JP4711901B2 - 半導体処理装置において熱膨張差を有する材料間の結合に有用なシーリングデバイス及び方法 - Google Patents

Description

発明の内容

[発明の詳細な説明]

[産業上の利用分野]
本発明は異なる圧力下で作動される半導体処理炉の２つの部分間にシール部材を与えるために使用される装置と方法に関する。特に、該半導体処理炉が広い温度範囲（約６００℃）で作動し、シールが実質上異なる膨脹係数を有する２つの材料間を結合しなければならない場合に、当該装置と方法は特に有用である。

[従来の技術]
半導体デバイス等の電子部品の作成においては、製造処理（製造プロセス）は基板が約１０^-3Torr以下の分圧(a partial pressure)に露出されつつ冷却されることが頻繁に必要となる。その様な分圧真空状態下での基板冷却を要する処理（プロセス）としては、例えば、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、イオンインジェクション法、及び特別な形態のプラズマエッチングがある。

ＰＶＤ法は基板上に薄膜を堆積させるために使われる。スパッタリング処理等のＰＶＤ処理を用いて、アルミニウム、チタニウム、タングステン、タンタル、窒化タンタル、コバルト、及びシリカのような膜材料をセラミック、ガラス、またはシリコンを基礎とする基板(silicon-derived substrates)上に堆積させることができる。この様な典型的なスパッタリング処理では、真空チャンバ内にて、アルゴン又はヘリウム等のイオン化ガスの低圧雰囲気が生成される。真空チャンバ内の圧力は約１０^-6Torr乃至１０^-10Torrまで減ぜられ、その後に、例えばアルゴンは０．０００１Torr（０．１mTorr ）から０．０２０Torr（２０mTorr ）の範囲でアルゴンの分圧を発生させるために導入される。２つの電極、カソードとアノードは通常真空チャンバ内に配置される。カソードは堆積され、又はスパッタリングされる材料で通常作られ、陽極は一般的に包囲体(enclosure)で形成される（真空チャンバの特定の壁、又は例えば基板が置かれるプラットフォーム）。時には、補助アノードを使用してもよく、コーティングされる物品をアノードとしてもよい。これら２つの電極間に高圧が印加され、コーティングされる基板はカソードの反対側に位置するプラットフォーム上に配置される。基板が合う、(set)プラットフォームはしばしば熱せられ、および／又は冷却され、熱がプラットフォームと基板との間を移動されることで、基板上に滑らかでかつ、さらに薄い膜を得ることを促進(assist)する。滑らかで膜状のコーティングを得るために、基板を数度の範囲内で均一な温度に維持できることが望ましく、その温度は、この膜が形成される材料の融点に近く、しかし、それより低い温度であればいっそうよい。特定の処理が行われた場合には、基板温度が毎回再現性(repeatable)があることが非常に重要である。それゆえ、この熱のプラットフォームと基板との間の熱伝達は均一で再現性(repeatable)がなければならない。

処理（真空）チャンバ内の圧力が１Torr以下の場合は、対流／伝導による熱伝達は実行不可能になる。この低圧環境は基板と支持プラットフォームの間の熱伝達に影響を与える。又、支持プラットフォームとそのプラットフォームを加熱、冷却するためにプラットフォームに隣接された加熱又は冷却コイルような熱伝達手段との間における熱伝達にも影響を与える。

基板とプラットフォームは直接伝達による充分に均一な熱伝達を得ることができると思われる完全な平面を一般に有していないので、プラットフォームと基板との間に熱伝達流体を供給し、支持プラットフォームと基板との間に一様な熱伝達の提供を助けることに役立つ。ＰＶＤ法のスパッタリング処理において、支持プラットフォームと基板との間に熱伝達流体としてガスを存在（又は、介在）させて用いる技術が知られている。この様な典型的な流体としてのガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、水素、四フッ化炭素、六フッ化炭素などや、その他低圧で良好な熱伝達を行うのに適した他の適当なガスでも良い。流体は支持プラットフォームの基板に対向した面にある複数の開口を通じて、又は開放した溝(exposed channels)の中から、一般的に供給される。基板と支持プラットフォーム表面の間の熱伝達用流体の存在によって、個別的な層堆積処理にもよるが、一般的に約１Torrから約１００Torrの範囲のほぼ静圧のガス圧を発生させる。

前記のように、基板の背面（未処理）とその支持プラットフォームとの間に使われる熱伝達流体により発生する先に述べた正圧により、前記したように、基板の縁が機械的に固定されている薄い基板を弓なりに撓ませる傾向がある。典型的なシリコンウエハー基板の周囲が機械的に固定された場合に、過剰な基板の撓み、例えば、基板の中央部で１０マイクロメーターの撓み、は基板中央部付近の熱伝達を減少させ、結果として、一般的に基板の不均一な加熱を引き起こす。更に、基板と支持プラットフォームとの間に熱伝達流体を提供するガスが基板の縁から漏れる事によって、基板の下から処理真空チャンバ内への正味流量(a constant net flow of fluid)が発生する。基板処理の間に用いられるガス漏出の量は約１０％から約３０％までの範囲で通常は変化する。

基板の弓状湾曲と基板の縁からの熱伝達流体の漏出を防ぐ１つの手段は静電チャックを支持プラットフォームとして使用する事である。静電チャックはクーロン力によって基板の下面の全てを強固に固定するもので、支持プラットフォームへの機械的な基板固定に対しての代案となる。静電チャックを用いて基板がプラットフォームに強固に固定された時は、処理中の基板の平面度(flatness)が向上する。典型的な静電チャックでは、基板（半導体素材又は、非磁性体、導電性素材）が平行板コンデンサーの１枚を効果的に形成する。基板支持プラットフォームはコンデンサーの残りの部分により一般に形成され、それは誘電層が第２の導電性プレートの表面に位置し構成される。

基板が乗る支持プラットフォームは処理チャンバの中で行われる処理の種類によって異なるが、色々な方法で熱したり、冷却したりすることができる。支持プラットフォームを加熱するために、例えば、放射を用いた加熱、誘導を用いた加熱、又は抵抗を用いた加熱を用いることができる。すなわち、基板は支持プラットフォーム内部の内部通路(internal passageways)を通じて循環される熱伝達流体を用いて熱したり、冷却したりすることが可能であり、あるいは別案では、加熱又は冷却は支持プラットフォームに近接、多くの場合密着した加熱又は冷却コイルのような熱伝達表面(aheat transfer surface) を用いて達成され得る。支持プラットフォームを加熱又は冷却する手段はプラットフォームを構成する材料によってしばしば異なる。処理チャンバ内における分圧（partialpressure）が１Torr以下の時は、熱対流、熱伝達が実質的な割合で起こり得ないために、支持プラットフォームはその支持プラットフォームに近接した熱伝達表面によって加熱又は冷却されることができない。

静電チャックを形成するために用いられ得る従来技術に記載されたものには、構成材料や、構造上実現可能なものが数多くあります。静電チャックを加熱又は、冷却する手段（それによって、基板が加熱、又は冷却される）は、用いられる構成材料や静電チャックの全体構造によって異なります。

１９８８年９月２０日に発行され、テズカ マサシに付与された米国特許Ｎｏ．４，７７１，７３０号明細書は水の循環のための浅い導管（又は溝，conduits）を内部に持つ伝熱性検体テーブル(conductive specimen table、おそらくアルミニウムなどの金属材料から作られている）を有する静電チャックが記載されている。その伝熱性検体テーブルの上面にＡｌ₂Ｏ₃ (alumina) などの材料の誘電層によって包まれるアルミニウムのような金属から構成されている電極を包含する。処理される基板は誘電層材料の上面に取り付けられる。静電チャックを形作るサンドイッチ状構成材料が非常に異なる膨脹係数を有することは全く明白である。サンドイッチ状材料を数１００℃の範囲にわたる動作温度に露出することにより、サンドイッチ状の層の間に応力を生じ、この応力によって、より脆弱な層の変形または破壊、および、動作不良、そして最終的に静電チャック全体の失敗につながるかもしれない。

１９９２年１０月１３日に発行され、ローガン等に付与された米国特許Ｎｏ．５，１５５，６５２号明細書には静電チャックのアセンブリを詳細に開示している。上部分離層(a top isolation layer) とは、基板上に配置された導電性静電パターンから構成される静電パターン層をいい、加熱層とは基板上に配置された導電性加熱パターンから構成され、支持層(asupport layer) は、内部に背面冷却と断熱通路を備えるヒートシンクベ−スを有する。その分離層に好ましい材料は熱分解性ボロン窒化物、ユニオン カーバイド社で入手可能であるBorally 11 （登録商標）である。静電パターン層は特に定義されていない。加熱層は導電性加熱パターンをその上に持つ基板から構成され、その基板は熱分解性ボロン窒化物が好ましい。導電性加熱パターンは熱分解性グラファイトから構成されることが好ましい。支持層は、電気エネルギーを金属路に通すために、加熱層内部に貫通し配置される金属路を持った、ボロン窒化物から構成されることが好ましい。ヒートシンクベースは、支持層の金属路と電気的接触を機能させるために、内部に貫通するクリアランスホールを持った材料の熱伝導性ブロックから構成される。ヒートシンクベースも冷却流体の循環のための通路を内部に持つ。ヒートシンクベースのための材料選択は重要と言われており、それは構造内の全ての他の層の熱膨張係数と適合しなければならないという理由からである。ウエスティングハウス・エレクトリック社より入手可能な、鉄／ニッケル／コバルト合金である、Ｋｏｖａｒ（登録商標）は、ヒートシンクベースを形成するために使用されることが勧められる。

ヒートシンクベースは数ある技術の１つを用いて、支持層の座面に接着(be bonded) されると言われている。それらの技術に、ろう付けする事(brazing)が含まれ、すなわち、金の接触パッドが、それぞれの接着面に堆積され、各部片は共に固定され、アセンブリはろう付け炉の中で加熱される。第２のヒートシンクベースを支持層の底面に接着するための方法は、熱伝導性セラミックセメントを適用する方法です。第３の方法は、支持層の底面にフランジを作成し、ヒートシンクベースの上部にはクランプリングを作成して、２つの部品を一緒にし機械的に固定する方法です。

ローガン等により記述されたこの種の構造は、構成する材料、構造自体の作成の双方の観点から、構成するために非常に高価になる。

ローガン等に付与された１９９３年３月２日に発行された米国特許Ｎｏ．５，１９１，５０６号明細書は、静電チャックアセンブリを詳細に記述している。上部多層状セラミック分離層とは、多層セラミック基板の上に配置された、伝導性静電パターンを持つ静電パターン層であり、多層状セラミック支持層と、および、内部に加工された背面冷却用通路を持ったヒートシンクベースと、を含んでいる。多層セラミック構造は、多層セラミックに適用され得る技術を用いて、一緒に接着され、かつ、ヒートシンクベースは多層状セラミック支持層の底面にろう付けされる。構造の材料は、米国特許Ｎｏ．５，１５５，６５２号明細書に記述されたものと基本的に同等である。ヒートシンクベースは、それぞれの接着表面に金接触パッドを堆積させ、各部片を共にずれなく合わせ、かつ、ろう付け炉でアセンブリを加熱することによって、静電パターン層にろう付けされると言われている。

[発明が解決しようとする課題]
上記に参照した米国特許は、冷却する事が含まれた場合、冷却は流体の流動を用いて達成される。a)接触している誘導体に適合した膨脹係数を持った、特殊な金属合金との直接接触によるか、または、b)誘電材料自体に直接接触させるかのいずれかである。これは、伝導／対流による熱伝達が実質的に不可能な部分真空下で、基板処理が行われる真空チャンバ全体が操作されるという理由で、必要になる。上記に参照した特許に記載された、この種の特殊金属合金ヒートシンクベースを用いることは、非常に高価である。更に、一般に記載されているこの種の誘電材料冷却流体との直接接触は、効果的な熱伝達を生じないかもしれず、かつ、結果として誘電材料自体の破壊につながるかもしれない。誘電体として、典型的に用いられるセラミック材料は、温度差に一般的に敏感であり、かつ、加熱要素とその近くの冷却要素との間の温度差は、そのセラミックに破壊を引き起こすかもしれない。

高価な構造の材料の使用を必要とせず、効果的な熱伝達手段を供給する静電チャック（又は、低圧下の半導体処理に用いられる他のいかなる基板支持プラットフォーム）の冷却手段を持つことは、非常に優位性があるであろう。

[課題を解決するための手段及び作用]
本願に従い、半導体処理リアクタにおいて異なる圧力で作動する２つの部分の間をシールする装置と方法が開示される。このようにシールを与えることにより、基板支持プラットフォームの少なくとも基板接触部分を除く部分を、伝導や対流の熱移動手段を用いた熱移動が可能となる適切な圧力下におきつつ、伝導や対流による熱移動が実用的でない不完全真空下での基板の処理を可能とする。

本発明は、少なくとも３００℃の温度範囲で、典型的には約１５psi （１．０３４ｘ１０⁶dynes/cm² 、１．０５５kg/cm ² ）以下であって、線膨張係数に実質的な差を有する少なくとも２つの材料間を結合する場合に、圧力差に耐える能力を有するシール装置を包含する。線膨張係数の差異は、結合されている材料の組成にもよるが、６００℃で測定され、典型的に少なくとも約３ｘ１０^-3in./in./℃（m/m/℃）である。シール手段は、作動温度範囲が約０℃から約６００℃までの間であって、６００℃で測定し約３ｘ１０^-3℃^-1から約２５ｘ１０^-3℃^-1までの範囲にある線膨張係数における差を持った２つの材料を、結合している場合に、少なくとも約１５psiの圧力差に耐えられることが好ましい。

個別的には、シール手段は、シール部材が結合するそれぞれの材料に繋がれた、薄い金属包含層を包含する。薄い金属包含層を包含する材料は、結合される材料のどれか（または１つ）に近い膨張係数を示すことが好ましい。典型的には、金属包含層は、結合される、最も低い熱膨張係数の材料に、比較的近い熱膨張係数を持つように選択される。金属包含層が、金属（または金属合金）と、アルミナやアルミニウム窒化物のようなセラミック材料の間を、結合する場合は、金属包含層は、約６００℃において、約２ｘ１０^-3から約６ｘ１０^-3in./in./℃の範囲、または、より好ましくは約６００℃において、約２ｘ１０^-3から約４ｘ１０^-3in./in./℃の範囲である、線膨張係数を有するように選択される。薄い金属包含層の断面の厚さは、典型的には０．０３９in.（１mm）未満である。

その薄い金属包含層を結合される材料に繋ぐための好ましい方法は、ろう付け(brazing) である。ろう付けによって、薄い金属包含層は、第３の材料を連結媒介材(couplingagent)として用いて、結合される材料のそれぞれに連結される。その連結媒介材またはろう付け材料は、線膨張係数は、ろう付け材料は、比較的に柔軟で、薄い金属包含層と共に作動されるように設計されているために、薄い金属包含層の線膨張係数ほどには小さい値である必要はない。ろう付け材料の重大な要素(acritical parameter)は、薄い金属包含層と、結合されるそれぞれの材料の表面に完全に浸潤し、かつ、よく接着することである。他の重大な要素は、ろう付け材料が応力を緩和する能力を有する（低応力材料である）ことである。それゆえ、低いヤング率と高い降伏点を持つ材料が、望ましいろう付け材料となる。

本発明の方法は、半導体処理チャンバまたは炉において有用であって、チャンバ内の処理エリアの間にシール部材を供給することが必要な時と、異なる線膨張係数を示す少なくとも２つの表面をシール部材が結合する時と、半導体処理チャンバの動作温度範囲が少なくとも３００℃である時に、a)異なる線膨張係数を示す、少なくとも２つの材料の表面を準備する工程と、b)結合される、最も低い線膨張係数を有する材料に近い、線膨張係数を有する、薄い金属包含層の材料を提供する工程と、c)そのシールによって結合されなくてはならない、少なくとも２つの表面のそれぞれに対して、（材料の）金属包含層をろう付けし、もって、金属包含層と、ろう付け材料、及び、その金属包含層がろう付けされる表面を、シール装置として機能させるろう付け工程とを含むシール部材を提供する方法。材料の金属包含層は、材料の金属包含層の分子と、結合される、それぞれの表面を包含する材料の分子との混合を可能にする技術を用いて、結合されるそれぞれの表面に、ろう付けされる。材料の金属包含層の好ましい断面の厚さは、約０．３９in.（１mm）以下である。典型的には、結合される少なくとも２つの表面を包含する材料の線膨張係数差は、約６００℃において、少なくとも約３ｘ１０^-3in./in./℃（m/m/℃）である。

[実施例]
本発明は半導体処理（半導体プロセス）の間に、実質的に異なる線膨張係数を有する２つの材料間を結合するために用いられるシール手段であって、半導体処理チャンバの異なる部分が、例えば、室温から約６００℃までの広い温度範囲にわたり、異なる絶対圧力下で作動される場合に関する。

当業者は、この発明を読んで、本発明に関して、多くの適用例を持つであろう。しかしながら、この発明は、処理（プロセス）されつつある基板が、熱を発するスパッタリング、イオンインジェクション、または、エッチング処理を受ける場合や、静電チャックが基板を支持するために使われているとき、そして、静電チャックを冷却できるようにするために必要なときに、半導体処理において発明は特に有用である。以下に記載された発明の望ましい具体例は、スパッタリング処理に向けられたものであるが、熱を除去する能力を有しつつ、基板を加熱する、他の処理に対しても同様に適用できる。

図１は、基板支持プラットフォーム１０２を含む半導体処理に用いる装置１００を示す。基板支持プラットフォーム１０２は静電チャックとして機能する。すなわち、基板支持プラットフォーム１０２は、非磁性体の半導体または非磁性体の導電基板１０４がコンデンサー(capacitor) の第１プレートを構成し、誘電体内部層が上部平盤(uppper platen) １０６の一部分により供給され(isfurnished)、かつ、第２の導電プレートが上部平盤(upper platen)１０６内部に埋め込まれた導電層(conductive layer)１１１により供給される。

支持プラットフォーム上部平盤１０６は、熱分解性(pyrolytic) ボロン窒化物、アルミニウム窒化物、シリコン窒化物、アルミナまたは同等の材料などの高熱伝導性誘電材料から作成される。プラットフォームハウジング１０８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなどの材料から典型的には作成されるが、ステンレス鋼が好まれる。

上部プラットフォーム平盤１０６は、その上部プラットフォーム平盤１０６を加熱するために使用されることができ、埋め込まれ、かつ、導電性の加熱パターン１１０を有することが望ましい。任意に選択できるが、基板支持プラットフォーム１０２は着脱可能な挿入部材(insert)１１２を有し、さらにシャドウリング１１４を有してもよい。挿入部材１１２は再生使用可能な要素であって、後方散乱、堆積材料を捕らえ、そして、上部プラットフォーム平盤１０６を清掃する必要性をなくすために用いられる。挿入部材１１２は上部平盤１０６を構成する誘電材料に近い膨張係数を有する比較的に安価な材料より構成されている。挿入部材用材料の例として許容し得るものにアルミニウムがある。

リフトフィンガ１１６は、上部プラットフォーム平盤１０６の上方で基板１０４を持ち上げることができるように基板支持プラットフォーム１０２と共に使用されそれにより、基板１０４は基板支持プラットフォーム１０２を囲む半導体処理チャンバ（示されていない）の内部で基板を移動させるために用いられる機械的な装置（示されていない）により把持されることができる。

基板１０４の冷却は、上部プラットフォーム平盤１０６を冷却し、基板１０４から上部プラットフォーム平盤１０６へ熱伝達することにより達成する。上部プラットフォーム平盤１０６は、冷却コイル１１８を用いて冷却され、そこで、第１の熱伝達流体は入口１２０から入って、冷却コイル１１８を通過し、出口１２２から出る。冷却コイル１１８は、プラットフォーム平盤１０６に直接に近接して使用されることができるが、上部平盤１０６と冷却コイル１１８との間により均一な熱伝達を供給するために、典型的に冷却プレート１２４は冷却コイル１１８と共に用いられる。冷却プレート１２４の使用は上部平盤１０６の表面上の固有の位置において要求される温度差の量を減少させる。もし、上部平盤１０６を有する誘電材料の丁度隣りに冷却コイル１１８が置かれている場合には、この位置においての極端な温度差は誘電材料の構造に損害を与えるかもしれない。

スプリングサポート１２６は、上部平盤１０６と冷却プレート１２４の間に密接なる接触を維持するために用いられる。冷却コイル１１８は、例えば、ステンレス鋼、タングステン、モリブデン、または、Ｋｏｖａｒ（登録商標）から一般に作成される。冷却プレート１２４の他の実施例としては、タングステン、モリブデン、または、Ｋｏｖａｒ（登録商標）などのより小さい熱膨張係数を有する材料の層は、その層に取り付けてあるステンレス鋼などの材料の第２の熱伝導プレートと共に上部平盤１０６にろう付けされ得る。

この発明の詳細な説明の従来技術の欄に記載されているように、基板１０４の半導体処理は、絶対圧力が頻繁に０．１mTorr という程低い部分真空下で行われる。それゆえ、第２の熱伝達流体は、基板１０４と上部平盤１０６の間での熱伝達を得るために使用してもよい。（基板１０４と上部平盤１０６との間は比較的に平坦な表面で、良好な接触であるにもかかわらず）。導管１２８は、図１に示されていない源(asource)から、第２の熱伝達流体を移動させるために用いられる。導管１２８は、プラットフォーム平盤１０６に取り付けられ、その結果、第２の熱伝達流体は、開口１３０へ流れ、そして支持平盤１０６の上面１３４上にある、開放通路１３２の中へ流れる。熱電対１３６は、プラットフォーム平盤１０６の温度を感知すると共に情報をコントローラに伝達するのに用いられる。ここで、コントローラは、電気的に導電性エレメント１１０によるプラットフォーム平盤１０６の加熱、または、冷却プレートと共に用いられることが望ましい冷却コイル１１８を介してプラットフォーム平盤１０６を冷却するために必要する。

基板１０４を囲む処理チャンバは、前述した部分真空下にあるため、そして、この部分真空は、冷却コイル１１８、冷却プレート１２４、そして、プラットフォーム平盤１０６との間の実質的な熱伝達を妨げるため、冷却コイル１１８、冷却プレート１２４、および、プラットフォーム平盤１０６との間に第３の熱伝達流体（雰囲気ガス（a gaseous atmosphere) の形態で）が存在することが必要である。この第３の熱伝達流体は、簡易的には、半導体処理ガスまたは空気のうちの１つであってもよい。第３の熱伝達流体を使用するためには、内部で基板処理される装置の１部分から、内部で第３の熱伝達流体が作動しうる処理装置の１部分を隔離し得ることが必要である。これは、シール手段１３８と１４０を用いて達成される。シール手段１３８は導管１２８と上部平盤１０６との間を結合する。シール手段１４０は支持プラットフォームハウジング１０８と上部平盤１０６との間を結合する。

シール手段１３８は、図１に示されるように、一端が上部平盤１０６の表面にろう付けされ、他端が導管１２８または第１延長部材１３９のいずれかにろう付けされる、薄い金属包含ストリップまたはリボン状部材から構成される。シール手段１３８と１４０は約０℃から約６００℃の動作温度範囲における約１５psiの圧力差に耐える能力を有すべきである。

前述したように、上部平盤１０６は、熱分解性ボロン窒化物、アルミニウム窒化物、シリコン窒化物、または、アルミナなどの誘電性材料から構成されることが望ましい。熱分解性ボロン窒化物は、その平盤の長手方向と、幅方向(planarlength and width direction) にわたり、約６００℃において約１．５ｘ１０^-3in./in./℃の熱膨張係数を有し、その断面厚さにわたり約６００℃において約４０ｘ１０^-3in./in./℃の熱膨張係数を有する異方性材料である。アルミナはより等方性であって、６００℃において約０．００８ｘ１０^-3in./in./℃の熱膨張係数を有する。アルミニウム窒化物もまたより等方性であって、６００℃において０．０１ｘ１０^-3in./in./℃の熱膨張係数を有する。

上部平盤１０６に取り付けられていなければならない導管１２８は、例えば、ステンレス鋼、または銅のような材料から構成されている。これらの材料は、約６００℃で測定された約６．８ｘ１０^-3ないし１２ｘ１０^-3in./in./℃の範囲にわたる線膨張係数を、約６００℃において有する。支持プラットフォームハウジング１０８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなどの材料から構成され、これらの材料は約６００℃において約６．８ｘ１０^-3から１５．９ｘ１０^-3in./in./℃の範囲にわたる線膨張係数を有する。シール装置１３８と１４０にわたる線膨張係数の不一致による効果の補償を助力するために、そして、アルミナまたはアルミニウム窒化物が上部平盤１０６を有する場合に、そのシール装置の内に発生する応力を減少させるために、延長部材１３９を導管１２８へ、そして、延長部材１４２をプラットフォームハウジング１０８へ溶接することが望ましい。それらの延長部材は、例えば、約６００℃において、約２ｘ１０^-3ないし４ｘ１０^-3in./in./℃の範囲にわたる線膨張係数を有する。この範囲にわたる線膨張係数を有し延長部材１３９と１４２を形成するために用いられることができる材料は、これらに限定されるわけではないが、モリブデン、タンタル、チタニウム、タングステンと登録商標Ｋｏｖａｒを含む。延長部材１３９と導管１２８との間で、または、延長部材１４０とプラットフォームハウジング１０８の間で伝達された熱は危険を生じる量ではないので、熱膨張のいかなる不一致の危険を生じることなく、導管１２８とプラットフォームハウジング１０８にその延長部材は溶接されることができる。

図２は、シール手段１４０の拡大図を示す。しかし、シール手段１４０に適用される一般的な記述は、シール手段１３８にも適用され得る。シール手段１４０は薄い金属包含層２０２（ストリップ状、バンド状、リボン状の形態で）から構成される。上部平盤１０６がアルミナ、または、窒化アルミニウムを有する場合に、層２０２のための好ましい材料は比較的に低い線膨張係数を持った材料である。上部平盤１０６が、異方性ボロン窒化物またはより高い熱膨張係数を有する別の誘電性材料を有する場合に、層２０２のために用いる好ましい材料は、例えば、限定する目的ではないが、ニッケル、銀、銀／チタニウム合金、そして、ニッケル／鉄合金のようにより高い熱膨張係数を有する一方、応力を緩和する傾向を有する材料を含む。

ろう付け材料２０４は前述したように、ろう付けによりお互いに付けられる材料の表面に浸潤し、かつ、材料に接着しなければならない。その上、ろう付け材料２０４は、内部に発生する応力を和らげられることが重要である。ろう付け材料２０４として用いられる好ましい材料は、例としては、銀、ニッケル、銀／銅のソルダー(solder)、銀／チタニウムのソルダー、ニッケル／鉄合金、及び、銀／チタニウム合金を含む。今日までの試験では、ニッケルは特に良好なろう付け材料となることが示されている。試験はシール装置を作製し、その後、およそ室温から約６００℃の間で少なくとも数１００回シール装置を循環(cycle)させる。温度サイクルの次はシール装置の一面に大気圧がかかり、シール装置の他面に約１０^-3Torrの絶対圧力がかかる、処理動作温度範囲での真空試験が続く。もし、真空試験で、全く漏洩がなければ、シールは満足できる態様において作動していると考えられる。

金属包含層２０２は図４に”Ａ”と示した断面方向の厚さは約０．０３９in（１ｍｍ）以下である。金属包含層２０２の厚さは、シール手段１４０の柔軟性(flexibility)を決定するために重要であり、シール手段１４０が機能する能力にとって、柔軟性は非常に重要である。金属包含層２０２の組成は、アルミナまたは窒化アルミニウムが上部平盤１０６を含有する時に、比較的低い線膨張係数を示すことが好ましい。その線膨張係数の範囲は、約６００℃において、約２ｘ１０^-3から約７ｘ１０^-3in./in./℃であることが好ましい。

薄い金属包含層２０２の高さは図４で”Ｂ”と示し、それぞれのシール装置特有の適用によっては変化し得る。図１に示すシール装置の好ましい実施例では、薄い金属包含層１４０の高さは典型的には約０．１９５in. （５ｍｍ）以下である。薄い金属包含層２０２のストリップまたはリボンの長さは、シール装置の適用例に依存するが、シールを与えるのが必要であるように、適合される表面の長さに沿って完全に延長していなければならない。

図２を参照し説明すると、ろう付け材料２０４は、金属包含層２０２の縁の全周に沿って適用される。ろう付け材料２０４の適用は、金属包含層の上部の外側の縁２０６及び金属包含層の下部の外側の縁２０８にそれぞれ近接すると共に、ろう付け材料２０４を介して金属包含層２０２に接触する支持プラットフォームハウジング１０８と上部平盤１０６の補償的(complementary) 表面に近接する。ろう付けは、ろう付け材料２０４と金属包含層２０２との間、ろう付け材料２０４と支持プラットフォームハウジング１０８の延長部材１４２の間、および、ろう付け材料と材料包含上部平盤１０６との間で分子混合が達成される時間まで、ろう付け炉の中で行われる。材料のろう付けプロセスにおける時間および温度のプロファイルは、必要とされる材料に依存する。

図３はシール手段３００の別の実施例を示す。シール手段３００は、アコーディオン状ストリップの形態の薄い金属包含層３０２から成り、それは上部平盤１０６とプラットフォームハウジング１０８の延長部材１４２をろう付け材料３０４を介してろう付けされている。金属包含層３０２とろう付け材料３０４の構成材料は、図２中において金属包含層２０２とろう付け材料２０４を参照して説明されたものと同様である。金属包含層３０２としてのアコーディオン形状のストリップの使用は、層３０２の柔軟性を増加させ、シール手段３００は上部平盤１０６と支持プラットフォームハウジング３０８との間における線膨張係数のより大きな差を許容できるようになる。そのうえ、ろう付け材料３０４の内部に生じた応力の量は、この別なる設計によって低減される。

[発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、半導体処理チャンバの第１の部分が所定の圧力下で作動されると共に、前記処理チャンバの第２の部分がより高い圧力下で作動される時、前記処理（プロセス）チャンバの前記第１の部分と前記第２の部分を分離するために使用される半導体処理に有用なシール装置において、そのシール装置が少なくとも２つの異なる表面にろう付けされる薄い金属包含層（a thin, metal-comprising layer）を備えており、前記少なくとも２つの異なる表面が、６００℃で計測された少なくとも３×１０^-3in./in./℃（３×１０^-3mm/mm/℃）の線膨張係数の差を有する場合に、前記シール装置は少なくとも約１５psiの圧力差に耐える能力を有すると共に、異なる熱膨張係数を示す、少なくとも２つの材料の表面を準備し、結合される最も低い線膨張係数を有する材料に近い線膨張係数を有する材料の薄い金属包含層を提供し、前記シール部材によって結合されなくてはならない、少なくとも２つの材料の表面のそれぞれに対して、（材料の）前記金属包含層をろう付けすることで、シール装置として機能する。

基板支持プラットフォームと半導体処理に使用される本発明のシール手段を用いた補助装置を示す図である。 本発明の１つの好適な実施例を示す図である。図１にも、同じ実施例が示されている。 本発明の第２番目の好適な実施例を示す図である。 図１に示された好適の実施例を示し、寸法線を含む図である。

符号の説明

１００…半導体処理に用いる装置、１０２…基板支持プラットフォーム、１０４…非磁性体の半導体ないしは非磁性体の導電基板、１０６…支持プラットフォーム上部平盤、１０８…プラットフォームハウジング、１１０…加熱パターン、１１１…導電層(conductive layer)、１１２…挿入部材(insert)、１１４…シャドウリング、１１６…リフトフィンガ、１１８…冷却コイル、１２０…入口、１２２…出口、１２４…冷却プレート、１２６…スプリングサポート、１２８…導管、１３０…開口(opening) 、１３２…開放通路、１３４…上面、１３６…熱電対(a thermocouple)、１３８…シール手段、１３９…延長部材、１４０…シール手段、１４２…延長部材、２０２…薄い金属包含層、２０４…ろう付け材料、２０６…金属包含層の上部の外側の縁、２０８…金属包含層の下部の外側の縁、３００…シール手段、３０２…薄い金属包含層、３０４…ろう付け材料。

Claims (19)

1. 半導体処理の為の装置であって、
   チャンバ雰囲気を内包するチャンバ容量を画成するチャンバと、
   熱移動媒体を内包する膨張可能容量と、
   前記チャンバ雰囲気から前記熱移動媒体を遮断し、かつ、前記チャンバ容量から前記膨張可能容量を分離する金属シール手段と、
   を備え、
   前記膨張可能容量は、
   前記チャンバ容量内の第１の面、及び、前記膨張可能容量内の第２の面を有する基板支持平盤と、
   前記基板支持平盤の前記第２の面に付設され、前記熱移動媒体を前記基板支持平盤の前記第２の面に近接させて保持するための保持手段と、
   前記熱移動媒体のソースと前記保持手段との間に配置される展開可能部材と、
   を備え、
   前記金属シール手段が異なる熱膨張係数を有する２つの表面をシールして結合するものであり、
   前記２つの表面のうちの一方の表面が、セラミックであり、該一方の表面に前記金属シール手段をろう付けさせたものである、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記展開可能部材がベローズである、請求項１に記載の装置。
3. 前記金属シール手段が、前記基板支持平盤の前記第２の面と前記保持手段との間に付設される、請求項１に記載の装置。
4. 前記金属シール手段がメタルストラップであり、これは、一方のエッジに沿って、前記基板支持平盤の前記第２の面から伸びるフランジにろう付けされ、他方のエッジに沿って、前記保持手段にろう付けされる、請求項３に記載の装置。
5. 前記保持手段がメタルで作られ、前記基板支持平盤の前記第２の面がセラミックで作られる、請求項３に記載の装置。
6. 前記基板支持平盤が更に前記基板支持平盤の前記第１の面の温度を上昇させるための加熱手段を備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記保持手段が、前記基板支持平盤の前記第２の面を冷却するための冷却手段を取り囲む基板支持ハウジングを備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記冷却手段が冷却プレートを備え、前記冷却プレートが前記基板支持平盤の前記第２の面と前記冷却プレートとの間の接触を保持するばねを有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記冷却手段が更に熱移動液体を運ぶ冷却コイルを備え、前記装置が更に前記金属シール手段の一方のエッジにシールして接触する前記保持手段に結合された延長部材を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記基板支持平盤が、更に、基板を静電力により前記基板支持平盤の前記第１の面に近接して保持するための、前記基板支持平盤の中に埋め込まれた静電保持手段を備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記装置が、更に、前記基板支持平盤の温度をモニタするための、前記基板支持平盤内に埋め込まれたモニタ手段を備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記モニタ手段が熱電対である、請求項１１に記載の装置。
13. 半導体処理の為の装置であって、
    チャンバ雰囲気を内包するチャンバ容量を画成するチャンバと、
    加熱移動媒体を内包する為の膨張可能容量と、
    を具備し、
    前記膨張可能容量が、
    前記チャンバ容量内に第１の面、前記膨張可能容量内に第２の面を有する基板支持平盤と、
    前記基板支持平盤の前記第２の面に付設され、前記加熱移動媒体を前記基板支持平盤の前記第２の面に近接させて保持するベースであって、前記平盤とは異なる熱膨張係数を有するベースと、
    前記平盤と前記ベースとをシールして結合するメタルストリップであって、前記平盤のセラミック面及び前記ベースの金属面にろう付けされ、前記加熱移動媒体を前記チャンバ雰囲気から遮断し、前記チャンバ容量から前記膨張可能容量を分離する、メタルストリップと、
    により画成される、
    ことを特徴とする装置。
14. 前記ベースに結合された延長部材であって、前記ベースと前記延長部材は、異なる熱膨張係数を有し、前記延長部材は、前記ストリップにろう付けされた金属面を備える、前記延長部材を更に備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ストリップが前記金属面にろう付けされている、請求項１３に記載の装置。
16. 前記ストリップが金属バンドを更に備える、請求項１３に記載の装置。
17. 前記基板支持平盤の前記第２の面を冷却する為の冷却手段を更に備える、請求項１３に記載の装置。
18. 前記冷却手段が、前記基板支持平盤の前記第２の面に対し附勢された冷却プレートを備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記冷却手段が、
    冷却プレートと、
    前記基板支持平盤の第２の面と前記冷却プレートとの間の接触を保持するばねと、
    を備える、請求項１７に記載の装置。

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