(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバー内に基板を支持するように適応される基板支持アッセンブリにおいて、
１つ以上の基板支持ピンホールを有する１つの熱伝導性本体であって、金属又は金属合金材料で形成される熱伝導性本体と、
上記熱伝導性本体の表面にあって、そこに上記基板を支持するように適応される基板支持面と、
上記熱伝導性本体内に埋設された１つ以上の加熱素子と、
上記熱伝導性本体内で上記１つ以上の加熱素子の周りに埋設された１つ以上の冷却チャンネルであって、上記１つ以上の冷却チャンネルは冷却流体を流すように適応された冷却チャンネルと、を備え、
上記１つ以上の冷却チャンネルは、上記基板支持ピンホールから離れて配置された内側冷却ループ及び外側冷却ループからなる渦巻状構造を形成し、上記内側冷却ループ及び外側冷却ループは、上記熱伝導性本体の中心部分から、上記熱伝導性本体の周囲に向かい、次いで、上記熱伝導性本体の中心部分へ戻るようにループ形成され、
隣接する上記内側冷却ループ及び上記外側冷却ループは、冷却流体を互いに逆方向に流すように構成される基板支持アッセンブリ。
【請求項２】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、流入ループ及び流出ループで構成される、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項３】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、上記１つ以上の加熱素子の位置の周りにループ形成する、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項４】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、その中に流れる１０℃乃至２５℃の温度のガス状材料を囲む、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項５】
上記ガス状材料は、きれいな乾燥空気、圧縮空気、及びその組合せより成るグループから選択される、請求項４に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項６】
上記ガス状材料は、上記１つ以上の冷却チャンネル内を一定の流量で流れる、請求項４に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項７】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、ステンレススチール材料で構成される、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項８】
上記基板支持面の温度は、１００℃ないし２００℃に維持される、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項９】
上記基板支持面の寸法は、上記基板の寸法より大きい、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項１０】
上記熱伝導性本体はアルミニウム材料で構成される、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項１１】
上記基板支持面は、形状が長方形であると共に、３７０ｍｍｘ４７０ｍｍ以上の寸法の基板を支持するように適応される、請求項１に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項１２】
プロセスチャンバー内にガラス基板を支持するように適応される基板支持アッセンブリにおいて、
金属又は金属合金材料で形成される１つの熱伝導性本体と、
上記熱伝導性本体の表面にあって、そこに上記ガラス基板を支持するように適応される基板支持面と、
上記熱伝導性本体内に埋設された１つ以上の加熱素子と、
上記熱伝導性本体内の上記１つ以上の加熱素子の周りに埋設された１つ以上の冷却チャンネルであって、上記１つ以上の冷却チャンネルは冷却流体を流すように適応され、上記熱伝導性本体の中心部分から、上記熱伝導性本体の周囲に向かい、次いで、上記熱伝導性本体の中心部分へ戻るようにループ形成された１つ以上の冷却チャンネルと、を備え、
上記１つ以上の冷却チャンネルの隣接チャンネルが、冷却流体を互いに逆方向に流すように構成される基板支持アッセンブリ。
【請求項１３】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、その中に流れる１０℃乃至２５℃の温度のガス状材料を囲み、上記ガス状材料は、きれいな乾燥空気、圧縮空気、及びその組合せより成るグループから選択され、更に、上記１つ以上の冷却チャンネル内を一定流量で流れる、請求項１２に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項１４】
上記基板支持アッセンブリは、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、フレキシブルディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、フレキシブル有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）ディスプレイ、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機薄膜トランジスタ、能動的マトリクス、受動的マトリクス、頂面放射デバイス、底面放射デバイス、太陽電池、太陽パネル、及びその組み合せより成るグループから選択されたデバイスを製造するための１つ以上の長方形基板を支持するように構成される、請求項１２に記載の基板支持アッセンブリ。
【請求項１５】
プロセスチャンバー内で基板の温度を維持するための方法において、
上記プロセスチャンバーの基板支持アッセンブリの基板支持面に上記基板を位置させるステップであって、上記基板支持アッセンブリは、
金属又は金属合金材料で形成される１つの熱伝導性本体、
上記熱伝導性本体の表面にあって、そこに上記基板を支持するように適応される基板支持面、
上記熱伝導性本体内に埋設された１つ以上の加熱素子、及び
上記熱伝導性本体内に埋設され、上記１つ以上の加熱素子の周りに位置された１つ以上の冷却チャンネルであって、上記１つ以上の冷却チャンネルは冷却流体を流すように適応され、内側冷却ループ及び外側冷却ループからなる渦巻状構造を形成し、上記熱伝導性本体の中心部分から、上記熱伝導性本体の周囲に向かい、次いで、上記熱伝導性本体の中心部分へ戻るようにループ形成され、隣接する上記内側冷却ループ及び上記外側冷却ループは、冷却流体を互いに逆方向に流すように構成されるチャンネルを含む、
基板支持アッセンブリであるようなステップと、
上記１つ以上の冷却チャンネル内にガス状の冷却材を流すステップと、
上記１つ以上の加熱素子の加熱電力を調整することにより上記基板の温度を、設定点温度における±５℃以下の温度均一性で、当該設定点温度に維持するステップと、を備えた方法。
【請求項１６】
上記基板の温度は、上記１つ以上の加熱素子の加熱電力を、１００℃乃至２００℃の設定点温度に調整し、設定点温度における温度均一性を±５℃以下とすることで、一定に保たれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記１つ以上の冷却チャンネルは、その中に流れる１０℃乃至２５℃の温度のガス状材料を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、フラットパネル基板処理に使用される基板支持体を提供する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]コンピュータ及びテレビジョンモニタ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、セルラー電話、並びに太陽電池等の能動的マトリクスディスプレイとして、液晶ディスプレイやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が通常使用されている。一般的に、フラットパネルディスプレイは、２枚のガラスプレートと、それらの間にサンドイッチされた液晶材料の層とを備えている。ガラスプレートの少なくとも一方には、少なくとも１つの導電性の膜が配置されて、電源に結合される。電源から導電性の膜へ供給される電力で、結晶材料の配向が変化し、テキストやグラフのようなパターンがフラットパネルディスプレイに生成される。フラットパネルの製造に使用される基板は、サイズが大きく、しばしば３００ｍｍｘ４００ｍｍを越えるものであり、また、表面積が４平方メーターまで及びそれを越えるものが考えられる。それに対応して、これらの大面積基板を処理するのに使用される基板支持対も、基板の大きな表面積を受け容れるために比例的に大きくなる。
【０００３】
[0003]フラットパネルディスプレイの製造において基板に薄膜を堆積するためにプラズマエンハンスト化学気相付着（ＰＥＣＶＤ）がしばしば使用される。このＰＥＣＶＤは、一般に、真空プロセスチャンバーへ先駆ガスを導入してプラズマへと付勢（例えば、励起）することにより達成される。図１は、基板１２を支持するために支持プレート１８及びサセプタ２２が配置されたＣＶＤプロセスチャンバー２の概略断面図である（正しいスケールではない）。プロセスチャンバー２の頂部付近のガス入口１４を通して拡散プレート１６へ流れ込む反応性先駆ガスが励起されて、温度制御型基板支持体即ちサセプタ２２に位置された基板１２の表面に材料の層が形成される。側壁８に配置された開口１０は、ロボット（図示せず）が基板１２をプロセスチャンバー２へ配送し及びそこから回収するのを許容する。サセプタ２２を支持するために支持シャフト２０に結合された支持プレート１８は、通常、酸化アルミニウムのようなセラミック材料の単一の長方形プレートで作られたもので、サセプタ２２のエリアをぴったりカバーする。ＣＶＤチャンバー用のサセプタ２２は、歴史的に、アルミニウムの単一長方形プレートで作られており、通常、サーモカップルと共に埋設されたヒータ（図示せず）及び電源２４から供給されるエネルギーにより加熱される。また、ヒータは、サセプタ２２の背面に位置させることもできるし、又はクランププレートによりサセプタ２２にクランプすることもできる。
【０００４】
[0004]一般に、プロセスチャンバー２の基板支持体は、室温から５００℃未満の高い温度まで加熱されることがあり、サセプタ２２がそれて「垂下」し、充分な支持を果たさなくなる。支持プレート１８のセラミック材料は、延性のアルミニウムで作られたサセプタ２２を支持するために使用されている。しかしながら、セラミックは、比較的不充分な熱伝導体であり、従って、加熱されたサセプタに接触する支持プレート１８の高温上面と、支持プレート１８の低温下面との間には温度勾配が示され、その結果、支持プレート１８は、その外周が下方にそれる。サセプタにより支持される基板は、サセプタに従う傾向があり、従って、それる。その結果、拡散プレート１６と基板１２との間の垂直間隔は、拡散プレート１６から距離３４を有する基板１２の中心部分との間で変化する。大きな度合いのそりから生じる大きな距離３６が、その周囲付近にある。垂直間隔の差（即ち、基板のそり距離）は、大面積基板に配置される堆積膜の均一性を著しく低下させる。
【０００５】
[0005]更に、プラズマがＰＥＰＶＤチャンバー内に当たった後に、プラズマからのエネルギーも、基板及び基板支持体、例えば、サセプタに向かう熱を生成する。それ故、サセプタに配置された処理基板に対して一時的な温度上昇即ちスパイク（例えば、約３０−５０℃の上昇、又は１５０℃から２０％〜３０％の温度上昇）の問題も生じる。処理されている基板に一定の温度を維持するためには、このような急激な温度変化を制御する必要がある。更に、処理後、並びに遠隔プラズマ洗浄、ＲＦ支援冷却、及び／又はチャンバー部分洗浄及び保守の間に、プロセスチャンバーのサセプタの冷却も必要となる。しかしながら、ほとんどのＰＥＣＶＤチャンバーは、サセプタ内に冷却設計をもたない（即ち、それ自身室温までゆっくりと冷却する）か、或いはサセプタ内ではなく基板の背面を取り巻く冷却メカニズムを使用するかのいずれかである。これらの従来の設計は、大面積基板に対して一定のプロセス温度を維持することが困難であり、基板の大きな表面上に局所的な温度変化をしばしば招く。その結果、薄い膜厚みのスポットとしてしばしば現われる膜厚みの変化が観察され、これは、次世代のフラットパネル又は太陽電池デバイスにとって有害である。
【０００６】
[0006]それ故、基板支持体の温度を希望の範囲に常時制御する改良された方法及び装置が要望される。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]プロセスチャンバー、基板支持アッセンブリ、及びプロセスチャンバー内の基板の温度を制御する方法の実施形態が提供される。本発明の一実施形態では、プロセスチャンバー内に大面積基板を支持するように適応される基板支持アッセンブリは、熱伝導性本体と、この熱伝導性本体の表面にあって、そこに大面積基板を支持するように適応される基板支持面と、熱伝導性本体内に埋設された１つ以上の加熱素子と、熱伝導性本体内で１つ以上の加熱素子の上に埋設された１つ以上の冷却チャンネルとを備えている。
【０００８】
[0008]別の実施形態では、基板支持アッセンブリは、熱伝導性本体内に埋設されて、１つ以上の加熱素子の位置の周りに螺旋状又は渦巻状にループ形成された１つ以上の冷却チャンネルを備えてもよい。更に別の実施形態では、１つ以上の冷却チャンネルは、流入ループ及び流出ループを備えている。これら流入ループ及び／又は流出ループは、各々、熱伝導性本体内に螺旋構成で構成されてもよい。更に別の実施形態では、隣接冷却チャンネルは、流入及び流出の両方向に流れる冷却流体を含む。
【０００９】
[0009]更に、チャンバー本体、ガス分配プレートアッセンブリ、及び大面積基板を支持するための基板支持アッセンブリを含むプロセスチャンバーが提供される。基板支持アッセンブリは、熱伝導性本体と、この熱伝導性本体の表面にあって、そこに大面積ガラス基板を支持するように適応される基板支持面と、熱伝導性本体内に埋設された１つ以上の加熱素子と、熱伝導性本体内で１つ以上の加熱素子の上に埋設され、且つ１つ以上の加熱素子の周りに螺旋状又は渦巻き構成で位置された１つ以上の冷却チャンネルとを備えている。
【００１０】
[0010]更に別の実施形態では、プロセスチャンバー内で大面積基板の温度を維持するための方法は、プロセスチャンバーの基板支持アッセンブリの基板支持面に大面積基板を位置させるステップと、１つ以上の冷却チャンネル内に一定の流量で常時ガス状の冷却材を流すステップと、１つ以上の加熱素子の加熱電力を調整することにより大面積基板の温度を維持するステップとを備えている。
【００１１】
[0011]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるように、前記で簡単に要約した本発明を、添付図面に幾つか示された実施形態を参照して、より詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れられることに注意されたい。理解を容易にするために、図面間で共通である同一素子を示すのに、できる限り、同じ参照番号を使用する。
【詳細な説明】
【００１２】
[0021]本発明は、基板支持アッセンブリと、大面積基板についてプロセスチャンバー内の基板の温度を制御する方法とを提供する。図２は、本発明の一実施形態によるプロセスチャンバー１００を例示している。本発明は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクの一部門であるＡＫＴから入手できるような大面積基板を処理するためのプラズマエンハンスト化学気相堆積プロセスチャンバーを参照して以下に説明する。しかしながら、本発明は、他のシステム構成、例えば、物理的気相堆積システム、イオンインプラントシステム、エッチングシステム、化学的気相堆積システム、及びプロセスチャンバー内の基板支持体上の基板の温度制御が望まれる他のシステムにも利用できることを理解されたい。
【００１３】
[0022]プロセスチャンバー１００は、処理容積部１４０を部分的に画成する壁１０６及び底部１０８を有するチャンバー本体１０２を備えている。処理容積部１４０は、大面積ガラス基板のような基板１１２をプロセスチャンバー１００に入れたり出したりするのを容易にするために、通常、ポート及びバルブ（図示せず）を通してアクセスされる。壁１０６は、蓋アッセンブリ１１０を支持し、これに収容されたポンピング充満部１１４は、処理容積部１４０を排出ポート（図示されていない種々のポンピング要素を含む）に結合し、ガス及びプロセス副産物をプロセスチャンバー１００から排出させる。プロセスチャンバー１００は、通常、１つ以上のソース化合物及び／又は先駆物質を送給するための１つ以上の供給源１０４、例えば、とりわけ、シリコン含有化合物供給源、酸素含有化合物供給源、水素ガス供給源、炭素含有化合物供給源、及び／又はその組合せに結合される。
【００１４】
[0023]基板支持アッセンブリ１３８は、一般に、チャンバー本体１０２の底部に配置される。この支持アッセンブリ１３８は、一般に、接地されており、電源１２２により蓋アッセンブリ１１０と基板支持アッセンブリ１３８との間に位置するガス分配プレートアッセンブリ１１８（又はプロセスチャンバー１００の蓋アッセンブリ１１０内又はその付近に位置する他の電極）へ供給されるＲＦ電力で、基板支持アッセンブリ１３８とガス分配プレートアッセンブリ１１８との間の処理容積部１４０に存在するガス、ソース化合物及び／又は先駆物質を励起させることができる。電源１２２からのＲＦ電力は、一般に、化学気相堆積プロセスを推進するように基板１１２のサイズに適合するように選択される。一実施形態では、約４００Ｗ以上、例えば、約２０００Ｗ乃至約４０００Ｗ、又は約１００００Ｗ乃至約２００００ＷのＲＦ電力を電源１２２に印加して、処理容積部１４０に電界を発生することができる。例えば、本発明の低温基板堆積方法に適合するように、約０．２ワット／ｃｍ２以上、例えば、約０．２ワット／ｃｍ２乃至約０．８ワット／ｃｍ２、又は約０．４５ワット／ｃｍ２の電力密度を使用することができる。電源１２２及びマッチングネットワーク（図示せず）は、処理容積部１４０内の先駆ガスからプロセスガスのプラズマを生成して維持する。１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦ電力を使用できるのが好ましいが、これは重要ではなく、それより低い周波数も使用できる。更に、チャンバーの壁は、セラミック材料又はアノード処理のアルミニウム材料で覆うことにより保護できる。
【００１５】
[0024]一般に、基板支持アッセンブリ１３８は、シャフト１４２に結合されると共に、リフトシステム（図示せず）に接続され、これは、基板支持アッセンブリ１３８を、上昇した処理位置（図示された）と、下降した基板移送位置との間で移動させる。シャフト１４２は、更に、基板支持アッセンブリ１３８と、プロセスチャンバー１００の他の要素との間の電気リード及びサーモカップルリードのためのコンジットをなす。ベローズ１４６が基板支持アッセンブリ１３８に結合されて、処理容積部１４０とプロセスチャンバー１００の外部の大気中との間に真空シールを与えると共に、基板支持アッセンブリ１３８の垂直移動を容易にする。基板支持アッセンブリ１３８のリフトシステムは、一般に、基板１１２とガス分配プレートアッセンブリ１１８との間の間隔が、処理中に、例えば、約４００ミル以上の最適な大きさになるように調整される。この間隔を調整する能力は、広範囲な堆積条件にわたりプロセスを最適なものにする一方、大型基板の面積にわたり必要な膜均一性を維持できるようにする。
【００１６】
[0025]基板支持アッセンブリ１３８は、基板処理中に処理容積部１４０内で基板１１２を支持するための基板支持面１３４を有する伝導性本体１２４を備えている。この伝導性本体１２４は、熱伝導率を与える金属又は金属合金材料で形成することができる。一実施形態において、伝導性本体１２４は、アルミニウム材料で作られる。しかしながら、他の適当な材料も使用できる。基板支持アッセンブリ１３８は、更に、基板処理中に基板支持面１３４に配置される基板１１２を取り巻くシャドーフレーム１４８も支持する。
【００１７】
[0026]一般的に、このシャドーフレーム１４８は、基板１１２及び基板支持アッセンブリ１３８の縁における堆積を防止して、基板１１２が支持アッセンブリ１３８にくっつかないようにする。シャドーフレーム１４８は、基板支持アッセンブリ１３８が下部の非処理位置（図示せず）にあるときにチャンバー本体１０２の内壁に沿って一般的に位置される。シャドーフレーム１４８は、基板支持アッセンブリ１３８が図２に示す上部の処理位置にあるときに、シャドーフレーム１４８の１つ以上の整列グルーブを１つ以上の整列ピン２０２に一致させることにより、基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４に係合及び整列させることができる。１つ以上の整列ピン２０２は、伝導性本体１２４の周囲及びその付近に置かれた１つ以上の整列ピンホール２０４を通過するように適応される。１つ以上の整列ピン２０２は、任意であるが、基板ロード及びアンロードの間に伝導性本体１２４と共に移動できるように支持ピンプレート２３４により支持されてもよい。
【００１８】
[0027]温度制御される基板支持アッセンブリ１３８は、この基板支持アッセンブリ１３８及びこれに位置された基板１１２を所定の温度範囲、例えば、約１００℃以上の設定点温度へ制御可能に加熱するために電源１７４に結合された１つ以上の電極及び／又は加熱素子１３２も備えることができる。一実施形態では、１つ以上の加熱素子１３２が伝導性本体１２４内に埋設される。
【００１９】
[0028]図３Ａ−３Ｂは、本発明の１つ以上の態様に基づいて伝導性本体１２４に配置された１つ以上の加熱素子１３２の平面図である。例えば、図３Ａに示すように、加熱素子１３２は、シャフト１４２を通して伝導性本体１２４に入り、伝導性本体１２４の中心領域の周りを１つ以上の内側ループで且つ伝導性本体１２４の外周を１つ以上の外側ループでループ形成し、次いで、シャフト１４２を通して出て、１つ以上の加熱素子１３２が伝導性本体１２４の大きさにわたって埋設されるようにする。
【００２０】
[0029]更に、基板支持アッセンブリ１３８内に１つ以上のサーモカップル（図示せず）を使用することができる。一実施形態では、伝導性本体１２４の中心領域に対して１つと、外周に対して１つの、２つのサーモカップルが使用される。しかしながら、他のヒータ線又はチャンネル構成も使用できる。例えば、１つ以上の加熱素子１３２を伝導性本体１２４の背面に位置させるか、又はクランププレートにより伝導性本体１２４にクランプさせることもできる。１つ以上の加熱素子１３２は、約１００℃以上の所定温度に抵抗性加熱されるか又は他の加熱手段で加熱されてもよい。
【００２１】
[0030]基板支持アッセンブリ１３８は、基板１１２を保持及び整列するように適応される付加的なメカニズムを備えてもよい。例えば、伝導性本体１２４は、複数の基板支持ピン２２２が貫通するための１つ以上の基板支持ピンホール２２４を含むことができ、これらは、伝導性本体１２４の僅かな距離上に基板１１２を支持するように適応される。基板支持ピン２２２は、プロセスチャンバー１００の外部に配置された移送ロボット又は他の移送メカニズムにより、この移送ロボットの邪魔にならずに、基板１１２の配置又は除去を容易に行うために、基板１１２の周囲付近に位置させることができる。一実施形態では、基板支持ピン２２２は、基板処理中に電気的絶縁性を与えながらも熱伝導性であるように、とりわけ、セラミック材料、アノード処理された酸化アルミニウム材料のような絶縁材料で作ることができる。基板支持ピン２２２は、任意であるが、基板のロード及びアンロード中に基板１１２を持ち上げるために基板支持アッセンブリ１３８内を基板支持ピン２２２が移動できるように支持ピンプレート２３４により支持されてもよい。或いは又、基板支持ピン２２２をチャンバー底部に固定すると共に、基板支持ピン２２２が貫通するように伝導性本体１２４を垂直に移動可能としてもよい。
【００２２】
[0031]別の実施形態では、基板１２２が伝導性本体１２４の基板支持面１３４にのせられるときに、加熱素子１３２の少なくとも１つの外側ループが基板１２２の外周に整列するように構成される。例えば、伝導性本体１２４の寸法が基板１１２の寸法より大きいときには、加熱素子１３２の少なくとも１つの外側ループの位置は、伝導性本体１２４の１つ以上のピンホールの位置、例えば、基板支持ピンホール２２４又は整列ピンホール２０４の邪魔にならずに、基板１１２の周囲を包囲するように構成されてもよい。
【００２３】
[0032]図３Ｂに示すように、本発明の一実施形態では、加熱素子１３２の少なくとも１つの外側ループは、基板１１２の外縁を取り巻くように位置される。好ましくは、加熱素子１３２の少なくとも１つの外側ループは、１つ以上の基板支持ピンホール２２４の位置、ひいては、基板１１２の縁を支持するための基板支持ピン２２２の位置の邪魔にならないように、伝導性本体１２４の中心から遠くに離れて、１つ以上の基板支持ピンホール２２４の周りに位置される。更に、本発明の別の実施形態では、加熱素子１３２の少なくとも１つの外側のループは、基板１１２の縁及び周囲へ加熱を与えるために、１つ以上の基板支持ピンホール２２４と伝導性本体１２４の外縁との間に位置される。
【００２４】
[0033]本発明の１つ以上の態様によれば、基板支持アッセンブリ１３８は、更に、伝導性本体１２４内に埋設された１つ以上の冷却チャンネル１３６も備えている。この１つ以上の冷却チャンネル１３６は、温度制御を維持すると共に、基板処理中に生じ得る温度変動、例えば、プロセスチャンバー１００内にＲＦプラズマが発生したときの温度上昇又はスパイクを補償するように構成される。冷却チャンネル１３６の直径には、制限がなく、約１ｍｍ乃至約１５ｍｍ、例えば、約９ｍｍの適当な直径でよい。更に、冷却チャンネル１３６は、熱伝導率を与える金属又は金属合金材料で作ることができる。一実施形態では、冷却チャンネル１３６は、ステンレススチール材料で作られる。しかしながら、他の適当な材料構成を使用することもできる。
【００２５】
[0034]冷却チャンネル１３６は、冷却流体、例えば、ガス状材料、水、冷却材、及び他の適当な冷却ガス又は液体材料を流すように適応される。好ましくは、ガス状材料が使用される。適当なガス状材料は、きれいな乾燥空気、圧縮空気、濾過された空気、窒素ガス、水素ガス、不活性ガス（例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、等）、及び他のガスを含むことができる。１つ以上の冷却チャンネル１３６内にガス状材料を流すことは、たとえ冷却水が便利に使用できても冷却水を流すより有益である。というのは、ガス状材料は、より広い温度範囲において冷却能力を発揮し、しかも、チャンバー要素や処理基板上の堆積膜のクオリティに影響するような水分漏れのおそれがないからである。例えば、約１０℃ないし約２５℃のガス状材料を使用して、１つ以上の冷却チャンネル１３６へ流し込み、室温から約２００℃以上の高い温度までの温度冷却制御を与えることができるが、冷却水は、一般に、約２０℃ないし約１００℃で作用するだけである。
【００２６】
[0035]更に、冷却チャンネル１３６内を流れる冷却流体は、基板１１２が加熱素子１３２により加熱されるときの基板処理中に及び／又はチャンバーのアイドリング時間中に、冷却効率を制御するように、制御された流量で作用させることができる。例えば、直径が約９ｍｍの例示的な冷却チャンネルの場合に、約２５ｐｓｉ乃至約１００ｐｓｉ、例えば、約５０ｐｓｉの圧力を使用して、ガス状冷却材料を流し込むことができる。従って、加熱素子１３２及び冷却チャンネル１３６を有する本発明の基板支持アッセンブリ１３８を使用すると、基板１１２の温度を一定に保持できると共に、基板１１２の大きな表面積全体にわたり均一な温度分布が維持される。
【００２７】
[0036]図４Ａ−４Ｃは、基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４に配置された加熱素子１３２及び冷却チャンネル１３６の構成を例示している。図４Ａに示すように、冷却流体は、中央シャフトから流れ方向４００Ａに伝導性本体１２４に向かって延びる１つ以上の流入冷却チャンネルを通して伝導性本体１２４へ流れ込むことができ、ここで、１つ以上の流入冷却チャンネルは、伝導性本体１２４の周囲に向かって螺旋構成又は渦巻形状で延びる。
【００２８】
[0037]次いで、図４Ａに示すように、冷却流体は、流入冷却チャンネルから、流れ方向４００Ｂに中心シャフトに向かって延びる１つ以上の流出冷却チャンネルへと流れ、ここで、１つ以上の流出冷却チャンネルは、伝導性本体１２４から螺旋構成で延びている。従って、全体的に、冷却チャンネル１３６は、一実施形態では、二重螺旋構成で構成することができ、流れ方向４００Ａ及び４００Ｂで示すように、一方の螺旋は流入であり、他方の螺旋は流出である。更に、図４Ａに示すように、冷却チャンネル１３６の隣接ループ即ちチャンネルは、流れ方向４００Ａ及び４００Ｂで示すように、冷却流体を互いに逆方向に流すように構成される。
【００２９】
[0038]図４Ｂは、本発明の別の例示的冷却チャンネル及び加熱素子を示している。冷却チャンネル１３６は、シャフト１４２を通して伝導性本体１２４に入って、１つ以上の内側冷却ループ４３６Ａを形成し、加熱素子１３２の１つ以上の内側ループの周りにループ形成するように構成される。また、冷却チャンネル１３６は、１つ以上の外側冷却ループ４３６Ｂを形成して、伝導性本体１２４の外周付近で加熱素子１３２の１つ以上の外側ループの周りにループ形成するように構成される。次いで、冷却チャンネル１３６は、シャフト１４２を通して出ることができる。一実施形態では、冷却チャンネル１３６の内側冷却ループ４３６Ａ及び外側冷却ループ４３６Ｂは、螺旋、渦巻き構成で構成される。例えば、内側冷却ループ４３６Ａ及び外側冷却ループ４３６Ｂは、伝導性本体１２４の中心部分から、伝導性本体１２４の周囲に向かい、次いで、基板支持アッセンブリ１３８のシャフト１４２の中心部分へループ形成して戻るように構成される。別の実施形態では、冷却チャンネル１３６の内側冷却ループ４３６Ａ及び外側冷却ループ４３６Ｂは、基板支持ピン２２２が貫通するように構成された１つ以上の基板支持ピンホール２２４から離間され、伝導性本体１２４の１つ以上の基板支持ピンホール２２４の位置に邪魔にならないように適応される。
【００３０】
[0039]図４Ｃは、本発明の１つ以上の態様による別の例示的冷却チャンネル構成を示している。１つ以上の冷却チャンネルは、図４Ｃに矢印で示す流れ方向にループ形成する螺旋相互ループ「Ｃ」構成で構成することができる。従って、冷却チャンネル１３６を、伝導性本体１２４の寸法にわたって分布させることができる。
【００３１】
[0040]図５は、本発明の１つ以上の態様による断面Ａ−Ａにわたる断面図である。図５に示すように、本発明の一実施形態では、冷却チャンネル１３６は、加熱素子１３２の上に位置されて、基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４内に充分な温度制御を与えるように構成される。加熱素子１３２は、コイル５１０と、何らかの付加的な絶縁材料５２０とを含むことができる。更に、１つ以上の加熱素子１３２及び１つ以上の冷却チャンネル１３６のためのループ、管路又はチャンネルは、とりわけ、溶接、サンドブラスト、高圧ボンディング、接着剤ボンディング、鍛造のような既知のボンディング技術を使用して、基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４に製造し及びボンディングすることができる。
【００３２】
[0041]一実施形態では、冷却チャンネル１３６のループ、管路及び／又はチャンネルを加熱素子１３２のチャンネル及び／又はループの周りに位置させて、冷却チャンネル１３６を伝導性本体１２４の寸法にわたって分布させることができるように構成される。例えば、図５に示すように、冷却チャンネル１３６の少なくとも２つ以上のループが、加熱素子１３２の１つのチャンネルの上に埋設される。好ましくは、加熱素子１３２の１つのチャンネルの上にある冷却チャンネル１３６の２つ以上のループは、互いに逆の流れ方向４００Ａ及び４００Ｂに流れるガス状材料を含む。
【００３３】
[0042]従って、１つ以上の加熱素子１３２及び１つ以上の冷却チャンネル１３６が基板支持アッセンブリ１３８に配置されて、基板１１２を４００℃以下の均一温度、例えば、約１００℃乃至約２００℃に維持する。加熱素子１３２の加熱効率は、電源１７４により調整することができ、また、冷却チャンネル１３６の冷却効率は、そこに流れるガス状材料の流量により調整することができ、加熱−冷却の二通りの制御が達成される。
【００３４】
[0043]その結果、基板支持アッセンブリ１３８及びそこに位置される基板１１２は、常に、所定の設定点温度に制御可能に維持される。本発明の基板支持アッセンブリを使用すると、基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４に対して、設定点温度の約±５℃以下の温度均一性を観察することができる。プロセスチャンバーにより多数の基板が処理された後でも、約±２℃以下というプロセス設定点温度反復性を観察することができる。一実施形態では、基板１１２の温度が一定に保たれ、正規化された温度変動は、約±１０℃、例えば、約±５℃の温度変動である。
【００３５】
[0044]更に、伝導性本体１２４の下にベース支持プレートを位置させ、基板支持アッセンブリ１３８及びその上の基板１１２に構造上の支持を与えて、それらが重力や高温度のためにそれるのを防止すると共に、伝導性本体１２４と基板１１２との間に比較的均一で且つ反復性のある接触を確保することができる。従って、本発明の基板支持アッセンブリ１３８の伝導性本体１２４は、静電チャックを使用せずに大面積基板の温度を制御するための加熱及び冷却能力を伴う簡単な設計を提供する。というのは、真空チャックに対して基板の裏側に圧力、ガス又は流体を印加すると、大面積ガラス基板は、容易にガラスの割れを招くことがあるからである。
【００３６】
[0045]図２に戻ると、蓋アッセンブリ１１０は、通常、入口ポート１８０を備え、これを通して、供給源１０４により供給されるプロセスガスがプロセスチャンバー１００へ導入される。また、入口ポート１８０は、洗浄剤源１８２にも結合され、これは、解離したフッ素のような洗浄剤をプロセスチャンバー１００へ供給して、ガス分配プレートアッセンブリ１１８を含むプロセスチャンバーハードウェアから堆積副産物及び膜を除去する。
【００３７】
[0046]ガス分配プレートアッセンブリ１１８は、通常、例えば、大面積基板については長方形で、ウェハについては円形の、基板１１２のプロフィールに実質的に従うように構成される。ガス分配プレートアッセンブリ１１８は、穿孔エリア１１６を備え、これを通して、供給源１０４から供給される先駆ガス及び他のガス、例えば、水素ガスが処理容積部１４０へ配送される。穿孔エリア１１６は、ガス分配プレートアッセンブリ１１８を通してプロセスチャンバー１００へ至るガスの均一な分配を与えるように構成される。ガス分配プレートアッセンブリ１１８は、通常、ハンガープレート１６０から懸架された拡散プレート１５８を備えている。拡散プレート１５８を貫通して複数のガス通路１６２が形成され、ガス分配プレートアッセンブリ１１８を通して処理容積部１４０へ至るガスの所定の分配を許容する。
【００３８】
[0047]プロセスチャンバー１００の種々の要素にインターフェイスしそしてそれらを制御するためにコントローラ１９０が含まれる。このコントローラ１９０は、通常、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９４と、サポート回路１９６と、メモリ１９２とを備えている。ＣＰＵ１９４は、種々のチャンバー、装置、及びチャンバー周辺機器を制御するための工業用設定に使用できる任意の形式のコンピュータプロセッサの１つでよい。ＣＰＵ１９４に結合されるメモリ１９２、任意のソフトウェア、又はコンピュータ読み取り可能な媒体は、１つ以上の容易に入手できるメモリデバイス、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、ＣＤ、フロッピーディスク、又は他の形式のデジタル記憶装置を、メモリ記憶装置のためのローカル又はリモート用として含むことができる。サポート回路１９６は、ＣＰＵ１９４を従来の仕方でサポートするためにＣＰＵ１９４に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム、等を含む。
【００３９】
[0048]一実施形態において、本発明のプロセスチャンバー１００の基板支持アッセンブリ１３８は、長方形基板を処理するように適応される。フラットパネルディスプレイ用の長方形基板の表面積は、通常、大きく、例えば、約３００ｍｍｘ約４００ｍｍ以上、例えば、約３７０ｍｍｘ約４７０ｍｍ以上の長方形である。チャンバー本体１０２、伝導性本体１２４、及びプロセスチャンバー１００の関連要素の寸法には、限度がなく、一般的に、プロセスチャンバー１００で処理されるべき基板１１２のサイズ及び寸法より比例的に大きい。例えば、幅が約３７０ｍｍ乃至約２１６０ｍｍで、長さが約４７０ｍｍ乃至約２４６０ｍｍの大面積の方形の基板を処理するときには、伝導性本体は、幅が約４３０ｍｍ乃至約２３００ｍｍで、長さが約５２０ｍｍ乃至約２６００ｍｍでよく、一方、チャンバー本体１０２は、幅が約５７０ｍｍ乃至約２３６０ｍｍで、長さが約５７０ｍｍ乃至約２６６０ｍｍでよい。
【００４０】
[0049]フラットパネルディスプレイの用途では、基板１１２は、可視スペクトルにおいて本質的に光学的に透明な材料、例えば、ガラス又は透明プラスチックで構成することができる。例えば、薄膜トランジスタの用途では、基板１１２は、高度の光学的透明性を有する大面積ガラス基板でよい。しかしながら、本発明は、任意の形式及びサイズの基板処理にも等しく適用できる。本発明の基板は、フラットパネルディスプレイ製造用の円形、方形、長方形、又は多角形でよい。更に、本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、フレキシブルディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、フレキシブル有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）ディスプレイ、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機薄膜トランジスタ、能動的マトリクス、受動的マトリクス、頂面放射デバイス、底面放射デバイス、太陽電池、太陽パネル、等のデバイスを製造するための基板に適用されると共に、とりわけ、シリコンウェハ、ガラス基板、金属基板、プラスチック膜（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフサレート（ＰＥＮ）、等）、プラスチックエポキシ膜のいずれに適用することもできる。本発明は、低温ＰＥＣＶＤプロセス、例えば、基板処理中に温度冷却制御が望まれるフレキシブルディスプレイ装置を製造するのに使用される技術に特に適している。
【００４１】
[0050]図６は、プロセスチャンバー内の基板の温度を制御するための１つの例示的方法６００を示すフローチャートである。運転中に、ステップ６１０において、プロセスチャンバー内の基板支持アッセンブリの基板支持面に基板が位置される。基板処理前に及び／又はその間に、基板支持アッセンブリの伝導性本体の頂部の基板支持面の温度が、設定点温度、例えば、約１００℃ないし約２００℃に保持される。ステップ６２０において、基板支持アッセンブリの伝導性本体に埋設された１つ以上の冷却チャンネルに冷却ガス又は空気が一定の流量で流し込まれる。
【００４２】
[0051]一実施形態では、冷却ガスは、チャンバーのアイドリング時間、非処理時間、又はチャンバーの洗浄／保守時間中にも、冷却チャンネルに流し込むことができる。その結果、本発明の１つ以上の冷却チャンネルは、常にアクティブとなる。別の実施形態では、チャンバーのアイドリング時間中に使用される設定点温度は、基板処理中に設定される処理温度と同じ温度である。
【００４３】
[0052]ステップ６３０において、基板の温度は、基板支持アッセンブリの伝導性本体に埋設された１つ以上の加熱素子の加熱効率を調整することにより基板処理中に一定に維持される。例えば、加熱素子の加熱効率は、加熱素子に接続された電源の電力を調整することにより調整できる。一実施形態では、基板の温度は、プラズマを誘起するか、或いはプラズマのエネルギーから発生される付加的な熱を基板に向けて、基板の表面の温度スパイク又は変動を防止するかどうかに関わらず、加熱素子に対する電源の電力を微同調することにより、基板の全面にわたり約１００℃ないし約２００度の一定処理温度に維持することができる。その結果、加熱及び冷却の両方の効率を調整するためのより複雑な２つ以上の制御ループに比して、加熱効率を調整するための１つの制御ループが、コントローラ１９０内のソフトウェア設計として必要とされるだけである。従って、本発明の方法６００は、基板支持アッセンブリに対する加熱効率を制御することにより簡単で且つ信頼性のある温度制御メカニズムを提供する。しかしながら、本発明の基板支持アッセンブリ１３８は、加熱及び／又は冷却効率を調整することができる。
【００４４】
[0053]運転中に、基板支持アッセンブリの１つ以上の加熱素子は、約１５０℃の設定点温度に設定することができ、また、温度が約１６℃のきれいな乾燥空気又は圧縮空気のガス状冷却材料を冷却チャンネルに一定流量で流し込んで、基板支持アッセンブリの基板支持面の温度を維持することができる。プラズマ又は付加的な熱源がプロセスチャンバー内で基板支持面の頂部付近に存在するときには、約±２℃の表面温度均一性で基板支持面の温度を約１５０℃に一定に維持するために、約５０ｐｓｉの圧力を使用して冷却材料の一定流がテストされる。約３００℃の付加的な熱源が存在しても、基板支持面の温度には影響しないことがテストされ、基板支持面は、本発明の冷却チャンネル内に導入温度が約１６℃の冷却流体を流すことにより約１５０℃に一定に保持されることがテストされている。冷却ガスは、基板支持アッセンブリを冷却してそこから流出された後に、約１２０℃の放出温度であることがテストされている。それ故、本発明の冷却チャンネル内に流れる冷却ガスは、冷却ガスの放出温度と導入温度との間の差が１００℃を越えることで表わされる非常に効率的な冷却作用を示している。
【００４５】
[0054]本発明の教示を組み込んだ多数の好ましい実施形態を図示して詳細に説明したが、当業者であれば、これらの教示を組み込んだ多数の他の変形実施形態も容易に案出できよう。以上の説明は、本発明の実施形態に向けられたが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の及び更に別の実施形態を案出することもでき、本発明の範囲は、特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＣＶＤプロセスチャンバーにおける基板支持体の概略断面図である。
【図２】本発明の基板支持アッセンブリを有するプロセスチャンバーの一実施形態を示す概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による基板支持本体の平面図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による基板支持本体の別の平面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による基板支持本体の平面図である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による基板支持本体の別の平面図である。
【図４Ｃ】本発明の別の実施形態による基板支持本体の更に別の平面図である。
【図５】本発明の基板支持本体の一実施形態を示す断面図である。
【図６】プロセスチャンバー内の基板の温度を制御する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
２…プロセスチャンバー、８…側壁、１０…開口、１２…基板、１４…ガス入口、１６…拡散プレート、１８…支持プレート、２０…支持シャフト、２２…サセプタ、２４…電源、３４…距離、３６…大きな距離、１００…プロセスチャンバー、１０２…チャンバー本体、１０４…供給源、１０６…壁、１０８…底部、１１０…蓋アッセンブリ、１１２…基板、１１４…ポンピング充満部、１１６…穿孔エリア、１１８…ガス分配プレートアッセンブリ、１２２…電源、１２４…伝導性本体、１３２…加熱素子、１３４…基板支持面、１３６…冷却チャンネル、１３８…基板支持アッセンブリ、１４０…処理容積部、１４２…シャフト、１４６…ベローズ、１４８…シャドーフレーム、１５８…拡散プレート、１６０…ハンガープレート、１６２…ガス通路、１７４…電源、１８０…入口ポート、１８２…洗浄剤源、１９０…コントローラ、１９２…メモリ、１９４…ＣＰＵ、１９６…サポート回路、２０２…整列ピン、２０４…整列ピンホール、２２２…基板支持ピン、２２４…基板支持ピンホール、２３４…支持ピンプレート、４００Ａ…流れ方向、４００Ｂ…流れ方向、４３６Ａ…内側冷却ループ、４３６Ｂ…外側冷却ループ、５１０…コイル、５２０…絶縁材料、６００…方法、６１０…ステップ、６２０…ステップ、６３０…ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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