JP4971321B2 - プラズマ処理システムでの使用に適合された基板支持部の結合層を保護する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理システムでの使用に適合された基板支持部の結合層を保護する方法に関する。
１９６０年代半ば以来、集積半導体回路はほとんどの電子機器システムの主要なコンポーネントとなった。これらの小型電子機器デバイスは、数千個のトランジスタならびにメモリおよびマイクロコンピュータ中央処理ユニットの論理サブシステムを構成する他の回路ならびに他の集積回路を含むことができる。これらのチップは低コスト、高信頼性および高速度であることから、現代のデジタル電子機器はユビキタスな特徴を持つことになった。
集積回路チップの製造は、一般に、「ウエハ」と呼ばれる高純度で単結晶の半導体材料の基板（シリコンまたはゲルマニウムなど）を薄く研磨したスライスから開始される。各ウエハには、ウエハ上に様々な回路構造を形成する一連の物理的および化学的処理ステップが行なわれる。製造工程では、シリコン二酸化膜を製造するための熱酸化、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン膜を製造するための化学気相成長、および他の金属膜を製造するためのスパッタリングまたは他の方法など、様々な方法を使用して様々なタイプの薄膜をウエハ上に堆積させることができる。
半導体ウエハ上に膜を堆積した後、選択された不純物を、ドーピングと呼ばれる工程によって半導体結晶格子に置換することにより、半導体の独自の電気的特性が形成される。次いで、ドープされたシリコンウエハを「レジスト」と呼ばれる感光性または放射線感受性材料の薄層で均一に被覆することができる。次いで、リソグラフィとして知られる工程を使用して、回路の電子経路を画成する小形状パターンをレジスト上に転写することができる。リソグラフィ工程では、「マスク」と呼ばれるガラスプレート上に集積回路パターンを描き、次いで光学的に縮小、投影し、感光性被覆の上に転写することができる。
次いでエッチングとして知られる工程によって、リソグラフィ処理されたレジストパターンは、下にある半導体材料の結晶面に転写される。真空チャンバへエッチングまたは堆積ガスを供給することによって基板上の材料をエッチングおよび化学気相成長（ＣＶＤ）し、ガスに高周波（ＲＦ）磁場を加えてガスをプラズマ状態にするために、一般に真空処理チャンバが使用されている。
反応性イオンエッチングシステムは一般に、上部電極またはアノードおよび下部電極またはカソードが中に配置されたエッチングチャンバからなる。カソードは、アノードおよび容器の壁に対して負にバイアスされている。エッチングすべきウエハは適切なマスクで覆われ、直接カソードの上に置かれる。ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣｌＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２およびＳＦ６またはそれらのＯ２、Ｎ２、ＨｅまたはＡｒとの混合物などの化学反応性ガスがエッチングチャンバ内へと導入され、一般にミリトール範囲の圧力で維持される。上部電極は、ガスが電極を通ってチャンバ内へと均一に拡散できるようにするガス孔を備えている。アノードとカソードの間に形成された電界は、プラズマを生成する反応性ガスを解離させる。ウエハの表面は活性イオンとの化学的相互作用によって、およびウエハの表面に衝突するイオンの運動量の伝達によって、エッチングされる。電極によって形成された電界がイオンをカソードに引き付けることによって、イオンは大部分が垂直方向で表面に衝突し、この工程によって輪郭の明瞭な垂直にエッチングされた側壁が形成されるようになる。
エッチングリアクタ電極は、多くの場合、２つ以上の異なる部材を機械的適合性および／または熱伝導性の接着剤で結合することによって製造することができ、複数の機能が可能になる。アクティブなＥＳＣコンポーネントが支持基部、または電極および／または加熱要素またはアセンブリを組み込んだ複数の結合層に結合されている静電チャックシステム（ＥＳＣ）を含む、２つの部材間に結合ラインまたは層を有する多くのエッチングリアクタでは、結合ラインまたは層を反応チャンバ状態に曝すことができエッチングが施される。
米国特許第６，０９０，３０４号明細書
したがって、半導体エッチング工程での使用中にプラズマ処理システムの性能または動作可能性に顕著な劣化を生じることなく、電極およびそれに関連する結合層の動作寿命が許容可能な程度に延長されるように、結合ラインまたは層の浸食を防ぐ、または少なくとも速度を遅らせる必要がある。
一実施形態によると、プラズマ処理システムでの使用に適合された基板支持部の結合層を保護する方法は、基板支持部の上部部材を基板支持部の下部部材に取り付けるステップと、上部部材の外縁および下部部材の上縁に接着剤を塗布するステップと、上部部材の外縁および下部部材の上縁の周りに保護リングを配置するステップと、保護リングを最終寸法に機械加工するステップとを含む。
別の実施形態によれば、プラズマ処理システムにおいて結合層を保護する方法は、上部部材を下部部材に取り付けるステップと、上部部材の下面に積層された加熱装置を有する上部部材と、上部部材の外縁および下部部材の上縁に接着剤を塗布するステップと、上部部材の外縁および下部部材の上縁の周りにフルオロカーボンポリマー材料のリングを配置するステップと、フルオロカーボンポリマー材料のリングを最終寸法に機械加工するステップとを含む。
他の実施形態によれば、結合層を保護する方法は、上部部材を下部部材に取り付けるステップと、フルオロカーボンポリマー材料のリングを上部部材の外径より大きい直径に膨張させるステップと、保護リングを結合ラインの周りに焼き嵌めするステップとを含む。
他の実施形態によれば、結合層を保護する方法であって、方法は、上部部材を下部部材に取り付けるステップと、保護リングの内径を上部部材の外径より大きい直径に膨張させるステップと、保護リングを結合ラインの周りに焼き嵌めするステップとを含む。
図１は基板をエッチングするためのプラズマリアクタ１０の断面図である。図１に示すように、リアクタ１０は、プラズマ処理チャンバ１２と、プラズマを生成するためにチャンバ１２の上方に配設されている、平面コイル１６によって実現されたアンテナとを含む。ＲＦコイル１６は、一般に、ＲＦ発生器１８によってマッチングネットワーク（図示せず）を通して通電される。チャンバ１２内では、ガス分配プレートまたはシャワーヘッド１４が設けられ、これは、好ましくは、例えばエッチャントソースガスなどのガスソース材料をシャワーヘッド１４と半導体基板またはウエハ３０との間の高周波誘導プラズマ領域へと放出するための複数の孔を含む。チャンバ１２の最上部は、シャワーヘッド１４を、容量結合、誘導結合、マイクロ波、マグネトロン、ヘリコン、または他の適切なプラズマ生成器など様々なタイプのプラズマ生成源で置き換えるように設計することもでき、シャワーヘッドはシャワーヘッド電極であってもよいと理解されよう。
ガスソース材料はまた、チャンバ１２の壁面に形成されたポートから放出することもできる。エッチャントソース化合物は、例えば、アルミニウムまたはその合金の１つによってエッチングする場合、Ｃｌ２およびＢＣｌ３などのハロゲンを含む。他のエッチャント化合物（例えば、ＣＨ４、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＣＨＣｌ３）ならびにハイドロカーボン、フルオロカーボン、およびハイドロフルオロカーボンなどのポリマー形成種も、側壁のパッシベーションのために使用することができる。これらのガスは任意の不活性および／または非反応性ガスとともに使用することができる。所望であれば、チャンバ１２は追加のプラズマ生成源（例えば、１つまたは複数の誘導結合コイル、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ヘリコンまたはマグネトロンタイプ）を含むことができる。
使用の際は、ウエハ３０はチャンバ壁面３２によって画成されたチャンバ１２内へと導入され、下部第２電極またはカソードとして作用する基板支持部または電極アセンブリ１００上に配設される。この下部電極または電極アセンブリは、容量結合プラズマリアクタの下部電極あるいは誘導結合またはマイクロ波電源プラズマリアクタの下部電極とすることができることが理解されよう。ウエハ３０は好ましくは高周波発生器２４によって（また、一般にマッチングネットワークを通して）、バイアスされる。ウエハ３０は、その上に製造された複数の集積回路（ＩＣ）を含むことができる。ＩＣは、例えば、ＰＬＡ、ＦＰＧＡおよびＡＳＩＣなどのロジックデバイス、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などのメモリデバイスを含むことができる。ＲＦ電源が入れられると、（ソースガスから形成される）反応種によって、ウエハ３０の露出面がエッチングされる。揮発性とすることができる副産物が、出口ポート２６を通して排出される。処理が完了した後、ウエハ３０をダイシングしてＩＣを個々のチップに分離することができる。
プラズマ閉じ込め装置（図示せず）のプラズマ露出面、チャンバ壁面３２、チャンバライナー（図示せず）および／またはシャワーヘッド１４には、ポリマー接着を促進する粗面特性を有するプラズマ溶射被覆２０を設けることができる。さらに、基板支持部２８のプラズマ露出面にもプラズマ溶射被覆（図示せず）を設けることができる。このように、プラズマを閉じ込めるほぼすべての面は、ポリマー接着を促進する粗面特性を有する。このように、リアクタ内部の微粒子汚染は実質的に低減される。
リアクタ１０は酸化物エッチング処理に使用することもできることが理解されよう。酸化物エッチング処理では、ガス分配プレートは、半導体基板またはウエハ３０の上にありそれと平行な面内のリアクタ１０の最上部の真空密封面でもあるウィンドウの下に直接置かれた円形プレートである。ガス分配リングは、供給源からガス分配プレートによって画成された容積内へガスを供給する。ガス分配プレートは、プレートを貫通する一並びの所定の直径の穴を含む。ガス分配プレートを通る穴の空間的分布は、例えば、ウエハ上のフォトレジスト層、二酸化シリコン層および下層材料など、エッチングすべき層のエッチング均一性を最適化するように様々に変えることができる。ガス分配プレートの断面形状は、ＲＦ電力のリアクタ１０のプラズマ内への分配を操作するために様々とすることができる。ガス分配プレート材料は、このＲＦ電力のガス分配プレートによるリアクタ内への結合を可能にするように、誘電材料から形成される。さらに、ガス分配プレートの材料は、分解およびそれに関連する最終的な粒子生成を避けるために、酸素またはハイドロフルオロカーボンガスプラズマなどの環境中での化学スパッタエッチングに高い耐性を有することが望ましい。
使用することのできる例示的な平行プレートプラズマリアクタ１０は、デュアル周波数プラズマエッチリアクタである（例えば、本出願人が所有する米国特許第６，０９０，３０４号を参照し、参照によってその全体を援用する）。そのようなリアクタでは、エッチングガスをガス供給源からシャワーヘッド電極１４へ供給することができ、ＲＦエネルギーを２つのＲＦ供給源から異なる周波数でシャワーヘッド電極および／または下部電極へ供給することによってプラズマをリアクタ内で生成することができる。あるいは、シャワーヘッド電極１４を電気的に接地することができ、２つの異なる周波数のＲＦエネルギーを下部電極に供給することができる。
図２は一実施形態による電極アセンブリ１００を含む基板支持部の斜視図である。電極アセンブリ１００は下部部材１２０に取り付けられた上部部材１１０を含む。電極アセンブリ１００は、例えば図１に示すプラズマ処理チャンバなど、半導体ウエハ処理システムの処理チャンバ内に置かれるように適合されている。
図２に示すように、一実施形態では、上部部材１１０はプレート１１２の基部に下部フランジ１１４を有する上部プレート１１２を含む。上部部材１１０は好ましくは円形プレートであるが、上部部材１１０は平面ディスプレイ用の長方形など、他の適切な形状または設計に構成することもできる。上部部材１１０は下部部材１２０に結合するように適合された下面１１６および基板支持部材１９０（図１０）に結合するように適合された上面１１８を含む。
上部部材１１０は、好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合金など金属性材料で構成された電極からなる。しかし、上部部材１１０は任意の適切な金属性、セラミック、導電性および／または誘電性材料から構成することもできる。さらに、上部部材１１０は、好ましくは、中心から外縁までまたはその直径が均一の厚さを有する。
下部部材１２０は、好ましくは、上面１２６および下面１２８を有する円形のプレートである。しかし、下部部材１２０は円形以外の適切な形状に構成することもできることが理解されよう。上面１２６は上部部材１１０の下面１１６に結合するように適合されている。一実施形態では、下部部材１２０は電極アセンブリ１００に温度制御を行なうように構成することができる（例えば、下部部材１２０は温度制御された液体が循環することができる流路を含むことができる）。電極アセンブリ１００では、下部部材１２０は一般に金属性材料の基板基部プレートであり、基板、機械的支持体、チャンバの周囲の環境からチャンバ内部を隔離する真空密封、熱シンク、ＲＦ伝導体、またはそれらの組合せとして機能する。
別の実施形態では、下部部材１２０の上面１２６は台座１２４の形態で隆起したプレートをさらに含む。台座１２４は均一の厚さであり、上部部材１１０の下面１１６を支持するように構成されている。台座１２４は好ましくは、機械加工または他の方法で下部部材１２０の上面１２５に形成されている。しかし、他の適切な製造方法で実施することもできる。
下部部材１２０は、好ましくは、陽極処理されたアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。しかし、金属性、セラミック、導電性および／または誘電性材料を含む、任意の適切な材料を使用することもできることが理解されよう。一実施形態では、下部部材１２０は陽極処理され機械加工されたアルミニウムブロックから形成される。あるいは、下部部材１２０は内部および／または上面に１つまたは複数の電極を備えたセラミック材料とすることができる。
上部部材１１０の下部フランジ１１４の外径は、好ましくは、下部部材１２０の外径よりも小さい。しかし、下部フランジ１１４の外径は、下部部材１２０の外径以上とすることもできることが理解されよう。さらに、下部部材１２０が台座１２４をさらに含む場合、上部部材１１０の下部フランジ１１４の外径は、好ましくは、下部部材１２０の台座１２４の外径より小さい。下部フランジ１１４は保護リング１５０を受けるように適合されている。上部部材１１０の外径は、好ましくは、保護リング１５０を下部フランジ１１４の外縁の周りに配置しやすくするために、下部フランジ１１４より小さい。上部部材１１０と下部フランジ１１４の外径の差異によって、保護リング１５０を配置する間、保護リングに間隙を与えることができる。下部フランジ１１４は任意であり、上部部材１１０は下部フランジ１１４なしで設計することもできることが理解されよう。
図３は下部部材１２０に結合された上部部材１１０の斜視図である。図３に示すように、結合層１３０によって上部部材１１０が下部部材１２０に結合されている。結合層１３０は、好ましくは、エラストマーシリコーンまたはシリコーンゴム材料など低係数材料から形成される。しかし、任意の適切な結合材料を使用することもできる。結合層１３０の厚さは、所望の伝熱係数に応じて様々とすることができる。したがって、その厚さは結合層の製造公差に基づいて所望の伝熱係数となるように適合されている。一般に、結合層１３０は適用領域上で特定の変数を増加または減少して変化する。一般に、結合層がその厚さから最大１．５パーセント増加または減少する場合、上部部材１１０と下部部材１２０の間の伝熱係数は均一になる。
例えば、半導体業界で使用される電極アセンブリ１００では、結合層１３０は、好ましくは、幅広い温度に耐えられる化学構造を有する。したがって、低係数材料は真空環境に適合性があり高温（例えば、最大５００℃）での熱劣化に耐性があるポリマー材料など、任意の適切な材料を含むことができることが理解されよう。しかし、これらの結合層材料は一般に半導体プラズマ処理リアクタの反応性エッチング化合物に耐性がなく、したがって、有用な部品の寿命が達成されるように保護しなければならない。
図４は上部部材１１０の下面１１６に結合された加熱装置を有する電極アセンブリ１００の一部の断面図である。加熱装置１３２は上部部材１１０の下面１１６との積層境界を含むことができる。例えば、加熱装置１３２は第１の絶縁層１３４（例えば、誘電層）、加熱層１３６（例えば、電気抵抗材料の１つまたは複数の帯）および第２の絶縁層１３８（例えば、誘電層）を含む積層フォイルの形態とすることができる。
第１および第２の絶縁層１３４、１３８は、好ましくは、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）または他の適切なポリイミドフィルムなど、プラズマ環境で腐食ガスへの耐性を含む、物理的、電気的および機械的特性を幅広い温度範囲にわたって維持する能力を有する材料からなる。加熱層１３６は、好ましくは、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）などの高強度合金または他の適切な合金または抗腐食性および加熱耐性材料からなる。
一実施形態では、上部部材１１０はともにパターン化されたＫａｐｔｏｎ（登録商標）の第１の絶縁層１３４およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）の加熱要素１３６、および上部部材１１０の下面１１６に結合されたＫａｐｔｏｎの第２の絶縁層１３８を含む薄い積層の形態の加熱要素１３２を含む。一般に、Ｋａｐｔｏｎ、ＩｎｃｏｎｅｌおよびＫａｐｔｏｎの積層の形態の加熱要素１３２は、約０．００５から約０．００９インチであり、より好ましくは約０．００７インチの厚さである。
図４に示すように、上部部材１１０および／または加熱要素１３２の下面１１６は下部部材１２０の上面１２６に結合されている。一実施形態では、上部部材１１０の下部フランジ１１４を含む、上部部材１１０の下面１１６の外径は、下部部材１２０の上面１２６または下部部材１２０の台座１２４の外径よりわずかに小さい。一実施形態では、電極アセンブリ１００は上部部材１１０と下部部材１２０の間に約０．００１から約０．０５０インチ厚さ、より好ましくは約０．００３から約０．０３０インチ厚さのシリコーンの結合層１３０を含むことができる。
さらに、図４に示すように、保護リング１５０（図５）を上部部材１１０の下部フランジ１１４の外縁（下部垂直面）１４２および下部部材１２０の上縁１２６（上部水平面）に取り付けるために、接着剤が位置１４０に塗布される。図４に示すように、接着剤は上部部材１１０の外縁１４２および下部部材１２０の上縁１４４に塗布されている。接着剤は好ましくはエポキシまたはプラズマに直接曝される環境で使用することができる他の適切な接着材料からなる。接着剤は、上部および下部部材１１０、１２０の間を延び、そこに保護リング１５０を固定する密封を形成する。保護リング１５０は、溝またはスロットなど追加の特徴によって、上部および下部部材１１０、１２０の定位置にロックし固定することができることが理解されよう。
保護リング１５０は、好ましくは、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）製のＰＴＦＥ‐ポリテトラフルオロエチレン）など、フルオロカーボン材料などのポリマーから製造される。しかし、プラスチックまたはポリマー材料、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素系ポリマー、およびポリイミドを含む任意の適切な材料を使用することもできる。保護リング１５０は、好ましくは、高い化学耐性、低温および高温耐性、プラズマリアクタ内でのプラズマ腐食耐性、低摩擦性、および電気および熱絶縁特性を有する材料から構成される。
図５はリング１５０を上部部材１１０の外縁１４２および下部部材１２０の上縁１４４の周りに設置または配置する前における保護リング１５０の斜視図である。保護リング１５０は、好ましくは、設置前に熱膨張するフルオロカーボンポリマー材料のリングからなる。温度制御オーブン、高温プレートまたは他の適切な方法で保護リング１５０の加熱を実施することができる。保護リング１５０を加熱することによって保護リング１５０を設置しやすいように膨張し、上部部材１１０の外縁１４２の周りでの保護リング１５０の接着特性および保護リング１５０の焼き嵌めが向上する。
さらに、保護リング１５０は、好ましくは、熱膨張および上部部材１１０上に支持される半導体基板の処理中に保護リング１５０が受ける動作温度に基づいて、所望の温度に加熱されることが理解されよう。例えば一実施形態では、Ｔｅｆｌｏｎから製造された保護リング１５０は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などフルオロカーボン系ポリマーの熱膨張特性および動作温度に基づいて、好ましくは６０℃以下の温度に曝される。しかし、保護リング１５０の材料はそれぞれ熱膨張のための好ましい温度範囲を有する。したがって、リング１５０の加熱は、選択された材料およびチャンバの動作温度サイクルに基づいて選択される。
さらに、保護リング１５０は予熱し、化学処理することができ、および／または保護リング１５０の接着の質を高める不規則または粗い面を形成するためのプラズマ処理を含むことが理解されよう。プラズマリアクタ内での使用中に堆積されるポリマー副産物への接着を向上させるために、前処理によって、リングの上部および下部部材への接着および／またはプラズマに曝される表面の状態を向上させることができる。
図６は上部部材１１０の外縁１４２の周りに配置された図５の保護リング１５０の斜視図である。図５に示すように、保護リング１５０は上部部材１１０の下部垂直周縁部１４２および下部部材１２０の上縁１４４の周りに配置されている。保護リング１５０の硬化および焼き嵌めによって、リング１５０はもとの形状に向かって収縮し、リング１５０は圧縮嵌め（焼き嵌め）によって上部および下部部材１１０、１２０に固定される。
一実施形態では、Ｔｅｆｌｏｎなどフルオロカーボン系ポリマーの保護リング１５０が、好ましくは６０℃未満の温度に加熱される。Ｔｅｆｌｏｎの保護リング１５０は好ましくは約５０から６０℃、より好ましくは約６０℃に加熱される。保護リング１５０を設置前に加熱することによって、保護リング１５０を上部および下部部材１１０、１２０の周りに配置しやすくすることができる。
さらに一実施形態では、位置１４０での接着剤は約９０から１１０℃、より好ましくは約１００℃の温度で保護リング１５０に硬化する、エポキシの形態である。
図７は、結合層１３０および加熱要素１３２を保護する保護リング１５０を含む図６の電極アセンブリ１００の一部の、線７−７に沿った斜視図である。図７に示すように、電極アセンブリ１００は、加熱要素１１０、下部部材１２０、結合層１３０、位置１４０の接着剤層および保護リング１５０を含む。接着剤層１４０は好ましくは、エポキシ、アクリル、エラストマーまたはアセンブリ１００が経験すると思われる動作温度範囲に耐えるように適合された物理的特性を有する他の適切な材料である。
一実施形態では、エポキシの形態の接着剤層１４０は、上部部材１１０の外縁１４２および下部部材１２０の上縁１４４に配置される。図７に示すように、保護リング１５０は好ましくは、内側および外側の面取りした下面１５１、１５２を含む。内側および外側の面取りした下面１５１、１５２によって、保護リングの下端を下部部材１２０と同一平面に置くことができる。さらに、内側の面取りした面１５１は、保護リング１５０の上部部材１１０の外縁１４２および下部部材１２０の上縁１４４への固定を助けるために、エポキシのための容積または面積を提供する。外側の面取りした下面１５２は、下部部材１２０との一体性を妨げずに保護リング１５０の機械加工を可能にする。
図８は、加熱要素１１０、下部部材１２０および保護リング１５０を機械加工した後の図７の電極アセンブリ１００の一部の斜視図である。図８に示すように、上部部材１１０、下部部材１２０および保護リング１５０は、好ましくは均一の直径に機械加工される。
任意で、図８に示すような他の実施形態では、保護リング１５０は機械加工または他の方法で保護リング１５０の上面または最上部に形成された溝１６０を含むことができる。溝１６０は、好ましくは、保護リング１５０を上部部材１１０の外縁１４２の周りに配置した後、保護リング１５０に機械加工される。あるいは、溝１６０は、リング１５０を上部部材１１０の外縁１４２の周りに設置または配置する前に、保護リング１５０に機械加工することもできる。溝１６０を接着剤で満たし、それにより上部部材１１０と保護リング１５０の間と上にある支持部材１９０のウエハとの接着を向上させることができる。
図９は保護リング１５０を機械加工した後の電極アセンブリ１００の断面図である。図９に示すように、溝１６０は、好ましくは、幅１７４と高さ１７６が等しい正方形の断面を有する。例えば、７．７２６インチの外径１７２を有する２００ｍｍの直径の電極アセンブリ１００では、保護リング１５０は、好ましくは０．０１０インチの幅１７４および０．０１０インチの高さ１７６を有する溝１６０を含む。しかし、溝１６０の幅１７４および深さ１７６は所望の断面形状を有することができることが理解されよう。正方形の溝では、幅１７４および深さ１７６を含む溝１６０の寸法は、処理すべきウエハの直径のために指定され、電極アセンブリ１１０の直径またはサイズ（すなわち、２００ｍｍ、３００ｍｍ等）に応じて様々とすることができる。
図１０は、最終的な幅寸法に機械加工した後の電極アセンブリ１００の一部の斜視図である。図１０に示すように、ウエハまたは基板支持部材１９０は上部部材１１０の上面１１８に結合されている。ウエハ支持部材１９０は、好ましくは、セラミックまたはプレーナシリコン（例えば、単結晶シリコン）、グラファイトまたは中心から外縁まで均一の厚さを有するシリコンカーバイド電極ディスクなどの導電性材料からなる。
図１０に示すように、支持部材１９０は面取りした外縁１９２を含むこともできる。支持部材１９０（プラスチック）は、好ましくは、別の結合層１８０を有する加熱要素１１０の上面１１８に結合されている。結合層１８０は好ましくはシリコーンまたはシリコーンゴムなどの低係数材料である。結合層１８０は、好ましくは幅広い範囲の温度極値に耐えることができる化学構造を有し、真空環境に適合性があり高温での熱劣化に耐性があるポリマー材料を含むことができる。
本願明細書に記載された方法および装置は、２００ｍｍ（７．８７４０２インチ）および３００ｍｍ（１１．８１１インチ）の直径の電極アセンブリ１００の両方を含む様々な電極アセンブリ１００に適用することができることが理解されよう。例えば、２００ｍｍ電極アセンブリ１００用の保護リング１５０は、室温での内径が約１９３．８０２ｍｍ（７．６３インチ）であり、（６０℃で）膨張したリング内径が約１９４．８１８ｍｍ（７．６７インチ）であり、焼き嵌めしたリング直径が室温で約１９４．５６４ｍｍ（７．６６インチ）である元の保護リング１５０を含む。３００ｍｍの直径の電極アセンブリ１００では、元の保護リング１５０は室温での内径が約２９２．６０８ｍｍ（１１．５２インチ）であり、（６０℃で）膨張したリング内径が約２９３．８７８ｍｍ（１１．５７インチ）であり、焼き嵌めしたリング直径が室温で約２９３．６２４ｍｍ（１１．５６インチ）である。
例えば、２００ｍｍの電極アセンブリ１００用のフルオロカーボン系ポリマーの保護リング１５０は６０℃に加熱されるとき約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）膨張し、３００ｍｍの直径の電極アセンブリ１００用のフルオロカーボン系ポリマーの保護リング１５０は６０℃に加熱されるとき約１．３４６２ｍｍ（０．０５３インチ）膨張する。
好ましい実施形態では、電極アセンブリ１００は、例えばプラズマエッチリアクタなどのプラズマリアクタなど半導体製造用の真空処理チャンバ内で、半導体ウエハなどの基板を処理中にクランプするために有用な静電チャック（ＥＳＣ）である。ＥＳＣは単極または双極設計とすることができる。しかし、電極アセンブリ１００は、化学気相成長、スパッタリング、イオン注入、レジストストリッピング等における基板のクランプなど、他の目的で使用することもできる。
電極アセンブリ１００はプラズマ処理半導体基板に適切な新しい処理チャンバに設置することができ、または既存の処理チャンバを改良するために使用することができることが理解されよう。特定のシステムでは、上部部材１１０、下部部材１２０および支持プレート１９０の特定の形状は、チャック、基板および／またはその他の配置に応じて様々とすることができることが理解されよう。したがって、図２〜１０に示す上部部材１１０、下部部材１２０および支持プレート１９０の正確な形状は、例示の目的のためだけに示されており、どのようにも限定するものではない。
以上、本発明を好ましい実施形態と併せて説明したが、当業者であれば、特に説明されていない追加、削除、修正、および置換を添付の特許請求の範囲に規定された本発明の精神および範囲から逸脱せずに行なうことができることを理解するであろう。
Claims (29)
- プラズマ処理システムでの使用に適合された基板支持部の結合層を保護する方法であって、
基板支持部の上部部材を基板支持部の下部部材に取り付けるステップと、
前記上部部材の外縁および前記下部部材の上縁に接着剤を塗布するステップと、
前記上部部材の前記外縁および前記下部部材の前記上縁に接着剤によって保護リングを固定する固定ステップと、
前記固定ステップの後に前記保護リングを最終寸法に機械加工するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記上部部材の前記外縁が下部フランジを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記保護リングを前記下部フランジの外縁の周りに配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記保護リングおよび前記上部部材を最終寸法に機械加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記上部部材および前記下部部材が円形であり、前記下部部材が前記上部部材の外径より大きい外径を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記接着剤がエポキシであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リングを前記上部部材の前記外縁の周りに配置する前に前記リングを加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リングが前記フルオロカーボンポリマー材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記上部部材が、下部フランジを有するアルミニウムプレートを含み、前記下部フランジに前記外縁があることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記上部部材と前記下部部材の間に加熱部を結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記加熱部が第１の絶縁層材料、加熱層、および第２の絶縁層の積層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 前記上部部材が電極を含み、前記下部部材が上部に台座を有し前記上部部材の下部を支持する温度制御された基部プレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リングが前記下部部材の前記外縁の直径より大きい外径を有し、その外径が前記下部部材の前記外縁の外径に対応するように、前記リングを機械加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リングを前記上部および下部部材に取り付ける前に面取りするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リングの上面に溝を機械加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記上部部材の上面に基板支持部材を結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- プラズマ処理システムにおいて結合層を保護する方法であって、
上部部材を下部部材に取り付けるステップであって、前記上部部材が前記上部部材の下面に積層された加熱部を有するステップと、
前記上部部材の外縁および前記下部部材の上縁に接着剤を塗布するステップと、
フルオロカーボンポリマー材料のリングを前記上部部材の前記外縁および前記下部部材の前記上縁に接着剤によって固定する固定ステップと、
前記固定ステップの後に前記フルオロカーボンポリマー材料のリングを最終寸法に機械加工するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記フルオロカーボンポリマー材料のリングおよび前記上部部材を最終寸法に機械加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記上部部材および前記下部部材が円形であり、前記下部部材が前記上部部材の外径より大きい外径を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記接着剤がエポキシであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記フルオロカーボンポリマー材料のリングを前記上部部材の前記外縁の周りに配置する前に、前記フルオロカーボンポリマー材料のリングを加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記上部部材が、下部フランジを有するアルミニウムプレートを含み、前記下部フランジに前記外縁があることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記加熱部が第１の絶縁層、加熱層、および第２の絶縁層の積層を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記上部部材が電極を含み、前記下部部材が上部に台座をさらに含み前記上部部材の下部を支持することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記リングを前記上部および下部部材に取り付ける前に前記リングの下面を面取りするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記リングの上面に溝を機械加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記上部部材の上面に基板支持部材を結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記上部部材の前記外縁および前記下部部材の前記上縁の周りに前記保護リングを焼き嵌めするステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記上部部材の前記外縁および前記下部部材の前記上縁の周りに前記フルオロカーボンポリマー材料のリングを焼き嵌めするステップを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
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