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JP7706463B2 - ヒートスプレッダを備えた高温基板支持体 - Google Patents
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JP7706463B2 - ヒートスプレッダを備えた高温基板支持体 - Google Patents

ヒートスプレッダを備えた高温基板支持体 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年２月１８日付で出願した、米国仮特許出願第６２／９７８，１１９号の優先権の利益を主張する。上記関連出願は、参照によりその全体の開示が本明細書に組み込まれる。
本開示は、基板処理システムの基板支持体において温度均一性を維持することに関する。
本明細書で提供される背景技術の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究は、この背景技術の欄で説明される範囲内において、出願時に先行技術としてみなされ得ない説明の態様と同様に、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
基板処理システムは、半導体ウエハなどの基板を処理するために使用される場合がある。基板処理の例として、エッチング、堆積、フォトレジスト除去などが挙げられる。処理中、基板は、基板を支持するように構成された表面を含む台座または静電チャックなどの基板支持体上に配置される。１つまたは複数のプロセスガスを処理チャンバ内に導入してもよい。
１つまたは複数のプロセスガスは、ガス供給システムによって処理チャンバに供給されてもよい。いくつかのシステムでは、ガス供給システムは、１つまたは複数の導管によってプロセスチャンバ内に位置するシャワーヘッドに接続されたマニホールドを含む。いくつかの例では、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ励起ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）などの堆積プロセスを用いて、基板上に材料を堆積させる。
基板支持体用のベースプレートは、ベースプレートを選択的に加熱するように構成されたヒーター層と、ヒーター層とベースプレートの上面との間に配置されたヒートスプレッダとを含む。ヒートスプレッダは、ヒーター層によって提供される熱をベースプレート全体に分散させるように構成される。ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含む。ヒートスプレッダは、第２のＣＴＥと第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含む。
他の特徴では、ヒーター層は、抵抗性発熱体を含む。第１の材料は、誘電体である。第１の材料は、セラミックスである。第１の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のうち少なくとも１つを含む。第２の材料は、炭素を含む。第２の材料は、熱分解グラファイト、モリブデン－グラファイト、およびダイヤモンドのうちの１つを含む。第２のＣＴＥは、第１のＣＴＥと同じである。第２のＣＴＥは、第１のＣＴＥとは異なる。第２のＣＴＥは、第１のＣＴＥよりも大きい。第２の熱伝導率は、少なくとも一方の方向において、第１の熱伝導率よりも大きい。第２の熱伝導率は、少なくともｘ－ｙ平面において、第１の熱伝導率よりも大きい。
他の特徴では、ヒートスプレッダは、第２のＣＴＥを有する内層と、第１のＣＴＥから第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む外層とを含む。第３の材料は、モリブデン（Ｍｏ）を含む。ヒートスプレッダは、内層と外層との間に配置された中間層を含む。中間層は、金属製である。中間層は、銅を含む。
他の特徴では、ベースプレートは、ヒートスプレッダとベースプレートの上面との間、およびヒートスプレッダとヒーター層との間のうち少なくとも一方に配置された複数の界面層をさらに含む。複数の界面層は、第１のＣＴＥから第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む。複数の界面層のうちの個々の層は、第１の材料の層と交互になっている。ベースプレートは、傾斜機能材料（ＦＧＭ）をさらに含む。ＦＧＭは、第１の材料と、第３のＣＴＥを有する第３の材料とを含む。ＦＧＭは、傾斜機能セラミックス（ＦＧＣ）である。ベースプレートは、ヒートスプレッダ上に配置されたキャップ層をさらに含む。キャップ層は、第１の材料を含む。
他の特徴では、基板支持体はベースプレートを含み、ベースプレートを取り囲むスカートリングアセンブリをさらに含む。ヒートスプレッダは、等方性である。ヒートスプレッダは、異方性熱伝導率および異方性ＣＴＥのうち少なくとも一方を有する。
基板処理システムのための基板支持体は、傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含むベースプレートを含む。ＦＧＭは、誘電体材料と傾斜フィラー材料とを含む。ヒートスプレッダは、ベースプレート内に埋め込まれている。ヒートスプレッダは、ベースプレート全体に熱を分散させるように構成され、ヒートスプレッダは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する。ＦＧＭは、第２のＣＴＥと第２の熱伝導率とを有する。
他の特徴では、第１のＣＴＥは、第２のＣＴＥと同じである。第１のＣＴＥは、第２のＣＴＥとは異なる。ＦＧＭは、傾斜機能セラミックス（ＦＧＣ）である。ＦＧＣは、セラミックス基複合（ＣＭＣ）材料である。ＦＧＭの第２のＣＴＥは、垂直方向において変化する。
基板処理システムのための基板支持体は、ベースプレートを含む。ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含む。ヒーター層は、ベースプレート内に埋め込まれ、ヒートスプレッダはベースプレート上に配置される。ヒートスプレッダは、ヒーター層で発生した熱を横方向に広げるように構成される。ヒートスプレッダは、第２のＣＴＥと第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含む。キャップ層は、ヒートスプレッダ上に配置される。
他の特徴では、キャップ層は、第１の材料を含む。キャップ層は、第２の材料を含む。キャップ層は、第３の材料を含む。スカートリングアセンブリは、ベースプレートを取り囲む。第１のＣＴＥは、第２のＣＴＥと同じである。第１のＣＴＥは、第２のＣＴＥとは異なる。
本開示を適用可能なさらなる領域は、詳細な説明、特許請求の範囲および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
図１は、本開示による基板処理システムの一例の機能ブロック図である。
図２は、本開示によるヒートスプレッダを含む例示的な基板支持体である。
図３は、本開示によるヒートスプレッダを含む別の例示的な基板支持体である。
図４は、本開示によるヒートスプレッダを含む別の例示的な基板支持体である。
図５は、本開示によるヒートスプレッダを含む別の例示的な基板支持体である。
図６Ａは、本開示による例示的なヒートスプレッダを示す。 図６Ｂは、本開示による例示的なヒートスプレッダを示す。
図面において、参照番号は、類似の要素および／または同一の要素を特定するために再度利用される場合がある。
原子層堆積（ＡＬＤ）などの膜堆積プロセスでは、堆積された膜の様々な特性が空間（すなわち、水平面のｘ－ｙ座標）分布にわたって変化する。例えば、基板処理ツールは、膜厚不均一性（ＮＵ）に対してそれぞれの仕様を有してもよい。膜厚ＮＵは、半導体基板の表面上の所定の位置で取得された測定セットの全範囲、半範囲、標準偏差などとして測定されてもよい。いくつかの例では、ＮＵは、ＮＵの直接的な原因に対処することによって低減される場合がある。他の例では、ＮＵは、既存のＮＵを補償し、取り消すために、対抗するＮＵを導入することによって低減される場合がある。他の例では、材料を意図的に不均一に堆積および／または除去して、プロセスにおける他の（例えば前または後の）ステップで既知の不均一性を補償する場合がある。
堆積速度は、部分的に基板温度に依存する場合がある。したがって、温度ＮＵ（すなわち、基板全体にわたる温度の差）により、異なる堆積速度および対応する膜厚ＮＵが生じる可能性がある。基板処理システムは、ＮＵを最小限に抑えるために、基板の温度を制御する様々な温度制御方式を実装してもよい。例えば、基板支持体（すなわち、台座など、処理中に基板を支持するように構成された一般的に平坦な上面を有する構造体）は、ヒーター層を含んでもよい。ヒーター層は、基板支持体、および、それに応じて、基板の所望の温度を維持するようにそれぞれ制御される１つまたは複数のゾーンを含んでもよい。
いくつかの例では、ヒーター層は、抵抗発熱体または加熱器を含む。一般的には、ヒーター層は、セラミックス（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））など、高い熱伝導率を有する誘電体材料で構成された基板支持体（例えば、台座）内に埋め込まれる。ＡｌＮを含む、一部のセラミックス材料は、（例えば、摂氏５００℃を超える）より高い温度では、熱伝導率が減少する。基板支持体全体にわたる熱伝導率の差により、堆積に影響を与える非対称熱ＮＵが生じる可能性がある。より具体的には、温度均一性を提供するために、ヒーター層によって提供される熱が、基板支持体全体に十分に分散されない可能性がある。さらに、ＡｌＮなどの材料は、いくつかのプロセス（例えば、洗浄プロセス）に使用され得る温度および化学物質を制限する場合がある。
本開示の原理によるシステムおよび方法は、基板支持体に接着されたおよび／または基板支持体内に埋め込まれたヒートスプレッダ（例えば、熱伝導材料で構成されるまたは封止された層）を実装する。ヒートスプレッダは、ヒーター層からの熱を基板支持体全体に均一に（例えば、水平方向に）分散させるように構成される。ヒートスプレッダは、基板支持体（例えば、基板支持体のベースプレート）の材料（例えば、ＡｌＮ）よりも大きな熱伝導率を有する。ヒートスプレッダは、ＡｌＮに結合された、またはＡｌＮ内に埋め込まれた／含まれた熱分解グラファイト、ＡｌＮに結合された、またはＡｌＮ内に埋め込まれた／含まれたモリブデン－グラファイト、ダイヤモンド（例えば、ＣＶＤダイヤモンド）などを含むが、これらに限定されない材料で構成されてもよい。いくつかの例では、基板支持体は、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、Ａｌ2Ｏ3、それらの混合物などを含むが、これらに限定されない、ＡｌＮ以外の材料で構成される。材料は、ＴｉＯx、Ｙ2Ｏx、Ｌａ2Ｏxなどの二次安定剤を含んでもよい。
ヒートスプレッダは、連続するヒートスプレッダ層であってもよい。ヒートスプレッダは、所望の温度分布パターンを提供するために、特定の形状または幾何学的形状を有してもよい。例えば、ヒートスプレッダは、１つまたは複数のリング、方位リング、柱状構造などを備えてもよい。いくつかの例では、ヒートスプレッダは、基板支持体の隣接する層に機械的に取り付けられるプレートなどの層を含んでもよい。他の例では、ヒートスプレッダは、製造後に基板支持体内の空洞またはチャネルを充填するために埋め込まれるか、またはその他の方法で使用される粉末または他の材料（例えば、インジウム）を含んでもよい。
ここで図１を参照すると、本開示による基板支持体（例えば、ＡＬＤ台座）１０４を含む基板処理システム１００の一例が示されている。基板支持体１０４は、処理チャンバ１０８内に配置される。基板１１２は、処理中に基板支持体１０４上に配置される。
ガス供給システム１２０は、バルブ１２４－１、１２４－２、・・・、および１２４－Ｎ（総称してバルブ１２４）に接続されているガス源１２２－１、１２２－２、・・・、および１２２－Ｎ（総称してガス源１２２）、ならびにマスフローコントローラ１２６－１、１２６－２、・・・、および１２６－Ｎ（総称してＭＦＣｓ１２６）を含む。ＭＦＣｓ１２６は、ガス源１２２から、ガスが混合するマニホールド１２８へのガスの流れを制御する。マニホールド１２８の出力は、任意の圧力調節器１３２を介してマルチインジェクタシャワーヘッド１４０などのガス分配装置に供給される。
基板支持体１０４の温度は、抵抗加熱器１４４など、ヒーター層を用いて制御されてもよい。本開示の原理による基板支持体１０４は、より詳細に後述するように、ヒートスプレッダ１４８を含む。基板支持体１０４は、クーラントチャンネル１６４を含んでもよい。冷却流体は、流体貯蔵部１６８およびポンプ１７０からクーラントチャンネル１６４に供給される。圧力センサ１７２は、圧力を測定するためにマニホールド１２８に配置されてもよい。バルブ１７８およびポンプ１８０を用いて、処理チャンバ１０８から反応物を排出してもよい。バルブ１７８およびポンプ１８０を用いて、処理チャンバ１０８内の圧力を制御してもよい。
コントローラ１８２は、マルチインジェクタシャワーヘッド１４０によって提供される投与を制御する投与制御装置１８４を含む。また、コントローラ１８２は、ガス供給システム１２０からのガスの供給を制御する。コントローラ１８２は、バルブ１７８およびポンプ１８０を用いて、処理チャンバ内の圧力および／または反応物の排出を制御する。コントローラ１８２は、温度フィードバックに基づいて、基板支持体１０４および基板１１２の温度を制御する。例えば、温度フィードバックは、基板支持体内のセンサ（図示せず）、クーラント温度を測定するセンサ（図示せず）などからのフィードバックに対応してもよい。
いくつかの例では、基板処理システム１００は、同じ処理チャンバ１０８内で基板１１２上にエッチングを実行するように構成されてもよい。例えば、基板処理システム１００は、より詳細に後述するように、本開示によるトリムステップとスペーサ堆積ステップとの両方を実行するように構成されてもよい。したがって、基板処理システム１００は、ＲＦ電力を（例えば、電圧源、電流源などとして）発生させ、下部電極（例えば、図示のように、基板支持体１０４のベースプレート）および上部電極（例えば、シャワーヘッド１４０）に提供するように構成されたＲＦ発生システム１８８を含んでもよい。例示目的として、ＲＦ発生システム１８８の出力は、本明細書においてＲＦ電圧として説明される。下部電極および上部電極は、ＤＣ接地、ＡＣ接地、または浮遊であってもよい。例えば、ＲＦ発生システム１８８は、ＲＦ電圧を発生させるように構成されたＲＦ発生器１９２を含んでもよく、ＲＦ電圧は、基板１１２をエッチングするために処理チャンバ１０８内にプラズマを発生させる整合および分配ネットワーク１９６によって供給される。他の例では、プラズマは、誘導的にまたは遠隔的に生成されてもよい。例示目的で示されるように、ＲＦ発生システム１８８は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムに対応するが、本開示の原理は、他の適切なシステムでも実施可能である。例えば、本開示の原理は、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）システム、ＣＣＰカソードシステム、遠隔マイクロ波プラズマ生成および供給システムなどで実施されてもよい。
ここで図２を参照すると、本開示による例示的な基板支持体２００は、ヒーター層２０８と埋め込まれたヒートスプレッダ２１２とを有するベースプレート２０４を含む。例えば、ベースプレート２０４は、ＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ3を含むが、これらに限定されない誘電体材料で構成される。いくつかの例では、ベースプレート２０４は、窒化ホウ素を含んでもよい。いくつかの例では、ベースプレート２０４は、フッ素（Ｆ）および酸素耐性材料（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2））で被覆される。ヒートスプレッダ２１２は、熱伝導材料（例えば、熱分解グラファイト、ダイヤモンド、またはモリブデン－グラファイトなどの炭素、窒化ホウ素（ｈ－ＢＮまたはＢＮ）など）を含む内（例えば、封止）層２１６を含む。例えば、ヒートスプレッダ２１２は、摂氏５００～７００℃の間の温度でメートルケルビン（Ｗ／ｍ－ｋ）あたり１００～１５００ワットの間の熱伝導率を有してもよい。内層２１６は、ヒーター層２０８で発生した熱をベースプレート２０４全体に横方向（すなわち、水平方向）に分散させるように構成される。例えば、内層２１６は、ベースプレート２０４の材料よりも大きな熱伝導率を有する。
内層２１６の材料は、ベースプレート２０４の材料に対して様々な物理的および／または化学的非適合性を有してもよい。例えば、内層２１６およびベースプレート２０４は、異なる熱膨張係数（ＣＴＥｓ）を有してもよい。いくつかの例では、内層２１６およびベースプレートは、同じＣＴＥを有してもよい。したがって、内層２１６は、内層２１６とベースプレート２０４との間に安定した物理的界面を提供するために、１つまたは複数の追加の層で封止されてもよい。例えば、ヒートスプレッダ２１２は、内層２１６を取り囲む銅（Ｃｕ）などの金属製材料で構成される中間層２２０を含んでもよい。外層２２４は、中間層２２０を取り囲む。一例として、外層２２４は、モリブデン（Ｍｏ）で構成される。
外層２２４は、内層２１６よりもベースプレート２０４のＣＴＥに近いＣＴＥを有してもよい。したがって、内層２１６は、外層２２４と同様の非互換性を有してもよい。中間層２２０は、内層２１６と外層２２４との間の界面を提供する。一例では、内層２１６は、ベースプレート２０４の第２のＣＴＥよりも大きい（または小さい）第１のＣＴＥを有してもよい。中間層２２０および／または外層２２４は（個別にまたは組み合わせて）、第１のＣＴＥから第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有してもよい。このようにして、ヒートスプレッダ２１２は、ベースプレート２０４のＣＴＥとより密接に整合するように内層２１６、中間層２２０、および外層２２４のそれぞれの材料のＣＴＥｓの遷移を提供する。他の適切な材料を内層２１６、中間層２２０、および／または外層２２４に代用してもよい。材料は、複合材料、傾斜化学および／または傾斜フィラーを有する材料、ならびに低ＣＴＥの鉄およびニッケル合金などの合金を含んでもよい。
いくつかの例では、ヒートスプレッダ２１２は、等方性特性を有する。他の例では、ヒートスプレッダ２１２は、異方性熱伝導率および／または異方性ＣＴＥなど、異方性特性を有する。例えば、ヒートスプレッダ２１２は、水平方向における基板支持体２００の温度均一性を改善するために、垂直方向よりも水平方向において大きな熱伝導率を有してもよい。他の例では、ヒートスプレッダ２１２は、ベースプレート２０４の異なる半径方向または方位角ゾーンの間の熱分布を制限しながら、ヒーター層２０８からベースプレート２０４の上面への熱分布を最大化するために、水平方向よりも垂直方向に大きな熱伝導率を有してもよい。さらに他の例では、ヒートスプレッダ２１２は、垂直方向または水平方向により大きなＣＴＥを有してもよい。
いくつかの例では、ヒートスプレッダは、高温プロセス用に均一な温度分布を提供するために、ＣＴＥグラデーションを提供する１つまたは複数の材料として実装されてもよい。材料は、ヒートスプレッダの層と周囲材料との間の減結合および剥離を最小限に抑えるためにＣＴＥ整合も提供する。例えば、ヒートスプレッダ層および／または周囲材料は、フィラー（例えば、スピネル）、傾斜機能材料（ＦＧＭ）などを含むセラミックス基複合体（ＣＭＣ）として実装されてもよい。図３は、別の例示的な基板支持体３００の一部分を示す。基板支持体３００は、ヒーター層３０８と埋め込まれたヒートスプレッダ３１２とを有するベースプレート３０４を含む。例えば、ベースプレート３０４は、ＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ３を含むが、これらに限定されない誘電体材料で構成される。この例では、ベースプレート３０４は、ヒートスプレッダ３１２とベースプレート３０４の材料との間に遷移界面を提供する１つまたは複数の界面層３１６を含む。
例えば、ヒートスプレッダ３１２は、ベースプレート３０４の材料の第２のＣＴＥよりも大きい（または小さい）第１のＣＴＥを有してもよい。逆に、界面層３１６の材料は、第１のＣＴＥから第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有してもよい。ベースプレート３０４の材料は、界面層３１６の間、および界面層３１６とヒートスプレッダ３１２との間に層状に配置されてもよい。
ここで図４を参照すると、別の例示的な基板支持体４００の一部分は、傾斜機能セラミックス（ＦＧＣ）などのＦＧＭを含むベースプレート４０４を含む。ベースプレートは、ヒーター層４０８と埋め込まれたヒートスプレッダ４１２とを含む。例えば、ベースプレート４０４は、誘電体材料（例えば、ＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ3などのセラミックス）４１６と傾斜フィラー４２０（例えば、窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ））とを含むＣＭＣとしてＦＧＣを実装する。一例として、誘電体材料４１６および／またはフィラー４２０は、粉末冶金シート積層、ＣＶＤ、焼結、および／または他の製造もしくはコーティングプロセスを用いて形成されてもよい。ＦＧＭｓは、寸法（例えば、垂直距離）に応じて変化する１つまたは複数の物理的特性（例えば、ＣＴＥ）を有する。物理的特性は、分率（誘電体材料４１６に対する量）、形状、配向、粒径などを含むが、これらに限定されない、フィラー４２０の１つまたは複数の特性の変化に基づいて変化してもよい。
例えば、ヒートスプレッダ４１２は、ベースプレート４０４の第２のＣＴＥ誘電体材料４１６よりも大きい（または小さい）第１のＣＴＥを有してもよい。フィラー４２０は、第１のＣＴＥから第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する。したがって、誘電体材料４１６に対するフィラー４２０の特性の変化は、所与の垂直領域またはゾーンにおけるベースプレート４０４の全体的なＣＴＥを変化させる。すなわち、ベースプレート４０４の全体的なＣＴＥは、ヒートスプレッダ４１２に隣接する領域において、ヒートスプレッダ４１２の第１のＣＴＥにより近い可能性がある。逆に、ヒートスプレッダ４１２からの距離が増加するにつれて、ベースプレート４０４のＣＴＥは、減少する（または増加する）。ベースプレート４０４のＣＴＥの傾斜は、線形、指数関数的、階段的などであってもよい。このようにして、傾斜フィラー４２０は、ＣＴＥ整合を提供し、ヒートスプレッダ４１２と誘電体材料４１６との間のＣＴＥミスマッチにより生じる熱応力を低減する。
ここで図５を参照すると、別の例示的な基板支持体５００は、埋め込まれたヒーター層５０８を有するベースプレート５０４を含む。ヒートスプレッダ５１２は、ベースプレート５０４上に配置される。キャップ層５１６は、ヒートスプレッダ５１２上に配置される。キャップ層５１６は、１．０～３．０ｍｍの間の厚さを有してもよい。例えば、ベースプレート５０４およびキャップ層５１６は、ＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ3を含むが、これらに限定されない誘電体材料（例えば、セラミックス）で構成される。ベースプレート５０４およびキャップ層５１６は、同じ材料または異なる材料を含んでもよい。ヒートスプレッダ５１２は、熱伝導材料（例えば、熱分解グラファイト、ダイヤモンドなどの炭素）を含む。これは、ヒーター層５０８で発生した熱をキャップ層５１６全体に横方向に（すなわち、水平方向に）分散させるように構成される。いくつかの例では、ヒートスプレッダ５１２は導電性であり、したがって、下部電極として機能してもよい。
キャップ層５１６は、取り外し可能かつ交換可能であってもよい。例えば、キャップ層５１６は、ヒートスプレッダ５１２およびベースプレート５０４をプロセス材料への曝露から保護しながら、プロセス材料に曝露され得る。したがって、キャップ層５１６は、定期的に交換される消耗部品であってよい。ヒートスプレッダ５１２も、交換可能であってもよい。キャップ層５１６およびヒートスプレッダ５１２は、所望の性能特性に基づいて構成されてもよい。例えば、特定のプロセス、基板の種類などに対する所望のＣＴＥ値に基づいて、キャップ層５１６および／またはヒートスプレッダ５１２の異なるものを選択的に設置してもよい。いくつかの例では、ベースプレート５０４、ヒートスプレッダ５０８、および／またはキャップ層５１６は、スロット５２０およびアライメントフィーチャ５２４のそれぞれの対を用いて整列されてもよい。例えば、スロット５２０は、キャップ層５１６および／またはヒートスプレッダ５１２のそれぞれの下面に設けられてもよい。逆に、アライメントフィーチャ５２４は、ヒートスプレッダ５１２およびベースプレート５０４のそれぞれの上面から上方に延びてもよい。
ヒートスプレッダ５１２は、ベースプレート５０４およびキャップ層５１６に固定して取り付けられていない（例えば、接着剤で結合されている）。したがって、ヒートスプレッダ５１２、ベースプレート５０４、およびキャップ層５１６のそれぞれのＣＴＥｓ間の差により、熱応力が発生し、それに伴い、基板支持体５００の機械的故障が生じることはない。
スカートリングアセンブリ５２８は、基板支持体５００を取り囲んでもよい。スカートリングアセンブリ５２８は、ベースプレート５０４およびヒートスプレッダ５１２の表面をプロセス材料によって生じる浸食から保護し、寄生プラズマを低減し、プラズマ点火などを低減する。いくつかの例では、パージガスは、ベースプレート５０４の下方、および／または、ステム５３２を通って上方の容積内、ならびにスカートリングアセンブリ５２８と基板支持体５００との間の隙間内に提供されてもよい。パージガスは、プロセス材料が処理容積から隙間内に漏れないようにする。したがって、ベースプレート５０４およびヒートスプレッダ５１２の表面は、プロセス材料および寄生プラズマからさらに保護される。さらに、隙間内およびベースプレート５０４の裏面におけるプラズマ点火が低減される。
いくつかの例では、ヒートスプレッダは、連続するヒートスプレッダ層であってもよい。ヒートスプレッダは、所望の温度分布パターンを提供するために、特定の形状または幾何学的形状を有してもよい。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、例示的なヒートスプレッダ６００は、１つまたは複数のリング６０４を備えてもよい。リング６０４は、同じ材料または異なる材料で構成されてもよい。例えば、リング６０４は、それぞれ基板支持体の特定のゾーンに対して所望のＣＴＥｓを有する材料で構成されてもよい。図６Ｂに示すように、ヒートスプレッダ６００は、リング６０４と接続する放射状スポーク６０８をさらに含む。このように、ヒートスプレッダ６００は、特定のゾーンベースの（例えば、半径方向または方位角の）ＮＵを補償するように構成されてもよい。
前述の説明は、本質的に単なる例示的であり、本開示、その適用、または使用を限定する意図は全くない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施可能である。したがって、本開示は具体的な例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更が明白となるので、本開示の真の範囲は、そのような例に限定されるべきではない。方法内の１つまたは複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして上述されているが、本開示のいずれかの実施形態に関して説明したこれらの特徴のうちいずれか１つまたは複数を、他の実施形態において実施すること、および／または、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることが、たとえそのような組み合わせが明示的に説明されていなくても可能である。すなわち、説明した実施形態は相互に排他的ではなく、１つまたは複数の実施形態を互いに入れ替えることは本開示の範囲内に留まる。
要素間（例えば、モジュール間、回路要素間、半導体層間など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接した」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置された」を含む、様々な用語を使用して説明される。上記開示において、第１の要素と第２の要素との間の関係が説明されるとき、「直接」であると明示的に説明されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係であり得るだけでなく、第１の要素と第２の要素との間に１つまたは複数の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的な関係でもあり得る。本明細書で使用する場合、Ａ、Ｂ、およびＣのうち少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを使用する、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味するものと解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味するものと解釈されるべきではない。
いくつかの実施態様では、コントローラは、システムの一部であり、上述した例の一部であってもよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む、半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれる場合があり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してもよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、本明細書に開示のプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールへのウエハの搬入出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックへのウエハの搬入出が挙げられる。
広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であって、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはウエハのダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成してもよい。
コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合しているか、結合しているか、そうでない場合はシステムにネットワーク接続されているか、またはそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であっても結合していてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよく、ファブホストコンピュータシステムのすべてまたは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にし、製造動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定する、あるいは新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供できる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは、命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実行される処理ステップの各々に対するパラメータを特定する。パラメータは、実行されるプロセスの種類およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールの種類に特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、互いにネットワーク接続され、本明細書に記載のプロセスおよび制御など、共通の目的に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことなどによって、分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの一例としては、（プラットフォームレベルでまたはリモートコンピュータの一部としてなど）遠隔配置され、チャンバ上のプロセスを制御するように結合する１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバ上の１つまたは複数の集積回路が挙げられるであろう。
例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか、または使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含んでもよいが、これらに限定されない。
上述したように、ツールによって実行される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュールのうちの１つまたは複数、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体生産工場内のツール場所および／またはロードポートへウエハの容器を搬入出する材料移送に使用されるツールと通信してもよい。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
［形態１］
基板支持体用のベースプレートであって、
前記ベースプレートを選択的に加熱するように構成されたヒーター層と、
前記ヒーター層と前記ベースプレートの上面との間に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層によって提供される熱を前記ベースプレート全体に分散させるように構成されるヒートスプレッダと
を備え、
前記ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含み、
前記ヒートスプレッダは、前記第１のＣＴＥとは異なる第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含む、ベースプレート。
［形態２］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記ヒーター層は、抵抗性発熱体を含む、ベースプレート。
［形態３］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記第１の材料は、誘電体である、ベースプレート。
［形態４］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記第２の材料は、炭素、熱分解グラファイト、モリブデン－グラファイト、およびダイヤモンドのうち少なくとも１つを含む、ベースプレート。
［形態５］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記第２のＣＴＥは、前記第１のＣＴＥとは異なる、ベースプレート。
［形態６］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記第２のＣＴＥは、前記第１のＣＴＥよりも大きい、ベースプレート。
［形態７］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記ヒートスプレッダは、前記第２のＣＴＥを有する内層と、前記第１のＣＴＥから前記第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む外層とを含む、ベースプレート。
［形態８］
形態７に記載のベースプレートであって、
前記ヒートスプレッダは、前記内層と前記外層との間に配置された中間層を含む、ベースプレート。
［形態９］
形態１に記載のベースプレートであって、
（ｉ）前記ヒートスプレッダと前記ベースプレートの前記上面との間、および（ｉｉ）前記ヒートスプレッダと前記ヒーター層との間のうち少なくとも一方に配置された複数の界面層をさらに含む、ベースプレート。
［形態１０］
形態９に記載のベースプレートであって、
前記複数の界面層は、前記第１のＣＴＥから前記第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む、ベースプレート。
［形態１１］
形態９に記載のベースプレートであって、
前記複数の界面層のうちの個々の層は、前記第１の材料の層と交互になっている、ベースプレート。
［形態１２］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記ヒートスプレッダは、等方性である、ベースプレート。
［形態１３］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記ヒートスプレッダは、異方性熱伝導率および異方性ＣＴＥのうち少なくとも一方を有する、ベースプレート。
［形態１４］
形態１に記載のベースプレートであって、
前記ベースプレートは、傾斜機能材料（ＦＧＭ）をさらに含む、ベースプレート。
［形態１５］
基板処理システムのための基板支持体であって、
傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含むベースプレートであって、前記ＦＧＭは、誘電体材料と傾斜フィラー材料とを含むベースプレートと、
前記ベースプレート内に埋め込まれたヒートスプレッダであって、前記ベースプレート全体に熱を分散させるように構成され、かつ第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有するヒートスプレッダと、
を備え、
前記ＦＧＭは、第２のＣＴＥと第２の熱伝導率とを有する、基板支持体。
［形態１６］
形態１５に記載の基板支持体であって、
前記ＦＧＭは、傾斜機能セラミックス（ＦＧＣ）である、基板支持体。
［形態１７］
形態１６に記載の基板支持体であって、
前記ＦＧＣは、セラミックス基複合（ＣＭＣ）材料である、基板支持体。
［形態１８］
形態１５に記載の基板支持体であって、
前記ＦＧＭの前記第２のＣＴＥは、垂直方向において変化する、基板支持体。
［形態１９］
形態１６に記載の基板支持体であって、
前記第１のＣＴＥは、前記第２のＣＴＥとは異なる、基板支持体。
［形態２０］
基板処理システムのための基板支持体であって、
第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含むベースプレートと、
前記ベースプレート内に埋め込まれたヒーター層と、
前記ベースプレート上に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層で発生した熱を横方向に広げるように構成され、かつ第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含むヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダ上に配置されたキャップ層と
を備える、基板支持体。

Claims (19)

  1. 基板支持体用のベースプレートであって、
    前記ベースプレートを選択的に加熱するように構成されたヒーター層と、
    前記ヒーター層と前記ベースプレートの上面との間に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層によって提供される熱を前記ベースプレート全体に分散させるように構成されるヒートスプレッダと
    を備え、
    前記ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含み、
    前記ヒートスプレッダは、前記第１のＣＴＥとは異なる第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含み、
    （ｉ）前記ヒートスプレッダと前記ベースプレートの前記上面との間、および（ｉｉ）前記ヒートスプレッダと前記ヒーター層との間のうち少なくとも一方に配置された複数の界面層をさらに含む、ベースプレート。
  2. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記ヒーター層は、抵抗性発熱体を含む、ベースプレート。
  3. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記第１の材料は、誘電体である、ベースプレート。
  4. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記第２の材料は、炭素、熱分解グラファイト、モリブデン－グラファイト、およびダイヤモンドのうち少なくとも１つを含む、ベースプレート。
  5. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記第２のＣＴＥは、前記第１のＣＴＥとは異なる、ベースプレート。
  6. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記第２のＣＴＥは、前記第１のＣＴＥよりも大きい、ベースプレート。
  7. 基板支持体用のベースプレートであって、
    前記ベースプレートを選択的に加熱するように構成されたヒーター層と、
    前記ヒーター層と前記ベースプレートの上面との間に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層によって提供される熱を前記ベースプレート全体に分散させるように構成されるヒートスプレッダと
    を備え、
    前記ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含み、
    前記ヒートスプレッダは、前記第１のＣＴＥとは異なる第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含み、
    前記ヒートスプレッダは、前記第２のＣＴＥを有する内層と、前記第１のＣＴＥから前記第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む外層とを含む、ベースプレート。
  8. 請求項７に記載のベースプレートであって、
    前記ヒートスプレッダは、前記内層と前記外層との間に配置された中間層を含む、ベースプレート。
  9. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記複数の界面層は、前記第１のＣＴＥから前記第２のＣＴＥの間にある第３のＣＴＥを有する第３の材料を含む、ベースプレート。
  10. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記複数の界面層のうちの個々の層は、前記第１の材料の層と交互になっている、ベースプレート。
  11. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記ヒートスプレッダは、等方性である、ベースプレート。
  12. 請求項１に記載のベースプレートであって、
    前記ヒートスプレッダは、異方性熱伝導率および異方性ＣＴＥのうち少なくとも一方を有する、ベースプレート。
  13. 基板支持体用のベースプレートであって、
    前記ベースプレートを選択的に加熱するように構成されたヒーター層と、
    前記ヒーター層と前記ベースプレートの上面との間に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層によって提供される熱を前記ベースプレート全体に分散させるように構成されるヒートスプレッダと
    を備え、
    前記ベースプレートは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含み、
    前記ヒートスプレッダは、前記第１のＣＴＥとは異なる第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含み、
    前記ベースプレートは、傾斜機能材料（ＦＧＭ）をさらに含む、ベースプレート。
  14. 基板処理システムのための基板支持体であって、
    傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含むベースプレートであって、前記ＦＧＭは、誘電体材料と傾斜フィラー材料とを含むベースプレートと、
    前記ベースプレート内に埋め込まれたヒートスプレッダであって、前記ベースプレート全体に熱を分散させるように構成され、かつ第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有するヒートスプレッダと、
    を備え、
    前記ＦＧＭは、第２のＣＴＥと第２の熱伝導率とを有する、基板支持体。
  15. 請求項１４に記載の基板支持体であって、
    前記ＦＧＭは、傾斜機能セラミックス（ＦＧＣ）である、基板支持体。
  16. 請求項１５に記載の基板支持体であって、
    前記ＦＧＣは、セラミックス基複合（ＣＭＣ）材料である、基板支持体。
  17. 請求項１４に記載の基板支持体であって、
    前記ＦＧＭの前記第２のＣＴＥは、垂直方向において変化する、基板支持体。
  18. 請求項１５に記載の基板支持体であって、
    前記第１のＣＴＥは、前記第２のＣＴＥとは異なる、基板支持体。
  19. 基板処理システムのための基板支持体であって、
    第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）と第１の熱伝導率とを有する第１の材料を含むベースプレートと、
    前記ベースプレート内に埋め込まれたヒーター層と、
    前記ベースプレート上に配置されたヒートスプレッダであって、前記ヒーター層で発生した熱を横方向に広げるように構成され、かつ第２のＣＴＥと前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率とを有する第２の材料を含むヒートスプレッダと、
    前記ヒートスプレッダ上に配置されたキャップ層と
    を備える、基板支持体。
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