(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスシステム内で基板を支持し、この基板の温度をコントロールするための基板ホルダであって、
前記基板ホルダの第１の領域に配置され、この第１の領域の温度を上昇させるように設定されている第１の加熱要素と、
前記基板ホルダの第２の領域に配置され、この第２の領域の温度を上昇させるように設定されている第２の加熱要素と、
前記第１の領域で、前記第１の加熱要素の下に位置されている第１のコントロール可能な絶縁部材と、
前記第２の領域で、前記第２の加熱要素の下に位置されている第２のコントロール可能な絶縁部材と、
前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材の下で前記基板ホルダ内に配置されている少なくとも１つの冷却要素であって、前記第１のコントロール可能な絶縁部材が前記少なくとも１つの冷却要素と、前記第１の加熱要素との間に入れられ、前記第２のコントロール可能な絶縁部材が前記少なくとも１つの冷却要素と、前記第２の加熱要素との間に入れられる、前記少なくとも１つの冷却要素とを具備し、
前記第１のコントロール可能な絶縁部材は、前記基板からの、基板ホルダの前記第１の領域を介する、前記少なくとも１つの冷却要素への熱の移動をコントロールするように設定され、また、前記第２のコントロール可能な絶縁部材は、前記基板からの、基板ホルダの前記第２の領域を介する、前記少なくとも１つの冷却要素への熱の移動をコントロールするように設定され、
各々のコントロール可能な絶縁部材は、他のコントロール可能な絶縁部材から独立してコントロール可能であり、
各々の加熱要素は、他の加熱要素から独立してコントロール可能である、基板ホルダ。
【請求項２】
前記第１の領域と、前記第２の領域との間に配置され、前記基板と、前記少なくとも１つの冷却要素との間の熱の移動を可能にするように設定されている第１の中間領域をさらに具備する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項３】
前記第２の領域は、中央に位置されている前記第１の領域の周りに同心状に位置され、前記基板ホルダは、
この基板ホルダの第３の領域で、前記第２の加熱要素の周りに同心状に配置され、この第３の領域の温度を上昇するように設定されている第３の加熱要素と、
第３の領域の前記第３の加熱要素の下に位置され、前記第２のコントロール可能な絶縁部材の周りに同心状に配置されている第３のコントロール可能な絶縁部材とをさらに具備し、
前記第３のコントロール可能な絶縁部材は、他のコントロール可能な絶縁部材から独立してコントロール可能であり、
前記第３の加熱要素は、他の加熱要素から独立してコントロール可能である、請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項４】
前記第１及び第２の加熱要素は、抵抗加熱要素と、加熱流路と、熱電素子との少なくとも１つを有する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの冷却要素は、冷却流路と、熱電素子との少なくとも１つを有する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項６】
前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材の各々は、真空ポンプと、ガス供給ユニットとの少なくとも１つに結合されているガスギャップを有している請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項７】
前記基板を前記基板ホルダに留めるための静電クランプと、前記基板と基板ホルダとの間の熱伝導度を増加させるための背面ガス供給システムとの少なくとも１つをさらに具備する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項８】
少なくとも１つの温度センサ装置をさらに具備する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項９】
前記温度センサ装置は、光学温度計と、熱電対との少なくとも１つを有する請求項８に記載の基板ホルダ。
【請求項１０】
前記第１の加熱要素と、前記第２の加熱要素と、前記第１のコントロール可能な絶縁部材と、前記第２のコントロール可能な絶縁部材と、前記少なくとも１つの冷却要素との少なくとも１つに結合されたコントローラをさらに具備する請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項１１】
前記第１の領域は、中央の領域であり、前記第２の領域は、この第１の領域の周りに同心状に配置された周縁の領域である請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項１２】
前記第１の領域と第２の領域とは、隣接している請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項１３】
プロセスシステム内の基板ホルダを用いて基板の温度をコントロールする方法であって、
前記基板ホルダは、この基板ホルダの第１の領域に配置されている第１の加熱要素と、この基板ホルダの第２の領域に配置されている第２の加熱要素と、前記第１の領域で前記第１の加熱要素の下に位置されている第１のコントロール可能な絶縁部材と、前記第２の領域で前記第２の加熱要素の下に位置されている第２のコントロール可能な絶縁部材と、前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材の下で前記基板ホルダ内に配置されている少なくとも１つの冷却要素であって、前記第１のコントロール可能な絶縁部材が前記少なくとも１つの冷却要素と、前記第１の加熱要素との間に入れられ、前記第２のコントロール可能な絶縁部材が前記少なくとも１つの冷却要素と、前記第２の加熱要素との間に入れられる、前記少なくとも１つの冷却要素とを具備し、この基板ホルダを用いて基板の温度をコントロールするための１つ以上のコントロールパラメータを初期化することと、
前記プロセスシステム内のプロセスを開始することと、
前記コントロール可能な絶縁部材の各々を、前記コントロール可能な絶縁部材の互いから独立して調整することと、
前記加熱要素の各々を、加熱要素の互いから独立して調整することと、
前記プロセスを終了させることとを具備する方法。
【請求項１４】
前記第１の領域と、第２の領域との間に配置され、前記基板と、前記少なくとも１つの冷却要素との間の熱の移動を可能にするように設定されている第１の中間の領域をさらに具備する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の領域は、中央に位置されている前記第１の領域の周りに同心状に位置され、
前記基板ホルダの第３の領域で、前記第２の加熱要素の周りに同心状に配置されている第３の加熱要素と、
前記第３の領域で前記第３の加熱要素の下に位置され、前記第２のコントロール可能な絶縁部材の周りに同心状に配置されている第３のコントロール可能な絶縁部材とをさらに具備し、
前記第３のコントロール可能な絶縁部材は、他のコントロール可能な絶縁部材から独立してコントロール可能であり、
前記第３の加熱要素は、他の加熱要素から独立してコントロール可能である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の加熱要素は、抵抗加熱要素と、加熱流路と、熱電素子とのすくなくとも１つを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの冷却要素は、冷却流路と、熱電素子との少なくとも１つを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材の各々は、真空ポンプと、ガス供給ユニットとの少なくとも１つに結合されているガスギャップを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの温度センサ装置をさらに具備する請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記温度センサ装置は、光学温度計と、熱電対との少なくとも１つを有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の加熱要素と、前記第２の加熱要素と、前記第１のコントロール可能な絶縁部材と、前記第２のコントロール可能な絶縁部材と、前記少なくとも１つの冷却要素との少なくとも１つに結合されているコントローラをさらに具備する請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記コントローラは、１つ以上のコントロールパラメータを、設定することと、モニタすることと、調整することと、コントロールすることとの少なくとも１つを実行する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
１つ以上のコントロールパラメータは、抵抗加熱要素電圧と、抵抗加熱要素電流と、加熱流路流体の流速と、加熱流路流体の温度と、熱電素子電流と、熱電素子極性と、ガスギャップのガスのタイプと、ガスギャップのガスの圧力と、冷却流路流体の流速と、冷却流路流体の温度との少なくとも１つを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板を前記基板ホルダに留めるための静電クランプと、前記基板及び基板ホルダの間の熱伝導度を増加するための背面ガス供給システムとの少なくとも１つをさらに具備する請求項１３に記載の方法。
【請求項２５】
前記１つ以上のコントロールパラメータは、静電クランプ電圧と、背面ガスのタイプと、背面ガスの圧力との少なくとも１つを有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記背面ガス供給システムは、２領域背面ガス供給システムと、３領域背面ガス供給システムとの少なくとも１つである請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記１つ以上のコントロールパラメータを初期化することにしたがって、前記プロセスシステム内でプリプロセスを開始することをさらに具備する請求項１３の方法。
【請求項２８】
前記プリプロセスの間に前記１つ以上のコントロールパラメータを調整することをさらに具備する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記プリプロセスに続いて、そして、前記プロセスに先立って、前記１つ以上のコントロールパラメータを調整することをさらに具備する請求項２７の方法。
【請求項３０】
前記プロセスを終了させることに続いて前記プロセスシステム内のポストプロセスを開始することをさらに具備する請求項１３に記載の方法。
【請求項３１】
前記ポストプロセスの間に前記１つ以上のコントロールパラメータを調整することをさらに具備する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ポストプロセスに先立って、そして、前記プロセスに続いて、前記１つ以上のコントロールパラメータ調整することをさらに具備する請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の領域は、中央の領域であり、第２の領域は、この第１の領域の周りに同心状に配置されている周縁領域である請求項１３に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２の領域は、隣接している請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の温度コントロールのための方法とシステムとに関する。特に、基板の温度コントロールのための基板ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００２年７月２日に出願された、出願中の米国特許出願Ｎｏ．１０／１６８，５４４に関する、２００３年３月２８日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６０／４５８，０４３の優先権を主張し、関連している。これら出願の内容の全体は、ここで参照により組み入れられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体またはディスプレイ製造などのような基板プロセスの様々な段階を通して、臨界（critical）プロセスパラメータは、著しく変化し得る。複数のプロセス条件と、これらの空間的な分布とは、時間で、望ましくない結果を生じさせる臨界プロセスパラメータのわずかな変化を伴って変化している。小さな変化は、プロセスガスの成分又は圧力もしくは、基板温度又は基板温度の空間的な分布に容易に起こり得る。そういうものとして、基板プロセス構成要素は、定常のモニタリングと、これらプロセス条件とこれらの空間的な分布とをしっかりとコントロールする能力とを必要としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
基板の温度コントロールのための方法とシステムとが、記述されている。この基板の温度コントロールのためのシステムは、プロセスシステム内で前記基板を支持し、この基板の温度をコントロールするための基板ホルダを有する。この基板ホルダは、この基板ホルダの第１の領域に配置され、この第１の領域の温度を上昇させるように設定されている第１の加熱要素と、周縁領域の温度を上昇させるように設定されている第２の加熱要素と、第１の領域の前記第１の加熱要素の下に位置されている第１のコントロール可能な絶縁部材と、第２の領域の第２の加熱要素の下に位置されている第２のコントロール可能な絶縁部材と、前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材の下に配設されている少なくとも１つの冷却要素とを有し、前記第１のコントロール可能な絶縁部材は、前記基板から基板ホルダの前記第１の領域を通って前記少なくとも１つの冷却要素への熱の移動をコントロールするように設定されており、前記第２のコントロール可能な絶縁部材は、前記基板から基板ホルダの前記第２の領域を通って前記少なくとも１つの冷却要素への熱の移動をコントロールするように設定されている。
【０００５】
このようなシステムの一実施形態において、前記第１の領域は、中央の領域であり、前記第２の領域は、この第１の領域の周りに同心で配置されている周縁の領域である。
【０００６】
前記方法は、前記基板ホルダを用いて前記基板の温度をコントロールするための１つ以上のコントロールパラメータを初期化することと、前記プロセスシステムの中でプロセスを開始することと、前記１つ以上のコントロールパラメータを調整することと、前記プロセスを終了させることとを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のこれらのそして他の有利な点は、添付されている図面と関連されて、本発明の例示的な実施の形態の以下の詳細な記述から比較的明らかにそして比較的直ちに評価されることになる。
【０００８】
本発明の実施の形態に係われば、基板ホルダ２０と、この基板ホルダ２０の上に支持されている基板２５を有するプロセスツール１０を備えた材料プロセスシステム１が、図１に示されている。この基板ホルダ２０は、基板温度の迅速な調整のための温度コントロール要素を与えるように設定されており、この温度要素は、一様な基板温度を保障するように空間的に配設されている。コントローラ５５が、前記プロセスツール１０と、基板ホルダ２０とに結合され、基板温度をモニタしコントロールするように、設定されている。
【０００９】
図１に示されている図示された実施の形態において、前記材料プロセスシステム１は、エッチングチャンバを有することができる。例えば、このエッチングチャンバは、ドライプラズマエッチング、または、代わって、ドライノンプラズマエッチングを容易にすることができる。代わって、この材料プロセスシステム１は、ポスト接着ベーク（post-adhesion bake）(ＰＡＢ)又はポスト露光ベーク（post-exposure bake）（ＰＥＢ）などのために用いられることができるフォトレジストスピンコーティングシステムの加熱／冷却モジュールのようなフォトレジストコーティングチャンバ、紫外線（ＵＶ）リソグラフィシステムのようなフォトレジストパターニングチャンバ、スピンオングラス（ＳＯＧ）又はスピンオンディエレクトリック（ＳＯＤ）システムのようなディエレクトリックコーティングチャンバ、ケミカルヴェイパデポジション（ＣＶＤ）システム又はフィジカルヴェイパデポジション（ＰＶＤ）システムのようなデポジションチャンバ、又は、熱アニールのためのラピッドサーマルプロセス（ＲＴＰ）システムようなラピッドサーマルプロセスチャンバを有している。
【００１０】
図２に示されている図示された実施の形態に係われば、前記材料プロセスシステム１は、プロセスツール１０と、プロセスされる基板２５が上に固定されている基板ホルダ２０と、ガス注入システム４０と、真空ポンプシステム５８とを有している。基板２５は、例えば、半導体基板、ウエハ、又は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であることができる。プロセスツール１０は、例えば、加熱された電子と、イオン化されたガスとの間の衝突によりプラズマが形成されている基板２５の表面に隣接しているプロセス領域４５におけるプラズマの発生を容易にするように設定されることができる。イオン化されたガス又はガスの混合物が、ガス注入システム４０を通して導入され、プロセス圧力が調整されている。望ましくは、プラズマは、所定の物質プロセスに特有な物質を発生するように、または、物質の基板２５への堆積か、基板２５の露出された表面からの物質の除去を促進するように、用いられている。例えば、コントローラ５５は、真空ポンプシステム５８と、ガス注入システム４０とをコントロールするために用いられることができる。
【００１１】
図２に示されているように、基板ホルダ２０は、電極を有することができ、この電極を通して、ＲＦ電力がプロセス領域４５の中のプラズマに結合されている。例えば、基板ホルダ２０は、ＲＦ発生器３０からインピーダンス整合ネットワーク３２を通して基板ホルダ２０へのＲＦ電力の伝達によりＲＦ電圧に電気的にバイアスされていることができる。このＲＦバイアスは、電子を加熱し、プラズマを維持する役に立っている。この設定において、前記システムは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）反応器として作動することができ、チャンバと上方ガス注入電極は、接地表面として役に立つ。前記ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲であることができ、好ましくは、１３．５６ＭＨｚである。
【００１２】
代わって、ＲＦ電力は、前記基板ホルダ電極に複数の周波数で印加されることができる。さらに、インピーダンス整合ネットワーク３２は、反射される電力を最小化することによりプロセスチャンバ１０の中のプラズマへのＲＦ電力の移動を最大化している。様々な整合ネットワークのトポロジ（例えば、Ｌタイプ、πタイプ、Ｔタイプなど）と、自動コントロールの方法が用いられることができる。
【００１３】
図２の参照を続けて、プロセスガスは、例えば、ガス注入システム４０を通してプロセス領域４５に導入されることができる。プロセスガスは、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＨＢｒ、ＣＯ、ＨＦ、ＮＨ３などのようなガスの混合物を有していることができる。ガス注入システム４０は、シャワーヘッドを有し、プロセスガスは、ガス供給システム（図示されていない）からガス注入プレナム（図示されていない）と、一連の整流装置（図示されていない）と、多孔質のシャワーヘッドのガス注入プレート（図示されていない）とを通して前記プロセス領域４５に供給されている。
【００１４】
真空ポンプシステム５８は、例えば、毎秒５０００リットル（そしてそれ以上）に及ぶポンプスピードが可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバの圧力を調整するためのゲートバルブとを有することができる。ドライプラズマエッチングのために用いられている従来のプラズマプロセス装置において、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが、一般的に用いられている。ＴＭＰは、典型的に５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧プロセスのためには有益である。比較的高い圧力では、前記ＴＭＰのポンプスピードは、劇的に低下している。高い圧力の（すなわち１００ｍＴｏｒｒより大きい）プロセスに対して、メカニカルブースタポンプとドライラフィングポンプとが、用いられることができる。さらに、チャンバの圧力をモニタするための装置（図示されていない）が、プロセスチャンバ１６に結合されている。この圧力測定装置は、例えば、商業的にＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）から入手可能なＴｙｐｅ６２８Ｂ  Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対キャパシタンスマノメータであることができる。
【００１５】
図３に示されているように、材料プロセスシステム１は、磁場システム６０を有することができる。例えば、この磁場システム６０は、潜在的にプラズマ密度を増加し並びに／もしくは材料プロセスの一様性を改善するために、定常な、もしくは、機械的に又は電気的に回転する直流又は交流の磁場を、有することができる。さらに、コントローラ５５は、場の強さ又は回転の速さを調整するために、磁場システム６０に結合されることができる。
【００１６】
図４に示されているように、前記材料プロセスシステムは、上方電極７０を有することができる。例えば、ＲＦ電力は、ＲＦ発生装置７２からインピーダンス整合ネットワーク７４を通して上方電極７０へと結合されることができる。前記上方電極へのＲＦ電力の印加のための周波数は、好ましくは、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲であり、好ましくは、６０ＭＨｚである。加えて、下方電極への電力の印加のための周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であることができ、好ましくは、２ＭＨｚである。さらに、コントローラ５５は、上方電極７０へのＲＦ電力の印加をコントロールするために、ＲＦ発生装置７２と、インピーダンス整合ネットワーク７４とに結合されることができる。
【００１７】
図５に示されているように、図１の前記材料プロセスシステムは、誘導コイル８０を有することができる。例えば、ＲＦ電力は、ＲＦ発生器８２からインピーダンス整合ネットワーク８４を通して誘導コイル８０に結合されることができ、ＲＦ電力は、誘導コイル８０から誘電体窓（dielectric window）（図示されていない）を通してプラズマプロセス領域４５に誘導的に結合されることができる。前記誘導コイル８０へのＲＦ電力の印加のための周波数は、好ましくは、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲であり、好ましくは、１３．５６ＭＨｚである。同様に、チャック（chuck）電極への電力の印加のための周波数は、好ましくは、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であり、好ましくは、１３．５６ＭＨｚである。加えて、スロットの形成されているファラデーシールド（図示されていない）が、前記誘導コイル８０と、プラズマとの間の静電容量的な結合を減少させるために用いられることができる。さらに、コントローラ５５は、誘導コイル８０への電力の印加をコントロールするためにＲＦ発生器８２と、インピーダンス整合ネットワーク８４とに結合されることができる。代替の実施の形態において、誘導コイル８０は、トランスファカップルドプラズマ（ＴＣＰ）反応器におけるように、上から前記プラズマプロセス領域４５と連絡している「らせん」コイル又は「パンケーキ」コイルであることができる。
【００１８】
代わって、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて形成されることができる。その上、他の実施の形態において、プラズマは、ヘリコン波の発射から形成されている。その上、他の実施の形態において、プラズマは、伝播する表面波から形成されている。
【００１９】
一実施の形態において、図６は、図１乃至５において示されている前記材料プロセスシステム１のいずれにおける使用のためにも設定されている基板ホルダ１２０を示している。基板ホルダ１２０は、基板１２５を支持し、この基板１２５の温度をコントロールするように設定されている。基板ホルダ１２０は、中央領域１３２の温度を上昇させるために、この中央領域１３２に位置されている第１の加熱要素１３０を有している。周縁領域１４２に位置されている第２の加熱要素１４０は、前記第１の加熱要素１３０の周りに同心状に配置され、この周縁領域１４２の温度を上昇させるように設定されている。さらに、第１のコントロール可能な絶縁部材１５０が、前記第１の加熱要素１３０の下に位置されており、前記中央領域１３２における、前記基板１２５と、この基板１２５の下に位置されている少なくとも１つの冷却要素１７０との間の熱の移動をコントロールするように設定されている。第２のコントロール可能な絶縁部材１６０は、第２の加熱要素１４０の下に位置され、前記第１のコントロール可能な絶縁部材１５０の周りに同心状に配置されている。この第２のコントロール可能な絶縁部材は１６０は、前記周縁領域１４２で前記基板１２５と、この基板１２５の下に位置されている少なくとも１つの冷却要素１７０との間の熱の移動をコントロールするように設定されている。
【００２０】
他の実施の形態において、図７は、図１乃至５において示されている前記材料プロセスシステム１のいずれの１つにおける使用のためにも設定されている基板ホルダ１２０’を示している。基板ホルダ１２０’は、基板１２５を支持し、この基板１２５の温度をコントロールするように、設定されている。基板ホルダ１２０’は、図６で示された前記複数の要素を有するが、この基板１２０’は、前記第２の加熱要素１４０の周りに同心状に配置され、第２の周縁領域１８２の温度を上昇させるように設定されている、この第２の周縁領域１８２に位置されている第３の加熱要素１８０をさらに有する。第３のコントロール可能な絶縁部材１９０が、前記第３の加熱要素１８０の下に位置され、前記第２のコントロール可能な絶縁部材１６０の周りに同心状に配置されている。この第３のコントロール可能な絶縁部材は、前記第２の周縁領域１８２における、前記基板１２５と、この基板１２５の下に位置されている前記少なくとも１つの冷却要素１７０との間の、熱の移動をコントロールするように設定されている。
【００２１】
代替の実施の形態において、同心状に配置された、追加の（すなわち、第４の、第５の、第ｎの）加熱要素と、コントロール可能な絶縁部材とが用いられることができる。
【００２２】
この上他の実施の形態において、複数の領域は、同心状に配置されている必要はない。その代わりに、あらゆる数の領域のタイプが用いられることができる（例えば、帯状、４分割（quarters）、らせん状、くさび状）
加熱要素１３０、１４０、１８０は、加熱流体流路、抵抗加熱要素、又は、熱をウエハに向かって熱を移動するようにバイアスがかけられている熱電素子のうちの少なくとも１つを有することができる。さらに、図８に示されているように、加熱要素１３０、１４０、１８０は、加熱要素コントロールユニット２００に結合されている。加熱要素コントロールユニット２００は、各加熱要素の従属的な又は独立的なコントロールのいずれか一方を提供し、コントローラ５５と情報を交換するように設定されている。例えば、前記加熱要素は、伝導性で対流性の加熱を供給するために、中を通る水、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ、Ｇａｌｄｅｎ  ＨＴ−１３５などのような流体の流速を可能にすることができる１以上の熱の流路を有することができ、この流体の温度は、熱交換器により上昇されている。流体の流速と、流体の温度は、例えば、前記加熱要素コントロールユニット２００により、設定され、モニタされ、調整され、コントロールされることができる。
【００２３】
代わって、例えば、前記加熱要素は、タングステン、ニッケルクロム合金、アルミニウム鉄合金、窒化アルミニウムなどのフィラメントのような１つ以上の抵抗加熱要素を有することができる。抵抗加熱要素を製造するために商業的に入手可能な物質の例は、Ｋａｎｔｈａｌ、Ｎｉｋｒｏｔｈａｌ、Ａｋｒｏｔｈａｌを含み、これらは、Ｂｅｔｈｅｌ,ＣＴのＫａｎｔｈａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されている金属合金に対する登録商標名である。前記Ｋａｎｔｈａｌのシリーズは、フェライト合金（ＦｅＣｒＡｌ）を有し、前記Ｎｉｃｋｒｏｔｈａｌのシリーズは、オーステナイト合金（ＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＦｅ）を有している。例えば、前記加熱要素は、４００℃から４５０℃の最大動作温度が可能であるＷａｔｌｏｗ（１３１０  Ｋｉｎｇｓｌａｎｄ  Ｄｒ．，Ｂａｔａｖｉａ，Ｉｌ，６０５１０）から商業的に入手可能なキャストイン（cast-in）ヒータ、又は、Ｗａｔｌｏｗからまた商業的に入手可能であり、３００℃もの動作温度と、２３．２５Ｗ／ｃｍ２にのぼる電力密度とが可能である窒化アルミニウム材料を有するフィルムヒータを有することができる。加えて、例えば、前記加熱要素は、１４００Ｗ（又は、５Ｗ／ｉｎ２の電力密度）が可能であるシリコンラバーヒータ（１．０ｍｍ厚）を有することができる。電流がフィラメントを通って流れると、電力は、熱として散逸され、そのため、前記加熱要素コントロールユニット２００は、例えば、コントロール可能な直流電力供給部を有することができる。比較的低い温度と、電力密度とのために適しているさらなるヒータの選択肢は、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮのＭｉｎｃｏ，Ｉｎｃ．，により市場に出されている、Ｋａｐｔｏｎ（例えば、ポリイミド）シートに埋め込まれているフィラメントから構成されているＫａｐｔｏｎヒータである。
【００２４】
代わって、例えば、前記加熱要素は、それぞれの素子を通る電流の方向に依存して基板を加熱し又は冷却することが可能なアレイの熱電素子を有することができる。例としてあげる熱電素子は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから商業的に入手可能なもので、すなわち、Ｍｏｄｅｌ  ＳＴ−１２７−１．４−８．５Ｍ（７２Ｗの最大熱移動電力の可能な４０ｍｍ・４０ｍｍ・３４ｍｍの熱電装置）である。そのため、前記加熱要素コントロールユニット２００は、例えば、コントロール可能な電流源を有することができる。
【００２５】
前記少なくとも１つの冷却要素は、少なくとも１つの冷却流路又は熱電素子を有することができる。さらに、図８に示されているように、この少なくとも１つの冷却要素１７０は、冷却要素コントロールユニット２０２に結合されている。冷却要素コントロールユニット２０２は、少なくとも１つの冷却要素１７０の従属的な又は独立的なコントロールの一方を提供し、コントローラ５５と情報を交換するように設定されている。例えば、前記少なくとも１つの冷却要素は、伝導性で対流性の冷却を供給するために、中を通って水、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ、Ｇａｌｄｅｎ  ＨＴ−１３５などのような流体の流速を可能にする１つ以上の冷却流路を有することができ、流体温度は、熱交換器により下げられている。流体の流速と、流体の温度とは、例えば、前記冷却要素コントロールユニット２０２により設定され、モニタされ、調整され、コントロールされることができる。代わって、加熱の間に、例えば、前記１以上の冷却流路は、（上述の）前記加熱要素と、（図１に示されているような）前記プロセスツール１０との間のさらなる絶縁として役に立つために、排水され空にされることができる。
【００２６】
代わって、例えば、前記少なくとも１つの冷却要素は、それぞれの素子を通る電流の向きに依存して基板を加熱し又は冷却することができるアレイの熱電素子を有することができる。例としてあげる熱電素子は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから商業的に入手可能なもので、すなわち、Ｍｏｄｅｌ  ＳＴ−１２７−１．４−８．５Ｍ（７２Ｗの最大熱移動電力の可能な４０ｍｍ・４０ｍｍ・３４ｍｍの熱電装置）である。そのため、前記加熱要素コントロールユニット２００は、例えば、コントロール可能な電流源を有することができる。
【００２７】
前記コントロール可能な絶縁部材１５０、１６０、１９０は、ガスギャップを有することができ、このガスギャップの中で、このガスギャップを渡って熱伝導度が変化するために、ガスの特性が、変化されることができる。さらに、図８に示されているように、前記コントロール可能な絶縁部材１５０、１６０、１９０は、絶縁部材コントロールユニット２０８に結合されている。絶縁部材コントロールユニット２０８は、各々のコントロール可能な絶縁部材の従属的な又は独立的なコントロールの一方を供給し、コントローラ５５と情報を交換するように設定されている。
【００２８】
例えば、図８に示されているように、前記絶縁部材コントロールユニット２０８は、ガス流コントロール装置２１４Ａ及び２１６Ａそれぞれを通して第１のガス線２１８Ａにより前記第１のコントロール可能な絶縁部材１５０に結合されている第１のガス供給ユニット２１０Ａと、第１の真空ポンプ２１２Ａとを有する前記第１のコントロール可能な絶縁部材１５０を通して熱伝導度に影響を与えるための第１のシステムを有している。同様に、図８に示されているように、前記絶縁部材コントロールユニット２０８は、さらに、ガス流コントロール装置２１４Ｂ及び２１６Ｂそれぞれを通して第２のガス線２１８Ｂにより前記第２のコントロール可能な絶縁部材１６０に結合されている第２のガス供給ユニット２１０Ｂと、第２の真空ポンプ２１２Ｂとを有する前記第２のコントロール可能な絶縁部材１６０を通して熱伝導度に影響を与えるための第２のシステムを有することができる。ガス供給ユニット２１０Ａ、２１０Ｂは、例えば、ヘリウムのような熱移動ガスを供給することができる。代わって、前記第１のコントロール可能な絶縁部材１５０と、第２のコントロール可能な絶縁部材１６０とは、同じガス供給ユニットと、真空ポンプとに結合されている。代わって、前記第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材１５０、１６０は、図２乃至５に示されているような真空ポンプシステム５８の一部としての真空線を通して空にされることができる。
【００２９】
各々のコントロール可能な絶縁部材の熱伝導度は、この絶縁部材の物理的なディメンジョン（即ち、ギャップの厚さ）、この絶縁部材の中に存在するガスのタイプ、この絶縁部材の中のガスの圧力及び他のパラメータにより影響を受け得る。例えば、表１は、ヘリウムに対するギャップ厚δとガス圧力ｐとの関数としての、ガスギャップ渡っての熱伝導度（すなわち、熱移動係数）の近似的な依存性を示している。
【表１】
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【００３０】
表１の視察から、前記ギャップ厚が小さければ小さいほど１Ｔｏｒｒから１０００Ｔｏｒｒのガス圧力に対する熱伝導度の変化がより大きくなっている。例えば、５０ミクロンのギャップ（０．０５ｍｍ）は、ほぼ１気圧（１０００Ｔｏｒｒ）に加圧されると、比較的高い熱伝導度を与えており、ほぼ１０００分の１気圧（１Ｔｏｒｒ）に真空度を高められると、比較的低い熱伝導度を与えている。
【００３１】
加えて、図９に示されているように、前記基板ホルダ１２０、１２０’は、セラミック層２３４と、このセラミック層２３４に埋め込まれている１つ以上のクランプ電極２３２と、電気的な接続２３８によりこのクランプ２３２に結合されている高圧（ＨＶ）直流電圧供給部２３６とを有する静電クランプ（ＥＳＣ）２３０を備えている。このようなクランプの設計と実行は、静電クランプシステムの分野の当業者に良く知られている。さらに、高圧直流電圧供給部２３６は、コントローラ５５に結合され、コントローラと情報を交換するように設定されている。
【００３２】
さらに図９を参照して、前記基板ホルダ１２０、１２０’は、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトンを含む不活性ガス、プロセスガス、又は、酸素、窒素、水素を含む他のガスを、少なくとも１つのガス供給ライン２５２Ａ、Ｂ、Ｃと、複数の開口部と、流路（図示されていない）とのうち少なくとも１つとを通して基板１２５の背面に、熱移動ガスを供給するために背面ガス供給システム２５０をさらに有することができる。前記背面ガス供給システム２５０は、例えば、２領域（中央−２５２Ａ、縁−２５２Ｃ）システム又は３領域（中央−２５２Ａ、半半径−２５２Ｂ、縁−２５２Ｃ）のような複数領域供給システムであることができ、背面圧力は、中央から縁へと迅速に変えられることができる。
【００３３】
他の実施の形態において、図１０に示されているように、基板１２５の温度は、モニタリングシステム２６０で、１以上の位置で、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（１６２５  Ｓｈａｒｐ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｒｉｖｅ，Ｆｏｒｔ  Ｃｏｌｌｉｎｓ，ＣＯ，８０５２５）から商業的に入手可能で５０℃から２０００℃の測定と、±１．５℃の精度とが可能である光ファイバ温度計Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．ＯＲ２０００Ｆ、２００２年７月２日に出願され、内容は、この内容の全体においてここで参照により組み込まれている出願中の米国特許出願１０／１６８５４４に記述されているようなバンドエッジ温度測定システム、又は、Ｋ−タイプ熱電対のような（点線により示されているような）熱電対のような１以上の温度センサ装置２６２Ａ、２６２Ｂ、２６２Ｃを用いてモニタされることができる。前記モニタリングシステム２６０は、少なくとも１つの加熱要素と、冷却要素と、コントロール可能な絶縁部材と、背面ガス供給システムと、ＥＳＣのためのＨＶ  ＤＣ電圧供給部の少なくとも１つをプロセスの前か、間か、後のいずれかで調整するためにコントローラ５５にセンサ情報を供給することができる。
【００３４】
さらに、例えば、基板２５、１２５は、ロボット操作の基板移動システムにより、スロットバルブ（図示されていない）と、チャンバフィードスルー（feed-through）（図示されていない）とを通して、プロセスツール１０の中へ、そして、プロセスツール１０の中から移動されることができ、このプロセスツール１０では、基板２５、１２５は、基板ホルダ２０、１２０、１２０’の中に収容され、基板ホルダ２０、１２０、１２０’の中に収容されている装置により機械的に移動されている基板リフトピン（図示されていない）により受け取られている。一度、基板２５、１２５が、基板移動システムから受け取られると、基板２５、１２５は、基板ホルダ２０、１２０、１２０’の上面へと下げられる。
【００３５】
コントローラ５５は、マイクロプロセッサと、メモリと、材料プロセスシステム１への入力を伝達し立ち上げ、及び、材料プロセスシステム１からの出力をモニタするのに十分なコントロール電圧を発生することができる（可能性として複数のＤ／Ａ並びに／もしくはＡ／Ｄコンバータを含んでいる）デジタルＩ／Ｏポートとを有している。図８と図９とに示されているように、コントローラ５５は、加熱要素コントロールユニット２００と、冷却要素コントロールユニット２０２と、絶縁部材コントロールユニット２０８と、ＨＶ  ＤＣ電圧供給部２３６と、背面ガス供給システム２５０とに結合されることができ、これらと情報を交換することができる。メモリに記憶されているプログラムは、記憶されているプロセスレシピにしたがって材料プロセスシステム１の前述の構成要素と相互作用するように用いられている。コントローラ５５の一例は、Ｔｅｘａｓ、ＡｕｓｔｉｎのＤｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６４０ＴＭ（登録商標）である。
【００３６】
図１１は、プロセスシステムにおける基板ホルダの基板の温度をコントロールする方法３００を記述しているフローチャートを示している。例えば、温度コントロール計画は、前記プロセスシステムにおけるプロセスのための複数のプロセスステップに属することができる。前記基板ホルダは、図６乃至１０で示されている基板ホルダの１つである。前記方法３００は、３１０において前記基板の温度をコントロールするために複数のコントロールパラメータを初期化することから開始している。これらコントロールパラメータは、前記第１の加熱要素のための入力パラメータと、前記第２の加熱要素のための入力パラメータと、前記第１のコントロール可能な絶縁部材のための入力パラメータと、前記第２のコントロール可能な絶縁部材のための入力パラメータと、前記少なくとも１つの冷却要素への入力パラメータとを有している。これらコントロールパラメータは、前記静電クランプＨＶ  ＤＣ電圧供給部のための入力パラメータと、前記背面ガス供給システムのための入力パラメータとをさらに有することができる。第１及び第２の加熱要素のためのこれら入力パラメータは、例えば、抵抗加熱要素のための電圧又は電流、加熱流路のための流体の流速又は流体の温度、又は、熱電素子のための電流又は極性を有することができる。第１及び第２のコントロール可能な絶縁部材のための前記入力パラメータは、例えば、ガスギャップのガスのタイプ又は、ガスギャップのガスの圧力を有することができる。少なくとも１つの冷却要素のための前記入力パラメータは、冷却流路のための流体の流速又は流体の温度、もしくは、熱電素子の電圧、電流又は極性を有することができる。ＥＳＣのための前記入力パラメータは、例えば、クランプ電圧を有することができる。背面ガス供給システムのための前記入力パラメータは、例えば、背面流速、背面ガスの圧力又は背面ガスのタイプを有することができる。
【００３７】
３２０において、３１０で確立された前記コントロールパラメータは、前記基板、基板ホルダ又はプロセスシステムのプリプロセスの少なくとも１つを実行するために設定されることができる。
【００３８】
３３０において、プロセスは、前記基板を処理するための前記プロセスシステムにおいて開始され、３４０において、前記コントロールパラメータは、コントロールされ、並びに／もしくは調整されている。前記コントロールパラメータは、所定のプロセスレシピにしたがってコントロールされ並びに／もしくは調整されることができる。代わって、前記コントロールパラメータは、温度センサ装置を用いた温度測定の、プロセスレシピにより指示されているプロセス状態との比較にしたがってコントロールされ並びに／もしくは調整されることができる。代わって、前記コントロールパラメータは、所定のプロセスレシピと、温度センサ装置を用いた温度測定の、プロセスレシピにより指示されているプロセス状態との比較との組合せにしたがってコントロールされ並びに／もしくは調整されることができる。
【００３９】
３５０において、前記プロセスは、終了され、このあと、前記コントロールパラメータは、選択的に、前記基板、基板ホルダ又はプロセスシステムの少なくとも１つをポストプロセスするためにコントロールされ並びに／もしくは調整されることができる。
【００４０】
プラズマプロセスにおいて遭遇されるような一例では、基板を処理するためのプロセスは、上昇された基板温度における処理を有することができる。このようなプロセスの間、この基板温度は、迅速にターゲット温度へと上昇されることができ、前記プロセスは、開始されることができる。例えば、図１０で示されている基板ホルダのような基板ホルダを用いて、前記第１及び第２の加熱要素は、別々の抵抗加熱要素を有することができ、これら抵抗加熱要素の各々は、電流源に独立に又は従属して結合されている。プリプロセスの間、（例えば、１５ｋＷの電力に同等な）電流が、前記基板の加熱を容易にするために前記第１及び第２の加熱要素に印加されることができ、前記第１及び第２の絶縁部材は、前記第１及び第２の加熱要素を前記少なくとも１つの冷却要素から熱的に絶縁するために、（例えば、１Ｔｏｒｒのヘリウムガス圧力に）真空にされることができる。その後、前記プロセスは、前記プロセスシステムの中へとプロセスガスを流し、プラズマを発生させることにより開始されることができる。前記プロセスの開始後すぐに、前記第１及び第２の加熱要素への電流は、終了されることができ、前記第１及び第２の絶縁部材は、前記基板の冷却を補助し、この基板へのプラズマの熱流束をバランスするために、大気圧に回復されている。前記プロセスは、基板の名目上の（nominal）温度から前記ターゲット温度への基板温度のランプ（ramp）の間はいかなる時にも開始されることができる。プロセスの間、上で特定されたコントロールパラメータのいかなる１つもモニタされ、調整され、又は、コントロールされることができる。
【００４１】
本発明のある例示的な実施の形態だけが、上で詳細に記述されてきたが、当業者は、本発明の新しい示唆や有利な点から実質的に離れることなく、この例示的な実施の形態の中で多くの変更が可能であることをただちに理解するだろう。したがって、全てのそのような変更は、本発明の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る材料プロセスシステムを示している。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る材料プロセスシステムを示している。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る材料プロセスシステムを示している。
【図４】本発明のさらなる実施の形態に係る材料プロセスシステムを示している。
【図５】本発明の追加の実施の形態に係る材料プロセスシステムを示している。
【図６】本発明の実施の形態に係る基板ホルダを示している。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る基板ホルダを示している。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る基板ホルダを示している。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る基板ホルダを示している。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る基板ホルダを示している。
【図１１】本発明の実施の形態に係るプロセスシステム内の基板ホルダの基板の温度をコントロールする方法を示している。
【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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