JP5183058B2 - 急速温度勾配コントロールによる基板処理 - Google Patents

Description

背景

本発明の実施形態は、基板全体の急速温度勾配コントロールによる基板の処理に関する。

半導体およびディスプレイなどの基板の処理において、静電チャックが、基板をチャンバに保持して基板上の層を処理するために使用される。通常の静電チャックはセラミックによってカバーされる電極を備える。電極が帯電されると、静電気は電極および基板に蓄積し、その結果生じる静電力が基板をチャックに保持する。通常、基板の温度は、基板の下にヘリウムガスを維持して、基板の裏側とチャックの表面間のインタフェースの顕微鏡的ギャップ全体の熱移送レートを高めることによってコントロールされる。静電チャックは、チャックを冷却または加熱するために流体を通過させるチャネルを有するベースによって支持可能である。基板がチャックにしっかりと保持されると、プロセスガスがチャンバに導入されて、基板を処理するためにプラズマが形成される。基板はＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、インプラント、酸化、窒化または他のこのようなプロセスによって処理可能である。

このような従来の基板製作プロセスでは、基板は処理中単一温度に維持される。通常、基板はウェーハブレードによってチャンバのスリットを通過させられて、静電チャックの本体を介して延ばされるリフトピン上に堆積される。その後、リフトピンはチャックを後退させられて、基板をチャックの表面上に堆積する。基板は、チャックのヒーターやチャンバに形成されたプラズマによって一定に維持されるプリセット温度に温度を急激に上昇させる。基板温度は、ベースのチャネルを介して、またはチャックから熱を除去するために使用されるチャックの下方を通過した冷却剤の温度および流量によってさらにコントロール可能である。

従来の処理チャンバは処理中一定の単一温度に基板を維持するのに適しているが、単一のプロセスサイクル時の基板の温度の急速な変化を許容しない。あるプロセスでは、プロセス中の特定の温度プロファイルを達成するために、基板温度を急速に上昇または低下させることが望ましい。例えば、エッチングプロセスの異なる段階で基板温度の急速な変化を有することによって、異なる基板温度での基板上の異なる材料のエッチングを許容することが望ましい。これらの異なるエッチング段階で、チャンバに提供されたプロセスガスはまた組成が変化したり、同一組成を有したりすることが可能である。別の例として、エッチングプロセスでは、このような温度プロファイルは、基板上にエッチングされた特徴の側壁上に側壁ポリマーを堆積し、後に同一エッチングプロセスで、エッチングプロセスの温度を上げることによって側壁ポリマーを除去するのに有用である場合があり、逆もまた同様である。同様に、堆積プロセスでは、例えば、まず核形成層を基板上に堆積してから、基板上に熱堆積層を成長させるために、第２の処理温度より高いか低い第１の処理温度を有することが望ましい場合がある。従来の基板処理チャンバおよびこれらの内部コンポーネントはしばしば、基板温度の著しく急速な上昇および低下を許容しない。

処理中に、不均一な同心処理バンドを生じる基板にわたる半径方向の不均一プロセス条件に基板が付される場合にさらに複雑になる。不均一な処理条件は、チャンバのガスやプラズマ種の分布から生じる恐れがあり、これはしばしばチャンバの不活性および排出ガスポートの場所に応じて変更する。大量移送機構もまた基板表面の異なる領域のガス種の到来や散逸のレートを変える可能性がある。不均一処理または、例えば、プラズマシースから基板へのエネルギーの不均一結合によって、またはチャンバ壁から反射された放射熱によって生じる、チャンバの不均一な熱負荷の結果として生じる恐れがある。基板にわたる処理バンドおよび他の変形は、基板の異なる領域、例えば、周辺および中心基板領域で製作される電子デバイスが異なる特性になると望ましくない。従って、基板の処理中に基板表面にわたる処理レートおよび他のプロセス特徴の変化を小さくすることが望ましい。

従って、チャンバで処理される基板の急速な温度上昇および低下を許容するプロセスチャンバおよびコンポーネントを有することが望ましい。基板の処理表面の異なる領域の温度をコントロールして、基板表面にわたって半径方向の不均一な処理条件の効果を小さくすることがさらに望ましい。処理中に基板全体の温度プロファイルをコントロールすることもまた望ましい。

本発明のこれらの特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の請求項、および本発明の例を図示する添付の図面に関してより理解されるようになる。しかしながら、特徴の各々は、特定の図面と関連してのみではなく一般に本発明で使用可能であることが理解されるべきであり、本発明は、これらの特徴の組み合わせを含んでいる。

説明

基板１０４をエッチング可能なチャンバ１０６の例示的変形例が図１に概略的に図示されている。チャンバ１０６は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能な誘導結合プラズマエッチングチャンバであるＤｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ（ＤＰＳ（商標））チャンバを表している。ＤＰＳチャンバ１０６は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）集積処理システムで使用されてもよい。しかしながら、他のプロセスチャンバもまた、例えば、異なる設計の容量結合パラレルプレートチャンバ、磁気強化イオンエッチングチャンバ、誘導結合プラズマエッチングチャンバならびに堆積チャンバを含む本発明と関連して使用されてもよい。本装置およびプロセスはＤＰＳチャンバで好都合に使用されるが、チャンバは本発明を図示するためにのみ提供されており、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。

図１を参照すると、通常のチャンバ１０６は、側壁１２０と、底壁１２２と天井１２４とを含むエンクロージャ壁１１８を備えるハウジング１１４を備えている。天井１２４は、示されているようなフラット形状や、例えば、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ ａ Ｄｅｅｐｌｙ Ｒｅｃｅｓｓｅｄ Ｆｅａｔｕｒｅ ｉｎ ａ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ Ｇａｓ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｅｔｃｈａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、Ｃｈｉｎｎらへの米国特許第７，０７４，７２３号に説明されているような多放射弓状プロファイルのドーム形状を備えていてもよく、これはその全体を参照として本明細書に組み込まれている。壁１１８は一般的にアルミニウムなどの金属やセラミック材料から製作される。天井１２４および／または側壁１２０はまた、放射がチャンバを通過して、チャンバ１０６で行われるプロセスを監視するのを許容する放射透過性ウィンドウ１２６を有することが可能である。プラズマが、プロセスチャンバ１０６と、基板支持体とドーム状天井１２４とによって画成されたプロセスゾーンに形成される。

基板２５は、ベース９１上に静止する静電チャック２０を備える基板支持体の受け取り表面２６上のチャンバ１０６に保持される。静電チャック２０は、パック２４の上部表面である基板受け取り表面２６を有するセラミックパック２４を備えており、図１および２に示されているように基板２５を保持するように作用する。セラミックパック２４はまた、基板受け取り表面２６に対向する裏側表面２８を有する。セラミックパック２４は、第１のステップ３１および第２のステップ３３を有する周辺出っ張り２９を有する。セラミックパック２４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、シリコンカーバイド、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよびこれらの混合物のうちの少なくとも１つを備える。セラミックパック２４は、セラミック粉末をホットプレスかつ焼結してから、焼結形態を加工してチャック２４の最終的な形状を形成することによって作られたセラミックの一体型モノリスであってもよい。

セラミックパック２４の厚さは実質的に、基板の温度を急速に上昇および低下させる能力に影響すると判断された。セラミックパック２４が極めて厚い場合、パック２４は温度を上昇および低下させるのに非常に時間がかかり、下地基板の温度は、所望のセットポイント温度に達するのにそれに応じてかなりの時間がかかることになる。さらに、セラミックパック２４が非常に薄い場合は、基板を一定の状態温度に維持せずに、処理中の基板温度のばらつきをもたらすとも判断された。また、セラミックパック２４の厚さは、セラミックパック２４に埋め込まれている電極３６の動作に影響する。埋め込まれている電極３６のすぐ上のセラミックパック２４の層の厚さが非常に大きい場合、電極３６はプロセスゾーンに形成されたプラズマにエネルギーを効果的に結合させない。他方、電極３６周辺のセラミックパック２４の厚さが非常に薄い場合は、電極３６に印加されるＲＦ電圧はプラズマ作成アークおよびプラズマ不安定性に放電する恐れがある。従って、セラミックパック２４の厚さは約７ｍｍ未満の厚さ、例えば、約４〜約７ｍｍの厚さとなるように正確にコントロールされており、一変形例ではセラミックパックは５ｍｍの厚さを有していた。これらの厚さレベルで、セラミックパック２４は基板温度の急速な上昇および低下を許容していたのに対して、プロセス中の温度ばらつきを削減して、実質的にプラズマ不安定性を作成しなかった。

セラミックパック２４に埋め込まれた電極３６は、静電力を生成し、基板受け取り表面２６上に置かれた基板を保有し、かつ任意にはチャンバに形成されたプラズマにエネルギーを容量結合させるために使用される。電極３６は金属などの導体であり、モノポーラまたはバイポーラ電極３４として成形される。モノポーラ電極は単一の導体を備えており、外部電源への単一の電気接続を有しており、またチャック２０に保持された基板全体に電気バイアスを印加するためにチャンバに形成された下地プラズマの帯電種との共働する。バイポーラ電極は２つ以上の導体を有しており、これらの各々は他方に対してバイアスされて、基板を保持する静電力を生成する。電極３６はワイヤメッシュや、適切な切欠き領域を具備する金属プレートとして成形可能である。例えば、モノポーラ電極を備える電極３６は、示されるようなセラミックパックに埋め込まれた単一の連続ワイヤメッシュであってもよい。バイポーラ電極を備える電極３６の一実施形態は、Ｃ形状の真っ直ぐな脚にわたって相互に面する１対の充填Ｃ形状プレートであってもよい。電極３６はアルミニウム、銅、鉄、モリブデン、チタン、タングステンまたはこれらの合金からなってもよい。電極３６の一変形例はモリブデンのメッシュを備える。電極３６は、外部電源２３０から電極３６に電力を供給する端末ポスト５８に接続されており、これはＤＣ電圧電源、および任意でＲＦ電圧電源を含むことができる。

任意で、複数の熱移送ガス導管３８ａ、ｂがセラミックパック２４を横切って、チャック２０の基板受け取り表面２６のポート４０ａ、ｂで終端して、熱移送ガスを基板受け取り表面２６に提供する。例えば、ヘリウムであってもよい熱移送ガスは、基板の裏側３４の下方に供給されて、下地基板２５から、かつセラミックパック２４の受け取り表面２６に熱を伝導する。例えば、第１のガス導管３８ａは、基板受け取り表面２６の中心加熱ゾーン４２ａに熱移送ガスを供給するように配置可能であり、また第２のガス導管３８ｂは、基板受け取り表面２６の周辺加熱ゾーン４２ｂに熱移送ガスを供給するように配置可能である。セラミックパック２４の基板受け取り表面２６の中心および周辺加熱ゾーン４２ａ、ｂによって基板表面４４の対応する部分、例えば、基板２５の下地中心および周辺部分４６ａ、ｂは異なる温度に維持されることができ、相互に異なるプロセス条件の対応する不均一なバンドゆえに基板２５に生じる不均一な同心処理バンドを補償する。

セラミックパック２４はまた、基板２５を加熱するための埋め込みヒーターを有している。ヒーターは複数のヒーターコイル５０、５２、例えば、セラミックパック２４に埋め込まれた第１のヒーターコイル５０および第２のヒーターコイル５２を備えている。セラミックパック２４の基板受け取り表面２６の中心および周辺加熱ゾーン４２ａ、ｂの温度は、放射状に間隔をあけられており、かつ互いの中心に同心的であるヒーターコイル５０、５２を使用してコントロールされる。一変形例では、第１のヒーターコイル５０はセラミックパック２４の周辺部分５４ｂに配置されており、第２のヒーターコイル５２はセラミックパック２４の中心部分５４ａに配置されている。第１および第２のヒーターコイル５０、５２によって、セラミックパック２４の中心および周辺部分５４ａ、５４ｂの温度の独立コントロールが可能になり、加熱ゾーン４２ａ、ｂの温度を独立してコントロールする能力を提供して、基板２５の処理表面４４の半径方向の異なる処理レートや特徴を達成する。従って、異なる温度が２つの加熱ゾーン４２ａ、ｂに維持可能であり、基板２５の下地中心および周辺部分４６ａ、ｂの温度に影響することによって、基板２５の処理中に生じる可変的なガス種分布や熱負荷に対抗することができる。例えば、基板２５の処理表面４４の周辺部分４６ｂのガス種が中心部分４６ｂほどアクティブでない場合、周辺加熱ゾーン４２ｂの温度は、中心加熱ゾーン４２ａよりも高温に上昇し、基板２５の処理表面４４にわたってより均一な処理レートやプロセス特徴を提供する。図８は、基板温度の変化が、チャック２４に埋め込まれている内側および外側加熱コイルによって供給されるヒーター電力のプリチャージに左右される様子を明示している。

一変形例では、第１および第２のヒーターコイル５０、５２は各々、並んで配列された抵抗加熱素子の円形ループを備えており、実質的に同一平面にあってもよい。例えば、ヒーターコイル５０、５２は各々、セラミックパック２４の本体の半径方向内側に徐々に螺旋を描く連続同心ループであってもよい。一変形例では、ヒーターは、第１の距離の間隔があけられた第１のループと、第１の距離よりも大きな第２の距離の間隔があけられた第２のループとを有するコイルを備えている。第２のループはパックのリフトピンホールを中心に位置決めされる。ヒーターコイル５０、５２はまた、例えば、セラミックパック２４の内部容積にわたって同心円に位置決めされている電球フィラメントのような、コイルの中心を通過する軸を中心に螺旋を描くスパイラルコイルであってもよい。抵抗加熱素子は、例えば、タングステンやモリブデンなどの異なる電気抵抗材料からなってもよい。

ヒーターコイル５０、５２は、基板２５の温度を上昇および低下させるレートを高めるように選択される電気抵抗および動作電力レベルを有する。一変形例では、ヒーターコイル５０、５２は、各々、約８０℃〜約２５０℃の温度にセラミックパック２４の基板受け取り表面２６を急速に上昇させて、これに維持するのにかなり高い電気抵抗を備えている。この変形例では、コイルの電気抵抗は、約４〜約１２オームである。一例では、第１のヒーターコイル５０は６．５オームの電気抵抗を有しており、第２のヒーターコイル５２は８．５オームの電気抵抗を有している。別の変形例では、第１および第２のヒーターコイルは、１０オーム未満の合計抵抗を備えている。一変形例では、ヒーターは、８．５オームの抵抗を備えている。ヒーターコイル５０、５２は、セラミックパック２４を介して延びる独立端末ポスト５８ａ〜ｄを介して電源投入される。

ヒーターコイル５０、５２と関連して、熱移送ガスの圧力もまた、基板２５にわたって基板処理レートをより均一にするために、２つの加熱ゾーン４２ａ、ｂでコントロール可能である。例えば、２つのゾーン４２ａ、ｂは各々、異なる平衡圧力に熱移送ガスを保持して、基板２５の裏側３４から異なる熱移送レートを提供するように設定可能である。これは、２つの導管３８ａ、３８ｂを介して２つの異なる圧力の熱移送ガスを供給して、基板受け取り表面２６の２つの異なる場所に出ることによって遂行される。

セラミックパック２４の裏側表面２８は、図３に示されるような複数の間隔のあいたメサ３０を有することができる。一変形例では、メサ３０は、複数のギャップ３２によって相互に分離されている円筒形マウンドである。使用に際して、ギャップ３２は空気などのガスで充填されて、裏側表面２８からベースの下地表面への熱移送レートを調節する。一実施形態では、メサ３０は円筒形マウンドを備えており、これは、表面２８から上に延びるポストとして成形可能であり、ポストは矩形または円形断面形状を有している。メサ３０の高さは約１０〜約５０ミクロンであってもよく、メサ３０の直径は約５００〜約５０００ミクロンであってもよい。しかしながら、メサ３０はまた他の形状およびサイズ、例えば、円錐または矩形ブロックや、サイズが変るバンプをも有することができる。一変形例では、メサ３０は、例えば、数十ミクロンの適切に小さなビーズサイズで裏側表面２８をビーズブラストすることによって形成されて、裏側表面２８の材料を腐食によってエッチングして、介在するギャップ３２によって成形メサ３０を形成する。

静電チャック２０はまた、セラミックパック２４のホール６２ａ、ｂを通過して、基板２５の下地中心および周辺部分４６ａ、ｂの温度に接触して、これを正確に測定する光学温度センサー６０ａ、ｂを含んでいる。第１のセンサー６０ａは、基板２５の中心部分４６ａの温度を読み取るためにセラミックパック２４の中心加熱ゾーン４２ａに位置決めされ、第２のセンサー６０ｂは、これに応じて基板２５の周辺部分４６ｂの温度を読み取るためにセラミックパック２４の周辺加熱ゾーン４２ｂに位置決めされる。センサーの先端６４ａ、ｂがチャック２０に保持された基板２５の裏側３４に接触できるように、光学温度センサー６０ａ、ｂはチャック２０に位置決めされて、センサーの先端６４ａ、ｂはセラミックパック２４の基板受け取り表面２６と同一平面にある。センサー６０ａ、ｂの脚６６ａ、ｂはセラミックパック２４の本体を介して垂直に延びる。

一変形例では、図５に示されるように、各光学温度センサー６０は、サイド７２と、先端６４として作用するドーム形状上部７４とを具備するクローズオフシリンダーとして成形された銅キャップ７０を備える熱センサープローブ６８を備えている。銅キャップ７０は酸素フリー銅材料からなってもよい。リンプラグ７６が、銅キャップ７０の上部７４内部に、これと直接接触して埋め込まれる。銅キャップ７０に埋め込まれたリンプラグ７６は熱検知プローブ６８に対してより迅速かつより敏感な熱応答を提供する。銅キャップ７０の先端６４はドーム形状上部７４であり、基板を腐食したりダメージを与えたりせずに異なる基板２５との反復接触を許容する。銅キャップ７０は、センサープローブ６８にキャップ７０を添えるためのエポキシ７９を受け取るための凹状溝７８を有している。

リンプラグ７６は赤外線放射形態の熱を、光学繊維束８０を通過させられる光子に変換する。光学繊維束８０はホウケイ酸塩ガラス繊維からなってもよい。光学繊維束８０はスリーブ８２によって包まれており、これはまた、セラミックパックを支持するベースの熱から温度センサーを隔離するように作用する温度隔離ジャケット８４によって部分的に囲まれている。スリーブ８２は周囲の構造からのより良好な熱隔離を提供するためのガラスチューブであってもよいが、これもまた銅などの金属から作られてもよい。温度隔離ジャケット８４はＰＥＥＫ、ポリエーテルエーテルケトンからなってもよく、またＤｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ｃｏ．ＤｅｌａｗａｒｅのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）であってもよい。

静電チャック２０を備える基板支持体９０は、チャック２０を支持および固定し、ならびにチャックを冷却するために使用される冷却ベース９１に固定される（図１および図４）。ベース９１は、チャック受け取り部分９６および周辺部分９８を有する上部表面９４を具備する金属本体９２を備えている。上部表面９４のチャック受け取り部分９６は、静電チャック２０のセラミックパック２４の裏側表面２８を受け取るように適合されている。ベース９１の周辺部分９８はセラミックパック２４を超えて、半径方向外側に延びる。ベース９１の周辺部分９８は、ベースの周辺部分の上部表面に固定可能なクランプリング１００を受け取るように適合可能である。ベース９１の金属本体９２は、例えば、端末５８ａ〜ｄや供給ガスをセラミックパック２４のガス導管３８ａ、ｂに保持するために、ベースの底部表面１０４からベース９１の上部表面９４に走る多数の通路１０２を有している。

ベース１０４は、冷却剤をチャネルに循環させるための、入口９５および末端９７を備える冷却チャネル１１０を有している。冷却チャネル１１０の入口９５および末端９７は、冷却チャネル１１０が図４Ｂに示されるように自身にループバックする場合に、相互に隣接して位置決め可能である。冷却剤は水などの流体や他の適切な熱移送流体であってもよく、これは冷却器でプリセット温度に維持されて、ベース９１のチャネルを介してポンピングされる。巡回する冷却流体を具備するベース９１は、チャック２０の温度をコントロールして基板２５の処理表面４４にわたって所望の温度を達成するための熱交換器として作用する。チャネル１１０を通過した流体は、チャック２８の温度、およびチャック２８に保持された基板２５の温度を上昇または低下させるために加熱または冷却可能である。一変形例では、チャネル１１０は、約０〜１２０℃の温度にベース９１を維持するように流体を流すように成形およびサイズ設定されている。

ベース９１の上部表面９４のチャック受け取り部分９６は、セラミックパック２０の裏側全体に空気を保有し、かつ流すための１つ以上の溝１０６ａ、ｂを備えている。一実施形態では、チャック受け取り部分９６は、セラミックパック２４の裏側表面２８上の複数のメサ３０と共働し、かつセラミックパック２４の周辺部分５４ｂからの熱移送レートをコントロールする周辺溝１０６ａを備えている。別の実施形態では、ベースのチャック受け取り表面は、パックの裏側のメサの周りに空気を含有するための周辺溝を備えている。さらに別の実施形態では、中心溝１０６ｂが、セラミックパック２４の中心部分からの熱移送を調節するために周辺溝１０６ａと関連して使用される。

ベース９１の上部表面９４の溝１０６ａ、ｂはセラミックパック２４の裏側表面２８上のメサ３０と共働して、基板処理表面４４全体の温度をさらに調節する。セラミックパック２４の裏側表面２８上のメサ３０は均一または不均一パターンで裏側表面２８にわたって分布可能である。メサ３０の形状、サイズおよび間隔は、ベース９１の上部表面９４とのメサ３０の接触表面の全量をコントロールすることによって、インタフェースの全熱伝導面積をコントロールすることができる。均一に間隔のあけられたパターンでは、ギャップ３２によって表されるようなメサ３０間の距離は実質的に同じままであり、不均一な間隔では、ギャップ距離は表面２８にわたって変化する。

任意に、セラミックパック２４の裏側表面２８は、図３に示されるように、ベースの冷却チャネル１１１の入口に隣接するメサ３０の第１のアレイ３９と、チャネル１１１の入口９５から離れているか、冷却チャネル１１１の末端９７に隣接するメサ３０の第２のアレイ４１とを有することができる。メサ２３０の第２のアレイは第１のアレイとは異なるパターンを形成する異なるギャップ距離を有しており、冷却チャネル１１１に隣接し、かつこれから離れた領域周辺の熱移送レートを調節する。例えば、新鮮な冷却剤を受け取るチャネル入口９５付近の冷却チャネル１１１のセグメントの上にあるセラミックパック２４の一部分はしばしば、チャネル末端付近の冷却チャネル１１１のセグメントの上にあるセラミックパック２４の一部分より低い温度に維持される。これは、冷却剤は、セラミックパック２４からの熱を捕捉することによってベースのチャネルの長さを移動すると温まるからである。結果として、セラミックパック２４の受け取り表面２６上に置かれた基板２５の温度プロファイルは、入口９５の上にある領域の温度より冷却チャネル末端９７の下にある領域の温度のほうがが高くなっている。この温度プロファイルは、第１のギャップ距離で間隔をあけられたチャネル入口周辺にメサ３０の第１のアレイと、第１の距離とは異なる第２のギャップ距離で間隔をあけられたチャネル１１１の末端９７周辺にメサ３０の第２のアレイを提供することによって補償される。第１の距離が第２の距離よりも大きい場合、第１のアレイのすぐ上にある基板２５の部分からの熱移送レートは、第２のアレイ４１のすぐ上にある基板２５の部分からの熱移送レートよりも低い。結果的に、第２の基板領域からの熱移送レートよりも遅いレートで第１の基板領域から熱が移送されて、第１の領域を第２の領域よりも温かくして、冷却チャネルの入口９５および末端９７の基板表面４４にわたって生じたであろう温度プロファイルを補償し、かつこれを等しくする。一例では、メサ３９の第１のアレイは少なくとも約５ｍｍの第１の距離の間隔をあけられているのに対して、メサ４１の第２のアレイは、約３ｍｍ未満の第２の距離の間隔があけられている。

同一の温度プロファイルコントロールが、メサ４１の第２のアレイの接触領域の寸法に対してメサ３９の第１のアレイの接触領域の寸法を変更することによって得られる。例えば、メサ３９の第１のアレイの接触領域の第１の寸法は約２０００ミクロン未満であってもよいのに対して、メサ４１の第２のアレイの接触領域は少なくとも約３０００ミクロンであってもよい。第１および第２の寸法はポスト形状を備えるメサ３０の直径であってもよい。一変形例では、第１の寸法は１０００ミクロンの直径であり、第２の寸法は４０００ミクロンの直径である。接触面積が小さいほど、基板処理表面４４全体の温度は高くなる。また、メサ３０間と、裏側表面２８全体に空気が提供されて、さらなる温度調節器として作用する。

基板の温度を急速に上昇および低下させる能力に影響を与える別の要因は、セラミックパック２４とベース９１間の熱インタフェースの性質である。良好な熱伝導性を有するインタフェースが、ベース９１を移動する冷却剤によってセラミックパック２４から容易に熱を除去するために、このインタフェースでは望ましい。加えて、セラミックパック２４と冷却ベース９１間の大きな温度差は、セラミックパック２４のひび割れや他の熱ストレス誘導ダメージを引き起こす恐れのある熱膨張ストレスをもたらすため、インタフェースは柔らかいことが望ましい。一変形例では、柔らかい層が、セラミックパック２４の裏側表面をベース９１のフロント表面に接着させるのに使用される。柔らかい層は良好な熱伝導性を提供するように製作されるが、高い熱ストレスを吸収するには依然としてかなり柔らかい。一変形例では、柔らかい層はアルミニウム繊維を埋め込んだシリコンを備えている。シリコン材料は良好な柔らかさを提供するのに対して、依然として合理的な熱伝導性を有している。シリコン材料の熱伝導性は、埋め込まれているアルミニウム繊維によって高められる。別の変形例では、柔らかい層は、埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルを備えている。また、アクリルポリマーは柔らかさに熱ストレスを提供するように選択されるのに対して、埋め込みワイヤメッシュは構造の熱伝導性を高める。

ベース９１はさらに、静電チャック２０の電極３６に電力を伝導するための電気端末アセンブリ１２０を備えている。電気端末アセンブリ１２０はセラミック絶縁ジャケット１２４を備えている。セラミック絶縁ジャケット１２４は例えば、酸化アルミニウムであってもよい。複数の端末ポスト５８がセラミック絶縁ジャケット１２４内に埋め込まれている。端末ポスト５８、５８ａ〜ｄは電力を静電チャック２０の電極３６およびヒーターコイル５０、５２に供給する。例えば、端末ポスト５８は銅ポストを含んでもよい。

リングアセンブリ１７０はまた、図６Ａおよび６Ｂに示されているように、プロセス堆積物の形成を削減し、ベース９１によって支持されている静電チャック２０を備える基板支持体９０の周辺領域を腐食から保護するために提供可能である。リングアセンブリ１７０は、スクリューやボルト（図示せず）などの固定手段によってベース９１の上部表面９４の周辺部分９８に固定されるクランプリング１００を備えている。クランプリング１００は、横断方向かつ半径方向内側に延びるリップ１７２と、上部表面１７４と外側側面１７６とを有している。リップ１７２は、セラミックパック２４と、上部表面１７４と外側側面１７６とのガス気密シールを形成するためにセラミックパック２４の周辺出っ張り２９の第１のステップ３１上に静止する下面１７３を有している。一変形例では、下面１７３は例えば、ポリイミドを備えるポリマー層１７９を備えており、良好なガス気密シールを形成する。クランプリング１００は、プラズマによる腐食に抵抗可能な材料、例えば、ステンレス鋼、チタンまたはアルミニウムなどの金属材料や、酸化アルミニウムなどのセラミック材料から製作される。

リングアセンブリはまた、クランプリング１００の上部表面１７４上に静止するフット１８４を有するバンド１８２を備える端リング１８０を含む。端リングはまた、クランプリング１００上のスパッタリング堆積物の堆積を削減したり全体的に排除したりするために処理環境に暴露されるクランプリング１００の外側表面１７６を取り囲む環状外壁１８６を有している。端リング１８０はまた、セラミックパックの受け取り表面上に保有されている端リング１８０を覆う基板の縁と共にシールを形成するために、セラミックパック２９の周辺出っ張り２９の第２のステップ３３をカバーするフランジ１９０を備えている。フランジ１９０は、基板２５の張り出し端１９６の下方に終端する突出部１９４を備えている。フランジ１９０は、基板２５の周辺を取り囲んで、処理中に基板２５によってカバーされないセラミックパック２４の領域を保護するリング１９０の内縁を画成する。リングアセンブリ１７０のクランプリング１００および端リング１８０は共働して、プロセスチャンバでの基板２５の処理中にベース９１上に支持される静電チャック２０上へのプロセス堆積物の形成を削減し、またこれを腐食から保護する。端リング１８０は基板支持体９０の暴露側面を保護して、エネルギー付与されたプラズマ種による腐食を削減する。リングアセンブリ１７０はリング１００、１８０の暴露表面から堆積物を洗浄するために容易に除去可能であるため、基板支持体９０全体は洗浄するために分解される必要はない。端リング１８０は例えば、石英などのセラミックを備えている。

動作に際して、プロセスガスが、設定流量のガスを通過させるための、質量流コントローラなどのガス流コントロールバルブ１５８を有する導管２０３を各々が供給するガス源を備えるプロセスガスサプライ２０４を含むガス送出システム１５０を介してチャンバ１０６に導入される。導管はガスを、ガスが混合されて所望のプロセスガス組成を形成する混合マニホルド（図示せず）に供給する。混合マニホルドはガス出口を有するガス分配器（図示せず）１６２をチャンバ１０６に供給する。ガス出口はチャンバ側壁１２０を通過して基板支持体２０の周辺に終端してもよく、または天井１２４を通過して基板２５上方に終端してもよい。使用済みプロセスガスおよび副生成物は、使用済みプロセスガスを受け取り、この使用済みガスを、チャンバ１０６のガス圧力をコントロールするためのスロットルバルブがある排出導管に通過させる１つ以上の排出ポート２１１を含む排出システム２１０を介してチャンバ１０６から排出される。排出導管１７２は１つ以上の排出ポンプ２１８を供給する。排出システム２１０はまた、排出される望ましくないガスを削減するための廃棄処置システム（図示せず）を含有してもよい。

プロセスガスはエネルギー付与されて、チャンバ１０６のプロセスゾーン、またはチャンバ１０６の上流の遠隔ゾーン（図示せず）のプロセスガスにエネルギーを結合させるガスエナジャイザー２０８によって基板２５を処理する。「エネルギー付与されたプロセスガス」によって、解離ガス種、非解離ガス種、イオンガス種および天然ガス種のうちの１つ以上を形成するためにプロセスガスが活性化またはエネルギー付与されることになる。一変形例では、ガスエナジャイザー２０８は、チャンバ１０６を中心とする円形対称性を有することがある１つ以上のインダクタコイル１８８を備えるアンテナ１８６を備えている。一般的に、アンテナ１８６は約１〜約２０ターンを有するソレノイドを備えており、中心軸は、プロセスチャンバ１０６を介して延びる長手方向垂直軸に一致している。ソレノイドの適切な配列は、プロセスガスへの強力な誘導フラックスリンクおよび結合を提供するように選択される。アンテナ１８６がチャンバ１０６の天井１２４付近に位置決めされると、天井１２４の隣接部分は、ＲＦまたは電磁場に対して透明な、二酸化シリコンなどの誘電材料から作られてもよい。アンテナ１８６はアンテナ電流サプライ（図示せず）によって電源投入されて、印加された電力はＲＦ整合ネットワーク１９２によってチューニングされる。アンテナ電流サプライは例えば、ＲＦ電力を、一般的に約５０ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚ、より一般的には約１３．５６ＭＨｚの周波数で、かつ約１００〜約５０００ワットの電力レベルでアンテナ１８６に提供する。

アンテナ１８６がチャンバ１０６で使用される場合、壁１１８は、酸化アルミニウムや二酸化シリコンなどの誘導電磁界透過材料から作られる天井１２４を含んでおり、アンテナ１８６からの誘導エネルギーが壁１１８や天井１２４を透過することを許容する。適切な半導体材料はドープシリコンである。ドープシリコン半導体天井について、天井１２４の温度は好ましくは、材料が半導体特性を提供し、かつキャリア電子濃度が温度に対してかなり一定である範囲に保持される。ドープシリコンについて、温度範囲は（これ未満でシリコンが誘電特性を有し始める）約１００Ｋ〜（これ以上でシリコンが金属導体特性を有し始める）６００Ｋであってもよい。

一変形例では、ガスエナジャイザー２０８はまた、プラズマ開始エネルギーをプロセスガスに提供したり、運動学的エネルギーをエネルギー付与されたガス種に与えたりするように容量結合されてもよい１対の電極（図示せず）である。一般的に、一方の電極は基板２０の下方の支持体２０にあり、他方の電極は壁、例えば、チャンバ１０６の側壁１２０や天井１２４である。例えば、電極は、依然として天井１２４上方のアンテナ１８６によって送信されるＲＦ誘導電磁界に低インピーダンスを提供しつつ、チャンバ１０６に電界を形成するためにバイアスまたは接地されるのに十分導電性である半導体から作られる天井１２４であってもよい。適切な半導体は、例えば、室温で約５００ｃｍ未満の電気抵抗を有するようにドープされたシリコンを備えている。概して、電極は、ＲＦバイアス電圧を電極に提供して電極を相互に容量結合させるバイアス電圧サプライ（図示せず）によって相互に電気バイアスされてもよい。印加されたＲＦ電圧はＲＦ整合ネットワーク２０２によってチューニングされる。ＲＦバイアス電圧は約５０ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚ、つまり約１３．５６ＭＨｚの周波数を有してもよく、ＲＦバイアス電流の電力レベルは一般的に約５０〜約３０００ワットである。

チャンバ１０６は、基板支持体２０を昇降させる基板支持体２０と、ガス流コントロールバルブ１５８と、ガスエナジャイザー２０８とスロットルバルブ１７４と、を含むチャンバコンポーネントを操作する命令を、ハードウェアインタフェース３０４を介して送るコンピュータ３０２を備えるコントローラ３００によって操作されてもよい。チャンバ１０６の異なる検出器によって測定されたり、ガス流コントロールバルブ１５８、圧力モニター（図示せず）、スロットルバルブ１７４などのコントロールデバイスおよび他のこのようなデバイスによってフィードバック信号として送られたりするプロセス条件およびパラメータは、電気信号としてコントローラ３００に送信される。コントローラ３００は本発明の説明を簡略化するために例示的な単一コントローラデバイスの例として図示されているが、コントローラ３００は、相互に接続されてもよい複数のコントローラデバイスや、チャンバ１０６の異なるコンポーネントに接続されてもよい複数のコントローラデバイスであってもよいことが理解されるべきであり、従って、本発明は、本明細書に説明されている事例的かつ例示的実施形態に制限されるべきではない。

コントローラ３００は、チャンバ１０６およびこの周辺コンポーネントを操作するのに適した集積回路を備える電気回路を含む電子ハードウェアを備えている。概して、コントローラ３００は、データ入力を受容し、アルゴリズムを実行し（ｒｕｎ）、有用な出力信号を発生させ、検出器および他のチャンバコンポーネントからのデータ信号を検出し、チャンバ１０６のプロセス条件を監視またはコントロールするように適合されている。例えば、コントローラ３００は、（１）例えば、ＣＤやフロッピードライブなどのリムーバブル記憶媒体３１０や、例えば、ハードドライブ、ＲＯＭおよびＲＡＭ３１４などの非リムーバブル記憶媒体３１２を含むメモリ３０８に結合された、例えば、ＩＮＴＥＬ社の従来のマイクロプロセッサなどの中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０６と、（ii）チャンバ１０６からのデータおよび他の情報の検索や、特定のチャンバコンポーネントの操作などの特定のタスクに対して設計およびプログラミングされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、（iii）例えば、アナログおよびディジタルの入力および出力ボードと、通信インタフェースボードとモーターコントローラボードとを備える、特定の信号処理タスクで使用されるインタフェースボード３０４とを備えるコンピュータ３０２を備えてもよい。コントローラインタフェースボード３０４は例えば、プロセスモニター２１０からの信号を処理して、データ信号をＣＰＵ３０６に提供してもよい。コンピュータ３０２はまた、例えば、コプロセッサ、クロック回路、キャッシュ、電源、およびＣＰＵ３０６と連通している他の周知のコンポーネントを含む支持回路を有している。ＲＡＭ３１４は、プロセス実施中に本発明のソフトウェア実施を記憶するために使用可能である。本発明のコードの命令セットは一般的に記憶媒体３１０、３１２に記憶されて、ＣＰＵ３０６によって実行される場合にはＲＡＭ３１４の一次記憶装置に呼び出される。オペレータとコントローラ３００間のユーザインタフェースは例えば、ディスプレイ３１６と、キーボードやライトペンなどのデータ入力デバイス３１８とを介して可能である。特定のスクリーンや機能を選択するために、オペレータはデータ入力デバイス３１８を使用して選択を入力して、その選択をディスプレイ３１６で閲覧することができる。

コントローラ３００によって受信および評価されたデータ信号はファクトリオートメーションホストコンピュータ３２０に送られてもよい。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３２０は、幾つかのシステム、プラットフォームまたはチャンバ１０６からの、かつ基板１０４のバッチに対するまたは延長期間のデータを評価して、（i）基板上で行われたプロセスや、（ii）単一の基板にわたって統計的関係が変化することがある特性や、（iii）基板のバッチにわたって統計的関係が変化することがある特性の統計的プロセスコントロールパラメータを識別するホストソフトウェアプログラム３２２を備えていてもよい。ホストソフトウェアプログラム３２２はまた、進行中のイン・シトゥープロセス評価やプロセスパラメータのコントロールに対してデータを使用してもよい。適切なホストソフトウェアプログラムは、上記のアプライドマテリアルズ社から入手可能なＷＯＲＫＳＴＲＥＡＭ（商標）ソフトウェアプログラムを備えている。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３２０はさらに、（i）例えば、基板特性が不適切であったり、統計的に所定の範囲の値にない場合、あるいはプロセスパラメータが許容範囲から外れている場合に特定の基板２５をエッチングシーケンスから除去する、（ii）特定のチャンバ１０６でのエッチングを終了させる、または（iii）基板２５やプロセスパラメータの不適切な特性を判断する際にプロセス条件を調整するための命令信号を提供するように適合されてもよい。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３２０はまた、ホストソフトウェアプログラム３２２によるデータの評価に応答して、基板２５のエッチングの開始または終了時に命令信号を提供してもよい。

一変形例では、コントローラ３００は、コンピュータ３０２によって読み取り可能であり、かつ例えば、非リムーバブル記憶媒体３１２やリムーバブル記憶媒体３１０上のメモリ３０８に記憶されてもよいコンピュータプログラム３３０を備えている。コンピュータプログラム３３０は概して、チャンバ１０６およびこのコンポーネントを操作するためのプログラムコードを備えるプロセスコントロールソフトウェアと、チャンバ１０６で実行されるプロセスを監視するためのプロセス監視ソフトウェアと、安全なシステムソフトウェアと、他のコントロールソフトウェアとを備えている。コンピュータプログラム３３０は、例えば、アセンブリ言語、Ｃ^＋＋、ＰａｓｃａｌまたはＦｏｒｔｒａｎなどの任意の従来のプログラミング言語で書かれてもよい。適切なプログラムコードが、従来のテキストエディターを使用して単一ファイルまたは複数のファイルに入力されて、メモリ３０８のコンピュータ使用可能な媒体に記憶または具現化される。入力されたコードテキストがハイレベル言語である場合、コードはコンパイルされて、その結果得られたコンパイラコードは、プリコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイル済みオブジェクトコードを実行するために、ユーザはオブジェクトコードを呼び出し、ＣＰＵ３０６にコードを読み取りおよび実行させて、プログラムにおいて識別されたタスクを実行する。

動作に際して、データ入力デバイス３１８を使用して、例えば、ユーザは、プロセス選択器３３２によって生成されるディスプレイ３１６上のメニューやスクリーンに応答して、プロセスセットおよびチャンバ番号をコンピュータプログラム３３０に入力する。コンピュータプログラム３３０は、基板の位置、ガス流、ガス圧力、温度、ＲＦ電力レベル、および特定のプロセスの他のパラメータをコントロールするための命令セットならびにチャンバプロセスを監視するための命令セットを含んでいる。プロセスセットは、特定されたプロセスを実施するために必要なプロセスパラメータの所定のグループである。プロセスパラメータは、ガス組成、ガス流量、温度、圧力、およびＲＦまたはマイクロ波電力レベルなどのガスエナジャイザー設定を制限なく含むプロセス条件である。チャンバ番号は、プラットフォームに１セットの相互接続チャンバがある場合の特定のチャンバのＩＤを反映する。

プロセスシーケンサー３３４は、コンピュータプログラム３３０やプロセス選択器３３２からのチャンバ番号およびプロセスパラメータセットを受容して、この動作をコントロールするための命令セットを備えている。プロセスシーケンサー３３４は、特定のプロセスパラメータを、チャンバ１０６において多数のタスクをコントロールするチャンバマネージャ３３６に渡すことによってプロセスセットの実行を開始する。チャンバマネージャ３３６は、例えば、基板位置決め命令セット３４０、ガス流コントロール命令セット３４２、ガス圧力コントロール命令セット３４４、温度コントロール命令セット３４８、ガスエナジャイザーコントロール命令セット３５０およびプロセス監視命令セット３５２などの命令セットを含んでもよい。１セットのタスクを実行するための個別の命令セットとして説明されているが、これらの命令セットの各々は相互に一体化可能であり、あるいはオーバーラップしていてもよく、従って、本明細書に説明されているチャンバコントローラ３００およびコンピュータ読み取り可能なプログラムは本明細書に説明されている機能的ルーチンの具体的な変形例に制限されるべきではない。

基板位置決め命令セット３４０は、基板２５を基板支持体２０上にロードし、任意で基板２５をチャンバ１０６の所望の高さに持ち上げるために使用されるチャンバコンポーネントをコントロールするためのコードを備えている。例えば、基板位置決め命令セット３４０は、基板をチャンバに移送する移送ロボットアーム（図示せず）を操作し、静電チャックのホールを介して延ばされるリフトピン（図示せず）をコントロールし、ロボットアームの移動とリフトピンの動きとを調整するためのコードを含むことが可能である。

プログラムコードはまた、例えば、チャック２０のセラミックパック２４における第１および第２のヒーターコイル５０、５２に異なる電力レベルを別個に印加することによって、基板２５の異なる領域に維持されている温度を設定およびコントロールするための温度コントロール命令セット３４８を含んでいる。温度コントロール命令セット３４８はまた、導管３８ａ、ｂを通過した熱移送ガスの流れを調整する。

温度コントロール命令セット３４８はまた、ベース９１の冷却チャネル１１０を通過した冷却流体の温度および流量をコントロールするためのコードを備えている。一変形例では、温度コントロール命令セット３４８は、ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる直前に、初期の低レベルから、例えば、少なくとも約１秒間冷却器の冷却剤の温度をより高レベルに高めるコードを備えている。これによって、ヒーターの温度が結局上がらない場合にヒーターが温度を上昇させてセラミックパック２４からベース９１への熱流を削減する直前に、より高い温度の冷却剤がベース９１の冷却チャネルにおいて循環可能になり、基板の温度上昇レートを効果的に上げることができる。反対に、プログラムコード３４８は、基板温度が低下される場合に基板から熱が移送されるレートを加速させるためにヒーターに印加される電力レベルを低下させる前に、冷却剤の温度を例えば、少なくとも約１０℃下げ、冷却器をより低レベルに下げる命令セットを含んでいる。図７の温度対時間のグラフは、冷却ベースが５℃に維持されている、４５℃〜７５℃に傾斜した基板の温度傾斜レートを描いている。図９は、熱を保持して基板に与える静電チャックの温度傾斜のグラフによって、基板温度の急速な変化を描いている。基板は、裏側のヘリウム圧力の使用によって、静電チャックと同じ温度を維持する。グラフは、静電チャックが所定の時間間隔で上昇および低下される様子を明示している。グラフの２つの急勾配の山はそれぞれ温度の高速上昇および低下を示している。静電チャックのこのような高速の温度傾斜は基板温度の急速な変化を見込んでいるため、Ｐｏｌｙ−ＳｉおよびＷＳＩＸなどの以前は両立不可能であった材料のエッチングを可能にする。

プロセスフィードバックコントロール命令セット３５２は、温度信号を光学温度センサー６０ａ、ｂから受信して、ヒーターコイル５０、５２などのチャンバコンポーネントに印加された電力と、導管３８ａ、ｂを介する熱移送ガスの流れと、ベース９１のチャネル１１０を介する流体の流れと、冷却器の冷却剤温度とを調整する温度監視命令セット３４８間のフィードバックコントロールループとして作用可能である。

ガス流コントロール命令セット３４２は、プロセスガスの異なる構成要素の流量をコントロールするためのコードを備えている。例えば、ガス流コントロール命令セット３４２は、ガス出口２０３からチャンバ１０６への所望のガス流量を得るために、ガス流コントロールバルブ１５８の開口サイズを調節してもよい。一変形例では、ガス流コントロール命令セット３４２は、第１のガスの第１の容積流量と第２のガスの第２の容積流量とを設定して、プロセスガス組成における第２のプロセスガスに対する第１のプロセスガスの所望の容積流量比を設定するためのコードを備えている。

ガス圧力コントロール命令セット３４４は、スロットルバルブ１７４の開閉位置を調節することによって、チャンバ１０６の圧力をコントロールするためのプログラムコードを備えている。温度コントロール命令セット３４８は例えば、エッチング中に基板１０４の温度をコントロールするためのコードや、天井の温度などの、チャンバ１０６の壁の温度をコントロールするためのコードを備えてもよい。ガスエナジャイザーコントロール命令セット３５０は、例えば、電極やアンテナ１８６に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを備えている。

１セットのタスクを実行するための個別の命令セットとして説明されているが、これらの命令セットの各々は相互に一体化可能である、つまり１セットのプログラムコードのタスクは、所望のセットのタスクを実行するためにタスクと相互に一体化されることが理解されるべきである。従って、本明細書に説明されているコントローラ３００およびコンピュータプログラム３３０は本明細書に説明されている機能的ルーチンの具体的な変形例に制限されるべきではなく、等価的なセットの機能を実行する任意の他のセットのルーチンや合併プログラムコードもまた本発明の範囲内である。また、コントローラはチャンバ１０６の一変形例に対して図示されているが、本明細書に説明されている任意のチャンバに対して使用可能である。

本発明の装置およびプロセスは、基板およびチャンバで実行されるプロセスの異なるステップ間の基板の温度の急速な変化を許容することによって重要な利点を提供している。このような急速な温度変化は、多数のステップを有するエッチングプロセスが実行可能な速度を速める。本システムはまた、基板上の異なる材料や層のエッチングに必要な多数のエッチング段階を有するエッチングプロセスなどの特定のプロセスに望ましい温度上昇および低下プロファイルの正確な再現を許容する。さらに別の利点は、本装置によって、冷却ベースの温度よりもかなり高い温度に基板を維持することができることであり、これはまたプロセス中の基板温度の偏り（ｄｒｉｆｔ）が全くなく、より高いプラズマ電力を基板に印加することを可能にする。基板と冷却ベース間の大きな温度差によっても、基板の内側と外側のゾーン間の良好な温度差が可能になり、基板表面にわたって変動する環状プロセス条件を補償することができる。

本発明は、この特定の好ましい変形例に関してかなり詳細に説明されてきたが、他の変形例も可能である。例えば、基板支持体、冷却ベースおよび温度センサーなどの装置コンポーネントは、本明細書に説明されているもの以外のチャンバおよびプロセスに使用可能である。従って、添付の請求項は本明細書に含有されている好ましい変形例の説明に制限されるべきではない。

静電チャックを具備する基板処理チャンバの実施形態の概略側面図である。 静電チャックの実施形態の概略側断面図である。 図１の静電チャックの概略底面図である。 静電チャックのベースの実施形態の上部の概略斜視図である。 静電チャックのベースの実施形態の底部の概略斜視図である。 光学温度センサーの概略側面図である。 図４Ａおよび４Ｂの静電チャック上のリングアセンブリの概略側断面図である。 図６Ａのリングアセンブリの詳細である。 一定温度の冷却器によってある時間間隔に変化する（ｒａｍｐ）基板温度を描くグラフである。 ヒーター電力のプリチャージに対する静電チャックと冷却器間の温度差を描くグラフである。 静電チャックの温度傾斜を描くグラフである。

符号の説明

１０４…基板、１０６…チャンバ、１２０…側壁、１２２…底壁、１２４…天井、１１８…エンクロージャ壁、１１４…ハウジング、１２４…天井、２０８…ガスエナジャイザー、３００…コントローラ、２１８…排出ポンプ。

Claims (20)

1. プロセスチャンバにおいて基板を保持および加熱することができる基板支持アセンブリであって、
   （ａ）セラミックパック（puck）であって、（i）基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、（ii）中心部分及び周辺部分と、（iii）対向する裏側表面であって、第１のグループのメサおよび第２のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面と、（iv）静電力を生成して、前記基板受け取り表面に置かれた基板を保有するための、内部に埋め込まれた電極と、（v）前記基板を加熱するための、前記セラミックパックに埋め込まれたヒーターであって、前記セラミックパックの前記周辺部分に配置されている第１のヒーターコイルと、前記セラミックパックの前記中心部分に配置されている第２のヒーターコイルとを含むヒーターとを備えるセラミックパックと、
   （ｂ）冷却剤を循環させる冷却チャネルを備える冷却ベースであって、前記冷却チャネルが入口および末端を備える冷却ベースと、
   （ｃ）前記セラミックパックを前記冷却ベースに接着する柔らかい層であって、（i）埋め込みアルミニウム繊維を有するシリコンまたは（ii）埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルのうちの少なくとも１つを備える柔らかい層と
   を備え、
   前記第１及び第２のヒーターコイルを含むヒーター、前記冷却ベース、及び前記柔らかい層は協働して、前記セラミックパックの前記中心部分及び周辺部分の温度を独立して制御し、前記基板の温度を急速に上昇及び低下させることを可能にし、
   （i）前記第１のメサが、前記第２のメサ間の第２の距離よりも長い第１の距離の間隔があけられているか、
   （ii）前記第１のメサが、前記第２のメサの第２の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第１の接触領域をそれぞれ有している、
   アセンブリ。
2. 前記冷却チャネルの前記入口および末端が相互に隣接しており、前記冷却チャネルが自身にループバックする、請求項１に記載の支持アセンブリ。
3. 前記第１のメサが前記冷却チャネルの前記入口に隣接しており、前記第２のメサが前記冷却チャネルの前記入口から離れている、請求項２に記載の支持アセンブリ。
4. 前記セラミックパックが、以下の特徴：
   （i）約７ｍｍ未満の厚さ、
   （ii）約４〜約７ｍｍの厚さ、または
   （iii）前記セラミックパックが酸化アルミニウムからなる、
   のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
5. 前記電極およびヒーターがそれぞれタングステンまたはモリブデンのいずれかを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
6. 以下の特徴：
   （i）前記第１および第２のヒーターコイルが、相互に放射状に間隔があけられ、かつ同心的である、
   （ii）前記第１および第２のヒーターコイルが、１０オーム未満の結合抵抗を有する、
   （iii）前記第１のヒーターコイルが、第１の距離の間隔のあいた第１のループを含み、前記第２のヒーターコイルが、前記第１の距離よりも長い第２の距離の間隔のあいた第２のループを含む、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
7. （iii）において前記第２のループが前記セラミックパックのリフトピンホールを中心に位置決めされている、請求項６に記載の支持アセンブリ。
8. プロセスチャンバにおいて基板を保持および加熱することができる静電チャックであって、
   （ａ）（i）基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、（ii）中心部分及び周辺部分と、（iii）対向する裏側表面であって、第１のグループのメサおよび第２のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面とを備えるセラミックパックと、
   （ｂ）静電力を生成して、前記基板受け取り表面に置かれた基板を保有するための、前記セラミックパックに埋め込まれた電極と、
   （ｃ）前記基板受け取り表面で受け取られた基板を加熱するための、前記セラミックパックに埋め込まれたヒーターであって、前記セラミックパックの前記周辺部分に配置されている第１のヒーターコイルと、前記セラミックパックの前記中心部分に配置されている第２のヒーターコイルとを含むヒーターと、
   （ｄ）前記セラミックパックに接着された冷却ベースであって、冷却剤を循環させる冷却チャネルを備える冷却ベースと、
   を備え、
   （i）前記第１のメサが、前記第２のメサ間の第２の距離よりも長い第１の距離の間隔があけられているか、
   （ii）前記第１のメサが、前記第２のメサの第２の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第１の接触領域をそれぞれ有している、
   静電チャック。
9. 前記セラミックパックが７ｍｍ未満の厚さを備える、請求項８に記載の静電チャック。
10. （i）前記セラミックパックが酸化アルミニウムからなり、
    （ii）前記電極およびヒーターがそれぞれタングステンまたはモリブデンのいずれかからなる、請求項８に記載の静電チャック。
11. 基板処理装置であって、
    （ａ）基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
    （i）［i］基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、［ii］対向する裏側表面と、［iii］電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
    （ii）前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
    （iii）冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
    （ｂ）プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
    （ｃ）前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
    （ｄ）前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
    （ｅ）（i）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは（ii）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備え、
    前記温度コントロール命令セットが、前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇または低下させる前に少なくとも約１秒間、前記冷却器の冷却温度を変化させるコードを含む、前記装置。
12. 基板処理装置であって、
    （ａ）基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
    （i）［i］基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、［ii］対向する裏側表面と、［iii］電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
    （ii）前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
    （iii）冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
    （ｂ）プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
    （ｃ）前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
    （ｄ）前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
    （ｅ）（i）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは（ii）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備え、
    前記温度コントロール命令セットが、前記冷却温度を少なくとも約１０℃変化させるコードを含む、前記装置。
13. 基板処理装置であって、
    （ａ）基板支持体を搭載しているプロセスチャンバであって、前記基板支持体が
    （i）［i］基板受け取り表面であって、該基板受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、［ii］対向する裏側表面と、［iii］電極およびその内部に埋め込まれたヒーターとを具備する、セラミックパックと、
    （ii）前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面に（i）埋め込みアルミニウム繊維を有するシリコン材料、または（ii）埋め込みワイヤメッシュを有するアクリルのうちの少なくとも１つを備える柔らかい層によって接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと、
    （iii）冷却剤を前記冷却ベースの前記冷却チャネルに通過させる冷却温度に、冷却剤を維持するための冷却器と、を備えるプロセスチャンバと、
    （ｂ）プロセスガスを前記プロセスチャンバに提供するためのガス分配器と、
    （ｃ）前記プロセスガスにエネルギー付与するためのガスエナジャイザーと、
    （ｄ）前記プロセスガスを前記チャンバから排出させるためのガス排出ポートと、
    （ｅ）（i）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを上昇させる前に前記冷却器の冷却温度をより高いレベルに上げ、あるいは（ii）前記セラミックパックにおける前記ヒーターに印加された電力レベルを低下させる前に前記冷却器の冷却温度をより低いレベルに下げることによって、前記基板の温度がより速いレートで上昇または低下可能になるコードを含む温度コントロール命令セットを備えるコントローラと、を備える、前記装置。
14. 前記柔らかい層が、シリコンまたはアクリルポリマーを含む、請求項１に記載の支持アセンブリ。
15. 前記セラミックパックを熱移送ガス導管が横切って、前記基板受け取り表面上のポートで終端し、前記導管が、前記基板受け取り表面の中心加熱ゾーンに熱移送ガスを供給するように配置された第１のガス導管と、前記基板受け取り表面の周辺加熱ゾーンに熱移送ガスを供給するように配置された第２のガス導管とを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
16. 基板の重複する中心部分及び周辺部分の温度を測定するための光学温度センサを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
17. 前記温度センサが、前記セラミックパックの中心部分に配置された第１のセンサと、前記セラミックパックの周辺部分に配置された第２のセンサとを備える、請求項１に記載の支持アセンブリ。
18. 前記柔らかい層が、シリコン材料を含む、請求項１に記載の支持アセンブリ。
19. プロセスチャンバにおいて基板を保持および加熱することができる基板支持アセンブリであって、
    （ａ）セラミックパックであって、（i）基板受け取り表面であって、該受け取り表面に熱移送ガスを供給するための複数のポートを有する基板受け取り表面と、（ii）対向する裏側表面であって、第１のグループのメサおよび第２のグループのメサを具備する複数の間隔のあいたメサを備えている、前記対向する裏側表面と、（iii）埋め込まれた電極及びヒーターとを備えるセラミックパックと、
    （ｂ）前記セラミックパックの下の、前記セラミックパックの前記裏側表面にシリコン材料で接着された冷却ベースであって、冷却チャネルを備える冷却ベースと
    を備え、
    （i）前記第１のメサが、前記第２のメサ間の第２の距離よりも長い第１の距離の間隔があけられているか、
    （ii）前記第１のメサが、前記第２のメサの第２の接触領域の寸法よりも小さな寸法を有する第１の接触領域をそれぞれ有している、
    アセンブリ。
20. 前記セラミックパックが中心部分及び周辺部分を備え、前記ヒーターが、前記セラミックパックの前記周辺部分に配置されている第１のヒーターコイルと、前記セラミックパックの前記中心部分に配置されている第２のヒーターコイルとを含む、請求項１９に記載の支持アセンブリ。

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