JP7073349B2

JP7073349B2 - 広範囲にわたる温度制御のためのヒータペデスタルアセンブリ

Info

Publication number: JP7073349B2
Application number: JP2019515489A
Authority: JP
Inventors: カウシィクアラヤヴァリ，; アジトバラクリシュナ，; サンジーヴバルジャ，; アミットクマールバンサル，; マシュージェームズブッシェ，; フアンカルロスロチャ－アルヴァレス，; スワミナサンティー．スリニバサン，; テジャスウラヴィ，; チェンホアチョウ，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2022-05-23
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: US20180082866A1; CN109716497B; KR102236934B1; WO2018057369A1; TWI729447B; CN109716497A; US10910238B2; JP2019533306A; TW201814823A; KR20190043645A; TWI671851B; TW202015169A

Description

［０００１］本書に記載の実装は、概して、半導体処理チャンバに関し、より具体的には、半導体処理チャンバのための加熱された支持体ペデスタルに関する。

関連技術の記載
［０００２］半導体処理は、多くの異なる化学的及び物理的プロセスを含み、これにより微細な集積回路が基板上で形成される。集積回路をなす材料の層は、化学気相堆積、物理気相堆積、エピタキシャル成長などを含む処理によって作成される。材料の層には、フォトレジストマスク並びに、湿式又は乾式エッチング技法を使用して、パターン形成されるものもある。集積回路を形成するために用いられる基板は、ケイ素、ガリウムヒ素、リン化インジウム、ガラス、又は他の適切な材料であってよい。

［０００３］集積回路の製造では、様々な材料層の堆積又はエッチングにプラズマ処理が使用されることが多い。プラズマ処理は、熱処理よりも利点が多い。例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）により、堆積処理を、類似の熱処理で実現可能であるよりも低温かつ高い堆積速度で行うことができる。したがって、ＰＥＣＶＤは、大規模又は超大規模集積回路（ＶＬＳＩ又はＵＬＳＩ）デバイス製造などの、厳しい熱収支を含む集積回路製造に有利である。

［０００４］これらの処理で使用される処理チャンバは、典型的には、処理中に基板を支持するために内部に配置される基板支持体又はペデスタルを含む。幾つかの処理では、ペデスタルが、基板の温度を制御するように、及び／又は処理に用いられる高温を提供するように適合された、埋め込みヒータを含みうる。基板処理中の基板の適切な温度制御及び均一加熱は、特に集積回路のサイズが縮小するにつれ、非常に重要になる。埋め込みヒータを含む従来の支持体は、基板上に堆積された膜の性質に影響を与える数多くの熱点及び冷点を有することが多い。

［０００５］したがって、能動的な温度制御を提供するペデスタルアセンブリが必要となる。

［０００６］本開示の実装は、概して、半導体処理チャンバに関し、より具体的には、半導体処理チャンバのための加熱された支持体ペデスタルに関する。一実装では、ペデスタルアセンブリが開示され、ペデスタルアセンブリは、誘電体材料を含み基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、シャフトの第１の端部で基板支持体の支持体部材に連結された中空シャフトと、支持体部材とシャフトの第１の端部との界面に配置された熱伝導材料とを含む。

［０００７］別の実装では、半導体処理チャンバ用のペデスタルアセンブリが開示され、このペデスタルアセンブリは、誘電体材料を含み基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、中空コアを有し中空コアの第１の端部で基板支持体の支持体部材に連結されたシャフトと、発熱体と冷却チャネルアセンブリとの間に配置された空隙を含む熱遮断部とを含む。

［０００８］別の実装では、半導体処理チャンバのペデスタルアセンブリが開示され、このペデスタルアセンブリは、誘電体材料を含み基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、中空コアを有し中空コアの第１の端部で基板支持体の支持体部材に連結されたシャフトと、発熱体と冷却チャネルアセンブリとの間に配置された空隙を含む熱遮断部と、支持体部材と中空コアの第１の端部との界面に配置された熱伝導材料とを含む。

［０００９］本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実装を参照することによって得られ、一部の実装は、付随する図面に例示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実装も許容しうることから、添付する図面は本開示の典型的な実装を示しているにすぎず、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

プラズマシステムの一実装の部分断面図である。図１のプラズマシステムで利用されうるペデスタルアセンブリの一実装の等角上面図である。図２Ａのペデスタルアセンブリの等角底面図である。図１～図２Ｂのペデスタルアセンブリとして使用されうるペデスタルアセンブリの別の実装の側断面図である。図３Ａのペデスタルアセンブリの拡大断面図である。図３Ａのペデスタルアセンブリの拡大断面図である。支持体部材をシャフトに連結するために使用されうる異なるタイプのファスナアセンブリを示すペデスタルアセンブリの一部の拡大図である。支持体部材をシャフトに連結するために使用されうる異なるタイプのファスナアセンブリを示すペデスタルアセンブリの一部の拡大図である。

［００１７］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。ある実装の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実装に有益に組み込むことができると考えられている。

［００１８］本開示の実装は、概して、半導体処理チャンバに関し、より具体的には、半導体処理チャンバのための加熱された支持体ペデスタルに関する。本書に開示の実装は、プラズマチャンバに関連して以下で例示的に説明される一実装では、プラズマチャンバは、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムで利用される。本書に記載の実装から利益を受けるように適合されうるＰＥＣＶＤシステムの例には、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥＣＶＤシステム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＧＴ（商標）ＣＶＤシステム、又はＤＸＺ（登録商標）ＣＶＤシステムが含まれ、これらはすべてカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から市販されている。ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥＣＶＤシステム（例えば、２００ｍｍ又は３００ｍｍ）は、導電性膜、シラン、炭素ドープされた酸化ケイ素及び他の材料などの薄膜を基板上に堆積させるために使用されうる、２つの分離した処理領域を有する。例示的な実装は２つの処理領域を含むが、本書に記載の実施形態は、１つの処理領域又は３つ以上の処理領域を有するシステムで有利になるように使用されうると考えられる。本書に記載の実装は、エッチチャンバ、イオン注入チャンバ、プラズマ処理チャンバ、ストリッピングチャンバなどを含む他のプラズマチャンバで有利になるように使用されうるとも考えられる。さらに、本書に記載の実装は、他の製造業者から入手可能なプラズマ処理チャンバで有利になるように利用されうるとも考えられる。

［００１９］本書に記載のペデスタルの実装は、完全な処理サイクル全体を通じて、処理中に基板の能動的な温度制御のニーズに対処する。本書に記載のある実装は、独自の構成要素パターンにより最小の温度勾配（＜１０°Ｃ）を有する埋め込み発熱体を用いて、４００°Ｃ程度の温度の高温制御をもたらす。本書に記載のある実装は、ペデスタルの本体に能動的な冷却剤を流すことによって、ＲＦ連結のような外部ソース、又は埋め込み発熱体などの内部ソースから、（例えば、２０００ワット程度の）大きな熱負荷を取り除くことができる。本書に記載のある実装は、ペデスタル本体を通り冷却剤の流量と共に、発熱体を能動的に制御することによって、所望の低い温度勾配をもたらす。

［００２０］本書に記載のある実装は、基板が多数の処理条件及びチャンバ条件（例えば、ヒータ面板、チャンバに衝突したカップリングＲＦ、処理ガス、化学薬品など）に曝露される間に、広い範囲にわたって基板の温度を能動的に制御する能力を提供する。基板の能動的な温度制御は、空間的な温度制御及び／又は過渡的な温度制御を含む。

［００２１］空間的な温度制御は、基板内又は基板上に所望の放射状の温度プロファイルを作り出すことを含む。空間的な温度制御は、典型的には、複数の同心円上のヒータゾーンを有するペデスタルによって実施される。所望の放射状のプロファイルは、一様な温度、エッジが高温となるプロファイル、又はエッジが低温となるプロファイルを含みうる。過渡的な温度制御は、様々な外部熱負荷が存在するときに、基板の所望の温度プロファイルを維持することを含む。過渡的な温度制御は、典型的に、ヒータゾーン電力を適切に変調することによって実現される。能動的な温度制御は、２つの能動的な温度フラックスによって実現されうる。１番目は、埋め込まれた発熱体によって提供される熱で、２番目は、内部の冷却剤経路によってペデスタルから取り除かれる熱である。したがって、（基板が載る）ペデスタル表面の温度は、これら２つのフラックスのレベルを制御することによって、所望の温度に制御することができる。熱の増加は、発熱体により多くの電力を供給し、冷却剤の流量を減らすこと（又は、冷却剤の入口温度を下げること）によって実現可能で、或いは、ペデスタルの温度を下げるには逆のことが実行可能である。広い温度制御範囲は、（発熱体からの内部の、或いは、チャンバ又はプロセス条件からの外部の）熱源と熱ドレイン（内部の能動的な冷却剤）との間の相互作用を制御することによって実現される。一実装では、これは、支持体本体内の発熱体を基板が載る支持体面の近くに配置して、実現可能な最高温度を最大化すること、並びに、シャフトの本体下方の冷却チャネルを、所望の量の熱を排出する高さに配置することによって実現される。

［００２２］正確な温度制御に加えて、ユーザーはシステムのスループットを高めることが必要になることもある。スループットを改善する１つの方法は、高周波（ＲＦ）電力を上げて堆積速度を高めることである。しかしながら、ＲＦ電力を上げると、これに対応して、ペデスタルに与えられるプラズマ熱負荷も高まる。現時点で望ましいＲＦ電力レベルでは、プラズマ熱負荷は１０００ワット（Ｗ）になりうる。

［００２３］安定した基板温度を維持するため、ペデスタルに流入する熱は、ペデスタルから流出する熱と平衡していなければならない。この平衡を実現する難易度は、処理温度と共に変化する。例えば、高い動作温度（例えば、約６５０°Ｃ）では、放射熱損失が高く、プラズマ熱負荷を相殺するのに十分な値を超えている。しかしながら、「中程度の」温度（例えば、約４００°Ｃ未満）では、放射熱損失はかなり低くなる（例えば、３５０°Ｃで約３００Ｗ）。本書に記載のペデスタルアセンブリの実装は、このような中程度の温度で利用されうる。

［００２４］中程度の温度での処理に対して従来のペデスタルは、典型的に、熱伝導を制限する。したがって、（放射及び伝導の）熱損失の和は、大きなプラズマ熱と平衡するには不十分で、堆積処理中に高いＲＦ電力が使用されるときには、温度制御の損失を生む結果となる。

［００２５］一実装では、シャフトに連結されたペデスタル本体を含むペデスタルアセンブリが開示される。ペデスタル本体は、誘電体材料、例えば、窒化アルミニウムなどのセラミック材料を含む。シャフトは、（電気的及び熱的に）伝導性の材料、例えば、６０６１アルミニウムなどのアルミニウム合金を含む。シャフトは、ペデスタル本体からの熱を取り除くためにシャフト内部に埋め込まれた冷却剤経路を含みうる。シャフトは、熱源から冷却剤までの熱の流れの相互作用に貢献する高い熱伝導率を提供する。

［００２６］図１は、本書に記載の実装によるペデスタルアセンブリ１０２を有する例示的なプラズマシステム１００の部分断面図である。本書に記載のように、ペデスタルアセンブリ１０２は、基板が種々の処理条件及びチャンバ条件にさらされている間に、ペデスタルアセンブリ１０２上に配置された基板の温度を、広い温度範囲で能動的に制御することを可能にする能動的な冷却システムを有する。プラズマシステム１００は一般的に、一対の処理領域１１２Ａ及び１１２Ｂを画定する、側壁１０６、底壁１０８、及び内部側壁１１０を有する処理チャンバ本体１０４を備える。処理領域１１２Ａ及び１１２Ｂの各々は、同じように構成されており、簡潔にするため、処理領域１１２Ｂの構成要素のみが説明される。

［００２７］ペデスタル本体１１４は、チャンバ本体１０４の底壁１０８に形成された通路１１６を通って処理領域１１２Ｂに設けられる。ペデスタル本体１１４は、その上面で基板（図示せず）を支持するように適合されている。ペデスタル本体１１４は、所望の処理温度で基板温度を加熱及び制御するための発熱体、例えば、抵抗発熱体を含みうる。代替的には、ペデスタル本体１１４が、ランプアセンブリなどの遠隔発熱体によって加熱されてもよい。

［００２８］ペデスタルアセンブリ１０２は、シャフト１１８に連結されたペデスタル本体１１４を含む。シャフト１１８は、処理領域１１２Ｂ内でペデスタル本体１１４の上昇及び運動を制御する駆動システムを含みうる、電源出力又は電源ボックス１２０に連結されている。シャフト１１８はまた、ペデスタル本体１１４に電力を供給するための電力インターフェースを含む。シャフト１１８はまた、内部に形成される冷却剤チャネルを含む。電源ボックス１２０はまた、熱電対インターフェースなどの、電力及び温度計用のインターフェースを含む。シャフト１１８はまた、電源ボックス１２０に着脱可能に連結するように適合されたベースアセンブリ１２２も含む。電源ボックス１２０の上方に周方向リング１２４を示す。一実施形態で、周方向リング１２４は、ベースアセンブリ１２２と電源ボックス１２０の上面との間に機械的インターフェースを提供するように構成された機械的止め部又はランドとして適合された肩部である。

［００２９］底壁１０８に形成された通路１２８を通って、ロッド１２６が設けられており、ペデスタル本体１１４を貫通して設けられた基板リフトピン１３０を起動するために利用される。基板リフトピン１３０は、基板移送ポート１３２を通して処理領域１１２Ｂの内外へ基板を移送するために用いられるロボット（図示されず）による基板の交換を促進するために、基板をペデスタル本体１１４から選択的に離間する。

［００３０］チャンバ本体１０４の上部にチャンバリッド１３４が連結されている。リッド１３４は、それ自体に連結された一又は複数のガス分配システム１３６を収容する。ガス分配システム１３６は、シャワーヘッドアセンブリ１４２を通じて処理領域１１２Ｂに反応ガス及び洗浄ガスを供給する、ガス流入通路１４０を含む。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、面板１４６との中間に配置された遮蔽板１４８を有する環状のベースプレート１４４を含む。シャワーヘッドアセンブリ１４２に高周波（ＲＦ）源１５０が連結されている。ＲＦ源１５０は、シャワーヘッドアセンブリ１４２の面板１４６とペデスタル本体１１４との間でのプラズマ生成を促すため、シャワーヘッドアセンブリ１４２に電力供給する。一実装では、ＲＦ源１５０は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ発振器などの高周波数高周波（ＨＦＲＦ）電源になりうる。別の実装では、ＲＦ源１５０は、ＨＦＲＦ電源、及び３００ｋＨｚのＲＦ発振器などの低周波数高周波（ＬＦＲＦ）電源を含みうる。代替的に、ＲＦ源は、プラズマ生成を促すために、ペデスタル本体１１４など処理チャンバ本体１０４の他の部分に連結されてもよい。ＲＦ電力がリッド１３４へ伝わるのを防ぐために、リッド１３４とシャワーヘッドアセンブリ１４２との間に誘電体アイソレータ１５２が配置される。シャドウリング１５４は、ペデスタル本体１１４の所望の高さで基板に係合する、ペデスタル本体１１４の外縁に配置されうる。

［００３１］オプションにより、動作中に環状ベースプレート１４４を冷却するため、ガス分配システム１３６の環状ベースプレート１４４に冷却チャネル１５６が形成される。ベースプレート１４４が所定の温度で維持されるように、水、エチレングリコール、ガスなどの熱伝導流体が冷却チャネル１５６を通じて循環されうる。

［００３２］処理領域１１２Ｂ内で側壁１１０、１０６が処理環境に曝されるのを防ぐため、処理領域１１２Ｂ内でチャンバ本体１０４の側壁１１０、１０６に非常に近接して、チャンバライナアセンブリ１５８が設けられる。ライナアセンブリ１５８は、処理領域１１２Ｂからガス及び副生成物を排気し、処理領域１１２Ｂ内の圧力を制御するように構成されたポンピングシステム１６４に連結された、周方向のポンピングキャビティ１６０を含む。複数の排気口１６６が、チャンバライナアセンブリ１５８に形成されうる。排気口１６６は、システム１００内での処理を促進するように、処理領域１１２Ｂから周方向ポンピングキャビティ１６０までガスが流れることができるように構成される。

［００３３］図２Ａは、図１のプラズマシステム１００で利用されうるペデスタルアセンブリ１０２の一実装の等角上面図である。ペデスタルアセンブリ１０２は、ペデスタル本体１１４と、シャフト１１８と、円形の基板支持体２０５に向かい合ったベースアセンブリ１２２とを含む。一実装では、シャフト１１８は管状部材又は中空シャフトとして構成される。基板支持体２０５は、実質的に平面的な基板受容面又は支持体面２１０を含む。支持体面２１０は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又は４５０ｍｍ基板を支持するように適合されうる。一実装では、支持体面２１０は、支持体面２１０の平面を越えて延在する隆起又は突起となりうる、複数の構造体２１５を含む。複数の構造体２１５の各々の高さは、支持体２１０よりわずかに高いか、わずかに離間された平面又は表面を受容するほぼ平面的な基板を提供するため、ほぼ等しくなっている。基板支持体２０５はまた、リフトピン１３０（図１）を受容するように適合されて貫通するように形成された、複数の開口部２２０を含む。

［００３４］一実装では、ペデスタル本体１１４は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料から作られ、シャフト１１８は、アルミニウムなどの熱伝導性の金属材料から作られる。

［００３５］一実装では、ペデスタル本体１１４の支持体面２１０はテクスチャード加工されている。支持体面２１０は、当該技術分野で既知の技術、例えば、ビードブラスト、エッチバック処理、又はこれらの組み合わせを用いてテクスチャード加工されうる。一実装では、ペデスタル本体１１４のテクスチャード加工された支持体面２１０の表面粗度の二乗平均平方根（ＲＭＳ）は、約０．７５ミクロンから約６ミクロン、例えば、約１．５ミクロンから約５ミクロンまでの間、例えば、約２ミクロンになりうる。

［００３６］図２Ｂは、図２Ａのペデスタルアセンブリ１０２の等角底面図である。シャフト１１８は、ペデスタル本体１１４の支持体部材２３０に連結された第１の端部２２５を含む。シャフト１１８はまた、基板支持体２０５に向かい合ったベースアセンブリ１２２に連結された第２の端部２３５を含む。この実装では、ベースアセンブリ１２２は、誘電体プラグ２４５に連結された、及び／又は誘電体プラグ２４５を含む、スロットのある導電性部分２４０を含む。一実装では、スロットのある導電性部分２４０は、電源ボックス１２０（図１）に嵌合するように適合されたプラグ又はオスのインターフェースとして構成されうる。図２Ｂに示した実装では、導電性部分２４０は断面が、外表面又は壁を通って少なくとも部分的に形成されたスロットを有する円形になりうる。誘電体プラグ２４５は、電源ボックス１２０内の電気接続を受容する又は電気接続に嵌合するように適合された、ソケット又はメスのインターフェースとして構成されてもよく、或いは代替的に、ソケット又はメスのインターフェースとして構成された一又は複数の部分を含んでもよい。一実装では、スロットのある導電性部分２４０は、シャフト１１８の一体化された延在部分であって、アルミニウム材料から作られてよく、一方、誘電体プラグ２４５はＰＥＥＫ樹脂から作られる。

［００３７］ベースアセンブリ１２２はまた、図１に示した電源ボックス１２０と整合するＯリング（図示せず）を受容するように適合された周方向リング１２４を含む。この実装では、スロットのある導電性部分２４０は、誘電体プラグ２４５を受容するように適合された開口部を含み、誘電体プラグ２４５はスロットのある導電性部分２４０に結び付く。誘電体プラグ２４５はまた、電源ボックス１２０（図１に示す）からの導線を受容するため、誘電体プラグ内に形成された開口部又はソケットを含む。

［００３８］支持体部材２３０は、熱界面２５０でシャフト１１８の第１の端部２２５に連結される。熱界面２５０は、シャフト１１８の第１の端部２２５の嵌合面と支持体部材２３０との間に配置された熱伝導材料２５５を含む接合剤（ｂｏｎｄ）になりうる。シャフト１１８の第１の端部２２５と支持体部材２３０は、一又は複数のファスナアセンブリ２６０によって、互いに着脱可能に連結されうる。

［００３９］図３Ａは、ペデスタルアセンブリ３００の一実装の側断面図である。ペデスタルアセンブリ３００は、図１～図２Ｂのペデスタルアセンブリ１０２として使用されうる。図３Ｂは、図３Ａのペデスタルアセンブリ３００の拡大断面図である。一実装では、ペデスタルアセンブリ３００上の基板（図示せず）の温度制御は、抵抗加熱器３０５、冷却チャネルアセンブリ３０６を備えたシャフト１１８、熱遮断部３０８、及び熱界面２５０のうちの一又は複数によって提供される。

［００４０］抵抗加熱器３０５は、ペデスタル本体１１４内に配置されるか、封入される。熱遮断部３０８は、ペデスタル本体１１４と支持体部材２３０との間の界面３１０に隣接して、又は界面３１０の位置で、ペデスタル本体１１４内に設けられる。冷却チャネルアセンブリ３０６は、冷却チャネル３０７と、冷却チャネル流入口３０２と、冷却チャネル排出口３０４とを有する。冷却チャネル流入口３０２と冷却チャネル排出口３０４は、熱伝達媒体すなわち「冷却剤」を冷却チャネルアセンブリ３０６に供給するための流体再循環器３０９に連結されうる。一実装では、冷却チャネル３０７は、シャフト１１８の本体に配置されたリング形状のチャネルで、シャフト１１８の中空部分３１８を取り囲む。

［００４１］一実装では、熱遮断部３０８は、ペデスタル本体１１４の支持体面２１０の中心の周りの熱抵抗を高め、これによって冷気散布器（ｃｏｌｄｓｐｒｅａｄｅｒ）として動作する。これは、ペデスタル本体１１４の支持体面２１０の中心に存在しうるコールドスポットを減らしうる。図３Ｂを参照すると、熱遮断部３０８は、上方壁３１２と、向かい合う下方壁３１３と、熱遮断部３０８を取り囲む周壁３１４とによって形成される。熱遮断部３０８は、上方壁３１２と、下方壁３１３と、周壁３１４とによって封じ込められた空隙又はボイドを含みうる。

［００４２］一実装では、周壁３１４は円形で、その結果、熱遮断部３０８は円形になる。熱遮断部３０８はまた、所望の量の熱制御を提供する他の任意の形状を有してもよい。例えば、熱遮断部３０８は、楕円形、正方形、長方形、及び不均一形状などの他の形状から選択された形状を有してもよい。一実装では、熱遮断部３０８は、約２インチ（５．１ｃｍ）から約６インチ（１５．２ｃｍ）の間の直径を有する。一実装では、熱遮断部３０８は、約３インチ（７．６ｃｍ）から約４インチ（１０．２ｃｍ）の間の直径を有する。熱遮断部３０８の直径は、所望の量の熱制御を提供するため、変更することができる。熱遮断部３０８の上方壁と下方壁との間の距離（例えば、高さ）はまた、所望の量の熱制御を提供するため、変更することができる。一実装では、熱遮断部３０８の高さは、約０．１インチ（０．３ｃｍ）から約１インチ（２．５ｃｍ）の間になる。別の実装では、熱遮断部３０８の高さは、約０．４インチ（１ｃｍ）から約０．５インチ（１．３ｃｍ）の間になる。

［００４３］ペデスタル本体１１４と支持体部材２３０との間の界面３１０は、接合剤３２０を含む。接合剤３２０は、約１，２００°Ｃから約１，５００°Ｃまでの温度での直接接合、拡散接合、共焼結（ｃｏ－ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）及び／又は共燃焼（ｃｏ－ｆｉｒｉｎｇ）を含みうる。接合剤３２０は、熱遮断部３０８の周壁３１４まで延在しうる、及び／又は熱遮断部３０８の周壁３１４を形成しうる。

［００４４］一実装では、冷却チャネル流入口３０２は、ペデスタルアセンブリ１０２のシャフト１１８を通って延在する長手方向チャネルである。冷却チャネル流入口３０２の第１の端部は流体再循環器３０９に連結され、冷却チャネル流入口３０２は冷却チャネル３０７と流体連結されている。一実装では、冷却チャネル排出口３０４は、ペデスタルアセンブリ１１４のシャフト１１８を通って延在する長手方向チャネルである。冷却チャネル排出口３０４の第１の端部は冷却チャネル３０７に連結され、冷却チャネル排出口の第２の端部は流体再循環器３０９に連結されている。

［００４５］図３Ｃは一部の拡大断面図で、熱界面２５０は、支持体部材２３０の嵌合面３２０Ａ、及びシャフト１１８の嵌合面３２０Ｂを含む。環状Ｏリング溝３２５は、熱界面２５０に含まれうる。熱伝導材料２５５は、約０．００１インチの厚さ３３０で、嵌合面３２０Ａと嵌合面３２０Ｂとの間に配置されうる。熱伝導材料２５５は、約４．０ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有しうる。実施例は、シリコーン及び／又はアクリルベース熱伝導性グリース、又はアルミニウム、銀（Ａｇ）、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、又はダイヤモンドなどの熱伝導材料がドープされた接着剤を含む。熱伝導材料２５５の別の実施例は、ＧＡＰＦＩＬＬＥＲ４０００という商標でＢｅｒｇｑｕｉｓｔ社から市販されている間隙充填剤を含む。

［００４６］再度図３Ａを参照すると、熱界面２５０は約２平方インチの表面積３３５を含みうる。表面積３３５は主として設計要因に基づく。例えば、支持体部材２３０及びシャフト１１８の中空部分は、抵抗加熱器３０５、熱電対リードなどの電気接続を収容できるように十分に大きくなければならず、支持体部材２３０及びシャフト１１８の外のり寸法は、既存のチャンバ本体に組み込めるサイズでなければならない。表面積３３５のサイズ及び熱伝導材料２５５の厚さを仮定すると、熱界面２５０の熱流束は約１，５００ワット以上で、熱界面２５０での温度差２５０は約１０°Ｃとなる。

［００４７］動作中、抵抗加熱器３０５によって生成される熱及び／又はプラズマからの熱は基板（図示せず）を加熱し、過剰な熱は、セラミックペデスタル本体１１４及び支持体部材２３０から、熱界面２５０を経由してアルミニウムシャフト１１８まで流れる。熱伝導流体は、流体再循環器３０９によって、再利用され、冷却チャネルアセンブリ３０６を通って連続的にポンピングされる。ある実装では、動作中、ペデスタル本体１１４の温度は約３５０°Ｃで、一方、シャフト１１８の温度は約１００°Ｃ以下になりうる。

［００４８］図４Ａ及び図４Ｂは、支持体部材２３０をシャフト１１８に連結するように使用されうる、異なるタイプのファスナアセンブリを示すペデスタルアセンブリ１０２の断面図である。図４Ａは「爪」タイプのファスナアセンブリ４００Ａを示し、図４Ｂは「分割リング」タイプのファスナアセンブリ４００Ｂを示す。

［００４９］ファスナアセンブリ４００Ａは、支持体部材２３０とシャフト１１８との間で固定する一又は複数の爪クランプ４０５を含む。一又は複数の爪クランプ４０５は、熱界面２５０で支持体部材２３０の周囲を取り囲むように適合される、一又は複数の環状セグメントを含みうる。一又は複数のファスナ４１０は、支持体部材２３０をシャフト１１８に固定するために利用されうる。ファスナ４１０及び爪クランプ４０５は、支持体部材２３０に形成された凹部４１５に配置されうる。凹部４１５は、断続的な間隔で、支持体部材２３０の周囲に形成されうる。

［００５０］ファスナアセンブリ４００Ｂは、支持体部材２３０とシャフト１１８との間で固定する一又は複数のリング４２０を含む。一又は複数のリング４２０は、熱界面２５０で支持体部材２３０の周囲を取り囲むように適合される、一又は複数の環状セグメントを含みうる。一又は複数のファスナ４１０は、支持体部材２３０をシャフト１１８に固定するために利用されうる。リング４２０は、支持体部材２３０の肩部４２５に対して締め付けられうる。一又は複数のリング４２０と爪クランプ４０５との違いは、リング４２０が、支持体部材２３０の肩部４２５に接触して内向きに連続的に延在する部材を含むのに対して、爪クランプ４０５は、凹部４１５に対応する断続的な間隔で、支持体部材２３０の肩部４２５に接触して内向きに延在する部材を含むことである。

［００５１］以上の記述は本開示の実装を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実装及び更なる実装が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims

半導体処理チャンバのためのペデスタルアセンブリであって、
誘電体材料を含み、基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、
前記基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、
中空コアを有し、前記中空コアの第１の端部で前記基板支持体の支持体部材に連結されたシャフトと、
前記支持体部材と前記中空コアの前記第１の端部との間の界面に配置された、約４．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する熱伝導材料と、
を備える、ペデスタルアセンブリ。
前記シャフトは、内部冷却経路を介して前記ペデスタルから熱を取り除くため、前記シャフトの内部に配置された、前記中空コアを取り囲む冷却チャネルアセンブリを備える、請求項１に記載のペデスタルアセンブリ。
前記基板支持体は、前記抵抗加熱器と前記冷却チャネルアセンブリとの間に配置された熱遮断部を有する、請求項２に記載のペデスタルアセンブリ。
前記熱遮断部は、
上方壁と、
向かい合う下方壁と、
前記熱遮断部を取り囲む、円形の周壁と、
を備える、請求項３に記載のペデスタルアセンブリ。
前記熱遮断部は、約７．６ｃｍから約１０．２ｃｍの間の直径と、約１ｃｍから約１．３ｃｍの間の高さを有する、請求項４に記載のペデスタルアセンブリ。
前記支持体部材は、前記界面に隣接するその外縁に形成された複数の凹部を含む、請求項１に記載のペデスタルアセンブリ。
半導体処理チャンバのためのペデスタルアセンブリであって、
誘電体材料を含み、基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、
前記基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、
中空コアを有し、前記中空コアの第１の端部で前記基板支持体の支持体部材に連結されたシャフトであって、前記支持体部材が、前記支持体部材と前記中空コアの前記第１の端部との間の界面に隣接する前記支持体部材の外縁に形成された複数の凹部を含む、シャフトと、
前記抵抗加熱器と冷却チャネルアセンブリとの間に配置された空隙を含む熱遮断部と、
を備えるペデスタルアセンブリ。
前記熱遮断部は、
上方壁と、
向かい合う下方壁と、
前記熱遮断部を取り囲む周壁と、
を備える、請求項７に記載のペデスタルアセンブリ。
前記周壁は円形である、請求項８に記載のペデスタルアセンブリ。
前記熱遮断部は、約７．６ｃｍから約１０．２ｃｍの間の直径と、約１ｃｍから約１．３ｃｍの間の高さを有する、請求項７に記載のペデスタルアセンブリ。
前記支持体部材と前記中空コアの前記第１の端部との間の界面に配置された熱伝導材料を更に備える、請求項７に記載のペデスタルアセンブリ。
前記熱伝導材料は、約４．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、請求項１１に記載のペデスタルアセンブリ。
半導体処理チャンバのためのペデスタルアセンブリであって、
誘電体材料を含み基板を受容するための支持体面を有する基板支持体と、
前記基板支持体内に封入された抵抗加熱器と、
中空コアを有し前記中空コアの第１の端部で前記基板支持体の支持体部材に連結されたシャフトと、
前記抵抗加熱器と冷却チャネルアセンブリとの間に配置された空隙を含む熱遮断部と、
前記支持体部材と前記中空コアの前記第１の端部との界面に配置された、約４．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する熱伝導材料と、
を備える、ペデスタルアセンブリ。