JP7682966B2 - Ｕｍベース構成 - Google Patents

Description

（技術分野）
本開示の実施形態は、一般に、静電チャック用のボンディング層に関する。
（関連技術の説明）

静電チャックは様々な製造及び処理作業で用いられる。半導体製造において、静電チャックは、通常、処理チャンバ内で基板を支持するのに用いられる。半導体製造により、静電チャックを含む基板支持体は、処理チャンバの環境及び周囲温度と基板処理温度との間の範囲の温度に曝される。基板の温度を所望の設定値に維持するため、セラミックから形成される静電チャックは、温度制御ベースに接続される。セラミックチャック部と温度制御ベースとの間の伝導性のボンディング材料はこれら２つを連結する。

基板支持体はボンディング材料を含んでおり、ボンディング材料は、基板支持体を貫通するいずれかの裏面ガス流路において静電チャックと冷却ベースとの間の界面で露出している。基板支持体は、製造処理の処理ガス及び処理反応副産物に曝される。これらのガス及び副産物の中には、ボンディング材料と接触するとボンディング材料を劣化させるものもある。ボンディング材料におけるむらは、その製造及び形成の際にも生じる。接着強度及び材料特性におけるこれらのばらつきは、ボンディング材料を静電チャック及び温度制御ベースから剥離させる、又は、ボンディング材料での熱伝達を局所的に変化させる可能性があり、これは静電チャックのチャック面にわたって温度のばらつきを引き起こす。更に、静電チャックと温度制御ベースとが異なる熱膨張係数をもつこともある。基板支持体の温度が処理作業中等に上昇すると、又は誘電体と温度制御ベースとの温度が異なると、静電チャックと温度制御ベースとで熱膨張が異なることによりボンディング材料における応力が増加する。この応力の増加により、局所的な応力がボンディング材料のボンディング強度を上回るとボンディング材料の局所的な剥離が引き起こされる可能性がある。

概要

本開示は、一般に、金属体にセラミック体を固定するボンディング層に関する。フローアパーチャは本体を貫通する。プラグ及びシールはオプションでフローアパーチャ内に配置され、ボンディング層を保護する。ある実施形態では、ボンディング層は２つの層を備え、段階的な接合プロファイルを形成してもよい。

本開示の上述した構成を詳細に理解することができるように、上で簡単に要約した開示のより具体的な説明を実施形態を参照しながら行う。実施形態のいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態のみを示し、それ故、その範囲を限定すると解釈されず、他の同様に効果的な実施形態を含み得ること留意すべきである。
例示的な基板支持体の断面概略図である。 ～ 一実施形態による静電チャックと温度制御部材とを一緒に固定するボンディング構造の断面概略図である。 一実施形態による静電チャックと温度制御部材とを一緒に固定するボンディング構造の断面概略図である。 一実施形態による静電チャックと温度制御部材とを一緒に固定するボンディング構造の断面概略図である。

理解を容易にするために、可能な限り同一の参照番号を用いて、図面で共通する同一の要素を示した。一実施形態の要素及び構成は、それらを他の実施形態に対して更に引用することなく、他の実施形態に有益に組み込んでもよいと考えられる。

詳細な説明

本開示は、静電チャックを温度制御ベースに接合する方法である。実施形態によると、ボンディング層は、静電チャックを備える誘電体と温度制御ベースとの間に形成される。フローアパーチャは誘電体を貫通し、温度制御ベース内のフローアパーチャと整合する。ボンディング層は開口部を有して構成され、開口部は誘電体及び温度制御ベースのアパーチャと整合する。一態様では、多孔性のプラグをフローアパーチャ内に配置して、ボンディング層をフローアパーチャ内に存在するガスから保護してもよい。他の態様では、シールをフローアパーチャ内に配置して、ボンディング層をフローアパーチャ内に存在するガスに対して密閉する。

図１は、処理チャンバ内で用いられる基板支持体の例示的な概略断面図である。基板支持体１００は、静電チャックを構成する誘電体１０２と温度制御ベース１０４とを備える。誘電体はセラミック材料（例えば、アルミナ又は窒化アルミナ）を含む。温度制御ベース１０４は金属（例えば、アルミニウム）を含む。温度制御ベース１０４は円筒状の支持柱（図示せず）に固定され、支持柱は処理チャンバの壁を貫通して基板支持体１００を支持する。代替的に、温度制御ベースをチャンバ内部のベースに固定することもできる。基板支持体１００は、一般的に、円形形状を有するが、基板を支持することができる他の形状、例えば長方形状あるいは卵状を用いることができる。ボンディング層１０６は、温度制御ベース１０４に面している誘電体１０２の下面と、温度制御ベース１０４の円筒状支持柱の反対側にあり、誘電体１０２に面している上面との間に配置される。基板Ｗは、ボンディング層１０６の反対側の面である誘電体１０２の上面上に脱着可能に配置することができる。ボンディング層１０６は誘電体１０２を温度制御ベース１０４に固定し、かつ熱的に接続する。

電極１０８は誘電体１０２内に配置される。電極１０８は電源（図示せず）に接続され、電源は電極に電圧を印加して誘電体１０２の上面と基板Ｗとの界面において電磁界を形成する。電磁界は基板Ｗに相互に作用して、基板Ｗを誘電体１０２の表面にチャックする。電極にバイアスをかけてモノポーラ又はバイポーラチャックを提供してもよい。

温度制御ベース１０４内に配置されたチャネル１１０は、温度制御ベース１０４内で流体を循環させる。流体は、典型的には、Ｇａｌｄｅｎ（商標名）のような液体であり、温度制御ユニット（図示せず）からチャネル１１０を通り、温度制御ユニットに戻る。ある処理では、流体は、誘電体１０２及びその上に配置された基板Ｗの温度を下げる目的で、温度制御ベース１０４を冷却するために用いられる。反対に、流体は温度制御ベース１０４の温度を上げて、誘電体１０２及びその上の基板Ｗを加熱するために用いられてもよい。他の実施形態では、抵抗ヒータ（図示せず）を温度制御ベース内に配置してもよい。場合によっては、抵抗ヒータからの熱を、温度制御ベース１０４から流体への熱伝達と合わせて、誘電体１０２又は基板Ｗを設定温度に維持するために用いてもよい。

フローアパーチャ１１２は基板支持体１００内に配置される。図１に示すように、フローアパーチャ１１２は、誘電体１０２、ボンディング層１０６、及び温度制御ベース１０４を貫通するように形成される。この構成において、フローアパーチャ１１２から導入されたガスは、基板Ｗの誘電体１０２に面する側と誘電体１０２の対向面との間の領域に存在する。ガスは、基板Ｗと誘電体１０２との間で熱伝導路としてガスを機能させるのに十分な圧力に維持される。ガス源（図示せず）はフローアパーチャ１１２に接続されている。処理時には、ヘリウムのようなガスがガス源から流れ、フローアパーチャ１１２を介して基板Ｗの下面（この面はチャンバの処理エリアには露出しない）に送られる。ガスによっては、フローアパーチャ１１２でガスに曝されるボンディング層１０６を劣化させることが知られている。

図２Ａ及び図２Ｂは、誘電体１０２、温度制御ベース１０４、及び中間ボンディング層１０６の断面概略図である。図２Ａ～図２Ｂにおいて、基板支持体１００は、図１のものと同様の誘電体１０２及び温度制御ベース１０４を備える。ここで、ボンディング層１０６は、二部層１０６ａ、１０６ｂを備える。図２Ａ～図２Ｂの実施形態では、ボンディング層１０６ａ、１０６ｂはボンディング材料の複数枚のシートを備える。ボンディング層１０６ａ、１０６ｂは、有機材料（例えば、シリコーン、アクリル、パーフルオロポリマー、又はこれらの組み合わせ）を含むが、他の材料も考えられる。ある実施形態では、ボンディング層３０６は無機材料（例えばアルミナ、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素）を追加的に含み、ボンディング層３０６の特定の性質（例えば、熱伝導性）を向上させる。ボンディング層１０６ａは、誘電体１０２の表面２０８上に配置される。ボンディング層１０６ｂは、温度制御ベース１０４の対向面２１０上に配置される。ボンディング層１０６ａ、１０６ｂは、それらで完成されたボンディング層１０６を形成する（図２Ｂ）前に、誘電体１０２及び温度制御ベース１０４にそれぞれ接着され（図２Ａ）、それによりボンディング材料の接合性を向上させ、かつボンディング材料の厚さの均一性を高める。最終的なボンディング層１０６は硬化処理によって形成される。ボンディング層１０６は、約１００マイクロメートルから８００マイクロメートルの範囲の厚さを有する可能性があり、必要に応じて、より厚く又は薄く形成されて所望の材料特性、接合強度、及び誘電体１０２と温度制御ベース１０４との間での熱伝導特性を実現してもよい。図２Ａ～２Ｂでは、ボンディング材料のシートが用いられているが、ボンディング層を形成可能ないかなる方法（例えば、キャスティング、ペースト塗布、誘電体１０２及び温度制御ベース１０４のそれぞれの表面上でのボンディング材料のスプレー又は成型）を用いてもよいと理解される。更に、異なる数の層を、ボンディング層１０６を形成するのに用いてもよい。

フローアパーチャ１１２は基板支持体１００を貫通する。説明を簡単にするために図２Ａ～２Ｂには１つのフローアパーチャを示しているが、複数のアパーチャを用いてもよいと理解される。フローアパーチャ１１２は、誘電体１０２、ボンディング層１０６、及び温度制御ベース１０４を貫いて形成される。フローアパーチャ１１２の温度制御ベース１０４内に配置された部分は２つの部分を備える。第１部分は、温度制御ベース１０４の本体中央の方に誘電体１０２に対向する面２１０から内側に伸びる。第１部分は、温度制御ベース１０４を部分的に貫通しており、円筒状の凹部２１２を形成するカウンターボアである。第２部分は凹部２１２から温度制御ベース１０４の残りの部分を通って伸び、円形の断面を有する。第１部分及び第２部分は、図２Ａ～２Ｂに示すように、第２部分の直径が第１部分の直径よりも小さいような直径をそれぞれ有する。ボンディング層１０６は温度制御ベース１０４の表面２１０に隣接して配置される。開口部がボンディング層１０６ａ、１０６ｂのそれぞれを貫いて形成され、これらの開口部は凹部２１２の中央に整合し、各ボンディング層１０６ａ、１０６Ｂを貫くアパーチャを形成する。ボンディング層１０６ｂの開口部２１４は、凹部２１２の直径以上の直径を有する。ボンディング層１０６ａの開口部２１６は、開口部２１４よりも小さい直径を有する。ある実施形態では、開口部２１６は凹部２１２の直径と実質的に等しい直径を有してもよい。ボンディング層１０６を貫く開口部２１４、２１６は、ボンディング層１０６ａ、１０６ｂが図２Ｂに示すように組み合わせられた際に、「段階的な接合」を形成する。

一連のベーン２１８が誘電体１０２内に形成されており、これらは、凹部２１２及び開口部２１４、２１６に整合して部分的にフローアパーチャ１１２を規定するように構成される。誘電体１０２の隣接する側壁と共に３つの通路を規定する２個のベーンが図２Ａ～図２Ｂには示されているが、適用可能な任意の枚数のベーンを本明細書の実施形態で実施することができる。プラグ２２０は、誘電体１０２内にオプションで配置され、フローアパーチャ１１２に整合する。プラグ２２０はセラミックのような多孔性材料から形成され、セラミックはアルミナ又はジルコニアであってよい。プラグ２２０は、多孔性（例えば１０％～８０％の範囲の多孔率）を有し、これによって、凹部２１２から開口部２１４、２１６を経てベーン２１８の間の通路までのガスの通路を可能にし、誘電体１０２上に支持されたときの基板Ｗと誘電体１０２との間のエリアと流体的に連通する。更に、プラグ２２０は、基板Ｗが誘電体１０２上にないときに、粒子、イオン化した粒子、又はイオン化したガスが、処理エリアからベーン２１８の間の通路を経て、開口部２１４、２１６によって規定されるガス容積エリアへと至るのを防ぐ。

図２Ａ～２Ｂに示す段階的な接合は、有利なことに、２部層の形成、その後の完成したボンディング層の形成によって、ボンディング層の均一性を高める。ボンディング材料の均一性を高めることによって、処理ガスに曝されることによるボンディング材料の劣化に対する耐性を高めることができる。更に、誘電体と温度制御ベースとの間のボンディング層に亘って接着がむらのないものとなり、温度制御ベース及び誘電体の一方又は両方の熱膨張によって引き起こされる応力による局所的な剥離を防ぐ。

図３は、図１及び図２Ａ～２Ｂのものと同様の基板支持体１００の概略断面を示す。図３の基板支持体１００は図１～２Ｂと同一の構成要素を含み、これらは同一の参照番号を共有して、簡潔のために説明されない。ボンディング層３０６は、誘電体１０２と温度制御ベース１０４との間に配置され、誘電体１０２と温度制御ベース１０４とを一緒に固定する。図３の実施形態では、１枚のシートのボンディング材料が用いられる。しかし、ボンディング材料を付加する他の方法（例えば、キャスティング、ペースト塗布、スプレー又は成型、又は複数層のシート材料の使用）が理解される。ボンディング層３０６は、有機材料（例えば、シリコーン、アクリル、パーフルオロポリマー、又はこれらの組み合わせ）を含むが、接合を形成可能な他の材料が考えられている。ある実施形態では、ボンディング層３０６は無機材料（例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素）を追加的に含み、ボンディング層３０６の特定の性質（例えば、熱伝導性）を向上させる。環状の開口部３０２がボンディング層３０６を貫いて形成され、円筒状の凹部２１２及びベーン２１８と整合するように構成される。凹部２１２及びベーン２１８は環状の開口部３０２との組み合わせで、フローアパーチャ１１２を部分的に規定する。再度、１つのフローアパーチャ１１２が図３に示されているが、適用可能な任意の数のアパーチャを用いてもよい。開口部３０２の直径は円筒状の凹部２１２の直径より小さく、これによって、ボンディング層３０６の縁を凹部２１２の上方に位置させることでショルダーが形成される。ショルダー及び開口部３０２は、オプションで配置されるベーン２１８又はプラグ２２０へのガス流に対するチョークとして機能する。また、開口部３０２はプラグ２２０の直径より小さい直径を有し、これによって、ボンディング層３０６が図３に示すようにプラグ２２０の下に伸びる。ここで、プラグ２２０が再度用いられ、処理環境からの粒子、イオン化された材料粒子、又はイオン化されたガスが、誘電体１０２上に基板Ｗが存在しないときにボンディング材料に達することを防ぐ。凹部２１２の上方までボンディング層３０６を伸ばすことによって、腐食性の処理ガスに曝される温度制御ベース１０４の表面積が減少し、これによって、金属製の温度制御ベース１０４の腐食を著しく低減する。

図４は、図１～図３のものと同様の基板支持体１００を示し、同一の構成要素は同一の参照番号を共有する。再度、簡潔のために同一の構成要素の説明はしない。ボンディング層４０６は、誘電体１０２と温度制御ベース１０４との間に配置され、かつこれらを一緒に固定する。１つのフローアパーチャ１１２が基板支持体１００内に配置されるように示されるが、適用可能な任意の個数が用いられてもよい。環状の開口部４１４がボンディング層４０６を貫いて形成され、フローアパーチャ１１２を部分的に規定する。開口部４１４は円筒状の凹部２１２よりも実質的に大きい直径を有する。Ｏリングのようなシール４０４は、開口部４１４の拡張された直径内にオプションで配置される。シール４０４は、フローアパーチャ１１２内を流れるガスに対してボンディング層４０６を密閉するように機能する。シール４０４は、ガスケミストリによる劣化に耐えることが可能な材料を含む。ある実施形態では、シール４０４は、ポリマー（例えば、パーフルオロポリマー（例えばＶｉｔｏｎ（登録商標）又はＸＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又は、シリコーン）を含む。追加的な石油系ポリマーのような他の材料も考えられる。フローアパーチャ１１２を流れる処理ガスとの接触に適した任意の材料を用いてよい。

図２Ａ～図３のプラグ２２０と類似するプラグ４２０は、ベーン２１８に隣接して誘電体１０２内にオプションで配置される。プラグ４２０とベーン２１８とは一体で設けられてもよい。プラグ４２０はセラミックのような多孔性材料を含む。その多孔性は、例えば１０％～８０％の多孔率の範囲を有し、これによって、プラグ４２０を通って、ベーン２１８が誘電体１０２の隣接する側壁とともに規定する通路へのガスの流れを可能にする。プラグ４２０も、プラグ２２０と同様に、誘電体１０２上に基板Ｗが存在しないときに、イオン化された材料粒子及びイオン化されたガスが処理環境からボンディング材料に到達することを防ぐために使用される。プラグ４２０はリング４０８を受けるように構成されている。リング４０８はシール４０４に隣接して配置され、シール４０４及びプラグ４０２の両方と接する。リング４０８は金属又はセラミック材料を含んでもよい。リング４０８はシール４０４用の改良されたシール表面を提供する。シール４０４はリング４０８と接して第１のシールポイントを形成する。リング４０８の反対では、シール４０４は温度制御ベース１０４と接して第２のシールポイントを形成する。第１のシールポイント及び第２のシールポイントは、ガスがシール４０４を迂回するのを防ぎ、ボンディング層４０６をフローアパーチャ１１２内のガスから隔離する。本明細書の実施形態は、ボンディング層４０６を処理ガスから保護する改良されたシールを提供し、これによって、ボンディング材料の寿命及び耐久性を向上させる。

ある実施形態では、ボンディング層４０６のボンディング材料は、１つ以上の所望の特性（例えば熱伝達又は高温接着性）を向上させるように選択することができる。所望の特性を有する材料の中には、逆に、フローアパーチャ１１２内の処理ガスに曝されることで引き起こされる劣化に対する耐性に劣るものもある。図４に示されるシール４０４及びリング４０８を用いると、シール４０４がボンディング層４０６を処理ガスから隔離するので、耐性の低い材料をボンディング材料として選択することができる。第２のシール（図示せず）をボンディング層４０６の外周に配置して、それにより、シール４０４、誘電体１０２、及び温度制御ベース１０４との組み合わせでボンディング層４０６をカプセル化してもよい。従って、基板支持体１００は、所望の特性をもつボンディング層を、ボンディング層の寿命及び耐久性を減らすことなく有することができる。

本明細書で開示された実施形態は静電チャックに限定されないことが理解される。実施形態は、ボンディング層を用いるいかなる構成で実施することができる。更に、本明細書で開示された例示的なジオメトリは実施形態の範囲を限定しないことが理解される。フローアパーチャ及び物体の他のジオメトリが考えられた。

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (20)

1. 基板支持体のボンディング層構造であって、
   貫通するアパーチャを有する第１の本体と、
   貫通するアパーチャを有する第２の本体と、
   第１の本体と第２の本体の間に配置されたボンディング層と、
   ボンディング材料層を貫通して形成された開口部であって、開口部の直径が第２の本体を貫通するアパーチャの幅よりも実質的に大きい開口部と、
   第１の本体を貫通するアパーチャに隣接して配置されたプラグと、
   ボンディング層の開口部内に配置され、開口部からボンディング層をシールするシールと、
   プラグとシールの間に配置されたリングであって、リングの表面がシールのシール面を画定するリングを備える、ボンディング層構造。
2. 第１の本体のアパーチャ、第２の本体のアパーチャ、及びボンディング層を貫通する開口部の中心が、その中を延びる軸に沿って位置合わせされている、請求項１に記載のボンディング層構造。
3. ボンディング層がボンディング材料のシートを含む、請求項１に記載のボンディング層構造。
4. ボンディング層が有機材料を含む、請求項１に記載のボンディング層構造。
5. 有機材料は、シリコーン、アクリル、又はパーフルオロポリマーを含む、請求項４に記載のボンディング層構造。
6. 開口部の直径はプラグの幅よりも小さい、請求項１に記載のボンディング層構造。
7. シールはＯリングを含む、請求項１に記載のボンディング層構造。
8. 第１の本体は静電チャックを含む、請求項１に記載のボンディング層構造。
9. 第２の本体は温度制御ベースを含む、請求項１に記載のボンディング層構造。
10. 基板支持体のボンディング層構造であって、
    貫通する第１のアパーチャを有する静電チャックと、
    貫通する第２のアパーチャを有する温度制御ベースと、
    静電チャックと温度制御ベースの間に配置されたボンディング層と、
    ボンディング材料層を貫通して形成された開口部であって、開口部の直径が第２のアパーチャの幅よりも実質的に大きい開口部と、
    第１のアパーチャに隣接して配置されたプラグと、
    ボンディング層の開口部内に配置され、開口部からボンディング層をシールするシールと、
    プラグとシールとの間に配置された金属又はセラミックリングであって、リングの表面がシールのシール面を規定するリングを備える、ボンディング層構造。
11. 第１のアパーチャ、第２のアパーチャ、及びボンディング層を貫通する開口部の中心が、そこを貫通する軸に沿って整列している、請求項１０に記載のボンディング層構造。
12. ボンディング層がボンディング材料のシートを含む、請求項１０に記載のボンディング層構造。
13. ボンディング層が有機材料を含む、請求項１０に記載のボンディング層構造。
14. 有機材料がシリコーン、アクリル、又はパーフルオロポリマーを含む、請求項１３に記載のボンディング層構造。
15. シールがＯリングを含む、請求項１０に記載のボンディング層構造。
16. 基板支持体のボンディング層構造であって、
    貫通する第１のアパーチャを有する静電チャックと、
    貫通する第２のアパーチャを有する温度制御ベースと、
    静電チャックと温度制御ベースとの間に配置されたボンディング層と、
    ボンディング材料層を貫通して形成された開口部であって、開口部の直径が第２のアパーチャの幅よりも実質的に大きい開口部と、
    第１のアパーチャ内に配置されたプラグであって、プラグの幅が開口部の直径と実質的に同じであるプラグと、
    ボンディング層の開口部内に配置され、開口部からボンディング層をシールするポリマーシールと、
    プラグとシールとの間に配置された金属又はセラミックリングであって、リングの表面がシールのシール面を画定するリングを備える、ボンディング層構造。
17. 第１の開口部、第２のアパーチャ、及びボンディング層を貫通する開口部の中心が、そこを貫通する軸に沿って位置合わせされている、請求項１６に記載のボンディング層構造。
18. ボンディング層がボンディング材料のシートを含む、請求項１６に記載のボンディング層構造。
19. ボンディング層が有機材料を含む、請求項１６に記載のボンディング層構造。
20. 有機材料がシリコーン、アクリル、又はパーフルオロポリマーを含む、請求項１９に記載のボンディング層構造。