JP2011510488A - 高温真空チャックアセンブリ - Google Patents

Abstract

真空チャック及びこの真空チャックを備えた処理チャンバを提供する。真空チャックアセンブリは、支持体本体と、複数の突起と、複数のチャネルと、支持体本体を支持する少なくとも１つの支持部材と、支持部材に連結された少なくとも１つの弾性部材と、支持体本体を支持する中空シャフトと、中空シャフト内に配置された少なくとも１つの電気コネクタと空冷装置を備える。支持体本体は、基板（ウェハ等）を保持するための支持面を有する。基板と支持面との間に間隙を形成するために突起が支持面上に形成され、また支持面から突出している。間隙内を減圧するために支持面にはチャネルが形成される。空冷装置を使用することによって、電気コネクタ付近を空冷する。

Description

発明の背景

（技術分野）
本発明の実施形態は概して、半導体製造、特には処理チャンバにおいて使用するための真空チャックアセンブリに関する。

（関連技術の説明）
集積回路（ＩＣ）の製造においては基板を高温に加熱するため、様々な化学的及び／又は物理的な反応が起こる。熱処理は通常、基板の加熱に使用される。典型的な熱処理（例えば、アニーリング）では、比較的大量の熱エネルギーを短時間で基板に供給し、その後、ウェハを急冷することによって熱処理を終了することを必要とする。現在使用されている熱処理の例には、急速加熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＲＴＰ）、インパルス（スパイク）アニーリング、走査レーザーアニール技法及びパルスレーザー技法が含まれる。加熱された真空チャックは一般に、これらの熱処理中に処理チャンバ内で基板を固定するのに使用される。

基板表面の平坦性は、集積回路の製造を通じて、特にパルスレーザーアニール処理（動的表面アニール（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｎｅａｌ：ＤＳＡ）処理等）中、極めて重要である。ＤＳＡ処理中、基板をレーザーが発する放射線で走査することによってアニーリング処理を促進する。アニールレーザーの焦点深度は、ウェハ表面の平坦性を含む幾つかの要因に大きく左右される。このため、ウェハを保持する真空チャックの支持面は、可能な限り平坦でなくてはならない。ウェハ表面の平坦性を確保するために真空チャックの支持面全体を平坦化にするにあたっては、総じて多大な労力を要する。加えて、加熱された真空チャックは、チャック中心部の温度が上昇しチャック周縁部で熱を損失するに従って上方向に湾曲する傾向が強い。チャックの反りは、その上に保持されたウェハの反りを引き起こす場合があり、ウェハ表面の平坦性が大幅に低下する。また、加熱された真空チャックに連結された電気コネクタが、処理チャンバにおける過熱によって損傷したり溶融する場合がある。

従って、真空チャックが有する上記の欠点を改善するための真空チャックアセンブリ及びこの真空チャックアセンブリを備えた処理チャンバを得ることが望ましい。

本発明の実施形態は概して、半導体製造、特には処理チャンバで使用するための真空チャックアセンブリに関する。

本発明の一実施形態により、ウェハ等の基板を保持するための支持面を有する支持体本体と、この支持体本体を支持する少なくとも１つの支持部材と、この少なくとも１つの支持部材に連結された少なくとも１つの弾性部材とを備える真空チャックアセンブリが提供される。加熱中、支持体本体は上方向に湾曲し、弾性部材は、支持体本体を下方向に引っ張ることでチャックの上方向への湾曲に対抗する制御力を付与する。

別の実施形態において、真空チャックアセンブリは更に、基板を保持するための支持面を有する支持体本体と、この支持面上に形成された、基板と支持面との間に間隙を形成するための支持面から突出した複数の突起と、基板の背面に沿って低い圧力を均一に分布させるための、支持面上に形成された複数のチャネルとを備える。

別の実施形態において、真空チャックアセンブリは更に、中空シャフトを通して配置された少なくとも１つの電気コネクタアセンブリを備え、この電気コネクタアセンブリは電気コネクタと、電気コネクタ付近を空冷することによって電気コネクタの過熱を防止するための１本以上の冷却チャネルを有するレセプタクルとを備える。

別の実施形態により、真空チャックアセンブリを備えた処理チャンバが提供される。処理チャンバは、チャンバ取り付け台と、基板を保持するための支持面を有する支持体本体と、この支持面上に形成された、基板と支持面との間に間隙を形成するための支持面から突出した複数の突起とを備え、各突起は、基板と接触する平坦化された上面を有し、チャンバは更に、基板の背面に沿って圧力を均一に分布させるための支持面上に形成された複数のチャネルと、支持体本体を支持する少なくとも１つの支持部材と、チャンバ取り付け台と少なくとも１つの支持部材との間に連結された少なくとも１つの弾性部材とを備える。

本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリを備えた処理チャンバの概略断面図である。 本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリの概略断面図である。 本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリの概略上面図である。 〜 本発明の一実施形態による突起の例示的な形状の概略図である。 〜 本発明の一実施形態による突起の別の例示的な形状の概略図である。 本発明の一実施形態よる真空チャックアセンブリの概略底面図である。 本発明の一実施形態による図１の真空チャックアセンブリの拡大部分断面図である。 本発明の一実施形態による電気コネクタの概略断面図である。 本発明の一実施形態による加熱要素を備えた真空チャックアセンブリの概略部分断面図である。

円滑な理解のために、可能な限り、図面で共通する同一要素は同一参照番号を使用して表した。一実施形態において開示の要素は、特に記載することなく、その他の実施形態で便宜上利用することも考えられる。

詳細な説明

本発明の実施形態は概して、加熱の結果としての支持体本体の湾曲を相殺することによって支持面の平坦性を確保するのに使用される弾性部材に関する。本発明の実施形態は更に、空冷を利用することによって、アニーリング処理中の電気コネクタの過熱及び溶融を防止する電気コネクタアセンブリを含む。本発明の実施形態は更に、支持面と基板（ウェハ等）との表面接触面積を減少させることによって基板の平坦性を確保し且つアニールレーザーの焦点深度を改善するための、支持体本体の支持面上に形成された複数の突起を含む。

本発明を、レーザー表面アニールチャンバに関連させて以下にて説明する。しかしながら、本発明で開示の教示は、高温で稼動させるその他のタイプのチャンバを含む多種多様な処理チャンバ、特に、レーザーをアニーリング手段として使用する、半導体ウェハ処理システムの一部となり得る処理チャンバに有益である（カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なセンチュラ（ＣＥＮＴＵＲＡ、商標名）等）。その他の製造業者から入手可能なものを含めたその他の処理チャンバを本発明が有益となるように構成することも考えられる。

図１及び図２を参照するが、図１は本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリ１５０を備えた処理チャンバ１００の概略断面図であり、図２は、本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリ１５０の概略断面図である。真空チャックアセンブリ１５０は、基板の平坦性を維持することによって基板処理の向上を促進する。

一実施形態において、処理チャンバ１００はレーザーアニールチャンバである。処理チャンバ１００はチャンバ本体１０２を備える。チャンバ本体１０２は、処理容積１１２を画成する側壁１０６と、底部１０８とウィンドウ１１０とを有する。処理容積１１２には、典型的には、側壁１０６のスリットバルブ１５８を介してアクセスし、このスリットバルブは基板１４０（以下、基板１４０と称する）のチャンバ本体１０２内外への移動を促進する。特定の実施形態において、基板１４０はウェハであり、例えば半導体処理において使用されるウェハである。チャンバ本体１０２の側壁１０６及び底部１０８は一般に、アルミニウム又は処理中に起こる化学反応に耐えるその他の材料の単塊から作製される。チャンバ１００の底部１０８は支持片１７０を備え、支持片１７０はその内部に形成された１本以上の冷却チャネル１７２を有する。１本以上の冷却チャネル１７２は、冷却液又はガスを１本以上の冷却チャネル１７２に供給するように構成された冷却流体供給源１９０に連結される。支持片１７０はステンレススチールを含み得る。一実施形態において、支持片１７０は、放射率を上昇させるために、基板の背面に面した光学反射性の表面を有する。１本以上の支持ピン１７４が、支持片１７０の表面に連結され且つ支持片１７０の表面から上方に延びる。チャンバ１００の底部１０８は、底部１０８を貫通して形成されたポンピングポート１１４を有し、このポンピングポート１１４によって処理容積１１２がポンピングシステム１１６に連結され、処理容積１１２内の圧力の制御並びに処理中のガス及び副生成物の排出が円滑に行なわれる。

ウィンドウ１１０はチャンバ本体１０２の側壁１０６によって支持され、またチャンバ１００の内部の点検の際に取り外し可能である。一実施形態において、ウィンドウ１１０は、石英等の材料を含む。

処理ガス及びその他のガスを、ガス供給源１２０に連結されたガス源１１８から処理容積１１２に導入し得る。一実施形態において、ガス源１１８は、基板１４０の表面全体にガスが均一に流れるように位置決めされる。一実施形態において、ガス源は側壁１０６内に位置決めされる。

レーザー１３０はウィンドウ１１０上方に配置される。本願に記載の実施形態で使用し得るレーザーについては、２００２年４月１８日に出願され、共通して譲渡された米国特許出願第１０／１２６４１９号であり、米国特許第７０７８６５１号として発行された「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｌｕｘ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎｇ」に詳しく記載されており、この文献は引用により本願に組み込まれる。一実施形態において、レーザー１１０は、レーザー１１０を基板１４０の表面全体に亘って移動させるための平行移動機構に連結される。

真空チャックアセンブリ１５０は、チャンバ本体１０２内の中央に配置され、処理中、基板１４０を支持する。真空チャックアセンブリ１５０は一般に、チャンバ底部１０８を貫通して延びるシャフト１５４によって支持された支持体本体１５２を含む。支持体本体１５２は一般に円形であり、石英、セラミック（例えば、アルミナ）等の材料又はこれらの組み合わせから作製される。一実施形態において、支持体本体１５２には、少なくとも１つの埋設加熱要素１５６が封入される。加熱要素１５６（電極、抵抗加熱要素等）は、電気コネクタアセンブリ１６０を介して電源に連結されており、支持体本体１５２及びその上に位置決めされた基板１４０を既定の温度にまで制御下で加熱する。一実施形態において、加熱要素１５６は基板１４０を、処理中、約２０℃〜７５０℃に加熱する。

図３は、本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリの概略上面図である。支持体本体１５２は、基板１４０を支持するための上面又は支持面３１０を有する。複数の突起３１２が支持面３１０上に形成され、処理中、この上に基板１４０が載置される。

一実施形態において、突起３１２は全て同じ高さに形成され、基板１４０の背面と接触する平坦化された上面を有し、突起３１２の上面の面積の合計は支持面３１０の面積よりはるかに小さいことから、支持体本体１５２と基板１４０との接触面積が小さくなる。支持体本体１５２と基板１４０との接触面積が小さく、この実施形態は、慣用の真空チャックにおいて行なっていたような支持面３１０全体の平坦化ではなく突起の平坦化しか必要としないことから、支持面３１０の平坦化が簡略化される。更に、支持体本体と基板との接触面積が小さいと、支持体本体１５２の支持面３１０によって引き起こされる粒子汚染の可能性が低下する。一実施形態において、突起３１２の高さは約１０ミクロン〜約５０ミクロン、例えば約２５ミクロンであり、突起３１２の幅又は直径は約５００ミクロン〜約５０００ミクロンである。一実施形態において、複数の突起３１２及び支持面３１０は一体であり、例えば支持体本体１５２の表面の機械加工又はビードブラスト加工によって形成される。別の実施形態において、複数の突起３１２は別に形成され、当該分野で公知の取り付け技法（ロウ付け、接着剤での接合等）を使用して支持面３１０に連結される。別の実施形態において、突起は、堆積法及びマスクパターンを使用して支持面上に堆積される。一実施形態において、支持面３１０は直径３００ｍｍであり、上に載置する基板の背面の表面積の約１０％を占める１００〜５００個、例えば１５０〜２００個の突起を有する。一実施形態において、突起３１２は支持面３１０全体に実質的に直線的に配置される。別の実施形態において、突起３１２は、支持面の中心から広がる放射状パターンに配置される。別の実施形態において、突起は、支持面３１０全体に広がるｘ−ｙ格子状パターンに配置される。一実施形態において、支持面３１０は直径２００ｍｍである。図では円形としたが、支持面３１０が正方形や長方形といったその他の形状も含み得ることを理解すべきである。

図４Ａ〜４Ｃ、５Ａ及び５Ｂは、本発明の実施形態に応用可能な突起の例示的な形状を示す。基板に傷がつくのを防止するため、突起の形状は、図４Ａにおける平坦化された上面３１３ａを有する半球様の突起３１２ａ等であり、図４Ｂに示されるような円形の土台上又は図４Ｃに示されるような四角形の土台上に形成することもでき、或いは角を丸めた上面を有する四角形の土台、例えば図５Ａ及び５Ｂに示されるような平坦化された上面３１３ｂを有する突起３１２ｂである。上記の突起の形状、サイズ及びパターンは例として挙げたにすぎず、本発明はこれに限定されない。複数の突起３１２は、円筒形のマウンド、ポスト、角錐、円錐、矩形ブロック、様々なサイズの突起、レーザーアニール処理中の焦点深度を向上させるその他いずれの形状及びこれらの組み合わせを含み得る。

図１及び図３に戻るが、突起３１２は、基板１４０と支持体本体１５２の支持面３１０との間に間隙Ｄ１を形成する。一実施形態においては、複数のチャネル３１４が支持面３１０上に形成され、真空ポンプ（図示せず）に接続して間隙Ｄ１内を減圧することによって基板１４０を支持体本体１５２上に固定する。チャネル３１４は、好ましくは、基板１４０に均等に吸引力を加えるために対称的なパターンに形成される。図３に示されるように、チャネル３１４は、円形チャネル３１４ａと、直線チャネル３１４ｂと２対の傾斜チャネル３１４ｃ／３１４ｄ、３１４ｅ／３１４ｆとから構成されるパターンに形成される。直線チャネル３１４ｂは、円形チャネル３１４ａ内で直径方向に形成され、傾斜チャネル対３１４ｃ／３１４ｄ及び３１４ｅ／３１４ｆは直線チャネル３１４ｂからそれぞれ延び且つ互いに鏡対称となる。本願に記載のチャネルパターンは例として挙げたにすぎず、本発明はこれに限定されない。

図１に戻るが、支持体本体１５２の下面１６２は、１本以上の支持ピン１７４によって支持される。一般に、シャフト１５４は支持体本体１５２の下面１６２からチャンバ底部１０８を貫通して延びており、支持体本体１５２を、支持体本体１５２に下方向の力を加える弾性部材１６６に連結している。スリーブ１６８は、シャフト１５４の一部を取り囲む。一実施形態において、スリーブ１６８は支持片１７０の底部に連結される。スリーブ１６８の底部は、ベース１７６に連結される。ベース１７６は１個以上の穴１７８を有し、この穴を通って１本以上のポスト１８０が延びている。１本以上のポスト１８０は、シャフト１５４の底部とチャンバ取り付け台１８２との間に位置決めされる。弾性部材１６６は、チャンバ取り付け台１８２と支持体本体１５２との間に連結される。弾性部材１６６は、板ばね、圧縮ばね、薄板ばね、円錐コイルばね等のばね装置を含み得るが、望ましい特性を付与するいずれの弾性又は曲げることのできるワイヤであってもよい。支持体本体１５２が加熱の結果として上方向に湾曲すると、弾性部材１６６がその制御力によって支持体本体１５２を下方向に引っ張って反りを予防し、その結果、基板１４０の平坦性も確保される。

図６及び図７を参照するが、図６は、本発明の一実施形態による真空チャックアセンブリの底面図であり、図７は本発明の一実施形態による図１の処理チャンバ１００及び真空チャックアセンブリ１５０の拡大部分断面図である。真空チャックアセンブリ１５０の下面１６２は、１本以上の支持ピン１７４と係合する１つ以上のスロットを有する。一実施形態において、下面１６２は３つのスロット６１０、６１２、６１４を有し、各スロットは各支持ピン１７４と係合するように構成される。３つのスロット６１０、６１２、６１４は３本の支持ピン１７４と係合するように図示されているが、支持体本体１５２を支持するのに十分ないずれの数のスロット及び支持ピンも使用し得ることを理解すべきである。弾性部材１６６がその制御力でもって支持体本体１５２を下方向に引っ張って支持体本体１５２の反りを軽減する際、支持ピン１７４が支持体本体１５２に対する上方向の力を付与する。貫通孔６１６、６１８、６２０が支持体本体１５２を貫通して形成されているため、基板昇降ピン（図示せず）を支持体本体１５２に通して基板を支持面３１０から上昇させたり下降させたりすることができる。支持体本体１５２の下面１６２の中心には、挿入領域６３０が形成される。挿入領域６３０は、熱電対等の温度監視装置及び電気コネクタ等の電源装置のために使用し得る。

図８Ａは、本発明の一実施形態による電気コネクタの断面図であり、図８Ｂは、本発明の一実施形態による加熱要素を備えた真空チャックアセンブリの部分断面図である。一実施形態において、真空チャックアセンブリ１５０は更に、少なくとも１つの電気コネクタアセンブリ１６０を備え、このアセンブリ１６０は１つ以上の電気コネクタ８２０ａ、８２０ｂ及びレセプタクル８３０を備え、レセプタクル８３０はその内部に形成された１本以上の冷却チャネル８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃを有する。電気コネクタアセンブリ１６０は、電力をチャックアセンブリ１５０に供給するためにシャフト１５４を通して配置される。１本以上の冷却チャネル８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃを使用して空気の流路とすることによって電気コネクタアセンブリ１６０付近の空冷を行い、これによって電気コネクタアセンブリ１６０の加熱中の過熱又は溶融を防止する。

電気コネクタアセンブリ１６０は雄型コネクタ部材８２０ａ、８２０ｂを備え、部材８２０ａ、８２０ｂは一般に電極コネクタ８２２に連結され、電極コネクタ８２２は、電力を加熱要素１５６に供給するために加熱要素１５６に連結される。電気コネクタアセンブリ１６０は、雄型コネクタ部材８２０ａ、８２０ｂを受容するための相補的なレセプタクル８３０を有する。この相補的なレセプタクル８３０は、雄型ピンコネクタ部材８２０ａ、８２０ｂを受容するための、相補的な弾性バナナコネクタであってもよい雌型バナナコネクタを含み得る。一実施形態において、１本以上の冷却チャネル８１０は、雄型ピンコネクタ８２０ａ、８２０ｂに隣接して配置される。１本以上の冷却チャネル８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃは冷却流体供給源８４０に連結される。冷却流体供給源８４０は、空気、水、グリコール又はこれらの組み合わせ等の冷却流体を含む。電気コネクタアセンブリ１６０は、電源８７０に連結される。

上記の実施形態により、本発明は、突起の上面を平坦化するだけでチャック支持面の平坦化を簡略化し、支持体本体表面と基板との表面接触面積を減少させることによって粒子汚染を軽減し、突起とバネ系の設置を通して支持面の平坦性を確保することによってアニールレーザーの焦点深度を改善し、空冷を通して電気コネクタの過熱又は溶融を防止するという利点を有する。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

1. 基板を保持するための支持面を有する支持体本体と、
   支持面上に形成された、基板と支持面との間に間隙を形成するための支持面から突出する複数の突起と、
   間隙内を減圧するための、支持面上に形成された複数のチャネルと、
   支持体本体を支持するための少なくとも１つの支持部材と、
   少なくとも１つの支持部材に連結された少なくとも１つの弾性部材とを備える真空チャックアセンブリ。
2. 少なくとも１つの弾性部材が、支持体本体が加熱の結果として上方向に湾曲した場合に支持体本体を下方向に引っ張る制御力を付与する請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
3. 少なくとも１つの弾性部材が少なくとも１つのばねである請求項２記載の真空チャックアセンブリ。
4. 支持体本体を支持するための中空シャフトと、
   中空シャフト内に配置された少なくとも１つの電気コネクタアセンブリとを更に備え、少なくとも１つの電気コネクタアセンブリが、空気の流路となって電気コネクタアセンブリ付近の空冷を行なう１本以上の冷却チャネルを有する請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
5. 電気コネクタアセンブリが、
   雄型コネクタ部材を受容するための相補的なレセプタクルを備え、１本以上の冷却チャネルが雄型コネクタ部材に隣接して配置される請求項４記載の真空チャックアセンブリ。
6. 複数のチャネルが、基板に均等に吸引力を加えるために対称的なパターンに形成される請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
7. 複数のチャネルが、
   円形チャネルと、
   直線チャネルと、
   ２対の傾斜チャネルとを含むパターンに形成され、直線チャネルが円形チャネル内で直径方向に形成され、傾斜チャネル対が直線チャネルからそれぞれ延び且つ互いに鏡対称となる請求項６記載の真空チャックアセンブリ。
8. 突起が１０ミクロン〜５０ミクロンの高さを有する請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
9. 突起が５００ミクロン〜５０００ミクロンの直径を有する請求項８記載の真空チャックアセンブリ。
10. 突起が２５ミクロンの高さを有する請求項９記載の真空チャックアセンブリ。
11. １００〜５００個の突起が支持面上に形成される請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
12. 突起が平坦化された上面を備えた半球形状を有する請求項１記載の真空チャックアセンブリ。
13. 支持体本体に少なくとも１つの埋設加熱要素が封入され、加熱要素が電気コネクタアセンブリを介して電源に連結され、支持体本体及びその上に位置決めされた基板を既定の温度にまで制御下で加熱する請求項４記載の真空チャックアセンブリ。
14. 複数のチャネルが、
    円形チャネルと、
    直線チャネルと、
    ２対の傾斜チャネルとを含むパターンに形成され、直線チャネルが円形チャネル内で直径方向に形成され、傾斜チャネル対が直線チャネルからそれぞれ延び且つ互いに鏡対称となる請求項１３記載の真空チャックアセンブリ。
15. 支持体本体の下面が、１本以上の支持ピンと係合する１つ以上のスロットを有し、１本以上の支持ピンが、弾性部材がその制御力でもって支持体本体を下方向に引っ張って支持体本体の反りを軽減する際に、支持体本体に対する上方向の力を付与する請求項１記載の真空チャックアセンブリ。

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