(57)【要約】      （修正有）【課題】静電チャックのガス分散穴とリフトピン穴とを取り囲む領域内で、埋込型クランプ電極などの２つの構造がギャップによって分離されると、特定の環境下でアークまたは高電圧破壊が生じる。【解決手段】静電チャック３００は、共通の高周波および直流電極を設け、半導体処理チャンバの外部の位置で、半導体処理チャンバの内部の静電チャック３００の電極に通じる共通の導電性経路が、高電圧直流電源および高電圧高周波電源へ接続され、静電チャック３００の上面に位置された非常に薄い誘電層３０２、および／または静電チャック内部での熱流を制御するために使用される軸方向熱閉塞体３０８を含む。【選択図】図４
2017085089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックであって、
ベースプレートと、
熱閉塞層にわたって配置された複数の第１のキャビティを含む熱閉塞層を有し、前記第１のキャビティが、静電チャックの通常動作中に液体を含まず、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスを充填されたキャビティと、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有する固体材料を充填されたキャビティとからなる群から選択された熱閉塞体と、
加熱器と、
上部プレートと、
セラミック層とを備え、
前記ベースプレートが、前記熱閉塞体に隣接し、
前記熱閉塞体が、前記ベースプレートと前記加熱器との間に介装され、
前記加熱器が、前記熱閉塞体と前記上部プレートとの間に介装され、
前記上部プレートが、前記加熱器と前記セラミック層との間に介装され、
前記セラミック層が、前記上部プレートに隣接し、
前記上部プレートと前記ベースプレートとがどちらも金属から形成され、
前記上部プレートと前記ベースプレートとが互いに導電接触する
静電チャック。
【請求項２】
請求項１に記載の静電チャックであって、前記第１のキャビティが、前記熱閉塞層を通って、前記セラミック層に垂直な軸に実質的に平行な方向に拡張された位置する静電チャック。
【請求項３】
請求項１に記載の静電チャックであって、前記第１のキャビティが、実質的に前記熱閉塞層全体にわたって広がった位置に設けられた静電チャック。
【請求項４】
請求項１に記載の静電チャックであって、前記熱閉塞層の前記材料が金属である静電チャック。
【請求項５】
請求項４に記載の静電チャックであって、前記熱閉塞層の前記材料がアルミニウムである静電チャック。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電チャックであって、前記複数の第１のキャビティが、２ミリメートル以下だけ互いに間隔を空けて配置された静電チャック。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電チャックであって、第１のキャビティの１つまたは複数が、０．５センチメートル以下の直径を有する静電チャック。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電チャックであって、前記第１のキャビティが、セラミック材料、テフロン、シリコーン、およびポリイミドからなる群から選択される固体材料を充填される静電チャック。
【請求項９】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電チャックであって、前記熱閉塞層にわたって配置された複数の第２のキャビティをさらに備え、前記第２のキャビティが、
前記静電チャックの通常動作中に液体を含まず、
前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスを充填されたキャビティと、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有する固体材料を充填されたキャビティとからなる群から選択され、
前記第１のキャビティとは異なるサイズに定められ、
前記第１のキャビティと交差しない
静電チャック。
【請求項１０】
システムであって、
半導体処理チャンバと、
前記半導体処理チャンバの内部に配置され、
ベースプレート、
上部プレート、および
セラミック層を含む静電チャックと、
前記半導体処理チャンバの外部から、前記静電チャックと導電接触する前記半導体処理チャンバの内部の位置まで延びる共通の導電性経路と、
静電クランプ電圧を提供するように構成された高電圧直流（ＤＣ）電源と、
ＲＦエネルギーを提供するように構成された高電圧高周波（ＲＦ）発生器であって、
前記上部プレートが、前記ベースプレートと前記セラミック層との間に介装され、
前記セラミック層が、前記上部プレートに隣接し、
前記上部プレートと前記ベースプレートとがどちらも金属から形成され、
前記上部プレートと前記ベースプレートとが互いに導電接触し、
前記高電圧直流電源と前記高電圧高周波発生器とがどちらも、前記半導体処理チャンバの外部の１つまたは複数の位置で、前記共通の導電性経路に電気的に接続される高電圧高周波発生器と
を備えたシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記半導体処理チャンバの外部に位置されたコンデンサをさらに備え、
前記コンデンサが、前記高電圧高周波発生器と前記高電圧直流電源との間に電気的に介装され、
前記コンデンサが、前記高電圧直流電源と前記静電チャックとの間に電気的に介装されない
システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記コンデンサが、２１ナノファラド以下の静電容量を有するシステム。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のシステムであって、更に、
支持コラムと、
横方向支持アームとを備え、
前記支持コラムが、前記ベースプレートと前記横方向支持アームとの間に介装され、
前記横方向支持アームが、前記支持コラムと、前記半導体処理チャンバの外部の位置との間に渡っており、
前記支持コラムと前記横方向支持アームとがどちらも金属から形成され、
前記支持コラムと前記横方向支持コラムとが電気的に接続され、
前記支持コラムおよび前記横方向支持アームが、共通の導電性経路の少なくとも一部として働くシステム。
【請求項１４】
請求項１０に記載のシステムであって、前記静電チャックがさらに、
熱閉塞層にわたって配置された複数の第１のキャビティを含む熱閉塞層を有する熱閉塞体であって、前記第１のキャビティが、静電チャックの通常動作中に液体を含まず、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスを充填されたキャビティと、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有する固体材料を充填されたキャビティとからなる群から選択された熱閉塞体と、
加熱器とを含み、
前記ベースプレートが、前記熱閉塞体に隣接し、
前記熱閉塞体が、前記ベースプレートと前記加熱器との間に介装され、
前記加熱器が、前記熱閉塞体と前記上部プレートとの間に介装される
システム。
【請求項１５】
前記熱閉塞層の一部分が金属であり、
前記熱閉塞体が、前記一部分を介して、前記ベースプレートと前記上部プレートとの両方に電気的に接続される
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載のシステムであって、
支持コラムと、
横方向支持アームと、
加熱器電源ケーブルとをさらに備え、
前記支持コラムが、前記ベースプレートと前記横方向支持アームとの間に介装され、
前記横方向支持アームが、前記支持コラムと、前記半導体処理チャンバの外部の位置との間に渡っており、
前記支持コラムと前記横方向支持アームとがどちらも金属から形成され、
前記支持コラムと前記横方向支持アームとが電気的に接続され、
前記支持コラムおよび前記横方向支持アームが、共通の導電性経路の少なくとも一部として働き、
前記支持コラムと前記横方向支持アームとがどちらも中空であり、
前記支持コラムと前記横方向支持アームとが接続され、それにより、前記加熱器電源ケーブルが、前記半導体処理チャンバの外部の位置から前記支持コラムと前記横方向支持アームとの両方を通して前記加熱器に引き回される
システム。
【請求項１７】
静電チャックであって、
ベースプレートと、
上部プレートと、
セラミック層とを備え、
前記上部プレートが、前記ベースプレートと前記セラミック層との間に介装され、
前記セラミック層が、前記上部プレートに隣接し、
前記上部プレートと前記ベースプレートとがどちらも金属から形成され、
前記上部プレートと前記ベースプレートとが互いに導電接触し、かつ
前記セラミック層が、１００ミクロン未満の厚さを有する
静電チャック。
【請求項１８】
請求項１７に記載の静電チャックであって、前記セラミック層が、３ミル以下の厚さを有する静電チャック。
【請求項１９】
請求項１７に記載の静電チャックであって、前記セラミック層が、セラミックコーティングと、前記上部プレート上に積層されたセラミックシートとからなる群から選択される静電チャック。
【請求項２０】
請求項１７に記載の静電チャックを含むシステムであって、さらに、
半導体処理チャンバと、
前記半導体処理チャンバの外部から、前記静電チャックと導電接触する前記半導体処理チャンバの内部の位置まで延びる共通の導電性経路と、
静電クランプ電圧を提供するように構成された高電圧直流（ＤＣ）電源と、
ＲＦエネルギーを提供するように構成された高電圧高周波（ＲＦ）発生器とを備え、
前記静電チャックが、前記半導体処理チャンバの内部に位置され、
前記高電圧直流電源と前記高電圧高周波発生器とがどちらも、前記半導体処理チャンバの外部の１つまたは複数の位置で、前記共通の導電性経路に電気的に接続される
システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムであって、前記半導体処理チャンバの外部に位置されたコンデンサをさらに備え、
前記コンデンサが、前記高電圧高周波発生器と前記高電圧直流電源との間に電気的に介装され、かつ
前記コンデンサが、前記高電圧直流電源と前記静電チャックとの間には電気的に介装されない
システム。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１に記載のシステムであって、前記静電チャックが、さらに、
熱閉塞層にわたって配置された複数の第１のキャビティを含む熱閉塞層を有する熱閉塞体であって、前記第１のキャビティが、静電チャックの通常動作中に液体を含まず、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスを充填されたキャビティと、前記熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有する固体材料を充填されたキャビティとからなる群から選択された熱閉塞体と、
加熱器とを備え、
前記ベースプレートが、前記熱閉塞体に隣接し、
前記熱閉塞体が、前記ベースプレートと前記加熱器との間に介装され、
前記加熱器が、前記熱閉塞体と前記上部プレートとの間に介装される
システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体処理操作中、半導体ウェハは、典型的には処理チャンバ内部でペデスタル上に支持される。ウェハは、「チャック」を使用してペデスタルに対して定位置に保持されてよい。チャックは、ウェハとペデスタル／チャックとの間の相対運動を防止するために、重力を、ウェハとペデスタル／チャックとの間の摩擦負荷を増加させる何らかの他のタイプのクランプ力で補強するデバイスである。そのような操作で使用される１タイプのチャックは、「静電チャック」またはＥＳＣである。ＥＳＣ設計に関する改良を本明細書で論じる。
【発明の概要】
【０００２】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの進歩性のある態様を有し、そのうちのどれも、本明細書で開示する所望の属性を単独では担わない。これらの態様の中には、少なくとも以下の実装形態が含まれるが、さらなる実装形態が詳細な説明に記載されることもあり、または本明細書で提供される論述から明らかなこともある。
【０００３】
いくつかの実施形態では、半導体処理ツール用の静電チャックが提供されてよい。静電チャックは、ベースプレートと、熱閉塞体とを含んでいてよく、熱閉塞体は、複数の第１のキャビティを含む熱閉塞層を含んでいてよい。第１のキャビティは、熱閉塞層にわたって配置されてよく、静電チャックの通常動作中に液体を含まなくてよく、かつ熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスまたは固体材料を充填されてよい。また、静電チャックは、加熱器と、上部プレートと、セラミック層とを含んでいてもよい。ベースプレートは、熱閉塞体に隣接してよく、熱閉塞体は、ベースプレートと加熱器との間に介装されてよく、加熱器は、熱閉塞体と上部プレートとの間に介装されてよく、上部プレートは、加熱器とセラミック層との間に介装されてよく、セラミック層は、上部プレートに隣接していてよく、上部プレートとベースプレートとはどちらも金属から形成されてよく、上部プレートとベースプレートとは互いに導電接触していてよい。
【０００４】
いくつかのさらなる実施形態では、第１のキャビティは、熱閉塞層を通って、セラミック層に垂直な軸に実質的に平行な方向に延びていてよい。
【０００５】
いくつかのさらなる実施形態では、第１のキャビティは、実質的に熱閉塞層全体にわたって広げられてよい。
【０００６】
いくつかのそのような実施形態では、熱閉塞層の材料は金属でよい。
【０００７】
いくつかのさらなるそのような実施形態では、熱閉塞層の材料はアルミニウムでよい。
【０００８】
いくつかのさらなる実施形態では、第１のキャビティは、２ミリメートル以下だけ互いから離隔されてよい。
【０００９】
いくつかのさらなるそのような実施形態では、第１のキャビティの１つまたは複数が、０．５センチメートル以下の直径を有していてよい。
【００１０】
いくつかのさらなる実施形態では、第１のキャビティは、セラミック材料、テフロン（登録商標、以下同じ）、シリコーン、またはポリイミドなどの固体材料を充填されてよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、静電チャックは、さらに、複数の第２のキャビティを含んでいてよく、それらのキャビティは、熱閉塞層にわたって配置されてよく、静電チャックの通常動作中には液体を含まなくてよく、熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスまたは固体材料を充填されてよく、第１のキャビティとは異なるサイズでよく、かつ第１のキャビティと交差していてよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、システムが提供されてよい。このシステムは、半導体処理チャンバと、静電チャックとを含んでいてよく、静電チャックが、半導体処理チャンバ内部に位置されてよく、ベースプレートと、上部プレートと、セラミック層とを含んでいてよく、システムはさらに、半導体処理チャンバの外部から、静電チャックと導電接触する半導体処理チャンバの内部の位置まで延びてよい共通の導電性経路と、静電クランプ電圧を提供するように構成された高電圧直流電源（以下、高電圧ＤＣ電源とも記載する）と、ＲＦエネルギーを提供するように構成された高電圧高周波発生器（以下、高電圧ＲＦ発生器とも記載する）とを含む。上部プレートは、ベースプレートとセラミック層との間に介装されてよく、セラミック層は、上部プレートと隣接していてよく、上部プレートとベースプレートとはどちらも金属から形成されてよく、上部プレートとベースプレートとは互いに導電接触していてよく、高電圧ＤＣ電源と高電圧ＲＦ発生器とはどちらも、半導体処理チャンバの外部の１つまたは複数の位置で共通の導電性経路に電気的に接続されてよい。
【００１３】
１つのそのような実施形態では、システムは、半導体処理チャンバの外部に位置されたコンデンサをさらに含んでいてよい。コンデンサは、高電圧ＲＦ発生器と高電圧ＤＣ電源との間に電気的に介装されてよく、かつ高電圧ＤＣ電源と静電チャックとの間には電気的に介装されなくてよい。
【００１４】
さらなるそのような実施形態では、コンデンサは、２１ナノファラド以下の静電容量を有していてよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、システムは、支持コラムと、横方向支持アームとをさらに含んでいてよい。支持コラムは、ベースプレートと横方向支持アームとの間に介装されてよく、横方向支持アームは、支持コラムと半導体処理チャンバの外部の位置との間に渡っていてよく、支持コラムと横方向支持アームとはどちらも金属から形成されてよく、支持コラムと横方向支持コラムとは電気的に接続されてよく、支持コラムと横方向支持アームとは共通の導電性経路の少なくとも一部として働いてよい。
【００１６】
いくつかのそのような実施形態では、静電チャックは、加熱器と、熱閉塞層を有する熱閉塞体とをさらに含んでいてよく、熱閉塞層は、複数の第１のキャビティを含んでいてよく、それらのキャビティは、熱閉塞層にわたって配置されてよく、静電チャックの通常動作中には液体を含まなくてよく、かつ熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスまたは固体材料を充填されてよい。ベースプレートは、熱閉塞体に隣接してよく、熱閉塞体は、ベースプレートと加熱器との間に介装されてよく、加熱器は、熱閉塞体と上部プレートとの間に介装されてよい。
【００１７】
さらなるそのような実施形態では、熱閉塞層の一部分が金属でよく、熱閉塞体が、この部分を介して、ベースプレートと上部プレートとの両方に電気的に接続されてよい。
【００１８】
さらなるそのような実施形態では、システムは、加熱器電源ケーブルと、支持コラムと、横方向支持アームとをさらに含んでいてよい。支持コラムは、ベースプレートと横方向支持アームとの間に介装されてよく、横方向支持アームは、支持コラムと、半導体処理チャンバの外部の位置との間に渡っていてよく、支持コラムと横方向支持アームとはどちらも金属から形成されてよく、支持コラムと横方向支持コラムとは電気的に接続されてよく、支持コラムおよび横方向支持アームは、共通の導電性経路の少なくとも一部として働いてよく、支持コラムと横方向支持アームとはどちらも中空であってもよく、支持コラムと横方向アームとは接続されて、それにより、加熱器電源ケーブルが、半導体処理チャンバの外部の位置から支持コラムと横方向支持アームとの両方を通して加熱器に引き回されてよい。
【００１９】
一実施形態では、半導体処理ツール用の静電チャックが提供されてよい。静電チャックは、ベースプレートと、上部プレートと、セラミック層とを含んでいてよい。上部プレートは、ベースプレートとセラミック層との間に介装されてよく、セラミック層は、上部プレートと隣接していてよく、上部プレートとベースプレートとはどちらも金属から形成されてよく、上部プレートとベースプレートとは互いに導電接触していてよく、セラミック層は、１００ミクロン未満の厚さを有していてよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、セラミック層は、３ミル以下の厚さを有していてよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、セラミック層は、セラミックコーティング、または上部プレート上に積層されたセラミックシートとしてよい。
【００２２】
いくつかのそのような実施形態では、静電チャックは、システムを形成するために半導体処理チャンバ内に設置されてよい。半導体処理チャンバは、半導体処理チャンバの外部から、静電チャックと導電接触する半導体処理チャンバの内部の位置まで延びていてよい共通の導電性経路と、静電クランプ電圧を提供するように構成された高電圧直流（ＤＣ）電源と、ＲＦエネルギーを提供するように構成された高電圧高周波（ＲＦ）発生器とを有していてよい。静電チャックは、半導体処理チャンバの内部に位置されてよく、高電圧ＤＣ電源と高電圧ＲＦ発生器とはどちらも、半導体処理チャンバの外部の１つまたは複数の位置で、共通の導電性経路に電気的に接続される。
【００２３】
さらなるそのような実施形態では、システムは、半導体処理チャンバの外部に位置されたコンデンサをさらに含んでいてよい。コンデンサは、高電圧ＲＦ発生器と高電圧ＤＣ電源との間に電気的に介装されてよく、かつ高電圧ＤＣ電源と静電チャックとの間には電気的に介装されなくてよい。
【００２４】
さらなるそのような実施形態では、静電チャックは、加熱器と、熱閉塞層を有する熱閉塞体とをさらに含んでいてよく、熱閉塞層は、複数の第１のキャビティを含んでいてよく、それらのキャビティは、熱閉塞層にわたって配置されてよく、静電チャックの通常動作中には液体を含まなくてよく、かつ熱閉塞層の材料よりも低い熱伝導率を有するガスまたは固体材料を充填されたキャビティでよい。ベースプレートは、熱閉塞体に隣接していてよく、熱閉塞体は、ベースプレートと加熱器との間に介装されてよく、加熱器は、熱閉塞体と上部プレートとの間に介装されてよい。
【００２５】
これらおよび他の実装形態を、図面および以下の詳細な説明を参照してさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ヘリウムガスに関するパッシェン曲線を示す図である。
【００２７】
【図２】ボウル内部に電圧制御インターフェースワイヤを構造的に固定する前および後の、ウェハ間のばらつきを示す図である。
【００２８】
【図３】本明細書で論じられる概念のいくつかによる例示的な静電チャックの側断面図を示す図である。
【００２９】
【図４】図の左側に、図３におけるＥＳＣの簡略側断面図を示し、図の右側に、熱閉塞体の上面図を示す図である。
【００３０】
【図５】複数の第１のキャビティの例示的構成を備える熱閉塞体の断面図である。
【００３１】
【図６】複数の第１のキャビティの第２の例示的構成を備える熱閉塞体の断面図である。
【００３２】
【図７】複数の第１のキャビティの第３の例示的構成を備える熱閉塞体の断面図である。
【００３３】
【図８】複数の第１のキャビティと複数の第２のキャビティとを備える熱閉塞体の上面図である。
【００３４】
【図９】ＥＳＣの例示的な電気的構成を示す図である。
【００３５】
【図１０】ＥＳＣの上部プレートとベースプレートとの間の１つの例示的な電気接続を示す図である。
【００３６】
【図１１】ＥＳＣの上部プレートとベースプレートとの間の第２の例示的な電気接続を示す図である。
【００３７】
【図１２】ＥＳＣ、支持コラム、および横方向支持アームを有する半導体処理チャンバの断面図である。
【００３８】
【図１３】ガス分散穴とリフトピン穴とを含むＥＳＣ３００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、いくつかの特定の詳細を記載する。これらの特定の詳細のいくつかまたは全てを伴わずに、提示される概念が実施されてもよい。なお、説明する概念を不要に曖昧にしないように、周知のプロセス操作は詳細には述べていない。いくつかの概念を特定の実施形態に関連して説明するが、これらの実施形態が限定的なものとは意図されていないことを理解されたい。
【００４０】
本明細書で説明して例示する多くの概念および実装形態が存在する。本明細書で論じる実装形態の特定の特徴、属性、および利点を説明して例示してきたが、その他諸々の事柄、ならびに本発明の異なるおよび／または同様の実装形態、特徴、属性、および利点が、本説明および例示から明らかであることを理解すべきである。したがって、上の実装形態は例示にすぎない。それらは、包括的なものであり、開示される正確な形態、技法、材料、および／または構成に本開示を限定するものとは意図されていない。本開示に鑑みて、多くの修正および変形が可能である。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてもよく、動作上の変更が成されてよいことを理解されたい。したがって、上の実装形態の説明は例示および説明の目的で提示されているので、本開示の範囲は上の説明だけには限定されない。
【００４１】
重要なことに、本開示は、任意の単一の態様および実装形態に限定されず、そのような態様および／または実装形態の任意の単一の組合せおよび／または置換にも限定されない。さらに、本開示の態様および／または本開示の実装形態はそれぞれ、単独で採用されても、本開示の他の態様および／または実装形態の１つまたは複数との組合せで採用されてもよい。簡潔にするために、それらの置換および組合せの多くは、本明細書で個々には論述および／または例示しない。
【００４２】
いくつかのタイプの半導体処理では、ウェハまたは基板は処理チャンバ内で処理され、処理チャンバは、ペデスタルまたは支持構造を含むことがあり、そのような処理中、ペデスタルまたは支持構造上にウェハが配置されてよい。本出願において、用語「ウェハ」、「基板」、または「半導体基板」は交換可能に使用されてよいことを理解すべきである。いくつかの半導体プロセス中、ウェハを定位置に保ち、特定の時点に移動するのを防止することが望ましいことがあり、そのような時点は、例えば原子層堆積、原子層エッチング、化学気相成長、プラズマ化学気相成長などを含んでいてよい活性半導体プロセス中である。
【００４３】
ウェハは、静電チャック（ＥＳＣ）によって半導体処理チャンバ内で定位置に固定されてよい。いくつかのＥＳＣは、クランプ電極（複数可）およびウェハが容量性回路として働くように、ＥＳＣ内部の１つまたは複数のクランプ電極に単一の直流（「ＤＣ」）電圧を印加することによって、ウェハを定位置に保持する。ウェハは、処理操作により静電的に帯電されてよい。容量性回路は、チャンバ内部のプラズマの存在によって完成され、それにより、この設計は、ウェハ処理中にプラズマ環境が存在する処理チャンバ内での使用に制限される。クランプ電極（複数可）は、典型的には、ウェハの平面全体に平行な薄い平坦構造であり、大抵はウェハサイズに応じた領域にわたって広がる。容量効果により生じる静電力は、クランプ力を提供する。そのような構成は「単極」と呼ばれることがある。ＥＳＣは、処理中にプラズマ環境を生成しないチャンバ内でも使用されて差し支えない。そのような実装形態では、容量性回路を完成させるためにプラズマに依拠することはなく、代わりに、ＥＳＣ電極は、１つまたは複数のカソードと１つまたは複数のアノードとを含んでいてよい。アノードおよびカソードは、ウェハに向いて面するＥＳＣの様々な領域を占有してよく、例えば、ウェハの下の向かい合う半円形領域を占有するアノードおよびカソード、または、中央円形電極、およびアノードとしての役割を果たすウェハの下の同心外側電極として構成されたアノードもしくはカソードである。そのようなＥＳＣでのアノードとカソードはＥＳＣ内部で互いに電気的に絶縁されるが、ウェハがＥＳＣ上に配置されるとき、ウェハは２つの容量性回路を完成させる。すなわち、１つは、ウェハがＥＳＣカソードに対するアノードであるような容量性回路であり、１つは、ウェハがＥＳＣアノードに対するカソードであるような容量性回路である。ＥＳＣは、クランプ電極（複数可）とウェハとの間に介装された誘電層または他の絶縁体を有する。この誘電または絶縁層は、クランプ電極（複数可）と、容量性回路（複数可）の他方の半分、すなわちウェハとの間の短絡を防止する働きをし、ＥＳＣとウェハとによって形成される容量性回路のキャパシタンス特性を定めるギャップを画定する。処理環境への露出から電極を保護するために、誘電性または絶縁性材料内部に電極を埋め込むことが一般的である。
【００４４】
ＥＳＣの他の共通の特徴は、半導体プロセスの特定の必要性に応じて、ガス分散穴およびリフトピン穴を含む。ガス分散穴は、処理中に、ヘリウムなど熱伝導性の不活性ガスをウェハとＥＳＣとの間のギャップ内に流すために使用されてよい。ウェハは静電力によってＥＳＣにクランプされるので、ＥＳＣの表面は、多くの場合、完全には平坦でない。なぜなら、実際のウェハとＥＳＣとの接触量を減少することが望ましいことがあるからである。例えば、ＥＳＣの上面は、１つまたは複数の薄い同心隆起リングと、１つまたは複数の薄い径方向隆起スポークとを有していてよく、これらの隆起リングおよびスポークはウェハと実際に接触するが、それらの間の隙間はウェハに接触しないことがある。真空環境または真空に近い環境内での処理中、これは、ＥＳＣと実際に接触するウェハの領域を通る熱流の集中をもたらすことがあり、その結果、ウェハ内で不均一性が生じることがある。これを防止するために、熱伝導性の不活性ガスがこれらの隙間内に流されてよく、分散された熱伝導性経路を提供し、これは、物理的な接触領域を通る熱流集中を低減させる。設計上は隆起／陥凹していない平坦な上面のＥＳＣにおいてさえ、微視的レベルでは、ウェハとＥＳＣとの間の物理的接触が間断的なことがあり、したがって、これらの場合でさえも、ウェハとＥＳＣとの間への熱伝導性ガスの導入は、伝熱面での利益があり得る。熱伝導性ガスは、プロセスガスに対する追加の保護層を提供する働きをしてもよい。処理中に熱伝導性ガスがウェハとＥＳＣとの間のギャップ内に流れる場合、そのガスはウェハ縁部に向かって流れて逃げ、これは、プロセスガスが、ウェハの下面およびウェハの下のＥＳＣの部分に達するのを防止して、場合によっては、これらの領域を望ましくないエッチングまたは堆積から保護する。リフトピン穴は、リフトピンがＥＳＣを通って延出してウェハをＥＳＣから持ち上げることを可能にするために提供されてよい。ＥＳＣリフトピンは、ＥＳＣリフトピン穴内に完全に引っ込むように構成されてよく、それにより、１つの位置では、ＥＳＣリフトピンはＥＳＣを越えて延出しない。とりわけ、これらのリフトピンとそれらの対応する穴とにより、ロボットエンドエフェクタまたは他の機械的なデバイスは、ＥＳＣと接触するおよび／または干渉することなくウェハを配置するおよび／またはウェハをＥＳＣから取り外すことができるようになる。
【００４５】
本発明者等は、既存のＥＳＣ設計に伴ういくつかの問題を認識しており、そのうちのいくつかを以下に述べる。また、本発明者等は、少なくともそれらの点で性能を高めることがある既存のＥＳＣ設計に対する様々な改良を認識している。これらの改良は、他の改良とは別個に、または１つまたは複数の他の改良と組み合わせて行われて差し支えないことを理解されたい。
【００４６】
多くの既存のＥＳＣ設計では、クランプ電極は誘電体プレート内部に埋め込まれ、その誘電体プレートが次いで、（時として抵抗加熱器層など他の層を間に挟んで）ＥＳＣの金属ベースプレートに結合される。ベースプレートは、多くの場合、ＥＳＣのための全体的な構造的フレームワークとしても、高周波（ＲＦ）電極としても働き、高周波電極は、処理チャンバ内部にプラズマ環境を発生するために使用される。そのような設計では、クランプ電極（複数可）は、電気コンタクトのために誘電体プレートの下面で露出されているクランプ電極（複数可）の部分（複数可）を除き、誘電体プレート内に完全に収容される。また、そのような設計での誘電体プレートは、クランプ電極（複数可）をＲＦ電極から絶縁する。誘電体プレートが、ベースプレートに結合または他の方法で固着された（またはベースプレートの上にある他の層に結合／固着された）後、１つまたは複数のばね式の電気コンタクトピンが、クランプ電極（複数可）の下面での露出部分（複数可）に対応する位置（複数可）でベースプレート内に設置されてよい。次いで、ばね式の電気コンタクトピン（複数可）は、露出部分（複数可）でクランプ電極と導電接触するように圧縮されてよい。これらのばね式のコンタクトピンは、ベースプレートから電気的に絶縁され、高電圧ＤＣ電源ケーブルに接続される。ＲＦ電極は、別個の電気接続を介してバイアスＲＦ発生器からＲＦ電力を供給される。関連の非常に高い（例えば数キロボルトの）電圧により、そのようなばね式の電気コンタクトは、クランプ電極を損壊することがある生じ得るアークを回避するように良好な電気コンタクトが生じることを保証するために、高いばね力を有していなければならないことが多い。それに対応して、そのような設計での誘電体プレートまたは層は、そのようなばね式の電気コンタクトによってそこに及ぼされる圧縮荷重に耐えるのに十分な厚さでなければならない。これは、例えば、ウェハとクランプ電極（複数可）との間に少なくとも１００分の１または１００分の２の誘電性材料がある誘電層を必要とすることがある。
【００４７】
ＥＳＣの使用中に生じ得る１つの問題は、ガス分散穴とリフトピン穴とを取り囲む領域内での高電圧破壊、「ライトアップ」、またはアークである。なぜなら、これらの穴は、埋込型電極（複数可）が自然な端点を有する領域だからである（例えば、電極（複数可）は、そのような機構を取り囲む円形開口部を有していてよく、そのような開口部の内周縁が、自然なアーク開始部位として働いてよい）。埋込型クランプ電極などの電極およびウェハとして働いてよい２つの構造がギャップによって分離されるとき、特定の環境下でアークまたは高電圧破壊が生じ得る。これらの環境は、典型的には、電極間の電圧差と、ギャップ内部のガスの組成と、それらのガスの圧力と、およびギャップのサイズとに依存する。これらの因子の間の相互作用は、パッシェンの法則によって特徴付けられ、この法則は、圧力、ギャップ距離、および２つのガス依存パラメータの関数として高圧破壊電圧を提供する。ライトアップまたはアークを開始するのに必要な電圧は、「破壊電圧」と呼ばれ、２つの電極間のギャップを充填するガスと、そのガスの圧力と、および電気アークの電位端点間の距離との関数である。この関係は、パッシェンの法則によって規定され、この法則は、
ＶＢ  ＝ａｂｄ／（ｌｎ（ｐｄ）＋ｂ）
と表される。ここで、「ＶB」は破壊電圧であり、「ｐ」は圧力であり、「ｄ」は距離であり、「ａ」および「ｂ」は、関連するガスに関連付けられる経験的に導出された定数である。
【００４８】
図１は、ヘリウムガスに関するパッシェン曲線を示す。対数垂直軸が、ボルト単位で破壊電圧（すなわちアークを生成するのに必要な電圧）を表し、垂直対数軸が、Ｔｏｒｒ−ｃｍ単位での圧力と距離の積を表す。図１で見られるように、約１５０Ｖの最低または最小の破壊電圧が、パッシェン曲線の最低点であり、これは約４Ｔｏｒｒ−ｃｍで生じている（パッシェンの法則に関するさらなる情報は、Ｊ．Ｒｏｈａｎ  Ｌｕｃａｓによる「Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」というタイトルの本（Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ  ２００１，  Ｊ  Ｒ  Ｌｕｃａｓ；限定はしないが第１章を含む）で見ることができる。この文献を参照により本明細書に援用する）。この特性は、最低破壊電圧に達する前に半導体処理が行われ得る２つの領域を生み出す。すなわち、曲線の最低点の「左側」と、曲線の最低点の「右側」である。図１での垂直な破線は、これらの２つの側の間の分割線を近似する。
【００４９】
いくつかのＥＳＣにおいて、セラミックパックにわたる高電圧破壊は、ＲＦ電圧と高圧ＤＣとの組合せによって引き起こされるが、多くのＥＳＣ設計で高電圧破壊を引き起こす電圧のほとんどは、ＲＦ発生器によって供給される高い電圧に起因する。ＲＦ電力の破壊は、図１に示されるＤＣ電圧と同様のパッシェン曲線に従う。
【００５０】
上で論じた埋込型電極を有する誘電体プレートなど多くの典型的なＥＳＣ設計では、ＥＳＣ内部、例えばクランプ電極（複数可）とウェハとの間の重要な距離が様々な他の因子によって制約される。そのような因子は、例えば誘電体プレートの製造可能性および様々な構造的考慮事項、例えば、ばね式の高圧電気コンタクトのばね力に特定の最小厚さまで耐えることが可能である必要性である。この最小厚さは、典型的に生じるガス圧と共に、多くの生じ得るプロセス環境に関して上記の曲線の最小点の近くに高圧破壊電圧を留める圧力−距離値をもたらしてよい。例えば、ウェハとクランプ電極（複数可）との間の距離が約０．０１３インチであるとき、ヘリウム中の最小電圧破壊は、約６０Ｔｏｒｒの圧力で生じる。そのような状況では、これは、高圧アークまたはライトアップのリスクなく半導体処理が実施され得る圧力および電圧を制限する。そのような高電圧破壊の可能性を低減するために、埋込型クランプ電極を有する誘電体プレートなどの設計は、典型的には、パッシェン曲線の「右側」に関連付けられる条件下でＥＳＣを動作させる増加された全体厚さを有するように設計される。誘電体プレートの厚さの増加は、ウェハと、誘電体プレートの下に位置されたＲＦ電極との間の距離を増加させ、これは、パッシェンの右側でＥＳＣを動作させる。
【００５１】
しかし、そのような設計での誘電体プレートまたは層厚さが増加されるにつれて、バイアスＲＦシステムのＲＦ電力効率は、（ベースプレートの形態での）ＲＦ電極とウェハ／処理領域との間に存在する誘電性材料の厚さの増加により減少される。これは、さらに、より高いＲＦ電力スループットを必要とすることがあり、そのようなより高いＲＦ電力スループットは、電力消費に影響を及ぼし、（より高いＲＦ電圧の使用により）高電圧破壊の可能性をより高めることがあり、これは、半導体処理に悪影響を及ぼすことがある。
【００５２】
多くの半導体処理操作において、ＥＳＣは、ウェハを加熱および／または冷却するための熱管理構成要素を含んでいてもよい。いくつかの半導体プロセスでは、ウェハは、ＥＳＣ上にあるとき、特定の処理要件を満たすために、ＥＳＣ内部に埋め込まれた加熱要素を使用して約３０℃〜１５０℃の範囲内、またはそれよりも高い温度まで加熱されてよい。
【００５３】
いくつかのＥＳＣでは、加熱要素は小さいおよび／または低い出力でよく、これは、加熱器からウェハにできるだけ効果的に熱が移送されて向けられ、ＥＳＣの他の要素または周囲環境には熱が向けられず失われないことを必要とすることがある。さらに、ＥＳＣのいくつかの他の要素、および／または半導体処理チャンバの要素は、加熱器からの熱によって悪影響を及ぼされることがある。したがって、本発明者等は、加熱器の周りの層の熱伝導率の指向性を制御することがＥＳＣ機能を高めることがあると判断した。例えば、加熱要素と熱接触する熱伝導層が存在し、熱をウェハに向けない場合、そのような層は、加熱器およびＥＳＣの効果および／または調整性を低下させることがある。別の例として、加熱器に直接隣接して配置される内部冷却チャネルを含むＥＳＣベースプレートは、加熱器から熱を放出しすぎ、それにより、加熱器によって上部プレート、セラミック層、およびウェハに送達される熱を減少させることがある。他方、そのような例示的なＥＳＣがベースプレートと加熱器との間に熱閉塞体を含む場合、熱閉塞体は、加熱器からベースプレートに熱が放出される速度を制御してよく、代わりにその熱を加熱器の上方の層に向けてよい。さらに、上で論じたいくつかのＥＳＣでは、ＥＳＣおよび／または処理チャンバ内部への加熱要素の配置は、とりわけ誘電層の厚さの増加を必要とすることにより、ライトアップのリスクを高めることがある。誘電層の厚さの増加は、所与の圧力に関する最小破壊電圧を低下させることがあり、および／またはライトアップが生じ得る追加の領域を生み出すことがある。
【００５４】
本発明者等が認識した別の問題は、ペデスタルおよびＥＳＣ内部のケーブルの引き回しがＥＳＣおよび半導体処理チャンバの性能に大きな影響を及ぼし得ることであった。ＥＳＣを有するペデスタルは、そこに引き回されたいくつかの異なるケーブルを有していてよく、これらのケーブルは、例えばクランプ電極（複数可）、ＲＦ電極（複数可）、および加熱器（存在する場合）を含めたペデスタル内部の様々な電気システムへのおよび／または電気システムからの出力または信号を伝達する。さらに、ＥＳＣを有するペデスタルは、場合によっては、温度センサ（複数可）および非電気的管路（例えばクーラントホースなど）用のケーブル敷設も含む。これらのケーブルまたは管路はそれぞれ、典型的には、処理チャンバの外部に位置されたデバイス（例えば、ＥＳＣクランプ用の高電圧ＤＣ電源、プラズマ発生用の高電圧ＲＦ電源、クーラント液を供給するための熱交換器システム、制御信号の提供またはセンサ信号の受信を行うことがある制御装置など）から、ペデスタルおよびＥＳＣを支持する何らかの構造を通して、ペデスタルの下面に引き回され、次いで、そのようなケーブルおよび管路は、処理チャンバの内部でペデスタルの下面での様々な接続点に接続される。処理チャンバは、ペデスタルおよびＥＳＣの下にあって、かつペデスタルおよびＥＳＣを少なくとも一部取り囲む領域を含むことがあり、時として「ボウル」と呼ばれる。
【００５５】
本発明者等は以下のことを確認した：ボウル内部のケーブル位置および引き回しが、所与の半導体処理チャンバ内で処理されるウェハに関するウェハ間均一性、およびチャンバ間のばらつきに実際に直接影響を及ぼすことがある。ただし、ＥＳＣ自体は、これらのケーブルとウェハとの間に介装されており、そのようなケーブル引き回しは、典型的にはチャンバ内部からは明らかでない。なぜなら、ケーブル引き回しは、ペデスタル／ＥＳＣ内部またはペデスタル／ＥＳＣの下で行われ、ＥＳＣの上面からウェハを見たときには見えないからである。ウェハ間均一性は重要である。なぜなら、これは、半導体処理チャンバ内で使用される一定の１組のプロセス条件が所望の結果、すなわち低いフィーチャ損失を有する処理後のウェハをもたらす可能性を示すからである。チャンバ間のばらつきも重要である。なぜなら、これは、１つの半導体処理チャンバに関して開発されたプロセスパラメータが、同様の半導体処理チャンバで使用されるときに効果的である可能性を示すからである。
【００５６】
本発明者等は、ペデスタルの周りの処理チャンバおよびボウル内へのおよびその内部でのいくつかのケーブルの引き回しおよび配置に対する改良が、とりわけウェハ間均一性およびチャンバ間の共鳴周波数の差に関して測定したときの、処理チャンバのウェハ間のばらつき、およびチャンバ間のばらつきに直接影響を及ぼすことを発見した。本発明者等は、処理チャンバおよびボウル内部で様々なケーブルおよび管路の位置を制約するように既存の半導体処理ツールを修正する実験を行った。元の半導体処理ツールにおいて、２つの平行な、垂直に積層された水平「トンネル」が、処理チャンバの外部からチャンバの内部に延びていた。底部水平トンネルは、ＲＦ導体を含んでいた。このＲＦ導体は、ＥＳＣのベースプレートに接続された垂直コラムの底部に接続されていた。他方の水平トンネルは、加熱器電力を加熱器要素に供給するため、および高電圧ＤＣ電力をＥＳＣクランプ電極（複数可）に供給するための個別のケーブルを含んでいた。これらのケーブルは、上側水平トンネルを通して引き回されていたが、それ以外にはトンネル内部での配置について制約されていなかった。すなわち、ケーブルは、それらそれぞれのトンネル内部での位置決めに関してチャンバ毎にわずかに異なることがあった。さらに、これらのケーブルは、トンネルから出てＥＳＣ／ペデスタルの下面へとボウルを横切ったとき、チャンバ毎に、トンネル出口からＥＳＣ／ペデスタルの下面への同じ経路に必ずしも従わなかった。
【００５７】
本発明者等によってテストされた修正型の半導体処理ツールでは、トンネル内部のケーブル敷設は、プラスチックガイド（複数可）によって制約され、ガイドは、トンネル内部の特定の位置にケーブルを制約した。これは、トンネル内部でのケーブル配置についてチャンバ間のばらつきを減少させた。また、本発明者等は、ケーブル引き回しクランプを導入した。このクランプは、ケーブルの引き回しを、トンネル出口とペデスタル／ＥＳＣへの各ケーブルの接続点との間でさらに制約した。これは、処理チャンバ／ペデスタルボウル内部でのケーブル引き回しのチャンバ毎のばらつきをさらに減少させた。
【００５８】
そのような修正を行う様々な段階中、本発明者等は、ウェハ処理操作を行い、様々な有益な効果を観察した。例えば、チャンバ間の４次共鳴周波数のばらつきは、トンネルケーブルガイドを設置して上側トンネル内でのケーブルの位置を制約した後、それらの処理操作に関して、１．１ＭＨｚから約０．５ＭＨｚに減少された。次いで、本発明者等が、トンネル出口とペデスタル／ＥＳＣとの間でケーブル位置をさらに制約したとき、チャンバ間の４次共鳴周波数のばらつきは、０．１ＭＨｚ未満に減少された。
【００５９】
ケーブル配置がプロセスのばらつきに影響を及ぼすさらなる一例として、本発明者等は、特定のエッチングプロセスで、ＲＦトンネルからＥＳＣへの緩い位置から固定位置へのケーブルの固定が、処理後のウェハ間のばらつきを減少することを見出した。この場合、本発明者等は、電圧制御インターフェースワイヤ（本明細書では以後「ＶＣＩワイヤ」；そのようなワイヤは、処理チャンバの外部からチャンバの内部に延び、ＥＳＣのＲＦ電極のＲＦ電圧を測定する）を、処理チャンバ内部の単一の固定された構成に固定した。これは、図２に示されるように、処理後のウェハのばらつきの減少をもたらした。
【００６０】
図２は、ボウル内部に電圧制御インターフェースワイヤを固定する前および後の、ウェハ間のばらつきを示す。図２で見られるように、垂直軸は、オングストローム単位での酸化物エッチング深さであり、これは、エッチングプロセス後の最終的なエッチング深さである。水平軸は、２つのデータセットを含み、左側のセットは、「改良されていないＶＣＩワイヤ引き回し」と題されており、固定されていないＶＣＩワイヤを有するチャンバ内でのウェハ処理を示し、右側のセットは、「改良されたＶＣＩワイヤ引き回し」と題されており、上述したように、固定されたＶＣＩワイヤを有するチャンバ内でのウェハ処理を示す。図２で見られるように、改良されていないＶＣＩワイヤ引き回しを有するチャンバによって処理されたウェハは、約４３５Å〜約４８６Åの間、すなわち約５０Åの範囲内のエッチング深さで変動する。他方、右側のデータは、エッチング深さのばらつきが、約５Åのはるかに小さい範囲内にあることを示す。前述の試験結果に基づいて、本発明者等は、ケーブル配置および引き回しがウェハおよびチャンバのばらつきに大きな影響を及ぼすことを確認した。これらの観察に基づいて、本発明者等は、さらに以下のことを確認した：ケーブル配置をより注意深く管理し、引き回しがチャンバ同士でより一貫して、かつ所与のチャンバ内部でより制約されて配置されるようにすることによって、ウェハおよびチャンバのばらつきの大幅な改良を行うことができるが、さらに効果的な手法は、１つまたは複数のケーブルをトンネルおよびボウル内部から完全に取り除かれることであり、この場合、取り除かれたケーブルに関連付けられるチャンバ間のばらつき、または取り除かれたケーブルがトンネルおよびボウルに対して動く可能性がなく、したがって、取り除かれたケーブルからの処理不均一性に対する寄与がない。
【００６１】
本発明者等によって認識された上記の問題の少なくともいくつかを受けて、本発明者等は、処理後のウェハの性能および得られる均一性を大幅に改良するためにＥＳＣの設計を変更することができるいくつかの方法を考えた。この取組みの一部として、本発明者等は、以下に論じる設計オプションの１つまたは複数を実装するＥＳＣが、半導体処理性能を向上させることがあることを確認した。
【００６２】
本発明者等によって識別された１つのそのような設計オプションは、共通のクランプ電極／ＲＦ電極を利用することであり、すなわち、クランプ電極機能とＲＦ電極機能とがどちらも同じ導電性構造によって、例えばベースプレート／上部プレート（または均等な構造）によって提供されてよい。そのような実装形態では、プラズマ発生用の高電圧ＲＦ電力と、ＥＳＣクランプ機能用の高電圧ＤＣ電力とが、共通の導電性経路を通してＥＳＣに提供されてよく、それにより、通常はトンネルおよび／または支持コラムを通してペデスタル／ＥＳＣに引き回される別個のＤＣ電源ケーブルをなくす。そのような共通のＲＦ／ＤＣ電極を利用するさらなる利益は、前に論じられたＤＣクランプ電極、例えば埋込型クランプ電極を有する誘電体プレートの使用がなくされてよいことである。そのような誘電体プレート／埋込型クランプ電極構成要素は、製造コストが高く、多くの場合に壊れやすく、前に論じた様々な性能面の問題をもたらすことがある。そうではなく、共通のＤＣ／ＲＦ電極（またはベースプレート）は、少なくとも処理中にウェハを支持する上面に、薄い誘電性または絶縁性材料コーティングまたは層を単に塗布されていてよい。この薄い誘電性または絶縁性材料は、共通のＤＣ／ＲＦ電極をウェハから、および処理チャンバ環境から電気的に絶縁してよい。本発明者等は、さらに以下のことを確認した：クランプ電極が誘電体プレート内部に埋め込まれる設計にはしないことによって、クランプ電極（複数可）とウェハとの間の誘電層厚さの大幅な減少を実現することも可能であり、それにより、パッシェン曲線の一番「左側」でＥＳＣ動作が行われるようにし、より広範囲の動作条件を可能にする。そのような動作条件は、とりわけ、最小破壊電圧に達する前のより大きい電圧、より高いＲＦ電力、およびより低い周波数を含む。さらに、クランプ電極とウェハとの間でより薄い誘電層厚さを利用することによって、他のＥＳＣ設計におけるよりも低いＤＣクランプ電圧を使用することができる。調整可能なＥＳＣに関する加熱要素は、誘電層ではなくＥＳＣ内部に埋め込まれてもよく、電圧ライトアップの危険が減少される。なぜなら、この場合、加熱要素がＲＦ電極とウェハとの間に介装されないからである。
【００６３】
図３は、本明細書で論じられる概念のいくつかによる例示的な静電チャックの側断面図を示す。この図３は、ＥＳＣの全般的な例示的構成であり、ＥＳＣ要素は代表例であり、縮尺通りではない。図示されるように、ＥＳＣ３００は、複数の層を含み、この設計の「最上部」にある、上部プレート３０４の上に配置されたセラミック層３０２から始まり、上部プレート３０４の下に加熱器３０６があり、加熱器３０６の下に熱閉塞体３０８があり、底部層としてベースプレート３１０がある。見て分かるように、上部プレート３０４は、セラミック層３０２と加熱器３０６との間に介装され、加熱器３０６は、上部プレート３０４と熱閉塞体３０８との間に介装され、熱閉塞体３０８は、加熱器３０６とベースプレート３１０との間に介装される。加熱器３０６は、金属から形成されてよく、その金属はアルミニウムまたはアルミニウム合金でよく、加熱器３０６は、高温断熱性を有する加熱要素を含んでいてよい。例えば、加熱要素は、アルミニウムプレート内の蛇行チャネル（またはベースプレート内に機械加工されたチャネル）内に引き回されてよい。これらの前述のＥＳＣ３００の層は、ＥＳＣ３００内部の要素の包括的な列挙でないことに留意されたい。他の層がＥＳＣ３００内に含まれ、ＥＳＣ３００の前述の層の１つまたは複数の間に介装されてもよい。同様に、これらの層の１つまたは複数がＥＳＣ３００内に含まれていなくてもよい。
【００６４】
図３は、ＥＳＣ３００を通る第１の軸３１２も示し、第１の軸３１２は、少なくとも誘電層またはセラミック層３０２を含むＥＳＣ３００の層に実質的に垂直（例えば垂直から±５°）である。
【００６５】
熱閉塞体は、熱流を制限するように設計され、典型的には熱閉塞構造にわたって特定の熱抵抗を提供するように構成された構造である。あらゆる材料または構造がある程度は熱流を妨げるが、熱閉塞体は、伝熱経路に沿った熱流を、経路上の上流要素によって提供される熱流に対する制限と比べて約２：１よりも大きい比で実質的に制限するように設計される。熱閉塞体３０８は、第１の軸３１２と概して位置合わせされた方向で、例えばＥＳＣ３００の層を通って垂直に、ＥＳＣ３００の層を通る熱伝導率を制御するように設計される。特に、熱閉塞体３０８は、ベースプレート３１０に向かう加熱器３０６からの熱流の量を制限するように設計され、それにより、加熱器３０６からの熱流を、上部プレート３０４およびセラミック層３０２に向けて垂直「上方向」に流れるように偏倚する。
【００６６】
この設計は、そのような熱閉塞体を備えない設計に勝る多くの利益を実現し、そのような利益は、限定はしないが、セラミック層３０２上のウェハをより強くおよび／またはより効率の良く加熱すると同時に、加熱器３０６内でより低い電力を使用することを含む。さらに、この設計は、セラミック層３０２上に位置されたウェハのより正確な温度調整性を実現し、これは、上で論じたようにウェハ均一性を改良する。
【００６７】
前に論じたように、セラミック層３０２は、典型的には、ほとんどのＥＳＣ設計の場合よりもはるかに薄くてよい。例えば、セラミック層３０２は、３ミルよりも薄くてよく、例えば１．５ミルよりも薄い。前に論じたように、そのような薄い誘電層は、ＥＳＣ３００の動作レジームを、図１に示される破線の一番左に保つことがある。
【００６８】
また、ＥＳＣ３００は、ベースプレート３１０と上部プレート３０４との間の電気接続３１４も示し、それにより、これら２つの層が電気的に接続される。いくつかの実施形態では、ベースプレート３１０および上部プレート３０４は、金属から形成されてよく、その金属は、例えばアルミニウムまたはその合金を含んでいてよい。図３に示されるそのような電気接続３１４は、これら２つの層間で電気接続がどこにおよび／またはどのように形成されているかについての実際の概略図ではなく、２つの層が電気的に接続されていることを表すにすぎないことに留意されたい。電気接続３１４は、ベースプレート３１０と上部プレート３０４を同じ電位にする。したがって、例えば、高電圧ＲＦ電力および高電圧ＤＣ電力がベースプレート３１０に提供される場合、同じＲＦおよびＤＣ電力が上部プレート３０４にも印加される。いくつかの実装形態では、上部プレート３０４とベースプレート３１０とは、単一の連続する構造を形成してよく、または少なくとも、構成部品から組み立てられて、例えば蝋付けによって一体に融合された構造を形成してよい。この電気接続およびＥＳＣの別の電気的構成は、以下でさらに詳細に論じる。
【００６９】
次に、熱閉塞体の例示的実施形態を論じる。図４は、図の左側に、図３におけるＥＳＣの簡略側断面図を示し、図の右側に、熱閉塞体の上面図を示す。見て分かるように、ＥＳＣ３００は、図３と同様に配置されたセラミック層３０２と、上部プレート３０４と、加熱器３０６と、熱閉塞体３０８と、ベースプレート３１０とを有するものとして示されている。熱閉塞体３０８の区域が、第１の軸３１２に平行な方向から見られている。図４に示されるように、熱閉塞体３０８は、熱閉塞層３１６を含み、熱閉塞層３１６は、複数の第１のキャビティ３１８を含む。第１のキャビティ３１８は、熱閉塞層３１６にわたって配置されてよい。また、第１のキャビティ３１８は、熱閉塞層３１６の体積の大部分が第１のキャビティ３１８を含むように、熱閉塞層３１６に実質的にわたって配置されてよい。いくつかの実施形態では、第１のキャビティ３１８は、熱閉塞層の５０％以上にわたって配置されてよい。一般に、第１のキャビティは、熱閉塞層の残りの部分の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する固体またはガスを充填されてよい。いくつかの実装形態では、キャビティを充填する材料の熱伝導率は、熱閉塞層の残りの部分を形成する材料の熱伝導率と比較して、大きさが２〜５倍程度、またはそれよりも小さくてよい。
【００７０】
いくつかの実施形態では、第１のキャビティ３１８はそれぞれ、熱閉塞層３１６内部で互いから流体的に隔離されてよい。いくつかの実施形態では、第１のキャビティ３１８は、ガスを充填されてよく、そのようなガス、例えばアルゴンは、熱閉塞層３１６の残りの部分の材料（例えばアルミニウム合金またはステンレス鋼合金）と比較して低い熱伝導率を有していてよい。いくつかの他の実施形態では、第１のキャビティ３１８は、低い熱伝導率を有する固体材料、例えばセラミック材料、テフロン、シリコーン、ポリイミド、および／またはカプトンを充填されてよい。第１のキャビティ３１８は、ＥＳＣの所望の半導体プロセスおよび／または熱調整に適した多くの組合せでガスおよび／または材料を充填されてよい。例えば、いくつかの第１のキャビティ３１８は、セラミックを充填されてよく、他の第１のキャビティ３１８は、シリコーンを充填されてよい。熱閉塞層３１６が受動熱管理構造であることを理解されたい。例えば、上部プレート３０４および誘電層３０２のガス分散穴へのキャビティ内部の伝熱流体の循環はない（ただし、例えば途中で第１のキャビティ３１８のいくつかを通過することがあるヘリウムなどの伝熱ガスは場合により例外となる）。そのようなガス分散穴は、通常の半導体処理操作中、例えば活性半導体処理中に、ＥＳＣとＥＳＣによって支持されたウェハとの間にそのような伝熱ガスが導入されるようにすることがある。例えば、キャビティ内部の再循環熱交換システムの一部である伝熱流体の循環は存在しない。
【００７１】
いくつかの実施形態では、熱閉塞層３１６は、金属を含む材料から形成されてよく、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでいてよい。また、熱閉塞層３１６は、例えばセラミックなどの非金属材料から形成されてもよい。また、熱閉塞層３１６は、低い熱伝導率を有する材料から形成されてもよい。
【００７２】
第１のキャビティ３１８は、様々な形状、サイズ、および／または体積でよく、様々な深さおよび／または角度で熱閉塞層３１６を通って延びていてよい。第１のキャビティ３１８の角度は、セラミック層３０２、第１の軸３１２、またはＥＳＣの任意の他の部分に対して測定されてよい。いくつかの実施形態では、複数の熱閉塞層３１６が存在してよい。いくつかの実装形態では、第１のキャビティ３１８は、円筒形状でよく、０．５センチメートル以下の直径を有していてよい。いくつかのそのような実装形態では、第１のキャビティ３１８は、２ミリメートル以下だけ互いから離隔されてよい。いくつかの実施形態では、第１のキャビティ３１８は、様々な形状を有し、異なる距離だけ離隔されてよい。
【００７３】
第１のキャビティ３１８は、様々な構成において、熱閉塞層３１６を通っておよび／またはその内部に延びていてよい。熱閉塞層３１６内部の第１のキャビティ３１８のいくつかの非限定的な例示的構成が、図５、図６、および図７に示されている。図５は、複数の第１のキャビティの例示的構成を備える熱閉塞体の断面図を示す。見て分かるように、熱閉塞体３０８は、熱閉塞層３１６を完全に通って延びる複数の第１のキャビティ３１８を含む。図６は、複数の第１のキャビティの第２の例示的構成を備える熱閉塞体の断面図を示す。図示されるように、図６での熱閉塞体３０８は、複数の第１のキャビティ３１８を含み、これらのキャビティ３１８は、熱閉塞層３１６内に延びるが、熱閉塞層３１６の端面を通っては延びない。図７は、複数の第１のキャビティの第３の例示的構成を備える熱閉塞体の断面図を示す。この図では、第１のキャビティ３１８は、熱閉塞層３１６の１つの端面を通って延びるが、反対側の端面を通っては延びない。図５〜図７の３つの例すべてにおいて、第１のキャビティ３１８は、第１の軸３１２に実質的に平行な方向（例えば、第１の軸３１２の±５°）で熱閉塞層を通って延びる。
【００７４】
熱閉塞体３０８は、熱閉塞層３１６内部に第１のキャビティ３１８を形成するための多くの方法で製造されてよく、そのような方法は、例えば、従来の製造技法、例えば鋳造、射出成型、もしくは機械加工を含み、またはより先進の技術、例えば３Ｄプリントを使用する。いくつかの実施形態では、熱閉塞体３０８は、２つ以上の部品を一体に組み立てることによって作成されてよい。例えば、図６に示される熱閉塞層３１６は、図５と同様の熱閉塞層３１６を作製し、熱閉塞層３１６の上部および底部に追加のより薄い層を配置して、第１のキャビティ３１８を「キャップ」または封止することによって構成されてよく、それにより、１つまたは複数の第１のキャビティは、他の第１のキャビティ３１８の１つまたは複数から流体的に隔離されてよい。また、熱閉塞層３１６は別の部品の一部でもよく、例えば、ベースプレート３１０が、第１のキャビティ３１８を形成するために上面に開けられたいくつかの穴を有していてよいことを理解されたい。
【００７５】
いくつかの実施形態では、前述したように、第１のキャビティの１つまたは複数は、他のＥＳＣ層および／または処理チャンバの１つまたは複数から流体的に隔離されてよい。例えば、ＥＳＣは、伝熱ガスが熱閉塞体、加熱器、上部プレート、およびセラミック層の一部を通って流れ得るように構成されてよい。
【００７６】
いくつかの実装形態では、熱閉塞体３０８は、複数の第２のキャビティ３２０を含んでいてもよく、これらのキャビティ３２０は、熱閉塞層３１６にわたって配置され、第１のキャビティ３１８とは異なるサイズである。図８は、複数の第１のキャビティと複数の第２のキャビティとを有する熱閉塞体の上面図を示す。見て分かるように、第２のキャビティ３２０は、第１のキャビティ３１８よりも小さいサイズであり、どちらの複数のキャビティも、熱閉塞層３１６にわたって配置される。第２のキャビティ３２０は、様々なサイズおよび形状、例えば円形または長方形でよい。また、第２のキャビティ３２０は、第１のキャビティ３１８間の隙間、または第１のキャビティ３１８を嵌めることが可能でない熱閉塞層３１６の周縁付近の領域内の隙間に嵌まるようにサイズおよび／または形状を定められてもよい。また、第２のキャビティ３２０は、互いに異なる形状およびサイズでもよい。第２のキャビティは、互いにおよび／または第１のキャビティから２ｍｍ以下だけ間隔を空けて配置されてよい。また、第２のキャビティ３２０は、第１のキャビティ３１８に関して上述した、図５〜図７の非限定的な例で示したものと同様の様式で熱閉塞層３１６を通って延びていてもよい。
【００７７】
第２のキャビティ３２０は、第１のキャビティ３１８と同様に構成されてよい。いくつかの実施形態では、第２のキャビティ３２０は、ガスを充填されてよく、そのようなガスは、低い熱熱伝導率を有していてよい。いくつかの他の実施形態では、第２のキャビティ３２０は、低い熱伝導率を有する材料、例えばセラミック材料、テフロン、シリコーン、ポリイミド、および／またはカプトンを充填されてよく、いくつかの実施形態では、低い熱伝導率を有する材料は、熱閉塞層３１６の材料よりも低い熱伝導率を有していてよい。第２のキャビティ３２０は、第１のキャビティ３１８について上述したのと同様に、ＥＳＣの望みの半導体プロセスおよび／または熱的調整に適した多くの組合せでガスおよび／または材料を充填されてよい。
【００７８】
上記の例から分かるように、熱閉塞層３１６は、加熱器３０６とベースプレート３１０との間に介装され、したがって、第１の軸３１２に垂直な方向で加熱器３０６からの径方向熱流を主に閉塞するのではなく、第１の軸３１２に平行な方向で加熱器３０６からベースプレート３１０への軸方向熱流を主に閉塞するように構成される。
【００７９】
次に、ＥＳＣのいくつかの電気的構成の例示的実施形態を論じる。図３に示されるように、ＥＳＣ３００は、上部プレート３０４とベースプレート３１０とが互いに電気的に接続されるように構成される。図９は、ＥＳＣの例示的な電気的構成を示す。見て分かるように、ＥＳＣ９００が示されており、セラミック層３０２と、上部プレート３０４と、ベースプレート３１０とを含む。ＥＳＣ９００および／またはその層は、本明細書で論じたＥＳＣ３００と同様に構成されてよく、および／またはＥＳＣ３００の同じ要素および機構のいくつかもしくはすべてを含んでいてよいが、図９では、例示の目的で、限られた数の層を有するものとして示されている。セラミック層３０２は、上部プレート３０４に配設され、上部プレート３０４は、セラミック層３０２とベースプレート３１０との間に介装され、上部プレート３０４とベースプレート３１０とは、電気接続３１４によって表されるように互いに電気的に接続される。ＥＳＣ９００は、半導体処理チャンバ９２２の内部に配置され、ＤＣ電源９２４およびＲＦ発生器９２６は、処理チャンバ９２２の外部に配置される。ＤＣ電源９２４は、高電圧ＤＣ静電クランプ電圧を提供するように構成され、ＲＦ発生器９２６は、高電圧ＲＦ電力を提供するように構成される。
【００８０】
ＤＣ電源９２４とＲＦ発生器９２６との両方が、共通の導電性経路９２８によってＥＳＣ９００に電気的に接続され、導電性経路９２８は、処理チャンバ９２２の外部から処理チャンバ９２２の内部の位置に延び、ＥＳＣ９００のベースプレート３１０と導電接触する。ＤＣ電源９２４は、ＤＣコネクタ９３０によって処理チャンバ外部の共通の導電性経路９２８に電気的に接続され、ＲＦ発生器９２６は、ＲＦコネクタ９３２によって処理チャンバ外部の共通の導電性経路９２８に接続される。ＤＣコネクタ９３０とＲＦコネクタ９３２とはそれぞれ、処理チャンバ９２２外部の１つまたは複数の位置で共通の導電性経路９２８に接続されてよい。図９に示されるように、ＤＣコネクタ９３０とＲＦコネクタ９３２とはそれぞれ、処理チャンバ９２２外部の個別位置で共通の導電性経路９２８に接続されてよい。共通の導電性経路９２８は、とりわけ図９に示されるベースプレート３１０を含む１つまたは複数の位置でＥＳＣに電気的に接続されてよい。いくつかの実施形態では、共通の導電性経路は、処理チャンバ９２２内のＥＳＣ９００へのＲＦ発生器９２６の電気的経路でよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、コンデンサ９３４は、ＲＦ発生器９２６とＤＣ電源９２４との間に電気的に介装されてよく、ＤＣ電源９２４とＥＳＣ９００との間には電気的に介装されないことがあり、ＤＣ電圧がＲＦ発生器に入るのを防止する。いくつかの実施形態では、コンデンサ９３４は、図９に示されるようにＲＦコネクタ９３２に沿って電気的に配置されてよい。いくつかのそのような実施形態は、ＤＣ電圧がＲＦ発生器９２６に達して干渉するのを阻止すると共に、ＲＦエネルギーとＤＣ電圧とがどちらもＥＳＣ９００に達するようにしてよい。コンデンサ９３４の静電容量は、例えば２１ナノファラド以下でよい。いくつかの実施形態では、コンデンサ９３４の静電容量は、ＲＦ周波数および／またはチャンバインピーダンスによって決定されてよい。いくつかの他の実施形態では、複数のコンデンサ９３４は、ＲＦ発生器９２６とＤＣ電源９２４との間に電気的に介装されてよく、ＤＣ電源９２４とＥＳＣ９００との間には電気的に介装されないことがある。さらに、１つまたは複数のコンデンサは、同じおよび／または異なる静電容量と並列に配置されてよい。
【００８２】
上部プレート３０４とベースプレート３１０とは、多くの方法によって電気的に接続されてよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、加熱器３０６および／または熱閉塞体３０８が金属内に埋め込まれてよく、それにより、ＥＳＣ１００の層（限定はしないが、ベースプレート３１０、熱閉塞体３０８、加熱器３０６、および上部プレート３０４を含む）は、一体に蝋付けおよび／または結合され、ベースプレート３１０と上部プレート３０４とは、本来的に電気的に接続されてよい。いくつかの他の同様の実施形態では、加熱器３０６および熱閉塞体３０８は、以下に論じる図１１と同様にベースプレート３１０内部に埋め込まれてよい。この構造もやはり、当然、ベースプレート３１０の層と上部プレート３０４の層とが互いに結合および／または蝋付けされるときには、これらの２つの層を電気的に接続してよい。
【００８３】
図１０は、ＥＳＣの上部プレートとベースプレートとの間の１つの例示的な電気接続を示す。図１０に示されるように、前述したように構成されることがあるＥＳＣ３００は、セラミック層３０２と、上部プレート３０４と、加熱器３０６と、熱閉塞体３０８と、ベースプレート３１０と、電気接続１０１４とを含み、これらは破線の楕円内に示されている。そのような例示的実施形態では、上部プレート３０４は、ＥＳＣ３００の内部に延びる電気接続１０１４を使用して、ベースプレート３１０に電気的に接続される。いくつかの実施形態では、電気接続１０１４は、スリーブ１０３８内部に含まれる導電性ピン１０３６を含んでいてよく、ここで、導電性ピン１０３６は、上部プレート３０４をベースプレート３１０に電気的に接続し、スリーブ１０３８は、必要であれば、導電性ピン１０３６をＥＳＣ３００の他の要素から電気的に絶縁する（いくつかの実装形態では、スリーブ１０３８は必要とされないことがある）。ＥＳＣ３００は、限定はしないが図１０に示される３つの電気接続１０１４を含む１つまたは複数の電気接続１０１４を使用してよい。また、電気接続１０１４は、ＥＳＣ３００の１つまたは複数の層を通して引き回されてもよく、１つまたは複数の第１のキャビティ３１８および／または１つまたは複数の第２のキャビティ３２０を通って延びていてよい。
【００８４】
図１１は、ＥＳＣの上部プレートとベースプレートとの間の第２の例示的な電気接続を示す。見て分かるように、図１１はＥＳＣ３００を含み、ＥＳＣ３００は、前述したように構成されてよく、セラミック層３０２と、上部プレート３０４と、加熱器３０６と、熱閉塞体３０８と、ベースプレート３１０と、電気接続１０１４とを含む。この図示される実施形態では、電気接続１１１４は、ベースプレート３１０自体の一部材でよい。いくつかのそのような実施形態では、ベースプレート３１０は、上部プレート３０４と電気的に接続された１つまたは複数の部材を含むことがあるように製造または構成されてよい。図１１に示されるように、ベースプレート３１０の１つまたは複数の部材、例えば円周外壁は、ＥＳＣ３００の外縁部に沿って上部プレート３０４に向けて延びている。上部プレート３０４と電気的に接続されるベースプレート３１０の１つまたは複数の部材は、ＥＳＣ３００の１つまたは複数の層および／またはＥＳＣ３００内部の１つまたは複数の領域を通っておよび／またはそこに沿って延びていてよい。例えば、熱閉塞体３０８と加熱器３０６とは、図示されるように、１つまたは複数の部材によって取り囲まれてよく、上部プレート３０４によってキャップされてよい。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の部材は、代替として、または追加として、上部プレート３０４から延び、ベースプレート３１０に向けて延びていてよい。
【００８５】
ＥＳＣ３００が熱閉塞体３０８を含むいくつかの実施形態では、熱閉塞層３１６は、金属から形成されてよく、熱閉塞体３０８は、ベースプレート３１０および上部プレート３０４に電気的に接続されてよい。そのような実装形態では、熱閉塞体３０８は、電気接続１０１４として働いてよい。そのような要素間の電気接続は、本明細書で述べるものを含めた、当業者に知られている多くの方法によって形成されてよい。
【００８６】
また、ＥＳＣ３００は、支持コラムおよび横方向支持アーム上で半導体処理チャンバ内部に構成されてもよく、支持コラムと横方向支持アームはどちらも、処理チャンバの外部から処理チャンバの内部にホース、ワイヤ、ケーブル、管、もしくは他の管路、電流、および／またはＲＦエネルギーを引き回すために使用されてよい。図１２は、ＥＳＣ、支持コラム、および横方向支持アームを有する半導体処理チャンバの断面図を示す。見て分かるように、ＥＳＣ３００は、半導体処理チャンバ１２２２内部に配置され、セラミック層３０２と、上部プレート３０４と、加熱器３０６と、熱閉塞体３０８と、ベースプレート３１０と、電気接続３１４とを含む。ＥＳＣ３００は、前述したように構成されてよい。
【００８７】
また、図１２は、支持コラム１２４０に接続されたＥＳＣ３００を示し、支持コラム１２４０は、横方向支持アーム１２４２に接続される。いくつかの実施形態では、図１２に示されるように、横方向支持アーム１２４２は、処理チャンバ１２２２外部の領域から処理チャンバ１２２２内部の領域に渡っていてよく、または延びていてよい。支持コラム１２４０は、第１の軸３１２に平行に向けられてよいが、他の実装形態では他の向きでもよい。同様に、横方向支持アーム１２４２は、支持コラム１２４０に垂直に、かつＥＳＣ３００の層に平行に示されているが、他の実装形態では他の向きでもよい。
【００８８】
また、支持コラム１２４０および横方向支持アーム１２４２は、例えば円筒形を含む様々なおよび／または異なる形状、サイズ、および断面で構成されてもよい。いくつかの実施形態では、支持コラム１２４０および横方向支持アーム１２４２は、図１２に示されるように中空でよい。いくつかのそのような実施形態では、支持コラム１２４０と横方向支持アーム１２４２とは、同じまたは異なる断面形状および／または領域を有していてよい。いくつかの実施形態では、支持コラム１２４０と横方向支持アーム１２４２との一方または両方が中実でよい。いくつかの実施形態では、支持コラム１２４０と横方向支持アーム１２４２との一方または両方の一部分が中空でよく、１つまたは複数の他の部分は中実でよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、支持コラム１２４０と横方向支持アーム１２４２とは、互いに電気的に接続されてよい。図１２に示されるように、黒い矢印によって示される共通の導電性経路１２２８が、処理チャンバ１２２２の外部から処理チャンバ１２２２内部のＥＳＣ３００まで、横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０に沿って延びる。いくつかのそのような実施形態では、横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０は、金属でよい導電性材料から少なくとも一部形成されてよく、支持コラム１２４０は、ＥＳＣ３００と電気的に接続されてよい。いくつかの実施形態では、横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０は、共通の導電性経路１２２８の少なくとも一部として働いてよい。いくつかの他の実施形態では、共通の導電性経路１２２８は、横方向支持アーム１２４２および／または支持コラム１２４０に沿っておよび／またはそこを通って延びていてよいワイヤまたは他の電気的材料でよい。
【００９０】
図１２でのＥＳＣ３００の電気的構成は、前述したものと同じでよい。図１２は、共通の導電性経路１２２８に電気的に接続されたＤＣ電源１２２４とＲＦ発生器１２２６とを示す。図示されるように、ＤＣ電源１２２４は、ＤＣコネクタ１２３０によって横方向支持アーム１２４２に電気的に接続され、同様に、ＲＦ発生器１２２６は、ＲＦコネクタ１２３２によって横方向支持アーム１２４２に電気的に接続される。横方向支持アーム１２４２は、共通の導電性経路１２２８の一部として働く。また、コンデンサ１２３４は、ＲＦ発生器１２２６とＤＣ電源１２２４との間に電気的に介装され、ＤＣ電源１２２４とＥＳＣ３００との間には電気的に介装されないことがある。
【００９１】
加熱器３０６は、加熱器電源１２４４を有していてよく、加熱器電源１２４４は、処理チャンバ１２２２の外部に位置されていてよい。加熱器電源１２４４は、加熱器電源ワイヤ１２４６を有していてよく、加熱器電源ワイヤ１２４６は、処理チャンバ１２２２の外部から、ＥＳＣ３００内の加熱器３０６、および処理チャンバ１２２２の内部に延びる。いくつかの実施形態では、加熱器電源ケーブル１２４６は、横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０に沿っておよび／またはそこを通して引き回されてよく、ＥＳＣ３００を通して加熱器３０６に引き回されてよい。図１２に示されるように、横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０は中空であり、これは、加熱器電源ワイヤ１２４６が横方向支持アーム１２４２および支持コラム１２４０を通って延びることができるようにする。
【００９２】
図１２に示されるように、いくつかの実施形態は絶縁シールド１２４８を含んでいてよく、絶縁シールド１２４８は、横方向支持アーム１２４２を処理チャンバ１２２２のハウジングから電気的に絶縁し、それにより、横方向支持アーム１２４２によって伝導される任意の電流、例えばＤＣ電圧は、処理チャンバ１２２２（処理チャンバ１２２２のハウジングを含むこともある）に伝導されない。絶縁シールド１２４８は、１つまたは複数の絶縁体１２５０を含んでいてよく、絶縁体１２５０は、絶縁シールド１２４８の外壁から横方向支持アーム１２４２を電気的に絶縁し、それにより、電流は、横方向支持アーム１２４２から絶縁シールド１２４８の外壁に伝達されない。絶縁体１２５０は、同心形状でよく、非導電性材料から形成されてよい。また、絶縁シールド１２４８は、処理チャンバ１２２２の外部に位置される横方向支持アーム１２４２の少なくとも一部分を電気的に絶縁してもよく、それにより、横方向支持アーム１２４２に接触するユーザまたは機器が、横方向支持アーム１２４２によって伝達される電流に露出されない。また、絶縁シールド１２４８は処理チャンバ１２２２内にさらに延びていてもよく、この絶縁シールド１２４８は、処理チャンバのさらに内部にある横方向支持アーム１２４２を絶縁してよく、支持コラム１２４０の少なくとも一部を含んでいてよい。
【００９３】
いくつかの実施形態では、ＥＳＣ３００は、支持コラム１２４０上で半導体処理チャンバ１２２２内部に支持されてよい。いくつかのそのような実施形態では、横方向支持アーム１２４２は存在しなくてもよく、支持コラム１２４０は、単に、処理チャンバ１２２２の「底部」を通ってＥＳＣ３００から垂直に延びていてよい。支持コラム１２４０は、上記の説明と同様に構成されてよく、それにより、例えば、ＲＦ発生器１２２６およびＤＣ電源１２２４は、処理チャンバ１２２２外部の支持コラム１２４０に電気的に接続されてよく、これにより、支持コラム１２４０は、ＥＳＣ３００への共通の導電性経路１２２８として働いてよい。支持コラム１２４０は、上で論じたように中空でもよく、いくつかのワイヤ、ケーブル、ホース、管、および／または管路が、支持コラムを通ってＥＳＣ３００に、および／または処理チャンバ１２２２の内部に延びていてよい。いくつかのそのような実施形態は、上述したように絶縁シールド１２４８と絶縁体１２５０とを含んでいてもよく、それらは、支持コラム１２４０、ならびに処理チャンバ１２２２外部の支持コラム１２４６の少なくとも一部、および／または処理チャンバ内部の支持コラム１２４０の少なくとも一部を処理チャンバ１２２２のハウジングから電気的に絶縁してよい。
【００９４】
本明細書で述べる電気的実施形態および構成は、少なくとも上部プレート３０４およびベースプレート３１０を含むＥＳＣ９００の１つまたは複数の層が、セラミック層３０２上でウェハを定位置に保持するためのクランプ電極としても、プラズマを発生するためのＲＦ電極としても働くことができるようにする。これらの実施形態は、上述したものを含め、多くの有益な結果を有することがある。上で論じたように、そのような実施形態は、セラミック層９０２からのクランプ電極の除去を可能にし、これはさらに、セラミック層９０２を通常使用され得るものよりもはるかに薄くし、これは、パッシェン曲線の「左側」でのより大きい動作範囲を可能にする。また、これらの実施形態は、埋込型クランプ電極およびそれらの所要の電気接続を含む誘電層の製造を省くことも可能にする。
【００９５】
また、これらの電気的実施形態は、上部プレート３０４および／またはベースプレート３１０の表面積を含めたＥＳＣの表面積に対するクランプ電極の面積を増加することもあり、それにより、得られるクランプ電極は、ウェハの表面積全体に及び、したがってとりわけウェハのより良いクランプを提供する。さらに、本明細書で論じる実施形態は、いくつかの現在のＥＳＣよりもロバストな設計を提供し、より高い信頼性をもたらす。上で論じたように、そのような電気的構成のさらなる利益は、処理チャンバ１２２２内部の少なくとも１つのケーブルを省くことができることによる、均一性の向上およびチャンバ間の一致を含む。
【００９６】
セラミック層３０２は、１００ミクロン未満の厚さを有していてよく、いくつかの実装形態では１．５ミル以下でよい。セラミック層３０２は、上部プレート３０４に塗布されるコーティングでよい。また、セラミック層３０２は、上部プレート３０４上に積層され得る薄いセラミックシートでもよい。また、セラミック層３０２は、片面でメタライゼーションされてもよく、この面は次いで上部プレート３０４に蝋付けされてよい。また、セラミック層３０２は、化学気相成長（「ＣＶＤ」）など乾式の方法によって、ＥＳＣの上部および／または側部に製造されてもよい。
【００９７】
現在のＥＳＣよりも薄いセラミック層を使用することによって、薄いセラミック層をメタライゼーションしてＥＳＣに蝋付けすることができるので、セラミック層をＥＳＣに接続するために従来使用されることがあるエポキシは必要とされないことがある。そのようなエポキシは、高い誘電正接を引き起こす。いくつかの以前のＥＳＣでは、従来、エポキシが使用されていた。なぜなら、蝋付けは、多くのタイプの加熱器を電気的に絶縁するために使用されるカプトン絶縁材に損傷を及ぼすことがあるからである。
【００９８】
限定はしないが上部プレート３０４、加熱器３０６、熱閉塞体３０８、および／またはベースプレート３１０を含む本明細書において上で論じたＥＳＣの層の１つまたは複数は、蝋付け、溶接、エポキシ、または他の接続法によって別の層に接続されてよい。いくつかの構成では、これらの層の１つまたは複数は、他の層の材料とは異なる材料から形成されてよい。さらに、いくつかの実施形態では、これらの層の１つまたは複数は、別の層の内部に埋め込まれてよく、または配置されてよい。例えば、加熱器３０６および熱閉塞体３０８は、図１１に示されるようにベースプレート３１０内部に埋め込まれてよい。
【００９９】
本明細書における図面には含まれていないが、いくつかの実施形態では、ＥＳＣは、限定はしないが、ガス分散穴（そこを通って、ガスがＥＳＣの一部またはすべてを通って流れてよい）、基板を持ち上げるためのリフトピン、水ホース、および／または冷却チャネルを含む、半導体処理のために使用されてよい機構を含んでいてよい。例えば、前に論じたＥＳＣ３００は、ガス分散穴と、リフトピンを含むリフトピン穴とを含んでいてよい。図１３は、ガス分散穴とリフトピン穴とを含むＥＳＣ３００の断面を示す。見て分かるように、ＥＳＣ３００は、前に論じた層を含み、セラミック層３０２、上部プレート３０４、加熱器３０６、熱閉塞体３０８、ベースプレート３１０、ベースプレート３１０と上部プレート３０４との間の電気接続３１４、第１の軸３１２、ならびにガス分散穴１３５２、およびリフトピン１３５６を含むリフトピン穴１３５４を含む。図１３におけるガス分散穴１３５２は、例えば、上部プレート３０４内部の共通のマニホルドまたは分散経路に広がっていてよく、この共通のマニホルドまたは分散経路は、さらに、ＥＳＣ３００の層すべてを通って延びる経路と接続されてよく、またヘリウム源などの伝熱ガス源と接続されてよい。リフトピン穴１３５４はリフトピン１３５６を含んでいてよく、リフトピン１３５６は、セラミック層の上面よりも下に凹まされるように、かつセラミック層３０２を越えて延出可能であるように構成されてよく、それにより、リフトピン１３５６は、セラミック層３０２の上および／または上方でウェハに接触し、セラミック層３０２からウェハを持ち上げてよい。また、ＥＳＣは、ＥＳＣを設置するため、および／または１つもしくは複数の半導体製造プロセスにとってＥＳＣを機能性のあるものにするために使用されてよい他の機構を含んでいてもよく、そのような機構は、処理チャンバ内部にＥＳＣを取り付けるための機構、ＲＦ発生器／ＤＣ電源への電気接続、および／またはヘリウムガス供給源を含む。本開示において論じたＥＳＣが任意のタイプの半導体処理に使用されて差し支えないと本発明者等が考えていることに留意されたい。そのような半導体処理は、限定はしないが、原子層堆積、原子層エッチング、化学気相成長、プラズマ化学気相成長などを含む。
【０１００】
本開示の文脈で明示的に要求されない限り、本明細書および特許請求の範囲を通して、語「備える」およびその活用変化は、排他的または網羅的な意味合いではなく包含的な意味合いと解釈されるべきであり、すなわち「限定しないが含む」の意味と解釈すべきである。単数または複数を用いた語は、一般に、それぞれ複数または単数も含む。さらに、語「本明細書において」、「本明細書では以下」、「上」、「下」、および同様の趣旨の語は、本出願を全体として表し、本出願の任意の特定の部分を表さない。語「または」が、２つ以上の項目のリストに言及して使用されるとき、その語は、その語の以下の解釈の全てを網羅する：リスト内の項目の任意のもの、リスト内の項目すべて、リスト内の項目の任意の組合せ。用語「実装形態」は、本明細書で述べる技法および方法の実装形態、ならびに、構造を具現化する、および／または本明細書で述べる技法および／または方法を組み込む物理的な物体を表す。
【０１０１】
本明細書で説明して例示する多くの概念および実装形態が存在する。本明細書で論じる実装形態の特定の特徴、属性、および利点を説明して例示してきたが、その他諸々の事柄、ならびに本発明の異なるおよび／または同様の実装形態、特徴、属性、および利点が、本説明および例示から明らかであることを理解すべきである。したがって、上記の実装形態は例示にすぎない。それらは、包括的なものであり、開示される正確な形態、技法、材料、および／または構成に本開示を限定するものとは意図されていない。本開示に鑑みて、多くの修正および変形が可能である。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてもよく、動作上の変更が成されてよいことを理解されたい。したがって、上の実装形態の説明は例示および説明の目的で提示されているので、本開示の範囲は上の説明だけには限定されない。
【０１０２】
重要なことに、本開示は、任意の単一の態様および実装形態に限定されず、そのような態様および／または実装形態の任意の単一の組合せおよび／または置換にも限定されない。さらに、本開示の態様および／または本開示の実装形態はそれぞれ、単独で採用されても、本開示の他の態様および／または実装形態の１つまたは複数との組合せで採用されてもよい。簡潔にするために、それらの置換および組合せの多くは、本明細書で個々には論述および／または例示しない。
【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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【外国語明細書】
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