JP6663994B2 - 静電チャック機構および半導体処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は半導体装置製造の分野に関し、特に静電チャック機構および半導体処理装置に関する。
背景
集積回路または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を製造するプロセスでは、特に、プラズマエッチング、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）等を実行するプロセスでは、ウェハなどの処理対象の加工品を載置して加熱するために静電チャックが一般に使用される。静電チャックはさらに、ウェハなどの処理対象の加工品に直流バイアス電圧を与え、処理対象の加工品の表面温度を制御する。
図１は、典型的な静電チャック機構の構造の概略図である。図１に示すように、静電チャック機構は静電チャック８およびエッジアセンブリを含む。静電チャック８は静電吸着によってその上面にウェハ５を固定するように構成され、ウェハ５の温度を制御するためのヒータが静電チャック８内に設けられる。エッジアセンブリはフォーカスリング６、ベースリング７および絶縁リング９を含み、これらは上から下に互いに順次積層される。絶縁リング９は設置および固定部材１０上に固定され、静電チャック８を支持するように構成される。フォーカスリング６およびベースリング７の双方が静電チャック８を取囲む。フォーカスリング６は、プラズマをその内部に閉じ込めることができる境界を形成するように構成される。ベースリング７は、フォーカスリング６を支持し、静電チャック８の外周壁がプラズマによってエッチングされるのを防止するように構成される。
上述の静電チャック機構は、実際的な用途において以下の問題に必ず悩まされる。
２８−２０ナノテクノロジー世代の初めから、高Ｋゲート誘電体および金属ゲート電極ＭＯＳ装置が集積回路製造プロセスに導入されており、ウェハ同士の間のトランジスタゲート長の均一性（３σ）は４５ｎｍノードに対して３ｎｍから３２ｎｍノードに対して１．５６ｎｍに減少している。つまり、エッチング均一性の要件が大幅に増加している。しかし、静電チャック８の物理的寸法の制限のために、静電チャック８内のヒータはそのエッジの近傍にあるウェハ５の温度を制御することができない（ウェハ５の直径は静電チャック８の外径よりも僅かに大きいので、ヒータは静電チャック８と接触していないウェハ５の周辺の部分の温度を制御することができない）。この結果、ウェハ５のエッジ領域と中心領域との間に温度の不均一性が生じ、ウェハ５のエッジ領域と中心領域との間のエッチング均一性について２８−２０ナノテクノロジー要件を満たすことができない。
概要
本開示は先行技術に存在している技術的問題の少なくとも１つに対処することを意図しており、静電チャック機構および半導体処理装置を提供する。当該静電チャック機構および半導体処理装置は、ウェハの中心領域およびエッジ領域の温度を別個に調整することができるので、ウェハのエッジ領域と中心領域との温度差を補償することができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。
本開示の目的を達成するために、静電チャック機構が提供される。静電チャック機構はベースおよびエッジアセンブリを含み、ベースは、ウェハを載置するように構成された載置面と、載置面を取囲んでウェハのエッジに位置する段差面とを含み、段差面は載置面よりも低く、エッジアセンブリはフォーカスリング、ベースリング、および絶縁リングを含み、フォーカスリングは載置面を取囲むように段差面上に配置され、ベースリングはベースの外周壁を取囲むように配置され、絶縁リングはベースの底部に配置されてベースを支持し、静電チャック機構は主静電加熱層およびエッジ静電加熱層をさらに含み、主静電加熱層は載置面上に配置され、ウェハを静電吸着するように構成され、ウェハの温度を調整することができ、エッジ静電加熱層は段差面上に配置され、フォーカスリングを静電吸着するように構成され、フォーカスリングの温度を調整することができる。
エッジ静電加熱層は、下から上に順次配置されたエッジ加熱層およびエッジ絶縁層を含み、フォーカスリングはエッジ絶縁層に被せられ、エッジ絶縁層の内部に第１の直流電極が設けられ、第１の直流電極に直流を供給することによってフォーカスリングに対して静電吸着力が発生し、エッジ加熱層は熱伝達によってフォーカスリングを加熱するように構成される。
主静電加熱層は、下から上に順次配置された主加熱層および主絶縁層を含み、ウェハは主絶縁層に被せられ、主絶縁層の内部に第２の直流電極が設けられ、第２の直流電極に直流を供給することによってウェハに対して静電吸着力が発生し、主加熱層は熱伝達によってウェハを加熱するように構成される。
エッジ静電加熱層はエッジ絶縁層を含み、フォーカスリングはエッジ絶縁層に被せられ、エッジ絶縁層の内部に第１の直流電極が設けられ、第１の直流電極に直流を供給することによってフォーカスリングに対して静電吸着力が発生し、エッジ絶縁層の内部に、熱伝達によってフォーカスリングを加熱するように構成された第１の加熱要素がさらに設けられる。
主静電加熱層は主絶縁層を含み、ウェハは主絶縁層に被せられ、主絶縁層の内部に第２の直流電極が設けられ、第２の直流電極に直流を供給することによってウェハに対して静電吸着力が発生し、主絶縁層の内部に、熱伝達によってウェハを加熱するように構成された第２の加熱要素がさらに設けられる。
上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構について、エッジ静電加熱層の内部に、フォーカスリングとエッジ静電加熱層との間に向かって熱交換ガスを送出するように構成された第１の流路が設けられる。
上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構について、主静電加熱層の内部に、主静電加熱層の上方に向かって熱交換ガスを送出するように構成された第２の流路が設けられる。
上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構は、ウェハおよびフォーカスリングに同時にＲＦエネルギを供給するように構成されたＲＦ源をさらに含む。
上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構は、主ＲＦ源およびエッジＲＦ源をさらに含み、主ＲＦ源はウェハにＲＦエネルギを供給するように構成され、エッジＲＦ源はフォーカスリングにＲＦエネルギを供給するように構成される。
上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構は、エッジ温度センサ、中心温度センサ、および温度制御部をさらに含み、エッジ温度センサは、ベースの内部のウェハのエッジの近くに配置され、ウェハのエッジの温度を検出して検出温度を温度制御部に送るように構成され、中心温度センサは、ベースの内部のウェハの中心の近くに配置され、ウェハの中心の温度を検出して検出温度を温度制御部に送るように構成され、温度制御部は、エッジの温度に従ってエッジ静電加熱層の動作状態を制御してフォーカスリングの温度を制御することによって、ウェハのエッジの温度を制御するように構成され、かつ、中心の温度に従って主静電加熱層の動作状態を制御してウェハの中心の温度を制御するように構成される。
別の技術的解決策として、本開示は半導体処理装置をさらに提供する。半導体処理装置は、反応室と、反応室内に設けられた静電チャック機構とを含み、静電チャック機構はウェハを載置してウェハの温度を調整するように構成され、静電チャック機構は上記の解決策のいずれか１つに係る静電チャック機構を使用する。
本開示には以下の有利な効果がある。
本開示が提供する静電チャック機構は、ベースの載置面上に主静電加熱層を設けることによってウェハの温度を調整し、同時にフォーカスリングの温度を調整し、さらに、ベースの段差面上にエッジ静電加熱層を設けることによってウェハのエッジの温度を調整し、ウェハの中心領域およびエッジ領域の温度を別個に調整することができるので、ウェハのエッジ領域と中心領域との温度差を補償することができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。さらに、主静電加熱層はウェハを静電吸着してウェハを固定することもできる。一方、エッジ静電加熱層はフォーカスリングを静電吸着することができるので、フォーカスリングがエッジ静電加熱層とより良く嵌合することができるため、フォーカスリングへの熱伝達の効果を向上させることができる。
本開示が提供する半導体処理装置は、本開示が提供する静電チャック機構を使用することによってウェハの中心領域およびエッジ領域の温度を別個に調整することができるので、ウェハのエッジ領域と中心領域との温度差を補償することができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。
典型的な静電チャック機構の構造の概略図である。 本開示の実施形態に係る静電チャック機構の断面図である。 図２の領域Ｉの拡大図である。 本開示の実施形態に係る静電チャック機構の部分断面構造の概略図である。
詳細な説明
当業者が本開示の技術的解決策をより良く理解することができるように、本開示に係る静電チャック機構および半導体処理装置を添付の図面に関連して以下に詳細に説明する。
図２は、本開示の実施形態に係る静電チャック機構の断面図である。図３は、図２の領域Ｉの拡大図である。図２および図３をともに参照して、静電チャック機構は、ベース１１と、エッジアセンブリと、主静電加熱層１７と、エッジ静電加熱層１８とを含む。ベース１１は、ウェハ１４を載置するための載置面１１１と、載置面１１１を取囲んでウェハ１４のエッジに位置している段差面１１２とを含む。段差面１１２は載置面１１１よりも低い。すなわち、ベース１１の上面の中心領域にボスが形成されており、ボスの上面がウェハ１４を載置するための載置面１１１として作用し、ベース１１の上面のエッジ領域、すなわちボスを取囲むリング状の表面が段差面１１２として作用する。一般的に、ウェハ１４の直径は載置面１１１の直径よりも僅かに大きい。したがって、ウェハ１４のエッジ部は載置面１１１に接触することなく載置面１１１の境界から延在する。
エッジアセンブリは、フォーカスリング１２、ベースリング１３および絶縁リング１５を含む。フォーカスリング１２は載置面を取囲むように段差面１１２上に配置され、載置面１１１の境界から延在するウェハ１４のエッジ部がフォーカスリング１２に被さることによって、フォーカスリング１２とウェハ１４のエッジとの間の熱伝達が可能になる。ベースリング１３はベース１１の外周壁を取囲むように配置され、鉛直方向においてフォーカスリング１２と絶縁リング１５との間に位置決めされ、フォーカスリング１２を支持してベース１１の外周壁がプラズマによってエッチングされるのを防止するように構成される。絶縁リング１５はベース１１の底部に配置され、設置および固定部材１６上に固定され、ベース１１を支持するように構成される。フォーカスリング１２、ベースリング１３および絶縁リング１５は、さまざまなプロセスの要件に従って石英（ＳｉＯ2）、セラミックス（Ａｌ2Ｏ3）、炭化珪素などから選択される絶縁材料を用いて準備され得る。これら３つのリングは同じ材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。
主静電加熱層１７は載置面１１１上に配置され、ウェハ１４を静電吸着するように構成され、ウェハ１４の温度を調整することができる。本実施形態では、主静電加熱層１７は、下から上に順次配置された主加熱層１７３および主絶縁層１７１を含む。プロセスでは、ウェハ１４が主絶縁層１７１に被せられ、主絶縁層１７１の内部に第２の直流電極１７２が設けられる。第２の直流電極１７２は直流電源に電気的に接続される。直流電源は、第２の直流電極１７２に直流を供給することによって、ウェハ１４に対して静電吸着力を発生させてウェハ１４を固定する。主加熱層１７３は熱伝達によってウェハ１４を加熱するように、すなわち発生した熱を主絶縁層１７１を介してウェハ１４に伝達するように構成される。主加熱層１７３はシリカゲルを用いることによって載置面１１１上に接着されてもよい。
任意に、主静電加熱層１７の内部に、主静電加熱層１７の上方に向かって熱交換ガスを送出するための第２の流路（図示せず）が設けられてもよい。具体的には、第２の流路は、主加熱層１７３および主絶縁層１７１内に対応して設けられて、主加熱層１７３および主絶縁層１７１の厚みをそれぞれ貫通する貫通孔（図示せず）であってもよい。貫通孔は、ウェハ１４の下面と主絶縁層１７１の上面との間に向かって熱交換ガス（たとえばヘリウムなどの不活性ガス）を送出するように構成される。この熱交換ガスによって、主絶縁層１７１とウェハ１４との間の熱伝達を加速することができるだけでなく、熱伝達の均一性を増加させることもできるため、加熱効率および加熱均一性を向上させることができる。
エッジ静電加熱層１８は段差面１１２上に配置され、フォーカスリング１２を静電吸着するように構成され、フォーカスリング１２の温度を調整することができる。本実施形態では、エッジ静電加熱層１８は、下から上に順次配置されたエッジ加熱層１８３およびエッジ絶縁層１８１を含む。フォーカスリング１２がエッジ絶縁層１８１に被せられ、エッジ加熱層１８３は熱伝達によってフォーカスリング１２を加熱するように、すなわち発生した熱をエッジ絶縁層１８１を介してフォーカスリング１２に伝達するように構成される。載置面１１１の境界から延在しているウェハ１４のエッジ部はフォーカスリング１２に被さっているため、フォーカスリング１２とウェハ１４のエッジとの間で熱を伝達することができる。したがって、フォーカスリング１２の温度を調整することによって、ウェハ１４のエッジの温度を間接的に調整することができる。また、エッジ絶縁層１８１の内部に第１の直流電極１８２が設けられる。第１の直流電極１８２は直流電源に電気的に接続される。直流電源は、第１の直流電極１８２に直流を供給することによって、フォーカスリング１２に対して静電吸着力を発生させるので、フォーカスリング１２がエッジ絶縁層１８１とより良く嵌合することによって、フォーカスリング１２への熱伝達の効果を向上させることができる。エッジ加熱層１８３はシリカゲルを用いることによって段差面１１３上に接着されてもよい。
任意に、エッジ静電加熱層１８の内部に、フォーカスリング１２とエッジ静電加熱層１８との間に向かって熱交換ガスを送出するための第１の流路（図示せず）が設けられてもよい。具体的には、第１の流路は、エッジ加熱層１８３およびエッジ絶縁層１８１内に対応して設けられて、エッジ加熱層１８３およびエッジ絶縁層１８１の厚みをそれぞれ貫通する貫通孔（図示せず）であってもよい。貫通孔は、フォーカスリング１２の下面とエッジ絶縁層１８１の上面との間に向かって熱交換ガス（たとえばヘリウムなどの不活性ガス）を送出するように構成される。この熱交換ガスによって、エッジ絶縁層１８１とフォーカスリング１２との間の熱伝達を加速することができるため、加熱効率を向上させることができる。
主静電加熱層１７およびエッジ静電加熱層１８によって、ウェハ１４の中心領域（載置面１１１と接触している部分）およびエッジ領域（載置面１１１の境界から延在している部分）の温度を別個に調整することができるので、ウェハ１４のエッジ領域と中心領域との温度差を補償することができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。
任意に、静電チャック機構は、プラズマを引き寄せてウェハ１４の上面に向かって進ませるために、ウェハ１４およびフォーカスリング１２に同時に無線周波数（ＲＦ）エネルギを供給するように構成されたＲＦ源（図示せず）をさらに含んでいてもよい。さらに、ＲＦエネルギはフォーカスリング１２に供給されつつウェハ１４に供給されるため、ウェハ１４の有効電界の面積を増大させることができるので、プロセス均一性を向上させることができる。ＲＦ源は一般的にアダプタおよびＲＦ電源を含む。
言うまでもなく、実際的な用途では、ウェハ１４およびフォーカスリング１２にそれぞれＲＦエネルギを供給するために異なるＲＦ源が使用されてもよい。すなわち、ウェハ１４にＲＦエネルギを供給するように構成された主ＲＦ源およびフォーカスリング１２にＲＦエネルギを供給するように構成されたエッジＲＦ源が別個に設けられてもよい。主ＲＦ源およびエッジＲＦ源によって、ウェハ１４およびフォーカスリング１２に供給されるＲＦエネルギの大きさをさまざまなプロセス試験要件に従って別個に制御することができるので、ウェハ１４の中心領域およびエッジ領域のプラズマ分布を別個に制御することができ、さらにプラズマの調整ウィンドウを増大させることができるため、プロセス均一性を向上させることができる。
任意に、静電チャック機構は、図示されていないエッジ温度センサ、中心温度センサおよび温度制御部をさらに含んでいてもよい。エッジ温度センサはベース１１の内部のウェハ１４のエッジの近くに配置され、ウェハ１４のエッジの温度を検出して検出結果を温度制御部に送るように構成される。中心温度センサはベース１１の内部のウェハ１４の中心の近くに配置され、ウェハ１４の中心の温度を検出して検出結果を温度制御部に送るように構成される。温度制御部は、エッジの温度に従ってエッジ静電加熱層１８の動作状態を制御してフォーカスリング１２の温度を制御することによって、ウェハ１４のエッジの温度を制御するように構成され、かつ、主静電加熱層１７の動作状態を制御してウェハ１４の中心の温度を制御するように構成される。エッジ温度センサ、中心温度センサおよび温度制御部によって、ウェハ１４の中心領域およびエッジ領域の温度をそれぞれ正確に制御することができるので、ウェハ１４の温度均一性をさらに向上させることができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、エッジ静電加熱層１８はエッジ加熱層１８３およびエッジ絶縁層１８１によって形成されているが、本開示はこれに限定されない。実際的な用途では、エッジ静電加熱層は１つのエッジ絶縁層のみ有するように設けられてもよく、フォーカスリングがエッジ絶縁層に被せられ、第１の直流電極がエッジ絶縁層内に設けられる。第１の直流電極に直流を供給することによって、フォーカスリングに対して静電吸着力が発生する。さらに、熱伝達によってフォーカスリングを加熱するための第１の加熱要素がエッジ絶縁層内に設けられる。すなわち、フォーカスリングの温度調整は、加熱要素をエッジ絶縁層に埋込むことによって達成される。上記の構造を有するエッジ静電加熱層は焼結によって製造されてもよい。
この場合、任意に、第１の流路は、エッジ絶縁層内に設けられてエッジ絶縁層の厚みを貫通する貫通孔であり、フォーカスリングの下面とエッジ絶縁層の上面との間に向かって熱交換ガスを送出することによって、エッジ絶縁層とフォーカスリングとの間の熱伝達を加速して加熱効率を向上させるように構成される。
また、本実施形態では、主静電加熱層１７は主加熱層１７３および主絶縁層１７１によって形成されているが、本開示はこれに限定されない。実際的な用途では、主静電加熱層は１つの主絶縁層のみを有するように設けられてもよく、ウェハが主絶縁層に被せられ、第２の直流電極が主絶縁層内に設けられる。第２の直流電極に直流を供給することによって、ウェハに対して静電吸着力が発生する。さらに、熱伝達によってウェハを加熱するための第２の加熱要素が主絶縁層内に設けられる。すなわち、ウェハの温度調整は、加熱要素を主絶縁層に埋込むことによって達成される。上記の構造を有する主静電加熱層は焼結によって製造されてもよい。
この場合、任意に、第２の流路は、主絶縁層内に設けられて主絶縁層の厚みを貫通する貫通孔であり、主絶縁層の上方に向かって、すなわちウェハの下面と主絶縁層の上面との間に向かって熱交換ガスを送出することによって、主絶縁層とウェハとの間の熱伝達を加速して加熱効率を向上させるように構成される。
本開示の実施形態に係る静電チャック機構の温度調整システムを、図４に関連して以下に詳細に説明する。
図４に示すように、本開示の実施形態に係る静電チャック機構は、ベース１１およびベース１１を取囲むフォーカスリング１２を含む。説明の便宜上、フォーカスリング１２が配置される位置に対応する領域を「フォーカスリング領域Ａ１」と称し、ウェハが配置される位置に対応する領域を「ウェハ領域Ａ２」と称する。フォーカスリング領域Ａ１はウェハ領域Ａ２を取囲む。
本実施形態では、フォーカスリング領域Ａ１において、静電チャック機構は第１の加熱層５３、第１の加熱要素（図示せず）、および第１の加熱接続要素６４をさらに含む。第１の加熱層５３はベース１１を取囲むように配置され、フォーカスリング１２の下に位置する。第１の加熱要素は第１の加熱層５３内に配置され、電気エネルギを熱エネルギに変換することによってフォーカスリング１２を加熱するように構成される。第１の加熱接続要素６４はベース１１を貫通して第１の加熱層５３に接続され、第１の電気加熱信号を第１の加熱層５３に入力することによって、第１の加熱層５３が第１の電気加熱信号を熱エネルギに変換するように構成される。
静電チャック機構は、第１の静電層５４、第１の直流電極５１、および第１の直流電極接続要素６５をさらに含み得る。第１の静電層５４はベース１１を取囲むように配置され、フォーカスリング１２と第１の加熱層５３との間に位置する。第１の直流電極５１は第１の静電層５４内に配置される。第１の直流電極接続要素６５はベース１１および第１の加熱層５３を貫通し、第１の静電層５４内の第１の直流電極５１に接続される。第１の直流電極接続要素６５は第１の直流電極５１に第１の直流電圧を入力するように構成される。第１の直流電極５１は第１の直流電圧の制御下で電界を形成して、第１の静電層５４が静電吸着によってその上にフォーカスリング１２を吸着することによってフォーカスリング１２を固定することができるようにし得る。
静電チャック機構は第１の均一加熱プレート５５をさらに含み得る。第１の均一加熱プレート５５は良好な伝熱能力を有する材料からなり、ベース１１を取囲んで第１の加熱層５３の上面と接触して配置される。すなわち、第１の均一加熱プレート５５は第１の加熱層５３と第１の静電層５４との間に位置している。フォーカスリング１２上の異なる位置は異なる温度を有するため、良好な伝熱能力を有する第１の均一加熱プレート５５によって、フォーカスリング１２の異なる位置の温度は連続的に遷移して均一である傾向があり得る。
静電チャック機構は第１のガス流路５６をさらに含み得る。第１のガス流路５６は、第１の加熱層５３、第１の均一加熱プレート５５および第１の静電層５４を貫通し、フォーカスリング１２の下面（すなわち裏面）に熱交換ガスを送出することによってフォーカスリング１２の下面にガス層を形成するように構成される。フォーカスリング１２の温度は、熱交換ガスの良好な熱伝導率のためにベース１１の温度と一致し続ける。すなわち、フォーカスリング１２の温度は、フォーカスリング１２と第１の静電層５４との間の熱交換能力を高めることによって効果的に制御される。好ましくは、熱交換ガスはヘリウムであり得るが、熱交換ガスの種類はこれに限定されない。フォーカスリング１２と第１の静電層５４との間の熱交換が達成可能である限り、熱交換ガスは他のガスであってもよい。これはさらに詳細には説明しない。
静電チャック機構は第１の温度制御部（図示せず）をさらに含み得る。第１の温度制御部は、第１の検出モジュール５７および第１の制御モジュール（図示せず）を含む。第１の検出モジュール５７は、フォーカスリング１２の現在の温度を検出して検出温度を第１の制御モジュールに送るように構成される。第１の制御モジュールは、フォーカスリング１２の現在の温度に従ってフォーカスリング１２の温度を制御するように構成される。具体的には、第１の検出モジュール５７は、ベース１１の下から、ベース１１、第１の加熱層５３および第１の均一加熱プレート５５を貫通し、第１の静電層５４と接触してフォーカスリング１２の現在の温度を検出する。フォーカスリング１２の温度は第１の制御モジュールによって制御される。好ましくは、第１の検出モジュール５７は熱電対であるが、第１の検出モジュール５７はこれに限定されず、他の温度検出要素が適用されてもよい。これはさらに詳細には説明しない。
本実施形態では、ウェハ領域Ａ２において、静電チャック機構は第２の加熱層５９、第２の加熱要素（図示せず）、および第２の加熱接続要素６６をさらに含む。第２の加熱層５９はベース１１の中心の突出部上に配置される。第２の加熱要素は第２の加熱層５９内に配置され、電気エネルギを熱エネルギに変換することによってベース１１に置かれたウェハを加熱するように構成される。第２の加熱接続要素６６はベース１１を貫通して第２の加熱層５９に接続され、第２の電気加熱信号を第２の加熱層５９に入力することによって、第２の加熱層５９が第２の電気加熱信号を熱エネルギに変換して、第２の加熱層５９上に位置するウェハを加熱するように構成される。
静電チャック機構は第２の静電層６０をさらに含み得る。第２の静電層６０は第２の加熱層５９上に設けられ、内部に第２の直流電極１０１が設けられる。第２の直流電極１０１は電圧の制御下で電界を形成して、第２の静電層６０が静電吸着によってその上にウェハを吸着することができるようにし得る。
静電チャック機構は第２の直流電極接続要素６７をさらに含み得る。第２の直流電極接続要素６７はベース１１および第２の加熱層５９を貫通し、第２の静電層６０内の第２の直流電極１０１に接続される。第２の直流電極接続要素６７は第２の直流電圧を第２の直流電極１０１に入力して、第２の直流電極１０１が第２の直流電圧の制御下で電界を形成してウェハを吸着することができるようにする。
静電チャック機構は第２の均一加熱プレート６１をさらに含み得る。第２の均一加熱プレート６１は第２の加熱層５９の上面と接触している。すなわち、第２の均一加熱プレート６１は第２の加熱層５９と第２の静電層６０との間に位置している。ウェハ上の異なる位置は異なる温度を有するため、良好な伝熱能力を有する第２の均一加熱プレート６１によって、ウェハの異なる位置の温度は連続的に遷移して均一である傾向があり得る。
静電チャック機構は第２の温度制御部（図示せず）をさらに含み得る。第２の温度制御部は、第２の検出モジュール６２および第２の制御モジュール（図示せず）を含む。第２の検出モジュール６２は、ウェハの現在の温度を検出して検出温度を第２の制御モジュールに送るように構成される。第２の制御モジュールは、ウェハの現在の温度に従ってウェハの温度を制御するように構成される。具体的には、第２の検出モジュール６２は、ベース１１の下から、ベース１１、第２の加熱層５９および第２の均一加熱プレート６１を貫通し、第２の静電層６０と接触してウェハの現在の温度を検出する。ウェハの温度は第２の制御モジュールによって制御される。好ましくは、第２の検出モジュール６２は熱電対であるが、第２の検出モジュール６２はこれに限定されず、他の温度検出要素が適用されてもよい。これはさらに詳細には説明しない。
静電チャック機構は第２のガス流路５８をさらに含み得る。第２のガス流路５８はベース１１の下からベース１１を貫通して、ウェハの下面（すなわち裏面）に熱交換ガスを送出することによって、ウェハの下面にガス層を形成する。ウェハの温度は、熱交換ガスの良好な熱伝導率のために静電チャック機構の温度と一致し続ける。すなわち、ウェハの温度は、ウェハと第２の静電層６０との間の熱交換能力を高めることによって効果的に制御される。好ましくは、熱交換ガスはヘリウムであり得るが、熱交換ガスの種類はこれに限定されない。熱交換ガスは他のガスであってもよい。
本実施形態では、第１のガス流路５６および第２のガス流路５８は互いに連通しており、すなわち第１のガス流路５６および第２のガス流路５８は同一のガス注入口を有する。第１のガス流路５６は、ガス注入口からフォーカスリング１２の下面に熱交換ガスを導入してフォーカスリング１２の温度を制御するように構成される。第２のガス流路５８は、ガス注入口からウェハの下面に熱交換ガスを導入してウェハの温度を制御するように構成される。第１のガス流路５６および第２のガス流路５８を互いに連通させることによって、第１のガス流路５６および第２のガス流路５８の構造を単純にすることができる。
静電チャック機構は熱媒体流路６３をさらに含み得る。熱媒体流路６３はベース１１内に配置され、フォーカスリング領域Ａ１およびウェハ領域Ａ２の双方に分散される。ベース１１の基礎温度を維持するための熱媒体流体が、熱媒体流路６３内に供給され得る。熱媒体流路６３は、熱媒体流体を熱媒体流路６３に出し入れするように構成された熱媒体入口６８に接続される。
静電チャック機構はＲＦ電極入力端子６９をさらに含み得る。ＲＦ電極入力端子６９はベース１１に接続される。プロセスでは、ＲＦ電極入力端子６９はＲＦエネルギを静電チャック機構に導入することができる。
本実施形態に係る静電チャック機構では、フォーカスリング１２がベース１１を取囲むように配置され、第１の加熱層５３がベース１１を取囲むようにフォーカスリング１２の下に配置され、第１の加熱要素が第１の加熱層５３内に配置され、第１の加熱要素は、ベース１１を貫通する第１の加熱接続要素６４を介して外部電源に接続されるため、電気エネルギから熱エネルギを発生させることによってフォーカスリング１２が加熱される。フォーカスリング１２を別個に加熱することによって、フォーカスリング１２の温度をより正確に制御することができるため、ウェハのエッジ領域と中心領域との温度差を減少させることができる。
別の技術的解決策として、本開示の実施形態は半導体処理装置をさらに提供する。半導体処理装置は、反応室と、反応室内に設けられた静電チャック機構とを含む。静電チャック機構は、ウェハを載置してウェハの温度を調整するように構成される。静電チャック機構は、本開示の実施形態に係る静電チャック機構を使用する。
本開示の実施形態が提供する半導体処理装置は、本開示の実施形態に係る静電チャック機構を使用することによってウェハの中心領域およびエッジ領域の温度を別個に調整することができるので、ウェハのエッジ領域と中心領域との温度差を補償することができ、ひいてはプロセス均一性を向上させることができる。
上記の実現例は本開示の原理を説明するために使用しているに過ぎない例示的な実現例であり、本開示はこれに限定されないことが理解され得る。当業者は本開示の精神および本質から逸脱することなくさまざまな変形および修正を行なうことができ、これらの変形および修正も本開示の保護範囲内にあるとみなされる。

Claims (11)

  1. 静電チャック機構であって、ベースおよびエッジアセンブリを備え、前記ベースは、ウェハを載置するように構成された載置面と、前記載置面を取囲んで前記ウェハのエッジに位置する段差面とを含み、前記段差面は前記載置面よりも低く、前記エッジアセンブリは、フォーカスリング、ベースリング、および絶縁リングを含み、前記フォーカスリングは前記載置面を取囲むように前記段差面上に配置され、前記ベースリングは前記ベースの外周壁を取囲むように配置され、前記絶縁リングは前記ベースの底部に配置されて前記ベースを支持し、前記静電チャック機構は主静電加熱層およびエッジ静電加熱層をさらに備え、
    前記主静電加熱層は前記載置面上に配置され、前記ウェハを静電吸着するように構成され、前記ウェハの温度を調整することができ、
    前記エッジ静電加熱層は前記段差面上に配置され、前記フォーカスリングを静電吸着するように構成され、前記フォーカスリングの温度を調整し、載置面の境界から延在する前記ウェハのエッジ部が前記フォーカスリングに被さり、前記ウェハのエッジ部と前記フォーカスリング間の熱伝達が可能となる、静電チャック機構。
  2. 前記エッジ静電加熱層は、下から上に順次配置されたエッジ加熱層およびエッジ絶縁層を含み、
    前記フォーカスリングは前記エッジ絶縁層に被せられ、前記エッジ絶縁層の内部に第１の直流電極が設けられ、前記第１の直流電極に直流を供給することによって前記フォーカスリングに対して静電吸着力が発生し、
    前記エッジ加熱層は熱伝達によって前記フォーカスリングを加熱するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック機構。
  3. 前記主静電加熱層は、下から上に順次配置された主加熱層および主絶縁層を含み、
    前記ウェハは前記主絶縁層に被せられ、前記主絶縁層の内部に第２の直流電極が設けられ、前記第２の直流電極に直流を供給することによって前記ウェハに対して静電吸着力が発生し、
    前記主加熱層は熱伝達によって前記ウェハを加熱するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック機構。
  4. 前記エッジ静電加熱層はエッジ絶縁層を含み、前記フォーカスリングは前記エッジ絶縁層に被せられ、前記エッジ絶縁層の内部に第１の直流電極が設けられ、前記第１の直流電極に直流を供給することによって前記フォーカスリングに対して静電吸着力が発生し、
    前記エッジ絶縁層の内部に、熱伝達によって前記フォーカスリングを加熱するように構成された第１の加熱要素がさらに設けられることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック機構。
  5. 前記主静電加熱層は主絶縁層を含み、前記ウェハは前記主絶縁層に被せられ、前記主絶縁層の内部に第２の直流電極が設けられ、前記第２の直流電極に直流を供給することによって前記ウェハに対して静電吸着力が発生し、
    前記主絶縁層の内部に、熱伝達によって前記ウェハを加熱するように構成された第２の加熱要素がさらに設けられることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック機構。
  6. 前記エッジ静電加熱層の内部に、前記フォーカスリングと前記エッジ静電加熱層との間に向かって熱交換ガスを送出するように構成された第１の流路が設けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
  7. 前記主静電加熱層の内部に、前記主静電加熱層の上方に向かって熱交換ガスを送出するように構成された第２の流路が設けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
  8. 前記静電チャック機構は、前記ウェハおよび前記フォーカスリングに同時にＲＦエネルギを供給するように構成されたＲＦ源をさらに備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
  9. 前記静電チャック機構は主ＲＦ源およびエッジＲＦ源をさらに備え、
    前記主ＲＦ源は前記ウェハにＲＦエネルギを供給するように構成され、
    前記エッジＲＦ源は前記フォーカスリングにＲＦエネルギを供給するように構成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
  10. 前記静電チャック機構は、エッジ温度センサ、中心温度センサ、および温度制御部をさらに備え、
    前記エッジ温度センサは、前記ベースの内部の前記ウェハの前記エッジの近くに配置され、前記ウェハの前記エッジの温度を検出して検出温度を前記温度制御部に送るように構成され、
    前記中心温度センサは、前記ベースの内部の前記ウェハの中心の近くに配置され、前記ウェハの前記中心の温度を検出して検出温度を前記温度制御部に送るように構成され、
    前記温度制御部は、前記エッジの前記温度に従って前記エッジ静電加熱層の動作状態を制御して前記フォーカスリングの前記温度を制御することによって、前記ウェハの前記エッジの前記温度を制御するように構成され、かつ、前記中心の前記温度に従って前記主静電加熱層の動作状態を制御して前記ウェハの前記中心の前記温度を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
  11. 半導体処理装置であって、反応室と、前記反応室内に設けられた静電チャック機構とを備え、前記静電チャック機構はウェハを載置して前記ウェハの温度を調整するように構成され、前記静電チャック機構は請求項１から１０のいずれか１項に記載の静電チャック機構を使用することを特徴とする、半導体処理装置。
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