JP2017101243A - 高温静電チャック接着剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】デバイスを基板サポート部品と接着層によって結合する静電チャック（ＥＳＣ）で、高温プロセスによって性能が劣化しない、接着層の断片から粒子汚染を引き起こさない接着剤の提供。
【解決手段】フィラーが内部に分散したシリコンベースの高分子材料のマトリックスを含む基板サポート部品の接着用接着剤。シリコンベースの高分子材料は、低分子量（ＬＭＷ）の含有量ΣＤ３〜Ｄ１０が約５００ｐｐｍ未満であり、フィラーは、接着層の体積で約５０〜約７０％を構成し、例えば、約１０ナノメートル〜約１０ミクロンの直径を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又はそれらの組み合わせの粒子である。
【選択図】図２

Description

分野
本発明の実施形態は、概して基板処理装置に関する。
背景
静電チャック（ＥＳＣ）は、例えば、接着層によって基板サポート部品に結合されるこ
とができる。デバイスのフィーチャーサイズが縮小し続けるにつれて、そのようなデバイ
スが作られるプロセスは、ますます高温プロセスを必要とする。本発明者らは、通常ＥＳ
Ｃを接着するのに使用される従来の接着層は、高温プロセスによって性能が劣化する可能
性があり、ＥＳＣが接着している部品から剥離する可能性があることに気付いた。このよ
うな剥離は、プロセスの均一性の問題だけでなく、接着層の断片から粒子汚染を引き起こ
す可能性がある。
また、より小さいフィーチャーサイズのデバイスを作るために使用されている又は開発
中の多くのプロセスでは、使用するＲＦ電力も増加し、これは更に上述の温度の問題を悪
化させる可能性があり、接着層を浸食する可能性もある。
従って、本発明者らは、ＥＳＣチャックと基板サポート部品の間の接着を改善する方法
及び装置を提供する。
概要
基板サポート部品に静電チャックを接着するための方法及び装置が、本明細書内で提供
される。いくつかの実施形態において、基板サポート部品の接着用接着剤は、フィラーが
内部に分散したシリコンベースの高分子材料のマトリックスを含んでもよい。シリコンベ
ースの高分子材料は、低分子量（ＬＭＷ）の含有量ΣＤ３〜Ｄ１０が約５００ｐｐｍ未満
の分子量を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）構造であってもよい。いくつかの
実施形態において、フィラーは、接着層の体積で約５０〜約７０％を構成してもよい。い
くつかの実施形態において、フィラーは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又はそれらの組み合わせの粒子を含
んでもよい。いくつかの実施形態において、フィラーは、約１０ナノメートル〜約１０ミ
クロンの直径を有する粒子を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、基板サポートは、ベースと、フィラーが内部に分散した
シリコンベースの高分子材料のマトリックスを含む接着層と、ベース及び接着層の上に配
置された静電チャックとを含み、接着層はベースと静電チャックを接着することができる
。いくつかの実施形態では、シリコンベースの高分子材料は、繰り返しジメチルシロキサ
ンユニットを有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）構造を含んでもよい。いくつか
の実施形態では、マトリックスは、低分子量（ＬＭＷ）の含有量ΣＤ３〜Ｄ１０が約５０
０ｐｐｍ未満の分子量を有する高分子材料でできていてもよい。いくつかの実施形態では
、接着層は、摂氏約１２０度を超える温度で使用可能であるかもしれない。
いくつかの実施形態において、基板サポートを静電チャックに接着する方法は、フィラ
ーが内部に分散するシリコンベースの高分子材料のマトリックスを含む接着層を基板サポ
ートベースの上に堆積させるステップと、静電チャックを接着層によって基板サポートベ
ースに接着するステップを含んでもよい。接着層は、本明細書内で開示された接着剤配合
物のいずれであってもよい。他の及び更なる実施形態を以下に説明する。
本発明の上述した構成が、より詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約
したより特定の記述が、実施形態によって参照されてもよく、いくつかの実施形態は添付
図面に示されている。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示してい
るに過ぎず、従ってその範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明に対して
、他の均等に有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本発明のいくつかの実施形態に係るプロセスキットを内部に配置したエッチングリアクタの概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係る基板サポートの部分側面図を示す。 基板サポートを作る方法のフローチャートを示す。 〜 図３に示される方法に係る基板サポートの製造段階を示す。
図面は、明瞭にするために簡素化されており、比例して描かれていない。理解を促進す
るために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用して
いる。一実施形態のいくつかの要素を他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解され
る。
詳細な説明
基板サポート部品に静電チャックを接着するための方法及び装置が、本明細書内で提供
される。本発明の方法及び装置は、基板サポートに結合された静電チャック（ＥＳＣ）、
及び、例えば、摂氏約１２０度を超える温度で、又はいくつかの実施形態では最高摂氏約
１８０度の温度を有するプロセス環境で基板サポートを有利に使用可能にする同製造手段
を提供する。ＥＳＣは、高い熱伝導率、高いラップせん断ひずみ、高い引張りひずみ、低
ガス放出、高純度、及び／又はプラズマ浸食に対する高い耐性を有利に提供することがで
きる接着剤を用いて基板サポートのベースに結合することができる。
本発明に係る基板サポートは、プロセスチャンバ内に配置されるように構成してもよい
。例えば、図１は、本明細書内で議論されるような本発明の実施形態を実施するために使
用できる種類の例示的なエッチングリアクタ１０２の概略図を示す。リアクタ１０２は、
単独で、又は、統合化半導体基板処理システム又はクラスタツール（図示せず、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（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合化半導体ウェハ処理シス
テムなど）の処理モジュールとして、使用可能である。適当なエッチングリアクタ１０２
の例としては、半導体装置のＤＰＳ（登録商標）ライン（例えば、ＤＰＳ（登録商標）、
ＤＰＳ（登録商標）ＩＩ、ＤＰＳ（登録商標）ＡＥ、又はＤＰＳ（登録商標）Ｇ３ポリエ
ッチャー等）、半導体装置のＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（登録商標）ライン（例えば、Ａｄｖ
ａｎｔＥｄｇｅ、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ Ｇ３）、又は同様にアプライドマテリアルズか
ら入手可能な他の半導体装置（例えば、ＥＮＡＢＬＥＲ（登録商標）、Ｅ−ＭＡＸ（登録
商標）、又は同様の装置）を含む。半導体装置の上記リストは単なる例示であり、本明細
書内で提供される開示に従って、他のエッチングリアクタ、及び非エッチング装置（ＣＶ
Ｄリアクタ、又は他の半導体処理装置等）に変更されてもよい。
リアクタ１０２は、電気的接地１３４と、チャンバ壁１３０の外部に位置する少なくと
も１つのソレノイドセグメント１１２に接続される導電性チャンバ壁１３０を有するプロ
セスチャンバ１１０を含む。チャンバ壁１３０は、チャンバ１１０の洗浄を促進するセラ
ミックスライナー１３１を含む。各ウェハが処理された後、エッチングプロセスの副生成
物及び残留物は、ライナー１３１から容易に除去される。ソレノイドセグメント１１２は
、少なくとも５Ｖを生成可能なＤＣ電源１５４によって制御される。プロセスチャンバ１
１０は、シャワーヘッド１３２から離間される基板サポート１１６を含む。基板サポート
１１６は、シャワーヘッド１３２の下に基板１００を保持する静電チャック１２６を含む
。シャワーヘッド１３２は、複数のガス分布ゾーンを含んでもよく、これによって様々な
ガスが特定のガス分布勾配を用いてチャンバ１１０に供給可能となる。シャワーヘッド１
３２は、基板サポート１１６に対向する上部電極１２８に取り付けられる。電極１２８は
、ＲＦ電源１１８に結合される。
静電チャック１２６は、バイアス電源１２２に結合されたマッチングネットワーク１２
４を介して、直流電源１２０及び基板サポート１１６によって制御される。任意で、電源
１２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ電源であってもよい。上部電極１２８は、インピーダンス
変換器１１９（例えば、１／４波長マッチングスタブ）を介して高周波（ＲＦ）電源１１
８に結合される。バイアス電源１２２は、一般的に、周波数を５０ｋＨｚから１３．５６
ＭＨｚまで調整可能で、０〜５０００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成可能である。
電源１１８は、一般的に、周波数を約１６０ｋＨｚに調整可能で、約０〜２０００ワット
の電力を有するＲＦ信号を生成可能である。チャンバ１１０の内部は、真空ポンプ１３６
にスロットルバルブ１２７を介して結合される高真空容器である。反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）チャンバ、及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）チャンバ等を含むプラズ
マエッチングチャンバの他の形態が、発明を実施するために使用されてもよい。
静電チャック１２６は、接着層を介して基板サポート１１６に結合される。静電チャッ
ク１２６は、誘電体材料（例えば、セラミックス等）を含み、内部に導電性のワイヤメッ
シュ（図示せず）を配置してもよい。ワイヤメッシュは、静電チャック１２６の表面に基
板１００を固定する手段を提供するためにＤＣ電源１２０に結合されてもよい。
接着層は、図２に関して、以下で詳細に説明される。本発明の接着層によって形成され
る接着は有利にも強靭であり、これによって基板サポートが摂氏約１２０度を超える温度
、いくつかの実施形態では最大１８０度又はそれ以上の温度を有するプロセス環境で使用
することができる。更に、いくつかの実施形態では、接着層は、高プラズマ密度（例えば
、およそＥ１０〜Ｅ１２イオン／ｃｍ３までのプラズマ密度）を有するプロセス環境に耐
えることができる。
基板サポート１１６は、基板サポート１１６の部分側面図を示す図２で更に詳しく示さ
れる。基板サポート１１６は、ベース２０２と、ベース２０２の上に配置された接着層２
０４を更に含み、接着層２０４は、ベース２０２と静電チャック１２６との間の接着を形
成する。
ベース２０２は、基板サポート１１６に１以上の機能を提供することができる。例えば
、ベース２０２は、静電チャック１２６を上に保持するためのサポートを提供することが
できる。その代わりに、又はそれと組み合わせて、ベース２０２は、静電チャック１２６
の上に配置された基板１００から熱を除去するためのヒートシンクとして作用することが
できる。ベース２０２は、上述した機能を提供するために、又はプラズマ及び／又は半導
体処理環境との互換性を確保するために、必要に応じて任意の適切な材料を含んでもよい
。いくつかの実施形態では、ベース２０２は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼、ア
ルミニウム−セラミックス複合材料、又はこれらの組み合わせから作られる。
接着層２０４はベース２０２の上に配置され、ベース２０２と静電チャック１２６との
間の接着を形成する。接着層２０４は、約４〜約１５milの間の厚さを有することができ
る。一般的に、接着層は、約０．５Ｗ／ｍＫよりも大きい熱伝導率を有することができる
。接着層２０４は、現在使用されている接着材料（例えば、マサチューセッツ州ウォーバ
ーンのパーカーハネフィン社（Ｐａｒｋｅｒ Ｈａｎｎｉｆｉｎ Ｃｏｒｐ．）の一部門
であるコメックス（Ｃｈｏｍｅｈｃｓ）から入手可能なＴＨＥＲＭＡＴＴＡＣＨ（登録商
標）Ｔ４１２）と少なくとも同等又はそれに勝る、ラップせん断ひずみ、引張りひずみ、
耐浸食性及びガス放出特性を有することができる。更に、接着層２０４は高バルク純度（
＞９９％）を有し、処理中に基板１００に金属汚染を制限してもよい。更に、接着層２０
４は、ハロゲン含有化学薬品（例えば、臭化水素（ＨＢｒ）、塩素（Ｃｌ２）、トリフル
オロメタン（ＣＨＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、又はそれらの組み合わせ）
等の反応性化学薬品に耐性を持つことが可能である。
接着層２０４は、フィラーが内部に分散したシリコンベースの高分子材料のマトリック
スを含んでもよい。いくつかの実施形態では、マトリックスは、ポリジメチルシロキサン
（ＰＤＭＳ）又は他の適当なシリコン材料を含む。マトリックスは、直鎖ポリマー、分岐
ポリマー、架橋ポリマー、又はそれらの組み合わせから形成可能である。更に、所望の物
性（せん断及び引張りひずみ等）を達成するために、又は接着層のガス放出を制限するた
めに、マトリックスは、低分子量（ＬＭＷ）の含有量ΣＤ３〜Ｄ１０（例えば、Ｄ３〜Ｄ
１０のすべての成分の合計。ただし、Ｄ３〜Ｄ１０は、繰り返しジメチルシロキサンユニ
ットを指す。）が、いくつかの実施形態では約２００ｐｐｍ未満、又はいくつかの実施形
態では約５００ｐｐｍ未満の分子量を有する高分子材料でできていてもよい。
フィラーは、接着層２０４のマトリックスに分散できる。フィラーは、例えば、機械的
又は熱的特性（熱伝導率など）を高めるために利用できる。フィラーは、接着層２０４の
体積で約５０〜約７０％を構成してもよい。一実施形態では、フィラーは、接着層２０４
の体積で約６７％である。フィラーは、粒子（酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又はそれらの組み合わせを含む
粒子等）を含んでもよい。粒子は、直径が約１０ナノメートル〜約１０ミクロン、又は約
１００ナノメートル〜約３ミクロンの範囲であってもよい。
任意で、基板サポート１１６は、追加部品（基板１００にＲＦバイアスを供給するため
の陰極２０６、又はベース２０２の周りに配置されたバッフルアセンブリ２０８等）を含
むことができる。バッフルアセンブリ２０８は、プロセスキット、又はプロセスキットシ
ールド等を保持するように構成されてもよい。ギャップ２１０が、静電チャック１２６、
接着層２０４、及びベース２０２の周縁端と、基板サポート１１６の任意選択部品の間に
存在してもよい。いくつかの実施形態では、シリコンインサートがギャップ２１０の上に
配置され、これによって反応性ガス又はプラズマが処理中にギャップ２１０に入るのを制
限してもよい。更に、基板サポート１１６は、例えば、基板サポート１１６の上面に対し
て基板１００を上下動させるために使用可能なリフトピン（図示せず）を収容するための
、ベース２０２、接着層２０４、及び静電チャック１２６を貫通して配置される穴（図示
せず）を含んでもよい。
図１に戻って、運転中、基板１００は基板サポート１１６上に配置される。チャンバ内
部は、真空に近い環境まで減圧され、点火時にプラズマを生成するガス１５０（例えば、
アルゴン）が、ガスパネル１３８からシャワーヘッド１３２を通ってプロセスチャンバ１
１０へ供給される。ガス１５０は、ＲＦ電源１１８から上部電極１２８（陽極）に電力を
印加することにより、プロセスチャンバ１１０内で点火されプラズマ１５２となる。磁場
がソレノイドセグメント１１２を介してプラズマ１５２に印加され、基板サポート１１６
はバイアス電源１２２から電力を印加することによってバイアスが掛けられている。基板
１００の処理中に、エッチングチャンバ１１０の内部の圧力は、ガスパネル１３８及びス
ロットルバルブ１２７を用いて制御される。プラズマ１５２は、例えば、基板１００内で
構造（ビア又はトレンチ等）をエッチングするために使用できる。
チャンバ壁１３０の温度は、壁の内部及び周りに配置される液体含有コンジット（図示
せず）を用いて制御される。更に、基板１００の温度は、クーラントを循環させるために
内部に形成されたチャネルを有する冷却板（図示せず）を介して基板サポート１１６の温
度を調節することによって制御される。更に、裏面側のガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）
ガス）は、基板１００の裏面側及び静電チャック１２６の表面内の溝（図示せず）によっ
て形成されるチャネル内にガス源１４８から供給される。ヘリウムガスは、基板サポート
１１６と基板１００との間の熱伝達を促進するために使用される。静電チャック１２６は
、チャック本体内の抵抗ヒータ（図示せず）によって定常状態の温度まで加熱され、ヘリ
ウムガスは、基板１００の均一加熱を促進する。チャック１２６の熱制御を使用して、基
板１００は摂氏１０〜５００度の温度に維持される。
コントローラ１４０が、上記のようなチャンバ１１０の制御を促進するために使用され
てもよい。コントローラ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために
、工業環境で使用される汎用コンピュータプロセッサの何れかの形態の１つであってもよ
い。コントローラ１４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２、及びＣ
ＰＵ１４４用のサポート回路１４６を含み、エッチングプロセスチャンバ１１０の様々な
部品に結合され、これによってエッチングプロセスの制御を促進する。メモリ１４２は、
ＣＰＵ１４４に結合される。メモリ１４２又はコンピュータ可読媒体は、容易に利用可能
なメモリ（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロ
ッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又は、ローカル又はリモートの他の何れか
の形態のデジタルストーレッジ等）のうちの１以上であることが可能である。サポート回
路１４６はＣＰＵ１４４に結合され、従来の方法でプロセッサを支援（サポート）する。
これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、及びサブシステム
等を含む。ソフトウェアルーチン１０４は、ＣＰＵ１４４によって実行されると、リアク
タにプロセス（例えば、エッチングプロセス等）を実行させ、一般的にメモリ１４２内に
格納される。また、ソフトウェアルーチン１０４は、ＣＰＵ１４４によって制御されるハ
ードウェアから離れて配置される第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納及び／又は実行
されてもよい。
基板サポートを製造するための方法３００のフローチャートが、図３に示される。方法
３００は、図４Ａ〜Ｃに示される基板サポートの製造段階に関して以下に説明される。方
法３００は、図４Ａに示されるように、ベース４０２を提供する３０２から始まる。ベー
ス４０２は、前述のベース２０２に構造及び機能が似ている。
図４Ｂに示されるように、３０４において、接着層４０４がベース４０２の上に堆積さ
れる。接着層４０４は、前述の接着層４０４に構造及び機能が似ている。接着層４０４は
、予め成形されたシートとして、又は液体として堆積可能である。例えば、液体プロセス
を用いるとき、マトリックス材料（ＰＤＭＳ等）及びフィラー（酸化アルミニウム（Ａｌ
２Ｏ３）粒子等）が共に混合され、例えば脱気によって脱ガスされ、これによって捕捉さ
れたガス等を除去してもよい。その後、触媒が、マトリックス及びフィラーの混合物に添
加されてもよい。触媒は、例えば、白金触媒又はマトリックス材料の架橋を促進する他の
適切な触媒材料であってもよい。マトリックス材料及び触媒は、約５：１〜約２０：１の
質量比を有しており、より低い質量比は、接着プロセス中にマトリックス材料の架橋の増
加を引き起こす可能性がある。その後、混合物は、例えば脱気によって再び脱ガスされて
もよく、ベース４０２の上に液体状に堆積されてもよい。予め成形されたシートは、接着
剤のシートがまずシートを成形するために事前に硬化されてから、ベース４０２の上に堆
積可能となることを除いて、液体プロセスと同様の方法によって形成可能である。いくつ
かの実施形態では、シリコンベースの高分子材料の混合物を加熱又は蒸留して、これによ
って混合物から低分子量成分（例えば、Ｄ３〜Ｄ１０ユニット）の少なくともいくつかを
除去してもよい。
図４Ｃに示されるように、３０６において、静電チャック４０６は、接着層を介してベ
ース４０２に接着される。接着プロセスは、圧力容器（例えば、オートクレーブ炉等）内
で行われてもよい。いくつかの実施形態では、圧力容器内の圧力は、約５０〜２００ｐｓ
ｉである。あるいはまた、接着プロセスは、ベース４０２及び／又は接着層４０４を加熱
する間に圧力を印加するために、例えば、重力、クランプ、又はねじ止め等によって、静
電チャック４０６とベース４０２の間に圧力を印加することによって実行され、これによ
ってベース４０２と静電チャック４０６の間の接着を形成してもよい。いくつかの実施形
態では、接着プロセスの間、約０．５〜約１４．５ｐｓｉの圧力がクランプ等によって印
加される。
いくつかの実施形態では、ベース４０２は、接着層４０４を塗る前に予熱されてもよい
。ベース４０２の予熱温度は、摂氏約５０〜１１０度の間であってもよい。予熱温度は、
一度到達したならば、接着プロセスを通して維持されてもよい。任意選択で、静電チャッ
ク４０６もまた、圧力を印加する前に予熱されてもよい。方法３００は一般的に、接着層
が静電チャック４０６とベース４０２との間に接着を形成すると終了する。いくつかの実
施形態では、圧力と熱が約３〜約８時間印加され、接着が形成される。
任意で、接着形成後処理は、接着温度を摂氏約１０〜約３０度超える温度での適当な時
間の焼成を含み、これによって接着層４０４から低分子量残留物の除去を促進してもよい
。
任意で、いくつかの実施形態において、プライマーが使用され、接着層４０４が、例え
ば静電チャック４０６及び／又はベース４０２の表面に接着するのを促進させてもよい。
プライマーは、例えば、ミシガン州ミッドランドのダウコーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎ
ｉｎｇ Ｃｏｒｐ．）から入手可能な金属オルガノシラン（ＤＣ１２００等）を含むこと
ができる。プライマーは、上記の方法を用いて接着層４０４を堆積し接着する前に、ベー
ス４０２及び／又は静電チャック４０６の接着面に塗られ硬化されてもよい。
このように、基板サポートに静電チャックを接着するための方法及び装置が、本明細書
内で提供される。本発明の方法及び装置は、基板サポートと、摂氏約１２０度を超えるプ
ロセス環境で基板サポートを有利に使用可能とする同製造手段を提供する。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発
明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。

Claims (1)

  1. フィラーが内部に分散するシリコンベースの高分子材料のマトリックスを含み、前記シ
    リコンベースの高分子材料は、低分子量（ＬＭＷ）の含有量ΣＤ３〜Ｄ１０が約５００ｐ
    ｐｍ未満の分子量を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）構造を含む基板サポート
    部品の接着用接着剤。
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