JP5183058B2 - Substrate processing with rapid temperature gradient control - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、基板全体の急速温度勾配コントロールによる基板の処理に関する。 Embodiments of the invention relate to processing a substrate with rapid temperature gradient control across the substrate.
半導体およびディスプレイなどの基板の処理において、静電チャックが、基板をチャンバに保持して基板上の層を処理するために使用される。通常の静電チャックはセラミックによってカバーされる電極を備える。電極が帯電されると、静電気は電極および基板に蓄積し、その結果生じる静電力が基板をチャックに保持する。通常、基板の温度は、基板の下にヘリウムガスを維持して、基板の裏側とチャックの表面間のインタフェースの顕微鏡的ギャップ全体の熱移送レートを高めることによってコントロールされる。静電チャックは、チャックを冷却または加熱するために流体を通過させるチャネルを有するベースによって支持可能である。基板がチャックにしっかりと保持されると、プロセスガスがチャンバに導入されて、基板を処理するためにプラズマが形成される。基板はCVD、PVD、エッチング、インプラント、酸化、窒化または他のこのようなプロセスによって処理可能である。 In processing substrates such as semiconductors and displays, electrostatic chucks are used to process the layers on the substrate while holding the substrate in the chamber. A typical electrostatic chuck comprises an electrode covered by a ceramic. When the electrode is charged, static electricity accumulates on the electrode and the substrate, and the resulting electrostatic force holds the substrate to the chuck. Typically, the temperature of the substrate is controlled by maintaining a helium gas under the substrate to increase the heat transfer rate across the microscopic gap at the interface between the back side of the substrate and the chuck surface. The electrostatic chuck can be supported by a base having a channel through which fluid passes to cool or heat the chuck. When the substrate is securely held in the chuck, process gas is introduced into the chamber and a plasma is formed to process the substrate. The substrate can be processed by CVD, PVD, etching, implant, oxidation, nitridation or other such processes.
このような従来の基板製作プロセスでは、基板は処理中単一温度に維持される。通常、基板はウェーハブレードによってチャンバのスリットを通過させられて、静電チャックの本体を介して延ばされるリフトピン上に堆積される。その後、リフトピンはチャックを後退させられて、基板をチャックの表面上に堆積する。基板は、チャックのヒーターやチャンバに形成されたプラズマによって一定に維持されるプリセット温度に温度を急激に上昇させる。基板温度は、ベースのチャネルを介して、またはチャックから熱を除去するために使用されるチャックの下方を通過した冷却剤の温度および流量によってさらにコントロール可能である。 In such conventional substrate fabrication processes, the substrate is maintained at a single temperature during processing. Typically, the substrate is passed through a chamber slit by a wafer blade and deposited on lift pins that extend through the body of the electrostatic chuck. The lift pins are then retracted from the chuck to deposit the substrate on the surface of the chuck. The substrate is abruptly raised in temperature to a preset temperature that is maintained constant by plasma formed in the chuck heater or chamber. The substrate temperature can be further controlled by the temperature and flow rate of the coolant passed through the base channel or below the chuck used to remove heat from the chuck.
従来の処理チャンバは処理中一定の単一温度に基板を維持するのに適しているが、単一のプロセスサイクル時の基板の温度の急速な変化を許容しない。あるプロセスでは、プロセス中の特定の温度プロファイルを達成するために、基板温度を急速に上昇または低下させることが望ましい。例えば、エッチングプロセスの異なる段階で基板温度の急速な変化を有することによって、異なる基板温度での基板上の異なる材料のエッチングを許容することが望ましい。これらの異なるエッチング段階で、チャンバに提供されたプロセスガスはまた組成が変化したり、同一組成を有したりすることが可能である。別の例として、エッチングプロセスでは、このような温度プロファイルは、基板上にエッチングされた特徴の側壁上に側壁ポリマーを堆積し、後に同一エッチングプロセスで、エッチングプロセスの温度を上げることによって側壁ポリマーを除去するのに有用である場合があり、逆もまた同様である。同様に、堆積プロセスでは、例えば、まず核形成層を基板上に堆積してから、基板上に熱堆積層を成長させるために、第2の処理温度より高いか低い第1の処理温度を有することが望ましい場合がある。従来の基板処理チャンバおよびこれらの内部コンポーネントはしばしば、基板温度の著しく急速な上昇および低下を許容しない。 Conventional processing chambers are suitable for maintaining the substrate at a constant single temperature during processing, but do not allow rapid changes in the temperature of the substrate during a single process cycle. In some processes, it is desirable to rapidly increase or decrease the substrate temperature to achieve a specific temperature profile during the process. For example, it may be desirable to allow the etching of different materials on a substrate at different substrate temperatures by having a rapid change in substrate temperature at different stages of the etching process. At these different etching stages, the process gas provided to the chamber can also change composition or have the same composition. As another example, in an etching process, such a temperature profile can be obtained by depositing a sidewall polymer on the sidewalls of the features etched on the substrate, and later increasing the temperature of the etching process in the same etching process. It may be useful to remove, and vice versa. Similarly, in a deposition process, for example, a nucleation layer is first deposited on a substrate and then a first processing temperature that is higher or lower than a second processing temperature to grow a thermal deposition layer on the substrate. Sometimes it is desirable. Conventional substrate processing chambers and their internal components often do not allow a significantly rapid rise and fall in substrate temperature.
処理中に、不均一な同心処理バンドを生じる基板にわたる半径方向の不均一プロセス条件に基板が付される場合にさらに複雑になる。不均一な処理条件は、チャンバのガスやプラズマ種の分布から生じる恐れがあり、これはしばしばチャンバの不活性および排出ガスポートの場所に応じて変更する。大量移送機構もまた基板表面の異なる領域のガス種の到来や散逸のレートを変える可能性がある。不均一処理または、例えば、プラズマシースから基板へのエネルギーの不均一結合によって、またはチャンバ壁から反射された放射熱によって生じる、チャンバの不均一な熱負荷の結果として生じる恐れがある。基板にわたる処理バンドおよび他の変形は、基板の異なる領域、例えば、周辺および中心基板領域で製作される電子デバイスが異なる特性になると望ましくない。従って、基板の処理中に基板表面にわたる処理レートおよび他のプロセス特徴の変化を小さくすることが望ましい。 This becomes even more complex when the substrate is subjected to radial non-uniform process conditions across the substrate that result in non-uniform concentric processing bands during processing. Non-uniform processing conditions can arise from the distribution of gas and plasma species in the chamber, which often varies depending on the inertness of the chamber and the location of the exhaust gas port. Mass transfer mechanisms can also change the rate of arrival and dissipation of gas species in different regions of the substrate surface. It can occur as a result of non-uniform processing or non-uniform thermal loading of the chamber, for example caused by non-uniform coupling of energy from the plasma sheath to the substrate or by radiant heat reflected from the chamber walls. Processing bands and other variations across the substrate are undesirable when electronic devices fabricated in different areas of the substrate, eg, the peripheral and central substrate areas, have different characteristics. Accordingly, it is desirable to reduce changes in processing rate and other process characteristics across the substrate surface during substrate processing.
従って、チャンバで処理される基板の急速な温度上昇および低下を許容するプロセスチャンバおよびコンポーネントを有することが望ましい。基板の処理表面の異なる領域の温度をコントロールして、基板表面にわたって半径方向の不均一な処理条件の効果を小さくすることがさらに望ましい。処理中に基板全体の温度プロファイルをコントロールすることもまた望ましい。 Accordingly, it is desirable to have a process chamber and components that allow rapid temperature rise and fall of substrates processed in the chamber. It is further desirable to control the temperature of different regions of the processing surface of the substrate to reduce the effects of non-uniform processing conditions in the radial direction across the substrate surface. It is also desirable to control the temperature profile of the entire substrate during processing.
本発明のこれらの特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の請求項、および本発明の例を図示する添付の図面に関してより理解されるようになる。しかしながら、特徴の各々は、特定の図面と関連してのみではなく一般に本発明で使用可能であることが理解されるべきであり、本発明は、これらの特徴の組み合わせを含んでいる。 These features, aspects and advantages of the present invention will become better understood with regard to the following description, appended claims, and accompanying drawings which illustrate examples of the present invention. However, it should be understood that each of the features can generally be used with the present invention, not just in connection with a particular drawing, and the present invention includes combinations of these features.
基板104をエッチング可能なチャンバ106の例示的変形例が図1に概略的に図示されている。チャンバ106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誘導結合プラズマエッチングチャンバであるDecoupled Plasma Source(DPS(商標))チャンバを表している。DPSチャンバ106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市販されているCENTURA(登録商標)集積処理システムで使用されてもよい。しかしながら、他のプロセスチャンバもまた、例えば、異なる設計の容量結合パラレルプレートチャンバ、磁気強化イオンエッチングチャンバ、誘導結合プラズマエッチングチャンバならびに堆積チャンバを含む本発明と関連して使用されてもよい。本装置およびプロセスはDPSチャンバで好都合に使用されるが、チャンバは本発明を図示するためにのみ提供されており、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
An exemplary variation of the
図1を参照すると、通常のチャンバ106は、側壁120と、底壁122と天井124とを含むエンクロージャ壁118を備えるハウジング114を備えている。天井124は、示されているようなフラット形状や、例えば、「Method of Plasma Etching a Deeply Recessed Feature in a Substrate Using a Plasma Source Gas Modulated Etchant System」と題された、Chinnらへの米国特許第7,074,723号に説明されているような多放射弓状プロファイルのドーム形状を備えていてもよく、これはその全体を参照として本明細書に組み込まれている。壁118は一般的にアルミニウムなどの金属やセラミック材料から製作される。天井124および/または側壁120はまた、放射がチャンバを通過して、チャンバ106で行われるプロセスを監視するのを許容する放射透過性ウィンドウ126を有することが可能である。プラズマが、プロセスチャンバ106と、基板支持体とドーム状天井124とによって画成されたプロセスゾーンに形成される。
Referring to FIG. 1, a
基板25は、ベース91上に静止する静電チャック20を備える基板支持体の受け取り表面26上のチャンバ106に保持される。静電チャック20は、パック24の上部表面である基板受け取り表面26を有するセラミックパック24を備えており、図1および2に示されているように基板25を保持するように作用する。セラミックパック24はまた、基板受け取り表面26に対向する裏側表面28を有する。セラミックパック24は、第1のステップ31および第2のステップ33を有する周辺出っ張り29を有する。セラミックパック24は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、シリコンカーバイド、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよびこれらの混合物のうちの少なくとも1つを備える。セラミックパック24は、セラミック粉末をホットプレスかつ焼結してから、焼結形態を加工してチャック24の最終的な形状を形成することによって作られたセラミックの一体型モノリスであってもよい。
The
セラミックパック24の厚さは実質的に、基板の温度を急速に上昇および低下させる能力に影響すると判断された。セラミックパック24が極めて厚い場合、パック24は温度を上昇および低下させるのに非常に時間がかかり、下地基板の温度は、所望のセットポイント温度に達するのにそれに応じてかなりの時間がかかることになる。さらに、セラミックパック24が非常に薄い場合は、基板を一定の状態温度に維持せずに、処理中の基板温度のばらつきをもたらすとも判断された。また、セラミックパック24の厚さは、セラミックパック24に埋め込まれている電極36の動作に影響する。埋め込まれている電極36のすぐ上のセラミックパック24の層の厚さが非常に大きい場合、電極36はプロセスゾーンに形成されたプラズマにエネルギーを効果的に結合させない。他方、電極36周辺のセラミックパック24の厚さが非常に薄い場合は、電極36に印加されるRF電圧はプラズマ作成アークおよびプラズマ不安定性に放電する恐れがある。従って、セラミックパック24の厚さは約7mm未満の厚さ、例えば、約4〜約7mmの厚さとなるように正確にコントロールされており、一変形例ではセラミックパックは5mmの厚さを有していた。これらの厚さレベルで、セラミックパック24は基板温度の急速な上昇および低下を許容していたのに対して、プロセス中の温度ばらつきを削減して、実質的にプラズマ不安定性を作成しなかった。
It has been determined that the thickness of the
セラミックパック24に埋め込まれた電極36は、静電力を生成し、基板受け取り表面26上に置かれた基板を保有し、かつ任意にはチャンバに形成されたプラズマにエネルギーを容量結合させるために使用される。電極36は金属などの導体であり、モノポーラまたはバイポーラ電極34として成形される。モノポーラ電極は単一の導体を備えており、外部電源への単一の電気接続を有しており、またチャック20に保持された基板全体に電気バイアスを印加するためにチャンバに形成された下地プラズマの帯電種との共働する。バイポーラ電極は2つ以上の導体を有しており、これらの各々は他方に対してバイアスされて、基板を保持する静電力を生成する。電極36はワイヤメッシュや、適切な切欠き領域を具備する金属プレートとして成形可能である。例えば、モノポーラ電極を備える電極36は、示されるようなセラミックパックに埋め込まれた単一の連続ワイヤメッシュであってもよい。バイポーラ電極を備える電極36の一実施形態は、C形状の真っ直ぐな脚にわたって相互に面する1対の充填C形状プレートであってもよい。電極36はアルミニウム、銅、鉄、モリブデン、チタン、タングステンまたはこれらの合金からなってもよい。電極36の一変形例はモリブデンのメッシュを備える。電極36は、外部電源230から電極36に電力を供給する端末ポスト58に接続されており、これはDC電圧電源、および任意でRF電圧電源を含むことができる。
任意で、複数の熱移送ガス導管38a、bがセラミックパック24を横切って、チャック20の基板受け取り表面26のポート40a、bで終端して、熱移送ガスを基板受け取り表面26に提供する。例えば、ヘリウムであってもよい熱移送ガスは、基板の裏側34の下方に供給されて、下地基板25から、かつセラミックパック24の受け取り表面26に熱を伝導する。例えば、第1のガス導管38aは、基板受け取り表面26の中心加熱ゾーン42aに熱移送ガスを供給するように配置可能であり、また第2のガス導管38bは、基板受け取り表面26の周辺加熱ゾーン42bに熱移送ガスを供給するように配置可能である。セラミックパック24の基板受け取り表面26の中心および周辺加熱ゾーン42a、bによって基板表面44の対応する部分、例えば、基板25の下地中心および周辺部分46a、bは異なる温度に維持されることができ、相互に異なるプロセス条件の対応する不均一なバンドゆえに基板25に生じる不均一な同心処理バンドを補償する。
Optionally, a plurality of heat
セラミックパック24はまた、基板25を加熱するための埋め込みヒーターを有している。ヒーターは複数のヒーターコイル50、52、例えば、セラミックパック24に埋め込まれた第1のヒーターコイル50および第2のヒーターコイル52を備えている。セラミックパック24の基板受け取り表面26の中心および周辺加熱ゾーン42a、bの温度は、放射状に間隔をあけられており、かつ互いの中心に同心的であるヒーターコイル50、52を使用してコントロールされる。一変形例では、第1のヒーターコイル50はセラミックパック24の周辺部分54bに配置されており、第2のヒーターコイル52はセラミックパック24の中心部分54aに配置されている。第1および第2のヒーターコイル50、52によって、セラミックパック24の中心および周辺部分54a、54bの温度の独立コントロールが可能になり、加熱ゾーン42a、bの温度を独立してコントロールする能力を提供して、基板25の処理表面44の半径方向の異なる処理レートや特徴を達成する。従って、異なる温度が2つの加熱ゾーン42a、bに維持可能であり、基板25の下地中心および周辺部分46a、bの温度に影響することによって、基板25の処理中に生じる可変的なガス種分布や熱負荷に対抗することができる。例えば、基板25の処理表面44の周辺部分46bのガス種が中心部分46bほどアクティブでない場合、周辺加熱ゾーン42bの温度は、中心加熱ゾーン42aよりも高温に上昇し、基板25の処理表面44にわたってより均一な処理レートやプロセス特徴を提供する。図8は、基板温度の変化が、チャック24に埋め込まれている内側および外側加熱コイルによって供給されるヒーター電力のプリチャージに左右される様子を明示している。
The
一変形例では、第1および第2のヒーターコイル50、52は各々、並んで配列された抵抗加熱素子の円形ループを備えており、実質的に同一平面にあってもよい。例えば、ヒーターコイル50、52は各々、セラミックパック24の本体の半径方向内側に徐々に螺旋を描く連続同心ループであってもよい。一変形例では、ヒーターは、第1の距離の間隔があけられた第1のループと、第1の距離よりも大きな第2の距離の間隔があけられた第2のループとを有するコイルを備えている。第2のループはパックのリフトピンホールを中心に位置決めされる。ヒーターコイル50、52はまた、例えば、セラミックパック24の内部容積にわたって同心円に位置決めされている電球フィラメントのような、コイルの中心を通過する軸を中心に螺旋を描くスパイラルコイルであってもよい。抵抗加熱素子は、例えば、タングステンやモリブデンなどの異なる電気抵抗材料からなってもよい。
In one variation, the first and second heater coils 50, 52 each comprise a circular loop of resistive heating elements arranged side by side and may be substantially coplanar. For example, each of the heater coils 50 and 52 may be a continuous concentric loop that gradually spirals radially inward of the main body of the
ヒーターコイル50、52は、基板25の温度を上昇および低下させるレートを高めるように選択される電気抵抗および動作電力レベルを有する。一変形例では、ヒーターコイル50、52は、各々、約80℃〜約250℃の温度にセラミックパック24の基板受け取り表面26を急速に上昇させて、これに維持するのにかなり高い電気抵抗を備えている。この変形例では、コイルの電気抵抗は、約4〜約12オームである。一例では、第1のヒーターコイル50は6.5オームの電気抵抗を有しており、第2のヒーターコイル52は8.5オームの電気抵抗を有している。別の変形例では、第1および第2のヒーターコイルは、10オーム未満の合計抵抗を備えている。一変形例では、ヒーターは、8.5オームの抵抗を備えている。ヒーターコイル50、52は、セラミックパック24を介して延びる独立端末ポスト58a〜dを介して電源投入される。
The heater coils 50, 52 have electrical resistances and operating power levels that are selected to increase the rate at which the temperature of the
ヒーターコイル50、52と関連して、熱移送ガスの圧力もまた、基板25にわたって基板処理レートをより均一にするために、2つの加熱ゾーン42a、bでコントロール可能である。例えば、2つのゾーン42a、bは各々、異なる平衡圧力に熱移送ガスを保持して、基板25の裏側34から異なる熱移送レートを提供するように設定可能である。これは、2つの導管38a、38bを介して2つの異なる圧力の熱移送ガスを供給して、基板受け取り表面26の2つの異なる場所に出ることによって遂行される。
In connection with the heater coils 50, 52, the pressure of the heat transfer gas can also be controlled in the two
セラミックパック24の裏側表面28は、図3に示されるような複数の間隔のあいたメサ30を有することができる。一変形例では、メサ30は、複数のギャップ32によって相互に分離されている円筒形マウンドである。使用に際して、ギャップ32は空気などのガスで充填されて、裏側表面28からベースの下地表面への熱移送レートを調節する。一実施形態では、メサ30は円筒形マウンドを備えており、これは、表面28から上に延びるポストとして成形可能であり、ポストは矩形または円形断面形状を有している。メサ30の高さは約10〜約50ミクロンであってもよく、メサ30の直径は約500〜約5000ミクロンであってもよい。しかしながら、メサ30はまた他の形状およびサイズ、例えば、円錐または矩形ブロックや、サイズが変るバンプをも有することができる。一変形例では、メサ30は、例えば、数十ミクロンの適切に小さなビーズサイズで裏側表面28をビーズブラストすることによって形成されて、裏側表面28の材料を腐食によってエッチングして、介在するギャップ32によって成形メサ30を形成する。
The backside surface 28 of the
静電チャック20はまた、セラミックパック24のホール62a、bを通過して、基板25の下地中心および周辺部分46a、bの温度に接触して、これを正確に測定する光学温度センサー60a、bを含んでいる。第1のセンサー60aは、基板25の中心部分46aの温度を読み取るためにセラミックパック24の中心加熱ゾーン42aに位置決めされ、第2のセンサー60bは、これに応じて基板25の周辺部分46bの温度を読み取るためにセラミックパック24の周辺加熱ゾーン42bに位置決めされる。センサーの先端64a、bがチャック20に保持された基板25の裏側34に接触できるように、光学温度センサー60a、bはチャック20に位置決めされて、センサーの先端64a、bはセラミックパック24の基板受け取り表面26と同一平面にある。センサー60a、bの脚66a、bはセラミックパック24の本体を介して垂直に延びる。
The
一変形例では、図5に示されるように、各光学温度センサー60は、サイド72と、先端64として作用するドーム形状上部74とを具備するクローズオフシリンダーとして成形された銅キャップ70を備える熱センサープローブ68を備えている。銅キャップ70は酸素フリー銅材料からなってもよい。リンプラグ76が、銅キャップ70の上部74内部に、これと直接接触して埋め込まれる。銅キャップ70に埋め込まれたリンプラグ76は熱検知プローブ68に対してより迅速かつより敏感な熱応答を提供する。銅キャップ70の先端64はドーム形状上部74であり、基板を腐食したりダメージを与えたりせずに異なる基板25との反復接触を許容する。銅キャップ70は、センサープローブ68にキャップ70を添えるためのエポキシ79を受け取るための凹状溝78を有している。
In one variation, as shown in FIG. 5, each
リンプラグ76は赤外線放射形態の熱を、光学繊維束80を通過させられる光子に変換する。光学繊維束80はホウケイ酸塩ガラス繊維からなってもよい。光学繊維束80はスリーブ82によって包まれており、これはまた、セラミックパックを支持するベースの熱から温度センサーを隔離するように作用する温度隔離ジャケット84によって部分的に囲まれている。スリーブ82は周囲の構造からのより良好な熱隔離を提供するためのガラスチューブであってもよいが、これもまた銅などの金属から作られてもよい。温度隔離ジャケット84はPEEK、ポリエーテルエーテルケトンからなってもよく、またDupont de Nemours Co.DelawareのTeflon(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン)であってもよい。
The
静電チャック20を備える基板支持体90は、チャック20を支持および固定し、ならびにチャックを冷却するために使用される冷却ベース91に固定される(図1および図4)。ベース91は、チャック受け取り部分96および周辺部分98を有する上部表面94を具備する金属本体92を備えている。上部表面94のチャック受け取り部分96は、静電チャック20のセラミックパック24の裏側表面28を受け取るように適合されている。ベース91の周辺部分98はセラミックパック24を超えて、半径方向外側に延びる。ベース91の周辺部分98は、ベースの周辺部分の上部表面に固定可能なクランプリング100を受け取るように適合可能である。ベース91の金属本体92は、例えば、端末58a〜dや供給ガスをセラミックパック24のガス導管38a、bに保持するために、ベースの底部表面104からベース91の上部表面94に走る多数の通路102を有している。
A
ベース104は、冷却剤をチャネルに循環させるための、入口95および末端97を備える冷却チャネル110を有している。冷却チャネル110の入口95および末端97は、冷却チャネル110が図4Bに示されるように自身にループバックする場合に、相互に隣接して位置決め可能である。冷却剤は水などの流体や他の適切な熱移送流体であってもよく、これは冷却器でプリセット温度に維持されて、ベース91のチャネルを介してポンピングされる。巡回する冷却流体を具備するベース91は、チャック20の温度をコントロールして基板25の処理表面44にわたって所望の温度を達成するための熱交換器として作用する。チャネル110を通過した流体は、チャック28の温度、およびチャック28に保持された基板25の温度を上昇または低下させるために加熱または冷却可能である。一変形例では、チャネル110は、約0〜120℃の温度にベース91を維持するように流体を流すように成形およびサイズ設定されている。
ベース91の上部表面94のチャック受け取り部分96は、セラミックパック20の裏側全体に空気を保有し、かつ流すための1つ以上の溝106a、bを備えている。一実施形態では、チャック受け取り部分96は、セラミックパック24の裏側表面28上の複数のメサ30と共働し、かつセラミックパック24の周辺部分54bからの熱移送レートをコントロールする周辺溝106aを備えている。別の実施形態では、ベースのチャック受け取り表面は、パックの裏側のメサの周りに空気を含有するための周辺溝を備えている。さらに別の実施形態では、中心溝106bが、セラミックパック24の中心部分からの熱移送を調節するために周辺溝106aと関連して使用される。
The
ベース91の上部表面94の溝106a、bはセラミックパック24の裏側表面28上のメサ30と共働して、基板処理表面44全体の温度をさらに調節する。セラミックパック24の裏側表面28上のメサ30は均一または不均一パターンで裏側表面28にわたって分布可能である。メサ30の形状、サイズおよび間隔は、ベース91の上部表面94とのメサ30の接触表面の全量をコントロールすることによって、インタフェースの全熱伝導面積をコントロールすることができる。均一に間隔のあけられたパターンでは、ギャップ32によって表されるようなメサ30間の距離は実質的に同じままであり、不均一な間隔では、ギャップ距離は表面28にわたって変化する。
The
任意に、セラミックパック24の裏側表面28は、図3に示されるように、ベースの冷却チャネル111の入口に隣接するメサ30の第1のアレイ39と、チャネル111の入口95から離れているか、冷却チャネル111の末端97に隣接するメサ30の第2のアレイ41とを有することができる。メサ230の第2のアレイは第1のアレイとは異なるパターンを形成する異なるギャップ距離を有しており、冷却チャネル111に隣接し、かつこれから離れた領域周辺の熱移送レートを調節する。例えば、新鮮な冷却剤を受け取るチャネル入口95付近の冷却チャネル111のセグメントの上にあるセラミックパック24の一部分はしばしば、チャネル末端付近の冷却チャネル111のセグメントの上にあるセラミックパック24の一部分より低い温度に維持される。これは、冷却剤は、セラミックパック24からの熱を捕捉することによってベースのチャネルの長さを移動すると温まるからである。結果として、セラミックパック24の受け取り表面26上に置かれた基板25の温度プロファイルは、入口95の上にある領域の温度より冷却チャネル末端97の下にある領域の温度のほうがが高くなっている。この温度プロファイルは、第1のギャップ距離で間隔をあけられたチャネル入口周辺にメサ30の第1のアレイと、第1の距離とは異なる第2のギャップ距離で間隔をあけられたチャネル111の末端97周辺にメサ30の第2のアレイを提供することによって補償される。第1の距離が第2の距離よりも大きい場合、第1のアレイのすぐ上にある基板25の部分からの熱移送レートは、第2のアレイ41のすぐ上にある基板25の部分からの熱移送レートよりも低い。結果的に、第2の基板領域からの熱移送レートよりも遅いレートで第1の基板領域から熱が移送されて、第1の領域を第2の領域よりも温かくして、冷却チャネルの入口95および末端97の基板表面44にわたって生じたであろう温度プロファイルを補償し、かつこれを等しくする。一例では、メサ39の第1のアレイは少なくとも約5mmの第1の距離の間隔をあけられているのに対して、メサ41の第2のアレイは、約3mm未満の第2の距離の間隔があけられている。
Optionally, the
同一の温度プロファイルコントロールが、メサ41の第2のアレイの接触領域の寸法に対してメサ39の第1のアレイの接触領域の寸法を変更することによって得られる。例えば、メサ39の第1のアレイの接触領域の第1の寸法は約2000ミクロン未満であってもよいのに対して、メサ41の第2のアレイの接触領域は少なくとも約3000ミクロンであってもよい。第1および第2の寸法はポスト形状を備えるメサ30の直径であってもよい。一変形例では、第1の寸法は1000ミクロンの直径であり、第2の寸法は4000ミクロンの直径である。接触面積が小さいほど、基板処理表面44全体の温度は高くなる。また、メサ30間と、裏側表面28全体に空気が提供されて、さらなる温度調節器として作用する。
The same temperature profile control is obtained by changing the size of the contact area of the first array of mesas 39 relative to the size of the contact area of the second array of mesas 41. For example, the first dimension of the contact area of the first array of mesas 39 may be less than about 2000 microns, while the contact area of the second array of mesas 41 is at least about 3000 microns and Also good. The first and second dimensions may be the diameter of the
基板の温度を急速に上昇および低下させる能力に影響を与える別の要因は、セラミックパック24とベース91間の熱インタフェースの性質である。良好な熱伝導性を有するインタフェースが、ベース91を移動する冷却剤によってセラミックパック24から容易に熱を除去するために、このインタフェースでは望ましい。加えて、セラミックパック24と冷却ベース91間の大きな温度差は、セラミックパック24のひび割れや他の熱ストレス誘導ダメージを引き起こす恐れのある熱膨張ストレスをもたらすため、インタフェースは柔らかいことが望ましい。一変形例では、柔らかい層が、セラミックパック24の裏側表面をベース91のフロント表面に接着させるのに使用される。柔らかい層は良好な熱伝導性を提供するように製作されるが、高い熱ストレスを吸収するには依然としてかなり柔らかい。一変形例では、柔らかい層はアルミニウム繊維を埋め込んだシリコンを備えている。シリコン材料は良好な柔らかさを提供するのに対して、依然として合理的な熱伝導性を有している。シリコン材料の熱伝導性は、埋め込まれているアルミニウム繊維によって高められる。別の変形例では、柔らかい層は、埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルを備えている。また、アクリルポリマーは柔らかさに熱ストレスを提供するように選択されるのに対して、埋め込みワイヤメッシュは構造の熱伝導性を高める。
Another factor that affects the ability to rapidly raise and lower the temperature of the substrate is the nature of the thermal interface between the
ベース91はさらに、静電チャック20の電極36に電力を伝導するための電気端末アセンブリ120を備えている。電気端末アセンブリ120はセラミック絶縁ジャケット124を備えている。セラミック絶縁ジャケット124は例えば、酸化アルミニウムであってもよい。複数の端末ポスト58がセラミック絶縁ジャケット124内に埋め込まれている。端末ポスト58、58a〜dは電力を静電チャック20の電極36およびヒーターコイル50、52に供給する。例えば、端末ポスト58は銅ポストを含んでもよい。
リングアセンブリ170はまた、図6Aおよび6Bに示されているように、プロセス堆積物の形成を削減し、ベース91によって支持されている静電チャック20を備える基板支持体90の周辺領域を腐食から保護するために提供可能である。リングアセンブリ170は、スクリューやボルト(図示せず)などの固定手段によってベース91の上部表面94の周辺部分98に固定されるクランプリング100を備えている。クランプリング100は、横断方向かつ半径方向内側に延びるリップ172と、上部表面174と外側側面176とを有している。リップ172は、セラミックパック24と、上部表面174と外側側面176とのガス気密シールを形成するためにセラミックパック24の周辺出っ張り29の第1のステップ31上に静止する下面173を有している。一変形例では、下面173は例えば、ポリイミドを備えるポリマー層179を備えており、良好なガス気密シールを形成する。クランプリング100は、プラズマによる腐食に抵抗可能な材料、例えば、ステンレス鋼、チタンまたはアルミニウムなどの金属材料や、酸化アルミニウムなどのセラミック材料から製作される。
The
リングアセンブリはまた、クランプリング100の上部表面174上に静止するフット184を有するバンド182を備える端リング180を含む。端リングはまた、クランプリング100上のスパッタリング堆積物の堆積を削減したり全体的に排除したりするために処理環境に暴露されるクランプリング100の外側表面176を取り囲む環状外壁186を有している。端リング180はまた、セラミックパックの受け取り表面上に保有されている端リング180を覆う基板の縁と共にシールを形成するために、セラミックパック29の周辺出っ張り29の第2のステップ33をカバーするフランジ190を備えている。フランジ190は、基板25の張り出し端196の下方に終端する突出部194を備えている。フランジ190は、基板25の周辺を取り囲んで、処理中に基板25によってカバーされないセラミックパック24の領域を保護するリング190の内縁を画成する。リングアセンブリ170のクランプリング100および端リング180は共働して、プロセスチャンバでの基板25の処理中にベース91上に支持される静電チャック20上へのプロセス堆積物の形成を削減し、またこれを腐食から保護する。端リング180は基板支持体90の暴露側面を保護して、エネルギー付与されたプラズマ種による腐食を削減する。リングアセンブリ170はリング100、180の暴露表面から堆積物を洗浄するために容易に除去可能であるため、基板支持体90全体は洗浄するために分解される必要はない。端リング180は例えば、石英などのセラミックを備えている。
The ring assembly also includes an
動作に際して、プロセスガスが、設定流量のガスを通過させるための、質量流コントローラなどのガス流コントロールバルブ158を有する導管203を各々が供給するガス源を備えるプロセスガスサプライ204を含むガス送出システム150を介してチャンバ106に導入される。導管はガスを、ガスが混合されて所望のプロセスガス組成を形成する混合マニホルド(図示せず)に供給する。混合マニホルドはガス出口を有するガス分配器(図示せず)162をチャンバ106に供給する。ガス出口はチャンバ側壁120を通過して基板支持体20の周辺に終端してもよく、または天井124を通過して基板25上方に終端してもよい。使用済みプロセスガスおよび副生成物は、使用済みプロセスガスを受け取り、この使用済みガスを、チャンバ106のガス圧力をコントロールするためのスロットルバルブがある排出導管に通過させる1つ以上の排出ポート211を含む排出システム210を介してチャンバ106から排出される。排出導管172は1つ以上の排出ポンプ218を供給する。排出システム210はまた、排出される望ましくないガスを削減するための廃棄処置システム(図示せず)を含有してもよい。
In operation, a
プロセスガスはエネルギー付与されて、チャンバ106のプロセスゾーン、またはチャンバ106の上流の遠隔ゾーン(図示せず)のプロセスガスにエネルギーを結合させるガスエナジャイザー208によって基板25を処理する。「エネルギー付与されたプロセスガス」によって、解離ガス種、非解離ガス種、イオンガス種および天然ガス種のうちの1つ以上を形成するためにプロセスガスが活性化またはエネルギー付与されることになる。一変形例では、ガスエナジャイザー208は、チャンバ106を中心とする円形対称性を有することがある1つ以上のインダクタコイル188を備えるアンテナ186を備えている。一般的に、アンテナ186は約1〜約20ターンを有するソレノイドを備えており、中心軸は、プロセスチャンバ106を介して延びる長手方向垂直軸に一致している。ソレノイドの適切な配列は、プロセスガスへの強力な誘導フラックスリンクおよび結合を提供するように選択される。アンテナ186がチャンバ106の天井124付近に位置決めされると、天井124の隣接部分は、RFまたは電磁場に対して透明な、二酸化シリコンなどの誘電材料から作られてもよい。アンテナ186はアンテナ電流サプライ(図示せず)によって電源投入されて、印加された電力はRF整合ネットワーク192によってチューニングされる。アンテナ電流サプライは例えば、RF電力を、一般的に約50kHz〜約60MHz、より一般的には約13.56MHzの周波数で、かつ約100〜約5000ワットの電力レベルでアンテナ186に提供する。
The process gas is energized to process the
アンテナ186がチャンバ106で使用される場合、壁118は、酸化アルミニウムや二酸化シリコンなどの誘導電磁界透過材料から作られる天井124を含んでおり、アンテナ186からの誘導エネルギーが壁118や天井124を透過することを許容する。適切な半導体材料はドープシリコンである。ドープシリコン半導体天井について、天井124の温度は好ましくは、材料が半導体特性を提供し、かつキャリア電子濃度が温度に対してかなり一定である範囲に保持される。ドープシリコンについて、温度範囲は(これ未満でシリコンが誘電特性を有し始める)約100K〜(これ以上でシリコンが金属導体特性を有し始める)600Kであってもよい。
When the
一変形例では、ガスエナジャイザー208はまた、プラズマ開始エネルギーをプロセスガスに提供したり、運動学的エネルギーをエネルギー付与されたガス種に与えたりするように容量結合されてもよい1対の電極(図示せず)である。一般的に、一方の電極は基板20の下方の支持体20にあり、他方の電極は壁、例えば、チャンバ106の側壁120や天井124である。例えば、電極は、依然として天井124上方のアンテナ186によって送信されるRF誘導電磁界に低インピーダンスを提供しつつ、チャンバ106に電界を形成するためにバイアスまたは接地されるのに十分導電性である半導体から作られる天井124であってもよい。適切な半導体は、例えば、室温で約500cm未満の電気抵抗を有するようにドープされたシリコンを備えている。概して、電極は、RFバイアス電圧を電極に提供して電極を相互に容量結合させるバイアス電圧サプライ(図示せず)によって相互に電気バイアスされてもよい。印加されたRF電圧はRF整合ネットワーク202によってチューニングされる。RFバイアス電圧は約50kHz〜約60MHz、つまり約13.56MHzの周波数を有してもよく、RFバイアス電流の電力レベルは一般的に約50〜約3000ワットである。
In one variation, the
チャンバ106は、基板支持体20を昇降させる基板支持体20と、ガス流コントロールバルブ158と、ガスエナジャイザー208とスロットルバルブ174と、を含むチャンバコンポーネントを操作する命令を、ハードウェアインタフェース304を介して送るコンピュータ302を備えるコントローラ300によって操作されてもよい。チャンバ106の異なる検出器によって測定されたり、ガス流コントロールバルブ158、圧力モニター(図示せず)、スロットルバルブ174などのコントロールデバイスおよび他のこのようなデバイスによってフィードバック信号として送られたりするプロセス条件およびパラメータは、電気信号としてコントローラ300に送信される。コントローラ300は本発明の説明を簡略化するために例示的な単一コントローラデバイスの例として図示されているが、コントローラ300は、相互に接続されてもよい複数のコントローラデバイスや、チャンバ106の異なるコンポーネントに接続されてもよい複数のコントローラデバイスであってもよいことが理解されるべきであり、従って、本発明は、本明細書に説明されている事例的かつ例示的実施形態に制限されるべきではない。
The
コントローラ300は、チャンバ106およびこの周辺コンポーネントを操作するのに適した集積回路を備える電気回路を含む電子ハードウェアを備えている。概して、コントローラ300は、データ入力を受容し、アルゴリズムを実行し(run)、有用な出力信号を発生させ、検出器および他のチャンバコンポーネントからのデータ信号を検出し、チャンバ106のプロセス条件を監視またはコントロールするように適合されている。例えば、コントローラ300は、(1)例えば、CDやフロッピードライブなどのリムーバブル記憶媒体310や、例えば、ハードドライブ、ROMおよびRAM314などの非リムーバブル記憶媒体312を含むメモリ308に結合された、例えば、INTEL社の従来のマイクロプロセッサなどの中央演算処理装置(CPU)306と、(ii)チャンバ106からのデータおよび他の情報の検索や、特定のチャンバコンポーネントの操作などの特定のタスクに対して設計およびプログラミングされた特定用途向け集積回路(ASIC)と、(iii)例えば、アナログおよびディジタルの入力および出力ボードと、通信インタフェースボードとモーターコントローラボードとを備える、特定の信号処理タスクで使用されるインタフェースボード304とを備えるコンピュータ302を備えてもよい。コントローラインタフェースボード304は例えば、プロセスモニター210からの信号を処理して、データ信号をCPU306に提供してもよい。コンピュータ302はまた、例えば、コプロセッサ、クロック回路、キャッシュ、電源、およびCPU306と連通している他の周知のコンポーネントを含む支持回路を有している。RAM314は、プロセス実施中に本発明のソフトウェア実施を記憶するために使用可能である。本発明のコードの命令セットは一般的に記憶媒体310、312に記憶されて、CPU306によって実行される場合にはRAM314の一次記憶装置に呼び出される。オペレータとコントローラ300間のユーザインタフェースは例えば、ディスプレイ316と、キーボードやライトペンなどのデータ入力デバイス318とを介して可能である。特定のスクリーンや機能を選択するために、オペレータはデータ入力デバイス318を使用して選択を入力して、その選択をディスプレイ316で閲覧することができる。
The
コントローラ300によって受信および評価されたデータ信号はファクトリオートメーションホストコンピュータ320に送られてもよい。ファクトリオートメーションホストコンピュータ320は、幾つかのシステム、プラットフォームまたはチャンバ106からの、かつ基板104のバッチに対するまたは延長期間のデータを評価して、(i)基板上で行われたプロセスや、(ii)単一の基板にわたって統計的関係が変化することがある特性や、(iii)基板のバッチにわたって統計的関係が変化することがある特性の統計的プロセスコントロールパラメータを識別するホストソフトウェアプログラム322を備えていてもよい。ホストソフトウェアプログラム322はまた、進行中のイン・シトゥープロセス評価やプロセスパラメータのコントロールに対してデータを使用してもよい。適切なホストソフトウェアプログラムは、上記のアプライドマテリアルズ社から入手可能なWORKSTREAM(商標)ソフトウェアプログラムを備えている。ファクトリオートメーションホストコンピュータ320はさらに、(i)例えば、基板特性が不適切であったり、統計的に所定の範囲の値にない場合、あるいはプロセスパラメータが許容範囲から外れている場合に特定の基板25をエッチングシーケンスから除去する、(ii)特定のチャンバ106でのエッチングを終了させる、または(iii)基板25やプロセスパラメータの不適切な特性を判断する際にプロセス条件を調整するための命令信号を提供するように適合されてもよい。ファクトリオートメーションホストコンピュータ320はまた、ホストソフトウェアプログラム322によるデータの評価に応答して、基板25のエッチングの開始または終了時に命令信号を提供してもよい。
Data signals received and evaluated by the
一変形例では、コントローラ300は、コンピュータ302によって読み取り可能であり、かつ例えば、非リムーバブル記憶媒体312やリムーバブル記憶媒体310上のメモリ308に記憶されてもよいコンピュータプログラム330を備えている。コンピュータプログラム330は概して、チャンバ106およびこのコンポーネントを操作するためのプログラムコードを備えるプロセスコントロールソフトウェアと、チャンバ106で実行されるプロセスを監視するためのプロセス監視ソフトウェアと、安全なシステムソフトウェアと、他のコントロールソフトウェアとを備えている。コンピュータプログラム330は、例えば、アセンブリ言語、C++、PascalまたはFortranなどの任意の従来のプログラミング言語で書かれてもよい。適切なプログラムコードが、従来のテキストエディターを使用して単一ファイルまたは複数のファイルに入力されて、メモリ308のコンピュータ使用可能な媒体に記憶または具現化される。入力されたコードテキストがハイレベル言語である場合、コードはコンパイルされて、その結果得られたコンパイラコードは、プリコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイル済みオブジェクトコードを実行するために、ユーザはオブジェクトコードを呼び出し、CPU306にコードを読み取りおよび実行させて、プログラムにおいて識別されたタスクを実行する。
In one variation, the
動作に際して、データ入力デバイス318を使用して、例えば、ユーザは、プロセス選択器332によって生成されるディスプレイ316上のメニューやスクリーンに応答して、プロセスセットおよびチャンバ番号をコンピュータプログラム330に入力する。コンピュータプログラム330は、基板の位置、ガス流、ガス圧力、温度、RF電力レベル、および特定のプロセスの他のパラメータをコントロールするための命令セットならびにチャンバプロセスを監視するための命令セットを含んでいる。プロセスセットは、特定されたプロセスを実施するために必要なプロセスパラメータの所定のグループである。プロセスパラメータは、ガス組成、ガス流量、温度、圧力、およびRFまたはマイクロ波電力レベルなどのガスエナジャイザー設定を制限なく含むプロセス条件である。チャンバ番号は、プラットフォームに1セットの相互接続チャンバがある場合の特定のチャンバのIDを反映する。 In operation, using data input device 318, for example, a user enters a process set and chamber number into computer program 330 in response to a menu or screen on display 316 generated by process selector 332. The computer program 330 includes an instruction set for controlling substrate position, gas flow, gas pressure, temperature, RF power level, and other parameters of a particular process and an instruction set for monitoring the chamber process. . A process set is a predetermined group of process parameters necessary to perform a specified process. Process parameters are process conditions including, without limitation, gas energizer settings such as gas composition, gas flow, temperature, pressure, and RF or microwave power levels. The chamber number reflects the ID of a particular chamber when there is a set of interconnected chambers on the platform.
プロセスシーケンサー334は、コンピュータプログラム330やプロセス選択器332からのチャンバ番号およびプロセスパラメータセットを受容して、この動作をコントロールするための命令セットを備えている。プロセスシーケンサー334は、特定のプロセスパラメータを、チャンバ106において多数のタスクをコントロールするチャンバマネージャ336に渡すことによってプロセスセットの実行を開始する。チャンバマネージャ336は、例えば、基板位置決め命令セット340、ガス流コントロール命令セット342、ガス圧力コントロール命令セット344、温度コントロール命令セット348、ガスエナジャイザーコントロール命令セット350およびプロセス監視命令セット352などの命令セットを含んでもよい。1セットのタスクを実行するための個別の命令セットとして説明されているが、これらの命令セットの各々は相互に一体化可能であり、あるいはオーバーラップしていてもよく、従って、本明細書に説明されているチャンバコントローラ300およびコンピュータ読み取り可能なプログラムは本明細書に説明されている機能的ルーチンの具体的な変形例に制限されるべきではない。
Process sequencer 334 includes a set of instructions for receiving chamber numbers and process parameter sets from computer program 330 and process selector 332 and controlling this operation. The process sequencer 334 initiates execution of the process set by passing specific process parameters to a chamber manager 336 that controls a number of tasks in the
基板位置決め命令セット340は、基板25を基板支持体20上にロードし、任意で基板25をチャンバ106の所望の高さに持ち上げるために使用されるチャンバコンポーネントをコントロールするためのコードを備えている。例えば、基板位置決め命令セット340は、基板をチャンバに移送する移送ロボットアーム(図示せず)を操作し、静電チャックのホールを介して延ばされるリフトピン(図示せず)をコントロールし、ロボットアームの移動とリフトピンの動きとを調整するためのコードを含むことが可能である。
The substrate positioning instruction set 340 includes code for controlling the chamber components that are used to load the
プログラムコードはまた、例えば、チャック20のセラミックパック24における第1および第2のヒーターコイル50、52に異なる電力レベルを別個に印加することによって、基板25の異なる領域に維持されている温度を設定およびコントロールするための温度コントロール命令セット348を含んでいる。温度コントロール命令セット348はまた、導管38a、bを通過した熱移送ガスの流れを調整する。
The program code also sets the temperature maintained in different regions of the
温度コントロール命令セット348はまた、ベース91の冷却チャネル110を通過した冷却流体の温度および流量をコントロールするためのコードを備えている。一変形例では、温度コントロール命令セット348は、ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる直前に、初期の低レベルから、例えば、少なくとも約1秒間冷却器の冷却剤の温度をより高レベルに高めるコードを備えている。これによって、ヒーターの温度が結局上がらない場合にヒーターが温度を上昇させてセラミックパック24からベース91への熱流を削減する直前に、より高い温度の冷却剤がベース91の冷却チャネルにおいて循環可能になり、基板の温度上昇レートを効果的に上げることができる。反対に、プログラムコード348は、基板温度が低下される場合に基板から熱が移送されるレートを加速させるためにヒーターに印加される電力レベルを低下させる前に、冷却剤の温度を例えば、少なくとも約10℃下げ、冷却器をより低レベルに下げる命令セットを含んでいる。図7の温度対時間のグラフは、冷却ベースが5℃に維持されている、45℃〜75℃に傾斜した基板の温度傾斜レートを描いている。図9は、熱を保持して基板に与える静電チャックの温度傾斜のグラフによって、基板温度の急速な変化を描いている。基板は、裏側のヘリウム圧力の使用によって、静電チャックと同じ温度を維持する。グラフは、静電チャックが所定の時間間隔で上昇および低下される様子を明示している。グラフの2つの急勾配の山はそれぞれ温度の高速上昇および低下を示している。静電チャックのこのような高速の温度傾斜は基板温度の急速な変化を見込んでいるため、Poly−SiおよびWSIXなどの以前は両立不可能であった材料のエッチングを可能にする。
The temperature control instruction set 348 also includes code for controlling the temperature and flow rate of the cooling fluid that has passed through the cooling
プロセスフィードバックコントロール命令セット352は、温度信号を光学温度センサー60a、bから受信して、ヒーターコイル50、52などのチャンバコンポーネントに印加された電力と、導管38a、bを介する熱移送ガスの流れと、ベース91のチャネル110を介する流体の流れと、冷却器の冷却剤温度とを調整する温度監視命令セット348間のフィードバックコントロールループとして作用可能である。
Process feedback control instruction set 352 receives temperature signals from
ガス流コントロール命令セット342は、プロセスガスの異なる構成要素の流量をコントロールするためのコードを備えている。例えば、ガス流コントロール命令セット342は、ガス出口203からチャンバ106への所望のガス流量を得るために、ガス流コントロールバルブ158の開口サイズを調節してもよい。一変形例では、ガス流コントロール命令セット342は、第1のガスの第1の容積流量と第2のガスの第2の容積流量とを設定して、プロセスガス組成における第2のプロセスガスに対する第1のプロセスガスの所望の容積流量比を設定するためのコードを備えている。
The gas flow control instruction set 342 includes code for controlling the flow rates of the different components of the process gas. For example, the gas flow control instruction set 342 may adjust the opening size of the gas flow control valve 158 to obtain a desired gas flow rate from the
ガス圧力コントロール命令セット344は、スロットルバルブ174の開閉位置を調節することによって、チャンバ106の圧力をコントロールするためのプログラムコードを備えている。温度コントロール命令セット348は例えば、エッチング中に基板104の温度をコントロールするためのコードや、天井の温度などの、チャンバ106の壁の温度をコントロールするためのコードを備えてもよい。ガスエナジャイザーコントロール命令セット350は、例えば、電極やアンテナ186に印加されるRF電力レベルを設定するためのコードを備えている。
The gas pressure control instruction set 344 includes program code for controlling the pressure in the
1セットのタスクを実行するための個別の命令セットとして説明されているが、これらの命令セットの各々は相互に一体化可能である、つまり1セットのプログラムコードのタスクは、所望のセットのタスクを実行するためにタスクと相互に一体化されることが理解されるべきである。従って、本明細書に説明されているコントローラ300およびコンピュータプログラム330は本明細書に説明されている機能的ルーチンの具体的な変形例に制限されるべきではなく、等価的なセットの機能を実行する任意の他のセットのルーチンや合併プログラムコードもまた本発明の範囲内である。また、コントローラはチャンバ106の一変形例に対して図示されているが、本明細書に説明されている任意のチャンバに対して使用可能である。
Although described as separate instruction sets for performing a set of tasks, each of these instruction sets can be integrated with each other, i.e., a set of program code tasks is a desired set of tasks. It should be understood that they are mutually integrated with tasks to perform Thus, the
本発明の装置およびプロセスは、基板およびチャンバで実行されるプロセスの異なるステップ間の基板の温度の急速な変化を許容することによって重要な利点を提供している。このような急速な温度変化は、多数のステップを有するエッチングプロセスが実行可能な速度を速める。本システムはまた、基板上の異なる材料や層のエッチングに必要な多数のエッチング段階を有するエッチングプロセスなどの特定のプロセスに望ましい温度上昇および低下プロファイルの正確な再現を許容する。さらに別の利点は、本装置によって、冷却ベースの温度よりもかなり高い温度に基板を維持することができることであり、これはまたプロセス中の基板温度の偏り(drift)が全くなく、より高いプラズマ電力を基板に印加することを可能にする。基板と冷却ベース間の大きな温度差によっても、基板の内側と外側のゾーン間の良好な温度差が可能になり、基板表面にわたって変動する環状プロセス条件を補償することができる。 The apparatus and process of the present invention provides significant advantages by allowing rapid changes in the temperature of the substrate between different steps of the process performed on the substrate and chamber. Such rapid temperature changes increase the rate at which an etching process having multiple steps can be performed. The system also allows an accurate reproduction of the temperature rise and fall profiles desired for a particular process, such as an etch process that has multiple etching steps required to etch different materials and layers on the substrate. Yet another advantage is that the apparatus allows the substrate to be maintained at a much higher temperature than the cooling base temperature, which also eliminates any substrate temperature drift during the process and results in a higher plasma. Allows power to be applied to the substrate. A large temperature difference between the substrate and the cooling base also allows a good temperature difference between the inner and outer zones of the substrate and can compensate for annular process conditions that vary across the substrate surface.
本発明は、この特定の好ましい変形例に関してかなり詳細に説明されてきたが、他の変形例も可能である。例えば、基板支持体、冷却ベースおよび温度センサーなどの装置コンポーネントは、本明細書に説明されているもの以外のチャンバおよびプロセスに使用可能である。従って、添付の請求項は本明細書に含有されている好ましい変形例の説明に制限されるべきではない。 Although the present invention has been described in considerable detail with respect to this particular preferred variation, other variations are possible. For example, device components such as substrate supports, cooling bases, and temperature sensors can be used for chambers and processes other than those described herein. Accordingly, the appended claims should not be limited to the description of the preferred variations contained herein.
104…基板、106…チャンバ、120…側壁、122…底壁、124…天井、118…エンクロージャ壁、114…ハウジング、124…天井、208…ガスエナジャイザー、300…コントローラ、218…排出ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
(a)セラミックパック(puck)であって、(i)基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、(ii)中心部分及び周辺部分と、(iii)対向する裏側表面であって、第1のグループのメサおよび第2のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面と、(iv)静電力を生成して、前記基板受け取り表面に置かれた基板を保有するための、内部に埋め込まれた電極と、(v)前記基板を加熱するための、前記セラミックパックに埋め込まれたヒーターであって、前記セラミックパックの前記周辺部分に配置されている第1のヒーターコイルと、前記セラミックパックの前記中心部分に配置されている第2のヒーターコイルとを含むヒーターとを備えるセラミックパックと、
(b)冷却剤を循環させる冷却チャネルを備える冷却ベースであって、前記冷却チャネルが入口および末端を備える冷却ベースと、
(c)前記セラミックパックを前記冷却ベースに接着する柔らかい層であって、(i)埋め込みアルミニウム繊維を有するシリコンまたは(ii)埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルのうちの少なくとも1つを備える柔らかい層と
を備え、
前記第1及び第2のヒーターコイルを含むヒーター、前記冷却ベース、及び前記柔らかい層は協働して、前記セラミックパックの前記中心部分及び周辺部分の温度を独立して制御し、前記基板の温度を急速に上昇及び低下させることを可能にし、
(i)前記第1のメサが、前記第2のメサ間の第2の距離よりも長い第1の距離の間隔があけられているか、
(ii)前記第1のメサが、前記第2のメサの第2の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第1の接触領域をそれぞれ有している、
アセンブリ。 A substrate support assembly capable of holding and heating a substrate in a process chamber, comprising:
(A) a ceramic puck, (i) a substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying heat transfer gas to the receiving surface; (ii) a central portion; (Iii) an opposing backside surface comprising a plurality of spaced mesa comprising a first group of mesas and a second group of mesas ; iv) an embedded electrode for generating an electrostatic force to hold the substrate placed on the substrate receiving surface; and (v) embedded in the ceramic pack for heating the substrate. A heater comprising a first heater coil disposed in the peripheral portion of the ceramic pack and a second heater coil disposed in the central portion of the ceramic pack. A ceramic pack comprising a motor,
(B) a cooling base comprising a cooling channel for circulating a coolant, wherein the cooling channel comprises an inlet and an end;
(C) a soft layer that bonds the ceramic pack to the cooling base, the soft layer comprising at least one of (i) silicon with embedded aluminum fibers or (ii) acrylic with embedded wire mesh. Prepared,
The heater including the first and second heater coils, the cooling base, and the soft layer cooperate to independently control the temperature of the central portion and the peripheral portion of the ceramic pack, and the temperature of the substrate. Can rise and fall rapidly ,
(I) the first mesas are spaced apart by a first distance that is longer than a second distance between the second mesas;
(Ii) each of the first mesas has a first contact area having a size smaller than that of the second contact area of the second mesa;
assembly.
(i)約7mm未満の厚さ、
(ii)約4〜約7mmの厚さ、または
(iii)前記セラミックパックが酸化アルミニウムからなる、
のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の支持アセンブリ。 The ceramic pack has the following features:
(I) a thickness of less than about 7 mm;
(Ii) a thickness of about 4 to about 7 mm, or (iii) the ceramic pack is made of aluminum oxide,
The support assembly of claim 1, comprising at least one of:
(i)前記第1および第2のヒーターコイルが、相互に放射状に間隔があけられ、かつ同心的である、
(ii)前記第1および第2のヒーターコイルが、10オーム未満の結合抵抗を有する、
(iii)前記第1のヒーターコイルが、第1の距離の間隔のあいた第1のループを含み、前記第2のヒーターコイルが、前記第1の距離よりも長い第2の距離の間隔のあいた第2のループを含む、のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の支持アセンブリ。 The following features:
(I) the first and second heater coils are radially spaced from each other and concentric;
(Ii) the first and second heater coils have a coupling resistance of less than 10 ohms;
(Iii) The first heater coil includes a first loop spaced by a first distance, and the second heater coil is spaced by a second distance that is longer than the first distance. The support assembly of claim 1, comprising at least one of including a second loop.
(a)(i)基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、(ii)中心部分及び周辺部分と、(iii)対向する裏側表面であって、第1のグループのメサおよび第2のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面とを備えるセラミックパックと、
(b)静電力を生成して、前記基板受け取り表面に置かれた基板を保有するための、前記セラミックパックに埋め込まれた電極と、
(c)前記基板受け取り表面で受け取られた基板を加熱するための、前記セラミックパックに埋め込まれたヒーターであって、前記セラミックパックの前記周辺部分に配置されている第1のヒーターコイルと、前記セラミックパックの前記中心部分に配置されている第2のヒーターコイルとを含むヒーターと、
(d)前記セラミックパックに接着された冷却ベースであって、冷却剤を循環させる冷却チャネルを備える冷却ベースと、
を備え、
(i)前記第1のメサが、前記第2のメサ間の第2の距離よりも長い第1の距離の間隔があけられているか、
(ii)前記第1のメサが、前記第2のメサの第2の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第1の接触領域をそれぞれ有している、
静電チャック。 An electrostatic chuck capable of holding and heating a substrate in a process chamber,
(A) (i) a substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying a heat transfer gas to the receiving surface; (ii) a central portion and a peripheral portion; and (iii) opposite. A ceramic pack comprising a plurality of spaced apart mesas comprising a first group of mesas and a second group of mesas ;
(B) an electrode embedded in the ceramic pack for generating an electrostatic force to hold a substrate placed on the substrate receiving surface;
(C) a heater embedded in the ceramic pack for heating the substrate received at the substrate receiving surface, the first heater coil disposed in the peripheral portion of the ceramic pack; A heater including a second heater coil disposed in the central portion of the ceramic pack;
(D) a cooling base bonded to the ceramic pack, the cooling base comprising a cooling channel for circulating a coolant;
Equipped with a,
(I) the first mesas are spaced apart by a first distance that is longer than a second distance between the second mesas;
(Ii) each of the first mesas has a first contact area having a size smaller than that of the second contact area of the second mesa;
Electrostatic chuck.
(ii)前記電極およびヒーターがそれぞれタングステンまたはモリブデンのいずれかからなる、請求項8に記載の静電チャック。 (I) the ceramic pack is made of aluminum oxide;
(Ii) The electrostatic chuck according to claim 8, wherein each of the electrode and the heater is made of tungsten or molybdenum.
(a)基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
(i)[i]基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、[ii]対向する裏側表面と、[iii]電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
(ii)前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
(iii)冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
(b)プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
(c)前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
(d)前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
(e)(i)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは(ii)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備え、
前記温度コントロール命令セットが、前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇または低下させる前に少なくとも約1秒間、前記冷却器の冷却温度を変化させるコードを含む、前記装置。 A substrate processing apparatus,
(A) A process chamber in which a substrate support is mounted, wherein the substrate support is
(I) [i] a substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying heat transfer gas to the substrate receiving surface; [ii] an opposing back surface; [iii] an electrode; A ceramic pack comprising a heater embedded therein;
(Ii) a cooling base bonded to the backside surface of the ceramic pack under the ceramic pack, the cooling base comprising a cooling channel;
(Iii) a process chamber comprising: a cooler for maintaining the coolant at a cooling temperature that allows the coolant to pass through the cooling channel of the cooling base;
(B) a gas distributor for providing process gas to the process chamber;
(C) a gas energizer for imparting energy to the process gas;
(D) a gas exhaust port for exhausting the process gas from the chamber;
(E) (i) raising the cooling temperature of the cooler to a higher level before raising the power level applied to the heater in the ceramic pack, or (ii) applied to the heater in the ceramic pack A controller comprising a temperature control instruction set comprising code that allows the temperature of the substrate to be raised or lowered at a faster rate by lowering the cooling temperature of the cooler to a lower level before reducing the power level; Prepared,
The temperature control instruction set, at least about 1 second before raising or lowering the power level applied to the heater in the ceramic puck includes code for changing the cooling temperature of the cooler, the device.
(a)基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
(i)[i]基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、[ii]対向する裏側表面と、[iii]電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
(ii)前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
(iii)冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
(b)プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
(c)前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
(d)前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
(e)(i)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは(ii)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備え、
前記温度コントロール命令セットが、前記冷却温度を少なくとも約10℃変化させるコードを含む、前記装置。 A substrate processing apparatus,
(A) A process chamber in which a substrate support is mounted, wherein the substrate support is
(I) [i] a substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying heat transfer gas to the substrate receiving surface; [ii] an opposing back surface; [iii] an electrode; A ceramic pack comprising a heater embedded therein;
(Ii) a cooling base bonded to the backside surface of the ceramic pack under the ceramic pack, the cooling base comprising a cooling channel;
(Iii) a process chamber comprising: a cooler for maintaining the coolant at a cooling temperature that allows the coolant to pass through the cooling channel of the cooling base;
(B) a gas distributor for providing process gas to the process chamber;
(C) a gas energizer for imparting energy to the process gas;
(D) a gas exhaust port for exhausting the process gas from the chamber;
(E) (i) raising the cooling temperature of the cooler to a higher level before raising the power level applied to the heater in the ceramic pack, or (ii) applied to the heater in the ceramic pack A controller comprising a temperature control instruction set comprising code that allows the temperature of the substrate to be raised or lowered at a faster rate by lowering the cooling temperature of the cooler to a lower level before reducing the power level; Prepared,
The temperature control instruction set comprises code for causing at least about 10 ° C. change the cooling temperature, the device.
(a)基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
(i)[i]基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、[ii]対向する裏側表面と、[iii]電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
(ii)前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に(i)埋め込みアルミニウム繊維を有するシリコン材料、または(ii)埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルのうちの少なくとも1つを備える柔らかい層によって接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
(iii)冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
(b)プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
(c)前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
(d)前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
(e)(i)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは(ii)前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備える、前記装置。 A substrate processing apparatus,
(A) A process chamber in which a substrate support is mounted, wherein the substrate support is
(I) [i] a substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying heat transfer gas to the substrate receiving surface; [ii] an opposing back surface; [iii] an electrode; A ceramic pack comprising a heater embedded therein;
(Ii) by a soft layer comprising at least one of (i) a silicon material having embedded aluminum fibers or (ii) an acrylic having an embedded wire mesh on the backside surface of the ceramic pack, under the ceramic pack . A bonded cooling base comprising a cooling channel;
(Iii) a process chamber comprising: a cooler for maintaining the coolant at a cooling temperature that allows the coolant to pass through the cooling channel of the cooling base;
(B) a gas distributor for providing process gas to the process chamber;
(C) a gas energizer for imparting energy to the process gas;
(D) a gas exhaust port for exhausting the process gas from the chamber;
(E) (i) raising the cooling temperature of the cooler to a higher level before raising the power level applied to the heater in the ceramic pack, or (ii) applied to the heater in the ceramic pack A controller comprising a temperature control instruction set comprising code that allows the temperature of the substrate to be raised or lowered at a faster rate by lowering the cooling temperature of the cooler to a lower level before reducing the power level; Said device.
(a)セラミックパックであって、(i)基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、(ii)対向する裏側表面であって、第1のグループのメサおよび第2のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面と、(iii)埋め込まれた電極及びヒーターとを備えるセラミックパックと、
(b)前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面にシリコン材料で接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと
を備え、
(i)前記第1のメサが、前記第2のメサ間の第2の距離よりも長い第1の距離の間隔があけられているか、
(ii)前記第1のメサが、前記第2のメサの第2の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第1の接触領域をそれぞれ有している、
アセンブリ。 A substrate support assembly capable of holding and heating a substrate in a process chamber, comprising:
(A) a ceramic pack, (i) a substrate receiving surface, the substrate receiving surface having a plurality of ports for supplying heat transfer gas to the receiving surface; and (ii) an opposing back surface . A ceramic pack comprising a plurality of spaced apart mesas comprising a first group of mesas and a second group of mesas, said opposing backside surface , and (iii) embedded electrodes and heaters When,
(B) a cooling base that is bonded to the back surface of the ceramic pack with a silicon material under the ceramic pack, the cooling base including a cooling channel ;
(I) the first mesas are spaced apart by a first distance that is longer than a second distance between the second mesas;
(Ii) each of the first mesas has a first contact area having a size smaller than that of the second contact area of the second mesa;
assembly.
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