JP2016122829A

JP2016122829A - 均一なｒｆ電力供給のための導電性ガスケットを含むｅｓｃアセンブリ

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Publication number: JP2016122829A
Application number: JP2015200638A
Authority: JP
Inventors: クリストファー・キンボール; Christopher Kimball; キース・ギャフ; Gaff Keith; アレクサンダー・マチュシキン; Matyushkin Alexander; ジーガン・チェン; Zhigang Chen; キース・コメンダント; Comendant Keith
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-10-09
Also published as: US20160111314A1; US20180277412A1; TWI673792B; TW201626453A; JP6670576B2; US10002782B2; KR102781662B1; KR20160045614A; KR102464246B1; KR20220153541A; KR102654324B1; KR20240047345A; US10804129B2

Abstract

【課題】静電チャック内セラミック材料層内に埋め込まれた電極にＲＦ電力を均一に供給する静電チャックを提供する。
【解決手段】静電チャックアセンブリ４０が、上側静電クランプ電極１１および少なくとも１つのＲＦ電極１２を含むセラミック材料層１０と、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０と、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面２３ａの外側部分に沿って延びる少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５とを有する。少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面を少なくとも１つのＲＦ電極に電気的に結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電チャックアセンブリ設計の改良、および静電チャックアセンブリのＲＦ電極にＲＦエネルギーを均一に供給する方法に関する。

プラズマエッチングチャンバ、プラズマ物理気相成長チャンバ、化学気相成長チャンバ、プラズマ化学気相成長チャンバ、および原子相堆積チャンバなどの真空チャンバ内で基板処理中に基板をクランプするために、様々なチャッキング構成が開発されている。１つの課題は、静電チャックのセラミック材料層内に埋め込まれた電極にＲＦ電力を均一に供給することである。したがって、改良された静電チャック設計、および静電チャック内部に埋め込まれたＲＦ電極にＲＦ電力を供給する方法が必要とされている。

本明細書では、基板を処理するための基板処理装置が開示される。半導体基板処理装置は、半導体基板が中で処理される処理チャンバと、処理チャンバと流体連絡し、プロセスガスを処理チャンバ内に供給するように適合されたプロセスガス源と、処理チャンバ内でプロセスガスを励起してプラズマ状態にするように適合されたＲＦエネルギー源とを備える。真空源が、処理のプロセスガスおよび副生成物を処理チャンバから排気するように適合される。処理チャンバが、上側静電クランプ（ＥＳＣ）電極と少なくとも１つのＲＦ電極とを含むセラミック材料層を備える静電チャックアセンブリを含む。静電チャックアセンブリはまた、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートと、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に沿って延びる少なくとも１つの環状導電性ガスケットとを含む。少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートをセラミック材料層に接合する接合層を通ってまたはその周囲に延び、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面を少なくとも１つのＲＦ電極に電気的に結合する。セラミック材料層が、基板処理中に基板を静電クランプするように適合された支持面を含む。

さらに、本明細書では、上側静電チャックアセンブリを形成する方法が開示される。方法は、静電クランプ（ＥＳＣ）電極および少なくとも１つのＲＦ電極を間に挟んで未焼成セラミック材料層を配置し、未焼成セラミック材料層を焼成して、セラミック材料層を形成することによって、上側ＥＳＣ電極および少なくとも１つのＲＦ電極が中に埋め込まれたセラミック材料層を形成するステップを含む。セラミック材料層が、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に接合され、少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、接合層を通って延び、ＲＦ駆動型ベースプレートを少なくとも１つのＲＦ電極に電気的に結合する。

本明細書で開示される実施形態によるＥＳＣアセンブリの概略図である。

本明細書では、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートから少なくとも１つの環状導電性ガスケットを通して少なくとも１つのＲＦ電極にＲＦ電力が均一に供給される、半導体基板（基板）処理装置の静電チャック（ＥＳＣ）アセンブリの実施形態を開示する。半導体基板処理装置は、好ましくは、半導体基板が中で処理される半導体基板処理チャンバ（すなわち真空チャンバ）と、処理チャンバと流体連絡し、プロセスガスを処理チャンバ内に供給するように適合されたプロセスガス源と、処理チャンバから処理のプロセスガスおよび副生成物を排気するように適合された真空源とを含む。処理装置は、好ましくは、プラズマ処理装置であり、これはさらに、処理チャンバ内に供給されたプロセスガスを処理チャンバ内で励起してプラズマ状態にするように適合されたＲＦエネルギー源を含む。また、半導体基板処理装置は、好ましくは、処理装置によって行われるプロセスを制御するように構成された制御システムと、処理装置の制御のためのプログラム命令を備える非一時的なコンピュータ機械可読媒体とを含む。処理チャンバは、半導体基板処理装置のプラズマエッチング、化学気相成長チャンバ、プラズマ化学気相成長チャンバ、原子層堆積チャンバ、プラズマ原子層堆積装置などでよい（それらすべてを本明細書では真空チャンバと呼ぶ）。以下の説明では、本発明の実施形態を完全に理解できるように、いくつかの特定の詳細を記載する。しかし、本発明の実施形態をこれらの特定の詳細のいくつかまたはすべてを伴わずに実施することができることが当業者には明らかであろう。なお、よく知られているプロセス操作は、本明細書で開示される本発明の実施形態を不要に曖昧にしないように、詳細には説明していない。さらに、本明細書で使用する際、数値に関して使用されるときの語「約」は、±１０％を表す。

静電チャックアセンブリ（本明細書で使用する際には「ＥＳＣアセンブリ」）は、基板をクランプするために一般に使用され（例えばジョンセン−ラーベック（ＪｏｈｎｓｅｎＲａｈｂｅｋ）効果またはクーロン効果）、半導体製造プロセス中に基板（すなわち半導体基板）の熱制御を提供する。ＥＳＣアセンブリは、電圧（ＤＣまたはＡＣ）がＥＳＣアセンブリ内の１つまたは複数の静電クランプ（ＥＳＣ）電極に印加されるときに、その支持面上に基板を保持するためにクランプ力を提供し、ここで、ＥＳＣ電極は、単極または双極ＥＳＣ電極でよい。印加された電圧の除去後、基板を支持面から取り外すことができる。ＥＳＣアセンブリは、好ましくはリフトピンを含み、リフトピンは、基板が処理される前に、ＥＳＣアセンブリの支持基板上に基板を下降させる、また、基板が処理された後にＥＳＣアセンブリの支持面から基板を上昇させるように動作可能である。基板を下降および上昇させるように動作可能なリフトピンを含むＥＳＣアセンブリの例示的実施形態は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，５６７，２５８号で見ることができ、その特許の全体を参照により本明細書に組み込む。

基板は、ＥＳＣアセンブリの支持面上にクランプされるが、基板とＥＳＣ支持面との間の小さな空間／ギャップは、好ましくは、ヘリウムを充填され（通常は、１〜１００Ｔｏｒｒの間の圧力で）、基板とＥＳＣとの単なる物理的接触に比べて改良された伝熱効率を提供する。

図１は、静電チャック（ＥＳＣ）アセンブリ４０を示し、これは、制御システム２４に結合され、制御システム２４は、ＥＳＣアセンブリ４０によって行われるプロセスを制御するように動作可能であり、そのようなプロセスは、例えば、中に含まれるリフトピン（図示せず）の上昇および下降、ならびに、ＥＳＣアセンブリ４０のセラミック材料層１０の支持面（例えばメサパターン）３０上に支持された半導体基板の温度制御である。支持面３０の少なくとも１つの出口（すなわち、ガス開口）７０は、支持面３０上に支持された半導体基板の下面に伝熱ガスを送給することができる。セラミック材料層１０内の少なくとも１つのガス経路７１は、伝熱ガス源７２に接続され、伝熱ガス源７２は、少なくとも１つのガス経路７１に所望の圧力で伝熱ガスを供給するように動作可能であり、それにより、少なくとも１つの出口７０を通して、セラミック材料層１０の支持面３０上に支持された基板の裏面に伝熱ガスを送給することができる。

セラミック材料層１０は、その支持面３０上に半導体基板をクランプするように動作可能なＥＳＣ電極１１と、ＥＳＣ電極１１の下にある少なくとも１つのＲＦ電極１２とを含むことができる。好ましくは、ＥＳＣ電極１１および少なくとも１つのＲＦ電極１２は、平坦または実質的に平坦であり、ＥＳＣ電極１１および少なくとも１つのＲＦ電極１２は、支持面３０の上面に平行である。ＥＳＣ電極と、ＥＳＣ電極１１の下方の少なくとも１つのＲＦ電極とを含むＥＳＣアセンブリの例示的実施形態は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，４８３，６９０号で見ることができ、その特許の全体を参照により本明細書に組み込む。

上側ＥＳＣ電極１１は、導電性材料のパターンを含むことができ、双極または単極ＥＳＣ電極でよい。一実施形態では、支持面３０は、その外周縁に、０．５〜１０ｍｍの外側環状縁部シールを有することができ、それにより、クランプされた基板は、基板裏面と半導体基板処理装置の真空チャンバ内の圧力との間で最大約１００Ｔｏｒｒの圧力差を維持することが可能である。一実施形態では、支持面３０の外側環状縁部シールは、約０．５ｍｍ未満でよい。したがって、基板の裏面に供給される伝熱ガスの圧力を維持することができ、それにより、ＥＳＣアセンブリ４０と基板の間の熱伝導率を高める。さらに、支持面３０は、複数のメサを含むメサパターンを含むことができ、それにより、基板と支持面３０との間の接触面積を減少させることができる。

温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０は、流路２１を中に含むことができ、それにより、ＲＦ駆動型ベースプレート２０の温度は、温度制御される流体を、流路２１を通して循環させる温度制御ユニット２２にＲＦ駆動型ベースプレート２０を接続することによって制御することができる。また、温度制御ユニット２２は、ＲＦ駆動型ベースプレート２０にわたって温度を均一に制御するために、流路２１を通して循環される温度制御される流体の温度を制御することができ、または流路２１を複数の区域に配置して、各区域内の温度を個別に制御することができる。

ＥＳＣアセンブリ４０のセラミック材料層１０は、接合層８０によって、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０上に接合される。接合層８０は、好ましくは、エラストマー材料である。セラミック材料層１０とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間に接合層８０を形成するために、接合層８０を形成するエラストマー接合材料は、ＲＦ駆動型ベースプレート２０に液状で塗布し、インサイチュで硬化させることができ、または代替として、接合層８０を形成するエラストマー接合材料は、予備硬化または部分硬化された材料シートでよい。セラミック材料層１０とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間の接合層８０の熱抵抗は、支持面３０上に支持された基板内への約１０Ｗ／ｃｍ²の熱束で、セラミック材料層１０とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間の温度差が２℃〜１５０℃になり得るように選択することができる。さらに、個別に制御される加熱器９０をセラミック材料層１０に埋め込み、個別に制御可能な加熱器区域を形成して、ＥＳＣアセンブリ４０の支持面３０の空間的および時間的温度、ならびに支持面３０上に支持された半導体基板の空間的および時間的温度を個別に制御および調整することができる。

温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０は、ＲＦ駆動型ベースプレート２０にＲＦ電力を供給するように動作可能なＲＦエネルギー源６０に電気的に結合することができる。ＲＦエネルギーは、ＲＦ駆動型ベースプレート２０から、セラミック材料層１０内に含まれる少なくとも１つのＲＦ電極１２に伝達され、ここで、各ＲＦ電極１２は、好ましくは導電性材料のパターンによって形成される。ＲＦ電極１２は、円板状または環状でよい。

セラミック材料層に含まれるＲＦ駆動型ベースプレートとＲＦ電極との間でＲＦ電力が容量結合されるＥＳＣアセンブリでは、ＲＦ駆動型ベースプレートとＲＦ電極との間にＲＦ電圧差が存在する。ＲＦ駆動型ベースプレートとＲＦ電極とのＲＦ電圧差は、セラミック材料層上に支持された基板とＲＦ駆動型ベースプレートとのＲＦ電圧差を高めることがあり、ここで、基板とＲＦ駆動型ベースプレートとのＲＦ電圧差は、それらの間にアークを生じさせ、それによりＥＳＣアセンブリを損壊することがある。ＲＦ駆動型ベースプレートとＲＦ電極との直接の電気的接続を提供することは、ＲＦ駆動型ベースプレートとＲＦ電極をほぼ同じ電圧にし、これは、セラミック材料層上に支持された基板とＲＦ駆動型ベースプレートとの間でのアークの可能性を減少させることができる。しかし、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートからただ１点で、または１対の小面積電気接点でＲＦ電極がＲＦ電力を供給されるＥＳＣアセンブリでは、ＲＦ電極に不均一なＲＦ電力が供給されることがあり、それにより、半導体基板の上面の上方で不均一なプラズマが生成される。さらに、ＲＦ電極とＲＦ駆動型ベースプレートとの間で離散的な電気接続が形成されるとき、電気接続点で不均一な加熱が生じることがあり、これは、基板処理中の均一性を低下させることがある。さらに、離散的な電気接続は、それぞれの接続点で、ＥＳＣアセンブリを損壊させることがある許容可能な公差よりも高い温度まで加熱を生じることがある。

したがって、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５によって、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０から少なくとも１つのＲＦ電極１２にＲＦ電力を均一に供給することができ、ガスケット２５は、接合層８０を通って延び、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａを、ＥＳＣアセンブリ４０のセラミック材料層１０内に埋め込まれたＲＦ電極１２に電気的に結合する。本明細書で使用する際、「環状」は、連続的または不連続のリングを表す。少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５は、好ましくは連続的なリングであり、ＲＦ駆動型ベースプレート２０の外周付近で、ＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａの外側部分に沿って延びて、ＲＦ駆動型ベースプレート２０から少なくとも１つのＲＦ電極１２にＲＦ電力を均一に供給し、それにより、ＲＦ電力の方位角不均一性を減少させることができる。一実施形態では、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５は、リング形状の螺旋ガスケットでよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５は、中空体、または代替として中実体を有することができる。一実施形態では、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５はセグメント化することができる。少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５がセグメント化される場合、好ましくは、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５の一部分が除去されて、環状導電性ガスケット２５の除去部分８４は、環状導電性ガスケット２５に沿って対称的に離して配置され、それにより、ＲＦ電力がＲＦ駆動型ベースプレート２０からＲＦ電極１２に均一に供給され、さらに、環状導電性ガスケット２５は、その円周に沿って不均一な加熱（すなわち非対称の加熱）を生じない。さらに、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５が、除去部分８４を含む（すなわちセグメント化される）場合、好ましくは、環状導電性ガスケット２５の体積の約９０％未満が除去され、それにより、残りの環状導電性ガスケット２５の体積は、許容できる公差を超えて加熱されないように十分に大きく、それと同時に、環状導電性ガスケット２５は、ＲＦ駆動型ベースプレート２０からＲＦ電極１２にＲＦ電力を均一に供給する。除去部分８４は、ＥＳＣアセンブリ４０に含まれる他の機能のための空間を提供するように環状導電性ガスケット２５から除去することができる。例えば、少なくとも１つのガス経路７１内でのガスの通過を妨げないように、環状導電性ガスケット２５のいくつかの部分を除去することができる。

セラミック材料層１０の下面は、好ましくは、少なくとも１つの円周方向に延びるチャネル８８を含み、ここで、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５それぞれの上部は、少なくとも１つのチャネル８８のそれぞれのチャネル８８内に配設される。代替実施形態では（図５参照）、セラミック材料層１０の下面は、セラミック材料層１０の下面の外周縁の周りに延びる外周縁ステップ１１８を含むことができ、ここで、環状導電性ガスケット２５の上部は、外周縁ステップ１１８内に配設される。

好ましくは、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０は、その上面２３ａに誘電体絶縁材料９ａの上層を含み、この上層は、セラミック材料層１０の支持面３０上に支持された半導体基板とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間のアークを減少させるように適合される。また、ＲＦ駆動型ベースプレート２０は、外面２３ｂに誘電体絶縁材料９ｂの外層を含むこともでき、この外層は、セラミック材料層１０の支持面３０上に支持された半導体基板とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間のアークを減少させるように適合される。誘電体絶縁材料９ａ、９ｂは、ＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａおよび／または外面２３ｂを陽極酸化処理することによって、またはＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａおよび／または外面２３ｂ上に誘電体絶縁材料のコーティングを溶射することによって形成することができる。例えば、上面２３ａおよび／または外面２３ｂ上に、Ａｌ₂Ｏ₃の熱溶射コーティングを溶射することができる。好ましくは、環状導電性ガスケット２５に接触するＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａの領域は、誘電体絶縁材料９ａを含まない。

一実施形態では、図２に示されるように、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５が、外側環状導電性ガスケット２５ａと、外側環状導電性ガスケット２５ａの半径方向内側に配設された内側環状導電性ガスケット２５ｂとを含むことができ、ここで、外側および内側環状導電性ガスケット２５ａ、２５ｂは、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａをＲＦ電極１２に電気的に結合する。さらなる実施形態では、１つまたは複数の中間環状導電性ガスケットを、外側環状導電性ガスケット２５ａと内側環状導電性ガスケット２５ｂとの間に配設することができる。例えば、図３に示されるように、中間環状導電性ガスケット２５ｃを、外側環状導電性ガスケット２５ａと内側環状導電性ガスケット２５ｂの間に配設することができ、ここで、外側、内側、および中間環状導電性ガスケット２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａをＲＦ電極１２に電気的に結合する。複数の環状導電性ガスケットを使用することによって、ＲＦ駆動型ベースプレート２０からＲＦ電極１２にＲＦ電力を均一に供給することができる。さらに、複数の環状導電性ガスケットを使用することによって、ＥＳＣアセンブリ４０の不均一な加熱を減少させることができる。

一実施形態では、図４に示されるように、ＥＳＣアセンブリ４０のセラミック材料層１０は、その上面の外周縁の周りに下側ステップ１５を含むことができる。好ましくは、少なくとも１つのＲＦ電極１２が、ＥＳＣ電極１１の下方の内側ＲＦ電極１２ａと、下側ステップ１５の下にある外側環状ＲＦ電極２６とを備える。内側ＲＦ電極１２ａは、第１の環状導電性ガスケット２５を介してＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３に電気的に結合することができる。外側環状ＲＦ電極２６は、第２の外側環状導電性ガスケット２７を介してＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面２３ａに電気的に結合することができる。一実施形態では、複数の垂直な導電性ビア３１が、外側環状ＲＦ電極２６を内側ＲＦ電極１２ａに電気的に結合する。さらなる実施形態では、複数の垂直な導電性ビアが、外側環状ＲＦ電極２６を外側環状導電性ガスケット２７に電気的に接続することができ、ここで、垂直な導電性ビアと外側環状ＲＦ電極２６との間に任意選択の環状電気接点を形成することができる。さらに、ガス経路などＥＳＣアセンブリ４０に含まれる他の機能を妨害しないように、（例えば、セグメント化された外側環状導電性ガスケット２７を形成するために）外側環状導電性ガスケット２７のいくつかの部分を除去することができる。

一実施形態では、セラミック材料層１０内に含まれる、導電性材料の垂直なラインとして形成される複数の垂直な導電性ビア３１は、少なくとも１つのＲＦ電極１２を少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５に電気的に接続することができる。好ましくは、少なくとも１００個の垂直な導電性ビアが、ＲＦ電極１２を環状導電性ガスケットに電気的に接続する。より好ましくは、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも５００個、または少なくとも１０００個の垂直な導電性ビア３１が、各環状導電性ガスケット２５を少なくとも１つのＲＦ電極１２に電気的に接続する。例えば、一実施形態では、環状形態に配置された最大約１０００個以上の垂直な導電性ビア３１が、各環状導電性ガスケットをＲＦ電極に電気的に接続することができる。１００個よりも多い、好ましくは２００個よりも多い垂直な導電性ビア３１を使用することによって、小さな面積を有する離散的な電気接続に関連付けられる加熱の問題を減少または回避することができる。複数の垂直な導電性ビア３１は環状に配置されて、その下に配設された環状導電性ガスケット２５の形状に対応する。一実施形態では、セラミック材料層１０は、複数の垂直な導電性ビア３１の下に配設された環状導電性ガスケット電気接点３２を含むことができ、ここで、垂直な導電性ビア３１は、ＲＦ電極２５を環状導電性ガスケット電気接点３２に電気的に接続し、環状導電性ガスケット電気接点３２は、環状導電性ガスケット２５と電気的に通信する。好ましくは、環状導電性ガスケット電気接点３２は、環状導電性ガスケット２５の形状に対応するように形作られる。環状導電性ガスケット電気接点３２は、複数の垂直な導電性ビア３１と環状導電性ガスケット２５とのより良い電気接続を提供する平坦面を形成することができる。

セラミック材料層１０の下面は、好ましくは、少なくとも１つのチャネル８８を含み、ここで、少なくとも１つの導電性ガスケット２５それぞれの上部は、それぞれのチャネル８８内に配設される。好ましくは、各チャネル８８は、少なくとも１つのＲＦ電極１２の下面、複数の垂直な導電性ビア３１の下面、または環状導電性ガスケット電気接点３２の下面がチャネル内で露出されるように構成され、それにより、少なくとも１つの導電性ガスケット２５とのそれぞれの電気接続を形成することができる。

一実施形態では、少なくとも１つの環状導電性ガスケット２５は、円形断面（図４参照）または方形断面を有する導電性材料のバンドでよい。一実施形態では、少なくとも１つの導電性ガスケット２５は、別個に形成し、次いでＥＳＣアセンブリ４０の構成中にＥＳＣアセンブリ４０内に設置することができる。この実施形態では、少なくとも１つの導電性ガスケット２５は、例えば導電性螺旋ガスケットまたは導電性Ｏリングでよく、これは、セラミック材料層１０とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間に配設され、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面をセラミック材料層１０内に含まれる少なくとも１つのＲＦ電極１２に電気的に結合する。代替として、少なくとも１つの導電性ガスケット２５は、ＥＳＣアセンブリ４０の構成中に形成することができ、ここで、少なくとも１つのＲＦガスケット２５は、導電性エポキシまたは導電性接着剤でよく、セラミック材料層１０とＲＦ駆動型ベースプレート２０との間の接合層８０を取り囲む溝に塗布される。導電性エポキシまたは導電性接着剤は、インサイチュで硬化されて、導電性ガスケット２５（例えば導電性材料のバンド）を形成し、ここで、導電性ガスケット２５は、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面をセラミック材料層１０に含まれる少なくとも１つのＲＦ電極１２に結合する。

例えば、図５に示されるように、環状導電性ガスケット２５を形成する導電性材料のバンドは、方形断面を有し、接合層８０の周囲に延び、環状導電性ガスケット２５の外周縁は、セラミック材料層１０の外周縁の半径方向内側に約１０ｍｍの範囲内に、位置される（すなわち、環状導電性ガスケット２５の外径は、セラミック材料層１０の外径よりも約１０ｍｍ以下、小さいことがある）。一実施形態では、保護Ｏリング７８、例えばエラストマーＯリングまたはＴｅｆｌｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ社によって製造されているＰＴＦＥ−ポリテトラフルオロエチレン）カプセル化エラストマーＯリングが、環状導電性ガスケット２５を取り囲むことができ、半導体基板処理中に環状導電性ガスケット２５をプラズマおよび／または反応性ガスから保護する。一実施形態では、保護Ｏリング７８は、方形または略方形の断面を有することができ、ここで、保護Ｏリング７８は、方形または略方形の断面の最長寸法に沿った凸形表面を含むことができる。保護Ｏリング（すなわち縁部シール）の例示的実施形態は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第２０１３／０３４０９４２号で見ることができ、その特許文献の全体を参照により本明細書に組み込む。

環状導電性ガスケット２５を形成する導電性材料のバンドは、ＲＦ駆動型ベースプレート２０をセラミック材料層１０に接合し、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレート２０の上面をＲＦ電極１２に電気的に結合することができる。この実施形態では、環状導電性ガスケット２５を形成する材料は、導電性エポキシ接着剤または導電性シリコーン接着剤でよく、これは、ＲＦ駆動型ベースプレート２０とセラミック材料層１０との間の接合層８０を取り囲む溝内でインサイチュで硬化される。一実施形態では、導電性エポキシ接着剤または導電性シリコーン接着剤は、例えば銀フィラーなどの導電性フィラーを含むことができる。さらなる実施形態では、複数の垂直な導電性ビア（図示せず）が、ＲＦ電極１２を環状導電性ガスケット２５を形成する導電性材料のバンドに電気的に接続することができる。この実施形態では、任意選択で、外周縁ステップ１１８をセラミック材料層１０の下面に設けなくてもよい。

ＥＳＣアセンブリを形成するために、本明細書で開示される実施形態によれば、上側静電クランプ（ＥＳＣ）電極および少なくとも１つのＲＦ電極を間に挟んで未焼成セラミック材料層を配置することによって、上側ＥＳＣ電極および少なくとも１つのＲＦ電極が中に埋め込まれたセラミック材料層が形成される。上側ＥＳＣ電極および少なくとも１つのＲＦ電極を間に含む未焼成セラミック材料層は、セラミック材料層を形成するために焼成される。セラミック材料層は、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に接合され、少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、ＲＦ駆動型ベースプレートをＲＦ電極に電気的に結合する。一実施形態では、上側ＥＳＣ電極および少なくとも１つのＲＦ電極はそれぞれ、未焼成セラミック材料のそれぞれの層上に金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成することができる。

一実施形態では、焼成前に、配置された未焼成セラミック材料層に穴を開けることができる。穴には金属ペーストを充填することができ、ＲＦ駆動型ベースプレートとセラミック材料層との間に含まれる少なくとも１つの環状導電性ガスケットに少なくとも１つのＲＦ電極を電気的に接続するように適合された複数の垂直な導電性ビアを形成する。さらに、複数の垂直な導電性ビアの下端部に環状導電性ガスケット電気接点を形成することができ、ここで、垂直な導電性ビアおよび環状導電性ガスケット電気接点は、少なくとも１つのＲＦ電極を少なくとも１つの環状導電性ガスケットに電気的に接続するように適合される。一実施形態では、ＲＦ駆動型ベースプレートの上面および／または外面には、それぞれの表面を陽極酸化処理することによって、またはＡｌ₂Ｏ₃でそれぞれの表面を熱溶射コーティングすることによって、誘電体絶縁層をコーティングすることができ、ここで、環状導電性ガスケットに電気的に接続するように適合されたＲＦ駆動型ベースプレートの上面の領域はコーティングされない。

プラズマ処理などの処理操作中、プロセスガス源からのプロセスガスが処理チャンバ（すなわち真空チャンバ）内に供給され、プロセスガスは、ＲＦエネルギーを処理チャンバ内に供給することによってプラズマ状態にされ、それにより、次いで、プラズマエッチングまたはプラズマ堆積プロセスによって基板を処理することができる。真空源は、チャンバからプロセスガスおよびプロセス副生成物を排気する。真空チャンバ内で半導体基板を処理している間、ＲＦ電力は、ＲＦ駆動型ベースプレートから環状導電性ガスケットを通してＲＦ電極および／または外側環状ＲＦ電極に均一に供給される。

本発明を、その特定の実施形態を参照して詳細に述べてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を施すことができ、均等物を採用することもできることが当業者には明らかであろう。

Claims

半導体基板を処理するための半導体基板処理装置であって、
半導体基板が中で処理される処理チャンバと、
前記処理チャンバと流体連絡し、前記処理チャンバ内にプロセスガスを供給するように適合されたプロセスガス源と、
前記処理チャンバ内で前記プロセスガスをプラズマ状態に励起するように適合されたＲＦエネルギー源と、
前記処理のプロセスガスおよび副生成物を前記処理チャンバから排気するように適合された真空源と、
静電チャックアセンブリと、を備え、
前記静電チャックアセンブリが、
静電クランプ（ＥＳＣ）電極、および前記ＥＳＣ電極の下にある少なくとも１つのＲＦ電極を含むセラミック材料層と、
温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートと、
前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に沿って延びる少なくとも１つの環状導電性ガスケットと、を備え、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートを前記セラミック材料層に接合する接合層を通ってまたはその周囲に延び、前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面を前記ＲＦ電極に電気的に結合し、
前記セラミック材料層が、半導体基板処理中に半導体基板を静電クランプするように適合された支持面を含む、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、
外側環状導電性ガスケットと、
前記外側環状導電性ガスケットの半径方向内側に配設された内側環状導電性ガスケットと、を備える、または、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、
外側環状導電性ガスケットと、
前記外側環状導電性ガスケットの半径方向内側に配設された内側環状導電性ガスケットと、
前記外側環状導電性ガスケットと前記内側環状導電性ガスケットとの間に配設された１つまたは複数の中間環状導電性ガスケットと、を備える、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
（ａ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含む、
（ｂ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含み、前記少なくとも１つのＲＦ電極が、前記ＥＳＣ電極の下方の内側ＲＦ電極と、前記下側ステップの下にある外側環状ＲＦ電極とを備え、前記内側ＲＦ電極が、第１の環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、前記外側環状ＲＦ電極が、第２の外側環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合される、または
（ｃ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含み、前記少なくとも１つのＲＦ電極が、前記ＥＳＣ電極の下方の内側ＲＦ電極と、前記下側ステップの下にある外側環状ＲＦ電極とを備え、前記内側ＲＦ電極が、第１の環状導電性ガスケットと複数の垂直な導電性ビアとを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、前記外側環状ＲＦ電極が、第２の外側環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、複数の垂直な導電性ビアが、前記外側環状ＲＦ電極を前記内側ＲＦ電極に電気的に結合する、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
（ａ）前記セラミック材料層が、複数の垂直な導電性ビアを含み、前記垂直な導電性ビアが、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットに電気的に接続し、前記複数の垂直な導電性ビアが、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも５００個、または少なくとも１０００個の垂直な導電性ビアを含む、または
（ｂ）前記セラミック材料層が、複数の垂直な導電性ビアを含み、前記垂直な導電性ビアが、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記セラミック材料層の環状導電性ガスケット電気接点に電気的に接続し、前記電気接点が、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットと電気的に連絡し、前記複数の垂直な導電性ビアが、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも５００個、または少なくとも１０００個の垂直な導電性ビアを含む、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、
（ａ）円形または方形断面を有する、
（ｂ）螺旋ガスケットである、
（ｃ）前記セラミック材料層の外径に等しい外径を有する導電性材料のバンドによって形成される、
（ｄ）前記セラミック材料層の外径よりも約１０ｍｍ小さい外径を有する導電性材料のバンドによって形成され、保護Ｏリングが、前記導電性材料のバンドを取り囲む、および／または
（ｅ）導電性エポキシ接着剤または導電性シリコーン接着剤から形成され、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、前記ＲＦ駆動型ベースプレートを前記セラミック材料層に接合する、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
（ａ）前記静電チャックアセンブリが、前記半導体基板の下面に伝熱ガスを送給する前記支持面にある少なくとも１つの出口と、前記少なくとも１つのガス経路に所望の圧力で伝熱ガスを供給するように動作可能な伝熱ガス源に接続された前記セラミック材料層内の少なくとも１つのガス経路とをさらに備える、
（ｂ）前記接合層が、エラストマー材料によって形成される、
（ｃ）前記静電チャックアセンブリが、リフトピンをさらに備え、前記リフトピンが、前記静電チャックアセンブリの前記支持面上に前記半導体基板を下降させ、前記静電チャックアセンブリの前記支持面から前記半導体基板を上昇させるように動作可能である、
（ｄ）前記ＥＳＣ電極が、単極または双極ＥＳＣ電極である、
（ｅ）前記セラミック材料層が、個別に制御可能な加熱器区域を形成するように動作可能な複数の個別に制御される加熱器を含む、
（ｆ）前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、セグメント化されたガスケットを備える
（ｇ）前記ＥＳＣ電極が、導電性材料のパターンを含む、
（ｈ）前記少なくとも１つのＲＦ電極が、導電性材料のパターンを含む、
（ｉ）前記セラミック材料層の下面が、少なくとも１つの円周方向に延びるチャネルを含み、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットそれぞれの上部が、前記少なくとも１つのチャネルのそれぞれのチャネル内に配設される、および／または
（ｊ）前記セラミック材料層の下面が、その外周縁の周りに延びる外周縁ステップを含み、環状導電性ガスケットの上部が、前記外周縁ステップ内に配設される、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、さらに、
前記処理装置によって行われるプロセスを制御するように構成された制御システムと、
前記処理装置の制御のためのプログラム命令を備える非一時的なコンピュータ機械可読媒体と、を備える、処理装置。
請求項１に記載の処理装置であって、
前記ＲＦ駆動型ベースプレートが、
前記セラミック材料層の前記支持面上に支持された半導体基板と前記ＲＦ駆動型ベースプレートとの間のアークを減少させるように適合された誘電体絶縁材料の上層を、上面上に含む、および／または、
前記セラミック材料層の前記支持面上に支持された半導体基板と前記ＲＦ駆動型ベースプレートとの間のアークを減少するように適合された誘電体絶縁材料の外層を、外面上に含む、処理装置。
半導体基板処理装置の半導体基板処理チャンバで有用な静電チャックアセンブリであって、
静電クランプ（ＥＳＣ）電極、および前記ＥＳＣ電極の下方の少なくとも１つのＲＦ電極を含むセラミック材料層と、
温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートと、
前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に沿って延びる少なくとも１つの環状導電性ガスケットであって、前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートを前記セラミック材料層に接合する接合層を通ってまたはその周囲に延び、前記温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面を前記少なくとも１つのＲＦ電極に電気的に結合する少なくとも１つの環状導電性ガスケットと、を備え、
前記セラミック材料層が、半導体基板処理中に半導体基板を静電クランプするように適合された支持面を含む、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、外側環状導電性ガスケットと、前記外側環状導電性ガスケットの半径方向内側に配設された内側環状導電性ガスケットと、を備える、または、
前記環状導電性ガスケットが、外側環状導電性ガスケットと、前記外側環状導電性ガスケットの半径方向内側に配設された内側環状導電性ガスケットと、前記外側環状導電性ガスケットと前記内側環状導電性ガスケットとの間に配設された１つまたは複数の中間環状導電性ガスケットと、を備える、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
（ａ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含む、
（ｂ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含み、前記少なくとも１つのＲＦ電極が、前記ＥＳＣ電極の下方の内側ＲＦ電極と、前記下側ステップの下にある外側環状ＲＦ電極とを備え、前記内側ＲＦ電極が、第１の環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、前記外側環状ＲＦ電極が、第２の外側環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合される、または
（ｃ）前記セラミック材料層が、その上面の外周縁の周りに下側ステップを含み、前記少なくとも１つのＲＦ電極が、前記ＥＳＣ電極の下方の内側ＲＦ電極と、前記下側ステップの下にある外側環状ＲＦ電極とを備え、前記内側ＲＦ電極が、第１の環状導電性ガスケットと複数の垂直な導電性ビアとを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、前記外側環状ＲＦ電極が、第２の外側環状導電性ガスケットを介して前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面に電気的に結合され、複数の垂直な導電性ビアが、前記外側環状ＲＦ電極を前記内側ＲＦ電極に電気的に結合する、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
（ａ）前記セラミック材料層が、複数の垂直な導電性ビアを含み、前記垂直な導電性ビアが、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットに電気的に接続し、前記複数の垂直な導電性ビアが、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも５００個、または少なくとも１０００個の垂直な導電性ビアを含む、または
（ｂ）前記セラミック材料層が、複数の垂直な導電性ビアを含み、前記垂直な導電性ビアが、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記セラミック材料層の環状導電性ガスケット電気接点に電気的に接続し、前記電気接点が、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットと電気的に連絡し、前記複数の垂直な導電性ビアが、少なくとも１００個、少なくとも２００個、少なくとも５００個、または少なくとも１０００個の垂直な導電性ビアを含む、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、
（ａ）円形または方形断面を有する、
（ｂ）螺旋ガスケットである、
（ｃ）前記セラミック材料層の外径に等しい外径を有する導電性材料のバンドによって形成される、
（ｄ）前記セラミック材料層の外径よりも約１０ｍｍ小さい外径を有する導電性材料のバンドによって形成され、保護Ｏリングが、前記導電性材料のバンドを取り囲む、および／または
（ｅ）導電性エポキシ接着剤または導電性シリコーン接着剤から形成され、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、前記ＲＦ駆動型ベースプレートを前記セラミック材料層に接合する、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
（ａ）前記静電チャックアセンブリが、前記半導体基板の下面に伝熱ガスを送給する前記支持面にある少なくとも１つの出口と、前記少なくとも１つのガス経路に所望の圧力で伝熱ガスを供給するように動作可能な伝熱ガス源に接続された前記セラミック材料層内の少なくとも１つのガス経路とをさらに備える、
（ｂ）前記接合層が、エラストマー材料によって形成される、
（ｃ）前記静電チャックアセンブリが、リフトピンをさらに備え、前記リフトピンが、前記静電チャックアセンブリの前記支持面上に前記半導体基板を下降させる、および前記静電チャックアセンブリの前記支持面から前記半導体基板を上昇させるように動作可能である、
（ｄ）前記ＥＳＣ電極が、単極または双極ＥＳＣ電極である、
（ｅ）前記セラミック材料層が、個別に制御可能な加熱器区域を形成するように動作可能な複数の個別に制御される加熱器を含む、
（ｆ）前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットが、セグメント化されたガスケットを備える、
（ｇ）前記ＥＳＣ電極が、導電性材料のパターンを含む、
（ｈ）前記少なくとも１つのＲＦ電極が、導電性材料のパターンを含む、および／または
（ｉ）前記セラミック材料層の下面が、少なくとも１つの円周方向に延びるチャネルを含み、前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットそれぞれの上部が、前記少なくとも１つのチャネルのそれぞれのチャネル内に配設される、および／または
（ｊ）前記セラミック材料層の下面が、その外周縁の周りに延びる外周縁ステップを含み、環状導電性ガスケットの上部が、前記外周縁ステップ内に配設される、静電チャックアセンブリ。
請求項９に記載の静電チャックアセンブリであって、
前記ＲＦ駆動型ベースプレートが、
前記セラミック材料層の前記支持面上に支持された半導体基板と前記ＲＦ駆動型ベースプレートとの間のアークを減少するように適合された誘電体絶縁材料の上層を上面上に含み、および／または
前記セラミック材料層の前記支持面上に支持された半導体基板と前記ＲＦ駆動型ベースプレートとの間のアークを減少するように適合された誘電体絶縁材料の外層を外面上に含む、静電チャックアセンブリ。
請求項１に記載の半導体基板処理装置において半導体基板を処理するための方法であって、
前記静電チャックアセンブリの前記支持面上に半導体基板を支持することと、
前記プロセスガスを前記プロセスガス源から前記処理チャンバ内に供給することと、
前記処理チャンバ内で前記プロセスガスをプラズマ状態に励起することと、
前記処理チャンバ内で前記半導体基板を処理することであって、前記ＲＦ駆動型ベースアセンブリから前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットを通して前記少なくとも１つのＲＦ電極に、ＲＦ電力が均一に供給される、処理と
を含む方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記処理が、前記半導体基板をプラズマエッチングすること、または前記半導体基板上で堆積プロセスを行うことを含む、方法。
静電チャックアセンブリを形成する方法であって、
静電クランプ（ＥＳＣ）電極および少なくとも１つのＲＦ電極を間に挟んで未焼成セラミック材料層を配置し、前記未焼成セラミック材料層を焼成して、セラミック材料層を形成することによって、前記上側ＥＳＣ電極および前記少なくとも１つのＲＦ電極が中に埋め込まれた前記セラミック材料層を形成することと、
少なくとも１つの環状導電性ガスケットが接合層を通って電気的に延び、前記ＲＦ駆動型ベースプレートの上面を前記少なくとも１つのＲＦ電極に電気的に結合するように、温度制御式のＲＦ駆動型ベースプレートの上面に前記セラミック材料層を接合することと、を含む方法。
請求項１８に記載の方法であって、
焼成前に前記未焼成セラミック材料層に穴を開けて、前記開けられた穴に金属ペーストを充填して、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットに電気的に接続するように適合された複数の垂直な導電性ビアを形成すること；または、
焼成前に前記未焼成セラミック材料層に穴を開けて、前記開けられた穴に金属ペーストを充填して、複数の垂直な導電性ビアを形成し、前記垂直な導電性ビアの端部に環状電気接点を形成し、前記垂直な導電性ビアおよび前記環状電気接点が、前記少なくとも１つのＲＦ電極を前記少なくとも１つの環状導電性ガスケットに電気的に接続するように適合されること、を含む、方法。
請求項１８に記載の方法であって、
前記ＲＦ駆動型ベースプレートの上面および／または外面に誘電体絶縁層をコーティングすることを含み、前記環状導電性ガスケットに電気的に接続するように適合された前記ＲＦ駆動型ベースプレートの前記上面の領域がコーティングされない、方法。