JP2013512564A - 傾斜側壁を備える静電チャック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ処理チャンバで用いる基板支持体は、その上部外周に傾斜側壁を備える。プラズマ処理の際に基板支持体の上部基板支持面上に支持される基板の下に位置するエッジリングが基板を囲むように配置される。傾斜側壁は、プラズマ処理の際に露出されて、副生成物堆積物が生じる基板支持体の唯一の面である。傾斜側壁は、その場（in situ）チャンバ洗浄処理の際の副生成物堆積物のスパッタリング速度を増大させる。チャンバに供給される洗浄ガスがプラズマ状態に励起することによって、副生成物堆積物が洗浄除去される。
【選択図】図５
【選択図】図５
Description
［クロスリファレンス］
本出願は、「傾斜側壁を備える静電チャック（AN ELECTROSTATIC CHUCK WITH AN ANGLED SIDEWALL）」の名称で２００９年１１月３０日に出願された米国仮特許出願No.61/265,200に対して35U.S.C.119条に基づく優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、「傾斜側壁を備える静電チャック（AN ELECTROSTATIC CHUCK WITH AN ANGLED SIDEWALL）」の名称で２００９年１１月３０日に出願された米国仮特許出願No.61/265,200に対して35U.S.C.119条に基づく優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
半導体技術の進展に伴い、ウエハの直径は増大する傾向にあると同時に、トランジスタは小型化され、結果として、より高い精度と再現性とがウエハ処理に求められている。シリコンウエハ等の半導体基板材料は、真空チャンバを用いる方法等の技術で処理される。これらの技術には、電子ビーム蒸着等の非プラズマ系技術と、スパッタ蒸着、プラズマ化学気相成長法（plasma-enhanced chemical vapor deposition：ＰＥＣＶＤ）、レジスト除去及びプラズマエッチング等のプラズマ系技術と、が含まれる。
プラズマ処理チャンバの例が、同一出願人による米国特許第4,340,462号、第4,948,458号、第5,200,232号、第6,090,304号及び第5,820,723号に記載されており、これらの特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。プラズマ処理チャンバは、上部電極アセンブリと下部電極アセンブリとを備えるものでもよい。上部電極アセンブリの例の詳細が、米国特許第6,333,272号、第6,230,651号、第6,013,155号及び第5,824,605号に開示されており、これらの特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。上部電極アセンブリのすぐ下に配置される下部電極アセンブリは、処理される基板を支持する静電チャック（electrostatic chuck：ＥＳＣ）を備えるものでもよい。ＥＳＣの例が、同一出願人による米国特許第7,161,121号、第6,669,783号及び第6,483,690号に記載されており、これらの特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。ＥＳＣは、ヘリウムガス源と流体連結されるマイクロ流路をその上面に備えるものでもよい。ヘリウムガスを用いて、処理の際に基板を冷却することができる。加圧ガスにより基板の温度を制御する方法が、同一出願人による米国特許第6,140,612号に開示されており、この特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。下部電極アセンブリは、さらに、基板の周囲に嵌め込まれるエッジリングを備えるものでもよい。エッジリングの例が、同一出願人による米国特許出願公告No.2009/0186487及び米国特許出願第5,805,408号、第5,998,932号、第6,013,984号、第6,039,836号及び第6,383,931号に記載されており、これらの出願及び特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。
通常のプラズマ処理チャンバにおいて、基板の端に近づくほどプラズマ密度が低くなり、基板端部の上面および下面や近傍のチャンバ部品の表面上に副生成物の層（ポリマー、ポリシリコン、窒化物、金属等）が堆積する。副生成物が過度に堆積すると、粒子汚染、不確実な基板固定、冷却用ヘリウムガスの漏出、効率の低下及びデバイス歩留まりの低下等、多くの問題がプラズマ処理の際に生じる。したがって、副生成物を除去することが望まれている。基板端部上の副生成物の層は、プラズマ・べベル・エッチャを用いて除去することができる。プラズマ・べベル・エッチャの例が、同一出願人による米国特許出願公告No.2008/0227301に記載されており、この出願は参照することにより本明細書に組み込まれる。チャンバ部品上の副生成物の層を除去することは、チャンバ部品の形状が複雑である等の理由で、より難しい。通常のプラズマ処理チャンバでは、チャンバ洗浄処理が実施され、基板が存在しない状態で、プラズマを用いて、チャンバ部品から副生成物の層をエッチング除去する。
本明細書に記載される基板支持体は、プラズマ処理チャンバにおいて基板を支持する基板支持体であって、上部基板支持面の外周の外側に基板が伸長するようにプラズマ処理の際に基板を支持する大きさに形成される上部基板支持面と、上部基板支持面の外周から外側及び下側に伸長する傾斜側壁であって、基板支持体を囲むエッジリングの上面で、基板の外周部の下に少なくとも部分的に配置されるエッジリングの上面と実質的に同一平面になるような外周を持つように構成される傾斜側壁と、を備える。プラズマ処理の際に、傾斜側壁に副生成物堆積物が堆積する。
図１に、従来の下部電極アセンブリの断面図を示す。図２は、図１の部分Ａの詳細を示す拡大図である。基板１０は、ＥＳＣ２０の支持面２１上に支持される。ヘリウム等の熱移動ガスを基板の下に導入する目的で、（図示しない）ヘリウムガス源と流体連結される溝、メサ、開口部又は凹部領域２３のパターンをＥＳＣ２０が備えるものでもよい。ＥＳＣのフィーチャ（特徴構造）の詳細が、同一出願人による米国特許第7,501,605号に開示されている。処理の際に基板１０を静電的に固定するために、電極２５がＥＳＣ２０に埋め込まれている。ＥＳＣ２０は、垂直側壁２２を備え、また、処理の際に、基板１０の外周部がＥＳＣ２０から張り出して、ＥＳＣ２０を囲むエッジリング３０の上面３１を覆うような大きさに形成される。この場合、上面３１と基板１０との間にはギャップ６０が存在する。ＥＳＣ２０は支持部材４０上に支持され、エッジリング３０は支持部材５０上に支持される。
処理の際に、ギャップ６０に露出された垂直側壁２２の一部に副生成物堆積物１００が生じる。垂直側壁２２上に副生成物が過度に堆積すると、溝、メサ、開口部又は凹部領域２３のパターンからヘリウムが漏出し、基板１０の静電気的な固定に影響を与える可能性がある。基板を大きく張り出させて、ギャップ６０の大きさを正確に制御することにより、副生成物堆積物１００を最小限に抑えることができる。ただし、現在の半導体製造工程においては、基板からのデバイス歩留まりを最大にするために、基板の張り出し幅はわずか１ｍｍである。基板の張り出し幅が１ｍｍ程度と小さいことから、望ましい速度よりも速い速度で垂直側壁２２上に副生成物が堆積してしまう。
図３に示すように、ＥＳＣ２０上に基板１０を載置することなくプラズマ処理チャンバ中にプラズマを発生させるチャンバ洗浄処理により、副生成物堆積物１００を除去できる。プラズマ化したイオン２００が、ＥＳＣ２０上の電場により鉛直方向に加速されて、副生成物堆積物１００をスパッタリングする、及び／又は、化学的にエッチングする。図４Ａは、イオンの入射角の関数として、（入射イオンにより除去された平均原子数により測定される）スパッタリング効率を示すグラフである。入射角は、表面に入射するイオンの線と入射地点で表面に対して垂直な線との間の角度を示す。図４Ｂは、イオンの入射角の関数として、副生成物堆積物１００が受ける相対イオン流量を示すグラフである。イオン流量が大きいと、化学エッチング効率が高くなる。垂直側壁２２はイオン２００の入射方向と実質的に平行であるため、入射角はほぼ９０度であるが、この角度におけるスパッタリング効率及び化学エッチング効率はいずれも非常に低い。副生成物堆積物１００をすべて除去できなければ、ヘリウム漏出及び不確実な固定に起因する不均一な基板温度に加えて、アーク放電、ＥＳＣの損傷、頻繁なチャンバ洗浄、プラズマ処理チャンバの効率低下につながる可能性がある。
傾斜側壁を備えるＥＳＣであって、チャンバ洗浄処理の際のスパッタリング効率が向上するように構成されるＥＳＣを以下で説明する。
一実施形態を図５に示す。ＥＳＣ５２０は、支持面５２１と、支持面５２１の外周から外側に及び下側に伸長する傾斜面５２２と、を備える。傾斜面５２２は十分な幅を有するため、エッジリング３０と基板１０との間のギャップ６０に傾斜面５２２のみが露出する。すなわち、エッジリング３０の上面３１が、傾斜面５２２の外周５２２ａと実質的に同一平面上にある。上面３１を覆う基板１０の外周部の幅が１〜３ｍｍであることが望ましい。ＥＳＣ５２０は、従来と同様のその他のフィーチャ（特徴構造）、たとえば、ヘリウムガスを分散するために上面に形成される溝、メサ、開口部又は凹部領域のパターンや、処理の際に基板１０を静電的に固定するための埋め込み電極等、を備えるものでもよい。
ＥＳＣ５２０は、基板のプラズマ処理の際に傾斜面５２２のみが露出するように構成されるため、副生成物堆積物４００は、傾斜面５２２のみに生じる。図６に示すようなチャンバ洗浄処理において、イオン２００の入射角は、傾斜面５２２と支持面５２１との間の鋭角にほぼ等しく、垂直側壁の場合のほぼ９０度の入射角に比べて十分に小さい。傾斜面５２２と支持面５２１との間の鋭角は、３５度〜７５度が望ましく、４５度〜６０度がさらに望ましい。傾斜面５２２の幅は０．００５〜０．０４インチ（０．０１２７〜０．１０１６ｃｍ）が望ましく、０．０１〜０．０３インチ（０．０２５４〜０．０７６２ｃｍ）がさらに望ましい。
以上、実施形態を参照して傾斜側壁を備えるＥＳＣを詳述したが、当業者には自明のように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変形及び変更やその等価物も可能である。たとえば、他の種類の基板支持体（たとえば、真空チャック）、エッジリング、結合リング等、副生成物堆積物の問題を抱える他のチャンバ部品に、傾斜側壁を適用するようにしてもよい。
Claims (9)
- 基板をエッチングするように構成されるプラズマ処理チャンバにおいて前記基板を支持する基板支持体であって、
上部基板支持面の外周の外側に前記基板が伸長するようにプラズマ処理の際に前記基板を支持する大きさに形成される上部基板支持面と、
前記上部基板支持面の外周から外側及び下側に伸長する傾斜側壁であって、前記基板支持体を囲むエッジリングの上面で、前記基板の外周部の下面に対向する前記エッジリングの上面と実質的に同一平面になるような外周を持つように構成される傾斜側壁と、を備え、
プラズマ処理の際に、前記傾斜側壁に副生成物堆積物が蓄積される、基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、
前記傾斜側壁と前記上部基板支持面との間の鋭角が３５度〜７５度である、基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、
前記傾斜側壁と前記上部基板支持面との間の鋭角が４５度〜６０度である、基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、
前記傾斜側壁の幅が０．０１２７〜０．１０１６ｃｍである、基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、
前記傾斜側壁の幅が０．０２５４〜０．０７６２ｃｍである、基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、さらに、
前記基板を静電的に固定するように構成される埋め込み電極と、
前記上部基板支持面に形成される少なくとも一つの溝、メサ、開口部又は凹部領域であって、ヘリウムガス源と流体連結され、プラズマ処理の際に前記上部基板支持面と前記基板との間の熱移動を可能にするように構成される少なくとも一つの溝、メサ、開口部又は凹部領域と、を備える基板支持体。 - 請求項１に記載の基板支持体であって、
前記基板支持体から張り出す前記基板の外周部の幅が１〜３ｍｍとなるような大きさに形成される、基板支持体。 - プラズマ処理チャンバ内に配置される下部電極アセンブリであって、プラズマ処理の際に基板を支持するように構成され、請求項１に記載の基板支持体と、前記基板支持体を囲むエッジリングと、を備える下部電極アセンブリであって、
前記基板の外周部が、前記基板支持体から張り出して、前記エッジリングの上面にあり、
前記エッジリングの上面が、前記基板支持体の前記傾斜側壁の外周と実質的に同一平面上にある、下部電極アセンブリ。 - 請求項１に記載の基板支持体の前記傾斜側壁上の副生成物堆積物を除去する方法であって、
基板が載置されていない状態で前記基板支持体上にプラズマを発生させ、
前記プラズマを用いて、前記副生成物堆積物のボンバードを行なう、方法。
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