JP2019047132A - 局部的に加熱されるマルチゾーン式の基板支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示の実施形態は、方位角方向の温度制御を有する静電チャック（ＥＳＣ）を提供する。【解決手段】一実施形態では、静電チャックは、絶縁ベースと、絶縁ベース上に配置され、基板支持表面を有する誘電体層と、絶縁ベースと基板支持表面との間に配置された電極アセンブリと、絶縁ベースに結合され、基板表面全体にわたって温度プロファイルを方位角方向に制御するように構成された複数の加熱要素とを含む。【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、一般に、プラズマ処理チャンバ内で使用するための基板支持アセンブリに関し、より詳細には、基板全体にわたって独立した温度制御を提供するために分散された加熱要素を有する静電チャックに関する。

半導体およびその他の産業では、基板の処理中に基板などの加工物を支持体上で保持するために、静電チャック（ＥＳＣ）が使用される。典型的なＥＳＣは、ベースと、ベース上に配置された電気絶縁層と、電気絶縁層内に埋め込まれた１つまたは複数の電極とを含むことができる。ＥＳＣは、埋め込まれた電気ヒータを備えることができ、ならびに処理中に基板温度を制御する熱伝達ガス源に流体結合することができる。使用中、ＥＳＣは、プロセスチャンバ内の支持体に固定される。ＥＳＣ内の電極は、ＥＳＣ上に配置された基板に対して電圧源によって電気的にバイアスされる。ＥＳＣの電極内および基板の表面上には逆の静電荷が蓄積し、絶縁層は、これらの間の電荷の流れを防ぐ。静電荷の蓄積に起因する静電力は、基板の処理中にＥＳＣに対して基板を保持する。
処理結果を改善するために、複数の同心円状の加熱ゾーンを有するＥＳＣが開発されてきた。基板のエッチングなどの加工物上で行われる多くの化学反応は温度に大きく依存するので、これらの加熱ゾーンは、基板または膜の反応速度または他の特性を等しくするために、縁部から中心への温度制御を可能にする手段を提供する。チャンバ内のプラズマが他のチャンバ非対称物を励起することで基板全体の温度が方位角方向に不均一になることがあるため、プラズマチャンバ内で基板を精密にエッチングすることは困難になる可能性がある。基板全体にわたって非対称に方位角方向の温度勾配が存在することがあり、したがって、基板の１つの領域は、基板の別の領域と比較すると異なる温度になる。基板の温度が均一でないとき、基板上に配置された様々な層に特徴が均一にエッチングされないことがある。
しかし、従来のＥＳＣが基板の直径全体にわたって多数の同心円状の温度制御ゾーンを有することは困難であり、または非常に高価である。基板の方位角方向の温度の均一性を制御する能力がないことは、単一の基板内でも、基板間でも、処理の均一性に悪影響を与える。

したがって、複数の温度制御ゾーンを提供する改善されたＥＳＣアセンブリが当技術分野で必要とされている。

本開示の実施形態は、複数の温度制御ゾーンを有する静電チャック（ＥＳＣ）を提供する。一実施形態では、ＥＳＣは、絶縁ベースと、絶縁ベース上に配置された電極アセンブリと、絶縁ベースに結合され、方位角方向の温度制御を提供するように配置された複数の独立して制御可能な加熱要素と、ベースに結合され、ＥＳＣの基板支持表面を形成する誘電体部材とを含む。
別の実施形態では、ＥＳＣは、絶縁ベースと、絶縁ベース上に配置され、基板支持表面を有する誘電体層と、絶縁ベースと基板支持表面との間に配置された電極アセンブリと、基板表面全体にわたって温度プロファイルを方位角方向に制御するように構成された複数の加熱要素とを含む。
さらに別の実施形態では、静電チャックは、第１の表面および第１の表面とは反対側の第２の表面を有する絶縁ベースと、絶縁ベースの第１の表面上に形成され、第２の電極と交互配置された第１の電極を有する電極アセンブリと、第１および第２の電極の交互配置部分間に形成された複数の加熱要素と、電極アセンブリに結合された封入部材とを含む。

別の実施形態では、ＥＳＣを製造する方法は、第２の電極と交互配置された第１の電極を含む電極アセンブリを絶縁ベース上に形成するステップと、基板表面全体にわたって温度プロファイルを方位角方向に制御するように構成された複数の加熱要素を絶縁ベース上に形成するステップと、電極アセンブリ上に封入部材を形成するステップとを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができる。実施形態の一部を、添付の図面に示す。

本開示の一実施形態による静電チャック（ＥＳＣ）の分解図である。 本開示の実施形態による電極の様々な例示的な配置の断面図である。 本開示の実施形態による電極の様々な例示的な配置の断面図である。 本開示の実施形態による電極の様々な例示的な配置の断面図である。 本開示の実施形態による電極の様々な例示的な配置の断面図である。 本開示の別の実施形態による図１のＥＳＣを有する基板支持アセンブリの断面図である。 本開示の別の実施形態による加熱要素および電極の配置を示す絶縁ベースの一部分の拡大上面図である。 本開示の一実施形態による層の一部分を切り取って絶縁ベース１０４を露出させた図２Ａの基板支持アセンブリの概略上面図である。 加熱要素の様々な例示的な配置を示す図２Ａの基板支持アセンブリの断面部分図である。 加熱要素の様々な例示的な配置を示す図２Ａの基板支持アセンブリの断面部分図である。 加熱要素の様々な例示的な配置を示す図２Ａの基板支持アセンブリの断面部分図である。 本開示の別の実施形態による誘導加熱要素を使用する基板支持アセンブリの概略部分横断面図である。 本開示の一実施形態による静電チャックを製造する方法の流れ図である。

ただし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すために、同一の参照番号を使用した。さらなる記載がなくても、一実施形態の要素を他の実施形態で利用することができることが有利であることが企図される。
本開示の実施形態は、方位角方向の温度制御を有する静電チャック（ＥＳＣ）を提供する。ＥＳＣは、方位角方向の温度制御を可能にするようにＥＳＣ全体にわたって分散された独立して制御可能な複数の加熱要素を含む。別の実施形態では、複数の加熱要素は、誘導によって駆動され、それによって加熱要素へ電力を送るためにＥＳＣ内に必要とされる孔の量を最小にする。他の実施形態では、加熱要素は、抵抗ヒータとすることができる。

図１Ａは、本開示の一実施形態による静電チャック１００の分解図を示す。静電チャック１００は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、エッチングプロセス、または任意の適したプラズマもしくは真空プロセスを含む任意の適したプラズマプロセスで使用することができる。静電チャック１００はまた、特に高温の適用例に対して非プラズマおよび非真空環境で使用するために適合させることができる。本明細書では静電チャック１００の一実施形態が配置されるが、任意の製造業者からの静電チャックを、本開示から利益を得るように適合させることができることが企図される。
静電チャック１００は、概して、絶縁ベース１０４と、絶縁ベース１０４の上面１０７上に配置された電極アセンブリ１０６と、電極アセンブリ１０６上に配置された封入部材１０２とを含む。絶縁ベース１０４は、特有の加工物を取り扱うために選択された任意の適した形状を有することができる。図１Ａに示す例では、絶縁ベース１０４は、その上に順次形成される電極アセンブリ１０６および封入部材１０２の形状および寸法に実質的に整合する周辺部１３２を有する円形の形状を有し、類似の形状および寸法を有する基板をその上に配置することを可能にする。絶縁ベース１０４は、必要に応じて任意の形状または構成とすることができることに留意されたい。絶縁ベース１０４は、誘電体材料またはセラミック材料などの絶縁材料から製造することができる。セラミック材料または誘電体材料の適した例は、石英またはガラスなどの酸化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリウム含有材料、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを含むことができる。また、チタニアがドープされたアルミナまたはカルシウムがドープされた窒化アルミニウムなどのドープされたセラミックを使用することもできる。任意選択で、絶縁ベース１０４は、電極アセンブリ１０６に面する表面上に配置された誘電体層を有する金属または半導体本体とすることができる。

絶縁ベース１０４上に配置された電極アセンブリ１０６は、少なくとも２組の分散された電極１０８、１１０を含む。各電極１０８、１１０は、電圧電力が印加されるときに必要に応じて異なる極性で帯電させることができ、したがって静電力を生成することができる。電極１０８、１１０は、静電チャック１００の幅の少なくとも２倍の距離に沿って静電力を分散させるように構成することができる。各電極１０８、１１０は、互いに介在する複数の電極フィンガ１２０、１２２を有することができる。交互配置された電極フィンガ１２０、１２２は、静電チャック１００の大きい面積全体にわたって分散された局部的な静電引力を提供し、その集まったものがより小さいチャッキング電圧を使用して高いチャッキング力を提供すると考えられる。電極フィンガ１２０、１２２は、異なる長さおよび形状寸法を有するように形成することができる。一例では、電極フィンガ１２０、１２２の一方または両方は、相互接続された電極アイランド１２４から形成することができる。電極アイランド１２４間の相互接続１２６は、図１Ａに示すように電極１０８、１１０の平面内に位置することができ、またはジャンパおよび／もしくはバイアなどの形で平面外に位置することができる。一実施形態では、電極フィンガ１２０、１２２は、約０．１ｍｍ〜約２０ｍｍ、たとえば約０．２５ｍｍ〜約１０ｍｍの幅１１６を有することができ、幅１１６は、絶縁ベース１０４のタイプおよびチャッキングすべき材料タイプに応じて変動することができる。所望される場合、電極フィンガ１２０、１２２は、異なる寸法が互いに介在するように構成することができる。電極フィンガ１２０、１２２は、別法として、所望の数の電極フィンガが形成されるまで、繰り返し形成することができる。

第１の電極１０８の電極フィンガ１２０の各々の間には、第２の電極１１０の電極フィンガ１２２を受け取るように、空間１３３が画定される。空間１３３は、空隙とすることができ、誘電体スペーサ材料で充填され、または絶縁ベース１０４もしくは封入部材１０２の少なくとも１つで充填される。

図１Ａに示す電極１０８、１１０の構成は、単なる例示を目的とすることが企図される。電極１０８、１１０は、電極が交互の極性で絶縁ベース１０４の上面１０７に分散されるように、任意の所望の構成で配置することができる。異なる極性で帯電された異なる２組の電極を有するという概念は、任意の所望の構成で配置された電極にも等しく適合することができる。図１Ｂ〜１Ｅは、第１および第２の電極のいくつかの可能な配置を示す。図１Ｂは、格子状の電極構成を示し、第１の電極１０８は、第２の電極１１０と交差して電極アセンブリの連続配列を形成する。第１の電極１０８および第２の電極１１０は、同一平面に位置決めすることができ、または互いに平行な異なる平面内に位置決めすることができる。図１Ｃは、画素状またはドット状の電極構成を示し、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、ある行または列内の任意の２つの隣接する電極が逆の極性を有するように配置される（同一平面または異なる平面内）。図示の一例では、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、格子配列に配置される。第１の電極１０８および第２の電極１１０は、方形の配列、六角形の配列、はちの巣状の配列、または対称のパターンで配置することができることが企図される。図１Ｄは、電極の別の構成であり、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、中心軸の周りに極性配列で交互に配置される。図１Ｅは、電極のさらに別の構成であり、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、実質的に同心円状のパターンで交互に配置される。

第１の電極１０８および第２の電極１１０には、電力スイッチ１１２を通って電源１１４が結合される。電源１１４は、第１の電極１０８および第２の電極１１０に電圧電力を提供して異なる極性を有する電荷、正または負の電荷を生成するように構成される。第１の電極１０８および第２の電極１１０から生成される正または負の電荷は、静電チャック１００内に固定の位置で配置された基板を引き付ける静電力を提供する。一実施形態では、電源１１４は、第１の電極１０８および第２の電極１１０にＤＣまたはＡＣ電力を提供するように構成することができる。別の実施形態では、電源１１４は、電極１０８、１１０に容量結合して基板にＲＦバイアスを印加するＲＦ電力を提供するように構成することができる。

封入部材１０２は、絶縁ベース１０４上に配置され、電極アセンブリ１０６を挟んで静電チャック１００を単体構造として形成する。封入部材１０２は、基板がチャッキングされる絶縁表面を提供するように電極アセンブリ１０６上に位置決めされる。封入部材１０２は、下にある電極アセンブリ１０６の熱特性に、およびいくつかの実施形態では絶縁ベース１０４の熱特性にも実質的に整合する熱特性、たとえば熱膨張係数を有する材料によって製造することができる。
封入部材１０２、電極アセンブリ１０６、および絶縁ベース１０４が所定の順序で積層された後、アニーリングプロセスなどの接合プロセスを実行して、封入部材１０２、電極アセンブリ１０６、および絶縁ベース１０４をともに溶融し、静電チャック１００の積層構造を一体部分として形成する。封入部材１０２、電極アセンブリ１０６、および絶縁ベース１０４は、たとえば摂氏３００度を超える高温環境で動作することが必要とされることがあるため、これらの３つの構成要素を製造するために利用される材料は、加熱プロセス中の高熱処理に耐えることができるセラミック材料またはガラス材料などの耐熱材料から選択することができる。

一実施形態では、封入部材１０２および絶縁ベース１０４は、良好な強度および耐久性ならびに熱伝達特性を提供するセラミック材料、ガラス材料、またはセラミック材料と金属材料の複合材から製造することができる。封入部材１０２および絶縁ベース１０４を製造するために選択される材料は、高熱の負荷を受けて応力または障害を引き起こすことがある熱膨張の不整合を低減させるために、中間の電極アセンブリ１０６に実質的に整合または類似する熱膨張係数を有することができる。一実施形態では、封入部材１０２の熱膨張係数は、約３〜約８μｍ／（ｍ＊Ｋ）とすることができる。封入部材１０２および絶縁ベース１０４を製造するのに適したセラミック材料は、それだけに限定されるものではないが、ガラス、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、イットリウム含有材料、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を含むことができる。別の実施形態では、封入部材１０２および絶縁ベース１０４は、分散されたセラミック粒子を有する金属など、セラミックおよび金属の異なる組成を含む複合材料から製造することができる。

一実施形態では、電極アセンブリ１０６は、隣接する封入部材１０２および絶縁ベース１０４に類似の熱膨張係数を有することができる金属材料、たとえばモリブデンから製造することができる。一実施形態では、電極アセンブリ１０６の熱膨張係数は、約２〜約８μｍ／（ｍ＊Ｋ）であり、概して封入部材１０２の熱膨張係数の２０パーセント以内である。
動作中、電源１１４に電力が供給されるときに静電力を生成するために、第１の電極１０８に負の電荷を印加することができ、第２の電極１１０に正の電荷を印加することができ、または逆も同様である。チャッキング中、電極１０８、１１０から生成された静電力は、その上に配置された基板を固定の位置でチャッキングおよび保持する。電源１１４から供給される電力が切られたとき、電極１０８、１１０間の境界面１１８内に存在する電荷は、長期間にわたって維持することができる。静電チャック１００上に保持された基板を解放するには、逆の極性の短い電力パルスを電極１０８、１１０に提供して、境界面１１８内に存在する電荷を除去することができる。

図２Ａは、本開示の別の実施形態による図１の静電チャックを有する基板支持アセンブリ２００の断面図を示す。次いで、基板支持アセンブリ２００は、その上に配置された基板２０４を処理中に保持するように、プラズマ処理真空チャンバなどの処理チャンバ内にさらに配置することができる。本明細書に記載の基板支持アセンブリ２００は、真空プラズマ処理に使用されるが、基板支持アセンブリ２００は、大気または任意の条件下で動作する処理機器を含む任意の適した処理器具内で実施することができることに留意されたい。

図２Ａの横断面図に示すように、電極アセンブリ１０６は、ペデスタル２０２によって支持される絶縁ベース１０４上に配置される。電極アセンブリ１０６は、封入部材１０２によって覆われており、介在する電極フィンガ１２０、１２２を有する第１の電極１０８および第２の電極１１０を含むことができる。図２Ａに示す例では、第１の電極１０８に負の電荷が印加され、第２の電極１１０に正の電荷が印加される。電極アセンブリ１０６から生成される負および正の電荷は、それぞれ基板２０４を誘導して、逆の極性を有する電荷、すなわち正の電荷および負の電荷を生成させ、それによって基板支持アセンブリ２００上に基板２０４をチャッキングする静電力を生成させる。たとえば、第１の電極１０８の電極フィンガ１２０上に存在する負の電荷は、基板２０４を誘導して、正の電荷２０６を局部的に生成させることができ、基板支持アセンブリ２００上に基板２０４を固定して位置決めする静電力を生じさせる。同様に、第２の電極１１０の電極フィンガ１２２上に存在する正の電荷は、基板２０４を誘導して、負の電荷２１０を局部的に生成させることができる。処理中、曲がった基板を静電チャック１００に対して平坦にするために、第１の電極１０８および第２の電極１１０からの電極フィンガのいくつかを切ることができ、または他の電極フィンガより高い電力で動作させることができることが企図される。

第１の電極１０８および第２の電極１１０の介在するフィンガ電極１２０、１２２を利用することによって、拡大および局部化させた静電界を生じさせることができ、この静電界は、電極フィンガ１２０、１２２間に画定される境界面１１８の長さが長いため、静電チャック１００のより大きい面積全体にわたって分散され、基板への静電引力を生成し、従来の静電チャックと比較するとより少ないチャッキング電圧で基板２０４を基板支持アセンブリ２００上で保持するのに役立つ。

図２Ａに示す本開示の一実施形態では、絶縁ベース１０４の上面上に複数の加熱要素２０３がさらに配置される。加熱要素２０３は、電極１０８、１１０に平行に位置決めすることができる。加熱要素２０３は、電極１０８、１１０間に画定された空間内に配置された個別の金属ラインまたは空間の形とすることができる。各群の１つまたは複数の加熱要素２０３は、温度コントローラ２１１に別個に結合され、それによって静電チャック１００全体にわたって複数の独立して制御可能な加熱ゾーンを提供することができる。図２Ａに示す一例では、加熱要素２０３は、２つの隣接する電極フィンガ１２０、１２２間の空間に沿って配置される。２つの直接隣接する電極フィンガ１２０、１２２間の間隔２０９は、約１ｍｍ〜約３ｍｍとすることができ、電極アセンブリ１０６の寸法および／または電極フィンガ１２０、１２２の寸法に応じて変動することができる。
本開示の別の実施形態では、加熱要素２０３は、電極１０８、１１０によって取り囲むことができ、電極の静電結合を減少させないように、加熱要素２０３が電極１０８、１１０と平行にならないように配置することができる。たとえば、絶縁ベース１０４の一部分の拡大上面図である図２Ｂに示す一実施形態では、加熱要素２０３の各々は、フィンガ状の形とすることができ、電極１０８、１１０の配置に実質的に直交する方向に延ばすことができる。加熱要素２０３の構成およびいくつかの可能な配置について、図３、図４Ａ〜４Ｃ、および図５に関して以下でより詳細に論じる。

図３は、本開示の一実施形態による層３０２の一部分を切り取って絶縁ベース１０４を露出させた図２Ａの基板支持アセンブリ２００の概略上面図を示す。例示を簡単にする目的で、基板は省略されている。図３は、分散されて独立して制御される加熱要素２０３および電極フィンガ１２０、１２２の例示的な配置を示す。加熱要素２０３は、静電チャック１００に誘導または抵抗加熱を提供するのに適した任意の加熱デバイスとすることができる。
第１の電極１０８および第２の電極１１０は、図１Ｂ〜１Ｅに示すように、任意の所望の構成で、絶縁ベース１０４の上面１０７上に交互の極性で配置することができる。それに対応して、絶縁ベース１０４の表面全体にわたって任意の所望の配置で、加熱要素２０３が第１の電極１０８および第２の電極１１０に物理的に接触することなく、加熱要素２０３に第１の電極１０８および第２の電極１１０を挿し入れることができる。別法として、加熱要素２０３は、電極を有する層とは異なる層内に配置することができ、したがって、加熱要素の数および／または構成は、チャッキング電極に必要とされる表面積によって制限されない。たとえば、加熱要素２０３は、図１Ｂ〜１Ｅに関して上記で論じたものと同様に、格子状の構成、画素状もしくはドット状の構成、極性配列の構成、または同心円状の構成で配置することができる。

図３を再び参照すると、加熱要素２０３は、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に画定された空間１３３内に配置された個別の金属ラインまたは空間の形とすることができる。各群の１つまたは複数の加熱要素２０３は、温度コントローラ２１１に別個に結合して、静電チャック全体にわたって複数の独立して制御可能な加熱ゾーンを提供することができる。したがって、加熱要素２０３は、静電チャックを点ごとに制御可能に独立して加熱し、それによってその上に配置された基板の直径全体にわたって温度分布を方位角方向に制御することが可能である。

一例では、加熱要素２０３の各々は、幅約０．１ｍｍ〜約３０ｍｍ、たとえば約０．５ｍｍ、および長さ約０．１ｍｍ〜約３０ｍｍ、たとえば約１０ｍｍの規模で形成される。加熱要素２０３は、約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍの厚さを有することができる。本明細書に示す加熱要素２０３は、約８０個の加熱要素を有するが、任意の数の加熱要素が企図される。様々な例では、約１００〜約１６０個の加熱要素など、約１０〜約３００個の加熱要素を、絶縁ベース１０４の表面全体にわたって配置することができる。加熱要素２０３の数は、静電チャック１００の表面積に応じて変動することができる。基板加熱ゾーンの数に対する唯一の実際的な制限は、非チャッキング区域内で基板の裏側に作用させるガス圧力（熱交換の目的）を保持するために必要とされる力の量、およびチャッキング区域内で必要とされる静電力を実現するために電極１０８、１１０が占める表面積であることを理解されたい。

図４Ａは、本開示の別の実施形態による基板支持アセンブリ４００の概略部分横断面図を示す。図４Ａに示す基板支持アセンブリ４００は、図１Ａ〜１Ｅ、図２Ａ〜２Ｂ、および図３に示す静電チャック１００に関して上記で論じたものと同様に機能することができる。基板支持アセンブリ４００は、ペデスタル４０３上に位置決めされた静電チャック４０２を含む。静電チャック４０２は、絶縁ベース４０４と、絶縁ベース４０４上に配置された電極アセンブリ４０６と、処理中にその上に基板２０４を保持するように電極アセンブリ４０６上に配置された封入部材４０８とを含む。電極アセンブリ４０６は、空間４１７内に位置決めされた複数の加熱要素４１６（１つのみを示す）を含むことができ、空間４１７は、第１の電極４１２と第１の電極４１２に平行に配置された第２の電極４１４との間に画定され、または第１の電極４１２および第２の電極４１４に隣接して画定される。第１の電極４１２および第２の電極４１４の各々を、スイッチ４２２を介して電源４２０に接続し、第１の電極４１２および第２の電極４１４に電圧電力を提供して、異なる極性を有する電荷を生成する。

図４Ａの実施形態では、加熱要素４１６は、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に配置することができ、第１の電極４１２および第２の電極４１４と同一平面である。加熱要素４１６は、第１の電極４１２および第２の電極４１４と同じ層内に配置することができる。別法として、交互配置された第１の電極４１２および第２の電極４１４は、加熱要素を有する第２の層に積層された第１の層内に形成することができる。たとえば、交互配置された第１および第２の電極は、図４Ｂに示すように、加熱要素４１６を有する薄層４１９上に直接配置することができる。そのような場合、加熱要素４１６は、所望のパターンで構成された個別の区分または連続する線の形とすることができる。加熱要素および電極を同じ層（またはともに積層された２つの隣接する層）内に形成することは、静電チャックの厚さを低減させ、低い質量を有する一体化された構成要素として形成することができるため、有利となることがある。低い質量は、基板支持アセンブリ４００の急速な加熱および冷却を可能にし、これは、加熱要素４１６が約５０℃／秒〜２５０℃／秒、たとえば約１００℃／秒など、約３０℃／秒以上のより高い温度傾斜率を提供するように構成されるときに特に有用である。

加熱要素４１６は、抵抗加熱または誘導加熱などの任意の適した加熱技法を使用することができる。図４Ａ〜４Ｃは、加熱要素４１６が抵抗加熱要素である実施形態を示す。加熱要素４１６は、抵抗金属、抵抗金属合金、またはこれら２つの組合せから構成することができる。加熱要素に適した材料は、タングステン、モリブデン、チタンなど、高い耐熱性を有するものを含むことができる。加熱要素４１６はまた、熱膨張の不整合によって引き起こされる応力を低減させるために、熱特性、たとえば封入部材４０８および下にある絶縁ベース４０４の熱特性の少なくとも１つまたは両方に実質的に整合する熱膨張係数を有する材料で製造することができる。

図４Ａを再び参照すると、加熱要素４１６は、絶縁ベース４０４を通る１つまたは複数の電気相互接続４１８を通って外部電源１１４に結合することができる。電源４２４は、直流（ＤＣ）電源、交流（ＡＣ）電源、またはこれら両方の組合せを含むことができる。加熱要素４１６の各々は、同じまたは別個の１つまたは複数の電源に結合することができ、処理中に基板２０４上の温度プロファイルを「調整」するように独立して制御することができる。

図４Ｃに示す代替実施形態では、加熱要素４１６は、第１の電極４１２および第２の電極４１４とは反対側の絶縁ベース４０４の裏面４０９上に形成することができる。加熱要素４１６を絶縁ベース４０４の裏側に形成することは、加熱要素４１６を外部電源に接続するために必要とされる絶縁ベース４０４内の電気相互接続の配線の複雑さを回避するため、有利になることがある。加熱要素４１６が電極４１２、４１４とは異なる層内に形成されるため、加熱要素４１６は、電極１０８、１１０と水平方向に重複するパターンを含む任意のパターンで配置することができる。また、加熱要素４１６の数は、チャッキング電極に必要とされる表面積によって制限されない。その結果、基板全体にわたって温度プロファイルのより大きい制御を得ることができる。

図５は、本開示の別の実施形態による誘導加熱要素を使用する基板支持アセンブリ５００の概略部分横断面図を示す。基板支持アセンブリ５００は、図２Ａに示す基板支持アセンブリ２００に関して上記で論じたものと実質的に同様に機能することができるが、加熱要素５１６（１つのみを示す）は誘導加熱要素として構成される。加熱要素５１６は、支持ペデスタル５０３上に配置されたアンテナなどの誘導ドライバ５２０に誘導結合される。加熱要素５１６は、対応する誘導ドライバ５２０によって生成された誘導電流によって加熱することができる。加熱要素は、金属材料によって製造することができ、上記で論じたように個別の要素の形で第１の電極１０８および第２の電極１１０と同じ側に配置することができる。

一実施形態では、加熱要素５１６は、第１の電極１０８および第２の電極１１０と同じ層内に配置される。別法として、加熱要素５１６は、第１の電極１０８および第２の電極１１０とは異なる層内に形成することができる。たとえば、加熱要素５１６は、絶縁ベース５０４内の第１の層内に埋め込むことができる。第１の層は、第１の電極１０８および第２の電極１１０を有する第２の層に積層される。加熱要素５１６はまた、図４Ｂ〜４Ｃに関して上記で論じたものと同様に、絶縁ベース５０４の裏面上に形成することができる（誘導ドライバ５２０に干渉しない）。誘導ドライバ５２０は、電磁コイルなどとすることができ、支持ペデスタル５０３の上または中、すなわち第１の電極１０８および第２の電極１１０とは反対側の絶縁ベース５０４の側に形成することができる。

動作の際、誘導ドライバ５２０は、ライン５２４を介して外部電源５２２、たとえば交流（ＡＣ）電源によって電力供給される。交流が誘導ドライバ５２０を通って流れるとき、誘導ドライバ５２０の磁界５３０が、対応する加熱要素５１６内に渦電流を引き起こし、それによって加熱要素５１６が高温になり、それによって静電チャック５０２の個別の区域を加熱する。各群の１つまたは複数の加熱要素５１６が独立して制御されるため、基板５１０の温度プロファイルは、方位角方向、径方向、または任意の他の方向に制御および調整することができる。誘導加熱技法によって静電チャック５０２を加熱することで、誘導加熱は加熱要素５１６を外部電源に接続するために必要とされる絶縁ベース５０４内の電気相互接続の配線の複雑さを回避するため、抵抗加熱技法に比べて利点が提供される。所望される場合、静電チャックは、相乗効果を提供するために抵抗および誘導加熱手法によって加熱することができる。

図４Ａ〜４Ｃおよび図５に示す実施形態では、複数の隔置された冷却溝４２６を封入部材の頂面内に形成することができる。説明を簡単にする目的で、この議論は、図４Ａに関連して行う。見やすいように、いくつかの要素は図４Ｂ〜４Ｃおよび図５から省略されていることを理解されたい。冷却溝４２６（見やすいように、１つの冷却溝のみを示す）を利用して、基板２０４の裏側へガスを提供し、静電チャック４０２と基板２０４との間の均一の熱伝達を容易にする。冷却溝４２６は、基板２０４を冷却するために冷却剤源４２８からライン４３２を介して冷却剤（たとえば、冷却ガス）を循環させるように寸法設定して分散させることができる。冷却溝４２６は、円形の溝、径方向の溝、またはこれらの組合せから構成される任意の所望の構成で交差するチャネルのパターンを形成することができる。任意選択で、絶縁ベース４０４の裏面４０９はまた、冷却剤源４２８からライン４３４を介して冷却剤を循環させるために、隔置された溝４３０を有することができる。溝４３０は、加熱ゾーンに密接して配置することができる。溝４３０は、基板支持アセンブリ４００の効果的な冷却に対して所望のパターンを形成することができる。追加または別法として、隔置された溝は、基板支持アセンブリ４００の冷却を促進するために、ペデスタル４０３の頂面内に設けることができる。
図６は、本開示の一実施形態による静電チャックを製造する方法の流れ図を示す。説明の目的で、以下の議論は、図４Ａに関して行う。この方法は、図４Ｂ〜４Ｃおよび図５に示す静電チャックを製造するように同様に適合または修正することができることを理解されたい。方法６００は、ステップ６０２で、頂面４０７および裏面４０９を有する絶縁ベース４０４を設けることによって始まる。絶縁ベース４０４の頂面４０７は、封入部材４０８などの静電チャックの他の構成要素を受け取るために使用される。絶縁ベース４０４の裏面４０９は、ペデスタル４０３上に配置されて基板支持アセンブリ４００を形成するように適合される。

上記で論じたように、絶縁ベース４０４は、後にその上に形成される電極アセンブリ４０６を支持するように、絶縁材料によって製造することができる。一実施形態では、絶縁ベース４０４は、ガラス、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、またはセラミックから製造される。絶縁ベース４０４は、その上に配置される基板の寸法および形状に対応するように選択された平面区域を有することができる。一例では、絶縁ベース４０４は、約４インチ〜約１８インチの直径を有する円形の形状とすることができる。別法として、平面区域は、方形などの多角形とすることができる。
ステップ６０４で、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に電極アセンブリ４０６が配置される。図１〜２を参照して上述した電極アセンブリ１０６と同様に、電極アセンブリ４０６は、電源４２０によって電力供給されるときに異なる極性を有する電荷を生成する第１の電極４１２および第２の電極４１４を含むことができる。

一実施形態では、電極アセンブリ４０６は、金属バー、シート、スティック、箔によって形成することができ、事前成形、事前鋳造、および事前製造し、静電チャックの製造中に絶縁ベース４０４の頂面４０７に配置することができる。別法として、金属堆積プロセスを実行して、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に直接電極アセンブリ４０６を堆積および形成することができる。適した堆積プロセスは、ＰＶＤ、ＣＶＤ、めっき、インクジェット印刷、ゴム印、スクリーン印刷、またはエアゾール印刷プロセスを含むことができる。加えて、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に金属ペースト／金属ラインを形成することができる。金属ペースト／金属ラインは、最初は液体、ペースト、または金属ゲルとすることができ、これらの金属ペースト／金属ラインを、隣接する長方形、円、六角形、または他の同様に成形された特徴の配列などの所望のパターンで物体表面上にパターン形成して、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に異なる構成または寸法を有する所望の電極フィンガを形成することができる。上記で論じたように、第１の電極４１２および第２の電極４１４は各々、複数の電極フィンガを有することができる。

ステップ６０６で、絶縁ベース４０４上に複数の加熱要素４１６を配置して、基板支持アセンブリ４００全体にわたって複数の小さい独立して制御可能な加熱ゾーンを提供する。一実施形態では、加熱要素４１６は、絶縁ベース４０４の頂面４０７上に形成され、第１の電極４１２および第２の電極４１４と同一平面である。加熱要素４１６は、第１の電極４１２および第２の電極４１４と同じ層内に配置することができる。別法として、交互配置された第１の電極４１２および第２の電極４１４は、図４Ｂに示すように、加熱要素を有する第２の層に積層された第１の層内に形成することができる。別の実施形態では、加熱要素４１６は、図４Ｃに示すように、絶縁ベース４０４の裏面上に形成することができる。さらに別の実施形態では、加熱要素は、図５に示すように、絶縁ベースの上または中に形成された誘導加熱要素とすることができる。

加熱要素４１６は、電極４１２、４１４によって占められていない絶縁ベース４０４の頂面４０７に沿って進む個別の金属ラインまたは空間の形とすることができる。一例では、加熱要素４１６は、第１の電極４１２と第２の電極４１４との間に画定された空間内に形成される。電極４１２、４１４が図１Ｂ〜１Ｅに示すパターンで形成される場合、加熱要素４１６は、基板支持アセンブリ全体にわたって複数の独立して制御可能な加熱ゾーンを提供するように、電極によって覆われていない空間全体にわたって分散される。

加熱要素４１６は、ステップ６０４で論じた電極４１２、４１４を作るものに類似の技法を使用して形成することができる。たとえば、加熱要素４１６は、スクリーン印刷プロセスなどの金属堆積プロセスを使用して形成することができる。加熱要素４１６は、絶縁ベース４０４内に事前形成することができる電気相互接続４１８を通って外部電源１１４に接続することができる。別法として、誘導加熱要素が使用される場合、電気相互接続は必要とされないことがある。一例では、加熱要素４１６は、幅約０．１ｍｍ〜約３０ｍｍおよび長さ約０．１ｍｍ〜約３０ｍｍの規模で形成される。一実施形態では、約８０〜約２００個の加熱要素が絶縁ベース４０４の頂面４０７上に位置することができる。加熱要素４１６の数、寸法、およびパターンは、非チャッキング区域内で基板の裏側に作用させるガス圧力（約１〜２０トル）（熱交換の目的）を保持するために必要とされる力の量、およびチャッキング区域内で必要とされる静電力を実現するために電極４１２、４１４が占める表面積（加熱要素および電極が同じ層内にあるとき）に応じて変動することができる。

ステップ６０８で、図４Ａに示すように、絶縁ベース４０４上に存在する電極アセンブリ４０６および加熱要素４１６上に封入部材４０８が配置される。封入部材４０８は、図４Ｂ〜４Ｃおよび図５に関して上記で論じたように、電極アセンブリとは異なる層内に加熱要素が存在する場合、電極アセンブリのみを覆うことができる。封入部材４０８は、セラミック材料またはガラス材料とすることができる。封入部材４０８は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、スピンコーティングプロセス、フレームコーティングプロセス、エアゾール堆積プロセス、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、浸漬コーティング、スパッタリング、溶射コーティング（たとえば、プラズマ溶射コーティング）、プラズマを用いない熱に支援されないコーティング、熱間静水圧プレス、冷間静水圧プレス、積層、圧縮成形、鋳造、締固め、焼結もしくは共焼結技法、または電極アセンブリ４０６上にセラミック材料もしくはガラス材料を形成するための任意の適したプロセスによって、電極アセンブリ４０６上に形成することができる。一実施形態では、封入部材４０８を製造するために選択されるセラミック材料は、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、イットリウム含有材料、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）の少なくとも１つである。封入部材４０８は、約０．０５ｍｍ〜約２ｍｍの厚さを有することができる。

一実施形態では、封入部材４０８は、約４〜約８μｍ／（ｍ＊Ｋ）の熱膨張係数を有することができる。封入部材４０８は、強化された耐熱性および摂氏１０００度を超える融点を有することができる。封入部材４０８は、約１０ＧＰａ〜約３０ＧＰａの硬度（ビッカース１Ｋｇｆ）、約４μインチなど、約６μインチ〜１μインチの表面粗度、および約１パーセント以下の吸水度を有することができる。
ステップ６１０で、接合プロセスを実行して、封入部材４０８と絶縁ベース４０４の両方を、電極アセンブリ１０６および加熱要素４１６が間に挟まれた状態で、ともに全体として溶融し、それによって図４Ａに示すように静電チャック４０２の一体構成要素を形成する。

それだけに限定されるものではないが、アニーリング、焼結、接着、スランピング、または拡散接合など、異なるタイプの接合プロセスを利用することができることに留意されたい。一例では、ステップ６１０の接合プロセスは、アニーリングプロセスである。アニーリングプロセスは、オーブン、炉、熱板、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、スパイクアニール、またはレーザアニーリングチャンバなどの任意の適した硬化またはアニーリング器具によって実行することができる。アニーリングプロセスは、封入部材４０８、電極アセンブリ４０６、および絶縁ベース４０４の統合を助けて一体部分を形成するために、摂氏約１２００度〜摂氏約２５００度の温度で実行することができる。

したがって、静電チャックが複数の温度制御能力ゾーンを有する基板支持アセンブリが提供される。絶縁ベース上に複数の加熱要素を形成することができ、これらの加熱要素は、チャッキング電極と同一平面である。別法として、加熱要素は、チャッキング電極を有する第２の層に積層された第１の層内に形成することができる。加熱要素は、静電チャックの表面全体にわたって複数の加熱ゾーンを提供するように、チャッキング電極によって覆われていない表面積に沿って進む個別の区分の形で配置することができる。加熱要素およびチャッキング電極を同じ層（またはともに積層された２つの隣接する層）内に形成することは、静電チャックの厚さを低減させ、低い質量を有する一体化された構成要素として形成することができるため、有利である。低い質量は、基板支持アセンブリの急速な加熱および冷却を可能にする。

上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 絶縁ベースと、
   前記絶縁ベース上に配置され、基板支持表面を有する誘電体層と、
   前記絶縁ベースと前記基板支持表面との間に配置された電極アセンブリと、
   前記絶縁ベースに結合された複数の加熱要素とを備え、前記加熱要素が、少なくとも１つまたは複数の加熱要素の独立して制御可能な群で配置され、基板表面全体にわたって温度プロファイルを方位角方向に制御するように構成される、
   静電チャック。
2. 前記複数の加熱要素が、前記電極アセンブリと同一平面に配置され、または前記電極アセンブリとは異なる層内に配置される、請求項２に記載の静電チャック。
3. 前記複数の加熱要素が、前記絶縁ベースの頂面上または前記絶縁ベースの裏面上に形成される、請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記複数の加熱要素が、格子状の構成、画素状もしくはドット状の構成、極性配列の構成、または同心円状の構成で配置される、請求項３に記載の静電チャック。
5. 前記複数の加熱要素が、個別の金属区分の形である、請求項１に記載の静電チャック。
6. 前記複数の加熱要素が、抵抗加熱要素または誘導加熱要素を備える、請求項１に記載の静電チャック。
7. 前記電極アセンブリが、少なくとも２つの交互配置電極を有する、請求項１に記載の静電チャック。
8. 前記少なくとも２つの交互配置電極が、第１の組の電極フィンガおよび第２の組の電極フィンガを備え、前記第１の組の電極フィンガが、前記第２の組の電極フィンガとは異なる極性を有する電荷を生成するように構成される、請求項７に記載の静電チャック。
9. 前記電極アセンブリが、格子状の構成、画素状もしくはドット状の構成、極性配列の構成、または同心円状の構成で配置される、請求項１に記載の静電チャック。
10. 前記誘電体層および前記絶縁ベースが、ガラス材料またはセラミック材料から製造される、請求項１に記載の静電チャック。
11. 第１の表面および前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する絶縁ベースと、
    前記絶縁ベースの前記第１の表面上に形成され、第２の電極と交互配置された第１の電極を有する電極アセンブリと、
    前記第１および第２の電極の交互配置部分間に形成された複数の加熱要素と、
    前記電極アセンブリに結合された封入部材と
    を備える静電チャック。
12. 前記複数の加熱要素が、格子状の構成、画素状もしくはドット状の構成、極性配列の構成、または同心円状の構成で配置された個別の区分または連続する線の形である、請求項１１に記載の静電チャック。
13. 前記複数の加熱要素が、抵抗加熱要素または誘導加熱要素を備える、請求項１１に記載の静電チャック。
14. 前記複数の加熱要素が、前記絶縁ベースの前記第１の表面または前記第２の表面上に形成される、請求項１１に記載の静電チャック。
15. 前記複数の加熱要素が、前記電極アセンブリと同一平面に配置され、または前記電極アセンブリとは異なる層内に配置される、請求項１１に記載の静電チャック。

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