特許 6875417 真空チャック圧力制御システム

(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】6875417

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】真空チャック圧力制御システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20210517BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 P

   H01L21/31 C

【請求項の数】14

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-553081(P2018-553081)

(86)(22)【出願日】2017年3月9日

(65)【公表番号】特表2019-511131(P2019-511131A)

(43)【公表日】2019年4月18日

(86)【国際出願番号】US2017021564

(87)【国際公開番号】WO2017176419

(87)【国際公開日】20171012

【審査請求日】2018年12月10日

(31)【優先権主張番号】62/320,108

(32)【優先日】2016年4月8日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(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】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】イウ， トンミン

(72)【発明者】

【氏名】ベジャット， メヘラン

【審査官】 湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１０−０１０９００９（ＫＲ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１９１０３５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０７１５６９５１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０５６０９７２０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１３８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３２４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３７３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置であって、
処理空間を画定する処理チャンバと、
前記処理空間内に配置され且つ内部に制御空間を画定する真空チャック支持体と、
前記真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置される、前記真空チャック支持体の前記制御空間と流体連結する圧力コントローラと、
前記真空チャック支持体から下流の前記流体流路上に配置される、前記真空チャック支持体及び前記圧力コントローラと流体連結する流れ制限器と
を含み、
前記圧力コントローラは、基板をチャックするための圧力を前記制御空間内で維持又は生成するように、上流から流れる流体の流量を調節するように構成された可変流装置であり、
前記流れ制限器は、前記流体に対して一定の抵抗を提供しつつ前記流体を流す固定流装置である、
基板処理装置。

【請求項2】

前記流れ制限器と流体連結する真空ポンプ
を更に含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記真空ポンプが、前記流れ制限器から下流の前記流体流路上に配置される、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記圧力コントローラと前記真空チャック支持体との間の前記流体流路上に配置された一方向バルブを更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記制御空間が、前記圧力コントローラと流体連結する、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記制御空間が、前記流れ制限器と流体連結する、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

基板処理装置であって、
内部に制御空間を画定する真空チャック支持体と、
前記真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置される、前記制御空間と流体連結する圧力コントローラと、
前記真空チャック支持体から下流の前記流体流路上に配置される、前記制御空間及び前記圧力コントローラと流体連結する流れ制限器と
を含み、
前記圧力コントローラは、基板をチャックするための圧力を前記制御空間内で維持又は生成するように、上流から流れる流体の流量を調節するように構成された可変流装置であり、
前記流れ制限器は、前記流体に対して一定の抵抗を提供しつつ前記流体を流す固定流装置である、
基板処理装置。

【請求項8】

前記圧力コントローラと前記真空チャック支持体との間の前記流体流路上に配置された一方向バルブを更に備える、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記圧力コントローラが圧力検出装置を有する、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記圧力コントローラが流量検出装置を有する、請求項７に記載の装置。

【請求項11】

基板処理装置であって、
処理空間を画定する処理チャンバと、
前記処理空間内に配置された真空チャック支持体であって、真空チャック支持体が前記処理空間から分離した制御空間を有する、真空チャック支持体と、
前記真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置される、前記真空チャック支持体の前記制御空間と流体連結する圧力コントローラと、
前記圧力コントローラから上流の前記流体流路上に配置された流体源と、
前記真空チャック支持体から下流の前記流体流路上に配置される、前記真空チャック支持体の前記制御空間及び前記圧力コントローラと流体連結する流れ制限器と、
前記流れ制限器から下流の前記流体流路上に配置されたポンプと
を含み、
前記圧力コントローラは、基板をチャックするための圧力を前記制御空間内で維持又は生成するように、前記流体源から流れる流体の流量を調節するように構成された可変流装置であり、
前記流れ制限器は、前記流体に対して一定の抵抗を提供しつつ前記流体を流す固定流装置である、
基板処理装置。

【請求項12】

前記流体源と前記ポンプが、前記圧力コントローラ、前記真空チャック支持体の前記制御空間、及び前記流れ制限器を介して流体連結する、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記圧力コントローラが圧力検出装置を有する、請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

前記圧力コントローラが流量検出装置を有する、請求項１１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施態様は、概して、真空チャック圧力制御システムに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施態様は、制御システムの寿命を改善するように位置付けられた圧力コントローラを有する基板裏側圧力制御に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体処理技術は、一般に、半導体ウエハなどの基板上にマイクロ電子デバイスを形成するために処理チャンバを用いる。基板は、典型的には、チャンバ内に配置された基板支持体上に位置付けられ、固定される。基板支持体は、基板がその上で処理されうる安定した処理プラットフォームを提供し、基板支持体はまた、チャンバ前処理及び後処理からの基板の進入及び退出を容易にするのに役立つことがある。

【0003】

半導体処理業界で一般的に使用されるいくつかの異なる種類の基板支持体がある。重力を利用する基板支持体がある一方で、基板を支持体に能動的に固定するものもある。能動基板支持体は、典型的には、基板支持体上の基板を固定するために、静電チャック又は真空チャックを用いる。例えば、真空チャックは、典型的には、基板を基板支持体に固定するために基板裏側圧力差を利用する。しかしながら、真空チャックの現在の裏側圧力制御方式は、処理された基板からの有害なガス放出物質への曝露による圧力コントローラ装置の耐用年数の望ましくない短縮を被る。

【0004】

したがって、当技術分野で必要とされるものは、真空チャック圧力制御のための改良されたシステム及び装置である。

【発明の概要】

【0005】

１つの実施態様では、基板処理装置が提供される。装置は、処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓ ｖｏｌｕｍｅ）を画定する処理チャンバを含み、真空チャック支持体は、処理空間内に配置されうる。圧力コントローラは、真空チャック支持体と流体連結し、圧力コントローラは、真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置されうる。流れ制限器は、真空チャック支持体及び圧力コントローラと流体連結し、流れ制限器は、真空チャック支持体から下流の流体流路上に配置されうる。

【0006】

別の実施態様では、基板処理装置が提供される。装置は、その内部に制御空間（ｃｏｎｔｒｏｌ ｖｏｌｕｍｅ）を画定する真空チャック支持体、及び制御空間と流体連結する圧力コントローラを含む。圧力コントローラは、真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置されうる。流れ制限器は、制御空間及び圧力コントローラと流体連結し、流れ制限器は、真空チャック支持体から下流の流体流路上に配置されうる。

【0007】

更に別の実施態様では、基板処理装置が提供される。装置は、処理空間を画定する処理チャンバを含む。真空チャック支持体は、処理空間内に配置され、真空チャック支持体は、処理空間から分離した制御空間を有しうる。圧力コントローラは、真空チャック支持体の制御空間と流体連結し、圧力コントローラは、真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置されうる。流体源は、圧力コントローラから上流の流体流路上に配置され、流れ制限器は、真空チャック支持体の制御空間及び圧力コントローラと流体連結しうる。流れ制限器は、真空チャック支持体から下流の流体流路上に配置され、ポンプは、流れ制限器から下流の流体流路上に配置されうる。

【0008】

本開示の上述の特徴を詳しく理解できるように、上記で簡潔に要約された本開示のより詳細な説明が、実施態様を参照することによって得られ、実施態様の一部は添付図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施態様を示しているにすぎないため、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施態様も許容されうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書に記載の実施態様による、圧力制御装置を伴う真空チャック支持体を有する処理装置の概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【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示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施態様の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施態様に有益に組み込まれることがあると想定される。

【0011】

本明細書に記載の実施態様は、真空チャック基板支持体に対する圧力制御に関する。１つの実施態様では、処理チャンバが処理空間を画定し、真空チャック支持体が処理空間内に配置される。圧力コントローラは、真空チャック支持体から上流の流体流路上に配置され、流れ制限器は、真空チャック支持体から下流の流体流路上に配置される。圧力コントローラ及び流れ制限器の各々は、真空チャック支持体と流体連結する。真空チャック支持体に対して上流の圧力コントローラの位置付けの結果として、圧力コントローラの有効寿命は長くなり得、圧力コントローラの洗浄と洗浄の間の時間間隔も同様に長くなりうる。

【0012】

更に、圧力コントローラは、真空チャック支持体から上流にある結果として、基板からの有害なガス放出物質に曝露されないので、より経済的な流れ制限器が、真空チャック支持体の下流に位置付けられうる。経済的な流れ制限器は、圧力コントローラが交換される場合よりも、より経済的な方法で、予防保守中に検査、洗浄、又は交換することができる。圧力コントローラはまた、上流位置における圧力感知及び流量感知を実施してもよく、基板の破損に関する又はポケットの位置ずれによるチャックフィードバックが改善可能となりうる。したがって、本明細書に記載の実施態様から様々な利点が理解されうる。

【0013】

図１は、圧力制御装置１０４を伴う真空チャック支持体１１２を有する処理装置１００の概略図を示す。処理装置１００は、処理チャンバ１０２及び圧力制御装置１０４を含む。概して、処理装置１００は、様々な処理動作のために、半導体基板などの基板を熱処理するように構成される。１つの実施態様では、処理装置１００は、ソークアニール又はベークプロセスを実行するために機能しうる。処理装置１００はまた、処理装置１００の洗浄に適した装置を含みうる。処理装置１００は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットフォームで実施されうるデュアルチャンバシステムでありうると考えられる。しかしながら、処理装置１００はまた、有利には、他の製造業者からの適切に構成されたプラットフォーム上で実施されてもよいと考えられる。

【0014】

処理チャンバ１０２は、処理空間１０８を画定するチャンバ本体１０６を含む。真空チャック支持体１１２は、処理空間１０８内に配置され、その上で基板１１４を支持するように構成されうる。真空チャック支持体１１２は、圧力制御装置１０４と流体連結する、その内部に画定された制御空間１１３を含みうる。真空チャック支持体１１２上に基板１１４が存在しない場合、又は真空チャック支持体１１２上に基板１１４が配置されるが、基板１１４の裏側が、制御空間１１３を介して真空環境に曝露されていない場合に、制御空間１１３はまた、処理空間１０８と流体連結しうる。他の実施態様では、流路は、処理空間１０８から、真空チャック支持体１１２上に配置された基板１１４によって遮断されない制御空間１１３まで存在しうるため、基板１１４が支持体１１２上に配置されると、制御空間１１３が処理空間１０８と流体連結する。例えば、基板１１４の半径を越える支持体１１２の表面の開口は、そのような流体連結経路を提供しうる。

【0015】

図示されないが、真空チャック支持体１１２は、抵抗加熱器といった、基板１１４の加熱を促進する加熱装置を含みうる。動作において、基板１１４は、約８５０℃から約１１００℃の間など、約７００℃から約１２００℃の間の処理温度まで加熱されうる。加熱プロセスは、ドーパント拡散、表面修復、材料除去などといった多数の動作に用いられうる。

【0016】

遠隔プラズマ源１１０は、処理空間１０８に流体結合され、ラジカル及び／又はイオンを処理空間１０８に供給するように構成されうる。複数の遠隔プラズマ源を含む遠隔プラズマ源１１０は、処理空間１０８から遠隔的にプラズマを発生させ、プラズマ生成物を処理空間１０８に供給し、処理チャンバ１０２の洗浄を促進するように構成されうる。洗浄プラズマを生成するための遠隔プラズマ源１１０によって用いられうる適切な前駆体は、とりわけ、希ガス、酸素、窒素、ヘリウム、アンモニア、フッ素含有材料、及び塩素含有材料を含む。前駆体は、プラズマを生成するために、単独で又は組み合わせて利用されうる。

【0017】

動作において、一又は複数の基板は、処理チャンバ１０２によって熱処理されうる。基板の熱処理及び処理空間１０８からの基板の除去後に、遠隔プラズマ源１１０によって洗浄プラズマが生成され、プラズマ生成物が処理空間１０８に供給されうる。プラズマ生成物は、処理空間１０８から排出される前に、処理チャンバ１０２及びその内部に配置された構成要素を洗浄するように機能しうる。したがって、処理空間１０８が洗浄され、追加の基板の熱処理が再開されうる。

【0018】

基板１１４の熱処理中に、基板１１４は、真空チャック支持体１１２の上に固定されうる。１つの実施態様では、基板１１４は、処理空間１０８と制御空間１１３との間の圧力差を生成し維持することによって、真空チャック支持体１１２の上に固定されうる。例えば、制御空間１１３の圧力は、処理空間１０８の圧力より小さくてもよい。１つの実施態様では、制御空間１１３の圧力は、処理空間１０８の圧力より約０．５％から約１．５％小さくてもよい。例えば、制御空間１１３の圧力が、約４９０ｔｏｒｒから約４５０ｔｏｒｒの間、例えば約４７０ｔｏｒｒである一方で、処理空間１０８の圧力は、約４８０ｔｏｒｒから約５２０ｔｏｒｒの間、例えば約５００ｔｏｒｒでありうる。したがって、基板１１４の裏側（真空チャック支持体１１２の上に配置された基板の表面）は、基板１１４の前側に対する減圧環境に露出されてもよい。結果として、基板１１４は、熱処理中の基板１１４の移動を防止するために、真空チャック支持体の上に固定されうる。

【0019】

基板１１４を真空チャック支持体１１２に固定するために用いられる真空環境は、圧力制御装置１０４によって生成及び制御されうる。圧力制御装置１０４は、流体源１１６、圧力コントローラ１２０、流れ制限器１２２、及びポンプ１２６を含む。圧力制御装置１０４はまた、第１の導管１２８、第２の導管１３０、及び第３の導管１３２を含む。ある実施態様では、第３の導管１３２は、制御空間１１３と別個の導管であってもよく、又は第３の導管１３２は、制御空間１１３の延長であってもよい。所望の実施態様に関係なく、第３の導管１３２は、制御空間１１３並びに第１の導管１２８及び第２の導管１３０とそれぞれ流体連結する。第１のバルブ１１８及び第２のバルブ１２４といった一又は複数のバルブもまた、導管１２８、１３０、１３２のうちの一又は複数に配置されうる。

【0020】

ガス源などの流体源１１６は、制御空間１１３及び最終的にはポンプ１２６にガスを供給するように構成される。流体源１１６は、約３０ｐｓｉといった、約１５ｐｓｉから約４５ｐｓｉの間の圧力で、窒素などの不活性ガスを供給しうる。１つの実施態様では、流体源１１６からのガスは、順次、第１の導管１２８、圧力コントローラ１２０、第３の導管１３２、第２の導管１３０、及び流れ制限器１２２を通ってポンプ１２６まで移動しうる。別の実施態様では、流体源１１６からのガスは、順次、第１の導管１２８、圧力コントローラ１２０、第２の導管１３０、及び流れ制限器１２２を通ってポンプ１２６まで移動しうる。本実施態様では、流体源１１６からのガスは、第３の導管１３２を通って移動しなくてもよいが、制御空間１１３は、流体流路１３４と流体連結した状態を維持しうる。

【0021】

概して、流体流路１３４は、流体源１１６からのガスがそれに沿ってポンプ１２６に移動する経路として定義される。従って、「上流」及び「下流」という用語は、流体流路１３４の上に配置された様々な装置の相対位置を指す。

【0022】

１つの実施態様では、第１の導管１２８は、流体源１１６から第３の導管１３２又は制御空間１１３まで延びうる。第２の導管１３０は、第１の導管１２８からポンプ１２６まで延びうる。第３の導管１３２、又はある実施態様の制御空間１１３は、第１の導管１２８及び第２の導管１３０が合流する流体流路１３４の上に配置されうる。

【0023】

圧力コントローラ１２０は、流体源１１６と制御空間１１３との間の第１の導管１２８の上に配置されうる。第１のバルブ１１８は、流体源１１６と圧力コントローラ１２０との間の第１の導管１２８の上に配置されうる。圧力コントローラ１２０は、圧力検出装置１３６及び流量検出装置１３８を含みうる。よって、圧力コントローラ１２０は、圧力コントローラ１２０を通るガスの流量を検出することによって、制御空間１１３の圧力を制御しうる。圧力コントローラ１２０によって検出された流量は、流体源１１６により供給されたガスの圧力、真空チャック支持体１１２の上に配置された基板１１４の存在及び／又は位置、流れ制限器１２２、及びポンプ１２６のうちの一又は複数によって影響を受けることがある。したがって、圧力コントローラ１２０は、一又は複数の入力から流量フィードバックを検出し、それに応じて流量を調節し、制御空間１１３内で所望の圧力を維持又は生成することがある。

【0024】

圧力コントローラ１２０は、流体源１１６から制御空間１１３へのガスの流れを制御するための、バルブなどの流量制御装置を含みうる。１つの実施態様では、圧力コントローラ１２０は、ガスの流れを可変的に制御するためのバルブを内部に含みうる。別の実施態様では、圧力コントローラ１２０は、流体源１１６からのガスの流れに影響を与えるために第１のバルブ１１８を制御しうる。概して、流れ制限器１２２は、制御空間１１３からのガス流に対してほぼ一定の抵抗を提供する固定流装置である。圧力コントローラの流量検出装置１３８はまた、制御空間１１３からのガスの流量変化を検出することによって、基板１１４が真空チャック支持体１１２上でデチャック（チャック解除）される又は位置がずれているときを検出可能でありうる。したがって、圧力コントローラ１２０は、基板１１４のより有効なチャッキング及びデチャッキングを可能にするために、流量に関する有利なフィードバックを提供する。

【0025】

圧力コントローラ１２０はまた、圧力コントローラ１２０の有害なガス放出製品への露出を排除する制御空間１１３／第３の導管１３２に進入しうる任意の処理空間廃水の上流に配置される。基板１１４が真空チャック支持体１１２上に存在せず又は位置がずれており、ポンプ１２６が流体流路１３４に沿って処理空間１０８からポンプまでの流れに能動的に影響を与えているとき、処理空間廃水が制御空間１１３／第３の導管１３２に進入しうると考えられる。別の実施態様では、逆止バルブなどの一方向バルブ１４０が、圧力コントローラ１２０と制御空間１１３との間の第１の導管１２８上に配置されうる。より具体的には、一方向バルブ１４０は、圧力コントローラ１２０と第３の導管１３２との間の第１の導管１２８上に配置されうる。第１の導管１２８の上流の流体の流れを防止する一方向バルブ１４０の位置は、処理空間廃水が圧力コントローラ１２０に到達するのを更に防止するよう機能しうる。ある実施態様では、一方向バルブ１４０はオプションでありうる。

【0026】

ポンプ１２６が、流れ制限器１２２及び制御空間１１３から下流の第２の導管１３０の上に配置されるため、流れ制限器１２２は、制御空間１１３とポンプ１２６との間の第２の導管１３０上に配置されうる。第２のバルブ１２４は、流れ制限器１２２とポンプ１２６との間で流体流路１３４に沿って第２の導管１３０の上に配置されうる。第２のバルブ１２４は、圧力コントローラ１２０によって検出されうる流体流路１３４に沿って背圧を供給するように、流れ制限器１２２と組み合わせて動作しうる。圧力コントローラ１２０によって検出された流れの変化に応じて、圧力コントローラは、流体流路１３４に沿ったガス流を増加又は減少させることによって制御空間１１３の圧力を変更しうる。

【0027】

真空ポンプでありうるポンプ１２６は、制御空間１１３と流体連結する。更に、流体源１１６、圧力コントローラ１２０及び流れ制限器１２２の各々は、制御空間１１３及びポンプ１２６と流体連結する。ポンプ１２６はまた、処理空間１０８に流体結合されうる。ポンプ１２６は、処理空間１０８及び制御空間１１３内に真空を発生させるために用いられうる。しかしながら、基板１１４の真空チャック中に、圧力コントローラ１２０は、制御空間で維持される圧力に対してより大きな影響を及ぼしうる。

【0028】

制御空間１１３に対する圧力コントローラ１２０の位置は、流量感知を介した、制御空間１１３内及び流体流路１３４に沿った圧力変化の検出を可能にすることによって、基板チャック性能の向上を可能にする。圧力コントローラ１２０はまた、処理空間１０８からのガス放出の上流にあり、それによって有害な廃水への圧力の曝露を低減又は排除し、圧力コントローラ１２０の耐用年数を延ばす。流れ制限器１２２は、制御空間１１３から流体流路１３４上の下流にある結果として、有害なガス放出に曝露されるが、流れ制限器１２２は、一般に、より簡単にかつ経済的に交換される。更に、処理空間１０８及び制御空間１１３の両方で真空を発生させるためにポンプ１２６を用いることによって、真空チャックのための追加のポンプが必要とされなくなり、処理装置１００のコストが削減される。

【0029】

上記は本開示の実施態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施態様及び更なる実施態様が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】