JP2019522889A - 高周波結合による高電力静電チャック設計 - Google Patents

高周波結合による高電力静電チャック設計 Download PDF

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Abstract

高電力プラズマ環境での使用に適した高周波結合を有する静電チャックが記載されている。いくつかの例では、チャックは、ベースプレートと、トッププレートと、ワークピースを静電的に把持するためにトッププレートの上面に近接したトッププレート内の第１の電極と、第１の電極から間隔をあけて配置されたトッププレート内の第２の電極とを含み、第１の電極及び第２の電極は、第１の電極を静電的に帯電させるための電源に結合されている。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、本願において優先権を主張する、Ｊａｅｙｏｎｇ Ｃｈｏらによる「高周波結合による高電力静電チャック設計（ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＣＨＵＣＫ ＤＥＳＩＧＮ ＷＩＴＨ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＵＰＬＩＮＧ）」と題され、２０１６年６月２１日に出願された先の米国仮出願第６２／３５２，６６７号、及び本願において優先権を主張する、Ｊａｅｙｏｎｇ Ｃｈｏらによる「高周波結合による高電力静電チャック設計（ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＣＨＵＣＫ ＤＥＳＩＧＮ ＷＩＴＨ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＵＰＬＩＮＧ）」と題され、２０１６年６月７日に出願された米国仮特許出願第６２／３４６，７４６号の優先権を主張する。
分野
本明細書は、半導体及びマイクロメカニカル処理用のワークピースを支持するための静電チャックに関し、特にチャック内の電極に関する。
背景
半導体チップの製造では、シリコンウェハ又は他の基板が、異なる処理チャンバ内の様々な異なるプロセスに曝露される。チャンバは、多数の異なる化学的及び物理的プロセスにウェハを曝露させる可能性があり、それによって、基板上に微細集積回路が作製される。集積回路を構成する材料の層は、化学蒸着法、物理蒸着法、エピタキシャル成長法などを含むプロセスによって作製される。材料層のいくつかは、フォトレジストマスク及び湿式又は乾式エッチング技術を用いてパターン化される。基板は、シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウム、ガラス、又は他の適切な材料とすることができる。
これらの製造プロセスでは、様々な材料層を堆積又はエッチングするためにプラズマを使用することができる。プラズマ処理は、熱処理よりも多くの利点を提供する。例えば、プラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）は、類似の熱プロセスよりも低い温度で、より高い堆積速度で堆積プロセスを実行することができる。従って、ＰＥＣＶＤは、より低い温度で材料を堆積することができる。
これらのプロセスで使用される処理チャンバは、典型的には、処理中に基板を支持するために内部に配置された基板支持体、台座、又はチャックを含む。いくつかのプロセスでは、台座は、基板の温度を制御するように、及び／又はプロセスで使用することができる高温を提供するように適合された埋め込みヒータを含むことができる。
ＨＡＲ（高アスペクト比）プラズマエッチングは、かなり高いバイアス電力を使用して、屈曲のないプロファイルを達成する。誘電体エッチングに対してＨＡＲをサポートするために、電力は２０ＫＷに増加させることができ、これはＥＳＣ（静電チャック）に大きな影響を与える。多くの現在のＥＳＣ設計は、高いバイアス電力の直接的な結果として生じる高電圧に耐えることはできない。ＥＳＣ内に設計された穴は、特に苦しむ可能性がある。更に、過剰なラジカルが接合を侵食すると、リフトピン領域内でＥＳＣが接合不良を被る可能性がある。別の影響は、ＥＳＣ表面温度がより高い速度で変化することである。ＥＳＣ表面の加熱は、印加されたＲＦプラズマ電力に正比例する。熱はまた、接合不良の結果となる可能性がある。更に、ＥＳＣ上で支持されるウェハの湾曲及びウェハ上の電荷の蓄積はまた、ウェハのデチャッキングをより困難にする。
一般的なプロセスでは、ＥＳＣを使用して、エッチングアプリケーション用のウェハに印加される２ＭＨｚ、６．５ＫＷのプラズマ電力によってウェハを保持する。高いアスペクト比（例えば、１００：１）のアプリケーションは、はるかにより高いプラズマ電力を使用する。本明細書では、高いウェハバイアスを生成する低周波高電力プラズマ電圧内で動作するＥＳＣが説明される。より高い電力は、絶縁破壊に起因する、及びＥＳＣ内に設計されたガス穴内におけるプラズマ点火に起因するＥＳＣの故障を増加させる。記載されるＥＳＣは、高電力及び高バイアス電圧に耐える。
概要
改善された電極を有する静電チャックが記載されている。いくつかの例では、チャックは、ベースプレートと、トッププレートと、ワークピースを静電的に把持するためにトッププレートの上面に近接したトッププレート内の第１の電極と、第１の電極から間隔をあけて配置されたトッププレート内の第２の電極とを含み、第１の電極及び第２の電極は、第１の電極を静電的に帯電させるための電源に結合されている。
本発明の実施形態は、限定ではなく例として、添付図面の図に示されている。
本発明の一実施形態に係るデュアルメッシュ電極を有する静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係るデュアルメッシュ電極を有する別の静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係るデュアルメッシュ電極を有する更に別の静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係るデュアルメッシュ電極を有する更に別の静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係るデュアルメッシュ電極を有する更に別の静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る図１の電気コネクタの一例の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る様々な穴を示す、図１のパックの部分透過上面図である。 本発明の一実施形態に係る強化ロッドを有する静電チャックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係るワークピースキャリアを含むプラズマエッチングシステムの図である。
詳細な説明
いくつかの実施形態では、２つのレベルのメッシュが、静電チャック（ＥＳＣ）のセラミックストッププレートの内部に形成されるか、又はセラミックストッププレートに追加される。下部メッシュの設計は、上部メッシュに比べて修正され、これによってワークピース（例えば、シリコンウェハ）がチャックによって保持されるときに、処理中により高いプラズマ電力（出力）及び周波数に対応する。チャックは様々な異なる方法で形成することができる。
プラズマ中のより高い電圧は、チャックのトッププレート又はパック内の静電放電を引き起こす可能性がある。パック内に電極メッシュの２つの層（上部及び下部）を使用して、放電のないファラデーケージをパック内に形成することができる。
図１は、上部パック内にデュアルメッシュ電極を有する静電チャックの断面側面図である。図示の例では、チャックは、Ａｌ冷却又はベースプレート２０２を有するＥＳＣである。パック２０６は、誘電体接着剤２０４の層でベースプレートに接合される。接着剤は、パックとベースプレートとの間の電気伝導及び熱伝導を減衰させる。パックは、セラミックス又は別の誘電体で作られている。パックは、静電気力を用いてワークピース（例えば、ウェハ２０８）を保持する。ワークピースは本明細書ではウェハと呼ばれるが、チャックは様々な異なる製品及びプロセスのための他のワークピースを支持することができる。この図は、本発明の構成を不明瞭にしないように単純化されている。
ベースプレートは、熱流体、ガス流、ヒータ電力、センサ、及び他の構成要素のための多くの他の構成要素、構成、及び外部接続を含むことができる。同様に、パックは、ヒータ、センサ、液体及びガス流チャネル、及びベースプレートを介して外部の構成要素に接続される他の構成を含むことができる。物理的な支持のための図示されたベースプレートの下に、これらの他の構成要素のいくつかを支持するための追加のプレートがあってもよい。他の多くの追加の構成があってもよいが、チャックベースプレート及びトッププレートを貫通する単一の中央管２３０が存在して、ウェハの裏面からチャックを介して冷却及び熱伝導ガス（例えば、ヘリウム）を運んでもよい。追加のガス穴及び他の穴があってもよい。ベースプレートを貫通する追加の穴２３２及びウェハは、例えば、デチャッキング用にウェハをチャックから押し離すためのリフトピンを提供することができる。
ウェハ２０８を保持するための静電気力は、ベースプレート及びパックを貫通して電気コネクタ又はロッド２２０を介して外部電源２２２からワイヤメッシュに電圧を印加することによって帯電されるパックの上面付近の上部電極２１２（例えば、ワイヤのメッシュ又はプレート）を使用して生成される。外部電源は、ＡＣ（交流）又はＤＣ（直流）電源とすることができる。ワイヤメッシュ２１２は、この断面側面図では、ウェハの近くに線として現れる。上面図では、メッシュは、パックの上面付近の大部分の領域を覆う、通常は直交するワイヤのウェブである。ワイヤは、銅、アルミニウム、又はモリブデンとすることができる。あるいはまた、ワイヤメッシュは、パック内に埋め込まれた中実又は大部分は中実の導電性プレートであってもよい。プレートは、異なる静電極性又は電荷量を印加するために、いくつかの部分であってもよい。上部２１２及び下部メッシュ２１０は、スクリーン印刷、堆積、又は紡糸によって形成することができる。あるいはまた、導電性プレートを別個に鋳造又は機械加工し、次いで、トッププレートが形成されるときにトッププレート内に配置してもよい。
上部ワイヤメッシュはまた、外部ＲＦ（高周波）電力発生器２２４に電気コネクタ２２０を介して結合されて、ウェハにバイアス電圧を誘導し、ウェハにイオン衝撃を誘発することができる。ＲＦ電源２２４は、ＤＣ電圧源２２２と同じであっても異なっていてもよい。上部メッシュ２１２へのコネクタ２２０は、同じ上部メッシュにつながる同じコネクタ又は２以上の異なるコネクタであってもよい。
上述したように、パックは、デュアルメッシュ又はデュアル電極を有する。下部メッシュ２１０は、主たる上部メッシュ２１２の下に追加される。下部ワイヤメッシュは、上部メッシュと下部メッシュとの間に接続された一連のペグ２１４を使用して電圧源に電気的に接続され、同じ電位及びＲＦ電力を運ぶ。デュアルメッシュは、より厚い誘電体材料の熱Ｕ％の利点を維持しながら、ＲＦ電力結合の観点から誘電体の有効厚さをより薄くする。この文脈におけるＵ％は、均一性の量を指す。デュアルメッシュはまた、上部メッシュと下部メッシュの間の電界勾配を低減又は排除する。
ペグ２１４を用いて２つのメッシュ２１０、２１２を接続することにより、デュアルメッシュは、パック内のヘリウムの点火を防止することができる。ヘリウムの点火は、セラミックスプレートに埋め込まれた単一のメッシュ電極へのＲＦ電力結合によって生じる電界に起因する。静電気力でウェハをクランプするために使用されるのは上部電極である。下部メッシュは、上部メッシュと下部メッシュとの間のパック内部に一種のファラデーケージを生成する。上部メッシュと下部メッシュとの間の領域内のチャネル、穴、及びギャップ（図示せず）のすべてが、電荷の蓄積から遮蔽される。上部メッシュは、パックの最上部にできるだけ近くにあり、より良好な静電把持を提供する。下部メッシュは、パックの底部にできるだけ近くにあり、より大きなファラデーケージを提供する。
図２は、デュアルメッシュシールドの代替実施形態の断面側面図である。図１の例のように、パック３０６又はトッププレートは、絶縁接着剤層３０４によってベースプレート３０２に取り付けられている。ベースプレートは典型的にはアルミニウムであり、一方、トッププレートは典型的にはセラミックス（例えば、アルミナ）であるが、他の材料を使用してもよい。他の構成の中でもとりわけ、中心ガス穴３３０及びリフトピン穴３３２が存在する。図１の例のように、パックは、ペグ３１４又は任意の他の適切な電気コネクタによって電気的に共に接続された上部メッシュ３１２及び下部メッシュ３１０を有する。メッシュ及びペグは、セラミックスが焼成されるときにセラミックス内に埋め込まれるが、あるいはまた、別の方法で取り付けられ又は形成されてもよい。上部メッシュは、処理されるウェハ３０８を把持するための静電荷を提供する。図１のように、下部ワイヤメッシュは、電圧源に電気的に接続され、同じ電位を運ぶ。
図２の例では、２つのメッシュは、ベースプレート３０２内のチャネルを通して伝達されるロッド３２０の形態の電気コネクタを介して電圧源３２２に結合される。ＲＦ電源３２４は、電気コネクタ３２６を使用してベースプレート３０２に結合される。ＲＦ電力発生器は、ウェハにバイアス電圧を誘導し、ウェハにイオン衝撃を誘発する。
デュアルメッシュは、前の例のように機能し、２つのメッシュ層の間のパック内のガス又は他の材料の発火を、パックのこの部分を電荷の蓄積から遮蔽することによって防止する。更に、デュアルメッシュ３１０、３１２は、冷却プレートからウェハ３０８へのパック３０６を通るＲＦ電力３２４の伝導を高める。導電性メッシュ３１０、３１２及びベースプレート３０２は、誘電体接着層３０４とパック３０６のセラミックス材料とによって分離されたキャパシタプレートとして部分的に作用する。この静電容量（キャパシタンス）は、下部メッシュ３１０によって低減され、下部メッシュをベースプレートの近くに配置することによって低減される。静電容量はまた、パック静電電極３１０、３１２に印加されるＤＣ電圧と同様のＤＣ電圧をベースプレートに印加することによって低減される。このようなＤＣ電位は、本明細書に記載された例のいずれにおいてもベースプレートに印加することができる。
デュアルメッシュ構造は、冷却プレートとウェハとの間のパックを通る静電容量及びインピーダンスを劇的に減少させる。実際には、デュアルメッシュは、パックを通るＲＦ電力結合のためにパックの誘電体の厚さを減少させる。同時に、熱Ｕ％の利益が維持される。これは、プラズマエッチングチャンバ内の実際のウェハ上のエッチング速度の１０％以上の増加をもたらす可能性がある。
図３は、冷却プレートに負の電圧を印加してワークピースと冷却プレートとの間の電位差を低減するデュアルメッシュシールドの代替実施形態の断面側面図である。図１の例のように、セラミックスパック４０６が、アルミニウムベースプレート４０２に接着剤４０４の層によって取り付けられている。パックは、ペグ４１４によって共に電気的に接続された埋め込まれた上部メッシュ４１２及び下部メッシュ４１０を有する。図１のように、下部ワイヤメッシュは、電圧源に電気的に接続され、同じ電位を運ぶ。アセンブリは、他の構成の中でもとりわけ、中心ガス穴４３０及びリフトピン穴４３２を有する。
図３の例では、２つのメッシュは、ベースプレート４０２を貫通するロッド４２０を介して電圧源４２２に結合されている。ＲＦ電源（図示せず）はまた、ウェハにバイアス電圧を誘導するためにパックに結合されてもよい。第２のＲＦ電源４２４はまた、電気コネクタ４２６を使用してベースプレート４０２に結合される。更に、ＤＣ電圧源４４０がベースプレートに結合される。ＤＣ４４０及びＲＦ４２４の電源は、同一であってもよく、又は図示のように別個であってもよい。
ベースプレート上のＤＣ電位は、ベースプレートとウェハとの間の電位差を低減する。電極がセラミックスに埋め込まれているので、ＤＣ電極に印加される電力はＤＣ放電を生成しない。これは、ＤＣ放電を維持する電極からの二次電子放出を防止する。他方、ウェハと冷却プレートとの間には電位差が存在する。ウェハ上の電位は、図１の電極又は図２のベースプレートのいずれかに印加されるＲＦ電力によって生成されている。
一例として、静電電極上に−４ｋＶのチャッキング電圧によって、４ｋＶ以上の電位差が存在する。この差は、ベースプレートの電圧が浮くことが可能である場合には、より大きくなる可能性がある。他方、ベースプレートに約−２ｋＶの電圧を印加することによって、電位差を約２ｋＶに半分に減少させることができる。静電容量が減少すると、プラズマ処理パラメータをより制御することができ、ベースプレート内の及びパック内のガス穴内のアーク放電を更に低減することができる。ベースプレートには、ウェハの電圧（この場合は−４ｋＶ）まで、及びそれを含むより高い電圧が印加されてもよいが、それは別の電圧であってもよい。これは、パックを貫通する電場を減少させる。
図４は、デュアルメッシュを有する図１のチャックの変形の断面側面図である。この例では、チャックはまた、冷却プレート２０２を有するＥＳＣである。パック２０６は、誘電体接着剤２０４の層によってベースプレートに接合される。パックは、静電気力を用いてワークピース２０８を保持する。チャックのベースプレート及びトッププレートを貫通する単一の中央管２３０は、ウェハの裏面からチャックを介して冷却及び熱伝導ガス（例えば、ヘリウム、窒素、又はその他のガス）を運ぶ。ベースプレートを貫通する追加の穴２３２及びウェハは、ガスを運ぶ、又はリフトピンを含み、デチャッキングのためにチャックからウェハを押し離す。
ウェハ２０８を保持するための静電気力は、外部電源２２２から電気コネクタ又はロッド２６０を介してベースプレート及びパックを貫通して下部電極２１０に電圧を印加することによって帯電される上部電極２１２を使用して生成される。下部電極２１２はまた、外部ＲＦ（高周波）電力発生器２２４に結合することができる。図示のように、コネクタロッド２６０は、図１のような上部電極２１２の代わりに下部電極２１０に直接接続される。
下部電極２１０は、上部電極と下部電極との間に接続された一連のペグ２１４を用いて上部電極２１２と電気的に接続され、これによって上部電極は、下部電極と同じ電位及びＲＦ電力を運ぶ。図１の例のように、ペグ２１４を用いて接続された電極２１０、２１２は、大きなファラデーケージのようにパック内でのヘリウムの点火及び他の静電放電の影響を防止することができる。
図５は、デュアルメッシュを有する図１のチャックの変形の断面側面図である。ＥＳＣは、冷却プレート２０２と、誘電体接着剤２０４の層によって取り付けられたパック２０６とを有する。パックは、ワークピース２０８を保持し、チャックのベースプレート２０２及びトッププレート２０６を通る様々なチューブ又は穴２３０、２３２は、パックを通ってウェハの裏面へのアクセスを提供する。
この例では、パック内の上部電極２１２までの第１コネクタ又はロッド２２０、及びパック内の下部電極までの第２コネクタ又はロッド２６２が存在する。これらのロッドは両方とも、同じ外部電源２２２及びオプションの外部ＲＦ（高周波）電力発生器２２４から電圧を印加する。２つのロッドは、両方の電極を同じ電源に直接接続するが、オプションとして、異なる電源を使用してもよい。
更に、下部電極２１０は、オプションとして、上部電極と下部電極との間に接続された一連のペグ２１４を使用して、上部電極２１２に電気的に接続される。図１の例のように、接続された電極２１０、２１２は、大きなファラデーケージを形成する。図４及び図５の例は、図１の電極への電力接続を使用しているが、代わりに図２の接続を使用してもよい。
図６は、上部電極２１２を電源に接続する電気コネクタ２２０の一例の断面側面図である。ロッドは、下部電極（図示せず）の開口部を通って延在する。ロッドは、高抵抗材料から作られた電極と接触する上部２４０と、低抵抗材料（例えば、アルミニウム又は銅）から作られたより長い下部２４２とを有する。上部は、種々の材料のいずれか（例えば、アルミナ粉末を混合又はドープしたアルミニウム）で作ることができる。アルミナ粉末の粒子の濃度（集中度）は、ロッドの抵抗率を決定する。高抵抗材料は、１キロオーム以上の抵抗を有することができ、低抵抗部分は、１キロオーム未満の抵抗を有することができる。
ロッドの高抵抗部分は、電流の流れ（特に、ロッドを通る大きな電流サージ）を制限する働きをする。使用時には、上部電極及び下部電極は、チャンバ内のプラズマ電力によって誘導される高電荷を有する可能性がある。電流の流れを制限することにより、電流はロッドを通って電源に流れることが制限される。これは、電源を保護する。また、電極上の電荷は、ロッドを通って流れ、ロッドが電極に接続するホットスポットを生成する代わりに、電極上により多く留まるように誘導される。十分な電流があれば、ロッドは過熱してパックを加熱し、おそらくパックを破壊する可能性がある。アルミナセラミックスパックの場合、熱が多すぎるとパックのセラミックスにひびが入るだろう。
図７は、部分透視図での図１のパック２０６の上面図である。パックは、保持するウェハより少し大きくサイズ決めされた下部電極２１０と、保持するウェハとほぼ同じサイズにサイズ決めされた上部電極２１２とを有する。電極は、電極が見えるように透明であるように図示されたチャックの誘電体材料内にある。上部電極２１２及び下部電極２１０は、小さなワイヤのグリッド、コーティング、又は中実プレートの形態とすることができ、これらの用語のいずれかによって本明細書において参照される。
電極は、一連のコネクタペグ２１４と電気的に接続されている。これらのペグは、上部電極の周辺部の周りにあり、下部電極のすぐ内側に接続しているものとして示されている。ペグは、パック内に埋め込まれて形成されることができる、又は中実又は中空の導電性材料で形成され、パック材料が硬化されるときに定位置に保持されてもよい。ペグは、上部電極の周辺部の周りに均等に又は不均等に間隔を空けて配置することができる。ペグは、処理チャンバ内のプラズマプロセスに予想される予想ＲＦエネルギーに対してファラデーケージを形成するのに共に十分に近接している。電極に加えて、中心ガス穴２３０及びリフトピン穴２３２が存在する。他の機能を実行するために、追加の穴及び他の構造があってもよい。図１のように、ヒータ、冷却チャネル、プラズマ処理構造、及び他の構成要素は、図面を不明瞭にしないために示されていない。
図示されているように、穴２３０、２３２は、上部及び下部電極の周辺部内にある。これは、上述のように穴が大部分ファラデーケージ内に存在し、外部電圧、電荷、及び高エネルギープラズマによって引き起こされる他の状態から保護されるという結果をもたらす。
この説明では、数多くの詳細が記載されている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施できることは、当業者には明白であろう。いくつかの例では、本発明を不明瞭にするのを避けるために、周知の方法及び装置を詳細に示すのではなく、ブロック図の形態で示している。本明細書を通して、「一実施形態」又は「１つの実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された、特定の構成、構造、機能、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して、様々な箇所における「一実施形態では」又は「１つの実施形態では」という句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態を指しているわけではない。更に、特定の構成、構造、機能、又は特性は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。例えば、第１の実施形態は、２つの実施形態に関連する特定の構成、構造、機能、又は特性が互いに排他的ではない場合であれば、第２の実施形態と組み合わせることができる。
図８は、電極にチャッキング電流を供給するための強化されたロッドを有する静電チャックの断面側面図である。記載された導電性ロッドは、他のチャックの例のいずれかに適合させることができる。他の図と同様に、ベースプレート５０２は、上部電極５１２上の電荷を使用して、ワークピース（例えば、シリコンウェハ）を静電的に把持するトッププレート５０６を支持する。ロッド５２０は、ベースプレートを通って電極５１２に電流を伝導し、電荷を確立及び消散させる。下部電極５１０は、垂直なペグ５１４のアレイを介して上部電極に結合されている。上述したように、ペグのために、ロッドは、上部電極、下部電極、又はその両方のいずれかに接続することができる。電極及びペグは、トッププレート内に埋め込まれ、トッププレートは、典型的にはセラミックスであるが、必ずしもそうではない。
ベースプレートは熱伝導性であり、クーラントチャネル、ヒータ、及び他の熱制御要素を有することができる。一般的な熱伝導性材料はまた、電気伝導性であり、アルミニウムはベースプレートのための一般的な材料である。これとは逆に、トッププレートは誘電体であり、静電電荷を維持できるので、典型的には非常に低い熱伝導率も有する。これは、トッププレートを非常に薄くすることによって補償される。
これらの電気的特性のために、チャックがＲＦプラズマ中に配置されると、ＲＦ電流は、導電性ベースプレートの表面を横切って、トッププレートを通って、上部電極及び下部電極に流れる傾向がある。これは、ベースプレートの表面から始まり、トッププレートを通って下部電極へと進む矢印として示されている。電極は電気的に接続されているので、ＲＦ電流は、両方の電極を通って自由に流れる。ＲＦ電流は、メッシュがロッドに接続する点５２２に集中する傾向がある。蓄積量は、プラズマのインピーダンス及びロッドのインピーダンスに依存する。ロッドは導電性であり、接続された電源に電流を伝導させるので、矢印で示すように、ＲＦ電流は、ロッドを下って電源に向かって流れる傾向がある。ロッドがＲＦ電流を電極にも供給している場合、ＲＦ電流の密度は増加する。高いＲＦ電流密度（電流濃度）は、トッププレート内又はトッププレートとワークピースとの間でアーク放電を引き起こす可能性がある。
図示のような強化されたロッド５２０は、冷却プレート５０２を通って伝わる部分の周囲に、又はその部分に結合されたインダクタ５２４を含む。本明細書の他の例と同様に、インダクタ及びロッドは、ロッドが通って延びる穴の中の絶縁体５２６によって導電性ベースプレートから電気的に絶縁される。
インダクタ５２４は、様々な異なる形態（例えば、ワイヤコイル、シリンダ、又はビーズ）のいずれかをとることができる。インダクタンスは、ＲＦプラズマの予想される周波数に基づいて選択することができる。インダクタは、印加されたＲＦプラズマによって生成されたＲＦ電流にチョーク又はブロックを提供する。この効果は、インダクタ５２４で止まる矢印によって示される。チョーク効果は、ロッドと電極との接続点におけるＲＦ電流の集中を防止する。ＲＦ電流が、図４及び図５にあるように電源から電極に印加される場合、インダクタンスはまた、供給された電力が電極に到達し、同時にまたプラズマによって生成されたＲＦ電流を阻止することができるように選択される。
ＲＦ電力が、チャッキング電極５１２にも印加される場合、プラズマによって生成されたＲＦ電流がロッドに流れ込むのを阻止し、同時に電極に印加されたＲＦ電力が電極を通ってウェハに流れることを可能にするインダクタンスを選択することが非常に困難である。これは、プラズマの周波数と印加されたＲＦ電力の周波数は、似ている傾向があるためである。ロッド上のインダクタはまた、インダクタを通過しようとしている周波数に直接関係するインピーダンスを生成する。コイルインダクタの場合、インピーダンスは、２π×周波数×インダクタンスで定義される。
図９は、本明細書に記載の実施形態に係る台座又はチャック１２８を有するプラズマシステム１００の部分断面図である。台座１２８は、基板が多数のプロセス条件及びチャンバ条件に曝されている間に、広い温度範囲にわたって台座上に配置された基板の温度のアクティブな制御を可能にするアクティブ冷却システムを有する。プラズマシステム１００は、処理領域１２０を画定する側壁１１２及び底壁１１６を有する処理チャンバ本体１０２を含む。
台座、キャリア、チャック、又はＥＳＣ１２８は、システム１００の底壁１１６に形成された通路１２２を通して処理領域１２０内に配置される。台座１２８は、基板（図示せず）をその上面上で支持するように適合される。基板は、様々な異なる材料のいずれかで作られたチャンバ１００によって印加される処理のための様々な異なるワークピースのいずれかとすることができる。台座１２８は、オプションとして、所望のプロセス温度で基板温度を加熱して制御するための、加熱要素（図示せず、例えば、抵抗素子）を含むことができる。あるいはまた、台座１２８は、遠隔加熱要素（例えば、ランプアセンブリ）によって加熱されてもよい。
チャックはまた、チャック内に埋め込まれた上部及び下部の接続電極（図示せず）を含み、ウェハ（図示せず）をチャックの上面に保持する。チャックは、図１により詳細に示されるように、トッププレートとベースプレートとを含む。
台座１２８は、シャフト１２６によって、電源出力又は電源ボックス１０３に結合されており、電源出力又は電源ボックス１０３は、処理領域１２０内で台座１２８の上昇及び移動を制御する駆動システムを含むことができる。シャフト１２６はまた、台座１２８に電力を供給するための電力インターフェースを含む。電力ボックス１０３はまた、電力及び温度インジケータ用のインターフェース（例えば、熱電対インターフェース）を含む。シャフト１２６はまた、電源ボックス１０３に着脱自在に結合するように適合されたベースアセンブリ１２９を含む。円周リング１３５が、電源ボックス１０３の上方に図示される。一実施形態では、円周リング１３５は、ベースアセンブリ１２９と電源ボックス１０３の上面との間の機械的インターフェースを提供するように構成されたメカニカルストップ又はランドとして適合された肩部（ショルダー）である。
ロッド１３０は、底壁１１６に形成された通路１２４を通して配置され、台座１２８を通して配置された基板リフトピン１６１を作動させるために使用される。基板リフトピン１６１は、ワークピースを台座上面から持ち上げて、（典型的には、基板搬送ポート１６０を通してロボット（図示せず）を使用して）ワークピースを取り除く、及びチャンバに取り入れる及びチャンバから取り出すことができる。
チャンバ蓋１０４は、チャンバ本体１０２の上部に結合される。蓋１０４は、それに結合された１以上のガス分配システム１０８を収容する。ガス分配システム１０８は、シャワーヘッドアセンブリ１４２を通して処理領域１２０Ｂ内に反応ガス及び洗浄ガスを送るガス入口通路１４０を含む。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、フェースプレート１４６の中間に配置されたブロッカプレート１４４を有する環状ベースプレート１４８を含む。
高周波（ＲＦ）源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２に結合されている。ＲＦ源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２に電力供給して、シャワーヘッドアセンブリ１４２のフェースプレート１４６と加熱された台座１２８との間のプラズマの生成を促進する。一実施形態では、ＲＦ源１６５は、高い周波数の高周波（ＨＦＲＦ）電源（例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦ発生器）とすることができる。別の一実施形態では、ＲＦ源１６５は、ＨＦＲＦ電源と、低い周波数の高周波（ＬＦＲＦ）電源（例えば、３００ｋＨｚのＲＦ発生器）とを含むことができる。あるいはまた、ＲＦ源は、処理チャンバ本体１０２の他の部分（例えば、台座１２８）に結合されて、プラズマ生成を促進してもよい。誘電体アイソレータ１５８が、蓋１０４とシャワーヘッドアセンブリ１４２との間に配置され、蓋１０４へのＲＦ電力の伝導を防止する。シャドウリング１０６は、台座１２８の周囲に配置され、台座１２８の所望の高さで基板と係合することができる。
オプションとして、冷却チャネル１４７が、ガス分配システム１０８の環状ベースプレート１４８内に形成され、動作中に環状ベースプレート１４８を冷却する。熱伝達流体（例えば、水、エチレングリコール、ガスなど）が冷却チャネル１４７を通して循環され、これによってベースプレート１４８を所定の温度に維持することができる。
チャンバライナアセンブリ１２７は、チャンバ本体１０２の側壁１０１、１１２に非常に近接して処理領域１２０内に配置され、処理領域１２０内の処理環境への側壁１０１、１１２の曝露を防止する。ライナアセンブリ１２７は、処理領域１２０からのガス及び副生成物を排出し、処理領域１２０内の圧力を制御するように構成されたポンピングシステム１６４に結合された円周ポンピングキャビティ１２５を含む。複数の排気ポート１３１が、チャンバライナアセンブリ１２７上に形成されてもよい。排気ポート１３１は、システム１００内の処理を促進するように、処理領域１２０から円周ポンピングキャビティ１２５へのガスの流れを可能にするように構成される。
システムコントローラ１７０は、様々な異なるシステムに結合され、チャンバ内の製造プロセスを制御する。コントローラ１７０は、温度制御アルゴリズム（例えば、温度フィードバック制御）を実行するための温度コントローラ１７５を含むことができ、ソフトウェア又はハードウェア、又はソフトウェアとハードウェアの両方の組み合わせのいずれかとすることができる。システムコントローラ１７０はまた、中央処理装置１７２、メモリ１７３、及び入出力インターフェース１７４を含む。温度コントローラは、台座上のセンサ（図示せず）から温度読み取り値１４３を受信する。温度センサは、クーラントチャネルに近接していてもよく、ウェハに近接していてもよく、台座の誘電体材料内に配置されていてもよい。温度コントローラ１７５は、検出された１以上の温度を使用して、台座アセンブリ１４２と、プラズマチャンバ１０５の外部のヒートソース及び／又はヒートシンク（例えば、熱交換器１７７）との間の熱伝達速度に影響を与える制御信号を出力する。
システムはまた、温度フィードバックループに基づいて制御された流れを有する制御された熱伝達流体ループ１４１を含むことができる。例示的な実施形態では、温度コントローラ１７５は、熱交換器（ＨＴＸ）／チラー１７７に結合される。熱伝達流体は、熱伝達流体ループ１４１を通してバルブによって制御される速度でバルブ（図示せず）を通って流れる。バルブは、熱交換器内に組み込んでもよいし、又は熱交換器の内部又は外部のポンプ内に組み込んでもよく、熱流体の流量を制御することができる。熱伝達流体は、台座アセンブリ１４２内の導管を通って流れ、その後、ＨＴＸ１７７に戻る。熱伝達流体の温度は、ＨＴＸによって増減され、その後、流体はループを通って台座アセンブリに戻される。
ＨＴＸは、ヒータ１８６を含み、熱伝達流体を加熱し、それによって基板を加熱する。ヒータは、熱交換器内のパイプの周りの抵抗コイルを用いて、又は加熱された流体が熱交換器を通って熱流体を含む導管に熱を伝導する熱交換器を用いて形成することができる。ＨＴＸはまた、熱流体から熱を引き出す冷却器１８８を含む。これは、周囲空気又は冷却流体に熱を放出するための放射器を使用して、又は様々な他の方法のいずれかで行うことができる。ヒータと冷却器は組み合わされ、これによって温度制御された流体が最初に加熱又は冷却され、次いで、制御流体の熱が熱伝達流体ループ内の熱流体の熱と交換されることができる。
ＨＴＸ１７７と台座アセンブリ１４２内の流体導管との間のバルブ（又は他のフロー制御装置）は、温度コントローラ１７５によって制御され、流体ループへの熱伝達流体の流量を制御することができる。温度コントローラ１７５、温度センサ、及びバルブは、構成及び動作を単純化するために組み合わせてもよい。実施形態では、熱交換器は、流体導管から戻った後の熱伝達流体の温度を感知し、流体の温度及びチャンバ１０２の動作状態のための所望の温度に基づいて熱伝達流体を加熱又は冷却する。
電気ヒータ（図示せず）を台座アセンブリ内に使用して、台座アセンブリに熱を印加することもできる。典型的には抵抗素子の形態の電気ヒータは、温度制御システム１７５によって制御される電源１７９に結合され、ヒータ素子を通電して、所望の温度を得る。
熱伝達流体は、脱イオン水／エチレングリコール、フッ素化冷媒（例えば、３Ｍ製のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標名）又はＳｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ，Ｉｎｃ．製のＧａｌｄｅｎ（商標名））、又は他の適切な誘電性流体（例えば、過フッ素化不活性ポリエーテルを含有するもの）などが挙げられるが、これらに限定されない液体とすることができる。本明細書では台座についてＰＥＣＶＤ処理チャンバの文脈で説明しているが、本明細書に記載された台座は、様々な異なるチャンバで、及び様々な異なるプロセスに使用することができる。
裏面ガス源１７８（例えば、加圧ガス源又はポンプ及びガスリザーバ）は、マスフローメータ１８５又は他のタイプのバルブを介してチャックアセンブリ１４２に結合される。裏面ガスは、ヘリウム、アルゴン、又はチャンバのプロセスに影響を及ぼすことなく、ウェハとパックとの間で熱対流を提供する任意のガスとすることができる。ガス源は、システムが接続されているシステムコントローラ１７０の制御下で、以下でより詳細に説明する台座アセンブリのガス出口を介してガスをウェハの裏面側に汲み出す。
処理システム１００はまた、図７には特に図示されていない他のシステム（とりわけ、プラズマ源、真空ポンプシステム、アクセスドア、マイクロマシニング、レーザシステム、及び自動ハンドリングシステムなど）を含むことができる。図示されたチャンバは一例として提供され、ワークピースの性質及び所望のプロセスに依存して、様々な他のチャンバのいずれかを本発明と共に使用することができる。記載された台座及び熱流体制御システムは、異なる物理的チャンバ及びプロセスと共に使用するように適合されてもよい。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が他に明白に示さない限り、複数形も含むことが意図されている。また、本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、１以上の関連する列挙された項目の任意かつすべての可能な組合せを指し、包含すると理解される。
「結合された」及び「接続された」という用語は、それらの派生語とともに、本明細書では、構成要素間の機能的又は構造的関係を記述するために使用することができる。これらの用語は、互いに同義語として意図されていないことを理解すべきである。むしろ、特定の実施形態では、「接続された」は、２以上の要素が互いに物理的、光学的、又は電気的に直接接触していることを示すために使用することができる。「結合された」は、２以上の要素が直接的又は間接的に（それらの間に他の介在要素を伴い）互いに物理的、光学的、又は電気的に接触していること、及び／又は２以上の要素が協働する又は（例えば、因果関係におけるような）互いに相互作用することを示すために使用することができる。
本明細書で使用される「上（上方）」、「下（下方）」、「間」、及び「上（表面）」という用語は、そのような物理的関係が注目に値する１つの構成要素又は材料層の他の構成要素又は層に対する相対的な位置を指す。例えば、材料層の文脈において、別の層の上又は下に配置された１つの層は、他の層と直接接触していてもよく、又は１以上の介在層を有していてもよい。更に、２つの層の間に配置された１つの層は、２つの層と直接接触していてもよく、又は１以上の介在層を有していてもよい。対照的に、第２の層の「上（表面）の」第１の層は、その第２の層と直接接触している。コンポーネントアセンブリの文脈においても同様の区別がなされるべきである。
上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことが意図されていることを理解すべきである。例えば、図中のフロー図は、本発明の特定の実施形態によって実行される特定の順序の操作を示しているが、そのような順序は要求されない（例えば、代替の実施形態は、異なる順番で操作を実行してもよい、特定の操作を組み合わせてもよい、特定の操作を重複してもよいなど）ということを理解すべきである。更に、多くの他の実施形態は、上記の説明を読んで理解することにより、当業者には明らかになるであろう。本発明は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で変更及び改変されて実施できることが理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに決定されるべきである。
デュアル電極システムの異なる実施形態の例には、２つの電極が離間して電源に接続されたトッププレート内にデュアルＤＣ電極を有するＥＳＣが含まれる。
実施形態は、ＥＳＣの静電気力が、上部電極に電圧を印加することによって帯電されるパックの上面付近の２つの電極のうちの上部電極によって生成される上記の設計を含む。
実施形態は、電極がワイヤのメッシュによってそれぞれ形成される上記の設計を含む。
実施形態は、メッシュが通常直交するワイヤのウェブである上記の設計を含む。
実施形態は、ＲＦ発生器に接続されたＡｌベースプレートを含む上記の設計を含む。
実施形態は、下部電極が、上部電極と下部電極との間に取り付けられた一連のペグを介して電圧源に電気的に接続され、同じ電位を運ぶ上記の設計を含む。
実施形態は、上部電極と下部電極との間の領域にチャネル、穴、及び／又はギャップが存在する上記の設計を含む。
実施形態は、上側電極と下側電極との間の領域内の任意のチャネル、穴、及びギャップが、上部メッシュ及び下部メッシュによる電荷の蓄積から遮蔽される上記の設計を含む。
実施形態は、電極が電気導電性ロッドによって電源に接続される上記の設計を含む。
実施形態は、ロッドが、電極に最も近い（例えば、１Ｋオームを超える抵抗を有する）高抵抗率部分と、電源に最も近い（例えば、１Ｋオーム未満の抵抗を有する）低抵抗率部分とを有する上記の設計を含む。
実施形態は、高抵抗率部分がアルミナ粒子と混合されたアルミニウムで形成される上記の設計を含む。
実施形態は、上記実施形態のいずれかの機能を実行するための手段を含む。
実施形態は、静電チャックのトッププレート内の電極を第１の電圧で駆動してワークピースを把持するステップであって、第１の電極はトッププレートの上面近くにあるステップと、第１の電圧でトッププレート内の第２の電極を駆動して、トッププレート内にファラデーケージを形成するステップとを含むプラズマ処理チャンバ内のワークピースを処理する方法を含む。
実施形態は、電極がまた高周波で駆動されて、チャンバ内のプラズマにバイアスを掛ける上記設計を含む。

Claims (15)

  1. ベースプレートと、
    トッププレートと、
    ワークピースを静電的に把持するためにトッププレートの上面に近接したトッププレート内の第１の電極と、
    第１の電極から間隔をあけて配置されたトッププレート内の第２の電極とを含み、第１の電極及び第２の電極は、第１の電極を静電的に帯電させるための電源に結合されている静電チャック。
  2. 電源は、第１の電極及び第２の電極の両方に直流電力を供給する、請求項１記載のチャック。
  3. 電源は、第１の電極に交流を更に供給して、ワークピースにバイアス電圧を誘導する、請求項２記載のチャック。
  4. ベースプレートは、誘電体接着剤でトッププレートに取り付けられている、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  5. 第１の電極を第２の電極に電気的に接続するための複数の導電性ペグを含む、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  6. 第１及び第２の電極は、導電性メッシュで形成される、請求項５記載のチャック。
  7. トッププレートはセラミックスであり、電極及びペグは、前記セラミックス内に埋め込まれている、請求項５記載のチャック。
  8. ベースプレートに結合され、第１及び第２の電極に印加される直流電圧と同じ極性でベースプレートに直流電圧を印加する電源を含む、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  9. ベースプレートに印加される直流電圧は、電極に印加される直流電圧の約半分である、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  10. 第１及び第２の電極は、第２の電極に結合されたロッドによって電源に結合され、複数の導電性ペグが、電源からの電力を第２の電極から第１の電極に電気的に接続する、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  11. 第１及び第２の電極のうちの少なくとも１つは、ロッドによって電源に結合され、ロッドは、電極に結合された高電気抵抗部と、電源に結合された低電気抵抗部とを有する、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  12. 第１及び第２の電極のうちの少なくとも１つは、ベースプレートを貫通して延びるロッドによって電源に結合され、ロッドは、ベースプレート内にインダクタを有する、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  13. 第１の電極と第２の電極との間の領域内のいずれかのチャネル、穴、又はギャップは、第１電極及び下部電極によって電荷蓄積から遮蔽されている、上記請求項のいずれか１項以上に記載のチャック。
  14. プラズマ処理チャンバ内でワークピースを処理する方法であって、
    静電チャックのトッププレート内の電極を第１の電圧で駆動してワークピースを把持するステップであって、第１の電極がトッププレートの上面近傍にあるステップと、
    トッププレート内の第２の電極を第１の電圧で駆動して、トッププレート内の第１の電極と共にファラデーケージを形成するステップとを含む方法。
  15. プラズマチャンバと、
    プラズマチャンバ内にガスイオンを含むプラズマを生成するプラズマ源と、
    静電チャックであって、ベースプレートと、トッププレートと、ワークピースを静電的に把持するためにトッププレートの上面に近接したトッププレート内の第１の電極と、第１の電極から間隔をあけて配置されたトッププレート内の第２の電極とを含み、第１の電極及び第２の電極は、第１の電極を静電的に帯電させるための電源に結合されている静電チャックとを含むプラズマ処理チャンバ。
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