JP2018204104A

JP2018204104A - Ｒｆおよびガス供給のための金属化セラミック管を備える基板台座モジュール

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Publication number: JP2018204104A
Application number: JP2018101957A
Authority: JP
Inventors: ラムキシャン・ラオ・リンガンパリ; Rao Lingampalli Ramkishan; ジョエル・ホリングスワース; Hollingsworth Joel; ブラッドレー・ベーカー; Baker Bradley
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2038-05-29
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Abstract

【課題】化学気相堆積装置またはプラズマ強化化学気相堆積装置などの半導体基板処理装置において台座の加熱領域から熱伝導性を除去し、ウエハの熱均一性を向上させ、台座に隣接する過熱部品のリスクを低減し、ヒータ消費電力を低減することもできる半導体基板を処理するための装置の提供。
【解決手段】処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテン３０２を備える基板台座モジュールであって、プラテン３０２を支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステム３０６と、ステム３０６の内部に位置する金属化セラミック材料で作られた少なくとも１つの裏面ガス管であって、裏面ガスをプラテンの上面に供給し、電力をプラテンに埋設された電極３０５ａ、３０５ｂに供給するよう構成された裏面ガス管と、を備える基板台座モジュール３００と、を備える半導体基板処理装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置に関し、薄膜を堆積させるように動作可能なプラズマ強化化学気相堆積処理装置において特に使用されうる。

半導体基板処理装置は、エッチング、物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス堆積層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）、および、レジスト除去を含む技術によって、半導体基板を処理するのに用いられる。半導体基板処理装置の一種には、上部電極および下部電極を含む反応チャンバを備えるプラズマ処理装置があり、そこでは反応チャンバ内で半導体基板を処理するために、無線周波数（ＲＦ）電力が電極間に印加されてプロセスガスがプラズマに励起される。

本明細書に開示されるのは、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、半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバと、プロセスガスを真空チャンバに供給するために真空チャンバと流体連通するプロセスガス源と、プロセスガス源からのプロセスガスが真空チャンバの処理領域に供給されるシャワーヘッドモジュールと、処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンを備える基板台座モジュールであって、プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた少なくとも１つの裏面ガス管であって、裏面ガスをプラテンの上面に供給し、電力をプラテンに埋設された電極に供給するよう構成された裏面ガス管と、を備える基板台座モジュールと、を備える。

一実施形態によると、電極は、静電クランプ電極、ＲＦ電極、または、それらの組み合わせである。プラテンは、埋設された１つ以上の抵抗発熱体を備えてよく、発熱体は、ステム内に位置する金属供給ロッドまたは金属化セラミック供給ロッドに電気的に接続される。基板台座モジュールは、さらに、プラテンの温度を測定するよう構成された熱電対を備えてよく、熱電対は、ステム内の位置でプラテンの裏面に取り付けられたセラミック管の内部に位置する。裏面ガス管、プラテン、およびステムは、窒化アルミニウムなどの同じセラミック材料で形成されること、ならびに／または、裏面ガス管は、ステム内部の中央に位置することが好ましい。例示的な実施形態では、プラテンは、埋設された外部ＲＦ電極、および、埋設された内部静電クランプ（ＥＳＣ）電極を備え、内部ＥＳＣ電極は、外部ＲＦ電極と同一平面上にあり、外部ＲＦ電極は、ステム内部の金属化セラミック管に電気的に接続された半径方向に延びる供給ストリップを備え、内部ＥＳＣ電極は、一対の金属化セラミック供給ロッド、または、ステム内部の金属化セラミック供給管に電気的に接続される。別の実施形態では、金属化セラミック管は、応力緩和接続部によって電極に接続され、応力緩和接続部は、金属化セラミック管と電極との間の熱膨張差を吸収するように形状を変化させるよう構成される。金属化セラミック管は、ステムの長さより大きい長さを有しうる、および／または、その外面上に導電性被膜を含みうる。

例示的な実施形態では、少なくとも１つの裏面ガス管は、第１、第２、および第３の金属化セラミック管を備え、プラテンは、第１、第２、および第３の同一平面上の電極を備え、第１の電極は、第１の金属化セラミック管に電気的に接続された斜めに延びる供給ストリップを有する外部リング状電極であり、第２および第３の電極は、第２および第３の金属化セラミック管に電気的に接続された内部Ｄ字形電極である。第１の金属化セラミック管は、斜めに延びる供給ストリップ、および、プラテンの上面中央の第１の排出口を通って延びる第１のガス経路と流体連通しうる。第２の金属化セラミック管は、第１の排出口から第１の距離で、第２の電極およびプラテンの上面の第２の排出口を通って延びる第２のガス経路と流体連通しうる。第３の金属化セラミック管は、第１の排出口から第２の距離で、第３の電極およびプラテンの上面の第３の排出口を通って延びる第３のガス経路と流体連通しうる。第１の距離および第２の距離は、約１インチ（２．５４センチ）以下である。

本明細書には、半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバにおいて半導体基板を処理するのに有効な半導体基板支持モジュールも開示される。基板支持モジュールは、処理時に半導体基板を上に支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた裏面ガス管であって、裏面ガスをプラテンの上面に供給し、電力をプラテンに埋設された電極に供給するよう構成される裏面ガス管と、を備える。

本明細書に開示の実施形態による化学堆積装置の概要を示す概略図。

本明細書に開示の実施形態による基板台座モジュールの断面図。

図２に示す基板台座モジュールの下面図。

図２に示す基板支持モジュールの断面斜視図。

図２に示す基板支持モジュールの上面斜視図。

図２に示す基板支持モジュールの下面斜視図。

ステム内部に１つの金属化セラミック管を有する基板支持モジュールの断面図。

埋設されたＲＦ電極に接続された金属化セラミック管、および、ＲＦ電極の下方の位置で台座に埋設された２つの抵抗発熱体に接続された２つの供給ロッドを有する、基板支持モジュールの断面図。

外部リング状電極が、供給ストリップ内の経路を通じて不活性ガスを供給する中央金属化セラミック管によって電力が供給される斜めの供給ストリップを備える実施形態による、基板支持体の上面図。

以下の詳細な説明では、本明細書に開示の装置および方法の十分な理解を提供するために、多数の特定の実施形態が説明される。しかし、当業者には明らかなように、本実施形態は、これらの特定の詳細なしに、または、代替の要素もしくはプロセスを用いて実施されてよい。他の例では、周知のプロセス、手順、および／または、構成部品は、本明細書に記載の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細には述べられていない。本明細書で用いられる「約」との単語は、±１０％を意味する。

示されるように、本実施形態は、化学気相堆積装置またはプラズマ強化化学気相堆積装置など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装置および関連方法を提供する。この装置および方法は、高温堆積プロセスなどの半導体基板の高温処理と併せての使用に特に適しており、そこで処理される半導体基板は、約５５０℃から約６５０℃以上など、約５５０℃より高い温度に加熱される。

本明細書に記載の実施形態は、プラズマ強化化学堆積装置（すなわち、ＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、またはＰＥＰＤＬ装置）で実施されることが好ましいが、それに限定されない。

図１は、本明細書に記載の実施形態を実施するために配置された様々な半導体基板プラズマ処理装置構成部品を表す簡略ブロック図を示す。図のように、半導体基板プラズマ処理装置１００は、処理領域にプラズマを含むように機能する真空チャンバ１０２を備える。プラズマは、下部ＲＦ電極（図示せず）を有する基板台座モジュール１０６と協働する上部ＲＦ電極（図示せず）を有するシャワーヘッドモジュール１０４を備えるキャパシタ型システムによって生成される。少なくとも１つのＲＦ発生器は、プラズマ堆積プロセスが真空チャンバ１０２で実施されうるように、真空チャンバ１０２内の半導体基板１０８の上面上方の処理領域にＲＦエネルギを供給して、真空チャンバ１０２の処理領域に供給されたプロセスガスをプラズマに励起するよう動作可能である。例えば、高周波ＲＦ発生器１１０および低周波ＲＦ発生器１１２は、それぞれ、ＲＦエネルギが真空チャンバ１０２内の半導体基板１０８の上方の処理領域に供給されうるように、シャワーヘッドモジュール１０４の上部ＲＦ電極に接続される整合ネットワーク１１４に接続されてよい。

整合ネットワーク１１４によって真空チャンバ１０２の内部に供給されたＲＦエネルギの電力および周波数は、プロセスガスからプラズマを生成するのに十分である。一実施形態では、高周波ＲＦ生成器１１０および低周波ＲＦ生成器１１２の両方が用いられ、別の実施形態では、高周波ＲＦ生成器１１０のみが用いられる。プロセスでは、高周波ＲＦ生成器１１０は、約２〜１００ＭＨｚの周波数で、好ましい実施形態では、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚで操作されてよい。低周波ＲＦ生成器１１２は、約５０ｋＨｚから２ＭＨｚで、好ましい実施形態では、約３５０ｋＨｚから６００ｋＨｚで操作されてよい。プロセスパラメータは、チャンバ圧、基板サイズ、および、他の要素に基づいて調整されてよい。同様に、プロセスガスの流量は、真空チャンバまたは処理領域の自由体積に依存してよい。

基板台座モジュール１０６の上面は、処理時に、真空チャンバ１０２内で半導体基板１０８を支持する。基板台座モジュール１０６は、半導体基板、ならびに／または、堆積および／もしくはプラズマ処理プロセスの前、最中、および／もしくは後に半導体基板を昇降させるリフトピンを保持するチャックを備えうる。別の実施形態では、基板台座モジュール１０６は、堆積および／もしくはプラズマ処理プロセスの前、最中、ならびに／または後に半導体基板を昇降させるキャリアリングを備えうる。チャックは、静電チャック、機械式チャック、または、工業界および／もしくは研究で利用可能な様々な他の種類のチャックであってよい。静電チャックを備える基板台座モジュール用のリフトピンアセンブリの詳細は、その全てが参照として本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第８，８４０，７５４号に記載されている。基板台座モジュール用のキャリアリングの詳細は、その全てが参照として本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，８６０，９６５号に記載されている。裏面ガス供給部１１６は、処理時に、伝熱ガスまたはパージガスを、基板台座モジュール１０６を通じて半導体基板の下面の下方の領域に供給するよう動作可能である。基板台座モジュール１０６は、下部ＲＦ電極を備えており、下部ＲＦ電極は、処理時には接地されることが好ましいが、別の実施形態では、下部ＲＦ電極は、処理時にＲＦエネルギが供給されてよい。

半導体基板プラズマ処理装置１００の真空チャンバ１０２で半導体基板を処理するために、プロセスガスは、プロセスガス源１１８から注入口１２０およびシャワーヘッドモジュール１０４を通って真空チャンバ１０２に導入される。そこでプロセスガスは、半導体基板の上面上に膜が堆積されうるように、ＲＦエネルギを用いてプラズマ化される。一実施形態では、複数源のガスライン１２２が加熱マニホルド１２４に接続されてよい。ガスは、予混合されてよい、または、チャンバに別々に供給されてよい。半導体基板処理時に正確なガスがシャワーヘッドモジュール１０４を通って供給されることが確実になるように、適切な弁操作および質量流量制御の機構が用いられる。処理時に、裏面伝熱ガスまたはパージガスは、基板台座モジュール１０２に支持された半導体基板の下面の下方の領域に供給される。この処理は、化学気相堆積処理、プラズマ強化化学気相堆積処理、原子層堆積処理、プラズマ強化原子層堆積処理、パルス堆積層処理、および、プラズマ強化パルス堆積層処理のうちの少なくとも１つであることが好ましい。

特定の実施形態では、堆積時、堆積後の処理時、および／または、他のプロセス動作時のプロセス条件を制御するのにシステムコントローラ１２６が用いられる。コントローラ１２６は、通常、１つ以上のメモリ装置、および、１つ以上のプロセッサを備えるだろう。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタルの入出力接続部、ステッパモータコントローラ基板などを備えてよい。

特定の実施形態では、コントローラ１２６は、装置の全ての動作を制御する。システムコントローラ１２６は、処理動作のタイミング、低周波ＲＦ発生器１１２および高周波ＲＦ発生器１１０の動作の周波数および電力、前駆体および不活性ガスおよびその相対混合物の流量および温度、基板台座モジュール１０６の上面に支持された半導体基板１０８およびシャワーヘッドモジュール１０４のプラズマ露出面の温度、真空チャンバ１０２の圧力、ならびに、特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。いくつかの実施形態では、コントローラに関連付けられたメモリ装置に格納された他のコンピュータプログラムが用いられてよい。

本明細書では、個別の半導体ウエハの逐次処理のためのセラミック台座が開示され、１つ以上の金属化セラミック管（ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＯ₂、ＳｉＣ、または他のセラミック材料が適しうる）が、ＲＦまたはヒータ（ＡＣ）電力のための電気接続部として機能し、裏面ガスをウエハチャックの空洞に供給するよう機能する。現在の慣例では、ＲＦ電力接続部およびヒータ（ＡＣ）電力接続部は、固体金属材料であって、台座を機械的に支持して電気接続部をプロセスチャンバから隔離する管状ステムを介して台座に接続されたロッドである。例えば、それぞれその全てが参照として本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許公開公報第２０１６／０３４０７８１号、第２０１６／０３３６２１３号、および第２０１６／０３３３４７５号を参照されたい。現在の技術では、シャフト内の空間制約でガスラインの追加が妨げられるため、裏面ガスの選択なしでＲＦおよびヒータ（ＡＣ）電力用に固体のＮｉロッドが用いられる。つまり、ステム領域内の空間は制約されているため、ウエハ冷却ガス／エッジパージガスへの裏面ガスの供給などの新しい目的のために追加のフィーチャ（ロッド／管）を取り付けることが難しい。そのため、２つの目的のために１つの部品を用いることで、要素を形成するのに最小限の変更で新しい機能を台座に追加できる。

一実施形態により、金属化セラミック管は、（ａ）ＲＦまたはＡＣ電力の供給、および、（Ｂ）チャンバへの裏面ガスの導入、の２つの目的を果たす。管の好ましい実施形態は、台座自体の熱膨張率にほぼ一致するセラミック材料であり、類似の組成を有する材料を選択（例えば、ＡｌＮ台座にはＡｌＮ管を選択し、ＳｉＣ台座にはＳｉＣ管を選択）することによって、または、熱膨張率の体積平均が台座材料とほぼ一致するようになるにつれて、台座よりも大きな熱膨張率を有する少なくとも１つの位相、および、台座よりも小さい熱膨張率を有する少なくとも１つの位相を含む異相混合材料を用いることによって達成されうる。別の実施形態は、クリープ温度が部品の使用温度より低い金属もしくは合金、または、表面張力が密閉を維持して動作時に液体の移動を防ぐのに十分なように配置されたソルダーシールなどの、台座と管との間の応力緩和接続部であって、破損または他の劣化なしに熱膨張率の不一致を調整するよう形状が変化されうる応力緩和接続部を有する。

好ましい実施形態では、メタライゼーションは、使用温度において低電気抵抗率および低耐酸化性を有する非磁性純金属（例えば、金）による。別の実施形態には、上記の基準を満たす強磁性金属（ニッケル（Ｎｉ）など）、低導電性の非金属的物質（グラファイト（Ｃ）または窒化チタン（ＴｉＮ）など）、導電性酸化物を有する金属（銀（Ａｇ）など）、低電気抵抗率の合金（アルミニウム青銅または分散強化銀など）、異なる材料層によって耐酸化性および電気導電性の機能が達成される多層構造体（スズめっき銅など）、または、あらゆるメタライゼーションが無酸素ガス流によって酸化から保護される構造体（例えば、管の内部がＣｕによって金属化されると、システムは、ガス流なしに台座の加熱を防ぐよう連動する）が含まれる。

ガスは、金属化セラミック管状穴および金属化上面を介してウエハキャビティの裏に移送されて、ＲＦ電力またはＡＣ電力の供給が行われうる。この構造は、固体金属導体と比べて、台座の加熱領域から熱伝導性を除去し、ウエハの熱均一性を向上させ、台座に隣接する過熱部品のリスクを低減し、ヒータ消費電力を低減することもできる。

図２は、基板支持モジュール３００を表す。基板支持モジュール３００は、導電性グリッドなどの導電性電極３０５ａおよび３０５ｂと、埋設された外部リング状電極（図示せず）に電気的に接続された供給ストリップ電極３０４ａとを有するセラミックプラテン３０２、および、中空セラミック支持ステム３０６を備える。プラテン３０２およびステム３０６は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で作られることが好ましく、プラテン３０２の底面３０２ａは、例えば、ろう付け、摩擦溶接、拡散接合、または、他の適した技術によってステム３０６の上端３０６ａに結合される。中央に位置する金属化セラミック管３０８は、管３０８の上端３０８ａが埋設された供給ストリップ電極３０４ａに電気的に接続された状態でステム３０６の内部に位置する。管３０８の排気口３１０は、プラテン３０２の支持面３０２ｂのガス経路３１２と流体連通する。金属化セラミック管３０８には、支持面３０２ｂ上に位置する半導体基板（図示せず）の裏面にガス経路３１２を介して排出口３２２を通じて供給されるアルゴン（Ａｒ）もしくは窒素（Ｎ₂）などの不活性ガス、または、ヘリウム（Ｈｅ）などの伝熱ガスが供給されうる。管３０８の外面は、ハーメチックシール３２０によってプラテン３０２にシールされうる。ステム３０６の内部には、抵抗発熱体（図示せず）などの他の電極に電力を供給する電気供給ロッド３１４や、プラテン３０２の静電クランプ電極３０５ａおよび３０５ｂに電力を供給する追加の金属化セラミック管３１６などの他の部品も収容される。金属化セラミック管３１６は、排出口３２４および３２６を通じて、プラテン３０２に支持されたウエハの裏面にガスを供給することもできる。

基板支持モジュール３００の上に支持されたシリコンウエハ上への成膜などの半導体基板処理の間に、プラテン３０２は、約２０℃から５００℃以上の温度の間で周期をなしてよい。３００ｍｍのウエハを処理するために、プラテン３０２は、最大約１インチ（約２．５４センチ）の厚さ、および、約１５インチ（約３８．１センチ）の直径を有し、ステム３０６は、約３インチ（約７．６２センチ）の直径を有し、ステム３０６の底面とプラテン３０２の上面との間の距離は、約５インチ（約１２．７センチ）でありうる。金属化セラミック管は、約４ｍｍの直径、および、約７〜８インチ（約１７．７８〜２０．３２センチ）の長さを有し、金属被膜は、約５〜５０ミクロン、好ましくは約３０ミクロンの厚さを有しうる。ステム３０６の内部には、電気供給口、少なくとも１つのガス供給口、および少なくとも１つの熱電対などの部品が収容される。これらの部品を収容するために、金属化セラミック管３０８が、支持面にガスを供給でき、埋設された電極に電力を供給できることで、別個のガス供給口が不要となる。２つ以上のガス供給口が望まれる場合は、埋設された電極にガスおよび電力を供給するのに追加の金属化セラミック管が用いられうる。また、パラジウム／ロジウム（Ｐｄ／Ｒｈ）被膜ステンレス鋼またはニッケル（Ｎｉ）ロッドなどの高熱伝導性金属ロッドよりも、窒化アルミニウム管などの低熱伝導性セラミック管を用いることによって、プラテン３０２からの熱移動を低減することが可能である。

図３は、７つの電気供給口が見られる基板支持モジュール３００の下面図を示す。本実施形態では、中央の金属化セラミック管３０８は、中央電極に電力を供給でき、４つの供給ロッド３１４は、内部抵抗発熱体および外部抵抗発熱体（図示せず）などの抵抗発熱体に電力を供給でき、２つの金属化セラミック管３１６は、プラテン３０２に埋設された静電チャック電極（図示せず）などの２つの電極に電力を供給できる。金属化セラミック管３１６は、プラテン３０２の上に支持された基板の裏面にガスを供給する、および／または、静電チャック電極にＲＦエネルギを供給することもできる。

図４は、基板支持モジュール３００の切開図であり、１つの金属化セラミック管３０８がプラテン３０２の中央に位置し、４つのニッケル（Ｎｉ）ロッドなどの固体供給ロッド３１４がステム３０６の内面の内側の位置で円周方向に離間し、２つの金属化セラミック管３１６が静電クランプ電極３０５ａおよび３０５ｂに電気的に接続されている。固体供給ロッド３１４は、供給ストリップ３０４ａによって金属化セラミック管３０８に接続された外部リング状電極３０４（図９参照）の下方の位置で、プラテン３０２に埋設された抵抗発熱体３１８ａおよび３１８ｂ（図８参照）に電力を供給できる。金属化セラミック管３０８および３１６と電極３０４、３０５ａ、および３０５ｂとの間、ならびに、供給ロッド３１４と発熱体３１８ａおよび３１８ｂとの間の電気接続部は、その開示が参照として本明細書に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第９，０８８，０８５号に開示されるように、固体の端末／スタッド／ソケットを含みうる。基板支持モジュール３００の製造時に、金属化セラミック管３０８および３１６は、適した焼結技術および／またはろう付け技術によって、プラテン３０２ならびに電極３０４、３０５ａ、および３０５ｂに結合されうる。

図５は、ステム３０６の取り付け前のプラテン３０２の上面斜視図である。しかし、ステム３０６は、供給ロッド３１４およびセラミック管３０８／３１６の取り付け前に、高温ろう付けまたは拡散接合によってプラテン３０２に結合されることが好ましい。図のように、供給ロッド３１４はプラテンの下面から延びており、供給ロッド３１４および金属化セラミック管３０８／３１６は、ステム３０６の長さよりも大きい距離で延びることが好ましい。例えば、供給ロッド３１４および金属化セラミック管３０８／３１６は、少なくとも約７〜８インチ（約１７．７８〜２０．３２センチ）、すなわち、プラテン３０２の下面３０２ａから約７．２５インチ（約１８．４１５センチ）の距離で延びうる。

図６は、基板支持モジュール３００の下面斜視図を示す。図のように、金属化セラミック管３０８、供給ロッド３１４、および金属化セラミック管３１６は、ステム３０６の下端から外向きに延びる。

図７は、基板支持モジュール３００の断面図である。図のように、本実施形態では、プラテン３０２は、金属化セラミック管３０８に電気的に接続する中央供給ストリップ電極３０４ａを備え、静電電極３０５ａおよび３０５ｂへの接続部は見ることができない。

図８は、基板支持モジュール３００の断面図である。図のように、金属化セラミック管３０８は、供給ストリップ電極３０４ａに電気的に接続され、２つの供給ロッド３１４は、電極３０４の下方の位置でプラテン３０２に埋設された１つ以上の抵抗発熱体３１８ａおよび３１８ｂに電気的に接続される。例えば、一対の供給ロッド３１４は、内部発熱体に接続され、もう一対の供給ロッド３１４は、外部発熱体に接続されうる。必要に応じて、１つの発熱体または２つ以上の発熱体があらゆる所望の幾何学的配置でプラテン３０２に埋設されうる。

図９は、プラテン３０２が、３つの同一平面上の電極と、電極に電力を供給する３つの金属化セラミック管とを備える実施形態による基板支持体の上面図である。本実施形態では、プラテン３０２は、同一平面上の第１、第２、および第３の電極３０４／３０５ａ／３０５ｂを備え、第１の電極は、第１の金属化セラミック管３０８（図２参照）に電気的に接続された斜めに延びる供給ストリップ３０４ａを有する外部リング状電極３０４であり、第２および第３の電極は、第２および第３の金属化セラミック管３１６ａ／３１６ｂ（図３参照）に電気的に接続された内部Ｄ字型電極３０５ａ／３０５ｂである。第１の金属化セラミック管３０８は、プラテン３０２の上面３０２ｂの中央において、斜めに延びる供給ストリップ３０４ａおよび第１の排出口３２２を通って延びる第１のガス経路３１２と流体連通する。第２の金属化セラミック管３１６ａは、第１の排出口３２２から第１の距離で、プラテン３０２の上面の第２の電極３０５ａおよび第２の排出口３２４を通って延びる第２のガス経路と流体連通する。第３の金属化セラミック管３１６ｂは、第１の排出口３２２から第２の距離で、プラテン３０２の上面の第３の電極３０５ｂおよび第３の排出口３２６を通って延びる第３のガス経路と流体連通する。第１および第２の距離は、約１インチ（約２．５４センチ）以下であることが好ましく、第２および第３の排出口３２４／３２６は、第１の排出口３２２から約０．７５インチ（約１．９０５センチ）離間していることがより好ましい。プラテン３０２は、リフトピンがウエハをプラテン３０２の上に対して昇降できる３つのリフトピン穴３２８も備える。

金属化セラミック管３０８／３１６および供給ロッド３１４は、無線周波数（ＲＦ）、直流電流（ＤＣ）、および／または、交流電流（ＡＣ）をプラテン３０２に埋設された電極に供給するのに用いられうる。また、熱電対または他のセンサは、プラテン３０２に埋設された電極に電力も供給する金属化セラミック管に収容されうる。プラテン３０２は、酸化アルミニウム（アルミナ）、イットリア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、もしくは他の適した材料、または、それら材料の組み合わせなどの焼結セラミック材料が一体化したものであることが好ましい。各電極は、平面または非平面の構成を有してよく、導電性金属材料（例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオビウム、コバルト）または導電性非金属材料（例えば、酸化アルミニウム−炭化タンタル、酸化アルミニウム−炭化シリコン、窒化アルミニウム−タングステン、窒化アルミニウム−タンタル、酸化イットリウム−モリブデン）で作られることが好ましい。電極は、台座のセラミック材料と同時焼結される粉末材料から形成されうる。例えば、電極は、台座本体を形成するセラミック材料の層と同時焼結される導電性ペーストで形成されうる。例えば、ペーストは、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）の導電性金属粉末を含みうる。あるいは、電極は、所望の電極パターンを有する堆積材料、または、所望の電極パターンを形成するようにエッチングされた堆積膜から形成されうる。さらに、電極は、予備成形されたグリッド、プレート、ワイヤメッシュ、または、他の適した電極材料および／もしくは構成を含みうる。一実施形態では、電極は、ＤＣチャッキング電圧（例えば、約２００ボルトから約２０００ボルト）を供給するためにＤＣ電力源によって給電された少なくとも１つの静電クランプ電極、ＲＦバイアス電圧（例えば、約５０ワットから約３０００ワットの電力レベルにおける約４００ＫＨｚから約６０ＭＨｚの１つ以上の周波数）を提供するためにＲＦ電源によって給電された少なくとも１つのＲＦ電極、ならびに／または、適した回路を通じてＤＣ電源およびＲＦ電源によって給電された少なくとも１つの電極を備える。金属化セラミック管は、その内面、外面、または、内面と外面とに導電性金属被膜が施されうる。埋設された電極に導電性金属被膜を接続するために、導電性金属被膜は、電極、または、台座の裏面に位置するその端末に、機械的または冶金的に直接接合されうる。例えば、導電性金属被膜は、埋設された電極に取り付けられた端末にろう付けされうる。

半導体基板処理装置の基板台座モジュールがその特定の実施形態を参照に詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正が行われ、同等物が用いられうることは、当業者には明らかだろう。

半導体基板プラズマ処理装置１００の真空チャンバ１０２で半導体基板を処理するために、プロセスガスは、プロセスガス源１１８から注入口１２０およびシャワーヘッドモジュール１０４を通って真空チャンバ１０２に導入される。そこでプロセスガスは、半導体基板の上面上に膜が堆積されうるように、ＲＦエネルギを用いてプラズマ化される。一実施形態では、複数源のガスライン１２２が加熱マニホルド１２４に接続されてよい。ガスは、予混合されてよい、または、チャンバに別々に供給されてよい。半導体基板処理時に正確なガスがシャワーヘッドモジュール１０４を通って供給されることが確実になるように、適切な弁操作および質量流量制御の機構が用いられる。処理時に、裏面伝熱ガスまたはパージガスは、基板台座モジュール１０６に支持された半導体基板の下面の下方の領域に供給される。この処理は、化学気相堆積処理、プラズマ強化化学気相堆積処理、原子層堆積処理、プラズマ強化原子層堆積処理、パルス堆積層処理、および、プラズマ強化パルス堆積層処理のうちの少なくとも１つであることが好ましい。

半導体基板処理装置の基板台座モジュールがその特定の実施形態を参照に詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正が行われ、同等物が用いられうることは、当業者には明らかだろう。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
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、
半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバと、
プロセスガスを前記真空チャンバに供給するために前記真空チャンバと流体連通するプロセスガス源と、
前記プロセスガス源からのプロセスガスが前記真空チャンバの前記処理領域に供給されるシャワーヘッドモジュールと、
基板台座モジュールであって、
処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、
前記プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、
前記ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた裏面ガス管であって、裏面ガスを前記プラテンの前記上面に供給し、電力を前記プラテンに埋設された電極に供給するよう構成される裏面ガス管と、を備える基板台座モジュールと、
を備える、半導体基板処理装置。
適用例２：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記電極は、静電クランプ電極である、半導体基板処理装置。
適用例３：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記電極は、ＲＦ電極である、半導体基板処理装置。
適用例４：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記プラテンは、埋設された１つ以上の抵抗発熱体を備え、前記発熱体は、前記ステム内に位置する金属化セラミック供給ロッドまたは金属供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板処理装置。
適用例５：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記基板台座モジュールは、さらに、前記プラテンの温度を測定するよう構成された熱電対を備え、前記熱電対は、前記ステム内の位置で前記プラテンの裏面に取り付けられたセラミック管の内部に位置する、半導体基板処理装置。
適用例６：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記裏面ガス管、前記プラテン、および前記ステムは、窒化アルミニウムで形成される、半導体基板処理装置。
適用例７：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記裏面ガス管は、前記ステムの前記内部の中央に位置する、半導体基板処理装置。
適用例８：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記プラテンは、埋設された外部ＲＦ電極、および、埋設された内部静電クランプ（ＥＳＣ）電極を備え、前記内部ＥＳＣ電極は、前記外部ＲＦ電極と同一平面上にあり、前記外部ＲＦ電極は、前記ステム内の金属化セラミック電力供給ロッドに電気的に接続され、前記内部ＥＳＣ電極のそれぞれは、前記ステム内の一対の金属化セラミック供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板処理装置。
適用例９：
適用例１の半導体基板処理装置であって、
前記金属化セラミック管は、応力緩和接続部によって前記電極に接続され、前記応力緩和接続部は、前記金属化セラミック管と前記電極との間の熱膨張差を吸収するように形状を変化させるよう構成される、半導体基板処理装置。
適用例１０：
半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバ内で半導体基板を処理するのに有効な半導体基板支持モジュールであって、
処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、
前記プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、
前記ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた少なくとも１つの裏面ガス管であって、裏面ガスを前記プラテンの前記上面に供給し、電力を前記プラテンに埋設された電極に供給するよう構成される少なくとも１つの裏面ガス管と、
を備える、半導体基板支持モジュール。
適用例１１：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記電極は、静電クランプ電極である、半導体基板支持モジュール。
適用例１２：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記電極は、ＲＦ電極である、半導体基板支持モジュール。
適用例１３：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記プラテンは、埋設された１つ以上の抵抗発熱体を備え、前記発熱体は、前記ステム内に位置する金属化セラミック供給ロッドまたは金属供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板支持モジュール。
適用例１４：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記基板台座モジュールは、さらに、前記プラテンの温度を測定するよう構成された熱電対を備え、前記熱電対は、前記ステム内の位置で前記プラテンの裏面に取り付けられたセラミック管の内部に位置する、半導体基板支持モジュール。
適用例１５：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記裏面ガス管、前記プラテン、および前記ステムは、窒化アルミニウムで形成される、半導体基板支持モジュール。
適用例１６：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記裏面ガス管は、前記ステムの前記内部の中央に位置する、半導体基板支持モジュール。
適用例１７：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記プラテンは、埋設された外部ＲＦ電極、および、埋設された内部静電クランプ（ＥＳＣ）電極を備え、前記内部ＥＳＣ電極は、前記外部ＲＦ電極と同一平面上にあり、前記外部ＲＦ電極は、前記ステム内の金属化セラミック電力供給ロッドに電気的に接続され、前記内部ＥＳＣ電極のそれぞれは、前記ステム内の一対の金属化セラミック供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板支持モジュール。
適用例１８：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記金属化セラミック管は、応力緩和接続部によって前記電極に接続され、前記応力緩和接続部は、前記金属化セラミック管と前記電極との間の熱膨張差を吸収するように形状を変化させるよう構成される、半導体基板支持モジュール。
適用例１９：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記金属化セラミック管は、前記ステムの長さより大きい長さを有し、その外面上にだけ導電性被膜を含む、半導体基板支持モジュール。
適用例２０：
適用例１０の半導体基板支持モジュールであって、
前記少なくとも１つの裏面ガス管は、第１、第２、および第３の金属化セラミック管を備え、前記プラテンは、同一平面上の第１、第２、および第３の電極を備え、前記第１の電極は、前記第１の金属化セラミック管に電気的に接続された斜めに延びる供給ストリップを有する外部リング状電極であり、前記第２および前記第３の電極は、前記第２および前記第３の金属化セラミック管に電気的に接続された内部Ｄ字形電極であり、前記第１の金属化セラミック管は、前記斜めに延びる供給ストリップおよび前記プラテンの上面中央の第１の排出口を通って延びる第１のガス経路と流体連通し、前記第２の金属化セラミック管は、前記第１の排出口から第１の距離で、前記第２の電極および前記プラテンの前記上面の第２の排出口を通って延びる第２のガス経路と流体連通し、前記第３の金属化セラミック管は、前記第１の排出口から第２の距離で、前記第３の電極および前記プラテンの前記上面の第３の排出口を通って延びる第３のガス経路と流体連通し、前記第１および前記第２の距離は、約１インチ（２．５４センチ）以下である、半導体基板支持モジュール。

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、
半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバと、
プロセスガスを前記真空チャンバに供給するために前記真空チャンバと流体連通するプロセスガス源と、
前記プロセスガス源からのプロセスガスが前記真空チャンバの前記処理領域に供給されるシャワーヘッドモジュールと、
基板台座モジュールであって、
処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、
前記プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、
前記ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた裏面ガス管であって、裏面ガスを前記プラテンの前記上面に供給し、電力を前記プラテンに埋設された電極に供給するよう構成される裏面ガス管と、を備える基板台座モジュールと、
を備える、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記電極は、静電クランプ電極である、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記電極は、ＲＦ電極である、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記プラテンは、埋設された１つ以上の抵抗発熱体を備え、前記発熱体は、前記ステム内に位置する金属化セラミック供給ロッドまたは金属供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記基板台座モジュールは、さらに、前記プラテンの温度を測定するよう構成された熱電対を備え、前記熱電対は、前記ステム内の位置で前記プラテンの裏面に取り付けられたセラミック管の内部に位置する、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記裏面ガス管、前記プラテン、および前記ステムは、窒化アルミニウムで形成される、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記裏面ガス管は、前記ステムの前記内部の中央に位置する、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記プラテンは、埋設された外部ＲＦ電極、および、埋設された内部静電クランプ（ＥＳＣ）電極を備え、前記内部ＥＳＣ電極は、前記外部ＲＦ電極と同一平面上にあり、前記外部ＲＦ電極は、前記ステム内の金属化セラミック電力供給ロッドに電気的に接続され、前記内部ＥＳＣ電極のそれぞれは、前記ステム内の一対の金属化セラミック供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板処理装置。
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記金属化セラミック管は、応力緩和接続部によって前記電極に接続され、前記応力緩和接続部は、前記金属化セラミック管と前記電極との間の熱膨張差を吸収するように形状を変化させるよう構成される、半導体基板処理装置。
半導体基板が処理されうる処理領域を含む真空チャンバ内で半導体基板を処理するのに有効な半導体基板支持モジュールであって、
処理時に半導体基板を支持するよう構成された上面を有するセラミック材料で作られたプラテンと、
前記プラテンを支持する上部ステムフランジを有するセラミック材料で作られたステムと、
前記ステムの内部に位置する金属化セラミック材料で作られた少なくとも１つの裏面ガス管であって、裏面ガスを前記プラテンの前記上面に供給し、電力を前記プラテンに埋設された電極に供給するよう構成される少なくとも１つの裏面ガス管と、
を備える、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記電極は、静電クランプ電極である、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記電極は、ＲＦ電極である、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記プラテンは、埋設された１つ以上の抵抗発熱体を備え、前記発熱体は、前記ステム内に位置する金属化セラミック供給ロッドまたは金属供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記基板台座モジュールは、さらに、前記プラテンの温度を測定するよう構成された熱電対を備え、前記熱電対は、前記ステム内の位置で前記プラテンの裏面に取り付けられたセラミック管の内部に位置する、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記裏面ガス管、前記プラテン、および前記ステムは、窒化アルミニウムで形成される、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記裏面ガス管は、前記ステムの前記内部の中央に位置する、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記プラテンは、埋設された外部ＲＦ電極、および、埋設された内部静電クランプ（ＥＳＣ）電極を備え、前記内部ＥＳＣ電極は、前記外部ＲＦ電極と同一平面上にあり、前記外部ＲＦ電極は、前記ステム内の金属化セラミック電力供給ロッドに電気的に接続され、前記内部ＥＳＣ電極のそれぞれは、前記ステム内の一対の金属化セラミック供給ロッドに電気的に接続される、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記金属化セラミック管は、応力緩和接続部によって前記電極に接続され、前記応力緩和接続部は、前記金属化セラミック管と前記電極との間の熱膨張差を吸収するように形状を変化させるよう構成される、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記金属化セラミック管は、前記ステムの長さより大きい長さを有し、その外面上にだけ導電性被膜を含む、半導体基板支持モジュール。
請求項１０に記載の半導体基板支持モジュールであって、
前記少なくとも１つの裏面ガス管は、第１、第２、および第３の金属化セラミック管を備え、前記プラテンは、同一平面上の第１、第２、および第３の電極を備え、前記第１の電極は、前記第１の金属化セラミック管に電気的に接続された斜めに延びる供給ストリップを有する外部リング状電極であり、前記第２および前記第３の電極は、前記第２および前記第３の金属化セラミック管に電気的に接続された内部Ｄ字形電極であり、前記第１の金属化セラミック管は、前記斜めに延びる供給ストリップおよび前記プラテンの上面中央の第１の排出口を通って延びる第１のガス経路と流体連通し、前記第２の金属化セラミック管は、前記第１の排出口から第１の距離で、前記第２の電極および前記プラテンの前記上面の第２の排出口を通って延びる第２のガス経路と流体連通し、前記第３の金属化セラミック管は、前記第１の排出口から第２の距離で、前記第３の電極および前記プラテンの前記上面の第３の排出口を通って延びる第３のガス経路と流体連通し、前記第１および前記第２の距離は、約１インチ（２．５４センチ）以下である、半導体基板支持モジュール。