JP7111727B2 - 基板バイアスａｌｄ用電気絶縁改善チャックシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
〔関連出願情報〕
本出願は、２０１７年１月２７日に出願された「ＣＨＵＣＫ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ－ＢＩＡＳＥＤ ＡＬＤ」という名称の米国仮特許出願第６２／４５１，３７７号の優先権の利益を主張する。この米国仮出願の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。
本出願は、２０１７年１月２７日に出願された「ＣＨＵＣＫ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ－ＢＩＡＳＥＤ ＡＬＤ」という名称の米国仮特許出願第６２／４５１，３７７号の優先権の利益を主張する。この米国仮出願の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。
〔技術分野〕
本開示は、原子層堆積（ＡＬＤ）に関し、特に、基板バイアスＡＬＤ用電気絶縁改善チャックシステムおよび方法に関する。
本開示は、原子層堆積（ＡＬＤ）に関し、特に、基板バイアスＡＬＤ用電気絶縁改善チャックシステムおよび方法に関する。
原子層堆積（ＡＬＤ）は、複数の別個の化学的および／またはエネルギー環境で基板を連続的に露出させて基板表面上に膜を形成する薄膜堆積技術である。ＡＬＤプロセスの概要は、Ｇｅｏｒｇｅによる「Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ａｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２０１０，１１０，１１１－１１３頁）（２００９年１１月２０日にウェブ上で公開）と題された論文に示されている。この論文の開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。ＡＬＤプロセスはまた、米国特許第７，１２８，７８７号に記載されており、この米国特許の開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。ＡＬＤシステムの例は、米国特許出願公開第ＵＳ２００６／００２１５７３号、米国特許第８，２０２，５７５号およびＰＣＴ公開公報第ＷＯ２０１５／０８０９７９号に開示されている。これらの開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。
典型的なＡＬＤプロセスは、反応チャンバ内のチャック上に基板を支持することを伴う。ＡＬＤプロセスは、反応チャンバ内を真空に引くことを含み、次に、一例では金属を含有する前駆体ガスを導入することを含む。金属は、基板表面上の既存の化学部分と化学吸着される。次に、パージサイクル（例えば、不活性ガスを伴う）が用いられて、過剰な前駆体ガスおよび反応生成物が除去される。次に、第２前駆体が、反応器に導入され、第１反応体の化学吸着された部分と反応する。第２パージサイクルでは、過剰な第２前駆体ガスおよび反応生成物が除去される。このプロセスが繰り返され、基板表面上で層ごとに膜がゆっくりと構築される。ＡＬＤプロセスでは、サブ原子層の厚みを制御することができる。
ＡＬＤプロセスは非常に共形性が高く（コンフォーマルであり）、膜層が基板表面のトポグラフィに密着することになる。これは半導体製造などの多くの用途において重要な特性であり、基板は、高アスペクト比のトレンチを含むトポグラフィにおいて実質的に変動され得る。
ＡＬＤプロセスを用いることにより、異なる種類の導電膜を堆積させることができる。所与の導電膜の堆積プロセスは、ＲＦ電圧で基板をバイアスすることによって（例えば、堆積速度を増加させることによって）変更することができる。このバイアスは、典型的には、反応チャンバ内で基板を支持する導電基板ホルダを使用し基板ホルダにバイアス電圧を供給することによって実行される。導電基板ホルダは、反応チャンバと共に接地されるチャックの本体から電気的に絶縁される必要がある。これは、電気絶縁層を用いて達成される。
残念ながら、導電膜は基板ホルダと電気絶縁層との側面に堆積することができ、導電基板ホルダとチャックの本体との間に短絡が引き起こされる。
本開示の一局面は、基板上に導電膜を形成する基板バイアス原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実行するためのチャックシステムである。チャックシステムは、基板を支持するように構成された導電基板ホルダと、導電ベースと、導電基板ホルダと導電ベースとの間に挟まれて外縁を有する電気絶縁層とを含む。電気絶縁層は、外縁に形成されて外縁の全周にわたる少なくとも１つの縁側切欠部を有する。少なくとも１つの縁側切欠部は、内部を有し、基板バイアスＡＬＤプロセス中に導電膜が少なくとも１つの縁側切欠部の内部全体をコーティングすることを防止するようにサイズ決めされる。
本開示の別の局面は、直前に上述したチャックシステムを含むＡＬＤシステムであって、内部を有する反応チャンバをさらに含む。チャックシステムは、反応チャンバ内部に配置される。
本開示の別の局面は、導電膜を堆積させるための基板バイアスＡＬＤプロセスを実行するために使用されるチャックシステムのための電気絶縁層である。電気絶縁層は、単一の電気絶縁材料から作られるモノリシックディスクを含み、ディスクは、外縁を有し、０．１インチ（２．５ｍｍ）＜＝ＴＨ＜＝０．５インチ（１２．７ｍｍ）の範囲で規定される厚さＴＨを有する。電気絶縁層は、外縁に形成されて外縁の全周にわたる切欠部を含み、切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有する。ｄ／ｈが、２０＜＝ｄ／ｈ＜＝１００の範囲であることを条件とする（以下で述べるように、本明細書および添付の特許請求の範囲において、比ｄ／ｈを「アスペクト比」または単に「ＡＲ」と呼ぶ。）。
本開示の別の局面は、導電膜を堆積させるための基板バイアスＡＬＤプロセスを実行するために使用されるチャックシステムのための電気絶縁層である。電気絶縁層は、電気絶縁材料または導電材料のいずれかで作られた上部片と、電気絶縁材料または導電材料のいずれかで作られた下部片と、電気絶縁材料で作られると共に上部片と下部片との間に挟まれて外縁を有する層状構造を規定する中間片とを含む。中間片は、外縁において外縁の全周にわたる縁側切欠部を画定するようにサイズ決めされる。縁側切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有する。ｄ／ｈが、２０＜＝ｄ／ｈ＜＝１００の範囲であることを条件とする。
さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は、詳細な説明の記載内容から当業者にとって明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要および下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であり、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質および特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理および動作を説明する。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。
図１は、基板バイアスＡＬＤを実行するために構成された原子層堆積（ＡＬＤ）システムの一例を示す概略図である。
図２Ａは、本明細書に開示されるチャックシステムの一例を示す上面図である。
図２Ｂは、図２Ａのチャックシステムの例を示す側面図である。
図３Ａは、図２Ａおよび図２Ｂのチャックシステムで使用される本開示による電気絶縁層の一例を示す上面等角図である。
図３Ｂは、縁側切欠部の断面構成の一例を示す電気絶縁層の縁部分の拡大断面図である。
図３Ｃは、チャックシステムの縁部分の拡大断面図である。導電ＡＬＤ膜がどのようにチャックシステムをコーティングするか、基板ホルダおよびチャックベース間の電気絶縁を維持するために絶縁層内の縁側切欠部がどのように作用して導電膜に破断を形成するかが示されている。
図４Ａは、図３Ａと同様であり、複数の縁側切欠部を含む電気絶縁層の実施形態の一例を示す。
図４Ｂは、図３Ｂと同様であり、複数の縁側切欠部を含む電気絶縁層の実施形態の一例を示す。
図５Ａは、図３Ｂと同様であり、電気絶縁層に形成された縁側切欠部の他の構成例を示す。
図５Ｂは、図３Ｂと同様であり、電気絶縁層に形成された縁側切欠部の他の構成例を示す。
図５Ｃは、図３Ｂと同様であり、電気絶縁層に形成された縁側切欠部の他の構成例を示す。
図５Ｄは、図３Ｂと同様であり、電気絶縁層に形成された縁側切欠部の他の構成例を示す。
図６は、層状に配置された３つの片から形成された電気絶縁層の一例を示す側面図である。
図７Ａは、２つの片、すなわち環状外側片および中央片から形成された電気絶縁層の一例を示す上面図であり、これらの片を並べて示している。
図７Ｂは、環状外側片と中央片の縁部分との拡大断面図である。
図８は、図３と同様であり、不活性ガスが縁側切欠部から半径方向外向きに流れることができるように、縁側切欠部が不活性ガス源に接続される実施形態の一例を示す。
以降、本開示の様々な実施形態および添付図面に示される複数の例について詳述する。図面において可能な限り、同一または類似の部分には、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面が本開示の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。特に、チャックシステムのスケールは、図示を容易にしてチャックシステムおよび特に電気絶縁層の重要な特徴をより良く示すためにｚ方向に誇張されている。
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
ＡＬＤシステム
図１は、本明細書に開示されて以下でより詳細に説明されるように、チャックシステム１００を含む原子層堆積（ＡＬＤ）システム１０の一例を示す概略図である。チャックシステム１００は、上面４２を有する基板４０を支持するように構成される。ＡＬＤシステム１０の一例は、Ｕｌｔｒａｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（Ｗａｌｔｈａｍ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手可能なＦｉｊｉシリーズモジュールの高真空プラズマ系ＡＬＤシステムの１つである。他のタイプのＡＬＤシステム（例えば、非プラズマＡＬＤシステム）にもチャックシステム１００を使用することができる。チャックシステム１００は、ＡＬＤシステム１０を用いて導電膜５０を堆積させるためのＡＬＤプロセスを実行する際に基板４０にバイアス電圧を供給する電圧源２００を含む。導電膜としては、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＭｏＮ、ＮｂＮ、ＺｎＯなどが挙げられる。基板４０への電圧バイアスを使用するＡＬＤプロセスを、本明細書では「基板バイアスＡＬＤ」または「電圧バイアスＡＬＤ」と呼ぶ。
ＡＬＤシステム１０は、ｚ方向に延びる中心軸Ａｌを有する反応チャンバ１４を含む。反応チャンバ１４は、少なくとも１つの側壁１６によって画定されている。反応チャンバ１４は、チャンバ内部（「内部」）１８を含む。ＡＬＤシステム１０は、反応チャンバ１４に対して動作可能に配置されてプラズマ２２を形成するプラズマ源２０を含むことができる。
ＡＬＤシステム１０はまた、前駆体ガス６２および８２を供給する（例えば、導入する）ためにそれぞれ構成された前駆体ガス源６０および８０を含む。一例では、コントローラ（図示せず）の操作を介して前駆体ガス６２および８２の導入を管理することができ、または手動で前駆体ガス６２および８２の導入を実施することもできる。ＡＬＤシステム１０はまた、内部１８をパージするために不活性ガス９２（例えば、窒素、アルゴン等）を供給する不活性ガス源９０を含む。
ＡＬＤシステム１０はまた、ＡＬＤベースの方法を開始すると共に種々のＡＬＤステップ中に過剰な前駆体ガス６２および８２を除去することを補助するために、内部１８を排気する真空システム９６を含む。
チャックシステム
図２Ａは、本開示によるチャックシステム１００の一例を示す上面図であり、図２Ｂは、本開示によるチャックシステム１００の一例を示す側面図である。チャックシステム１００は、ｚ方向に沿って延びる中心軸Ａ２を含む。中心軸Ａ２は、一例として、反応チャンバ１４の中心軸Ａｌと同軸である。
一例では、チャックシステム１００は、上面１１２と、下面１１４と、外縁１１６とを有する基板ホルダ１１０を含む。基板ホルダ１１０の上面１１２は、基板４０を支持するように構成される。基板ホルダ１１０は、導電材料（例えば、銅、ステンレス鋼等）で作られ、電圧源２００に電気的に接続される。電圧源２００は、基板ホルダ１１０と、結果として基板４０とに電圧信号２０２を供給する。これによって、接地に対して基板が電気的にバイアスされる。
特定の種類のＡＬＤ反応では、ＡＬＤプロセスを向上させる（例えば、堆積速度を増加させる）ための、および／または膜特性の変更（例えば、導電率の変更、膜密度の変更、膜内部応力の変更または膜の超伝導特性の変更）を行うための前駆体ガス中の選択イオンを引き付けるために、基板４０の電気バイアスが使用され得る。基板ホルダ１１０は、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、またはそれ以上の従来の半導体ウェハサイズを含んだ様々なサイズの基板を動作可能に支持するようにサイズ決めされる。一例では、基板ホルダ１１０は、約０．２５インチ（６．４ｍｍ）の厚さを有することができる。
チャックシステム１００はまた、上面１２２、下面１２４および外縁１２６を有するベース１２０を含む。ベース１２０は、一般的に導電材料で作られる。一例では、ベース１２０は、ＡＬＤプロセスに適した初期温度までベースおよび基板４０を加熱するためのヒータ１３０を含む。ベース１２０および反応チャンバ１４は、電気的に接地されている。一例では、ベース１２０は、０．２５インチ（６．４ｍｍ）～３インチ（７６．２ｍｍ）の範囲の厚さを有することができ、基板ホルダ１１０の直径と実質的に一致する直径を有することができる。銅、ステンレス鋼または同様の導電材料からベース１２０を作ることができる。
チャックシステム１００はまた、ベース１２０と基板ホルダ１１０との間に挟まれて導電基板ホルダから導電ベースを電気的に絶縁させる働きをする電気絶縁層１５０を含む。電気絶縁層１５０は、本体１５１と、上面１５２と、下面１５４と、外縁１５６とを有する。一例では、電気絶縁層１５０は、平坦であり、厚さＴＨおよび直径Ｄを有し、一例では、厚さＴＨは、０．１インチ（２．５ｍｍ）＜＝ＴＨ＜＝０．５インチ（１２．７ｍｍ）と規定される範囲内である。
電気絶縁層１５０を形成するために使用される材料の２つの主な要件は、電気絶縁性であることと、一般的に２５℃～５００℃の範囲であり得る所与のＡＬＤプロセスの最高温度に耐えることができることである。電気絶縁層１５０の材料の例には、ガラス、セラミック、プラスチック、熱可塑性樹脂、ポリアミド（ナイロン）、ポリイミド（カプトン）、エポキシ、ポリマーおよびポリカーボネートなどの電気絶縁材料が含まれる。一例では、電気絶縁層１５０は薄いディスク形状である。一例では、電気絶縁層１５０は、モノリシックである（すなわち、単一材料で作られた単一片として形成される。）。以下に説明する他の例では、電気絶縁層１５０は、異なる材料で作られた片を含む２つ以上の別個の片から形成される。
図３Ａは電気絶縁層１５０の一例を示す上面等角図であり、図３Ｂは電気絶縁層の縁部分の拡大断面図である。電気絶縁層１５０は、外縁１５６に形成された少なくとも１つの切欠部１６０（以下、「縁側切欠部」と呼ぶ）を含む。一例では、少なくとも１つの縁側切欠部１６０は、中心軸Ａ２に向かって半径方向内向きに延びる。一例では、少なくとも１つの縁側切欠部１６０は、中心軸Ａ２に向かって半径方向内向きの方向成分を有する。以下では、容易化のために、特に明記しない限り、１つの縁側切欠部１６０について説明する。
縁側切欠部１６０は、図２Ａの破線の円で示され、図３Ａに示されるように、外縁１５６全周にわたって形成されている。図３Ｂの拡大ｘ－ｚ断面図に示されるように、一例では、縁側切欠部１６０は、矩形断面形状を有することができる。一例では、縁側切欠部１６０は、切欠部内部１６７を画定する上壁１６２、下壁１６４、および端壁１６６を有する。縁側切欠部１６０は、外縁１５６から半径方向内向きに測定される深さ寸法ｄを有する。縁側切欠部１６０はまた、ｚ方向に測定される高さ寸法ｈを有する。以下で述べるように、他の実施形態では、深さおよび高さ寸法（ｄ，ｈ）は、位置によって変化することができる（すなわち、一定である必要はない。）。このような例では、深さ及び高さ寸法（ｄ，ｈ）は最小寸法と考えることができる。
上述のように、ＡＬＤプロセスは、非常に共形性が高い（コンフォーマルである）。また、ＡＬＤプロセスは、基板上面４２以外もコーティングすることになる。したがって、実際には、ＡＬＤプロセスは、基板上面４２上にＡＬＤ膜５０を堆積させるだけでなく、基板ホルダ１１０の露出した上面１１２、基板ホルダの外縁１１６、絶縁層１５０の外縁１５６およびベース１２０の外縁１２６をＡＬＤ膜５０でコーティングする。ＡＬＤ膜５０が導電性である場合、ＡＬＤ膜は、絶縁層１５０の外縁１５６を覆って導電基板ホルダ１１０と導電ベース１２０との間に電気経路を提供し得る。これによって、電圧バイアスＡＬＤへの適用で問題となる短絡が生成される。
ＡＬＤプロセスは、共形性が高く（コンフォーマルであって）高アスペクト比の対象物を覆うことができる。このため、ＡＬＤ膜が縁側切欠部の壁１６２、１６４および１６６の全体を覆うことができないように、十分な高アスペクト比ＡＲ＝ｄ／ｈを縁側切欠部１６０が有する必要がある。ＡＬＤ膜が縁側切欠部の壁１６２、１６４および１６６の全体を覆う場合、上述のように、導電ＡＬＤ膜は、基板ホルダ１１０とベース１２０との間に電気経路を画定し、電気絶縁層１５０の周りに短絡を生成することができるであろう。したがって、一例では、縁側切欠部１６０は、短絡が形成されるのを防止するために、所与のＡＬＤプロセスに対して十分に大きいアスペクト比ＡＲ＝ｄ／ｈを有する。
アスペクト比ＡＲ＝ｄ／ｈは、単純な矩形の切欠部１６０に最も適している。より複雑な縁側切欠部は、シミュレーションまたは実験によって経験的に推定することができるアスペクト比ＡＲＥを利用することができる。
図３Ｃは、図３Ｂと同様であり、チャックシステム１００上の導電ＡＬＤ膜５０の堆積プロセスにおける縁側切欠部１６０の効果を示す。導電ＡＬＤ膜５０（またはその変形例）は、基板ホルダ１１０の露出した上面１１２、基板ホルダの外縁１１６、絶縁層１５０の外縁１５６およびベース１２０の外縁１２６を覆う。導電ＡＬＤ膜５０はまた、縁側切欠部１６０の内部１６７（すなわち、内壁１６２、１６４および１６６）を覆うことを試みる。しかし、縁側切欠部１６０のアスペクト比ＡＲは十分に大きいので、導電ＡＬＤ膜５０は、端壁１６６に向かって切欠部内部１６７内で部分的に延びることができるだけである。そして、導電ＡＬＤ膜５０においてギャップ１７２を画定する切欠部内部の非コーティング部分１７０が残される。導電ＡＬＤ膜５０内におけるギャップ１７２は、絶縁層１５０を通ってまたは通り越して導電支持ホルダ１１０および導電ベース１２０間で短絡が発生することを防止する。
実験によれば、導電膜５０を形成するほとんどのＡＬＤプロセスに適したアスペクト比ＡＲはＡＲ＞＝５０である。特定の膜については、ＡＲ＞＝２０のアスペクト比が適切である。他の例では、アスペクト比をＡＲ＞＝１００に設定することができる。したがって、様々な実施形態では、アスペクト比は、２０＜＝ＡＲ＜＝１００または５０＜＝ＡＲ＜＝１００の範囲であり得る。
一例では、高さｈは０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲であり、深さｄは０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝６インチ（１５２．４ｍｍ）または０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）または０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝１インチ（２５．４ｍｍ）の範囲である。したがって、一例では、h＝０．０１インチ（２．５ｍｍ）およびｄ＝５０ｈ＝０．５インチ（１２．７ｍｍ）である。
アスペクト比ＡＲの上限は、電気絶縁層１５０を介したベース１２０から基板ホルダ１１０への熱の伝達に対する縁側切欠部１６０の影響によって少なくとも部分的に制約され得る。基板４０が実質的に均一な温度（例えば、５％の変化の範囲内、またはより好ましくは２％の変化の範囲内、または１％の変化の範囲内）を有することが一般的に好ましい。この温度均一性の要件は縁側切欠部１６０のサイズおよび形状を大きく制限しないと考えられる。
また、縁側切欠部１６０の深さｄが非常に大きい場合に、アスペクト比ＡＲの上限は基板ホルダ１１０の物理的安定性によって少なくとも部分的に制約され得る。さらに、アスペクト比ＡＲの上限は、上壁および下壁が接触することなく縁側切欠部１６０を非常に薄く（ｈを小さく）する技術的能力（すなわち、製造上の制限）によって制限され得る。
図４Ａおよび図４Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂと同様であり、絶縁層１５０が複数の縁側切欠部１６０を含む実施形態の一例を示している（４つの縁側切欠部を例として示している）。複数の縁側切欠部１６０’を使用することにより、電気絶縁の冗長性が得られる。
図５Ａ～図５Ｄは、図３Ｂと同様であり、電気絶縁層１５０に形成された縁側切欠部１６０の他の構成例を示す。図５Ａは、電気絶縁層の半径方向の断面において「Ｔ」形状を有する縁側切欠部１６０の構成の一例を示す。ＡＬＤ堆積は２つのコーナー１６８を横切り縁側切欠部１６０の２つの異なる分岐１６１に入らなければならないので、導電ＡＬＤ膜５０が縁側切欠部内に堆積することがより一層困難になる。図５Ｂおよび図５Ｃは、図５Ａと同様であり、導電ＡＬＤ膜５０が各縁側切欠部の内部１６７内に深く堆積することをますます困難にする追加の分岐１６１を画定する追加のコーナー１６８をそれぞれ含む縁側切欠部１６０の複雑な構成をそれぞれ示す。
図５Ｄは、湾曲した上下壁１６２と湾曲した端壁１６６とを含む縁側切欠部１６０の一例を示す。
一般的に言えば、縁側切欠部１６０の断面形状は、任意の妥当な構成を有することができる。一例では、電気絶縁層１５０は、従来の３Ｄ印刷技術を使用する３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して形成される。今日の３Ｄ印刷技術は、縁側切欠部１６０のための非常に複雑で迷路状の構成（例えば、複数の分岐１６１を含む構成）を画定することができる。縁側切欠部１６０を形成するために従来の切削法が使用される例では、図３Ｂの矩形断面形状のような単純な縁側切欠部構成を使用することが好ましい。
図６は、３つの別個の片、すなわち上部片１８２、下部片１８４および上部片および下部片によって挟まれた中間片１８３から作られる電気絶縁層１５０の一例を示す側面図である。一例では、少なくとも中間片１８３が電気絶縁材料で作られる。中間片１８３を上部片１８２および下側部片１８４よりも小さくする（すなわち、直径を小さくする）ことによって縁側切欠部１６０を画定することができる。一例では、上部片および下部片が電気的に絶縁である必要はない。例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼で上部片および下部片を作ることができる。一例では、積層構造を形成するために、高温に耐える接着剤を使用して、上部片、中間片および下部片が固定される。別の例では、ねじまたは他の締結手段を使用して、上部片、中間片および下部片を固定することができる。
図７Ａは、２つの主な片、すなわち外周１８７を有する中央片１８６と、内縁１８９を有する環状外側片１８８とから構成される電気絶縁層１５０の別の例を示す上面図である。内縁１８９は中央片１８６を密接に収容するようにサイズ決めされた中央開口ＣＨを画定し、中央片１８６の外周１８７は環状外側片１８８の内縁１８９に近接して（例えば、接触して）配置される。
環状外側片１８８は、絶縁材料で作られ、内縁１８９を含み、また、縁側切欠部１６０が形成される外縁１５６を画定する。一例では、中央片１８６は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの導電材料で作られたディスクであり得る。絶縁材料で中央片１８６を作ることもできる。図７Ｂの拡大断面図を参照すると、環状外側片１８８および中央片１８６は、例えば接着剤１９２を介して、片を互いに係合および固定することを容易にする相補的な係合特徴１９０を含み得る。
図８は、図３と同様であり、縁側切欠部１６０がガスライン９１を介して不活性ガス源９０に接続されている電気絶縁層１５０の実施形態を示している。ガスライン９１は、縁側切欠部１６０内（例えば端壁１６６またはその近傍）への不活性ガス９２の流入を支持する。反応チャンバ１４の内部１８が真空であるため、不活性ガス９２は、切欠内部１６７に流入し、次に縁１５６の縁側切欠部１６０を出るまで半径方向外向きに流れる。不活性ガス９２のこの流れは、ＡＬＤガスが縁側切欠部に入りその中の壁に堆積することを実質的に防止する。電気絶縁層１５０が「ガス加圧された」この実施形態では、縁側切欠部１６０は、「ガス加圧されていない」実施形態より小さいアスペクト比ＡＲを有することができる。
ＡＬＤプロセス例
本開示の一局面は、図１に示されるように、ＡＬＤシステム１０およびチャックシステム１００を使用して導電膜５０を形成するためのＡＬＤプロセスである。ＡＬＤプロセスは、反応チャンバ１４内でチャックシステム１００の基板ホルダ１１０上に基板４０を動作可能に支持し、次に真空に引くことを含む。この方法は、ヒータ１３０を使用して初期処理温度まで基板４０を加熱することを含むことができる。２５℃～５００℃の範囲を初期温度の例とすることができる。
次に、バイアス電圧が、電圧源２００からのバイアス電圧信号２０２を介して基板ホルダ１００に加えられる。ＤＣ，－１００Ｖ～＋１００ＶまたはＲＦ－ＡＣ電圧をバイアス電圧の例とすることができる。ＲＦ電圧は、１０キロヘルツ～１００メガヘルツの周波数範囲を有することができる。ＲＦ信号のピーク間電圧は、電力設定（０ワット～３００ワット）によって決定され、０ワット～６００ワットで変動することができる。バイアス電圧は、ピーク間電圧のちょうど半分以下に設定される。
次に、この方法は、第１前駆体ガス６２をチャンバ内部１８に導入することを含む。第１前駆体ガスは金属Ｍを含有する。ＡＬＤのための金属含有前駆体ガスは、当技術分野で周知であり、金属（例えば、タングステンまたはチタンなど）を含有することができる。第１前駆体ガス中の金属Ｍは基板上面４２に付着する。すなわち、金属Ｍは、基板表面上の既存の化学部分と化学吸着される。
次に、この方法は、パージガス９２を使用してチャンバ内部１８から第１前駆体ガスをパージすることを含む。次に、この方法は、導電膜５０の第１原子層を形成するために基板表面４２上の化学吸着金属と反応する第２前駆体ガス８２をチャンバ内部に導入することを含む。次に、上記のプロセスが、導電膜を層ごとに形成するために繰り返される。また、このプロセスは、追加の前駆体ガス（すなわち、２つ以上の前駆体ガス）の使用およびパージステップを含むことができる。
この方法は、電気絶縁層１５０の外縁１５６を含むチャックシステムの外縁上および縁側切欠部１６０の内部の一部分にのみ堆積する導電膜５０を含み、導電膜内にギャップ１７２（例えば、図３Ｃ参照）を画定する非コーティング部分１７０を縁側切欠部内に残す。ギャップ１７２は、ＡＬＤプロセスの間、基板ホルダ１１０およびベース１２０間の電気絶縁を維持する役割を果たす。
一例では、この方法は、前駆体ガス６２および８２が縁側切欠部に入るのを防止するために、縁側切欠部１６０から半径方向外向きにパージガス９２を流すことを含むことができる。
添付の特許請求の範囲に規定される開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される開示の好ましい実施形態に対する様々な修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある限り、修正および変形を包含する。
Claims (32)
- 基板上に導電膜を形成する基板バイアス原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実行するためのチャックシステムであって、
前記基板を支持するように構成された導電基板ホルダと、
導電ベースと、
前記導電基板ホルダと前記導電ベースとの間に挟まれ、外縁を有する電気絶縁層と
を備え、
前記電気絶縁層は、前記外縁に形成されて前記外縁の全周にわたる少なくとも１つの縁側切欠部を有し、
前記少なくとも１つの縁側切欠部は、内部を有する、
チャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲で規定される高さ寸法ｈを有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲で規定される深さ寸法ｄを有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、アスペクト比ＡＲ＞＝２０を有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、５０＜＝ＡＲ＜＝１００の範囲で規定されるアスペクト比ＡＲを有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、矩形断面形状を有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記電気絶縁層は、０．１インチ（２．５ｍｍ）＜＝ＴＨ＜＝０．５インチ（１２．７ｍｍ）の範囲で規定される厚さＴＨを有する、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記電気絶縁層は、モノリシックであり、単一の電気絶縁材料から作られる、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、少なくとも１つの分岐を含む、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記電気絶縁層は、異なる材料で作られた第１片および第２片から形成され、
前記異なる材料の少なくとも１つは、電気絶縁材料であり、
前記電気絶縁材料で作られた片は、前記導電基板ホルダと前記導電ベースとを接続する位置に配設される
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記電気絶縁層は、少なくとも第１片、第２片および第３片から形成され、
前記片の少なくとも１つは、電気絶縁材料から作られており、
前記電気絶縁材料で作られた片は、前記導電基板ホルダと前記導電ベースとを接続する位置に配設される
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記電気絶縁層は、ガラス、セラミック、プラスチック、熱可塑性樹脂、ポリアミド（ナイロン）、ポリイミド（カプトン）、エポキシ、ポリマーおよびポリカーボネートを含む材料群から選択される少なくとも１つの材料から作られる、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 前記少なくとも１つの縁側切欠部は、複数の縁側切欠部を含む、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 不活性ガス源と、
前記不活性ガス源を前記少なくとも１つの縁側切欠部の前記内部に接続するガスラインとをさらに備える、
請求項１に記載のチャックシステム。 - 請求項１に記載のチャックシステムと、
内部を有する反応チャンバと
を備え、
前記チャックシステムが、前記反応チャンバ内部に配置される、
原子層堆積（ＡＬＤ）システム。 - 導電膜を堆積させるための基板バイアスＡＬＤプロセスを実行するために使用されるチャックシステムのための電気絶縁層であって、
単一の電気絶縁材料から作られるモノリシックディスクと、
縁側切欠部と
を備え、
前記ディスクは、外縁と、０．１インチ（２．５ｍｍ）＜＝ＴＨ＜＝０．５インチ（１２．７ｍｍ）の範囲で規定される厚さＴＨとを有し、
前記縁側切欠部は、前記外縁に形成されて前記外縁の全周にわたり、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有する、
電気絶縁層。 - 前記縁側切欠部は、複数の分岐を含む、
請求項１６に記載の電気絶縁層。 - 前記縁側切欠部は、矩形断面形状を有する、
請求項１６に記載の電気絶縁層。 - 前記単一の絶縁材料は、ガラス、セラミック、プラスチック、熱可塑性樹脂、ポリアミド（ナイロン）、ポリイミド（カプトン）、エポキシ、ポリマーおよびポリカーボネートを含む電気絶縁材料群から選択される電気絶縁材料のうちの１つである、
請求項１６に記載の電気絶縁層。 - 導電膜を堆積させるための基板バイアス原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実行するために使用されるチャックシステムのための電気絶縁層であって、
電気絶縁材料または導電材料のいずれかで作られた上部片と、
電気絶縁材料または導電材料のいずれかで作られた下部片と、
電気絶縁材料で作られると共に前記上部片と前記下部片との間に挟まれて外縁を有する層状構造を規定する中間片と
を備え、
前記中間片は、前記外縁において前記外縁の全周にわたる縁側切欠部を画定するようにサイズ決めされ、
前記縁側切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有する、
電気絶縁層。 - 前記上部片および前記下部片は、導電材料から作られる、
請求項２０に記載の電気絶縁層。 - 前記上部片、前記中間片および前記下部片は、電気絶縁材料からそれぞれ作られる、
請求項２０に記載の電気絶縁層。 - 前記上部片、前記中間片および前記下部片は、同じ電気絶縁材料から作られる、
請求項２２に記載の電気絶縁層。 - 導電膜を堆積させるための基板バイアス原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実行するために使用されるチャックシステムのための電気絶縁層であって、
電気絶縁材料または導電材料のいずれかで作られ外周を有する中央片と、
内縁および外縁を有する電気絶縁材料で作られた環状外側片と
を備え、
前記内縁は、前記中央片の前記外周が前記環状外側片の前記内縁に近接して位置するよう前記中央片を密接に収容するようにサイズ決めされた中央穴を画定し、
前記外縁には、前記外縁の全周にわたる縁側切欠部が形成され、
前記縁側切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有し、
ｄ／ｈが、２０＜＝ｄ／ｈ＜＝１００の範囲であることを条件とする、
電気絶縁層。 - 前記中央片は、ステンレス鋼またはアルミニウムで作られる、
請求項２４に記載の電気絶縁層。 - 基板の上面に導電膜を形成するための原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスであって、
ＡＬＤシステムの反応チャンバ内でチャックシステム上に前記基板を支持することと、
導電基板ホルダにバイアス電圧を加えることと、
第１前駆体ガスおよび第２前駆体ガスを交互に導入する合間に、パージステップで前記第１前駆体ガスおよび前記第２前駆体ガスを交互に導入して前記基板の上面に前記導電膜を形成することと
を備え、
前記チャックシステムは、前記基板を支持する導電基板ホルダと、導電ベースと、外縁を有して前記導電基板ホルダと前記導電ベースとの間に挟まれた電気絶縁体とを有し、
電気絶縁層は、前記外縁に形成される少なくとも１つの切欠部を有し、
前記少なくとも１つの切欠部は、内部を有し、
前記導電基板ホルダにバイアス電圧を加えることで、前記基板にバイアス電圧が与えられ、
前記導電膜はまた、前記電気絶縁層の外縁上および前記内部の一部分にのみに堆積して、切欠部内部の中と、前記導電基板ホルダおよび前記導電ベース間とにおいて前記導電膜内にギャップを画定する、
ＡＬＤプロセス。 - 前記少なくとも１つの切欠部は、複数の切欠部を含む、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。 - 前記少なくとも１つの切欠部は、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）＜＝ｈ＜＝０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の範囲の高さ寸法ｈおよび０．２０インチ（５．１ｍｍ）＜＝ｄ＜＝４インチ（１０１．６ｍｍ）の範囲の深さ寸法ｄを有し、
ｄ／ｈが、２０＜＝ｄ／ｈ＜＝１００の範囲であることを条件とする、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。 - 前記不活性ガスが前記電気絶縁層の前記外縁の前記少なくとも１つの切欠部の内部から流出するように、前記少なくとも１つの切欠部の内部に不活性ガスを供給することをさらに備える、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。 - 単一の電気絶縁材料から単一のモノリシック片として前記電気絶縁層を形成することをさらに備える、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。 - 少なくとも２つの片から前記電気絶縁層を形成することをさらに備える、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。 - ３次元（３Ｄ）印刷プロセスを使用して電気絶縁層を形成することをさらに備える、
請求項２６に記載のＡＬＤプロセス。
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