(57)【要約】  本開示の実施形態は、半導体デバイスを製造するために処理チャンバ内で使用するための、改良された静電チャックに関する。一実施形態では、処理チャンバは、内部に画定された処理領域を有するチャンバ本体と、処理領域内に配置された静電チャックとを含む。静電チャックは、複数のメサがその上に配置されている支持面と、静電チャック内に配置された１つ以上の電極と、複数のメサを覆って支持面上に堆積されたシーズニング層とを含む。支持面は、アルミニウム含有材料から作られる。１つ以上の電極は、基板を支持面に静電的に固定するための静電荷を形成するように構成される。シーズニング層は、基板が支持面に静電的に固定されるときに、基板に緩衝性支持を提供するように、構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理領域を画定するチャンバ本体、ならびに
前記処理領域内に配置された静電チャックであって、
アルミニウム含有材料から作られた支持面であって、その上に複数のメサが配置されている支持面、
前記静電チャック内に配置された１つ以上の電極、および
前記支持面上に堆積され、前記複数のメサを覆って広がるシーズニング層であって、炭素がドープされているシーズニング層、
を備える静電チャック、
を備える処理チャンバ装置。
【請求項２】
前記シーズニング層が、窒化ケイ素材料、炭窒化ケイ素材料、酸炭化ケイ素材料、酸化ケイ素材料、および窒素ドープ炭素材料のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シーズニング層の誘電率が、３から１２の間である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記シーズニング層が、１００ｎｍから２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のメサの各々が、０．２５ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
内部に処理領域を画定するチャンバ本体と、
前記処理領域内に配置された静電チャックであって、１Ｅ＋６Ω・ｃｍから１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの間の体積抵抗率を有する材料を含む静電チャックと、
を備える処理チャンバ装置。
【請求項７】
複数のメサを覆って支持面上に堆積された非晶質炭素のシーズニング層を、さらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項８】
前記シーズニング層が、１００ナノメートルから２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項８に記載の装置。
【請求項９】
静電チャック上にシーズニング層を形成する方法であって、
セ氏５００度を超える温度に処理チャンバの処理領域を加熱することと、
１種以上の前駆体ガスを前記処理領域内に導入することと、
前記１種以上の前駆体ガスで前記処理領域内にプラズマを励起することと、
前記プラズマを利用した化学気相堆積プロセスによって前記静電チャック上にシーズニング層を堆積させることと、
炭素含有前駆体ガスを使用して前記シーズニング層に炭素をドープして、前記シーズニング層の誘電率を３から１２の間で得ることと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記シーズニング層にドープされた炭素の含有量を調節して、前記シーズニング層を通る電流リークを最小限に抑えることを、さらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記シーズニング層が、窒化ケイ素材料、炭窒化ケイ素材料、酸炭化ケイ素材料、酸化ケイ素材料、および窒素ドープ炭素材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記シーズニング層が、１００ｎｍから２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記１種以上の前駆体ガスが、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、およびトリメチルシラン（ＴＭＳ）のうちの少なくとも１つを含むケイ素前駆体ガスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記１種以上の前駆体ガスが、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、ヘキサン、ヘキサン、イソプレン、およびブタジエンのうちの少なくとも１つを含む炭素前駆体である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記１種以上の前駆体ガスが、ピリジン、脂肪族アミン、アミン、ニトリル、およびアンモニアのうちの少なくとも１つを含む窒素前駆体である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の実施形態は、一般に、基板支持体および半導体デバイス製造において基板支持体を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］静電チャックは、例えば、基板上への膜層の堆積、基板上の膜層のエッチング、基板へのイオンの注入、および他のプロセスの間、半導体基板を基板支持体に保持するために、一般に使用される。静電チャックは、基板と静電チャックとの間に引力を発生させることによって、基板をそれにチャッキングする。チャッキング電圧が、静電チャック内の１つ以上の電極に印加されて、基板および電極内に反対極性の電荷を誘起させる。反対の電荷は、基板と静電チャックを共に引っ張り、したがって、基板を所定の位置に固定する。
【０００３】
［０００３］モバイル・コンピューティングおよびデータ・センターの増大する需要は、より大容量で、より高性能のＮＡＮＤフラッシュ技術の必要性を促し続けている。プレーナＮＡＮＤ技術が実用的なスケーリング限界に近づくにつれ、ＮＡＮＤフラッシュメモリは、プレーナ構成から垂直構成（Ｖ‐ＮＡＮＤ）に移行して来た。この垂直構成では、メモリデバイスは、著しく高いメモリセル密度で基板上に形成される。三次元（３Ｄ）半導体チップの製造では、多くの場合、段状の構造を利用して、複数の相互接続構造を形成できるので、垂直トランジスタデバイスの高密度化が可能となる。
【０００４】
［０００４］これらの次世代デバイスに対する１つの要望は、より高いスループット、ならびに処理された各メモリデバイス基板からの、より良好なデバイス歩留まりおよび性能を達成することである。将来の世代のＮＡＮＤおよびＤＲＡＭデバイスは、より多くの積み重ねられた酸化物、窒化物および／またはポリシリサイド層を利用するであろう。これらの異なる材料が、互いに積み重ねられるので、それらの異なる熱膨張係数は、３００ｍｍ基板において３００ｕｍ以上のオーダーのワープまたはボウの反りを基板に生じさせることができる。ボウを有する基板を基板処理中、平らにするのに十分なクランプ力がなければ、基板全体にわたって均一な温度を維持することが困難になり、したがって、基板全体にわたって均一なプロセス結果を達成することが困難になる。ボウを有する基板をチャッキングするためには、大きなチャッキング力が必要である。しかしながら、大きなチャッキング力の結果として、基板が接触する静電チャックの部分と直接接触する場所での、チャッキング中およびチャッキング後の熱膨張の結果、基板が損傷する可能性がある。
【０００５】
［０００５］したがって、基板処理中に裏面損傷を伴わずに基板を固定するための改良された静電チャックが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］一実施形態では、処理チャンバは、内部に画定された処理領域を有するチャンバ本体と、処理領域内に配置された静電チャックとを含む。静電チャックは、複数のメサがその上に配置されている支持面と、静電チャック内に配置された１つ以上の電極とを備える。シーズニング層が、複数のメサの上を含む、支持面上に堆積され、炭素がドープされている。
【０００７】
［０００７］別の実施形態では、処理チャンバは、内部に画定された処理領域を有するチャンバ本体と、処理領域内に配置された静電チャックとを含む。静電チャックは、約１Ｅ＋６Ω・ｃｍから約１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの間の抵抗率を有する材料を含む。
【０００８】
［０００８］さらに別の実施形態では、静電チャック上にシーズニング層を形成する方法が開示される。この方法は、セ氏５００度を超える温度に処理領域を加熱することと、１種以上の前駆体ガスを処理領域内に、ある時間間隔の間、導入することと、１種以上の前駆体ガスで処理領域内にプラズマを励起することと、プラズマを利用する化学気相堆積プロセスによって静電チャック上にシーズニング層を堆積させることと、炭素含有前駆体ガスを使用してシーズニング層に炭素をドープして、シーズニング層の誘電率を３から１２の間に調整することと、を含む。
【０００９】
［０００９］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって得ることができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示し、したがって、範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態による、静電チャックを内部に有する処理チャンバの簡略化した正面断面図を示す。
【図２】本開示の一実施形態による、処理中に静電チャック上に配置されている基板を示す、図１の処理チャンバの簡略化した正面断面図を示す。
【図３】本開示の一実施形態による、図１の静電チャックの拡大正面断面図を示す。
【図４】本開示の一実施形態による、静電チャック上にシーズニング層を形成する方法のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［００１４］理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素は、可能であれば同一の参照番号を使用して示してある。一実施形態で開示された要素および特徴は、特定の記述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。
【００１２】
［００１５］本開示の実施形態は、半導体デバイスを製造するために処理チャンバ内で使用するための、改良された静電チャックに関する。一実施形態では、処理チャンバは、内部に画定された処理領域を有するチャンバ本体と、処理領域内に配置された静電チャックとを含む。静電チャックは、複数のメサがその上に配置されている支持面と、静電チャック内に配置された１つ以上の電極と、複数のメサを覆って支持面上に堆積されたシーズニング層とを含む。支持面は、アルミニウム含有材料から作られる。１つ以上の電極は、基板を支持面に静電的に固定するための静電荷を形成するように構成される。シーズニング層は、基板が支持面に静電的に固定されるときに、基板に緩衝性支持を提供するように、構成される。
【００１３】
［００１６］一実施形態では、１種以上の前駆体ガスを使用して、シーズニング層が、静電チャックの支持面上に堆積される。静電チャックを高温で作動させたときに、シーズニング層は、静電チャックからの電流リークを抑制する。処理チャンバ内の炭素含有前駆体ガスの量を変化させることによって、シーズニング層内にドープされる炭素の量を調整することができる。シーズニング層内の炭素濃度の調整は、静電チャック上に基板をチャッキングするために十分な電荷をトラップしながら、静電チャック上の複数のメサとの直接接触およびメサ上での移動から生じる損傷から基板を保護する。シーズニング層を準備し、ドープする方法もまた開示される。
【００１４】
［００１７］別の実施形態では、静電チャック材料が、２つの方法のいずれかで改変される。複数のメサの各々の上面を含む、基板に接触する静電チャックの上面が、０．２５ミクロン未満の表面粗さまで研磨され、および／または、著しく多くの数のメサが、静電チャックの上面に分配される。これは、静電チャックとの基板の接触表面積の増加を可能にし、したがって、同じチャッキング力に対して、メサと基板との間の各接触領域における接触力を減少させる。あるいは、静電チャックは、約１Ｅ＋６Ω・ｃｍ〜約１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの高い体積抵抗率を有する材料を含み、複数のメサの各々の上面を含む、基板との接触面が、非晶質炭素の層でシーズニングされる。より低いチャッキング電圧で基板を静電チャックに固定できるように、高抵抗率材料は、電流リークを防止または大幅に減少させる。チャッキング電圧の低下は、基板と複数のメサとの間の接触力を減少させ、その結果、基板の裏面への損傷を低減または防止することができる。さらに、非晶質炭素のシーズニング層が、緩衝効果を加えて、基板のメサ接触領域へのスクラッチ損傷を最小限に抑えるか、またはなくすことさえできる。
【００１５】
［００１８］図１は、本開示の一実施形態による、静電チャック１２０を有する処理チャンバ１００の簡略化された正面断面図を示す。図２は、基板２２０が静電チャック１２０上に配置されている、図１のチャンバ１００の簡略化された正面断面図を示す。処理チャンバ１００は、図示のような化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、または他の適切なプラズマ処理チャンバであってよい。本開示から利益を得るように適合され得る処理チャンバ１００の例は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡから入手可能である、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）装置、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）装置、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＧＴ装置、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＸＰ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（商標）装置、およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥ（商標）装置などの（これらに限定されない）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバを含む。他の製造業者からの処理チャンバもまた、本明細書に記載される実施形態から利益を得るように適合され得ることが、企図される。本明細書に記載された図１は、ＰＥＣＶＤチャンバを例示しているが、処理チャンバ１００は、本明細書に記載される実施形態の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本明細書に記載される実施形態は、半導体基板上で材料を物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、注入、アニーリング、およびプラズマ処理等するのに利用される装置に同様に適用することができる。
【００１６】
［００１９］図１に示すように、概略的に示された処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２を含む。チャンバ本体１０２は、側壁１０４と、底壁１０６と、チャンバカバー１０８とを有する。側壁１０４、底壁１０６、およびカバー１０８は、アルミニウム、ステンレス鋼、またはそれらの合金および組合せなどの導電性材料から形成することができる。処理チャンバ１００がプラズマ処理チャンバである場合、側壁１０４および底壁１０６は、電気接地１０９に結合される。チャンバカバー１０８、側壁１０４、および底壁１０６は、その内部に処理領域１１５を画定する。側壁１０４は、基板２２０を処理領域１１５に出し入れするのを容易にするための基板移送ポート１０５を含む。基板移送ポート１０５は、移送チャンバ（図示せず）および／または基板処理システムの他のチャンバ（図示せず）に結合されてもよい。
【００１７】
［００２０］チャンバ本体１０２および処理チャンバ１００の関連する構成要素の寸法は、限定されておらず、一般に、その中で処理される基板２２０のサイズよりも比例的に大きい。基板２２０は、所望の実施態様に応じて、２００ｍｍ以下、３００ｍｍ、および４５０ｍｍ以上の直径を有するようにサイズが決められてもよい。
【００１８】
［００２１］１種以上の前駆体ガスまたは他のプロセスガスを処理チャンバ１００に供給するために、ガスパネル１６０が、導管１６２によって処理領域１１５に流体的に接続される。導管１６２は、チャンバカバー１０８を通る開口１０３に接続される。ポンプ１３０が、処理領域１１５に流体的に接続されて、プロセスガスをポンプで排出し、基板処理中に処理領域１１５内の真空状態を維持する。ポンプ１３０は、従来の粗引きポンプ、ルーツブロアー、ターボポンプ、または処理領域１１５内の圧力を所望のレベルに制御するように適合された他の同様の装置であってもよい。
【００１９】
［００２２］シャワーヘッド１１８が、チャンバカバー１０８に結合され、処理領域１１５内の静電チャック１２０の上方に位置する。シャワーヘッド１１８は、１種以上の前駆体ガスを処理チャンバ１００の処理領域１１５内に導入するように構成される。シャワーヘッド１１８はまた、処理領域１１５内に導入されたプロセスガスにＲＦ電力を加えるための電極として機能する。ガスパネル１６０からのプロセスガスは、シャワーヘッド１１８を通って処理領域１１５に入る。
【００２０】
［００２３］図２に示すように、ＲＦ電源１４０が、インピーダンス整合回路１４２を通ってシャワーヘッド１１８に結合されている。ＲＦ電源１４０は、処理領域１１５内のガスから形成されるプラズマ２１０を生成して維持するために必要な電力を供給するように構成される。ＲＦ電源１４０の動作は、処理チャンバ１００内の他の構成要素の動作も制御するコントローラ１７０によって制御される。
【００２１】
［００２４］静電チャック１２０が、処理領域１１５内に配置されている。静電チャック１２０は、中空ステム１２８上に支持され、ステム１２８に結合されたチャック本体１２２を含む。ステム１２８は、例えば可撓性のベローズ（図示せず）によってシールされた底壁１０６を通る開口１０７に接続されている。チャック本体１２２は、その上に配置された基板２２０を、処理チャンバ１００内での基板の処理中、静電的にチャッキングする。チャック本体１２２は、誘電体材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料、その他の適切な材料から、形成される。静電チャック１２０は、複数のメサ（図３に示す）を含む上面１２３と、側面１２７とを有する。
【００２２】
［００２５］チャック本体１２２は、その中に埋め込まれたヒータ１２４を含む。ヒータ１２４は、電源１２５に結合される。ヒータ１２４は、抵抗加熱要素、誘導加熱要素、または他の適切なヒータであってもよい。ヒータ１２４は、処理中に静電チャック１２０および基板２２０をセ氏約１００度〜セ氏約７００度の温度まで加熱するように構成される。また、静電チャック１２０は、その中の冷却チャネル（図示せず）を通して冷却剤を流すことなどによって、能動的に冷却されてもよい。ヒータ１２４からの熱入力と冷却剤の冷却とを能動的にバランスさせることによって、静電チャック１２０およびその上に置かれた基板２２０の温度を厳密に制御することができる。
【００２３】
［００２６］熱電対（これに限定されない）などの温度センサ（図示せず）をチャック本体１２２に接続して、静電チャック１２０の温度を測定することができる。温度センサは、チャック本体１２２の温度を示す信号を温度コントローラ（図示せず）に伝達するように構成されており、温度コントローラは、それに関連する熱入力または損失が変化したときに、ヒータに供給される電力を変化させるか、または冷却剤の流量、温度、もしくはその両方を変化させるように、電源１２５に制御信号を供給する。
【００２４】
［００２７］チャッキング電極１２６が、静電チャック１２０のチャック本体１２２内に埋め込まれている。チャッキング電極１２６は、電源１１４とチャッキング電極１２６との間に配置された絶縁変圧器１１２を介して電源１１４に接続される。絶縁変圧器１１２は、図１の破線で示すように、電源１１４の一部であってもよいし、電源１１４とは別であってもよい。電源１１４は、基板２２０をチャッキングするために、約５０ＶＤＣ〜約５０００ＶＤＣのチャッキング電圧を静電チャック１２０のチャッキング電極１２６に印加するように構成される。電源１１４は、基板２２０のチャッキングおよびデチャッキングのためにチャッキング電極１２６に供給される電流値を選択することによって、チャッキング電極１２６の動作を制御するように構成されたコントローラ（図示せず）と通信してもよい。
【００２５】
［００２８］一実施形態では、基板２２０が基板移送ポート１０５を通って処理チャンバ１００内に移送される前に、シーズニング層１５０が、チャック本体１２２の少なくとも上面１２３に堆積される。一実施形態では、シーズニング層１５０は、約１００ｎｍから約２０ミクロンの間の厚さを有する窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化ケイ素、または窒素ドープ炭素の層である。シーズニング層１５０は、ケイ素含有前駆体、炭素含有前駆体、および／または窒素含有前駆体を使用して堆積される。ケイ素含有前駆体の例としては、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）などが挙げられる。炭素含有前駆体の例としては、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、ヘキサン、ヘキサン、イソプレン、およびブタジエンなどが挙げられる。窒素含有前駆体の例としては、ピリジン、脂肪族アミン、アミン、ニトリル、アンモニアなどが挙げられる。シーズニング層１５０は、本明細書で論じる化学気相堆積プロセスによって、またはチャンバから取り出されたときに、スプレープロセス、浸漬プロセス、熱プロセス、もしくは他の適切な方法を含む別個のプロセスで、均一に堆積される。
【００２６】
［００２９］シーズニング層１５０が、静電チャック１２０の少なくとも上面１２３を覆って、および任意選択で静電チャック１２０の側面１２７を覆って、堆積された後、基板２２０が、基板移送ポート１０５を通ってチャンバ１００内に移送され、シーズニング層１５０の上面１５２に配置される。セ氏５００度を超える温度で、電荷は、シーズニング層１５０と基板２２０との間の界面にトラップされる。電荷トラップは、チャッキング電極１２６から基板２２０への電流リークを抑制し、したがって、基板２２０を静電チャック１２０にチャッキングするのに十分なチャッキング力を生成するために利用されるチャッキング電圧を低下させる。
【００２７】
［００３０］セ氏５００度よりも高い温度において、制御された電荷トラップおよびチャッキング力の調節を可能にするように、シーズニング層１５０の誘電率は、約３から約１２の間に調整することができる。処理チャンバ１００内の炭素含有前駆体ガスを用いて、シーズニング層１５０に微量の炭素をドープして、得られたドープされたシーズニング層１５０が、電荷リーク挙動を有するが物理的硬度が低くなるようにすることができる。その中の炭素の含有量を調節することによって、シーズニング層１５０は、十分な電荷トラップと、基板２２０への物理的緩衝を備えた支持とを提供するように製造することができる。その結果、基板２２０がセ氏５００度以上などの高温で処理されたときに、静電チャック１２０の上面１２３との直接接触および上面１２３上での移動による、基板２２０の裏面損傷、すなわちパーティクル発生が、シーズニング層１５０によって供給される緩衝作用によって最小限に抑えられ、または排除されることができる。したがって、シーズニング層１５０の堆積は、より低いチャッキング電圧の印加を可能にしながら、静電チャック１２０が、その上の基板２２０を実質的に平らにし、十分に固定し、基板２２０の裏面損傷を低減させることを、可能にする。
【００２８】
［００３１］シーズニング層１５０の性能は、シーズニング層の屈折率、弾性率／硬度、温度依存性リーク電流、およびチャッキング挙動に基づいて評価することができる。屈折率は、シーズニング層１５０の組成に関する情報を提供し、弾性率／硬度は、シーズニング層１５０の機械的強度に関する情報を提供し、リーク電流は、シーズニング層１５０の電荷トラップ有効性に関する情報を提供し、チャッキング挙動は、シーズニング層１５０を通して静電チャック１２０によって基板２２０をどの程度良好にチャッキングできるかに関する情報を提供する。
【００２９】
［００３２］図３は、静電チャック１２０の拡大正面断面図を示す。静電チャック１２０の上面１２３は、静電チャック１２０の上面１２３から延びる複数のメサ３６０を有する。基板２２０は、メサ３６０の上面３６２上に支持されている。シーズニング層１５０が、チャック本体１２２の少なくとも上面１２３上（その上に位置する複数のメサ３６０の上面３６２の上を含む）に堆積されている。シーズニング層１５０は、メサ３６０の上面３６２を含む上面１２３を覆って、および静電チャック１２０の側面１２７上に広がっている。一実施形態では、基板２２０は、単結晶シリコン基板である。基板２２０は、基板２２０の前面に配置された第１の層３２２を有する。第１の層３２２は、酸化物含有材料、窒化物含有材料、またはポリシリコン含有材料の多層スタックを含むが、これらに限定されない。窒化ケイ素含有材料、酸化ケイ素含有材料、非晶質ケイ素含有材料、およびポリシリコン含有材料などのうちの少なくとも１つを含む第２の層３２４が、基板２２０の裏面に配置されている。
【００３０】
［００３３］メサ３６０は、静電チャック１０２の上面１２３から延びる、正方形もしくは長方形のブロック、円錐、楔、ピラミッド、ポスト、円筒形のマウンド、または様々なサイズの他の突起、またはそれらの組合せを含む。基板２２０が、チャッキング電極１２６によって加えられるチャッキング力によって静電的にチャッキングされているとき、接触力が、各メサ３６０と基板２２０の裏面の第２の層３２４との間の接触領域において発生する。一実施形態では、メサ３６０の数は、１００から２００の間である。他の実施形態では、メサ３６０の数は、７００から８００の間であり、基板２２０との接触領域の数がより多く、したがってメサ３６０と基板２２０との間の各接触領域での接触力が低減される。
【００３１】
［００３４］代替の実施形態では、またはシーズニング層１５０の堆積に加えて、静電チャック１２０上のメサ３６０の上面３６２は、０．２５ミクロン未満の表面粗さを有するように高度に研磨される。同じまたは代替の実施形態において、メサ３６０と基板２２０との間の各接触領域における接触力が、同じチャッキング力に対して低減されるように、メサ３６０の数は、例えば、１００から８００に増加させることができる。その結果、基板２２０が、比較的低い基板移送温度から、セ氏５００度以上のプロセス温度まで加熱されたときに、静電チャック１２０のメサ３６０との直接接触およびメサ３６０上での移動による裏面損傷を最小限に抑える、または排除することができる。
【００３２】
［００３５］加えて、０．２５ミクロン未満の表面粗さを有する研磨された上面３６２は、メサ３６０から基板２２０への電流リークを低減させる。セ氏５００度を超える温度で、基板２２０と静電チャック１２０との間の静電引力が、ジョンセン・ラーベック状態に移動すると、電荷は、基板２２０と静電チャック１２０との間の界面にトラップされる。その結果、基板２２０を静電チャック１２０にチャッキングするのに十分なチャッキング力を生成するために利用されるチャッキング電圧が低減される。
【００３３】
［００３６］他の実施形態では、静電チャック１２０は、静電チャック１２０に使用される従来の材料の抵抗率の１０倍を超える体積抵抗率を有する材料を含み、例えば、約１Ｅ＋６Ω・ｃｍから約１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの間である。より低いチャッキング電圧で基板２２０を静電チャック１２０に固定できるように、高抵抗率材料は、電流リークを防止する。さらに、より低いチャッキング電圧は、静電チャック１２０のメサ３６０との直接接触およびメサ３６０上での移動による基板２２０への裏面損傷を低減または防止できるように、接触力を低減させる。高抵抗率材料の使用とともに、静電チャック１２０の上面１２３が、非晶質炭素の層でシーズニングされてもよい。非晶質炭素は、低い硬度を有し、上面１２３上のシーズニング材料として利用される場合、メサ３６０との直接接触およびメサ３６０上での移動による研磨スクラッチによる損傷から基板２２０を保護するための有効な緩衝材として作用する。
【００３４】
［００３７］本明細書に記載される静電チャック１２０を組み込んだ処理チャンバ１００は、基板上に配置された酸化物、窒化物、およびポリシリコン層のスタックから生じる、その直径にわたる大きなワープまたはボウを有する基板２２０をチャッキングするために、有利に使用することができる。例えば、静電チャック１２０にチャッキングされた基板２２０を使用して、その上にハードマスク層を堆積させ、その後に多層スタックならびに任意の追加の層のパターニングおよびエッチングを行うことができる。
【００３５】
［００３８］図４は、上述の処理チャンバ１００内に配置された静電チャック１２０上にシーズニング層１５０を形成する方法４００のブロック図を示す。方法４００は、工程４１０において、処理領域内に静電チャックを配置することによって開始する。静電チャックは、アルミニウムベースの上面および側面を有する。静電チャック上に基板が無いので、インシトゥで静電チャックの上面と側面にシーズニング層を堆積させることができる。工程４２０において、処理領域は、セ氏５００度を超える温度に加熱される。このとき、静電チャックを加熱するために、静電チャック内に配置された加熱要素を使用してもよい。
【００３６】
［００３９］工程４３０において、１種以上の前駆体ガスが、ある時間間隔の間、処理領域内に導入される。１種以上の前駆体ガスは、ケイ素含有前駆体、炭素含有前駆体、および／または窒素含有前駆体であってもよい。ケイ素前駆体の例としては、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ジメチルシラン（ＤＭＳ）、トリメチルシラン（ＴＭＳ）などが挙げられる。炭素含有前駆体の例としては、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、ヘキサン、ヘキサン、イソプレン、およびブタジエンなどが挙げられる。窒素含有前駆体の例としては、ピリジン、脂肪族アミン、アミン、ニトリル、およびアンモニアなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、前駆体ガスは、同時に導入されてもよく、他の実施形態では、前駆体ガスは、順次に導入される。いくつかの実施形態では、前駆体ガスは、約１秒〜約３６００秒の時間間隔の間、導入される。前駆体ガスは、シャワーヘッドを介して処理チャンバに流体的に接続されたガスパネルから流れる。
【００３７】
［００４０］工程４４０において、１種以上の前駆体ガスを励起することによって、プラズマが、処理チャンバ内に形成される。処理チャンバに結合されたＲＦ電源が、チャンバの処理領域内でプラズマを生成するために使用される。工程４５０において、１種以上の前駆体ガスから形成されたプラズマを利用した化学気相堆積によって、シーズニング層が、静電チャックの上面および側面に堆積される。シーズニング層は、使用される前駆体ガスに応じて、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化ケイ素、および窒素ドープ炭素などの層であってもよい。シーズニング層は、約１００ｎｍから約２０ミクロンの間の厚さを有する。
【００３８】
［００４１］工程４６０において、シーズニング層は、炭素でドープされ、静電チャック上に配置された基板にシーズニング層が緩衝性支持を提供することを可能にする。炭素は、炭素ラジカルを含有する炭素含有前駆体ガス（限定されないが、例えば、ＴＭＳまたは上記の炭素前駆体のいずれか）を導入することによって、シーズニング層にドープされる。シーズニング層にドープされる炭素の量は、シーズニング層を通る基板２２０への電流リークを最小限に抑え、かつ十分な緩衝性を維持するように選択される。
【００３９】
［００４２］処理チャンバ内での処理中における、静電チャックのメサおよび粗い表面上での基板の直接接触および移動に起因する基板上の研磨性裏面スクラッチ損傷を最小限に抑える、または排除するために、上述の処理チャンバならびに方法が有利に利用される。比較的低い基板移送温度の基板が、高温の静電チャック上に配置される場合、特に、窒化物および／またはポリシリコンの複数の層を有する基板が、静電チャックによって加えられる大きなチャッキング力を受ける場合に、スクラッチの減少は有利である。基板が処理チャンバ内に移送されたときに、スタックの層間の熱膨張係数の不整合に起因して、基板は、約（−）４００ｕｍ（すなわち、圧縮応力を受けている）から（＋）４００ｕｍ（すなわち、引張応力を受けている）までのワープまたはボウを有することが観察される。本明細書に記載のシーズニング層は、基板の損傷に対抗する緩衝性支持を提供する。
【００４０】
［００４３］チャンバ内の炭素含有前駆体ガスの量を変化させ、かくして、適切なレベルの電荷トラップおよび緩衝効果が達成されるように、種々の温度でシーズニング層にドープされる炭素の含有量を調節することによって、緩衝効果が達成される。静電チャックのシーズニングは、静電チャックが、基板のチャッキングされた裏面への損傷を低減させながら、高温処理中に基板を実質的に平らにするためにより大きなチャッキング力を加えることを、可能にする。その結果、基板上に続いて堆積される膜層は、改善された厚さ均一性、および斜角被覆性などの膜特性における一貫性を示す。代替の実施形態、（ｉ）０．２５ミクロン未満の表面粗さおよび／またはその上に配置された７００を超えるメサを有する静電チャック、ならびに（ｉｉ）高抵抗率材料から製造され、非晶質炭素でシーズニングされた静電チャックは、等しく、この有利な効果を達成することができる。
【００４１】
［００４４］改良された静電チャックの実施形態は、基板処理中の電力消費を低減する。セ氏５００度を超える温度で基板が処理されるときに、基板と静電チャックとの間の界面に電荷をトラップすることによって、静電チャックは、電流リークを低減または排除する。これにより、基板への十分なチャッキング力を発生させるために必要な電圧が低減される。
【００４２】
［００４５］上記は、本開示の特定の実施形態に向けられているが、これらの実施形態は、本開示の原理および応用の単なる例示であることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって規定されるような、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態に到達するために、例示的な実施形態に多数の修正を行うことができることを、理解されたい。
【図１】
2020537336.tif 000003
【図２】
2020537336.tif 000004
【図３】
2020537336.tif 000005
【図４】
2020537336.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月22日(2020.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理領域を画定するチャンバ本体、ならびに
前記処理領域内に配置された静電チャックであって、
アルミニウム含有材料から作られた支持面であって、その上に複数のメサが配置されている支持面、
前記静電チャック内に配置された１つ以上の電極、および
前記支持面上に堆積され、前記複数のメサを覆って広がるシーズニング層であって、炭素がドープされているシーズニング層、
を備える静電チャック、
を備える処理チャンバ装置。
【請求項２】
前記シーズニング層が、窒化ケイ素材料、炭窒化ケイ素材料、酸炭化ケイ素材料、酸化ケイ素材料、および窒素ドープ炭素材料のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シーズニング層の誘電率が、３から１２の間である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記シーズニング層が、１００ｎｍから２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のメサの各々が、０．２５ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
内部に処理領域を画定するチャンバ本体と、
前記処理領域内に配置された静電チャックであって、１Ｅ＋６Ω・ｃｍから１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの間の体積抵抗率を有する材料を含む静電チャックと、
を備える処理チャンバ装置。
【請求項７】
複数のメサを覆って支持面上に堆積された非晶質炭素のシーズニング層を、さらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記シーズニング層が、１００ナノメートルから２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記シーズニング層が、前記支持面上に均一に堆積されている、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記シーズニング層が、前記静電チャックの側面上にさらに堆積されている、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記シーズニング層が、約３から約１２の間の誘電率を有する、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
静電チャックであって、
アルミニウム含有材料から作られた支持面であって、その上に複数のメサが配置されている支持面、
前記静電チャック内に配置された１つ以上の電極、および
前記支持面上に堆積され、前記複数のメサを覆って広がるシーズニング層であって、炭素がドープされているシーズニング層、
を備える静電チャック。
【請求項１３】
前記シーズニング層が、非晶質炭素を含む、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１４】
前記シーズニング層が、窒化ケイ素材料、炭窒化ケイ素材料、酸炭化ケイ素材料、酸化ケイ素材料、および窒素ドープ炭素材料のうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１５】
前記シーズニング層が、約１００ナノメートルから約２０ミクロンの間の厚さを有する、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１６】
前記シーズニング層が、前記支持面上に均一に堆積されている、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１７】
前記シーズニング層が、前記静電チャックの側面上にさらに堆積されている、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１８】
前記シーズニング層が、約３から約１２の間の誘電率を有する、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項１９】
１Ｅ＋６Ω・ｃｍから１Ｅ＋１０Ω・ｃｍの間の体積抵抗率を有する材料を、さらに含む、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項２０】
前記複数のメサの各々が、０．２５ミクロン未満の表面粗さを有する、請求項１２に記載の静電チャック。
【国際調査報告】
2020537336.tif 000007
2020537336.tif 000008
2020537336.tif 000009