JP2001250816A - 高温静電チャック - Google Patents
高温静電チャックInfo
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- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 高温静電チャックを提供すること。
【解決手段】 チャック体と熱伝達体との間に膨張ジョ
イントを有する高温静電チャック。膨張ジョイントは、
ハーメチックシールを提供し、チャック体と熱伝達体と
の間の熱膨張の差を吸収し、かつ／またはチャック体か
ら熱伝達体への熱伝導量を制御する。チャック体の面と
該面から離隔された熱伝達体の面との間のプレナムは、
ヘリウムなどの熱伝達ガスで充填され、熱伝達ガスは、
チャック体上に支持された基板の背面冷却のためにチャ
ック体のリフト・ピン・ホールなどのガス通路を通過す
る。プレナム内の熱伝達ガスは、また、チャック体から
熱伝達体へ熱を伝導する。２００℃を超える温度でチャ
ックが動作できることによって、低揮発性エッチング製
品を揮発させるために高温でのエッチングが必要となる
Ｐｔなどの貴金属のプラズマ・エッチング用にチャック
体を使用することが可能になる。
イントを有する高温静電チャック。膨張ジョイントは、
ハーメチックシールを提供し、チャック体と熱伝達体と
の間の熱膨張の差を吸収し、かつ／またはチャック体か
ら熱伝達体への熱伝導量を制御する。チャック体の面と
該面から離隔された熱伝達体の面との間のプレナムは、
ヘリウムなどの熱伝達ガスで充填され、熱伝達ガスは、
チャック体上に支持された基板の背面冷却のためにチャ
ック体のリフト・ピン・ホールなどのガス通路を通過す
る。プレナム内の熱伝達ガスは、また、チャック体から
熱伝達体へ熱を伝導する。２００℃を超える温度でチャ
ックが動作できることによって、低揮発性エッチング製
品を揮発させるために高温でのエッチングが必要となる
Ｐｔなどの貴金属のプラズマ・エッチング用にチャック
体を使用することが可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハな
どの基板の処理に有用な静電チャック（ＥＳＣ）に関す
る。ＥＳＣは、エッチングまたは堆積プロセスが行われ
るプラズマ反応チャンバ内で半導体基板を支持するため
に使用され得る。ＥＳＣは、低温で揮発しない白金など
の材料の高温プラズマエッチングに対して、特に有用で
ある。
どの基板の処理に有用な静電チャック（ＥＳＣ）に関す
る。ＥＳＣは、エッチングまたは堆積プロセスが行われ
るプラズマ反応チャンバ内で半導体基板を支持するため
に使用され得る。ＥＳＣは、低温で揮発しない白金など
の材料の高温プラズマエッチングに対して、特に有用で
ある。
【０００２】
【従来の技術】真空処理チャンバは、一般に、真空チャ
ンバにエッチングガスまたは堆積ガスを供給すること、
および、ＲＦ場をガスに印加してガスをプラズマ状態に
励起することによって、基板上の材料をエッチングし又
は化学気相成長（ＣＶＤ）させるために使用される。誘
導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも称する平行平板のトラン
スフォーマー結合プラズマ（ＴＣＰ）反応室、および電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）反応室の例が、本出願
人所有の米国特許第４３４０４６２号、第４９４８４５
８号、および第５２００２３２号で開示されている。真
空処理チャンバは、通常、その中で行われるプロセスに
依存する性能仕様に合致するように設計される。したが
って、特定のプラズマ発生源、真空排気構成、および特
定の処理チャンバに関連する基板支持体は、性能仕様に
合致するようにカスタマイズ或いは特別に設計されなけ
ればならない。
ンバにエッチングガスまたは堆積ガスを供給すること、
および、ＲＦ場をガスに印加してガスをプラズマ状態に
励起することによって、基板上の材料をエッチングし又
は化学気相成長（ＣＶＤ）させるために使用される。誘
導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも称する平行平板のトラン
スフォーマー結合プラズマ（ＴＣＰ）反応室、および電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）反応室の例が、本出願
人所有の米国特許第４３４０４６２号、第４９４８４５
８号、および第５２００２３２号で開示されている。真
空処理チャンバは、通常、その中で行われるプロセスに
依存する性能仕様に合致するように設計される。したが
って、特定のプラズマ発生源、真空排気構成、および特
定の処理チャンバに関連する基板支持体は、性能仕様に
合致するようにカスタマイズ或いは特別に設計されなけ
ればならない。
【０００３】基板は、通常、処理中に基板ホルダによっ
て真空チャンバ内の定位置に保持される。従来の基板ホ
ルダは、機械的クランプおよび静電クランプ（ＥＳＣ）
を含む。機械クランプおよびＥＳＣ基板ホルダの例は、
本出願人所有の米国特許第５２６２０２９号、および１
９９５年３月１０日出願の本出願人所有の米国出願第０
８／４０１５２４号に開示されている。電極の形状の基
板ホルダは、米国特許第４５７９６１８号で開示されて
いるように、チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給でき
る。
て真空チャンバ内の定位置に保持される。従来の基板ホ
ルダは、機械的クランプおよび静電クランプ（ＥＳＣ）
を含む。機械クランプおよびＥＳＣ基板ホルダの例は、
本出願人所有の米国特許第５２６２０２９号、および１
９９５年３月１０日出願の本出願人所有の米国出願第０
８／４０１５２４号に開示されている。電極の形状の基
板ホルダは、米国特許第４５７９６１８号で開示されて
いるように、チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給でき
る。
【０００４】フラット・パネル・ディスレイを含む基板
およびより小さい基板は、特定の処理工程の際に、基板
ホルダによって冷却され得る。そのような冷却は、基板
ホルダとそれに対向する基板表面との間にヘリウムなど
の不活性ガスを適用することによって行われる。たとえ
ば、米国特許第５１６０１５２号、第５２３８４９９
号、第５３５０４７９号、および第５５３４８１６号を
参照されたい。冷却ガスは、通常、基板ホルダにあるチ
ャネルまたは溝のパターンに供給され、基板に対して背
圧を加える。単極型静電チャックでは、単一の電極を使
用する。たとえば、米国特許第４６６５４６３号を参照
されたい。双極型静電チャックでは、誘電体層によって
分離された２枚の帯電されたキャパシタ極板間の相互引
力を用いる。たとえば、米国特許第４６９２８３６号、
および第５０５５９６４号を参照されたい。
およびより小さい基板は、特定の処理工程の際に、基板
ホルダによって冷却され得る。そのような冷却は、基板
ホルダとそれに対向する基板表面との間にヘリウムなど
の不活性ガスを適用することによって行われる。たとえ
ば、米国特許第５１６０１５２号、第５２３８４９９
号、第５３５０４７９号、および第５５３４８１６号を
参照されたい。冷却ガスは、通常、基板ホルダにあるチ
ャネルまたは溝のパターンに供給され、基板に対して背
圧を加える。単極型静電チャックでは、単一の電極を使
用する。たとえば、米国特許第４６６５４６３号を参照
されたい。双極型静電チャックでは、誘電体層によって
分離された２枚の帯電されたキャパシタ極板間の相互引
力を用いる。たとえば、米国特許第４６９２８３６号、
および第５０５５９６４号を参照されたい。
【０００５】真空処理チャンバ用の基板支持体は、通
常、チャンバの底部壁に装着されており、保守作業、お
よび基板支持体の交換を困難するとともに時間を浪費す
るものにする。そのような底部に装着された基板支持体
は、米国特許第４３４０４６２号、第４５３４８１６
号、第４５７９６１８号、第４６１５７５５号、第４９
４８４５８号、第５２００２３２号、および第５２６２
０２９号に見ることができる。片持ちにされた支持体構
成が、本出願人所有の米国特許第５８２０７２３号、お
よび第５９４８７０４号に記載されている。
常、チャンバの底部壁に装着されており、保守作業、お
よび基板支持体の交換を困難するとともに時間を浪費す
るものにする。そのような底部に装着された基板支持体
は、米国特許第４３４０４６２号、第４５３４８１６
号、第４５７９６１８号、第４６１５７５５号、第４９
４８４５８号、第５２００２３２号、および第５２６２
０２９号に見ることができる。片持ちにされた支持体構
成が、本出願人所有の米国特許第５８２０７２３号、お
よび第５９４８７０４号に記載されている。
【０００６】クランプ電極およびヒータ・エレメントを
組み込んだ高温静電チャックが、化学成長チャンバで使
用するために提案されている。たとえば、米国特許第５
７３０８０３号、第５８６７３５９号、第５９０８３３
４号、および第５９６８２７３号、ならびに欧州特許公
開公報６２８６４４Ａ２を参照されたい。これらのう
ち、欧州特許公開公報６２８６４４は、貫通した孔によ
りメッシュが形成されたＲＦ金属電極板とそれに組み込
まれたヒータとを有する窒化アルミニウム・チャック体
を開示している。このチャック体は、チャック体の外周
がシリンダを越えて延在するようにアルミナ・シリンダ
上に支持される。米国特許第５７３０８０３号は、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｗ−Ｍｏの電気グリッドとそれに組み込まれた
Ｍｏヒータ・コイル・ワイヤとを有する窒化ケイ素また
はアルミナ製のチャック体を開示している。このチャッ
ク体は、ＣｕまたはＡｌの水冷冷却板を囲むＭｏヒート
・チョーク・シリンダによって支持される。この冷却板
は熱グリースを介してチャック体と熱接触し、熱グリー
スによってチャック体と冷却板との膨張の差が許容され
る。米国特許第５８６７３５９号は５００℃程度の温度
で動作するチャックを開示している。このチャックは、
ニオビウム電極の反対側にろうづけされたサファイア
（単結晶Ａｌ２Ｏ３）層と金属ベース板にろうづけされ
たそのアセンブリとを含む。米国特許第５９０８３３４
号は１７５℃を超える温度で使用するチャックを開示し
ている。このチャックは、単極型または双極型電極の両
側にポリイミド膜を含み、下方のポリイミド膜はステン
レス鋼プラテンに自己接着される。米国特許第５９６８
２７３号は、窒化アルミニウム最上層、電極、窒化アル
ミニウム層、金属板、ヒータ、金属板、およびアルミニ
ウム複合物を含む層状チャック体を開示している。この
チャック体は、チャック体の外周がシリンダを越えて延
在するように、シリンダによって支持される。
組み込んだ高温静電チャックが、化学成長チャンバで使
用するために提案されている。たとえば、米国特許第５
７３０８０３号、第５８６７３５９号、第５９０８３３
４号、および第５９６８２７３号、ならびに欧州特許公
開公報６２８６４４Ａ２を参照されたい。これらのう
ち、欧州特許公開公報６２８６４４は、貫通した孔によ
りメッシュが形成されたＲＦ金属電極板とそれに組み込
まれたヒータとを有する窒化アルミニウム・チャック体
を開示している。このチャック体は、チャック体の外周
がシリンダを越えて延在するようにアルミナ・シリンダ
上に支持される。米国特許第５７３０８０３号は、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｗ−Ｍｏの電気グリッドとそれに組み込まれた
Ｍｏヒータ・コイル・ワイヤとを有する窒化ケイ素また
はアルミナ製のチャック体を開示している。このチャッ
ク体は、ＣｕまたはＡｌの水冷冷却板を囲むＭｏヒート
・チョーク・シリンダによって支持される。この冷却板
は熱グリースを介してチャック体と熱接触し、熱グリー
スによってチャック体と冷却板との膨張の差が許容され
る。米国特許第５８６７３５９号は５００℃程度の温度
で動作するチャックを開示している。このチャックは、
ニオビウム電極の反対側にろうづけされたサファイア
（単結晶Ａｌ２Ｏ３）層と金属ベース板にろうづけされ
たそのアセンブリとを含む。米国特許第５９０８３３４
号は１７５℃を超える温度で使用するチャックを開示し
ている。このチャックは、単極型または双極型電極の両
側にポリイミド膜を含み、下方のポリイミド膜はステン
レス鋼プラテンに自己接着される。米国特許第５９６８
２７３号は、窒化アルミニウム最上層、電極、窒化アル
ミニウム層、金属板、ヒータ、金属板、およびアルミニ
ウム複合物を含む層状チャック体を開示している。この
チャック体は、チャック体の外周がシリンダを越えて延
在するように、シリンダによって支持される。
【０００７】いくつかのＥＳＣ設計では、ウェーハ支持
体の隣接面間の熱伝導を強化するために、ヘリウムなど
の熱伝導ガスを使用する。たとえば、米国特許第５１５
５６５２号には、上方熱分解窒化ホウ素層（または任意
選択でポリイミド、アルミナ、水晶、またはダイアモン
ド）と、窒化ホウ素基板およびその上の熱分解グラファ
イトの導電パターンを含んでなる静電パターン層と、窒
化ホウ素基板およびその上の熱分解グラファイトの導電
パターンを含んでなるヒータ層と、ＫＯＶＡＲ（Ｎｉ２
９％、Ｃｏ１７％、Ｆｅ５５％のＮｉＣｏＦｅ合金）の
ヒート・シンク・ベースと、を含む複数の層を有するＥ
ＳＣが記載されている。このヒート・シンク・ベース
は、その下方部分にウェーハ冷却チャネルを含み、その
上方面には、チャックの加熱の際に真空下に維持するこ
とが可能な、またはチャックが支持するウェーハの冷却
を支援するヘリウムを充填することが可能なチャンバを
含む。米国特許第５２２１４０４号は、ウェーハを支持
する上方部材と、ウェーハの温度制御用の液体通路を含
む下方部材とを含んでなる支持テーブルを記載してい
る。この上方部材は、ポリイミド・シート間の銅電極
と、熱伝導ガスが供給される上方部材と下方部材との間
の接触表面間のギャップとにより構成されたＥＳＣを含
む。本出願人所有の米国特許第５８３５３３４号は、下
方アルミニウム電極の接触面と、下方電極にボルト締め
された電極キャップとの間にヘリウムが導入される高温
チャックを記載している。この電極キャップは、陽極酸
化されたアルミニウム、またはダイアモンドで被覆され
たモリブデンを含む。保護アルミナ・リングおよびＯリ
ング・シールが電極キャップと下方電極との間の冷媒ガ
スの漏れを最小に抑える。電極キャップは、エチレング
リコール、シリコン油、フロリナート（ｆｌｕｏｒｉｎ
ｅｒｔ）、水／グリコール混合物などの冷媒を循環する
液体冷媒チャネルを含み、下方電極は、約１００〜３５
０℃の温度までチャックを加熱するヒータを含む。熱膨
張の相違に起因する陽極酸化部の亀裂を阻止するため
に、電極キャップは２００℃以下の温度に維持される。
ダイアモンドで被覆されたモリブデン電極キャップの場
合は、チャックはより高い温度で使用できる。
体の隣接面間の熱伝導を強化するために、ヘリウムなど
の熱伝導ガスを使用する。たとえば、米国特許第５１５
５６５２号には、上方熱分解窒化ホウ素層（または任意
選択でポリイミド、アルミナ、水晶、またはダイアモン
ド）と、窒化ホウ素基板およびその上の熱分解グラファ
イトの導電パターンを含んでなる静電パターン層と、窒
化ホウ素基板およびその上の熱分解グラファイトの導電
パターンを含んでなるヒータ層と、ＫＯＶＡＲ（Ｎｉ２
９％、Ｃｏ１７％、Ｆｅ５５％のＮｉＣｏＦｅ合金）の
ヒート・シンク・ベースと、を含む複数の層を有するＥ
ＳＣが記載されている。このヒート・シンク・ベース
は、その下方部分にウェーハ冷却チャネルを含み、その
上方面には、チャックの加熱の際に真空下に維持するこ
とが可能な、またはチャックが支持するウェーハの冷却
を支援するヘリウムを充填することが可能なチャンバを
含む。米国特許第５２２１４０４号は、ウェーハを支持
する上方部材と、ウェーハの温度制御用の液体通路を含
む下方部材とを含んでなる支持テーブルを記載してい
る。この上方部材は、ポリイミド・シート間の銅電極
と、熱伝導ガスが供給される上方部材と下方部材との間
の接触表面間のギャップとにより構成されたＥＳＣを含
む。本出願人所有の米国特許第５８３５３３４号は、下
方アルミニウム電極の接触面と、下方電極にボルト締め
された電極キャップとの間にヘリウムが導入される高温
チャックを記載している。この電極キャップは、陽極酸
化されたアルミニウム、またはダイアモンドで被覆され
たモリブデンを含む。保護アルミナ・リングおよびＯリ
ング・シールが電極キャップと下方電極との間の冷媒ガ
スの漏れを最小に抑える。電極キャップは、エチレング
リコール、シリコン油、フロリナート（ｆｌｕｏｒｉｎ
ｅｒｔ）、水／グリコール混合物などの冷媒を循環する
液体冷媒チャネルを含み、下方電極は、約１００〜３５
０℃の温度までチャックを加熱するヒータを含む。熱膨
張の相違に起因する陽極酸化部の亀裂を阻止するため
に、電極キャップは２００℃以下の温度に維持される。
ダイアモンドで被覆されたモリブデン電極キャップの場
合は、チャックはより高い温度で使用できる。
【０００８】国際公開公報ＷＯ９９／３６９５号は、白
金電極層をプラズマ・エッチングするプロセスを記載し
ている。そのプロセスでは、基板が１５０℃より高く加
熱され、塩素、アルゴン（および任意選択のＢＣ
ｌ３）、ＨＢｒ、またはそれらの混合物を含むエッチャ
ント・ガスの高密度誘導結合プラズマによって、Ｐｔ層
がエッチングされる。米国特許第５９３０６３９号もま
た、白金エッチング・プロセスを記載しており、そのプ
ロセスでは、Ｐｔが高誘電率キャパシタの電極を形成
し、Ｐｔは酸素プラズマでエッチングされる。
金電極層をプラズマ・エッチングするプロセスを記載し
ている。そのプロセスでは、基板が１５０℃より高く加
熱され、塩素、アルゴン（および任意選択のＢＣ
ｌ３）、ＨＢｒ、またはそれらの混合物を含むエッチャ
ント・ガスの高密度誘導結合プラズマによって、Ｐｔ層
がエッチングされる。米国特許第５９３０６３９号もま
た、白金エッチング・プロセスを記載しており、そのプ
ロセスでは、Ｐｔが高誘電率キャパシタの電極を形成
し、Ｐｔは酸素プラズマでエッチングされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】高温で使用する改善型
のチャック設計を提供することがいくつか試みられた
が、高温は熱応力の差をもたらす。熱応力の差は、熱膨
張係数が異なる材料を使用する上で有害となる。特に、
窒化アルミニウムなどのセラミック材料とステンレス鋼
やアルミニウムなどの金属材料との間のハーメチックシ
ールを維持する際に問題となる。したがって、当技術分
野においては、高温チャック材料に対して課される熱サ
イクル要求に対処することが可能な改善型のチャック設
計が必要とされている。
のチャック設計を提供することがいくつか試みられた
が、高温は熱応力の差をもたらす。熱応力の差は、熱膨
張係数が異なる材料を使用する上で有害となる。特に、
窒化アルミニウムなどのセラミック材料とステンレス鋼
やアルミニウムなどの金属材料との間のハーメチックシ
ールを維持する際に問題となる。したがって、当技術分
野においては、高温チャック材料に対して課される熱サ
イクル要求に対処することが可能な改善型のチャック設
計が必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャック体、
熱伝達体、およびそれらの間の膨張ジョイントを備え
る、高温真空処理チャンバにおいて有用な静電チャック
を提供する。チャック体は、静電クランプ電極および任
意選択のヒータ・エレメントを備え、電極は、チャック
体の外表面上に半導体ウェーハなどの基板を静電的にク
ランプするように適合される。熱伝達体は、チャック体
の面と該面から離隔された熱伝達体の面との間に配置さ
れたプレナムによってチャック体から離隔される。熱伝
達体は、プレナム内の熱伝達ガスを介した熱伝導によっ
てチャック体から熱を取り去るように適合される。膨張
ジョイントによってチャック体の外周部が熱伝達体に接
続される。膨張ジョイントは、チャック体の熱サイクル
中にハーメチックシールを維持しながらチャック体と熱
伝達体との熱膨張の差を吸収する。
熱伝達体、およびそれらの間の膨張ジョイントを備え
る、高温真空処理チャンバにおいて有用な静電チャック
を提供する。チャック体は、静電クランプ電極および任
意選択のヒータ・エレメントを備え、電極は、チャック
体の外表面上に半導体ウェーハなどの基板を静電的にク
ランプするように適合される。熱伝達体は、チャック体
の面と該面から離隔された熱伝達体の面との間に配置さ
れたプレナムによってチャック体から離隔される。熱伝
達体は、プレナム内の熱伝達ガスを介した熱伝導によっ
てチャック体から熱を取り去るように適合される。膨張
ジョイントによってチャック体の外周部が熱伝達体に接
続される。膨張ジョイントは、チャック体の熱サイクル
中にハーメチックシールを維持しながらチャック体と熱
伝達体との熱膨張の差を吸収する。
【００１１】好ましい実施形態によれば、熱伝達体は、
その中に少なくとも１つの冷媒通路を有する冷却板を備
え、冷媒通路内で冷媒が循環してチャック体を所望の温
度に維持し、プレナムはチャック体の下側の少なくとも
５０％を占めるように延びる環状空間である。この実施
形態では、熱伝達体はガス供給通路を含み、これを通っ
て熱伝達ガスが環状空間に流れる。好ましい実施形態に
よれば、チャック体は、プレナムとチャック体の外表面
との間に延びるガス通路を含む。ガス通路は、任意の適
切な構成にされ得る。たとえば、チャック体の外側部分
がその中心部分より高温になる傾向がある場合、基板の
処理中に熱伝達ガスがプレナムから基板の周辺の下側に
流れるように、ガス経路を膨張ジョイントの近くに配置
することができる。
その中に少なくとも１つの冷媒通路を有する冷却板を備
え、冷媒通路内で冷媒が循環してチャック体を所望の温
度に維持し、プレナムはチャック体の下側の少なくとも
５０％を占めるように延びる環状空間である。この実施
形態では、熱伝達体はガス供給通路を含み、これを通っ
て熱伝達ガスが環状空間に流れる。好ましい実施形態に
よれば、チャック体は、プレナムとチャック体の外表面
との間に延びるガス通路を含む。ガス通路は、任意の適
切な構成にされ得る。たとえば、チャック体の外側部分
がその中心部分より高温になる傾向がある場合、基板の
処理中に熱伝達ガスがプレナムから基板の周辺の下側に
流れるように、ガス経路を膨張ジョイントの近くに配置
することができる。
【００１２】好ましい実施形態によれば、チャック体
は、アルミニウムまたはその合金などの金属材料、又は
窒化アルミニウムなどのセラミック材料をづ含む。セラ
ミック・チャック体の場合、膨張ジョイントは、セラミ
ック・チャック体にろう付けされた薄い金属セクション
を含み得る。リフト・ピンが基板を上げ下げするために
使用され得る。たとえば、熱伝達体は、その上に装着さ
れたケーブル駆動式リフト・ピンなどのリフト・ピンを
含み得る。リフト・ピンは、該リフト・ピンがチャック
体の孔を通って移動して、チャック体の上に基板を降ろ
し、および、チャック体から基板を持ち上げるように、
チャック体に向かって、および、チャック体から離れる
ように移動可能である。
は、アルミニウムまたはその合金などの金属材料、又は
窒化アルミニウムなどのセラミック材料をづ含む。セラ
ミック・チャック体の場合、膨張ジョイントは、セラミ
ック・チャック体にろう付けされた薄い金属セクション
を含み得る。リフト・ピンが基板を上げ下げするために
使用され得る。たとえば、熱伝達体は、その上に装着さ
れたケーブル駆動式リフト・ピンなどのリフト・ピンを
含み得る。リフト・ピンは、該リフト・ピンがチャック
体の孔を通って移動して、チャック体の上に基板を降ろ
し、および、チャック体から基板を持ち上げるように、
チャック体に向かって、および、チャック体から離れる
ように移動可能である。
【００１３】膨張ジョイントは、熱伝達体に接続するよ
うに適合された装着フランジと、単一のまたは複数部材
のフレキシブル金属部分などのヒート・チョークとを含
み得る。ヒート・チョークは、湾曲セクションによって
相互接続された内側および外側の環状セクションを含み
得る。内側環状セクションはチャック体に接続され、外
側環状セクションは装着フランジに接続される。膨張ジ
ョイントは、機械的ジョイント、またはろう付けジョイ
ントのような冶金ジョイントなどのジョイントによって
一方の端部でチャック体の外周に接続された薄リングな
どの接続部材を含み得る。接続部材は、チャック体の熱
膨張係数に十分近い熱膨張係数を有する金属からなり、
チャック体の熱サイクル中にジョイントが故障すること
を防止する。さらに、膨張ジョイントは、チャック体の
外縁に隣接する熱膨張セクションを含み得る。熱膨張セ
クションは熱的に膨張かつ収縮可能であり、チャック体
の寸法の変化を吸収する。
うに適合された装着フランジと、単一のまたは複数部材
のフレキシブル金属部分などのヒート・チョークとを含
み得る。ヒート・チョークは、湾曲セクションによって
相互接続された内側および外側の環状セクションを含み
得る。内側環状セクションはチャック体に接続され、外
側環状セクションは装着フランジに接続される。膨張ジ
ョイントは、機械的ジョイント、またはろう付けジョイ
ントのような冶金ジョイントなどのジョイントによって
一方の端部でチャック体の外周に接続された薄リングな
どの接続部材を含み得る。接続部材は、チャック体の熱
膨張係数に十分近い熱膨張係数を有する金属からなり、
チャック体の熱サイクル中にジョイントが故障すること
を防止する。さらに、膨張ジョイントは、チャック体の
外縁に隣接する熱膨張セクションを含み得る。熱膨張セ
クションは熱的に膨張かつ収縮可能であり、チャック体
の寸法の変化を吸収する。
【００１４】チャック体は、チャック体の下側の中心部
から延びるセラミックまたは金属製管状セクションを含
み得る。管状セクションの外側面がプレナムの壁部を定
義する。管状セクションは、熱伝達体との間にあるハー
メチックシールで該熱伝達体とフローティング接触して
支持される。管状セクションのインテリアは、クランプ
電極にＲＦまたはＤＣ電力を供給する電力供給部、およ
び、ヒータ・エレメントにＡＣ電力を供給する電力供給
部、および／またはチャック体の温度を監視する温度測
定構成を含み得る。
から延びるセラミックまたは金属製管状セクションを含
み得る。管状セクションの外側面がプレナムの壁部を定
義する。管状セクションは、熱伝達体との間にあるハー
メチックシールで該熱伝達体とフローティング接触して
支持される。管状セクションのインテリアは、クランプ
電極にＲＦまたはＤＣ電力を供給する電力供給部、およ
び、ヒータ・エレメントにＡＣ電力を供給する電力供給
部、および／またはチャック体の温度を監視する温度測
定構成を含み得る。
【００１５】本発明の実施形態によると、チャックは、
真空処理チャンバ用の交換可能な静電チャックであっ
て、チャック体および膨張ジョイントを含む。チャック
は、電力供給部に接続可能な電気接触部を有し、該電力
供給部はチャック体の外表面上に基板を静電的にクラン
プするために充分なエネルギーを電極に与える。膨張ジ
ョイントは、チャック体の面と該面から離隔された熱伝
達体の面との間にプレナムが形成されるように、チャッ
ク体の外周に接続された第１部分と、熱伝達体に取外し
可能に接続された第２部分を含む。
真空処理チャンバ用の交換可能な静電チャックであっ
て、チャック体および膨張ジョイントを含む。チャック
は、電力供給部に接続可能な電気接触部を有し、該電力
供給部はチャック体の外表面上に基板を静電的にクラン
プするために充分なエネルギーを電極に与える。膨張ジ
ョイントは、チャック体の面と該面から離隔された熱伝
達体の面との間にプレナムが形成されるように、チャッ
ク体の外周に接続された第１部分と、熱伝達体に取外し
可能に接続された第２部分を含む。
【００１６】本発明は、真空処理チャンバ内で基板を処
理する方法を提供する。ここで、基板はチャック体上に
静電的にクランプされる。チャック体は、クランプ電極
と、チャック体の面と該面から離隔された熱伝達体面と
の間にプレナムが形成されるようにチャック体の外周を
熱伝達体に接続する膨張ジョイントとを含む。この方法
は、電極にエネルギーを与えることによってチャック体
の外表面上に基板をクランプする段階と、プレナムに熱
伝達ガスを供給する段階と、プレナムに供給された熱伝
達ガスを介した熱伝導によってチャック体から熱を取り
去る段階と、および基板を加工する段階とを含む。プレ
ナムに熱伝達ガスを供給する段階では、プレナム内の熱
伝達ガスが、チャック体のガス通路を通って、基板の下
側とチャック体の外表面との間のギャップに送られる。
理する方法を提供する。ここで、基板はチャック体上に
静電的にクランプされる。チャック体は、クランプ電極
と、チャック体の面と該面から離隔された熱伝達体面と
の間にプレナムが形成されるようにチャック体の外周を
熱伝達体に接続する膨張ジョイントとを含む。この方法
は、電極にエネルギーを与えることによってチャック体
の外表面上に基板をクランプする段階と、プレナムに熱
伝達ガスを供給する段階と、プレナムに供給された熱伝
達ガスを介した熱伝導によってチャック体から熱を取り
去る段階と、および基板を加工する段階とを含む。プレ
ナムに熱伝達ガスを供給する段階では、プレナム内の熱
伝達ガスが、チャック体のガス通路を通って、基板の下
側とチャック体の外表面との間のギャップに送られる。
【００１７】好ましい実施形態によれば、この方法は、
チャンバにプロセス・ガスを供給する段階と、プロセス
・ガスにエネルギーを与えてプラズマにする段階と、処
理段階中にプラズマで基板の露出面をエッチングする段
階とを含む。ただし、基板の露出面は、処理段階中に被
覆されてもよい。プロセス・ガスは、高周波エネルギー
をチャンバに誘導結合するアンテナに対して高周波エネ
ルギーを供給するなどの任意の適切な技術によってエネ
ルギーを与えられてプラズマにされ得る。処理段階中、
基板は、チャック体に組み込まれたヒータ・エレメント
に対し電力を供給することによって加熱され得る。基板
をクランプする前に、基板は、熱伝達体上に装着された
リフト・ピンでチャック体の外表面上に降ろされ得る。
リフト・ピンはチャック体の外側部分の開口部を通る。
チャック体から熱を取り去るために、この方法は、熱伝
達体に液体冷媒を循環させる段階を含む。基板の温度変
化は、熱伝達体によって支持され、かつチャック体の孔
を通って延びた温度センサによって監視され得る。処理
段階中に白金層をプラズマ・エッチングする場合は、基
板は２００℃を超える温度まで加熱され得る。
チャンバにプロセス・ガスを供給する段階と、プロセス
・ガスにエネルギーを与えてプラズマにする段階と、処
理段階中にプラズマで基板の露出面をエッチングする段
階とを含む。ただし、基板の露出面は、処理段階中に被
覆されてもよい。プロセス・ガスは、高周波エネルギー
をチャンバに誘導結合するアンテナに対して高周波エネ
ルギーを供給するなどの任意の適切な技術によってエネ
ルギーを与えられてプラズマにされ得る。処理段階中、
基板は、チャック体に組み込まれたヒータ・エレメント
に対し電力を供給することによって加熱され得る。基板
をクランプする前に、基板は、熱伝達体上に装着された
リフト・ピンでチャック体の外表面上に降ろされ得る。
リフト・ピンはチャック体の外側部分の開口部を通る。
チャック体から熱を取り去るために、この方法は、熱伝
達体に液体冷媒を循環させる段階を含む。基板の温度変
化は、熱伝達体によって支持され、かつチャック体の孔
を通って延びた温度センサによって監視され得る。処理
段階中に白金層をプラズマ・エッチングする場合は、基
板は２００℃を超える温度まで加熱され得る。
【００１８】この方法によると、複数のヒート・パスを
介してチャック体から熱を取り去ることによって、チャ
ック体全体にわたって所望の熱分布を形成することが可
能である。さらに、プレナム内の熱伝達ガスの圧力を変
えることにより、これらのヒート・パスを通って取り去
られる熱の量を調節することが可能である。たとえば、
チャック体の下側の中央部分においてセラミックまたは
金属製管状延長部がチャック体から熱伝達体に熱を伝導
するので、この方法は、プレナム内の熱伝達ガス圧力を
調節する段階を含み得る。その結果、プレナム内の熱伝
達ガスによって提供される第１ヒート・パスを通して取
り去られた熱を、膨張ジョイントによって提供される第
２ヒート・パスを通して取り去られる熱、および、管状
延長部によって提供される第３ヒート・パスを通して取
り去られる熱とバランスさせることができる。
介してチャック体から熱を取り去ることによって、チャ
ック体全体にわたって所望の熱分布を形成することが可
能である。さらに、プレナム内の熱伝達ガスの圧力を変
えることにより、これらのヒート・パスを通って取り去
られる熱の量を調節することが可能である。たとえば、
チャック体の下側の中央部分においてセラミックまたは
金属製管状延長部がチャック体から熱伝達体に熱を伝導
するので、この方法は、プレナム内の熱伝達ガス圧力を
調節する段階を含み得る。その結果、プレナム内の熱伝
達ガスによって提供される第１ヒート・パスを通して取
り去られた熱を、膨張ジョイントによって提供される第
２ヒート・パスを通して取り去られる熱、および、管状
延長部によって提供される第３ヒート・パスを通して取
り去られる熱とバランスさせることができる。
【００１９】本発明を、添付の図面に照らして詳細に説
明する。図において、同様の要素については同様の参照
番号が付されている。
明する。図において、同様の要素については同様の参照
番号が付されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明は、プラズマ・エッチング
反応室などの真空処理チャンバで半導体ウェーハなどの
基板を処理する際に、該基板をクランプするために有用
な静電チャックを提供する。しかし、静電チャックを他
の目的、例えば、化学気相成長、スパッタリング、イオ
ン注入、レジスト・ストリップ等の際に基板をクランプ
するために使用することも可能である。
反応室などの真空処理チャンバで半導体ウェーハなどの
基板を処理する際に、該基板をクランプするために有用
な静電チャックを提供する。しかし、静電チャックを他
の目的、例えば、化学気相成長、スパッタリング、イオ
ン注入、レジスト・ストリップ等の際に基板をクランプ
するために使用することも可能である。
【００２１】本発明の好ましい実施形態によれば、チャ
ックはクランプ電極および任意選択の加熱素子を含んで
いる。加熱素子は、チャックに支持される基板の温度を
８０℃（従来のある種のチャックの上限温度は６０℃で
ある）を超える高温、好ましくは２００℃以上、例えば
２５０℃ないし５００℃に維持するために使用され得
る。例えば、上記チャックは、基板を約１５０℃のオー
ダーまたはそれ以上の温度に加熱する必要がある、材料
の化学気相成長またはプラズマ・エッチングの際に基板
を支持するために使用され得る。このような高温を、チ
ャックに損傷を与えることなく実現するために、小型パ
ッケージでの高温機能をチャックに付与する膨張ジョイ
ント設計が、チャックに取り入れられている。
ックはクランプ電極および任意選択の加熱素子を含んで
いる。加熱素子は、チャックに支持される基板の温度を
８０℃（従来のある種のチャックの上限温度は６０℃で
ある）を超える高温、好ましくは２００℃以上、例えば
２５０℃ないし５００℃に維持するために使用され得
る。例えば、上記チャックは、基板を約１５０℃のオー
ダーまたはそれ以上の温度に加熱する必要がある、材料
の化学気相成長またはプラズマ・エッチングの際に基板
を支持するために使用され得る。このような高温を、チ
ャックに損傷を与えることなく実現するために、小型パ
ッケージでの高温機能をチャックに付与する膨張ジョイ
ント設計が、チャックに取り入れられている。
【００２２】好ましい実施形態によれば、上記膨張ジョ
イントは、チャックが能動的に加熱される部分の面と、
該面から離隔された、チャックが能動的に冷却される部
分の面との間にプレナムを形成する。プレナムには熱伝
達ガスが充填されており、これによりチャックの加熱部
分から冷却部分へ熱が伝達される。この構造の場合、チ
ャックの加熱部分にエラストマー・シールを使用する必
要がなく、したがって、チャックの加熱部分をエラスト
マー・シールが破壊される温度以上の温度で動作させる
ことができる。また、プレナムおよび膨張ジョイントの
熱チョーク部分とにより、チャックの冷却部分を十分低
い温度に維持し、低価格のエラストマー・シールを、チ
ャックの冷却部分の面に接触させて使用することもでき
る。さらに、膨張ジョイント設計によりチャックの全体
の高さが低くなり、厳しいシステム・パッケージング要
件（フットプリント）に適合している。膨張ジョイント
のさらに有利な点は、チャックの加熱部分と冷却部分と
の間で熱応力を吸収できることである。さらに、チャッ
ク内部に複雑なガス通路を設ける必要がなく、ヘリウム
などの熱伝達ガスを基板下側の目標部位に供給すること
ができる。
イントは、チャックが能動的に加熱される部分の面と、
該面から離隔された、チャックが能動的に冷却される部
分の面との間にプレナムを形成する。プレナムには熱伝
達ガスが充填されており、これによりチャックの加熱部
分から冷却部分へ熱が伝達される。この構造の場合、チ
ャックの加熱部分にエラストマー・シールを使用する必
要がなく、したがって、チャックの加熱部分をエラスト
マー・シールが破壊される温度以上の温度で動作させる
ことができる。また、プレナムおよび膨張ジョイントの
熱チョーク部分とにより、チャックの冷却部分を十分低
い温度に維持し、低価格のエラストマー・シールを、チ
ャックの冷却部分の面に接触させて使用することもでき
る。さらに、膨張ジョイント設計によりチャックの全体
の高さが低くなり、厳しいシステム・パッケージング要
件（フットプリント）に適合している。膨張ジョイント
のさらに有利な点は、チャックの加熱部分と冷却部分と
の間で熱応力を吸収できることである。さらに、チャッ
ク内部に複雑なガス通路を設ける必要がなく、ヘリウム
などの熱伝達ガスを基板下側の目標部位に供給すること
ができる。
【００２３】本発明によるチャックを使用する好ましい
方法によれば、チャックによって基板が加熱されるプラ
ズマ・エッチング・プロセスによって、低揮発性のエッ
チング生成物を基板から除去することができる。このよ
うな低揮発性エッチング生成物は、高誘電材料を用いた
コンデンサ電極用として考えられている材料である白
金、パラジウム、ルテニウムおよびイリジウムなど、貴
金属のプラズマ・エッチング時に形成され得る。このよ
うな低揮発性のエッチング生成物は、基板を十分に加熱
しない限り基板表面上に残る。例えば、白金エッチング
中に形成される塩化白金は、基板を約３００℃に加熱す
ることによって揮発され得る。低温エッチング・プロセ
スに使用される従来のチャックは、ハーメチックシール
を破壊し、および／または、チャック材料破壊の原因に
なる、損傷を与える熱サイクルに晒されるため、このよ
うな高温環境には適さない。さらに、このようなチャッ
クの水冷部分は、チャックの加熱部分と直接に熱接触す
るため、チャックからの熱が冷却水を沸騰させる原因に
なり、チャックの不均一な冷却、および／または、不十
分な冷却の結果をもたらす。本発明によるチャックは、
膨張ジョイント設計の使用により、これらの問題を解決
している。
方法によれば、チャックによって基板が加熱されるプラ
ズマ・エッチング・プロセスによって、低揮発性のエッ
チング生成物を基板から除去することができる。このよ
うな低揮発性エッチング生成物は、高誘電材料を用いた
コンデンサ電極用として考えられている材料である白
金、パラジウム、ルテニウムおよびイリジウムなど、貴
金属のプラズマ・エッチング時に形成され得る。このよ
うな低揮発性のエッチング生成物は、基板を十分に加熱
しない限り基板表面上に残る。例えば、白金エッチング
中に形成される塩化白金は、基板を約３００℃に加熱す
ることによって揮発され得る。低温エッチング・プロセ
スに使用される従来のチャックは、ハーメチックシール
を破壊し、および／または、チャック材料破壊の原因に
なる、損傷を与える熱サイクルに晒されるため、このよ
うな高温環境には適さない。さらに、このようなチャッ
クの水冷部分は、チャックの加熱部分と直接に熱接触す
るため、チャックからの熱が冷却水を沸騰させる原因に
なり、チャックの不均一な冷却、および／または、不十
分な冷却の結果をもたらす。本発明によるチャックは、
膨張ジョイント設計の使用により、これらの問題を解決
している。
【００２４】好ましい実施形態によれば、チャック体
は、所望の電気的および／または熱的特性を有する金属
またはセラミックで構成される。例えば、チャック体
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されて
もよいし、あるいは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素お
よび窒化ケイ素などの窒化物、炭化ケイ素および炭化ホ
ウ素などの炭化物、アルミナなどの酸化物を含む１つま
たは複数のセラミック材料で構成されてもよい。それら
の材料は、ひげ結晶の形の粒子、ファイバ等の充填剤、
あるいはシリコンなどの浸潤金属を含んでいても、ある
いは含んでいなくても良い。セラミック製チャック体
は、様々な技術によって形成され得る。例えば、粉末冶
金技術によってセラミック材料をモノリシック体に形成
することができる。それによれば、クランピング電極、
加熱器および埋込み電源接続部と共に粉末を固め、ある
いはスリップ鋳造することによってセラミック粉末がチ
ャック体形状に形成される。チャック体は、粉末を焼結
することにより密度が高くなる。別法としては、中に組
み込むクランピング電極用導電パターン、加熱器および
電源フィードスルーをオーバレイしたセラミック材料製
シートからチャック体を形成することができる。オーバ
レイ層をコファイア（cofire）し、最終チャック体が形
成される。
は、所望の電気的および／または熱的特性を有する金属
またはセラミックで構成される。例えば、チャック体
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されて
もよいし、あるいは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素お
よび窒化ケイ素などの窒化物、炭化ケイ素および炭化ホ
ウ素などの炭化物、アルミナなどの酸化物を含む１つま
たは複数のセラミック材料で構成されてもよい。それら
の材料は、ひげ結晶の形の粒子、ファイバ等の充填剤、
あるいはシリコンなどの浸潤金属を含んでいても、ある
いは含んでいなくても良い。セラミック製チャック体
は、様々な技術によって形成され得る。例えば、粉末冶
金技術によってセラミック材料をモノリシック体に形成
することができる。それによれば、クランピング電極、
加熱器および埋込み電源接続部と共に粉末を固め、ある
いはスリップ鋳造することによってセラミック粉末がチ
ャック体形状に形成される。チャック体は、粉末を焼結
することにより密度が高くなる。別法としては、中に組
み込むクランピング電極用導電パターン、加熱器および
電源フィードスルーをオーバレイしたセラミック材料製
シートからチャック体を形成することができる。オーバ
レイ層をコファイア（cofire）し、最終チャック体が形
成される。
【００２５】次に、本発明による高温静電チャック（Ｈ
ＴＥＳＣ）アセンブリの２つの実施形態について、図１
ないし図９を参照して説明する。ＨＴＥＳＣアセンブリ
は、高温で機能すること、所要電力が比較的小さいこ
と、長寿命であること、背面冷却が簡単であること、製
造費が安いこと、コンパクト設計であること等の有利な
特徴を提供する。
ＴＥＳＣ）アセンブリの２つの実施形態について、図１
ないし図９を参照して説明する。ＨＴＥＳＣアセンブリ
は、高温で機能すること、所要電力が比較的小さいこ
と、長寿命であること、背面冷却が簡単であること、製
造費が安いこと、コンパクト設計であること等の有利な
特徴を提供する。
【００２６】本発明によるＨＴＥＳＣは、冷却板が静電
チャックと一体に組み込まれている従来のチャックアセ
ンブリと比較して、より優れた高温での機能と比較的低
所要電力を提供することができる。このような従来チャ
ック構造では、最大動作温度が約６０℃に制限されてい
る。最大動作温度を高くするために、本発明によるＨＴ
ＥＳＣは、それに組み込まれた静電クランピング電極、
および、冷却板などの熱伝達体を有するセラミック製チ
ャック体などのＥＳＣ部分の、２つの部分からなるアセ
ンブリとして設計されている。また、断熱管(heat brea
k tubulation)の形状を有する膨張ジョイントが上記Ｅ
ＳＣ部分に組み込まれており、ＥＳＣ部分を冷却板から
熱的に絶縁している。断熱管は、ＥＳＣ部分の周辺縁か
ら冷却板への熱の伝導を著しく低減し、それにより、チ
ャック体内に組み込まれたヒータ・エレメントへの大量
の電力供給を必要とすることなく、ＥＳＣ部分を約５０
０℃という高温に到達させることができる。
チャックと一体に組み込まれている従来のチャックアセ
ンブリと比較して、より優れた高温での機能と比較的低
所要電力を提供することができる。このような従来チャ
ック構造では、最大動作温度が約６０℃に制限されてい
る。最大動作温度を高くするために、本発明によるＨＴ
ＥＳＣは、それに組み込まれた静電クランピング電極、
および、冷却板などの熱伝達体を有するセラミック製チ
ャック体などのＥＳＣ部分の、２つの部分からなるアセ
ンブリとして設計されている。また、断熱管(heat brea
k tubulation)の形状を有する膨張ジョイントが上記Ｅ
ＳＣ部分に組み込まれており、ＥＳＣ部分を冷却板から
熱的に絶縁している。断熱管は、ＥＳＣ部分の周辺縁か
ら冷却板への熱の伝導を著しく低減し、それにより、チ
ャック体内に組み込まれたヒータ・エレメントへの大量
の電力供給を必要とすることなく、ＥＳＣ部分を約５０
０℃という高温に到達させることができる。
【００２７】膨張ジョイントは、ＨＴＥＳＣに長寿命性
を与える。特に、断熱管の使用により、ＥＳＣ部分は、
ＨＴＥＳＣの他の部分に損傷を与えることなく、広範囲
の熱膨張に耐えることができる。断熱管は、一体形金属
部品として設計することができる。あるいは、ＥＳＣ部
分から冷却板への熱伝達を最小にしつつＥＳＣ部分の熱
膨張および収縮を可能にする１つまたは複数の薄壁セク
ション(thin-walled sections)を含む複数部材溶接アセ
ンブリ(multi-piece welded assembly)あるいは複数部
材ろう付けアセンブリ(multi-piecebrazed assembly)と
して設計することができる。断熱管はＥＳＣ部分と冷却
板間の熱膨張の差を吸収し、それにより、ＨＴＥＳＣア
センブリ内の応力を最小にし、したがって、ＨＴＥＳＣ
アセンブリの早期故障の可能性を低減している。さら
に、断熱管は、ＨＴＥＳＣアセンブリ内のろう付けジョ
イント部分の応力を低減するように設計され得る。ＥＳ
Ｃ部分内部の複雑なガス分配構造に頼って基板を十分に
冷却する従来のチャックアセンブリと比較すると、本発
明によるＨＴＥＳＣはその構造が単純であり、より冷却
を必要とする基板の目標部位を選択的に冷却することが
できる。例えば、ＨＴＥＳＣアセンブリは、ＥＳＣ部分
と冷却板との間にプレナムを含んでおり、プレナムは次
の２つの機能を提供することができる。（１）熱伝達ガ
スを供給することによりＥＳＣ部分からプレナムへ熱を
取り出す。（２）プレナムからＥＳＣ部分の外側面に延
長しているガス通路を介して、熱伝達ガスを基板の選択
部位へ分配する。プラズマ・エッチングに用いられるＨ
ＴＥＳＣでは、ガス分配孔をＥＳＣ部分の外周近傍に設
け、基板の外側部分の冷却を強化することができる。し
たがって、ガス分配孔を、ＥＳＣ部分の支持面の任意の
部位に設けることができるため、複雑なガス分配構造の
必要がない。
を与える。特に、断熱管の使用により、ＥＳＣ部分は、
ＨＴＥＳＣの他の部分に損傷を与えることなく、広範囲
の熱膨張に耐えることができる。断熱管は、一体形金属
部品として設計することができる。あるいは、ＥＳＣ部
分から冷却板への熱伝達を最小にしつつＥＳＣ部分の熱
膨張および収縮を可能にする１つまたは複数の薄壁セク
ション(thin-walled sections)を含む複数部材溶接アセ
ンブリ(multi-piece welded assembly)あるいは複数部
材ろう付けアセンブリ(multi-piecebrazed assembly)と
して設計することができる。断熱管はＥＳＣ部分と冷却
板間の熱膨張の差を吸収し、それにより、ＨＴＥＳＣア
センブリ内の応力を最小にし、したがって、ＨＴＥＳＣ
アセンブリの早期故障の可能性を低減している。さら
に、断熱管は、ＨＴＥＳＣアセンブリ内のろう付けジョ
イント部分の応力を低減するように設計され得る。ＥＳ
Ｃ部分内部の複雑なガス分配構造に頼って基板を十分に
冷却する従来のチャックアセンブリと比較すると、本発
明によるＨＴＥＳＣはその構造が単純であり、より冷却
を必要とする基板の目標部位を選択的に冷却することが
できる。例えば、ＨＴＥＳＣアセンブリは、ＥＳＣ部分
と冷却板との間にプレナムを含んでおり、プレナムは次
の２つの機能を提供することができる。（１）熱伝達ガ
スを供給することによりＥＳＣ部分からプレナムへ熱を
取り出す。（２）プレナムからＥＳＣ部分の外側面に延
長しているガス通路を介して、熱伝達ガスを基板の選択
部位へ分配する。プラズマ・エッチングに用いられるＨ
ＴＥＳＣでは、ガス分配孔をＥＳＣ部分の外周近傍に設
け、基板の外側部分の冷却を強化することができる。し
たがって、ガス分配孔を、ＥＳＣ部分の支持面の任意の
部位に設けることができるため、複雑なガス分配構造の
必要がない。
【００２８】高価な金属製シールおよび／または溶接ベ
ロー構造(welded bellowsarrangement)を利用して真空
シールを提供している高温チャックアセンブリと比較す
ると、本発明によるＨＴＥＳＣアセンブリにおいて膨張
ジョイントを使用していることにより、製造費を削減
し、および／または、ＨＴＥＳＣの製造を簡単にしてい
る。特に、断熱管が、高温のＥＳＣ部分を冷却板から熱
的に絶縁しているため、標準の低価格エラストマー・シ
ールを、冷却板と接触する部位に使用することができ
る。
ロー構造(welded bellowsarrangement)を利用して真空
シールを提供している高温チャックアセンブリと比較す
ると、本発明によるＨＴＥＳＣアセンブリにおいて膨張
ジョイントを使用していることにより、製造費を削減
し、および／または、ＨＴＥＳＣの製造を簡単にしてい
る。特に、断熱管が、高温のＥＳＣ部分を冷却板から熱
的に絶縁しているため、標準の低価格エラストマー・シ
ールを、冷却板と接触する部位に使用することができ
る。
【００２９】本発明によるＨＴＥＳＣは、全体の高さが
低くなるように設計されているため、チャックが片持ち
ばり支持アーム上に支持される真空チャンバ内で使用す
ることができる。例えば、図１ないし図３に、本発明に
よるＨＴＥＳＣアセンブリを取り付けることができる真
空加工チャンバ１０、２４の例を示す。本発明を図１な
いし図３に示すチャンバ設計に関して説明するが、本発
明によるＨＴＥＳＣアセンブリを、基板を静電的にクラ
ンプすることが望ましい全ての真空加工チャンバ内で使
用できることは、当分野の技術者には理解されよう。例
えば、本発明によるＨＴＥＳＣアセンブリは、エッチン
グ、堆積、レジスト・ストリップ等の様々な半導体プラ
ズマ処理工程、あるいは非プラズマ処理工程を実行する
ことができる処理チャンバ内における基板支持体の一部
として使用することができる。
低くなるように設計されているため、チャックが片持ち
ばり支持アーム上に支持される真空チャンバ内で使用す
ることができる。例えば、図１ないし図３に、本発明に
よるＨＴＥＳＣアセンブリを取り付けることができる真
空加工チャンバ１０、２４の例を示す。本発明を図１な
いし図３に示すチャンバ設計に関して説明するが、本発
明によるＨＴＥＳＣアセンブリを、基板を静電的にクラ
ンプすることが望ましい全ての真空加工チャンバ内で使
用できることは、当分野の技術者には理解されよう。例
えば、本発明によるＨＴＥＳＣアセンブリは、エッチン
グ、堆積、レジスト・ストリップ等の様々な半導体プラ
ズマ処理工程、あるいは非プラズマ処理工程を実行する
ことができる処理チャンバ内における基板支持体の一部
として使用することができる。
【００３０】図１に示すように、真空チャンバ１０は、
該チャンバの側壁から内側に延びた片持ちばり基板支持
体１２を含んでおり、ＨＴＥＳＣ１４が、基板支持体１
２によって支持されている。サービス管（図示せず）を
含むサービス通路１８が、支持体ハウジング１６の内部
に向かって開口している。サービス管は、ＨＴＥＳにサ
ービスするために使用され得る。例えば、ＤＣ電力をク
ランピング電極に供給し、処理中の基板にＲＦバイアス
を供給するＲＦ電源をクランピング電極または個別電極
に供給し、交流電力をヒータ・エレメントに供給し、リ
フト・ピンを駆動するケーブルを収納し、ＨＴＥＳＣお
よび／または基板冷却用冷媒を供給し、あるいは、セン
サまたはモニタ装置からの電気信号を伝送することがで
きる。
該チャンバの側壁から内側に延びた片持ちばり基板支持
体１２を含んでおり、ＨＴＥＳＣ１４が、基板支持体１
２によって支持されている。サービス管（図示せず）を
含むサービス通路１８が、支持体ハウジング１６の内部
に向かって開口している。サービス管は、ＨＴＥＳにサ
ービスするために使用され得る。例えば、ＤＣ電力をク
ランピング電極に供給し、処理中の基板にＲＦバイアス
を供給するＲＦ電源をクランピング電極または個別電極
に供給し、交流電力をヒータ・エレメントに供給し、リ
フト・ピンを駆動するケーブルを収納し、ＨＴＥＳＣお
よび／または基板冷却用冷媒を供給し、あるいは、セン
サまたはモニタ装置からの電気信号を伝送することがで
きる。
【００３１】図に示す実施形態では、装着フランジ２０
および支持アーム２２が一体化された構造部を形成して
おり、該構造部は、例えば、上記フランジとチャンバと
の両対向面の間に挿入されるＯリングおよびＲＦシール
ドを有する機械的ファスナによって、チャンバ内の開口
部に取外し可能に取り付けることができる。図１に示す
構造では、チャンバ内のガスは、真空ポンプ２３を用い
て開口部２１を介して排出することができる。プラズマ
は、チャンバ頂部に取り付けられたエネルギー源（図示
せず）によってチャンバ内に発生させることができる。
つまり、チャンバ頂部は、容量結合、誘導結合、マイク
ロ波、マグネトロン、ヘリコン、その他プラズマ発生装
置に適した様々な種類のプラズマ発生源を支持できるよ
うに設計されている。また、プロセスガスは、ガス分配
板（シャワヘッド）、１つまたは複数のガスリングおよ
び／またはガス・インジェクタ、その他適した構造の様
々なガス供給構造によってチャンバ内に供給することが
できる。
および支持アーム２２が一体化された構造部を形成して
おり、該構造部は、例えば、上記フランジとチャンバと
の両対向面の間に挿入されるＯリングおよびＲＦシール
ドを有する機械的ファスナによって、チャンバ内の開口
部に取外し可能に取り付けることができる。図１に示す
構造では、チャンバ内のガスは、真空ポンプ２３を用い
て開口部２１を介して排出することができる。プラズマ
は、チャンバ頂部に取り付けられたエネルギー源（図示
せず）によってチャンバ内に発生させることができる。
つまり、チャンバ頂部は、容量結合、誘導結合、マイク
ロ波、マグネトロン、ヘリコン、その他プラズマ発生装
置に適した様々な種類のプラズマ発生源を支持できるよ
うに設計されている。また、プロセスガスは、ガス分配
板（シャワヘッド）、１つまたは複数のガスリングおよ
び／またはガス・インジェクタ、その他適した構造の様
々なガス供給構造によってチャンバ内に供給することが
できる。
【００３２】図２は、真空処理チャンバ２４、片持ちば
り基板支持体２６およびその上に取り付けられたチャッ
クアセンブリ２８を示す。図から分かるように、基板３
０は、基板支持体２６上に取り付けられたＨＴＥＳＣア
センブリ２８上に支持されている。基板支持体２６は、
基板支持体２６及び支持アーム３２のアセンブリ全体
を、チャンバ２４の側壁中の開口部（図示せず）を通し
てチャンバ２４から取り出すことができるように、片持
ちばり方式で支持アーム３２（図３に示す）の一端に取
り付けられている。プロセス・ガスは、ガス供給管３４
あるいはガス分配板３６などの適当な構造によってチャ
ンバに供給することができ、誘電部材４０を介してＲＦ
エネルギーを誘導結合する平面状コイルなどのアンテナ
３８によってエネルギーを与えられてプラズマ状態にさ
れ得る。アンテナには、従来のＲＦ発電機４２および整
合回路４４などの任意の適当な構造によってＲＦエネル
ギーを供給することができる。ウェーハ処理の間、図３
に示すように、孔４６を通してウェーハの背面に、ヘリ
ウムなどの熱伝達ガスを供給することができる。
り基板支持体２６およびその上に取り付けられたチャッ
クアセンブリ２８を示す。図から分かるように、基板３
０は、基板支持体２６上に取り付けられたＨＴＥＳＣア
センブリ２８上に支持されている。基板支持体２６は、
基板支持体２６及び支持アーム３２のアセンブリ全体
を、チャンバ２４の側壁中の開口部（図示せず）を通し
てチャンバ２４から取り出すことができるように、片持
ちばり方式で支持アーム３２（図３に示す）の一端に取
り付けられている。プロセス・ガスは、ガス供給管３４
あるいはガス分配板３６などの適当な構造によってチャ
ンバに供給することができ、誘電部材４０を介してＲＦ
エネルギーを誘導結合する平面状コイルなどのアンテナ
３８によってエネルギーを与えられてプラズマ状態にさ
れ得る。アンテナには、従来のＲＦ発電機４２および整
合回路４４などの任意の適当な構造によってＲＦエネル
ギーを供給することができる。ウェーハ処理の間、図３
に示すように、孔４６を通してウェーハの背面に、ヘリ
ウムなどの熱伝達ガスを供給することができる。
【００３３】図１ないし図３に示すチャンバ内では、Ｈ
ＴＥＳＣの高さを最小に押さえ、ＨＴＥＳＣを含む基板
支持体２６をチャンバ１０、２４から除去し易いように
することが望ましい。次に、ＨＴＥＳＣをコンパクト設
計で製作する方法についてその詳細を、図４ないし図９
に示す実施形態に照らして説明する。
ＴＥＳＣの高さを最小に押さえ、ＨＴＥＳＣを含む基板
支持体２６をチャンバ１０、２４から除去し易いように
することが望ましい。次に、ＨＴＥＳＣをコンパクト設
計で製作する方法についてその詳細を、図４ないし図９
に示す実施形態に照らして説明する。
【００３４】図４は、本発明の第１の実施形態によるＨ
ＴＥＳＣアセンブリ５０を示している。ＨＴＥＳＣアセ
ンブリ５０は、既に図１ないし図３を参照して説明した
ように、真空処理チャンバ内の片持ちばり基板支持体５
２の上に取り付けられている。ＨＴＥＳＣアセンブリ５
０は、チャック体５６および熱伝達体５８を含む、２つ
の部分からなる設計になっている。チャック体５６はク
ランピング電極６０、任意選択のヒータ・エレメント６
２、膨張ジョイント６４および中央管状延長部６６を含
んでいる。上記膨張ジョイント６４は、ボルト７０によ
って上記熱伝達体５８に取外し可能に取り付けられた環
状装着フランジ６８を含んでいる。上記チャック体５６
は、窒化アルミニウムなど誘電特性を示すセラミック材
料で形成されることが好ましい。上記膨張ジョイント６
４および熱伝達体５８は、アルミニウム、銅、チタンお
よびそれらの合金などの熱伝導材料で形成され得るが、
好ましい材料は、ステンレス鋼、コバルト、ニッケル、
モリブデン、ジルコニウムまたはそれらの合金などの低
熱伝導金属である。あるいは、上記膨張ジョイント６４
および熱伝達体５８は、半導体基板を処理する真空チャ
ンバ内での使用に適した任意の材料で形成されてもよ
い。
ＴＥＳＣアセンブリ５０を示している。ＨＴＥＳＣアセ
ンブリ５０は、既に図１ないし図３を参照して説明した
ように、真空処理チャンバ内の片持ちばり基板支持体５
２の上に取り付けられている。ＨＴＥＳＣアセンブリ５
０は、チャック体５６および熱伝達体５８を含む、２つ
の部分からなる設計になっている。チャック体５６はク
ランピング電極６０、任意選択のヒータ・エレメント６
２、膨張ジョイント６４および中央管状延長部６６を含
んでいる。上記膨張ジョイント６４は、ボルト７０によ
って上記熱伝達体５８に取外し可能に取り付けられた環
状装着フランジ６８を含んでいる。上記チャック体５６
は、窒化アルミニウムなど誘電特性を示すセラミック材
料で形成されることが好ましい。上記膨張ジョイント６
４および熱伝達体５８は、アルミニウム、銅、チタンお
よびそれらの合金などの熱伝導材料で形成され得るが、
好ましい材料は、ステンレス鋼、コバルト、ニッケル、
モリブデン、ジルコニウムまたはそれらの合金などの低
熱伝導金属である。あるいは、上記膨張ジョイント６４
および熱伝達体５８は、半導体基板を処理する真空チャ
ンバ内での使用に適した任意の材料で形成されてもよ
い。
【００３５】上記熱伝達体は冷媒通路を含んでおり、適
当なコンジットによって水その他の冷媒を通路７２に供
給することができる。コンジットの１つを図の参照番号
７４で示す。電力は、管状延長部６６内の電源ラインに
よって、上記クランピング電極６０およびヒータ・エレ
メント６２に供給することができる。例えば、底部がス
トラップ６９に接続されたロッド６７によって、ＲＦお
よびＤＣ電力を上記クランピング電極に供給することが
できる。チャック体の温度は、上記管状延長部６６内の
温度帰還アセンブリ７１を用いてモニタすることができ
る。
当なコンジットによって水その他の冷媒を通路７２に供
給することができる。コンジットの１つを図の参照番号
７４で示す。電力は、管状延長部６６内の電源ラインに
よって、上記クランピング電極６０およびヒータ・エレ
メント６２に供給することができる。例えば、底部がス
トラップ６９に接続されたロッド６７によって、ＲＦお
よびＤＣ電力を上記クランピング電極に供給することが
できる。チャック体の温度は、上記管状延長部６６内の
温度帰還アセンブリ７１を用いてモニタすることができ
る。
【００３６】プレナム８０が、チャック体５６と熱伝達
体５８との、互いに離隔した面８２と面８４との間に設
けられている。ヘリウムなどの熱伝達ガスを、ガス・コ
ンジット７６を通して上記プレナム８０に供給すること
ができる。上記チャック体上の基板の温度は、フィッテ
ィング７８内に支持された光ファイバ素子７７を用いて
モニタすることができる。空圧駆動式リフト・ピンアセ
ンブリなど、任意の種類のリフト・ピンアセンブリを使
用することができるが、好ましい実施形態によれば、ボ
ア７９内に取り付けられたフィッティングが、ケーブル
駆動式リフト・ピンアセンブリを支持するために使用さ
れ得る。熱伝達体５８の溝内にはめ合わされるエラスト
マー・シール８８、９０および管状延長部６６を取り囲
むカラー９１内にはめ合わされるエラストマー・シール
８９が、膨張ジョイント６４と熱伝達体５８との間、お
よび、管状延長部６６と熱伝達体５８との間に真空封止
を提供する。エラストマー・シール９２は、上記熱伝達
体５８の下側と誘電装着板９４との間に真空封止を提供
し、エラストマー・シール９６は、誘電装着板９４の下
側とハウジング５４との間に真空シールを提供する。誘
電エッジ・リング９８（例えば、アルミナ、窒化ケイ
素、石英等）が、誘電装着板９４を覆っており、誘電フ
ォーカス・リング１００（例えば、アルミナ、窒化ケイ
素、炭化ケイ素等）が誘電エッジ・リング９８を覆い、
かつ、上記チャック体５６を囲んでいる。
体５８との、互いに離隔した面８２と面８４との間に設
けられている。ヘリウムなどの熱伝達ガスを、ガス・コ
ンジット７６を通して上記プレナム８０に供給すること
ができる。上記チャック体上の基板の温度は、フィッテ
ィング７８内に支持された光ファイバ素子７７を用いて
モニタすることができる。空圧駆動式リフト・ピンアセ
ンブリなど、任意の種類のリフト・ピンアセンブリを使
用することができるが、好ましい実施形態によれば、ボ
ア７９内に取り付けられたフィッティングが、ケーブル
駆動式リフト・ピンアセンブリを支持するために使用さ
れ得る。熱伝達体５８の溝内にはめ合わされるエラスト
マー・シール８８、９０および管状延長部６６を取り囲
むカラー９１内にはめ合わされるエラストマー・シール
８９が、膨張ジョイント６４と熱伝達体５８との間、お
よび、管状延長部６６と熱伝達体５８との間に真空封止
を提供する。エラストマー・シール９２は、上記熱伝達
体５８の下側と誘電装着板９４との間に真空封止を提供
し、エラストマー・シール９６は、誘電装着板９４の下
側とハウジング５４との間に真空シールを提供する。誘
電エッジ・リング９８（例えば、アルミナ、窒化ケイ
素、石英等）が、誘電装着板９４を覆っており、誘電フ
ォーカス・リング１００（例えば、アルミナ、窒化ケイ
素、炭化ケイ素等）が誘電エッジ・リング９８を覆い、
かつ、上記チャック体５６を囲んでいる。
【００３７】図５は、チャック体５６と該チャック体に
取り付けられた膨張ジョイント６４の詳細を示し、図６
は、チャック体５６と膨張ジョイント６４との間のろう
付けジョイント（図５の詳細ＶＩ）の拡大図である。図
５に示すように、膨張ジョイント６４は、装着フランジ
６８、外側環状セクション１０２および内側環状セクシ
ョン１０４を含んでおり、外側環状セクション１０２
は、湾曲セクション１０１によって上記フランジ６８に
接続され、内側環状セクション１０４は、湾曲セクショ
ン１０６によって外側環状セクション１０２に接続され
ている。外側環状セクション１０２は、環状空間１０８
によってフランジ６８から離隔され、内側環状セクショ
ン１０４は、環状空間１１０によって外側環状セクショ
ン１０２から離隔されている。フランジ６８、外側環状
セクション１０２および内側環状セクション１０４は、
ステンレス鋼などの単体金属体(single piece of meta
l)で形成することができる（例えば、機械加工、鋳造、
鍛造等）。あるいは、上記膨張ジョイントを複数の部材
を溶接したアセンブリ(multi-piecewelded assembly)ま
たは複数の部材をろう付けしたアセンブリ(multi-piece
brazed assembly)で構成することもできる。
取り付けられた膨張ジョイント６４の詳細を示し、図６
は、チャック体５６と膨張ジョイント６４との間のろう
付けジョイント（図５の詳細ＶＩ）の拡大図である。図
５に示すように、膨張ジョイント６４は、装着フランジ
６８、外側環状セクション１０２および内側環状セクシ
ョン１０４を含んでおり、外側環状セクション１０２
は、湾曲セクション１０１によって上記フランジ６８に
接続され、内側環状セクション１０４は、湾曲セクショ
ン１０６によって外側環状セクション１０２に接続され
ている。外側環状セクション１０２は、環状空間１０８
によってフランジ６８から離隔され、内側環状セクショ
ン１０４は、環状空間１１０によって外側環状セクショ
ン１０２から離隔されている。フランジ６８、外側環状
セクション１０２および内側環状セクション１０４は、
ステンレス鋼などの単体金属体(single piece of meta
l)で形成することができる（例えば、機械加工、鋳造、
鍛造等）。あるいは、上記膨張ジョイントを複数の部材
を溶接したアセンブリ(multi-piecewelded assembly)ま
たは複数の部材をろう付けしたアセンブリ(multi-piece
brazed assembly)で構成することもできる。
【００３８】上記膨張ジョイントはさらに、底部が内側
環状セクション１０４の底部に溶接され、かつ、頂部が
チャック体５６の下側にろう付けされた薄い金属リング
１１２を含んでもよい。ジョイントに強度を与えるため
に、小型のセラミック・リング１１４をチャック体５６
とリング１１２との両隣接面にろう付けすることができ
る。チャック体に窒化アルミニウムを選択した場合、リ
ング１１２は、窒化アルミニウムと同等の熱膨張係数を
有するＫＯＶＡＲなどのＮｉＣｏＦｅ合金で形成され得
る。図６に示すように、小さいギャップ１１６（例え
ば、０．００２ないし０．００４インチ）を、内側環状
セクション１０４の内面１２０とチャック体５６の外部
側壁１２２との間に設けることができる。セラミック・
リング１１４は、リング１１２と内側環状セクション１
０４との間にギャップ１１８が設けられるように、外部
側壁１２２から離れて設置される。ギャップ１１８は、
リング１１２とチャック体５６の側壁との間に、ろう付
けジョイント１２４を収容するのに十分な領域を提供す
る。必要に応じて、上記ろう付けジョイントを機械的ジ
ョイントに置き換えることができる。
環状セクション１０４の底部に溶接され、かつ、頂部が
チャック体５６の下側にろう付けされた薄い金属リング
１１２を含んでもよい。ジョイントに強度を与えるため
に、小型のセラミック・リング１１４をチャック体５６
とリング１１２との両隣接面にろう付けすることができ
る。チャック体に窒化アルミニウムを選択した場合、リ
ング１１２は、窒化アルミニウムと同等の熱膨張係数を
有するＫＯＶＡＲなどのＮｉＣｏＦｅ合金で形成され得
る。図６に示すように、小さいギャップ１１６（例え
ば、０．００２ないし０．００４インチ）を、内側環状
セクション１０４の内面１２０とチャック体５６の外部
側壁１２２との間に設けることができる。セラミック・
リング１１４は、リング１１２と内側環状セクション１
０４との間にギャップ１１８が設けられるように、外部
側壁１２２から離れて設置される。ギャップ１１８は、
リング１１２とチャック体５６の側壁との間に、ろう付
けジョイント１２４を収容するのに十分な領域を提供す
る。必要に応じて、上記ろう付けジョイントを機械的ジ
ョイントに置き換えることができる。
【００３９】チャック体５６が加熱して膨張すると、チ
ャック体５６の側壁が内側環状セクション１０４を押し
付け、上記膨張ジョイントの内側および外側セクション
を弾性的にたわませる。その結果、リング１１２が湾曲
し、上記ろう付けジョイント１２４に生じる応力を最小
にすることができる。同様に、リング１１２と内側環状
セクション１０４との間の溶接ジョイントにかかる応力
がより小さくなる。代わりに、湾曲セクション１０６お
よび空間１１０が、上記膨張ジョイントの内側および外
側セクションを弾性的にたわませ、チャック体５６の熱
膨張および収縮を吸収している。
ャック体５６の側壁が内側環状セクション１０４を押し
付け、上記膨張ジョイントの内側および外側セクション
を弾性的にたわませる。その結果、リング１１２が湾曲
し、上記ろう付けジョイント１２４に生じる応力を最小
にすることができる。同様に、リング１１２と内側環状
セクション１０４との間の溶接ジョイントにかかる応力
がより小さくなる。代わりに、湾曲セクション１０６お
よび空間１１０が、上記膨張ジョイントの内側および外
側セクションを弾性的にたわませ、チャック体５６の熱
膨張および収縮を吸収している。
【００４０】図７は、本発明の第２の実施形態によるＨ
ＴＥＳＣアセンブリ５０’を示し、ＨＴＥＳＣアセンブ
リ５０’が、既に図１ないし図３を参照して説明したよ
うに、真空加工チャンバ内の片持ちばり基板支持体５２
上に取り付けられている。ＨＴＥＳＣアセンブリ５０’
は、チャック体５６’および熱伝達体５８’を含む、２
つの部分からなる設計になっている。チャック体５６’
は、クランピング電極６０’、任意選択のヒータ・エレ
メント６２’、膨張ジョイント６４’および中央管状延
長部６６’を含んでいる。膨張ジョイント６４’は、ボ
ルト７０によって熱伝達体５８’に取外し可能に取り付
けられた環状装着フランジ６８’を含んでいる。チャッ
ク体５６’は、窒化アルミニウムなど誘電特性を示すセ
ラミック材料で形成されることが好ましい。膨張ジョイ
ント６４’および熱伝達体５８’は、アルミニウム、
銅、チタンおよびそれらの合金などの熱伝導材料で形成
され得るが、好ましい材料は、ステンレス鋼、コバル
ト、ニッケル、モリブデン、ジルコニウムまたはそれら
の合金などの低熱伝導金属である。あるいは、上記チャ
ック体５６’、膨張ジョイント６４’および熱伝達体
は、半導体基板を処理する真空チャンバ内での使用に適
した任意の材料で形成されてもよい。
ＴＥＳＣアセンブリ５０’を示し、ＨＴＥＳＣアセンブ
リ５０’が、既に図１ないし図３を参照して説明したよ
うに、真空加工チャンバ内の片持ちばり基板支持体５２
上に取り付けられている。ＨＴＥＳＣアセンブリ５０’
は、チャック体５６’および熱伝達体５８’を含む、２
つの部分からなる設計になっている。チャック体５６’
は、クランピング電極６０’、任意選択のヒータ・エレ
メント６２’、膨張ジョイント６４’および中央管状延
長部６６’を含んでいる。膨張ジョイント６４’は、ボ
ルト７０によって熱伝達体５８’に取外し可能に取り付
けられた環状装着フランジ６８’を含んでいる。チャッ
ク体５６’は、窒化アルミニウムなど誘電特性を示すセ
ラミック材料で形成されることが好ましい。膨張ジョイ
ント６４’および熱伝達体５８’は、アルミニウム、
銅、チタンおよびそれらの合金などの熱伝導材料で形成
され得るが、好ましい材料は、ステンレス鋼、コバル
ト、ニッケル、モリブデン、ジルコニウムまたはそれら
の合金などの低熱伝導金属である。あるいは、上記チャ
ック体５６’、膨張ジョイント６４’および熱伝達体
は、半導体基板を処理する真空チャンバ内での使用に適
した任意の材料で形成されてもよい。
【００４１】熱伝達体５８’は冷媒通路７２を含んでお
り、コンジットによって水その他の冷媒を通路７２に供
給することができる。コンジットの１つを図の参照番号
７４で示す。電力は、管状延長部６６’内の電源ライン
によって、上記クランピング電極６０’およびヒータ・
エレメント６２’に供給することができる。例えば、底
部がストラップ６９’に接続されたロッド６７’によっ
て、ＲＦおよびＤＣ電力を上記クランピング電極に供給
することができる。チャック体の温度は、上記管状延長
部内の温度帰還アセンブリ７１を用いてモニタすること
ができる。
り、コンジットによって水その他の冷媒を通路７２に供
給することができる。コンジットの１つを図の参照番号
７４で示す。電力は、管状延長部６６’内の電源ライン
によって、上記クランピング電極６０’およびヒータ・
エレメント６２’に供給することができる。例えば、底
部がストラップ６９’に接続されたロッド６７’によっ
て、ＲＦおよびＤＣ電力を上記クランピング電極に供給
することができる。チャック体の温度は、上記管状延長
部内の温度帰還アセンブリ７１を用いてモニタすること
ができる。
【００４２】プレナム８０が、チャック体５６’と熱伝
達体５８’との、互いに離隔した面８２と面８４との間
に設けられている。ヘリウムなどの熱伝達ガスを、ガス
・コンジット７６を通して上記プレナム８０に供給する
ことができる。上記チャック体上の基板の温度は、フィ
ッティング７８内に支持された光ファイバ素子７７を用
いてモニタすることができる。空圧駆動式リフト・ピン
アセンブリなど、任意の種類のリフト・ピンアセンブリ
を使用することができるが、好ましい実施形態によれ
ば、ボア７９内に取り付けられたフィッティングが、ケ
ーブル駆動式リフト・ピンを支持するために使用され得
る。熱伝達体５８’の溝内にはめ合わされるエラストマ
ー・シール８８、８９、９０、および、上記熱伝達体５
８’にボルト締めされた鋳物５９が、膨張ジョイント６
４’と熱伝達体５８’との間、および、管状延長部６
６’と鋳物５９との間に真空封止を提供する。エラスト
マー・シール９２は、熱伝達体５８’の下側と誘電装着
板９４との間に真空封止を提供し、エラストマー・シー
ル９６は、誘電装着板９４の下側とハウジング５４との
間に真空封止を提供する。誘電エッジ・リング９８（例
えば、アルミナ、窒化ケイ素、石英等）が、誘電装着板
９４を覆っており、誘電フォーカス・リング１００（例
えば、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等）がその上
を覆い、かつ、上記チャック体５６’を取り囲んでい
る。
達体５８’との、互いに離隔した面８２と面８４との間
に設けられている。ヘリウムなどの熱伝達ガスを、ガス
・コンジット７６を通して上記プレナム８０に供給する
ことができる。上記チャック体上の基板の温度は、フィ
ッティング７８内に支持された光ファイバ素子７７を用
いてモニタすることができる。空圧駆動式リフト・ピン
アセンブリなど、任意の種類のリフト・ピンアセンブリ
を使用することができるが、好ましい実施形態によれ
ば、ボア７９内に取り付けられたフィッティングが、ケ
ーブル駆動式リフト・ピンを支持するために使用され得
る。熱伝達体５８’の溝内にはめ合わされるエラストマ
ー・シール８８、８９、９０、および、上記熱伝達体５
８’にボルト締めされた鋳物５９が、膨張ジョイント６
４’と熱伝達体５８’との間、および、管状延長部６
６’と鋳物５９との間に真空封止を提供する。エラスト
マー・シール９２は、熱伝達体５８’の下側と誘電装着
板９４との間に真空封止を提供し、エラストマー・シー
ル９６は、誘電装着板９４の下側とハウジング５４との
間に真空封止を提供する。誘電エッジ・リング９８（例
えば、アルミナ、窒化ケイ素、石英等）が、誘電装着板
９４を覆っており、誘電フォーカス・リング１００（例
えば、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等）がその上
を覆い、かつ、上記チャック体５６’を取り囲んでい
る。
【００４３】図８は、チャック体５６’と該チャック体
に取り付けられた膨張ジョイント６４’の詳細を示す。
図８に示すように、膨張ジョイント６４’は装着フラン
ジ６８’、外側環状セクション１０２’および内側環状
セクション１０４’を含んでおり、外側環状セクション
１０２’は、湾曲セクション１０１’によってフランジ
６８’に接続され、内側環状セクション１０４’は、湾
曲セクション１０６’によって外側環状セクション１０
２’に接続されている。外側環状セクション１０２’
は、環状空間１０８’によってフランジ６８’から離隔
され、内側環状セクション１０４’は、環状空間１１
０’によって外側環状セクション１０２’から離隔され
ている。フランジ６８’、外側環状セクション１０２’
および内側環状セクション１０４’は、ステンレス鋼な
どの単体金属体で形成することができるし（例えば、機
械加工、鋳造、鍛造等）、ステンレス鋼などの１つまた
は複数の金属の部品を溶接アセンブリ又はろう付けした
アセンブリで構成することもできる。
に取り付けられた膨張ジョイント６４’の詳細を示す。
図８に示すように、膨張ジョイント６４’は装着フラン
ジ６８’、外側環状セクション１０２’および内側環状
セクション１０４’を含んでおり、外側環状セクション
１０２’は、湾曲セクション１０１’によってフランジ
６８’に接続され、内側環状セクション１０４’は、湾
曲セクション１０６’によって外側環状セクション１０
２’に接続されている。外側環状セクション１０２’
は、環状空間１０８’によってフランジ６８’から離隔
され、内側環状セクション１０４’は、環状空間１１
０’によって外側環状セクション１０２’から離隔され
ている。フランジ６８’、外側環状セクション１０２’
および内側環状セクション１０４’は、ステンレス鋼な
どの単体金属体で形成することができるし（例えば、機
械加工、鋳造、鍛造等）、ステンレス鋼などの１つまた
は複数の金属の部品を溶接アセンブリ又はろう付けした
アセンブリで構成することもできる。
【００４４】上記膨張ジョイント６４’はさらに、底部
が内側環状セクション１０４’の底部の延長部１０５の
リップに溶接されたフランジ１１３を有する薄い金属リ
ング１１２’を含んでもよい。リング１１２’は、その
頂部が上記チャック体５６’の下側にろう付けされる。
あるいは、リング１１２’を上記チャック体に機械的に
取り付けられてもよい。チャック体に窒化アルミニウム
を選択した場合、リング１１２’は、窒化アルミニウム
と同等の熱膨張係数を有するＫＯＶＡＲなどのＮｉＣｏ
Ｆｅ合金で形成され得る。小さいギャップ１１６（例え
ば、０．００２ないし０．００４インチ）を、内側環状
セクション１０４’の内面１２０’とチャック体５６’
の外部側壁１２２’との間に設けることができる。
が内側環状セクション１０４’の底部の延長部１０５の
リップに溶接されたフランジ１１３を有する薄い金属リ
ング１１２’を含んでもよい。リング１１２’は、その
頂部が上記チャック体５６’の下側にろう付けされる。
あるいは、リング１１２’を上記チャック体に機械的に
取り付けられてもよい。チャック体に窒化アルミニウム
を選択した場合、リング１１２’は、窒化アルミニウム
と同等の熱膨張係数を有するＫＯＶＡＲなどのＮｉＣｏ
Ｆｅ合金で形成され得る。小さいギャップ１１６（例え
ば、０．００２ないし０．００４インチ）を、内側環状
セクション１０４’の内面１２０’とチャック体５６’
の外部側壁１２２’との間に設けることができる。
【００４５】チャック体５６’が加熱して膨張すると、
チャック体５６’の側壁１２２’が内側環状セクション
１０４’の面１２０’を押し付け、膨張ジョイント６
４’の内側および外側セクションを弾性的にたわませ
る。その結果、リング１１２’が湾曲し、リング１２
２’の頂部のろう付けジョイントに生じる応力を最小に
することができる。同様に、リング１１２’と内側環状
セクション１０４’との間の溶接ジョイント１１５にか
かる応力がより小さくなる。代わりに、湾曲セクション
１０６’、および空間１１０’が、膨張ジョイント６
４’の内側および外側セクションを弾性的にたわませ、
チャック体５６’の熱膨張および収縮を吸収している。
チャック体５６’の側壁１２２’が内側環状セクション
１０４’の面１２０’を押し付け、膨張ジョイント６
４’の内側および外側セクションを弾性的にたわませ
る。その結果、リング１１２’が湾曲し、リング１２
２’の頂部のろう付けジョイントに生じる応力を最小に
することができる。同様に、リング１１２’と内側環状
セクション１０４’との間の溶接ジョイント１１５にか
かる応力がより小さくなる。代わりに、湾曲セクション
１０６’、および空間１１０’が、膨張ジョイント６
４’の内側および外側セクションを弾性的にたわませ、
チャック体５６’の熱膨張および収縮を吸収している。
【００４６】図９は、本発明による他のＨＴＥＳＣを示
し、膨張ジョイント６４”が、湾曲セクション１２７に
よって装着フランジ６８”に接続され、かつ、湾曲セク
ション１２８によってチャック体５６”に接続された単
一の環状薄壁セクション１２６を含んでいる。セクショ
ン１２６は、環状空間１２９によってフランジ６８”か
ら離隔されている。基板は、空圧駆動式リフト・ピンア
センブリまたはケーブル駆動式アセンブリなど任意の適
当なリフト・ピン構造を用いて昇降され得る。図に示す
実施形態では、リフト・ピンアセンブリは、チャック体
５６”の周囲に沿って円周状に間隔を隔てた位置に配置
された複数のケーブル駆動式リフト・ピンを含んでい
る。例えば、図９に示すように、複数のケーブル駆動式
リフト・ピンアセンブリ１３０は、膨張ジョイント６
４”の近くに配置され得る。
し、膨張ジョイント６４”が、湾曲セクション１２７に
よって装着フランジ６８”に接続され、かつ、湾曲セク
ション１２８によってチャック体５６”に接続された単
一の環状薄壁セクション１２６を含んでいる。セクショ
ン１２６は、環状空間１２９によってフランジ６８”か
ら離隔されている。基板は、空圧駆動式リフト・ピンア
センブリまたはケーブル駆動式アセンブリなど任意の適
当なリフト・ピン構造を用いて昇降され得る。図に示す
実施形態では、リフト・ピンアセンブリは、チャック体
５６”の周囲に沿って円周状に間隔を隔てた位置に配置
された複数のケーブル駆動式リフト・ピンを含んでい
る。例えば、図９に示すように、複数のケーブル駆動式
リフト・ピンアセンブリ１３０は、膨張ジョイント６
４”の近くに配置され得る。
【００４７】リフト・ピンアセンブリ１３０は、ハウジ
ング１３６内のスライド可能なリフト・ピン支持体１３
４に取り付けられたケーブル（図示せず）によって上げ
下げすることができるリフト・ピン１３２を含んでい
る。ハウジング１３６は、ハーメチックシールを維持す
るように、ボア８６’内にはめ合わされている。このよ
うなケーブル駆動式リフト・ピンの詳細については、本
出願人所有の米国特許第５，７９６，０６６号に記載さ
れている。リフト・ピン孔４６’は、ピンの移動が可能
で、かつ、プレナム８０内の熱伝達ガスを、リフト・ピ
ン１３２の周囲から、チャック体５６”を覆う形で配置
される基板の下側に流すことができるサイズを有する。
ング１３６内のスライド可能なリフト・ピン支持体１３
４に取り付けられたケーブル（図示せず）によって上げ
下げすることができるリフト・ピン１３２を含んでい
る。ハウジング１３６は、ハーメチックシールを維持す
るように、ボア８６’内にはめ合わされている。このよ
うなケーブル駆動式リフト・ピンの詳細については、本
出願人所有の米国特許第５，７９６，０６６号に記載さ
れている。リフト・ピン孔４６’は、ピンの移動が可能
で、かつ、プレナム８０内の熱伝達ガスを、リフト・ピ
ン１３２の周囲から、チャック体５６”を覆う形で配置
される基板の下側に流すことができるサイズを有する。
【００４８】熱伝達ガスは、ガス通路１３８を介してプ
レナム８０内に供給することができ、プレナム内のガス
は、２ないし２０Torrの任意の適当な圧力に保つことが
できる。基板のサイズに応じて、３個またはそれ以上の
リフト・ピン１３２が基板を上げ下げするために使用さ
れ得る。図３に示すように、追加の孔４６が、基板の縁
の周りに均等にガスを分配するために提供され得る。さ
らに、上記の追加の孔を、チャック体上面の浅い溝（図
示せず）の中に設けて、基板下面へのガスの分配を促進
することも可能である。クランピング電極およびヒータ
・エレメントに電力を供給するために、電源７８’が、
管状延長部６６”の内部に設けられ得る。また、電源７
８’の１つは、チャック体５６”内に設けられた基板温
度センサ（図示せず）に電気信号を伝送するために使用
され得る。
レナム８０内に供給することができ、プレナム内のガス
は、２ないし２０Torrの任意の適当な圧力に保つことが
できる。基板のサイズに応じて、３個またはそれ以上の
リフト・ピン１３２が基板を上げ下げするために使用さ
れ得る。図３に示すように、追加の孔４６が、基板の縁
の周りに均等にガスを分配するために提供され得る。さ
らに、上記の追加の孔を、チャック体上面の浅い溝（図
示せず）の中に設けて、基板下面へのガスの分配を促進
することも可能である。クランピング電極およびヒータ
・エレメントに電力を供給するために、電源７８’が、
管状延長部６６”の内部に設けられ得る。また、電源７
８’の１つは、チャック体５６”内に設けられた基板温
度センサ（図示せず）に電気信号を伝送するために使用
され得る。
【００４９】図９に示す構造の場合、チャック体５６”
は加熱時に膨張することができ、このような膨張は膨張
ジョイント６４”に吸収され得る。管状延長部６６”
は、熱伝達体５８”上で自由支持され、ボルト締めされ
たフランジ６８”が作り出すクランピング圧力により、
管状延長部と熱伝達体５８”との間のハーメチックシー
ルがエラストマー・シール９０’によって維持される。
は加熱時に膨張することができ、このような膨張は膨張
ジョイント６４”に吸収され得る。管状延長部６６”
は、熱伝達体５８”上で自由支持され、ボルト締めされ
たフランジ６８”が作り出すクランピング圧力により、
管状延長部と熱伝達体５８”との間のハーメチックシー
ルがエラストマー・シール９０’によって維持される。
【００５０】上記環状セクションまたは膨張ジョイント
・セクションの薄い断面部は、上記チャック体を、ＨＴ
ＥＳＣアセンブリの残りの部分から熱的に絶縁すること
を可能にする。チャック体を熱的に絶縁することによ
り、熱伝導によるチャック体からの熱損を最小にし、そ
れにより、大電力を消費することなく、チャック体を約
５００℃もの高温に到達させることを可能にしている。
さらに、膨張ジョイントの形状が、基板の処理時におけ
る熱サイクルによるジョイントの膨張および縮小を許容
している。したがって、ＨＴＥＳＣアセンブリの溶接ジ
ョイントおよびろう付けジョイントにかかる熱応力が最
小化され、ＨＴＥＳＣの長寿命を期待することができ
る。
・セクションの薄い断面部は、上記チャック体を、ＨＴ
ＥＳＣアセンブリの残りの部分から熱的に絶縁すること
を可能にする。チャック体を熱的に絶縁することによ
り、熱伝導によるチャック体からの熱損を最小にし、そ
れにより、大電力を消費することなく、チャック体を約
５００℃もの高温に到達させることを可能にしている。
さらに、膨張ジョイントの形状が、基板の処理時におけ
る熱サイクルによるジョイントの膨張および縮小を許容
している。したがって、ＨＴＥＳＣアセンブリの溶接ジ
ョイントおよびろう付けジョイントにかかる熱応力が最
小化され、ＨＴＥＳＣの長寿命を期待することができ
る。
【００５１】チャック体をＨＴＥＳＣアセンブリの他の
部分から熱的に絶縁することにより、標準の低価格エラ
ストマー材料を、熱伝達体と共に真空封止を形成するた
めに使用することができる。このような真空封止は、Ｖ
ＩＴＯＮなどの低価格材料で形成することができる。チ
ャック体は、コファイアされたセラミック材料層（cofi
red layers of ceramic material）およびメタライゼー
ション層(metallizationlayers)で形成することができ
る。例えば、本出願人所有の米国特許第５，８８０，９
２２号に、セラミック製チャック体の製造好適な技術が
記載されている。例えば、上記層は、セラミック層に挟
まれた単極電極または双極電極（ＲＦバイアス電極とし
ても機能する）を形成する導電層を含み得る。１つまた
は複数のらせん形抵抗加熱素子などのヒータ・エレメン
トが、追加のセラミック層の間に配置され得る。クラン
ピング電極およびヒータ・エレメントに電力を供給する
ための様々な導電フィードスルーがチャック体に組み込
まれ得る。
部分から熱的に絶縁することにより、標準の低価格エラ
ストマー材料を、熱伝達体と共に真空封止を形成するた
めに使用することができる。このような真空封止は、Ｖ
ＩＴＯＮなどの低価格材料で形成することができる。チ
ャック体は、コファイアされたセラミック材料層（cofi
red layers of ceramic material）およびメタライゼー
ション層(metallizationlayers)で形成することができ
る。例えば、本出願人所有の米国特許第５，８８０，９
２２号に、セラミック製チャック体の製造好適な技術が
記載されている。例えば、上記層は、セラミック層に挟
まれた単極電極または双極電極（ＲＦバイアス電極とし
ても機能する）を形成する導電層を含み得る。１つまた
は複数のらせん形抵抗加熱素子などのヒータ・エレメン
トが、追加のセラミック層の間に配置され得る。クラン
ピング電極およびヒータ・エレメントに電力を供給する
ための様々な導電フィードスルーがチャック体に組み込
まれ得る。
【００５２】本発明を、好ましい実施形態を参照しなが
ら詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱することな
く、様々な変更を実施し、等価物を採用し得ることは、
当分野の技術者には明らかであろう。
ら詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱することな
く、様々な変更を実施し、等価物を採用し得ることは、
当分野の技術者には明らかであろう。
【図１】本発明のＨＴＥＳＣアセンブリが組み込まれ得
る真空処理チャンバの断面図である。
る真空処理チャンバの断面図である。
【図２】本発明のＨＴＥＳＣアセンブリが組み込まれ得
る他の処理チャンバの断面図である。
る他の処理チャンバの断面図である。
【図３】図２の片持ちばり基板支持体の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるＨＴＥＳＣアセ
ンブリの断面図である。
ンブリの断面図である。
【図５】図４に示すＨＴＥＳＣアセンブリの部分詳細図
である。
である。
【図６】図５に示すチャック体の部分拡大図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるＨＴＥＳＣアセ
ンブリの断面図である。
ンブリの断面図である。
【図８】図６に示すＨＴＥＳＣアセンブリの部分詳細図
である。
である。
【図９】本発明の第３の実施形態によるＨＴＥＳＣの部
分断面図である。
分断面図である。
ＨＴＥＳＣ 高温静電チャック １０、２４ 真空加工チャンバ １２、２６、５２ 片持ちばり基板支持体 １４ ＨＴＥＳＣ １６ 支持体ハウジング １８ 供給通路 ２０ 装着フランジ ２１ 開口部 ２２ 支持アーム ２３ 真空ポンプ ２８、５０、５０’ チャックアセンブリ（ＨＴＥＳＣ
アセンブリ） ３０ 基板 ３２ 支持アーム ３４ ガス供給管 ３６ ガス分配板 ３８ アンテナ ４０ 誘電部材 ４２ ＲＦ発電機 ４４ 整合回路 ４６、４６’ 孔 ５４、１３６ ハウジング ５６、５６’、５６” チャック体 ５８、５８’、５８” 熱伝達体 ５９ 鋳物 ６０、６０’ クランピング電極 ６２、６２’ ヒータ・エレメント ６４、６４’、６４” 膨張ジョイント ６６、６６’、６６” 管状延長部 ６７、６７’ ロッド ６８、６８’、６８” 環状装着フランジ ６９、６９’ ストラップ ７０ ボルト ７１ 温度帰還アセンブリ ７２ 通路 ７４ コンジット ７６ ガス・コンジット ７７ 光ファイバ素子 ７８ フィッティング ７８’電源 ７９、８６’、８６” ボア ８０ プレナム ８２、８４ チャック体５６と熱伝達体との、互いに離
隔した面 ８８、８９、９０、９０’、９２、９６ エラストマー
・シール ９１ カラー ９４ 誘電装着板 ９８ 誘電エッジ・リング １００ 誘電フォーカス・リング １０１、１０１’、１０６、１０６’、１２７、１２８
湾曲セクション １０２、１０２’ 外側環状セクション １０４、１０４’ 内側環状セクション １０５ 延長部 １０８、１０８’、１１０、１１０’ 環状空間 １１２、１１２’ 金属リング １１３ フランジ １１４ セラミック・リング １１５ 溶接ジョイント １１６、１１８、１２９ ギャップ １２０、１２０’ 内側環状セクション１０４、１０
４’の内面 １２２、１２２’ チャック体５６、５６’の外部側壁 １２４ ろう付けジョイント １２６ 単一環状薄壁セクション（溶接セクション） １３０ ケーブル駆動式リフト・ピンアセンブリ １３２ リフト・ピン １３４ スライド可能なリフト・ピン支持体 １３８ ガス通路
アセンブリ） ３０ 基板 ３２ 支持アーム ３４ ガス供給管 ３６ ガス分配板 ３８ アンテナ ４０ 誘電部材 ４２ ＲＦ発電機 ４４ 整合回路 ４６、４６’ 孔 ５４、１３６ ハウジング ５６、５６’、５６” チャック体 ５８、５８’、５８” 熱伝達体 ５９ 鋳物 ６０、６０’ クランピング電極 ６２、６２’ ヒータ・エレメント ６４、６４’、６４” 膨張ジョイント ６６、６６’、６６” 管状延長部 ６７、６７’ ロッド ６８、６８’、６８” 環状装着フランジ ６９、６９’ ストラップ ７０ ボルト ７１ 温度帰還アセンブリ ７２ 通路 ７４ コンジット ７６ ガス・コンジット ７７ 光ファイバ素子 ７８ フィッティング ７８’電源 ７９、８６’、８６” ボア ８０ プレナム ８２、８４ チャック体５６と熱伝達体との、互いに離
隔した面 ８８、８９、９０、９０’、９２、９６ エラストマー
・シール ９１ カラー ９４ 誘電装着板 ９８ 誘電エッジ・リング １００ 誘電フォーカス・リング １０１、１０１’、１０６、１０６’、１２７、１２８
湾曲セクション １０２、１０２’ 外側環状セクション １０４、１０４’ 内側環状セクション １０５ 延長部 １０８、１０８’、１１０、１１０’ 環状空間 １１２、１１２’ 金属リング １１３ フランジ １１４ セラミック・リング １１５ 溶接ジョイント １１６、１１８、１２９ ギャップ １２０、１２０’ 内側環状セクション１０４、１０
４’の内面 １２２、１２２’ チャック体５６、５６’の外部側壁 １２４ ろう付けジョイント １２６ 単一環状薄壁セクション（溶接セクション） １３０ ケーブル駆動式リフト・ピンアセンブリ １３２ リフト・ピン １３４ スライド可能なリフト・ピン支持体 １３８ ガス通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケンナード， マーク アレン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94566 プリサントン， アルバラド ス トリート 4142 (72)発明者 ショエップ， アラン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95005 ベン ロモンド， ハイウェイ ９ 10010
Claims (39)
- 【請求項１】 高温真空処理チャンバに有用な静電チャ
ックであって、 静電クランプ電極、および任意選択のヒータ・エレメン
トを含むチャック体であって、前記電極がチャック体の
外表面上に基板を静電的にクランプするように適合され
たチャック体と、 プレナムによって前記チャック体から離隔された熱伝達
体であって、前記プレナムが、前記チャック体の面と該
面から離隔された当該熱伝達体の面との間に配置され、
当該熱伝達体が、前記プレナム内の熱伝達ガスを介した
熱伝導によって前記チャック体から熱を取り去るように
適合された当該熱伝達体と、 前記チャック体の外周を前記熱伝達体に接続する膨張ジ
ョイントであって、前記チャック体の熱サイクル中にハ
ーメチックシールを維持しながら前記チャック体と前記
熱伝達体との熱膨張の差を吸収する膨張ジョイントと、 を備えた静電チャック。 - 【請求項２】 前記熱伝達体が、少なくとも１つの冷媒
通路を中に有する冷却板を含み、冷媒通路内を冷媒が循
環して前記チャック体を所望の温度に維持し、前記プレ
ナムが前記チャック体の下側の少なくとも５０％を占め
るように延びる環状空間であり、前記熱伝達体が、熱伝
達ガスがそれを通って前記環状空間に流れるガス供給通
路を含む、請求項１に記載の静電チャック。 - 【請求項３】 前記チャック体が、前記プレナムと前記
チャック体の前記外表面との間に延びるガス通路を含
み、前記ガス通路が任意選択で、前記膨張ジョイントに
隣接して配置され、前記基板の処理中に前記プレナムか
ら前記基板の周辺の下側に熱伝達ガスを供給する、請求
項１に記載の静電チャック。 - 【請求項４】 前記チャック体が金属材料またはセラミ
ック材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。 - 【請求項５】 前記熱伝達体が、前記チャック体に向か
って、および、前記チャック体から離れるように移動可
能なリフト・ピンを有するリフト・ピン構成を含み、前
記リフト・ピンが、前記チャック体の孔を通って移動し
て、前記チャック体の上に基板を降ろし、および、前記
チャック体から基板を持ち上げる、請求項１に記載の静
電チャック。 - 【請求項６】 前記膨張ジョイントが、前記熱伝達体に
接続されるように適合された装着フランジを含み、前記
膨張ジョイントは、湾曲セクションによって相互接続さ
れた内側環状セクションおよび外側環状セクションを含
むヒート・チョークを備え、前記内側環状セクションが
前記チャック体に接続され、前記外側環状セクションが
前記装着フランジに接続されている、請求項１に記載の
静電チャック。 - 【請求項７】 前記膨張ジョイントが、その一方の端部
で前記チャック体の周辺にジョイントによって接続され
た薄リングを含み、前記薄リングが、前記チャック体の
熱サイクル中に前記ジョイントが故障するのを防止する
ために、前記チャック体の熱膨張係数に充分に近い熱膨
張係数を有する金属からなる、請求項１に記載の静電チ
ャック。 - 【請求項８】 さらに、前記チャック体の下側の中央部
分から延びるセラミックまたは金属製管状セクションを
備え、前記管状セクションの外側面が前記プレナムの壁
部を定義し、前記管状セクションが前記チャック体と前
記熱伝達体との間の熱的パスを提供し、前記管状セクシ
ョンが前記プレナム内の前記熱伝達ガスおよび前記膨張
ジョイントと協働して、前記チャック体から取り去られ
る熱をバランスさせる、請求項１に記載の静電チャッ
ク。 - 【請求項９】 前記管状セクションのインテリアが、前
記クランプ電極にＲＦおよびＤＣ電力を供給する電力供
給部、前記ヒータ・エレメントにＡＣ電力を供給する電
力供給部、および／または前記チャック体の温度を監視
する機構を含む、請求項８に記載の静電チャック。 - 【請求項１０】 前記チャック体が、窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ
素、アルミナ及びそれらの混合物から構成される群から
選択されたセラミック材料を含む、請求項４に記載の静
電チャック。 - 【請求項１１】 前記リフト・ピン構成が、ケーブル駆
動式リフト・ピン構成を備える、請求項５に記載の静電
チャック。 - 【請求項１２】 前記ジョイントがろう付けジョイント
である、請求項７に記載の静電チャック。 - 【請求項１３】 前記管状セクションの前記インテリア
が大気圧に対して開放されている、請求項９に記載の静
電チャック。 - 【請求項１４】 前記膨張ジョイントが、前記チャック
体の外縁と隣接する熱膨張セクションを含み、前記熱膨
張セクションが、前記チャック体の寸法の変化を吸収す
るために、熱的に膨張可能かつ収縮可能である、請求項
１に記載の静電チャック。 - 【請求項１５】 真空処理チャンバ用の静電チャックで
あって、 電力供給部に接続可能な電気接触部を有する電極を含む
チャック体であって、前記電力供給部は、当該チャック
体の外表面上に基板を静電的にクランプするために充分
なエネルギーを前記電極に与える、チャック体と、 前記チャック体の外周に接続された膨張ジョイントであ
って、前記チャック体の面と該面から離隔された熱伝達
体の面との間にプレナムが形成されるように前記熱伝達
体に取外し可能に接続される膨張ジョイントとを備えた
静電チャック。 - 【請求項１６】 前記チャック体が、前記プレナムと前
記チャック体の前記周辺表面との間に延びるガス通路を
含み、前記ガス通路が任意選択で、前記膨張ジョイント
に隣接して配置され、前記基板の処理中に前記プレナム
から前記基板の周辺の下側に熱伝達ガスを供給する、請
求項１５に記載の静電チャック。 - 【請求項１７】 前記チャック体が金属材料またはセラ
ミック材料を含む、請求項１５に記載の静電チャック。 - 【請求項１８】 前記膨張ジョイントが、前記熱伝達体
に接続されるように適合された装着フランジを含み、前
記膨張ジョイントが、湾曲セクションによって相互接続
された内側環状セクションおよび外側環状セクションを
含むヒート・チョークを備え、前記内側環状セクション
が前記チャック体に接続され、前記外側環状セクション
が前記装着フランジに接続された、請求項１５に記載の
静電チャック。 - 【請求項１９】 前記膨張ジョイントが、ジョイントに
よって前記チャック体の外周にその一方の端部で接続さ
れる薄リングを含み、前記リングが、前記チャック体の
熱サイクル中に前記ジョイントが故障するのを防止する
ために、前記チャック体の熱膨張係数に充分に近い熱膨
張係数を有する金属からなる、請求項１５に記載の静電
チャック。 - 【請求項２０】 さらに、前記チャック体の下側の中央
部分から延びるセラミックまたは金属製管状セクション
を備え、前記管状セクションの外側面が前記プレナムの
壁部を定義し、前記管状セクションが前記チャック体と
前記熱伝達体との間の熱的パスを提供し、前記管状セク
ションが前記プレナム内の前記熱伝達ガスおよび前記膨
張ジョイントと協働して、前記チャック体から取り去ら
れる熱を平衡させる、請求項１５に記載の静電チャッ
ク。 - 【請求項２１】 前記管状セクションのインテリアが、
前記クランプ電極にＲＦおよびＤＣ電力を供給する電力
供給部、前記ヒータ・エレメントにＡＣ電力を供給する
電力供給部、および／または前記チャック体の温度を監
視する機構を含む、請求項２０に記載の静電チャック。 - 【請求項２２】 前記プレナムが、前記チャック体の前
記下側の少なくとも５０％を占めるように延びる環状空
間であり、前記電極型が単極または双極型電極である、
請求項１５に記載の静電チャック。 - 【請求項２３】 前記膨張ジョイントが、前記チャック
体の外縁と隣接する熱膨張セクションを含み、前記熱膨
張セクションが、前記チャック体の寸法の変化を吸収す
るために、熱的に膨張可能かつ収縮可能である、請求項
１５に記載の静電チャック。 - 【請求項２４】 前記膨張ジョイントが、前記熱伝達体
に接続可能な装着フランジ、前記装着フランジに接続さ
れたヒート・チョーク、および、その一方の端部で前記
ヒート・チョークに接続され、かつその他方の端部で前
記チャック体に接続された薄い金属リングを含む、請求
項１５に記載の静電チャック。 - 【請求項２５】 前記チャック体が、窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ
素、アルミナおよびその混合物から構成される群から選
択されたセラミック材料を含む、請求項１７に記載の静
電チャック。 - 【請求項２６】 さらに、前記熱伝達体上に装着された
リフト・ピン構成を備える、請求項１５に記載の静電チ
ャック。 - 【請求項２７】 前記ジョイントが、ろう付けされたジ
ョイントを含む、請求項１９に記載の静電チャック。 - 【請求項２８】クランプ電極と、前記チャック体の面と
該面から離隔された熱伝達体の面との間にプレナムが形
成されるように前記チャック体の外周を前記熱伝達体に
接続する膨張ジョイントとを備えたチャック体上に基板
が静電的にクランプされた真空処理チャンバ内で該基板
を処理する方法であって、 電極にエネルギーを与えることによって前記チャック体
の外表面上に基板をクランプする段階と、 前記プレナムに熱伝達ガスを供給する段階であって、前
記プレナム内の前記熱伝達ガスが、前記チャック体内の
ガス通路を通って、前記基板の下側と前記チャック体の
前記外表面との間のギャップに送られる段階と、 前記プレナムに供給された前記熱伝達ガスを介した熱伝
導によって前記チャック体から熱を取り去る段階と、 基板を処理する段階とを含む方法。 - 【請求項２９】 さらに、前記チャンバにプロセス・ガ
スを供給する段階と、前記プロセス・ガスにエネルギー
を与えてプラズマにする段階と、前記処理段階中にプラ
ズマで前記基板の露出面をエッチングする段階とを含
む、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３０】 前記プロセス・ガスが、高周波エネル
ギーを前記チャンバに誘導的的に結合させるアンテナに
対して高周波エネルギーを供給することによって、エネ
ルギーを与えられてプラズマになる、請求項２８に記載
の方法。 - 【請求項３１】 前記基板の露出表面が、前記処理段階
中に被覆される、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３２】 さらに、前記チャック体に組み込まれ
たヒータ・エレメントに電力を供給することによって、
１００℃より高く基板を加熱する段階を含む、請求項２
８に記載の方法。 - 【請求項３３】 さらに、前記熱伝達体上に搭載された
リフト・ピンで前記チャック体の外表面上に前記基板を
降ろす段階を含み、前記リフト・ピンが前記チャック体
の外側部分の開口部を通って通過する、請求項２８に記
載の方法。 - 【請求項３４】 さらに、前記熱伝達体内に液体冷媒を
循環させる段階を含む、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３５】 さらに、前記チャック体の前記下側の
中央部分から延びるセラミック製または金属製の管状セ
クションに配置された温度センサで、基板の温度変化を
監視する段階を含み、前記管状セクションのインテリア
が大気圧である、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３６】 前記基板が、前記処理段階中に８０℃
を超える温度である、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３７】 前記基板が、前記処理段階中に２００
℃を超える温度である、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３８】 白金層が前記処理段階中にプラズマ・
エッチングされる、請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３９】 セラミック製または金属製管状延長部
が、前記チャック体の前記下側の中央部分から延び、か
つ前記チャック体と前記熱伝達体との間で熱を伝導し、 当該方法がさらに、前記プレナム内の前記熱伝達ガスに
よって提供される第１ヒート・パスを介して取り去られ
る熱が、前記膨張ジョイントによって提供される第２ヒ
ート・パスを介して取り去られる熱および前記管状セク
ションによって提供される第３のヒート・パスを介して
取り去られる熱とバランスするように、前記プレナム内
の前記熱伝達ガスの圧力を調節する段階を含む、請求項
２８に記載の方法。
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