JP6884110B2 - 高温プロセス用の金属接合されたバッキングプレートを有する静電パックアセンブリ - Google Patents
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Description
本発明のいくつかの実施形態は、概して、高温プロセスに使用可能な基板支持アセンブリ及び静電パックアセンブリに関する。
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、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。
一実施形態では、静電パックアセンブリは、上部パックプレートと、下部パックプレートと、バッキングプレートとを含む。上部パックプレートは、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３からなり、第１の熱膨張係数を有する。下部パックプレートは、第１の熱膨張係数とほぼ一致する第２の熱膨張係数を有する材料からなり、第１の金属接合によって上部パックプレートに接合される。下部パックプレートは、実施形態において、ａ）モリブデン、ｂ）Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＴｉの金属マトリックス複合材料、又はｃ）ＡｌＳｉ合金で浸潤されたＳｉＣ多孔質体からなることができる。バッキングプレートは、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３からなり、第２の金属接合によって下部パックプレートに接合される。
一実施形態では、静電パックアセンブリの製造方法は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３の上部パックプレートを形成するステップを含む。上部パックプレートは、第１の熱膨張係数を有することができ、１以上の加熱要素と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含むことができる。本方法は、第１の金属接合によって上部パックプレートに下部パックプレートを接合するステップであって、下部パックプレートは、第１の熱膨張係数とほぼ一致する第２の熱膨張係数を有するステップを更に含む。本方法は、第２の金属接合によって下部パックプレートにＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３を含むバッキングプレートを接合するステップを更に含む。
一実施形態では、基板支持アセンブリは、多層スタックを含む。多層スタックは、電気絶縁性上部パックプレートと、第１の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、第２の金属接合によって下部パックプレートに接合された電気絶縁性バッキングプレートとを含むことができる。上部パックプレートは、１以上の加熱要素と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを含むことができる。下部パックプレートは、下部パックプレートの底面の上に分布された複数の構造体を含み、複数の構造体は、下部パックプレートの中心から異なる距離を有することができ、複数の構造体の各々は、締結具を収容する。基板支持アセンブリは、締結具によって多層スタックに結合された冷却プレートを更に含む。各締結具は、冷却プレートを多層スタックに結合するためにほぼ等しい締結力を印加することができ、ほぼ等しい締結力は、冷却プレートと多層スタックとの間の均一な熱伝達を促進する。
本発明の実施形態は、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している。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を示す。
基板支持アセンブリの一実施形態の分解図を示す。
静電パックアセンブリの一実施形態の断面上面図を示す。
基板支持アセンブリの一実施形態の断面側面図を示す。
静電パックアセンブリの一実施形態の斜視図を示す。
一実施形態に係る静電パックアセンブリの断面側面図を示す。
図５Ａの静電パックアセンブリに対応する静電パックアセンブリの一実施形態の斜視図を示す。
一実施形態に係る静電パックアセンブリの断面側面図を示す。
図５Ａの静電パックアセンブリに対応する静電パックアセンブリの一実施形態の斜視図を示す。
基板支持アセンブリを製造するためのプロセスの一実施形態を示す。
本発明の実施形態は、基板支持アセンブリに損傷を与えることなく最高約２５０℃の温度で動作可能な基板支持アセンブリ及び静電パックアセンブリを提供する。一実施形態では、静電パックアセンブリは、金属接合によって下部パックプレートに接合された電気絶縁性上部パックプレートを含む。静電パックアセンブリは、別の金属接合によって下部パックプレートに接合されたバッキングプレートを更に含む。金属接合はそれぞれ、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以上の加熱要素と、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底面の上に下部パックプレートの中心から異なる距離で分布する複数の構造体を含むことができ、構造体の各々は締結具を収容する。バッキングプレートは、下部パックプレート内の構造体へのアクセスを提供する穴を含むことができる。静電パックアセンブリは、（例えば、締結具によって）静電パックアセンブリに結合された冷却プレートを更に含む基板支持アセンブリ内のコンポーネントである。締結具は、ほぼ等しい締結力をそれぞれ印加して、冷却プレートを静電パックアセンブリに結合することができる。このほぼ等しい固定力は、冷却プレートと静電パックアセンブリとの間の均一な熱伝達を促進する。
上部パックプレートは、誘電体（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）で構成することができる。下部パックプレートは、上部パックプレート用の材料（例えば、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮ）の熱膨張係数とほぼ一致する熱膨張係数を有する材料で構成することができる。バッキングプレートは、上部パックプレートと同じ材料で構成することができる。バッキングプレートの使用がなければ、上部パックプレートと下部パックプレートは、上部パックプレートと下部パックプレートとの間の接合によって引き起こされる力のために、湾曲する又は反る可能性がある。例えば、上部パックプレートは、３００ミクロンまでの凸状湾曲を有する可能性がある。この湾曲は、静電パックアセンブリに亀裂を生じさせる可能性がある、及び／又は静電パックアセンブリが基板（例えば、ウェハ）をしっかりと保持（例えば、チャック）する能力を損なう可能性がある。更に、湾曲は、上部パックプレートを下部パックプレートに固定する金属接合の層間剥離を引き起こす可能性があり、真空シールを生成する能力を低下させる可能性がある。
バッキングプレートを下部パックプレートの底部に接合することによって、バッキングプレートの上部及び底部にほぼ等しい力を印加させることができる。バッキングプレートの上部及び底部の力を等しくすることにより、上部パックプレート及び下部パックプレートを含む静電パックアセンブリの湾曲は、ほぼ排除することができる。例えば、静電パックアセンブリの湾曲は、約０．３ｍｍから０．１ｍｍ未満（例えば、実施形態では約０．０５ｍｍ又は５０ミクロン以下）に低減させることができる。静電パックアセンブリの湾曲の低減は、静電パックアセンブリの基板固定能力を改善することができ、ひび割れを低減又は排除することができ、上部パックプレートと支持基板との間のシールを改善することができ、静電パックアセンブリの真空シールを改善することができる。一実施形態では、上部パックプレートの力（内部応力）は約−９８±７メガパスカル（ＭＰａ）であり、バッキングプレートの力は約−１３６±５ＭＰａであり、下部パックプレートの上面の力は、約８０ＭＰａであり、下部パックプレートの底面の力は、約５４ＭＰａである。正の値は圧縮力を表し、負の値は引張力を表す。
図１は、多層静電パックアセンブリ１５０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、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。処理チャンバ内で基板を処理するために使用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。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。また、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が腐食するのを防ぐことができる。
内側ライナ１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周囲を覆ってもよい。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に関して論じられたもの）であってもよい。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。
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内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、静電パックアセンブリ１５０（静電パック又は多層スタックとも呼ばれる）を含む。静電パックアセンブリ１５０は、処理中に基板１４４を保持する。実施形態に記載の静電パックアセンブリ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。
静電パックアセンブリ１５０は、上部パックプレート１９２と、下部パックプレート１９０と、バッキングプレート１９６とを含む。上部パックプレート１９２は、下部パックプレート１９０に第１の金属接合によって接合されることができ、下部パックプレート１９０は、第２の金属接合によってバッキングプレート１９６に接合することができる。上部パックプレート１９２は、２００℃以上の温度で半導体プロセスに使用可能な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１９２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１９２は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３である。
下部パックプレート１９０は、上部パックプレート１９２及び／又はバッキングプレート１９６の熱膨張係数に適合する（又はほぼ一致する）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１９０は、（ＡｌＳｉＳｉＣと呼ばれる）ＡｌＳｉで浸潤されたＳｉＣ多孔質体である。ＡｌＳｉＳｉＣ材料は、例えば、反応性エッチング環境で使用することができる。別の一実施形態では、下部パックプレート１９０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＴｉの金属マトリックス複合材料（ＳｉＳｉＣＴｉ）である。あるいはまた、下部パックプレート１９０は、モリブデンであってもよい。ＡｌＮは、１℃当たり約１００万分の４．５〜５（約４．５〜５ｐｐｍ／℃）の熱膨張係数を有することができる。ＡｌＳｉＳｉＣは、約５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することができる。モリブデンは、約５．５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することができる。したがって、一実施形態では、上部パックプレート１９２及びバッキングプレート１９６はＡｌＮであり、下部パックプレート１９０はモリブデン又はＡｌＳｉＳｉＣである。ＳｉＳｉＣＴｉの金属マトリックス複合材料は、約８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することができる。Ａｌ２Ｏ３は、約８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することができる。したがって、Ａｌ２Ｏ３上部パックプレート、ＳｉＳｉＣＴｉ下部パックプレート、及びＡｌ２Ｏ３バッキングプレートを有する一実施形態では、下部パックプレート１９０、上部パックプレート１９２、及びバッキングプレート１９６の熱膨張係数はすべて、約８ｐｐｍ／℃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１９２は、耐プラズマ性セラミックスコーティングとすることができる保護層１３６でコーティングされる。保護層１３６はまた、上部パックプレート１９２の垂直壁、上部パックプレート１９２と下部パックプレート１９０との間の金属接合、バッキングプレート１９６、及び／又は下部パックプレート１９２とバッキングプレート１９２との間の金属接合をコーティングすることができる。保護層１３６は、バルクセラミックス（例えば、セラミックスウェハ）、プラズマ溶射コーティング、イオンアシスト堆積（ＩＡＤ）によって堆積されたコーティング、又は他の堆積技術を用いて堆積されたコーティングとすることができる。保護層１３６は、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。
基板支持アセンブリ１４８は、バッキングプレート１９６に結合された冷却プレート１６４を更に含む。冷却プレート１６４は、ヒートシンクとして機能することができる熱伝導性ベースである。一実施形態では、冷却プレート１６４は、複数の締結具によって静電パックアセンブリ１５０に結合される。一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、取り付けプレート１６２と台座１５２とを更に含む。
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及び静電パックアセンブリ１５０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／又は静電パックアセンブリ１５０は、１以上のオプションの埋設型加熱要素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。
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。埋設された加熱要素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要素１７６は、静電パックアセンブリ１５０の温度を制御するために利用され、それによって静電パックアセンブリ１５０及び処理される基板１４４（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、静電パックアセンブリ１５０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、静電パックアセンブリ１５０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。他の数の加熱ゾーンを使用することもできる。静電パックアセンブリ１５０及び冷却プレート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１以上の温度センサ１３８を使用して監視することができる。実施形態によって、静電パックアセンブリ１５０は、最高約２５０℃の温度を維持し、一方、冷却ベースは約６０℃の温度を維持することができる。したがって、実施形態は、最高約１９０℃までの温度デルタを静電パックアセンブリ１５０と冷却プレート１６４との間で維持することを可能にする。
静電パックアセンブリ１５０は、上部パックプレート１９２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、上部パックプレート１９２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、上部パックプレート１９２と基板１４４との間の熱伝達を促進することができる。
一実施形態では、上部パックプレート１９２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。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、静電パックアセンブリ１５０、冷却プレート１６４、及び台座１５２を含む、基板支持アセンブリ１４８の一実施形態の分解図を示す。静電パックアセンブリ１５０は、上部パックプレート１９２、並びに下部パックプレート（図示せず）、及びバッキングプレート（図示せず）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上に配置することができる。一実施形態では、Ｏリング２４０は、冷却プレート２４０に加硫される。あるいはまた、Ｏリング２４０は、加硫されずに冷却プレート１６４の上面に配置されていてもよい。
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の段差と第２の厚さの第２の段差とを有する段付きＯリングであってもよい。これは、締結具を締めるために使用される力の量を、ＰＦＰ製Ｏリング２４０の設定量の圧縮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）をまた、ケーブルを通す冷却プレート１６４の中心の穴２８０の周囲の冷却プレートの上面に取り付けることができる。他のより小さいＯリングがまた、他の開口部の周り、リフトピンの周りなどの冷却プレート１６４に取り付けられてもよい。代替的に又は追加的に、ガスケット（例えば、ＰＦＰ製ガスケット）を冷却プレート１６４の上面に取り付けることができる。ガスケット又はＯリング２４０用に使用可能なＰＦＰの例は、Ｄｕｐｏｎｔ（商標名）のＥＣＣｔｒｅｍｅ（商標名）、ＤｕｐｏｎｔのＫＡＬＲＥＺ（商標名）（例えば、ＫＡＬＲＥＺ ８９００）、及びＤａｉｋｉｎ（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パックアセンブリ１５０内の内部容積との間の真空シールを提供する。静電パックアセンブリ１５０内の内部容積は、導管及び配線を経路付けするための台座１５２内の開放空間を含む。
一実施形態では、冷却プレート１６４は、多数の構造体２４２を更に含み、それを通して締結具が挿入される。ガスケットが使用される場合、ガスケットは、構造体２４２の各々に切欠きを有することができる。締結具は、構造体２４２の各々を通って延在することができ、下部パックプレート内に形成された追加の構造体内に挿入される締結具の追加の部分（又は追加の締結具）に取り付けることができる。例えば、ボルトが、冷却プレート１６４内の構造体２４２を通って延在し、下部パックプレート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、下部パックプレート内の同様の構造体（図示せず）まで並ぶことができる。
上部パックプレート１９２は、上に配置された基板の形状及びサイズと実質的に一致することができる環状周辺部を有する円盤状の形状を有する。上部パックプレート１９２の上面は、外側リング２１６、複数のメサ２１０、及びメサ２１０間のチャネル２０８、２１２を有することができる。上部パックプレート１９２はまた、追加の構造体（例えば、段差１９３）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１９２は、電気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は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などを含む。
静電パックアセンブリ１５０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製造することができる。あるいはまた、冷却プレート１６４は、静電パックアセンブリ１５０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、静電パックアセンブリに用いられる下部パックプレート３００の一実施形態の上面図を示す。下部パックプレート３００は、下部パックプレート１９０又は本明細書に記載の他の下部パックプレートに対応してもよい。図示されるように、下部パックプレート３００は、静電パックアセンブリによって支持されるべき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。下部パックプレート３００はまた、複数の構造体３０５を含む。構造体は、下部パックプレート３００を含む静電パックアセンブリが取り付けられる冷却プレート内の同様の構造体に一致してもよい。各構造体３０５は、締結具を収容する。例えば、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、これによってボルトの頭部は、頭部を収容するのに十分な大きさの開口部の内側となり、ボルトのシャフトは下部パックプレート３００の底面から延びる。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に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が下部パックプレート３００に含まれてもよい。構造体３０５の各セットは、下部パックプレート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、下部パックプレート３００を含む静電パックアセンブリ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、直径１２インチの静電パックアセンブリに対して、３セットの構造体が使用される。第１セットの構造体は、下部パックプレート３００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、下部パックプレート３００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、下部パックプレート３００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。あるいはまた、２セットの構造体を使用してもよい。一実施形態では、下部パックプレート３００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４Ａは、基板支持アセンブリ４０５の一実施形態の断面側面図を示す。基板支持アセンブリ４０５は、上部パックプレート４１５、下部パックプレート４２０、及びバッキングプレート４２５で構成される静電パックアセンブリ４１０を含み、これらは金属接合によって共に接合することができる。一実施形態では、上部パックプレート４１５は、第１の金属接合４５０によって下部パックプレート４２０に接合され、下部パックプレート４２０は、第２の金属接合４５５によってバッキングプレート４２５に接合される。一実施形態では、拡散接合が、金属接合の方法として使用される。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４１５は、電気絶縁性（誘電性）セラミックス（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）で構成される。一実施形態では、バッキングプレート４２５は、上部パックプレート４１５と同じ材料で構成される。これは、上部パックプレート４１５とバッキングプレート４２５によって、下部パックプレート４２０にほぼ一致するが反対の力を生じさせることができる。ほぼ一致する力は、上部パックプレート４１５の湾曲及び亀裂を最小にするか又は排除することができる。
上部パックプレート４１５は、クランプ電極４２７及び１以上の加熱要素４２９を含む。クランプ電極４２７は、チャッキング電源（図示せず）に、及び整合回路（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。加熱要素４２９は、上部パックプレート４１５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ている。
上部パックプレート４１５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４１５は、約３〜５ｍｍの厚さを有する。クランプ電極４２７は、上部パックプレート４１５の上面から約０．３〜１ｍｍに配置することができ、加熱要素４２９は、クランプ電極４２７の下約２ｍｍに配置することができる。加熱要素４２９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要素とすることができる。あるいはまた、加熱要素４２９は、上部パックプレート４１５の厚さの約１〜３ｍｍを使用する抵抗コイルとすることができる。このような一実施形態では、上部パックプレート４１５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、バッキングプレート４２５は、上部パックプレート４１５の厚さとほぼ等しい厚さを有する。例えば、上部パックプレート４１５及びバッキングプレート４２５は、一実施形態では、それぞれ約３〜５ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、バッキングプレート４２５は、約３〜１０ｍｍの厚さを有する。
一実施形態では、下部パックプレート４２０は、上部パックプレート４１５及びバッキングプレート４２５の厚さ以上の厚さを有する。一実施形態では、下部パックプレート４２０は、約８〜２５ｍｍの厚さを有する。一実施形態では、下部パックプレート４２０は、上部パックプレート４１５の厚さよりも約３０％〜３３０％大きい厚さを有する。
一実施形態では、下部パックプレート４２０用に使用される材料は適切に選択することができ、これによって下部パックプレート４２０材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、電気絶縁性上部パックプレート４１５材料のＣＴＥと実質的に一致し、これによってＣＴＥの不一致を最小限にし、熱サイクル中に静電パックアセンブリ４１０を損傷する可能性のある熱機械的応力を回避する。
一実施形態では、下部パックプレート４２０はモリブデンである。例えば、静電パックアセンブリ４１０が不活性環境で使用される場合、モリブデンは、下部パックプレート４２０用に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、静電パックアセンブリ４１０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４２０用に使用することができる。このような一実施形態では、下部パックプレート４２０の露出表面は、下部パックプレート４２０が上部パックプレート４１５に接合された後に耐プラズマ性コーティングでコーティングされてもよい。プラズマコーティングは、プラズマ溶射プロセスによって行われてもよい。耐プラズマ性コーティングは、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４２０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、耐プラズマ性コーティングは、Ａｌ２Ｏ３である。あるいはまた、耐プラズマ性コーティングは、上記の保護層１３６を参照して記載された材料のいずれかであってもよい。
一実施形態では、導電性金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）の材料が、下部パックプレート４２０に使用される。ＭＭＣ材料は、金属マトリックスと、マトリクス全体に埋め込まれ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。使用することができる金属には、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）、又はこれらの様々な組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。補強材料は、ＭＭＣに所望の構造強度を提供するように選択することができ、ＭＭＣの他の特性（例えば、熱伝導率及びＣＴＥなど）に所望の値を提供するように選択することもできる。使用することができる補強材料の例には、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）が含まれるが、他の材料を使用することもできる。
下部パックプレート４２０用のＭＭＣ材料は、好ましくは、所望の導電性を提供し、静電パックアセンブリ４１０の動作温度範囲にわたって上部パックプレート４１５材料のＣＴＥと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、ＭＣＣ材料を選択することに基づいており、これによってＭＣＣ材料は、上部パックプレート４１５材料でも使用される少なくとも１つの材料を含む。一実施形態では、上部パックプレート４１５は、ＡｌＮを含む。一実施形態では、ＭＭＣ材料は、ＡｌＳｉ合金を浸潤させたＳｉＣ多孔質体（本明細書ではＡｌＳｉＳｉＣと呼ぶ）を含む。
ＭＭＣの構成材料及び組成割合は、所望の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４２０と上部パックプレート４１５とのＣＴＥに厳密に一致するように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４２０と上部パックプレート４１５との間の界面における熱機械的応力が低減される。
静電パックアセンブリ４１０の層の間の熱膨張係数を一致させることによって、下部パックプレート４２０を上部パックプレート４１５及びバッキングプレート４２５に接合することによって生じる応力を最小限に抑えることができる。一実施形態では、下部パックプレート４２０は、上述したような金属マトリックス複合材料から構成される。あるいはまた、下部パックプレート４２０は、ＳｉＳｉＣＴｉ又はモリブデンであってもよい。
一実施形態では、下部パックプレート４２０は、耐プラズマ性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。耐プラズマ性セラミックスコーティングは、図５Ａ〜図５Ｂを参照して以下により詳細に論じられる。
一実施形態では、上部パックプレート４１５、下部パックプレート４２０、及びバッキングプレート４２５は、アルミニウムを含む材料を含む。例えば、上部パックプレート４１５及びバッキングプレート４２５は、それぞれ、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮで構成されてもよく、下部パックプレート４２０は、ＡｌＳｉＳｉＣで構成されてもよい。
金属接合４５０は、上部パックプレート４１５と下部パックプレート４２０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。同様に、金属接合４５５は、下部パックプレート４２０とバッキングプレート４２５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。圧力及び熱を印加して、アルミニウム箔と上部パックプレート４１５との間、及びアルミニウム箔と下部パックプレート４２０との間に拡散接合を形成することができる。同様に、圧力及び熱を印加して、アルミニウム箔と下部パックプレート４２０との間、及びアルミニウム箔とバッキングプレート４２５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４１５、下部パックプレート４２０、及びバッキングプレート４２５に使用される材料に基づいて選択された他の中間層材料を用いて形成することができる。一実施形態では、金属接合４５５、４６５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４１５は、接合を形成するために中間層が使用されない直接拡散接合を使用して、下部パックプレート４２０に直接接合されてもよい。同様に、下部パックプレート４２０は、直接拡散接合を用いてバッキングプレート４２５に直接接合されてもよい。
上部パックプレート４１５は、下部パックプレート４２０及びバッキングプレート４２５の直径より大きい直径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４１５及び下部パックプレート４２０は、それぞれ約３００ｍｍの直径を有し、バッキングプレート４２５は、約２５０ｍｍの直径を有する。一実施形態では、バッキングプレート４２５は、上部パックプレート４１５の直径の約７５〜８５％である直径を有する。ベースプレート４９５のエッジは、上部パックプレート４１５の直径と同様の直径を有することができる。耐プラズマ性の高温Ｏリング４４５は、上部パックプレート４１５とベースプレート４９５との間に配置することができる。このＯリング４４５は、基板支持アセンブリ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４４５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４４５は、無機添加剤（例えば、ＳｉＣ）を含むＰＦＰである。Ｏリング４４５は、交換可能であってもよい。Ｏリング４４５が劣化すると、取り外すことができ、新たなＯリングを上部パックプレート４１５上に引き伸ばして、上部パックプレート４１５とベースプレートとの間の界面で上部パックプレート４１５の周辺部に配置することができる。Ｏリング４４５は、金属接合４５０、４５５をプラズマによる浸食から保護することができる。
バッキングプレート４２５は、流体源（図示せず）と流体連通する１以上の導管４３５（本明細書では冷却チャネルとも呼ぶ）を有する冷却プレート４３６に結合され、熱連通する。下部パックプレート４２０及び／又はバッキングプレート４２５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。一実施形態では、冷却プレート４３６及び／又はベースプレート４９５は、複数の締結具（図示せず）によって静電パックアセンブリ４１０に結合される。締結具は、ねじ締結具（例えば、ナットとボルトの対）とすることができる。下部パックプレート４２０は、締結具を収容するための複数の構造体（図示せず）を含むことができる。冷却プレート４３６は、同様に、締結具を収容するための複数の構造体（図示せず）を含むことができる。更に、ベースプレート４９５は、締結具を収容するための複数の構造体（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、構造体は、座ぐりを有するボルト穴である。構造体は、下部パックプレート４２０及びバッキングプレート４２５を貫通して延びる構造体を貫通してもよい。あるいはまた、構造体は、構造体を貫通していなくてもよい。一実施形態では、構造体は、スロットに挿入され、次いで９０度回転させることができる、Ｔ字形のボルトヘッド又は矩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、又は締結具の頭部から力を構造体上に均等に分配するための他の荷重拡散材料を含む。
冷却プレート４３６は、ヒートシンクとして作用し、静電パックアセンブリ４１０からの熱を吸収することができる。（図示の）一実施形態では、低熱伝導性ガスケット４６５が冷却プレート４３６上に配置される。低熱伝導性ガスケット４６５は、例えば、冷却プレート４３６に加硫（又は他の方法で配置）されたＰＦＰ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。締結具は、ほぼ同じ力で締め付けられ、低熱伝導性ガスケット４６５を均等に圧縮することができる。低熱伝導性ガスケット４６５は、熱伝達を減少させ、サーマルチョークとして作用することができる。
一実施形態では、低熱伝導性ガスケット４６５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。締結具は、グラフォイル層ならびに低熱伝導性ガスケット４６５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る。
一実施形態では、冷却プレート１６４の外周部及び／又は内周部に１以上のＰＦＰ製Ｏリング（図示せず）を配置することができる。ＰＦＰ製Ｏリングは、低熱伝導性ガスケット４６５の代わりに、又はこれに加えて使用することができる。締結具はすべて、ほぼ同じ力で締め付けられ、ＰＦＰ製Ｏリングを圧縮し、静電パックアセンブリ４１０のバッキングプレート４２５と冷却プレート４３６との間の分離部（例えば、ギャップ）を引き起こすことができる。分離部は、バッキングプレート４２５と冷却プレート４３６との間の界面全体にわたってほぼ同じ（均一）とすることができる。これは、冷却プレート４３６とバッキングプレート４２５との間の熱伝達特性が均一となることを確実にする。一実施形態では、分離部は約２〜１０ミルである。例えば、ＰＦＰ製Ｏリングがグラフォイル層なしで使用される場合、分離部は２〜１０ミルとすることができる。グラフフォイル層（又は他のガスケット）がＰＦＰ製Ｏリング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、バッキングプレート４２５と冷却プレート４３６との間の界面をサーマルチョークとして作用させることができる。静電パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６との間の分離部は、静電パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６との間の接触面積を最小限にすることができる。一実施形態では、導電性ガスを分離部内に流して、静電気パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６との間の熱伝達を改善することができる。
静電パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６との間にサーマルチョークを維持することによって、静電パックアセンブリ４１０は、冷却プレート４３６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、静電パックアセンブリ４１０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４３６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４３６を約６０℃以下の温度に維持しながら、静電パックアセンブリ４１０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、静電パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６との間で最高１９０℃を維持することができる。静電パックアセンブリ４１０及び冷却プレート４３６は、熱サイクル中に独立して自由に膨張又は収縮する。
ＰＦＰ製ガスケット４６５及び／又はバッキングプレート４２５と冷却プレート４３６との間の分離部は、加熱された静電パックアセンブリ４１０から冷却された冷却プレート４３６までの熱伝導経路を制限することにより、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、伝導媒体が提供されない限り、熱伝達は主に放射プロセスとなる可能性がある。静電パックアセンブリ４１０は、基板処理中に真空環境内に配置させることができるので、加熱要素４２９によって生成された熱は、分離部にわた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、分離部及び／又は熱伝達に影響を与える他の要因を調整することによって、静電パックアセンブリ４１０から冷却プレート４３６に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４１５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場合がある。
一実施形態では、冷却プレート４３６は、１以上のバネ４７０によってベースプレート４９５に結合される。一実施形態では、バネ４７０はコイルバネである。バネ４７０は、冷却プレート４３６を静電パックアセンブリ４１０に押し付ける力を印加する。冷却プレート４３６の表面は、静電パックアセンブリ４１０と冷却プレート４３６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）を有することができる。また、冷却プレート４３６の材料は、熱伝達特性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、アルミニウム製冷却プレート４３６は、ステンレス鋼製冷却プレート４３６よりも熱を良好に伝達する。
いくつかの実施形態では、処理中に静電パックアセンブリ４１０を介して及び支持された基板に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信号の静電パックアセンブリ４１０を介した伝達を促進するために、ＲＦガスケット４９０がベースプレート４９５上に配置される。ＲＦガスケット４９０は、ベースプレート４９５を下部パックプレート４２０に電気的に接続することができ、こうしてバッキングプレート４２５を通り過ぎる伝導経路を提供する。ＲＦガスケット４９０の位置のために、バッキングプレート４２５の直径は、下部パックプレート４２０の直径及び上部パックプレート４１５の直径よりも小さくすることができる。
一実施形態では、熱スペーサ４８５が、ＲＦガスケット４９０に隣接して配置される。熱スペーサ４８５は、ベースプレート２９５が下部パックプレート４２０と接触しないことを保証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４８０が、熱スペーサ４８５に隣接して配置される。一実施形態では、Ｏリング４８０は、ＰＦＰ製Ｏリングとすることができる。Ｏリング４８０は、真空シールを促進するために使用されてもよい。一実施形態では、取り付けプレート４４０が、ベースプレート４９５の下に配置され、ベースプレート４９５に結合される。
図４Ｂは、図４Ａに示す静電パックアセンブリ４１０の底部の一実施形態の斜視図を示す。図示されるように、上部パックプレート４１５は、下部パックプレート４２０の第２の直径よりも大きい第１の直径を有する。バッキングプレート４２５は、下部パックプレート４２０の第２の直径よりも小さい第３の直径を有する。先に図４Ａを参照して説明したように、バッキングプレート４２５は、下部パックプレート４２０よりも小さな直径を有することができ、ＲＦガスケットのための空間を提供する。更に、下部パックプレート４２０は、図２〜図４Ａを参照して説明したような締結具を受け入れる複数の内側構造体（図示せず）及び複数の外側構造体４９８を含むことができる。バッキングプレート４２５は、バッキングプレート４２５が外部構造体４９８を塞がないようなサイズにすることができる。バッキングプレート４２５は、下部パックプレート４２０内の内側構造体へのアクセスを提供する穴４９６を含むことができる。図示のように、バッキングプレート４２５は、設備（ファシリティ）へのアクセスを提供するための中心穴４９２を含むことができる。更に、バッキングプレート４２５は、下部パックプレート４２０内のリフトピン穴４９９の周りに３つの穴４９４を含む。
図５Ａは、一実施形態に係る静電パックアセンブリ５１０の断面側面図を示す。図５Ｂは、静電パックアセンブリ５１０の斜視図を示す。特に、静電パックアセンブリ５１０は、上下逆さまに示されており、静電パックアセンブリ５１０の特定のコンポーネントをより良く示している。静電パックアセンブリ５１０は、静電パックアセンブリ４１０と実質的に同様である。例えば、静電パックアセンブリ５１０は、金属接合５５５によって下部パックプレート５２０に接合された上部パックプレート５１５を含む。静電パックアセンブリ５１０は更に、別の金属接合５６５によってバッキングプレート５２５に接合された下部パックプレート５２０を含む。また、バッキングプレート５２５は、設備へのアクセスを提供するための中心穴５９２を含み、更に下部パックプレート５２０内のリフトピン穴５９９の周りに３つの穴５９４を含む。バッキングプレート５２５は更に、下部パックプレート５２０内の内側構造体へのアクセスを提供する穴５９６を含むことができる。
静電パックアセンブリ５１０内において、バッキングプレート５２５は、下部パックプレート５２０の直径と実質的に同様な直径を有する。これは、上部パックプレート５１５及びバッキングプレート５２５によって下部パックプレート５２０に印加される力を更に均一化する。しかしながら、そのような実施形態では、下部パックプレートをベースプレートに電気的に接続するＲＦガスケットを配置するための空間がない。ＲＦ信号のための代替経路を提供するために、バッキングプレート５２５の外側側壁及び金属接合５６５は、導電性コーティング５３０でコーティングされてもよい。一実施形態では、導電性コーティング５３０は、金属コーティング（例えば、アルミニウムコーティング）である。導電性コーティング５３０は、スパッタリング技術、コールドスプレー技術、又は他の金属堆積技術を用いて施すことができる。一実施形態では、導電性コーティング５３０は、耐プラズマ性セラミックスコーティング５３５によって覆われる。耐プラズマ性セラミックスコーティング５３５は、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。耐プラズマ性セラミックスコーティング５３０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）とすることができる。実施形態では、導電性コーティング５３０及び／又は耐プラズマ性セラミックスコーティング５３５は、下部パックプレート５２０の外壁、金属接合５５５、及び／又は上部パックプレート５１５をコーティングすることもできる。一実施形態では、導電性コーティング５３０及び耐プラズマ性セラミックスコーティング５３５は、それぞれ約５〜２５ミクロンの厚さを有する。
バッキングプレート５２５は、下部パックプレート５２０の直径と実質的に同様の直径を有するので、バッキングプレート５２５は、締結具を受けるように構成された下部パックプレート５２０内の構造体（図示せず）を覆う。したがって、バッキングプレート５２５は、下部パックプレート５２０内の構造体へのアクセスを提供する穴５９８を更に含むことができる。
一実施形態では、バッキングプレート５２５をドーピングして、バッキングプレート５２５の導電率を高めることによって、ＲＦ信号のための電気経路を提供することができる。一実施形態では、Ｓｍ及び／又はＣｅを用いて、バッキングプレート５２５をドーピングする。一実施形態では、バッキングプレート５２５は、約１×１０９Ωオーム・センチメートル（１０Ｅ９オーム・ｃｍ）未満の電気抵抗率を有する。一実施形態では、バッキングプレートは、約１０Ｅ６オーム・ｃｍ〜１０Ｅ７オーム・ｃｍの電気抵抗率を有する。このような実施形態では、バッキングプレート５２５の外壁は、導電性コーティング５３０によってコーティングされていなくてもよい。しかしながら、バッキングプレートの外壁は、依然として耐プラズマ性セラミックスコーティング５３５でコーティングされていてもよい。
図６Ａは、一実施形態に係る静電パックアセンブリ６１０の断面側面図を示す。図６Ｂは、静電パックアセンブリ６１０の斜視図を示す。特に、静電パックアセンブリ６１０は、上下逆さまに示されており、静電パックアセンブリ６１０の特定のコンポーネントをより良く示している。静電パックアセンブリ６１０は、静電パックアセンブリ４１０と実質的に同様である。例えば、静電パックアセンブリ６１０は、金属接合６５５によって下部パックプレート６２０に接合された上部パックプレート６１５を含む。静電パックアセンブリ６１０は更に、別の金属接合６６７によってバッキングプレート６７０に接合された下部パックプレート６２０を含む。バッキングプレート６７０は、設備へのアクセスを提供するための中心穴６９２を含み、更に下部パックプレート６２０内のリフトピン穴６９９の周りに３つの穴６９４を含む。バッキングプレート６７０は更に、下部パックプレート６２０内の内側構造体へのアクセスを提供する穴６９６を含むことができる。
静電パックアセンブリ６１０内において、バッキングプレート６７０は、下部パックプレート６２０の直径よりも小さい直径を有する。一実施形態では、バッキングプレート６７０は、バッキングプレート４２５の直径にほぼ等しい直径を有する。静電パックアセンブリ６１０は、更に、金属接合６６５によって下部パックプレート６２０に金属接合されたバッキングリング６６０を含む。バッキングリング６６０は、下部パックプレート６２０の直径と実質的に同様の外径を有する。これは、上部パックプレート６１５及びバッキングプレート６７０とバッキングリング６６０との組み合わせによって下部パックプレート６２０に印加される力を更に均一化する。
バッキングプレート６７０とバッキングリング６６０との間の空間は、下部パックプレート６２０をベースプレートに電気的に接続するＲＦガスケットのための空間を提供することができる。更に、締結具を受けるように構成された下部パックプレート６２０内の構造体６９８が露出されてもよい。一実施形態では、バッキングリング６６０、金属接合６６５、下部パックプレート６２０、金属接合６５５、及び／又は上部パックプレート６１５の外壁は、図５Ａ〜図５Ｂを参照して上述したような耐プラズマ性セラミックスコーティングによってコーティングされる。
図７は、基板支持アセンブリを製造するためのプロセス７００の一実施形態を示す。プロセス７００のブロック７０４において、上部パックプレートが形成される。上部パックプレートは、クランプ電極及び１以上の加熱要素を含むセラミックスディスクとすることができる。
ブロック７０６において、下部パックプレートが形成される。一実施形態では、締結具を受け入れるために下部パックプレートに構造体が形成される。ガスを流すために、ガス穴（例えば、Ｈｅ穴）を下部パックプレートに形成することもできる。
一実施形態では、ブロック７０７において、金属保護コーティングが下部パックプレートに施される。例えば、下部パックプレートがモリブデンである場合、下部パックプレートに金属保護コーティングを施すことができる。金属保護コーティングを施して、下部パックプレートの材料がプラズマ又は処理ガスに曝露されないことを確実にすることができる。金属保護コーティングは、約２〜１０ミクロンの厚さを有することができる。
一実施形態では、金属保護コーティングは、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えば、Ａｌ ６０６１）である。一実施形態では、金属保護コーティングは、電気めっきによって下部パックプレートに施される。電気めっきは、外壁、上部及び底部、及び下部パックプレートに穿孔された穴及び構造体の内壁を含む下部パックプレートの全表面にわたって金属保護コーティングを形成させることができる。別の一実施形態では、金属保護コーティングは、金属堆積技術（例えば、コールドスプレー又はスパッタリング）によって施してもよい。
一実施形態では、下部パックプレートに金属保護コーティングを施す代わりに、又はそれに加えて、下部パックプレートに穿孔された穴に金属保護プラグを挿入する。例えば、下部パックプレートに多数の座ぐり貫通穴を穿孔することができ、これらの穴にアルミニウム（又はアルミニウム合金）プラグを挿入することができる。プラグは、ガス送達領域（例えば、穴の内部）をガスへの曝露から保護することができる。金属保護コーティングは、その後、下部パックプレートの上に施しても施さなくてもよい。
一実施形態では、下部パックプレートの外壁がビーズブラストされて、外壁を約１００〜２００マイクロインチの粗さ（Ｒａ）に粗面化する。次いで、外壁に耐プラズマ性セラミックスコーティングをプラズマ溶射することができる。耐プラズマ性セラミックスコーティングは、実施形態において金属保護コーティング上に形成されてもよい。一実施形態では、耐プラズマ性セラミックスコーティングは、約２〜１０ミクロンの厚さを有する。更なる一実施形態では、耐プラズマ性セラミックスコーティングは、約３ミクロンの厚さを有する。
ブロック７０８において、バッキングプレートが形成される。バッキングプレートに（例えば穿孔によって）１以上の穴を形成して、下部パックプレート内の構造体及び／又はガス穴へのアクセスを提供することができる。プラグが下部パックプレート内の穴に挿入される一実施形態では、ガス溝がバッキングプレートの上面に形成される（バッキングプレートは、下部パックプレートと接触する）。これらのガス溝は、ガスをプラグを通して、次に上部パックプレートの穴を通して流すためのアクセスを提供することができる。一実施形態では、上部パックプレート内の穴は多孔質プラグを含む。バッキングプレート内に穴を穿孔して、ガスがガス溝に流入する経路を提供してもよい。
ブロック７１０において、下部パックプレートは、第１の金属接合を使用して上部パックプレートに金属接合される。ブロック７１５において、バッキングプレートは、第２の金属接合を使用して下部パックプレートに金属接合される。上部パックプレート、下部パックプレート、及びバッキングプレートを含む多層スタックは、静電パックアセンブリを形成することができる。
一実施形態では、第１の金属接合は、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、第２の金属接合は、下部パックプレートとバッキングプレートとの間にＡｌ又はＡｌＳｉ合金の追加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。圧力及び熱を印加して、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第１の拡散接合を形成し、追加の金属箔と下部パックプレートとバッキングプレートとの間に第２の拡散接合を形成することができる。一実施形態では、上部パックプレート、金属箔、下部パックプレート、追加の金属箔、及びバッキングプレートを含むスタックが形成される。次いで、このスタックをホットプレスして、第１の金属接合及び第２の金属接合を単一の接合プロセスで形成することができる。
一実施形態では、ブロック７２０において、導電性コーティングがバッキングプレートの外壁に施される。導電性コーティングはまた、金属接合の上に及び／又は下部パックプレートの上に施されてもよい。導電性コーティングは、コールドスプレー、スパッタリング、又は他の金属堆積技術によって施される金属コーティングとすることができる。一実施形態では、ブロック７２５において、耐プラズマ性セラミックスコーティングを導電性コーティングの上に施す。耐プラズマ性セラミックスコーティングは、プラズマ溶射、ＩＡＤ、又は他のセラミックス堆積技術によって施すことができる。
ブロック７３０において、熱ガスケットが冷却プレートに適用される。ブロック７３５において、冷却プレートが静電パックアセンブリに固定される。一実施形態では、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に挿入される。一実施形態では、締結具は、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、下部パックプレートに挿入される。そのような一実施形態では、締結具をパックに永久に埋め込んでもよい。その後、静電パックアセンブリは、（例えば、下部パックプレート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）締結具を締め付けることによって、冷却プレートに結合することができる。
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。
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)
- ＡｌＮ又はＡｌ ２ Ｏ ３ を含み、第１の熱膨張係数を有する上部パックプレートであって、１以上の加熱要素と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを更に含む上部パックプレートと、
第１の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であって、第１の熱膨張係数又は第２の熱膨張係数を有する材料を含む下部パックプレートと、
第２の金属接合によって下部パックプレートの底面に接合され、ＡｌＮ又はＡｌ ２ Ｏ ３ を含むバッキングプレートであって、バッキングプレートは円盤形状であり、下部パックプレートの第２の直径よりも小さい第１の直径を有しているバッキングプレートと、
バッキングプレートの第１の直径の外側で、下部パックプレートの底面に配置された導電性ガスケットとを含む静電パックアセンブリ。 - 上部パックプレートは、３〜１０ｍｍの第１の厚さを有し、バッキングプレートは、３〜１０ｍｍの第２の厚さを有し、下部パックプレートは、第１の厚さ及び第２の厚さ以上である第３の厚さを有する、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- 第１の厚さは、第２の厚さに±１０％以内で等しい、請求項２記載の静電パックアセンブリ。
- 静電パックアセンブリは、静電パックアセンブリを損傷することなく最高３００℃の温度で動作可能である、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- バッキングプレートの外壁の少なくとも一部は、金属コーティングでコーティングされている、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- バッキングプレートは、１０Ｅ９オーム・ｃｍ未満の電気抵抗率を有するドープＡｌＮを含む、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- バッキングプレートの外壁上に耐プラズマ性セラミックスコーティングを含む、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- 下部パックプレートは、金属保護コーティング又は金属保護プラグのうちの少なくとも１つによって保護されている、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- バッキングプレートに結合された冷却プレートを含み、冷却プレートは、冷却プレートの上面上に配置されたガスケットを含み、ガスケットは、冷却プレートとバッキングプレートとの間で圧縮されており、ガスケットは、冷却プレートとバッキング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記載の静電パックアセンブリ。
- 第２の直径を有するバッキングリングをさらに含み、
バッキングプレートとバッキングリングとの間に導電性ガスケットが配置されている、請求項１記載の静電パックアセンブリ。 - 下部パックプレートは、ａ）モリブデン、ｂ）Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＴｉを含む金属マトリックス複合材料、又はｃ）ＡｌＳｉ合金で浸潤されたＳｉＣ多孔質体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の静電パックアセンブリ。
- 静電パックアセンブリの製造方法であって、
ＡｌＮ又はＡｌ ２ Ｏ ３ を含み、第１の熱膨張係数を有する上部パックプレートを形成するステップであって、上部パックプレートは、１以上の加熱要素と、基板を静電的に固定するための１以上の電極とを更に含んでいるステップと、
第１の金属接合によって上部パックプレートに下部パックプレートを接合するステップであって、下部パックプレートは、第１の熱膨張係数又は第２の熱膨張係数を有しているステップと、
第２の金属接合によって下部パックプレートの底面にＡｌＮ又はＡｌ ２ Ｏ ３ を含むバッキングプレートを接合するステップであって、バッキングプレートは円盤形状であり、下部パックプレートの第２の直径よりも小さい第１の直径を有しているステップと、
バッキングプレートの第１の直径の外側で、下部パックプレートの底面に導電性ガスケットを配置するステップとを含む方法。 - 上部パックプレートに下部パックプレートを接合するステップ及び下部パックプレートにバッキングプレートを接合するステップは、上部パックプレート、第１金属接合層、下部パックプレート、第２金属接合層、及びバッキングプレートを含むスタックをホットプレスすることによる単一プロセスで実行される、請求項１２記載の方法。
- 下部パックプレートは、ａ）モリブデン、ｂ）Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＴｉを含む金属マトリックス複合材料、又はｃ）ＡｌＳｉ合金で浸潤されたＳｉＣ多孔質体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２記載の方法。
- 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上面に配置するステップと、
バッキングプレートに冷却プレートの上面を固定するステップと、
Ｏリング又はガスケットのうちの少なくとも１つを圧縮して、冷却プレートとバッキングプレートとの間にほぼ等しい分離を維持するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
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