JP6711838B2 - 静電チャック表面の半径方向外側パッド設計 - Google Patents

静電チャック表面の半径方向外側パッド設計 Download PDF

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Description

本明細書で開示される実施形態は、一般に、静電チャックに関し、より具体的には、本明細書で開示される実施形態は、一般に、静電チャック表面のためのパターンに関する。
静電チャックは、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、または化学気相堆積などの様々な用途で使用される処理チャンバにおける基板処理の間、半導体基板などの基板を保持するために広く使用されている。静電チャックは、典型的には、誘電体または半導体セラミック材料からなる単体チャック本体内に埋め込まれた１つまたは複数の電極を含み、誘電体または半導体セラミック材料の端から端まで静電クランピング場が発生され得る。半導体セラミック材料、例えば、金属酸化物でドープされた窒化アルミニウム、窒化ホウ素、または酸化アルミニウムなどを使用して、Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋまたは非クーロン的静電クランピング場を発生可能にすることができる。
処理の間に基板の表面にわたって印加されるチャック力の変動は、基板の望ましくない変形を引き起こすことがあり、基板と静電チャックとの間の界面に粒子の発生および堆積を引き起こすことがある。これらの粒子は、チャック力の量に影響を及ぼすことによって静電チャックの動作を妨げることがある。基板が、その後、静電チャックにおよび静電チャックから移動されるとき、これらの堆積された粒子が、さらに、基板を引っ掻くかまたは溝状の傷をつけ、最終的に、基板の破損をもたらし、ならびに静電チャックの表面を摩滅することがある。
加えて、従来の静電チャックは、裏側ガスが堆積プロセス中に導入されるときに温度の突然のスパイクを経験することがある。基板と静電チャックとの間の不均一なまたは過度の伝熱は、さらに、基板および／またはチャックに損傷を与えることもある。例えば、オーバーチャックされた基板は、基板とチャック表面との間のコンタクトの過度に大きい面積またはコンタクトの過度に集中した区域をもたらすことがある。コンタクトの区域で生じる伝熱は、基板および／またはチャックの物理的限界を超えることがあり、それは、亀裂または破損をもたらし、そして、可能性としてはチャック表面に粒子を発生および堆積させ、それがさらなる損傷または摩耗を引き起こすことがある。
したがって、基板および／またはチャックへの損傷を低減するより良好な静電チャックが必要とされている。
静電チャックアセンブリおよびそれを有する処理チャンバが本明細書で開示される。１つの実施形態では、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する本体を含む静電チャックアセンブリが提供される。本体は、その中にチャック電極が配設されている。ウエハスペーシングマスクが、本体の前側表面に形成される。ウエハスペーシングマスクは、複数の細長いフィーチャを有する。細長いフィーチャは、中心から外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有する。ウエハスペーシングマスクは、細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有する。
別の実施形態では、処理チャンバの処理容積部内に配設された静電チャックアセンブリを含む処理チャンバが提供される。静電チャックアセンブリは、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する本体を含む。本体は、その中にチャック電極が配設されている。ウエハスペーシングマスクが、本体の前側表面に形成される。ウエハスペーシングマスクは、複数の細長いフィーチャを有する。細長いフィーチャは、中心から外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有する。ウエハスペーシングマスクは、細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有する。
本発明の上述で列挙した特徴を詳細に理解できるように、上述で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、実施形態を参照することによって得ることができ、実施形態のいくつかが添付図面に示される。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、それゆえに、本開示が他の等しく効果的な実施形態を認めることができるためその範囲を限定すると考えるべきではないことに留意されたい。
例示的な静電チャックを動作させることができる物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの図式的断面側面図である。 図１に示した静電チャックアセンブリの図式的断面詳細図である。 静電チャックアセンブリの前側表面上のウエハスペーシングマスクの図式的断面詳細図である。 最小コンタクト面積フィーチャの配列を有する静電チャックアセンブリの上面の上面図である。
理解しやすくするために、可能である場合は、同一の参照番号が、図に共通する同一の要素を指定するために使用されている。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに、他の実施形態に有利に組み込むことができることが意図される。
上述のように、基板にわたる不均一なチャック力の印加、ならびに基板とチャックとの間の一様でないまたは過度の伝熱が、基板とチャックの界面で粒子発生を生じさせることがあり、それは、基板およびチャックへの損傷または摩耗増加をもたらすことがある。それゆえに、静電チャックと基板との界面での粒子発生を減少させると、両方の要素の摩耗の低減とより長い動作寿命を直接もたらすことができ、チャックのより一貫した要求される動作を実現することができる。
粒子発生は、いくつかの設計またはプロセスパラメータを調節することによって減少させることができる。例えば、チャック表面は、チャックされた基板の変形を減少させまたは最小にし、それによって、基板の変形に起因して粒子を発生する確率を減少させるように設計することができる。他の物理的設計パラメータ（例えば、伝熱ガス流）に従って、チャック表面は、基板とのコンタクト点の特定の配列を利用することができ、および／または所望の性質を有する特定の材料を使用することができる。
図１は、１つの実施形態による、例示的な静電チャックアセンブリ１２０が中で動作できるＰＶＤチャンバ１００の図式的断面側面図を示す。ＰＶＤチャンバ１００は、処理容積部１１６を画定するチャンバ壁１１０、チャンバリッド１１２、およびチャンバ底部１１４を含む。処理容積部１１６は、ポンピングシステム１１８によって処理の間真空に維持することができる。チャンバ壁１１０、チャンバリッド１１２、およびチャンバ底部１１４は、アルミニウムおよび／またはステンレス鋼などの導電性材料から形成することができる。誘電体絶縁部１２６が、チャンバリッド１１２とチャンバ壁１１０との間に配設され、チャンバ壁１１０とチャンバリッド１１２との間の電気的絶縁を行うことができる。チャンバ壁１１０およびチャンバ底部１１４は、動作の間電気的に接地することができる。
静電チャックアセンブリ１２０は、コンタクト表面１５８に沿って基板１２２を支持するために処理容積部１１６に配設される。静電チャックアセンブリ１２０は、基板処理および基板移送を容易にするために処理容積部１１６内で垂直に移動することができる。チャック電源１３２は、基板１２２を静電チャックアセンブリ１２０に固定するために静電チャックアセンブリ１２０に結合させることができ、ＤＣ電力またはＲＦ電力を１つまたは複数のチャック電極１５０に供給することができる。チャック電極１５０は、半円、「Ｄ」形状プレート、ディスク、リング、くさび、細片などのような任意の好適な形状を有することができる。チャック電極１５０は、例えば、金属または合金などの任意の好適な導電性材料で製作することができる。
ターゲット１２４は、チャンバリッド１１２に装着することができ、静電チャックアセンブリ１２０と向き合う。ターゲット１２４は、処理中に基板１２２に堆積されるべき材料を含む。ターゲット電源１３８は、ターゲット１２４に結合することができ、ＤＣ電力またはＲＦ電力をターゲットに供給して、動作の間ターゲット１２４への負の電圧もしくはバイアスを発生させるか、またはチャンバ１００内にプラズマ１４６を駆動することができる。ターゲット電源１３８はパルス電源とすることができる。ターゲット電源１３８は、約１０ｋＷまで、および約０．５ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでの範囲内の周波数、またはより好ましくは約２ＭＨｚと約１３．５６ＭＨｚとの間の範囲内の周波数でターゲット１２４に電力を供給することができる。より低い周波数を使用してバイアスを駆動し（それによってイオンエネルギーを制御する）てもよく、より高い周波数を使用してプラズマを駆動してもよい。１つの実施形態では、ターゲット１２４は、反応性スパッタリングによって誘電体材料を形成するための１つまたは複数の導電性材料から形成されてもよい。１つの実施形態では、ターゲット１２４は金属または合金を含むことができる。
シールドアセンブリ１２８を処理容積部１１６内に配設することができる。シールドアセンブリ１２８は、ターゲット１２４と、静電チャックアセンブリ１２０の上に配設された基板１２２とを囲んで、チャンバ内の処理化学作用を保持し、チャンバ壁１１０、チャンバ底部１１４、および他のチャンバ部品の内面を保護する。１つの実施形態では、シールドアセンブリ１２８は、動作の間電気的に接地することができる。
基板１２２上に堆積される材料のより良好な制御を可能にするために、カバーリング１２３が、基板１２２の周囲に位置づけられ、処理の間シールドアセンブリ１２８の一部に載ることができる。カバーリング１２３は、一般に、静電チャックアセンブリ１２０が垂直に移動するときチャンバ１００内で位置づけるかまたは移動させることができる。カバーリング１２３は、エッジ欠陥を防止しながら、基板のエッジの近くの堆積を促進するように整形することができる。カバーリング１２３は、処理チャンバ１００の底部、例えば、チャンバ底部１１４におよびそのまわりに堆積材料が形を成さないようにすることができる。
プロセスガス源１３０が、１つまたは複数の処理ガスを供給するために処理容積部１１６に流動的に接続される。流量コントローラ１３６が、処理容積部１１６に送出されるガス流を制御するためにプロセスガス源１３０と処理容積部１１６との間に結合され得る。
マグネトロン１３４が、チャンバリッド１１２上方の外部に配設されることもある。マグネトロン１３４は複数の磁石１５２を含む。磁石１５２は、プラズマ１４６を発生させるために処理容積部１１６内でターゲット１２４の前面１４８の近くに磁場を生成し、その結果、かなり大きいイオン束がターゲット１２４に衝突し、ターゲット材料のスパッタ放出を引き起こす。磁石１５２は、ターゲット１２４の前面１４８にわたる磁場の均一性を高めるために回転するかまたは直線的にターゲットを走査することができる。図示のように、複数の磁石１５２が、シャフト１４２に接続されたフレーム１４０に装着されてもよい。シャフト１４２は、磁石１５２が中心軸１４４のまわりを回転するように、静電チャックアセンブリ１２０の中心軸１４４に軸方向に位置合わせすることができる。
物理的気相堆積チャンバ１００を使用して、基板１２２に膜を堆積させることができる。図１は、基板１２２上に膜を堆積させるための処理構成の物理的気相堆積チャンバ１００を概略的に示す。堆積の間、１つまたは複数の反応性ガスと１つまたは複数の不活性ガスとを含む混合ガスを、ガス源１３０から処理容積部１１６に供給することができる。ターゲット１２４の前面１４８の近くに形成されるプラズマ１４６は、１つまたは複数の不活性ガスおよび１つまたは複数の反応性ガスのイオンを含むことができる。プラズマ１４６中のイオンはターゲット１２４の前面１４８に衝突して導電性材料をスパッタリングし、次いで、導電性材料は反応性ガスと反応して基板１２２上に膜を形成する。
基板１２２に形成されるべき材料に応じて、ターゲット１２４は、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、チタン、銅、ニオブ、またはそれらの合金などの金属から形成することができる。反応性ガスは、酸化剤、窒化剤、または他の反応性ガスを含むことができる。１つの実施形態によれば、反応性ガスは、金属酸化物を形成するための酸素、または金属窒化物を形成するための窒素を含むことができる。不活性ガスはアルゴンを含むことができる。
ＰＶＤチャンバ１００が、基板１２２を処置するための例示的な静電チャックアセンブリの動作に関して上述されたが、同じまたは同様の構成を有するＰＶＤチャンバが、さらに、静電チャックアセンブリ１２０上に所望の表面を生成するために材料を堆積させるのに使用されてもよいことに留意されたい。例えば、ＰＶＤチャンバ１００は、図４に示す静電チャック表面を生成するためにマスクを使用することができる。
図２は、図１に示した静電チャックアセンブリ１２０の図式的断面詳細図を示す。図示のように、２つのチャック電極１５０が、静電チャックアセンブリ１２０の本体２０２に埋め込まれる。本体２０２は、窒化アルミニウムなどのようなセラミックなどの誘電体材料から製作することができる。本体２０２は、代替として、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのシートなどからのプラスチック材料から製作されてもよい。本体２０２は、裏側表面２０４と前側表面２０５とを有する。前側表面２０５は、基板１２２を支持するために利用される。
ウエハスペーシングマスク２１０が、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間のコンタクト面積を最小にするために前側表面２０５に形成される。ウエハスペーシングマスク２１０は、本体２０２を構成する材料から一体化して形成されてもよく、または本体２０２の前側表面２０５に堆積された材料の１つまたは複数の別個の層から構成されてもよい。
ウエハスペーシングマスク２１０は、上面２０８と底面２０６とを有することができる。底面２０６は、静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５上に直接配設され得る。ウエハスペーシングマスク２１０の厚さ２６０は、複数のメサ２１５およびオプションとして外側周辺リング２２５などのフィーチャを形成するように、優先的に選択され、前側表面２０５にわたって空間的に分布される。メサ２１５は、一般に、処理の間上面２０８に沿って基板１２２を支持するように構成される。ガス通路２２０がメサ２１５の間に形成され、それにより、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５との間に裏側ガスを供給することができるようになる。外側周辺リング２２５は、静電チャックアセンブリ１２０の上面２０８のメサ２１５と同様の構造の連続したリングまたはセグメントであり、通路２２０を通る基板１２２の下からの裏側ガスの流れの存在を制限するかまたは調整するために利用することができる。１つの実施形態では、外側周辺リング２２５は、形状および構成がメサ２１５と同様である。交互に、外側周辺リング２２５は、静電チャックアセンブリ１２０上で基板１２２を中心に置くために利用することができる。
伝熱ガス源２３０は、静電チャックアセンブリ１２０を通して前側表面２０５に結合されて、メサ２１５間に画定されたガス通路２２０に裏側ガスを供給する。伝熱ガス源２３０は、基板１２２の裏側と静電チャックアセンブリ１２０との間を流れる伝熱ガス（すなわち、裏側ガス）を供給して、静電チャックアセンブリ１２０と基板１２２との間の伝熱率を調整するのに役立つ。伝熱ガスは、静電チャックアセンブリ１２０の中心からメサ２１５のまわりのガス通路２２０を通って外側に流れ、外側周辺リング２２５を越えて処理容積部１１６（図１に示した）に入る。１つの例では、伝熱ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガス、またはプロセスガスを含むことができる。アルゴンなどの伝熱ガスをプロセスガスとすることができ、予測可能な結果を得るためにチャンバ容積部への流量が測定される。伝熱ガスは、１つまたは複数のガス通路２２０および伝熱ガス源２３０と流体連結する静電チャックアセンブリ１２０の１つまたは複数の入口２２２を通してガス通路２２０に送出され得る。外側周辺リング２２５は、基板のエッジの近くで基板に接触し、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間から処理容積部中に逃げる伝熱ガスの量を制御するように優先的に設計することができる。例えば、外側周辺リング２２５およびメサ２１５は、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間に存在するガスの圧力が所定の値を超えないように移送ガスの流れに抵抗を与えるように構成することができる。
本体２０２および最終的には基板１２２の温度調整は、さらに、本体２０２の裏側表面２０４に接触して配設された冷却プレート２４０に配設された１つまたは複数の冷却チャネル２４５を使用してモニタおよび制御することができる。冷却チャネル２４５は流体源２５０に結合され、かつ流体連結され、流体源２５０は流体水などの冷却材流体を供給するが、ガスであっても液体であっても任意の他の好適な冷却材流体を使用することができる。
ウエハスペーシングマスク２１０は、マスクを通して材料を前側表面２０５上に堆積させることによって形成することができる。マスクを使用すると、ウエハスペーシングマスク２１０のフィーチャのサイズ、形状、および分布をより良好に制御し、それによって、メサ２１５のコンタクト面積と、メサ２１５間に画定されるガス通路２２０のコンダクタンスとの両方を制御することができるようになる。
平坦な上面２０８を有するように示されているが、各々個別のメサ２１５は、一般に、任意の好適な形状および高さを有することができ、任意の好適な形状および高さの各々は、特定の設計パラメータ（所望のチャック力および／または伝熱など）を満たすように優先的に選択することができる。１つの実施形態では、ウエハスペーシングマスク２１０のメサ２１５の上面２０８は、平面表面を形成することができる。他の実施形態では、ウエハスペーシングマスク２１０のメサ２１５の上面２０８は、非平面表面、例えば、凹状または凸状表面を形成することができる。一般に、メサ２１５は、約１μｍから約１００μｍの、またはより好ましくは約１μｍと３０μｍとの間のメサ高さ２６２を有することができる。１つの実施形態では、基板１２２を支持するメサ２１５の表面は、メサ２１５と基板１２２との間の全コンタクト面積を最小にするために小さく丸いバンプ様形状を有することができる。別の実施形態では、メサ２１５は、全体的に平坦な表面の上の小さいバンプまたは突起を含むことができる。さらなる別の実施形態では、前側表面２０５自体が、相対的に高い点および低い点（メサ２１５およびガス通路２２０と同様の）の間で変化することができ、ウエハスペーシングマスク２１０はこの不均一な表面に形成することができる。
１つまたは複数の実施形態では、不均一なマスクプロファイルを使用して、ウエハスペーシングマスク２１０を形成することができる。一般に、不均一なマスクプロファイルは、各メサ２１５の高さまたは各ガス通路２２０の深さを個別にまたは組合せて制御することを可能にすることができる。不均一なマスクプロファイルを使用して作り出されたウエハスペーシングマスク２１０は、有利には、基板の端から端までより均一なチャック力を与えることができる。
図３は、１つの実施形態による、静電チャックアセンブリ上に堆積されたウエハスペーシングマスクの図式的断面詳細図を示す。この例では、メサ２１５の高さは、静電チャックアセンブリ１２０の中心線３６０からの横方向距離とともに増加し、その結果、最大のメサ高さは、外側周辺リング２２５に対応する最も外側のメサ３２５で生じる。同様に、メサ２１５の高さは、中心線３６０に最も近いメサ３１５で最小になり得る。上述のように、個別のメサ２１５は、任意の好適な形状を有することができ、マスクプロファイルは、異なるサイズおよび／または形状を有するメサ２１５を設けるように選択することができる。マスクプロファイルは、中心線３６０から特定の横方向距離にある対応するメサ２１５が同じ高さおよび／または形状を有するように横対称の規定を設けることができる。
図４は、静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５の上面図を示す。静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５は、その上に堆積されたウエハスペーシングマスク２１０を有する。したがって、静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５は、ウエハスペーシングマスク２１０によって画定された隆起区域４０２と、ウエハスペーシングマスク２１０によって実質的に覆われていない前側表面２０５の一部によって画定された未変更区域４０４とを有するものと特徴付けることができる。前側表面２０５の未変更区域４０４は、メサ２１５の上面２０８の下方に残るとともにガス通路２２０を画定するウエハスペーシングマスク２１０を形成するために堆積された同じ材料の層を含むことができる。
ウエハスペーシングマスク２１０は、図２のメサ２１５に対応する細長いフィーチャ４０６をさらに含むことができる。ウエハスペーシングマスク２１０は、円柱状フィーチャ４０８および４１０と、中央タップフィーチャ４１４とをさらに含むことができる。上面２０８は、リフトピン孔開口４１６をさらに有することができる。円柱状フィーチャ４１０は、基板コンタクト面積を局所的に減少させるために細長いフィーチャの代わりにリフトピン孔開口４１６の内部に形成され、静電チャックアセンブリ１２０の本体２０２を通って延びるリフトピン孔開口４１６の存在によって引き起こされる熱の不均一性をより多くのガス流が補償することを可能にすることができる。ウエハスペーシングマスク２１０の細長いフィーチャ４０６の長軸は、一般に、静電チャックアセンブリ１２０の中心線４６０から外側エッジ４６２まで半径方向に整列され得る。加えて、丸いフィーチャ４０８および４１０は、同様に、中心線４６０から外側エッジ４６２まで細長いフィーチャ４０６に半径方向に整列され得る。メサ２１５の最も外側のリング４１８は外側周辺リング２２５を画定することができる。ガス通路２２０は、ウエハスペーシングマスク２１０を画定するメサ２１５の上面２０８間に画定される。ガス通路２２０は、さらに、静電チャックアセンブリ１２０の中心線４６０から外側エッジ４６２まで半径方向に整列されてもよく、または、さらに、静電チャックアセンブリ１２０の中心線４６０から同心状になどの異なる方向に延びてもよい。
細長いフィーチャ４０６は、中心から発する同心列４０９に配列することができる。１つの実施形態では、各同心列４０９は、同じ数の細長いフィーチャ４０６を有する。別の実施形態では、同心列４０９の各々における細長いフィーチャ４０６の数は、中心線４６０から外側エッジ４６２へと増加してもよい。例えば、外側エッジ４６２に最も近い列４０９の細長いフィーチャ４０６の数は、中心線４６０に最も近い同心列４０９の細長いフィーチャ４０６の数よりも多い。さらなる別の実施形態では、細長いフィーチャ４０６の数は、１つまたは複数の後続の同心列４０９で倍増することができる。例えば、第１の列４１３の細長いフィーチャ４０６の数は、第２の列４１５の細長いフィーチャ４０６の数の半分とすることができる。第２の列４１５の細長いフィーチャ４０６の数は、第４の列４１７の細長いフィーチャ４０６の数の半分とすることができる。第４の列４１７の細長いフィーチャ４０６の数は、第６の列４１９の細長いフィーチャ４０６の数の半分とすることができる。すなわち、細長いフィーチャ４０６の数は、中心線４６０から始まって外側エッジ４６２まで１列４０９おきに倍増することができる。このようにして、列４０９の細長いフィーチャ４０６間の間隔４４０は、ほとんど変わらないままである。列４０９における隣接する細長いフィーチャ４０６間の間隔４４０は、約０．１インチ〜約０．５インチの横方向距離を有することができる。細長いフィーチャ４０６の長軸の半径方向長さは、約０．１インチ〜約０．５インチの範囲内とすることができる。隣接する列４０９の半径方向に整列された細長いフィーチャ４０６間の間隔は、約０．１インチ〜約０．５インチの範囲内とすることができる。
粒子発生と、静電チャックアセンブリ１２０の上面２０８の摩耗とのさらなる低減を行うために、ウエハスペーシングマスク２１０の材料組成物が、いくつかの性質に基づいて優先的に選択され得る。例えば、上面２０８の改善のための材料組成物は、高い硬度、高い弾性率、低い摩擦係数、および／または低い摩耗指数のうちの１つまたは複数を示すように選択することができる。１つの実施形態では、ウエハスペーシングマスク２１０は、窒化チタンから製作することができる。別の実施形態では、ウエハスペーシングマスク２１０は、ＤＹＬＹＮ（商標）（Ｓｕｌｚｅｒ Ｌｔｄ．の商標）などのようなダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）組成物から製作することができる。
半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５は、ガス通路２２０を通って流れる裏側ガスの圧力を減少させる。半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５は、ガス流のコンダクタンスを低減することによって裏側ガスの流れを促進する。例えば、半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５は、半径方向に整列された細長いフィーチャを有していない従来の静電チャックアセンブリと比較して、非半径方向に整列されたガス通路およびメサからの外側エッジ４６２における裏側ガス圧力を、３００ｍｍ静電チャックアセンブリ１２０で１０ＳＣＣＭ流量未満において約５０％〜約７０％、例えば約６４％減少させることができる。したがって、裏側ガスが入口２２２などの入口で約３Ｔｏｒｒの圧力および３ＳＣＣＭを有する場合、非半径方向に整列されたメサを有する従来のＥＳＣの外側エッジの約７Ｔｏｒｒの圧力は、半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５を有するＥＳＣ１２０で圧力が約４Ｔｏｒｒまで低下し得る。減少した圧力は、有利には、裏側ガスの速度を約１００％増加させる。同様に、裏側ガスが入口２２２などの入口で約３Ｔｏｒｒの圧力および０．１ＳＣＣＭを有する場合、非半径方向に整列されたメサを有する従来のＥＳＣの外側エッジの約４Ｔｏｒｒの圧力は、半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５を有するＥＳＣ１２０で圧力が約２Ｔｏｒｒまで低下し得る可能性がある。減少した圧力は、有利には、裏側ガスの速度を約１００％増加させる。裏側ガス圧力および速度の改善は、ウエハスペーシングマスク２１０に配設される基板１２２の熱均一性を増進する。裏側ガスがより自由に流れるので、裏側ガスは、基板１２２の温度をより良好に調整することができるが、その理由は、熱が基板１２２からより容易に移送されるからである。例えば、裏側ガスが導入されたときの堆積に由来する突然の温度スパイク、およびプロセス終了の際の静電チャックアセンブリ１２０から基板１２２への伝熱は、自由に流れる裏側ガスによって低減され、それにより、基板１２２の急速加熱はそれ以上促進されない。追加として、裏側ガス圧力および速度の改善は、熱の均一性を増進するために裏側ガスの流れを調整する必要性をなくす。１つの実施形態では、半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５は、約３Ｔｏｒｒの圧力で入口２２２を通して約０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを流すとき、外側エッジ４６２において約２．５Ｔｏｒｒと約８Ｔｏｒｒとの間、例えば、２．５Ｔｏｒｒなどの裏側ガス圧力を生成する。別の実施形態では、半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５は、約３Ｔｏｒｒの圧力で入口２２２を通して約３ＳＣＣＭの裏側ガスを流すとき、外側エッジ４６２において約４Ｔｏｒｒの裏側ガス圧力を生成する。
外側エッジ４６２における裏側ガスの最大速度は、入口２２２からガス通路２２０に約３ＳＣＣＭの裏側ガスを流すとき、約６ｍｍ／秒と約１ｍｍ／秒との間、例えば、約５．７７ｍｍ／秒などである。１つの実施形態では、３ＳＣＣＭのレートの裏側ガスが３Ｔｏｒｒで入口２２２に流されるとき、最大速度は４ｍｍ／秒である。別の実施形態では、２１ＳＣＣＭのレートの裏側ガスが３Ｔｏｒｒで入口２２２に流されるとき、最大速度は１．３１ｍｍ／秒である。外側エッジ４６２における裏側ガスの最大速度は、入口２２２からガス通路２２０中に約０．１ＳＣＣＭ〜約１ＳＣＣＭの裏側ガスを流すとき、約６ｍｍ／秒と約１ｍｍ／秒との間、例えば、約４ｍｍ／秒などである。１つの実施形態では、０．１ＳＣＣＭのレートの裏側ガスが３Ｔｏｒｒで入口２２２に流されるとき、最大速度は２．１ｍｍ／秒である。別の実施形態では、０．１ＳＣＣＭのレートの裏側ガスが３Ｔｏｒｒで入口２２２に流されるとき、最大速度は４．７ｍｍ／秒である。
基板１２２に接触するウエハスペーシングマスク２１０の上面２０８の全面積は、約２０ｃｍ2〜約６０ｃｍ2であり、これは、従来のウエハスペーシングマスクに比べてほぼ３倍の表面コンタクト面積の増加である。半径方向に整列されたメサ２１５のコンタクト面積の増加により、基板上の理論的なチャック力が同じチャック電圧で約８００グラムから約３３００グラムに増加する。半径方向に整列されたガス通路２２０およびメサ２１５の基板１２２との追加コンタクト面積は、基板１２２の全体的な応力を著しく低減させるが、基板１２２に接触する静電チャックアセンブリ１２０の実際の表面積はわずか約３％から約１５％の間である。半径方向に整列されたメサ２１５は、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間の摩擦を減少させる。半径方向に整列されたメサ２１５は、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間のより大きい表面コンタクトにより摩耗および粒子発生を減少させる。静電チャックアセンブリ１２０と基板１２２との間のより大きいコンタクト面積は、基板に追加の支持を与え、それにより、基板１２２をチャックすることに由来する基板１２２の端から端までの全体的な応力を低下させる。例えば、半径方向に整列されたメサ２１５を有する静電チャックアセンブリ１２０は、従来の静電チャックアセンブリに対して基板１２２上で応力を約３０％低減することができる。さらに、半径方向に整列されたメサ２１５は、従来の静電チャックアセンブリと比較して基板１２２の中心線４６０から外側エッジ４６２までの温度勾配を減少させる。基板１２２は、特に外側周囲に沿って、基板を損傷する（すなわち、クラックする）ことがあるコンタクト面積の増加に由来する応力ならびに裏側ガスの圧力の減少および速度の増加に由来する温度勾配の減少を経験する。基板１２２の応力は熱勾配だけでなく材料にも依存する。例えば、基板１２２上のＴＴＮ膜は、膜の最も大きい温度勾配に対応する時間に約５８ＭＰａになり、次いで、約１０秒後に約８ＭＰａ未満に達することがある。同様に、基板１２２上のＤＬＣ膜は、膜の最も大きい温度勾配に対応する時間に約５０ＭＰａになり、次いで、約１０秒後に約１１ＭＰａ未満に達することがある。ここで、基板１２２の応力は、初期時間ステップにおける温度の最大差のために約０秒〜約１秒の時間ステップにおいて最大である。０〜３秒の間の基板の疲労応力は極めて危険であり、それは、接触している材料の破壊をもたらすことがあり、それゆえに、基板を予熱することおよび静電チャック上の基板のランディングを制御することは両方とも非常に重要である。入口温度を上昇させることによる基板の対流加熱は、基板搬送中に変化する可能性がある。ヒータのブレードを、さらに、プロセス方策±５０℃に基づいて能動的に高温に維持して、最初の３秒のコンタクトでの熱衝撃および熱過渡疲労応力を減少させることができる。
有利には、静電チャックアセンブリ１２０の前側表面２０５上のメサ２１５およびガス通路２２０の半径方向外側設計は、その上で処理される基板の熱均一性を改善する。メサ２１５およびガス通路２２０の半径方向外側設計は、静電チャックアセンブリ１２０の裏側ガスのより良好な制御を提供する。メサ２１５およびガス通路２２０の半径方向外側設計は、基板１２２と静電チャックアセンブリ１２０との間のより多い表面積コンタクトにより摩耗特性の低減を増進する。静電チャックアセンブリ１２０の上面２０８上のメサ２１５およびガス通路２２０の半径方向外側設計は、基板１２２への応力および後続の損傷を低減するための改善されたコンタクト面積により基板裏側への支持の改善を提供する。したがって、本発明の開示した実施形態は、基板およびチャックデバイスの粒子発生の低減および摩耗の低減に向けた静電チャックアセンブリのフィーチャのパターンを提供する。
上述の実施例に加えて、いくつかの追加の非限定の実施例を以下のように説明することができる。
（例１）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路およびメサが、約３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約３Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するように配列される、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
（例２）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、約３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約７ｍｍ／秒以下である、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
（例３）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、少なくとも０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約４ｍｍ／秒以下である、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
（例４）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路およびメサが、少なくとも０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約１〜４Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するように配列される、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
（例５）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、約３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約１．３１ｍｍ／秒以下である、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
（例６）
中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジを有する、本体と、
前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有し、前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、少なくとも０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて約２ｍｍ／秒〜約５ｍｍ／秒以下である、ウエハスペーシングマスクと
を含む静電チャックアセンブリ。
前述は本発明の実施形態に関するが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案され得る。

Claims (14)

  1. 中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジと中心とを有する、本体と、
    前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが、同心列に配置される複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有する、ウエハスペーシングマスクとを含み、
    前記ウエハスペーシングマスクが、少なくとも１つの丸いフィーチャを備えており、
    前記少なくとも１つの丸いフィーチャが、前記細長いフィーチャのうちの少なくとも２つと半径方向に整列される静電チャックアセンブリ。
  2. 前記外側エッジに最も近い前記同心列のうちの１列に配列された細長いフィーチャの数が、前記中心に最も近い前記同心列のうちの１列に配列された細長いフィーチャの数よりも多い、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  3. 後続の列の細長いフィーチャの数が倍増する、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  4. 半径方向に整列された細長いフィーチャは、３％と１５％の間の基板コンタクト面積を有する、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  5. 前記半径方向に整列されたガス通路および細長いフィーチャが、少なくとも０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて５Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するように配列される、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  6. 前記半径方向に整列されたガス通路および細長いフィーチャが、少なくとも３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて４Ｔｏｒｒ〜７Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するように配列される、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  7. 処理容積部を画定するリッド、壁、および底部と、
    前記処理容積部内に配設された静電チャックアセンブリと
    を備えるプラズマ処理チャンバであって、
    前記静電チャックアセンブリは、
    中にチャック電極が配設された本体であって、前側表面と裏側表面とを接続する外側エッジと中心とを有する、本体、および
    前記前側表面に形成されたウエハスペーシングマスクであって、前記ウエハスペーシングマスクが、同心列に配列される複数の細長いフィーチャを有し、前記細長いフィーチャが、中心から前記外側エッジまで半径方向に整列された長軸を有し、前記ウエハスペーシングマスクが、前記細長いフィーチャの間に画定された複数の半径方向に整列されたガス通路を有する、ウエハスペーシングマスク
    を備え、
    前記ウエハスペーシングマスクが、少なくとも１つの丸いフィーチャを含み、
    前記少なくとも１つの丸いフィーチャが、前記細長いフィーチャのうちの少なくとも２つと半径方向に整列される、プラズマ処理チャンバ。
  8. 前記外側エッジに最も近い前記同心列のうちの１列に配列された細長いフィーチャの数が、前記中心に最も近い前記同心列のうちの１列に配列された細長いフィーチャの数よりも多い、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  9. 後続の列の細長いフィーチャの数が倍増する、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  10. 半径方向に整列された細長いフィーチャが、３％と１５％との間の基板コンタクト面積を有する、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  11. 前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、少なくとも０．１ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて４ｍｍ／秒以下である、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  12. 前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて４ｍｍ／秒以下である、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  13. 前記半径方向に整列されたガス通路および細長いフィーチャが、３ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて４Ｔｏｒｒ〜７Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持するように配列される、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
  14. 前記半径方向に整列されたガス通路に入る裏側ガスの速度が、少なくとも０．１ＳＣＣＭ〜０．５ＳＣＣＭの裏側ガスを前記ガス通路を通して流すときに前記外側エッジにおいて４ｍｍ／秒以下である、請求項７に記載のプラズマ処理チャンバ。
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