JP4881319B2 - 基板を空間的かつ時間的に温度制御するための装置 - Google Patents

基板を空間的かつ時間的に温度制御するための装置 Download PDF

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Description

本発明は、基板の支持体に係わる。より詳細には、プラズマ処理において基板上で均一な温度分布を達成するための方法及び装置に係わる。
典型的なプラズマエッチング装置は、反応性ガスが流れるチャンバーをその中に持つ反応槽を含んでいる。チャンバーの中では、通常は高周波エネルギーにより、ガスがイオン化されプラズマになる。プラズマ中の高い反応性を持つイオンは、例えば集積回路（ＩＣ）製造プロセスでの半導体ウエハー表面上のポリマーマスクのような材料と反応することができる。エッチングに先立って、ウエハーはチャンバーの中に置かれ、ウエハーの表面をプラズマに向けるためのチャックあるいはホルダーにより適切な位置に保持される。技術的に幾つかのタイプのチャック（しばしばサセプタと呼ばれることもある）がある。チャックは定温の表面を提供し、ウエハーのヒートシンクとしての役目を果たす。あるタイプでは、機械的なクランプ手段により半導体ウエハーがエッチングのための適切な位置に保持される。また別のタイプのチャックでは、チャックとウエハーの間の電場で発生する静電気力により半導体ウエハーが所定の位置に保持される。本発明は双方のタイプのチャックに適用できる。
典型的なプラズマエッチング工程では、プラズマ中の反応性イオンは半導体ウエハー表面の材料の一部に化学的に反応する。幾つかのプロセスはウエハーの温度上昇の原因の一部ではあるが、しかし、温度上昇の大部分はプラズマによるものである。一方、プラズマ中の材料とウエハー材料間の化学反応レートはウエハーの温度上昇によりある程度加速される。ウエハー上の微細な各領域における局部的なウエハー温度と化学的反応レートは、その領域のウエハー温度が過剰に変化する場合、ウエハー表面の材料の有害なエッチングむらが容易に起こりうる範囲に関連している。ほとんどの場合、エッチングはほぼ完璧な程度に均一であることが非常に望まれる。と言うのも、そうでなければ、製造される集積回路（ＩＣ）の電気的特性が望ましい基準から外れる。さらに、ウエハーの直径が増大すると共に、大きなウエハーのＩＣの各バッチ処理の均一性を保証する問題がより困難になっている。別の場合では、カスタムプロファイルを得るために、ウエハーの表面温度を制御することが望まれる。
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）中におけるウエハーの温度上昇問題はよく知られており、ＲＩＥ中におけるウエハーの温度を制御する様々な試みが過去より行われている。図1に、ＲＩＥ中におけるウエハーの温度を制御する一方法を図示する。不活性冷却ガス（例えば、ヘリウムあるいはアルゴン）が、単一圧力で、ウエハー１０４の裏面とウエハー１０４を保持するチャック１０６の表面との間の薄い空間１０２に入れられる。この方法は背面（バックサイド）ガス冷却として引用される。
冷却ガスの漏れを減らすためのチャック１０６の外側のエッジに約１−５ｍｍ延びる平坦なシール面（ｓｅａｌｉｎｇ ｌａｎｄ）を除いて、通常、チャックの周囲にはＯリングあるいは他のエッジシールはない。必然的に、エラストマーシール無しでは、シール面に沿って著しくかつ漸進的な圧力損失があり、このため、ウエハー１０４のエッジが十分に冷却されない。それ故、ウエハー１０４のエッジの近傍で発生した熱は、チャックに効率的に伝導する前に、半径方向内側に向かって著しく流れる。ウエハー１０４表面の矢印１０６はウエハー１０４に入る熱の流れを図示している。ウエハー１０４内部の熱の流れは矢印１１０で図示している。これは、なぜチャックのエッジ帯が常に他の表面より熱い傾向にあるのかを説明している。図２にウエハー１０４の典型的な温度分布を示す。ウエハー１０４の周辺部分における圧力損失がウエハー１０４の周辺部分の温度上昇の原因となっている。
帯状冷却の必要性に対処する一つの方法は、表面の粗さを変えること、あるいは、効果的に局部接触面（ｌｏｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ａｒｅａ）を変えるためレリーフパターンを切ることである。このような考えは背面冷却ガスなしではまったく使えない。この場合は、接触面、表面の粗さ、並びにクランプ力が熱の伝導を決定する。しかしながら、局部接触面はチャックの再機械加工のみにより調整できる。帯状冷却の必要性に対処する他の方法は、冷却ガスの圧力を変えて、熱輸送量を増やし、細かく調整することである。しかしながら、レリーフパターンは実質的に固定である。チャックの表面を異なった帯にわけることにより、分割された小さなシール面の有無によらず、それぞれの帯に別々の冷却ガスを供給することにより、かなりの独立した空間的な制御が達成される。各々の帯へのガス供給は異なった混合あるいは異なった圧力にセットされ、このようにして熱伝導を変える。各々の帯の制御条件はレシピ制御（ｒｅｃｉｐｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）でセットされ、各工程段階の間に動的に安定する。このような考えはプラズマから入ってくる熱流束の再分配と熱流束を異なった領域に追いやることに依存する。これは大容量流束に比較的効果があるが、低容量な流束では温度差は小さい。例えば、約３から６Ｗ／ｃｍ2の均一な流束で、かつ３ｍｍのシール面の場合、中心から縁への温度勾配は１０℃から３０℃ウエハー周辺に向かって増大する。この大きさの温度勾配はプロセスコントロールパラメータとしてとても効果的である。例えば、プラズマ密度の半径方向の変化、即ち反応槽レイアウトの非対称性は、プロセス性能の指標に重大な影響があり、適切な基板温度パターンを妨げる。しかし、例えば、ポリゲートプロセス（ｐｏｌｙ ｇａｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）のような低出力で動作するプロセスは高々０．２Ｗ／ｃｍ2の流束である。平均的な伝導が極端に低いと、非常に制御が難しく、その結果全体に不十分な冷却になり易いが、平均的な伝導が極端に低くない限り、典型的には５℃以下という非常に小さな温度差になる。
従って、反応性イオンエッチング及び著しいプラズマ熱流束を必要としない同様なプロセスにおいて、半導体ウエハーの温度制御のための方法と装置に対するニーズが存在する。本発明の第一の目的は、このようなニーズを解決し、さらに関連した利点を提供することである。
基板の温度を制御する装置は、温度制御された台座（ｂａｓｅ）、ヒータ、金属板（ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ）、及び誘電材料の層で構成される。ヒータは金属板と電気的に絶縁された状態で金属板の下面に熱的に結合している。ヒータは、空間的に決められた温度パターンを与えるため、複数の独立して制御される領域から構成される。各ヒータ領域への温度フィードバックは熱出力を制御する適切な電源につながっている。接着材料の第一の層は、金属板とヒータを温度制御された台座の表面に接着させる。接着材は、外部のプロセス条件の変化のもとで保たれる温度パターンを許容する物理的特性を備えている。接着材料の第二の層は、誘電材料の層を金属板の表面に接着させる。誘電材料の層は静電クランプの仕組みを形作り、基板を保持する。基板の静電クランプを達成するため、高電圧が誘電体部位に接続される。
本発明の実施形態はここでは基板の支持体という関連で記述される。当業者であれば、本発明に関する以下の詳細な記述は、単に実例であり、どのような制限も意図しないことを理解するであろう。本発明の他の実施例は、この開示で利益を得るであろう当業者に対して容易にヒントになり得る。添付図にて図示されるように、本発明の実施形態は引例で詳細に記述される。同じ引用番号が、同じかあるいは似通った部分を指す図面とその詳細な記述を通して使用される。
明瞭化を目的として、ここで記述される実施例の月並みな特徴の全てが示されかつ記述されるものではない。もちろん、このような実際の実施形態の開発において、多数の実現上具体的な決定が、アプリケーションあるいはビジネスに関連した強制に従った開発者の具体的な目標を達成するためになされなければならない。そして、この具体的な目標は、実現例毎に、開発者毎に変わる。さらに、このような開発努力は複雑でかつ時間がかかるものと理解されるにもかかわらず、本開示の利益を持つ当業者はお決まりのエンジニアリングに着手する。
本発明の調整可能な静電チェックは、活性化されたプラズマおよび熱的に活性化された反応物の基板の処理温度を制御するために使用される装置である。本装置により、固定された基板の温度が、プロセスからの外部熱負荷の量が変動するなかで一定に保たれる。しかしまた、時間関数としての意図的な温度変化に対しても、一定に保たれる。また本装置により、プロセス中の基板において、空間的に決められた温度特徴が与えられ、保持される。
調整可能な静電チェックは、外部プロセスから入力される熱エネルギーに反応して、装置内に存在する熱源からのエネルギーをバランスさせる。従って、装置上の望ましい表面温度を保持する。静的な熱力学条件のもとで、ヒーター源からの熱エネルギーの増加が表面温度を上げ、熱エネルギーの減少が表面温度を下げる。従って、このような熱エネルギーの制御により、表面温度が一時的に調節される。さらに、空間的に決められた熱源、即ち、場所の関数として熱エネルギーが変化する熱源により、空間的な温度制御が可能となる。装置の表面温度を制御することにより、装置の表面に熱的に密に結合している基板も装置で使用されている同じ温度制御から利益を得る。
基板の温度は半導体プロセスに大きく影響を与える。半導体の表面温度を時間的に空間的に制御する能力は、デバイスの製造に対して非常に強い特徴を与える。しかしながら、装置の熱伝導特性は空間的に均一であらねばならない。この熱輸送特性を達成できないと、非常に高価で実行不可能な制御計画（例えば、非常に高密度な独立した制御ループ）の採用なしでは補正できない、望ましくない温度特性に帰着する。
図３は、基板３０６の温度を時間的に空間的に制御するための装置３０４を有するチャンバー３０２を示している。装置３０４は、温度制御台座３０８、接着材料の層３１０、ヒータフィルム３１２、金属プレート３１４、及び、誘電材料の層３１６から構成される。
台座３０８は、基板３０６とほぼ同じ長さと幅で作られた強制冷却された金属支持体を含んでいる。冷却媒体３１９は台座３０８の温度を保つ。台座３０８の表面は非常に平坦に加工されている。２００ｍｍあるいは３００ｍｍウエハーで使用する一例として、台座３０８の表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は０．０００３インチ以下である。
金属プレート３１４の表面と裏面は、高度に平坦（表面粗さ０．０００５インチ以内）かつ平行（平行度０．０００５インチ以内）である。金属プレート３１４の厚みは、金属プレート３１４の直下にあり、密に接している熱源（例えばヒータフィルム３１２）の空間的パターンを適切に伝達するに十分である。一例を挙げると、金属プレート３１４は約０．０４０インチ厚のアルミニウム板である。
ヒータ３１２は金属プレート３１４の底面に接着された薄くフレキシブルなポリイミドヒータフィルムである。ヒータ３１２は、組み立てが終わった表面の空間的な温度制御を達成するために設計されたパターンレイアウトを持つ、多層の抵抗素子でもよい。いかなる電気的な問題の可能性をも排除するため、発熱素子は金属プレート３１４から電気的に絶縁される。フレキシブルヒータ３１２は金属プレート３１４に密に接触している。一例を挙げると、ヒータ３１２は表面粗さ０．０００５インチ以内の約０．０１０インチ厚のポリイミドヒータフィルムである。
金属プレート３１４とヒータ３１２は、均一な厚みで機械的にしなやかな接着剤３１０を使い台座３０８に付けられている。金属プレート３１４と台座３０８は、この接着材料の層３１０により高度に平行を保って分離されている。接着材料の層３１０は発熱素子３１２と外部プロセス間の適切な熱伝達を決める高さ寸法と熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を持つ。熱伝導係数（ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｅｎｔ）は、発熱素子と外部プロセスより必要とされる相対的なパワーレベルにより決定される。一例を挙げると、接着材料の層３１０は熱伝導係数約０．１７Ｗ／ｍＫから０．５１Ｗ／ｍＫのシリコーンボンド層である。一例を挙げると、接着材料の層３１０の厚みは約０．０１３インチから０．０４０インチの範囲で、厚み変動（即ち平行度）は０．００１インチ以内である。厚み変動の要求の重要性を図４に図示する。固定された熱伝導係数（正規化された接着層の厚みと接着層の熱伝導率で定義される）に対して、表面温度の不均一性が平行度の増大と共に増加している。デバイス製造において望ましくない温度不均一性から起こる問題を避けるために、接着層の厚み変動は最小化されねばならず、それ故、この要求を達成できるように設計された装置を意味する。
図３に戻り、誘電材料の薄い層３１６は、静電クランプのメカニズムを与えるために、金属プレート３１４の表面に形成される（例えば、ＣＶＤ，スプレーコーティングなど）。同業者であれば、高い絶縁破壊耐性と外部プロセスへの化学耐性を持つ従来より使用されているいかなる材料（例えば、酸化アルミ、窒化アルミ、酸化イトリウム）でも採用できることを理解しよう。誘電材料の層３１６の厚みと表面条件は、保持力と熱伝導特性が金属プレート３１４の空間的温度パターンを基板３０６に伝えるように決定される。一例として、誘電材料の層３１６は厚みが約０．００２インチで表面粗さが０．００１インチ以内である。
分離絶縁された電気接続部３２２と３２４が、ヒータ３１２の発熱素子及び金属プレート３１４（これは誘電材料３１６と接続されている）に接続され、それぞれ独立した電源即ち、静電チャック（ＥＳＣ）電源３１８とヒータ電源３２０の制御を受ける。絶縁された電気接続部の例は後ほど図１０にて記述する。
表面温度の局所的な制御は、図５に示す、下層の貫通孔５０８を通って金属プレートに接触する１個あるいは複数の測定プローブによって達成される。プローブ５０２は１ヶあるいは複数の発熱素子の制御５１０のためのフィードバックループ５０６の一部であり、必要であれば、測定信号からＲＦノイズを取り除き、ＲＦ出力を含む環境で装置を作動されるため、プローブの出力はフィルター５０４を通すことが可能である。予め決められた金属プレートの小さな高さ寸法が与えられ--装置の表面にヒータの温度パターンを十分に伝達するために必要とされる。それ故、十分に正確な表面温度の評価が必要となる。
図６に、基板６０６の温度を時間的、空間的に制御するための装置６０４を持つチャンバー６０２の他の実施例を示す。装置６０４は、温度制御された台座６０８、接着材料の層６１０、ヒータフィルム６１２、セラミックプレート６１４、及び誘電材料の層６１６から構成される。冷却媒体５１９は台座６０８の温度を保持する。第一の電源６２０は電気接続部６２４を介してヒータ６１２に電力を供給する。第二の電源６１８は電気接続部６２２を介して誘電材料の層６１６に電力を供給する。台座６０８、接着材料の層６１０、ヒータ６１２、および誘電材料の層６１６については、先に図３で述べた。電気接続部の例もまた後に図１０で記述する。図３で述べた金属プレート３１４の代わりであるセラミックプレート６１４の裏面にヒータ６１２が積層される。セラミックプレート６１４は、例えば、窒化アルミあるいは酸化アルミである。セラミックプレート６１４の厚みは、セラミックプレート６１４に直下にあり、密に接している熱源（ヒータ６１２）の空間的パターンを伝達するに適切な厚みである。ヒータ６１２はセラミックプレート６１４から電気的に絶縁される必要はない。一例として挙げると、台座６０８の表面粗さは０．０００３インチ以下である。接着材料の層６１０の厚みは約０．０１３インチから約０．０４０インチの範囲で、表裏面の表面粗さが０．０００３インチ以内で、平行度（表面の平坦度−裏面の平坦度）は０．００１インチ以内である。ヒータ６１２は、厚み約０．０１０インチで、裏面の表面粗さが０．０００５インチ以内である。セラミックプレート６１４は、厚みが約０．０４０インチで、表面の表面粗さが０．０００５インチ以内、裏面の表面粗さが０．０００２インチ以内である。誘電材料の層６１６（この層はセラミックプレート６１４上にコートされている）は厚み約０．００２インチで表面の表面粗さが０．００１インチ以内である。誘電材料の層６１６は、ヒータプレート６１４（金属あるいはセラミックでできている）の表面上に積層される（例えば、ＣＶＤやスプレーコーティングにて）。クランプ電極を形成するために、伝導性のある適切な特性を持つ材料もまた積層する必要がある。
図７に、基板７０６の温度を時間的、空間的に制御するための装置７０４を持つチャンバー７０２の他の実施例を示す。装置７０４は、温度制御された台座７０８、接着材料の層７１０、ヒータフィルム７１２、セラミックあるいは金属プレート７１４、接着材料の層７１５、及び誘電材料の層７１６から構成される。冷却媒体７１９が台座７０８の温度を保持する。第一の電源７２０は電気接続部７２４を介してヒータ７１２に電力を供給する。第二の電源７１８は電気接続部７２２を介して誘電材料の層７１６に電力を供給する。台座７０８、接着材料の層７１０，７１５、及びヒータ７１２については、先に図３と図６で述べた。ヒータ７１２はセラミックあるいは金属プレート１４１４の裏面に積層される。誘電層７１６は伝導性の電極と静電クランプのメカニズムを形成するための適切な絶縁フィルムとの分離した構成要素からなり、厚みが約０．０４０インチで、表裏面の表面粗さが０．００１インチ以内である。誘電材料の分離しかつ予め製造された層７１６は、接着材料の層７１５を使って金属あるいはセラミックプレート７１４に付けられる。電気接続部の例もまた図１０に記述される。
表面温度の局所的な制御は、図８に示す、下層の貫通孔８０８を通って誘電体プレートに接触する１個あるいは複数の測定プローブ８０２によって達成される。プローブ８０２は１ヶあるいは複数の発熱素子の制御８１０のためのフィードバックループ８０６の一部であり、必要であれば、測定信号からＲＦノイズを取り除き、ＲＦ出力を含む環境で装置を作動されるため、プローブの出力はフィルター８０４を通すことが可能である。予め決められた誘電体プレートの小さな高さ寸法が与えられ--装置の表面にヒータの温度パターンを十分に伝達するために必要とされる--それ故、十分に正確な表面温度の評価が必要となる。
図９に、基板９０６の温度を時間的、空間的に制御するための装置９０４を持つチャンバー９０２の他の実施例を示す。本例では、接着材料の層９１０が、接着材料の上層９２６、固体プレート９２８、および接着材料の下層９３０を含んでいる。装置９０４は、温度制御された台座９０８、接着材料の層９１０、ヒータフィルム９１２、セラミックあるいは金属プレート９１４、接着材料の層９１３、及び誘電材料の層９１６から構成される。一例を挙げると、台座９０８の表面粗さは０．０００３インチ以下である。ヒータフィルム９１２は、厚み約０．０１０インチで、裏面の表面粗さが０．０００５インチ以内である。金属あるいはセラミックプレート９１４は、厚みが約０．０４０インチで、表面の表面粗さが０．０００５インチ以内、裏面の表面粗さが０．０００２インチ以内である。接着材料の層９１３は厚み約０．００４インチである。誘電材料の層９１６は厚み約０．０４０インチで表裏面の表面粗さが０．００１インチ以内である。
冷却媒体９１９が台座９０８の温度を一定に保つ。ヒータ電源９２０が電気接続部９２４を介してヒータ９１２に電力を供給する。ＥＳＣ電源９１８が電気接続部９２２を介して金属プレート９１３若しくは誘電材料９１６に電力を供給する。台座９０８、金属あるいはセラミックプレート９１４、ヒータ９１２、接着材料の層９１３、及び誘電材料の層９１６は前述した。電気接続部の例もまた後に図１０に記述される。
誘電材料の層９１６は、ヒータプレート９１４（金属かセラミックでできている）上に積層される（例えば、ＣＶＤやスプレーコーティングにて）。金属プレートが使われた場合、同じプレートがクランプ電極として採用される。セラミックプレートが使われた場合、クランプ電極を形成するため伝導性の適切な特性を持つ材料が積層される必要がある。
接着材料の上層９２６と接着材料の下層９３０とに挟まれた固体プレート９２８はプラスチック材料（例えば、ｖｅｓｐｅｌやｔｏｒｌｏｎ）でできている。一例を挙げると、固体プレート９２８の厚みは約０．００６インチから約０．０２０インチの範囲であり、表面と裏面の平坦度（平行度）は０．００１インチ以内である。固体プレート９２８の熱伝導率は約０．１７Ｗ／ｍＫである。固体プレート９２８の熱伝導率は接着材料の上層、下層９２６，９３０の熱伝導率とほぼ同じである。固体プレート９２８の熱伝導率は、発熱素子９１２と外部プロセスにより必要とされる相対的なパワーレベルにより決定される。接着材料の上層９２６は、厚み約０．００４インチで表面粗さ０．０００５インチ以内である。接着材料の下層９３０は、厚みが約０．００６インチから約０．０２０インチの範囲で、表面と裏面の平坦度（平行度）は０．００１インチ以内である。そして、固体プレート９２８の裏面は、機械的にしなやかな接着材９３０で台座９０８に付けられる。固体プレート９２８の上面は、機械的にしなやかな接着材９２６でヒータ９１２並びに金属またはセラミックプレート９１４に付けられる。他の例として、固体プレート９２８の上面は表面粗さ０．０００５インチ以内に加工される。
図１０に誘電材料の層（静電チャック−ＥＳＣ）１００２へ電力を供給する電気接続部１０００の断面を示す。ピンアセンブリー１０１８は、ソケット１０１４、ばねの入ったピン１０１０、及びプラスチックの絶縁体１０１２より構成される。ＥＳＣ電源（図示されていない）は、垂直にばねが入ったピン１０１０のベースを形成しているピンホルダー／ソケット１０１４に電気的に接続している。ピン１０１０の上端は誘電材料の層１００２の底面と電気的に接触するようになる。プラスチックの絶縁体１０１２は、ソケット１０１４を囲み、ばねが入ったピン１０１０を部分的に囲むシャフトを形成する。ばねが入ったピン１０１０の上端はプラスチックの絶縁体１０１２から垂直に突き出る。ヒータ層１００４、接着層１００６、及び台座１００８の一部は空洞１０２０がつながっており、その中にピンアセンブリー１０１８がある。
電気的に非伝導のブッシング１０１６が、プラスチックの絶縁体１０１２の上端を含めピン１０１０の上端の一部を囲む。ブッシング１０１６の上の部分は、シリコーン接着剤のような接着材料１０２２でヒータ層１００４に接合している。ブッシング１０１６は、誘電材料１００２とピン１０１０の上端との物理的な接触に起因する特異な熱的影響を最小限にする。誘電材料１００２はヒータ１００４により加熱される。冷却された台座１００８がピンアセンブリー１０１８を取り囲む。ブッシング１０１６が誘電材料１００２からピンアセンブリー１０１８を介して台座１００８へと流れ込む熱量を最小化する。空洞１０２０は十分に広く、台座１００８の壁とプラスチックの絶縁体１０１２の外側と間に絶縁空間が取れる。
図１１に、時間的かつ空間的に基板の温度を制御する方法のフロー図を示す。１１０２にて、金属プレートがその長さと幅が実質上台座と同じに製作される。金属プレートの表裏面は高度に平坦でかつ平行に、例えば０．００５インチ以内に、製作される。他の例として、セラミックプレートが金属プレートの代わりをする。
１１０４にて、ヒータが金属プレートの下面に接着される。ヒータは薄くてフレキシブルなヒータフィルムであり、金属プレートの底面に接着される。また、ヒータは、組み立てが終わった表面の空間的な温度制御を達成するために設計されたパターンレイアウトを持つ、多層の抵抗素子でもよい。例えば、局所的な温度帯は一つまたは複数の抵抗素子で定義される。ヒータは半径方向に外側の領域と半径方向に内側の領域を定義する素子を含む。いかなる電気的な問題の可能性をも排除するため、発熱素子は金属プレートから電気的に絶縁される。ヒータは金属プレートに密に接触している。
ヒータと金属プレートのアセンブリーを台座に取り付ける前に、１１０６にて、台座の表面が高度に平坦に、例えば０．０００３インチ以内に、加工される。１１０８にて、ヒータと金属プレートのアセンブリーが接着材料の層を使い台座の表面に付けられる。
他の実施例によれば、１１１０にて、金属プレートは台座に取り付けられた後、高精度な平坦性を得るため、さらに機械加工される。一例として、機械加工後の金属プレートの表面粗さは０．０００５インチ以内である。
１１１２にて、誘電材料３１６の薄い層が静電クランプメカニズムを形成するために金属プレートの表面に積層される。通常の技術によれば、高い絶縁破壊耐性と外部プロセスへの化学耐性を持つ従来より使用されているいかなる材料でも誘電材料３１６として（例えば、酸化アルミ、窒化アルミ、酸化イトリウム）使用できる。他の実施例によると、誘電材料は予め製造しておき、接着材料の層で金属プレートの表面に付ける。
１１１４にて、それぞれ絶縁された電気接続部がヒータの発熱素子及び金属プレート（これは誘電材料に接合されている）に作られ、それぞれ独立した電源で制御される。電気接続部は先に図１０で記述した電気接続部を使うことで得られる。
図１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、図１１のフロー図で記述した方法を図示している。図１２Ａは、先に１１０８で記述したように、金属プレート１２０２と取り付けられたヒータ１２０４のアセンブリーが接着材料の層１２０８を使って台座１２０６に接着されるところを示している。図１２Ｂは、台座１２０６に付けた後に、金属プレート１２０２の表面を高さ約０．０４０インチ、表面粗さ０．０００５インチ以内に機械加工するところを示している。図１２Ｃは、誘電材料の層１２１０がシリコーン接着材の層１２１２により金属プレート１２０２の表面に取り付けられるところを示している。あるいはまた、誘電材料の層１２１０が、従来の積層技術を使って、金属プレート１２０２に直接塗布されると、シリコーン接着材１２１２は削除される。
図１３は、基板の温度を時間的、空間的に制御する方法のフロー図である。１３０２にて、金属プレートが先に図１１の１１０２にて述べたのと同じ方法で作られる。１３０４にて、先に図１１の１１０４にて述べたのと同じ方法で、ヒータが金属プレートの底面に接着される。
１３０６にて、プラスチックプレートのような固体プレートの裏面が接着材料の層により台座の表面に付けられる。１３０８にて、プラスチックプレートの表面が平坦度と平行度の向上のために機械加工される。一例を挙げると、固体プレートの厚みは約０．００６インチから約０．０２０インチの範囲であり、表面粗さは０．０００５インチ以内である。
１３１０にて、金属プレートとヒータのアセンブリーが接着材料の層でプラスチックプレートの表面に付けられる。あるいはまた、誘電材料の層が、従来の積層技術を使って、金属プレートに直接塗布されると、シリコーン接着材は削除される。
１３１２にて、また、金属プレートの表面が、台座取り付け後に、加工される。これは先に図１１の１１１０にて記述した。
１３１４にて、誘電材料の層（ＥＳＣセラミック）が接着材料の層で金属プレートの表面に取り付けられる。これは先に図１１の１１１２にて記述した。
１３１６にて、それぞれ絶縁された電気接続部がヒータの発熱素子及び金属プレート（これは誘電材料に接合されている）に作られ、それぞれ独立した電源で制御される。これは先に図１１の１１１４にて記述した。電気接続部は先に図１０で示した電気接続部を使うことで得られる。
図１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ、１４Ｄは、図１３のフロー図で記述した方法を図示している。図１４Ａは、図１３の１３０６に対応し、プラスチックプレート１４０２が接着材料の層１４０６を使って台座１４０４に接着されるところを示している。図１４Ｂは、台座１４０４に取り付けられた後、プラスチックプレート１４０２の表面を高さ約０．００６インチから約０．０２０インチの範囲に機械加工され、表面粗さ０．０００５インチ以内が達成されるところを示している。図１４Ｃは、図１３の１３１０に対応し、金属プレート１４０８とヒータ１４１０のアセンブリーが接着材料の層１４１２によりプラスチックプレート１４０２の表面に取り付けられるところを示している。図１４Ｄは、金属プレート１４０８の表面が厚み約０．０４０インチ、表面粗さ約０．０００５インチに機械加工されるところを示している。図１３の１３１４に対応し、誘電材料の層１４１４が接着材料の層１４１６で金属プレート１４０８の表面に付けられる。
図１５は、台座、接着層、ヒータ、及び金属プレートを有するウエハー支持体の静電クランプの電気端子に関する電気的な接続方法を示している。１５０２にて、電気的に非伝導のブッシングが、静電クランプの電気的終端のひとつとして定義される位置にヒータへ取り付けられる。１５０４にて、ばねの入ったピンが、ピンの先端が絶縁スリーブから出るように、絶縁スリーブの中に置かれる。１５０６にて、絶縁スリーブを持つピンが、台座、接着層、ヒータ、及び金属プレートに開けられた空洞に置かれる。ここで、スリーブの上部がブッシングの底部とオーバーラップする。１５０８にて、垂直にばねが入ったピンを含む電気接続部の上端が静電クランプ端子の裏面に接触する。
本発明の実施形態や適用例を示し説明したが、本開示を受けた当業者であれば、本発明の概念を逸脱することなく種々の変更や修正がなされ得ることは明らかである。それ故、本発明は特許請求項の意図を除き限定するものではない。
本明細書の一部に組み入れられ、本明細書の一部を構成する添付図は、本発明の実施例を図示しており、詳細な記述と共に本発明の原理と実装の説明に役立つ。
従来技術による、工程下のウエハーを保持する支持体の概略正面図である。 従来技術による、図１の装置におけるウエハーの温度と冷却剤の圧力との関係をプロットした図である。 本発明の一実施例による、台座を持つ処理チャンバーの概念図である。 本発明の一実施例による、表面温度範囲と層の平行度との関係を示す表である。 本発明の一実施例による、装置表面温度制御の仕組みの概念図である。 本発明の他の実施例による、台座を持つ処理チャンバーの概念図である。 本発明のさらに別の実施例による、台座を持つ処理チャンバーの概念図である。 本発明のさらに別の実施例による、装置表面温度制御の仕組みの概念図である。 本発明のさらに別の実施例による、台座を持つ処理チャンバーの概念図である。 本発明の一実施例による、電気的接続部の断面を示す概念図である。 本発明の一実施例による、工程下における基板の空間的かつ時間的な温度制御方法の概略フロー図である。 本発明の一実施例による、装置の断面を示す概念図である。 本発明の他の実施例による、工程下における基板の空間的かつ時間的な温度制御方法の概略フロー図である。 本発明の他の実施例による、装置の断面を示す概念図である。 本発明の一実施例による、電源をヒータ及び台座の静電電極に電気的に接続する方法を示す概略フロー図である。

Claims (31)

  1. 上面を有する温度制御された台座と、
    上面、及び、下面、熱的に前記下面に接続したヒータフィルムを持つ、全体が金属若しくはセラミックであるプレートであって、前記ヒータフィルムの空間的パターンを基板に適切に伝達するために適切な厚さを持ち、前記上面及び前記下面は、実質的に互いに平行であり、０．００００１２７メートル以内の表面粗さを持つプレートと、
    前記ヒータフィルムを前記温度制御された台座の上面に接着させる第一の接着層であって、０．０００３３０２メートルから０．００１０１６メートルの厚さを持ち、０．００００２５４メートル以内の厚さ変動を持つ第一の接着層と、
    第二の接着層で前記プレートの上面に接着され、基板を保持するための静電クランプメカニズムを形成する誘電材料の層と、
    前記台座、前記第一の接着層、前記ヒータフィルム、及び、ブッシングの空洞とを有し、前記ブッシングは、力を静電クランプメカニズムに供給する垂直ばねが入ったピンの上部先端部を囲う、前記プレートのみに熱的に結合し、電気的に非伝導である、基板の温度制御装置。
  2. 前記温度制御された台座の上面が０．００００１２７メートル以内の平滑である、請求項１に記載の装置。
  3. 前記プレートは、アルミニウムプレートであり、前記プレートの寸法が前記温度制御された台座の上面の寸法と実質的に同じである、請求項１に記載の装置。
  4. 実質的に前記プレートの前記上面と前記下面が互いに０．００００１２７メートル以内の平行である、請求項１に記載の装置。
  5. 前記ヒータフィルムが０．００００１２７メートル以内の表面粗さを含む、請求項１に記載の装置。
  6. 前記ヒータフィルムが、複数の抵抗発熱素子を含む、請求項１に記載の装置。
  7. 前記抵抗発熱素子が前記プレート上にパターンレイアウトを形成する、請求項６に記載の装置。
  8. 前記第一の接着層が機械的にフレキシブルな熱絶縁層であり、さらに、０．１７Ｗ／ｍＫから０．５１Ｗ／ｍＫまでの熱伝導係数を持つ請求項１に記載の装置。
  9. 前記第一の接着層が固体プラスチックプレートを含む、請求項１に記載の装置。
  10. 前記固体プラスチックプレートが上面と下面を有し、実質的に上面と下面が互いに０．００００２５４メートル以内の平行である、請求項９に記載の装置。
  11. 前記固体プラスチックプレートの熱伝導率が前記ヒータと外部プロセスにより必要とされる相対的なパワーレベルに基づく、請求項９に記載の装置。
  12. 前記固体プラスチックプレートの前記下面が前記台座の前記上面に実質的に高い熱伝導率を持ち機械的にフレキシブルな接着材で接着される、請求項９に記載の装置。
  13. 前記固体プラスチックプレートの前記上面が前記プレートの前記下面に実質的に高い熱伝導率を持ち機械的にフレキシブルな接着材で接着される、請求項９に記載の装置。
  14. 前記空洞に置かれ、且つピンの上部先端が誘電材料の層の下面において、静電クランプ端子に接触した垂直ばねが入ったピンを具備した電気的接続部をさらに有する請求項１に記載の装置。
  15. 前記ピンの下部先端を保持するソケットをさらに有する、請求項１４に記載の装置。
  16. 前記ソケットと前記ピンの一部を覆い、且つ前記ピンの前記上部先端をむき出しにするプラスチックの絶縁カバーをさらに有する、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記ブッシングが前記ピンの前記上部先端を前記台座の前記空洞の壁から熱的に絶縁する、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記ヒータフィルムを前記プレートの下面に接着し、前記ヒータフィルムは前記プレートの前記下面から電気的に絶縁され、
    前記プレートと前記ヒータフィルムとを前記温度制御された台座の上面に前記第一の接着層で貼り付け、
    基板を保持するための静電クランプメカニズムを形成するため前記プレートの上面に前記誘電材料の層を積層する、請求項１に記載の装置の製造方法。
  19. 前記プレートを前記台座に貼り付ける前に、前記台座の前記上面を０．０００００７６２メートル以内の平坦に機械加工することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記プレートの表面寸法が前記温度制御された台座の表面寸法と実質的に同じである、請求項１８に記載の方法。
  21. 前記プレートは、０．００１０１６メートル以内の厚さを持ち、実質的に、前記プレートの上面と下面が互いに０．００００１２７メートル以内の平行である、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記ヒータフィルムが、０．０００２５４メートルの厚さを持ち、０．００００１２７メートル以内の表面粗さを持つポリイミドフィルムである、請求項１８に記載の方法。
  23. 前記ヒータフィルムが複数の抵抗発熱素子を含む、請求項１８に記載の方法。
  24. 前記抵抗発熱素子で前記プレート上にパターンレイアウトを形成することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記第一の接着層が機械的にフレキシブルな熱絶縁層を含む、請求項１８に記載の方法。
  26. 前記第一の接着層が固体プラスチックプレートを含む、請求項１８に記載の方法。
  27. 前記固体プラスチックプレートが、０．０００１５２４メートルから０．０００５０８メートルの厚さを持ち、上面と下面を有し、実質的に上面と下面が互いに０．００００２５４メートル以内の平行である、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記固体プラスチックプレートの熱伝導率が、前記ヒータと外部プロセスにより必要とされる相対的なパワーレベルに基づいて決められる、請求項２６に記載の方法。
  29. 前記固体プラスチックプレートを前記台座の前記上面に実質的に高い熱伝導率を持ち機械的にフレキシブルな接着材で接着することと、
    前記固体プラスチックプレートの上面を、０．００００１２７メートル以内の表面粗さに機械加工することと、
    をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
  30. 前記固体プラスチックプレートを前記プレートの前記下面に実質的に高い熱伝導率を持ち機械的にフレキシブルな接着材で接着することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記プレートを前記台座の前記上面に貼り付けた後、前記プレートの上面を０．００００１２７メートル以内の平坦に機械加工することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
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