特表 2022-542091 エッチングチャンバのための低接触面積基板支持体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-29

(54)【発明の名称】エッチングチャンバのための低接触面積基板支持体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220921BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/302 101G

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022504515

(86)(22)【出願日】2020-07-21

(85)【翻訳文提出日】2022-03-22

(86)【国際出願番号】 US2020042920

(87)【国際公開番号】W WO2021021496

(87)【国際公開日】2021-02-04

(31)【優先権主張番号】16/526,840

(32)【優先日】2019-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】リー， チャンハン

(72)【発明者】

【氏名】ウィルワース， ミカエル ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ラドウィグ， ジェフリー

【テーマコード（参考）】

5F004

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F004AA14

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB20

5F004BB23

5F004BB26

5F004BB29

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA09

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EA23

5F131EB72

5F131EB78

5F131EB81

5F131JA33

(57)【要約】

本明細書では、処理チャンバ内で使用するための基板支持体の実施形態が提供される。いくつかの実施形態では、基板支持体は、リフトピンを収容するように構成された上面と、ペデスタルの端縁付近の第１の環状領域と、第１の環状領域とペデスタルの中心との間に配置された第２の環状領域とを有するペデスタルであって、第１の環状領域に沿って一定の間隔で上面から延在する第１の複数の孔と、第２の環状領域に沿って一定の間隔で上面から延在する第２の複数の孔とを含む、ペデスタルと、
第１の複数の孔及び第２の複数の孔の各孔に配置された酸化アルミニウムを含む非金属ボールであって、支持面を画定するため、非金属ボールの各々の上面が、ペデスタルの上面に対して隆起している、非金属ボールとを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペデスタル及び非金属ボールを含む基板支持体であって、
前記ペデスタルが、リフトピンを収容するように構成された上面と、前記ペデスタルの端縁付近の第1の環状領域と、並びに前記第1の環状領域と前記ペデスタルの中心との間に配置された第2の環状領域とを有し、前記第1の環状領域に沿って一定の間隔で前記上面から延在する第1の複数の孔と、前記第2の環状領域に沿って一定の間隔で前記上面から延在する第2の複数の孔とを含み、
前記非金属ボールが、前記第1の複数の孔及び前記第2の複数の孔の各孔に配置された酸化アルミニウムを含み、前記非金属ボールの各々の上面が、前記ペデスタルの前記上面に対して隆起して支持面を画定する、
基板支持体。

【請求項2】

前記ペデスタル内に配置された加熱素子を更に含む、請求項１に記載の基板支持体。

【請求項3】

前記第１の複数の孔は、６つの孔である、請求項１に記載の基板支持体。

【請求項4】

前記第１の複数の孔に配置された前記非金属ボールの各々は、前記ペデスタルの中心から約１０．５インチ～約１１．５インチ離れている、請求項３に記載の基板支持体。

【請求項5】

前記第２の複数の孔が、４つの孔である、請求項１に記載の基板支持体。

【請求項6】

前記第２の複数の孔に配置された前記非金属ボールの各々は、前記ペデスタルの中心から約４．０インチ～約５．０インチ離れている、請求項５に記載の基板支持体。

【請求項7】

第２のリフトピン及び第３のリフトピンをそれぞれ収容するために、前記ペデスタルの外側壁から半径方向内向きに延在する第２の凹部及び第３の凹部を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項8】

前記ペデスタルは、上部と、下部と、前記ペデスタルの前記下部から半径方向外向きに延在するリップとを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項9】

前記非金属ボールの前記上面は、前記ペデスタルの前記上面から約０．００５インチ～約０．０１５インチ隆起している、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項10】

前記上面は、前記リフトピンを収容するように構成された、外側壁から半径方向内向きに延在する凹部を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項11】

内部空間を有するチャンバ本体と、
前記内部空間内に配置された請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体と、
前記支持面に対して基板を昇降させるように構成されたリフトピンを有するリフト機構であって、前記リフトピンは、前記ペデスタルの外側壁から前記ペデスタルの中心に向かって延在する前記ペデスタルの凹部を通過することができる、リフト機構と、
を備える、処理チャンバ。

【請求項12】

前記第１の環状領域は、前記第２の環状領域と同心である、請求項１１に記載の処理チャンバ。

【請求項13】

複数の前記非金属ボールは、約０．１０インチ～約０．２０インチの直径を有する、請求項１１に記載の処理チャンバ。

【請求項14】

前記非金属ボールの前記上面は、前記ペデスタルの前記上面から約０．００５インチ～約０．０１５インチ隆起している、請求項１１に記載の処理チャンバ。

【請求項15】

内部空間を有するチャンバ本体と、
前記内部空間内に配置される請求項１から６のいずれか一項に記載の基板支持体であって、前記基板支持体の前記ペデスタルは、前記ペデスタルの前記上面を画定する上面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートの下面に連結される第２のプレートとを備え、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの外径よりも大きい外径を有する、基板支持体と、
前記第２のプレートに連結されたシャフトと、
を備える、処理チャンバ。

【請求項16】

複数のピンが、前記第２のプレートの上部周縁面から上方に延在する、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記第２のプレートの前記上部周縁面に配置され、前記複数のピンを介して所定の場所に保持されるフォーカスリングを更に備える、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記非金属ボールが、サファイアから作られている、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項19】

複数の前記非金属ボールが、前記第１のプレートの前記上面から約０．００５インチ～約０．０１５インチ離れた位置まで延在する、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項20】

複数の前記非金属ボールは、約０．１０インチ～約０．２０インチの直径を有する、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］ 本開示の実施形態は概して、半導体処理機器に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］ 基板支持体は、通常、半導体処理チャンバ内で、処理される基板を支持するために使用される。あるタイプの基板支持体は、エッチング処理などの処理中に基板に熱的な結合を提供するための加熱されたペデスタルを含むことがありうる。しかしながら、ペデスタルとの基板接触面積が大きいと、基板の裏面の粒子汚染、基板の引っ掻き傷、又は基板支持体への基板の粘着による基板の破損につながる可能性がある。

【0003】

［０００３］ そのため、本発明者らは、改良された基板支持体の実施形態を提供した。

【発明の概要】

【0004】

［０００４］ 本明細書では、処理チャンバ内で使用するための基板支持体の実施形態が提供される。いくつかの実施形態では、基板支持体は、リフトピンを収容するように構成された上面と、ペデスタルの端縁付近の第１の環状領域と、第１の環状領域とペデスタルの中心との間に配置された第２の環状領域とを有するペデスタルであって、第１の環状領域に沿って一定の間隔で上面から延在する第１の複数の孔と、第２の環状領域に沿って一定の間隔で上面から延在する第２の複数の孔とを含む、ペデスタルと、第１の複数の孔及び第２の複数の孔の各孔に配置された酸化アルミニウムを含む非金属ボールであって、支持面を画定するため、非金属ボールの各々の上面が、ペデスタルの上面に対して隆起している、非金属ボールと、を含む。

【0005】

［０００５］ いくつかの実施形態では、基板を処理するための装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に少なくとも部分的に配置された基板支持体アセンブリとを含み、基板支持体アセンブリは、基板を支持するように構成された支持面を画定するために、第１のプレートの上面から離れた位置まで延在する複数の非金属ボールを有する第１のプレートであって、複数の非金属ボールが、第１のプレートの中心の周りの第１のリングに沿って一定の間隔で、かつ第１のリングと同心の第２のリングに沿って一定の間隔で配置された第１のプレートと、第１のプレートに結合された第２のプレートであって、第１のプレートの外径よりも大きい外径と、第２のプレートの上周面から上方に延在する複数のピンを有し、上周面は、第１のプレートの外側側壁から半径方向外側に延在する第２のプレートの一部によって画定される、第２のプレートと、第２のプレートに結合されたシャフトと、を含む。

【0006】

［０００６］ いくつかの実施形態では、処理チャンバは、内部空間を有するチャンバ本体と、内部空間内に配置され、酸化アルミニウムを含み、かつ上面から上昇位置で基板を支持するように構成された支持面を画定するようにペデスタルの上面から離れた位置まで延在する複数の非金属ボールを有するペデスタルであって、複数の非金属ボールは、ペデスタルの中心の周りの第１のリングに沿って一定の間隔で、かつ第１のリングと同心の第２のリングに沿って一定の間隔で配置される、ペデスタルと、支持面に対して基板を上昇又は下降させるように構成されたリフトピンを有するリフト機構であって、リフトピンは、ペデスタルの外側壁からペデスタルの中心に向かって延在するペデスタルの凹部を通過することができる、リフト機構と、を含む。

【0007】

［０００７］ 本開示の他の実施形態及び更なる実施形態について、以下で説明する。

【0008】

［０００８］ 上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、添付の図面に示した本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示のいくつかの実施形態による処理チャンバの概略図である。

【図2】本開示のいくつかの実施形態によるペデスタル等角図である。

【図3】本開示のいくつかの実施形態による、ペデスタルの上面図である。

【図4】本開示のいくつかの実施形態によるペデスタルの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［００１３］ 理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりには描かれておらず、わかりやすくするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことが可能である。

【0011】

［００１４］ 本明細書では、処理チャンバ内で使用するための基板支持体の実施形態が提供される。基板支持体は、基板を支持するための上面を有するペデスタルを含む。基板支持体は、有利には、基板が基板支持体上に配置されたときに基板との接触面積が小さい支持面を画定するように、ペデスタルの上面に対して隆起した非金属要素を含む。非金属要素は、有利には、基板への適切な熱結合を提供しつつ、基板に小さい接触面積を提供するように配置される。基板との接触面積が小さいと、基板の引っ掻き傷、汚染、又は粘着が低減又は防止されるので有利である。

【0012】

［００１５］ 図１は、本開示のいくつかの実施形態による処理チャンバ（例えば、プラズマ処理チャンバ）の概略側面図を示す。いくつかの実施形態では、プラズマ処理チャンバは、エッチング処理チャンバである。しかしながら、異なる処理のために構成された他のタイプの処理チャンバもまた、本明細書に記載の基板支持体の実施形態と共に使用するために使用、又は修正することができる。

【0013】

［００１６］ チャンバ１００は、基板処理中にチャンバ内部空間１２０内に大気圧未満の圧力を維持するように適切に適合された真空チャンバである。チャンバ１００は、チャンバ内部空間１２０の上半分に配置された処理空間１２２を囲むリッド１０４によって覆われたチャンバ本体１０６を含む。チャンバ１００はまた、様々なチャンバ構成要素を取り囲む１つ又は複数のシールドを含み、そのような構成要素とイオン化された処理材料との間での望ましくない反応を防止することができる。チャンバ本体１０６及びリッド１０４は、アルミニウムなどの金属で作られてもよい。チャンバ本体１０６は、接地１１６への連結部を介して接地されてもよい。

【0014】

［００１７］ 基板支持体１２４は、チャンバ内部空間１２０内に配置されて、例えば、半導体ウェハなどの基板１０８、又は他のそのような基板を支持し、保持する。基板支持体１２４は一般的に、ペデスタル１３６と、ペデスタル１３６を支持するための中空の支持シャフト１１２とを備えることができる。いくつかの実施態様では、ペデスタル１３６は、アルミニウムの円形片である。中空支持シャフト１１２は、例えば、背面ガス、処理ガス、真空チャッキング、流体、冷却剤、動力等をペデスタル１３６に供給するための導管を提供する。いくつかの実施態様では、基板１０８のチャンバ１００内外への移動を容易にするため、スリット弁１３２は、チャンバ本体１０６及びリッド１０４のうちの少なくとも１つに連結される。

【0015】

［００１８］ いくつかの実施形態では、中空支持シャフト１１２は、処理位置（図１に示すように）と移送位置（図示せず）との間でペデスタル１３６の垂直移動を提供するアクチュエータ又はモータのようなリフト機構１１３に連結される。ベローズアセンブリ１１０は、中空支持シャフト１１２の周りに配置され、チャンバ１００のペデスタル１３６と底面１２６との間に連結されて、チャンバ１００内からの真空の損失を防止しつつ、ペデスタル１３６の垂直運動を可能にする可撓性のある密封材を提供する。ベローズアセンブリ１１０は、チャンバ真空の損失を防止するのを支援するため、底面１２６に接触するＯリング又は他の適切な密封要素と接触する下部ベローズフランジ１２８も含む。

【0016】

［００１９］ 基板リフト１４４は、基板１０８がペデスタル１３６上に配置される、或いは、ペデスタル１３６から取り外されるように、基板リフト１４４を昇降させるための第２リフト機構１３８に連結されたシャフト１４２に接続されたプラットフォーム１４０上に取り付けられたリフトピン１０９を含むことができる。いくつかの実施形態では、プラットフォーム１４０は、フープ形状を有する。いくつかの実施態様では、プラットフォーム１４０は、フープ形状を有し、リフトピン１０９は、プラットフォーム１４０から半径方向内向きに延在する。ペデスタル１３６は、リフトピン１０９を受け入れるための貫通孔又は凹部を含むことができる。

【0017】

［００２０］ チャンバ１００は、チャンバ１００を排気するために使用されるスロットルバルブ（図示せず）及び真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１４に連結され、これと流体連通している。チャンバ１００内の圧力は、スロットルバルブ及び／又は真空ポンプを調節することによって調整されてもよい。チャンバ１００はまた、内部に配置された基板を処理するためにチャンバ１００に１つ又は複数の処理ガスを供給しうる処理ガス供給源１１８に連結され、これと流体連通している。いくつかの実施形態では、基板支持体１２４は、ペデスタル１３６の上面１１５から真空システム１４１まで延在する導管１５０を含む。いくつかの実施形態では、真空システム１４１は、ペデスタル１３６の上面１１５で真空チャッキングを提供するように構成された真空ポンプを備える。

【0018】

［００２１］ ペデスタル１３６の温度は、基板の温度を制御するために調節されてもよい。例えば、ペデスタル１３６は、抵抗加熱器のような埋め込まれた１つ又は複数の加熱素子１４８を用いて加熱されてもよい。１つ又は複数の加熱素子１４８は、１つ又は複数の加熱素子１４８に電力を供給するためにヒータ電源１４６に連結される。

【0019】

［００２２］ 動作中、例えば、プラズマ１０２が、１つ又は複数の処理を実行するために、チャンバ内部空間１２０内に生成されてもよい。プラズマ１０２は、プラズマ電源（例えば、ＲＦプラズマ電源装置１３０）からの電力を、チャンバ内部空間１２０の近く又は内部の１つ又は複数の電極を介して処理ガスに連結し、処理ガスを点火してプラズマ１０２を生成することによって、生成されてもよい。

【0020】

［００２３］ 図２は、本開示のいくつかの実施形態によるペデスタルの等角図を示す。ペデスタル２００は、図１に関して説明したように、ペデスタル１３６であってもよい。いくつかの実施形態では、ペデスタル２００は、第２のプレート２２８上に配置され、これに連結された第１のプレート２２６を含む。いくつかの実施形態では、第１のプレート２２６は、上部を画定し、第２のプレート２２８は、ペデスタル２００の下部を画定する。いくつかの実施形態では、第１のプレート２２６は、第２のプレート２２８にろう付けされる。ペデスタル２００の第１のプレート２２６は、基板を支持するように構成された上面２１６を含む。いくつかの実施形態では、第２のプレート２２８は、中空支持シャフト１１２に連結される。

【0021】

［００２４］ いくつかの実施態様では、第１のプレート２２６は、第２のプレート２２８の直径よりも小さい直径を有し、ペデスタル２００の上部周縁端部にノッチ２１８を形成する。ノッチ２１８は、第２のプレート２２８の上部周縁面２２２と、第１のプレート２２６の外側壁２２０とによって画定される。いくつかの実施態様では、上部周縁面２２２は、第１のプレート２２６の外側壁２２０から半径方向外向きに延在する第２のプレート２２８の一部によって画定される。いくつかの実施形態では、リップは、第１のプレート２２６から半径方向外向きに延在する第２のプレート２２８の一部によって画定される。

【0022】

［００２５］ ペデスタル２００は、ペデスタル２００の端縁付近にある第１の環状領域２３２と、第１の環状領域２３２とペデスタル２００の中心との間に配置される第２の環状領域２３０とを含む。いくつかの実施態様では、ペデスタル２００は、ペデスタルの中心に中央開口部２０２を含む。中央開口部２０２は、導管１５０に流体連結されうる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の開口部２０６が、中央開口部２０２に隣接して配置される。１つ又は複数の開口部２０６は、ペデスタル２００を基板支持体１２４の他の構成要素に連結するためのファスナを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、上面２１６は、真空チャッキングを提供するのに適したパターンを有する溝２３４を含む。いくつかの実施形態では、上面２１６は、溝２３４を含まない。

【0023】

［００２６］ いくつかの実施態様では、ペデスタル２００は、ペデスタル２００の外側壁２１２から半径方向内向きに延在する１つ又は複数の凹部２１４を含む。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の凹部２１４は、第１のプレート２２６及び第２のプレート２２８の両方の中に延在する。１つ又は複数の凹部２１４は、１つ又は複数のリフトピン１０９を収容するように構成される。いくつかの実施形態では、図２に示されるように、１つ又は複数の凹部２１４は、３つのリフトピン１０９を収容するための３つの凹部２１４を備える。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の凹部２１４の２つの凹部２１４は、第３の凹部２１４よりも互いに接近している。

【0024】

［００２７］ いくつかの実施形態では、ペデスタル２００は、上面２１６から延在する第１の複数の孔２０５を含む。いくつかの実施形態では、第１の複数の孔２０５は、第１の環状領域２３２に沿って一定の間隔で配置される。いくつかの実施形態では、ペデスタル２００は、第２の環状領域２３０に沿って一定の間隔で上面２１６から延在する第２の複数の孔２１０を含む。いくつかの実施形態では、第１の複数の孔２０５は、６つの孔である。いくつかの実施形態では、第２の複数の孔２１０は、４つの孔である。

【0025】

［００２８］ いくつかの実施形態では、複数のピン２０８は、第２のプレート２２８の上部周縁面２２２から上方に延在する。いくつかの実施形態では、複数のピン２０８のうちの少なくとも１つのピン２０８は、１つ又は複数の凹部２１４のうちの隣接する凹部２１４の間に配置される。いくつかの実施形態では、複数の第２の孔２０４が、上部周縁面２２２から第２のプレート２２８を少なくとも部分的に通って延在する。いくつかの実施形態では、複数の第２の孔２０４のうちの少なくとも１つの孔２０４は、複数のピン２０８のうちの隣接するピン２０８の間に配置される。いくつかの実施形態では、複数の第２の孔２０４の各孔２０４は、複数のピン２０８のうちの隣接するピン２０８の間に配置される。いくつかの実施形態では、フォーカスリングが、第２のプレート２２８の上部周縁面２２２に配置され、複数のピン２０８及び複数の孔２０４を介して所定の位置に保持される。

【0026】

［００２９］ 図３は、本開示のいくつかの実施形態によるペデスタルの上面図を示す。いくつかの実施形態では、ペデスタル２００は、真空チャッキングのための溝（例えば、溝２３４）を含んでもよく、これらの溝は、わかりやすくするために図３では省略されている。ペデスタル２００は、第１の複数の孔２０５及び第２の複数の孔２１０の各孔に配置された複数の非金属要素３１０を含む。複数の非金属要素３１０は、第１のプレート２２６の上面２１６から離れた位置まで延在し、基板を支持するように構成された支持面を画定する。いくつかの実施形態では、複数の非金属要素３１０は非金属ボールである。いくつかの実施形態では、複数の非金属ボール３１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）（例えば、サファイア）で作られる。

【0027】

［００３０］ いくつかの実施形態では、第１の複数の孔２０５における複数の非金属要素３１０は、ペデスタル２００の中心の周りの第１のリング３０８に沿って一定の間隔で配置される。いくつかの実施形態では、第１のリング３０８は、ペデスタルの中心から約１０．５インチ～約１１．５インチ離れている。いくつかの実施形態では、複数の非金属要素３１０は、第１のリングと同心の第２のリング３０４に沿って一定の間隔で配置される。いくつかの実施形態では、第２のリング３０４は、ペデスタルの中心から約４．０インチ～約５．０インチ離れている。第１のリング３０８及び第２のリング３０４の各々に沿って一定の間隔で配置された複数の非金属要素３１０は、基板１０８の変形を低減又は防止するのに十分な支持を提供しつつ、基板１０８とペデスタル２００との間に、小さな接触面積を有利に提供する。複数の非金属要素３１０は、基板１０８への適切な熱的結合を提供しつつ、基板１０８の変形を低減又は防止するのに十分な支持を提供するように有利に配置される。

【0028】

［００３１］ 図４は、本開示のいくつかの実施形態によるペデスタルの部分断面図を示す。第２のプレート２２８の下面４１２は、中空支持シャフト１１２に連結することができる。図４に示すように、第２の複数の孔２１０のうちの１つの孔２１０には、球形状を有する非金属要素３１０が配置されている。非金属要素３１０は、孔２１０の底面４０６上に載置され、孔２１０の側壁４０８の間に適合する。

【0029】

［００３２］ 非金属要素３１０は、ペデスタル２００の上面２１６に対して距離４１０だけ隆起した上面４０４を有する。いくつかの実施形態では、非金属要素３１０の上面４０４は、ペデスタル２００の上面２１６から約０．００５インチ～約０．０１５インチの距離４１０だけ隆起している。いくつかの実施形態では、孔２１０は、非金属要素３１０の直径よりもわずかに小さい直径を有する。いくつかの実施形態では、非金属要素３１０は、約０．１０インチ～約０．２０インチの直径を有する。

【0030】

［００３３］ 上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】