JP2008516462A - 半導体処理の均一性を改善するための熱伝達システム - Google Patents
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Abstract
Description
半導体ウェハまたはその他の基板を処理中に保持するのに様々なチャッキング装置が広く使用されている。例えば、機械式チャックは、アームまたはクランプを使用して支持面に対してワークピースを押しつけることによって、ワークピースを固定することができる。しかし、機械式チャックによる締付力は本質的に不均一であり、その結果ワークピース内の応力が不均等となり、それによって変形が引き起こされ、ワークピースと支持部との間の熱接触が不均等となる可能性がある。
基板の上面を半導体処理する際に基板を支持するように構成された熱伝達システムであって、(i)熱伝達部材の上に重なり、熱伝達部材と熱接触するピンベースであって、上部壁と、下部壁と、上部壁と下部壁との間に延びて上部壁と下部壁との間に空洞を規定する側壁とを有し、前記上部壁が複数のボアの配列を有するピンベースと、(ii)前記複数のボアの1つに摺動可能にそれぞれ配置される基板支持ピンの配列であって、各基板支持ピンがピンベースと熱接触し、その上端にコンタクトチップを有する基板支持ピンの配列と、(iii)前記空洞と流体を介して連絡し、各支持ピンを上方向に移動させるのに十分な量だけ前記空洞に加圧ガスを供給するように構成された加圧ガス源とを備える熱伝達システムが提供される。
基板を処理するとともにその処理の均一性を改善するように改良された半導体処理装置および方法が提供される。好ましくは、その処理は、半導体デバイスの製造に利用されるプラズマエッチング処理である。より具体的には、基板の表面にわたって高度に均一な処理を行うことができる熱伝達システムが提供される。基板は、集積回路を製造するのに使用される半導体基板、またはフラットパネルディスプレイを製造するのに使用されるガラス基板を含むことができる。熱伝達システムは、熱伝達部材上に支持され、熱伝達部材と良好に熱接触する基板ペデスタル(均一性ペデスタル)を備える。均一性ペデスタルは、処理中に基板の裏面のプロファイルに適合する適合基板支持面(すなわち接触面)を提供し、それによって基板と熱伝達部材との間で良好な熱伝達特性を与えるように構成される。
処理の間、基板は、支持ピンの大部分が基板の裏面と物理的に接触するようにピン配列上に配される。これにより、処理の間、配列300を介して熱を基板から熱伝達部材に伝達することができる。基板表面にわたる温度分布は、支持ピンの幾何学的配置(例えば、パターン、パターン密度)ならびに支持ピン自体の材料特性(例えば、熱伝導率)により、求めることができる。ピン配列は、支持ピンの均一または非均一なパターンを含むことができる。
Claims (35)
- 基板の上面を半導体処理するために前記基板を支持するように構成された熱伝達システムであって、
熱伝達部材の上に重なり、前記熱伝達部材と熱接触するピンベースであって、上部壁と、下部壁と、前記上部壁と前記下部壁との間に延びて前記上部壁と前記下部壁との間の空洞を規定する側壁とを有し、前記上部壁が複数のボアの配列を含むピンベースと、
前記複数のボアの1つに摺動可能にそれぞれ配置される基板支持ピンの配列であって、各基板支持ピンが前記ピンベースと熱接触し上端にコンタクトチップを含む基板支持ピンの配列と、
前記空洞と流体を介して連絡し、各支持ピンを上方向に移動させるのに十分な量だけ前記空洞に加圧ガスを供給するように構成された加圧ガス源と
を備えることを特徴とする熱伝達システム。 - 前記ピン配列は、支持ピンの密な配列を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンが約5mm以下の間隔で配置されること、及び、前記支持ピンの直径が約0.5mmと3mmの間であること、の少なくとも一方を
特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンのそれぞれは、前記複数のボアの1つの中で摺動するように構成された円筒形ピン本体を含み、
前記円筒形ピン本体は、実質的に一定の外径を有し、
前記複数のボアのそれぞれは、実質的に一定の内径を有し、
前記円筒形ピン本体の前記外径は、前記円筒形ピン本体が配置される前記ボアの前記内径より約0.1から5%小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンが金属または半導体を含むこと、及び、前記ピンベースが金属または半導体を含むこと、少なくとも一方を
特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンと前記ピンベースの上面との少なくとも一方は、導電性の金属又は半導体と耐スパッタ性の金属又は半導体との少なくとも一方で被覆される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンおよび前記ピンベースは、前記基板が前記支持ピン上に支持されたときに前記基板から前記熱伝達部材に熱エネルギーを伝達するように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記ピンベースは、はんだ、ろう付け材料、または接着剤を介して前記熱伝達部材にボンディングされる
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記基板の裏面の温度を測定するように構成された少なくとも1つの温度センサをさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンは、前記支持ピンの上方向または下方向の動きを制限するように構成された少なくとも1つのストップをさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記コンタクトチップは、前記基板が前記支持ピンと物理的に接触しているときに前記基板と前記基板支持ピンとの間の熱接触を最大にするように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 各コンタクトチップは、約0.3ミクロン未満の平均表面粗さを有する接触面を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 各コンタクトチップは、実質的に平坦であり、または、実質的に半球形である
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記支持ピンのそれぞれは、前記基板の裏面と接触することによって下方向に変位するように構成され、
前記支持ピンのそれぞれは、前記空洞内の正のガス圧によって上方向に変位するように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 各支持ピンの全垂直可動範囲は、約5mm未満である
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記ピン配列は、少なくとも1000個の支持ピンを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記熱伝達部材は、熱流体源と流体を介して連絡する流路を有し、
前記熱流体源は、前記熱流体を前記流路に供給するように構成され、
前記熱流体は、水、液体ヘリウム、液体窒素、エチレングリコール、プロピレングリコール、Fluorinet(商標)、およびそれらの混合物からなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記熱伝達部材の頂部に複数の熱電素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記熱電素子は、同心円状に配置される
ことを特徴とする請求項18に記載の熱伝達システム。 - 前記ピンベース内に設けられ、加圧ガスを前記空洞に流すためのガス供給入口と、
前記空洞から圧力ガスを解放するための任意のガス出口と、
をさらに備え、
前記加圧ガスは、ヘリウム、窒素、およびアルゴンからなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記基板の上面に隣接した位置にプラズマを生成するように構成されたRF電極をさらに備え、
前記ピンベースの底面は、前記RF電極の上面にボンディングされ、
前記RF電極の底面は、前記熱伝達部材の上面にボンディングされ、
前記ボンディングは、はんだ、ろう付け材料、または接着剤を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達システム。 - 前記RF電極の上に配されたエッジリングと、
インピーダンス整合層と、
をさらに備え、
前記エッジリングは、プラズマから前記RF電極および前記ピンベースを遮蔽するように構成され、
前記エッジリングは、前記基板が前記熱伝達システムによって支持されるときに前記RF電極と前記基板との間に配されるように構成された第1部分を有し、
前記インピーダンス整合層は、前記RF電極と前記エッジリングとの間に配され、
前記インピーダンス整合層は、前記RF電極及び前記エッジリングの少なくとも一方にボンディングされ、
前記インピーダンス整合層は、前記RF電極とプラズマとの間のインピーダンスを制御するように構成され、
前記インピーダンスは、前記基板の前記上面にわたる処理の均一性を改善するように前記電場に影響を及ぼすように構成される
ことを特徴とする請求項21に記載の熱伝達システム。 - 前記基板は、半導体のウェハであり、
前記RF電極の直径は、前記ウェハの直径より小さい、あるいは、前記ウェハの直径より大きい、あるいは、前記ウェハの直径に等しく、
前記RF電極の直径は、前記ウェハの直径から約2mmを引いたものよりも大きく、またはウェハの直径に約2mmを加えたものよりも小さい
ことを特徴とする請求項21に記載の熱伝達システム。 - 請求項21に記載の熱伝達システムを備える処理チャンバ内の基板を処理する方法であって、
前記支持ピン上に前記基板を支持する工程と、
前記空洞内の前記ガス圧を制御することによって前記コンタクトチップの大部分を前記基板の裏面と接触させる工程と、
前記基板を処理する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記処理チャンバは、プラズマエッチングチャンバであり、
前記基板を処理する工程は、
前記基板の前記上面に隣接した位置にプラズマを生成する工程と、
前記基板の前記上面の露出層を前記プラズマでエッチングする工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記基板を処理する工程は、前記基板の前記上面に層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記空洞内の前記ガス圧は、処理中に前記コンタクトチップの少なくとも95%を前記基板の裏面と熱接触した状態に維持するのに効果的なレベルに維持される
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 熱流体を前記熱伝達部材内で循環させることにより、処理中に前記熱伝達部材を約100K未満の温度まで冷却する工程を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 熱流体を前記熱伝達部材内で循環させること、及び、前記基板支持ピンの温度を制御するための複数の熱電モジュールに電流を供給すること、の少なくとも一方により、処理中に前記基板を約450K未満の温度まで冷却する工程を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記熱伝達部材と前記基板との間で少なくとも約200Kまたは少なくとも約300Kの温度勾配を維持する工程を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 基板を処理をする工程は、化学的気相成長、プラズマ気相成長、物理的気相成長、スパッタリング、イオン注入、プラズマエッチング、またはレジスト剥離を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記基板をクランプすることなく前記基板を支持および処理する工程を含む
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記処理チャンバは、上部シャワーヘッド電極および底部電極を含む2重周波数容量結合プラズマリアクタを備え、
前記2重周波数容量結合プラズマリアクタでは、RFエネルギーが2つの異なる周波数で前記底部電極に供給され、または、異なる第1および第2周波数で前記シャワーヘッド電極および底部電極に供給される
ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 基板の表面を処理するプラズマ処理システムであって、
処理のためにプラズマを発生させてプラズマを維持させるように構成された真空処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配された請求項1に記載の熱伝達システムと、
を備えることを特徴とするプラズマ処理システム。 - 基板の上面を半導体処理するために前記基板を支持するように構成された熱伝達システムであって、
熱伝達部材の上に重なり、前記熱伝達部材と熱接触するピンベースであって、上部壁と、下部壁と、前記上部壁と前記下部壁との間に延びて前記上部壁と前記下部壁との間の空洞を規定する側壁とを有し、前記上部壁が複数のボアの配列を含むピンベースと、
前記複数のボアの1つに摺動可能にそれぞれ配置される基板支持ピンの配列であって、各基板支持ピンが前記ピンベースと熱接触し上端にコンタクトチップを含む基板支持ピンの配列と、
前記空洞と流体を介して連絡し、各支持ピンを上方向に移動させるのに十分な量だけ前記空洞に加圧ガスを供給するように構成された加圧ガス源であって、前記熱伝達部材が、流路に熱流体を供給するように構成された熱流体源と流体を介して連絡するための流路を含む加圧ガス源と
を備えることを特徴とする熱伝達システム。
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