JP7334270B2 - 改善された基板処理のための基板ペデスタル - Google Patents

Description

分野
本明細書に記載される実施態様は、概して、高周波電力デバイスを利用する半導体処理装置に関し、より詳細には、高周波（ＲＦ）電力生成及び／又は送達装置を利用する半導体処理装置に関する。

半導体処理装置は典型的に処理チャンバを含み、この処理チャンバは、その処理領域内においてウエハ又は基板に対する種々の堆積、エッチング、又は熱処理行程を実施するよう適合された処理チャンバを含む。典型的なプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）においてより高い堆積速度を達成するために、増加させた高周波（ＲＦ）電力の適用によりプラズマの半径方向密度を上昇させる。ＲＦ電力は、その上にウエハが配置される、シャワーヘッド及び基板ペデスタルを通してＲＦ発生器から送達される。基板ペデスタルは、導電性電極にろう付けされた導電性メッシュを含む。

しかしながら、増加したＲＦ電力によって誘導される増加したＲＦ電流により、大きなジュール熱が導電性メッシュと導電性電極との間のろう付け接合部に生じる結果ろう付け接合部に局部加熱が生じ、したがってウエハ全体の温度分布が不均一になる。処理中のウエハにおける温度のわずかな変動が、ウエハに対して実施されるこのような温度依存性のプロセスのウエハ内（ＷＩＷ）均一性に影響を及ぼしうる。

さらに、導電性メッシュと導電性電極の熱膨張係数が異なることにより境界面に熱応力が生じ、基板ペデスタルの破損を引き起こす。

したがって、当技術分野では、処理チャンバ内の導電性メッシュにＲＦ電力を送達するプロセスを改善することにより、ウエハ全体の温度の変動を低減する必要がある。加えて、導電性メッシュと導電性電極との間の境界面の熱応力を低減する必要がある。

本明細書に記載される１つ又は複数の実施態様は、単一のＲＦロッド又は複数のＲＦロッドに接続されたＲＦメッシュを有する基板ペデスタルを提供する。

一実施態様において、基板ペデスタルは、メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、各々が第１の端部及び第２の端部を内部に有する複数の導電性ロッドを含む熱伝導性シャフトと、センサとを有する。各導電性ロッドの第１の端部はメッシュに電気的に連結されており、センサは各導電性ロッドの第１の端部と第２の端部との間に配置されて、各導電性ロッドを通る電流を検出するように構成されている。

別の実施態様では、基板ペデスタルは、メッシュを含む熱伝導性基板支持体、編組されたロッドを内部に含む熱伝導性シャフトを含む。編組されたロッドは、各々が第１の端部及び第２の端部を有する複数の導電性ロッドを含み、複数の導電性ロッドは、編組されたロッドに沿って編組される。各導電性ロッドの第１の端部は、メッシュに電気的に連結される。

また別の実施態様では、基板ペデスタルは、メッシュを含む熱伝導性基板支持体と、絶縁層によって囲まれており且つ第１の端部及び第２の端部を有する導電性ロッドを内部に含む熱伝導性シャフトと、メッシュと導電性ロッドとを接続するろう付け接合部とを含む。ろう付け接合部は、各々が第３の端部及び第４の端部を有する複数のメッシュアダプタ部品と、第５の端部及び第６の端部を有するターミナルとを含み、各メッシュアダプタ部品の第３の端部はメッシュにろう付けされており、各メッシュアダプタ部品の第４の端部はターミナルの第５の端部にろう付けされており、導電性ロッドの第１の端部はターミナルの第６の端部にろう付けされている。

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施態様を参照することによって得られ、それらの実施態様のいくつかが添付図面に示される。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施態様も許容しうることから、添付図面は本開示の典型的な実施態様のみを示しており、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。

第１の実施態様による処理チャンバの側断面図である。 第２の実施態様による基板ペデスタルの部分側断面図である。 Ａ及びＢはそれぞれ、第１の実施態様による単一のＲＦロッド及び第３の実施態様による編組されたＲＦロッドの断面図である。 Ａ及びＢは、本開示の実施態様による基板ペデスタルの部分断面図である。 一実施態様による基板ペデスタルの部分断面図である。 一実施態様による基板ペデスタルの部分断面図である。

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。一実施態様の要素及び特徴が、さらなる記載がなくとも他の実施態様に有益に組み込まれうることが想定されている。

以下の記載において、本開示の実施態様のより完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者には、それら具体的な詳細のうちの１つ又は複数がなくとも、本開示の実施態様の１つ又は複数が実施されうることが明らかであろう。他の例では、本開示の実施態様のうちの１つ又は複数を不明確にしないために、周知の特徴は記載しなかった。

本明細書に記載される実施態様は、概して、半導体処理チャンバの処理領域に配置されたウエハ又は基板に対して、高い高周波（ＲＦ）電力プロセスを実施するように適合された基板ペデスタルに関する。基板ペデスタルは、基板支持要素内に配置されたＲＦ電力が供給されるメッシュを含み、このメッシュは、ＲＦ電力が供給されるメッシュにＲＦエネルギーを送達するように適合されたＲＦロッド又は複数のロッドに連結される。

基板ペデスタルにおける、複数のＲＦロッド、又は複数の編組された導電性ロッドを含む単一のＲＦロッドの使用は、ＲＦ発生器から、ＲＦ電力が供給されるメッシュへのＲＦ電流の空間的分布を可能にする。したがって、ＲＦロッド（複数可）とＲＦ電力が供給されるメッシュとの間のろう付け接合部における局所的ジュール加熱が低減され、基板ペデスタル上に位置するウエハ全体のより均一な温度分布を達成することができる。さらに、基板ペデスタルにおける、ＲＦロッドと、ＲＦ電力が供給されるメッシュとを結合させる複数のメッシュアダプタ部品の使用は、境界面における熱応力を低減し、基板ペデスタルの破損の発生を減少させる。

図１は、第１の実施態様による処理チャンバ１００の側断面図である。例として、図１の処理チャンバ１００の実施態様は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムの観点から記載されているが、他の任意の種類の処理チャンバが使用されてもよく、それらには、本明細書に提供される基本範囲から逸脱することなく、他のプラズマ堆積、プラズマエッチング、又は同様のプラズマ処理チャンバが含まれる。処理チャンバ１００は、壁部１０２、底部１０４、及びチャンバリッド１０６を含み、これらはまとまってに基板ペデスタル１０８及び処理領域１１０を取り囲んでいる。基板ペデスタル１０８は、セラミック材料（例えば、ＡｌＮ、ＢＮ、又はＡｌ_２Ｏ_３材料）といった誘電体材料から作製されうる。処理チャンバ１００の壁部１０２及び底部１０４は、アルミニウム又はステンレス鋼といった導電性且つ熱伝導性材料から作製されうる。図１に示されるように、ＲＦ発生器１４２は、基板ペデスタル１０８に連結されている。

図１に示されるように、ガス源１１２は、チャンバリッド１０６を貫通するガスチューブ１１４を介して処理チャンバ１００に連結されている。図示のように、ガスチューブ１１４は、処理ガスがバッキング板１１６を通過してバッキング板１１６とガス分配シャワーヘッド１２２との間に形成されたプレナム１１８に入るように、バッキング板１１６に連結されている。図１に示されるように、ガス分配シャワーヘッド１２２は、サスペンション１２０によってバッキング板１１６に隣接する箇所に保持されており、これにより、ガス分配シャワーヘッド１２２、バッキング板１１６、及びサスペンション１２０がまとまって、時にシャワーヘッドアセンブリと呼ばれるアセンブリを形成している。稼働中、ガス源１１２から処理チャンバ１００に導入された処理ガスは、プレナム１１８を満たし、ガス分配シャワーヘッド１２２を通過して処理領域１１０に均一に進入することができる。代替的な実施態様では、処理ガスは、ガス分配シャワーヘッド１２２に加えて又はその代わりに、壁部１０２のうちの１つ又は複数に取り付けられた入口及び／又はノズル（図示せず）を介して、処理領域１１０に導入されてもよい。

図示のように、基板ペデスタル１０８は熱伝導性支持体１３０を含み、熱伝導性支持体１３０は、その内部に埋め込まれた、ＲＦ電力が供給されるメッシュ（以降メッシュ１３２と呼ぶ）を有する。熱伝導性支持体１３０は、熱伝導性支持体１３０に連結する導電性シャフト１２６の少なくとも一部分の内部に配置される単一の導電性ロッド（「ＲＦロッド」と呼ばれる）１２８も含む。基板１２４（又はウエハ）は、処理中に熱伝導性支持体１３０の上面に位置決めされうる。いくつかの実施態様では、ＲＦ発生器１４２は、１つ又は複数の伝送線１４４（１つだけ図示）を介してＲＦロッド１２８に連結される。いくつかの実施態様では、ＲＦ発生器１４２は、約２００ｋＨｚと約８１ＭＨｚとの間、例えば約１３．５６ＭＨｚと約４０ＭＨｚとの間の周波数でメッシュ１３２にＲＦ電流を提供する。ＲＦ発生器１４２によって生成された電力は、処理領域１１０内のガスにエネルギーを与えて（又はガスを「励起して」）プラズマ状態にし、例えば、プラズマ堆積プロセス中に基板１２４の表面上に層を形成するよう作用する。一実施態様において、ＲＦロッド１２８は、ろう付け接合部１３８を介してメッシュ１３２にろう付けされる。ＲＦロッド１２８はニッケル（Ｎｉ）で作製することができ、メッシュ１３２はモリブデン（Ｍｏ）で作製することができる。ニッケル（Ｎｉ）とモリブデン（Ｍｏ）の熱膨張係数は近似している（２５℃で、Ｎｉは１３μｍ／（ｍ・Ｋ）であり、Ｍｏは５μｍ／（ｍ・Ｋ）である）ため、熱応力に起因するろう付け接合部１３８の破断は、このようにＲＦロッド１２８及びメッシュ１３２の材料を選択することにより防止することができる。他の実施態様では、メッシュ１３２は、タングステン（Ｗ）といった他の高融点金属で作製される。いくつかの実施態様では、ＲＦロッド１２８は、他の接合方法によりメッシュ１３２に連結される。いくつかの実施態様では、ＲＦフィルター１５０は、ＲＦロッド１２８とＲＦ発生器１４２との間に提供される。ＲＦフィルター１５０は通常、ＲＦエネルギーがＲＦ発生器１４２に到達することを阻止するように構成された１つ又は複数のローパスフィルター又はバンドストップフィルターである。

図１に示されるように、熱伝導性支持体１３０内に埋め込まれているのは、メッシュ１３２、任意選択的なバイアス電極１４６、及び加熱要素１４８である。バイアス電極１４６は、別々のＲＦ接続（図示しない）を通して、基板及び処理領域１１０に別々にＲＦ「バイアス」を提供するように動作することができる。加熱要素１４８は、それを通したＡＣ電力の送達により処理中に基板１２４に熱を供給するよう構成された１つ又は複数の抵抗加熱要素を含みうる。バイアス電極１４６及び加熱要素１４８は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又は他の同様の材料といった導電性材料で作製することができる。

メッシュ１３２は静電チャック電極として動作することもでき、これは処理中、基板１２４に、熱伝導性支持体１３０の支持表面１３６に対する適切な保持力を提供する。いくつかの実施態様では、メッシュ１３２は支持表面１３６から距離Ｄ_Ｔ（図１に示す）に埋め込まれ、その上に基板１２４が載る。距離Ｄ_Ｔはきわめて小さく、例えば１ｍｍ未満でありうる。したがって、メッシュ１３２の温度の変動は、支持表面１３６上に配置された基板１２４の温度の変動に大きく影響する。メッシュ１３２から支持表面１３６に伝達される熱は、図１にＨ矢印によって表されている。

したがって、メッシュ１３２に提供されるＲＦ電流の量を拡散、分割、又は分配し、それによりメッシュ１３２接合部に形成される追加的温度上昇を最小化することにより、メッシュ１３２全体により均一な温度分布がもたらされる。メッシュ１３２全体の均一な温度分布は、支持表面１３６及び基板１２４全体に均一な温度分布を生成する。

当業者であれば、ＲＦエネルギーが主に導電性要素の表面領域を通って伝導し、したがって通常、ＲＦ導体の通電面積は、主にＲＦ導電要素の表面積によって決まることを理解するであろう。ＲＦ導体の通電面積は、ＲＦ電力がＲＦ導体を通して送達される際に送達されるＲＦ電力がＲＦ導体中に入り込むことのできる表皮深さの減少に起因して、送達されるＲＦ電力の周波数が上昇するにつれて減少する。例えば、円形の断面形状及び外径Ｄ_ｏを有するＲＦロッドでは、その表皮深さと表面（Ａ_ｃａ）との間のＲＦ通電面積は、断面積（Ａ_ｏ＝π・Ｄ_ｏ ^２／４）－その表皮深さを超える通電面積（Ａ_ｎａ＝π・Ｄ_ｎａ ^２／４）［式中、Ｄ_ｎａは、その表皮深さより下の面積の直径である（即ち、Ｄ_ｎａ＝Ｄ_ｏ－２・δ、ここでδは表皮深さである）］に等しい。つまり、ＲＦ通電面積は、Ａ_ｏ－Ａ_ｎａ＝π・（Ｄ_ｏ ^２／４－Ｄ_ｎａ ^２／４）＝π・（Ｄ_ｏ－δ）δである。表皮深さは、式δ＝（ρ／（πｆμ_ｒμ_ｏ））^０．５［式中、ρは媒体の抵抗（Ω・ｍ）であり、ｆは駆動周波数（ヘルツ（Ｈｚ））であり、μ_ｒは材料の比誘電率であり、μ_ｏは自遊空間の誘電率である］によって概算可能である。表皮深さは、媒体の表面において、電流密度がその値のおおよそ１／ｅ（約３７％）に達する点を指している。したがって、媒体中の電流の大部分は、媒体の表面とその表皮深さとの間を流れる。したがって、より大きな直径Ｄ_ｏ及びより大きな表皮深さδを有する単一のＲＦロッド１２８は、メッシュ１３２に提供されたＲＦ電流の量をより大きな通電面積に分配し、したがってろう付け接合部１３８の局部加熱を低減する。一実施例では、表皮深さは、周波数１３．５６ＭＨｚにおいて、純粋なニッケル（Ｎｉ）材料の場合おおよそ１．５μｍであり、純金（Ａｕ）の場合おおよそ２０μｍであり、したがって金（Ａｕ）で作製された単一のＲＦロッド１２８は、より大きなＲＦ通電面積（より大きな表皮深さδに起因して）を有する。しかしながら、金（Ａｕ）の熱膨張係数（２５℃において、Ｍｏの場合１４．２μｍ／（ｍ・Ｋ）、Ｗの場合４．５μｍ／（ｍ・Ｋ））は、ろう付け接合部１３８の材料の熱膨張係数（２５℃において、Ｍｏの場合５μｍ／（ｍ・Ｋ）、Ｗの場合４．５μｍ／（ｍ・Ｋ））と大きく相違し、したがってろう付け接合部１３８は熱応力に耐えられない可能性があり、破損を受け易くなる。したがって、より小さい熱膨張係数（２５℃で１３μｍ／（ｍ・Ｋ））を有するニッケル（Ｎｉ）で作製された単一のＲＦロッド１２８は、熱応力によって生じる破損に対して頑丈でありうる。

図２は、第２の実施態様による基板ペデスタル１０８の部分側断面図である。第２の実施態様では、第１の実施態様による単一のＲＦロッド１２８が２つのＲＦロッド２２８で置き換えられている。第１の実施態様の構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号が使用されており、また構成要素の説明を繰り返すことは省略する。図２では、２つのＲＦロッド２２８は、ろう付け接合部２３８でメッシュ１３２にろう付けされている。２つのＲＦロッド２２８は、ニッケル（Ｎｉ）で作製されうる。いくつかの実施態様では、２つのＲＦロッド２２８は、他の接合方法によりメッシュ１３２に連結されてもよい。２つのＲＦロッド２２８は、ＲＦ発生器１４２によってメッシュ１３２に提供されるＲＦ電流を２つのＲＦロッドに分割し、したがって２つのＲＦロッド２２８の各々におけるジュール加熱（例えば、Ｉ^２Ｒ加熱）を低減し、その結果熱伝導性支持体１３０全体の温度分布がより均一となり、言い換えれば、例えば、基板１２４全体に形成される堆積膜の層がより均一になる。

いくつかの実施態様では、健全性チェック回路２５６が、メッシュ１３２と１つ又は複数の伝送線１４４との間の、２つのＲＦロッド２２８の各々のＲＦ電流経路に挿入されてもよい。健全性チェック回路２５６は、２つのＲＦロッド２２８のいずれかのあらゆる損傷／劣化を検出するために、２つのＲＦロッド２２８の各々を通る電流を検出する際に使用される、電圧／電流（Ｖ／Ｉ）センサといったセンサとすることができる。何らかの突発故障が起こる前にＲＦロッド２２８をろう付けし直すことにより基板ペデスタル１０８を修理することができるように、損傷／劣化のこのような早期検出を使用して問題を特定することができる。

第１の実施態様による処理チャンバ１００内の単一のＲＦロッド１２８を、ＲＦフィルター１５０に対する修正をほとんど又はまったく行わずに２つのＲＦロッド２２８で置き換えることができる。いくつかの実施態様では、２つのＲＦロッド２２８は、ＲＦフィルター１５０に接続されるＲＦストラップ（図示しない）を使用して結合することができる。この構成は、単一のＲＦロッド１２８のために設計されたＲＦフィルター１５０の修正をまったく必要としない。いくつかの実施態様では、１つ又は複数のＲＦストラップ（図示しない）は、ろう付け接合部２３８とＲＦフィルター１５０との間に配置されて、ＲＦロッドの拡張を補償しうる。

上記の例示的実施態様では、２つのＲＦロッド２２８が記載されて図２に示されている。しかしながら、３つ以上を含む任意の数の複数のＲＦロッドを使用してもよい。このようにして、各ＲＦロッドを通る電流を、単一のＲＦロッド１２８を通る電流の半分（またはそれ未満）にすることができる。したがって、電流は、より小さな大きさで且つメッシュ１３２の複数の分散した点でろう付け接合部１３８に流入し、基板１２４全体に発生した熱の量の拡散を助け、いずれの点においても熱の増加をはるかに減少させる。発生した熱を基板１２４全体に拡散させることは、基板１２４上に堆積する膜の層の均一性を向上させるように作用する。図示のように、ろう付け接合部１３８の各々は、互いから比較的遠くに分散させることができ、電流及び発生した熱を支持表面１３６全体に広く分配し、その結果熱が基板１２４全体により均一に広がる。

図３Ａ及び３Ｂはそれぞれ、第１の実施態様による単一のＲＦロッド１２８及び第３の実施態様による編組されたＲＦロッド３２８の断面図である。図３Ａでは、単一のＲＦロッド１２８は、絶縁層３０４によって囲まれた１つの導電性ロッド３０２を含む。図３Ｂでは、複数の導電性ロッド３０６（７つの導電性ロッドが示されている）が、編組されたＲＦロッド３２８の長さに沿って編組されており、絶縁層３０８によって囲まれている。編組されたＲＦロッド３２８では、結合された導電性ロッド３０６のすべての表面と表皮深さとの間の通電面積の合計が、単一のＲＦロッド１２８の表面と表皮深さとの間の通電面積より大きい。これには、編組されたＲＦロッド３２８とメッシュ１３２との間のＲＦエネルギーの大部分を伝導するためにより大きな面積が形成されるという利点があり、これにより、図３Ａに示される従来式の単一のＲＦロッド構成と比較して、ろう付け接合部１３８と、さらには編組されたＲＦロッド３２８内部とにおいて、ジュール加熱に起因して発生する熱が低減する。例えば、６ｍｍの外径Ｄ_Ｒとおおよそ１．４６μｍの表皮深さδとを有する単一のＲＦロッド１２８は、おおよそ２．８×１０^－２ｍｍ^２の通電面積Ａ_ｃａ１＝π・（Ｄ_Ｒ－δ）δを有する。それと比べて、２ｍｍの外径Ｄ_ｃを有する導電性ロッド３０６の各々は、おおよそ０．９×１０^－３ｍｍ^２の通電面積Ａ_ｃａ２＝π・（Ｄ_ｃ－δ）δを有する。したがって、７つの導電性ロッド３０６を有する編組されたＲＦロッド３２８の場合、その総通電面積と単一のＲＦロッド１２８の通電面積との比（即ち、７×Ａ_ｃａ２／Ａ_ｃａ１＝７ｘ（Ｄ_ｃ－δ）／（Ｄ_Ｒ－δ））は、約２．３である。したがって、図３Ｂに示される実施態様では、電流は、より大きな通電面積に分散され、編組されたＲＦロッド３２８内のろう付け接合部１３８の各々では、図３Ａに示される単一のＲＦロッド１２８より小さなジュール加熱が生成される。

本明細書に開示される編組されたＲＦロッド３２８はまた、より小さな直径を有する導電性ロッド３０６の各々がより小さな断面積を有し、したがってろう付け接合部１３８の各々においてより小さな接触面積を有するため、従来式の単一のＲＦロッドを上回る利点を提供する。ＲＦ電力は導電性ロッド３０６を通して送達されるため、導電性ロッド３０６の断面積がより小さいことにより、導電性ロッド３０６の各々の、導電性ロッド３０６にいかなる熱が生じようともそれを熱的に伝導する能力が低下する。また、熱を伝導する能力の低下は、伝導性支持体１３０内で熱をより均一に拡散させ、支持表面１３６及び基板１２４全体により均一な温度分布を生成することを助ける。単一のＲＦロッド１２８の外径Ｄ_Ｒが６ｍｍに等しく、導電性ロッド３０６の各々の外径Ｄ_Ｃが２ｍｍに等しい上記の前実施例を受けると、７つの導電性ロッド３０６を有する編組されたＲＦロッド３２８の熱伝導面積と、単一のＲＦロッド１２８の面積との比は、約０．７８であろう。

図４Ａは、一実施態様による基板ペデスタル１０８の部分断面図である。図示の実施態様では、ろう付け接合部１３８は、ターミナル４０２と、ろう付け部分４０４及び４０８とを含む。約５ｍｍと約１２ｍｍとの間の大きな直径を有するＲＦロッド１２８は、ろう付け部分４０４でターミナル４０２にろう付けされている。ターミナル４０２は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はその他同様の材料といった強磁性金属で作製されうる。一実施態様において、ターミナル４０２はＫｏｖａｒ（登録商標）Ｎｉ－Ｆｅ合金である。ターミナル４０２は、ろう付け部分４０８でＲＦターミナル４０６（「アダプタ」とも呼ばれる）にさらにろう付けされる。ＲＦターミナル４０６は、基板ペデスタル１０８内に配置されたメッシュ１３２にろう付けされている（図１に示す）。一実施態様において、基板ペデスタル１０８は、１０００℃を上回る温度においてセラミック材料で作製され；したがって、ＲＦターミナル４０６は、メッシュ１３２と同じ、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はその他同様の材料といった高融点金属（即ち、熱及び摩耗に耐性の）で作製されうる。ろう付け部分４０４及び４０８は、ニッケル（Ｎｉ）、又はその他同様の材料といった１つ又は複数の遷移金属を含みうる。ターミナル４０２の材料の熱膨張係数（例えば、２５℃において、Ｍｏの場合５μｍ／（ｍ・Ｋ）、Ｗの場合４．５μｍ／（ｍ・Ｋ））と、ＲＦターミナル４０６及びメッシュ１３２の材料の熱膨張係数（例えば、２５℃において、Ｆｅの場合１２μｍ／（ｍ・Ｋ）、Ｃｏの場合１６μｍ／（ｍ・Ｋ）、Ｎｉの場合１３μｍ／（ｍ・Ｋ））とは大きく相違するため、ろう付け部分４０８は、特に５００℃を上回る温度などの上昇した温度において、図４Ａに矢印により示される方向に応力を受け易く、破損を招き易い。このような応力の大きさは、ターミナル４０２とＲＦターミナル４０６との間の境界面のサイズによって決まる。より大きな境界面の面積（例えば、約５ｍｍと約１２ｍｍとの間であるなど、ＲＦロッド１２８の直径がより大きいことに起因する）は、境界面により高い応力をもたらす。具体的には、境界面の面積の長さＬは、境界面の面積内で温度がΔＴ上昇するにつれて、Ｌ＝Ｌ＋αＬΔＴ［式中、αは熱膨張係数である］のように上昇する。

図４Ｂは、一実施態様による基板ペデスタル１０８の部分断面図であり、ここでは、図４Ａに示されるＲＦターミナル（アダプタ）４０６が、複数の部品（「メッシュアダプタ部品」とも呼ばれる）４１２を含むＲＦターミナル（アダプタ）４１０により置き換えられている。複数の部品４１２の総断面積はＲＦターミナル４０６の総断面積と等しく保たれているが、複数の部品４１２の各々はＲＦターミナル４０６より小さな直径を有する。したがって、より小さな直径の複数の部品４１２を有するＲＦターミナル４１０は、熱膨張係数の差に起因して、誘導される局所応力を低減する。

図５は、一実施態様による基板ペデスタル１０８の部分断面図である。図示の実施態様では、ろう付け接合部２３８は、ターミナル５０２及びろう付け部分５０４を含む。円形に配置された複数の個別のロッドを有する複数のＲＦロッド２２８は、ろう付け部分５０４でターミナル５０２にろう付けされている。ターミナル５０２は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はその他同様の材料といった強磁性金属で作製されうる。一実施態様において、ターミナル５０２はＫｏｖａｒ（登録商標）Ｎｉ－Ｆｅ合金である。ターミナル５０２はさらに、アダプタ（図４ＡのＲＦターミナル４０６及び図４ＢのＲＦターミナル）を置き換えるチューブ５０６に接続されている。チューブ（アダプタ）５０６は、複数のＲＦロッド２２８の長さに垂直な平面内に大きな直径を持つ中空のリング形状を有する。チューブ５０６は、複数のＲＦロッド２２８のうちのすべての個別のＲＦロッドに接続されており、ニッケル（Ｎｉ）、又は他の同様の材料といった強磁性金属で作製されうる。チューブ５０６は中空であるため、チューブ５０６は、屈曲して、複数のＲＦロッド２２８の熱膨張により生じた応力を吸収することができる。

中空であること及び大きな直径により、チューブ５０６の表面積は、より小さな直径を有する中実のチューブと比較して、有意に増加しうる。例えば、５ｍｍの直径Ｄ_ＳＴ（概ね現在使用されている典型的なＲＦロッドの直径）を有する中実のチューブ、中実のチューブの周囲の長さはπ・Ｄ_ＳＴ～１５．７ｍｍである。４５ｍｍの直径Ｄ_ＨＴ及び２ｍｍの厚さｔを有する中空のチューブの場合、全周囲長（中空のチューブの外周と内周の合計）は、π・Ｄ_ＨＴ＋π・（Ｄ_ＨＴ－ｔ）～２７６ｍｍである。したがって、中空のチューブの表面積は、中実のチューブの約１７倍大きい。このような表面積の増加により、チューブ５０６の局部加熱が低減する。

図６は、一実施態様による基板ペデスタル１０８の部分断面図であり、ここでは、図２に示される一階層式メシュ１３２が、二階層式メッシュ２３６により置き換えられている。二階層式メッシュ２３６の構造は、基板１２４のろう付け接合部２３８の部分（ＲＦホットスポットと呼ばれる）における熱の発生を低減する。具体的には、二階層式メッシュ２３６の構造は、基板ペデスタル１０８内でホットスポットを下方に移動させることを助け、したがって基板１２４のホットスポットを減少させる。

本明細書に記載される例示的実施態様では、半導体処理チャンバの処理領域に配置されたウエハ又は基板に対して高い高周波（ＲＦ）電力プロセスを実施するように適合された基板ペデスタルは、複数のＲＦロッド又は複数の編組された導電性ロッドを含み、これにより、ＲＦ発生器により複数のＲＦロッド又は複数の編組された導電性ロッドを介して提供される、ＲＦ電力が供給されるメッシュへのＲＦ電流が、空間的に分散される。したがって、複数のＲＦロッド又は複数の編組された導電性ロッドとＲＦ電力が供給されるメッシュとの間のろう付け接合部における局所的ジュール加熱が低減し、基板ペデスタル上に位置するウエハ全体のより均一な温度分布を達成することができる。さらに、基板ペデスタルにおける、ＲＦロッドと、ＲＦ電力が供給されるメッシュとを結合させる複数のメッシュアダプタ部品の使用は、境界面における熱応力を低減し、基板ペデスタルの破損の発生を減少させる。

以上の説明は本開示の実施態様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施態様及びさらなる実施態様が考案可能であり、本開示の範囲は特許請求の範囲によって定められる。

Claims (15)

1. メッシュを含む熱伝導性基板支持体；
   各々が第１の端部と第２の端部とを有する複数の導電性ロッドを内部に含む熱伝導性シャフト；
   センサ、及び
   前記メッシュと前記複数の導電性ロッドとを接続するろう付け接合部、
   を備える基板ペデスタルであって、
   各導電性ロッドの前記第１の端部が前記メッシュに電気的に連結されており、
   前記センサが各導電性ロッドの前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置されて、各導電性ロッドを通る電流を検出するように構成されており、
   前記ろう付け接合部が、
   第３の端部と第４の端部とを有するアダプタ；及び
   第５の端部と第６の端部とを有するターミナル
   を含み、
   前記アダプタが、前記複数の導電性ロッドの長さに垂直な平面内に延びる中空のチューブであり、
   前記アダプタの前記第３の端部が前記メッシュにろう付けされており、
   前記アダプタの前記第４の端部が前記ターミナルの前記第５の端部にろう付けされており、
   前記複数の導電性ロッドの前記第１の端部が前記ターミナルの前記第６の端部にろう付けされている、
   基板ペデスタル。
2. 各導電性ロッドが絶縁層によって囲まれている、請求項１に記載の基板ペデスタル。
3. 各導電性ロッドの前記第２の端部に接続されたＲＦフィルター；及び
   前記ＲＦフィルターに連結されたＲＦ発生器
   をさらに備え、前記ＲＦ発生器が周波数約１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流を提供する、請求項１に記載の基板ペデスタル。
4. 前記複数の導電性ロッドがニッケルを含み、
   前記メッシュがモリブデンを含み、
   前記複数の導電性ロッドが前記メッシュにろう付けされている、
   請求項１に記載の基板ペデスタル。
5. 前記センサが電圧／電流（Ｖ／Ｉ）センサである、請求項１に記載の基板ペデスタル。
6. メッシュを含む熱伝導性基板支持体；
   編組された複数の導電性ロッドを内部に含む熱伝導性シャフト、及び
   前記メッシュと前記編組された複数の導電性ロッドとを接続するろう付け接合部
   を備える基板ペデスタルであって、前記編組された複数の導電性ロッドのそれぞれが：
   前記メッシュに電気的に連結された第１の端部、及び前記第１の端部とは反対側の第２の端部を備え、
   前記ろう付け接合部が、
   第３の端部と第４の端部とを有するアダプタ；及び
   第５の端部と第６の端部とを有するターミナル
   を含み、
   前記アダプタの前記第３の端部が前記メッシュにろう付けされており、
   前記アダプタの前記第４の端部が前記ターミナルの前記第５の端部にろう付けされており、
   前記アダプタが、各々が前記アダプタの前記第３の端部と前記第４の端部にそれぞれ第７の端部と第８の端部を有する複数のメッシュアダプタ部品を含み、
   前記編組された複数の導電性ロッドの前記第１の端部が前記ターミナルの前記第６の端部にろう付けされている、
   基板ペデスタル。
7. 前記複数の導電性ロッドが絶縁層によって囲まれている、請求項６に記載の基板ペデスタル。
8. 各導電性ロッドの前記第２の端部に接続されたＲＦフィルター；及び
   前記ＲＦフィルターに連結されたＲＦ発生器
   をさらに備え、前記ＲＦ発生器が、周波数約１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流を提供する、請求項６に記載の基板ペデスタル。
9. 前記複数の導電性ロッドがニッケルを含み、
   前記メッシュがモリブデンを含み、
   前記複数の導電性ロッドが前記メッシュにろう付けされている、
   請求項６に記載の基板ペデスタル。
10. メッシュを含む熱伝導性基板支持体；
    導電性ロッドを内部に含む熱伝導性シャフトであって、前記導電性ロッドが絶縁層によって囲まれており且つ第１の端部と第２の端部とを有する、熱伝導性シャフト；及び
    前記メッシュと前記導電性ロッドとを接続するろう付け接合部
    を備える基板ペデスタルであって：
    前記ろう付け接合部が：
    第３の端部と第４の端部とを有するアダプタ；及び
    第５の端部と第６の端部とを有するターミナル
    を含み、
    前記アダプタの前記第３の端部が前記メッシュにろう付けされており、
    前記アダプタの前記第４の端部が前記ターミナルの前記第５の端部にろう付けされており、
    前記アダプタが、各々が前記アダプタの前記第３の端部と前記第４の端部にそれぞれ第７の端部と第８の端部を有する複数のメッシュアダプタ部品を含み、
    前記導電性ロッドの前記第１の端部が前記ターミナルの前記第６の端部にろう付けされている、
    基板ペデスタル。
11. 前記導電性ロッドがニッケルを含み、
    前記ターミナルが、鉄、コバルト、及びニッケルからなる群から選択される材料を含み、
    前記複数のメッシュアダプタ部品及び前記メッシュが、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される材料を含む、
    請求項１０に記載の基板ペデスタル。
12. メッシュを含む熱伝導性基板支持体；
    導電性ロッドを内部に含む熱伝導性シャフトであって、前記導電性ロッドが絶縁層によって囲まれており且つ第１の端部と第２の端部とを有する、熱伝導性シャフト；及び
    前記メッシュと前記導電性ロッドとを接続するろう付け接合部
    を備える基板ペデスタルであって：
    前記ろう付け接合部が：
    第３の端部と第４の端部とを有するアダプタ；及び
    第５の端部と第６の端部とを有するターミナル
    を含み、
    前記アダプタが、前記導電性ロッドの長さに垂直な平面内に延びる中空のチューブであり、
    前記アダプタの前記第３の端部が前記メッシュにろう付けされており、
    前記アダプタの前記第４の端部が前記ターミナルの前記第５の端部にろう付けされており、
    前記導電性ロッドの前記第１の端部が前記ターミナルの前記第６の端部にろう付けされている、
    基板ペデスタル。
13. 各導電性ロッドの前記第２の端部に接続されたＲＦフィルター；及び
    前記ＲＦフィルターに連結されたＲＦ発生器
    をさらに備え、前記ＲＦ発生器が、周波数約１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流を提供する、請求項１０に記載の基板ペデスタル。
14. 前記導電性ロッドがニッケルを含み、
    前記ターミナルが、鉄、コバルト、及びニッケルからなる群から選択される材料を含み、
    前記中空のチューブがニッケルを含む、
    請求項１２に記載の基板ペデスタル。
15. 前記メッシュがステップ状の形状を有する、請求項１０に記載の基板ペデスタル。

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