JP6322656B2 - 低熱膨張係数の上部を備えたワーク受台構造 - Google Patents
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Description
本発明は、２０１３年２月２８日付け暫定的特許出願第６１／７７０，９１０号、並びに、２０１３年２月２８日付け暫定的特許出願第６１／７７０，９１０号及び２０１２年７月３日付け米国特許出願第１３／５４１，００６号の一部継続出願の優先権を主張する２０１３年３月１５日付け米国特許出願第１３／８３６，３７３号の優先権を主張し、その全体を参考文献として本願明細書に援用する。
本発明は、半導体加工装置に関し、特にウェーハーを支持する半導体チャンバ内に配置されるワーク受台に関するものである。
この段落における記述は、本発明に関する背景情報を単に提供するものであり、従来技術を構成しなくてもよい。
積層型ヒーターは、一般的に積層工程により基材上に適用された複数の機能層を有する。複数の機能層は、基材上の誘電体層、誘電体層上の抵抗発熱層、及び、抵抗発熱層上の保護層を有してもよい。異なる機能層及び基材用の材料は、高温度の接合界面で発生される剪断応力を低減するために適切な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように、慎重に選択される。剪断応力は、接合界面でクラック又は剥離を発生し、ヒーターの故障を生じることがある。
限られた数の材料のみが特定の積層工程により異なる機能層を形成するために用いられ、これにより、基材上に適用された誘電体層のＣＴＥ又は発熱層のＣＴＥと整合するＣＴＥを有すべき基材用材料の選択を限定することができる。例えば、誘電体層を形成するためにアルミナセラミックが用いられる場合、アルミナセラミックに対するその化学的及びＣＴＥの整合性に起因する基材を形成するために一般的にチタニウム又はモリブデンが用いられる。
積層型ヒーターは、多くの用途において、発熱ターゲットに連結されてもよい。例えば、積層型ヒーターは、その上のウェーハーを加熱及び保持する加熱された静電チャックを形成するために、静電チャックに連結されてもよい。しかしながら、基材用材料の限定された選択は、積層型ヒーターを異なる静電チャックに連結する。積層型ヒーターの基材が静電チャックのチャック本体のＣＴＥと整合しないＣＴＥを有する場合、加熱された静電チャックは、高温の積層型ヒーターと静電チャックとの間の接合界面でクラック又は剥離の発生に起因して故障するおそれがある。
また、加熱された静電チャックは、ワーク受台積層型ヒーターの上部にさらに結合され、加熱された静電チャックが加工チャンバー内の所定高さに配置されてもよい。ワーク受台は、一般的に金属材料から形成され、セラミック材料から形成される積層型ヒーターの基材に結合される。同様に、セラミック材料に対する金属材料の整合性に起因してワーク受台を形成するために、限られた数の材料が用いられる。
限られた数のワーク受台形成用金属は、例えば、モリブデン、チタニウム、アルミニウム−シリコン合金等を含む。ワーク受台を形成するためのこれらの金属の使用は、製造及び加工の困難性に起因して製造コストを上昇させる。また、加工チャンバー内で加工ガスに曝される金属製ワーク受台は、金属製ワーク受台の露出表面が適切に処理されていない場合、静電チャック上に配置されたウェーハーを汚すことがある。
本発明の一態様においては、半導体加工に使用される支持アッセンブリは、処理基材、処理基材上に直接配置されたヒーター層、ヒーター層上に配置された絶縁層、及び、絶縁層上に配置された第２基材を有する。ヒーター層は、ヒーター層が処理基材と直接接触するように、積層工程により処理基材上に直接配置される。処理基材は、ヒーター層の熱膨張係数に整合する比較的低い熱膨張係数を有する材料を規定する。処理基材は、アルミニウム−シリコン合金であってもよい。
処理可能なさらなる領域は、以下の記載から明らかになるであろう。記載及び具体例が説明のみを意図したものであり、本発明の趣旨を限定することを意図したものではないことは理解されるべできである。
以下に記載された図面は、説明のみを意図したものであり、本発明の趣旨を限定することを意図したものではない。
本発明が良好に理解されるために、添付図面を参照する例示によってその実施形態を記載する。
本発明により構成された支持アッセンブリの斜視図である。
本発明により構成された支持アッセンブリの部分的分解組立図である。
本発明により構成された支持アッセンブリの図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面斜視図である。
図３におけるＢ部の拡大図である。
本発明により構成された支持アッセンブリの処理基材の斜視図である。
本発明により構成された支持アッセンブリの抵抗層を示すために処理基材が取り除かれた上面図である。
冷却基材を示すために冷却基材上部の構造が取り除かれた支持アッセンブリの断面斜視図である。 いくつかの図面において対応する符号は対応する部分を示している。
本発明が良好に理解されるために、添付図面を参照する例示によってその実施形態を記載する。
以下の記載は、本質的に単なる説明にすぎず、本発明、用途又は使用を限定することを意図したものではない。
図１〜３を参照すると、本発明により構成された支持アッセンブリ１０は半導体加工に用いられる。支持アッセンブリ１０は、一般的に上部アッセンブリ１３と、上部アッセンブリ１３に連結された下部アッセンブリ１５とを備える。上部アッセンブリ１３はプレート形状を有するように示され、下部アッセンブリ１５は柱形状を有するように示されているが、上部アッセンブリ１３及び下部アッセンブリ１５は図示されているものに限定されることなく、いずれの形状を有してもよい。上部アッセンブリ１３は、この順で上部から底部に配置された、処理基材１２、ヒーター層１４、第１絶縁層１６、第２絶縁層１８及び第２基材２０を有する。上部アッセンブリ１３は、第２基材２０の下に配置されるボトムカバー２２を任意に有してもよい。ヒーター層１４は絶縁層２４及び抵抗層２６を有する。
下部アッセンブリ１５は、その上に上部アッセンブリ１３を支持するための第２基材２０に固定された筒状ワーク受台構造２８を有する。ボトムカバー２２は、筒状ワーク受台構造２８が第２基材２０の底面３４に連結できるように、第２基材２０の底面３４（図４に示されている）を露出するカットアウト２３を規定する。ボトムカバー２２が第２基材２０の下に設けられているにもかかわらず、第２基材２０はボトムカバー２２から露出される。したがって、上部アッセンブリ１３は、静電チャック及び筒状ワーク受台構造２８のような隣接部材に上部アッセンブリ１３を連結するための対向基材（すなわち処理基材１２及び第２基材２０）を設ける。
筒状ワーク受台構造２８への上部アッセンブリ１３の連結の促進に加えて、第２基材２０は、用途に応じた特定の機能を提供する機能性基材として構成されていてもよい。例えば、第２基材２０は、パージガスを供給するガス供給基材、又は、処理基材１２を冷却するために冷却ガスを供給する冷却基材であってもよい。第２基材２０は、従来の手段により或いは加熱又は冷却により処理基材１２の温度を調節する温度調整基材であってもよい。ガス供給基材又は冷却基材として用いられる場合、第２基材２０はガス管を収容する空間を規定してもよい。
ガス管３０は、第２基材２０にパージガスを供給するために、筒状ワーク受台構造２８内に収容されてもよい。処理基材１２上に配置されたウェーハーの真空締め付けを提供するために、真空ガス管３１も筒状ワーク受台構造２８内に収容され、処理基材１２に連結する。温度センサ３２は、処理基材１２の温度を測定するために、筒状ワーク受台構造２８内に収容され、処理基材１２に連結する。電線３３（図３に示す）も筒状ワーク受台構造２８内に収容され、抵抗層２６に電力を供給する。第１絶縁層１６及び第２絶縁層１８はマイカを含んでもよい。
図４を参照すると、筒状ワーク受台構造２８は第２基材２０の底面３４に固定される。筒状ワーク受台構造２８及び第２基材２０はアルミニウム製又はスチール製であってもよい。第２基材２０は本質的にカップ形状を規定し、ベース部３６と、ベース部３６から垂直にかつベース部３６の外縁に沿って延在する周縁部３８とを有する。ベース部３６は複数のパージガス供給チャネル４０を規定する。周縁部３８は複数の排出孔４２を規定する。
図５を参照すると、処理基材１２は、半導体加工用の加熱された静電チャックを形成するために、静電チャックの基材（又はチャック本体）のような発熱ターゲットに連結される。処理基材１２は複数の真空締め付けチャネル５０を規定する。例えば加工チャンバー内のエッチング装置に対して処理基材１２が適切に位置決めされるように、処理基材１２は、近接するピン（図示していない）を収容するリフトピン孔５４（図５には３つが示されている）をさらに規定する。真空締め付けチャネル５０及び近接ピンは、処理基材１２上のウェーハーの真空締め付けを促進する。近接ピンは、ウェーハーと処理基材１２との接触面積を低減して、摩擦に起因する微粒子化を低減し、ウェーハーの熱制御を改善する。リフトピン孔５４は、処理基材１２上にウェーハーを配置するために、支持アッセンブリ１０を通過する近接ピン（図示していない）用クリアランスを提供する。
処理基材１２は、ヒーター層１４のＣＴＥに対して整合され、そこに結合される基材のＣＴＥに対して整合される比較的低い熱膨張係数を有する材料製である。一例としては、熱スプレイにより形成された場合のヒーター層１４は、約７μｍ／ｍＫのＣＴＥを有する。処理基材１２は、５〜８μｍ／ｍＫの範囲のＣＴＥを有する。処理基材１２は、アルミニウム−シリコン合金であるOsprey（登録商標）Controlled Expansion（ＣＥ）合金製である。Osprey（登録商標）Controlled Expansion（ＣＥ）合金は、アルミニウム−シリコン合金の組成を変更することにより、ヒーター層１４のＣＴＥ及び／又はそこに結合される基材のＣＴＥに整合するよう調整された様々なＣＴＥを有する。合金中のシリコンが３０〜７０重量％である場合、ＣＴＥは１７〜７ｐｐｍ／℃の範囲である。
また、処理基材１２の材料は、処理基材１２に取り付けられる材料に基づいて選択される。処理基材１２に好適な材料は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のようなセラミック粒子含有アルミニウムマトリクス材料を含む。チタニウム、モリブデン、ニオブのような低膨張金属、又は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような焼結セラミックが用いられる。処理基材１２の形成に金属材料が用いられる場合、加工されるウェーハーが汚れるのを防ぐために、処理基材１２の上部に化学的分離層３９が設けられる。化学的分離層３９は、溶射セラミック材料、薄膜析出セラミック材料、化成被覆、又は、接着接合された焼結セラミック成分であってもよい。
処理基材１２は、ヒーター層１４が形成される基材として役立つ。処理基材１２は、発熱ターゲット／基材に連結される処理インターフェースとしても役立つ。処理基材１２上にヒーター層１４を形成するために、厚膜、薄膜、熱スプレイ及びゾル−ゲルのような積層工程によりヒーター層１４を処理基材１２上に直接形成してもよい。例えば、まず、誘電材料を溶射することにより誘電層２４を処理基材１２上に形成し、次いで、誘電層２４上に抵抗材料を溶射することにより抵抗層２６を形成してもよい。
処理基材１２上に発熱ターゲットを形成するためには、ミグ溶接（ＭＩＧ）、タングステン不活性ガス溶接（ＴＩＧ）、レーザー溶接、電子ビーム溶接、ろう付け、拡散接合又は接着接合により処理基材１２に発熱ターゲットを固定してもよい。
図６に示されているように、抵抗層２６は処理基材１２を加熱する抵抗回路パターンと、そこに連結された発熱ターゲットとを備える。抵抗層２６は、用途に応じた回路パターンを含み、熱スプレイ、厚膜、薄膜及びゾル−ゲル工程のような積層工程の１つにより誘電層２４上に形成される。ヒーター層１４が処理基材１２の反対側に形成される前又は後に、発熱ターゲットは処理基材１２の片側に連結される。例えば、処理基材１２の片側に静電チャックを連結し、次いで、積層工程のいずれかにより処理基材１２の反対側にヒーター層１４及び他の機能層を形成してもよい。或いは、積層工程のいずれかにより処理基材１２の片側にヒーター層１４及び他の機能層を形成し、次いで、処理基材１２の反対側に静電チャックを連結してもよい。
図７を参照すると、第２基材２０は、処理基材１２上のウェーハーを位置決めするための支持アッセンブリ１０を通して垂直に延在するリフトピン用のクリアランスを提供するために、処理基材１２のリフトピン孔５４に対応する複数のリフトピン孔５５を有する。
図示されているように、第２基材２０のベース部３６は、筒状ワーク受台構造２８のチャンバ６４に連通する中央開口６２を規定する。したがって、電線３３、ガス管３０及び真空ガス管３１（並びに図示されていない温度センサー３２）は、パージガス供給チャネル４０にガスを供給し、処理基材１２の真空締め付けチャネル５０内に真空状態を作製するために、ヒーター層１４に電力を供給する第２基材２０のベース部３６の上部に延在する。
本発明の開示によれば、静電チャック及び筒状ワーク受台構造２８を有する隣接部材への上部アッセンブリ１３の連結を促進するために、支持アッセンブリ１０の上部アッセンブリ１３は２つの対向基材１２及び２０を有する。処理基材１２は、静電チャックへの上部アッセンブリ１３の連結を促進するのみならず、ヒーター層１４及び他の機能層が形成される基材として機能もする。第２基材２０は、筒状ワーク受台構造２８への上部アッセンブリ１３の連結を促進するのみならず、支持アッセンブリ１０に対してガスパージ及び冷却のような追加機能を提供もする。処理基材１２及び第２基材２０の材料は、異なったものでもよく、連結される隣接部材に基づいて適切に選択されてもよい。
例えば、処理基材１２は低熱膨張係数材料製であってもよい。したがって、一般的に低熱膨張係数基材を備えた積層型ヒーター、静電チャック又はセラミックヒーターのような半導体加工装置は、処理基材１２に直接連結され、比較的容易に又は低価格で製造することができる。ヒーター又は静電チャックは、処理基材１２の下側、上側又は両側に連結される。ヒーター又は静電チャックは、例えばＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザー及び電子ビーム溶接、ろう付け、拡散接合、及び、接着接合により、処理基材１２に連結される。
ヒーターはより密接にウェーハーに接続することができる。本発明の支持アッセンブリは広範囲の材料を選択することが可能であるため、改良された反応性、ヒーター受容性及び信頼性のような改良された性能を有する支持アッセンブリを低コストに製造することができる。
また、処理基材１２は、加工されるウェーハーと、金属製ワーク受台構造との間で化学的および物理的バリアとして機能する。したがって、ワーク受台によるウェーハーの底部が汚染されるのを防げる。筒状ワーク受台構造を形成するために低コスト金属が用いられる。さらに、エッジパージ供給チャネル４０のような集約的構造態様は、第２基材２０の周縁部３８内に形成される。構造態様は、アルミニウム、ステンレス鋼のような一般的な金属部材内で加工される。したがって、製造コストはさらに低減される。
開示の記載は本質的に単なる例示であり、したがって、開示の内容から逸脱しない変更は本発明の趣旨の範囲内であることを意図する。このような変更は本発明の趣旨及び目的からの逸脱とみなされない。
Claims (20)
- 処理基材と、
ヒーター層が上記処理基材と直接接触するように、積層工程により上記処理基材上に直接配置されたヒーター層と、
上記ヒーター層上に配置された絶縁層と、
上記絶縁層上に配置された第２基材とを備え、
上記第２基材は、ベース部と、上記ベース部から垂直にかつベース部の外縁に沿って延在する周縁部とを有し、
上記処理基材、上記ヒーター層および上記絶縁層は上記第２基材の上記ベース部によって支持され、上記第２基材の上記ベース部は、複数のガスチャネルを規定し、
上記処理基材は、上記ヒーター層の熱膨張係数に整合する熱膨張係数を有する材料を規定し、
上記第２基材の上記周縁部の上面は、上記処理基材の上面より低く、かつ上記処理基材の上記上面から露出しており、上記処理基材の上記上面と上記第２基材の上記周縁部の上記上面との間に段が定義されることを特徴とする半導体加工に用いられる支持アッセンブリ。 - 上記処理基材は、アルミニウム−シリコン合金であることを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- さらに上記処理基材の上記上面に接続された加熱基材を備え、上記上面は化学的分離層を有することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記化学的分離層は、溶射セラミック材料、薄膜析出セラミック材料、化成被覆及び接着接合焼結セラミック部材からなる一群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は、ＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザー、電子ビーム溶接、ろう付け、拡散接合及び接着接合からなる一群から選択された熱接合工程により加熱基材に固定される際のインターフェースとして機能することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記ヒーター層用の積層工程は、熱スプレイ、厚膜、薄膜、及び、ゾルゲルからなる一群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は、Osprey（登録商標）Controlled Expansion (CE)合金を規定することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は、上記処理基材の熱膨張係数が上記ヒーター層のものと整合するように変更自在な組成を有することを特徴とする請求項７に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は化学的分離層を有することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は金属層及び上記金属層上の化学的分離層を有することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記第２基材はパージガスを供給するガス供給基材であることを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記第２基材は上記処理基材を冷却する冷却基材であることを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記第２基材に連結されたワーク受台をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記第２基材にパージガスを供給するために、上記ワーク受台内に収容されたガス管をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の支持アッセンブリ。
- 上記ワーク受台内に収容された真空ガス管をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は複数の真空締め付けチャネルを規定することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記処理基材は隣接ピンを収容するリフトピン孔を規定することを特徴とする請求項１に記載の支持アッセンブリ。
- 上記隣接ピンは、ウェーハーを支持し、上記処理基材上にウェーハーを配置するために、移動自在であることを特徴とする請求項１７に記載の支持アッセンブリ。
- 筒状ワーク受台と、
上記筒状ワーク受台に連結されたガス供給基材と、
ウェーハーを加熱するための上記ガス供給基材上に設けられたヒーター層と、
熱膨張係数が上記ヒーター層のものと整合するように変更自在な組成を有するOsprey（登録商標）Controlled Expansion (CE)合金を含み、上記ヒーター層上に配置された処理基材とを備え、
上記ガス供給基材は、ベース部と、上記ベース部から垂直にかつベース部の外縁に沿って延在する周縁部とを有し、上記ガス供給基材の上記ベース部は複数のガスチャネルを規定し、
上記ガス供給基材の上記周縁部の上面は、上記処理基材の上面より低く、かつ上記処理基材の上面から露出しており、上記処理基材の上記上面と上記ガス供給基材の上記周縁部の上記上面との間に段が定義され、
上記処理基材および上記ヒーター層は、上記ガス供給基材の上記ベース部によって支持されていることを特徴とする半導体加工に用いられる支持アッセンブリ。 - 上記ガス供給基材にパージガスを供給するための上記ワーク受台内に収容されたガス管をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の支持アッセンブリ。
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