特許 7269327 加熱素子が埋め込まれた基板支持体のための長寿命高出力端子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-25

(45)【発行日】2023-05-08

(54)【発明の名称】加熱素子が埋め込まれた基板支持体のための長寿命高出力端子

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230426BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230426BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230426BHJP

   H05B 3/02 20060101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/302 101G

H01L21/205

H05B3/02 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021514006

(86)(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-04

(86)【国際出願番号】 US2019051477

(87)【国際公開番号】W WO2020061019

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-09-13

(31)【優先権主張番号】16/136,799

(32)【優先日】2018-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ティアン・シユアン

【審査官】杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２１６７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５３２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００２３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３９５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００７５６２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６２２６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６９５８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３１９７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９５１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４２３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０５Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理システムの基板支持体であって、
前記基板支持体の加熱素子のための接続端子を含み、
前記接続端子は、
コンタクトプレートであって、前記基板支持体のセラミック層内の前記加熱素子のコンタクトパッドと電気接続されたコンタクトプレートと、
前記コンタクトプレートから伸びる結線部であって、前記加熱素子に電力を供給するように配置された配線を受け入れ保持する結線部と、を備え、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部の少なくとも１つは、前記セラミック層の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）から２０％の範囲内である第１のＣＴＥを有する第１の材料を含み、
前記結線部は、前記コンタクトプレートから下向きに伸びる垂直フィンを備え、前記垂直フィンは、前記配線を受け入れるように構成された開口部を含む、基板支持体。

【請求項2】

請求項１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から５％の範囲内である、基板支持体。

【請求項3】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記第１のＣＴＥは約７．２であり、前記第２のＣＴＥは約７．１である、基板支持体。

【請求項4】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部の各々は、前記第１の材料を含む、基板支持体。

【請求項5】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記第１の材料は、タングステン合金である、基板支持体。

【請求項6】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記第１の材料は、タングステン－銅合金である、基板支持体。

【請求項7】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記第１の材料は、約８５％のタングステンおよび１５％の銅からなるタングステン－銅合金である、基板支持体。

【請求項8】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記第１の材料は、タングステン－モリブデン合金である、基板支持体。

【請求項9】

請求項１に記載の基板支持体であって、
前記コンタクトプレートは前記第１の材料を含み、前記結線部は、前記配線の第４のＣＴＥから２０％の範囲内の第３のＣＴＥを有する第２の材料を含む、基板支持体。

【請求項10】

請求項９に記載の基板支持体であって、
前記第１の材料はタングステン合金であり、前記第２の材料は銅である、基板支持体。

【請求項11】

請求項９に記載の基板支持体であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部はろう付けされる、基板支持体。

【請求項12】

請求項９に記載の基板支持体であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部は、銀を用いてろう付けされる、基板支持体。

【請求項13】

請求項１に記載の基板支持体であって、さらに、
前記コンタクトプレートの上部接触面に配置された複数のスペーサを備える、基板支持体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１８年９月２０日出願の米国特許出願第１６／１３６，７９９号に対する優先権を主張する。上記出願の全ての開示は、参照として本明細書に援用される。

【0002】

本開示は、基板処理システムにおける基板支持体の熱制御素子の端子に関する。

【背景技術】

【0003】

本明細書に記載の背景技術の説明は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。

【0004】

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のに用いられてよい。基板上で実施されてよいプロセスの例は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、コンダクタエッチング、および／または、他のエッチングプロセス、堆積プロセス、もしくは洗浄プロセスを含むが、これらに限定されない。基板は、基板処理システムの処理チャンバ内の基板支持体（台座、静電チャック（ＥＳＣ）など）の上に配置されてよい。エッチングの間、１つ以上の前駆体を含むガス混合物が処理チャンバに導入されてよく、化学反応が生じるようにプラズマが用いられてよい。

【0005】

基板支持体は、基板を支持するように配置されたセラミック層を含んでよい。例えば基板は、処理の間はセラミック層にクランプされてよい。いくつかの例では、基板支持体（例えば、セラミック層）の温度は、熱制御素子を用いて調節されてよい。

【発明の概要】

【0006】

基板処理システムにおける基板支持体の加熱素子のための接続端子は、基板支持体のセラミック層内の加熱素子のコンタクトパッドに電気接続するように構成されたコンタクトプレートを備える。結線部はコンタクトプレートから伸び、加熱素子に電力を供給するように配置された配線を受け入れ保持するように構成されている。コンタクトプレートおよび結線部の少なくとも１つは、セラミック層の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）から２０％の範囲内である第１のＣＴＥを有する第１の材料を含む。

【0007】

他の特徴では、第１のＣＴＥは、第２のＣＴＥから５％の範囲内である。第１のＣＴＥは約７．２であり、第２のＣＴＥは約７．１である。コンタクトプレートおよび結線部の各々は、第１の材料を含む。第１の材料は、タングステン合金である。第１の材料は、タングステン－銅合金である。第１の材料は、約８５％のタングステンおよび約１５％の銅からなるタングステン－銅合金である。第１の材料は、タングステン－モリブデン合金である。結線部は、コンタクトプレートから下向きに伸びる垂直フィンを備え、垂直フィンは、配線を受け入れるように構成された開口部を備える。結線部は、配線を受け入れるように構成された筒状ソケットを備える。

【0008】

他の特徴では、コンタクトプレートは第１の材料を含み、結線部は、配線の第４のＣＴＥから２０％の範囲内の第３のＣＴＥを有する第２の材料を含む。第１の材料はタングステン合金であり、第２の材料は銅である。コンタクトプレートおよび結線部は、ろう付けされる。コンタクトプレートおよび結線部は、銀を用いてろう付けされる。接続端子はさらに、コンタクトプレートの上部接触面に配置された複数のスペーサを備える。

【0009】

基板処理システムにおける基板支持体の加熱素子のための接続端子は、基板支持体のセラミック層内の加熱素子のコンタクトパッドに電気接続するように構成されたコンタクトプレートを備える。結線部はコンタクトプレートから伸び、加熱素子に電力を供給するように配置された配線を受け入れ保持するように構成されている。接続端子は、接続端子のセラミック層側から接続端子の配線側に向かって熱膨張係数（ＣＴＥ）勾配を有する傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含む。

【0010】

他の特徴では、ＦＧＭのＣＴＥは、接続端子のセラミック層側から接続端子の配線側に向かって増加する。ＦＧＭは、接続端子のセラミック層側で第１のＣＴＥを有し、接続端子の配線側で第２のＣＴＥを有する。第１のＣＴＥは、セラミック層の第３のＣＴＥから２０％の範囲内であり、第２のＣＴＥは、配線の第４のＣＴＥから２０％の範囲内である。ＦＧＭは、タングステン、ならびに、銅およびモリブデンの少なくとも１つを含む。

【0011】

本開示のさらなる適用分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は説明の目的のみを意図し、本開示の範囲を限定する意図はない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。

【0013】

【図1】本開示による例示的な処理チャンバの機能ブロック図。

【0014】

【図2A】本開示の原理による接続端子を備える例示的な基板支持体。

【0015】

【図2B】例示的な接続端子。

【図2C】例示的な接続端子。

【図2D】例示的な接続端子。

【0016】

【図3A】本開示による例示的な接続端子。

【図3B】本開示による例示的な接続端子。

【図3C】本開示による例示的な接続端子。

【図3D】本開示による例示的な接続端子。

【図3E】本開示による例示的な接続端子。

【0017】

【図4A】本開示による別の例示的な接続端子。

【図4B】本開示による別の例示的な接続端子。

【図4C】本開示による別の例示的な接続端子。

【0018】

図面では、類似のおよび／または同一の要素を特定するために参照番号は繰り返し用いられてよい。

【発明を実施するための形態】

【0019】

基板処理システムは、基板支持体に配置された複数の加熱素子（例えば、マクロ熱制御素子（ＴＣＥ）および／またはマイクロ熱制御素子（ＴＣＥ））に接続された温度コントローラを備えてよい。例えば、複数のＴＣＥは基板支持体のセラミック層に配置されてよい。温度コントローラは複数の加熱素子を制御して、基板支持体上に配置された基板の温度を制御するように基板支持体の温度を調節する。

【0020】

配線は、加熱素子を制御するために外部電源から電流を供給する。例えのみでは、電源は、高電流のＡＣ電源またはＤＣ電源（マクロＴＣＥについて５～１０ｋＷ、マイクロＴＣＥについて１～５ｋＷなど）に相当してよい。いくつかの例（例えば、マクロＴＣＥについて）では、配線は、接続端子およびコンタクトパッドを用いてそれぞれの加熱素子に接続されてよい。他の例（例えば、マイクロＴＣＥについて）では、配線は、それぞれの加熱素子のコンタクトパッドに直接はんだ付けされてよい。例えのみでは、コンタクトパッドは、セラミックの底面上および／または底面内に配置される。

【0021】

接続端子は、コンタクトパッドを介して配線と加熱素子との間に低い電気抵抗を有する界面を提供する。いくつかの例では、接続端子は銅、銀めっき銅などを含む。コンタクトパッドは、ニッケルめっきされてよい。通常、接続端子はコンタクトパッドに手動ではんだ付けされ、配線は接続端子にはんだ付けされる。配線、接続端子、およびコンタクトパッドの間の接続は、不具合を引き起こす、ならびに／または、基板支持体の信頼性および寿命の低下を引き起こす様々な問題の影響を受けやすいかもしれない。

【0022】

例えば、接続端子およびセラミック層のそれぞれの熱膨張係数（ＣＴＥ）は異なってよい。従って、セラミック層の温度を上昇させるために加熱素子が加熱されるにつれて、セラミック層のＣＴＥと接続端子のＣＴＥとの差は、接続端子とコンタクトパッドとの間のはんだ接合部にストレスを与えて疲労させ、ひび割れ、層剥離、および電気開回路故障を引き起こす可能性がある。さらに、接続端子とコンタクトパッドとの間の接触界面は実質的に平坦なため、手動はんだ付けにおいて一貫したはんだ厚さを実現することが難しい。同様に、配線（例えば、銅線）がコンタクトパッドに直接はんだ付けされる例では、セラミック層のＣＴＥと配線のＣＴＥとの差は、はんだ接合部のストレスおよび疲労ならびに関連する不具合を引き起こす。

【0023】

本開示の原理による加熱素子の接続端子は、接続端子とセラミック層の間のはんだ接合部におけるストレスを低減する。例えば接続端子は、接続端子およびセラミック層のそれぞれのＣＴＥ間の差を低減するように構成されている。一例では、接続端子は、セラミック層のＣＴＥに調整されたＣＴＥを有する金属合金材料を含む。別の例では、接続端子は各々、異なるＣＴＥを有する金属を含む複数部分（例えば、はんだ付けされた、または接合された複数部分）を含む。さらに別の例では、接続端子は傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含む。いくつかの例では、接続端子とセラミック層のコンタクトパッドとの接触界面は、一貫したはんだ厚さを実現するように構成されたスペーサを備える。

【0024】

このように、本開示による接続端子は、はんだ接合部のストレスを低減し、基板支持体の信頼性および全寿命を（例えば、３～５倍）増加させる。本開示の原理は、埋め込みＲＦファラデーシールドグリッド、クランプ電極、埋め込み温度センサ、埋め込み基板電圧センサなどを含むがこれらに限定されない、基板処理システム内の他の接続部にも実施されてよい。

【0025】

ここで図１を参照すると、例示的な基板処理システム１００が示されている。例えのみでは、基板処理システム１００は、ＲＦプラズマを用いるエッチング、および／または、他の適した基板処理を実施するのに用いられてよい。基板処理システム１００は、基板処理システム１００の他の構成部品を取り囲み、ＲＦプラズマを含む処理チャンバ１０２を備える。基板処理チャンバ１０２は、上部電極１０４と、静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体１０６とを備える。動作の間、基板１０８は基板支持体１０６の上に配置される。例として特定の基板処理システム１００およびチャンバ１０２が示されているが、本開示の原理は、他の種類の基板処理システムおよびチャンバ（プラズマをｉｎ－ｓｉｔｕで生成する基板処理システム、リモートプラズマの生成および（例えば、プラズマチューブ、マイクロ波チューブを用いて）供給を実施する基板処理システムなど）にも適用されてよい。

【0026】

例えのみでは、上部電極１０４は、プロセスガスを導入および分配するシャワーヘッド１０９などのガス分配装置を備えてよい。シャワーヘッド１０９は、処理チャンバの上面に接続された一端を有するステム部を備えてよい。基部は一般に円筒形で、処理チャンバの上面から離れた位置でステム部のもう一端から径方向外向きに伸びる。シャワーヘッドの基部の基板対向面またはフェースプレートは、プロセスガスまたはパージガスが流れる複数の穴を含む。あるいは、上部電極１０４は導電性プレートを備えてよく、プロセスガスは別の方法で導入されてよい。

【0027】

基板支持体１０６は、下部電極として機能する導電性ベースプレート１１０を備える。ベースプレート１１０は、セラミック層１１２を支持する。いくつかの例では、セラミック層１１２は、セラミックマルチゾーン加熱プレートなどの加熱層を含んでよい。セラミック層１１２とベースプレート１１０との間には、熱抵抗層１１４（例えば、接合層）が配置されてよい。ベースプレート１１０は、ベースプレート１１０内に冷媒を通して流すための１つ以上の冷媒流路１１６を備えてよい。

【0028】

ＲＦ生成システム１２０はＲＦ電圧を生成し、上部電極１０４および下部電極（例えば、基板支持体１０６のベースプレート１１０）のいずれか一方に出力する。上部電極１０４およびベースプレート１１０のもう一方は、ＤＣ接地されてよい、ＡＣ接地されてよい、または浮遊状態であってよい。例えのみでは、ＲＦ生成システム１２０は、整合分配ネットワーク１２４によって上部電極１０４またはベースプレート１１０に供給されるＲＦ電圧を生成するＲＦ電圧発生器１２２を備えてよい。他の例では、プラズマは誘導的または遠隔的に生成されてよい。例示的目的で示されているように、ＲＦ生成システム１２０は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムに相当するが、本開示の原理は、他の適したシステム（例えのみで、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）システム、ＣＣＰカソードシステム、リモートマイクロ波プラズマ生成供給システムなど）で実施されてもよい。

【0029】

ガス供給システム１３０は、１つ以上のガス源、ガス源１３２－１、ガス源１３２－２、・・・、およびガス源１３２－Ｎ（総称して、ガス源１３２）（Ｎはゼロより大きい整数）を備える。ガス源は、１つ以上の前駆体およびその混合物を供給する。ガス源は、パージガスを供給してもよい。気化前駆体が用いられてもよい。ガス源１３２は、弁１３４－１、弁１３４－２、・・・、および弁１３４－Ｎ（総称して、弁１３４）、ならびに、マスフローコントローラ１３６－１、マスフローコントローラ１３６－２、・・・、およびマスフローコントローラ１３６－Ｎ（総称して、マスフローコントローラ１３６）によってマニホルド１４０に接続されている。マニホルド１４０の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。例えのみでは、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。

【0030】

温度コントローラ１４２は、セラミック層１１２に配置された熱制御素子（ＴＣＥ）１４４などの複数の加熱素子に接続されてよい。例えば加熱素子１４４は、マルチゾーン加熱プレートのそれぞれの区画に対応するマクロ加熱素子、および／または、マルチゾーン加熱プレートの複数の区画にわたって配置されたマイクロ加熱素子の配列を含んでよいが、これらに限定されない。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６および基板１０８の温度を制御するように複数の加熱素子１４４を制御するのに用いられてよい。以下により詳細に説明されるように、電流は、本開示の原理により接続端子（図１には示されず）を介して基板支持体１０６の温度を制御するためにＴＣＥ１４４に供給される。

【0031】

温度コントローラ１４２は、冷媒アセンブリ１４６と連通して流路１１６を通る冷媒流を制御してよい。例えば、冷媒アセンブリ１４６は、冷媒ポンプおよび貯留槽を備えてよい。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６を冷却するために流路１１６を通じて冷媒を選択的に流すように冷媒アセンブリ１４６を操作する。

【0032】

弁１５０およびポンプ１５２は、処理チャンバ１０２から反応物を排出するのに用いられてよい。システムコントローラ１６０は、基板処理システム１００の構成部品を制御するのに用いられてよい。ロボット１７０は、基板支持体１０６の上に基板を受け渡し、基板支持体１０６から基板を取り除くのに用いられてよい。例えばロボット１７０は、基板支持体１０６とロードロック１７２との間で基板を移送してよい。図では別々のコントローラとして示されているが、温度コントローラ１４２は、システムコントローラ１６０の内部に実装されてよい。いくつかの例では、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間の接合層１１４の周囲に保護シール１７６が設けられてよい。

【0033】

基板支持体１０６は、エッジリング１８０を備える。エッジリング１８０は、ボトムリング１８４に支持されうるトップリングに相当してよい。いくつかの例では、以下により詳細に説明されるように、エッジリング１８０はさらに、ミドルリング（図１には示されず）、セラミック層１１２の段差部などの１つ以上に支持されてよい。本開示の原理によるエッジリング１８０は、基板１０８に対して可動（例えば、垂直方向に上下に移動可能）である。例えばエッジリング１８０は、システムコントローラ１６０に応答してアクチュエータによって制御されてよい。いくつかの例では、エッジリング１８０は基板処理中に調節されてよい（すなわち、エッジリング１８０は調節可能なエッジリングであってよい）。他の例では、エッジリング１８０は取り外し可能であってよい（例えば、処理チャンバ１０２が真空下である間にエアロックを通じてロボット１７０を用いて）。さらに他の例では、エッジリング１８０は調節可能および取り外し可能の両方であってよい。

【0034】

次に図２を参照すると、例示的な基板支持体２００は、セラミック層２０８を支持するように構成されたベースプレート２０４を備える。熱抵抗層２１２（例えば、接合層）は、セラミック層２０８とベースプレート２０４との間に配置されてよい。エッジシール２１６は熱抵抗層２１２を取り囲み、プラズマおよび他の処理材料への暴露から熱抵抗層２１２を保護するように配置されてよい。セラミック層２０８は、処理の間は基板２２０を支持するように構成され、エッジリング２２４は、セラミック層２０８および基板２２０を取り囲む。いくつかの例では、ベースプレート２０４は、ベースプレート２０４内に冷媒を通して流すための１つ以上の冷媒流路２２８を備えてよい。

【0035】

セラミック層２０８は、加熱層２３２を備える。例えば、セラミック層２０８は、埋め込み加熱層を有するマルチゾーン加熱プレートに相当してよい。図のように、加熱層２３２は、マクロ加熱素子２３６－１およびマイクロ加熱素子２３６－２（総称して、加熱素子２３６）を備える。マクロ加熱素子２３６－１は、セラミック層２０８のそれぞれの区画に対応する。従って、マクロ加熱素子２３６－１は、セラミック層２０８のそれぞれの区画の温度を制御するように個々に制御されてよい。一方で、マイクロ加熱素子２３６－２は、セラミック層２０８の複数の区画にわたって分配された加熱素子の配列に相当する。マイクロ加熱素子２３６－２は、温度の不均一などを補償するために、セラミック層２０８の特定の位置における温度を制御するように個々に制御されてよい。

【0036】

電力（例えば、ＡＣ電力、パルス幅変調ＤＣ電力など）は、ベースプレート２０４の底面内部に埋め込まれた、または底面に隣接する回路基板（例えば、分電盤）２４０から配線２４４を通じて加熱素子２３６に供給される。例えば、配線２４４の第１の端（例えば、入力端）は回路基板２４０にはんだ付けされている。一方で、以下にさらに詳細に説明されるように、配線２４４の第２の端（例えば、出力端）は、セラミック層２０８内部の加熱素子２３６に直接的または間接的にはんだ付けされている。

【0037】

いくつかの例では、配線２４４は、図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように接続端子２４８の内部にはんだ付けされてよい。接続端子２４８は次に、加熱層２３２内部のそれぞれの加熱素子２３６のコンタクトパッド２５２にはんだ付けされる。例えのみでは、図２Ｂに示された配線２４４は、接続端子２４８を用いて１つのマクロ加熱素子２３６－１のコンタクトパッド２５２にはんだ付けされる。一方、他の例では、配線２４４は、図２Ｄに示されるようにコンタクトパッド２５２に直接はんだ付けされる。例えのみでは、図２Ｄに示された配線２４４は、接続端子２４８の１つを用いることなく１つのマイクロ加熱素子２３６－２のコンタクトパッド２５２に直接はんだ付けされる。

【0038】

図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄの例では、セラミック層２０８、配線２４４、接続端子２４８、コンタクトパッド２５２などは異なるＣＴＥを有するため、動作中に（例えば、加熱素子２３６を用いてセラミック層２０８の温度を制御した結果としての）セラミック層２０８の温度変化に応答して、異なる比率で膨張し接触する。例えば、セラミック層２０８のＣＴＥは、配線２４４、接続端子２４８、およびはんだ材のＣＴＥと比べて比較的低くてよい。従って温度変化は、はんだ材のストレスおよび疲労を引き起こし、結果的にはんだ材のひび割れ、ならびに、コンタクトパッド２５２からの配線２４４および／または接続端子２４８の断線につながる。

【0039】

次に図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅを参照すると、本開示による例示的な接続端子３００が示されている。接続端子３００は、コンタクトプレート３０４および結線部（例えば、垂直フィン）３０８を備える。コンタクトプレート３０４は一般に平坦であり、円形（図のように）、卵形、長方形などであってよい。図のように結線部３０８は、コンタクトプレート３０４によって規定された平面に垂直方向に伸び、スルーホールまたは開口部３１２を含む。開口部３１２（図のように円形であってよい）は、図３Ｂに示されるように配線３１６の一端を受け入れるように配置される。いくつかの例では、配線３１６は開口部３１２に圧着されてよい。開口部３１２内部に配線３１６を保持し、配線３１６を接続端子３００に電気接続するために、はんだ３２０が付与される。

【0040】

接続端子３００は、コンタクトプレート３０４の上部接触面３２８に配置された１つ以上のスタンドオフまたはスペーサ（例えば、突起部）３２４を備える。例えば、図２Ｂおよび図２Ｃに示された例では、接続端子２４８とコンタクトパッド２５２との間の接触界面は実質的に平坦であり、手動はんだ付けにおいて一貫したはんだ厚さを実現することが難しい。不均一なはんだ厚さは、接続端子２４８とコンタクトパッド２５２との間の不適切な電気接続、コンタクトパッド２５２に対する接続端子２４８の傾き、厚すぎるまたは薄すぎるはんだ接合部、などを引き起こす可能性がある。本開示の原理によるスペーサ３２４は、図３Ｅに示されるように、接触面３２８とコンタクトパッド３３６との間のはんだ接合部３３２の均一で所望の厚さを確実にする。例えば、スペーサ３２４の高さは、接触面３２８とコンタクトパッド３３６との間のギャップ３４０の厚さを決定する。例えのみでは、はんだ３２０および／またははんだ接合部３３２は、スズ、銀、スズ－銀合金などを含む。

【0041】

接続端子３００は、セラミック層３４４のＣＴＥに一致する（例えば、２０％の範囲内）ように調整されたＣＴＥで構成された材料からなる。いくつかの例では、接続端子３００のＣＴＥは、セラミック層３４４のＣＴＥから５％の範囲内になるように調整される。例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄに示されるように、セラミック層２０８は、９９％以上の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などのアルミナ材料からなってよく、約７．１（例えば、＋／－０．５）のＣＴＥを有する。一方で、配線２４４および接続端子２４８は通常、約１７．２（例えば、＋／－０．５）のＣＴＥを有するほぼ１００％の銅（Ｃｕ）からなる。従って、セラミック層２０８の温度変化は、セラミック層２０８および接続端子２４８において大きく異なる膨張率をもたらし、はんだ接合部の不具合を引き起こす。反対に、本開示の原理による接続端子３００は、セラミック層３４４のＣＴＥにより近く一致する（例えば、２０％の範囲内）ＣＴＥを有する。いくつかの例では、接続端子３００のＣＴＥは、セラミック層３４４のＣＴＥから５％の範囲内になるように調整される。

【0042】

例えば、接続端子３００は、約７．２（例えば、＋／－０．５）のＣＴＥを有する銅－タングステン（Ｃｕ－Ｗ）合金を含む。例えのみでは、接続端子３００は、約８５％（例えば、＋／－５％）のタングステンおよび約１５％（例えば、＋／－５％）の銅を含む。一例では、Ｃｕ－Ｗ合金は、多孔質のタングステンマトリクス構造に溶け込んだ銅を含む。合金中の銅に対するタングステンの比率は、所望の導電率、熱伝導率、表面めっき特性およびはんだ付け特性、ならびに機械加工性を実現するように選択されてよい。さらに、合金は非磁性である。他の例では、接続端子３００は、約７．２（例えば、＋／－０．５）のＣＴＥを有するＷ－モリブデン（Ｍｏ）を含む。このようにして、セラミック層３４４および接続端子３００の熱膨張率間の差は最小になる。いくつかの例では、接続端子３００は、金属間成長を最小限にするために（例えば、銀めっきの代わりにニッケルめっきを用いて）めっきされてよい。例えば、ニッケルめっきは５．０～１０μｍの厚さを有してよい。

【0043】

従って、図３Ｅに示されるように、接続端子３００は、スペーサ３２４によって決定された所望の均一な厚さを有するはんだ接合部３３２によってコンタクトパッド３３６にはんだ付けされている。配線３１６は、ベースプレート３４８および接合層３５２を通って配索され、結線部３０８の開口部３１２の内部に圧着およびはんだ付けされる。セラミック層３４４および接続端子３００のＣＴＥ間の差は、上記のように最小であるため、はんだ３２０およびはんだ接合部３３２が曝される、熱膨張によって生じるストレスはより少なくなる。さらに、配線３１６は開口部３１２の内部に圧着されているため、配線３１６と接続端子３００との間の電気接続は、はんだ３２０の不具合の場合でも維持されうる。このように、接続端子３００の寿命、およびそれによる基板支持体の寿命は、大幅に増加する。

【0044】

図３Ｃは、接続端子３００の一例を示す。例えのみでは、図３Ｃの接続端子３００は、マクロ加熱素子２３６－１に接続するように構成されてよい。一方で、図３Ｄの接続端子３００は、マイクロ加熱素子２３６－２に接続するように構成されてよい。この例では、図３Ｄの接続端子３００は、図３Ｃの接続端子３００に対して低減した寸法（例えば、より小さい開口部３１２、より狭い幅を有する結線部３０８、より小さい直径を有するコンタクトプレート３０４など）を有してよい。いくつかの例では、図３Ｄの接続端子３００は、配線３１６のより固い圧着を可能にし、その結果低減した幅のはんだ３２０が可能になるように結線部３０８の両側に溝３５６を備える。従って、基板支持体２００は、マクロ加熱素子２３６－１に接続するための図３Ｃの接続端子３００の配列、および、マイクロ加熱素子２３６－２に接続するための図３Ｄの接続端子３００の配列を備えてよい。

【0045】

次に図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを参照すると、本開示による別の例示的な接続端子４００が示されている。接続端子４００は、コンタクトプレート４０４および結線部（例えば、筒状ソケット）４０８を備える。コンタクトプレート４０４は一般に平坦であり、円形（図のように）、卵形、長方形などであってよい。図のように結線部４０８は、コンタクトプレート４０４によって規定された平面に垂直方向に伸び、下向き開口部４１２を備える。開口部４１２（図のように円形であってよい）は、図４Ｂに示されるように、配線４１６の一端を受け入れるように配置されている。はんだ４２０は、結線部４０８の内部に配線４１６を保持し、配線４１６を接続端子４００に電気接続するために付与される。いくつかの例では、結線部４０８は配線４１６の周りに圧着されてよい。

【0046】

接続端子４００は、図３Ａで上述したスペーサ３２４に類似する１つ以上のスタンドオフまたはスペーサ（例えば、突起部）４２４を備えてよい。スペーサ４２４は、図４Ｃに示されるように、接続端子４００とコンタクトパッド４３６との間に均一で所望の厚さのはんだ接合部４３２の一部を確保する。例えのみでは、はんだ４２０および／またははんだ接合部４３２は、スズ、銀、スズ－銀合金などを含む。

【0047】

接続端子４００は、バイメタル構造を備えてよい。例えば、コンタクトプレート４０４は第１の金属または第１の金属合金を含み、結線部４０８は第２の金属または第２の金属合金を含んでよい。第１の金属および第２の金属は、異なるＣＴＥを有する。例えば、コンタクトプレート４０４の第１の金属は、セラミック層４４４のＣＴＥと一致する（例えば、いくつかの例では２０％の範囲内、他の例では５％の範囲内）ように選択された第１のＣＴＥを有する。一方で、結線部４０８の第２の金属は、配線４１６のＣＴＥと一致する（例えば、いくつかの例では２０％の範囲内、他の例では５％の範囲内）ように選択された第２のＣＴＥを有する。

【0048】

一例では、コンタクトプレート４０４は、タングステンまたはタングステン合金（例えば、少なくとも８５％のタングステンおよび１５％以下の銅）を含み、結線部は、銅または銅合金（例えば、少なくとも８５％の銅および１５％以下のタングステン）を含む。従って、コンタクトプレート４０４のＣＴＥは、コンタクトプレート４０４のＣＴＥがセラミック層４４４のＣＴＥにより近く一致する（例えば、いくつかの例では２０％の範囲内、他の例では５％の範囲内）ように、および、結線部４０８のＣＴＥが配線４１６（１００％の銅を含んでよい）のＣＴＥにより近く一致する（例えば、いくつかの例では２０％の範囲内、他の例では５％の範囲内）ように、結線部４０８のＣＴＥよりも小さい。コンタクトプレート４０４および結線部４０８のそれぞれの接触面のＣＴＥは、セラミック層４４４および配線４１６により近く一致するため、はんだ４２０およびはんだ結合部４３２の内部でストレスを引き起こす熱膨張差はさらに最小化される。

【0049】

コンタクトプレート４０４および結線部４０８は、焼結、ろう付けなどのプロセスを用いて接合されてよい。図のように、コンタクトプレート４０４および結線部４０８は、ろう付け技術を用いて接続されている。例えば、ろう付けは、ろう付け接合部に４４８よってコンタクトプレート４０４を結線部４０８に接合するのに用いられる。例えのみでは、ろう付け接合部４４８は銀（Ａｇ）からなり、２０～３０μｍの厚さを有する。一例では、まずバイメタル構造が（例えば、銀を用いてタングステン－銅合金を銅にろう付けすることで）形成され、次に接続端子４００に機械加工されてよい。別の例では、コンタクトプレート４０４および結線部４０８は別々に形成および機械加工され、それからろう付けされてよい。接続端子４００全体は、ニッケルめっきされてよい。いくつかの例では、コンタクトプレート４０４および結線部４０８は、ろう付けされる前にニッケルめっきされる。銀ろう付け接合部４４８を含む接続端子４００は、ろう付けに続いて再びニッケルめっきされてよい。

【0050】

別の例では、接続端子４００は、一定のＣＴＥ勾配（すなわち、接続端子４００のセラミック層側から配線側に向かって減少するＣＴＥ）を有する材料を含んでよい。例えば、接続端子４００は傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含んでよい。一例では、接続端子４００は傾斜機能タングステン－銅材料を含む。銅に対するタングステンの比率は、接続端子のセラミック層側から配線側に向かって減少してよい（例えば、８５：１５のタングステン：銅の比率から１００：０の銅：タングステンの比率）。傾斜機能材料が最初に形成され（例えば、ブロックとして）、次に接続端子４００に機械加工されてよい。

【0051】

図４Ａ～図４Ｃの例に記載の原理は、図３Ａ～図３Ｅの接続端子３００にも適用されてよい。例えば、接続端子３００は、バイメタル構造、ＦＧＭ構造などを備えてよい。同様に、接続端子４００の結線部４０８は、図３Ａ～図３Ｅに記載されたように、スルーホールまたは開口部３１２を含む垂直フィンとして構成されてよい。

【0052】

上述の説明は本質的に単なる例示であり、本開示、その適用、または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施することができる。よって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、以下の特許請求の範囲を検討すると他の変形が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきでない。方法における１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく異なる順番で（または、同時に）実行してよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有するように上述されているが、本開示のあらゆる実施形態に関して記載された１つ以上のこれらの特徴は、他の実施形態において、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていないとしても）実施できる。つまり、記載の実施形態は相互に排他的ではなく、１つ以上の実施形態を互いに並べ替えることは本開示の範囲内である。

【0053】

要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、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」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。上記の開示において第１の要素と第２の要素との関係が説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の要素が介在しない直接的関係でありうるが、第１の要素と第２の要素との間に（空間的または機能的に）１つ以上の介在要素が存在する間接的関係でもありうる。本明細書では、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理、ＯＲ、を用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

【0054】

いくつかの実施形態では、コントローラは、上記の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理部品（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含みうる。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、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてよい。電子機器は、システムの様々な部品または副部品を制御しうる「コントローラ」を意味してよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、プロセスガスの供給、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、高周波（ＲＦ）生成器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または、特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出など、本開示に記載のプロセスを制御するようにプログラムされてよい。

【0055】

概してコントローラは、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、ロジック、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形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達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もしくは半導体ウエハ向けに、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よい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１つ以上の層、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、ウエハダイの製造中における１つ以上の処理工程を実現するために、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よい。

【0056】

いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。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て、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査して、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工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。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、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる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。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしく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フェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク接続する１つ以上の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、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）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。

【0057】

制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。

【0058】

上述のように、ツールによって実施されるプロセス工程に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通しうる。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
基板処理システムにおける基板支持体の加熱素子のための接続端子であって、
コンタクトプレートであって、前記基板支持体のセラミック層内の前記加熱素子のコンタクトパッドと電気接続するように構成されたコンタクトプレートと、
前記コンタクトプレートから伸びる結線部であって、前記加熱素子に電力を供給するように配置された配線を受け入れ保持するように構成された結線部と、を備え、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部の少なくとも１つは、前記セラミック層の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）から２０％の範囲内である第１のＣＴＥを有する第１の材料を含む、接続端子。
適用例２：
請求項１の接続端子であって、
前記第１のＣＴＥは、前記第２のＣＴＥから５％の範囲内である、接続端子。
適用例３：
請求項１の接続端子であって、
前記第１のＣＴＥは約７．２であり、前記第２のＣＴＥは約７．１である、接続端子。
適用例４：
請求項１の接続端子であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部の各々は、前記第１の材料を含む、接続端子。
適用例５：
請求項１の接続端子であって、
前記第１の材料は、タングステン合金である、接続端子。
適用例６：
請求項１の接続端子であって、
前記第１の材料は、タングステン－銅合金である、接続端子。
適用例７：
請求項１の接続端子であって、
前記第１の材料は、約８５％のタングステンおよび１５％の銅からなるタングステン－銅合金である、接続端子。
適用例８：
請求項１の接続端子であって、
前記第１の材料は、タングステン－モリブデン合金である、接続端子。
適用例９：
請求項１の接続端子であって、
前記結線部は、前記コンタクトプレートから下向きに伸びる垂直フィンを備え、前記垂直フィンは、前記配線を受け入れるように構成された開口部を含む、接続端子。
適用例１０：
請求項１の接続端子であって、
前記結線部は、前記配線を受け入れるように構成された筒状ソケットを備える、接続端子。
適用例１１：
請求項１の接続端子であって、
前記コンタクトプレートは前記第１の材料を含み、前記結線部は、前記配線の第４のＣＴＥから２０％の範囲内の第３のＣＴＥを有する第２の材料を含む、接続端子。
適用例１２：
請求項１１の接続端子であって、
前記第１の材料はタングステン合金であり、前記第２の材料は銅である、接続端子。
適用例１３：
請求項１１の接続端子であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部はろう付けされる、接続端子。
適用例１４：
請求項１１の接続端子であって、
前記コンタクトプレートおよび前記結線部は、銀を用いてろう付けされる、接続端子。
適用例１５：
請求項１の接続端子であって、さらに、
前記コンタクトプレートの上部接触面に配置された複数のスペーサを備える、接続端子。
適用例１６：
基板処理システムにおける基板支持体の加熱素子のための接続端子であって、
コンタクトプレートであって、前記基板支持体のセラミック層内の前記加熱素子のコンタクトパッドに電気接続するように構成されたコンタクトプレートと、
前記コンタクトプレートから伸びる結線部であって、前記加熱素子に電力を供給するように配置された配線を受け入れ保持するように構成された結線部と、を備え、
前記接続端子は、前記接続端子のセラミック層側から前記接続端子の配線側に向かって熱膨張係数（ＣＴＥ）勾配を有する傾斜機能材料（ＦＧＭ）を含む、接続端子。
適用例１７：
請求項１６の接続端子であって、
前記ＦＧＭのＣＴＥは、前記接続端子の前記セラミック層側から前記接続端子の前記配線側に向かって増加する、接続端子。
適用例１８：
請求項１６の接続端子であって、
前記ＦＧＭは、前記接続端子の前記セラミック層側では第１のＣＴＥを有し、前記接続端子の前記配線側では第２のＣＴＥを有し、前記第１のＣＴＥは、前記セラミック層の第３のＣＴＥから２０％の範囲内であり、前記第２のＣＴＥは、前記配線の第４のＣＴＥから２０％の範囲内である、接続端子。
適用例１９：
請求項１６の接続端子であって、
前記ＦＧＭは、タングステン、ならびに、銅およびモリブデンの少なくとも１つを含む、接続端子。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4A】

【図4B】

【図4C】