JP2001274231A - 半導体処理システム内の温度を制御する装置 - Google Patents

半導体処理システム内の温度を制御する装置

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JP2001274231A JP2000379494A JP2000379494A JP2001274231A JP 2001274231 A JP2001274231 A JP 2001274231A JP 2000379494 A JP2000379494 A JP 2000379494A JP 2000379494 A JP2000379494 A JP 2000379494A JP 2001274231 A JP2001274231 A JP 2001274231A
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パークヘ ヴィジャイ
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 半導体処理システム内の温度を制御する装置
の提供。 【解決手段】 本装置は、ペデスタルベース106と、
ペデスタルベースの上に配置され外囲を画定する基板支
持具105と、外囲内に配置された冷却プレートと、前
記冷却プレート上に配置され前記基板支持具と接触する
ペルティエ効果熱電気デバイスとを備える。基板支持具
は、単極、二極又は帯状構成の静電チャックでも良い。
静電チャックは、1つ又はそれ以上のヒーター電極16
0と、RFバイアス可能な電極162を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の技術分野】本発明は、一般に半導体処理システ
ム内の熱伝達に関する。より詳しくは、半導体処理シス
テム内の色々の構成要素、構造、又は表面を加熱及び冷
却するための熱電気デバイスの適用に関する。

【0002】

【従来の技術】基板処理システムは、一般にシリコンウ
ェハ等の基板上に超大規模集積回路(VLSI)デバイ
スを形成するため、複数の処理チャンバを備える。ある
構成要素又は構造を加熱及び/又は冷却するため、チャ
ンバは異なる要求を有する。即ち、処理チャンバ内又は
これに取付けられた個々の構成要素又は構造は、色々の
条件下で不所望の温度になり、基板に不適切な処理をし
てしまう。一般に、基板の温度が基板を処理した結果に
影響するので、適切に処理するには基板の温度を所望の
範囲内に保持することが重要である。特に、イオン金属
プラズマ(IMP)チャンバでは、アルゴン等の処理ガ
スとイオン化した金属フラックスが基板に衝突し、基板
上に熱を生じる。基板は超えてはいけない熱限度がある
ので、基板の温度上昇を制御しなければならない。基板
の熱限度を超えると、基板上に不適切な処理を行うこと
になり、デバイスが故障する。

【0003】冷却と加熱の両方の要求がある処理チャン
バの構成要素の例は、処理中基板を保持するための静電
チャック(Eチャック)である。通常、Eチャックは基
板に物理的に接触し、基板の温度はEチャックの温度に
影響される。従って、前述した理由で、Eチャックの温
度を制御することは重要である。例えば、銅、アルミニ
ウム、チタン、タンタル等の材料の物理蒸着(PVD)
は、最適な薄膜品質とカバレッジを得るために200℃よ
り高い温度で行われる。今や半導体工業は、蒸着薄膜と
して銅を使用するように変りつつある。このように、許
容可能な品質の銅薄膜を作るためには、(50℃のオーダ
ーの)ずっと低い基板の動作温度が必要である。

【0004】Eチャックの温度を制御しようとして、E
チャックの中又は下の小さいチャンバ又はチャンネルを
通って(水又は低温冷却剤等の)流体を流した。流体
は、処理チャンバの外部で遠くにある遠隔の熱交換器ユ
ニットで加熱又は冷却された。熱交換器ユニットから出
てくる流体の温度によって、同じ流体がEチャックを加
熱しても又は冷却しても良い。しかし、この温度管理技
術は、Eチャックの温度変化に対する応答が遅い。流体
の温度は熱交換器で測定され、修正アクションはEチャ
ックから遠く離れた熱交換器で行われるからである。さ
らに、通常の水の代りに低温冷却剤を使用すると環境問
題もある。

【0005】処理システムの構成要素の温度を制御する
他の試みでは、遠隔の熱電気熱交換器を使用する。熱電
気(TE)デバイスが、ペルティエ効果に従って熱を伝
達する。2つの異なる導体の接合点を電流が通ると、ペ
ルティエ効果により接合点を通った電流に比例して温度
が変化する。導体の一方の端部の温度が下がり他方の端
部の温度が上がる。この良く知られた原理により、100
°Fまでの温度差を作り、導体の低温度の端部を水の凍
結点より下まで冷却することが出来る。TEデバイスの
1つの例は、テキサス州ダラスのMarlow Industriesか
ら得られるDureTECである。TEデバイスは、遠隔の対
象物へ又はそこから流れる流体を使用することが出来、
そのためTEデバイスは、熱交換器のように対象物を加
熱又は冷却することが出来る。このような使用は、次の
米国特許に記載されている。

【0006】米国特許第5,613,364号は、処理モジュー
ルの内部の一部又は全てを加熱又は冷却するための温度
制御モジュールを記述する。温度制御モジュールは、処
理モジュールの外側に取付けられ、処理モジュールの内
部空間から遠隔に熱電気熱交換器組立体を有し、この熱
交換器組立体では誘電性液体が処理モジュールに流入し
流出し、処理モジュールの内側を加熱又は冷却する。温
度制御モジュールは、また温度センサーを有し、液体が
温度制御モジュールに流入するときの誘電性液体の温度
を検知し、それにより処理モジュール内の温度を示す。

【0007】米国特許第5,154,661号は、ウェハチャッ
ク又は現像液冷却タンクを冷却するための熱電気冷却シ
ステムを記述する。熱電気冷却システムは、ウェハチャ
ック又は現像液冷却タンクから遠隔に位置する。熱電気
冷却システムは、ウェハチャック又は現像液冷却タンク
へ循環する冷却剤流体を冷却するための冷却リザーバー
を備える。温度センサーは冷却リザーバー内に位置し、
冷却流体の温度に関するフィードバックを与え、制御器
が熱電気クーラーセルのアレーを調節して、冷却剤流体
を特定の温度に保持出来るようにする。

【0008】米国特許第5,029,445号は、半導体ウェハ
の湿式処理ステーションの液体槽内の液体を所定の温度
に保持するための熱電気冷却システムを記述する。熱電
気冷却システムは、液体槽と湿式処理ステーションから
遠隔に位置する。熱電気冷却システムは、冷却された液
体を湿式処理ステーションへ循環させるため、入口と出
口を有する。熱電気冷却システムは、また液体が熱電気
冷却器により冷却された後、液体の温度を所望のレベル
に上げるためのヒーターを備える。ヒーターの温度は、
サーミスターにより検知され、制御器に温度フィードバ
ックを与える。

【0009】米国特許第5,450,726号は、半導体と他の
工業の環境即ち周囲制御システムと共に使用する熱電気
空気冷却装置とを記述する。前述した冷却システムと同
様に、熱電気空気冷却装置は、それが冷却する構造又は
空間から遠隔に位置する。入口と出口により、空気は熱
電気空気冷却装置へ循環することが出来る。ヒーターは
空気を加熱して、ヒーターと冷却装置の組み合わせによ
り空気を所望の温度に保持することが出来る。熱電気空
気冷却装置からの出口で、熱電対が空気の温度を検知
し、制御器の温度フィードバックを与える。

【0010】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したTE
デバイスの適用は、加熱及び/又は冷却される部分から
遠隔に位置するので、半導体処理システム内の構造を加
熱又は冷却するには不十分である。熱交換器と構造の間
でかなりの熱損失又は利得が起こり、その結果TEデバ
イスの熱伝達能力を最適に使用することが出来ない。更
に、TEデバイスは構造から遠隔に配置されるので、T
Eデバイスが処理システムの構成要素の温度の変化に応
答する時間に本質的に遅れがある。更に、冷却剤流体
は、遠隔の熱交換器から処理システム内に流れ、構造の
周り又は近くを流れて構造と熱交換するので、流路に沿
って温度変化又は勾配が出来、構造は均一に加熱又は冷
却されない。

【0011】それゆえ、処理システムの特定の構成要素
の温度変化に対して、より精密な制御とより速い応答を
与える処理システムの必要性がある。処理システムが加
熱された構成部品でより優れた熱伝達能力を有し、温度
変化を即時に修正できることが望ましい。

【0012】

【課題を解決するための手段】従来技術の欠点は、本発
明の半導体処理システム内の温度を制御する装置により
克服することが出来る。この装置は、ペデスタルベース
と、ペデスタルベースの上に配置され外囲を画定する基
板支持具と、前記外囲内に配置された冷却プレートと、
前記冷却プレート上に配置され前記基板支持具と接触す
る複数のペルティエ効果熱電気デバイスとを備える。基
板支持具は、単極、二極又は帯状構成の静電チャックで
も良い。静電チャックは、1つ又はそれ以上のヒーター
電極と、熱電気デバイスにより画定される面より上のR
Fバイアス可能な電極を有する。

【0013】本発明の教示は、図面を参照して次の詳細
な説明を読めば分かるであろう。理解し易くするため、
各図に共通の同一の要素を示すのに可能なところでは同
一の参照番号を使用する。

【0014】

【発明の実施の形態】図1は、加工物処理システム内で
金属蒸着を行う加工物102(即ち、半導体ウェハ)を処
理するためのPVD処理チャンバ100の断面図である。
PVD処理チャンバ100とそれがウェハを処理する動作
を詳細に理解するため、本出願人が譲受け1993年7月20
日に発行された米国特許第5,228,501号の図面と発明の
詳細な説明を参照されたい。この特許をここに参照す
る。この特許は、カリフォルニア州サンタクララのアプ
ライドマテリアルズ社の製造する物理蒸着チャンバで使
用するウェハ支持組立体を開示する。

【0015】ウェハ102は、加工物支持具に対してウェ
ハを保持し、ウェハにRFバイアスを与え、ウェハ温度
を制御するための装置であるペデスタル組立体104上に
配置される。特に、ペデスタル組立体104は、ペデスタ
ルベース106により支持されるパック105(即ち基板支持
具)と、シャフト126とを備える。シャフト126は、遠隔
の電源122と124からペデスタル組立体104へDCとRF
電力を導くための配線のアクセスを与える。シャフト12
6は、ベローズ118内に覆われ、チャンバ100内の真空
と、ベローズ118とシャフト126内の通常の環境との間を
分ける。パックは、基板支持具105として記述され、好
適な実施例では静電チャックである。又は、パックは化
学蒸着(CVD)処理システム内で使用されるヒーター
(即ち、静電チャックの能力はない)でも良く、又は加
工物をRFバイアスする必要のあるシステム内の任意の
他の種類の汎用加工物支持具でも良い。更に、シャフト
126にはガス導管142が設けられ、ガス導管はペデスタル
組立体104を通って、処理空洞148へガスを供給する。こ
の処理空洞は、ペデスタル組立体104のすぐ上及び/又
はウェハ102の後面に位置する。ガス導管142は、それぞ
れの弁132,136と質量流量制御器(MFC)144を通って
1つ又はそれ以上のガス源130,134に接続される。垂直
シャフト114に接続されたプラットホーム112上に取付け
られたリフトピン110が、ウェハ102を処理後に支持表面
103から上昇させる。

【0016】スパッタリング即ち堆積材料のターゲット
116が、ペデスタル組立体104の上方に位置する。ターゲ
ット116は、アルミニウム、チタン、銅からなる群から
選択され、銅が好適であり、チャンバ100から電気的に
絶縁されている。遠隔の第1電源122は、高電圧DC電
源が好ましく、ウェハにマグネトロンスパッタリングす
るため、ターゲット116と接地の間に接続される。更
に、後述するように、RF(無線周波数)電源124がペ
デスタル組立体104に結合する。消耗リング108と、カバ
ーリング138と、シールド150とが、ペデスタル組立体10
4を取囲み、処理空洞148を画成し、不所望の堆積物が下
部チャンバ領域140へ入るのを防止する。

【0017】ペデスタルベース106は、通常耐久性のあ
る材料、例えばステンレス鋼又は同様の金属材料で作ら
れる。本発明の好適な実施例では、ペデスタルベースは
ステンレス鋼である。ペデスタルベース106の上に、支
持リング109が配置される。特に、支持リング109は円筒
形の形状で、ペデスタルベース106に(溶接又は同様の
手段により)固定される。好適な実施例では、支持リン
グ109はKOVARである。KOVARは、Westinghouse Electric
社が製造販売する鉄/ニッケル/コバルト合金の商品名
である。ウェハ102が、基板支持具(例えば、静電チャ
ック)105の支持表面103上に置かれる。静電チャック10
5は、また下側表面107を有し、誘電性材料例えば酸化珪
素、窒化珪素、サファイヤ等のセラミックで作ることが
出来、薄い円形パックの形状にされる。静電チャック10
5は、支持リング109に取り付けられる。支持リング109
の周りに保持リング120が設けられる。基板支持具105は
支持リング109を支持し、ペデスタルベース106は外囲15
2を画成する。この装置に使用できるセラミック静電チ
ャックの例は、本出願人が所有する1997年8月12日にBur
khartに発行された米国特許第5,656,093号に開示されて
いて、この特許をここに参照する。特にこの特許は、チ
ャック表面上に堆積した金属材料のウェハスペーシング
マスクを有するセラミック静電チャックを開示する。

【0018】静電チャック105の本体内部に、加工物の
処理を助ける色々の処理要素がある。例えば、ヒーター
電極160は、静電チャック105の層内に埋め込んでも良
い。ヒーター電極160は、導電性材料(例えば、タング
ステン)で作られ、遠隔の電源122又は124の1つに接続
される。このように、ヒーター電極160は熱を発生し、
それが静電チャック105の上にある加工物に伝達され、
加工物を適正な処理温度に保持する。更に、静電チャッ
ク105には、1つ又はそれ以上のチャック電極162を設け
ても良い。チャック電極162も、導電性材料(例えば、
タングステン)で作られてもよいが、必ずしもヒーター
電極160を作ったのと同じ材料でなくても良い。チャッ
ク電極162は、静電チャック105の上面103の比較的近く
に配置される。チャック電極162は、遠隔の第1電源、
即ち図1の高電圧DC電源122に接続される。このよう
に、チャック電極162は、加工物を静電チャック105上に
保持するのに必要な静電力を加工物102の後面に与え
る。チャック電極162は、加工物をパック上に保持する
のに必要な任意の構成でも良い。例えば、チャック電極
162は、単極構成、二極構成、帯状チャック構成でも良
い。更に、チャック電極162に電圧をかける電源は、ヒ
ーター電極160用の電源でも良い。

【0019】チャック電極162は、また遠隔の第2電
源、即ちRF電源124に接続される。このように、RF
電力はチャック電極162に直接結合することが出来(D
C電力に重ねられて)、処理に好適なようにウェハにバ
イアスをかけることが出来る。一対の電極にRFとDC
の両方の電力をかけるのに必要な接続をする好適な静電
チャックは、Hausmannに1999年3月23日に発行された米
国特許第5,886,866号に記述されていて、この特許をこ
こに参照する。

【0020】ペデスタルベース106内に温度制御装置202
が配置される。温度制御装置202は、ペルティエ効果を
利用し、液体冷却剤により、静電チャック105とその上
に支持されるウェハ102の所望の温度制御を達成する。
図2は、ペデスタル組立体104の一部を断面にした斜視
図であり、本発明をより明確に見ることが出来る。特
に、温度制御装置202は、複数の熱電気TEデバイス204
と、冷却プレート206を備える。TEデバイスは、静電
チャック105内の温度変化に影響を与える好適な熱勾配
を作ることが出来る。このようなTEデバイスは、この
技術分野の製造業者から商業的に入手することが出来、
組成はビスマス/テルル化合物が好ましいが、他の種類
の材料でも良い。本発明の1実施例では、TEデバイス
204は、冷却プレート206上に環状に配置される。このよ
うな実施例を図4により詳しく示す。図2により詳しく
示す他の実施例では、TEデバイス204は、冷却プレー
ト206の周りに同心状に配置される。このような同心状
の配置により、帯状の温度制御を行うことが出来る(即
ち、複数の内側TEデバイスが内側温度制御ゾーンを画
定し、複数の外側TEデバイスが外側温度制御ゾーンを
画定する)。本発明の好適な実施例では、冷却プレート
206上に40のTEデバイス204が2つの同心円に配置さ
れる。所望の熱伝達特性を得るため、冷却プレート206
上にTEデバイス204を任意の方法又は構成で配置する
ことは本発明の範囲内に入る。

【0021】TEデバイス204は、辺が約1cmで、半
導体処理チャンバ製造の当業者が知っている色々の手段
により、静電チャック105の底面107に取付けられる。
例えば、低温(200℃以下)の用途では、好適な接着剤
によりTEデバイス204を静電チャック105に取付けるこ
とが出来る。高温(350℃以上)の用途では、ロー付け
によりTEデバイス204を静電チャック105に取付けるこ
とが出来る。図2に第3の手段が示され、ここではTE
デバイス204は冷却プレート206にロー付けされる。冷却
プレート206は、次にバネ荷重部材214上に配置される。
特に、バネ荷重部材214はペデスタルベース106内に配置
されたリングである。このリングには、1つ又はそれ以
上のバネ216が設けられ、それがリングを上方へ付勢す
る。このように、TEデバイス204を取付けた冷却プレ
ート206は、上方へ付勢され、静電チャック105の底面10
7と密着する。別の実施例(図示せず)では、静電チャ
ック製造工程のある時点で、TEデバイス204を静電チ
ャック105が作られる材料(即ち、窒化アルミニウム)
と一体化する、即ち組込むことが出来る。また、当業者
はこのような一体化処理の詳細を知っている。

【0022】図5は、温度制御装置202の他の実施例を
示す。特に、温度制御装置202には、2つの支持プレー
ト502と504の間に、複数のTEデバイス204が配置され
る。TEデバイスは、上側支持プレート502と下側支持
プレート504に結合され、耐久性のある構造が出来る。
上側と下側支持プレート502,504は、TEデバイスと比
較して寸法が薄く、窒化アルミニウム、金属材料、複合
材料(即ち、AlSiMg、アルミニウム−シリコン−
炭素複合材料等)からなる群から選択された材料で出来
ている。TEデバイス204を支持プレート502と504にロ
ー付けすることにより、結合が行われる。ロー付け材料
は、アルミニウム合金、金/錫、金/インジウムからな
る群から選択される。導電性材料(アルミニウム合金
等)でロー付けすると、電気路506が出来、TEデバイ
スを電源に接続するのが容易になる。本発明の好適な実
施例では、支持プレート502と504はアルミニウムであ
り、上側支持プレート502が静電チャックにロー付け
(即ち、AlMg合金によりロー付け)される。別の実
施例(図示せず)では、上側支持プレート502はなく、
TEデバイスは基板支持具105の底部に直接結合され
る。(特定の実施例によらず)温度制御装置202の取付
けを完了するため、それは冷却プレート206に結合され
る。即ち、下側支持プレート504が冷却プレート206に結
合される。このような結合は、例えばモリブテン/KOVA
Rでロー付けすることにより行われる。他の種類の結合
又はロー付け材料は、当業者に知られている。又は、図
5の温度制御装置202は、外囲内に圧力嵌めされ、基板
支持具105及び冷却プレート206と密着するするようにし
ても良い。

【0023】水、ヘリウム、ポリエチレングリコール等
の熱伝達流体は、熱伝達流体源220から、入口導管218を
通って、冷却プレート206の入口210へ流入する。次に、
熱伝達流体は、1つ又はそれ以上の冷却剤通路208を通
って流れ、冷却プレート206の出口212から出て、出口導
管222へ行く。熱伝達流体源220は、熱交換器(図示せ
ず)を備え、ここで熱伝達流体が冷却又は加熱されてか
ら冷却プレート206内へ循環するようにしても良い。

【0024】TEデバイス204のアレーは冷却プレート2
06上に配置され、静電チャック105から熱伝達流体へ又
はその逆の熱伝達を促進する。TEデバイスを使用して
静電チャック105を冷却するとき、TEデバイス204に電
流が流され、低温側を静電チャック105に向け、高温側
を冷却プレート206に向けるようにする。冷却された熱
伝達流体は、熱伝達流体源220から冷却プレート206内へ
流入し、TEデバイス204の高温側を冷却する。熱伝達
流体によりTEデバイス204の高温側が冷却されると、
TEデバイス204の低温側は、それに比例して静電チャ
ック105を冷却する。このように、TEデバイス204は、
静電チャック105からの熱伝導を増強し、それにより冷
却システムの効率を向上させる。

【0025】TEデバイスを使用して静電チャック105
を加熱するとき、TEデバイス204に電流が流され、高
温側を静電チャック105に向け、低温側を冷却プレート2
06に向けるようにする。加熱された熱伝達流体は、熱伝
達流体源220から冷却プレート206内へ流入し、TEデバ
イス204の低温側を加熱する。熱伝達流体によりTEデ
バイス204の低温側が加熱されると、TEデバイス204の
高温側は、それに比例して静電チャック105を加熱す
る。従って、TEデバイス204は、要求される方向に熱
を能動的にポンピングすることにより、静電チャック10
5内の温度変化に対する処理チャンバ100の応答性を増強
する。

【0026】上述したTEデバイス204と処理電極(即
ち、チャック電極とRF分布電極)の構成により、ウェ
ハ製造プロセス全体が改善される。処理システム内の熱
電気(TE)デバイスについて上述した適用は、熱源
で、又は熱が必要な位置で熱伝達速度を増加し、熱電達
効率が向上し、温度変化への応答時間が改善され、冷却
/加熱された対象物の長さ全体に均一に熱伝達される。
特に、RF分配電極(チャック電極)162はウェハ102に
近接しているので、RF電力の適用と伝達は非常に効率
的である。RF電力のウェハ102以外の材料への不可避
の容量結合は、最小限に保たれる。この条件により、こ
のような電力はより多くウェハ102に結合し、ウェハ表
面でより均一な分布になり、静電チャック105の周りで
熱又は浮遊RF電流の形で散逸することがない。効率が
改善されたので、ウェハにRFバイアスをかけるのに現
在より小さい電力で良い。例えば、RF電源124は、現
在必要な(500Wのオーダー)よりずっと少ない電力で
良い。従って、電力消費が減少したことにより、1個当
たりの節約が理解できる。更に、RF電力はTEデバイ
ス204を通って伝導しない。TEデバイス(及びそれら
が画定する平面)は、チャック電極162により画定され
るRF「伝導面」より下だからである。熱伝達の量は、
TEデバイス204に与えられる電流量により制御される
ことはここに述べたので、意図した電流量への任意の干
渉は、熱伝達条件に悪影響を与える場合がある。即ち、
TEデバイスを有する冷却プレートを通って結合するR
F電力は、TEデバイスに悪影響を与える場合があり、
損傷を与え又は故障させてしまう。TEデバイスをRF
伝導面より下に配置することにより、RF電力の伝達と
熱伝達の完全性が保持される。

【0027】1つ又はそれ以上の熱電対等の温度センサ
ー224がTEデバイス204に隣接して配置され、熱伝達流
体、ペデスタルベース106、及び/又は静電チャック105
の温度を検知し、熱伝達のソースにおけるリアルタイム
の温度指示を与えるのが好ましい。これの代りに又はこ
れに加えて、1つ又はそれ以上の熱電対が静電チャック
105の上面に又は隣接して配置され、基板102の温度のリ
アルタイムの温度指示を与える。温度センサーのアレー
がTEデバイスのアレーと対応する配列で配置される
と、個々のTEデバイスは、その特定のTEデバイスに
近い個々の温度センサーにより検知された温度変化に応
答するように調節することが出来る。従って、TEデバ
イスは静電チャック105の異なる領域でそれぞれ制御
し、静電チャック105全体の温度勾配を無くし減少させ
ることが出来る。温度センサー224とTEデバイス204の
両方を熱伝達のソースに位置させると、冷却システムは
静電チャック105の温度変化に非常に迅速に応答するこ
とが出来、熱伝達の量又は方向を即座に変えることが出
来る。それゆえ、ペデスタル組立体104の温度は、狭い
温度範囲内で制御することが出来る。

【0028】図3は、真空処理システム300の概略上面
図である。図3に示すシステム300は、カリフォルニア
州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手で
きるEnduraTMシステムの例である。本発明はこのシステ
ム300で実施しても良いが、他の真空処理システム使用
して本発明を実施しても良く、本発明は特定の種類の真
空処理システムに限定されないことを理解されたい。真
空処理システム300は、移送チャンバ302と、バッファー
チャンバ303とを備え、これらは典型的にはシステムの
モノリスを形成するプラットホーム(図示せず)上に取
り付けられている。システムのモノリスには、ファセッ
ト312に2つのロードロックチャンバ308が取付けられて
いる。任意選択として、システム300に基板を導入する
ため、ロードロックチャンバ308にミニ環境室314を取付
けてもよい。移送チャンバ302には、ファセット306に4
つの処理チャンバ304が取付けられている。処理チャン
バ304は、真空処理システム300内で主な基板処理を行
う。処理チャンバ304は、急速熱処理チャンバ、物理蒸
着チャンバ(PVD)、化学蒸着チャンバ(CVD)、
エッチングチャンバ等の任意の処理チャンバで良い。

【0029】処理チャンバ304は、移送チャンバ302によ
り支持されても良く、又は個々の処理チャンバ304の構
成によってそれ自身のプラットホーム上に支持されても
良い。ファセット306のスリット弁(図示せず)によ
り、移送チャンバ302と処理チャンバ304の間のアクセス
と分離が出来る。これに応じて、処理チャンバ304のス
リット弁と整列したファセット上に、処理チャンバの開
口部(図示せず)がある。

【0030】プレクリーンチャンバ328と、冷却チャン
バ330が、移送チャンバ302とバッファーチャンバ303の
間に配置される。又は、チャンバ328,330は、両方とも
移送チャンバ302とバッファーチャンバ303の間で基板を
何れの方向へも移送できる2方向性チャンバでも良い。
又、必要により1つ又はそれ以上の拡大チャンバ332を
プレクリーンチャンバとしても良い。プレクリーンチャ
ンバ328は、基板が移送チャンバ302へ入る前に基板をク
リーニングし、冷却チャンバ330は、基板が処理チャン
バ304内で処理された後、基板を冷却する。プレクリー
ンチャンバ328と冷却チャンバ330はまた、移送チャンバ
302とバッファーチャンバ303との真空レベルの間で、基
板の移行を行う。バッファーチャンバ303は、基板に別
の処理を行うため、2つの拡大チャンバ332を有する。
バッファーチャンバ303は、必要により更に基板を冷却
するためオプションの冷却チャンバ334を有しても良
い。基板アライメントチャンバ、又は別の前処理(即
ち、脱ガス)又は後処理等追加のチャンバ336の位置
は、バッファーチャンバ303に上に設けられる。

【0031】ロードロックチャンバ308は、大気環境圧
力とチャンバの真空圧力の間で、基板を制御して移行で
きるようにする。ファセット312の開口部(図示せず)
によりアクセス出来、弁によりロードロックチャンバ30
8とバッファーチャンバ303を分離することが出来る。こ
れに応じて、ロードロックチャンバ308の表面には、フ
ァセット312の開口部と整列する開口部がある。ロード
ロックチャンバ308とオプションのミニ環境室314は、対
応する開口部(図示せず)を有しこれによりこれらの間
のアクセスが出来、開口部のドア(図示せず)により分
離される。

【0032】300mmの基板が半導体工業に導入される
前は、基板のカセットは、人間の作業者によりロードロ
ックチャンバ308に直接装填されていた。従って、シス
テム300にミニ環境室314は存在しなかった。しかし、よ
り最近半導体製造設備は、基板のカセットを使用して基
板を処理システム300に入れるためミニ環境室314を備え
るようになった。この基板のカセットは、工場自動取扱
いシステムによりミニ環境室314に取付けられたポッド
ローダー316に輸送される。本発明は、両方の種類のシ
ステム300に組込むことを企図する。

【0033】ミニ環境室314の前面338には、工場自動取
扱いシステムから基板のカセットを受取るため、4つの
ポッドローダー316が取付けられる。開口部(図示せ
ず)と対応するドア326により、ミニ環境室314とポッド
ローダー316の間のアクセスと分離を行うことが出来
る。ポッドローダー316はミニ環境室314の側面に取付け
られ、本質的には基板を真空処理システム300との間で
移送するのに使用する基板のカセット即ちポッド(図示
せず)を支持する棚である。

【0034】ロボット320即ち基板ハンドラーは、移送
チャンバ302内に配置され、プレクリーンチャンバ328と
冷却チャンバ330と処理チャンバ304との間で基板322を
移送する。これと近似したロボット321がバッファチャ
ンバ303内に配置され、ロードロックチャンバ308と、拡
大チャンバ332と、冷却チャンバ334と、追加のチャンバ
336と、プレクリーンチャンバ328と、冷却チャンバ330
との間で基板323を移送する。同様に、ミニ環境室314内
にロボット324が配置され、ポッドローダー316とロード
ロックチャンバ308の間で基板を移送する。ミニ環境室3
14のロボット324は、典型的には軌道上に取付けられ、
ロボット324はミニ環境室314内を前後に移動することが
出来る。一方、移送チャンバとバッファチャンバのロボ
ット320,321は、回転運動のみ行うことができる。

【0035】本発明によれば、処理チャンバ304は、T
Eデバイスを有する静電チャックと、コールドトラップ
ガス排気装置とを備える。本発明をこれらの実施例につ
いて記載してきたが、本発明はこれらに限定されず、デ
バイス、構造、又は表面を冷却及び/又は加熱してデバ
イス、構造、又は表面の温度を規制する処理システム内
の色々の異なる用途で使用することが出来る。

【0036】本発明の好適な実施例を記述してきたが、
本発明の基本的な範囲から離れずに本発明の他の実施例
を考えることができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に
より決まる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明を使用する半導体処理チャンバの一部を
断面にした図である。

【図2】本発明を含む基板支持具の詳細断面図である。

【図3】本発明を使用する半導体処理システムの概略図
である。

【図4】本発明の好適な実施例の詳細図である。

【図5】本発明の温度制御デバイスの別の実施例の図で
ある。

【符号の説明】

100 PVD処理チャンバ 102 ウェハ 103 支持表面 104 ペデスタル組立体 105 静電チャック 106 ペデスタルベース 108 消耗リング 109 支持リング 110 リフトピン 112 プラットホーム 114 垂直シャフト 116 ターゲット 118 ベローズ 122 第1電源 124 RF電源 126 シャフト 130,134 ガス源 132,136 弁 138 カバーリング 140 下部チャンバ領域 142 ガス導管 144 質量流量制御器 148 処理空洞 150 シールド 160 ヒーター電極 162 チャック電極 202 温度制御装置 204 熱電気TEデバイス 206 冷却プレート 208 冷却剤通路 214 バネ荷重部材 216 バネ 218 入口導管 220 熱伝達流体源 222 出口導管 224 温度センサー 300 真空処理システム 302 移送チャンバ 303 バッファーチャンバ 304 処理チャンバ 306 ファセット 308 ロードロックチャンバ 312 ファセット 314 ミニ環境室 316 ポットローダー 320,321,324 ロボット 326 ドア 328 プレクリーンチャンバ 330 冷却チャンバ 332 拡大チャンバ 334 冷却チャンバ 336 追加のチャンバ 338 前面 502 上側支持プレート 504 下側支持プレート 506 電気路

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理システムの構成要素の温度を制御す
    る装置において、 ペデスタルベースと、 前記ペデスタルベースの上に配置され外囲を画定する基
    板支持具と、 前記外囲内に配置された冷却プレートと、 前記冷却プレート上に配置され前記基板支持具と接触す
    る複数のペルティエ効果熱電気デバイスとを備えること
    を特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 前記基板支持具は、単極静電チャックで
    ある請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記基板支持具は、2極静電チャックで
    ある請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記基板支持具は、帯状構成のチャック
    を備える静電チャックである請求項1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記基板支持具は、1つ又はそれ以上の
    ヒーター電極を備える請求項1に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記ペルティエ効果熱電気デバイスは、
    前記冷却プレート上に円形構成に配置される請求項1に
    記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記ペルティエ効果熱電気デバイスは、
    前記冷却プレート上に1つ又はそれ以上の同心円に配置
    される請求項1に記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記ペルティエ効果熱電気デバイスは、
    前記冷却プレート上に2つの同心円に配置される請求項
    7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 第1の同心円が内側温度制御ゾーンを画
    定し、第2の同心円が外側温度制御ゾーンを画定する請
    求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記ペルティエ効果熱電気デバイス
    は、接着剤、ロー付け、バネ荷重部材での付勢、前記基
    板支持具の製造中の一体化からなる群から選択される複
    数の接触手段により前記基板支持具と接触する請求項1
    に記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記バネ荷重部材で付勢することによ
    る前記接触手段は、前記外囲内に配置され、1つ又はそ
    れ以上のバネが設けられたリングを備える請求項10に
    記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記冷却プレートは、前記リング上に
    配置される請求項10に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記バネ荷重部材で付勢することによ
    る前記接触手段は、前記バネ荷重部材上に前記冷却プレ
    ートを配置し、それにより前記ペルティエ効果熱電気デ
    バイスを前記基板支持具と接触させる請求項10に記載
    の装置。
  14. 【請求項14】 前記基板支持具内にRFバイアス可能
    な電極が配置された請求項1に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記ペルティエ効果熱電気デバイス
    は、前記RFバイアス可能な電極の下に配置された請求
    項14に記載の装置。
  16. 【請求項16】 処理システムの構成要素の温度を制御
    する装置において、 ペデスタルベースと、 前記ペデスタルベース内に配置されたバネ付勢されたリ
    ングと、 前記バネ付勢されたリング上に配置された冷却プレート
    と、 前記冷却プレート上に配置された複数のペルティエ効果
    熱電気デバイスと、 前記ペデスタルベース上に配置され、前記ペルティエ効
    果熱電気デバイスと接触するパックとを備えることを特
    徴とする装置。
  17. 【請求項17】 前記ペルティエ効果熱電気デバイス
    は、前記冷却プレート上に円形構成に配置される請求項
    16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 前記ペルティエ効果熱電気デバイス
    は、前記冷却プレート上に1つ又はそれ以上の同心円に
    配置される請求項16に記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記パックは、静電チャックである請
    求項16に記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記静電チャックは、RFバイアスを
    かけることが出来る請求項19に記載の装置。
  21. 【請求項21】 処理システムの構成要素の温度を制御
    する装置において、 ペデスタルベースと、 前記ペデスタルベースの上に配置された冷却プレート
    と、 前記冷却プレートの上に配置された下側支持プレート
    と、 前記下側支持プレートの上に配置された複数のペルティ
    エ効果熱電気デバイスと、 前記ペルティエ効果熱電気デバイスの上に配置された上
    側支持プレートと、 前記上側支持プレートの上に配置されたパックとを備え
    ることを特徴とする装置。
  22. 【請求項22】 前記上側と下側支持プレートは、アル
    ミニウムである請求項21に記載の装置。
  23. 【請求項23】 前記上側支持プレートは、前記パック
    にロー付けされる請求項22に記載の装置。
  24. 【請求項24】 前記下側支持プレートは、前記冷却プ
    レートにロー付けされる請求項22に記載の装置。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006265692A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Cyg Gijutsu Kenkyusho Kk スパッタ装置
CN1294637C (zh) * 2002-02-05 2007-01-10 周星工程股份有限公司 设有夹头及匹配箱的装置
JP2009064917A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及び処理装置
WO2010033712A2 (en) * 2008-09-17 2010-03-25 Energy Photovoltaics, Inc. Electrode system for large batch production of thin photovoltaic modules
WO2010033713A2 (en) * 2008-09-17 2010-03-25 Energy Photovoltaics, Inc. Large batch production of thin photovoltaic modules
CN102548179A (zh) * 2010-12-08 2012-07-04 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 下电极装置和半导体设备
JP2013098277A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Canon Anelva Corp 基板ホルダー及び真空処理装置
JP2014534614A (ja) * 2011-09-30 2014-12-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 温度制御付き静電チャック
US9564298B2 (en) 2013-12-04 2017-02-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4453984B2 (ja) * 2004-10-19 2010-04-21 キヤノンアネルバ株式会社 基板支持・搬送用トレイ
KR100790988B1 (ko) * 2006-04-11 2008-01-03 삼성전자주식회사 테스트 환경의 안정적 온도유지가 가능한 반도체 소자검사용 핸들러
US20070283709A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Veeco Instruments Inc. Apparatus and methods for managing the temperature of a substrate in a high vacuum processing system
JP5660753B2 (ja) * 2007-07-13 2015-01-28 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated プラズマエッチング用高温カソード
KR101801409B1 (ko) * 2010-12-20 2017-12-20 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 웨이퍼의 장착을 위한 수용 수단
US9404176B2 (en) * 2012-06-05 2016-08-02 Applied Materials, Inc. Substrate support with radio frequency (RF) return path
US9252309B2 (en) 2012-08-01 2016-02-02 Flextronics Ap, Llc Hot bar soldering
US9123860B2 (en) 2012-08-01 2015-09-01 Flextronics Ap, Llc Vacuum reflow voiding rework system

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1294637C (zh) * 2002-02-05 2007-01-10 周星工程股份有限公司 设有夹头及匹配箱的装置
JP2006265692A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Cyg Gijutsu Kenkyusho Kk スパッタ装置
JP4660241B2 (ja) * 2005-03-25 2011-03-30 株式会社昭和真空 スパッタ装置
JP2009064917A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Tokyo Electron Ltd 載置台構造及び処理装置
WO2010033712A2 (en) * 2008-09-17 2010-03-25 Energy Photovoltaics, Inc. Electrode system for large batch production of thin photovoltaic modules
WO2010033713A2 (en) * 2008-09-17 2010-03-25 Energy Photovoltaics, Inc. Large batch production of thin photovoltaic modules
WO2010033713A3 (en) * 2008-09-17 2010-06-10 Energy Photovoltaics, Inc. Large batch production of thin photovoltaic modules
WO2010033712A3 (en) * 2008-09-17 2010-06-10 Energy Photovoltaics, Inc. Electrode system for large batch production of thin photovoltaic modules
CN102548179A (zh) * 2010-12-08 2012-07-04 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 下电极装置和半导体设备
JP2014534614A (ja) * 2011-09-30 2014-12-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 温度制御付き静電チャック
JP2013098277A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Canon Anelva Corp 基板ホルダー及び真空処理装置
US9564298B2 (en) 2013-12-04 2017-02-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same

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