JP7171573B2 - 半導体処理のための円錐形ウエハセンタリングおよび保持装置 - Google Patents

半導体処理のための円錐形ウエハセンタリングおよび保持装置 Download PDF

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Description

原子層堆積（ＡＬＤ）では、膜が、連続的な供給および活性化工程によって一層ずつ蒸着される。ＡＬＤは、高アスペクト比の構造上に共形膜を生成するために用いられる。ＡＬＤの欠点の一つは、ウエハ裏面にアクセスする任意のギャップを通じて膜が蒸着されうるので、ウエハの裏面への膜蒸着を避けるのが難しいことである。裏面蒸着は、多くの理由で望まれず、その一つの理由は、ウエハの裏面上の余分な膜が、例えばウエハの搬送中に、剥離を起こしやすいことである。ウエハ裏面からの剥離物がウエハ（同じウエハまたは別のウエハのいずれか）と接触すると、ウエハは汚染され、欠陥が生じうる。
容量結合プラズマチャンバにおいては、ペデスタルとウエハとの間に小さいギャップがあることが望ましい。このギャップは、ミクロスケールのペデスタル面のばらつきによって引き起こされるインピーダンスのばらつきを基本的に打ち消すのに十分なインピーダンスをウエハとペデスタルとの間に引き起こす。ペデスタルとウエハとの間に小さいギャップを作り出すために、最小接触面積（ＭＣＡ）フィーチャを用いて、平坦なウエハ平面を保証する支持を備えた水平な仮想オフセット場所を作り出す。上述のように、ペデスタルとウエハとの間のギャップは、ウエハの裏面へのアクセスを提供することにより、ウエハの裏面上への膜蒸着を容易にする。
従来のＡＬＤおよびプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムにおいて用いられるペデスタルは、通例、高さを調整可能な複数のＭＣＡフィーチャを備える。現在のペデスタル設計ガイドラインは、これらのフィーチャによって形成される支持平面がペデスタルと平行にウエハを保持することを保証するのに十分なＭＣＡフィーチャを利用することを規定する。実際、利用されるＭＣＡフィーチャの数がウエハの歪みまたはたわみを許容する場合には、設計が不適切であると考えられる。したがって、一部のペデスタル設計では、３０を超えるＭＣＡフィーチャがウエハの支持のために用いられる。
実施形態は、これに関連して発生する。
一実施形態例において、半導体システムは、チャンバと、チャンバ内に配置されているペデスタルと、ペデスタルを囲むフォーカスリングとを備える。ペデスタルは、基板（例えば、ウエハ）の中央部分を支持するための中央領域を有する。フォーカスリングは、ペデスタルの中央領域を囲むよう構成されている。フォーカスリングは、フォーカスリングの内側部分とフォーカスリングの外側部分との間に広がる環状支持領域を有する。環状支持領域は、水平線に対してある角度で配置されており、ペデスタルの中央領域およびフォーカスリングの環状支持領域の上に存在する際に基板にナイフエッジ接触を提供する。
一例において、フォーカスリングの環状支持領域は、１度～２５度の範囲の角度で配置される。別の例において、フォーカスリングの環状支持領域は、１度～１５度で範囲の角度に配置される。さらに別の例において、フォーカスリングの環状支持領域は、５度～１０度の範囲の角度で配置される。
一例において、環状支持領域は、１～３２Ｒａの範囲の表面粗さを有する。別の例において、環状支持領域は、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有する。
一例において、フォーカスリングは、金属材料、誘電材料、または、コーティングされた材料で構成されている。一例において、フォーカスリングは、アルミニウムまたはステンレス鋼で構成される。一例において、フォーカスリングは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはイットリア（Ｙ２Ｏ３）で構成されている。
別の実施形態例において、半導体システムは、チャンバと、チャンバ内に配置されたポケットペデスタルとを備える。ポケットペデスタルは、中央領域と、環状フォーカス領域と、環状傾斜領域とを有する。ポケットペデスタルの中央領域は、基板の中央部分を支持するためのものである。環状フォーカス領域は、ポケットペデスタルの中央領域を囲んでいる。環状傾斜領域は、中央領域から環状フォーカス領域まで広がっており、中央領域および環状傾斜領域の上に存在する際に基板にナイフエッジ接触を提供する環状支持を規定する。
一例において、環状傾斜領域は、円錐形構成を有する。一例において、ポケットペデスタルの環状傾斜領域は、１度～２５度の範囲の角度で配置される。別の例において、ポケットペデスタルの環状傾斜領域は、１度～１５度の範囲の角度で配置される。さらに別の例において、ポケットペデスタルの環状傾斜領域は、５度～１０度の範囲の角度で配置される。
一例において、環状傾斜領域は、１～３２Ｒａの範囲の表面粗さを有する。別の例において、環状傾斜領域は、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有する。
さらに別の実施形態例において、半導体システムは、チャンバと、チャンバ内に配置されたペデスタルと、ペデスタルを囲むフォーカスリングとを備える。ペデスタルは、基板（例えば、ウエハ）の中央部分を支持するための中央領域と、中央領域を囲む外周領域とを有する。外周領域は、中央領域から一段下がっている。フォーカスリングは、ペデスタルの中央領域を囲むよう構成される。フォーカスリングは、ペデスタルの外周領域の上に配置されており、フォーカスリングの内側部分とフォーカスリングの外側部分との間に広がる環状支持領域を有する。環状支持領域は、水平線に対して１度～１５度の範囲の角度で配置されており、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有する。環状支持領域は、ペデスタルの中央領域およびフォーカスリングの環状支持領域の上に存在する際に基板にナイフエッジ接触を提供する。
一例において、フォーカスリングの環状支持領域と、存在する時の基板との間のナイフエッジ接触は、裏面蒸着を低減するのに十分な程度までウエハの裏面へのガス化学物質のアクセスをシーリングする。
一例において、フォーカスリングの環状支持領域は、水平線に対して５度～１０度の範囲の角度で配置される。一例において、フォーカスリングは、アルミニウム、ステンレス鋼、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および、イットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる群より選択された材料で構成されている。
本開示のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示す添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
一実施形態例に従って、ウエハの処理に利用される基板処理システムを示す概略図。
４つの処理ステーションが提供されたマルチステーション処理ツールの上面図。
入口ロードロックおよび出口ロードロックを備えたマルチステーション処理ツールの一実施形態を示す概略図。
一実施形態例に従って、図１に示すキャリアフォーカスリングおよびペデスタルの拡大断面を示す概略図。
一実施形態例に従って、フォーカスリングおよびペデスタルの拡大断面図を示す概略図。
一実施形態例に従って、一体型フォーカスリングを備えたモノリシックポケットペデスタルを示す簡略な断面図。
一実施形態例に従って、固定フォーカスリングを上に配置されたポケットペデスタルを示す簡略な断面図。
一実施形態例に従って、一体型フォーカスリングを備えたモノリシックポケットペデスタルを示す簡略な斜視図。
一実施形態例に従って、ウエハエッジとフォーカスリングの上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図。
一実施形態例に従って、ウエハエッジとポケットペデスタルの環状傾斜領域の上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図。
一実施形態例に従って、ウエハエッジとペデスタルの環状傾斜領域の上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図。
一実施形態例に従って、垂直延長部を備えたフォーカスリングを示す簡略な断面図。
一実施形態例に従って、処理システムを制御するための制御モジュールを示す図。
以下の説明では、実施形態例の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、実施形態例は、これらの具体的な詳細事項の一部がなくとも実施することが可能である。また、処理動作および実装の詳細については、すでに周知であれば、詳述していない。
図１は、ウエハ１０１を処理するために用いられる基板処理システム１００を示す。システムは、下側チャンバ本体１０２ｂおよび上側チャンバ本体１０２ａを有するチャンバ１０２を備える。中心柱１１９が、ペデスタル１４０を支持するよう構成されており、ペデスタル１４０は、一実施形態において、電力供給される電極である。ペデスタル１４０は、中心柱１１９を備えたペデスタルアセンブリと、基板支持面を備えたペデスタル本体とによって規定される。ペデスタル１４０は、整合回路網１０６を介して電源１０４に電気接続される。電源は、制御モジュール１１０（例えば、コントローラ）によって制御される。制御モジュール１１０は、処理入力／制御１０８を実行することによって、基板処理システム１００を動作させるよう構成される。処理入力／制御１０８は、ＡＬＤ法またはＰＥＣＶＤ法によってウエハ１０１上に膜を蒸着または形成するために、電力レベル、タイミングパラメータ、処理ガス、ウエハ１０１の機械的移動などの処理レシピを備える。
また、中央柱は、リフトピン１２０を備えることが図示されており、リフトピン１２０は、リフトピン制御部１２２によって制御される。リフトピン１２０は、エンドエフェクタがウエハを持ち上げ、エンドエフェクタによって配置された後にウエハ１０１を降ろすことを可能にするように、ペデスタル１４０からウエハ１０１を持ち上げるために用いられる。基板処理システム１００は、さらに、処理ガス１１４（例えば、設備からのガス化学物質供給）に接続されたガス供給マニホルド１１２を備える。実行される処理に応じて、制御モジュール１１０は、ガス供給マニホルド１１２を通る処理ガス１１４の供給を制御する。次いで、選択されたガスは、シャワーヘッド１５０に流され、シャワーヘッド１５０とペデスタル１４０上にあるウエハ１０１との間に規定された空間に分散される。
さらに、処理ガスは、予混合されてもされなくてもよい。処理の蒸着およびプラズマ処理の段階中に、正確なガスが供給されることを保証するために、適切なバルブおよびマスフロー制御メカニズムが利用されてよい。処理ガスは、流出口を介してチャンバから出る。真空ポンプ（例えば、１または２段の機械的乾式ポンプおよび／またはターボ分子ポンプなど）が、処理ガスを引き出し、スロットルバルブまたは振り子バルブなどの閉ループ制御された流量制限装置によってリアクタ内の適切な低圧を維持する。
ペデスタル１４０の外側領域を取り囲むキャリアフォーカスリング２００も図示されている。キャリアフォーカスリング２００は、ペデスタル１４０の中央のウエハ支持領域から一段下がったリング支持領域上に載置されるよう構成される。キャリアフォーカスリング２００は、そのディスク構造の外縁側（例えば、外径）と、ウエハ１０１の載置される場所に最も近いそのディスク構造のウエハエッジ側（例えば、内径）と、を備える。キャリアフォーカスリング２００の上面２００ａは、１）可変温度ウエハセンタリングを可能にし、２）ウエハ裏面へのガス化学物質のアクセスを防ぐようにシーリングすることによってウエハ裏面の蒸着を低減するために、ウエハエッジ接触を可能にすると共にウエハスライド傾斜台として機能する円錐形ナイフエッジを提供するように傾斜されている。キャリアフォーカスリング（またはフォーカスリングまたはポケットペデスタル）の上面の構造および機能に関するさらなる詳細については、図４～図１０を参照して後述する。キャリアフォーカスリング２００は、ウエハ１０１と共に持ち上げられ、例えば、マルチステーションシステムにおける別のステーションに向かって回転されることができる。上述のように、いくつかの実施形態において、キャリアフォーカスリング２００は、スパイダフォーク２２６を用いてウエハ１０１を持ち上げるためには利用されない。それらの実施形態において、ウエハ１０１は、キャリアフォーカスリング２００を移動させることなしに、エンドエフェクタ（図示せず）で持ち上げられる。
図２は、４つの処理ステーションが提供されたマルチステーション処理ツールの上面図を示す。この上面図は、（例えば、上側チャンバ部分１０２ａを図示のために取り除いた）下側チャンバ本体１０２ｂの図であり、ここで、４つのステーションは、スパイダフォーク２２６によってアクセスされる。１または複数のスパイダフォークの各々は、第１および第２アームを備えており、各アームは、ペデスタル１４０の各側の一部の周りに配置される。この図において、スパイダフォーク２２６は、キャリアリング２００の下方にあることを示すために、点線で描かれている。スパイダフォーク２２６は、回転可能なスピンドル２２０に結合されており、スピンドル２２０は、さらなるプラズマ処理、処置、および／または、膜蒸着をそれぞれのウエハ１０１に行うことができるように、ステーションから（すなわち、キャリアフォーカスリング２００の下面から）同時にキャリアフォーカスリング２００を持ち上げ、次いで、次の位置に（キャリアフォーカスリングの内の少なくとも１つがウエハ１０１を支持する場所に）キャリアフォーカスリング２００を降ろす前に１または複数のステーションを回転させるよう構成されている。
図３は、入口ロードロック３０２および出口ロードロック３０４を備えたマルチステーション処理ツール３００の一実施形態を示す概略図である。大気圧下にあるロボット３０６が、ポッド３０８を通してロードされたカセットから大気ポート３１０を介して入口ロードロック３０２内に基板を移動させるよう構成されている。入口ロードロック３０２は、大気ポート３１０が閉じられた時に、入口ロードロック３０２がポンプダウンされうるように、真空源（図示せず）に接続されている。入口ロードロック３０２は、処理チャンバ１０２ｂと結合されるチャンバ移動ポート３１６も備える。したがって、チャンバ移動ポート３１６が開かれると、別のロボット（図示せず）が、処理に向けて、入口ロードロック３０２から第１処理ステーションのペデスタル１４０（図２参照）へ基板を移動させてよい。
図の処理チャンバ１０２ｂは、図３に示す実施形態において、１から４までの番号を付した４つの処理ステーションを備える。いくつかの実施形態において、処理チャンバ１０２ｂは、基板が、真空の中断および／または空気への暴露を経験することなしに、処理ステーション間でキャリアフォーカスリング２００を用いて移動されうるように、低圧環境を維持するよう構成されてよい。図３に示す各処理ステーションは、処理ステーション基板ホルダ（ステーション１用が３１８と示されている）および処理ガス供給ライン流入口を備える。
いくつかの実施形態において、「リングなし」基板移送が用いられてもよい。かかる実施形態において、キャリアリングは、１つのステーションに固定されたままである。ピンを用いてペデスタルから基板を持ち上げ、ウエハの下にパドルを挿入した後に、ピン上の基板を降ろすことで確実にパドルを基板に直接接触させることによって、基板を移動させる。この時点で、基板は、パドルを用いて別のステーションにインデックスされる。基板が、新しいステーションに来ると、基板がピンでペデスタルから持ち上げられ、パドルが回転または運び出され、ペデスタルに対する基板の直接接触を確実にするためにピンが降ろされる。これで、インデックスされた（すなわち、移動された）基板に対して新しいステーションで、基板処理が進行できる。システムが複数のステーションを有する場合、複数のリングなし基板移送に対して同じ方法で、基板（すなわち、ステーションに存在する基板）の各々が一緒に（例えば、同時に）移動されうる。
図４は、図１に示すキャリアフォーカスリング２００およびペデスタル１４０の拡大断面を示す概略図である。図４に示すように、キャリアフォーカスリング２００は、ペデスタルの中央部分のウエハ支持領域１４０ａを囲んでいる。キャリアフォーカスリング２００は、ウエハ支持領域１４０ａから一段下がったリング支持領域１４０ｂ上に載置される。スパイダフォーク２２６は、スパイダフォークが、上述のようにキャリアフォーカスリングを持ち上げて回転させることができるように、キャリアフォーカスリング２００の下に配置される。図４に示すように、スパイダフォーク２２６は、リング支持領域１４０ｂから一段下がって規定されたスペースＳにおいてキャリアフォーカスリング２００の下に配置される。ウエハ１０１は、ウエハの裏面と接触する最小接触面積（ＭＣＡ）支持体２２４と、ウエハのエッジと接触するキャリアフォーカスリング２００の上面２００ａとによって、ペデスタル１４０の上に支持される。２つのＭＣＡ支持体２２４が、図４の例で見られるが、当業者であれば、ウエハ１０１に支持を提供するために用いられるＭＣＡ支持体の数は、例えば、ウエハのサイズ、処理温度などによって変化することがわかる。例として、ＭＣＡ支持体の数は、３～３０の範囲でありうる。ＭＣＡ支持体２２４は、通例はサファイアで形成され、通例は１～１０ミル（１ミル＝０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ））の範囲の距離だけペデスタル１４０のウエハ支持領域の表面の上でウエハ１０１を支持する。
ペデスタル１４０およびフォーカスキャリアリング２００は、様々な適切な材料で形成されうる。例えば、ペデスタルおよびフォーカスキャリアリングは、金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼など）、誘電体（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）など）、または、コーティングされた材料（例えば、イットリアまたはアルミナでコーティングされたアルミニウム）で形成されてよい。ウエハ１０１は、適切な半導体材料（例えば、シリコン（Ｓｉ））で形成される。半導体蒸着処理は、基板（例えば、ウエハ）上に蒸着される膜のタイプおよび膜を蒸着するために用いられる化学物質に応じて、幅広い温度で実行されうる。例えば、酸化物を蒸着するための蒸着温度は、約１００℃未満であり、いくつかの実施形態においては、５０℃未満である。窒化物または炭化物を蒸着するための蒸着温度は、通例、約４００℃未満であるが、いくつかの実施形態においては、４００℃を超える場合がある。そのため、概して、蒸着温度は、２０℃～７００℃の範囲内でありうる。一実施形態において、蒸着温度は、１００℃～５５０℃の範囲内である。別の実施形態において、蒸着温度は、３００℃～４５０℃の範囲内（例えば、約４００℃）である。温度に関して本明細書で用いられているように、「約」という用語は、±１０℃を意味する。したがって、例として、「約４００℃」の温度は、３９０℃～４１０℃の温度を示す。
搬送および処理中、ウエハ１０１が、例えば、フォーカスキャリアリング２００上で滑ることによって、移動するのは望ましくない。このことを念頭に置くと、キャリアフォーカスリング２００の上面２００ａの表面粗さは、上面によって提供される動摩擦が下向きの重力を相殺するように選択されることが好ましい。さらに、上面２００ａの粗さの程度は、ウエハ１０１のエッジで提供される接触シールが、ウエハの裏面へのガス化学物質のアクセスを効果的に制限することを可能にするだけではなく、ウエハが接触した時の粒子の生成も避けることが好ましい。上述の要素の有効なバランスを得るために、キャリアフォーカスリング２００の上面２００ａは、比較的滑らかであることが好ましい。いくつかの実施形態において、キャリアフォーカスリング２００の上面２００ａは、１～３２Ｒａの範囲の表面粗さを有する。一実施形態において、キャリアフォーカスリングの上面は、２～１５Ｒａの範囲（例えば、４Ｒａ）の表面粗さを有する。
図５は、一実施形態例に従って、フォーカスリングおよびペデスタルの拡大断面図を示す概略図である。図５に示す構成は、ペデスタル１４０－１が図４に示すスパイダフォーク２２６に対応するよう構成されていないことを除けば、図４に示す構成と同じである。したがって、フォーカスリング２００－１は、ウエハ１０１を運ぶために利用されないが、キャリアフォーカスリング２００（図４）は、ウエハを運ぶために利用される。この理由から、フォーカスリング２００－１は、「フォーカスリング」と呼ばれ、キャリアフォーカスリング２００は、「キャリアフォーカスリング」と呼ばれる。図５に示すように、フォーカスリング２００－１は、ペデスタル１４０－１の中央部分のウエハ支持領域１４０ａ－１を囲んでいる。フォーカスリング２００－１は、ウエハ支持領域１４０ａ－１から一段下がったリング支持領域１４０ｂ－１上に載置される。フォーカスリング２００－１の上面２００ａ－１は、図４に示すキャリアフォーカスリング２００の上面２００ａと同じ構成を有する。
図６Ａ、図６Ｂ、および、図６Ｃは、ウエハをセンタリングして保持するために円錐形構成が実施されうるデバイスの他の例を示す。図６Ａは、一体型フォーカスリングを備えたモノリシックポケットペデスタルを示す簡略な断面図である。図６Ａに示すように、モノリシックポケットペデスタル１４０－２は、上面１４０ｘ－２、環状面１４０ｙ－２、および、ウエハ支持面１４０ｚ－２を有する。上面１４０ｘ－２は、環状面１４０ｙ－２を囲む平坦な面であり、ポケットペデスタル１４０－２の環状フォーカス領域の境界を規定する。環状面１４０ｙ－２は、本明細書に記載のように、ウエハ１０１を受け止めるための円錐形ナイフエッジフォームファクタを提供するように傾斜されている。ウエハ支持面１４０ｚ－２には、ウエハ支持面の上にウエハ１０１を支持するための複数のＭＣＡ支持体２２４が設けられている。上述のように、ＭＣＡ支持体２２４の数は、３～３０の範囲であってよい。
図６Ａに示す構成によれば、モノリシックポケットペデスタル１４０－２は、フォーカスリングとして機能する。この構成において、ポケットペデスタル１４０－２の環状傾斜面１４０ｙ－２および外側部分は、ポケットペデスタルと一体的に形成される。あるいは、別個のフォーカスリングが、図６Ｂを参照して以下で詳述するように、ポケットペデスタルに取り付けられてもよい。
図６Ｂは、ポケットペデスタルと併用される固定フォーカスリングを備えたモノリシックポケットペデスタルを示す簡略な断面図である。図６Ｂに示すように、フォーカスリング２００－２は、ポケットペデスタル１４０－３のウエハ支持領域１４０ａ－３を囲んでいる。一例において、フォーカスリング２００－２は、ウエハ支持領域１４０ａ－３から一段下がったリング支持領域１４０ｂ－３でポケットペデスタル１４０－３に取り付けられて、モノリシック構造を形成しうる。フォーカスリング２００－２の上面２００ａ－２は、本明細書に記載のように、ウエハ１０１を受け止めるための円錐形ナイフエッジフォームファクタを提供するように傾斜されている。適切な数のＭＣＡ支持体２２４が、ウエハ支持領域１４０ａ－３の上にウエハ１０１を支持するために提供されている。
図６Ｃは、一体型フォーカスリングを備えたモノリシックポケットペデスタルを示す簡略な斜視図である。図６Ｃに示すアセンブリは、中心柱１１９－１上に支持されたモノリシックポケットペデスタル１４０－２を備えており、これは、図６Ａに示すペデスタルと同様の構成を有する。ポケットペデスタル１４０－２は、上面１４０ｘ－２、環状面１４０ｙ－２、および、ウエハ支持面１４０ｚ－２を有する。上面１４０ｘ－２は、環状面１４０ｙ－２を囲む平坦な面であり、ポケットペデスタル１４０－２の環状フォーカス領域の境界を規定する。環状面１４０ｙ－２は、本明細書に記載のように、ウエハをセンタリングして支持するための円錐形ナイフエッジフォームファクタを提供するように傾斜されている。ウエハ支持面１４０ｚ－２は、ウエハ支持面の上にウエハを支持するために、リフトピン穴２５０および複数のＭＣＡ支持体２２４（またはＭＣＡ支持体が中に配置されうる穴）を設けられる。リフトピン穴２５０は、通例、星形パターンに配置され、中心柱１１９－１内に配置されたリフトピンが、ウエハ支持面１４０ｚ－２を貫通し、搬送に向けてウエハの底面（裏面）に係合することを可能にする。
図７～図９は、ウエハエッジとフォーカスリングまたはポケットペデスタルの上面との間のナイフエッジ接触に関するさらなる詳細を示す。図７は、ウエハエッジとフォーカスリングの上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図であり、ウエハの拡大図も含む。図７に示すように、ウエハ１０１は、非エッジ面１０１ａ、エッジ面１０１ｂ、および、底面１０１ｃを有する。非エッジ面１０１ａは、ウエハ１０１のアクティブ上面であり、底面１０１ｃは、ウエハの裏面である。エッジ面１０１ｂは、エッジ移行が始まる点で始まり、これは、ゼロ度基準点を示すラベルを付された垂直の破線によって図７に示されている。エッジ面１０１ｂの中心点は、９０度基準点を示すラベルを付された水平な破線によって示される。この水平な９０度基準線は、ペデスタルのウエハ支持領域の上面（図７に破線１４０ａで示されている）と実質的に平行である。フォーカスリング２００の上面２００ａは、ウエハ１０１のエッジ面１０１ｂとフォーカスリングの上面との間のナイフエッジ接触を可能にするように傾斜されている。図７に示すように、上面は、水平線（例えば、図７に示す破線の水平９０度基準線など）に対して角度θ１だけ傾斜されている。いくつかの実施形態において、角度θ１は、１度～２５度の範囲内にある。当業者であれば、フォーカスリング２００の上面２００ａの傾斜は、２５度を超えてもよいが、かかる急な傾斜では、表面粗さの関数である動摩擦の競合力と重力との間バランスによっては、ウエハがフォーカスリングの上面で滑る可能性があることがわかる。フォーカスリング２００の上面２００ａ上でウエハ１０１が滑ることは、ウエハのセンタリングに悪影響を与えうるだけでなく、粒子生成の増加にもつながりうるため、望ましくない。したがって、一実施形態において、角度θ１は、１度～１５度の範囲内にある。別の実施形態において、角度θ１は、５度～１０度の範囲内にある。
当業者であれば、フォーカスリング２００の傾斜した上面２００ａは、フォーカスリングの環状の形状により、円錐形構成を有することがわかる。図７に示すように、ウエハ１０１のエッジ面１０１ｂは、破線１０１ｘに沿ってウエハの外縁の周りでフォーカスリング２００の上面２００ａと接触する。エッジ面１０１ｂと上面２００ａとの間の接触部分に沿って、ウエハのエッジ面がフォーカスリングの上面と物理接触するところではどこでも、ウエハ１０１の底面１０１ｃ（裏面）へのガス化学物質のアクセスがシーリングによって防止される。かかるナイフエッジ接触を用いてウエハ裏面へのガス化学物質のアクセスを防止することにより、裏面蒸着が低減される。
多くのパラメータ（例えば、ウエハのサイズ、フォーカスリング（またはポケットペデスタル）の環状傾斜領域の角度（θ）、ウエハのエッジ面の曲率など）に応じて、ウエハのエッジ面とフォーカスリングの上面との間のナイフエッジ接触は、ウエハ１０１の下側エッジ部分４００内の異なる位置で起こりうる。図７に示すように、ナイフエッジ接触が起こりうる下側エッジ部分内の領域は、ゼロ度基準点を示す垂直破線に対してわずかな角度に配置された破線４０２から４５度基準点を示すラベルを付された破線までの角度φ１によって規定される。破線４０２は、水平９０度基準線および垂直ゼロ度基準線の交点にある第１点と、エッジ面が、水平な底面１０１ｃから離れて、エッジ面とペデスタル２００の上面２００ａとの間のナイフエッジ接触を可能にするのに十分な曲率に達する点に対応するエッジ面１０１ｂ上の第２点とによって規定される。
図７に示す例において、エッジ面１０１ｂと、フォーカスリング２００の上面２００ａは、破線４０４がエッジ面と交わる点（二次元の図面で示す点）でナイフエッジ接触する。エッジ面１０１ｂと上面２００ａとの間のナイフエッジ接触は、破線１０１ｘで示すように、ウエハ１０１の外縁の周りに広がる（伸びる）。図７において、ナイフエッジ接触は、角度φ２で起こり、この角度は、下側エッジ部分４００内の破線４０２および４０４によって規定される。
図８は、ウエハエッジとポケットペデスタルの環状傾斜領域の上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図であり、ウエハの拡大図も含む。図８に示すように、ウエハ１０１のエッジ面１０１ｂは、破線４０６がエッジ面と交わる点（二次元の図面で示す点）でポケットペデスタル１４０－２の環状傾斜領域（例えば、図４の環状面１４０ｙ－２を参照）とナイフエッジ接触する。エッジ面１０１ｂと環状傾斜領域の面との間のナイフエッジ接触は、破線１０１ｘで示すように、ウエハ１０１の外縁の周りに広がる。ポケットペデスタル１４０－２の環状傾斜領域は、水平線（例えば、水平９０度基準線）に対して角度θ２に配置される。図８において、ナイフエッジ接触は、角度φ３で起こり、この角度は、下側エッジ部分４００内の破線４０２および４０６によって規定される。角度φ３は、図７に示す角度φ２よりも大きい。これは、図８に示すナイフエッジ接触が、図７に示すナイフエッジ接触よりもエッジ面１０１ｂの中心点の近くで起きることを意味する。
図９は、ウエハエッジとペデスタルの環状傾斜領域の上面との間のナイフエッジ接触を示す概略図であり、ウエハの拡大図も含む。図９に示すように、フォーカスリング２００－１は、ペデスタル１４０－１の中央部分のウエハ支持領域１４０ａ－１を囲んでいる。フォーカスリング２００－１は、ウエハ支持領域１４０ａ－１から一段下がったリング支持領域１４０ｂ－１上に載置される。ウエハ１０１のエッジ面１０１ｂは、破線４０８がエッジ面と交わる点（二次元の図面で示す点）でペデスタル１４０－１の環状傾斜領域（例えば、図５の上面２００ａ－１を参照）とナイフエッジ接触する。エッジ面１０１ｂと環状傾斜領域の上面との間のナイフエッジ接触は、破線１０１ｘで示すように、ウエハ１０１の外縁の周りに広がる。フォーカスリング２００－１の環状傾斜領域は、水平線（例えば、水平９０度基準線）に対して角度θ３に配置される。図９において、ナイフエッジ接触は、角度φ４で起こり、この角度は、破線４０２および４０８によって規定される。当業者であれば、ナイフエッジ接触が起きる場所を示す角度（例えば、φ４）は、環状傾斜領域の角度（例えば、角度θ３）に関連することがわかる。例えば、角度を除くすべての関連パラメータが同じであると仮定すると、角度θ２（図８参照）が角度θ３（図９参照）よりも大きければ、角度φ３（図８参照）は角度φ４（図９参照）よりも大きくなる。
ここで、図７を参照すると、フォーカスリング２００の傾斜した上面２００ａは、ペデスタルに対して可変の高さにウエハを載置することを可能にしつつ、ウエハのエッジとフォーカスリングの上面との間のナイフエッジ接触を維持する。したがって、フォーカスリング２００は、所与のウエハサイズのウエハ直径（例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、および、４５０ｍｍ）の変動に対応しつつ、裏面蒸着を低減する。さらに、フォーカスリング２００の傾斜した上面２００ａは、ウエハの可変なボウ（反り）を考慮するために可変温度処理を可能にすることができる。特に、ウエハのボウに関して、ウエハのエッジは、ウエハのボウが凸形であっても凹形であっても、フォーカスリングの上面とのナイフエッジ接触を維持する。当業者によって理解されるように、高い処理温度（例えば、約４００℃）では、ウエハおよびフォーカスリングが、異なる膨張率で膨張する。なぜなら、これらの構成要素は、異なる材料から形成されており、それらの材料が、異なる熱膨張率を有するからである。概して、関連パラメータ（例えば、材料の選択、傾斜、表面の粗さなど）は、ウエハが処理中に平面状態（平坦）であること、または、中心が高い状態（ウエハのエッジがウエハの中心よりも低い状態）で反っていることを保証するように選択される。当業者であれば、上述の原理が、例えば、図８および図９に示す構成にも適用されることがわかる。
フォーカスリングの円錐形上面は、フォーカスリングの導電率によっては、イオン集束にも役立ちうる。例えば、誘電材料または導電材料のいずれかから円錐形フォーカスリングを形成すると、円錐形フォーカスリングとウエハとの間にギャップがないため、従来の（非円錐形）フォーカスリングよりもイオン集束の方向に大きい影響がある。さらに、誘電体の円錐形フォーカスリングの場合、イオンが、ウエハから離れる方に方向付けられうる。高導電率フォーカスリングの場合、イオンが、ウエハに向かって方向付けられうる。さらに、チタンドープセラミックなどの材料が用いられる場合（（例えば、チタンドーピングを変化させることによって）導電率を正確に制御できる）、イオン集束も制御できる。
図１０は、一実施形態例に従って、垂直延長部を備えたフォーカスリングを示す簡略な断面図である。図１０に示すように、ウエハ１０１は、フォーカスリング２００－３の傾斜した上面２００ａ－３上に配置されている。垂直延長部２００ｂ－３は、傾斜した上面２００ａ－３の外周Ｚに対して垂直に伸びる。したがって、垂直延長部２００ｂ－３は、図１０に示す破線の上方に規定された環状領域を含む。垂直延長部２００ｂ－３は、処理領域内の処理ガスの流れベクトルを管理するための流体バッフル構造として機能することで、ウエハの安定化を助けうる。また、垂直延長部２００ｂ－３は、ガス流からのクーロン力または非対称なけん引力によってウエハが滑る場合に、障壁として機能する。当業者であれば、円錐形ナイフエッジフォームファクタを提供するための本明細書に記載の他の構造（例えば、ポケットペデスタル（例えば、図６Ａおよび図６Ｃを参照））に、垂直延長部を組み込んでもよいことがわかる。
図１１は、上述のシステムを制御するための制御モジュール８００を示す。一実施形態において、図１の制御モジュール１１０は、構成要素例の一部を備えてよい。例えば、制御モジュール８００は、プロセッサと、メモリと、１または複数のインターフェースとを備えてよい。制御モジュール８００は、検知された値に部分的に基づいて、システム内の装置を制御するために用いられてよい。単に例として、制御モジュール８００は、検知された値およびその他の制御パラメータに基づいて、バルブ８０２、フィルタヒータ８０４、ポンプ８０６、および、その他の装置８０８の内の１または複数を制御してよい。制御モジュール８００は、単に例として、圧力計８１０、流量計８１２、温度センサ８１４、および／または、その他のセンサ８１６から検知された値を受信する。制御モジュール８００は、前駆体供給および膜蒸着の間に処理条件を制御するためにも用いられてもよい。制御モジュール８００は、通例、１または複数のメモリデバイスと、１または複数のプロセッサとを備える。
制御モジュール８００は、前駆体供給システムおよび蒸着装置の動作を制御してよい。制御モジュール８００は、特定の処理の処理タイミング、供給システムの温度、フィルタにわたる圧力差、バルブポジション、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハチャックまたはペデスタルの位置、ならびに、その他のパラメータを制御するための命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール８００は、圧力差を監視し、蒸気前駆体の供給を１または複数の流路から１または複数のその他の流路に自動的に切り替えてもよい。制御モジュール８００に関連するメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。
通例は、制御モジュール８００に関連したユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ８１８（例えば、装置および／または処理条件の表示スクリーンおよび／またはグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイス８２０とを含んでよい。
処理シーケンスにおける前駆体の供給、蒸着、および、その他の処理を制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。
制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、処理ガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルおよび低周波ＲＦ周波数など）、冷却ガス圧、ならびに、チャンバ壁の温度などの処理条件に関連する。
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されうる。例えば、本発明の蒸着処理を実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。このためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板配置コード、処理ガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、および、プラズマ制御コードを含む。
基板配置プログラムは、ペデスタルまたはチャック上に基板をロードするため、および、基板とチャンバの他の部品（ガス流入口および／またはガスターゲットなど）との間の間隔を制御するために用いられるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを備えてよい。処理ガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、チャンバ内の圧力を安定させるために蒸着の前にチャンバ内にガスを流すためのコードを備えてよい。フィルタ監視プログラムは、測定された差を所定の値と比較するコードおよび／または流路を切り替えるためのコードを含む。圧力制御プログラムは、例えば、チャンバの排気システムのスロットルバルブを調節することにより、チャンバ内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。ヒータ制御プログラムは、前駆体供給システム内の構成要素、基板、および／または、システムのその他の部分を加熱するための加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、ウエハチャックへの熱伝導ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。
蒸着中に監視されうるセンサの例は、マスフローコントロールモジュール、圧力センサ（圧力計８１０など）、ならびに、供給システム、ペデスタル、または、チャックに配置された熱電対（例えば、温度センサ８１４）を含むが、これらに限定されない。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、所望の処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。以上、単一チャンバまたはマルチチャンバの半導体処理ツールにおける本発明の実施形態の実施について説明した。
したがって、実施形態例の開示は、以下の請求項およびそれらの等価物に記載される開示の範囲の例示を意図するものであるが、それらを限定するものではない。理解を深めるために、開示の実施形態例について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。例えば、ペデスタルと組み合わせて用いる、または、ポケットペデスタルに組み込むことに加えて、ナイフエッジ接触を提供するフォーカスリングを、真空チャックと共に利用することができる。以下の特許請求の範囲において、要素および／または工程は、請求項の中で特に言及せず、また、本開示によって暗に求められていない限り、全く特定の動作順序を示すものではない。

Claims (20)

  1. 半導体システムであって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置されているペデスタルであって、基板の中央部分を支持するための中央領域を有するペデスタルと、前記中央領域は、前記基板の前記中央部分を支持するための最小接触面積支持体を少なくとも３つ有しており、
    前記ペデスタルの前記中央領域を囲むよう構成されているフォーカスリングであって、前記フォーカスリングの内側エッジ面と前記フォーカスリングの外側エッジ面との間に広がる環状形状および上面を有するフォーカスリングと、前記上面は、前記内側エッジ面と前記外側エッジ面との間に傾斜を有し、前記上面は、前記中央領域および前記上面の上に存在する際に前記基板にナイフエッジ接触を提供することを備え、前記基板に対する前記ナイフエッジ接触は、前記上面における、前記最小接触面積支持体の頂部と一致する水平面によって規定される位置において生じる、システム。
  2. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記上面は、水平線に対して１度～２５度の範囲の角度で配置される、システム。
  3. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記上面は、水平線に対して１度～１５度の範囲の角度で配置される、システム。
  4. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記上面は、水平線に対して５度～１０度の範囲の角度で配置される、システム。
  5. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記上面は、１～３２Ｒａの範囲の表面粗さを有する、システム。
  6. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記上面は、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有する、システム。
  7. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングは、金属材料、誘電材料、または、コーティングされた材料で構成されている、システム。
  8. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングは、アルミニウムまたはステンレス鋼で構成されている、システム。
  9. 請求項１に記載のシステムであって、前記フォーカスリングは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはイットリア（Ｙ２Ｏ３）で構成されている、システム。
  10. 半導体システムであって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置されているポケットペデスタルであって、基板の中央部分を支持するための中央領域であって、前記基板の前記中央部分を支持するための最小接触面積支持体を少なくとも３つ有する中央領域と、前記中央領域を囲む環状フォーカス領域と、前記中央領域から前記環状フォーカス領域まで広がる環状傾斜領域とを有するポケットペデスタルと、前記環状傾斜領域は、前記中央領域および前記環状傾斜領域の上に存在する際に前記基板にナイフエッジ接触を提供する環状支持を規定すること、
    を備え、前記基板に対する前記ナイフエッジ接触は、前記環状傾斜領域における、前記最小接触面積支持体の頂部と一致する水平面によって規定される位置において生じる、システム。
  11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記環状傾斜領域は、円錐形構成を有する、システム。
  12. 請求項１０に記載のシステムであって、前記ポケットペデスタルの前記環状傾斜領域は、水平線に対して１度～２５度の範囲の角度で配置される、システム。
  13. 請求項１０に記載のシステムであって、前記ポケットペデスタルの前記環状傾斜領域は、水平線に対して１度～１５度の範囲の角度で配置される、システム。
  14. 請求項１０に記載のシステムであって、前記ポケットペデスタルの前記環状傾斜領域は、水平線に対して５度～１０度の範囲の角度で配置される、システム。
  15. 請求項１０に記載のシステムであって、前記環状傾斜領域は、１～３２Ｒａの範囲の表面粗さを有する、システム。
  16. 請求項１０に記載のシステムであって、前記環状傾斜領域は、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有する、システム。
  17. 半導体システムであって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置されているペデスタルであって、基板の中央部分を支持するための中央領域と、前記中央領域を囲む外周領域とを有するペデスタルと、前記中央領域は、前記基板の前記中央部分を支持するための最小接触面積支持体を少なくとも３つ有しており、前記外周領域は、前記中央領域から一段下がっており、
    前記ペデスタルの前記中央領域を囲むよう構成されているフォーカスリングであって、前記ペデスタルの前記外周領域の上に配置され、前記フォーカスリングの内側部分と前記フォーカスリングの外側部分との間に広がる環状支持領域を有するフォーカスリングと、前記環状支持領域は、水平線に対して１度～１５度の範囲の角度で配置され、前記環状支持領域は、２～１５Ｒａの範囲の表面粗さを有し、前記環状支持領域は、前記中央領域および前記環状支持領域の上に存在する際に前記基板にナイフエッジ接触を提供すること、
    を備え、前記基板に対する前記ナイフエッジ接触は、前記環状支持領域における、前記最小接触面積支持体の頂部と一致する水平面によって規定される位置において生じる、システム。
  18. 請求項１７に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記環状支持領域と、存在する時の前記基板との間の前記ナイフエッジ接触は、裏面蒸着を低減するのに十分な程度まで前記基板の裏面へのガス化学物質のアクセスをシーリングして防止する、システム。
  19. 請求項１７に記載のシステムであって、前記フォーカスリングの前記環状支持領域は、水平線に対して５度～１０度の範囲の角度で配置される、システム。
  20. 請求項１７に記載のシステムであって、前記フォーカスリングは、アルミニウム、ステンレス鋼、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および、イットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる群より選択された材料で構成されている、システム。
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