JP2002509989A - 高周波能力を有する高温セラミックヒータ組立体 - Google Patents

高周波能力を有する高温セラミックヒータ組立体

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、高周波電力をセラミック・ペデスタル内の金属プレート（１０３）に結合する技術を提供する。金属プレート内の打ち抜き穴（１９２１）は、金属プレートを介してセラミックとセラミックの接合を可能にする。高周波電力フィード（１９５６）からの電力は、高周波電力フィードの中心線から間隔を置いて配置されているいくつかの電極（１９１８）を介して、打ち抜き穴をあけられた金属プレートに分配され、したがって電力分布を分割する。金属プレートと高周波電力フィードの間のセラミック接合ディスク（１９２０）は、打ち抜き穴を介して接合するために、金属プレート及びセラミック胴部（１０１）に対して機械的支持を行い、したがって金属プレート及び周囲のセラミック材料の亀裂を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の記載】
本出願は、１９９７年２月１２日に出願され、同一譲受人に譲渡された、 Jun
Zhao 、 Charles Dornfest、 Talex Sajoto、 Leonid Selyutin、 Stefan Wolff、 L
ee Luo、 Harold Mortenson 及び Richard Palickaを発明者として記録された、 「高周波能力を有する高温セラミックヒータ組立体及び関連する方法」と題する
出願番号第０８／８００，０９６号の一部継続出願である。出願番号第０８／８
００，０９６号の開示は、あらゆる目的に対して、参考文献として本明細書に含
まれる。
【０００２】
【本発明の背景】
本発明は半導体の処理に関する。詳しくは、本発明はプラズマがある腐食性の
環境の中で、摂氏約４００度を超える温度において、膜を形成する方法及び装置
に関する。いくつかの具体的実施例において、本発明は摂氏約６２５度までの、
あるいはそれ以上の温度において、チタン、窒化チタン、二ケイ化チタンのよう
なチタンを含有する膜を形成するのに有用である。このような膜は、パターン化
された導電層や、導電層の間のプラグ、拡散障壁層、接着層及びケイ化物形成の
ための前駆物質層として使用することができる。さらに本発明の他の具体的実施
例は、たとえば他の形式の金属膜を堆積したり、基板材料の合金を作ったり、基
板材料をアニールするのに使用することができる。
【０００３】 最近の半導体デバイスの製造における主要なステップの１つは、誘電体層と金
属層を含む種々の層を半導体基板上に形成することである。公知のように、これ
らの層はＣＶＤあるいはＰＶＤによって堆積することができる。従来の熱的ＣＶ
Ｄプロセスにおいては、基板の表面に反応性ガスが供給され、この表面において
熱で誘発される（均一または不均一の）化学反応が生じ、所望の膜を生成させる
。従来のプラズマＣＶＤプロセスにおいては、所望の膜を形成するために、反応
性の核種を分解及び／または付勢するように、制御されたプラズマが形成される
。一般に、熱的プロセス及びプラズマ・プロセス中における反応速度定数は、温
度、圧力、プラズマ密度、反応性ガスの流量、電力周波数、電力レベル、チャン
バの物理的形状及びその他の項目の中の２つ以上を制御することにより、制御す
ることが可能である。代表的なＰＶＤ装置においては、ターゲット（堆積される
材料の板）は負電圧電源（直流または高周波）に接続されており、一方ターゲッ
トに対向している基板ホルダは、接地されているか、浮動されているか、バイア
スを掛けられているか、加熱されているか、冷却されているか、またはそれらの
組み合わせのいずれかになっている。グロー放電を開始し、維持することができ
る媒体を供給するために、通常２，３ミリトルから約１００ミリトルの間の圧力
に維持されたアルゴンのようなガスが、ＰＶＤ装置に導入される。グロー放電が
開始されると、正イオンがターゲットに衝突し、ターゲットの原子が運動量の伝
達によって飛び出す。これらのターゲットの原子は、続いて基板ホルダ上の基板
上で薄膜に凝結する。
【０００４】 半導体デバイスの形状は、数十年前に最初に導入されて以来、大きさが劇的に
減少を続けている。以来集積回路は、チップ上のデバイスの数が２年ごとに２倍
になることを意味する、２年に半分の法則（しばしばムーアの法則と呼ばれる）
におおむねしたがってきた。今日のウェーハ製造設備は、０．３５マイクロメー
トルのフィーチャー・サイズのデバイスを日常的に製造しており、明日の製造設
備は間もなく、より小さいフィーチャー・サイズのデバイスを製造するであろう
。デバイスのフィーチャー・サイズが縮小し、集積密度が増加するにつれて、以
前には製造上重大とは考えられなかった問題点が、大きな問題となりつつある。
たとえば、ますます高集積密度を持ったデバイスは、高アスペクト比（たとえば
０．３５マイクロメートルのフィーチャー・サイズのデバイスのアスペクト比は
約６対１以上）のフィーチャーを持つようになる。（アスペクト比は、２つの隣
接するステップの、高さに対する間隔の比として定義される。）高アスペクト比
のフィーチャー、たとえばギャップは、多くの応用において堆積層で十分に充填
されていることが必要である。
【０００５】 これらの高集積度デバイスを製造するためにはますます厳しい要求が必要とな
り、これらの要求を満たすには、従来の基板処理装置は不適切となってきた。さ
らに、デバイスの設計が進化するにつれて、これらのデバイスを実現するために
必要な材料の膜堆積に使用される基板処理装置は、より進んだ能力が要求されて
いる。たとえば、チタンの使用が集積回路製造プロセスにますます取り入れられ
つつある。チタンは、半導体デバイスに使用するための望ましい多くの特性を持
っている。チタンは、たとえば金のボンディングパッドと半導体の間の拡散障壁
の作用をすることができ、１つの原子の核種の隣の核種へのマイグレーションを
防止する。さらに、シリコンとアルミニウムの間のような２つの層の間の接着を
改善するために、チタンを使用することができる。さらに、シリコンとの合金に
なるときに２ケイ化チタン（ケイ化物）を形成するチタンの使用は、たとえば、
オーム接触の形成を可能にする。このようなチタン膜を堆積させるために使用さ
れる堆積装置の一般的な形式は、高度の処理上及び製造上の要求を伴うデバイス
の形成には多くの場合に不適なチタン・スパッター堆積装置である。具体的には
、スパッタリングは、機能上の問題を有する損傷したデバイスをもたらす恐れが
ある。さらに、チタン・スパッタリング装置は、スパッタリングに起因するシャ
ドウイング効果によって、高アスペクト比のギャップ内の均一なコンフォーマル
・レイヤ(conformal layer)の堆積が不可能な恐れがある。
【０００６】 スパツタリング装置とは対照的に、プラズマＣＶＤ装置（ＰＥＣＶＤ）は、高
アスペクト比のギャップを有する基板上にチタン膜を形成するのに、より適して
いる可能性がある。公知のように、イオンとガス分子の混合物であるプラズマは
、適当な条件、たとえばチャンバ圧力、温度、高周波電力、及びその他、の下で
、高周波（ＲＦ）エネルギーのようなエネルギーを堆積チャンバ内でプロセスガ
スに加えることにより形成することができる。プラズマは、グロー放電の形成（
しばしばプラズマの点弧または点火と呼ばれる）として知られる、自己維持状態
を形成する閾値密度に到達する。この高周波エネルギーは、プロセスガス中の分
子のエネルギー状態を上げ、分子からイオンの核種を形成する。付勢された分子
とイオン核種は共に、プロセスガスよりも通常反応しやすく、したがって所望の 膜を形成するためにより好ましい。好都合なことに、チタン膜が形成されるにつ
れて、プラズマは基板表面の全体に亘って反応性核種の移動度も増加させ、膜の
良好なギャップ充填特性をもたらす。
【０００７】 しかし、アルミニウムヒータを使用する従来のＰＥＣＶＤ装置は、チタン膜を
たとえば４塩化チタン（ＴｉＣｌ4）の蒸気から形成するような、ある種のプロ セスに使用されるとき、何らかの制約に会う恐れがある。チタンのような膜の堆
積に使用可能な従来のＰＥＣＶＤ装置の問題の一部は、アルミニウムの腐食、温
度の制限、不要な堆積及び製造効率である。
【０００８】 代表的なプロセスにおいては、室温では液体の４塩化チタン及び、この液体を
通って泡立てられるヘリウムのようなキャリアガスは、堆積チャンバに運ばれる
ことができる蒸気を発生する。摂氏約６００度の基板温度において、このプロセ
スは毎分約１００オームストロングのチタン層を堆積する。堆積速度を上げるこ
とが望ましく、これを実行する１つの方法は基板の温度を上げることである。
【０００９】 しかし、チタン膜を形成するために４塩化チタンが分解するときに、塩素がチ
ャンバ内に放出される。チタン膜の堆積を強化するプラズマは、アルミニウムの
ヒータを腐食するという望ましくない傾向を持った塩素の原子と塩素のイオンを
作る。さらに、アルミニウムの腐食は、デバイス内の金属汚染に関するプロセス
劣化問題を生ずる恐れがある。
【００１０】 アルミニウム・ヒータは塩素の腐食を受けやすいだけでなく、摂氏約４８０度
未満の動作温度に通常制限され、したがって達成可能な膜の堆積速度を制限する
恐れがある。摂氏約４８０度以上の温度ではアルミニウム・ヒータは軟化するの
で、アルミニウムは高温で動作するヒータには不適当な材料であり、ヒータの反
り及び／または損傷を招く恐れがある。プラズマの存在の下に摂氏約４８０度を
超える温度で、アルミニウム・ヒータを使用するときには、さらに問題が発生す
る。このような環境においては、アルミニウムはバックスパッターし、基板とチ
ャンバ構成要素を汚染する恐れがある。さらに、一部の堆積プロセスと組み合わ
された（チタン堆積プロセスで発生する塩素化合物のような）一部の化学的核種
とは低温でも相溶性のない傾向があるアルミニウム・ヒータ（及びフェイスプレ
ートのようなチャンバの他の部品）は、高温で非常に侵食を受ける。乾式洗浄プ
ロセスで使用される塩素のような化学的核種(chemical species)も、アルミニウ
ム・ヒータを侵食する。摂氏約４８０度を超える高温では、低温におけるよりも
、これらの化学的核種はアルミニウムヒータを激しく侵食し、腐食する恐れがあ
り、したがってヒータの動作寿命が減少し、不本意ながら頻繁なヒータの交換が
要求される。ヒータの価格によるばかりでなく、ヒータの交換中は堆積チャンバ
を生産に使用できないために、ヒータの交換は不経済である。このような乾式洗
浄プロセスの間、ヒータに対する侵食を最小限度にする試みとして、多くの場合
にダミーウェーハがアルミニウム・ヒータの上に装着される。しかし、ダミーウ
ェーハのローディング及びアンローディングは時間を浪費し、ウェーハのスルー
プットを減少させる。また、乾式洗浄の化学作用により侵食を受けるある種のダ
ミーウェーハもまた高価であり、周期的な交換を必要とする可能性があり、それ
は全体の維持費用に加算される。
【００１１】 アルミニウムの腐食、ヒータの軟化及び温度の制約に加えて、ＰＥＣＶＤプロ
セス装置における金属堆積についての他の関心事は、不要な金属の堆積及び関連
する製造効率の問題を含んでいる。最大の膜の堆積は温度が最高の場合に一般的
に生じるが、ある種の堆積は低温で、プラズマが無くても発生する。不要な金属
の堆積は、不均一な堆積、アーキング、チャンバ構成要素の性能低下、及び／ま
たはデバイスの欠陥のような多数の問題の原因となる恐れがある。チャンバの壁
面と底面で生じる他に、不要な金属の堆積は、堆積チャンバ内あるいはチャンバ
の排気路内にあるセラミックのスペーサやライナーのような非導電性の構成要素
上に生じ、導電性としてしまう恐れがある。この不要な導電性の金属の堆積は、
グロー放電の形状を混乱させ、基板面に沿って不均一な堆積をもたらす恐れがあ
る。またこの不要な導電性の金属の堆積は、基板及びフェイスプレートのような
チャンバの部品を損傷する恐れのあるアーキングの原因となることがある。さら
に、チタンは、ガスあるいは真空のアパーチャー内のヒータの部品上に堆積して
、そこを通過する流れに望ましくない制限をし、あるいは厳密な許容差を持つ機
械的部品の上に堆積してその動作を妨げる恐れがある。下にあるチャンバ構成要
素に不完全に接合され，あるいはヒータ上に積み重なった不要な堆積は、基板上
に落下する剥片及びその他の粒子となって基板の欠陥の原因となり、したがって
基板の歩留まりを減少させる恐れがある。これらの及び他の原因のために、チャ
ンバを開ける必要のない乾式洗浄プロセス、及び少なくとも部分的にチャンバを
分解し隅々まで拭き取ることを要する予防保守洗浄によって、チャンバは周期的
に洗浄されなければならない。チャンバは、種々の方法で洗浄することができる
。乾式洗浄プロセスは、不要な堆積をチャンバ構成要素からエッチングするため
に反応性ガスまたはプラズマの核種を使用することができ、あるいは、プラズマ
核種で粒子に物理的衝撃を与えてバラバラにし、排気装置により除去することが
できる。湿式洗浄プロセスは、乾式洗浄プロセスに加えてあるいは代替として使
用することが可能である。湿式洗浄は、通常少なくともチャンバの部分的な分解
を含み、ついでチャンバは溶媒を使用して隅々まで拭き取られる。
【００１２】 つづいて、チャンバは再組み立てされねばならず、また枯化されることもある
、すなわち、均一な層が得られるまで多数の堆積サイクルが行われなければなら
ない。両方のプロセスとも堆積装置の生産のための稼動を停止させ、非効率的で
あり、不経済であるが、一般に湿式洗浄は乾式洗浄よりもスループットを減少さ
せる。したがって、洗浄と洗浄の間隔に、より多数のウェーハが生産されるよう
に、湿式洗浄の頻度を最少にするための効率的な乾式洗浄プロセスを有すること
が望ましい。不要な堆積が形成される可能性のあるチャンバ内の領域を最少限に
することも望ましい。ある種の堆積プロセス、特にタングステンまたはチタンの
ような金属の堆積においては、チャンバの洗浄に必要な時間が、堆積装置のウェ
ーハのアウトプットに影響する主要な要因となる。
【００１３】 摂氏約４００度以上の温度で動作する堆積装置に対してアルミニウム・ヒータ
を使用する代わりに、セラミック・ヒータが提案されてきたが、セラミック・ヒ
ータの製造と堆積プロセスにおける使用は、いくつかの難問を招く。このような
セラミック・ヒータは、プラズマ及びチタンのＰＥＣＶＤプロセス及び関連する
洗浄プロセスにおいて見られる塩素を含んだ核種のような腐食性のプラズマの核
種の存在の下で、都合良く使用することが可能である。セラミックヒータは、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）のような材料で作られ
たセラミック・ヒータ本体の中に電気的加熱素子を通常持っており、これらの材
料は、加熱素子から基板へ熱を放射しながら、堆積チャンバの腐食性雰囲気から
加熱素子を保護している。セラミック材料は、通常金属より堅く、かつ脆いので
、機械加工が困難な恐れがあり、したがって、単純な機械的構造が要求される。
セラミックは多少脆いので、十分な温度勾配を繰り返しこうむると、熱的衝撃に
より亀裂を生じる恐れがある。セラミック・ヒータ組立体から異なる熱膨張率を
有する材料への移行部において、熱膨張の差から亀裂が生ずる恐れもある。溶接
、ボルト締め、蝋付け及びネジ締めのような金属部品の組立に使用される多くの
組み立て方法及び手段は、セラミック部品に使用するには非現実的に難しいか、
信頼性が持てない恐れがあるので、同じ材料から製造されたセラミック部品を接
合することですら難問である。
【００１４】 以上のことを考慮に入れると、高温（少なくとも摂氏約４００度）の腐食性雰
囲気の中で、膜を効率的にプラズマ堆積するためには、改良された方法、システ
ム及び装置が必要である。最適には、これらの改良された方法及び装置は、チャ
ンバの洗浄を余り必要とせず、基板のアウトプットを高める。特に、これらの装
置及び方法は、高アスペクト比のフィーチャーを有するデバイスを形成するため
のプロセスの必要条件と一致するように設計されるべきである。
【００１５】
【本発明の概要】
本発明は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で、（摂氏約４００度を
超える）高温及び／または腐食性の環境で基板を処理する技術を提供する。本発
明の実施例は、高周波面を組み込んだセラミック基板支持構造体を有する。セラ
ミック基板支持構造体は、さらに抵抗加熱素子を有してもよい。
【００１６】 １つの実施例によれば、本発明は打ち抜き穴をあけた金属層がセラミック組立
体の中に組み込まれている構造を備えている。セラミックとセラミックの接合は
、組立工程中に金属層内の打ち抜き穴を介して形成される。打ち抜き穴は、金属
層の一方の面のセラミックが金属層の他方の面のセラミックを支持し、金属層の
他方の面のセラミックと接合することを可能にし、したがってセラミック層のウ
ァーピング及び亀裂を減少させる。電極は、金属層との電気的接触を行うために
、打ち抜き穴をあけた金属層に接続されている。単一の大きい電極は打ち抜き穴
のいくつかを覆いつくし、セラミックとセラミックの接合を減少するが、いくつ
かのより小さい電極を備えると、多くの打ち抜き穴を覆わないために接合は改善
される。電極ベースに接続された電極は、セラミック接合ディスクを介して金属
面に接触するように延びている。組立体の上部セラミック層は、金属層内の打ち
抜き穴を介してセラミック接合ディスクに接合されている。金属層内の打ち抜き
穴が覆う範囲を最小に止めて予想される電流を運ぶために、電極を一定の大きさ
に作り、整列させることにより、金属面に対して十分な電極接触面積を備えるこ
とが可能である。
【００１７】 他の実施例においては、電極ベースから横方向に間隔を置いて電極を配置する
ために、金属「スパイダー」が使用される。金属スパイダーは、電極と比較して
相対的に薄く、少なくとも２つの脚を有する。さらに他の実施例では、スパイダ
ーの脚の打ち抜き穴を介してセラミックとセラミックの接合を可能にするために
、スパイダーの脚に打ち抜き穴をあけることができる。
【００１８】 さらに他の実施例においては、加熱素子が組立体に組み込まれている。具体的
な実施例において、電気的加熱素子は、「シームレス」な方法でそれぞれの部分
的な行自身が折り返している金属リボンの一連の同心の部分的な行を有する。
【００１９】 本発明のこれらの実施例と他の実施例を、本発明の利点及び特徴と共に、下記
の説明及び添付図面と関連して詳細に説明する。
【００２０】
【発明の実施の形態】 【Ｉ．ＣＶＤリアクタ装置】 【Ａ．代表的ＣＶＤリアクタの概要】
本発明の実施形態は、（チタン膜のような）膜を堆積するために使用されるシ
ステム、方法及び装置ならびに摂氏約４００度を超える温度での腐食性のプラズ
マ環境における関連する洗浄プロセスである。当然ながら、このようなシステム
、方法及び装置は、次に述べるように、チタン膜のほかにチタン・シリサイド、
窒化チタン、チタン酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸鉛ジルコ
ニウム（ＰＺＴ）、多結晶シリコン、金属シリコン化物、タングステン窒化物の
ような金属窒化物障壁、あるいは他の膜のような、他の膜を堆積するために使用
することができる。このような膜は、金属層、接着層、バイア・プラグあるいは
他の層を形成するために使用することができる。
【００２１】 図１Ａを参照すると、ＣＶＤ装置１０はガス配管９２Ａ−Ｃ（他の配管が存在
してもよいが図示されていない）を介してガス伝達システム８９からのガスを受
けるリアクタ・チャンバ３０を有する。真空系８８は、チャンバ内を指定された
圧力に維持し、チャンバからガスの副産物及び使用済みガスを除去するために使
用される。高周波電源５は、プラズマ・プロセス用の高周波電力をチャンバに供
給する。液体熱交換装置６は、リアクタチャンバから熱を除去し、チャンバの一
定の部分を安定した処理温度のための適切な温度に維持するために、水あるいは
水グリコール混合物のような液体熱交換媒体を使用する。プロセッサ８５は、チ
ャンバとサブシステムの動作を制御線３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄ（ならびに
、図示されていない他の制御線）を介してメモリ８６に格納されている命令にし
たがって制御する。
【００２２】 プロセッサ８５は、プロセッサ８５に結合されたメモリ８６に格納されたコン
ピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ８６は
ハード・ディスク・ドライブであることが望ましいが、当然ながらメモリ８６は
他の種類のメモリでもよい。ハード・ディスク・ドライブ（たとえば、メモリ８
６）のほかに、推奨実施例のＣＶＤ装置１０はフロッピー・ディスク・ドライブ
とカードラックを有する。プロセッサ８５はシステム制御ソフトウェアの制御下
で動作する。システム制御ソフトウェアは、タイミング、ガスの混合、ガス流、
チャンバ圧力、チャンバ温度、高周波電力レベル、加熱ペデスタル位置、ヒータ
温度及び特定のプロセスの他のパラメタを規定する命令のセットを有する。たと
えばフロッピーディスクを含む他のメモリに格納されたコンピュータプログラム
のような他のコンピュータプログラム、あるいはディスク・ドライブあるいは他
の適切な駆動装置に格納された他のコンピュータ・プログラム・プロダクトも、
プロセッサ８５を動作させるために使用することができる。システム制御ソフト
ウェアは、以下に詳細に説明する。カードラックは、シングルボード・コンピュ
ータ、アナログ及びディジタルの入出力基板、インターフェイス基板及びステッ
ピング・モータ・コントローラ基板を収容する。ＣＶＤ装置１０のさまざまな部
品は、基板、カードケージ、コネクターの寸法と形式を定めるＶＭＥ標準に適合
している。ＶＭＥ標準は、１６ビットのデータバスと２４ビットのアドレスバス
を有するバス構造も定めている。
【００２３】 使用者とプロセッサ８５の間のインターフェイスは、図１Ｂに示すＣＲＴモニ
タ９３ａとライトペン９３ｂを介する。図１Ｂは、マルチチャンバ装置の中のチ
ャンバの１つとして示されたシステム・モニタとＣＶＤ装置１０の簡略化した図
である。ＣＶＤ装置１０は、装置１０に電気的機能、配管機能及び他の支援機能
を提供するメインフレームユニット９５に取り付けられることが望ましい。ＣＶ
Ｄ装置１０の説明実施例と互換性のある代表的なメインフレームユニットは、プ
レシジョン５０００（商標名）及びセンチュラ５２００（商標名）システムとし
て、米国カリフォルニア州、サンタクララのアプライド・マテリアルズ社から現
在市販されている。マルチチャンバ・システムは、真空を中断せずに、またマル
チチャンバ・システムの外の湿気あるいは他の汚染物質にウェーハを露出せずに
、チャンバ間でウェーハを搬送する能力を有する。マルチチャンバ・システムの
利点は、マルチチャンバ・システムの異なるチャンバが、全体のプロセスの中で
異なる目的に使用できることである。たとえば、１つのチャンバは金属膜の堆積
に使用することができ、他のチャンバは急速昇降温熱処理に使用することができ
、さらに別の他のチャンバは反射防止層を堆積するために使用することができる
。プロセスはマルチチャンバ・システムの中で中断されずに進行することができ
、その結果、プロセスの異なる部分のために（マルチチャンバ・システム内では
ない）さまざまな別々な個別のチャンバの間でウェーハを搬送するときにしばし
ば生ずるウェーハの汚染を防止している。
【００２４】 推奨実施例においては、２つのモニタ９３ａが使用されており、一方はオペレ
ータのためにクリーンルームの壁に搭載され、他方はサービス技術者のために壁
の後ろに搭載されている。両方のモニタ９３ａは同じ情報を同時に表示するが、
ライトペン９３ｂは１つのみが使用可能である。ライトペン９３ｂは、ペンの先
端部内の光センサを使用して、ＣＲＴディスプレイにより放射された光を検出す
る。特定の画面あるいは機能を選択するために、オペレータは表示画面の指示さ
れた領域に触れ、ペン９３ｂのボタンを押す。触れられた領域は、その強調され
た色が変化し、あるいは新しいメニューまたは画面が表示され、ライトペンと表
示画面の間の通信を確認する。当然ながら、使用者がプロセッサ８５と通信する
ことを可能にするために、キーボード、マウス、あるいは他のポインティング・
デバイスあるいは通信デバイスのような他のデバイスを、ライトペン９３ｂの代
わりにあるいはライトペン９３ｂのほかに使用することができる。
【００２５】 再び図１Ａを参照すると、ガス伝達システム８９は、ガス供給パネル９０及び
、ガス、あるいは（ＴｉＣｌ4のような）液体、あるいは特定の応用のために使 用される所望のプロセスによって変わることができる（ＴｉＩ3のような）固体 を含む、ガスあるいは液体あるいは固体供給源(source)９ｌＡ−Ｃ（必要に応じ
て追加の供給源を加えることができる）を有する。一般的には、各プロセスガス
ための供給管は、プロセスガスの流れを自動的に、あるいは手作業で閉じるため
に使用することができる締め切り弁（図示せず）と、供給管のそれぞれを通過す
るガスあるいは液体の流れを測定するマスフロー・コントローラ（図示せず）を
有する。プロセスならびに、たとえば４塩化チタン（ＴｉＣｌ4）蒸気、ヘリウ ム（Ｈｅ）、アルゴン、窒素（Ｎ2）及び／または他のドーパントあるいは反応 源(reactant source)を含むキャリア・ガスが反応チャンバ３０に供給される速 度も、温度ベース(temperature-based)の液体あるいはガスのマスフローコント ローラ（ＭＦＣ）（図示せず）及び／またはバルブ（図示せず）により制御され
る。当然ながら、他の化合物が堆積及び洗浄の供給源として使用することができ
ることは認識されている。別の実施例において、プロセス及びキャリア・ガスが
反応チャンバ３０に供給される速度も、圧力ベースの固定あるいは可変アパーチ
ャーにより制御することができる。有毒ガス（たとえば、オゾンあるいはハロゲ
ン化されたガス）がプロセスで使用されるときは、数個の締め切り弁が各ガス供
給管に通常の構成で配置されてもよい。ガス供給パネル９０は、混合ならびにガ
ス供給カバープレート４５内の中央ガス取り入れ口４４に供給管９２Ａ−Ｃを介
して送出するために、堆積プロセス及び供給源９１Ａ−Ｃからのキャリア・ガス
（あるいは気化された液体）を受る混合装置を有する。この具体的な実施例にお
いて、混合装置、混合装置への入力マニホールド及び混合装置から中央取り入れ
口４４への出力マニホールドは、ニッケルあるいはニッケルメッキされたアルミ
ニウムのような材料で作ることができる。
【００２６】 液体供給源(liquid source)が使用されるとき、ＣＶＤ装置内の液体供給源を 使用してソースガスを導入する多くの異なる方法がある。１つの方法は、蒸気圧
が堆積プロセスに十分な気化した供給源の安定した流れをもたらすように、液体
をアンプルに封入して加熱することである。アンプルは通常液体で満たされてな
く、液体の上に「頭部スペース」を有し、蒸気貯蔵槽の作用をする。蒸気圧は液
体の温度に依存するので、液体供給源の正確な温度制御が重要である。マスフロ
ーコントローラ（ＭＦＣ）を、チャンバへのソースガスの出力を制御するために
使用することができる。
【００２７】 液体供給源を使用してソースガスを導入する他の方法は、ヘリウムのようなキ
ャリア・ガスを液体を通して泡立たせることである。キャリア・ガスは液体にヘ
ッド・プレッシャーを加え、蒸気を下流のチャンバに導く。一定の蒸気分圧を維
持するために、液体を温度制御することができる。ヒータのみを使用して一定の
温度を維持することができるように、アンプルが置かれている環境の最高予想周
囲温度以上に液体を加熱することが望ましい。上述のように、ＭＦＣはチャンバ
へのキャリア・ガス／蒸気混合物を制御するために使用することができる。熱的
質量輸送の原理で作動し、特定のガスに対して通常較正されるＭＦＣを使用する
代案として、チャンバへのソースガスの出力を制御するために圧力調整装置を使
用することができる。そのような装置の１つは、ガス流の流れを絞るように作用
し、したがってオリフィスの一方の側が他方の側もより高い圧力に維持されるこ
とを可能にするアパーチャーあるいはオリフィスである。チャンバ（出力）圧力
、バブラーのガス流及び液体温度を制御することにより、固定オリフィスは液体
に対して一定の圧力を維持することができ、したがってソースガス中の一定の蒸
気濃度を維持することができる。この技術の変形として、たとえば液体の温度の
ような他の変化にかかわらずヘッド・プレッシャーを維持するために、液体の上
の頭部スペースに比較的少ない容積のガスを供給するアルゴンのような付加的な
ガス源 (gas source) が利用されてもよい。この加圧ガスは、供給源出力のＭＦ
Ｃあるいはオリフィスのいずれかを組み込んだ供給源と共に使用することができ
る。
【００２８】 他の実施例においては、気化した液体供給源からチャンバへソースガスを供給
するために、ガス混合装置は液体射出装置を有してもよい。液体射出装置は、正
確に計った量の液体をキャリア・ガスの流れの中に気化する。この形式の装置は
動作を液体の蒸気圧に依存しないので、液体は加熱される必要がない。液体射出
装置は、バブラー形式の供給源と比較して、ガス混合装置に導入される反応液体
(reactant liquid)の容積をより良く制御できるので、好まれる場合がある。
【００２９】 高温処理の間にチャンバ３０のさまざまな構成要素を適切な温度に維持するた
めに、液体熱交換装置６はチャンバ３０のさまざまな構成要素に液体を送出する
。この装置６は、高温処理によるこれらの構成要素への望まれていない堆積を最
小限度に抑えるために、これらのチャンバ構成要素のあるものの温度を低下させ
るように作用する。図１Ａに示すように、ガス供給カバープレート４５の中の熱
交換流路７９は、熱交換液がガス供給カバープレート４５を通して循環すること
を可能にし、ガス供給カバープレート４５及び隣接する構成要素の温度を維持す
る。液体熱交換装置６は、フェイスプレート４０（以下に説明する）を含むガス
分配装置に液体を送出するために、熱交換液体マニホールド（図示せず）を通し
て（水のような）液体を供給する接続（図示せず）を有する。水流検出器は、熱
交換器（図示せず）から筐体組立体までの水流を検出する。
【００３０】 図２はチャンバ３０の付加的な特徴を示す断面図である。抵抗加熱されたペデ
スタル３２は、ウェーハポケット３４内のウェーハ３６を支えている。ペデスタ
ル３２は、（たとえば、図２に示すような）プロセス位置と下部のローディング
位置の間で、その開示が参考文献として本明細書に含まれる「改良された自動整
列昇降機構」（弁理士審理予定表番号第ＡＭ２１３７号）と題する同一譲受人の
米国特許出願第０８／８９２，６１２号（１９９７年７月１４日に出願され、発
明者 Talex Sajoto 、Leonid Selyutin 、及び Jun Zhao)で詳細に説明した自動
調節昇降機構を使用して垂直に動かすことができる。昇降ピン３８は、ペデスタ
ル３２の中で摺動可能であるが、その上端の円錐形の頭部により外に脱落するの
を防止されている。昇降ピン３８の下端は、垂直に移動可能なリフティングリン
グ３９と係合することができ、したがってペデスタルの表面の上に持ち上げられ
ることができる。ペデスタル３２を（挿入／除去開口部５６より僅かに低い）下
部のローディング位置にして、ロボットブレード（図示せず）は、昇降ピン及び
リフティングリングと協力して挿入／除去開口部５６を介してウェーハ３６をチ
ャンバ３０の中へ、また外へ搬送する。挿入／除去開口部５６を通してのチャン
バの中へあるいはチャンバの外へのガスの流れを防止するために、挿入／除去開
口部５６は真空封止することができる。昇降ピン３８は挿入されたウェーハ（図
示せず）をロボットブレードから持ち上げ、次にウェーハを昇降ピンからペデス
タルの上部表面上のウェーハポケットに持ち上げるためにペデスタルが上昇する
。適切なロボット搬送組立体は、 Maydan に発行された同一譲受人の米国特許第
４，９５１，６０１号で説明されており、その開示の全部は参考文献として本明
細書に包含される。
【００３１】 自動整列昇降機構の使用によって、次にペデスタル３２はウェーハ３６をプロ
セス位置にさらに持ち上げる。プロセス位置はガス分配フェイスプレート（以下
「シャワーヘッド」）４０にごく近接している。プロセスガスは、ガス供給カバ
ープレート４５内の中央ガス取り入れ口４４を介して、第一のディスク形のスペ
ース４８に、そこからバッフルプレート（あるいはガス遮断プレート）５２内の
通路５０を介してシャワーヘッド４０への第二のディスク形のスペース５４へリ
アクタ３０に注入される。シャワーヘッド４０は、プロセスゾーン５８の中にプ
ロセスガスを噴出させる多数の穴あるいは通路４２を有する。
【００３２】 矢印により示すように、ウェーハ３６の表面で反応するように、プロセスガス
はシャワーヘッド４０内の穴４２からシャワーヘッドとペデスタルの間のプロセ
スゾーン５８へ噴出する。次にプロセスガス副産物は、ウェーハ３６の端縁と流
量制限リング４６を経由して半径方向に外方向に流れ出る（以下に詳細に説明す
る）。ペデスタル３２がプロセス位置にあるとき、流量制限リング４６はペデス
タル３２の上部の周囲に配置されている。そこから、プロセスガスは、環状のア
イソレータ６２の底部とチャンバ壁ライナー組立体５３の上の間に形成されたチ
ョークアパーチャー６１を介してポンピング・チャネル６０へ流れる。ポンピン
グ・チャネル６０へ入ると、真空ポンプ８２により排気されるために、排ガスは
プロセス・チャンバの外辺部の周囲に送られる。ポンピング・チャネル６０は、
排気アパーチャー７４を通ってポンピング・プレナム７６に接続されている。以
下に詳細に説明するように、排気アパーチャー７４はポンピング・チャネルとポ
ンピング・プレナムの間の流れを制限する。バルブ７８は排気口８０を通って真 空ポンプ８２への排気をゲート制御する。スロットルバルブ８３は、マノメータ
のような圧力センサ（図示せず）からの測定された信号を、メモリに格納されて
いるか、あるいは制御プログラムによって生成される所望の値に対して比較する
メモリ（図示せず）に格納された圧力制御プログラムによって、システム・コン
トローラ（この図には示されていない）により制御される。
【００３３】 環状のポンピング・チャネル６０の両側は、セラミックリング６４、チャンバ
リッドライナー７０、チャンバ壁ライナー７２及びアイソレータ６２により通常
定められる。セラミック・チャンバライナー自体は、たとえば、ロバートソン他
に発行された同一譲受人の米国特許第５，３６６，５８５号に説明されているよ
うに公知であり、その開示は参考文献として本明細書に含まれる。チャンバリッ
ドライナー７０は、リッド縁６６に対向しリッドの形状に適合するポンピング・
チャネル６０の側面に設置されている。チャンバ壁ライナー７２は、メインチャ
ンバ胴部１１に対向するポンピング・チャネル６０の側面に設置されている。両
方のライナーはアルミニウムのような金属で作られていることが望ましく、その
上に堆積される任意の膜の接着を良くするためにビード・ブラストしてもよい。
リッド及び壁チャンバライナー７０及び７２は、一組として所定の大きさに作ら
れている。チャンバリッドライナー７０は、リッドライナーをリッド縁と電気的
に接続する複数のピン７５によって、リッド縁６６に取り外し可能に固定されて
いる。しかし、チャンバ壁ライナー７２は、セラミックリング６４の外側の上部
の上に形成されたレッジ６５の上に支持されており、ラジアルギャップ７３がチ
ャンバ壁ライナー７２とメインチャンバ胴部１１の間に形成され、アクシアルギ
ャップ７５がリッドとチャンバライナーの間に形成されるような直径を有するよ
うに正確に形成されている。完全に環状である（途切のない）チョークアパーチ
ャー６１は、アイソレータ６２と流量制限リング４６の間に形成されている。
【００３４】 チョークアパーチャー６１は、シャワーヘッド４０とウェーハ３６の間のプロ
セスゾーン５８の深さより十分小さい幅を有し、周囲のポンピング・チャネル６
０の最少横方向寸法より十分、たとえば少なくとも５倍小さい。作動圧力及びガ
ス流において十分な空気力学的抵抗を生成するように、チョークアパーチャー６
１の幅は十分に小さく長さは十分に長く作られており、したがってチョークアパ
ーチャー６１の両側での圧力低下は、ウェーハの半径の両側での、あるいは環状
のポンピングチャネルの外周の周りのどのような圧力低下よりも十分に大きい。
実際には、チョークアパーチャー６１が十分な空気力学的インピーダンスを生じ
させることは一般的ではなく、したがってウェーハの中央からポンピングチャネ
ルの中までの圧力低下は、ポンピングチャネル内の周囲の圧力低下の１０％以下
である。すぼめられた排気アパーチャーは、空気力学的インピーダンスを生じさ
せることにより、チョークアパーチャーの機能に類似した機能を果たし、周囲の
ポンピング・チャネル６０の周りにほぼ均一な圧力を作り出す。
【００３５】 スロットルバルブ８３及びペデスタル３２のような移動可能な機械的組立体を
動かし、その位置を判定するために、モータ及び光学式センサ（図示せず）が使
用される。ペデスタル３２の底部及びチャンバ胴部１１に取り付けられたベロー
ズ（図示せず）が、ペデスタルの周囲に移動可能な気密の封止を形成する。ペデ
スタル昇降装置、モータ、ゲートバルブ、（たとえば、マイクロ波源を使用して
形成された遠隔プラズマを使用してチャンバ洗浄能力を提供するために使用する
ことができる）オプションの遠隔プラズマ装置４を含むプラズマ装置及び他のシ
ステム構成要素は、１部のみが示されている制御線３及び３Ａ−Ｄを通じてプロ
セッサ８５により制御される。
【００３６】 図３は、ペデスタル３２、ライナー７０及び７２、アイソレータ６２、リング
６４及びポンピング・チャネル６０の単純化された部分断面斜視図である。この
図は、シャワーヘッド４０内のノズル４２からウェーハ３６に向かうプロセスガ
スの流れと、次にウェーハ３６の上を半径方向に外側に向かう流れ８４を示して
いる。その後は、ガスの流れは流量制限リング４６の上部の上を上方にポンピン
グ・チャネル６０へ屈折している。ポンピング・チャネル６０において、ガスは
真空ポンプに向かって周囲の経路８６に沿って流れる。
【００３７】 ポンピング・チャネル６０及びその構成要素は、プロセスガス及び副産物を排
気装置の中へ導くことにより、不要な膜の堆積の効果を最小限度に抑えるよう設
計されている。不要な堆積を減少させる１つの方法は、セラミック部品、ヒータ
の端縁及び裏面のような重要な領域を一面に覆うために、パージガスを使用する
。他の方法は、反応性ガスの流れを重要な領域から導くように排気装置を設計す
ることである。排気の流れは、ほとんどガスの動きが起こらない「不感帯」を形
成する恐れがある。これらの不感帯は、その領域内の反応性ガスに取って代わり
不要な堆積を減少する点で、パージガスの被覆を近似している。
【００３８】 本発明は、他の方法でペデスタル及びチャンバの他の部分の上の不要な堆積を
抑制する。具体的には、ペデスタルを越えてチャンバの底部へのガスの流れを最
小限度に抑えるために、本発明は流量制限リング４６を利用する。本発明の実施
例によれば、４塩化チタンを使用するチタンの堆積は（以下に詳細にさらに説明
するように）、チタンを有する他の膜を形成するために従来の堆積装置で使用さ
れる従来の方法よりも、大幅に多い流量を有する。たとえば、チタン堆積プロセ
スは毎分約１５リットルの流量を必要とすることがあるのに対して、同様なＰＥ
ＣＶＤ装置で、たとえばテトラキス−ジメチルアミド−チタンから窒化チタン層
を堆積するには毎分約５リットルの流量を必要とすることがある。さまざまな実
施例において、いかなる不要な膜もペデスタルの上あるいはチャンバの底部の上
の代わりに環の上に堆積しないように、流量制限リングはペデスタルの上部と端
縁をカバーする。他の実施例においては、ウェーハの端縁の上に堆積することを
防止するために、流量制限リングは、ウェーハの端縁の上に僅かに延びることに
よって、さらに端縁あるいは影環 (shadow ring) として働くこともある。都合 の良いことに、流量制限リングは、パージガスの流れと不感帯パターンを変化さ
せる恐れのあるこの高流量を使用すると他の方法では起こる恐れのある不要な堆
積（対応する課題と共に）の危険を最小限度に抑える。チャンバリッド６６は洗
浄のために容易に除去することができ、比較的低価格な流量制限リングにアクセ
スすることを可能にする。次に流量制限リングは、取り出すことができ、化学的
及び／または機械的処理を使用して完全に洗浄することができる。
【００３９】 流量制限リング４６は、上に説明したチョークアパーチャー及び排気アパーチ
ャーに類似しているセラミックリング６４を有するガスアパーチャーをさらに形
成する。チャネル６３は流量制限リング４６とセラミックリング６４の間に形成
される。ウェーハ・ペデスタルの上下のチャンバの容積の部分の間のガスの連絡
は、チャネル６３の長さと幅を変えることにより制御することができる。
【００４０】 流量制限リング４６は、特定のプロセス及びその関連する堆積と洗浄の化学的
性質によって、何種類かの材料で作ることができる。リングは、関係のある化学
的性質と互換性のある材料で作られるべきである。他の考慮すべき問題はリング
の熱伝導率であり、ペデスタルの端縁及びウェーハからの熱的な損失を増加ある
いは減少させるように選ぶことができる。プラズマ・プロセスにおいては、電気
的に導電性のリングはプラズマの形状を変える恐れがあり、あるいは他のチャン
バ構成要素あるいはウェーハにアーキングを可能にする恐れがある。チタンの堆
積に適した１実施例においては、流量制限リング４６は石英ガラスで作られる。
何故ならばこの材料は比較的低い熱伝導率を有し、また電気的に導電性ではない
。他の実施例においては、リングの材料が堆積層を汚染しないであろうから、チ
タンを含有する層に対する堆積プロセスのために、流量制限リングをチタンで作
ることもできる。
【００４１】 再び図１Ａを参照すると、上述のように、流量制限リング４６はプロセスの間
ペデスタル３２によって支持されている。ウェーハのアンローディングとローデ
ィングのためにペデスタルが下げられているときは、流量制限リングはレッジ６
９内のセラミックリング６４の上に着座している。次のウェーハを支持している
ペデスタルがプロセス位置に持ち上げられると、次のウェーハを支持しているペ
デスタルは流量制限リングをピックアップする。本発明の実施例によるチタンプ
ロセスのためのチャンバ内で使用される圧力において、重力は（ウェーハポケッ
ト内に配置された）ウェーハ及びペデスタル上の流量制限リングの両方を保持す
るのに十分である。
【００４２】 図４Ａ−４Ｅは本発明のこの態様のさまざまな実施例のいくつかを示す。図４
Ａ−４Ｅに示すさまざまな特徴は、異なる実施例によって、組み合わせるか、あ
るいは別に使用することができる。図４Ａは、流量制限リング７４６がヒータ組
立体３３とセラミックライナー７６４の間の間隙をほぼ充填し、ヒータ組立体３
３の端縁とヒートシールド７３１を覆っている実施例を示す。図４Ｂは、ヒート
シールド２３１がヒータ組立体３３の端縁の周りに巻き付いている他の実施例を
示す。この実施例の他の態様において、セラミックライナー２６４は、ペデスタ
ル３３が下げられたときに、制限リング２４６を受けるためにレッジ２６５を有
する。図４Ｂに示す実施例に対して、図４Ｃはセラミック・リングライナー３６
４がより厚く、ヒータ組立体の端縁に向かってさらに延びており、したがってヒ
ータ組立体とセラミックライナーの間の間隙３６６が減少している他の実施例を
示す。流量制限リング３４６は、間隙３６６内でさらに容積を占有し、ヒータ組
立体３３の端縁及び石英ガラスのヒートシールド３３１を覆うために延びている
。図４Ｃのリング３４６の内径は、ポケットの外のペデスタル端縁を遮蔽し、そ
れによりペデスタル端縁上の堆積を最小限度に抑えるために、ウェーハポケット
の端縁に隣接するようにさらに延びている。図４Ｄは、制限リング４４６の内径
がウェーハ３６の外径と重なり合う実施例を示す。パージガス通路（図示せず）
は、ヒータ組立体３３の下に源を発しているパージガスをウェーハ３６の端縁に
運ぶように、流量制限リング４４６に組み込むことができる。図４Ｄの実施例と
同様に、図４Ｅは、端縁あるいは影環として、また流量制限器として作用するよ
うに、流量制限リング６４６の内径がウェーハ３６の外縁と重なり合うように延
びている実施例を示す。流量制限リング６４６の内径がウェーハ３６の外縁と重
なり合うために延びている距離は、異なる実施例ごとに変化してもよい。さらに
、リング６４６の大部分がヒータペデスタル３３と接触しないように、ウェーハ
／ペデスタルとリング６４６の間にスペースを設けるために、リング６４６は、
３のような、多数のボス６４７（安定性を与えるために比較的均一に間隔を置い
てもよい）を有してもよい。あるいは、ウェーハペデスタルとリング６４６の間
に間隔を設けるために、ボス６４７は環状のボスで置き換えることができる。し
たがって、ヒータペデスタルとの接触のためにリング６４６は過熱することはな
く、リング６４６上の堆積を最小限度に抑えている。本実施例の他の態様は、リ
ング６４６のペデスタル３３とチャンバライナー２６４の間の配列と着座を容易
にするリング６４６の先細の底部部分６４８である。先細の底部部分６４８のそ
れぞれの先細の側面も、着座の間の衝撃による破損からペデスタル３３とライナ
ー２６４をそれぞれ保護する。実施例によっては、１面のみ、あるいは両側面を
先細にすることもできる。
【００４３】 図４Ａ−４Ｅに示す具体的な実施例による流量制限リングは、さらにチャンバ
容積の全体を減少させる利益をもたらし、したがってチャンバ内の洗浄しなけれ
ばならない全領域を減少させ、ガスの滞留時間を減少させる。さらに、流量制限
リングはプロセスゾーンからチャンバの底部にあるペデスタルの下のチャンバ容
積に流れるガスの可能性を最小限度に抑え、その結果この領域における不要な堆
積を減少させ、ドライ・クリーン効率 (dry clean efficiency) を改善する。
【００４４】 以上に説明したＣＶＤ装置のいくつかの態様は、同一譲受人の米国特許出願番
号第０８／３４８，２７３号（１９９４年１１月３０日に出願され、発明者ツァ
オ他）に詳細に説明されているように、代表的なＣＶＤチャンバに共通であり、
その開示は参考文献として本明細書に包含される。本発明によるＣＶＤ装置１０
の他の態様は、以下にさらに詳細に説明される。
【００４５】
【Ｂ．システム制御】
膜を堆積するプロセス及びチャンバを乾式洗浄するプロセスは、プロセッサ８
５により実行されるコンピュータ・プログラム・プロダクトを使用して行うこと
ができる。コンピュータプログラムコードは、たとえば、６８０００のアセンブ
リ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、あるいは他の言語のよう
な任意の従来のコンピュータの読み取り可能なプログラム言語で記述できる。適
切なプログラムコードが、従来のテキストエディタを使用して、単一のファイル
あるいは多数のファイルに入力され、格納される、あるいは、コンピュータのメ
モリシステムのようなコンピュータで使用可能な媒体で具体化される。入力され
たコードテキストが高レベル言語であれば、コードはコンパイルされ、次にその
結果として生じるコンパイラコードはプレコンパイルされたウィンドウズ（商標
名）の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
コンパイルされたオブジェクト・コードを実行するために、システム使用者はオ
ブジェクト・コードを呼び出し、コンピュータ・システムにコードをメモリにロ
ードさせる。ＣＰＵはメモリからコードを読み取り、プログラムで識別されたタ
スクを実行するためにコードを実行する。
【００４６】 図５は、具体的な実施例によるシステム制御ソフトウェア、コンピュータ・プ
ログラム１６０の階層的な制御構造の実例ブロック図である。ライトペン・イン
ターフェイスを使用し、ＣＲＴモニタに表示されたメニューあるいはスクリーン
に応じて、使用者はプロセスセット番号及びプロセス・チャンバ番号をプロセス
セレクタ・サブルーチン１６１に入力する。指定されたプロセスを実行するため
に必要なプロセスパラメタの所定のセットであるプロセスセットは、あらかじめ
定義されたセット番号により識別される。プロセスセレクタ・サブルーチン１６
１は、（ｉ）所望のプロセス・チャンバ、及び（ｉｉ）所望のプロセスを行うた
めにプロセス・チャンバを作動させるのに必要なプロセスパラメタの所望のセッ
トを識別する。特定のプロセスを行うためのプロセスパラメタは、たとえば、プ
ロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、高周波及び低周波の無線周波電力レベ
ル及び高周波及び低周波の無線周波周波数のようなプラズマ状態、（さらに遠隔
マイクロ波プラズマ装置を具備した実施例に対してはマイクロ波発生器の電力レ
ベル）冷却ガスの圧力及びチャンバ壁の温度のようなプロセス状態に関係する。
プロセスセレクタ・サブルーチン１６１は、ある一定の時間にどの形式のプロセ
ス（堆積、ウェーハ洗浄、チャンバ・クリーニング、チャンバ・ゲッタリング、
リフロー）がチャンバ３０で実行されるかを制御する。いくつかの実施例におい
ては、２つ以上のプロセスセレクタ・サブルーチンがあってもよい。プロセスパ
ラメタは、使用者にレシピの形式で提供され、ライトペン／ＣＲＴモニタ・イン
ターフェイスを利用して入力することができる。
【００４７】 プロセスを監視する信号はシステム・コントローラのアナログ入力基板及びデ
ィジタル入力基板により供給され、プロセスを制御する信号はＣＶＤ装置１０の
アナログ出力基板及びディジタル出力基板上の出力である。
【００４８】 プロセスシーケンサ・サブルーチン１６２は、プロセスセレクタ・サブルーチ
ン１６１から識別されたプロセス・チャンバ及びプロセスパラメタのセットを受
け入れ、さまざまなプロセス・チャンバの動作を制御するための、プログラムコ
ードを有する。複数のユーザがプロセスセット番号及びプロセス・チャンバ番号
を入力することができ、あるいは１人の使用者が複数のプロセスセット番号及び
プロセス・チャンバ番号を入力することができる、したがってシーケンサ・サブ
ルーチン１６２は所望のシーケンスで選択されたプロセスをスケジュール設定す
るように動作する。シーケンサ・サブルーチン１６２は、（ｉ）チャンバが使用
中であるかを判定するためにプロセス・チャンバの動作を監視するステップと、
（ｉｉ）使用中のチャンバでどのプロセスが実行されているかを判定するステッ
プと、（ｉｉｉ）プロセス・チャンバの利用可能性と実行されるプロセスの形式
にもとづいて所望のプロセスを実行するステップを行うためのプログラムコード
を有することが望ましい。ポーリングのような、プロセス・チャンバを監視する
従来の方法を使用することができる。どのプロセスを実行するかをスケジュール
設定するとき、シーケンサ・サブルーチン１６２は、選択されたプロセスに対す
る所望のプロセス条件と比較した使用中のプロセス・チャンバの現在の状態、あ
るいは特定の使用者が入力したリクエストのそれぞれの「経過時間 (age) 」、 あるいはスケジューリングの優先権を判定するためにシステムプログラマーが入
れることを望んでいる任意の他の関連する要素を考慮するように設計することが
できる。
【００４９】 シーケンサ・サブルーチン１６２が、どのプロセス・チャンバとプロセス・セ
ットの組み合わせが次に実行されるべきかを決定すると、シーケンサ・サブルー
チン１６２は、シーケンサ・サブルーチン１６２により決定されたプロセス・セ
ットにしたがってプロセス・チャンバ３０での複数のプロセス・タスクを制御す
るチャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ａ−ｃに特定のプロセス・セッ
ト・パラメタを渡すことにより、プロセス・セットの実行を開始する。たとえば
、チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂは、プロセス・チャンバ３０
内のＣＶＤ動作を制御するプログラムコードを有する。チャンバ・マネージャー
・サブルーチン１６３ｂは、選択されたプロセス・セットを実行するために必要
なチャンバ構成要素の動作を制御するさまざまなチャンバ構成要素サブルーチン
の実行も制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例は、基板位置決めサブル
ーチン１６４、プロセスガス制御サブルーチン１６５、圧力制御サブルーチン１
６６、ヒータ制御サブルーチン１６７、及びプラズマ制御サブルーチン１６８で
ある。ＣＶＤチャンバの特定の構成によって、いくつかの実施例は上記のサブル
ーチンのすべてを有するが、他の実施例はサブルーチンのいくつかだけを有して
もよい。プロセス・チャンバ３０でどのプロセスが実行されるかによって、他の
チャンバ制御サブルーチンを有することも可能なことを、当業者は容易に認める
であろう。動作中は、チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂは、選択
的にスケジュールを設定する、あるいは実行中の特定のプロセス・セットにした
がってプロセス構成要素サブルーチンを呼出す。シーケンサ・サブルーチン１６
２がどのプロセス・チャンバ３０とプロセス・セットを次に実行するかをスケジ
ュールを設定するのとほとんど同じように、チャンバ・マネージャー・サブルー
チン１６３ｂはプロセス構成要素サブルーチンをスケジュール設定する。通常、
チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂは、さまざまなチャンバ構成要
素を監視するステップと、実行すべきプロセス・セットに対するプロセス・パラ
メタにもとづいて、どの構成要素を動作させる必要があるかを決定するステップ
と、監視ステップと決定ステップに応答するチャンバ構成要素サブルーチンの実
行を開始するステップを有する。
【００５０】 特定のチャンバ構成要素サブルーチンの動作を、図５を参照して説明する。基
板位置決めサブルーチン１６４は、基板をペデスタル３２にロードし、また任意
選択で、基板とシャワーヘッド４０の間の間隔を制御するためにチャンバ３０内
で所望の高さに基板を持ち上げるために使用されるチャンバ構成要素を制御する
プログラムコードを有する。基板がプロセス・チャンバ３０にロードされるとき
、ヒータ組立体３３はウェーハポケット３４の中に基板を受けるために下げられ
、次に所望の高さに上げられる。動作中は、基板位置決めサブルーチン１６４は
、チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂから転送される支持体の高さ
に関連するプロセス・セット・パラメタに応じてペデスタル３２の動きを制御す
る。
【００５１】 プロセス・ガス制御サブルーチン１６５は、プロセスガスの組成と流量を制御
するプログラムコードを有する。プロセス・ガス制御サブルーチン１６５は、安
全締め切り弁の開閉位置を制御し、さらに所望のガス流量を得るためにマスフロ
ー・コントローラを上下させる。プロセス・ガス制御サブルーチン１６５は、す
べてのチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、チャンバ・マネージャー・サブ
ルーチン１６３ｂによって呼び出され、所望のガス流量に関連するサブルーチン
・プロセス・パラメタをチャンバ・マネージャーから受け取る。通常、プロセス
ガス制御サブルーチン１６５は、ガス供給管を開くことにより、また繰り返して
（ｉ）必要なマスフロー・コントローラを読取ることと、（ｉｉ）読取り結果を
チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂから受け取った所望の流量と比
較することと、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給管の流量を調整することにより
動作する。さらに、プロセス・ガス制御サブルーチン１６３は、ガス流量が安全
でない流量でないかを監視するステップと、安全でない状態が検出されたときに
安全締め切り弁を始動するステップを有する。プロセスガス制御サブルーチン１
６５は、選択された所望のプロセス（洗浄または堆積またはその他）によって、
さらに洗浄ガス (clean gas) 及び堆積ガスに対してガスの組成及び流量を制御 する。別の実施例では、２つ以上のプロセス・ガス制御サブルーチンを有するこ
ともでき、各サブルーチンは特定の形式のプロセスあるいはガス配管の特定のセ
ットを制御する。
【００５２】 いくつかのプロセスにおいては、チャンバ内の圧力を安定させるために、反応
性プロセスガスが導入される前に、窒素あるいはアルゴンのような不活性ガスが
チャンバ３０の中に流される。これらのプロセスに対しては、チャンバ内の圧力
を安定させるために必要な時間の間チャンバ３０の中に不活性ガスを流すステッ
プを含むように、プロセスガス制御サブルーチン１６５はプログラムされており
、次に上述したステップが実行される。さらに、プロセスガスが液体の前駆物質
たとえばＴｉＣｌ４から気化されるときは、プロセスガス制御サブルーチン１６
５は、バブラー組立体内の液体前駆物質を通してヘリウムのような伝達ガスを泡
立たせるステップ、あるいはヘリウムのようなキャリア・ガスを液体射出装置に
導入するステップを含むように記述される。バブラーがこの形式のプロセスに使
用されるときは、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、伝達ガスの流れ、バ
ブラー内の圧力、及び所望のプロセスガスの流量を得るためのバブラー温度を調
整する。上述のように、所望のプロセスガスの流量は、プロセス・パラメタとし
てプロセスガス制御サブルーチン１６５に転送される。さらに、プロセスガス制
御サブルーチン１６５は、与えられたプロセスガスの流量に対する必要な値を含
む蓄積された表にアクセスすることにより、所望のプロセスガスの流量に対する
必要な伝達ガスの流量、バブラーの圧力、及びバブラー温度を得るステップを有
する。必要な値が得られると、伝達ガスの流量、バブラーの圧力及びバブラーの 温度が監視され、必要な値と比較され、それに応じて調整される。
【００５３】 圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバの排気装置内のスロットル・バルブ
のアパーチャー寸法を調整することにより、チャンバ３０内の圧力を制御するプ
ログラムコードを有する。スロットル・バルブのアパーチャー寸法は、プロセス
ガスの全流量、プロセス・チャンバの寸法及び排気装置に対するポンピング設定
点圧力に関して所望のレベルに、チャンバ圧力を制御するように設定される。圧
力制御サブルーチン１６６が呼び出されると、所望の、あるいは目標の圧力レベ
ルが、パラメタとしてチャンバ・マネージャー・サブルーチン１６３ｂから受け
取られる。圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバに接続された１つ以上の従
来の圧力マノメータを読取ることによりチャンバ３０内の圧力を測定し、測定値
を目標の圧力と比較し、蓄積された圧力表から目標の圧力に対応するＰＩＤ（比
例、積分、微分）値を得て、圧力表から得たＰＩＤ値にしたがってスロットル・
バルブを調節する。あるいは、圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバ３０内
のポンプ能力を所望のレベルに調整するために、特定のアパーチャー寸法にスロ
ットルバルブを開閉するように記述することができる。
【００５４】 ヒータ制御サブルーチン１６７は、ペデスタル３２（及びその上の任意の基板
）を抵抗加熱するために使用される加熱素子１０７の温度を制御するプログラム
コードを有する。ヒータ制御サブルーチン１６７は、チャンバ・マネージャー・
サブルーチンによりさらに呼び出され、目標、すなわち設定点、の温度パラメタ
を受け取る。ヒータ制御サブルーチンは、ペデスタル３２に置かれた熱電対の電
圧出力を測定し、測定した温度を設定点温度と比較し、設定点温度を得るために
発熱体に印加される電流を増減することにより、温度を測定する。蓄積された変
換表内の対応する温度を調べることにより、あるいは４次の多項式を使用して温
度を計算することにより、温度は測定した電圧から得られる。ペデスタル３２を
加熱するために埋め込みのループが使用されるとき、ヒータ制御サブルーチン１
６７は、ループに印加される電流の上下を徐々に制御する。さらに、プロセスの
安全コンプライアンスを検出するために、内蔵のフェイルセーフ・モードを有す
ることが可能であり、プロセス・チャンバ３０が正しく設定されていなければ、
発熱体の動作を停止することができる。使用することができるヒータ制御の別の
方法は、ランプ制御アルゴリズム (ramp control algorithm) を利用する。ラン
プ制御アルゴリズムは、同時係属出願の同一譲受人の「蒸着装置の温度を制御す
るためのシステム及び方法」と題し、 Jonathan Frankel が発明者である、１９
９６年１１月１３日出願の米国特許出願第０８／７４６６５７号（弁理士審理予
定表番号第ＡＭ１６８０−８／Ｔ１６３０１−１７０号）に説明されており、そ
の開示は参考文献として本明細書に含まれる。
【００５５】 別の実施例において、熱電対を使用する代わりに加熱素子の抵抗を使用するこ
とが可能であり、したがってヒータ組立体から熱電対を除ける可能性がある。特
定の加熱素子の抵抗の温度に対する特性を記述することにより、また動作電圧に
おいて加熱素子を介して流れる電流を測定することにより、動作中の加熱素子の
温度を判定することができる。加熱素子の温度をウェーハ表面上の温度と相関さ
せるために、温度センサを有する試験ウェーハを使用することが望ましい。動作
電流における電圧の測定は、同様な情報をもたらすであろう。どの場合において
も、制御装置は、熱電対の電圧出力の代わりに、加熱素子の電圧−電流のデータ
を使用する。
【００５６】 プラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ３０及びヒータ組立体３２内の
プロセス電極に印加される低周波及び高周波の無線周波電力レベルを設定するプ
ログラムコードと、使用される低周波及び高周波の無線周波数を設定するプログ
ラムコードを有する。既に説明したチャンバ構成要素サブルーチンのように、プ
ラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ・マネージャー・サブルーチン１６
３ｂにより呼び出される。遠隔プラズマ発生器４を有する実施例に対しては、プ
ラズマ制御サブルーチン１６８は、遠隔プラズマ発生器を制御するプログラムコ
ードをさらに有する。
【００５７】
【Ｃ．セラミックヒータ組立体】
図６はペデスタル及びシャフトの単純化された断面図である。ペデスタル３２
はヒータ組立体３３を有する。ペデスタル３２は、少なくとも摂氏約４００度以
上の温度において腐食性、プラズマ環境が存在する状態での使用に適合性のある
材料で作ることができる。たとえば、いくつかの実施例においては、ステンレス
鋼、ニッケル、ハステロイ（商標名）シリーズの合金、ヘインズ（商標名）２４
２合金、あるいはセラミックを使用することができる。
【００５８】 具体的な実施例によれば、セラミックヒータは、金属で作製された同様なヒー
タよりも、低い熱的な質量を備えることができる。これは温度制御装置からの電
力の変化に対してより速い応答時間を可能にする。セラミックヒータはより少な
い熱を蓄積するので、たとえばメンテナンスの目的のためにチャンバを分解する
必要があるとき、セラミックヒータはより速く冷却される。ある応用例において
は、プロセスで発生する熱的な過渡状態（たとえば、ウェーハの搬送、あるいは
ガスの流れ及び圧力の変化）にセラミックヒータが速く応答できることは有用で
あろう。
【００５９】 図７Ａは、本発明の具体的な実施例による、ヒータ組立体３３の単純化された
分解組立図である。トッププレート１０１は、推奨実施例におけるＡｌＮのよう
なセラミックスであり、上部表面上にウェーハポケット（図示せず）、深さ約０
．０２９インチ、及びウェーハ昇降ピン穴１０２Ａを有するように作製されてい
る。高周波面１０３は、トッププレート１０１の下に置かれており、多数のウェ
ーハ昇降ピン穴１０２Ｂを有する。少なくとも３つの昇降ピンが、対応する数の
昇降ピン穴と共に使用されるべきである。図７Ｂは、ウェーハ昇降ピン穴１０２
Ｂ及び打ち抜き穴２２９の位置を示す高周波面１０３の平面図である。高周波面
１０３は、高周波フィールド発生の導電率及び電力必要条件、組立体製造プロセ
ス、及び高周波面及びセラミックプレートの相対的な熱膨張と整合性のある任意
の適切な導電性材料で作製することができる。本実施例においては、高周波面１
０３は、約５ミルの厚さのモリブデンのシートストック (sheet stock) で作製 され、中心から中心への間隔２００ミルで１２５ミルの直径の穴を孔あけされて
いる。高周波面１０３は、ウェーハの直径よりも約０−２インチ大きい外径を有
することが望ましい。打ち抜き穴は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）あるいは
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）レーザーを含むレーザー、ホトリソグラフィッ
ク・エッチング技術を含む化学的エッチング、電子的放電機械加工（ＥＤＭ）、
あるいは他の適切な技術を使用して形成される。タングステンあるいは他の高融
点材料が、高周波面を作製するために使用することができる。モリブデンはＡｌ
Ｎの熱膨張係数により近い熱膨張係数を有するので、モリブデンは、たとえばタ
ングステンより望ましい。さらに、モリブデンはタングステンよりも、延性があ
り、望ましい堆積チャンバ環境において腐食に対して耐性があり、薄板に加工す
ることが容易である。特に、ＡｌＮの熱膨張係数は摂氏１度当たり５．５×１０ -6 であり、摂氏１度当たり約５．５５×１０-6であるモリブデンの熱膨張係数に
非常に近い、一方タングステンの熱膨張係数は摂氏１度当たり約５．６×１０-6 である。
【００６０】 高周波面１０３の打ち抜き穴は、セラミックと金属の接着を避けて、上部Ａｌ
Ｎプレートを第二のＡｌＮプレート１０５に直接接着することを可能にする。高
周波面１０３の穴の直径と間隔の選択は、セラミック間の接合プロセスの必要条
件（以下に説明する）を高周波フィールド均一性の必要条件と均衡させることに
より、最適化される。信頼性が高いセラミック間の接着を得るためには、打ち抜
き穴の全面積を十分に用意することが重要であり、推奨実施例では打ち抜き穴の
全面積は高周波面の面積の約４０％に等しい。上述した推奨実施例と等しい面積
は、穴の数を減少させ直径を増加することにより、あるいは穴の数を増加し直径
を減少することにより達成できるが、与えられた全接合面積に対して、多数の小
さい穴を設ける方が、より良い高周波均一性とより良い接合をもたらすので、少
数の大きい穴を設けるよりは望ましい。高周波面１０３の厚さは、高周波面の熱
膨張が打ち抜き穴の中のセラミック間の接着に亀裂を入れないように、平面１０
３の材料とセラミック間の接合プロセスによって選択される。具体的な実施例に
よれば、モリブデン平面に対する厚さの上限は約１５ミルとすることができ、厚
さの下限は約３ミルとすることができる。厚さのこの範囲は、動作高周波電力レ
ベルにおいて均一なフィールドを確立しながら、適切なレベルの高周波電力を支
えることが可能な適切に低い電気抵抗をもたらす。
【００６１】 薄板中の局所化された「ホットスポット」が、薄板全体に広げることができる
局所化された高抵抗をもたらすので、穴をあけた薄板は網目より多くの応用で望
ましい。しかし、個々の撚り線 (wire strand) の交差点が点接触を近似し、薄 板と比較して熱伝達が劣るので、網目の中の同様なホットスポットは個々の撚り
線を加熱する傾向があり、個々の撚り線に沿って熱を拡散する傾向がある。これ
は、多くの場合網目の撚り線の過熱を生じ、撚り線に損害を与えて、高周波網目
電極の動作寿命を減少させる。さらに、網目の中のこれらの過熱した、あるいは
損傷をうけた撚り線は高周波フィールドの不均一性の原因となる恐れがある。こ
の点で、穴をあけた薄板は損傷を自己制限する傾向があり、優れた高周波フィー
ルドパターンをもたらす。網目を使用することに比べて薄板を使用する他の利点
は、網目の中の電線の太さが増加すると、電線の間の間隔がさらに増加すること
である。これは、網目の有効な高周波面積抵抗率を制限する。たとえば、約４−
５ミルの厚さのモリブデンの薄板は、約５ミルより非常に大きいピークからピー
クの厚さを有するモリブデンの網目の最少面積抵抗率とほぼ等価な面積抵抗率を
有する。さらに、シートストックで作製された高周波電極は網目電極よりも平坦
であり、したがってウェーハと高周波電極の間のセラミックのより薄い層を可能
とし、堆積の間により均一なプラズマ処理を可能にする。この具体的な実施例に
おいて、高周波面１０３とウェーハの間の距離は、約５０ミル未満であり、約３
８−４２ミルの範囲であることが望ましい。他の実施例においては、この距離は
変化してもよい。
【００６２】 再び図７Ａを参照すると、第二のＡｌＮプレート１０５が高周波面１０３を加
熱素子１０７から分離している。加熱素子１０７は、モリブデンで作製されてい
るが、タングステンのような他の同様な材料を使用することもできる。加熱素子
は、約５ミル厚のモリブデンのシートストックから、ＣＡＤあるいはＣＮＣレー
ザーを含むレーザー、ホトリソグラフィック・エッチング技術を含む化学的エッ
チング、ＥＤＭ、あるいは他の適切な技術を使用して切断される。図７Ｃは加熱
素子１０７の単純化された平面図である。すでに説明したように、加熱素子１０
７に対して選択された厚さは、セラミック組立工程の制約条件の範囲にあること
が望ましい。加熱素子１０７の幅と長さは、ヒータからの適切な電力出力を実現
し、セラミック・セラミック接合に対して適切なヒータ間の間隔を備えるように
、当該分野において公知であるように、電圧源のコンプライアンスに一致するよ
うに選択される。たとえば、約９０ミル幅で約３２５インチ長の５ミル厚の加熱
素子は、室温において約２．２５から３．２５オームの間の、望ましくは約２．
５オームの抵抗を有し、最高約４キロワットを発生することができる。意図する
動作範囲を超える加熱素子の抵抗率の変化の原因を明らかにすることが重要であ
る。たとえば、室温から摂氏約７００度まで加熱されたとき、モリブデン加熱素
子の抵抗は約４．３倍増加する可能性がある。
【００６３】 曲がりくねったパターンを有する弧は堅く、したがって製造中に整列させるこ
とが容易であるから、素子は加熱素子の平面内で単純な弧（図示せず）よりも図
７Ｃに示すように曲がりくねったパターンで切断されていることが望ましい。素
子の隣接する弧に対して各弧が折返す２３３都度電流の流れは方向を変え、その
結果、ヒータの電流により発生する恐れがあり、プラズマ特性を変えることによ
り不均一な堆積を生ずる恐れのある磁界を最小限度に抑える。同様な磁界の相殺
は、弧の中のシヌソイドの間にも発生する。電線あるいは電線コイルを使用する
よりも、シートストックから加熱素子を作製することは、加熱素子に大きな表面
積対断面積比率を与える。これは、より効率的にウェーハに熱を伝達する加熱素
子を提供し、電線を使用する同様な設計よりも低い素子温度でウェーハに同じ熱
を与える。したがって、加熱素子の破壊を最小にし、加熱素子の寿命を長くする
。さらに、加熱素子１０７の幅は所望の熱プロファイルにしたがって変化しても
良く、あるいは、たとえばＣＮＣレーザー・プログラムを調整することにより、
素子間の間隔は素子密度を調整するために変えることができる。これは、優れた
温度均一性を有するヒータ組立体、あるいは特定の熱プロファイルを有するヒー
タ組立体を製造することができる。
【００６４】 整列した折り返しの「シーム」を形成するために、ヒータの１つの半径にほぼ
沿って配置された弧の折り返し２３３を示す図７Ｃの加熱素子１０７に対して、
図７Ｄは、素子の各行の弧が折返すことから生ずる加熱素子の行の間の放射状の
シームがオフセットである加熱素子構成の推奨実施例を示す。たとえば、図７Ｄ
に示すように、第二の行１１３（端縁から）と第三の行１１４の間の折り返し２
３３は、第二の行１１３と第一の行１７１の間の折り返し２３３Ａからオフセッ
トである。この構成は、図７Ｃに示す構成で生ずる整列した折り返しのシームを
生成することを避けている。推奨実施例のシームレスな構成は加熱素子の加熱特
性、したがってセラミックヒータの加熱特性を改善している。特有の利点は、シ
ームレスな構成は、整列したシームで生じる恐れのあるコールドスポットの形成
を避けていることである。このようなコールドスポットは、熱応力を招き、した
がってセラミックの亀裂を招く恐れがあり、さらに基板プロセスの間にヒータの
温度均一性に不利な影響を与える恐れがある。堆積プロセスあるいはエッチング
・プロセスのような同様なプロセスの間の温度均一性は、ウェーハあるいはセラ
ミックヒータで加熱される他の基板全体に亘る適切なプロセス均一性を得ること
の重要な要因である可能性がある。
【００６５】 図７Ｄは、第１の行１７１の導体パターン密度 (trace density) は、第２の 行１１３の導体パターン密度に比較して増加することができることも示している
。導体パターン密度（すなわち加熱素子の弧の曲がりくねったパターンの密度）
を変化させると、損失した熱、たとえば、ヒータの端縁あるいは中心から損失し
た熱を補償することができる。堆積ガス及び排ガスを介する対流により、あるい
はヒータの中心からペデスタル・シャフトの下方へ伝導により、熱がヒータの端
縁からチャンバの相対的に低温の壁に輻射により失われる恐れがある。導体パタ
ーン密度を増加し、加熱素子内の行の抵抗率したがって導体パターンの単位長さ
当たりの発生電力を増加することにより、行の単位弧当たりの導体パターンの長
さが増加し、熱損失を補償するための不均一な熱の発生が得られる。
【００６６】 表１は、１つの実現可能な構成（図示せず）による８リングの加熱素子におけ
る各リングに対する電力（ワット）及び発生する熱（単位長当たりの単位面積当
たりの電力）（ワット／平方インチ／インチ）を示す。表１に示すように、各リ
ングは１インチ当たり単位面積当たり同じ電力を発生する。このような設計は、
均一な加熱パターンを発生するべきである。均一な加熱パターンは、ヒータの端
縁あるいは中心から相対的にわずかな熱しか失われない場合には、適切である可
能性がある。このような状況は、チャンバ壁が摂氏約２５０度の比較的高温に維
持されるＢＳＴ堆積プロセスを含むことができる。
【表１】
【００６７】 表２は、図７Ｄに示すような８リングの加熱素子の他の実現可能な構成におけ
る各リングに対する発生する熱（単位面積当たりの電力）（ワット／平方インチ
／インチ）を示す。表２に示すように、この構成における異なるリングは、１イ
ンチ当たりの単位面積当たり異なる電力の量を発生し、加熱素子の中心及び端縁
で相対的に多くの電力を発生する。すでに説明したように、不均一な熱の発生は
、ヒータの端縁及び中心から失われる熱を補償することができる。不均一な熱の
発生は、ヒータの端縁あるいは中心から相対的にさらに多くの熱が失われる場合
に、より適切である可能性がある。このような状況は、チャンバ壁が摂氏約６５
度の相対的に低い温度に維持されるチタン金属堆積プロセスを含むことができる
。１インチ当たりの単位面積当たりの熱の発生は、加熱素子が金属の薄板からレ
ーザーにより切断される時のように、幅を変化させることがより実際的である場
合には、素子の幅を変化させることにより制御することができる。他の実施例に
おいて、熱発生パターンを制御するために、素子の厚さを変化させることもでき
る。局部的な熱の発生は素子の１部の幅を減少することにより増加させることが
でき、これは素子のその部分の断面積を減少させ、局部的に素子の抵抗を増加さ
せる。抵抗を増加するために素子の幅を減少させることは、素子の表面積も減少
させる。したがって、熱の発生は表面積に対して正規化される。
【表２】
【００６８】 再び図７Ａを参照すると、具体的な実施例によれば、第二のＡｌＮプレート１
０５は、４つの昇降ピン穴１０２Ｃに加えて高周波貫通孔穴１０６Ａ及び熱電対
穴１０４Ｂを有する。加熱素子１０７は、昇降ピン穴１０２Ｄに対して、高周波
貫通孔に対して、及び図６の熱電対４７０に対して、加熱素子の中心の近くに経
路をえている。図７Ｃに示すように、加熱素子１０７の各端部にヒータ接点１１
２がある。第三のＡｌＮプレート１０８は、加熱素子１０７と底部層１０９の間
に置かれており、底部層１０９にＡｌＮヒータスタブ１１０が取り付けられてい
る。底部層１０９は、以下に説明する圧力接合プロセスの間に形成される。好適
実施例において、結果としてできるスタック（スタブなし）は厚さ約０．５４６
インチで、低い熱的な質量を有するヒータとなる。全体の組立体は、特定の応用
の設計制約条件によって、小さい外径あるいは大きい外径を有し、短かく、ある
いは長くすることができる。本実施例においては、カプラー・クランプ（以下に
説明する）及び石英ガラスのヒートシールド（同じく以下に説明する）を適合さ
せるために、約２．２５インチの厚さがスタブ上のフランジと底部プレートの間
に十分なスペースを提供する。薄いヒートシールド、あるいはクランプは、短い
スタブを可能にするはずである。スタブは、セラミックヒータ組立体の全体に亘
る熱勾配を減少させるために、またカプラーがペデスタルの下降に干渉しないよ
うに、短いことが望ましい。
【００６９】 好適実施例において、トップＡｌＮプレート１０１、第二のＡｌＮプレート１
０５、第三のＡｌＮプレート１０８、及びＡｌＮスタブ１１０は、熱間プレスＡ
ｌＮで形成されている。プレートは平坦に研削され必要ならば平行であり、ヒー
タ及び高周波面電極を受けるために研削される（以下に説明する）。整列穴（図
示せず）は、トップＡｌＮプレート１０１、第二のＡｌＮプレート１０５及び第
三のＡｌＮプレート１０８を通じて、昇降ピン穴の中心線にほぼ沿ってドリルで
穴開けされる。トップＡｌＮプレート１０１、第二のＡｌＮプレート１０５、第
三のＡｌＮプレート１０８及びＡｌＮスタブ１１０は、表面を粗くするために、
サンドブラストまたはビードブラストされる。高周波面１０３は、ＡｌＮテープ
（図示せず）を使用してトップＡｌＮプレート１０１に張り合わせられている。
すなわち、熱間プレスされたＡｌＮプレートを形成するために使用された同じＡ
ｌＮ材料ストックの粉末で鋳造されたテープ及び有機接着材が高周波面１０３の
上に置かれ、高周波面１０３はトップＡｌＮプレート１０１に張り詰められる。
ＡｌＮテープは厚さ約１０−２０ミルであり、１層または２層を使用することが
でき、高周波面１０３の上にＡｌＮの薄い均一な層を作る。あるいは、ＡｌＮテ
ープを高周波面１０３に移す前に整列穴を開けておくことができるように、Ａｌ
Ｎテープはマイラー（商標名）テンプレートのようなテンプレートの上に張り合
わせることができる。次に第二のＡｌＮプレート１０５が、トップＡｌＮプレー
ト１０１、高周波面１０３及びＡｌＮテープの張り合わせ組立体の上に置かれる
。次に、加熱素子１０７が第二のＡｌＮプレート１０５の上に置かれ、高周波面
１０３及びトップＡｌＮプレート１０１と同様に、ＡｌＮテープを使用して張り
合わせられる。次に第三のＡｌＮプレートが張り合わせられた加熱素子（図示せ
ず）の上に置かれる。たとえばグラファイトで作ることができる整列ピンを、ト
ップＡｌＮプレート１０１、高周波面１０３、第二のＡｌＮプレート１０５、加
熱素子１０７及び第三のＡｌＮプレート１０８の整列を容易にするために、整列
穴を通して設けることもできる。ヒータ及び高周波電極は、予め研削された位置
（以下にさらに詳細に説明する）に設置される。トップＡｌＮプレート１０１、
高周波面１０３、ＡｌＮテープ、第二のＡｌＮプレート１０５、加熱素子１０７
、ＡｌＮテープ、及び第三のＡｌＮプレートのこのスタックは、第三のＡｌＮプ
レート１０８の表面を型の他端に露出したまま、次にトップＡｌＮプレート１０
１を型の一端に置いて圧力接合型の中に置かれる。圧力接合型（図示せず）は、
先行する文で説明したスタックを受けるために、空洞を備えている。圧力接合型
は、たとえばグラファイトで作ることができ、本質的に一方向の圧力がスタック
の主要な表面にほぼ直交して加えられるように、スタックを閉じ込めることがで
きる。次にＡｌＮ粉末の層が第三のプレート１０８の露出した表面（図示せず）
に塗布され、たとえば、グラファイトで作られている第一の圧力接合プレート（
図示せず）が、このＡｌＮ粉末の層の上に置かれる。第一の圧力接合プレートは
、ほぼヒータスタブ１１０の寸法の穴を有し、この穴を介してヒータスタブ１１
０が設置される。第二の圧力接合プレートは、第一の圧力接合プレート及びヒー
タスタブ１１０の上に置かれる。
【００７０】 液圧プレス（図示せず）が、第二の圧力接合プレートと圧力接型の間に約２５
００ポンド毎平方インチの圧力を加える。同時に、スタック及びヒータスタブ１
１０は、摂氏約１７００度の温度に加熱される。これらの状態は、約３０−９０
分間、望ましくは約６０分間維持される。これらの状態の下で、ＡｌＮテープは
可塑性になり、高周波面１０３の打ち抜き穴及び加熱素子１０７の素子間のスペ
ースを充填するように流れ、ＡｌＮプレートを互いに接着する。圧力接合の間に
、ＡｌＮテープは元の厚さの約２分の１に緻密になる。さらに、第三のＡｌＮプ
レートとして先に加えられたＡｌＮ粉末は可塑性になり、底部層１０９を形成し
、第一の圧力接合プレートから第三のＡｌＮプレート１０８に加えられる圧力を
より均一に分配する。圧力接合の後に、セラミック構成要素の形状を修正するた
めに、研削及びドリリングを含む他の動作を行うことができる。たとえば、整列
穴を昇降ピン穴にするためにドリルで穴開けすることができ、ヒータスタブを下
部の部分にフランジを形成するように研削することができる。
【００７１】 いくつかのヒータ組立体が同時に形成されるように、圧力接合型、スタック及
び圧力接合プレートのいくつかのセットを１つのプレスに配列することができる
。与えられたプレスの大きさに対して、ヒータ組立体の全高が低ければ、非常に
多くの同様に低いヒータ組立体を１回の動作で圧力接着することが可能となる。
したがって、より短いスタブを有するヒータの設計は、長いスタブの設計よりも
、非常に多くのヒータ組立体を圧力接着することを可能にする。より頑強である
他に、短いセラミック・スタブを有するセラミックヒータは、したがって、長い
セラミック・シャフトを有するヒータよりも、いっそう容易に、かつ効率的に製
造される。
【００７２】 他の実施例においては、ヒータスタブ以外の、第一のＡｌＮプレートの半組立
体、高周波面、第二のＡｌＮプレート、加熱素子及び第三のＡｌＮプレートは上
述のように圧力接合することができる。ヒータスタブは、別の動作で半組立体に
続いて取り付けることができる。前のパラグラフで説明したように、ヒータスタ
ブが長ければ、これは特に望ましい。
【００７３】 図８Ａに示す他の実施例において、スタブの取り付けについてすでに説明した
ように、セラミックのサポート・シャフト８２１はヒータ組立体８３３に取り付
けることができる。シャフトの底部は相対的に低温であるから、これはヒートチ
ョークの必要を無くし、シャフトの底部を封止するための気密のＯリングシール
８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ及び８１０Ｄの使用を可能にする。（アルミニウ
ムのような良い熱導体で作製された）短いシャフト端部８０５を設け、水あるい
は他の液体が流れる熱交換流路（図示せず）を設けると、Ｏリングシールをさら
に冷却する。あるいは、冷却を行うために、冷却されたプレート（図示せず）を
シャフト端部８０５に接続してもよい。Ｏリングシール８１０Ａは、シャフト端
部８０５に対してセラミック・シャフト８２１を封止する。Ｏリングシール８１
０Ｂはバネ留めされ容器に入れられた熱電対８７０の周りに封止を形成し、Ｏリ
ングシール８１０Ｃは高周波電極８５９を封止する。同様なＯリングシール（図
示せず）が加熱素子電極（図示せず）を封止し、Ｏリングシール８ｌＯＤがＶＥ
ＳＰＥＬ（商標名）プラグ８０６をシャフト端部８０５に対して封止する。
【００７４】 高周波隔離ロッド (RF stand off rod) ８５６は、電線コイルのような可撓性
のコネクター８５８が高周波ロッド８５６及び高周波電極８５９に圧着されるこ
とができるように、セラミックシャフト８２１の下部の端縁を超えて延びている
。可撓性のコネクター８５８は、電線、網目、あるいはストラップのｚ状折りあ
るいは扇状折りの形とすることができる。好適実施例において、高周波ロッド８
５６、高周波電極８５９及び可撓性のコネクター８５８は、ニッケルで作られて
いる。高周波ロッド８５６は、ヒータロッドの部分とすることができる固体のロ
ッドあるいは管とすることができる。可撓性のコネクター８５８は、ひずみの軽
減をもたらし、組立中あるいは熱的な周期変動の間にヒータ組立体８３３あるい
は鑞付けされた継手８５５が破壊される機会を減少させる。同様な可撓性のコネ
クター（図示せず）が、ヒータロッド（図示せず）をそれぞれのヒータ電極（図
示せず）に接続する。高周波隔離ロッド８５６、容器に入れられた熱電対８７０
及びヒータ隔離ロッド（図示せず）はかなり剛性であるが、配線の短絡を防止す
るための電気的分離を行うように、ＶＥＳＰＥＬ（商標名）プラグのような絶縁
性プラグ８０８を有することもできる。各電極で使用されるＣリング・クリップ
８２６は、底部電極が押し込まれ、あるいは引き出されることを防止するために
使用される。エンドキャップ８０９は、Ｏリング８１０Ｂ−Ｄを圧縮するために
、シャフト端部８０５にボルトで止められてもよい。
【００７５】 熱電対８７０は、高周波面８０３の直下に加熱素子８０７を超えて延びている
。これは、加熱素子８０７と基板（図示せず）の間に、さらに奥行きのない熱電
対の場合よりもヒータ組立体の熱的な質量の中に、熱電対を配置し、より良い温
度制御を可能にする。
【００７６】 パージ管８５３は、セラミック・シャフト８２１が、窒素、アルゴンあるいは
他のガスのようなパージガスで、チャンバ圧力以上に加圧されることを可能にす
る。パージガスは、鑞付けされた継手８５５のようなシャフト内の構成要素を、
特に高温で酸化あるいは腐食から保護する。鑞付けされた継手８５５は、たとえ
ばモリブデンあるいはタングステンとすることができる高周波面８０３を高周波
隔離ロッド８５６に結合する。同様な鑞付けされた継手（図示せず）が、加熱素
子とヒータ隔離ロッドを接続することもできる。セラミックシャフト８２１の加
圧は、さらに高周波隔離ロッド８２１と他の構成要素の間の高周波アーキングを
抑制する。上述のように、パージ管８５３は、アルミニウムからステンレス鋼へ
の移行部８５４を組み込むことができる。上に説明した鑞付けされた継手は、以
下に説明するように、現場で共晶合金接合することもできる。
【００７７】 図８Ｂは、パージ管８５３を通してパージあるいは排気することができるセラ
ミック・シャフト８６１の他の実施例である。図６に示す金属シャフト組立体の
場合と同様に、この組立体は石英あるいはセラミック・プラグ８６２あるいは複
数のプラグで充填されている。セラミック・プラグは、シャフトが排気されると
きに、高周波電極ロッド８５６とヒータ電極ロッド（図示せず）のような他の導
体の間のアーキングを抑制する。シャフトの排気は、電極の酸化あるいは腐食に
対して、より優れた保護をもたらすことができる。クリーンなパージガスの使用
は、シャフトの内部の電極がプロセスチャンバ内部の周囲大気に露出されている
場合に比較して、さらに電極の酸化及び腐食を緩和することができる。電極を酸
化から保護することは、上述したチタン堆積のような高温プロセスに対してさら
に重要である。
【００７８】 セラミック・プラグ８６２は、嵌合継ぎ手の上部において完全な重なり合いを
形成するように、端ぐりを有する絶縁プラグ８６３及びポスト８６４に嵌め込ま
れている。セラミック・プラグの上にポストを設け、絶縁プラグの上に端ぐりを
設けることは、この構成の別の実施例であることが理解できる。この構成は、高
周波ロッド８５６と他の導体の間の「見通し」経路を除くことにより、アーキン
グの機会を減少させることに役立つ。セラミック・シャフト８６１は、インセッ
ト (inset) ８６５及びフランジ８６６を有するヒータ組立体８３３に嵌め込ま れている。フランジ８６６はセラミック・シャフト８６１の直径に対して丸みを
付けられているが、代わりに先細にすることもできる。インセット８６５及びフ
ランジ８６６は、組立中の整列のためにヒータ組立体８３３とセラミック・シャ
フト８６１の間の機械的支持を行い、より大きい接合面積と、したがって、接合
された継手における強度をもたらす。フランジとシャフトの間のアール８６７は
、四角い形状よりも、より均一に応力を分散させ、したがって破損の可能性を減
少させる。
【００７９】 図８Ｃは、本発明の実施例による、ポスト及び端ぐりにより設けられた隣接す
るプラグの間の重なり部分の詳細な単純化された断面図である。絶縁されたプラ
グ８６３は、ポスト８７７及び端ぐり８７８を使用して、下部プラグ８７５に嵌
め込まれている。ポストは、下部プラグの中の端ぐりに嵌め込まれるように、絶
縁されたプラグ８６３から延びることができることが理解される。可撓性のコネ
クター８５８は、ペデスタル構成要素及び電極の組立及び分解を単純化し、Ｃク
リップ８２６は、電極が押され、あるいは引っ張られるような外力を受けたとき
に、電極８５９及び可撓性のコネクターが外れ、あるいは、破損することを避け
る。
【００８０】 図９Ａは、高周波面及び加熱素子との電気的接続の一実施例を示すヒータ組立
体３３の単純化された部分断面図である。ヒータ組立体の主要な面に直交して、
ヒータスタブには４つの穴がある。これらの穴の２つは、ヒータ隔離碍子 (heat
er stand off) １１５を収容している。第三の穴は高周波隔離碍子１１７を収容
している。第四の穴は熱電対組立体を収容している（図６の４７０、図９Ａには
図示せず）。熱電対組立体は、トップＡｌＮプレート１０１内の盲穴（図示せず
）の上部に対して押されるようにバネ留めされた２重鎧装熱電対であり、ヒータ
コントローラ（図示せず）に制御信号を供給する。
【００８１】 すでに説明したように、モリブデン加熱素子電極１１９及び高周波電極１１８
は、スタックの圧力接合より前に、ヒータ電極ポケット１１６及び高周波電極ポ
ケット１２０Ａ及び１２０Ｂの中にそれぞれ設置されている。電極は高周波面の
固体の表面で高周波面と接触していることが望ましく、打ち抜き穴で接触してい
ることは望ましくない。電極が高周波面と打ち抜き穴で接触していれば、セラミ
ック接合のために利用できる面積は減少し、電気的接触面積も減少し、動作中に
ホットスポットを形成することになる。電極と高周波面の接合前の注意深い整列
が、金属と金属の完全な接触を保証することができる。
【００８２】 ヒータ電極ポケット１１６及び高周波電極ポケット１２０Ａ及び１２０Ｂは、
ヒータ電極１１９及び高周波電極１１８よりも説明のみの目的で大きく示されて
いる。圧力接合状態の下ではモリブデンは延性になっているので、圧力接合プロ
セスの後に金属電極は周囲のセラミック材料と、おそらく密接に接触している。
同様に、ヒータ電極１１９と加熱素子１０７が溶接されるように、圧力接合プロ
セスの間に、モリブデン高周波電極１１８はモリブデン高周波面１０３に本質的
に溶接される。電極は１つの個片で形成されているように示されているが、同様
な電極が複数の個片で形成されてもよいことは理解される。さらに、電極の形状
は変えられることができる。たとえば、高周波電極１１８は高周波電極フランジ
１１８Ｆなしで形成されてもよい。さらに、高周波電極１１８は、好まれている
ように、加熱素子１０７を超えて延びているように示されているが、ニッケル高
周波隔離ロッド１１７が高周波面１０３に近接して延びるように、短くてもよい
。
【００８３】 図９Ｂは、本発明の他の推奨実施例による高周波面１０３との電気的接続の細
部の単純化された断面図を示す。高周波面１０３と接触している１つの大きい電
極の代わりに、いくつかの小さい電極１９１８が、高周波面１０３に高周波電力
を供給している。具体的な実施例においては、それぞれ約０．０３１−０．２５
０インチの直径の、しかし望ましくは約０．１２５インチの直径で約０．０７５
インチの長さの、４つの円筒状のモリブデン電極１９１８、すなわち脚が、セラ
ミック（たとえばＡｌＮ）接合ディスク１９２０内の対応する穴を通って、電極
ベース１９１９（実施例によっては円錐形でもよい）から高周波面１０３へ延び
ている。
【００８４】 セラミック接合ディスク１９２０は、高周波面１０３内の打ち抜き穴１９２１
を介してトッププレート１０１と接合するためのセラミックの表面を備えている
。両側にセラミックを有しない高周波面内の打ち抜き穴は、トッププレート１０
１と接着しない。打ち抜き穴の両側にセラミックがないと、打ち抜き穴を介して
のセラミックの接合はできず、応力立上り部 (stress riser) が生成されること
があり、応力立上り部の近くのセラミック材料が亀裂の影響を受けやすい。応力
立上り部は、不均一性すなわち局所化された領域内に応力を集中する構造物内の
形態である。たとえば、張力を受けている表面内の切り欠きは、切り欠きの頂点
に応力が集中、すなわち立ち上がり、応力を和らげるために、その領域で亀裂の
形成を促進する。１つの大きい電極よりも、いくつかの小さい電極を高周波面に
設けることにより、トッププレートを接合する打ち抜き穴の数は増加し、したが
ってトッププレート１０１の亀裂の可能性は減少する。さらに、接合されていな
い打ち抜き穴の間の最大距離は減少し、トッププレート内のどの接合されていな
いスパンの長さも相応して減少し、それはさらに亀裂を減少させる。さらに、い
くつかの小さい電極１９１８を設けることは、トッププレートの中心で高周波面
内の打ち抜き穴を覆わずに、高周波ロッド１９５６がヒータサポート・シャフト
（図示せず）の中心に持ち上げられることを可能にする。
【００８５】 高周波電極ポケット１９２２は、第三のプレート１０８を通して延びており、
電極ベース１９１９を受け入れるための端ぐり１９２４を有するモリブデンリン
グ１９２３を有する。モリブデンリング１９２３は、リングが高周波ロッド１９
５６を受けるためにドリル穴あけされるときに、後にパイロット穴として働くス
ルーホール（図示せず）を有する。
【００８６】 図９Ｃは、具体的な実施例による、その中に４つの電極脚 (electrode leg) １９１８が電極ベース１９１９から延びているセラミックヒータ組立体の１部の
単純化された分解組立図を示す。電極脚は電極ベース１９１９の周囲を巡って配
置されており、トッププレート（図示せず）の中心を、高周波面１０３内の打ち
抜き穴１９２１を介して、セラミック接合ディスク１９２０と接着することを可
能にする。電極脚は、打ち抜き穴と重なるよりも、高周波面の固体領域に接触す
るように配置されている。特に中心領域が接着されていない場合、この構成は熱
的な周期変動と組み合わされた応力を緩和する。これらの応力は、組立体内のさ
まざまな材料の熱膨張の差からのみではなく、組立体全体に亘る熱勾配からも生
ずる恐れがある。たとえば、組立体が均一な温度から冷却するにつれて、端縁は
中心より速く熱を失い、中心に対して収縮し、亀裂の原因となる引張り応力を表
面層内に生ずる。すでに説明したように、本実施例はセラミック・トッププレー
ト１０１内の亀裂の可能性を最小限度に抑える。
【００８７】 直径の小さい各電極は単一の大きい電極よりも熱的周期応力 (thermal-cycle
stress) の発生が少ないから、高周波電極接点 (contact) 付近における亀裂の 可能性はさらに減少する。図９Ｃに示すように、４つの電極脚１９１８は電極ベ
ース１９１９の面１９３０の全体にわたって配置されている。これは、単一の比
較的に剛性を有する電極とは対照的に、比較的に規格に準拠している４つの脚に
亘る熱的な周期変動から生ずる力を分散するように働く。さらに、今やトッププ
レート１０１の中心スポットはセラミック接合ディスクに接着され、亀裂の可能
性を減少させる。
【００８８】 他の具体的な実施例によれば、図９Ｄは、各電極１９３１の部分１９３２が電
極ベース１９１９の面１９３０から張り出しているように、円錐形の電極ベース
１９１９の上に配置された電極１９１８を示す。この構成は、電極ベースの半径
を増加せずに、電極脚と高周波面の大きい接触半径をもたらす。具体的な実施例
において、各電極１９３１の表面積のほぼ２分の１が電極ベースから張り出して
いる。脚の直径と数は、高周波面に十分な電流容量を供給するように選ばれる。
この具体的な実施例において、各脚と同様に、高周波ロッド１９５６の直径は約
０．１８７インチである。各脚の面積の半分が電極ベースから張り出しているの
で、４本の電極脚は、電極ロッドと電極ベースの接触面積のほぼ２倍の電極ベー
スとの接触面積を有し、高周波面との接触面積は電極ロッドの接触面積のほぼ４
倍となる。この構成は、機械的応力と同様に、電流を高周波面に有利に分配する
。
【００８９】 さまざまな実施例によれば、電極ベース１９１９は、電極脚１９３１を受け入
れるためにドリルで穴あけされてもよい。脚はスポット溶接されてもよく、ある
いは鑞付けまたは、たとえば、共晶接合により電極ベースに取り付けられてもよ
い。あるいは、電極ベース及び組立体は単一の個片で形成されてもよい。上述の
ように、圧力接合プロセスは、電極構成要素を相互に、また高周波面に機械的及
び電気的に結合する。異なる具体的な実施例において、異なる直径、電流容量及
び剛性のより多くの、あるいは、より少ない電極脚が、電極ベースを高周波面に
結合するために使用できることは、理解される。上に説明した原理によれば、た
とえば、４本を超えるあるいは４本未満の、より小さい、あるいは、より大きい
直径の脚を使用することができ、また図９Ｅに示すように、他の形状及び寸法を
電極ベースあるいは脚に対して使用することができる。
【００９０】 図９Ｅは、円形の外辺部を備え各脚１９３４の全表面と接触するシェルフ１９
３３を有する電極ベースの別の形状を示す。このシェルフは、電極ベースの中に
機械加工されてもよく、あるいは座金あるいはシムのような別の個小片であって
もよい。この構成は、各脚を支持し、張り出しがない。
【００９１】 他の実施例によれば、図９Ｆは円錐形ではなくディスク形の電極ベース１９３
５を示す。ディスク形状は、円錐形の電極ベースの場合と同様な皿ざぐりされた
穴ではなく、基礎のセラミックプレート（図９Ａ及び９Ｂの１０５）内の端ぐり
された穴に嵌め込まれる。ディスク形の電極ベースは、製造が都合良く容易であ
る。この実施例では、対応するセラミック材料の直角は、応力立上り部として作
用する急な角を有する可能性によって、セラミック材料１０５に亀裂を生ずる恐
れがある。したがって、円錐形の形状を有する実施例が望ましいことがある。
【００９２】 図９Ｇは、高周波ロッド１９５６から高周波面（図示せず）に電力を伝えるア
ーム１９５９の上に電極１９５８を有する金属「スパイダー」１９５７を有する
実施例を示す。金属スパイダー及び電極は、たとえば、タングステンあるいはモ
リブデンの薄板で作ることができ、スパイダーのアーム間のセラミックとセラミ
ックの接合を可能にする一方で、高周波ロッドの中心から電極の広い間隔を可能
にする。中心から距離を置いた電極間の広い間隔は高周波面に電流を広げること
に役立ち、したがって、ヒータに亀裂を入れ、あるいはプロセスの均一性を劣化
させるホット・スポットの発生を防止する。さらに、スパイダーのアームは相対
的に薄く、たとえば厚さ５ミルであり、可撓性であって、したがって、周囲のセ
ラミック、高周波面、あるいは電極と高周波面の間の継手に亀裂を入れる恐れの
ある応力を発生させあるいは維持する可能性が高くない。さらに電極１９５８は
、高周波面に伝えられる応力を減少させ、セラミックの接合面積を増加させるた
めに、相対的に薄くすることができる。たとえば、電極１９５８は、９０ミルの
電線あるいはロッドストックで作製してもよい。加熱素子が組立体に含まれるな
らば、スパイダーは高周波面に対してヒータのどの側に設置されてもよい。
【００９３】 対称な４アームの「十字形」の構成を図９Ｇに示し、各アームは幅１２５ミル
であるが、アーム間の角度を変えることができるように、より多数あるいはより
少数のアームを使用することができ、及び／またはアームが同じ長さ、あるいは
同じパターンである必要がないことは理解される。利用できる接合面積を増加さ
せるスルーホール１９６０を定めるために、アームに穴をあけることによりセラ
ミックとセラミックの接合を増加することができるが、このようなスルーホール
は必要ではない。スパイダー及び電極脚組立体は、単一の個片として形成するこ
とができ、あるいは複数の個片で組み立てることができる。
【００９４】 図９Ｈは、曲がったアームあるいは「ドッグレッグ」アーム１９６１を有する
金属スパイダー１９５７Ａの他の実施例を示す。アームを曲げることは、ヒータ
組立体を通して形成されており、チャンバから除去するためにウェーハをヒータ
の表面から持ち上げる昇降ピンを受け入れる昇降ピン穴（図示せず）を有する半
径方向の線上に、電極１９５８が配置されることを可能にする。アームは、昇降
ピン穴、熱電対、あるいは加熱素子ロッドとの干渉を避けるために曲げられてい
る。装備をヒータの中心領域に詰め込む傾向がある接続が中心ペデスタルを通っ
ているとき、このような構成は特に有利である。上記のように、さらに多数ある
いは少数のアームを使用することができ、組立体は単一の個片として、あるいは
複数の個片で作製することができる。
【００９５】 図９Ｉは、アーム１９６２が２本のサブアーム１９６３、１９６４に分岐して
いる金属スパイダー１９５７Ｂの他の実施例を示す。アーム及び分岐の位置は、
アーム及びサブアームが昇降ピン穴あるいはヒータ組立体の他の装備に干渉しな
いように選択することができる。高周波接続は、スパイダーの胴部１９６５、あ
るいは他の適切な位置に行うことができる。
【００９６】 図９Ａを参照すると、圧力接合プロセスの後にモリブデン電極を露出させるた
めに、穴はヒータスタブ１１０及び高周波電極１１８に重なっている他のセラミ
ック材料を介してドリルで穴あけされている。ニッケルヒータ隔離ロッド１１５
及びニッケル高周波隔離ロッド１１７は、それぞれタングステン・スラグ２２７
Ａ及び２２７Ｂを受け入れるために、端ぐりされている。ニッケルヒータ隔離ロ
ッド１１５及びニッケル高周波隔離ロッド１１７は、タングステン・スラグ２２
７Ａ及び２２７Ｂと共に、次にヒータ電極１１９及び高周波電極１１８の中にそ
れぞれ挿入される。代わりの実施例において、タングステン・リング２２８Ａ及
び２２８Ｂを、ヒータロッド１１５及び高周波ロッド１１７を挿入する前にドリ
ルで穴あけされた穴の中に、さらに配置することもできる。図９に示すように、
ロッド１１５と１１７の間及び電極１１９と１１８の間の接触は本質的に同一平
面にあり、高周波面１０３と反対の加熱素子１０７の面にあるが、必ずしもこれ
らの条件を必要としない。しかし、高周波面上の熱応力を避けるために、ニッケ
ル・モリブデン移行部を高周波面１０３から離しておくことが望ましい。
【００９７】 図９Ｂの場合に、モリブデン電極ベース１９２２に隣接するモリブデン・リン
グ１９２３は、上述のように、ニッケル高周波ロッド１９５６を受け入れるため
に、モリブデンにドリルで穴あけするためのパイロット穴（図示せず）を備えて
いる。モリブデン・リング１９２３は、この操作のために大きい目標表面積を備
えており、したがって圧力接合後の機械加工作業が単純化されている。本実施例
においては、高周波ロッド１９５６は、上記と同様に、タングステン・スラグ１
９３７を受け入れるために端ぐりされており、タングステンリング１９３６のた
めのスペースを提供するためにインセットである。高周波ロッド１９５６の上に
タングステン・リング１９３６のためにインセット１９３７、あるいはステップ
を設けることは、高周波ロッド１９５６とセラミック胴部の間に、穴が緊密に嵌
合することを可能にする。以下に説明するように、これは、合成された共晶を電
極ロッドと電極ベースの継手の外辺部に閉じこめるのに役立つ。
【００９８】 次に組立体全体は、溶融共晶を形成するのに十分な温度に加熱される。純ニッ
ケル及び純モリブデンが使用されれば、摂氏１３１５度でニッケル・モリブデン
共晶が析出する。しかし、市販のニッケル２００が使用されれば、摂氏１３１５
度の僅かに下の温度で多元素共晶が析出する。ごく僅かの共晶の析出が必要であ
り、したがってプロセス時間が最低に保たれることが望ましい。モリブデン及び
ニッケル成分を接合するためには、プロセス温度において１０分で十分である。
上述のように、いくつかの堆積環境で普通であるハロゲン核種が存在する状態で
共晶が有する優れた耐蝕性のために、ヘインズ（商標名）２４２合金とほぼ同等
であるニッケル・モリブデン系が特に望ましい。タングステン・スラグ２２７Ａ
及び２２７Ｂは、溶融共晶の中に部分的に溶解し、結果として生ずる合金を本質
的に凝固させることにより、ニッケル・モリブデン共晶の形成の程度を制限する
タングステン源を供給する。タングステン・リング２２８Ａ及び２２８Ｂは、も
し存在すれば、ニッケル・モリブデン共晶相の形成の程度をさらに制限する。特
に、タングステン・リング２２８Ａ及び２２８Ｂは、継手から離れてニッケルロ
ッドを上に昇る溶融共晶のウィッキングを抑制する。
【００９９】
【Ｄ．ヒートチョーク及びカプラー】
具体的な実施例によれば、図６に示すように、ヒータ組立体３３は、カプラー
１２２を使用してサポート・シャフト１２１に取り付けられている。ステンレス
鋼あるいは他の同様な金属で作られているカプラー１２２は、セラミックヒータ
組立体を金属シャフトに固定するために使用される。図１０は、ヒートチョーク
されたカプラー (heat choked coupler) １２３及び２部品構成の上部クランプ １２４を有するカプラー１２２の単純化された断面図を示す。図１１は、ヒート
チョークされたカプラー１２３、図１０の底部部分、の単純化された等角図を示
す。ヒートチョークされたカプラー１２３の下部フランジ１２５は、カプラーを
サポート・シャフトにねじ止めできるように、ねじ山の付いた盲穴１２６を有す
る上部ポケット１２７は、上部クランプ（図１０の１２４）により固定されたポ
ケット面１２８に着座し、さらにテンショニング・アーム１２９により外周を保
持されたヒータスタブ・フランジ（図示せず）を受け入れる。再び図１０を参照
すると、上部ポケット１２７は、ヒータスタブ・フランジの外周上の平面に対応
するアライメント・フラット（図１１の４５４）を有する。当然ながら、上部ポ
ケット１２７は、ヒータスタブ・フランジの形状に対応するべきであり、他の整
列機構を使用することもできる。上部クランプ１２４は、２つの「Ｃ」字形の両
半分１２４Ａ及び１２４Ｂを有する。２つの「Ｃ」字形の両半分１２４Ａ及び１
２４Ｂは、ヒートチョークされたカプラーに取り付けられる前に、ヒータスタブ
・フランジの周りに結び合わせられる。スリット１３０は、ポケット面１２８と
ほぼ同一平面で切断され、フランジをヒータスタブの上に保持するために、タイ
トニング・スクリュー１３１からの張力がテンショニング・アーム１２９を引き
寄せるように、テンショニング・スクリュー１３１に向かい合っている切断され
ていないコード (cord) を残す。テンショニング・アーム１２９を支持し、スリ
ット１３０を通るガスの流れ を減少させるために、スリット１３０と類似の形
状を有するスペーサ（図示せず）を、スリット１３０の中に挿入してもよい。テ
ンショニング・スクリュー１３１により加えられる応力から生ずる利用できるひ
ずみを増加させ、金属であるクランプはセラミックヒータスタブ・フランジより
も膨張するので、組立体が加熱するにつれてテンショニング・アームがフープ応
力を加え続けることを可能にするために、ひずみ軽減スロット１３２の対が、テ
ンショニング・アーム１２９の中に機械加工される（一対のひずみ軽減のスロッ
トの中の各スロットは、アーム１２９の両側から機械加工される）。本実施例に
おいては、４対のひずみ軽減スロットが示されているが、この数はクランプの材
料及び設計によって調整することができる。具体的な実施例によれば、ひずみ軽
減スロットは、幅が約４０ミルであり、約０．３インチのテンショニング・アー
ムの約０．１インチ以内まで切断される。実施例によっては、ひずみ軽減スロッ
トの端部は、応力集中を減少させ、製造性を改善するためにスロットの頂点に丸
みをつけてもよい。
【０１００】 図１０に示すように、ヒートチョークされたカプラー１２３は、上部ポケット
１２７と下部フランジ１２５の間に薄いウェブ１３３を残すように作製されてい
る。具体的な実施例において、厚さ約２０−１００ミルの範囲の、望ましくは厚
さ４０−６０ミルの、このウェブは、ヒータ組立体とサポート・シャフトの間の
高い熱抵抗の経路として作用する。具体的な実施例において、ウェブは約０．６
−１．０インチの間の有効長を有し、垂直のウェブ部分の高さは約０．２−０．
５インチの間の範囲である。図に示す実施例において、摂氏約６２５度の温度に
おいて動作するヒータ組立体と摂氏約５０度下限温度を有するサポート・シャフ
トの間に、約２５ワットの電力が流れる。カプラー１２２の他の実施例は、高温
度の応用には与えられたウェブの厚さに対してウェブ１３３の全長をより長くし
て、あるいは与えられた長さに対してウェブの厚さを減少させて、のいずれかで
、さらに高い温度でも使用することができる。ウェブは、機械的に十分に剛性と
すべきであるが、さらにヒートチョークを設けるために十分薄くあるべきである
。カプラー１２２の使用は、ヒータ組立体がシャフトに対して熱的に「浮いてい
る」ことを可能にし、その結果シャフトに使用する材料のより広範な選択を可能
にし、非補償加熱素子設計においてウェーハ温度を改善された温度均一性に維持
するために必要とされる加熱素子に送出される電力を減少させる。ヒータからペ
デスタルを介してシャフトの下方に流れる熱が少ないので、この予想される熱導
管上にコールド・スポットが形成される機会は少なく、したがってウェーハ温度
の適合性は改善される。さらに、カプラー１２２の使用は、セラミックヒータ組
立体の全体に亘って生ずる熱勾配を減少させ、ヒータ組立体の亀裂を減少させ、
その結果ヒータ組立体の稼動寿命を増加させる。さらにカプラー１２２の使用は
、長いセラミック・スタブあるいはセラミック・サポート・シャフトを有するヒ
ータ組立体よりも製作が容易で、より短く、いっそう小形のヒータ組立体をもた
らす。
【０１０１】 上部クランプ１２４は、上部クランプ１２４内の穴４５１及びヒートチョーク
されたカプラー１２３内の穴４５２を介して配置されている締め付けねじ（この
図には図示せず）を使用して、ヒートチョークされたカプラー１２３に接続され
ている。穴４５１は、上部クランプ１２４内の盲穴である。下部フランジ１２５
は、締め付けねじより大きいアクセス穴１３４を有し、下からの組立を可能にし
ている。この形式においては、アクセス穴１３４は下部フランジ１２５内のねじ
山の付いた穴１２６からオフセットしているが、ねじ山の付いた穴が上部締め付
けねじにアクセスが可能なように十分に大きければ、同軸とすることもできる。
いくつかの実施例によれば、上部クランプ上の外部整列リップ１３５は、クラン
プの外径に沿って比較的平坦な表面を形成するために、ヒートチョークされたカ
プラーの外部整列レッジ１３６の中に着座している（図１０及び図１３参照)。 他の実施例においては、上部クランプ１２４の外径がヒートチョークされたカプ
ラー１２３の外径より僅かに大きくなるように、上部クランプ上の外部リップ１
３５は、ヒートチョークされたカプラー１２３の（レッジ１３６がその中に形成
されていない）頑丈な上部端縁の上に着座し、張り出していてもよい。片持ち梁
で支えられた座金１３７は上部クランプ１２４の一部として機械加工され、ヒー
タスタブ・フランジをヒートチョークの上部ポケットに確実に保持するために、
上部クランプ１２４内の穴４５１及びヒートチョークされたカプラー１２３内の
穴４５２を介して配置されているねじが、ヒータスタブ・フランジ（この図には
図示せず）に圧縮を加える。この具体的な実施例において、片持ち梁で支えられ
た座金は厚さ約１０−２０ミルであり、セラミックヒータスタブを破損せずに、
セラミックヒータスタブに適切な圧力を維持できるように、座金の中に切削され
たひずみ軽減スロット１３８を有する。ひずみ軽減スロットは、（上述の）テン
ショニング・アーム内に切削されたものと大体の形状を同じにすることができる
。
【０１０２】 図１２は、シャフト１２１により支持されているヒートチョークされたカプラ
ー１２３の上部ポケット１２７内のヒータスタブ・フランジ１３９を、上部クラ
ンプ１２４（２つのＣ字形断面の１つのみを示す）がどのように保持しているか
を示す単純化された断面等角投影分解組立図である。本実施例においては、カプ
ラー１２２はセラミックヒータ組立体を金属サポート・シャフトに結合している
。１つの別の実施例は、ヒータ組立体（カプラーを使用して固定されている）を
シャフトと結合し、かつシャフトから熱的に分離するために、ヒートチョーク及
びカプラーをサポート・シャフトの中に組み込むことになる。別の実施例は、高
周波電極として使用することができる金属のヒータと接地されたサポート・シャ
フトの間の電気的分離を行うために、金属ヒータとサポート・シャフトの間にセ
ラミックスペーサを組み込んでもよい。セラミック部材を金属ヒータ及び／また
はサポート・シャフトに安全かつ確実に係合することと、１つの部材から次の部
材に流れる熱を減少することの、いずれかあるいは両方の利益を得るために、ヒ
ートチョークされたカプラーは、たとえば、セラミックスペーサの１端あるいは
両端に使用することができる。
【０１０３】
【Ｅ．ヒータペデスタル構成要素】
再び図６を参照して、ペデスタル３２を説明する。ペデスタルは、真空チャン
バ３０内でウェーハをプロセス位置に持ち上げ、プロセスの間にウェーハを加熱
するために機能する。本明細書において説明されるペデスタルは、摂氏約４００
度または摂氏約４００度以上で、また最高摂氏約７５０度以上で動作するプロセ
スにおいて特に有用である。ヒータペデスタルは、より低い温度で動作するプロ
セスに対しても同様に使用することができる。最初に、ペデスタル３２は、本明
細書において説明し、図示する代表的なＰＥＣＶＤチャンバ以外のさまざまなプ
ロセスチャンバに使用し、あるいは直接設置するように修正できることに、注目
するべきである。たとえば、ヒータ／昇降機組立体４０は、他のＣＶＤチャンバ
で、あるいは他の半導体プロセスチャンバで通常使用することができる。
【０１０４】 付加的な特徴が、ヒータ組立体をサポート・シャフトから熱的に分離するのに
役立つ。石英ガラスのヒートシールド４３１は、ヒータ組立体の底部からの熱損
失を減少させる。ヒートシールドは、ヒータ表面上の不要な堆積を減少させるこ
とができ、容易にかつ別に洗浄し再搭載することができるので、洗浄の間隔を増
加し、ヒータの寿命を長くする。上述のように、図４Ａ−４Ｅに示すように、ヒ
ートシールドはさまざまな構成で作製することができる。１つの実施例（図示せ
ず）において、パージガスはヒートシールドとヒータ組立体の底部プレートの間
に使用され、ウェーハの端縁上の堆積を減少させるために、次に流量制限リング
とヒータ組立体の端縁の間に流れ出る。
【０１０５】 石英ガラスで作られているヒートシールド４３１は、ペデスタルのスタブとウ
ェーハ昇降ピン用の穴を収容できる内径を有する１個のディスク形の個片（ペデ
スタルの側縁を囲むために、ディスクの外周に任意選択で壁を有する）から成る
。ヒートシールド４３１が継ぎ輪１４１内のニッケルの整列ピン１４０により定
位置に保持されるように、ヒートシールド４３１は底部表面の内径上の点に配置
された少なくとも２つの穴を有する。継ぎ輪１４１はアルミニウムで作られてお
り、ねじ１４２を使用してサポート・シャフト１２１に取り付けられている。石
英ガラスのアイソレータ１４３は、ヒータ組立体の底部プレートの下に直接配置
することにより、さらにヒータ組立体からサポート・シャフトへの輻射性の熱損
失を減少させる。アイソレータ１４３は２個の半円形の個片から成る。アイソレ
ータ１４３はヒータ組立体の底部プレートにより制限されているので、ヒータス
タブ、サポート・シャフト及び上部クランプ、シリカ・アイソレータ１４３は、
締着具を必要としない。ヒートシールド４３１及びアイソレータ１４３は共に、
ヒータペデスタルからの熱損失を減少させると同時に、チャンバの容積したがっ
てポンピング時間を減少させる。
【０１０６】 １つの実施例において、サポート・シャフト１２１は、ヒータスタブ内の４個
の穴に対応するそれぞれ４個のスルーホールを有するプラグ１４４、１４５Ａ−
Ｃ及び１４６で充填されている。シャフト内のほぼ全容積を占めるので、特に真
空において他の方法では空洞シャフトでは起きる可能性のある、高周波アーキン
グの可能性を固体のプラグは減少させる。石英ガラス・プラグ１４４は伝導性の
伝熱を減少させる。またセラミック・プラグ１４５Ａ−Ｃ及び１４６は、熱電対
の挿入／抽出のための案内をするのみではなく、電極の間の電気的分離として作
用する。さらにプラグは、空洞シャフトと比較してポンピング容積を減少させる
。空洞シャフトは通常の動作圧力において排気される必要がある。固体プラグは
、必要なポンピングを減少させるのみでなく、圧力の周期変動の間に交換される
容積を最小限度に抑え、したがって、チャンバとシャフトの間の汚染物質及び腐
食性の核種の移動を減少させる。最上部の石英ガラス・プラグ１４４は、さらに
ヒータ組立体３３とセラミック・プラグされたサポート・シャフト１２１の間の
熱的な分離を行う。プラグ１４５Ａ−Ｃ及び１４６は、最高動作温度に応じて、
石英ガラス、セラミック、あるいはポリマー材料で作ることができる。本実施例
においては、プラグ１４５Ａ−Ｃ及び１４６は、アルミナを主成分とするセラミ
ック材料で作られている。他の実施例においては、プラグ１４５Ａ−Ｃ及び１４
６は、単一の長いプラグ、より少数またはより多数のプラグ、もしくは、セラミ
ック充填材のような高い電気抵抗率を有する充填材に置き換えることができる。
下部隔離碍子１４７は、ＶＥＳＰＥＬ（商標名）で作られている。下部エンドキ
ャップ１４８は、デルリン（商標名）で作られている。これらの材料は、電気的
絶縁、機械加工性及び温度抵抗特性で選ばれたが、他の同様な材料を使用しても
よい。隔離碍子１４７及びエンドキャップ１４８は共に、シャフト内に配線を収
容するために、その中に形成された流路を有する。各電極に使用されたＣリング
・クリップ７７１は、底部電極が押し込まれる、あるいは引き出されることを防
止するために使用されている。さらに、Ｏリング７７３はシャフト１２１の端部
及び下部隔離碍子１４７を封止し、またＯリング７７５（各電極で使用される）
は下部隔離碍子１４７とエンドキャップ１４８の間の封止をする。したがって、
シャフトは、いくつかの実施例においては、パージガスの導入のために気密とす
ることができる。
【０１０７】 セラミック・ライナー部分１４９は、電熱線１５０及び高周波貫通孔（この図
には図示せず）に対して腐食から付加的な保護を行い、特にライナー継手１５１
がプラグ継手１５２からオフセットしているので、アーキングを抑制する。ライ
ナー部分１４９は、配線、パージ及び熱電対流路のそれぞれに対して、単一の長
いライナーで置換することができる。パージガスは、入口管１５３から、印加さ
れ、あるいは、真空で吸引される。入口管１５３は、アルミニウムで作られてお
り、アルミニウムのサポート・シャフト１２１に溶接されている。アルミニウム
からステンレス鋼への移行部１５４は、ステンレス鋼のガス管はめあい１５５を
アルミニウム入口管に結合している。移行部は、サポート・シャフトの内径に通
常制限されており、したがって小形でなければならない。アルミニウムからステ
ンレス鋼への移行継手を作るために、鑞付け及び爆発接合も通常使用される。
【０１０８】 ヒータ組立体３３のスタブから突出しているニッケルロッド１５６は、図１Ａ
及び図２及び図６に示すように、長さを変えることができる。ロッド１５６は、
ヒータ組立体３３の製造を容易にするために、またプラグ１４５Ａ−Ｃ及びアイ
ソレータ１４４とヒータ組立体３３との組立を容易にするために短い。実施例に
よっては、ロッド１５６は約２−５インチヒータスタブを超えて延びていること
が望ましい。ヒータ供給管１５０は、圧着接続１５７でニッケルロッド１５６に
取り付けられている。ロッド１５６の長さは、プラグ及びプラグ継手に対してど
こに接続１５７があるかを決定する。組立及び高温の熱的な周期変動の間のひず
みを軽減するために、ヒータ供給管は、セラミックライナー１４９の内部にコイ
ル状に巻くことができる。高周波電源供給管（図示せず）は、ヒータ供給管と同
様にコイル状に巻かれている。ペデスタル内のすべての電気配管はコイル状に巻
かれたストラップであるが、コイル状に巻かれた電線も代わりに使用することが
できる。コイル状に巻かれた配管は、必要とされる配線の適切な量以上を供給し
、ヒータの破損を最小限度に抑える。ニッケルロッドの膨張により生ずるひずみ
を緩和するこれらのコイル状に巻かれた配管を使用しないと、ニッケルロッドが
ペデスタルの上部セラミックプレートに対して膨張し、ペデスタルを破損する恐
れがある。さらに、コイル状に巻かれた配管の使用は、外部コネクタの挿入によ
る上向きの力に起因するペデスタル破損の危険を回避する。
【０１０９】 図１３は、上部クランプ１２４に対してサポート・シャフト１２１をヒートチ
ョークされたカプラー１２３に係合しているねじ１５８の断面図を示す。ねじ１
５８がねじ込まれた後に、（スロット４５５に適合するドライバーを使用して）
ねじ込まれるカバープラグあるいはキャップ１５９は、ねじ１５８をチャンバの
腐食性の環境から保護する。サポート・シャフト表面の穴に対してプラグとして
作用するカバープラグ１５９は、この場合はアルミニウム合金であるサポート・
シャフトの金属と類似の金属で作られている。プラグ１５９に使用される材料は
、良い腐食特性を有することが望ましい。両方の材料が同じ膨張をするので、プ
ラグ１５９及びシャフトに同じ材料を使用することが望ましく、２つの異なる金
属の使用から生ずるガルヴァニック反応の危険が減少する。同様のカバープラグ
（図示せず）が、同様な目的のためにサポート・シャフトに継ぎ輪を係合するね
じを覆うために使用されてもよい。
【０１１０】 図１３に示す実施例は、外部整列リップ１３５及びヒートチョークされたカプ
ラー１２３がシャフト１２１の内部表面から分離した平坦な表面を形成するよう
に、その上に上部クランプ１２４が着座したヒートチョークされたカプラー１２
３の中に形成された外部整列レッジ１３６を有する。この間隙は、シャフト１２
１とカプラー１２２の間の接触を防止する。さらにこの間隙は、熱膨張係数の差
を明らかにするために、またヒータスタブフランジ１３９からシャフト１２１へ
の熱損失を最小限度に抑えるための熱的な分離を行うために、十分大きくすべき
であるヒートチョークされたカプラー１２３がレッジ１３６を有せず、リップ１
３５がヒートチョークされたカプラー１２３の固体端縁の上に適合するように上
部クランプ１２４がヒートチョークされたカプラー１２３よりも大きい外径を有
する実施例では、シャフト１２１の内部表面は機械加工することができ、したが
って、空間がシャフト１２１からカプラー１２２を分離する。
【０１１１】
【Ｆ．高周波電源装置】
図１４は、ヒータ組立体２０２及びサポート・シャフト２０３の単純化された
断面図を含む高周波電源装置の単純化された図である。図に示す構成において、
チャンバ２０４及びシャワーヘッド２０５は共に接地されており、高周波面２０
６は給電されている。別の構成においては、高周波面２０６が接地されている一
方シャワーヘッド２０５が給電されてもよい、あるいはシャワーヘッド２０５及
び高周波面２０６への電力を「分割」することもできる、すなわち、大地電位に
あるチャンバ２０４に対して、それぞれが高周波電力を受けてもよい。さらに別
の構成においては、異なる周波数の高周波を高周波面２０６に印加する一方で、
１つの周波数の高周波をシャワーヘッド２０５に印加することができる。図１４
に示す構成は、「底面給電」プラズマとして公知のものを発生する。フェイスプ
レートが給電され、高周波面が接地されている別の構成は、「上面給電」プラズ
マとして公知のものを発生し、いくつかの応用で好まれている。さらに、膜の堆
積と特性を最適化するために、このプラズマ装置は、高周波面２０６とシャワー
ヘッド２０５の間に、（高周波電力に加えて）直流バイアス電圧の印加を組み込
むこともできる。
【０１１２】 図１４に示すように、高周波面２０６はウェーハ３６の下のヒータ組立体２０
２の中に置かれている。高周波発生器２０７は、整合ネットワーク２０８を介し
て高周波面２０６に高周波電力を供給する。高周波貫通孔２０９は、チャンバ２
０４から高周波給電線２１０を分離している。高周波貫通孔２０９と同一の、あ
るいは異なるヒータ貫通孔２１８は、チャンバ２０４からヒータ配線２１２を分
離している。一部の高周波エネルギーは、高周波面２０６から加熱素子２１１へ
、また高周波給電線２１０からヒータ給電線２１２へ、それぞれ素子２１３及び
２１４により表される寄生容量を介して、容量結合している。したがって、高周
波貫通孔２０９及びヒータ貫通孔２１８は、両方共に、発生する高周波電圧に耐
えられる高電圧貫通孔である。単に説明のためにコンデンサーとして示されてい
る寄生容量２１３及び２１４は、個別部品のコンデンサーではなく、各導体の接
近から生じている容量結合効果を表している。固体のセラミック、多孔質のセラ
ミック、あるいは石英ガラスで作ることができるサポート・シャフト２０３内の
プラグ（図示せず）は、上述のように、高周波配線２１０とヒータ配線２１２の
間の直流分離（あるいは直流閉塞）を行っている。サポート・シャフト２０３の
ベースに可能な限り近く配置された、フィルタ２１５はヒータ給電線に結合した
高周波エネルギーを阻止する。他の方法では、ヒータ給電線は輻射し、コントロ
ーラのような他の装置構成要素と無線周波数干渉あるいは電磁干渉を起こす恐れ
がある。フィルタ２１５は、ヒータ給電線２１２の両線上の無線周波周波数に高
インピーダンスを与え、また動作周波数すなわち堆積装置の周波数において高い
インピーダンスを有し、一方、通常約６０ヘルツのような非常に低い周波数であ
るヒータ電源２１６の周波数において低インピーダンスを有するように、最適化
されている。ヒータ電源２１６は、交流（ＡＣ）電源２１７により駆動される。
フィルタ２１５は、ヒータ電源２１６を保護し、電子的雑音及び干渉を減少し、
チャンバ内の高周波エネルギーを維持する機能を備えている。フィルタ２１５に
より供給される高周波エネルギーに対する高インピーダンスは、発生器２０７か
らプラズマ（図示せず）への高周波エネルギーのより効率的伝達を可能にする。
高周波において低インピーダンスを有するフィルタは、ヒータ電源２１６を介す
る十分な高周波エネルギーを短絡する恐れがあり、その結果プラズマは点弧しな
い可能性がある（グロー放電は開始する）。高周波発生器２０７は、約１００キ
ロヘルツ及び約５００キロヘルツの間の任意の、望ましくは約４００キロヘルツ
の周波数で、あるいは約１３．５６メガヘルツの周波数で、あるいは他の周波数
で、動作することができる。
【０１１３】 図１５は、それぞれ異なる周波数を供給する２つの異なる高周波装置を利用す
る本発明による堆積装置の略図である。本実施例においては、高い周波数の高周
波装置２１９は、低い周波数の高周波装置２２０により高周波面２０６に供給さ
れる周波数、たとえば１００−５００キロヘルツよりも、高い周波数たとえば約
１３．５６メガヘルツでシャワーヘッド２０５に電力を供給する。高い周波数の
高周波装置２１９は、高い周波数の高周波電力が高い周波数の高周波発生器２２
２からシャワーヘッド２０５へ流れることを可能にする一方で、低い周波数の高
周波エネルギーが高い周波数の高周波発生器２２２に入ることを阻止するハイパ
ス・スルーフィルタ２２１を有する。ローパス・シャントフィルタ２２３は、低
い周波数のエネルギーに対してアースへの経路を提供し、したがって、シャワー
ヘッド２０５が高周波面２０６に対して低い周波数の高周波で補足的な（接地さ
れた）電極として作用することを可能にする。ローパス・スルーフィルタ２２４
は、高い周波数の高周波エネルギーが低い周波数の高周波発生器２２５に入るこ
とを阻止する一方で、高周波エネルギーが低い周波数の高周波発生器２２５から
高周波面２０６に流れることを可能にする。ハイパス・シャントフィルタ２２６
は、高い周波数の高周波エネルギーに対してアースへの経路を提供し、したがっ
て、高周波面２０６がシャワーヘッド２０５に対して高い周波数の高周波で補足
的な電極として作用することが可能となる。他の実施例によれば、高い周波数の
高周波が高周波面２０６に供給されてもよく、一方低い周波数の高周波がシャワ
ーヘッド２０５に供給されてもよい。その場合、高い周波数の高周波装置２１９
と、低い周波数の高周波装置２２０は、置き換えられるであろう。発生器と負荷
への電力伝達 (power transfer) を改善するために、整合回路網２２７及び２２
８を、各高周波発生器と対応するスルーフィルタの間に加えることができる。整
合回路網２２７及び２２８は、それぞれスルーフィルタ２２４及び２２１と一体
化することができる。
【０１１４】
【Ｇ．ガス分配装置】
図１６Ａは、内部リッド組立体１７０の単純化された分解組立図である。内部
リッド組立体１７０は、ガスボックス１７３、ガス分配プレート（あるいはガス
遮断プレート）１７２ガス分配プレート４０、セラミック・アイソレータ・リン
グ５２及びチャンバリッド６６を、組立体１７０のさまざまな部品の間に配置さ
れたＯリングのような封止部材（図示せず）と共に有する。内部リッド組立体１
７０は、ガス入力マニホールド１７６から、ガスボックス１７３内で使用するた
めのガス出力マニホールド１７７内の混合領域へ延びているガス流路１７５（部
分的に示す）を収容するガス貫通孔ボックス１７３をさらに有する。ガス流路１
７５は、ガスを混合領域に送出する。混合領域において、ガスは入口管４４を介
して送出される前に混合される。いくつかの具体的な実施例では、ガス貫通孔ボ
ックス１７３、ガス入力マニホールド１７６及びガス出力マニホールド１７７は
、ニッケルあるいはニッケルめっきされたアルミナのような材料で作られている
。プラズマ・プロセスに対しては、ガス貫通孔ボックス１７３は、ガス分配装置
内のガスの破壊 (gas breakdown) とガスの堆積を伴わずに、ガスボックス１７ ３に高電圧高周波電力を印加することも可能にする。代表的なガス貫通孔ボック
スは、同一譲受人の Wang への米国特許第４，８７２，９４７号に見ることがで
き、その開示は参考文献としてあらかじめ本明細書に含まれる。
【０１１５】 ガス分散プレート１７２は、ガスボックス１７３の下部表面を形成する全体と
して円形のディスクである。ガス遮断プレート１７２は、その中を通って、ガス
遮断プレート１７２とシャワーヘッド４０の間に形成された空間（図２の５４）
の中にガスを分散させるための複数のガス分配穴を有する。シャワーヘッド４０
に対向するガス遮断プレート１７２の側面のガスボックス１７３の中に、別の空
間（図２の４８）がある。ガス分散プレート１７２のために選択される材料は、
目的のプロセスに一致するものでなければならない。たとえば、アルミニウムは
低温の非腐食性の堆積に適切であるが、ニッケルを含有する金属は高温、塩素環
境により適切である。ガス遮断プレート１７２内の分散穴（図示せず）は、通常
約１０−４０ミルの直径を有する。当然ながら、遮断プレート１７２が本発明の
推奨実施例に含まれることは、当業者により認識されるであろう。
【０１１６】 図１６Ａに示すように、シャワーヘッド４０内のガス分配穴４２の寸法及び配
置は、プロセス特性によって変化する。たとえば、穴４２は、ウェーハにガスを
均一に分布させるために、均一に間隔を置いてももよい。他方、必要であれば、
穴４２は不均一に間隔を置き配置してもよい。穴４２は、通常５−１００ミルの
範囲内の直径を有するが、約１０−５０ミルの範囲内の直径が望ましい。さらに
、シャワーヘッド４０は従来はアルミニウム合金で作られているが、高温におけ
る塩素核種による腐食性の化学作用からシャワーヘッドを保護するために、陽極
酸化または（チタンコーティング、シリコン炭化物コーティング、あるいはニッ
ケル鍍金のような）他の表面処理が必要なことがある。このような場合には、表
面処理後の直径が所望の値となるように、穴４２は最初に作製されるべきである
。あるいは、シャワーヘッド４０は、ニッケル、チタン、あるいはグラファイト
のような耐腐食性の導電性材料で作ることができ、これらも表面処理することが
できる。ガス分配穴４２は、半導体ウェーハ上の堆積の均一性を促進するように
設計されていることが望ましい。（上述のシャワーヘッド温度と同様に）穴も、
フェイスプレートの外（底部）の表面上の堆積の形成を避けるように、特にプロ
セス中に及びプロセス後に剥離してウェーハに落下する恐れのある、表面上のソ
フトデポジット (soft deposit) の堆積を防止するように、設計されている、代
表的な実施例において、穴の配列は、全体として同心の穴４２のリングの１つで
ある。隣接するリングの間の距離（リングとリングの間隔）はほぼ等しく、また
各リング内の穴と穴の間隔はほぼ等しい。ガス分配穴の適切な配置のさらに完全
な説明は、同一譲受人の Wang への米国特許第４，８７２，９４７号に説明され
ており、その開示の全体は参考文献として本明細書に含まれる。
【０１１７】 図１６Ａは、リッド縁から内部リッド組立体を電気的に分離することができる
セラミック・アイソレータ・リング５２をさらに示す。これは、高周波電界が主
として内部リッド組立体、特にシャワーヘッド４０から補足的な高周波電極に放
射するように、高周波電力がリッド縁ではなく内部リッド組立体に印加されるこ
とを可能にする。さらにアイソレータ・リング５２は、チャンバの胴部あるいは
リッド縁と組み合わされたどのようなバイアスとも独立に、直流バイアスのよう
なバイアスをシャワーヘッド４０に印加することを可能にする。
【０１１８】 内部リッド組立体１７０は、組立体をチャンバリッド６６に対して保持するよ
うに、ガス入力マニホールド１７６の上に押し付けるクランピング・バー（図示
せず）により結合されている。点線は、ガスボックス１７３がシャワーヘッド４
０の中にどのように入れ子状に重なっているかを示している。シャワーヘッド４
０は、アイソレータリング５２の中に入れ子状に重なり、アイソレータリング５
２は、チャンバリッド６６の中に入れ子状に重なっている。Ｏリング（図示せず
）は、これらの内部のリッド構成要素の間に気密の封止を形成する。
【０１１９】 プロセスガスがウェーハ表面で反応し、ウェーハ表面上に層を堆積するように
、ウェーハの温度はヒータ組立体３３によつて最低堆積温度を超える温度に通常
保持されている。具体的にいうと、具体的な実施例によれば、ウェーハを摂氏約
２００−８００度の温度に加熱するために、電流は導線１５０を介して加熱素子
１０７に導かれる。推奨実施例において、上述のように、ヒータ制御サブルーチ
ン１６７によって温度は制御される。このプロセスの間に、リッド組立体１７０
は、リッド組立体１７０の中を通るガス、加熱された半導体ウェーハ及びウェー
ハ加熱源を含むさまざまな供給源から熱を受ける。リッド組立体１７０の構成要
素を最低堆積温度以下に維持し、それによってガス反応及びこれらの構成要素の
上の堆積を避けるために、ガスボックス１７３とシャワーヘッド４０の中に形成
された熱交換チャネル（図１６Ａには示されていない）に、熱交換液体が導入さ
れる。図１６Ｂに示すように、シャワーヘッドの温度を下げるために、シャワー
ヘッド４０は熱交換流路２０３を有する。シャワーヘッドは、少なくとも摂氏４
００度以上の温度に加熱される可能性があるヒータペデスタルに近接しているた
めに加熱される恐れがある。バイア（図示せず）は、熱交換流路２０３をガスボ
ックス１７３内の熱交換チャネルに接続する。不要な堆積及びガス分配穴４２の
目詰まりは、シャワーヘッド温度を下げることにより最小限度に抑えられる。
【０１２０】
【Ｈ．排気装置】
図１Ａを参照すると、ポンピング・チャネル６０を介してガスの流量を制御す
るために、バルブ組立体（スロットルバルブ装置）は、分離バルブ７８及び放出
管１７８に配置されたスロットルバルブ８３を有する。プロセスチャンバ３０内
中の圧力は、静電容量マノメータ（図示せず）で監視され、スロットルバルブ８
２を使用して導管１７８の流れの断面積を変えることにより制御される。望まし
くは、プロセッサ８５はチャンバ圧力を示すマノメータから信号を受信する。プ
ロセッサ８５は、測定された圧力値をオペレータ（図示せず）により入力された
設定点圧力値と比較し、チャンバ内の所望の圧力を維持するために必要とされる
スロットルバルブの必要な調整を決定する。プロセッサ８５は、駆動モータ（図
示せず）に調整信号を中継し、駆動モータは設定点圧力値に対応する設定にスロ
ットルバルブを調整する。本発明に使用するための適切なスロットルバルブは、
１９９６年６月２８日に出願された、「プロセス・チャンバの圧力を制御するた
めの改良された装置及び方法」と題する同一譲受人の、同時継続出願番号第０８
／６７２，８９１号（弁理士審理予定表番号第８９１／ＤＣＶＤ−ＩＩ／ＭＢＥ
）に説明されており、その開示の全体は参考文献として本明細書に包含される。
しかし、ＴｉＣｌ4からチタンを堆積するような高ガス流量を必要とするプロセ スでは、排気装置の容量を増加しなければならない。これは、排気ポート８０の
断面積の増加と、放出管１７８及びスロットルバルブ８３の直径の増加を含む。
１つの実施例において、約５トルのチャンバ圧力において毎分約１５リットルの
ガス流に対応するために、排気ポート８０は毎分５リットルのプロセスに適する
であろう約１．５インチの直径から約２インチの直径に増加した。同じ実施例に
おいて、スロットルバルブ及び放出管の直径は、同様に約１．５インチから約２
インチに増加された。これらの直径は、ガス流によって、他の実施例においては
異なることもある。
【０１２１】 分離バルブ７８は、ポンプのポンピング作用によるチャンバ圧力の低下を最小
限度に抑えるために、プロセス・チャンバ３０を真空ポンプ８２から分離するた
めに使用することができる。図１Ａに示すように、ＣＶＤ装置１０のマスフロー
・コントローラ（図示せず）を較正するために、スロットルバルブ８３と共に、
分離バルブ７８も使用することができる。いくつかのプロセスにおいて、液体供
給源は気化され、次にキャリア・ガスと共にプロセス・チャンバ３０の中に送出
される。マスフロー・コントローラは、チャンバ３０へのガスまたは液体の流量
を監視するために使用される。ＭＦＣの較正の間にチャンバ３０内の圧力増加を
最大にするために、分離バルブ７８はスロットルバルブ８３へのガス流を停止あ
るいは制限し、ＭＦＣの較正を容易にする。
【０１２２】 上に述べたＣＶＤ装置の説明は例であり、必ずしも本発明の範囲を制限するも
のであると考えるべきではない。代表的なＣＶＤ装置１０は、枚葉式真空チャン
バ装置である。しかし、複数ウェーハのチャンバ装置である他のＣＶＤ装置も本
発明の他の実施例において使用することができる。マルチチャンバ・プロセス装
置内のＣＶＤチャンバの一部として、本発明のいくつかの特徴が示され説明され
たが、本発明は必ずしもこの方法に制限されるとは解釈されないと、理解される
べきである。すなわち、本発明のさまざまな態様は、エッチング・チャンバ、拡
散チャンバまたは同等物のような多種多様なプロセスチャンバで使用することが
できる。設計、ヒータの設計、高周波電力接続の位置、ソフトウェアの動作及び
構造、いくつかのソフトウェア・サブルーチンで使用される特有のアルゴリズム
、ガス入口管及びバルブの構成における変形、ならびにその他の修正のような上
述の装置の変形が実現可能である。さらに、上述した特定の寸法は、具体的な実
施例について与えられたが、当然他の実施例は異なる寸法を有してもよい。さら
に、本発明のいくつかの実施例は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ
ＣＶＤ装置、誘導結合高周波高密度プラズマＣＶＤ装置、または同等物のような
ＣＶＤ装置を含む他の基板プロセス装置で使用することができる。チタン膜のよ
うな、層を形成するための方法は、いかなる特定の装置、あるいは、いかなる特
定のプラズマ励振法にも、必ずしも制限されるものではない。
【０１２３】
【ＩＩ．ＣＶＤリアクタ装置を使用した高温多段階プロセス】 【Ａ．代表的構造及び応用】
図１７は本発明による集積回路９００の単純化した断面図を示す。図に示すよ
うに、集積回路９００はＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタ９０３及び９０６を
有し、トランジスタ９０３及び９０６は、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ）または他の
技術によって形成されたフィールド酸化領域９２０によって、互いに分離され電
気的に絶縁されている。あるいは、トランジスタ９０３及び９０６が両方ともＮ
ＭＯＳあるいはＰＭＯＳのときは、浅いトレンチ分離（図示せず）により互いに
分離され、電気的に絶縁することができる。各トランジスタ９０３及び９０６は
、ソース領域９１２，ドレイン領域９１５，及びゲート領域９１８を有する。
【０１２４】 プレメタル誘電体（ＰＭＤ）層９２１は、トランジスタ９０３と９０６を金属
層９４０から分離し、金属層９４０とトランジスタの間はコンタクト９２４で接
続されている。金属層９４０は、集積回路９００に含まれている４つの金属層９
４０，９４２，９４４及び９４６の１つである。各金属層９４０，９４２，９４
４及び９４６は、それぞれ金属間誘電体層９２７，９２８及び９２９によって、
隣接する金属層から分離されている。隣接する金属層は、選択された開口部にお
いて、バイア９２６により接続されている。金属層９４６の上に平坦なパッシベ
ーション層９３０が堆積されている。ＣＶＤ装置１０は、たとえば金属層９４０
，９４２，９４４及び９４６として使用される膜を堆積するために使用できる。
これらの層は、アルミニウム、金、白金またはタングステン層の下にあるチタン
層のような多数のサブレイヤーからなることもできる。ＣＶＤ装置１０は、デバ
イス構造内のコンタクト９２４あるいはプラグを堆積するのにも使用することが
できる。
【０１２５】 図１８は、本発明の具体例を使用することが可能な、図１７のコンタクト９２
４あるいはバイア９２６のような、代表的なコンタクト構造の断面図である。図
１８に示すように、酸化層９５０、通常ＳｉＯ２、は、結晶シリコンまたは多結
晶シリコンの表面を有する基板９５２の上に約１マイクロメートルの厚さに堆積
されている。酸化層９５０は、プレメタル誘電体またはレベル間誘電体として機
能することができるが、レベル間の電気的接続を行うために、コンタクト・ホー
ル９５４が酸化層９５０を通してエッチングされ、アルミニウムのような金属で
充填される。しかし、高度の集積回路においては、コンタクト・ホール９５４は
狭く、多くの場合０．３５マイクロメートル未満であり、約６対１以上のアスペ
クト比を有する。このような穴を充填するのは困難であるが、穴９５４が最初に
チタン層９５６で整合して被覆され、次にチタン層９５６が窒化チタン層９５８
で整合して被覆される、ある程度標準化されたプロセスが開発されている。その
後、コンタクト・ホール９５４を充填し、上位レベルに電気的接続配線を供給す
るために、多くの場合物理的蒸着によってアルミニウム層９６０が堆積される。
Ｔｉ層９５６は、下層のシリコンと側壁上の酸化物の両方に接着層を提供する。
さらに、オーム接触を形成するために、Ｔｉ層９５６は下層のシリコンとケイ化
物を作ることもできる。ＴｉＮ層９５８はＴｉ層９５６に良く接合し、アルミニ
ウム層９６０はＴｉＮを良く濡らし、したがってアルミニウムは、内蔵されたボ
イドを作らずにコンタクト・ホール９５４を良く充填することができる。さらに
、ＴｉＮ層９５６は、アルミニウム９６０がシリコン９５２の中へ移動し、導電
性に影響することを防止する障壁として作用する。基板９５２がアルミニウムの
表面フィーチャーを有するバイア構造においては、Ｔｉ層９５６は必要がない可
能性がある。チタン及び窒化チタンの導電率は、アルミニウムの導電率ほど高く
はないが、薄い層においては良好な電気的接触を与えるのに十分である。本発明
の好適な実施形態は、Ｔｉ層９５６を堆積するために使用することができ、他の
実施例はＴｉＮ層９５８ならびに他の層を堆積するために使用することができる
。
【０１２６】 図１７の単純化された集積回路９００及び図１８のコンタクトの構造は、例示
の目的のためのみであることが理解されねばならない。当業者は、マイクロプロ
セッサ、特殊用途の集積回路（ＡＳＩＣＳ）、メモリデバイス及び同等物ならび
に個別部品のような他の集積回路の製造に、本方法を実施できるであろう。さら
に、本発明はＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラまたはＢｉＣＭＯＳデ
バイスに適用することが可能である。金属膜の堆積に関する応用を以上に説明し
たが、本発明は、金属間の堆積、金属堆積から金属間膜の任意の形成、あるいは
不純物添加膜の堆積のような他の応用にも使用することができる。具体的には、
本プロセスは、ＢＳＴ及びＰＺＴのような金属酸化物のＣＶＤに有利に適用する
ことができる。当然ながら本発明は、多くの他の形式の金属ＣＶＤプロセスに適
用可能であり、誘電体ＣＶＤ及び他のプラズマ応用に同様に有用である。
【０１２７】
【Ｂ．代表的なプロセス】
図１９は、本発明の具体的実施例による、基板上のチタン膜のような膜を堆積
するために、上述のＰＥＣＶＤ装置に使用可能な、代表的なプロセスにおけるス
テップのフローチャートを示す。チタン膜をほぼ毎分１００オームストロングの
速度で製造する他のプロセスとは対照的に、これらの代表的なプロセスは、少な
くとも毎分約２００オームストロングまでの堆積速度で、気化された液体ＴｉＣ
ｌ4供給源から毎分約４００オームストロング以上までの堆積速度で、チタン膜 を製造するために、プラズマＣＶＤを使用している。加速された堆積速度は、液
体供給装置の制御、乾式洗浄プロセスによる効率、フェイスプレートのような耐
食性の高温チャンバの構成要素、（上述のセラミックヒータ組立体のような）ヒ
ータ及びそのほかにより、達成されると考えられる。加速された堆積速度は、ウ
ェーハ当たりの短いプロセス時間、したがって、堆積装置からのより大きいウェ
ーハ・スループットを可能にする。セラミックヒータ組立体に使用されている電
気抵抗発熱素子は、たとえば、他の従来のＣＶＤ装置で普通に実現できるよりも
高い温度を供給する。これらのプロセスの実行に適している代表的な基板処理装
置は、米国カリフォルニア州、サンタクララのアプライド・マテリアル社から入
手できるＴｉｘＺ装置（２００ミリ・ウェーハまたは、３００ミリ・ウェーハま
たは他の寸法のウェーハ用に拡張容易に装備されている）である。
【０１２８】 このプロセスのための反応性ガス及びソースガスの流量は、テトラキス−ジメ
チルアミド−チタンのような有機金属ソースからの窒化チタンの堆積のような、
類似のプロセスのための流量の約３倍である。したがって、図１Ａに示す排気口
８０及びスロットルバルブ８３は、すでに説明したように、類似のチャンバ容積
を有する従来のＰＥＣＶＤ装置よりも大きな断面積を有する。上述のように、シ
ャワーヘッド４０及びバッフルプレート５２も、増加したガスの流れに適応でき
るように作られている。さらに、ＴｉＣｌ4からのチタンの堆積は、副産物とし て塩素ガス、塩素イオン及び塩酸を生成するので、本発明の具体的実施例によれ
ば、バッフル（またはブロッカー）プレート５２はニッケルで、シャワーヘッド
４０は陽極処理アルミニウムで作られている。さらに、反応が高温であるために
、シャワーヘッド４０は液体の熱交換路８１を有し、熱交換路８１はシャワーヘ
ッド上の堆積を減少させ、特にプラズマの存在下で塩素の核種によるシャワーヘ
ッドの腐食を減少させている。このプロセスの間、ウェーハの温度は一定に保た
れ、スロットルバルブは全開となっている。スロットルバルブは圧力の読み取り
値にもとづいて制御されていないので、チャンバの圧力は、他の要因の中でも、
反応性ガス、ソースガス及びパージガスの流入量、これらのガスの結合または解
離の割合、ポンプの容量によって設定される、チャンバの圧力は、堆積中は約１
−１０トルの間とすることができるが、本発明の具体的実施例においては、約４
．５−５トルが望ましい。
【０１２９】 本プロセスにおける第一のステップは、温度の設定（ステップ１００８）であ
る。このステップの間、チャンバは、堆積が発生するよりも高い圧力にアルゴン
のような非腐食性ガスで加圧されている。これは、チャンバ内のボイドあるいは
空洞スペース、特にヒータペデスタルの内部を、パージガスで予め充填すること
を可能にする。チャンバ圧力が本発明の具体的実施例における約４．５トルの堆
積圧力に減少するにつれて、このパージガスは次に放出され（ステップ１００９
）、これにより、ヒータペデスタルまたはチャンバの部品を腐食または酸化させ
るおそれのあるプロセスガスの侵入を最少にしている。本プロセスは、望ましく
は摂氏約４００度−７５０度の間の温度で、最も望ましくは本発明の具体的実施
例の摂氏約６２５度で行うことができる。ステップ１００８において、温度は摂
氏約６３５度に初期設定され、ウェーハがチャンバにロードされる。プロセスガ
スは流入を開始したときに、ヒータ及びウェーハを冷却するので、初期温度はプ
ロセス温度よりも高く設定されている。最初にウェーハをプロセス温度よりも高
く加熱すると、ウェーハのサイクルタイムを短縮し、ガスの流れがスタートした
後にヒータがプロセス温度に戻るように、ヒータ電力が増加されたときに、通常
発生するヒータ素子とヒータ表面の間の温度勾配によって生じるヒータへの熱衝
撃を減少させる。
【０１３０】 ウェーハをロードして約１５秒後に、アルゴンのようなパージガスがチャンバ
に流入するので、この場合摂氏約６２５度である動作温度に温度が設定される（
ステップ１００９）。ガスの流れを開始する時に、同時にヒータの設定温度を減
少させることは、ヒータの熱容量がガスの流れの開始に起因する冷却の一部を占
めることを可能にする（ステップ１００９）。この方法で、動作温度からの温度
偏差は減少し、ヒータを動作温度へ回復させるのに必要なヒータ電力は少なくな
る。たとえば、ガス流入開始時の設定温度が摂氏約６２５度（温度維持のために
は最大のヒータ電力の約５０パーセントが必要である）とすると、ヒータを摂氏
約６２５度に回復させるために、ヒータ電力コントローラは１００パーセントの
最大電力をヒータ素子に供給することができる。ガスの流入開始時には摂氏約６
２５度である最初の設定温度が摂氏約６３５度であれば、ヒータ電力コントロー
ラは、ヒータを摂氏６２５度に回復させるために、最大電力の約６５パーセント
の供給しか必要としない可能性があり、したがって、ヒータ素子とヒータ表面の
間の温度勾配は減少する。正確な電力量は、その他の要因の中でも、ヒータの熱
容量、電力コントローラの形式、及びガスの流れによって変動する。
【０１３１】 パージガスの適切な流量は、約５．５リットルの容積のチャンバに対して、約
５００−３０００ｓｃｃｍの範囲であり、約１０００ｓｃｃｍであることが望ま
しい。この間、ウェーハはシャワーヘッドから約５５０ミルの距離に保持され、
チャンバはスロットル・バルブの全開により、約４．５トルにポンプダウンされ
る。本実施例のプロセスの残りの時間の間、スロットル・バルブは開かれたまま
に保たれているが、（圧力センサの読み取り値で制御される）オープンループあ
るいはクローズドループ様式で、部分的に閉じられていてもよい。多いあるいは
少ない流量が、大きいあるいは小さいチャンバに適しているはずであることは理
解できる。１つの実施例において、チャンバの下部領域における不要な堆積を減
少させるために、チャンバの下部（流量制限リングよりも低い部分）がパージガ
スで覆われるように、パージガスは底部排気口（図示せず）を経由してチャンバ
内に流入する。アルゴンなどのプラズマガスが、シャワーヘッドを経由して、約
１０００−１００００ｓｃｃｍの流量で、望ましくは５０００ｓｃｃｍの流量で
、同時にチャンバ内に流入する（ステップ１００９）。プラズマガスは、高周波
エネルギーを適切に印加することによって、容易にプラズマを形成する。プラズ
マガスの反応性ガス及びソースガスとの混合物は、反応性ガス及びソースガスか
らのプラズマの形成を容易にする。同時に、水素（Ｈ2）などの反応性ガスが、 初期流量で放出される（ステップ１００９）。所望の膜を形成するためにソース
ガスの分解に必要なエネルギーを、反応性ガスは低下させ、さらに、塩素の一部
を、ＣｌまたはＣｌ2としておくよりも、塩化水素（ＨＣｌ）に集中させる (con
vening) ことによって堆積副産物の腐食性を減少させる。反応性ガスの流量は、
初期流量から最終流量へ段階的に（または別の方法として傾斜をつけて）増加さ
れる。反応性ガスの最終流量はかなり高く、突然放出されるとウェーハを過度に
冷却するので、これはヒータに対する熱衝撃を減少させる。この段階的なあるい
は傾斜をつけたガスの供給開始は、ヘリウムまたは水素などのガスでは、これら
のガスは高い熱伝導特性を示すので、特に重要なことがある。いくつかの特定の
実施例では、反応性ガスの初期流量は最終流量の約１１パーセントとすることが
できる。この状態は約５秒間保持される。
【０１３２】 次のステップにおいて、反応性ガスの流れは、最終流量の約３２パーセントま
で増加される。（ステップ１０１１）約５秒間の待機の後に、反応性ガスの流れ
は最終流量の約５３パーセントに増加され、ソースガスが放出される。（ステッ
プ１０１２）特定の実施例において、反応性ガス対ソースガスの流量比は、約２
５０対１未満であることが望ましい。１つの実施例においては、ソースガスは、
摂氏約６０度に加熱された４塩化チタン（ＴｉＣｌ4）の液体供給源を通って泡 立てられたヘリウムガスから成っている。液体上の全圧力は、ヘリウムの圧力と
蒸気の圧力の組み合わせである。液体の４塩化チタンを摂氏約６０度に加熱する
と、４塩化チタンの蒸気圧は約６０トルになる。
【０１３３】 液体供給源・バブラーを通過するヘリウムの流れは約２００ｓｃｃｍに設定さ
れる。結果として組み合わされた４塩化チタンの蒸気とヘリウムの流れは、出力
供給源管上のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）（４塩化チタンに対して較正さ
れた）を通過する５８ｓｃｃｍの流量に対応する。当業者は、ＭＦＣが特定のガ
スに対して較正され、ヘリウム・バブラー圧力とヘリウム・プラス・４塩化チタ
ン蒸気の出力圧力との間の相対的圧力を変化させると、ＭＦＣが５８ｓｃｃｍの
流れに制御し続けても、ソースガス中の４塩化チタン蒸気の濃度を変えることを
理解している。さらに、ＴｉＣｌ4を高温に加熱すると、高い蒸気圧をもたらす だけでなく、与えられた流れに対してソースガス中のＴｉＣｌ4蒸気の濃度が変 化する。高い膜堆積速度を生ずる安定したＴｉＣｌ4蒸気の送出を行うために、 ヘリウム圧力、出力供給源の圧力及びＴｉＣｌ4の温度を選択することが望まし い。チャンバと真空ポンプの間のスロットル・バルブは、開いたままに保持され
、最大の排気能力が得られる。上記の流量においては、使用される特定の堆積装
置に対する結果として生じるチャンバ圧力は、約４−５トルである。利用できる
排気能力を仮定して、ＴｉＣｌ4蒸気とＨ2の相対的流れは、これらの条件の下で
作成されるチタン層の形成を最適にするように選択される。大きい排気能力は高
い全ガス流量が可能であり、したがって、大量のＴｉＣｌ4蒸気が堆積チャンバ に送られる。同様に、固定した排気能力を持つ装置内でＴｉＣｌ4蒸気の流れに 対してＨ2の流れを相対的に増やすと、チャンバに送られるＴｉＣｌ4蒸気の量を
減少させる。
【０１３４】 温度基準のＭＦＣコントローラの代案として、圧力基準の制御装置を使用する
ことができる。圧力基準のコントローラの例は、すでに説明したように、圧力調
整器、固定アパーチャー（オリフィス）コントローラ及び可変アパーチャー・コ
ントローラを含んでいる。固定アパーチャー・コントローラの単純性は、ＭＦＣ
コントローラの中で濃縮し、及び／または目詰まりさせ、したがって、その温度
検知機構を無効にするＴｉＣｌ4などの蒸気では望ましいことがある。たとえば 、ＴｉＣｌ4の液体供給源と堆積チャンバの間に配置された２９．２ミルのアパ ーチャーは、ＴｉＣｌ4蒸気のチャンバへの安定した送出を維持することが可能 である。他の実施例において、高い堆積速度を得るために、アパーチャーは約２
５−ないし４０ミルの範囲とすることができる。この実施例においては、測定さ
れたチャンバ圧力によって、圧力コントローラを使用してスロットル・バルブを
調整することにより、チャンバは約４．５トルの圧力に維持されている。液体供
給源が摂氏約６０度に加熱され、ヘリウムが約４００ｓｃｃｍで液体を通して泡
立てられれば、約４．５トルの出力圧力において、アパーチャーは液体供給源上
で約１１０トルの安定した圧力を維持する。特に、安定な堆積速度を維持するた
めに十分な蒸気圧を供給する温度に液体供給源が加熱されれば、適正な蒸気の流
量もバブラー・ガスを使用せずに得ることができる。
【０１３５】 次に、反応性ガスは約９５００ｓｃｃｍの最終処理流量に設定され（ステップ
１０１３）、シャワーヘッドのノズルから約４００ミルの処理位置にウェーハが
移動する前に、この値は約５秒間維持される（ステップ１０１４）。ガスの流れ
のパターンが安定することができるように、この条件はさらに５秒間維持され、
次に高周波電力が投入される（ステップ１０１５）。約２００−２０００ワット
の間の電力レベル、望ましくは約７００ワットの電力レベルにおいて、高周波の
周波数は約３００−４５０キロヘルツの間とすることができ、約４００キロヘル
ツが望ましい。紫外線源または火花発生器などのグロー放電を点火するための付
加的な手段を必要とせずに、アルゴンの使用を含むこれらの条件は安定したプラ
ズマを確立する。別の実施例は、たとえば約１３．５６メガヘルツで作動する、
より高い周波数の高周波電源を使用しても良い。この電源は、より低い高周波電
源の代わりに、あるいは付加的に使用することができる。チタン膜は、毎分約２
００オームストロングの速度でウェーハ上に堆積される。したがって、これらの
プロセス条件を約１００秒間維持すると、厚さ約３００オームストロングのチタ
ン膜が得られる。
【０１３６】 所望の膜が堆積された後、ソースガス及び反応性ガスは遮断される（ステップ
１０１６）。プラズマ電力は、約２秒の間に低い電力レベル（堆積電力レベルの
約４３パーセント）に減少され（ステップ１０１７）、約２秒の間に約２０パー
セントに再び減少され（ステップ１０１８）、次に約２秒の間に最終的に約７パ
ーセントに減少され（ステップ１０１９）、この後高周波電力は遮断される（ス
テップ１０２０）。この間、スロットル・バルブは開いたままになっている。チ
ャンバの冷たい壁、特にフェースプレート及びリッドに対する熱損失を減らすた
めに、ヒータは下げられる。このプラズマ・パージ・シーケンスは、チャンバ及
びチャンバのさまざまな構成要素の上に形成された大きな微粒子を緩める作用を
する。次に、プラズマ電力、プラズマガス及びパージガスは遮断され、チャンバ
は処理済みウェーハをアンロード（ステップ１０１０）する前にポンプダウンさ
れる（ステップ１０２１）。ウェーハが取り除かれた後、次のウェーハがロード
される（ステップ１０２３）前に、温度は摂氏約６３５度に予め設定される（ス
テップ１０２２）。現場でのプラズマ・パージ・プロセスが３段階のプロセスと
して説明されたが、このプロセスはより少ないステップで、あるいはステップを
追加して実行することも可能であり、あるいは、高周波電力を一定の率または可
変の率によって変化させながら、連続的に減少させて行うこともできる。
【０１３７】 各ウェーハの堆積の後で行われるプラズマパージ洗浄に加えて、ウェーハの汚
染を避けるために、付加的な洗浄手順が利用される。乾式洗浄プロセス（チャン
バのリッドを開けずに行われる）は、ある回数のウェーハ堆積プロセスの後に、
周期的にチャンバに対して行われる。本発明によれば、この洗浄プロセスの間、
ウェーハ（たとえばダミーウェーハ）はチャンバ内に存在しない。この乾式洗浄
プロセスは、Ｘ個のウェーハごとに、望ましくは１−２５個のウェーハごとに行
うことができる。特定の実施例においては、この乾式洗浄を、たとえば３−５個
のウェーハごとに行うことができる。装置のウェーハの総合的アウトプットに大
きく影響しないように、乾式洗浄プロセスを効率的に維持することが望ましい。
特定の実施例による、代表的な乾式洗浄プロセスを以下に詳細に説明する。
【０１３８】 再び図１９を参照すると、Ｘ個のウェーハ（たとえばＸ＝３）が処理されると
、チャンバは乾式洗浄の期限となる（ステップ１０２４）。最初に、ヒータはシ
ャワーヘッドから約７００ミルの距離に移動され（ステップ１０２５）、摂氏６
２５度のプロセス温度に維持される。チャンバは、約０．１−１０トルの範囲の
、望ましくは約５トル以下の、また特定の実施例においては約０．６トルの、洗
浄圧力に維持される。これは、ヒータからシャワーヘッドへの熱の流れを最少に
し、したがってヒータに対してシャワーヘッドを冷却する。チャンバは、約５−
１５トルの間の圧力で、特定の実施例においては望ましくは約１５トルの圧力（
プロセス圧力よりも高い）で、アルゴンなどのパージガスを使用してパージされ
（ステップ１０２６）、次に約０．６トルにポンプダウンされる（ステップ１０
２７）。ポンプダウン圧力あるいは堆積圧力のいずれよりも高い圧力でのパージ
は、ヒータペデスタルをアルゴンガスで充填し、続いて、洗浄プロセスガスがヒ
ータあるいはペデスタルへ侵入しないように、アルゴンガスは放出される。すで
に説明したように、次にアルゴンガスに加えて塩素ガス（Ｃｌ2）が約２００ｓ ｃｃｍの速度でチャンバ内に流入し（ステップ１０２８）、プラズマ形成を助け
る。次に、約４００ワットの電力でプラズマが点弧する（ステップ１０２９）。
この条件は約８０秒間維持され、この間に塩素の核種は不要な堆積物と反応し、
アルゴンプラズマの核種は物理的に堆積物に衝撃を与え、これらの堆積物をチャ
ンバ構成要素からエッチングする。チャンバの最高温の露出部分、すなわち、ウ
ェーハによって覆われず、あるいは流量制限リングによって遮蔽されなかったヒ
ータの上部表面上で、堆積プロセスからできる不要な堆積物は通常最大の厚さが
ある。ヒータをシャワーヘッドから離すことによって、上で与えられた条件は、
これらのチャンバ構成要素、特にシャワーヘッドを過度にエッチングせずに、す
べてのチャンバ構成要素の十分な洗浄を確実にする。プラズマ洗浄の後に、約５
秒間プラズマパージを行うために、塩素ガスは遮断され、プラズマ電力は約５０
ワットまで減少される（ステップ１０３０）。次に、チャンバの中に次のウェー
ハをロードすることによってＸ個のウェーハを処理する（ステップ１０３２）準
備のために、温度は摂氏約６３５度に予め設定され（ステップ１０３１）、チャ
ンバは約１５秒間排気される。当然ながら、チャンバのさまざまな部品を手作業
で洗浄するために、湿式洗浄または予防保守洗浄（処理済みウェーハの１００な
いし１０００枚ごとに行う）を、チャンバのリッドを開けて実行することができ
ることは認識されている。
【０１３９】 ウェーハの堆積の間に定期的な乾式洗浄プロセスを行うことは、多くの場合非
常に時間を必要とするこれらの予防保守洗浄の頻度を最少にする。さらに、乾式
洗浄プロセスはより清浄なチャンバを提供し、チャンバ内で行われるプロセスは
効率的で速い堆積速度に貢献すると信じられている。
【０１４０】
【ＩＩＩ．テスト結果及び測定】
チタン膜または良好なギャップ充填特性を有する他の膜の速い堆積に適する堆
積プロセス及び装置を評価するために実験が行われた。この実験は、抵抗加熱セ
ラミック加熱組立体を有し、２００ミリ・ウェーハ用に構成されたＴｉｘＺ堆積
装置（アプライド・マテリアル社製）で行われた。実験条件は、上述の特定の実
施例にしたがって、下記に示すものを除いて、チタン膜をウェーハ上に堆積する
間の条件に近似するように、一般的に選択された。
【０１４１】 図２０は、抵抗加熱されたＡｌＮヒータ組立体（上述の短いスタブのＡｌＮヒ
ータのような）上で、約５トルのチャンバ圧力で、またシャワーヘッドとウェー
ハ１００２の間は約４００ミルの間隔で、摂氏６２５度の設定点温度まで加熱し
たときの、２００ミリ・シリコンウェーハ１００２の全体に亘る測定温度の均一
性を示すチャートである。図２０に示すように、ウェーハ１００２の異なる位置
における温度の値は、最低摂氏５５２．６度（１００４参照）から最高摂氏５６
５．８度（１００６）までの範囲であり、摂氏１３．２度の温度変動となってい
る。温度の均一性は次式で定義される。
【数１】 温度の均一性＝±（△温度／（２×温度））×１００％ ここで温度は摂氏である。この式を使用すると、ウェーハの全体に亘る温度の均
一性は１．２パーセントである。したがって、本発明によるセラミックヒータは
、良好で均一な加熱能力を示している。
【０１４２】 図２１は、ヘリウムを使用して泡立てられた液体ＴｉＣｌ4供給源に対してす でに説明した類似のプロセス条件の下での、チタン層の堆積速度と、供給源出力
におけるＴｉＣｌ4蒸気の濃度との関係を示すグラフである。蒸気圧の比は、Ｔ ｉＣｌ4蒸気圧と、バブラー・サプライからのヘリウム圧力を含む液体供給源上 の全圧力との比である。両方の堆積に対して、液体供給源は、約６０トルのＴｉ
Ｃｌ4の蒸気圧を生成する摂氏約６０度の温度に維持されている。両方の堆積は 、液体上の全圧力を約１２０トルに制御するために、同じ固定アパーチャー・オ
リフィスを使用して、ほぼ同じチャンバ圧力で行われた。ヘリウム・バブラー・
ガスの流れは、異なるＴｉＣｌ4蒸気圧比を発生するように、変化された。図２ １に示すように、この領域で蒸気圧の比を２倍にすると、堆積速度は２倍になる
。この領域では関係は線形に見えるが、蒸気圧比の全範囲に亘っては、線形の可
能性もあり、線形ではない可能性もある。さらに、蒸気圧比の制御は、ＴｉＣｌ 4 液体供給源の温度（したがって蒸気圧）を制御するような、他の手段により達 成することができる。たとえば、液体供給源の温度を摂氏７０度に上げると、約
９０トルのＴｉＣｌ4の蒸気圧を発生することができる。ヘリウム・バブラーの 流量が一定であると仮定すれば、液体供給源の温度を上げると蒸気圧比を増加さ
せることができ、したがって、堆積チャンバへ送られるＴｉＣｌ4の量が増加す る。圧力制御装置のオリフィスの直径を増加させることは、すでに説明したよう
に、圧力比も増加させることができ、これによりチャンバへ送られるＴｉＣｌ4 の量を増加させる。オリフィスの直径は、特定の実施例においては、約２５−４
０ミルの範囲とすることができる。たとえば、オリフィスの直径を約２９ミルか
ら約３５ミルに増加させると、堆積速度を毎分約２００オングストロームから毎
分約４００オングストロームへ増加させることができる。たとえば、チャンバの
圧力あるいはウェーハの温度のような、堆積パラメータを変化させると、異なる
堆積速度を得ることができる。チャンバへのソースガスの出力（アパーチャー・
オリフィスを介してチャンバ内に導入される気化された液体供給源からソースガ
スを供給するための、バブラーのような）に対して、圧力にもとづいた制御を使
用すると、堆積速度の良好な制御、ならびに堆積プロセスの安定性と信頼性が得
られる。
【０１４３】 以上の説明は実例を示すものであり、制約的なものではないと意図しているこ
とは、理解されるべきである。上記の説明を検討すれば、当業者には多くの実施
形態例が明白であろう。例として、本明細書においては本発明を主としてチタン
プロセスのレシピに関して説明したが、それに制限されるものではない。たとえ
ば、他の実施形態によって形成される膜は、チタンシリサイド膜、チタン窒化物
膜、その他の金属膜、不純物を添加した膜、誘電性の膜、あるいは他の膜でもよ
い。他の例として、具体的な実施例に対して使用されるプラズマガスはアルゴン
であるが、他の実施例においてはＢＣｌ3あるいはＣｌＦ3のような他のガスをプ
ラズマガスとして使用することができる。当然ながら、上述の同じＣＶＤ装置が
、摂氏約４００度以下の温度で、また摂氏６２５度を超える温度で、膜を堆積す
るために使用できることが認められる。さらに、さまざまな具体的な実施例に対
して、本発明が上述した特定の寸法に制限されないことが認められる。さらに、
具体的な実施例に対して上述した材料の他の材料が、ニッケル、グラファイト、
あるいは他の材料で作られているフェイスプレートのようなチャンバのさまざま
な構成要素に使用できる。さらに、本発明のさまざまな態様は他の応用に対して
も使用することができる。当業者は、本発明の特許請求の範囲内で、層を堆積す
るための他の等価な、あるいは別の方法を認めるであろう。したがって、本発明
の範囲は、上記の説明を参照して判定されるべきではなく、その代わりに、この
ような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の完全な範囲に加えて、添付し
た特許請求の範囲を参照して判定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 堆積チャンバの単純化された断面図を含む本発明による堆積装置の一実施例の
ブロック図である。
【図１Ｂ】 使用者と本発明による堆積装置を制御することができるプロセッサの間のイン
ターフェイスを示す。
【図２】 本発明の実施例による堆積チャンバの単純化された断面図である。
【図３】 本発明の実施例によるウェーハの全体にわたるガスの流れと、排気装置へのガ
スの流れの単純化された部分断面斜視図を示す。
【図４Ａ】 ヒートシールド及びセラミックライナーに関して流量制限リングのさまざまな
実施例を示す。
【図４Ｂ】 ヒートシールド及びセラミックライナーに関して流量制限リングのさまざまな
実施例を示す。
【図４Ｃ】 ヒートシールド及びセラミックライナーに関して流量制限リングのさまざまな
実施例を示す。
【図４Ｄ】 ヒートシールド及びセラミックライナーに関して流量制限リングのさまざまな
実施例を示す。
【図４Ｅ】 ヒートシールド及びセラミックライナーに関して流量制限リングのさまざまな
実施例を示す。
【図５】 本発明の実施例によるシステム制御ソフトウェアの階層的制御構造の実例のブ
ロック図を示す。
【図６】 本発明の実施例による金属サポート・シャフトに結合されたセラミックペデス
タルの断面図を示す。
【図７Ａ】 本発明の実施例によるヒータ組立体の単純化された分解組立図を示す。
【図７Ｂ】 本発明の実施例によるヒータ組立体における高周波面の平面図である。
【図７Ｃ】 本発明の実施例によるヒータ組立体における平坦なリボン加熱素子の単純化さ
れた部分平面図である。
【図７Ｄ】 本発明の他の実施例によるシームレスな平坦なリボン加熱素子の単純化された
平面図である。
【図８Ａ】 パージガスを使用するために封止された長いセラミックサポート・シャフトを
有する本発明の実施例によるセラミックペデスタルの断面図を示す。
【図８Ｂ】 排気のために封止された長い直線のセラミックサポート・シャフトを有する本
発明の実施例によるセラミックペデスタルの断面図を示す。
【図８Ｃ】 電気貫通孔のための柱状の深ざぐり結合部の細部の単純化された断面図を示す
。
【図９Ａ】 本発明の実施例によるヒータ組立体の中の高周波面と加熱素子に対する電気的
接続の細部の単純化された断面図を示す。
【図９Ｂ】 本発明の実施例による接合ディスクを介する高周波面への電気的接続の細部の
単純化された断面図を示す。
【図９Ｃ】 本発明の実施例による接合ディスクを組み込んだ単純化されたセラミック組立
体の分解組立図を示す。
【図９Ｄ】 本発明による電極ベースに部分的に突き出ている電極の実施例を示す。
【図９Ｅ】 本発明によるフランジを付けた電極ベースの実施例を示す。
【図９Ｆ】 本発明によるディスク形の電極ベースの上に配置された電極の実施例を示す。
【図９Ｇ】 本発明による十字形のパターン及びスルーホールを有する金属「スパイダー」
の上に配置された電極の実施例を示す。
【図９Ｈ】 本発明による曲がったアームを有する金属「スパイダー」の上に配置された電
極の実施例を示す。
【図９Ｉ】 アームが分岐している金属「スパイダー」の実施例を示す。
【図１０】 本発明の実施例によるヒートチョークされたカプラー (heat choked coupler)
及びクランプを有するカプラーの単純化された断面図を示す。
【図１１】 本発明の実施例による本発明によるヒートチョークされたカプラーの一実施例
の単純化された等角図を示す。
【図１２】 サポート・シャフトと、上部クランプを有するヒートチョークされたカプラー
と、ヒータ組立体の間の関係を示している本発明の実施例による単純化された断
面分解組立図を示す。
【図１３】 本発明の実施例によるペデスタルねじとカバープラグの単純化された断面図を
示す。
【図１４】 本発明の実施例によるヒータ組立体の中の底部から電力を供給する高周波面の
単純化された図である。
【図１５】 本発明の実施例による高周波装置の単純化された図である。
【図１６Ａ】 本発明の実施例による内部リッド組立体の単純化された分解組立図を示す。
【図１６Ｂ】 シャワーヘッド及び熱交換流路の単純化された部分断面細部である。
【図１７】 本発明の１つの態様によって作製された装置の単純化された断面図を示す。
【図１８】 本発明の１つの態様によって作製された装置における接触の単純化された断面
図である。
【図１９】 本発明の一実施例に使用することができる本発明の実施例によるプロセス・シ
ーケンスのフローチャートである。
【図２０】 本発明の実施例によるヒータペデスタルの温度均一性についての試験結果を示
す、
【図２１】 他の点では同様な堆積条件での、ＴｉＣｌ４の蒸気圧比率に対するチタン層の
堆積速度のグラフである。
【符号の説明】
４ オプションの遠隔プラズマ装置 ５ 高周波電源 ６ 熱交換装置 ３０ リアクタ・チャンバ ８５ プロセサ ８６ メモリ ８８ 真空系 ８９ ガス伝達システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サジョト， タレックス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ティークウッド ドライヴ 1373 ナンバー94 (72)発明者 ドーンフェスト， チャールズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ホワイトキャップ ウェ イ 39654 (72)発明者 モーテンセン， ハロルド アメリカ合衆国， カリフォルニア州， カールスバッド， バホ コート 3336 (72)発明者 パリカ， リチャード アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン クレメンテ， ヴィア ザパタ 121 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QB02 QB31 QB43 QB80 QC02 QC20 QC33 RF03 RF11 RF19 RF26 UB02 VV03 VV08 VV10 4K030 AA02 AA03 AA16 AA18 BA18 CA04 EA05 FA03 JA05 KA17 KA23 KA41 KA46 LA15

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック上部層と、 複数の打ち抜き穴を有する打ち抜き穴をあけた金属層であって、前記打
    ち抜き穴をあけた金属層は、前記セラミック上部層の下に配置されている、打ち
    抜き穴をあけた金属層と、 電極ベースに結合された複数の電極であって、前記電極は前記打ち抜き
    穴をあけた金属層を前記電極ベースに電気的に結合している、電極ベースに結合
    された複数の電極と、 前記打ち抜き穴をあけた金属層と前記電極ベースの間に配置されたセラ
    ミック接合ディスクであって、前記セラミック接合ディスクはその中を通って前
    記電極が前記セラミック接合ディスクを通って前記打ち抜き穴をあけた金属層へ
    延びている複数の穴を有し、前記セラミック上部層は前記打ち抜き穴をあけた金
    属層の中の前記複数の打ち抜き穴の少なくとも１つを介して前記セラミック接合
    ディスクに接合されている，セラミック接合ディスクと、 を備える組立体。
  2. 【請求項２】 前記セラミック上部層及び前記セラミック接合ディスクはア
    ルミニウム窒化物を備える、請求項１記載の組立体。
  3. 【請求項３】 前記打ち抜き穴をあけた金属層は高周波電極である、請求項
    １記載の組立体。
  4. 【請求項４】 前記打ち抜き穴をあけた金属層はモリブデンあるいはタング
    ステンを含む、請求項１記載の組立体。
  5. 【請求項５】 前記打ち抜き穴をあけた金属層は厚さが約３−６ミルである
    、請求項１記載の組立体。
  6. 【請求項６】 前記セラミック上部層は厚さが約２００ミル未満である、請
    求項１記載の組立体。
  7. 【請求項７】 前記電極ベースは複数のアームを有する金属スパイダーとし
    て構成されている、請求項１記載の組立体。
  8. 【請求項８】 前記複数のアームの少なくとも１つは、前記アームを介して
    少なくとも１つのスルーホールを備えるために、打ち抜き穴をあけられている、
    請求項７記載の組立体。
  9. 【請求項９】 前記複数のアームの少なくとも１つは曲げられている、請求
    項７記載の組立体。
  10. 【請求項１０】 前記組立体の中に配置された平坦な加熱素子をさらに備え
    、前記加熱素子は抵抗素子の同心の部分的な行の複数の対を備える、請求項１記
    載の組立体。
  11. 【請求項１１】 前記同心の部分的な行は、曲がりくねったパターンを有す
    る、請求項１０記載の組立体。
  12. 【請求項１２】 抵抗素子の同心の部分的な行の前記対のそれぞれの間に複
    数のシームを作るように、抵抗素子の前記同心の部分的な行のそれぞれは折り返
    されており、前記複数のシームのそれぞれは少なくとも隣接するシームから円周
    方向にオフセットしている、請求項１０記載の組立体。
  13. 【請求項１３】 抵抗加熱素子の同心の部分的な行の前記複数の対は、不均
    一な加熱特性をもたらすように構成されている、請求項１２記載の組立体。
  14. 【請求項１４】 前記複数の電極の少なくとも１つの部分は、前記電極ベー
    スの端縁に張り出している、請求項１記載の組立体。
  15. 【請求項１５】 前記電極ベースは、上部表面を有する円錐形の形状を有す
    る、請求項１記載の組立体。
  16. 【請求項１６】 導電性のシェルフをさらに備え、前記導電性のシェルフは
    前記複数の電極と前記電極ベースの間に結合されている、請求項１５記載の組立
    体。
  17. 【請求項１７】 前記複数の電極は、前記電極ベースの上に配置されている
    、請求項１記載の組立体。
  18. 【請求項１８】 前記複数のアームは、少なくとも４つのアームを備える、
    請求項７記載の組立体。
  19. 【請求項１９】 前記複数のアームの少なくとも１つは、サブアームに分岐
    している、請求項７記載の組立体。
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