JP6470807B2 - 最小限のクロストークで熱的に分離されたゾーンを有する静電チャック - Google Patents

最小限のクロストークで熱的に分離されたゾーンを有する静電チャック Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、概して、最小限のクロストークで複数の熱的に分離されたゾーン
を有する静電チャックに関する。
背景
静電チャックは、処理中に基板を支持するために使用される。静電チャックの１つの機
能は、支持されている基板の温度を調節することである。このような温度調節を促進する
ために、静電チャックは、複数の異なるゾーンを有することができ、各ゾーンを異なる温
度に調整することができる。しかしながら、従来の静電チャックは、ゾーン間でかなりの
クロストークを示す可能性がある。一例では、静電チャック内に、第１ゾーンは１５℃に
加熱され、第２ゾーンは２５℃に加熱された２つの隣接するゾーンが存在すると仮定する
。これら２つのゾーン間のクロストークは、第２ゾーンに近接していることにより第１ゾ
ーンの比較的大部分に実際１５℃よりも高い温度をもたらす可能性がある。従来の静電チ
ャックにより示されるクロストークのレベルは、いくつかの用途には高すぎる可能性があ
る。
本発明は、添付図面の図の中で、限定としてではなく、例として示され、同様の参照符
号は同様の要素を示す。この開示における「一」又は「１つの」実施形態への異なる参照
は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味
することに留意すべきである。
処理チャンバの一実施形態の断面図を示す。 静電チャックの一実施形態の断面側面図を示す。 いくつかの例の静電チャックの熱ゾーン間のクロストークを示すグラフである。 一実施形態に係る静電チャックの上面図である。 一実施形態に係る静電チャックの底面図である。 一実施形態に係る静電チャックの断面側面図である。 静電チャックアセンブリのスタックの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る静電チャックの製造プロセスを示す。
実施形態の詳細な説明
互いに熱的におおよそ分離された複数の熱ゾーンを備えた熱伝導性ベース（冷却プレー
トとも呼ばれる）を有する静電チャックの実施形態が、本明細書に記載される。異なる熱
ゾーンは、熱伝導性ベースの上面から熱伝導性ベースの下面に向けて延びる熱絶縁体（断
熱材とも呼ばれる）によって分離されている。熱絶縁体は、シリコーン、真空、又は他の
断熱材で充填してもよい。あるいはまた、熱絶縁体を大気に通気させてもよい。熱絶縁体
は、従来の静電チャックに比べて、５０％も静電チャックの熱ゾーン間のクロストークを
低減する。
図１は、基板支持アセンブリ１４８が内部に配置された半導体処理チャンバ１００の一
実施形態の断面図である。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０
６を取り囲む蓋１０４を含む。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又
は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般的に、側壁１
０８及び底部１１０を含む。外側ライナー１１６は、チャンバ本体１０２を保護するため
に、側壁１０８に隣接して配置することができる。外側ライナー１１６は、プラズマ又は
ハロゲン含有ガス耐性のある材料で製造及び／又はコーティングすることができる。一実
施形態では、外側ライナー１１６は、酸化アルミニウムから製造される。別の一実施形態
では、外側ライナー１１６は、イットリア、イットリウム合金、又はその酸化物から製造
されるか、それでコーティングされる。
排気口１２６は、チャンバ本体１０２内に画定されることができ、内部容積１０６をポ
ンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、排気して処理チ
ャンバ１００の内部容積１０６の圧力を調整するために使用される１以上のポンプ及びス
ロットルバルブを含むことができる。
蓋１０４は、チャンバ本体１０２の側壁１０８上で支持されることができる。蓋１０４
は、処理チャンバ１００の内部容積１０６にアクセス可能にするために開くことができ、
閉じながら処理チャンバ１００に対して密閉を提供することができる。ガスパネル１５８
は、処理チャンバ１００に結合され、これによって蓋１０４の一部であるガス分配アセン
ブリ１３０を通して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを供給することができ
る。処理ガスの例は、とりわけハロゲン含有ガス（例えば、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ
４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｃｌ２及びＳｉＦ４）及び他のガ
ス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ）を含み、処理チャンバ内で処理するために使用することが
できる。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに不活性な他のガス（例
えば、非反応性ガス）を含む。ガス分配アセンブリ１３０は、ガス分配アセンブリ１３０
の下流面上に複数の開口部１３２を有し、これによって基板１４４の表面にガス流を導く
ことができる。更に又は代替的に、ガス分配アセンブリ１３０は、ガスがセラミックスガ
スノズルを通して供給される中央孔を有することができる。ガス分配アセンブリ１３０は
、セラミックス材料（例えば、炭化ケイ素、イットリアなど）によって製造及び／又はコ
ーティングされ、これによってハロゲン含有化学物質に対する耐性を提供し、ガス分配ア
センブリ１３０が腐食するのを防止することができる。
基板支持アセンブリ１４８は、ガス分配アセンブリ１３０の下方の処理チャンバ１００
の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を
保持する。内側ライナー１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周縁部の上でコーティン
グされることができる。内側ライナー１１８は、ハロゲン含有ガスレジスト材料（例えば
、外側ライナー１１６を参照して説明した材料）とすることができる。一実施形態では、
内側ライナー１１８は、外側ライナー１１６と同じ材料から製造することができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、台座１５２を支持する取付板１６２と
、静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、接着剤１３８を介してセラミック
ス本体（静電パック１６６又はセラミックスパックと呼ばれる）に接合された熱伝導性ベ
ース１６４を更に含む。静電パック１６６は、セラミックス材料（例えば、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３））から製造することができる。取付
板１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合され、熱伝導性ベース１６４及び静
電パック１６６にユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリード線等）をルーテ
ィングするための通路を含む。一実施形態では、取付板１６２は、プラスチックプレート
、ファシリティプレート、及びカソードベースプレートを含む。
熱伝導性ベース１６４及び／又は静電パック１６６は、１以上のオプションの埋設され
た加熱素子１７６、埋設された熱絶縁体１７４、及び／又は導管１６８、１７０を含み、
これによって支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる
。熱絶縁体１７４（断熱材とも呼ばれる）は、図示のように、熱伝導性ベース１６４の上
面から熱伝導性ベース１６４の下面に向かって延びる。導管１６８、１７０は、導管１６
８、１７０を介して温度調節流体を循環させる流体源１７２に流体結合させることができ
る。
埋設された熱絶縁体１７４は、一実施形態では、導管１６８、１７０間に配置すること
ができる。ヒータ１７６は、ヒータ電源１７８によって調整される。導管１６８，１７０
及びヒータ１７６は、熱伝導性ベース１６４の温度を制御するために利用され、これによ
って静電パック１６６及び処理される基板（例えば、ウェハ）を加熱及び／又は冷却する
ことができる。静電パック１６６及び熱伝導性ベース１６４の温度は、コントローラ１９
５を使用して監視することができる複数の温度センサ１９０、１９２を使用して監視する
ことができる。
静電パック１６６は、複数のガス通路（例えば、溝、メサ、シールバンド（例えば、外
側シールバンド（ＯＳＢ）及び／又は内側シールバンド（ＩＳＢ）））、及び静電パック
１６６の上面内に形成可能な他の表面構造を更に含むことができる。ガス通路は、パック
１６６内に開けられた穴を介して熱伝導性ガス（例えばＨｅ）の供給源に流体結合させる
ことができる。稼働時には、ガスは制御された圧力でガス通路内へ供給され、これによっ
て静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を向上させることができる。
静電パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御された少なくとも１つのク
ランピング電極１８０を含む。電極１８０（又はパック１６６又はベース１６４内に配置
された他の電極）は、処理チャンバ１００内で処理ガス及び／又は他のガスから形成され
たプラズマを維持するために整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に
更に結合させることができる。電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３Ｇ
Ｈｚの周波数及び最大約１００００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成することができ
る。
図２は、静電チャック１５０の一部の断面側面図を示す。静電チャック１５０の一部は
、静電チャック１５０の中心２１４と静電チャック１５０の外周２１６の間の領域を含む
。静電チャック１５０の中心という用語は、ここでは、静電チャック１５０の表面と同一
平面上にある平面内の静電チャック１５０の中心を参照するために用いられる。静電チェ
ック１５０は、静電パック１６６と、静電パック１６６に取り付けられた熱伝導性ベース
１６４を含む。静電パック１６６は、接着剤２１２によって熱伝導性ベース１６４に接合
される。接着剤２１２は、シリコーン接着剤とすることができ、又は他の接着材料を含ん
でもよい。例えば、接着剤２１２は、アクリル系化合物及びシリコーン系化合物のうちの
少なくとも１つを有する熱伝導性ペースト又はテープを含むことができる。例示的な接着
材料は、金属又はセラミックスのフィラーが混合又は添加されたアクリル系化合物及びシ
リコーン系化合物のうちの少なくとも１つを有する熱伝導性ペースト又はテープを含むこ
とができる。金属フィラーは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｔｉ、又はそれらの組み合わせのうち
の少なくとも１つとすることができ、セラミックスフィラーは、酸化アルミニウム（Ａｌ
２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、又はそれらの組
み合わせのうちの少なくとも１つとすることができる。
静電パック１６６は、上に配置された基板の形状及び大きさに実質的に合致することが
できる環状の周縁部を有する円板状の形状を有する。静電パック１６６の上面は、多数の
表面構造（図示せず）を有することができる。表面構造は、外側シールバンド（ＯＳＢ）
、内側シールバンド（ＩＳＢ）、複数のメサ、及びメサ間のチャネルを含むことができる
。一実施形態では、静電パック１６６は、隆起部を含まない。あるいはまた、静電パック
１６６は、ＩＳＢとＯＳＢの一方又は両方を含むことができる。静電パック１６６はまた
、それを通して伝熱ガス（例えば、ヘリウム）をポンピングすることができる複数の穴を
含むこともできる。
静電パック１６６の下に取り付けられた熱伝導性ベース１６４は、円盤状の本体部を有
することができる。一実施形態では、熱伝導性ベース１６４は、金属（例えば、アルミニ
ウム又はステンレス鋼）又は他の適切な材料によって製造される。あるいはまた、熱伝導
性ベース１６４は、良好な強度及び耐久性並びに熱伝達特性を提供するセラミックスと金
属の複合材料によって製造することができる。複合材料は、熱膨張不整合を低減するため
に、一実施形態において上にあるパック１６６と実質的に一致する熱膨張係数を有するこ
とが可能である。静電パック１６６は、セラミックス材料（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ
３）とすることができ、電極（図示せず）を内部に埋設させることができる。
一実施形態では、静電チャック１５０は、４つの熱ゾーン２１８、２２０、２２２及び
２２４に分割される。第１熱ゾーン２１８は、静電チャック１５０の中心２１４から第１
熱絶縁体２３４まで延びる。第２熱ゾーン２２０は、第１熱絶縁体２３４から第２熱絶縁
体２３５まで延びる。第３熱ゾーン２２２は、第２熱絶縁体２３５から第３熱絶縁体２３
６まで延びる。第４熱ゾーンは、第３熱絶縁体２３６から静電チャック１５０の周縁部２
１６まで延びる。代替実施形態では、静電チャック１５０は、より多い又はより少ない熱
ゾーンに分割することができる。例えば、２つの熱ゾーン、３つの熱ゾーン、５つの熱ゾ
ーン、又は別の数の熱ゾーンを使用することができる。
熱ゾーン２１８、２２０、２２２、２２４の各々は、１以上の導管２２６、２２８、２
３０、２３２（冷却チャネルとも呼ばれる）を含む。導管２２６、２２８、２３０、２３
２は、各々別個の流体送出ラインへ接続され、その別個の流体送出ラインを介して別個の
設定点チラーに接続可能である。設定点チラーは、流体（例えば、クーラント）を循環さ
せる冷却ユニットである。設定点チラーは、導管２２６、２２８、２３０、２３２を介し
て制御された温度を有する流体を送出することができ、流体の流量を制御することができ
る。したがって、設定点チラーは、導管２２６、２２８、２３０、２３２、及びこれらの
導管を含む熱ゾーン２１８、２２０、２２２、２２４の温度を制御することができる。
異なる熱ゾーン２１８、２２０、２２２、２２４は、異なる温度に維持することができ
る。例えば、第１熱ゾーン２１８、第２熱ゾーン２２０、及び第４熱ゾーン２２４は、２
５℃で示される。第３熱ゾーン２２２は、１５℃で示される。熱絶縁体２３４、２３５、
２３６は、異なる熱ゾーン間の熱的分離の増加の度合い又は量を提供し、熱ゾーン間のク
ロストークを最小限に抑える。熱絶縁体２３４、２３５、２３６は、熱ゾーン間のおおよ
その熱的分離を提供することができる。したがって、いくらかのクロストーク（例えば、
熱伝達）が、熱ゾーン間で発生する可能性がある。熱絶縁体は、（接着剤２１２との界面
における）熱伝導性ベース１６４の上面から熱伝導性ベース１６４内へ略垂直に延びる。
熱絶縁体２３４、２３５、２３６は、その上面から熱伝導性ベース１６４の下面に向かっ
て延び、熱伝導性ベース１６４内へ様々な深さを有することができる。熱絶縁体２３４、
２３５、２３６は、熱伝導性ベース１６４の上面へ延びているので、それらは静電パック
１６６内の熱ゾーン間の熱流束を最小化する。
一実施形態では、熱絶縁体２３４は、静電チャック１５０の中心から３０ｍｍであり、
熱絶縁体２３５は、静電チャック１５０の中心から９０ｍｍであり、熱絶縁体２３６は、
静電チャックの中心から１３４ｍｍである。あるいはまた、熱絶縁体２３４、２３５、２
３６は、静電チャック１５０の中心から異なる距離に配置することができる。例えば、熱
絶縁体２３４は、静電チャック１５０の中心から２０〜４０ｍｍに配置することができ、
熱絶縁体２３５は、静電チャック１５０の中心から８０〜１００ｍｍに配置することがで
き、熱絶縁体２３６は、静電チャック１５０の中心から１２０〜１４０ｍｍに配置するこ
とができる。
第１温度勾配２４０は、静電パック１６６内における第２熱ゾーン２２０と第３熱ゾー
ン２２２との間の界面に示される。第１温度勾配２４０は、第１端部２４２で２５℃の高
温及び第２端部２４４で１５℃の低温を有する。同様に、第２温度勾配２５０は、静電パ
ック１６６内の第３熱ゾーン２２２と第４熱ゾーン２２４との間の界面に示される。第２
温度勾配２５０は、第１端部２５２で１５℃の低温及び第２端部２５４で２５℃の高温を
有する。（温度勾配内に示される）熱ゾーン間のクロストークは、従来の静電チャックに
比べてかなり少ない。このようなクロストークは、従来の静電チャックに比べて約５０％
低減させることができる。例えば、第２熱ゾーン２２０における温度上昇は、断熱材が熱
伝導性ベースの底部から延在する静電チャックと比較して、第３熱ゾーン２２２の温度へ
の影響を５０％少なくすることができる。
隣接するゾーン間のクロストークの量は、静電パック１６６の厚さ、静電パック１６６
の材料組成、熱的に管理された材料が熱伝導性ベース１６４の上面近くで使用されている
かどうか、及び隣接する熱ゾーンが維持される温度に依存する可能性がある。静電パック
１６６の厚さを増加させると、クロストーク長さを増加させることができ、一方、厚さを
減少させると、クロストーク長さを減少させることができる。同様に、熱ゾーン間の温度
差を大きくすると、クロストーク長さを増加させることができ、一方、温度差を小さくす
ると、クロストーク長さを減少させることができる。また、熱的に管理された材料を使用
すると、クロストーク長さを減少させることができる。
静電チャック１５０は、プラズマエッチングプロセス、プラズマ洗浄プロセス、又はプ
ラズマを使用する他のプロセス中に、基板（例えば、ウェハ）を支持するために使用する
ことができる。したがって、熱伝導性ベース１６４の外周２１６は、耐プラズマ層２３８
で被覆してもよい。いくつかの実施形態では、静電パック１６６の表面もまた、耐プラズ
マ層２３８で被覆される。耐プラズマ層２３８は、例えば、Ｙ２Ｏ３（イットリア又は酸
化イットリウム）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ
１２（ＹＡＧ）、ＹＡｌＯ３（ＹＡＰ）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ
素）、サイアロン、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＯＮ（酸窒化アルミニウム）、Ｔ
ｉＯ２（チタニア）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＺｒＣ（炭化ジ
ルコニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣＮ（チタンカーボンナイトライド）、Ｙ２
Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）などの蒸着（堆積）された又は溶射されたセラミックスと
することができる。耐プラズマ層はまた、Ａｌ２Ｏ３のマトリックス中に分散されたＹ３
Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体、又はＳｉＣ−Ｓｉ３Ｎ４固溶体などのセラミ
ックス複合材料とすることができる。耐プラズマ層はまた、酸化イットリウム（イットリ
ア及びＹ２Ｏ３としても知られる）含有固溶体を含むセラミックス複合材料とすることが
できる。例えば、耐プラズマ層は、化合物Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）と固溶体Ｙ２−ｘＺ
ｒｘＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）で構成される複合材料とすることができる。なお
、純酸化イットリウム並びに酸化イットリウム含有固溶体は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ
ｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ
２Ｏ３、又は他の酸化物のうちの１以上をドープすることができることに留意すべきであ
る。また、純窒化アルミニウム、並びにＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅ
ｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化
物のうちの１以上をドープした窒化アルミニウムを使用できることにも留意すべきである
。あるいはまた、保護層は、サファイア又はＭｇＡｌＯＮとすることができる。
耐プラズマ層は、セラミックス粉末又はセラミックス粉末の混合物から製造することが
できる。例えば、セラミックス複合材料は、Ｙ２Ｏ３粉末、ＺｒＯ２粉末、及びＡｌ２Ｏ
３粉末の混合物から製造することができる。セラミックス複合材料は、５０〜７５モル％
の範囲内のＹ２Ｏ３、１０〜３０モル％の範囲内のＺｒＯ２、及び１０〜３０モル％の範
囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。一実施形態では、セラミックス複合材料は、おお
よそ、７７％のＹ２Ｏ３、１５％のＺｒＯ２、及び８％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施
形態では、セラミックス複合材料は、おおよそ、６３％のＹ２Ｏ３、２３％のＺｒＯ２、
及び１４％のＡｌ２Ｏ３を含む。更に別の一実施形態では、セラミックス複合材料は、お
およそ、５５％のＹ２Ｏ３、２０％のＺｒＯ２、及び２５％のＡｌ２Ｏ３を含む。相対的
な割合は、モル比であってもよい。例えば、ＨＰＭセラミックス複合材料は、７７モル％
のＹ２Ｏ３、１５モル％のＺｒＯ２、及び８モル％のＡｌ２Ｏ３を含んでもよい。これら
のセラミックス粉末の他の配分もまた、セラミックス複合材料用に使用することができる
。
プラズマリッチの環境での処理中に、アーク放電が、熱絶縁体２３４、２３５、２３６
の内部で発生する可能性がある。このようなアーク放電を回避するために、熱絶縁体２３
４、２３５、２３６は、耐熱誘電体材料（例えば、シリコーン又は有機接着材料）で充填
させることができる。追加的又は代替的に、熱絶縁体２３４、２３５、２３６の頂部は、
導電膜２３７によって被覆されてもよい。導電膜２３７は、好ましくは、熱ゾーン間の熱
的クロストークを最小限に抑えるために、低い熱伝導率を有する。したがって、導電膜は
、非常に薄くすることができ、及び／又はグリッド又はワイヤメッシュパターンを有する
ことができる。導電膜は、いくつかの実施形態では、約２００〜約８００ミクロンの厚さ
を有することができる。一実施形態では、導電膜は、アルミニウム合金（例えば、Ｔ６０
６１）であり、約５００ミクロン（例えば、約０．０２０インチ）の厚さを有する。ある
いはまた、導電膜は、他の金属又は他の導電性材料であってもよい。導電膜２３７は、熱
絶縁体２３４内のアーク放電を防止することができる。導電膜２３７は、それが覆う熱絶
縁体２３４、２３５、２３６の形状にほぼ合致させることができる。
一実施形態では、熱伝導性ベース１６４は、（例えば、熱伝導性ベースが接着剤２１２
及び／又は静電パック１６６と界面結合する）上面近傍又は上面に、カプセル化された材
料を含む。カプセル化された材料は、異方性熱伝導率を有する可能性がある。材料は、熱
伝導性のベース内に埋設された熱的に管理された材料とすることができ、熱的に管理され
た材料は、第１方向及び第２方向に沿って異なる熱伝導特性を有する。熱的に管理された
材料を接合するために、様々な接合技術（例えば、拡散接合、フラッシュ接合、ラミネー
ト加工、はんだ付け、及びろう付け）を使用することができる。
カプセル化させる又は埋設される材料は、材料が、熱伝導性ベースの周囲に沿って良好
な熱伝導率（例えば、約１５００ワット／ｍ・Ｋ）を有するように、及び垂直方向（熱伝
導性ベースの表面に垂直）に良好な熱伝導率を有し、しかしながら静電チャックの半径方
向には低い熱伝導率（例えば、約２０ワット／ｍ・Ｋ未満）を有するように配向させるこ
とができる。このような埋設された材料は、熱ゾーン間の半径方向のクロストークを低減
させることができる。一実施形態では、埋設された材料は、高熱伝導性熱分解グラファイ
ト層である。一実施形態では、熱的に管理された材料は、アルミニウムカバーで覆われる
。熱分解グラファイトは、高温の化学蒸着リアクタ内で炭化水素ガスの熱分解により製造
された塊状の高配向グラフェン積層体を含むことができる。高熱伝導性熱分解グラファイ
トの例としては、モメンティブ（商標名）によるＴＣ１０５０（商標名）Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｅ及びＴＰＧ（商標名）が含まれる。一実施形態では、埋設された材料は、熱膨張係数
（ＣＴＥ）の合致した合金又は他の材料でカプセル化される。
図３は、いくつかの例の静電チャックの熱ゾーン間のクロストークを示すグラフである
。横軸は、ウェハの中心からの距離をミリメートルで測定し、縦軸は、温度を摂氏で測定
している。第１ライン３９５及び第２ライン３１０は、従来の静電チャックに対して約２
０ｍｍのクロストーク長さを示し、クロストーク長さは、所望の温度差（図示の例では、
２５℃と１５℃の間の差）を維持するための２つの熱ゾーン間の最小分離距離である。一
実施形態では、クロストーク長さは、温度伝達が１０％から９０％まで行く長さとして定
義される。第３ライン３１５は、図２に示されるような熱絶縁体及び５ｍｍの厚さを有す
るＡｌＮの静電パック１６６を有する静電チャックに対して約８．４ｍｍのクロストーク
長さを示す。第４ライン３２０は、図２に示されるような熱絶縁体及び１ｍｍの厚さを有
するＡｌＮの静電パック１６６を有する静電チャックに対して約６ｍｍのクロストーク長
さを示す。いくつかの実施形態では、静電パックは、ＡｌＮであり、約１〜５ｍｍの厚さ
を有し、約６〜８．４ｍｍのクロストーク長さを有する。他の厚さ及び／又はセラミック
ス材料（例えば、Ａｌ２Ｏ３）を静電パックのために使用してもよい。
図４は、一実施形態に係る静電チャックの上面図である。静電チャックは、図２の熱絶
縁体２３４、２３５、２３６に対応することができる複数の熱絶縁体４１５を含む。図示
されるように、熱絶縁体４１５は、ヘリウム送出穴４１０及びリフターピン穴４０５の周
囲にルーティングさせることができる。追加的に又は代替的に、熱絶縁体４１５内に切れ
目があってもよく、これらは、さもなければリフターピン穴４０５及び／又はヘリウム送
出穴４１０と交差するであろう。また、熱絶縁体は、静電チャック内の他の構造（例えば
、取付穴、電極など）のため不連続であってもよい。ヘリウム穴は、静電パック上の異な
る伝熱ゾーンにヘリウムを送出することができる。異なる伝熱ゾーンは、熱的に絶縁させ
ることができ、各々は、処理の間、ヘリウム（又は他の裏面ガス）で充填され、これによ
って静電チャックとチャックされた基板との間の熱伝達を改善することができる。静電パ
ック内に複数の伝熱ゾーンを有することは、チャックされた基板の温度制御を微調整する
能力を更に向上させることができる。
図５は、一実施形態に係る静電チャックの底面図である。図５は、静電チャック上の異
なる熱ゾーン内の導管２２６、２２８、２３０、２３２を示す。図示されるように、導管
とそれらを含む熱ゾーンは、静電チャック内でほぼ同心である。導管は、静電チャックの
構造（例えば、取付穴、リフターピン穴、ヘリウム穴、電極など）の周囲にルーティング
される。矢印は、導管２２６、２２８、２３０、２３２内の冷却流体の流れの方向を示す
。クーラントは、熱ゾーン内の温度の均一性を改善するために、双方向パターンで導管２
２６、２２８、２３０、２３２を通って流れることができる。一実施形態では、導管は、
導管とその導管が通る熱伝導性ベースとの間の接触表面積を増大させるためにフィンを有
する。図示されるように、導管２３２は、実際には、一実施形態では、同じ温度コントロ
ーラに（例えば、同じ設定点チラーに）接続された３つの別々の導管のセットである。し
かしながら、別の一実施形態では、別々の導管は、各々が異なる設定点チラーに接続され
てもよい。これは、単一熱ゾーンの異なる領域内の温度の微調整を可能にすることができ
る。
図６は、一実施形態に係る静電チャックの断面側面図である。熱絶縁体２３４、２３５
及び２３６が図示される。図示の実施形態では、熱絶縁体２３４及び２３５は、取付穴６
２０の上方に配置されている。したがって、熱絶縁体２３４及び２３５の深さは、比較的
浅い。一実施形態では、熱絶縁体２３４及び２３５の深さは、約１／８インチ〜約１／４
インチである。あるいはまた、熱絶縁体は、より深く又はより浅くすることができる。熱
絶縁体２３６は、いずれの取付穴の上方にも配置されない。したがって、熱絶縁体２３６
は、熱絶縁体２３４及び２３５よりも大きな深さを有する。いくつかの実施形態では、熱
絶縁体２３６は、冷却ベースの全厚さの約６０％〜９０％である深さを有することができ
る。一実施形態では、熱絶縁体２３６は、冷却ベースの全厚さの約７５％である深さを有
する。
図７は、静電チャックアセンブリスタック７００の断面側面図である。静電チャックア
センブリスタック７００は、絶縁プレート（例えば、レキソライトプレート又は他のプラ
スチックプレート）７０５にボルト締めされた静電チャック１５０（静電チャックアセン
ブリとも呼ばれる）を含み、絶縁プレートは、下にある接地されたハードウェアからの（
例えば、静電チャックアセンブリスタックの残りの部分からの）電気絶縁を提供する。絶
縁プレート７０５は、次に下からファシリティプレート７１０にボルト締めされる。ファ
シリティプレートの主な目的は、絶縁プレート７０５のための構造的支持を提供し、ＥＳ
Ｃ冷却プレートの端部で複数のクーラントチャネルを提供することである。カソードベー
スプレート７１５もまた、下からチャンバ本体７２０にボルト締めされる。カソードベー
スプレート７１５は、流入するチラー接続からその上方のＥＳＣサブシステムの構成要素
までの複数の冷却チャネルのためのルーティングを提供する。カソードベースプレート７
１５はまた、上部にＥＳＣを搭載するために、チャンバの底部で構造的な支持を提供する
。ファシリティプレート７１０は、上方から外部アクセス可能である取付穴を有するよう
に構成される。したがって、ファシリティプレート７１０は、上方からカソードベースプ
レート７１５にボルト締めすることができる。これは、従来のスタック構成と比べて、チ
ャンバからの静電チャック１５０、プラスチックプレート７０５、ファシリティプレート
７１０を含むスタックの取り付け及び取り外しを著しく簡単にすることができる。
図８は、本発明の実施形態に係る静電チャックを製造するためのプロセス８００を示す
。プロセス８００のブロック８０５では、内部に導管を有する熱伝導性ベースが形成され
る。導管は、ミーリング工程と、後続のろう付け又は電子ビーム溶接して真空の完全性を
提供することによって形成される。例えば、熱伝導性ベースは、２つの部分とすることが
でき、ミーリング工程は、部品の一方又は両方の中に導管を形成するために実行すること
ができる。その後、これらの部品は共に接合して、単一の熱伝導性ベースを形成すること
ができる。熱伝導性ベースは、円盤状の形状を有するアルミニウム、アルミニウム合金、
ステンレス鋼、又は他の金属ベースとすることができる。あるいはまた、熱伝導性ベース
は、他の熱伝導性材料から形成されてもよい。ブロック８１０では、熱絶縁体が、熱伝導
性ベース内に形成される。熱絶縁体は、複数のボイドを形成するために、熱伝導性ベース
の上面から熱伝導性ベースを機械加工することによって形成することができる。ボイドは
、ほぼ同心円状ボイドとすることができる。ボイドは、ほぼ均一な深さを有することがで
き、又は様々な深さを有することができる。一実施形態では、ボイドは、熱伝導性ベース
の上面から熱伝導性ベースの下面に向かって（ただし、完全にではなく）延びる略垂直な
トレンチである。いくつかの実施形態では、ボイドは、有機接着材料、シリコーン、又は
低い熱伝導率を有する別の材料で充填される。あるいはまた、ボイドは、真空に封止され
てもよく、又は空気に通気されてもよい。
一実施形態では、ブロック８１５で、熱絶縁体は、薄い導電膜で覆われる。熱絶縁体上
に膜を形成又は配置するために、様々な技術を使用することができる。例えば、熱伝導性
ベースは、熱絶縁体の上方の領域のみがマスクによって露出されるようにマスクすること
ができる。その後、導電膜を熱伝導性ベース上に（例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸
着（ＰＶＤ）、単原子層堆積（ＡＬＤ）などによって）堆積させることができる。コーテ
ィングは、金属膜、箔、又は導電性金属酸化物膜（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴ
Ｏ））の形態とすることができる。
一実施形態では、ブロック８２０で、熱的に管理された材料（例えば、上述のようなも
の）が、熱伝導性ベースの上面又はその近くの熱伝導性ベース内に埋め込まれる。例えば
、熱的に管理された材料のウェハ又はディスクは、上面に接合されてもよく、他の材料（
例えば、アルミニウム）によって覆われてもよい。あるいはまた、窪みが、熱伝導性ベー
スの上面内に形成（例えば、機械加工）されてもよい。形成された窪みの形状を有する熱
的に管理された材料のディスク又はウェハは、その後、窪み内に挿入され、熱伝導性ベー
スに接合されてもよい。
ブロック８２５では、熱伝導性ベースは、静電パック又は他のセラミックスパックに接
合される。熱伝導性ベースは、有機接着材料（例えば、シリコーン）によって静電パック
に結合されてもよい。
前述の説明は、本発明のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、具体的な
システム、構成要素、方法等の例などの多数の具体的な詳細を説明している。しかしなが
ら、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施するこ
とができることが当業者には明らかであろう。他の例では、周知の構成要素又は方法は、
本発明を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明しないか、単純なブロック図形式
で提示されている。したがって、説明された具体的な詳細は、単なる例示である。特定の
実装では、これらの例示的な詳細とは異なる場合があるが、依然として本発明の範囲内に
あることが理解される。
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形
態に関連して記載された特定の構成、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含ま
れることを意味している。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「１つの実
施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を
指すものではない。また、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」
を意味することを意図している。用語「約」又は「およそ」は、本明細書で使用される場
合、これは、提示された公称値が±２５％以内で正確であることを意味することを意図し
ている。
本明細書内の本方法の操作が、特定の順序で図示され説明されているが、特定の操作を
逆の順序で行うように、又は特定の操作を少なくとも部分的に他の操作と同時に実行する
ように、各方法の操作の順序を変更することができる。別の一実施形態では、異なる操作
の命令又は副操作は、断続的及び／又は交互の方法とすることができる。
なお、上記の説明は例示であり、限定的ではないことを意図していることが理解される
べきである。上記の説明を読み理解することにより、多くの他の実施形態が当業者にとっ
て明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、その
ような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきであ
る。

Claims (15)

  1. セラミックスパックと、
    セラミックスパックの下面に接合された上面を有する熱伝導性ベースであって、
    複数の熱ゾーンと、
    熱伝導性ベースの上面から熱伝導性ベースの下面に向かって延びる複数の熱絶縁体であって、複数の熱絶縁体の各々は、熱伝導性ベースの上面において複数の熱ゾーンのうちの２つの間である程度の熱的分離を提供する複数の熱絶縁体を含み、複数の熱絶縁体のうちの第１の熱絶縁体は、複数の熱絶縁体のうちの第２の熱絶縁体とは異なる深さを有し、複数の熱絶縁体の少なくとも１つは熱伝導性ベース内で対応する取付穴の上方に配置され、複数の熱絶縁体の少なくとも１つは、対応する取付穴と接触することなく、対応する取付穴の方向に延びている熱絶縁体を含む熱伝導性ベースを含む基板支持アセンブリ。
  2. 複数の熱絶縁体の各々はセラミックスパックの中心の周りで略同心円状であり、複数の熱絶縁体のうちの少なくとも１つはセラミックスパックの中心の周りで略同心円状で不連続である、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  3. 対応する取付穴の上方に配置された複数の熱絶縁体の少なくとも１つは、取付穴の上方に設置されていない他の熱絶縁体よりも浅い深さを有する、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  4. 熱伝導性ベースの側面を被覆する耐プラズマ層を含み、耐プラズマ層はイットリウム含有層である、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  5. 複数の熱絶縁体のうちの各々は、略円形形状を有し、複数の熱絶縁体の各々は、セラミックスパックの周りに略同心円状に配置される、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  6. 複数の熱絶縁体のうちの第１熱絶縁体は、基板支持アセンブリの中心から２０〜４０ｍｍであり、複数の熱絶縁体のうちの第２熱絶縁体は、基板支持アセンブリの中心から８０〜１００ｍｍであり、複数の熱絶縁体のうちの第３熱絶縁体は、基板支持アセンブリの中心から１２０〜１４０ｍｍである、請求項５記載の基板支持アセンブリ。
  7. 複数の熱絶縁体は、複数のボイドを含み、複数のボイドは、シリコーンで充填される、真空下にある、又は大気に通気される、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  8. 複数の熱絶縁体の上に、複数の熱絶縁体の形状にほぼ合致する複数の導電膜を含み、複数の導電膜は、低い熱伝導率を有する、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  9. 複数の熱ゾーンの各々は、別個の設定点のチラーに結合された少なくとも１つの対応する導管を含み、少なくとも１つの対応する導管は、クーラントを双方向に流すように構成され、少なくとも１つの対応する導管は、熱伝導性ベースの上面と接触することなく、対応する熱ゾーンと接する対応する熱絶縁体と接触することなく、複数の熱ゾーンのうちの対応する熱ゾーン内に配置される、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  10. 熱伝導性ベースの上面において熱伝導性ベース内に埋め込まれ、第１方向及び第２方向に沿って異なる熱伝導特性を有する熱的管理された材料を含む、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  11. 熱的管理された材料は、高熱伝導性熱分解グラファイト層を含む、請求項１０記載の基板支持アセンブリ。
  12. 熱的管理された材料は、熱伝導性ベースの周囲に沿って上面に垂直方向に第１の熱伝導率を有し、熱的管理された材料は、基板支持アセンブリの半径方向に第２の熱伝導率を有し、第２の熱伝導率は第１の熱伝導率よりも低い、請求項１０記載の基板支持アセンブリ。
  13. セラミックスパックは、ＡｌＮを含み、１〜５ｍｍの厚さを有し、６〜８．４ｍｍのクロストーク長さを有する、請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  14. 静電チャック用の熱伝導性ベースであって、
    略同心円状の複数の熱ゾーンと、
    熱伝導性ベースの上面から熱伝導性ベースの下面に向かって延びる複数の熱絶縁体であって、複数の熱絶縁体の各々は、熱伝導性ベースの上面において複数の熱ゾーンのうちの２つの間である程度の熱的分離を提供する複数の熱絶縁体を含み、複数の熱絶縁体のうちの第１の一部は、複数の熱絶縁体のうちの第２の一部とは異なる深さを有し、複数の熱絶縁体の少なくとも１つは熱伝導性ベース内で対応する取付穴の上方に配置され、複数の熱絶縁体の少なくとも１つは、対応する取付穴と接触することなく、対応する取付穴の方向に延びている熱伝導性ベース。
  15. 複数の熱絶縁体は、複数のボイドを含み、複数のボイドは、シリコーンで充填される、真空下にある、又は大気に通気され、熱伝導性ベースは、
    上面において熱伝導性ベース内に埋め込まれた異方性熱伝導率を有する材料を含む、請求項１４記載の熱伝導性ベース。
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