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(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】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】極低温静電チャック
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20241016BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H01L21/302 101G
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2022516003
(86)(22)【出願日】2020-08-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-16
(86)【国際出願番号】 US2020047244
(87)【国際公開番号】W WO2021055134
(87)【国際公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-05-02
(31)【優先権主張番号】62/900,810
(32)【優先日】2019-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】サロード ヴィシュワナート， ヨガナンダ
(72)【発明者】
【氏名】ババヤン， スティーヴン イー．
(72)【発明者】
【氏名】プローティ， スティーヴン ドナルド
(72)【発明者】
【氏名】ガルシア デ ゴロルド， アルバロ
(72)【発明者】
【氏名】シュミット， アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】ヌージャイム， アンドリュー アントワン
【審査官】杢 哲次
(56)【参考文献】
【文献】特開平４－１９６５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平６－１８２６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－９２２６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２２３６２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－１６７７９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００９１１０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０６７７８５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／２２１６３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００４－５２５５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平７－１３０８３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２１９３５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持表面および前記支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する、ＥＳＣと、ＥＳＣベースアセンブリの温度を維持するためのベース流体を流すように構成されたベースチャネルが中に配置され、前記ＥＳＣに結合されたＥＳＣベースアセンブリと、
設備プレートの温度を所定の周囲温度に維持するための設備流体を流すように構成された設備チャネルが中に配置された設備プレートであって、プレート部分および壁部分を備え、前記プレート部分が前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分の上面がシールアセンブリを使用して前記ＥＳＣに結合される、設備プレートと、
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および前記シールアセンブリによって画定される真空領域と
を備える、極低温温度で動作可能な基板支持アセンブリ。
【請求項2】
前記設備プレートに結合された絶縁体プレートと、前記絶縁体プレートに結合された接地プレートと、をさらに備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項3】
前記ＥＳＣベースアセンブリが結合層を使用して前記ＥＳＣに固定される、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項4】
前記ＥＳＣがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および／または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）含有材料を含む、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項5】
前記ＥＳＣベースアセンブリが前記ＥＳＣの熱膨張係数と整合する材料を含む、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項6】
入口および出口を有する前記ベースチャネルが、前記ベースチャネルの前記入口に接続されたベース入口コンジット、および前記ベースチャネルの前記出口に接続されたベース出口コンジットを介して前記ベースチャネルと流体連結している極低温冷却装置に接続されるように動作可能である、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項7】
入口および出口を有する前記設備チャネルが、前記設備チャネルの前記入口に接続された設備入口コンジット、および前記設備チャネルの前記出口に接続された設備出口コンジットを介して前記設備チャネルと流体連結している冷却装置に接続されるように動作可能である、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項8】
前記シールアセンブリが、前記真空領域を摂氏－２６０度から摂氏２９０度までの間の温度で密閉するために、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）本体を備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項9】
前記コイルばねが、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金およびコバルト－クロム－ニッケル－モリブデン合金含有材料を含む、請求項８に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項10】
前記真空領域が、前記真空領域の真空圧を処理チャンバの処理領域の圧力とは無関係に維持するために、真空源と流体連結している第１の真空コンジットに接続されるように動作可能である第１の真空チャネル、および前記真空源と流体連結している第２の真空コンジットに接続されるように動作可能である第２の真空チャネルを備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項11】
プローブコントローラに結合された１つまたは複数のプローブアセンブリをさらに備え、前記１つまたは複数のプローブアセンブリの各々がプローブチップを備える、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項12】
コントローラを有する前記１つまたは複数の抵抗加熱器のヒータ電源が前記プローブコントローラに接続される、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項13】
極低温温度で動作可能な基板支持アセンブリであって、支持表面および前記支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する、ＥＳＣと、
ＥＳＣベースアセンブリの温度を維持するためのベース流体を流すように構成されたベースチャネルが中に配置された前記ＥＳＣに結合されたＥＳＣベースアセンブリとを備え、
前記ベースチャネルが、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およ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ているジャケットベース入口管と流体連結しているベース入口を有し、前記ベースチャネルが、前記設備プレート、前記絶縁体プレートおよび前記接地プレートを貫通して配置されているジャケットベース出口管と流体連結しているベース出口を有し、
前記設備プレートがプレート部分および壁部分を備え、前記プレート部分が１つまたは複数のねじアセンブリを使用して前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分の上面がシールアセンブリを使用して前記ＥＳＣに結合され、前記設備プレートは、前記設備プレートの温度を所定の周囲温度に維持するための設備流体を流すように構成された設備チャネルが中に配置され、前記シールアセンブリが、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、
基板支持アセンブリがさらに、
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および前記シールアセンブリによって画定された真空領域
を備える、基板支持アセンブリ。
【請求項14】
前記コイルばねが、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金およびコバルト－クロム－ニッケル－モリブデン合金含有材料を含む、請求項１３に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項15】
前記１つまたは複数のねじアセンブリの各々が、断熱層、Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金および前記設備プレートを貫通して挿入され、前記ＥＳＣベースアセンブリのねじ孔にねじ込まれたボルトを含み、前記Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金および前記ボルトが前記設備プレートを前記ＥＳＣベースアセンブリに押し付ける、請求項１３に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項16】
ねじカバーが前記設備プレートに結合され、前記ボルトを覆う、請求項１５に記載の基板支持アセンブリ。
【請求項17】
処理領域を画定する壁および蓋を有するチャンバ本体と、前記処理領域に配置された、極低温温度で動作可能な基板支持アセンブリと
を備える処理チャンバであって、前記基板支持アセンブリが、
支持表面および前記支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）であって、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する、ＥＳＣと、
ＥＳＣベースアセンブリの温度を維持するためのベース流体を流すように構成されたベースチャネルが中に配置され、前記ＥＳＣに結合されたＥＳＣベースアセンブリと、
設備プレートの温度を所定の周囲温度に維持するための設備流体を流すように構成された設備チャネルが中に配置された設備プレートであって、プレート部分および壁部分を備え、前記プレート部分が前記ＥＳＣベースアセンブリに結合され、前記壁部分の上面がシールアセンブリを使用して前記ＥＳＣに結合される、設備プレートと、
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および前記シールアセンブリによって画定された真空領域と
を備える、処理チャンバ。
【請求項18】
前記基板支持アセンブリが、前記設備プレートに結合された絶縁体プレートと、前記絶縁体プレートに結合された接地プレートとをさらに備える、請求項１７に記載の処理チャンバ。
【請求項19】
前記ＥＳＣがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および／または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）含有材料を含む、請求項１７に記載の処理チャンバ。
【請求項20】
前記ＥＳＣベースアセンブリがモリブデンまたは炭素繊維含有材料を含む、請求項１７に記載の処理チャンバ。
【請求項21】
前記プローブチップが、前記ＥＳＣの中、前記ＥＳＣの表面に、または前記ＥＳＣベースアセンブリの中、の少なくとも１つの位置に配置される、請求項１１に記載の処理チャンバ。
【請求項22】
前記真空領域は、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の間の熱分離のために、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の間にいつもギャップを維持する、請求項１に記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は一般に半導体製造に関し、より詳細には静電チャック（ＥＳＣ）の極低温温度動作を可能にする基板支持アセンブリに関する。
【背景技術】
【0002】
ナノメートル以下のフィーチャを高い信頼性で製造することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）およびウルトラ大規模集積（ＵＬＳＩ）のための鍵となる技術課題のうちの１つである。しかしながら回路技術の限界が押し上げられるにつれて、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ相互接続技術の寸法の縮小は、処理能力にさらなる要求を課している。基板上のゲート構造の信頼性の高い形成は、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩが成功するために、また、個々の基板およびダイの回路密度および品質を高くするための努力の継続のために重要である。
【0003】
製造コストを引き下げるために、集積チップ（ＩＣ）製造は、処理されるすべてのシリコン基板に、より高いスループットならびにより良好なデバイス歩留りおよび性能を要求している。現在の開発の下で次世代デバイスのために探究されているいくつかの製造技法には極低温温度での処理が必要である。極低温温度に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り、イオンは、少ない自然エッチングで、基板の上に配置された材料の上向きに面している表面に衝撃を加えることができ、それにより滑らかな垂直方向の側壁を有するトレンチが形成される。さらに、極低温温度では、１つの材料を別の材料に対してエッチングする選択性を改善することができる。例えばケイ素（Ｓｉ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）との間の選択性は、温度が低くなるにつれて指数的に高くなる。
【発明の概要】
【0004】
したがって極低温温度で使用するために適した改良型基板支持アセンブリが必要である。
【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、支持表面および支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）を含む。ＥＳＣは、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する。ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣにＥＳＣベースアセンブリが結合される。設備プレートは、中に設備チャネルが配置されている。設備プレートはプレート部分および壁部分を含む。プレート部分はＥＳＣベースアセンブリに結合され、また、壁部分は、シールアセンブリを使用してＥＳＣに結合される。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およびシールアセンブリによって真空領域が画定される。
【0006】
別の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、支持表面および支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）を含む。ＥＳＣは、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する。ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣにＥＳＣベースアセンブリが結合される。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およ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ているジャケットベース入口管と流体連結しているベース入口を有する。ベースチャネルは、設備プレート、絶縁体プレートおよび接地プレートを貫通して配置されているジャケットベース出口管と流体連結しているベース出口を有する。設備プレートはプレート部分および壁部分を含む。プレート部分は、１つまたは複数の第１のねじアセンブリを使用してＥＳＣベースアセンブリに結合され、また、壁部分は、シールアセンブリを使用してＥＳＣに結合される。設備プレートは、中に設備チャネルが配置されている。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。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およびシールアセンブリによって真空領域が画定される。
【0007】
さらに別の実施形態では処理チャンバが提供される。処理チャンバは、処理領域を画定する壁および蓋を有するチャンバ本体を含む。処理領域には基板支持アセンブリが配置される。基板支持アセンブリは、支持表面および支持表面の反対側の底面を有する静電チャック（ＥＳＣ）を含む。ＥＳＣは、チャック電極と、中に配置された１つまたは複数の抵抗加熱器とを有する。ベースチャネルが中に配置されたＥＳＣにＥＳＣベースアセンブリが結合される。設備プレートは、中に設備チャネルが配置されている。設備プレートはプレート部分および壁部分を含む。プレート部分はＥＳＣベースアセンブリに結合され、また、壁部分は、シールアセンブリを使用してＥＳＣに結合される。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およびシールアセンブリによって真空領域が画定される。
【0008】
上で本開示の特徴を説明した方法を詳細に理解することができるように、上で簡単に要約した本開示についてのより詳細な説明を実施形態を参照することによって行うことができ、それらの実施形態のうちのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら添付の図面は例示的実施形態を示したものにすぎず、したがって本開示の範囲を制限するものと見なしてはならず、他の同様に有効な実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施形態による例示的プラズマ処理チャンバの概略断面図である。
【図2A-2B】実施形態による例示的基板支持アセンブリの概略断面図である。
【図2C】実施形態によるねじアセンブリの概略図である。
【図3】実施形態によるシールアセンブリの概略図である。
【図4A-4D】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4E】実施形態による例示的基板支持アセンブリの周囲部分の概略断面図である。
【図5A-5C】実施形態による例示的基板支持アセンブリの部分概略断面図である。
【図5D】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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
理解を容易にするために、可能である場合、複数の図面に対して共通である同じ要素を指示するために同じ参照符号が使用されている。１つの実施形態の要素および特徴は、それ以上説明することなく、他の実施形態に有利に組み込まれ得ることが企図されている。
【0011】
本明細書に記載の実施形態は基板支持アセンブリを提供し、この基板支持アセンブリによれば、静電チャック（ＥＳＣ）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、その一方で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に、静電チャック（ＥＳＣ）を極低温温度で動作させることができる。極低温処理温度（すなわち基板の温度）は、摂氏－２０度未満の温度を意味することが意図されている。
【0012】
以下では、エッチ処理チャンバの中における基板支持アセンブリが説明されているが、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タイプのプラズマ処理チャンバの中で利用することができ、また、処理のために基板を極低温処理温度に維持することが必要な他のシステムの中で利用することができる。
【0013】
図１は、例示的プラズマ処理チャンバ１００の概略断面図であり、例示的プラズマ処理チャンバ１００は、基板支持アセンブリ１０１を有するエッチチャンバとして構成されるように示されている。基板支持アセンブリ１０１は、他のタイプのプラズマ処理チャンバ、例えばとりわけプラズマトリートメントチャンバ、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およびイオン注入チャンバの中、ならびに基板１２４などの表面またはワークピースを極低温処理温度に均一に維持する能力が望ましい他のシステムの中で利用することができる。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り、イオンは、少ない自然エッチングで、基板１２４の上に配置された材料の上向きに面している表面に衝撃を加えることができ、それにより滑らかな垂直方向の側壁を有するトレンチが形成される。例えば極低温処理温度に均一に維持された基板１２４の上に配置された低誘電率誘電体材料の穴があいた所へのイオンの拡散が低減され、その一方でイオンは、低誘電率誘電体材料の上向きに面している表面に衝撃を加え続けて、滑らかな垂直方向の側壁を有するトレンチを形成する。さらに、極低温処理温度では、１つの材料を別の材料に対してエッチングする選択性を改善することができる。例えばケイ素（Ｓｉ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）との間の選択性は、温度が低くなるにつれて指数的に高くなる。
【0014】
プラズマ処理チャンバ１００は、処理領域１１０を取り囲んでいる側壁１０４、底部１０６および蓋１０８を有するチャンバ本体１０２を含む。注入装置１１２はチャンバ本体１０２の側壁１０４および／または蓋１０８に結合される。ガスパネル１１４は注入装置１１２に結合されており、プロセスガスを処理領域１１０の中に供給することができる。注入装置１１２は、１つまたは複数のノズルまたは入口ポートであってもよく、あるいは別法としてシャワーヘッドであってもよい。プロセスガスは、あらゆる処理副産物と共に、チャンバ本体１０２の側壁１０４または底部１０６に形成されている排気口１１６を介して処理領域１１０から除去される。排気口１１６は、処理領域１１０内の真空レベルを制御するために利用されるスロットルバルブおよびポンプを含むポンピングシステム１４０に結合されている。
【0015】
プロセスガスにエネルギーを供給して処理領域１１０内にプラズマを形成することができる。プロセスガスは、プロセスガスにＲＦ電力を容量結合または誘導結合することによってエネルギーを供給することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、図１に示されている実施形態では、プラズマ処理チャンバ１００の蓋１０８の上に複数のコイル１１８が配置されており、整合回路１２０を介してＲＦ電源１２２に結合されている。
【0016】
基板支持アセンブリ１０１は、処理領域１１０の中の、注入装置１１２の下方に配置されている。基板支持アセンブリ１０１はＥＳＣ１０３および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および設備プレート１０７に結合されている。接地プレート１１１によって支持された設備プレート１０７は、基板支持アセンブリ１０１との電気的、冷却、加熱およびガス接続を容易にするように構成されている。接地プレート１１１は処理チャンバの底部１０６によって支持されている。絶縁体プレート１０９は設備プレート１０７を接地プレート１１１から絶縁している。
【0017】
ＥＳＣベースアセンブリ１０５は、極低温冷却装置１１７に結合されたベースチャネル４１６（図４Ａ～図４Ｄに示されている）を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置１１７は、ＥＳＣベースアセンブリ１０５が所定の極低温温度に維持されるように、ベースチャネル４１６の入口２５４（図２Ａおよび図２Ｂに示されている）に接続されたベース入口コンジット１２３を介して、また、ベースチャネル４１６の出口２５６（図２Ａおよび図２Ｂに示されている）に接続されたベース出口コンジット１２５を介してベースチャネル４１６と流体連結している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置１１７は、ベース流体の流量を制御するためのインターフェースボックスに結合されている。ベース流体は、摂氏－５０度未満の極低温温度を維持することができる材料を含むことができる。極低温冷却装置１１７は、ＥＳＣベースアセンブリ１０５のベースチャネル４１６を通って循環するベース流体を供給する。ベースチャネル４１６を通って流れるベース流体により、ＥＳＣベースアセンブリ１０５を極低温温度に維持することができ、これは、ＥＳＣ１０３の上に配置された基板１２４が極低温処理温度に均一に維持されるように、ＥＳＣ１０３の横方向温度プロファイルの制御を補助する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置１１７は、摂氏約－５０度未満の極低温温度を維持するように動作することができる単段冷却装置である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、極低温冷却装置１１７は２段冷却装置であり、ベース流体が摂氏－５０度未満の極低温温度に維持されるように、２段冷却装置の内部に冷媒を利用している。
【0018】
設備プレート１０７は、冷却装置１１９に結合された設備チャネル２３４（図２Ａおよび図２Ｂに示されている）を含む。冷却装置１１９は、設備プレート１０７が所定の周囲温度に維持されるように、設備チャネル２３４の入口２４０（図２Ａおよび図２Ｂに示されている）に接続された設備入口コンジット１２７を介して、また、設備チャネル２３４の出口２４２（図２Ａおよび図２Ｂに示されている）に接続された設備出口コンジット１２９を介して設備チャネル２３４と流体連結している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置１１７は、設備流体の流量を制御するためのインターフェースボックスに結合されている。設備流体は、周囲温度を摂氏約－１０度から摂氏約６０度までの間に維持することができる材料を含むことができる。冷却装置１１９は、設備プレート１０７の設備チャネル２３４を通って循環する設備流体を供給する。設備チャネル２３４を通って流れる設備流体により、設備プレート１０７を所定の周囲温度に維持することができ、これは、絶縁体プレート１０９を所定の周囲温度に維持するのを補助する。
【0019】
ＥＳＣ１０３は、支持表面１３０および支持表面１３０の反対側の底面１３２を有している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ＥＳＣ１０３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）また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。別法としては、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重合体から製造することも可能である。
【0020】
ＥＳＣ１０３は、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、単極電極もしくは双極電極または他の適切な構造として構成することができる。チャック電極１２６は、ＲＦフィルタおよび設備プレート１０７を介してチャック電源１３４に結合されており、チャック電源１３４は、ＤＣ電力を供給して基板１２４をＥＳＣ１０３の支持表面１３０に静電固定する。ＲＦフィルタは、プラズマ処理チャンバ１００内にプラズマ（図示せず）を形成するために利用されるＲＦ電力が電気装置を損傷するのを防止し、またはチャンバの外部に電気的な危険をもたらすのを防止する。
【0021】
ＥＳＣ１０３は、中に埋め込まれた１つまたは複数の抵抗加熱器１２８を含む。抵抗加熱器１２８は、支持表面１３０に配置された基板１２４を処理するのに適した極低温処理温度にＥＳＣ１０３の温度を高めるために利用される。抵抗加熱器１２８は、設備プレート１０７およびＲＦフィルタを介してヒータ電源１３６に結合されている。ＲＦフィルタは、プラズマ処理チャンバ１００内にプラズマ（図示せず）を形成するために利用されるＲＦ電力が電気装置を損傷するのを防止し、またはチャンバの外部に電気的な危険をもたらすのを防止する。ヒータ電源１３６は、５００ワットまたはそれ以上の電力を抵抗加熱器１２８に供給することができる。ヒータ電源１３６は、ヒータ電源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）を含み、コントローラは、通常、基板１２４を所定の極低温温度に加熱するように設定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、抵抗加熱器１２８は、横方向に分割された複数の加熱ゾーンを含み、コントローラは、抵抗加熱器１２８の少なくとも１つのゾーンを、他のゾーンのうちの１つまたは複数に配置された抵抗加熱器１２８に対して優先的に加熱することができる。例えば抵抗加熱器１２８は、分割された複数の加熱ゾーンに同心で配置することができる。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。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温処理温度は摂氏約－２０度未満である。例えば極低温処理温度は摂氏約－２０度から摂氏約－１５０度までの間である。
【0022】
基板支持アセンブリ１０１は、中に配置された１つまたは複数のプローブを含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、１つまたは複数の低温光プローブアセンブリ５００（図５Ａ～図５Ｄに示されている）はプローブコントローラ１３８に結合されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、低温光プローブ５１２の各々のプローブチップ５１６は、ＥＳＣ１０３の温度を決定するために、ＥＳＣ１０３の中に配置されるか（図５Ｂに示されているように）、またはＥＳＣ１０３の表面に配置される（図５Ａに示されているように）。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、低温光プローブ５１２の各々のプローブチップ５１６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、ＥＳＣベースアセンブリ１０５の中に配置される（図５Ｃに示されているように）。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、低温光プローブアセンブリ５００の各々は、抵抗加熱器１２８の横方向に分割された複数の加熱ゾーンのうちの１つに対応し、低温光プローブはＥＳＣ１０３の個々のゾーンの温度を測定する。プローブコントローラ１３８はヒータ電源１３６に結合されており、したがってＥＳＣ１０３の横方向温度プロファイルが実質的に一様になるように、温度測定値に基づいて抵抗加熱器１２８の個々のゾーンが独立して加熱され、それによりＥＳＣ１０３の上に配置された基板１２４が極低温処理温度に均一に維持される。
【0023】
図２Ａおよび図２Ｂは例示的基板支持アセンブリ１０１の概略断面図であり、この例示的基板支持アセンブリ１０１は、ＥＳＣ１０３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に、ＥＳＣ１０３の極低温温度動作を可能にする。ＥＳＣ１０３はＥＳＣベースアセンブリ１０５に結合されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ＥＳＣ１０３は、結合層２０２を使用してＥＳＣベースアセンブリ１０５に固定される。結合層２０２は有機材料または無機材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、結合層２０２はエポキシ材料または金属材料を含むことができる。チャック電極１２６は、設備プレート１０７の下部絶縁体２１２およびＥＳＣベースアセンブリ１０５の上部絶縁体２１４中の第１のボア２０８を貫通して配置されている第１の絶縁線２０４を介してチャック電源１３４に結合されている。１つまたは複数の抵抗加熱器１２８は、設備プレート１０７の下部絶縁体２１２およびＥＳＣベースアセンブリ１０５の上部絶縁体２１４中の第２のボア２１０を貫通して配置されている第２の絶縁線２０６を介してヒータ電源１３６に結合されている。
【0024】
設備プレート１０７はプレート部分２２９および壁部分２３０を含む。ＥＳＣベースアセンブリ１０５のプレート部分２２９は、ＥＳＣベースアセンブリ１０５と設備プレート１０７との間に真空領域２２２が存在するように、１つまたは複数の第１のねじアセンブリ２２０を使用して設備プレート１０７に結合されている。１つまたは複数の第１のねじアセンブリ２２０の各々は、設備プレート１０７と接触している断熱層２２７、１つまたは複数のＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金２２６および設備プレート１０７を貫通して挿入され、ＥＳＣベースアセンブリ１０５のねじ孔２２８にねじ込まれたボルト２２４を含む。断熱層２２７は設備プレート１０７と接触して、極低温温度に維持されたＥＳＣベースアセンブリ１０５からの熱分離を提供する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、断熱層２２７は、ポリアミド－イミド（ＰＡＩ）またはポリイミド（ＰＩ）含有材料を含む。１つまたは複数のＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金２２６およびボルト２２４は、設備プレート１０７がＥＳＣベースアセンブリ１０５に押し付けられるように、予荷重が掛けられる。いくつかの実施形態では、図２Ｃに示されているように、ねじカバー２６１が設備プレート１０７に結合され、１つまたは複数の第１のねじアセンブリ２２０の各々の間に真空絶縁領域２６３が維持されるように、ボルト２２４を覆っている。ねじカバー２６１は、真空絶縁領域２６３の圧力を維持し、かつ、１つまたは複数の第１のねじアセンブリ２２０の各々を設備プレート１０７から熱的に絶縁するために、Ｏ－リング２６７によって設備プレート１０７に結合されている。
【0025】
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。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、設備プレート１０７の下部絶縁体２１２は、シールアセンブリ２３２を介して真空領域２２２を維持している。シールアセンブリ２３２によってＥＳＣに結合された壁は、プロセスガスとの接触による潜在的なフレークオフからＥＳＣベースアセンブリ１０５の材料を保護する。真空領域２２２は、ＥＳＣ１０３、ＥＳＣベースアセンブリ１０５、設備プレート１０７およびシールアセンブリ２３２によって画定される。真空領域２２２は、冷却プレートの裏側への凝縮を防止し、処理領域１１０の圧力とは無関係の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に入るのを防止し、また、ＥＳＣベースアセンブリ１０５と設備プレート１０７との間の熱分離を提供する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、設備プレート１０７はアルミニウム含有材料を含む。
【0026】
設備プレート１０７の設備チャネル２３４は設備プレート中に機械加工され、カバー２３８と溶接されている。設備チャネル２３４の入口２４０は、絶縁体プレート１０９および接地プレート１１１を貫通して配置されている入口管２４４と流体連結している。設備チャネル２３４の出口２４２は、絶縁体プレート１０９および接地プレート１１１を貫通して配置されている出口管２４６と流体連結している。入口管２４４および出口管２４６は、設備入口コンジット１２７に接続された接続入口２５０、および設備出口コンジット１２９に接続された接続出口２５２を有する接続２４８に接続されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、接続２４８、入口管２４４および出口管２４６は、セラミック含有材料などの絶縁材料を含むことができる。
【0027】
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および接地プレート１１１を貫通して配置されているジャケット入口管２５８と流体連結しているベースチャネル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および接地プレート１１１を貫通して配置されているジャケット出口管２６０と流体連結している。ジャケット入口管２５８およびジャケット出口管２６０はインターフェースブロック２７０に接続されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、インターフェースブロック２７０、ジャケット入口管２５８およびジャケット出口管２６０は、セラミック含有材料などの絶縁材料を含む。ジャケット入口管２５８は流体入口チャネル２６６および真空チャネル２６２を含む。ジャケット出口管２６０は流体出口チャネル２６８および真空チャネル２６４を含む。インターフェースブロック２７０は、ベース入口２７２、真空チャネル２７６、ベース出口２７４および真空チャネル２７８を含む。ベース入口２７２はベース入口コンジット１２３に接続され、また、ベース出口２７４はベース出口コンジット１２５に接続されている。真空チャネル２７６は、真空源２８４と流体連結している真空コンジット２８０に接続されており、また、真空チャネル２７８は、真空源２８４と流体連結している真空コンジット２８２に接続されている。真空源２８４を真空領域２２２に結合することにより、処理領域１１０の圧力とは無関係の圧力を真空領域２２２に維持することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、流体入口チャネル２６６および流体出口チャネル２６８は、真空領域２２２の圧力を維持するために、シールアセンブリ２３２によってＥＳＣベースアセンブリ１０５に結合されている。
【0028】
基板支持アセンブリ１０１は、基板１２４をＥＳＣ１０３の支持表面１３０の上方に高く持ち上げてロボットによるプラズマ処理チャンバ１００内への転送およびプラズマ処理チャンバ１００からの転送を容易にするためのリフトピン（図示せず）を収納するための１つまたは複数のリフトピンアセンブリ２８６をも含む。１つまたは複数のリフトピンアセンブリ２８６の各々は、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および接地プレート１１１を貫通して配置されているリフトピンガイド２８８を含む。ＥＳＣベースアセンブリ１０５を貫通して配置されているリフトピンガイド２８８の部分２９０は、リフトピンガイド２８８を所定の位置に保持する、ねじ山付きブッシング２９２によって取り囲まれている。リフトピンガイド２８８は、チャンバ真空および絶縁真空を別に維持するために、シールアセンブリ２３２によってＥＳＣ１０３に結合されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ＥＳＣ１０３は、基板１２４とＥＳＣ１０３の支持表面１３０との間に画定される隙間空間に、ヘリウムなどの裏側伝熱ガスを供給するための１つまたは複数のガス通路を含む。１つまたは複数のガス通路の各々は、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および接地プレート１１１を貫通して配置されている。１つまたは複数のガス通路の各々は、真空領域２２２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に結合されている。
【0029】
図２Ｂに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所部分２９６およびシール２９４を含む。設備プレート１０７に結合された絶縁体プレート１０９の表面２０５は設備プレート１０７と共形である。凹所部分２９６および絶縁体プレート１０９は、設備プレート１０７の減少した厚さ２０１および絶縁体プレート１０９の増加した厚さ２０３を提供している。設備プレート１０７の減少した厚さ２０１および絶縁体プレート１０９の増加した厚さ２０３は、設備プレート１０７の下部絶縁体２１２中の第１のボア２０８を貫通して配置されている第１の絶縁線２０４の長さ、および絶縁体プレート１０９を貫通して配置されている線２０４の長さを短くしている。第１のボア２０８を貫通して配置される第１の絶縁線２０４の長さを短くすることにより、チャック電源１３４によって第１の絶縁線２０４に供給される電圧によるＲＦ高温設備プレート１０７の第１のボア２０８中のアーク電位が低くなる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、絶縁体プレート１０９の外部部分２６９は、絶縁体プレート１０９の内部部分２７１の材料とは異なる材料を含む。外部部分２６９は酸化アルミニウム（ＡｌＯ２）含有材料を含むことができ、また、絶縁体プレート１０９の内部部分２７１はポリスチレン含有材料を含むことができる。
【0030】
図３は、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は面シールとしてのシールアセンブリ２３２を示しているが、本明細書に記載の実施形態は、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）シールまたは金属シールを含むことも可能である。本明細書に記載のシールは、摂氏約－２６０度から摂氏約２９０度までの間の温度の真空領域２２２の密閉を提供する。図３に示されているシールアセンブリ２３２は、中にばね３０４が配置されたＰＴＦＥ本体３０２を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ばね３０４は、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケル－クロム合金およびコバルト－クロム－ニッケル－モリブデン合金含有材料を含む。シールアセンブリ２３２は、極低温温度のＥＳＣ１０３を密閉することができる。中にばねが配置されたＰＴＦＥ本体３０２は、摂氏約－２６０度から摂氏約２９０度までの間の温度で動作することができる。
【0031】
図４Ａおよび図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の熱膨張係数に実質的に整合させるための材料を含む。ＥＳＣベース４０２は、モリブデンまたは炭素繊維含有材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ベースチャネルプレート４０４はアルミニウム含有材料からなっている。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中に機械加工され、カバー４２０と結合、溶接またはろう付けされている。ベースチャネル４１６の入口２５４はジャケット入口管２５８と流体連結し、また、ベースチャネル４１６の出口２５６はジャケット出口管２６０と流体連結している。ＥＳＣベース４０２は、１つまたは複数の第２のねじアセンブリ４０８を介してベースチャネルプレート４０４に結合されている。図４Ａに示されている一実施形態では、ＥＳＣベース４０２は、ＥＳＣベース４０２とベースチャネルプレート４０４との間の定義済み熱伝導率を維持するために、それらの間に熱伝導性ガスケット４０６を使用してベースチャネルプレート４０４に結合されている。図４Ｂに示されている別の実施形態には熱伝導性ガスケット４０６は含まれていない。１つまたは複数の第２のねじアセンブリ４０８の各々は、１つまたは複数のＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金４１２およびＥＳＣベース４０２を貫通して挿入され、ＥＳＣベース４０２のねじ孔４１４にねじ込まれたボルト４１０を含む。１つまたは複数のＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ座金４１２およびボルト４１０は、ベースチャネルプレート４０４がＥＳＣベース４０２に押し付けられるように、予荷重が掛けられる。
【0032】
図４Ｃは、ベースチャネル４１６を備えた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の熱膨張係数に実質的に整合させるためのモリブデンまたは炭素繊維含有材料を含む。ベースチャネル４１６はＥＳＣベース４０２中に機械加工され、カバー４２０と結合、溶接またはろう付けされている。ベースチャネル４１６の入口２５４はジャケット入口管２５８と流体連結し、また、ベースチャネル４１６の出口２５６はジャケット出口管２６０と流体連結している。
【0033】
図４Ｄは、ベースチャネル４１６を備えた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の熱膨張係数に実質的に整合させるためのモリブデンまたは炭素繊維含有材料を含む。ベースチャネル４１６は、ＥＳＣベース４０２中に機械加工された空間４２４に配置されたコイルである。ベースチャネル４１６の入口２５４はジャケット入口管２５８と流体連結し、また、ベースチャネル４１６の出口２５６はジャケット出口管２６０と流体連結している。
【0034】
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は真空領域２２２に露出した溝４２６を含む。溝４２６は、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、ＲＦガスケット４３２が中に配置された溝４３０を含む。ＥＳＣベース４０２およびベースチャネルプレート４０４は設備プレート１０７から熱的に分離されているが、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、ＥＳＣベース４０２およびベースチャネルプレート４０４は、図４Ａおよび図４Ｅに示されている実施形態では熱インターフェース４０６によって熱伝導し得るが、ＲＦガスケット４２８は、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ＲＦ接続性を維持する。
【0035】
図５Ａ～図５Ｃは、１つまたは複数の低温光プローブアセンブリ５００（図５Ｄに示されている）のうちの１つを有する例示的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の各々は、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の各々は、絶縁体プレート１０９の中に配置されたマウントハウジング５０２を含み、また、絶縁体プレート１０９および設備プレート１０７の中に配置されたプローブハウジング５０４を含む。マウントハウジング５０２は、プローブアセンブリ５００が設備プレート１０７に押し付けられるように、マウントハウジング５０２を貫通して挿入され、絶縁体プレート１０９のねじ孔５０８にねじ込まれたプローブ取付けボルト５０６を使用してプローブハウジング５０４に結合されている。光ファイバ５１０は、プローブハウジング５０４の中に配置された低温光プローブ５１２に接続されている。プローブハウジング５０４は、低温光プローブ５１２のプローブチップ５１６がＥＳＣ１０３に接触するように構成されるように、低温光プローブ５１２の垂直方向の運動を提供するばね５１４を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、プローブチップ５１６は、表面を貫通することなくＥＳＣ１０３と接触する。図５Ｂに示されている、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、プローブチップ５１６はＥＳＣ１０３内に配置されている。設備プレート１０７の中では、ねじ山付きキャップ５１８がプローブハウジング５０４を取り囲んでいる。ねじ山付きキャップ５１８の内側部分５２０は、内側シール５２２を使用してプローブハウジング５０４に結合されている。この内側シール５２２により、プローブチップ５１６をＥＳＣ１０３に接触した状態で維持することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、内側シール５２２はシールアセンブリ２３２である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、内側シール５２２はエラストマシールである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらに別の実施形態では、内側シール５２２はＯ－リングである。ねじ山付きキャップ５１８の外側部分５２４は、外側シール５２６を使用して設備プレート１０７に結合されている。外側シール５２６は、プローブハウジング５０４を真空領域２２２から密閉している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、外側シール５２６はＯ－リングである。
【0036】
要約すると、ＥＳＣの上に配置された基板が極低温処理温度に維持され、その一方で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に、ＥＳＣを極低温温度で動作させることができる、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、ＥＳＣ１０３と、このＥＳＣ１０３および設備プレート１０７に結合されたＥＳＣベースアセンブリ１０５と、接地プレート１１１に結合された絶縁体プレート１０９とを含む処理チャンバの中に配置される。ＥＳＣ１０３に結合されたＥＳＣベースアセンブリ１０５のベースチャネルを通って流れるベース流体と、抵抗加熱器１２８とにより、ＥＳＣベースアセンブリ１０５を所定の極低温温度に維持することができ、これは、ＥＳＣ１０３の上に配置された基板１２４が極低温処理温度に均一に維持されるように、ＥＳＣ１０３の横方向温度プロファイルの制御を補助する。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により、設備プレート１０７を周囲温度に維持することができ、これは、絶縁体プレート１０９および接地プレート１１１を周囲温度に維持するのを補助する。
【0037】
以上の説明は本開示の例を対象としているが、本開示の基本範囲を逸脱することなく、本開示の他のさらなる例を工夫することが可能であり、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】