特表 2024-517302 半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイス

(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】2024-04-19

(54)【発明の名称】半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイス

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/458 20060101AFI20240412BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240412BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

C23C16/458

H01L21/302 101B

H01L21/302 101G

H01L21/31 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568750

(86)(22)【出願日】2022-05-16

(85)【翻訳文提出日】2023-11-08

(86)【国際出願番号】 CN2022093044

(87)【国際公開番号】W WO2022242594

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】202110560026.1

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510182294

【氏名又は名称】北京北方華創微電子装備有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＮＡＵＲＡ ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヂュ シュ

(72)【発明者】

【氏名】イャォ ミンクェァ

(72)【発明者】

【氏名】ヂュ ハイユン

(72)【発明者】

【氏名】マー ヂェングゥォ

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ イェンバオ

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030EA11

4K030FA01

4K030GA02

4K030KA05

4K030KA30

5F004AA16

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB23

5F004BB28

5F004BB29

5F004BD04

5F045AA04

5F045AA08

5F045BB08

5F045DP03

5F045EF05

5F045EH14

5F045EK07

5F045EM02

5F045EM09

(57)【要約】

本発明は、半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイスを提供し、該装置は、ベースと、ベースの周囲に取り囲まれたエッジリングと、を含み、ベース本体の外周面とエッジリングの内周面とは、互いに間隔をおいて対向し、ガス供給システムに連通するための第１リング状ガス通路を形成し、ベース本体にウェハが載置される際に、エッジリングの上面とウェハの下面とは、互いに間隔をおいて対向し、第２リング状ガス通路を形成し、第１リング状ガス通路は、第２リング状ガス通路に連通しており、ベースの径方向における第１リング状ガス通路の第１幅及びベースの軸方向における第２リング状ガス通路の第２幅が、いずれも、半導体プロセスデバイスが所定のプロセスを実行する際に生成されるプラズマシースの厚さの２倍以下である。本発明の技術的解決手段は、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保できるとともに、該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハを載置するためのベースと、前記ベースの周囲に取り囲まれたエッジリングと、を含む半導体プロセスデバイスにおける載置装置であって、前記ベースは、前記ウェハを載置するためのベース本体を含み、前記ベース本体の外径が、前記ウェハの直径よりも小さく、前記エッジリングの外径が、前記ウェハの直径よりも大きく、
前記ベース本体の外周面と前記エッジリングの内周面とは、互いに間隔をおいて対向し、ガス供給システムに連通するための第１リング状ガス通路を形成し、前記ベース本体に前記ウェハが載置される際に、前記エッジリングの上面と前記ウェハの下面とは、互いに間隔をおいて対向し、第２リング状ガス通路を形成し、前記第１リング状ガス通路は、前記第２リング状ガス通路に連通しており、
前記ベースの径方向における前記第１リング状ガス通路の第１幅及び前記ベースの軸方向における前記第２リング状ガス通路の第２幅が、いずれも、前記半導体プロセスデバイスが所定のプロセスを実行する際に生成されるプラズマシースの厚さの２倍以下であることを特徴とする半導体プロセスデバイスにおける載置装置。

【請求項2】

前記エッジリングの表面には第１リング状凸部が凸設され、前記第１リング状凸部は、表面が前記ウェハの表面と面一になり、内周面が前記ウェハの側面との間に径方向距離を有し、前記径方向距離が前記プラズマシースの厚さの２倍よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の載置装置。

【請求項3】

前記エッジリングは、互いに連結されるリング状本体及びガス通路構成部を含み、
前記ベース本体の外周面と前記リング状本体の内周面とが互いに間隔をおいて、前記ガス通路構成部は、前記ベース本体の外周面と前記リング状本体の内周面との間に設けられ、前記ガス通路構成部の外周面は前記リング状本体の内周面に当接され、前記ガス通路構成部の内周面と前記ベース本体の外周面とが互いに間隔をおいて対向し、前記第１リング状ガス通路を形成し、前記ガス通路構成部の前記ウェハに向かう表面と、前記ウェハの前記ガス通路構成部に向かう表面とが互いに間隔をおいて対向し、前記第２リング状ガス通路を形成し、前記リング状本体は、前記ガス通路構成部の表面に対して突出する突出部を有し、前記突出部は前記第１リング状凸部であることを特徴とする請求項２に記載の載置装置。

【請求項4】

前記第１リング状ガス通路の軸方向断面形状は、折れ線状であることを特徴とする請求項３に記載の載置装置。

【請求項5】

前記ベース本体は、本体部と、前記本体部の外周面から突出する第２リング状凸部とを含み、
前記ガス通路構成部の内周面は、前記本体部の外周面と互いに間隔をおいて対向して第１リング状サブガス通路を形成する第１サブ表面と、前記第２リング状凸部の前記本体部に向かう端面と互いに間隔をおいて対向して第２リング状サブガス通路を形成する第２サブ表面と、前記第２リング状凸部の外周面と互いに間隔をおいて対向して第３リング状サブガス通路を形成する第３サブ表面と、を含み、
前記第１リング状サブガス通路、前記第２リング状サブガス通路、及び前記第３リング状サブガス通路は、順に連通することを特徴とする請求項４に記載の載置装置。

【請求項6】

前記第２リング状凸部の前記ウェハに向かう端面と前記第２リング状凸部の外周面との間には、第１面取り斜面が形成され、前記第２サブ表面と前記第１サブ表面との間には、前記第１面取り斜面と互いに間隔をおいて対向する第２面取り斜面が形成されることを特徴とする請求項５に記載の載置装置。

【請求項7】

前記ガス通路構成部は、下から上へ順に重ね合わせられた第１リング部と第２リング部とを含み、前記第２リング部の内周面は前記第１サブ表面であり、第１リング部の内周面は前記第３サブ表面であり、
前記第２リング部は、前記第１リング部の内周面に対して突出する突出部を有し、前記突出部の前記第１リング部に向かう端面が前記第２サブ表面であることを特徴とする請求項５に記載の載置装置。

【請求項8】

前記第１リング部と、リング本体とは一体式構造とされ、前記第２リング部と、前記第１リング部及び前記リング本体の両方とは別体式構造とされることを特徴とする請求項７に記載の載置装置。

【請求項9】

前記ベースは、前記ベース本体の底部に設けられて前記ベース本体の外周面に対して突出する第１階段部をさらに含み、前記エッジリングは、前記第１階段部に設けられ、前記第１階段部には、排気端が前記第１リング状ガス通路に連通し、吸気端が前記ガス供給システムに連通するための吸気ガス通路が設けられることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の載置装置。

【請求項10】

前記ベースの径方向における前記第１リング状ガス通路の第１幅と、前記ベースの軸方向における前記第２リング状ガス通路の第２幅とは、いずれも１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の載置装置。

【請求項11】

プラズマ環境に曝される前記エッジリングの表面は、絶縁処理された表面であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の載置装置。

【請求項12】

前記ベースと前記エッジリングのそれぞれが有する角部はいずれもＲ面取りであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の載置装置。

【請求項13】

プロセスチャンバと、上部電極機構と、下部電極機構と、を含み、前記上部電極機構は、前記プロセスチャンバ内の頂部に設けられるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに電気的に接続される上部電極電源と、を含み、前記下部電極機構は、ウェハを載置するための載置装置を含む半導体プロセスデバイスであって、前記載置装置は接地され、請求項１～１２のいずれか１項に記載の載置装置を採用することを特徴とする半導体プロセスデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体加工技術の分野に関し、具体的には、半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

金属有機物化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＭＯＣＶＤと略称）は、金属又は金属窒化物バリア層と接着層を形成するプロセスにおいて、優れたステップカバレッジと抵抗率特性を示し、先進的なバリア層と接着層プロセスの重要な実現方法になっており、ＭＯＣＶＤデバイスも集積回路製造の主流デバイスとなっている。

【0003】

ＭＯＣＶＤ法は、金属又は金属窒化物源として金属有機物を用い、高温で源が熱分解反応を起こし、炭素、水素、酸素等の副生成物をガス状に分離し、金属又は金属窒化物を成長させて薄膜を形成する。通常、熱分解により形成される薄膜は多くの不純物を含有しており、抵抗率が高く、薄膜中の不純物を除去して抵抗率を下げるためにプラズマを用いて薄膜を処理する必要がある。生産効率を向上させるために、上記薄膜製造方法を実現するＭＯＣＶＤデバイスは、薄膜の熱成長とその場プラズマ処理を同一チャンバ内で完了する必要があり、プラズマは通常、容量結合ＲＦ放電によって生成されるため、チャンバがＣＶＤプロセスの流れ場と熱場の要件を満たすほか、ＲＦシステムと異常放電防止の要件を満たすことが求められる。

【0004】

ＭＯＣＶＤデバイスで成膜プロセスを行う際には、源が安定した熱分解反応を起こすようにウェハを一定の温度に加熱する必要があり、ウェハを載置するベースには加熱機能を備えることが求められる。このようなベースは、通常ヒータを含み、該ベースの周囲にはエッジリングが周設され、また、ベースとエッジリングとが互いに正対する領域には、エッジパージ用ガス通路が形成されるようにリング状のスリットが設けられ、ウェハがベース上に載置される際に、そのエッジ部分が上記エッジパージ用ガス通路の開口部の一部を遮蔽する。熱成長を行う過程において、エッジパージ用ガス通路は、ウェハのエッジにガスを吹くことを可能にするためにガスを流し、ウェハの裏面及び側面の薄膜の成長を回避すると同時に、エッジリングの温度を低下させ、エッジリングの表面の薄膜の成長を減少させる。プラズマ処理中、エッジパージ用ガス通路はガスを流さないが、該ガス通路はチャンバと連通しており、通常、絶縁材料で製作されるウェハ（金属又は金属窒化物薄膜は一般的に酸化シリコンベース上に成長する）の表面は電荷が蓄積されて高電位になり、ベースはゼロ電位に接地され、このようにして、プラズマ環境と一定の電界にあるエッジパージ用ガス通路でウェハの裏面が放電又は発火しやすくなるため、プロセスの安定性に影響を与え、粒子汚染を引き起こす可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、少なくとも従来技術に存在している技術的課題の１つを解決することを目的とし、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保できるとともに、該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制できる半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイスを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明は、ウェハを載置するためのベースと、前記ベースの周囲に取り囲まれたエッジリングと、を含み、前記ベースは、前記ウェハを載置するためのベース本体を含み、前記ベース本体の外径が、前記ウェハの直径よりも小さく、前記エッジリングの外径が、前記ウェハの直径よりも大きく、
前記ベース本体の外周面と前記エッジリングの内周面とは、互いに間隔をおいて対向し、ガス供給システムに連通するための第１リング状ガス通路を形成し、前記ベース本体に前記ウェハが載置される際に、前記エッジリングの上面と前記ウェハの下面とは、互いに間隔をおいて対向し、第２リング状ガス通路を形成し、前記第１リング状ガス通路は、前記第２リング状ガス通路に連通しており、
前記ベースの径方向における前記第１リング状ガス通路の第１幅及び前記ベースの軸方向における前記第２リング状ガス通路の第２幅が、いずれも、前記半導体プロセスデバイスが所定のプロセスを実行する際に生成されるプラズマシースの厚さの２倍以下である半導体プロセスデバイスにおける載置装置を提供する。

【0007】

任意選択的に、前記エッジリングの表面には第１リング状凸部が凸設され、前記第１リング状凸部は、表面が前記ウェハの表面と面一になり、内周面が前記ウェハの側面との間に径方向距離を有し、前記径方向距離が前記プラズマシースの厚さの２倍よりも大きい。

【0008】

任意選択的に、前記エッジリングは、互いに連結されるリング状本体及びガス通路構成部を含み、
前記ベース本体の外周面と前記リング状本体の内周面とが互いに間隔をおいて、前記ガス通路構成部は、前記ベース本体の外周面と前記リング状本体の内周面との間に設けられ、前記ガス通路構成部の外周面は前記リング状本体の内周面に当接され、前記ガス通路構成部の内周面と前記ベース本体の外周面とが互いに間隔をおいて対向し、前記第１リング状ガス通路を形成し、前記ガス通路構成部の前記ウェハに向かう表面と、前記ウェハの前記ガス通路構成部に向かう表面とが互いに間隔をおいて対向し、前記第２リング状ガス通路を形成し、前記リング状本体は、前記ガス通路構成部の表面に対して突出する突出部を有し、前記突出部は前記第１リング状凸部である。

【0009】

任意選択的に、前記第１リング状ガス通路の軸方向断面形状は、折れ線状とされる。

【0010】

任意選択的に、前記ベース本体は、本体部と、前記本体部の外周面から突出する第２リング状凸部と、を含み、前記ガス通路構成部の内周面は、前記本体部の外周面と互いに間隔をおいて対向して第１リング状サブガス通路を形成する第１サブ表面と、前記第２リング状凸部の前記本体部に向かう端面と互いに間隔をおいて対向して第２リング状サブガス通路を形成する第２サブ表面と、前記第２リング状凸部の外周面と互いに間隔をおいて対向して第３リング状サブガス通路を形成する第３サブ表面とを含み、
前記第１リング状サブガス通路、前記第２リング状サブガス通路、及び前記第３リング状サブガス通路は、順に連通する。

【0011】

任意選択的に、前記第２リング状凸部の前記ウェハに向かう端面と前記第２リング状凸部の外周面との間には、第１面取り斜面が形成され、前記第２サブ表面と前記第１サブ表面との間には、前記第１面取り斜面と互いに間隔をおいて対向する第２面取り斜面が形成される。

【0012】

任意選択的に、前記ガス通路構成部は、下から上へ順に重ね合わせられた第１リング部と第２リング部とを含み、前記第２リング部の内周面は前記第１サブ表面であり、第１リング部の内周面は前記第３サブ表面であり、
前記第２リング部は、前記第１リング部の内周面に対して突出する突出部を有し、前記突出部の前記第１リング部に向かう端面が前記第２サブ表面である。

【0013】

任意選択的に、前記第１リング部と、前記リング本体とは一体式構造とされ、前記第２リング部と、前記第１リング部及び前記リング本体の両方とは別体式構造とされる。

【0014】

任意選択的に、前記ベースは、前記ベース本体の底部に設けられて前記ベース本体の外周面に対して突出する第１階段部をさらに含み、前記エッジリングは、前記第１階段部に設けられ、前記第１階段部には、排気端が前記第１リング状ガス通路に連通し、吸気端が前記ガス供給システムに連通するための吸気ガス通路が設けられる。

【0015】

任意選択的に、前記ベースの径方向における前記第１リング状ガス通路の第１幅と、前記ベースの軸方向における前記第２リング状ガス通路の第２幅とは、いずれも１ｍｍ以下である。

【0016】

任意選択的に、プラズマ環境に曝される前記エッジリングの表面は、絶縁処理された表面である。

【0017】

任意選択的に、前記ベースと前記エッジリングのそれぞれが有する角部はいずれもＲ面取りである。

【0018】

別の技術的解決手段として、本発明の実施例は、プロセスチャンバと、上部電極機構と、下部電極機構と、を含み、前記上部電極機構は、前記プロセスチャンバ内の頂部に設けられるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに電気的に接続される上部電極電源と、を含み、前記下部電極機構は、ウェハを載置するための載置装置を含み、前記載置装置は接地され、本発明の実施例による上記載置装置を採用する半導体プロセスデバイスをさらに提供する。

【0019】

本発明の有益な効果は以下のとおりである。

【0020】

本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置では、ベース本体の外周面とエッジリングの内周面とが互いに間隔をおいて対向し、第１リング状ガス通路を形成し、ベース本体がウェハを載置する際に、エッジリングの上面とウェハの下面とが互いに間隔をおいて対向し、第２リング状ガス通路を形成し、第１リング状ガス通路と第２リング状ガス通路とが連通してエッジパージ用ガス通路を構成し、該エッジパージ用ガス通路は、ガスを流す時にウェハの裏面及び側面をパージすることができ、それによりウェハの裏面及び側面の薄膜の成長を回避し、膜厚の均一性を向上させ、エッジリングの温度を低下させ、エッジリング表面の薄膜の成長を減少させる。上記エッジパージ用ガス通路を構成した上で、ベースの径方向における上記第１リング状ガス通路の第１幅と、ベースの軸方向における第２リング状ガス通路の第２幅とを、いずれも半導体プロセスデバイスが所定のプロセスを実行する際に生成するプラズマシースの厚さの２倍以下とすることにより、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保した上で、上記エッジパージ用ガス通路で構成される空間を小さくすることができ、それにより該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制することができ、このようにして、プロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができる。

【0021】

本発明の実施例による半導体プロセスデバイスは、本発明の実施例による上記載置装置を採用することにより、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保できるとともに、該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制でき、それによりプロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は本発明の実施例による半導体プロセスデバイスの構造概略図である。

【図2】図２は図１のＩ領域の拡大図である。

【図3A】図３Ａは本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置の部分断面図である。

【図3B】図３Ｂは本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置の別の部分断面図である。

【図3C】図３Ｃは本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置のさらなる部分断面図である。

【図4A】図４Ａは本発明の実施例の一変形実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置の部分断面図である。

【図4B】図４Ｂは図３Ａ～４Ａの載置装置の寸法標識の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

当業者が本発明の技術的解決手段をより良く理解できるようにするために、以下、図面を参照して本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置及び半導体プロセスデバイスを詳細に説明する。

【0024】

本発明の実施例は、例えば、金属有機物化学気相成長（Ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＭＯＣＶＤと略称）デバイスである半導体プロセスデバイスを提供する。

【0025】

図１を参照して、ＭＯＣＶＤデバイスを例とすると、該デバイスはウェハ８を処理するためのチャンバ本体１で構成される反応チャンバを含み、チャンバ本体１内の頂部には、シャワーヘッド２が設けられ、該シャワーヘッド２は、プロセスガスを反応チャンバ内に均一に送るためのものであり、同時に上部電極として機能し、整合器４を介してＲＦ電源５（常用の周波数は１３.５６ＭＨz、２ＭＨz、及び４００ｋＨz等）に電気的に接続される。チャンバ本体１は金属材料で接地されており、チャンバ本体１内には、電気的絶縁を実現するように、シャワーヘッド２の周囲を取り囲んで高電圧のシャワーヘッド２をチャンバ本体１から隔離するための絶縁ライナー３がさらに設けられる。また、チャンバ本体１には、チャンバへの抽気や圧力制御を実現するように、真空システム（図示せず）に連通するための抽気口１１がさらに設けられる。

【0026】

チャンバ本体１内には、ベース６と、該ベース６の周囲に取り囲まれたエッジリング７とを含む載置装置が設けられ、ここで、ベース６はウェハ８を載置するためのものであり、該ベース６は、ウェハ８を、薄膜が熱成長する温度まで加熱するヒータとしても機能しており、該ベース６は金属材料（アルミニウムやステンレス等であってもよい）で製作され、接地される。エッジリング７は、金属材料（アルミニウム、ステンレス等であってもよい）で製作され、プロセス中に薄膜がベース６の表面（裏面を含む）に成長することを防止するためのものである。

【0027】

図２を参照して、上記載置装置では、ベース６は、ウェハ８を載置するためのベース本体と、該ベース本体の底部に設けられてベース本体の外周面に対して突出する第１階段部６ｃとを含み、エッジリング７は上記第１階段部６ｃには設けられる。ここで、上記ベース本体の外径がウェハ８の直径よりも小さく、エッジリング７の外径がウェハ８の直径よりも大きい。

【0028】

本実施例では、任意選択的に、エッジリング７の表面（例えば、図２のエッジリング７の上面）に第１リング状凸部７ａが凸設され、該第１リング状凸部７ａの表面がウェハ８の表面と面一になる。任意選択的に、第１リング状凸部７ａの外周面がエッジリング７の外周面と面一になり、第１リング状凸部７ａの内周面の直径がエッジリング７の内周面の直径よりも大きい。

【0029】

本実施例では、任意選択的に、上記ベース本体は、本体部６ａと、該本体部６ａの外周面から突出する第２リング状凸部６ｂと、を含む。任意選択的に、図２に示すように、本体部６ａと第２リング状凸部６ｂとは別体式構造であってもよく、且つ本体部６ａは第２リング状凸部６ｂの上面に重ね合わせられ、且つ第２リング状凸部６ｂの外周面の直径が本体部６ａの外周面の直径よりも大きく、それにより第２リング状凸部６ｂの一部が本体部６ａの外周面から突出するようにする。しかし、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実用上、本体部６ａと第２リング状凸部６ｂとは一体式構造であってもよい。

【0030】

また、図２に示すように、本体部６ａの外周面と第１リング状凸部７ａの内周面との間の径方向距離はＷ１であり、第２リング状凸部６ｂの外周面とエッジリング７の内周面との間の径方向距離はＷ２であり、ウェハ８が本体部６ａの上面に載置される際に、ウェハ８のエッジが本体部６ａの外周面に対して突出し、且つウェハ８の側面と第１リング状凸部７ａの内周面との間の径方向距離がＷ３であり、ウェハ８の裏面と第２リング状凸部６ｂの上面との間の上下方向間隔がＨ１であり、ウェハ８の裏面と第１階段部６ｃの上面との間の上下方向間隔がＨ２であり。上記ベース６、エッジリング７、及びウェハ８同士が包囲してリング状スリット９を形成し、該リング状スリット９は、エッジパージ用ガス通路として機能して第１階段部６ｃに設けられる吸気ガス通路６１に連通し、該吸気ガス通路６１はガス供給システムに連通するためのものであり、該ガス供給システムによって供給されるガスは吸気ガス通路６１及び上記エッジパージ用ガス通路を順に通過して反応チャンバに流入可能である。

【0031】

成長プロセスを行う際には、吸気ガス通路６１はエッジパージ用通路内にガスを吹き込み、気流がエッジパージ用通路を通ってウェハ８のエッジから吹き出され、ウェハ８の裏面とエッジに薄膜が成長することを防止する。プラズマ処理プロセスを行う際には、吸気ガス通路６１はガスを吹き込まないが、エッジパージ用通路が反応チャンバに連通するため、絶縁性ウェハ８はプラズマ環境下で充電され高電位になり、エッジリング７及びベース６はいずれもゼロ電位に接地され、両者とウェハ８との間には電圧差があるため、エッジリング７とウェハ８の底面及び側面に発火が発生することを防止する必要がある。しかし、上記ベース６、エッジリング７、ウェハ８の上記寸法は、Ｈ１、Ｈ２、Ｗ１、Ｗ２がいずれも１.３ｍｍより大きく、Ｈ２、Ｗ１が４ｍｍに近いため、エッジパージ用ガス通路全体の内部空間が大きくなり、半導体プロセスデバイスがプラズマ処理プロセス等のような所定のプロセスを実行する際に、反応チャンバ内に印加されるＲＦ電力が大きくなるにつれて、プロセスガスの気圧が高くなり、ウェハ表面の電圧が高くなり、プロセスで生成するプラズマシースの厚さが薄くなり（５００μｍ以下に下がる可能性がある）、この場合、空間が大きいエッジパージ用ガス通路内で放電が非常に発生しやすくなるため、プロセス安定性に影響を与え、粒子汚染を引き起こす可能性がある。また、Ｗ３が１ｍｍ未満であるため、ウェハ８のエッジと第１リング状凸部７ａとの間の距離が近くなり、両者間の電界強度が高くなり、アーク放電が発生しやすくなる。

【0032】

上記課題を解決するために、本発明は、半導体プロセスデバイスにおける載置装置を提供し、該載置装置は、例えばＭＯＣＶＤデバイスに適用される。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂを併せて参照して、載置装置は、ベース６と、該ベース６の周囲に取り囲まれたエッジリング１１と、を含み、ここで、ベース６はウェハ８を載置することに用いられ、該ベース６は、ウェハ８を、薄膜が熱成長する温度まで加熱するヒータとしても機能しており、該ベース６は金属材料（アルミニウムやステンレス等であってもよい）で製作され、接地される。エッジリング１１は、金属材料（アルミニウムやステンレス等であってもよい）で製作され、プロセス中に薄膜がベース６の表面（裏面を含む）に成長することを防止するためのものである。

【0033】

該ベース６は、ベース本体と、該ベース本体の底部に設けられてベース本体の外周面に対して突出する第１階段部６ｃと、を含む。本実施例では、任意選択的に、上記ベース本体は、本体部６ａと、該本体部６ａの外周面から突出する第２リング状凸部６ｂと、を含む。もちろん、実用上、ベース本体の構造はこれに限定されるものではなく、実用上、ベース本体に上記第２リング状凸部６ｂを設けなくてもよく、本発明の実施例では特にこれに限定されない。
上記エッジリング１１は第１階段部６ｃに設けられ、且つ上記ベース本体（本体部６ａと第２リング状凸部６ｂを含む）の外径がウェハ８の直径よりも小さく、エッジリング１１の外径がウェハ８の直径よりも大きい。そして、上記ベース本体の外周面とエッジリング１１の内周面とが互いに間隔をおいて対向し、第１リング状ガス通路１３ａを形成し、ベース本体にウェハ８が載置される際には、エッジリング１１の上面とウェハ８の裏面（すなわち下面）とが間隔をおいて対向し、第２リング状ガス通路１３ｂを形成し、ここで、第１リング状ガス通路１３ａと第２リング状ガス通路１３ｂとが連通するとともに、上記第１階段部６ｃには吸気ガス通路６１が設けられ、該吸気ガス通路６１の排気端が第１リング状ガス通路１３ａに連通している。上記第１リング状ガス通路１３ａは、第２リング状ガス通路１３ｂとともにエッジパージ用ガス通路を構成する。成長プロセスを行う際には、吸気ガス通路６１は上記エッジパージ用通路内にガスを吹き込み、気流がエッジパージ用通路を通ってウェハ８のエッジから吹き出され、ウェハ８の裏面及びエッジに薄膜が成長することを防止する。プラズマ処理プロセスを行う際には、吸気ガス通路６１はガスを吹き込まない。

【0034】

なお、実用上、上記第１階段部６ｃを省略することも可能であり、この場合、他の任意の方法でエッジリング１１をベース６に対して相対的に固定することができ、且つ第１リング状ガス通路１３ａを直接又は他の管路構造を利用して上記ガス供給システムに連通させることができる。

【0035】

プラズマ中では、電子の質量がイオンの質量よりもはるかに小さい一方、電子の運動速度がイオンの運動速度よりも速いため、電子は先に電極の表面に付着して負の電位を形成し、負の電気を帯びた電極は電子を反発してイオンを吸引し、電極の近傍には、電子密度がイオン密度よりもはるかに小さい領域が形成され、該領域はプラズマシースと呼ばれ、その厚さはプラズマシース厚さと呼ばれる。限られた領域のプラズマは通常、シース-電気的中性プラズマ-シースの「サンドイッチ」構造を形成し、電極（又は壁面）間の距離がプラズマシースの厚さの２倍未満になると、電極間には重なったプラズマシースしか収容できなくなり、電気的中性プラズマ領域が空乏化し、自由電子が急激に減少するため、衝突イオン不足を引き起こし、放電を維持することができなくなる。したがって、プラズマ環境下では、放電現象の発生を防ぐために、溝の幅とチューブの直径の両方をプラズマシースの厚さの２倍よりも小さくする必要がある。電位差が大きい２つの部品は、距離が近いほど、それらの間の電場が強くなり、発火しやすくなるため、十分な絶縁距離を保つ必要がある。

【0036】

上記原理に基づき、エッジリング１１がウェハ８の底面及び側面に発火することを防止するために、ベース６の径方向における上記第１リング状ガス通路１３ａの第１幅及びベース６の軸方向における第２リング状ガス通路１３ｂの第２幅が、いずれも、半導体プロセスデバイスが所定のプロセス（例えば、プラズマ処理プロセス）を実行する際に生成するプラズマシースの厚さの２倍以下である。このようにして、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保した上で、上記エッジパージ用ガス通路で構成される空間を小さくすることができ、それにより該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火を抑制することができ、このようにして、プロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができ、さらに、プロセスチャンバは高出力、高気圧条件下で使用されることができるようになり、プロセスウィンドウが拡大される。

【0037】

本実施例では、任意選択的に、図３Ａに示すように、エッジリング１１の表面（例えば、図３Ａのエッジリング１１の上面）に第１リング状凸部１２が凸設され、該第１リング状凸部１２の表面をウェハ８の表面と面一にすることにより、ウェハの上方の電界分布の均一性を確保する。第１リング状凸部１２の内周面とウェハ８の側面との間には、上記プラズマシースの厚みの２倍よりも大きい径方向距離を有する。このようにして、ウェハ８のエッジと第１リング状凸部１２の内周面との間に形成される凹溝内でプラズマを安定して放電させることができるとともに、上記距離を十分に大きくすることができ、それにより電位が等しくない２つの部材であるウェハ８とエッジリング１１との間の空間電界を低減することができ、さらにアーク放電の発生を回避する。任意選択的に、上記距離は１ｍｍより大きい。また、任意選択的に、第１リング状凸部１２の外周面はエッジリング１１の外周面と面一になる。

【0038】

本実施例では、任意選択的に、図３Ｂに示すように、エッジリング１１は、互いに連結されるリング状本体１１ａ及びガス通路構成部１１ｂを含み、ここで、ベース本体の外周面とリング状本体１１ａの内周面とが互いに間隔をおいて、上記ガス通路構成部１１ｂは両者の間に設けられ、ガス通路構成部１１ｂの外周面がリング状本体１１ａの内周面に当接され、ガス通路構成部１１ｂの内周面と上記ベース本体の外周面とが互いに間隔をおいて対向し、上記第１リング状ガス通路１３ａを形成し、ガス通路構成部１１ｂのウェハ８に向かう表面と、ウェハ８のガス通路構成部１１ｂに向かう表面とが互いに間隔をおいて対向し、上記第２リング状ガス通路１３ｂを形成し、そして、リング状本体１１ａは、ガス通路構成部１１ｂの表面に対して突出する突出部を有し、該突出部は上記第１リング状凸部１２である。上記ガス通路構成部１１ｂをベース本体の外周面とリング状本体１１ａの内周面との間の間隔に設けることにより、該間隔における空き空間を小さくすることができ、それによりベース６の径方向における上記第１リング状ガス通路１３ａの第１幅と、ベース６の軸方向における第２リング状ガス通路１３ｂの第２幅とが、いずれも上記プラズマシースの厚みの２倍以下になるようにし、それだけでなく、上記ガス通路構成部１１ｂがリング状体１１ａの内周面に当接することにより、ベース本体とリング状体１１ａとの構造を決定した上で、ガス通路構成部１１ｂの構造を柔軟に設計することができ、それにより該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制する要件を満たし、しかも取り付けの利便性を向上させることができる。

【0039】

本実施例では、任意選択的に、上記第１リング状ガス通路３ａの軸方向断面形状は折れ線状とされる。このようにして、「ラビリンス状」のエッジパージ用ガス通路を形成することができ、それによりプラズマの進入をある程度阻止することができ、さらに該ガス通路内でのウェハ裏面の放電又は発火の発生をさらに抑制することができる。

【0040】

上記折れ線状とされる第１リング状ガス通路３ａの構造は種々なものがあってもよく、例えば、本実施例では、図３Ｃに示すように、上記ベース本体は、本体部６ａと、該本体部６ａの外周面から突出する第２リング状凸部６ｂと、を含み、任意選択的に、第２リング状凸部６ｂの外周面は本体部６ａの外周面よりも下方に位置し、第２リング状凸部６ｂの上端面は第２リング状凸部６ｂの外周面と本体部６ａの外周面との間に接続される。さらに任意選択的に、本体部６ａと第２リング状凸部６ｂとは別体式構造であってもよく、本体部６ａは第２リング状凸部６ｂの上面に重ね合わせられ、且つ第２リング状凸部６ｂの外周面の直径が本体部６ａの外周面の直径よりも大きく、それにより第２リング状凸部６ｂの一部が本体部６ａの外周面から突出するようにする。しかし、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実用上、本体部６ａと第２リング状凸部６ｂとは一体式構造であってもよい。

【0041】

そして、上記ガス通路構成部１１ｂの内周面は、第１サブ表面１１１と、第２サブ表面１１２と、第３サブ表面１１３と、を含み、ここで、第１サブ表面１１１は、本体部６ａの外周面と互いに間隔をおいて対向し、第１リング状サブガス通路１３１を形成し、第２サブ表面１１２は、第２リング状凸部６ｂの本体部６ａに向かう端面（すなわち、図３Ｃにおける第２リング状凸部６ｂの上端面）と互いに間隔をおいて対向し、第２リング状サブガス通路１３２を形成し、第３サブ表面１１３は、第２リング状凸部６ｂの外周面と互いに間隔をおいて対向し、第３リング状サブガス通路１３３を形成する。上記第１リング状サブガス通路１３１、第２リング状サブガス通路１３２、及び第３リング状サブガス通路１３３は、上記吸気ガス通路６１の排気端に近接する方向に沿って順に連通する。このようにして、上記第１リング状サブガス通路１３１、第２リング状サブガス通路１３２、第３リング状サブガス通路１３３は、上記第２リング状サブガス通路１３ｂとともに４段式「ラビリンス状」エッジパージ用ガス通路を構成しており、このような「ラビリンス状」のガス通路はプラズマの進入をある程度阻止することができ、さらに該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生をさらに抑制することができる。

【0042】

任意選択的に、図３Ｃに示すように、上記第２リング状凸部６ｂのウェハ８に向かう端面と第２リング状凸部６ｂの外周面との間に第１面取り斜面６２１を形成し、第２サブ表面１１２と第１サブ表面１１１との間には、第１面取り斜面６２１と互いに間隔をおいて対向する第２面取り斜面１１４を形成する。第１面取り斜面６２１及び第２面取り斜面１１４により、エッジパージ用通路が直角な曲がりを形成することを回避し、気流のスムーズさを確保するととともに、先端放電が発生する確率を低減することができる。もちろん、実用上、他の任意の面取り構造を採用することも可能であり、本発明の実施例は特にこれに限定されない。

【0043】

なお、本実施例では、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、ガス通路構成部１１ｂは一体式構造とされ、リング状本体１１ａとは別体式構造をなしているが、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、例えば、図４Ａに示すように、上記ガス通路構成部１１ｂは、下から上へ順に重ね合わせられた第１リング部１１ｂ１及び第２リング部１１ｂ２を含んでもよく、ここで、第２リング部１１ｂ２の内周面は、図３Ｃに示す第１サブ表面１１１であり、第１リング部１１ｂ１の内周面は、図３Ｃに示す第３サブ表面１１３であり、第２リング部１１ｂ２は、第１リング部１１ｂ１の内周面に対して突出する突出部を有し、該第２リング部１１ｂ２の突出部の第１リング部１１ｂ１に向かう端面は、図３Ｃに示す第２サブ表面１１２である。つまり、上記ガス通路構成部１１ｂは、分割式構造をなす第１リング部１１ｂ１と第２リング部１１ｂ２からなり、このようにして、加工の利便性を向上させることができるほか、エッジパージ用ガス通路の設計の自由度を向上させることもできる。

【0044】

任意選択的に、上記第１リング部１１ｂ１は、リング本体１１ａと一体式構造とされ、第２リング部１１ｂ２は、上記第１リング部１１ｂ１とリング本体１１ａの両方と分割式構造とされる。上記第１リング部１１ｂ１をリング状本体１１ａと一体式構造とすることにより、構造の安定性を向上させることができ、一方、第２リング部１１ｂ２を第１リング部１１ｂ１とリング状本体１１ａの両方と別体式構造とすることにより、加工の利便性を向上させることができるほか、エッジパージ用ガス通路の設計の自由度を向上させることもできる。

【0045】

図４Ｂは、図３Ａ～４Ａの載置装置の寸法標識の概略図である。図３Ｃ及び図４Ｂに示すように、ベース６の径方向における上記第１リング状ガス通路１３ａの第１幅及びベース６の軸方向における上記第２リング状ガス通路１３ｂの第２幅は、いずれも、半導体プロセスデバイスが所定のプロセス（例えば、プラズマ処理プロセス）を実行する際に生成するプラズマシースの厚さの２倍以下である。具体的には、第１サブ表面１１１と本体部６ａの外周面との径方向間隔、すなわち、第１リング状サブガス通路１３１の径方向間隔Ｂ１は、上記プラズマシースの厚さの２倍以下であり、第１面取り斜面６２１と第２面取り斜面１１４との間の間隔、すなわち、第２リング状サブガス通路１３２の間隔Ｂ３は、上記プラズマシースの厚さの２倍以下であり、第３サブ表面１１３と第２リング状凸部６ｂの外周面との間の径方向間隔、すなわち、第３リング状サブガス通路１３３の径方向間隔Ｂ２は、上記プラズマシースの厚さの２倍以下である。また、ベース本体にウェハ８が載置される場合、ガス通路構成部１１ｂの上面とウェハ８の裏面（すなわち下面）との間の上下方向間隔、すなわち、ベース６の軸方向における第２リング状ガス通路１３ｂの第２幅Ｃ３は、上記プラズマシースの厚みの２倍以下である。このようにして、該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制することができ、それによりプロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができる。

【0046】

任意選択的に、第１リング状凸部１２の内周面とウェハ８の側面との間の径方向間隔Ｂ４は上記プラズマシースの厚さの２倍よりも大きい。このようにして、ウェハ８のエッジと第１リング状凸部１２の内周面との間に形成される凹溝内でプラズマを安定して放電させることができるとともに、上記径方向間隔Ｂ４を十分に大きくすることができ、それにより電位が等しくない２つの部材であるウェハ８とエッジリング１１の間の空間電界を小さくし、さらにアーク放電の発生を回避することができる。任意選択的に、上記径方向間隔Ｂ４は１ｍｍよりも大きい。

【0047】

また、上記ベース本体における本体部６ａの上下方向の高さＣ１と第２リング状凸部６ｂの上下方向の高さＣ２とを、具体的なニーズに応じて自由に設定することができる。

【0048】

任意選択的に、上記エッジリング１１のプラズマ環境に曝される表面が絶縁処理された表面である。このようにして、エッジリングの上面をプラズマ環境下で帯電させて負電位とすることができ、それによりエッジリングの上面の電位をウェハの上面の電位と一致させたり、電圧差を小さくしたりすることができるため、放電が発生する可能性をさらに低減することができる。上記絶縁処理の方法には、表面酸化やセラミック溶射など、種々なものがある。

【0049】

任意選択的に、上記ベース６及びエッジリング１１のそれぞれが有する角部はいずれもＲ面取りである。このようにして、先端放電が発生する確率を低減することができ、また、Ｒ面取りの処理と上記表面絶縁の処理との２つの加工方法とがともに作用し、ウェハ８とエッジリング１１との間のアーク放電を抑制することができる。

【0050】

任意選択的に、上記吸気ガス通路６１の排気端は複数であり、上記第１リング状通路１３ａの周方向に沿って等間隔に分布する。このようにして、第１リング状ガス通路１３ａ内にガスが均一に入ることができ、それによりプロセスの均一性を向上させることができる。具体的には、上記吸気ガス通路６１は、例えば、複数の縦気孔と複数の横ガス通路を含み、ここで、複数の縦気孔の排気端は、上記吸気ガス通路６１の排気端と上記第１リング状ガス通路１３ａとして機能し、上記第１リング状ガス通路１３ａの周方向に均等に分布する。各縦気孔の吸気端は、各横ガス通路の排気端に１対１で連通し、各横ガス通路の吸気端は、ベース６の中心位置に合流し、ガス供給システムに連通する。

【0051】

任意選択的に、ベース６は、金属材料又は絶縁材料で製作され、絶縁リング１１は、金属材料又は絶縁材料で製作される。両方とも金属材料製のベース６及び絶縁リング１１については、熱膨張量を考慮して両者を組み付ける必要があり、この場合、上記エッジパージ用ガス通路の幅が、プラズマシース厚さの２倍未満を満たすだけでなく、ベース６及び絶縁リング１１の熱膨張量のために一定の空間を空けておく必要がある。また、成長する薄膜が金属材料である場合、金属材料製のベース６と絶縁リング１１を用い、成長する薄膜が絶縁材料（酸化シリコン等）である場合、絶縁材料（セラミック等）製のベース６及び絶縁リング１１を用いる。

【0052】

以上のように、本発明の実施例による半導体プロセスデバイスにおける載置装置では、ベース本体の外周面とエッジリングの内周面とが互いに間隔をおいて対向して第１リング状ガス通路を形成し、ベース本体がウェハを載置する際に、エッジリングの上面とウェハの下面とが互いに間隔をおいて対向して第２リング状ガス通路を形成し、第１リング状ガス通路は第２リング状ガス通路に連通して、第１階段部の吸気ガス通路とともにエッジパージ用ガス通路を構成し、該エッジパージ用ガス通路は、ガスを流す時にウェハの裏面と側面をパージすることができ、それによりウェハの裏面と側面の薄膜の成長を回避し、膜厚の均一性を向上させ、エッジリングの温度を低下させ、エッジリング表面の薄膜の成長を減少させる。上記エッジパージ用ガス通路を構成した上で、ベースの径方向における上記第１リング状ガス通路の第１幅と、ベースの軸方向における第２リング状ガス通路の第２幅とを、いずれも半導体プロセスデバイスが所定のプロセスを実行する際に生成するプラズマシースの厚さの２倍以下とすることにより、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保した上で、上記エッジパージ用ガス通路で構成される空間を小さくすることができ、それにより該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制することができ、このようにして、プロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができる。

【0053】

別の技術的態様として、本発明の実施形態は、半導体プロセスデバイスを提供し、該半導体プロセスデバイスは、図１に示す半導体プロセスデバイスとは類似するものであり、同じようにチャンバ本体１で構成されるプロセスチャンバと、上部電極機構と、下部電極機構と、を含み、上部電極機構は、例えば、プロセスチャンバ内の頂部に設けられるシャワーヘッド２と、該シャワーヘッド２に電気的に接続される上部電極電源（例えば、無線周波数電源５）と、を含み、下部電極機構は、例えば、ウェハ８を載置するための載置装置を含み、該載置装置は、本発明の実施形態に係る上記載置装置を採用している。図３Ａに示す載置装置を例とすると、該載置装置は、ベース６と、該ベース６の周囲に取り囲まれたエッジリング１１と、を含み、ベース６が接地され、ウェハ８を、薄膜が熱成長する温度まで加熱するヒータとしても機能しており該ベース６は金属材料（アルミニウム、ステンレス等であってもよい）で製作され、接地される。エッジリング１１は、プロセス中にベース６の表面（裏面を含む）に薄膜が成長することを防止するための金属材料（アルミニウムやステンレス等であってもよい）で作製される。

【0054】

任意選択的に、半導体プロセスデバイスは、金属有機物化学気相成長装置である。

【0055】

本発明の実施例による半導体プロセスデバイスは、本発明の実施例による上記載置装置を採用することにより、ウェハのエッジ部分の下方に位置するガス通路のスムーズさを確保できるとともに、該ガス通路内でのウェハ裏面の放電や発火の発生を抑制でき、それによりプロセスの安定性を向上させ、粒子汚染を低減することができる。

【0056】

以上の実施形態は、本発明の原理を説明するために採用される例示的な実施形態にすぎないが、本発明はこれに限定されないことが理解されるべきである。当業者にとっては、本発明の精神及び本質から逸脱することなく、本発明の保護範囲ともみなされる様々な変形及び改良を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【国際調査報告】