JP6104823B2 - 薄型加熱基板支持体 - Google Patents

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Description

背景
（分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体基板上にデバイスを製造するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、処理チャンバ内で基板を加熱し、支持するための方法及び装置を提供する。
（関連技術の説明）
半導体デバイスの製造時に、基板は通常、堆積、エッチング、熱処理を基板に対して実行することができる処理チャンバ内で処理される。
半導体処理チャンバは、一般に、基板を処理するための内部容積を画定するチャンバ本体を含む。基板支持体は、通常、内部容積内に配置され、これによって処理中に基板を支持する。時には、基板が高温であることを処理が必要とする場合、一般に、加熱基板支持体が処理チャンバ内で使用される。
加熱基板支持体は通常、基板を支持及び加熱するための基板支持板を含む。加熱する場合、基板支持板は、非常に高温となる可能性がある。しかしながら、処理中にチャンバ本体を冷たく保つことが望ましい。基板支持板がチャンバ本体を加熱するのを防止するために、基板支持板は、通常、チャンバ本体から距離を置いて配置され、チャンバ本体に接触しない。基板支持板の中央背面から延びる支柱を有する台座設計は、チャンバ本体から基板支持板を離して配置することが通常である。柱は、基板支持板に構造的支持を提供し、基板支持面に配線するための通路もまた提供する。一般的に、柱はチャンバ本体の底壁を貫通して処理容積の下及び処理容積から外へ延在している。
しかしながら、上述の従来の加熱基板支持体は、処理チャンバ内に比較的大きな内部容積を必要とし、任意の処理チャンバ用には実用的ではない。特に、チャンバ容積が小さい場合や、チャンバ本体の底壁を貫通して中央開口部を形成することが望ましくない場合には、従来の加熱基板支持体を適用することはできない。
したがって、小型のチャンバ内で基板を加熱・支持するための方法及び装置が必要である。
概要
本発明の実施形態は、概して、基板を処理するための装置及び方法を提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、処理チャンバ内で基板を加熱・支持するための薄型加熱基板支持体を提供する。
本発明の一実施形態は、基板支持アセンブリを提供する。基板支持アセンブリは、加熱板の前側に基板支持面を有し、裏側からカンチレバーアームが延びる加熱板を含む。加熱板は、基板支持面上で基板を支持・加熱するように構成される。カンチレバーアームは、加熱板の中心軸付近で加熱板に取り付けられた第１端部と、中心軸から半径方向外方へと延びる第２端部を有する。
本発明の別の一実施形態は、前側と裏側を有する加熱板と、加熱板内に配置された発熱体と、加熱板を断熱する少なくとも１つのバイメタルジョイントを含む基板支持アセンブリを提供する。
本発明の別の一実施形態は、基板を処理するためのチャンバを提供する。チャンバは、内部にチャンバ容積を画定するチャンバ本体と、チャンバ容積内に配置された基板支持アセンブリを含む。基板支持アセンブリは、加熱板の前側に基板支持面を有し、裏側からカンチレバーアームが延びる加熱板を含む。加熱板は、基板支持面上で基板を支持・加熱するように構成される。カンチレバーアームは、加熱板の中心軸付近で加熱板に取り付けられた第１端部と、中心軸から半径方向外方へと延びる第２端部を有する。
本発明の更に別の一実施形態は、基板を処理するための方法を提供する。本方法は、基板を基板支持アセンブリの基板支持面に配置する工程を含む。基板支持アセンブリは、処理チャンバ内に配置されたサーマルインサートによって支持され、これによって基板支持アセンブリは、チャンバ本体に直接接触しない。基板支持アセンブリは、加熱板の前側に基板支持面を有し、裏側からカンチレバーアームが延びる加熱板を含む。加熱板は、基板支持面上で基板を支持・加熱するように構成される。カンチレバーアームは、加熱板の中心軸付近で加熱板に取り付けられた第１端部と、中心軸から半径方向外方へと延びる第２端部を有する。本方法は、加熱板を用いて基板を加熱する工程を更に含む。本方法は、加熱支持アセンブリ及びチャンバ本体に接続された冷却アダプタに冷却流体を供給することによってチャンバ本体を冷却する工程を含む。
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリを有するロードロックチャンバの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリを有するロードロックチャンバの概略上面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリの分解図である。 図３の加熱基板支持アセンブリの部分分解図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリの下板の上面図である。 図５Ａの下板の断面図である。 図５Ａの下板の底面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリの配線の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヒーターの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ内の真空通路内のバイメタル接続を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリの延長チューブ内のバイメタル接続を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルインサートを示す部分断面図である。 〜 図１０Ａに示されるサーマルインサートの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る冷却アダプタを示す部分断面図である。 図１１Ａに示される冷却アダプタの斜視図である。
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態で開示された要素を特定の説明なしに他の実施形態で有益に利用してもよいと理解される。
詳細な説明
本発明の実施形態は、基板処理チャンバ内で基板を支持・加熱するための装置及び方法を提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、処理チャンバ内で使用するための加熱基板支持アセンブリに関する。加熱基板支持アセンブリは、他の処理チャンバ内で使用することができる。しかしながら、加熱基板支持アセンブリは、加熱基板支持アセンブリのロープロファイルが、より小さなチャンバ容積を許容し、その結果、より小さくコストの低いポンプを用いたより高速なポンピングを許容する容積の小さいチャンバに特に有益である。例えば、加熱基板支持アセンブリは、基板を加熱・支持するためのロードロックチャンバ内で使用することができる。加熱基板支持アセンブリは、ロードロックチャンバがハロゲン除去又はアッシング処理を実行するのを可能にし、したがって、除害又はフォトレジスト除去処理に影響を与えることなく、システムのスループットを向上させる。
本発明の実施形態は、発熱体を含む薄型加熱基板支持アセンブリを提供する。一実施形態では、発熱体は、摂氏３００度まで加熱するように構成される。加熱基板支持アセンブリは、アルミニウム、バイメタルジョイント、及びステンレス鋼から作ることができる。アルミニウム、バイメタル、及びステンレス鋼を組み合わせることによって、より少ない消費電力で高速ヒーター応答を可能にしながら、加熱基板支持アセンブリとチャンバ本体間における温度均一性の改善と熱伝達の減少が得られる。一実施形態では、ベローズが加熱基板支持体内で使用され、これによって熱膨張に起因する横方向の力が基板支持アセンブリに応力及び／又は変位を与えるのを防止する柔軟性及び熱遮断器を提供する。一実施形態では、加熱基板支持体は、真空チャック用のポンピングパイプを含む。
一実施形態では、基板支持アセンブリの加熱板は、加熱板とチャンバ本体の間に直接的な接触を排除する絶縁体と一緒にチャンバ本体の内部に固定されている。一実施形態では、冷却アダプタは、基板支持アセンブリがチャンバ本体を出る場所の周辺で基板支持アセンブリとチャンバ本体の両方に接続されている。冷却アダプタは、より少ない消費電力で高速ヒーター応答を可能にしながら、チャンバ本体と基板支持アセンブリの間の断熱と、チャンバの真空シールとを提供する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデュアルロードロックチャンバ１００の概略断面図である。デュアルロードロックチャンバ１００は、基板１０４を搬送し、処理するための上部チャンバ容積１２０と、基板１０４を搬送するための下部チャンバ容積１１０を含む。上部チャンバ容積１２０及び下部チャンバ容積１１０は、鉛直方向に積み重ねられ、互いに流体分離されている。下部及び上部ロードロック容積１１０、１２０の各々は、基板搬送用に構成された２つの開口部を通して２つの別々の環境（例えば、ファクトリインタフェースの大気環境と搬送チャンバの真空環境）に選択的に接続可能であってもよい。
デュアルロードロックチャンバ１００は、チャンバ本体１０３を含む。一実施形態では、チャンバ本体１０３は、上部及び下部チャンバ容積１２０、１１０を画定するように共に結合された上部チャンバ本体１２１及び下部チャンバ本体１１１と、ポンピングチャネルを含む。
デュアルロードロックチャンバ１００は、シャワーヘッド１２９と、加熱基板支持アセンブリ１３２と、上部チャンバ容積１２０内に配置されたリフトフープアセンブリ１４４を含むことができる。シャワーヘッド１２９は、加熱基板支持アセンブリ１３２の上方に配置され、一方、リフトフープアセンブリ１４４は、基板をロード・アンロードするのみならず、上部チャンバ容積１２０内に処理環境を閉じ込めるように構成される。デュアルロードロックチャンバ１００は、下部チャンバ容積１１０内に基板を支持するための支持ピン１１３を含むことができる。
上部チャンバ容積１２０は、上部チャンバ本体１２１の側壁１２４と、側壁１２４の上に配置された蓋ライナ１２７と、上部チャンバ本体１２１の底壁１２３と、下部チャンバ本体１１１の上壁１１８によって画定される。蓋ライナ１２７は、シャワーヘッド１２９及びソースアダプタプレート１２８を保持する内側リップ１２７ａを有する。ソースアダプタプレート１２８は、シャワーヘッド１２９の中央開口部１２９ｅと一致する中央開口部１２８ａを有する。リモートプラズマソース１３０は、石英インサート１３１及びシャワーヘッド１２９を通して上部チャンバ容積１２０と流体連通している。
リモートプラズマソース１３０は、一般に、１以上のガスパネルに接続されている。一実施形態では、リモートプラズマソース１３０は、エッチング後に残留物を除去する除害処理のための処理ガスを供給するために構成された第１ガスパネル１０１と、フォトレジストを除去するアッシング処理のための処理ガスを供給するために構成された第２ガスパネル１０２に接続されている。
デュアルロードロックチャンバ１００は、基板１０４を支持・加熱するための上部チャンバ容積１２０内に配置された加熱基板支持アセンブリ１３２を更に含む。フォーカスリング１５１は、加熱基板支持アセンブリ１３２の外側端部上に配置することができる。フォーカスリング１５１は、基板１０４を保持し、処理中に基板１０４の端部領域の周りの処理速度を修正するように機能する。
デュアルロードロックチャンバ１００は、また、外部ロボットと加熱基板支持アセンブリ１３２の間で基板を搬送するための、及び上部チャンバ容積１２０内に対称的な処理環境を提供するためのリフトフープアセンブリ１４４を含む。リフトフープアセンブリ１４４は、加熱基板支持アセンブリ１３２の周りに、上部チャンバ容積１２０内に配置されたリング状のフープ本体１４６を含む。フープ本体１４６は、上部チャンバ容積１２０の外側領域に配置されたリフト１６０に結合されている。リフト１６０は、上部チャンバ容積１２０内でフープ本体１４６を鉛直方向に移動させる。
フープライナ１４５は、フープ本体１４６に取り付けられている。フープライナ１４５は、フープ本体１４６から鉛直方向上方に延在する。一実施形態では、フープライナ１４５は、実質的に平坦な円筒状の内壁１４５ａを有するリングである。一実施形態では、フープライナ１４５の内壁１４５ａは、加熱基板支持アセンブリ１３２の厚さよりもはるかに大きい高さ１４５ｂと、加熱基板支持アセンブリ１３２及びシャワーヘッド１２９の外径よりも大きい内径を有し、これによってフープライナ１４５が下降位置にあるとき、フープライナ１４５は、加熱基板支持アセンブリ１３２及びシャワーヘッド１２９の周りに処理環境を作ることができる。フープライナ１４５の円筒内壁１４５ａは、基板１０４及び加熱基板支持アセンブリ１３２の真上の領域の周りの上部チャンバ容積１２０内に円形の閉じ込め壁を作り、したがって基板１０４のための対称的な処理環境を提供する。
３以上のリフティングフィンガー１４７が、フープ本体１４６に取り付けられている。リフティングフィンガー１４７は、フープ本体１４６から鉛直方向下方に及び半径方向内方へ延在している。リフティングフィンガー１４７は、上部チャンバ容積１２０の外側において加熱基板支持アセンブリ１３２とロボットなどの基板搬送装置の間で基板を搬送するように構成されている。リフティングフィンガー１４７の先端１４７ａは、基板１０４の端部領域近くの数点で基板１０４を支持するように構成された基板支持面を形成する。
図１は、基板処理のための下方位置にあるリフトフープアセンブリ１４４を示している。フープ本体１４６が上方位置に上昇するとき、リフティングフィンガー１４７は基板１０４に接触し、加熱基板支持アセンブリ１３２から基板１０４を持ち上げるように動く。フープ本体１４６が上方位置にある間、外部基板搬送装置（図示せず）は、ポートのうちの１つを通じて上部チャンバ容積１２０に入り、リフティングフィンガー１４７から基板１０４を取り除き、その後新しい基板１０４をリフティングフィンガー１４７上に配置することができる。フープ本体１４６が再び下方位置にあるとき、リフティングフィンガー１４７上に配置された新しい基板１０４は、処理のために加熱基板支持アセンブリ１３２上に配置される。
上部及び下部チャンバ本体のより詳細な説明は、「Ａｂａｔｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｔｒｉｐ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｈａｍｂｅｒ ｉｎ ａ Ｄｕａｌ Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ（デュアルロードロック構成内の除害及び剥離処理チャンバ）」の名称で、２０１１年３月１日に出願された米国仮特許出願第６１／４４８，０２７号（整理番号１５７５１Ｌ）に見出すことができる。
リフトフープアセンブリ１４４のより詳細な説明は、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ Ｒａｄｉｃａｌ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎ（基板搬送及びラジカル閉じ込めのための方法及び装置）」の名称で、２０１１年３月１日に出願された米国仮特許出願第６１／４４８，０１２号（整理番号１５７４５）に見出すことができる。
加熱基板支持アセンブリ１３２は、デュアルロードロックチャンバ１００の上部チャンバ容積１２０に収まるように構成される。加熱基板支持アセンブリ１３２は、チャンバ本体１０３から実質的に断熱されて設置される。一実施形態では、加熱基板支持アセンブリ１３２は、チャンバ本体１０３を冷たく維持しながら、例えば、チャンバ本体１０３を摂氏６５度より低い温度に維持しながら、基板１０４を摂氏３００度まで加熱するように構成される。
加熱基板支持アセンブリ１３２は、小型チャンバ容積に収まるプレート・カンチレバーアーム構成を有する。加熱基板支持アセンブリ１３２は、一般に、基板１０４を支持するための加熱板１３２ｂと、加熱板１３２ｂから延びたカンチレバーチューブ１３６を含む。
一実施形態では、加熱板１３２ｂは、上部加熱板１３３、上部加熱板１３３に取り付けられた下部加熱板１３４、及び上部加熱板１３３と下部加熱板１３４の間に配置されたヒーター１３５を含むことができる。一実施形態では、ヒーター１３５は、下部加熱板１３４の上面上に及び／又は上部加熱板１３３の下面上に形成されたチャネル内に配置することができる。ヒーター１３５は、抵抗ヒーター又は熱伝達流体を流すために配置された導管であることができる。上部加熱板１３３及び下部加熱板１３４は、ボルト、溶接又はろう付けによって共に接合することができる。一実施形態では、上部加熱板１３３及び下部加熱板１３４は、アルミニウムなどの金属から形成することができる。上部加熱板１３３及び下部加熱板１３４は、加熱基板支持アセンブリ１３２が加熱時にたわまないように、同じ厚さを有することができる。
上部加熱板１３３は、基板１０４の裏側１０４ｂを支持するように構成されている。一実施形態では、下部加熱板１３４は、上部加熱板１３３の外径よりも大きい外径を有する。フォーカスリング１５１は、上部加熱板１３３の半径方向外方に露出する下部加熱板１３４の外側端部１３４ａ上に配置することができる。フォーカスリング１５１は、上部加熱板１３３及びその上に載置された基板１０４を取り囲む。フォーカスリング１５１は、基板１０４を保持し、処理中に基板１０４の端部領域の周りで処理速度を修正するように機能する。一実施形態では、フォーカスリング１５１、上部及び下部加熱板１３３、１３４は、リフトフィンガー１４７のための通路を提供するように構成された適合する切り欠き１５５を有することができる。
加熱基板支持アセンブリ１３２は、チャンバ本体１０３との熱交換を減らすために、チャンバ本体１０３に直接接触しない。一実施形態では、加熱基板支持アセンブリ１３２は、上部チャンバ本体１２１の底壁１２３内の中央開口部１２３ａを介して、下部チャンバ本体１１１の上壁１１８上に配置された断熱材１４３上に取り付けられている。一実施形態では、凹部１１８ａを、下部チャンバ本体１１１の上壁１１８上に形成することができる。凹部１１８ａは、下部チャンバ本体１１１に形成された真空ポートを、上部チャンバ容積１２０と接続可能にすることができる。断熱材１４３は、断熱材料（セラミックス等）から形成して、これによって加熱基板支持アセンブリ１３２と、上部チャンバ本体１２１と下部チャンバ本体１１１の両方を含むチャンバ本体１０３との間の熱交換を防止することができる。
断熱材１４３は、上部チャンバ容積１２０内の他のコンポーネント（例えば、シャワーヘッド１２９やリフトフープアセンブリ１４４）に対して、加熱基板支持アセンブリ１３２をセンタリングするように配置される。一実施形態では、断熱材１４３は、加熱基板支持アセンブリ１３２の中心軸１３２ａと整列し、これによって加熱基板支持アセンブリ１３２は、熱膨張時に中央を維持すること保証する。
カンチレバーチューブ１３６は、下部加熱板１３４の中央付近の裏側１３４ｂから延在する。カンチレバーチューブ１３６は、上部チャンバ本体１２１の開口部１５３と下部チャンバ本体１１１の開口部１５２を貫通して配置された延長チューブ１３７と接続するように、半径方向外方へ延在している。一実施形態では、延長チューブ１３７は、カンチレバーチューブ１３６から鉛直方向下方に延びることができる。チューブ１３６、１３７は、上部チャンバ本体１２１又は下部チャンバ本体１１１に接触せず（例えば、離間しており）、これによって加熱基板支持アセンブリ１３２とチャンバ本体１１１、１２１の間の熱交換を更に回避する。カンチレバーチューブ１３６及び延長チューブ１３７は、加熱基板支持アセンブリ１３２によって使用される電源、センサ、他の配線のための通路を提供する。一実施形態では、ヒーター電源１３８、センサ信号受信機１３９、及びチャッキング制御ユニット１４０は、カンチレバーチューブ１３６及び延長チューブ１３７内の通路を通って、加熱基板支持アセンブリ１３２に配線されている。一実施形態では、チャッキング制御ユニット１４０は、真空チャック機構を提供するように構成される。
冷却アダプタ１４１は、下部チャンバ本体１１１の外側から延長チューブ１３７に結合されている。冷却アダプタ１４１は、内部に形成された冷却チャネル１４１ａを有する。冷却流体１４２の供給源は、冷却チャネル１４１ａに接続され、これによって冷却アダプタ１４１及び延長チューブ１３７、カンチレバーチューブ１３６、及び加熱基板支持アセンブリ１３２の他のコンポーネントに冷却を提供する。冷却アダプタ１４１は、一般に、処理中に冷えたままであり、したがって加熱基板支持アセンブリ１３２とチャンバ本体１０３の間の断熱材として機能する。
一実施形態では、加熱基板支持アセンブリ１３２の様々な部品を接続するためにバイメタルコネクタを使用して、加熱基板支持アセンブリ１３２とチャンバ本体１０３の間の熱伝達を実質的に低減させる熱遮断器を提供することができる。加熱基板支持アセンブリ１３２とチャンバ本体１０３の間の熱伝達が低減することによって、より高速な加熱応答時間、より正確な温度制御、及び基板支持アセンブリ１３２の温度を加熱して維持するために必要な消費電力をより少なくすることができる。
図２は、シャワーヘッド１２９を取り除き、加熱基板支持アセンブリ１３２の上面図を示したデュアルロードロックチャンバ１００の概略上面図を示している。２つの開口部２２５が側壁１２４を貫通して形成され、これによって基板搬送及び外部ロボットの通過を可能にする。スリットバルブドアが各開口部２２５の外側に取り付けられ、こうして上部チャンバ容積１２０と２つの処理環境の間のインターフェースを提供することができる。
図３は、本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ３００の分解図である。加熱基板支持アセンブリ３００は、加熱基板支持アセンブリ１３２として利用することができる。加熱基板支持アセンブリ３００は、一般に、カンチレバー構造によって支持された基板支持板を有する。
加熱基板支持アセンブリ３００は、基板支持面３１１を有する上部加熱板３１０を含む。上部加熱板３１０は、略円盤形状を有している。基板支持面３１１は、基板と接触するため、実質的に平坦である。真空チャック開口部３１２は、上部加熱板３１０を貫通して形成されている。チャッキングチャンネル３１３のウェブは、基板支持面３１１上に形成されている。チャッキングチャネル３１３は、真空チャック開口部３１２に流体接続され、これによって基板と基板支持面３１１の間の空気又は気体の除去を可能にする。
一実施形態では、中央付近の上部加熱板３１０を貫通して１以上の開口部３１４を形成することができ、これによって加熱基板支持アセンブリ３００は処理チャンバにボルトで固定することができる。
加熱基板支持アセンブリ３００は、円盤状の本体３２１と中空カラム３２６を有する下部加熱板３２０を含む。上部加熱板３１０は、本体３２１の上側３２１ａに取り付けられる。上部加熱板３１０、下部加熱板３２０の本体３２１、及び発熱体３０１は、上で基板を支持・加熱するための加熱板３０８を形成する。
上部加熱板３１０及び下部加熱板３２０は、その間に埋設された発熱体３０１と共に結合される。発熱体３０１は、下部加熱板３２０及び／又は上部加熱板３１０内に形成されたチャネル内に配置され、これによって上部加熱板３１０上で基板を均一に加熱することができる。一実施形態では、図３に示されるように、下部加熱板３２０の本体３２１の上側３２１ａに、螺旋状チャネル３２９が形成される。１以上のセンサを含むセンシングアセンブリ３０５を、上部及び下部加熱板３１０、３２０の間に埋設することもできる。
上部加熱板３１０及び下部加熱板３２０は、様々な方法で（例えば、ボルト締め、溶接、又はろう付けによって）接合することができる。上部加熱板３１０及び下部加熱板３２０は、一般に、金属などの熱伝導性材料から形成される。一実施形態では、上部加熱板３１０及び下部加熱板３２０の両方は、加熱時の改善した均一性を備えたアルミニウムから形成される。アルミニウムの上部加熱板３１０及び下部加熱板３２０は、ろう付けによって共に接合することができる。
中空カラム３２６は、下部加熱板３２０の本体３２１の中心軸３２３の近くで本体の下側３２１ｂから延びている。カンチレバーアーム３２２は、中空カラム３２６から半径方向外方へ延びている。カンチレバーアーム３２２は、上部及び下部加熱板３１０、３２０に実質的に平行である。一実施形態では、カンチレバーアーム３２２の末端部３２５は、本体３２１の外側端部３２１ｃの半径方向外側に延びていてもよい。
カンチレバーアーム３２２及び中空カラム３２６は、上部及び下部加熱板３１０、３２０への配線を収容するための凹部３２４を形成する。一実施形態では、凹部３２４は、下部加熱板３２０上に配置された発熱体３０１に接続された加熱リード３０２、ポンピングジョイント３０３を介して真空チャック開口部３１２に接続されたポンピングパイプ３０４、及び上部加熱板３１０及び／又は下部加熱板３２０上のセンシングアセンブリ３０５に接続されたセンサリード３０６を入れることができる。
一実施形態では、中央カラム３２７は、中心軸３２３に沿って中空カラム３２６内で本体３２１の裏側３２１ｂから延びている。一実施形態では、１以上の開口部３２８は、処理チャンバ又は処理チャンバのコンポーネントに下部加熱板３２０をボルト締めするために中央カラム３２７を貫通して形成することができる。
裏面カバー３３０が、凹部３２４を閉じるために下部加熱板３２０に取り付けられ、これによって凹部３２４内の配線が処理環境に露出しない。裏面カバー３３０及び下部加熱板３２０は同じ材料から形成され、これによって均一な温度プロファイルが得られ、熱膨張に起因する接合構造内の変形を低減することができる。一実施形態では、裏面カバー３３０と下部加熱板３２０の両方は、アルミニウムから形成され、溶接によって共に接合される。
裏面カバー３３０は開口部３３１を有し、これによって下部加熱板３２０が断熱材３９０に接触可能となり、処理チャンバ内で加熱基板支持アセンブリ３００を、直接接触することなく、固定することができる。一実施形態では、断熱材３９０は、内部に形成された１以上の開口部３９１を有し、これによって上部及び下部加熱板３１０、３２０をボルト締めにより取り付け可能にする。上部及び下部加熱板３１０、３２０は、断熱材３９０に、又は断熱材３９０を介して処理チャンバに取り付けることができる。図３に示される実施形態では、開口部３１４、３２８及び３９１を通して上部及び下部加熱板３１０、３２０を断熱材３９０にボルト締めするためにねじ３９２を使用することができる。
裏面カバー３３０は、カンチレバーアーム３２２の末端部近くに開口部３３２を含むことができる。開口部３３２によって、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンサリード３０６は、凹部３２４を出ることができる。
一実施形態では、ジョイント３４０は、開口部３３２の周りで裏面カバー３３０に接続される。ジョイント３４０、ベローズ３５０、及びフランジ３７０は、カンチレバーアーム３２２から延びる延長チューブ３０７を形成する。延長チューブ３０７は、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンサリード３０６を処理環境内に収容するように構成される。
ジョイント３４０は、下部加熱板３２０のカンチレバーアーム３２２とベローズ３５０の上端部３５１を構造的に接続するように構成される。ベローズ３５０は、温度変化に起因するカンチレバーアーム３２２、ジョイント３４０、及びフランジ３７０の大きさ及び形状の変化に対応する柔軟性を提供する。
一実施形態では、ベローズ３５０は、ベローズ３５０の畳み込み内で高い応力レベルに耐えるのに適した引張強度を有する材料から形成される。一実施形態では、ベローズ３５０は、ステンレス鋼から形成される。
一実施形態では、ジョイント３４０は、ステンレスベローズ３５０とアルミニウムカンチレバーアーム３２２を接合するように構成されたステンレス鋼とアルミニウムのバイメタルジョイントである。バイメタルジョイントは、加熱基板支持アセンブリ３００が、加熱部におけるアルミニウムの優れた熱伝導性と、構造的支持部におけるステンレス鋼の強度を有することを可能にする。また、バイメタルジョイントは、より高速な加熱応答時間、より正確な温度制御、及び加熱基板支持アセンブリ３００の温度を加熱して維持するために必要な消費電力をより少なくすることができる。
フランジ３７０は、ベローズ３５０の下端部３５２に取り付けられている。フランジ３７０は、ベローズ３５０と同じ材料から形成することができ、例えば、ステンレス鋼から形成することができる。フランジ３７０は、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンシングリード３０６が貫通可能な中央開口部３７１を有することができる。一実施形態では、インサート３７２が中央開口部３７１内に配置され、これによってシールを提供することができる。
チューブガイド３６０は、ガイドと追加の冷却を提供するために、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンシングリード３０６のうちの少なくとも１つに沿って、インサート３７２の下に配置することができる。一実施形態では、チューブガイド３６０は、アルミニウムから形成され、フランジ３７０にボルト締めされることができる。
加熱基板支持アセンブリ３００が処理チャンバ内に設置されるとき、フランジ３７０は、チャンバに接触することなく、チャンバ開口部内に配置するように構成され、これによって加熱基板支持アセンブリ３００とチャンバ本体の間で直接的な熱交換は発生しない。
冷却アダプタ３８０は、チャンバの外側からフランジ３７０及びチャンバ本体に取り付けられるように構成される。冷却アダプタ３８０は、内部に形成された１以上の冷却チャネル３８１を有し、冷却流体源に接続することができる。冷却アダプタ３８０は、チャンバ本体と加熱基板支持アセンブリ３００を熱的に接続する。したがって、加熱基板支持アセンブリ３００のフランジ３７０からの熱は、チャンバ本体に向かって伝播する前に、アダプタ３８０内の冷却流体によって吸収することができる。したがって、冷却アダプタ３８０は、加熱基板支持アセンブリ３００とチャンバ本体の間の断熱材として作用する。
図４は、図３の加熱基板支持アセンブリ３００の部分分解底面図である。図４に示されるように、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンシングリード３０６が、カンチレバーアーム３２２及び中空カラム３２６によって形成された凹部３２４内に配置されている。下部開口部３２７ａを中央カラム３２７の下面３２７ｂ内に形成することができる。下部開口部３２７ａは、断熱材３９０に適合し受け入れる。下部開口部３２７ａが、断熱材３９０と適合するように記載されているが、目的を達成するために、他の構造（例えば、ダウエルピン、ノッチ）を使用することができる。
図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、本発明の一実施形態に係る下部加熱板３２０のそれぞれ上面図、断面図、及び底面図である。貫通孔５０１ａが本体３２１を貫通して形成され、これによって発熱体３０１は、本体３２１の上面３２１ａ内に形成されたチャネル３２９内に進入できる。貫通孔５０３ａが本体３２１を貫通して形成され、これによってポンピングジョイント３０３と接続する。本体３２１を貫通して１以上のセンシング孔５０５ａを形成することができ、これによってセンシングリード３０６はセンシングアセンブリ３０５の１以上のセンサに接続できる。
一実施形態では、３以上のノッチ５２１を本体３２１の端部３２１ｃに沿って形成することができ、これによって基板搬送装置（例えば、デュアルロードロックチャンバ１００のリフティングフィンガー１４７）が本体３２１の基板支持面より下の高さまで通過できる。一実施形態では、３つのノッチ５２１は、一方の側に配置された１つのノッチ５２１と、カンチレバーアーム３２２に近接した反対側に配置された他の２つのノッチ５２１が本体３２１を貫通して形成されている。２種類のノッチ５２１は、リフティングフィンガー１４７が本体３２１の基板支持面の下方を通り、本体３２１の基板支持面上に基板をセットすることを可能にする。
図６は、本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ３００の構造を囲むことのない配線の概略斜視図である。
一実施形態では、発熱体３０１は、上部加熱板３１０の基板支持面３１１全域に亘って均一な加熱を提供するために、実質的に平面螺旋パターンで巻かれている。
図７は、本発明の一実施形態に係る発熱体３０１の概略断面図である。発熱体３０１は、一般に、シース７０２内でループを形成する加熱ワイヤ７０１を含む。絶縁体７０３が、シース７０２内に充填されている。一実施形態では、加熱ワイヤ７０１は、華氏７０度で約２４．７オームの抵抗を有することができる。加熱ワイヤ７０１は、２３０ボルトで約２１００ワットの加熱力を有するように構成することができる。絶縁体７０３は、約５００ボルト未満、華氏７０度で１０００メガオームより大きい抵抗を有することができる。一実施形態では、シース７０２は、高温合金から（例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ（商標名）６００から）形成することができる。組み立て中において、加熱ワイヤ７０１がループされる加熱部７０４は、下部加熱板３２０のチャネル３２９内に配置され、抵抗加熱線が存在しない冷却部７０５は、凹部３２４内に配置される。閉鎖端７０７は、加熱ワイヤ７０１と、電源に接続するように構成されたリード７０６を結合するように用いることができる。一実施形態では、閉鎖端７０７は、セラミックセメントポッティング及びエポキシシールから形成される。
センシングアセンブリ３０５は、上部加熱板３１０及び／又は下部加熱板３２０内に配置された１以上のセンサを含むことができる。一実施形態では、センシングアセンブリ３０５は、上部加熱板３１０及び／又は下部加熱板３２０の温度を測定するように構成された熱電対を含むことができる。
ポンピングジョイント３０３は、ポンピングパイプ３０４と、貫通孔５０３ａと、下部及び上部加熱板３２０及び３１０の真空チャック開口部３１２との間に真空シールされた接続を提供するように構成される。
ポンピングパイプ３０４は、一般的に、ステンレス鋼から形成される。下部加熱板３２０がアルミニウムから形成された実施形態では、ポンピングジョイント３０３は、アルミニウムーステンレス鋼バイメタルから形成される。バイメタルポンピングジョイント３０３は、加熱基板支持アセンブリ３００の断熱に貢献する。
図８は、本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ３００のバイメタルポンピングジョイント３０３を示す部分断面図である。バイメタルポンピングジョイント３０３は、第１金属から形成された第１部分８０１と、第１金属とは異なる第２金属から形成された第２部分８０２を含む。第１部分８０１と第２部分８０２は、爆発溶接によって溶接することができる。爆発溶接では、２つの異種金属は、２つの異種金属のうちのより弱い金属よりも強い溶接結合をもたらす、１平方インチ当たり数百万ポンドの圧力を及ぼす爆薬を爆発させるエネルギーを使用して一体にされる。
一実施形態では、第１部分８０１はアルミニウムから形成され、第２部分８０２はステンレス鋼から形成される。アルミニウムの第１の部分８０１は、アルミニウムでできた下部加熱板３２０の３２１ｂの裏面上に溶接することができる。ステンレス鋼の第２部分８０２は、ステンレス鋼により形成されたポンピングパイプ３０４の水平部分８０３に溶接することができる。その結果、バイメタルポンピングジョイント３０３は、ステンレス鋼ポンピングパイプ３０４がアルミニウム下部加熱板３２０と結合することを可能にする。バイメタルポンピングジョイント３０３を用いることによって、下部加熱板３２０は、温度を均一に維持するのを助けるアルミニウムのみに接触し、ポンピングパイプ３０４は、内部の真空チャネル用に強い構造的支持を提供するステンレス鋼によって作ることができる。
上述のように、ジョイント３４０は、２つの異種金属を接合するために使用されるバイメタルジョイントであることもできる。図９は、本発明の一実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ３００の延長チューブ内のバイメタル接続を示す部分断面図である。ジョイント３４０は、アルミニウムから形成された第１部分９０２と、ステンレス鋼から形成された第２部分９０３を含むことができる。アルミニウムの第１部分９０２は、アルミニウムでできた裏面カバー３３０上に溶接することができる。ステンレス鋼の第２部分９０３は、ステンレス鋼により形成されたベローズ３５０の上端部３５１上に溶接することができる。バイメタルジョイント３４０は、強力で柔軟性のあるステンレス鋼構造が、均一な加熱を提供するアルミニウム下部加熱板３２０との結合することを可能にする。バイメタルジョイント３４０は、利点が上述された基板支持体３００の断熱にも寄与する。
また、図９に示されるように、ポンピングパイプ３０４の水平部分８０３と鉛直部分９０４を結合するためにエルボー９０１を使用することができる。
本発明の実施形態に係る加熱基板支持アセンブリ３００は、加熱されたコンポーネントと、内部に加熱基板支持アセンブリ３００が設置されるチャンバ本体との間の断熱性を向上させることもできる。特に、加熱基板支持アセンブリ３００は、それが内部に設置されているチャンバ本体に直接接触しない。
断熱材３９０は、チャンバ本体内に加熱基板支持アセンブリ３００を配置するために使用される。図１０Ａは、チャンバ本体１０１０上に配置された断熱材３９０及び加熱基板支持アセンブリ３００を示す部分断面図である。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、本発明の一実施形態に係る断熱材３９０の斜視図である。
断熱材３９０は、加熱基板支持アセンブリ３００と揃うように構成された上部１００３と、チャンバ本体１０１０と揃うように構成された下部１００４を含むことができる。一実施形態では、上部１００３は、実質的に円筒形状を有し、下部１００４も、実質的に円筒形状を有する。上部１００３は下部加熱板３２０の下部開口部３２７ａ内に収まり、下部１００４は、チャンバ本体１０１０内に形成された凹部１０１１内に収まることができる。上部１００３は、下部１００４よりも大きな直径を有し、これによって上部１００３の底面１００３ａは、チャンバ本体１０１０上に載ることができる。上部１００３の高さは、下部加熱板３２０の下部開口部３２７ａの深さよりも長く、これによって図１０Ａに示されるように、加熱基板支持アセンブリ３００が断熱材３９０上に載っている場合、チャンバ本体１０１０と加熱基板支持アセンブリ３００の間に間隙１００１が形成される。その結果、加熱基板支持アセンブリ３００は、チャンバ本体１０１０と直接接触しない。一実施形態では、間隙１００１は約０．１インチである。
一実施形態では、下部開口部３２７ａが加熱基板支持アセンブリ３００の中心軸３００ａとインライン（すなわち、同心）であることができ、凹部１０１１は、チャンバ本体１０１０の中心軸１０１２とインラインに形成することができる。したがって、断熱材３９０は、加熱基板支持アセンブリ３００の中心軸３００ａをチャンバ本体１０１０の中心軸１０１２と整列させる。この中央アライメント構成は、中心軸に対する変位内において加熱基板支持アセンブリ３００の無制限の半径方向の熱膨張を可能にし、したがって処理チャンバ内で処理される基板の処理の均一性を高める。
一実施形態では、１以上の貫通孔１００２が断熱材３９０を貫通して形成され、これによって１以上のねじ１００５を通過可能にすることができる。１以上のねじ１００５は、チャンバ本体１０１０上に加熱基板支持アセンブリ３００をボルト締めするために使用することができる。
１以上のねじ１００５の各々は、サーマルライナ１００７を通してチャンバ本体１０１０にボルト締めすることができる。ねじ１００５と下部加熱板３２０の間に絶縁体１００８を配置することができる。一実施形態では、ねじカバー１００６は、ねじ１００５を覆うように、上部及び下部加熱板３１０及び３２０の開口部３１４及び３２８内に配置することができる。
断熱材３９０、絶縁体１００８、及びサーマルライナ１００７は、熱絶縁性材料（例えば、セラミックス）から形成される。一実施形態では、ねじ１００５は、チタンから形成することができる。ねじカバー１００６は、上部加熱板３１０と同じ材料（例えば、アルミニウム）から形成することができる。
本発明の実施形態はまた、加熱基板支持アセンブリの出口点でチャンバ本体と加熱基板支持アセンブリのコンポーネントとの間を接続するための冷却アダプタを提供し、これによって加熱基板支持アセンブリとチャンバ本体の間の直接接触を避ける。
図１１Ａは、本発明の一実施形態に係るチャンバ本体１１１０及び加熱基板支持アセンブリ３００のフランジ３７０と接続している冷却アダプタ３８０を示す部分断面図である。図１１Ｂは、冷却アダプタ３８０の斜視図である。
冷却アダプタ３８０は、冷却体１１０１を有する。冷却体１１０１は、熱伝導性材料（例えば、ステンレス鋼又はアルミニウム）から形成することができる。一実施形態では、冷却体１１０１は、加熱基板支持アセンブリ３００のフランジ３７０と、加熱基板支持アセンブリ３００が内部に配置される処理チャンバのチャンバ本体１１１０とが接触するように構成された上面１１０１ａを有する実質的に円筒形であることができる。２つのグランド１１０２、１１０３を上面１１０１ａ上に形成することができる。グランド１１０２、１１０３は、シールリング１１０２ａ、１１０３ａを受け入れるように構成され、これによってそれぞれチャンバ本体１１１０及びフランジ３７０と真空シールを形成する。
中央開口部１１０９が冷却体１１０１を貫通して形成されており、これによって加熱基板支持アセンブリ３００の加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンシングリード３０６が出ることができる。ねじ孔１１０４を冷却体１１０１の外周部近傍に形成することができ、これによってねじ１１１４を使用して冷却体１１０１をチャンバ本体１１１０にボルト締めすることができる。中央開口部１１０９近傍の冷却体１１０１内にねじ孔１１０５を形成することができ、これによってフランジ３７０は冷却体１１０１にねじ１１１５で取り付けることができる。
冷却チャネル１１０８は、冷却体１１０１内に形成される。冷却チャネル１１０８は、入口１１０６及び出口１１０７に接続される。入口１１０６及び出口１１０７は、冷却流体源１１２０に接続することができ、これによって冷却流体は、冷却体１１０１の温度を制御するように冷却チャネル１１０８内を循環することができる。
加熱基板支持アセンブリ３００は、チャンバ本体１１１０内に配置され、加熱リード３０２、ポンピングパイプ３０４、及びセンシングリード３０６は、チャンバ本体１１１０を貫通して形成された開口部１１１１を通ってチャンバ本体１１１０を出る。開口部１１１１は、フランジ３７０を収容するのに十分な大きさであるので、フランジ３７０と、加熱基板支持アセンブリ３００及びチャンバ本体１１１０の他のコンポーネントとの間には間隙１１１３が形成される。間隙１１１３は、フランジ３７０とチャンバ本体１１１０の間に実質的に熱伝導が無いことを保証する。
冷却アダプタ３８０は、チャンバ本体１１１０の外側に配置されている。一実施形態では、冷却アダプタ３８０の中央開口部１１０９は、チャンバ本体１１１０の開口部１１１１と位置合わせされ、これによって冷却体１１０１は、チャンバ本体１１１０内の開口部１１１１を覆い、加熱基板支持アセンブリ３００のフランジ３７０は、冷却体１１０１に取り付けられる。
この構成では、温度制御された冷却体１１０１がチャンバ本体１１１０及び加熱基板支持アセンブリ３００に直接接触し、一方チャンバ本体１１１０と加熱基板支持アセンブリ３００は、互いに接触しない。加熱基板支持アセンブリ３００のフランジ３７０からのいかなる熱も、まず、冷却チャネル１１０８内の冷却流体で熱エネルギーを交換する冷却体１１０１によって吸収される。したがって、冷却アダプタ３８０は、加熱基板支持アセンブリ３００とチャンバ本体１１１０の間で断熱材として作用する。
加熱基板支持アセンブリ３００が、摂氏約３００度の温度であるときに、冷却チャネル１１０８に摂氏２５度で水を流すことによって、チャンバ本体１１１０の温度は、摂氏６５度より低い温度に維持できることを、熱シミュレーションは実証している。
本発明の実施形態は、ロードロックチャンバのアプリケーションで上述されているが、本発明の実施形態は、任意のプロセスチャンバに適用することができる。特に、本発明の実施形態は、小型の処理領域又は基板搬送のための２以上の開口部を有するチャンバに有用である。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (14)

  1. 表側及び裏側を有する加熱板であって、表側は基板支持面を含む加熱板と、
    加熱板内に配置された発熱体と、
    加熱板の裏側から延在するカンチレバーアームであって、加熱板の中心軸近くで加熱板に取り付けられた第１端部と、中心軸から半径方向外方へ延びる第２端部を有するカンチレバーアームと、
    加熱板の中心軸で加熱板の裏面に結合され、カンチレバーアーム内の開口部を通ってチャンバ本体まで延在する断熱材を含む基板支持アセンブリ。
  2. 加熱板を断熱するように構成され、第１金属から形成された第１部分と、第１金属とは異種の第２金属から形成された第２部分を含むバイメタルジョイントを含む請求項１記載の基板支持アセンブリ。
  3. 第２端部付近でカンチレバーアームに取り付けられた延長チューブを含み、バイメタルジョイントは、カンチレバーアームと延長チューブの間を接続し、加熱板及びカンチレバーアームは、第１金属から形成され、延長チューブは第１金属とは異種の第２金属から形成される請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  4. 第１金属はアルミニウムであり、第２金属はステンレス鋼である請求項３記載の基板支持アセンブリ。
  5. 延長チューブはベローズを含む請求項３記載の基板支持アセンブリ。
  6. 加熱板は、
    基板支持面を形成する上部加熱板と、
    上部加熱板に取り付けられた下部加熱板であって、発熱体が上部加熱板と下部加熱板の間に挟まれている下部加熱板と、
    発熱体に取り付けられ、カンチレバーアーム内に形成された通路内に配置された加熱リードを含む請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  7. 基板支持表面上に形成されたチャッキングチャネルに流体接続され、カンチレバーアーム内に形成された通路内に配置されたポンピングパイプを含む請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  8. ポンピングパイプは、
    カンチレバーアーム内に形成された凹部内に配置された水平チューブと、
    加熱板の裏側に水平チューブを接合する真空ジョイントを含み、加熱板と水平チューブは異種金属から形成され、真空ジョイントは、２つの異種金属から形成された第１部分と第２部分を含む請求項７記載の基板支持アセンブリ。
  9. 加熱板内に配置された１以上のセンサと、
    １以上のセンサを接続し、カンチレバーアーム内に形成された通路内に配置されたセンシングリードを含む請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  10. 第２のバイメタルジョイントと、
    第２のバイメタルジョイントによって延長チューブに結合されたベローズを含む請求項３記載の基板支持アセンブリ。
  11. バイメタルジョイントによって加熱板に結合されたポンピングパイプを含む請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  12. バイメタルジョイントの第１部分及び第２部分は、爆着によって共に結合される請求項２記載の基板支持アセンブリ。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項記載の基板支持アセンブリの基板支持面に基板を配置する工程であって、基板支持アセンブリは、処理チャンバ内に配置された断熱材によって支持され、これによって基板支持アセンブリはチャンバ本体に直接接触しない工程と、
    基板支持アセンブリの加熱板を用いて基板を加熱する工程を含む基板を処理する方法。
  14. 基板支持アセンブリ及びチャンバ本体に接続された冷却アダプタに冷却流体を供給することによってチャンバ本体を冷却する工程を含む請求項１３に記載の方法。
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