JP2000208596A - 向上したrf配電を有する静電気チャック - Google Patents
向上したrf配電を有する静電気チャックInfo
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Abstract
インピーダンスの電極構造を有する半導体処理システム
のサセプター及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体処理チャンバーのウェーハ支持用
サセプターは、該サセプターの底部近傍でRF電極と厚
いロバスト電極の間の多数の並列電気接点を有してい
る。厚いロバスト電極は低抵抗であり、そのため、その
領域上にRF電力を均等に分配する。多数の並列接点
は、RF電力がRF電極の領域を横切って均等に分配さ
れることをも保証する。ロバスト電極とRF電極の間に
延びる複数の電導性バイアはその間に複数の並列電気接
点を作る。一般に、ロバスト電極はサセプターの底側に
取付けられ、RF電極に実質上並列に配列される。絶縁
板は台のためロバスト電極を電気的に絶縁するためサセ
プターの底部に取付けられている。
Description
機器に関し、より詳細には、本発明はRFバイアス電極
を有する静電気基板支持に関する。
ウェーハ処理システムは一般に真空チャンバーを含み、
その内部には処理中ウェーハ支持が取付けられている。
通常、ウェーハ支持は台に取付けられたサセプターを備
えている。通常、台はアルミニウム等の金属製である。
サセプターはポリマーの薄板製であってもよい。しか
し、高温に適応させるため、通常、サセプターはアルミ
ニウム酸化物またはアルミニウム窒化物等のセラミック
材料製である。通常、サセプターはウェーハを加熱及び
又は冷却する各種構成を含んでいる。サセプターはまた
ウェーハを締め付ける(つかむ)要素を含んでいてもよ
く、サセプター表面の固定位置にそれを保持する。その
ような締め付けは機械的クランプまたは静電気的チャッ
クのいずれかにより提供される。サセプターはまたウェ
ーハにバイアス電圧を加える1以上の電極を備えていて
もよい。そのようなバイアス電圧は直流(DC)バイア
スまたは無線周波数(RF)バイアスであってもよい。
RFバイアスは、例えば、エッチングまたは堆積処理中
にチャンバー内に存在するプラズマに電力を供給または
電力を増加するために使用される。
いている。ウェーハ支持100では、台102はセラミ
ックサセプター104を支持する。通常、サセプター1
04は、アルミナ、または、ブタジエン(合成ゴム)ま
たはポリメチルメタクリル酸塩等の適切な有機結合剤を
有するアルミニウム窒化物のセラミック粉末からなる
「グリーンテープ(green tape)」の冷たい積層状の幾
つかの層106i(例えば、層1061,1062・・1
065)で作られている。電極パターン108は適当な
グリーンテープ層にプリントされたスクリーンまたはス
テンシルであり、適切な有機結合剤と共にモリブデンま
たはタングステン粉末で作られたインクまたはペースト
を使用している。電極108とサセプター外部への結線
112間の相互接続は、グリーンテープ層に穴をあける
と共にスクリーンプリンティングマスクを通って同一ま
たは類似のタングステン/モリブデンペーストでそれら
を充填してバイア110を形成することにより作られて
いる。積層は高温で焼結され、セラミックを凝固させ、
セラミックに埋め込まれた厚膜金属の電極108でモノ
リシックなサセプター104を形成する。焼結処理の
間、有機結合剤は炭になり、COおよびCO2として取
り除かれる。
常、異なる温度で焼結され、したがって、焼結の間、不
均一に縮む。十分に厳しい場合には、そのような収縮の
不均一は薄層の激しい曲がり、歪みまたは割れを引き起
こす。そのような問題を軽減するため、金属性インクま
たはペーストは通常、セラミック粉末の大きな比率(容
積で40%まで)で混合され、焼結の間、周囲のセラミ
ックの収縮作用に適応する。
る従来技術はより厚い電極を使用することを含んでい
る。しかし、電極108の厚さは焼結処理により10ま
たは15ミクロンだけに限定される。金属電極が薄く壊
れやすく作られている場合には、それらは容易に壊れ、
取囲むセラミックの収縮のため何度も再形成される。し
たがって、歪みはセラミックを損傷するのに十分大きく
なる前に消える。
相互接続のバイア110と結線112は大いに抵抗があ
る。高い抵抗は電極108がチャッキングまたはDCバ
イアスのためのDC電極としてだけ役立つ場合の問題で
はない。しかし、高い抵抗はRFバイアスのため電極1
08を使用することが望まれる時に問題となる。
するバイア112はサセプターの中央領域114に配置
されているので、問題が発生する。薄く高い抵抗の電極
はオーム抵抗のため高いインピーダンスを有するであろ
う。したがって、電極108に加えられる電力の大部分
は熱として消えるであろう。したがって、チャンバーの
プラズマに伝えられるRF電力の効率は低い。これは5
00から1500ワットの電力レベルでプラズマにRF
エネルギーを伝達するのに不適切である。その上さら
に、電極108の領域上のRF配電は不均一であり、ウ
ェーハを横切るプラズマ温度を不均一にする。プラズマ
はホットスポットを発生し、プラズマ温度はより大きく
なる。したがって、エッチング、堆積または他のプラズ
マ処理はウェーハの表面上で不均一となるであろう。し
たがって、所定のウェーハの多数のICは使用不能にさ
れ、それによりウェーハの歩留りを減少させる。
れた層の多数の薄いRF電極を積重ねることを含んでい
る。その後、RF電力は1つの電極層から次のものに容
量結合される。これは金属構造の全体インピーダンスを
減少させるが、容量結合を介して電力損失にも導く。そ
の上さらに、それは電極の領域上の不均一なRF配電の
問題を解決しない。
域上にRF電力を均等に分配する低インピーダンスの電
極構造を有する半導体処理システムのサセプター及びそ
の製造方法の必要性がある。
益は、サセプターの底部近傍でRF電極と厚いロバスト
電極の間の多数の並列電気接点を有するサセプターの本
発明により克服される。厚いロバスト電極は低抵抗を有
し、そのため、その領域上にRF電力を均等に分配す
る。多数の並列電気接点はRF電力がまたRF電極の領
域に渡って均等に分配されることを保証する。一般に、
サセプターは、セラミック支持本体と、本体内に埋め込
まれた少なくとも1つのRF電極と、RF電極の下に配
置されたロバスト電極と、ロバスト電極とRF電極の間
に延びる複数の電導バイアとを備えている。バイアはロ
バスト電極とRF電極の領域上に実質上均等に分配され
た複数の地点の間に複数の並列電気接点を作る。ロバス
ト電極、RF電極及びバイアは通常、モリブデン、タン
グステンまたは銅等の金属製である。一般に、ロバスト
電極は支持本体の底側に取付けられ、RF電極に実質上
並列に配列されている。絶縁板は支持本体の底側に取付
けられ、サセプターを支持する台からロバスト電極を電
気的に絶縁する。
ラミック本体を形成する段階で始まる。本体はセラミッ
クグリーンテープの複数の層を作り出すと共に互いの頂
部に層を積重ねることにより形成される。1以上の電極
は金属粉末を含むペーストを使用して層の選択したもの
に1以上の電極パターンをプリントするスクリーンによ
りセラミック本体内に埋め込まれる。複数のバイアは選
択された層に穴をあけることにより形成され、層がその
後共に積重ねられる時に近接の層の穴が整列されるよう
になっている。穴が金属粉末を含むペーストで充填され
た後、層は積重ねられる。積重ねた後、層は硬化され、
セラミック本体を形成する。金属粉末は固められ、電極
及びバイアを形成する。バイアはRF電極の領域上に実
質上均等に分配された複数の地点で複数の接点を形成す
る。
本体の底部で他の電極の下に配置されている。ロバスト
電極はバイアの露出端部に接合される。したがって、バ
イアはロバスト電極とサセプターの少なくとも1つのR
F電極の領域上に分配された複数の地点の間に複数の並
列電気接点を形成する。
極とRF電極への多数の並列電気接点はRF電極の領域
上にRF電力のより均等な分配を提供する。これはより
均等なプラズマ温度、したがって、より均等なウェーハ
処理に導く。その上さらに、全体の構造は低インピーダ
ンスを有し、したがって、ロバスト電極からRF電極及
びRF電極からプラズマへ最小の電力損失で効率良くR
Fエネルギーを伝達する。
するウェーハ支持200は図2に描かれている。例え
ば、ウェーハ支持は半導体ウェーハ処理システムの処理
チャンバー201内に位置している。ウェーハ支持はサ
セプター204を支持する台202を備えている。通
常、サセプターは、支持本体205と、ロバスト電極2
12と、RF電極208と、複数の電導バイア210と
を備えている。電導バイア210はロバスト電極212
とRF電極208の間の並列電気接点を作る。例えば、
支持本体205はアルミニウム酸化物(Al2O3または
アルミナ)、アルミニウム窒化物または同様の材料等の
セラミック材料の複数の層206i(例えば、層20
61,2062,2063,2064)を備えている。支持
本体205は半導体ウェーハ(図示せず)等の基板を支
持する支持表面207を備えている。支持表面207は
平坦または基板を適切に支持するために必要なような輪
郭であってもよい。その上さらに、支持表面207は裏
面のガスを冷却するための溝または導管を備えていても
よい。
部209近傍に配置されている。ロバスト電極212は
銅、モリブデンまたはタングステンの薄板のような低抵
抗の金属製であるのが望ましい。ロバスト電極212は
取扱いを容易にするのに十分厚いが、厚すぎないように
して、その側でプラズマから絶縁されないようにすべき
である。ロバスト電極212のための適切な厚さの範囲
は、ほぼ0.005インチからほぼ0.025インチの
間にある。代わりに、ロバスト電極212は層2064
等のセラミック層206iの1つにプリントされたスク
リーンまたはステンシルとすることができるが、支持本
体205が焼結により十分に密度を高められた後だけで
もよい。この状態では、収縮問題は未然に防げる。しか
し、0.005インチより厚い電極(125ミクロン)
はスクリーンプリント処理の制限のため作るのが困難で
ある。事実、ステンシルプリントは50ミクロン以上の
厚さが好適である。
2はサセプター204の領域に実質的に一致する領域を
有している。ロバスト電極212の下に配置された絶縁
板214はロバスト電極を台202から電気的に絶縁す
る。絶縁板214は中央の開口部217を有し、ロバス
ト電極212とDCまたはRF電源の間の接続を可能に
する。
に近接して配置され、層2061及び2062等の2つの
セラミック層の間に配置されている。RF電極208は
ウェーハ支持表面207の基板にRFバイアス電圧を加
えるために使用される。RF電極208はまた基板にD
Cバイアスを加えるために使用されてもよい。通常、R
F電極はタングステンまたはモリブデン製である。明瞭
のため、単一のRF電極208だけが示されているが、
本発明のサセプター204は如何なる数及び配列のRF
電極を含んでいてもよい。例えば、多数の並列RF電極
はセラミックの層により分離されたお互いの頂部に積重
ねられてもよい。代わりに、多数の電極は同一のセラミ
ック層の間に並んで置かれてもよい。その上さらに、積
重ねられ並んだ電極の幾つかの組合せが使用されてもよ
い。
ヒーター電極またはチャッキング電極等の如何なる数の
他の電極を含んでいてもよい。後者は如何なる数のチャ
ッキング電極及び単一極、二極、三極、互いに組合せ
た、帯状等を有する如何なるタイプのチャッキング電極
構造を使用して実行されてもよい。同様に、如何なる数
または配列のヒーター電極は単一のヒーター電極を有し
て使用されることができ、また2以上のヒーター電極が
帯状加熱等のために使用されてもよい。代わりに、サセ
プターはヒーター電極のないチャックとして製作されて
もよく、チャッキング電極のないセラミックヒーターと
して製作されてもよい。チャッキング及び加熱電極は、
モリブデン及びタングステン等の金属と、RF電極20
8のそれに同様の方法でプリントされたスクリーンとで
作られているのが望ましい。
電極212に接続されている。バイア210は複数の接
点218でRF電極208と接触している。接点218
はRF電極208の領域を渡って実質上均等に分配され
ている。各バイア210は電導材料213で充填された
1以上のセラミック層206iに穴211を備えてい
る。各バイアの上端部215はRF電極208に接続さ
れている。各バイア210の下端部219はロバスト電
極212に固着されている。図2はバイア210が互い
に実質上幾何学的に平行であることを示している。製造
は簡単であるが、バイアがロバスト電極212とRF電
極208の間で電気的に並列接続、すなわち、並んで接
続されている限り、これは厳密には必要ではない。これ
らの均等に分配された電気的並列接続はRF電極208
の領域上にRF電力を均等に分配する。
は図3のフロー図に示された本発明の方法300により
製作されることができる。その方法300は段階301
で始まる。段階302で、複数のまだ焼かれていないセ
ラミックのグリーンテープが形成され、硬化していない
セラミック層(層206i等)のスタックを形成するた
めに使用されるであろう。硬化していないセラミック層
のスタックは硬化により支持本体を形成する。グリーン
テープはアルミニウム窒化物、または人工ゴム(ブタジ
エン)、ポリメチルメタクリル酸塩等の有機結合剤で混
合されたアルミニウム酸化物のような粉末状セラミッ
ク、または同様の材料から作られ、薄板に鋳造する。段
階304で、穴211は層の選択されたものにあけられ
る。穴211は層上に均等に分配され、多数の電気的に
並列の電導バイアを供給する。穴211は連続する層に
あけられ、グリーンテープが実質上積重ねられる時に穴
211が整列するようになっている。穴211は層が積
重ねられる前または後のいずれかに形成されてもよい。
好ましくは、穴211は層206iが積重ねられる前に
グリーンテープに形成される。
ば、タングステンまたはモリブデン等の金属粉末を含む
ペーストで充填され、バイアを形成する。ペーストは穴
211を完全に充填する。段階308で、電極(例え
ば、RF電極208)は支持本体内に埋め込まれる。例
えば、RF電極208は選択されたグリーンテープでプ
リントされたスクリーンであってもよく、バイアを形成
するために使用される同一の電導材料を使用する(すな
わち、タングステンまたはモリブデンのペースト)。特
に、1以上のRF電極208は所望のチャッキングまた
は加熱電極と共にプリントされたスクリーンである。
に共に積み重ねられ、スタックを形成する。スタックは
段階312において平圧印刷機で約150℃で押圧し、
グリーンの薄層を製造する。
段階314で有機結合剤を取り除く。温度はこの段階の
間、通常600℃と800℃の間である。焼結するこの
段階は水素と分解したアンモニアの還元した雰囲気で行
われてもよい。水蒸気は還元した雰囲気に吹き込まれ、
酸素の部分圧力を制御し、結合剤を酸化し、この段階の
間、電極の酸化を防止する。次に、段階316で、セラ
ミック本体は1500℃から1600℃で焼結され、セ
ラミック及び金属を固め、サセプターを形成する。
ック本体205の底部209に取付けられている。ロバ
スト電極212は任意に、例えばニッケルで、電気めっ
きされ、それを腐食に対し保護することができる。ロバ
スト電極はスクリーンまたはステンシルプリンティング
により形成されることができる。例えば、金属粉末を含
むペーストはバイア210の露出した下端部219上に
プリントされたステンシルまたはスクリーンとすること
ができる。その後、本体205は還元された雰囲気で火
をつけられ、粉末を密な金属構造に焼結し、同時に、ロ
バスト電極212をバイア210に結合する。通常、ペ
ーストはガラス粉末(フリット)の体積の10と30%
の間で加えられ、セラミックへの付着力を得る。通常、
燃焼はペーストを含むタングステンとモリブデンのため
約1600℃から1800℃の間の温度で起こる。ペー
ストを含む銅は約900℃で焼結される。
19は銅またはニッケルでめっきされ、ロバスト電極2
12はモリブデン、銅またはタングステンの薄板から作
られている。ロバスト電極はバイア210のニッケルめ
っきされた端部219に蝋付けすることにより支持本体
205の底部209に取付けられる。これをするため、
選択された蝋付け結合(例えば、銅−銀合金または金−
錫合金)または鉛−錫半田はバイア210の端部219
を覆い、複数の半田点を形成する。その後、半田または
蝋付けは、ロバスト電極212がこれらの半田点に触れ
ている間、溶解またはリフローされる。ロバスト電極2
12を多くのものに結合して、バイア210のよく拡散
した端部219は、次の取扱い及び組立て動作の間、ロ
バスト電極212を堅固に保持するのに十分である。し
たがって、ロバスト電極212を支持本体205のセラ
ミックに結合する必要はない。
4は段階320で支持本体205の底部209に取付け
られている。取付けはボルト締め等の機械的手段で成し
遂げられる。代わりに、絶縁板はガラスシール、拡散結
合等により取付けられることができる。その後、段階3
21でその方法は終了する。
04は、RF電力の基板への優れた伝達および基板を横
切るRF電力の従来技術の電極構造より均一な分配を示
す電極構造を組込んでいる。均一な配電はより均一なウ
ェーハ処理に導き、欠陥あるウェーハをほとんどなくす
る。したがって、生産性がより向上し、ウェーハ当たり
のコストが低減され、収益性が向上する。
に関して説明されているが、RF電極の領域を横切るR
F電力の均等な分配のために供給されるRF電極の領域
上の多数の並列電気接点は本発明の範囲内にあると考え
られる。
れ、ここに詳細に説明されているが、当業者であればこ
れらの教示をさらに組込んだ多くの他の変更した実施例
を容易に発明することができる。
いている。
いている。
る。
Claims (20)
- 【請求項1】半導体処理チャンバー内のウェーハを支持
する装置であって、 支持本体と、 該支持本体内に配置された少なくとも1つの電極と、 該少なくとも1つの電極に接続された複数の分配された
並列電気接点と、を備えたことを特徴とする装置。 - 【請求項2】前記少なくとも1つの電極の下に配置され
たロバスト電極をさらに備えた請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】前記並列電気接点のそれぞれは前記ロバス
ト電極に接続されている請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】前記支持本体は複数の積重ねた層を備えた
請求項1に記載のウェーハ支持。 - 【請求項5】前記ロバスト電極は前記支持本体の底側に
取付けられている請求項1に記載の装置。 - 【請求項6】前記ロバスト電極を電気的に絶縁するため
前記底側に取付けられた絶縁板をさらに備えた請求項5
に記載の装置。 - 【請求項7】前記電気接点は電導材料で充填された穴を
さらに備えたバイアである請求項1に記載の装置。 - 【請求項8】前記材料はモリブデンとタングステンから
なるグループから選択されている請求項7に記載の装
置。 - 【請求項9】前記ロバスト電極は銅、モリブデンおよび
タングステンからなるグループから選択された材料製で
ある請求項2に記載の装置。 - 【請求項10】ウェーハ支持を製作する方法であって、
前記支持が支持本体と、少なくとも1つの電極と、該電
極に接続された複数の電気接点とを有し、 前記支持本体を形成する段階と、 前記支持本体内に少なくとも1つの電極を配置する段階
と、 前記少なくとも1つの電極に複数の分配された並列電気
接点を形成する段階と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項11】前記少なくとも1つの電極の下にロバス
ト電極を配置する段階をさらに含む請求項10に記載の
方法。 - 【請求項12】前記複数の並列電気接点に前記ロバスト
電極を接続する段階をさらに含む請求項11に記載の方
法。 - 【請求項13】前記支持本体を形成する段階は、 硬化していないセラミックの複数の層を作り出すこと
と、 前記複数の層のスタックを形成することと、 前記層を硬化させることと、を含む請求項10に記載の
方法。 - 【請求項14】前記電極を配置する段階は前記複数の層
の少なくとも1つに電極パターンをプリントするスクリ
ーンを含む請求項10に記載の方法。 - 【請求項15】前記電極パターンは前記層を硬化させる
段階の前にプリントされたスクリーンである請求項14
に記載の方法。 - 【請求項16】前記複数の均等に分配された並列電気接
点を形成する段階は、 前記複数の層の選択されたものに複数の穴をあけ、前記
スタックが形成される時に前記穴が整列されるようにす
ることと、 金属粉末を含むペーストで前記穴を充填することと、 前記層を積重ねることと、を含む請求項13に記載の方
法。 - 【請求項17】前記ロバスト電極は薄板の金属製である
請求項11に記載の方法。 - 【請求項18】前記ロバスト電極の下にセラミック絶縁
板を取付ける段階をさらに含む請求項11に記載の方
法。 - 【請求項19】半導体処理チャンバー内のウェーハを支
持するウェーハ支持であって、 セラミック本体を有するサセプターを備え、前記セラミ
ック本体は、互いの頂部に積重ねられた複数の層と、前
記セラミック本体内に埋め込まれた少なくとも1つの電
極と、銅、モリブデンまたはタングステンからなるグル
ープから選択された金属製で、前記少なくとも1つの電
極の下に配置されたロバスト基板電極と、前記ロバスト
電極と前記電極の間の複数の均等に分配された並列電気
接点とを備え、前記電気接点はモリブデンとタングステ
ンからなるグループから選択された金属製であることを
特徴とするウェーハ支持。 - 【請求項20】前記サセプターの底側に取付けられた絶
縁板をさらに備えた請求項19に記載のウェーハ支持。
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