JP6644051B2 - 高温処理用静電チャックアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明のいくつかの実施形態は、概して、高温処理に使用可能な基板支持アセンブリ（静電チャックアセンブリとも呼ばれる）に関する。
背景
静電チャックは、様々な用途（例えば、物理蒸着、エッチング、又は化学蒸着）に使用される処理チャンバ内での基板処理中に、基板（例えば、半導体ウェハ）を保持するために広く使用されている。静電チャックは、典型的には、誘電体又は半導電性セラミックス材料を含む単一のチャック本体内に埋め込まれた１以上の電極を含み、その全域に亘って静電クランプ領域を生成することができる。
静電チャックは、機械式クランプ装置及び真空チャックよりもいくつかの利点を提供する。例えば、静電チャックは、機械式クランプによって引き起こされる応力誘起クラックを低減し、基板のより広い領域を処理のために露出させることができ（エッジエクスクルージョンがほとんど又は全くなく）、低圧又は高真空環境で使用することができる。更に、静電チャックは、基板をより均一にチャッキング面に保持することができ、基板温度をより高度に制御することができる。
集積回路の製造に用いられる様々な処理は、基板処理のために高温及び／又は広い温度範囲を必要とする可能性がある。しかしながら、エッチング処理における静電チャックは、典型的には最高約１２０℃の温度範囲で動作する。約１２０℃を超える温度では、多くの静電チャックのコンポーネントは、様々な問題（例えば、ＡｌＯ静電チャックにおけるデチャッキング、腐食性化学物質によるプラズマ浸食、接合信頼性など）に起因して機能しなくなり始めるだろう。
概要
本明細書に記載された本発明のいくつかの実施形態は、１以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含む電気絶縁性上部パックプレートと、金属接合で上部パックプレートに接合された下部パックプレートとを有するパックを含む静電チャックアセンブリを網羅する。下部パックプレートは、下部パックプレートの中心から異なる距離で下部パックプレートの底面の上に分布する複数の構造体を含み、構造体の各々は、締結具を収容する。静電チャックアセンブリは、締結具によってパックに結合された冷却プレートを更に含む。締結具はそれぞれ、冷却プレートをパックに結合するためにほぼ等しい締結力を印加する。
本明細書に記載される本発明のいくつかの実施形態は、１以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを有するＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３上部パックプレートを含む静電パックを網羅する。静電パックは、金属接合によって上部パックプレートに接合された下部パックプレートを更に含む。下部パックプレートは、ａ）モリブデン、ｂ）ＡｌＳｉ合金で溶浸されたＳｉＣ多孔質体、又はｃ）ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３などのセラミックスからなる。下部パックプレートは、下部パックプレートの中心から異なる距離で下部パックプレートの底面の上に分布する複数の構造体を更に含み、構造体の各々は、締結具を収容する。
本明細書に記載される本発明のいくつかの実施形態は、静電チャックアセンブリを製造する方法を網羅する。本方法は、下部パックプレート内に複数の構造体を形成する工程を含む。本方法は、パックを形成するために下部パックプレートを上部パックプレートに金属接合で接合する工程であって、上部パックプレートは、１以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含む工程を更に含む。本方法は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）製ガスケット又はＰＦＰ製Ｏリングのうちの少なくとも１つを冷却プレートの少なくとも一部の上面に配置する工程を更に含む。本方法は、下部パックプレート内に形成された複数の構造体のそれぞれの中に複数の締結具のうちの１つを挿入する工程を更に含む。本方法は、複数の締結具を締め付けることによって冷却プレートをパックに結合する工程を更に含む。複数の締結具は、冷却プレートをパックに結合するためにほぼ等しい締結力を印加するようにほぼ等しく締め付けることができる。
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側面図である。 基板支持アセンブリの一実施形態の分解図を示す。 静電チャックアセンブリの一実施形態の断面上面図を示す。 静電チャックアセンブリの一実施形態の断面側面図で示す。 静電チャックアセンブリの別の一実施形態の断面側面図である。 静電チャックアセンブリを製造する処理の一実施形態を示す。
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、基板支持アセンブリと、締結具の集合体によって冷却プレートに結合されたパックを含む静電チャックアセンブリとを提供する。パックを冷却プレートに固定するために、複数の締結具が使用される。複数の締結具は、パックの中心から異なる距離に配置される。一実施形態では、第１セットの締結具は、パックの中心から第１の半径に配置され、第２セットの締結具は、パックの中心から第２の半径に配置される。複数の締結具は、冷却プレートの上面又は表面全域に亘ってほぼ均一に分布させ、締結力を均等に分配して、パックを冷却プレートに結合することができる。締結具は、各締結具によって印加される締結力がほぼ同じとなることを保証するために、すべて同じ量で締め付けることができる。これは、パックとパックの上の冷却プレートとの間の均一な熱伝達特性を促進する。
一実施形態では、静電チャックアセンブリは、金属接合によって下部パックプレートに結合された電気絶縁性上部パックプレートを有するパックを含む。金属接合は、アルミニウム接合、ＡｌＳｉ合金接合、又は他の金属接合とすることができる。上部パックプレートは、１以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含む。下部パックプレートは、下部パックプレートの中心から異なる距離で下部パックプレートの底面に分布する複数の構造体を含む。構造体の各々は、複数の締結具のうちの１つを収容する。静電チャックアセンブリは、締結具によってパックに結合された冷却プレートを更に含む。冷却プレートは、ベース部（冷却ベースと呼ばれる）と、複数のばねによってベース部に接続されたばね付勢された内側ヒートシンクとを含み、複数のばねは、内側ヒートシンクをパックに対して押し付ける力を印加する。締結具はそれぞれ、冷却プレートをパックに結合する（例えば、冷却プレートのベース部をパックに結合する）ためにほぼ等しい締結力を印加する。このほぼ等しい締結力は、冷却プレートとパックとの間の均一な熱伝達を促進することができる。更に、ばね付勢された内側ヒートシンクもまた、冷却プレートとパックとの間の均一な熱伝達を促進することができる。
図１は、内部に静電チャックアセンブリ１５０が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。静電チャックアセンブリ１５０は、以下でより詳細に説明されるように、下部パックプレートに結合された上部パックプレートを有する静電パック（パック１６６）を含む。パック１６６は、以下でより詳細に説明されるように、複数の締結具によって冷却プレートに結合される。
処理チャンバ１００は、内部容積１０６を囲むチャンバ本体１０２及び蓋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１０８及び底部１１０を含む。外側ライナ１１６は、側壁１０８に隣接して配置され、チャンバ本体１０２を保護することができる。外側ライナ１１６は、耐プラズマ性又は耐ハロゲン含有ガス性材料で製造及び／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１１６は、イットリア、イットリウム合金、又はそれらの酸化物から製造される、又はイットリア、イットリウム合金又は、それらの酸化物でコーティングされる。
排気ポート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、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上に支持することができる。蓋１０４は、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするように開放することができ、閉じている間、処理チャンバ用のシールを提供することができる。ガスパネル１５８を処理チャンバ１００に結合して、蓋１０４の一部であるガス分配アセンブリ１３０を介して内部容積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、ハロゲン含有ガス（とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｃｌ２、及びＳｉＦ４など）、及び他のガス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ）を含む処理チャンバを含み、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、及び処理ガスに対して不活性な他のガス（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の下流面に複数の開口１３２を有し、ガス流を基板１４４の表面に向けることができる。追加的又は代替的に、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心穴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、酸化イットリウムなど）によって製造及び／又はコーティングされ、ハロゲン含有化学物質への耐性を提供し、ガス分配アセンブリ１３０が腐食するのを防いでもよい。
基板支持アセンブリ１４８は、ガス分配アセンブリ１３０の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６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１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周辺部にコーティングされてもよい。内側ライナ１１８は、耐ハロゲン含有ガス性材料(例えば、外側ライナ１１６を参照して論じられたもの）とすることができる。一実施形態では、内側ライナ１１８は、外側ライナ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を支持する取り付けプレート１６２と、静電チャックアセンブリ１５０とを含む。一実施形態では、静電チャックアセンブリ１５０は、複数の締結具によって静電パック（以下、本明細書ではパック１６６と呼ぶ）に結合された冷却プレートと本明細書で呼ばれる熱伝導性ベースを更に含む。実施形態に説明される静電チャックアセンブリ１５０は、静電チャック１６４を含む。実施形態で説明される静電チャックアセンブリ１５０は、ジョンソン・ラーベック及び／又はクーロン静電チャッキング用に使用することができる。
一実施形態では、保護リング１４６は、パック１６６の外周でパック１６６の一部の上に配置される。一実施形態では、パック１６６は、保護層１３６でコーティングされる。あるいはまた、パック１６６は、保護層１３６でコーティングされなくてもよい。保護層１３６は、セラミックス（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）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、ＹＡｌＯ３（ＹＡＰ）、石英、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）、ＴｉＯ２（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（炭窒化チタン）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）など）とすることができる。保護層はまた、セラミックス複合材料（例えば、Ａｌ２Ｏ３マトリックス内に分布したＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体、又はＳｉＣ−Ｓｉ３Ｎ４固溶体）であってもよい。保護層はまた、酸化イットリウム（イットリア及びＹ２Ｏ３としても知られている）含有固溶体を含むセラミックス複合材料であってもよい。例えば、保護層は、化合物Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）と固溶体Ｙ２−ｘＺｒｘＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）とからなるセラミックス複合材料であってもよい。なお、純粋な酸化イットリウムならびに酸化イットリウム含有固溶体は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物のうちの１以上でドープされてもよい。なお、純粋な窒化アルミニウムならびにＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物のうちの１以上でドープされた窒化アルミニウムを使用することもできる。あるいはまた、保護層は、サファイア又はＭｇＡｌＯＮであってもよい。
パック１６６は、金属接合で接合された上部結合プレート（図示せず）及び下部結合プレート（図示せず）を含む。上部パックプレートは、１８０℃以上の温度で半導体処理に使用可能な（例えば、１０１４オーム・メートルよりも大きい電気抵抗率を有する）誘電体又は電気絶縁性材料とすることができる。一実施形態では、上部パックプレートは、約２０℃〜約５００℃で使用可能な材料で構成される。一実施形態では、上部パックプレートはＡｌＮである。ＡｌＮ上部パックプレートは、ドープされていなくても、ドープされていてもよい。例えば、ＡｌＮは、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は遷移金属酸化物でドープすることができる。一実施形態では、上部パックプレートはＡｌ２Ｏ３である。Ａｌ２Ｏ３上部パックプレートは、ドープされていなくても、ドープされていてもよい。例えば、Ａｌ２Ｏ３は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）又は遷移金属酸化物でドープすることができる。
下部パックプレートは、上部パックプレートの熱膨張係数に一致する熱膨張係数を有することができる。一実施形態では、下部パックプレートは、ＡｌＳｉ合金（ＡｌＳｉＳｉＣと呼ばれる）で溶浸されたＳｉＣ多孔質体である。あるいはまた、下部パックプレートは、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３であってもよい。一実施形態では、下部パックプレートは、ドープされていないＡｌＮ又はドープされていないＡｌ２Ｏ３である。一実施形態では、下部パックプレートは、上部パックプレートと同じ材料で構成される。ＡｌＳｉＳｉＣ材料、ＡｌＮ、又はＡｌ２Ｏ３は、例えば、反応性エッチング環境又は不活性環境内で使用することができる。
一実施形態では、下部パックプレートはモリブデンである。例えば、パック１６６が不活性環境内で使用される場合、モリブデンを使用することができる。不活性環境の例としては、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｏ２、Ｎなど）を内部に流す環境が挙げられる。例えば、パック１６６が金属堆積用に基板をチャックする場合、モリブデンを使用することができる。モリブデンはまた、腐食環境内における用途（例えば、エッチング用途）のために、下部パックプレート用に使用されてもよい。このような実施形態では、下部パックプレートが上部パックプレートに接合された後、下部パックプレートの露出面は、耐プラズマコーティングでコーティングされてもよい。耐プラズマコーティングは、プラズマ溶射プロセスを介して行われてもよい。耐プラズマコーティングは、例えば、下部パックプレートの側壁及び下部パックプレートの露出した水平段差を覆うことができる。一実施形態では、耐プラズマコーティングはＡｌ２Ｏ３である。あるいはまた、耐プラズマコーティングは、Ｙ２Ｏ３又はＹ２Ｏ３含有酸化物であってもよい。あるいはまた、耐プラズマコーティングは、保護層１３６に関して記載された材料のいずれかであってもよい。
取り付けプレート１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合され、ユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリードなど）を冷却プレート１６４及びパック１６６まで経路付け（ルーティング）するための通路を含む。冷却プレート１６４及び／又はパック１６６は、１以上のオプションの埋設型加熱素子１７６、オプションの埋設型断熱器（サーマルアイソレータ）１７４、及び／又はオプションの導管１６８、１７０を含み、基板支持アセンブリ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。一実施形態では、サーマルガスケット１３８が、冷却プレート１６４の少なくとも一部の上に配置される。
導管１６８、１７０は、導管１６８、１７０を通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。一実施形態では、導管１６８、１７０の間に埋設型断熱器１７４を配置することができる。埋設された加熱素子１７６は、ヒータ電源１７８によって調整される。導管１６８、１７０及び埋設された加熱素子１７６は、パック１６６の温度を制御するために利用され、それによってパック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。一実施形態では、パック１６６は、異なる温度を維持することができる２つの別個の加熱ゾーンを含む。別の一実施形態では、パック１６６は、異なる温度を維持することができる４つの異なる加熱ゾーンを含む。静電パック１６６及び熱伝導ベース１６４の温度は、コントローラ１９５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。
パック１６６は、パック１６６の上面に形成することができる複数のガス通路（例えば、溝、メサ、及び他の表面構造体）を更に含むことができる。ガス通路は、パック１６６内に穿孔された穴を介して熱伝達（又は裏面）ガス（例えば、Ｈｅ）の供給源に流体結合することができる。動作中、裏面ガスは、制御された圧力でガス通路に供給されて、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。
一実施形態では、パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御される少なくとも１つのクランプ電極１８０を含む。クランプ電極１８０（チャッキング電極とも呼ばれる）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の整合回路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。１以上のＲＦ電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び最大約１０、０００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成可能である。一実施形態では、ＲＦ信号が金属ベースに印加され、交流電流（ＡＣ）がヒータに印加され、直流電流（ＤＣ）がクランプ電極１８０に印加される。
図２は、基板支持アセンブリ１４８の一実施形態の分解図を示す。基板支持アセンブリ１４８は、パック１６６及び台座１５２を含む静電チャックアセンブリ１５０の分解図を示す。静電チャックアセンブリ１５０は、パック１６６ならびにパック１６６に取り付けられた冷却プレート１６４を含む。図示されるように、Ｏリング２４０は、冷却プレート１６４の上面の周囲に沿って冷却プレート１６４に加硫処理することができる。あるいはまた、Ｏリングは、冷却板１６４の上面に加硫処理されることなく配置されてもよい。本明細書では、冷却プレート１６４の少なくとも一部に加硫処理されるＯリング及びガスケットを参照して実施形態を説明する。しかしながら、Ｏリング及び／又はガスケットは、その代わりに、下部パックプレートに加硫処理されてもよいことが理解されるべきである。あるいはまた、Ｏリング及び／又はガスケットは、いずれの表面にも加硫処理されなくてもよい。一実施形態では、Ｏリング２４０は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）製Ｏリングである。あるいはまた、他のタイプの高温Ｏリングを使用してもよい。一実施形態では、断熱性高温Ｏリングが使用される。Ｏリング２４０は、第１の厚さの第１段と、第２の厚さの第２段とを有する階段状のＯリングとすることができる。これは、締結具を締め付けるために使用される力の量を、ＰＦＰ製Ｏリング２４０の設定圧縮量後に劇的に増加させることによって、締結具の均一な締め付けを促進することができる。
追加のＯリング（図示せず）がまた、ケーブルが通る冷却プレート１６４の中心で穴２８０の周囲の冷却プレートの上面に加硫処理されてもよい。他のより小さいＯリングもまた、他の開口の周り、リフトピンの周りなどの冷却プレート１６４に加硫処理されてもよい。あるいはまた、ガスケット（例えば、ＰＦＰ製ガスケット）が、冷却プレート１６４の上面に加硫処理されてもよい。ガスケット又はＯリング２４０に使用可能なＰＦＰの例は、デュポン（商標名）のＥＣＣｔｒｅｍｅ（商標名）、デュポンのＫＡＬＲＥＺ（商標名）及びダイキン（商標名）のＤＵＰＲＡ（商標名）である。Ｏリング２４０又はガスケットは、チャンバ内部容積と静電チャックアセンブリ１５０内の内部容積との間の真空シールを提供する。静電チャックアセンブリ１５０内の内部容積は、導管及び配線を引き回すために台座１５２内に開放空間を含む。
冷却プレート１６４は、締結具が挿入される多数の構造体２４２を更に含む。ガスケットが使用される場合、ガスケットは、構造体２４２の各々において切欠きを有することができる。締結具は、構造体２４２のそれぞれを通って延在し、パック１６６内に形成された追加の構造体内に挿入される締結具（又は追加の締結具）の追加部分に取り付けられる。例えば、ボルトは、冷却プレート１６４内の構造体２４２を通って延在し、パック１６６の構造体内に配置されたナット内にねじ込まれてもよい。冷却プレート１６４内の各構造体２４２は、パック１６６の下部パックプレート２３２内の類似の構造体（図示せず）と整列してもよい。
パック１６６は、その上に配置された基板１４４の形状及びサイズに実質的に一致することができる環状周辺部を有するディスク状の形状を有する。パック１６６の上面は、外側リング２１６、複数のメサ２０６、２１０、及びメサ２１０の間のチャネル２０８、２１２を有することができる。パック１６６は、金属接合によって下部パックプレート２３２に接合された上部パックプレート２３０を含む。一実施形態では、上部パックプレート２３０は、電気的に絶縁性のセラミックス材料によって製造することができる。セラミックス材料の好適な例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などが挙げられる。
一実施形態では、下部パックプレート２３２に使用される材料は、下部パックプレート２３２材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）が電気絶縁性上部パックプレート２３０材料の熱膨張係数と実質的に一致するように適切に選択し、これによってＣＴＥの不一致を最小にし、熱サイクル中にパック１６６に損傷を与える可能性のある熱機械的応力を回避することができる。一実施形態では、下部パックプレート２３２はモリブデンである。一実施形態では、下部パックプレートはアルミナである。一実施形態では、下部パックプレートはＡｌＮである。
一実施形態では、導電性金属マトリックス複合（ＭＭＣ）材料が下部パックプレート２３２に使用される。ＭＭＣ材料は、金属マトリックスと、マトリックス全体に埋め込まれて分散された強化材料とを含む。金属マトリックスは、単一の金属又は２以上の金属又は金属合金を含むことができる。使用可能な金属は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、コバルトニッケル合金（ＣｏＮｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又はそれらの様々な組み合わせを含むが、これらに限定されない。補強材料は、ＭＭＣの所望の構造強度を提供するように選択することができ、例えば、熱伝導率及びＣＴＥなどのＭＭＣの他の特性に所望の値を提供するように選択することもできる。使用可能な補強材料の例は、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むが、他の材料を使用することもできる。
下部パックプレート２３２用のＭＭＣ材料は、好ましくは、所望の導電性を提供し、静電チャックアセンブリ１５０の動作温度範囲にわたって、上部パックプレート２３０の材料のＣＴＥに実質的に一致するように選択される。一実施形態では、温度は、約２０℃〜約５００℃の範囲とすることができる。一実施形態では、ＣＴＥを一致させることは、ＭＭＣ材料が上部パックプレート２３０の材料内でも使用される少なくとも１つの材料を含むようにＭＭＣ材料を選択することに基づく。一実施形態では、上部パックプレート２３０はＡｌＮを含む。一実施形態では、ＭＭＣ材料は、ＡｌＳｉ合金で溶浸されたＳｉＣ多孔質体を含む。
ＭＭＣの構成材料及び組成百分率は、望ましい設計目的を満たす工学的材料を提供するように選択することができる。例えば、下部パックプレート２３２と上部パックプレート２３０のＣＴＥを密接に一致させるようにＭＣＣ材料を適切に選択することによって、下部パックプレート２３２と上部パックプレート２３０との間の界面における熱機械的応力が低減される。
下部パックプレート２３２は、締結具を受け入れるための多数の構造体（図示せず）を含むことができる。構造体は、下部パックプレート２３２の表面全域にわたってほぼ均一に分布されてもよく、下部パックプレート２３２の中心からの第１の距離の第１セットの構造体と、下部パックプレート２３２の中心から第２の距離の第２セットの構造体を含むことができる。
パック１６６の下に取り付けられた冷却プレート１６４は、円盤状の主部２２４と、主部２２４から外向きに延在し、台座１５２上に位置する環状フランジとを有することができる。一実施形態では、冷却プレート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形成することができる。あるいはまた、冷却プレート１６４は、パック１６６の熱膨張係数を一致させるために、複合セラミックス（例えば、アルミニウム−シリコン合金溶浸ＳｉＣ又はモリブデン）によって製造することができる。冷却プレート１６４は、良好な強度及び耐久性ならびに熱伝達特性を提供するべきである。
図３は、パック１６６の一実施形態の断面上面図を示す。図示されるように、パック１６６は、パック１６６によって支持されることができる基板又はウェハの半径と実質的に同様とすることができる半径Ｒ３を有する。パック１６６は、複数の構造体３０５を更に含む。構造体は、パック１６６が取り付けられる冷却プレート内の同様の構造体と一致させることができる。各構造体３０５は締結具を収容する。例えば、ボルトの頭部が、ボルトの頭部を収容するのに十分な大きさの開口部の内側になり、ボルトのシャフトが、パック１６６の底面から外へと延在するように、ボルト（例えば、ステンレス鋼ボルト、亜鉛メッキ鋼ボルトなど）を各構造体内に配置することができる。ボルトは、冷却プレート内の対応する構造体内に配置されたナットに締め付けることができる。あるいはまた、構造体３０５は、ナットを収容するような大きさとすることができ、冷却プレート内の対応する構造体によって収容されるボルトのシャフトを受け入れることができる穴を含むことができる。別の一例では、ヘリカルインサート（例えば、Ｈｅｌｉ−Ｃｏｉｌ（商標名））又は他のねじ付きインサート（例えば、圧入インサート、モールドインインサート、キャプティブナットなど）を、ねじ穴を追加するための１以上の構造体内に挿入することができる。冷却プレートの内部に配置され、冷却プレートから突出しているボルトは、その後、冷却プレートをパックに固定するためにねじ付きインサートにねじ込まれてもよい。あるいはまた、ねじ付きインサートを冷却プレート内に使用してもよい。
構造体３０５は、締結具のより大きな熱膨張係数を調整するために、締結具のサイズに比べてわずかに大きくすることができる。一実施形態では、締結具は、締結具が５００又は６００℃に加熱されたときに、締結具が構造体に力を及ぼさないようなサイズにされる。
図示のように、複数のセットの構造体３０５がパック１６６に含まれてもよい。構造体３０５の各セットは、パック１６６の中心から特定の半径又は距離で等間隔に配置することができる。例えば、図示のように、第１セットの構造体３０５が半径Ｒ１に配置され、第２セットの構造体３０５が半径Ｒ２に配置される。追加のセットの構造体がまた、追加の半径に配置されてもよい。
一実施形態では、構造体は、パック１６６上に均一な荷重を生成するように配置される。一実施形態では、構造体は、ボルトが約３０〜７０平方センチメートル毎（例えば、５０平方センチメートル毎）に位置するように配置される。一実施形態では、１２インチのパック１６６に対して、３セットの構造体が使用される。第１セットの構造体は、パック１６６の中心から約４インチに位置し、約４つの構造体を含むことができる。第２セットの構造体は、パック１６６の中心から約６インチに位置し、約６つの構造体を含むことができる。第３セットの構造体は、パック１６６の中心から約８インチに位置し、約８つの構造体を含むことができる。一実施形態では、パック１６６は、２〜３の異なる半径でセットに配置された約８〜２４個の構造体を含み、各構造体は締結具を収容する。
図４は、静電チャックアセンブリ１５０の一実施形態の断面側面図を示す。静電チャックアセンブリ１５０は、上部パックプレート２３０と、金属接合４５０によって共に接合された下部パックプレート２３２とから構成されるパック１６６を含む。一実施形態では、金属接合の方法として拡散接合が使用されるが、他の接合方法を使用することもできる。一実施形態では、上部パックプレート２３０及び下部パックプレート２３２は、アルミニウムを含む材料（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）を含む。金属接合４５０は、上部パックプレート２３０と下部パックプレート２３２との間の接合領域に配置されたアルミニウム箔の「中間層」を含むことができる。圧力と熱を加えて、アルミニウム箔と上部パックプレート２３０との間、及びアルミニウム箔と下部パックプレート２３２との間に拡散接合を形成することができる。別の一実施形態では、拡散接合は、上部パックプレート２３０及び下部パックプレート２３２のために使用される材料に基づいて選択される他の中間層材料を使用して形成されてもよい。別の一実施形態では、上部パックプレート２３０は、直接的な拡散接合を用いて下部パックプレート２３２に直接接合されてもよく、この場合、中間層は接合を形成するために使用されない。
耐プラズマ高温Ｏリング４４５は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）で作ることができる。Ｏリング４４５は、無機添加剤（例えば、ＳｉＣ）を有するＰＦＰであってもよい。Ｏリングは、交換可能であってもよい。Ｏリング４４５が劣化したとき、これを取り除くことができ、新たなＯリングを上部パックプレート２３０の上に引き伸ばして、上部パックプレート２３０と下部パックプレート２３２との間の界面のパック１６６の周囲に配置することができる。Ｏリング４４５は、金属接合４５０をプラズマによる浸食から保護することができる。
上部パックプレート２３０は、メサ２１０、チャネル２１２、及び外側リング２１６を含む。上部パックプレート２３０は、クランプ電極１８０及び１以上の加熱素子１７６を含む。クランプ電極１８０は、チャッキング電源１８２に結合され、整合回路１８８を介してＲＦプラズマ電源１８４及びＲＦバイアス電源１８６に結合される。上部パックプレート２３０及び下部パックプレート２３２は、追加的にガス供給孔（図示せず）を含むことができ、これを通してガス供給源４４０は、裏面ガス（例えば、Ｈｅ）をポンピングする。
上部パックプレート２３０は、約３〜２５ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、上部パックプレート２３０は、約３ｍｍの厚さを有する。クランプ電極１８０は、上部パックプレート２３０の上面から約１ｍｍのところに配置することができ、加熱素子１７６は、クランプ電極１８０の下の約１ｍｍのところに配置することができる。加熱素子１７６は、約１０〜２００ミクロンの厚さを有するスクリーン印刷された加熱素子とすることができる。あるいはまた、加熱素子は、上部パックプレート２３０の厚さの約１〜３ｍｍを使用する抵抗コイルであってもよい。このような実施形態では、上部パックプレート２３０は、約５ｍｍの最小厚さを有することができる。一実施形態では、下部パックプレート２３２は、約８〜２５ｍｍの厚さを有する。
加熱素子１７６は、上部パックプレート２３０を加熱するためのヒータ電源１７８に電気的に接続されている。上部パックプレート２３０は、電気絶縁材料（例えば、ＡｌＮ）を含むことができる。下部パックプレート２３２及び上部パックプレート２３２は、同じ材料で作ることができる。一実施形態では、下部パックプレート２３２は、上部パックプレート２３０に使用される材料とは異なる材料で作られる。一実施形態では、下部パックプレート２３２は、金属マトリックス複合材料から構成される。一態様では、金属マトリックス複合材料は、アルミニウム及びシリコンを含む。一実施形態では、金属マトリックス複合材料は、ＡｌＳｉ合金で溶浸したＳｉＣ多孔質体である。
下部パックプレート２３２は、流体源１７２と流体連通する１以上の導管１７０（本明細書では冷却チャネルとも呼ばれる）を有する冷却プレート１６４に結合され、熱伝達する。冷却プレート１６４は、複数の締結具４０５によってパック１６６に結合される。締結具４０５は、ねじ締結具（例えば、ナットとボルトのペア）とすることができる。図示のように、下部パックプレート２３２は、締結具４０５を収容するための複数の構造体４３０を含む。冷却プレート１６４は、同様に、締結具４０５を収容するための複数の構造体４３２を含む。一実施形態では、構造体は座ぐり穴を有するボルト穴である。図示のように、構造体４３０は、下部パックプレート２３２を通って延在する貫通形状である。あるいはまた、構造体４３０は、貫通形状でなくてもよい。一実施形態では、構造体４３０は、Ｔ字形のボルト頭部を、又はスロット内に挿入され、その後９０度回転することができる長方形のナットを収容するスロットである。一実施形態では、締結具は、ワッシャ、グラフォイル、アルミニウム箔、又は構造体に対して均一に締結具の頭部からの力を分配する他の荷重分散材料を含む。
（図示されるような）一実施形態では、ＰＦＰ製Ｏリング４１０は、冷却プレート１６４の周囲で冷却プレートに加硫処理される（又は他の方法で配置される）。あるいはまた、ＰＦＰ製Ｏリング４１０は、下部冷却プレート２３２の底面に加硫処理されてもよい。締結具４０５は、ＰＦＰ製Ｏリング４１０を圧縮するために締め付けることができる。締結具４０５は全て、ほぼ同じ力で締め付けられ、パック１６６と冷却プレートとの間の分離部４１５を、パック１６６と冷却プレート１６４との間の界面全体に亘ってほぼ同一（均一）であるようにすることができる。これは、冷却プレート１６４とパック１６６との間の熱伝達特性が均一になることを保証することができる。一実施形態では、分離部４１５は約２〜１０ミルである。例えば、ＰＦＰ製Ｏリング４１０がグラフォイル層なしで使用される場合、分離部は２〜１０ミルであってもよい。グラフォイル層がＰＦＰ製Ｏリング４１０と共に使用される場合、分離部は約１０〜４０ミルとすることができる。より大きな分離部は、熱伝達を減少させ、パック１６６と冷却プレート１６４との間の界面をサーマルチョークとして作用させる。一実施形態では、伝導性ガスを分離部４１５内に流して、パック１６６と冷却プレート１６４との間の熱伝達を改善することができる。
分離部４１５は、パック１６６と冷却プレート１６４との間の接触領域を最小化する。更に、パック１６６と冷却プレート１６４との間にサーマルチョークを維持することによって、パック１６６は、冷却プレート１６４よりもはるかに高い温度に維持することができる。例えば、いくつかの実施形態では、パック１６６は、摂氏１８０〜３００度の温度まで加熱することができ、一方、冷却プレート１６４は、摂氏約１２０℃未満の温度を維持することができる。パック１６６及び冷却プレート１６４は、熱サイクル中に独立して自由に膨張又は収縮する。
分離部４１５は、加熱されたパック１６６から冷却された冷却プレート１６４への熱伝導経路を制限することによって、サーマルチョークとして機能することができる。真空環境では、伝熱媒体が供給されない限り、熱伝達は、主に放射過程となるかもしれない。パック１６６は、基板処理中に真空環境内に配置される可能性があるので、加熱素子１７６によって生成された熱は、分離部４１５を横切ってより非効率的に伝達させることができる。したがって、熱伝達に影響を及ぼす分離部及び／又は他の要因を調整することによって、パック１６６から冷却プレート１６４へ流れる熱流束を制御することができる。基板の効率的な加熱を提供するために、上部パックプレート２３０から離れて伝導される熱の量を制限することが望ましい。
一実施形態（図示せず）では、ＰＦＰ製Ｏリング４１０の周囲内のパック１６６と冷却プレート１６４との間に、グラフォイル層が配置される。グラフォイルは、約１０〜４０ミルの厚さを有することができる。締結具４０５は、グラフォイル層ならびにＰＦＰ製Ｏリング４１０を圧縮するように締め付けることができる。グラフォイルは熱伝導性とすることができ、パック１６６と冷却プレート１６４との間の熱伝達を改善することができる。
一実施形態（図示せず）では、冷却プレート１６４は、ＰＦＰ製Ｏリング４１０が加硫処理されることができるベース部を含む。冷却プレート１６４は、１以上のばねによってベース部に接続されたばね付勢された内側ヒートシンクを更に含むことができる。ばねは、内側ヒートシンクをパック１６６に押し付ける力を印加する。ヒートシンクの表面は、パック１６６とヒートシンクとの間の熱伝達特性を制御する所定の粗さ及び／又は表面形状（例えば、メサ）を有することができる。更に、ヒートシンクの材料は、熱伝達特性に影響を与える可能性がある。例えば、アルミニウム製のヒートシンクは、ステンレス鋼製のヒートシンクよりも熱を良好に伝達するだろう。一実施形態では、ヒートシンクは、ヒートシンクの上面にグラフォイル層を含む。
図５は、静電チャックアセンブリ５０５の別の一実施形態の断面側面図を示す。一実施形態では、静電チャックアセンブリ５０５は、図１及び図２の静電チャックアセンブリ１５０に対応する。静電チャックアセンブリ５０５は、上部パックプレート５１５と下部パックプレート５２０とで構成される静電パック５１０を含む。一実施形態では、静電パック５１０は、図３のパック１６６に対応する。一実施形態では、上部パックプレート５１５は、金属接合５５０によって下部パックプレート５２０に接合される。一実施形態では、金属接合の方法として拡散接合が使用される。しかしながら、他の接合方法を用いて金属接合を生成することもできる。
上部パックプレート５１５は、電気絶縁性（誘電性）セラミックス（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）で構成されている。上部パックプレート５１５は、クランプ電極５２７と１以上の加熱素子５２９を含む。クランプ電極５２７は、チャッキング電源（図示せず）に結合され、整合回路（図示せず）を介してＲＦプラズマ電源（図示せず）及びＲＦバイアス電源（図示せず）に結合することができる。加熱素子５２９は、上部パックプレート５１５を加熱するためのヒータ電源（図示せず）に電気的に接続される。
上部パックプレート５１５は、約３〜１０ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、上部パックプレート５１５は、約３〜５ｍｍの厚さを有する。クランプ電極５２７は、上部パックプレート５１５の上面から約０．３〜１ｍｍに位置することができ、加熱素子５２９は、クランプ電極５２７の下、約２ｍｍに位置することができる。加熱素子５２９は、約１０〜２００ミクロンの厚さを有するスクリーン印刷された加熱素子とすることができる。あるいはまた、加熱素子５２９は、上部パックプレート５１５の厚さの約１〜３ｍｍを使用する抵抗コイルであってもよい。このような実施形態では、上部パックプレート５１５は、約５ｍｍの最小厚さを有することができる。
下部パックプレート５２０は、上部パックプレート５１５と類似又は一致する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料で構成される。下部パックプレート５２０用に使用される材料は、下部パックプレート５２０材料のＣＴＥが電気絶縁性上部パックプレート５１５材料のＣＴＥと実質的に一致するように適切に選択し、これによってＣＴＥの不一致を最小にし、熱サイクル中に静電チャックアセンブリ５０５に損傷を与える可能性のある熱機械的応力を回避することができる。したがって、上部パックプレート５１５がＡｌＮである場合、下部パックプレート５２０もまたＡｌＮとすることができる。同様に、上部パックプレートがＡｌ２Ｏ３である場合、下部パックプレート５２０もまたＡｌ２Ｏ３とすることができる。その他の材料（例えば、モリブデン、又はＡｌＳｉＳｉＣなどの導電性金属マトリックス複合体（ＭＭＣ））もまた下部パックプレート５２０に使用してもよい。
一実施形態では、下部パックプレート５２０は、約８〜２５ｍｍの厚さを有する。更なる一実施形態では、下部パックプレート５２０は、約８〜２０ｍｍの厚さを有する。更なる一実施形態では、下部パックプレート５２０は、約１２ｍｍの厚さを有する。
一実施形態では、下部パックプレート５２０は、耐プラズマセラミックスコーティング（図示せず）でコーティングされた粗面化された外壁を有する。耐プラズマセラミックスコーティングは、保護層１３６を参照して論じた耐プラズマセラミックスコーティングのいずれかに対応することができる。
金属接合５５０は、上部パックプレート５１５と下部パックプレート５２０との間の接合領域に配置されたアルミニウム箔の「中間層」を含むことができる。圧力と熱を加えて、アルミニウム箔と上部パックプレート５１５との間、及びアルミニウム箔と下部パックプレート５２０との間に拡散接合を形成することができる。他の実施形態では、拡散接合は、上部パックプレート５１５及び下部パックプレート５２０のために使用される材料に基づいて選択される他の中間層材料を使用して形成されてもよい。一実施形態では、金属接合５５０は、約０．２〜０．３ｍｍの厚さを有する。一実施形態では、上部パックプレート５１５は、直接的な拡散接合を用いて下部パックプレート５２０に直接接合されてもよく、この場合、中間層は接合を形成するために使用されない。
上部パックプレート５１５は、下部パックプレート５２０の直径よりも大きな直径を有していてもよい。一実施形態では、上部パックプレート５１５及び下部パックプレート５２０は、それぞれ約３００ｍｍの直径を有する。
冷却プレート５９４のエッジは、上部パックプレート５１５の直径と同様の直径を有することができる。耐プラズマ高温Ｏリング５４５は、上部パックプレート５１５と冷却プレート５９４のベース部５９５との間に配置することができる。このＯリング５４５は、静電チャックアセンブリ５０５の内部と処理チャンバとの間に真空シールを提供することができる。Ｏリング５４５は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）から製造することができる。一実施形態では、Ｏリング５４５は、無機添加剤（例えば、ＳｉＣ）を有するＰＦＰである。Ｏリング５４５は、交換可能であってもよい。Ｏリング５４５が劣化したとき、これを取り除くことができ、新たなＯリングを上部パックプレート５１５の上に引き伸ばして、上部パックプレート５１５と冷却プレート５９４との間の界面の上部パックプレート５１５の周囲に配置することができる。Ｏリング５４５は、金属接合５５０をプラズマによる浸食から保護することができる。
冷却プレート５９４は、ベース部（冷却ベースとも呼ばれる）５９５と、ヒートシンク（例えば、内部ヒートシンク）５３６とを含む。ヒートシンク５３６は、ヒートシンク５３６を下部パックプレート５２０に押し付けるように動作する１以上のばね５７０によってベース部５９５に結合することができ、一実施形態では、ばね５７０は、コイルばねである。ばね５７０は、ヒートシンク５３６を静電パック５１０に押し付ける力を印加する。ヒートシンク５３６は、流体源（図示せず）と流体連通する１以上の導管５３５（本明細書では冷却チャネルとも呼ばれる）を有することができる。ヒートシンク５３６の表面は、静電パック５１０とヒートシンク５３６との間の熱伝達特性に影響を及ぼす所定の粗さ及び／又は表面構造体（例えば、メサ）を有してもよい。更に、ヒートシンク５３６の材料は、熱伝達特性に影響を与えることができる。例えば、アルミニウム製ヒートシンク５３６は、ステンレス鋼製ヒートシンク５３６よりも熱を良好に伝達するだろう。一実施形態では、取り付けプレート５４０が冷却プレート５９４の下に配置され、冷却プレート５９４に結合される。
下部パックプレート５２０は、締結具５２６を受け入れるための多数の構造体５２４を含むことができる。冷却プレート５９４は、同様に、締結具５２６を収容するための複数の構造体５２８を含むことができる。代替的に、又は追加的に、取り付けプレート５４０は、締結具を受け入れるための複数の構造体を含むことができる。構造体５２８は、構造体５２４と鉛直方向に整列することができる。構造体５２４、５２８は、下部パックプレート５２０及び冷却プレート５９４を通って貫通形状とすることができる。あるいはまた、構造体５２４、５２８は、貫通形状でなくてもよい。一実施形態では、構造体５２４、５２８は、座ぐり穴を有するボルト穴である。一実施形態では、構造体５２４、５２８は、Ｔ字形のボルト頭部を、又はスロット内に挿入され、その後９０度回転することができる長方形のナットを収容するスロットである。
一実施形態では、冷却プレート５９４は、構造体５２８、５２４に挿入される複数の締結具５２６によって静電パック５１０に結合される。締結具５２６は、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、モリブデン、又は他の金属とすることができる。締結具５２６は、ねじ締結具（例えば、ナットとボルトのペア）とすることができる。一実施形態では、締結具５２６は、ワッシャ、グラフォイル、アルミニウム箔、又は締結具の頭部から締結具に対して均一に力を分配するための他の荷重拡散材料を含む。一実施形態では、ヘリカルインサート（例えば、ヘリコイル（Ｈｅｌｉ−Ｃｏｉｌ）（商標名））又は他のねじ付きインサート（例えば、圧入インサート、モールドインインサート、キャプティブナットなど）を構造体５２４内に挿入して、これにねじ穴を追加することができる。冷却プレート５９４の内側（例えば、冷却プレート５９４のベース部５９５内の構造体５２４の内側）に配置され、冷却プレート５９４から突出しているボルトは、その後、冷却プレートをパックに固定するためにねじ付きインサートにねじ込むことができる。あるいはまた、ねじ付きインサートは、冷却プレート内で使用してもよい。
一実施形態では、キャプティブナット、モールドインサート、圧入インサート、又は他のねじ付きインサートが、構造体５２４の内側に配置される。更なる一実施形態では、ねじ付きインサートの少なくとも一部が、構造体５２４への挿入前にろう付けされる。あるいはまた、金属箔を、ねじ付きインサートと構造体５２４の表面との間に配置してもよい。次いで、ねじ付きインサートを構造体５２４に固定するために、金属接合（例えば、拡散接合）の手順を実行してもよい。これは、組立中に増加した力の印加のための増加した耐久性を提供することができる。
ヒートシンク５３６及び／又は冷却プレート５９４のベース部５９５は、静電パック５１０からの熱を吸収することができる。（図示のような）一実施形態では、低熱伝導性ガスケット５２５が、ヒートシンク５３６上に配置される。低熱伝導性ガスケット５２５は、例えば、ヒートシンク５３６に加硫処理される（又はその上に配置される）ＰＦＰ製ガスケットとすることができる。一実施形態では、低熱伝導性ガスケットは、約０．２ワット／メートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以下の熱伝導率を有する。締結具５２６は、ほぼ同じ力で締め付けることができ、ばね５７０は、低熱伝導性ガスケット５２５を均一に圧縮するように、ヒートシンク５３６を下部パックプレート５２０に押し付けることができる。低熱伝導性ガスケット５２５は、熱伝達を減少させ、サーマルチョークとして機能することができる。
一実施形態では、低熱伝導性ガスケット５２５の上に、グラフォイル層（図示せず）が配置される。グラフォイルは、約１０〜４０ミルの厚さを有することができる。締結具５２６及び／又はばね５７０は、グラフォイル層ならびに低熱伝導性ガスケット５２５を圧縮することができる。グラフォイルは、熱伝導性とすることができ、ヒートシンク５３６を横切る横方向の熱伝達を改善することができる。
静電パック５１０と冷却プレート５９４との間にサーマルチョークを維持することによって、静電パック５１０は、冷却プレート５９４よりもはるかに高い温度に維持することができる。例えば、いくつかの実施形態では、静電パック５１０は、摂氏２００〜３００度の温度まで加熱することができ、一方、冷却プレート５９４は、摂氏約１２０℃未満の温度を維持することができる。一実施形態では、冷却プレート５９４を約６０℃以下の温度に維持しながら、静電パック５１０を約２５０℃の温度まで加熱することができる。したがって、実施形態では、静電パック５１０と冷却プレート５９４との間で最大１９０℃のデルタが維持される。静電パック５１０及び冷却プレート５９４は、熱サイクル中に独立して自由に膨張又は収縮する。
いくつかの実施形態では、処理中に静電パック５１０を貫通して支持された基板までＲＦ信号を供給することが望ましい場合がある。一実施形態では、このようなＲＦ信号の静電パック５１０を貫通しての伝達を促進するために、ＲＦガスケット５９０と呼ばれる導電性ガスケットが、冷却プレート５９４のベース部５９５上に配置される。ＲＦガスケットは、１０−３オーム・メートルのオーダー以上の導電率を有し、最高約３００℃の温度でばね作用を保持することができる。一実施形態では、ＲＦガスケットは、金、銅、又は銀で被覆されたインコネル（クロムと鉄を含むニッケルの合金）である。ＲＦガスケット５９０は、冷却プレート５９４のベース部５９５を下部パックプレート５２０に電気的に接続することができる。
下部パックプレート５２０が低い導電率を有する実施形態（例えば、下部パックプレート５２０がＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３である場合）では、下部パックプレート５２０がＲＦガスケットに接触する場所の下部パックプレート５２０に穴を穿孔することができる。次いで、穴は、高導電性材料（例えば、金属（例えば、１０−３オーム・メートルのオーダー以上の導電率を有する金属棒））で充填されてもよい。例えば、穴は、アルミニウム、タングステン、銅、ニッケル、モリブデン、銀、金などで充填することができる。したがって、導電路５２２が下部パックプレート５２０内に形成され、ＲＦ信号を金属接合５５０に電気的に接続することができる。一実施形態では、導電性パッドが、導電性経路５２２の周りの下部パックプレート５２０の表面に形成される。これは、金属接合５５０及びＲＦガスケット５９０への良好な電気的接触を確実にすることができる。一実施形態では、導電性経路５２２のために形成された穴を中心とする下部パックプレート５２０に浅い凹部が穿孔される。浅い凹部はまた、金属又は他の導電性材料で充填されてもよい。図示の例では、ＲＦガスケット５９０及び導電性経路５２２は、ヒートシンク５３６の外側に（例えば、ヒートシンク５３６より静電チャックアセンブリ５０５の中心から更に離れたところに）ある。あるいはまた、ＲＦガスケット５９０及び導電性経路５２２は、静電チャックアセンブリ５０５の中心近くに形成されてもよい。
一実施形態では、金属接合５５０とＲＦガスケット５９０との間の導電性経路は、下部パックプレート５２０の外壁を金属層でコーティングすることによって形成される。金属層は、アルミニウム、銅、金、銀、これらの合金、又は他の金属とすることができる。下部パックプレート５２０の上部及び底部もまた、良好な電気的接触を保証するために、外壁の近くにおいて金属層で被覆されてもよい。そのような実施形態では、ＲＦガスケット５９０は、下部パックプレート５２０の外壁の近くに配置することができる。
別の一実施形態では、金属接合５５０とＲＦガスケット５９０との間の導電性経路は、下部パックプレート５２０内の中心穴の壁を金属層でコーティングすることによって形成される。金属層は、アルミニウム、銅、金、銀、これらの合金、又は他の金属とすることができる。下部パックプレート５２０の上部及び底部は、良好な電気的接触を保証するために、外壁の近くにおいて金属層で被覆されてもよい。そのような実施形態では、ＲＦガスケット５９０は、下部パックプレート５２０の中心の近くに配置することができる。
一実施形態では、サーマルスペーサ５８５は、冷却プレート５９４のベース部５９５上に（例えば、ＲＦガスケット５９０に隣接して）配置される。サーマルスペーサ５８５は、冷却プレート５９５のベース部５９４が下部パックプレート５２０と接触しないことを確実にするために使用することができる。一実施形態では、Ｏリング５８０が、サーマルスペーサ５８５に隣接して配置される。一実施形態では、Ｏリング５８０は、ＰＦＰ製Ｏリングとすることができる。Ｏリング５８０は、真空シールを促進するために使用することができる。
一実施形態では、１以上のガス穴５３２、５４２が、冷却プレート５９４、下部パックプレート５２０、及び上部パックプレート５１５内に穿孔される。ガス穴５３２、５４２は、チャックされた基板の裏面に裏面ガス（例えば、ヘリウム）を供給するために使用することができる。一実施形態では、上部パックプレート５１５は、多孔質プラグ５３４で終端を迎えるガス穴５３２を含む。ガス穴５３２は、多孔質プラグ５３４をより大きな直径の穴に挿入することができるように、より大きな直径の穴によって座ぐり加工された貫通穴とすることができる。多孔質プラグ５３４は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３などの多孔質セラミックスとすることができる。多孔質プラグ５３４は、アーク放電を防止する、及び／又は静電パック５０５内にプラズマが生成されるのを防止することができる。多孔質プラグは、約３０％〜約６０％の間の空孔率を有することができる。
一実施形態では、ヒートシンク５３６は穴を含み、冷却プレート５９４のベース部５９５は、ヒートシンク５３６内の穴を通って延びる突起５４４を含む。穴５４２は、突起５４４内に（例えば、突起５４４の中心に）穿孔されてもよい。一実施形態では、Ｏリング５３８は、突起５４４の上部に配置されている。締結具５２６は、締め付けられたときにＯリング５３８を圧縮することができる。Ｏリング５３８は、Ｏリング５４５及び／又はＯリング５８０と同じタイプのＯリングであってもよい。
図６は、静電チャックアセンブリを製造するための処理６００の一実施形態を示す。処理６００のブロック６０５では、構造体が下部パックプレート内に形成される。下部パックプレートは、ＡｌＳｉＳｉＣプレート、ＡｌＮプレート、Ａｌ２Ｏ３プレート、又はモリブデンプレートとすることができる。下部パックプレート内に形成された構造体は、締結具を収容するための構造体を含むことができる。更に、１以上のガス穴を下部パックプレートに穿孔することができる。更に、１以上の他の穴を下部パックプレートに穿孔し、金属棒又は他の導電性材料で充填して、ＲＦ信号用の導電性経路を提供することができる。一実施形態では、下部パックプレート内の１以上の他の穴の両端に浅い穴が穿孔され、金属又は他の導電性材料で充填される。上部パックプレートもまた、１以上のガス供給穴を形成するように加工することができる。一実施形態では、上部パックプレート内のガス供給穴は、座ぐり加工され、座ぐりは、多孔質プラグで充填される。
ブロック６１０では、下部パックプレートは上部パックプレートに金属接合されてパックを形成する。上部パックプレートは、埋め込まれた加熱素子及びクランプ電極を有する電気絶縁性材料（誘電体）とすることができる。一実施形態では、金属接合は、上部パックプレートと下部パックプレートとの間にＡｌ又はＡｌＳｉ合金の金属箔を配置することによって形成される。一実施形態では、金属箔は、約５０ミクロンの厚さとすることができる。金属箔と上部パックプレートと下部パックプレートとの間に拡散接合を形成するために圧力と熱が印加されてもよい。
一実施形態では、上部パックプレートを下部パックプレートに接合する前に、ねじ付きインサートが、下部パックプレート内に形成された構造体内に配置される。一実施形態では、ねじ付きインサートは、ろう付けされる。別の一実施形態では、構造体へのねじ付きインサートの配置の前に、金属箔が構造体内に配置される。金属接合プロセスの間、ねじ付きインサートは、金属接合によって下部パックプレートに接合されてもよい。
ブロック６１５では、ＰＦＰ製ガスケット又はＯリングが、冷却プレートの上面上に配置される。一実施形態では、ＰＦＰ製ガスケット又はＯリングは、冷却プレートの上面に加硫処理される。冷却プレートは、例えば、冷却流体を流すための複数のチャネルを備えたアルミニウム又はアルミニウム合金の冷却プレートとすることができる。冷却プレートはまた、内部に構造体を形成することができる。冷却プレート内の構造体及び下部パックプレート内の構造体はそれぞれ、締結具（例えば、ボルト及び／又はナット）を収容することができる。一実施形態では、冷却プレートは、ベース部及びヒートシンクを含む。ＰＦＰ製ガスケットは、ヒートシンク上に配置することができ、いくつかの実施形態では、構造体は、ベース部内に形成することができる。一実施形態では、グラフォイル層がＰＦＰ製ガスケットの上に形成される。
ブロック６２０では、締結具が、下部パックプレート及び／又は冷却プレート内の構造体内に挿入される。一実施形態では、下部パックプレートが上部パックプレートに接合される前に、締結具（又は締結具の少なくとも一部）が下部パックプレート内に挿入される。そのような実施形態では、締結具は、パック内に恒久的に埋め込むことができる。ブロック６２５では、パックは、締結具を締め付けることによって（例えば、下部パックプレート内の構造体から冷却プレート内の構造体内にあるナット内に突出するボルトを通すことによって）冷却プレートに結合される。
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、コンポーネント、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。他の例において、周知のコンポーネント又は方法は、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。「約」又は「ほぼ」という用語が本明細書で使用される場合、これは提示される公称値が±１０％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は、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。一実施形態では、複数の金属接着操作は、単一工程として実行される。
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 (12)

  1. 静電チャックアセンブリであって、
    パックであって、
    １以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含む電気絶縁性上部パックプレートと、
    金属接合によって上部パックプレートに接合された下部パックプレートとを含み、下部パックプレートは、下部パックプレートの中心から異なる複数の距離で下部パックプレートの上に分布する複数の構造体を含み、複数の構造体の各々は、複数の締結具のうちの１つを収容するパックと、
    複数の締結具によって下部パックプレートに結合された冷却プレートであって、ヒートシンクを備える冷却プレートと
    冷却プレートの少なくとも一部の上面に配置されたガスケットであって、冷却プレートと下部パックプレートの間のサーマルチョークとして作用する低熱伝導性ガスケットであるガスケットと、
    ガスケット上の柔軟性黒鉛シート層であって、ヒートシンクを横切る横方向の熱伝達を改善する柔軟性黒鉛シート層とを含む静電チャックアセンブリ。
  2. ガスケットはパーフルオロポリマー（ＰＦＰ）製ガスケットである、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  3. ガスケットは、冷却プレートの少なくとも一部の上面に加硫処理される、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  4. 冷却プレートは、ベース部をさらに含み、
    ヒートシンクは、複数のばねによってベース部に接続されたばね付勢されたヒートシンクであり、
    ＰＦＰ製ガスケットはヒートシンク上に配置され、
    複数のばねは、ヒートシンクをパックに対して押圧する力を印加する、請求項２記載の静電チャックアセンブリ。
  5. 複数の締結具は、複数のねじ締結具を含み、複数の構造体は、複数のねじ締結具を受け入れるための複数の開口を含む、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  6. １以上の加熱素子は、基板を１８０℃以上の温度に加熱するものであり、冷却プレートは、基板を１８０℃以上の温度に加熱しながら、１２０℃未満の温度を維持するものであり、パックと冷却プレートとの間の界面は、パックと冷却プレートとの間のサーマルチョークとして作用する、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  7. 複数の構造体は、約３０〜７０平方センチメートル離間している、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  8. 上部パックプレートは、ＡｌＮを含み、下部パックプレートは、ａ）モリブデン、又はｂ）ＡｌＳｉ合金で溶浸されたＳｉＣ多孔質体のうちの１つを含む、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  9. 上部パックプレートは、Ａｌ２Ｏ３を含み、下部パックプレートは、Ａｌ２Ｏ３を含む、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  10. 上部パックプレートは、ＡｌＮを含み、下部パックプレートは、ＡｌＮを含む、請求項１記載の静電チャックアセンブリ。
  11. 下部パックプレート内に複数の構造体を形成する工程と、
    パックを形成するために下部パックプレートを上部パックプレートに金属接合で接合する工程であって、上部パックプレートは、１以上の加熱素子と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含む工程と、
    低熱伝導性ガスケット又はＯリングのうちの少なくとも１つを冷却プレートの少なくとも一部の上面に配置する工程と、
    下部パックプレート内に形成された複数の構造体のそれぞれの中に複数の締結具のうちの１つを挿入する工程と、
    低熱伝導性ガスケットまたはＯリングの上に柔軟性黒鉛シート層を配置する工程と、
    複数の締結具を締め付けることによって冷却プレートをパックに結合する工程であって、冷却プレートはヒートシンクを備え、柔軟性黒鉛シート層は、ヒートシンクを横切る横方向の熱伝達を改善している工程を含む方法。
  12. 低熱伝導性ガスケットまたはＯリングは、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）製ガスケット又はＯリングである、請求項１１記載の方法。
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