7642500 半導体製造装置

(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】

(24)【登録日】2025-02-28

(45)【発行日】2025-03-10

(54)【発明の名称】半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20250303BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021148551

(22)【出願日】2021-09-13

(65)【公開番号】P2023041281

(43)【公開日】2023-03-24

【審査請求日】2024-03-12

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬場 真人

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１５５１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２４３０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５３１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を含む対象物を吸着するための静電チャックを具備し、
前記静電チャックは、
第１の領域と、前記第１の領域を囲む第２の領域と、を含む吸着面と、
前記吸着面と交差する第１方向において前記第１の領域および前記第２の領域のそれぞれに重畳する内部電極と、
を有し、
前記第１の領域は、前記吸着面に対して前記第１方向に第１の深さを有するとともに前記第１方向において前記内部電極に重畳する第１の凹部を含み、
前記第２の領域は、複数の第２の凹部を含み、前記複数の第２の凹部のそれぞれが前記吸着面に対して前記第１方向に前記第１の深さよりも小さい第２の深さを有するとともに前記第１方向において前記内部電極に重畳し、
前記吸着面に前記対象物を吸着するとき、前記複数の第２の凹部により生じる吸着力は、前記第１の凹部により生じる吸着力よりも高い、
半導体製造装置。

【請求項2】

前記複数の第２の凹部は、前記第１の領域を囲み同心円状に設けられる、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記複数の第２の凹部は、前記第２の領域の内周縁から外周縁に向かって放射状に延在する、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記静電チャックを加熱するためのヒータをさらに具備する、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記静電チャックにより前記対象物を吸着したとき、前記基板の周縁は、前記第１方向において前記第２の領域に重畳する、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体ウェハ等の基板を含む対象物を吸着するための静電チャックを具備する半導体製造装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－８８１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明が解決しようとする課題の一つは、高い吸着力を有する静電チャックを具備する半導体製造装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の半導体製造装置は、基板を含む対象物を吸着するための静電チャックを具備する。静電チャックは、第１の領域と、第１の領域を囲む第２の領域と、を含む吸着面と、吸着面と交差する第１方向において第１の領域および第２の領域のそれぞれに重畳する内部電極と、を有する。第１の領域は、吸着面に対して第１方向に第１の深さを有するとともに第１方向において内部電極に重畳する第１の凹部を含む。第２の領域は、吸着面に対して第１方向に第１の深さよりも小さい第２の深さを有するとともに第１方向において内部電極に重畳する第２の凹部を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】半導体製造装置の構成例を示す断面模式図である。

【図2】吸着面２１の構造例を示す上面模式図である。

【図3】領域２１ｂの第１の構造例を示す上面模式図である。

【図4】領域２１ｂの第１の構造例を示す断面模式図である。

【図5】領域２１ｂの第２の構造例を示す上面模式図である。

【図6】領域２１ｂの第２の構造例を示す断面模式図である。

【図7】吸着メカニズムを説明するための断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

【0008】

（半導体製造装置の構成例）
図１は、半導体製造装置の構成例を示す断面模式図である。半導体製造装置１０は、チャンバ１と、ステージ２と、上部電極３と、外壁４と、を具備する。半導体製造装置１０の例は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマＡＬＤ装置等が挙げられる。

【0009】

チャンバ１は、上部電極３および外壁４に囲まれた空間である。チャンバ１において、対象物Ｗに対して成膜処理等の処理を行う。対象物Ｗは、例えば半導体ウェハ等の基板を含む。外壁４は、対象物Ｗのロードおよびアンロードを行うための搬入出口を有していてもよい。

【0010】

ステージ２は、対象物Ｗを吸着するための静電チャックを形成する。ステージ２は、吸着面２１と、内部電極２２と、ヒータ２３と、を有する。

【0011】

吸着面２１は、対象物Ｗを吸着するための面である。対象物Ｗとの接触部は、例えばセラミック材料により形成される。

【0012】

内部電極２２は、対象物Ｗの表面と交差するＺ軸方向において吸着面２１に重畳する。内部電極２２は、ステージ２の内部に埋め込まれる。内部電極２２は、直流電源５に接続される。直流電源５は、例えば対象物Ｗを吸着するための直流電圧を供給する。直流電源５は、スイッチを有し、スイッチにより直流電圧を供給の開始および停止を切り替えてもよい。内部電極２２は、チャンバ１内でプラズマを発生させる際の電極としての機能を有していてもよい。

【0013】

ヒータ２３は、ステージ２を加熱してステージ２の温度を調整する機能を有する。ヒータ２３は、ヒータ電源６に接続される。

【0014】

上部電極３は、Ｚ軸方向において、内部電極２２に重畳する。上部電極３は、ガス導入口７を有し、ガス導入口７を介してガス供給源８から原料ガスを供給してもよい。ガス供給源８は、例えば原料タンクに接続されたマスフローコントローラを有し、マスフローコントローラによりガス流量を調整してもよい。マスフローコントローラは、原料ガス毎に複数設けられてもよい。

【0015】

上部電極３は、交流電源９に接続される。交流電源９は、原料ガスからプラズマを発生させるための高周波電力を上部電極３に印加できる。高周波電力の周波数は、特に限定されないが、例えば２００ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下である。交流電源９は、整合器を有し、整合器を介して高周波電力を上部電極３に供給してもよい。

【0016】

ステージ２、直流電源５、ヒータ電源６、ガス供給源８、および交流電源９は、例えば図示しない制御回路により制御されてもよい。制御回路は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成されてもよい。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。

【0017】

半導体製造装置１０は、図示しない搬送機構を具備していてもよい。搬送機構は、チャンバ１に対する対象物Ｗのロードおよびアンロードが可能である。これにより、ステージ２に対象物Ｗを載置できる。搬送機構は、例えば上記制御回路により制御されてもよい。

【0018】

図２は、吸着面２１の構造例を示す上面模式図である。図２は、吸着面２１に平行なＸ－Ｙ平面を示す。吸着面２１は、領域２１ａと、領域２１ｂと、を含む。領域２１ａおよび領域２１ｂのそれぞれは、吸着面２１と交差するＺ軸方向において内部電極２２に重畳する。

【0019】

領域２１ａは、吸着面２１の周縁よりも内側に設けられる。領域２１ａは、凹部２１１と、接触部２１２と、を有する。

【0020】

凹部２１１は、例えば吸着面２１の外周に沿って円状に設けられる。凹部２１１は、吸着面２１に対してＺ軸方向に深さを有する。

【0021】

接触部２１２は、対象物Ｗを吸着したときに対象物Ｗに接する部分である。接触部２１２の平面形状は、例えば円状である。接触部２１２を設けることにより、対象物Ｗを吸着面２１に載置したときに対象物Ｗの保持力を高めることができる。Ｘ－Ｙ平面において、接触部２１２の径は、特に限定されないが、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。図２は、Ｘ－Ｙ平面において、ドット状に設けられた複数の接触部２１２を示す。複数の接触部２１２の数は、図２に示す接触部２１２の数に限定されない。複数の接触部２１２の平面形状は、円状に限定されない。

【0022】

領域２１ｂは、Ｘ－Ｙ平面において領域２１ａを囲む。領域２１ｂは、吸着面２１の周縁よりも内側に設けられる。すなわち、領域２１ｂは、Ｘ－Ｙ平面において、吸着面２１の周縁と領域２１ａとの間に配置される。静電チャックにより対象物Ｗを吸着したとき、基板の周縁は、Ｚ軸方向において領域２１ｂに重畳する。

【0023】

［領域２１ｂの第１の構造例］
図３は、領域２１ｂの第１の構造例を示す上面模式図である。図４は、領域２１ｂの第１の構造例を示す断面模式図である。図３および図４に示す領域２１ｂは、図２に示す領域２１ｂの一部に対応する。

【0024】

領域２１ｂは、凹部２１３を有する。凹部２１３は、例えばＸ－Ｙ平面において領域２１ａを囲む環状である。図３は、同心円状に設けられた複数の環状の凹部２１３の一部を示す。複数の凹部２１３の数は、図３および図４に示す凹部２１３の数に限定されない。

【0025】

凹部２１３は、吸着面２１と交差するＺ軸方向において内部電極２２に重畳する。凹部２１１が吸着面２１に対してＺ軸方向に深さＤ１を有するとき、凹部２１３は、吸着面２１に対してＺ軸方向に深さＤ１よりも小さい深さＤ２を有する。凹部２１３の断面形状は特に限定されない。

【0026】

［領域２１ｂの第２の構造例］
図５は、領域２１ｂの第２の構造例を示す上面模式図である。図６は、領域２１ｂの第２の構造例を示す断面模式図である。図５および図６に示す領域２１ｂは、図２に示す領域２１ｂの一部に対応する。

【0027】

領域２１ｂは、凹部２１３を有する。凹部２１３は、例えばＸ－Ｙ平面において、領域２１ａの内周縁から外周縁に向かって延在する。図５は、放射状に設けられた複数の凹部２１３の一部を示す。複数の凹部２１３の数は、図５および図６に示す凹部２１３の数に限定されない。

【0028】

凹部２１３は、Ｚ軸方向において内部電極２２に重畳する。凹部２１１が吸着面２１に対して深さＤ１を有するとき、凹部２１３は、深さＤ１よりも小さい深さＤ２を有する。凹部２１３の断面形状は特に限定されない。

【0029】

第１の構造例および第２の構造例において、深さＤ１は、特に限定されないが、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは２２μｍ以上２６μｍ以下である。深さＤ２は、特に限定されないが、例えば５μｍ以上１５μｍ以下、好ましくは８μｍ以上１３μｍ以下である。

【0030】

図７は、対象物Ｗを吸着したときの吸着メカニズムを説明するための断面模式図である。図７は、領域２１ｂが第１の構造例を有する場合の例を示す。

【0031】

内部電極２２に直流電圧を印加すると、ステージ２と対象物Ｗとの間で正電荷と負電荷が引き合うことにより吸着力が発生する。この吸着力は、例えばステージ２と対象物Ｗとの間の空間で生じるジョンセン・ラーベック力（Ｊ－Ｒ力）や吸着面２１と対象物Ｗとの間で生じるクーロン力によるものである。なお、図７では、ステージ２側に正電荷を図示し、対象物Ｗ側に負電荷を図示しているが、これに限定されない。

【0032】

従来の静電チャックでは、例えば６５０℃以上の高温で成膜処理を行う場合、ステージが電気抵抗の低下により導体となるため、チャックに必要な電荷の保持が困難な場合がある。これは、チャック力の低下の原因となる。対象物に含まれる半導体基板は周縁部において反りが大きいため、吸着面と基板の周縁との重畳部（Ｌｅｄｇｅともいう）において吸着力が高いことが好ましい。

【0033】

Ｌｅｄｇｅにおいて吸着力を高めるために、複数の内部電極を設け、Ｌｅｄｇｅに異なる電圧を印加して吸着力を高めることが考えられる。しかしながら、ステージの構造が複雑となり、製造が困難である。

【0034】

実施形態の半導体製造装置では、Ｌｅｄｇｅに対応する領域２１ｂにおいて、凹部２１１よりも浅い凹部２１３を形成する。クーロン力やＪ－Ｒ力は、ステージ２と対象物Ｗとの間の空間の距離が短いほど高い。よって、凹部２１１よりも浅い凹部２１３を形成することにより、Ｌｅｄｇｅにおける吸着力を高めることが可能である。

【0035】

凹部２１１および凹部２１３は、例えば吸着面２１の表面をエッチング等の方法を用いて部分的に加工することにより形成可能である。吸着面２１の表面を加工して凹部を形成する場合、凹部が深いほど深さのばらつきが多くなる。これに対し、実施形態の半導体製造装置では、凹部２１１よりも浅い凹部２１３を形成することにより、凹部の深さのばらつきを小さくできる。

【0036】

さらに、実施形態の半導体製造装置では、凹部２１３を形成することにより、領域２１ｂにおいて、吸着面２１と対象物Ｗとの接触面積を小さくできる。領域２１ｂにおいて、吸着面２１と対象物Ｗとの接触面積が大きいと、対象物Ｗの吸着面２１との接触面が傷つきやすく、例えば基板の表面粗さが大きくなる場合がある。これに対し、吸着面２１と対象物Ｗとの接触面積を小さくすることにより、例えば基板の表面粗さを小さくできる。

【0037】

凹部２１３の平面形状は、領域２１ｂの第１の構造例および第２の構造例に示す形状に限定されない。複数の凹部２１３を形成する場合、領域２１ｂの一つの箇所における凹部２１３の数と、他の一つの箇所における凹部２１３の数は、異なっていてもよい。例えば基板のＸ軸方向の反りの大きさとＹ軸方向の反りの大きさとが異なる場合、反りが大きい箇所は、凹部２１３の数を増やし、反りが小さい箇所は凹部２１３の数を減らしてもよい。

【0038】

また、領域２１ｂの第１の構造例および第２の構造例において、凹部２１３がＺ軸方向において内部電極２２に重畳する例を示したが、凹部２１３を介して電荷の引き合いを発生させることができるのであれば、凹部２１３は、必ずしも内部電極２２に重畳しなくてもよい。

【0039】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１…チャンバ、２…ステージ、３…上部電極、４…外壁、５…直流電源、６…ヒータ電源、７…ガス導入口、８…ガス供給源、９…交流電源、１０…半導体製造装置、２１…吸着面、２１ａ…領域、２１ｂ…領域、２２…内部電極、２３…ヒータ、２１１…凹部、２１２…接触部、２１３…凹部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】