特許 7349832 セラミックハイブリッド絶縁プレート

(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】2023-09-14

(45)【発行日】2023-09-25

(54)【発明の名称】セラミックハイブリッド絶縁プレート

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230915BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230915BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230915BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230915BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20230915BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/205

H01L21/31 B

H01L21/302 101G

H02N13/00 D

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019123358

(22)【出願日】2019-07-02

(65)【公開番号】P2020013993

(43)【公開日】2020-01-23

【審査請求日】2022-06-15

(31)【優先権主張番号】16/037,975

(32)【優先日】2018-07-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(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】ジョナサン シモンズ

(72)【発明者】

【氏名】ダナ ロベル

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０６００１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１７４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６５０８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１３０６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５１２３１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバであって、
側壁と底部を有する本体と、
その中に処理容積を画定する本体に結合された蓋と、
前記処理容積内に配置された静電チャックとを備え、前記静電チャックは、
接地プレートと、
前記接地プレート上に配置された絶縁体と、
前記絶縁体上に配置されたファシリティプレートと、
前記ファシリティプレート上に配置された冷却ベースと、
前記冷却ベース上に配置され、その中に電極を有する支持本体と、
前記絶縁体を囲むように配置され、セラミック材料から形成されたリングとを備える、処理チャンバ。

【請求項2】

前記リングは、前記リングを貫通する開口部を画定する内部表面を有し、前記絶縁体は前記開口部内に配置される、請求項１に記載の処理チャンバ。

【請求項3】

前記リングは環状部と延長部とを備える、請求項１に記載の処理チャンバ。

【請求項4】

前記絶縁体は前記環状部によって囲まれ、前記ファシリティプレートは前記延長部によって囲まれる、請求項３に記載の処理チャンバ。

【請求項5】

前記絶縁体はポリマー材料から形成される、請求項１に記載の処理チャンバ。

【請求項6】

前記リングは酸化アルミニウム又は酸化イットリウムから形成される、請求項１に記載の処理チャンバ。

【請求項7】

静電チャックであって、
接地プレートと、
前記接地プレート上に配置された絶縁体と、
前記絶縁体上に配置されたファシリティプレートと、
前記ファシリティプレート上に配置された冷却ベースと
前記冷却ベース上に配置され、その中に電極を有する支持本体と、
前記絶縁体を囲むように配置され、セラミック材料から形成されたリングとを備える、静電チャック。

【請求項8】

前記リングと前記ファシリティプレートとの間に配置された第１のシールと、
前記リングと前記接地プレートとの間に配置された第２のシールとを更に備える、請求項７に記載の静電チャック。

【請求項9】

前記第１のシール、前記第２のシール、及び前記リングは、前記リング内に配置された前記絶縁体を隔離する、請求項８に記載の静電チャック。

【請求項10】

前記リングはそれを貫通する開口部を画定する半径方向内面を有し、前記絶縁体は前記開口部内に配置される、請求項７に記載の静電チャック。

【請求項11】

前記リングは酸化アルミニウム又は酸化イットリウムから形成される、請求項７に記載の静電チャック。

【請求項12】

静電チャックであって、
接地プレートと、
前記接地プレート上に配置された絶縁体と、
前記絶縁体上に配置されたファシリティプレートと、
前記ファシリティプレート上に配置された冷却ベースと、
前記冷却ベース上に配置され、その中に電極を有する支持本体と、
リングであって、
前記絶縁体を囲む環状部と、
前記環状部から延在し、前記ファシリティプレートを囲む延長部とを備えるリングと、
前記リングと前記冷却ベースとの間に配置された第１のシールと、
前記リングと前記接地プレートとの間に配置された第２のシールとを備える、静電チャック。

【請求項13】

前記環状部は、それを貫通する開口部を画定する半径方向内面を有し、前記絶縁体は前記開口部内に配置される、請求項１２に記載の静電チャック。

【請求項14】

前記延長部は、前記ファシリティプレートを囲むように構成された半径方向内面を有する、請求項１２に記載の静電チャック。

【請求項15】

肩部は前記環状部と前記延長部との間に形成され、前記ファシリティプレートの一部は前記肩部上に配置される、請求項１４に記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【背景】

【0001】

（技術分野）
本開示の実施形態は、概して、基板を処理するための静電チャックに関する。

【0002】

（関連技術の説明）
集積回路の製造において、半導体基板上に様々な材料の膜を堆積するために、堆積プロセス（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ））が使用される。他のオペレーションでは、層変換プロセス（例えば、エッチング）を使用して、更に堆積させるために堆積層の一部を露出させる。多くの場合、これらの堆積プロセス又はエッチングプロセスを繰り返し使用して、電子デバイス（例えば、半導体デバイス）の様々な層を製造する。

【0003】

技術が進歩するにつれて、ますます複雑化する回路及び半導体デバイスを製造するために新しいケミストリ及びプロセスが利用されている。このようなケミストリ及びプロセスにより、処理チャンバ内で使用される従来のコンポーネントが損傷する可能性がある。

【0004】

したがって、新しい製造プロセスで使用することができる、デバイス製造用のチャンバ処理コンポーネントが必要とされている。

【概要】

【0005】

本開示は、概して、基板を処理するための静電チャックに関する。

【0006】

一実施形態では、処理チャンバは、側壁と底部とを有する本体を有する。蓋は本体に結合され、処理容積が画定される。静電チャックは、処理容積内に配置される。静電チャックは、接地プレートと、絶縁体と、ファシリティプレートと、冷却ベースと、支持本体とを有する。支持本体はその中に配置された電極を有する。セラミックリングは絶縁体を囲むように配置される。

【0007】

別の実施形態では、静電チャックは、接地プレートと、絶縁体と、ファシリティプレートと、冷却ベースと、支持本体とを有する。電極は支持本体の内部に配置される。静電チャックはまた、絶縁体を囲むように配置されたリングを有する。リングはセラミック材料から形成される。

【0008】

更に別の実施形態では、静電チャックは、接地プレートと、絶縁体と、ファシリティプレートと、冷却ベースと、支持本体とを有する。電極は支持本体の内部に配置される。静電チャックはまた、環状部とそこから延在する延長部とを有するリングを含む。環状部は絶縁体を囲み、延長部はファシリティプレートを囲む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示の上記の構成を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を行い、そのいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってその範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示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1】例示的な処理チャンバ断面の概略構成である。

【図2】一実施形態による静電チャック断面の概略構成である。

【図3】別の実施形態による静電チャック断面の概略構成である。

【0010】

理解を容易にするために、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。一実施形態の要素及び構成は、更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込まれてもよいと考えられる。

【詳細な説明】

【0011】

本開示は、概して、基板を処理するための静電チャックに関する。静電チャックはファシリティプレート、及び冷却ベースと接地プレートとの間に配置された絶縁体を含む。支持本体は、その上に基板を支持するための冷却ベースに結合される。リングは絶縁体を囲むように構成される。リングは、製造プロセスに曝されて生じる劣化に対して耐性のある材料から形成される。リングは、ファシリティプレートを囲むように構成された延長部を任意に含む。

【0012】

図１は、一実施形態による例示的な処理チャンバ１００の部分断面の概略構成である。処理チャンバ１００は、側壁１０４と底部１０６とを有する本体１０２を含む。蓋１０８は本体１０２に結合し、処理容積１１０が画定される。本体１０２は、一般に、金属（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）から形成されるが、処理チャンバ１００内で実行されるプロセスと共に使用するのに適した任意の材料を利用してもよい。

【0013】

フェースプレート１３６は、蓋１０８に結合される。複数の開口部１５０は、フェースプレート１３６を貫通して形成され、蓋１０８に形成された開口部１４６を通って処理容積部１１０と流体連通する。カバープレート１３２はフェースプレート１３６に結合され、その間にプレナム１４８が画定される。ガスは、カバープレート１３２に形成された入口ポート１６０を通ってガスパネル１４０からプレナム１４８に流れ込む。ガスは、プレナム１４８からフェースプレート１３６の開口部１５０を通って、処理容積１１０内に流れる。

【0014】

底部１０６によって支持された静電チャック１１５は、その上に基板Ｗを支持するために処理容積１１０内に配置される。静電チャック１１５は、基部１１６に結合された支持本体１１４を含む。複数のリフトピン１２２は、静電チャック１１５に形成された開口部１２１を通って、任意に配置される。リフトピン１２２はアクチュエータ１２０に結合され、リフトピン１２２を昇降させて基板「Ｗ」を支持本体１１４上に位置決めする。真空システム（図示せず）は、処理容積１１０から流出物を排気するために、開口部１３０を通って処理容積１１０に流体結合される。

【0015】

処理チャンバ１００内で基板Ｗの処理を容易にするために、基板Ｗは支持本体１１４上に配置される。電極１２６は、支持本体１１４内に配置され、基部１１６を介して電源１２８に電気的に結合される。電極１２６は、電源１２８によって選択的にバイアスされて、電磁場を生成し基板Ｗを支持本体１１４に静電的にチャックする。ある特定の実施形態では、電極１２６は加熱電極であり、支持本体１１４及びその上に支持されている基板Ｗの温度を上昇させることができる。

【0016】

図２は、例示的な静電チャック２００の断面図である。静電チャック２００は、図１の静電チャック１１５として使用することができる。図２では、明確化のため、開口部１２１及びリフトピン１２２を示していない。静電チャック２００は、接地プレート２０２と、絶縁体２０４と、ファシリティプレート２０６と、支持本体２１４を支持する冷却ベース２０８とを有する。接地プレート２０２は、一般に、金属（例えば、アルミニウム）から形成され、チャンバの底部に結合されるように構成される。接地プレート２０２は、静電チャック２００の他の部分（例えば、絶縁体２０４、ファシリティプレート２０６、及び冷却ベース２０８）を固定するための結合機構（例えば、ねじ又はボルト）用の孔（図示せず）を含む。

【0017】

絶縁体２０４は、ポリマー材料から形成される（例えば、とりわけＲＥＸＯＬＩＴＥ（商標名）ポリマー（架橋ポリスチレン）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエーテルイミド）。絶縁体２０４は、その中に電極２２６を有する支持本体２１４と接地プレート２０２との間の熱的及び電気的な相互作用を低減するように機能する。ファシリティプレート２０６は、絶縁体２０４に結合され、冷却ベース２０８及び支持本体２１４への接続（すなわち、電気用及び／又は流体用コンジット）のための経路を提供する。ファシリティプレート２０６もまた、金属（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）から形成される。

【0018】

冷却ベース２０８は、ファシリティプレート２０６に結合される。冷却ベース２０８は、それに結合された支持本体２１４の温度を制御するために、その中に配置された温度制御装置２１０を含む。ここで、温度制御装置２１０は、それを通って流体（例えば、とりわけ水、空気、窒素、エチレングリコール）を流すための一連のチャネル２１０ａである。チャネル２１０ａは、流体の温度を制御するための熱交換装置（図示せず）に結合される。シール２２０は、冷却ベース２０８の周辺に配置される。ここで、シール２２０は、冷却ベース２０８内に形成された溝の中に配置されたＯリングである。しかしながら、他のタイプの装置をシール２２０に使用してもよい。シール２２０は、冷却ベース２０８とファシリティプレート２０６との間の流体通過を防止するように機能する。

【0019】

リング２３０は、絶縁体２０４を取り囲むファシリティプレート２０６と接地プレート２０２との間に配置される。リング２３０は、製造プロセスに曝されて生じる劣化に耐性のある材料（例えば、セラミック、とりわけ酸化アルミニウム又は酸化イットリウム）から形成される。別の例では、リング２３０は石英から形成される。リング２３０は、接地プレート２０２内に形成された凹部２０２ａ内に嵌合するようにサイズ設定された半径方向外面２３０ｂを有する。リング２３０はまた、半径方向内面２３０ａを有し、これは絶縁体２０４の外径よりわずかに大きい直径を有する。したがって、開口部はリング２３０を貫通して形成され、そこに絶縁体２０４が配置される。一実施形態では、リング２３０は、絶縁体２０４の厚さと実質的に等しい厚さを有する。

【0020】

シール２２２は、リング２３０とファシリティプレート２０６との間に配置され、流体はその間を通過することができない。同様に、シール２２４が、リング２３０と接地プレート２０２との間に配置される。ここで、シール２２２、２２４は、溝の中に配置されたＯリングである。しかしながら、他のタイプの装置をシール２２２、２２４に使用してもよい。リング２３０及びシール２２２、２２４により、絶縁体２０４は絶縁体２０４を損傷させる可能性がある製造プロセスから隔離されるので、その維持寿命が延び、チャンバの処理能力が増大する。

【0021】

図３は、例示的な静電チャック３００の断面図である。静電チャック３００は、静電チャック２００と同様であるが、異なるリング３３０及びファシリティプレート３０６を使用する。静電チャック３００は、また、冷却ベース３０８、ファシリティプレート３０６、及び接地プレート３０２上に配置された絶縁体３０４を有する。支持本体３１４は、冷却ベース３０８に結合される。冷却ベース３０８は、支持本体３１４の温度を制御するための温度制御装置３１０の一部として内部に流体を流すためのチャネル３１０ａを含む。

【0022】

リング３３０は、冷却ベース３０８と接地プレート３０２との間に配置される。リング３３０は、製造プロセスに曝されて生じる劣化に対して耐性がある材料から形成される。例示的な材料は、セラミック（例えば、とりわけ酸化アルミニウム、酸化イットリウム）、又は石英を含む。この実施形態では、リング３３０は、環状部３３０ａと延長部３３０ｂとを有する。環状部３３０ａは、下面３３２で接地プレート３０２に結合する。環状部３３０ａは、接地プレート３０２に形成された凹部３０２ａ内に配置されるようにサイズ設定された半径方向外面３３０ｃを有する。環状部３３０ａはまた、環状部３３０ａを貫通する開口部を画定する半径方向内面３３０ｄを有する。半径方向内面３３０ｄは、絶縁体３０４を開口部内に配置することができるように、絶縁体３０４の外径よりわずかに大きい直径を有する。一実施形態では、絶縁体３０４は、環状部３３０ａの厚さと実質的に等しい厚さを有する。

【0023】

延長部３３０ｂは、環状部３３０ａの上面３３４から延在する。延長部３３０ｂは、環状部３３０ａの半径方向外面３３０ｃの直径よりも小さい直径を有する半径方向外面３３０ｆを有する。延長部３３０ｂはまた、環状部３３０ａの半径方向内面３３０ｄの直径よりも大きい直径を有する半径方向内面３３０ｇを有する。したがって、環状部３３０ａと延長部３３０ｂとの間に、肩部３３６が形成される。ファシリティプレート３０６の一部は、延長部３３０ｂがファシリティプレート３０６を囲む肩部３３６上に配置される。一例では、延長部３３０ｂはファシリティプレート３０６の厚さと実質的に等しい厚さを有する。冷却ベース３０８は、環状部３３０ａの反対側に位置する当該冷却ベースの端部で、延長部３３０ｂに結合する。

【0024】

シール３２０は、延長部３３０ｂと冷却ベース３０８との間に配置されており、流体はその間を通過できない。同様に、シール３２４は、環状部３３０ａと接地プレート３０２との間に配置される。ここでは、シール３２０、３２４は、溝の中に配置されたＯリングであるが、他の装置を使用してもよい。リング３３０及びシール３２０、３２４により、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６は製造プロセスから隔離される。絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６を形成するために使用される材料は、製造プロセスに曝されて生じる劣化の影響を受けやすい。しかしながら、リング３３０及びシール３２０、３２４により、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６が劣化から保護されるので、製造寿命が延びる。更に、延長部３３０ｂを使用することにより、ファシリティプレート３０６とリング３３０との間にシールを設ける必要がなくなる。シールを取り除くことによって、ファシリティプレート３０６及び絶縁体３０４が製造プロセスに曝される可能性は更に低減するので、ファシリティプレート３０６及び絶縁体３０４の保護が強化される。

【0025】

オペレーション中、電極３２６により、基板Ｗにチャッキング力が加わる（図１）。従来の設計では、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６が、チャッキング力及びチャンバ内に存在する真空力に対する反作用を吸収している。時間経過とともに、この繰返し吸収は、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６を疲労させ、これらコンポーネントに損傷（例えば、クラック）を与える原因となる。しかしながら、本明細書に記載の実施形態を利用すれば、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６ではなくリング３３０が、チャッキング電極３２６によって静電チャック３００に加えられる力を吸収する。したがって、リング３３０により、チャッキング力及び真空力に起因する絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６の損傷が防止され、絶縁体３０４及びファシリティプレート３０６の寿命が延びる。

【0026】

一例では、静電チャック２００、３００の誘電特性は、基板Ｗに適切なチャッキング力が加わるように構成される（図１）。例えば、セラミック材料（すなわち、リング２３０、３３０）及びポリマー材料（すなわち、ファシリティプレート２０６、３０６及び絶縁体２０４、３０４）の量により、静電チャック２００、３００の静電容量が変化する。リング２３０、３３０、ファシリティプレート２０６、３０６、及び絶縁体２０４、３０４のサイズは、静電チャック２００、３００の所望の静電容量が得られるように選択される。図３に示される一例では、ファシリティプレート３０６は、所望通りに静電チャック３００の静電容量を増減するようにサイズ設定された切り欠き３５０を有する。切欠き３５０のサイズ及び配置は、所望の静電容量が達成できるように選択される。

【0027】

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の更なる実施形態は、その基本的な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1】

【図2】

【図3】