(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置において半導体基板を支えるために使用される基板サポートアセンブリのための加熱板であって、
上部電気絶縁層と下部電気絶縁層とを含む電気絶縁層と、
少なくとも第１、第２、第３、及び第４の平面ヒータゾーンを含む複数の平面ヒータゾーンであって、各平面ヒータゾーンは、当該平面ヒータゾーン内で熱を発生するヒータ素子として１つ以上のダイオードを含み、前記上部電気絶縁層と前記下部電気絶縁層との間に位置する前記複数の平面ヒータゾーンは、前記電気絶縁層全域に横方向に分布され、前記半導体基板上における空間温度分布を調整するように動作可能である、複数の平面ヒータゾーンと、
前記第１及び第２の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第１の導電性電力供給ラインと、前記第３及び第４の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第２の導電性電力供給ラインと、を少なくとも含む電力供給ラインと、
前記第１及び第３の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第１の導電性電力戻りラインと、前記第２及び第４の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第２の導電性電力戻りラインと、を少なくとも含む電力戻りラインと、
を備える加熱板。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、抵抗ヒータ素子を含まない、加熱板。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱板であって、
（ａ）前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、前記電気絶縁層に埋め込まれ、前記平面ヒータゾーンの前記ダイオードは、前記下部電気絶縁層の上面に接合され、前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、前記加熱板内で垂直に伸びるビアによって前記平面ヒータゾーンに電気的に接続される、又は、
（ｂ）前記電力供給ラインは、前記電気絶縁層に埋め込まれ、前記電力戻りラインは、前記電気絶縁層の上面上にあり、前記平面ヒータゾーンの前記ダイオードは、前記下部電気絶縁層の前記上面に接合され、前記電力戻りラインは、前記平面ヒータゾーンに横方向から電気的に接続され、前記電力供給ラインは、前記加熱板内で垂直に伸びるビアによって前記平面ヒータゾーンに電気的に接続される、加熱板。
【請求項４】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、
（ａ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ４つ分以下であるように、又は、
（ｂ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ２つ分以下であるように、又は、
（ｃ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ１つ分以下であるように、又は、
（ｄ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上のデバイスダイのサイズ及び前記半導体基板の全体サイズに対応して拡大縮小されるように、
サイズ決定される、加熱板。
【請求項５】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、
（ａ）各平面ヒータゾーンが０．１〜１ｃｍ２であるように、又は、
（ｂ）各平面ヒータゾーンが２〜３ｃｍ２であるように、又は、
（ｃ）各平面ヒータゾーンが１〜１５ｃｍ２であるように、
サイズ決定される、加熱板。
【請求項６】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記加熱板は、１００〜７００個の平面ヒータゾーンを含む、加熱板。
【請求項７】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記電気絶縁層は、ポリマ材料、セラミック材料、ガラス繊維複合材、又はそれらの組み合わせを含む、加熱板。
【請求項８】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインの総数は、前記平面ヒータゾーンの総数に等しい又はそれ未満である、加熱板。
【請求項９】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンの総面積は、前記加熱板の上面の５０〜９９％である、加熱板。
【請求項１０】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、矩形格子、六角形格子、又は同心円の形に配置され、
前記平面ヒータゾーンは、幅が少なくとも１ミリメートルで且つ最大で１０ミリメートルである隙間によって互いから隔てられる、加熱板。
【請求項１１】
基板サポートアセンブリであって、
前記基板サポートアセンブリ上に半導体基板を静電クランプするように構成された少なくとも１つの静電クランプ電極を含む静電チャック（ＥＳＣ）と、
請求項１に記載の加熱板と、
前記加熱板の下側に熱障壁層によって取り付けられた冷却板と、
を備える基板サポートアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板サポートアセンブリであって、更に、
前記加熱板の前記平面ヒータゾーンの上方又は下方に配置される少なくとも１枚の一次ヒータ層を備え、
前記一次ヒータ層は、前記加熱板の前記平面ヒータゾーン、前記電力供給ライン、及び前記電力戻りラインから電気的に絶縁され、
前記一次ヒータ層は、前記半導体基板の平均温度制御を提供する少なくとも１つのヒータを含み、
前記平面ヒータゾーンは、前記半導体基板の処理中に、その半径方向及び方位角方向における温度分布制御を提供する、基板サポートアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１に記載の加熱板を製造するための方法であって、
セラミック粉末と、結合剤と、液体との混合を加圧してシートにすることと、
前記シートを乾燥させることと、
前記シートに穴を開けることによって前記シート内にビアを形成することと、
前記シート上に前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインを形成することと、
前記シートを揃えることと、
接着又は焼結によって前記シートを接合して前記電気絶縁層の上部シートを形成することと、
スラリ状の導体粉末によって前記ビアを満たすことと、
各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、前記電気絶縁層の前記上部シートの下面にダイオードを接続することと、
を備える方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、スラリ状の導電粉末をスクリーン印刷する、事前にカットされた金属箔を押し付ける、又はスラリ状の導電粉末を噴き付けることによって形成される、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の加熱板を製造するための方法であって、
（ａ）ガラス繊維複合材板、又は電気絶縁ポリマ膜で覆われた金属板に、金属シートを接合することと、
（ｂ）前記金属シートの表面に、パターン化レジスト膜を施すことであって、前記パターン化レジスト膜内の開口は、一グループの電力ラインの形状及び位置を定める、ことと、
（ｃ）前記パターン化レジスト膜内の前記開口を通して露出している部分の前記金属シートを化学的にエッチングすることによって、前記電力ラインのグループを形成することと、
（ｄ）前記レジスト膜を除去することと、
（ｅ）前記金属シートに電気絶縁ポリマ膜を施すことと、
（ｆ）随意としてステップ（ｂ）〜（ｅ）を１回以上にわたって繰り返して前記電気絶縁層の下部層を形成することと、
（ｇ）前記（１枚以上の）金属シート及び前記（１枚以上の）電気絶縁ポリマ膜に穴を開け、前記穴をスラリ状の導体粉末で満たすことによって、ビアを形成することと、
（ｈ）各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、最上層の電気絶縁ポリマ膜の露出表面にダイオードを接合し、随意として一グループの電力ラインを形成することと、
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１１の基板サポートアセンブリを含むプラズマ処理チャンバのなかで半導体基板をプラズマ処理するための方法であって、
（ａ）半導体基板を前記処理チャンバに取り込み、前記半導体基板を前記基板サポートアセンブリ上に位置決めすることと、
（ｂ）微小寸法（ＣＤ）均一性に影響を及ぼす処理条件を打ち消す温度分布を決定することと、
（ｃ）前記基板サポートアセンブリを使用して前記半導体基板を加熱し、前記温度分布に適合させることと、
（ｄ）前記平面ヒータゾーンを独立制御式に加熱することによって前記温度分布を制御しつつ、プラズマを点火して前記半導体基板を処理することと、
（ｅ）前記半導体基板を前記処理チャンバから取り出し、異なる半導体基板でステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことと、
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の基板サポートアセンブリであって、
前記一次ヒータ層は、２つ以上のヒータを含む、基板サポートアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１に記載の加熱板であって、
各平面ヒータゾーンは、１つのダイオードを備え、
前記１つのダイオードは、当該１つのダイオードが位置する前記平面ヒーターゾーンと基本的に同サイズの連続したシートである、加熱板。
【請求項１９】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記１つ以上のダイオードは、前記電気絶縁層に完全に埋め込まれている、加熱板。
【請求項２０】
請求項１に記載の加熱板であって、
前記１つ以上のダイオードと前記電力供給ラインと前記電力戻りラインは、前記電気絶縁層に埋め込まれており、
前記電力戻りラインは、前記平面ヒーターゾーンに横方向から接続され、
前記電力供給ラインは、ビアによって前記平面ヒーターゾーンに接続される、加熱板。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体技術の世代が下るにつれて、基板直径の増大及びトランジスタサイズの縮小が進む傾向があり、その結果、基板処理では更に高い精度及び再現性が必要になる。シリコン基板などの半導体基板材料は、真空チャンバの使用を含む技術によって処理される。これらの技術は、電子ビーム蒸着などの非プラズマ応用はもちろん、スパッタリング蒸着、プラズマ強化式化学的気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、レジスト剥離、及びプラズマエッチングなどのプラズマ応用も含む。
【０００２】
今日入手可能なプラズマ処理システムは、精度及び再現性の向上に対するニーズの高まりに見舞われている半導体製造ツールの１つである。プラズマ処理システムの基準は、１つには、均一性の向上であり、これには、半導体基板表面に対する処理結果の均一性はもちろん、名目上同じ入力パラメータで処理される一連の基板の処理結果の均一性も含まれる。基板上における均一性の絶え間ない向上が望まれている。なかでも特に、均一性、一貫性、及び自己診断を向上されたプラズマチャンバが求められている。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書で開示されるのは、半導体処理装置において半導体基板を支えるために使用される基板サポートアセンブリのための加熱板であって、該加熱板は、電気絶縁層と、少なくとも第１、第２、第３、及び第４の平面ヒータゾーンを含む平面ヒータゾーンであって、各平面ヒータゾーンは、ヒータ素子として１つ以上のダイオードを含み、平面ヒータゾーンは、電気絶縁層全域に横方向に分布され、半導体基板上における空間温度分布を調整するように動作可能である、平面ヒータゾーンと、少なくとも、第１及び第２の平面ヒータゾーンの１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第１の導電性電力供給ラインと第３及び第４の平面ヒータゾーンの１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第２の導電性電力供給ラインとを含む電力供給ラインと、少なくとも、第１及び第３の平面ヒータゾーンの１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第１の導電性電力戻りラインと第２及び第４の平面ヒータゾーンの１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第２の導電性電力戻りラインとを含む電力戻りラインとを含む加熱板である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】平面ヒータゾーンの配列を伴う加熱板を組み込まれ、静電チャック（ＥＳＣ）も含む、基板サポートアセンブリの概略断面図である。
【０００５】
【図２】基板サポートアセンブリに組み込み可能な加熱板における、平面ヒータゾーン配列への電力供給ライン及び電力戻りラインの電気的接続を示した図である。
【０００６】
【図３】平面ヒータゾーンにおけるヒータ素子としてのダイオードと、電力供給ライン及び電力戻りラインとの間における電気的接続を示した図である。
【０００７】
【図４】一実施形態にしたがった、加熱板を組み込まれた基板サポートアセンブリの概略断面図である。
【０００８】
【図５】一実施形態にしたがった、加熱板を組み込まれた基板サポートアセンブリの概略断面図である。
【０００９】
【図６】一実施形態にしたがった、加熱板を組み込まれた基板サポートアセンブリの概略断面図である。
【００１０】
【図７】加熱板を組み込まれ、更に一次ヒータ層を含む、基板サポートアセンブリの概略断面図である。
【００１１】
【図８】本明細書で説明される加熱板を伴う基板サポートアセンブリを含むことができる代表的なプラズマ処理チャンバの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
所望の微小寸法（ＣＤ）均一性を基板上に実現するために半導体処理装置において基板温度を半径方向に及び方位角方向に制御することが、ますます求められている。温度の僅かなばらつきでさえ、許容しがない影響をＣＤに及ぼすかもしれず、これは、半導体製造プロセスにおいてＣＤが１００ｎｍ未満に迫るにつれて、ますます深刻になる。
【００１３】
基板サポートアセンブリは、処理中における、基板を支える、基板温度を調整する、及び、無線周波数電力を供給する、などの多岐にわたる機能用に構成されてよい。基板サポートアセンブリは、処理中に基板サポートアセンブリに基板を静電クランプするのに有用な静電チャック（ＥＳＣ）を含むことができる。ＥＳＣは、可調整式のＥＳＣ（Ｔ−ＥＳＣ）であってよい。Ｔ−ＥＳＣは、参照によって本明細書に組み込まれる同一出願人による米国特許第６，８４７，０１４号及び第６，９２１，７２４号に記載されている。基板サポートアセンブリは、セラミック製の基板ホルダと、流体冷却ヒートシンク（以下、冷却板と呼ばれる）と、半径方向における段階的な温度制御を実現するための複数の同心状の平面ヒータゾーンとを含んでいてよい。通常、冷却板は、０℃から３０℃までに維持される。ヒータは、断熱材の層を間に挟んだ状態で冷却板上に位置付けられる。ヒータは、基板サポートアセンブリのサポート表面を、冷却板温度よりも約０〜８０℃高い温度に維持することができる。複数の平面ヒータゾーン内のヒータ電力を変化させることによって、基板サポート温度分布を変化させることができる。更に、平均の基板サポート温度は、冷却板温度よりも０〜８０℃高い動作範囲内で段階的に変化させることができる。半導体技術の進歩に伴うＣＤの減少とともに、方位角方向における温度の僅かなばらつきが、ますます大きな課題になる。
【００１４】
温度の制御は、幾つかの理由で容易な作業ではない。第１に、熱源やヒートシンクの場所、及び媒質の動きや材料、形状などの多くの要因が、熱伝達に影響を及ぼす可能性がある。第２に、熱伝達は、動的なプロセスである。問題にされているシステムが熱平衡状態にない限り、熱伝達が発生し、時間とともに温度分布及び熱伝達が変化することになる。第３に、プラズマ処理中に当然ながら常に存在するプラズマなどの非平衡現象は、実際上のプラズマ処理装置の熱伝達挙動の理論的予測を、たとえ不可能ではないにしても非常に困難にする。
【００１５】
プラズマ処理装置における基板温度分布は、プラズマ密度分布、ＲＦ電力分布、並びにチャックのなかの各種の加熱素子及び冷却素子の詳細な構造などの多くの要因によって影響されるので、基板温度分布は、多くの場合、均一ではなく、少数の加熱素子又は冷却素子によって制御することが困難である。この欠陥は、基板全域にわたる処理速度の非均一性及び基板上におけるデバイスダイの微小寸法の非均一性につながる。
【００１６】
温度制御の複雑性を踏まえると、独立制御可能な複数の平面ヒータゾーンを基板サポートアセンブリに組み込んで、装置が所望の空間的及び時間的な温度分布を能動的に作成及して維持すること並びにＣＤの均一性に影響を及ぼすその他の有害要因を打ち消すことを可能にすることが、有利だと考えられる。
【００１７】
本明細書で説明されるのは、半導体処理装置における半導体サポートアセンブリのための加熱板であり、該加熱板は、そのなかでダイオードをヒータ素子として使用する複数の独立制御可能な平面ヒータゾーンを有する。好ましくは、平面ヒータゾーンは、抵抗ヒータ素子を有していない。この加熱板は、スケーラブルな（拡大縮小可能な）多重レイアウト式の平面ヒータゾーンと、電力供給ライン及び電力戻りライン（電力ラインとして総称される）とを含む。平面ヒータゾーンの電力を調整することによって、処理中における温度分布を半径方向及び方位角方向の両方に形作ることができる。更なる詳細は、共同所有の米国特許公開第２０１１／００９２０７２号及び第２０１１／０１４３４６２号に開示されており、これらの開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。この加熱板は、主に、プラズマ処理装置について記載されているが、プラズマを使用しないその他の半導体処理装置に使用することもできる。
【００１８】
この加熱板のなかの平面ヒータゾーンは、例えば、矩形格子、六角形格子、有極配列、同心円、又は任意の望ましいパターンなどの、既定のパターンに配置されることが好ましい。各平面ヒータゾーンは、任意の適切なサイズであってよく、１つ以上のヒータ素子を有していてよい。平面ヒータゾーンが通電されたときは、そのなかの全てのヒータ素子が通電され、平面ヒータゾーンが通電されていないときは、そのなかの全てのヒータ素子が通電されていない。電気的接続の数を最少に抑えるために、電力供給ライン及び電力戻りラインは、各電力供給ラインがそれぞれ異なるグループの平面ヒータゾーンに接続されるように、尚且つ各電力戻りラインがそれぞれ異なるグループの平面ヒータゾーンに接続されるように配置され、各平面ヒータゾーンは、特定の電力供給ラインに接続されたグループの１つ及び特定の電力戻りラインに接続されたグループの１つに入っている。同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインに接続される平面ヒータゾーンは、２つとしてない。各平面ヒータゾーンの（１つ以上の）ヒータ素子の（１つ以上の）アノードは、この平面ヒータゾーンが接続されている電力供給ラインに接続されており、（１つ以上の）ヒータ素子の（１つ以上の）カソードは、この平面ヒータゾーンが接続されている電力戻りラインに接続されている。平面ヒータゾーンは、この特定の平面ヒータゾーンが接続されているペアの電力供給ライン及び電力戻りラインにＤＣ電流を流れさせることによって作動させることができる。ＤＣ電流は、電力供給ラインから平面ヒータゾーンに、そして電力戻りラインに流れる。ヒータ素子のピーク電力は、好ましくは２０Ｗ未満であり、更に好ましくは１〜１０Ｗである。一実施形態では、各平面ヒータゾーンは、半導体基板上に製造されているデバイスダイ４つ分以下、又は半導体基板上に製造されているデバイスダイ２つ分以下、又は半導体基板上に製造されているデバイスダイ１つ分以下であり、基板上のデバイスダイに対応するように、面積にして例えば０．１〜１ｃｍ２若しくは２〜３ｃｍ２のように０．１〜１５ｃｍ２である。加熱板は、１００〜７００個の平面ヒータゾーンのように、任意の適切な数の平面ヒータゾーンを含むことができる。ヒータ素子の厚さは、１００マイクロメートルから２ミリメートルまでであってよい。平面ヒータゾーン同士の間、並びに／又は平面ヒータゾーンと電力供給ライン及び電力戻りラインとの間にスペースを確保にするために、平面ヒータゾーンの総面積は、基板サポートアセンブリの上面の面積の９９％以下であってよく、例えば、該面積の５０〜９９％である。電力供給ライン又は電力戻りラインは、平面ヒータゾーン同士の間の１〜１０ｍｍの隙間に配置されてよい、又は電気絶縁層によって平面ヒータゾーンの面から隔てられた別々の面内に配置されてよい。大電流を運ぶため及びジュール加熱を減らすためには、電力供給ライン及び電力戻りラインは、スペースが許す限り広く作成されることが好ましい。電力ラインが平面ヒータゾーンと同じ面内にある一実施形態では、電力ラインの幅は、０．３ｍｍから２ｍｍまでの間であることが好ましい。電力ラインが平面ヒータゾーンと異なる面上にある別の実施形態では、電力ラインの幅は、平面ヒータゾーンと同程度に大きくてよく、例えば、３００ｍｍのチャックに対し、１〜２インチ（約２．５４〜５．０８センチ）の幅であってよい。好ましくは、電力供給ライン及び電力戻りラインの材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、又はＭｏなどの、低抵抗性の材料である。
【００１９】
従来の抵抗ヒータ素子は、通常は、蛇行状の導体経路を含み、これは、なかでも特に５ｍｍ×５ｍｍ以下の平面ヒータゾーンが所望されるときなどは、平面ヒータゾーンの小型化に対して制限を課す。また、蛇行状の導体経路は、平面ヒータゾーンの全面積を占有することはできない。蛇行状の導体経路の間のスペースは、なかでも特に平面ヒータゾーンが小さいときなどは、平面ヒータゾーン内に深刻な温度非均一性をもたらす恐れがある。これと比べて、ダイオードは、平面ヒータゾーンと基本的に同サイズの連続した１枚のシート状に作成することができるので、平面ヒータゾーンにおけるヒータ素子としてのダイオードの使用は、抵抗ヒータ素子に関連する上記の問題を緩和する。ヒータ素子としてダイオードを使用した平面ヒータゾーンを伴う加熱板は、その設計における柔軟性が更に高く、その構造が更に単純であり、尚且つ各平面ヒータゾーン内に更に優れた温度均一性をもたらすことができる。
【００２０】
図１は、電気絶縁層１０３を有する加熱板の一実施形態を含む基板サポートアセンブリを示している。層１０３は、ポリマ材料、又は無機材料、又は酸化シリコン、アルミナ、イットリア、窒化アルミニウムなどのセラミック、又はその他の適切な材料で作成された、１枚以上の層を有していてよい。基板サポートアセンブリは、更に、（ａ）ＤＣ電圧によって層１０３の表面に基板を静電クランプするために層１０３に埋め込まれた少なくとも１つのＥＳＣ（静電クランプ）電極１０２（例えば単極又は双極）と、（ｂ）熱障壁層１０７と、（ｃ）冷却剤を流すための流路１０６を内包した冷却板１０５とを含む。明瞭さを期するために、電力供給ライン及び電力戻りラインは示されていない。
【００２１】
図２に示されるように、各平面ヒータゾーン１０１は、電力供給ライン２０１の１本と、電力戻りライン２０２の１本とに接続される。同じペアの電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２を共有する平面ヒータゾーン１０１は、２つとしてない。適切な電気スイッチ構成によって、ペアをなす電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２を電力供給部（不図示）に接続し、それによって、このペアをなす電力ラインに接続された平面ヒータゾーンのみを通電することが可能である。各平面ヒータゾーンの時間平均加熱電力は、時間領域多重化によって個々に調整することができる。
【００２２】
図３は、ペアをなす電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２に対する平面ヒータゾーン１０１の接続の詳細を示している。平面ヒータゾーン１０１は、そのヒータ素子として、１つ以上のダイオード２５０を有する。ダイオード２５０のアノード２５０ａは、電力供給ライン２０１に接続され、ダイオード２５０のカソード２５０ｃは、電力戻りライン２０２に接続される。
【００２３】
図４〜６は、電気絶縁層と、ヒータ素子として１つ以上のダイオードを含む平面ヒータゾーンと、電力供給ライン及び電力戻りラインとを含む、加熱板の一実施形態を示している。加熱板は、基板サポートアセンブリのなかに組み込むことができ、該アセンブリは、加熱板の上方に静電チャックを、加熱板の下方に冷却板を含む。
【００２４】
図４は、一実施形態にしたがった、図１の基板サポートアセンブリにおける電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２の配置を示している。平面ヒータゾーンのダイオード２５０は、層１０３の底面に接合され、層１０３に埋め込まれた電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２に、層１０３内で垂直に伸びるビア３０１を通じて電気的に接続される。好ましくは、電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２は、同じ面内にはない。
【００２５】
図５は、別の一実施形態にしたがった、図１の基板サポートアセンブリにおける電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２の配置を示している。層１０３は、上方層１０３ａと、下方層１０３ｂとを含む。ＥＳＣ電極１０２は、上方層１０３ａに埋め込まれる。ダイオード２５０は、下方層１０３ｂの上面に接合される。電力戻りライン２０２は、下方層１０３ｂの上面上に配される。電力供給ライン２０１は、下方層１０３ｂに埋め込まれる。ダイオード２５０は、垂直に伸びるビア３０１を通じて電力供給ライン２０１に電気的に接続される。ダイオード２５０は、電力戻りライン２０２に横方向から電気的に接続される。下方層１０３ｂは、上方層１０３ａと熱障壁層１０７との間に挟まれる。
【００２６】
図６は、別の一実施形態にしたがった、図１の基板サポートアセンブリにおける電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２の配置を示している。層１０３は、上方層１０３ａと、下方層１０３ｂとを含む。ＥＳＣ電極１０２は、上方層１０３ａに埋め込まれる。ダイオード２５０は、下方層１０３ｂの上面に接合される。電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２は、下方層１０３の、好ましくは異なる面内に埋め込まれる。ダイオード２５０は、下方層１０３ｂ内で垂直に伸びるビア３０１を通じて電力供給ライン２０１及び電力戻りライン２０２に電気的に接続される。下方層１０３ｂは、上方層１０３ａと熱障壁層１０７との間に挟まれる。
【００２７】
層１０３は、好ましくはセラミックで作成される。図４〜６に示されるような加熱板は、セラミック粉末と、結合剤と、液体との混合を加圧してシートにすることと、それらのシートを乾燥させることと、それらのシートに穴を開けることによってシート内にビアを形成することと、スラリ状の導電粉末（例えばＷ、ＷＣ、ドープＳｉＣ、若しくはＭｏＳｉ２）をスクリーン印刷する、事前にカットされた金属箔を押し付ける、スラリ状の導電粉末を噴き付ける、又はその他の任意の適切な技術によってシート上に電力供給ライン及び電力戻りラインを形成することと、シートを揃えることと、接着又は焼結によってシートを接合して層１０３を形成することと、スラリ状の導体粉末によってビアを満たすことと、各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、層１０３の下面にダイオードを接続することと、を含む代表的な方法によって作成することができる。シートは、厚さが約０．３ｍｍであってよい。
【００２８】
図４〜６に示されるような加熱板は、（ａ）ガラス繊維複合材板、又は電気絶縁ポリマ膜（例えばポリイミド）で覆われた金属板に、（Ａｌ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、又はＣｕ箔などの）金属シートを接合する（例えば熱プレスする、接着剤で接着するなど）ことと、（ｂ）金属シートの表面にパターン化レジスト膜を施すことであって、パターン化レジスト膜内の開口は、一グループの電力ラインの形状及び位置を定める、ことと、（ｃ）パターン化レジスト膜内の開口を通して露出している部分の金属シートを化学的にエッチングすることによって、上記電力ラインのグループを形成することと、（ｄ）（適切な溶媒への溶解又はドライ剥離によって、）レジスト膜を除去することと、（ｅ）金属シートに電気絶縁ポリマ膜を施すことと、（ｆ）随意としてステップ（ｂ）〜（ｅ）を１回以上にわたって繰り返すことと、（ｇ）（１枚以上の）金属シート及び（１枚以上の）電気絶縁ポリマ膜に穴を開け、それらの穴をスラリ状の導体粉末で満たすことによって、ビアを形成することと、（ｈ）各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、最上層の電気絶縁ポリマの露出表面にダイオードを接合し、随意として一グループの電力ラインを形成することと、を含む別の方法によっても作成することができる。
【００２９】
ダイオード２５０は、ニューヨーク州ホーポージ所在のセントラル・セミコンダクタ（Central Semiconductor）によって製造されたＣＰＤ０７などの、任意の適切なモデルであってよい。代表的なダイオード２５０は、約２．５ｍｍ×２．５ｍｍの寸法を有し、最大８Ａまでの電流を運ぶことができ、最大１０Ｗまでの加熱電力を有する。ダイオード２５０は、少なくとも０．１Ｗ／ｃｍ２の加熱電力密度を有することが好ましく、２℃の温度摂動を実現するのに十分である。断熱層１０７は、約０．０１〜約１００ｍ２Ｋ／Ｗ（例えば約１ｍ２Ｋ／Ｗ）の熱抵抗を有することが好ましい。
【００３０】
平面ヒータゾーン１０１を通電するときは、該ヒータゾーン１０１のなかの（１つ以上の）ダイオード２５０内を、（１つ以上の）ダイオード２５０の（１つ以上の）アノードから（１つ以上の）ダイオード２５０の（１つ以上の）カソードに向かう方向にＤＣ電流が流される。
【００３１】
図７は、一次ヒータ層６０１を更に含む、図１の基板サポートアセンブリを示している。好ましくは、一次ヒータ６０１は、個別に制御される高電力ヒータである。一次ヒータの電力は、１００〜１０，０００Ｗであり、好ましくは１，０００〜５，０００Ｗである。一次ヒータは、矩形格子、同心環状ゾーン、放射状ゾーン、又は環状ゾーンと放射状ゾーンとの組み合わせとして配置されてよい。一次ヒータは、平均温度を変化させるために、半径方向における温度分布を調整するために、又は基板上における段階的な温度制御のために使用されてよい。一次ヒータは、加熱板のヒータゾーンの上方又は下方に位置付けられてよい。
【００３２】
プラズマ処理チャンバがどのように動作するかの概観として、図８は、上方シャワーヘッド電極７０３と、本明細書で開示される加熱板をそのなかに組み込まれた基板サポートアセンブリ７０４と、を有するチャンバ７１３を含むプラズマ処理チャンバの概略を示している。基板７１２が、取り込み口７１１を通して取り込まれ、基板サポートアセンブリ７０４に載せられる。ガスライン７０９は、上方シャワーヘッド電極７０３にプロセスガスを供給し、該シャワーヘッド電極７０３は、プロセスガスをチャンバ内へ送り込む。ガスライン７０９には、ガス源７０８（例えば、適切なガス混合を供給する質量流コントローラ）が接続される。上方シャワーヘッド電極７０３には、ＲＦ電力源７０２が接続される。動作にあたっては、基板７１２と上方シャワーヘッド電極７０３との間のスペースのなかでプロセスガスを活性化させてプラズマにするために、真空ポンプ７１０によってチャンバが排気され、基板サポートアセンブリ７０４のなかの上方シャワーヘッド電極７０３と下方電極との間にＲＦ電力が容量結合される。プラズマは、基板７１２上の層内へデバイスダイ特徴をエッチングするために使用することができる。基板サポートアセンブリ７０４は、そのなかにヒータを組み込まれていてよい。なお、上述のように、プラズマ処理チャンバの詳細な設計が、可変であってよい一方で、ＲＦ電力は、基板サポートアセンブリ７０４を通じてプラズマに結合されることが、理解されるべきである。
【００３３】
基板サポートアセンブリの製造に使用するのに適した適切な絶縁材料及び導電材料の例が、参照によって本明細書に開示内容を組み込まれる同一出願人による米国特許第６，４８３，６９０号に開示されている。
【００３４】
加熱板、加熱板を製造する方法、及び加熱板を含む基板サポートアセンブリが、それらの特定の実施形態を参照にして詳細に説明されてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正がなされうること、並びに均等物が採用されうることが明らかである。
本発明は以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
半導体処理装置において半導体基板を支えるために使用される基板サポートアセンブリのための加熱板であって、
電気絶縁層と、
少なくとも第１、第２、第３、及び第４の平面ヒータゾーンを含む複数の平面ヒータゾーンであって、各平面ヒータゾーンは、ヒータ素子として１つ以上のダイオードを含み、前記複数の平面ヒータゾーンは、前記電気絶縁層全域に横方向に分布され、前記半導体基板上における空間温度分布を調整するように動作可能である、複数の平面ヒータゾーンと、
前記第１及び第２の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第１の導電性電力供給ラインと、前記第３及び第４の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのアノードに電気的に接続された第２の導電性電力供給ラインと、を少なくとも含む電力供給ラインと、
前記第１及び第３の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第１の導電性電力戻りラインと、前記第２及び第４の平面ヒータゾーンの前記１つ以上のダイオードのカソードに電気的に接続された第２の導電性電力戻りラインと、を少なくとも含む電力戻りラインと、
を備える加熱板。
［適用例２］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、抵抗ヒータ素子を含まない、加熱板。
［適用例３］
適用例１に記載の加熱板であって、
（ａ）前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、前記電気絶縁層に埋め込まれ、前記平面ヒータゾーンの前記ダイオードは、前記電気絶縁層の下面若しくは上面に接合され、前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、前記加熱板内で垂直に伸びるビアによって前記平面ヒータゾーンに電気的に接続される、又は、
（ｂ）前記電力供給ラインは、前記電気絶縁層に埋め込まれ、前記電力戻りラインは、前記電気絶縁層の上面上にあり、前記平面ヒータゾーンの前記ダイオードは、前記電気絶縁層の前記上面に接合され、前記電力戻りラインは、前記平面ヒータゾーンに横方向から電気的に接続され、前記電力供給ラインは、前記加熱板内で垂直に伸びるビアによって前記平面ヒータゾーンに電気的に接続される、加熱板。
［適用例４］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、
（ａ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ４つ分以下であるように、又は、
（ｂ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ２つ分以下であるように、又は、
（ｃ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上に製造されているデバイスダイ１つ分以下であるように、又は、
（ｄ）各平面ヒータゾーンが、前記半導体基板上のデバイスダイのサイズ及び前記半導体基板の全体サイズに対応して拡大縮小されるように、
サイズ決定される、加熱板。
［適用例５］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、
（ａ）各平面ヒータゾーンが０．１〜１ｃｍ２であるように、又は、
（ｂ）各平面ヒータゾーンが２〜３ｃｍ２であるように、又は、
（ｃ）各平面ヒータゾーンが１〜１５ｃｍ２であるように、
サイズ決定される、加熱板。
［適用例６］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記加熱板は、１００〜７００個の平面ヒータゾーンを含む、加熱板。
［適用例７］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記電気絶縁層は、ポリマ材料、セラミック材料、ガラス繊維複合材、又はそれらの組み合わせを含む、加熱板。
［適用例８］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインの総数は、前記平面ヒータゾーンの総数に等しい又はそれ未満である、加熱板。
［適用例９］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンの総面積は、前記加熱板の上面の５０〜９９％である、加熱板。
［適用例１０］
適用例１に記載の加熱板であって、
前記平面ヒータゾーンは、矩形格子、六角形格子、又は同心円の形に配置され、
前記平面ヒータゾーンは、幅が少なくとも１ミリメートルで且つ最大で１０ミリメートルである隙間によって互いから隔てられる、加熱板。
［適用例１１］
基板サポートアセンブリであって、
前記基板サポートアセンブリ上に半導体基板を静電クランプするように構成された少なくとも１つの静電クランプ電極を含む静電チャック（ＥＳＣ）と、
適用例１に記載の加熱板と、
前記加熱板の下側に熱障壁層によって取り付けられた冷却板と、
を備える基板サポートアセンブリ。
［適用例１２］
適用例１１に記載の基板サポートアセンブリであって、更に、
前記加熱板の前記平面ヒータゾーンの上方又は下方に配置される少なくとも１枚の一次ヒータ層を備え、
前記一次ヒータ層は、前記加熱板の前記平面ヒータゾーン、前記電力供給ライン、及び前記電力戻りラインから電気的に絶縁され、
前記一次ヒータ層は、前記半導体基板の平均温度制御を提供する少なくとも１つのヒータを含み、
前記平面ヒータゾーンは、前記半導体基板の処理中に、その半径方向及び方位角方向における温度分布制御を提供する、基板サポートアセンブリ。
［適用例１３］
適用例１に記載の加熱板を製造するための方法であって、
セラミック粉末と、結合剤と、液体との混合を加圧してシートにすることと、
前記シートを乾燥させることと、
前記シートに穴を開けることによって前記シート内にビアを形成することと、
前記シート上に前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインを形成することと、
前記シートを揃えることと、
接着又は焼結によって前記シートを接合して前記電気絶縁層を形成することと、
スラリ状の導体粉末によって前記ビアを満たすことと、
各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、前記電気絶縁層の下面にダイオードを接続することと、
を備える方法。
［適用例１４］
適用例１３に記載の方法であって、
前記電力供給ライン及び前記電力戻りラインは、スラリ状の導電粉末をスクリーン印刷する、事前にカットされた金属箔を押し付ける、又はスラリ状の導電粉末を噴き付けることによって形成される、方法。
［適用例１５］
適用例１に記載の加熱板を製造するための方法であって、
（ａ）ガラス繊維複合材板、又は電気絶縁ポリマ膜で覆われた金属板に、金属シートを接合することと、
（ｂ）前記金属シートの表面に、パターン化レジスト膜を施すことであって、前記パターン化レジスト膜内の開口は、一グループの電力ラインの形状及び位置を定める、ことと、
（ｃ）前記パターン化レジスト膜内の前記開口を通して露出している部分の前記金属シートを化学的にエッチングすることによって、前記電力ラインのグループを形成することと、
（ｄ）前記レジスト膜を除去することと、
（ｅ）前記金属シートに電気絶縁ポリマ膜を施すことと、
（ｆ）随意としてステップ（ｂ）〜（ｅ）を１回以上にわたって繰り返すことと、
（ｇ）前記（１枚以上の）金属シート及び前記（１枚以上の）電気絶縁ポリマ膜に穴を開け、前記穴をスラリ状の導体粉末で満たすことによって、ビアを形成することと、
（ｈ）各平面ヒータゾーンのなかのダイオードが、ペアをなす電力供給ライン及び電力戻りラインに接続され、異なる平面ヒータゾーンのなかのダイオードで同じペアの電力供給ライン及び電力戻りラインを共有するものが、２つとしてないように、最上層の電気絶縁ポリマの露出表面にダイオードを接合し、随意として一グループの電力ラインを形成することと、
を備える方法。
［適用例１６］
適用例１１の基板サポートアセンブリを含むプラズマ処理チャンバのなかで半導体基板をプラズマ処理するための方法であって、
（ａ）半導体基板を前記処理チャンバに取り込み、前記半導体基板を前記基板サポートアセンブリ上に位置決めすることと、
（ｂ）微小寸法（ＣＤ）均一性に影響を及ぼす処理条件を打ち消す温度分布を決定することと、
（ｃ）前記基板サポートアセンブリを使用して前記半導体基板を加熱し、前記温度分布に適合させることと、
（ｄ）前記平面ヒータゾーンを独立制御式に加熱することによって前記温度分布を制御しつつ、プラズマを点火して前記半導体基板を処理することと、
（ｅ）前記半導体基板を前記処理チャンバから取り出し、異なる半導体基板でステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことと、
を備える方法。
［適用例１７］
適用例１２に記載の基板サポートアセンブリであって、
前記一次ヒータ層は、２つ以上のヒータを含む、基板サポートアセンブリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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