平面には、加熱要素１５及びターゲット１１が取り付けられている。基板支持体１４及び加熱要素１５は、基部の前側表面１９０に配置される。処理中、基板１７とターゲット１１との間で、処理空間１２が利用可能である。処理空間は、スパッタリング中にプラズマを示す。作動ガス（反応性又は不活性）が側部からターゲット端部の近くに注入される。ＰＶＤスパッタリングプロセスは、当該技術分野で知られており、従って、本明細書では詳細に説明されない。ターゲット１１から材料がプラズマスパッタされ、基板１７に堆積される。シールド１３は、基板支持体１４がターゲット材料で覆われるのを防ぐために予見され得る。このようなシールド１３は、保守期間中に容易に交換することができる。図１に示すように、シールドは、基板１７上に堆積された層がターゲット１１に面する全表面を覆っているように解釈されている。

加熱要素１５、好ましくは炭素を含有するヒーター、特に炭素ヒーターは、放射型加熱要素である。本発明の一実施形態では、炭素加熱要素は、３ｋＷから１０ｋＷの電力を送ることができる電源に接続されている。効果的な熱管理を可能にするために、好ましくはスペクトルの赤外線部分で良好な反射特性を有するミラー又は反射手段１８は、加熱要素１５に面する基部１９上に直接配置されている（図１に示されるように、基板１７と反対側）。放射線が基板に吸収される（又は失われる）まで、２つの反射表面の間で本質的に閉じ込められ、反射される。

基部１９は、好ましくは、裏側表面１９１に向かう金属ブロック内で予測される流路２０内の流体によって冷却される。あるいは、冷却流路は、基部の中心にあり、又は、処理側面１９０に向かっていることがある。従って、ミラー１８及び基板支持体１４は、基部１９をヒートシンクとして使用することが好ましい。

熱反射ミラー１８は、ニッケルコーティングとして、又は、基部１９に取り付けられた交換可能な薄いニッケルプレートとして製造することができる。特にそのスペクトルの赤外部分に優れた反射率を持つ他の高反射材料も有用である。

キャビティに対応する、又は、２番目のミラーは、ターゲット１１である。基本的に、ミラー１８の場合と同じ反射率要件が有効であるが、勿論、堆積される層によって材料の選択が決まる。適用可能な材料の例は、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｔａ及びそれらの合金である。

加熱要素１５の効率のために、基板支持体１４は、高温に耐えることができる材料から作られなければならない。チタンが最適な材料であるが、高張力鋼を使用することもできる。

本発明の基板処理装置１０は、ＰＶＤ用途におけるスパッタリングターゲット１１での使用に限定されない。これは、ターゲット１１の代わりにシャワーヘッド又は別のオーバーヘッド処理ガス入口が配置されているＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ用途で使用することができる。「サーマルキャビティ」の品質に関するａ．ｍ．制限及び要件が、同等の方法でシャワーヘッド又はガス入口によって満たす必要があることが理解されている。研磨鋼、Ｎｉ、Ａｌなどの材料を使用することができる。

図２は、本発明による基板処理装置１０のさらなる実施形態を示す。図２の実施形態は、図１の実施形態に対応する。放射線センサ２１及び放射導体２２の設計及び配置のみが異なる。放射導体２２は、基部１９、熱反射表面１８及び加熱要素１５の通路内に少なくとも部分的に配置される。放射導体２２は、光学ガラス繊維である。放射導体２２と追加の放射導体２６との間にはギャップがある。放射導体２２は、スリーブ２８によって横方向に囲まれている。図示の実施形態では、スリーブ２８は、放射導体２２を完全に取り囲み、特に基部１９の通路２３、熱反射表面１８の通路２４、及び、加熱要素１５の通路２５内に配置される。しかしながら、スリーブ２８はまた、放射導体２２の一部のみを取り囲み、例えば、基板支持体１５の周辺部によって規定される平面の方向を指している放射導体２２の端部を残しておくことができる。スリーブ２８が、基部１９の通路２３、熱反射表面１８の通路２４内にのみ配置され、加熱要素１５の通路２５内には配置されないことも可能である。スリーブ２８は、好ましくは、金属などの反射特性を有する材料で作られ、機械的及び熱的負荷から放射導体２２を保護する。追加の放射導体２６は、スリーブ２８の先端領域に配置される。基部１９と放射導体２２との間、又は、スリーブ２８と基部１９の間にそれぞれ封止材料２７が配置され、熱負荷、並びに、基部１９又はスリーブ２８及び放射導体２６の異なる熱膨張係数による放射導体２６への応力を低減する。スリーブ２８は、基部１９、反射表面１８及び加熱要素１５を通って、加熱要素１５の上に延びる。それぞれ基板支持体１４の周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面及びスリーブ２８の先端と、追加の放射導体２６の前面との間に、常に自由空間があるべきである。前記周辺部、より具体的には前記周辺部によって規定される平面と追加の放射導体２６との間の距離が小さいほど、それぞれスリーブ２８、放射導体に入る散乱放射が少なく、処理中の基板１７の特定の領域の放射線検出がより正確になる。

図３は、加熱要素１５’の実施形態の１つの上面図である。支柱１６’は、図１の支柱１６に相当する。この実施形態は、電気コネクタが外側にあり、通路２５が二重螺旋の中心にある二重螺旋構造を含む。加熱要素は、炭素繊維プレートから切断され、又は、それぞれの型でプレスすることができる。炭素繊維又は炭素繊維複合材は、それ自体既知であり、市場で入手可能である。加熱要素の形状（巻線の幅及び厚さ）を最適化して、均一な加熱効果を実現することができる。一実施形態では、２．５ｍｍの厚さが選択されており、これは、重量、材料の安定性、及び、全体的な電気抵抗の妥協である。断面において、個々の巻線の長方形の形状は、正方形又は円形の形状よりも好ましい。

得られる構造は、加熱要素の直径及び厚さに応じて、自立することができる。動作中に曲げが発生した場合、この構造は、セラミックレストによって安定化させることができる。

図３は、加熱要素１５に対する基板１７の位置合わせを示す。コネクタが加熱要素自体と同じ動作温度を示さないため、効果的に加熱された基板領域の外側に電気接続を配置することが好ましい。従って、特に基板の端部領域における温度の不均一性を回避することができる。その結果、加熱要素のサイズは、基本的に基板のサイズとコネクタの延長部分のサイズの合計になる。

勿論、熱調整装置及び電磁放射検出装置は、非反射性ターゲット１１及び／又は高吸収性基板１７に対しても機能する。例えばＳｉＣ基板は、２つの反射表面を持つ熱キャビティを要求しない。しかしながら、加熱要素の後ろのミラー１８の配置は、この場合でも依然として加熱効率を高めるであろう。

上記の本発明は、異なるサイズの円形、長方形又は正方形の基板に使用することができる。これは、４インチ、６インチ、８インチ（２００ｍｍ）又は１２インチ（３００ｍｍ）のウェハ直径の処理用に設計された基板処理システムで使用することができる。その加熱要素の性質により、中間サイズは、簡単に解釈することができる。

記載されている温度調整装置は、その直接放射加熱原理により、熱慣性が低い。それは、迅速に、又は、段階的に電力を変化させることにより段階的に基板を加熱することを可能にするために有利に使用することができる。同じ利点が冷却シナリオにも当て嵌る。

図４は、本発明による基板処理装置１０のさらなる実施形態を示す。図４の実施形態は、図１及び図２の実施形態に対応するが、様々な態様が異なる。例えば、図４の実施形態は、基部１９の通路２３内に配置された１つの放射導体２２のみを含み、放射導体２２と基部１９の処理側表面１９０との間に隙間ｄ３が存在する。放射導体２２は、基部１９の通路２３の直径ｄ１の約８５％から９０％の直径ｄ２を含む。基部１９の通路２３は、ホール開口部として機能する。この機能は、光路、従って放射線検出器２１の受光角を表す破線によって示されている。加熱要素１５の通路２５は、受光角をさらに制限しないように十分に大きく設計されている。この実施形態では熱反射表面は示されていないが、熱反射表面は、示されている実施形態と十分に適合し得る。余分な熱反射表面がない場合は、処理側表面が少なくとも部分的に熱反射している基部が有益である。処理材料の供給源１１は、例えば、ターゲット又はシャワーヘッドになり得る。放射導体２２は、スリーブによって取り囲まれ得る。基部１９の通路２３と放射導体２２との間、又は、基部１９の通路２３とスリーブとの間に封止材料を配置することができる。基部１９の通路２３はまた、２つ以上の放射導体を含むことができる。基部１９は、冷却することができるが、冷却してはならない。放射線検出器２１は、その裏側表面１９１上で基部１９と同一平面に配置することができるが、放射線検出器２１は、基部まで距離を置いて配置することができ、例えば、さらなる放射導体及び／又はスペーサーとしての封止材料を伴う。放射線検出器２１は、基部１９の周囲の他の場所、例えば基部１９の隣に配置することもできる。

図５は、本発明による基板処理装置１０のさらなる実施形態を示す。図５の実施形態は、図１、図２及び図４の実施形態に対応するが、いくつかの態様では異なる。この実施形態では、受光角は、特に、加熱要素１５の通路２５の小径によって規定され、第１の放射導体２２と追加の放射導体２６との間にレンズが挟まれ、これら３つ全てが、基部１９の通路２３内に配置されている。追加の放射導体２６をレンズ３０又は追加のレンズ（図示せず）で置き換えることも可能であり、従って、追加の放射導体２６を放棄することも可能である。基部１９の通路２３内に封止材料２７が配置されており、それにより、放射導体２２の底部を囲み、放射線センサ２１を大気圧によって取り囲むことができ、装置の残りの部分が、大気圧より低い圧力によって取り囲まれるようになる。この実施形態では熱反射表面が示されていないが、熱反射表面は、示されている実施形態と十分に適合し得る。余分な熱反射表面がない場合、処理側表面が少なくとも部分的に熱反射している基部が有益である。処理材料の供給源１１は、例えば、ターゲット又はシャワーヘッドになり得る。放射導体２２は、スリーブによって取り囲まれ得る。基部１９の通路２３と放射導体２２との間、又は、基部１９の通路２３とスリーブとの間に封止材料を配置することができる。基部１９の通路２３はまた、１つ以上のさらなる放射導体を含み得る。基部１９は、冷却することができるが、冷却してはならない。放射線検出器２１は、その裏側表面１９１上で基部１９と同一平面に配置することができるが、放射線検出器２１は、基部まで距離を置いて配置することができ、例えば、さらなる放射導体及び／又はスペーサーとしての封止材料を伴う。放射線検出器２１は、基部１９の周囲の他の場所、例えば基部１９の隣に配置することもできる。

１０ 基板処理装置
１１ 処理材料の供給源
１２ 処理空間
１３ シールド
１４ 基板支持体
１５ 加熱要素
１５’ 加熱要素
１６ 支柱
１６’ 支柱
１７ 基板
１８ 加熱反射表面
１９ 基部
１９０ 処理側表面
１９１ 裏側表面
２０ 冷却流路
２１ 放射線センサ
２２ 放射導体
２３ 通路基部
２４ 通路加熱反射表面／基部の反射処理側表面
２５ 通路加熱要素
２６ 放射導体
２７ 封止材料
２８ スリーブ
２９ レンズ

Claims (16)

1. 拡張された、本質的に平面の処理側表面（１９０）を有する基部（１９）、
   前記処理側表面（１９０）に配置され、その周辺部で基板（１７）を支持するように設計された基板支持体（１４）であって、前記周辺部が、前記処理側表面（１９０）から離隔されている平面を規定する、基板支持体（１４）、
   前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面と前記処理側表面（１９０）との間の、前記基部（１９）に配置された加熱要素（１５）であって、前記加熱要素（１５）が、前記基板支持体（１４）の前記周辺部によって規定される平面から前記処理側表面（１９０）への電磁放射線の通過を可能にする通路（２５）を含む、加熱要素（１５）、
   電磁放射線を測定するように構成された少なくとも１つの放射線センサ（２１）、及び、
   前記少なくとも１つの放射線センサ（２１）と前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面との間に配置される少なくとも１つの放射流路、
   を備え、
   前記放射流路が、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性である、基板処理装置（１０）。
2. 処理材料の供給源（１１）が、前記基部（１９）の反対側の前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面から距離を置いて配置される、請求項１に記載の基板処理装置（１０）。
3. 前記放射流路が、前記処理側表面（１９０）から前記裏側表面（１９１）まで延びる、前記基部（１９）内の通路（２３）、及び、少なくとも１つの放射導体（２２、２６）を備える、請求項１又は２に記載の基板処理装置（１０）。
4. 熱反射表面（１８）が前記処理側表面（１９０）に配置され、前記熱反射表面（１８）が、前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面から前記熱反射表面（１８）を通って電磁放射線の通過を可能にする通路（２４）を備える、請求項１から３の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
5. 第１の放射導体（２２）が、前記裏側表面（１９１）に配置される、請求項３又は４に記載の基板処理装置（１０）。
6. 第１の放射導体（２２）が、前記基部（１９）の通路（２３）内に、又は、前記基部（１９）及び前記熱反射表面（１８）の通路（２３、２４）内に、又は、前記基部（１９）、前記熱反射表面（１８）及び前記加熱要素（１５）の通路（２３、２４、２５）内に配置される、請求項３又は４に記載の基板処理装置（１０）。
7. 前記第１の放射導体（２２）が、前記基部（１９）の処理側表面（１９０）に関する前記基部（１９）の前記通路（２３）から突出しない、特に、前記処理側表面（１９０）にクリアランスを残す、請求項６に記載の基板処理装置（１０）。
8. 追加の放射導体（２６）が、前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面と、前記第１の放射導体（２２）との間に配置され、特に、前記反射表面（１８）の表面上に配置され、少なくとも前記反射表面（１８）の通路（２４）を覆う、請求項５から７の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
9. 前記第１の放射導体（２２）が、スリーブ（２８）によって横方向に囲まれる、請求項８に記載の基板処理装置（１０）。
10. 前記放射導体（２２）と前記基部（１９）との間に封止材料（２７）が配置される、請求項３から９の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
11. 前記放射導体（２２）と前記スリーブ（２８）との間、及び／又は、前記スリーブ（２８）と前記基部（１９）との間に封止材料（２７）が配置される、請求項９に記載の基板処理装置（１０）。
12. 少なくとも１つの放射流路が、レンズとして形成され、又は、レンズ（３０）、特に、前記基板支持体（１４）の周辺部によって規定される平面と放射導体（２２）との間に配置されるレンズを含む、請求項１から１１の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
13. 前記レンズ（３０）が、第１の放射導体（２２）と追加の放射導体（２６）との間に配置される、請求項１２に記載の基板処理装置（１０）。
14. 前記放射線検出器（２１）が、最大４５°、特に３０°、さらに特に１５°の受光角を含む、請求項１から１３の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
15. 前記基部（１９）に冷却流路（２０）が配置される、請求項１から１４の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）。
16. 基板を処理し、基板処理装置で処理された加工物を製造する方法であって、
    請求項１から１５の何れか一項に記載の基板処理装置（１０）を提供する段階、
    前記基板支持体（１４）の周辺部に基板（７）を配置する段階、
    前記基板（７）をコーティングする段階、及び、
    前記放射線センサ（２１）を用いて電磁放射線を検出する段階、
    を含む、方法。

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