(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内においてセラミック基板ヒータ上の基板を処理する方法であって、
前記方法は、前記セラミック基板ヒータ上に基板を配置する前に、前記処理チャンバ内の前記セラミック基板ヒータ上に保護コーティングを形成する段階を備え、
前記保護コーティングを形成する段階が、
（ａ）前記セラミック基板ヒータを金属カルボニルガスまたは金属ハロゲン化物ガスを含有する反応ガスに暴露して前記セラミック基板ヒータ上に金属からなる第１金属層を堆積する段階と、
（ｂ）前記セラミック基板ヒータを少なくとも１つの非金属含有ガスに暴露して少なくとも１つの非金属を前記第１金属層上に堆積する段階と、
を含み、
シリコン含有ガス、炭化水素ガス、酸素含有ガス、若しくは窒素含有ガス、又はこれらガスの２つ以上の組み合わせが前記非金属含有ガスとして使用され、
前記保護コーティングは、非金属層表面を有し、前記非金属層表面は、前記基板を受ける第１表面部位と、前記第１表面部位が前記基板を受ける際に露出された状態に維持される第２表面部位と、を含み、
前記方法が、
（ｃ）前記非金属層表面部位の第１表面部位上に少なくとも１つの前記基板を配置し、その後、該基板に追加的金属を堆積する処理を施す段階であって、該段階中に前記第２表面部位上にも追加的金属が堆積される段階と、
（ｄ）処理された前記基板を前記処理チャンバから取り外し、コーティングされた前記セラミック基板ヒータを少なくとも１つの非金属含有ガスに再度暴露して追加的非金属を堆積し、前記追加的金属を覆う段階と、
（ｅ）前記段階（ｃ）及び前記段階（ｄ）を所望の数の基板が処理されるまで、繰り返す段階と、
（ｆ）前記セラミック基板ヒータから、前記保護コーティングと、前記追加的金属及び追加的非金属の堆積物を剥離する段階と、  
をさらに含む、
方法。
【請求項２】
前記非金属層表面部位は、シリコン又はグラファイトである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック基板ヒータは、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、及び、ＢｅＯからなる群から選択される少なくとも１つのセラミックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記保護コーティングの金属は、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、若しくはＣｒ、又はこれらの２つ以上の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属カルボニルガスは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、及び、Ｃｒ（ＣＯ）６からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記非金属含有ガスは、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ２Ｈ２、Ｓｉ２Ｃｌ６、アルカン、アルケン、アルキン、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＯ、ＮＯ２、若しくはＮ２Ｏ、又はこれらの２つ以上の組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記形成する段階は、前記基板ヒータを１００℃〜８００℃に加熱する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記形成する段階は、前記セラミック基板ヒータを３００℃〜６００℃に加熱する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非金属層は、Ｓｉを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２表面部位上に追加的金属を堆積する前記処理は、ＴＣＶＤ処理、ＡＬＤ処理、ＰＥＣＶＤ処理、及びエッチング処理からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記保護コーティングは、前記セラミック基板ヒータの露出した表面を実質的に覆う、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記段階（ａ）から段階（ｆ）までを少なくとも１回繰り返す段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
処理チャンバ内においてセラミック基板ヒータ上の基板を処理する方法であって、
基板を前記セラミック基板ヒータ上に載置する前に、前記処理チャンバ内の前記セラミック基板ヒータ上にＳｉ／Ｒｕ保護コーティングを形成する段階と、
前記コーティングされたセラミック基板ヒータ上で少なくとも１つの基板を処理する段階と、
を備え、
前記形成する段階は、
前記セラミック基板ヒータをＲｕ３（ＣＯ）１２に暴露して前記セラミック基板ヒータ上にＲｕ層を堆積する段階と、
その後、前記セラミック基板ヒータをＳｉＨ４に暴露して前記Ｒｕ層上にＳｉ層を堆積する段階と、
を含み、
前記処理する段階は、
処理される基板を前記コーティングされたセラミック基板ヒータ上に提供する段階と、
前記基板をＲｕ３（ＣＯ）１２に暴露することによって前記基板上にＲｕ堆積処理を行う段階と、
処理された前記基板を前記処理チャンバから取り外す段階と、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記取り外す段階に引き続き前記保護コーティング上にＳｉ層を形成する段階と、
前記処理を少なくとも１回繰り返す段階と、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理チャンバ内においてセラミック基板ヒータ上の基板を処理する方法であって、
前記セラミック基板ヒータ上に基板を配置する前に、前記処理チャンバ内の前記セラミック基板ヒータ上に保護コーティングを形成する段階と、
少なくとも１つの基板を前記コーティングされたセラミック基板ヒータ上において処理する段階と、
を備え、
前記形成する段階は、
（ａ）前記セラミック基板ヒータをルテニウムカルボニルガスまたはルテニウムハロゲン化物ガスに暴露してルテニウムを堆積する段階であって、
（ｂ）前記セラミック基板ヒータを少なくとも１つの非金属含有ガスに暴露して少なくとも１つの非金属を堆積する段階であって、前記非金属含有ガスはシリコン含有ガスを備える段階と、
を含み、
前記保護コーティングは、基板を受ける表面部位を備え、
前記表面部位は、非金属層である、方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの基板を取り出し、前記セラミック基板ヒータから前記保護コーティングを剥離する段階をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ルテニウムカルボニルガスは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含み、前記非金属含有ガスは、ＳｉＨ４を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チャンバ処理に関し、より具体的には、基板を支持するセラミック基板ヒータを有する処理チャンバにおける基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの半導体作製処理は、プラズマエッチチャンバ、プラズマ堆積チャンバ、熱処理チャンバ、化学堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ等といった、処理チャンバ内で行われる。これらの処理チャンバには、基板（例えば、ウエハ）を支持して基板を加熱するセラミック基板ヒータを一般的に使用される。一般的に、セラミック基板ヒータ材料は、多くの半導体の用途において好適な材料とされる、低い熱膨張、高い耐熱性、低い誘電率定数、剛性、寸法安定性、といった優れた特性を備える。セラミック基板ヒータは、一般に、ガラス又はガラス原料粒子と結合した、粉末化した金属酸化物又は窒化物で構成される。これらの結合物は、テープキャスティング、粉末プレス、ロール圧縮、又は、共押出のいずれかによって所望の形態に形成され、硬い結晶構造を形成するように焼結される。
【０００３】
セラミック基板ヒータに使用される一般のセラミック材料には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ベリリウム（ＢａＯ）が含まれる。アルミナは、入手可能性が良く、比較的低コストであり、安定した物理特性を有するため、最も広汎に使用されるセラミック材料である。アルミナは、高温での強度を保ちつつ様々な形状への作製が容易であり、様々な純度で利用可能である。酸化ベリリウムは、最も高い利用可能な伝導度を有し、いくつかの用途で要求される優れた絶縁耐力を有する。しかしながら、酸化ベリリウムは、小さいサイズでのみ利用可能であり、有毒な酸化ベリリウム粉末を処理するときに安全性が懸念される。炭化ケイ素も高い伝導度であり、窒化アルミニウム及び酸化ベリリウムの代替物となるが、温度上昇とともに絶縁耐性が変化するため、炭化ケイ素材料を選択するときに注意が必要である。
【０００４】
窒化アルミニウムは、迅速な応答又は高水準での温度の一様性が要求される分野で優れた選択となる、高い熱伝導度を有する。しかし、窒化アルミニウムは、高温焼成要求及び材料の費用のため、作製にコストがかかる。窒化アルミニウム基板ヒータは、半導体、薬学、及び他の厳しい用途のための、困難なクリーンルーム環境に適合する、化学的に“クリーンな”基板、である。さらに、半導体処理において使用される窒化アルミニウム基板ヒータは、迅速な加熱、容易な温度制御、及び、優れたプラズマ耐久性の特色を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
処理システムにおける処理チャンバ内の基板の処理により、処理環境に晒されたシステム部材上の材料塗膜（コーティング）を形成できる。例えば、塗膜は、基板で覆われていないセラミック基板ヒータ領域上に形成され得る。セラミック基板の部分コーティングは、ヒータ表面の（熱）エミッタンスの変化をもたらし得るし、セラミック基板チャンバ中における温度不均一性及び熱応力を停止しうる。熱応力は、そのうち、セラミックヒータ材料のクラッキングといった修復不能な機械的損傷をもたらすおそれがある。加えて、基板ヒータ又は基板ヒータ上の材料塗膜と、基板との接触は、基板背面の汚染をもたらすおそれがある。例えば、シリコンデバイス中の銅の拡散は、良く知られた背面汚染の問題である。しかしながら、例えばルテニウム（Ｒｕ）などの他の金属も、中程度の温度及びバイアス条件でのシリコン中で速やかに拡散しうる。本発明者は、半導体基板の処理の厳格な要件の順守を保証しつつ、基板処置中におけるセラミック基板ヒータ上の材料塗膜形成に関する上述した問題を抑制又は防止するために、改良された方法が必要であると認識していた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、セラミック基板ヒータを有する処理チャンバ中で１又は２以上の基板を処理するための方法を提供する。前記方法は、セラミック基板ヒータ上に保護塗膜を形成すること、前記塗膜されたセラミック基板ヒータ上で支持された基板を処理すること、を含む。前記処理は、処理される基板を塗膜されたセラミック基板ヒータ上に提供すること、基板上で処理を行うこと、処理された基板を前記処理チャンバから除去すること、を含んでもよい。保護塗膜は、非金属層又は金属／非金属の結合層のいずれかであって表面上に配置された基板への背面汚染を抑制又は除去する、表面部位を含む。典型的な実施の形態において、保護塗膜は、セラミック基板ヒータ上に形成されるＲｕ層と、前記Ｒｕ層上のＳｉ層とを備えるＳｉ／Ｒｕ塗膜である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上述の発明の背景技術で述べたように、基板を基板ヒータ又は基板ヒータ上の材料塗膜に接触することによって、基板の背面汚染がもたらされる虞がある。さらに、基板処理中におけるセラミック基板ヒータ上の部分塗膜の形成によって、セラミック基板ヒータ及びこれを覆う基板に不均一な温度分布がもたらされる虞がある。さらに、セラミック基板ヒータ内の温度の不均一性によって、セラミック材料の破損といった機械的損傷がヒータにもたらされる虞がある。それにも関わらず、おそらく、例えば、セラミック基板ヒータとの接触における基板背面の汚染（背面汚染）の回避といった半導体処理の順守を保証する一方でセラミック基板ヒータを保護する新しい方法を実施する困難性のため、これらの問題を解決する処理方法は報告されていない。
【０００８】
従って、本発明者は、セラミック基板ヒータの温度均一性を向上するためのセラミック基板ヒータ表面上における保護コーティングの形成処理、基板の背面汚染を抑制するための保護コーティングでの基板への接触処理を解析するための実験を行った。このような実験及び解析の結果、本発明者は、半導体処理の順守を保証する一方で処理チャンバ中の基板の一連の処理においてセラミック基板を保護するために適した機構を見出した。本発明において、保護コーティングは、セラミック基板ヒータ上のコーティングを示し、コーティングは、異なる材料の１又は２以上の層を含み、基板が配置される非金属層又は金属／非金属結合層である表面部を少なくとも有する。例えば、Ｓｉ／Ｒｕ保護コーティングは、Ｒｕ層の頂部上にＳｉ（非金属）層を有する。非金属層は、金属の無い任意の層である。シリコン及び炭素層は、非金属層の例である。基板に隣接する金属が無いことで、基板を背面汚染から保護している。下部のＲｕ金属層は、さらにヒータを損傷から保護するあめに温度均一性を提供する。金属／非金属結合層は、金属酸化物、金属窒化物、金属シリサイド等といった層を示す。これらの結合層は、金属層を最初に形成して、その後に金属を非金属と酸化、窒化などによって反応させて変化させることで、形成され得る。あるいは、これらの結合層は、基板ヒータを金属含有ガス及び非金属ガスで同時に露光して、金属及び非金属が基板ヒータ上に堆積する前又は堆積する時に、金属及び非金属と反応させることで形成され得る。
【０００９】
本発明の、金属／非金属結合層は、保護コーティングのみで表面部を形成してもよく、又は、表面部を含む全体の保護コーティングを形成してもよい。あるいは、本発明の他の実施の形態において、金属／非金属結合層は、下部の金属層と非金属層の表面部との間の中間層であってもよく、セラミック基板ヒータ上に形成されて上部に非金属層の表面部が形成される下部層であってもよい。本発明の他の実施の形態において、保護コーティングは、金属／非金属結合層を含まず、少なくとも金属層及び非金属層表面部を含まない。
【００１０】
図面を参照すると、図１は本発明が行われる処理システムを示す。処理システム１は、基板２５を支持し加熱する目的で基板ヒータ２０を搭載するための台５を有する処理チャンバ１０、ガス１５を処理チャンバ１０に注入するガス注入システム４０、真空ポンプシステム５０を備える。例えば、ガス１５は、基板ヒータ２０上の保護コーティングを形成するための反応ガスであってもよく、又は、基板ヒータ２０で支持される基板２５を処理するための処理ガスであってもよい。ガス注入システム４０は、実験施設内の供給源（図示せず）から処理チャンバへのガス１５輸送に亘る独立制御を可能とする。ガスは、ガス注入システム４０を介して処理チャンバ１０から導入され得るし、処理圧力は調整される。例えば、コントローラー５５は、真空ポンプシステム５０及びガス注入システム４０を制御するために用いられる。
【００１１】
基板２５は、スロットバルブ（図示せず）及びチャンバフィードスルー（図示せず）を介してロボット基板移送システム１００を経てチャンバ１０内にそして外に移送される。ロボット基板移送システム１００は、基板ヒータ２０内に搭載された基板リフトピン（図示せず）で基板を受けて、内部に搭載された装置によって機械的に移送する。基板２５が基板移送システムから受けると、基板２５は基板ヒータ２０の上面まで下降される。基板２５は、基板ヒータ２０中の溝によって、又はセンタリングリング（図示せず）によって、中心に位置され得る。さらに、基板２５は、機械的又は静電気的に基板ヒータ２０に保持され得る（図示せず）。
【００１２】
さらに、基板ヒータ２０は、基板ヒータ２０から受けた熱を熱交換システム（図示せず）に移送する再循環冷却流を含む冷却システムをさらに備えてもよい。さらに、ガス（例えば、Ｈｅ）は、基板２５と基板ヒータ２０とのガス隙間の熱伝導を向上するために基板の背面に移送してもよい。このようなシステムは、上昇温度又は下降温度での基板の温度制御が必要な場合に、用いられる。
【００１３】
基板ヒータ２０は、加熱エレメント３０を含むセラミック基板ヒータであってもよい。加熱エレメント３０は、例えば、抵抗性加熱エレメントであってもよい。セラミック基板ヒータ材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、又はＢｅＯ、又は２又はそれ以上の任意の組合せ、を含んでもよい。
【００１４】
図１をまた参照すると、ガス１５はガス注入システム４０から処理領域６０に導入されている。ガス１５は、ガス注入プレナム（図示せず）、一連のバッフルプレート（図示せず）、及び、複数のオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート６５を介して、処理領域６０に導入されてもよい。本発明の一実施の形態において、ガス注入システム４０は、原子層堆積（ＡＬＤ）処理に対する迅速なガス循環を容易にするように構成されてもよい。真空ポンプシステム５０は、最大５，０００リッター毎秒（又はそれ以上の）圧送可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、及びチャンバ圧を絞るゲートバルブを含んでもよい。ＴＭＰｓは、典型的に５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧処理に対して有用である。高圧処理（すなわち、１００ｍＴｏｒｒより大きい）に対して、機械式ブースターポンプ及び乾燥粗引ポンプを用いてもよい。
【００１５】
コントローラー５５は、処理システム１からの出力を形成するとともに、処理システム１への入力を行い通信するのに十分な制御電圧を発生可能な、マイクロプロセッサ、メモリ、デジタルＩ／Ｏポート、を備えている。さらに、コントローラー５５は、処理チャンバ１０、ガス注入システム４０、加熱エレメント３０、基板移送システム、真空ポンプシステム５０に連結されて情報の交換を行う。例えば、メモリに格納されたプログラムは、格納された処理レシピにより処理システム１の上述した部品を制御するために使用され得る。コントローラー５５の一例は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、製品番号ＴＭＳ３２０で、テキサス州ダラスのTexas Instrumentsから入手可能である。
【００１６】
図１に示された実施の形態において、処理システム１は、例えば、熱化学蒸気堆積（ＴＣＶＤ）処理、又は、ＡＬＤ処理といった、熱処理を行うために使用され得る。
【００１７】
図２は、本発明の方法を行うための代換の処理システム１を示す。図２において、処理システム１は、処理チャンバ１０におけるプラズマを形成及び維持可能である。プラズマ処理システム１は、例えば、プラズマ増大化学蒸気堆積処理（ＰＥＣＶＤ）又はプラズマエッチング処理を行うために使用され得る。図２に示された実施の形態において、基板ヒータ２０は、処理領域６０中においてプラズマに接続されるラジオ周波数（ＲＦ）出力を通す電極をさらに供する。例えば、基板ヒータ２０中の金属電極（図示せず）は、基板ヒータ２０へのインピーダンス適合ネットワーク３５を介して、ＲＦ発電器４５からのＲＦ出力を通ったＲＦ電圧で電気的にバイアスされ得る。ＲＦバイアスは、電子を励起して、それにより、プラズマを形成し維持する働きをする。この構成において、プラズマは、基板２５に材料を堆積する（すなわち、処理システム１は、ＰＥＣＶＤ反応器として作用する）か、又は、除去する（すなわち、処理システム１は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）反応器として作用する）ために、用いられる。１ＭＨｚから１００ＭＨｚのＲＦバイアス範囲における典型的な振動数は、１３．５６ＭＨｚである。
【００１８】
他の実施の形態において、ＲＦ出力は、基板ヒータ２０に複数の振動数で印加されてもよい。さらに、インピーダンス適合ネットワーク３５は、反射出力を最小化することで、処理チャンバ１０内におけるＲＦ出力のプラズマへの移行を最大化する働きをする。適合ネットワーク技術（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型）及び自動制御方法は、当技術において知られている。図２において、コントローラー５５は、処理チャンバ１０，ＲＦ発電器４５、インピーダンス適合ネットワーク３５、ガス注入システム４０、基板移送システム１００、及び、真空ポンプシステム５０、に連結されて情報を交換する。
【００１９】
図３は、本発明の方法を行うための、他の代換の処理システム１を示す。図３の処理システム１は、図２を参照して説明した部材に加えて、プラズマ密度を潜在的に増大させるため、及び／又は、プラズマ処理の均一性を向上するため、機械的又は電気的回転ＤＣ磁場システム７０をさらに備える。さらに、コントローラー５５は、回転速度及び場の強度を制御するために、回転磁場システム７０に連結されている。
【００２０】
図４は、本発明の方法を行うための、さらに他の代換の処理システム１を示す。図４の処理システム１は、インピーダンス適合ネットワーク７５を介してＲＦ発電器８０から連結されたＲＦ出力への上部プレート電極として機能し得る複数のオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート６５を備える。上部電極へのＲＦ出力の用途に対する典型的な振動数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚに亘り、６０ＭＨｚでもよい。加えて、下部電極への出力の用途に対する典型的な振動数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚに亘り、２ＭＨｚでもよい。さらに、コントローラー５５は、上部電極６５へのＲＦ出力の適用を制御するために、ＲＦ発電器及びインピーダンス適合ネットワーク７５に連結されている。
【００２１】
本発明の一実施の形態において、図４の基板ヒータ２０は、電気的に接地されてもよい。他の実施の形態において、ＤＣバイアスが基板ヒータ２０に印加されてもよい。さらに他の実施の形態において、基板ヒータ２０は、プラズマ処理システム１から電気的に隔離されていてもよい。この設備において、フローティング電位は、プラズマがＯＮであるときに、基板ヒータ２０及び基板２５上に形成されてもよい。
【００２２】
図５は、本発明の方法を行うための、さらに他の処理システム１を示す。図２の処理システム１は、インピーダンス適合ネットワーク９０を介したＲＦ発電器８５を経て連結されたＲＦ出力への誘導コイル９５をさらに含むように変更されている。ＲＦ出力は、誘電体窓（図示せず）を介して誘導コイル９５から処理領域６０へ誘導的に連結されている。誘導コイル８０にＲＦ出力を印加するための典型的な振動数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚに亘り、１３．５６ＭＨｚであってもよい。同様に、基板ヒータ２０に出力を印加するための典型的な振動数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚに亘り、１３．５６ＭＨｚであってもよい。加えて、誘導コイル９５及びプラズマの間の静電結合を減少するために、溝付きファラデーシールド（図示せず）を用いてもよい。さらに、コントローラー５５は、誘導コイル９５への出力の印加を制御するために、ＲＦ発電器８５、及びインピーダンス適合ネットワーク９０に連結される。
【００２３】
他の実施の形態において、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて形成される。さらに他の実施の形態において、プラズマはヘリコン波の発射から形成される。さらに他の実施の形態において、プラズマは進行表面波から形成される。
【００２４】
本発明の一実施の形態において、基板ヒータ２０は、電気的に接地されてもよい。代換の実施の形態において、ＤＣバイアスは、基板ヒータ２０に印加されてもよい。さらに他の実施の形態において、基板ヒータ２０は、プラズマ処理システム１から電気的に隔離されていてもよい。この設備において、フローティング電位は、プラズマがＯＮであるときに、基板ヒータ２０及び基板２５上に形成されてもよい。
【００２５】
図１〜図５における処理システムは、単に例示目的のためのものであり、システムを実行するために、本発明を実行し得る、特定のハードウエア及びソフトウエアの多くの変形例が使用され得る、ということが理解されるべきである。そして、これらの変形例は、当業者にとって容易に明らかになるであろう。
【００２６】
本発明の一実施の形態において、図１〜図５に示した典型的な処理システムにおける基板の処理は、処理チャンバ内のシステム部品上にコーティングを形成し得る。複数の処理が処理システム中で行われる場合に、このコーティングは１又は２以上の種類の材料を含んでいてもよい。例えば、コーティングは、ＴＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ処理で堆積される、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、Ｒｕ、チタニウム（Ｔｉ）、又は、タンタラム（Ｔａ）、又は、これらの２つ又はそれ以上の任意の組合せ、を含む金属層を含んでもよい。
【００２７】
図６Ａ−図６Ｇは、基板の処理中のセラミック基板ヒータにおける概略断面図を示す。図６Ａは、台６１０によって支持されるセラミック基板ヒータ６００上に存する基板６２０を示す。基板６２０は、例えば図１〜図５に示されたような基板移送システムによって、処理システム中のセラミック基板ヒータ６００に、及び、該ヒータ６００から移送され得る。図６Ｂは、図６Ａの部位６６０における拡大図を示す。基板６２０は、例えば、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又はそれより大きい基板を含む、任意のサイズの半導体ウエハであってもよい。図６Ｃは、基板６２０の処理中における、基板６２０及びセラミック基板ヒータ６００上に形成された材料コーティング６３０を示す。図６Ｄは、図６Ｃの部位６７０における拡大図を示す。基板６２０の処理は、例えば、ＴＣＶＤ又はＡＬＤといった熱的処理、及び、ＰＥＣＶＤといったプラズマ処理、又はエッチング処理の、少なくとも一つを有する半導体製造処理を含む。材料コーティング６３０は、単一材料であってもよく、又は、処理チャンバにおいて複数の処理が行われる場合には、あるいは、複合材料を含んでもよい。さらに、材料コーティング６３０の厚さは、セラミック基板ヒータ６００及び基板６２０上で実質的に均一となりうる。または、代換的に、材料コーティング６３０の厚さは、セラミック基板ヒータ６００及び基板６２０上で変化してもよい。一実施例において、コーティング６３０は、例えば、４２０℃の基板温度でＲｕ３（ＣＯ）１２前駆体を用いてＴＣＶＤ処理で堆積した金属膜であってもよい。
【００２８】
図６Ｅは、部分コーティングされたセラミック基板ヒータ６００を示す。図６Ｅにおいて、基板６２０は、図６Ｄにおける基板６２０の処理の後に、セラミック基板ヒータ６００から除去され、コーティングされていない表面６９０を露出する。コーティング６３０は、基板６２０の処理中において処理環境に晒される基板ヒータ６００の部位を覆う。図６Ｆは、図６Ｅの部分６８０における拡大図を示す。本発明者は、図６Ａ〜図６Ｆに示されたような処理基板６２０が図６Ｇに示したような基板ヒータ６００の機械的損傷をもたらし得るかを観察した。図６Ｇにおいて、セラミック基板ヒータ６００には、セラミック基板６００が台６１０で支持される部位６５０で発生して、セラミック基板ヒータ６００の本体を貫通して表面６９０に達するクラック６４０が生じている。
【００２９】
図６Ｆに概略的に示したように、セラミック基板ヒータ６００上の非連続的コーティング６３０の存在によって、表面６９０のようなセラミック基板ヒータ６００のコーティングされていない領域からのエミッタンスと比較して、コーティング６３０を含むセラミック基板ヒータ６００の領域からのエミッタンス（Ｅ；放射された単位面積当たりの半径方向のフラックス）を低下し得る。本発明者は、図６Ｇに示されているようなセラミック基板ヒータ６００における機械的損傷がセラミック基板ヒータ６００の部分コーティングによるセラミック基板ヒータ６００における熱的非均一性及び熱応力からもたらされ得ると推定した。
【００３０】
基板６２０に直接セラミック基板ヒータ６００の材料を接触することで、基板６２０の背面汚染を導くおそれがある。加えて、基板ヒータ６００上で処理される次の基板の外側端部がコーティング６３０と接触して、コーティング６３０からの基板の汚染がもたらされるおそれがあり、加えて、基板ホルダー６００の材料からの汚染がもたらされるおそれがある。
【００３１】
本発明において、基板に基板ヒータを接触させる前に、基板ヒータ上に保護コーティングを形成することで、セラミック基板ヒータに接触する基板の背面汚染を抑制し得る。背面汚染を抑制するために、保護コーティングは、基板に接触する表面で非金属層を含んでもよい。非金属層は、非金属含有ガスに基板ヒータを暴露することによって形成される。一実施例において、保護コーティングは、基板ヒータ上に形成される金属層（例えば、Ｒｕ）と、該金属層上に形成される非金属表面層（例えば、Ｓｉ，ＳｉＯ２，ＳｉＮ）を含んでもよい。従って、処理中において、基板（例えば、Ｓｉウエハ）が非金属表面層に接触し、背面汚染が抑制される。金属層は基板ヒータを金属含有ガスに暴露することによって形成され、この金属層は基板処理中における温度分布を向上して、基板ヒータ材料をさらに保護する。この実施の形態において、保護コーティングは、基板ヒータを金属含有ガスに、そして、非金属含有ガスに、連続的に暴露することによって、形成され得る。加えて、非金属含有ガスは、例えば、シリコン含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、及び／又は、炭素含有ガス、といった１又は２以上のガスを含んでも良く、そして、これらのガスは、同時に導入されてもよく、連続的に導入されてもよい。例えば、ＳｉＯ２層は、基板ヒータをシリコン含有ガスに最初に暴露してシリコンを堆積し、そして、酸素含有ガスに暴露してシリコンを酸素と反応させてＳｉＯ２を形成することにより、形成してもよい。
【００３２】
あるいは、背面汚染を抑制するために、保護コーティングは、基板に接触する表面に金属／非金属結合層を含んでもよい。一実施例において、保護コーティングは、単独の層である、又は、金属層上に形成された、金属酸化物（例、Ｒｕ２Ｏ３）、金属窒化物（例、ＴｉＮ）、金属炭化物（例、ＷＣ）、又は、金属シリサイド（例、ＴａＳｉ３）を、含んでもよい。例えば、保護コーティングは、基板上に形成されたＲｕ層、及び、Ｒｕ層上に形成されたＲｕ２Ｏ３層、を含んでいてもよい。金属／非金属結合層は、基板ヒータを金属含有ガスに最初に暴露して金属を堆積して、次いで、堆積した金属を非金属層に変換することで、形成されてもよい。あるいは、基板ヒータは、金属含有ガス及び非金属含有ガスの両方に同時に暴露して結合層を形成してもよい。
【００３３】
他の代換的な実施の形態において、保護コーティングは、基板ヒータ上に形成された金属層、前記金属層上に形成された金属／非金属結合層、及び前記結合層上に形成された非金属層を含んでいてもよい。
【００３４】
図７Ａ〜図７Ｉは、本発明の実施の形態によるセラミック基板ヒータの概略断面図である。図７Ａは、台７１０で支持されたセラミック基板ヒータ７００を示す。図７Ｂは、本発明の実施の形態により上部に堆積された保護コーティング７３０を有するセラミック基板ヒータ７００を示す。図７Ｃは、図７Ｂの部位７５０における拡大図である。保護コーティング７３０は、上述したように、反応ガスを同時に又は連続的に処理チャンバ中に流して、ＴＣＶＤ処理又はＰＥＣＶＤ処理中に前記ガスにセラミック基板ヒータを暴露することによって、形成されてもよい。
【００３５】
本発明の一実施の形態において、保護コーティング７３０は、金属層又は金属／非金属層を含んでいてもよい。金属は、例えば、Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｔａ，ニッケル（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），及びクロム（Ｃｒ）の少なくとも一つであってもよい。金属／非金属層は、例えば、シリコン（Ｓｉ），炭素（Ｃ），酸素（Ｏ），及び窒素（Ｎ）といった非金属元素をさらに含んでもよい。本発明の他の実施の形態において、保護コーティング７３０は、非金属層を含んでいてもよい。非金属層は、例えば、Ｓｉ，Ｃ，シリコン酸化物，又はシリコン窒化物の少なくともいずれか一つであってもよい。図７Ｂの部位７５０における拡大図である図７Ｄに示されるような、例示的な実施の形態において、保護コーティング７３０は、基板ヒータ７００上に形成される、Ｒｕ層といった金属層７３０ａ、及び、金属層７３０ａ上に形成される、Ｓｉ層といった非金属層７３０ｂ、を含む。
【００３６】
本発明の一実施の形態において、反応ガスは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２，Ｎｉ（ＣＯ）４，Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８，Ｒｈ４（ＣＯ）１２，Ｒｅ２（ＣＯ）１０，及びＣｒ（ＣＯ）６、及びこれらの任意の組合せ、から選択される、例えば金属カルボニルガスといった、金属含有ガスを含んでいてもよい。あるいは、反応ガスは、金属ハロゲン化物ガスを含んでいてもよい。さらに、反応ガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２），又はヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６），又はこれらの組合せといったシリコン含有ガス；例えば、アルカン（ＣｎＨ２ｎ＋２）、アルケン（ＣｎＨ２ｎ）、アルキン（ＣｎＨｎ）、又はこれらの組合せといった炭化水素ガス；Ｏ２，Ｏ３，ＣＯ２，又はＣＯ，又はこれらの組合せといった酸素含有ガス；Ｎ２，ＮＯ，ＮＯ２，又はＮ２Ｏ，又はこれらの組合せといった窒素含有ガスを含んでいてもよい。さらに、反応ガスは、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，及びＸｅ，及びこれらの組合せから選択される不活性ガスを含んでもよい。
【００３７】
保護コーティングは、基板ヒータを約１００℃から約８００℃の間で加熱して、基板ヒータを反応ガスに暴露することで、形成されてもよい。あるいは、セラミック基板ヒータは、約３００℃から約６００℃の間で加熱されてもよい。
【００３８】
図７Ｅは、コーティングされたセラミック基板ヒータ７００上に存する基板７２０を示す。図７Ｆは、図７Ｅの部位７６０における拡大図を示す。図７Ｇは、基板７２０の処理中における、保護コーティング７３０上及び基板７２０上に形成されたコーティング７４０を示す。コーティング７４０は、例えば、コーティング７３０で含まれているものと同一の金属の１又は２以上の膜といった、金属膜であってもよい。図７Ｈは、図７Ｇの部位７７０における拡大図を示す。基板７２０の処理は、例えば、ＴＣＶＤ処理、ＰＥＣＶＤ処理、又は、ＡＬＤ処理といった半導体製造処理であってもよく、これらの処理の２又はそれ以上の一連の操作を含んでも良い。図７Ｉは、処理された基板７２０を取り外した後の、コーティングされたセラミック基板ヒータ７００を示す。図７Ｊは、図７Ｉの部位７８０における拡大図を示す。コーティングされたセラミック基板ヒータ７００は、基板７２０を支持する表面上の保護コーティング７３０、基板７２０の支持に用いられないセラミック基板ヒータ７００の一部上の、すなわち、基板７２０が基板ヒータ７００上に配置されたときに露出される表面部位上の、コーティング７３０、７４０を含む。次に、追加の基板が、同一の保護コーティング上で処理され得る。あるいは、新たな保護コーティング７９０が、図７Ｋに示されるように、コーティング７３０、７４０上に形成される。図７Ｋは、新たな保護コーティング７９０を適用した後の図７Ｉの拡大図である。新たな保護コーティングを形成した後の基板の処理は、初期の保護コーティング７３０及び再コーティング７４０、７９０層を除去するクリーニング処理を行う前に、複数の基板を処理するために所望の回数繰り返されてもよい。あるいは、クリーニング処理は、清浄化されたセラミック基板ヒータ７００上に新たな保護コーティング７３０を形成する前に、コーティング７３０、７４０をセラミック基板ヒータ７００から除去するために行われてもよい。
【００３９】
新たな保護コーティング７９０は、その前に形成されている保護コーティングと同一組成を有してもよく、あるいは、新たなコーティング７９０は、異なる組成を有してもよい。一実施例において、Ｓｉ／Ｒｕ保護コーティング７３０は、図７Ｄに示される通り、保護コーティングが第１金属（Ｒｕ）層７３０及び非金属層７３０ｂを有するように、基板ヒータ７００上に形成されてもよい。そして、第２金属層（例、Ｒｕ）が基板７２０上、及び、基板７２０によって遮蔽されない保護コーティング７３０の表面部位７３０ｂの領域上に少なくとも１つの基板７２０の処理後、Ｓｉ層といった新たな非金属層７９０は、新たな基板を処理する前に、コーティングされた基板ヒータ上に堆積されてもよい。特に、新たな非金属層７９０は、基板処理中における表面部位７３０ｂの暴露領域上に形成された金属層に亘って、そして、基板で遮蔽されていた表面部位７３０ｂに亘って堆積している。それ故、次の基板は、新たな非金属（例、Ｓｉ）層７９０に接触するため、これにより、背面汚染は低減される。あるいは、新たなＳｉ／Ｒｕ保護コーティング７９０は、コーティングされた基板ヒータ上に堆積されてもよい。
【００４０】
図８は、本発明の実施の形態によるセラミック基板ヒータ上に保護コーティングを形成する方法を示すフローチャートである。段階８００で、処理は開始される。段階８０２で、セラミック基板ヒータは、処理チャンバ内の反応ガスに暴露される。段階８０４で、保護コーティングは、反応ガスからセラミック基板ヒータ上に形成される。段階８０６で、段階８０２に戻るか、又は、所望の保護コーティングがセラミック基板ヒータ上に形成されている場合に段階８０８で処理を停止するかの決定がなされる。段階８０８で段階８０２に戻る決定がなされたら、反応ガスは前の暴露段階におけるものと同一であってもよいし、あるいは、反応ガスは異なるガスであってもよい。
【００４１】
図９は、本発明の実施の形態における、セラミック基板ヒータ上に保護コーティングを形成する方法、及び、基板を処理する方法を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図１〜図５に示された処理システムの１つで行われる半導体製造処理であってもよい。段階９００で、処理が開始される。段階９０２で、保護コーティングが処理チャンバ内におけるセラミック基板ヒータ上に形成される。保護コーティングは、図８に示されるように、形成されてもよい。段階９０４で、処理される基板が、コーティングされたセラミック基板ヒータ上に供給される。段階９０６で、基板を処理ガスに暴露することによって、処理が基板上で行われる。そして、段階９０８で、処理された基板は処理チャンバから取り外される。段階９１０で、他の基板を処理するために段階９０４に戻るか、又は、段階９１２で処理を停止するか、の決定がなされる。
【００４２】
図１０は、本発明の実施の形態における、セラミック基板ヒータ上に保護コーティングを形成し、基板を処理する方法を示す、フローチャートである。段階１０００で、処理が開始される。段階１００２で、保護コーティングが処理チャンバ内のセラミック基板ヒータ上に形成される。保護コーティングは、図８に示されているように形成されてもよい。段階１００４で、少なくとも１つの基板が、コーティングされたセラミック基板ヒータ上で処理される。この基板は、図９において示されるように処理されてもよい。段階１００６で、段階１００２に戻って基板ヒータのクリーニングを行わずに新しい保護コーティングを形成するか、又は、保護コーティング（そして基板の処理に対する任意の付加的コーティング）の基板ヒータをクリーニングして基板ヒータ上に新しい保護コーティングを形成するか、の決定がなされる。新たな保護コーティングは、下部のコーティングと同一材料を含んでいてもよく、あるいは、異なる材料を含んでいてもよい。段階１００８で、他の基板を処理するために段階１００２に戻るか、又は、段階１０１０で処理を終了するか、の決定がなされる。
【００４３】
本発明の一実施例において、Ｓｉ／Ｒｕ保護コーティングの使用とＲｕコーティングとを比較して、Ｓｉウエハの金属汚染を調査した。４２０℃でＲｕ３（ＣＯ）１２に基板ヒータを暴露して、ＲｕコーティングをＡｌＮ基板ヒータ上に形成した。Ｒｕコーティングの厚さは、約８４０オングストローム（Å）であった。次いで、ＲｕコーティングしたＡｌＮ基板ヒータ上に、３００ｍｍのＳｉウエハを供給した。コーティングした基板ヒータに接するようにＳｉウエハの研磨面を配置した。コーティングした基板ヒータからＳｉウエハを取り外した後、Ｓｉウエハの研磨面におけるＲｕ汚染は、全反射Ｘ線蛍光（ＴＸＲＦ）を用いて、２．４×１０１２原子／ｃｍ２と測定した。
【００４４】
上述した実施例で説明したように、ヒータ上にＲｕコーティングを最初に堆積して、続いて、Ｒｕコーティング上にＳｉ層を堆積することで、Ｓｉ／Ｒｕ保護コーティングをＡｉＮ基板上に形成した。５５０℃のヒータ温度でシラン（ＳｉＨ４）でＲｕコーティングを露光することで、Ｓｉ層を堆積した。次いで、３００ｍｍのＳｉウエハをＳｉ／Ｒｕコーティング上に供給した。Ｓｉウエハの研磨面をコーティングに接するように配置した。コーティングされた基板ヒータからＳｉウエハを取り外した後、Ｓｉウエハの研磨面上のＲｕ汚染を測定したが、ＴＸＲＦ設備の検出限界（４．６×１０１０原子／ｃｍ２）を下回った。
【００４５】
本発明の他の実施の形態において、Ｓｉ／Ｒｕコーティング（Ｓｉ／Ｒｕ）ｎは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２及びＳｉＨ４に基板ヒータをｎ回（ここで、ｎ＞１）連続して暴露することによって、堆積してもよい。
【００４６】
本発明のさらに他の実施の形態において、Ｓｉ／Ｒｕコーティングは、Ｏ２といった酸素含有ガスに暴露して、Ｓｉ層を酸化してもよい。
【００４７】
本発明のさらに他の実施の形態において、Ｒｕ含有保護コーティングは、基板ヒータをＲｕ３（ＣＯ）１２、ＳｉＨ４、及びＯ２に連続して暴露することによって、セラミック基板ヒータ上に堆積してもよい。
【００４８】
本発明の実施の形態において、Ｓｉ／Ｒｕ保護コーティングを含むセラミック基板ヒータは、基板を支持するために用いてもよい。基板は、約４２０℃の温度で基板上にＲｕ層を堆積することによって、処理されてもよい。少なくとも１つの基板を処理した後、次の基板を処理する前に、コーティングされた基板ヒータ上に新たなＳｉ層を堆積してもよい。新たな保護コーティングは、例えば、Ｒｕ層を堆積するために用いたのと同一の処理温度で堆積してもよい。
【００４９】
明らかに、本発明における多数の修正及び変形が上述の技術を考慮することで可能である。それ故、添付の請求項の範囲内において、本発明は本明細書に特に記載されたもの以外にも実行され得ることが理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の方法を処理するための処理システムの概略線図である。
【図２】本発明の方法を処理するための処理システムの概略線図である。
【図３】本発明の方法を処理するための処理システムの概略線図である。
【図４】本発明の方法を処理するための処理システムの概略線図である。
【図５】本発明の方法を処理するための処理システムの概略線図である。
【図６Ａ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｂ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｃ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｄ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｅ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｆ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図６Ｇ】基板処理中でのセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ａ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｃ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｄ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｅ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｆ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｇ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｈ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｉ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｊ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図７Ｋ】本発明の実施の形態による基板処理中におけるセラミック基板ヒータの断面図を概略的に示す。
【図８】本発明の実施の形態によるセラミック基板ヒータ上に保護塗膜を形成する方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態によるセラミック基板ヒータ上への保護塗膜の形成、及び、基板の処理、の方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態によるセラミック基板ヒータ上への保護塗膜の形成、及び、基板の処理、の方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  処理チャンバ
２０、６００、７００  基板ヒータ
２５、６２０、７２０  基板
７３０、７９０  保護コーティング
【図１】
0005475229.tif 000002
【図２】
0005475229.tif 000003
【図３】
0005475229.tif 000004
【図４】
0005475229.tif 000005
【図５】
0005475229.tif 000006
【図６Ａ】
0005475229.tif 000007
【図６Ｂ】
0005475229.tif 000008
【図６Ｃ】
0005475229.tif 000009
【図６Ｄ】
0005475229.tif 000010
【図６Ｅ】
0005475229.tif 000011
【図６Ｆ】
0005475229.tif 000012
【図６Ｇ】
0005475229.tif 000013
【図７Ａ】
0005475229.tif 000014
【図７Ｂ】
0005475229.tif 000015
【図７Ｃ】
0005475229.tif 000016
【図７Ｄ】
0005475229.tif 000017
【図７Ｅ】
0005475229.tif 000018
【図７Ｆ】
0005475229.tif 000019
【図７Ｇ】
0005475229.tif 000020
【図７Ｈ】
0005475229.tif 000021
【図７Ｉ】
0005475229.tif 000022
【図７Ｊ】
0005475229.tif 000023
【図７Ｋ】
0005475229.tif 000024
【図８】
0005475229.tif 000025
【図９】
0005475229.tif 000026
【図１０】
0005475229.tif 000027