(57)【要約】【課題】【解決手段】セラミック接触層と、パターン結合層と、導電性ベースプレートと、地下アーク緩和層とを備える静電チャック組立体が提供される。セラミック接触層および導電性ベースプレートは、静電チャック組立体の地下部分に形成されるハイブリッドガス流通経路を協調して形成する。個々のハイブリッドガス流通経路は、導電性ベースプレートが提供する相対的に高導電性の表面と、セラミック接触層が提供する相対的に低導電性の表面とを備える。地下アーク緩和層は、相対的に低導電性の層を備え、静電チャック組立体の地下部分にあるハイブリッドガス流通経路の相対的に高伝導性の表面を覆うように形成される。さらに半導体ウェーハ処理チャンバが提供される。【選択図】図１
2013500605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック接触層と、パターン結合層と、導電性ベースプレートと、地下アーク緩和層とを備える静電チャック組立体であって、
前記パターン結合層は、前記セラミック接触層を前記導電性ベースプレートに固定するように構成され、
前記セラミック接触層および前記導電性ベースプレートは、前記静電チャック組立体の地下部分に形成される複数のハイブリッドガス流通経路を協調して形成し、
前記セラミック接触層は、接触面と、前記セラミック接触層の前記接触面内に形成された複数の冷却剤口とを備え、
前記冷却剤口は、前記静電チャック組立体の前記ハイブリッドガス流通経路と連通しており、
個々の前記ハイブリッドガス流通経路は、前記導電性ベースプレートが提供する相対的に高導電性の表面と、前記セラミック接触層が提供する相対的に低導電性の表面とを備え、
前記地下アーク緩和層は、相対的に低導電性の層を備え、前記静電チャック組立体の前記地下部分にある前記ハイブリッドガス流通経路の前記相対的に高伝導性の表面を覆うように形成される、静電チャック組立体。
【請求項２】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、少なくとも略７５μｍだが略３５０μｍ未満である厚さを特徴とする誘電体層を備える、静電チャック組立体。
【請求項３】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、前記セラミック接触層の厚さの略３５％未満となる厚さを特徴とする誘電体層を備える、静電チャック組立体。
【請求項４】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、スプレ式誘電体被覆を備える、静電チャック組立体。
【請求項５】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、スプレ式アルミナ被覆を備える、静電チャック組立体。
【請求項６】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、略３５０μｍ未満の厚さを特徴とするスプレ式アルミナ誘電体層を備える、静電チャック組立体。
【請求項７】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、連続または不連続の陽極酸化層、またはアルミナ、イットリア、ＹＡＧ、またはその組み合わせの層を備える、静電チャック組立体。
【請求項８】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記地下アーク緩和層は、前記ハイブリッドガス流通経路またはそれに比較的隣接して配置された領域に限定された、相対的に低伝導性の材料の部分を含む不連続層を備える、静電チャック組立体。
【請求項９】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記静電チャック組立体の前記地下部分に形成される前記ハイブリッドガス流通経路は、前記導電性ベースプレートの表面、前記セラミック接触層の表面、またはその両方に形成された座ぐり溝を備える、静電チャック組立体。
【請求項１０】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、相対的に高導電性のガス流通経路表面は、前記導電性ベースプレートの表面に形成された座ぐり溝により提供される、静電チャック組立体。
【請求項１１】
請求項１０記載の静電チャック組立体であって、相対的に低導電性のガス流通経路表面は、前記セラミック接触層の裏側面により提供される、静電チャック組立体。
【請求項１２】
請求項１０記載の静電チャック組立体であって、相対的に低導電性のガス流通経路表面は、前記セラミック接触層の１つ以上の側壁面により提供される、静電チャック組立体。
【請求項１３】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、相対的に低導電性のガス流通経路表面は、前記セラミック接触層に形成された座ぐり溝により提供される、静電チャック組立体。
【請求項１４】
請求項１３記載の静電チャック組立体であって、相対的に高導電性のガス流通経路表面は、前記導電性ベースプレートの表側面により提供される、静電チャック組立体。
【請求項１５】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記セラミック接触層は、微量の不純物の有無を伴って、または伴わず、アルミナ誘電体、アルミナおよび二酸化チタン誘電体、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、イットリア、アルミン酸イットリウム、またはその任意の組み合わせを含む、静電チャック組立体。
【請求項１６】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記パターン結合層は、前記ハイブリッドガス流通経路と整合する間隙のパターンを備える、静電チャック組立体。
【請求項１７】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記パターン結合層は、シリコーンを含む、静電チャック組立体。
【請求項１８】
請求項１記載の静電チャック組立体であって、前記パターン結合層は、接着剤を含む、静電チャック組立体。
【請求項１９】
セラミック接触層と、シリコンパターン結合層と、導電性ベースプレートと、地下アーク緩和層とを備える静電チャック組立体であって、
前記パターン結合層は、前記セラミック接触層を前記導電性ベースプレートに固定するように構成され、
前記セラミック接触層および前記導電性ベースプレートは、前記静電チャック組立体の地下部分に形成される複数のハイブリッドガス流通経路を協調して形成し、
前記ハイブリッドガス流通経路は、前記導電性ベースプレートの表面、前記セラミック接触層の表面、またはその両方に形成された座ぐり溝を備え
前記セラミック接触層は、接触面と、前記セラミック接触層の前記接触面内に形成された複数の冷却剤口とを備え、
前記冷却剤口は、前記静電チャック組立体の前記ハイブリッドガス流通経路と連通しており、
個々の前記ハイブリッドガス流通経路は、前記導電性ベースプレートが提供する相対的に高導電性の表面と、前記セラミック接触層が提供する相対的に低導電性の表面とを備え、
前記地下アーク緩和層は、前記静電チャック組立体の前記地下部分にある前記ハイブリッドガス流通経路の前記相対的に高伝導性の表面を覆うように形成された略３５０μｍ未満の厚さを特徴とするスプレ式アルミナ誘電体層を備える、静電チャック組立体。
【請求項２０】
静電チャック組立体と、処理チャンバと、電圧源と、冷却ガス供給源とを備える半導体ウェーハ製造チャンバであって、
前記静電チャック組立体は、前記処理チャンバ内に位置決めされ、セラミック接触層と、パターン結合層と、導電性ベースプレートと、地下アーク緩和層とを備え、
前記電圧源は、前記導電性ベースプレートに電気的に結合され、
前記パターン結合層は、前記セラミック接触層を前記導電性ベースプレートに固定するように構成され、
前記セラミック接触層および前記導電性ベースプレートは、前記静電チャック組立体の地下部分に形成される複数のハイブリッドガス流通経路を協調して形成し、
前記冷却ガス供給源は、前記ハイブリッドガス流通経路と流体的に結合され、
前記セラミック接触層は、接触面と、前記セラミック接触層の前記接触面内に形成された複数の冷却剤口とを備え、
前記冷却剤口は、前記静電チャック組立体の前記ハイブリッドガス流通経路と連通しており、
個々の前記ハイブリッドガス流通経路は、前記導電性ベースプレートが提供する相対的に高導電性の表面と、前記セラミック接触層が提供する相対的に低導電性の表面とを備え、
前記地下アーク緩和層は、相対的に低導電性の層を備え、前記静電チャック組立体の前記地下部分にある前記ハイブリッドガス流通経路の前記相対的に高伝導性の表面を覆うように形成される、半導体ウェーハ製造チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、静電チャックに関し、特に、チャック組立体と処理中のウェーハとの間のアーク放電、または裏面ガス流通経路におけるプラズマ点火の防止を支援する特徴を含む静電チャックの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックは、半導体処理のためにシリコンウェーハを固定する、クランプする、または他の形で取り扱うために使用することができる。多くの静電チャックは、さらに、処理中のウェーハの温度調整を支援するように構成される。例えば、当技術分野において十分に立証されているように、ヘリウムガス等の高熱伝導性ガスを、静電チャック内に循環させ、ウェーハの温度調整を支援することができる。さらに具体的には、比較的低圧の比較的薄いガス層を使用して、プラズマエッチング製造工程または他の半導体処理工程中にシリコンウェーハの熱を低下させることができる。一般に、比較的低いガスの圧力は、ウェーハに対して数ポンドの力しか及ぼさず、静電引力を使用して圧力に逆らい、ウェーハをチャックの表面に密着させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明を実現する者には明らかとなるように、本開示の概念は、米国特許第５，５８３，７３６号、第５，７１５，１３２号、第５，７２９，４２３号、第５，７４２，３３１号、第６，４２２，７７５号、第６，６０６，２３４号等において説明されたものを含め、プラズマアーク放電および裏面ガスイオン化を発生させ易い広範な静電チャック構成に適用可能となる。本開示の概念は、明確にするため、図１および図２の比較的単純なチャック構成を参照して説明しているが、本開示の範囲は、こうした比較的単純な構成に限定されるべきではない。
【０００４】
本発明の１実施形態によれば、セラミック接触層と、パターン結合層と、導電性ベースプレートと、地下アーク緩和層とを備える静電チャック組立体が提供される。セラミック接触層および導電性ベースプレートは、静電チャック組立体の地下部分に形成されるハイブリッドガス流通経路を協調して形成する。個々のハイブリッドガス流通経路は、導電性ベースプレートが提供する相対的に高導電性の表面と、セラミック接触層が提供する相対的に低導電性の表面とを備える。地下アーク緩和層は、相対的に低導電性の層を備え、静電チャック組立体の地下部分にあるハイブリッドガス流通経路の相対的に高伝導性の表面に形成される。
【０００５】
本開示の他の実施形態によれば、本明細書において開示した１つ以上の新規の特徴を有する静電チャック組立体を備える半導体ウェーハ処理チャンバが提供される。
【０００６】
以下の本開示の具体的な実施形態の詳細な説明は、同様の構造を同様の参照符号により示す次の図面と併せて読むことにより、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】導電性ベースプレートの表面内に形成された座ぐり溝によりガス流通経路表面が提供される、本開示の実施形態による静電チャック組立体の概略図である。
【図２】セラミック接触層内に形成された座ぐり溝によりガス流通経路表面が提供される、本開示の実施形態による静電チャック組立体の概略図である。
【図３】地下アーク緩和層がハイブリッドガス流通経路またはそれに比較的隣接して配置された領域に限定された、静電チャック組立体の概略図である。
【図４】相対的に低導電性のガス流通経路表面がセラミック接触層の１つ以上の側壁面により提供される、本開示の実施形態による静電チャック組立体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００８】
まず図１を参照すると、処理チャンバ６０と、電圧源７０と、冷却ガス供給源８０とを備える非特異的な半導体ウェーハ処理チャンバ１００に関連して、静電チャック組立体１０を示している。静電チャック組立体１０は、処理のためにウェーハを固定するように処理チャンバ内に位置決めされており、セラミック接触層２０と、パターン結合層３０と、導電性ベースプレート４０と、地下アーク緩和層５０とを備える。半導体ウェーハ処理チャンバ１００は、本明細書において非特異的なものとして説明されており、これは、本開示の概念が様々な種類の半導体ウェーハ処理チャンバに適用可能であり、図１ないし図４に全般的に示したものと類似するチャンバに限定するべきではないと考えられるためである。
【０００９】
セラミック接触層２０および導電性ベースプレート４０は、静電チャック組立体１０の地下部分に形成される複数のハイブリッドガス流通経路３５を協調して形成する。セラミック接触層２０は、さらに、接触層２０の接触面２５内に形成された複数の冷却剤口２２を備える。本発明を説明および定義する目的から、静電チャック組立体１０の「地下」部分とは、セラミック接触層２０の接触面２５より下方、接触面２５と導電性ベースプレート４０の末端部４２との間に存在することに留意されたい。例示の目的から、ウェーハ１５は、接触面２５から僅かにずらして図示されているが、運転中、ウェーハ１５は、接触面２５に対して静電的に固定される。
【００１０】
パターン結合層３０は、セラミック接触層２０を導電性ベースプレート４０に対して固定するように構成され、例えば、シリコーンまたはアクリル接着剤、または半導体ウェーハ処理チャンバでの使用に適した従来の接着剤または未だ開発されていない接着剤を含み得る。ハイブリッドガス流通経路３５における冷却剤の流れを妨害しないように、パターン結合層３０は、ハイブリッドガス流通経路３５と整合する間隙のパターンを備えるように構成することができる。
【００１１】
冷却剤口２２は、静電チャック組立体１０のハイブリッドガス流通経路３５と連通（流体連通）しており、ハイブリッドガス流通経路３５は、冷却ガス供給源８０と流体的に結合する。これにより、熱伝導性の冷却ガスは、冷却ガス供給源８０から、共通冷却剤注入口２４と連通するように構成し得るハイブリッドガス流通経路３５を介して、冷却剤口２２へ送ることが可能になると共に、静電チャック組立体１０の地下部分において冷却剤平面全体に分布させることが可能となる。
【００１２】
ハイブリッドガス流通経路３５のそれぞれは、導電性が相対的に高い表面と相対的に低い表面とを備える。具体的には、高伝導性の経路表面は、一般には、アルミニウム、またはウェーハ処理チャンバ１００での使用に適した他の金属である導電性ベースプレート４０により提供されるものである。伝導性の低い経路表面は、一般には、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック誘電体、またはウェーハ処理チャンバ１００での使用に適した他の電気的に絶縁性の誘電体であるセラミック接触層２０により提供される。
【００１３】
ハイブリッドガス流通経路３５は、導電性ベースプレート４０の表面、セラミック接触層２０の表面、またはその両方に、座ぐり溝を提供することにより、静電チャック組立体１０の地下部分に形成することが可能であると考えられる。例えば、図１では、相対的に高導電性のガス流通経路表面が、導電性ベースプレート４０に座ぐり溝を形成することにより提供される。ベースプレート４０内の座ぐり溝は、セラミック接触層２０の裏側面２７により提供される低伝導性のガス流通経路表面と協調して、各ハイブリッドガス流通経路３５を共同で形成する。図２では、相対的に低導電性のガス流通経路表面が、セラミック接触層２０に座ぐり溝を形成することにより提供される。セラミック接触層２０内の座ぐり溝は、導電性ベースプレート４０の表側面４５により提供される高伝導性のガス流通経路表面と協調する。図４において、冷却剤口２２は、サイズが拡張されており、相対的に低導電性のガス流通経路表面は、セラミック接触層２０の側壁面２９により提供される。
【００１４】
ハイブリッドガス流通経路３５が形成される形に関係なく、相対的に低導電性の層を備える地下アーク緩和層５０は、ガス流通経路３５内の電場がプラズマの発火点に達した時、またはプロセスプラズマがウェーハ処理中に経路３５に入り込んだ時に生じる恐れがある有害なアーク放電の緩和を支援するために、ハイブリッドガス流通経路３５の相対的に高伝導性の表面を覆うように形成されるべきである。何れの場合も、ガス流通経路３５は、「発光」し始め、導電性ベースプレート４０とウェーハ１５との間でのアーク放電のための低インピーダンス経路を形成する恐れがある。Ｈｅ冷却ガスを利用するプラズマエッチングチャンバに関して、この現象は、一般に、Ｈｅホール点火と呼ばれる。
【００１５】
地下アーク緩和層５０は、アルミニウムまたは他の誘電体のスプレ式被覆を備えてよく、少なくとも略７５μｍだが略３５０μｍ未満である厚さを特徴とする誘電体層を備える場合に最適に機能するが、この範囲以外にも有効となる様々な厚さが考えられる。一般に、地下アーク緩和層５０は、セラミック接触層２０の厚さの略３５％未満となる厚さを特徴とする誘電体層を備える。アルミナに加えて、地下アーク緩和層５０は、連続または不連続の陽極酸化層、またはアルミナ、イットリア、イットリウムアルミニウムガーネット、またはその組み合わせの層を備え得ると考えられる。さらに、地下アーク緩和層５０は、図３に示したように、ハイブリッドガス流通経路またはそれに比較的隣接して配置された領域に限定された不連続層を備え得ると考えられる。
【００１６】
セラミック接触層２０は、一般に、実質的に平坦な接触面２５を備え、微量の不純物を伴って、または伴わず、例えば、アルミナ誘電体、アルミナおよび二酸化チタン誘電体、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、イットリア、アルミン酸イットリウム、またはその任意の組み合わせを含め、ウェーハ処理チャンバでの使用に適した任意のセラミックを含み得る。セラミック接触層は、さらに、焼結助剤、結合剤、耐食コーティング、機械的コンフォーマルコーティング、またはその組み合わせを含み得ると考えられる。同様に、導電性ベースプレートは、例えば、実質的に均一な組成の導電性アルミニウム台座を含め、ウェーハ処理チャンバでの使用に適した任意の導電性材料を含み得る。
【００１７】
特定の性質または機能を特定の形で実現するために特定の方法で「構成」されている本開示の構成要素の本明細書における記述は、使用目的の記述ではなく、構造に関する記述であることに留意されたい。さらに具体的には、構成要素が「構成」される形に対する本明細書での言及は、構成要素の物理的現状を示すものであり、そのため、構成要素の構造的特徴の明確な記述と見なすべきである。
【００１８】
「好ましい」、「通常は」、「一般に」等の用語は、本明細書での使用において、特許請求された発明の範囲を限定するために利用されておらず、または、特定の特徴が特許請求された発明の構造または機能にとって決定的、必須、または重要であることを意味するために利用されていないことに留意されたい。こうした用語は、あくまでも、本開示の実施形態の特定の態様を確認する目的で使用され、または、本開示の特定の実施形態において利用し得るまたはし得ない別のまたは追加的な特徴を強調する目的で使用される。
【００１９】
本発明を説明および定義する目的から、「実質的」および「略」という用語は、本明細書において、何らかの量的比較、値、測定、または他の表現に起因し得る内在的な不確実性の度合いを表すために利用されていることに留意されたい。「実質的」および「略」という用語は、さらに、本明細書において、問題となる対象の基本的機能に変化を生じさせることなく、記載された基準から量的表現が変化し得る度合いを表すために使用される。
【００２０】
本開示の対象を、具体的な実施形態を参照することにより詳細に説明してきたが、付記した特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から逸脱することなく、変更および変形が可能であることは明らかであろう。さらに具体的には、本開示の一部の態様は、本明細書において好適または特に有利であるものとして特定されているが、本開示は、必ずしもこうした態様に限定されないと考えられる。
【００２１】
なお、添付特許請求の範囲の一以上の請求項では、「ｗｈｅｒｅｉｎ」という用語を移行句として使用していることに留意されたい。本発明を定義する目的から、この用語は、構造の一連の特徴の記述を導入するために用いられる無制約の移行句として請求項に導入されており、より一般的に使用される無制約の前提部用語「含む、備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）と同様に解釈するべきであることに留意されたい。
【図１】
2013500605.tif 000003
【図２】
2013500605.tif 000004
【図３】
2013500605.tif 000005
【図４】
2013500605.tif 000006
【国際調査報告】
2013500605.tif 000007
2013500605.tif 000008