JP2011530833A - 静電チャックアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、静電チャックアセンブリ内の熱−機械的応力を最小限にしながら超高真空環境中で広い温度範囲にわたって作動する能力があるコスト効率のよい静電チャックアセンブリを提供する。一実施形態では、静電チャックアセンブリは、誘電体の熱膨張係数（ＣＴＥ）に一致するＣＴＥを持つ金属マトリックス複合材料を含むチャッキング電極を有する誘電体を含む。

Description

本発明の実施形態は一般に、マイクロ電子デバイスを製作するための処理チャンバで使用される基板支持体に関し、より詳しくは、プラズマ処理チャンバで使用される静電チャックに関する。

静電チャックは、物理気相堆積、エッチング、または化学気相堆積などのさまざまな応用に使用される処理チャンバでの基板処理の間に、半導体ウェハなどの基板を保持するために広く使用される。静電チャックは典型的には、誘電性または半導電性セラミック材料を含む単一のチャック本体に１つまたは複数の電極が埋め込まれており、そのセラミック材料を横断して静電クランピング場を発生することができる。半導電性セラミック材料、例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、または金属酸化物をドープされた酸化アルミニウムなどが、Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋまたは非クーロン的静電クランピング場を発生可能にするために使用されることもある。

単極電極チャックでは、チャックは、印加電圧によって基板に関して電気的にバイアスをかけられるただ１つの電極を含む。プラズマが、処理チャンバに導入され、チャックおよび基板に反対の静電電荷を誘導し、基板をチャックに静電的に保持する静電引力を生成する。双極電極チャックでは、チャックは、互いに対して電気的にバイアスをかけられる２つの電極を含み、基板をチャックに保持する静電力を提供する。単極電極チャックとは違って、双極チャックは、静電クランピング力を発生させるためにプラズマの存在を必要としない。

静電チャックには、機械的クランピングデバイスおよび真空チャックに優るいくつかの利点がある。例えば、静電チャックは、機械的クランピングによって引き起こされる応力誘起クラックを低減し、基板のより大きな面積が処理のために露出されることを可能にし（エッジ除外がない、またはほとんどない）、低圧力または高真空環境中で使用できる。その上、静電チャックは、基板をより均一にチャッキング表面に保持することができ、基板温度に対してより大きな度合いの制御を可能にする。この制御はさらに、チャックと基板との間の熱的結合に熱伝達ガスを使用することによって向上されることもある。

集積回路の製作で使用されるさまざまなプロセスは、基板処理のために高い温度および広い温度範囲を必要とすることもある。そのような温度は、約２０℃から約１５０℃に、またいくつかのプロセスについては、おそらくは３００℃から５００℃以上に及ぶこともある。従って、広範囲の温度にわたって作動できる静電チャックを有することは、しばしば望ましい。

静電チャックの利点を利用するために、静電チャックは典型的には、基板支持アセンブリの一部を形成し、これもまた、基板を加熱および冷却するためならびに電力をチャック電極に送るためのさまざまな構成要素を含む。加えて、基板支持アセンブリはまた、基板バイアスを提供するためおよびプラズマ電力を提供するための構成要素を含むこともある。結果として、静電チャックのセラミック本体は、追加の電極ならびに他の構成要素、数例を挙げると、加熱素子、ガスチャネル、および冷却剤チャネルなどを含むこともある。また、静電チャックは、金属で作られる支持構成要素に付着されることもある。

しかしながら、熱サイクリングの間にセラミックが破砕するまたは欠ける原因となり得る熱−機械的応力をもたらす可能性があるセラミックと金属の熱膨張係数（ＣＴＥ）の差のために、金属構成要素をセラミックチャック本体に付着させる、または金属構成要素（例えば、電極）をセラミックチャック本体内に埋め込むことは、困難である。その上、ＣＴＥの差は、温度とともに増大し、より高い温度でより大きな熱−機械的応力をもたらすこともある。これらの応力を補償するため、セラミックチャック本体は、より大きな強度を提供し破砕を防止するように、より厚くすることができるが、しかしこれはしばしば、チャック本体のコストを増大させる。

その上、ガス導管および電気導線はしばしば、真空シールを提供するインターフェースまたはフィードスルーを通じて静電チャックに結合される。フィードスルーは、ポリマーＯリングによって密封されることもある。しかしながら、ポリマーＯリングはしばしば、高い温度で追従性および弾力性を失い、そのことは、真空シールの故障につながる可能性がある。また、ＣＴＥの差によって引き起こされる熱−機械的応力に起因するセラミックチャックのどんな破砕も、シール故障および真空漏れをもたらす可能性がある。

ある種の応用では、基板にバイアスを印加することおよび／または静電チャックの電極に無線周波数（ＲＦ）電力を結合させることによってプラズマを発生させることは、望ましいこともある。ＲＦ電力の伝送効率は、電極と基板との間の誘電体層の厚さおよび誘電率などの、チャック本体のさまざまな特性にある程度依存する。ＲＦ電力が、例えば約５０ｋＨｚと約６０ＭＨｚとの間などの、広範囲の周波数にわたって印加されることもある応用例については、広い周波数範囲にわたる効率のよいＲＦ電力伝送のために、コスト効率のよい方法で最適化できる静電チャックを有することが、望ましいこともある。

従って、故障なく高真空環境中で高い温度で、また広範囲の温度にわたって作動できるコスト効率のよい静電チャックが求められている。その上、広い周波数範囲にわたってＲＦ電力を効率よく結合できるコスト効率のよい静電チャックが求められている。

本発明の実施形態は、高真空環境中で広い温度範囲にわたって作動でき、基板バイアスおよび／またはプラズマ形成のために、広い周波数範囲にわたってＲＦ電力を効率よく結合できるコスト効率のよい静電チャックを提供する。

一実施形態では、静電チャックアセンブリは、支持基部とパックとを含み、そのパックは、おもて側表面と、電気絶縁性パック基部と、おもて側表面に配置される１つまたは複数のチャッキング電極であって、導電性金属マトリックス複合材料を含む１つまたは複数のチャッキング電極と、おもて側表面に配置され、１つまたは複数のチャッキング電極を覆う誘電体層とを含む。

別の実施形態では、静電チャックアセンブリは、支持筺体と、パックであって、１つまたは複数のチャッキング電極および１つまたは複数の加熱素子を備える電気絶縁性上側パックプレートと、隆起部分を含む接合領域内で上側パックプレートに接合される下側パックプレートと、接合領域外で上側パックプレートを下側パックプレートから分離するギャップとを有する、パックと、下側パックプレートと支持筺体との間に配置される１つまたは複数のＯリングと、１つまたは複数の冷却チャネルを含み、接合領域と１つまたは複数のＯリングとの間に配置される冷却プレートであって、下側パックプレートに結合され、下側パックプレートと熱的に連通するそのプレートとを含む。

なお別の実施形態では、静電チャックアセンブリは、ベローズアセンブリと、パックであって、おもて側表面と、１つまたは複数のチャッキング電極と、複数のパックボルト穴とを有する、パックと、冷却プレートであって、各開口が中央開口容積部を有する、１つまたは複数の中央開口と、各々がパックを支持する支持表面を有する、１つまたは複数の外側ステップおよび内側ステップと、各通気穴が中央開口容積部の側壁に形成される第１の穴と冷却プレートの表面に配置される第２の穴との間で流体連通を提供するチャネルを含む、冷却プレートに形成される１つまたは複数の通気穴とを含む、冷却プレートと、パックと冷却プレートとの間に配置されるギャップであって、パックは、冷却プレートから取り外し可能である、ギャップとを含む。

本発明の上で列挙された特徴が、詳細に理解できるように、上で簡潔に要約された本発明のより詳しい記述が、実施形態を参照することによってなされてもよく、その実施形態のいくつかは、添付の図面で例示される。しかしながら、本発明は、他の同等に効果的な実施形態を認めてもよいので、添付の図面は、この発明の典型的な実施形態だけを例示し、従って本発明の範囲を限定すると考えられるべきでないことに留意されたい。

本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略横断面図である。 図１で示される静電チャックアセンブリの一実施形態の分解組立て図を描写する図である。 本発明の一実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。 本発明の一実施形態による図３Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面詳細図である。 本発明の別の実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。 本発明の一実施形態による図４Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面詳細図である。 本発明の別の実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。 本発明の一実施形態による図５Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。 本発明の別の実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリの斜視図である。 本発明の実施形態による図６Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。 本発明の実施形態による図６Ｂで示される通気穴の概略横断面詳細図である。 本発明の別の実施形態による図６Ｂで示されるボルト穴の概略横断面詳細図である。 図６Ａで示される静電チャックアセンブリの一実施形態の分解組立て図を描写する図である。

理解を容易にするため、同一の参照数字が、図に共通する同一の要素を指定するために、可能であれば、使用された。一実施形態の特徴は、さらなる列挙なしに他の実施形態に組み込まれてもよいと熟考される。

本発明は一般に、超高真空環境中で広い温度範囲にわたって作動する能力がある堅固な、コスト効率のよい静電チャックを提供する。本発明の実施形態は、基板バイアスおよび／またはプラズマ形成のために効率のよい無線周波数結合を提供する静電チャックアセンブリを含む。

図１は、本発明の一実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略横断面図である。一実施形態では、プラズマ処理チャンバは、スパッタエッチング処理チャンバである。しかしながら、例えば物理気相堆積（すなわち、スパッタリング）チャンバなどの、他の種類の処理チャンバがまた、本発明を実施するために使用されてもよい。

チャンバ１００は、基板処理の間にチャンバ内部容積部１２０内を大気圧より低い圧力に維持するように適切に構成される真空チャンバである。チャンバ１００は、チャンバ内部容積部１２０の上半分に位置する処理容積部１１９を包み込むドーム１０４によって覆われるチャンバ本体１０６を含む。チャンバ１００はまた、そのような構成要素とイオン化されたプロセス材料との間の不要な反応を防止するためにさまざまなチャンバ構成要素の周囲に境界線を引く１つまたは複数のシールド１０５を含むことができる。チャンバ本体１０６およびドーム１０４は、アルミニウムなどの金属で作られてもよい。

チャンバ内部容積部１２０内には、例えば半導体ウェハなどの基板「Ｓ」を支持し、チャッキングするための静電チャックアセンブリ１２４が、配置される。静電チャックアセンブリ１２４は、基板「Ｓ」がその上に載っているパック１５０、冷却プレート１５１、および支持基部１５２を含む。支持基部１５２は、支持筺体１４９、ベローズアセンブリ１１０および中空支持シャフト１１２を含む。支持シャフト１１２は、上側の処理位置（図１で示されるような）と下側の移送位置（図示せず）との間で静電チャックアセンブリ１２４の垂直運動を提供するリフト機構１１３に結合される。ベローズアセンブリ１１０は、支持シャフト１１２の周りに配置され、支持基部１５２とチャンバ１００の底面１２６との間で結合され、チャンバ１００内の真空度の低下を防止しながら静電チャックアセンブリ１２４の垂直移動を可能にする柔軟なシールを提供する。ベローズアセンブリ１１０はまた、底面１２６に接触するＯリング１６５と接触する下側ベローズフランジ１６４をも含み、チャンバ真空度の低下を防止する助けをする。

パック１５０は、その中に埋め込まれ、ＤＣ電力供給部などのチャッキング電源１４０に電気的に接続される２つのチャッキング電極１５９を備える電気絶縁性パック基部１６２を含む。別の例では、パック１５０は、基板チャッキングのために１つのチャッキング電極１５９または３つ以上のチャッキング電極１５９を含むことができる。２つの電極の場合については、チャッキング電極１５９は各々、薄い半円形または「Ｄ」形のプレートであってもよく、各チャッキング電極１５９は、ＤＣ電力供給部の１つの端子に付着される。ただ１つの電極については、チャッキング電極１５９は、ＤＣ電力供給部の１つの端子に付着される薄い円盤であってもよい（もう一方のＤＣ端子は、接地電位に付着される）。しかしながら、１つまたは複数のチャッキング電極１５９は、任意の適切な形状を有してもよく、それは、リング、くさび、ストリップ、その他を含むことができる。チャッキング電極１５９は、例えば金属または金属合金などの、任意の適切な導電性材料で作られてもよい。

２つのチャッキング電極１５９は、１つまたは複数のＲＦ整合部１１６を通じて無線周波数（ＲＦ）プラズマ電力供給部１１７ＡおよびＲＦバイアス電力供給部１１７Ｂに結合される。ＲＦプラズマ電力供給部１１７Ａは、プラズマ１０２を形成するために電力を提供し、ＲＦバイアス電力供給部１１７Ｂは、ＲＦバイアスを基板「Ｓ」に印加する。別の実施形態では、ＲＦ電力供給部は、静電チャックアセンブリ１２４に結合されない。

パック１５０は、第１のフランジ１５３および第２のフランジ１５５を含む。第１のフランジ１５３は、基板エッチング中にエッジ効果を低減するためのエッジリング（図示せず）を支持するために使用されてもよく、第２のフランジ１５５は、パック１５０を支持基部１５２に結合するために使用されてもよい。別の実施形態では、パック１５０は、第１のフランジ１５３だけを含み、第２のフランジ１５５を含まない。

パック１５０はまた、基板「Ｓ」を支持する複数の突出部またはメサ１５７も含み、メサ１５７間には、ガス供給部１４１と流体連通するガス溝１５８がある。ガス供給部１４１は、パック１５０と基板「Ｓ」との間の熱伝達速度を調節するのを助けるために、基板「Ｓ」の裏側とパック１５０との間を流れる熱伝達ガスを提供する。一例では、熱伝達ガスは、アルゴンなどの不活性ガスを含んでもよい。熱伝達ガスは、１つまたは複数のガス溝１５８と流体連通するパック１５０中の１つまたは複数の穴（図示せず）を通ってガス溝１５８に配送されてもよい。パック１５０はまた、基板「Ｓ」にそれのエッジ近くで接触し、基板「Ｓ」の背後から抜け出す熱伝達ガスの量を制御するのを助けることができる外側周囲リング１６１を有してもよい。

基板「Ｓ」の温度調節は、冷却プレート１５１に配置される多重冷却チャネル１６０によってさらに容易になり、冷却チャネル１６０は、水などの冷却剤流体を提供する流体源１４２に結合され、それと流体連通するが、任意の適切な冷却剤流体、ガスまたは液体が、使用されてもよい。別の実施形態では、パック１５０はまた、チャッキング電極１５９と冷却プレート１５１との間に配置される加熱素子（図５Ａでの５０２を参照）を含むことができる。その上、パック１５０、冷却プレート１５１、および／または静電チャックアセンブリ１２４の他の構成要素の温度は、１つまたは複数の温度監視装置に結合される、熱電対および同様のものなどの、１つまたは複数の温度センサ（図示せず）を使用して監視されてもよい。一例では、パック１５０は、温度監視のために少なくとも１つの熱電対に結合される。

静電チャックアセンブリ１２４は、ボルト（図示せず）または他の適切な締結デバイスを使用してパック１５０に結合される冷却プレート１５１を含む。冷却プレート１５１は、パック１５０および基板「Ｓ」とのより優れた熱的結合を提供するためにパック１５０内に部分的に陥凹されてもよい。熱伝導性材料がまた、パック１５０と冷却プレート１５１との間の熱的結合をさらに改善するためにパック１５０と冷却プレート１５１との間に提供されてもよい。別の実施形態では、接合剤が、冷却プレート１５１をパック１５０に接合するために使用される。

パック１５０は、パック１５０の第２のフランジ１５５の周りに配置される多数ボルト（図示せず）を使用して支持基部１５２の支持筺体１４９に結合される。１つまたは複数のＯリング１５４は、パック１５０と支持筺体１４９との間のＯリング溝（図５Ａを参照）内に位置して、チャンバ内部容積部１２０と静電チャックアセンブリ１２４内の内部容積部１５６との間で真空シールを提供する。内部容積部１５６は、導管および配線を送るために支持筺体１４９内および中空支持シャフト１１２内にオープンスペースを含み、内部容積部１５６は、チャンバ１００外部の大気圧と流体連通する。本実施形態では、パック１５０は、支持筺体１４９および支持基部１５２を交換することなくパック１５０を交換できるように、支持筺体１４９から取り外し可能である。別の実施形態では、パック１５０および支持筺体１４９は、一緒に接合され、一体ユニットを形成する。

支持シャフト１１２およびベローズアセンブリ１１０は、支持筺体１４９に結合され、支持基部１５２を形成する。一実施形態では、支持シャフト１１２およびベローズアセンブリ１１０は、支持筺体１４９に溶接される。別の実施形態では、支持シャフト１１２およびベローズアセンブリ１１０は、支持筺体１４９にボルトで留められる別個のアセンブリを形成してもよい。なお別の実施形態では、静電チャックアセンブリ１２４は、支持シャフト１１２およびベローズアセンブリ１１０が冷却プレート１５１に直接結合され、支持筺体１４９が使用されないように適切に構成されてもよい。

基板リフト１３０は、基板「Ｓ」をパック１５０に置くまたはそれから取り除くことができるように基板リフト１３０を昇降させるための第２のリフト機構１３２に結合されるシャフト１１１に接続されるプラットフォーム１０８に取り付けられるリフトピン１０９を含む。静電チャックアセンブリ１２４は、リフトピン１０９を受け入れるために貫通穴（図２での２０４を参照）を含む。ベローズアセンブリ１３１は、基板リフト１３０と底面１２６との間で結合され、基板リフト１３０の垂直移動の間にチャンバ真空を維持する柔軟なシールを提供する。

チャンバ１００は、チャンバ１００を排気するために使用されるスロットルバルブ（図示せず）および真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１４に結合され、それと流体連通する。チャンバ１００の内側の圧力は、スロットルバルブおよび／または真空ポンプを調整することによって調節されてもよい。チャンバ１００はまた、エッチング処理のためにチャンバ１００にアルゴンガスなどの１つまたは複数のプロセスガスを提供してもよいプロセスガス供給部１１８にも結合され、それと流体連通する。

基板「Ｓ」をスパッタエッチングするためのプラズマ１０２を生成するために、チャッキング電極１５９は、１つまたは複数のＲＦ整合部１１６を通じてＲＦプラズマ電力供給部１１７ＡおよびＲＦバイアス電力供給部１１７Ｂに結合され、プラズマ１０２を形成し、バイアスをチャンバ１００内の基板「Ｓ」に印加する。チャッキング電極１５９は、チャンバ本体１０６およびドーム１０４から電気的に絶縁されるＲＦカソードとして機能し、チャンバ本体１０６およびドーム１０４の両方は、接地１１５に接続される。アルゴンなどのプロセスガスは、プロセスガス供給部１１８からチャンバ１００に導入され、ガス圧力は、プラズマ点火のためのプリセット値に調整される。プラズマ１０２は、ＲＦ電力がＲＦプラズマ電力供給部１１７Ａからチャッキング電極１５９に配送されるとき、容量結合を通じて処理容積部１１９で点火される。ＲＦ整合部１１６は、ＲＦプラズマ電力供給部１１７Ａからプラズマ１０２への電力伝達効率を改善するように調整されるまたはプリセットされてもよい。ＲＦバイアス電力供給部１１７Ｂは、プラズマ１０２中の正帯電イオンが基板「Ｓ」の表面へ加速され、基板表面がスパッタエッチングされるように、バイアスをチャッキング電極１５９に印加する。

ＲＦプラズマ電力供給部１１７ＡおよびＲＦバイアス電力供給部１１７Ｂは、約０．５ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲内の、またはより好ましくは約２ＭＨｚ近くおよび約１３．５６ＭＨｚの周波数で電力を提供してもよい。より低い周波数が、バイアスおよびそれによってイオンエネルギーを駆動するために使用されてもよく、より高い周波数が、プラズマ１０２を駆動するために使用されてもよい。

図２は、図１で示される静電チャックアセンブリ１２４の一実施形態の分解組立て図を描写する。図が見やすいように、支持シャフト１１２中のシャフト貫通穴２１０を通って送られる電気配線および流体搬送導管は、図示されない。支持筺体１４９は、リフトピン１０９がパック１５０のおもて側表面２０６から基板を上昇させるまたは下降させることができるようにリフトピン穴２０４と一直線上にあるフランジ貫通穴２０３を備えるフランジ２０２を含む。Ｏリング１５４は、パック１５０が支持筺体１４９に結合されるとき真空シールが形成できるように、フランジ２０２のＯリング溝（図示せず）内に配置される。

おもて側表面２０６は、外側周囲リング１６１によって境界をつけられてもよく、上で述べられたような熱伝達ガスを分配する交差ガス溝１５８によって画定される複数の隆起したくさび形のメサ１５７を含むことができる。ガス溝１５８は、円形チャネル２１２と交差する放射状チャネル２１４を含む。ガス溝１５８は、直角に交差して格子状パターンを形成する複数のチャネルを含んでもよい。別法として、放射状パターンは、格子および円形パターンと組み合わされてもよいが、しかし他の幾何学形状がまた、ガス溝１５８のパターンに使用されてもよい。

交差ガス溝１５８間に配置される１つまたは複数のメサ１５７は、パック１５０から上に延び、基板を支持する、正方形もしくは長方形のブロック、円錐、くさび、ピラミッド、支柱、円筒状マウンド、もしくはさまざまな寸法の他の突出物、またはそれらの組合せを含んでもよい。一実施形態では、メサ１５７の高さは、約５０ミクロン（マイクロメートル）から約７００ミクロンに及んでもよく、メサ１５７の幅（または直径）は、約５００ミクロンから約５０００ミクロンに及んでもよい。別の例では、パック１５０は、その中に形成された複数のガス溝１５８（例えば、放射状チャネル２１４）を有し、メサ１５７を含まないおもて側表面２０６を含むことができる。

パック基部１６２は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含んでもよいが、他の材料がまた、使用されてもよい。パック基部１６２は、セラミック粉末を加熱プレスし、焼結し、次いで焼結形態を機械加工して、パック１５０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単一モノリスであってもよい。

図３Ａは、本発明の一実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリ１２４の概略横断面詳細図である。２つのチャッキング電極１５９は、パック１５０のおもて側表面２０６で電気絶縁性パック基部１６２に部分的に埋め込まれる。図が見やすいように、基板「Ｓ」は、図示されない。この文脈では、「部分的に埋め込まれる」は、チャッキング電極１５９が、パック基部１６２の材料によって完全に包囲されるまたは包み込まれることがなく、各チャッキング電極１５９の一面が、誘電材料で被覆されてもよいおもて側表面２０６の一部を形成することを意味する。別の実施形態では、１つのチャッキング電極１５９が、使用されてもよい。なお別の実施形態では、パック１５０は、３つ以上のチャッキング電極１５９を含むことができる。

パック基部１６２は、チャッキング電極１５９を互いからおよび基板「Ｓ」から電気絶縁するための、ならびにパック１５０のチャッキング電極１５９および他の構成要素のために熱伝導経路および機械的支持を提供するための手段を提供する。パック基部１６２は、チャッキング電極１５９と冷却プレート１５１との間に厚さ「Ｄ」を有する。

チャッキング電極１５９に使用される材料は、熱膨張係数（ＣＴＥ）不一致を最小限にし、熱サイクリングの間にパック１５０に損傷を与えることもある熱−機械的応力を回避するために、電極材料についてのＣＴＥが電気絶縁性パック基部１６２材料のＣＴＥと実質的に一致するように適切に選ばれてもよい。一実施形態では、導電性金属マトリックス複合（ＭＭＣ）材料が、チャッキング電極１５９に使用される。ＭＭＣ材料は、金属マトリックスおよびマトリックス全体にわたって埋め込まれ、分散される補強材料を含む。金属マトリックスは、ただ１つの金属または２つ以上の金属もしくは金属合金を含んでもよい。使用されてもよい金属は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、コバルト−ニッケル合金（ＣｏＮｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはそれらのさまざまな組合せを含むが、限定されない。補強材料は、ＭＭＣについて所望の構造的強度を提供するように選択されてもよく、また、例えば熱伝導率およびＣＴＥなどの、ＭＭＣの他の特性について所望の値を提供するように選択されてもよい。使用されてもよい補強材料の例は、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、または炭化シリコン（ＳｉＣ）を含むが、しかし他の材料がまた、使用されてもよい。

チャッキング電極１５９のためのＭＭＣ材料は好ましくは、所望の導電率を提供し、静電チャックアセンブリ１２４についての作動温度範囲にわたってパック基部１６２材料のＣＴＥと実質的に一致するように選ばれる。一実施形態では、その温度は、セ氏約２０°からセ氏約４００°に及んでもよい。一実施形態では、ＣＴＥを一致させることは、ＭＣＣ材料が、パック基部１６２材料でもまた使用される少なくとも１つの材料を含むようにＭＣＣ材料を選択することを含む。一実施形態では、パック基部１６２は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。一実施形態では、ＭＭＣ材料は、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）を含む。一実施形態では、ＭＭＣ組成は、約１３ｗｔ％のＡｌ（重量による百分率組成）および約８７ｗｔ％のＳｉを含む。別の実施形態では、ＭＭＣ組成は、約５０ｗｔ％のＡｌおよび約５０ｗｔ％のＳｉを含む。なお別の実施形態では、ＭＭＣ組成は、約３０ｗｔ％のＡｌおよび約７０ｗｔ％のＳｉを含む。別の実施形態では、ＭＭＣは、例えば炭化アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉＣ）または炭化チタンシリコン（ＴｉＳｉＣ）などのように、少なくとも３つの材料を含んでもよい。

ＭＭＣの構成材料および組成百分率は、望ましい設計目標を満たす工学的材料を提供するように選択されてもよい。例えば、チャッキング電極１５９およびパック基部１６２のＣＴＥと厳密に一致するようにＭＭＣ材料を適切に選択することによって、パック基部１６２内の熱−機械的応力は、低減され、そのことは、基部厚さＴ_Ｐが通常の温度サイクリングの間にパック基部１６２の亀裂または破砕を防止するために必要とされる構造的強度によってある程度決定されるので、より少ない量のまたはより薄いパック基部１６２の使用を可能にすることもある。パック基部１６２の厚さの低減は、パック１５０のコストの低減を提供することもある。その上、ＭＣＣ材料は、いくつかの応用については他の材料よりも使用するコストがより低いこともある。例えば、モリブデンは、Ａｌ_２Ｏ_３のＣＴＥと許容できる一致を提供できるＣＴＥを有するので、パック基部１６２がＡｌ_２Ｏ_３を含むとき、モリブデンが、チャッキング電極１５９に使用されてもよいが、しかしモリブデンは、同等なまたはより近いＣＴＥの一致を提供するＭＣＣ材料よりも使用するコストが著しく高いこともある。

図３Ａを参照すると、各チャッキング電極１５９の電極底面３００は、パック基部１６２に接合される。拡散接合が、接合の方法として使用されてもよいが、しかし他の接合方法がまた、使用されてもよい。一実施形態では、近似的に５０ミクロン（マイクロメートル）厚のアルミニウム箔（図示せず）が、電極底面３００とパック基部１６２との間に置かれ、圧力および熱が、加えられて、アルミニウム箔とＡｌ−ＳｉＭＭＣチャッキング電極１５９との間およびアルミニウム箔とＡｌ_２Ｏ_３パック基部１６２との間で拡散接合を形成する。別の実施形態では、チャッキング電極１５９は、アルミニウム箔などの中間層材料の使用を必要としない直接拡散接合を使用してパック基部１６２に直接接合される。

チャッキング電極１５９をパック基部１６２に接合した後、チャッキング電極１５９およびパック基部１６２は、おもて側表面２０６にメサ１５７、ガス溝１５８、外側周囲リング１６１、および／または他のパック１５０特徴を形成するために機械加工されてもよいが、前述の特徴のいくつかはまた、電極接合より前に機械加工されてもよい。一実施形態では、メサ１５７およびガス溝１５８は、図３Ａで示されるように、おもて側表面２０６のチャッキング電極１５９に形成され、メサ高さＭ_Ｈは、約２００ミクロンから約１０００ミクロンに及ぶ。各メサ１５７はまた、メサ１５７と基板との間の全接触面積を最小限にするために小さな突出部またはバンプ（図示せず）を有してもよい。

図３Ｂは、本発明の一実施形態による図３Ａで示される静電チャックアセンブリ１２４の概略横断面詳細図である。パック基部１６２は、チャッキング電極１５９を互いから電気的に絶縁する。基板の静電チャッキングを可能にするために、チャッキング電極１５９はまた、基板からも電気的に絶縁される。一実施形態では、チャッキング電極１５９およびその上に形成される特徴は、おもて側表面２０６を表面処理されるまたは被覆され、チャッキング電極１５９と基板（図示せず）との間に電気絶縁性誘電体層３０１を提供する。別の実施形態では、誘電体層３０１は、チャッキング電極１５９に使用されるＭＣＣ材料のＣＴＥと実質的に一致するＣＴＥを持つ誘電材料を含み、その誘電材料は、チャッキング電極１５９およびパック基部１６２への良好な接着を提供するように適切に選択される。一実施形態では、誘電体層３０１は、パック基部１６２のＣＴＥと実質的に一致するＣＴＥを持つ材料を含む。

誘電材料は、チャッキング電極１５９上に共形的に堆積され、チャッキング電極１５９ならびにその上に形成される特徴、例えばメサ１５７およびガス溝１５８などを覆って薄い均一な誘電体層３０１または被覆物を形成する。誘電材料は、パック１５０のおもて側表面２０６でチャッキング電極１５９およびパック基部１６２の一部分を覆うブランケット被覆物として付着される。別の実施形態では、誘電体層３０１は、２つ以上の層を含み、各層は、ブランケット被覆物として連続して堆積される。

誘電体層３０１は、窒化ホウ素、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、ＤＬＣマトリックス複合材料、Ｄｙｌｙｎ（登録商標）、またはそれらの組合せの１つを含んでもよいが、他の種類の誘電材料が、使用されてもよい。別の実施形態では、誘電体層３０１は、約１０ＧＰａ（ギガ−パスカル）から約２５ＧＰａの間の硬度を提供する。一実施形態では、誘電体層３０１は、約０．１５から約５．０に及ぶ静止摩擦係数を有する。別の実施形態では、誘電体層３０１は、約０．０５から約０．２に及ぶ静止摩擦係数を有する。誘電体層３０１は、アーク溶射、化学気相堆積（ＣＶＤ）、スパッタリング、またはプラズマ支援ＣＶＤによって堆積されてもよいが、しかし他の堆積方法がまた、使用されてもよい。

誘電体層３０１は、約１０ミクロンから約１０００ミクロンに及んでもよい厚さ「ｄ」を有するが、しかし他の厚さが、使用されてもよい。一実施形態では、厚さ「ｄ」は、約２００ミクロンから約８００ミクロンに及ぶ。別の実施形態では、厚さ「ｄ」は、約１ミクロンから約１０ミクロンに及ぶ。電極厚さＴ_Ｅは、メサ１５７およびガス溝１５８などの特徴を機械加工するためおよび後に誘電体層３０１の堆積が続く所望のメサ高さＭ_Ｈを提供するために十分な厚さを提供するように適切に選ばれてもよい。一実施形態では、電極厚さＴ_Ｅは、約５００ミクロンより大きい。

一実施形態では、チャッキング電極１５９は、プラズマ１０２を駆動するためにＲＦプラズマ電力供給部１１７Ａに結合される（図１を参照）。プラズマ１０２を効率よく駆動するためには、プラズマ１０２の方へ向かう順方向ＲＦエネルギー３５０の伝送を最大にし、プラズマ１０２から離れる方へ向かう逆方向ＲＦエネルギー３５１の伝送を最小限にすることが、望ましい。パック基部１６２は、チャッキング電極１５９の真下に厚さ「Ｄ」を有する。ＲＦエネルギーのプラズマ１０２の方への好ましい伝送は、パック基部１６２に対して誘電体層３０１を通るＲＦ伝送についての容量性インピーダンスを減少させることによって促進されてもよい。例えば、厚さ比「ｄ／Ｄ」を減少させることによって、順方向ＲＦエネルギー３５０は、増加でき、逆方向ＲＦエネルギー３５１は、減少できる。容量性インピーダンスは、伝送媒体の誘電率に逆比例することもあるので、ＲＦ伝送への同様の効果は、パック基部１６２材料の誘電率に対して誘電体層３０１の誘電率を増加させることによって固定厚さ比「ｄ／Ｄ」について達成できる。一実施形態では、パック基部１６２は、誘電体層３０１の厚さ「ｄ」よりもはるかに大きい厚さ「Ｄ」を有する。

チャッキング電極１５９を覆って誘電体層３０１を適用する１つの利点は、層の特性をより容易に制御できることである。例えば、パック基部１６２は、パック基部１６２全体にわたって誘電率の変動を引き起こす可能性がある焼結プロセスを使用して製造されてもよい。おもて側表面２０６でチャッキング電極１５９を覆うために堆積誘電体層３０１を使用することは、層厚さおよび誘電率のより少ない変動を提供することができ、それは次に、順方向ＲＦエネルギー３５０の伝送のより優れた制御を提供することができる。その上、チャッキング電極１５９を覆うために別個の誘電体層３０１を使用することは、誘電体層３０１のための材料および厚さの選択を可能にし、その結果パック設計は、コスト効率のよい方法で広範囲の周波数にわたって効率のよいＲＦ電力配送に「合わせる」ことができる。一実施形態では、静電チャックアセンブリ１２４は、最小のＲＦ電力損失で約０．５メガヘルツから約６０メガヘルツの周波数範囲にわたって無線周波数（ＲＦ）電力を効率よく配送することができる。

図４Ａは、本発明の別の実施形態による図３Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面詳細図である。上で述べられたように、２つのチャッキング電極１５９は、パック基部１６２に部分的に埋め込まれる。チャッキング電極１５９およびパック基部１６２は、パック１５０のおもて側表面２０６を形成する。誘電材料は、チャッキング電極１５９およびパック基部１６２上に堆積され、おもて側表面２０６に誘電体層３０１を形成する。誘電体層３０１の厚さは、例えばメサ１５７およびガス溝１５８などの特徴を誘電体層３０１に機械加工できるように適切に選ばれる。

図４Ｂは、本発明の一実施形態による図４Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面詳細図である。誘電体層３０１の最大厚さ「ｄ_ＭＡＸ」は、特徴が誘電体層３０１に機械加工された後、誘電体層３０１の所望の最小厚さ「ｄ_ＭＩＮ」がおもて側表面２０６でチャッキング電極１５９およびパック基部１６２を依然として覆うように選ばれる。一実施形態では、最小厚さ「ｄ_ＭＩＮ」は、約１０ミクロンから約３００ミクロンに及ぶ。誘電体層３１０に使用されてもよい誘電材料および堆積技術は、本明細書で述べられた。

図５Ａは、本発明の別の実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリの概略横断面詳細図である。パック１５０は、おもて側表面２０６と、上側パックプレート５５０Ａと、パック１５０の中央に位置する接合領域５０４に配置される隆起部分５０３で一緒に接合される下側パックプレート５５０Ｂとを含む。上側パックプレート５５０Ａは、チャッキング電極１５９および上側パックプレート５５０Ａを加熱するための加熱器電源５０１に電気的に接続される１つまたは複数の加熱素子５０２を含む。下側パックプレート５５０Ｂは、流体源１４２と流体連通する１つまたは複数の冷却チャネル５０６を有する冷却プレート５０５に結合され、それと熱的に連通する。冷却プレート５０５は、チャンバ内部容積部１２０と静電チャックアセンブリ１２４内の内部容積部１５６との間で真空シールを提供するために下側パックプレート５５０Ｂと支持筺体１４９との間に位置する１つまたは複数のＯリング１５４に近接して配置される。下側パックプレート５５０Ｂおよび／または支持筺体１４９は、Ｏリング１５４のためのＯリング溝５０８を含むことができる。

上側パックプレート５５０Ａは、パック基部１６２について本明細書で述べられる電気絶縁性材料を含んでもよい。一実施形態では、上側パックプレート５５０Ａは、加熱素子５０２によって発生される熱をより効率よく基板に配送できるように１つまたは複数の熱伝導性材料を含む。下側パックプレート５５０Ｂおよび上側パックプレート５５０Ａは、同じ材料を含んでもよい。一実施形態では、下側パックプレート５５０Ｂは、上側パックプレート５５０Ａに使用される材料とは異なる材料を含む。一実施形態では、下側パックプレート５５０Ｂは、金属マトリックス複合材料を含む。一態様では、金属マトリックス複合材料は、アルミニウムおよびシリコンを含む。一態様では、上側パックプレート５５０Ａは、窒化アルミニウムを含み、下側パックプレート５５０Ｂは、炭化アルミニウムシリコンの複合材料を含む。なお別の態様では、下側パックプレート５５０Ｂは、金属または金属合金を含む。

図５Ａを参照すると、上側パックプレート５５０Ａおよび下側パックプレート５５０Ｂが、パック１５０を形成するために一緒に接合されるとき、厚さ「Ｔ_Ｇ」を有するギャップ「Ｇ」が、形成される。一実施形態では、拡散接合が、接合の方法として使用されるが、しかし他の接合方法がまた、使用されてもよい。一実施形態では、上側パックプレート５５０Ａおよび下側パックプレート５５０Ｂは、アルミニウムを含む材料を含み、突起部分５０３は、上側パックプレート５５０Ａと下側パックプレート５５０Ｂとの間の接合領域５０４に置かれるアルミニウム箔の「中間層」を含み、圧力および熱が、加えられて、アルミニウム箔と上側パックプレート５５０Ａとの間およびアルミニウム箔と下側パックプレート５５０Ｂとの間で拡散接合を形成する。別の実施形態では、拡散接合は、上側パックプレート５５０Ａおよび下側パックプレート５５０Ｂに使用される材料に基づいて選択される他の中間層材料を使用して形成されてもよい。別の実施形態では、上側パックプレート５５０Ａは、中間層が接合を形成するために使用されない直接拡散接合を使用して下側パックプレート５５０Ｂに直接接合されてもよい。

隆起部分５０３は、中間層材料、または接着剤、または上側パックプレート５５０Ａの一部分および／もしくは下側パックプレート５５０Ｂの一部分、またはそれらの組合せを含んでもよい。隆起部分５０３は、厚さ「Ｔ_Ｇ」を有するギャップ「Ｇ」を形成する。一実施形態では、厚さ「Ｔ_Ｇ」は、約２０ミクロンから約１０００ミクロンに及ぶ。ギャップ「Ｇ」は、上側パックプレート５５０Ａと下側パックプレート５５０Ｂとの間の接触面積を最小限にし、それ故に、上側パックプレート５５０Ａと下側パックプレート５５０Ｂとの間に存在する可能性があるどんな温度差またはＣＴＥ差にも起因する熱−機械的応力を最小限にする。上側パックプレート５５０Ａおよび下側パックプレート５５０Ｂは、熱サイクリングの間に接合領域５０４（図５Ｂを参照）の外側で独立して自由に膨張または収縮することができる。

その上、接合領域５０４は、加熱される上側パックプレート５５０Ａから加熱されない下側パックプレート５５０Ｂへの熱伝導経路を制限することによって熱的チョークとして機能してもよい。真空環境中では、熱伝達は、伝導媒体が提供されない限り、主として放射プロセスである可能性がある。パック１５０は、基板処理の間に真空環境に配置されることもあるので、加熱素子５０２によって発生される熱は、ギャップ「Ｇ」を横断する放射によるよりも接合領域５０４を通る伝導によってより効率よく伝達される可能性がある。従って、接合領域５０４の寸法を調整することによって、上側パックプレート５５０Ａから下側パックプレート５５０Ｂへ流れる熱流束を制御することができ、接合領域５０４は、熱的チョークとして機能する。基板の効率のよい加熱を提供するためには、上側パックプレート５５０Ａから離れ、接合領域５０４を通って伝導される熱の量を制限することが、望ましい。他方では、接合領域５０４を横断する大きな温度差は、接合領域５０４に許容できない熱−機械的応力を引き起こすこともある。従って、接合領域５０４の面積は好ましくは、接合領域５０４に許容できない熱−機械的応力を生成することなく基板の効率のよい加熱を提供するように選ばれる。

接合領域５０４によって形成される熱的チョークはまた、真空シールを形成するために使用される１つまたは複数のＯリング１５４への熱応力を最小限にするように熱伝導経路を向け、長くする助けをしてもよい。例えば、熱伝導経路「ＡＢＣ」は、上側パックプレート５５０Ａの点「Ａ」から始まり、接合領域５０４を通って下側パックプレート５５０Ｂの点「Ｂ」へ続き、冷却プレート５０５を過ぎて続き、次いでＯリング１５４近くの点「Ｃ」で終わってもよい。接合領域５０４からのＯリング１５４の距離を増加させることによって、上側パックプレート５５０Ａの任意の点からＯリング１５４までの熱伝導経路の長さもまた、増加され、そのことは、熱伝導経路「ＡＢＣ」に沿って生じることもある伝導性または放射性熱損失に起因して点「Ａ」から点「Ｃ」への著しい温度降下を引き起こすこともある。その上、冷却プレート５０５は、接合領域５０４とＯリング１５４との間に置かれて、Ｏリング１５４を冷たく保つ助けをする。

図５Ｂは、本発明の一実施形態による図５Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。接合領域５０４は、内側半径Ｒ_１および外側半径Ｒ_２を有する環状領域に配置される隆起部分５０３を含む。中央領域５０７は、内側半径Ｒ_１内にあり、ガス導管および電気配線（図示せず）を含むことができる。冷却プレート５０５は、環状形状であり、幅「Ｗ」を有し、接合領域５０４から距離ｄ_２３＝Ｒ_３−Ｒ_２にある半径方向距離Ｒ_３に位置する。冷却プレート５０５に隣接して、半径方向距離Ｒ_４に位置し、冷却プレート５０５によって冷却されるＯリング１５４がある。好ましくは、大きな値が、半径方向距離Ｒ_４のために選択され、上側パックプレート５５０Ａから１つまたは複数のＯリングまでの長い熱伝導経路「ＡＢＣ」を提供し、それによって１つまたは複数のＯリング１５４を冷たく保つ助けをする。一実施形態では、１つまたは複数のＯリング１５４は、下側パックプレート５５０Ｂの下側プレート周囲５５２に近接して位置する。その上、半径方向距離Ｒ_３は好ましくは、冷却プレート５０５が１つまたは複数のＯリング１５４に近接するように選択される。

接合領域５０４の内側半径Ｒ_１および外側半径Ｒ_２を調整することによって、ならびに半径方向距離Ｒ_３およびＲ_４を調整することによって、接合領域５０４を通る熱流束およびＯリング１５４の温度は、上側パックプレート５５０Ａについての作動温度の範囲にわたって制御できる。一実施形態では、上側パックプレート５５０Ａについての作動温度は、セ氏約２５０度（℃）からセ氏約４５０度（℃）に及ぶ。

熱伝導経路は、図５Ｂで示される。熱は、上側パックプレート５５０Ａの点「Ａ」から外側半径Ｒ_２にある接合領域５０４の外周近くの点「Ｂ」へ、次いで下側パックプレート５５０Ｂへ、次いで下側パックプレート５５０Ｂの点「Ｃ」へ伝導される。点「Ａ」から点「Ｃ」への破線矢印は、ギャップ「Ｇ」が図５Ａで示されるように２つの点を分離するので、熱が点「Ａ」から点「Ｃ」へ直接伝導できないことを表示する。

図６Ａは、本発明のなお別の実施形態による図１で示される静電チャックアセンブリ１２４の斜視図である。静電チャックアセンブリ１２４は、パック１５０と、冷却プレート６０１と、支持シャフト１１２を含むベローズアセンブリ１１０とを含む。パック１５０は、冷却プレート６０１に結合され、冷却プレート６０１は、ベローズアセンブリ１１０に結合される。静電チャックアセンブリ１２４は、それが分解できるように適切に構成され、その結果パック１５０は、冷却プレート６０１から取り外すことができ、冷却プレート６０１は、ベローズアセンブリ１１０から取り外すことができる（図６Ｅを参照）。

パック１５０は、電気絶縁性パック基部１６２およびおもて側表面２０６を含み、そのおもて側表面は、ガス溝１５８、メサ１５７、外側周囲リング１６１、リフトピン穴２０４、およびエッジリング（図示せず）を支持してもよい第１のフランジ１５３を含む。前述の特徴およびパック１５０の前記特徴に使用される材料のためのさまざまな実施形態は、本明細書で述べられる。パック１５０はまた、パック１５０を冷却プレート６０１に締結するためのボルト（図６Ｂを参照）を受け入れるパックボルト穴６０２も含む。３つだけのパックボルト穴６０２が、図６Ａで示されるけれども、任意の数のパックボルト穴６０２が、使用されてもよく、各々が、パック１５０の任意の場所に配置されてもよい。各パックボルト穴６０２はまた、各ボルト頭部がパック１５０の表面と同一平面にあるまたはそれから陥凹されるようにカウンターボア（図６Ｄ）を含むことができる。

図６Ｂは、本発明の実施形態による図６Ａで示される静電チャックアセンブリの概略横断面図である。図６Ｂではガス流パターンを明瞭にするために、基板「Ｓ」が、追加され、メサ１５７は、図示されない。基板「Ｓ」は、外側周囲リング１６１によっておよびメサ１５７によってパック１５０のおもて側表面２０６に支持される。冷却プレート６０１は、冷却プレート６０１の穴を貫通し、ベローズ取り付けフランジ６１４に配置されるねじ付き穴によって受け入れられるプレート取り付けボルト６１５によってベローズアセンブリ１１０に取り付けられる。２つだけのプレート取り付けボルト６１５が、図６Ｂの横断面で示されるけれども、任意の数のプレート取り付けボルト６１５が、冷却プレート６０１をベローズ取り付けフランジ６１４に締結するために使用されてもよい。パック１５０は、パックボルト穴６０２に位置するパック取り付けボルト６１６によって冷却プレート６０１に取り付けられる。

ベローズアセンブリ１１０は、ベローズ取り付けフランジ６１４、支持シャフト１１２、ベローズ溶接物６１１、上側ベローズフランジ６１３、および下側ベローズフランジ１６４を含む。支持シャフト１１２および上側ベローズフランジ６１３は、ベローズ取り付けフランジ６１４に連結され、ベローズ溶接物６１１は、上側ベローズフランジ６１３および下側ベローズフランジ１６４に連結される。使用される連結方法（例えば、溶接、ろう付け）は、静電チャックアセンブリ１２４がチャンバ１００に取り付けられるとき（図１を参照）、真空シールが内部容積部１５６（大気圧であってもよい）とチャンバ内部容積部１２０（基板処理の間に大気圧より低い圧力にある）との間で形成されるように、適切に選ばれ、制御される。下側ベローズフランジ１６４は、複数のボルト（図示せず）を使用してチャンバ１００の底部に取り付けられ、Ｏリング１６５は、下側ベローズフランジ１６４とチャンバ１００の底面１２６との間に配置され、チャンバ内部容積部１２０を静電チャックアセンブリ１２４の内部容積部１５６から隔離する。下側ベローズフランジ１６４は、支持シャフト１１２に接続されず、それで支持シャフト１１２は、下側ベローズフランジ１６４に対して自由に移動できる。

ベローズ取り付けフランジ６１４は、チャンバ内部容積部１２０が静電チャックアセンブリ１２４の内部容積部１５６と流体連通しないように真空シールを提供するＯリング６１９のためのフランジＯリング溝６２３を含む。別の実施形態では、冷却プレート６０１だけが、Ｏリング溝を有し、ベローズ取り付けフランジ６１４は、フランジＯリング溝６２３を有さない。なお別の実施形態では、２つ以上のフランジＯリング溝６２３およびＯリング６１９が、真空シールを提供するために使用される。

冷却プレート６０１は、１つまたは複数のプレート６０８、複数の冷却チャネル１６０、２つ以上の冷却剤流体導管６２８、およびガス導管６０４を含む。冷却チャネル１６０は、冷却剤流体を提供する流体源１４２と流体連通する１つまたは複数の冷却ループまたは回路を形成する。冷却チャネル１６０は、正方形、長方形、円形、または他の形をした横断面を有してもよい。２つ以上の冷却剤流体導管６２８は、プレート６０８に結合され、冷却チャネル１６０と流体連通する。冷却剤流体導管６２８は、冷却プレート６０１から支持シャフト１１２の中空内部を通って延びる。冷却剤流体導管６２８は、任意の適切な漏れ止め結合デバイス６３１を使用して流体源１４２に結合される。

一実施形態では、冷却剤流体導管６２８は、冷却チャネル１６０を形成するようにループにされ、成形される管の端部を含む。成形された管類は、プレート６０８に接合されて（例えば、溶接またはろう付けによって）、その管類をプレート６０８に熱的に結合する。別の実施形態では、冷却チャネル１６０は、プレート６０８中に形成される（例えば、機械加工によって）チャネルを含む。プレート６０８は、アルミニウム、銅、真ちゅう、ステンレス鋼、または他の適切な材料などの、熱伝導性の任意の材料を含んでもよい。

ガス導管６０４は、熱伝達ガス６０３をガス供給部１４１から基板「Ｓ」の裏面６０６へ配送するための手段を提供する。ガス導管６０４は、チャンバ内部容積部１２０が静電チャックアセンブリ１２４の内部容積部１５６から隔離されたままであるように冷却プレート６０１に結合される。一実施形態では、ガス導管６０４は、プレート６０８と管外面との間で真空シールを形成するようにプレート６０８に溶接されるまたはろう付けされる管を含む。ガス導管６０４は、冷却プレート６０１から支持シャフト１１２を通って延び、任意の適切なガス配管結合デバイス６３３を使用してガス供給部１４１に結合される。

冷却プレート６０１はまた、１つまたは複数の中央開口６３９、複数の第１のボルト穴６３４、第２のボルト穴６３７、および冷却プレート６０１を通って延びるリフトピン穴６３５も含む。１つまたは複数の中央開口６３９は、パック１５０からの電気配線および／または他の素子（例えば、熱電対）が静電チャックアセンブリ１２４の冷却プレート６０１および支持シャフト１１２を通って送れるように、冷却プレート６０１の中心近くに穴を含む。第１のボルト穴６３４は、プレート取り付けボルト６１５を受け入れ、第１のボルト穴６３４は、各プレート取り付けボルト６１５がプレート６０８の表面６３６と同一平面にあるまたはそれから陥凹されるようにカウンターボアを含むことができる。冷却プレート６０１のリフトピン穴６３５は、リフトピン１０９（図１を参照）がパック１５０または冷却プレート６０１に接触することなくその穴を通って移動できるように、パック１５０のリフトピン穴２０４と整列している。冷却プレート６０１の第２のボルト穴６３７は、パック取り付けボルト６１６を使用してパック１５０が冷却プレート６０１に締結されることを可能にする。

冷却プレート６０１は、冷却プレート６０１の表面６３６から上へ延びる隆起部分を含む。その隆起部分は、１つまたは複数の外側ステップ６０９および内側ステップ６１０を含み、パック１５０を支持する上面６３８を各々有する。１つまたは複数の外側ステップ６０９は、冷却プレート６０１の周囲近くに配置され、内側ステップ６１０は、１つまたは複数の外側ステップ６０９に対して内部に位置する。一実施形態では、外側ステップ６０９は、冷却プレート６０１の周囲近くに配置される隆起した環状リングを含み、内側ステップ６１０は、中央開口６３９、リフトピン穴６３５、および第２のボルト穴６３７を各々包囲する隆起した環状リングを含む（図６Ｅを参照）。

外側ステップ６０９および内側ステップ６１０の各々は、約３０ミクロンから約１０００ミクロンに及ぶステップ高さＨ_Ｓを有する。一実施形態では、ステップ高さＨ_Ｓは、約２００ミクロンから約４００ミクロンに及ぶ。パック１５０が、冷却プレート６０１に取り付けられるとき、ガス伝導ギャップ６３２が、パック１５０と冷却プレート６０１との間に形成される。ガス伝導ギャップ６３２は、ステップ高さＨ_Ｓに近似的に等しい均一なギャップ高さを有する。

ガス伝導ギャップ６３２は、以下でもっと詳細に述べられるように、その部分間の接触を制限することによってパック１５０と冷却プレート６０１との間の熱−機械的応力を最小限にする助けをする。ガス伝導ギャップ６３２はまた、熱伝達ガス６０３を使用してパック１５０と冷却プレート６０１との間の熱的結合も可能にする。パック１５０と冷却プレート６０１との間の熱的結合は、１つまたは複数の手段によって調整されてもよく、その手段は、熱伝達ガス６０３に使用されるガスの圧力、流量、および／または種類を変えることを含むことができる。熱伝達ガス６０３は、ガス導管６０４からガス伝導ギャップ６３２へおよびパック１５０の複数のガス穴６０５へ、ならびにガス穴６０５からガスを基板「Ｓ」の裏面６０６へ配送するガス溝１５８へ伝導される。

図６Ｂを参照すると、パック１５０は、加熱素子５０２および２つのチャッキング電極１５９を含む。他の実施形態では、パック１５０は、１つのチャッキング電極１５９または３つ以上のチャッキング電極１５９を含んでもよい。パック１５０はまた、熱伝達ガス６０３がガス伝導ギャップ６３２からガス溝１５８へ流れることができるように、パック１５０を通って延びる１つまたは複数のガス穴６０５も含む。一実施形態では、ガス穴６０５の直径は、ガス溝１５８の幅に近似的に等しいまたはそれより小さくてもよい。ガス穴６０５はまた、おもて側表面２０６で任意の場所に配置されてもよく、任意のパターンで分配されてもよい。

加熱素子５０２は、電気的接続部６４０Ｂで加熱器電力導体６２９に電気的に接続されるフィードスルー導体６２５の第１の対に電気的に接続される。加熱器電力導体６２９は次いで、電気的接続部６４０Ａで加熱器電源５０１に接続される。同様に、チャッキング電極１５９は、フィードスルー導体６２５の第２の対およびチャッキング電力導体６３０を通じてチャッキング電源１４０に電気的に接続される。加熱器電力導体６２９およびチャッキング電力導体６３０は、支持シャフト１１２内で部分的に送られる電気的に絶縁されたワイヤを含んでもよい。フィードスルー導体６２５の長さは、図が見やすいように誇張されており、電気的接続部６４０Ｂは、支持シャフト１１２内に位置してもよい。別の実施形態では、１つまたは複数のＲＦ電力供給部が、チャッキング電源１４０に加えてチャッキング電極１５９に電気的に接続される。

フィードスルー導体６２５は、真空フィードスルー６２２の一部を形成する導電性素子（例えば、金属棒および／またはワイヤ）を含む。真空フィードスルー６２２はまた、複数のボルト（図示せず）を使用して中央開口６３９を覆って冷却プレート６０１に取り付けられるフィードスルーフランジ６２１も含む。フィードスルーＯリング６２０は、フィードスルーフランジ６２１と冷却プレート６０１との間で真空シールを提供する。真空フィードスルー６２２は、真空シールがまたフィードスルー導体６２５の各々とフィードスルーフランジ６２１との間でも形成されるように適切に構成され、それによって、内部容積部１５６を中央開口６３９の容積部から隔離しながら、フィードスルー導体６２５がフィードスルーフランジ６２１を貫通することを可能にする。その上、真空フィードスルー６２２は、導体がフランジを貫通するとき、フィードスルー導体６２５を互いからおよびフィードスルーフランジ６２１（金属で作られてもよい）から電気的に絶縁された状態に保つ。

他の実施形態では、真空フィードスルー６２２は、例えばパック１５０のチャッキング電極１５９および加熱素子５０２の数に応じて、４つよりも少ないまたは多いフィードスルー導体６２５を含んでもよい。なお別の実施形態では、冷却プレート６０１は、２つ以上の中央開口６３９を含み、真空フィードスルー６２２は、各中央開口６３９に取り付けられる。例えば、第２の中央開口６３９および真空フィードスルー６２２は、パック１５０に結合される１つまたは複数の温度センサ（例えば、熱電対）に使用されてもよい。真空フィードスルー６２２は、特定の応用のために設計されてもよく、または市販のフィードスルーが、構成要素コストを低減するために使用されてもよい。

内側ステップ６１０および外側ステップ６０９の上面６３８は、パック１５０と接触するが、しかしパック１５０は、パック取り付けボルト６１６の力によって上面６３８に単に押し付けられるだけなので、パック１５０との流体シールを形成しないこともある。それ故に、熱伝達ガス６０３は、ステップの上面６３８とパック１５０との間で「漏れ」、チャンバ内部容積部１２０に流入することもある。熱伝達ガス６０３はまた、例えばリフトピン穴６３５、第２のボルト穴６３７、および中央開口６３９に、次いでチャンバ内部容積部１２０に流入することもある。しかしながら、中央開口６３９に漏れる熱伝達ガス６０３は、真空フィードスルー６２２のフィードスルーＯリング６２０を通過して流れることはできない。従って、中央開口６３９内の熱伝達ガス６０３の圧力は、基板処理の間にチャンバ内部容積部１２０のガス圧力を超える値まで増加することもある。ガス圧力の増加および電流搬送フィードスルー導体６２５の存在は、中央開口６３９内でアーク放電をもたらすこともある。そのようなアーク放電を防止するために、中央開口６３９内のガスをチャンバ内部容積部１２０へ放出できるように、通気穴６２７が、冷却プレート６０１内に形成される。

図６Ｃは、本発明の実施形態による図６Ｂで示される通気穴６２７の詳細図である。通気穴６２７は、中央開口６３９の中央開口容積部６４５がチャンバ内部容積部１２０と流体連通するように、中央開口６３９の側壁６４２の第１の穴６４３を冷却プレート６０１の底面６０７の第２の穴６４４に接続する通気穴チャネル６４１を含む。第２の穴６４４は、Ｏリング６１９の外径の外側に配置され、その結果第２の穴６４４は、チャンバ内部容積部１２０と流体連通する冷却プレート６０１の表面に配置される。通気穴６２７は、中央開口容積部６４５とチャンバ内部容積部１２０との間で流体連通を提供する任意のチャネル構成を含んでもよく、その結果各容積部の圧力は、均等化できる。別の実施形態では、冷却プレート６０１は、２つ以上の中央開口６３９を含み、各中央開口６３９は、通気穴６２７を有する。

中央開口容積部６４５およびガス伝導ギャップ６３２は、静電チャックアセンブリ１２４内に少なくとも２つの圧力ゾーンを含んでもよい。第１の圧力ゾーンは、通気穴６２７に起因してチャンバ内部容積部１２０の圧力に近似的に等しい圧力を有する中央開口容積部６４５を含む。第２の圧力ゾーンは、ガス導管６０４によって供給される熱伝達ガス６０３のガス圧力およびパック１５０のガス穴６０５を通るフローコンダクタンスによってある程度決定される圧力を有するガス伝導ギャップ６３２を含む。

図６Ｂを参照すると、パック１５０は、第２のボルト穴６３７を貫通し、冷却プレート６０１にねじ込まれるパック取り付けボルト６１６を使用して冷却プレート６０１に締結される。パック１５０および冷却プレート６０１が、基板処理の間に温度サイクリングを経験すると、パック１５０および冷却プレート６０１は、膨張および収縮する。パック１５０および冷却プレート６０１は、異なる材料で作られ、異なるＣＴＥを有することもあり、それで各部分についての寸法膨張および収縮はまた、異なることもある。ＣＴＥ不一致に起因し、パック１５０および／または冷却プレート６０１に損傷を与えることもある過度の機械的応力を防止するために、パック１５０および冷却プレート６０１は、互いに対して動くことが可能である。上で述べられたように、パック１５０は、内側ステップ６１０および外側ステップ６０９の上にただ載っているだけであり、それでパック１５０は、ステップの上面６３８を横断して「自由に」動くことができる。運動の自由度は、パック取り付けボルト６１６によって制約され、それで冷却プレート６０１は、パック取り付けボルト６１６が上面６３８と近似的に平行な方向にわずかに動くことが可能であるように適切に構成され、上面６３８に対するパック１５０の所望の動きを提供し、それによってパック１５０の望ましくない機械的応力を防止する。冷却プレート６０１はまた、パック１５０がパック取り付けボルト６１６を使用して温度サイクリングの間に冷却プレート６０１に整列し、しっかりと締結されたままであるように適切に構成もされる。

一実施形態では、各パック取り付けボルト６１６は、挿入凹部６１８に位置する挿入物６１７にねじ込まれる。挿入凹部６１８は、挿入物６１７およびパック取り付けボルト６１６が上面６３８と近似的に平行な方向にわずかに動くことを可能にするように適切に構成される。第２のボルト穴６３７についての穴直径は、穴内でのパック取り付けボルト６１６のわずかな動きを可能にするように適切に選ばれる。一実施形態では、挿入凹部６１８は、冷却プレート６０１の半径に沿って整列するスロットを含んでもよい。別の実施形態では、挿入物６１７は、挿入凹部６１８によって捕獲される浮遊挿入物である。

上で述べられた実施形態は、相対的に薄いパック１５０が静電チャックアセンブリ１２４に使用されることを可能にする。パック１５０を冷却プレート６０１に熱的に結合するために熱伝達ガス６０３を使用することは、パック１５０内での急な温度勾配および望ましくない熱応力を防止することもある。その上、パック１５０が冷却プレート６０１から独立して上面６３８と近似的に平行な方向に膨張および収縮できることは、パック１５０内の機械的応力を低減し、パック１５０が、冷却プレート６０１によって支持されるので、パック１５０は、最小荷重を有する。熱−機械的応力の低減および最小荷重は、パック１５０に必要とされる材料強度の低減を可能にし、それでパック１５０は、コストを低減するためにより薄くすることもできる。

図６Ｄは、本発明の別の実施形態による図６Ｂで示されるボルト穴の詳細図を描写する。パックボルト穴６０２は、電気絶縁性パック基部１６２に形成されるボルト貫通穴６５１、第１のカウンターボア６４９、および第２のカウンターボア６５０を含む。パック取り付けボルト６１６は、第１のカウンターボア６４９内に位置するボルト頭部６４６を含み、第２のカウンターボア６５０は、プラグねじ山６４８を有するプラグ６４７を受け入れるためにねじ山をつけられる。プラグ６４７は、パック取り付けボルト６１６をパック１５０のおもて側表面２０６から電気的に絶縁するために電気絶縁性材料で作られる。一実施形態では、プラグ６４７は、パック基部１６２と同じ材料で作られる。プラグ６４７は、パック取り付けボルト６１６にアクセスできるようにそれを取り除き、再度差し込めるように適切に構成される。別の実施形態では、プラグ６４７および第２のカウンターボア６５０は、ねじ山をつけられず、他の手段が、プラグ６４７を取り除き、再度差し込むために使用される。パックボルト穴６０２のために電気絶縁性プラグ６４７を使用することは、電気的バイアスを静電チャックアセンブリ１２４に印加するとき望ましいこともある。

図６Ｅは、図６Ａおよび６Ｂで示される静電チャックアセンブリの一実施形態の分解組立て図を描写する。基板「Ｓ」、電気配線、導管、ボルト、および真空フィードスルー６２２は、図が見やすいように省略された。ベローズアセンブリ１１０は、ベローズ取り付けフランジ６１４および支持シャフト１１２を含み、その支持シャフトは、導管および電気配線類がそれを通って送られる支持シャフト穴６５３を有する（図６Ｂを参照）。ベローズフランジ６１４は、ねじ山をつけられ、第１のボルト穴６３４に位置するプレート取り付けボルト６１５を受け入れる複数の取り付けフランジ穴６５２を含む。４つだけの取り付けフランジ穴６５２が図示されるけれども、ベローズフランジ６１４は、第１のボルト穴６３４の数と一致するように任意の数の取り付けフランジ穴６５２を有してもよい。

冷却プレート６０１は、周りの内側ステップ６１０および上面６３８を備える中央開口６３９を有する。追加の内側ステップ６１０が、リフトピン穴６３５および第２のボルト穴６３７のために図示される。環状外側ステップ６０９は、冷却プレート６０１の周囲を囲んで延びる。プレート表面６３６は、ガス伝導ギャップ６３２の片側を形成し（図６Ｂを参照）、パック１５０が冷却プレート６０１に取り付けられるとき、パック１５０は、ギャップのもう一方の側を形成する。

前述のことは、本発明の実施形態を対象にするが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は、次に来る特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 支持基部と、
   前記支持基部に結合されるパックとを含む静電チャックアセンブリであって、
   前記パックが、
   おもて側表面と、
   電気絶縁性パック基部と
   前記おもて側表面に配置される１つまたは複数のチャッキング電極であって、導電性金属マトリックス複合材料を含むチャッキング電極と、
   前記おもて側表面に配置され、前記１つまたは複数のチャッキング電極を覆う誘電体層とを含む、静電チャックアセンブリ。
2. 前記金属マトリックス複合材料が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、および炭化シリコン（ＳｉＣ）の少なくとも２つを含む、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
3. 前記金属マトリックス複合材料が、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）を含む、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
4. 前記パック基部が、ある材料を含み、前記金属マトリックス複合材料が、前記パック基部材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）と実質的に一致するＣＴＥを有する、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
5. 前記誘電体層材料が、前記金属マトリックス複合材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）と実質的に一致するＣＴＥを有する、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
6. 前記誘電体層が、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、およびダイヤモンド状炭素複合材料の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
7. 支持筺体と、
   パックであって、
   １つまたは複数のチャッキング電極および１つまたは複数の加熱素子を有する電気絶縁性上側パックプレートと、
   隆起部分を含む接合領域内で前記上側パックプレートに接合される下側パックプレートと、
   前記接合領域外で前記上側パックプレートを前記下側パックプレートから分離するギャップとを含むパックと、
   前記下側パックプレートと支持筺体との間に配置される１つまたは複数のＯリングと、
   １つまたは複数の冷却チャネルを含み、前記接合領域と前記１つまたは複数のＯリングとの間に配置される冷却プレートであって、前記下側パックプレートに結合され、前記下側パックプレートと熱的に連通する冷却プレートと
   を含む静電チャックアセンブリ。
8. 前記１つまたは複数のＯリングが、前記下側パックプレートの周囲に近接して位置し、前記冷却プレートが、前記１つまたは複数のＯリングに近接して位置する、請求項７に記載の静電チャックアセンブリ。
9. 前記ギャップ厚さが、約２０ミクロンと約１０００ミクロンとの間である、請求項７に記載の静電チャックアセンブリ。
10. 前記上側パックプレートおよび下側パックプレートが、熱サイクリングの間に前記接合領域の外側で独立して自由に膨張および収縮することができる、請求項７に記載の静電チャックアセンブリ。
11. パックであって、
    おもて側表面と、
    １つまたは複数のチャッキング電極と、
    複数のパックボルト穴とを含むパックと、
    冷却プレートであって、
    各々が中央開口容積部を有する、１つまたは複数の中央開口と、
    各々が前記パックを支持する支持表面を有する、１つまたは複数の外側ステップおよび内側ステップと、
    各通気穴が、前記中央開口容積部の側壁に形成される第１の穴と前記冷却プレートの表面に配置される第２の穴との間で流体連通を提供するチャネルを含む、前記冷却プレートに形成される１つまたは複数の通気穴とを含む冷却プレートと、
    前記パックと冷却プレートとの間に配置されるギャップであって、前記パックが前記冷却プレートから取り外し可能である、ギャップと
    を含む静電チャックアセンブリ。
12. 前記第２の穴が、前記冷却プレートの底面に配置される、請求項１１に記載の静電チャックアセンブリ。
13. 前記ギャップが、約３０ミクロンと約１０００ミクロンとの間の高さを有する、請求項１１に記載の静電チャックアセンブリ。
14. 前記パックが、熱サイクリングの間に前記外側ステップおよび内側ステップの前記支持表面と近似的に平行な方向に前記冷却プレートから独立して膨張および収縮することができる、請求項１１に記載の静電チャックアセンブリ。
15. 複数のパック取り付けボルトをさらに含んでおり、各前記ボルトが、パックボルト穴に配置され、前記複数のパックボルト穴が各々、前記パック取り付けボルトを前記パックの前記おもて側表面から電気的に絶縁するために少なくとも１つのカウンターボアおよび前記穴に配置される電気絶縁性プラグを含む、請求項１１に記載の静電チャックアセンブリ。

Images