JP2019220688A - プラズマエッチングチャンバ内の汚染を低減する装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属製締結具からの金属汚染を低減又は排除する改良型の基板支持体を提供する。【解決手段】基板支持体124に使用するためのプロセスキット構成要素及びそれを組み込んだ基板支持体は、本体208と、本体の周囲に配置され、導電性材料で形成された接地シェル246と、接地シェルの周囲に配置され、導電性材料で形成されたライナ254とを備える。ライナは、本体に向かって内側に延びる上側リップ部256と、上側リップ部を貫通して配置され、ライナを接地シェルに連結する金属製締結具262と、ライナの上側リップ部の上に配置され、金属製締結具を覆う第1絶縁体リング230とを備える。【選択図】図2

Description

分野
本開示の実施形態は、概して基板処理装置に関し、より具体的には基板処理装置で使用される基板支持体に関する。
背景
金属製締結具をしばしば使用して、プラズマ処理チャンバなどの処理チャンバ内で基板支持体を構成する様々な構造体を連結する。本発明者らは、基板支持体の導電性構造体の近くにあるチタン(Ti)ねじなどの金属製締結具が処理チャンバ内でTi汚染を引き起こす可能性があることを発見した。
したがって、本発明者らは、金属製締結具からの金属汚染を低減又は排除し得る、改良型の基板支持体を提供した。
概要
基板支持体に使用するためのプロセスキット構成要素、及びそれを組み込んだ基板支持体の実施形態が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、基板支持体は、本体と、本体の周囲に配置され、導電性材料で形成された接地シェルと、接地シェルの周囲に配置され、導電性材料で形成されたライナとを備える。ライナは、本体に向かって内側に延びる上側リップ部を備える。金属製締結具は上側リップ部を貫通して配置され、ライナを接地シェルに連結する。第1絶縁体リングはライナの上側リップ部の上に配置され、金属製締結具を覆う。
いくつかの実施形態では、基板支持体は、本体と、本体から下方に延びるシャフトと、本体の周囲に配置された導電性ライナであって、導電性ライナは、接地シェルの上面を覆って内側に延びる上側リップ部を有している導電性ライナと、上側リップ部を貫通して配置され、導電性ライナを接地シェルに連結する締結具と、ライナの上側リップ部の上に配置され、金属製締結具を覆う第1絶縁体リングと、本体を囲む第2絶縁体リングであって、第2絶縁体リングは、第1絶縁体リングの切欠き付き上側内側周縁部に配置されている第2絶縁体リングとを備える。
いくつかの実施形態では、基板支持体は、円筒形の形状及び本体の側壁に垂直な第1表面によって画定された切欠き付き上側周縁部を有する本体と、本体の周囲に配置された上面を有する導電性シェルと、導電性シェルの周囲に配置され、導電性シェルを覆って延びる内側リップ部を有する導電性ライナと、導電性ライナを貫通して配置され、導電性ライナを導電性シェルに連結する複数の締結具と、導電性ライナの上面に配置され、複数の締結具を覆う第1絶縁体リングと、第1絶縁体リングと本体との間に配置された第2絶縁体リングであって、第2絶縁体リングは、本体の切欠き付き上側周縁部に部分的に配置され、導電性ライナに向かって外側に延びている第2絶縁体リングとを備える。
本開示の他の及びさらなる実施形態を以下に記載する。
上記に簡単に要約され、以下により詳細に論じられる本開示の実施形態は、添付の図面に示される本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解され得る。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得るため、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定すると解釈すべきではないことに留意すべきである。
本開示のいくつかの実施形態による、基板支持体と共に使用するためのプラズマ処理チャンバの概略断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図1の基板支持体の部分概略側面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図1の基板支持体の部分概略側面図を示す。
理解を容易にするため、可能な場合には、同一の符号を使用して、これらの図面に共通の同一の要素を示す。これらの図は一定の縮尺で描かれておらず、明快さを優先して簡略化されている場合がある。1つの実施形態の要素及び構成は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得る。
詳細な説明
処理チャンバ内の金属汚染(チタン(Ti)汚染など)を有益にも低減又は防止し得る基板支持体のためのプロセスキット構成要素の実施形態が、本明細書で提供される。具体的には、基板支持体の実施形態は、1つ以上の金属製締結具を覆うように構成された絶縁体リングを含んでもよく、このようにして、処理チャンバ内のプラズマが1つ以上の金属製締結具に接触するのを防ぐ。図1は、本開示のいくつかの実施形態による、基板支持体と共に使用するためのプラズマ処理チャンバの概略断面図を示す。図2は、図1に示す基板支持体のいくつかの実施形態による、部分的に詳細な概略側面図を示す。図3は、図1に示す基板支持体のいくつかの実施形態による、部分的に詳細な概略側面図を示す。
図1は、本開示のいくつかの実施形態による、プラズマ処理チャンバなどのチャンバ100の概略断面図である。いくつかの実施形態では、プラズマ処理チャンバはエッチング処理チャンバである。しかしながら、他の種類の処理チャンバもまた、本明細書に記載の基板支持体の実施形態と共に使用するか、又は使用するために変更され得る。本明細書に記載のエッチング処理チャンバ及び基板支持体は、例えば、約50℃から約500℃の温度で、約13MHzから約60MHzの周波数の電力が約500Wから約10kWの間の電力レベルで稼働してもよい。
チャンバ100は真空チャンバであり、この真空チャンバを適切に適合させて、高温又は高出力の基板処理中に、チャンバ内部容積120内を大気圧未満の圧力に維持する。チャンバ100は、蓋104によって覆われたチャンバ本体106を備え、この蓋104は、チャンバ内部容積120の上半分に配置された処理容積122を囲んでいる。チャンバ本体106及び蓋104は、アルミニウムなどの金属で作られてもよい。チャンバ本体106を、アース116に接続することで接地させてもよい。蓋104は、電気的に浮遊させることも、接地させることも可能である。
基板支持体124をチャンバ内部容積120内に配置して、基板108を支持し、保持する。この基板108は、例えば、半導体基板、又は静電的に保持され得る他の基板である。基板支持体124は、一般に、台座136と、台座136を支持するための中空支持シャフト112とを備えてもよい。中空支持シャフト112は導管を備えて、例えば処理ガス、流体、冷却液、電力などを台座136へ供給する。
いくつかの実施形態では、ベローズアセンブリ110が、中空支持シャフト112の周囲に配置され、台座136とチャンバ100の底面126との間に接続されて、台座136の垂直方向の動きを可能にする可撓性シールを提供しながらも、チャンバ100内から真空が失われることを防いでいる。ベローズアセンブリ110はまた、底面126と接するOリング128又は他の適切なシール要素と接触するベローズ134を備えて、チャンバの真空度の低下を防ぐのに役立っている。
チャンバ100は、真空システム114に接続され、かつ流体的に連通している。この真空システム114は、スロットルバルブ(図示せず)及び真空ポンプ(図示せず)を備えており、これを使用して、チャンバ100を排気する。チャンバ100内の圧力は、スロットルバルブ及び/又は真空ポンプを調整することによって調節し得る。チャンバ100はまた、処理ガス供給源118に接続され、かつ流体的に連通している。処理ガス供給源118はチャンバ100に1つ以上の処理ガスを供給して、チャンバ100内に配置された基板を処理し得る。
運転にあたっては、基板108を、チャンバ本体106の開口部を通してチャンバ100に入れてもよい。開口部は、スリットバルブ132又は他の装置によって選択的に封止されて、開口部を通るチャンバ100の内部へのアクセスを選択的に提供してもよい。さらに、運転の間、プラズマ102をチャンバ内部容積120内に生成して、1つ以上の処理を実行してもよい。プラズマ102を、チャンバ内部容積120に近接しているか又はその内部にある1つ以上の電極によって、プラズマ電源(例えば、高周波プラズマ電源130)から処理ガスへ電力を接続し、処理ガスを点火してプラズマ102を生成することで、発生させてもよい。
図2は、図1に示す基板支持体のいくつかの実施形態による、部分的に詳細な概略側面図を示す。基板支持体124は、上面210を有する本体208を備えて誘電体部材224を支持し、誘電体部材224が形成されて、上に配置する基板202を静電的に保持する。
本体208は、アルミニウム(Al)などの導電性材料を含んでもよい。本体208は、段付き又は切欠き付き上側周縁部206を有する。本体208の上側周縁部206は、本体208の側壁211に垂直な第1表面214と、本体208の第1表面214と上面210との間に配置された段付き第2表面215とによって、画定される。
本体208は、本体208の下面近くに配置された1つ以上の熱伝達流体導管(図示せず)を備えてもよい。熱伝達流体導管を、熱伝達流体源(図示せず)に接続して、熱伝達流体をすべての隣接する導管に供給してもよい。熱伝達流体を導管に通して流れさせ、使用の間に基板支持体124の温度及び/又は温度分布を制御してもよい。
いくつかの実施形態では、誘電体部材224を用いて、DC電源(図示せず)によって電極204に供給されるDC電圧で基板202を保持する。本開示の実施形態による変更から有益にも恩恵を受けることができる適切な処理装置の例には、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials社から販売されている処理装置PRODUCER(商標名)シリーズのいずれかを含むプラズマ反応器などの処理装置が挙げられるが、これに限定されない。上述の処理装置は例示にすぎず、他のプラズマ反応器、及び非プラズマ装置(CVD反応器又は他のエッチング処理装置など)もまた、本教示に従って適切に変更され得る。
誘電体部材224は、誘電体部材224の下部から(例えば、本体208の上面209に隣接して)誘電体部材224の周囲に半径方向に延びるリップ部225をさらに備えてもよい。リップ部225は、本体208の上面210の周縁部まで(例えば、本体208の上側周縁部206の半径方向内側端部まで)延びてもよい。接着層(図示せず)を本体208の上面210と誘電体部材224の下面との間に配置して、本体208を誘電体部材224に接着してもよい。接着層を使用する場合には、接着層は、本体208の上面210の周縁部まで完全に延びていなくてもよい。したがって、リップ部225の一部は、接着層によって支持される代わりに、空間に吊り下げられてもよい。
基板支持体124のさらなる構成要素は、本体208を囲む絶縁体シェル270を備え得る。絶縁体シェル270を、セラミック、石英、ケイ素、炭化ケイ素などのうちの少なくとも1つから製造してもよい。絶縁体シェル270は、本体208を接地シェル246から電気的に絶縁している。接地シェル246は絶縁体シェル270を囲んでいる。ライナ254で接地シェル246を囲んでもよい。ライナ254と接地シェル246との間に間隙276が存在してもよい。ライナ254は導電性材料から製造される。ライナ245は、基板支持体124の中心軸に向かって内側へ延びるリップ部256を備える。いくつかの実施形態では、リップ部256は接地シェル246の上面274に載っている。いくつかの実施形態では、リップ部256は、内側に延びて絶縁体シェル270の外側側壁258に当接する。
リップ部256は、リップ部を貫通して配置された1つ以上の穴260を備える。リップ部256に沿って配置された各穴260は任意の適切な形状であり、この各穴260を通して配置されたそれぞれの締結具262を収容する。たとえば、図2に示すように、穴260は座ぐりを備えて、各締結具262の頭部(例えば、締結具がボルト、ねじなどである場合)がリップ部256の上面268の下に沈み込むようにしてもよい。接地シェル246は、穴260に対応する1つ以上の開口部272を備える。各開口部272は、開口部272内に配置されたそれぞれの締結具262を収容するための任意の適切な形状であり得る。いくつかの実施形態では、開口部272にはねじが切られて、締結具262の対応するねじ山と噛み合わせてもよい。
締結具262は穴260を通って配置され、開口部272によりライナ254を接地シェル246に連結する。各締結具は、ねじ、ボルト、クランプなどでもよい。いくつかの実施形態では、締結具はねじである。各締結具は、チタン(Ti)、鋼合金などの金属を含み得る。いくつかの実施形態では、締結具はチタン(Ti)を含む。いくつかの実施形態では、ワッシャ(図示せず)を各締結具262の周囲に配置してもよい。ワッシャは、締結具262と同じ材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ワッシャはチタン(Ti)である。
基板支持体124は、本体208の周囲かつライナ254のリップ部256上に配置された第1絶縁体リング230をさらに備える。第1絶縁体リング230は、1つ以上の穴260を覆う大きさになっている。第1絶縁体リング230の底面278は、締結具262を覆って、ライナ254の上面268とシールを形成する。使用の間には、第1絶縁体リング230によって設けられたシールのおかげで、締結具262がチャンバ100内のプラズマ102に曝されることが、有益にも制限又は防止される。いくつかの実施形態では、第1絶縁体リング230は絶縁体シェル270を囲んでいる。第1絶縁体リング230は、石英、酸化アルミニウム、陽極酸化金属(例えば、陽極酸化アルミニウム、酸化イットリウムで被覆されたアルミニウムなど)を含んでもよい。
基板支持体124は、本体208の周囲に配置された第2絶縁体リング240をさらに備える。第2絶縁体リング240は、本体208の切欠き付き上側周縁部206に配置されている。いくつかの実施形態では、第2絶縁体リング240は、石英などから製造されてもよい。第2絶縁体リング240は、上側周縁部206の段付き第2表面215と嵌合する段付き内側側壁212を備えて、その間に非直線界面を画定する。この非直線界面によって、プラズマには蛇行した経路が加わり、プラズマから、第2絶縁体リング240の下の本体208の至る所に配置された任意の締結具への見通しを遮断する。
第2絶縁体リング240の段付き内側側壁212はさらに、第2絶縁体リング240から本体208の上側周縁部206の第1表面214に向かって下方に延びる第1部分218を備えてもよい。第1部分218は、約0.02インチから1.00インチの間の長さ220を有してもよい。段付き内側側壁212はさらに、本体208の上側周縁部206の段付き第2表面215に沿って第2絶縁体リング240から横方向に延びる第2部分222を備えてもよい。第2部分222は、約0.02インチから1.00インチの間の長さを有してもよい。
第2絶縁体リング240は、第2絶縁体リング240の上側内側端部の周囲に配置された棚部248を備えてもよい。棚部248の上面を、誘電体部材224のリップ部225と同じ高さに又はリップ部225よりも上に配置してもよい。インサートリング216を第2絶縁体リング240の棚部248上に配置してもよい。インサートリング216を、シリコン(Si)などから製造してもよい。インサートリング216の内側部分226は、基板支持体124の中心軸に向かって内側に延び、誘電体部材224のリップ部225の上に載っていてもよい。インサートリング216の内側部分226と誘電体部材224との間に間隙242が存在してもよい。
インサートリング216は、インサートリング216の上側内側端部の周囲に配置された棚部244をさらに備えてもよい。基板108の周縁部は、インサートリング216の棚部244内に延びてもよい。しかしながら、典型的には、棚部244を形成して、基板108はインサートリング216と接触せず、誘電体部材224によって完全に支持されるようにしている。
選択的に、トップリング250が、第2絶縁体リング240の上面252の上に配置されている。トップリングは、図2に示すように、トップリング250の下側外側端部に沿って下方突出部を備え得る。トップリング250を、シリコン(Si)などから製造してもよい。トップリング250は、プラズマ及び/又は処理環境からの劣化又は損傷から第1絶縁体リング230を保護し得る。
第1絶縁体リング230は、第1部分280及び第2部分282を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1絶縁体リング230は、L字形の断面を有する。第1部分280は、ライナ254のリップ部256と第2絶縁体リング240との間に配置されている。第1部分280は、絶縁体シェル270の外径よりも大きい内径を有して、これにより、第1絶縁体リング230を絶縁体シェル270の上部の周囲に配置し得る。第1絶縁体リング230は、切欠き付き上側内側周縁部286を備える。第2絶縁体リング240は、第1絶縁体リング230の切欠き付き上側内側周縁部286に配置されて、その間に非直線界面を形成する。この非直線界面によって、上述と同様に、プラズマには蛇行した経路が加わる。第2部分282は、第2絶縁体リング240の一部を囲む。例えば、第1絶縁体リング230の第2部分282は、第2絶縁体リング240の切欠き付き下側外側周縁部284に配置し得る。いくつかの実施形態では、図2に示すように、第1絶縁体リング230は、第2絶縁体リング240の外径と同等の(例えば、実質的に同じ)外径を有する。いくつかの実施形態では、第1絶縁体リング230は、第2絶縁体リング240の外径と同等の(例えば、実質的に同じ)外径を有しており、これにより、第1絶縁体リング230が第2絶縁体リング240の切欠き付き下側外側周縁部284内に配置される場合、第1絶縁体リング230の最も外側の側壁と第2絶縁体リング240の最も外側の側壁は実質的に垂直方向に一直線上に揃うことになる(例えば、共通の仮想円柱にほぼ沿うことになる)。
図3は、本開示のいくつかの実施形態による、図1の基板支持体の部分的に詳細な概略側面図を示す。図3と一致する実施形態は、以下の説明において明確に反対の記載がない限り、図1及び図2に関する上記の説明と同一であり得る。いくつかの実施形態では、第1絶縁体リング330は、L字形の断面を有する。いくつかの実施形態では、図3に示されるように、第1絶縁体リング330は、第2絶縁体リング340の外径よりも大きい外径を有する。第1絶縁体リング330は、第1部分310(例えば、環状ベース)と第2部分320(例えば、環状ベースから垂直上方に延びるリップ部)とを備える。第1部分310は、第2絶縁体リング340とライナ254のリップ部256との間に配置されている。したがって、第1部分310の内径は、第2絶縁体リング340の外径よりも小さく、図3に示すように、第2絶縁体リング340の半径方向外側部分が第1部分310の半径方向内側部分と重なるようになっている。
第2部分320は、第2絶縁体リング340を囲んでいる。したがって、第2部分320の内径は、第2絶縁体リング340の外径よりも大きく、図3に示すように、第2絶縁体リング340の半径方向外側部分は、第2部分320の半径方向内側部分の半径方向内側に配置されるようになっている。
いくつかの実施形態では、第2部分320はトップリング250に近接するように延びる。いくつかの実施形態では、第2部分320は、トップリング250に近接するように延びるが、トップリング250とは接触せず、したがって、第2部分320の上面とトップリング250の底面との間に小さな間隙を画定する。
いくつかの実施形態では、図2及び図3に示されるように、第1絶縁体リング230は第2絶縁体リング240と接触せず、狭い間隙が、第1絶縁体リング230と第2絶縁体リング240の対向面間に画定される。いくつかの実施形態では、図2及び図3に示されるように、第1絶縁体リング230は、ライナ254のリップ部256にのみ接触するが、任意選択で、リップ部256を貫通して配置された締結具262の上部にも、皿穴ではない場合に、接触する。
図2及び図3における第1絶縁体リング230及び第2絶縁体リング240の構成は、第1絶縁体リング230を含まない実施形態と同じトップダウンプロセス図を有益にも提供する。したがって、既存のプロセスキットを変更して、第1絶縁体リング230及び第2絶縁体リング240を収容するときに、処理の完全性が維持される。言い換えると、処理チャンバ内を上から見ると、第1絶縁体リング230は視界から隠れており、プラズマから、有益にも、第1絶縁体リング230は「見えない」。それ故に、チャンバ内の汚染は、基板上処理結果への影響なしに、又は最小限の影響で低減され得る。図2と一致する実施形態では、第1絶縁体リング230は、トップリング250を用いない処理の間にも、さらに有益にも視界から隠れている。したがって、処理の柔軟性がさらに向上する。
いくつかの実施形態では、図2及び図3に示されるように、上述した基板支持体124の他の構成要素は、対向する非シール界面間に小さな間隙を備え得る。例えば、本体208と絶縁体シェル270との間、第1絶縁体リング230と第2絶縁体リング240との間などに小さな間隙を画定してもよい。
したがって、本明細書では、金属汚染を低減した基板支持体124の実施形態を提供した。金属製締結具を絶縁材料で覆うことで、基板支持体124の導電性構成要素間の金属製締結具が処理チャンバ内のプラズマに曝されることが、有益にも低減又は防止される。
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく創作され得る。

Claims (15)

  1. 本体と、
    本体の周囲に配置され、導電性材料で形成された接地シェルと、
    接地シェルの周囲に配置され、導電性材料で形成されたライナであって、本体に向かって内側に延びる上側リップ部を備えるライナと、
    上側リップ部を貫通して配置され、ライナを接地シェルに接続する金属製締結具と、
    ライナの上側リップ部の上に配置され、金属製締結具を覆う第1絶縁体リングとを備える基板支持体。
  2. 第1絶縁体リングと本体との間に配置された第2絶縁体リングをさらに備える、請求項1に記載の基板支持体。
  3. 第1絶縁体リングの外径が第2絶縁体リングの外径と同じである、請求項2に記載の基板支持体。
  4. 第1絶縁体リングの外径が第2絶縁体リングの外径よりも大きい、請求項2に記載の基板支持体。
  5. トップリングが第2絶縁体リングの上面に配置されている、請求項2に記載の基板支持体。
  6. 第2絶縁体リングは、第1絶縁体リングの切欠き付き上側内側周縁部に配置されている、請求項2に記載の基板支持体。
  7. 第2絶縁体リングは石英を含んでいる、請求項2に記載の基板支持体。
  8. 第1絶縁体リングは、石英、酸化アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、又は酸化イットリウムで被覆されたアルミニウムのうちの少なくとも1つを含んでいる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  9. 第1絶縁体リングは、L字形の断面を有している、請求項1〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  10. 接地シェルと本体との間に配置された絶縁体シェルであって、接地シェルを本体から電気的に絶縁する絶縁体シェルをさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  11. 金属製締結具はねじを備えている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  12. 第1絶縁体リングは第1部分と第2部分とを備え、
    第2部分は、第2絶縁体リングの切欠き付き下側外側周縁部に配置されている、請求項2〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  13. 第1絶縁体リングと第2絶縁体リングとの間に非直線界面がある、請求項2〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  14. 第2絶縁体リングの上面の上に配置されたトップリングをさらに備える、請求項2〜7のいずれか1項に記載の基板支持体。
  15. 基板支持体を内部に配置するチャンバ本体であって、基板支持体は前述の請求項のいずれか1項に記載の基板支持体であるチャンバ本体を備える処理チャンバ。
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