(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理チャンバー内のウェーハを支持する装置であって、
ウェーハを上に支持するための支持表面及び底部を有する支持本体と、
該支持本体内に該支持表面に近接して配置された少なくとも１つのＲＦ電極と、
該少なくとも１つのＲＦ電極の下に配置され、該支持本体の底部に取付けられた底部電極であって、該少なくとも１つのＲＦ電極と並列であり、該支持本体の該支持表面と実質的に等しい面積を有する該底部電極と、
該本体内に配置され、該少なくとも１つのＲＦ電極を該底部電極に接続する、複数の並列電気接点であって、該少なくとも１つのＲＦ電極の領域にわたって均等に分配された複数の並列電気接点と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記底部電極は約１２７〜約６３５μｍの厚さを有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記支持本体は複数の積重ねた層を備えた請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記底部電極を電気的に絶縁するため前記底側に取付けられた絶縁板をさらに備えた請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電気接点はモリブデン及びタングステンからなる群から選ばれる電導材料で充填された穴をさらに備えたバイアである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記底部電極は銅、モリブデンおよびタングステンからなるグループから選択された材料製である請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ウェーハを支持する装置を製作する方法であって、前記装置が支持本体と、少なくとも１つのＲＦ電極と、該電極に接続された複数の電気接点とを有し、
ウェーハを上に支持するための支持表面及び底部を有する前記支持本体を形成する段階であって、前記支持本体はその内部に配置された少なくとも１つのＲＦ電極を有する、前記段階と、
前記少なくとも１つのＲＦ電極に複数の並列電気接点を形成する段階であって、前記複数の並列電気接点は、前記支持本体の底部へ延び、前記少なくとも１つのＲＦ電極の領域にわたって均等に分配される、前記段階と、
底部電極を前記支持本体の底部に結合する段階であって、前記底部電極は該支持本体の該支持表面と実質的に等しい面積を有し前記複数の並列電気接点に電気的に結合される、前記段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記支持本体を形成する段階は、
硬化していないセラミックの複数の層を作り出すことと、
前記複数の層のスタックを形成することと、
前記層を硬化させることと、
を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電極を配置する段階は前記複数の層の少なくとも１つに電極パターンをプリントするスクリーンを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記電極パターンは前記層を硬化させる段階の前にプリントされたスクリーンである請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の均等に分配された並列電気接点を形成する段階は、
前記複数の層の選択されたものに複数の穴をあけ、前記スタックが形成される時に前記穴が整列されるようにすることと、
金属粉末を含むペーストで前記穴を充填することと、
前記層を積重ねることと、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記底部電極は薄板の金属製である請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記底部電極の下にセラミック絶縁板を取付ける段階をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
半導体処理チャンバー内のウェーハを支持する装置であって、
ウェーハを上に支持するための支持表面を有するセラミック本体を有するサセプターを備え、前記セラミック本体は、互いの頂部に積重ねられた複数の層と、前記セラミック本体内に埋め込まれた少なくとも１つのＲＦ電極と、該セラミック本体の該支持表面と実質的に等しい面積を有する銅、モリブデンまたはタングステンからなる群から選ばれる金属の、約１２７〜約６３５μｍの厚さを有する板製で、前記セラミック本体の底部に結合される底部板状電極であって、前記少なくとも１つのＲＦ電極の下に配置された前記底部板状電極と、前記ＲＦ電極内及び前記底部電極と前記ＲＦ電極の間に形成された複数の並列電気接点とを備え、前記電気接点はモリブデンとタングステンからなる群から選ばれる金属製であり、前記複数の並列電気接点は、前記少なくとも１つのＲＦ電極の領域にわたって均等に分配されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記サセプターの底側に取付けられた絶縁板をさらに備えた請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハ処理機器に関し、より詳細には、本発明はＲＦバイアス電極を有する静電気基板支持に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）の製造のための半導体ウェーハ処理システムは一般に真空チャンバーを含み、その内部には処理中ウェーハ支持が取付けられている。通常、ウェーハ支持は台に取付けられたサセプターを備えている。通常、台はアルミニウム等の金属製である。サセプターはポリマーの薄板製であってもよい。しかし、高温に適応させるため、通常、サセプターはアルミニウム酸化物またはアルミニウム窒化物等のセラミック材料製である。通常、サセプターはウェーハを加熱及び又は冷却する各種構成を含んでいる。サセプターはまたウェーハを締め付ける（つかむ）要素を含んでいてもよく、サセプター表面の固定位置にそれを保持する。そのような締め付けは機械的クランプまたは静電気的チャックのいずれかにより提供される。サセプターはまたウェーハにバイアス電圧を加える１以上の電極を備えていてもよい。そのようなバイアス電圧は直流（ＤＣ）バイアスまたは無線周波数（ＲＦ）バイアスであってもよい。ＲＦバイアスは、例えば、エッチングまたは堆積処理中にチャンバー内に存在するプラズマに電力を供給または電力を増加するために使用される。
【０００３】
図１は従来技術のウェーハ支持１００を描いている。ウェーハ支持１００では、台１０２はセラミックサセプター１０４を支持する。通常、サセプター１０４は、アルミナ、または、ブタジエン（合成ゴム）またはポリメチルメタクリル酸塩等の適切な有機結合剤を有するアルミニウム窒化物のセラミック粉末からなる「グリーンテープ（green tape）」の冷たい積層状の幾つかの層１０６i（例えば、層１０６1，１０６2・・１０６5）で作られている。電極パターン１０８は適当なグリーンテープ層にプリントされたスクリーンまたはステンシルであり、適切な有機結合剤と共にモリブデンまたはタングステン粉末で作られたインクまたはペーストを使用している。電極１０８とサセプター外部への結線１１２間の相互接続は、グリーンテープ層に穴をあけると共にスクリーンプリンティングマスクを通って同一または類似のタングステン／モリブデンペーストでそれらを充填してバイア１１０を形成することにより作られている。積層は高温で焼結され、セラミックを凝固させ、セラミックに埋め込まれた厚膜金属の電極１０８でモノリシックなサセプター１０４を形成する。焼結処理の間、有機結合剤は炭になり、ＣＯおよびＣＯ2として取り除かれる。
【０００４】
金属ペースト及びセラミック層１０６は通常、異なる温度で焼結され、したがって、焼結の間、不均一に縮む。十分に厳しい場合には、そのような収縮の不均一は薄層の激しい曲がり、歪みまたは割れを引き起こす。そのような問題を軽減するため、金属性インクまたはペーストは通常、セラミック粉末の大きな比率（容積で４０％まで）で混合され、焼結の間、周囲のセラミックの収縮作用に適応する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
問題を解決しようとする従来技術はより厚い電極を使用することを含んでいる。しかし、電極１０８の厚さは焼結処理により１０または１５ミクロンだけに限定される。金属電極が薄く壊れやすく作られている場合には、それらは容易に壊れ、取囲むセラミックの収縮のため何度も再形成される。したがって、歪みはセラミックを損傷するのに十分大きくなる前に消える。
【０００６】
そのため、結果として生じる電極１０８と相互接続のバイア１１０と結線１１２は大いに抵抗がある。高い抵抗は電極１０８がチャッキングまたはＤＣバイアスのためのＤＣ電極としてだけ役立つ場合の問題ではない。しかし、高い抵抗はＲＦバイアスのため電極１０８を使用することが望まれる時に問題となる。
【０００７】
通常の設計では、外側に電極１０８を接続するバイア１１２はサセプターの中央領域１１４に配置されているので、問題が発生する。薄く高い抵抗の電極はオーム抵抗のため高いインピーダンスを有するであろう。したがって、電極１０８に加えられる電力の大部分は熱として消えるであろう。したがって、チャンバーのプラズマに伝えられるＲＦ電力の効率は低い。これは５００から１５００ワットの電力レベルでプラズマにＲＦエネルギーを伝達するのに不適切である。その上さらに、電極１０８の領域上のＲＦ配電は不均一であり、ウェーハを横切るプラズマ温度を不均一にする。プラズマはホットスポットを発生し、プラズマ温度はより大きくなる。したがって、エッチング、堆積または他のプラズマ処理はウェーハの表面上で不均一となるであろう。したがって、所定のウェーハの多数のＩＣは使用不能にされ、それによりウェーハの歩留りを減少させる。
【０００８】
他の解決法はセラミックの層により分離された層の多数の薄いＲＦ電極を積重ねることを含んでいる。その後、ＲＦ電力は１つの電極層から次のものに容量結合される。これは金属構造の全体インピーダンスを減少させるが、容量結合を介して電力損失にも導く。その上さらに、それは電極の領域上の不均一なＲＦ配電の問題を解決しない。
【０００９】
そのため、当技術分野において、電極の領域上にＲＦ電力を均等に分配する低インピーダンスの電極構造を有する半導体処理システムのサセプター及びその製造方法の必要性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従来技術に関連した不利益は、サセプターの底部近傍でＲＦ電極と厚いロバスト電極の間の多数の並列電気接点を有するサセプターの本発明により克服される。厚いロバスト電極は低抵抗を有し、そのため、その領域上にＲＦ電力を均等に分配する。多数の並列電気接点はＲＦ電力がまたＲＦ電極の領域に渡って均等に分配されることを保証する。一般に、サセプターは、セラミック支持本体と、本体内に埋め込まれた少なくとも１つのＲＦ電極と、ＲＦ電極の下に配置されたロバスト電極と、ロバスト電極とＲＦ電極の間に延びる複数の電導バイアとを備えている。バイアはロバスト電極とＲＦ電極の領域上に実質上均等に分配された複数の地点の間に複数の並列電気接点を作る。ロバスト電極、ＲＦ電極及びバイアは通常、モリブデン、タングステンまたは銅等の金属製である。一般に、ロバスト電極は支持本体の底側に取付けられ、ＲＦ電極に実質上並列に配列されている。絶縁板は支持本体の底側に取付けられ、サセプターを支持する台からロバスト電極を電気的に絶縁する。
【００１１】
本発明のサセプターを製作する方法は、セラミック本体を形成する段階で始まる。本体はセラミックグリーンテープの複数の層を作り出すと共に互いの頂部に層を積重ねることにより形成される。１以上の電極は金属粉末を含むペーストを使用して層の選択したものに１以上の電極パターンをプリントするスクリーンによりセラミック本体内に埋め込まれる。複数のバイアは選択された層に穴をあけることにより形成され、層がその後共に積重ねられる時に近接の層の穴が整列されるようになっている。穴が金属粉末を含むペーストで充填された後、層は積重ねられる。積重ねた後、層は硬化され、セラミック本体を形成する。金属粉末は固められ、電極及びバイアを形成する。バイアはＲＦ電極の領域上に実質上均等に分配された複数の地点で複数の接点を形成する。
【００１２】
低抵抗を有するロバスト電極はセラミック本体の底部で他の電極の下に配置されている。ロバスト電極はバイアの露出端部に接合される。したがって、バイアはロバスト電極とサセプターの少なくとも１つのＲＦ電極の領域上に分配された複数の地点の間に複数の並列電気接点を形成する。
【００１３】
本発明のサセプターの低抵抗のロバスト電極とＲＦ電極への多数の並列電気接点はＲＦ電極の領域上にＲＦ電力のより均等な分配を提供する。これはより均等なプラズマ温度、したがって、より均等なウェーハ処理に導く。その上さらに、全体の構造は低インピーダンスを有し、したがって、ロバスト電極からＲＦ電極及びＲＦ電極からプラズマへ最小の電力損失で効率良くＲＦエネルギーを伝達する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のサセプター２０４を使用するウェーハ支持２００は図２に描かれている。例えば、ウェーハ支持は半導体ウェーハ処理システムの処理チャンバー２０１内に位置している。ウェーハ支持はサセプター２０４を支持する台２０２を備えている。通常、サセプターは、支持本体２０５と、ロバスト電極２１２と、ＲＦ電極２０８と、複数の電導バイア２１０とを備えている。電導バイア２１０はロバスト電極２１２とＲＦ電極２０８の間の並列電気接点を作る。例えば、支持本体２０５はアルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3またはアルミナ）、アルミニウム窒化物または同様の材料等のセラミック材料の複数の層２０６i（例えば、層２０６1，２０６2，２０６3，２０６4）を備えている。支持本体２０５は半導体ウェーハ（図示せず）等の基板を支持する支持表面２０７を備えている。支持表面２０７は平坦または基板を適切に支持するために必要なような輪郭であってもよい。その上さらに、支持表面２０７は裏面のガスを冷却するための溝または導管を備えていてもよい。
【００１５】
ロバスト電極２１２は支持本体２０５の底部２０９近傍に配置されている。ロバスト電極２１２は銅、モリブデンまたはタングステンの薄板のような低抵抗の金属製であるのが望ましい。ロバスト電極２１２は取扱いを容易にするのに十分厚いが、厚すぎないようにして、その側でプラズマから絶縁されないようにすべきである。ロバスト電極２１２のための適切な厚さの範囲は、ほぼ０．００５インチからほぼ０．０２５インチの間にある。代わりに、ロバスト電極２１２は層２０６4等のセラミック層２０６iの１つにプリントされたスクリーンまたはステンシルとすることができるが、支持本体２０５が焼結により十分に密度を高められた後だけでもよい。この状態では、収縮問題は未然に防げる。しかし、０．００５インチより厚い電極（１２５ミクロン）はスクリーンプリント処理の制限のため作るのが困難である。事実、ステンシルプリントは５０ミクロン以上の厚さが好適である。
【００１６】
図２に示された例では、ロバスト電極２１２はサセプター２０４の領域に実質的に一致する領域を有している。ロバスト電極２１２の下に配置された絶縁板２１４はロバスト電極を台２０２から電気的に絶縁する。絶縁板２１４は中央の開口部２１７を有し、ロバスト電極２１２とＤＣまたはＲＦ電源の間の接続を可能にする。
【００１７】
例えば、ＲＦ電極２０８は支持表面２０７に近接して配置され、層２０６1及び２０６2等の２つのセラミック層の間に配置されている。ＲＦ電極２０８はウェーハ支持表面２０７の基板にＲＦバイアス電圧を加えるために使用される。ＲＦ電極２０８はまた基板にＤＣバイアスを加えるために使用されてもよい。通常、ＲＦ電極はタングステンまたはモリブデン製である。明瞭のため、単一のＲＦ電極２０８だけが示されているが、本発明のサセプター２０４は如何なる数及び配列のＲＦ電極を含んでいてもよい。例えば、多数の並列ＲＦ電極はセラミックの層により分離されたお互いの頂部に積重ねられてもよい。代わりに、多数の電極は同一のセラミック層の間に並んで置かれてもよい。その上さらに、積重ねられ並んだ電極の幾つかの組合せが使用されてもよい。
【００１８】
ＲＦ電極に加えて、サセプターはまた抵抗ヒーター電極またはチャッキング電極等の如何なる数の他の電極を含んでいてもよい。後者は如何なる数のチャッキング電極及び単一極、二極、三極、互いに組合せた、帯状等を有する如何なるタイプのチャッキング電極構造を使用して実行されてもよい。同様に、如何なる数または配列のヒーター電極は単一のヒーター電極を有して使用されることができ、また２以上のヒーター電極が帯状加熱等のために使用されてもよい。代わりに、サセプターはヒーター電極のないチャックとして製作されてもよく、チャッキング電極のないセラミックヒーターとして製作されてもよい。チャッキング及び加熱電極は、モリブデン及びタングステン等の金属と、ＲＦ電極２０８のそれに同様の方法でプリントされたスクリーンとで作られているのが望ましい。
【００１９】
バイア２１０はＲＦ電極２０８とロバスト電極２１２に接続されている。バイア２１０は複数の接点２１８でＲＦ電極２０８と接触している。接点２１８はＲＦ電極２０８の領域を渡って実質上均等に分配されている。各バイア２１０は電導材料２１３で充填された１以上のセラミック層２０６iに穴２１１を備えている。各バイアの上端部２１５はＲＦ電極２０８に接続されている。各バイア２１０の下端部２１９はロバスト電極２１２に固着されている。図２はバイア２１０が互いに実質上幾何学的に平行であることを示している。製造は簡単であるが、バイアがロバスト電極２１２とＲＦ電極２０８の間で電気的に並列接続、すなわち、並んで接続されている限り、これは厳密には必要ではない。これらの均等に分配された電気的並列接続はＲＦ電極２０８の領域上にＲＦ電力を均等に分配する。
【００２０】
図２に描かれた本発明のサセプター２０４は図３のフロー図に示された本発明の方法３００により製作されることができる。その方法３００は段階３０１で始まる。段階３０２で、複数のまだ焼かれていないセラミックのグリーンテープが形成され、硬化していないセラミック層（層２０６i等）のスタックを形成するために使用されるであろう。硬化していないセラミック層のスタックは硬化により支持本体を形成する。グリーンテープはアルミニウム窒化物、または人工ゴム（ブタジエン）、ポリメチルメタクリル酸塩等の有機結合剤で混合されたアルミニウム酸化物のような粉末状セラミック、または同様の材料から作られ、薄板に鋳造する。段階３０４で、穴２１１は層の選択されたものにあけられる。穴２１１は層上に均等に分配され、多数の電気的に並列の電導バイアを供給する。穴２１１は連続する層にあけられ、グリーンテープが実質上積重ねられる時に穴２１１が整列するようになっている。穴２１１は層が積重ねられる前または後のいずれかに形成されてもよい。好ましくは、穴２１１は層２０６iが積重ねられる前にグリーンテープに形成される。
【００２１】
段階３０６で、穴２１１は電導材料、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属粉末を含むペーストで充填され、バイアを形成する。ペーストは穴２１１を完全に充填する。段階３０８で、電極（例えば、ＲＦ電極２０８）は支持本体内に埋め込まれる。例えば、ＲＦ電極２０８は選択されたグリーンテープでプリントされたスクリーンであってもよく、バイアを形成するために使用される同一の電導材料を使用する（すなわち、タングステンまたはモリブデンのペースト）。特に、１以上のＲＦ電極２０８は所望のチャッキングまたは加熱電極と共にプリントされたスクリーンである。
【００２２】
グリーンテープは段階３１０で互いの頂部に共に積み重ねられ、スタックを形成する。スタックは段階３１２において平圧印刷機で約１５０℃で押圧し、グリーンの薄層を製造する。
【００２３】
その後、グリーンの薄層は炉で加熱され、段階３１４で有機結合剤を取り除く。温度はこの段階の間、通常６００℃と８００℃の間である。焼結するこの段階は水素と分解したアンモニアの還元した雰囲気で行われてもよい。水蒸気は還元した雰囲気に吹き込まれ、酸素の部分圧力を制御し、結合剤を酸化し、この段階の間、電極の酸化を防止する。次に、段階３１６で、セラミック本体は１５００℃から１６００℃で焼結され、セラミック及び金属を固め、サセプターを形成する。
【００２４】
ロバスト電極２１２は段階３１８でセラミック本体２０５の底部２０９に取付けられている。ロバスト電極２１２は任意に、例えばニッケルで、電気めっきされ、それを腐食に対し保護することができる。ロバスト電極はスクリーンまたはステンシルプリンティングにより形成されることができる。例えば、金属粉末を含むペーストはバイア２１０の露出した下端部２１９上にプリントされたステンシルまたはスクリーンとすることができる。その後、本体２０５は還元された雰囲気で火をつけられ、粉末を密な金属構造に焼結し、同時に、ロバスト電極２１２をバイア２１０に結合する。通常、ペーストはガラス粉末（フリット）の体積の１０と３０％の間で加えられ、セラミックへの付着力を得る。通常、燃焼はペーストを含むタングステンとモリブデンのため約１６００℃から１８００℃の間の温度で起こる。ペーストを含む銅は約９００℃で焼結される。
【００２５】
好適な実施例では、バイア２１０の端部２１９は銅またはニッケルでめっきされ、ロバスト電極２１２はモリブデン、銅またはタングステンの薄板から作られている。ロバスト電極はバイア２１０のニッケルめっきされた端部２１９に蝋付けすることにより支持本体２０５の底部２０９に取付けられる。これをするため、選択された蝋付け結合（例えば、銅−銀合金または金−錫合金）または鉛−錫半田はバイア２１０の端部２１９を覆い、複数の半田点を形成する。その後、半田または蝋付けは、ロバスト電極２１２がこれらの半田点に触れている間、溶解またはリフローされる。ロバスト電極２１２を多くのものに結合して、バイア２１０のよく拡散した端部２１９は、次の取扱い及び組立て動作の間、ロバスト電極２１２を堅固に保持するのに十分である。したがって、ロバスト電極２１２を支持本体２０５のセラミックに結合する必要はない。
【００２６】
ロバスト電極と取りつけた後、絶縁板２１４は段階３２０で支持本体２０５の底部２０９に取付けられている。取付けはボルト締め等の機械的手段で成し遂げられる。代わりに、絶縁板はガラスシール、拡散結合等により取付けられることができる。その後、段階３２１でその方法は終了する。
【００２７】
結果として生じたセラミックサセプター２０４は、ＲＦ電力の基板への優れた伝達および基板を横切るＲＦ電力の従来技術の電極構造より均一な分配を示す電極構造を組込んでいる。均一な配電はより均一なウェーハ処理に導き、欠陥あるウェーハをほとんどなくする。したがって、生産性がより向上し、ウェーハ当たりのコストが低減され、収益性が向上する。
【００２８】
本発明は多数の並列電気接点の均等な分配に関して説明されているが、ＲＦ電極の領域を横切るＲＦ電力の均等な分配のために供給されるＲＦ電極の領域上の多数の並列電気接点は本発明の範囲内にあると考えられる。
【００２９】
本発明の教示を組込んだ各種実施例が示され、ここに詳細に説明されているが、当業者であればこれらの教示をさらに組込んだ多くの他の変更した実施例を容易に発明することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の典型的なセラミックサセプターを描いている。
【図２】本発明のサセプターを用いるウェーハ支持を描いている。
【図３】本発明のサセプターを作る方法のフロー図である。
【符号の説明】
２００          ウェーハ支持
２０１          処理チャンバー
２０２          台
２０４          サセプター
２０５          支持本体
２０６          層
２０７          支持表面
２０８          ＲＦ電極
２１０          バイア
２１１          穴
２１２          ロバスト電極
２１４          絶縁板
２１８          接点
【図１】
0004850992.tif 000002
【図２】
0004850992.tif 000003
【図３】
0004850992.tif 000004