特許7512279多重ヒータアレイを備えた静電チャックのための長寿命かつ拡張温度範囲の埋め込みダイオード設計
(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】2024-06-28
(45)【発行日】2024-07-08
(54)【発明の名称】多重ヒータアレイを備えた静電チャックのための長寿命かつ拡張温度範囲の埋め込みダイオード設計
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20240701BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240701BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240701BHJP
H05B 3/10 20060101ALI20240701BHJP
H05B 3/28 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H01L21/302 101G
H01L21/31 C
H05B3/10 A
H05B3/28
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021531901
(86)(22)【出願日】2019-12-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-26
(86)【国際出願番号】 US2019064424
(87)【国際公開番号】W WO2020117911
(87)【国際公開日】2020-06-11
【審査請求日】2022-11-30
(31)【優先権主張番号】62/776,654
(32)【優先日】2018-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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・スーユアン
【審査官】境 周一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００３／００７５７８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３００７４１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６３０７７５５（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５４８１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国登録特許第１０－０８０９９４０（ＫＲ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０５Ｂ ３／１０
Ｈ０５Ｂ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマチャンバのための基板支持体であって、ベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置された第１層であって、前記第１層は、第１電気コンタクトおよび第２電気コンタクトを有し、電気絶縁材料で形成されている、第１層と、
前記第１層内に配置された複数の加熱素子と、
前記第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードであって、前記複数のダイオードは、それぞれ、前記複数の加熱素子に直列接続されている、複数のダイオードと、
を備え、
前記複数のダイオードの各々は、対応する前記空洞内に配置された半導体材料のダイを備え、前記半導体材料は、第１熱膨張率を有し、前記ダイは、前記ダイの第１側にある第１端子および前記第１側と反対側の前記ダイの第２側にある第２端子を有し、前記ダイの前記第１側は、平面に沿って前記第１層上に配置され、前記ダイの前記第１端子は、前記第１電気コンタクトに接続されており、
前記複数のダイオードの各々について、前記対応する空洞は、さらに、導体を備え、前記導体は、前記第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、前記ダイの前記第２端子に接続された第１端部を有し、前記第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、前記平面に対して急角度で前記ダイの前記第２側から離れる第１部分を前記第１端部に隣接して有する、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、さらに、前記第１層上の前記第１および第２電気コンタクトを介して、前記複数の加熱素子の内の１素子と、前記複数の加熱素子の内の前記１素子に直列接続された前記複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える、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、さらに、前記第１層上に配置された第１表面と、前記導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備え、前記第２部分は、前記導体の前記第１部分および前記第２端部の間にある、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、前記導体は、銅、タングステン銅合金、または、タングステンモリブデン合金を含む、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、前記ダイおよび前記導体は、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている、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、前記電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、前記半導体材料は、シリコンを含む、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、前記導体は、前記導体の平坦部分に沿って伸びる１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、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、前記導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有しており、前記一部は、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、基板支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
本願は、２０１８年１２月７日出願の米国仮出願第６２／７７６，６５４号に基づく利益を主張する。上記の出願の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
本願は、２０１８年１２月７日出願の米国仮出願第６２／７７６，６５４号に基づく利益を主張する。上記の出願の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、プラズマ処理チャンバに関し、より具体的には、プラズマ処理チャンバで用いられる多重ヒータアレイを備えた静電チャックのための埋め込みダイオード設計に関する。
【背景技術】
【0003】
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
【0004】
半導体ウエハなどの基板のエッチング、蒸着、および／または、その他の処理を実行するために、基板処理システムが利用されうる。基板上で実行されうる処理の例は、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、原子層エッチング（ＡＬＥ）、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、および／または、その他のエッチング、蒸着、および、洗浄処理、を含むが、これらに限定されない。処理中、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（ペデスタル、静電チャック（ＥＳＣ）など）上に配置される。処理ガス混合物が、基板を処理するために処理チャンバに導入される。一部の例では、プラズマが、処理チャンバ内での化学反応を促進するために点火されうる。
【発明の概要】
【0005】
プラズマチャンバのための基板支持体が、平面に沿って配置されたベースプレートと、平面に沿ってベースプレート上に配置された電気絶縁材料の第１層と、平面に沿って第１層内に配置された複数の加熱素子と、第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードと、を備える。複数のダイオードは、それぞれ、複数の加熱素子に直列接続されている。複数のダイオードの各々は、空洞の内のそれぞれの空洞内に配置された半導体材料のダイを備える。半導体材料は、第１熱膨張率を有する。ダイは、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って第１層上に配置されている。ダイの第１端子は、第１層上の第１電気コンタクトに接続されている。
【0006】
複数のダイオードの各々について、空洞の内のそれぞれの空洞は、さらに、導電材料の第２層を備え、導電電材料の第２層は、第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、平面に沿ってダイの第２側上に配置された第１表面を有し、第１表面と反対側の第２表面を有し、第１表面は、ダイの第２端子に接続されている。空洞の内のそれぞれの空洞は、さらに、導体を備えており、導体は、第２熱膨張率よりも大きい第３熱膨張率を有し、第２層の第２表面に接続された第１端部を有し、第１層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部を有する。
【0007】
別の特徴において、基板支持体は、さらに、第１層上の第１および第２電気コンタクトを介して、複数の加熱素子の内の１素子と、複数の加熱素子の内の上記１素子に直列接続された複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える。
【0008】
別の特徴において、第２層は、ダイよりも小さい面積を有する。
【0009】
別の特徴において、第２層は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0010】
別の特徴において、第２層は、第２層をダイおよび導体に結合するために用いられるはんだ材料に基づいて選択された材料で被覆されている。
【0011】
別の特徴において、導体は、銅を含む。
【0012】
別の特徴において、導体は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0013】
別の特徴において、ダイ、第２層、および、導体は、シリコーン内に封入されている。
【0014】
別の特徴において、ダイ、第２層、および、導体は、エポキシ内に封入されている。
【0015】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0016】
他の複数の特徴において、導体は、所定の幅および厚さを有する平坦な導体である。導体は、導体の長さに沿って伸びる１または複数のスリットを備える。１または複数のスリットは、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0017】
さらに他の複数の特徴において、プラズマチャンバのための基板支持体が、平面に沿って配置されたベースプレートと、平面に沿ってベースプレート上に配置された電気絶縁材料の第１層と、平面に沿って第１層内に配置された複数の加熱素子と、第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードと、を備える。複数のダイオードは、それぞれ、複数の加熱素子に直列接続されている。複数のダイオードの各々は、空洞の内のそれぞれの空洞内に配置された半導体材料のダイを備える。半導体材料は、第１熱膨張率を有する。ダイは、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って第１層上に配置されている。ダイの第１端子は、第１層上の第１電気コンタクトに接続されている。
【0018】
複数のダイオードの各々について、空洞の内のそれぞれの空洞は、さらに、導体を備え、導体は、第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、ダイの第２端子に接続された第１端部を有し、第１層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、平面に対して急角度でダイの第２側から離れる第１部分を第１端部に隣接して有する。
【0019】
別の特徴において、基板支持体は、さらに、第１層上の第１および第２電気コンタクトを介して、複数の加熱素子の内の１素子と、複数の加熱素子の内の上記１素子に直列接続された複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える。
【0020】
別の特徴において、基板支持体は、さらに、平面に沿って電気絶縁材料の第１層上に配置された第１表面と、導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備えており、第２部分は、導体の第１部分および第２端部の間にある。
【0021】
別の特徴において、導体は、銅を含む。
【0022】
別の特徴において、導体は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0023】
別の特徴において、ダイおよび導体は、シリコーン内に封入されている。
【0024】
別の特徴において、ダイおよび導体は、エポキシ内に封入されている。
【0025】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0026】
他の複数の特徴において、導体は、所定の幅および厚さを有する平坦な導体である。導体は、導体の長さに沿って伸びる１または複数のスリットを備える。１または複数のスリットは、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0027】
他の複数の特徴において、導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有する。その一部は、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0028】
さらに他の複数の特徴において、プラズマチャンバのための基板支持体が、平面に沿って配置されたベースプレートと、平面に沿ってベースプレート上に配置された電気絶縁材料の第１層と、平面に沿って第１層内に配置された複数の加熱素子と、第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードと、を備える。複数のダイオードは、それぞれ、複数の加熱素子に直列接続されている。
【0029】
複数のダイオードの各々は、空洞の内のそれぞれの空洞内に配置された半導体材料のダイを備える。半導体材料は、第１熱膨張率を有する。ダイは、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って第１層上に配置されている。ダイの第１端子は、第１層上の第１電気コンタクトに接続されている。複数のダイオードの各々について、空洞の内のそれぞれの空洞は、さらに、ダイの第２端子に接続された第１端部と、第１層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部とを有するボンドワイヤを備える。
【0030】
別の特徴において、ダイおよびボンドワイヤは、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている。
【0031】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0032】
別の特徴において、基板支持体は、さらに、第１層上の第１および第２電気コンタクトを介して、複数の加熱素子の内の１素子と、複数の加熱素子の内の上記１素子に直列接続された複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える。
【0033】
さらに他の複数の特徴において、装置が、平面に沿って配置された電気絶縁材料の第１層を備える。第１層は、第１電気コンタクトと、平面に沿って第１電気コンタクトから或る距離に配置された第２電気コンタクトとを有する。装置は、さらに、ダイを備えており、ダイは、第１熱膨張率を有する半導体材料を含み、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って第１層上に配置されている。ダイの第１端子は、第１層上の第１電気コンタクトに接続されている。装置は、さらに、導電材料の第２層を備え、導電電材料の第２層は、第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、平面に沿ってダイの第２側上に配置された第１表面を有し、第１表面と反対側の第２表面を有し、第１表面は、ダイの第２端子に接続されている。装置は、さらに、導体を備えており、導体は、第２熱膨張率よりも大きい第３熱膨張率を有し、第２層の第２表面に接続された第１端部を有し、第１層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部を有する。
【0034】
別の特徴において、第２層は、ダイよりも小さい面積を有する。
【0035】
別の特徴において、第２層は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0036】
別の特徴において、第２層は、第２層をダイおよび導体に結合するために用いられるはんだ材料に基づいて選択された材料で被覆されている。
【0037】
別の特徴において、導体は、銅を含む。
【0038】
別の特徴において、導体は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0039】
別の特徴において、ダイ、第２層、および、導体は、シリコーン内に封入されている。
【0040】
別の特徴において、ダイ、第２層、および、導体は、エポキシ内に封入されている。
【0041】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0042】
他の複数の特徴において、導体は、所定の幅および厚さを有する平坦な導体である。導体は、導体の長さに沿って伸びる１または複数のスリットを備える。１または複数のスリットは、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0043】
さらに他の複数の特徴において、装置が、平面に沿って配置された電気絶縁材料の層を備える。層は、第１電気コンタクトと、平面に沿って第１電気コンタクトから或る距離に配置された第２電気コンタクトとを有する。装置は、さらに、ダイを備えており、ダイは、第１熱膨張率を有する半導体材料を含み、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って層上に配置されている。ダイの第１端子は、層上の第１電気コンタクトに接続されている。装置は、さらに、導体を備えており、導体は、第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、ダイの第２端子に接続された第１端部を有し、層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、平面に対して急角度でダイの第２側から離れる第１部分を第１端部に隣接して有する。
【0044】
別の特徴において、装置は、さらに、平面に沿って電気絶縁材料の層上に配置された第１表面と、導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備えており、第２部分は、導体の第１部分および第２端部の間にある。
【0045】
別の特徴において、導体は、銅を含む。
【0046】
別の特徴において、導体は、タングステン銅合金またはタングステンモリブデン合金を含む。
【0047】
別の特徴において、ダイおよび導体は、シリコーン内に封入されている。
【0048】
別の特徴において、ダイおよび導体は、エポキシ内に封入されている。
【0049】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0050】
他の複数の特徴において、導体は、所定の幅および厚さを有する平坦な導体である。導体は、導体の長さに沿って伸びる１または複数のスリットを備える。１または複数のスリットは、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0051】
他の複数の特徴において、導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有する。その一部は、導体の第１端部から第１距離の位置と、導体の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0052】
さらに他の複数の特徴において、装置が、平面に沿って配置された電気絶縁材料の層を備える。層は、第１電気コンタクトと、平面に沿って第１電気コンタクトから或る距離に配置された第２電気コンタクトとを有する。装置は、さらに、ダイを備えており、ダイは、半導体材料を含み、ダイの第１側にある第１端子および第１側と反対側のダイの第２側にある第２端子を有する。ダイの第１側は、平面に沿って層上に配置されている。ダイの第１端子は、層上の第１電気コンタクトに接続されている。装置は、さらに、ダイの第２端子に接続された第１端部と、層上の第２電気コンタクトに接続された第２端部とを有するボンドワイヤを備える。
【0053】
別の特徴において、ダイおよびボンドワイヤは、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている。
【0054】
他の複数の特徴において、電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、半導体材料は、シリコンを含む。
【0055】
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0056】
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
【0057】
【図1】基板処理システムの一例を示す図。
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【図7】本開示に従って、第１ダイオード設計を示す図。
【0064】
【図8】本開示に従って、第２ダイオード設計を示す図。
【0065】
【図9】本開示に従って、第３ダイオード設計を示す図。
【0066】
【図10】本開示に従って、第４ダイオード設計を示す図。
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【図14】本開示に従って、第５ダイオード設計を示す図。
【0071】
【0072】
【0073】
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0074】
以下に詳細に説明するように、プラズマチャンバ内での処理中に基板（半導体ウエハなど）の温度プロファイルを制御するために、複数のヒータ素子が、プラズマチャンバの静電チャック（ＥＳＣ）内に配置されうる。ヒータ素子の独立的な制御を可能にするために、ダイオードが、ヒータ素子と直列に接続されうる。ヒータ素子およびダイオードは、ＥＳＣ内に埋め込まれうる。一部の処理において、ダイオードは、ダイオードを故障させうる比較的高い温度に暴露される場合があり、それにより、ヒータ素子を個別に制御することができなくなりうる。本開示は、比較的高い温度に耐えることができるダイオードをＥＳＣに埋め込むための様々な新規設計に関する。
【0075】
本開示は以下のように構成されている。処理チャンバの一例が、図１に図示され説明されている。埋め込みヒータ素子およびダイオードを備えたＥＳＣが、図２および図３に図示され説明されている。 ＥＳＣで用いられるヒータ素子およびダイオードを含むアレイの概略図が、図４に図示され説明されている。ＥＳＣに埋め込まれたダイオードの一例が、図５に図示され説明されている。比較的高い温度で起こりうるダイオードの故障について、図６を参照して論じられている。ＥＳＣにダイオードを埋め込むための様々な新規設計が、図７～図１０に図示され説明されている。新規設計のさらなる図面が、図１１および図１２に示されている。新規設計は、図１３に示す表にまとめられている。ＥＳＣにダイオードを埋め込むためのさらなる新規設計の特徴が、図１４～図２１に図示され説明されている。
【0076】
図１は、基板処理システム１００の一例を示す。単に例として、基板処理システム１００は、ＲＦプラズマを用いたエッチングおよび／またはその他の適切な基板処理を実行するために用いられてよい。基板処理システム１００は、基板処理システム１００の他の構成要素を収容すると共にＲＦプラズマを閉じ込める処理チャンバ１０２を備える。基板処理チャンバ１０２は、上側電極１０４と、基板支持体１０６（静電チャック（ＥＳＣ）など）とを備える。動作中、基板１０８が、基板支持体１０６上に配置される。具体的な基板処理システム１００およびチャンバ１０２が一例として示されているが、本開示の原理は、その場でプラズマを生成する基板処理システム、（例えば、プラズマチューブ、マイクロ波チューブを用いて）遠隔プラズマ生成および供給を実施する基板処理システムなど、他のタイプの基板処理システムおよびチャンバに適用されてもよい。
【0077】
単に例として、上側電極１０４は、処理ガスを導入して分散させるガス分配装置（シャワーヘッド１０９など）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備えるステム部分を備えてよい。ベース部分は、略円筒形であり、処理チャンバの上面から離れた位置でステム部分の反対側の端部から半径方向外向きに広がる。シャワーヘッドのベース部分の基板対向面すなわちフェースプレートは、処理ガスまたはパージガスが流れる複数の穴を備える。あるいは、上側電極１０４は、導電性のプレートを備えてもよく、処理ガスは、別の方法で導入されてもよい。
【0078】
基板支持体１０６は、下側電極として機能する導電性のベースプレート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。一部の例において、セラミック層１１２は、加熱層（セラミックマルチゾーン加熱プレートなど）を備えてよい。熱抵抗層１１４（例えば、ボンド層）が、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間に配置されてよい。ベースプレート１１０は、ベースプレート１１０に冷却材を流すための１または複数の冷却材流路１１６を備えてよい。
【0079】
ＲＦ発生システム１２０が、ＲＦ電圧を生成して、上側電極１０４および下側電極（例えば、基板支持体１０６のベースプレート１１０）の一方に出力する。上側電極１０４およびベースプレート１１０のもう一方は、ＤＣ接地、ＡＣ接地されるか、または、浮遊していてよい。単に例として、ＲＦ発生システム１２０は、整合／配電ネットワーク１２４によって上側電極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。他の例において、プラズマは、誘導的にまたは遠隔で生成されてもよい。例示の目的で示すように、ＲＦ発生システム１２０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、単に例として、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／供給システムなど、他の適切なシステムで実施されてもよい。
【0080】
ガス供給システム１３０は、１または複数のガス源１３２－１、１３２－２、・・・、および、１３２－Ｎ（集合的に、ガス源１３２）を備えており、ここで、Ｎはゼロより大きい整数である。ガス源は、１または複数の前駆体およびそれら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。気化した前駆体が用いられてもよい。ガス源１３２は、バルブ１３４－１、１３４－２、・・・、および、１３４－Ｎ（集合的に、バルブ１３４）ならびにマスフローコントローラ１３６－１、１３６－２、・・・、および、１３６－Ｎ（集合的に、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。単に例として、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。
【0081】
温度コントローラ１４２が、セラミック層１１２に配置された複数の加熱素子（熱制御素子（ＴＣＥ：ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）１４４など）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における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アレイを含みうるが、これらに限定されない。温度コントローラ１４２は、複数の加熱素子１４４を制御して基板支持体１０６および基板１０８の温度を制御するために用いられる。後に詳述する本開示の原理に従って、接続端子（図１には図示せず）を介して基板支持体１０６の温度を制御するために、電流がＴＣＥ１４４へ供給される。
【0082】
温度コントローラ１４２は、流路１１６を通る冷却材の流れを制御するための冷却材アセンブリ１４６と連通してよい。例えば、冷却材アセンブリ１４６は、冷却材ポンプおよびリザーバを備えてよい。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を通して冷却材を選択的に流すように、冷却材アセンブリ１４６を作動させる。
【0083】
バルブ１５０およびポンプ１５２が、処理チャンバ１０２から反応物質を排出するために用いられてよい。システムコントローラ１６０が、基板処理システム１００の構成要素を制御するために用いられてよい。ロボット１７０が、基板支持体１０６上へ基板を供給すると共に、基板支持体１０６から基板を除去するために用いられてよい。例えば、ロボット１７０は、基板支持体１０６とロードロック１７２との間で基板を搬送してよい。別個のコントローラとして示しているが、温度コントローラ１４２は、システムコントローラ１６０内に実装されてもよい。一部の例において、保護シール１７６が、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間のボンド層１１４の周囲に提供されてもよい。
【0084】
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、上部リングに対応してよく、上部リングは、底部リング１８４によって支持されてよい。いくつかの例において、エッジリング１８０は、以下で詳述するように、中間リング（図１には図示せず）、セラミック層１１２の段付き部分など、の内の１または複数によってさらに支持されてもよい。本開示の原理に従ったエッジリング１８０は、基板１０８に対して移動可能（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、アクチュエータを介して制御されてよい。いくつかの例において、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、調整可能なエッジリングであってよい）。別の例において、エッジリング１８０は、（例えば、処理チャンバ１０２が真空下にある状態で、ロボット１７０を用いて、エアロックを介して）取り外し可能であってよい。さらに別の例において、エッジリング１８０は、調整可能かつ取り外し可能であってもよい。
【0085】
図２は、基板支持体２００の簡単な例を示す。基板支持体２００は、セラミック層２０８を支持するよう構成されたベースプレート２０４を備える。セラミック層２０８は、処理中に基板２２０を支持するよう構成されている。ベースプレート２０４は、ベースプレート２０４に冷却材を流すための１または複数の冷却材流路２２８を備えてよい。
【0086】
セラミック層２０８は、基板２２０の処理中のセラミック層２０８の温度について、バルクラジアル調整を行うための複数のゾーンヒータ（マクロヒータとも呼ばれる）２３０と、非ラジアル調整を行うためのダイバイダイ・ヒータ（マイクロヒータとも呼ばれる）２３２のグリッドと、を備える。ゾーンヒータ２３０は、セラミック層２０８のそれぞれのゾーンの温度を粗制御するために独立的に制御可能である。ダイバイダイ・ヒータ２３２は、セラミック層２０８の複数のゾーンにわたって分散されており、温度の不均一性などを補償するように、セラミック層２０８内の特定の位置における温度を微制御するために個別に制御されうる。
【0087】
ダイバイダイ・ヒータ２３２は、図３および図４を参照して後に説明するように、局所的かつ動的な温度調整を提供するために、独立的に制御可能である。ヒータ２３０および２３２は、本開示を通して集合的にヒータ素子と呼ばれている。これらのヒータ素子は、計測フィードバックに基づいてクリティカルディメンション（ＣＤ）不均一性を微調整することを可能にする。回路基板（例えば、配電基板）２４０が、これらの加熱素子へ電力（例えば、ＡＣ電力、パルス幅変調ＤＣ電力など）を供給するために、ベースプレート２０４の中、または、ベースプレート２０４の底面に隣接して、埋め込まれている。
【0088】
図３は、図２に示した基板支持体２００と同様の基板支持体３００の簡単な例をさらに詳細に示す。基板支持体３００は、セラミック層３０８を支持するよう構成されたベースプレート３０４を備える。セラミック層３０８は、処理中に基板（例えば、図２に示した基板２２０）を支持するよう構成されている。セラミック層３０８は、電圧（例えば、Ｖ－Ｃｌａｍｐ）がクランプ電極３１４に印加された時に処理中の基板を静電的にクランプするために、ランプ電極３１４を備える。遮熱層３１６（例えば、適切な結合材料を含むボンド層）が、セラミック層３０８をベースプレート３０４に結合している。ベースプレート３０４は、ベースプレート３０４に冷却材を流すための１または複数の冷却材流路３２８を備えてよい。
【0089】
図の例において、セラミック層３０８は、複数の層を備える。いくつかの実施例において、複数の層はすべて、セラミック材料を含んでよい。いくつかの実施例において、クランプ電極３１４を備えた層は、セラミック材料を含んでよく、その他の層は、その他の適切な電気絶縁材料を含んでよい。セラミック層３０８のための多くのその他の構成および材料組成が想定される。
【0090】
複数のヒータ素子３２０が、セラミック層３０８内に配置されている。ダイオード３３０が、各ヒータ素子３２０と直列に接続されている。複数のダイオード３３０は、セラミック層３０８の底部付近に（すなわち、遮熱層３１６の近くに）埋め込まれている。ダイオード３３０をさらに詳細に図示するために、点線の楕円領域３５０の拡大図を図５に示す。回路基板（例えば、図２に示した要素２４０と同様の配電基板）が、電力供給ラインおよび電力帰還ライン（図面を通して、それぞれ、ＳおよびＲとして示されている）を介して、加熱素子３２０へ電力（例えば、ＡＣ電力、パルス幅変調ＤＣ電力、など）を供給するために、ベースプレート３０４の中、または、ベースプレート３０４の底面に隣接して埋め込まれている。
【0091】
各ヒータ素子３２０は、回路基板に接続された１つの電力供給ラインおよび１つの電力帰還ラインに接続されている。２つのヒータ素子３２０が、同じペアの電力供給ラインおよび電力帰還ラインを共有することはない。回路基板内に適切な電気スイッチ構成を提供することにより、或るペアの電力供給ラインおよび電力帰還ラインに接続された１つのヒータ素子３２０のみが給電されるように、このペアの電力ラインを電源に接続することができる。各ヒータ素子３２０の加熱電力の時間平均が、回路基板において時分割多重化を用いることによって個別に調整されうる。
【0092】
図４は、ヒータ素子３２０およびダイオード３３０を備えたヒータマトリクス４００の概略図を示す。ダイオード３３０をヒータ素子３２０と直列に接続することで、パッシブヒータマトリクスアドレッシングが可能になり、これは、ヒータ素子３２０の独立制御がセラミック層３０８の微細な局所的温度制御を提供することを可能にする。ヒータ素子と帰還ラインとの間でヒータ素子３２０の帰還側にある複数のダイオード３３０は、すべての他のヒータ素子を通しての電流の逆流を遮断して、アクティブなヒータ素子のみが給電されることを保証する。コントローラ４０２（例えば、図２に示した回路基板２４０）が、選択されたヒータ素子３２０に電源４０８からの電力が供給されるように、ヒータ素子３２０の１つを選択するために、マルチプレクサ４０４および４０６を制御する。
【0093】
ＥＳＣセラミック（例えば、セラミック層３０８）に埋め込まれたダイオードは、ダイオードがパッシブヒータマトリクスの対処を可能にするので、ＥＳＣヒータアレイ（例えば、ヒータ素子３２０）の独立制御の実現を可能にする。ダイオードが、ヒータ素子と帰還ラインとの間でヒータ素子の帰還側に配置されることで、すべての他のヒータ素子を通しての電流の逆流を遮断して、アクティブなヒータ素子のみが給電されることを保証している。ＥＳＣセラミックの内部において、ダイオードは、ＥＳＣセラミックの底部付近のポッティング材料を充填されたセラミックの空洞内に埋め込まれている。ダイオードは、典型的には、ベアシリコンダイの形態であり、ダイの各側にカソードおよびアノードを備える。ダイのカソード（底面）は、はんだ付けによって直接セラミック層上の金属化コンタクトに結合されている。ダイのアノード（上面）は、はんだによって金属コネクタに結合されている。金属コネクタは、ダイと相互接続コンタクトパッドとの間をつなぐ。カソードおよびアノードは両方とも、帰還ラインと同じ層にあるビアコンタクトに結合されている。
【0094】
図５は、図３に示した点線の楕円領域３５０の拡大図であり、ダイオード３３０をさらに詳細に示す。ダイオード３３０は、ベアシリコンダイ５００を備える。ダイ５００は、Ｐ型およびＮ型ドープシリコンを備える。ダイ５００は、セラミック層３０８（図３に示した）内のポッティング材料５０２を充填されたセラミック層３０８（図３に示した）における空洞の中に配置されている。ポッティング材料５０２は、一般に、シリコーンを含む。ダイオード３３０のカソード（Ｋ）およびアノード（Ａ）は、帰還ラインと同じ層にあるセラミック層３０８のビアコンタクトに結合されている。
【0095】
カソードＫは、はんだ材料５０４によってセラミック層３０８上の金属化コンタクトに直接結合されている。アノードＡは、ダイと相互接続コンタクトパッドとの間をつなぐ金属（例えば、銅）ストラップコネクタ５０６にはんだ材料５０８によって結合されている。具体的には、アノードＡは、はんだ材料５０８によって金属ストラップコネクタ５０６の第１端部５０６－１に結合されている。金属ストラップコネクタ５０６の第２端部５０６－２は、はんだ材料５１０によってセラミック層３０８上の相互接続コンタクトパッドに結合されている。ビア５１２が、はんだ材料５０４を介して電力帰還ラインＲにカソードＫを接続している。ビア５１４が、金属ストラップコネクタ５０６ならびにはんだ材料５１０および５０８を介して加熱素子（例えば、図４に示した加熱素子３２０）の第１端部にアノードＡを接続している。加熱素子の第２端部は、（図４に示すように）電力供給ラインＳに接続されている。
【0096】
図６は、図５を垂直軸の周りに１８０度回転した図６００を示す。この向きは、後続の図で図示および説明される設計の議論を容易にするために提示されている。図６は、すべての点で図５と同一であるので、図６の説明は不必要であり、簡単のために省略する。
【0097】
図３～図６に示したダイオード設計は、０から６０～７０℃の処理レシピ温度範囲に対して、かつ、Ｔｍａｘ、ｍｉｎ＝－２０℃，１２０℃のチャック（またはセラミック）温度範囲に対して、確実に機能する。しかしながら、いくつかの新しい重要なエッチング処理（例えば、ホウ素ドープ炭素エッチング）は、１７５℃以上に至る広範囲の高いチャック（セラミック）温度と、相対的極端かつ広い処理レシピ温度範囲（～１４０℃）と、を必要とする。図３～図６に示した設計によるダイオードは、これらの広範囲の動作温度条件に耐えることができず、かかる動作温度条件は、過度のチャック（セラミック）温度と、異なる処理中の循環的な温度変動とにより、ダイオードに過度の熱応力および疲労を与える。そのため、ダイオードは、早い時期に故障する傾向にあり、結果として、永久的かつ全体的なＥＳＣの故障につながる。埋め込みダイオードの設計を改善できる先進的な熱応力抑制技術がなければ、これらの新しいエッチング処理中に確実に動作しうるＥＳＣを量産することは不可能である。
【0098】
具体的には、金属（例えば、銅）ストラップコネクタ、リフローはんだ付け、および、シリコーンベースの封止ポリマを用いて、埋め込みダイオードパッケージ（図３～図６に図示）を形成することが、０から６０～７０℃の処理レシピ温度範囲およびＴｍａｘ，ｍｉｎ＝－２０℃，１２０℃のチャック（セラミック）温度範囲に対して良好に機能する。しかしながら、この設計は、１４０℃を超える範囲まで処理動作温度範囲を大幅に拡大した時、および、チャック（セラミック）温度範囲をＴｍａｘ、ｍｉｎ＝－６０℃，１７６℃に大幅に拡大した時に、ＥＳＣの寿命およびツールの能力に問題を引き起こす。これらの拡大された温度範囲では、上記の設計は、早期のダイオード短絡故障を引き起こす。一般に、上記のダイオード設計は、特定の閾値処理レシピ温度範囲まで、および、特定の閾値チャック（セラミック）温度範囲までは、良好に機能する。上記のダイオード設計は、これらの閾値を超えると故障する。
【0099】
故障は、ダイオードのアノード側の電気接続付近のシリコンダイオードダイの亀裂によって引き起こされる。亀裂は、主に、異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有する複数の材料がダイオードのベアダイアノード界面に存在することにより発生する（例えば、シリコンのＣＴＥは３．４ｐｐｍ／℃であり、銅のＣＴＥは１７．２ｐｐｍ／℃である）。シリコンダイオードベアダイと銅ストラップコネクタとの間のＣＴＥの不一致が、ダイオードの上部側の電極に過剰なひずみ／応力を引き起こす。
【0100】
図６に示すように、比較的高い温度（例えば、上記の閾値より高い温度）では、アノードと、アノード付近の銅ストラップコネクタの直線部分６０２とが、毛細管を形成し、そこを通って、リフローはんだが、下向き矢印で示すようにダイオードの縁部に到達する。さらに、シリコンは、脆い材料であり、様々な新しい処理レシピ（例えば、ホウ素ドープ炭素エッチングなど）で必要とされる大きい循環的な温度条件下では、過度のひずみ／応力に耐えることができない。
【0101】
ダイオードは、早期に故障する。ダイオードの故障は、永久的なＥＳＣの故障を引き起こす。ダイオードの故障後にＥＳＣを修理または新たに提供することはできないので、早期の故障では、保証期間中の交換が必要になる。ダイオードの故障は、ロバストな故障検出メカニズムがないことにより、ＥＳＣの熱暴走および潜在的な量産ウエハの廃棄を引き起こす。そのため、上記のダイオード設計を備えたツールは、新しいエッチング用途（例えば、ホウ素ドープ炭素エッチング）には利用できない。
【0102】
本開示は、シリコンダイオードのベアダイの周りの局所的な熱応力を低減する様々なダイオード設計を提供する。これらのダイオード設計によれば、以下で詳細に説明するように、上記のダイオード設計よりも寿命および動作温度範囲が大幅に増大する。これらのダイオード設計は、ＥＳＣの信頼性を損なわずに大幅に拡大した動作温度ウィンドウをもたらすだけでなく、コストおよび製造処理への影響が最小限である。
【0103】
図７は、本開示に従って、第１ダイオード設計７００を示す。設計７００では、薄いプレート７０２が、シリコンダイ７０４と金属ストラップコネクタ７０６との間に挿入されている。薄いプレート７０２は、シリコンダイ７０４で用いられるシリコンのＣＴＥと、金属ストラップコネクタ７０６に用いられる金属（例えば、銅）のＣＴＥとの中間のＣＴＥを有する材料を含む。
【0104】
薄いプレート７０２は、シリコンダイ７０４と金属ストラップコネクタ７０６との間のＣＴＥの不一致を緩和する。薄いプレート７０２は、比較的高い導電率および熱伝導率を有する材料を含んでよい。例えば、薄いプレート７０２は、Ｗ－Ｃｕプレート（ＣＴＥ ７．２ｐｐｍ／℃）、Ｗ－Ｍｏプレート、または、同様の材料（すなわち、シリコンおよび銅のＣＴＥの中間のＣＴＥを有する材料）のプレートを含みうる。薄いプレート７０２の厚さは、薄いプレート７０２が金属ストラップコネクタ７０６のための支持を提供できるが、比較的高い電気抵抗を示さないような厚さでありうる。薄いプレート７０２の面積は、シリコンダイ７０４のメタライゼーション面積より小さくてよい。
【0105】
さらに、薄いプレート７０２は、薄いプレート７０２をシリコンダイ７０４および金属ストラップコネクタ７０６に結合させるために用いられるはんだ材料７１０への結合に適した材料のめっきを備えてよい（すなわち、めっきで被覆されてよい）。例えば、薄いプレート７０２は、Ｎｉめっきを備えてよい（すなわち、被覆されてよい）。
【0106】
金属ストラップコネクタ７０６は、シリコンダイ７０４および薄いプレート７０２を含むスタックの高さに合わせて設計されている。また、この構造は、ダイオードの故障を防ぐ、はんだ材料７１０がシリコンダイ７０４の縁部に到達するのを防ぐことによって高温での高熱応力点の形成を回避する。この構造は、図３～図６に示したダイオード設計と同様のシリコーン内に封入されている。すなわち、設計７００で用いられるポッティング材料またはレジンは、シリコーンである。
【0107】
製造の観点からは、薄いプレート７０２およびシリコンダイ７０４は、同じ自動製造装置を用いて予め組み立てられ、はんだ付けされることができるため、手動操作を排除すると共に簡単な製造処理を用いることで製造のばらつきおよびコストが低減される。
【0108】
図８は、本開示に従って、第２ダイオード設計８００を示す。設計８００において、図７に示した薄いプレート７０２は利用されない。その代わり、設計８００は、金属ストラップコネクタの設計が異なる点で、図３～図６に示した設計と異なる。具体的には、設計８００は、図３～図６に示した設計で用いられる金属ストラップコネクタよりも厚さを削減した薄い金属ストラップコネクタ８０２を用いる。さらに、金属ストラップコネクタ８０２は、図に示して以下で説明するように、金属ストラップコネクタ８０２を曲げることによって得られる最適な形状を有する。金属ストラップコネクタ８０２のサイズおよび形状は、ダイオードに対する熱応力を低減するために、さらなる柔軟性を提供する。
【0109】
具体的には、金属ストラップコネクタ８０２は、曲げられており、図３～図６に示した設計で用いられる金属ストラップコネクタよりも薄い。より具体的には、金属ストラップコネクタ８０２は、金属ストラップコネクタ８０２が８０４で示すように急角度でシリコンダイ８０６の平面から離れるように曲げられている。その後、金属ストラップコネクタ８０２は、８０８で示すように急角度でシリコンダイ８０６の平面に向かって再び曲げられ、次いで、８１０で示すように急角度でシリコンダイ８０６の平面から離れるようにさらに曲げられている。金属ストラップコネクタ８０２の曲がった形状は、金属ストラップコネクタ８０２の柔軟性を高め、矢印８１６によって示されるようにシリコンダイ８０６の平面に垂直な方向の応力に対処する金属ストラップコネクタ８０２の能力を向上させる。
【0110】
さらに、設計８００において、金属ストラップコネクタ８０２は、金属ストラップコネクタ８０２が８０４で示すように急角度でシリコンダイ８０６の平面から離れるように曲げられているので、アノードにおけるシリコンダイ８０６と金属ストラップコネクタ８０２との間の毛細管の形成がない。そのため、金属ストラップコネクタ８０２をシリコンダイ８０６に接続するはんだ材料８１２は、高温でシリコンダイ８０６の縁部に到達することがない。
【0111】
したがって、金属ストラップコネクタ８０２の曲がった設計は、シリコンダイ８０６の縁部にはんだ材料８１２が到達するのを防ぐことによって、高温での高熱応力点の形成を防止する。これは、高温でのダイオードの故障を防止する。この構造は、図３～図６に示した設計と同様のシリコーン内に封入されている。すなわち、設計８００で用いられるポッティング材料またはレジンは、シリコーンである。
【0112】
【0113】
図９は、本開示に従って、第３ダイオード設計９００を示す。設計９００は、設計９００の構造が図３～図６に示したシリコーンの代わりにエポキシに封入されていることを除けば、図８に示した設計８００と同様である。すなわち、設計９００で用いられるポッティング材料またはレジンは、シリコーンの代わりにエポキシである。エポキシベースのポッティング材料は、比較的低いＣＴＥを有し、シリコンダイ９０２と金属ストラップコネクタ９０４を形成するために用いられる金属（例えば、銅）との間のＣＴＥの不一致を緩和し、これがダイオードの故障を防ぐ。
【0114】
図１０は、本開示に従って、第４ダイオード設計１０００を示す。設計１０００は、図７～図９に示した設計の特徴を併せ持つ。具体的には、設計１０００は、図 ７に図示して説明した薄いプレート７０２と同様の薄いプレート１００２を用いる。 さらに、設計１０００は、図９に図示して説明したエポキシベースのポッティング材料を用いる。さらに、図示しないが、設計１０００は、図８および図９に図示して説明した金属ストラップコネクタと同様の曲がった金属ストラップコネクタを追加的に利用できる。
【0115】
図１１は、図７に示した設計７００の上面図１１００である。図１２は、図８および図９に示した設計８００および９００の上面図１２００である。図１３は、図３～図９に示した設計の特徴の概要を含む表１３００である。
【0116】
図１４は、本開示に従って、第５ダイオード設計１４００を示す。設計１４００において、金属ストラップコネクタ１４０２は、金属ストラップコネクタ８０２が図８に８０４で示すように曲げられ、図８を参照して説明した利点を提供するのと同様に１４０４で曲げられている。さらに、比較的低いＣＴＥ材料（例えば、セラミック）が、金属ストラップコネクタ１４０２の下に配置されたスタンドオフすなわち支持体１４０６として用いられている。したがって、金属ストラップコネクタ１４０２の上部だけが、ポッティング材料（シリコーンまたはエポキシ）に封入されている。いくつかの実施例において、セラミック層１４０８自体が、スタンドオフすなわち支持体１４０６を形成するように拡張されてもよい。スタンドオフすなわち支持体１４０６は、セラミック層１４０８からポッティング材料に向かう方向の金属ストラップコネクタ１４０２に対する熱応力を低減する。図示されていないが、スタンドオフすなわち支持体１４０６は、図５～図１２に示したダイオード設計で用いられてもよい。
【0117】
いくつかの実施例において、図７～図１４に示した金属ストラップコネクタは、図７に示した薄いプレート７０２を形成するために用いた材料など、比較的低いＣＴＥの材料で形成されてよい。例えば、図７～図１４に示した金属ストラップコネクタを形成するために用いられる低ＣＴＥ材料は、Ｗ－Ｃｕ、Ｗ－Ｍｏ、または、同様の合金を含んでよい。
【0118】
図１５および図１６は、いくつかの実施例において、金属ストラップコネクタの代わりにワイヤボンディングを利用できることを示している。図１５は、シリコンダイ１５０４のアノードを電力帰還ラインＲに接続するために用いられるボンディングワイヤ１５０２を含む第６設計１５００を示す。図１６は、シリコンダイ１６０４のアノードを電力帰還ラインＲに接続するために用いられる複数のボンディングワイヤ１６０２を示す設計１５００の上面図１６００である。封入またはポッティング材料は、シリコーンまたはエポキシであってよい。この設計は、シリコンダイ１６０４の縁部へのはんだリフローの機会を大幅に削減する（すなわち、はんだリフローがほぼ存在しない）ので、高温でのダイオードに対する熱応力を大幅に低減する。さらに、複数のボンディングワイヤを用いることで、高温での柔軟性が高まり、シリコンダイ１６０４上の局所的な熱応力が低減される。
【0119】
図１７～図２１は、金属ストラップコネクタの柔軟性を高めることでダイオードに対する局所的な熱応力を低減する金属ストラップコネクタの最適な形状のさらなる例を示す。これらの最適な形状は、金属ストラップコネクタにシリコンダイを結合するはんだ材料が、シリコンダイの縁部に到達して、高温で亀裂が始まりうる高応力点を形成するのを防ぐ。これらの最適な形状は、図５～図１４に示したダイオード設計で用いられてよい。
【0120】
図１７は、１または複数のスリット１７０２を備えた金属ストラップコネクタ１７００を示す上面図である。１または複数のスリット１７０２は、高温での柔軟性を高め、ダイオードに対する局所的な熱応力を低減する。１または複数のスリット１７０２は、金属ストラップコネクタ１７００の長さに沿って伸びている。１または複数のスリット１７０２は、金属ストラップコネクタ１７００の第１端部から第１距離の位置と、金属ストラップコネクタ１７００の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0121】
図１８は、Ｓ字型金属ストラップコネクタ１８００を示す上面図である。金属ストラップコネクタ１８００の一部だけが、Ｓ字型になっている。Ｓ字型部分は、金属ストラップコネクタ１８００の長さに沿って伸びている。Ｓ字型部分は、金属ストラップコネクタ１８００の第１端部から第１距離の位置と、金属ストラップコネクタ１８００の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0122】
図１９は、波型金属ストラップコネクタ１９００を示す上面図である。波型部分は、金属ストラップコネクタ１９００の長さに沿って伸びている。波型部分は、金属ストラップコネクタ１９００の第１端部から第１距離の位置と、金属ストラップコネクタ１９００の第２端部から第２距離の位置と、を終端とする。
【0123】
【0124】
一般に、最適な形状を備えた金属ストラップコネクタの利用は、はんだ材料がベアシリコンダイの機械的な弱点に到達するのを防ぐすることにより、（亀裂の開始位置としての）シリコンダイ表面上の高応力点の形成を防ぐ。金属ストラップコネクタの形状は、はんだ層のリフロープロファイルを制御し、製造のばらつきを低減し、予測される構成要素の寿命を達成するために利用できる。
【0125】
本明細書で開示されている様々なダイオード設計は、基板支持体にダイオードのみを実装することに限定されないことに注意されたい。むしろ、これらの設計は、基板支持体セラミックアセンブリに埋め込まれた任意の半導体ベアダイ構成要素を実装するために拡張可能である。半導体ベアダイ構成要素の例は、ダイオード、トランジスタ、固体センサなどを含む。
【0126】
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。方法に含まれる１または複数の工程が、本開示の原理を改変することなく、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記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
【0127】
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味する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」という意味であると解釈されるべきではない。
【0128】
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。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、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、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、高周波（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、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【0129】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、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、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、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または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。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）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１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、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理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。
【0130】
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。
【0131】
いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（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）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力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備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。一部の例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。
【0132】
したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【0133】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着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、金属メッキ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、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（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、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【0134】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、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、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。本開示は以下の形態として実現可能である。
［形態１］
プラズマチャンバのための基板支持体であって、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置された第１層であって、前記第１層は、第１電気コンタクトおよび第２電気コンタクトを有し、電気絶縁材料で形成されている、第１層と、
前記第１層内に配置された複数の加熱素子と、
前記第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードであって、前記複数のダイオードは、それぞれ、前記複数の加熱素子に直列接続されている、複数のダイオードと、
を備え、
前記複数のダイオードの各々は、対応する前記空洞内に配置された半導体材料のダイを備え、前記半導体材料は、第１熱膨張率を有し、前記ダイは、前記ダイの第１側にある第１端子および前記第１側と反対側の前記ダイの第２側にある第２端子を有し、前記ダイの前記第１側は、平面に沿って前記第１層上に配置され、前記ダイの前記第１端子は、前記第１電気コンタクトに接続されており、
前記複数のダイオードの各々について、前記対応する空洞は、さらに、導体を備え、前記導体は、前記第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、前記ダイの前記第２端子に接続された第１端部を有し、前記第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、前記平面に対して急角度で前記ダイの前記第２側から離れる第１部分を前記第１端部に隣接して有する、基板支持体。
［形態２］
形態１に記載の基板支持体であって、さらに、前記第１層上の前記第１および第２電気コンタクトを介して、前記複数の加熱素子の内の１素子と、前記複数の加熱素子の内の前記１素子に直列接続された前記複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える、基板支持体。
［形態３］
形態１に記載の基板支持体であって、さらに、前記第１層上に配置された第１表面と、前記導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備え、前記第２部分は、前記導体の前記第１部分および前記第２端部の間にある、基板支持体。
［形態４］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体は、銅、タングステン銅合金、または、タングステンモリブデン合金を含む、基板支持体。
［形態５］
形態１に記載の基板支持体であって、前記ダイおよび前記導体は、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている、基板支持体。
［形態６］
形態１に記載の基板支持体であって、前記電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、前記半導体材料は、シリコンを含む、基板支持体。
［形態７］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体は、前記導体の平坦部分に沿って伸びる１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、基板支持体。
［形態８］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有しており、前記一部は、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、基板支持体。
［形態９］
装置であって、
第１電気コンタクトと、前記第１電気コンタクトから或る距離に配置された第２電気コンタクトとを有する層であって、前記層は、電気絶縁材料で形成されている、層と、
第１熱膨張率を有する半導体材料を含むダイであって、前記ダイは、前記ダイの第１側にある第１端子および前記第１側と反対側の前記ダイの第２側にある第２端子を有し、前記ダイの前記第１側は、平面に沿って前記層上に配置され、前記ダイの前記第１端子は、前記第１電気コンタクトに接続されている、ダイと、
前記第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、前記ダイの前記第２端子に接続された第１端部を有し、前記第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、前記平面に対して急角度で前記ダイの前記第２側から離れる第１部分を前記第１端部に隣接して有する導体と、
を備える、装置。
［形態１０］
形態９に記載の装置であって、さらに、前記層上に配置された第１表面と、前記導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備え、前記第２部分は、前記導体の前記第１部分および前記第２端部の間にある、装置。
［形態１１］
形態９に記載の装置であって、前記導体は、銅、タングステン銅合金、または、タングステンモリブデン合金を含む、装置。
［形態１２］
形態９に記載の装置であって、前記ダイおよび前記導体は、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている、装置。
［形態１３］
形態９に記載の装置であって、前記電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、前記半導体材料は、シリコンを含む、装置。
［形態１４］
形態９に記載の装置であって、前記導体は、前記導体の平坦部分に沿って伸びる１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、装置。
［形態１５］
形態９に記載の装置であって、前記導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有しており、前記一部は、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、装置。
［形態１］
プラズマチャンバのための基板支持体であって、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置された第１層であって、前記第１層は、第１電気コンタクトおよび第２電気コンタクトを有し、電気絶縁材料で形成されている、第１層と、
前記第１層内に配置された複数の加熱素子と、
前記第１層内のそれぞれの空洞内に配置された複数のダイオードであって、前記複数のダイオードは、それぞれ、前記複数の加熱素子に直列接続されている、複数のダイオードと、
を備え、
前記複数のダイオードの各々は、対応する前記空洞内に配置された半導体材料のダイを備え、前記半導体材料は、第１熱膨張率を有し、前記ダイは、前記ダイの第１側にある第１端子および前記第１側と反対側の前記ダイの第２側にある第２端子を有し、前記ダイの前記第１側は、平面に沿って前記第１層上に配置され、前記ダイの前記第１端子は、前記第１電気コンタクトに接続されており、
前記複数のダイオードの各々について、前記対応する空洞は、さらに、導体を備え、前記導体は、前記第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、前記ダイの前記第２端子に接続された第１端部を有し、前記第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、前記平面に対して急角度で前記ダイの前記第２側から離れる第１部分を前記第１端部に隣接して有する、基板支持体。
［形態２］
形態１に記載の基板支持体であって、さらに、前記第１層上の前記第１および第２電気コンタクトを介して、前記複数の加熱素子の内の１素子と、前記複数の加熱素子の内の前記１素子に直列接続された前記複数のダイオードの内の１ダイオードとに、電力を供給するよう構成された回路を備える、基板支持体。
［形態３］
形態１に記載の基板支持体であって、さらに、前記第１層上に配置された第１表面と、前記導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備え、前記第２部分は、前記導体の前記第１部分および前記第２端部の間にある、基板支持体。
［形態４］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体は、銅、タングステン銅合金、または、タングステンモリブデン合金を含む、基板支持体。
［形態５］
形態１に記載の基板支持体であって、前記ダイおよび前記導体は、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている、基板支持体。
［形態６］
形態１に記載の基板支持体であって、前記電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、前記半導体材料は、シリコンを含む、基板支持体。
［形態７］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体は、前記導体の平坦部分に沿って伸びる１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、基板支持体。
［形態８］
形態１に記載の基板支持体であって、前記導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有しており、前記一部は、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、基板支持体。
［形態９］
装置であって、
第１電気コンタクトと、前記第１電気コンタクトから或る距離に配置された第２電気コンタクトとを有する層であって、前記層は、電気絶縁材料で形成されている、層と、
第１熱膨張率を有する半導体材料を含むダイであって、前記ダイは、前記ダイの第１側にある第１端子および前記第１側と反対側の前記ダイの第２側にある第２端子を有し、前記ダイの前記第１側は、平面に沿って前記層上に配置され、前記ダイの前記第１端子は、前記第１電気コンタクトに接続されている、ダイと、
前記第１熱膨張率よりも大きい第２熱膨張率を有し、前記ダイの前記第２端子に接続された第１端部を有し、前記第２電気コンタクトに接続された第２端部を有し、前記平面に対して急角度で前記ダイの前記第２側から離れる第１部分を前記第１端部に隣接して有する導体と、
を備える、装置。
［形態１０］
形態９に記載の装置であって、さらに、前記層上に配置された第１表面と、前記導体の第２部分が上に配置される第２表面とを有する支持体を備え、前記第２部分は、前記導体の前記第１部分および前記第２端部の間にある、装置。
［形態１１］
形態９に記載の装置であって、前記導体は、銅、タングステン銅合金、または、タングステンモリブデン合金を含む、装置。
［形態１２］
形態９に記載の装置であって、前記ダイおよび前記導体は、シリコーンまたはエポキシ内に封入されている、装置。
［形態１３］
形態９に記載の装置であって、前記電気絶縁材料は、セラミック材料を含み、前記半導体材料は、シリコンを含む、装置。
［形態１４］
形態９に記載の装置であって、前記導体は、前記導体の平坦部分に沿って伸びる１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、装置。
［形態１５］
形態９に記載の装置であって、前記導体の一部が、蛇行した形状または波型の形状を有しており、前記一部は、前記導体の前記第１端部から第１距離の位置と、前記導体の前記第２端部から第２距離の位置と、を終端とする、装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】