JP2007300119A - 二重温度帯を有する静電チャックをもつ基板支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンバ内で基板の温度プロファイルの調整を可能にするようにチャックとベースが協働する、静電チャックをもつ基板支持体の提供。
【解決手段】 基板処理チャンバ内で基板を受容する静電チャックは、基板受容面と、複数の隔置されたメサを有する対向する裏面とを有するセラミックパックを備えている。静電力を生成して基板を保持するために電極がセラミックパックに組み込まれている。セラミックパックの周辺部と中央部に位置するヒータコイルは、セラミックパックの中央部と周辺部の温度の独立した制御を可能にする。チャックは、空気が保持された溝を有するベースによって支持されている。

Description

相互参照

本願は、全体の内容が参考の為に組み込まれる２００６年４月２７日に提出された米国仮出願第６０／７９６，０９３号に対し優先権を主張する。

背景

本発明は、基板処理チャンバ内で基板を保持するための基板支持体に関する。

半導体やディスプレイのような基板の処理において、基板上の層を処理するチャンバ内で基板を保持するために静電チャックが用いられる。典型的な静電チャックは、セラミック又はポリマーのような誘電体で覆われた電極を備えている。電極が荷電された場合、電極と基板に静電気が蓄積し、これに伴う静電力がチャック上で基板を保持する。典型的には、基板の温度は基板の裏側にヘリウムガスを保持することによって制御されて、基板の裏とチャックの表面の境界面にある微視的な隙間全体に熱伝達率が高められる。静電チャックは、チャックを冷却又は加熱するために流体を通過させるチャネルを有するベースによって支持することができる。一旦基板がチャック上でしっかりと保持されると、プロセスガスがチャンバに導入され、プラズマが形成されて、基板が、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、注入、酸化、窒化物形成、又は他のプロセスで処理される。

処理中、基板は、基板表面全体に同心処理バンドを生じ得る基板表面全体に放射方向の一様でない処理速度又は他のプロセス特性にしばしば供される。例えば、このような、一様でない処理特性は、基板表面全体の放射方向でバンドを集中処理することができる。一様でない処理特性は、また、チャンバ内のガス化学種又はプラズマ化学種の分配から起こり得る。例えば、チャンバ全体のガスの分配は、基板表面に相対するチャンバ内のガスの注入口と排出口の位置によって変動し得る。また、質量搬送メカニズムは、基板表面の異なる領域全体にガス化学種の消散（dissipation）と到達（arrival）の速度を変えることができる。処理速度の変動は、また、処理チャンバ内で生じる、一様でない熱負荷から起こり得る。このような変動する熱負荷は、例えば、プラズマシースから基板へのエネルギー又はチャンバ壁から反射した放射熱の一様でない結合によって起こり得る。基板全体の処理の変動は、基板の異なる領域、例えば、周辺や中央の基板領域で製造されている能動的電子デバイスと受動的電子デバイスが異なる性質をもつことになってしまうので望ましくない。

従って、基板の処理中、基板表面全体の処理速度や他のプロセス特性の変動を減少させることが望ましい。基板の処理表面全体の異なる領域で温度を制御することができることもまた望ましい。処理中、基板全体の温度プロファイルを制御することもまた望ましい。

本発明のこれらの特徴、態様、及び利点は、本発明の例を示している、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び次の図面に関してより良く理解される。しかしながら、特徴の各々が単に具体的な図面に関連してだけでなく一般的に本発明に使用することができ、且つ本発明がこれらの特徴の組み合わせを含むことは理解されるべきである。

説明

静電チャック２０の実施形態は、図１に示すように、パック２４の上面であり、且つ基板２５を保持する働きをする基板受容面２６を有するセラミック本体を備えるセラミックパック２４を備えている。セラミックパック２４は、また、基板受容面２６に対向する裏面２８を有する。セラミックパック２４は、更に周辺棚２９を有し、周辺棚２９は、第１ステップ３１と、第１ステップ３１から第１ステップの下方に放射状に外側にある第２ステップと、を有する。セラミックパック２４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及びそれらの混合物の少なくとも１つを含む。セラミックパック２４は、セラミック粉末を熱圧し、焼結し、その後、焼結した形を機械加工してチャック２４の最終形状を形成することによって作られるセラミックのユニタリモノリス（unitary monolith）でもよい。

図１，図２で示されるように、一変形例において、セラミックパック２４の裏面２８は、複数の隔置されたメサ３０を備えている。メサ３０は複数の隙間３２により相互に分離されている円筒形マウンドである。使用中、隙間３２は、空気のようなガスで充填され、裏面２８から他の構造体の下面への熱伝達率を調節する。一実施形態においては、メサ３０は円筒形マウンドを含み、表面２８から上へ伸びる端子（posts）としての形でさえあり得るし、端子は矩形又は円形の断面形状を有する。メサ３０の高さは約１０〜約５０ミクロン、メサ３０の幅（又は直径）は約５００〜約５０００ミクロンであり得る。しかしながら、メサ３０は、他の形状とサイズ、例えば、円錐又は矩形ブロックを、又は種々のサイズの突出でさえもち得る。一変形例においては、メサ３０は、適当に小さな、例えば、数十ミクロンであるビードサイズで裏面２８をビード噴射することによって形成され、裏面２８の材料を浸食作用によってエッチングして介入している隙間３２を有する成形されたメサ３０を形成する。

セラミックパック２４は、また、静電力を生成して基板受容面２６の上に配置された基板を保持する、その中に組み込まれた電極３６を備えている。電極３６は、金属のような導体であり、単極電極又は双極電極３４としての形をしている。単極電極は、単一導体を備え、外部電源との単一電気接続を有し、チャック２０上に保持された基板全体に電気的バイアスをかけるために、チャンバ内で形成された、上に横たわるプラズマの荷電化学種と協働する。双極電極は2つ以上の導体を有し、その各々がその他に相対してバイアスがかけられ、基板を保持する静電力を生成させる。電極３６は、適切なカットアウト領域をもつワイヤメッシュ又は金属プレートとしての形でもよい。例えば、単極電極を備えた電極３６は、図示したセラミックパックの中に組み込まれた単一連続ワイヤメッシュでもよい。双極電極を備えた電極３６の実施形態は、Ｃ型プレートのストレートレッグを挟んで、もう一方と向かい合う一組の充填Ｃ型プレートでもよい。電極３６は、アルミニウム、銅、鉄、モリブデン、チタニウム、タングステン、又はそれらの合金から構成されてもよい。電極３６の一変形例はモリブデンメッシュを備える。電極３６は、外部電源から電極３６に電力を供給する端子５８に接続される。

セラミックパック２４は、また、セラミック本体を横断し且つ基板受容面２６上のポート４０ａ、ｂで終わって基板受容面２６に熱伝達ガスを供給する複数の熱伝達ガスコンジット３８ａ、ｂを有する。熱伝達ガスは、例えば、ヘリウムであり、基板の裏面３４の下に供給され、上に横たわる基板２５から離れ、セラミックパック２４の受容面２６に熱を導く。例えば、第１ガスコンジット３８ａは、熱伝達ガスを基板受容面２６の中央の加熱帯４２ａに供給するために位置を決めることができ、第２ガスコンジット３８ｂは、熱伝達ガスを基板受容面２６の周辺の加熱帯４２ｂに供給するために位置を決めることができる。セラミックパック２４の基板受容面２６の中央と周辺の加熱帯４２ａ、ｂは、基板プロセス面４４の対応する部分、例えば、基板２５の上にある中央部と周辺部４６ａ、ｂがそれぞれ異なる温度で維持されることを可能にする。

セラミックパック２４の基板受容面２６の中央と周辺の加熱帯４２ａ、ｂでの温度は、更に、セラミックパック２４の中に組み込まれた複数のヒータコイル５０、５２、例えば、第１ヒータコイル５０と第２ヒータコイル５２を用いて制御される。例えば、ヒータコイル５０、５２は、相互の周りに離れて同心に放射状に隔置されてもよい。一変形例においては、第１ヒータコイル５０はセラミックパック２４の中央部５４ａに位置し、第２ヒータコイル５２はセラミックパック２４の周辺部５４ｂに位置する。第１と第２のヒータコイル５０、５２はセラミックパック２４の中央部及び周辺部５４ａ、５４ｂの温度の独立した制御を可能にし、更に、セラミックパック２４の裏面２８上のメサ３０と協働して、セラミックパック２４の受容面２６上に配置された基板２５の温度プロファイルの調節を可能にする。

各ヒータコイル５０、５２は、加熱帯４２ａ、ｂの温度を独立して制御する能力を与えて、基板２５の処理面４４の放射方向全体に異なる処理速度又は処理特性を得る。このようにして、異なる温度が２つの加熱帯４２ａ、ｂで維持されて、基板２５の上に横たわる中央部と周辺部４６ａ、ｂの温度に影響を及ぼし、それによって、基板２５の処理中に起こるあらゆる可変ガス化学種の分配又は熱負荷を打ち消すことができる。例えば、基板２５の処理面４４の周辺部４６ｂのガス化学種が、中央部４６ａにあるガス化学種ほど活発でないとき、周辺の加熱帯４２ｂの温度が中央の加熱帯４２ａより高い温度に上げられ、基板２５の処理面４４全体に、より均一な処理速度又はプロセス特性を与える。

一変形例においては、第１と第２のヒータコイル５０、５２は、各々横方向に配置される抵抗加熱素子の円形ループを備え、ほぼ同じ平面でも可能である。例えば、ヒータコイル５０、５２は各々、セラミックパック２４の本体内で、内向きに放射状に徐々に螺旋形になる連続同心ループでもよい。ヒータコイル５０、５２は、また、例えば、電球フィラメントのように、コイルの中心を通過する軸の周りで螺旋形になる螺旋形コイルでもよく、それらはセラミックパック２４の内部容積の全体で同心円に位置している。抵抗加熱素子は、異なった電気抵抗材料、例えば、モリブデンから構成されてもよい。一変形例においては、ヒータコイル５０、５２は各々、約８０〜約２５０℃の温度でセラミックパック２４の基板受容面２６を維持するのに十分高い電気抵抗を含む。この変形例においては、コイルの電気抵抗は約４〜約１２オームである。一実施例においては、第１ヒータコイル５０は６.５オームの電気抵抗を有し、第２ヒータコイル５２は８.５オームの内部電気抵抗を有する。ヒータコイル５０、５２には、セラミックパック２４を通って伸びる独立した端子５８ａ-ｄを通って電力が供給される。

ヒータコイル５０、５２と共に、２つの帯４２ａ、ｂにおいて熱伝達ガスの圧力も制御され、基板処理速度が基板２５全体により均一になる。例えば、２つの加熱帯４２ａ、ｂは、異なる平衡圧力で熱伝達ガスを保持するようにそれぞれ設定されて、基板２５の裏面３４から異なる熱伝達率を与えることができる。このことは、２つのコンジット３８ａ、３８ｂのそれぞれを通って、２つの異なる圧力で熱伝達ガスを供給し、基板受容面２６の２つの異なる位置で出ることによって達成される。

静電チャック２０は、また、セラミックパック２４中のホール６２ａ、ｂを通過する光学温度センサ６０ａ、ｂを含み、基板２５の上に横たわる中央部と周辺部４６ａ、ｂの温度と接触し、正確に測定する。第１センサ６０ａはセラミックパック２４の中央加熱帯４２ａに配置され、基板２５の中央部４６ａの温度を読み取り、第２センサ６０ｂはセラミックパック２４の周辺の加熱帯４２ｂに位置し、基板２５の周辺部４６ｂで対応する温度を読み取る。光学温度センサ６０ａ、ｂはチャック２０の中に位置し、その結果、センサの先端６４ａ、ｂはセラミックパック２４の基板受容面２６と平面にあり、センサ先端６４ａ、ｂはチャック２０上に保持された基板２５の裏面３４に接触することができる。センサ６０ａ、ｂの脚６６ａ、ｂはセラミックパック２４の本体を通って垂直に伸びている。

一変形例においては、図３に示すように、各光学温度センサ６０は、側面７２と先端６４として働くドーム型最上部７４と閉鎖シリンダとしての形をした銅キャップ７０を備えた熱センサプローブ６８を備える。銅キャップ７０は、酸素を含まない銅材料から構成されてもよい。リンプラグ７６は、銅キャップ７０の最上部７４の内側に直接接触して組み込まれている。銅キャップ７０の中に組み込まれたリンプラグ７６は、熱検知プローブ６８に対して、より速くより感受性のある熱応答（response）を与える。銅キャップ７０の先端６４は、基板を浸食したり傷つけたりせずに異なる基板２５と繰り返し接触するのを可能にするドーム型最上部７４である。銅キャップ７０は、センサプローブ６８の中にキャップ７０を取り付けるために、エポキシ７９を受容する凹型溝７８を有する。

リンプラグ７６は、赤外放射線の形の熱を、光ファイバ束８０を通過する光子に変換する。光ファイバ束８０は、ホウケイ酸塩ガラス繊維から構成可能である。光ファイバ束８０はスリーブ８２に入り、セラミックパックを支持するベースの熱から温度センサを分離するように働く、温度分離ジャケット８４で部分的に囲まれている。スリーブ８２は、周辺構造から良好に熱絶縁するガラスチュービングでもよいが、銅のような金属からも作ることができる。温度分離ジャケット８４は、ＰＥＥＫ、ポリエーテルエーテルケトンから構成されてもよく、Ｄｕｐｏｎｔｄｅ ＮｅｍｏｕｒｓＣｏ.デラウェア州からのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）でもよい。

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａに示すように、基板支持体９０は、静電チャック２０を支持し固定するために用いられるベース９１に固定された静電チャック２０を備えている。ベース９１は、チャック受容部９６と周辺部９８を有する上面９４をもつ金属本体９２を備えている。上面９４のチャック受容部９６は、静電チャック２０のセラミックパック２４の裏面２８を受容するように適応される。ベース９１の周辺部９８は、セラミックパック２４を超えて外向きに放射状に伸びている。ベース９１の周辺部９８は、ベースの周辺部の上面に固定され得るクランプリング１００を受容するように適応される。ベース９１の金属本体９２は、ベースの底面１０４からベース９１の上面９４まで続く多くの通路１０２を有し、例えば、セラミックパック２４の端子５８ａ-ｄを保持したり、ガスコンジット３８ａ、ｂにガスを送り込んだりする。

ベース９１の上面９４のチャック受容部９６は、１つ以上の溝１０６ａ、ｂを備え、セラミックパック２４の裏面全体に空気を保持し流す。一実施形態においては、チャック受容部９６は周辺の溝１０６ａを備え、その溝はセラミックパック２４の裏面２８上の複数のメサ３０と協働して、セラミックパック２４の周辺部５４ｂからの熱伝達率を制御する。他の実施形態においては、中央の溝１０６ｂは周辺の溝１０６ａと共に用いられ、セラミックパック２４の中央部５４ａからの熱伝達を調節する。

ベース９１の上面９４の中の溝１０６ａ、ｂは、セラミックパック２４の裏面２８の上のメサ３０と協働して、更に基板処理面４４全体の温度を調節する。例えば、メサ３０の形状、サイズ、間隔が、ベース９１の上面９４とメサ３０の接触面の総量を制御し、それによって、境界面の総熱伝達面積を制御する。例えば、メサ３０は、セラミックパック２４の裏面２８の総面積のわずか５０％以下、例えば３０％がベース９１の上面９４と実際に接触するような形と大きさである。接触面積が小さいほど、基板処理面４４全体の温度は高くなる。また、空気がメサ３０の間と裏面２８全体に供給されて、更に温度調節器として働く。

セラミックパック２４の裏面２８上のメサ３０は、均一又は不均一パターンで裏面２８全体に分配され得る。均一パターンでは、隙間３２によって表されるメサ３０の間の距離はほぼ同じままであり、不均一間隔では、隙間の距離は裏面２８全体で変動する。メサ３０の形状とサイズは、また、裏面２８全体で変動するように作られてもよい。例えば、メサ３０の不均一パターンは、異なる領域で、セラミックパック２４の裏面２８全体で異なる量の接触面を与えるように配列され、パック２４の中央部と周辺部５４ａ、ｂそれぞれからの熱伝達率を制御するので、上に横たわる基板２５の中央部と周辺部４６ａ、ｂの温度を制御する。

ベース９１は、更に、水のような流体を循環させる複数のチャネル１１０を備えている。循環冷却流体をもつベース９１は熱交換器として働き、チャック２０の温度を制御して基板２５の処理面４４全体で望ましい温度を達成する。チャネル１１０を通過する流体は、チャック２０の温度とチャック２０上に保持された基板２５の温度を上昇又は低下させるために加熱又は冷却可能である。一変形例においては、チャネル１１０は、約０〜１２０℃の温度でベース９１を維持するために流体が流れ込むことを可能にする形と大きさである。

ベース９１は、更に、静電チャック２０の電極３６に電源を導く電気端子アセンブリ１２０を備えている。電気端子アセンブリ１２０はセラミック絶縁ジャケット１２４を備えている。セラミック絶縁ジャケット１２４は、例えば、酸化アルミニウムでもよい。複数の端子５８はセラミック絶縁ジャケット１２４の中に組み込まれる。端子５８、５８ａ-ｄは、静電チャック２０の電極３６とヒータコイル５０、５２に電力を供給する。例えば、端子５８は銅の端子を含んでもよい。

コンタクトバンド１４０は、図７に示すように、電気端子アセンブリ１４１の端子５８、５８ａ-ｄを囲むように構成される。各コンタクトバンド１４０は、例えば、銅合金のような金属を含む。コンタクトバンド１４０の構造本体は、端子５８の周りに取り付けられるように適合されたケーシング１４２を備えている。ケーシング１４２の形状は端子５８の形状に依存し、任意に端子５８の形状を模倣すべきである。ケーシング１４２の一部又は一片１４６は、複数のスロットと複数の熱伝達ルーバをもつバンド１４４を備えている。そのスロット１４８はパターンで構成され、結果として、スロット１４８と交互するルーバ１５０を生じる。一実施形態においては、複数のスロット１４８とルーバ１５０は、一片１４６の上縁部１５２から一片１４６の底縁部１５４又はケーシング１４２の一部まで伸びる。複数のスロット１４８とルーバ１５０はケーシング１４２の剛性を低下させ、端子５８又は端末の外面の周りに適合することを可能にするスプリング様特性を生じる。ケーシング１４２の一片１４６上の複数のスロット１４８の構成は、また、スプリング様特性によって、端子５８がケーシング１４２の露出内面１４３の実質的な領域と接触させる。このことにより、コンタクトバンド１４０と端子の間の最適な熱伝達が可能になる。

また、図５Ａに示されるように、プロセス堆積物の形成を減少させるとともにベース９１で支持された静電チャック２０を備えた基板支持体９０の周辺領域を浸食から保護するために、リングアセンブリ１７０が設けられる。図５Ｂに示される実施形態において、リングアセンブリ１７０は、ネジ又はボルトのような固定手段でベース９１の上面９４の周辺部９８に固定される、穴１７５を有する環状本体１７１を備えるクランプリング１００を備えている。クランプリング１００は、上面リップ１７２と外側面１７６とを有し、上面リップ１７２は、上面１７４から内向きに放射状に伸び、外側面１７６は、クランプリング１００の放射状外側周辺部を形成する。リップ１７２は、セラミックパック２４の周辺棚２９の第１ステップ３１上に適合し且つ載せられている下面１７３を有する。一変形例において、リップ１７２は、下面１７３を有し、下面１７３は、セラミックパック２４とベース９１との間に気密シールを形成するように適合されている。下面１７３は、例えばポリイミドのようなポリマーを備え、良好な気密シールを形成する。クランプリング１００は、プラズマによる浸食に耐え得る材料、例えば、ステンレス鋼、チタニウム又はアルミニウムのような金属材料、又は酸化アルミニウムのようなセラミック材料から製造される。

リングアセンブリは、また、図５Ｂに示されるように、クランプリング１００の上面１７４上に載せられているフット１８４を有するバンド１８２を備えたエッジリング１８０を含む。エッジリング１８０は、また、処理環境に曝されてクランプリング１００上の堆積物をスパッタする堆積を減少又は防止するクランプリング１００の外側面１７６を封入する環状外壁１８６を有する。エッジリング１８０は、また、セラミックパック２４の周辺棚２９の第２ステップ３３を覆っているフランジ１９０を有する。フランジ１９０は、基板２５のオーバハングエッジ１９６の下で終わっている突起１９４を備えている。フランジ１９０は、基板２５の周辺を取り囲むエッジリング１８０の内周を画成し、処理中、基板２５で覆われないセラミックパック２４の領域を保護する。リングアセンブリ１７０のクランプリング１００とエッジリング１８０は、基板２５の処理中、ベース９１上に支持された静電チャック２０上のプロセス堆積物の形成を減少させるとともに浸食から保護するために協働する。エッジリング１８０は、また、基板支持体９０の露出側面を保護し、処理中の浸食を減少させる。リングアセンブリ１７０は、クランプリング１００、エッジリング１８０の露出面から堆積物を洗浄するために簡単に取り外すことができ、その結果、基板支持体９０の全体を分解して洗浄する必要がない。エッジリング１８０は、例えば、石英のようなセラミックから形成可能である。

静電チャック２０及びベース９１を備える基板支持体９０上のプロセス堆積物の形成を減少させると共に浸食から保護することができるリングアセンブリの他の変形例が、図５Ｃに示されている。この変形例では、クランプリング１００が上面１７４と底面１９２を有する環状本体１７１を備え、上面１７４は、エッジリング１８０を支持し、底面１９２は、ベース９１の上面９４の周辺部９８に固定されるように適合された複数の穴１７５を備える。環状本体１７１は、穴１７５と噛み合うネジやボルト１６９により、ベース９１の上面９４の周辺部９８に固定されている。クランプリング１００は、また、上部リップ１７２を有し、上部リップ１７２は、セラミックパック２４の周辺棚２９の第１ステップ上に載るように、放射状内側に伸びている。クランプリング１００の上部リップ１７２は、また、下方に突き出たバンプ１９２と、下方に突き出たバンプ１９３を有してもよく、バンプ１９２は、接触面積を最小にするようにセラミックパック２４の周辺棚２９の第１ステップ３１に載せてあり、バンプ１９３は、放射状外底凹部１９４から外に伸びている。クランプリング１００の上部リップ１７２は、下面１７３を備え、下面１７３は、セラミックパック２４の周辺棚２９の第１ステップ３１に載せてあり、この下面１７３は、一変形例において、ポリマー層（例えば、ポリイミド）のようなポリマーを備える。下面１７３は、また、バンプ１９３の表面でもよく、例えば、バンプ１９３は、下面の材料から形成可能である。クランプリング１００の外側部分１９４は、放射状外側面１７６を備え、放射状外側面１７６は、平坦であり、ベース９１の外径部１９６で終結する。クランプリング１００は、また、フット１９７を有し、フット１９７は、放射状外側面１７６から下方に伸び、ベース９１の上面９４の周辺部分９８に載せてある。クランプリング１００は、アルミニウム、チタニウム、ステンレス鋼のような金属や、酸化アルミニウムのようなセラミックから形成可能である。

図５Ｃに示されるようにエッジリング１８０の変形例は、バンド１８２を備え、バンド１８２は、傾いた上面１８３を備え、ウェッジ状になっている。バンド１８２の下面１８５は、クランプリング１００の上面１７４を覆っている。エッジリング１８０は、また、内側フランジ１８７を有し、内側フランジ１８７は、ウェッジ状バンド１８２から放射状に内側に伸びている。内側フランジ１８７は、底面１８８を備え、底面１８８は、ウェッジ状バンド１８２の下面１８５に対し、階段状に上がっている。内側フランジ１８７は、また、フット１８９を有し、フット１８７は、セラミックパック２４の周辺棚２９の第１ステップ３３に載せてもよい。内側フランジ１８７は、更に、上面１９１を備え、上面１９１は、上部ステップ２３２と下部ステップ２３４とを備える放射状内側周辺部を有する。上部ステップ２３２と下部ステップ２３４は、放射状内側方向に沿って高さが階段状に下がっている。内側フランジ１８７は、また、湾曲エッジ２３６を有し、湾曲エッジ２３６は、ウェッジ状バンド１８２の傾斜上面１８３に接合する。エッジリング１８０の外側フランジ２３８は、ウェッジ状バンド１８２から放射状外側に伸びている。外側フランジ２３８は、放射状内側に面する面２４０を備え、その面２４０は、クランプリング１００の外側面１７６を覆っている。外側フランジ２３８は、更に、底壁２４２を有し、底壁２４２は、ウェッジ状バンド１８２の下面１８５に対し下方に伸びている。外側フランジ２３８は、また、傾斜周辺エッジ２４４を有し、傾斜周辺エッジ２４４は、この領域の浸食を減少させる。エッジリング１８０は、また、石英のようなセラミックから形成可能である。

静電チャック２０の他の実施形態は、図４Ｃ，図４Ｃ１に示されるように、基板受容面２６を備えたセラミックパック２４を備える。基板受容面２６は、溝パターン２５０を備え、溝パターン２５０は、互いに相互接続された円形アーム２５４と放射状アーム２５２とを備える。これらの溝２５０の間にあるのは、離間メサ２５８の隆起プラトー２５６である。示された変形例において、隆起プラトー２５６は、弧状側部エッジ２５７を有し、ほぼ三角形又は台形状になっている。しかし、隆起プラトー２５６は、また、他の形状でもよく、非対称パターンで基板受容面２６を横切って分布されてもよい。隆起プラトー２５６の各々は、複数のメサ２５８（例えば、約１０から約１０００個のメサ）により画成されている。一変形例において、メサ２５８は、（例えば、円筒または円弧投射のように成形された）隆起円筒バンプである。例えば、メサ２５８は、約５ミクロンから５０ミクロンの平均直径、約０．５ｍｍから５ｍｍの高さを有する円筒でもよい。メサ２５８は、基板からセラミックパック２４の異なる領域までの熱伝達率を調整するように、上にある基板との接触面積を制御する為に、表面２６を横切る空間分布、大きさ、形状で提供される。

複数の熱伝達ガスコンジット３８ａ、ｂ（図１参照）は、セラミックパック２４を通って横断し、基板受容面上の溝パターン２５０に置かれた一以上の中央ポート４０ａ、周辺ポート４０ｂ内で終結する。中央ポート４０ａ、周辺ポート４０ｂは、熱伝達ガスを、基板受容面２６の中央帯４２ａ、周辺帯４２ｂにそれぞれ提供することができる。周辺ポート４０ｂは、放射状内側ガス密閉リム２６０と、放射状外側ガス密閉リム２６２により囲まれた弧状カットアウト２５９内で終結し、周辺帯４２ｂを画成する。中央ポート４０ａは、溝２５０の放射状アーム２５４と中央アーム２５２との交差点で終結可能であり、中央帯４２ａに対応する領域を画成する。セラミックパック２４の基板受容面２６の中央加熱領域４２ａ、周辺加熱領域４２ｂは、基板２５の上にある対応する中央部分４６ａ、周辺部分４６ｂが異なる温度で維持されることを許容する（図８）。

この変形例において、セラミックパック２４は、平坦かつメサを持たない、或いは前述したようにメサを持ち得る基板受容面２６に対向する後側面２８（図示せず）を有する。セラミックパック２４は、また、第１ステップ３１と第２ステップ３３を有する周辺棚２９を有し、第２ステップ３３は、第１ステップ３１から放射状に外側であり、第１ステップ３１より低い。セラミックパック２４は、セラミック粉末のホットプレス及び焼結、焼結されたセラミックフォームを機械加工してパック２４の最終形状を形成することにより、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化珪素、炭化珪素、窒化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、これらの組み合わせから形成可能である。溝２５０、メサ２５８，ガスコンジット３８ａ、ｂ、ポート４０ａ、ｂ、他の構造は、セラミック構造体へと機械加工される。

図４Ｄに示される変形例において、ベース９１は、チャック受容部分９６と、セラミック２４を越えて放射状外側に伸びる周辺部分９８とを有する上面９４（図示せず）を備えた金属体９２を備える。この変形例において、ベース９１は、熱交換機として機能するように、水のような流体を循環させる為の単一チャネル１１０を備える。流体循環用チャネル１１０は、ベース９１にわたり、不均一または非対称に分布された複数の湾曲ハンプ（hump）領域２６０ａ−ｃを有する蛇行（serpentine）チャネルを備える。より長い全長のチャネル１１０は、使用中に熱くなるベース９１の領域を通過或いはその領域を横切るように備えられ、より短い全長のチャネル１１０は、ベース９１の冷えた領域で使用される。非対称の流体循環用チャネル１１０は、ベース９１にわたり均一な温度を維持するように、流体の流れを制御する。

静電チャック２０とベース９１を備えている基板支持体９０は、基板処理装置２００内で用いることができ、例示的変形例を図８に示す。装置２００は封入壁２０２を備えたチャンバ２０１を含み、一変形例においては、チャンバ２０１はＤＰＳアドバンテージチャンバである。ガス源２０４は、ガスホール２０３を通ってチャンバにプロセスガスを供給し、そのプロセスガスは、エッチングガス、例えば、塩素又は塩化水素のようなハロゲン含有ガス、又はＣＶＤ又はＰＶＤガスのような堆積ガス、例えば、誘電体又は半導体材料を堆積させるガスのような基板２５を処理することができる。ガスエナジャイザー２０８は、プロセスガスそれぞれにＲＦエネルギーを容量結合又は誘導結合するために、又はプロセスガス（図示せず）にマイクロ波エネルギーを伝達するために供給され、励起したガスを形成して基板２５を処理する。例えば、プロセスガスは、電極電源２３０を介して静電チャック２０の電極３６にＲＦ電圧を印加し、チャンバ２０１の壁２０２を電気的に接地することによって、容量的に励起させてもよい。電極電源２３０は、また、基板２５を静電的に保持するために、チャック２０の電極３６を荷電するためにＤＣチャッキング電圧を供給する。誘導コイル２０５を介してプロセスガスに誘導エネルギーを結合することによって、プロセスガスを励起することもできる。或いは、遠隔チャンバ（図示せず）内のマイクロ波コンジットを介してプロセスガスにマイクロ波エネルギーを結合することによって、プロセスガスを励起させることができる。基板２５は、チャンバ２０１内で静電チャック２０の受容面２６の上に保持され、ベース９１の上に載せられている。

チャンバは、メモリと周辺コンピュータ要素に結合した、典型的には、カリフォルニア州サンタクララ、インテルコーポレーションから市販されているペンティアムプロセッサのような中央演算処理装置（ＣＰＵ）を有するコンピュータ３０８として含むコントローラ２１２で制御される。メモリには、ＣＤ又はフロッピードライブのような取り外し可能な記憶装置、ハードドライブのような取り外し不可能な記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が含まれてもよい。コントローラ２１２は、更に、アナログやデジタルの入出力ボードと、モーターコントローラボードを備えたハードウェアインタフェースを備えることができる。オペレータは、ディスプレイ又はデータ入力デバイスを介してチャンバコントローラ２１２と連通してもよい。具体的なスクリーン又は機能を選択するために、オペレータはキーボード又はライトペンのようなデータ入力デバイスを用いて、選択を入力する。

コントローラ２１２は、また、チャンバ２０１で行われるプロセスを制御し監視することができるプログラムコードを含む、メモリに記憶されたコンピュータ読取り可能なプログラムを含む。コンピュータ読取可能なプログラムは、あらゆる慣用のコンピュータ読取可能なプログラミング言語でも書くことができる。適切なプログラムコードが、慣用のテキストエディタを用いて、単一又は複数ファイルに入力され、コンピュータが使えるメモリの媒体で記憶されるか、又は組み込まれる。入力されたコードテキストが高水準言語である場合には、コードはコンパイルされ、得られたコンパイラコードは、その後、プレコンパイルしたライブラリルーチンのオブジェクトコードと関連づけられる。関連づけられコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、使用者はオブジェクトコードを呼び出し、ＣＰＵにコードを読ませ実行させ、プログラムにおいて確認されたタスクを行う。プログラムは温度制御命令セットを含み、例えば、チャック２０のセラミックパック２４の中の第１と第２のヒータコイル５０、５２に異なる電力レベルを独立して適用し、コンジット３８ａ、ｂを通る熱伝達ガスの流れを調整し、ベース９１のチャネル１１０を通る流体の流量を制御することによって、基板１０２の異なる領域１４４、１４６の温度を制御する。プロセスフィードバック制御命令セットは、光学温度センサ６０ａ、ｂから温度信号を受容する温度監視命令セット間のフィードバック制御ループとして働くことができ、ヒータコイル５０、５２、コンジット３８ａ、ｂを通る熱伝達ガスの流れ、ベース９１のチャネル１１０を通る流体の流れのようなチャンバ要素に適用される電力を調整する。一組のタスクを行うために別々の命令セットとして記載されるが、これらの命令セットの各々は相互に統合され得るか又は重複し得る。従って、本明細書に記載されるチャンバコントローラ２１２とコンピュータ読取可能なプログラムは、本明細書に記載される機能的ルーチンの個々の変形例に制限されるべきではない。

本発明はそれらのある好ましい変形例に関してはかなり詳細に記載してきたが、他の変形例も可能である。例えば、基板支持体は、本明細書に記載されたものよりも、他のチャンバや他のプロセスに使用し得る。従って、添付の特許請求の範囲は、本明細書に含まれる好ましい変形例の説明に制限されるべきではない。

図１は、静電チャックの一実施形態の概略側断面図である。 図２は、図１のチャックの概略底面図である。 図３は、光学温度センサの概略側面図である。 図４Ａは、ベースと静電チャックを備えた基板支持体の実施形態の上側（図４Ａ）の概略斜視図である。 図４Ｂは、ベースと静電チャックを備えた基板支持体の実施形態の底側（図４Ｂ）の概略斜視図である。 図４Ｃは、ベースと静電チャックを備えた基板支持体の他の実施形態の上側の概略斜視図である。 図４Ｃ１は、図４Ｃにおいて、円で囲まれた区分４Ｃ１の詳細な斜視図であり、周辺部と、取り囲むガス密閉リムを備えた周辺ゾーンを示す。 図４Ｄは、図４Ｃの支持体のベースの底側平面図である。 図５Ａは、図４Ａと図４Ｂの基板支持体上のクランプリング上方にエッジリングを備えるリングアセンブリの一実施形態の概略側断面図である。 図５Ｂは、図５Ａのリングアセンブリの詳細である。 図５Ｃは、基板支持体上のクランプリング上方にエッジリングを備えるリングアセンブリの他の実施形態の概略側断面図である。 図６は、ベースの電気コネクタアセンブリの実施形態の概略側断面図である。 図７は、コンタクトバンドの実施形態の概略側断面図である。 図８は、基板支持体を有する基板処理チャンバの実施形態の概略側面図である。

符号の説明

２０…静電チャック、２４…セラミックパック、２５…基板、２６…基板受容面、２８…裏面、２９…周辺棚、３０…メサ、３１…第１ステップ、３２…隙間、３３…第２ステップ、３４…電極、３６…電極、３８ａ…第１ガスコンジット、３８ｂ…第２ガスコンジット、４０…ポート、４２ａ…中央加熱帯、４２ｂ…周辺加熱帯、４４…処理面、４６ａ…中央部、４６ｂ…周辺部、５０…ヒータコイル、５２…ヒータコイル、５４ａ…周辺部、５４ｂ…中央部、５８…端子、６０ａ、ｂ…センサ、６４ａ…センサ先端、６８…熱センサプローブ、６６ａ、ｂ…脚、７０…銅キャップ、７２…側面、７４…ドーム型最上部、７８…凹型溝、７９…エポキシ、８０…光ファイバ束、８２…スリーブ、８４…温度分離ジャケット、９１…ベース、９２…金属本体、９４…上面、９６…チャック受容部、９８…周辺部、１０２…通路、１０６…溝、１２０…電気端子アセンブリ、１２４…セラミック絶縁ジャケット、１４０…コンタクトバンド、１４１…電気端子アセンブリ、１４２…ケーシング、１４３…露出内面、１４４…バンド、１４６…一片、１５４…底縁部、１７０…リングアセンブリ、１７２…リップ、１７３…下面、１７６…外側面、１７９…ポリマー層、１８０…エッジリング、１８２…バンド、１８４…フット、１８６…環状外壁、１９０…フランジ、１９４…突起、１９６…オーバハングエッジ、２００…基板処理装置、２０１…チャンバ、２０２…封入壁、２０３…ガスホール、２０４…ガス源、２０８…ガスエナジャイザー、２１２…コントローラ、２３０…電極電源。

Claims (30)

1. 静電チャックおよび周辺部分を支持する為にチャック受容部分を備えた上面を有するベースを備えるプロセスチャンバ用クランプリングであって、前記静電チャックは、第１ステップおよび第２ステップを有する周辺棚を備えたセラミックパックを備え、前記セラミックパックの前記第２ステップにエッジリングが載せてあり、前記クランプリングは：
   （ａ）前記エッジリングを支持する為の上面と、前記ベースの前記上面の前記周辺部分に固定されるように適合された複数の穴を備えた底面と、を有する環状本体と；
   （ｂ）前記セラミックパックの前記周辺棚の第１ステップに載るように放射状に内側に伸びている上部リップと；
   （ｃ）放射状外側面と；
   （ｄ）前記ベースの前記上面の前記周辺部分に載るように放射状外側面から下方に伸びているフットと；
   を備える、前記クランプリング。
2. 前記環状本体は、前記穴と噛み合うネジ又はボルトにより前記ベースの前記上面の前記周辺部分に固定されている、請求項１に記載のクランプリング。
3. 前記上部リップは、下方に突き出たバンプを備え、前記バンプは、前記セラミックパックの前記周辺棚の前記第１ステップに載っている、請求項１に記載のクランプリング。
4. 前記環状本体は、前記下方に突き出たバンプの放射状外側に底凹部を備える、請求項３に記載のクランプリング。
5. 前記クランプリングの前記上部リップは、下面を備え、前記下面は、前記セラミックパックの前記周辺棚の前記第１ステップに載っている、請求項１に記載のクランプリング。
6. 前記下面は、ポリマーを備える、請求項５に記載のクランプリング。
7. 前記ポリマーは、ポリイミドを備える、請求項６に記載のクランプリング。
8. 前記クランプリングは、金属又はセラミックを備える、請求項１に記載のクランプリング。
9. 前記セラミックは、酸化アルミニウムを備える、請求項８に記載のクランプリング。
10. （ｉ）ベース、（ｉｉ）ベース上の静電チャックであって、ステップを備えた周辺棚を有するセラミックパックを備える、前記静電チャック、（ｉｉｉ）前記セラミックパックの前記周辺棚の前記ステップに載るように放射状内側に伸びている上部リップを有するクランプリング、を有する処理チャンバ用エッジリングであって、
    （ａ）クランプリングの前記上面に載っているフットを備えるバンドと；
    （ｂ）前記クランプリングの前記外側面を封入する環状外壁と；
    （ｃ）前記セラミックパックの前記周辺棚の前記ステップを覆う内側フランジと；
    を備える、前記エッジリング。
11. 前記バンドは、セラミックを備える、請求項１０に記載のエッジリング。
12. 前記セラミックは、石英を備える、請求項１１に記載のエッジリング。
13. （ｉ）ベース、（ｉｉ）ベース上の静電チャックであって、ステップを備えた周辺棚を有するセラミックパックを備える、前記静電チャック、（ｉｉｉ）上面と上部リップを有するクランプリングであって、前記上部リップは、前記セラミックパックの前記周辺棚の前記ステップに載るように前記上面から放射状内側に伸びている、前記クランプリング、を有する処理チャンバ用エッジリングであって、
    （ａ）傾斜した上面と、前記クランプリングの前記上面を覆う下面とを備えるウェッジ状バンドと；
    （ｂ）前記ウェッジ状バンドから放射状内側に伸びている内側フランジであって、前記セラミックパックの前記周辺棚の前記ステップに載り得るフットを備える、前記内側フランジと；
    （ｃ）前記ウェッジ状バンドから放射状外側に伸びている外側フランジであって、前記クランプリングの前記外側面を覆う放射状内側に面する表面を備える、前記外側フランジと；
    を備える、前記エッジリング。
14. 前記内側フランジは、底面を備え、前記底面は、前記ウェッジ状バンドの底面に対して階段状に上がる、請求項１３に記載のエッジリング。
15. 前記内側フランジは、上部ステップと下部ステップを備える放射状内側周辺を備える、請求項１３に記載のエッジリング。
16. 前記内側フランジは、湾曲エッジを備え、前記湾曲エッジは、前記ウェッジ状バンドの傾斜上面を接合する、請求項１３に記載のエッジリング。
17. 前記外側フランジは、底壁を備え、前記底壁は、前記ウェッジ状バンドの前記下面に対して下方に伸びている、請求項１３に記載のエッジリング。
18. 前記外側フランジは、傾斜周辺エッジを備える、請求項１３に記載のエッジリング。
19. 前記ウェッジ状バンドは、セラミックを備える、請求項１３に記載のエッジリング。
20. 前記セラミックは、石英を備える、請求項１９に記載のエッジリング。
21. プロセスチャンバ内で基板を受容する為の静電チャックにおいて：
    （ａ）セラミックパックであって、（ｉ）メサの複数の隆起プラトーを備える、基板受容面であって、前記隆起プラトーは、溝パターンにより隔置されている、前記基板受容面；（ｉｉ）前記セラミックパックを横断し、前記基板受容面の溝パターン内に置かれた周辺ポートおよび中央ポート内で終結する複数の熱伝達ガスコンジットであって、前記熱伝達ガスを前記基板受容面の異なるゾーンに提供し得る、前記熱伝達コンジット；（ｉｉｉ）第１ステップおよび第２ステップを備えた周辺棚であって、前記第２ステップは、前記第１ステップより放射状外向きであり、前記第１ステップより低い、前記周辺棚；を備える、前記セラミックパックと；
    （ｂ）前記基板受容面上に置かれた基板を保持する為に静電力を生成するように前記セラミックパック内に組み込まれた電極と；
    を備える、前記静電チャック。
22. 前記メサの隆起プラトーは、各々が、約１０個から約１０００個のメサを備える、請求項２１に記載の静電チャック。
23. 前記メサは、隆起円筒バンプである、請求項２１に記載の静電チャック。
24. 前記メサは、約５ミクロンから約５０ミクロンの大きさの平均直径を有する、請求項２１に記載の静電チャック。
25. 前記メサは、約０．５ｍｍから約５ｍｍの高さを有する、請求項２１に記載の静電チャック。
26. 前記溝パターンは、相互に接続された放射状アーム及び円形アームを備える、請求項２１に記載の静電チャック。
27. 前記周辺ポートは、弧状カットアウト内で終結する、請求項２１に記載の静電チャック。
28. 前記周辺ポートを囲む放射状内側及び外側のガス密閉リムを備える、請求項２７に記載の静電チャック。
29. 前記中央ポートは、前記中央溝及び放射状溝の交差点で終結する、請求項２１に記載の静電チャック。
30. 前記セラミックパックは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及びそれらの混合物を備える、請求項２１に記載の静電チャック。

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