(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャック用の支持ペデスタル装置であって、
内部キャビティを規定するベース筐体と、
前記ベース筐体の前記内部キャビティに近接して配置されたベース挿入体と、
前記内部キャビティ内に配置された少なくとも１つの流体経路とを具え、
前記流体経路は、
対応する複数の平行線状の冷却フィンによって分離された複数の平行線状の冷却流路と、
流体供給流路と、
流体戻り流路とを規定し、
前記流体供給流路が、前記支持ペデスタル装置の中心部分から半径方向に、前記支持ペデスタル装置の周囲の一部分に向かって延び、これにより、冷却流体が、前記流体供給流路を通り、次に前記流体経路の外周の周りに両円周方向に流れて前記複数の平行線状の冷却流路内へ流入して当該冷却流路を通り、前記流体戻り流路を通って戻ることによって、前記流体経路を通って流れて前記支持ペデスタル装置を冷却することができる、支持ペデスタル装置。
【請求項２】
前記平行線状の冷却フィンが前記ベース挿入体の一部分である、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項３】
前記平行線状の冷却フィンが前記ベース筐体の一部分である、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの流体経路が第１流体経路及び第２流体経路を含み、該第１流体経路が前記ベース挿入体内に形成され、該第２流体経路が前記ベース筐体内に形成され、前記第１流体経路及び前記第２流体経路の各々が、前記対応する複数の平行線状の冷却フィンによって分離された前記複数の平行線状の冷却流路、前記流体供給流路、及び前記流体戻り流路を規定し、前記第１流体経路及び前記第２流体経路の前記対応する複数の平行線状の冷却フィンが前記ベース筐体及び前記ベース挿入体の一部分である、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項５】
前記ベース筐体と前記ベース挿入体とが別個の構成要素である、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項６】
前記ベース筐体及び前記ベース挿入体を通って延びる複数の電極フィードスルーをさらに具えている、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項７】
前記ベース筐体内または前記ベース挿入体内のいずれかに形成された凹部内に配置された複数のスペーサをさらに具え、前記電極フィードスルーが前記スペーサを通って延びる、請求項６に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項８】
前記流体供給流路が前記冷却流路に平行な方向に延びる、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項９】
前記流体戻り流路が、前記支持ペデスタル装置の前記周囲の他の部分から前記中心部分まで半径方向に延び、これにより、前記複数の平行線状の冷却流路を通った前記冷却流体が、次に前記流体経路の外周の周りに両円周方向に流れて前記流体戻り流路内へ流入する、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１０】
流体入口及び流体出口が、前記支持ペデスタル装置の周囲領域の周りに形成されている、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１１】
前記ベース挿入体が、前記ベース筐体の前記内部キャビティの内側面に接する外側面を規定する下部半径方向フランジを具えている、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１２】
前記複数の冷却流路が同一の断面積を規定する、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１３】
前記冷却流路が約１０：１のアスペクト比を規定する、請求項１２に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１４】
前記支持ペデスタル装置が、０．０００１７１℃/W以下の熱抵抗を規定する、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１５】
前記ベース筐体と前記ベース挿入体との接触面が平面である、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【請求項１６】
前記平行線状の冷却フィンが、前記支持ペデスタル装置全体にわたって異なる熱伝導率のゾーンを提供するような間隔及び幾何学的形状を規定する、請求項１に記載の支持ペデスタル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造ツール内のウェハー支持装置に関するものであり、特にウェハー支持装置のウェハー支持ペデスタルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本節の記述は、本発明に関係する背景情報を提供するに過ぎず、従来技術を構成しないことがある。
【０００３】
静電チャック（ＥＳＣ：electrostatic chuck）は、プラズマエッチャ（プラズマエッチング装置）及びプラズマ堆積ツールのような半導体製造ツール内で使用されるウェハー支持装置である。特に、ＥＳＣは、圧力制御型処理チャンバ内で半導体を保持することができる。ウェハー、ＥＳＣ、及びプロセスチャンバは、プロセスの過剰なエネルギーがＥＳＣアセンブリのような構成要素を通して除去される熱力学系となることができる。特に、ＥＳＣアセンブリは、例えばチャックベース内の内部流路を通って循環する冷却液を用いることによって、処理中のウェハーの温度を制御し維持することができる。
【０００４】
ＥＳＣアセンブリは、ＥＳＣ（支持基板）、基板、ヒータ、及び冷却プレートのような種々の構成要素または層を含むことができる。これらの層は積層の形に形成することができ、隣接する層どうしは熱伝導性エラストマー接着剤で一緒に結合される。
【０００５】
図１に示すように、代表的なウェハー支持装置は一般に冷却プレート１を含み、冷却プレート１は、冷却流体を循環させるための螺旋状の冷却流路を含む。螺旋状の冷却流路２は、冷却プレート１の周囲部分にある入口３、及び冷却プレート１の中心部分に隣接した出口４を含む。冷却流体は、まず冷却プレート１の周囲部分に沿って循環し、次に、次第に冷却プレート１の中心部分に向かって循環する。しかし、螺旋状の冷却経路を有する代表的なＥＳＣアセンブリでは、入口３から出口４までの流路が比較的長い。さらに、冷却流体の温度は、常に、冷却プレート１の中心部分に隣接するほど高く、周囲部分に隣接するほど低い。従って、代表的なＥＳＣアセンブリは、当該ＥＳＣアセンブリ上に支持されるウェハーに均一かつ迅速な冷却をもたらすことに欠けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７１７８３５３号明細書
【特許文献２】米国特許第７４１５８３５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／００７６６１１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態では、半導体製造ツールの静電チャック用の支持ペデスタル装置が提供される。この支持ペデスタル装置は、内部キャビティを規定するベース筐体と、ベース筐体の内部キャビティ内に配置されたベース挿入体と、内部キャビティ内に配置された少なくとも１つの流体経路とを含む。流体経路は、対応する複数の平行線状の冷却フィンによって分離された複数の平行線状の冷却流路、流体供給流路、及び流体戻り流路を規定する。冷却流体は、流体供給通路を通過し、複数の平行線状の冷却流路を通過し、流体戻り流路を通過して戻ることによって流体経路を通って流れて、支持ペデスタル装置を冷却することができる。他の形態では、流体経路がベース挿入体と一体に形成されている。さらに他の形態では、流体経路がベース筐体内に形成されている。さらに他の形態では、第１流体経路がベース挿入体内に形成され、第２流体経路がベース筐体内に形成されている。
【０００８】
他の形態では、静電チャック用の支持ペデスタル装置が、対応する複数の平行線状の冷却フィンによって分離された平行線状の冷却流路と、流体供給流路と、流体戻り流路とを含む。冷却流体は、流体供給流路を通り、複数の平行線状の冷却流路を通り、流体戻り流路を通って戻るように流れて支持ペデスタル装置を冷却する。
【０００９】
さらに他の形態では、支持ペデスタル装置を製造する方法が提供される。この方法は：ベース筐体及びベース挿入体を用意するステップと、複数の直線状のフィンをベース挿入体内に形成して複数の直線状の冷却流路を規定するステップであって、複数の直線状の冷却流路は一方向のみに延びて互いに流体連通するステップと；ベース挿入体をベース筐体に結合するステップとを含む。
【００１０】
本発明の他の形態では、ウェハー支持ペデスタルの熱伝導率を向上させ熱質量を低減する方法が提供される。一形態では、この方法は：冷却流体を、流体供給流路を通してウェハー支持ペデスタルの中心部分へ指向させるステップと；冷却流体を半径方向外向きに指向させるステップと；冷却流体を周囲の双方向に指向させるステップと；冷却流体を、平行線状の冷却流路を通して指向させるステップと；冷却流体を周囲の双方向に指向させるステップと；冷却流体を、流体戻り流路を通して半径方向内向きにウェハー支持ペデスタルの中心部分へ指向させるステップとを含む。他の形態では、冷却流体を指向させるための供給ポート及び戻りポートを支持ペデスタル装置の周囲に配置することができる。
【００１１】
本発明の追加的な態様は、部分的に以下の説明より明らかになり、部分的に以下に指摘されている。本発明の種々の態様は、個別に、あるいは互いに組み合わせて実現することができることは明らかである。また、以下の詳細な説明及び図面は、本発明の特定の好適な形態を示しているが、例示目的のみを意図しており、本発明の範囲を限定するものとして解釈するべきでない。
【００１２】
本発明をより良く理解することができるために、その種々の形態を一例として挙げて、添付した図面を参照しながら以下に説明する。
【００１３】
本明細書中に説明する図面は例示目的に過ぎず、いかなる形でも本発明の範囲を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術のウェハー支持アセンブリの概略図である。
【図２】本発明の原理により構成した支持ペデスタル装置の上面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って切断した支持ペデスタル装置の断面図であり、電極フィードスルー及びその固定部材は明瞭にするために取り除いている。
【図４】図３の支持ペデスタル装置の細部Ａの拡大図である。
【図５】本発明の教示により構成したベース筐体の断面図である。
【図６】本発明の原理により構成した支持ペデスタル装置のベース挿入体の透視図である。
【図７】図６のベース挿入体の上面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って切断したベース挿入体の断面図である。
【図９】図８のベース挿入体の細部Ｂの拡大図である。
【図１０】本発明の原理により構成した支持ペデスタル装置の他の上面図である。
【図１１】図１０の線１１−１１に沿って切断した支持ペデスタル装置の断面図である。
【図１２】図１０の線１２−１２に沿って切断した支持ペデスタル装置の断面図である。
【図１３】本発明の原理による支持ペデスタル装置を製造する方法の流れ図である。
【図１４】本発明の原理によりベース挿入体を通る凹部を形成するステップを示す図であり、図１４Ａはベース挿入体の上面図であり、図１４Ｂはベース挿入体の断面図であり、図１４Ｃは図１４Ｂの部分Ｄの拡大図である。
【図１５】図１５〜１７は、本発明の原理によりベース挿入体内に流体供給流路及び流体戻り流路を形成するステップを示す図であり、図１５はベース挿入体の上面図である。
【図１６】図１５〜１７は、本発明の原理によりベース挿入体内に流体供給流路及び流体戻り流路を形成するステップを示す図であり、図１６は線６−６に沿って切断したベース挿入体の断面図である。
【図１７】図１５〜１７は、本発明の原理によりベース挿入体内に流体供給流路及び流体戻り流路を形成するステップを示す図であり、図１７は線７−７に沿って切断したベース挿入体の断面図である。
【図１８】図１８Ａ及び１８Ｂは、本発明の原理によりベース挿入体内に複数の冷却流路を形成するための複数のフィンを形成するステップを示し、図１８Ａはベース挿入体の上面図であり、図１８Ｂは、図１８Ａの線８−８に沿って切断したベース挿入体の断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａ〜１９Ｃは、本発明の原理によりベース挿入体の凹部内に複数のフィードスルー・スペーサを固定するステップを示す図であり、図１９Ａはベース挿入体の上面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａ〜１９Ｃは、本発明の原理によりベース挿入体の凹部内に複数のフィードスルー・スペーサを固定するステップを示す図であり、図１９Ｂは、図１９Ａの線９−９に沿って切断したベース挿入体の断面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａ〜１９Ｃは、本発明の原理によりベース挿入体の凹部内に複数のフィードスルー・スペーサを固定するステップを示す図であり、図１９Ｃは図１９Ｂの部分Ｅの拡大図である。
【図２０】本発明の原理により、空間充填材料を、ベース挿入体の冷却流路内、流体供給流路内、及び流体戻り流路内に付加するステップを示す図である。
【図２１】図２１Ａ〜２１Ｄは、本発明の原理によりベース挿入体をベース筐体に結合するステップを示す図であり、図２１Ａはベース挿入体の上面図であり、図２１Ｂは、図２１Ａの線１０−１０に沿って切断したベース挿入体の断面図であり、図２１Ｃは、図２１Ａの線１１−１１に沿って切断したベース挿入体の断面図であり、図２１Ｄは、図２１Ｃの部分Ｆの拡大図である。
【図２２】本発明の原理による支持ペデスタル装置の熱伝導率を向上させ熱質量を低減する方法の流れ図である。
【図２３】本発明の教示により構成した支持ペデスタル装置の熱抵抗の改善を測定するために配置した実験用の設置を、一般的装置と比較した概略図である。
【図２４】熱抵抗定数を測定するための熱回路の概略図である。
【図２５】一般的装置の熱負荷の多数回の増加全体にわたる温度変化を示すデータを、本発明の支持ペデスタル装置と比較した表である。
【図２６】図２５の表によって提供されるデータ点のグラフである。
【図２７】本発明の教示により構成した、ベース筐体内に形成された冷却フィンを有する支持ペデスタル装置の代案形態を示す図である。
【図２８】本発明の教示により構成した、ベース筐体内に形成された、ベース筐体内及びベース挿入体内の両方に形成された冷却フィンを有する支持ペデスタル装置の他の代案形態を示す図である。
【図２９】本発明の教示により構成したペデスタル装置の筐体及びベースのさらに他の形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
以下の説明は事実上の例示に過ぎず、本発明、あるいは本発明の用途または利用法を限定することは意図していない。例えば、本発明の以下の形態は、半導体処理において使用されるチャック用の支持アセンブリ、場合によっては静電チャックに指向したものである。しかし、本明細書中に提供する支持アセンブリ及びシステムは、種々の用途に用いることができ、半導体処理用途に限定されないことは明らかである。
【００１６】
図２〜５に示すように、静電チャック用の支持ペデスタル装置１０は、一般に、ベース筐体１２、及びベース筐体１２の下に配置されたベース挿入体１４を含む。ベース挿入体１４は、ベース筐体１２とは別個の構成要素にすることができ、あるいはベース筐体１２と一体に形成することができる。支持ペデスタル装置１０は、電極フィードスルー（貫通給電線）（図示せず）を受け入れるための、ベース筐体１２及びベース挿入体１４の両方を通るフィードスルー・ホール（貫通孔）１６を規定する。複数のフィードスルー（貫通）スペーサ２０が、ベース筐体１２とベース挿入体１４との間に設けられて、ベース筐体１２及びベース挿入体１４のフィードスルー・ホール１６に整列したスルーホール（貫通孔）５９を規定する。支持ペデスタル装置１０は、静電チャックのようなウェハー支持装置の下に取り付けられるように構成されている。ベース筐体１２は、主領域２４、及び主領域２４を包囲する周囲領域２６を含む。主領域２４は処理領域として機能する。支持ペデスタル装置１０は、ウェハー支持装置及びウェハー支持装置上のウェハーの温度を制御するための改善された冷却特徴部分を含み、これについては以下でより詳細に説明する。
【００１７】
ベース筐体１２は、ベース挿入体１４を中に受け入れるための内部キャビティ２２を規定する。主領域２４はフィードスルー・ホール１６を規定する。周囲領域２６は複数の取り付け孔３０を規定し、取り付け孔３０を通してネジ（図示せず）を挿入してベース筐体１２をベース挿入体１４に取り付ける。主領域２４は周囲領域２６より一段高い。内部キャビティ２２は、ベース筐体１２の内側面３２及び上面３５によって規定される。本発明の一形態では、少なくとも１つの位置決め用凹部３４が、ベース筐体１２の内側面３２から掘り込まれている。
【００１８】
図６〜９を参照すれば、ベース挿入体１４は、プレート体３６、プレート体３６から上向きに延びる複数の直線状フィン３８、及び少なくとも１つの位置決め用フランジ４０を含む。２つの位置決め用フィン４０を示しているが、ベース筐体１２の位置決め用凹部３４に合わせるための位置決め用フランジ４０を１つだけ用いることができることは明らかである。プレート体３６は外側面４４を有し、外側面４４はベース筐体１２の内部キャビティ２２の内側面３２に接する。複数の直線状フィン３８は複数の上面４６を有し、ベース挿入体１４をベース筐体１２に結合すると、複数の上面４６は内部キャビティ２２の上面３５に接するか近づく。複数の取り付け孔４１を、ベース筐体１２の取り付け孔３０と位置を合わせて、ベースプレート１４周囲部分に形成することができる。
【００１９】
一形態では、複数の直線状フィン３８が互いに平行であり、第１方向Ｘに第１距離Ｄ１（図９）だけ間隔をおいている。従って、「平行線状」とは、特徴部分どうしが幾何学的にほぼ平行であり、直交する方向に互いに間隔をおくか、あるいは直線状の特徴部分どうしが互いに平行に延びることを意味するものと解される。複数の直線状フィン３８は、第２方向Ｙに延びて、隣接する直線状フィン３８間に複数の直線冷却流路４２を形成する。複数の直線冷却流路４２は、第２方向Ｙに延び、対応する複数の直線状冷却フィン３８によって分離される。少なくとも４つの直線状フィンは、第１距離Ｄ１よりも大きい第２距離Ｄ２だけ間隔をおいて、流体供給流路５０及び流体戻り流路５２を規定する。
【００２０】
ベース挿入体１４は複数の凹部５４をさらに規定し、複数の凹部５４は同じサイズにも異なるサイズにもすることができる。凹部５４の少なくとも１つは、流体供給流路５０内に形成されて入口５５を規定する。凹部５４の少なくとも１つは、流体戻り流路５２内に形成されて出口５６を規定する。図７には、１つの凹部５４が流体供給流路５０内に形成されて入口５５を形成し、２つの凹部５４が流体戻り流路５２内に形成されて出口５６を形成して、循環した冷却流体がペデスタル支持装置１０から出ることを促進することが示されている。他の形態では、本発明の範囲内に留まりつつ、入口５５及び出口５６を、周囲領域２６の周りに形成するか、あるいは挿入体１４全体中の他の位置に形成することができる。
【００２１】
図９を参照すれば、一形態では、複数の流路４２が同一の長方形の断面積を規定する。本発明の一形態では、直線状フィン３８の高さＬが、隣接するフィン３８間の距離Ｄ１よりも大きく、これにより冷却流路４２の各々が約１０：１のアスペクト比（Ｌ：Ｄ１）を有する。フィン３８及び冷却流路４２の数及びサイズは、用途における冷却の要求に応じて変化させることができ、従って、本明細書中に例示する種々の形態は本発明の範囲を限定するものとして解釈するべきでないことは明らかである。例えば、フィン３８の方向／配向は、これらのフィンが必ずしも互いに平行でないようにすることができ、そして隣接するフィン３８に対して異なる角度にすることができる。これに加えて、フィン３８の間隔及び幾何学的形状は、支持ペデスタル装置１０の全体にわたって異なる熱伝導率のゾーンを提供するように設定することができる。さらに、フィン３８は一定でない断面積を有することができ、あるいは、本明細書に例示する長方形の形状以外に形状を代えることができる。こうした変形例は本発明の範囲内に入るものとして解釈するべきである。
【００２２】
流体供給流路５０、流体戻り流路５２、及び冷却流路４２が合同で、冷却流体が支持ペデスタル装置１０の内部を流れることを可能にするための流路を規定する。冷却流路４２及び流体供給流路５０及び流体戻り流路５２は、支持ペデスタル装置１０の内部にある。冷却流体は普遍的な冷媒源から到来することができ、こうした冷媒源は、ウェハー処理システム（図示せず）内の他のツール及びチャンバにも冷却流体を供給する。冷却流体を水または流体の相変化媒体として、熱伝達効率及び冷却効率、及び応答性を改善することができる。
【００２３】
より具体的には、流体供給流路５０はベース挿入体１４の中心部分Ｃから半径方向に延びる。流体は入口５５を通って流体供給流路５０に入り、流体戻り流路５２内を半径方向外向きに指向され、ベース挿入体１４の周囲に沿って流体戻り流路５２から離れるように両円周方向に（即ち、反対向きの円周方向Ａ及びＢに）指向される。冷却流体が流体供給流路５０から離れるように両円周方向に指向される間に、冷却流体の一部は直線冷却流路４２に入って第２方向Ｙに流れる。直径上に互いに対向する位置決め用フランジ４０に流体が到達した後に、流体は両円周方向に流体戻り流路５２に向けて指向される。流体供給流路５０から両円周方向に流れる流体の２本の流れと、複数の直線冷却流路４２を通って流れる複数本の流れとは流体戻り流路５２で合流し、そして流体戻り流路５２内を半径方向内向きにベース挿入体１４の中心部分Ｃに向けて指向されて、出口５６を通って支持ペデスタル装置１０を出る。
【００２４】
本発明は、種々の支持ペデスタル装置及び動作の方法を、熱管理及び冷却を改善して提供して、特に静電チャック用に、処理面におけるより均一な温度条件を維持する。一般に、本明細書中に例示する内部の流れの構成に加えて、流体の流量を増加させることは、入口から出口までの冷却流体の温度上昇の低減を可能にする。増加した流量は、冷却フィンの存在により生じる圧力損失に対応することができる。支持ペデスタル装置１０は、表面積を増加させた一般的なウェハー支持装置に比べて増加した対流を可能にする。本発明の一形態では、支持ペデスタル装置１０のフィン３８間の溝は、例えば機械的操作による材料の除去によって形成される。このことは、熱質量が低減されたより応答性の良い熱負荷を可能にする。本明細書中に例示する幾何学的形状、及び流体の流量の増加により、背圧を低減しつつ流路インピーダンスも低減される。
【００２５】
図１０〜１２を参照すれば、ベース筐体１２は、ベース挿入体１４のプレート体３６の外側面４４とベース筐体１２の内側面との接触面に沿って、及び直線状フィン３８の上面４６とベース筐体１２の内部キャビティ２２の上面３５との接触面に沿って、ベース挿入体１４にろう付けすることができ、これについては以下で図２１Ａ〜２１Ｄに関連してより詳細に説明する。
【００２６】
複数の電極フィードスルー（図示せず）を取り付けるための複数のフィードスルー・スペーサ２０が凹部５４内に配置されている。フィードスルー・スペーサ２０はアルミニウム材料製であり、ネジ５８によってベース挿入体１４のベースプレート３６に取り付けられている。フィードスルー・スペーサ２０は、各々が（図３及び４に示す）スルーホール５９を含むことができ、スルーホール５９は、支持ペデスタル装置１０内に形成されたフィードスルー・ホール１６と同軸に整列して、電極フィードスルー（図示せず）を挿入することができる。換言すれば、フィードスルー・スペーサ２０の各々は、電極フィードスルーを受け入れるためのスルーホール５９、及びネジ５８を受け入れるためのネジ穴を規定する。
【００２７】
図１３を参照すれば、支持ペデスタル装置１０を製造する方法１００が、ステップ１０２における、内部キャビティ２２を規定するベース筐体１２、及び一段高い主体部分４３と周囲部分４５を含むベース挿入体１４を用意することから始まる。ベース筐体１２及びベース挿入体１４は、インベストメント（焼き流し）鋳造または積層造形によって一体に形成することができる。ベース挿入体１４の周囲部分４５は、一段高い主体部分４３を包囲する。
【００２８】
次に、図１４Ａ〜１４Ｃも参照すれば、一形態では、ステップ１０４において、ベース挿入体１４を機械加工して複数の凹部５４を形成する。凹部５４は、ベース挿入体１４の主体部分４３を通って延びて、互いに等しいサイズにすることもサイズを変化させることもできる。
【００２９】
次に、ステップ１０６では、ベース挿入体１４を機械加工して、流体供給流路５０及び流体戻り流路５２を形成する。図１５〜１７に示すように、流体供給流路５０及び流体戻り流路５２は、ベース挿入体１４の中心部分Ｃに隣接して形成された２つの直線状スロットの形態であり、これらのスロットは第１方向Ｘ（即ち、半径方向）に沿って互いにオフセットし（ずれ）、第２方向Ｙに沿って延びる。流体供給流路５０と流体戻り流路５２とは互いに平行であり、凹部５４の少なくとも１つにより流体連通する。流体供給流路５０内及び流体戻り流路５２内の凹部５４は、流路のそれぞれ入口５５及び出口５６として機能する。随意的に、一段高い主体部分２４を機械加工して周囲部分４５を拡大し、これにより一対の半径方向のフランジ４０が、ベース挿入体１４の直径上に第１方向Ｘに沿って形成される。図１４Ａには示していないが、（図９Ａに示す）取り付け孔４１を周囲部分４５内に形成することができることは明らかである。
【００３０】
次に、図１８Ａ及び１８Ｂに示すように、ステップ１０８では、ベース挿入体１４の一段高い主体部分４３を機械加工して、流体供給流路５０及び流体戻り流路５２に平行な直線状フィン３８を形成する。直線状フィン３８は互いに平行であり、第２方向Ｙに沿って延び、第１方向Ｘに沿った所定距離だけ間隔をおいている。このため、複数の冷却流路４２が、隣接する直線状フィン３８間に規定されて、直線状フィン３８によって分離される。
【００３１】
図１９Ａ〜１９Ｃに示すように、ステップ１１０では、複数のフィードスルー・スペーサ２０を凹部５４内に配置してベース挿入体１４に固定する。複数のフィードスルー・スペーサ２０は、複数の凹部５４に対応し、ネジ５８によってベース挿入体１４に固定することができる。フィードスルー・スペーサ２０は、ネジ５８を挿入されるネジ穴を含む。フィードスルー・スペーサ２０は、支持ペデスタル装置１０のスルーホール１６と整列した（図３及び４に示す）、電極フィードスルーを通すことを可能にするためのスルーホール５９も規定する。フィードスルー・スペーサ２０は、電極フィードスルーを保護するようにも機能し、冷却流体が電極フィードスルーに接触することを防止する。
【００３２】
次に、ステップ１１２では、空間充填材料６０を、冷却流路４２内、流体供給流路５０内、及び流体戻り流路５２内に充填し、これに続くステップ１１４では、直線状フィン３８の上面４６を機械研磨する。図２０に示すように、空間充填材料６０は、冷却流路４２、流体供給流路５０、流体戻り流路５２、及び凹部５４内のフィードスルー・スペーサ２０が占めていない部分を含むあらゆる開放空間内に充填される。空間充填材料６０は、その後の機械研磨ステップにおいて発生する塵埃及び残留物がベース挿入体１４内の開放空間に入ることを防止する。空間充填材料６０は、パラフィンワックスのような犠牲充填材料とすることができる。この目的に適した他のあらゆる材料を用いることができる。空間充填材料６０は、後に、とりわけベース挿入体１４をベース筐体１２に結合した後に、熱的または機械的手段によって除去することができる。機械研磨のステップは、直線状フィン３８の上面４６の平面性を保証して、直線状フィン３８の上面４６がベース筐体１２の内部キャビティ２２の上面３５に結合される改善された結合を保証する。
【００３３】
最後に、ステップ１１６では、フィードスルー・スペーサ２０付きのベース挿入体１４を、ベース筐体１２とベース挿入体１４との接触面に沿ってベース筐体１２に結合する。図２１Ａ〜２１Ｄに示すように、ベース挿入体１４をベース筐体１２の内部キャビティ２２内に挿入し、ベース挿入体１４のプレート体３６がベース筐体１２の内部キャビティ２２の内側面３２に接して、これらの間に第１接触面６１を規定し、直線状フィン３８の上面４６がベース筐体１２の内部キャビティ２２の上面３５に接して、これらの間に第２接触面６３を規定する（図２１Ｂ〜２１Ｄに示す）。ベース筐体１２は、第１及び第２接触面６１及び６３に沿ってベース挿入体１４にろう付けすることができる。上記結合は、複数の直線状フィン３８の上面４６上、及びベース挿入体１４のプレート体３６の外側面４４上にろう付け材を配置し、加熱し、そして硬化させることによって実現することができる。
【００３４】
図２２を参照すれば、支持ペデスタル装置１０の熱伝導率を向上させ熱質量を低減する方法１２０が、ステップ１２２における、冷却流体を、支持ペデスタル装置１０の中心部分に隣接した入口５５を通して流体供給流路５０に指向させることから始まる。次に、ステップ１２４では、冷却流体を、流体供給流路５０内の半径方向外向きに指向させる。次に、ステップ１２６では、冷却流体を、流体供給流路５０から離れるように両円周方向に指向させ、これに続くステップ１２８では、冷却流体を、互いに平行な複数の直線冷却流路４２を通るように指向させる。ステップ１３０では、冷却流体を、流体戻り流路５２に向けて両円周方向に指向させ続ける。次に、ステップ１３２では、冷却流体を、流体戻り流路５２内の半径方向内向きに、支持ペデスタル装置１０の中心部分Ｃへ指向させる。最後に、冷却流体を、出口５６を通って支持ペデスタル装置１０から離れるように指向させる。冷却流体は水とすることができ、あるいは流体相変化媒体を含んで、熱伝達効率及び冷却効率、及び応答性を改善することができる。本発明の範囲から逸脱することなしに、あらゆる冷却流体を使用することができる。
【００３５】
図２３〜図２６を参照すれば、本発明の支持ペデスタル装置に関連する熱消散（熱散逸）の利点を測定するための実験を実行した。支持ペデスタル装置１０を配置して、熱負荷Ｑ1に晒した。図示するように一対の熱電対ＴＣ1及びＴＣ2を配置して、チラー（冷却装置）２２０によって供給される冷却流体の温度増加を測定した。ＴＣ1は、図示するように流体供給流路５０の入口の前に配置した。流量計２３０も、冷却流体を供給するチラー２２０と供給流路５０との間に配置した。流体が装置１０を通過して直線状フィン３８によって形成される流路４２内に入る間に、流体は熱負荷Ｑ1から熱を吸収する。加熱された流体は戻り流路５２を通ってチラー２２０に戻り、戻り流路５２には他方の熱電対ＴＣ2が配置されている。熱電対ＴＣ1及びＴＣ2の両者を、流量計２３０と共にデータ収集装置２１０に結合して、温度情報を収集して、改善された性能を測定した。一般的なペデスタル装置を用いて同様な試験を実行し、これにより比較を行うことができる。
【００３６】
図２４に示す熱回路は、熱流量Ｑを知って装置１０全体にわたる温度降下を測定することによって熱抵抗定数Ｒを測定することができる方法を例示する。図２５の表及び図２６のグラフは、本発明による冷却フィンを有する装置１０と一般的なペデスタル装置との比較を示す。装置の温度変化を異なる熱負荷流量Ｑにわたって測定して、装置の種類毎にＲの値を計算することができる。この実験によれば、一般的なペデスタル装置は０．０００５２０℃/Wの熱抵抗を示したのに対し、本発明による冷却フィンを有する改良形のペデスタル装置は０．０００１７１℃/Wの熱抵抗を生み出した。従って、３０％の熱伝達の増加が、本発明によるペデスタル装置１０を用いて得られた。
【００３７】
図２７〜２８を参照すれば、本発明によるペデスタル支持装置の追加的な形態が示され、これらは、挿入体の代わりに筐体内にフィンが形成され（図２７）、あるいは筐体内及び挿入体内の両方にフィンが形成されている。図２７では、代案の支持ペデスタル装置３００が、ベース挿入体３１４を受けるためのベース筐体３１２を含む。ベース挿入体３１４は内部キャビティ３２２を規定する。ベース筐体３１２は、冷却流路３４２を形成する直線状フィン３３８を、（前に図示した）供給流路及び戻り流路と共に含む。冷却流路３４２は、ベース筐体３１２の上方にある処理面の熱管理用の冷却流体を受け入れるように構成されている。フィン３３８が、筐体３１２内、及び上述したようにろう付けされた接触面内に形成されていることにより、ろう付けされた接触面は筐体の上面からさらに離れるように移動し（即ち、フィン３３８の底部に向けて移動し、フィン３３８は底部で挿入体３１４の内側に合し）、これにより熱抵抗の潜在的発生源を移動させる。
【００３８】
さらに他の形態では、図２８に示すように、支持ペデスタル装置４００が示されている。この変形例では、冷却流路４４２を形成する冷却フィン４３８を有するベース筐体４１２が提供される。ベース筐体４１２はベース挿入体４１４を受けるように構成されている。ベース挿入体４１４Ａも、流路４４２Ａを形成する冷却フィン４３８Ａを含む。ベース筐体４１２と組み合わせると、冷却フィン４３８及び４３８Ａは、前述したように冷却流体が装置４００を通過することを可能にするための冷却流路４４２及び４４２Ａを形成する。
【００３９】
図２９を参照すれば、ベース筐体及びベース挿入体の他の形態が支持ペデスタル装置５００として例示されている。支持ペデスタル装置５００は、前述したようにフィン５３８を有するベース筐体５０２を含むが、ベース挿入体５０４はフィンを含まない。一形態では、ベース筐体５０２がろう付け線５１０に沿ってベース挿入体５０４にろう付けされ、このことは、前述したように熱抵抗の潜在的発生源を筐体５０２の最上部から離れるように移動させる。「挿入体」とは、前に例示したようにベースが必然的にベース筐体のキャビティ内に挿入されなければならないことを意味するものとして解釈するべきでなく、図２９に示すように平面の接触面を有する構成を含むことができることは明らかである。従って、本発明の範囲内に留まりつつ、筐体及びベースは平面にすることができ、さもなければ互いに同一平面をなすことができ、または一方を他方の内部に挿入することができ、あるいはこれら２つの構成要素を一緒に固定するためのロック特徴部分を有することができる。
【００４０】
さらに他の形態では、二相流体を供給して冷却流路を通して流し、二相流体が追加的な加熱または熱伝導性を本発明の支持ペデスタル装置にもたらすように二相流体の圧力を制御する。こうしたシステムは、例えば米国特許第７１７８３５３号明細書（特許文献１）及び米国特許第７４１５８３５号明細書（特許文献２）、及び米国特許出願公開第２０１０／００７６６１１号明細書（特許文献３）にも、より詳細に記載され、それらの内容は全文を参照することによって本明細書に含める。一般に、これらのシステムでは、加圧冷媒を凝縮液として、及び気体状態としても供給する。凝縮液は膨張して蒸気混合物になり、気体冷媒が加わって、その圧力によって決まる目標温度に達する。従って、温度補正は気体の圧力調整によって非常に迅速に行うことができる。
【００４１】
なお、本発明は、例として説明し図示した実施形態に限定されない。多種多様な変更を説明しており、それより多数が当業者の知識の一部である。本発明及び本願の保護の範囲から出ることなしに、これら及び他の変更、並びに技術的等価物による置換を、説明及び図面に追加することができる。
【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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【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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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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】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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