(57)【要約】【解決手段】  プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を支持するのに有用な下方電極アセンブリは、温度制御式下方ベース板と、上方板と、接合層を取り巻く装着溝と、非圧縮状態において陥凹外表面を有するエラストマバンドを含むエッジシールとを含み、エラストマバンドは、その上端及び下端が軸方向に圧縮されてその最大外側膨れ量が所定の距離以下であるように、溝内に装着される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を支持するのに有用な下方電極アセンブリであって、
温度制御式下方ベース板と、上方板と、前記下方電極アセンブリ内の接合層を取り巻く装着溝と、
非圧縮状態において陥凹外表面を有するエラストマバンドを含むエッジシールであって、前記バンドは、その上端及び下端が軸方向に圧縮されてその最大外側膨れ量が所定の距離以下であるように、前記溝内に装着される、エッジシールと、
を備える電極アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記陥凹表面は、単一の湾曲表面、又は、その上端において前記バンドが最も広く且つその下端において前記バンドが最も狭いように方向付けられた単一の傾斜表面、又は、その上端及び下端において前記バンドが最も広く且つその中間において前記バンドが最も狭いように方向付けられた１対の合流傾斜表面である、電極アセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記バンドの外表面は、前記バンドの上端において、前記バンドの高さの１０分の１未満にわたる均一直径の円筒状表面を含む、電極アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記バンドは、０．０５〜０．１５インチ（０．１２７〜０．３８１センチ）の高さと、０．０２５〜０．０４０インチ（０．０６３５〜０．１０１６センチ）の幅と、１１．３〜１１．４インチ（２８．７０〜２８．９６センチ）の内径とを含み、前記バンドの各縁は、０．００１〜０．０１０インチ（０．００２５４〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びている、電極アセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記バンドは、環状上表面と、前記環状上表面よりも幅が狭い環状下表面と、前記環状上表面と前記環状下表面との間に広がる均一直径の円筒状内表面と、前記環状上表面から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）にわたる均一直径の円筒状外表面と、前記円筒状外表面と前記環状下表面との間に広がる均一半径の湾曲表面とを有する、電極アセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記上方層は、少なくとも１つの静電クランプ電極が埋め込まれたセラミック材料を含む、電極アセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記下方板は、前記ベース板を一定の温度に維持するために冷却剤を循環させる流体通路を内包したアルミニウムベース板である、電極アセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記所定の距離は、０．００４インチ（０．０１０１６センチ）以下である、及び／又は、前記バンドは、軸方向に１〜２０％圧縮される、電極アセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記下方電極アセンブリは、更に、空間的に分布した１つ以上のヒータを有する金属板又はセラミック板を含むヒータ板を備え、
前記接合層は、前記下方板を前記ヒータ板に取り付ける第１の接合層と、前記ヒータ板を前記上方板に取り付ける第２の接合層とを含み、
前記装着溝は、前記ヒータ板の外表面と、前記上方板及び前記下方板の対向表面とによって形成される、電極アセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記バンドは、均一直径の円筒状内表面と、等しい幅の平坦な上表面及び下表面と、前記上表面と前記下表面との間に広がる湾曲した外表面とを含み、前記バンドの各縁は、丸みを帯びている、電極アセンブリ。
【請求項１１】
その内部に請求項１に記載の電極アセンブリを装着され、前記電極アセンブリの前記上方層が静電チャック（ＥＳＣ）を含む、プラズマエッチングチャンバ。
【請求項１２】
請求項１に記載の電極アセンブリを作成する方法であって、
前記バンドが軸方向に少なくとも１％圧縮されるように前記バンドを前記溝に押し込むことを備える方法。
【請求項１３】
プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を支持するのに有用な下方電極アセンブリのためのエッジシールであって、前記下方電極アセンブリは、温度制御式下方ベース板と、ヒータ板と、上方板と、前記下方板を前記ヒータ板に取り付ける第１の接合層と、前記ヒータ板を前記上方板に取り付ける第２の接合層と、前記ヒータ板の外表面と前記上方板及び前記下方板の対応表面とによって形成される装着溝とを含み、
前記エッジシールは、非圧縮状態において陥凹外表面を有するエラストマバンドを備え、前記バンドは、前記バンドの内周が前記ヒータ板、前記上方接合層、及び前記下方接合層を取り巻くように前記溝に嵌るように寸法を決定され、前記上方接合層及び前記バンドの上端及び下端は、前記バンドの最大外側膨れ量が所定の距離以下であるように前記上方板と前記下方板との間で軸方向に圧縮される、エッジシール。
【請求項１４】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記陥凹表面は、単一の湾曲表面、又は、その上端において前記バンドが最も広く且つその下端において前記バンドが最も狭いように方向付けられた単一の傾斜表面、又は、その上端及び下端において前記バンドが最も広く且つその中間にいて前記バンドが最も狭いように方向付けられた１対の合流傾斜表面である、エッジシール。
【請求項１５】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記バンドの外表面は、前記バンドの上端において、前記バンドの高さの１０分の１未満にわたる均一直径の円筒状表面を含む、エッジシール。
【請求項１６】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記バンドは、０．０５〜０．１５インチ（０．１２７〜０．３８１センチ）の高さと、０．０２５〜０．０５０インチ（０．０６３５〜０．１２７センチ）の幅と、１１．３〜１１．４インチ（２８．７０〜２８．９６センチ）の内径とを含み、前記バンドの各縁は、０．００１〜０．０１０インチ（０．００２５４〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びている、エッジシール。
【請求項１７】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記バンドは、環状上表面と、前記環状上表面よりも幅が狭い環状下表面と、前記環状上表面と前記環状下表面との間に広がる均一直径の円筒状内表面と、前記環状上表面から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）にわたる均一直径の円筒状外表面と、前記円筒状外表面と前記環状下表面との間に広がる均一半径の湾曲表面とを有する、エッジシール。
【請求項１８】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記所定の距離は、０．００４インチ（０．０１０１６センチ）以下である、エッジシール。
【請求項１９】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記バンドは、均一直径の円筒状内表面と、等しい幅の平坦な上表面及び下表面と、前記上表面と前記下表面との間に広がる湾曲した外表面とを含み、前記バンドの各縁は、丸みを帯びている、エッジシール。
【請求項２０】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記エッジシールは、６０〜７５のショアＡ硬度と、１．９〜２．１の比重とを有するパーフルオロエラストマ材料で作成される、エッジシール。
【請求項２１】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記エッジシールは、高さ対厚さの断面アスペクト比が２対５である、エッジシール。
【請求項２２】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記エッジシールは、その上に１つ以上の幾何学的特徴を有する円筒状内表面を有する、エッジシール。
【請求項２３】
請求項２２に記載のエッジシールであって、
前記１つ以上の幾何学的特徴は、前記内表面内の少なくとも１つの凹み、又は前記内表面上の少なくとも１つの突出を含む、エッジシール。
【請求項２４】
請求項１６に記載のエッジシールであって、
前記バンドは、環状上表面と、環状下表面と、前記環状上表面と前記環状下表面との間に広がる均一直径の円筒状内表面と、前記環状上表面から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）にわたる均一直径の円筒状上方外表面と、前記環状下表面から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）にわたる均一直径の円筒状下方外表面と、前記円筒状上方外表面と前記円筒状下方外表面との間に広がる均一半径の湾曲表面とを有する、エッジシール。
【請求項２５】
請求項１に記載の下方電極アセンブリであって、前記エッジシールの前記陥凹外表面は、約０．０２〜０．８インチ（０．０５０８〜２．０３２センチ）の曲率半径を有する、電極アセンブリ。
【請求項２６】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記エッジシールの前記陥凹外表面は、約０．０２〜０．８インチ（０．０５０８〜２．０３２センチ）の曲率半径を有する、エッジシール。
【請求項２７】
請求項１に記載の電極アセンブリであって、
前記エラストマバンドは、その中の各金属元素について５０００ｐｐｂ未満の金属含有量を有する、電極アセンブリ。
【請求項２８】
請求項１３に記載のエッジシールであって、
前記エラストマバンドは、その中の各金属元素について５０００ｐｐｂ未満の金属含有量を有する、エッジシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１０月２０日に出願され「ＥＤＧＥ  ＳＥＡＬ  ＦＯＲ  ＬＯＷＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ（下方電極アセンブリのためのエッジシール）」と題された米国特許出願第１３／２７７，８７３号の一部継続出願であり、該出願は、参照によってその内容全体を本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本開示は、プラズマエッチングリアクタなどのプラズマ処理チャンバで使用される下方電極アセンブリのためのエッジシールの改良に関する。
【背景技術】
【０００３】
大半の電子システムでは、半導体集積回路が主要な構成要素になっている。これらの小型電子機器は、マイクロコンピュータ中央処理装置及びその他の集積回路のメモリサブシステム及びロジックサブシステムを構成する幾千ものトランジスタ及びその他の回路を含んでいてよい。これらの回路は、そのコストの低さ、信頼性の高さ、及び速度の速さによって、現代のデジタル電子機器の特徴として広く普及している。
【０００４】
半導体集積回路の製造は、平行平板リアクタ又は誘導結合プラズマリアクタなどの反応性イオンエッチングシステムにおいてなされるのが一般的である。反応性イオンエッチングシステムは、上方電極すなわちアノードと、下方電極すなわちカソードとをその中に配置されたエッチングチャンバで構成されてよい。カソードは、アノード及び容器の壁に対して負にバイアスされる。エッチングされるウエハが、適切なマスクによって覆われて、カソード上に直接置かれる。ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌＦ3、ＨＢｒ、Ｃｌ2、及びＳＦ6などの化学反応性ガス、又は該ガスとＯ2、Ｎ2、Ｈｅ、又はＡｒとの混合が、エッチングチャンバに導入され、通例ミリトール域である圧力に維持される。上方電極は、該電極を通じてガスをチャンバ内に一様に分散可能にする（１つ以上の）ガス穴を提供される。アノードとカソードとの間に確立される電場は、反応性ガスを解離させて、プラズマを形成させる。ウエハの表面は、活性イオンとの化学反応と、ウエハの表面に衝突するイオンによる運動量の伝達とによってエッチングされる。電極によって形成される電場は、イオンをカソードに引き寄せて、主に垂直方向に表面に衝突させるので、該プロセスは、明確に垂直方向にエッチングされた側壁を形成する。
【発明の概要】
【０００５】
プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を支持するのに有用な下方電極アセンブリは、上方板と、温度制御式下方ベース板と、下方電極アセンブリ内の接合層を取り巻く装着溝と、非圧縮状態において陥凹外表面を有するエラストマバンドを含むエッジシールとを含み、バンドは、その上端及び下端が軸方向に圧縮されてその最大外側膨れ量が所定の距離以下であるように、溝内に装着される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】半導体基板をプラズマエッチングするのに適した処理チャンバの断面図である。
【０００７】
【図２】装着溝を間に有する電極アセンブリの上方セラミック層及び下方ベース板の断面図である。
【０００８】
【図３】電極アセンブリの上方セラミック層と下方ベース板との間の装着溝内に配された矩形エラストマバンドの断面図である。
【０００９】
【図４】電極アセンブリの上方セラミック層と下方ベース板との間の装着溝に嵌め込まれた、陥凹外表面を有するエラストマバンドの断面図である。
【００１０】
【図５】非圧縮状態において陥凹外表面を有するエラストマバンドの断面図である。
【００１１】
【図６】軸方向への圧縮度が１０〜１５％であるような圧縮下において陥凹外表面を有するエラストマバンドの断面図である。
【００１２】
【図７】電極アセンブリの上方セラミック層と下方ベース板との間の装着溝に嵌め込まれた、傾斜外表面を有するエラストマバンドの断面図である。
【００１３】
【図８】電極アセンブリの上方セラミック層と下方ベース板との間の装着溝に嵌め込まれた、１対の合流外表面を有するエラストマバンドの断面図である。
【００１４】
【図９】非圧縮状態において陥凹外表面と該外表面の上端及び下端の平坦部分とを有する代替の一実施形態のエラストマバンドの断面図である。
【００１５】
【図１０】非圧縮状態において陥凹外表面を有する別の一実施形態のエラストマバンドの断面図である。
【００１６】
【図１１】非圧縮状態において陥凹外表面を有する別の一実施形態のエラストマバンドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
下方電極アセンブリは、一般に、プラズマ処理チャンバ内における処理の際にウエハが留め付けられる静電クランプ層を含む。下方電極アセンブリは、また、温度制御式ベース板に接合される各種の層も含む。例えば、アセンブリは、１つ以上の静電電極を組み入れてヒータ板の上側に接着接合される上方セラミック層と、ヒータ板の底側に接着接合される１つ以上のヒータと、ヒータ及びヒータ板に接着接合されるベース板とを含むことができる。露出した接着接合層を保護するために、ヒータ板は、セラミック層及びベース板よりも小さい直径を有し、エラストマ材料のエッジシールは、セラミック層とベース板との間の装着溝内に位置付けられる。効果的なシールを提供するために、エッジシールは、装着溝を完全に満たすように１〜２０％に、好ましくは約５％に軸方向に圧縮される。矩形断面を有するリングの形態をとったエッジシールの場合は、このような圧縮は、シールの外表面を外側へ膨れさせ、このような外側への膨張は、周囲のエッジリングへの接触を生じるかもしれない。この問題に対処するために、エッジシールは、半径方向への膨張ゆえの寸法の変化を打ち消すように構成される。
【００１８】
接合層を保護するために、エッジシールは、陥凹外表面を有するエラストマバンドを含むことができるので、装着溝内に装着されたときのバンドの軸方向の圧縮は、バンドの外表面を、非圧縮状態におけるバンドの最大外径などから所定の距離を超えて膨張させることはない。エラストマバンドは、その三方は制約を受けるがその四方目は制約を受けることなく反応性チャンバの条件に曝されるように矩形装着溝に嵌め込まれるように設計され、そうして接合層が保護される。
【００１９】
図１は、基板をエッチングするための代表的なプラズマリアクタ１０の断面図を示している。図１に示されるように、プラズマリアクタ１０は、プラズマ処理チャンバ１２と、プラズマを発生させるためにチャンバ１２の上方に配され平面コイル１６によって実現されたアンテナとを含む。ＲＦコイル１６は、一般に、整合回路網（不図示）を介してＲＦ発生器１８によって通電される。このようなチャンバは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバと呼ばれる。チャンバ１２の内部にプロセスガスを供給するために、ガス分配板又はシャワーヘッド１４が提供され、該シャワーヘッド１４は、好ましくは、下方電極アセンブリ２８上に支持された半導体基板又はウエハ３０との間のＲＦ誘起プラズマ領域内に例えばエッチャントソースガスなどのガス状のソース材料を放出するための複数の穴を含む。図１には、誘導結合プラズマリアクタが示されているが、プラズマリアクタ１０は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）発生器、マイクロ波プラズマ発生器、マグネトロンプラズマ発生器、ヘリコンプラズマ発生器、又はその他の適切なプラズマ発生器などの、その他のプラズマ発生源を取り入れることもでき、この場合は、アンテナは省略される。
【００２０】
ガス状のソース材料は、上壁を通って伸びる１つ以上のガス注入器及び／又はチャンバ１２の壁に組み込まれたガス射出口などの、その他の構成によって、チャンバ１２内に導入されてもよい。エッチャントソース化学材料としては、例えば、アルミニウム又はその合金の一種をエッチングするときの、Ｃｌ2及びＢＣｌ3などのハロゲンが挙げられる。その他のエッチャント化学材料（例えば、ＣＨ4、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＣＨＣｌ3）はもちろん、エッチングされた特徴の側壁を不動態化するためのヒドロカーボン、フルオロカーボン、及びヒドロフルオロカーボンなどのポリマ形成種も挙げられる。これらのガスは、随意の不活性ガス及び／又は非反応性ガスとともに用いられてよい。
【００２１】
使用の際は、チャンバ壁３２によって画定されたチャンバ１２内に、ウエハ３０が導入され、下方電極アセンブリ２８上に配される。ウエハ３０は、無線周波数発生器２４によって（また、通常は整合回路網を通じて）バイアスされることが好ましい。ウエハ３０上には、複数の集積回路（ＩＣ）を作成することができる。ＩＣは、例えば、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、及びＡＳＩＣなどのロジックデバイス、又はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、若しくは読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などのメモリデバイスを含むことができる。ＲＦ電力が印加されると、（ソースガスから形成された）反応性の種が、ウエハ３０の露出表面をエッチングする。次いで、揮発性であるだろう副生成物が、排気口２６を通って排出される。処理が完了した後、ウエハ３０は、更なる処理を経て、最終的には、ダイシングによってＩＣを個々のチップに分けられる。
【００２２】
プラズマ閉じ込め装置（不図示）、チャンバの壁３２、チャンバの裏張り（不図示）、及び／又はシャワーヘッド１４の、プラズマ照射表面には、ポリマの付着を促す表面粗さ特性を有するプラズマ溶射被膜２０を提供することができる。また、基板サポート２８のプラズマ照射表面にも、プラズマ溶射被膜（不図示）を提供することができる。こうして、プラズマを閉じ込める実質的に全ての表面が、ポリマの付着を促す表面粗さ特性を有することになる。このようして、リアクタの内側における微粒子汚染が大幅に軽減される。
【００２３】
リアクタ１０は、金属エッチングプロセス、誘導体エッチングプロセス、及びその他のエッチングプロセスにも使用可能であることがわかる。プラズマエッチング処理において、ガス分配板は、ＩＣＰリアクタ内において誘導体窓の真下に位置付けられる円形板であってよい、又は平行平板リアクタと呼ばれるＣＣＰリアクタ内において上方電極アセンブリの一部を構成していてよい。後者の場合、ガス分配板は、半導体基板又はウエハ３０に平行な向きのシャワーヘッド電極である。ガス分配板／シャワーヘッド電極は、ウエハ上の、例えばフォトレジスト層、二酸化シリコン層、及び下層材料などのエッチング対象層のエッチング均一性を最適にするために、指定の直径及び空間分布の穴の配列を含む。
【００２４】
使用可能な代表的な平行平板プラズマリアクタは、二重周波数プラズマエッチングリアクタである（例えば、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる共同所有の米国特許第６，０９０，３０４号を参照せよ）。このようなリアクタでは、エッチングガスは、ガス供給部からシャワーヘッド電極に供給することができ、プラズマは、２つのＲＦ源からシャワーヘッド電極及び／又は底部電極にＲＦエネルギを異なる周波数で供給することによって、リアクタ内において発生させることができる。或いは、シャワーヘッド電極は、電気的に接地することができ、底部電極には、ＲＦエネルギを２つの異なる周波数で供給することができる。
【００２５】
図２は、エラストマバンドを含むエッジシールを収容するように構成された装着溝内に位置する露出した接合層によって各種の層を貼りあわされた下方電極アセンブリ１５０の断面図を示している。電極アセンブリ１５０は、静電クランプ電極が組み込まれた上方セラミック部材１８０であって、温度制御ベース板などの下方部材１００に取り付けられた上方セラミック部材１８０を含む。上方部材１８０と下方部材１００との間に配されるのは、金属板又はセラミック板と、該板の底側に結合された薄膜ヒータなどの１つ以上のヒータとを含むヒータ板１４０である。下方部材１００とヒータ板１４０との間には、接着接合層１２０が配され、下方部材１００をヒータ板１４０に接合する。上方部材１８０とヒータ板１４０との間には、接着接合層１６０が配され、上方部材１８０をヒータ板１４０に接合する。上方部材１８０及び下方部材１００は、ヒータ板１４０及び接合層１２０、１６０を超えて広がって、環状溝１９０を形成している。ヒータ板１４０及び接合層１２０、１６０の外周１４５、１２５、１６５は、互いに実質的に揃えられている。上方部材１８０及び下方部材１００の外周１８５、１０５は、垂直方向に揃えられていても揃えられていなくてもよく、上方部材と下方部材との間には、追加の層が含められていてよい。
【００２６】
上方部材１８０は、セラミック材料と、ＷやＭｏなどの金属材料で構成された埋め込み電極とからなる静電クランプ層であることが好ましい。また、上方部材１８０は、その中心から外縁すなわち外径にかけて、均一な厚さを有することが好ましい。上方部材１８０は、直径が２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍのウエハを支持するのに適した薄い円形の板であることが好ましい。上方静電クランプ層、ヒータ層、及び接合層を有する下方電極アセンブリの詳細が、共同所有の米国特許出願公開２００６／０１４４５１６に開示されており、ここでは、上方静電クランプ層は、約０．０４インチ（０．１０１６センチ）の厚さを有し、上方接合層は、約０．００４インチ（０．０１０１６センチ）の厚さを有し、ヒータ板は、厚さ約０．０４インチ（０．１０１６センチ）の金属板又はセラミック板と、厚さ約０．０１インチ（０．０２５４センチ）のヒータ膜とを含み、下方接合層は、約０．０１３〜０．０４インチ（０．０３３０２〜０．１０１６センチ）の厚さを有する。上方クランプ層とベース板との間の矩形装着溝は、少なくとも約０．０５〜０．０９インチ（０．１２７〜０．２２８６センチ）の高さと、約０．０３５インチ（０．０８８９センチ）の幅とを有する。３００ｍｍウエハを処理するための好ましい一実施形態では、溝は、少なくとも約０．０７インチ（０．１７７８センチ）の高さと、約０．０３５インチ（０．０８８９センチ）の幅とを有することができる。溝に挿入されたときに、エッジシールは、溝にぴったり嵌るために、半径方向に膨張されるとともに垂直方向に圧縮されることが好ましい。しかしながら、もし、エッジシールが矩形断面を有するならば、該シールは、外側へ膨れて周囲のエッジリングに接触するかもしれない、及び／又はエッジシールの外表面にかかる引張応力が、フッ素プラズマ若しくは酸素プラズマに曝されたときに亀裂をもたらす可能性がある。
【００２７】
下方ベース板１００は、上表面と下表面とを有する円形の板であることが好ましい。一実施形態では、下方部材１００は、温度制御された液体を電極アセンブリ１５０へ循環させることができる流体通路（不図示）を内含することによって温度制御を提供するように構成することができる。電極アセンブリ１５０において、下方部材１００は、通常は、プラズマチャンバ内において下方ＲＦ電極として機能する金属ベース板である。下方部材１００は、陽極酸化アルミニウム又はアルミニウム合金を含むことが好ましい。しかしながら、金属材料、セラミック材料、導電性材料、及び誘電性材料などの、任意の適切な材料が使用可能であることがわかる。一実施形態では、下方部材１００は、機械加工された陽極酸化アルミニウムのブロックで形成される。或いは、下方部材１００は、その中に及び／又はその上表面上に１つ以上の電極を形成されたセラミック材料であってよい。
【００２８】
図２に示されるように、接合層１２０は、下方部材１００をヒータ板１４０に接合する。接合層１６０は、上方部材１８０をヒータ板１４０に接合する。接合層１２０、１６０は、エラストマシリコーン材料又はシリコーンゴム材料などの低弾性率材料で形成されることが好ましい。しかしながら、任意の適切な接合材料が使用可能である。接合層１２０、１６０の厚さは、所望の伝熱係数に応じて可変であることがわかる。したがって、その厚さは、接合層の製作公差に基づいて所望の伝熱係数を提供するように調整される。一般に、接合層１２０、１６０は、その適用面積にわたってプラスマイナス指定変数の幅で変化する。一般に、接合層の厚さは、１．５％を超えては変化せず、上方部材１８０と下方部材１００との間の伝熱係数は、実質的に均一にすることができる。
【００２９】
例えば、半導体産業で使用される電極アセンブリ１５０の場合は、接合層１２０、１６０は、広範囲の温度に耐えうる化学的構造を有することが好ましい。したがって、低弾性率材料は、真空環境に適合可能で且つ高温（例えば最高５００℃）における熱劣化に対して耐性があるポリマ材料などの、任意の適切な材料であってよいことがわかる。一実施形態では、接合層１２０、１６０は、シリコーンを含んでいてよく、約０．００１インチ（０．００２５４センチ）から約０．０５０インチ（０．１２７センチ）の厚さであってよく、より好ましく約０．００３インチ（０．００７６２センチ）から約０．０３０インチ（０．０７６２センチ）の厚さであってよい。
【００３０】
ヒータ板１４０は、上方部材１８０の下表面に接合された積層体を含むことができる。例えば、ヒータ板１４０は、薄膜ヒータを底側に結合された金属板又はセラミック板の形態をとることができる。ヒータ膜は、第１の絶縁層（例えば誘電層）と、加熱層（例えば１本以上の細長い電気抵抗材料片）と、第２の絶縁層（例えば誘電層）とを含む箔状の積層体であってよい。絶縁層は、カプトン又はその他の適切なポリイミド膜のような、プラズマ環境における腐食性ガスへの耐性などのその物理的性質、電気的性質、及び機械的性質を広範囲の温度にわたって維持する能力を有する材料で構成される。（１つ以上の）ヒータ素子は、インコネルなどの高強度合金若しくはその他の適切な合金、又は耐腐食性で且つ耐加熱性の材料で構成されることが好ましい。通常は、薄膜ヒータは、合計約０．００５インチ（０．０１２７センチ）から約０．００９インチ（０．０２２８６センチ）の、より好ましくは約０．００７インチ（０．０１７７８センチ）の厚さを有するカプトン、インコネル、及びカプトンの積層体の形態をとっている。
【００３１】
図２に示されるように、下方部材１００及び上方部材１８０の外周１０５、１８５は、ヒータ板１４０及び接合層１２０、１６０の外周１４５、１２５、１６５を超えて広がることによって、電極アセンブリ１５０内に装着溝１９０を形成することができる。接合層１２０、１６０の（１つ以上の）材料は、通常は、半導体プラズマ処理リアクタの反応性エッチング化学材料に対して耐性ではなく、したがって、有用な稼働寿命を達成するためには保護される必要がある。接合層１２０、１６０を保護するために、エラストマバンドの形態をとっているエッジシールを溝１９０内に配し、半導体プラズマ処理リアクタの腐食性ガスの浸透を阻止する気密シールを形成することが、提案されてきた。例えば、共同所有の米国出願公開２００９／０２９０１４５及び２０１０／００７８８９９を参照せよ。
【００３２】
図３は、矩形の断面形状を有する環状のエラストマバンド２００を含む電極アセンブリ１５０の断面形状を示している。バンド２００が溝１９０内に配されると、バンド２００は、その内壁がヒータ板１４０の外表面から遠ざかる方向に膨れてその外壁が凸形状になるように、軸方向に圧縮される。バンド直径の増大に適応するためには、周囲のエッジリングがその内径を膨張させる必要があると考えられ、さもないと、部分同士が互いに接触し、熱循環に起因する摩擦によって、チャンバ内に粒子が発生するかもしれない。この問題に対処するためには、バンドを、溝内で軸方向に圧縮されたときの望ましくない膨れを回避する形状を有するように変更することができる。
【００３３】
図４は、電極アセンブリ１５０、及びエラストマバンド２００を含む変更形態のエッジシールの断面図を示している。図４の電極アセンブリ１５０は、図２及び図３の電極アセンブリと同じであるが、バンド２００は、バンドが溝１９０内で軸方向に圧縮されたときの膨れを抑えるために、陥凹外表面を有する。本明細書で使用される「陥凹」という用語は、外表面が均一直径を有しておらず、外表面の全部又は一部に沿った１つ以上の湾曲表面又は傾斜表面によって形成された窪んだ表面を有することを意味する。内表面は、均一直径を有することができる、又はやはり陥凹表面を有することができる。外表面は、バンドの上端及び／又は下端に、均一直径の１つ以上の円筒状部分を含むことができる。
【００３４】
エラストマバンド２００は、半導体処理に適合可能な任意の適切な材料で構成することができる。例えば、硬化によってフルオロエラストマを形成することができる硬化可能なフルオロエラストマフルオロポリマ（ＦＫＭ）、又は硬化可能なパーフルオロエラストマパーフルオロポリマ（ＦＦＫＭ）を使用することができる。エラストマバンド２００は、好ましくは、テフロン（ＰＴＦＥ−デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）によって製造されたポリテトラフルオロエチレン，「テフロン」は登録商標）などのフルオロカーボンポリマ材料のようなポリマで構成される。しかしながら、プラスチック、ポリマ材料、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素化ポリマ、及びポリイミドなどを使用することもできる。エラストマバンド２００は、高い耐化学性、低温・高温能力、プラズマリアクタ内におけるプラズマエロージョンに対する耐性、低摩擦性、及び電気絶縁性・熱絶縁性を有する材料で構成されることが好ましい。好ましい材料は、パーラスト社（Ｐｅｒｌａｓｔ  Ｌｔｄ．）から入手可能なＰＥＲＬＡＳＴなどの、６０〜７５のショアＡ硬度及び１．９〜２．１の比重を有するパーフルオロエラストマである。別のバンド材料は、デュポンパフォーマンスエラストマ（Ｄｕｐｏｎｔ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から入手可能なＫＡＬＲＥＺである。ＰＥＲＬＡＳＴ及びＫＡＬＲＥＺは、ＦＦＫＭエラストマである。
【００３５】
好ましくは、エラストマバンド２００は、高い耐化学性、低温・高温能力、プラズマリアクタ内におけるプラズマエロージョンに対する耐性、低摩擦性、８５未満の、より好ましくは７５未満のショアＡ硬度、及び電気絶縁性・熱絶縁性を有する材料で構成される。最も好ましくは、エラストマバンドは、未充填エラストマであり、エラストマ内の金属は、稼働中に半導体基板上における粒子発生及び金属汚染を引き起こす可能性があるので、各金属元素について５０００ｐｐｂ未満の金属含有量を有する。
【００３６】
図５は、溝１９０内への配置前に非圧縮状態にあるエラストマバンド２００の断面図を示している。エラストマバンド２００の寸法は、外側膨れ量がたとえ排除されないにしても最小限に抑えられるように電極アセンブリの装着溝内に気密シールを形成可能である又はそのような気密シールを形成するように構成可能である限り、特に制約を受けない。好ましくは、バンドの幾何学形状は、最大２０％の、好ましくは１〜１５％の、最も好ましくは１〜１０％の軸方向圧縮に適応するように、及び、非圧縮状態におけるその最大外径を超えるバンドの外側膨れ量を最小限に抑えるように設計される。２００ｍｍウエハ又は３００ｍｍウエハを支持するように設計された基板サポートの場合は、軸方向圧縮に起因する最大外側膨れ量は、好ましくは０．００４インチ（０．０１０１６センチ）であり、より好ましくは０．００２インチ（０．００５０８センチ）である。一実施形態では、バンドは、均一直径の円筒状内表面と、平坦な環状上表面と、該上表面よりも幅が狭い平坦な環状下表面と、陥凹外表面とを含む。好ましい一実施形態では、バンドは、約０．１３１インチ（０．３３２７センチ）の高さと、約０．０３５インチ（０．０８８９センチ）の最大幅とを有することができ、外表面は、上表面から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）にわたって垂直に伸びる均一直径の円筒状上方部分と、円筒状上表面から伸びる半径約０．３５インチ（０．８８９センチ）の湾曲表面と、下表面から垂直に伸びる随意の円筒状下表面とを含む。バンドの各隅は、０．００２〜０．０１インチ（０．００５０８〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びていることが好ましい。その他の溝サイズについて、エラストマバンド２００の高さ２１４は、特に制約を受けず、約０．０５インチ（０．１２７センチ）から約０．１５インチ（０．３８１センチ）であってよい。エラストマバンド２００の幅２１３は、特に制約を受けず、例えば０．０２５〜０．０５０インチ（０．０６３５〜０．１２７センチ）のように、約０．０２インチ（０．０５０８センチ）から約０．１０インチ（０．２５４センチ）までの間であってよい。寸法２１１は、エラストマバンド２００の陥凹の深さである。この寸法は、特に制約を受けず、約０．００１インチ（０．００２５４センチ）から約０．０１０インチ（０．０２５４センチ）であってよい、又は約０．００１インチ（０．００２５４センチ）から約０．０７インチ（０．１７７８センチ）であってよい。陥凹は、エラストマバンド２００の高さ２１４全体に及ぶ必要はないので、寸法２１２は、本発明にしたがったエラストマバンド２００の随意の平坦部分である。随意の上方平坦部分は、エラストマバンド２００の、及びエラストマバンド２００によって保護されている接合層１２０、１６０の、エロージョン速度を抑えるのに寄与するだろう。寸法２１２は、約０．０１インチ（０．０２５４センチ）から約０．１インチ（０．２５４センチ）であってよい。エラストマバンド２００の陥凹は、約０．２インチ（０．５０８センチ）から約０．８インチ（２．０３２センチ）までの曲率半径を有することができる、又は１つ以上の傾斜表面によって形成することができる。
【００３７】
代替の一実施形態では、エラストマバンド２００の陥凹は、約０．０２インチ（０．０５０８センチ）から約０．８インチ（２．０３２センチ）までの曲率半径を有することができる、又は１つ以上の傾斜表面によって形成することができる。
【００３８】
図６のエラストマバンド２００は、圧縮状態で（例えば、電極アセンブリの溝に挿入された状態で）示されている。圧縮状態は、電極アセンブリの溝に挿入されたときの、エラストマバンド２００の高さ２１４の圧縮を言う。代表的な圧縮は、総じて、１〜２０％又は１〜１５％であり、より具体的には１〜１０％であり、最も好ましくは約５％である。言い換えると、もし、圧縮されていないときのエラストマバンド２００の高さ２１４が１．０インチ（２．５４センチ）であるならば、１０％の圧縮は、エラストマバンド２００の高さを０．９インチ（２．２８６センチ）にする。寸法２１５は所定の距離であり、所定の圧縮率下におけるエラストマバンド２００の許容膨れ量に対応する。圧縮下において、エラストマバンド２００は、２１８の破線によって記されるようにその陥凹特性を保持してよい、又は２１８の実線によって記されるようにその陥凹特性を保持しなくてよい。しかしながら、バンドは、もし、その膨れの程度が周囲のエッジリングに接触するほどには大きくないならば、線２１８を超えて膨れしてよい。一例として、寸法２１５は、許容膨れ量がエラストマバンド２００を上方部材１８０及び下方部材１００の外周１８５、１０５を大幅に超えて広がらせないように設定することができる。寸法２１５は、約０．００１インチ（０．００２５４センチ）から約０．０１インチ（０．０２５４センチ）であってよく、好ましくは約０．００４インチ（０．０１０１６センチ）未満である。もし、バンドの上部に随意の円筒状部分２１２（図５に示される）が含められ、その高さが約０．０１インチ（０．０２５４センチ）であるならば、寸法２１５は、０．００４インチ（０．０１０１６センチ）未満に制限することができ、残りの外表面は、約０．３５インチ（０．０８８９センチ）の曲率半径２１６を有する。バンドの好ましい高さ対厚さのアスペクト比は、２対５である。
【００３９】
代替の一実施形態では、もし、バンドの上部に随意の円筒状部分２１２（図５に示される）が含められ、その高さが約０．０１インチ（０．０２５４センチ）であるならば、寸法２１５は、０．００４インチ（０．０１０１６センチ）未満に制限することができ、残りの外表面は、約０．０４インチ（０．１０１６センチ）の曲率半径２１６を有する。
【００４０】
エラストマバンド２００を伴う電極アセンブリ１５０を作成する方法は、特に制約を受けず、バンドを加熱して膨張させることと、加熱されたバンドを上方部材と下方部材との間の溝に押し込むこととを含んでいてよい。代替の一方法では、バンドは、上方部材をヒータ板に接合する前に膨張されて、ヒータ板の周囲に嵌め込まれる。使用の際に、バンドは、上方部材上に支持されているウエハの処理中に接合層を保護する。
【００４１】
図７は、別の一実施形態にしたがったエラストマバンド２００の断面図を示しており、エラストマバンドの外表面は、バンドの上端のほうが広いように方向付けられた傾斜表面である。
【００４２】
図８は、エラストマバンド２００の断面図を示しており、エラストマバンドの外表面は、互いに対して１８０°未満の角度を形成する２つの合流表面（収束状表面）を含む。例えば、２つの表面によって形成される角度は、１１０〜１４０°であってよく、好ましくは約１２０°である。
【００４３】
図９は、別の一実施形態にしたがったエラストマバンド２００の断面図を示しており、エラストマバンド２００は、溝１９０内に配置される前に、非圧縮状態にある。好ましくは、バンドの幾何学形状は、最大２０％の、好ましくは１〜１５％の軸方向圧縮に適応するように、及び、非圧縮状態におけるその最大外径を超えるバンドの外側膨れ量を最小限に抑えるように設計される。２００ｍｍウエハ又は３００ｍｍウエハを支持するように設計された基板サポートの場合は、軸方向圧縮に起因する最大外側膨れ量は、好ましくは０．００４インチ（０．０１０１６センチ）であり、より好ましくは０．００２インチ（０．００５０８センチ）である。一実施形態では、バンドは、均一直径の円筒状内表面と、平坦な環状上表面と、平坦な環状下表面と、外表面とを含み、該外表面は、環状上表面から伸びる均一直径の円筒状外側上方部分と、環状下表面から伸びる均一直径の円筒状外側下方部分と、円筒状外側上表面と円筒状外側下表面との間に広がる均一半径の湾曲表面とを含む。
【００４４】
エラストマバンド２００の高さ２１４は、好ましくは約０．０８７インチ（０．２２１０センチ）であり、幅２１３は、好ましくは約０．０３１インチ（０．０７８７４センチ）である。エラストマバンド２００の内径は、約１１．３インチ（２８．７０センチ）である。寸法２１１は、エラストマバンド２００の陥凹の深さであり、約０．０１３インチ（０．０３３０２センチ）である。陥凹は、エラストマバンド２００の高さ２１４全体に及ぶ必要はないので、寸法２１２ａ、ｂは、本発明にしたがった、エラストマバンド２００の円筒状外側上表面及び円筒状外側下表面の高さである。寸法２１２ａ、ｂは、約０．０１インチ（０．０２５４センチ）の高さを有する。円筒状外側上表面及び円筒状外側下表面は、エラストマバンド２００の、及びエラストマバンド２００によって保護されている接合層１２０、１６０の、エロージョン速度を下げるのに寄与するだろう。円筒状外側上表面と円筒状外側下表面との間に広がる均一半径の湾曲表面の曲率半径２１６は、約０．０４インチ（０．１０１６センチ）であることが好ましい。バンドの各隅は、０．００２〜０．０１インチ（０．００５０８〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びていることが好ましい。
【００４５】
図１０は、別の一実施形態にしたがったエラストマバンド２００の断面図を示しており、エラストマバンド２００は、溝１９０内に配置される前に、非圧縮状態にある。エラストマバンド２００の高さ２１４は、好ましくは約０．０８７インチ（０．２２１０センチ）であり、幅２１３は、好ましくは約０．０３１インチ（０．０７８７４センチ）である。エラストマバンド２００の内径は、約１１．３インチ（２８．７０センチ）である。陥凹の深さ、すなわち寸法２１１は、約０．０１インチ（０．０２５４センチ）である。エラストマバンド２００の陥凹は、約０．０８５インチ（０．２１５９センチ）の曲率半径２１６を有する。バンドの各隅は、０．００２〜０．０１インチ（０．００５０８〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びていることが好ましい。
【００４６】
図１１は、別の一実施形態にしたがったエラストマバンド２００の断面図を示しており、エラストマバンド２００は、溝１９０内に配置される前に、非圧縮状態にある。エラストマバンド２００の高さ２１４は、好ましくは約０．０８７インチ（０．２２１０センチ）であり、幅２１３は、好ましくは約０．０３１インチ（０．０７８７４センチ）である。エラストマバンド２００の内径は、約１１．３インチ（２８．７０センチ）である。エラストマバンド２００の陥凹は、約０．０２〜０．８インチ（０．０５０８〜２．０３２センチ）の、好ましくは約０．２０インチ（０．５０８センチ）の曲率半径２１６を有する。バンドの各隅は、０．００２〜０．０１インチ（０．００５０８〜０．０２５４センチ）の半径で丸みを帯びていることが好ましい。
【００４７】
好ましい一実施形態では、電極アセンブリ１５０は、半導体ウエハなどの基板を例えばプラズマエッチングリアクタのようなプラズマリアクタなどの半導体製造のための真空処理チャンバ内におけるその処理の際に留め付けるのに有用な静電チャック（ＥＳＣ）である。ＥＳＣは、単極設計又は双極設計であってよい。電極アセンブリ１５０は、しかしながら、化学的気相蒸着、スパッタリング、イオン注入、レジスト剥離などの際に基板を留め付けるなどの、その他の目的で使用することができる。
【００４８】
電極アセンブリ１５０は、上方セラミック部材１８０を含む。該セラミック部材１８０は、約１ｍｍ又は３ｍｍの厚さを有することができる。このような実施形態のエラストマバンドは、異なるエロージョンパターンに適応した様々な寸法を有するので、エラストマバンド２００のエロージョンパターンは、セラミック板の厚さに依存する。
【００４９】
電極アセンブリ１５０は、半導体基板をプラズマ処理するのに適した任意の新しい処理チャンバ内に取り付けることができる、又は既存の処理チャンバに組み付けるために使用することができる。具体的なシステムにおいて、上方部材１８０、下方部材１００、及びヒータ１４０の具体的形状は、チャック、基板、及び／又はその他の構成要素の構成に応じて可変であってよいことがわかる。したがって、図２〜１１に示されるような上方部材１８０、下方部材１００、及びヒータ１４０の厳密な形状は、例示のみを目的として示されたものであり、いかなる意味でも限定的ではない。
【００５０】
エッジシールは、ヒータ板を含まないその他の下方電極アセンブリ内に装着することができる。例えば、エラストマバンドは、上方板と温度制御式下方ベース板とを含む下方電極アセンブリ内において、接合層を取り巻く装着溝内に取り付けることができる。ここでは、バンドは、その上端及び下端が圧縮されてその最大外側膨れ量が所定の距離以下であるように、溝内に装着される。
【００５１】
本明細書で開示されるエッジシールは、矩形断面を有するエラストマバンドに勝る利点を提供することができる。例えば、陥凹外表面を有するエッジシールは、プラズマエッチングチャンバなどのチャンバ内における下方電極アセンブリの有用性を高めることができる。この有用性の向上は、エッジシールが装着溝内で軸方向に圧縮されたときに外表面が亀裂しにくくなったこと、及びエッジリングなどの周囲のパーツに接触しにくくなったことに由来する。必要に応じて、バンドは、その内表面上に、１つ以上の溝又はディンプルのような突出などの、幾何学的特徴を含むことができる。このような特徴は、バンドが溝内に取り付けられたときにどの表面が溝に面するべきかのわかりやすい指標を提供することができる。
【００５２】
本明細書で寸法について使用される「約」という用語は、その寸法のプラスマイナス１０％を意味する。
【００５３】
本発明は、その好ましい実施形態との関連で説明されてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに、具体的に説明されていない追加、削除、変更、及び置換をなすことが可能であることがわかる。
【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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【国際調査報告】
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