JP2022525595A - ラメラセラミック構造 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】いくつかの例では、基板支持アセンブリは、モノリシックセラミック本体と、モノリシックセラミック本体内に配置されたヒータ要素と、モノリシックセラミック本体内に配置されたＲＦアンテナとを含む。１つまたは複数の電力ラインが、電力をヒータ要素およびＲＦアンテナに供給する。ラメラ構造がモノリシックセラミック本体内に形成または含まれ、ラメラ構造は、モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる熱伝導率を有する少なくとも１つの層を含む。【選択図】図３

Description

［優先権の主張］
本特許出願は、２０１９年３月１４日に出願された、Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈらによる「Ｌａｍｅｌｌａｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題する米国仮特許出願番号第６２／８１８，５９１号（弁護士整理番号第４９４８．０４２ＰＲＶ号）の優先権の利益を主張し、上記の出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、ラメラセラミック構造に関し、特に、半導体製造動作におけるウエハ処理チャンバ用のラメラセラミック構造を含む基板支持アセンブリに関する。
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明される範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
セラミック台座および静電チャックは、熱動力学またはウエハ処理の条件をシフトさせる可能性のある局所的なホットスポットを有する場合がある。ホットスポットが原因となる影響には、不十分な熱拡散能力、およびチャックのセラミック本体内におけるヒータ要素の一貫性のない（または再現不可能な）載置の２つが挙げられる。より厚いセラミック本体は熱をより均一に拡散することができるが、この結果を達成するための原材料および処理のコストは、現在の技術を使用すると法外なものになることが多い。熱質量の増加により、ツールのスループットを低下させる可能性もある。載置の再現性は、処理中の原材料粉末のシフトによって悪影響を受けることがある。
さらに、セラミック台座および静電チャックは、熱応力による機械的故障に対して脆弱である。例えば、ホットプレスによって形成されたセラミック台座および静電チャックは、そのような方法に固有の特定の制限を受けることがある。場合によっては、ホットプレス動作の総出力は、利用可能なホットプレスのダイに適合するように構成される事前に形成された本体の質量によって拘束され得る。ホットプレス動作は、焼結前のプリフォームの密度によってさらに拘束される場合がある。
いくつかの例では、基板支持アセンブリは、モノリシックセラミック本体と、モノリシックセラミック本体内に配置されたヒータ要素と、モノリシックセラミック本体内に配置されたＲＦアンテナと、電力をヒータ要素およびＲＦアンテナに供給する１つまたは複数の電力ラインと、モノリシックセラミック本体内に形成または含まれるラメラ構造であって、モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる熱伝導率を有する少なくとも１つの層を含むラメラ構造とを備える。
いくつかの例では、少なくとも１つの層は、使用中のヒータ要素の上に配置される。
いくつかの例では、少なくとも１つの層は、使用中のヒータ要素の下に配置される。
いくつかの例では、少なくとも１つの層は、セラミック材料を含む。
いくつかの例では、少なくとも１つの層は、金属材料または金属間材料を含む。
いくつかの例では、ラメラ構造は、少なくとも２つの層を含み、少なくとも２つの層の１つは、ラメラ構造内の他の層の少なくとも１つとは異なる熱伝導率を有する。
いくつかの例では、ラメラ構造の少なくとも１つの層の熱伝導率は、モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる。
いくつかの例では、ラメラ構造は、少なくとも２つの層を含み、少なくとも２つの層の各層は、ラメラ構造内の他の層とは異なる熱伝導率を有する。
いくつかの例では、ラメラ構造の少なくとも１つの層は、常圧焼結窒化アルミニウムのプレートを含む。
いくつかの例では、ラメラ構造は、モノリシックセラミック本体内に形成または含まれると、モノリシックセラミック本体の材料と反応する窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）のメッシュを含む。
さらなる例が、以下の発明を実施するための形態に記載されている。
添付図面の図にいくつかの実施形態が図示されているが、これらは例示であって、限定として示されるものではない。
図１は、プラズマ処理中に基板を支持するための、静電チャック（ＥＳＣ）を備える基板支持アセンブリを含むことができる、プラズマベースの処理チャンバの簡略化された例を示す図である。
図２は、一例による、ラメラ構造を有さない従来の基板支持アセンブリの態様を示す図である。
図３は、本開示の一例による、例示的な基板支持アセンブリの態様を示す図である。
図４は、例示的な実施形態による、方法における例示的な動作のフローチャートである。
以下の説明は、本開示の例示的な実施形態を具現化するシステム、方法、および技法を含む。以下の説明では、説明の目的で、例示的な実施形態の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、本発明の主題をこれらの具体的な詳細なしで実践してもよいことが、当業者に明らかになるであろう。
この特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象となる資料を含む。著作権者は、特許書類または特許の開示が特許商標庁の特許包袋または記録に現れる限り、その特許書類または特許の開示がいかなる者によって複写されることに対して異議を唱えないが、それ以外の場合には一切の著作権を留保する。以下の表示は、後述または図示され本文書の一部を構成するソフトウェアおよびデータに適用される：Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２０１９－２０２０，Ａｌｌ Ｒｉｇｈｔｓ Ｒｅｓｅｒｖｅｄ。
ここで図１を参照すると、プラズマベースの処理チャンバの一例が示されている。本主題は、様々な半導体製造およびウエハ処理動作で使用することができるが、図示の例では、プラズマベースの処理チャンバは、プラズマ強化もしくはラジカル強化化学気相堆積（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）動作の場面で説明されている。当業者はまた、他のタイプのＡＬＤ処理技法が知られており（例えば、熱ベースのＡＬＤ動作）、非プラズマベースの処理チャンバを組み込んでもよいことを認識するであろう。原子層堆積（ＡＬＤ）ツールは、２つ以上の化学種間でＡＬＤ反応が発生する特殊なタイプの化学気相堆積（ＣＶＤ）処理システムである。２つ以上の化学種は前駆体ガスと呼ばれ、半導体業界で使用されるシリコンウエハなどの基板上に材料の薄膜堆積を形成するために使用される。前駆体ガスは、ＡＬＤ処理チャンバに順次導入され、基板の表面と反応して堆積層を形成する。一般に、基板は前駆体と繰り返し相互作用し、基板上に１つまたは複数の材料膜のますます厚い層をゆっくりと堆積する。特定の用途では、複数の前駆体ガスを使用して、基板製造プロセス中に様々なタイプの１つまたは複数の膜を形成することができる。
図１は、シャワーヘッド１０３（シャワーヘッド電極であり得る）および基板支持アセンブリ１０７が配置されているプラズマベースの処理チャンバ１０１を含むように示されている。基板支持アセンブリ１０７は、以下でより詳細に説明されるような台座を含み得る。典型的には、基板支持アセンブリ１０７は、実質的に等温の表面を提供しようとするものであり、基板１０５の加熱要素とヒートシンクの両方として機能し得る。基板支持アセンブリ１０７は、本明細書で説明するように、基板１０５の処理を支援するために加熱要素が含まれる静電チャック（ＥＳＣ）を備えることができる。基板１０５は、元素半導体（例えば、シリコンまたはゲルマニウム）を含むウエハ、化合物元素（例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または窒化ガリウム（ＧａＮ））を含むウエハ、または様々な他の基板タイプ（導電性、半導電性、および非導電性の基板を含む）を含んでもよい。
動作中、基板１０５は、ロードポート１０９を通して基板支持アセンブリ１０７上にロードされる。ガスライン１１３が、１つまたは複数のプロセスガス（例えば、前駆体ガス）をシャワーヘッド１０３に供給することができる。次に、シャワーヘッド１０３は、１つまたは複数のプロセスガスをプラズマベースの処理チャンバ１０１に送給する。１つまたは複数のプロセスガスを供給するガス源１１１（例えば、１つまたは複数の前駆体ガスアンプル）が、ガスライン１１３に結合される。いくつかの例では、ＲＦ電源１１５がシャワーヘッド１０３に結合される。他の例では、電源が基板支持アセンブリ１０７またはＥＳＣに結合される。
シャワーヘッド１０３に流入する前、およびガスライン１１３の下流において、使用点（ＰＯＵ）とマニホールドの組み合わせ（図示せず）が、プラズマベースの処理チャンバ１０１への１つまたは複数のプロセスガスの流入を制御する。プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）動作で薄膜を堆積するために使用されるプラズマベースの処理チャンバ１０１の場合、前駆体ガスをシャワーヘッド１０３内で混合することができる。
動作中、プラズマベースの処理チャンバ１０１は、真空ポンプ１１７によって排気される。ＲＦ電力が、シャワーヘッド１０３と、基板支持アセンブリ１０７内または上に収容された下部電極（明示せず）との間で容量結合される。基板支持アセンブリ１０７は、典型的には、２つ以上のＲＦを供給される。例えば、様々な実施形態において、ＲＦは、所望に応じて、約１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、および他の周波数など、少なくとも１つの周波数から選択されてもよい。特定のＲＦをブロックまたは部分的にブロックするように設計されたコイルを、必要に応じて設計することができる。したがって、本明細書で論じられる特定の周波数は、単に理解を容易にするために提供されている。ＲＦ電力は、１つまたは複数のプロセスガスを基板１０５とシャワーヘッド１０３との間の空間内のプラズマに励起するために使用される。プラズマは、基板１０５上に様々な層（図示せず）を堆積するのを支援することができる。他の用途では、プラズマを使用して、基板１０５上の様々な層にデバイスのフィーチャをエッチングすることができる。ＲＦ電力は、少なくとも基板支持アセンブリ１０７を通して結合される。基板支持アセンブリ１０７は、内部に組み込まれたヒータ（図１には図示せず）を有し得る。プラズマベースの処理チャンバ１０１の詳細な設計は、変化する場合がある。
ここで図２を参照すると、従来の基板支持アセンブリ（または台座）２００の簡略化された例の特徴が示されている。例示的な基板支持アセンブリ２００は、本開示のラメラ構造を含まない。この従来の例２００は、典型的には、不十分な熱拡散およびホットスポットの形成を含む、上記で論じた制限の１つまたは複数を受けることになる。従来の基板支持アセンブリ２００は、ヒータ要素２０４が設けられる台座本体２０２を含む。台座本体２０２はまた、ＲＦ／ＥＳＣ電極２０６を含む。台座本体２０２は、ステム２０８などの機械的支持体によって支持される。電力をヒータ要素２０４およびＲＦ／ＥＳＣ電極２０６に供給するライン２１２および２１４（電力リードまたは導体など）がそれぞれ、ステム２０８を通過する。ウエハ処理中、基板支持アセンブリ２００は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ２１０などの基板１０５を支持する。
前述の課題の少なくともいくつかに対処するために、本開示のいくつかの例は、基板支持アセンブリ２００の本体内に形成された異方性複合構造、例えばラメラ構造を含む。いくつかの例では、基板支持アセンブリ２００の本体は、モノリシックセラミック材料または本体を含む。モノリシックセラミック本体内のラメラ構造は、基板支持アセンブリ２００の本体のセラミック材料の熱伝導率と比較して、比較的高いまたは低い熱伝導率を有する材料の１つまたは複数の層を含み得る。いくつかの例では、比較的高い熱伝導率を有する材料の層は、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体の指定された領域、または基板支持アセンブリ２００の他の領域への熱の流れを増強することができる。いくつかの例では、比較的低い熱伝導率を有する材料の層は、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体の指定された領域、または基板支持アセンブリ２００の他の領域への熱の流れを遅らせることができる。異なる熱伝導率の材料の層の均質なまたはハイブリッドの組み合わせを選択し、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体内に設けることができる。いくつかの例では、材料の層の組み合わせは、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体の所定の厚さまたは部分内で横方向または垂直方向への熱の拡散を増強または阻害することを可能にする。
いくつかの例では、熱伝導率は、反対側の面の温度が１度異なる場合に、厚さが１である物質の単位面積を単位時間で通過する熱量として定義することができる。ＳＩから導出される熱伝導率の単位は、ワット／メートルケルビン（Ｗ．ｍ-1．Ｋ-1）である。
いくつかの例では、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体内のラメラ構造は、基板支持アセンブリ２００の横方向に延びる比較的高い熱伝導率の材料の層状層または構成要素と、基板支持アセンブリ２００の垂直方向に配置された比較的低い熱伝導率の層（ラメラ）とを含む。
いくつかの例では、セラミック本体内のラメラ構造は、焼結およびホットプレス動作で形成される。いくつかの例では、比較的低い熱伝導率のセラミック材料の１つまたは複数のプレートが、ラメラ構造の層を形成するために選択される。プレートは、いくつかの例では、セラミック本体の理論密度の割合に焼結することができる。密度レベルは、基板支持アセンブリ２００のセラミック本体のホットプレス中のプレート接着を最適化するように選択することができる。いくつかの例では、プレートは、所望の幾何学的形状に機械加工され、任意選択で、セラミック本体内のプレート接着をさらに改善する表面処理および／またはコーティングが提供される。いくつかの例では、ラメラ構造は、熱がラメラが積み重ねられる方向に流れるのではなく、各ラメラの長手方向により容易にまたは迅速に流れることを可能にするように設計されている。
いくつかの例では、セラミック本体内に埋め込まれたラメラ構造を含むプリフォーム（または「グリーン構造」）が形成される。いくつかの例では、ラメラ構造内の少なくとも１つのラメラは、プリフォームの粉末を焼結することによって形成される。いくつかの例では、セラミック本体全体が焼結されるまで、全体的なラメラ構造は形成されない。ラメラ構造は、焼結金属またはセラミックプレートによって構成されるか、またはそれらを備える１つまたは複数の層を含み得る。プリフォームは、ヒータ要素２０４、ＲＦ電極２０６、クランプ電極などのための電気回路など、セラミック台座またはＥＳＣの他の内部構造または構成要素を含むことができる。プリフォームの内部構造または構成要素は、それらが埋め込まれるセラミック本体とは異なる組成を有する圧縮粉末に埋め込まれ得る。圧縮粉末は、内部構造または構成要素の熱伝導率および／または接着を増強または遅らせるように選択することができる。
次に、いくつかの例では、プリフォームがホットプレスされ、内部の様々な粉末およびプレートが、プリフォームが所望の理論密度のまたはその近くの値に焼結するときに共に結合する。いくつかの例では、選択された熱伝導率プロファイルを有するラメラ構造の１つまたは複数の層は、金属などの別の材料、または金属メッシュなどの構造によって構成されるか、またはそれらを含むことができる。これらの例示的な材料もしくは構造は、金属シート、スクリーン、メッシュから形成されるか、もしくはそれらを含み得るか、または金属もしくは金属層を層上にスクリーン印刷して複合構造を形成することによって形成され得る。
いくつかの例では、ラメラ構造の１つまたは複数の層は、セラミック材料を含み、例えば、上述のように配置され、コーティングをさらに含むことができる。例示的なコーティングは、添加剤を含み得るか、または例えば、コーティングのまたはコーティングが適用された材料の熱伝導率を局所的に変化させる化学的表面処理によって増強または改変された性質を有し得る。いくつかの例では、高い熱伝導率の材料を含むプレートは、セラミック本体のその後の熱処理中にその上面および下面の熱伝導率を低下させるように選択された物質または物質の混合物でコーティングされる。いくつかの例では、セラミック本体内のラメラ構造は、各々が３つの層を含むか、または組み合わせて、０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲の厚さを有する。
いくつかの例では、ラメラ構造内の層は、複数の副層を含む。複数の副層の総厚は、層の厚さに等しいか、またはそれに近い。副層の配置における上部および下部の副層は、拡散距離（固溶体が中央の副層に対して形成される場合）であるか、または中央の副層に追加されるコーティングの量によって制御され得る厚さを有することができる。中央の未反応層は、上部および下部の副層を形成する反応の深さによって決定される厚さを有し得る。
いくつかの例では、ラメラ構造の１つまたは複数の層は、焼結中にセラミック本体の周囲のセラミック材料と反応するか、またはそれに溶解するように選択された均質または固体材料のプレートを含み、それによってそれ自体またはセラミック本体の熱伝導率を局所的に改変し、セラミック本体内のラメラ構造に対する所望の熱伝達プロファイルを達成することができる。従来、ホットプレスは、ボイドおよびチャネルを除去する。いくつかの例では、プリフォーム構造またはセラミック本体は、内部ボイドまたはチャネルを内部に形成または含むために、他の方法によって具体的に形成される。意図的なボイドまたはチャネルは、ラメラ構造の特定の層上または隣接して設けられ、所望の熱伝達（熱伝導率）プロファイルを提供するように構成され得る。いくつかの例では、セラミック本体は、すべての高温処理が完了した後に化学的にエッチング除去することができる犠牲層に焼結されたものを含み得る。
いくつかの例は、繰り返し不可能な構成要素の載置に関連する熱伝導率の問題に対処することができる。いくつかの例は、例えば、基板支持アセンブリ２００（例えば、台座）のセラミック本体内に適切な材料の剛性シートまたはプラットフォームを含めることによるデータムまたはベース構造を採用し、セラミック本体の製造中に他の台座構成要素の相対位置を拘束する。セラミック本体は、拘束された構成要素として、上述の１つまたは複数のタイプによるラメラ構造を含み得る。
いくつかの例では、データム構造として構成された予備焼結プレートまたはプラットフォームは、ヒータ回路の加熱要素の最終的な場所に対する焼結中のセラミック本体内の初期密度変動の影響を低減するために、ヒータ回路の平面に近接したセラミック本体プリフォーム内に位置する。
いくつかの例では、データム構造は、所望のまたは固定された構成のみでヒータ要素２０４を受け入れるように構成されたセラミックプレートを含む。ヒータ要素２０４は、留め具および／または適切な接着剤を使用してセラミックプレートに取り付けることができる。いくつかの例では、焼結可能なプリフォームは、ダイに載置する前にセラミックプレートに取り付けられ得、焼結中に加熱要素の場所を拘束するようにさらに構成され得る。
本明細書のいくつかの例は、熱応力に対するラメラ構造を含む基板支持アセンブリ２００またはセラミック本体の脆弱性に対処することができる。ここで、いくつかの例では、望ましい構造性質を有する１つまたは複数の構造要素（プレート、フープ、ビーム、または他の適切な要素など）は、プリフォーム、ラメラ構造、もしくはセラミック本体内に載置され、表面でまたは関連するプリフォーム、ラメラ構造、もしくは本体内で発生する可能性のある予想される熱応力に対抗する。いくつかの例では、プリフォーム、ラメラ構造、またはセラミック本体内の１つまたは複数の構造部材は、それらが設けられるセラミック材料のバルクよりも大きな熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。構造部材が最終的な形状をとる製作温度と、セラミック本体、または構造部材が使用される台座もしくはＥＳＣの使用温度との間の差により、構造部材に引張応力が発生する可能性がある。
いくつかの例では、プリフォーム、ラメラ構造、またはセラミック本体は、内部に埋め込まれた高ＣＴＥ構造部材が、それらが載置される周囲の材料よりも速い速度で（例えば、クリープ変形によって）変形する温度で焼結した後に熱処理される。より速い変形速度は、ラメラ構造またはセラミック本体プリフォーム内の熱応力を緩和することができ、いくつかの例では、緩和は、特定の制御されたレベルまたは所望のレベルで提供される。
いくつかの例では、プリフォーム、ラメラ構造、またはセラミック本体の１つまたは複数の異なる部分または部品は、最終的な応力プロファイルを制御または発生するために、選択的熱処理、合金化、ドーピング、または他の方法を使用するなどして、異なるクリープ速度を経験するように設計され得る。いくつかの例は、例えば上述のように、添加剤でコーティングされた、または構造要素を囲む材料の熱膨張係数を局所的に改変する化学的表面処理を介して修飾されたセラミック構造要素を含むことができる。構造要素の材料は、焼結中に特定の方式で周囲のセラミック材料と反応するか、または周囲のセラミック材料に溶解するように選択され、プリフォームに追加され得る。反応もしくは溶解は、熱膨張係数を改変する可能性があり、いくつかの例では、追加された材料は、実際に、周囲のバルクセラミック材料内のラメラ構造の構造部材もしくは層を構成するか、またはそれらに含まれ得る。
本明細書のいくつかの例は、ホットプレスにおける限られたダイスペース、またはより一般的には、高温処理における「備品」（例えば、ダイ、ボート、るつぼなどを含む）の構成に関連する問題に対処することができる。いくつかの例には、焼結前にダイ内のセラミック材料の量を増やすこと、および／または所与の熱均一性仕様を達成するために必要なセラミックの厚さを減らすことが含まれる。いくつかの例では、セラミック材料の１つまたは複数のプレート（例えば、ラメラ構造の１つまたは複数の層を形成する）が、圧力をかけずに焼結され、次に１つまたは複数のプリフォームに追加される。各プリフォームの従来の高さを低くしてダイ材料の最終体積を最小化することができ、これにより、より多くのプリフォームを所与のダイ内に収めることができる。
いくつかの例では、基板支持アセンブリ２００（台座）の設計は、改善された熱拡散を利用するように構成される。例えば、ウエハ２１０は、より薄いセラミック本体が同じまたは同様のウエハ処理性能を達成することを可能にしながら、熱均一性を犠牲にすることなく従来よりも加熱要素の近くに載置することができる。このアプローチにより、原材料およびホットプレス能力を節約することが可能である。
したがって、いくつかの例では、別個の熱伝導性材料の１つまたは複数のプレートまたは層を基板支持構造（セラミック台座、またはモノリシックセラミック本体など）に組み込むことにより、基板支持アセンブリ２００に異方性熱性質を付与し、改善された熱拡散性能を可能にすることができる。そのようなプレートまたは層の組み込みは、それらが載置されるセラミック本体材料の焼結の前に実施され得る。このアプローチにより、破壊に対する耐性が改善された台座用のプレストレストセラミック本体の構築も可能にすることができる。本明細書のいくつかの例を使用して、セラミック本体内の内部構造のより優れた制御を達成し、これらの台座を製造するシステムのスループットを向上させることができる。
ここで図３を参照すると、本開示による、例示的な基板支持アセンブリ３００の態様が示されている。例示的な基板支持アセンブリ３００は、本開示の例示的なラメラ構造３１６を含む。例示的な基板支持アセンブリ３００は、不十分な熱拡散およびホットスポットの形成を含む、上記でさらに論じた制限の１つまたは複数に対処しようとするものである。基板支持アセンブリ３００は、ヒータ要素３０４が設けられる台座本体３０２を含む。台座本体３０２は、モノリシックセラミック本体を含むか、またはそれによって構成され得る。台座本体３０２はまた、ＲＦ／ＥＳＣ電極３０６を含む。台座本体３０２は、ステム３０８などの機械的支持体によって支持される。電力ライン３１２および３１４が、電力をヒータ要素３０４およびＲＦ／ＥＳＣ電極２０６に供給する。いくつかの例では、ライン３１２および３１４は、示すようにステム２０８を通過する。基板処理中、基板支持アセンブリ３００は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ３１０などの基板１０５を支持する。
図示の例では、ラメラ構造３１６は、層状またはラメラ配置で上下に垂直方向に配置された２つの層３１８および３２０を含む。いくつかの例では、基板支持アセンブリ３００の周囲または隣接するセラミック材料は、それぞれ、層３１８および３２０の下、間、および上に配置された３つの追加の層を構成すると見なすことができる。したがって、この例のラメラ構造３１６は、５つの層を含む。ラメラ構造３１６の多くの他の構成が可能である。
いくつかの例では、ラメラ構造３１６の各層は、その長さに沿った方向（すなわち、アセンブリ３００の横方向または図では水平方向）の熱伝導率を増強または遅らせることができる。いくつかの例では、ラメラ構造３１６の各垂直方向に位置決めされた層は、構造３１６内の少なくとも１つの他の層に対して異なる熱伝導率を有し得、その結果、可変熱伝達プロファイルが、基板支持アセンブリ３００の垂直方向、ならびに（またはその代わりに）基板支持アセンブリ３００の横方向に形成される。
いくつかの例では、ラメラ構造３１６の上層３１８は、台座本体３０２の周囲のセラミック材料よりも低い熱伝導率の材料を含む。熱伝導率の低下により、ヒータ要素３０４から放出された熱が基板３１０に直接上方に流れるのを遅らせることができる。いくつかの例では、この配置は、放出された熱が、例えば、基板周辺を支持する台座本体３０２のより低温の領域に向かって横方向に流出するのを容易にする。基板３１０への経路上を進行するヒータ要素３０４からの熱は、横方向に拡散することができるように遅らせられる。いくつかの例では、ラメラ構造３１６の下層３２０は、例えば、ヒータ要素３０４からの熱がステム３０８に下方に流れて排熱として失われるのを遅らせることができる。いくつかの例では、潜在的に浪費される熱が保持され、例えば、基板処理動作を支援するために、支持アセンブリ３００内で横方向に比較的速く拡散し、次に上方に拡散することが可能になる。
他の層構成および材料は、台座本体３０２内に所望の熱伝達または熱伝導率プロファイルを提供するために、ラメラ構造３１６に対して選択され得る。例えば、上層３１８または下層３２０の１つのみが設けられ得る。ラメラ構造３１６内のいくつかの層は、ヒータ要素３０４の片側または両側に配置することができる。いくつかの例では、上層３１８、下層３２０、側層（図示せず）、および台座本体３０２のセラミック材料の熱伝導率および／または材料は各々異なっており、所与の伝導率プロファイルを提供するように選択されてもよい。層の寸法および特定の載置は、台座本体３０２に対して所望の熱伝達または熱伝導率プロファイルを提供するために異なり、かつ／または選択され得る。例えば、ラメラ構造３１６は、セラミックプリフォームに載置され、次に焼結されてセラミック台座本体３０２を形成する低い熱伝導率の常圧焼結窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の１つまたは複数のプレートを含み得、内部に１つまたは複数のプレートが埋め込まれてラメラ構造３１６を画定する。別の例示的なラメラ構造３１６またはセラミック台座本体３０２は、周囲の材料、例えば窒化アルミニウムと反応してセラミック台座本体３０２内に熱伝導率が低下した層をもたらす、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）の埋め込みメッシュを含んでもよい。
いくつかの例では、ヒータ要素３０４は、ヒータゾーン内に設けられ得る。いくつかの例では、１つまたは複数のヒータゾーンを台座本体３０２内に設けることができる。各ヒータゾーンは、複数のヒータ要素３０４を含み得る。いくつかの例では、ＲＦアンテナ３０６（グリッド、またはメッシュなど）は、例えば、外部シャワーヘッド１０３内の台座本体３０２の外側とは反対に、台座本体３０２内に設けられる。熱伝導要素自体としてのＲＦアンテナ３０６の内部載置は、台座本体３０２内またはシリコンウエハ３１０への熱の流れを制御するのを支援することができる。
いくつかの例では、台座本体３０２内にラメラ構造３１６を形成する１つまたは複数の層が各々、均質（固体）または複合の材料または構成要素を含み得る。１つまたは複数の層は、例えば、台座本体３０２内の様々な高さにおいて連続的または不連続的なグリッド形成で設けられ得る。グリッド形成は、台座本体３０２内のヒータ要素３０４を横方向または垂直方向に囲むことができる（または囲まなくてもよい）。オフセット寸法、言い換えれば、ラメラ構造３１６内のグリッド形成要素または層３１８もしくは３２０（例えば）と、ヒータ要素３０４との間の距離を選択し、所望の熱伝達もしくは熱伝導率プロファイルを提供することができる。オフセット寸法は、台座本体３０２の外周または表面に関して同様に確立することができる。
いくつかの例では、ラメラ構造３１６内の層の熱伝導係数は、５～２００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり得る。いくつかの例では、台座本体３０２内のラメラ３１６の熱伝導係数は、７５～００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり得る。いくつかの例では、モノリシックセラミック台座本体３０２の熱伝導係数は、１５０～１９０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり得る。
いくつかの例では、ステム３０８の材料は、台座本体３０２内の層３１８または３２０に含まれる材料と同じ材料を含む。いくつかの例では、層３１８または３２０（またはその一部）は、層とステム３０８との間の接合部に設けられる。
ラメラ構造３１６内の固体または複合層３１８または３２０の外寸は、台座またはセラミック本体の所与の構成または所望の熱伝達特性に適合するように選択することができる。ラメラ構造３１６内の層３１８または３２０の輪郭形状またはプロファイルは、正方形、長方形、または円形の形成、あるいはそれらの組み合わせを含み得る。
特定の層材料は、金属材料または金属間材料を含み得る。層材料には、窒化アルミニウム、窒化ケイ素アルミニウム、酸窒化アルミニウム、アルミン酸イットリウム、アルミン酸マグネシウム、タングステン、モリブデン、銅、炭素、窒化ホウ素、および上記の材料で構成された複合構造が含まれ得る。特定の台座本体の材料には、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素アルミニウム、酸窒化ケイ素アルミニウム、アルミン酸イットリウム、アルミン酸マグネシウム、および上記の材料で構成された複合構造が含まれ得る。
本開示はまた、例示的な方法の実施形態を含む。図４を参照すると、基板支持アセンブリ３００を形成する方法４００は、以下：動作４０２において、プリフォームを成形することによってモノリシックセラミック本体を形成することであって、プリフォームは、セラミック材料を含むことと、動作４０４において、プリフォーム内にヒータ要素３０４を含めることと、動作４０６において、プリフォーム内にＲＦアンテナ３０６を含めることと、動作４０８において、プリフォーム内に１つまたは複数の電力ライン３１２、３１４を設け、電力を使用中のヒータ要素３０４およびＲＦアンテナ３０６に供給することと、動作４１０において、プリフォーム内にラメラ構造３１６を含めるまたは形成することであって、ラメラ構造３１６は、形成されると、モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる熱伝導率を有する少なくとも１つの層を含むことと、動作４１２において、プリフォームを焼結することとを含むことができる。
いくつかの例では、方法４００は、モノリシックセラミック本体内のヒータ要素３０４の上に少なくとも１つの層を設けることをさらに含んでもよい。
いくつかの例では、方法４００は、モノリシックセラミック本体内のヒータ要素３０４の下に少なくとも１つの層を設けることをさらに含んでもよい。
いくつかの例では、方法４００は、少なくとも１つの層内にセラミック材料を埋め込むまたは含めることをさらに含んでもよい。
いくつかの例では、方法４００は、少なくとも１つの層内に金属材料を含めることをさらに含んでもよい。
いくつかの例では、方法４００は、ラメラ構造３１６内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含んでもよく、少なくとも２つの層の１つは、ラメラ構造３１６内の他の層の少なくとも１つとは異なる熱伝導率を有する。
いくつかの例では、方法４００は、ラメラ構造３１６内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含んでもよく、少なくとも２つの層の各層は、ラメラ構造３１６内の他の層とは異なる熱伝導率を有する。
いくつかの例では、方法４００は、ラメラ構造３１６内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含んでもよく、ラメラ構造３１６の少なくとも１つの層の熱伝導率は、モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる。
いくつかの例では、方法４００は、ラメラ構造３１６の少なくとも１つの層内に常圧焼結窒化アルミニウムのプレートを含めることをさらに含む。
いくつかの例では、方法４００は、ラメラ構造３１６内に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）のメッシュを含めることをさらに含み、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）は、プリフォームが焼結されるときにモノリシックセラミック本体の材料と反応する。
特定の例を参照して実施形態が説明されてきたが、本開示のより広い範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な修正および変更を行うことができることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において考慮されるべきである。本明細書の一部を形成する添付の図面は、限定ではなく例示として、主題が実践され得る特定の実施形態を示す。例示された実施形態は、本明細書に開示された教示を当業者が実践できるように十分詳細に説明されている。本開示の範囲から逸脱することなく構造的および論理的な置換および変更を行うことができるように、他の実施形態を利用してもよく、また、明細書に開示された教示から他の実施形態を導き出してもよい。したがって、この詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲と、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物のすべての範囲とによってのみ定義される。
本発明の主題のそのような実施形態は、本明細書において個々におよび／または集合的に「発明」という用語によって言及される場合があるが、これは単に便宜上の問題であり、本出願の範囲を任意の単一の発明または発明概念（もし実際に複数が開示されているならば）に自発的に限定する意図はない。したがって、本明細書では特定の実施形態を例示し説明したが、同じ目的を達成するために算定された任意の構成が、示された特定の実施形態の代替となり得ることを理解されたい。本開示は、様々な実施形態のありとあらゆる適応または変形を網羅することを意図している。上記の実施形態と、本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態との組み合わせは、上記の説明を検討すれば、当業者には明らかであろう。

Claims (20)

  1. モノリシックセラミック本体と、
    前記モノリシックセラミック本体内に配置されたヒータ要素と、
    前記モノリシックセラミック本体内に配置されたＲＦアンテナと、
    電力を前記ヒータ要素および前記ＲＦアンテナに供給する１つまたは複数の電力ラインと、
    前記モノリシックセラミック本体内に形成または含まれるラメラ構造であって、前記モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる熱伝導率を有する少なくとも１つの層を内部に含むラメラ構造と
    を備える、基板支持アセンブリ。
  2. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記少なくとも１つの層は、使用中の前記ヒータ要素の上に配置される、基板支持アセンブリ。
  3. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記少なくとも１つの層は、使用中の前記ヒータ要素の下に配置される、基板支持アセンブリ。
  4. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記少なくとも１つの層は、セラミック材料を含む、基板支持アセンブリ。
  5. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記少なくとも１つの層は、金属材料または金属間材料を含む、基板支持アセンブリ。
  6. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記ラメラ構造は、少なくとも２つの層を含み、前記少なくとも２つの層の１つは、前記ラメラ構造内の他の層の少なくとも１つとは異なる熱伝導率を有する、基板支持アセンブリ。
  7. 請求項６に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記ラメラ構造の少なくとも１つの層の前記熱伝導率は、前記モノリシックセラミック本体の前記熱伝導率とは異なる、基板支持アセンブリ。
  8. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記ラメラ構造は、少なくとも２つの層を含み、前記少なくとも２つの層の各層は、前記ラメラ構造内の他の層とは異なる熱伝導率を有する、基板支持アセンブリ。
  9. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記ラメラ構造の前記少なくとも１つの層は、常圧焼結窒化アルミニウムのプレートを含む、基板支持アセンブリ。
  10. 請求項１に記載の基板支持アセンブリであって、
    前記ラメラ構造は、前記モノリシックセラミック本体内に形成または含まれると、前記モノリシックセラミック本体の材料と反応する窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）のメッシュを含む、基板支持アセンブリ。
  11. 基板支持アセンブリを形成する方法であって、
    プリフォームを成形することによってモノリシックセラミック本体を形成することであって、前記プリフォームは、セラミック材料を含むことと、
    前記プリフォーム内にヒータ要素を含めることと、
    前記プリフォーム内にＲＦアンテナを含めることと、
    前記プリフォーム内に１つまたは複数の電力ラインを設け、電力を使用中の前記ヒータ要素および前記ＲＦアンテナに供給することと、
    前記プリフォーム内にラメラ構造を含めるまたは形成することであって、前記ラメラ構造は、形成されると、前記モノリシックセラミック本体の熱伝導率とは異なる熱伝導率を有する少なくとも１つの層を含むことと、
    前記プリフォームを焼結することと
    を含む、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記モノリシックセラミック本体内の前記ヒータ要素の上に前記少なくとも１つの層を設けることをさらに含む、方法。
  13. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記モノリシックセラミック本体内の前記ヒータ要素の下に前記少なくとも１つの層を設けることをさらに含む、方法。
  14. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つの層内にセラミック材料を埋め込むまたは含めることをさらに含む、方法。
  15. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つの層内に金属材料を含めることをさらに含む、方法。
  16. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ラメラ構造内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含み、前記少なくとも２つの層の１つは、前記ラメラ構造内の他の層の少なくとも１つとは異なる熱伝導率を有する、方法。
  17. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ラメラ構造内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含み、前記少なくとも２つの層の各層は、前記ラメラ構造内の他の層とは異なる熱伝導率を有する、方法。
  18. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ラメラ構造内に少なくとも２つの層を含めることをさらに含み、前記ラメラ構造の少なくとも１つの層の前記熱伝導率は、前記モノリシックセラミック本体の前記熱伝導率とは異なる、方法。
  19. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ラメラ構造の前記少なくとも１つの層内に常圧焼結窒化アルミニウムのプレートを含めることをさらに含む、方法。
  20. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ラメラ構造内に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）のメッシュを含めることをさらに含み、前記窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）は、前記プリフォームが焼結されるときに前記モノリシックセラミック本体の材料と反応する、方法。
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