JP2017092156A - 高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンク - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供する。【解決手段】表面にウェハーの温度分布を制御するための冷却ガスの経路が形成される、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンク１であって、窒化アルミニウムより焼結され、表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層１ａと、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層1ｂと、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層１ｃと、金属製の載置構造１ｄを有する。溝構造層には、ウェハーの熱分布を制御するための冷却ガスの経路が形成される。電極には、電圧を印加して静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれる。熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化する。金属製の載置構造は、静電チャンクを載置するために静電チャンクの下方に設けられる。【選択図】図１
Description
本発明は、静電チャンクに関するものであり、特には高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクに関するものである。
早年、プラズマの電力密度が非常に低いため、ウェハーに対して冷却と温度制御を行う必要がないが、製造プロセスの進展と製造プロセスの技術進歩に伴い、プラズマの電力密度が徐々に増加していくため、ウェハーに対して冷却を行い、またはウェハー座の熱放散効率を向上しなければならなく、こうしないと、温度の上昇は、ウェハーにすでに形成されたパターン構成を損壊してしまう恐れがあり、後続きの製造プロセスに悪影響を与える。また、ウェハー寸法の増加に伴い、従来の機械式のウェハー座（Mechanical Clamp）は、様々の問題が発生してしまい、例えば、ウェハーのボウイング変形（Bowing）や、周縁の排除（ウェハーの周縁部分には不均一の力が受けられるため、使用できない、Edge Exclusion）や、生産量（Throughput）や、構成の複雑性（Complex Structure）や、メンテナンス（Maintenance）や、汚染（製造過程中、ウェハーと機械式のサセプタとの摩擦による微粒子の汚染）や、使用寿命（Life Time）などである。上述のような製造プロセスの問題を解決するために、近年の半導体製造プロセスに用いられる設備において、従来の機械式のウェハー座の代わりに、誘電質の材料層から静電力（Electrostatic force）を発生する静電チャンク（Electrostatic Chuck, ESC）が使用され、この静電力によってウェハーを吸着する。この静電シャンクは、前述製造プロセスの問題を解決できるだけではなく、ウェハーの接触にも改善でき、熱伝導効果を向上するとともに、冷却効果も向上し、しかも該静電チャンクは、プラズマに直接に晒さないので、製造プロセスの効率と歩留まりと品質が大幅に向上されている。
また、ウェハー表面の熱伝導問題を解決するために、日本特開平０９-２３２４１５号には、静電チャンクの表面に熱伝導ガスを供給する手段が設けられるとともに、放射状の溝が形成され、溝と電極とを重なる構造を利用して、溝の底面と電極との距離を短縮することにより、より優れた熱伝導効果との温度の快速降下効果を達成できる。しかし、高電圧のプラズマを使用すると、ガスによる放電現象が発生してしまい、その表面における絶縁の誘電層によってもその絶縁が破壊されてしまう現象を防止できない。従って、高密度のプラズマに対しては、全体的に絶縁の熱伝導セラミック且つ冷却ガスの経路を有する設計によれば、電気の絶縁と高温の製造プロセスにおける温度制御を図ると思われる。
台湾特許出願第０９８１２７１７９号では、誘電層として表面に酸化アルミニウム層が覆われ、電気絶縁の位置決めプレートのベースには熱伝導セラミックにより製造されてガスの経路を有するセラミックの静電チャンクが設けられるが、その複合層は、高温の製造プロセスで複合層同士の崩れが発生し易く、且つ酸化アルミニウムの誘電層は、ウェハーの長時間の搬送過程中に完全に損耗されてし易いから、使用寿命が短い。熱伝導の過程でも、その複合層の界面による阻害が発生しやすいので、高密度のプラズマと高温の製造プロセスに使用される場合は、その耐用性にも問題が存在する。従って、全体的に誘電、絶縁且つ熱伝導効果を有するセラミック製の静電チャンクモジュールは、新たなウェハーの製造プロセスに要求される高温、高密度のプラズマの需要に対応できる。
上記の目的を達成するために、本発明の実施例では、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、この静電チャンクの表面にウェハーの温度分布を制御するために冷却ガスの経路が形成され、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが２０〜１００μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものである。前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製の載置構造を有する。
前記電圧の印加範囲は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧である。
本発明は、半導体製造プロセスに用いられ、製造プロセスにおいてウェハーの温度を制御するために用いられ、特に近年は、半導体製造プロセスにおけるプラズマの電力密度が増加していく、高温や高電圧の製造プロセスの需要、及び製造プロセスの精度向上と歩留まりの向上に応じて、チャンクとウェハーとの間の熱伝導率が向上しなければ、製造プロセスの需要に対応できなく、従って、より優れた熱伝導効果を有する誘電セラミック材料と構成の設計を開発しなければならない。本発明は、全体的に窒化アルミニウムのセラミック製の新たな静電チャンクであり、ウェハーを静電力で所定位置に固定することができ、高速に搬送する必要がある半導体製造プロセスに適用でき、例えば、ウェハー表面のエッチング、成膜の製造プロセスなどである。
本発明は、低温でウェハーを製造するプロセスに用いられる従来の静電チャンクの設計と異なり、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクであり、そのモジュールの表面に対して冷却ガスの経路を設計することにより、ウェハーの温度分布をよく制御できる。このような制御により、冷却ガスの経路のアスペクト比例及び分布形状の設計によりウェハーの温度分布を制御できる。
本発明に係わる高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを更に明白するために、具体的な実施例と合わせて添付図面によって詳細に説明する。
本発明は、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有する。
図１は、本発明に係わる窒化アルミニウムの静電チャンクの実施例における３層の構造を示す一部断面図である。前記窒化アルミニウムの静電チャンク（１）は、それぞれ冷却ガスの経路を有する溝構造層（１ａ）と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する誘電絶縁層（１ｂ）と、水の経路を内蔵する熱伝導層（１ｃ）との３層の構造を有している。前記窒化アルミニウムの静電チャンク（１）は、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有する。図２は，本発明に係わる窒化アルミニウムの静電チャンク（１）の実施例における溝構造層（１ａ）を示す平面図である。前記溝構造層（１ａ）には、幅が２ｍｍで、深さが２０〜１００μｍの冷却ガスの経路（２）が形成され、前記冷却ガスの経路（２）は、冷却ガスの経路外表面（２ａ）を有し、表面における前記溝構造層（１ａ）には、静電チャンクとウェハーとを接触させるための接触表面（３）と、冷却ガスを導入するための冷却ガス進入口（４）と、ウェハーのリフト箇所（５）と、上表面（５ａ）と、経路表面（５ｂ）と、静電チャンクの外周縁（６）とを有している。
図３は、本発明に係わる窒化アルミニウムの静電チャンク（１）の実施例を示す断面図であり、溝構造層における冷却ガスの経路のアスペクト比例を示すものである。前記冷却ガスの経路（２）は、幅が２ｍｍで、深さが２０〜１００μｍであり、また、前記冷却ガスの経路（２）は、外表面（２ａ）と内表面（２ｂ）とを有し、前記溝構造層（１ａ）は、ウェハーの突出面（９）と、被吸引物（一般的にはシリコンウェハーである）（７）と接触するための、即ち静電チャンクとウェハーとを接触させる接触表面（３）と、経路表面（５ｂ）と、を有する。前記窒化アルミニウムの静電チャンク（１）における誘電絶縁層（１ｂ）に内蔵される電極は、タングステンの電極（８）を有する。
図４は、本発明に係わる窒化アルミニウムの静電チャンク（１）の実施例における冷却ガスの流れを示す参考図である。前記冷却ガスは、前記冷却ガス進入口（４）から前記溝構造層（１ａ）に進入して前記冷却ガスの経路（２）を通過することにより、冷却ガスをあらゆる前記溝構造層（１ａ）に分布するとともに、熱放散効果を図ることができる。
図１乃至図４の図面を参照しながら本発明の実施例１乃至実施例４に対して詳細に説明する。実施例１においては、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが２０μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有し、前記窒化アルミニウムの静電チャンクの操作条件としては、３.０ＫＶの電圧を印加するとともに、冷却ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ未満である場合、前記静電チャンク表面の熱伝導係数は、４６０Ｗ/ｍＫであり、温度の差異値は、±１０.８℃である。
実施例２においては、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが４０μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有し、前記窒化アルミニウムの静電チャンクの操作条件としては、３.０ＫＶの電圧を印加するとともに、冷却ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ未満である場合、前記静電チャンク表面の熱伝導係数は、４０５Ｗ/ｍＫであり、温度の差異値は、±１０.８５℃である。
実施例３においては、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが６０μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有し、前記窒化アルミニウムの静電チャンクの操作条件としては、３.０ＫＶの電圧を印加するとともに、冷却ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ未満である場合、前記静電チャンク表面の熱伝導係数は、３７５Ｗ/ｍＫであり、温度の差異値は、±１０.９℃である。
実施例４においては、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが８０μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有し、前記窒化アルミニウムの静電チャンクの操作条件としては、３.０ＫＶの電圧を印加するとともに、冷却ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ未満である場合、前記静電チャンク表面の熱伝導係数は、３３５Ｗ/ｍＫであり、温度の差異値は、±１０.９５℃である。
実施例５においては、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクを提供するものであり、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが１００μｍの冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記窒化アルミニウムの静電チャンクは、さらに、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられる金属製、例えばアルミニウムからなる載置構造を有し、前記窒化アルミニウムの静電チャンクの操作条件としては、３.０ＫＶの電圧を印加するとともに、冷却ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ未満である場合、前記静電チャンク表面の熱伝導係数は、３０３Ｗ/ｍＫであり、温度の差異値は、±１１℃である。
上述の説明は、本発明の好適な実施例に対する具体的な説明であるが、これらの実施例は本発明における特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨に基づいてこれらの実施例の効果と等しい変形や変更することができ、これらの変形や変更が本発明における特許請求の範囲に含まれるべきである。
１ 窒化アルミニウムの静電チャンク
１ａ 溝構造層
１ｃ 熱伝導層
１ｄ 載置構造
２ 冷却ガスの経路
２ａ 外表面
２ｂ 内表面
３ 接触表面
４ 冷却ガス進入口
５ ウェハーのリフト箇所
５ａ 上表面
５ｂ 経路表面
６ 静電チャンクの外周縁
７ 被吸引物（一般的にはシリコンウェハーである）
８ タングステンの電極
９ ウェハーの突出面
１０ ウェハーの下表面
１１ ウェハーリフトの通路
Ｗ 幅
Ｄ 深さ
１ａ 溝構造層
１ｃ 熱伝導層
１ｄ 載置構造
２ 冷却ガスの経路
２ａ 外表面
２ｂ 内表面
３ 接触表面
４ 冷却ガス進入口
５ ウェハーのリフト箇所
５ａ 上表面
５ｂ 経路表面
６ 静電チャンクの外周縁
７ 被吸引物（一般的にはシリコンウェハーである）
８ タングステンの電極
９ ウェハーの突出面
１０ ウェハーの下表面
１１ ウェハーリフトの通路
Ｗ 幅
Ｄ 深さ
Claims (2)
- 表面にウェハーの温度分布を制御するために冷却ガスの経路が形成される、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンクであって、全体的に窒化アルミニウムより焼結されてなる位置決め静電チャンクを有し、前記位置決め静電チャンクは、前表面に冷却ガスの経路を有する溝構造層と、少なくとも一つの高圧電極を内蔵する窒化アルミニウムの誘電絶縁層と、水の経路を内蔵する窒化アルミニウムの熱伝導層と、金属製の載置構造を有し、前記溝構造層には、ウェハーを吸引すると吸引されたウェハーの熱分布を制御するために、幅が２ｍｍで、深さが２０〜１００μｍ冷却ガスの経路が形成され、前記電極は、電圧を印加してウェハーを吸引するように静電力を発生するための導電金属の複合材料が含まれ、前記熱伝導層は、ウェハーの温度降下効果を強化するためのものであり、前記金属製の載置構造は、前記位置決め静電チャンクを載置するために前記位置決め静電チャンクの下方に設けられることを特徴とする、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンク。
- 前記誘電絶縁層に内蔵される少なくとも一つの高圧電極は、導電金属の複合材料が含まれ、前記印加された電圧の範囲は、２.０ＫＶないし３.０ＫＶの電圧であることを特徴とする請求項１に記載の、高密度のプラズマ及び高温の半導体製造プロセスに用いられる窒化アルミニウムの静電チャンク。
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2015
- 2015-11-05 JP JP2015217933A patent/JP2017092156A/ja active Pending
- 2015-11-17 US US14/943,290 patent/US9972520B2/en active Active
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