(57)【要約】【課題】【解決手段】半導体製造装置のチャンバの静電チャック（ＥＳＣ）で用いられるための基板支持アセンブリは、熱伝導ガスの着火を排除するために提示される。一実施形態では、基板支持アセンブリは、基板支持面と接続するための上面と、ベースプレートと接続するように構成された下面と、を有する誘電体ブロックを備える。アセンブリはさらに、基板支持面と基板の下面との間の温度伝導領域に誘電体ブロックを通じてガスを導入するための複数のプラグ流路を備える。プラグ流路の各々は、ガスの平均自由行程を低減するために、本体と、本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスと、を有するセラミックフォームプラグを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持アセンブリであって、
基板支持面と接続するための上面、および、ベースプレートと接続するように構成された下面を有する誘電体ブロックと、
前記誘電体ブロックの前記下面から前記誘電体ブロックの前記上面に伸びて、前記誘電体ブロックの前記上面に配置された前記基板支持面の孔を通る複数のプラグ流路であって、前記複数のプラグ流路は、基板があるときは前記基板支持面と前記基板の下面との間の温度伝導領域に前記誘電体ブロックを通じてガスを導入するように構成され、前記複数のプラグ流路の各々は、対応するセラミックフォームプラグを含むためのプラグ領域を有し、各セラミックフォームプラグは、本体、および、前記本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスを有する、基板支持アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記セラミックフォームプラグは、プラズマ処理手順の間に前記アセンブリが電界を受けるときに、前記複数のプラグ流路を通って流れるガスの着火を抑制するように構成されている、アセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記セラミックフォームプラグは、前記ガスが前記複数のプラグ流路を通って流れ、プラズマ処理の間に電界を受けたときに前記ガスの平均自由行程を低減することにより、前記複数のプラグ流路を通って流れるガスの励起を低減するように構成されている、アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記基板支持面は、前記基板があるときは前記基板の前記下面に接触するための最小接触面積（ＭＣＡ）パッドを備え、前記ＭＣＡパッドの高さは、前記温度伝導領域の高さを規定する、アセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のアセンブリであって、さらに、
前記誘電体ブロックの前記下面と接続する前記ベースプレートであって、前記ベースプレートは、前記複数のプラグ流路にそれぞれ前記ガスを供給するための複数のガス分配流路を備え、前記誘電体ブロックは、前記複数のプラグ流路の各々が前記複数のガス分配流路のそれぞれのガス分配流路と一直線になるように前記ベースプレートに対して設置される、前記ベースプレートを備える、アセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載のアセンブリであって、
各セラミックフォームプラグは、接合層によって前記複数のプラグ流路のそれぞれのプラグ流路の内壁に固定される、アセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記複数のセラミックフォームプラグの各々の形状は、それぞれの前記プラグ流路の前記プラグ領域の形状に対応する、アセンブリ。
【請求項８】
請求項２に記載のアセンブリであって、
前記複数のセラミックフォームプラグが抑制するように構成されている前記ガスの着火は、前記ガスのイオン化、前記ガスからのプラズマ形成、およびアーキングによる放電を含む、アセンブリ。
【請求項９】
請求項３に記載のアセンブリであって、
前記セラミックフォームプラグは、前記複数のプラグ流路にセラミックフォームプラグがないときの前記ガスの前記平均自由行程と比べて、前記ガスの前記平均自由行程が所定圧力に対して１分から１００分の１倍の間で低減するように構成されている、アセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記セラミックフォームプラグは、３０％から９５％の気孔率を有する、アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記予備成形孔マトリックスは、直径が１００ナノメートルから５００マイクロメートルの平均孔寸法を有する、アセンブリ。
【請求項１２】
請求項５に記載のアセンブリであって、さらに、
前記誘電体ブロックの前記下面と前記ベースプレートの上面との間に配置された複数の円形カラーであって、前記円形カラーの開口は、前記複数のガス分配流路の各々とそれぞれの前記プラグ流路の前記セラミックフォームプラグとの間にシールが存在するように、前記複数のガス分配流路および前記複数のプラグ流路の各々と一直線になる、複数の円形カラーを備える、アセンブリ。
【請求項１３】
静電チャック（ＥＳＣ）を組み立てる方法であって、
基板支持面と接続するための上面、および、ベースプレートと接続するための下面を有する誘電体ブロックを提供する工程であって、前記誘電体ブロックは、前記誘電体ブロックの前記下面から前記誘電体ブロックの前記上面に伸びる複数のプラグ流路を備え、各プラグ流路はプラグ領域を有する、工程と、
セラミックフォームプラグを各プラグ流路の前記プラグ領域に挿入する工程であって、前記セラミックフォームプラグは、本体、および、前記本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスを有する、工程と、
ガスが前記複数のガス分配流路から流れ出るときに、前記ガスが前記複数のプラグ流路に挿入されたそれぞれの前記セラミックフォームプラグに流れ込むように、前記誘電体ブロックの前記複数のプラグ流路が前記ベースプレートのそれぞれの複数のガス分配流路と一直線になる間に、前記誘電体ブロックの前記下面を前記ベースプレートの上面と結合する工程と、
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記セラミックフォームプラグの底面は、前記誘電体ブロックの前記下面と実質的に同一平面である、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、さらに、
前記結合する工程の前に、前記誘電体ブロックを前記ベースプレートに固定するために、前記誘電体ブロックの前記下面と前記誘電体ブロックの前記上面との間に接合材料層を加える工程を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、さらに、
前記挿入する工程の前に、前記セラミックフォームプラグを前記プラグ流路の前記プラグ領域に固定するために、前記プラグ流路の前記プラグ領域の内壁と前記セラミックフォームプラグの外面との間に接合材料を加える工程含む、方法。
【請求項１７】
静電チャック（ＥＳＣ）であって、
基板を支持するための複数の最小接触面積（ＭＣＡ）パッドを有する基板支持面と、
前記基板支持面と接続する上面、および、ベースプレートと接続するための下面を有する誘電体ブロックであって、前記誘電体ブロックは、前記誘電体ブロックの前記下面から前記誘電体ブロックの前記上面に伸びて、前記基板支持面の孔を通る複数のプラグ流路を備え、前記複数のプラグ流路は、前記基板があるときは前記基板支持面と前記基板の下面との間の温度伝導領域に前記誘電体ブロックを通じて熱伝導ガスを導入するように構成された、誘電体ブロックと、
前記複数のプラグ流路のそれぞれのプラグ領域に挿入された複数のセラミックフォームプラグであって、各セラミックフォームプラグは、本体、および、前記本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスを有する、複数のセラミックフォームプラグと、
熱伝導ガスを前記複数のセラミックフォームプラグに供給するための複数のガス分配流路を備えるベースプレートであって、前記ベースプレートの上面は、前記複数のガス分配流路が前記複数のセラミックフォームプラグとそれぞれ一直線になるように、前記誘電体ブロックの前記下面と接続する、ベースプレートと、
を備える、ＥＳＣ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＥＳＣであって、
前記ＥＳＣがプラズマ処理手順の間に電界を受けるときに、前記熱伝導ガスが前記誘電体ブロックを通って前記温度伝導領域に流れるときは、前記セラミックフォームプラグは、前記熱伝導ガスの着火の抑制を可能にする、ＥＳＣ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のＥＳＣであって、
前記熱伝導ガスが前記複数のセラミックフォームプラグを通って流れるときは、前記複数のセラミックフォームプラグは、前記熱伝導ガスの流れの制約を低減するために３０％から９０％の気孔率を有し、前記熱伝導ガスが前記セラミックフォームプラグを通って流れるときは、前記予備成形マトリックスは、前記熱伝導ガスの平均自由行程を低減するために直径が１００ナノメートルから５００マイクロメートルの平均孔寸法を有する、ＥＳＣ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のＥＳＣであって、
プラズマ処理手順の間に前記ＥＳＣが電界を受けるときは、前記複数のセラミックフォームプラグは、前記熱伝導ガスの着火を抑制するために前記熱伝導ガスの平均自由行程を１分の１から１００分の１倍の間で低減するように構成されている、ＥＳＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、静電チャック（ＥＳＣ）の設計を向上させるためのシステムおよび方法に関し、特に、ＥＳＣ内部の熱伝導ガスの着火を排除するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの新しい半導体製造プロセスは、プラズマを生成するために非常に高い高周波（ＲＦ）電力を用いる。低ＲＦ電力レベルを用いる従来の解決法と比べて、高ＲＦ電力は、ＥＳＣ（本明細書では、チャックまたはウエハサセプタとも呼ばれる）に印加されるＲＦ電流および総電圧を増加させる。
【０００３】
また、いくつかの新しいプラズマエッチングプロセスは、従来用いられていたよりも大幅に低いＲＦ周波数（例えば、２ＭＨｚ以下）を要求する。低いＲＦ周波数は、ＥＳＣセラミック全体に印加されるＲＦ電圧の増加を引き起こす。セラミック全体に印加される高電圧は、ウエハとベースプレートとの間に放電（すなわち、アーキング）を生じさせ、ガス供給孔において熱伝導ガス（例えば、Ｈｅまたは他の化学物質）の着火を引き起こす可能性がある。この現象は通常、ガス着火とも呼ばれる。
【０００４】
ＥＳＣにおけるアーキングは、ＥＳＣおよび／または他のチャンバ構成部品に損害を与える可能性がある。さらにかかるアーキングは、製造プロセスの中断を生じさせる場合があるかもしれない。ＥＳＣの破損は、時に進みが速く、極めて有害で、容易に検出されるが、ある時には知らないうちに多くのウエハに影響を及ぼしうる緩やかな劣化であり、ウエハへの損害は製造プロセスの後半にしか検出されない。
【０００５】
これに関連して実施形態が生じる。
【発明の概要】
【０００６】
半導体製造装置のチャンバにおけるＥＳＣは、冷却ガスの着火を排除するために提示される。１つのウエハ支持体は、高周波電源に接続されたベースプレート、誘電体ブロック、ウエハ底面を冷却するためのガス供給流路、および、ガス供給流路に挿入されていないとガス着火を引き起こすセラミックフォームプラグを備える。誘電体ブロックはベースプレートの上に位置し、チャンバの動作中にウエハを支持する。本明細書におけるガス供給流路は、セラミックフォームプラグを所定位置に保持する能力からプラグ流路と呼ばれてよい。セラミックフォームプラグは、ガス供給流路を通って流れながら熱伝導ガスの平均自由行程を低減するような寸法範囲の孔を有するように形成される。それによりセラミックフォームプラグは、所定のガス分子が電界により所定方向に比較的長距離加速できる可能性を低減する。その結果、ガスの全運動エネルギは低減し、着火事象の可能性も低減する。
【０００７】
本明細書におけるガスの平均自由行程とは、ガス分子が次の衝突までに進むことができる平均距離である。ガスの平均自由行程は、とりわけ分子の寸法、ガスの圧力、ガスの温度、およびガスが占める空間の形状を含む多くの要素に依存する。本明細書で考えられる実施形態は、ガスが占める区域の形状態様を変更することにより、所定温度で所定ガスの平均自由行程を低減するためである。特に本明細書に記載の改良点は、セラミックフォームなどの材料を用いることで所定区域により多くの表面積をもたらすことを含む。表面積の増加は、セラミックフォームの予備成形孔マトリックスによって提供される。セラミックフォームの孔マトリックスの結果として、ガス分子は、セラミックフォームのない区域におけるガス分子と同じ進行距離または同じ期間において、平均してより多くの衝突または進行先変更を経験させられる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、セラミックフォームは、セラミックフォームのない区域内のガス分子の衝突ごとに平均して２回以上の衝突を提供する。例えば、充填材料がない区域のガス分子が１００ミクロンの累積距離において平均して１回の衝突を生じる場合、セラミックフォームは、同じ１００ミクロンの距離で２回以上衝突するよう方向転換される、または形成されるように、ガス分子の平均自由行程を低減するように構成されている。それにより、平均自由行程は基本的に約２分の１以下に減少する。他の実施形態では、平均自由行程は約１００分の１以下に減少してよい。例えば、所定圧力のヘリウムなどのガスの平均自由行程が充填材料なしの所定区域において１００ミクロンである場合、セラミックフォームの孔の平均寸法に応じて、セラミックフォームは平均自由行程を約５０ミクロンまたは１００ナノメートルにまで低減できると考えられる。
【０００９】
一実施形態では、基板支持アセンブリが提供される。このアセンブリは、基板支持面と接続するための上面と、ベースプレートと接続するように構成された下面とを有する誘電体ブロックを備える。アセンブリはまた、誘電体ブロックの下面から誘電体ブロックの上面に伸びて、誘電体ブロックの上面の上方に配置された基板支持面の孔を通る、複数のプラグ流路も備える。複数のプラグ流路は、誘電体ブロックを通って、基板があるときは基板支持面と基板の下面との間の温度伝導領域にガスを導入するように構成されている。プラグ流路の各々は、対応するセラミックフォームプラグを含むためのプラグ領域を有し、各セラミックフォームプラグは、本体と、本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスとを有する。
【００１０】
別の実施形態では、静電チャック（ＥＳＣ）を組み立てるための方法が提供される。この方法は、基板支持面と接続するための上面と、ベースプレートと接続するための下面と、を有する誘電体ブロックを提供する工程を含む。誘電体ブロックは、誘電体ブロックの下面から誘電体ブロックの上面に伸びる複数のプラグ流路を備え、各プラグ流路はプラグ領域を有する。この方法はさらに、各プラグ流路のプラグ領域にセラミックフォームプラグを挿入する工程を含む。セラミックフォームプラグは、本体と、本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスと、を有する。この方法はさらに、複数のガス分配流路からガスが流れ出たときに、複数のプラグ流路に挿入されたそれぞれのセラミックフォームプラグにガスが流れ込むように、誘電体ブロックの複数のプラグ流路がベースプレートのそれぞれの複数のガス分配流路と一直線になる間に誘電体ブロックの下面をベースプレートの上面と結合する工程を提供する。
【００１１】
別の実施形態では、静電チャック（ＥＳＣ）が提供される。ＥＳＣは、基板を支持するための複数の最小接触面積（ＭＣＡ）パッドを有する基板支持面を備える。ＥＳＣはまた、基板支持面と接続する上面と、ベースプレートと接続する下面と、を有する誘電体ブロックも備える。誘電体ブロックは、誘電体ブロックの下面から誘電体ブロックの上面に伸びて基板支持面の孔を通る複数のプラグ流路を備える。複数のプラグ流路は、誘電体ブロックを通じて、基板があるときは基板支持面と基板の下面との間の温度伝導領域に熱伝導ガスを導入するように構成されている。ＥＳＣはさらに、複数のプラグ流路のそれぞれのプラグ領域に挿入された複数のセラミックフォームプラグを備える。各セラミックフォームプラグは、本体と、本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスと、を有する。さらにＥＳＣは、複数のセラミックフォームプラグに熱伝導ガスを供給するための複数のガス分配流路を含むベースプレートを備える。ベースプレートは、複数のガス分配流路が誘電体ブロックのそれぞれのフォームプラグと一直線になるように誘電体ブロックの下面と接続する上面を備える。
【００１２】
他の態様は、添付の図面と併せて説明される発明を実施するための形態から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
実施形態は、添付の図面と併せて説明される以下の発明を実施するための形態を参照して十分に理解されるだろう。
【００１４】
【図１Ａ】一実施形態による、処理中の静電チャック（ＥＳＣ）の基板支持アセンブリの一部。
【００１５】
【図１Ｂ】図１Ａに示されたものに類似するが、複数のアルミナボールで充填されたガス供給流路を備える、一実施形態によるＥＳＣの基板支持アセンブリの一部。
【００１６】
【図２】一実施形態による、ガス供給流路の一部を充填するセラミックフォームプラグを有するＥＳＣの基板支持アセンブリの図。
【００１７】
【図３Ａ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｂ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｃ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｄ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｅ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｆ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【図３Ｇ】一実施形態による、誘電体ブロックのガス供給流路にセラミックフォームプラグを取り付ける方法。
【００１８】
【図４】一実施形態による、着火抑制のためのセラミックフォームプラグを実装するプラズマ処理システムの図。
【００１９】
【図５Ａ】特定の実施形態による、ボイドの有無およびばらつきを示すためにアルミナボールが詰められた異なるガス供給流路の断面図。
【図５Ｂ】特定の実施形態による、ボイドの有無およびばらつきを示すためにアルミナボールが詰められた異なるガス供給流路の断面図。
【図５Ｃ】特定の実施形態による、ボイドの有無およびばらつきを示すためにアルミナボールが詰められた異なるガス供給流路の断面図。
【００２０】
【図６】特定の実施形態による、アルミナボールが詰められた複数のガス供給流路の図。
【００２１】
【図７】一実施形態による、ガス着火抑制のためのセラミックフォームプラグを実装するＥＳＣの追加図。
【００２２】
【図８】いくつかの実施形態により用いられうるガス供給孔の円形配置を示すＥＳＣの上面図。
【００２３】
【図９】特定の実施形態による、セラミックフォームプラグとして実装されうる様々な実施形態のセラミックフォーム形状。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の実施形態は、ＥＳＣ内の熱伝導ガス着火を排除するためのシステム、方法、および装置を説明する。提示の実施形態は、ＥＳＣ内でアーキングおよび着火が起こることが発見されたガス供給流路の内部にセラミックフォームプラグを形成および使用することにより、ＥＳＣにおけるアーキングを排除し、ガス（例えば、Ｈｅ）着火の潜在的問題を解決するための解決策について説明する。
【００２５】
プラズマリアクタで用いられるＥＳＣは、チャック面とクランプされたウエハの裏面との間にヘリウム（Ｈｅ）を熱輸送材料として分配する。ヘリウムは、ＥＳＣの誘電体上部の供給孔を通じて分配される。供給孔内のヘリウムガスは、高バイアス電圧、またはわずかなバイアス電圧においてさえ化学変化（例えば、イオン化）し、プラズマになる。その結果、ウエハ裏面のエッチングが起こる可能性がある。特定の状況では、ＥＳＣのベースプレートとウエハとの間でアーキングが生じる可能性もある。ウエハ裏面の意図しないエッチングは、ウエハ上に見てわかる模様を形成するため、顧客視点からは望ましくない。それよりもおそらくアーキングはより有害となる可能性があり、ウエハおよびＥＳＣに損害を与える、またはそれらを破壊する可能性すらある。
【００２６】
本明細書において「着火」と呼ばれるこれらの発生は、ガス分子およびその解離した電子の平均自由行程を特定の圧力で限定することによって抑制されることがわかる。その１つの方法は、アルミナボールなどの充填材をヘリウム供給孔に取り付けて、特定のガス分子がアルミナボールまたは供給孔壁に衝突するまで制限なく長距離を進むことができないようにすることを含む。しかし、アルミナボール間の空間の大きさに違いがあるように、アルミナボールの充填に関して変動性があることも認められた。例えば、アルミナボール間の空間は意図したものよりずっと大きくなってボイドになる可能性もあり、それによりガス分子が所望の距離を超えて制限なく進むことができるようになる。その結果、アルミナボールが充填されてもヘリウム供給孔内でガス着火が起こることが認められた。
【００２７】
加えて、ヘリウム供給孔内部のボイドの大きさに関して差異があり、それが次に、供給孔間およびＥＳＣ間のヘリウム着火の頻度および規模に関する差異を引き起こす。より小径のアルミナボールの使用はボイドの存在を低減するのに役立つかもしれないが、かかる直径のアルミナボールを有する供給孔を通って流れるヘリウムのコンダクタンスは、その密な充填により「窒息」させられる可能性がある。妥当な背圧で適切なヘリウムの流れを維持することは、処理中の熱均一性のため、および、ヘリウム孔を詰まりから保護するために重要である。よって、ヘリウム着火の抑制のために、充填材を通るヘリウムの高コンダクタンスを維持しながらヘリウム供給孔の充填材内部のボイドを排除することによる改善された方法またはシステムが望ましい。本明細書に記載の内容は、その両方を達成する。
【００２８】
セラミックフォームは、様々な方法で形成できる。多くの場合、セラミックフォームは、とりわけアルミナ、ジルコニア、炭化シリコンなどのセラミックから形成される。これらのセラミックフォームは、バルク材を貫通する高密度の気孔を有するように形成できる。例えば、セラミックフォームは全体積の最大９０％の気孔率で形成でき、個々の気孔は数ミクロンの大きさである。加えて、気孔の大きさは製造中に厳密に制御できる。小径でも多数の気孔を組み合わせたセラミックフォームを充填材として用いることは、適切なレベルの熱伝導ガスの流れを可能にしながら向上した着火抑制をもたらすだろうと考えられる。これは、セラミックフォームの特定の体積における高い全気孔体積により高レベルのヘリウム流を維持しながら、ヘリウムおよび励起電子の平均自由行程を制限するからである。
【００２９】
本明細書に記載の改善されたシステムおよび方法は、熱輸送材料としてのヘリウムに関するが、本開示の利点は多くの異なる他の熱輸送材料にも当てはまることが理解されるだろう。本明細書におけるヘリウムへの言及は例示目的であり、限定する意図はない。
【００３０】
図１Ａは、一実施形態による処理中のＥＳＣ１０１の基板支持アセンブリの一部を示す。ＥＳＣ１０１は、ベースプレート１０４と接続する誘電体ブロック１００を備える。誘電体ブロック１００は、とりわけアルミナなどのセラミック材料で形成されてよく、非導電性である。ベースプレート１０４はアルミニウムなどの導電性材料で形成されるが、他の導電性材料も可能である。ベースプレート１０４は、ＥＳＣ１０１に電力を供給する高周波（ＲＦ）電源１１２に接続される。他の実施形態では、ベースプレート１０４は接地として機能してよい。さらに他の実施形態では、誘電体ブロック１００に埋め込まれたＲＦグリッド（図示せず）が接地として機能してよい（図３Ｅ参照）。誘電体ブロック１００とベースプレート１０４との間の接合層は、２つを互いに固定するのに用いられてよい。基板１１０は、基板支持面１２４の最小接触面積（ＭＣＡ）パッド１０８によってＥＳＣ１０１の上面に載ることが示されている。基板１１０は、上面１１０ｂに処理が施される。
【００３１】
ベースプレート１０４は、ガス源と流体接続するガス分配流路１０６を備えることが示されている。ガス分配流路１０６は、ガス供給孔１２８を通じてガスを温度伝導領域１１８に供給する誘電体ブロック１００のガス供給流路１０２と一直線上にあり、ガスをガス供給流路１０２に分配する。温度伝導領域１１８は、基板１１０の下面１１０ａと誘電体ブロック１００の基板支持体の上面１２４ａとの間の距離によって規定された高さ１１８ａを有することが示されている。いくつかの実施形態では、高さ１１８ａは約１ミクロンから約１ｍｍ、または約５ミクロンから約１００ミクロン、または約１０ミクロンである。
【００３２】
チャンバの動作中に、プラズマは基板１１０の上で生成され、プラズマへの暴露で基板１１０が加熱されてよい。基板１１０が高温になりすぎるのを防ぐために、ヘリウムなどの熱輸送材料がガス分配流路１０６、ガス供給流路１０２、およびガス供給孔１２８を通じて温度伝導領域１１８に供給される。温度伝導領域１１８に供給されるガスは通常、基板１１０よりも低温である。その結果、熱伝導ガスが基板１１０の下面１１０ａと分子的に相互作用するときに起こる熱伝導により、熱伝導ガスは基板１１０から熱を吸収する。
【００３３】
処理中に、ガス分配流路１０６、ガス供給流路１０２、および温度伝導領域１１８の内部の熱伝導ガスは、磁気誘導および電場電位によって励起されてよい。いくつかの実施形態では、ＲＦ場の電界成分はイオンや電子などの荷電粒子の直線加速により貢献し、ＲＦ場の磁気誘導成分はガスのイオン化（例えば、ガス分子からの電子の除去）により貢献する。ガスはイオン化および加速するときにより励起され、プラズマ生成事象および放電事象（例えば、アーキング）を生じさせる可能性がある。例えば、イオン化したガス分子は、より高速度まで加速するとより大きいエネルギを有する他のガス分子と衝突し、結果としてプラズマの生成を促すより多くのイオン化事象を生じさせる。プラズマは、生成されると基板１１０の下面１１０ａのエッチングおよびアーキング１１６をもたらすことが認められた。また、アーキング事象は、ベースプレート１０４と基板１１０との間で起こることが認められた。
【００３４】
熱伝導ガスの励起の原因となる１つの要素は、供給される間のその分子および電子の平均自由行程である。平均自由行程とは、ガス分子または電子が他の分子または固体物質のいずれかとの連続する衝突の間に進む平均距離である。熱伝導ガスの平均自由行程が大きいほどガスのイオンは特定の方向に大きく直線的に加速するため、より多くの運動エネルギを蓄えることができる。ガスの運動エネルギの増加は、ガス分子が互いに行う連続的な衝突のエネルギを増加させ、これらの衝突事象がイオン化事象を引き起こす可能性を高める。増加した衝突エネルギの全体的な影響は、プラズマの生成またはアーキングである可能性がある。同様のことは、ガスイオンよりも高速で加速する電子にも当てはまる。
【００３５】
概略例のＨｅ分子経路１１４が説明目的で示されている。経路１１４は原寸に比例して描かれていないが、図１Ｂおよび図２にそれぞれ示された経路１２２および経路２０４を参照して、相対平均自由行程および衝突密度を示すのに役立つ。ガス分配流路１０６、ガス供給流路１０２、および温度伝導領域１１８によって規定される圧力は真空条件下で比較的低いため（例えば、１３３．３２２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）から１３３３２．２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ））、熱伝導ガスの平均自由行程は比較的大きい可能性がある。例えば、５３３２．８９Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）で室温におけるＨｅプラズマの平均自由行程は数十センチメートルであり、イオンおよび電子が高速度に加速するのに十分な距離である。経路１１４は、連続する衝突の間に比較的少ない衝突および長い距離を含む結果、励起および着火を受けやすいことが示されている。
【００３６】
よって、熱伝導ガスの着火を抑制する１つの方法は、そのガスの平均自由行程を低減することだと考えられる。ＥＳＣ１０１を通って進む間に熱伝導ガスの分子の平均自由行程が低減されたときは、分子は次の衝突まで所定方向にそれほど長く加速しない。その結果、ガスの全運動エネルギは低く保たれ、ガス着火の一因となるイオン化事象の可能性は低減する。ガスの平均自由行程は、次の数式で見積もられる。
【００３７】
【数１】
2022502852.tif 000003
【００３８】
数式（１）において、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ｄはガス分子の公称径、ＮAはアボガドロ数、Ｐは圧力である。一面では、圧力Ｐの増加は熱伝導ガスの平均自由行程を低減させるだろう。しかし、それにより基板１１０の下面１１０ａにおける裏面圧が増加し、ＥＳＣ１０１からの基板１１０の離座をもたらす可能性がある。さらに、圧力の増加が熱伝導ガスの平均自由行程を低減したとしても、結果として生じた濃度の増加は、イオン化事象またはアーキング事象の可能性を高めるかもしれない。その結果、ガスが進む空間の形状を変更することなどによる、ガスの平均自由行程を低減する異なる方法が考えられる。
【００３９】
図１Ｂは、図１Ａの図に類似するが、一実施形態による複数のアルミナボール１２０が充填されたガス供給流路１０２を有するＥＳＣ１０３の基板支持アセンブリの一部を示す。図１Ｂに示された実施形態に関して、アルミナボールは直径が約２００ミクロンである。アルミナボール１２０は、ガス供給流路１０２内部の空間の形状を変化させ、ガス供給流路１０２を通って進む熱伝導ガスの平均自由行程を効果的に低減する。ガス供給流路１０２を直径２００ミクロンのアルミナボールで充填することにより、２００ミクロンの平均ボイドスペースが生じると推定される。同様に、アルミナボール１２０を有するガス供給流路１０２を通って流れるガスの平均自由行程は数百ミクロンと推定される。その結果、着火事象は低減されるかもしれないが、百ミクロンの空間は荷電粒子が高速に加速するのに十分な距離であるため、着火事象は大幅には低減されない。
【００４０】
ガス供給流路１０２をアルミナボール１２０で充填した結果、例示的なＨｅ分子経路１２２が生じることが示されている。経路１２２は、アルミナボール１２０の存在によるより多くの衝突、およびその結果として、より少ない連続進行区間（例えば、連続する衝突の間の距離）が生じることを示す。しかし、ガス供給流路１０２の内部にアルミナボール１２０が設置されても、エッチングおよびアーキング１１６などの着火事象が起こることが認められた。着火事象は、アルミナボール１２０が存在しても、ガス供給流路１０２内部のボイドによって引き起こされると考えられる。例えばボイド１２６は、ガス供給流路１０２の上端付近のアルミナボール１２０が存在しないところに形成されることが示されており、連続した進行区間を可能にする。
【００４１】
経路１２２は、連続した進行区間（例えば、間に衝突のない直線距離）を有する領域１２６ａ、領域１３０ａ、領域１３０ｂ、および領域１３０ｃを示す。そのため、領域１２６ａ、領域１３０ａ、領域１３０ｂ、および領域１３０ｃは、エッチングおよびアーキング１１６などの着火事象の可能性が高まるイオンおよび電子のイオン化カスケードを誘発するのに十分な速度に加速することを可能にする。そのため改善された方法またはシステムは、ガス供給流路１０２内部のボイドの存在を低減しながら熱伝導ガスの平均自由行程を低減するためのものと考えられる。
【００４２】
図２は、一実施形態による、ガス供給流路１０２のプラグ領域２０３を充填するセラミックフォームプラグ２００を有するＥＳＣ２０１の基板支持アセンブリの上部図を示す。セラミックフォームプラグ２００は、予備成形されてＥＳＣ２０１の組み立て時に誘電体ブロック１０２に取り付けられてよい、または、誘電体ブロック１００が形成されるのと同時に成形（例えば、焼成）されてよい。他の実施形態では、開始剤、触媒、および有機モノマと共に、セラミックスラリがプラグ領域２０３に注入されてよい。セラミックスラリは、セラミック粒子、水、および分散剤を含んでよい。セラミックスラリは次に、発泡剤を用いて発泡体を形成する。十分な発泡後に、有機モノマはポリマを形成する。次に発泡体内のガスはポリマを圧迫して、結果として生じたセラミックフォームプラグ２００の気孔を形成する。その後、発泡セラミックは焼結または「焼成」されて、セラミックフォームプラグ２００の本体２００ｄ全体に一体的に分散した孔マトリックスを有することが示されたセラミックフォームプラグ２００の孔マトリックス２０５が残される。
【００４３】
ＥＳＣ２０１は、基板１００が載るＭＣＡパッド１０８を備える基板支持面１２４を有することが示されている。基板支持面１２４の下面１２４ｂは、誘電体ブロック１００の上面１００ａと接続する。温度伝導領域１１８は、基板１１０の下面１１０ａと基板支持面１２４の上面１２４ａとの間に存在することが示されている。また、誘電体ブロック１００の下面１００ｂは、接合層によってベースプレート１０４の上面１０４ａと接続する。ベースプレート１０４は、ＲＦ電源１１２から給電されてよい、または接地されてよい。他の実施形態では、ＲＦグリッドが誘電体ブロック１００に埋め込まれ、接地として機能する。
【００４４】
図２では、セラミックフォームプラグ２００は、接合層２０２を有するガス供給流路１０２のプラグ領域２０３の垂直壁２０３ａに結合される。接合層２０２は、任意の適した接合材料からなってよい。いくつかの実施形態では、接合層は約０．０１ｍｍから約２ｍｍの厚さ、または約０．１ｍｍから約１ｍｍの厚さ、または約０．２ｍｍから約０．５ｍｍの厚さであってよい。いくつかの実施形態では、接合層２０２は、何十万もの処理サイクルを通して、または、少なくともＥＳＣ１０１の寿命の間、完全な状態を維持するエポキシ材料またはポリマ材料からなってよい。
【００４５】
セラミックフォームプラグ２００は、ガスを流すことができると同時に流れる間のガスの平均自由行程を制限できる多数の空所、「セル」、または孔を有する。予備成形された孔マトリックス２０５がどのように見えるかを示すために、セラミックフォームプラグ２００の一領域の拡大図２０４が例示目的で示されている。孔２０６は、ガスが通ることができる空間を示すことが指摘される。孔２０６は、セラミックフォームプラグ２００の本体２００ｄにわたって相互接続するセラミック材料２０８内部の空所またはボイドである。孔２０６は、孔２０６の寸法を概算する直径２０６ａを伴う。孔２０６はおそらく形状が円形または球形ではないため、直径２０６ａは孔２０６の全体形状についての孔２０６の平均直径を表してよい。このように平均直径とは、全ての孔について各離散した孔２０６の平均直径２０６の平均測定値である。所定のセラミックフォームプラグ２００に関して、本体２００ｄの孔マトリックス２０５内部には、約１０3から約１０9、または約１０4から約１０7、または約１０4から約１・１０6のいずれかの個別の孔が配置されてよい。孔２０６の正確な数は、他の考慮すべき事柄の中でもプラグ領域２０３の寸法、所望の気孔率、所望の平均自由行程、所望の圧力、熱伝導ガスの種、ＲＦ場の強度、に依存するだろう。いずれの場合も、セラミックフォームプラグ２００の本体２００ｄ全体の孔の配置に均一性があるように、孔は本体２００ｄ全体に一体的に分散すると考えられる。
【００４６】
別の面では、平均直径は、ボイドスペース内の各点の平均値である、ボイドスペース内の一点から各方向に最も近い壁までの平均距離の測定値であってよい。例えば、仮定ｐ1は、セラミックフォームプラグ２００の本体２００ｄ内部のボイドスペースにある点である。放射線ｑ1、放射線ｑ2、・・・、放射線ｑnが点ｐ1からあらゆる方向で最も近い壁に引かれた場合、これらの放射線の平均ｑは、点ｐ1と点ｐ1に最も近い表面との間の平均距離である。セラミックフォームプラグ２００のボイドスペースにおける全ての点、ｐ1、ｐ2、・・・、ｐmについて平均ｑの平均である平均ｒは、ボイドスペースの各点を最も近い表面から分離する平均距離である。よって、平均ｒまたは２＊平均ｒは、セラミックフォームプラグ２００の孔の「孔寸法」または「平均直径」の測定値として用いられてもよい。孔マトリックス内の空間を表すために、孔の寸法および直径の他の測定値が用いられてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、孔寸法はセラミックフォームプラグ２００にわたってより高い均一性を有してよいが、他の実施形態では、孔寸法により多くの違いがあってよい。しかしセラミックフォームプラグ２００は、大きなボイド（例えば、約２００ミクロンよりも大きい、または５０ミクロンよりも大きい、または１０ミクロンよりも大きい）がセラミックフォームプラグ２００に形成されないような均一性を有すると予想される。さらに孔寸法は、ガスの平均自由行程を制限するほど十分に小さいと同時に、媒体を通してガスの適した流れを可能にするほど十分に大きいと考えられる。いくつかの実施形態では、セラミックフォームプラグ２００の孔は、約１００ｎｍから約１ｍｍ、約１ミクロンから約５００ミクロン、または約１０ミクロンから約１００ミクロンの範囲の直径を有すると考えられる。
【００４８】
孔の寸法に加えて、セラミックフォームプラグ２００は、約２０％から約９９％、または約５０％から約９５％、または約６０％から約８０％の気孔率を有すると考えられる。気孔率とは、材料の全体積（例えば、セラミックフォームプラグ２００の本体２００ｄ）で割ったボイド（例えば、孔、開口、流路、隙間）の体積分率によって規定される材料のボイドスペースの測定値である。セラミックフォームプラグ２００の気孔率は、セラミックフォームプラグ２００がガスの平均自由行程を制限するのに十分な固形材料を有しながら流れを「窒息」または制限しすぎないような範囲内であると考えられる。
【００４９】
セラミックフォームプラグ２００を通じてヘリウムを流すことで生じる例示的なヘリウム分子経路２０４が示されている。経路２０４は、セラミックフォームプラグ２００のセラミック材料との多数の衝突を示し、経路１１４と比べてヘリウムの平均自由行程がどのようにして低減されたかも示す。例えば、経路２０４の全直線進行距離の平均は、経路１１４の１０〜５０分の１であってよい。また経路２０４は、セラミックフォームプラグ２００が経路１２２または経路１１４に見られるようなヘリウムまたは電子の連続移動区間（例えば、領域１２６ａ、領域１３０ａ、領域１３０ｂ、および領域１３０ｃ）を可能にしないことを示す。その結果、セラミックフォームプラグ２００を通って流れるガスは、過度に加速および励起されない。それによる全体的な効果は、ガス着火の抑制である。
【００５０】
図３Ａ〜図３Ｄは、一実施形態による、セラミックフォームプラグ２００を誘電体ブロック１００のガス供給流路１０２のプラグ領域２０３に取り付ける方法を示す。図３Ａは、取り付けに備えた誘電体ブロック１００の一部および予備成形されたセラミックフォームプラグ２００を示す。誘電体ブロック１００は、プラグ領域２０３およびガス供給孔１２８を有するガス供給流路１０２を備える。プラグ領域２０３は、垂直壁２０３ａおよび上部水平壁２０３ｂを備える。プラグ領域２０３の垂直壁２０３ａには接合層２０２が加えられていることが示されている。いくつかの実施形態では、接合層２０２はプラグ領域２０３の上部水平壁２０３ｂに加えられてもよい。ガス供給流路１０２は、セラミックフォームプラグ２００を含む際の使用について説明するためにプラグ流路と呼ばれてもよい。
【００５１】
接合層２０２は、セラミックフォームプラグ２００をガス供給流路１０２に固定するために、プラグ領域２０３の垂直壁２０３ａおよび／または上部水平壁２０３ｂに加えられたことが示されているが、他の実施形態も可能である。例えば接合層２０２は、セラミックフォームプラグ２００の上面２００ｂまたは垂直面２００ａに、またはプラグ領域２０３の表面２０３ａおよび２０３ｂの両方に、およびセラミックフォームプラグ２００の表面２００ａおよび２００ｂに加えられてよい。接合層２０２は、何千サイクルもの処理工程で劣化しないように、セラミックフォームプラグ２００をプラグ領域２０３に固定するためにエポキシ材料またはポリマ材料を備えてよい。
【００５２】
図３Ｂでは、セラミックフォームプラグ２００は、図３Ｃに示されるように誘電体ブロック１００の下面１１０ｂから突出しなくなるまでガス供給流路１０２のプラグ領域２０３に挿入されることが示されている。そのためセラミックフォームプラグ２００は、上面２００ｂがプラグ領域２０３の上部水平壁２０３ｂと接続するまで機械的に挿入されると考えられる。また、いくつかの実施形態では、セラミックフォームプラグ２００がプラグ領域２０３に完全に挿入されたときにセラミックフォームプラグ２００の下面２００ｃが誘電体ブロック１００の下面１００ｂと実質的に同一平面になるように、セラミックフォームプラグ２００は、プラグ領域２０３の高さ２０３ｅと実質的に一致する高さ２００ｅに成形されると考えられる。しかし、セラミックフォームプラグ２００の高さ２００ｅは、セラミックフォームプラグ２００の下面２００ｆが誘電体ブロック１００の下面１００ｂから突出する、または凹むように、プラグ領域２０３の高さ２０３ｅよりもそれぞれ大きい、または小さい場合があってもよい。
【００５３】
また、セラミックフォームプラグ２００の幅２００ｆは、セラミックフォームプラグ２００が接合層２０２のための空間を可能にしながらプラグ領域２０３に収まるように、プラグ領域２０３の開口２０３ｇの幅２０３ｆよりも小さいと考えられる。そのため幅２００ｆは、接合層２０２の所望厚さなどの様々な適用に応じて、約１００ｎｍから約１ｍｍ、または約１ミクロンから約１００ミクロンだけ開口２０３ｇの幅２０３ｆよりも小さくてよい。一般にセラミックフォームプラグ２００の断面は、円形、楕円形、三角形、長方形、五角形、六角形、七角形、八角形などを含む様々な形状を有してよい。他の実施形態では、セラミックフォームプラグ２００の断面は、セラミックフォームプラグ２００の高さ２００ｅまたは長さにわたる形状および面積で異なってよい。つまり、例えばセラミックフォームプラグ２００は、プラグ領域２０３が取り得る様々な形状の要求に合うように、円筒形、準円筒形、円錐形、ピラミッド形であってよく、テーパ状または傾斜状のエッジ、フランジ、カットアウトなどを含んでもよい。
【００５４】
図３Ｃは、結合された誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４も示す。上記のように、誘電体ブロック１００をベースプレート１０４に固定するために接合材料層２１０が用いられてよい。接合材料層２１０は、ベースプレート１０４の上面１０４ａに加えられることが示されている。次に誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４は、ガス分配流路１０６がそれぞれのガス供給流路１０２と一直線になる間に押し合わされる。よって接合層２１０は、誘電体ブロック１００の下面１００ｂと接触し、誘電体ブロック１００をベースプレート１０４に固定する。図３Ｄは、ガス供給流路１０２のプラグ領域２０３の内側にしっかりと保持されたセラミックフォームプラグ２００と共に結合された誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４を示す。
【００５５】
図３Ｅおよび図３Ｆは、例えば図３Ａ〜図３Ｃに示された方法を用いて、ガス供給流路１０２のそれぞれのプラグ領域２０３に取り付けられた後のセラミックフォームプラグ２００の追加的実施形態を示す。図３Ｅは、プラグ領域２０３の高さ２０３ｅよりも小さい高さ２００ｅを有するセラミックフォームプラグ２００を示す。いくつかの実施形態では、接地として機能する、誘電体ブロック１００に埋め込まれたＲＦグリッド３００がある。これらの実施形態では、高周波は基板を通って温度伝導領域を通り、ＲＦグリッド３００に衝突する前にガス供給流路１０２内部で容量結合プラズマを生成する可能性がある。よってセラミックフォームプラグ２００は、下方の距離３０２とはいかないまでも、少なくともＲＦグリッド３００が配置されているところまで伸びると考えられる。ＲＦグリッド３００はガス供給流路１０２が占める空間に伸びないため、ＲＦ場は基本的にＲＦグリッド３００を通ってガス供給流路１０２の領域に進んでよい。よって距離３０２は、電界強度、ＲＦグリッド３００の形状、ガス供給流路１０２の形状、およびガス供給流路１０２に入る電界強度に応じて、数ミリメートルから数センチメートルであると考えられる。図３Ｅは、いかなる場合でもセラミックフォームプラグ２００の下面２００ｃが誘電体ブロック１００の下面１００ｂから凹んでよいことを示す。
【００５６】
図３Ｅは、一実施形態による、ガス供給孔１２８に伸びる突起２００ｇを有するセラミックフォームプラグ２００の実施形態を示す。特定の実施形態では、ＲＦ場は、ガスがプラグ領域２０３からガス供給孔１２８に進むようにガスを励起してよい。よって、セラミックフォームプラグ２００を少なくともある部分についてガス供給孔１２８に伸びるようにすることも望ましいだろう。図の実施形態では、セラミックフォームプラグ２００は、ガス供給孔１２８の形状および幅１２８ｂに対応する幅２００ｉおよび形状（例えば、横断面）の突起２００ｇを有するように成形されている。突起２００ｇは、ガス供給孔１２８に伸びる、ガス供給孔１２８の高さ１２８ａよりも小さい高さ２００ｈを有することが示されている。しかし他の実施形態では、突起２００ｇは実質的にガス供給孔１２８の高さ１２８ａに相当する高さ２００ｈを有してよい。このように、突起２００ｇの上面２００ｊは、誘電体ブロック１００の上面または基板支持面１２４と実質的に同一平面であってよい。さらに他の実施形態では、突起２００ｇの高さ２００ｈは、望まれない場合に基板に接触しない限り、ガス供給孔１２８の高さ１２８ａよりもわずかに大きくてよい。
【００５７】
図３Ｇは、一実施形態による、ガス供給孔１２８を通る熱伝導ガス流を最適化するための、セラミックフォームプラグ２００を伴うプレナム３０６の実施形態を示す。プレナム３０６は、セラミックフォームプラグ２００の上面２００ｂに直接取り付けられてよい、もしくは埋め込まれてよい、または上部水平壁２０３ｂに結合されてよい。いずれの場合も、プレナム３０６は多数の孔がガス供給孔１２８（例えば、熱伝導ガス分子をガス供給孔１２８に導くことに余り都合のよくない孔）として機能することを可能にする。例えば、セラミックフォームプラグ２００が取り付けられたときにセラミックフォームプラグ２００内部の孔が上部水平壁２０３ｂに近接する位置で上面２００ｂ付近にある場合、その孔を通って進む分子の大部分は、ガス供給孔１２８に進む分子とは対照的に上部水平壁２０３ｂに接触する可能性が高い。よってプレナム３０６は、ガス供給孔１２８への流れに比較的直接貢献する領域３０８の孔の数を増やすことができると考えられる。
【００５８】
プレナム２０６はリング状であり、上面３０６ａはプラグ領域２０３の上部水平壁２０３ｂと接続し、下面３０６ｂはセラミックフォームプラグ２００の上面２００ｂと接続してよい。プレナム３０６は、約５０ミクロンから約２ミリメートル、または約１００ミクロンから約１ミリメートル、または約２００ミクロンから約５００ミクロンの高さ３０６ｅを有してよい。また、プレナム３０６は、セラミックフォームプラグの外径２００ｋに相当する、またはそれよりも小さい外径３０６ｃを有してよい。プレナム３０６の内径３０６ｄは、外径３０６ｃよりも約５０ミクロンから約１ミリメートル小さくてよい。
【００５９】
図３Ａ〜図３Ｇで説明された実施形態は、挿入前に形成されたセラミックフォームプラグ２００を示すが、他の実施形態も考えられる。一実施形態では、セラミックフォームプラグ２００はｉｎ−ｓｉｔｕで形成される。この実施形態では、セラミック粒子（例えば、セラミックスラリ）を有する液体セラミックフォーム前駆体または懸濁液が、ガス供給孔１２８または開口２０３ｇのいずれかを通じてガス供給流路１０２に注入されてよい。液体フォーム前駆体または懸濁液は、混合スラリを形成するために有機モノマ、開始剤、および触媒と共に注入される。次に混合スラリは発泡剤を用いて発泡され、孔になるボイドスペースを形成する。次に孔は、有機モノマの重合作用によって安定化する。最終的なポリマ形成は同時に、セラミック材料が焼成後に取るであろう構造にセラミック材料を成形する。この点において、孔の寸法は、用いる発泡剤および用いる有機ポリマの種類に基づいて厳密に制御できる。いくつかの実施形態では、ポリマによって形成されたポケットの寸法はミクロン規模に制御でき、その結果、セラミック材料の孔の寸法も同様に制御できる。発泡および重合の後に、結果として生じた発泡セラミック構造は次に焼成され、液体前駆体、有機ポリマ、溶媒などの一部は気化されるだろう。
【００６０】
図２、図３Ａ〜図３Ｇにおいて、セラミックフォームプラグ２００は接合層２１０によってプラグ領域２０３に固定されることが示されているが、他の実施形態も考えられる。例えば上記のように、セラミックフォームプラグ２００は誘電体ブロック１００と共にｉｎ−ｓｉｔｕで形成できるため、セラミックフォームプラグ２００を誘電体ブロック１００に固定するための追加の材料を必要としない。別の実施形態では、セラミックフォームプラグ２００はベースプレート１０４、またはスリーブ７０６、または誘電体ブロックの下面１００ｂに押し付けられるいくつかの他の構成部品によって所定位置に保持されてよい。
【００６１】
図４は、一実施形態による、着火抑制のためのセラミックフォームプラグ２００を実装するプラズマ処理システム４００の図を示す。プラズマ処理システム４００は、誘電体ブロック１００、およびチャック４１２の上に設置されたベースプレート１０４を有するＥＳＣ１０１を備えることが示されている。ＥＳＣ１０１は、ＲＦ電源４１６から整合器４１４を介して給電される。またＥＳＣ１０１は、熱伝導材料としてＨｅ源４１８から弁４２０を介してヘリウムが供給される。ＲＦ電源４１６および弁４２０の両方は、コントローラ４２２によって制御されることが示されている。ベースプレート１０４は、ヘリウムを複数のガス分配流路１０６に分配する供給ライン４１０のネットワークを含むことも示されている。
【００６２】
プラズマ処理システム４００は、接地４２４された上部電極４０２も備える。他の実施形態では、ベースプレート１０４が接地され、上部電極４０２はＲＦ電源４１６から給電されてよい。シュラウド４０４は、上部電極４０２から基板１１０を環状に囲むエッジリング４０６に伸びる。シュラウド４０４は、プラズマ４０８が存在するときはその集束を助ける。
【００６３】
基板１１０は、複数の最小接触面積（ＭＣＡ）パッド１０８を備えるＥＳＣ１０１の基板支持面１２４の上に載っていることが示されている。いくつかの実施形態では、基板支持面１２４は、誘電体ブロック１００に加えられる追加層で形成される。例えばいくつかの実施形態では、基板支持面１２４は、ＭＣＡパッド１０８として機能する、突起を有する誘電体ブロック１００の上面１００ａを覆う膜であってよい。他の実施形態では、基板支持面１２４は誘電体ブロック１００（例えば、基板支持面１２４として機能するように形成された誘電体ブロック１００）と一体であってよい。いずれの場合も、ガス供給流路１０２から流れるガスが拡散して基板１１０に接触するための空間を有するように、基板１１０の下面１１０ａと基板支持面１２４との間には温度伝導領域１１８が存在することが示されている。いくつかの実施形態では、ガスは基板１１０とエッジリング４０６との間の空間を通って温度伝導領域１１８から排出してよい。他の実施形態では、温度伝導領域１１８に導入された熱伝導ガスが誘電体ブロック１００の上面１００ａ、ベースプレート１０４、およびチャック４１２の内部の追加排出ラインを通って排出されるように、温度伝導領域１１８は密閉シールされてよい。いくつかの実施形態では、ＭＣＡパッド１０８および温度伝導領域１１８の高さは、約１ミクロンから約１００ミクロン、約５ミクロンから約５０ミクロン、または約１０ミクロンである。
【００６４】
Ｈｅなどの熱伝導材料がセラミックフォームプラグ２００を通って温度伝導領域１１８に流れるときは、基板１１０はいくらかの裏面圧を受ける。いくつかの実施形態では、裏面圧は約１３．３３２２Ｐａ（約０．１Ｔｏｒｒ）から約１３３３２．２Ｐａ（約１００Ｔｏｒｒ）、または約１３３．３２２Ｐａ（約１Ｔｏｒｒ）から約６６６６．１２Ｐａ（約５０Ｔｏｒｒ）、または約１９９９．８４Ｐａ（約１５Ｔｏｒｒ）から約５３３２．８９Ｐａ（約４０Ｔｏｒｒ）である。また、複数のセラミックフォームプラグ２００を通る熱伝導材料の全流量は、基板１１０への適切な熱伝導量を確保するために約０．１Ｌ／分から約１Ｌ／分、または約０．４Ｌ／分でなければならない。
【００６５】
ＲＦ電源４２６から供給される電力は、約０．１ｋＶから約１０ｋＶ、または約２．５ｋＶから約３ｋＶであると考えられるが、他の範囲も可能である。また、プラズマ処理システム４００は、約−６０℃から約８００℃、または約−４０℃から約２５０℃、または約５０℃の様々な温度で動作すると考えられる。
【００６６】
図５Ａ〜５Ｃは、特定の実施形態による、ボイドの有無およびばらつきを示すためにプラグ領域２０３に約２００ミクロンの直径のアルミナボール１２０を充填した異なるガス供給流路１０２ａ〜１０２ｃの断面画像を示す。図５Ａ〜５Ｃの画像では、ガス供給流路１０２ａ〜１０２ｃは、断面化される前にアルミナボール１２０を入れるために誘電体ブロック１００から取り外され、エポキシ材料が充填された。その後に断面の光学画像が撮像された。
【００６７】
例えば図５Ａは、わずかだが小容量のボイド５００を表す、十分に充填されたガス供給流路１０２ａを示す。ガス供給流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃには、ひどく幅広ではないがいくらかの長さ（例えば、最大数ミリメートル）に伸びるボイド５０２が存在する可能性があることに注意されたい。図５Ｂは、図５Ａで示されたものよりも少数で異なるボイド５０４を有する別のガス供給流路１０２ｂを示す。図５Ｃは、充填が余り十分でない第３のガス供給流路１０２ｃを示す。図５Ｃに示されるガス供給流路１０２ｃ内部のボイド５０６は、図５Ａおよび５Ｂのものよりも多数で、サイズが大きく、変化に富む。よって図５Ａ〜５Ｃは、ガス供給流路１０２ａ〜１０２ｃがアルミナボール１２０で十分に充填されたようであっても、それらの内部でボイドがどのように発達しうるかを示す。また、図５Ａ〜５Ｃが提供する図では見ることができないボイド（例えば、ガス供給流路１０２ａ〜１０２ｃの壁に沿ったボイド）があるかもしれないが、それらは各アルミナボール１２０が壁２０３ａに一点で接触した結果によるものである。よって、細長いボイドの可能性がある。図５Ａ〜５Ｃに示されたボイド５００、５０２、５０４、および５０６は、ガス分子および電子が別の分子または固体物質との連続する衝突の間に加速することを可能にする。その結果、着火事象がその中で起こりやすい。
【００６８】
図６は、特定の実施形態による、約２００ミクロンの直径のアルミナボール１２０を充填したいくつかのガス供給流路１０２ａ〜１０２ｃの図を示す。図６Ａ〜６Ｄの画像では、ガス供給流路１０２ｄ〜１０２ｇは、断面化される前にアルミナボール１２０を入れるために誘電体ブロック１００から取り外され、エポキシ材料が充填された。続いて、断面の走査電子顕微鏡画像（ＳＥＭ）が撮像された。アルミナボール１２０は重力によりガス供給流路１０２ｄ〜１０２ｇの底部に沈むため、破線円で示されたボイド６００〜６０４はガス供給流路１０２ｄ〜１０２ｇの上部に形成されてよい。
【００６９】
図７は、一実施形態による、ガス着火抑制のためのセラミックフォームプラグ２００を実装するＥＳＣ１０１のさらなる図を示す。ＥＳＣ１０１は、少なくとも介在する接合層２１０を伴う誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４を備えることが示されている。多数のガス供給孔１２８が円形状に配置されていることが示されている。１つのガス供給孔１２８の断面図７００が拡大して示されている。誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４は、接合層２１０によって結合されている。ガス供給流路（セラミックフォームプラグ２００を含むことができることから図７ではプラグ流路７０８と呼ばれる）は、誘電体ブロック１００の下面１００ｂから誘電体ブロック１００の上面１００ａに伸びることが示されている。セラミックフォームプラグ２００は、プラグ流路７０８の空間を埋めるように成形される。
【００７０】
本実施形態では、フォームプラグ２００の形状は、ある程度湾曲または傾斜した上面２００ｂを有する準円筒形である。この形状は、例えば傾斜７１０またはテーパを含んでよい。また、底面２００ｃ付近のフォームプラグ２００は、フランジ７１２を有することが示されている。フォームプラグ２００を含むプラグ領域２０３の形状は、セラミックフォームプラグ２００が挿入されるとセラミックフォームプラグ２００の形状と実質的に一致するような対応の形状を有する。図７の実施形態では、フォームプラグ２００の下面２００ｃは、誘電体ブロック１００の下面１００ｂと実質的に同一平面であることにも注意されたい。
【００７１】
図７は、ガス分配流路１０６からプラグ流路７０８のセラミックフォームプラグ２００への熱伝導ガス流を可能にするよう機能する、誘電体ブロック１００とベースプレート１０４との間の継ぎ目７０２も示す。継ぎ目７０１は、カラー７０４およびスリーブ７０６を有することが示されている。カラー７０４は、接合材料が染み込んでガス分配流路１０６を通ってプラグ流路７０８に流れるガス流を制限しないように、熱伝導ガスのためのシールとして、および接合層２１０の材料に対するバリアとして機能する。よってカラー７０４は、シールを形成するために下面１００ｂおよびベースプレート１０４の上面１０４ａに接触してよいと考えられる。
【００７２】
スリーブ７０６は、ガス分配流路１０６のレッジ１０６ｂの上に載る下面７０６ｂを有し、ベースプレート１０４の上面１０４ａを通って伸びる。いくつかの実施形態では、スリーブ７０６は、セラミックフォームプラグ２００の下面２００ｃおよび誘電体ブロック１００の下面１００ｂの両方と接続する上面７０６ａを有するだろう。いくつかの実施形態では、スリーブ７０６は、誘電体ブロック１００およびベースプレート１０４が押し合わされた、または結合されたときに、接合層２１０の高さ２１０ａを規定するように機能する。また、いくつかの実施形態では、誘電体ブロック１００がベースプレート１０４と結合する前および最中に、スリーブ７０６はカラー７０２を所定位置に保持するように機能する。さらにスリーブ７０６は、プラグ流路７０８およびセラミックフォームプラグ２００をガス分配流路１０６およびカラー７０４と一直線にすることを助けるように機能してよい。さらにスリーブ７０６は、ガス分配流路１０６のいくらかの容積を取るように機能してもよい。ガス供給孔１２８、セラミックフォームプラグ２００、プラグ流路７０８、カラー７０４、スリーブ７０６、およびガス分配流路１０６の各々は、誘電体ブロック１００をベースプレート１０４に結合する間、およびその後に、互いとおよび中心軸７１４と実質的に共線の垂直（例えば、長手方向の）軸を有するだろうと考えられる。別の実施形態では、スリーブ７０６も同様に、アルミナボール、マルチルーメン構造、または別のセラミックフォームを含む別の多孔質プラグで充填されてよい。他の実施形態では、スリーブ７０６は用いられない。
【００７３】
図８は、いくつかの実施形態により用いられうる１８の個別のガス供給孔１２８の円形配置を示すＥＳＣ１０１の上面図である。ガス供給孔１２８は、誘電体ブロック１０１の外端の方に配置され、互いに均一に離れている。他にも、本明細書の記載および精神の範囲内の多くの可能なガス供給孔１２８の配置があることが理解されるだろう。様々な適用のニーズに応じて、異なる数のガス供給孔１２８が用いられてよいことも理解されるだろう。よって、図８に示されたものは例示を意図し、限定を意図しない。
【００７４】
他の実施形態では、例えばガス供給孔１２８の同心リングがあってよい。様々な実施形態では、同心リングに配置されたガス供給孔１２８は、異なる同心区画の間で熱伝導ガスの移送を可能にするために、リングの放射状の切り込みを介して接続されてよい。
【００７５】
図９は、特定の実施形態による、セラミックフォームプラグとして実装されうる様々なセラミックフォームの形状を示す。図９に示されたセラミックフォーム形状は、例示のみを目的とする。セラミック発泡物は、形状本体全体に一体的に分散した予備成形孔マトリックスを有することが示されている。孔マトリックスは、孔マトリックスを通って流れるガスの平均自由行程を制限するために、平均直径で１００ナノメートルから５００マイロメートルの範囲の孔を有すると考えられる。セラミックフォームの孔寸法は製造中に厳密に制御でき、様々な適用のニーズに合うように調節できる。セラミックフォームプラグの形状は、プラグ流路の形状に合うように調節もできる。いくつかの実施形態では、セラミックフォームプラグは準円筒形であってよい。
【００７６】
上述の実施形態は明確な理解のためにいくらか詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正が可能なことは明らかだろう。従って、本実施形態は制限的ではなく例示的と考えられるべきであり、本明細書に記載の詳細に限定されるべきでないが、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で修正されてよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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