(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内の基板を支持する基板サポートであって、
支持面と、溝を外周に有すると共に第１の実効的な熱膨張率を有する側壁とを持った基板支持ベースと、
前記支持面を少なくとも部分的に覆うと共に前記支持面によって支持されるカバープレート部分と、前記側壁に近接したスカート部分であって、前記基板支持ベースの前記側壁と対向し、突部を内側に有すると共に前記側壁の第１の実効的な熱膨張率よりも小さな第２の実効的な熱膨張率を有するロック面を有するスカート部分とを持ったベースシールドと、を備えており、
前記基板支持ベース及び前記ベースシールドが第１の温度にあるときは、前記ベースシールドは、前記基板支持ベースから取り外しが可能であり、
前記基板支持ベース及び前記ベースシールドが前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱されたときは、前記第１の実効的な熱膨張係数と前記第２の実効的な熱膨張係数との差により前記ベースシールドの前記突部が前記基板支持ベースの前記溝に入り込み、前記ベースシールドが前記基板支持ベースから取り外されるのを防止するように構成された基板サポート。
【請求項２】
前記基板支持ベースの前記側壁の前記溝は環状であり、前記ベースシールドの前記ロック面が平坦な環状面である請求項１記載の基板サポート。
【請求項３】
前記ベースシールドは、熱膨張率が前記基板支持ベースよりも低い耐食性誘電材料で形成されている請求項１又は２に記載の基板サポート。
【請求項４】
前記ベースシールドは、周縁部分と中央部分を備え、
前記周縁部分は、前記スカート部分と前記カバープレート部分の外側環状部分とを有し、
前記中央部分は、前記外側環状部分以外の前記カバープレート部分を有する請求項１〜３のうち何れか一項に記載の基板サポート。
【請求項５】
前記第１の温度が４０℃であり、前記第２の温度が４００℃である請求項１〜４のうち何れか一項に記載の基板サポート。
【請求項６】
プロセスチャンバ内の基板を支持する基板サポートであって、
支持面と、突部を外周に有すると共に第１の実効的な熱膨張率を有する側壁とを持った基板支持ベースと、
前記支持面を少なくとも部分的に覆うと共に前記支持面によって支持されるカバープレート部分と、前記側壁に近接したスカート部分であって、前記基板支持ベースの前記側壁と対向し、溝を内側に有すると共に前記側壁の第１の実効的な熱膨張率よりも小さな第２の実効的な熱膨張率を有するロック面を有するスカート部分とを持ったベースシールドと、を備えており、
前記基板支持ベース及び前記ベースシールドが第１の温度にあるときは、前記ベースシールドは、前記基板支持ベースから取り外しが可能であり、
前記基板支持ベース及び前記ベースシールドが前記第１の温度よりも高い第２の温度まで加熱されたときは、前記第１の実効的な熱膨張係数と前記第２の実効的な熱膨張係数との差により前記基板支持ベースの前記突部が前記ベースシールドの前記溝に入り込み、前記ベースシールドが前記基板支持ベースから取り外されるのを防止するように構成された基板サポート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体産業において広く使用されているプロセスチャンバの分野にに関し、特に、基板上に誘電体、金属又は半導体の層を堆積させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition:化学気相堆積）プロセスチャンバ内で特別の効用を与える遮蔽された基板サポートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ又は他の基板上に材料層を堆積するプロセスでは、基板を加熱すること、及び、堆積（つまり処理）ガスの流れの源(the source of a stream)から短距離だけ離れてそれを保持することが必要とされる。プラズマＣＶＤ（plasma enhanced CVD:ＰＥＣＶＤ）では、ガスがさらにプラズマ状態に励起される。基板上に材料を堆積させるためには、基板サポートペディスタルとも呼ばれる基板サポートが加熱される。基板サポートは陽極処理された表面を有するアルミニウムから作られるのが典型的である。加熱は堆積反応が生じる反応エネルギを供給するために必要とされるのが典型的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＶＤ処理中は、プロセスガスが導入されたときに基板表面上にのみ堆積するのが理想的である。しかしながら、実際には基板の表面以外のプロセスチャンバ表面上に堆積するガス分子もある。プロセス表面チャンバ内のプロセスチャンバすべての表面は、堆積ガスの成分によって被覆されやすい。
【０００４】
プロセスチャンバ内面上で表面堆積物の集積層が厚くなるとき、堆積した材料からなる破片又は他のパーティクルがチャンバ表面から処理される基板上へ落下し、潜在的には欠陥をもたらす可能性がある。このような問題を避けるため、プロセスチャンバ内部の表面を、例えばＣＦ4，ＮＦ3又はＣ2Ｆ6とＯ2との混合物のようなフッ素を含む化学種と酸化剤との混合物でもってエッチング（プラズマクリーンニング）することにより、かかる表面が定期的に洗浄される。他の洗浄混合物が同様に使用されてもよい。このようにして堆積物が取り除かれる一方で、フッ素の化学種は基板サポートのベースの基板支持面を攻撃する。これら洗浄の期間に、基板サポートが典型的に陽極酸化されたアルミニウム表面上で、エロージョン、磨耗及びノジュール成長(nodule growth)が生じる。さらに、基板サポートの支持面上の陽極酸化被膜又は他の耐蝕被膜の品質の変化は、支持面を横切る電気的及び化学的（絶縁）特性に関して望ましくない相違に帰着し、これらの相違はプラズマの望ましくない変動を引き起こし、このことがウェハ又は基板表面上における不均一な堆積の一因となる。
【０００５】
また、露出したアルミニウム表面は基板サポートの支持面としても使用されうる状態にある。しかしながら、そのように露出したアルミニウム表面は、化学洗浄中にフッ素を含む化学種と酸化剤の混合物による攻撃を受けやすく、このことによりフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）膜が成長し、プロセスパラメータを乱すようになる。さらに、フッ化アルミニウムの膜は割れやすく且つ剥離しやすく、真空プロセスチャンバ内でパーティクルの異物を生じさせる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベースシールドを用いて化学洗浄操作中の腐食から基板サポートを保護するプロセスチャンバ用の遮蔽された基板サポートについて述べられている。  ベースシールドは低温でベースから自由に取り外し可能であるが、高温ではベースシールドの熱膨張率（ＣＴＥ）がベースのＣＴＥに比べて高いためにベースシールドがベースに固定されるようになる。
【０００７】
遮蔽された堆積チャンバ用の基板サポートには、アルミニウムから典型的には作られて支持面及び支持面から下方に延在している側壁を有するベースが含まれている。ベースは第１のＣＴＥを有している。支持面及び周側壁の少なくとも一部分は、支持面の一部を少なくとも覆うと共に支持面によって支持されるカバープレート部分と周側壁を取り囲むスカート部分とを有する耐蝕性のベースシールドにより遮蔽される。ベースシールドの少なくとも一部、しかも好適にはベースシールド全体が第１のＣＴＥより小さい第２のＣＴＥを有しており、したがって、ベース及びベースシールドが第１の温度すなわち低温から第２の温度すなわち高温になったとき、ベースシールドのスカート部分がベースの周側壁ほど膨張しない。
【０００８】
ベース及びベースシールドには相補的なロック面が含まれ、第２の温度すなわち高温でロック面が互いに対向してベースシールドがベースから取り除かれるのを防止するよう配置されている。一方、ロック面は所定の大きさで作られ且つ配置され、ベース及びベースシールドが第１の温度すなわち低温になったときに互いに分離して低温のベースからベースシールドを取り除かれるのを可能にしている。したがって、堆積チャンバの使用中である第２温度すなわち高温では、ベースシールドがベースから取り除かれるのを防止し、デバイスのコストを増大させ且つパーティクルの生成源となるおそれがあるピン、糸又はツイストロック(twist locks)のような機械的な固定要素の必要がなくなり、堆積チャンバ環境内では回避されるようになる。
【０００９】
ベースシールドは耐蝕性であり洗浄混合物による攻撃に耐えうるのが好ましい。一方で、ベースシールドは耐蝕性材料である必要はなく、かかる場合にはベースシールドが、例えば各洗浄サイクル後に取り替えられる。
【００１０】
好適には、ベースシールドのカバープレート部分は高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムセラミック材料からなり、加熱されるベースの熱エネルギがベースシールドを通って移動し、処理されるウェハまたは他の基板を加熱するようにすることができる。ベースシールドのカバープレート部分はほぼ一様な厚さを有し、ほぼ一定のインピーダンスを備えて、基板上に材料の均一な堆積を促進させるようにしているのが好適である。
【００１１】
本発明の第１の利点は、基板支持ベースを洗浄工程中の腐蝕から保護するためにシールドを備えることにより、基板支持ベースの寿命が延びることである。本発明のもう一つの利点は、シールドがフッ素含有の化学種から基板支持ベースの支持面を十分に保護するので、陽極酸化又は他の耐蝕性被膜が不要となる。ベースの支持面は純アルミニウムであってもよく、これにより、陽極酸化する表面の場合に得られるよりも平滑度が高くなるよう基板支持面を研磨することができる表面が平滑になればなるほど、基板サポートとシールド上で支持される基板との間での均一な熱的及び電気的な結合がますます良好且つ増大する。温度及び電気的な結合が良好になればなるほど、結果として基板上に堆積される膜の均一性もますます良好になる。
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点が、好適な実施形態が添付される図面と共に詳細に用意された以下の記述から明瞭となるだろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１には、遮蔽された基板サポート２がチャンバ筐体６の内部にサポート２を配置する昇降軸４と共に示されている。サポート２はアルミニウムから基本的には作られる基板支持ベース８と耐蝕性のベースシールド１０とを含んでいる。
【００１４】
シールド１０は、本実施形態において、２つの部分すなわち周縁部分１２及び中央部分１４からなる。
【００１５】
ベース８は高度に研磨された支持面１６を含んでおり、その支持面１６の存在のために陽極酸化される必要がなく純粋なアルミニウムのままである。さらに、ベース８は支持面１６から下方に延在している周側壁１８を含んでいる。本実施形態では、周側壁１８は略円柱状であり、内部には環状溝２０が形成されている。
【００１６】
図２を参照すると、ベースシールド１０の周縁部分１２はＬ字状の断面形状を有し、すなわち、環状部分２２を含み、また、下方には略円柱状のスカート部分２４を含んでいる。スカート部分２４はリム２８が延在している内面２６を有している。ベースシールド１０が図２に示されるようにベース８に取り付けられて支持されているときには、リム２８は溝２０と対向するように配置される。また、図２には環状部分２２の内周縁部３０（図１で確認される）と中央部分１４の外周縁部３２との間で、互いに重なって交わり合うのが示されている。図２を参照すると、周縁部３０の部分３４が周縁部３２の部分３６の上にあり、ベースシールド１０の周縁部分１２により中央部分１４が支持面１６に対して押し付けられた状態になっている。
【００１７】
図２に見られるように、構成部品が第１温度例えば４０℃のような低温状態にあるとき、ギャップ３８がリムの最内面４０と周側壁１８との間に存在する。図３には、例えば構成部品が約３５０〜４００℃の高温に昇温された後の同一の構成部品が示されている。この場合、リム２８の最内面４０は溝２０の内部に入り込んで第１及び第２のロック面４２，４４を互いに対向させ、ベースシールド１０の周縁部分１２と、これにより中央部分１４とがベース８から取り除かれるのを防止していることが分かる。図２及び図３に見られるように、第２のロック面４４はリム２８の一部であるが、第１のロック面４２はベース８の一部でありしかも溝２０を部分的に画定している。ロックが生じるのは、本実施形態ではアルミニウムのベース８の熱膨張率(coefficient of thermal expantion:ＣＴＥ)が、周縁部分１２ａのＣＴＥよりも大きいためである。本実施形態のベースシールドは１０は、ＣＴＥがベース８より低い耐蝕性の誘電性シールドである。中央部分１４はセラミック材料からなるのが好適であり、また、窒化アルミニウムからなるのがより好適である。窒化アルミニウムセラミックは好適な材料であるのは、それが高い熱伝導率、優れた耐蝕性及び優れた耐熱衝撃性を有しているからである。しかしながら、窒化アルミニウムセラミックを製作するのに非常に費用がかかり、また、ベース８の上部及び側面の両方を覆う単一の部品を製作するのは容易ではない。高い熱伝導率は処理を受ける基板の下に直接あるベース８のかかる部分を遮蔽する材料で必要とされないので、周縁部分１２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックから作られる必要はない。むしろ周縁部分１２は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から作られるのが好適である。
【００１８】
図２及び図３の両方に見られるように、ギャップ４６，４６ａがスカート部分分２４の内面２６及び周側壁１８との間に存在する。ギャップ４６、４６ａは、比較的シールド１０をベース８に取り付けること及びベース８から取り外すことを容易に可能にする程十分に大きく、しかし、ベース８が加熱されて図３の状態にまで膨張する前にベース８を腐食性のプロセスガスから実質的に遮蔽する程十分に小さく作られている。
【００１９】
以下、使用方法について説明する。ベース８のベースシールド１０が４０℃のような低温のときに支持面１６上に取り付けられるようになる。４００℃のような高温でのプロセス中には、ベース８はベースシールド１０よりも大きいＣＴＥのためベースシールド１０よりも膨張し、リム２８は図３に示されるように溝２０に入り込み、かくしてベースシールド１０をベース８に対して固定する。したがって、基板がシールド１０に対して、例えば静電引力又はリフトピンとの機械的な干渉により固着する傾向がある場合には、ベースシールド１０はベース８から取り除かれないであろう。高温処理温度で対向している第１及び第２のロック面４２，４４により与えられる簡単なインターロックの性質により、本発明は、高温処理温度で使用中にベースシールドをベースに固定する非常に簡単な方法を備え、同時にピン、糸又はツイストロック機構のような機械的な方法を使用するときに生じるパーティクルの汚染源を取り除いている。
【００２０】
ベースシールド１０の中央部分１４を取り除く可能性があってもよい。これにより支持面１６が露出し、基板が直接支持面１６上に支持されうるようになる。プラズマクリーンニング中、セラミックウェハー（図示せず）支持面１６上に配置されて支持面１６を保護している。
【００２１】
図４は、セグメント化されたスカート部分(segmented skirt portion)２４ａを有する周縁部分１２ａの一部分を示している。本実施形態の場合は、周縁部分１２ａのスカート部分２４ａのＣＴＥが低いために、リム２８ａはベース８の対向側壁１８ほど膨張しない。
【００２２】
図１及び図４の実施形態ならば、環状部分２２，２２ａとは異なる材料からなるスカート部分２４，２４ａでもって構成されてもよい。かかる場合、スカート部分２４，２４ａはベース８のＣＴＥより小さい、ベース８のＣＴＥと同じ、又は場合によってベース８のＣＴＥよりもさらに大きいＣＴＥを有してもよい。重要なのは、リム２８，２８ａの実効的なＣＴＥが溝２０におけるベース８の実効的なＣＴＥより小さくなって、両者が加熱されたときに溝２０におけるベース８がリム２８、２８ａよりも膨張するようになることである。
【００２３】
変更や変形は、開示された実施形態と合わせて特許請求の範囲の事項に明示される本発明の趣旨から逸脱することなく可能である。例えば、ベース８はアルミニウム以外の材料からなってもよい。対向面４２，４４が平らな環状の面以外に、例えば、リム２８の断面が略半球状のものであってもよく、または、表面４２，４４が上方且つ内向きに傾斜した面であってもよい。溝２０やリム１８は連続的である必要はない。スカート部分２４は表面２６に形成された溝２０を有し、側壁１８はリム２８を有していてもよい。本発明はＣＶＤチャンバ以外のチャンバにも適用できることを見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】選定された基板サポートを取り囲むために使用される真空チャンバ筐体部分とチャンバ筐体内で遮蔽された基板サポートを支持するために使用される昇降軸と共に示された、本発明にしたがって製作される遮蔽された基板サポートの等角組立分解図である。
【図２】第１の温度すなわち低温での組立状態で示された図１の遮蔽された基板サポートの部分断面図である。
【図３】第２の温度すなわち高温での組立状態で示された図２の遮蔽された基板サポートの部分断面図である。
【図４】セグメント化されたスカート部分を有する図１の他の周縁部分の部分が示されている。
【符号の説明】
２…遮蔽された基板サポート、４…昇降軸、６…チャンバ筐体、８…基板支持ベース、１０…ベースシールド、１２，１２ａ…周縁部分、１４…中央部分、１６…支持面、１８…周側壁、２０…環状溝、２２，２２ａ…環状部分、２４，２４ａ…スカート部分、２６…内面、２８，２８ａ…リム、３０…内周縁、３２…外周縁、３４…部分、３６…部分、３８…ギャップ、４０…最内面、４２…ロック面、４４…ロック面、４６，４６ａ…ギャップ。
【図１】
0003927639.tif 000002
【図２】
0003927639.tif 000003
【図３】
0003927639.tif 000004
【図４】
0003927639.tif 000005