(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理中に静電チャック上に配置された基板の温度を制御するため熱移送流体を供給する静電チャックの少なくとも一部分を再生するための方法において、
上記静電チャックは、上記静電チャック内に形成されたチャンネルと、上記チャンネル内に位置しプレートの下に上記熱移送流体が流れるプレナムを画成するプレートと、上記プレートに挿入された第１の誘電体コンポーネントとを有し、
上記第１の誘電体コンポーネントは、上記プレートを通る流体通路の少なくとも一部を与えるものであり、上記熱移送流体が上記第１の誘電体コンポーネントを通って流れるように上記プレナムに流体接続し、
上記基板が上記静電チャック上に配置されるとき、上記第１の誘電体コンポーネントは、上記基板の上記静電チャックに面する面に上記熱移送流体を供給するように位置し、
上記第１の誘電体コンポーネントは、チューブ又は多孔性プラグのうち１つを含み、上記方法は、
上記静電チャックの上記プレートから上記第１の誘電体コンポーネントを取り外すステップと、
上記第１の誘電体コンポーネントを新しい第２の誘電体コンポーネントと置き換えるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
上記第１の誘電体コンポーネントを露出するように上記第１の誘電体コンポーネントの端部を覆う誘電体層の少なくとも一部分を取り除くステップと、
上記第１の誘電体コンポーネントを上記新しい第２の誘電体コンポーネントと置き換えた後、上記誘電体層の上記取り除いた少なくとも一部分を上記誘電体層の新しい少なくとも一部分と置き換え、上記新しい第２の誘電体コンポーネントの端部を覆うステップと、
を更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記新しい第２の誘電体コンポーネントは、上記プレートにおける開口へ圧力ばめされる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
上記新しい第２の誘電体コンポーネントは、チューブを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
上記新しい第２の誘電体コンポーネントは、多孔性プラグを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
上記第１又は上記新しい第２の誘電体コンポーネントのうち少なくとも１つは、セラミックを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
上記セラミックは、アルミナを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記取り外すステップは、上記第１の誘電体コンポーネントをドリリングする段階を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項９】
上記置き換えられた誘電体層を研磨するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
基板の処理中に静電チャック上に配置された基板の温度を制御するため熱移送流体を供給する静電チャックであって、
チャンネルを含む本体と、
開口を含み、プレートの下にプレナムを形成して前記熱輸送流体が流れるようにするため、上記チャンネルに挿入されるように適応されたプレートと、
上記プレナムからの流体通路の少なくとも一部分を画成し前記熱輸送流体が誘電体コンポーネントを通って流れるようにするため、上記プレートの上記開口に配置され上記プレナムに流体接続した誘電体コンポーネントと、
基板支持表面を形成するため上記本体の少なくとも一部分及び上記プレートの少なくとも一部分を覆う誘電体層と、
上記流体通路の部分を形成し、上記基板が前記基板支持表面上に配置されるとき、上記熱移送流体が上記流体通路を通って前記基板の後面に流れるようにするために上記誘電体コンポーネントを覆う多孔性誘電体層と、
を備える静電チャック。
【請求項１１】
上記流体通路は、上記プレナムから上記基板支持表面への視線路を形成していない、請求項１０に記載の静電チャック。
【請求項１２】
上記誘電体コンポーネントは、第１の端部、第２の端部及び軸方向貫通孔を含む誘電体チューブであり、上記誘電体チューブは、上記プレートにおける上記開口内へ配置されており、上記誘電体層は、上記誘電体チューブの上記第１の端部の少なくとも一部分を覆っており、上記軸方向貫通孔及び上記誘電体層の上記少なくとも一部分は、上記流体通路を形成している、請求項１０に記載の静電チャック。
【請求項１３】
半導体基板を処理するための装置において、
処理領域を画成するチャンバと、
上記処理領域に半導体基板を保持するための請求項１０から１２のいずれか１項に記載の静電チャックと、
を備える装置。
【請求項１４】
基板の処理中に静電チャック上に配置された基板の温度を制御するため熱移送流体を供給する静電チャックを形成する方法において、
プレートの下にプレナムを形成し上記熱移送流体が流れるようにするため上記静電チャックの本体におけるチャンネルへプレートを配置するステップと、
誘電体コンポーネントを上記プレートにおける開口へ挿入するステップと、を備え、上記誘電体コンポーネントは、第１の端部、第２の端部、及び上記第１の端部及び上記第２の端部を接続する軸方向貫通孔を備える誘電体チューブを備え、
更に、上記チャンネル内に上記誘電体チューブの上記軸方向貫通孔に対向して誘電体エンドキャップを配置して、上記誘電体チューブの上記第２の端部を上記誘電体エンドキャップの内側に、ギャップを形成するように上記誘電体エンドキャップから離間して配置するステップと、
支持表面を形成して基板を支持するため上記本体の少なくとも一部分及び上記プレートの少なくとも一部分を覆う誘電体層を堆積するステップと、
上記誘電体層を特定の厚さまで研磨するステップと、
上記基板が上記支持表面に配置されるとき、上記支持表面と上記プレナムとの間の通路を画成し上記熱移送流体が上記通路を通って上記基板の後面に流れるようにするため、上記誘電体層及び上記誘電体コンポーネントを貫通する開口を形成し、上記ギャップと上記軸方向貫通孔が前記通路を形成するようにするステップと、を備える方法。
【請求項１５】
上記誘電体チューブを上記開口内へ配置し、上記第１の端部の少なくとも一部分を上記誘電体層で覆い、上記誘電体層の少なくとも一部分が上記通路を形成するようにするステップ、
を更に備える、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、半導体デバイス製造を行うための装置に関し、より詳細には、処理中に半導体ウエハを支持するための静電チャックに関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]静電チャックは、プラズマ処理チャンバのような半導体処理装置内において（ここでは、半導体ウエハ又はウエハとも称される）基板に対する支持を与えるのに広く使用されている。静電チャックは、一般的に、基板の処理中、即ち、物質堆積又はエッチング中に基板を定位置に保持する。静電チャックは、基板を所定位置に保持するため容量性及びジョンセン・ラーベック吸引力を利用している。
【０００３】
[0003]１つのタイプの静電チャックは、本体と、支持表面を形成するように誘電体物質の層で覆われた流体分配要素とを含む。その本体は、一般的には、静電チャックの電極を形成するように導電性である。基板は、その支持表面上に置かれる。その流体分配要素は、静電チャックの支持表面に形成され、ガスのような熱移送流体をチャックの支持表面と基板の背面との間に分配するための複数の流体通路を担持したプレナムを含む。一般的に、そのガスは、静電チャックと基板との間の間隙領域を満たして、それにより、静電チャックと基板との間の熱移送の割合及び均一性を高める。
【０００４】
[0004]プラズマ処理チャンバにおいては、静電チャックは、基板の近傍において高電力高周波（ＲＦ）場及び高密度プラズマに曝される。このようなプラズマ処理チャンバにおいては、ガス通路において高い電界が発生するためガス絶縁破壊を生ずることがある。静電チャックの動作及び寿命は、ガス通路におけるプラズマの形成により悪影響を受ける。このようなプラズマは、基板、静電チャック又はそれらの両者を損傷してしまうことがある。その上、ガス通路におけるプラズマ形成は、チャンバ内に微粒子汚染物質を形成してしまうようなアーキングを生じてしまうことがある。
【０００５】
[0005]ガス通路におけるプラズマ形成を減少させるための種々な技法が存在している。１つの技法として、チャックの表面でその通路へ多孔性誘電体プラグを挿入するものがある。このプラグの多孔度は、それら細孔の寸法が、プラズマ形成を禁止するが、熱移送ガスの基板支持表面への到達を許すようにするようなものとなるように、選択されている。そのような多孔性物質はプラズマ形成を防止するものではあるが、そのような静電チャックを製造するのは、難しく、時間の掛かるものとなり、又、費用の掛かるものとなってしまう。
【０００６】
[0006]従って、プラズマ形成及びアーキングを減少させた改良された静電チャックが必要とされている。
【概要】
【０００７】
[0007]本発明は、一般的に、熱移送流体通路内のプラズマ形成及びアーキングを減少させる静電チャックのための流体分配要素を準備するための方法及び装置を提供する。一実施形態は、プレートと、上記プレートへ挿入される誘電体コンポーネントとを備える。上記プレートは、プレナムを画成するためチャネル内に配置されるように適応されており、上記誘電体コンポーネントは、上記プレナムに結合される流体通路の少なくとも一部分を与える。上記誘電体コンポーネント上に形成される多孔性誘電体層は、上記プレナムに結合される流体通路の少なくとも別の部分を与える。他の実施形態では、流体分配要素は、基板のための支持表面からプレナムへの視線路を与えないような流体通路を画成するための種々なコンポーネントの配置を備える。
【０００８】
[0008]本発明の前述したような特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、いくつかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとするものではなく、本発明は、均等の効果を発揮できる他の実施形態も包含できることに、注意されたい。
【０００９】
[0020]本発明は、ここに、幾つかの実施形態及び例示的図面を使用して実施例により説明されるのであるが、当業者であれば、本発明がここに説明される図面の実施形態に限定されるものではないことは認識できよう。添付図面及びこれらに関する詳細な説明は、本発明をここに説明される特定の形態に限定しようとしているものではなく、反対に、本発明は、特許請求の範囲の記載により限定されるような本発明の精神及び範囲内に入る全ての変形態様、均等物及び代替物をカバーするものであることを理解されたい。ここに使用される見出し語は、単に系統化する目的だけのものであり、詳細な説明又は特許請求の範囲の記載範囲を限定するために使用されているものではない。本明細書の記載を通して使用される用語「してもよい」又は「できる」は、必須の意味（即ち、「ねばならない」を意味する）としてではなく、任意の意味（即ち、「する可能性がある」を意味する）として使用されている。同様に、用語「含む」又は「含んでいる」は、全体の中の一部として含むことを意味しており、それだけを含むことに限定しているものではない。更に又、用語「ある」又は「１つの」は、別に述べない限り、「少なくとも１つ」を意味している。
【詳細な説明】
【００１０】
[0021]図１は、本発明の種々な実施形態による静電チャック６８を備えるプラズマによる基板処理システム３６を例示している。このプラズマ処理システム３６は、シリコンウエハ、ＧａＡｓウエハ等のような基板を処理するためのプラズマ環境を生成し維持しつつ、基板の温度制御された処理を行うのに使用される。基板を処理するためのプラズマが基板の近傍に生成され、基板の温度は、基板の背面へ熱移送流体を供給するような種々な技法を使用して制御される。プラズマ処理チャンバの一実施例として、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社から入手可能な３００ｍｍＨＤＰ−ＣＶＤウルティマＸシステムのような高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）システムにおけるものを例示しているのであるが、本発明は、物理気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、エッチングチャンバを含むプラズマが使用される他の処理チャンバ及び基板の温度制御が必要とされるような他の適用例においても利用できるものである。
【００１１】
[0022]図１は、処理中に基板を固定するのに静電チャック６８が使用されているＨＤＰ−ＣＶＤシステム３６の一実施形態を例示している。本発明の実施形態によれば、静電チャック６８は、このチャック６８の近くにおけるプラズマ侵入及びアーキングを減ずるように設計されている。
【００１２】
[0023]このシステム３６は、処理チャンバ３８、真空システム４０、ソースプラズマシステム４２、バイアスプラズマシステム４４、ガス分配システム４６及びリモートプラズマクリーニングシステム４８を含む。
【００１３】
[0024]処理チャンバ３８の上方部分は、アルミナ又は窒化アルミニウムのような誘電体材料で形成されたドーム５０を含む。このドーム５０は、プラズマ処理領域５２の上方境界を画成している。このプラズマ処理領域５２の底部は、基板５４の上部表面及び基板支持部材５６によって境界付けされている。
【００１４】
[0025]ヒータープレート５８及びコールドプレート６０が、ドーム５０の上に置かれて、このドーム５０に熱的に結合されている。これらヒータープレート５８及びコールドプレート６０により、ドーム温度を約１００℃から２００℃までの範囲に亘って約＋／−１０℃内で制御することが可能とされている。これにより、種々な目的に対してドーム温度を最適なものとすることができる。例えば、クリーニング又はエッチング処理の場合には、堆積処理の場合よりも高い温度にドームを維持することが必要とされる。又、ドーム温度を正確に制御することにより、処理チャンバ内のフレーク及び粒子の数を減少させることができ、堆積層と基板との間の接着性を改善することができる。
【００１５】
[0026]処理チャンバ３８の下方部分は、この処理チャンバを真空システムに接合する本体部材６２を含む。基板支持部材５６のベース部分６４は、本体部材６２の上に取り付けられ、この本体部材６２と連続する内側表面を形成している。基板は、処理チャンバ３８の側部の挿入／取出し開口９５を通して、ロボットブレード（図示せず）により、処理チャンバ３８へ入れたり処理チャンバ３８から出したりするように移送される。空気圧アクチュエータ（図示せず）により、ウエハを上昇及び下降させるリフトピン（図示せず）を上昇及び下降させるリフトピンプレート（図示せず）が上昇及び下降させられる。処理チャンバ３８内への移送時には、基板は、上昇されたリフトピン上にロードされ、それから、基板支持部材５６の基板受入れ部分６６へと下降させられる。基板受入れ部分６６は、基板処理中に基板を基板支持部材５６へと固定する静電チャック６８を含む。
【００１６】
[0027]真空システム４０は、マルチブレードスロットル弁７２を収容しており且つゲート弁７４及びターボ分子ポンプ７６に取り付けられたスロットル本体７０を含む。スロットル本体７０は、最初に１９９５年１２月１２日に出願されて出願番号０８／５７４，８３９を与えられ、１９９６年９月１１日に再出願され出願番号０８／７１２，７２４を与えられた「SYMMETRIC CHAMBER」と題された同時係属中の共有の米国特許出願明細書に記載されているように、ガスの流れに対する障害を最少とし且つ対称ポンピングを行えるようにするものである。ゲート弁７４は、スロットル弁７６をスロットル本体７０から分離し且つスロットル弁が全開のときに、排気流容量を制限することにより、処理チャンバ圧力を制御することもできる。スロットル弁７２、ゲート弁７４及びターボ分子ポンプ７６の配置により、処理チャンバ圧力を約１ミリトールから１００ミリトールまで正確且つ安定に制御することが可能となる。
【００１７】
[0028]ソースプラズマシステム４２は、ドーム５０に取り付けられた上部コイル７８及び側部コイル８０を含む。対称接地シールド（図示せず）により、それらコイル間の電気的結合を減ずることができる。上部コイル７８は、上部高周波ソース発生器８２により付勢され、一方、側部コイル８０は、側部高周波ソース発生器８４により付勢され、各コイルに対する動作の電力レベル及び周波数を別々に制御できるようにしている。このような二重コイルシステムにより、処理チャンバ３８における半径方向イオン密度が制御でき、プラズマの均一性を改善することができるようになる。側部コイル８０及び上部コイル７８は、エネルギーをチャンバ３８に誘導的に結合する。特定の実施形態では、上部高周波ソース発生器８２は、８０００Ｗまでの公称２ＭＨｚの高周波電力を与え、側部高周波ソース発生器８４は、８０００Ｗまでの公称２ＭＨｚの高周波電力を与える。上部高周波発生器及び側部高周波発生器の動作周波数は、プラズマ生成効率を改善するため、その公称動作周波数から（例えば、それぞれ、１．７−１．９ＭＨｚ及び１．９−２．１ＭＨｚまで）ずらすことができる。
【００１８】
[0029]高周波発生器８２及び８４は、デジタル的に制御される合成器を含み、約１．７ＭＨｚから約２．１ＭＨｚまでの周波数範囲に亘って動作する。各発生器は、当業者には理解されるように、処理チャンバからの反射電力を測定し、その発生器へとコイルバックし、反射電力を最も低くするようにその動作の周波数を調整する高周波制御回路（図示せず）を含む。高周波発生器は、典型的には、５０オームの特性インピーダンスを有する負荷で動作するように設計されている。高周波電力は、発生器とは異なる特性インピーダンスを有する負荷では、高周波電力がそこから反射されてしまう。これにより、負荷へ伝送される電力が減ぜられてしまう。その上、負荷から発生器へと反射し戻される電力のため、その発生器が過負荷とされ、損傷させられてしまうことがある。プラズマのインピーダンスは、種々な要因の中でもプラズマイオン密度に依存して、５オームより小さい値から８００オームを越える値までの範囲に亘るものであるので、且つ反射電力は周波数の関数であるので、反射電力により発生器の周波数を調整すると、その高周波発生器からプラズマへ伝送される電力が増大され、発生器が保護される。反射電力を減少させて効率を改善させる別の方法として、整合回路網によるものがある。
【００１９】
[0030]整合回路網８９及び９０は、発生器８２及び８４の出力インピーダンスをコイル７８及び８０と、それぞれ整合させる。高周波制御回路は、負荷が変化するにつれて発生器をその負荷に整合させるように、整合回路網内のキャパシタの値を変えることにより、両整合回路網を同調させることができる。高周波制御回路は、負荷から発生器へと反射される電力が特定の限界値を越えるときに、整合回路網を同調させることができる。一定整合を与え、且つ高周波制御回路が整合回路網の同調を効果的にできないようにする１つの方法は、その反射電力限界値を反射電力の予測値より上に設定することである。こうすることにより、整合回路網定数をその最も最近の状態に保持することで、プラズマをある状態の下で安定化することができる。
【００２０】
[0031]バイアスプラズマシステム４４は、高周波バイアス発生器８６及びバイアス整合回路網８８を含む。バイアスプラズマシステム４４は、相補的電極として作用する本体部材６２へ基板受入れ部分６６を容量的に結合する。バイアスプラズマシステム４４は、ソースプラズマシステム４２により生成されたプラズマ種の基板の表面への搬送を増長させるように作用する。特定の実施形態では、高周波バイアス発生器８６は、１３．５６ＭＨｚで１００００Ｗまでの高周波電力を与える。
【００２１】
[0032]他の手段によってもプラズマを安定化することができる。例えば、負荷（プラズマ）へ分配される電力を決定するのに高周波制御回路を使用することができ、ある層の堆積中に、発生器出力電力を増大させたり減少させたりして、その分配される電力を実質的に一定に維持するようにすることができる。
【００２２】
[0033]ガス分配システム４６は、複数のガス源１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ及び１００ｅを含む。一実施形態では、前述したガス源は、それぞれ、シラン、分子酸素、ヘリウム及びアルゴンからなる。このガス分配システム４６は、基板を処理するため処理チャンバへ幾つかの源からガス分配ライン９２（それらのうちの幾つかのみが図示）を通してガスを処理チャンバへ与える。ガスは、ガスリング９４、上部ノズル９６及び上部ベント９８を通して処理チャンバ３８へ導入される。詳述すると、ガス源１００ａ及び１００ｄは、それぞれ、流れコントローラ１２０ａ及び１２０ｃを通して、更に、ガス分配ライン９２を通して、上部ノズル９６へガスを与える。ガス源１００ｂからのガスは、流れコントローラ１２０ｂを通してガスベント９８へ与えられる。上部ノズル９６及び上部ベント９８により、ガスの上部流れ及び側部流れを独立して制御することが可能とされ、膜の均一性を改善し、膜の堆積及びドーピングパラメータの微調整が行えるようになる。上部ベント９８は、上部ノズル９６の周りの環状開口であり、そこを通してガスがガス分配システムから処理チャンバ内へと流れるようにするものである。
【００２３】
[0034]ガスは、前述したガス源の各々から流れコントローラ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ及び１０２ｅ及びガス分配ライン９２を通してガスリング９４へと与えられる。ガスリング９４は、基板上に亘ってガスの均一な流れを与える複数のガスのノズル１０６及び１０８（それらのうちの２つのみが図示されている）を有する。ノズル長さ及びノズル角度は、ガスリング９４を変えることにより変えることができる。これにより、個々の処理チャンバ内での特定の処理のために均一プロファイル及びガス利用効率を調整することが可能となる。特定の実施形態では、ガスリング９４は、２４個の第１のガスノズル１０８及び１２個の第２のガスノズル１０６の全部で３６個のガスノズルを有する。典型的には、ガスノズル１０８（それらの１つのみが図示されている）は、第２のガスノズル１０６と同一平面にあり、この第２のガスノズル１０６より短い。
【００２４】
[0035]ある実施形態では、可燃性、毒性又は腐食性ガスが使用される。これらの場合には、堆積後にガス分配ラインに残留するガスを除去することが望ましい。これは、例えば、処理チャンバ３８を分配ライン９２ａから分離して、分配ライン９２ａを真空フォアライン１１４へ排気させるようにする弁１１２のような三方向弁を使用して行うことができる。図１に示されるように、１１２ａ及び１１２ｂのような他の同様の弁を、他のガス分配ラインに組み入れることができる。このような三方向弁は、非排気ガス分配ラインの空間（三方向弁と処理チャンバとの間）を最少とするため、実施可能な限り処理チャンバ３８に近接させて配置される。又、二方向（オン−オフ）弁（図示せず）を、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）と処理チャンバとの間又はガス源とＭＦＣとの間に配置することもできる。
【００２５】
[0036]システム３６は、更に、クリーニングガスをチャンバ３８の上部ノズル９６へ与えるためのリモートクリーニング高周波プラズマ源（図示せず）を含むことができる。他の実施形態では、クリーニングガス（もし、使用される場合には）は、他の位置でチャンバ３８へ入れることができる。
【００２６】
[0037]システムコントローラ１３２は、システム３６の動作を調整するものであり、システムの動作を調整するためシステムと電気的にやり取りするプロセッサ１３４を含む。典型的には、このプロセッサ１３４は、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード及びステッパモータコントローラボードを含むシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）の一部である。ＣＶＤシステム３６の種々なコンポーネントは、ボード、カードケージ並びにコネクタタイプ及び寸法を定めるバーサモジュラーヨーロピアン（ＶＭＥ）スタンダードに適合している。このＶＭＥスタンダードは、又、１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するようにバス構造を定めている。プロセッサ１３４は、このプロセッサ１３４に電子的に結合されたメモリ１３６に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウエアを実行する。ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、カードラック又はそれらの組み合わせのような任意のタイプのメモリ装置を使用することができる。システム制御ソフトウエアは、特定の処理のタイミング、ガス混合物、処理チャンバ圧力、処理チャンバ温度、マイクロ波電力レベル、ペデスタル位置及び他のパラメータを指令する命令のセットを含む。
【００２７】
[0038]基板１０４の温度及び基板温度の均一性は、基板１０４を処理するための重要な処理パラメータである。均一な温度プロファイルを生成するため、熱移送流体がチャック６８と基板１０４の背面との間に付与される。本発明の一実施形態では、例えば、その熱移送流体としてヘリウムが使用される。一般的には、静電チャック６８は、円形形状であるが、別の仕方として、静電チャック６８は、例えば、フラットパネルのような正方形又は長方形基板のような非円形基板を収容するように種々な規則性及び不規則性の幾何学形状をとることができる。
【００２８】
[0039]動作において、基板１０４が静電チャック６８の上に置かれ、気体混合物を形成するため、プラズマ処理チャンバ３８の処理領域内へガスパネル４６から複数の気体成分が供給される。プラズマを発生させるため、高周波電力が、基板支持部材５６における電極、上部コイル７８又は側部コイル８０のうちの１つ以上に加えられる。処理中に基板の温度均一性を維持するため、ヘリウムガスのような熱移送流体が、本発明の実施形態により（以下に示され説明される）少なくとも１つの流体分配要素を通して供給される。
【００２９】
[0040]図２は、本発明の一実施形態による流体分配要素２２２を有する静電チャック６８の上面図を例示している。図２Ａは、図２の静電チャック６８の部分断面斜視図を示している。図３は、線３−３に沿ってとった図２のチャック６８の断面図を示している。次の説明は、図２及び図３を同時に参照することにより、最も良く理解されよう。静電チャック６８は、本体２２０と、流体分配要素２２２と、誘電体層２２４とを備えている。静電チャック６８の一実施形態では、本体２２０は、アルミニウムのような導電材料で形成されており、誘電体層２２４は、窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック材料である。流体分配要素２２２は、静電チャック６８の周辺の近を取り巻くようにして配設されている。この流体分配要素２２２は、静電チャックから基板の背面へとヘリウムガスのような流体を分配するため誘電体層２２４を貫通する複数の孔２３０（又は他の形の通路）を備えている。１２インチ（３００ｍｍ）直径の半導体ウエハに対して使用される静電チャック１０２の場合には、この静電チャック１０２の周辺の周りに６０個から３６０個の孔がある。これら複数の孔２３０の各々は、典型的には、約０．１５ｍｍからの範囲の直径を有している。これらの寸法は、使用される流体分配要素の種類、処理チャンバ内に使用される圧力及び流体分配要素２２２を通してのガス流の量に依存して調整される。
【００３０】
[0041]この流体分配要素２２２は、リング形状構造を有する。しかしながら、別の実施形態では、流体分配要素２２２は、処理方法及びユーザの必要に応じて、複数のリング、半径方向アーム、半径方向アーム及びリングの組合せ等を含む種々な幾何学構造を有することができる。本発明の実施形態は、流体分配要素の幾何学形状を制限するものではない。
【００３１】
[0042]誘電体層２２４は、本体２２０の上部表面の少なくとも一部分及び流体分配要素２２２の少なくとも一部分を覆い、支持表面２２８を形成する。支持表面２２８は、その上に置かれた基板１０４を支持する。誘電体層２２４は、本体の上部表面上にスプレーされ、望ましい厚さまで研磨されたものでよい。
【００３２】
[0043]本体２２０は、上部表面３３２と、この本体２２０の上部表面３３２に形成されたチャネル３３４とを備える。一般的に、チャネル３３４は、矩形断面形状を有する。しかしながら、別の実施形態では、チャネル３３４は、種々な幾何学断面形状を有することができる。流体分配要素２２２は、チャネル３３４及び流体分配要素２２２がプレナム３３６を形成するように本体２２０に結合され、即ち、要素２２２は、チャネル３３４内へ配置されて、そこに固定される。更に、本体２２０は、流体をプレナム３３６へ与えるためチャネル３３４に接続された導管３３８を備える。本発明の一実施形態によれば、冷却ガスが、導管３３８を通して供給され、プレナムによって流体分配要素２２２へと分配される。そのガスは、複数の孔２３０（他の形状の通路）のうちの１つ以上を通して出されて、熱移送媒体を基板の背面へ供給する。
【００３３】
[0044]図４から図１０は、静電チャックの部分、例えば、静電チャック１０２の流体分配要素２２２、誘電体層２２８及び本体２２０を有する、点線で示した部分２３０の横断面図を例示している。これら例示図では、静電チャックの諸寸法は、流体分配要素及び本体の横断面を例示するため拡大されている。
【００３４】
[0045]詳述するに、図４は、本発明の一実施形態による静電チャック４０２の部分を例示している。本体２２０は、下方チャネル４０４Ａ及び上方チャネル４０４Ｂを有するジュアルダマシンチャネル４０４を備える。下方チャネル４０４Ａは、上方チャネル４０４Ｂよりも狭い。この静電チャック４０２は、プレート４４０及び誘電体チューブ４４２を備える流体分配要素４２２を含む。プレート４４０は、上方チャネル４０４Ｂのベース４０６が止めを形成するように上方チャネル４０４Ｂにはめ込まれている（例えば、このプレートは、チャネル４０４に整合するような円形平面形状を有している）。プレート４４０の高さは、プレート４４０の上面４０８が本体２２０の上面３３２と実質的に同一平面となるように、上方チャネル４０４Ｂの高さと実質的に同じである。プレート４４０は、アルミニウムのような導電材料で形成され、上方チャネル４０４Ｂ内の所定位置に接合される。プレート４４０は、更に、このプレート４４０の底部表面に形成されたチャネル４１０を備えている。本発明の一実施形態では、チャネル４１０の幅は、下方チャネル４０４Ａの幅と実質的に同様である。しかしながら、他の実施形態では、チャネル４１０は、下方チャネル４０４Ａより狭い幅を有することができる。下方チャネル４０４Ａとチャネル４１０との組合せにより、プレナム３３６が画成される。
【００３５】
[0046]誘電体チューブ４４２（電気絶縁体）は、第１の端部４４６、第２の端部４４８及び軸方向貫通孔４５０を備えている。この誘電体チューブ４４２は、例えば、アルミナで形成され、プレート４４０の開口４４４の直径に実質的に整合する直径を有している。開口４４４の直径は、一般的には、これに限定するのではないが、約０．００８インチ（約０．２ｍｍ）以上である。別の実施形態では、開口４４４は、円形、長方形、正方形等のような種々な幾何学形状を有することができる。更に又、この開口の形状及びサイズは、誘電体チューブ４４２の外側直径の形状及びサイズと実質的に整合している。誘電体チューブ４４２は、開口４４４内に（例えば、圧力ばめで）配置される。この開口４４４は、チューブ４４２が載るフランジ４１２を備えている（即ち、このフランジは止めを形成する）。図示した実施形態では、チューブ４４２の第１の端部４４６は、本体２２０の表面３３２より上方に延長している。他の実施形態では、チューブ４４２の第１の端部４４６は、その表面３３２と同一平面とすることもできる。
【００３６】
[0047]本体２２０の少なくとも一部分及び流体分配要素４２２の少なくとも一部分は、誘電体層２２４によって覆われ、支持表面４２８を形成している。誘電体層２２４は、本体の上部表面上にスプレーされ、望ましい厚さまで研磨される。一実施形態では、この誘電体層２２４は、熱スプレーアルミナ又はスプレーアルミナ／チタニアを含む。このような熱スプレー誘電体層を付与する処理は、当業者には知られたものである。この熱スプレー処理は、プラズマスプレー、デトネーションガンスプレー、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）スプレー及びフレームスプレーのような幾つかの種々な方法の中から選択することができる。
【００３７】
[0048]一実施形態では、誘電体層２２４は、この層２２４の表面４２８がチューブ４４２の端部４４６と同一平面となるように、線４１４で表された厚さまで研磨される。別の仕方として、この誘電体層２２４は、多孔性セラミックであってよく、この層２２４は、特定の平坦度まで研磨されるが、チューブ４４２の少なくとも第１の端部４４６を覆うようなものとされる。セラミックが多孔性であるため、プレナムからガスがチューブ４４２及び誘電体層２２４を通して流れる。例えば、チューブ４４２の第１の端部４４６の近くの誘電体層２２４は、約１μｍから１００μｍの細孔直径となる１０体積パーセントと６０体積パーセントとの間の多孔度を有するアルミナで全体又は部分的に形成される。ある実施形態では、図８に関して後述されるように、この誘電体層は、チューブ４４２の端部４４６の近くで多孔性であるが、他の部分ではそれ程多孔性でないもとされる。例示されるように、通路４４５は、支持表面４２８からプレナム４３６への直接視線路を与えないようなものとするのが効果的であり、こうすることにより、通路４４５においてプラズマが形成される可能性を制限することができる。別の実施形態では、この誘電体層２２４は、この層２２４がチューブ４４２の第１の端部４４６を覆うようにして、特定の平坦度まで研磨される。この誘電体層４１６を通して通路４４５へと貫通する孔４１６が孔あけされ又は他の仕方にて（例えば、レーザドリリングで）形成される。この孔あけ処理は、誘電体物質を通して孔あけするだけであり、即ち、本体の導電物質は、この孔あけ処理によってスパッタされない。
【００３８】
[0049]当業分野において知られるように、支持表面４２８は、誘電体層２２４上に溝パターン（図示せず）が形成されるように更に処理することができる。これら溝は、通路４４５と交差するように、支持表面４２８内へと機械加工又は他の仕方にて形成される。冷却ガスは、通路４４５からこれら溝へと流れて、これら溝により、この冷却ガスは、静電チャック４０２の全支持表面４２８に亘って均一に分配されることになる。
【００３９】
[0050]プレナムと基板表面との間の通路を画成するのに電気絶縁体（誘電体チューブ及び／又は誘電体層）を使用することにより、熱移送ガスによるプラズマ形成の可能性又はプラズマ形成により生ぜしめられるアーキングの可能性を減ずることができる。プラズマ形成及びアーキングを減少又は除去することにより、静電チャックの寿命は相当に増大される。絶縁体を使用することにより、通路における電界が減少され、従って、プラズマ形成の機会が減少される。更に、本発明の特定の実施形態は、（高い電界が存在する場所である）基板支持表面とプレナムの導電性表面との間の視線路を排除することにより通路における電界を更に減ずるような流体分配要素構造を使用する。このような視線路が存在するときには、通路における流体の体積は、プラズマを発生するに十分なものである。非視線路を使用することにより、プラズマが形成されてしまうような十分に大きな体積の流体端に確立される電界を減少させることができる。従って、プラズマ形成及びそれに伴うアーキングが減少又は除去される。
【００４０】
[0051]図５は、本発明の別の実施形態による静電チャック５０２の部分の断面図を例示している。図４の実施形態と同様に、プレート４４０を貫通する誘電体チューブ５４２が配置されている。この別の実施形態では、チューブ５４２は、チャネル５３４の底部まで延長し、そこで、このチューブ５４２の第２の端部５４８は、そのチャネル５３４の底部に形成された支持要素（例えば、段５５６）の上に載っている。前述の実施形態におけるように、誘電体チューブ５４２及び／又は誘電体層２２４の部分が、プレナム５３６から表面５２８までの流体のための通路５４５を画成する電気絶縁体を形成している。
【００４１】
[0052]図６は、本発明の別の実施形態による静電チャック６０２の部分の断面図を例示している。図４及び図５の実施形態と同様に、プレート４４０を貫通して誘電体チューブ６４２が配置されている。この別の実施形態では、誘電体チューブ６４２は、その第２の端部６０４に形成された少なくとも１つのノッチ６５６を備えている。別の実施形態では、チューブ６４２は、プレナム６３６からチューブ６４２の通路６４５へ流体が流れるようにする孔を備えることができる。前の実施形態の場合のように、誘電体層２２４は、多孔性であり、チューブ６４２の第１の端部６０６を覆うことができ、その層２２４は、チューブ６４２の第１の端部６０６が露出されるように研磨されるか、又は、通路６４５に達する孔をその層に形成してもよい。この誘電体チューブ６４２及び誘電体層２２４の部分は、プレナム６３６からの流体のための通路６４５を形成する。例示されるように、誘電体層２２４が多孔性でありチューブ６４２を覆っている時には、通路６４５は、支持表面６２８からプレナム６３６への直接視線路を有さないのが効果的であり、これにより、通路６４５におけるプラズマの形成が制限される。
【００４２】
[0053]図７は、本発明の更に別の実施形態による静電チャック７０２の部分の断面図を例示している。この静電チャック７０２は、本体７２０及び流体分配要素７２２を備える。流体分配要素７２２は、前述した実施形態と同じ仕方で組み合わされるプレート７４０及び誘電体チューブ７４２を備える。この実施形態では、本体７２０は、誘電体エンドキャップ７６０を含むチャネル７３４を備える。誘電体エンドキャップ７６０は、チャネル７３４の底部に配置される。誘電体エンドキャップ７６０は、このキャップ７６０がカップ形状とされるように開口７６２を備える。誘電体チューブ７４２は、第１の端部７４６、第２の端部７４８及び第１の端部７４６と第２の端部７４８とを接続する軸方向貫通孔７５０を備える。本発明の一実施形態では、誘電体層７２４は、チューブ７４２の第１の端部７４６を覆っており、第２の実施形態では、誘電体層７２４は、チューブ７４２の第１の端部７４６が露出されるように線４１４まで研磨されている。誘電体キャップ７６０は、チューブ７４２の第２の端部７４８が開口７６２内へ延長するが、そこから離間されてギャップを形成するように、チャネル７３４内へ配置されている。チューブ７４２及びエンドキャップ７６０は、そこを通して流体が流れる迷路チャネルを形成する。このようなチャネルを使用することにより、導電性プレナム壁部からチャック表面への視線路が存在しないようにすることができる。
【００４３】
[0054]図８は、本発明の別の実施形態による静電チャック８０２の部分の断面図を例示している。この静電チャック８０２は、流体分配要素８２２を備える。この流体分配要素８２２は、開口８４４を備えるプレート８４０を備える。そのプレート８４０は、チャネル８３４及びこのプレート８４０がプレナム８３６を形成するように、本体８２０に結合されている。誘電体層８２４が本体８２０の少なくとも一部分及び流体分配要素８２２の少なくとも一部分を覆っている。この誘電体層８２４は、多孔性誘電体セグメント８７０を含み、この多孔性誘電体セグメント８７０の一部分が開口８４４と重なるようにされている。この多孔性誘電体セグメント８７０は、約１０体積パーセントから約６０体積パーセントまでの範囲の多孔度を有するアルミナのような多孔性セラミックであり、この多孔性誘電体セグメント８７０は、そこを通して連続する通路を形成する相互接続開口を有している。開口８４４及び多孔性誘電体セグメント８７０の少なくとも一部分は、プレナム８３６から静電チャック８０２の支持表面８２８へ流体が流れるようにする通路８４５を形成している。例示されるように、通路８４５は、支持表面８２８から導電性プレナム８３６への直接視線路がないようにすると効果的であり、これにより、通路８４５内へのプラズマの形成を阻止することができる。
【００４４】
[0055]図９は、本発明の別の実施形態による静電チャック９０２の部分の断面図を例示している。この静電チャック９０２は、流体分配要素９２２を備える。この流体分配要素９２２は、開口９４４及び誘電体プラグ９８０を有するプレート９４０を備える。このプレート９４０は、チャネル９３４及びこのプレート９４０がプレナム９３６を形成するように、本体９２０に結合されている。これらプレート９４０及び本体９２０は、本発明の他の実施形態に関して前述したようにして組み合わされる。誘電体プラグ９８０の直径は、開口９４４の直径と実質的に整合している。誘電体プラグ９８０は、開口９４４に配置され、一般的には、そこに圧力ばめされている。誘電体層２２４は、本体９２０の少なくとも一部分及び流体分配要素９２２の少なくとも一部分を覆い、それにより、支持表面９２８を形成している。誘電体層２２４は、本体９２０の上部表面及び流体分配要素９２２の上にスプレーされて、望ましい厚さまで研磨されたものでよい。この誘電体層２２４及び誘電体プラグ９８０を貫通する孔９８２が形成されている。この孔９８２は、流体がプレナム９３６から静電チャック９０２の支持表面９２８へと流れるようにする。この孔９８２は、機械的ドリリング、レーザドリリング等の種々な技法を使用して形成することができる。この孔９８２は、誘電体物質のみを貫通して形成される。従って、そのドリリング処理による金属残留物は、その軸方向貫通孔９８２には形成されない。このような金属残留物が無いので、孔９８２におけるプラズマ形成又はアーキングの可能性は制限されている。
【００４５】
[0056]図１０は、本発明の別の実施形態による静電チャック１００２の部分の断面図を例示している。この静電チャック１００２は、流体分配要素１０２２を備える。この流体分配要素１０２２は、プレート１０４０及び誘電体キャップ１０４２を備える。プレート１０４０は、２つの円形リング１０４０Ａ及び１０４０Ｂを備える。リング１０４０Ａは、リング１０４０Ｂより小さい直径を有している。各リング１０４０Ａ及び１０４０Ｂは、上方チャネル４０４Ｂの底部に形成された棚部４０６に載っている。プレート１０４０は、本体１０２０に接合されており、このプレートは上方チャネル４０４Ｂに保持されている。（プレナム１０３６を形成するようにリング形状とされた）誘電体キャップ１０４２は、上方チャネル４０４Ｂ内へ挿入されていて、プレート１０４０に載っている。
【００４６】
[0057]別の実施形態では、プレート１０４０は、複数の皿孔を有する逆Ｕ字形断面（例えば、図４のプレート４４０）を備えることができる。要素１０４２と同様な断面を有する円形（ドーナツ形）誘電体要素を、そのような皿孔へ挿入することができる。流体分配要素１０２２は、本体１０２０に結合され、この流体分配要素１０２２とチャネル１０３４とでプレナム１０３６が形成される。誘電体層２２４は、本体１０２０の少なくとも一部分及び流体分配要素１０２２の少なくとも一部分を覆い、それにより、支持表面１０２８を形成している。誘電体層２２４は、本体１０２０の上部表面及び流体分配要素１０２２の上にスプレーされ、望ましい厚さまで研磨されたものでよい。誘電体層２２４及び誘電体キャップ１０４２を貫通する孔１０８２が形成されている。この孔１０８２は、機械的ドリリング、レーザドリリング等のような種々な技法を使用して孔あけすることができる。図９の実施形態の場合のように、この孔１０８２は、誘電体物質のみを通して形成されている。従って、この孔１０８２には、導電性残留物は残らない。
【００４７】
[0058]前述した実施形態の各々においては、本発明の流体分配要素を使用した静電チャックがプラズマ形成又はアーキングによって損傷されるようなありそうもないことが起きても、多くの方法を使用して、このチャックを容易に修理（又は再生）することができるのである。一般的には、損傷を生ずるようなプラズマ形成又はアーキング」は、誘電体コンポーネント（チューブ、多孔性インサート等）の近く又は内部で生ずる。従って、誘電体層を局部的に（誘電体コンポーネントの上）又は全体的に（全チャックに亘って）取り除いて、その誘電体コンポーネントを露出させることができる。それから、そのコンポーネントをドリルアウト又は引き出すための引出し工具を使用して、そのコンポーネントを取り外すことができる。取り外したとき、新しい誘電体コンポーネントを挿入して、誘電体層を、必要に応じて、局部的又は全体的に取り換えることができる。ある実施形態では、その誘電体コンポーネントは、（前述したように）チャックの支持表面まで延長しているので、引出し前に誘電体層を取り除く必要はない。これらのような場合には、損傷された誘電体コンポーネントを取り外し、新しい誘電体コンポーネントをそのプレートの開口内へと（一般的には、圧力ばめで）挿入する。このようにして、静電チャックの修理は、熱移送流体通路における又はその近くにおけるアーキング又はプラズマ形成のため静電チャック全体を交換しなければならないのと比べて、実質的に節約された形で行うことができるのである。
【００４８】
[0059]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の種々な実施形態による流体分配要素を有する静電チャックを備えるプラズマによる基板処理システムを例示している。
【図２】図１の静電チャックの上面図を例示している。
【図２Ａ】図２の静電チャックの部分の部分断面斜視図を例示している。
【図３】線３−３に沿ってとった図２の静電チャックの断面図を例示している。
【図４】本発明の一実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【図５】別の実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【図６】別の実施形態による静電チャックのための流体分配要素の断面図を示している。
【図７】本発明の更に別の実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【図８】本発明の種々な実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【図９】本発明の種々な実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【図１０】本発明の種々な実施形態による静電チャックの流体分配要素の断面図を示している。
【符号の説明】
【００５０】
３６…プラズマによる基板処理システム、３８…処理チャンバ、４０…真空システム、４２…ソースプラズマシステム、４４…バイアスプラズマシステム、４６…ガス分配システム、４８…リモートプラズマクリーニングシステム、５０…ドーム、５２…プラズマ処理領域、５４…基板、５６…基板支持部材、５８…ヒータープレート、６０…コールドプレート、６２…本体部材、６４…ベース部材、６６…基板受入れ部分、６８…静電チャック、７０…スロットル本体、７２…マルチブレードスロットル弁、７４…ゲート弁、７６…ターボ分子ポンプ、７８…上部コイル、８０…側部コイル、８２…上部高周波ソース発生器、８４…側部高周波ソース発生器、８６…高周波バイアス発生器、８８…バイアス整合回路網、８９…整合回路網、９０…整合回路網、９２…ガス分配ライン、９２ａ…分配ライン、９２ｂ…分配ライン、９４…ガスリング、９５…挿入／取出し開口、９６…上部ノズル、９８…上部ベント、１００ａ…ガス源、１００ｂ…ガス源、１００ｃ…ガス源、１００ｄ…ガス源、１００ｅ…ガス源、１０２…静電チャック、１０２ａ…流れコントローラ、１０２ｂ…流れコントローラ、１０２ｃ…流れコントローラ、１０２ｄ…流れコントローラ、１０２ｅ…流れコントローラ、１０４…基板、１０６…第２のガスノズル、１０８…第１のガスノズル、１１２…弁、１１２ａ…弁、１１２ｂ…弁、１１４…真空フォアライン、１２０ａ…流れコントローラ、１２０ｂ…流れコントローラ、１２０ｃ…流れコントローラ、１３２…システムコントローラ、１３４…プロセッサ、１３６…メモリ、２２０…本体、２２２…流体分配要素、２２４…誘電体層、２２８…支持表面、２３０…孔、３３２…上部表面、３３４…チャネル、３３６…プレナム、３３８…導管、４０２…静電チャック、４０４…ジュアルダマシンチャネル、４０４Ａ…下方チャネル、４０４Ｂ…上方チャネル、４０６…棚部、４０８…上面、４１０…チャネル、４１２…フランジ、４１４…線、４１６…誘電体層、４２２…流体分配要素、４２８…支持表面、４３６…プレナム、４４０…プレート、４４２…誘電体チューブ、４４４…開口、４４５…通路、４４６…第１の端部、４４８…第２の端部、４５０…軸方向貫通孔、５０２…静電チャック、５２８…表面、５３４…チャネル、５３６…プレナム、５４２…誘電体チューブ、５４５…通路、５５６…段、６０２…静電チャック、６０４…第２の端部、６０６…第１の端部、６２８…支持表面、６３６…プレナム、６４２…誘電体チューブ、６４５…通路、６５６…ノッチ、７０２…静電チャック、７２０…本体、７２２…流体分配要素、７２４…誘電体層、７３４…チャネル、７４０…プレート、７４２…誘電体チューブ、７４６…第１の端部、７４８…第２の端部、７５０…軸方向貫通孔、７６０…誘電体エンドキャップ、７６２…開口、８０２…静電チャック、８２０…本体、８２２…流体分配要素、８２４…誘電体層、８２８…支持表面、８３４…チャネル、８３６…プレナム、８４０…プレート、８４４…開口、８４５…通路、８７０…多孔性誘電体セグメント、９０２…静電チャック、９２０…本体、９２２…流体分配要素、９２８…支持表面、９３４…チャネル、９３６…プレナム、９４０…プレート、９４４…開口、９８０…誘電体プラグ、９８２…孔、１００２…静電チャック、１０２０…本体、１０２２…流体分配要素、１０２８…支持表面、１０３６…プレナム、１０４０…プレート、１０４０Ａ…円形リング、１０４０Ｂ…円形リング、１０４２…誘電体キャップ、１０８２…孔
【図１】
0005140516.tif 000002
【図２】
0005140516.tif 000003
【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005140516.tif 000008
【図７】
0005140516.tif 000009
【図８】
0005140516.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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