特許 6180510 ＥＳＣの接着剤の浸食を防止するための方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6180510

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】ＥＳＣの接着剤の浸食を防止するための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20170807BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-508932(P2015-508932)

(86)(22)【出願日】2012年9月21日

(65)【公表番号】特表2015-515760(P2015-515760A)

(43)【公表日】2015年5月28日

(86)【国際出願番号】US2012056617

(87)【国際公開番号】WO2013162641

(87)【国際公開日】20131031

【審査請求日】2015年9月10日

(31)【優先権主張番号】61/638,908

(32)【優先日】2012年4月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】リン シン

(72)【発明者】

【氏名】サン ジェニファー ワイ

(72)【発明者】

【氏名】バンダ サマンス

【審査官】 梶尾 誠哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３３１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−８０３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１００２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７０７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４９５４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバ用の静電チャックであって、
上で基板を支持するように構成された上面と、上面と反対側の下面を有するチャック本体と、
チャック本体の下面に面する上面を有するチャックベースと、
チャック本体の下面とチャックベースの上面を接合する接合材と、
静電チャックの外部の環境に接合材の視線の露出を防止するように配置された保護要素を含み、保護要素は、
チャック本体の下面とチャックベースの上面の間に配置され、接合材を囲む第１保護シールであって、エラストマーを含む第１保護シールと、
各接合材内のリフトピン孔の周囲に、かつチャック本体の下面とチャックベースの上面との間に配置された３以上の第２保護シールとを含む静電チャック。

【請求項2】

第１保護シールは、チャックベースとチャック本体の間に形成された凹部内に配置される請求項１記載の静電チャック。

【請求項3】

凹部は、チャック本体の下面と、チャックベースの上面に形成された段差によって画定される請求項２記載の静電チャック。

【請求項4】

凹部は、チャック本体の上面と、チャックベースの下面に形成された段差によって画定される請求項３記載の静電チャック。

【請求項5】

凹部は、チャック本体の下面に形成された第１段差と、チャックベースの上面に形成された第２段差によって画定される請求項３記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【背景】

【0001】

（発明の分野）
本発明の実施形態は、接合材によって接合され、熱的及び／又は化学的安定性を高めた複合構造体に関する。特に、本発明の実施形態は、接合材によって接合された２以上のコンポーネントを有する静電チャックに関する。

【0002】

（関連技術の説明）
半導体処理チャンバは、所望の特性を達成するために、多くの場合、２以上のコンポーネントを接合材で共に接合することによって形成されたパーツを含む。例えば、処理中に基板を支持し固定するために使用される静電チャックは、通常、熱伝導性の接合材により金属ベースに結合した誘電体パックを含む。接合材は、熱伝導性及び／又は電気絶縁性を提供しながら、異なるコンポーネント間の確実な接続を提供する。しかしながら、接合材は、特に、処理が高温で行われる場合に、又は過酷な化学的環境で行われる場合に、処理に悪影響を与える可能性がある。例えば、プラズマに曝露された場合、静電チャック内の接合材は浸食し、処理チャンバ内で粒子汚染を引き起こす粒子を生成する可能性がある。

【0003】

本発明の実施形態は、接合材の浸食及び粒子の発生を防止するための装置及び方法を提供する。

【概要】

【0004】

本発明の実施形態は、チャンバコンポーネント（例えば、静電チャック）を接合する際に用いられる接合材を、処理環境内で処理環境から保護するための装置及び方法を提供する。

【0005】

本発明の一実施形態は、処理チャンバ内で使用するための装置を提供する。装置は、第１コンポーネントと、第２コンポーネントと、第１コンポーネントと第２コンポーネントを接合する接合材を含む。装置は、処理チャンバ内で接合材が浸食するのを防止するための保護要素を更に含む。

【0006】

本発明の別の一実施形態は、処理チャンバ用の静電チャックを提供する。静電チャックは、上で基板を支持するように構成された上面と、上面と反対側の下面を有するチャック本体と、チャック本体の下面に面する上面を有するチャックベースと、チャック本体の下面とチャックベースの上面を接合する接合材を含む。静電チャックは、接合材が処理チャンバ内の環境に起因して浸食するのを防止するための保護要素を更に含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。

【図1A】本発明の一実施形態に係る保護シールを有する静電チャックの断面側面図である。

【図1B】図１Ａの静電チャックの拡大部分断面図である。

【図1C】本発明の別の一実施形態に係る静電チャックの拡大部分断面図である。

【図1D】本発明の別の一実施形態に係る静電チャックの拡大部分断面図である。

【図1E】チャック本体を取り除いた図１Ａの静電チャックの上面図である。

【図2A】本発明の一実施形態に係る保護構造を有する静電チャックの断面側面図である。

【図2B】本発明の別の一実施形態に係る保護構造を有する静電チャックの拡大部分断面図である。

【図2C】本発明の別の一実施形態に係る保護構造を有する静電チャックの拡大部分断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る静電チャックを有するプラズマ処理チャンバの断面側面図である。

【0008】

理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。また、一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。

【詳細な説明】

【0009】

本発明の実施形態は、チャンバコンポーネント（例えば、静電チャック）を接合する際に用いられる接合材を、処理環境内で処理環境から保護するための装置及び方法を提供する。一実施形態では、保護シールが、処理環境への曝露から接合材の端部を囲むように配置される。別の一実施形態では、保護構造が、チャンバコンポーネント内で接合材の周囲に形成され、これによって処理環境への接合材の直接的な曝露を防止する。本発明の別の一実施形態によれば、シリコンフィラーとポリマー接着ベースを含む接合材は、粒子生成を削減したチャンバコンポーネントを接合する際に使用される。本発明の実施形態は、処理チャンバ内で使用される接合材の浸食を減少させ、したがって処理品質を向上させ、保守コストを削減する。

【0010】

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る静電チャック１００の断面側面図である。静電チャック１００は、処理中に基板を支持するために基板処理チャンバ内に移動可能に又は固定して配置することができる。静電チャック１００は、接合材１３０によってチャックベース１２０に固定されたチャック本体１１０を含む。保護シール１４０が、接合材１３０の周囲に配置され、これによって処理環境から接合材１３０を保護する。

【0011】

チャック本体１１０は、基板１０２を上で支持するための実質的に平坦な上面１１２を有する。チャック本体１１０はまた、接合材１３０を受け入れ、チャックベース１２０に結合するための実質的に平坦な下面１１４を有する。チャック本体１１０は、誘電体材料から形成することができる。一実施形態では、チャック本体１１０は、セラミックス（例えば、酸化アルミニウム）から形成することができる。電極１１８は、チャック本体１１０内に埋め込むことができる。電極１１８は、薄い金属板又は金属メッシュとすることができる。電極１１８は、基板１０２の実質的に全領域を包含するのに十分な大きさであることができる。電極１１８は、電源（例えば、直流電圧源）に結合し、これによって基板１２０を上面１１２上に引き付け固定するための静電チャッキング力を生成することができる。オプションとして、電極１１８はまた、処理チャンバ内で容量結合プラズマを生成するためのＲＦ電源に結合することができる。

【0012】

チャック本体１１０は、リフトピン１０４を通過可能にする３以上の貫通孔１１６を有することができる。チャック本体１１０は、処理される基板１０２の形状に応じて成形することができる。例えば、チャック本体１１０は、円形の基板（例えば、半導体基板）を支持するための円形ディスクであることができる。チャック本体１１０はまた、矩形基板（例えば、液晶ディスプレイデバイスを形成するためのガラス基板）を支持するための矩形の板であることができる。

【0013】

チャックベース１２０は、接合材１３０及びチャック本体１１０を受けるための上面１２２を有する。上面１２２は、実質的に平面であってもよい。チャックベース１２０は、熱伝導性材料（例えば、金属）から形成し、これによってチャック本体１１０の温度制御を提供することができる。一実施形態では、チャックベース１２０は、アルミニウムから形成される。チャックベース１２０は、内部に形成された冷却チャネル１２３を有することができる。冷却チャネル１２３は、冷却流体源（図示せず）に接続され、冷却流体をその中で循環させることができる。チャックベース１２０はまた、チャック本体１１０に加熱を提供するための内部に形成された１以上の加熱素子１２４を有することができる。チャックベース１２０は、貫通して形成され、リフトピン１０４を受け入れるためのチャック本体１１０内の貫通孔１１６と整列したリフトピン開口部１２６を有することができる。一実施形態では、ケーシング要素１３２、１３４、１３８は、リフトピン１０４を案内するためのリフトピン開口部１２６内に配置することができる。ケーシング要素１３２、１３４、１３８は、誘電体材料（例えば、ＶＥＳＰＥＬ（商標名）ポリマー又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ））から形成し、これによってリフトピン１０４とチャックベース１２０との間に電気絶縁を提供することができる。

【0014】

接合材１３０は、チャック本体１１０の下面１１４と、チャックベース１２０の上面１２２の間に配置され、これによってチャック本体１１０とチャックベース１２０を共に接合する。接合材１３０は、チャック本体１１０及びチャックベース１２０と同様に成形されたシート状であることができる。一実施形態では、接合材１３０のシートは、リフトピン１０４用の貫通孔１１６に対応する３以上のリフトピン孔１３６を含むことができる。あるいはまた、接合材１３０は、液体ベースであってもよい。

【0015】

接合材１３０は、異種材料（例えば、セラミックスチャック本体１１０と金属チャックベース１２０）間で確実な接合を提供するように構成される。接合材１３０はまた、接合されたコンポーネント間に熱伝導を提供する。一実施形態では、接合材１３０は、熱伝導性を提供するために、フィラー材料を有するポリマー系接着剤であることができる。接合材１３０は、耐食性フィラーを有するポリマー系接着剤であってもよい。一実施形態では、フィラー材料は、シリコンを含み、ポリマー系材料は、シリコーンを含む。シリコーンベース内のフィラー材料の濃度は、１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を達成するように制御される。

【0016】

従来の接合材中のフィラーは、エッチング化学物質（例えば、ＮＦ_３又はＮＦ_３とＯ_２を含む処理環境）中で浸食され、白色粒子を生成し、汚染を引き起こす可能性がある。従来のフィラーを有する接合材と比較して、シリコーンベースとシリコンフィラーを有する接合材１３０は、ＮＦ_３又はＮＦ_３とＯ_２を含む処理化学物質内で粒子汚染を引き起こさず、こうして大幅に粒子汚染を低減する。例えば、ＮＦ_３化学物質中では、ベースポリマーのシリコーンは攻撃され、従来のフィラー（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）フィラー）を残して、シリコーンは揮発し、後で粒子の問題を引き起こす。シリコンのフィラーが使用される場合、シリコンフィラーとシリコーンベースの両方が、ＮＦ_３の攻撃を受けて揮発し、粒子を発生させることはない。シリコンフィラーを含む接合材１３０は、単独で、又は保護シール１４０と組み合わせて使用することができる。

【0017】

一実施形態では、保護シール１４０は、接合材１３０を囲み、これによって接合材１３０と処理環境の間の相互作用を防止する。一実施形態では、凹部１４４が、チャック本体１１０とチャックベース１２０の間に形成され、これによって保護シール１４０を適切な位置に保持することができる。オプションで、保護シール１４２は、接合材１３０内の各リフトピン孔１３６の周囲に配置され、これによって接合材１３０がリフトピン孔１３６内の環境に曝露されるのを防止することができる。

【0018】

保護シール１４０、１４２は、処理環境に曝露された場合に、チャック本体１１０とチャックベース１２０との間のシールを維持する材料から形成することができる。保護シール１４０、１４２は、エラストマー（例えば、パーフルオロエラストマー）から形成することができる。ＮＦ_３又はＮＦ_３とＯ_２を含むエッチング化学物質内での動作に対して、保護シール１４０、１４２は、ＫＡＬＲＥＺ（商標名）８５７５パーフルオロエラストマー、ＤＵＰＲＡ（商標名）１９２パーフルオロエラストマー、ＫＡＬＲＥＺ（商標名）８０８５パーフルオロエラストマー、ＣＨＥＭＲＡＺ（商標名）ＸＰＥエラストマーのうちの１つによって形成することができるが、これらに限定されない。他の材料（例えば、Ｌ７５０５、ＳＣ５１３（Ｃｈｅｍｒａｚ５１３）、Ｌ８０１５ｒ１、Ｇ７５８（Ｐｅｒｌａｓｔ）、Ｌ８０１０）もまた、保護シール用に適している。保護シール１４０、１４２は、Ｏ−リング、ガスケット、カップシールの形態であっても、又は別の適切な形状を有していてもよい。オプションとして、保護シール１４０、１４２は、バネで留められてもよい。

【0019】

図１Ｂに示されるように、静電チャック１００内の凹部１４４は、チャックベース１２０及びチャック本体１１０の下面１１４の中に形成された段差によって画定されることができる。チャックベース１２０だけが、凹部１４４を形成するために機械加工されるので、この構成は実施が簡単である。図１Ｅは、チャック本体１１０を除去して、保護シール１４０、１４２を可視化した静電チャック１００のチャックベース１２０の上面図である。

【0020】

あるいはまた、保護シール１４０用の凹部は、チャック本体１１０とチャックベース１２０の両方に、又はチャック本体１１０のみに形成することができる。

【0021】

図１Ｃは、本発明の別の一実施形態に係る静電チャック１００Ｃの拡大部分断面図である。静電チャック１００Ｃは、保護シール１４０が、チャック本体１１０の下面１１４に形成された段差１１５Ｃと、チャックベース１２０の上面１２２に形成された段差１２８Ｃとによって画定される凹部１４４Ｃ内に固定されている以外は、図１Ａの静電チャック１００と同様である。この構成は、接合材１３０が保護シール１４０の中央部分によって覆われることを確実にする。

【0022】

図１Ｄは、本発明の別の一実施形態に係る静電チャック１００Ｄの拡大部分断面図である。静電チャック１００Ｄは、保護シール１４０が、チャック本体１１０の下面１１４に形成された段差１１５Ｄとチャックベース１２０の上面１２２によって画定される凹部１４４Ｄ内に固定されている以外は、図１Ａの静電チャック１００と同様である。チャック本体１１０だけが凹部１４４ｄを形成するために機械加工される。

【0023】

接合材の浸食を防止するために保護シールを使用することに加えて、又は代替して、本発明の実施形態はまた、接合材を保護するためのチャック本体及び／又はチャックベース内の遮蔽機能を有する静電チャックを提供する。

【0024】

図２Ａは、本発明の一実施形態に係る、接合材保護構造、すなわち遮蔽機能を有する静電チャック２００の断面側面図である。静電チャック２００は、処理中に基板を支持するために基板処理チャンバ内に移動可能に又は固定して配置することができる。静電チャック１００と同様に、静電チャック２００は、接合材１３０と同じ接合材２３０によってチャックベース２２０に固定されたチャック本体２１０を含む。保護構造２１６が、チャック本体２１０及び／又はチャックベース２２０内に形成され、これによって処理環境から接合材２３０を遮蔽することができる。

【0025】

チャック本体２１０は、基板１０２を上で支持するための上面２１２と、接合材２３０を受けるための実質的に平坦な下面２１４を有する。チャック本体２１０は、誘電体材料で形成することができる。電極２１８は、チャック本体２１０内に埋め込まれてもよい。

【0026】

チャックベース２２０は、接合材２３０及びチャック本体２１０を受けるための上面２２２を有する。チャックベース２２０は、温度制御用に、内部に冷却チャネル２２３を形成し、内部に加熱素子２２４を埋め込むことができる。

【0027】

接合材２３０は、チャック本体２１０の下面２１４とチャックベース２２０の上面２２２の間に配置され、これによってチャック本体２１０とチャックベース２２０を共に接合する。チャック本体２１０の下面２１４とチャックベース２２０の上面２２２は、チャック本体２１０及びチャックベース２２０の外縁よりも小さくすることができ、これによってチャック本体２１０及び／又はチャックベース２２０によって形成された保護構造２１６によって、接合材２３０を取り囲むことができる。

【0028】

図２Ａに示した実施形態によれば、チャックベース２２０は、上面２２２から降下する段差２２８を有する。保護構造２１６は、チャック本体２１０の下面２１４から下方へ延びるリップの形をしている。リップは連続的であってもよい。チャック本体２１０が、チャックベース２２０に固定される場合、リップ２１６形状の保護構造２１６は、段差２２８の上方に延び、チャック本体２１０の下面２１４とチャックベース２２０の上面との間の界面を覆い、こうして接合材２３０を横方向に囲み、接合材２３０をチャンバ内の環境への視線の露出から遮蔽する。保護シールを使用せずに、静電チャック２００の保護構造２１６は、保護シールを維持し交換する必要性を排除し、したがって運用コストを削減する。一実施形態では、連続リップ２１７はまた、各々のリフトピン通路２１９の周りにも形成され、これによって接合材２３０が処理環境に曝露されることを防止することができる。

【0029】

保護構造２１６は、チャック本体２１０からリップの形状となるように図２Ａには示されているが、接合材２３０を遮蔽するために任意の適切な構造を使用することができる。例えば、図２Ｂは、チャックベース２２０から上方へ延び、チャック本体２１０の外縁２１６Ｂを囲む保護リップ２２８Ｂの形態の保護構造を有する静電チャック２００Ｂの拡大部分断面図である。図２Ｃに示される静電チャック２００Ｃでは、チャックベース２２０は、チャック本体２１０からリップ２１５Ｃを受けるように構成された溝２２９を有する。溝２２９及びリップ２１５Ｃは、静電チャック２００Ｃを囲む処理環境から接合材２３０を分離するための迷路を形成する。

【0030】

本発明の実施形態によれば、１以上の保護要素（例えば、保護シール、保護構造、又は耐食性フィラー）を単独又は組み合わせて使用することができ、これによって接合材の処理環境内での浸食を防止する。

【0031】

本発明の実施形態に係る静電チャックは、処理中に基板を支持するために、様々な処理チャンバ（例えば、プラズマエッチングチャンバ、化学蒸着チャンバ、プラズマ強化蒸着チャンバ、原子層堆積チャンバ、イオン注入チャンバ）内で使用することができる。

【0032】

図３は、静電チャック１００を内部に配置したプラズマ処理チャンバ３００の断面側面図である。静電チャック１００は、各種の基板（例えば、半導体基板、レチクル）を支持するために使用することができ、各種の基板サイズを収容することができる。あるいはまた、上記のいずれかの静電チャックが、静電チャック１００の位置で使用することができる。

【0033】

プラズマ処理チャンバ３００は、処理容積３４１を画定する底部３２２、側壁３２６、及び側壁３２６の上方に配置されるチャンバ蓋３４３を含む。プラズマ処理チャンバ３００は、処理容積３４１内に配置されたライナ３２３を更に含み、これによって側壁３２６が化学物質及び／又は処理副生成物から損傷及び汚染されるのを防止する。スリットバルブドア開口部３３５は、側壁３２６及びライナ３２３を貫通して形成され、これによって基板及び基板搬送機構の通過を可能にする。スリットバルブドア３２４は、スリットバルブドア開口部３３５を選択的に開閉する。

【0034】

静電チャック１００は、処理容積３４１内に配置される。リフト３２７は、基板１０２の処理中及びロード／アンロード時に、静電チャック１００に対してリフトピン（図示せず）を上下動させるように構成される。静電チャック１００は、チャッキング力を発生させるためのバイアス電源３２１に結合され、これによって静電チャック１００上に基板１０２を固定することができる。

【0035】

１以上の処理ガスは、ガス供給源３０３から入口３４４を介して処理容積３４１に供給することができる。真空ポンプ３３０は、処理容積３４１と流体連通している。真空ポンプ３３０は、処理容積３４１をポンピングし、プレナム３３６を介して低圧環境を維持するために使用することができる。

【0036】

プラズマ処理チャンバ３００は、チャンバ蓋３４３の外側に配置されたアンテナアセンブリ３７０を含む。アンテナアセンブリ３７０は、マッチングネットワーク３７３を介して、高周波（ＲＦ）プラズマ電源３７４に結合することができる。処理中に、アンテナアセンブリ３７０は、電源３７４によって供給されるＲＦ電力によって通電され、これによって処理容積３４１内に処理ガスのプラズマを点火し、基板１０２の処理中にプラズマを維持する。

【0037】

プラズマ処理チャンバ３００は、様々なプラズマ処理のために使用することができる。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ３００は、１以上のエッチング剤を用いてドライエッチングを行うために使用することができる。例えば、プラズマ処理チャンバ３００は、Ｃ_ｘＦ_ｙ（ｘ及びｙは異なる許容された組み合わせであることができる）、Ｏ_２、ＮＦ_３、又はそれらの組み合わせを含む前駆体からのプラズマの点火に使用することができる。本発明の実施形態はまた、フォトマスク用途のためにクロムをエッチングする、基板上に配置された酸化物層及び金属層を有するシリコン基板内において、プロファイル（例えば、ディープトレンチ及びスルーシリコンビア（ＴＳＶ））をエッチングするのに使用することができる。

【0038】

接合材により接合された静電チャックが、上記に記載されてはいるものの、本発明の実施形態は、動作環境から接合材を保護するために接合材によって接合された任意の複合構造で使用することができる。例えば、本発明の実施形態は、接合材によって接合された２以上のコンポーネントを有するガス分配シャワーヘッドに適用することができる。

【0039】

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】