(57)【要約】【課題】プラズマ処理チャンバ内で支持体に対しウエハーを挟持するためのクランプアセンブリを改善すること。【解決手段】本発明によると、基板のプラズマ処理中に支持体に対してＲＦバイアス電力が印加されるタイプのプラズマ処理チャンバ内で支持体に対し基板の外周部分を挟持するためのクランプアセンブリであって、−  外側クランプ部材と；−  外側クランプ部材により収容され、基板をプラズマ処理に曝露するアパーチャを画定している内側クランプ部材と；  を含み、  外側クランプ部材が、内側縁部内で終結する内側部分を有し、内側部分が内側クランプ部材から離隔されている、クランプアセンブリが提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のプラズマ処理中に支持体に対してＲＦバイアス電力が印加されるタイプのプラズマ処理チャンバ内で支持体に対し基板の外周部分を挟持するためのクランプアセンブリであって、
−  外側クランプ部材と；
−  外側クランプ部材により収容され、基板をプラズマ処理に曝露するアパーチャを画定している内側クランプ部材と；
を含むクランプアセンブリにおいて、
外側クランプ部材が、内側縁部内で終結する内側部分を有し、内側部分が内側クランプ部材から離隔されている、
ことを特徴とするクランプアセンブリ。
【請求項２】
外側クランプ部材の内側部分が、内側クランプ部材から２５０ミクロン未満のギャップだけ離隔されている、ことを特徴とする請求項１に記載のクランプアセンブリ。
【請求項３】
ギャップが、１００ミクロン未満、好ましくは８０ミクロン未満である、ことを特徴とする請求項２に記載のクランプアセンブリ。
【請求項４】
内側クランプ部材および外側クランプ部材の少なくとも１つが、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプアセンブリ。
【請求項５】
外側クランプ部材が、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を含む、ことを特徴とする請求項４に記載のクランプアセンブリ。
【請求項６】
内側クランプ部材が、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を含む、ことを特徴とする請求項４または５に記載のクランプアセンブリ。
【請求項７】
内側クランプ部材がフランジを含み、このフランジには、挟持表面と、挟持表面から内向きに延在し挟持表面との関係において隆起していて使用中に基板の外周部分を挟持しないようになっている内側表面とが含まれている、
ことを特徴とする請求項６に記載のクランプアセンブリ。
【請求項８】
内側表面が挟持表面との関係において１００ミクロン未満だけ隆起している、ことを特徴とする請求項７に記載のクランプアセンブリ。
【請求項９】
内側表面が、下部挟持表面から内向きに、０．７５ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満だけ延在している、ことを特徴とする請求項７または８に記載のクランプアセンブリ。
【請求項１０】
内側クランプ部材が、外側クランプ部材の内側縁部から内向きに１ｍｍ以下のところに配置された内側縁部を有する、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のクランプアセンブリ。
【請求項１１】
内側クランプ部材が、外側クランプ部材から離隔された外側部分を有する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のクランプアセンブリ。
【請求項１２】
内側クランプ部材の外側部分が、外側クランプ部材から０．７５ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満のギャップだけ離隔されている、ことを特徴とする請求項１１に記載のクランプアセンブリ。
【請求項１３】
外側クランプ部材が、第１の上部表面と、この第１の上部表面から内向きに配置された第２の上部表面とを含み、内側クランプ部材の外側部分が第２の上部表面と接触した状態にあり、第１の上部表面から離隔されている、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のクランプアセンブリ。
【請求項１４】
内側クランプ部材および外側クランプ部材が環状である、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のクランプアセンブリ。
【請求項１５】
内側クランプ部材および外側クランプ部材が誘電材料で形成されている、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のクランプアセンブリ。
【請求項１６】
誘電材料がアルミナである、ことを特徴とする請求項１５に記載のクランプアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１に記載のクランプアセンブリ内で使用するための内側クランプ部材。
【請求項１８】
請求項１に記載のクランプアセンブリ内で使用するための外側クランプ部材。
【請求項１９】
内側クランプ部材と外側クランプ部材とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のクランプアセンブリのための部品キット。
【請求項２０】
請求項１に記載のクランプアセンブリを含む、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２１】
プラズマエッチング装置の形をした、ことを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
プラズマ処理チャンバ内で基板をプラズマ処理する方法において、
−  請求項１に記載のクランプアセンブリを用いて支持体に対し基板を挟持するステップと；
−  基板のプラズマ処理中に支持体に対してＲＦバイアス電力が印加される、基板をプラズマ処理するステップと；
を含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理チャンバ内で支持体に対しウエハーを挟持するためのクランプアセンブリ、および付随するプラズマ処理装置、方法、クランプ部材および部品キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチングの分野において、ウエハーは典型的には、静電チャック（ＥＳＣ）かまたは機械的クランプによって所定の場所に保持されて、システム内部でのウエハーの正確な見当合せを保証しかつウエハーの冷却を可能にするようになっている。
ＥＳＣは、ウエハーを所定の位置に保持するために静電力を用いる。
機械的クランプは、ウエハー上で下に押付けて所定の場所に保持するためにフィンガーまたは環状構造などの機械的手段に依存している。
気体流をウエハーとウエハー支持用プラテンの上面との間に誘導して、ウエハーから冷却済みプラテンアセンブリへの熱伝導を強化することは、極めて一般的である。
このようにして、ウエハーの温度を制御することが可能となる。
【０００３】
キャリア上に組付けられた薄いウエハーの処理には、特定の問題、特にウエハー貫通ビアのプラズマエッチングについての問題がある。
キャリアウエハーは、概して、絶縁材料で製造され、これらの事例においては、静電的挟持単独では効果がない。
キャリアは高価であることが多く、再利用される。
さらに、薄化したウエハーのエッジ保護が求められる場合がある。
指状部材を有する「フィンガー」タイプの機械的クランプを使用することが公知であり、一例が特許文献１に記載されている。
【０００４】
しかしながら、指状部材は、クランプによってひき起こされるウエハーエッジ排除を増大させる。
さらに、このタイプのクランプは、キャリア寿命を短縮する薄化したウエハーおよびキャリアのプラズマ攻撃を可能にし、微粒子材料に付随する問題のリスクを増大させる。
単一部品の環状機械的クランプを提供することが公知である。
このような先行技術のクランプの一例が、図１に描かれており、この図は、ＥＳＣ１２上に配置された薄いウエハーとキャリア１０を示している。
【０００５】
ウエハーは、ワンピース環状クランプ１４によって所定の場所に保持されている。
同様に示されているのは、当該技術分野において公知である通りの望ましくないダークスペースプラズマを除去するために配置されているライナー１６である。
環状クランプ１４は、ＥＳＣ１２により提供される挟持を増大させる強化された挟持力を提供する。
同様に、ＥＳＣを使用せずにすませ、代りにウエハーに対して挟持作用を提供するために完全にクランプに依存することも可能である。
クランプ１４は、薄いウエハーおよびキャリア１０のエッジを保護し、キャリアの再利用が可能である。
しかしながら、ウエハーエッジ排除を最小限に抑えるためには、環状クランプは、ウエハーとの接触部域において薄くなければならない。
【０００６】
このタイプの環状クランプで遭遇する１つの問題は、クランプの浸食速度が高いという点にある。
高速で浸食される薄いクランプを使用した結果として、クランプの耐用年数は短くなり、クランプを頻繁に交換しなければならない。
明らかに、これは、商業的観点から見て望ましくなく、その結果としてＣＯＯ（所有コスト）は高くなると同時にＭＷＢＣ（洗浄間平均ウエハー数）およびＭＴＢＣ（洗浄間平均時間）は低くなる。
【０００７】
内側クランプ部品が犠牲部品であるツーピースクランプアセンブリを提供することが公知である。
ツーピースクランプアセンブリの例は、特許文献２および特許文献３に開示されている。
特許文献３において、部品の１つは犠牲部品であり、これには犠牲部品しか交換する必要がないという利点があり、こうして交換部品のコストは削減される。
しかしながら、このアプローチは、製造プロセスを中断することに付随する他のコストを削減するものではない。
同様に、ＭＷＢＣおよびＭＴＢＣも改善されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６１０６６４号
【特許文献２】米国特許第５５３４１１０号
【特許文献３】米国特許第６２３１０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、その少なくともいくつかの実施形態において、上述の問題に対処するものである。しかし、上述の問題は、キャリア上の薄いウエハーにのみ付随するものではなく、ウエハー自体などの基板の処理に関わるものであり、本発明はウエハー自体などの基板に関係する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によると、基板のプラズマ処理中に支持体に対してＲＦバイアス電力が印加されるタイプのプラズマ処理チャンバ内で支持体の外周部分に対し基板を挟持するためのクランプアセンブリにおいて、
−  外側クランプ部材と；
−  外側クランプ部材により収容され、基板をプラズマ処理に曝露するアパーチャを画定している内側クランプ部材と；
を含むクランプアセンブリであって、
外側クランプ部材が、内側縁部内で終結する内側部分を有し、内側部分が内側クランプ部材から離隔されている、クランプアセンブリが提供されている。
【００１１】
外側クランプ部材と内側クランプ部材の間にギャップを設けることで、浸食速度を低減させ、こうして内側クランプ部材の寿命を延長させることが可能になる。
内側クランプ部材は、クランプアセンブリの犠牲要素として使用されてよい。
【００１２】
基板のプラズマ処理中に、支持体に対しＲＦバイアス電力が印加される。
本発明人らは、外側クランプ部材の内側部分を内側クランプ部材から離隔させることによって、内側クランプ部材と支持体との間のＲＦ結合を削減することが可能であることに気付いた。
このことはそれ自体、内側クランプ部材の浸食速度を低減させることになる。
【００１３】
当業者であれば、本発明に関連して本明細書中で使用される「内側」、「外側」、「内向きに」および「外向きに」という用語が、内側クランプ部材により画定されるアパーチャに対する１つの特徴の近位性に関連するものであることがわかるであろう。
【００１４】
外側クランプ部材の内側部分が、内側クランプ部材から２５０ミクロン未満のギャップだけ離隔されていてよい。ギャップは、１００ミクロン未満、そして好ましくは８０ミクロン未満であってよい。
【００１５】
内側クランプ部材および外側クランプ部材の少なくとも１つは、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を有していてよい。
【００１６】
外側クランプ部材は、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を含んでいてよい。
外側クランプ部材の挟持表面は、使用中、クランプアセンブリにより提供されるウエハー上の挟持力の大部分を提供し得る。
典型的には、外側クランプの挟持表面は、外側クランプの下部表面の一部を含む。
【００１７】
内側クランプ部材は、基板の外周部分を挟持するための挟持表面を含んでいてよい。
内側クランプ部材の下部表面は、フランジを含んでいてよい。
このフランジには、内側クランプ部材の挟持表面が含まれていてよい。
フランジにはさらに、内側クランプ部材の挟持表面から内向きに延在する内側表面が含まれていてよい。
内側表面は、挟持表面との関係において隆起していて使用中に内側表面が基板の外周部分を挟持しないようになっていてよい。
内側表面は挟持表面との関係において１００ミクロン未満だけ隆起していてよい。
隆起した内側表面は、さらにＲＦ結合を削減し、浸食速度を低減させるかもしれない。
【００１８】
内側表面は、下部挟持表面から内向きに、０．７５ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満だけ延在していてよい。
【００１９】
内側クランプ部材は、内側縁部を有していてよい。内側縁部は、外側クランプ部材の内側縁部から内向きに１ｍｍ以下のところに配置されていてよい。
【００２０】
内側クランプ部材は、外側クランプ部材から離隔された外側部分を有していてよい。内側クランプ部材の外側部分は、外側クランプ部材から０．７５ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満のギャップだけ離隔されていてよい。
【００２１】
外側クランプ部材は、第１の上部表面と、この第１の上部表面から内向きに配置された第２の上部表面とを含んでいてよい。
内側クランプ部材の外側部分は、第２の上部表面と接触した状態にあってよい。
内側クランプ部材の外側部分は、第１の上部表面から離隔されていてよい。
外側クランプ部材の第１および第２の上部表面は、段部分により分離されていてよい。
内側クランプ部材の外側部分は、段部分から離隔されていてよい。
【００２２】
外側クランプ部材は、内側部分から外向きに配置された本体部分を含んでいてよい。
本体部分は、内側部分よりも厚みがあってよい。
本体部分は、内側部分のレベルより下に延在していてよい。
「レベル」という用語は、クランプアセンブリがその使用時構成にある時、内側部分の最下点または表面を含む水平平面に関係するものとして理解される。
【００２３】
内側クランプ部材と外側クランプ部材は環状であってよい。
原則的に、内側クランプ部材と外側クランプ部材のいずれかまたは両方が複数のサブユニットを含んでいてよい。
例えば、分割リング配置を企図することも可能である。
【００２４】
内側クランプ部材および外側クランプ部材は、誘電材料で形成されてよい。
誘電材料はアルミナであってよい。
他のセラミック材料などの他の絶縁材料を使用してもよい。
誘電材料は石英であってよい。
【００２５】
外側クランプ部材は、内側クランプ部材を外側クランプ部材と所望の整列または見当合せで保持するための１つ以上の保持用特徴を含んでいてよい。
保持用特徴は、傾斜した表面、隆起した特徴、ギザギザの特徴、戻り止め、切り欠きまたは、内側クランプ部材と外側クランプ部材との間の相互の整列を維持するための他の任意の好適な特徴であってよい。
内側クランプ部材上には、協働する特徴が具備されていてよい。
【００２６】
本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様のクランプアセンブリ内で使用するための内側クランプ部材が提供されている。
本発明の第３の態様によると、本発明の第１の態様のクランプアセンブリ内で使用するための外側クランプ部材が提供されている。
本発明の第４の態様によると、本発明の第１の態様に係るクランプアセンブリのための部品キットが提供されており、部品キットは、内側クランプ部材と外側クランプ部材とを含む。
本発明の第５の態様によると、本発明の第１の態様のクランプアセンブリを含むプラズマ処理装置が提供されている。
プラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置の形をしていてよい。
【００２７】
プラズマ処理装置は、基板のためのＲＦ駆動型支持体を含む。支持体は静電チャックを含んでいてよい。
基板は半導体材料を含んでいてよい。
基板は、平面基板であってよい。
基板はウエハーであってよい。
基板は、キャリアウエハー上にウエハーを含んでいてよい。
基板は、キャリアウエハー上に薄化したウエハーを含んでいてよい。
薄化したウエハーの一例は、薄化したＳｉＣウエハーである。
薄化したウエハーの厚みは、５００ミクロン未満、好ましくは３００ミクロン未満であってよい。
【００２８】
本発明の第６の態様によると、プラズマ処理チャンバ内で基板をプラズマ処理する方法において、
−  本発明の第１の態様のクランプアセンブリを用いて支持体に対し基板を挟持するステップと；
−  基板のプラズマ処理中に支持体に対してＲＦバイアス電力が印加される、基板をプラズマ処理するステップと；
を含む方法が提供されている。
【００２９】
本発明について以上で説明してきたが、本発明は、以上で、または以下の説明、図面、またはクレーム中で記されている特徴の任意の発明力ある組合せにまで拡大される。
例えば本発明の１つの態様に関連して記述された任意の特徴は、本発明の他のいずれの態様に関連しても同様に開示されているものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
ここで本発明に係るクランプアセンブリの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【図１】先行技術のワンピースクランプリングにより挟持されたウエハーの部分断面図。
【図２】内側クランプリングの破断図を伴う、クランプアセンブリの分解組立斜視図。
【図３ａ】図２のクランプアセンブリにより挟持されたウエハーの部分断面図。
【図３ｂ】外側クランプリングの内側部分が内側クランプリングから離隔されているクランプアセンブリの領域内の拡大部分断面図。
【図４】エッチング前後のクランプリングの寸法の光学的測定値。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図２は、本発明の全体として２０で描かれたクランプアセンブリを示す。
クランプアセンブリ２０は、外側リング２４と内側リング２２とを含む。
外側リング２４は、主たる第１の上部表面２４ａを含み、第１の上部表面２４ａは隆起したリム２４ｂにより包囲されている。第１の上部表面２４ａから内向きに、第１の上部表面２４ａのレベルより下に配置されている第２の上部表面２４ｃにつながる下向きの段が存在する。外側リング２４はさらに、第２の上部表面２４ｃから内向きかつ下向きに傾斜した環状傾斜面２４ｄを含む。
傾斜面２４ｄは、図３を見れば最も良くわかる内側縁部２４ｅにつながっている。傾斜面２４ｄ、第２の上部表面２４ｃおよび第１の上部表面２４ａの最も内側の領域は、内側リング２２を収容できるレセプタクル部域を画定する。
内側リング２２は、上部表面２２ａと、上部表面２２ａから内向きかつ下向きに傾斜する傾斜面２２ｂと、内側縁部２２ｃとを含む。
【００３２】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、プラズマエッチング装置内でウエハー３０を挟持するために使用されているクランプアセンブリ２０を示している。
図３に示された実施形態において、ウエハー３０は、はるかに厚いキャリア３０ｂ上に載った薄いウエハー３０ａを含む、キャリア載置型のウエハーである。
ウエハー３０は、静電チャック３２上に配置されている。
当該技術分野において周知の通り、ダークスペースプラズマを除去するためにライナー３４がウエハー３０の下側でかつその周囲を超えて具備されている。
【００３３】
クランプアセンブリ２０は、図２に示されている設計のものであり、したがって、クランプアセンブリ２０の特徴を表示するために、同一の参照番号が使用されている。
外側リング２４の内側縁部２４ｅは、図３（ｂ）内により明確に示されている。
外側リング２４は、クランプと結びつけられたウエハーのための挟持力の大部分、あるいは、さらに、全てを提供する。
外側リング２４は、好適な量の重複部分を伴って、ウエハーの外周領域を高い信頼性で挟持するのに充分大きいものでなければならない。約２ｍｍの重複が通常、満足のいくものとみなされる。
内側リング２２は、犠牲部品として提供可能である。内側リング２２は望ましくは薄く、ウエハーエッジ排除を最小限に抑えるため、外側リング２４の内側縁部２４ｅから大きく突出してはならない。一般に、内側リング２２は、内側縁部２４ｅから１ｍｍ超突出しないように設計される。
【００３４】
内側リング２２と外側リング２４は、それらの間に間隔３６が存在するように製造される。この間隔３６は、内側リング２２の最も内側の部分と外側リング２４の傾斜面２４ｄ／内側縁部２４ｅとの間の環状間隔である。これは、ＲＦ駆動されるウエハーの領域に対応する。
間隔３６は、内側リング２２と静電チャック３２の間のＲＦ結合を著しく削減し、このことが、使用中の内側リング２２の浸食速度を著しく低減させる。
間隔３６は、ＲＦ結合を著しく削減するためにとりわけ大きいものである必要がないということが発見された。間隔３６は、概して５００ミクロン未満であり、典型的には１００ミクロン未満である。
【００３５】
内側リング２２は、内側縁部２２ｃを担持する内側環状フランジ２２ｄを含む。内側フランジ２２ｄは、ウエハー３０の表面と接触する挟持表面２２ｅを有する。実際には、挟持表面２２ｅにより適用される挟持力は、最小であってよい。
内側フランジ２２ｄはさらに、挟持表面２２ｅとの関係において隆起した内側表面２２ｇを含む内側段部分２２ｆを含む。内側表面２２ｇは、ウエハー３０が挟持された場合、好適なギャップが存在してＲＦ結合をさらに削減し、これにより内側リング２２の浸食速度をさらに低減させるような形で隆起している。代表的な、ただし非限定的なギャップは、７０ミクロンである。内側表面２２ｇの半径方向の広がりは、典型的に約４００ミクロンである。
【００３６】
内側リング２２および外側リング２４は、同様に、内側リング２２の外側領域と外側リング２４の第１の上部表面２４ａとの間にギャップ３８が存在するような形で製造される。ギャップ３８は典型的に５００ミクロン未満である。ギャップ３８は、外側リングと内側リングの相対的運動に起因して存在するかもしれない粒子のレベルを低下させる。
【００３７】
炭化ケイ素のウエハーを処理するためにプラズマエッチングを用いて実験を実施した。
エッチングは、図１に示されたタイプのワンピースクランプリングを使用し、図２および３に示されている本発明のツーピースクランプアセンブリを用いて、実施した。ワンピースクランプリングおよびツーピースクランプアセンブリは、両方共アルミナから形成されている。
ワンピースクランプリングを用いて４０ＲＦ時間、そしてツーピースクランプアセンブリを用いて３０ＲＦ時間、エッチングを実施した。
エッチングプロセスの前後に、クランプリングおよびクランプアセンブリの寸法の光学的測定を行なった。
【００３８】
光学的測定の結果は、図４に見ることができる。
プロファイル４０はエッチング前のワンピースクランプリングに対応し；
プロファイル４２は、４０ＲＦ時間のエッチングの後のワンピースクランプリングに対応し；
プロファイル４４は、エッチング前のツーピースクランプアセンブリに対応し；
プロファイル４６は、３０ＲＦ時間のエッチング後のツーピースクランプアセンブリに対応する。
【００３９】
図４は、ワンピースクランプリングが、４０ＲＦ時間で２５個の完全ウエハーあたり直径約１ｍｍの速度で急速に浸食することを示している。
約２５個のウエハーをエッチングした後、ワンピースクランプリングを交換しなければならない。
クランプアセンブリの犠牲内側クランプリングの横方向浸食速度がほぼゼロまで低減されたことがわかる。
３０ＲＦ時間のエッチングの後、ツーピースクランプアセンブリの内径の変化は全く測定されなかった。
ちなみに、図４が、エッチング後のツーピースクランプアセンブリの高さおよび外径の増加をまさに示しているということが指摘される。これは、真の結果であり、クランプアセンブリ上のポリマー被着の集積に起因するものであると考えられている。
【００４０】
図４は、本発明が実質的に浸食速度を低減し、かくして犠牲内側クランプリングの寿命を延長させることができるということを示している。
ウエハー処理の物理的性質に起因して、チャンバ内には不揮発性生成物の実質的な集積が存在する。
クランプなどの部品を交換するためにチャンバを開放することで、チャンバ洗浄がひき起こされることになる。
したがって、クランプアセンブリの犠牲部品の寿命を延長させることにより、ＭＴＢＣは増大する。
【符号の説明】
【００４１】
１２    ＥＳＣ
１４    ワンピースクランプ
１６    ライナー
２０    クランプアセンブリ
２２    内側リング
２２ｄ    内側フランジ
２３ｅ    挟持表面
２２ｆ    内側段部分
２２ｇ    内側表面
２４    外側リング
２４ａ    第１の上部表面
２４ｂ    リム
２４ｃ    第２の上部表面
２４ｄ    傾斜面
２４ｅ    内側縁部
３０ａ    ウエハー
３０ｂ    キャリア
３２    静電チャック
３４    ライナー
３６    間隔
３８    ギャップ
【図１】
2016092418.tif 000003
【図２】
2016092418.tif 000004
【図３ａ】
2016092418.tif 000005
【図３ｂ】
2016092418.tif 000006
【図４】
2016092418.tif 000007