(57)【要約】  プロセスの間、基板の温度を制御するためのペデスタルアセンブリ及び方法が提供される。一実施形態において、プロセスの間、基板温度制御する方法は、真空処理チャンバ内に基板ペデスタルアセンブリの上に基板を載置し、前記基板ペデスタルアセンブリ内の放射状の流路を介して熱伝導液体を流すことにより、基板ペデスタルアセンブリの温度を制御し、放射状の流路は、内側方向に放射状部分、及び、外側方向に放射状部分を含み、温度制御された基板ペデスタルアセンブリの上で基板をプラズマ処理することを含む。他の実施形態において、プラズマ処理はプラズマトリートメント、化学的蒸着プロセス、物理的蒸着プロセス、イオンインプランテーション蒸着、若しくはエッチングプロセスなどの内の少なくとも１つであるかもしれない。
2011508436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理の間に、基板の温度を制御するための方法であって、
真空処理チャンバ内で基板ペデスタルアセンブリ上に基板を載置し、
前記基板ペデスタルアセンブリ内の放射状の流路を介して熱伝導液体を流すことにより前記基板ペデスタルアセンブリの温度を制御し、前記放射状の流路は内側に放射状になっている部分、及び、外側に放射状になっている部分を含み、
前記温度制御された基板ペデスタルアセンブリ上で前記基板をプラズマ処理することを含む方法。
【請求項２】
プラズマ処理は、プラズマトリートメント、化学的的蒸着プロセス、物理的蒸着プロセス、イオンインプランテーションプロセス、若しくは、エッチングプロセスのうちの少なくとも１つである請求項１記載の方法。
【請求項３】
制御は、実質的にドーナツ形状の流路を介して前記熱伝導液体を流すことを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記流路内の障害物の後ろに前記熱伝導液体の流れを向けることを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
制御することは、
前記基板ペデスタルアセンブリの中央に設けられたプレナムに前記熱伝導液体を流し、
前記プレナムから実質的に円盤形状のプレナムに、外方向に放射状に前記熱伝導液体を流すことを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
流すことは、
前記第１のプレナムの放射状に外側に区画された環状のギャップを介して第２の実質的円盤形状のプレナムに前記熱伝導液体を流すことを含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
静電チャックと、
上面に前記静電チャックが固着されたベースアセンブリであり、前記ベースアセンブリの内側に形成された冷却流路を有するベースアセンブリとを含み、
前記冷却流路は外側に放射状に流れを向けるよう構成されているペデスタルアセンブリ。
【請求項８】
前記ベースアセンブリは、
固着された前記静電チャックを有するベースプレートと、
前記ベースプレートの底に密着して結合されたボトムカバープレートとを含み、
前記冷却流路は、その間に形成にされ、少なくとも１つ円盤形状のプレナムを含む請求項７記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項９】
前記ベースアセンブリは、
固着された前記静電チャックを有するベースプレートと、
前記ベースプレートの底に密着して結合されるボトムカバープレートと、
前記ベースプレートと前記カバープレートの間に設けられたチャネル分離プレートを有し、
前記冷却流路は、前記チャネル分離プレートと前記ベースプレートとの間の少なくとも一部分に形成され、前記チャネル分離プレートと前記ボトムカバープレートとの間の少なくとも一部分に形成されている請求項７記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項１０】
前記ベースプレートは、
前記流路へと延び、実質的に放射方向を有する複数フィンを含み、前記フィンのうちの少なくとも１つは、線形の方向性を有するか、若しくは、曲がっている請求項９記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項１１】
前記複数のフィンのうちの２つの間に形成されるチャネルのうちの少なくとも１つは、少なくともサブチャネルに分岐する請求項１０記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項１２】
静電チャックと、
その上部表面に固着された前記静電チャックを有するベースアセンブリと、
前記ベースアセンブリに形成された実質的にドーナツ形状の流路であり、前記ベースアッセンブリの底の表面に形成された入口及び出口を有する実質的にドーナツ形状の流路とを含むペデスタルアセンブリ。
【請求項１３】
前記ベースアセンブリは、
固着された前記静電チャックを有するベースプレートと、
複数のパッドにより前記にベースに対して離れた間隔に設けられたチャネル分離プレートであり、前記実質的ドーナツ形状の流路は前記チャネル分離プレートの外側の端を超えて延びいるチャネル分離プレートと、
前記チャネル分離プレートに対して離れた間隔を有する前記ベースプレートの底に密着して結合されたボトムカバープレートとを含む請求項１２記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項１４】
前記ボトムカバープレートは、
前記ボトムカバープレートと前記チャネル分離プレートとの間に形成される空間に通じる第１の穴と、
前記ベースプレートと前記チャネル分離プレートとの間に形成される空間に液体流動可能に結合された第１の穴とを含む請求項１３記載のペデスタルアセンブリ。
【請求項１５】
前記ベースプレートは、前記流路に延び出る複数の曲がったフィンを含む請求項１３記載のペデスタルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、主に半導体基板処理システムに関する。更に詳細には、本発明は半導体基板処理システム内の基板の温度を制御するための方法及び装置に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
集積回路の製造において、様々なプロセスパラメーターの正確な制御が基板ごとに再生可能であることと同様に、同一基板内においても一貫した結果が達せられることが求められる。半導体デバイスを形成するための構造の形状的限界が、技術的限界に逆らって打ち破られるにつれ、より困難な許容範囲及び正確なプロセスコントロールが、良好な製造のために非常に重要である。しかしながら、形状が縮小するにつれて、正確な寸法計測、及び、エッチングのプロセス制御がますます困難となる。処理の間の基板上の温度の変化、及び／又は、温度の変動は、半導体デバイスのエッチレート、均一性、材料の蒸着、ステップカバレジ、形状の傾きの角度、及び、他のプロセスパラメーターに弊害をもたらすかもしれない。
【０００３】
基板を支持するペデスタルは、背面におけるガスの分配を制御することにより、及び、ペデスタル自身を加熱若しくは冷却することにより、主に処理の間、基板の温度を制御するのに用いられる。従来の基板ペデスタルは、ほとんどのクリティカルディメンションにおいて、確実な性能をもたらすことが証明されてきたが、基板の直径方向に亘る基板の温度の温度差を制御するための現行技術は、約５５ｎｍ及びそれ以上のクリティカルディメンションを有する次世代のサブミクロンの構造の製造を可能とするために、改善されなければならない。
【０００４】
従って、半導体基板装置内で基板を処理する間に基板の温度を制御するための改善された方法及び装置のための技術が必要となる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、主に、半導体基板装置内で処理する間に基板の温度を制御するための方法及び装置である。この方法及び装置は、半導体基板装置の直径方向に亘る温度の制御を行い、ワークピースの温度制御が求められるエッチング、蒸着、インプラント、及び、サーマルプロセシングシステムなどのアプリケーションに用いられるかもしれない。
【０００６】
一実施形態において、処理の間に基板の温度を制御するための方法は、真空処理チャンバ内の基板ペデスタルアセンブリ上に基板を載置し、この基板ペデスタルアセンブリ内の放射状の流路に熱伝導液体を流すことにより、この基板ペデスタルアセンブリの温度を制御し、この放射状流路は内側に放射状の部分と外側に放射状の部分を含み、温度制御された基板ペデスタルアセンブリ上の基板をプラズマ処理することを含む。他の実施形態において、プラズマ処理はプラズマトリートメント、化学的蒸着プロセス、物理的蒸着プロセス、イオンインプランテーションプロセス、若しくは、エッチプロセスなどのうちの少なくとも１つであるかもしれない。
【０００７】
本発明の他の実施形態において、ペデスタルアセンブリは、その上面に静電チャックが固設されたベースを含むよう提供される。ペース内に冷却のための流路が設けられ、この冷却のための流路は、内側に放射状に、及び、外側に放射状に流れを向けるよう構成されている。
【０００８】
本発明の更に別の実施形態において、ペデスタルアセンブリは、その上面に静電チャックが固設されたベースと、このベース内に形成された実質的にドーナツ形状（ｔｏｒｏｉｄａｌ）の流路とを含むように構成され、この実質的にドーナツ形状の流路は、ベースの底表面に形成された入口及び出口を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の上記引用された構成が詳細に理解できるように、上記に短く要約された本発明のより特定の説明が、その幾つかは添付の図面に図説されている実施形態を参照してなされる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図説するものであり、その範囲を制限するとは解釈されず、本発明は他の同等に有効な実施形態をも含む。
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による基板ペデスタルを含む、例示的な半導体基板装置の概略図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｂ】冷却流路を図示する基板ペデスタルの一実施形態の概略断面図及び上面図である。
【図３】図１の基板ペデスタルの断面図である。
【図４】ベースプレート上に設けられたカバープレートの一実施形態を説明する、図１の基板ペデスタルの上面図である。
【図５】ベースプレートの上面を露出するようにカバープレートが取り除かれた、図１の基板ペデスタルの上面図である。
【図６】図１の基板ペデスタルの底面図である。
【図６Ａ】〜
【図６Ｂ】流れ方向付け器の一実施形態の部分断面図及び拡大された底面図である。
【図７】ベースプレートの底面図である。
【図８】チャネル分離プレートの一実施形態の上面図である。
【図９】チャネル分離プレートの底面図である。
【図１０】チャネル分離ブレートの底面の斜視図である。
【図１１】図１の基板ペデスタルの部分断面図である。
【図１２】冷却のための入口及び出口のための接続ポートを図示する、図１の基板ペデスタルの他の部分断面図である。
【図１３】ベースアセンブリの他の実施形態の展開された斜視図である。
【図１４】〜
【図１６】図１３のベースアセンブリのチャネル分離プレートの一実施形態の底面図、側面図、上面図である。
【図１７】入口のマニフォルドケージの一実施形態の底面の斜視図である。
【図１８】チャネル分離プレート及び入口マニフォルドケージの部分側断面図である。
【図１９】〜
【図２１】図１３のベースアセンブリの底面カバープレートの一実施形態の底面図、側面図、上面図である。
【図２２】図１３のベースアセンブリの部分的な側断面を含む斜視図である。
【図２３】〜
【図２６】図１３のベースアセンブリのベースプレートの選択的な底面図である。
【００１１】
理解を容易にするために、各図に共通な要素を示すために、できる限り同じ参照番号がふられている。また、一実施形態における要素及び特徴は更に引用することなく、他の実施形態に有効に組み込まれる。
【詳細な説明】
【００１２】
本発明は、主に、処理の間に基板の温度を制御するための方法及び装置である。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から市販されているCENTURA（商標名）集積半導体ウエハプロセスシステムの、例えば、処理リアクタ（若しくはモジュール）などの半導体基板装置を例にとり、説明されているが、本発明は、基板又は他のワークピースの温度プロファイルの制御が望まれる、エッチング、蒸着、インプラント、及びサーマルプロセシング、若しくは、他のアプリケーションを含む他の処理システムに用いられてもよい。
【００１３】
図１は、内部に放射状の冷却流路を有する基板ペデスタルアセンブリ１１６の一実施形態を有する例示的なエッチリアクタ１００の概略図である。この本発明に示されるエッチリアクタ１００の特定の実施形態は、説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。
【００１４】
主に、エッチリアクタ１００は、プロセスチャンバ１１０、ガスパネル１３８、コントローラ１４０を含む。このプロセスチャンバ１１０は、処理空間を包囲する導電性の本体（ウォール）１３０及び天井１２０を含む。ガスパネル１３８からのプロセスガスは、１つ以上のノズルからなるシャワーヘッドを介してチャンバ１１０のプロセス空間内に供給される。
【００１５】
コントローラ１４０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４４、メモリー１４２、サポート回路１４６を含む。コントローラ１４０は、集積回路工場のデータベースと選択的にデータの交換を行うとともに、エッチリアクタ１００の各部品とチャンバ１１０内に実行されるプロセスに結合され、それらを制御する。
【００１６】
図示された実施形態において、天井１２０は実質的に平らな誘電材料である。プロセスチャンバ１１０の他の実施形態として、他のタイプの天井、例えば、ドーム形状の天井であってもよい。天井１２０の上には、１つ以上の誘電コイル要素（２つの同軸コイル要素エレメントが説明のため図示されているが）を含むアンテナ１１２が設けられている。このアンテナ１１２は、無線周波（ＲＦ）プラズマ電力ソース１１８に第１の整合回路１７０を介して接続される。
【００１７】
一実施形態において、基板ペデスタルアセンブリ１１６は、マウントアセンブリ１６２、ベースアセンブリ１１４、及び静電チャック１８８を含む。マウントアセンブリ１６２はベースアセンブリ１１４をプロセスチャンバ１１０に結合する。
【００１８】
静電チャック１８８は、主に、セラミック及び同様の誘電材料から形成されており、電源１２８を用いて制御される少なくとも１つのクランピング電極１８６を含む。更なる実施形態において、この静電チャック１８８は、第２の整合回路１２４を介して基板バイアスの電源１２２に接続される、少なくとも１つのＲＦ電極（図示せず）を含むかもしれない。静電チャック１８８は、選択的に１つ以上の基板ヒーターを含みうる。一実施形態において、同軸のヒータ１８４Ａ、１８４Ｂにより示されるような、２つの同軸の、独立に制御可能な抵抗性ヒータが、基板１５０の端から中央までの温度プロファイルを制御するのに用いられる。
【００１９】
静電チャック１８８は、更に、このチャックの基板支持表面に形成され、熱伝導（若しくは、バックサイド）ガスのソース１４８に流通可能に接続される溝などの複数のガスの通路（図示せず）を含む。動作状態において、バックサイドガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ））が静電チャック１８８と基板１５０との間の熱の伝導を向上させるために、制御された圧力により、ガスの流路に供給される。従来どおり、少なくとも静電チャックの基板支持表面には、基板の処理の間に用いられる化学物質及び温度に対し耐久性のあるコーテイングが施されている。
【００２０】
ベースアセンブリ１１４は、主にアルミニウム若しくは他の金属材料から形成される。ベースアセンブリ１１４は、加熱若しくは冷却の液体のソース１１２に結合された１つ以上の冷却通路を含む。フレオン、ヘリウム、若しくは、窒素などの少なくとも１つのガス、あるいは、水若しくは油などの液体であるかもしれない熱伝導液体は、ベースアセンブリ１１４の温度を制御するために通路を介してソース１８２により供給され、これにより、ベースアセンブリ１１４を加熱若しくは冷却し、これにより、処理の間にベースアセンブリ１１４上に置かれた基板１５０の温度を部分的に制御する。
【００２１】
ペデスタルアセンブリ１１６及び基板１５０の温度は、複数のセンサ（図１に図示せず）を用いて監視される。ペデスタルアセンブリ１１６によるセンサの設置については、更に、以下に説明される。光ファイバーによる温度センサがペデスタルアセンブリ１１６の温度プロファイルを示す測定値を提供するためにコントローラ１４２に接続される。
【００２２】
図２Ａ−Ｂは、基板ペデスタルアセンブリ１１６に対する均一な温度制御を提供するために構成された冷却流路２００を図示する、基板ペデスタルアセンブリ１１６の一実施形態の概略断面図及び上面図である。基板ペデスタルアセンブリ１１６は、ベースアセンブリ１１４上に置かれた静電チャック１８８を含む。流路２００はベースアセンブリ１１４を介して形成された１つ以上の通路により形成されるかもしれない。流路２００はベースアセンブリ１１４の中に、主に放射状に設けられるかもしれない。図２Ａに示された流路２００は、ソース１８２からもたらされる熱伝導流体が放射状に外側に流れるように中央の入口を有しているが、この流れの方向は反対であってもよい。
【００２３】
一実施形態において、流路２００は第１の放射状通路２０２及び第２の放射状通路２０４を含む。この第１及び第２の放射状通路２０２、２０４は、実質的に反対の方向に熱伝導流体の流れの方向を方向づけるよう構成される。ベースアセンブリ１１４は、主に第１及び第２の放射状通路２０２、２０４が、半導体基板装置の端のところで良好な温度制御をもたらすように、チャック１８８及び基板１５０の外側の直径を超えて放射状に延伸するように、静電チャック１８８の直径より大きい直径を有する。
【００２４】
図２Ａ−Ｂに示された実施形態において、第１の放射状通路２０２は、静電チャック１８８に接触するベースアセンブリ１１４の表面の近傍にあるが、第２の放射状通路２０４は第１の放射状通路２０２の下に設けられている。一実施形態において、流路２００はキノコ状の形状、例えば、実質的にトーラスの形状を有する。流路２０２のドーナツ形状は、複数の個別の放射状通路、若しくは、単一の通路を含むかもしれない。
【００２５】
ドーナツ形状により、従来のベースに用いられてきた流路の長さは大幅に削減しうる。例えば、３００ミリの基板を処理するに適した、比較的大きめの大きさのベースにおいて、本発明の一実施形態の流路の構成により、従来の基板支持体のベースにおいて必要とした、およそ７２インチから、約６インチに流路の長さが削減されうる。この長さにおける削減により、冷却通路の入口及び出口の温度勾配を削減でき、これにより、基板サポートペデスタル内の温度の勾配を削減することができる。一実施形態において、冷却通路の入口及び出口の間の温度差は、従来の基板支持体において約７℃から約１７℃であったのに対し、約０．１から約１．０となる。この流体の入口温度の幅は（−）３０から約（＋）８５℃の間などの、（−）１００℃から約（＋）２００℃の間でありうる。また、この放射流路の構成により、流れに対する抵抗は大きく減少し得、これにより選択された動作圧力において、流動性が向上し、より高い熱伝導率がもたらされる。
【００２６】
図３は、図１のベースアセンブリ１１４の断面図である。一実施形態において、ベースアセンブリ１１４は方向において実質的に放射状である内部冷却流路３００を含む。別の実施形態において、流路３００は流路２００に関連して説明されたと同様に構成されてもよい。
【００２７】
一実施形態において、ベースアセンブリ１１４は、トップカバーブレート３０２、ベースプレート３０４、チャネル分離プレート３０６及びボトムカバープレート３０８を含む。プレート３０２、３０４、３０６、３０８は主に、例えば、ステンレススチール若しくはアルミニウムなどの金属等良好な熱導伝体から作られる。
【００２８】
トップカバープレート３０２は、ベースプレート３０４の上面に形成された凹み部分３１０に置かれる。凹み部分３１０の深さは、トップカバープレート３０２の上表面３２８がベースプレート３０４の上部表面３１２と同一平面となるように選択される。静電チャック１８８（図３には図示せず）は、トップカバープレート３０２の上表面３２８の少なくとも一部において支持される。
【００２９】
更に、図４に示されるベースプレート１１４の上面図を参照すると、トップカバープレート３０２は複数の穴を有する。この穴は、リフトピンのためのもの、及び、静電チャック１８８にベースセンブリ１１４を介してヒータ、センサ、ガス、電力などの様々なユーティリィティを供給するためのものである。図４に図示された実施形態において、穴３１４はリフトピンのために設けられており、穴３１６はチャックへの電力供給のために設けられており、穴３１８はヒーターエレメントのために設けられており、穴３２０は温度センサのために設けられており、穴３２４、３２６はトップカバープレート３０２と静電チャック１８８との間の熱伝導をもたらすためのものである。同じ参照番号が、同じ役割を果たすための、ベースアセンブリ１１４の他の部品の穴を識別するために用いられるかもしれない。
【００３０】
ベースプレート３０４は、複数のマウンテイングホール３３２が形成される段差３３０を含む。このマウンテイングホール３３２は、明確にするためにその１つが図示されているが、一般に段差３３０において、ボルト円形状に配置される。段差３３０は、外側に延び出るように、かつ、ベースプレート３０２の上面３１２の下方に設けられており、従って、基板１５０の端を超えて外側に延び出ている。
【００３１】
図５は、ベースプレート３０４の窪んだ表面３４０を露出させるためにカバープレート３０２が外された状態の基板ペデスタル１１４の上面図である。この凹んだ表面３４０はその中に形成された複数の冷却チャネルを含む。図５に図示された実施形態において、内側の冷却チャネル５０２及び外側の冷却チャネル５０４が提供される。ヘリウム、若しくは、他の熱伝導ガス、又は、液体は、それぞれの入口５０６、５０８を介して冷却チャネル５０２、５０４に供給される。この熱伝導ガスは、チャネル５０２、５０４を介して、（図４に図示された）カバープレート３０２内の複数の穴３２４、３２６に分配され、その複数の穴を介して、熱伝導ガスが静電チャック１８８とベースアセンブリ１１４との間に分配される。チャネル５０２、５０４内の液体の温度は、中央から端までの基板の温度を制御するために、独立に温度制御されるかもしれない。
【００３２】
図３に戻ると、ベースプレート３０４は、ベースプレート３０４の底３３６に形成されたキャビテイ３３４を含む。ボトムカバープレート３０８は、チャネル分離プレート３０６をキャビテイ３３４内に封止するために、ベースプレート３０４の底３３６に封止結合される。一実施形態において、ボトムカバープレート３０８は、ベースプレート３０４のボトム３３６に形成された段差３３８に置かれ、連続溶接、若しくは、他の適宜な技術によりベースプレート３０４に封着される。
【００３３】
チャネル分離プレート３０６は、キャビテイ３３４を２つの円盤状プレナム３４２、３４４に分離する。プレナム３０４、３３４は、垂直に重ねられ、キャビテイ３４４の外側の側壁３４６とチャネル分離プレート３０６の外側の端との間のギャップ３４６を介して流通可能に結合される。図３に図示された実施形態において、放射状の冷媒の流路は、上側のプレナム３４２からギャップ３４８を介して下側のプレナム３４４へと形成される。また、その流路を介する流れの方向は反対向きにもされうる。
【００３４】
一実施形態において、チャネル分離プレート３０６は、複数のスペーサ３５４により、キャビティ３３４の上側壁面３５２から少し離れた位置に維持される。スペーサ３５４はベースプレート３０４の一部分である。スペーサ３５４の少なくともいくつかは、上側のプレナム３４２による流れが放射状に方向づけられるように、放射状の方向性を有する。
【００３５】
図６は上側壁面３５２から突出するスペーサ３５４を図示する、ベースプレート３０４の平面図を図示する。少数のスペーサ３５４のみが、説明を明解にするために図示されているが、スペーサ３５４はベースプレート３０４の中心線の周り３６０度に分配配置される。スペーサ３５４の少なくともいくつかは上側壁面３５２とチャネル分離プレート３０６との間の空間を橋渡しする。スペーサ３５４の数、方向、配置、サイズは、上側プレナム３４０の液体にベースプレート３０４からの熱伝導が、所望のプロファイルにより、もたらされるよう選択されるかもしれない。図６に示された実施形態において、スペーサ３５４は延長され、放射状の流れの方向にあった、主軸を有する。また、スペーサ３５４は、ベースプレート３０４の中央線からの同じ半径上のところに位置する２つの隣接するスペーサ３５４の間を通過する流れが、次の外側のスペーサ３５４に向かって方向付けられるように、断続的に配置され、これにより、流れが外側に、ギャップ３４８の方向に行くにつれ、いくらかの横方向の動きを引き起こし、冷却液体を混ぜあわすこととなる。
【００３６】
更に、図６に示されるように、様々な穴３１４、３１６、３１８、３２０、３２２、３２４、３２６が、それを介して延び出る複数のボス６０２がある。このボス６０２は、穴とプレナム３０４との間のバリアをもたらす。このボス６０２は、ペデスタルアセンブリ１１６を介して、ユーティリィティ、センサ、ヒータ、液体の配線・配管のために、ベースカバープレート３０８の外側にあるボス７０２（図７に図示）と合致する位置にある。ボトムカバープレート３０８とベースプレート３０４との間の接合部は、穴に液体が入り込まないように、溶接されるか、若しくは、別な適宜な方法で封止される。
【００３７】
図６Ａ−Ｂの詳細な図を更に参照すると、流れ方向付け器６０４は、ボスの後ろ側の周りでプレナム３４２を介して流れる熱伝導液体の巻き込みを促進するために、ボス６０４の各々の下流側に設けられるかもしれない。一実施形態において、流れ方向付け器６０４は、スペーサ３５４の方向とほぼ垂直の方向性を有する。流れ方向付け器６０４は、更に、図６Ａに示される矢印によって示されているように、ボス６０２と流れ方向付け器６０４との間に向かう流れを逃がし、ボス６０２と方向付け器６０４との間に流れが維持されるようにする。選択的に、流れ方向付け器６０４は、チャネル分離プレート３０６と、ベースプレート３０４の上側壁面３５２との間の空間を全て遮るものではなく、これによりボス６０２と方向付け器６０４との間の液体の一部分が方向づけ機６０４を通過して逃れるようなダムのような役割を果たす。液体の巻き込みがボス６０４からの良好な熱伝導を促進し、穴のボイドによる低い熱伝導率を補償する。
【００３８】
図８はチャネル分離プレート３０６の一実施形態の上面図である。チャネル分離プレート３０６は、ベースプレート３０４のボス６０２が延伸するところの複数の穴８０２を含む。また、このチャネル分離プレート３０６は、１つ以上の入口穴８０４を含み、更に詳細に説明されるように、これによりキャビテイ３３４への冷却媒体の流入が可能となる。
【００３９】
図９−１０はチャネル分離プレート３０６の底面図及び底面の斜視図である。チャネル分離プレート３０６は入口穴３０４への熱伝導液体を提供するための横方向へのフィード９０８を含む。この横方向のフィード９０８は、ペデスタルアセンブリ１１６の熱伝導液体の入口をペデスタルの中央からずらし、これにより、電気的配線、リフトピン、ガスチャネルなどの目的のために有効に活用できるスペースができる。図９に図示された実施形態において、横方向のフィード９０８はチャネル分離プレート３０６の底から突出するウォール９１６により区画される。このウォール９１６は、通常、中空であり、犬用の骨の形状であり、横方向のフィード９０８の一方の端部のところで外側プレナム９１０を囲み、横方向フィード９０８の他方の端のところで内側プレナム９１２を囲み、このプレナム９１０、９１２を流体流通可能に結合するチャネル部分を有する。外側のプレナム９１０は、概ね、チャネル分離プレート３０６の中央から外側に位置している。外側プレナム９１０は（図３及び１２に図示されるように）ボトムカバープレート３０８に形成された液体入口穴３０９と位置合わせされる。内側のプレナム９１２は、概ね、チャネル分離プレート３０６の中央部のところに位置する。内側のプレナム９１２を取り囲むウォール９１６の一部分は、入口穴８０４を取り囲むのに十分幅広く、横方向のフィード９０８からの液体は、チャネル分離プレート３０６内の穴８０４を介して、チャネル分離プレート３０６の上側に区画された中央分配プレナムの方向へと方向づけられる。
【００４０】
図１１は中央の分配プレナム１１０２の一実施形態を図示する、ベースアセンブリ１１４の拡大された断面図である。中央の分配プレナム１１０２は、底は、チャネル分離プレート３０６により、上側は、ベースプレート３０４により囲まれている。ウォール１１０６は、ベースプレート３０４から下方向に延び、中央の分配プレナム１１０２の外側の境界を提供する。ウォール１１０６は、穴８０４がプレナム９０２と１１０２との間に液体の通路を提供することができるように、ホール８０４の外側に位置する。このウォール１１０６は、矢印１１０４により示されるように、中央の分配プレナムから、上側のプレナム３４２へ、放射状に液体を逃すよう構成される。
【００４１】
一実施形態において、ウォール１１０６はホール若しくはスロットなどの１つ以上の通路を含み、この通路を介して液体は中央の分配プレナム１１０２から上側のプレナム３４２へ流れることができる。一実施形態において、通路１１１０はスルーホールである。図１１に図示された実施形態において、ウォール１１０６は、おおよそ円筒形の形状であり、その先端部に形成された通路１１１０を有する。この通路１１１０はウォール１１０６に沿って等間隔に設けられる。選択的に、１つ以上の通路１１１０が全ての放射状の方向に均等に方向づけられることが可能なように連続的なダムとして構成されるかもしれない。また選択的に、通路１１１０の数及び間隔は、もし必要ならば、上側プレナム３４２の他の領域より、上側のプレナム３４２の一領域に、より流れるよう方向づけられるように選択されるかもしれない。
【００４２】
また、図１１に示されるように、ベースプレート３０６はプレナム９１２、１１０２内の液体から中央の通路１１１２を分離するセンターボス１１０８を含む。この中央の通路１１１２は、トップカバープレート３０２を介して形成される穴３１６及びボトムカバープレート３０８を介して形成される穴１１１８と位置合わせされる。通路１１１２、穴３１６、及び、穴１１１８により、ペデスタルアセンブリ１１６を介して、静電チャック１１８への電気配線等が可能となる。ボトムカバープレート３０８とボス１１０８との間の結合部分は、通路への液体の流れを防ぐために、溶接、又は、他の適宜な方法により封止されるかもしれない。図１１のボス１１１４に示されるように、ボトムカバープレート３０８のボス７０２の１つは、電気配線等のための導管を結合を可能ならしめるために、その中に形成されたポート１１１６を有する。他のボス７０２も同様に構成される。
【００４３】
ペデスタルアセンブリ１１６を介しての流路の液体の出口が、図１２の部分断面図に示されている。液体出口のための穴１２０２は、下側のプレナム３４４からの排出のために、ボトムカバープレート３０８に形成される。一般に、出口のための穴１２０２は入口のための穴３９８の近くに位置する。図１２中の入口ボス１２０４及び出口ボス１２０６に示されるように、ボトムカバープレート３０８上に形成されたボス７０２の２つは、ホール３９８、１２０２を介して流路３００への液体流通をもたらすために用いられる。一実施形態においてボス１２０４は、熱伝導液体ソース１８２に接続されるとともに、一方でボス１２０６は廃液管に結合されるか、液体ソース１８２に戻され再利用される。流路３００を介して提供される冷却液体の熱伝導媒体の圧力、流量、温度、濃度、成分は、ペデスタルアセンブリ１１６による熱伝導プロファイルの制御を向上せしめる。更に、流路３００内の液体の濃度、圧力、流量は、基板１５０の処理の間、インシュチュ（in-situ）により、その場で制御されうるので、基板１５０の温度制御は、更に処理能力を高めるために処理中に変化させてもよい。
【００４４】
動作中において、基板１５０はペデスタルアセンブリ１１６の上に置かれる。基板を固定するために静電チャック１８８に電力が供給される。電力は静電チャック１８８内のヒーターに供給され、基板１５０の横方向の温度の制御が可能となる。液体、及び／又は、フレオンなどのガスであるかもしれない冷却液体は、ベースアセンブリ１１４内に区画された放射状の冷却通路を介して供給され、基板の正確な温度制御が可能となる。
【００４５】
一実施形態において、冷却媒体は中央の分配プレナム１１０２に供給され、それから冷却媒体は１つ以上の通路１１１０を介して円盤形状の上側のプレナム３４２に分配される。流れ方向付け器６０４は、プレナム３４２内に延伸する様々なボス６０４の周りを巡って上側プレナム３４２内を流れる熱伝導液体の巻き込みを促進するのに用いられる。そして、冷却媒体は、ギャップ３４８を介して、上側３４２から下側の円盤形状のプレナム３４４へと流れ、それから冷却媒体は最終的に取り除かれる。流れの方向を交差させると共に、冷却媒体の流路が放射状に構成されることにより、冷却媒体の通路の長さを削減し、圧力の低下を削減し、ペデスタルアセンブリ１１６に対する冷却の均一性を高めることに効果的に寄与し、これによりリアクタ１００内のより改善されたプロセス制御が可能となる。
【００４６】
例えば、以上に述べられた基板温度制御は、ガスパネル１３８から供給されるガスからリアクタ１００内においてプラズマが形成されるようなエッチングのプロセスに用いられるかもしれない。また、真空チャンバ内で実行される上述したような、及び／又は、正確な温度制御が必要とされる他の基板製造プロセスにおいても、本明細書に記述される温度制御方法及び装置の利用により効果が得られるかもしれない。
【００４７】
図１３はベースアセンブリ１３００の他の実施形態の展開された斜視図であり、このベースアセンブリを介して、熱伝導液体が上側の円盤状のプレナムから、下側の円盤状プレナムへ流れ、そこから最終的には液体が取り除かれる。このベースアセンブリ１３００はベースプレート１３０２、チャネル分離プレート１３０４、及び、ボトムカバープレート１３０６を含む。ベースプレート１３０２及びボトムカバープレート１３０６はその間でチャネル分離プレート１３０４を保持して、共に密着して結合され、チャネル分離プレートとベースプレートとの間に流れ込む冷却液体が外側へ、チャネル分離プレート１３０４の外側直径１３１４を超えてチャネル分離プレート１３０４とボトムカバープレート１３０６との間に区画されたボトムプレナムに流れ込むようにする。ベースプート１３０２、チャネル分離プレート１３０４、及びボトムカバープレート１３０６はすべてベースプレート１３０２の上部１３１６に結合される静電チャック１８８（図１に示す）への電力他のユーティリティーへの接続のための導管を提供する中央の開口１３０８を含む。
【００４８】
また、ベースプレート１３０２及びボトムカバープレート１３０６は、複数のリフトピンのためのホール１３１０を含む。チャネル分離プレート１３０４はチャネル分離プレート１３０４がリフトピンの動作に邪魔しないように、リフトピンのホール１３１０と位置合わせされた位置に、外側直径１３１４に形成された複数の切り込み１３１２を含む。
【００４９】
更に、ベースプレート１３０２の上面１３１６は内側のチャネル１３１８と外側の冷却チャネル１３２０を含む。内側のチャネル１３１８はベースプレートを介して形成された入口１３２２を介して液体が流される。外側のチャネル１３２０はベースプレート１３０２を介して形成された入口１３２４を介して液体が流される。冷却液体フィード１３２８、１３３０はボトムカバープレート１３０６内に設けられ、入口１３２０、１３２２に位置合わせされ、ヘリウム、窒素などの液体がベースアセンブリを介して冷却チャネル１３１２、１３２２へ回り込むようにし、アセンブリ１３００と静電チャック１１８との間の熱伝導を高める。開口１３２６はチャネル分離プレート１３０４に設けられ、冷却媒体供給路１３２８、１３３０を入口１３２２、１３２４に結合せしめる。
【００５０】
また、通路１３３２はベースプレート１３０２、チャネル分離プレート１３０４、及びボトムカバープレート１３０６を介して設けられ、熱伝達を可能とする。更に、このボトムカバープレート１３０６は、一対の開口１３３４、１３３６を含み、以下に詳述するように、ベースアセンブリ１３００への、又は、それからの冷却液体の流れを可能ならしめる。
【００５１】
図１４−１６はチャネル分離プレート１３０４の底面図、上面図、側面図である。チャネル分離プレート１３０４は底面１４０２及び上面１６０２を含む。第１のボス１４０４は底面１４０２から延び出て、チャネル分離プレート１３０４の上面１６０２にへこみが形成される。第１のボス１４０４に形成された凹みはチャネル分離プレート１３０４の上面１６０２から延び出る入口マニフォルドケージ１５０２の一部分を受容する。第２のボス１４０６はチャネル分離プレート１３０４の底面１４０２からの第１のボス１４０４から延び出る。第２のボス１４０６はチャネル分離プレート１３０４を介して形成された通路１４０８を含む。通路１４０８により、液体がベースアセンブリ１３００に流れ込むことができ、入口マニフォルドケージ１５０２を介して、チャネル分離プレート１３０４とベースプレート１３０２との間に区画された上側のプレナムに流れ込むことができる。
【００５２】
入口マニフォルドケージ１５０２は側面１５０４及び上面１５０６を含む。複数の窓１５０８が入口マニフォルドケージ１５０２の側面１５０４に形成され、通路１４０８を介してベースアセンブリ１３００に流れ込む液体の流れがチャネル分離プレート１３０４とベースプレート１３０２との間に区画された上側プレナムに流れることを容易にする。窓１５０８は液体がそこを流れることを可能にするために適宜な穴、スロット又は他の形状であってもよい。
【００５３】
入口マニフォルドケージ１５０２は中央の開口１３０８を取り囲むリング１６０４を含む。突出部分１６０６がリング１６０４の外側の直径上に形成され、第２のボス１４０６を介して形成される通路１４０８と位置合わせされ、第２のボス１４０６により方向づけられた液体が入口マニフォルドケージ１５０２に区画された空間に入るようにする。
【００５４】
図１７は入口マニフォルドケージ１５０２の一実施態様の側面斜視図である。入口マニフォルドケージ１５０２は側面１５０４により取り囲まれる円環状の内部ウォール１７０２を含む。入口マニフォルドケージ１５０４の内部ウォール１７０２、側面１５０４、上面１５０６は、マニフォルドケージ１５０２内に、液体通路１７０４を形成する。
【００５５】
図１８はチャネル分離プレート１３０４と入口マニフォルドケージ１５０２の部分側面断面図である。図１８の実施態様と対応に示されるように、入口マニフォルドケージ１５０２は第１のボス１４０４内に形成された窪み内に部分的に係合する。窓１５０８は上面１５０６の近傍にある、入口マニフォルドケージ１５０２の側面１５０４に沿って配置されており、窓１５０８はチャネル分離プレート１３０４の上面１６０２に液体を供給するよう位置する。このようにして、ボス１４０６により形成される通路１４０８から液体通路１７０４に入り込む液体は、側面１５０４から放射状に外側の方向に上側プレナムに容易に流れ込むことができる。
【００５６】
図１９−２１はボトムカバープレート１３０６の一実施態様の底面、側面、上面図である。ボトムカバープレート１３０６の底面１９０２は、ボトムカバープレート１３０６の熱質量を低減するために、その中に形成された複数のキャビテイ１９０４を含み、これにより、アセンブリ１３００はより、急速に加熱され、及び、冷却される。更に、ボトムカバープレート１３０６は、ベースアセンブリ１３００に入ったり、又は、そこから出たりする冷却液体の回り込みを容易にするため形成される２つの穴１９０６、１９０８を含む。この穴１９０６はチャネル分離プレート１３０４から延び出るボス１４０６を受容するに十分な大きさのものである。穴１９０８は、ボトムカバープレート１３０６とチャネル分離プレート１３０４との間に形成される下側のプレナムへの流れ込みを容易にする。穴１９０８は底面１９０２上のカウンターの穴２１５８を含み、係合部品との位置合わせを容易にするかもしれない。
【００５７】
ボトムカバープレート１３０６の上面２００２は第１のボス２００４と第２のボス２００６を含む。第１のボス２００４は中央の開口１３０８を取り囲む。第２のボス２００６は温度の検知に用いられるために形成された通路１３３２を有する。また、ボトムカバープレート１３０６は、ボトムカバープレート１３０６の温度を検知するのに使われる温度プローブを収容するための第２の穴１９１０を含むかもしれない。
【００５８】
図２２はベースアセンブリ１３００の部分側断面を含む斜視図である。図２２に図示された実施態様において、ベースプレート１３０２はベースプレート１３０２の底の面から延び出るリップ２２５０を含む。リップ２２５０は内側の壁２２５４を含み、その壁はチャネル分離プレート１３０４及びボトムカバープレート１３０６が収容されるポケット２２５６を形成する。ボトムカバープレート１３０６のリップ２２５０は、例えば、連続的な溶接、若しくは、他の適宜な技術によって、ベースプレート１３０２に封止され、アセンブリ１３００内での上側及び下側のプレナムを介して流れる液体を維持する。ポケット２２５６はチャネル分離プレート１３０４が設けられた底２２５８を有する。また、この底２２５８は、その中に形成された複数のチャネル２２０８を分離する複数のフィン２２０６を含む。このフィン２２０６及びチャネル２２０８については、図２３−２６を参照して以下により詳細に説明される。チャネル２２０８はチャネル分離プレート１３０４とベースプレート１３０２の底面２２５８との間に区画された下側プレナム２２２０の多くの部分を多くを区画する。液体は、入口マニフォルドケージ１５０２内に形成された窓１５０８を介して上側プレナム２２２０に流れ込む。液体は入口マニフォルドケージ１５０２から、上側プレナム２２２０のチャネル２２０８を介して、端部１３１４を周り、チャネル分離プレート１３０４の端部１３１４とベースプレート１３０２の内側ウォール２２５４との間に区画された溝２１１４へと流れる。液体は溝２１１４からボトムプレナム２２２２へ流れ、ボトムカバープレート１３０８を介して形成された穴１９０８に流れ出る。このように、ベースアセンブリ１３００のプレナム２２２０、２２２２を介した流れのパターンは実質的に図２Ａ−２Ｂを参照して説明されたベースアセンブリ１１４と類似のものである。
【００５９】
ボトムカバープレート１３０６は内側ウォール２２５４内に形成された１対の段差２２５２、２２６２、及び、底面２２５８から延び出て、中央の開口１３０８を取り囲むボス２２６０の上に位置する。この段差２２５２、２２６２はチャネル分離プレート１３０４及びボトムカバープレート１３０６を所定間隔、離して維持し、これにより下側プレナム２２２２を介して液体が流れるための十分な空間をもたらす。
【００６０】
図２３−２６はベースアセンブリ１３００のベースプレート１３０２の選択的な底面の図である。図２３−２６の実施態様に共通なものは、チャネル２２０８の実質的に放射状の方向性と、プレナム２２２０、２２２２を介する流れの反対の放射状の方向性である。
【００６１】
複数のパッド２２１０がベースプレート１３０２の底面の表面から延び出る。一実施態様において、７つのパットがフィン２２０６の上に延び出るように示されている。パッド２２１０は、ベースプレート１３０２とチャネル分離プレート１３０４との間に間隙を残して設けられ、これにより、チャネル分離プレート１３０４とフィン２２０６との間に小さいギャップが形成されるので、ベースプレート１３０２とチャネル分離プレート１３０４との間の直接的な熱伝導が最小限となる。
【００６２】
図２３に示された実施形態において、チャネル２２０８は、ベースプレート１３０２の底面で外側に放射状に延びる長さに亘り、実施的に均一の幅の、及び／又は、断面領域を有する。この実質的に均一なチャネルの幅を可能とするために、フィン２２０６は外に向かって広がっており、フィンがベースプレート１３０２の外側の端に近づくほど次第に幅広くなる。チャネル２２０８は線形であったり、曲がっていたり、放射状に曲がっていたり、若しくは、他の方向性を有してもよい。図２３に示された実施態様において、チャネル２２０８は曲がっており、チャネル２２０８を介して流れる液体は、上側のプレナム２２２０内でのより長い残存時間を有し、これにより熱伝導効率を増加せしめる。
【００６３】
図２４に示された実施態様において、チャネル２２０８はメインチャネル２４０２及びそこから分岐する複数のサブチャネル２４０４を含む。図２４に示された実施態様において、少なくとも２つのサブチャネルが示されている。しかしながら、メインチャネル２４０２は、３つ以上のサブチャネル２４０４を有し得、サブチャネルそれ自体が２つ若しくはそれ以上の第２のチャネル（図示せず）に分岐するかもしれない。サブチャネルはチャネル間フィン２４０６に分離される。
【００６４】
図２５に示された実施態様において、複数のチャネル２５０２が複数のフィン２５０４に分離されて示されている。チャネル２５０２は、チャネル２５０２が放射状に外側に向かうにつれ、均一の断面領域、及び／又は、幅を有するかもしれない。選択的に、このチャネル２５０２の断面領域、及び／又は、幅は、チャネル２５０２がベースプレート１３０２の外側の直径に近づくにつれ、広がるかもしれない。図２５に示された実施態様において、チャネル２５０２を分離するフィン２５０４は、実質的にブーメランの形であり、各フィンの端と反対にフィン２５０４の中央部分ではより厚くなっている。このブーメラン型により、より深く曲がったチャネル２５０２が可能となり、これにより実質的に上側プレナム２２２０内に液体の残存時間を増加せしめることができる。
【００６５】
図２６に示された実施態様において、複数のチャネル２６０２が複数のフィン２６０４により分離されて示されている。各フィン２６０４は、フィン２６０４が放射状に外側に向かうにつれ、その断面領域、及び／又は、幅において均一である。従って、チャネル２６０２はそれらがベースプレート１３０２の端に向かうにつれ、広がる。フィン２６０４は放射方向において線形に延びるかもしれない、又は、それらは曲げられ、上側プレナム２２２０を形成するチャネル２６０２内での冷却液体の残存時間を増加せしめるかもしれない。
【００６６】
このように、放射状の冷却流路を含むペデスタルアセンブリがもたらされる。ペデスタルアセンブリを介する放射状の冷却流路は、改善された温度制御をもたらし、これにより、基板の温度プロファイルの制御が可能となる。
【００６７】
本発明の実施態様に沿って説明されてきたが、本発明の他の更なる実施態様は本発明の基本範囲を逸脱することなく創作されることができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2011508436.tif 000003
【図２Ａ】
2011508436.tif 000004
【図２Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2011508436.tif 000031
【国際調査報告】
2011508436.tif 000032
2011508436.tif 000033