(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】2023-04-28
(45)【発行日】2023-05-11
(54)【発明の名称】半導体処理で使用するための静電チャック
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20230501BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20230501BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20230501BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 C
H01L21/68 R
H02N13/00 D
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2019566224
(86)(22)【出願日】2018-05-30
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-07-30
(86)【国際出願番号】 US2018034998
(87)【国際公開番号】W WO2018222635
(87)【国際公開日】2018-12-06
【審査請求日】2021-04-19
(31)【優先権主張番号】15/612,423
(32)【優先日】2017-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(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】ゴム・トロイ・アラン
【審査官】長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２１３４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２００９－００８１７１７（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２００３－１２４２９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５０５３６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０１８９９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１３４６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００２－５１２４４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０２Ｎ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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得る処理ゾーンを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバと流体連通し、前記真空チャンバの中にプロセスガスを供給するためのプロセスガス源と、
前記プロセスガス源からのプロセスガスが、前記真空チャンバの前記処理ゾーンに供給される際に通過するシャワーヘッドモジュールと、
処理中に半導体基板を支持するように構成されている上面を有するセラミック材料製のプラテン、及び、前記プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料製のステムを含む静電チャックを含む、基板台座モジュールと、を備え、
前記プラテンは、前記プラテン内に埋設されている同一平面の電極を含み、前記同一平面の電極は、外側ＲＦ電極、第１内側静電クランプ電極及び第２内側静電クランプ電極を含み、前記外側ＲＦ電極は、リング状電極、及び前記リング状電極から前記プラテンの中央部分まで延びる少なくとも１つの半径方向に延びる供給ストリップを含み、前記プラテンは前記外側ＲＦ電極の半径方向に延びる少なくとも一つの供給ストリップと電気的に接続されている第１の端子と、前記第１内側静電クランプ電極と電気的に接続されている第２の端子と、前記第２内側静電クランプ電極と電気的に接続されている第３の端子とを備え、
前記第１、第２及び第３の端子は、前記プラテン内の開口部を通って軸線方向に延び、前記第２及び第３の端子は、前記第１の端子の位置を通る対角線に沿って整列されている、半導体基板処理装置。
【請求項2】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、前記第１内側静電クランプ電極は、前記リング状電極の内側に第１のＤ字形内側静電クランプ電極を含み、前記第２内側静電クランプ電極は、前記リング状電極の内側に第２のＤ字形内側静電クランプ電極を含み、前記半径方向に延びる供給ストリップは、前記プラテンを対角線状に横切って延び、１８０°離れた２つの位置において前記リング状電極に接続され、前記第１及び第２のＤ字形内側静電クランプ電極は、前記半径方向に延びる供給ストリップを挟んで対向する、半導体基板処理装置。
【請求項3】
請求項２に記載の半導体基板処理装置であって、前記第１の端子はプラテンの中心に位置し、前記第２の端子は前記第１の端子から半径方向にオフセットし、前記第３の端子は前記第１の端子から半径方向にオフセットしている、半導体基板処理装置。
【請求項4】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、（ａ）前記プラテンは窒化アルミニウムで作製され、前記同一平面の電極はタングステンで作製され、（ｂ）前記プラテンはリフトピンを収容するように構成されている３つの貫通孔を含み、及び／又は（ｃ）前記プラテンは少なくとも３００ｍｍの直径を有する、半導体基板処理装置。
【請求項5】
請求項１に記載の半導体基板処理装置はさらに、前記同一平面の電極の下方において前記プラテンに内に埋設されている抵抗加熱器を備え、前記抵抗加熱器の各々は、前記プラテンの下側から延びる一以上の第４の端子に接続され、前記第１、第２、第３および一以上の第４の端子は、前記ステムの内側に位置する軸線方向に延びる供給ロッドに接続され、前記軸線方向に延びる供給ロッドは、前記ステムが有する中空部の下端を越えて延びている、半導体基板処理装置。
【請求項6】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、前記プラテンは、前記リング状電極の内側に第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極を含み、少なくとも１つの半径方向に延びる前記供給ストリップは、前記プラテンを横切って対角線状に延びる２つの供給ストリップを備え、前記供給ストリップの各々は、１８０°離れた２つの位置において前記リング状電極に接続され、前記供給ストリップは、対角線状に延びる前記供給ストリップの間に位置する前記第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極と、前記プラテンの前記中央部分において交差している、半導体基板処理装置。
【請求項7】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、前記リング状電極は、前記第１内側静電クランプ電極の周りに延びるセラミック材料の第１の連続壁と、前記第２内側静電クランプ電極の周りに延びるセラミック材料の第２の連続壁とによって前記第１及び第２内側静電クランプ電極から分離され、前記第１及び第２の連続壁は同じ幅を有し、セラミック材料の前記第１及び第２の連続壁の幅は、半径方向に延びる前記供給ストリップの幅よりも小さい、半導体基板処理装置。
【請求項8】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、前記同一平面上の電極の下方において前記プラテンに内に埋設されている抵抗加熱器を更に備え、前記抵抗加熱器の各々は、前記プラテン内の開口部を通って軸線方向に延びる一以上の第４の端子に接続されている、半導体基板処理装置。
【請求項9】
半導体基板が処理され得る処理ゾーンを含む真空チャンバ内で半導体基板を処理するために有用な静電チャックであって、処理中に半導体基板を支持するように構成されている上面を有するセラミック材料製のプラテンと、
前記プラテン内に埋設されている同一平面上の電極と、前記同一平面上の電極は、外側ＲＦ電極、第１内側静電クランプ電極、及び第２内側静電クランプ電極を含み、前記外側ＲＦ電極は、リング状電極、及び前記リング状電極から前記プラテンの中央部分まで延びる少なくとも１つの半径方向に延びる供給ストリップを含み、
前記外側ＲＦ電極の前記半径方向に延びる供給ストリップと電気的に接続されている第１の端子と、
前記第１内側静電クランプ電極と電気的に接続されている第２の端子と、
前記第２内側静電クランプ電極と電気的に接続されている第３の端子と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の端子は、前記プラテン内の開口部を通って軸線方向に延び、前記第２及び第３の端子は、前記第１の端子の位置を通る対角線に沿って整列されている、静電チャック。
【請求項10】
請求項９に記載の静電チャックであって、前記プラテンは、前記リング状電極の内側に前記第１及び第２内側静電クランプ電極を含み、少なくとも１つの前記半径方向に延びる供給ストリップは、前記プラテンを対角線状に横切って延びる単一の供給ストリップを備え、前記単一の供給ストリップは、１８０°離れた２つの位置において前記リング状電極に接続され、前記第１及び第２内側静電クランプ電極は、前記単一の供給ストリップを挟んで対向する、静電チャック。
【請求項11】
請求項９に記載の静電チャックであって、前記プラテンは、前記リング状電極の内側に第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極を含み、少なくとも１つの前記半径方向に延びる供給ストリップは、前記プラテンを横切って対角線状に延びる２つの供給ストリップを備え、前記供給ストリップの各々は、１８０°離れた２つの位置において前記リング状電極に接続され、前記供給ストリップは、対角線状に延びる前記供給ストリップの間に位置する前記第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極と、前記プラテンの前記中央部分において交差している、静電チャック。
【請求項12】
請求項９に記載の静電チャックであって、前記第１の端子はプラテンの中央部分に位置し、前記第２の端子は前記第１の端子から半径方向にオフセットし、前記第３の端子は前記第１の端子から半径方向にオフセットしている、静電チャック。
【請求項13】
請求項９に記載の静電チャックであって、前記同一平面上の電極の下方において前記プラテンに内に埋設されている同一平面上の抵抗加熱器を更に備え、前記抵抗加熱器の各々は、前記プラテン内の開口部を通って軸線方向に延びる一以上の第４の端子に接続されている、静電チャック。
【請求項14】
請求項９に記載の静電チャックであって、（ａ）前記プラテンは窒化アルミニウムで作製され、前記同一平面上の電極はタングステンで作製され、（ｂ）前記プラテンはリフトピンを収容するように構成されている貫通孔を含み、及び／又は（ｃ）前記プラテンは少なくとも３００ｍｍの直径を有する、静電チャック。
【請求項15】
請求項９に記載の静電チャックであって、前記リング状電極は、前記第１内側静電クランプ電極の周りに延びるセラミック材料の第１の連続壁と、前記第２内側静電クランプ電極の周りに延びるセラミック材料の第２の連続壁とによって前記第１及び第２内側静電クランプ電極から分離され、前記第１及び第２の連続壁は同じ幅を有する、静電チャック。
【請求項16】
請求項１５に記載の静電チャックであって、セラミック材料の前記第１及び第２の連続壁の幅は、前記半径方向に延びる供給ストリップの幅よりも小さい、静電チャック。
【請求項17】
請求項９に記載のプラテンと、前記プラテンの下側に拡散接合されている上端部を有する中空セラミックステムとを含む基板台座モジュール。
【請求項18】
請求項１７に記載の基板台座モジュールであって、前記同一平面上の電極の下方において前記プラテン内に埋設されている抵抗加熱器を更に備え、前記抵抗加熱器の各々は、前記プラテンの下側から延びる一以上の第４の端子に接続され、前記第１、第２、第３および一以上の第４の端子は、前記中空セラミックステムの内側に位置する軸線方向に延びる供給ロッドに接続され、前記供給ロッドは、前記中空セラミックステムの下端を越えて延びている、基板台座モジュール。
【請求項19】
請求項１７に記載の基板台座モジュールであって、前記プラテンは、前記リング状電極の内側に前記第１及び第２内側静電クランプ電極を含み、少なくとも１つの前記半径方向に延びる供給ストリップは、前記プラテンを対角線状に横切って延びる単一の供給ストリップを備え、１８０°離れた２つの位置において前記リング状電極に接続され、前記第１及び第２内側静電クランプ電極は、前記単一の供給ストリップを挟んで対向する、基板台座モジュール。
【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、薄膜を堆積するように動作可能なプラズマ強化化学気相堆積処理装置に特定の用途を見出すことができる。
【背景技術】
【0002】
半導体基板処理装置は、エッチング、物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス堆積層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）、及びレジスト除去を含む技術によって、半導体基板を処理するために使用される。半導体基板処理装置の一種には、上部電極及び下部電極を含む反応チャンバを含むプラズマ処理装置があり、そこでは反応チャンバ内で半導体基板を処理するために、無線周波数（ＲＦ）電力が電極間に印加され、プロセスガスをプラズマに励起させる。
【発明の概要】
【0003】
本明細書では、半導体基板が処理されてよい処理ゾーンを含む真空チャンバと、真空チャンバの中にプロセスガスを供給するための、真空チャンバと流体連通しているプロセスガス源と、プロセスガス源からのプロセスガスが、真空チャンバの処理ゾーンに供給される際に通過するシャワーヘッドモジュールと、処理中に半導体基板を支持するように構成された上面を有するセラミック材料製のプラテンを含む基板台座モジュールと、プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料製のステムと、プラテン内に埋設された同一平面上の電極と、を備え、電極は、外側ＲＦ電極、及び内側静電クランプ電極を含み、外側ＲＦ電極は、リング状電極、及びリング状電極からプラテンの中央部分まで延びる少なくとも１つの半径方向に延びるリード線を含み、プラテンのセラミック材料及び電極は、単一の焼結ステップで作製された単一構造体からなる、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る。
【0004】
一実施形態によると、プラテンは、リング状電極の内側に第１及び第２のＤ字形静電クランプ電極を含み、半径方向に延びるリード線は、プラテンを対角線状に横切って延び、１８０°離れた２つの位置において、リング状電極に接続され、第１及び第２のＤ字形電極は、半径方向に延びるリード線を挟んで対向する。プラテンは、プラテンの中心にある第１の端子、第１の端子から半径方向にオフセットした第２の端子、及び第１の端子から半径方向にオフセットした第３の端子を含むことができ、第１の端子はリング状電極の半径方向に延びるリード線に電気的に接続され、第２の端子は第１のＤ字形電極に電気的に接続され、第３の端子は第２のＤ字形電極に電気的に接続されている。第１、第２、及び第３の端子は、プラテン内の開口部を通って軸線方向に延びることができ、第２及び第３の端子は、第１の端子の位置を通る対角線に沿って整列させることができる。
【0005】
別の構成では、プラテンは、リング状電極の内側に第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極を含むことができ、少なくとも１つの半径方向に延びる供給ストリップは、プラテンを横切って対角線状に延びる２つの供給ストリップを含み、各供給ストリップは、１８０°離れた２つの位置においてリング状電極に接続され、供給ストリップは、対角線状に延びる供給ストリップの間に位置する第１、第２、第３、及び第４の静電クランプ電極と、プラテンの中央において交差している。
【0006】
プラテンは任意の好適なセラミック材料で作製することができ、電極は任意の好適な導電性材料で作製することができる。例えば、プラテンは窒化アルミニウムで作製することができ、電極はタングステンで作製することができる。プラテンは、リフトピンを収容するように構成された３つの貫通孔を含むことができ、プラテンは少なくとも３００ｍｍの直径を有することができる。
【0007】
静電クランプ電極がＤ字形電極である実施形態では、リング状電極は、第１のＤ字形電極の周りに延びるセラミック材料の第１の連続壁と、第２のＤ字形電極の周りに延びるセラミック材料の第２の連続壁とによってＤ字形電極から分離され得る。セラミック材料の第１及び第２の壁は、同じ幅を有することができ、セラミック材料の第１及び第２の壁の幅は、半径方向に延びるリード線の幅よりも小さい。
【0008】
本明細書では、半導体基板が処理されてよい処理ゾーンを含む真空チャンバ内で半導体基板を処理するのに有用な静電チャックも開示される。静電チャックは、処理中に半導体基板を支持するように構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、プラテンに埋設された同一平面上の電極とを含む。電極は、外側ＲＦ電極、及び内側静電クランプ電極を含み、外側ＲＦ電極は、リング状電極、及びリング状電極からプラテンの中央部分まで延びる少なくとも１つの半径方向に延びるリード線を含み、プラテンのセラミック材料及び電極は、単一の焼結ステップで作製された単一構造体かｒ成る。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下の詳細な説明では、本明細書で開示される装置及び方法の完全な理解を提供するために、多数の特定の実施形態が記述されている。しかし、当業者には明らかなように、本実施形態は、これらの特定の詳細なしで、又は代替の要素若しくはプロセスを使用することにより実施され得る。その他の場合、本明細書で開示される実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、良く知られたプロセス、手順、及び／又は構成要素は詳細には説明されていない。本明細書で使用する場合、「約」という用語は、±１０％を指す。
【0019】
以下説明するように、本実施形態は、化学気相堆積装置又はプラズマ強化化学気相堆積装置などの半導体基板処理装置において、半導体基板を処理するための装置及び関連する方法を提供する。装置及び方法は、処理中の半導体基板が約５５０℃を超える温度に、例えば、約５５０℃～約６５０℃、又はそれを超える温度に加熱される高温堆積プロセスなどの、半導体基板の高温処理と併用した使用に特に適用可能である。
【0020】
本明細書で開示される実施形態は、好ましくは、プラズマ強化化学堆積装置（すなわち、ＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、又はＰＥＰＤＬ装置）であるが、これらに限定されない。
【0021】
図１は、本明細書で開示される実施形態を実施するように構成された、様々な半導体基板プラズマ処理装置の構成要素を図示する簡単なブロック図を提供する。図示するように、半導体基板プラズマ処理装置１００は、処理ゾーン内にプラズマを閉じ込める役割を担う真空チャンバ１０２を含み、プラズマは、上部ＲＦ電極（図示せず）を有するシャワーヘッドモジュール１０４を含むキャパシタ型システムが、下部ＲＦ電極（図示せず）を内部に有する基板台座モジュール１０６と連係して生成される。少なくとも１つのＲＦ発生器が、真空チャンバ１０２内の半導体基板１０８の上面の上方の処理ゾーンの中にＲＦエネルギーを供給して、真空チャンバ１０２の処理ゾーンの中に供給されたプロセスガスをプラズマに励起し、その結果、真空チャンバ１０２内でプラズマ堆積プロセスが実行されるように動作可能である。例えば、高周波ＲＦ発生器１１０及び低周波ＲＦ発生器１１２はそれぞれ、シャワーヘッドモジュール１０４の上部ＲＦ電極に接続されたマッチングネットワーク１１４に接続されてよく、その結果、真空チャンバ１０２内の半導体基板１０８の上方の処理ゾーンにＲＦエネルギーが供給されてよい。
【0022】
マッチングネットワーク１１４によって真空チャンバ１０２の内部に供給されるＲＦエネルギーの電力及び周波数は、プロセスガスからプラズマを生成させるために十分である。一実施形態では、高周波ＲＦ発生器１１０と低周波ＲＦ発生器１１２の両方が使用され、代替の実施形態では、高周波ＲＦ発生器１１０のみが使用される。あるプロセスでは、高周波ＲＦ発生器１１０は、約２～１００ＭＨｚの周波数で、好ましい実施形態では、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚで動作させてよい。低周波ＲＦ発生器１１２は、約５０ｋＨｚ～２ＭＨｚで、好ましい実施形態では、約３５０～６００ｋＨｚで動作させてよい。プロセスパラメータは、チャンバの容積、基板サイズ、及び他の要因に基づいてスケーリングされてよい。同様に、プロセスガスの流量は、真空チャンバ又は処理ゾーンの自由体積に依存する場合がある。
【0023】
基板台座モジュール１０６の上面は、真空チャンバ１０２内での処理中に半導体基板１０８を支持する。基板台座モジュール１０６は、半導体基板を保持するチャック、並びに／又は、堆積及び／若しくはプラズマ処理プロセスの前、最中、及び／若しくは後に、半導体基板を上下させるリフトピンを含み得る。別の実施形態では、基板台座モジュール１０６は、堆積及び／又はプラズマ処理プロセスの前、最中、及び／又は後に、半導体基板を上下させるキャリアリングを含み得る。チャックは、静電チャック、機械式チャック、又は産業及び／又は研究での使用に利用可能な様々な他の種類のチャックであってよい。静電チャックを含む基板台座モジュール用のリフトピンアセンブリの詳細は、同一出願人による米国特許第８，８４０，７５４号明細書に見出すことができ、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。基板台座モジュール用のキャリアリングの詳細は、同一出願人による米国特許第６，８６０，９６５号明細書に見出すことができ、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。裏面ガス供給部１１６が、処理中に基板台座モジュール１０６を通して、半導体基板の下面の下方の領域に熱伝達ガス又はパージガスを供給するように動作可能である。基板台座モジュール１０６はその内部に下部ＲＦ電極を含み、下部ＲＦ電極は好ましくは処理中に接地され、代替実施形態では、下部ＲＦ電極は処理中にＲＦエネルギーが供給されてよい。
【0024】
半導体基板プラズマ処理装置１００の真空チャンバ１０２内で半導体基板を処理するために、プロセスガスが、入口１２０及びシャワーヘッドモジュール１０４を介して、プロセスガス源１１８から真空チャンバ１０２の中に導入され、そこでＲＦエネルギーを用いてプロセスガスがプラズマに形成され、これにより半導体基板の上面に膜が堆積されてよい。一実施形態では、複数のソースガスライン１２２が加熱されたマニホールド１２４に接続されてよい。ガスは、事前に混合されるか、又は別々にチャンバに供給されてよい。半導体基板処理中にシャワーヘッドモジュール１０４を通して正しいガスが確実に送達されるように、適切なバルブ及び質量流量制御メカニズムが用いられる。処理中、裏面熱伝達ガス又はパージガスが、基板台座モジュール１０６上で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。好ましくは、処理は、化学気相堆積処理、プラズマ強化化学気相堆積処理、原子層堆積処理、プラズマ強化原子層堆積処理、パルス堆積層処理、又はプラズマ強化パルス堆積層処理のうちの少なくとも１つである。
【0025】
特定の実施形態では、システムコントローラ１２６を使用して、堆積時、堆積後処理時、及び／又は他のプロセス動作時のプロセス条件を制御する。コントローラ１２６は、典型的には、１つ以上のメモリデバイス及び１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッパモーター制御ボードなどを含んでよい。
【0026】
特定の実施形態では、コントローラ１２６は、装置の動作の全てを制御する。システムコントローラ１２６は、処理動作のタイミング、低周波ＲＦ発生器１１２及び高周波ＲＦ発生器１１０の動作周波数及び動作出力、前駆体並びに不活性ガス及びそれらの相対的混合物の流量及び温度、基板台座モジュール１０６の上面で支持される半導体基板１０８及びシャワーヘッドモジュール１０４のプラズマに暴露される表面の温度、真空チャンバ１０２の圧力、並びに特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令一式を含む、システム制御ソフトウェアを実行する。いくつかの実施形態では、コントローラに関連付けられた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を使用してよい。
【0027】
高温チャックは通常、セラミックプラテンと、プラテンの下側に接合された小径のセラミックステムを含む。例えば、同一出願人による米国特許出願公開第２０１６／０３４０７８１号明細書、第２０１６／０３３６２１３号明細書、及び第２０１６／０３３３４７５号明細書が参照され、これらの各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【0028】
図２は、セラミック体（図示せず）内に埋設された、同一平面上の３つの電極２０２、２０４、２０６を有するプラテン２００を示す。電極２０２は、Ｄ字形静電クランプ電極２０４及び２０６を取り囲む外側リング状電極である。外側リング状電極２０２に電力を供給するために、電力分配回路２０８（図３参照）が電極２０２、２０４、２０６の下方のセラミック体内に埋設され、垂直に延びる導電性ビア２１０が外側リング電極２０２を電力分配回路２０８に接続する。電力分配回路２０８は、外側リング状電極２０２の下にある外側リング２１２と、外側リング２１２を横切って対角線状に延びるアーム２１４とを含む。電力分配回路２０８は、プラテンの下側の中央付近に位置する電力供給端子（図示せず）から電力を供給することを可能にする。静電クランプ電極２０４、２０６は、電力分配回路２０８のアーム２１４間の空間内のプラテンの下側の中央付近に位置する電力供給端子（図示せず）に接続される。
【0029】
図４は、プラテン２００の下側を示し、電極２０２、２０４、２０６の配置を、セラミック体２２４に取り付けられた中空セラミックステム２２２の内側に位置する端子２１６、２１８、２２０と共に見ることができる。端子２１６は静電クランプ電極２０４に取り付けられ、端子２２０は静電クランプ電極２０６に取り付けられ、端子２１８は電力分配回路２０８のアーム２１４の交点に取り付けられている。したがって、プラテン２００を製造するには、複数の焼結ステップを実行して、電極２０２、２０４、２０６の下方のセラミック体２２４内に導電性電力分配回路を埋設する必要があり、その結果、アーム２１４及びリング２１２がインダクタとして機能する場合があり、ウェハの処理中に望ましくないインダクタンス効果が生成される。セラミック体２２４は、プラテン２００の支持面上でウェハを昇降させるためのリフトピン（図示せず）が通るように寸法決めされた３つの貫通孔２２６を含む。
【0030】
図５は、静電クランプ電極３０４、３０６を取り囲む外側リング状電極３０２を有するプラテン３００を備える静電チャックを示す。外側リング状電極３０２は、電力分配回路の必要性を無くすように設計されている。図示するように、外側リング状電極３０２は、リング状電極３０２を対角線状に横切って延びる半径方向に延びるリード線（電力供給ストリップ）３０２ａを含む。リード線３０２ａにより、プラテン３００の下側中央にある端子（図示せず）を外側リング状電極３０２に電気的に接続することが可能になる。静電チャックは、好ましくは、反対の極性を有する１対以上のクランプ電極を有する双極チャックである。例えば、静電チャックは、外側リング状電極３０２を横切って対角線状に延びる供給ストリップによって分離された４つのクランプ電極を含み得る。かかる場合、供給ストリップは垂直であり、クランプ電極は、外側リング状電極３０２と対角線状に延びる供給ストリップとによって形成される４つの四分円形状の内側に配置されることになる。
【0031】
図６は、中空セラミックステム３２２がセラミック体３２４に取り付けられている、プラテン３００の下側を示す。端子３１６は静電クランプ電極３０４に取り付けられ、端子３２０は静電クランプ電極３０６に取り付けられ、端子３１８はリング状外側電極３０２のリード線３０２ａに取り付けられている。セラミック体３２４は、プラテン３００の支持面上でウェハを昇降させるためのリフトピン（図示せず）が通るように寸法決めされた３つの貫通孔３２６を含む。
【0032】
プラテン３００は、個々の半導体ウェハの連続処理のための、基板サポートモジュールの高温静電チャックとして使用でき、プラテン３００は単一の焼結ステップで作製された単一構造体であって、同一平面上の静電クランプ電極及びＲＦ電極、並びに同一平面上の電極の下方にある１つ以上の加熱器を提供する。前述のように、従来のプラテン設計では、ＲＦ電極及び静電クランプ電極の下方に埋設された電力分配回路は、ウェハ処理中に望ましくないインダクタンス効果を生成させる電力分配電極アームを含んでいた。電力分配電極アームを排除することにより面外のインダクタを排除し、単一の焼結ステップを実施することにより製造プロセスを簡素化することが可能である。加えて、外側リング状電極３０２を対角線状に横切って延びる供給ストリップ３０２ａを設けることにより、処理中のウェハの上方のＲＦ場への外乱の悪影響を最小限に抑えることが可能である。
【0033】
プラテン３００及びステム３２２は、好ましくはセラミック材料製であり、プラテン３００の底面は、ろう付け、摩擦溶接、拡散接合、又は他の好適な技術などによって、ステム３２２の上端においてフランジに接合させることができる。ステム３２２の内部は、電力供給リード線、１つ以上の熱電対リード線、及び１つ以上のガス供給管を含むことができ、ガス供給管はアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス、又はヘリウム（Ｈｅ）などの熱伝達ガスを供給し、ガスは、好適な流体通路を介して、プラテン３００の支持面上に配置された半導体基板の下側に伝達される。
【0034】
電力リード線は、プラテン３００に埋設された電極に高周波（ＲＦ）、直流（ＤＣ）、及び／又は交流（ＡＣ）を供給する１つ以上の供給ロッドであり得る。プラテン３００は、好ましくは、酸化アルミニウム（アルミナ）、イットリア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、又は他の好適な材料又は組み合わせなどの焼結セラミック材料の単一構造体である。各電極は、好ましくは平面構成を有し、好ましくは導電性金属材料（例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、コバルト）で作製されるか、又は導電性非金属材料（酸化アルミニウム－炭化タンタル、酸化アルミニウム－炭化ケイ素、窒化アルミニウム－タングステン、窒化アルミニウム－タンタル、酸化イットリウム－モリブデン）で作製されている。電極は、プラテンのセラミック材料と同時焼成される粉末材料から形成され得る。例えば、電極は、プラテンの本体を形成するセラミック材料の層と同時焼成される導電性ペーストで形成することができる。例えば、ペーストは、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）の導電性金属粉末を含み得る。代替として、電極は、所望の電極パターンを有する堆積材料から、又はエッチングされて所望の電極パターンが形成された堆積された膜から形成することができる。更にまた、電極は、前形成されたグリッド、プレート、ワイヤメッシュ、又は他の好適な電極材料及び／若しくは構成を含むことができる。一実施形態では、電極は、ＤＣ電源によって給電されてＤＣチャッキング電圧（例えば、約２００～約２０００ボルト）を供給する少なくとも１つの静電クランプ電極、ＲＦ電源によって給電されてＲＦバイアス電圧（例えば、約５０～約３０００ワットの電力レベルで約４００ＫＨｚ～約６０ＭＨｚの１つ以上の周波数）を供給する少なくとも１つのＲＦ電極、並びに／又は、好適な回路を介してＤＣ及びＲＦ電源により給電される少なくとも１つの電極、を含む。
【0035】
プラテンは、セラミック材料内に同一平面上の電極を配置し、単一の焼結ステップを実行して、焼結されたセラミック材料内に電極を埋設させることにより作製できる。セラミックチャックの製造技術の例は、同一出願人による米国特許第５，８８０，９２２号明細書、及び同第６，４８３，６９０号明細書、同第８，６３７，１９４号明細書に見出すことができ、その開示は本明細書に参照として組み込まれる。例えば、半径方向に延びる一体化されたリード線を有する外側リング状電極、及びＥＳＣ電極は、窒化アルミニウムのグリーンシート上にスクリーン印刷することができ、窒化アルミニウムのグリーンシート又は他の好適な誘電体材料をスクリーン印刷された電極上に配置することができ、結果として得られたコンパクトを加熱プレス成形し焼結してプラテンを形成することができる。焼結されたセラミック材料の下側に延びる孔内の端子を各電極に結合させることができ、ステムをプラテンの下側に結合させることができる。
【0036】
図７は、導電性グリッドなどの導電性電極３０４、３０６と、内部に埋設された外側リング状電極３０２（図示せず）に電気的に接続された供給ストリップ電極３０２ａと、中空セラミック支持ステム３２２と、を含むプラテン３００を示す。プラテン３００及びステム３２２は、好ましくは、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で作製され、プラテン３００の底面は、ろう付け、摩擦溶接、拡散接合、又は他の好適な技術などによって、ステム３２２の上端に接合される。中央に配置された導電性管３３０はステム３２２の内側に配置され、管３３０の上端は埋設された供給ストリップ電極３０２ａに電気的に接続されている。管３３０の出口は、プラテン３００の上面のガス通路３４２（図９参照）と流体連通している。管３３０には、アルゴン（Ａｒ）若しくは窒素（Ｎ2）などの不活性ガス、又はヘリウム（Ｈｅ）などの熱伝達ガスを供給することができ、ガスは、ガス通路３４２を介して、プラテン３００上に支持された半導体基板（図示せず）の下側に送達される。管３３０の外面は、密閉封止によってプラテン３００に封止することができる。ステム３２２の内側には、抵抗加熱器３４０ａ、３４０ｂなどの他の電極に電力を供給する電気供給ロッド３３８、及び、プラテン３００内の静電クランプ電極３０４、３０６に電力を供給する追加の供給ロッド３３６、などの他の構成要素も収容されている。ロッド３３６は、ガスを、出口を通してプラテン３００上に支持されたウェハの下側に供給するために中空であり得る。
【0037】
プラテン３００上に支持されたシリコンウェハ上への膜の堆積などの、半導体基板の処理中に、プラテン３００は、約２０℃から５００℃以上の範囲の温度間を反復してよい。３００ｍｍウェハを処理するためには、プラテン３００は最大約２５．４ｍｍ（約１インチ）の厚さ、及び３８１ｍｍ（約１５インチ）の直径を有することができ、ステム３２２は７６．２ｍｍ（約３インチ）の直径を有することができ、ステム３２２の底部とプラテン３００の上面との間の距離は１２７ｍｍ（約５インチ）とすることができる。管３３０、３３６は、約４ｍｍの直径及び約１７７．８～２０３．２ｍｍ（約７～８インチ）の長さを有することができる。ステム３２２の内側は、パラジウム／ロジウム（Ｐｄ／Ｒｈ）コーティングされたステンレス鋼又はニッケル（Ｎｉ）ロッドなどの電気フィード線などの構成要素を収容する。
【0038】
供給ロッド３３８は、ステム３２２の内面の内側で円周方向に間隔を空けた位置に配置された、ニッケル（Ｎｉ）ロッドなどの中実の金属ロッドとすることができ、２つの外側導電性供給ロッド３３６（任意選択的に、プラテン３００の上面にガスを供給するための中空ロッドであり得る）は、静電クランプ電極３０４、３０６に電気的に接続されている。中実の供給ロッド３３８は、プラテン３００内に埋設された抵抗加熱器３４０ａ、３４０ｂに、静電クランプ電極３０４、３０６の下方の位置において電力を供給することができる。中央管３３０と供給ストリップ３０２ａとの間、供給ロッド３３６と電極３０４、３０６との間、及び供給ロッド３３８と加熱器３４０ａ、３４０ｂとの間の電気接続は、同一出願人による米国特許第９，０８８，０８５号明細書に開示されるように、中実の端子／スタッド／ソケットを含むことができ、その開示は本明細書に参照として組み込まれる。プラテン３００の製造中、管３３０及び供給ロッド３３６、３３８は、好適な焼結及び／又はろう付け技術を介して、プラテン３００及び電極３０２、３０４、３０６に結合され得る。
【0039】
図８は、基板台座モジュール１０６の底面斜視図を示す。図示するように、中央管３３０、供給ロッド３３８、及び外側管３３６は、ステム３２２の下端から外向きに延びている。
【0040】
図９は、基板台座モジュール１０６の断面図である。図示するように、中央管３３０は供給ストリップ電極３０２ａに電気的に接続され、２つの供給ロッド３３８は、電極３０２、３０４、３０６の下方の位置においてプラテン３００内に埋設された１つ以上の抵抗加熱器３４０ａ、３４０ｂに電気的に接続されている。例えば、一対の供給ロッド３３８を内側加熱器に接続することができ、別の一対の供給ロッド３３８を外側加熱器に接続することができる。所望であれば、単一の加熱器又は２つ以上の加熱器を、任意の所望の幾何学的配置でプラテン３００内に埋設させることができる。中央管３３０は、プラテン３００の上面の出口３４２にガスを供給する。
【0041】
半導体基板処理装置の基板台座モジュールを、その特定の実施形態を参照して詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲を逸脱しない範囲で、様々な変更及び修正を行うこと及び等価物を使用することができることが、当業者には明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】