JP2024522434A - 基板処理用のコーティングされた基板支持体アセンブリ - Google Patents
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Abstract
本開示の実施形態は、概して、基板処理中の欠陥の形成および裏面の金属汚染を低減する二部型表面コーティングを有する基板支持体に関する。支持体本体は、上面を有する本体と、本体の上面上に配置された二部型コーティングとを含む。二部型コーティングは、本体の中心から第1の半径方向距離で延在する第1のコーティング層を含む。第1のコーティング層は、金属含有材料または合金のうちの少なくとも1つを含む。二部型コーティングは、第1のコーティング層の上に配置された第2のコーティング層を含む。第2のコーティング層は、本体の中心から第2の半径距離で延在している。第1の半径方向距離は第2の半径方向距離よりも大きい。第2のコーティング層は非金属である。
【選択図】図1B
【選択図】図1B
Description
本開示の実施形態は、概して、電子デバイス製造処理における処理中に基板を支持するための装置に関する。より詳細には、本明細書に開示される実施形態は、基板処理中の欠陥の形成および裏面の金属汚染を低減する二部型表面コーティングを有する基板支持体、ならびにコーティングを形成する方法に関する。
集積回路はシリコンやその他の半導体基板内およびその上に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は溶融シリコンの槽からインゴットを成長させ、その後凝固したインゴットを複数の基板に切断することによって作られる。次に、単結晶シリコン基板上にエピタキシャルシリコン層を形成し、ドープされることもドープされないこともある欠陥のないシリコン層を形成することができる。トランジスタなどの半導体デバイスは、エピタキシャルシリコン層から製作できる。形成されたエピタキシャルシリコン層の電気的特性は、一般に単結晶シリコン基板の特性よりも優れている。
単結晶シリコンとエピタキシャルシリコン層の表面は、一般的な基板製造施設の周囲条件にさらされると汚染されやすくなる。例えば、基板処理施設における基板の取り扱いおよび/または周囲環境にさらされることにより、エピタキシャル層の堆積前に単結晶シリコン表面上に自然酸化物層が形成される場合がある。さらに、周囲環境に存在する炭素や酸素種などの異物が単結晶表面に堆積する可能性がある。単結晶シリコン表面に酸化物層や汚染物質が存在すると、その後単結晶表面上に形成されるエピタキシャル層の品質に悪影響を及ぼす。したがって、単結晶表面から酸化物層や汚染物質を除去するために、前洗浄処理が実行される場合がある。しかし、従来の前洗浄処理では、基板を処理ガスにさらす必要があり、基板支持体の表面腐食を引き起こす可能性がある。いくつかの例では、基板支持体の腐食から生じる材料の副生成物が基板に接触し、基板上の欠陥形成や裏面の金属汚染を引き起こす可能性がある。
したがって、当技術分野では、基板の欠陥形成および裏面の金属汚染を最小限に抑え、前洗浄処理ガスの腐食作用に耐える改良された基板支持体を提供する必要がある。
本開示は、処理チャンバ内で基板を支持するための支持体本体について説明する。いくつかの実施形態では、支持体本体は、上面を有する本体と、本体の上面上に配置された二部型コーティングとを含む。二部型コーティングは、本体の中心から第1の半径方向距離で延在する第1のコーティング層を含む。第1のコーティング層は、金属含有材料または合金のうちの少なくとも1つを含む。二部型コーティングは、第1のコーティング層の上に配置された第2のコーティング層を含む。第2のコーティング層は、本体の中心から第2の半径方向距離で延在している。第1の半径方向距離は第2の半径方向距離よりも大きい。第2のコーティング層は非金属である。
いくつかの実施形態では、システムは、基板を洗浄するように構成された処理チャンバを含む。処理チャンバは、チャンバ本体と、チャンバ本体の上端に配置された蓋アセンブリと、チャンバ本体内に少なくとも部分的に配置され、処理チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持体アセンブリとを含む。蓋アセンブリは、シャワーヘッドの平面の上下に流体連通を提供する第1のチャネルセットと、チャンバ本体のサイドポートとの流体連通を提供する第2のチャネルセットとを有するデュアルチャネルシャワーヘッドを含む。基板支持体アセンブリは上面を有する支持体本体を含み、上面は支持体本体の中心から第1の半径方向距離で延在している。基板支持体アセンブリは、支持体本体に結合されたステムと、支持体本体上に配置されたコーティングとを含む。コーティングは、支持体本体の上面にわたって配置された第1のコーティング層を含み、第1のコーティング層は無電解ニッケルメッキを含む。コーティングは、第1のコーティング層の上に配置された第2のコーティング層を含み、第2のコーティング層は、支持体本体の中心から第2の半径方向距離で延在しており、第2の半径方向距離は第1の半径方向距離よりも小さく、第2のコーティング層は炭化ケイ素を含む。
いくつかの実施形態では、処理チャンバの支持体本体上に表面コーティングを形成する方法は、支持体本体の上面全体に第1の材料を堆積させることを含み、それによって第1のコーティング層を形成し、第1の材料は金属含有材料または合金のうちの少なくとも1つを含む。本方法は、支持体本体の上面の一部のみの上の第1のコーティング層上に第2の材料を堆積させることを含み、それによって第2のコーティング層を形成し、第2の材料は非金属である。
本開示の実施形態は、上で簡単に要約し、以下でより詳細に説明するが、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、したがって本開示は他の同様に効果的な実施形態を許容するため、本開示の範囲を限定するとみなされるものではないことに留意されたい。
理解を容易にするために、可能であれば、各図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。図は原寸に比例して描かれておらず、わかりやすく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得ることが企図される。
本明細書に開示される実施形態は、基板処理中の欠陥形成および裏面の金属汚染を低減する二部型表面コーティングを有する基板支持体、ならびにコーティングを形成する方法に関する。
本明細書に開示される特定の実施形態は、従来の一部型コーティングとは対照的に、二部型表面コーティングを有する基板支持体アセンブリ(「ペデスタル」とも呼ばれる)を提供する。最小の特徴部サイズや複雑な構造でも充填できる第1のコーティングは、基板支持体アセンブリ全体に塗布され、基板支持体アセンブリの表面全体の腐食を低減する。金属汚染物質を含まない第2のコーティングが基板支持体アセンブリの上部(例えば支持体本体)に塗布され、基板裏面の金属汚染を低減する。したがって、従来の一部型コーティングに比べて塗膜性能が向上する。
いくつかの例では、基板はシリコン含有材料を含んでいてもよく、表面はシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、またはシリコンゲルマニウム合金(SiGe)などの材料を含んでいてもよい。いくつかの例では、Si、Ge、またはSiGe表面は、自然酸化物層などの酸化物層と、その上に堆積した汚染物質とを有していてもよい。エピタキシャル堆積処理は酸化物や炭素含有汚染物質などの汚染物質に対して敏感であるため、クリーンルーム環境に数時間さらされることによって生じる表面汚染は、蓄積した酸化物や汚染物質がその後に形成されるエピタキシャル層の品質に影響を与えるほど深刻になる可能性がある。したがって、表面から酸化層や汚染物質を除去するために、前洗浄処理が実行される場合がある。本明細書で使用される「前洗浄」という用語は、基板表面から酸化物層または汚染物質を除去するために、基板(例えば、半導体基板)を1つまたは複数の処理ガスにさらすことを伴う処理を指す。本明細書において、「前洗浄」は「エッチング」とも称され得る。
いくつかの例では、基板表面は、酸化物除去処理および汚染物質除去処理を実行することによって洗浄され得る。一例では、前洗浄処理を使用して基板の表面から酸化物を除去することができ、還元処理を使用して炭素含有汚染物質などの汚染物質を基板の表面から除去することができる。
いくつかの例では、処理ガスは、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスなどの反応性ガスを含み得る。いくつかの例では、処理ガスはさらに蒸気を含んでもよい。いくつかの例では、処理ガスは、1つまたは複数のパージガスまたはキャリアガス(例えば、水素、ヘリウム、および/またはアルゴン)をさらに含み得る。いくつかの例では、反応性ガスは、フッ化水素(例えば、HF)、無水フッ化水素(「AHF」と呼ばれることがある)、二原子フッ素(F2)、フッ化窒素(例えば、三フッ化窒素(NF3))、フッ化炭素(例えば、四フッ化炭素(CF4)、ヘキサフルオロエタン(C2F6)、トリフルオロメタン(CHF3)、ジフルオロメタン(CH2F2)、オクトフルオロプロパン(C3F8)、オクトフルオロシクロブタン(C4F8)、オクトフルオロ[1-]ブタン(C4F8)、オクトフルオロ[2-]ブタン(C4F8)、またはオクトフルオロイソブチレン(C4F8))、フッ化硫黄(例えば、六フッ化硫黄(SF6))、アンモニア(NH3)、またはそれらの組み合わせを含み得る。
いくつかの例では、反応性ガスの流量は、300mm基板の場合、約50sccmから約500sccmであってもよい。いくつかの例では、処理チャンバ内の(例えば、基板表面と接触している)反応性ガスの濃度は、任意の他の成分(例えば、蒸気、キャリアガスまたはパージガス)を含む全処理ガス混合物の約5%wt/wtから約75%wt/wtであってもよい。
いくつかの例では、蒸気は、水(例えば、蒸留水)、第一級アルコール(例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、またはイソブチルアルコール)、第二級アルコール(例えば、イソプロピルアルコールまたはsec-ブチルアルコール)、第三級アルコール(例えば、tert-ブチルアルコール)、環状アルコール(例えば、シクロヘキシルアルコール)、複合アルコール(例えば、4-エチル-3-ヘキサノール)、C1アルコール、C2アルコール、C3アルコール、C1-C2アルコール、C1-C3アルコール、C1-C4アルコール、有機酸、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、蒸気は、反応性ガスと表面酸化物との間の反応速度を増加させる可能性がある。いくつかの例では、低炭素数のアルコールは、高炭素数のアルコールと比較して、反応速度をより大きく増加させることができる(例えば、反応の相対速度は、C1アルコール>C2アルコール>C3アルコールであってもよい)。いくつかの例では、蒸気の流量は、300mm基板の場合、約5sccmから約500sccmであってもよい。いくつかの例では、反応性ガスと蒸気の流量比は約10:1から約1:10であってもよい。いくつかの例では、蒸気の濃度は、任意の他の成分(例えば、反応性ガス、キャリアガス、またはパージガス)を含む全処理ガス混合物の約5wt/wtから約75wt/wtであってもよい。
動作中、反応性ガスおよび蒸気は、異なる経路を介して(すなわち、別々に)処理チャンバに提供され、処理チャンバに到着した後、基板に接触する前に混合され得る。他のいくつかの例では、反応性ガスは、処理チャンバに充填するために蒸気と混合され得る。ガスの混合は、基板が配置される処理領域から空間的に分離されてもよい。本明細書に記載される「空間的に分離された」という用語は、1つもしくは複数のチャンバ構成要素によって基板処理領域から分離されている混合領域、または混合チャンバと基板処理チャンバとの間の導管さえも指す場合がある。いくつかの例では、処理チャンバ内の混合処理ガスの温度(例えば、基板表面と接触する混合処理ガスの温度)を指し得る処理温度は、約0℃以下、例えば約-50℃から約40℃であってもよい。いくつかの例では、処理チャンバ内の圧力は、約0.5Torrから約20Torrの範囲内であってもよい。
前洗浄処理は、主にコンフォーマルであり、かつ酸化層に対して選択的であり得るため、層が非晶質、結晶、または多結晶であるかどうかに関係なく、シリコン(例えば、low-kスペーサまたは他の誘電体材料)、ゲルマニウム、または窒化物層を容易にはエッチングしない。いくつかの例では、シリコンまたはゲルマニウムと比較した酸化物に対する処理ガスの選択性は、少なくとも約3:1、例えば約5:1以上、例えば約10:1以上であり得る。処理ガスは、窒化物と比較して酸化物の選択性が高い場合もある。いくつかの例では、窒化物と比較した酸化物に対する処理ガスの選択性は、少なくとも約3:1、例えば約5:1以上、例えば約10:1以上、例えば約20:1以上、例えば約50:1以上、例えば約80:1以上、例えば約100:1以上、例えば約120:1以上であってもよい。
いくつかの例では、前洗浄処理中または前洗浄処理の実行後のいずれかに、生成された副生成物の除去を助けるために、処理された基板に熱エネルギーが加えられてもよい。いくつかの例では、熱エネルギーは、基板表面に見られる望ましくない副生成物を昇華させる放射、対流および/または伝導熱伝達処理を介して提供され得る。
いくつかの例では、炭素汚染物質または他の汚染物質を基板の表面から除去するために追加の処理が実行されてもよい。いくつかの例では、前洗浄処理の前または後に汚染物質の除去が行われてもよい。いくつかの例では、汚染物質の除去は、プラズマ洗浄チャンバ内で実行されるプラズマ処理を含み得る。プラズマ処理は、水素(H2)、ヘリウム(He)、アンモニア(NH3)、フッ素含有ガス、またはそれらの組み合わせを含むガスから形成されたプラズマを使用することができる。プラズマは誘導結合または容量結合することができ、プラズマは処理チャンバ内のマイクロ波源によって形成することができ、またはプラズマは遠隔プラズマ源によって形成することができる。
いくつかの例では、エピタキシャル層が基板の表面上に形成され得る。前述したように事前に洗浄すると、基板の表面は酸化物や汚染物質が均一になくなり、その後基板の表面に形成される層の品質が向上する。エピタキシャル堆積処理を実行するために使用できる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なCentura(商標)Epiチャンバである。他のメーカーのチャンバを使用してもよい。
図1Aは、特定の実施形態による処理チャンバ100の断面図である。処理チャンバ100は、前洗浄処理を実行するように構成されている。一例では、処理チャンバ100は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズから入手可能なSiconi(商標)またはSelectra(商標)チャンバであってもよい。処理チャンバ100は、一般に、チャンバ本体102、蓋アセンブリ104、および基板支持体アセンブリ106を含む。蓋アセンブリ104はチャンバ本体102の上端に配置され、基板支持体アセンブリ106は少なくとも部分的にチャンバ本体102内に配置される。処理チャンバ100からガスを除去するために真空システムが使用される。真空システムは、チャンバ本体102内に配置された真空ポート110に結合された真空ポンプ108を含む。ポンピングリング122がチャンバ本体102内に配置される。ポンピングリング122は、処理チャンバ100の内部と真空ポート110との間の流体連通を提供し、そこを通してガスを排出する複数の排気ポート126を有する。
蓋アセンブリ104は、チャンバ100内の処理領域112にガスを提供するように構成された複数の積層構成要素を含む。蓋アセンブリ104は、第1のガス源114および第2のガス源116に接続されている。第1のガス源114からのガスは、上部ポート118を通って蓋アセンブリ104に導入される。第2のガス源116からのガスは、サイドポート120を通って蓋アセンブリ104に導入される。いくつかの例では、第1のガス源114は、処理ガス(例えば、反応性ガス)の少なくとも第1の部分を提供することができる。いくつかの例では、第2のガス源116は、処理ガスの第2の部分(例えば、蒸気)を提供することができる。いくつかの例では、1つまたは複数のパージガスまたはキャリアガスが、第1のガス源114、第2のガス源116、または別のガス源から処理領域112に送達されてもよい。
蓋アセンブリ104は一般に、処理領域112の上方に配置されたシャワーヘッド124を含み、これを通じて第1のガス源114からのガスが処理領域112に導入される。シャワーヘッド124は、図1Aに示す板の上に配置された1つまたは複数の追加の板(例えば、遮蔽板、面板)を含んでもよい。シャワーヘッド124の各板は、貫通して形成される複数の開口を含んでもよく、この開口は各板の上下のガス領域を接続する。いくつかの例では、シャワーヘッド124は加熱されてもよい。いくつかの例では、加熱中にシャワーヘッド124内またはシャワーヘッド124上でガスが混合されてもよい。一例では、処理される基板が約10℃である間に、シャワーヘッド124を約190℃に加熱することができる。
図1Aに示す例では、シャワーヘッド124は、第1のチャネルセット128と第2のチャネルセット130とを有するデュアルチャネルシャワーヘッドである。第1のチャネルセット128は、ガスが上部ポート118から処理領域112に入るように、シャワーヘッド124の平面の上下に流体連通を提供する。第2のチャネルセット130は、第2のガス源116からのガスが処理領域112に入るようにサイドポート120との流体連通を提供する。デュアルチャネルシャワーヘッドは、第1のガス源114と第2のガス源116から来る異なるガスの混合を改善するのに特に有利である可能性がある。
基板支持体アセンブリ106(「ペデスタル」とも呼ばれる)は、処理中に基板101を支持する支持体本体132(「パック」とも呼ばれる)と、支持体本体132に結合されたステム136とを含む。基板支持体アセンブリ106は、図1Cおよび図1Dに関して以下でより詳細に説明する二部型コーティングを含む。いくつかの例では、支持体本体132はモジュール式であってよく、したがって別のコーティングされた部品と容易に交換することができる。したがって、支持体本体132上のコーティングのみが損傷した場合には、基板支持体アセンブリ106全体の交換を回避することができる。
支持体本体132は、平坦な、または実質的に平坦な基板支持表面133(支持体本体132の「基板支持領域」または「基板接触表面」とも呼ばれる)を有する。図1Bを参照すると、基板支持表面133は、基板101の下にあるおよび/または基板101と接触している領域である(図1Bでは仮想線で示す)。いくつかの例では、基板支持表面133は、支持体本体132の中心C1から半径方向距離R1だけ延在してもよい。図1Bに示すように、基板101の外周は基板支持表面133のサイズと一致しているが、いくつかの例では、基板101は基板支持表面133から張り出してもよい。基板支持表面133は、その中に形成された複数の表面特徴部(図1Bに示すチャネル135、ポート137、および凹部139など)を含み、複数の表面特徴部は、寸法が小さい、および/または複雑な構造のため、従来の一部型コーティングを使用してコーティングするのが難しい場合がある。有利には、本明細書に記載される二部型コーティングは、各表面特徴部の実質的に外表面全体を覆い、したがって、最小の特徴部サイズであっても腐食から保護する。いくつかの例では、二部型コーティングは、約30μm以下の臨界寸法を有する特徴部サイズを充填することができてもよい。有利なことに、本明細書に記載される二部型コーティングは、約5:1以上、例えば約10:1以上、例えば約20:1以上のアスペクト比を有する高アスペクト比の特徴部を充填することができ、これにより、高アスペクト比の特徴部の腐食からの保護が向上する。
図1Aに示すように、支持体本体132は、中心から端までの処理の均一性および調整のために基板温度を制御するための2つの独立した温度制御ゾーン(「デュアルゾーン」と呼ばれる)を含む。図1Aに示される例では、支持体本体132は、内側ゾーン132iと、内側ゾーン132iを取り囲む外側ゾーン132oとを有する。図1Bに示すように、内側ゾーン132iと外側ゾーン132oは、円周凹部139によって半径方向に互いに分離されている。いくつかの他の例では、支持体本体132は、3つ以上の独立した温度制御ゾーン(「マルチゾーン」と呼ばれる)を有してもよい。
支持体本体132は、チャンバ本体102の底部に形成された中央に位置する開口部を通って延在するステム136によってアクチュエータ134に結合されている。アクチュエータ134は、ステム136の周りの真空漏れを防止するベローズ138によってチャンバ本体102に柔軟にシールされる。アクチュエータ134は、処理位置と装填位置との間において、支持体本体132がチャンバ本体102内で垂直に移動できるようにする。装填位置は、チャンバ本体102の側壁に形成された基板開口部140のわずかに下にある。
処理チャンバ100はまた、処理される基板の温度を下降させるための超低温キット142を含み、これにより、とりわけlow-k誘電体材料や窒化ケイ素(例えばSiN)など、他の材料と比較して酸化物除去(例えば、自然酸化物除去)の選択性を向上させることができる。いくつかの例では、処理される基板の温度および/または支持体本体132の温度は、約-30℃から約10℃に下降させられてもよい。超低温キット142は、支持体本体132に超低温冷却剤の連続流を提供し、支持体本体132を所望の温度まで冷却する。いくつかの例では、超低温冷却剤は全フッ素置換された不活性ポリエーテル流体(例えば、ガルデン(登録商標)流体)を含んでもよい。図1Aに示される例では、超低温冷却剤は、それぞれ内側冷却剤チャネル144iおよび外側冷却剤チャネル144oを介して支持体本体132の内側ゾーン132iおよび外側ゾーン132oに提供される。冷却剤チャネルは図1Aに概略的に描かれており、図示されているものとは異なる配置であってもよい。例えば、各冷却剤チャネルはループの形であってもよい。
プログラム可能なコンピュータなどのシステムコントローラ150は、処理チャンバ100またはその構成要素を制御するために処理チャンバ100に結合される。例えば、システムコントローラ150は、基板支持体アセンブリ106、真空ポンプ108、第1のガス源114、第2のガス源116、アクチュエータ134、および/もしくは超低温キット142の直接制御を使用して、または、これらに関連付けられた他のコントローラの間接制御を使用して、処理チャンバ100の動作を制御することができる。動作中、システムコントローラ150は、処理チャンバ100内での処理を連係させるために、それぞれの構成要素からのデータ収集およびフィードバックを可能にする。
システムコントローラ150は、メモリ154(例えば、不揮発性メモリ)およびサポート回路156とともに動作可能なプログラム可能な中央処理装置(CPU)152を含む。サポート回路156は、従来のようにCPU152に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源など、および処理チャンバ100の様々な構成要素に結合されたこれらの組み合わせを備える。
いくつかの実施形態では、CPU152は、様々な監視システムコンポーネントおよびサブプロセッサを制御するための、プログラマブルロジックコントローラ(PLC:programmable logic controller)などの産業環境で使用される任意の形式の汎用コンピュータプロセッサの1つである。CPU152に結合されたメモリ154は非一時的であり、典型的にはランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)、読み取り専用メモリ(ROM:read only memory)、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルもしくは遠隔の任意のその他の形式のデジタルストレージなどの容易に利用可能なメモリのうちの1つまたは複数である。
本明細書では、メモリ154は、CPU152によって実行されると、処理チャンバ100の動作を容易にする命令を含むコンピュータ可読記憶媒体(例えば、不揮発性メモリ)の形態である。メモリ154内の命令は、本開示の方法を実装するプログラム(例えば、ミドルウェアアプリケーション、機器ソフトウェアアプリケーションなど)などのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、さまざまなプログラミング言語のいずれかに準拠していてもよい。一例では、本開示は、コンピュータシステムで使用するためのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装され得る。プログラム製品のプログラムは、実施形態の機能を定義する(本明細書で説明する方法を含む)。
コンピュータ可読記憶媒体の例としては、(i)情報が永久に保存される書き込み不可能な記憶媒体(例えば、CD-ROMドライブで読み取り可能なCD-ROMディスク、フラッシュメモリ、ROMチップ、または任意の種類のソリッドステート不揮発性半導体メモリなど、コンピュータ内の読み取り専用メモリデバイス)、(ii)変更可能な情報が保存される書き込み可能な記憶媒体(例えば、ディスケットドライブ内のフロッピーディスク、またはハードディスクドライブ、またはあらゆるタイプのソリッドステートランダムアクセス半導体メモリ)、が挙げられるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載される方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する場合、本開示の実施形態である。
図1Cは、特定の実施形態による、図1Aのステム136の一部の拡大断面図であり、ステム136上に配置された例示的な表面コーティングを示している。ステム136は、外表面162を有するベース層160を含む。「外表面」とは、表面コーティングがその上に配置される前にさらされる表面を指し得る。ステム136は、外表面162上に配置された第1のコーティング層164を含む。第1のコーティング層164は外表面166を有する。図示のように、第1のコーティング層164は外表面162と直接接触している。しかしながら、他のいくつかの例では、ベース層160と第1のコーティング層164との間に1つまたは複数の追加の層が配置されてもよい。図1Cにはステム136の一部のみが示されているが、いくつかの例では、第1のコーティング層164は、ステム136および支持体本体132のそれぞれの対応する外表面を含む基板支持体アセンブリ106の全体の上に配置され得る。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、支持体本体132の全体の上に、あるいは支持体本体132の1つまたは複数の個々の表面または部分の上に配置され得る。例えば、第1のコーティング層164は、基板支持表面133上、基板支持表面133の外側の支持体本体132の領域上(例えば、基板支持表面133を囲む上向き表面141上、または支持体本体132の側面143の周囲)、またはそれらの組み合わせなどの、支持体本体132(図1Bに示す)の1つまたは複数の表面上に配置され得る。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、基板支持表面133および上向き表面141を含む支持体本体132の上面全体にわたって配置され得る。第1のコーティング層164は、支持体本体132の中心C1から第2の半径方向距離R2だけ延在していてもよい。第2の半径方向距離R2は、基板支持表面133の第1の半径方向距離R1よりも大きい。
いくつかの例では、ベース層160は、アルミニウム、ニッケル合金(例えば、Ni100もしくはNi200)、もしくは他の金属合金などの金属、窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウムなどのセラミック、軟鋼合金、ステンレス鋼合金、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、金属含有材料または合金を含んでもよい。一例では、第1のコーティング層164は、無電解ニッケルメッキ(ENP:electroless nickel plating)によって形成されたニッケルとリンの合金を含む。いくつかの例では、ENPコーティングは、高リン酸塩ENPまたは低リン酸塩ENPのいずれかであってもよい。いくつかの他の例では、第1のコーティング層164は、電解ニッケルメッキを含んでもよい。いくつかの他の例では、第1のコーティング層164は、原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)を使用して堆積されてもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、バルクニッケル、貴金属(例えば白金または金)、酸化アルミニウム(例えばAl2O3)、酸化イットリウム(例えばY2O3)、フッ化ニッケル(例えばNiF2)、フッ化マグネシウム(例えばMgF2)、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、ベース層160の輪郭にほぼ一致し得るコンフォーマル層であってもよい。「コンフォーマル」という用語は、公称コーティング厚さの+/-5%以内の厚さを有するコーティングを指す場合がある。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、外表面162全体にわたってほぼ等しい厚さを有してもよい。いくつかの例では、塗布中に、第1のコーティング層164は、コーティングが外表面162に形成された最小の特徴部さえも充填できるようにする流動性パラメータを有していてもよい。例えば、第1のコーティング層164は、約30μmから約50μmの範囲内の臨界寸法を有する特徴部サイズを充填することができ得る。
いくつかの例では、第1のコーティング層164の厚さは、約0.1μmから約50μmの範囲内であってもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層164の表面粗さ平均(Ra)は、約2μインチ(μin)から約64μinの範囲内、例えば約20μinであってもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、50モル%の液体塩酸(HCl)に少なくとも24時間さらしても、孔食や変色が起こらない耐性を有していてもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層164は、孔食や変色なしに少なくとも22日間HCl蒸気に対して耐性を有していてもよい。
図1Dは、特定の実施形態による、その上に配置された例示的な表面コーティングを示す、図1Bの支持体本体132の一部の拡大断面図である。支持体本体132は、外表面172を有するベース層170を含む。支持体本体132は、外表面172上に配置された第1のコーティング層174を有する。第1のコーティング層174は外表面176を有する。図示のように、第1のコーティング層174は外表面172と直接接触している。しかしながら、他のいくつかの例では、ベース層170と第1のコーティング層174との間に1つまたは複数の追加の層が配置されてもよい。いくつかの例では、ベース層170は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル合金、もしくは他の金属合金などの金属、窒化アルミニウムもしくは酸化アルミニウムなどのセラミック、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの例では、ベース層170は、ベース層160と同じ材料から形成されてもよい。いくつかの例では、第1のコーティング層174は、上述の第1のコーティング層164の1つまたは複数の態様を含み得る。いくつかの例では、第1のコーティング層174は、図1Cの第1のコーティング層164と同じであってもよい。図1Dには示されていないが、第1のコーティング層174は、ベース層170の基板支持領域に形成された各表面特徴部(図1Bに示すチャネル135、ポート137、凹部139など)の外表面172の実質的に全体を覆ってもよい。
支持体本体132は、第1のコーティング層174の外表面176上に配置された第2のコーティング層178を含む。第2のコーティング層178は外表面180を有する。図示のように、第2のコーティング層178は外表面176と直接接触している。ただし、他のいくつかの例では、第1のコーティング層174と第2のコーティング層178との間に1つまたは複数の追加の層が配置されてもよい。
いくつかの例では、第2のコーティング層178は、金属汚染物質を含まない材料(「非金属」または「金属を含まない」とも呼ばれる)を含んでいてもよい。いくつかの例では、非金属材料は、約2000ppm以下の金属濃度を有する材料を含んでいてもよい。いくつかの例では、第2のコーティング層178は、化学気相堆積(CVD:chemical vapor deposition)、プラズマCVD(PECVD:plasma enhanced CVD)、ALD、またはプラズマALD(PEALD:plasma enhanced ALD)を使用して堆積されてもよい。いくつかの例では、第2のコーティング層178は非晶質膜であってもよい。
いくつかの例では、第2のコーティング層178は、炭化ケイ素(例えば、SiC)であってもよいし、炭化ケイ素を含んでもよい。いくつかの他の例では、第2のコーティング層178は、シリコンであってもよいし、シリコンを含んでもよい。一般に、シリコンコーティングは炭化ケイ素よりも柔らかく、耐エッチング性は同等以上である。例えば、シリコンコーティングの硬度は、約10,000N/mm2(MPa)から約16,000N/mm2(MPa)の範囲内の硬度を有し得る炭化ケイ素コーティングとは対照的に、約4,000N/mm2(MPa)から約6,000N/mm2(MPa)の範囲内であってもよい。したがって、シリコンは、半導体基板の裏側表面を傷つけにくい可能性があり、これは、基板支持表面133(図1Bに示す)などの半導体基板と接触する表面をコーティングするのに特に有利である可能性がある。
いくつかの他の例では、第2のコーティング層178は、全フッ素置換膜であってもよいか、または全フッ素置換膜を含んでもよい。いくつかの例では、全フッ素置換膜は自己組織化単層(SAM:self-assembled monolayer)であってもよい。炭化ケイ素などの他のコーティングとは対照的に、全フッ素置換SAMは多孔性がより小さく、吸水性がより低く、かつ/またはガス放出が少ないという利点がある。いくつかの例では、全フッ素置換膜の厚さは、約5nmから約20nm、例えば、約5nmから約10nm、約10nmから約15nm、または約15nmから約20nmであってもよい。いくつかの例では、全フッ素置換膜が下にある表面を完全に覆っていてもよい。いくつかの例では、全フッ素置換膜の過フッ化物前駆体は、下にある表面に共有結合するテトラフルオロエテン系前駆体(例えば、CF3-(CF2)9-(CH2)2-SiCl3)であってもよく、またはこれを含んでもよい。テトラフルオロエテン系前駆体がCF3-(CF2)9-(CH2)2-SiCl3である場合、共有結合した化学構造はCF3-(CF2)9-(CH2)2-Si-O-であってもよい。他の適切な過フッ化物前駆体は、とりわけ、パーフルオロオクタンまたはトリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。一般に、上記の全フッ素置換膜にはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の短鎖分子が含まれる。したがって、全フッ素置換膜は、低摩擦および/または低表面エネルギーを特徴とし、これは、基板支持表面133(図1Bに示す)などの半導体基板と接触する表面をコーティングするのに特に有利であり得る。上述の全フッ素置換膜は、ALDなどの技術を使用して堆積されてもよい。
いくつかの他の例では、第2のコーティング層178は、オキシフッ化イットリウム(YOF)であってもよいし、またはこれを含んでいてもよい。いくつかの例では、YOFコーティングの厚さは、約100nmから約500nm、例えば、約100nmから約200nm、約200nmから約300nm、約300nmから約400nm、または約400nmから約500nmであってよい。いくつかの例では、YOFコーティングが下にある表面を完全に覆っていてもよい。いくつかの例では、YOFコーティング中のイットリウム原子、酸素原子、およびフッ化物原子の個々の濃度は、約25原子(at.)%から約40at.%の範囲内であってよい。一例では、各成分の濃度はほぼ等しくてもよい(すなわち、約33at.%のY、33at.%のO、および33at.%のF)。一般に、上記のYOFコーティングは、炭化ケイ素などの他のコーティングと比較して、エッチングに対する耐性が高くなる(例えば、AHF/水処理化学薬品にさらされた場合)。液体水中の4wt%から25wt%のHFを使用するいくつかの例では、YOFコーティングのエッチング速度は、約0.5オングストローム/分(Å/分)未満であってもよい。いくつかの他の例では、用途固有の処理環境(例えば、約0℃未満の温度でHFおよび水蒸気を使用する上述の処理チャンバ100を使用する)において、YOFコーティングのエッチング速度は、約0.15Å/分未満であってもよい。上で説明したYOFコーティングは、他の技術の中でも特にALDを使用して堆積され得る。
いくつかの例では、第2のコーティング層178は、低い空隙容積に対応する高いかさ密度を有する。いくつかの例では、第2のコーティング層178は、コーティング材料の体積質量密度の割合として、約90%以上、例えば約95%以上、例えば約99%以上、例えば約100%のかさ密度を有していてもよい。いくつかの例では、第2のコーティング層178の厚さは、約100nmから約40μmの範囲内、例えば約100nmから約40μm、例えば約1μmから約10μm、例えば約10μmから約20μm、例えば約20μmから約30μm、例えば約30μmから約40μm、例えば約30μm、であってもよい。いくつかの例では、第2のコーティング層178は、より薄いコーティング(例えば、約1μm未満)を使用する場合と比較して、より厚いコーティング(例えば、約1μmを超える)を使用することにより耐久性が高くなってもよい。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、CVDは、第2のコーティング層178を形成するためのALDと比較して特に有利な処理となり得る。いくつかの例では、第2のコーティング層178の平均表面粗さ(Ra)は、約5μinから約20μinの範囲内であってもよい。いくつかの例では、第2のコーティング層178の電気抵抗率は、約107オーム・センチメートルから約108オーム・センチメートルであってもよい。
有利には、図1Dに示すように、支持体本体132の基板支持表面133が非金属コーティングを含む場合、酸化アルミニウム(例えばAl2O3)などの金属元素を含む従来の表面材料と比較して、基板裏面の金属汚染が低減または防止される。図1Dに示される支持体本体132の部分は、基板支持表面133に対応する。いくつかの例では、第2のコーティング層178は、基板支持表面133上にのみ配置されてもよい。換言すれば、第2のコーティング層178は、支持体本体132の中心C1から第1の半径方向距離R1にほぼ等しい半径方向距離で延在していてもよい。したがって、第2のコーティング層178は、中心C1から第1のコーティング層164の第2の半径方向距離R2よりも短い半径方向距離で延在していてもよい。いくつかの他の例では、第2のコーティング層178は、基板支持表面133の外側の領域に塗布されてもよい。例えば、第2のコーティング層178は、基板支持表面133を取り囲む上向き表面141(図1Bに示す)を含む支持体本体132の上面全体に塗布されてもよい。いくつかの例では、支持体本体132の側面143(例えば、垂直側面)には、第2のコーティング層178がない。いくつかの他の例では、第2のコーティング層178は、支持体本体132の側面143(図1Bに示す)の周囲に塗布されてもよい。ただし、支持体本体132の側面143などの垂直表面上に配置された第2のコーティング層178の部分は、全体のコーティング品質を低下させる可能性がある。したがって、側面143のコーティングを避けることが有利である可能性がある。いくつかの例では、第2のコーティング層178は、支持体本体132の全体の上に配置され得る。いくつかの例では、ステム136には第2のコーティング層178がなくてもよい。第2のコーティング層178をステム136に塗布することは、特に難しい場合がある。したがって、ステム136のコーティングを避けることが有利である可能性がある。
いくつかの例では、コーティングされた基板支持体アセンブリ106(例えば、図1C~図1Dに示される)は、対応するコーティングされていない支持体と比較して増加した熱伝導率を有し得る。本明細書に開示されるコーティングの実施形態は、コーティングされていないアルミニウムベースの支持体が、より熱伝導性の高い材料と比較して基板温度の制御が制限されるため、少なくとも部分的にアルミニウムから形成された支持体の熱特性を改善するのに特に有利である可能性がある。
図2は、特定の実施形態による、図1Cの例示的な表面コーティングを形成する方法200を示す図である。動作202では、任意の第1の表面処理がベース層160の外表面162に適用される。いくつかの例では、第1の表面処理は、酸化物および微量金属を均一な密度で除去する洗浄処理を含み得る。いくつかの例では、第1の表面処理は、O2プラズマ洗浄を含み得る。いくつかの例では、洗浄処理は、図1Aに示される処理チャンバ内で実行され得る上述の前洗浄処理を含んでいてもよい。いくつかの他の例では、洗浄処理は、前洗浄処理と比較して穏やかな処理化学薬品を使用する場合があり、この場合、より穏やかな処理条件は、基板支持体アセンブリの未仕上げの表面(例えば、コーティングされていない表面または単一のコーティング層でのみコーティングされている表面)を洗浄するのにより適している可能性がある。
動作204では、第1の材料前駆体がベース層160上に堆積され、第1のコーティング層164が形成される。いくつかの例では、第1の材料前駆体は、上述のように第1のコーティング層164を形成する材料を堆積するのに適した他の処理の中でも、ENPまたは電解ニッケルメッキを使用して堆積され得る。いくつかの例では、コーティングされる基板支持体アセンブリ106の部分(例えば、支持体本体132および/またはステム136)は、第1の材料前駆体を含む浴に浸漬される。
動作206では、任意の第2の表面処理が第1のコーティング層164の外表面166に適用される。いくつかの例では、第2の表面処理は、動作202に関して上述した洗浄処理のうちの1つまたは複数を含み得る。
図3は、特定の実施形態による、図1Dの例示的な表面コーティングを形成する方法300を示す図である。動作302では、任意の第1の表面処理がベース層170の外表面172に適用される。いくつかの例では、第1の表面処理は、動作202に関して上述した洗浄処理のうちの1つまたは複数を含んでもよい。
動作304では、第1の材料前駆体がベース層170上に堆積され、第1のコーティング層174が形成される。いくつかの例では、第1の材料前駆体は、上述のように第1のコーティング層164を形成する材料を堆積するのに適した他の処理の中でも、ENPまたは電解ニッケルメッキを使用して堆積され得る。
動作306では、任意の第2の表面処理が第1のコーティング層174の外表面176に適用される。いくつかの例では、第2の表面処理は、動作202に関して上述した洗浄処理のうちの1つまたは複数を含み得る。いくつかの例では、第2の表面処理は反応性イオンエッチングを含み得る。いくつかの例では、第2の表面処理は逆転写アークプラズマ洗浄を含み得る。
動作308では、第2の材料前駆体が第1のコーティング層174上に堆積され、第2のコーティング層178が形成される。いくつかの例では、第2の材料前駆体は、CVD、PECVD、ALD、またはPEALDを使用して堆積され得る。
動作310では、任意の第3の表面処理が第2のコーティング層178の外表面180に適用される。いくつかの例では、第3の表面処理は、動作202に関して上述した洗浄処理のうちの1つまたは複数を含み得る。
図4は、特定の実施形態による、図1Aの処理チャンバ100内で使用されるように構成された支持体本体の一部の拡大断面図であり、その上に配置された別の例示的な表面コーティングを示す。図4に示される表面コーティングは、第1のコーティング層174が省略されていることを除いて、図1Dに示される表面コーティングと同様である。このような例では、支持体本体が処理環境に耐性のある材料から形成されている場合、第1のコーティング層174は必要ない。代わりに、第2のコーティング層178はベース層170の外表面172と直接接触している。いくつかの他の例では、ベース層170と第2のコーティング層178との間に1つまたは複数の追加の層を配置することができる。一例では、ベース層170は、ニッケル合金(例えば、Ni100またはNi200)であってもよいし、またはニッケル合金を含んでいてもよく、第2のコーティング層178は、炭化ケイ素(例えば、SiC)、シリコン、全フッ素置換膜、YOF、またはそれらの組み合わせであってもよいし、またはそれらを含んでいてもよい。
図4に示される支持体本体の部分は、基板支持表面133に対応する。しかしながら、いくつかの例では、図1Dに関して上述したように、第2のコーティング層178は、基板支持表面133の外側の領域でベース層170に直接塗布されてもよい。
本開示の利点には、処理チャンバの基板支持体アセンブリ用の改良されたコーティングが含まれる。特定の実施形態は、従来の一部型コーティングとは対照的に、二部型表面コーティングを提供する。二部型コーティングは、基板支持体アセンブリの表面全体の腐食を低減する第1のコーティングと、基板裏面の金属汚染を低減する金属汚染物質を含まない第2のコーティングとを含む。
上記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から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することができる。
Claims (20)
- 処理チャンバ内で基板を支持するための支持体本体であって、
上面を有する本体と、
前記本体の前記上面上に配置された二部型コーティングと
を備え、前記二部型コーティングは、
前記本体の中心から第1の半径方向距離で延在する第1のコーティング層であって、金属含有材料または合金のうちの少なくとも1つを含む、第1のコーティング層と、
前記第1のコーティング層の上に配置された第2のコーティング層と
を含み、前記第2のコーティング層が前記本体の前記中心から第2の半径方向距離で延在し、前記第1の半径方向距離が前記第2の半径方向距離より大きく、前記第2のコーティング層が非金属である、支持体本体。 - 前記第1のコーティング層が、前記本体の前記上面全体にわたって配置されている、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記第1のコーティング層が前記本体の全体にわたって配置され、前記本体の垂直側面には前記第2のコーティング層が存在しない、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記第1のコーティング層が、前記本体の基板接触表面上および前記基板接触表面の外側の前記本体の領域上に配置され、前記第2のコーティング層が、前記本体の前記基板接触表面上のみに配置される、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記第2のコーティング層が全フッ素置換膜を含む、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記全フッ素置換膜が自己組織化単層を含む、請求項5に記載の支持体本体。
- 前記第1のコーティング層が無電解ニッケルメッキを含み、前記第2のコーティング層が炭化ケイ素を含む、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記第1のコーティング層が無電解ニッケルメッキを含み、前記第2のコーティング層がシリコンを含む、請求項1に記載の支持体本体。
- 前記第2のコーティング層がオキシフッ化イットリウムを含む、請求項1に記載の支持体本体。
- 基板を洗浄するように構成された処理チャンバを備えるシステムであって、
前記処理チャンバは、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体の上端に配置された蓋アセンブリとを含み、前記蓋アセンブリは、
第1のチャネルセットを有するデュアルチャネルシャワーヘッドであって、前記第1のチャネルセットは前記シャワーヘッドの平面の上下に流体連通を提供する、デュアルチャネルシャワーヘッドと、
前記チャンバ本体のサイドポートとの流体連通を提供する第2のチャネルセットと
を含み、
前記処理チャンバはさらに、
前記チャンバ本体内に少なくとも部分的に配置され、前記処理チャンバ内で前記基板を支持するように構成された基板支持体アセンブリを含み、前記基板支持体アセンブリは、
上面を有する支持体本体であって、前記上面が前記支持体本体の中心から第1の半径方向距離で延在する、支持体本体と、
前記支持体本体に結合されたステムと、
前記支持体本体上に配置されたコーティングと
を含み、前記コーティングは、
前記支持体本体の前記上面全体にわたって配置され、無電解ニッケルメッキを含む、第1のコーティング層と、
前記第1のコーティング層上に配置された第2のコーティング層と
を含み、前記第2のコーティング層が前記支持体本体の前記中心から第2の半径方向距離で延在し、前記第2の半径方向距離が前記第1の半径方向距離よりも小さく、前記第2のコーティング層が炭化ケイ素を含む、システム。 - 前記第1のコーティング層がさらに、前記支持体本体の垂直側面上および前記ステム上に配置され、前記支持体本体の前記垂直側面および前記ステムには前記第2のコーティング層が存在しない、請求項10に記載のシステム。
- 前記基板が前記処理チャンバによって洗浄された後に、前記基板上にエピタキシャル層を成長させるためのエピタキシャルチャンバをさらに備える、請求項10に記載のシステム。
- 前記第2のコーティング層が、前記支持体本体の基板接触表面上のみに配置されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記第2のコーティング層が全フッ素置換膜を含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記全フッ素置換膜が自己組織化単層を含む、請求項14に記載のシステム。
- 前記第2のコーティング層がオキシフッ化イットリウムを含み、前記オキシフッ化イットリウムコーティング中のイットリウム原子、酸素原子、およびフッ化物原子の個々の濃度が約25原子%から約40原子%の範囲内である、請求項10に記載のシステム。
- 処理チャンバの支持体本体上に表面コーティングを形成する方法であって、
前記支持体本体の上面全体に第1の材料を堆積させることであって、それによって第1のコーティング層を形成し、前記第1の材料が、金属含有材料または合金のうちの少なくとも1つを含む、第1の材料を堆積させることと、
前記支持体本体の前記上面の一部のみの上の前記第1のコーティング層の上に第2の材料を堆積させることであって、それによって第2のコーティング層を形成し、前記第2の材料が非金属である、第2の材料を堆積させることと
を含む、方法。 - 前記上面が、前記支持体本体の中心から第1の半径方向距離で延在し、前記第2のコーティング層が、前記支持体本体の前記中心から前記第1の半径方向距離より小さい第2の半径方向距離で延在する、請求項17に記載の方法。
- 前記支持体本体の全体にわたって前記第1の材料を堆積させることをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記第1のコーティング層が無電解ニッケルメッキを含み、前記第2のコーティング層が炭化ケイ素を含む、請求項17に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/368,997 | 2021-07-07 |
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JP2024522434A true JP2024522434A (ja) | 2024-06-21 |
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