JP2017168852A - 真空プロセス・チャンバの構成部品及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱膨張係数が大きく異なるセラミック製静電パック及び金属製ベースプレートをはんだ接合して気密シール可能な、真空プロセス・チャンバの構成部品である静電チャック及びその製造方法を提供する。【解決手段】真空プロセス・チャンバの構成部品１０である第１の部分１１と第２の部分１２とは、互いの間に少なくとも１つ設けたＯリング１３を圧縮した状態で、外側半径方向部分１４のはんだ接合部１６により相互接合されている。はんだ接合部１６とＯリング１３との間には間隙１９が設けられて構成される。はんだ接合部１６は、第１の部分１１と第２の部分１２のうちの一方又は両方にはんだ濡れ薄層１８を準備するとともに、第１の部分１１と第２の部分１２との間に反応性箔を配置し、反応性箔を点火して局所的に加熱することにより低温はんだ接合部を形成する。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、プロセス・チャンバ内で基板を保持するための、例えば静電チャックなどの真空プロセス・チャンバの構成部品、及び関連する製造方法に関する。
半導体ウェハ及びディスプレイなどの基板の処理において、基板は、真空プロセス・チャンバ内の支持部上に置かれ、チャンバ内で適切な処理条件が保持される。処理中、プロセス・ガスがチャンバ内に導入され、チャンバは、典型的には、低圧又は真空条件下で保持される。
真空プロセス・チャンバ内で用いられる構成部品は、機械的に又は部品を一緒に接合することにより互いに組み合わせられた２つの異なる部品から作製することができる。例えば、静電チャックは、どちらも金属又はセラミックなどの類似材料から作製することができる、複合ベースプレートと、静電パックとを含む。場合によっては、ベースプレートは金属から作製することができ、静電パックはセラミック材料から作製することができる。静電チャックは取り外し可能であり、洗浄又は置換のために支持台座から容易に取り外すことができる。ベースプレートはまた、良好な熱伝導性を有し、プラズマを用いるプロセス中に生じた熱を効率的に除去する。一般に、異種材料で作製された２つの部品を、これらの部品の間のＯリングと接合して気密シールを形成するのは困難である。材料が異なる熱膨張係数を有する状況においては、パックとベースプレートの熱膨張係数が異なるため、通常のはんだ付け又はろう付け技術は望ましくない。通常のはんだ付けプロセスにおいては、はんだに隣接した多くの量の構成部品が加熱され、収縮時に小さい亀裂及び応力が形成される。これらの応力は、多くの場合、セラミック板が金属板に接合されるときに生じる。従って、当技術分野において、部品の間に良好な気密シールをもたらす、例えば静電チャックなどの部品の間のＯリングを用いて、２つの部品を一緒に接合するための必要性が存在する。
本発明の１つ又はそれ以上の実施形態は、真空プロセス・チャンバ内で用いるための構成部品に向けられる。この構成部品は、第１の部分（ｆｉｒｓｔ ｐｉｅｃｅ）と、第２の部分（ｓｅｃｏｎｄ ｐｉｅｃｅ）と、第１の部分と第２の部分の間で圧縮される少なくとも１つのＯリングとを含む。この少なくとも１つのＯリングは、構成部品の外側半径方向部分及び内側半径方向部分を定める。はんだ接合部が第１の部分を第２の部分に接合して第１の部分と第２の部分との間に気密シールをもたらし、その結果、外側部分及び内側部分のうちの一方が真空下にあり、外側部分及び内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、気密シールが外側部分と内側部分との間の漏れを防ぐ。詳細な実施形態において、はんだ接合部は、電気的に点火される箔材料を用いて形成される。
付加的な実施形態が、第１の部分と第２の部分との間に少なくとも１つのＯリングを含む構成部品に向けられる。この構成部品は、圧入されて少なくとも１つのＯリングを圧縮し、はんだ接合部により相互接合されて、それらの間に気密シールをもたらす。詳細な実施形態において、少なくとも１つのＯリングは、構成部品の外側部分及び内側部分を定め、はんだ接合部は第１の部分と第２の部分との間に気密シールをもたらし、その結果、外側部分及び内側部分のうちの一方が真空下にあり、外側部分及び内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、気密シールが外側部分と内側部分との間の漏れを防止する。
第１の部分及び第２の部分は種々の材料で作製することができる。詳細な実施形態において、第１の部分及び第２の部分の両方とも金属である。幾つかの実施形態において、第１の部分及び第２の部分のうちの一方は金属であり、第１の部分及び第２の部分のうちの他方はセラミックである。
１つ又はそれ以上の実施形態において、少なくとも１つのＯリングは、第１の部分及び第２の部分の１つ又はそれ以上の中の溝内に配置される。詳細な実施形態において、少なくとも１つのＯリングは圧縮可能である。特定の実施形態において、少なくとも１つのＯリングは、ペルフルオロポリマーで作製される。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのＯリングは、軟質金属で作製される。幾つかの実施形態において、圧縮状態にある少なくとも１つのＯリングは、圧縮されていない状態にあるときの厚さの約７５％の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、第１の部分はセラミック・ボディを含む静電パックであり、第２の部分は金属ボディを含むベースプレートである。詳細な実施形態において、本装置は、ベースプレートを通って静電パック内に延びる少なくとも１つの電気的接続部をさらに含み、少なくとも１つの電気的接続部は、少なくとも１つのＯリングで囲まれる。
本発明の付加的な実施形態は、真空チャンバ構成部品を作製する方法に向けられる。第１の部分及び第２の部分を準備する。第１の部分と第２の部分との間に反応性箔及び少なくとも１つのＯリングを配置する。少なくとも１つのＯリングは、外側部分及び内側部分を定める。反応性箔を点火して箔を局所的に加熱し、それらの間にＯリングを有する第１の部分と第２の部分との間に低温はんだ接合部を形成し、第１の部分と第２の部分との間に気密シールをもたらし、その結果、外側部分及び内側部分のうちの一方が真空下にあり、外側部分及び内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、気密シールが外側部分と内側部分との間の漏れを防止する。
詳細な実施形態において、反応性箔を点火する前に、第１の部分及び第２の部分のうちの一方又は両方の上にはんだ濡れ薄層を提供する。はんだ濡れ薄層は、反応性箔及び少なくとも１つのＯリングに隣接する。
幾つかの実施形態において、第１の部分及び第２の部分を互いに押し付けて、それにより、少なくとも１つのＯリングが圧縮されていない厚さの約７５％の厚さに圧縮されるようになる。
１つ又はそれ以上の実施形態において、第１の部分と第２の部分との間のはんだ接合部は、第１の部分又は第２の部分の温度を上げずに形成される。詳細な実施形態において、反応性箔の点火は約５０℃未満の温度で行われる。特定の実施形態において、はんだ接合部は、約２秒より短い時間で形成される。詳細な実施形態において、ある電位により反応性箔が点火される。特定の実施形態において、その電位は、約９Ｖ ＤＣである。
本発明のこれらの特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び、本発明の例を示す添付図面からより良く理解されるであろう。しかしながら、各々の特徴は、特定の図面との関連においてだけではなく、一般的に本発明において用いることができ、本発明は、これらの特徴のいずれかの組み合わせを含むことを理解すべきである。
本発明の実施形態は、真空チャンバ内で用いるための構成部品に向けられる。図１は、本発明の１つ又はそれ以上の実施形態による構成部品１０の部分断面図を示す。構成部品１０は、いずれかの適切な形状にすることができる。構成部品１０は、第１の部分１１と、第２の部分１２と、第１の部分１１と第２の部分１２との間で圧縮される少なくとも１つのＯリング１３とを含む。少なくとも１つのＯリング１３は、構成部品１０の外側半径方向部分１４及び内側半径方向部分１５を定める。はんだ接合部１６が、第１の部分１１を第２の部分１２に接合して第１の部分１１と第２の部分１２との間に気密シールをもたらし、その結果、外側半径方向部分１４及び内側半径方向部分１５のうちの一方が真空下にあり、外側半径方向部分１４及び内側半径方向部分１５のうちの他方が大気圧下にあるとき、気密シールが外側半径方向部分１４と内側半径方向部分１５との間の漏れを防止する。説明に役立つ実例として、構成部品１０は、プロセス・チャンバ内で用いられる静電チャックとすることができ、外側部分をプロセス・チャンバ内の真空に曝し、内側部分を大気圧下におくことができる。しかしながら、幾つかの実施形態においては、内側部分を真空下におき、外側部分を大気圧下におくことができる。
図１に示されるように、はんだ接合部１６の内側部分とＯリング１３とを分離する間隙１９が存在する。以下により詳細に論じるように、第１の部分１１と第２の部分１２の組み立て中、反応性箔を用いてはんだ接合部を形成するとき、接合プロセス中のＯリングの加熱を防止するために、この間隙は、例えば約２ｍｍ又は３ｍｍなど、約１ｍｍから５ｍｍまでの範囲にあることが望ましい。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられる場合、「はんだ接合部（ｓｏｌｄｅｒ ｂｏｎｄ）」とは、接合される２つの構成部品間の材料を溶融することによって生成される接合部を言う。はんだ接合部は、接合される材料間の原子レベルでの接合部の形成によって作製される「拡散接合部（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂｏｎｄ」とは区別される。
第１の部分１１及び第２の部分１２は、これらに限定されるものではないが、セラミック及び金属を含むいずれかの適切な材料とすることができる。詳細な実施形態において、第１の部分１１及び第２の部分１２の両方とも金属である。幾つかの実施形態においては、第１の部分１１及び第２の部分１２のうちの一方は金属であり、第１の部分１１及び第２の部分１２のうちの他方はセラミックである。
少なくとも１つのＯリング１３は、いずれかの適切な材料で作製することができる。詳細な実施形態においては、少なくとも１つのＯリング１３は、圧縮可能な材料から作製することができる。構成部品１０の組み立て中、第１の部分１１及び第２の部分１２が互い圧入され、又は互いに押し付けられ、Ｏリング１３が圧縮されるようになる。特定の実施形態においては、少なくとも１つのＯリング１３は、ペルフルオロポリマー及び軟質金属のうちの少なくとも１つから選択される材料から作製される。幾つかの実施形態においては、少なくとも１つのＯリング１３は、第１の部分１１及び第２の部分１２の１つ又はそれ以上の中の溝１７内に配置される。
Ｏリング１３の所望の特性に基づいて、適切な材料の硬度を選択することができる。特定の実施形態において、硬度は、約７０デュロ（ｄｕｒｏ）から約７５デュロまでの範囲である。特定の実施形態において、Ｏリング１３は、圧縮されていないときの厚さの約７５％に圧縮される。幾つかの実施形態において、Ｏリング１３は、圧縮されていない厚さの約５０％から約７５％までの範囲の厚さに圧縮される。
幾つかの詳細な実施形態において、セラミック及び金属の表面は、約１００ミクロンのはんだ１８で前もって濡らされ（ｐｒｅｗｅｔ）、熱源を与えるために、反応性箔７３が用いられる。特定の実施形態において、約０．５ミクロン未満の厚さを有するチタン又はモリブデン含有合金を１つ又はそれ以上の表面に適用して、はんだの接着強度を向上させる。
反応性箔７３は、これらに限定されるものではないが、ニッケルとアルミニウムなどの交互する材料の多層を含むことができる。電気的手段又は熱的手段によってエネルギー付与すると、これらの交互層が発熱反応し、大きな自発的突発熱が生成される。反応は非常に速く、通常、約２秒で終了し、生成される熱は極めて局所的であり、反応性箔７３の層を原子的に融合させる。はんだ１８が反応性箔７３に隣接して配置されている場合、反応による熱によってはんだ１８が溶け、隣接する構成部品を接合する。特定の実施形態においては、数ミクロン程の薄さのスズとすることができるはんだ１８の薄層を、反応性箔７３の両側にもたらし、接合反応を向上させることができる。図１に関して上述したように、接合部１６の内側部分は、例えば約２ｍｍ又は約３ｍｍなど約１ｍｍ乃至約５ｍｍだけ、Ｏリングから離間配置されているので、接合中、接合プロセスからの熱がＯリングに悪影響を与えることはない。
はんだ接合部１６は、低温で非常に迅速に形成される。特定の実施形態において、はんだ接合部１６は、第１の部分１１又は第２の部分１２の温度を上げずに形成される。反応性箔７３を形成する個々の層を調整することによって、反応性箔７３の特性を制御することができる。従って、点火時に生じる熱の量を、接合されるバルク部品の温度に影響を与えずに、はんだ１８が溶融するように制御することができる。
詳細な実施形態において、静電パック２７及び金属製ベースプレート４２の温度を上げずに、静電パック２７（図２に示される）とベースプレート４２との間にはんだ接合部１６が形成される。このことは、バルク静電パック２７及びバルク・ベースプレート４２の温度が増大しないことを意味する。加熱される反応性箔７３に隣接するこれらの材料の小領域がある。詳細な実施形態において、静電パック２７と金属ベースプレート４２との間に、反応性箔７３及び少なくとも１つのはんだ１８が配置される。特定の実施形態において、はんだ１８の層が反応性箔７３の両側に配置される。
反応性箔７３は、これらに限定されるものではないが、熱及び電気を含むいずれかの適切な方法によって点火される。電気又は電位を用いるとき、反応性箔７３の点火は低温で行うことができる。低温とは、点火前の反応性箔７３の周囲の環境が７０℃未満であることを意味する。種々の実施形態において、反応性箔７３の点火は、約６０℃、５０℃若しくは４０℃未満の温度、又は室温で行われる。幾つかの実施形態において、電位を用いて反応性箔７３を点火し、はんだ接合部を形成する。特定の実施形態の電位は、約９Ｖ ＤＣである。
この技術によって形成されるはんだ接合部は、多くの場合数秒未満の非常に短い時間枠で完了することができる。詳細な実施形態において、はんだ接合部は、約２秒未満で形成される。１つ又はそれ以上の実施形態において、はんだ接合部は、約５秒、４秒、３秒、若しくは１秒未満、約５００ミリ秒未満、約２５０ミリ秒未満、約１００ミリ秒未満、又は約５０ミリ秒未満で形成される。
本発明の付加的な実施形態は、構成部品１０を作製する方法に向けられる。第１の部分１１及び第２の部分１２を準備する。第１の部分１１と第２の部分１２との間に、反応性箔及び少なくとも１つのＯリング１３を配置する。反応性箔に点火して箔を局所的に加熱し、第１の部分１１と第２の部分１２との間に低温はんだ接合部１６、並びに、気密シールを形成し、その結果、外側部分１４及び内側部分１５のうちの一方が真空下にあり、外側部分１４及び内側部分１５のうちの他方が大気圧下にあるとき、気密シールが外側部分１４と内側部分１５との間の漏れを防止する。
幾つかの実施形態において、反応性箔の点火前に、第１の部分１１及び第２の部分１２の一方又は両方をはんだ１８の薄層で前もって濡らす。はんだ１８の薄層は、反応性箔の点火前に付加され、反応性箔及び少なくとも１つのＯリング１３に隣接して配置される。反応性箔の点火によりはんだ１８が溶融し、第１の部分１１が第２の部分１２に融合される。図１に示されるように、反応性箔は、構成部品１０の外側部分１４内に配置され、その結果、点火時にはんだ接合部１６が外側部分１４内にのみ形成された。内側部分１５内のはんだ１８の量は、溶融せずに残った。
本発明のさらに別の実施形態は、第１の部分１１と第２の部分１２との間に少なくともと１つのＯリング１３を含む構成部品１０に向けられる。構成部品１０の第１の部分１１及び第２の部分１２は、圧入されて少なくとも１つのＯリング１３を圧縮し、はんだ接合部１６により相互接合されて、それらの間に気密シールをもたらす。
図２乃至図４に示されるように、本発明の詳細な実施形態は、基板２２を保持することができ、かつ、静電チャック２４及び台座２６を含む基板支持部２０に向けられる。静電チャック２４は、チャック上に保持される基板２２の形状及びサイズに合致する円盤形状を有し且つ外方に延びる環状フランジ２９を有する静電パック２７を含む。図２に示すように、パック２７は、誘電体３０内に埋め込むことができる又はこれで覆うことができる充電可能な電極３２を少なくとも部分的に覆う誘電体３０を含む。誘電体３０は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及び酸化チタンなどのうちの少なくとも１つといった、電磁エネルギーに透過性のある材料を含むことが望ましく、窒化アルミニウムを含むことが好ましい。しかしながら、誘電体３０はまた、例えばポリイミドなどの、ポリマー層のような他の層を含むこともできる。
典型的には、パック２７の誘電体３０内に埋め込まれる電極３２は、金属層を含む。電極金属は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、又はさらにモリブデン若しくはタングステンなどの高温金属とすることができる。図２に示されるバージョンにおいて、静電パック２７のセラミック・ボディは、モリブデンのワイヤグリッド又はプレートを含む埋め込み電極３２を伴う窒化アルミニウムを含む。電極３２には、チャックの受け面３４上に基板２２を静電的に保持するように電気的にバイアスをかけることができる。例えば、電極３２は、図５に示すように、１つ又はそれ以上の電気コネクタ７６を介して、双極ＤＣ電圧を出力する電極電源１６０に接続することができる。双極電極３２は、各々が異なる電圧に維持される２つの側を有し、基板２２内に静電荷を生成し、これにより基板がチャックに固定される。
静電パック２７は、静電チャック２４上に基板２２を受ける働きをする基板受け面３４をさらに含む。図４にされるバージョンにおいて、受け面３４は、交差するガス溝３７によって形成される複数の隆起したくさび形メサ３６を含む。ガス溝３７は、ガス・ポート３８を通して受け面３４上に供給される、ヘリウム又はアルゴンなどの熱伝導ガスを保持するように設けられる。図示したバージョンにおいて、ガス溝３７は、約５°から約１０°だけ互いから離れて広がり、内側円形溝３９ａ及び外側円形溝３９ｂにおいて終端する放射状ラインである。本明細書では、静電パック２７の基板受け面３４の例示的な実施形態が示されるが、他のバージョンを用いることもできること、及び、本明細書で示される例示的なバージョンに本発明を限定すべきではないことを理解すべきである。
静電チャック２４は、静電パック２７に接合され、静電パック２７をチャンバ内の台座２６に取り付けるために使用されるベースプレート４２をさらに含む。ベースプレート４２は、パック２７の直下の上面４３と、上面４３を超えて外方に延びる周辺レッジ４６とを含む。周辺レッジ４６は、パック２７の環状フランジ２９を超えて延び、誘電体３０で覆われていない露出されたベースプレート部分をもたらし、この部分をチャンバ内の下にある台座２６に取り付けることができる。
１つのバージョンにおいて、ベースプレート４２は、静電パック２７の上にある誘電体３０に適切に適合される熱特性を有する材料を含む。特定の実施形態において、ベースプレート４２は、セラミックと金属の複合ベースを含み、これがセラミック単独よりも優れた強度及び耐久性をもたらし、良好な熱伝導特性も有する。複合ベースは、誘電体３０に適合する熱膨張係数を有し、熱膨張の不一致を減らすことができる。しかしながら、はんだ接合部は非常に異なる熱膨張係数を有する２つの材料を接合することが可能なように迅速に発生するので、必ずしも適合した材料を使用する必要はない。例えば、はんだ接合部は、室温において約１秒未満で形成されるので、セラミック（ＣＴＥが約５ｐｐｍ／℃）をアルミニウム（ＣＴＥが約２３ｐｐｍ／℃）と接合することが可能である。
幾つかの実施形態において、複合ベースは、金属が浸潤した孔を有するセラミックを含み、ここで金属は孔を少なくとも部分的に充填し、複合材料を形成する。セラミックは、例えば、炭化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム又はコーディエライトのうちの少なくとも１つを含むことができ、かつ、炭化シリコンであることが好ましい。セラミックは、総容積の約２０容積％から約８０容積％までの細孔容積を含むことができ、残りの容積は浸潤した金属の容積である。別のバージョンにおいて、複合ベースプレート４２は、分散したセラミック粒子を有する金属などの、セラミックと金属との異なる組成物を含むことができ、又は、ベースプレート４２は、ステンレス鋼若しくはアルミニウムなどの金属のみから作製することができる。浸潤される金属は、シリコン及び銅が加えられたアルミニウムを含むことができる。１つのバージョンにおいて、ベースプレート４２は、アルミニウム、シリコン及び微量の銅を含む金属合金が浸潤された炭化シリコンなどの、セラミックと金属とから成る複合ベースを含む。特定の実施形態において、ベースプレート４２はアルミニウム製である。
幾つかの実施形態は、ベースプレート４２を通って静電パック２７内に延びる少なくとも１つの電気接続部７６をさらに含み、この少なくとも１つの電気接続部７６は、少なくとも１つのＯリング１３で囲まれる。
静電チャック２４は、静電パック２７をベースプレート４２の表面４３に接合することによって形成される。幾つかの実施形態においては、図４に示すように、ベースプレート４２は、静電パック２７とベースプレート４２との間に少なくとも１つのＯリング７５が配置される溝７８を有する。はんだ接合部を用いて、静電パック２７をベースプレート４２に接合することができる。このはんだ接合部は、構成部品間の気密シールを形成するのに役立つ。特定の実施形態において、はんだ接合部は、静電パック２７とベースプレート４２との間に反応性箔７３を挿入することによって形成される。反応性箔７３は、少なくとも１つのＯリング７５のための間隙をもたらす１つ又はそれ以上の切り欠き部を有することができるので、構成部品間を互いにシールする際、はんだ接合されない、Ｏリング７５の周囲及び内部の領域が存在する。
特定の実施形態の静電チャック２４は取り外し可能であり、静電パック２７又はその下のベースプレート４２の１つ又はそれ以上の置換又は改修が必要とされる際、台座２６から容易に取り外すことができる。
幾つかの実施形態において、静電チャック２４のベースプレート４２の裏面４７は、例えば図３に示されるように、環状トラフ５３で囲まれた隆起した中央突起部５２を含む。示される隆起した中央突起部５２はＤ形状であるが、他の形状も禁止されていない。隆起した中央突起部５２は、平坦な縁部で接合された端部を有する半円周により形成された輪郭を有する。図示したバージョンにおいて、半円の輪郭は４分の３円を含むが、半円又は他の非対称形状にすることもできる。図４に示すように、突起部５２は、台座２６内の対応するキャビティ５５に適合するような形状及びサイズを有する。このバージョンにおいて、キャビティ５５もまた、Ｄ形状の突起部５２と嵌合するようにＤ形状にされ、位置合せキーを形成する。このことにより、チャック２４がチャンバ内の台座２６上に配置されたときに、突起部５２とキャビティ５５が位置合せキーとして働くことが可能になる。位置合せキーは、製造施設においてチャック２４をチャンバから取り外す又は置換するとき、チャック２４を下にある台座２６の上に不適切に位置決め又は配置することによりチャック２４を損傷する可能性を減らす。
さらに、隆起した中央突起部はまた、互いから離間配置された３つの開口部５４ａ−ｃも有する。この開口部５４は、台座２６のキャビティ５５内に取り付けられた電極端子柱４９を受ける。開口部５４ａ−ｃはまた、台座２６の上へのチャック２４の位置決めの位置決め精度をさらに保証する二次位置合わせガイドとしても働く。非対称的にオフセットされた開口部５４ａ−ｃは、チャック２４が台座２６の上で１つの配向にのみ位置決めできることを保証する。１つのバージョンにおいて、オフセット角は、例えば１２５°など、約１１５°から約１３５°までである。２つの開口部５４ａ、ｂは、電圧バイアスを供給給する電極柱４９を双極電極３２に接続して電極内に静電荷を維持するために用いられる。第３の開口部５４ｃは、別の端子（図示せず）に接続され、これが、チャック２４を、柱４９を通して印加される電圧を調整するために用いられる浮遊電位に接触させる。
さらに、突起部５２は、キャビティ５５から外に延びるガス管を受けるための、中央に配置されたガス・カプラー７４を有する。ガス管は、アルゴン又はヘリウムなどの熱伝導がスをガス・ポート３８に供給し、このガス・ポートが、ガスを溝３７、３９ａ、３９ｂを供給して、処理中に基板２２の下への熱伝導ガスの供給を維持する。図５に示すように、熱伝導ガスは、上にある基板２２とチャック２４との間の熱交換を助ける。さらに、熱電対３３、典型的にはｋ型の熱電対３３を挿入し、パック２７に接触させるのを可能にするために、別の孔９２が設けられる。
チャック２４は支持台座２６のレッジ４６に固定され、ベースプレートの周辺レッジ４６の縁部に沿った孔５０内に挿入されるコネクタ４４ａ、４４ｂを締め付けることによって、静電チャック２４と台座２６の間に気密シールが形成される。
ベースプレート４２の露出した周辺レッジ４６は誘電体３０で覆われていないので、比較的丈夫なレッジを台座フランジ４０に取り外し可能に接続し、チャンバ内の台座２６からパック２７及びベースプレート４２を含む静電チャック２４を容易に取り外すのを可能にすることができる。この接続は、コネクタ４４を、レッジ４６の複合材料を通して台座２６のフランジ４０内に挿入することによって達成することができる。取り外し可能な静電チャック２４は、パック２７又はベースプレート４２がプロセス残留物で過度に腐食した又は汚れたとき、コネクタ４４を取り外すことによって台座２６から取り外すことができる。「取り外し可能な」静電チャック２４は、静電チャック２４全体の置換を必要とすることなく、必要に応じて、静電パック２７及び／又はベースプレート４２を置換又は改修することを可能にすることにより、静電チャック２４を有する基板の処理と関連したコストを削減する。
ベースプレート４２を台座２６に接続するために、周辺レッジ４６は、コネクタ４４がそこを通って通過し、台座フランジ４０（図４）に接続するのを可能にするようなサイズ及び形状にされた複数の孔５０を含む。例えば、孔５０は、周辺レッジ４６の厚さを垂直方向に貫通して上面５９から下面６０まで延びることができる。孔５０はまた、台座フランジ４０の少なくとも一部分を通って延び、レッジ４６をフランジ４０に固定することができる。孔５０を介してベースプレートレッジ４６を台座フランジ４０に接続するのに適したコネクタ４４は、例えば、ピン、ブラケット、ボルト又はネジのうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、コネクタ４４は、周辺レッジ４６の上面５９上に保持されたヘッド６２と、ねじ孔５０内に嵌り、ベースプレート４２を台座２６に固定するためのねじ切られた下端部６３とを有するねじ付きピンを含むことができる。ベースプレート４２は、これを容易に機械加工して成形することを可能にするのに十分に強く、実質的に亀裂又は破損なしに孔５０を介して台座２６に固定することができる材料を含むことが望ましい。
図５に示すように、基板処理装置１００は、台座２６上に取り外し可能に取付けられた静電チャック２４を含む基板支持部２０を備えたチャンバ１０２を含む。台座２６は、プロセス環境から静電チャック２４の部分を保護するように適合されたハウジング８０を含む。ハウジング８０は、例えば電気コネクタ、ガス管及び流体管などの、エンクロージャ内の構成部品を保護する。台座２６は、ハウジング８０の上部から外方に延びて静電チャック２４に対する突出支持部をもたらす台座フランジ４０をさらに含む。台座ハウジング８０は、例えば、ステンレス鋼又はチタンのような、基板処理環境における耐腐食性の金属を含むことができる。台座２６はまた、ハウジング８０とチャンバ１０２との間を延びる台座支柱を含むこともできる。図示したバージョンにおいて、台座支柱は、ベローズ８４と、モータ付き可動柱８２とを含む。台座ハウジング８０は、可動柱８２に取り付けられ、モータ（図示せず）は、プロセス・チャンバ１０２内で、可動柱８２を上げ下げし、それにより基板支持部２０を上げ下げするために使用される。１つのバージョンにおいて、ベローズ８４は、縁溶接されたステンレス鋼のベローズを含む。ベローズ８４の上縁部は台座ハウジング８０に溶接され、ベローズ８４の下縁部はチャンバの底壁部１１０に固定される。Ｏリングが、底壁部１１０とベローズ８４との間の界面に取り付けられる。電気コネクタ、ガス導管、及び流体管を、ベローズ８４を通し、これらを処理環境から保護することができる。
図２に示すように、静電チャック２４は、例えば静電パック２７内に埋め込まれた温度検知端を有する熱電対３３などの、基板処理を改善する他の要素をさらに含むことができる。熱電対３３は、チャンバ・コントローラ２００などの温度モニタに接続して、処理中に静電チャック２４及び基板２２の温度を監視することができる。静電チャック２４はまた、アルゴンなどの熱伝導ガスを基板２２の裏面に送出するための、静電パック２７の受け面３４上の熱伝導ガス・ポート３８を含むこともできる。熱伝導ガス・ポート３８は、支持受け面３４上に形成されたチャネルに供給することができ、ガス管７２を介して熱伝導ガス源（図示せず）に接続することができる。ガス・カプラー７４を静電パック２７内に挿入して、パック２７を通る熱伝導ガスについての経路を定め、熱伝導ガスの所望の流れを支持受け面３４に与えることができる。
１つのバージョンにおいて、台座２６は、チャック２４の裏面４７に接触し、チャック２４と上にある基板２２との間で熱を伝え、所望の基板温度を維持する熱伝導板５６をさらに含む。例えば、熱伝導板５６は、加熱板又は冷却板を含むことができる。１つのバージョンにおいて、熱伝導板５６は、熱伝導板５６の温度を制御するために熱伝導流体を流すことができる少なくとも１つの流体チャネル５８を含むことができる。熱伝導流体は、台座２６の支柱５１を通る１つ又はそれ以上の導管６１を介して流体チャネル５８に接続された流体供給部５７によって供給される。熱伝導板５６は、例えば、基板受け面３４の少なくとも約２５％から約８５％までといった、基板受け面３４の相当な部分の下に延びて、基板２２との良好な熱交換をもたらすことが望ましい。熱伝導板５６は、例えば、銅、ステンレス鋼又はアルミニウムのうちの少なくとも１つなどの金属のような熱伝導性材料で作製される。熱導体８６をベースプレート４２と熱伝導板５６の間に設けて、それらの間の熱交換を強化することができる。熱導体８６は、熱伝導板５６の上面６５及びベースプレート４２の底面４７に従う。１つのバージョンにおいて熱導体８６は、グラファイトなどの間隙物質層を含む。１つのバージョンにおいて、熱伝導板５６は、ばね８３を介して台座２６に取り付けられ、このばねが、熱伝導板５６をベースプレート４２の底面４７に押し付け、これにより熱接触が確実になる。
基板２２を処理するのに適した基板処理チャンバ１０２を含む装置１００の実施形態を図５に示す。本明細書で示される装置１００の特定の実施形態は、半導体ウェハのような基板２２を処理するのに適しており、当業者により、フラット・パネル・ディスプレイ、ポリマー・パネル、又は他の電気回路収容構造体のような他の基板２２の処理のために適合させることができる。装置１００は、基板２２上の、エッチ耐性層、シリコン含有層、金属含有層、誘電体層、及び／又は導体層のような層を処理するのに特に適している。装置１００はまた、装置１００に対して電気的機能、配管（ｐｌｕｍｂｌｉｎｇ）機能、及び他の支持機能を含み且つ提供するプラットホーム（図示せず）に取り付けることもでき、またマルチチャンバ・システム（同じく図示せず）の一部とすることができる。
一般に、プロセス・チャンバ１０２は、プロセス区域１１２を囲む天井１０６、側壁１０８、及び底壁１１０を含むエンクロージャ壁１０４を含む。動作において、プロセス・ガスは、プロセス・ガス源１２２及びガス分配器１２４を含むガス供給部１２０を通してチャンバ１０２内に導入される。ガス分配器１２４は、１つ又はそれ以上のガス流量弁１２８を有する１つ又はそれ以上の導管１２６と、静電チャック２４のプロセス区域１１２内に保持される基板２２の周辺部の周りの１つ又はそれ以上のガス出口とを含むことができる。代替的に、ガス分配器１２４は、シャワーヘッド・ガス分配器（図示せず）を含むことができる。使用済みプロセス・ガス及びプロセス副生成物は、プロセス区域１１２から使用済みプロセス・ガスを受け取り、ガスを排気導管に運ぶ排気ポート１４４と、チャンバ１０２内のプロセス・ガスの圧力を制御するための絞り弁１４８と、１つ又はそれ以上の排気ポンプ１５０とを含むことができる排気部１４０を通して、チャンバ１４０から排出される。
プロセス・ガスは、基板２２を処理するために、チャンバ１０２のプロセス区域１１２内のプロセス・ガスにエネルギーを結合させるガス・エナジャイザ１５４によってエネルギー付与することができる。例えば、ガス・エナジャイザ１５４は、プロセス・ガスにエネルギー付与するように電気的にバイアスをかけることができるプロセス電極を含むことができる。プロセス電極は、チャンバ１０２の側壁１０８などの壁１０４である電極を含むことができ、この電極は、チャンバ１０２内の天井１０６又はターゲット１７０などの他の電極に容量結合することができる。ターゲット１７０は、壁１０４に対して電気的にバイアスをかけられてチャンバ１０２内のプロセス・ガスにエネルギーを付与し、ターゲット１７０から基板２２の上に材料をスパッタする。電極は、ＤＣ電圧、無線周波（ＲＦ）電圧などの高周波電圧、又は両方の組み合わせによってバイアスをかけられる。
代替的に又は付加的に、ガス・エナジャイザ１５４はまた、チャンバ１０２の中心の周りに円対称性を有するインダクタ・コイル１６４を含むアンテナを含むこともできる。インダクタ・コイル１６４は、コイルをチャンバ側壁１０８から分離するスタンドオフ１６６によって支持される。さらに別のバージョンにおいて、ガス・エナジャイザ１５４は、チャンバ１０２から上流の遠隔区域（図示せず）におけるマイクロ波エネルギーによりプロセス・ガスを活性化するための、マイクロ波源及び導波管を含むことができる。付加的なインダクタ・コイル又は電磁コイル（図示せず）を、例えば、チャンバの天井の上又は側壁１０８の周りなど、チャンバ１０２の周りに配置することもできる。
１つのバージョンにおいて、チャンバ１０２は、基板２２上に材料をスパッタ堆積させることができる物理気相堆積チャンバを含む。このバージョンにおいて、チャンバは、基板上に堆積される材料を有するスパッタリング・ターゲット１７０を有する天井１０６を含む。ターゲット１７０には、プロセス・ガスにエネルギー付与してターゲット１７０から基板２２の上に材料をスパッタするガス・エナジャイザ１５４によって、プロセス・シールドのような、チャンバ内の別の構成部品に対して電気的にバイアスをかけることができる。ターゲット１７０が用いられる場合、チャンバはまた、プロセス堆積物を捕獲するために基板２２の周囲を囲むＬ形状シールド１７４を含む。さらに、堆積リング１７６及びカバー・リング１７８を用いて、チャック２４の縁部及び台座フランジ４０を保護することもできる。
基板２２を処理するために、プロセス・チャンバ１０２を排気し、所定の大気圧より低い圧力に維持する。次に、基板２２を支持する、チャンバ側壁１０８内のスリット１８６を通過するロボットアーム１８４を操作する基板搬送部１８０によって、基板支持部２０の静電チャック２４上に基板２２を準備する。リフトピン４５を含むリフトピン・システム１９０が、基板２２を受けるために、基板支持部２０内の孔４１を通って上昇される。リフトピンは同じ孔４１を通って下降し、基板２２を基板支持受け面３４上に置く。ガス分配器１２４は、プロセス・ガスをチャンバ１０２に供給し、ガス・エナジャイザ１５４は、エネルギーをプロセス・ガスに結合してガスにエネルギー付与し、例えば、基板上の材料をエッチングすること、又はＰＶＤ若しくはＣＶＤにより基板２２上に材料を堆積させることによって、基板２２を処理する。必要に応じて、基板２２の処理後にチャンバを洗浄するために、ガス分配器１２４が、洗浄用ガスを含むプロセス・ガスをチャンバに供給し、ガス・エナジャイザ１５４が洗浄用ガスにエネルギー付与する。
チャンバ１０２は、チャンバ１０２内で基板２２を処理するために、チャンバ１０２の構成部品を動作させるための命令セットを有するプログラム・コードを含むコントローラ２００によって制御される。例えば、コントローラ２００は、静電チャック２４、リフトピン４５、及び基板搬送部１８０のうちの１つ又はそれ以上を動作させてチャンバ１０２内で基板２２を配置し、かつ、基板２２を静電チャック２４上に保持するように電極電源１６０によって印加されるチャック電圧を設定するための基板位置決め命令セットと；流量制御弁１３４を動作させてチャンバ１０２へのガス流を設定するためのガス流量制御命令セットと；排気絞り弁１４８を動作させてチャンバ１０２内の圧力を維持するためのガス圧制御命令セットと；ガス・エナジャイザ１５４を動作させてガス・エネルギー付与の電力レベルを設定するためのガス・エナジャイザ制御命令セットと；例えば熱伝導板５６に供給される熱伝導流体の供給、及び、支持受け面３４への熱伝導ガスの供給を制御することによって、チャンバ１０２内の温度を制御するための温度制御命令セットと；例えば熱電対３３を介して温度を監視することにより、チャンバ１０２内のプロセスを監視するためのプロセス監視命令セットと、を含む。
本発明の例示的な実施形態を示し説明したが、当業者であれば、本発明を組み込んだ他の実施形態を考案することができ、それらもまた本発明の範囲に入る。例えば、静電チャック２４は、例えば、電極として機能する金属板を覆うポリマー誘電体層など、他のタイプのものとすることができる。さらに、チャック２４は、例えばチャックの裏面上のねじ切り部などの、周辺レッジ４６及び台座フランジ４０以外の手段によって台座に取り付けることができる。さらに、例示的な実施形態に関連して示される相対的な用語又は位置の用語は交換可能である。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明を説明するために本明細書で説明される好ましいバージョン、材料、又は空間的配置の説明に限定されるべきではない。
１０：構成部品
１１：第１の部分
１２：第２の部分
１３、７５：Ｏリング
１４：外側半径方向部分
１５：内側半径方向部分
１６：はんだ接合部
１７、３７、３９ａ、３９ｂ、７８：溝
１８：はんだ
１９：間隙
２０：基板支持部
２２：基板
２４：静電チャック
２６：台座
２７：静電パック
２９：環状フランジ
３０：誘電体
３２：電極
３３：熱電対
３４：基板受け面
３８：ガス・ポート
４０：台座フランジ
４１、５０、９２：孔
４２：ベースプレート
４４：コネクタ
４５：リフトピン
４６：周辺レッジ
４９：電極柱
５２：中央突起部
５３：環状トラフ
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ：開口部
５５：キャビティ
５６：熱伝導板
５７：流体供給部
５８：流体チャネル
６１、１２６：導管
７２：ガス管
７３：反応性箔
７４：ガス・カプラー
７６：電気コネクタ
８０：ハウジング
８２：可動柱
８３：ばね
８４：ベローズ
８６：熱導体
１００：装置
１０２：チャンバ
１０４：壁
１０６：天井
１０８：側壁
１１０：底壁
１１２：プロセス区域
１２０：ガス供給部
１２２：プロセス・ガス源
１２４：ガス分配器
１２８：ガス流量弁
１３４：流れ制御弁
１４０：排気部
１４８：絞り弁
１５０：ポンプ
１５４：ガス・エナジャイザ
１６０：電極電源
１６４：インダクタ・コイル
１７０：ターゲット
１７４：シールド
１７６：堆積リング
１７８：カバー・リング
１８０：基板搬送部
１８４：ロボットアーム
１９０：リフトピン・システム
２００：チャンバ・コントローラ
１１：第１の部分
１２：第２の部分
１３、７５：Ｏリング
１４：外側半径方向部分
１５：内側半径方向部分
１６：はんだ接合部
１７、３７、３９ａ、３９ｂ、７８：溝
１８：はんだ
１９：間隙
２０：基板支持部
２２：基板
２４：静電チャック
２６：台座
２７：静電パック
２９：環状フランジ
３０：誘電体
３２：電極
３３：熱電対
３４：基板受け面
３８：ガス・ポート
４０：台座フランジ
４１、５０、９２：孔
４２：ベースプレート
４４：コネクタ
４５：リフトピン
４６：周辺レッジ
４９：電極柱
５２：中央突起部
５３：環状トラフ
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ：開口部
５５：キャビティ
５６：熱伝導板
５７：流体供給部
５８：流体チャネル
６１、１２６：導管
７２：ガス管
７３：反応性箔
７４：ガス・カプラー
７６：電気コネクタ
８０：ハウジング
８２：可動柱
８３：ばね
８４：ベローズ
８６：熱導体
１００：装置
１０２：チャンバ
１０４：壁
１０６：天井
１０８：側壁
１１０：底壁
１１２：プロセス区域
１２０：ガス供給部
１２２：プロセス・ガス源
１２４：ガス分配器
１２８：ガス流量弁
１３４：流れ制御弁
１４０：排気部
１４８：絞り弁
１５０：ポンプ
１５４：ガス・エナジャイザ
１６０：電極電源
１６４：インダクタ・コイル
１７０：ターゲット
１７４：シールド
１７６：堆積リング
１７８：カバー・リング
１８０：基板搬送部
１８４：ロボットアーム
１９０：リフトピン・システム
２００：チャンバ・コントローラ
Claims (15)
- 真空プロセス・チャンバ内で用いるための構成部品であって、
第１の部分と、
第２の部分と、
前記第１の部分と前記第２の部分との間で圧縮され、前記構成部品の外側半径方向部分及び内側半径方向部分を定める、少なくとも１つのＯリングと、
前記第１の部分を前記第２の部分に接合して前記第１の部分と前記第２の部分との間に気密シールをもたらし、その結果、前記外側部分及び前記内側部分のうちの一方が真空下にあり、前記外側部分及び前記内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、前記気密シールが前記外側部分と前記内側部分との間の漏れを防止する、はんだ接合部と、
を含むことを特徴とする構成部品。 - 前記少なくとも１つのＯリングは、前記第１の部分及び前記第２の部分の１つ又はそれ以上の中の溝内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の構成部品。
- 前記第１の部分はセラミック・ボディを含む静電パックであり、前記第２の部分は金属ボディを含むベースプレートであることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載の構成部品。
- 前記少なくとも１つのＯリングはペルフルオロポリマーで作製されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構成部品。
- 圧縮状態にある前記少なくとも１つのＯリングは、圧縮されていない状態にあるときの厚さの約７５％の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成部品。
- 前記はんだ接合部は、電気的に点火される箔材料を用いて形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の構成部品。
- 真空チャンバの構成部品を作製する方法であって、
第１の部分及び第２の部分を準備するステップと、
前記第１の部分と前記第２の部分との間に、反応性箔と、外側部分及び内側部分を定める少なくとも１つのＯリングとを配置するステップと、
前記反応性箔を点火して前記箔を局所的に加熱し、それらの間に前記Ｏリングを有する前記第１の部分と前記第２の部分との間に低温はんだ接合部を形成し、前記第１の部分と前記第２の部分との間に気密シールをもたらし、前記外側部分及び前記内側部分のうちの一方が真空下にあり、前記外側部分及び前記内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、前記気密シールが前記外側部分と前記内側部分の間の漏れを防止するようにするステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記反応性箔の点火前に、前記第１の部分及び前記第２の部分のうちの一方又は両方の上にはんだ濡れ薄層を準備するステップをさらに含み、前記はんだ濡れ薄層は、前記反応性箔及び前記少なくとも１つのＯリングに隣接することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記第１の部分及び前記第２の部分を互いに押し付けて、前記少なくとも１つのＯリングが圧縮されていない厚さの約７５％の厚さに圧縮されるようにするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の方法。
- 前記第１の部分と前記第２の部分との間の前記はんだ接合部は、前記第１の部分又は前記第２の部分の温度を上げずに形成されることを特徴とする、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記反応性箔の点火は、約５０℃未満の温度で行われることを特徴とする、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
- 前記はんだ接合部は、約２秒未満で形成されることを特徴とする、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
- ある電位により前記反応性箔が点火されることを特徴とする、請求項７〜請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
- 第１の部分と第２の部分との間に少なくとも１つのＯリングを含む構成部品であって、前記構成部品は、圧入されて前記少なくとも１つのＯリングを圧縮し、はんだ接合部により相互接合されて、それらの間に気密シールをもたらすことを特徴とする構成部品。
- 前記少なくとも１つのＯリングは、前記構成部品の外側部分及び内側部分を定め、前記はんだ接合部は前記第１の部分と前記第２の部分との間に気密シールをもたらし、前記外側部分及び前記内側部分のうちの一方が真空下にあり、前記外側部分及び前記内側部分のうちの他方が大気圧下にあるとき、前記気密シールは前記外側部分と前記内側部分との間の漏れを防ぐことを特徴とする、請求項１４に記載の構成部品。
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