JP7308950B2 - 極低温静電チャック - Google Patents

Description

[0001] 本開示の実施形態は、広くは、半導体製造に関し、特に、静電チャック（ESC）の極低温動作を可能にする基板支持アセンブリに関する。

[0002] ナノメートル以下の特徴（features）を高い信頼度で製造することは、半導体デバイスの次世代の大規模集積（VLSI）及び超大規模集積（ULSI）における重要な技術課題の１つとなっている。しかし、回路技術の限界が更新されるたびに、VLSI及びULSIの配線技術の微細化には、処理能力の更なる向上が求められてきた。基板上に信頼度の高いゲート構造を形成することは、VLSI及びULSIの成功にとって、また、個々の基板やダイの回路密度や品質を高めるための継続的な取り組みにとっても重要なことである。

[0003] 製造コストを引き下げるために、集積チップ（IC）の製造は、処理される全てのシリコン基板に、より高いスループットとより優れたデバイス歩留まり及び性能とを要求する。現在開発中の次世代デバイス向けに探索されている幾つかの製造技法は、極低温での処理を必要とする。極低温で均一に維持された基板をドライ反応性イオンエッチングすることによって、基板上に配置された材料の上向き表面にイオンを衝撃させることができるようになり、自然発生的なエッチング（spontaneous etching）が減少し、それによって、滑らかな垂直側壁のトレンチが形成される。更に、１つの材料と別の１つの材料とのエッチング選択性は、極低温で改善することができる。例えば、シリコン（Si）と二酸化ケイ素（SiO₂）との間の選択性は、温度を下げると指数関数的に増加する。

[0004] したがって、極低温での使用に適した改善された基板支持アセンブリが必要とされている。

[0005] 一実施形態では、基板支持アセンブリが提供される。基板支持アセンブリは、支持面と、支持面とは反対側の底面とを有する静電チャック（ESC）を含む。ESCは、その（ESCの）中に配置されたチャック電極及び１以上の抵抗加熱器を有する。ベースチャネルが中に配置されたESCベースアセンブリが、ESCに結合される。設備プレートが、その中に配置された設備チャネルを有する。設備プレートは、プレート部分と壁部分とを含む。プレート部分は、ESCベースアセンブリに結合され、壁部分は、シールアセンブリを用いてESCに結合される。減圧領域が、ESC、ESCベースアセンブリ、設備プレートのプレート部分、設備プレートの壁部分、及びシールアセンブリによって画定される。

[0006] 別の一実施形態では、基板支持アセンブリが提供される。基板支持アセンブリは、支持面と、支持面とは反対側の底面とを有する静電チャック（ESC）を含む。ESCは、その（ESCの）中に配置されたチャック電極及び１以上の抵抗加熱器を有する。ベースチャネルが中に配置されたESCベースアセンブリが、ESCに結合される。ベースチャネルは、設備プレート、設備プレートに結合された絶縁体プレート、及び絶縁体プレートに結合された接地プレートを貫通して配置された、ジャケット付きベース入口チューブに流体連通する、ベース入口を有する。ベースチャネルは、設備プレート、絶縁体プレート、及び接地プレートを貫通して配置された、ジャケット付きベース出口チューブに流体連通する、ベース出口を有する。設備プレートは、プレート部分と壁部分とを含む。プレート部分は、１以上の第１のネジアセンブリを用いてESCベースアセンブリに結合され、壁部分は、シールアセンブリを用いてESCに結合される。設備プレートは、その中に配置された設備チャネルを有する。シールアセンブリは、コイルばねが中に配置されたポリテトラフルオロエチレン（PTFE）本体を含む。減圧領域が、ESC、ESCベースアセンブリ、設備プレートのプレート部分、設備プレートの壁部分、及びシールアセンブリによって画定される。

[0007] 更に別の一実施形態では、プロセスチャンバが提供される。プロセスチャンバは、処理領域を画定する壁及び蓋を含む。基板支持アセンブリが、処理領域内に配置される。基板支持アセンブリは、支持面と、支持面とは反対側の底面とを有する静電チャック（ESC）を含む。ESCは、その（ESCの）中に配置されたチャック電極及び１以上の抵抗加熱器を有する。ベースチャネルが中に配置されたESCベースアセンブリが、ESCに結合される。設備プレートが、その中に配置された設備チャネルを有する。設備プレートは、プレート部分と壁部分とを備える。プレート部分は、ESCベースアセンブリに結合され、壁部分は、シールアセンブリを用いてESCに結合される。減圧領域が、ESC、ESCベースアセンブリ、設備プレートのプレート部分、設備プレートの壁部分、及びシールアセンブリによって画定される。

[0008] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、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く、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。

[0009] 一実施形態による例示的なプラズマ処理チャンバの概略断面図である。 [0010] 図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態による例示的な基板支持アセンブリの概略断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態による例示的な基板支持アセンブリの概略断面図である。 [0011] 一実施形態によるネジアセンブリの概略図である。 [0012] 一実施形態によるシールアセンブリの概略図である。 [0013] 図４Ａ～図４Ｄは、実施形態によるESCベースアセンブリの概略断面図である。 図４Ａ～図４Ｄは、実施形態によるESCベースアセンブリの概略断面図である。 図４Ａ～図４Ｄは、実施形態によるESCベースアセンブリの概略断面図である。 図４Ａ～図４Ｄは、実施形態によるESCベースアセンブリの概略断面図である。 [0014] 一実施形態による例示的な基板支持アセンブリの周囲部分の概略断面図である。 [0015] 図５Ａ～図５Ｃは、実施形態による例示的な基板支持アセンブリの概略断面図である。 図５Ａ～図５Ｃは、実施形態による例示的な基板支持アセンブリの概略断面図である。 図５Ａ～図５Ｃは、実施形態による例示的な基板支持アセンブリの概略断面図である。 [0016] 一実施形態による低温光プローブアセンブリの概略断面図である。

[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。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられている。

[0018] 本明細書で説明される実施形態は、静電チャック（ESC）の極低温動作を可能にする基板支持アセンブリを提供する。それによって、その上に配置された基板が処理に適した極低温処理温度に維持される間、処理チャンバの他の表面が異なる温度に維持される。極低温処理温度（すなわち、基板の温度）は、摂氏－２０度未満の温度を指すことが意図される。

[0019] エッチング処理チャンバ内の基板支持アセンブリが以下で説明されるが、基板支持アセンブリは、とりわけ、物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、イオン注入チャンバなどの、他の種類のプラズマ処理チャンバ、及び、処理が、基板が極低温処理温度に維持されることを必要とする他のシステム内で利用されてもよい。

[0020] 図１は、基板支持アセンブリ１０１を有する、エッチングチャンバとして構成されるように示されている例示的なプラズマ処理チャンバ１００の概略断面図である。基板支持アセンブリ１０１は、他の種類のプラズマ処理チャンバ、例えば、とりわけ、プラズマ処理チャンバ、アニーリングチャンバ、物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、及びイオン注入チャンバ、ならびに、表面又は基板１２４などのワークピースを極低温処理温度で均一に維持する能力が所望される他のシステム内で利用されてよい。極低温処理温度に維持された基板１２４をドライ反応性イオンエッチングすることによって、イオンが、基板１２４上に配置された材料の上向き表面に衝突することが可能になり、自然発生的なエッチングが減少し、それによって、滑らかな垂直側壁のトレンチが形成される。例えば、極低温処理温度で均一に維持された基板１２４上に配置された低誘電率の誘電体材料の多孔性におけるイオンの拡散が減少する一方で、イオンは、滑らかな垂直側壁のトレンチを形成するために、低誘電率の誘電体材料の上向き表面に衝突し続ける。更に、１つの材料と別の１つの材料とのエッチング選択性は、極低温処理温度で改善され得る。例えば、シリコン（Si）と二酸化ケイ素（SiO₂）との間の選択性は、温度を下げると指数関数的に増加する。

[0021] プラズマ処理チャンバ１００は、処理領域１１０を囲む側壁１０４、底部１０６、及び蓋１０８を有する、チャンバ本体１０２を含む。注入装置１１２が、チャンバ本体１０２の側壁１０４及び／又は蓋１０８に結合される。ガスパネル１１４が、注入装置１１２に結合されて、プロセスガスが処理領域１１０の中に提供されることを可能にする。注入装置１１２は、１以上のノズル若しくは入口ポート、又は代替的にシャワーヘッドであってもよい。プロセスガスは、任意の処理副生成物と共に、チャンバ本体１０２の側壁１０４又は底部１０６内に形成された排気口１１６を通して、処理領域１１０から除去される。排気口１１６は、ポンピングシステム１４０に結合される。ポンピングシステム１４０は、処理領域１１０内の減圧（真空：vacuum）レベルを制御するために利用される、スロットルバルブ及びポンプを含む。

[0022] プロセスガスは、処理領域１１０内にプラズマを生成するために励起されてもよい。プロセスガスは、RF電力をプロセスガスに容量的又は誘導的に結合することによって励起され得る。図１で描かれている、本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、複数のコイル１１８が、プラズマ処理チャンバ１００の蓋１０８の上方に配置され、整合回路１２０を介してRF電源１２２に結合される。

[0023] 基板支持アセンブリ１０１は、注入装置１１２の下方の処理領域１１０内に配置される。基板支持アセンブリ１０１は、ESC１０３及びESCベースアセンブリ１０５を含む。ESCベースアセンブリ１０５は、ESC１０３と設備プレート１０７とに結合される。接地プレート１１１によって支持される設備プレート１０７は、基板支持アセンブリ１０１との電気、冷却、加熱、及びガス接続を容易にするように構成される。接地プレート１１１は、処理チャンバの底部１０６によって支持される。絶縁体プレート１０９が、設備プレート１０７を接地プレート１１１から絶縁する。

[0024] ESCベースアセンブリ１０５は、極低温冷却器１１７に結合された（図４Ａ～図４Ｄで示されている）ベースチャネル４１６を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、極低温冷却器１１７が、ベースチャネル４１６の（図２Ａ及び図２Ｂで示されている）入口２５４に連結されたベース入口導管１２３を介して、及び、ベースチャネル４１６の（図２Ａ及び図２Ｂで示されている）出口２５６に連結されたベース出口導管１２５を介して、ベースチャネル４１６と流体連通する。それによって、ESCベースアセンブリ１０５は、所定の極低温に維持される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、極低温冷却器１１７が、インターフェースボックスに結合されて、ベース流体の流量を制御する。ベース流体は、極低温を摂氏－５０度未満に維持することができる物質を含み得る。極低温冷却器１１７は、ESCベースアセンブリ１０５のベースチャネル４１６を通して循環されるベース流体を提供する。ベース流体がベースチャネル４１６を通って流れることによって、ESCベースアセンブリ１０５を極低温に維持することが可能になる。これは、ESC１０３の側方温度プロファイルを制御する助けとなる。それによって、ESC１０３上に配置された基板１２４は、極低温処理温度で均一に維持される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、極低温冷却器１１７が、極低温を摂氏約－５０度未満に維持するように動作可能な一段冷却器（single-stage chiller）である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、極低温冷却器１１７が、ベース流体が摂氏－５０度未満の極低温に維持されるように、二段冷却器の内部の冷媒を利用する二段冷却器である。

[0025] 設備プレート１０７は、冷却器１１９に結合された（図２Ａ及び図２Ｂで示されている）設備チャネル２３４を含む。冷却器１１９は、設備チャネル２３４の（図２Ａ及び図２Ｂで示されている）入口２４０に連結された設備入口導管１２７を介して、及び、設備チャネル２３４の（図２Ａ及び図２Ｂで示されている）出口２４２に連結された設備出口導管１２９を介して、設備チャネル２３４と流体連通する。それによって、設備プレート１０７は、所定の周囲温度に維持される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、極低温冷却器１１７が、インターフェースボックスに結合されて、設備流体の流量を制御する。設備流体は、周囲温度を摂氏約－１０度と摂氏約６０度との間に維持することができる物質を含み得る。冷却器１１９は、設備流体を提供する。設備流体は、設備プレート１０７の設備チャネル２３４を通して循環される。設備流体が設備チャネル２３４を通って流れることによって、設備プレート１０７を所定の周囲温度に維持することが可能になり、それは、絶縁体プレート１０９を所定の周囲温度に維持する助けとなる。

[0026] ESC１０３は、支持面１３０と、支持面１３０とは反対側の底面１３２とを有する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ESC１０３が、アルミナ（Al₂O₃）、窒化アルミニウム（AlN）、又は他の適切な材料などの、セラミック材料から製造される。代替的に、ESC１０３は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトンなどのポリマーから製造されてもよい。

[0027] ESC１０３は、その中に配置されたチャック電極１２６を含む。チャック電極１２６は、単極性若しくは双極性の電極、又は他の適切な機構として構成されてよい。チャック電極１２６は、RFフィルタ及び設備プレート１０７を介してチャック電源１３４に結合される。チャック電源１３４は、基板１２４をESC１０３の支持面１３０と静電的に固定するために、DC電力を提供する。RFフィルタは、プラズマ処理チャンバ１００内のプラズマ（図示せず）を生成するために利用されるRF電力が、電気装備に損傷を与えること又はチャンバの外側の電気障害をもたらすことを防止する。

[0028] ESC１０３は、その中に埋め込まれた１以上の抵抗加熱器１２８を含む。抵抗加熱器１２８は、ESC１０３の温度を、支持面１３０上に配置された基板１２４の処理に適した極低温処理温度に上昇させるために利用される。抵抗加熱器１２８は、設備プレート１０７及びRFフィルタを介して加熱器電源１３６に結合される。RFフィルタは、プラズマ処理チャンバ１００内のプラズマ（図示せず）を生成するために利用されるRF電力が、電気装備に損傷を与えること又はチャンバの外側の電気障害をもたらすことを防止する。加熱器電源１３６は、５００ワット以上の電力を抵抗加熱器１２８に提供することができる。加熱器電源１３６は、加熱器電源１３６の動作を制御するために利用されるコントローラ（図示せず）を含む。該コントローラは、概して、基板１２４を所定の極低温まで加熱するように設定される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、抵抗加熱器１２８が、複数の側方に分離された加熱区域を含む。該コントローラは、抵抗加熱器１２８の少なくとも１つの区域が、１以上の他の区域内に位置付けられた抵抗加熱器１２８に対して優先的に加熱されることを可能にする。例えば、抵抗加熱器１２８は、複数の分離された加熱区域内に同心に配置されてよい。抵抗加熱器１２８は、基板１２４を処理に適した極低温処理温度に維持する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、極低温処理温度が、摂氏約－２０度未満である。例えば、極低温処理温度は、摂氏約－２０度と摂氏約－１５０度との間である。

[0029] 基板支持アセンブリ１０１は、その中に配置された１以上のプローブを含み得る。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、１以上の低温光プローブアセンブリ５００（図５Ａ～図５Ｄで示されている）が、プローブコントローラ１３８に結合される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、低温光プローブ５１２のそれぞれのプローブ先端（probe tip）５１６が、ESC１０３の温度を特定するために、ESC１０３内（図５Ｂで示されているように）又はその表面（図５Ａで示されているように）に配置される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ESCベースアセンブリ１０５の温度に基づいて基板の温度を較正するために、低温光プローブ５１２のそれぞれのプローブ先端５１６が、ESCベースアセンブリ１０５内（図５Ｃで示されているように）に配置される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、低温光プローブアセンブリ５００のそれぞれが、抵抗加熱器１２８の複数の側方に分離された加熱区域のうちの１つの区域に対応する。その場合、低温光プローブ５１２は、ESC１０３の各区域の温度を測定する。プローブコントローラ１３８が、加熱器電源１３６に結合される。それによって、抵抗加熱器１２８の各区域は、ESC１０３の側方温度プロファイルが、温度測定値に基づいて実質的に均一になるように独立して加熱される。それによって、ESC１０３上に配置された基板１２４は、極低温処理温度で均一に維持される。

[0030] 図２Ａ及び図２Ｂは、その上に配置された基板１２４が極低温処理温度に維持されるような、ESC１０３の極低温動作を可能にする、例示的な基板支持アセンブリ１０１の概略断面図である。ESC１０３が、ESCベースアセンブリ１０５に結合される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ESC１０３が、結合層２０２を用いてESCベースアセンブリ１０５に固定される。結合層２０２は、有機又は無機の材料を含んでよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、結合層２０２が、エポキシ又は金属材料を含んでよい。チャック電極１２６は、設備プレート１０７の下側絶縁体２１２及びESCベースアセンブリ１０５の上側絶縁体２１４内の第１のボア２０８を通して配置された第１の絶縁電線２０４を介してチャック電源１３４に結合される。１以上の抵抗加熱器１２８は、設備プレート１０７の下側絶縁体２１２及びESCベースアセンブリ１０５の上側絶縁体２１４内の第２のボア２１０を通して配置された第２の絶縁電線２０６を介して加熱器電源１３６に結合される。

[0031] 設備プレート１０７は、プレート部分２２９と壁部分２３０とを含む。設備プレート１０７のプレート部分２２９は、１以上の第１のネジアセンブリ２２０を用いてESCベースアセンブリ１０５に結合される。それによって、ESCベースアセンブリ１０５と設備プレート１０７との間に減圧領域２２２が存在する。１以上の第１のネジアセンブリ２２０のそれぞれは、設備プレート１０７に接触する断熱部（thermal break）２２７、１以上の皿ばね（Belleville washer）２２６、及び設備プレート１０７を貫通して、ESCベースアセンブリ１０５のネジ穴２２８の中に挿入されたボルト２２４を含む。断熱部２２７は、設備プレート１０７に接触して、極低温で維持されるESCベースアセンブリ１０５からの断熱（thermal isolation）を提供する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、断熱部２２７が、ポリアミド‐イミド（PAI）又はポリイミド（PI）を含有する材料を含む。１以上の皿ばね２２６及びボルト２２４は、設備プレート１０７がESCベースアセンブリ１０５に対して押されるように、予め負荷を加えられる。幾つかの実施形態では、図２Ｃで示されているように、ネジカバー２６１が、ボルト２２４を覆って設備プレート１０７に結合される。それによって、減圧断熱領域２６３が、１以上の第１のネジアセンブリ２２０のそれぞれの間に維持される。ネジカバー２６１は、Ｏリング２６７によって設備プレート１０７に結合されて、減圧断熱領域２６３内の圧力を維持し、１以上の第１のネジアセンブリ２２０のそれぞれを設備プレート１０７から断熱する。

[0032] 設備プレート１０７は、シールアセンブリ２３２によってESC１０３に結合された壁部分２３０を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、設備プレート１０７の下側絶縁体２１２が、シールアセンブリ２３２を介して減圧領域２２２を維持する。シールアセンブリ２３２によってESC１０３に結合された壁は、ESCベースアセンブリ１０５の材料を、プロセスガスとの接触からの潜在的な剥離（flaking off）から保護する。減圧領域２２２は、ESC１０３、ESCベースアセンブリ１０５、設備プレート１０７、及びシールアセンブリ２３２によって画定される。減圧領域２２２は、冷却プレートの裏側の凝縮を防止し、処理領域１１０の圧力から独立した圧力を有することによってプロセスガスが基板支持アセンブリ１０１に入ることを防止し、ESCベースアセンブリ１０５と設備プレート１０７との間の断熱を提供する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、設備プレート１０７が、アルミニウム含有材料を含む。

[0033] 設備プレート１０７の設備チャネル２３４は、設備プレート１０７内に機械加工され、カバー２３８が溶接される。設備チャネル２３４の入口２４０は、絶縁体プレート１０９及び接地プレート１１１を貫通して配置された入口チューブ２４４と流体連通する。設備チャネル２３４の出口２４２は、絶縁体プレート１０９及び接地プレート１１１を貫通して配置された出口チューブ２４６と流体連通する。入口チューブ２４４と出口チューブ２４６とは、設備入口導管１２７に連結された連結入口２５０と設備出口導管１２９に連結された連結出口２５２とを有する連結部２４８に連結される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、連結部２４８、入口チューブ２４４、及び出口チューブ２４６が、セラミック含有材料などの絶縁材料を含み得る。

[0034] 図４Ａ～図４Ｄでより詳細に説明される、ESCベースアセンブリ１０５のベースチャネル４１６は、設備プレート１０７、絶縁体プレート１０９、及び接地プレート１１１を貫通して配置された、ジャケット付き入口チューブ２５８に流体連通する、ベースチャネル４１６の入口２５４を含む。ベースチャネル４１６の出口２５６は、設備プレート１０７、絶縁体プレート１０９、及び接地プレート１１１を貫通して配置された、ジャケット付き出口チューブ２６０と流体連通する。ジャケット付き入口チューブ２５８及びジャケット付き出口チューブ２６０は、インターフェースブロック２７０に連結される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、インターフェースブロック２７０、ジャケット付き入口チューブ２５８、及びジャケット付き出口チューブ２６０が、セラミック含有材料などの絶縁材料を含む。ジャケット付き入口チューブ２５８は、流体入口チャネル２６６及び減圧チャネル２６２を含む。ジャケット付き出口チューブ２６０は、流体出口チャネル２６８及び減圧チャネル２６４を含む。インターフェースブロック２７０は、ベース入口２７２、減圧チャネル２７６、ベース出口２７４、及び減圧チャネル２７８を含む。ベース入口２７２はベース入口導管１２３に連結され、ベース出口２７４はベース出口導管１２５に連結される。減圧チャネル２７６は、減圧源（vacuum source）２８４に流体連通した減圧導管２８０に連結され、減圧チャネル２７８は、減圧源２８４に流体連通した減圧導管２８２に連結される。減圧源２８４を減圧領域２２２に結合することによって、処理領域１１０の圧力から独立した圧力が減圧領域２２２内で維持されることが可能になる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、減圧領域２２２内の圧力を維持するために、流体入口チャネル２６６及び流体出口チャネル２６８が、シールアセンブリ２３２によってESCベースアセンブリ１０５に結合される。

[0035] 基板支持アセンブリ１０１はまた、基板１２４をESC１０３の支持面１３０の上方に上昇させて、プラズマ処理チャンバ１００の中への及び外へのロボットによる移動を容易にするための、リフトピン（図示せず）を収容するための１以上のリフトピンアセンブリ２８６も含む。１以上のリフトピンアセンブリ２８６のそれぞれは、ESC１０３、ESCベースアセンブリ１０５、設備プレート１０７、絶縁体プレート１０９、及び接地プレート１１１を貫通して配置されたリフトピンガイド２８８を含む。ESCベースアセンブリ１０５を貫通して配置されたリフトピンガイド２８８の一部分２９０は、リフトピンガイド２８８を適所に保持するネジ付きブッシング（threaded bushing）２９２によって囲まれる。リフトピンガイド２８８は、チャンバの減圧と断熱減圧（insulation vacuum）との分離を維持するために、シールアセンブリ２３２によってESC１０３に結合される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ESC１０３が、ヘリウムなどの裏側の熱伝達ガスを、基板１２４とESC１０３の支持面１３０との間で画定される隙間空間に提供するための１以上のガス通路を含む。１以上のガス通路のそれぞれは、ESC１０３、ESCベースアセンブリ１０５、設備プレート１０７、絶縁体プレート１０９、及び接地プレート１１１を貫通して配置される。１以上のガス通路のそれぞれは、減圧領域２２２内の圧力を維持するために、シールアセンブリ２３２によってESC１０３に結合される。

[0036] 図２Ｂで示されているように、設備プレート１０７は、絶縁体プレート１０９と設備プレート１０７との間に配置された凹部分２９６とシール２９４とを含む。設備プレート１０７に結合される絶縁体プレート１０９の表面２０５は、設備プレート１０７と共形である。凹部分２９６と絶縁体プレート１０９とは、設備プレート１０７の厚さ２０１を低減させ、絶縁体プレート１０９の厚さ２０３を増加させる。設備プレート１０７の減少した厚さ２０１と絶縁体プレート１０９の増加した厚さ２０３とは、設備プレート１０７の下側絶縁体２１２内の第１のボア２０８を貫通して配置される第１の絶縁電線２０４の長さを低減させ、絶縁体プレート１０９を貫通して配置される第１の絶縁電線２０４の長さを増加させる。第１のボア２０８を貫通して配置される第１の絶縁電線２０４の長さを低減させることによって、チャック電源１３４によって第１の絶縁電線２０４に提供される電圧からのRF高温設備プレート１０７の第１のボア２０８内のアーク放電の可能性が低下する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、絶縁体プレート１０９の外側部分２６９が、絶縁体プレート１０９の内側部分２７１の材料とは異なる材料を含む。絶縁体プレート１０９の外側部分２６９は、酸化アルミニウム（AlO₂）含有材料を含んでよく、内側部分２７１は、ポリスチレン含有材料を含んでよい。

[0037] 図３は、一実施形態によるシールアセンブリ２３２の概略図である。図３は、シールアセンブリ２３２を面シール（face seal）として示しているが、本明細書で説明される実施形態は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）本体を有するピストン（すなわちラジアル）シール、又は金属シールを含んでよい。本明細書で説明されるシールは、摂氏約－２６０度と摂氏約２９０度との間の温度にある減圧領域２２２の密封を提供する。図３で示されているシールアセンブリ２３２は、ばね３０４が中に配置されたPTFE本体３０２を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ばね３０４が、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル‐クロム合金、及びコバルト‐クロム‐ニッケル‐モリブデン合金を含有する材料を含む。シールアセンブリ２３２は、極低温にあるESC１０３の密封を可能にする。ばねが中に配置されたPTFE本体３０２は、摂氏約－２６０度と摂氏約２９０度との間の温度で動作可能である。

[0038] 図４Ａ及び図４Ｂは、ベースチャネルプレート４０４に結合されたESCベース４０２を有するESCベースアセンブリ１０５の概略断面図である。ESCベース４０２は、ESC１０３の熱膨張係数と実質的に適合する材料を含む。ESCベース４０２は、モリブデン又は炭素繊維を含有する材料を含んでよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ベースチャネルプレート４０４が、アルミニウム含有材料から成る。ベースチャネルプレート４０４は、ESCベースアセンブリ１０５のベースチャネル４１６を含む。ベースチャネル４１６は、ベースチャネルプレート４０４内に機械加工され、カバー４２０が接合、溶接、又はろう付けされる。ベースチャネル４１６の入口２５４は、ジャケット付き入口チューブ２５８と流体連通し、ベースチャネル４１６の出口２５６は、ジャケット付き出口チューブ２６０と流体連通する。ESCベース４０２は、１以上の第２のネジアセンブリ４０８を介してベースチャネルプレート４０４に結合される。一実施形態では、図４Ａで示されているように、ESCベース４０２が、ESCベース４０２とベースチャネルプレート４０４との間の規定された熱伝導を維持するために、それらの間に介在する熱伝導ガスケット４０６を用いてベースチャネルプレート４０４に結合される。別の一実施形態では、図４Ｂで示されているように、熱伝導ガスケット４０６が含まれない。１以上の第２のネジアセンブリ４０８のそれぞれは、１以上の皿ばね４１２とESCベース４０２とを貫通してESCベース４０２のネジ穴４１４の中に挿入されるボルト４１０を含む。１以上の皿ばね４１２及びボルト４１０は、ベースチャネルプレート４０４がESCベース４０２に対して押されるように、予め負荷を加えられる。

[0039] 図４Ｃは、ベースチャネル４１６を有するESCベース４０２を有するESCベースアセンブリ１０５の概略断面図である。ESCベース４０２は、ESC１０３の熱膨張係数と実質的に適合するモリブデン又は炭素繊維を含有する材料を含む。ベースチャネル４１６は、ESCベース４０２内に機械加工され、カバー４２０が接合、溶接、又はろう付けされる。ベースチャネル４１６の入口２５４は、ジャケット付き入口チューブ２５８と流体連通し、ベースチャネル４１６の出口２５６は、ジャケット付き出口チューブ２６０と流体連通する。

[0040] 図４Ｄは、ベースチャネル４１６を有するESCベース４０２を有するESCベースアセンブリ１０５の概略断面図である。ESCベース４０２は、ESC１０３の熱膨張係数と実質的に適合するモリブデン又は炭素繊維を含有する材料を含む。ベースチャネル４１６は、ESCベース４０２内に機械加工された空間４２４内に配置されたコイルである。ベースチャネル４１６の入口２５４は、ジャケット付き入口チューブ２５８と流体連通し、ベースチャネル４１６の出口２５６は、ジャケット付き出口チューブ２６０と流体連通する。

[0041] 図４Ｅは、図２Ｂの基板支持アセンブリ１０１の周囲部分の概略断面図である。ESCベース４０２は、減圧領域２２２に曝露された溝４２６を含む。溝４２６は、その中に配置されたRFガスケット４２８を含む。設備プレート１０７のプレート部分２２９は、その（溝４３０の）中に配置されたRFガスケット４３２を有する溝４３０を含む。ESCベース４０２及びベースチャネルプレート４０４は、設備プレート１０７から断熱され、RFガスケット４３２は、ベースチャネルプレート４０４と設備プレート１０７との間のRF接続性を維持する。同様に、図４Ａで示されている実施形態では、ESCベース４０２とベースチャネルプレート４０４とが、熱伝導ガスケット４０６によって熱伝導してよいが、図４Ｅでは、RFガスケット４２８が、ベースチャネルプレート４０４とESCベース４０２との間の電気的なRF接続性を維持する。

[0042] 図５Ａ～図５Ｃは、１以上の低温光プローブアセンブリ５００（図５Ｄで示されている）のうちの１つを有する、例示的な基板支持アセンブリ１０１の概略断面図である。低温光プローブアセンブリ５００のそれぞれは、プローブコントローラ１３８に接続された光ファイバ５１０を含む。低温光プローブアセンブリ５００のそれぞれは、絶縁体プレート１０９内に配置された取り付けハウジング５０２、並びに絶縁体プレート１０９及び設備プレート１０７内に配置されたプローブハウジング５０４を含む。取り付けハウジング５０２は、取り付けハウジング５０２を通して絶縁体プレート１０９のネジ穴５０８の中に挿入されたプローブ取り付けボルト５０６を用いて、プローブハウジング５０４に結合される。それによって、プローブアセンブリ５００は、設備プレート１０７に対して押される。光ファイバ５１０は、プローブハウジング５０４内に配置された低温光プローブ５１２に接続される。プローブハウジング５０４は、低温光プローブ５１２の垂直移動を提供するためのばね５１４を含む。それによって、低温光プローブ５１２のプローブ先端５１６が、ESC１０３と接触するように構成される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、プローブ先端５１６が、表面を突き抜けることなしにESC１０３と接触する。図５Ｂで示されている、本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、プローブ先端５１６が、ESC１０３内に配置される。設備プレート１０７では、ネジ付きキャップ５１８が、プローブハウジング５０４を囲む。ネジ付きキャップ５１８の内側部分５２０は、内側シール５２２を用いてプローブハウジング５０４に結合される。内側シール５２２は、プローブ先端５１６がESC１０３との接触を維持することを可能にする。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施例では、内側シール５２２が、シールアセンブリ２３２である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、内側シール５２２がエラストマーシールである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る更に別の一実施形態では、内側シール５２２がＯリングである。ネジ付きキャップ５１８の外側部分５２４は、外側シール５２６を用いて設備プレート１０７に結合される。外側シール５２６は、プローブハウジング５０４を減圧領域２２２から密封する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、外側シール５２６がＯリングである。

[0043] 要約すると、その上に配置された基板が極低温処理温度に維持される間、処理チャンバの他の表面が異なる温度に維持されるような、ESCの極低温動作を可能にする基板支持アセンブリが、提供される。ESC１０３、ESC１０３と設備プレート１０７とに結合されたESCベースアセンブリ１０５、及び接地プレート１１１に結合された絶縁体プレート１０９を含む、基板支持アセンブリが、プロセスチャンバ内に配置される。ESC１０３に結合されたESCベースアセンブリ１０５のベースチャネル４１６を通って流れるベース流体は、抵抗加熱器１２８と併せて、ESCベースアセンブリ１０５が所定の極低温に維持されることを可能にする。それは、ESC１０３の側方温度プロファイルを制御する助けとなり、それによって、ESC１０３上に配置された基板１２４が、極低温処理温度で均一に維持される。設備プレート１０７の設備チャネル２３４を通って流れる設備流体は、設備プレート１０７が周囲温度に維持されることを可能にする。それは、絶縁体プレート１０９及び接地プレート１１１を周囲温度に維持する助けとなる。

[0044] 上記は、本開示の実施例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、本開示の他の実施例及び更なる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (17)

1. 支持面と前記支持面の反対側の底面とを有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極及び１以上の抵抗加熱器が中に配置されたＥＳＣ、
   前記ＥＳＣに結合された、ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣベースアセンブリであって、前記ＥＳＣベースアセンブリは、前記ＥＳＣの熱膨張係数と実質的に適合する材料を含み、前記ベースチャネルはベース流体を収容するように構成された、ＥＳＣベースアセンブリ、
   設備チャネルが中に配置された設備プレートであって、前記設備チャネルは設備流体を収容するように構成され、前記設備プレートはプレート部分と壁部分とを備え、前記プレート部分は前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分はシールアセンブリを用いて前記ＥＳＣベースアセンブリに結合される、設備プレート、並びに
   前記ＥＳＣ、前記ＥＳＣベースアセンブリ、前記設備プレートの前記プレート部分、前記設備プレートの前記壁部分、及び前記シールアセンブリによって画定された、減圧領域であって、前記減圧領域は、前記ＥＳＣベースアセンブリと前記設備プレートの前記プレート部分との間に隙間を維持する、減圧領域
   を備える、基板支持アセンブリ。
2. 前記設備プレートに結合された絶縁体プレート、及び前記絶縁体プレートに結合された接地プレートを更に備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
3. 前記ＥＳＣベースアセンブリは、結合層を用いて前記ＥＳＣに固定される、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
4. 前記ＥＳＣは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及び／又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含有する材料を含む、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
5. 入口と出口とを有する前記ベースチャネルは、前記ベースチャネルの前記入口に連結されたベース入口導管と、前記ベースチャネルの前記出口に連結されたベース出口導管と、を介して前記ベースチャネルと流体連通する極低温冷却器に連結されるように構成されている、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
6. 入口と出口とを有する前記設備チャネルは、前記設備チャネルの前記入口に連結された設備入口導管と、前記設備チャネルの前記出口に連結された設備出口導管と、を介して前記設備チャネルと流体連通する冷却器に連結されるように構成されている、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
7. 処理チャンバの処理領域の圧力から独立した前記減圧領域内の減圧圧力を維持するために、前記減圧領域は、減圧源と流体連通する第１の減圧導管に連結されるように構成された第１の減圧チャネルと、前記減圧源と流体連通する第２の減圧導管に連結されるように構成された第２の減圧チャネルとを備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
8. プローブコントローラに結合された１以上のプローブアセンブリを更に備え、前記１以上のプローブアセンブリのそれぞれが、プローブ先端を備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
9. コントローラを有する、前記１以上の抵抗加熱器の加熱器電源が、前記プローブコントローラに接続される、請求項８に記載の基板支持アセンブリ。
10. 基板支持アセンブリであって、
    支持面と前記支持面の反対側の底面とを有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極及び１以上の抵抗加熱器が中に配置されたＥＳＣと、
    前記ＥＳＣに結合された、ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣベースアセンブリであって、前記ベースチャネルは、設備プレート、前記設備プレートに結合された絶縁体プレート、及び前記絶縁体プレートに結合された接地プレートを貫通して配置されたジャケット付きベース入口チューブと流体連通するベース入口を有し、前記設備プレート、前記絶縁体プレート、及び前記接地プレートを貫通して配置されたジャケット付きベース出口チューブと流体連通するベース出口を有し、前記ベースチャネルはベース流体を収容するように構成されている、ＥＳＣベースアセンブリとを備え、
    前記設備プレートは、プレート部分と壁部分とを備え、前記プレート部分は、１以上のネジアセンブリを用いて前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分は、シールアセンブリを用いて前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記設備プレートは、設備チャネルが中に配置され、前記設備チャネルは設備流体を収容するように構成され、前記シールアセンブリは、コイルばねが中に配置されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）本体を備え、
    前記基板支持アセンブリは更に、
    前記ＥＳＣ、前記ＥＳＣベースアセンブリ、前記設備プレートの前記プレート部分、前記設備プレートの前記壁部分、及び前記シールアセンブリによって画定された減圧領域であって、前記減圧領域は、前記ＥＳＣベースアセンブリと前記設備プレートの前記プレート部分との間に隙間を維持する、減圧領域
    を備える、基板支持アセンブリ。
11. 前記コイルばねは、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル‐クロム合金、及びコバルト‐クロム‐ニッケル‐モリブデン合金を含有する材料を含む、請求項１０に記載の基板支持アセンブリ。
12. 前記１以上のネジアセンブリのそれぞれが、断熱部、皿ばね、及び前記設備プレートを貫通してＥＳＣベースアセンブリのネジ穴の中に挿入されたボルトを含み、前記皿ばね及び前記ボルトは、前記設備プレートを前記ＥＳＣベースアセンブリに対して押す、請求項１０に記載の基板支持アセンブリ。
13. ネジカバーが、前記ボルトを覆って前記設備プレートに結合される、請求項１２に記載の基板支持アセンブリ。
14. 処理領域を画定する壁及び蓋を有するチャンバ本体と、
    前記処理領域内に配置された基板支持アセンブリとを備え、前記基板支持アセンブリは、
    支持面と前記支持面の反対側の底面とを有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極及び１以上の抵抗加熱器が中に配置されたＥＳＣ、
    前記ＥＳＣに結合された、ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣベースアセンブリであって、前記ＥＳＣベースアセンブリは、前記ＥＳＣの熱膨張係数と実質的に適合する材料を含み、前記ベースチャネルはベース流体を収容するように構成された、ＥＳＣベースアセンブリ、
    設備チャネルが中に配置された設備プレートであって、前記設備チャネルは設備流体を収容するように構成され、前記設備プレートはプレート部分と壁部分とを備え、前記プレート部分は前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分はシールアセンブリを用いて前記ＥＳＣベースアセンブリに結合される、設備プレート、並びに
    前記ＥＳＣ、前記ＥＳＣベースアセンブリ、前記設備プレートの前記プレート部分、前記設備プレートの前記壁部分、及び前記シールアセンブリによって画定された、減圧領域であって、前記減圧領域は、前記ＥＳＣベースアセンブリと前記設備プレートの前記プレート部分との間に隙間を維持する、減圧領域
    を備える、プロセスチャンバ。
15. 前記壁部分は、前記シールアセンブリを用いて、前記ＥＳＣベースアセンブリの側壁を越えて延びる前記ＥＳＣの前記底面の一部に結合されている、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
16. 前記壁部分は、前記シールアセンブリを用いて、前記ＥＳＣベースアセンブリの側壁を越えて延びる前記ＥＳＣの前記底面の一部に結合されている、請求項１０に記載の基板支持アセンブリ。
17. 前記壁部分は、前記シールアセンブリを用いて、前記ＥＳＣベースアセンブリの側壁を越えて延びる前記ＥＳＣの前記底面の一部に結合されている、請求項１４に記載のプロセスチャンバ。
    

Images