(57)【要約】  支持パックと、支持パックの表面とウェーハ表面の全体にわたって均一な温度分布を提供するために支持パックに結合された１つ以上のヒータとからなるウェーハ支持装置が提供される。１つ以上のヒータは独立して制御可能である。ウェーハ支持装置は、さらに、支持パックをクーラハウジングから切離すために支持パックとハウジングとの間に配置された断熱リングを含むこともできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する支持パックと、
前記支持パックの表面全体にわたって均一な温度分布を提供するために前記支持パックに結合された１つ以上のヒータと
からなり、
前記１つ以上のヒータが独立して制御可能である
ことを特徴とする真空支持装置。
【請求項２】
前記支持パックが窒化アルミニウムから製造されていることを特徴とする請求項１記載の真空支持装置。
【請求項３】
１つ以上のヒータが、断熱体の中の１つ以上の加熱領域に配置された加熱エレメントからなり、１つ以上の加熱領域の前記加熱エレメントが独立して制御可能であることを特徴とする請求項１記載の真空支持装置。
【請求項４】
１つ以上のヒータが、断熱体の中の同心内部加熱領域と外部加熱領域とに配置され、独立して制御可能である加熱エレメントからなることを特徴とする請求項３記載の真空支持装置。
【請求項５】
前記外部加熱領域内の前記加熱エレメントが、独立して制御可能な１つ以上の加熱ゾーンに配置されていることを特徴とする請求項４記載の真空支持装置。
【請求項６】
前記外部加熱領域内の前記加熱エレメントが４つの象限ゾーンに配置されていることを特徴とする請求項５記載の真空支持装置。
【請求項７】
前記加熱エレメントが抵抗コイルからなることを特徴とする請求項３記載の真空支持装置。
【請求項８】
前記同心内部領域の内径が約１８０〜２２０ｍｍ、前記外部領域の外径が約１８５〜３０５ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の真空支持装置。
【請求項９】
前記同心内部領域の内径が約２８０〜３２０ｍｍ、前記外部領域の外径が約２８５〜４０６ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の真空支持装置。
【請求項１０】
前記支持パックが外周を有し、前記真空チャックが、支持パックを密閉するハウジングから支持パックを断熱するために外周を囲んでいる断熱部材からなることを特徴とする請求項８記載の真空支持装置。
【請求項１１】
前記断熱部材が石英から製造されていることを特徴とする請求項１０記載の真空支持装置。
【請求項１２】
前記１つ以上のヒータがエアギャップにより前記支持パックと間隔をあけられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
ウェーハを支持するための装置において、
ハウジングと、
ハウジング内に配置された支持パックと、
ハウジングから支持パックを断熱するために支持パックとハウジングとの間に配置された断熱部材と、
前記支持パックに結合され、独立して制御可能である１つ以上のヒータと、
前記ウェーハを支持パックに固定するための真空システムと
からなることを特徴とするウェーハを支持するための装置。
【請求項１４】
前記支持パックが窒化アルミニウムから製造されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記断熱部材が石英から製造されていることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
１つ以上のヒータが、断熱体の中の１つ以上の加熱領域に配置された加熱エレメントからなり、１つ以上の加熱領域に配置された前記加熱エレメントが独立して制御可能であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年１１月２６日提出の米国仮出願書第６０／３３３，４４７号に対して優先権を請求するものであり、引用によりその開示内容の全てが本出願に加えられるものとする。
【０００２】
本発明は一般的には半導体装置と加工に関する。詳細には、本発明は半導体ウェーハ又は基板を加工中に支持する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ウェーハ加工システムと方法が半導体と集積回路の製造に幅広く用いられている。１つの特徴的なタイプのウェーハ加工システムは、半導体と集積回路の製造の一段階として被膜又は層を基板の表面に付着させるために化学蒸着（ＣＶＤ）を用いている。従来の技術においては、多種多様なＣＶＤシステムが使用されている。例えば、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）システム、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）システム、様々なタイプのプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）システムのいずれかを使用しても、被膜を蒸着させることができる。一般的には、かかるシステムは全てが蒸着室を採用しており、蒸着室内では、ある種の注入気体化学物質が反応し、材料の層を基板の表面に蒸着させる。数多くのタイプの材料を蒸着させることができ、酸化物やドープ酸化物のような誘電体が典型的な例である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
システムの適切な作動のためには、特に、所望の品質と繰返し精度とを有する被膜を蒸着させるためには、半導体ウェーハ又は基板の支持が重要である。基板は一般的にはウェーハ支持又はチャックにより蒸着室内に支持されている。加工中にはウェーハが実質的に均一に加熱及び冷却されることが重要である。ウェーハの加熱が不均一な場合には、ウェーハの表面に不均一は被膜が形成されることがある。チャックの設計の改良が行われてはきたが、従来技術の真空チャックは、シングルピース支持パックや温度制御に伴う問題点のような限界を示している。従って、改良を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
支持パックと、支持パックの表面とウェーハの表面全体に均一な温度分布を提供するために前記支持パックに結合された１つ以上のヒータとからなる真空ウェーハ支持装置が提供される。１つ以上のヒータは独立して制御可能である。
【０００６】
１つの実施の形態においては、ヒータは断熱体の中の同心外部加熱領域と内部加熱領域に配置されており、独立して制御可能である。別の実施の形態においては、外部加熱領域はさらに、独立して制御可能な１つ以上の加熱ゾーンに分割されている。
【０００７】
別の実施の形態においては、真空ウェーハ支持装置はさらに、支持パックをクーラハウジングから熱切離しするために支持パックとクーラハウジングとの間に配置された断熱リングからなる。断熱リングは好ましくは石英から製造されている。石英断熱リングは半径方向熱損失を減少させ、それにより、支持パック全体にわたっての安定的かつ均一な温度分布を容易にする。石英断熱リングは、支持パックの外径を縮小し、最外部に使用される高価な材料の量を減らすことにより、支持パックのコストを削減する。
【０００８】
本発明についての以下の詳細な説明を読み、図面を参照することにより、本発明のその他の目的と効果が明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、半導体ウェーハ又は基板を加工中に支持するための装置と方法を提供する。詳細には、本発明は、基板の加工中における温度均一性の改善を促進する加熱真空支持装置を提供する。
【００１０】
図１〜５に従って、本発明の真空支持装置１０について説明する。一般的には、真空支持装置１０は、ハウジング１２と、基板１６を支持するためのハウジング１２内に配置された支持パック又は支持体１４と、支持パック１４を加熱し、基板１６の表面全体に均一な温度分布を提供するための支持パック１４に結合された１つ以上のヒータ１８とを含む。
【００１１】
ハウジング１２は、機械的に堅牢で、化学的かつ熱的に安定した任意の材料から製造することができる。基板の加熱と冷却のための設定基準温度を提供し、真空支持装置１０のコンポーネントにとって適切な作動環境を保証するために、ハウジング１２は一般的には温度制御される。例えば、ハウジング１２は好ましくは、図３に示したように、管路２０により供給される水のような冷却剤により冷却される。
【００１２】
支持パック１４は、基板１６を支持するための第1内部部分２２と、支持装置１０のハウジング１２とその他のコンポーネントとに結合された第２外部部分２４とを含む。第１内部部分２２は、基板１６を支持するのに適した形状と寸法の平面表面２６を有する。特に、環状ウェーハを支持するためには、内部部分２２の平面表面２６は好ましくは環状である。例えば、支持パック１４の第１内部部分２２は、２００ｍｍと３００ｍｍのウェーハの両方を支持するための寸法にすることができる。好ましくは、第１内部部分２２の平面表面２６は、以下に記載した理由から、第２外部部分２４に関して凹部２８を有するように形成されている。
【００１３】
第２外部部分２４は平面表面３０を含み、この平面表面３０は、好ましくは支持装置１０が作動状態にある時には基板１６の上面が平面表面３０と実質的に同一平面になるような高さを有する。図１に示したような１つの実施の形態においては、第２外部部分２４は、第１内部部分２２の外周に近接した第１端３２と、支持装置１０のハウジング１２とその他のコンポーネントとに結合された第２端３４とを含む。第１端３２は同じ平面表面３０を有する。第２端３４は、以下に記載したような蒸着リング３８を受取るために、第１端表面３０よりも高さが低い平面表面３６を有する。
【００１４】
支持パック又は支持体１４は、好ましくは、機械的に堅牢で、化学的かつ熱的に安定した材料から製造されている。支持パック１４は、好ましくは、腐食性液体に対する耐性を有し、加工された基板に対する汚染粒子を発生することのない非金属断熱材料から製造されている。窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のようなセラミックが支持パックにとっての好ましい材料である。窒化アルミニウム（ＡＩＮ）は高温における素晴らしい熱伝導体であり、その熱膨張係数はほとんどの金属材料よりもはるかに低い。ＡＩＮパック体はチャックとウェーハに素晴らしい温度均一性を提供することができるとともに、以下に記載したような低価格・低精度加熱エレメントの使用を可能にする。ＡＩＮチャック体は、蒸着領域の定期的清浄に使用されるフッ素含有ガスに対して高度に不活性である。
【００１５】
基板１６に温度均一性を提供し、ヒータ効率を高めるために、支持パック１４は好ましくはクーラプレート４６とハウジング１２から断熱されている。１つの実施の形態においては、図４に示したように、支持パック１４をハウジング１２から熱的に切離すために、断熱リング４０が使用される。特に、断熱リング４０は支持パック１４の外周を囲んだ状態に配置され、ハウジング１２に結合されている。断熱リング４０は支持パック１４の外周と密着状態に配置することもできるが、好ましくは、断熱効果を高めるために、支持パック１４の外周から約１”〜約１．５”（約２５〜約２８ｍｍ）の間隔をあけられている。
【００１６】
断熱リング４０の上方には、冷却プレート４６に結合された蒸着リング３８が配置されている。好ましくは、蒸着リング３８は、熱接触を最小限にするために、エアギャップにより断熱リング４０の上方に間隔をあけた状態に配置されている。好ましくは、１つ以上の熱シールド４２が、図２及び３に示したように、断熱リング４０と蒸着リング３８との間に配置されている。支持装置１０の組立ての後には、蒸着リング３８は第２部分２４の平面表面３０と実質的に同一平面上にある平面表面４４を有する。あるいは又、図１に示したような、パック体１４の第２部分２４が第１端３２と第２端３とを有する実施の形態においては、第２端を任意の好適な手段によりハウジング１２に直接結合することができる。第２端３４の上方には、冷却プレート４６と第２部分２４の第１端３２とに結合された蒸着リング３８が配置されている。好ましくは、蒸着リング３８は、熱接触を最小限にするために、エアギャップにより第２部分２４の第２端３４の上方に間隔をあけた状態に配置されている。支持装置１０の組立ての後には、蒸着リング３８は、好ましくは、第２外部部分２４の第１端表面３０と実質的に同一平面上にある表面４４を有する。
【００１７】
断熱リング４０は任意の好適な絶縁材料から製造することができる。好ましくは、断熱リング４０は石英から製造されている。蒸着リング３８は化学的かつ熱的に安定した任意の絶縁材料から製造することができ、好ましくは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のようなパック体１４と同じ材料から製造されている。断熱リング４０と蒸着リング３８は支持パック１４からの半径方向熱損失を減少させ、それにより、基板１６が支持されている第１部分２２の平面表面２６全体にわたっての安定的かつ均一な温度分布を容易にする。さらに、断熱リング４０と蒸着リング３８は、冷却されたハウジング１２とプレート４６への熱損失を最小限にすることにより、電力消費量を抑える。さらに、断熱リング４０は、接線応力を減少させることにより、支持パック１４の機械的信頼性を高める。石英断熱リング４０は、パック１４の外径を縮小し、最外部により安価な材料を使用することにより、セラミック支持パック１４のコストを削減する。  
【００１８】
支持パック１４の第１部分２２と支持されている基盤１６の全体にわたって安定的かつ均一な温度分布を提供するために、１つ以上のヒータ１８が支持パック１４に結合されている。１つ以上のヒータ１８は支持パック１４に組込むこともできるが、好ましくは、エアギャップにより支持パック１４から分離された断熱体４８に組込まれている。１つ以上のヒータの各々は、以下に記載したように、独立して制御される。
【００１９】
ヒータ１８は、図４に示した抵抗コイル、管状被膜又は厚い被膜のような任意の好適な加熱エレメント４７からなる。１つの実施の形態においては、図４に示したように、加熱エレメント４７は、同心環状内部加熱領域５０と外部加熱領域５２とを形成する断熱体４８の中に配置されている。内部領域５０と外部領域５２の中の加熱エレメント４７は独立して制御される。加熱エレメント４７を埋込むための断熱体４８は、石英のような任意の断熱材とすることができる。抵抗ワイヤのような加熱エレメント４７は、石英断熱体４８の中に複数の同心リングの形状で埋込むことができる。加熱エレメントについて特定の形状が記載されているが、本発明はそれに限定されるものではない。１つ以上の加熱領域における加熱エレメントについては、その他の形状を採用することもできる。
【００２０】
好ましくは、内部加熱領域５０は支持パック１４の第１部分２２と実質的に隣接している。外部加熱領域５２は支持パック１４の第２外部領域２４と実質的に隣接している。しかし、ヒータのその他の配置も可能であり、本発明はそれに限定されるものではない。
【００２１】
１つの実施の形態においては、図5に示したように、外部加熱領域５２は２つ以上の加熱ゾーンに分割される。外部領域５２の2つ以上の加熱領域の各々における加熱エレメント４７は、工程環境における非対称条件を緩和するために、独立して制御される。例えば、図５に示したように、外部領域５２は好ましくは４つの象限ゾーン５４、５６、５８及び６０に分割されている。象限ゾーン５４〜６０の各々における加熱エレメント４７は独立して制御される。外部領域５２の４つの加熱ゾーンと内部領域５０の１つの加熱領域は、独立して制御される５つの加熱ゾーンを提供する。ＥｕｒｏｔｈｅｍやＷａｔｌｏｗのような入手可能な従来の技術による温度制御装置を、加熱領域又はゾーンを独立して制御するために使用することができる。独立した各温度制御装置は３モード（比例、積分、微分）フィードバック制御をエレメント点火回路に提供する。移送角点火制御装置又はゼロクロスオーバソリッドステートリレーが一般的には使用される。
【００２２】
支持パック14以外の表面への熱損失を最小限にするために、ヒータ１８は好ましくはハウジング１２から断熱されている。図３に示したように、ヒータ１８をハウジング１２から断熱するためには、非金属断熱体６２と放射シールド４２を使用することができる。
【００２３】
外部領域と内部領域の、又は複数被加熱ゾーンのヒータ１８は、図２に示したように、支持パック１４の中に配置された熱伝対６４からヒータに結合された温度制御装置（図示せず）へのフィードバックにより、独立して制御される。複数ヒータ又は被加熱ゾーンが、局部的ガス流、伝導路の非対称性、又は基板の不整合性のような外的要素が原因のウェーハの不均一性を局部的に補正することにより、基板の温度均一性を大幅に改善する。複数被加熱ゾーンがウェーハ内部とウェーハ相互間の温度変動を減少させる。
【００２４】
この支持装置は、図２及び３に示したように、さらに、保持リング６６とヒータカバー７４とを含む。以下に記載したように、真空を供給し、作動中に基板１６をチャック体１４に固着させるために、基板クランプ真空管路が備えられている。 以下に記載したように、作動中に基板１６を支持パック１４から持上げるために、リフトピン７０とリフト機構７２とが備えられている。
【００２５】
作動中には、支持装置１０を蒸着室の内部に定置するために、支持装置１０はリフト機構７２により上下移動させられる。基板１６はリフトピン７０により持上げられ、支持パック１４の上に置かれ、真空により支持パック１４に固定される。基板１６は、好ましくは、支持装置１０が配置されている蒸着室内に保たれている真空条件を超えて基板１６と支持チャック１４との間に作り出される圧力差により、支持パック１４に密着又は固着させられる。すなわち、基板１６が支持パック１４に固着させられる時には、基板１６と支持パック１４との間の圧力は室内の圧力よりも低い。この圧力差を作り出すために、支持パックは、真空供給源（図示せず）と流体連通している真空流路６８を備えている。
【００２６】
基板１６が支持パック１４上に固定される時には、基板１６は、基板を囲んでいる外周表面と実質的に同一平面上にある。基板表面とその周囲表面とが実質的に同じ温度になるように、２つの加熱領域又は複数加熱ゾーンの加熱エレメント４７は独立して制御される。
【００２７】
効果的であるのは、本発明のウェーハ支持装置が、加工中にウェーハの表面上においてプロセスガス又は反応ガスの実質的に均一な流れを促進し、それにより、ウェーハの表面への優れた品質の被膜の蒸着を容易にするという点である。支持は、ウェーハ表面と実質的に同一平面上にあり、ウェーハと実質的に同じ温度に加熱される統合ウェーハ周囲表面を提供する。従って、流動するプロセスガスについては、ウェーハと支持の全ての位置において、その流れと熱環境が高度に均一なものとなる。それに加えて、支持パック周囲のまわりの遷移蒸着リングが表面温度を円滑に周囲温度近くまで低下させる。
【００２８】
図６及び７は、本発明の真空支持装置により実現された温度分布を示したものである。図６及び７に示したように、ウェーハ上における実質的に安定的かつ均一な温度分布が５つの加熱ゾーン制御装置により実現された。温度はＡＰＮｅｘｔモジュール室内で測定された。石英断熱リング４０付き真空支持装置１０の方が、図７に示したように、ウェーハ表面の全体にわたって、より優れた温度分布を提供した。図８は、加工中における本発明の真空支持装置により支持されたウェーハ上の非ドープ珪酸塩ガラス（ＵＳＧ）被膜の優れた被膜均一性を示したものである。同心外部加熱領域制御装置と内部加熱領域制御装置とを有する真空支持装置により、８．８％１σの被膜厚さ均一性が実現された。５つの加熱ゾーン制御装置を有する真空支持装置により、１．６％１σの被膜厚さ均一性が実現された。
【００２９】
上記のように、加熱の均一性が改善された支持装置が本発明により提供された。本発明の特定の実施の形態についての上記の記述は例示と説明のために提示したものである。それらは網羅的であることを意図したものでもないし、本発明を開示された形態それだけに限定することを意図したものでもなく、上記の教示に鑑みて、多くの修正、実施の形態、変更が可能なことは明白である。本発明の範囲は、添付の請求項とその均等物により定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の１つの実施の形態による支持装置の部分断面図である。
【図２】本発明の別の実施の形態による支持装置の部分断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態による支持装置の分解組立図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態による２つの加熱領域を示したヒータの平面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態による２つの加熱領域を示したヒータの平面図である。
【図６】５つの加熱ゾーン制御装置を有する本発明の支持装置により支持されたウェーハ上における実質的に均一な温度プロファイルを示した略図である。
【図７】５つの加熱ゾーン制御装置と１つの断熱リングとを有する本発明の支持装置により支持されたウェーハ上における実質的に均一な温度プロファイルを示した略図である。
【図８Ａ】２つの加熱ゾーン制御装置を有する本発明の支持装置により支持されたウェーハ上における非ドープ珪酸塩ガラス（ＵＳＧ）被膜の被膜均一性を示した図である。
【図８Ｂ】５つの加熱ゾーン制御装置を有する本発明の支持装置により支持されたウェーハ上における非ドープ珪酸塩ガラス（ＵＳＧ）被膜の被膜均一性を示した図である。
【図１】
2005510869.tif 000002
【図２】
2005510869.tif 000003
【図３】
2005510869.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005510869.tif 000008
【図８Ａ】
2005510869.tif 000009
【図８Ｂ】
2005510869.tif 000010
【国際調査報告】
2005510869.tif 000011