(57)【要約】      （修正有）【課題】層の増加や処理温度の高温化によリ引き起こされた基板の撓みを吸収し、静電チャックの寿命にわたってより一貫したチャック力を得ることができる静電チャックを提供する。【解決手段】基板支持具２００において、温度制御基部と、基板チャック面２１２を有する誘電体であって、基板チャック面２１２が、誘電体の周辺部に形成された隆起部２１６によって部分的に画定されている、誘電体と、誘電体内に設けられた電極と、隆起部の径方向内側に形成された複数の特徴部２１４であって、特徴部２１４の数が基板チャック面２１２の中心から隆起部２１６へと径方向に増加する、複数の特徴部２１４とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持具であって、
温度制御基部と、
基板チャック面を有する誘電体であって、前記基板チャック面が、前記誘電体の周辺部に形成された隆起部によって部分的に画定されている、誘電体と、
前記誘電体内に設けられた電極と、
前記隆起部の径方向内側に形成された複数の特徴部であって、前記特徴部の数が前記基板チャック面の中心から前記隆起部へと径方向に増加する、複数の特徴部と
を含む、基板支持具。
【請求項２】
前記複数の特徴部の各特徴部が、約１ｍｍから約２ｍｍの直径、および約１０ミクロンから約５０ミクロンの高さを有する、請求項１に記載の基板支持具。
【請求項３】
前記複数の特徴部が約１０００個の特徴部を含む、請求項１に記載の基板支持具。
【請求項４】
前記誘電体に設けられた温度制御装置をさらに含む、請求項１に記載の基板支持具。
【請求項５】
前記誘電体が約１５ミリアンペアから約１１５ミリアンペアのリーク電流を有する、請求項１に記載の基板支持具。
【請求項６】
基板支持具であって、
基板チャック面を有する誘電体であって、前記基板チャック面が、前記誘電体の周辺部に形成された隆起部によって部分的に画定されている、誘電体と、
前記誘電体内に設けられた電極と、
前記隆起部の径方向内側に形成された複数の特徴部であって、前記特徴部の数が前記基板チャック面の中心から前記隆起部へと径方向に増加する、複数の特徴部と、
前記誘電体上に形成されたシーズニング層であって、プロセスの化学的性質への曝露による劣化に対し耐性を有する、シーズニング層と
を含む、基板支持具。
【請求項７】
前記複数の特徴部の各特徴部が、約１ｍｍから約２ｍｍの直径、約１０ミクロンから約５０ミクロンの高さ、約０．５ミクロンから約１０ミクロンの厚さを有する、請求項６に記載の基板支持具。
【請求項８】
前記シーズニング層が酸化ケイ素を含む、請求項６に記載の基板支持具。
【請求項９】
前記誘電体内に設けられた温度制御装置をさらに含む、請求項６に記載の基板支持具。
【請求項１０】
基板支持具であって、
基板チャック面を有する誘電体であって、前記基板チャック面が、前記誘電体の周辺部に形成された隆起部によって部分的に画定されている、誘電体と、
前記誘電体内に設けられた電極と、
前記基板チャック面に形成された複数の特徴部であって、前記複数の特徴部が前記基板チャック面の中心領域よりも周辺部にてより多く分布しており、前記誘電体が、前記基板支持具の動作温度に関連して選択される抵抗率を有する、複数の特徴部と
を含む、基板支持具。
【請求項１１】
前記複数の特徴部の各特徴部が、約１ｍｍから約２ｍｍの直径、および約１０ミクロンから約５０ミクロンの高さを有する、請求項１０に記載の基板支持具。
【請求項１２】
前記複数の特徴部が、前記隆起部によって囲まれた約１０００個の特徴部を含む、請求項１０に記載の基板支持具。
【請求項１３】
前記基板支持具および前記誘電体が、摂氏約３５０度において、約０．１×１０１０オームセンチメートルから約１．０×１０１１オームセンチメートルの抵抗率を有する、請求項１０に記載の基板支持具。
【請求項１４】
前記誘電体が、摂氏約５５０度において、約０．１×１０１０オームセンチメートルから約１．０×１０１１オームセンチメートルの抵抗率を有する、請求項１０に記載の基板支持具。
【請求項１５】
前記誘電体内に設けられた温度制御装置をさらに含む、請求項１０に記載の基板支持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、広くは、半導体処理の基板支持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどのデバイスは小型化の一途を辿り、さらに複雑化しつつある。デバイスの寸法形状が進化すれば、製造工程を行うのに用いられる方法や構成要素の要件も進化する。そのような構成要素の一例が、半導体処理に使用される静電チャックである。今日の半導体デバイスはより高い処理温度で形成され、層数が増え、層の厚みも増している。層の増加や処理温度の高温化は一般に、基板の撓みを引き起こす（すなわち、基板の直径にわたる歪み）。ある例では、基板が１ミリメートル（ｍｍ）以上の歪みを有することもある。従来の静電チャックは基板のより大きな歪みを充分にチャックできない。これは例えば、十分強力なチャック力をもたらすことができないため、あるいはチャッキング電圧が高くアーク放電が発生するためである。さらに、新しい処理技術では、静電チャックの寿命にわたってより一貫したチャック力が印加されることが求められる。したがって、改良された静電チャック装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、一般に半導体処理用の基板支持具に関する。
【０００４】
一実施形態において、基板支持具は、誘電体に連結された温度制御基部を有する。誘電体は、誘電体の周囲に形成された隆起部によって部分的に定められる基板チャック面を有している。誘電体内に電極が設けられる。隆起部の径方向内側に、複数の特徴部が形成される。特徴部の数は、基板チャック面の中心から隆起部へと径方向に増加する。
【０００５】
別の実施形態で、基板支持具は誘電体を有する。誘電体は、誘電体の周囲に形成された隆起部によって部分的に定められる基板チャック面を有する。誘電内に電極が設けられる。隆起部の径方向内側に、複数の特徴部が形成される。特徴部の数は、基板チャック面の中心から隆起部へと径方向に増加する。誘電体にシーズニング層が形成され、処理の化学的性質への曝露による劣化に対し耐性を有している。
【０００６】
さらに別の実施形態では、基板支持具は基板チャック面のある誘電体を有する。基板チャック面は、誘電体の周囲に形成された隆起部によって部分的に定められる。誘電体内に電極が設けられる。基板チャック面に複数の特徴部が形成されており、複数の特徴部の分布は、基板チャック面の中心部分よりも周囲においてより多くなる。誘電体は、基板支持具の作動温度に関連して選択される抵抗率を有する。
【０００７】
上記で説明した本開示の特徴を詳細に理解することができるよう、上記で概説した記載の更なる詳細が、実施形態の参照によって得られる。それらのいくつかは、添付の図面に描かれている。しかし、添付図面は例示的実施形態のみを示すものであって範囲を限定するものではなく、本開示は他の同様に有効な実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態による、処理チャンバの概略構成図である。
【図２】本開示の実施形態による、例示的な基板支持具の断面図である。
【図３】図２の基板支持具の上面図である。
【図４】本開示の実施形態による基板支持具の一部の拡大図であり、シーズニング層を示している。
【図５Ａ】プラズマ処理チャンバ内で実施されるプラズマ処理中の実験結果の例であり、基板支持具のシーズニングされていない誘電体を流れるリーク電流測定値と、該誘電体の電気抵抗測定値Ｒとを時間の関数として示す。
【図５Ｂ】プラズマ処理チャンバ内で実施されるプラズマ処理中の実験結果の例であり、基板支持具のシーズニングされた誘電体を流れるリーク電流測定値と、該誘電体の電気抵抗測定値Ｒとを時間の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解を容易にするために、可能であれば、図面に共通の同一要素を指定するために同一の参照数字が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、さらなる説明なしに他の実施形態に有益に組み入れられ得ることが意図されている。
【００１０】
本開示は、半導体製造の基板支持具に関する。該基板支持具は、複数の特徴部が形成された誘電体を有している。その周辺部において、隆起部が複数の特徴部を取り囲む。特徴部の数は基板支持具の中心部分から隆起部の方へと増加し、隆起部の方へとチャック力が増大する。オプションとして、誘電体にシーズニング層が設けられてよく、プロセスの化学的性質への曝露による劣化に対する耐性がもたらされる。
【００１１】
図１は、基板支持具１４０を有する例示的な処理チャンバ１００である。処理チャンバ１００はチャンバ本体１０４を含み、チャンバ本体１０４に蓋１０２が連結されて処理空間１１２が画定される。ガス源１１６からチャンバ本体１０４の内部へと処理ガスを供給する処理ガス入口ポート１１４が、蓋１０２を貫通して形成され得る。チャンバ本体１０４の下方では、軸１０６が開口部１１０を通過して処理空間１１２内に延伸している。軸１０６は、基板支持具１４０と連結しこれを支持する。基板支持具１４０上に基板Ｗが配置されて示されている。基板Ｗは、平面ウエハや３次元（３Ｄ）積層ウエハであり得る。電源１０８は、軸１０６を通過して基板支持具１４０内に設けられた電極１１８に連結されている。基板支持具１４０内に設けられた電極１１８に、軸１０６を通じて電源１０８が連結されている。一例では、基板支持具１４０は静電チャックである。
【００１２】
基板支持具１４０は、処理チャンバ（図示せず）を含む、適切な処理チャンバで使用され得る。適切な処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレーテッドにて製造されたものを含む。しかし、他の製造業者のものも含めた他の処理チャンバが意図されている。このような処理チャンバは、例えば、堆積チャンバ同様、エッチングチャンバも含み得る。
【００１３】
図２は、例示的な基板支持具２００の断面図である。基板支持具２００は、図１の基板支持具１４０として使用され得る。基板支持具２００は、誘電体２０２を有する。誘電体２０２は、アルミナや、窒化アルミニウムのようなセラミックのような、誘電材料から作られる。誘電体２０２内に温度制御装置２０８が設けられる。温度制御装置２０８は、基板支持具２００を所望の温度へ加熱したり冷却したりするよう機能する。一例では、温度制御装置２０８は、抵抗加熱ヒータである。別の実施形態では、温度制御装置２０８は、空気、窒素、水、グリコールなどの加熱又は冷却した流体を通流させて、誘電体２０２へ、および／または誘電体２０２から熱を伝えるように構成されたチャネルである。温度制御装置２０８は、基板支持具２００の温度を、３５０℃を越える温度、例えば５５０℃を越える温度、例えば約６５０℃温度へ上昇させることができる。誘電体２０２内には電極２０６も設けられる。電極２０６は、基板支持具２００へ基板をチャックするために電荷を供給する（図１の電源１０８のような）電源に連結される。
【００１４】
誘電体２０２は、基板チャック面２１２を有する。誘電体２０２の周辺部に隆起部２１６が形成されており、回路基盤チャック面２１２を部分的に画定している。隆起部２１６は、例えばおよそ２．５ｍｍの幅を有するが、他のサイズ、およそ０．５ｍｍ、およそ１ｍｍ、およそ４ｍｍ、およそ５ｍｍもしくはそれ以上の幅が使用されてもよい。隆起部２１６はまた、誘電体２０２において、隆起部２１６の径方向内側に凹部２１８を定める。凹部２１８には複数の特徴部２１４が設けられる。特徴部２１４は、凹部２１８の表面から、基板チャック面２１２の内部を画定するように延伸する。特徴部２１４は、例えば、円筒形のくぼみ、凸部、半球状の突起などである。一例では、特徴部２１４は、凹部２１８からおよそ１０ミクロンからおよそ５０ミクロンの高さで延伸する。もう一つの例では、特徴部２１４は、およそ１ｍｍからおよそ２ｍｍの直径を有する。
【００１５】
図３は、基板支持具２００の上面図であり、基板チャック面２１２を示す。ここでは、特徴部２１４は隆起部２１６によって囲まれて図示されている。一例では、特徴部２１４の数は５００よりも多く、例えば約１０００である。特徴部２１４の数を増やすことにより、基板チャック面２１２へ基板をチャックするために提供される面積が大幅に増大する。図示のように、特徴部２１４の数（すなわち密度）は、凹部２１８の中心よりも、凹部２１８の隆起部２１６近くの周辺部においてより大きくなる。すなわち、特徴部２１４は、基板支持具２００の中心部分よりも基板チャック面２１２の周囲において単位面積当たりの数がより多くなる。特徴部２１４の径方向の分布は、基板チャック面２１２の中心部分よりもその周辺部に向かってより大きくなる。一例では、特徴部２１４の数が、基板チャック面２１２の中心から隆起部２１６へ径方向外側に増加する。したがって、基板チャック面２１２に配置された基板に印加されるチャック力が周辺部分において増加し、それによって、撓みの大きい、例えば１ｍｍ以上の大きい歪みを有した基板が、基板支持具２００によって保持される（すなわちチャックされる）ことが可能となる。ここで、特徴部２１４は同心の円として描かれている。しかし、図３における特徴部２１４の配置は例示的なものであり、限定的なものではない。例えば、特徴部２１４の他の数や位置が使用され得る。
【００１６】
図４は、図２の誘電体２０２の表面の拡大部分である。基板支持具２００のチャッキングをさらに向上させるために、シーズニング層４００が、誘電体２０２の特徴部２１４と隆起部２１６の上にオプションとして含まれる。シーズニング層４００は、他の材料もあり得るが、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、又はそれらの組み合わせの熱酸化物から形成され、基板処理で用いる化学的性質への曝露による劣化に対し耐性がある。シーズニング層４００は、各処理工程の間に一度又はその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で、例えばチャンバの洗浄サイクルの一部で形成され得る。さらに、シーズニング層４００は、基板支持具２００が作動するのと同じチャンバ内でｉｎ−ｓｉｔｕ形成されるか、あるいは別のチャンバ内で形成されてもよい。ある実施形態において、シーズニング層４００が外部で（ｅｘ−ｓｉｔｕ）形成され得る。シーズニング層４００は、約０．１ミクロン〜約４ミクロン、例えば０．５ミクロン〜２ミクロンなどの厚さを有する。ある実施形態において、シーズニング層４００はｉｎ−ｓｉｔｕで形成され、１ミクロン未満、例えば約０．７ミクロンの厚さを有する。シーズニング層４００は、プロセスの化学的性質への曝露による劣化に対し誘電体２０２の耐性を向上させる。したがって、例えば５マイクロメートル未満、例えば１マイクロメートル未満、例えば約０．０６〜約０．６マイクロメートルなどの所望の粗さが、従来の設計よりもはるかに長く維持され、基板支持具２００の能力を向上させ、５５０℃を越える、例えば約６５０℃の高温においても、撓みの大きい基板をチャックできる。
【００１７】
図５Ａおよび図５Ｂは、プラズマ処理チャンバ内においてプラズマ処理実施中に電極１１８が電源１０８によってバイアスをかけられた際の実験結果の例を提示する。誘電体２０２を通流するリーク電流測定値（上の曲線）、及び誘電体２０２の電気抵抗Ｒ測定値（下の曲線）を、時間の関数として示したものである。
【００１８】
図５Ａは、プラズマ処理チャンバ内におけるプラズマ処理中の静電チャックの結果を、ベアシリコン基板を使用する処理について、および撓みを有する基板を使用する処理について示している。シーズニング層４００は形成されていない。図５Ａから分かるように、ベアシリコン基板と撓みを有する基板の両方からのリーク電流が、時間とともに増加している。
【００１９】
図５Ｂでは、図５Ａで使用したのと同じプラズマ処理チャンバ内におけるプラズマ処理中の静電チャックの結果が図示されているが、シーズニングされた静電チャックを使用している。この例では、ベアシリコン基板を使用する処理、および撓みを有する基板を使用する処理についての結果を示しており、酸化ケイ素層が形成されている。図５Ｂから分かるように、ベアシリコン基板および撓みを有する基板の双方からリーク電流が除去されている。したがって、この例でのシーズニング層４００の使用は、ベアシリコン基板および湾曲した基板への全般的なリーク電流をなくし、あるいは減少させ、チャッキング性能が向上しているのである。
【００２０】
別の実施形態において、基板支持具２００は、チャッキング能力を向上させるために、特定の性能パラメータで設計される。一例では、誘電体２０２が、約１５ｍＡ〜約１１５ｍＡのリーク電流を有するように設計される。基板支持具２００のリーク電流を制限することによって、提供されるチャック力の均一性が大幅に増し、基板処理の質が高まる。
【００２１】
別の例では、誘電体２０２が、動作温度に関連して望ましい抵抗率、約１×１０１０〜約１．０×１０１１オームセンチメートルなどの抵抗率を有するように選択される。例えば、誘電体２０２は、約５５０℃において、約０．１×１０１０〜約１．０×１０１１オームセンチメートルなどの抵抗率、例えば約０．８×１０１０〜約７×１０１０オームセンチメートルなどの抵抗率を有するように設計することができる。抵抗率を増加させることによって、適切なチャック力を提供するために必要な電圧が下げられるので、プラズマのアークが防止される。別の例で、誘電体２０２は、約３５０℃において約０．１×１０１０〜約１．０×１０１１オームセンチメートルの抵抗率、例えば約０．２×１０１０〜５×１０１０オームセンチメートルなどの抵抗率を有するように設計することができる。抵抗率を増加させることにより、より低い温度でのより優れたチャッキング性能が得られる。
【００２２】
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のそしてさらなる実施形態が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなしに考案され得る。そして本開示の範囲は、次の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００２３】
１００  処理チャンバ
１００  例示的な処理チャンバ
１０２  蓋
１０４  チャンバ本体
１０６  軸
１０８  電源
１１０  開口部
１１２  処理空間
１１４  処理ガス入口ポート
１１６  ガス源
１１８  電極
１４０  基板支持具
２００  基板支持具
２０２  誘電体
２０６  電極
２０８  温度制御装置
２１２  基板チャック面
２１４  特徴部
２１６  隆起部
２１８  凹部
４００  シーズニング層
【図１】
2020013983.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2020013983.tif 000007
【図５Ｂ】
2020013983.tif 000008
【外国語明細書】
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2020013983000002.pdf
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