(57)【要約】  本発明の実施形態は、概して、上に保護コーティングを有する加熱された基板支持体に関する。保護コーティングは、純粋なイットリア又は主にイットリアの合金から形成される。保護コーティングは、基板支持体のヒータプレートに拡散接合される。２つの別個のケイ素含有層が、拡散接合の結果として、ヒータプレートと保護コーティングの間に形成される。【選択図】図１
2017508891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステムと、
前記ステムに連結されたヒータプレートと、
前記ヒータプレート上に配置された、ケイ素を含む第一の層と、
前記第一の層の上に配置された、ケイ素を含み、前記第一の層と異なる第二の層と、
前記第二の層の上に配置された、イットリア又は主にイットリアを含む第三の層と
を備える基板支持体。
【請求項２】
前記ヒータプレートが、窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載の基板支持体。
【請求項３】
前記第一の層が、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３を更に含む、請求項２に記載の基板支持体。
【請求項４】
前記第二の層が、Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７を更に含む、請求項３に記載の基板支持体。
【請求項５】
前記第三の層が、約１００ミクロンから約２ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の基板支持体。
【請求項６】
ヒータプレートを保護する方法であって、
ケイ素を含む第一の層を、イットリア又は主にイットリアを含むプレートの表面上に堆積させることと、
前記第一の層及び前記プレートを前記ヒータプレート上に置き、前記第一の層が前記ヒータプレート上に配置されることと、
拡散接合によって前記プレートを前記ヒータプレートに結合することと
を含む方法。
【請求項７】
前記第一の層が、二酸化ケイ素を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の層が、化学気相堆積によって前記プレート上に堆積される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ヒータプレートが、窒化アルミニウムを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記拡散接合が、前記プレート、前記第一の層及び前記ヒータプレートを、約３時間の間、摂氏約１０００度から１６００度に加熱することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記プレート、前記第一の層及び前記ヒータプレートを、約３時間の間、摂氏約１０００度から１６００度に加熱した後に、前記ヒータプレート上に第二の層を形成し、前記第二の層の上に第三の層を形成し、前記プレートが前記第三の層の上に配置されることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プレートが、前記ヒータプレートに結合する前に、約２ｍｍから約５ｍｍの厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記プレートが、前記ヒータプレートに結合した後に、約１００ミクロンから約２ｍｍの厚さを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の層が、約１ミクロンから約２０ミクロンの厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記プレートの前記ヒータプレートへの前記拡散接合が、前記プレート及び前記ヒータプレートを加熱及び冷却することを含み、加熱及び冷却速度が、毎分摂氏約０．１度から毎分摂氏約２０度の範囲である、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本発明の実施形態は、概して、加熱された基板支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  電子デバイス及び微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）の製造において用いられるプロセスチャンバ及びプロセスチャンバ内にある部品は、アルミニウム、及び窒化アルミニウムなどのアルミニウム含有材料からしばしば作られる。しかしながら、部品は、プロセスチャンバの内部を洗浄するためにしばしば用いられるハロゲン含有洗浄プラズマ及びガスからの浸食を受けやすい。浸食は、プロセスチャンバ部品の耐用期間を短縮させ、加えて、望ましくない欠陥と汚染を処理環境中に導入する。加熱された基板支持体が処理される基板と直接に接触し、ウェハの熱均一性、膜堆積速度、及び密度に影響を及ぼすため、加熱された基板支持体の浸食は、特に重要である。また、高い温度、及びチャンバの内側表面上に再堆積するフッ化アルミニウムの容易な形成が、基板に粒子と汚染を導入する可能性を増大させることによっても、加熱された基板支持体の浸食は、特に重要である。
【０００３】
［０００３］  それ故、浸食をより受けにくい加熱された基板支持体に対する必要性が、当技術分野において存在する。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］  本発明の実施形態は、概して、上に保護コーティングを有する加熱された基板支持体に関する。保護コーティングは、純粋なイットリア又は主にイットリアの合金から形成される。保護コーティングは、基板支持体のヒータプレートに拡散接合される。２つの別個のケイ素含有層が、拡散接合の結果として、ヒータプレートと保護コーティングの間に形成される。
【０００５】
［０００５］  一実施形態において、基板支持体が開示される。基板支持体は、ステム、ステムに連結されたヒータプレート、及びヒータプレート上に配置された第一の層を含む。第一の層は、ケイ素を含む。基板支持体は、第一の層上に配置され、ケイ素を含み、第一の層とは別個の第二の層、及び第二の層上に配置され、イットリア又は主にイットリアを含む第三の層を更に含む。
【０００６】
［０００６］  他の実施形態において、ヒータプレートを保護する方法が開示される。本方法は、イットリア又は主にイットリアを含むプレートの表面上に、ケイ素を含む第一の層を堆積させることと、第一の層及びプレートをヒータプレート上に置くことであって、第一の層がヒータプレート上に配置される、置くことと、プレートをヒータプレートに拡散接合によって結合することと、を含む。
【０００７】
［０００７］  本発明の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の幾つかが、添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って、発明の範囲を限定すると見なすべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による、化学気相堆積チャンバの概略断面図である。
【図２】一実施形態による、ヒータプレート上に保護コーティングを形成する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［００１０］  理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指定するのに、同一の参照番号を使用した。一つの実施形態に開示される要素は、明確な詳述がなくても、他の実施形態で有益に利用され得ることが意図される。
【００１０】
［００１１］  本発明の実施形態は、概して、上に保護コーティングを有する加熱された基板支持体に関する。保護コーティングは、純粋なイットリア又は主にイットリアの合金から形成される。保護コーティングは、基板支持体のヒータプレートに拡散接合される。２つの別個のケイ素含有層が、拡散接合の結果として、ヒータプレートと保護コーティングの間に形成される。
【００１１】
［００１２］  図１は、本発明の一実施形態による、化学気相堆積システム１００の概略断面図である。システム１００は、概して、前駆体供給部１５２に連結された化学気相堆積チャンバ１０３を含む。化学気相堆積チャンバ１０３は、側壁１０６、底部１０８、及びリッドアセンブリ１１０を有し、これらは、化学気相堆積チャンバ１０３内部の処理容積又は領域１１２を画定する。処理領域１１２は、化学気相堆積チャンバ１０３の中への及び化学気相堆積チャンバ１０３から外への基板の移動を容易にする、側壁１０６のポート（図示せず）を通って通常アクセスされる。側壁１０６及び底部１０８は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は処理と適合する他の材料から通常製造される。側壁１０６は、リッドアセンブリ１１０を支持し、リッドアセンブリ１１０は、様々なポンピング部品（図示せず）を含む排気システムに処理領域１１２を連結するポンピングプレナム１１４を包含する。側壁１０６、底部１０８、及びリッドアセンブリ１１０が、チャンバ本体１０２を画定する。
【００１２】
［００１３］  ガス吸入導管又はパイプ１４２が、チャンバ本体１０２の中央リッド領域の入口ポート又は吸入口１８０の中に伸び、種々のガス源に接続される。前駆体供給部１５２が、堆積中に用いられる前駆体を含有する。前駆体は、ガスであってもよいし、液体であってもよい。用いられる特定の前駆体は、基板上に堆積されるべき材料に依存する。プロセスガスが、吸入パイプ１４２を通って吸入口１８０へ、その後チャンバ１０３内へ流れる。電子的に動作するバルブ及び流量制御機構１５４が、ガス供給から吸入口１８０へのガスの流れを制御する。
【００１３】
［００１４］  第二のガス供給システムもまた、吸入パイプ１４２を通ってチャンバに接続される。第二のガス供給システムは、１つ以上の化学気相堆積プロセスがチャンバ内で実施された後に、チャンバの内部を洗浄する、例えば、堆積された材料を除去するために用いられるガス又はプラズマを供給する。幾つかの状況においては、第一のガス供給と第二のガス供給が、結合され得る。
【００１４】
［００１５］  第二のガス供給システムは、三フッ化窒素又は六フッ化硫黄などの洗浄ガス（又は液体）源１６４、化学気相堆積チャンバの外部に、ある距離を置いて置かれている遠隔プラズマ源１６６、電子的に動作するバルブ及び流量制御機構１７０、並びに遠隔プラズマ源を化学気相堆積チャンバ１０３に接続する導管又はパイプ１７７を含む。そのような構成は、チャンバの内部表面が遠隔プラズマ源を用いて洗浄されることを、可能にする。
【００１５】
［００１６］  第二のガス供給システムはまた、酸素又は搬送ガスなどの、１つ以上の追加のガス（又は液体）の１つ以上の源１７２を含む。追加のガスは、別のバルブ及び流量制御機構１７３を通って遠隔プラズマ源１６６に接続される。搬送ガスは、遠隔プラズマ源で生成された反応種の堆積チャンバへの輸送を補助し、それが用いられている特定の洗浄プロセスと適合する任意の非反応性ガスであってよい。例えば、搬送ガスは、アルゴン、窒素、又はヘリウムであってよい。搬送ガスはまた、洗浄プロセスを補助することもあるし、化学気相堆積チャンバ内でプラズマを発生させる及び／又は安定させるのに役立つこともある。
【００１６】
［００１７］  任意選択で、流量制限器１７６が、パイプ１７７に設けられる。流量制限器１７６は、遠隔プラズマ源１６６と堆積チャンバ１０３の間の経路中の任意の場所に置くことができる。流量制限器１７６は、遠隔プラズマ源１６６と堆積チャンバ１０３の間に圧力差が設けられるのを可能にする。流量制限器１７６は、ガスとプラズマの混合物が、遠隔プラズマ源１６６を出て、堆積チャンバ１０３に入るときに、ガスとプラズマの混合物のミキサとしても働き得る。
【００１７】
［００１８］  バルブ及び流量制御機構１７０は、ユーザが選択した流量で、ガスを源１６４から遠隔プラズマ源１６６の中に供給する。遠隔プラズマ源１６６は、誘導結合された遠隔プラズマ源などの、ＲＦプラズマ源であってもよい。遠隔プラズマ源１６６は、源１６４からのガス又は液体を活性化させ、反応種を形成し、反応種は、その後、導管１７７及び吸入パイプ１４２を通って、吸入口１８０を通って堆積チャンバ内に流される。従って、吸入口１８０は、反応種を化学気相堆積チャンバ１０３の内部領域に供給するのに用いられる。
【００１８】
［００１９］  リッドアセンブリ１１０は、処理領域１１２に上方境界を与える。リッドアセンブリ１１０は、中央リッド領域１０５を含み、そこに吸入口１８０が画定される。リッドアセンブリ１１０は、化学気相堆積チャンバ１０３を補修するために、取り除く又は開けることができる。一実施形態において、リッドアセンブリ１１０は、アルミニウム（Ａｌ）から製造される。リッドアセンブリ１１０は、その中に形成され、外部ポンピングシステム（図示せず）に連結されたポンピングプレナム１１４を含む。ポンピングプレナム１１４は、ガス及び処理副生成物を処理領域１１２から且つ化学気相堆積チャンバ１０３から外へ均一に導くために利用される。
【００１９】
［００２０］  ガス分配アセンブリ１１８が、リッドアセンブリ１１０の内側１２０に連結される。ガス分配アセンブリ１１８は、ガス分配プレート１５８内に貫通孔領域１１６を含み、そこを通って、遠隔プラズマ源によって生成された反応種及び化学気相堆積用の処理ガスを含むガスが、処理領域１１２に供給される。ガス分配プレート１５８の貫通孔領域１１６は、ガス分配アセンブリ１１８を通って処理領域１１２の中に至るガスの均一な分配を提供するように構成される。
【００２０】
［００２１］  ガス分配プレート１５８は、通常、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化アルミ、ニッケル（Ｎｉ）又は他のＲＦ導電性材料から製造される。ガス分配プレート１５８は、基板処理に悪影響を与えないように十分な平坦性と均一性を維持する厚さで構成される。一実施形態において、ガス分配プレート１５８は、約１．０インチから約２．０インチの間の厚さを有する。
【００２１】
［００２２］  吸入口１８０に加えて、チャンバ本体１０２は、任意選択で、遠隔プラズマ源からの反応種を供給する第二の吸入口１８２を含んでもよい。遠隔プラズマ源は、吸入口１８０を通ってガス分配アセンブリ１１８を経由して処理領域に反応種を供給するのと同じ遠隔プラズマ源１６６であってもよい。第二の吸入口１８２は、ガス分配アセンブリ１１８を迂回しながら、反応種を遠隔プラズマ源からチャンバ１０３の処理領域１１２の中に供給するように構成される。換言すると、第二の吸入口１８２によって供給される反応種は、ガス分配アセンブリ１１８の貫通孔のあいたガス分配プレート１５８を通過しない。第二の吸入口１８２は、ガス分配プレート１５８と基板支持体１２４の間などの、ガス分配アセンブリ１１８の下方のチャンバ本体１０２の側壁１０６に置かれ得る。遠隔プラズマ源から第二の吸入口１８２へのガスライン１８４は、反応種を遠隔プラズマ源から第二の吸入口１８２を通ってチャンバ１０３の処理領域１１２に供給する。そのような実施形態において、ダイバータ１１９が遠隔プラズマ源からの導管１７７に設けられる。ダイバータ１１９は、遠隔プラズマ源１６６からの反応種の第一の部分が、ダイバータ１１９とチャンバ１０３の間のパイプ１４２を経由してチャンバ１０３の第一の吸入口１８０に向けられ、遠隔プラズマ源からの反応種の第二の部分が、ダイバータ１１９とチャンバ１０３の間のライン１８４を経由してチャンバの第二の吸入口１８２に向けられることを可能にする。
【００２２】
［００２３］  温度制御された基板支持体アセンブリ１３８が、チャンバ１０３内の中央に配置される。支持体アセンブリ１３８は、処理中に基板１４０を支持する。一実施形態において、基板支持体アセンブリ１３８は、少なくとも一つの埋め込まれたヒータ１３２を封入するアルミニウム又は窒化アルミニウム本体を有する基板支持体１２４を含む。支持体アセンブリ１３８の中に配置された、抵抗エレメントなどのヒータ１３２が、任意選択の電源１７４に接続され、支持体アセンブリ１３８及びその上に位置決めされた基板１４０を既定の温度に制御可能に加熱する。
【００２３】
［００２４］  一般に、支持体アセンブリ１３８は、下面１２６と上面１３４を備える基板支持体１２４を有する。上面１３４は基板１４０を支持する。下面１２６には、ステム１４２が連結されている。ステム１４２は、（図示されている）上昇した処理位置と、化学気相堆積チャンバ１０３への及び化学気相堆積チャンバ１０３からの基板移送を容易にする下降した位置との間で支持体アセンブリ１３８を移動させるリフトシステム（図示せず）に、支持体アセンブリ１３８を連結する。加えて、ステム１４２は、支持体アセンブリ１３８とシステム１００の他の部品との間の電気リード線及び熱電対リード線用の導管を提供する。
【００２４】
［００２５］  ベローズ１４６が、支持体アセンブリ１３８（又はステム１４２）と化学気相堆積チャンバ１０３の底部１０８との間に連結される。ベローズ１４６は、支持体アセンブリ１３８の垂直移動を容易にすると同時に、処理領域１１２と化学気相堆積チャンバ１０３の外部の雰囲気との間の真空シールを提供する。
【００２５】
［００２６］  リッドアセンブリ１１０と基板支持体アセンブリ１３８の間に配置されたガス分配アセンブリ１１８（又はチャンバのリッドアセンブリの中に若しくは近くに配置された他の電極）に、電源１２２によって供給されるＲＦ電力が、支持体アセンブリ１３８とガス分配アセンブリ１１８の間の処理領域１１２に存在するガスを励起させ得るように、支持体アセンブリ１３８は、一般に、接地される。加えて、支持体アセンブリ１３８は、取り囲んでいるシャドウフレーム１４８を支持する。一般に、シャドウフレーム１４８は、基板１４０のエッジ及び支持体アセンブリ１３８での堆積を防止し、それにより、基板は支持体アセンブリ１３８に付着しない。支持体アセンブリ１３８は、複数のリフトピン１５０を受け入れる、それを通って配置された複数の孔１２８を有する。
【００２６】
［００２７］  図２Ａ及び図２Ｄは、一実施形態による、基板支持体２１０を覆う保護コーティング２０２を形成する方法を示す。基板支持体２１０は、窒化アルミニウムを含むヒータプレートであり得る。保護コーティング２０２は、図２Ａに示されるように、セラミック焼結法を用いて予め作製されたプレートであり得る。プレート２０６は、純粋なイットリア又はＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３などの主にイットリア系の材料を含み得る。純粋なイットリア及びイットリア系の材料が選択される理由は、これらの材料が、窒化アルミニウムよりもはるかに良好なプラズマ耐食性を示すからである。イットリア又はイットリア系の材料を含む保護コーティング２０２を有することは、フッ化アルミニウムの形成を著しく減少又は除去し、ヒータの寿命も大いに延ばすであろう。しかしながら、イットリア系の材料が窒化アルミニウムのヒータプレートに付着することは、問題のあることがわかった。ヒータの十分な熱サイクルの後に、イットリアが剥がれ落ちて、プロセスチャンバ内に新たな汚染を導入し、窒化アルミニウムのヒータプレートを洗浄剤に露出させ得る。イットリア系の材料を窒化アルミニウムのヒータプレートに拡散接合することは、イットリア系の材料と窒化アルミニウムのヒータプレートの間により強い結合を作り出すことが、見出された。
【００２７】
［００２８］  イットリア系のプレート２０２を形成するとき、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３材料に対して、開始原料粉末は、主に、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３を伴ったＹ２Ｏ３であり、最終焼結相は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）及びＹ２−ｘＺｒｘＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）である。開始粉末の組成は、Ｙ２Ｏ３７６．９ｗｔ％，ＺｒＯ２ １５．４ｗｔ％及びＡｌ２Ｏ３ ７．７ｗｔ％であり得る。プレート２０２は、窒化アルミニウムのヒータプレートと同じ直径を有し得る。イットリア系のプレート２０２は、約２ｍｍから約５ｍｍの厚さを有してよく、第一の表面２０４及び第二の表面２０６を有する。第二の表面２０６は、１０マイクロインチ未満の表面粗さで研磨され得る。第一の表面２０４は、焼結された状態に維持され得る。次に、図２Ｂに示されるように、ケイ素含有層２０８が、プレート２０２の第二の表面２０６上にコーティングされる。ケイ素含有層２０８は、二酸化ケイ素を含み得、約１ミクロンから約２０ミクロンの厚さを有し得る。ケイ素含有層２０８は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、スクリーン印刷などの任意の適切な方法を用いて、第二の表面２０６上に形成され得る。
【００２８】
［００２９］  次に、図２Ｃに示されるように、ヒータプレート２１０の上面２０９が、１０マイクロインチ未満の表面粗さで研磨され、ケイ素含有層２０８及びプレート２０２が、研磨された面２０９上に置かれる。ヒータプレート２１０の中には、リフトピン孔、ドット及び／又はシールバンドが、すでに形成されていてもよい。ケイ素含有層２０８は、研磨された面２０９と接触している。その後、ヒータプレート２１０、ケイ素含有層２０８及びプレート２０２が、窒素保護雰囲気中で約３時間、摂氏１０００度から摂氏１６００度の範囲の温度、例えば摂氏約１４００度、に加熱される。二酸化ケイ素などのケイ素含有層２０８が、イットリア系のプレート２０２を窒化アルミニウムのヒータプレート２１０に拡散接合するために選択される理由は、二酸化ケイ素が、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムと反応し、摂氏約１４００度の温度で液相を形成するからである。液相は、イットリア系のプレート２０２及び窒化アルミニウムのヒータプレート２１０の中に拡散し、図２Ｄに示されるように、界面層２１２、２１４が、冷却後に形成され得る。加熱／冷却速度は、毎分摂氏約０．１度から毎分摂氏約２０度の範囲である。界面層２１２、２１４は、イットリア系のプレート２０２を窒化アルミニウムのヒータプレート２１０にしっかりと結合するであろう。界面層２１２、２１４の両方が、ケイ素を含有し得る。一実施形態において、界面層２１２は、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３であり、界面層２１４は、Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７である。
【００２９】
［００３０］  イットリア系のプレート２０２は、窒化アルミニウムのヒータプレート２１０に拡散接合された後に、機械加工及び／又は研磨され、ドット、シールバンド、リフトピン孔などの必要な表面特徴部を形成する。拡散接合されたイットリア系のプレート２０２の厚さは、ヒータ性能の要求に応じて、約１００ミクロンから約２ｍｍであり得る。
【００３０】
［００３１］  要約すると、窒化アルミニウムのヒータプレート上に拡散接合された純粋なイットリアの又はイットリアを主成分とするプレートは、プラズマ耐性性能を著しく改善し、ヒータの寿命を延ばし、チャンバ性能を改善する。
【００３１】
［００３２］  上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の及び更に別の実施形態を考え出すこともでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2017508891.tif 000003
【図２】
2017508891.tif 000004
【国際調査報告】
2017508891.tif 000005
2017508891.tif 000006