JPWO2021127272A5

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Publication number: JPWO2021127272A5
Application number: JP2022535808A
Authority: JP
Publication date: 2023-12-25

Description

一般的には、チャック１０２の最も外側の真空溝フィーチャ１０８は、最も外側の真空溝フィーチャ１０８から外側に伸びる封止領域を有してもよく、封止領域は、チャック１０２と半導体ウエハ１３２の連続した接触を提供し、それにより真空源１４０への過度のガスの流れを必要とせずに、半導体ウエハ１３２の裏面の下にある真空を確実に維持できる。真空クランプ機能性を提供するため、様々なパターンの真空溝１０８が使用され得ることが理解される。真空溝１０８は単一の連続した溝であってもよく、複数の溝が互いに分離することを特徴としてもよく、真空溝はチャック１０２の中心軸１０６を囲んでいても囲んでいなくてもよい。真空溝パターンの一例を図２に示す。図2では、真空溝１０８は、様々な略放射状の真空溝１０８により互いに流体接続された、一連の同心円状の環状真空溝１０８として示されている。なお、１つまたは複数の真空溝１０８の最も外側の端部は、この場合は、すべての真空溝１０８を含む円である中央領域１４２を全体的に画定してもよい。中央領域１４２は、典型的には、台座の天板の中心軸１０６を中心としてもよい。

図３－１～図３－３は、上面１０４の真空溝１０８として使用され得る可能性のあるパターンのさらなる例を示す。図３－１では、真空溝１０８は、チャックの上面１０４の中心の周りに配置されているが、チャックの上面１０４の中心を囲まない、３つの別々の溝を含む。図３－２の例では、４つの真空溝１０８を特徴とする真空溝１０８のパターンを示す。図３－３は、真空溝１０８のパターンが、上面１０４の中心を囲む１つの連続したパターンを有する、別の例である。環を有する代わりに、パターンは、上面１０４の外縁と中心の間を連続してくねる溝を有する。図３－１～図３－３の真空溝１０８のすべての3つの例のセットにおいて、中央領域１４２は、各々の例の上面１０４のすべての真空溝１０８を含むことが示される。各々の上面１０４の中央領域１４２は概して、上面１０４のすべての真空溝１０８を囲み、１つまたは複数の真空溝１０８の最も外側の部分の最も外側の端部に接触する円形領域（または略円形領域）であると考えられる。上記の例は、様々な実施形態の態様をさらに例示するために提供される。これらの例は、態様を例示し、より明確に示すために提供されるもので、限定する意図はない。

図２に戻ると、チャック１０２はガス溝１１４を有してもよい。そのような実施態様では、ガス溝１１４は、チャック１０２の上面１０４の外縁に向かって配置され得る連続した（またはほぼ連続した）溝である。堆積プロセスの前に半導体ウエハ１３２を上面１０４に載置するときに、半導体ウエハ１３２の端部が、ガス溝１１４からのガスの流れが半導体ウエハ１３２の端部に接触するように位置できるよう、例えば、ガス溝１１４が、半導体ウエハの端部の真下にあるように、ガス溝１１４は寸法決めされ配置され得る。さらに、凹部１２０は、ガス溝１１４の最も内側の端部と全体的に境を接していることが観察される。一般的には、ガス溝１１４は、例えば不活性ガスを半導体ウエハの全周の周りに送給するように、略環状であってよい。ほとんどの場合では、ガス溝１１４は、概して半導体ウエハの公称直径（例えば、３００ｍｍ）と同じ、約１～数ミリメートル幅（例えば、１ｍｍ～２ｍｍ幅）である、単一の環状の溝であってもよい。

図１に関して述べたように、台座１００は発熱体１０１を含み得る。図４は、台座１００の断面平面図であり、台座１００の発熱体１０１の例を示す。図４はチャックの下にある台座１００の断面図である。発熱体１０１は、例えば、抵抗発熱体または加熱もしくは冷却された液体の流路であってもよく、半導体処理作業の間に台座１００の温度を制御するために、特に堆積またはエッチングプロセスの間に、上面１０４の温度を制御するために使用され得る。台座１００の上面１０４は、発熱体１０１により加熱されると、堆積プロセスの間、半導体ウエハを加熱し得る。このような加熱の大部分は、チャック１０２と半導体ウエハ１３２の接触部分で発生する熱伝導性熱伝達により起こるが、さらに、半導体ウエハ１３２とチャック１０２の間に閉じ込められ得るガスを介して、チャック１０２と半導体ウエハ１３２の間で起こる、無視できない伝導および／または対流熱伝達も存在し得る。

上面１０４の下に凹部１２０を有することにより、凹部１２０は、処理作業中の半導体ウエハの端部近傍における、チャック１０２と半導体ウエハ１３２の間の熱伝導を劇的に減少させるまたは取り除くために使用され得る。半導体ウエハ端部の温度減少は、半導体ウエハ端部の温度を、半導体ウエハ中央部の温度に、より近くなるよう変化させることにより、半導体ウエハ１３２の温度プロファイルをより均一になるようにできる。

チャックに凹部（または「アンダーカット」）を含むことの効果の例証を補佐するため、アンダーカット／凹部を含むチャックと、含まないチャックを用いて、いくつかの試験を行った。図８は、それらの試験から得られた結果を示し、異なるチャックを有するマルチステーション処理チャンバの異なるステーションで、2つのグループの２つの半導体ウエハをそれぞれ、同時に処理した温度プロファイルを示す。各々のチャックを昇温温度、例えば３００℃～５００℃の範囲に加熱し、各ウエハ上のプロセス領域を、全体的におよそ１０Ｔｏｒｒ（１３３３．２２Ｐａ）の圧力に保持し、各チャックの真空溝を真空に引き、半導体ウエハとチャックの間の背面横圧を、プロセス領域の背面横圧よりも低くなるようにして、低フッ素タングステン堆積プロセスを行うことにより、第１グループの半導体ウエハを処理した。第２グループの半導体ウエハを、真空溝を真空に引き、半導体ウエハとチャックの間の圧力を、プロセス領域の圧力よりもなお低くするが、第１グループの対応する圧力よりもおよそ６６％高くなるようにする点を除いて、同様の条件下で試験した。各々のグループに2つの半導体ウエハがあり、半導体ウエハ１は凹部の無い台座で試験し、半導体ウエハ２は、図５－３に示すように、径方向幅が、真空溝の最外縁とガス溝の内縁との間の距離の４０％（「４０％アンダーカット」チャックまたは「４０％アンダーカットの凹部を有するチャック」）の凹部を有する台座を用いて試験した。各々のウエハの温度分布は、処理の間、半導体ウエハ中心、半導体ウエハの外縁に沿った等間隔の8つの点、およびウエハ中心と半導体ウエハの外縁の間のおよそ中程にあるさらに8つの等間隔の点における測定を通して得た。ヒートマップは、任意の無次元温度差スケールに正規化された温度を示し、アンダーカットのないチャックとは対照的に、４０％アンダーカットのチャック全体の温度のばらつきの減少を示す。

前述の実施形態は、理解を明確にするためにいくぶん詳細に記載したが、添付の特許請求の範囲内で、何らかの変更および改変がなされ得ることは明らかであろう。なお、本実施形態のプロセス、システム、および装置を実施する多くの代替的手段がある。したがって、本実施形態は、例示であり限定的ではないとみなされるべきであり、実施形態は、本明細書に記載される詳細に限定されるべきではない。また本開示は以下の形態として実現できる。
［形態１］
半導体処理のための装置であって、
発熱体と、天板と、を有する台座を含み、
前記天板は、
半導体ウエハが前記台座に載置されるときに、前記半導体ウエハを支持するように構成された基板支持台表面と、
前記台座の中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝であって、各々の前記真空溝は、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記天板の中心軸は、前記中央領域を通っている、真空溝と、
前記台座の前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間に位置決めされた内周を有する凹部と
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることにより、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝の各真空溝において、前記内周に最も近接した、前記真空溝の前記外縁の一部は、前記内周から、少なくとも対応する第１の距離Ｄ ₁ だけ分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、少なくとも対応する第２の距離Ｄ ₂ だけ分離されている、装置。
［形態２］
形態１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ ₂ －Ｄ ₁ ）／Ｄ ₂ ＝０．４±０．１である、装置。
［形態３］
形態１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ ₂ －Ｄ ₁ ）／Ｄ ₂ ＝０．２５±０．０５である、装置。
［形態４］
形態１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ ₂ －Ｄ ₁ ）／Ｄ ₂ ＝０．１５±０．０５である、装置。
［形態５］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁は、少なくとも部分的に、前記凹部との境界となっている、装置。
［形態６］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁と前記凹部の外周との間に、ラジアルギャップがある、装置。
［形態７］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記凹部の前記１つまたは複数の表面と前記基板支持台表面の間の間隙は、０．０５インチ（０．１２７ｃｍ）以下である、装置。
［形態８］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁は、３００ｍｍ±１ｍｍの直径を有する円形領域内にあり、前記ガス溝の前記外縁は、前記円形領域の外側にある、装置。
［形態９］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記天板は、アルミニウム製である、装置。
［形態１０］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記天板は、セラミック製である、装置。
［形態１１］
形態１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
処理チャンバと、
不活性ガス源と、
真空源とをさらに含み、
前記台座は、前記処理チャンバ内に配置され、
前記不活性ガス源は、前記ガス溝に不活性ガスを制御可能に流すように構成されており、
前記真空源は、前記１つまたは複数の真空溝上を、制御可能に真空に引くように構成されている、装置。
［形態１２］
形態１１に記載の装置であって、
前記台座の上に位置決めされ、その中を通り前記台座に向かってガスを分配して流すように構成されたシャワーヘッドと、
各々が、前記シャワーヘッドを通して、対応するプロセスガスを制御可能に流すように構成された、１つまたは複数のプロセスガス源と、
をさらに含む、装置。
［形態１３］
形態１２に記載の装置であって、
前記１つまたは複数のプロセスガス源は、フッ素および塩素からなる群から選択される元素も含む金属含有ガスを、制御可能に流すように構成された、装置。
［形態１４］
半導体処理の間に、半導体ウエハを支持するチャックであって、
前記チャックは、
前記半導体ウエハを上に載置するときに前記半導体ウエハを支持するよう構成された、基板支持台表面と、
前記チャックの中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝であって、各々の前記真空溝が、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記チャックの中心軸は、前記中央領域を通っており、前記基板支持台表面に対して垂直である、真空溝と、
前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間にある内周を有する凹部と、
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることで、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝を囲む、最小の円形領域は、第１の距離Ｄ ₁ だけ前記内周から分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、第２の距離Ｄ ₂ だけ分離されており、（Ｄ ₂ －Ｄ ₁ ）／Ｄ ₂ ＝０．３±０．２である、チャック。
［形態１５］
天板を製作することを含む方法であって、
前記天板は、
半導体ウエハを上に載置するときに前記半導体ウエハを支持するよう構成された、基板支持台表面と、
前記天板の中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝でであって、各々の前記真空溝が、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記天板の中心軸は、前記中央領域を通っている、真空溝と、
前記台座の前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間に配置された内周を有する凹部と、
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることにより、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝の各々の真空溝において、前記内周に最も近接した、前記真空溝の前記外縁の一部は、前記内周から、少なくとも対応する第１の距離Ｄ ₁ だけ分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、少なくとも対応する第２の距離Ｄ ₂ だけ分離されている、方法。
［形態１６］
形態１５に記載の方法であって、各々の真空溝において、
（Ｄ ₂ －Ｄ ₁ ）／Ｄ ₂ ＝０．３±０．２である、方法。
［形態１７］
形態１５または１６のいずれかに記載の方法であって、前記凹部の前記１つまたは複数の表面と前記基準面の間にある前記間隙は、０．０５インチ（０．１２７ｃｍ）以下である、方法。
［形態１８］
形態１５または１６のいずれかに記載の方法であって、前記ガス溝の前記内縁は、３００ｍｍ±１ｍｍの直径を有する円形領域内にあり、前記ガス溝の前記外縁は、前記円形領域の外側にある、方法。
［形態１９］
形態１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板の材料は、アルミニウムである、方法。
［形態２０］
形態１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板の材料は、セラミックである、方法。
［形態２1］
形態１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板を製作することは、
前記天板のための一片の材料を供給することと、
前記基板支持台表面を、前記天板に機械加工することと、
前記一片の材料に前記真空溝を形成することと、
前記一片の材料に、前記ガス溝を形成することと、
前記一片の材料に前記凹部を形成すること
をさらに含む、方法。
［形態２２］
形態１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板を製作することは、前記材料の環状ゾーンを削ることにより、前記一片の材料に前記凹部を機械加工することをさらに含む、方法。
［形態２３］
形態１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板を製作することは、旋盤を用いて前記一片の材料を回転させ、旋削工具を用いて前記材料の環状ゾーンを切削することにより、前記凹部を形成することをさらに含む、方法。

Claims

半導体処理のための装置であって、
発熱体と、天板と、を有する台座を含み、
前記天板は、
半導体ウエハが前記台座に載置されるときに、前記半導体ウエハを支持するように構成された基板支持台表面と、
前記台座の中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝であって、各々の前記真空溝は、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記天板の中心軸は、前記中央領域を通っている、真空溝と、
前記台座の前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間に位置決めされた内周を有する凹部と
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることにより、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝の各真空溝において、前記内周に最も近接した、前記真空溝の前記外縁の一部は、前記内周から、少なくとも対応する第１の距離Ｄ₁だけ分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、少なくとも対応する第２の距離Ｄ₂だけ分離されている、装置。
請求項１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ₂－Ｄ₁）／Ｄ₂＝０．４±０．１である、装置。
請求項１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ₂－Ｄ₁）／Ｄ₂＝０．２５±０．０５である、装置。
請求項１に記載の装置であって、各々の真空溝において、
（Ｄ₂－Ｄ₁）／Ｄ₂＝０．１５±０．０５である、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁は、少なくとも部分的に、前記凹部との境界となっている、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁と前記凹部の外周との間に、ラジアルギャップがある、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記凹部の前記１つまたは複数の表面と前記基板支持台表面の間の間隙は、０．０５インチ（０．１２７ｃｍ）以下である、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記ガス溝の前記内縁は、３００ｍｍ±１ｍｍの直径を有する円形領域内にあり、前記ガス溝の前記外縁は、前記円形領域の外側にある、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記天板は、アルミニウム製である、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記天板は、セラミック製である、装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、
処理チャンバと、
不活性ガス源と、
真空源とをさらに含み、
前記台座は、前記処理チャンバ内に配置され、
前記不活性ガス源は、前記ガス溝に不活性ガスを制御可能に流すように構成されており、
前記真空源は、前記１つまたは複数の真空溝上を、制御可能に真空に引くように構成されている、装置。
請求項１１に記載の装置であって、
前記台座の上に位置決めされ、その中を通り前記台座に向かってガスを分配して流すように構成されたシャワーヘッドと、
各々が、前記シャワーヘッドを通して、対応するプロセスガスを制御可能に流すように構成された、１つまたは複数のプロセスガス源と、
をさらに含む、装置。
請求項１２に記載の装置であって、
前記１つまたは複数のプロセスガス源は、フッ素および塩素からなる群から選択される元素も含む金属含有ガスを、制御可能に流すように構成された、装置。
半導体処理の間に、半導体ウエハを支持するチャックであって、
前記チャックは、
前記半導体ウエハを上に載置するときに前記半導体ウエハを支持するよう構成された、基板支持台表面と、
前記チャックの中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝であって、各々の前記真空溝が、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記チャックの中心軸は、前記中央領域を通っており、前記基板支持台表面に対して垂直である、真空溝と、
前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間にある内周を有する凹部と、
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることで、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝を囲む、最小の円形領域は、第１の距離Ｄ₁だけ前記内周から分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、第２の距離Ｄ₂だけ分離されており、（Ｄ₂－Ｄ₁）／Ｄ₂＝０．３±０．２である、チャック。
天板を製作することを含む方法であって、
前記天板は、
半導体ウエハを上に載置するときに前記半導体ウエハを支持するよう構成された、基板支持台表面と、
前記天板の中央領域内に配置された１つまたは複数の真空溝でであって、各々の前記真空溝が、前記基板支持台表面にまで伸びて外縁を有しており、前記天板の中心軸は、前記中央領域を通っている、真空溝と、
前記台座の前記中央領域を囲んで伸びて、内縁と外縁を有するガス溝と、
１つまたは複数の凹面と、前記中央領域と前記ガス溝の前記内縁の間に配置された内周を有する凹部と、
を含み、
前記１つまたは複数の凹面はそれぞれ、前記基板支持台表面と一致する基準面から前記中心軸に沿ってオフセットされることにより、前記１つまたは複数の凹面および前記基準面の間に間隙があり、
前記１つまたは複数の真空溝の各々の真空溝において、前記内周に最も近接した、前記真空溝の前記外縁の一部は、前記内周から、少なくとも対応する第１の距離Ｄ₁だけ分離され、前記ガス溝の最も近接した部分から、少なくとも対応する第２の距離Ｄ₂だけ分離されている、方法。
請求項１５に記載の方法であって、各々の真空溝において、
（Ｄ₂－Ｄ₁）／Ｄ₂＝０．３±０．２である、方法。
請求項１５または１６のいずれかに記載の方法であって、前記凹部の前記１つまたは複数の表面と前記基準面の間にある前記間隙は、０．０５インチ（０．１２７ｃｍ）以下である、方法。
請求項１５または１６のいずれかに記載の方法であって、前記ガス溝の前記内縁は、３００ｍｍ±１ｍｍの直径を有する円形領域内にあり、前記ガス溝の前記外縁は、前記円形領域の外側にある、方法。
請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板の材料は、アルミニウムである、方法。
請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板の材料は、セラミックである、方法。
請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記天板を製作することは、
前記天板のための一片の材料を供給することと、
前記基板支持台表面を、前記天板に機械加工することと、
前記一片の材料に前記真空溝を形成することと、
前記一片の材料に、前記ガス溝を形成することと、
前記一片の材料に前記凹部を形成すること
をさらに含む、方法。
請求項２１に記載の方法であって、前記天板を製作することは、前記材料の環状ゾーンを削ることにより、前記一片の材料に前記凹部を機械加工することをさらに含む、方法。
請求項２１に記載の方法であって、前記天板を製作することは、旋盤を用いて前記一片の材料を回転させ、旋削工具を用いて前記材料の環状ゾーンを切削することにより、前記凹部を形成することをさらに含む、方法。