JPH11193868A - 半導体処理装置において熱膨張差を有する材料間の結合に有用なシーリングデバイス及び方法 - Google Patents

半導体処理装置において熱膨張差を有する材料間の結合に有用なシーリングデバイス及び方法

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JPH11193868A
JPH11193868A JP10263029A JP26302998A JPH11193868A JP H11193868 A JPH11193868 A JP H11193868A JP 10263029 A JP10263029 A JP 10263029A JP 26302998 A JP26302998 A JP 26302998A JP H11193868 A JPH11193868 A JP H11193868A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体処理チャンバにおいて、第１の部分を
第１の圧力に、第２の部分を第２の圧力にするシール部
材。 【解決手段】 ２つの容量空間の間にシールを与えるこ
とにより、基板支持プラットフォームの少なくとも基板
接触部分を除く部分を、伝導や対流の熱移動手段を用い
た熱移動が可能となる適切な圧力下におきつつ、伝導や
対流による熱移動が実用的でない不完全真空下での基板
の処理を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は異なる圧力下で作動され
る半導体処理炉の２つの部分間にシール部材を与えるた
めに使用される装置と方法に関する。特に、該半導体処
理炉が広い温度範囲（約６００℃）で作動し、シールが
実質上異なる膨脹係数を有する２つの材料間を結合しな
ければならない場合に、当該装置と方法は特に有用であ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス等の電子部品の作成にお
いては、製造処理（製造プロセス）は基板が約１０-3To
rr以下の分圧(a partial pressure)に露出されつつ冷却
されることが頻繁に必要となる。その様な分圧真空状態
下での基板冷却を要する処理（プロセス）としては、例
えば、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、イオンインジェクシ
ョン法、及び特別な形態のプラズマエッチングがある。
【０００３】ＰＶＤ法は基板上に薄膜を堆積させるため
に使われる。スパッタリング処理等のＰＶＤ処理を用い
て、アルミニウム、チタニウム、タングステン、タンタ
ル、窒化タンタル、コバルト、及びシリカのような膜材
料をセラミック、ガラス、またはシリコンを基礎とする
基板(silicon-derived substrates)上に堆積させること
ができる。この様な典型的なスパッタリング処理では、
真空チャンバ内にて、アルゴン又はヘリウム等のイオン
化ガスの低圧雰囲気が生成される。真空チャンバ内の圧
力は約１０-6Torr乃至１０-10 Torrまで減ぜられ、その
後に、例えばアルゴンは０．０００１Torr（０．１mTor
r ）から０．０２０Torr（２０mTorr ）の範囲でアルゴ
ンの分圧を発生させるために導入される。２つの電極、
カソードとアノードは通常真空チャンバ内に配置され
る。カソードは堆積され、又はスパッタリングされる材
料で通常作られ、陽極は一般的に包囲体(enclosure) で
形成される（真空チャンバの特定の壁、又は例えば基板
が置かれるプラットフォーム）。時には、補助アノード
を使用してもよく、コーティングされる物品をアノード
としてもよい。これら２つの電極間に高圧が印加され、
コーティングされる基板はカソードの反対側に位置する
プラットフォーム上に配置される。基板が合う、(set)
プラットフォームはしばしば熱せられ、および／又は冷
却され、熱がプラットフォームと基板との間を移動され
ることで、基板上に滑らかでかつ、さらに薄い膜を得る
ことを促進(assist)する。滑らかで膜状のコーティング
を得るために、基板を数度の範囲内で均一な温度に維持
できることが望ましく、その温度は、この膜が形成され
る材料の融点に近く、しかし、それより低い温度であれ
ばいっそうよい。特定の処理が行われた場合には、基板
温度が毎回再現性(repeatable)があることが非常に重要
である。それゆえ、この熱のプラットフォームと基板と
の間の熱伝達は均一で再現性(repeatable)がなければな
らない。
【０００４】処理（真空）チャンバ内の圧力が１Torr以
下の場合は、対流／伝導による熱伝達は実行不可能にな
る。この低圧環境は基板と支持プラットフォームの間の
熱伝達に影響を与える。又、支持プラットフォームとそ
のプラットフォームを加熱、冷却するためにプラットフ
ォームに隣接された加熱又は冷却コイルような熱伝達手
段との間における熱伝達にも影響を与える。
【０００５】基板とプラットフォームは直接伝達による
充分に均一な熱伝達を得ることができると思われる完全
な平面を一般に有していないので、プラットフォームと
基板との間に熱伝達流体を供給し、支持プラットフォー
ムと基板との間に一様な熱伝達の提供を助けることに役
立つ。ＰＶＤ法のスパッタリング処理において、支持プ
ラットフォームと基板との間に熱伝達流体としてガスを
存在（又は、介在）させて用いる技術が知られている。
この様な典型的な流体としてのガスは、例えば、ヘリウ
ム、アルゴン、水素、四フッ化炭素、六フッ化炭素など
や、その他低圧で良好な熱伝達を行うのに適した他の適
当なガスでも良い。流体は支持プラットフォームの基板
に対向した面にある複数の開口を通じて、又は開放した
溝(exposed channels)の中から、一般的に供給される。
基板と支持プラットフォーム表面の間の熱伝達用流体の
存在によって、個別的な層堆積処理にもよるが、一般的
に約１Torrから約１００Torrの範囲のほぼ静圧のガス圧
を発生させる。
【０００６】前記のように、基板の背面（未処理）とそ
の支持プラットフォームとの間に使われる熱伝達流体に
より発生する先に述べた正圧により、前記したように、
基板の縁が機械的に固定されている薄い基板を弓なりに
撓ませる傾向がある。典型的なシリコンウエハー基板の
周囲が機械的に固定された場合に、過剰な基板の撓み、
例えば、基板の中央部で１０マイクロメーターの撓み、
は基板中央部付近の熱伝達を減少させ、結果として、一
般的に基板の不均一な加熱を引き起こす。更に、基板と
支持プラットフォームとの間に熱伝達流体を提供するガ
スが基板の縁から漏れる事によって、基板の下から処理
真空チャンバ内への正味流量(a constant net flow of
fluid)が発生する。基板処理の間に用いられるガス漏出
の量は約１０％から約３０％までの範囲で通常は変化す
る。
【０００７】基板の弓状湾曲と基板の縁からの熱伝達流
体の漏出を防ぐ１つの手段は静電チャックを支持プラッ
トフォームとして使用する事である。静電チャックはク
ーロン力によって基板の下面の全てを強固に固定するも
ので、支持プラットフォームへの機械的な基板固定に対
しての代案となる。静電チャックを用いて基板がプラッ
トフォームに強固に固定された時は、処理中の基板の平
面度(flatness)が向上する。典型的な静電チャックで
は、基板（半導体素材又は、非磁性体、導電性素材）が
平行板コンデンサーの１枚を効果的に形成する。基板支
持プラットフォームはコンデンサーの残りの部分により
一般に形成され、それは誘電層が第２の導電性プレート
の表面に位置し構成される。
【０００８】基板が乗る支持プラットフォームは処理チ
ャンバの中で行われる処理の種類によって異なるが、色
々な方法で熱したり、冷却したりすることができる。支
持プラットフォームを加熱するために、例えば、放射を
用いた加熱、誘導を用いた加熱、又は抵抗を用いた加熱
を用いることができる。すなわち、基板は支持プラット
フォーム内部の内部通路(internal passageways)を通じ
て循環される熱伝達流体を用いて熱したり、冷却したり
することが可能であり、あるいは別案では、加熱又は冷
却は支持プラットフォームに近接、多くの場合密着した
加熱又は冷却コイルのような熱伝達表面(a heat transf
er surface) を用いて達成され得る。支持プラットフォ
ームを加熱又は冷却する手段はプラットフォームを構成
する材料によってしばしば異なる。処理チャンバ内にお
ける分圧（partial pressure）が１Torr以下の時は、熱
対流、熱伝達が実質的な割合で起こり得ないために、支
持プラットフォームはその支持プラットフォームに近接
した熱伝達表面によって加熱又は冷却されることができ
ない。
【０００９】静電チャックを形成するために用いられ得
る従来技術に記載されたものには、構成材料や、構造上
実現可能なものが数多くあります。静電チャックを加熱
又は、冷却する手段（それによって、基板が加熱、又は
冷却される）は、用いられる構成材料や静電チャックの
全体構造によって異なります。
【００１０】１９８８年９月２０日に発行され、テズカ
マサシに付与された米国特許Ｎｏ．４，７７１，７３
０号明細書は水の循環のための浅い導管（又は溝，cond
uits）を内部に持つ伝熱性検体テーブル(conductive sp
ecimen table、おそらくアルミニウムなどの金属材料か
ら作られている）を有する静電チャックが記載されてい
る。その伝熱性検体テーブルの上面にＡｌ2 Ｏ3 (alumi
na) などの材料の誘電層によって包まれるアルミニウム
のような金属から構成されている電極を包含する。処理
される基板は誘電層材料の上面に取り付けられる。静電
チャックを形作るサンドイッチ状構成材料が非常に異な
る膨脹係数を有することは全く明白である。サンドイッ
チ状材料を数１００℃の範囲にわたる動作温度に露出す
ることにより、サンドイッチ状の層の間に応力を生じ、
この応力によって、より脆弱な層の変形または破壊、お
よび、動作不良、そして最終的に静電チャック全体の失
敗につながるかもしれない。
【００１１】１９９２年１０月１３日に発行され、ロー
ガン等に付与された米国特許Ｎｏ．５，１５５，６５２
号明細書には静電チャックのアセンブリを詳細に開示し
ている。上部分離層(a top isolation layer) とは、基
板上に配置された導電性静電パターンから構成される静
電パターン層をいい、加熱層とは基板上に配置された導
電性加熱パターンから構成され、支持層(a support lay
er) は、内部に背面冷却と断熱通路を備えるヒートシン
クベ−スを有する。その分離層に好ましい材料は熱分解
性ボロン窒化物、ユニオン カーバイド社で入手可能で
ある Borally 11 （登録商標）である。静電パターン層
は特に定義されていない。加熱層は導電性加熱パターン
をその上に持つ基板から構成され、その基板は熱分解性
ボロン窒化物が好ましい。導電性加熱パターンは熱分解
性グラファイトから構成されることが好ましい。支持層
は、電気エネルギーを金属路に通すために、加熱層内部
に貫通し配置される金属路を持った、ボロン窒化物から
構成されることが好ましい。ヒートシンクベースは、支
持層の金属路と電気的接触を機能させるために、内部に
貫通するクリアランスホールを持った材料の熱伝導性ブ
ロックから構成される。ヒートシンクベースも冷却流体
の循環のための通路を内部に持つ。ヒートシンクベース
のための材料選択は重要と言われており、それは構造内
の全ての他の層の熱膨張係数と適合しなければならない
という理由からである。ウエスティングハウス・エレク
トリック社より入手可能な、鉄／ニッケル／コバルト合
金である、Ｋｏｖａｒ（登録商標）は、ヒートシンクベ
ースを形成するために使用されることが勧められる。
【００１２】ヒートシンクベースは数ある技術の１つを
用いて、支持層の座面に接着(be bonded) されると言わ
れている。それらの技術に、ろう付けする事(brazing)
が含まれ、すなわち、金の接触パッドが、それぞれの接
着面に堆積され、各部片は共に固定され、アセンブリは
ろう付け炉の中で加熱される。第２のヒートシンクベー
スを支持層の底面に接着するための方法は、熱伝導性セ
ラミックセメントを適用する方法です。第３の方法は、
支持層の底面にフランジを作成し、ヒートシンクベース
の上部にはクランプリングを作成して、２つの部品を一
緒にし機械的に固定する方法です。
【００１３】ローガン等により記述されたこの種の構造
は、構成する材料、構造自体の作成の双方の観点から、
構成するために非常に高価になる。
【００１４】ローガン等に付与された１９９３年３月２
日に発行された米国特許Ｎｏ．５，１９１，５０６号明
細書は、静電チャックアセンブリを詳細に記述してい
る。上部多層状セラミック分離層とは、多層セラミック
基板の上に配置された、伝導性静電パターンを持つ静電
パターン層であり、多層状セラミック支持層と、およ
び、内部に加工された背面冷却用通路を持ったヒートシ
ンクベースと、を含んでいる。多層セラミック構造は、
多層セラミックに適用され得る技術を用いて、一緒に接
着され、かつ、ヒートシンクベースは多層状セラミック
支持層の底面にろう付けされる。構造の材料は、米国特
許Ｎｏ．５，１５５，６５２号明細書に記述されたもの
と基本的に同等である。ヒートシンクベースは、それぞ
れの接着表面に金接触パッドを堆積させ、各部片を共に
ずれなく合わせ、かつ、ろう付け炉でアセンブリを加熱
することによって、静電パターン層にろう付けされると
言われている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記に参照した米国特
許は、冷却する事が含まれた場合、冷却は流体の流動を
用いて達成される。a)接触している誘導体に適合した膨
脹係数を持った、特殊な金属合金との直接接触による
か、または、b)誘電材料自体に直接接触させるかのいず
れかである。これは、伝導／対流による熱伝達が実質的
に不可能な部分真空下で、基板処理が行われる真空チャ
ンバ全体が操作されるという理由で、必要になる。上記
に参照した特許に記載された、この種の特殊金属合金ヒ
ートシンクベースを用いることは、非常に高価である。
更に、一般に記載されているこの種の誘電材料冷却流体
との直接接触は、効果的な熱伝達を生じないかもしれ
ず、かつ、結果として誘電材料自体の破壊につながるか
もしれない。誘電体として、典型的に用いられるセラミ
ック材料は、温度差に一般的に敏感であり、かつ、加熱
要素とその近くの冷却要素との間の温度差は、そのセラ
ミックに破壊を引き起こすかもしれない。
【００１６】高価な構造の材料の使用を必要とせず、効
果的な熱伝達手段を供給する静電チャック（又は、低圧
下の半導体処理に用いられる他のいかなる基板支持プラ
ットフォーム）の冷却手段を持つことは、非常に優位性
があるであろう。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用】本願に従い、半
導体処理リアクタにおいて異なる圧力で作動する２つの
部分の間をシールする装置と方法が開示される。このよ
うにシールを与えることにより、基板支持プラットフォ
ームの少なくとも基板接触部分を除く部分を、伝導や対
流の熱移動手段を用いた熱移動が可能となる適切な圧力
下におきつつ、伝導や対流による熱移動が実用的でない
不完全真空下での基板の処理を可能とする。
【００１８】本発明は、少なくとも３００℃の温度範囲
で、典型的には約１５psi （１．０３４ｘ１０6 dynes/
cm2 、１．０５５kg/cm 2 ）以下であって、線膨張係数
に実質的な差を有する少なくとも２つの材料間を結合す
る場合に、圧力差に耐える能力を有するシール装置を包
含する。線膨張係数の差異は、結合されている材料の組
成にもよるが、６００℃で測定され、典型的に少なくと
も約３ｘ１０-3in./in./℃（m/m/℃）である。シール手
段は、作動温度範囲が約０℃から約６００℃までの間で
あって、６００℃で測定し約３ｘ１０-3℃-1から約２５
ｘ１０-3℃-1までの範囲にある線膨張係数における差を
持った２つの材料を、結合している場合に、少なくとも
約１５psi の圧力差に耐えられることが好ましい。
【００１９】個別的には、シール手段は、シール部材が
結合するそれぞれの材料に繋がれた、薄い金属包含層を
包含する。薄い金属包含層を包含する材料は、結合され
る材料のどれか（または１つ）に近い膨張係数を示すこ
とが好ましい。典型的には、金属包含層は、結合され
る、最も低い熱膨張係数の材料に、比較的近い熱膨張係
数を持つように選択される。金属包含層が、金属（また
は金属合金）と、アルミナやアルミニウム窒化物のよう
なセラミック材料の間を、結合する場合は、金属包含層
は、約６００℃において、約２ｘ１０-3から約６ｘ１０
-3in./in./℃の範囲、または、より好ましくは約６００
℃において、約２ｘ１０-3から約４ｘ１０-3in./in./℃
の範囲である、線膨張係数を有するように選択される。
薄い金属包含層の断面の厚さは、典型的には０．０３９
in. （１mm）未満である。
【００２０】その薄い金属包含層を結合される材料に繋
ぐための好ましい方法は、ろう付け(brazing) である。
ろう付けによって、薄い金属包含層は、第３の材料を連
結媒介材(coupling agent)として用いて、結合される材
料のそれぞれに連結される。その連結媒介材またはろう
付け材料は、線膨張係数は、ろう付け材料は、比較的に
柔軟で、薄い金属包含層と共に作動されるように設計さ
れているために、薄い金属包含層の線膨張係数ほどには
小さい値である必要はない。ろう付け材料の重大な要素
(a critical parameter)は、薄い金属包含層と、結合さ
れるそれぞれの材料の表面に完全に浸潤し、かつ、よく
接着することである。他の重大な要素は、ろう付け材料
が応力を緩和する能力を有する（低応力材料である）こ
とである。それゆえ、低いヤング率と高い降伏点を持つ
材料が、望ましいろう付け材料となる。
【００２１】本発明の方法は、半導体処理チャンバまた
は炉において有用であって、チャンバ内の処理エリアの
間にシール部材を供給することが必要な時と、異なる線
膨張係数を示す少なくとも２つの表面をシール部材が結
合する時と、半導体処理チャンバの動作温度範囲が少な
くとも３００℃である時に、a)異なる線膨張係数を示
す、少なくとも２つの材料の表面を準備する工程と、b)
結合される、最も低い線膨張係数を有する材料に近い、
線膨張係数を有する、薄い金属包含層の材料を提供する
工程と、c)そのシールによって結合されなくてはならな
い、少なくとも２つの表面のそれぞれに対して、（材料
の）金属包含層をろう付けし、もって、金属包含層と、
ろう付け材料、及び、その金属包含層がろう付けされる
表面を、シール装置として機能させるろう付け工程とを
含むシール部材を提供する方法。材料の金属包含層は、
材料の金属包含層の分子と、結合される、それぞれの表
面を包含する材料の分子との混合を可能にする技術を用
いて、結合されるそれぞれの表面に、ろう付けされる。
材料の金属包含層の好ましい断面の厚さは、約０．３９
in. （１mm）以下である。典型的には、結合される少な
くとも２つの表面を包含する材料の線膨張係数差は、約
６００℃において、少なくとも約３ｘ１０-3in./in./℃
（m/m/℃）である。
【００２２】
【実施例】本発明は半導体処理（半導体プロセス）の間
に、実質的に異なる線膨張係数を有する２つの材料間を
結合するために用いられるシール手段であって、半導体
処理チャンバの異なる部分が、例えば、室温から約６０
０℃までの広い温度範囲にわたり、異なる絶対圧力下で
作動される場合に関する。
【００２３】当業者は、この発明を読んで、本発明に関
して、多くの適用例を持つであろう。しかしながら、こ
の発明は、処理（プロセス）されつつある基板が、熱を
発するスパッタリング、イオンインジェクション、また
は、エッチング処理を受ける場合や、静電チャックが基
板を支持するために使われているとき、そして、静電チ
ャックを冷却できるようにするために必要なときに、半
導体処理において発明は特に有用である。以下に記載さ
れた発明の望ましい具体例は、スパッタリング処理に向
けられたものであるが、熱を除去する能力を有しつつ、
基板を加熱する、他の処理に対しても同様に適用でき
る。
【００２４】図１は、基板支持プラットフォーム１０２
を含む半導体処理に用いる装置１００を示す。基板支持
プラットフォーム１０２は静電チャックとして機能す
る。すなわち、基板支持プラットフォーム１０２は、非
磁性体の半導体または非磁性体の導電基板１０４がコン
デンサー(capacitor) の第１プレートを構成し、誘電体
内部層が上部平盤(uppper platen) １０６の一部分によ
り供給され(is furnished)、かつ、第２の導電プレート
が上部平盤(upper platen)１０６内部に埋め込まれた導
電層(conductive layer)１１１により供給される。
【００２５】支持プラットフォーム上部平盤１０６は、
熱分解性(pyrolytic) ボロン窒化物、アルミニウム窒化
物、シリコン窒化物、アルミナまたは同等の材料などの
高熱伝導性誘電材料から作成される。プラットフォーム
ハウジング１０８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニ
ウムなどの材料から典型的には作成されるが、ステンレ
ス鋼が好まれる。
【００２６】上部プラットホーム平盤１０６は、その上
部プラットホーム平盤１０６を加熱するために使用され
ることができ、埋め込まれ、かつ、導電性の加熱パター
ン１１０を有することが望ましい。任意に選択できる
が、基板支持プラットフォーム１０２は着脱可能な挿入
部材(insert)１１２を有し、さらにシャドウリング１１
４を有してもよい。挿入部材１１２は再生使用可能な要
素であって、後方散乱、堆積材料を捕らえ、そして、上
部プラットホーム平盤１０６を清掃する必要性をなくす
ために用いられる。挿入部材１１２は上部平盤１０６を
構成する誘電材料に近い膨張係数を有する比較的に安価
な材料より構成されている。挿入部材用材料の例として
許容し得るものにアルミニウムがある。
【００２７】リフトフィンガ１１６は、上部プラットホ
ーム平盤１０６の上方で基板１０４を持ち上げることが
できるように基板支持プラットホーム１０２と共に使用
されそれにより、基板１０４は基板支持プラットホーム
１０２を囲む半導体処理チャンバ（示されていない）の
内部で基板を移動させるために用いられる機械的な装置
（示されていない）により把持されることができる。
【００２８】基板１０４の冷却は、上部プラットホーム
平盤１０６を冷却し、基板１０４から上部プラットホー
ム平盤１０６へ熱伝達することにより達成する。上部プ
ラットフォーム平盤１０６は、冷却コイル１１８を用い
て冷却され、そこで、第１の熱伝達流体は入口１２０か
ら入って、冷却コイル１１８を通過し、出口１２２から
出る。冷却コイル１１８は、プラットホーム平盤１０６
に直接に近接して使用されることができるが、上部平盤
１０６と冷却コイル１１８との間により均一な熱伝達を
供給するために、典型的に冷却プレート１２４は冷却コ
イル１１８と共に用いられる。冷却プレート１２４の使
用は上部平盤１０６の表面上の固有の位置において要求
される温度差の量を減少させる。もし、上部平盤１０６
を有する誘電材料の丁度隣りに冷却コイル１１８が置か
れている場合には、この位置においての極端な温度差は
誘電材料の構造に損害を与えるかもしれない。
【００２９】スプリングサポート１２６は、上部平盤１
０６と冷却プレート１２４の間に密接なる接触を維持す
るために用いられる。冷却コイル１１８は、例えば、ス
テンレス鋼、タングステン、モリブデン、または、Ｋｏ
ｖａｒ（登録商標）から一般に作成される。冷却プレー
ト１２４の他の実施例としては、タングステン、モリブ
デン、または、Ｋｏｖａｒ（登録商標）などのより小さ
い熱膨張係数を有する材料の層は、その層に取り付けて
あるステンレス鋼などの材料の第２の熱伝導プレートと
共に上部平盤１０６にろう付けされ得る。
【００３０】この発明の詳細な説明の従来技術の欄に記
載されているように、基板１０４の半導体処理は、絶対
圧力が頻繁に０．１mTorr という程低い部分真空下で行
われる。それゆえ、第２の熱伝達流体は、基板１０４と
上部平盤１０６の間での熱伝達を得るために使用しても
よい。（基板１０４と上部平盤１０６との間は比較的に
平坦な表面で、良好な接触であるにもかかわらず）。導
管１２８は、図１に示されていない源(a source)から、
第２の熱伝達流体を移動させるために用いられる。導管
１２８は、プラットホーム平盤１０６に取り付けられ、
その結果、第２の熱伝達流体は、開口１３０へ流れ、そ
して支持平盤１０６の上面１３４上にある、開放通路１
３２の中へ流れる。熱電対１３６は、プラットフォーム
平盤１０６の温度を感知すると共に情報をコントローラ
に伝達するのに用いられる。ここで、コントローラは、
電気的に導電性エレメント１１０によるプラットフォー
ム平盤１０６の加熱、または、冷却プレートと共に用い
られることが望ましい冷却コイル１１８を介してプラッ
トフォーム平盤１０６を冷却するために必要する。
【００３１】基板１０４を囲む処理チャンバは、前述し
た部分真空下にあるため、そして、この部分真空は、冷
却コイル１１８、冷却プレート１２４、そして、プラッ
トフォーム平盤１０６との間の実質的な熱伝達を妨げる
ため、冷却コイル１１８、冷却プレート１２４、およ
び、プラットフォーム平盤１０６との間に第３の熱伝達
流体（雰囲気ガス（a gaseous atmosphere) の形態で）
が存在することが必要である。この第３の熱伝達流体
は、簡易的には、半導体処理ガスまたは空気のうちの１
つであってもよい。第３の熱伝達流体を使用するために
は、内部で基板処理される装置の１部分から、内部で第
３の熱伝達流体が作動しうる処理装置の１部分を隔離し
得ることが必要である。これは、シール手段１３８と１
４０を用いて達成される。シール手段１３８は導管１２
８と上部平盤１０６との間を結合する。シール手段１４
０は支持プラットフォームハウジング１０８と上部平盤
１０６との間を結合する。
【００３２】シール手段１３８は、図１に示されるよう
に、一端が上部平盤１０６の表面にろう付けされ、他端
が導管１２８または第１延長部材１３９のいずれかにろ
う付けされる、薄い金属包含ストリップまたはリボン状
部材から構成される。シール手段１３８と１４０は約０
℃から約６００℃の動作温度範囲における約１５psiの
圧力差に耐える能力を有すべきである。
【００３３】前述したように、上部平盤１０６は、熱分
解性ボロン窒化物、アルミニウム窒化物、シリコン窒化
物、または、アルミナなどの誘電性材料から構成される
ことが望ましい。熱分解性ボロン窒化物は、その平盤の
長手方向と、幅方向(planarlength and width directio
n) にわたり、約６００℃において約１．５ｘ１０-3in.
/in./℃の熱膨張係数を有し、その断面厚さにわたり約
６００℃において約４０ｘ１０-3in./in./℃の熱膨張係
数を有する異方性材料である。アルミナはより等方性で
あって、６００℃において約０．００８ｘ１０-3in./i
n./℃の熱膨張係数を有する。アルミニウム窒化物もま
たより等方性であって、６００℃において０．０１ｘ１
０-3in./in./℃の熱膨張係数を有する。
【００３４】上部平盤１０６に取り付けられていなけれ
ばならない導管１２８は、例えば、ステンレス鋼、また
は銅のような材料から構成されている。これらの材料
は、約６００℃で測定された約６．８ｘ１０-3ないし１
２ｘ１０-3in./in./℃の範囲にわたる線膨張係数を、約
６００℃において有する。支持プラットフォームハウジ
ング１０８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムな
どの材料から構成され、これらの材料は約６００℃にお
いて約６．８ｘ１０-3から１５．９ｘ１０-3in./in./℃
の範囲にわたる線膨張係数を有する。シール装置１３８
と１４０にわたる線膨張係数の不一致による効果の補償
を助力するために、そして、アルミナまたはアルミニウ
ム窒化物が上部平盤１０６を有する場合に、そのシール
装置の内に発生する応力を減少させるために、延長部材
１３９を導管１２８へ、そして、延長部材１４２をプラ
ットフォームハウジング１０８へ溶接することが望まし
い。それらの延長部材は、例えば、約６００℃におい
て、約２ｘ１０-3ないし４ｘ１０-3in./in./℃の範囲に
わたる線膨張係数を有する。この範囲にわたる線膨張係
数を有し延長部材１３９と１４２を形成するために用い
られることができる材料は、これらに限定されるわけで
はないが、モリブデン、タンタル、チタニウム、タング
ステンと登録商標Ｋｏｖａｒを含む。延長部材１３９と
導管１２８との間で、または、延長部材１４０とプラッ
トフォームハウジング１０８の間で伝達された熱は危険
を生じる量ではないので、熱膨張のいかなる不一致の危
険を生じることなく、導管１２８とプラットフォームハ
ウジング１０８にその延長部材は溶接されることができ
る。
【００３５】図２は、シール手段１４０の拡大図を示
す。しかし、シール手段１４０に適用される一般的な記
述は、シール手段１３８にも適用され得る。シール手段
１４０は薄い金属包含層２０２（ストリップ状、バンド
状、リボン状の形態で）から構成される。上部平盤１０
６がアルミナ、または、窒化アルミニウムを有する場合
に、層２０２のための好ましい材料は比較的に低い線膨
張係数を持った材料である。上部平盤１０６が、異方性
ボロン窒化物またはより高い熱膨張係数を有する別の誘
電性材料を有する場合に、層２０２のために用いる好ま
しい材料は、例えば、限定する目的ではないが、ニッケ
ル、銀、銀／チタニウム合金、そして、ニッケル／鉄合
金のようにより高い熱膨張係数を有する一方、応力を緩
和する傾向を有する材料を含む。
【００３６】ろう付け材料２０４は前述したように、ろ
う付けによりお互いに付けられる材料の表面に浸潤し、
かつ、材料に接着しなければならない。その上、ろう付
け材料２０４は、内部に発生する応力を和らげられるこ
とが重要である。ろう付け材料２０４として用いられる
好ましい材料は、例としては、銀、ニッケル、銀／銅の
ソルダー(solder)、銀／チタニウムのソルダー、ニッケ
ル／鉄合金、及び、銀／チタニウム合金を含む。今日ま
での試験では、ニッケルは特に良好なろう付け材料とな
ることが示されている。試験はシール装置を作製し、そ
の後、およそ室温から約６００℃の間で少なくとも数１
００回シール装置を循環(cycle) させる。温度サイクル
の次はシール装置の一面に大気圧がかかり、シール装置
の他面に約１０-3Torrの絶対圧力がかかる、処理動作温
度範囲での真空試験が続く。もし、真空試験で、全く漏
洩がなければ、シールは満足できる態様において作動し
ていると考えられる。
【００３７】金属包含層２０２は図４に”Ａ”と示した
断面方向の厚さは約０．０３９in（１ｍｍ）以下であ
る。金属包含層２０２の厚さは、シール手段１４０の柔
軟性(flexibility) を決定するために重要であり、シー
ル手段１４０が機能する能力にとって、柔軟性は非常に
重要である。金属包含層２０２の組成は、アルミナまた
は窒化アルミニウムが上部平盤１０６を含有する時に、
比較的低い線膨張係数を示すことが好ましい。その線膨
張係数の範囲は、約６００℃において、約２ｘ１０-3か
ら約７ｘ１０-3in./in./℃であることが好ましい。
【００３８】薄い金属包含層２０２の高さは図４で”
Ｂ”と示し、それぞれのシール装置特有の適用によって
は変化し得る。図１に示すシール装置の好ましい実施例
では、薄い金属包含層１４０の高さは典型的には約０．
１９５in. （５ｍｍ）以下である。薄い金属包含層２０
２のストリップまたはリボンの長さは、シール装置の適
用例に依存するが、シールを与えるのが必要であるよう
に、適合される表面の長さに沿って完全に延長していな
ければならない。
【００３９】図２を参照し説明すると、ろう付け材料２
０４は、金属包含層２０２の縁の全周に沿って適用され
る。ろう付け材料２０４の適用は、金属包含層の上部の
外側の縁２０６及び金属包含層の下部の外側の縁２０８
にそれぞれ近接すると共に、ろう付け材料２０４を介し
て金属包含層２０２に接触する支持プラットフォームハ
ウジング１０８と上部平盤１０６の補償的(complementa
ry) 表面に近接する。ろう付けは、ろう付け材料２０４
と金属包含層２０２との間、ろう付け材料２０４と支持
プラットホームハウジング１０８の延長部材１４２の
間、および、ろう付け材料と材料包含上部平盤１０６と
の間で分子混合が達成される時間まで、ろう付け炉の中
で行われる。材料のろう付けプロセスにおける時間およ
び温度のプロファイルは、必要とされる材料に依存す
る。
【００４０】図３はシール手段３００の別の実施例を示
す。シール手段３００は、アコーディオン状ストリップ
の形態の薄い金属包含層３０２から成り、それは上部平
盤１０６とプラットフォームハウジング１０８の延長部
材１４２をろう付け材料３０４を介してろう付けされて
いる。金属包含層３０２とろう付け材料３０４の構成材
料は、図２中において金属包含層２０２とろう付け材料
２０４を参照して説明されたものと同様である。金属包
含層３０２としてのアコーディオン形状のストリップの
使用は、層３０２の柔軟性を増加させ、シール手段３０
０は上部平盤１０６と支持プラットフォームハウジング
３０８との間における線膨張係数のより大きな差を許容
できるようになる。そのうえ、ろう付け材料３０４の内
部に生じた応力の量は、この別なる設計によって低減さ
れる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体処理チャンバの第１の部分が所定の圧力下で作動さ
れると共に、前記処理チャンバの第２の部分がより高い
圧力下で作動される時、前記処理（プロセス）チャンバ
の前記第１の部分と前記第２の部分を分離するために使
用される半導体処理に有用なシール装置において、その
シール装置が少なくとも２つの異なる表面にろう付けさ
れる薄い金属包含層（athin,metal-comprising layer
）を備えており、前記少なくとも２つの異なる表面
が、６００℃で計測された少なくとも３×１０-3in./i
n./℃（３×１０-3mm/mm/℃）の線膨張係数の差を有す
る場合に、前記シール装置は少なくとも約１５psi の圧
力差に耐える能力を有すると共に、異なる熱膨張係数を
示す、少なくとも２つの材料の表面を準備し、結合され
る最も低い線膨張係数を有する材料に近い線膨張係数を
有する材料の薄い金属包含層を提供し、前記シール部材
によって結合されなくてはならない、少なくとも２つの
材料の表面のそれぞれに対して、（材料の）前記金属包
含層をろう付けすることで、シール装置として機能す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板支持プラットフォームと半導体処理に使用
される本発明のシール手段を用いた補助装置を示す図で
ある。
【図２】本発明の１つの好適な実施例を示す図である。
図１にも、同じ実施例が示されている。
【図３】本発明の第２番目の好適な実施例を示す図であ
る。
【図４】図１に示された好適の実施例を示し、寸法線を
含む図である。
【符号の説明】
１００…半導体処理に用いる装置、１０２…基板支持プ
ラットフォーム、１０４…非磁性体の半導体ないしは非
磁性体の導電基板、１０６…支持プラットフォーム上部
平盤、１０８…プラットフォームハウジング、１１０…
加熱パターン、１１１…導電層(conductive layer)、１
１２…挿入部材(insert)、１１４…シャドウリング、１
１６…リフトフィンガ、１１８…冷却コイル、１２０…
入口、１２２…出口、１２４…冷却プレート、１２６…
スプリングサポート、１２８…導管、１３０…開口(ope
ning) 、１３２…開放通路、１３４…上面、１３６…熱
電対(a thermocouple)、１３８…シール手段、１３９…
延長部材、１４０…シール手段、１４２…延長部材、２
０２…薄い金属包含層、２０４…ろう付け材料、２０６
…金属包含層の上部の外側の縁、２０８…金属包含層の
下部の外側の縁、３００…シール手段、３０２…薄い金
属包含層、３０４…ろう付け材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アヴィ テップマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， キュパティノ， マルヴァーン コート 10380

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体処理において着脱可能な挿入部材
    を基板支持平盤と共に備える装置であって、前記着脱可
    能挿入部材は、前記基板を支持し、後方散乱堆積材料を
    捕らえ、前記支持平盤の外側端を清掃する必要性を低減
    又は排除し、前記着脱可能挿入部材は、前記支持平盤の
    前記外側端にまで伸びるような寸法及び構成が与えら
    れ、且つ、前記支持平盤の前記外側端にある窪みの中に
    納められ、前記挿入部材の一部が前記支持平盤上の前記
    基板と共に露出する装置。
  2. 【請求項２】 前記着脱可能挿入部材の熱膨張係数が、
    前記平盤の上面を備える材料の熱膨張係数に近く、もっ
    て、前記挿入部材と前記平盤の表面との間の破壊応力の
    発生が低減又は防止される請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記支持平盤の前記外側端にあり前記着
    脱可能挿入部材が納められる前記窪みの前記上面が、誘
    電材料である請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記支持平盤の前記上面を備える前記材
    料が、誘電材料である請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記着脱可能挿入部材が、シャドウリン
    グと共に用いられる請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記支持平盤の形状が円形であり、前記
    挿入部材が、前記支持平盤の周縁端の前記窪みの中に納
    められる円形のリングである請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記着脱可能挿入部材にはアルミナが備
    えられる請求項２に記載の装置。
  8. 【請求項８】 半導体支持平盤の上面のクリーニングの
    必要性を排除又は低減する方法であって、前記方法は、 ａ）着脱可能挿入部材を、前記支持平盤の上面の一部を
    覆うように前記支持平盤の前記外部端に配置するように
    与える工程と、 ｂ）前記着脱可能挿入部材の露出上面の上に蓄積する汚
    染堆積物の量が、前記支持平盤の前記上面をクリーニン
    グする必要を生じさせる程度に至ったとき、前記着脱可
    能挿入部材を取り除く工程とを有する方法。
  9. 【請求項９】 更に、 ｃ）前記着脱可能挿入部材を清浄な挿入部材と交換する
    工程を有する請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記清浄な挿入部材がリサイクル品の
    挿入部材である請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記支持平盤の形状が円形であり、前
    記挿入部材が、前記支持平盤の周縁端の前記窪みの中に
    納められる円形のリングである請求項８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 熱移動を促進する装置であって、 チャンバ雰囲気を内包するチャンバ容量を画するチャン
    バと、 熱移動媒体を内包する膨張可能容量と、 前記膨張可能容量と前記チャンバ容量との間に配置さ
    れ、前記チャンバ雰囲気から前記熱移動媒体を遮断する
    シール手段とを備える装置。
  13. 【請求項１３】 前記膨張可能容量が、 前記チャンバ容量内の第１の面と、前記膨張可能容量内
    の第２の面とを有する基板支持平盤と、 前記基板支持平盤の前記第２の面に付設される、前記熱
    移動媒体を前記基板支持平盤の前記第２の面に近接させ
    て保持するための保持手段と、 前記熱移動媒体のソースと前記保持手段との間に配置さ
    れる展開可能部材とを備える請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記展開可能部材がベローズである請
    求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記シール手段が、前記基板支持平盤
    の前記第２の面と前記保持手段との間に付設される請求
    項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記シール手段がメタルストラップで
    あり、これは、一方のエッジに沿って、前記基板支持平
    盤の前記第２の面から伸びるフランジにろう付けされ、
    他方のエッジに沿って、前記保持手段にろう付けされる
    請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記保持手段がメタルで作られ、前記
    基板支持平盤の前記第２の面がセラミックで作られる請
    求項１５に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記基板支持平盤が更に、前記基板支
    持平盤の前記第１の面の温度を上昇させるための加熱手
    段を備える請求項１３に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記保持手段が、前記基板支持平盤の
    前記第２の面を冷却するための冷却手段を取り囲む基板
    支持ハウジングを備える請求項１３に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記冷却手段が冷却プレートを備え、
    前記冷却プレートは、前記基板支持平盤の前記第２の面
    と前記冷却プレートとの間の接触を保持するばね手段を
    有する請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記冷却手段が、熱移動液体を運ぶ冷
    却コイルである請求項１９に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記基板支持平盤が更に、基板を静電
    力により前記基板支持平盤の前記第１の面に近接して保
    持するための、前記基板支持平盤の中に埋め込まれた静
    電保持手段を備える請求項１３に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 基板支持平盤の温度を制御するための
    装置であって、 第１の面と第２の面とを有する基板支持平盤と、 前記基板支持平盤の前記第２の面に隣接し、第１の熱移
    動媒体を前記基板支持平盤に近接するように運ぶための
    冷却手段と、 前記基板支持平盤の前記第１の面に付設され、第２の熱
    移動媒体を保持するための基板支持平盤ハウジングとを
    備える装置。
  24. 【請求項２４】 前記基板支持平盤ハウジングを前記基
    板支持平盤の前記第２の面にシールするためのシール手
    段を更に備える請求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記シール手段がメタルストラップで
    あり、これは、一方のエッジに沿って、前記基板支持平
    盤の前記第２の面から伸びるフランジにろう付けされ、
    他方のエッジに沿って、前記保持手段にろう付けされる
    請求項２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記基板支持平盤ハウジングがメタル
    で作られ、前記基板支持平盤の前記第２の面がセラミッ
    クで作られる請求項２４に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記基板支持平盤の前記第１の面が、
    基板処理チャンバの中にある請求項２３に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記冷却手段が更に、前記第１の熱移
    動媒体を運ぶ冷却コイルと、前記基板支持平盤の前記第
    ２の面と前記冷却コイルの間に装着される冷却プレート
    とを備える請求項２３に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記冷却手段が更に、前記基板支持平
    盤の前記第２の面と前記冷却プレートとの間の接触を保
    持するためのばね手段を、前記冷却プレートと前記基板
    支持平盤ハウジングとの間に備える請求項２８に記載の
    装置。
  30. 【請求項３０】 前記基板支持平盤が更に、前記基板支
    持平盤の前記第１の面の温度を上昇させるための、前記
    基板支持平盤に埋め込まれた加熱手段を備える請求項２
    ３に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記装置が、前記第２の熱移動媒体
    を、第２の熱移動媒体源から前記基板支持平盤ハウジン
    グへとつなげるための、前記基板支持平盤ハウジングに
    付設されたベローズを更に備える請求項２３に記載の装
    置。
  32. 【請求項３２】 前記基板支持平盤が更に、基板を静電
    力により前記基板支持平盤の前記第１の面に近接して保
    持するための、前記基板支持平盤の中に埋め込まれた静
    電保持手段を備える請求項２３に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記装置が更に、前記基板支持平盤の
    温度をモニタするための、前記基板支持平盤内に埋め込
    まれたモニタ手段を備える請求項２３に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記モニタ手段が、熱電対である請求
    項３３に記載の装置。
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