JP2021529440A - 高周波電力プロセスのための半導体処理装置 - Google Patents
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Abstract
いくつかの実施形態において、半導体処理装置が、メッシュを含む伝導性支持体と、導電性ロッドを備える伝導性シャフトと、複数の接続要素と、を備える。複数の接続要素が、メッシュに並列に結合され、単一の接合部でロッドに接続されている。複数の接続要素はRF電流の分散に役立ち、基板における局所的な加熱を低減し、結果的により均一な膜堆積をもたらす。さらに、単一のRFロッドに合体され結合された接続要素を用いることで、より低温でRF電流を伝導しうる材料でロッドを作製することが可能となる。【選択図】図2A
Description
本明細書に記載の実施形態は、概して、高周波電力デバイスを利用する半導体処理装置に関し、より詳細には、高周波(RF)電力生成及び/又は供給装置を利用する半導体処理装置に関する。
半導体処理装置は典型的に、プロセスチャンバであって、当該プロセスチャンバの処理領域内で支持されたウエハ又は基板に対する種々の堆積、エッチング、又は熱処理ステップを実行するよう適合されたプロセスチャンバを備える。ウエハ上に形成される半導体素子のサイズが小さくなるにつれて、堆積、エッチング、及び/又は熱処理ステップの間の熱均一性に対する必要性が非常に大きくなる。処理中のウエハにおける温度のわずかな変動が、ウエハに対して実行される上記の温度に依存しがちなプロセスのウエハ内(WIW:within−wafer)均一性に影響を及ぼしうる。
典型的には、半導体処理装置は、ウエハ処理チャンバの処理領域内に配置される温度制御されたウエハ支持体を含む。ウエハ支持体は、温度制御された支持プレートと、当該支持プレートに結合されたシャフトと、を含む。処理チャンバ内での処理中に、ウエハが支持プレートに載置される。シャフトは典型的に、支持プレートの中央に取り付けられている。支持プレートの内部には、処理チャンバの処理領域にRFエネルギーを分配する、モリブデン(Mo)といった材料で作製された導電性メッシュが存在する。導電性メッシュは、典型的に、金属含有接続要素にろう付けされ、この金属含有接続要素は、典型的に、RF整合器及びRF発生器又はアースに接続される。
導電性メッシュに供給されるRF電力が大きくなるについて、接続要素を通過するRF電流が高くなる。金属含有接続要素を導電性メッシュに結合する各ろう付けされた接合部は有限の抵抗を有し、これにより、RF電流に因り熱が発生することになる。このように、導電性メッシュが金属含有接続要素にろう付けされたポイントでは、ジュール加熱に起因した急激な温度上昇がある。導電性メッシュと接続要素との間に形成された接合部で発生した熱が、当該接合部の近傍にある支持プレート上に温度がより高い領域を作り、結果的に、支持プレートの支持表面にわたって温度が不均一になる。
加えて、RF接続要素を導電性メッシュに直接的にろう付けすることが困難であるため、RF接続要素の材料選択が制限される。典型的に、上記接続要素はニッケル(Ni)で作製される。なぜならば、ニッケル(Ni)は、導電性メッシュを形成するために使用されるモリブデン(Mo)にろう付けできるからである。しかし、Niは、低温でRF電流を伝えることを得手としない。Niは、そのキュリー(Curie)点温度を下回ると強磁性であり、よってRF導体としては貧弱であり、RF電力供給効率を低下させる。
従って、当技術分野では、プロセスチャンバ内の基板支持体の内部に配置された導電性電極にRF電力を供給するプロセスを改善することによって、プロセスチャンバ内の支持プレートに亘る温度の変動を低減する必要性が存在する。加えて、RF電力を導電性電極に供給する効率を改善する手法が必要とされている。
本明細書に記載の1つ以上の実施形態は、単一のRFロッドに接続された複数の接続要素にRFメッシュが結合されている半導体処理装置を提供する。
一実施形態において、半導体処理装置が、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
他の実施形態において、半導体処理装置が、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
導電性ロッドは、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、第2の材料は、第1の材料と導電性プレートとの間に配置されて第1の材料と導電性プレートとに結合される。
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
導電性ロッドは、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、第2の材料は、第1の材料と導電性プレートとの間に配置されて第1の材料と導電性プレートとに結合される。
更に別の実施形態において、処理チャンバが、
チャンバ本体と、
RF発生器と、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
導電性ロッドが、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、第2の材料が、第1の材料と導電性プレートとの間に配置されて第1の材料と導電性プレートとに結合され、第2の材料が室温で強磁性であり、熱伝導性基板支持体が、360℃より高い第1の動作温度範囲を有し、熱伝導性基板支持体が、その第1の動作温度範囲内の温度に維持される場合には、導電性ロッド中の全ての第2の材料の温度が、第2の材料のキュリー温度よりも高い。
チャンバ本体と、
RF発生器と、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
導電性ロッドをメッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、複数の接続要素のそれぞれの第1の末端が、導電性のメッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
複数の接続要素の各第2の末端と、導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備える。
導電性ロッドが、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、第2の材料が、第1の材料と導電性プレートとの間に配置されて第1の材料と導電性プレートとに結合され、第2の材料が室温で強磁性であり、熱伝導性基板支持体が、360℃より高い第1の動作温度範囲を有し、熱伝導性基板支持体が、その第1の動作温度範囲内の温度に維持される場合には、導電性ロッド中の全ての第2の材料の温度が、第2の材料のキュリー温度よりも高い。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態のうちの一部は、添付の図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。1の実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
以下の説明では、本開示の実施形態のより完全な理解をもたらすために、数多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細のうちの1つ又は複数がなくても、本開示の実施形態のうちの1つ又は複数を実施することが可能であることが明らかであろう。他の例では、本開示の実施形態のうちの1つ又は複数を不明瞭にしないため、周知の機能は説明されていない。
本明細書に記載の実施形態は、概して、半導体処理チャンバの処理領域内に配置されたウエハに対して、高周波(RF)電力プロセスを実施するよう適合された半導体処理装置に関する。半導体処理装置は、基板支持要素内に配置されたRF電力が供給されるメッシュを含み、当該RF電極が供給されるメッシュは、当該メッシュにRFエネルギーを供給するよう構成された接続アセンブリに結合されている。いくつかの実施形態において、接続アセンブリ(すなわち、図1の接続アセンブリ134)は、複数の接続要素を含み、この複数の接続要素は、1の末端が、RF電力が供給されるメッシュに接続され、他の末端が単一のRFロッドに接続されている。複数の接続要素は、RF電力が供給されるメッシュに所望のRF電流量を流すことによって生れる負荷を分けて分散させるために使用することが可能である。このように、複数の接続要素の構成は、RF電力が供給されるメッシュにRF電力を供給することにより発生した熱を拡散し、RF電力を供給されるメッシュに接続要素が接続しているポイントでの局所的な加熱を低減するのに役立つ。このことにより結果的に、ウエハのより均一な膜堆積、エッチング、又は熱処理がもたらされる。
さらに、接続アセンブリによって、RFロッドを、メッシュに直接的に接続する代わりに、複数の接続要素に接続することが可能となる。このように、RFロッドの材料選択には、RF電力が給電されるメッシュへと、供給されるRF電流をより効率良く伝導することが可能なより広範囲の材料が含まれうる。RF電流を伝導する能力が向上するにつれてRF効率も向上し、その結果、ジュール加熱が低減され、より小型のRF電力供給部品及びデバイスを処理中に使用することが可能となり、プロセス制御及び効率が改善される。
図1は、本開示の実施形態に係る処理チャンバの側方断面図である。例として、図1の処理チャンバ100の実施形態は、プラズマ化学気相堆積(PECVD)(PECVD:plasma−enhanced chemical vapor deposition)システムに関して記載されるが、本明細書に開示される基本的な範囲から逸脱することなく、他のプラズマ堆積、プラズマエッチング、又は同様のプラズマ処理チャンバを含む任意の他のタイプのウエハ処理チャンバが使用されてよい。処理チャンバ100は、半導体処理装置108及び処理領域110を共に取り囲む壁部102、底部104、及びチャンバリッド106を含みうる。半導体処理装置108は、一般に、ウエハ処理に使用されるペデスタルヒータを含みうる基板支持要素である。ペデスタルヒータは、セラミック材料(例えば、AlN、BN、又はAl2O3材料)といった誘電材料から形成されうる。壁部102及び底部104は、アルミニウム又はステンレス鋼といった、電気的及び熱的な伝導性材料を含みうる。
処理チャンバ100は、ガス源112と、半導体処理装置108に結合されうる高周波(RF:radio frequency)発生器142と、をさらに含みうる。ガス源112は、チャンバリッド106を貫通するガス管114を介して処理チャンバ100に結合されうる。ガス管114は、バッキングプレート116に連結可能であり、処理ガスがバッキングプレート116を通過して、バッキングプレート116とガス分配シャワーヘッド122との間に形成されたプレナム118に入ることが可能となる。ガス分配シャワーヘッド122を、サスペンション120によってバッキングプレート116の近傍の箇所で保持することができ、これにより、ガス分配シャワーヘッド122、バッキングプレート116、及びサスペンション120が共に、シャワーヘッドアセンブリと呼ばれることもあるアセンブリを形成する。稼働中には、ガス源112から処理チャンバ100に導入された処理ガスが、プレナム118を満たし、ガス分配シャワーヘッド122を通過して処理領域110に均一に進入することが可能である。代替的な実施形態において、処理ガスが、ガス分配シャワーヘッド122に加えて又はその代わりに、1つ以上の壁部102に取り付けられた入口及び/又はノズル(図示せず)を介して、処理領域110に導入されうる。
半導体処理装置108は、熱伝導性基板支持体130を含むことが可能であり、熱伝導性基板支持体130は、当該基板支持体130の中に埋め込まれた、RF電力が供給されるメッシュ(以下、メッシュ132と称す)を含む。基板支持体130は、当該基板支持体130に結合された伝導シャフト126の少なくとも一部分の中に配置される導電性ロッド128も含む。基板124(又はウエハ)が、処理中に熱伝導性支持体130の上面に載置されうる。いくつかの実施形態において、RF発生器142は、1つ以上の送電線144(その1つを図示)を介して、導電性ロッド128に結合されてよい。少なくとも1つの実施例において、RF発生器142は、約200kHzと約81MHzの間、例えば約13.56MHzと約40MHzとの間の周波数で、メッシュ132にRF電流を供給しうる。RF発生器142によって生成された電力は、処理領域110内のガスにエネルギーを与えて(又はガスを「励起して」)プラズマ状態にし、例えば、プラズマ蒸着プロセス中に基板124の表面上に層を形成するよう作用する。
導電性ロッド128は、接続アセンブリ134を介してメッシュ132に接続されている。接続アセンブリ134は、複数の接続要素136(例えば、3個の接続要素が図1及び図2Aに示される)、接続接合部138、及び導電性プレート140を含みうる。接続要素136の第1の末端はそれぞれ、接続接合部138においてメッシュ132に物理的及び電気的に並列に結合されうる。各接続要素136の第1の末端は、メッシュ132にろう付けすることが可能である。接続要素136の第2の末端はそれぞれ、導電性プレート140の第1の側面150に結合されうる。接続要素136は、導電性プレート140にロウ付けすることが可能であるが、他の接合方法によって溶接又は結合することも可能である。導電性ロッド128は、単一の接続接合部154において、導電性プレート140の第2の側面152に接続されうる。同様に、導電性ロッド128は、導電性プレート140にろう付けすることが可能であるが、他の接合方法によって結合することも可能である。図2A〜図2Cに関連してより詳細に説明するように、接続アセンブリ134は、導電性ロッド128を通して供給されるRF電流を接続要素136のそれぞれに分けるという利点をもたらす。本構成は、RF電流を分散させるよう作用し、したがって、各接続接合部138におけるジュール加熱(例えば、I2Rの発熱)を低減し、その結果、基板支持体130の表面温度がより均一になり、これによって、例えば、基板124にわたって形成されるより均一に堆積される薄膜層に変換される。一実施形態において、接続要素136は、ニッケル(Ni)、Ni含有合金、又は、他の同様の材料で作製される。導電性プレート140は、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、又はタングステン(W)といった、RF供給及びプロセスに適合した任意の導電性材料から作製されうる。導電性プレート140は、円形、矩形、三角形、又は、接続要素136及び導電性ロッド128を支持するよう大きさが定められた任意の他の適切な形状であってよい。導電性プレート140は、導電性ロッド128から各接続要素136に供給されるRF電力を伝達するのに適した厚さ(例えば、0.5mm〜5mm)であるべきである。
基板支持体130には、メッシュ132、任意選択的にバイアス電極146、及び加熱要素148が埋め込まれている。基板支持体130内に任意選択的に形成されるバイアス電極146は、別個のRF接続(図示せず)を介して、基板124及び処理領域110にRF「バイアス」を別々に供給するよう作用しうる。加熱要素148は、1つ以上の抵抗加熱要素を含んでよく、この抵抗加熱要素は、そこを通るAC電力の供給により、処理中に基板124に熱を供給するよう構成されている。バイアス電極146及び加熱要素148は、Mo、W、又は他の同様の材料といった導電性材料で作製することが可能である。
メッシュ132はまた、処理中に基板支持体130の支持面130Aに対する適切な保持力を基板124にもたらすのに役立つ静電チャック電極としても作用することが可能である。上述のように、メッシュ132は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、又は他の同様の材料といった、耐熱金属で作製することが可能である。いくつかの実施形態において、メッシュ132は、基板124が載置される支持面130Aから距離DT(図1参照)のところに埋め込まれる。DTは、1mm未満など非常に短くてよい。したがって、メッシュ132全体での温度の変動が、支持面130A上に配置された基板124の温度の変動に大きく影響する。メッシュ132から支持面130Aに伝達される熱は、図1ではH矢印によって表されている。
従って、各接続要素136によってメッシュ132へと供給されるRF電流量を分散させて広げ、このようにして、接続接合部138へと向かう接続要素136で生じる付加的な温度上昇を最小に抑えることによって、結果的に、従来の接続技術と比較して、メッシュ132全体でより均一な温度が得られ、これについては、以下で、図2Bを併用してさらに検討する。本明細書に記載の接続アセンブリ134の使用によりメッシュ132全体で温度がより均一になると、支持面130A及び基板124全体で温度がより均一になる。
図2Aは、図1の半導体処理装置108の側方断面図である。図示のように、導電性ロッド128は、DRで表される直径を有し、接続要素136の各々は、DCで表される直径を有する。いくつかの実施態様において、接続要素136の各々は、導電性ロッド128よりも小さい直径を有する。当業者は、RFエネルギーが主に導電性要素の表面領域を介して伝導され、従って、概して、RF導体の通電面積の大部分が、主にRF導電要素の外周の長さによって左右されることが分かるであろう。さらに、供給されるRF電力の周波数が上がるにつれて、RF導体の通電面積の大部分も減少するが、これは、RF電力がRF導体を介して供給される間に、供給されるRF電力がRF導体に浸透することが可能な表皮深さが浅くなることに起因する。一例において、円形の断面形状を有するロッドの場合、その表皮深さと表面との間のRF通電面積(Aca)は、断面積(Ao)から、その表皮深さより深い通電面積(Ana)を引いたものと等しく、但し、Aoはπ・Do 2/4に等しく、Anaはπ・Dna 2/4に等しく、但し、Doはロッドの外径であり、Dnaはその表皮深さ未満の領域の直径である(すなわち、Dna=Do−2・δ、但しδは表皮深さである)。表皮深さは、式δ=(ρ/(πfμrμo))0.5により近似値を求めることが可能であり、ここで、ρは、単位Ω・mでの媒体の抵抗率であり、fは、単位ヘルツ(Hz)での駆動周波数であり、μrは、物質の比誘電率であり、μoは、自由空間の誘電率である。表皮深さは、媒体の表面において、電流密度がその値のおおよそ1/e(約37%)に達する点を指している。したがって、媒体中の電流の大部分は、媒体の表面とその表皮深さとの間を流れる。一例において、13.56MHzでの純ニッケル材料の表皮深さは、約1.46マイクロメートル(μm)であり、周波数40MHzで0.85μmである。したがって、ロッドが8mmの外径Doを有し13.56MHzで駆動されるRF源により電力が供給される一例において、ロッドのその表皮深さAcaより上の通電面積は、約3.8×10−2mm2に過ぎない。
しかしながら、本開示に記載される複数の実施形態は、概して、基板支持体130の構成であって、結合された全ての接続要素136の表面と表皮深さとの間の通電面積の総和が、導電性ロッド128の表面と表皮深さとの間の通電面積よりも大きい上記構成を含む。このことは、接続要素136とメッシュ132との間の界面を介してRFエネルギーの大部分を伝導するためのより大きな面積を生成するという利点をもたらし、これにより、図2Bに示す従来の単一ロッド接続構成に対して、接続接合部138で及び接続要素136においても、ジュール加熱に因り発生する熱が低減されることになる。例えば、導電性ロッド128のDRが6mm(先に説明した数式に従ってDR=Do)であるときに、約1.46μmの表皮深さ値を使用すると、Dnaは、約5.997mm(すなわち、Dna=6mm−2(.00146mm))である。これにより、導電性ロッド128について、Acaが約2.8×10−2mm2(すなわち、Aca=π(6mm)2/4)−(π(5.997mm)2/4)となり、これは、以下でAca1と称される。比較として、各接続要素136のDcが3mm(すなわち、Dc=Do)であるときに、約1.46μmの表皮深さ値を使用すると、Dnaは、約2.997mm(すなわち、Dna=3mm−2(.00146mm))である。これにより、各接続要素136について、Acaが約1.4×10−2mm2(すなわち、Aca=π(3mm)2/4)−(π(2.997mm)2/4)となり、これは、以下でAca2と称される。したがって、3個の接続要素136を含む接続アセンブリの場合、導電性ロッド128のRF伝導面積に対する接続要素136の全RF伝導面積の比率(すなわち、3×Aca2/Aca1)は、約1.5になる。従って、各接続要素136の表面と表皮深さとの間の通電面積の総和が、導電性ロッド128よりも大きいため、図2Bに示される単一ロッド接続構成におけるジュール加熱よりも、各接続接合部138におけるジュール加熱が小さい。
本明細書に開示される接続要素構成はまた、従来の設計に対して利点をもたらす。なぜならば、直径がより小さい接続要素は、断面積がより小さく、従って各接続接合部138での接触面積がより小さいからである。接続要素136の断面積がより小さいと、接続要素136内で発生した任意の熱を熱的に伝導するという各接続要素136の能力が、そこを通るRF電力の供給に因り低下することになる。熱を伝導する能力が低下すると、基板支持体130内で熱がより均一に拡散することにもなり、支持面130A及び基板124に亘るより均一な温度分布を生成することに役立つ。導電性ロッド128のDRが6mmに等しく、メッシュ132のDCが3mmに等しい上述の先行例に従うと、接続要素136が3個ある導電アセンブリ構成の場合、3個の接続要素136の熱伝導面積に対する導電性ロッド128の面積に対する比率は、約0.75となる。
本明細書に開示される導電性アセンブリ構成を使用する効果を例示するために、図2Bが、従来技術における、従来の基板支持体206の基板支持面206A及び基板202にわたって形成された温度プロファイルの概略図として提供され、図2Cが、本開示の1つ以上の実施形態に係る、支持面130A及び基板124にわたって形成された温度プロファイルの概略図として提供される。図2Bに示すように、RF電流が、従来技術の導電性ロッド208を通して運ばれる。このRF電流は値I1で表されている。従来技術の導電性ロッド208は、従来技術の導電性シャフト210内に配置され、従来技術の単一の接合部212で、従来技術のメッシュ204に直接接続されている。したがって、電流が完全に、従来技術の導電性ロッド208から従来技術の単一の接合部212へと流れる。導電性ロッドは、有限の電気インピーダンスを有しており、これにより、従来技術の導電性ロッド208を介したRF電流の供給に因り熱が発生することになる。そのようなものとして、RF電力を伝導することが可能な表面積が減少するため、従来技術の接続接合部212にもたらされる熱が急激に増加する。熱が、従来技術の導電性基板支持体206を通って基板202へと上方に流れると、矢印Hで示すように、従来技術の接合部212の上の基板202の位置での温度が、グラフ200で示すように中央領域で急上昇し、結果的に不均一な薄膜層をもたらす。
対照的に、本開示は、図2Cに示すように、導電性ロッド128を通して生成される電流I1を各接続要素136へと拡散させるという利点を提供する。各接続要素136を流れる電流は、I2で表されている。いくつかの実施形態において、各接続要素136を通る電流I2を等しくすることが可能である。したがって、少なくとも1つの実施形態において、複数の接続要素136は、(ここに示す)3つの要素を含むことが可能である。しかしながら、複数の接続要素136は、4個以上を含む任意の数の複数の要素を含むことが可能である。接続要素136を通る電流I2は、導電性ロッド128を通る電流I1よりも少なくとも3倍小さくされうる。したがって、電流I2は、より小さな大きさで、かつメッシュ132に亘って分散された複数の出口点において接続接合部138へと流れ込み、基板124全体で発生した熱量を拡散させるために役立ち、グラフ214によって示されるように、任意の1点での熱の増大が遥かに小さくなる。このことは、薄膜層の均一性を改善するよう作用する。基板支持体130のメッシュ132全体での接続接合部138の分散は、一実施形態による半導体処理装置108の斜視図を提供する図2Dに最も良く示されている。図示のように、各接続接合部138を、互いに比較的遠く離して拡散させることが可能であり、電流、及び発生した熱を支持面130A全体で広く分散させ、結果的に熱が基板124に亘って均一に広がる。
図3Aは、図1に示す接続アセンブリ134の断面図であり、図3Bは、本開示の実施形態に係る、導電性ロッド128に沿った温度の概略図である。導電性ロッド128は、2つ以上の直列接続された材料を含み、よって、導電性ロッド複合構造を形成することが可能である。一実施形態において、導電性ロッド128は、第1の長さ302を有する第1の材料300と、第2の長さ306を有する第2の材料304と、を含む。第1の材料300は、基板支持体130内に配置することが可能であり、これにより、通常の処理中に第1の長さに沿って得られる温度が、そのキュリー温度よりも低い温度であり、通常の処理中に第2の材料の第2の長さ306に沿って得られる温度が、そのキュリー温度よりも高い温度である。図3Aに示すように、第2の材料304は、接続アセンブリ134と第1の材料300との間に配置される。導電性ロッド128の温度は、図3AのTCによって表される点において、第2の材料304のキュリー温度と一致する。図3Bのグラフ308は、導電性ロッド128の長さ全体にわたって温度がどのように変化するかを示している。いくつかの材料が、そのキュリー点温度を上回ると磁気特性を失い、よって材料が強磁性から常磁性へと変化する。
グラフ308によって示されるように、基板支持体130が正常に動作する間、温度は概して、加熱要素148の近傍で最も高く、加熱要素148から遠ざかるにつれて、温度は概して低下する。例えば、加熱要素148の近くの接続要素136での温度に対応する第1の点310では、温度は高く、例えば温度が350〜900℃である。加熱要素148からさらに離れた第2の点312において、温度は、第1の点310における値よりもはるかに小さい値に下がる。第2の点312での温度は、加熱要素148からのその距離、導電性ロッド材料の熱伝導率、及び、導電性ロッド128上の第2の点を取り囲む熱環境に依存する加熱要素148からさらに離れた第3の点314では、導電性ロッド128中の温度にも対応して、温度がさらに下がる。
いくつかの実施形態において、第2の材料304が、そのキュリー点(TC)を超える温度に達し、よって、キュリー点を上回った第2の材料304の全領域が、強磁性から常磁性へと変化する。強磁性材料はRF導体としては貧弱であり、よってRF効率が下がる。したがって、いくつかの実施形態において、導電性ロッド128の、第2の材料304のキュリー点を下回るであろう温度を有する部分については、第1の材料300であって、非強磁性であり又はキュリー点がさらに低く従ってより低温では第2の材料304より良好なRF導体である第1の材料300と置換し又は使用することが好ましい。一実施形態において、第2の材料304は、Ni(例えば、キュリー温度=627°K(354℃))といった、そのキュリー温度を超えると常磁性である材料である。第1の材料300は、Tiといった非強磁性の材料でありうる。いくつかの実施形態において、基板支持体130がその正常動作範囲で操作される場合に、第1の材料300と第2の材料304との間の接合部を含む複合導電性ロッド128内の第2の材料304に沿った全ての点の温度が、第2の材料304のキュリー点を超えるように、基板支持体130の導電性ロッド128を設計することが望ましい。一例において、基板支持体130の正常動作範囲は350〜900℃であり、したがって、導電性ロッド128に亘る温度は、基板支持体の温度設定点と室温(例えば、25℃)との間である。一例において、基板支持体130の正常動作範囲は350℃より高く、例えば、360℃より高く、又は400℃より高く、又は450℃より高く、又は500℃すら超える。類似した特性を有する他の類似した材料が使用されてもよく、そのような実施形態は、限定するものと解釈されるべきではない。導電性ロッド128に沿って上記長さのこのような材料を使用することでRF効率が改善され、電力損失が低減され、堆積及びスループットが改善されるという利点がもたらされる。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (15)
- 半導体処理装置であって、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
前記導電性ロッドを前記メッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、前記複数の接続要素のそれぞれの前記第1の末端が、導電性の前記メッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
前記複数の接続要素の各前記第2の末端と、前記導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備えた半導体処理装置。 - 前記複数の接続要素のそれぞれの電気伝導面積の総和が、前記導電性ロッドの電気伝導面積より少なくとも大きく、前記複数の接続要素のそれぞれ及び前記導電性ロッドにおける前記電気伝導面積が、電源からのRF電流の供給量に基づいて決定される、請求項1に記載の半導体処理装置。
- 前記導電性ロッドの第2の末端に結合されたRF発生器をさらに備える、請求項1に記載の半導体処理装置。
- 前記RF発生器によって生成された電流が、前記複数の接続要素のそれぞれを通じて均等に分散される、請求項3に記載の半導体処理装置。
- 前記複数の接続要素のそれぞれを通る前記電流が、前記RF発生器によって生成される前記電流よりも少なくとも3倍小さい、請求項4に記載の半導体処理装置。
- 半導体処理装置であって、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
前記導電性ロッドを前記メッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、前記複数の接続要素のそれぞれの前記第1の末端が、導電性の前記メッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
前記複数の接続要素の各前記第2の末端と、前記導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備え、
前記導電性ロッドは、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、前記第2の材料は、前記第1の材料と前記導電性プレートとの間に配置されて前記第1の材料と前記導電性プレートとに結合される、
半導体処理装置。 - 前記第2の材料が、室温で強磁性である、請求項6に記載の半導体処理装置。
- 前記第1の材料がTiであり、前記第2の材料がNiである、請求項6に記載の半導体処理装置。
- 前記熱伝導性基板支持体が、360℃より高い第1の動作温度範囲を有し、前記熱伝導性基板支持体が、その第1の動作温度範囲内の温度に維持される場合には、前記導電性ロッド中の全ての前記第2の材料の温度が、前記第2の材料のキュリー温度よりも高い、請求項6に記載の半導体処理装置。
- 前記複数の接続要素のそれぞれの電気伝導面積の総和が、前記導電性ロッドの電気伝導面積より少なくとも大きく、前記複数の接続要素のそれぞれ及び前記導電性ロッドにおける前記電気伝導面積が、電源からのRF電流の供給量に基づいて決定される、請求項6に記載の半導体処理装置。
- 前記半導体処理装置に結合されたRF発生器を更に備え、前記RF発生器によって生成された電流が、前記複数の接続要素のそれぞれを通じて均等に分散される、請求項6に記載の半導体処理装置。
- 処理チャンバであって、
チャンバ本体と、
RF発生器と、
メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、
導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、
前記導電性ロッドを前記メッシュに電気的に結合するよう構成された接続アセンブリであって、
第1の末端及び第2の末端を各々が含む複数の接続要素であって、前記複数の接続要素のそれぞれの前記第1の末端が、導電性の前記メッシュの別々の部分に結合される、複数の接続要素、並びに、
前記複数の接続要素の各前記第2の末端と、前記導電性ロッドの第1の末端と、に結合された導電性プレート
を含む、接続アセンブリと、
を備え、
前記導電性ロッドは、第1の長さを有する第1の材料と、第2の長さを有する第2の材料と、を含み、前記第2の材料が、前記第1の材料と前記導電性プレートとの間に配置されて前記第1の材料と前記導電性プレートとに結合され、
前記第2の材料が室温で強磁性であり、
前記熱伝導性基板支持体が、360℃より高い第1の動作温度範囲を有し、前記熱伝導性基板支持体が、その第1の動作温度範囲内の温度に維持される場合には、前記導電性ロッド中の全ての前記第2の材料の温度が、前記第2の材料のキュリー温度よりも高い、
処理チャンバ。 - 前記複数の接続要素のそれぞれの電気伝導面積の総和が、前記導電性ロッドの電気伝導面積より少なくとも大きく、前記複数の接続要素のそれぞれ及び前記導電性ロッドにおける記電気伝導面積が、電源からのRF電流の供給量に基づいて決定される、請求項12に記載の半導体処理装置。
- 前記RF発生器によって生成された電流が、前記複数の接続要素のそれぞれを通じて均等に分散される、請求項12に記載の半導体処理装置。
- 前記複数の接続要素のそれぞれを通る前記電流が、前記RF発生器によって生成される前記電流よりも少なくとも3倍小さい、請求項14に記載の半導体処理装置。
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