JP2023545067A - 熱損失を最小化し、均一性を改善するための加熱式基板支持体 - Google Patents
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Abstract
プロセスチャンバで使用するための基板支持体の実施形態が本明細書で提供される。一部の実施形態では、プロセスチャンバで使用するための基板支持体は、基板を支持するための上面および上面の反対側の下面を有するヒータプレートであって、第１の熱伝導率を有する第１の材料を含み、ヒータプレートの側壁およびヒータプレートの下面が、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレートで覆われている、ヒータプレートと、ヒータプレートに結合された中空シャフトであって、第１の熱伝導率よりも小さい第３の熱伝導率を有する第３の材料を含む、中空シャフトと、ヒータプレートに配置された１つまたは複数の加熱素子と、を含む。【選択図】 図２
Description
本開示の実施形態は、一般に、基板処理装置に関する。
基板処理装置は、一般に、基板に対して特定の処理、例えば、化学気相堆積、原子層堆積、アニーリングなどを行うように構成されたプロセスチャンバを含む。プロセスチャンバで使用するための基板支持体は、典型的には、流体、電力、ガスなどの導管をペデスタルに提供する中空シャフトに結合された、基板を支持するためのペデスタルを含む。ペデスタルは、特定の基板プロセスのための熱を基板に供給するために、内部に埋め込まれたヒータを含むこともある。従来のペデスタルでは、本発明者らは、ヒータからの熱が基板から離れて伝達され、ペデスタルの底面およびシャフトへの熱損失となることを観察した。また、従来のペデスタルでは、本発明者らは、ペデスタルの上面にわたって温度が変化することを観察した。
したがって、本発明者らは、改良された基板支持体の実施形態を提供した。
プロセスチャンバで使用するための基板支持体の実施形態が本明細書で提供される。一部の実施形態では、プロセスチャンバで使用するための基板支持体は、基板を支持するための上面および上面の反対側の下面を有するヒータプレートであって、第１の熱伝導率を有する第１の材料を含み、ヒータプレートの側壁およびヒータプレートの下面が、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレートで覆われている、ヒータプレートと、ヒータプレートに結合された中空シャフトであって、第１の熱伝導率よりも小さい第３の熱伝導率を有する第３の材料を含む、中空シャフトと、ヒータプレートに配置された１つまたは複数の加熱素子と、を含む。
一部の実施形態では、プロセスチャンバで使用するための基板支持体は、基板を支持するための上面および上面の反対側の下面を含むヒータプレートであって、１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい第１の熱伝導率を有する第１の材料を含み、ヒータプレートの側壁およびヒータプレートの下面が、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレートで覆われている、ヒータプレートと、ヒータプレートに結合された中空シャフトであって、第２の材料を含む中空シャフトと、ヒータプレートに配置された１つまたは複数の加熱素子と、を含む。
一部の実施形態では、プロセスチャンバは、内部容積を画定するチャンバ本体と、内部容積内に少なくとも部分的に配置された基板支持体とを含み、基板支持体が、内部に配置された１つまたは複数の加熱素子を含み、基板を支持するための上面を含むヒータプレートであって、第１の熱伝導率を有する第１の材料を含み、ヒータプレートの側壁およびヒータプレートの下面が第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレートで覆われている、ヒータプレートと、ヒータプレートに結合された中空シャフトであって、第１の熱伝導率よりも小さい第３の熱伝導率を有する第３の材料を含む、中空シャフトと、を含む。
本開示の他のおよびさらなる実施形態が以下に記載される。
上で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に表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することができる。しかしながら、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、したがって、本開示が他の等しく有効な実施形態を認めることができるため、範囲を限定するものと考えられるべきではない。
理解を容易にするために、可能な場合は、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。図面は縮尺通りに描かれておらず、明確にするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなく他の実施形態に有益に組み込まれることがある。
基板支持体の実施形態が本明細書で提供される。基板支持体は、一般に、中空シャフトに結合されたヒータプレートを含む。本発明者らは、ヒータプレートからの放射熱損失および伝導熱損失が、基板処理均一性および電力消費に悪影響を及ぼすことを観察した。本明細書で提供される基板支持体の実施形態は、第１の熱伝導率を有する材料で作られたヒータプレートを備える。ヒータプレートは、ヒータプレートからの熱損失を有利に低減するために、その側壁および下面が第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する第２の材料で覆われている。ヒータプレートからの熱損失の低減は、基板支持体上に配置された基板に提供される熱均一性を有利に改善する。
図１は、本開示の少なくとも一部の実施形態によるプロセスチャンバ１００の概略側面図である。図１に示すプロセスチャンバ１００の構成要素の構成および配置は、単なる例示であり、限定することを意味するものではない。加えて、本開示を理解するために必要でない従来の構成要素または他の詳細は、本開示を不明瞭にしないように、図から省略されている。加えて、本開示で使用される場合、上側、下側、頂部、および底部は、図面における配向に対するものであり、限定することを意味するものではない。図１に示すように、プロセスチャンバ１００は、内部容積１３２を有するチャンバ本体１３８を含む。基板支持体１５０は、内部容積１３２に配置されている。基板支持体１５０は、一般に、ヒータプレート１４０またはペデスタルと、ヒータプレート１４０を支持するための中空シャフト１３４とを備えることができる。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は形状が円形である。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０はセラミック材料を含む。中空シャフト１３４は、例えば、裏側ガス、プロセスガス、真空チャッキング、流体、冷却剤、電力などをヒータプレート１４０に提供するための導管を提供する。
基板１０２は、ヒータプレート１４０上に配置されて示されている。一部の実施形態では、基板支持体１５０は、ガス要素１１０に結合されている。一部の実施形態では、基板支持体１５０は真空チャックであり、ガス要素１１０は、真空ポンプまたは他の適切な真空源である。このような実施形態では、真空領域１０４が、ヒータプレート１４０の上面と基板１０２との間に形成される。一部の実施形態では、真空領域１０４の裏側圧力を測定するために、圧力計１３０などの圧力センサが真空領域１０４に動作可能に結合されている。一部の実施形態では、ガス要素１１０は、裏面ガスをヒータプレート１４０の上面に供給するように構成されたガス供給源である。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は、真空圧または裏側ガスのうちの少なくとも１つをヒータプレート１４０の上面に供給するための第１のガスチャネル１０８を含む。ヒータプレート１４０は、ヒータ電源１１４に結合された、抵抗加熱素子などの１つまたは複数の加熱素子１１２を含む。
チャンバ本体１３８は、チャンバ本体１３８を選択的に開いて、例えば、基板移送ロボット１４２を介して、基板をチャンバ本体１３８の内部容積１３２に出し入れすることを容易にするスリットバルブ１０６などの開口部を含む。一部の実施形態では、基板移送ロボット１４２の制御は、基板移送ロボット１４２から基板支持体１５００に移送する際の基板支持体１５０の上方での基板１０２の位置の制御、最終的には、基板支持体１５０上での基板１０２の位置の制御を容易にする。基板移送ロボット１４２と基板支持体１５０との間の基板１０２の移送を支援するために、複数のリフトピン１２８が設けられることがある。
プロセスチャンバ１００は、堆積プロセス、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）またはプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）などの様々なプロセスのうちの１つまたは複数を実行するように構成されている。ガス源１１６は、チャンバ本体１３８の内部容積１３２に結合され、基板処理（例えば、堆積）のためのプロセスガスを供給する。一部の実施形態では、ガス源１１６は、窒素ガスまたは希ガス（アルゴンなど）などの少なくとも１つの不活性ガスを供給する。ポンプ１２６は、チャンバ本体１３８内の所望の圧力を維持し、処理中にプロセスガスおよび処理副生成物を除去するために、内部容積１３２に結合されている。
一部の実施形態では、プロセスチャンバ１００の制御を容易にするために、コントローラ１１８が、圧力計１３０、基板移送ロボット１４２などを含むプロセスチャンバ１００の構成要素に結合されている。コントローラ１１８は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってもよい。コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）１２０、メモリ１２２、およびサポート回路１２４を含む。ＣＰＵ１２０のメモリまたはコンピュータ可読媒体１２２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数であってもよい。サポート回路１２４は、プロセッサをサポートするためにＣＰＵ１２０に結合されている。
図２は、本開示の少なくとも一部の実施形態による基板支持体１５０の概略断面側面図である。基板支持体１５０は、基板１０２を支持するための上面２１０および上面２１０の反対側の下面２１２を有するヒータプレート１４０を含む。ヒータプレート１４０は、第１の熱伝導率を有する第１の材料を含む。一部の実施形態では、第１の熱伝導率は、１３０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい。一部の実施形態では、第１の熱伝導率は、約１３０～約１９０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
ヒータプレート１４０の側壁２１４のうちの少なくとも１つおよびヒータプレート１４０の下面２１２は、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレート２２０で覆われている。一部の実施形態では、カバープレート２２０の上面は、ヒータプレート１４０の上面２１０と同一平面上にある。一部の実施形態では、第２の熱伝導率は、１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。一部の実施形態では、第２の熱伝導率は、第１の熱伝導率の約２０％～約７０％である。
一部の実施形態では、中空シャフト２０６がヒータプレート１４０に結合されている。一部の実施形態では、中空シャフト２０６は、中空シャフト１３４であってもよい。中空シャフト２０６は、第１の熱伝導率よりも小さい第３の熱伝導率を有する第３の材料を含む。一部の実施形態では、第３の熱伝導率は、１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい。一部の実施形態では、中空シャフト２０６の第３の材料は、第２の材料を含む。一部の実施形態では、中空シャフト２０６は、ヒータプレート１４０の垂直方向下方でヒータプレート１４０に結合されている。基板支持体は、リフトピン１２８などのリフトピンを収容するために、ヒータプレート１４０およびカバープレート２２０を貫いて延在する１つまたは複数のリフトピン開口部２３０を含むことができる。一部の実施形態では、１つまたは複数のリフトピン開口部２３０は、中空シャフト２０６の半径方向外側に配置されている。
一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作られている。一部の実施形態では、カバープレート２２０の第２の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０およびカバープレート２２０は、同じ材料で作られているが、異なる熱伝導率を有する（すなわち、ヒータプレート１４０の材料は第１の熱伝導率を有し、カバープレート２２０は第２の熱伝導率を有する）。例えば、一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は、第１の熱伝導率を有する窒化アルミニウムで作られ、カバープレート２２０は、第２の熱伝導率を有する窒化アルミニウムで作られている。
図３は、本開示の少なくとも一部の実施形態による基板支持体１５０の概略断面側面図である。一部の実施形態では、基板支持体１５０は、中空シャフト３０６を含む。一部の実施形態では、中空シャフト３０６は、中空シャフト１３４である。一部の実施形態では、中空シャフト３０６は、中空シャフト２０６と同じ材料を含む。中空シャフト３０６は、下側部分３０８と、ヒータプレート１４０に結合された上側部分３１０とを有する。一部の実施形態では、上側部分３１０は、下側部分３０８から半径方向外向きに延在し、次いで、ヒータプレート１４０まで垂直方向上向きに延在する。一部の実施形態では、中空シャフト３０６は、ヒータプレート１４０の外周縁部３１６に沿ってヒータプレート１４０に結合されている。一部の実施形態では、上側部分３１０は、ヒータプレート１４０から中空シャフト２０６への熱伝達を有利に低減するために、ヒータプレート１４０の半径方向外側の位置でカバープレート２２０に結合されている。一部の実施形態では、１つまたは複数のリフトピン開口部２３０は、リフトピン１２８などのリフトピンを収容するために、ヒータプレート１４０、中空シャフト３０６、およびカバープレート２２０を貫いて延在する。
図４は、本開示の少なくとも一部の実施形態による基板支持体１５０の概略断面側面図である。一部の実施形態では、基板支持体１５０は、中空シャフト４０６を含む。一部の実施形態では、中空シャフト４０６は、中空シャフト１３４である。一部の実施形態では、中空シャフト４０６は、中空シャフト２０６と同じ材料を含む。一部の実施形態では、中空シャフト４０６は、ヒータプレート１４０に結合された下側部分４０８および上側部分４１０を有する。一部の実施形態では、上側部分４１０は、下側部分４０８からヒータプレート１４０まで半径方向外向きおよび上向きに実質的に直線的に延在する。一部の実施形態では、上側部分４１０は、円錐形状を有する。一部の実施形態では、上側部分４１０は、ヒータプレート１４０から中空シャフト４０６への熱伝達を有利に低減するために、ヒータプレート１４０の半径方向外側の位置でカバープレート２２０に結合されている。一部の実施形態では、１つまたは複数のリフトピン開口部２３０は、リフトピン１２８などのリフトピンを収容するために、ヒータプレート１４０、中空シャフト４０６、およびカバープレート２２０を貫いて延在する。
図５は、本開示の少なくとも一部の実施形態による基板支持体１５０の概略断面側面図である。一部の実施形態では、基板支持体１５０は、中空シャフト５０６を含む。一部の実施形態では、中空シャフト５０６は、中空シャフト１３４である。一部の実施形態では、中空シャフト５０６は、中空シャフト２０６と同じ材料を含む。一部の実施形態では、中空シャフト５０６は、ヒータプレート１４０に結合された下側部分５０８および上側部分５１０を有する。一部の実施形態では、上側部分５１０は、下側部分５０８からヒータプレート１４０まで半径方向外向きおよび上向きに延在する。一部の実施形態では、上側部分５１０は、非直線状または曲線状に半径方向外向きおよび上向きに延在する。一部の実施形態では、上側部分５１０は、ヒータプレート１４０から中空シャフト５０６への熱伝達を有利に低減するために、ヒータプレート１４０の半径方向外側の位置でカバープレート２２０に結合されている。一部の実施形態では、１つまたは複数のリフトピン開口部２３０は、リフトピン１２８などのリフトピンを収容するために、ヒータプレート１４０、中空シャフト５０６、およびカバープレート２２０を貫いて延在する。
図６は、本開示の少なくとも一部の実施形態によるヒータプレート１４０の部分的な概略断面側面図である。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は、内部容積１３２内にプラズマを生成するためにヒータプレート１４０に配置されたまたは埋め込まれた電極６４４を含む。電極６４４は、ＲＦメッシュを備え、ＲＦ電源６５０に結合されてもよい。一部の実施形態では、ヒータプレート１４０は、互いに接合され、固定され、またはその他の方法で結合された複数のプレート６０２を備える。例えば、一部の実施形態では、１つまたは複数の加熱素子１１２は、複数のプレート６０２のうちの２つの間に挟まれていてもよい。一部の実施形態では、電極６４４は、複数のプレート６０２のうちの２つの間に挟まれていてもよい。一部の実施形態では、１つまたは複数の加熱素子１１２は、複数のプレート６０２の第１のプレート６１０と第２のプレート６２０との間に配置されている。一部の実施形態では、電極６４４は、複数のプレート６０２のうちの第２のプレート６２０と第３のプレート６３０との間に配置されている。
上記は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案され得る。
Claims (20)
- 基板を支持するための上面および前記上面の反対側の下面を有するヒータプレートであって、第１の熱伝導率を有する第１の材料を含み、前記ヒータプレートの側壁およびヒータプレートの前記下面が、前記第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の材料を含むカバープレートで覆われている、ヒータプレートと、
前記ヒータプレートに結合された中空シャフトであって、前記第１の熱伝導率よりも小さい第３の熱伝導率を有する第３の材料を含む、中空シャフトと、
前記ヒータプレートに配置された１つまたは複数の加熱素子と、
を備える、処理チャンバで使用するための基板支持体。 - 前記中空シャフトが前記ヒータプレートの垂直方向下方で前記ヒータプレートに結合されている、請求項１に記載の基板支持体。
- 前記中空シャフトが前記ヒータプレートの外周縁部に沿って前記ヒータプレートに結合されている、請求項１に記載の基板支持体。
- 前記中空シャフトが下側部分と、前記ヒータプレートに結合された上側部分とを有し、前記上側部分が前記下側部分から半径方向外向きに延在し、前記ヒータプレートまで垂直方向上向きに延在する、請求項１に記載の基板支持体。
- 前記中空シャフトが下側部分と、前記ヒータプレートに結合された上側部分とを有し、前記上側部分が前記下側部分から前記ヒータプレートまで半径方向外向きおよび上向きに延在する、請求項１に記載の基板支持体。
- 前記第１の熱伝導率が１３０ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記ヒータプレートが１つまたは複数のリフトピン開口部を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記ヒータプレートが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作られている、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記第２の材料が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記第１の材料および前記第２の材料が同じ材料を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記第１の熱伝導率が１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記第２の熱伝導率および前記第３の熱伝導率が１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記第２の材料が前記第３の材料と同じ材料である、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 前記ヒータプレートが前記第１の熱伝導率を有する窒化アルミニウムで作られ、前記カバープレートが前記第２の熱伝導率を有する窒化アルミニウムで作られている、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体。
- 内部容積を画定するチャンバ本体と、
前記内部容積に配置された、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板支持体と、
を備える、プロセスチャンバ。 - 前記第１の熱伝導率が１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも大きい、請求項１５に記載のプロセスチャンバ。
- 前記第２の熱伝導率および前記第３の熱伝導率が１００ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい、請求項１５に記載のプロセスチャンバ。
- 前記第１の材料および前記第２の材料のうちの少なくとも１つが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む、請求項１５に記載のプロセスチャンバ。
- 前記内部容積に配置され、前記ヒータプレートの１つまたは複数のリフトピン開口部を貫いて延在するように構成された１つまたは複数のリフトピンをさらに備える、請求項１５に記載のプロセスチャンバ。
- 前記基板支持体が真空チャックである、請求項１５に記載のプロセスチャンバ。
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