JP5361947B2 - 適応熱導体を有するプラズマ処理チャンバ部品を備えるアセンブリ、及び、プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
半導体技術の世代が進むにつれて、ウエハは直径が増す傾向にあり、トランジスタはサイズが縮小するので、ウエハ処理では、かつてないほど高レベルの精度及び再現性が必要とされている。シリコンウエハなどの半導体基板材料は、真空チャンバの使用を伴う技術によって処理される。これらの技術は、電子ビーム蒸着などの非プラズマ応用はもちろん、スパッタリング蒸着、プラズマ助長化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、レジスト剥離、及びプラズマエッチングなどのプラズマ応用も含む。
現在入手可能なプラズマ処理システムは、精度、再現性、及び効率の向上に対する要求の高まりに見舞われている半導体製造ツールの１つである。プラズマ処理システムの成功の評価基準は、スループット及び基板温度安定性を含む。基板温度は、基板上に製造されるデバイスの限界寸法に影響を及ぼすゆえに、例えば処理レシピの一工程内のように安定した基板温度が求められるときは、大きくドリフトしてはならない。
例えば、ポリシリコンゲートエッチングは、約３００ｍｍ直径の基板の全体で達成される限界寸法均一性（ＣＤＵ）をどんどん小さくする傾向がある。このような変動は、エッジ付近における基板温度の半径方向の変動、プラズマの化学成分若しくは密度、張り出しているエッジリング、又はその他の制約に起因することが考えられる。ＣＤＵに対する要件は、ノードサイズの継続的な減少とともにいっそう厳しくなると予想される。
集積回路チップの製造は、通常、（シリコン又はゲルマニウムのような）高純度の単結晶半導体材料基板を研磨して薄切りにしたものからスタートする。各基板は、基板上に様々な回路構造を形成する一連の物理的及び化学的な処理工程を経る。製造プロセスでは、二酸化シリコン膜を作成するための熱酸化、シリコン膜、二酸化シリコン膜、及び窒化シリコン膜を作成するための化学気相成長、その他の金属膜を作成するためのスパッタリング又はその他の技術などの、様々な技術を使用して、様々なタイプの薄膜が基板上に堆積されてよい。
半導体基板上に膜を堆積させた後は、ドーピングと呼ばれるプロセスを使用し、選択された不純物を導入して半導体結晶格子に置き換えることによって、半導体固有の電気的特質が形成される。ドープされたシリコン基板は、次いで、「レジスト」と呼ばれる感光性又は放射線感受性の材料の薄い層を均一にコーティングされてよい。次いで、リソグラフィとして知られるプロセスを使用して、回路内の電子経路を定める小幾何パターンがレジスト上に転写されてよい。リソグラフィプロセスでは、「マスク」と呼ばれるガラス板上に集積回路パターンが描画されてよく、該パターンは、次いで、光学的に還元され、投射され、感光性のコーティング上に転写される。
リソグラフィを経たレジストパターンは、次いで、エッチングと呼ばれるプロセスを通じて下位の結晶表面上に転写される。基板のエッチングには、通常、プラズマ処理チャンバが使用され、基板のエッチングは、該プラズマ処理チャンバにプロセスガスを供給し、該プロセスガスに高周波（ＲＦ）磁場を加えてプラズマ状態に励起させることによってなされる。
プラズマ処理チャンバの部品と、熱源と、部品と熱源との間に挟まれたポリマ複合材とを含むアセンブリであって、部品は、温度制御表面を有し、ポリマ複合材は、高熱伝導性の相と低熱伝導性の相との間で温度誘発相転移を示す。
高熱伝導性の相と低熱伝導性の相との間で温度誘発相転移を示すポリマ複合材を使用して、半導体基板が処理されるプラズマ処理チャンバの部品の温度を制御する方法であって、部品が温度制御表面を有し、ポリマ複合材が部品と熱源との間に挟まれる方法において、該方法は、部品を熱源から熱的に分離するために又は部品を熱源に熱的に結合するためにポリマ複合材の相転移を誘発させることを含む。
上記のアセンブリを含むプラズマ処理チャンバにおいて基板をエッチングする方法において、該方法は、第１の温度及び第１のプラズマ出力で基板をエッチングすることと、ポリマ複合材の温度変化による相転移を誘発させることと、第２の温度及び第２のプラズマ出力で基板をエッチングすることとを含み、第１の温度は第２の温度よりも高く尚且つ第１のプラズマ出力は第２のプラズマ出力よりも低い、又は第１の温度は第２の温度よりも低く尚且つ第１のプラズマ出力は第２のプラズマ出力よりも高い。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
プラズマ処理チャンバの部品と、熱源と、前記部品と前記熱源との間に挟まれたポリマ複合材とを備えるアセンブリであって、前記部品は、温度制御表面を有し、
前記ポリマ複合材は、高熱伝導率の相と低熱伝導率の相との間で温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例２］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートソースである、アセンブリ。
［適用例３］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートシンクである、アセンブリ。
［適用例４］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度を超えて上昇するときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例５］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度未満に下がるときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例６］
適用例２に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート板からなる群より選択される、アセンブリ。
［適用例７］
適用例３に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、基板サポート板、基板サポート板と、該基板サポート板に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリ、及びエッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリからなる群より選択される、アセンブリ。
［適用例８］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、流体冷却板又は電気ヒータである、アセンブリ。
［適用例９］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材が前記低熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源から実質的に熱的に分離するように、及び前記ポリマ複合材が前記高熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源に実質的に熱的に結合するように適応される、アセンブリ。
［適用例１０］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記プラズマ処理チャンバの内部に温度制御表面が曝される、アセンブリ。
［適用例１１］
適用例１に記載のアセンブリを作成する方法であって、
前記部品の前記温度制御表面と前記熱源との間に前記ポリマ複合材を挟むことを備える方法。
［適用例１２］
適用例１のアセンブリを含むプラズマ処理チャンバにおいて基板をプラズマエッチングする方法であって、
（ａ）第１の温度及び第１のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
（ｂ）前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への、又は、前記高熱伝導率の相から前記低熱伝導率の相への前記ポリマ複合材の相転移を誘発させることと、
（ｃ）第２の温度及び第２のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
を備え、
前記第１の温度は前記第２の温度よりも高く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも低い、又は、前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも高い、方法。
［適用例１３］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッチングの間その上で前記基板を支える基板サポート層と、該基板サポート層に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記電気ヒータは、前記基板サポートを加熱し、前記ポリマ複合材を前記転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記電気ヒータは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。
［適用例１４］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記ヒータリングは、前記エッジリングを加熱し、前記ポリマ複合材を前記転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記ヒータリングは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記エッジリングを冷却し、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。
［適用例１５］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート層である、方法。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
プラズマ処理チャンバの部品と、熱源と、前記部品と前記熱源との間に挟まれたポリマ複合材とを備えるアセンブリであって、前記部品は、温度制御表面を有し、
前記ポリマ複合材は、高熱伝導率の相と低熱伝導率の相との間で温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例２］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートソースである、アセンブリ。
［適用例３］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートシンクである、アセンブリ。
［適用例４］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度を超えて上昇するときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例５］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度未満に下がるときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度誘発相転移を示す、アセンブリ。
［適用例６］
適用例２に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート板からなる群より選択される、アセンブリ。
［適用例７］
適用例３に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、基板サポート板、基板サポート板と、該基板サポート板に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリ、及びエッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリからなる群より選択される、アセンブリ。
［適用例８］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、流体冷却板又は電気ヒータである、アセンブリ。
［適用例９］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材が前記低熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源から実質的に熱的に分離するように、及び前記ポリマ複合材が前記高熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源に実質的に熱的に結合するように適応される、アセンブリ。
［適用例１０］
適用例１に記載のアセンブリであって、
前記プラズマ処理チャンバの内部に温度制御表面が曝される、アセンブリ。
［適用例１１］
適用例１に記載のアセンブリを作成する方法であって、
前記部品の前記温度制御表面と前記熱源との間に前記ポリマ複合材を挟むことを備える方法。
［適用例１２］
適用例１のアセンブリを含むプラズマ処理チャンバにおいて基板をプラズマエッチングする方法であって、
（ａ）第１の温度及び第１のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
（ｂ）前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への、又は、前記高熱伝導率の相から前記低熱伝導率の相への前記ポリマ複合材の相転移を誘発させることと、
（ｃ）第２の温度及び第２のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
を備え、
前記第１の温度は前記第２の温度よりも高く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも低い、又は、前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも高い、方法。
［適用例１３］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッチングの間その上で前記基板を支える基板サポート層と、該基板サポート層に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記電気ヒータは、前記基板サポートを加熱し、前記ポリマ複合材を前記転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記電気ヒータは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。
［適用例１４］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記ヒータリングは、前記エッジリングを加熱し、前記ポリマ複合材を前記転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記ヒータリングは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記エッジリングを冷却し、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。
［適用例１５］
適用例１２に記載の方法であって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート層である、方法。
プラズマ処理チャンバは、上部電極アセンブリと基板サポートアセンブリとを伴う真空チャンバを含むことができる。処理されるべき半導体基板は、適切なマスクによって覆われ、基板サポートアセンブリの上に直接置かれる。ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌＦ3、ＨＢｒ、Ｃｌ2、ＳＦ6、又はそれらの混合などのプロセスガスが、Ｏ2、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒ、又はそれらの混合などのガスとともにチャンバに導入される。チャンバは、通常はミリトール範囲の圧力に維持される。上部電極アセンブリは、ガスが上部電極アセンブリを通ってチャンバ内に均一に分散されることを可能にする（１つ又は複数の）ガス注入穴を設けられる。１つ又は複数の高周波（ＲＦ）電源が、ＲＦ電力を真空チャンバに送り、中性プロセスガス分子をプラズマに電離させる。上部電極と基板サポートアセンブリとの間の電場によって、プラズマ中の高反応性ラジカルが、基板表面へ駆り立てられる。基板の表面は、ラジカルとの化学反応によってエッチングされる。
基板サポートアセンブリは、基板サポート板と、該基板サポート板に直接に熱的に接触している（例えば埋め込まれている又は取り付けられている）電気ヒータとを含むことができる。基板サポート板の底部には、流体冷却板を取り付けることができる。流体冷却板の流路内で循環している流体が、基板サポートアセンブリから熱を逃す。典型的な基板サポートアセンブリは、参照によって本明細書に組み込まれる同一出願人による米国特許第６，８４７，０１４号及び第６，９２１，７２４号に記載されている。
上部電極アセンブリは、受け板に取り付けられた上部電極を含むことができる。典型的な上部電極アセンブリは、同一出願人による米国特許公開公報第２００８／０３０８２２８号、第２００８／００９０４１７号、第２００８／０３０８２２９号、第２００９／０３０５５０９号、及び第２００９／００８１８７８号、並びに米国特許第７，６４５，３４１号に見出され、これらは各自、参照によって本明細書に組み込まれる。受け板は、流体冷却上板に取り付けられる。上部電極は、プラズマによって及び／又は上部電極アセンブリに埋め込まれたヒータ構成によって加熱することができる。
熱的構成は、半導体基板を処理するために高出力プラズマが使用されるプラズマ処理チャンバにおける課題である。例えば、メモリチップを製造するためのプロセスでは、誘電体エッチングチャンバにおいて必要とされるプラズマ出力は、６キロワットを超えるであろう。熱的構成は、更に、異なる処理工程間でチャンバ部品（例えば電極、受け板、エッジリング、チャンバ壁など）の温度を比較的安定に維持しつつプラズマ出力及び基板温度を劇的に変化させることの必要性によって複雑化される。
例えば、高アスペクト比の特徴がエッチングされる典型的なプラズマエッチングプロセスは、半導体基板がエッチングされるメインのエッチング工程と、マスクが部分的にエッチングされるマスク開口工程とを含む。メインのエッチング工程が、基板に対して高熱流束（例えば約４０００Ｗ）をもたらすことができる高プラズマ出力と、所望の特徴プロファイルを作成するための低い基板温度（約２０〜４０℃）とを必要とする一方で、マスク開口工程は、基板に対して低熱流束（例えば約４００Ｗ）をもたらすことができる低プラズマ出力と、高い基板温度（約７０〜１１０℃）とを必要とする。所望のウエハ温度を実現するために、低出力工程では高いウエハ温度を維持するために温度制御冷却板の上方の高ワット密度ヒータが使用され、高出力工程ではウエハが冷却板によって冷却されることを可能にするためにヒータがオフにされる又は低電力で運転される。エッジリング及び／又は上部電極の温度は、工程によって異なるプラズマ出力設定によってもたらされる加熱の変動にかかわらず、プロセス全体を通して望ましくは安定的に維持される。
メインのエッチング工程が、基板を所要の低温度に冷却するために流体冷却板から高い冷却力を必要とする一方で、マスク開口工程では、所要の高基板温度を得るために流体冷却板からの冷却力が低いことが好ましい。しかしながら、従来のプラズマ処理チャンバでは、流体冷却板内で循環している流体の量が多く、ゆえに、エッチング工程の時間尺度と比べて流体温度又は冷却力の変化が非常に遅い。したがって、マスク開口工程では、従来、流体冷却板の高い冷却力を打ち消すのに十分な加熱力を出力して基板を所要の高温度に加熱するために電気ヒータ構成が使用されてきた。したがって、ヒータは、非常に高い電力（例えば５０００Ｗ又はそれ以上）を有さなければならず、これは、温度の不均一性をもたらし、このような高電力ヒータは、チャックの製造を変動しやすくする。別の従来のアプローチは、基板サポートを通して必要に応じて熱い又は冷たい流体を選択的に押し出すために２つの温度制御ユニットを使用することである。しかしながら、このようなアプローチは、基板サポートの設計をいっそう複雑にする。
本明細書で説明されるのは、高熱伝導性の相と低熱伝導性の相との間で温度誘発相転移を示すポリマベースの複合材を含むアセンブリであり、ポリマベース複合材は、基板サポートアセンブリ、上部電極アセンブリ、エッジリング、エッジリングアセンブリ、又はプラズマ処理チャンバ内のその他のチャンバ部品など、プラズマ処理チャンバ内部に温度制御表面を好ましくは露出させたプラズマチャンバ部品のための熱移動媒体である。抵抗ヒータを有する基板サポートに組み込まれると、ヒータ電力密度を増大させることなくプロセス窓を大きくすることが可能であり、これは、電力の消費を減少させるにあたって及び製造の変動性を低減させるにあたって望ましい。
一群のポリマベース複合材は、狭い温度範囲内において劇的な熱伝導性の増減を示す（すなわち相転移）。図１Ａは、典型的なポリマベース複合材の熱伝導率（λ）を温度（Ｔ）の関数として示している。特性温度Ｔ0未満では、λは、比較的小さく、ＴがＴ0周辺の狭い温度範囲に跨って上昇するにつれて、λは、幾倍もの又は桁違いの急増を示す。ＴがＴ0周辺の狭い温度範囲を超えて上昇するにつれて、λは、比較的大きい値で安定する。このような複合材は、ポリマ正温度係数複合材、すなわちＰＰＴＣ複合材と呼ばれる。
図１Ｂは、別の典型的なポリマベース複合材の熱伝導率（λ）を温度（Ｔ）の関数として示している。特性温度Ｔ0未満では、λは、比較的大きく、ＴがＴ0周辺の狭い温度範囲に跨って上昇するにつれて、λは、幾倍もの又は桁違いの急減を示す。ＴがＴ0周囲の狭い温度範囲を超えて上昇するにつれて、λは、比較的低い値で安定する。このような複合材は、ポリマ負温度係数複合材、すなわちＰＮＴＣ複合材と呼ばれる。
ＰＰＴＣ複合材又はＰＮＴＣ複合材は、任意の適切な方法によって調製されてよい。一実施形態は、繊維又は粉末の形態をとる高λの充填材（例えば金属、炭素など）を、低λのポリママトリクスと混合する方法である。
具体的には、ＰＮＴＣ複合材を実現するために、低いλを有するとともにＴの上昇とともに膨張するポリママトリクス２１０を使用することができる。図２Ａ及び図２Ｂを参照せよ。Ｔ0未満の温度において充填材２２０の装填レベルが浸透限界を上回るとともに充填材２２０の高いλが複合材全体のλを支配するように、尚且つＴが上昇してＴ0に近づくにつれてポリママトリクス２１０の膨張が装填レベルを効果的に減少させるように、尚且つＴがＴ0を超えて上昇するにつれて装填レベルが浸透限界未満に下がるとともにポリママトリクス２１０の低いλが複合材全体のλを支配するように、適量の高λ充填材２２０がポリママトリクス２１０と完全に混合される。ポリママトリクス２１０は、例えば、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第３，９９４，８６７号に記載されるように、一モノマ分子ごとに２つ若しくは３つ以上の共役アセチレン基を含む環状又は非環状のアセチレンモノマの固体重合によって得られる高密度鎖配列ポリアセチレンのような任意の適切なポリマであってよい。
ＰＰＴＣ複合材を実現するために、低いλを有するとともにＴの下降とともに膨張するポリママトリクス２３０を使用することができる。図２Ｃ及び図２Ｄを参照せよ。Ｔ0よりも高い温度において充填材２４０の装填レベルが浸透限界を上回るとともに充填材２４０の高いλが複合材全体のλを支配するように、尚且つＴが低下してＴ0に近づくにつれてポリママトリクス２３０の膨張が装填レベルを効果的に減少させるように、尚且つＴがＴ0未満に低下するにつれて装填レベルが浸透限界未満に下がるとともにポリママトリクス２３０の低いλが複合材全体のλを支配するように、適量の高λ充填材２４０がポリママトリクス２３０と完全に混合される。ポリママトリクス２３０は、例えば、Dow Corning Sylgard（登録商標） 184シリコーンエラストマなどの任意の適切なポリマであってよい。
ＰＰＴＣ複合材又はＰＮＴＣ複合材は、温度を制御されるべきプラズマチャンバ部品と、ヒートソース及び／又はヒートシンクなどの熱源との間の熱移動媒体（例えば熱ガスケット）として使用することができる。例えば、図３Ａに示されるように、部品３００とヒートソース３５０との間にＰＮＴＣ複合材層３１０が挟まれる。ＰＮＴＣ複合材層３１０は、ＰＮＴＣ複合材層３１０の温度がＴ0よりも高いときに部品３００がヒートソース３５０から実質的に熱的に分離されるという意味で、温度制限手段として機能する。ＰＮＴＣ複合材層３１０の温度は、ヒートソース３５０によって及び／又は部品３００を通る熱流束によって制御することができる。この構成におけるＰＮＴＣ複合材層３１０は、部品３００を過熱から保護するために使用することができる。
同様に、図３Ｂに示されるように、部品３００とヒートシンク３６０との間にＰＰＴＣ複合材層３２０が挟まれる。ＰＰＴＣ複合材層３２０は、ＰＰＴＣ複合材層３２０の温度がＴ0未満であるときに部品３００がヒートシンク３６０から実質的に熱的に分離されるという意味で、温度制限手段として機能する。ＰＰＴＣ複合材層３２０の温度は、ヒートシンク３６０によって及び／又は部品３００を通る熱流束によって制御することができる。この構成におけるＰＰＴＣ複合材層３２０は、部品３００を過冷却から保護するために使用することができる。
熱源は、１つ若しくは２つ以上の抵抗ヒータ、及び／又は液体を流路内で巡回させる１つ若しくは２つ以上の温度制御ユニット（ＴＣＵ）であってよい。例えば、ＰＰＴＣポリマ又はＰＮＴＣポリマの温度を上げる又は下げるために２つのＴＣＵが熱い（例えば７０℃の）液体と冷たい（例えば−２０℃の）液体とを循環させる二重冷却アプローチを使用することができる。
応用によっては、部品３００の温度をより高い温度ＴHとより低い温度ＴLとの間で切り替える必要がある。これは、ヒートシンク３６０の上にヒートソース３５０を積み重ね、部品３００をヒートソース３５０に直接に熱的に接触するように位置決めすることによって実現することができる。ヒートソース３５０は、電気ヒータであってよく、ヒートシンク３６０は、温度制御液を内部で循環させる冷却板であってよい。もしヒートソース３５０とヒートシンク３６０との間でＰＮＴＣ複合材層が使用されない場合、ヒートソース３５０は、ヒートシンク３６０への熱損失及び環境への熱損失を打ち消して部品３００をＴHに維持するために十分な加熱力を出力しなければならない。図３Ｃに示されるように、もしヒートソース３５０とヒートシンク３６０との間にＰＮＴＣ複合材層３１０が挟まれ、ＰＮＴＣ複合材層３１０のλがＴHにおいて低く尚且つＴLにおいて高いならば、ヒートシンク３６０は、部品３００の温度がＴHであるときに部品３００及びヒートソース３５０から実質的に熱的に分離され、したがって、ヒートソース３５０は、主として、環境への熱損失を打ち消すのに十分な加熱力を出力する。
ＰＮＴＣ複合材層３１０の相は、ヒートソース３５０、ヒートシンク３６０、及び／又は部品３００を通る熱流束によって制御することができる。例えば、（ａ）もし部品３００の温度をＴLからＴHに上昇させる場合、ヒートソース３５０は、先ず、ヒートシンク３６０への熱損失に打ち勝つために高い加熱力を出力し、低熱伝導性の相へのＰＮＴＣ複合材層３１０の相転移を誘発させることができ、これは、ヒートソース３５０及び部品３００をヒートシンク３６０から熱的に分離する。ヒートソース３５０は、次いで、部品３００をＴHに維持するように、自身の加熱力を低減させることができる。（ｂ）もし部品３００の温度をＴHからＴLに下げる場合、ヒートソース３５０は、オフにされて、ＰＮＴＣ複合材層３１０の冷却を可能にすることができる。ＰＮＴＣ複合材層３１０が自身の相転移を通じて高熱伝導性の相へ転移すると、ヒートシンク３６０は、部品３００から迅速に熱を奪って部品３００の温度をＴLに下げることができる。或いは、ヒートシンク３６０は、先ず、より冷たい冷却剤を自身に流すことによって自身の温度をＴL未満に下げて、高熱伝導性の相へのＰＮＴＣ複合材層３１０の相転移を誘発させることができ、ヒートシンク３６０は、次いで、部品３００をＴLに維持するように、自身の温度を調整することができる。
図３Ａ〜３Ｃに示された構成は、任意の適切なやり方で組み合わせることができる。
図４は、エッジリング４１０を含む部品とサポートリング４３０との間におけるＰＰＴＣ複合材層４２０の典型的な使用を示しており、これらのリングは、ともに、プラズマ処理チャンバにおいて基板サポートアセンブリ４４０を取り巻くように構成される。エッジリング４１０は、エッチングプロセスの間、一定の温度に維持されることが好ましい。エッジリング４１０は、使用の間、プラズマ処理チャンバ内のプラズマによって加熱される。サポートリング４３０は、ヒートシンクとして機能してエッジリング４１０から熱を除去するように構成される。エッチング工程において必要とされるプラズマ出力の変動は、エッジリング４１０に対する加熱力を変動させえる。プラズマ出力が高いときは、エッジリング４１０とサポートリング４３０との間に挟まれたＰＰＴＣ複合材層４２０は、エッジリング４１０を通るプラズマからの熱流束によって高熱伝導性の状態に加熱されて、エッジリング４１０からサポートリング４３０へとＰＰＴＣ複合材層４２０を通して効率的に熱を除去することができる。エッジリング４１０は、こうして、過熱から保護される。プラズマ出力が低いときは、ＰＰＴＣ複合材層４２０は、サポートリング４３０によって低熱伝導性の状態に冷却されて、エッジリング４１０をサポートリング４３０から熱的に分離することができる。エッジリング４１０は、こうして、過冷却から保護される。プラズマによる加熱力の変動によってもたらされるエッジリング４１０の温度の変動は、ＰＰＣＴ複合材ほどは大きく熱伝導率を変化させない材料をエッジリング４１０とサポートリング４３０との間で使用する場合と比べて軽減されえる。或いは、エッジリング４１０は、エッジリングと、該エッジリングと直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリであってよい。
図５は、受け板５３０に取り付けられた上部電極５１０を含む部品であるプラズマ処理チャンバ内の上部電極アセンブリにおけるＰＰＴＣ複合材層５２０の別の典型的な使用を示している。受け板５３０は、間にＰＰＴＣ複合材層５２０を挟まれた状態で流体冷却板５４０に取り付けられる。流体冷却板５４０は、冷却流体を内部で循環させて上部電極アセンブリから熱を奪う流路５４５を有する。上部電極５１０は、エッチングプロセス全体にわたって一定の温度に維持されることが好ましい。しかしながら、上部電極５１０は、使用の間、プラズマ処理チャンバ内のプラズマによって且つ／又は上部電極アセンブリに埋め込まれたヒータ（不図示）によって加熱することができる。エッチング工程によって必要とされるプラズマ出力の変動は、上部電極５１０によって受け取られる熱を変動させえる。プラズマ出力が高いときは、受け板５３０と流体冷却板５４０との間に挟まれたＰＰＴＣ複合材層５２０は、高い熱伝導性を有し、熱は、上部電極５１０から受け板５３０及びＰＰＴＣ複合材層５２０を通して流体冷却板５４０へ効率的に伝達される。上部電極５１０は、こうして、過熱から保護される。ＰＰＴＣ複合材５２０は、プラズマ出力が低いときは低い熱伝導率を有し、受け板５３０は、ＰＰＴＣ複合材層５２０によって流体冷却板５４０から実質的に熱的に分離される。上部電極５１０は、こうして、過冷却から保護される。或いは、ＰＰＴＣ複合材層５２０の相及び熱伝導率は、上部電極アセンブリに埋め込まれたヒータなどの熱源によって制御することができる。相転移を伴わない材料を使用する場合と比較して、受け板５３０と流体冷却板５４０との間におけるＰＰＴＣ複合材の使用は、プラズマ出力の変動によってもたらされる温度の変動を軽減することができる。
図６は、プラズマ処理チャンバ内の基板サポートアセンブリ６００を含む部品におけるＰＮＴＣ複合材層６２０の典型的な使用を示している。基板サポートアセンブリ６００は、基板を基板サポート層６１０の上面の上に静電的にクランプするための電極６３０を埋め込まれた基板サポート層６１０を含むことができる。基板サポートアセンブリ６００は、更に、ヒータ板６６０を埋め込まれて又は取り付けられて有することができる。基板サポートアセンブリ６００は、間にＰＮＴＣ複合材層６２０を挟まれた状態で流体冷却板６４０に取り付けられる。流体冷却板６４０は、冷却流体を内部で循環させて基板サポートアセンブリから熱を奪う流路６４５を有する。高い基板温度を所望される各工程では、ヒータ板６６０は、基板及びＰＮＴＣ複合材層６２０を加熱する。ＰＮＴＣ複合材層６２０の温度がＴ0を超えて上昇するにつれて、ＰＮＴＣ複合材層６２０のλは急減し、これは、基板サポート層６１０を流体冷却板６４０から実質的に熱的に分離する。ヒータ板６６０の加熱力は、次いで、高い基板温度を維持するように低減させることができる。低い基板温度が所望される各工程では、ヒータ板６６０はオフにされ、基板及びＰＮＴＣ複合材層６２０の温度は下がる。ＰＮＴＣ複合材層６２０の温度がＴ0未満に下がるにつれて、ＰＮＴＣ複合材層６２０のλは急増し、これは、効率的な冷却のために、基板サポート層６１０を流体冷却板６４０に実質的に熱的に結合する。或いは、２つの再循環器から流路６４５にＴ0を超える又はＴ0未満の温度の流体を流すことによって、流体冷却板６４０の温度を、ＰＮＴＣ複合材層６２０の相を制御するために使用することができる。
ＰＰＴＣ複合材層及びＰＮＴＣ複合材層は、好ましくは、０．２〜２ｍｍの厚さである。
一例として、２工程プラズマエッチングは、ヒータ板と冷却板との間の接合層として、ウエハチャック内の相変化ポリマを使用することができる。第１の工程は、冷却板が−２０℃に維持され、ヒータがオフにされ、８０００Ｗの総電力を使用してプラズマが生成される高出力工程であってよい。第２の工程は、冷却板が２０℃に維持され、ヒータが３０００Ｗで運転され、４００Ｗを使用してプラズマが生成される低出力工程であってよい。ポリマは、高出力工程の間はウエハの冷却を促すために高熱伝導率の状態であってよく、低出力工程の間はウエハの加熱を促すために低熱伝導率の状態であってよい。
ＰＮＴＣ複合材及びＰＰＴＣ複合材の使用は、それらの具体的な実施形態を参照にして詳しく説明されてきたが、当業者にならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく各種の変更及び修正がなされてよいこと、並びに各種の均等物が採用されてよいことが明らかである。
Claims (15)
- プラズマ処理チャンバの部品と、ヒートソース又はヒートシンクである熱源と、前記部品と前記熱源との間に挟まれたポリマ複合材とを備えるアセンブリであって、前記部品は、温度制御表面を有し、
前記ポリマ複合材は、高熱伝導率の相と低熱伝導率の相との間で温度変化による相転移を示す、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートソースである、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、ヒートシンクである、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度を超えて上昇するときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度変化による相転移を示す、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材の温度が転移温度未満に下がるときに前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への温度変化による相転移を示す、アセンブリ。 - 請求項２に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート層からなる群より選択される、アセンブリ。 - 請求項３に記載のアセンブリであって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、基板サポート層、基板サポート層と、該基板サポート層に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリ、及びエッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリからなる群より選択される、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記熱源は、流体冷却板又は電気ヒータである、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記ポリマ複合材は、前記ポリマ複合材が前記低熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源から実質的に熱的に分離するように、及び前記ポリマ複合材が前記高熱伝導率の相にあるときに前記部品を前記熱源に実質的に熱的に結合するように適応される、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリであって、
前記プラズマ処理チャンバの内部に温度制御表面が曝される、アセンブリ。 - 請求項１に記載のアセンブリを作成する方法であって、
前記部品の前記温度制御表面と前記熱源との間に前記ポリマ複合材を挟むことを備える方法。 - 請求項１のアセンブリを含むプラズマ処理チャンバにおいて基板をプラズマエッチングする方法であって、
（ａ）第１の温度及び第１のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
（ｂ）前記低熱伝導率の相から前記高熱伝導率の相への、又は、前記高熱伝導率の相から前記低熱伝導率の相への前記ポリマ複合材の相転移を誘発させることと、
（ｃ）第２の温度及び第２のプラズマ出力で前記基板をエッチングすることと、
を備え、
前記第１の温度は前記第２の温度よりも高く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも低い、又は、前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く尚且つ前記第１のプラズマ出力は前記第２のプラズマ出力よりも高い、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッチングの間その上で前記基板を支える基板サポート層と、該基板サポート層に直接に熱的に接触している電気ヒータとを含む基板サポートアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記電気ヒータは、前記基板サポート層を加熱し、前記ポリマ複合材を転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記電気ヒータは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記部品は、エッジリングと、該エッジリングに直接に熱的に接触しているヒータリングとを含むエッジリングアセンブリであり、
前記熱源は、ヒートシンクであり、
工程（ａ）の間、前記ヒータリングは、前記エッジリングを加熱し、前記ポリマ複合材を転移温度よりも高くに且つ前記低熱伝導率の相に維持し、
工程（ｂ）の間、前記ヒータリングは、オフであり、前記ヒートシンクは、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に冷却し、
工程（ｃ）の間、前記ヒートシンクは、前記エッジリングを冷却し、前記ポリマ複合材を前記転移温度未満に且つ前記高熱伝導率の相に維持する、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記部品は、上部電極、受け板、チャンバ壁、エッジリング、及び基板サポート層である、方法。
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