特許 7168642 背面ガス供給管を備えた基板ペデスタルモジュールおよびその製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】背面ガス供給管を備えた基板ペデスタルモジュールおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20221101BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20221101BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/205

H01L21/68 N

C23C16/458

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020213139

(22)【出願日】2020-12-23

(62)【分割の表示】P 2016092266の分割

【原出願日】2016-05-02

(65)【公開番号】P2021061422

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2021-01-20

(31)【優先権主張番号】14/710,132

(32)【優先日】2015-05-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トロイ・アラン・ゴム

(72)【発明者】

【氏名】ニック・レイ・ラインバーガー・ジュニア

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１１０７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１３６５２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０９３８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５６７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０９３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５４８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５２８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６５３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２３１４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板ペデスタルであって、
セラミック材料で形成され、処理中に基板を支持するよう構成された上面を有するプラテンと、
セラミック材料で形成され、前記プラテンが機械結合される上側ステムフランジを有し、内側部分を有するステムと、
セラミック材料で形成され、前記ステムの前記内側部分に配置された背面ガス供給管であって、前記プラテンの下面と前記上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、前記プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通するよう構成され、処理中に前記基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている、背面ガス供給管と、
を備える、基板ペデスタル。

【請求項2】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管は、さらに、少なくとも１つの電気接続が前記上側ガス管フランジを通して伸びることができるように、前記上側ガス管フランジに少なくとも１つの開口部を備える、基板ペデスタル。

【請求項3】

請求項２に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管の前記少なくとも１つの開口部は、前記少なくとも１つの電気接続が、前記上側ガス管フランジを通して前記プラテンの静電クランプ電極およびヒータに伸びる複数のそれぞれの電気接続を含むように、前記上側ガス管フランジに複数の開口部を備える、基板ペデスタル。

【請求項4】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、さらに、
処理中に前記基板が支持される前記プラテンの前記上面に形成されたメサパターンを備え、前記メサパターンは、前記メサパターンのメサと前記メサパターンに支持された前記基板の下面との間にガス通路を形成するよう構成されている、基板ペデスタル。

【請求項5】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間にギャップがない、基板ペデスタル。

【請求項6】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
ギャップは、前記上側ガス管フランジの一部と前記プラテンの前記下面との間に形成されている、基板ペデスタル。

【請求項7】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間の接触面積は、前記上側ガス管フランジの前記下面と前記上側ステムフランジの前記上面との間の前記接触面積と等しい、基板ペデスタル。

【請求項8】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、さらに、
前記ステムの前記内側部分と、前記基板ペデスタルが動作する真空チャンバとの間に形成された真空シールを備える、基板ペデスタル。

【請求項9】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管、前記プラテン、および前記ステムを含む構成要素から選択された少なくとも１つの構成要素は、窒化アルミニウムを含む、基板ペデスタル。

【請求項10】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管は、前記ステムの前記内側部分の中で中心に配置されている、基板ペデスタル。

【請求項11】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管は、前記ステムの前記内側部分の中で中心を外れて配置されている、基板ペデスタル。

【請求項12】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、さらに、
前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つの静電クランプ電極と、
前記プラテンに埋め込まれた下側高周波（ＲＦ）電極と、
前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つのヒータと、
を備える、基板ペデスタル。

【請求項13】

請求項１に記載の基板ペデスタルであって、さらに、
静電クランプ電極および高周波（ＲＦ）電極として機能するよう動作可能な埋め込みの単一電極を備える、基板ペデスタル。

【請求項14】

基板ペデスタルであって、
処理中に基板を支持するよう構成された上面を有するプラテンと、
前記プラテンが機械結合される上側ステムフランジを有し、内側部分を有するステムと、
前記ステムの前記内側部分に配置された背面ガス供給管であって、前記プラテンの下面と前記上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、前記プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通するよう構成され、処理中に前記基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成され、さらに、前記上側ガス管フランジを通して伸びる複数のそれぞれの電気接続を有する複数の開口部を前記上側ガス管フランジに備える、背面ガス供給管と、
を備える、基板ペデスタル。

【請求項15】

請求項１４に記載の基板ペデスタルであって、
前記複数のそれぞれの電気接続の少なくともいくつかは、前記プラテンの静電クランプ電極および前記プラテンのヒータに電気結合されている、基板ペデスタル。

【請求項16】

請求項１４に記載の基板ペデスタルであって、
前記背面ガス供給管、前記プラテン、および前記ステムを含む構成要素から選択された少なくとも１つの構成要素は、窒化アルミニウムを含む、基板ペデスタル。

【請求項17】

基板を処理する方法であって、
基板ペデスタル上に前記基板を設置する工程であって、前記基板ペデスタルは、セラミック材料で形成され、処理中に前記基板を支持するよう構成された上面を有するプラテンを備え、前記基板ペデスタルのステムは、セラミック材料で形成され、前記プラテンを支持するための上側ステムフランジを有し、背面ガス管は、セラミック材料で形成され、前記ステムの内側部分に配置され、前記プラテンの下面と前記上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、前記プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通し、処理中に前記プラテンの上面に支持される前記基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている、工程と、
処理中に、前記背面ガス管を通して前記プラテンの前記上面に支持された前記基板の下面の下方の領域に、背面熱伝導ガスおよびパージガスを含むガスから選択された少なくとも１つのガスを供給する工程であって、前記背面ガス管は、少なくとも１つのそれぞれの電気接続が前記上側ガス管フランジを通して伸びることができるように、前記上側ガス管フランジに少なくとも１つの開口部を備える、工程と、
を含む、方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法であって、
前記基板ペデスタルは、シャワーヘッドが内部で前記基板ペデスタルの上方に配置されている真空チャンバの中に配置され、
前記方法は、さらに、
前記シャワーヘッドを通して前記真空チャンバに処理ガスを供給する工程であって、前記処理ガスは、前記真空チャンバと流体連通する処理ガス源から供給される、工程と、
前記シャワーヘッドから、前記シャワーヘッドと前記基板ペデスタルに配置された前記基板との間に配置された処理領域に前記処理ガスを供給する工程と、
を含む、方法。

【請求項19】

請求項１７に記載の方法であって、
前記処理は、化学蒸着処理、プラズマ強化化学蒸着処理、原子層蒸着処理、プラズマ強化原子層蒸着処理、パルス蒸着層処理、および、プラズマ強化パルス蒸着層処理を含む蒸着処理から選択された少なくとも１つのタイプの蒸着処理を含む、方法。

【請求項20】

請求項１７に記載の方法であって、さらに、
前記プラテンの前記上面に形成されたメサパターン上に前記基板を設置する工程であって、前記メサパターンは、前記メサパターンのメサと前記メサパターンに支持された前記基板の下面との間にガス通路を提供する、工程と、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置に関し、薄膜を蒸着するよう動作可能なプラズマ強化化学蒸着処理装置で特に利用されうる。

【背景技術】

【0002】

エッチング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、パルス蒸着層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス蒸着層（ＰＥＰＤＬ）、および、レジスト除去などの技術によって半導体基板を処理するために、半導体基板処理装置が利用される。半導体基板処理装置の１つのタイプは、上側電極および下側電極を含む反応チャンバを備えたプラズマ処理装置であり、高周波（ＲＦ）電力が電極間に印加されて、反応チャンバ内で半導体基板を処理するために処理ガスをプラズマに励起する。

【発明の概要】

【0003】

本明細書には、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置が開示されている。半導体基板処理装置は、半導体基板が処理されうる処理領域を備えた真空チャンバと、処理ガスを真空チャンバ内に供給するために真空チャンバと流体連通する処理ガス源と、処理ガス源から真空チャンバの処理領域に供給される処理ガスが通るシャワーヘッドモジュールと、基板ペデスタルモジュールと、を備える。基板ペデスタルモジュールは、処理中に半導体基板を上に支持するよう構成された上面を有するセラミック材料製のプラテンと、プラテンを支持する上側ステムフランジを有するセラミック材料製のステムと、ステムの内部に配置されたセラミック材料製の背面ガス管と、を備える。背面ガス管は、プラテンの下面と上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通しており、処理中にプラテンの上面に支持される半導体基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている。

【0004】

また、本明細書には、半導体基板処理装置の基板ペデスタルモジュールが開示されている。基板ペデスタルモジュールは、処理中に半導体基板を上に支持するよう構成された上面を有するプラテンと、プラテンを支持する上側ステムフランジを有するステムと、ステムの内部に配置された背面ガス管と、を備える。背面ガス管は、プラテンの下面と上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通しており、処理中にプラテンの上面に支持される半導体基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている。
さらに、本明細書には、半導体基板処理装置の基板ペデスタルモジュールを製造する方法が開示されている。基板ペデスタルモジュールを製造する方法は、上側ガス管フランジの上側セラミック面をプラテンの下側セラミック面に対して位置決めする工程と、上側ガス管フランジの上側セラミック面をプラテンの下側セラミック面に拡散結合させて、真空シールを形成する工程と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本明細書に開示の実施形態に従って化学蒸着装置の概観を示す概略図。

【0006】

【図2】本明細書に開示の実施形態に従って基板ペデスタルモジュールを示す断面図。

【0007】

【図3】本明細書に開示の実施形態に従って基板ペデスタルモジュールを示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の詳細な説明では、本明細書に開示された装置および方法の完全な理解を促すために、多くの具体的な実施形態について説明する。ただし、当業者にとって明らかなように、実施形態は、これらの具体的な詳細事項なしに実施されてもよいし、別の要素または処理を用いて実施されてもよい。また、本明細書に開示した実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の処理、手順、および／または、構成要素については、詳細に説明していない。本明細書で用いられているように「約」という用語は、±１０％を意味する。

【0009】

上述のように、本実施形態は、化学蒸着装置またはプラズマ強化化学蒸着装置などの半導体基板処理装置内で半導体基板を処理するための装置および関連方法を提供する。装置および方法は、特に、処理される半導体基板が約５５０℃以上（例えば、約５５０℃から約６５０℃以上）の温度に加熱される半導体基板の高温処理（高温蒸着処理など）との併用に特に適している。

【0010】

本明細書に開示された実施形態は、プラズマ強化化学蒸着装置（すなわち、ＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、または、ＰＥＰＤＬ装置）で実施されることが好ましいが、これらに限定されない。図１は、本明細書に開示した実施形態を実施するために構成された様々な半導体基板プラズマ処理装置の構成要素を示す概略ブロック図である。図に示すように、半導体基板プラズマ処理装置３００が、処理領域内にプラズマを含むよう機能する真空チャンバ３２４を備えており、プラズマは、下側ＲＦ電極（図示せず）を中に有する基板ペデスタルモジュール３２０と連動する上側ＲＦ電極（図示せず）を中に有するシャワーヘッドモジュール３１４を備えた容量タイプのシステムによって生成される。プラズマ蒸着処理が真空チャンバ３２４内で実行されうるように、真空チャンバ３２４の処理領域に供給された処理ガスをプラズマに励起するために、少なくとも１つのＲＦ発生器が、真空チャンバ３２４内で半導体基板３１６の上面の上方の処理領域にＲＦエネルギを供給するよう動作可能である。例えば、高周波ＲＦ発生器３０２および低周波ＲＦ発生器３０４が各々、整合回路網３０６に接続されてよく、整合回路網は、ＲＦエネルギが真空チャンバ３２４内で半導体基板３１６の上方の処理領域に供給されうるように、シャワーヘッドモジュール３１４の上側ＲＦ電極に接続される。

【0011】

整合回路網３０６によって真空チャンバ３２４の内部に供給されるＲＦエネルギの電力および周波数は、処理ガスからプラズマを生成するのに十分である。一実施形態では、高周波ＲＦ発生器３０２および低周波ＲＦ発生器３０４の両方が利用され、別の実施形態では、高周波ＲＦ発生器３０２だけが利用される。処理中、高周波ＲＦ発生器３０２は、約２～１００ＭＨｚの周波数で動作されてよく；好ましい実施形態では、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚで動作されてよい。低周波ＲＦ発生器３０４は、約５０ｋＨｚ～２ＭＨｚで動作されてよく；好ましい実施形態では、３５０～６００ｋＨｚで動作されてよい。プロセスパラメータは、チャンバ体積、基板サイズ、および、その他の要素に基づいて増減されてよい。同様に、処理ガスの流量は、真空チャンバまたは処理領域の空容量に依存しうる。

【0012】

基板ペデスタルモジュール３２０の上面が、真空チャンバ３２４内での処理中に半導体基板３１６を支持する。基板ペデスタルモジュール３２０は、半導体基板を保持するチャック、ならびに／もしくは、蒸着および／またはプラズマ処理の前、間、および／または、後に半導体基板を上下させるためのリフトピンを備えてよい。別の実施形態において、基板ペデスタルモジュール３２０は、蒸着および／またはプラズマ処理の前、間、および／または、後に半導体基板を上下させるキャリヤリングを備えてもよい。チャックは、制電チャック、機械式チャック、または、工業および／または研究に利用できる様々な他のタイプのチャックであってよい。静電チャックを備えた基板ペデスタルモジュールのためのリフトピンアセンブリの詳細については、同一出願人による米国特許第８，８４０，７５４号に記載されており、その特許は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。基板ペデスタルモジュールのためのキャリヤリングの詳細については、同一出願人による米国特許第６，８６０，９６５号に記載されており、その特許は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。背面ガス供給部３４１が、処理中に基板ペデスタルモジュール３２０を通して熱伝導ガスまたはパージガスを半導体基板の下面の下方の領域に供給するよう動作可能である。基板ペデスタルモジュール３２０は、その中に下側ＲＦ電極を備えており、下側ＲＦ電極は、処理中に接地されていることが好ましいが、別の実施形態において、下側ＲＦ電極は、処理中にＲＦエネルギを供給されてもよい。

【0013】

半導体基板プラズマ処理装置３００の真空チャンバ３２４内で半導体基板を処理するために、処理ガスが、処理ガス源３６２から流入口３１２およびシャワーヘッド３１４を介して真空チャンバ３２４に導入され、処理ガスは、半導体基板の上面上に膜が蒸着されうるようにＲＦエネルギでプラズマに形成される。一実施形態において、複数のソースガスライン３１０が、加熱されたマニホルド３０８に接続されてよい。ガスは、予混合されてもよいし、別個にチャンバへ供給されてもよい。正しいガスが半導体基板処理中にシャワーヘッドモジュール３１４を通して供給されることを保証するために、適切なバルブ操作およびマスフロー制御メカニズムが利用される。処理中に、背面熱伝導ガスまたはパージガスが、基板ペデスタルモジュール３２０上に支持された半導体基板の下面の下方の領域に供給される。処理は、化学蒸着処理、プラズマ強化化学蒸着処理、原子層蒸着処理、プラズマ強化原子層蒸着処理、パルス蒸着層処理、または、プラズマ強化パルス蒸着層処理の内の少なくとも１つであることが好ましい。

【0014】

特定の実施形態において、システムコントローラ１６２が、蒸着、蒸着後処理、および／または、その他の処理動作中の処理条件を制御するために用いられる。コントローラ１６２は、通例、１または複数のメモリデバイスと、１または複数のプロセッサとを備える。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。

【0015】

特定の実施形態において、コントローラ１６２は、装置の動作すべてを制御する。システムコントローラ１６２は、処理動作のタイミング、低周波ＲＦ発生器３０４および高周波ＲＦ発生器３０２の動作の周波数および電力、前駆体および不活性ガスの流量および温度、それらに関連する混合、基板ペデスタルモジュール３２０の上面上に支持された半導体基板３１６およびシャワーヘッドモジュール３１４のプラズマ暴露面の温度、真空チャンバ３２４の圧力、ならびに、特定の処理のその他のパラメータ、を制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。コントローラに関連するメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。

【0016】

通例は、コントローラ１６２に関連するユーザインターフェースがある。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。

【0017】

非一時的なコンピュータマシン読み取り可能媒体が、装置の制御のためのプログラム命令を備えうる。処理動作を制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなど、任意の従来のコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語で書かれうる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。

【0018】

コントローラパラメータは、例えば、処理工程のタイミング、前駆体および不活性ガスの流量および温度、半導体基板の温度、チャンバの圧力、ならびに、特定の処理のその他のパラメータなどの処理条件に関する。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供され、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。

【0019】

処理を監視するための信号が、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号が、装置のアナログおよびデジタル出力接続で出力される。

【0020】

システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されうる。例えば、蒸着処理を実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、処理工程の基板のタイミングのためのコード、前駆体および不活性ガスの流量および温度のためのコード、ならびに、真空チャンバ３２４の圧力のためのコードを含む。

【0021】

図２および図３は、本明細書に開示した実施形態に従って、基板ペデスタルモジュール３２０を示す断面図である。図２および図３に示すように、基板ペデスタルモジュール３２０は、半導体基板の処理中に半導体基板を支持する上面２０６を有するセラミック材料製のプラテン２０５を備える。セラミック材料製のステム２１０が、プラテン２０５の下面２０８から下向きに伸びており、ここで、ステム２１０は、プラテン２０５を支持する上側ステムフランジ２１５と、基板ペデスタルモジュール３２０が半導体基板処理装置の真空チャンバ内に支持されうるようにベースまたはアダプタ（図示せず）に取り付けられうる下側ステムフランジ２２０と、を備える。基板ペデスタルモジュール３２０をアルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属材料ではなくセラミック材料から作ることにより、基板ペデスタルモジュール３２０は、高温基板処理中に到達する高温（約５５０℃を超える温度または約６５０℃を超える温度など）に耐えることができる。

【0022】

基板ペデスタルモジュール３２０は、ステム２１０の内部２１３に配置されたセラミック製の背面ガス管２５０を備える。一実施形態において、背面ガス管２５０は、ステム２１０の内部２１３の中で中心に配置されている。別の実施形態において、背面ガス管２５０は、ステム２１０の内部２１３の中で中心を外れて配置されている。背面ガス管２５０は、プラテン２０５の下面２０８と上側ステムフランジ２１５の上面との間に配置された上側ガス管フランジ２５３を備える。背面ガス管２５０は、背面ガスが処理中に背面ガス管２５０および背面ガス通路２０７を通ってプラテン２０５の上面２０６上に支持された半導体基板の下面の下方の領域に供給されうるように、プラテン２０５の少なくとも１つの背面ガス通路２０７と流体連通している。一実施形態において、上側ステムフランジ２１５の外径および上側ガス管フランジ２５３の外径は、プラテン２０５の外径に等しいか、または、ほぼ等しくてよい。上側ステムフランジ２１５の外径および上側ガス管フランジ２５３の外径は、プラテン２０５の外径よりも小さいことが好ましい。上側ステムフランジ２１５の外径、上側ガス管フランジ２５３の外径、および、ステム２１０の外径、ならびに、ステム２１０壁の厚さは、処理中に大気圧に維持されるステム２１０の内部２１３が、内部２１３に配置された電気接続を収容すると共に、ステム２１０の周りの真空圧とステム２１０の内部２１３の大気圧との間の圧力差に耐えうるように選択される。上側ガス管フランジ２５３の外周は、プラテン２０５の外径の１／４以下の半径上に位置することが好ましい。

【0023】

プラテン２０５内には、少なくとも１つの静電クランプ電極２０９が埋め込まれてよく、少なくとも１つの静電クランプ電極２０９は、処理中にプラテン２０５の上面２０６上に半導体基板を静電的にクランプするよう動作可能である。図２に示すように、プラテン２０５は、さらに、半導体基板の処理中に接地されてもＲＦ電力を供給されてもよい下側ＲＦ電極２６５を備えてもよい。図３に示すように、プラテン２０５は、静電クランプ電極およびＲＦ電極の両方として機能する単一電極２０９ａのみを埋め込まれていることが好ましい。図２および図３に戻ると、プラテン２０５には、プラテン２０５の上面２０６全体の温度を制御することにより処理中に半導体基板全体の温度を制御するよう動作可能な少なくとも１つのヒータ２６０を埋め込まれてもよい。少なくとも１つのヒータ２６０は、電気抵抗ヒータ膜ならびに／もしくは１または複数の熱電モジュールを含みうる。少なくとも１つの静電クランプ電極２０９、少なくとも１つのヒータ２６０、単一電極２０９ａ、および／または、下側ＲＦ電極２６５への電気接続は、ステム２１０の内部２１３に配置されており、それぞれの少なくとも１つの静電クランプ電極２０９、少なくとも１つのヒータ２６０、単一電極２０９ａ、および／または、下側ＲＦ電極２６５と電気接続するプラテン２０５に形成された電気接点（図示せず）にそれぞれ接続されうるように、上側ガス管フランジ２５３にあるそれぞれの開口部２５１を通して伸びる。このように、少なくとも１つの静電クランプ電極２０９、少なくとも１つのヒータ２６０、単一電極２０９ａ、および／または、下側ＲＦ電極２６５は、半導体基板の処理中に電力供給されうる。

【0024】

一実施形態において、プラテン２０５は、互いに拡散結合された異なる複数の層を備えてよく、ここで、少なくとも１つの静電クランプ電極２０９、下側ＲＦ電極２６５（または単一電極２０９ａ）、および、少なくとも１つのヒータ２６０は、プラテン２０５の異なる層の間に挟まれうる。プラテン２０５の上面２０６は、中に形成されたメサパターン２０６ａを備えることが好ましく、ここで、半導体基板の下面は、メサパターン２０６ａ上に支持され、背面パージガスまたは背面熱伝導ガスが、メサパターン２０６ａのメサの間の半導体基板の下方の領域に供給されうる。メサパターンおよびメサパターン形成方法の実施形態の例は、同一出願人による米国特許第７，８６９，１８４号に記載されており、その特許は、これによりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0025】

プラテン２０５、ステム２１０、および、背面ガス管２５０の露出面は、プラテン２０５、ステム２１０、および／または、背面ガス管２５０が処理条件にさらされた時に、処理中に基板汚染につながらないことが好ましいセラミック材料で製造される。プラテン２０５、ステム２１０、および／または、背面ガス管２５０の露出面は、窒化アルミニウムで形成されることが好ましい。ステム２１０の内部２１３と、基板ペデスタルモジュール３２０が配置された真空チャンバとの間に真空シールを形成するために、上側ガス管フランジ２５３の上面は、プラテン２０５の下面２０８に拡散結合されていることが好ましく、上側ガス管フランジ２５３の下面は、上側ステムフランジ２１５の上面に拡散結合されていることが好ましい。上側ガス管フランジ２５３の上面とプラテン２０５の下面２０８との間の接触面積は、上側ガス管フランジ２５３の下面と上側ステムフランジ２１５の上面との間の接触面積とほぼ等しいことが好ましい。上側ガス管フランジ２５３の上面とプラテン２０５の下面２０８との間の接触面積は、上側ガス管フランジ２５３の下面と上側ステムフランジ２１５の上面との間の接触面積と等しいことがより好ましい。図２は、基板ペデスタルモジュール３２０の一実施形態を示しており、上側ガス管フランジ２５３の上面とプラテン２０５の下面２０８との間の接触面積は、上側ガス管フランジ２５３の下面と上側ステムフランジ２１５の上面との間の接触面積と等しい。この実施形態では、ギャップ２３０が、上側ガス管フランジ２５３の一部とプラテン２０５の下面２０８との間に形成されている。別の実施形態では、図３に示すように、基板ペデスタルモジュール３２０は、上側ガス管フランジ２５３の上面とプラテン２０５の下面２０８との間にギャップがないように形成されてもよい。

【0026】

さらに、本明細書では、基板ペデスタルモジュール３２０を製造する方法が開示されている。基板ペデスタルモジュール３２０を製造する方法は、プラテン２０５の下側セラミック面２０８に対して上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面を位置決めする工程を含む。上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面は、プラテン２０５の下側セラミック面２０８に拡散結合される。一実施形態では、上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面が、同時に、上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面に対して位置決めされ、ここで、上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面は、プラテン２０５の下側セラミック面に同時に拡散結合され、上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面は、上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面に拡散結合される。上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面を上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面に、そして、上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面をプラテン２０５の下側セラミック面に、同時に拡散結合するために、上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面と上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面との間の接触面積、および、上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面とプラテン２０５の下側セラミック面２０８との間の接触面積は、互いに拡散結合されるセラミック面が真空シールを形成するように、等しいかまたはほぼ等しい。このように、プラテン２０５、ステム２１０、および、背面ガス管２５０は、一回の拡散結合処理で一体的に結合されうる。

【0027】

別の実施形態において、上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面とプラテン２０５の下側セラミック面２０８との間の接触面積が、上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面と上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面との間の接触面積と等しくない場合には、最初に、上側ガス管フランジ２５３の上側セラミック面がプラテン２０５の下側セラミック面２０８に拡散結合され、続いて、上側ステムフランジ２１５の上側セラミック面が上側ガス管フランジ２５３の下側セラミック面に結合される。

【0028】

具体的な実施形態を参照しつつ、半導体基板処理装置の基板ペデスタルモジュールについて詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行い、等価物を用いることが可能であることは、当業者にとって明らかである。本発明は以下の適用例としても実現できる。
［適用例１］
半導体基板を処理するための半導体基板処理装置であって、
半導体基板が処理されうる処理領域を備えた真空チャンバと、
処理ガスを前記真空チャンバ内に供給するために前記真空チャンバと流体連通する処理ガス源と、
前記処理ガス源から前記真空チャンバの前記処理領域に供給される処理ガスが通るシャワーヘッドモジュールと、
処理中に半導体基板を上に支持するよう構成された上面を有するセラミック材料製のプラテン、前記プラテンを支持する上側ステムフランジを有するセラミック材料製のステム、および、前記ステムの内部に配置されたセラミック材料製の背面ガス管、を備えた基板ペデスタルモジュールであって、前記背面ガス管は、前記プラテンの下面と前記上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、前記プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通しており、処理中に前記プラテンの前記上面に支持される半導体基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている、基板ペデスタルモジュールと、
を備える、半導体基板処理装置。
［適用例２］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、前記半導体基板処理装置は、
（ａ）前記処理領域内で前記処理ガスをプラズマ状態に励起するよう適合されたＲＦエネルギ源、
（ｂ）前記半導体基板処理装置によって実行される処理を制御するよう構成された制御システム、および／または、
（ｃ）前記半導体基板処理装置の制御のためのプログラム命令を備えた非一時的なコンピュータマシン読み取り可能媒体、を備える、半導体基板処理装置。
［適用例３］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、前記ステムの前記内部と前記真空チャンバとの間に真空シールを形成するために、前記上側ガス管フランジの上面が前記プラテンの下面に拡散結合され、前記上側ガス管フランジの下面が前記上側ステムフランジの上面に拡散結合されている、半導体基板処理装置。
［適用例４］
適用例３に記載の半導体基板処理装置であって、前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間の接触面積は、前記上側ガス管フランジの前記下面と前記上側ステムフランジの前記上面との間の接触面積とほぼ等しい、半導体基板処理装置。
［適用例５］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、前記ガス管フランジの一部と前記プラテンの前記下面との間にギャップが形成されている、または、前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間にギャップがない、半導体基板処理装置。
［適用例６］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、
（ａ）前記背面ガス管、前記プラテン、および／または、前記ステムは、窒化アルミニウムで形成されている、
（ｂ）前記背面ガス管は、少なくとも１つのそれぞれの電気接続が前記上側ガス管フランジを通して伸びることができるように、前記上側ガス管フランジに少なくとも１つの開口部を備えている、
（ｃ）前記背面ガス管は、前記ステムの前記内部の中で中心に配置されるか、または、前記背面ガス管は、前記ステムの前記内部の中で中心を外れて配置されている、および／または、
（ｄ）前記半導体基板処理装置は、化学蒸着装置、プラズマ強化化学蒸着装置、原子層蒸着装置、プラズマ強化原子層蒸着装置、パルス蒸着層装置、または、プラズマ強化パルス蒸着層装置である、半導体基板処理装置。
［適用例７］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、前記基板ペデスタルモジュールは、さらに、
（ａ）前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つの静電クランプ電極、
（ｂ）前記プラテンに埋め込まれた下側ＲＦ電極、
（ｃ）前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つのヒータ、
（ｄ）前記プラテンの前記上面に対して半導体基板を上下させるよう構成された複数のリフトピン、
（ｅ）前記プラテンの前記上面に形成されたメサパターン、
（ｆ）前記プラテンの前記上面に対して半導体基板を上下させるよう構成されたキャリヤリング、または、
（ｇ）静電クランプ電極およびＲＦ電極として機能するよう動作可能な埋め込みの単一電極、を備える、半導体基板処理装置。
［適用例８］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、さらに、背面ガスが、処理中に前記プラテンの前記上面に支持される半導体基板の下面の下方の前記領域に供給されうるように、前記プラテンの前記少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通する前記背面ガス管を通して背面ガスを供給するよう動作可能な背面ガス供給部を備える、半導体基板処理装置。
［適用例９］
適用例１に記載の半導体基板処理装置であって、前記上側ガス管フランジの外周は、前記プラテンの外径の１／４以下の半径上に位置する、半導体基板処理装置。
［適用例１０］
半導体基板処理装置の基板ペデスタルモジュールであって、前記基板ペデスタルモジュールは、
処理中に半導体基板を上に支持するよう構成された上面を有するセラミック材料製のプラテンと、
前記プラテンを支持する上側ステムフランジを有するセラミック材料製のステムと、
前記ステムの内部に配置されたセラミック材料製の背面ガス管であって、前記背面ガス管は、前記プラテンの下面と前記上側ステムフランジの上面との間に配置された上側ガス管フランジを備え、前記プラテンの少なくとも１つの背面ガス通路と流体連通しており、処理中に前記プラテンの前記上面上に支持される半導体基板の下面の下方の領域に背面ガスを供給するよう構成されている、背面ガス管と、
を備える、基板ペデスタルモジュール。
［適用例１１］
適用例１０に記載の半導体基板処理装置であって、真空シールを形成するために、前記上側ガス管フランジの上面が前記プラテンの下面に拡散結合され、前記上側ガス管フランジの下面が前記上側ステムフランジの上面に拡散結合されている、半導体基板処理装置。
［適用例１２］
適用例１１に記載の半導体基板処理装置であって、前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間の接触面積は、前記上側ガス管フランジの前記下面と前記上側ステムフランジの前記上面との間の接触面積とほぼ等しい、半導体基板処理装置。
［適用例１３］
適用例１０に記載の半導体基板処理装置であって、前記上側ガス管フランジの一部と前記プラテンの前記下面との間にギャップが形成されている、または、前記上側ガス管フランジの前記上面と前記プラテンの前記下面との間にギャップがない、半導体基板処理装置。
［適用例１４］
適用例１０に記載の半導体基板処理装置であって、
（ａ）前記背面ガス管、前記プラテン、および／または、前記ステムは、窒化アルミニウムで形成されている、
（ｂ）前記背面ガス管は、少なくとも１つのそれぞれの電気接続が前記上側ガス管フランジを通して伸びることができるように、前記上側ガス管フランジに少なくとも１つの開口部を備えている、および／または、
（ｃ）前記背面ガス管は、前記ステムの前記内部の中で中心に配置されるか、または、前記背面ガス管は、前記ステムの前記内部の中で中心を外れて配置されている、半導体基板処理装置。
［適用例１５］
適用例１０に記載の半導体基板処理装置であって、前記基板ペデスタルモジュールは、さらに、
（ａ）前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つの静電クランプ電極、
（ｂ）前記プラテンに埋め込まれた下側ＲＦ電極、
（ｃ）前記プラテンに埋め込まれた少なくとも１つのヒータ、
（ｄ）前記プラテンの前記上面に対して半導体基板を上下させるよう構成された複数のリフトピン、
（ｅ）前記プラテンの前記上面に形成されたメサパターン、
（ｆ）前記プラテンの前記上面に対して半導体基板を上下させるよう構成されたキャリヤリング、または、
（ｇ）静電クランプ電極およびＲＦ電極として機能するよう動作可能な埋め込みの単一電極、を備える、半導体基板処理装置。
［適用例１６］
半導体基板処理装置の基板ペデスタルモジュールを製造する方法であって、
上側ガス管フランジの上側セラミック面をプラテンの下側セラミック面に対して位置決めする工程と、
前記上側ガス管フランジの前記上側セラミック面を前記プラテンの前記下側セラミック面に拡散結合させて、真空シールを形成する工程と、
を備える、方法。
［適用例１７］
適用例１６に記載の方法であって、さらに、
上側ステムフランジの上側セラミック面を前記上側ガス管フランジの下側セラミック面に対して位置決めする工程と、
前記上側ガス管フランジの前記上側セラミック面を前記プラテンの前記下側セラミック面に、かつ、前記上側ステムフランジの前記上側セラミック面を前記上側ガス管フランジの前記下側セラミック面に、同時に拡散接合させて、真空シールを形成する工程、または、前記上側ガス管フランジの前記上側セラミック面が前記プラテンの前記下側セラミック面に拡散接合された後に、前記上側ステムフランジの前記上側セラミック面を前記上側ガス管フランジの前記下側セラミック面に拡散接合させて、真空シールを形成する工程と、
を備える、方法。
［適用例１８］
適用例１に記載の半導体基板処理装置で半導体基板を処理する方法であって、
前記処理ガス源から前記処理領域に前記処理ガスを供給する工程と、
前記プラテンの前記上面に支持された半導体基板を処理する工程と、
を備える、方法。
［適用例１９］
適用例１８に記載の方法であって、さらに、処理中に、前記背面ガス管を通して、前記プラテンの前記上面に支持された半導体基板の下面の下方の領域に、背面熱伝導ガスまたはパージガスを供給する工程を備える、方法。
［適用例２０］
適用例１８に記載の方法であって、前記処理は、化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、原子層蒸着、プラズマ強化原子層蒸着、パルス蒸着層、および／または、プラズマ強化パルス蒸着層の内の少なくとも１つである、方法。

【図1】

【図2】

【図3】