JP5902085B2 - 処理チャンバ内で基板を位置決めするための装置及び処理チャンバ内で基板をセンタリングするための方法 - Google Patents

処理チャンバ内で基板を位置決めするための装置及び処理チャンバ内で基板をセンタリングするための方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、一般に半導体基板を処理するための装置および方法に関する。詳細には、本発明の実施形態は、チャンバ内の基板を加熱するための装置および方法に関する。
基板製造プロセスの有効性は、２つの関連し重要な要因によって多くの場合測定され、その要因は、デバイス歩留りおよび所有コスト（ＣｏＯ）である。これらの要因が電子デバイスを生産するためのコスト、したがって市場におけるデバイス製造業者の競争力に直接影響するので、これらの要因は重要である。多数の要因によって影響されるがＣｏＯは、システムおよびチャンバスループット、すなわち、単純に、所望の処理シーケンスを使用して処理される時間当たりの基板枚数によって大きく影響される。
例えば、化学気相堆積プロセス（ＣＶＤ）またはプラズマ化学気相堆積プロセス（ＰＥＣＶＤ）などのある種の基板処理シーケンス中には、堆積プロセスを実行することに先立って基板を事前処置することが望ましいことがある。ある種の事前処置プロセスでは、堆積プロセスに先立って第１の温度に、例えば、アニールプロセスを使用して、基板を加熱することができる。堆積プロセス中には、第１の温度とは異なる第２の温度に、基板を加熱する。多くの堆積プロセスに関して、基板を、ヒータを備えた基板支持体上に置く。このヒータを、第１の温度および第２の温度の両方に基板を加熱するために使用する。第１の温度と第２の温度との間にある差異があるとき、例えば、第２の温度が第１の温度よりも高いときには、ヒータの温度を第１の温度から第２の温度へと高くすることができるように、事前処置プロセスと堆積プロセスとの間に遅延がある。この遅延は、基板処理時間の全体的な増加をもたらし、対応するデバイス歩留りの低下をもたらす。
したがって、コスト効率が高く正確な方法で処理チャンバ内に基板を配置し加熱することができる装置およびプロセスが求められている。
本発明の実施形態は、概して、半導体基板を処理するための装置および方法に関係する。詳細には、本発明の実施形態は、チャンバ内の基板を加熱するための装置および方法に関係する。一実施形態では、処理チャンバにおいて基板を配置するための装置を提供する。本装置は、基板を受けるように適合された支持表面を有する基板支持アセンブリと、支持表面から一定の距離に当該支持表面に平行に基板を支持するため、かつ支持表面に実質的に直交する基準軸を中心として基板をセンタリングするための複数のセンタリング部材とを備える。複数のセンタリング部材が、支持表面の周辺に沿って可動に配置され、複数のセンタリング部材の各々が、基板の周辺エッジに接触するため、または支持するための第１の端部を備え、第１の端部が、基板の周辺エッジと解放可能に接触するために、基板支持体の支持表面の上方に延びた上端部と、上端部上に配置された支持タブと、基板を支持するために、支持タブと上端部との交差部によって形成された基板支持ノッチとを備える。第１の端部が、第１の位置と第２の位置との間で可動である。第１の位置から第２の位置への移動により、センタリング部材が基板の周辺エッジから解放され、第２の位置から第１の位置への移動により、センタリング部材が、基準軸に向かって基板を押すか、または基板を支持するように位置決めされる。
別の一実施形態では、処理チャンバ内で基板をセンタリングするための方法を提供する。埋め込みヒータおよび基板を受けるように適合された加熱された支持表面を有する基板支持体が提供される。支持表面に実質的に直交する基準軸のところに中心を置く円に沿って配置された複数のセンタリング部材が提供される。各センタリング部材は、基板の周辺エッジに接触するように構成された端部を備え、端部は、基準軸に向けておよび基準軸から、半径方向に移動可能である。支持タブが端部上に配置され、基板支持ノッチが、基板支持体の支持表面から一定の距離に基板を支持するために、支持タブおよび端部の交差部のところに形成される。基板が複数のセンタリング部材の各々の支持タブ上に配置される。事前処置プロセスが基板の第１の処理温度で基板に対して実行される。基板が支持タブから取り除かれる。各センタリング部材の端部を、基準軸から半径方向の外側に向けておよび基準軸から、移動させる。基板が基板支持体上に置かれ、このとき基板とセンタリング部材は接触しない。各センタリング部材の端部が、基板をセンタリングするために、基板の周辺エッジと接触するように半径方向の内側に向けて移動する。基板がセンタリング部材の端部を用いて配置される。堆積プロセスが基板の第２の処理温度で基板に対して実行され、この場合第１の処理温度が第２の処理温度とは異なる。
本発明の上述した特徴を詳細に理解することができるように、上記に簡潔に要約されている本発明のより詳しい説明を、その一部が添付した図面に図示されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示し、本発明が他の同様に有効な実施形態を許容することができるので、それゆえ、本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。
本明細書において説明する実施形態によるＰＥＣＶＤシステムの一実施形態の模式的断面図である。 支持位置における図１のセンタリングフィンガの一実施形態の部分拡大断面図である。 センタリング位置における図１のセンタリングフィンガの一実施形態の部分拡大断面図である。 係合をはずれた位置における図１のセンタリングフィンガの一実施形態の部分拡大断面図である。 基板を支持するために３個のセンタリングフィンガを使用するセンタリング機構の一実施形態の簡略化した俯瞰図である。 基板をセンタリングするために３個のセンタリングフィンガを使用するセンタリング機構の一実施形態の簡略化した俯瞰図である。 偏心した重り付き部分を有するセンタリングフィンガの一実施形態を示す断面図である。 支持位置におけるセンタリングフィンガの一実施形態を図示する部分断面図である。 センタリング位置におけるセンタリングフィンガの一実施形態を図示する部分断面図である。 係合をはずれた位置におけるセンタリングフィンガの一実施形態を図示する部分断面図である。 センタリングフィンガの一実施形態を図示する部分断面図である。 センタリングフィンガの一実施形態を図示する部分断面図である。
理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態において開示した要素を、具体的な記述がなくとも別の実施形態において利益をもたらすように利用することができることが予想される。
本明細書において説明する実施形態は、基板に多様な半導体プロセスを適用するように構成された様々なチャンバシステム用に適用可能な、基板を加熱し、センタリングするための装置および方法に関係する。実施形態が堆積チャンバにおける使用について例示的に説明しているが、ある実施形態は、基板を加熱することおよびセンタリングすることを必要とする他のタイプのプロセスチャンバ用に適用可能である場合がある。例は、限定するのではなく、ロードロックチャンバ、テスティングチャンバ、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、および熱処置チャンバを含む。
図１は、センタリング機構１４０を有するＰＥＣＶＤシステム１００の一実施形態の模式的断面図である。システム１００は、ガス源１０４に連結されたプロセスチャンバ１０２を含む。プロセスチャンバ１０２は、プロセス容積１１０を部分的に画定する壁１０６および底部１０８を有する。プロセスチャンバ１０２中へのおよび外への基板１１２の移動を容易にする壁１０６中に形成されたポート１０１を通して、プロセス容積１１０をアクセスすることができる。壁１０６および底部１０８を、アルミニウムまたは処理と適合性がある他の材料の一体成型のブロックから製造することができる。壁１０６は、リッドアセンブリ１１４を支持する。プロセスチャンバ１０２を、真空ポンプ１１６によって真空にすることができる。
温度制御した基板支持アセンブリ１２０を、プロセスチャンバ１０２内部の中心に配置することができる。支持アセンブリ１２０は、処理中に基板１１２を支持することができる。一実施形態では、支持アセンブリ１２０は、所定の温度に支持アセンブリ１２０およびその上に配置された基板１１２を制御可能に加熱するように動作可能な少なくとも１つの埋め込みヒータ１０３を封入することができるアルミニウム製の支持体ベース１２２を備える。一実施形態では、支持アセンブリ１２０は、堆積しようとする材料のための堆積処理パラメータに応じて、摂氏約１５０度（℃）から摂氏約１，０００度（℃）までの間の温度で基板１１２を維持するように動作することができる。一実施形態では、支持アセンブリは、アニールプロセスなどの事前処置プロセス中に、摂氏約２５０度（℃）から摂氏約２７０度（℃）の間の温度で基板１１２を維持するように動作することができる。一実施形態では、支持アセンブリは、堆積プロセス中に、摂氏約３５０度（℃）から摂氏約４００度（℃）の間の温度で基板１１２を維持するように動作することができる。
支持アセンブリ１２０は、上側支持表面１２４および下側表面１２６を有することができる。上側支持表面１２４は、基板１１２を支持する。下側表面１２６は、下側表面に連結されたステム１２８を有することができる。ステム１２８は、上昇した処理位置と下降した位置との間で垂直に支持アセンブリ１２０を移動させ、プロセスチャンバ１０２へのおよびそこからの基板搬送を容易にするリフトシステム１３１に支持アセンブリ１２０を連結する。ステム１２８は、パージガス用ならびに、支持アセンブリ１２０とシステム１００の他の構成要素との間の電気的モニタリード線および温度モニタリード線用の導管を付加的に提供する。ベローズ１３０を、ステム１２８とプロセスチャンバ１０２の底部１０８との間に連結することができる。ベローズ１３０は、支持アセンブリ１２０の垂直な移動を容易にしながら、プロセス容積１１０とプロセスチャンバ１０２の外の大気との間の真空シールを提供する。
基板１１２の搬送を容易にするために、支持体ベース１２２はまた、複数の開口部１３３を含み、そこを通りリフトピン１３２が移動できるように取り付けられる。リフトピン１３２は、第１の位置と第２の位置との間を移動するように動作可能である。図１に示した第１の位置は、基板１１２を支持体ベース１２２の上側支持表面１２４上に載せることを可能にする。第２の位置（図示せず）は、ポート１０１を通ってくる基板ハンドリングロボットへ基板１１２を搬送することができるように、支持体ベース１２２の上方に基板１１２を上昇させる。リフトピン１３２の上方への移動／下方への移動を、アクチュエータ１３６に接続された可動プレート１３４によって駆動することができる。
リッドアセンブリ１１４と支持体ベース１２２（またはチャンバのリッドアセンブリの内部もしくは近くに配置された他の電極）との間に配置されたガス分配プレートアセンブリ１４１へ電源１３８によって供給されるＲＦ電力が、支持体ベース１２２と分配プレートアセンブリ１４１との間のプロセス容積１１０内に存在するガスを励起させることができるように、支持体ベース１２２を電気的に接地することができる。化学気相堆積プロセスを推進させるために、電源１３８からのＲＦ電力を、基板１１２のサイズに合わせて選択することができる。
支持アセンブリ１２０は、支持体ベース１２２の基板支持面に直交する垂直基準軸Ｚに対して基板１１２をセンタリングするように動作可能なセンタリング機構１４０をさらに備える。センタリング機構１４０はまた、支持体ベース１２２の表面に平行な一定の距離に基板１１２を支持するように動作可能である。センタリング機構１４０は、支持体ベース１２２の周辺のところに配置された３個以上の可動センタリングフィンガまたは部材１４２、およびフィンガ１４２の下方に置かれた対向プレート１４４を備える。各フィンガ１４２を、シャフト１４６を介して支持体ベース１２２上にピボット回転するように取り付ける。対向プレート１４４が、解放位置にあるフィンガ１４２と接触することおよびピボット回転させることができ、かつセンタリング位置または支持位置にあるフィンガ１４２から自由な状態を維持することができるように、対向プレート１４４および支持体ベース１２２は、相対的に移動可能である。
一実施形態では、対向プレート１４４が静止しており、支持体ベース１２２と対向プレート１４４との間の相対的な移動は、支持体ベース１２２の垂直な移動によるものある。支持体ベース１２２上に配置された基板１１２がないときには、フィンガ１４２は、図２Ａに示したように基板１１２を支持するための支持位置に係合する。基板１１２が支持体ベース１２２上に配置されている場合に、フィンガ１４２は、支持アセンブリ１２０が図１および図２Ｂに示したように上昇した位置にあるときには、基板１１２をセンタリングするために基板１１２の周辺エッジ上に係合し、支持アセンブリ１２０が図２Ｃに示したように下降した位置にあるときには、基板１１２の周辺エッジからの係合をはずれる。センタリング機構１４０およびその動作のさらに詳細を、以降に説明する。
プロセスチャンバ１０２は、周囲を囲むシャドウフレーム１５０を付加的に含むことができる。プロセスチャンバ１０２内の剥離および粒子汚染を減少させるために、基板１１２のエッジ、支持アセンブリ１２０、およびセンタリング機構１４０のところへの堆積を防止するように、シャドウフレーム１５０を配置する。
リッドアセンブリ１１４は、プロセス容積１１０に対する上部境界を与える。プロセスチャンバ１０２を保守点検するために、リッドアセンブリ１１４を取り外すまたは開放することができる。一実施形態では、リッドアセンブリ１１４をアルミニウムから製造することができる。
リッドアセンブリ１１４は、注入ポート１６０を含むことができ、ここを通って、ガス源１０４によって与えられるプロセスガスをプロセスチャンバ１０２中へと導入することができる。ガス分配プレートアセンブリ１４１を、リッドアセンブリ１１４の内部側に連結することができる。ガス分配プレートアセンブリ１４１は、面板（またはシャワーヘッド）１６６までの中間に配置されたブロッカプレート１６４を有する環状ベースプレート１６２を含む。ブロッカプレート１６４は、面板１６６の裏側へ均等なガス分布を与える。注入ポート１６０からの処理ガスは、環状ベースプレート１６２とブロッカプレート１６４との間に部分的に制限された第１の中空容積１６８に入り、次にブロッカプレート１６４と面板１６６との間の第２の容積１７２中へとブロッカプレート１６４中に形成された複数の通路１７０を通って流れる。処理ガスは、次に第２の容積１７２から面板１６６中に形成された複数の通路１７４を通ってプロセス容積１１０に入る。面板１６６を、絶縁体材料１７６を介して絶縁する。環状ベースプレート１６２、ブロッカプレート１６４および面板１６６を、ステンレス鋼、アルミニウム、陽極酸化したアルミニウム、ニッケルまたはいずれかの他のＲＦ導電性材料から製造することができる。
面板１６６と支持体ベース１２２との間でのプラズマの発生を促進させるために、電源１３８は、環状ベースプレート１６２へ無線周波数（ＲＦ）バイアス電位を印加する。電源１３８は、約１３．５６ＭＨｚでＲＦ電力を発生させることができる高周波数ＲＦ電源（「ＨＦＲＦ電源」）、または約３００ｋＨｚでＲＦ電力を発生する低周波数ＲＦ電源（「ＬＦＲＦ電源」）を含むことができる。ＬＦＲＦ電源は、低周波数発生素子および固定整合素子の両方を与える。ＨＦＲＦ電源は、固定整合を用いる使用のために設計され、負荷へ供給される電力を調整し、進行電力および反射電力に関する懸念を取り除く。
図１に示したように、コントローラ１８０は、基板処理システムの様々な構成要素と連動することができ、制御することができる。コントローラ１８０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１８２、サポート回路１８４およびメモリ１８６を含むことができる。
基板１１２を、ロボットまたは他の搬送機構（図示せず）とすることができる運搬装置によってチャンバ１０２内のリフトピン１３２へと搬送し、次にリフトピン１３２を下に向けて移動させることによって支持アセンブリ１２０の上側支持表面１２４上に置く。下記に論じられるように、センタリング機構１４０を、次に基準軸Ｚに関して基板１１２をセンタリングするように動作させる。
一実施形態では、基板１１２の裏側の温度をモニタするために、１つまたは複数の温度センサ１９０を配置する。一実施形態では、基板１１２の裏側の温度プロファイルを示す測定基準を提供するために、光ファイバ温度センサなどの１つまたは複数の温度センサ１９０をコントローラ１８０へ連結する。一実施形態では、埋め込みヒータ１０３の温度を制御するために、１つまたは複数の温度センサ１９０によって提供されるデータを、フィードバックループ中で使用することができる。一実施形態では、１つまたは複数の温度センサを、支持体ベース中に配置する。
一実施形態では、パージガス源１９４に接続された１つまたは複数のパージガス注入口１９２を通して基板１１２の裏側へ、パージガスを与えることができる。基板１１２がセンタリング機構１４０によって支持されているときに、基板１１２の裏側に向かって流れたパージガスは、基板１１２の裏側上への堆積によって生じる粒子汚染を防止することに役立つ。基板１１２の裏側を冷却する温度制御のある形式として、パージガスをやはり使用することができる。一実施形態では、１つまたは複数の温度センサ１９０によって提供されるデータに応じて、パージガスの流れを制御することができる。
図２Ａは、支持位置における図１のセンタリングフィンガ１４２の一実施形態の部分拡大断面図である。図２Ａに示したように、支持位置では、基板１１２は、センタリングフィンガ１４２上に載る。センタリングフィンガ１４２上に載っている間は、支持アセンブリ１４４の表面から距離「Ａ」のところに、基板１１２を配置する。基板が支持アセンブリ１２２の上側支持表面１２４上に載っているときと比較して、ヒータ１０３の設定点温度を変更することを必要とせずに、基板１１２とヒータ１０３との間の熱抵抗が、上昇した基板１１２上に異なる温度をもたらすように、基板１１２と支持体ベース１２２の上側支持表面１２４との間の距離「Ａ」を選択する。ヒータ１０３の設定点温度を変更せずに基板１１２の温度を変更する能力は、ヒータが処理ステップ間に温度を上げるためまたは温度を下げるためのいずれかのために待つ遅延なしに連続したプロセスステップを実行することを可能にする。したがって、基板処理時間の全体的な短縮および対応するデバイス歩留りの増加に導く。
センタリングフィンガ１４２を、一体成型で作ることができる、または複数の構成要素部品のアセンブリから形成することができる。フィンガ１４２用に使用する材料は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、セラミックス、および類似の材料、または低熱膨張係数を有しチャンバ１０２内の処理環境に耐性のあるこれらの組み合わせを含むことができる。フィンガ１４２は、支持体ベース１２２の下側表面１２６から突き出しているジョイントブロック２９０にシャフト１４６を介してピボット回転するように取り付けられ、支持体ベース１２２の周辺領域中のスロット２９２を貫通する。フィンガ１４２の上端部２９４は、支持体ベース１２２の支持表面１２４と解放可能に接触するように、支持体ベース１２２の支持表面１２４の上方に延びる。基板１１２を支持するための支持タブ２９８を、フィンガ１４２の上端部２９４上に配置する。基板支持ノッチ２９９を、支持タブ２９８と上端部２９４との交差部のところに形成する。フィンガ１４２の下端部２９６を、シャフト１４６から偏心させて置く。下端部２９６は、支持体ベース１２２の支持表面１２４と接触する位置へと重力作用によってフィンガ１４２をバイアスするために重くされる。図示したように、フィンガ１４２が対向プレート１４４と離れると、これは実装形態の一例では支持アセンブリ１２０を上に向けて移動させることによって実現することができ、下端部２９６に働いた重力作用Ｇが、これによってフィンガ１４２をシャフト１４６の周りでピボット回転させ、その結果、上端部２９４が支持体ベース１２２の支持表面１２４と接触するように半径方向の内側に向けて移動する。図３Ａおよび図３Ｂにおいてさらに論じるように、３個以上のフィンガ２４２が、基板２１２の周辺に沿って均等に分布し、基板１１２を支持するために連係して移動する。
図２Ｂは、センタリング位置における１つのセンタリングフィンガ１４２を図示する部分拡大断面図である。図２Ｂに示したように、フィンガ１４２が対向プレート１４４と離れると、これは実装形態の一例では支持アセンブリ１２０を上に向けて移動させることによって実現することができ、下端部２９６に働いた重力作用Ｇが、これによってフィンガ１４２をシャフト１４６の周りでピボット回転させ、その結果、上端部２９４が接触するように半径方向の内側に向けて移動し、基準軸Ｚに向かう方向に基板１１２の周辺エッジ上に移動力Ｆを働かせる。上端部２９４の厚さを基板１１２の上面よりもわずかに高く設計することができることは、注目に値する。移動力Ｆが上端部２９４によって加えられるときに、基板１１２の周辺エッジが、これによって上端部２９４を超えてスリップすることを防止することができる。
基板１１２を解放するために、図２Ｃは、係合をはずれた位置におけるセンタリングフィンガ１４２を図示する部分拡大断面図である。対向プレート１４４に対して接触するようにフィンガ１４２の下端部２９６を押すように、支持体ベース１２２を下に向けて移動させることができ、これは下端部２９６に働いた重力作用と反対に作用する。結果として、上端部２９４が基板１１２の周辺エッジとは接触しないように移動するように、フィンガ１４２を反対方向にピボット回転させる。
上に説明してきたように、センタリング機構１４０の構造は、したがって、各センタリングフィンガ１４２をバイアスするために重力作用を使用することによって、基板１１２を自動的に支持することができる。支持アセンブリ１２０上のセンタリングフィンガ１４２の位置は、中心までの基板の外形形状に依存することがある。
図３Ａは、３個のセンタリングフィンガ１４２を支持体ベース１２２から一定の距離に円形基板１１２を支持するために使用することができる一実施形態の簡略化した俯瞰図である。３個のセンタリングフィンガ１４２を、基準軸Ｚ上に中心を置く円の周りに一定間隔で配置する。各フィンガの各支持タブ２９８および上端部２９４の組み合わせが、円形基板１１２のエッジを支持するためのポケットを形成する。図示しない他の実施形態では、より多くのセンタリングフィンガを、異なる外形形状の他の基板を支持するために異なる配列で配置することができる。
図３Ｂは、基板１１２をセンタリングするために３個のセンタリングフィンガを使用するセンタリング機構１４０の一実施形態の簡略化した俯瞰図である。３個のセンタリングフィンガ１４２を、基準軸Ｚ上に中心を置く円の周りに一定間隔で配置し、各フィンガ１４２は、円形基板１１２をセンタリングするために半径方向移動力Ｆを与えることが可能である。図示しない他の実施形態では、より多くのセンタリングフィンガを、異なる外形形状の他の基板をセンタリングするために異なる配列で配置することができる。
基板１１２を効果的にセンタリングするために、各センタリングフィンガ１４２はまた、基板１１２を移動させるために十分な大きさの移動力Ｆを与える必要があり、これは、重り付き下端部２９６中に含まれる重量に関係する。一実装形態では、含まれる重量を、約１０グラムから約５００グラムの間の範囲とすることができる。より大きなサイズの非常に重い下端部２９６を形成することによるなどの、様々な方法を、下端部２９６中に適正な重量を含ませるように実装することができる。
図４は、より大きな質量密度の埋め込み固体材料４０２を、センタリングフィンガ２４２の重り付き下端部２９６を形成するために使用することができる変形実施形態を図示する。フィンガ１４２中に固体材料４０２を埋め込む方法は、例えば、固体材料４０２の周りにフィンガ１４２を作るために使用するセラミック材料をシンタリングすることを含むことができる。固体材料４０２を、モリブデンまたはフィンガ１４２用に使用する周囲の材料よりも大きな質量密度の他の適した材料とすることができる。重り付き下端部２９６のサイズに制限を与えることがある実装形態では、より大きな質量密度の埋め込み材料４０２の使用が、サイズを大きくせずに重り付き下端部２９６の重量を効果的に大きくすることを可能にする。
前述の実施形態が、センタリング機構を実装し動作させるためのある種の特定の方法を図示しているが、多くの変形形態を想定することができる。例えば、以降に説明する代替実施形態では、他の構成を各センタリングフィンガ用に実装することができる。
図５Ａ〜図５Ｃは、センタリングフィンガ５４２の別の一実施形態を図示する部分断面図である。センタリングフィンガ５４２は、シャフト５４６を介して、支持体ベース１２２の外側境界の外へ延びるブラケット５４３にピボット回転するように取り付けられる。支持体ベース１２２の支持表面を、基板１１２の表面積よりも小さくすることができ、その結果、支持体ベース１２２上の所定の位置に置かれている基板１１２の周辺部分が支持体とは接触しない。上に説明した実施形態のように、フィンガ５４２は、フィンガが図５Ｂに示したようにセンタリング位置にあるときに基板１１２の周辺エッジと接触する上端部５９４、およびフィンガ５４２が図５Ａに示したように支持位置にあるときに基板を支持するための支持タブ５９８を含む。フィンガ５４２は、フィンガ５４２が支持位置にあるときに支持体ベース１２２の表面に対する位置へとフィンガ５４２を斜めにするために、シャフト５４６から偏心した重り付き下端部５９６をさらに含む。重り付き下端部５９６はまた、フィンガ５４２がセンタリング位置にあるときに、基板１１２の周辺エッジに対してフィンガ５４２をバイアスする。それに加えて、フィンガ５４２は、シャフト５４６に関して下端部５９６とは反対側であり、対向プレート５４４の下方に配列された遠位プロング５９０を含む。図５Ａに示したように、基板１１２を支持するために、センタリングフィンガ５４２の下端部５９６は、フィンガ５４２をバイアスし、上端部５９４を支持体ベース１２２の表面に接触させる重力作用Ｇを受ける。図５Ｂに示したように、基板１１２をセンタリングするために、センタリングフィンガ５４２の下端部５９６は、フィンガ５４２を斜めにし、基板１１２の周辺エッジ上への移動力Ｆを上端部５９４に加えさせる重力作用Ｇを受ける。
図５Ｃに示したように、基板１１２の周辺エッジまたは支持体ベース１２２の表面から上端部５９４の係合をはずすために、遠位プロング５９０が対向プレート５４４と接触するように、支持アセンブリ１２０を上に向けて移動させることができる。支持アセンブリ１２０が対向プレート５４４に対してさらに上に向かって動くので、下端部５９６における重力作用が勝り、フィンガ５４２がシャフト５４６の周りを回転して、基板１１２の周辺エッジから上端部５９４の係合をはずす。一実施形態では、センタリングすると、処理中にフィンガ５４２を解放することができ、したがって、上端部５９４上への望ましくない堆積を防止し、フィンガ５４２の存在に起因するプロセスの不均一性を減少させる。対向プレート５４４に対してフィンガ５４２を運搬する支持アセンブリ１２０を移動させる代わりに、代替実施形態が、遠位プロング５９０と接触し、上端部５９４に基板１１２からの係合をはずさせるために、支持アセンブリ１２０に対して移動可能である対向プレート５４４を設計することができることは、注目に値する。
図６は、センタリングフィンガ６４２の別の一変形実施形態を図示する部分断面図である。前の実施形態のように、センタリングフィンガ６４２を、シャフト６４６を介して支持体ベース１２２上にピボット回転するように取り付ける。センタリングフィンガ６４２は、基板１１２を支持する上端部６９４および支持タブ６９８、ならびに重力作用のもとでフィンガ６４２をバイアスするためにシャフト６４６から偏心した重り付き下端部６９６を含む。しかしながら、前の実施形態とは異なり、シャフト６４６に対する下端部６９６の偏心度を、基板１１２から上端部６９４の係合をはずす位置へとフィンガ６４２をバイアスするように構成する。センタリングフィンガ６４２を支持位置に配置するために、サーボモータまたはステップモータ６５２およびコントローラ６５４に連結された対向プレート６５０を、フィンガ６４２と相互に作用するように制御可能に移動させる。より具体的には、対向プレート６５０は、下端部６９６を押し、フィンガ６４２をシャフト６４６の周りをピボット回転させ、バイアスされた位置から離れさせるために上に向けて移動する。コントローラ６５４は、モータ６５２から動作信号６５３を受信し、それに応じて、モータ６５２の出力を制御するためにモータ６５２へ制御信号を発する。対向プレート６５０の上に向かう移動の制御された範囲は、これによって、基板１１２を移動させ支持するように、上端部６９４の制御された変位を生じさせる。
センタリングフィンガ６４２がセンタリング位置にある実施形態では、支持タブ６９８が、基板１１２の周辺エッジに接触し、重り付き下端部６９６が、重力作用のもとでフィンガ６４２をバイアスするようにシャフト６４６から偏心して移動する。
一実施形態では、コントローラ６５４は、動作信号６５３を使用して各センタリングフィンガ６４２によって中心に置かれる基板に加えられる力をモニタする。一実施形態では、動作信号６５３を、モータ６５２のトルクとすることができる。動作信号６５３、例えば、モータ６５２のトルクが、中心に置かれる基板に加えられる力が所定の大きさに達したことを示す臨界値に達するときには、したがって、基板が的確に中心に置かれる。コントローラ６５４は、次に、過度なセンタリングを回避するためにモータ６５２を止め、したがって、基板への損傷を防止する。
基板１１２から上端部６９４の係合をはずすために、対向プレート６５０が下に向けて移動し、これが重り付き下端部６９６上に加えられる重力作用のもとでフィンガ６４２をバイアスした位置に回復させる。
図７は、センタリングフィンガ７４２のさらに別の一実施形態を図示する部分断面図である。センタリングフィンガ７４２を、支持体ベース１２２とは別のフレーム７４８上に固定して取り付けられた第１の端部７５２、および支持体ベース１２２中に形成された開口部７５６を通り支持体ベース１２２の上方に延びる第２の端部７５４を有する引き延ばしたセラミックばねなどの、弾性部材として形成する。第２の端部７５４は、センタリングフィンガ７４２が支持位置にあるときに基板１１２を支持するための支持レッジ７５８を備える。一実施形態では、基準軸Ｚに関して基板１１２をセンタリングするために、基板１１２の周辺エッジを基準軸Ｚに向かって押すように、フィンガ７４２をバイアスする。基板１１２との接触からフィンガ７４２の係合をはずすために、対向するアクチュエータ７６０を、フィンガ７４２と相互に作用するように制御可能に移動させることができる。アクチュエータ７６０は、フィンガ７４２と接触することができ、フィンガ７４２を押して基板１１２からの係合をはずすために、フィンガをバイアスした位置から離れる方向へ曲げる。
プロセス：
処理チャンバ内で基板をセンタリングするための方法をやはり提供する。図２Ａ〜図２Ｃを参照して論じたが、これらの方法が、基板を加熱することおよびセンタリングすることを含む任意の処理システムに適用可能であることを、理解すべきである。
一実施形態では、埋め込みヒータ１０３および基板１１２を受けるように適合された加熱された支持表面１２４を有する基板支持アセンブリ１２０を提供する。支持表面１２４に実質的に直交する基準軸「Ｚ」のところに中心を置く円に沿って配置された複数のセンタリング部材１４２を提供する。各センタリング部材１４２は、基板１１２の周辺エッジと接触するように構成された端部２９４を備え、端部２９４は、基準軸「Ｚ」に向けておよび基準軸「Ｚ」から、半径方向に移動可能である。支持タブ２９８を、端部２９４上に配置し、基板支持アセンブリ１２０の支持表面１２４から距離「Ａ」のところに基板１１２を支持するために、基板支持ノッチ２９９を支持タブ２９８および端部２９４の交差部のところに形成する。一実施形態では、加熱された支持表面１２４と基板１１２との間の熱抵抗がヒータ１０３の設定点温度を変更せずに基板１１２上に異なる温度をもたらすように、加熱された支持表面１２４と基板１１２との間の距離「Ａ」を選択する。
一実施形態では、基板１１２を、複数のセンタリング部材１４２の各々の支持タブ２９８上に配置する。一実施形態では、複数のセンタリング部材１４２の各々の各支持タブ２９８および上端部２９４の組み合わせが、円形基板１１２のエッジを支持するためのポケットを形成し、基板１１２を、ポケット内に配置する。
一実施形態では、事前処置プロセスを、基板１１２の第１の処理温度で基板１１２に実行する。一実施形態では、事前処置プロセスは、アニールプロセスである。一実施形態では、アニールプロセスを、約２５０℃と約２７０℃との間の基板温度で実行する。
一実施形態では、事前処置プロセスの後で、基板１１２を支持タブ２９８から取り除く。各センタリング部材１４２の端部２９４を、基準軸「Ｚ」から半径方向の外側に向けておよび基準軸「Ｚ」から離れる方向へ移動させる。基板１１２を、基板支持アセンブリ１２０上に置き、基板１１２およびセンタリング部材１４２は接触しない。基板１１２をセンタリングするために基板１１２の周辺エッジと接触するように、各センタリング部材１４２の端部２９４を、半径方向の内側に向けて移動させる。基板１１２を、センタリング部材１４２の端部２９４を使用してセンタリングする。
一実施形態では、基板１１２を中心に置いた後で、堆積プロセスを、基板の第２の処理温度で基板１１２上に実行し、第１の処理温度は第２の処理温度とは異なる。一実施形態では、第２の処理温度は、約３５０℃と約４００℃との間である。
一実施形態では、ヒータ１０３の設定点温度は、事前処置プロセスおよび堆積プロセスの両方について同じである。一実施形態では、ヒータ１０３の設定点温度は、堆積プロセスの温度と同じである。一実施形態では、ヒータ１０３の設定点温度は、約３５０℃と約４００℃との間である。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (15)

  1. 処理チャンバ内で基板を位置決めするための装置であって、
    前記基板を受けるように適合された支持表面を有する支持体ベースと、
    前記支持表面から一定の距離に当該支持表面に平行に前記基板を支持するため、かつ前記支持表面に実質的に直交する基準軸を中心として前記基板をセンタリングし、前記支持表面の周辺に沿って可動に配置された前記複数のセンタリングフィンガと
    を備えており、前記複数のセンタリングフィンガの各々が、
    前記基板の周辺エッジに接触するため、または支持するための第１の端部
    を備えており、前記第１の端部が、
    前記基板の前記周辺エッジと解放可能に接触するために、前記支持体ベースの前記支持表面の上方に延びた上端部と、
    前記上端部上に配置された支持タブと、
    前記基板を支持するために、前記支持タブと前記上端部との交差部によって形成された基板支持ノッチと
    を備え、
    前記複数のセンタリングフィンガは、前記第１の端部が第１の位置から第２の位置へと移動する後退運動と、前記第１の端部が前記第２の位置から前記第１の位置へと移動する前進運動とを有するセンタリングシーケンスを実行するように構成され、
    前記後退運動により、前記センタリングフィンガが前記基板の前記周辺エッジから解放され、前記解放により前記基板は前記支持表面に載置され、前記前進運動により、前記センタリングフィンガが、前記支持表面に載置された前記基板を前記基準軸に向かって押すことによって、前記基板は前記センタリングフィンガによって位置決めされる、
    装置。
  2. 前記支持体ベースが、前記支持体ベースおよびその上に配置された前記基板を制御可能に所定の温度に加熱するように動作可能な少なくとも１つの埋め込みヒータを封入する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記処理チャンバ内の剥離および粒子汚染を減少させるために、前記基板の前記周辺エッジ、前記支持体ベース、および前記複数のセンタリングフィンガ上への堆積を防止するように配置された周囲を囲むシャドウフレームをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
  4. 前記基板の裏側の温度プロファイルを示す測定基準を提供するための光ファイバ温度センサであって、前記支持体ベース中に配置される光ファイバ温度センサ
    をさらに備えている、請求項２に記載の装置。
  5. 前記基板が前記センタリングフィンガによって支持されているときに、前記基板の裏側への堆積によって生じる粒子汚染を防止するために前記基板の前記裏側にパージガスを供給するためのパージガス源に連結された１つまたは複数のパージガス注入口であって、前記支持体ベース中に配置される１つまたは複数のパージガス注入口
    をさらに備えている、請求項２に記載の装置。
  6. 前記第１の端部を移動させるために前記複数のセンタリングフィンガの各々と相互に作用させるための対向部材をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
  7. 前記対向部材が、前記第２の位置に向けて前記複数のセンタリングフィンガの各々の前記第１の端部を移動させるように構成されており、前記複数のセンタリングフィンガの各々が前記第１の位置に向けて個々にバイアスされ、前記複数のセンタリングフィンガからのバイアス力の組み合わせが、前記基準軸を中心として前記基板をセンタリングする、請求項６に記載の装置。
  8. 前記センタリングフィンガの各々が、
    前記支持体ベースに対して前記センタリングフィンガをピボット回転するように取り付けているシャフトから偏心した重り付き部分であって、前記シャフトの前記第１の端部とは反対側に配置され、前記第１の位置へと前記センタリングフィンガをバイアスするように構成されている重り付き部分
    をさらに備えている、請求項７に記載の装置。
  9. 前記対向部材の可動部材に連結されたモータの動作信号をモニタするように構成されたコントローラであって、前記対向部材が前記第１の位置に向けて前記複数のセンタリングフィンガの各々の前記第１の端部を移動させるように構成されており、前記モータの前記動作信号をモニタすることによってセンタリングの終点を決定するように構成されたコントローラをさらに備えている、請求項６に記載の装置。
  10. 前記センタリングフィンガの各々が、セラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミニウム、およびこれらの組み合わせを含む材料で作られる、請求項１に記載の装置。
  11. 処理チャンバ内で基板をセンタリングするための方法であって、
    埋め込みヒータおよび基板を受けるように適合された加熱された支持表面を有する基板支持体を設けるステップと、
    前記支持表面に実質的に直交する基準軸のところに中心を置く円に沿って配置された複数のセンタリングフィンガを設けるステップであって、各センタリングフィンガが、
    前記基板の周辺エッジに接触するように構成された端部であって、前記基準軸に向けておよび前記基準軸から、半径方向に移動可能である端部と、
    前記端部上に配置された支持タブと、
    前記基板支持体の前記支持表面から一定の距離に前記基板を支持するために、前記支持タブおよび前記端部の交差部のところに形成された基板支持ノッチと、
    を備えた、複数のセンタリングフィンガを設けるステップと、
    前記複数のセンタリングフィンガの各々の前記基板支持ノッチに前記基板を配置するステップと、
    前記基板の第１の処理温度で前記基板に対して事前処置プロセスを実行するステップと、
    前記支持タブから前記基板を取り除くステップと、
    前記基準軸から半径方向の外側に向けておよび前記基準軸から離れる方向に、各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップと、
    前記基板支持体上に前記基板を置くステップであって、前記基板および前記センタリングフィンガが接触しないステップと、
    前記基板をセンタリングするために、前記基板の周辺エッジと接触するように半径方向の内側に向けて各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップと、
    前記センタリングフィンガの前記端部を用いて前記基板を位置決めするステップと、
    前記基板の第２の処理温度で前記基板に対して堆積プロセスを実行するステップであって、前記第１の処理温度が前記第２の処理温度とは異なるステップと
    を含む方法。
  12. 前記加熱された支持表面と前記基板との間の熱抵抗が前記ヒータの設定点温度を変更せずに前記基板上に異なる温度を生じさせるように、前記加熱された支持表面と前記基板との間の前記距離を選択する、請求項１１に記載の方法。
  13. 各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップが、前記基板支持体上に取り付けられたシャフトの周りで前記センタリングフィンガの各々をピボット回転させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 半径方向の内側に向けて各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップが、前記センタリングフィンガに偏心させて連結された重り付き部分を解放するステップを含み、半径方向の外側に向けて各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップが、対向部材を用いて前記重り付き部分を上昇させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 半径方向の内側に向けて各センタリングフィンガの前記端部を移動させるステップが、
    対向部材を使用してシャフトから前記センタリングフィンガをピボット回転させるステップと、
    前記対向部材を駆動するモータの動作信号をモニタするステップであって、前記動作信号が前記センタリングフィンガから前記基板へと加えられるセンタリング力に対応するステップと、
    前記センタリング力が臨界値に達したときに前記対向部材を停止させるステップと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
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