JP6666900B2 - 独立した分離されたヒータ区域を有するウエハキャリア - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、全ての目的のために参照により組み込まれる２０１４年８月１日に出願された「Ｗａｆｅｒ Ｃａｒｒｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｈｅａｔｅｒ Ｚｏｎｅｓ」という名称の米国仮特許出願第６２／０３２，３１３号からの優先権を主張する、全ての目的のために参照により全体が本明細書に組み込まれる２０１５年２月４日に出願された「Ｗａｆｅｒ Ｃａｒｒｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｈｅａｔｅｒ Ｚｏｎｅｓ」という名称の米国特許出願第１４／６１４，１９９号からの優先権を主張するものである。

本発明の実施形態はマイクロエレクトロニクス製造業に関し、特に、プラズマ処理中の加工対象物を支持する、温度制御されたチャックに関する。

半導体チップの製造においては、シリコンウエハ又は他の基板が、様々な処理チャンバ内で多種多様な処理を施される。チャンバは、ウエハ上に回路及び他の構造物を形成するために、ウエハを、プラズマ、化学蒸着、金属、レーザエッチング、並びに様々な堆積プロセス及び酸エッチングプロセスに晒す。これらのプロセスの間に、シリコンウエハは、真空チャック又は静電チャック（ＥＳＣ）によって適所に保持され得る。チャックは、静電界を生成することによってウエハを保持し、ウエハの裏側をチャックの平坦な表面又はパック表面に固定させる。

マイクロ電子デバイスのプラズマエッチングを実行するように設計されたものなどの、プラズマ処理装備のための製造技術が進歩したことにより、処理中のウエハの温度がより重要になってきた。しばしば加工対象物と呼ばれる基板の表面全体にわたり熱を均一化するためのウエハチャックが設計されている。ウエハ基板の表面全体にわたり熱が不均一である場合のウエハチャックも設計されている。しばしば、液体による冷却を用いて、プラズマ出力熱が吸収されてチャックからその熱が除去される。ある場合では、独立して制御される複数のヒータが複数の区域で使用される。これにより、異なるプロセス及びプラズマ状態の下で、より広い処理ウィンドウが可能となる。

半導体エッチングプロセスにおいて、処理中のウエハの温度は、ウエハ上の構造物がエッチングされる速度に影響を与える。その他のプロセスもまた、温度への依存性を有し得る。例えば、非常に精密なウエハ温度制御が均一なエッチング速度を得る助けとなる導体エッチング（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｅｔｃｈ）の用途において、この温度の影響が存在する。熱的性能が精密であるほど、より精緻な構造物をウエハ上に形成することができる。ウエハ全体にわたり均一及び不均一なエッチング速度が制御されることにより、より小さな構造物がウエハ上に形成され得る。したがって、熱的性能又は温度制御は、シリコンチップ上のトランジスタや他の構造物のサイズを低減させる要因となる。

独立した分離されたヒータ区域を有するウエハキャリアが説明される。一実施例では、キャリアが、製造プロセスのために加工対象物を支持するパック、各々がパックと熱的に連結された複数の熱的に分離されたブロックを有するヒータプレートであって、各ブロックがヒータプレートのそれぞれのブロックを加熱するためのヒータを有する、ヒータプレート、及びヒータプレートと固定され且つ熱的に連結された冷却プレートであって、冷却プレートから熱を伝達する熱伝達流体を搬送するための冷却チャネルを有する、冷却プレートを有する。

本発明の実施形態は、下記の添付図面において、限定ではなく例示のために図示されている。

本発明の一実施形態による、チャックアセンブリを含むプラズマエッチングシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による、ウエハを支持するための静電チャックの一部分の等角断面図である。 本発明の一実施形態による、誘電体パックが除去された状態の静電チャックの一部分の等角断面図である。 本発明の一実施形態による、ペデスタルの加熱プレートの等角底面図である。 本発明の一実施形態による、ウエハを支持するためのペデスタルの、上から見た等角分解断面図である。 本発明の一実施形態による、図５のペデスタルの等角組立側面図である。 本発明の一実施形態による、ペデスタルの冷却プレートの等角底面図である。 本発明の一実施形態による、ウエハを支持するための代替的なペデスタルの側面断面図である。

下記の記載において、幾つかの細部が説明されているが、そのような具体的な細部なしに本発明が実施可能であり得ることは当業者には明らかであろう。場合によっては、本発明を不明瞭にすることを避けるため、周知の方法及び装置については詳示せずブロック図で示している。本明細書全体を通じて、「実施形態」又は「一実施形態」への言及は、実施形態との関連で述べられる特定の特徴、構造、機能、又は特質が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「ある実施形態で」又は「一実施形態で」とのフレーズが本明細書の様々な箇所で現れたとしても、必ずしも本発明の同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、機能、又は特質は、１以上の実施形態において、任意の適切なやり方で組み合わされ得る。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とが、それら２つの実施形態に関連する特定の特徴、構造、機能、又は特質が互いに排他的でない場合には、組み合されてもよい。

本発明の記載及び添付の特許請求の範囲において使用する、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、そうでないと文脈上明示されていない限り、複数形も包含するように意図されている。本明細書で用いる用語「及び／又は」は、関連する列挙されたアイテムのうちの１以上の、任意且つ全ての起こり得る組み合わせを指し、且つ包含することも理解すべきであろう。

用語「連結され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」及び「接続され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」並びにこれらの派生語は、本明細書において、構成要素間の機能上又は構造上の関係を記載するために用いられ得る。これらの用語は、互いに同義であることを意図しないことを理解すべきである。むしろ、具体的な実施形態において、「接続され」は、２つ以上の要素が直接且つ物理的、光学的、又は電機的に互いに接触していることを示すために用いられ得る。「連結され」は、２つ以上の要素が、直接的又は間接的に（間に介在する他の要素によって）物理的、光学的、又は電機的に互いに接触し、且つ／又は、２つ以上の要素が互いに協働するか若しくは相互作用すること（例えば、因果関係など）を示すために用いられ得る。

「上方（ｏｖｅｒ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」、及び「上（ｏｎ）」という用語は、本明細書で使用される際に、それらの物理的な関係性が特筆すべきものであるところの、他の構成要素又は層に対する１つの構成要素又は材料層の相対的な位置関係を指す。例えば、材料層の文脈では、別の１つの層の上方又は下に配置された１つの層は、他の層と直接的に接触しており又は１以上の介在する層を有し得る。更に、２つの層の間に位置する１つの層が、当該２つの層と直接接触していてもよく、１以上の介在する層を有してもよい。対照的に、第２の層「上の」第１の層は、当該第２の層と直接接触している。構成要素の組み立ての文脈においても、同様の区別がなされる。

真空チャックの表面全体にわたる温度の均一性は、改良された冷却プレート及びヒータの設計によって、並びに加工対象物を保持するパックに冷却プレートを接合することにおける改良によって、改良されてきた。しかし、これらの設計及びプロセスは、未だ製造の多様性に影響され、それは、大幅な熱の不均一性をもたらし得る。ある実施態様では、ウエハ全体にわたり＋／−摂氏０．３度未満の空間的な温度の変動が望ましい。他の実施態様では、ウエハの中心から端部までにおいて摂氏５、６度の差異が望ましい。

ある実施形態では、ウエハ上の特徴の限界寸法が、真空チャックの温度を制御することによって制御される。プラズマチャンバ内のウエハの端部の温度は、ウエハ中心付近の温度よりもかなり高くなり得る。更に、ウエハの周縁の温度は、チャンバ内の不均一性（ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）によって変動し得る。

本明細書で説明される際に、複数区域の真空又は静電チャックは、複数の個別のヒータ区域を有し得る。各ヒータ区域は、抵抗ヒータなどのヒータ及び熱電対若しくはＲＴＤ（抵抗温度検出器）などの温度センサを有し、センサからの能動的フィードバックに基づいて、各ヒータ区域の温度を個別に制御する。単純な複合ヒータ、熱電対の組み合わせを使用して、１２から６４、１２８、２５６以上のかなり多くの（及びそれら数の間の）任意の数の熱区域が、提供され得る。

本明細書で説明される際に、各区域（例えば、各ピクセル）の加熱及び冷却は、セラミックパックを介して熱をウエハ又は他の加工対象物に加えるアルミニウムのヒータプレートを加熱することによって達成され得る。アルミニウムとセラミックのインターフェースは隣接するピクセルを連結させるが、セラミックパックの低い熱伝導率のために、横方向又は横断方向の何れかにおけるセラミックを介したピクセル間の熱伝達は非常に小さい。

ピクセル間の熱の流れが低減される一方で、各抵抗ヒータから加工対象物への熱流束は、接着剤層を通り、チャックのセラミック上端プレートを通る。熱は、各ヒータを含む穿孔の円筒部分を通って伝導され、各ピクセルの側壁に沿って且つセラミック上端プレートと垂直に上向きに伝導される。これは、各ピクセルの温度が、個別に且つ精密に制御されることを可能にする。結果として、チャックによって支持される加工対象物の温度は、精密に制御され得る。加工対象物は、その表面全体にわたり均一な温度に維持され、又は任意の望ましい熱パターンが、望まれるように、より温度が高い及びより温度が低いピクセルによって達成され得る。

図１は、本発明の一実施形態による、チャックアセンブリ１４２を含むプラズマエッチングシステム１００の概略図である。プラズマエッチングシステム１００は、全てが米国カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ社によって製造されている、Ｅｎａｂｌｅｒ（登録商標）、ＤＰＳＩＩ（登録商標）、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ（米国登録商標）Ｇ３、ＥＭＡＸ（登録商標）、Ａｘｉｏｍ（登録商標）、又はＭｅｓａ（米国登録商標）チャンバなどの、当業界で知られている任意のタイプの高性能エッチングチャンバであり得るが、それらに限定されるものではない。他の購入可能なエッチングチャンバが、同様に、本明細書で説明されるチャックアセンブリを利用し得る。例示的な実施形態が、プラズマエッチングシステム１００の文脈で説明される一方で、本明細書で説明されるチャックアセンブリは、任意のプラズマ製造プロセスを実行するために使用される他の処理システム（例えば、プラズマ堆積システムなど）にも適合され得る。

図１を参照すると、プラズマエッチングシステム１００は、接地されたチャンバ１０５を含む。処理ガスが、チャンバに連結されたガス源１２９から流量コントローラ１４９を通ってチャンバ１０５の内部へ供給される。チャンバ１０５は、高容量真空ポンプスタック１５５に連結された排気バルブ１５１を介して排気される。プラズマ出力がチャンバ１０５に印加されたときに、プラズマが、加工対象物１１０の上方の処理領域内に生成される。プラズマバイアス電力１２５が、チャックアセンブリ１４２の中へ連結され、プラズマに電圧を印加する。通常、プラズマバイアス電力１２５は、約２ＭＨｚから６０ＭＨｚまでの間の低い周波数を有し、例えば、１３．５６ＭＨｚの帯域内にあり得る。例示的な一実施形態では、プラズマエッチングシステム１００が、ＲＦマッチ１２７に接続された約２ＭＨｚの帯域において動作する第２のプラズマバイアス電力１２６を含む。プラズマバイアス電力１２５は、電線管（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｄｕｉｔ）を介して、ＲＦマッチにも連結され、下部電極にも連結され、駆動電流１２８を供給する。（図示せぬ）別のマッチを介してプラズマソース電力１３０がプラズマ生成要素１３５に連結され、高周波数のソース電力を提供し、誘導的に又は容量的にプラズマに電圧を印加する。プラズマソース電力１３０は、１００ＭＨｚと１８０ＭＨｚとの間などの、プラズマバイアス電力１２５よりも高い周波数を有し、例えば、１６２ＭＨｚの帯域内にあり得る。

加工対象物１１０が、開口部１１５を通して積み込まれ、チャンバ内のチャックアセンブリ１４２に固定される。半導体ウエハなどの加工対象物１１０は、半導体処理の技術分野で採用される任意のウエハ、基板、又は他の加工対象物であってよく、本発明は、この点に関して制限されないものとする。加工対象物１１０は、誘電体層の上面、又はチャックアセンブリの冷却ベースアセンブリ１４４の上方に配置されたチャックアセンブリのパック上に配置される。（図示せぬ）クランプ電極が、誘電体層内に埋め込まれる。特定の実施形態では、チャックアセンブリ１４２が、（図示せぬ）多くの異なる電気ヒータ区域を含む。各区域は、独立して、同じ又は異なる温度設定点に制御可能であり得る。

システムコントローラ１７０は、チャンバ内の製造プロセスを制御する多種多様なシステムに連結される。コントローラ１７０は、温度制御アルゴリズム（例えば、温度フィードバック制御）を実行する温度コントローラ１７５を含み、ソフトウェア若しくはハードウェア、又はソフトウェア及びハードウェアの両方の組み合わせの何れかであり得る。温度コントローラは、チャック内の温度センサ１４３から温度情報を受信し、その後、ヒータ及び熱交換器をそれに従って調整する。ただ１つだけの温度センサが示されているが、特定の実施態様に応じて、多くの異なる位置により多くの温度センサが存在し得る。システムコントローラ１７０は、中央処理装置１７２、メモリ１７３、及び入力／出力インターフェース１７４も含む。温度コントローラ１７５は、制御信号又は駆動電流１２８を出力して、加熱の速度に影響を与え、したがって、チャックアセンブリ１４２の各ヒータ区域と加工対象物との間の熱伝達の速度に影響を与える。

実施形態では、異なる複数のヒータに加えて、１以上の冷却温度区域が存在し得る。冷却区域は、温度フィードバックループに基づいて制御される流量制御を有する熱伝達流体ループを有する。例示的な実施形態では、温度コントローラ１７５が、特定の実施態様に応じて、制御ライン１７６を介して、熱交換器（ＨＴＸ）／冷却器１７７に連結される。制御ラインは、温度コントローラが、温度、流量、及び熱交換器の他のパラメータを設定することを可能にするために使用され得る。チャックアセンブリ１４２内の導管を通る熱伝達流体又は冷却液の流量は、代替的に又は付加的に、熱交換器によって制御され得る。

熱交換器／冷却器１７７とチャックアセンブリ１４２内の流体導管との間の１以上のバルブ１８５（又は他の流量制御デバイス）は、温度コントローラ１７５によって制御され、熱伝達流体の流量を独立して制御し得る。温度コントローラは、熱交換器によって使用される温度設定点も制御して、熱伝達流体を冷却し得る。

熱伝導流体は、非限定的に、脱イオン水／エチレングリコール、３M社のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）若しくはＳｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ，Ｉｎｃ．社のＧａｌｄｅｎ（登録商標）などのフッ素系冷却液、又は不活性ペルフルオロポリエーテルを含有するものなどの、任意の他の適切な誘電性流体であり得る。本説明は、プラズマ処理チャンバの文脈で真空チャックを説明しているが、本明細書で説明される原理、構造、及び技術は、多種多様なプロセスのために且つ多種多様なチャンバで、多種多様な加工対象物支持体と共に使用され得る。

図２は、例えば図１のチャンバなどの、チャンバ内での処理のためにウエハを支持する静電チャック２０２の一部分の等角断面図である。誘電体パック２０４は、ウエハを支持するためのチャックの上端にある。誘電体パックは、上端プレート２０６によって支持され、今度は、上端プレート２０６が、ベースプレート２１０によって支持される冷却プレート２０８によって支持される。ベースプレートは、（図５で示される）シャフトによって支持される。チャックは、真空チャック、ペデスタル、キャリア、ＥＳＣ、又は同様なタイプのデバイスであり得る。

シャフト及びベースプレートは、セラミックス、インコネル（登録商標）、アルミニウム、及び様々な他の材料から構築され得る。本発明は、真空チャック２０２の文脈で説明されるが、代替的に、チャックは、電磁気力、静電力、真空、及び接着剤を含む、任意の様々な他の技術を用いて、ウエハを誘電体パック２０４に対して保持する。

冷却プレートは、１以上の冷却チャネル２２２を有し、冷却プレート２０８を通して冷却液を搬送する。冷却液は、シャフト２１２を通して供給され、シャフトから、チャック２０２の中へ戻る前に冷却液の温度を制御する熱交換器１７７へ投入される。冷却チャネル２２２は、冷却プレートの底部において蓋２２４が被せされている。チャネル蓋２２４は、ベースプレート２１０に対する冷却プレートのシールとしても働き得る。

冷却チャネル２２２は、ヒータブロック２４４の同心リングに対応する同心経路内に形成される。これは、各ヒータブロックの下の冷却プレート内に少なくとも１つの冷却チャネルが存在することをもたらす。この断面図で示されるように、各ヒータブロック２４４は、ヒータロッド２３０を有し、ヒータロッド２３０は、冷却プレートの中へ下るように延在し、円筒形状の拡張部２６２が冷却プレートのボアの中へ延在する。冷却プレートは、ヒータロッドの各側部に冷却チャネルを有する。冷却プレート及びヒータプレートは、アルミニウムなどの熱伝導性材料から作られている。これは、冷却チャネルが、何らかの過剰な熱を除去することを可能にする。ベースプレート２１０は、チタニウム又はセラミックなどの、より低い熱伝導率を有する材料から作られ、ベースプレートが、冷却プレートにわたり又は他の構成要素へ熱を伝導することを妨げる。

動作では、ヒータが各ブロックへ熱を提供し、一方で、冷却プレートが熱を除去する。これは、熱の何らかの蓄積を妨げ、それによって、各ブロックに対する温度は、単にヒータへの駆動電流を低減させることによって低減され得る。冷却チャネルとヒータの組み合わせの効果は、各ヒータブロックにわたり独立した精密な制御を提供する。

上端プレートは、ヒータを支持するための複数のスロット２２８を有する。示されている実施例では、ただ１つのヒータ２３０のみが示され、２つのスロット２２８は空である。しかし、通常、ヒータは、スロット２２８の各々に配置される。以下でより詳細に説明されるように、ヒータは、加えられた電流に応じて熱を生成する抵抗ヒータである。ヒータは、熱電対などの統合された温度センサも含み、抵抗ヒータの近傍で上側プレートの熱を感知する。ヒータは、シャフト２１２まで導かれた電線導管（ｗｉｒｅ ｃｏｎｄｕｉｔ）２３２を通して連結され、図１の温度コントローラ１７５などの外部のコントローラから加熱電流を受信する。感知された温度は、電線導管２３２を通ってシャフトへ下り、温度コントローラにも送信され、それによって、各ヒータの温度が調整され得る。

図３は、誘電体パック２０４が除去された状態の、真空チャック２０２の一部分の断面図を示す。上端プレート２０６の上側表面の形状が、容易に見られ得る。上端プレートは、アルミニウム又は何らかの他の熱伝導性材料から形成され得る。上端プレートは、機械加工されて、図で示されるような溝及び孔を有し得る。上端プレートは、ヒータプレートとして機能する。何故ならば、上端プレートは、複数のスロット２２８を有し、それらの各々が、独立に制御されたヒータ要素２３０を保持するからである。上端プレートは、複数の分離された加熱ブロック２４４を形成する、溝２４２が機械加工されている。溝は、各ブロック又はピクセルの間の熱分離バリアを形成する。溝は、空気、チャンバ内の周囲の気体、又は固体の断熱若しくは発泡材料で満たされ得る。各分離されたブロックは、溝２４２によって他のブロックから分離された、熱的に独立したアイランド（ｉｓｌａｎｄ）を形成する。

各ブロックは、熱をブロックに加える、それ自身の独立に制御されたヒータ２３０を有する。独立した加熱ブロックに加えて、冷却プレートも、（図示せぬ）リフトピン、パージガス、及び他の気体のための孔、並びに他の目的の真空チャネルを含み得る。

各ヒータロッド２３０は、摩擦フィット、熱ペースト、又は任意の他の接着剤を使用して、対応するスロット２２８の中へ取り付けられ得る。ヒータロッドは、ハウジングの壁がスロットの壁と接触するような、円筒形状のハウジングを有し得る。各ピクセルにわたる熱の最も優れた制御を得るために、ヒータロッドは、ブロックの残りの部分との優れた熱伝導性を有するように設置される。これは、ブロックが素早く加熱されることを可能にする。ある場合では、ヒータロッドが、熱電対又は熱ダイオードなどの温度センサを含み得る。ヒータロッドとブロックとの間のより優れた熱伝導性は、ヒータロッドによるより正確な温度測定を提供するだろう。

別の一実施形態において、ヒータロッドは、ハウジングを有しないが、各それぞれのスロットの中へ組み立てられ且つ設置される。この場合に、抵抗銅巻き線などのヒータロッドの加熱要素は、スロットの中へ直接的に設置され、適切な熱ペースト又は他の接着剤を用いて適所に保持される。加熱要素又は巻き線をスロットに直接的に取り付けることは、それぞれの加熱ブロックに対する優れた熱伝導性を提供するが、組み立てることがより困難であり得る。

ヒータプレート２０６の各ブロック２４４は、ヒータロッドの近くに、冷却プレート２０８と直接的に接触する熱伝達面２３９を有する。示されているように、熱伝達面は、ヒータブロック拡張部の下端にあるが、本発明はそれに限定されるものではない。熱伝達面は、他の位置に配置され得る。この表面は、加熱ブロックから冷却プレートへの熱伝達を可能にする。ブロックの残りの部分は、空隙２４２によって冷却プレートから分離されている。熱伝達面のサイズ及び位置を制御することによって、アセンブリの熱特性が設計され得る。連結部分を介した熱伝導を最大化する技術を使用して、２つの構成要素が、熱伝達面で共に接合される。一実施例では、熱ペーストが使用される。別の一実施例では、２つの表面が共にろう付け（ｂｒａｚｅ）される。

ヒータプレートとは対照的に、冷却プレート２０８は、上端プレートのブロックによって形成された個別の加熱区域の各々を分離しないが、本発明はこれに限定されるものではない。各熱ブロックは、ヒータロッドの両側の各々に、覆われた２２４冷却チャネル２２２を有する。示されている実施形態では、冷却チャネルが、各加熱区域の間の溝２４２とおおまかに位置合わせされている。結果として、各ブロックは、その中心において加熱され、２つの側部に沿って冷却される。これは、各ブロックの間に冷却区域を配置することによって、各ブロックを各他のブロックから熱的に更に分離する。更に、それは、各ブロックの温度が下げられることを可能にし、それによって、特定の温度が、冷却流体によってというよりはむしろヒータによって制御され得る。

図４は、下側からの等角図における加熱プレート２０６の一部分を示している。スロット２２８の各々は、そのそれぞれの熱的に分離されたブロック２４４からの円筒形状のシャフトのような拡張部２６２を通して延在する。円筒２６２は、ヒータ２３０を保持するための中央スロット２２８を有する。円筒は、以下で説明されるように冷却プレートの対応するボアの内側にフィットする。円筒の熱伝達面２３９は、円形である。それは、内側のヒータロッドに隣接して配置され、一端においてヒータロッドを取り囲む。熱伝達面は、冷却プレート内の（図５で示される）対応するカウンターボア２７０内の（図５で示される）シート２６３と係合する。熱的に分離されたブロックの間の溝２４２は、示されるように、ヒータプレートの下側から、ヒータプレートを通ってずっと延在する。

図５は、図２の真空チャックの分解図である。示されているように、主要な支持シャフト２１２が、支持シャフトとベースプレートとの間の分離された熱ブレーク２１６を伴って、ベースプレート２１０を支持する。ベースプレートは、冷却プレート２０８を支持する。冷却プレートは、チャックの内装を通る冷却流体を循環させる冷却チャネル２２２を有する。各冷却チャネルは、チャネルが冷却プレートの中に切削された後で、カバー２２４が被せられている。通常、冷却プレートは、アルミニウムから機械加工され、その後、冷却チャネルの各々に対してエラストマーキャップで覆われる。

冷却プレートは、ヒータプレートを通して、埋め込まれたヒータ２３０から、且つ、セラミックの上端プレート又はパック２０４を通して、加工対象物から熱を吸収する。温度の不均一性は、セラミックパック２０４の品質、上端プレートの上端面２０５とパック２０４との間のエラストマー接合の品質、及び冷却プレートチャネル２２４の品質に応じる。それは、加工対象物からセラミックパックへ、熱が、どの程度伝達されるかにも応じる。これらの要因の全ては、製造及び用途の多様性に影響を受ける。

上端プレート２０６の上端面２０５は、シリコーンなどの高温接着剤を用いて、誘電体パック２０４に接合される。通常、パックは、セラミックであるが、代替的に、他の材料から作られてもよい。静電チャックの場合に、（図示せぬ）電極がパック内に埋め込まれ、それを伴ってシリコン基板などの加工対象物を保持するところの、電界を生成する。

ベースプレート２１０は、冷却プレート２０８に対する構造的な強化を提供する。ベースプレートは、低い熱伝導率を有する剛性材料から形成され得る。これは、熱が、ベースプレートを通って冷却チャネルの間に流れることを妨げる。ベースプレートは、チタニウム、アルミナ、セラミック、ステンレススチール、ニッケル、及び同様な材料から形成され得る。それは、単一のピース又は共にろう付けされた幾つかの部分から形成され得る。ベースプレートは、特定の実施態様に応じて、ボルト締めされ、螺合され、又はリベットで冷却プレートに留められ得る。

冷却プレートは、円筒形状のヒータ要素キャリア２６２の各々に対する円筒形状のカウンターボア２７０を有する。これらの円筒形状のボアは、各々がそれぞれのカウンターボア２７０の中へ下りるように延在する、複数のスロット２２８を取り囲んでいる。中央の孔は、カウンターボアを通って、冷却プレートを通ってずっと延在し、電気的接続のための配線が、冷却プレートを通って支持シャフト２１２の中へ構成されることを可能にする。各ヒータ及び各熱センサのための配線は、それぞれのカウンターボア２７０の孔を通過して、ベースプレートの周りで集合し、支持シャフト２１２を通って（図示せぬ）導管の中へ集められる。上端ヒータプレートは、各円筒がそれぞれのカウンターボアの中を通るように、冷却プレートの中へフィットされる。

各ヒータロッドのための円筒２６２は、各それぞれのカウンターボア２７０の中へ延在し、それによって、熱伝達面２３９が、各カウンターボアのそれぞれのレッジ（ｌｅｄｇｅ）又はシート２６３に対して載置される。これらの表面は、共に連結されて、各ヒータプレートブロックと冷却プレートとの間の熱伝達を促進する。

ベースプレート２１０は、シャフト２１２上に支持されている。シャフトは、内側が中空であり、チャンクの上端へ供給される、導体、気体、及び他の材料のための導管を含む。アイソレータ２１６が、金属シャフトと金属ベースプレート２１０との間に配置され、シャフトとベースプレートとの間の熱の伝導を低減させる。これは、シャフトをより低温に維持し、シャフトに取り付けられ得る任意のハンドリング機構からの熱をも遮断する。

図６は、組み立てられた図５のＥＳＣの等角図である。支持シャフト２１２は、アイソレータ２１６を介してベースプレート２１０を支持する。冷却プレート２０８及びヒータプレート２０６が、ベースプレートによって支持されている。上端ヒータプレート２０６は、ヒータプレートの上端面２０５の上でパック２０４を支持する。今度は、（図示せぬ）加工対象物が、パックの上で支持され、静電的に又は別のやり方でパックに取り付けられ得る。

示され且つ説明されている真空チャックは、加熱プレートの分離されたブロックの各々の温度を個別に制御することができる。これは、上端誘電体パック２０４上の局所的領域が制御されることを可能にし、それは、ウエハのこれらの小さい加熱区域の各々内の温度の細かい制御を可能にする。先ず、熱が、適切な加熱区域内のそれぞれのヒータ要素を駆動することによって制御される。区域の各々が、上端ヒータプレートの中へ機械加工された溝によって各他の区域から熱的に分離される。個別のブロックが、冷却液、及び冷却プレートの一部分である冷却チャネルを使用することによって冷却される。

図７は、冷却プレート２０８の等角底面図であり、冷却チャネルの例示的な一構成を示している。使用に際して、冷却チャネルは、（図示せぬ）カバー２２４を有し、冷却プレートを通る冷却液の流れに対してチャネルを密封する。冷却プレートは、高い熱伝導率を有する材料から作られ、それによって、ヒータブロックから吸収された熱が、チャネルを通って流れる冷却液によって伝導され且つ吸収される。この実施例では、冷却チャネルに対する入口２７４及び出口２７６が存在する。入口及び出口は、そこを通って冷却流体が供給されるところの、中央の支持シャフトからの容易なアクセスのために、冷却プレートの中心の近くに配置される。他のタイプの供給構成のために、他の配置が使用され得る。示されるように、冷却液は、入口から半径方向外向きに第１の円形チャネル２８０‐１まで流れる。ヒータ要素の少なくとも幾つかのための孔２７０が見える。第１の円形チャネル２８０‐１の円形経路が、ヒータブロックの第１と第２の列の孔の間に流れるように見られ得る。その後、チャネルの経路は、ラジアルセクション２９０‐１において半径方向外向きに、第２の同心円経路２８０‐２まで横断している。

第２の円形経路は、第１のものに対して同心状であり、熱的に分離されたブロックの第３と第４の円形の列の間を通っている。経路は、その最も外側のコースにおいて第３の列と第４の列のブロックの間を通り、その後、中間の経路に冷却チャネルを持ち込む、第２のラジアルセクション２９０‐２まで来ている。第３の同心円２８０‐３は、第２と第３の列の間で冷却プレートの周りを同心状に通る。第３のラジアルセクションは、ヒータブロックの第２と第３の列の間を通る冷却チャネルを、冷却プレートの中心へ向かって半径方向内向きに持ち込む。この同心経路２８０‐３は、ぐるりと冷却チャネルを通過した後で、出口２７６へチャネルを持ち込む別のラジアルアーム２９０‐３を未だ有する。出口から、冷却液は、中心の支持シャフトへと下りるように流れる。

示されているタイプの流路は、冷却流体が、出口２７６に来たときよりも、入口２７４から冷却プレートの中へ最初に来たときの方がより冷たいことを考慮している。冷却流体が、冷却チャネルを通って移動する際に、上側ヒータプレートによって加熱された冷却プレートから熱を吸収するので、流体は、その経路を通って温められる。冷却チャネルは列の間を交互に通るので、各独立したヒータブロックは、一方の側に外側を流れる冷却液チャネルを有し、他方の側に内側を流れる冷却液チャネルを有する。言い換えると、ブロックの一端に沿って通過する冷却流体は、ブロックの他端に沿って通過する流体よりも冷たいだろう。これは、ヒータブロックの各々に対して本当である。したがって、全体の冷却効果は、ブロックの各々にわたりプレートを通る熱伝導によってバランスされる。

様々な他の構成が使用され、ヒータブロックの全てに対してより均等な冷却を促進し得る。ヒータブロックは、直線において、異なって形作られた曲線において、メッシュなどにおいて配置され得る。ヒータブロックは、示されているように矩形状であり、若しくは三角形状、六角形状などの別の形状であり、又は何らかの他の数の側部を有し得る。ヒータブロックは、曲線的な側部又は直線的な側部を有し得る。異なる構成が、ブロックの異なる構成に適合され、異なる冷却構成に適合され得る。代替例として、又は付加的に、各々が支持シャフトを通って異なる熱交換器に連結された、複数の独立した冷却チャネルが存在し得る。

ヒータプレートとは対照的に、冷却プレートは、上端プレートのブロックによって形成された個別の加熱区域の各々を必ずしも分離しない。図７で示されるように、冷却チャネルは、同心リングの形状で形成され得る。図２で示されたように、各熱ブロックは、２つの両側部の各々に冷却チャネルを有する。示されている実施形態では、冷却チャネルが、各加熱区域の間の溝２４２とおおまかに位置合わせされている。結果として、各ブロックは、その中心において加熱され、２つの側部に沿って冷却される。これは、各ブロックの間に冷却区域を配置することによって、各ブロックを各他のブロックから熱的に更に分離する。更に、それは、各ブロックの温度が下げられることを可能にし、それによって、特定の温度が、冷却流体によってというよりはむしろヒータによって制御され得る。

図７の孔２７０によって示唆されるように、上端プレートの周りで分離されたブロック２４４は、同心パターンで配置されている。この実施例では、ブロックの同心パターンによって形成された４つの円形リングが存在する。内側リング及び各外側同心リングのブロックは、互いからブロックを分離する放射状の直線によって分割されている。ブロックの第１のリングの後に、連続的な同心リング内の各前のリングを取り囲む、３つの更なるブロックの円形リングが存在する。ブロックの各リングは、隣接するより中央のリングに近いリングよりも多くのブロックを有している。何故ならば、リングの直径は、プレートの端部又は周縁に向かって増加するからである。

個別の独立した加熱ブロックの数は、任意の特定の用途に適するように、且つ、任意の望ましい精密さのレベルを提供するように構成され得る。ブロックのこのサイズ及び数は、加工対象物の異なるサイズに適するように調整され得る。通常のプラズマプロセスでの通常の３００ｍｍのウエハは、別のウエハとは異なるニーズを有し得る。より精密な熱制御のために、又はより多くのヒータがより多くの組み合わされた全体の熱をウエハに加えるように、より多くのブロックが使用され得る。代替的に、より精密でない制御又はより少ない全体の加熱力が望まれる場合には、より少ないブロックが使用され得る。

図８は、真空チャックアセンブリのための代替的な構成を示す。図８の実施例では、上端誘電体パック９０４が上端ヒータプレート９０６の上で支持され、上端ヒータプレート９０６が冷却プレート９０８の上方に載置される。上端プレート９０６は、ベースプレート９１０に固定されている。エッジリング９１２が、プレートの端部の全ての周りに使用され、チャックアセンブリを共に保持し得る。前述の実施例のように、ヒータプレートは、ヒータ要素９１６を支持するための、それらのうちの７つが見えているところの、多くのスロット９１４を有するように示されている。示されるように、４つのスロットのみがヒータ要素を支持し、３つのスロットがヒータ要素を支持していないが、最終的なアセンブリの後で、スロットの各々は、独立して制御され得る１つのヒータ要素を含み得る。

この実施例では、スロットが、冷却プレートの中に延在する円形ボア内で支持されず、代わりに、ヒータ要素は、冷却プレートの上方に直接的に載置され、冷却プレート内のカウンターボアの中へ延在しない。更に、加熱ブロックを互いから分離する溝９２０が存在する。これらの溝は、上端ヒータプレートを通って２分の３から３分の４まで延在し、冷却プレートまでずっとは延在しない。これは、ヒータプレートのためのより高いレベルの構造的な剛性を可能にし、ヒータブロックの各々の間のかなりな量の分離を未だ提供する。冷却チャネル９２２は、図３のものと類似するやり方で、ヒータブロック９２４の各々の間の冷却プレート９０８の周りに延在する。

図８は、本明細書で説明される様々な要素の具体的な特性、寸法、及び形状が、強度、熱的な分離、及び熱制御のために異なるニーズを満たすように変形され得ることを示している。

加工対象物が、プラズマチャンバ内で加熱されるときに、誘電体パックからの熱は、ヒータプレート及び冷却プレートによって吸収され得る。ヒータプレート及び冷却プレートは、アルミニウム又は何らかの他の金属などの、高い熱伝導率を有する材料から作られ得る。これは、熱が、アルミニウム加熱ブロックから、冷却プレートの冷却チャネル内の冷却流体に伝達されることを可能にする。ヒータプレートの各部分の間の空隙は、ヒータプレートの各ブロックの間の熱伝達を抑止する。この空隙によって、且つ、誘電体パックは低い熱伝導率を有するので、誘電体パックの温度は、複数の区域の全ての中へ分割され得る。

シリコーン又はセラミックなどの各ブロックの間で、任意の他の低い熱伝導率の分割器が、代替的に使用され得る。ヒータプレート内の溝は、熱分離材料で満たされ得る。これは、各ブロックの温度を互いのブロックから分離する。溝内の空隙又は他の熱バリアは、各ブロックの間の熱的なクロストークを低減させ、各ブロック温度のより精密でより分離された制御を可能にする。各ブロックの間に空隙を有するアルミニウムのプレートが本明細書で説明されたが、ヒータプレートは、高い熱伝導率を有する様々な異なる材料から作られ得る。ブロックの各々の間のインターフェースは、説明されたような空隙であるか、又は空隙が、接着剤、セラミック、又は何らかの他の部品などの、低い熱伝導率の材料を使用して満たされ得る。

上記の説明は、限定ではなく例示を意図するものであることを理解されたい。例えば、図面中のフロー図には、本発明のある実施形態で実施される工程の具体的な順番が示されているが、そのような順番が要求されている訳ではない（例えば、代替的な実施形態では、工程が異なる順番で実施され、ある工程が組み合わされ、ある工程が重複し得る）ことは理解されるべきである。更に、上記記載を読み且つ理解すれば、多くの他の実施形態が、当業者にとって明らかになるであろう。本発明は具体的な実施例に関連して記載されているが、本発明は記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の要旨及び範囲内で、修正及び変更を伴って実施され得ることは認識されよう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照し、且つ当該請求の範囲が権利付与される均等物の完全な範囲と共に、定められるべきである。

Claims (15)

1. 製造プロセスのために加工対象物を支持するパック、
   各々が前記パックと熱的に連結された複数の熱的に分離されたブロックを有するヒータプレートであって、各ブロックが前記ヒータプレートのそれぞれのブロックを加熱するためのヒータを有する、ヒータプレート、及び
   前記ヒータプレートと固定され且つ熱的に連結された冷却プレートであって、前記冷却プレートから熱を伝達する熱伝達流体を搬送するための冷却チャネルを有する、冷却プレート、
   を備え、
   前記冷却チャネルは、前記熱的に分離されたブロックのそれぞれの拡張部の両側の各々に配され、前記冷却プレートは、熱伝達面を介して、前記熱的に分離されたブロックのそれぞれの前記拡張部から熱を除去し、前記熱伝達面は、それぞれのブロックの前記ヒータに隣接し且つ前記ヒータを取り囲む、装置。
2. 前記ヒータが、長手方向軸が前記パックの上端面と垂直になるように方向付けられた縦長の抵抗ヒータロッドの形態にある、請求項１に記載の装置。
3. 前記パックとは反対側の前記冷却プレートに固定されたベースプレートを更に備え、前記冷却チャネルがベースプレートに対してオープンであり、前記装置が前記ベースプレートに対して前記冷却チャネルを密封するための複数のシールを更に備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記ベースプレートが、前記冷却プレートよりも低い熱伝導率を有する材料から形成されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記材料が、チタニウム、ステンレススチール、アルミナ、セラミック、及びニッケルから選択されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記ヒータプレートの前記ブロックが、各ブロックの間の間隙によって互いのブロックから熱的に分離されている、請求項１に記載の装置。
7. 前記間隙が、断熱材料によって満たされている、請求項６に記載の装置。
8. 前記ブロックが、前記ヒータプレートの表面全体にわたり同心リング状に配置され、前記ブロックが、直線的若しくは曲線的な側面を有する矩形状、三角形状、又は六角形状の何れかである、請求項１に記載の装置。
9. 前記パックが誘電体であり、前記パックが、製造プロセスの間に前記加工対象物を静電的に保持する電極を更に備える、請求項１に記載の装置。
10. 前記それぞれのブロックの温度を測定するための、各ヒータに関連付けられた温度センサを更に備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記温度センサが、前記ヒータと統合されている、請求項１０に記載の装置。
12. 各ブロックが、冷却チャネルと熱的に連結され、前記連結されている冷却チャネルが、前記それぞれのブロックの下方を通っている、請求項１に記載の装置。
13. プラズマ処理システムであって、
    プラズマチャンバ、
    前記プラズマチャンバ内で気体イオンを含有するプラズマを生成するためのプラズマ源、
    製造プロセスのために加工対象物を支持するパックと、各々が前記パックと熱的に連結された複数の熱的に分離されたブロックを有するヒータプレートであって、各ブロックが前記ヒータプレートのそれぞれのブロックを加熱するためのヒータを有するヒータプレートと、前記ヒータプレートと固定され且つ熱的に連結された冷却プレートであって、前記冷却プレートから熱を伝達する熱伝達流体を搬送するための冷却チャネルを有する冷却プレートとを有する、前記プラズマチャンバ内の加工対象物ホルダ、及び
    各ヒータを独立して制御するための温度コントローラ、
    を備え、
    前記冷却チャネルは、前記熱的に分離されたブロックのそれぞれの拡張部の両側の各々に配され、前記冷却プレートは、熱伝達面を介して、前記熱的に分離されたブロックのそれぞれの前記拡張部から熱を除去し、前記熱伝達面は、それぞれのブロックの前記ヒータに隣接し且つ前記ヒータを取り囲む、
    プラズマ処理システム。
14. 前記ヒータプレートの前記ブロックが、各ブロックの間の間隙によって互いのブロックから熱的に分離されている、請求項１３に記載のプラズマ処理システム。
15. 前記ヒータプレートの前記ブロックが、各それぞれのブロックから前記冷却プレートへ熱を伝達するために、前記冷却プレートと物理的に接触した前記熱伝達面を有する、請求項１３に記載のプラズマ処理システム。

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