(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置内で用いられる基板支持体であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板を支持するための支持表面を有する本体と、
前記支持表面の第１の部分の温度制御を提供するように前記本体の第１の部分を通って延びている第１の液体流路と、
前記支持表面の第２の部分の温度制御を提供するように前記本体の第２の部分を通って延びている第２の液体流路と、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の入口と、
前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の入口と、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の出口と、
前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の出口と、
前記第１の入口と流体の伝達がある第１の供給ラインと、
前記第２の入口と流体の伝達がある第２の供給ラインと、
前記第１の出口と流体の伝達がある第１の戻りラインと、
前記第２の出口と流体の伝達がある第２の戻りラインと、
温度制御された少なくとも１つの液体源と、
第１のバルブと、
第２のバルブと、
第３のバルブと、
第４のバルブと、
前記第１の供給ライン、第２の供給ライン、第１の戻りライン及び第２の戻りラインと流体の伝達がある共通ラインと、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを選択的に開閉するように動作可能なコントローラと
を備え、
前記共通ラインは、(i)前記温度制御された少なくとも１つの液体源からの液体を前記第１の供給ラインと第２の供給ラインに供給し、(ii)前記第１の戻りラインと第２の戻りラインからの液体を受け入れ、
前記第１のバルブは、前記第１の戻りラインを通る液体の流れを制御し、
前記第２のバルブは、前記第２の戻りラインを通る液体の流れを制御し、
前記第３のバルブは、前記第１の供給ラインと第１の戻りラインとの間で前記共通ラインの部分を通る液体の流れを制御し、
前記第４のバルブは、前記第２の供給ラインと第２の戻りラインとの間で前記共通ラインの部分を通る液体の流れを制御し、
前記コントローラは、前記支持表面の温度分布を制御するために、前記第１のバルブの開度と前記第２のバルブの開度とを制御する
ことを特徴とする基板支持体。
【請求項２】
前記温度制御された少なくとも１つの液体源は、
前記第１の供給ラインと流体の伝達がある温度制御された第１の液体源と、
前記第２の供給ラインと流体の伝達がある温度制御された第２の液体源と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項３】
前記支持表面が円形であり、前記第１の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向で延びていて、前記第２の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向に延びていて、前記第２の液体流路が前記第１の液体流路と同心であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項４】
前記支持表面が円形であり、前記第１の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向で延びていて、前記第２の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向に延びていて、前記第２の液体流路が前記第１の液体流路と非同心であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項５】
前記支持表面は、静電チャックの露出面を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項６】
前記支持体本体は、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路との間に熱遮断部を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項７】
前記熱遮断部は、前記本体に伸びている開放チャネルを含むことを特徴とする請求項６に記載の基板支持体。
【請求項８】
前記支持表面の第３の部分の温度制御を提供するように前記本体の第３の部分を通って延びている第３の液体流路と、
前記第３の液体流路と流体の伝達がある第３の入口と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項９】
前記支持体本体は、前記第１の液体流路と第２の液体流路との間に第１の熱遮断部を含み、前記第２の液体流路と前記第３の液体流路との間に第２の熱遮断部を含むことを特徴とする請求項８に記載の基板支持体。
【請求項１０】
前記支持表面上に開口している少なくとも１つのガス通路と、
前記ガス通路に供給可能な熱伝達ガスを通すガス供給入口と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の基板支持体。
【請求項１１】
プラズマ処理装置内で用いられる基板支持体であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板を支持するための支持表面を有する本体と、
前記支持表面の第１の部分の温度制御を提供するように前記本体の第１の部分を通って延びている第１の液体流路と、
前記支持表面の第２の部分の温度制御を提供するように前記本体の第２の部分を通って延びている第２の液体流路と、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の入口と、
前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の入口と、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の出口と、
前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の出口と、
前記第１の入口と流体の伝達がある第１の供給ラインと、
前記第２の入口と流体の伝達がある第２の供給ラインと、
前記第１の出口と流体の伝達がある第１の戻りラインと、
前記第２の出口と流体の伝達がある第２の戻りラインと、
温度制御された液体源と、
第１のバルブと、
第２のバルブと、
第３のバルブと、
第４のバルブと、
第５のバルブと、
第６のバルブと、
前記第１の供給ライン、第１の戻りライン、第２の供給ライン及び第２の戻りラインと流体の伝達がある第１の接続ライン及び第２の接続ラインと、
を備え、
前記第１の供給ライン及び前記第２の供給ラインは、前記第１の液体流路及び前記第２の液体流路に温度制御された前記液体源からの液体をそれぞれ供給し、
前記第１の接続ラインは、前記第１の供給ラインと前記第２の供給ラインとの間に延び、
前記第２の接続ラインは、前記第１の戻りラインと前記第２の戻りラインとの間に延び、
前記第１のバルブは、前記第１の供給ラインを通る液体の流れを制御し、
前記第２のバルブは、前記第２の供給ラインを通る液体の流れを制御し、
前記第３のバルブは、前記第１の接続ラインを通る液体の流れを制御し、
前記第４のバルブは、前記第１の戻りラインを通る液体の流れを制御し、
前記第５のバルブは、前記第２の戻りラインを通る液体の流れを制御し、
前記第６のバルブは、前記第２の接続ラインを通る液体の流れを制御する
ことを特徴とする基板支持体。
【請求項１２】
請求項１に記載の基板支持体を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
プラズマ処理装置内の基板支持体を熱的に制御する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内に請求項１に係る基板支持体の前記支持表面上に基板を配置する工程と、
処理ガスを前記反応チャンバ内に導入する工程と、
前記反応チャンバ内の前記処理ガスからプラズマを発生させる工程と、
前記基板を処理する工程と、
前記支持表面の前記第１の部分及び前記第２の部分の少なくとも一方での温度を制御するように、少なくとも１つの液体源から前記第１の入口を介した前記第１の液体流路及び前記第２の入口を介した前記第２の液体流路の少なくとも一方に液体を選択的に供給する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
プラズマ処理装置内の半導体基板を処理する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の支持体本体の支持表面上で半導体基板を支持する工程と、
前記支持表面の第１の部分の温度制御を提供するように前記支持体本体の前記第１の部分を通って延びる第１の液体流路内に液体を循環させる工程と、
前記支持表面の第２の部分の温度制御を提供するように前記支持体本体の前記第２の部分を通って延びる第２の液体流路内に液体を循環させる工程と、
を含み、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の入口に液体を供給し、前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の出口から外に液体を流し、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の入口に液体を供給し、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の出口から外に液体を流すことによって、前記第１の液体流路及び第２の液体流路内を前記液体が循環し、
前記方法は、
前記第１の入口と流体の伝達がある第１の供給ラインを通して液体を流す工程と、
前記第２の入口と流体の伝達がある第２の供給ラインを通して液体を流す工程と、
前記第１の出口と流体の伝達がある第１の戻りラインを通して液体を流す工程と、
前記第２の出口と流体の伝達がある第２の戻りラインを通して液体を流す工程と、
温度制御された少なくとも一つの液体源から液体を供給する工程と、
第１のバルブ及び第２のバルブを含むバルブを開くか又は閉じる工程と、
前記第１の供給ライン、第２の供給ライン、第１の戻りライン及び第２の戻りラインと流体の伝達がある共通ラインを通る液体を流す工程と、
前記第１のバルブ及び第２のバルブを選択的に開くか又は閉じるためにコントローラを使用する工程と、
を更に含み、
前記共通ラインは、前記温度制御された少なくとも１つの液体源から前記第１の供給ライン及び第２の供給ラインに液体を供給し、前記共通線は、前記第１の戻りライン及び第２の戻りラインから液体を受け入れ、前記第１のバルブは、前記第１の戻りラインを通る液体の流れを制御し、前記第２のバルブは、前記第２の戻りラインを通る液体の流れを制御し、前記第３のバルブは、前記第１の供給ラインと前記第１の戻りラインとの間の共通ラインの部分を通る液体の流れを制御し、前記第４のバルブは、前記第２の供給ラインと前記第２の戻りラインとの間の共通ラインの部分を通る液体の流れを制御し、前記コントローラは、前記支持表面の温度分布を制御するために、前記第１のバルブの開度と前記第２のバルブの開度とを制御する
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
温度制御された第１の液体源から前記第１の供給ラインに液体を流す工程と、
温度制御された第２の液体源から前記第２の供給ラインに液体を流す工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記支持表面が円形であり、前記第１の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向で延びていて、前記第２の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向に延びていて、前記第２の液体流路が前記第１の液体流路と同心であり、
前記液体は、前記第１の液体流路及び前記第２の液体流路の方向と同じか又は反対の方向に循環される
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持表面が円形であり、前記第１の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向で延びていて、前記第２の液体流路が前記支持表面に平行で且つ周辺方向に延びていて、前記第２の液体流路が前記第１の液体流路と非同心であり、
前記液体は、前記第１の液体流路及び前記第２の液体流路の方向と同じか又は反対の方向に循環される
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記支持表面は、静電チャックの露出面を有し、前記基板は、前記静電チャックによって静電的にクランプされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記支持体本体は、前記第１の液体流路と前記第２の液体流路との間に熱遮断部を含み、前記熱遮断部は、前記支持体本体を通る熱伝達を制御する大きさにされた開放チャネルを備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記支持表面の第３の部分の温度制御を提供するように前記支持体の前記第３の部分を通って延びている第３の液体流路内で液体を循環させる工程と、
前記第３の液体流路と流体の伝達がある第３の入口に液体を供給する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記支持表面上に開口している少なくとも１つのガス通路に熱伝達ガスを供給する工程を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
プラズマ処理装置内の半導体基板を処理する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の支持体本体の支持表面上で半導体基板を支持する工程と、
前記支持表面の第１の部分の温度制御を提供するように前記支持体本体の前記第１の部分を通って延びる第１の液体流路内に液体を循環させる工程と、
前記支持表面の第２の部分の温度制御を提供するように前記支持体本体の前記第２の部分を通って延びる第２の液体流路内に液体を循環させる工程と、
を含み、
前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の入口に液体を供給し、前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の出口から外に液体を流し、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の入口に液体を供給し、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の出口から外に液体を流すことによって、前記第１の液体流路及び第２の液体流路内を前記液体が循環し、
前記方法は、
前記第１の入口と流体の伝達がある第１の供給ラインを通して液体を流す工程と、
前記第２の入口と流体の伝達がある第２の供給ラインを通して液体を流す工程と、
前記第１の出口と流体の伝達がある第１の戻りラインを通して液体を流す工程と、
前記第２の出口と流体の伝達がある第２の戻りラインを通して液体を流す工程と、
温度制御された液体源から液体を供給する工程と、
第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、第４のバルブ、第５のバルブ及び第６のバルブを含むバルブを開くか又は閉じる工程と、
前記第１の供給ライン、第２の供給ライン、第１の戻りライン及び第２の戻りラインと流体の伝達がある第１の接続ライン及び第２の接続ラインを通る液体を流す工程と、
を更に備え、
前記第１の供給ライン及び第２の供給ラインは、温度制御された液体源から前記第１の液体流路及び第２の液体流路に液体を供給し、
前記第１の接続ラインは、前記第１の供給ラインと第２の供給ラインとの間に延びていて、前記第２の接続ラインは、前記第１の戻りライン及び第２の戻りラインとの間に延びていて、前記第１のバルブは、前記第１の供給ラインを通る液体の流れを制御し、前記第２のバルブは、前記第２の供給ラインを通り液体の流れを制御し、前記第３のバルブは、前記第１の接続ラインを通る液体の流れを制御し、前記第４のバルブは、前記第１の戻りラインを通る液体の流れを制御し、前記第５のバルブは、前記第２の戻りラインを通る液体の流れを制御し、前記第６のバルブは、前記第２の接続ラインを通る液体の流れを制御する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、温度制御された基板支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
プラズマ処理装置は、半導体材料、誘電材料、金属材料のプラズマエッチング、物理気相成長、化学気相成長(CVD)、イオン注入およびレジスト剥離を含む処理に使用される。これらの基板は、例えば、半導体ウェハや平面ディスプレイを含む。基板は、様々な規則的及び不規則な形状と大きさを持つことができる。
【０００３】
半導体材料処理で使用される１つのタイプのプラズマ処理装置は、上部の電極(陽極)と下部の電極(陰極)を有する反応チャンバを含む。処理基板は、基板支持体上で反応チャンバ内に支持される。処理ガスは、ガス分配システムによって、反応チャンバ内に導入される。陽極と陰極との間に形成される電界は、処理ガスからプラズマを生じさせる。
【０００４】
処理基板から作られるデバイスが十分な電気的特性を持つように、プラズマ処理の間、エッチングにより基板から除去される材料及び基板上に成膜される材料は、一定であるのが望ましい。しかしながら、ウェハ上に形成されるフィーチャ(feature)の大きさが減少するにつれて、半導体ウェハの大きさが増加し、この目標を実現するのはますます難しくなっている。
【０００５】
プラズマ処理の間、基板が、反応チャンバ内の基板支持体上に機械チャック及び静電チャック(ESC)を有する基板ホルダによって固定される。プラズマ処理装置で使用される基板支持体における熱伝達に作用するように設計されたシステムが、米国特許第5,310, 453号；同5,382, 311号；同5,609, 720号；同5,671, 116号；同5,675, 471号；同5,835, 334号；同6,077, 357号；同6,108, 189号；同6,179, 921号；同6,231, 776号；同6,310, 755号；同6,373, 681号；同6,377, 437号；同6,394, 797号及び同6,378, 600号に開示されている。
【発明の開示】
【０００６】
発明の概要
プラズマ処理装置内に用いられる基板支持体が提供される。基板支持体は、プラズマ処理の間に基板を支持する基板支持体の表面での温度制御を提供することができる。
【０００７】
好適な実施形態では、基板支持体は、プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板を支持するための支持表面を有する本体と、前記支持表面の第１の部分の温度制御を提供するように前記本体の第１の部分を通って延びている第１の液体流路と、前記支持表面の第２の部分の温度制御を提供するように前記本体の第２の部分を通って延びている第２の液体流路と、前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の入口と、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の入口と、前記第１の液体流路と流体の伝達がある第１の出口と、前記第２の液体流路と流体の伝達がある第２の出口と、を備える。
【０００８】
他の好適な実施形態に係る基板支持体は、プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板を支持するための支持表面を有する本体と、前記本体内に提供された複数の液体流路であって、各液体流路が供給ライン及び戻りラインを有する複数の液体流路と、少なくとも１つの液体源を含む液体供給システムと、を備える。前記液体供給システムは、前記支持表面全体にわたって制御された温度分布を与えるために、少なくとも１つの液体源から１つ以上の選択された液体流路に液体を供給するように動作可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好適な実施の形態の詳細な説明
プラズマ処理装置内の基板のプラズマ処理の均一性を向上させるために、材料の成膜及び／又はエッチングが生じるところの基板の露出面で温度分布を制御することが望ましい。プラズマエッチング処理では、基板の露出面での基板温度の変動及び／又は化学反応の速度の変動によって、エッチング選択性及び異方性に加えて、基板のエッチング速度における望ましくない変動を引き起こしうる。CVD処理などの材料成膜処理では、成膜の間、基板上に堆積される材料の成膜速度（deposition rate）、組成（composition）及び特性（properties）が、基板温度によって大きく影響されうる。
【００１０】
裏面ガス冷却システムが、基板支持体と基板支持体上に支持される基板との間の熱伝達を与えるために基板支持体内に用いられる。しかしながら、ヘリウムなどの熱伝達ガスの熱伝達効果は、基板支持体の表面条件に依存し、そのような条件は処理の間に変化しうる。その結果、熱伝達ガスが熱を取り除くことができる能力は、処理の間に減少しうる。
【００１１】
基板支持体は、冷却媒体流路（coolant flow passages）を有し、処理の間、基板支持体から熱を取り除く。そのような冷却システムでは、制御された温度と設定された体積流量における冷却媒体が、冷却媒体流路に導入される。基板支持体は、冷却システム内に１つの供給ラインと１つの戻りラインとを有する。しかしながら、基板支持体から熱が取り除かれると、入口から出口まで通路の長さに沿った大きな温度勾配が生じうる。その結果、熱伝達ガス及び基板に接触する基板支持体の表面の温度の均一性は、制御されていない。また、基板ホルダは、基板の裏面にヒートシンクを提供する。その結果生じる基板から基板ホルダまでの熱伝達は、周知のプラズマ処理装置内での基板全体の温度を不均一にする一因となる。
【００１２】
これらの欠点を鑑みて、プラズマ処理装置内で使用するための温度制御された基板支持体を提供する。
【００１３】
好適な実施形態では、基板支持体は、基板支持体の表面全体の温度制御を提供する。基板支持体は、複数の液体流路を含む液体供給システムを有する。液体流路への液体の分布を制御することによって、基板支持体の表面の望ましい温度制御を実現することができる。さらに、液体流路を通過する液体の温度及び／又は流量などの液体のパラメータを制御することができることが望ましい。
【００１４】
好適な実施形態では、基板支持体の特定の位置の温度は、液体流路のそれぞれの温度に関係する。基板支持体の１つ以上の部分で１つ以上の液体流路内の液体の流れを低減する及び／又は除くことによって、その部分が、それらを通る液体より速い速度を持つ液体流路の近傍に配置された基板支持体の他の部分よりも熱くなりうる。
【００１５】
好適な実施形態では、基板支持体の液体供給システムは、１つ以上のバルブを有する。１つ以上の液体流路に液体を供給し、１つ以上の液体流路を通る液体の流れを防ぐ、及び／又は、１つ以上の液体流路の間に液体を迂回させるために、１つ以上のバルブの動作が制御されうる。
【００１６】
好適な実施形態では、基板支持体は、熱伝達ガス供給システムを含む。熱伝達ガス供給システムは、基板支持体の表面とその表面上に支持される半導体ウェハなどの基板との間に熱伝達ガス供給するように動作可能である。基板支持体内に液体供給システムを組み込むことによって、基板支持体の表面における温度条件を制御することができ、処理の間、基板と基板支持体との間の熱伝達を制御するために熱伝達ガスを供給することができる。このような基板支持体を用いることによって、ウェハ温度の制御を向上させることができる。
【００１７】
このような基板支持体が使用可能である、好適な実施形態に係る例示的なプラズマ反応室が図１に示されている。プラズマ反応室は、誘導結合プラズマ反応室である。当業者であれば、このような基板支持体は、他の誘導結合プラズマ反応室構造、ECR、マグネトロン及び容量結合プラズマ反応室などのように、プラズマ処理の間で基板の温度制御が要求される他のタイプのプラズマ反応室にも使用可能であることが理解できるであろう。図１に示されるプラズマ反応室は、静電チャック34を用いた基板ホルダ12を有するチャンバ10を備える。静電チャック34は、RFバイアスを基板に与えることに加えて、クランピング力を基板13に与える。例えば、基板13は、半導体ウェハであってもよい。フォーカスリング14は、基板13の上方のプラズマを増大させる。エネルギ源は、反応チャンバ内でプラズマを発生させるために、反応チャンバ10の上部に配置される。エネルギ源は、例えば、プラズマを発生させるRF源（RF source）によってパワーが与えられる（powered by）アンテナ18であってもよい。反応チャンバ10は、特定の圧力にチャンバの内部を維持するための真空ポンプ装置を含む。
【００１８】
誘電体窓20は、アンテナ18と処理チャンバ10の内部との間に配置され、反応チャンバ10の壁を形成する。ガス供給プレート22はウィンドウ20の下にあって開口部を有する。この開口部を通して、処理ガスがガス供給部23から反応チャンバ10に供給される。
【００１９】
動作中では、基板13は、基板ホルダ12の露出面に配置され、静電チャック34によって適当な位置に固定される。後述するように、熱伝達ガスは、基板13と静電チャック34との間の熱伝達を向上させるために用いられる。処理ガスは、ウィンドウ20とガス供給プレート22との間のギャップを通して、反応チャンバ10にに供給される。プラズマは、アンテナ18にＲＦパワーを供給することによって、基板13とウィンドウ20との間に発生する。
【００２０】
図２は、静電チャックを含む基板支持体40の好適な実施形態の一部を示す図である。基板支持体40は、本体50、誘電体層55、誘電体層55に埋め込まれた導電性の電極60、導電性材料60に電気的に接続された電源65及びカバー70を備える。電源65は、電極60に直流バイアスを与える。誘電体層55は、基板13がその上に支持される露出面57を含む。露出面57は円形であることが望ましい。カバー70は、本体50の表面52に面する表面72を含む。
【００２１】
或いは、基板支持体40は、機械チャックなどの異なるタイプのチャックを含むことができる。機械チャックは、処理の間、チャックの上に基板を固定するためのクランプリングなどの機械的なクランプ装置を含む。
【００２２】
望ましくは、基板支持体40は、液体流路80、82及び84などの複数の液体流路を含む。より詳細に後述するように、液体は露出面57で温度分布を制御する制御手法で液体流路を通って循環することができる。
【００２３】
望ましくは、基板支持体40はまた、１つ以上の熱遮断部（one or more thermal breaks）90を含む。より詳細に後述するように、熱遮断部90は、本体50の１つ以上の部分での熱伝達を低減する。液体供給システムと熱遮断部は、制御された熱伝達能力を基板支持体40に提供し、その結果、基板13の温度の制御を向上させることができる。
【００２４】
基板支持体40の本体50は、適当な金属又はアルミニウム、アルミ合金等の合金（metal alloy）を有することができる。
【００２５】
誘電体層55は、アルミナ等の適当なセラミック材料（ceramic material）を有することができる。導電性材料60は、タングステン等であってもよい。
【００２６】
カバー70は、アルミニウム又はアルミ合金（aluminum alloys）などの適当な金属か合金を有することができる。
【００２７】
図３は、環状液体流路80、82及び84の構成を含んだ、ウエハ処理に使用される基板支持体40の好適な構成を示す。望ましくは、液体流路80、82及び84は、本体50の表面52に形成されたチャネル（channels）を備える。望ましくは、液体流路80、82及び84は、露出面57に平行である。
【００２８】
カバー70の表面72は、本体50の表面52に隣接し、その結果、液体流路80、82及び84を部分的に規定する（partially defines）。カバー70は、ファスナ等で取り外し可能に本体50に取り付けられるか、又は、溶接（welding）若しくはろう付け等で本体に常設することができる。
【００２９】
基板支持体40内の液体流路は、例えば、半円形（semi-circular）、円形、長方形、正方形、他の多角形の形状等を持つことができる。液体流路の断面積（すなわち、横断断面積）は、例えば、液体流路を通過する所望の体積流量率（volumetric flow rate）及び液体の熱伝達能力を含んだ、様々な事項に基づいて所望の体積の液体流路を提供するように選択することができる。例えば、液体によって熱伝達を増加させるように、液体流路を通る液体の体積流量を増加させるか又は熱伝達能力を増加させた液体を使用することができる。
【００３０】
基板支持体40内の液体流路は、全て同じ断面積を持ってもよいし、２つ以上の液体流路が異なる断面積を持ってもよい。例えば、比較的大きい熱伝達が必要な本体50の１つ以上の部分では、より少ない熱伝達が必要な他の部分よりも、液体流路断面積を大きくすることができる。
【００３１】
望ましくは、液体流路80、82及び84は、図３に示す好適な実施形態のように、本体50の表面52に同心円状に構成される。液体流路のこのような同心配置は、露出面57全体にわたって半径方向の温度分布の制御を提供することができる。
【００３２】
或いは、液体流路は、露出面57で他の制御された空間的な温度分布を提供するために、基板支持体40内に他の構成を有することができる。例えば、図４は、放射状に相殺されて（radially offset）、周辺に離れて配置された（circumferentially spaced apart）非同心配置（non-concentric arrangement）の液体流路81、83、85、87及び中央に配置された通路89を示す図である。熱遮断部90は、中央の液体流路89を取り囲む。半径方向に延びている熱遮断部90は、基板支持体40の他の液体流路及び／又は部分から液体流路を物理的かつ熱的に隔離するために、液体流路81、83、85及び87の間に提供されている。望ましくは、液体流路81、83、85、87及び89は環状である。しかしながら、液体流路は、長方形、楕円形等の他の構成を持つことができる。望ましくは、液体流路81、83、85、87及び89は、露出面57に平行である。しかしながら、液体流路は他の姿勢（orientations）を持つことができる。
【００３３】
基板支持体40内の液体流路は、任意の適当な処理によって形成することができる。例えば, 機械加工、或いは、鋳造法（casting process）などの本体を形成するために用いられる処理によって、本体50の表面52に形成することができる。
【００３４】
液体は、基板支持体40内で使用するために、適当な熱伝達特性を持つことができる。例えば、液体は、水（例えば、脱イオン水（deionized water））、エチレングリコール（ethylene glycol）、シリコンオイル（silicon oil）、水／エチレングリコール混合物（water/ethylene glycol mixtures）等であってもよい。液体流量を変えて及び／又は液体の初期温度（すなわち、１つ以上の液体流路に導入される液体の温度）を変えて、異なる液体及び／又は異なる液体の混合物を使用することによって、液体の冷却動作を制御することができる。望ましくは、後述するように、液体供給システムによって液体の温度を調整することができる。
【００３５】
熱遮断部90は、基板支持体40内の熱伝達を制御する。例えば、図２に示される好適な実施形態では、熱遮断部90は、隣接する液体流路80、82及び82、84の間に配置され、熱遮断部90が液体流路84によって取り囲まれている。熱遮断部90は、液体流路80、82及び82、84の間の部分、及び、液体流路84の内部の部分で、液体流路を互いに物理的かつ熱的に絶縁することによって、本体50を通る熱伝達を低減する。図４に示される好適な実施形態では、熱遮断部90は、液体流路81、83、85、87及び89の間の熱伝達を制御する。液体流路の間の熱伝達を低減することによって、液体流路の各々の熱伝達効果（すなわち、加熱及び／又は冷却）は低減され、その結果、液体流路及びその周囲の本体の部分の熱制御を向上させることができる。
【００３６】
或いは、熱遮断部はまた、液体流路80、82、84（又は、液体流路81、83、85、87、89）の上方及び／又は下方、及び／又は基板支持体40の本体50の他の位置に提供されうる。例えば、１つ以上の熱遮断部は、この部分における熱伝達を制御するために、液体流路80から半径方向に外側に向かって配置されてもよい。熱遮断部は、液体流路の部分及び／又は基板支持体40の他の部分内で、本体50を通る熱伝導を低減する。
【００３７】
熱遮断部90は、熱伝導率（thermal conductivity）を低減した様々な適当な材料を備えることができる。例えば、熱遮断部90は、空気などのガスや液体を含んだ、低い熱伝導率を持つ適当な流体を含んでもよい。或いは、熱遮断部90は、金属、ステンレス鋼（stainless steels）等の他の材料、セラミック材料（ceramic materials）等の断熱材（thermal insulators）、高分子（polymers）を含んだ、低い熱伝導率を持つ適当な固体材料（solid materials）を含んでもよい。
【００３８】
熱遮断部90は、基板支持体40内に異なる構成を持ってもよい。望ましくは、図１及び図２で示されるように、熱遮断部90は、隣接した（adjacent）液体流路、近接した（proximate）液体流路、液体流路の上方及び又は下方に配置された環状チャネル（annular channels）を備える。熱遮断部は、大気（atmospheric air）に露出される部分などの液体流路の間の間隙であってもよい。
【００３９】
図５は、液体供給システム100、熱伝達ガス供給システム200及びコントローラ300を含んだ、基板支持体40の好適な実施形態を示す図である。液体供給システム100は、液体を液体流路に供給するための１つ以上の液体源を含む。望ましくは、液体供給システムは、液体源110、120及び130などの複数の液体源を含む。液体源110、120及び130は、冷却装置（chillers）、熱交換器（heat exchangers）等を備えることができ、これらは望ましくは選択された温度及び／又は流量で、各液体流路80、82及び84（図３）又は81, 83, 85, 87, 89（図４）に液体を供給するように動作可能である。液体供給システム100はまた、適当な流体ポンプ装置を備えることができる。
【００４０】
図２及び図３の実施形態では、液体流路80、82及び84は、供給ライン112、122及び132をそれぞれ含み、戻りライン114、124、134をそれぞれ含み、それぞれ液体源110、120及び130と流体の伝達が可能である。液体は液体源110、120及び130から液体流路80、82及び84にそれぞれ供給され、液体は液体流路80、82及び84を通って循環し、液体は戻りライン114、124及び134を介してそれぞれ液体源110、120及び130に戻る。
【００４１】
熱伝達ガス供給システム200は、熱伝達ガス源210及び220などの１つ以上の熱伝達ガス源を含む。熱伝達ガス源210、220は、それぞれ熱伝達ガスを熱伝達ガス通路212、214及び222、224へ供給する。熱伝達ガスは、熱伝達ガス通路212、214を通って露出面57へ流れる。露出面57では、熱伝達ガスが露出面57に形成された開口部及び／又はチャネル（不図示）を通して、露出面57と基板13の裏面14との間のインタフェース部分230（図５に拡大図が示されている）に供給される。基板支持体の露出面を冷却する領域を提供する適当な熱伝達ガス供給システムは、同一出願人による米国特許第5,609, 720号に開示されており、この開示はそのまま本願に参照により組み込まれる。
【００４２】
熱伝達ガスは、プラズマ処理の間、基板13から離れた熱を伝達するのに十分な熱伝達能力を有する任意のガスであってもよい。例えば、熱伝達ガスは、ヘリウム等のガスであってもよい。
【００４３】
望ましくは, 液体源110、120及び130と熱伝達ガス源210、220は、コントローラ300によって制御される。コントローラ300は、液体流路80、82及び84に供給される液体のパラメータを選択的に変化させるように液体源110、120及び130の動作を制御し、また、熱伝達ガス流路212、214及び222、224に供給される熱伝達ガスのパラメータを選択的に変化させるように液体源210及び220の動作を制御することができる。望ましくは、後述するように、コントローラ300は、液体源によって液体流路に供給される液体の分布、温度及び／又は流量を制御する液体源110、120及び130の動作を制御し、望ましくは、露出面57全体にわたって所望の温度分布を実現するようにインタフェース部分230に供給される熱伝達ガスの流量を制御するように熱伝達ガス源210及び220の動作を制御することができる。
【００４４】
望ましくは、コントローラ300は、基板支持体40及び／又は基板13上（例えば、裏面14における)１つ以上の選択された位置における温度を測定するように配置された、１つ以上の温度センサ（不図示）から信号を受信する。例えば、温度センサは、本体50内部の１つ以上の液体流路の近傍の位置、基板支持体40の周辺部分、及び／又は、露出面57の近傍の位置に配置することができる。望ましくは、温度センサは、熱伝達ガス源210及び220の動作の制御に加えて、液体源110、120及び130及び後述する関連バルブの動作のフィードバック制御を可能にするために、リアルタイムの温度測定を提供する。コントローラ300は、液体源110、120及び130、熱伝達ガス源210及び220、並びに関連バルブの動作をマニュアルで動作可能であるか、又は自動的に制御するようにプログラムすることができる。  図６は、基板支持体の液体供給システム400の他の好適な実施形態を示す図である。液体供給システム400は、冷却装置等の液体源140、熱交換器等、及び、供給ライン142、戻りライン144を有し、液体流路80、82及び84への並びに液体流路80、82及び84からの（又は、液体流路81、83、85、87、89への並びに液体流路81、83、85、87、89からの）流体の伝達を提供する。或いは、液体源140は、それぞれ別々の液体流路80, 82および84（又は、液体流路81、83、85、87及び89）と関連して動作する冷却装置、熱交換器等の複数の供給源（sources）を備えてもよい。また、液体供給システム400は、適当な流体ポンプ装置を備えてもよい。
【００４５】
望ましくは、１つ以上のバルブが液体流路80、82及び84(又は、液体流路81、83、85、87、89)と関連して動作して、液体供給システム400内の液体流路への又は液体供給システム400内の液体流路からの液体の分布を制御することができる。例えば、望ましくは、バルブ150及び152は、液体流路80と関連して動作し、望ましくは、バルブ154及び156は、液体流路82と関連して動作し、望ましくは、バルブ158及び160は、液体流路84と関連して動作する。
【００４６】
望ましくは, バルブ152、156及び160は、液体流路80、82及び84を通る液体の様々なパターンの流れを提供するように動作可能である。望ましくは、バルブ152、156及び160と液体源140は、コントローラ300によって制御される。好適な実施形態では、液体は、冷却媒体流路80、82及び84を通る方向Ａに順次供給される。例えば、バルブ152、156及び160は、液体流路80、82及び84の順番でこれらの流路を通って液体が順次流れるように動作可能である。このような連続した流れを実現するために、液体は、バルブ156及び160が閉じた状態で、液体源141から最初に供給ライン142及び供給ライン112を通して液体流路80に供給される。次いで、液体を液体流路82に供給し、バルブ160が閉じた状態でバルブ156が開かれる。
【００４７】
液体流路80及び82を通して同時に液体を流す必要がなければ、液体流路80を通る流れを止めるためにバルブ152を閉じてもよい。液体流路80を通して液体を流し続ける必要があるが、また、低減された流量で液体流路82を通して流れるように、液体流路80を通る流れを低減するためにバルブ152を部分的に閉じてもよい。次に、液体流路84に液体を供給するために、バルブ160が開かれる。液体流路80及び／又は液体流路82を通して同時に液体を流す必要がなければ、液体流路80及び／又は液体流路82を通る流れを止めるためにバルブ152及び／又はバルブ156を閉じてもよい。低減された流量で液体流路84の液体の流れと同時に、液体流路80及び／又は液体流路82を通して液体を流し続ける必要がある場合には、液体流路80及び／又は液体流路82を通る流れを低減するためにバルブ152及び／又はバルブ156を部分的に閉じてもよい。
【００４８】
他の好適な実施形態では、１つ以上の冷却媒体流路80、82及び84（又は、液体流路81、83、85、87及び89)は、液体によってバイパスされ（bypassed）、１つ以上のバイパスされていない（non- bypassed）液体流路への液体の流量（volumetric flow）を増加させることができる。このような実施形態によって、基板支持体40の選択された部分における温度調整を可能とし、露出面57全体にわたる所望の温度分布を実現及び／又は維持することができる。液体は、液体源140から供給ライン142を通る１つ又は２つの液体流路80、82及び84に供給される。例えば、液体は、液体流路80に供給されて、液体流路82, 84のいずれか１つだけに供給されるか、或いは、バルブ156及び160を開く及び／又は閉じることによって、戻りライン144を通って液体源140に戻ってもよい。例えば、液体流路84を通る液体の流れが必要であるが、液体流路82を通る必要がなければ、バルブ160が開かれている状態で、バルブ156を閉じることができる。戻りライン144を通して液体流路80から液体源140まで直接に液体流路82, 84及びリターン液体の両方をバイパスさせることが必要である場合には、バルブ154及び158が開かれた状態で、バルブ156及び160の両方を閉じることができる。
【００４９】
別の好適な実施形態では、戻りライン144から供給ライン142まで逆方向Ｂで液体を供給するように、液体冷却媒体供給システム400を動作させてもよい。例えば、液体流路84、82及び80の順番でこれらの流路を通って液体を順次流す必要がある場合には、或いは、液体流路80、82及び84のいずれかをバイパスする必要がある場合には、液体を方向Ｂに流して、所望の液体分布を実現するようにバルブ152、156及び160を動作させることができる。
【００５０】
望ましくは、液体供給システム400（本書に記載された他の実施形態に係る液体供給システムと同様に）は、液体流路80、82及び84（又は、液体流路81、83、85、87及び89）を液体が通って流れる時間を変更するように動作可能である。例えば、液体流路84によって影響される本体50の部分で冷却機能を高めるために、液体流路80及び／又は液体流路82よりも長い液体流路84を通して液体を流してもよい。
【００５１】
望ましくは、さらに、液体供給システム400（本書に記載された他の実施形態に係る液体供給システムと同様に）は、各液体流路80、82及び84（又は、液体流路81、83、85、87、89)を通る液体の流量を異なる流量にするように動作可能である。例えば、液体流路84を通る液体の流量を増加させるために、液体流路80及び／又は液体流路82を通る液体の流れを低減するかまたは止めるように、、バルブ152及び／又はバルブ156を部分的又は完全に閉じることができる。液体源140によって供給される液体の流量はまた、バルブ152及び／又はバルブ156が部分的に又は完全に閉じた位置にある状態で、増加させることができる。１つ以上の液体流路を通して液体の流れを低減する及び／又は停止することによって、これらの液体流路で影響される本体50の各部分から熱が生じる一方で、液体の流れが増加した液体流路によって影響される本体50の各部分からの熱の除去が増加する。
【００５２】
さらに、液体流路80、82及び84（又は液体流路81、83、85、87及び89）に供給される液体の温度が制御可能であることが望ましい。例えば、望ましくは、ほぼ同じ温度で液体源140から各液体流路80、82及び84まで液体を供給することができる。或いは、望ましくは、液体流路80、82及び84の少なくとも１つに異なる温度で液体を供給することができる。例えば、第１の温度を有する液体を液体流路84に供給することができる一方、より高いか又は低い第２の温度を有する液体を液体流路80及び82に供給することができる。或いは、３つの異なる温度を有する液体を液体流路80、82及び84のそれぞれに供給することができる。
【００５３】
基板支持体40内の液体流路の数は、冷却を制御するために変更することができる。例えば、基板支持体40は、2つ、4つ、 5つ（例えば図5を参照）又はそれ以上等の他の数の冷却媒体流路に加えて、図６に示される実施形態などにおける3つの液体流路を有してもよい。例えば、図６に示される基板支持体40では、中間的な液体流路82を除くことによって、液体流路の数を２つに減らすことができる。或いは、本体50の周辺部分における温度の制御を提供するために、液体流路84から半径方向に外側に向かって４番目の液体流路（不図示）を設けてもよい。
【００５４】
望ましくは、バルブ150、152、154、156、158及び160は双方向バルブ（two-way valves）である。しかしながら、これに代えて、一方向バルブ（one-way valves）、３波バルブ（three-wave valves）及び／又は他の適当なバルブ等の他のタイプのバルブが液体供給システム400（及び、本書に記載された他の実施形態に係る液体供給システムにおいて）で用いられてもよい。例えば、逆流の能力（reverse flow capabilities）が必要でなければ、バルブ150、152、154、156、158及び160は、一方向バルブであってもよい。或いは、液体供給システム400及び本書に記載された他の実施形態に係る液体供給システムにおけるバルブの数を減らすために、１つ以上の三方向バルブ（three-way valves）が用いられてもよい。望ましくは、バルブは、バルブを通して流体の流量を制御するために動作可能である。
【００５５】
図７は、液体源140、冷却媒体流路80、82及び84を含んだ、液体供給システム500の他の好適な実施形態を示す図である。液体源140は、１つの冷却装置、熱交換器等を備えてもよいし、複数の液体源を備えてもよい。例えば、液体源140は、各液体流路80、82及び84と関連して動作する液体源を備えてもよい。或いは、各液体源は、後述するように２つ以上の液体流路80、82及び84と関連して動作することができる。望ましくは、冷却媒体供給システム500はまた、その動作を制御するためにコントローラを含む(不図示)。液体供給システム500はまた、適当な流体ポンプ装置を備えることができる。
【００５６】
液体流路80、82及び84は、それぞれ関連供給ライン112、122及び132を有し、関連戻りライン114、124及び134をそれぞれ有する。望ましくは, バルブ116、126及び136は、それぞれ供給ライン112、122及び132に提供されて、望ましくは、バルブ114、124及び134は、それぞれ114、124及び134の戻りラインに提供される。バイパス115及び125は、それぞれ流体の伝達を供給ライン112、122及び122、132の間に提供し、バイパス119及び129は、それぞれ流体の伝達を戻りライン114、124及び124、134の間に提供する。
【００５７】
望ましくは、液体供給システム500は、液体流路80、82及び84を通る液体の異なるパターンの流れを提供するように動作可能である。例えば、バルブの選択動作によって、液体流路80, 82, 84のうち１つだけ、２つだけ又は３つ全部に液体を供給することができる。例えば、液体流路80だけに液体を供給するために、バルブ116及び118が開かれた状態で、 バルブ117、121、126及び136を閉じることができる。
【００５８】
液体流路82だけに液体を供給するために、様々な他の構成でバルブを構成することができる。例えば, バルブ126及び128を除いた、全てのバルブを閉じることができる。或いは、バルブ118、121、131及び138が閉じられた状態で、バルブ116、117、126、128、127及び136を開くことができる。このような構成では、供給ライン112及び132から液体流路82に供給される液体によって、液体流路82を通る液体の流量を増大させることができる。或いは、供給ライン112又は132から液体流路82と関連する供給ライン122へ液体が分布することを防ぐために、バルブ116及び117又はバルブ127及び136を閉じることができる。
【００５９】
液体を液体流路84に供給しないで液体流路80及び82に液体を供給するために、様々な他の構成でバルブを構成することができる。例えば、バルブ127、131、136及び138が閉じられた状態で、バルブ116、117、126、118、121及び128を開くことができる。このような装置では、バイパス115及び119を通して液体を供給することができる。或いは、 バルブ127、131、136及び138、更にはバルブ117及び121が閉じた状態で、バルブ116、126、118及び128を開くことができる。このような装置では、液体は、バイパス115及び119を通して供給されない。
【００６０】
各液体流路80、82及び84に液体を供給するために、様々な他の構成でバルブを構成することができる。例えば、液体がバイパス117、121、127及び131を通して供給されるように、全てのバルブを開くことができる。或いは、１つ以上のバイパス115、119、125及び129の各々を通る液体の流れを防ぐために、１つ以上のバルブ117、121、127及び131を閉じることができる。
【００６１】
様々な一時的な流れのパターン（temporal flow patterns）で、液体流路80、82及び84に液体を供給することができる。例えば、液体は、液体流路80、82及び84の順番、液体流路84、82及び80の順番、液体流路80、84及び82の順番又は液体流路84、80及び82の順番でこれらの液体流路に順次供給することができる。
【００６２】
図７に示す液体供給システム500における液体の流れの方向を方向Aから方向Bに逆にすることができるので、１つ以上戻りライン114、124及び134が供給ラインとして機能する一方、１つ以上の供給ライン112、122及び132が戻りラインとして機能する。
【００６３】
望ましくは、図７に示す液体供給システム500は、液体流路80、82及び84を通って流れる液体の時間を制御するように動作可能である。望ましくは、さらに、液体供給システム500は、各液体流路80、82及び84を通る液体の異なる流量を提供するように動作可能である。さらに、望ましくは、液体流路80、82及び84に供給される液体の温度は制御可能である。例えば、望ましくは、ほぼ同じ温度で液体源140から各液体流路80、82及び84に液体を供給することができる。或いは、異なる温度で液体を液体流路80、82及び84の少なくとも１つに供給することができる。
【００６４】
望ましくは、コントローラは、液体源140とバルブ116、117、118、121、126、127、128、131、136及び138の動作、及び、液体流路80、82及び84を通る液体の流れを制御するように動作可能であり、その結果、基板支持体40の露出面57で温度分布を制御することができる。望ましくは、コントローラはまた、基板支持体の露出面とこの露出面で支持される基板の裏面との間で、熱伝達ガスの分布を制御するように動作可能である。
【００６５】
従って、複数の液体流路への液体分布の制御を提供することによって、基板支持体40は、基板支持体上で支持される基板の温度制御を改善することができる。望ましくは、基板支持体はまた、熱伝達ガスの制御された分布を提供する。基板支持体は、異なる処理要求に応じた基板温度プロファイルを提供することができる。例えば、基板支持体は、基板全体にわたって半径方向に均一又は不均一な温度分布を提供することができるか、或いは、これに代えて他の所望の均一又は不均一な温度分布を提供することができる。
【００６６】
プラズマエッチング、物理気相成長、化学気相成長(CVD)、イオン注入及びレジスト剥離を含む様々なプラズマ処理動作が実行されるプラズマ処理装置で基板支持体を使用することができる。半電導性材料、誘電材料及び金属材料を含む様々な基板材料に対してプラズマ処理動作を実行することができる。基板支持体は、このようなプラズマ処理動作の間、基板の改善された温度制御を提供することができる。さらに、様々なタイプのプラズマ処理装置に基板支持体を使用することができる。
【００６７】
本発明は、特定の実施形態を参照して詳細に記述されているが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱しない限り、様々な変更及び変形が可能であり、均等物を用いることができることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、好適な実施形態に係る基板支持体がその内部に使用可能なプラズマ反応チャンバを例示的に示す図である。
【図２】図２は、好適な実施形態に係る基板支持体の部分の側面断面図である。
【図３】図３は、半径方向に配置された液体流路及び熱遮断部を含んだ、好適な実施形態に係る基板支持体の表面の底面図である。
【図４】図４は、他の分布の液体流路及び熱遮断部を有する他の好適な実施形態に係る基板支持体の表面の底面図である。
【図５】図５は、液体供給システム及び熱伝達ガス供給システムを含んだ、好適な実施形態に係る基板支持体を模式的に示す図である。
【図６】図６は、好適な実施形態に係る液体供給システムを模式的に示す図である。
【図７】図７は、他の好適な実施形態に係る液体供給システムを模式的に示す図である。
【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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