(57)【要約】  一形態においてペデスタルであるアセンブリは、上部部材、上部部材に結合された下部部材、及び密閉された容積内で上部部材と下部部材との間に配置された熱相拡散器を含む。熱相拡散器は、密閉された容積内の作動流体の相変化によって熱を拡散する。アセンブリ／ペデスタルは、１０００℃を超える高温で、高度な温度均一性で動作することができ、一形態では窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料である。【選択図】図１
2020526012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部部材と、
下部部材と、
密閉された容積内で、前記上部部材と前記下部部材の間に配置された熱相拡散器と、
を具備し、前記熱相拡散器は、前記密閉された容積内の作動流体の相変化により熱を拡散する
アセンブリ。
【請求項２】
前記熱相拡散器と前記下部部材との間の隙間内に配置された充填材料をさらに具備する請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記充填材料は、高温圧縮性材料を含む請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記充填材料は、グラフォイル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末、セラミックペースト、及び可撓性グラファイト／グラフェンからなるグループから選択される請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記上部部材と前記熱相拡散器との間に配置された結合層をさらに具備する請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記上部部材は、上部壁と、前記上部壁から下方に延びる周壁とを含み、前記熱相拡散器は、前記上部部材の前記周壁によって囲まれている請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記下部部材は、前記上部部材の前記周壁に結合されている請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記上部部材と前記下部部材は、異なる材料で作られている請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記熱相拡散器は、Ｔ字形断面を有する管状シェルを含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記熱相拡散器は、蒸気誘導チャネルを画定するウィック構造をさらに含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記作動流体の蒸気は蒸気誘導チャネル内を流れ、前記作動流体の液体は前記ウィック構造に沿って前記蒸気誘導チャネルの外側を流れる請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記熱相拡散器は、プレート部と、前記プレート部の下面から延び、前記プレート部に垂直であるシャフト部とを含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記下部部材の下に配置されたシャフト部材をさらに具備し、前記充填材料は、前記シャフト部材と前記熱相拡散器の前記シャフト部との間に配置されている請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記熱相拡散器の一部を囲む抵抗ヒータをさらに具備する請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記上部部材及び前記下部部材はセラミックであり、前記密閉された容積内の前記作動流体は、複数の別個の液体スラグ及び蒸気泡を含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記セラミック基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である請求項１５に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本出願は、「高温ヒートプレートペデスタル」と題され、２０１７年６月２３日に出願された米国仮出願第６２／５２３，９７６号、及び「高温振動ヒートパイプペデスタル」と題され、２０１８年４月１７日に出願された米国仮出願第６２／６５８，７７０号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に半導体処理装置に関し、より具体的には、様々な半導体処理ステップ中にウェハを支持、加熱、又は冷却するためのペデスタル及び／又は静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションの記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成しない場合がある。
【０００４】
半導体処理において、その上に配置されたウェハを支持及び加熱するためのペデスタルが知られている。ペデスタルは、一般に、ウェハを支持するためのプレート部材と、プレート部材の底面に取り付けられたシャフト部材とを含む。ヒータは、必要な加熱をウェハに提供するため、プレート部材に埋め込まれてもよい。さらに、静電チャック力又は冷却をウェハに提供するため、静電チャック又は冷却装置をペデスタルのプレート部材に接着又は埋め込んでもよい。
【０００５】
プラズマ強化膜堆積又はエッチングなどの様々なウェハ処理ステップ中に、プレート部材のウェハ支持面を均一に加熱又は冷却して、ウェハ内の処理変動を低減する必要がある。したがって、ヒータ又は冷却装置は、ウェハを均一に加熱／冷却できるように特別に構成する必要があり、その結果、加熱／冷却回路の設計が複雑になる。
【０００６】
さらに、総処理時間を短縮するために、ウェハ支持面を急速に加熱又は冷却する必要がある。ペデスタル用の典型的なヒータは、例えば、抵抗加熱層、ルーティング層、誘電体層及び保護層を含む多層構造を有していてもよい。ヒータと静電チャック、ヒータ、及び冷却装置の積層体の多層構造は、ペデスタルを通るz軸に熱障壁を付加することにより、ウェハの加熱／冷却速度を望ましくなく制限する。
【０００７】
さらに、アセンブリの様々な層を形成する材料は、これら材料間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の適合性のために制限される。材料が適合しないＣＴＥを有する場合、特に高温で亀裂又は層間剥離が発生する可能性がある。ペデスタルの動作温度は、抵抗加熱層の材料によって、又はいくつかの材料層の間でのＣＴＥの非適合性のためにも制限される場合がある。通常、ペデスタルは７００℃未満の動作温度で動作できる。
【発明の概要】
【０００８】
一形態において、密閉された容積（volume）の内で、上部部材、下部部材、及び上部部材と下部部材との間に配置された熱相拡散器（thermal phase diffuser）を含むアセンブリ（一形態では半導体処理用途のペデスタル）が提供される。熱相拡散器は、密閉された容積内の作動流体（working fluid）の相変化によって熱を拡散する。
【０００９】
一変形例において、熱相拡散器と下部部材との間の隙間内に充填材が配置される。充填材は、例えばグラフォイル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末、セラミックペースト、及び柔軟なグラファイト／グラフェンなどの高温圧縮性材料であってもよい。
【００１０】
他の変形例において、上部部材と熱相拡散器との間に接合層が配置され、これの一形態はチタンニッケルろう合金である。
【００１１】
上部部材は、上部壁と、上部壁から下向きに延びる周壁とを含むことができ、熱相拡散器は、上部部材の周壁によって囲まれている。この形態の一変形例において、下部部材は上部部材の周壁に結合されている。上部部材と下部部材は、異なる材料で作られていても、同じ材料で作られていてもよい。
【００１２】
一形態において、熱相拡散器は、Ｔ字形断面を有する管状シェルを含む。別の形態において、熱相拡散器は、蒸気誘導チャネル（vapor guiding channel）を画定するウィック（wick）構造をさらに含む。作動流体の蒸気は蒸気誘導チャネル内を流れ、作動流体の液体はウィック構造に沿って蒸気誘導チャネルの外側を流れる。一変形例において、作動流体の蒸気は、上部部材に垂直な方向に流れる。
【００１３】
別の形態において、熱相拡散器は、プレート部と、プレート部の下面から延び、プレート部に垂直であるシャフト部とを含む。シャフト部材は、下部部材の下に配置されてもよく、充填材料は、シャフト部材と熱相拡散器のシャフト部との間に配置されてもよい。
【００１４】
作動流体は、液体ヘリウム、水銀、ナトリウム、硫黄、ハロゲン化物、インジウム、セシウム、ＮａＫ、カリウム、リチウム、スライバ(sliver)、アンモニア、アルコール、メタノール、エタノール、アセトン、メチルアルコール、水、ナフタレン、又はその他の溶融材料からなるグループから選択されてもよい。
【００１５】
さらに別の形態において、抵抗ヒータが熱相拡散器の一部を囲んでいる。別の形態では、上部部材は下部部材に結合され、別の形態では、上部部材と下部部材は単一のユニット化された部品である。
【００１６】
本開示の別の形態において、作動流体を含む密閉流体チャネルを画定するセラミック基板と、密閉流体チャネル内に配置された熱相拡散器とを含むアセンブリが提供される。作動流体は、密閉流体チャネル内を流れ、複数の別個の液体スラグと蒸気泡を含む。この形態の一変形例において、蒸気泡は熱を放出し、基板の中心部と周辺部の一方に近接して凝縮し、液体スラグは熱を吸収し、基板の中心部と周辺部の他方に近接して蒸発する。セラミック基板は、一形態において高い熱伝導率を持ち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料で作られている。
【００１７】
別の形態において、アセンブリの上部及び下部部材はセラミックであり、密閉された容積内の作動流体は、複数の別個の液体スラグ及び蒸気泡を含む。この形態の一変形において、セラミック基板は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。
【００１８】
適用可能性のさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。説明及び特定の例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【００２０】
【図１】本開示の第１の形態に従って構築されたペデスタルの断面図である。
【００２１】
【図２】図１のペデスタルの変形例の断面図である。
【００２２】
【図３】図２のペデスタルの熱相拡散器の上面図である。
【００２３】
【図４】図３の熱相拡散器の側面図である。
【００２４】
【図５】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図である。
【００２５】
【図６】図１乃至図５に示された熱相拡散器の概略図であり、熱相拡散器が蒸気室タイプのヒートパイプを含む。
【００２６】
【図７】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは、蒸気室タイプのヒートパイプを含む。
【００２７】
【図８】本開示の別の形態に従って構成されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは蒸気室タイプのヒートパイプを含む。
【００２８】
【図９】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは蒸気室タイプのヒートパイプを含む。
【００２９】
【図１０】図９のペデスタルに組み込まれた拡散器の上面図である。
【００３０】
【図１１】図１乃至図５に示すようなペデスタルの熱相拡散器の変形例の上部断面図であり、熱相拡散器が振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含む。
【００３１】
【図１２】図１１の熱相拡散器のプレート部の断面図である。
【００３２】
【図１３】本開示の教示による、熱相拡散器のプレート部と、作動流体がプレート部の流体チャネルを充填することを可能にする充填管の断面図である。
【００３３】
【図１４】本開示の教示による、作動流体が流体チャネルに充填された後の熱相拡散器のプレート部及び圧着された充填管の断面図である。
【００３４】
【図１５】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含む。
【００３５】
【図１６】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含む。
【００３６】
【図１７】本開示の別の形態に従って構築されたペデスタルの断面図であり、ペデスタルは振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含む。
【００３７】
【図１８】図１７のペデスタルに組み込まれた拡散器の上面図である。
【００３８】
【図１９】本開示の教示に従って構成されたガスライン加熱アセンブリの形態の熱システムの断面図である。
【００３９】
【図２０】本開示の教示に従って構成されたガスライン加熱アセンブリの形態の熱システムの変形例の断面図である。
【００４０】
【図２１】本開示の教示に従って構築された半導体処理チャンバ内のウェハに放射熱を提供するための熱システムの概略図である。
【００４１】
【図２２】本開示の教示に従って構築された熱システムの変形例の概略図である。
【００４２】
【図２３】本開示の教示に従って構成された温度センサとして使用される熱システムの概略図である。
【００４３】
対応する参照番号は、図面の幾つかの図を通して対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、応用、又は用途を限定することを意図するものではない。
【００４５】
図１を参照すると、本開示の一形態に従って構築されたアセンブリが示されており、それはこの例示的な形態においてペデスタル１０である。ペデスタル１０は、上部部材１２、熱相拡散器１４、及び下部部材１６を含む。上部部材１２は、ウェハ支持面、又は静電チャック、又はＲＦ部材などの他のデバイスが接合されるインターフェース面であり得る上面２０を画定する。あるいは、静電チャック又はＲＦ部材の電極が上部部材１２に埋め込まれてもよい。上部部材１２の上面２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で作られた典型的なペデスタルのウェハ支持部に接合することもできる。
【００４６】
熱相拡散器１４の特定の特徴は、熱相拡散器１４がヒータ、冷却装置、又は高熱容量拡散器として機能できるように提供される。これらの機能は一般に「ヒートパイプ」と呼ばれ、以下で詳しく説明する。したがって、本開示の一形態において熱相拡散器１４によって提供される加熱の機能は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。一形態（図６に示す）の熱相拡散器１４は、蒸気室タイプのヒートパイプを含むことができ、他の形態（図１１に示す）は、振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含むことができ、以下において詳しく説明する。したがって、本明細書で使用する「熱相拡散器」という用語は、密閉された／制限された容積内を移動する作動流体の相変化によって熱を拡散する熱拡散器を意味すると解釈されるべきである。
【００４７】
上部部材１２は、逆Ｕ字形を画定し、上部壁２２と、上部壁２２から下方に延びる周壁２４とを有する。空洞２６は、上部部材１２の上部壁２２と周壁２４との間に画定される。一形態において、熱相拡散器１４はＴ字形断面を有し、空洞２６内に配置されたプレート部３０と、プレート部３０から下方に延びるシャフト部３２とを含む。隙間３４は、熱相拡散器１４のプレート部３０と下部部材１６の上面との間に画定される。
【００４８】
一形態において、隙間３４は、熱相拡散器１４と下部部材１６との間の熱膨張に対応するため、空のままとすることができる。別の形態において、隙間３４は、図２に示すように、グラフォイル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末、セラミックペースト、及び可撓性グラファイト／グラフェンを含むが、これらに限定されない高温圧縮性材料のような、充填材料３６で充填することができる。充填材料３６は、機械的及び熱的の両方で機能する。より具体的には、充填材料３６は、下部部材１６と熱相拡散器１４との間の機械的負荷を吸収及び伝達するように機械的に機能する。充填材料３６は、下部部材１６と熱相拡散器１４との間で熱を伝達するようにも機能する。充填材料３６は、隙間３４を完全に充填してもよく、所定の位置／間隔で充填してもよい。充填材料３６は、高温圧縮性材料であるため、熱相拡散器１４のプレート部３０が熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、下部部材１６のＣＴＥと適合性のない場合であっても、下部部材１６と熱相拡散器１４との間の適正な接合を確保できる。
【００４９】
上部部材１２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料を含むことができる。下部部材１６は、上部部材１２の材料と同様の又は異なる材料を含むことができる。上部部材１２及び下部部材１６は、別々に形成され、上部部材１２の周壁２４に沿って接合される。下部部材１６は、上部部材１２の材料よりもはるかに低い熱伝導率を有する材料（ジルコニアなど）で形成することができ、熱相拡散器１４により生成された熱は主として上部部材１２に向けられ、熱損失を避けるため、より少ない熱が下部部材１６に向けられる。上部部材１２は、周壁２４に沿ってのみ下部部材１６に接着されるため、下部部材１２が充填材料３６により熱相拡散器１４にも接着された場合、上部部材１２と下部部材１６との間のＣＴＥの非適合性はそれほど懸念されない。このように、材料のより幅広い選択を下部部材１２に使用することができる。
【００５０】
熱相拡散器１４及び上部部材１２は、チタンニッケルろう付け合金によって結合されてもよい。上部部材１２は、上部部材１２を熱相拡散器１４に結合するろう付け合金に応じて、金属化セラミック又は非金属化セラミックとすることができる。いずれの場合でも、チタンニッケルろう付け合金は、圧縮性材料又は機械的界面よりも熱部材１４及び上部部材１２との間のより良好な熱接触を可能にする。
【００５１】
図３及び図４を参照すると、熱相拡散器１４は、ヒートパイプ構成を有し、一形態では、Ｔ字形断面を有する。熱相拡散器１４は、プレート部３０とシャフト部３２とを含む。様々な機能を提供することができる３つの貫通孔３８がプレート部３０に形成されるが、ここでは本開示の形態のリフトピンホールとして使用される。
【００５２】
図５を参照すると、本開示の第２の形態に従って構築されたペデスタル６０は、ペデスタル６０が管状シャフト部材６２と、管状シャフト部材６２と熱相拡散器１４との間の充填材６４とを含むことを除き、第１の形態のペデスタル１０と同様である。同様の要素は同様の参照番号で示され、詳細な説明は明確にするために本明細書では省略される。
【００５３】
より具体的には、ペデスタル６０は、上部部材１２、熱相拡散器１４、下部部材１６、及び下部部材１６の下に配置されたシャフト部材６２を含む。一形態（図６に示す）の熱相拡散器１４は、蒸気室タイプのヒートパイプを含むことができ、他の形態（図１１に示す）は振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）を含むことができる。隙間６６は、熱相拡散器１４のプレート部３０と下部部材１６の上面との間、及び熱相拡散器１４の管状シャフト部３２とシャフト部材６２との間に画定される。充填材料６４は隙間６６内に、完全に、又は所定の場所／間隔で充填される。充填材料６６は、グラフォイル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末、セラミックペースト、及び可撓性グラファイト／グラフェンからなるグループから選択されてもよい。充填材料６６は、熱相拡散器１４のプレート部３０と下部部材１６との間のＣＴＥの差によって生じる熱応力を低減するため、熱相拡散器１４の外側シェル３２のＣＴＥと下部部材１６のＣＴＥとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を選択することができる。充填材料６６は、管状シャフト部材６２内の熱相拡散器１４を熱的及び誘電的にも絶縁する。
【００５４】
ペデスタル６０は、ＡｌＮペデスタル、又はアルミニウムペデスタル／ウェハ加熱プレートで使用されてもよい。ペデスタル６０は、主に、堆積又はエッチングなどの半導体処理に使用されると説明されているが、ペデスタル６０は、ターゲットを加熱するための一般的な加熱プレートとして使用することもできる。ペデスタル６０は、拡散板として、及び／又は加熱及び冷却を提供するために、リソグラフィシステム内で３０℃などの比較的低い温度で使用することができる。この動作温度に対する熱相拡散器１４のヒートパイプに適した作動流体は、アンモニア、メタノール、及び水を含むが、これらに限定されない。
【００５５】
蒸気室タイプのヒートパイプを含む熱相拡散器
【００５６】
図６に示すように、一形態において、熱相拡散器１４は、蒸気室タイプのヒートパイプ構成を有し、管状シェル４０と、管状シェル４０の内側に配置されたウィック（wick）構造４４とを含んでもよい。ウィック構造４４は、蒸気誘導チャネル４６又は蒸気誘導チャンバを画定する。管状シェル４０は密封され、作動流体４８で部分的に満たされている。
【００５７】
作動流体４８は、所望の動作温度範囲に亘って蒸気及び液体の両方の形態で管状シェル４０の内部を流れる。作動流体４８は、所望の動作温度に応じて、液体ヘリウム、水銀、ナトリウム（５００〜１４５０℃）、インジウム、セシウム、ＮａＫ、カリウム（４００〜１０００℃）、リチウム（９００〜１７００℃）、スライバ、アンモニア、アルコール、メタノール、エタノール、アセトン、メチルアルコール、水（２５〜３２７℃）、ナフタレン（３３０〜４５０℃）、又はその他の溶融材料であってもよい。室温用途の場合、水を作動流体として使用できる。より高温用途の場合、水銀（５２３〜９２３Ｋ）、ナトリウム（８７３〜１４７３Ｋ）又はインジウム（２０００〜３０００Ｋ）を作動流体として使用できる。
【００５８】
管状シェル４０の材料は、作動流体４８と適合性があるように選択される。ステンレス鋼、インコロイ（incoloy）、チタン、インコネル（inconel）、タングステン、ニオブ、及びモリブデンを含むが、これらに限定されない材料の幅広い選択が高温用途向けの管状シェル４０を形成するために使用できる。作動流体４８として水が使用される場合、管状シェル４０は銅で製造されてもよい。アンモニアが作動流体４８として使用される場合、管状シェル４０はアルミニウムで製造されてもよい。
【００５９】
管状シェル４０は、シャフト部３２に隣接する高温端部５０と、管状シェル４０のプレート部３０の上面に隣接する低温端部５２とを含む。
【００６０】
別の形態では、熱相拡散器１４は、シャフト部３２無しでプレート部３０のみを有していてもよい。ペデスタル１０の下部部材１６に取り付けられる別個のシャフト部材を使用してもよい。この場合、高温端部５０は下部部材１６に隣接し、低温端部５２は上部部材１２に隣接する。
【００６１】
熱相拡散器１４が熱を伝達するため、飽和液体とその蒸気（気相）の両方を含む作動流体４８が管状シェル４０に含まれる。飽和液体は、高温端部５０で蒸発して蒸気になり、ウィック構造４４の高温端部５０で熱エネルギーを吸収する。
【００６２】
蒸気は、蒸気誘導チャネル４６に沿って低温端部５２に移動し、そこで蒸気は凝縮して液体になり、ウィック構造４４の低温端５２で潜熱を放出する。凝縮された液体はウィック構造４４により吸収され、飽和液体に戻される。凝縮された液体は、作動流体４８の液相に対する毛細管作用により蒸気誘導チャネル４６の外側のウィック構造４４を使用して高温端部５２に戻され、それにより熱サイクルを完了する。
【００６３】
ウィック構造４４は、凝縮された液体をより高温端部５２に誘導するために、焼結多孔質金属粉末、メッシュスクリーン、ガラス繊維及び／又は狭い溝を含むことができる。一般に、有効なウィック構造４４は、大きな毛細管圧のための小さな表面細孔、最小限の液体流動抵抗のための大きな内部孔、及び小さな温度降下のためウィックの厚さを横切る連続した高伝導性熱流体チャネルを要求する。ヒートパイプの熱伝導率は５０００Ｗ／ｍＫを超えることがある。
【００６４】
図７を参照すると、本開示の別の形態に従って構築されたペデスタル８０は、統合静電チャック（ＥＳＣ）及び統合冷却装置を含む。ペデスタル８０のシャフト部材は、図７には示されておらず、明確にするため、ここではその説明を省略する。本形態のペデスタル８０は、１５０℃から３００℃の範囲の動作温度で動作することができ、これは、前述の形態のペデスタル１０、６０の動作温度よりも著しく低い。
【００６５】
より具体的には、ペデスタル８０は、ＥＳＣ８２の形態の上部部材と、冷却装置８４の形態の熱相拡散器と、ＥＳＣ８２を冷却装置８４に結合するための結合層８６と、冷却装置８４の下方に配置されたオプションのシャフト部材（図７には示されていない）を含む。ＥＳＣ８２は、セラミック材料で作られたチャック本体８３と、その中に埋め込まれ、その上に配置されるウェハ（図示せず）に静電チャック力を提供する電極８５とを含む。冷却装置８４は、一形態において、ヒートパイプとすることができ、プレート構成を有することができる。冷却装置８４は、管状シェル８７、ウィック構造８８、ウィック構造８８内に画定された複数の蒸気誘導チャネル９０、及び蒸気及び液体の両方の形態の作動流体９０を含む。蒸気誘導チャネル９０は、それぞれ管状シェル８６の上面に隣接する高温端部９２と、管状シェル８７の下面に隣接する低温端部９４とを有する。
【００６６】
作動流体９０の蒸気Ｖは、蒸気誘導チャネル９０内を流れ、チャック本体８２から離れるように、すなわち、矢印Ａで示されるように、高温端部９２から低温端部９４に向かって流れる。作動流体９０の液体は、ＥＳＣ８２から熱を吸収し、高温端部９２で蒸発し、それによりＥＳＣ８２を冷却する。作動流体９０の蒸気は、低温端部９２まで移動し、低温端部９４で凝縮して液体となり、潜熱を放出する。凝縮液体Ｌは、ウィック構造８８によって吸収され、矢印Ｂで示されるように、蒸気誘導チャネル９０の外側のウィック構造８８に沿って高温端部９２に向かって流れ、高温端部９２で再び蒸発して、別の熱サイクルを開始する。したがって、熱出力ＱはＥＳＣ８２から冷却装置８４の底面に向かって流れる。冷却装置８４の管状シェル８６は銅で作られ、作動流体９０は水でよい。
【００６７】
本形態において、冷却装置８４は、ＥＳＣ８２の底面に適用されるように示されている。あるいは、冷却装置８４は、ＥＳＣ８２のチャック本体８３内に埋め込まれてもよい。
【００６８】
図８を参照すると、別の形態の教示に従って構成されたペデスタル１００は、統合ＥＳＣの形態の上部部材と、加熱／冷却装置の形態の熱相拡散器とを含む。ペデスタル１００のシャフト部材はオプションであり、図１には示されていない。したがって、その説明は、明確にするために本明細書では省略される。
【００６９】
より具体的には、ペデスタル１００は、図７のものと同様のＥＳＣ８２、加熱／冷却装置１０２、及び加熱／冷却装置１０２の底面に配置された補助ヒータ１０４を含み、これは本開示の一形態の抵抗ヒータであってもよい。補助ヒータ１０４は、厚さと熱抵抗を最小化するためにセラミックスタックの外側に配置される。加熱／冷却装置１０２は、蒸気がＥＳＣ８２に向かって上昇するか、又はＥＳＣ８２から離れて下降するように制御されることができることを除き、図７の冷却装置８４と同様の構造を有する。蒸気がＥＳＣ８２に向かって上昇するとき、加熱／冷却装置１０２は加熱装置として機能する。蒸気がＥＳＣ８２から離れる方向に移動するとき、加熱／冷却装置１０２は冷却装置として機能する。したがって、熱出力Ｑはどちらの方向にも流れる可能性がある。
【００７０】
補助ヒータ１０４は、加熱／冷却装置１０２の底面に取り付けられた、より安価で低精度のヒータであってもよい。本形態において、加熱／冷却装置１０２の管状シェルは、銅製であってもよく、作動流体は水であってもよい。
【００７１】
図９を参照すると、本開示の別の形態に従って構築されたペデスタル１２０は、統合拡散器を含む。管状シャフト部材はオプションであり、図９には示されていない。
【００７２】
より具体的には、ペデスタル１２０は、ＥＳＣ８２の形態の上部部材、拡散器１２４の形態の熱相拡散器、ＥＳＣ８２と拡散器１２４との間の第１接合層１２６、ヒータ１２８、ベースプレート１３０、及びヒータ１２８とベースプレート１３０との間に配置された第２接合層１３２を含む。ベースプレート１３０は、処理中に冷却用、寸法整合用、及び熱質量にも使用される。ＥＳＣ８２は、図７及び図８のものと同様である。ヒータ１２８は、複数の抵抗加熱素子１３４を含む従来のヒータであってもよい。拡散器１２４は、ヒートパイプであり、蒸気誘導チャネル１３８の向きを除き、図７及び図８のものと同様の構造を有する。本形態において、蒸気誘導チャネル１３８は、拡散器１２４の半径方向に沿って高温端部及び低温端部を有する。蒸気誘導チャネル１３８は、半径方向に流れる蒸気を誘導する。熱出力Ｑは、半径方向に内側又は外側に移動する。
【００７３】
図１０を参照すると、拡散器１２４は、プレート構成を有し、複数の環状領域、例えば領域１、領域２、領域３、領域４を画定する。環状領域は、拡散器１２４の中心に対して異なる半径方向位置にある。拡散器１２４は、放射状の調整を可能にする。加熱面は、拡散器１２４の周辺部に沿ったヒートシンクの存在により、加熱面の半径方向に沿った均一な加熱を提供しない場合がある。拡散器１２４は、半径方向に沿って、中心から周辺端に向かって、又は周辺端から中心に向かってのどちらかの熱伝達を可能にする。拡散器１２４の中心は、拡散器１２４の周辺端部の温度よりも高い又は低い温度を有することができ、それにより、より均一な加熱表面を達成するために半径方向に沿って加熱表面の温度を微調整する。
【００７４】
あるいは、拡散器１２４は、複数の同心リングプレート１４２、１４４、１４６、１４８を含むことができ、各リングプレートは、各リングプレート内及び半径方向に熱伝達を行うヒートパイプ構造を含む。したがって、リングプレートの一方の半径方向端部は、リングプレートの他方の半径方向端部よりも高い温度を有する。
【００７５】
振動ヒートパイプを含む熱相拡散器
【００７６】
図１１を参照すると、図１〜図５に示された熱相拡散器１４は、あるいは振動ヒートパイプ（ＯＨＰ）構成を有する熱相拡散器１４’となるように構成されてもよい。熱相拡散器１４と同様に、熱相拡散器１４’は、熱プレート部３０’と、オプションとしてシャフト部とを含む。
【００７７】
より具体的には、熱相拡散器１４’の熱プレート部３０’は、基板４０’と、基板４０’に画定された少なくとも１つのチャネル４６’とを含む。チャネル４６'は、図示のように熱プレート部３０’の中心４２'及び周辺部４４'に隣接して配置された屈曲部４８'を有する蛇行形状を有し、それにより連続チャネル４６'を形成する。作動流体５０’は、所望の動作温度範囲に亘って気相と液相の両方でチャネル４６’内を流れる。作動流体５０'は、離散液相（「液体スラグ」と呼ばれる）と気相（「蒸気泡」と呼ばれる）の連鎖に分散する。
【００７８】
熱源（図示せず）は、熱プレート部３０’の中心４２’が蒸発器側を構成するように、熱プレート部３０’の中心４２’に近接して配置されてもよい。熱プレート部３０’の周辺部４４’は、熱プレート部３０’の中心４２’よりも冷たいため、凝縮器側を構成する。液体スラグがサーマルプレート部３０’の中心４２'（つまり、蒸発器側）に向かって移動すると、液体スラグは部分的に蒸発し、蒸気の気泡が液体の潜熱を吸収して膨張する。蒸気泡が熱プレート部３０’の中心５１'から周辺部４４'（すなわち凝縮器側）に向かって移動するにつれて、熱は熱プレート部３０’の周辺部４４'に隣接するヒートシンクによって除去され、蒸気泡に蒸気の潜熱を放出させ、部分的に凝縮して収縮させる。したがって、熱プレート部３０’の周辺部４４’は、蒸気泡の潜熱の放出により加熱される。熱プレート部３０’の中心４２’からの熱は、熱プレート部３０’の周辺部４４’に迅速に拡がることができる。
【００７９】
あるいは、熱源は、熱プレート部３０’の周辺部４４'に近接して配置され、周辺部４４'が蒸発器側を構成し、熱プレート部３０’の中心４２'が凝縮器側を構成してもよい。作動流体５０'が中心部４２'から周辺部４４'に向かって移動すると、液体スラグは部分的に蒸発し、蒸気泡が流体の潜熱を吸収して膨張する。蒸気泡が周辺部４４'から中心４２'に向かって移動すると、中心４２'に隣接するヒートシンクによって熱が除去され、蒸気泡が蒸気の潜熱を放出し、部分的に凝縮及び収縮する。したがって、熱プレート部３０’の中心４２’は、蒸気泡の潜熱の放出により加熱される。熱プレート部３０’の周辺部４４’からの熱は、熱プレート部３０’の中心４２’に迅速に拡がることができる。
【００８０】
作動流体５０'が冷い凝縮器側と高温の蒸発器側との間で繰り返し移動することにより、作動流体５０'は熱プレート部３０’の平面内で振動し、中心４２'（周辺部４４'）の近くで熱を吸収し、周辺部４４'（又は中心部４２'）の近くで熱を放出する。一形態において、チャネル４６’は、いかなる外力の補助なしで毛細管現象により作動流体５０’がチャネル４６’内を流れることができるように、小さな直径を有し、マイクロチャネルであってもよい。マイクロチャネルは、一例として、マイクロチャネル４６'内の所望の圧力分布に応じて、円形、Ｕ字形、又は他の多角形などの様々な断面形状のいずれかを含むことができる。
【００８１】
蒸気室タイプのヒートパイプで必要とされるウィック構造は、ＯＨＰ構成では必要とされない。したがって、ＯＨＰ構成を使用する熱プレート部３０’は、より単純化された構造を有し、より薄くすることができ、それによって製造コストを削減する。
【００８２】
作動流体５０'は、所望の動作温度に応じて、液体ヘリウム、水銀、ナトリウム（５００〜１４５０℃）、硫黄、ハロゲン化物（例えば、ＳｂＢｒ３又はＴｉＩ４）、インジウム、セシウム、ＮａＫ、カリウム（４００〜１０００℃）、リチウム（９００〜１７００℃）、スライバ、アンモニア、アルコール、メタノール、エタノール、アセトン、メチルアルコール、水（２５〜３２７℃）、ナフタレン（３３０〜４５０℃）、又はその他の溶融材料であってよい。室温用途の場合、水を作動流体として使用できる。より高温用途の場合、水銀（５２３−９２３Ｋ）、ナトリウム（８７３−１４７３Ｋ）又はインジウム（２０００−３０００Ｋ）を作動流体として使用できる。
【００８３】
基板４０’の材料は、作動流体５０’と適合するように選択される。ステンレス鋼、インコロイ、チタン、インコネル、タングステン、ニオブ、モリブデン、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むが、これらに限定されない材料の幅広い選択が高温用途向けの基板４０’を形成するために使用できる。作動流体５０'として水が使用される場合、基板４０'は銅で製造されてもよい。アンモニアが作動流体５０'として使用される場合、基板４０'はアルミニウムで製造されてもよい。
【００８４】
別の形態において、熱相拡散器１４'は、シャフト部３２'なしでプレート部３０'のみを有してもよい。別個のシャフト部材をペデスタル１０の下部部材１６に取り付けて使用することができる。
【００８５】
図１２を参照すると、ＯＨＰ構成を有する熱相拡散器５１’の変形例は、図１１のものと同様である。ただし、基板５２’は、第１プレート部材５３’及び第２プレート部材５４’を含み、これらは界面及び周辺部に沿って結合機構５５’で互いに結合される。第１及び第２プレート部材５３'及び５４'は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミック材料で作られている。少なくとも１つの流体チャネル４６'が、第１及び第２プレート部材５３'及び５４'の間の界面に形成される。少なくとも１つの流体チャネル４６'は、図１２に示されるように、第１及び第２プレート部材５３'及び５４'のうちの１つ内に完全に配置されてもよく、あるいは、図１３及び図１４に示すように、基板５２'の中央に配置されてもよい。作動流体５０’は、少なくとも１つの流体チャネル４６’内を流れ、基板５２’の平面内で振動してＯＨＰを形成する。
【００８６】
図１３に示すように、セラミック基板５２'にＯＨＰを形成するために、セラミック材料で製造された第１プレー部材５３'及び第２プレー部材５４'が準備され、第１及び第２プレート部材５３’及び５４’の少なくとも一方には溝が形成されている。第１及び第２プレート部材５３’及び５４’が接合され、溝が閉じられた後、溝は流体チャネル４６’を画定する。第１及び第２プレート部材５３’及び５４’の両方に溝が形成される場合、図１３及び１４に示されるように、少なくとも１つの少なくとも流体チャネル４６’が、基板５２’の中央に形成される。少なくとも１つの流体チャネル４６’は、ＯＨＰの動作を可能とするのに必要な寸法を有するマイクロチャネルである。少なくとも１つの流体チャネル４６’の断面は、流れに望ましい摩擦条件に応じて、長方形（図１２）又は円（図１３及び１４）を含む任意の形状を有することができる。少なくとも１つの流体チャネル４６’の幅又は直径は、１００μｍから１ｍｍの範囲であってよく、ある用途においては、１０ｍｍ以内であってもよい。
【００８７】
第１プレート部材５３’及び第２プレート部材５４’の少なくとも１つは、第１又は第２プレート部材の周囲に沿い、少なくとも１つの流体チャネル４６’を囲む結合溝を形成してもよい。アルミニウム材料は、第１プレート部材５３'を第２プレート部材５４'に接合し、第１及び第２プレート部材５３'及び５４'の周囲に沿って結合機構５５'を形成するため、結合溝に供給される。アルミニウム材料は、アルミニウム材料の融解温度に加熱された固体形態で結合溝に供給される。溶融アルミニウム材料は、結合溝を完全に充填する。溶融アルミニウム材料が固化すると、第１及び第２プレート部材５３’及び５４’の周囲に沿って気密接合が形成され、結合機構５５’が形成される。
【００８８】
第１及び第２プレート部材５３’及び５４’の間、及び流体チャネル４６’の隣接する部分との間の界面も、アルミニウム材料によって結合されてもよい。第１及び第２プレート部材５３'及び５４'がそれらの周辺に沿ってのみ結合される場合、界面に沿って作動流体のクロスフロー（cross-flow）が生じる可能性がある。しかし、作動流体の振動がそれを補う可能性がある。
【００８９】
あるいは、基板５２'は、基板５２'内に流体チャネル４６'を形成するために３Ｄ印刷によって形成されてもよい。したがって、基板５２’はモノリシック構造を有しており、結合は不要である。
【００９０】
図１３では、代替的に、セラミック基板５２'は、円形断面を有する流体チャネル５６'を有するように示されている。流体チャネル５６'の半分は第１プレート部材５３'に配置され、流体チャネル５６'の他の半分は第２プレート部材５４'に配置され、流体チャネル５６'がセラミック基板５２'の中央に形成される。第２プレート部材５４’は、第２プレート部材５４’の底面に開口する切欠き部５７’をさらに画定する。第１及び第２プレート部材５３’及び５４’が結合機構５５’（図１２に示される）によって結合され、少なくとも１つの流体チャネル５６’が基板５２’に形成された後、充填管５８’が第２プレート部材５４'の切欠き部５７'と位置合わせされ、ろう付け材料によって第２プレート部材５４'に接続され、充填管５７'のチャネル６３'がセラミック基板５２'の流体チャネル５６'と流体連通するようにされる。第２プレート部材５４’は、セラミック基板５２’の第２プレート部材５４’に対する充填チューブ５８’の接着を容易にするため、第２プレート部材５４’の底面から突出するカラー５９’を含んでもよい。カラー５９’は、充填管５８’の内側に配置される。カラー５９’の外面は、充填管５８’の内面にろう付けされる。
【００９１】
ろう付け材料は、チタンニッケル、ニッケルパラジウム、又は他のニッケルベースのろう付け合金であってもよい。充填管５８’は、製造中に作動流体が流体チャネル５６’に充填されることを可能にする。充填管５８’はニッケル製であってもよく、カラー５９’に直接ろう付けされてもよい。セラミック基板５２'のカラー５９'への充填管５８'のろう付けを改善し、熱サイクル中にセラミック基板５２'から充填管５８'が分離するのを避けるため、ろう付けプロセスの前に、セラミック基板５２'のカラー５９'の表面にモリブデン層（図示せず）がオプションとして堆積されてもよい。モリブデンは、充填管５８'の熱膨張係数とセラミック基板５２'の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する。したがって、モリブデン層の使用は、熱サイクル中のセラミック基板５２'と充填管５８'との間の界面での熱応力を低減することができる。モリブデン層の厚さは、５〜５０．８μｍの範囲であり得る。
【００９２】
充填チューブ５８'は、作動流体がチャネル５６'を充填する前にチャネル５６'を真空にし、チャンネル５６'内への作動流体の充填に役立つ、充填フランジ６１'にろう付けされた遠位端を有してもよい。
【００９３】
図１４に示すように、作動流体がセラミック基板５２’の流体チャネル５６’を充填した後、充填フランジ５９’が除去され、充填管５８’の遠位端が流体チャネル５６’内の作動流体を密封するために圧着される。クリンプされた充填チューブ５８'の長さＸは、用途による。
【００９４】
図１５を参照すると、本開示の別の形態に従って構築されたペデスタル８０’は、熱相拡散器の構造を除き、図７と構造的に類似している。ペデスタル８０’は、一体型静電チャック（ＥＳＣ）の形態の上部部材と、冷却装置の形態の一体型熱相拡散器とを含む。ペデスタル８０’のシャフト部材は、図１５には示されておらず、明確にするため、ここではその説明を省略する。本形態のペデスタル８０’は、第１及び第２形態のペデスタル１０、６０の動作温度よりも著しく低い１５０℃から３００℃の範囲の動作温度で動作させることができる。
【００９５】
より具体的には、ペデスタル８０'は、ＥＳＣ８２、冷却装置８４'の形態の熱相拡散器、及びＥＳＣ８２'を冷却装置８４'に結合するための結合層８６'、オプションとしての冷却装置８４'の下に配置されたシャフト部材（図１５には図示せず）を含む。ＥＳＣ８２'は、セラミック材料で作られたチャック本体８３'と、その上に配置されたウェーハ（図示せず）に静電チャック力を与えるために埋め込まれた電極８５'とを含む。冷却装置８４’は、ＯＨＰ構成を有するヒートパイプであってもよく、プレート構成を有する。冷却装置８４’は、基板８７’と、基板８７’内に画定され、基板８７’の平面内に延びる少なくとも１つのチャネル９０’とを含む。作動流体はチャンネル９０'内を流れる。基板８７’の周辺部は蒸発器側として機能し、基板８７’の中心は凝縮器側として機能する。冷却装置８４’の動作は、図１１の熱プレート部３０’の動作と同様であり、熱源の代わりに冷却源が凝縮器側に設けられる点が異なっている。
【００９６】
より具体的には、個別の流体スラグ及び蒸気泡を含む作動流体は、蒸発器側と凝縮器側との間のチャネル９０'内を繰り返し流れる。作動流体が冷却源に近い低温凝縮器側に流れると、作動流体は冷却源により冷却され、作動流体の蒸気泡は低温凝縮器側に凝縮する。作動流体の液体スラグが蒸発器側に流れると、作動流体の液体スラグは蒸発器側に近い熱を吸収し、蒸発器側に近い基板８７'の温度を下げる。液体スラグは、蒸気泡が流体の潜熱を吸収して膨張するため、部分的に蒸発する。高温蒸発器側と低温凝縮器側の間を繰り返し移動することにより、作動流体は、基板８７'の中心部と周辺部との間で熱出力Ｑを流す。あるいは、周辺部に冷却源を設けて、周辺部をヒートパイプの凝縮器側とし、中心部をヒートパイプの蒸発器側にしてもよい。冷却装置８４の基板８７’は銅で作られていてもよく、作動流体は水であってもよい。
【００９７】
この形態において、冷却装置８４'は、ＥＳＣ８２'の底面に適用されるように示されている。あるいは、冷却装置８４'は、ＥＳＣ８２'のチャック本体８３'内に埋め込まれてもよい。
【００９８】
図１６を参照すると、さらに別の形態の教示に従って構築されたペデスタル１００'は、熱相拡散器を除き、構造的が図８と類似している。ペデスタル１００’は、統合されたＥＳＣの形態の上部部材と、加熱／冷却装置の形態の熱相拡散器とを含む。ペデスタル１００’のシャフト部材はオプションであり、図１６には示されておらず、その説明は、明確にするために本明細書では省略される。
【００９９】
より具体的には、ペデスタル１００’は、図１５のものと同様のＥＳＣ８２’、加熱／冷却装置１０２’の形態の熱相拡散器、及び加熱／冷却装置１０２’の底面に配置され、本開示の一形態の抵抗ヒータであり得る補助加熱器１０４’を含んでいる。補助ヒータ１０４'は、厚さと熱抵抗を最小化するためにセラミックスタックの外側に配置される。加熱／冷却装置１０２’は、加熱／冷却装置１０２'が、ＥＳＣ８２'の加熱と冷却の両方に使用できることを除き、図１５の冷却装置８４’と同様の構造を有する。ＯＨＰ構成を有するヒートパイプが加熱又は冷却に使用されるかどうかは、ヒートパイプに熱源又は冷却源が提供されるかどうかに依存する。加熱／冷却装置１０２'を加熱するために熱源が提供される場合、ＯＨＰはヒータとして使用される。加熱／冷却装置１０２’を冷却するために冷却源が提供される場合、ＯＨＰは冷却装置として使用される。
【０１００】
補助ヒータ１０４'は、加熱／冷却装置１０２'の底面に取り付けられたそれほど高価でなく低精度のヒータであってもよい。本形態において、加熱／冷却装置１０２’の基板は、銅で作られていてもよく、作動流体は水であってもよい。
【０１０１】
図１７を参照すると、本開示の別の形態に従って構築されたペデスタル１２０'は、図９と構造的に類似し、統合された拡散器を含んでいる。管状シャフト部材はオプションであり、図１７には示されていない。
【０１０２】
より具体的には、ペデスタル１２０’は、ＥＳＣ８２’の形態の上部部材、拡散器１２４’の形態の熱相拡散体、ＥＳＣ８２’と拡散器１２４'との間の第１結合層１２６’、ヒータ１２８'、ベースプレート１３０'、及びヒータ１２８'とベースプレート１３０'との間に配置された第２結合層１３２'を含む。ＥＳＣ８２'は、図１５及び図１６のものと同様である。ヒータ１２８’は、複数の抵抗加熱素子１３４’を含む従来のヒータであってもよい。拡散器１２４’は、ＯＨＰ構成のヒートパイプであり、蛇行形状を有する少なくとも１つのチャネルが拡散器１２４’の平面内に延在する。図１５及び図１６に示すように、ヒートパイプの高温蒸発器側及び低温凝縮器側は、拡散器１２４’の半径方向に沿って配置されている。作動流体は、チャネル１３８'内で半径方向に「振動」する。したがって、熱出力Ｑは、半径方向に内側又は外側に移動する。
【０１０３】
図１８を参照すると、拡散器１２４'はプレート構成を有し、複数の環状領域、例えば領域１、領域２、領域３、領域４を画定する。環状領域は、拡散器１２４'の中心に対して異なる半径方向位置にある。拡散器１２４'は、放射状の調整を可能にする。拡散器１２４’の周辺部に沿ってヒートシンクが存在するため、加熱面は、加熱面の半径方向に沿って均一な加熱が提供されない場合がある。拡散器１２４’は、半径方向に沿って、中心から周辺端に向かって、又は周辺端から中心に向かって、熱伝達を可能にする。拡散器１２４’の中心は、拡散器１２４’の周辺端部の温度よりも高い又は低い温度を有することができ、それにより、より均一な加熱面を達成するために半径方向に沿って加熱面の温度を微調整する。
【０１０４】
あるいは、拡散器１２４’は、複数の同心リングプレート１４２’、１４４’、１４６’、１４８’を含むことができ、各リングプレートは、各リングプレート内及び半径方向に熱伝達を行うヒートパイプ構造を含む。したがって、リングプレートの一方の半径方向端部は、リングプレートの他方の半径方向端部よりも高い温度を有している。
【０１０５】
蒸気室タイプのヒートパイプ又はＯＨＰ構成を含むように構成された熱相拡散器を備えたペデスタルは、長寿命、急速加熱／冷却、低い外形、及び製造コストの削減という利点を有する。ヒートパイプは、蒸気室タイプのヒートパイプ又はＯＨＰのいずれかであり、ヒートパイプの独自構造により、メンテナンスが不要で長寿命である。さらに、ヒートパイプの熱伝導率は５０００Ｗ／ｍＫを超えることがある。したがって、蒸気室タイプのヒートパイプ又はＯＨＰ構造を有する熱相拡散器は、加熱／冷却ターゲットをより急速に加熱／冷却することができる。ＯＨＰ構成の熱相拡散器はウィック構造を必要としないため、ヒートパイプとヒートパイプを含む熱相拡散器の低い外形と薄型化が可能である。本開示の教示に従って構築されたペデスタルは、より少ない構成要素を有し、したがって、より単純な構造を有する。基板がセラミック材料で作られている場合、セラミック材料と作動流体の反応性が低いため、作動流体の選択が増加する。さらに、セラミック材料は優れた熱伝導率を持ち、他のシステム要素への熱伝達を強化する。
【０１０６】
本出願の教示に従って構築されたペデスタルは、１０００℃を超える高温能力を得るという利点を有する。動作温度の唯一の制限は、上部部材１２と下部部材１６との間の結合である。さらに、本開示のペデスタルは、典型的なペデスタルと比較して、ヒートパイププレートの面内で非常に高い熱伝導率／熱伝達を有し、約４００℃以上で高い均一性（約±０．１℃）を得ることができる。本ペデスタルは、個別の加熱要素と冷却要素を必要とする他の窒化アルミニウムペデスタルと比較して、比較的薄い外形で簡素化された設計／製造を有している。
【０１０７】
ガスライン加熱アセンブリ
【０１０８】
図１９に示すように、熱相拡散器は、それを通るガスライン１５２を加熱するためのガスライン加熱アセンブリ１５０を形成するために管状構成を有するように構成されてもよい。本形態のガスライン加熱アセンブリ１５０は、蒸気室タイプのヒートパイプを有する。熱相拡散器は、外側シェル１５４、第１ウィック構造１５６、及び管状シェル１５４に囲まれた第２ウィック構造１５８を含む。第１ウィック構造１５６は、ガスライン１５２が挿入された中央チャネルを画定する。第２ウィック構造１５８は、第１ウィック構造１５６を囲み、第１ウィック構造１５６と第２ウィック構造１５８との間に環状蒸気誘導チャネル１６０を画定する。作動流体は、管状シェル１５４の内部に含まれる。作動流体の蒸気は、環状蒸気誘導チャネル１６０内をガスライン１５２の軸と平行な方向に流れる。ガスライン加熱アセンブリ１５０は、断続的な加熱を提供するために、管状シェル１５４の周りに追加のヒータ１６２をさらに含むことができる。本形態のガスライン加熱アセンブリ１５０は、ガスライン１５２の長さに沿って高レベルの熱均一性を維持することができる。
【０１０９】
図２０を参照すると、熱相拡散器の変形例は、それを通るガスライン１５２’を加熱するためのガスライン加熱アセンブリ１５０’を形成する管状構成を有するように構成される。現在の形態のガスライン加熱アセンブリ１５０’は、ＯＨＰ構成を有する。ガスライン加熱アセンブリ１５０’は、ガスライン１５２’が挿入される中央チャネル１５６’と蛇行形状を有する少なくとも１つのチャネル１５７’を画定する管状基板１５４’を含む。作動流体は、ガスライン１５２’のシャフトに平行な方向に、対向する長手方向端部の間のチャネル１５７’内で「振動」する。ガスライン加熱アセンブリ１５０'は、断続的な加熱を提供するために、管状基材１５４'の一部の周りに追加のヒータ１６２'をさらに含むことができる。本形態のガスライン加熱アセンブリ１５０'は、追加のヒータ１６２'からの熱を追加のヒータ１６２'から遠位のガスラインの部分に向けることにより、ガスライン１５２'の長さに沿って高レベルの熱均一性を維持できる。
【０１１０】
ヒートパイプ構成の熱システム
【０１１１】
図２１を参照すると、本開示の教示に従って構成された熱システム１８０は、半導体処理チャンバ１８２内のウェハ１８４に放射熱を提供するように構成される。通常、放射熱は管状ヒータによって提供される。本形態において、熱システム１８０は、図８の加熱／冷却装置１０２と類似する蒸気室タイプヒートパイプ、又は図１６の加熱／冷却装置１０２’と類似するＯＨＰを含むことができるが、平面において螺旋形を有するように構成され、外部加熱源１８６へ半導体処理チャンバ１８２の外部に引き出される。熱システム１８０は、管状ヒータと同じようであるが、より高い熱均一性でウェハホルダに熱を放射してもよい。
【０１１２】
図２２を参照すると、本開示の教示に従って構成された熱システム２００の変形例は、基板２０２と、基板２０２に埋め込まれたヒータ素子２０４とを含む加熱板である。ヒータ素子２０４は、図８の加熱／冷却装置１０２と構造的に類似の蒸気室タイプヒートパイプ、又は図１６の加熱／冷却装置１０２’と構造的に類似のＯＨＰを含んでもよい。加熱プレートは、金属ペデスタル（例えば、ステンレス又はインコネル）で使用できる。ヒータ素子２０４は、ペデスタル内に埋め込まれるか、適所に押し付けられてもよい。
【０１１３】
ヒートパイプ構成を備えた温度センサ
【０１１４】
図２３を参照すると、本開示の教示に従って構築された熱システム２２０は、半導体処理チャンバ２２４内に配置されたウェハホルダ２２２の温度を測定するための温度センサ２２０として使用される。温度センサ２２０は、蒸気室タイプのヒートパイプ構造、又はＯＨＰを含むことができ、非常に小さな直径を有している。熱は、ウェハホルダ２２２から、ヒートパイプの形態の温度センサを介して、チャンバ２２４の外側の物体（図示せず）に伝達される。物体は、測定点２２６になる。物体の温度を測定することにより、ウェハホルダ２２２から物体に伝達された熱が決定され得る。したがって、ウェハホルダ２２２の温度は、その場ではなく、外部で、すなわち処理チャンバ２２４の外側で測定することができる。ヒートパイプは、ウェハホルダアセンブリの外側、又はチャンバ２２４の外側全体の正確な温度測定に使用することができる。
【０１１５】
本開示は、例として説明及び図示した形態に限定されないことに留意されたい。多種多様な変形が記載されており、それらは当業者の知識の一部である。例えば、本開示の教示は、半導体処理用途のペデスタルに関して示され説明されているが、本開示の範囲内に留まりながら様々な他の用途を使用できることを理解されたい。本開示及び本特許の保護の範囲を逸脱することなく、これら及びさらなる修正ならびに技術的同等物による置換を説明及び図に追加することができる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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