JP2002510876A - 基体処理チャンバの構成部品の直接温度制御 - Google Patents

基体処理チャンバの構成部品の直接温度制御

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JP2002510876A JP2000542785A JP2000542785A JP2002510876A JP 2002510876 A JP2002510876 A JP 2002510876A JP 2000542785 A JP2000542785 A JP 2000542785A JP 2000542785 A JP2000542785 A JP 2000542785A JP 2002510876 A JP2002510876 A JP 2002510876A
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アニシュ トーリア
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Abstract

(57)【要約】 本発明は処理チャンバのある構成部品の温度を調整する装置及び方法を提供し、本方法は、前記構成部品に熱的に接続されている熱伝導体を準備するステップと、前記熱伝導体に接続されているコントローラを準備するステップと、前記構成部品に接続され、温度の読みを前記コントローラへ供給する少なくとも１つの温度センサを準備するステップと、前記熱伝導体の温度を変化させることによって、前記構成部品と前記熱伝導体との間の熱伝達を調整するステップとを含む。また本発明は、あるチャンバ構成部品内に熱勾配を発生させる装置及び方法を提供し、本方法は、前記構成部品に取付けられている第１の温度の第１の熱伝導体を準備するステップと、前記構成部品に取付けられている第２の温度の第２の熱伝導体を準備するステップとを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、一般的には、基体処理チャンバに関する。詳しく述べれば、本発明
は、基体処理チャンバのある構成部品の温度を制御することに関する。
【０００２】 （従来の技術） 集積回路の製造においては、半導体基体上に薄膜を堆積させるために、一般的
には真空処理チャンバが使用されている。真空チャンバ内で遂行される処理は、
典型的には、基体の表面上に複数の金属、誘電体、及び半導体薄膜層を堆積させ
たり、またはそれらをエッチングしたりすることである。これらの処理の例は、
化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、及びエッチング処理を含む。ＣＶＤ
の場合、いろいろなガスが処理チャンバ内へ導入され、基体表面上に材料を堆積
させる反応材として作用する。処理チャンバ内のガス濃度の変動が基体表面全体
に不均一な堆積を発生させ、それが、歩留まりを低下させ、デバイスの障害を発
生させる恐れのある非平面形状をもたらすので、処理の均一な進行を確実にする
ためには処理チャンバ内のガス濃度を均一に分布させることが非常に望ましい。
【０００３】 処理チャンバ内へ処理ガスを均一に導入するために、一般的にはガス分配板が
ＣＶＤチャンバ内に使用される。典型的なガス分配板は、チャンバの頂部部分ま
たはチャンバ蓋の一部として配置されているシャワーヘッドを備えている。一般
的には、処理ガス入口が処理ガスを供給するためにガス分配板に接続されている
。処理ガスは、ガス分配板を通過して処理チャンバ内へ入る。処理ガスの堆積反
応は、典型的には温度依存性である。従って、ガス分配板の温度を、それらの間
で反応が発生しない温度に維持しなければならない。
【０００４】 もしシャワーヘッド上に堆積が発生すれば、それはシャワーヘッドの孔を詰ま
らせて処理ガスがチャンバ内に分配されるのを妨げ、それによって基体表面上に
不均一な処理を生じさせるか、または堆積材料の粒子がシャワーヘッドから基体
表面上へ剥がれ落ちて、基体を無駄にする。更に、ガス供給システムの温度が不
適切であると、ガス供給システム内の処理ガスを凝縮させ、処理チャンバに達す
る処理ガスの量を減少させて不十分な堆積をもたらす。
【０００５】 基体とチャンバ蓋／ガス分配板との間の間隔が狭いので、ガス分配板の温度が
チャンバ内への処理ガスの供給に影響するだけではなく、基体の温度、従って堆
積された薄膜特性にも影響する。典型的には、ＣＶＤ処理チャンバ内は低圧であ
るので、基体温度に主として貢献するのはガス分配板の放射率である。基体の温
度は基体支持体の温度を制御することによって“制御”されるが、固有抵抗（Ｒ s ）の均一性及び堆積厚みの均一性のような薄膜特性は、シャワーヘッド温度の
変動によって生じた基体温度の変動によって影響され得る。
【０００６】 現在、“ＢＣＳ”、即ち「バーンイン／コンディショニング／シーズニング（
焼付け／順化／枯らし）」が、蓋／シャワーヘッド温度を制御するために使用さ
れている。要約すれば、ＢＣＳは、蓋及びガス分配板が（チャンバがバーンイン
／コンディショニング／シーズニングされた）安定状態処理温度に達するまで、
１枚またはそれ以上のウェーハ上にプラズマ処理を遂行し、チャンバ全体に材料
を堆積させることからなる。典型的には、蓋及びガス分配板は、処理中のチャン
バ内に生成されるプラズマによって所望の処理温度に達するまで徐々に加熱され
、プラズマによって供給される熱と、これらの構成部品から熱伝達される熱との
平衡によって維持される。代替として、抵抗加熱器のような能動加熱要素を蓋に
取付けて、安定状態温度までの加熱プロセスをスピードアップすることができる
。安定状態中に発生する反応及び堆積は予測可能であるので、安定状態温度にお
ける処理が望ましい。
【０００７】 ＢＣＳ方法の１つの特定の欠点は、温度が一貫せずにウェーハ毎に不均一な処
理結果をもたらすために、最初の数枚のウェーハを無駄にしてしまう“最初のウ
ェーハ効果”である。ＢＣＳ処理中に、蓋及びガス分配板温度は冷たい開始温度
即ち室温から、チャンバ内に生成されるプラズマによって安定状態温度まで徐々
に上昇する。一般的に基体処理は温度依存性であるので、ＢＣＳ処理中の温度変
動は、最初の数枚のウェーハ上の堆積速度及び他の反応を変動させる。安定状態
の時に処理されたウェーハ上に堆積された薄膜の特性と比較して、最初の数枚の
ウェーハ上に堆積された薄膜の一貫性のない特性は、これら最初の数枚のウェー
ハを無駄にする。１回の処理動作で複数のウェーハを処理している間に温度が変
動しても、これらの複数のウェーハの間の堆積または処理は一貫性がなくなり、
望ましくない一貫性のない薄膜特性を生ずる。また、ＢＣＳ処理は典型的には極
めて時間のかかる処理であり、ＢＣＳ処理で予備的なウェーハが犠牲にされるの
で、生産量が減少する。
【０００８】 チャンバ内で生成されるプラズマによってガス分配板が高過ぎる温度まで加熱
されても、ガス分配板において望ましくない処理ガス反応が発生し得る。典型的
には、ＣＶＤ処理ガスは高温において分解し、堆積速度を低下させる。ガス分配
板における高温による不要反応を阻止する１つの試みは、シャワーヘッドを取り
囲んで液体冷却材通路を設け、熱伝導／対流によってシャワーヘッドを冷却する
ことである。図１は、液体冷却材通路を有するガス分配板の分解斜視図である。
ガス分配板１２０は、ベース１８０及び液体通路カバー１８２からなっている。
ガス分配板１２０は、熱伝導性材料で作られた円板状デバイスであり、側壁１５
２及び底板１５４によって限定されている円形の、同心状に配置されている空洞
１５０を有している。底板１５４上に配置されている複数のガス分配孔１５６は
、処理チャンバ内への処理ガス通路を与える。斜めになっている下側壁部分１５
８が、側壁１５２と底板１５４とを結合している。フランジ部分１６０が水平面
内で外向きに伸びてガス分配板１２０の上側部分を形成し、ガス分配板１２０を
チャンバの蓋のベース板に係合させるのに役立っている。ボルト及びねじのよう
な固定具が複数の係合孔１６２を通って、板１２０をチャンバの蓋のベース板に
固定する。ガス注入板凹み１３０がフランジ部分１６０の上面内に形成され、ガ
ス分配板１２０上にガス注入カバー板を取付けるのを容易にしている。
【０００９】 ベース１８０は、ベース１８０内に加工されている、または切り欠いてあって
側壁１５２を取り囲んでいる液体冷却材通路１７３を含んでいる。液体通路カバ
ー１８２は、固定具によって、または溶接によってベース１８０に固定され、シ
ールされて液体冷却材通路１７３の上壁を形成する。液体通路カバー１８２は、
液体通路カバー１８２から上方に突き出ている入口１７０及び出口１７４を含ん
でおり、これらの入口及び出口の中を孔１７２及び１７６が通っている。液体冷
却材通路１７３は、完全な環状通路として形成されてはいない。液体冷却材通路
１７３の入口部分２０６と出口部分２０８との間の閉塞部分２０４が、入口部分
２０６と出口部分２０８との間の短い弧状の距離を液体冷却材が流れるのを防い
でいる。そのため、入口部分２０６を通って液体冷却材通路１７３に入った液体
冷却材は、側壁１５２を完全に巡って出口部分２０８を通ってチャンネル１８６
へ出て行く。
【００１０】 動作中、液体冷却材は、液体冷却材源（図示せず）からガス分配板１２０上の
入口１７０へポンプされる。通常、液体冷却材源は、液体冷却材を特定の温度ま
で冷却する深冷器（チラー）または冷凍ユニットを含んでいる。ガス分配板１２
０内に入った液体冷却材は液体冷却材通路１７３を通って循環し、ガス分配板１
２０を冷却した後に出口１７４を通ってガス分配板１２０から出て行く。次いで
、液体冷却材は液体冷却材源へ戻り、システムを通って再循環する。処理ガスよ
りも遙かに低い温度の液体冷却材を供給することによって、液体冷却材は、蓋が
、従ってそれを通って流れる処理ガスが望ましくないレベルまで加熱されるのを
防ぐことができる。しかしながら、それでもこの装置は、液体冷却材がシステム
を通って再循環するために液体冷却剤はその冷却特性を失い始め、蓋及びガス分
配板が過熱し易い。更にこの装置は、蓋の温度を、選択された温度以下に冷却す
ることに限定され、蓋及びシャワーヘッドの温度変動に応答してそれを迅速に調
整するように蓋温度を制御することはできない。
【００１１】 ＢＣＳ及び冷却材の両技術の主たる欠点は、蓋及びガス分配板の温度を能動的
に調整しないことである。安定状態処理温度を維持するために、ＢＣＳ処理はチ
ャンバ内で生成されるプラズマによる受動的な加熱に頼り、液体冷却材装置は液
体冷却材によるガス分配板の冷却に頼っている。これらの両技術を用いても、処
理中に蓋及びガス分配板は望ましくない温度に到達し得る。更に、これらの両技
術は、蓋及び分配板の温度変動に応答してそれを能動的に制御することはできな
い。
【００１２】 従って、チャンバの蓋及び関連する処理ガス分配器またはシャワーヘッドの温
度を調整し、一貫性のあるウェーハ処理を提供し、また最初のウェーハ効果を排
除する装置及び方法に対する要望が存続している。特に、基体抵抗の均一性及び
堆積の均一性を制御する装置及び方法に対する要望が存在している。また、蓋及
びシャワーヘッドの温度変動に迅速に応答する温度制御システムに対する要望も
存在している。
【００１３】 （発明の概要） 本発明は、一般的には、基体処理チャンバのある構成部品の温度を調整して一
貫性のある基体処理を遂行し、最初の基体効果を排除する装置及び方法を提供す
る。本発明は更に、構成部品の温度変動に迅速に応答する温度制御システムを提
供する。
【００１４】 １つの面において本発明は、チャンバ蓋及びガス分配板を含むガス分配システ
ムのような、処理システムのある構成部品の温度を調整するための装置を提供し
、この装置は、前記構成部品に熱的に接続されている熱伝導体と、前記熱伝導体
に接続され、前記構成部品と上器熱伝導体との間の熱伝達を調整するコントロー
ラと、前記構成部品に接続され、温度の読みを前記コントローラに供給する少な
くとも１つの温度センサとを備えている。
【００１５】 本発明は更に、処理チャンバのある構成部品の温度を調整する方法を提供し、
本方法は、前記構成部品に熱的に接続されている熱伝導体を準備するステップと
、前記熱伝導体に接続されているコントローラを準備するステップと、前記構成
部品に接続され、温度の読みを前記コントローラに供給する少なくとも１つの温
度センサを準備するステップと、前記熱伝導体の温度を変化させることによって
前記構成部品と上器熱伝導体との間の熱伝達を調整するステップとを含んでいる
。
【００１６】 別の面において本発明は、熱伝導体を提供し、この熱伝導体は、前記構成部品
に接して配置され、流体入口及び流体出口を有する流体チャンネルと、前記流体
入口に接続されている冷却流体源及び加熱流体源とを含んでいる。好ましくは、
コントローラは、前記熱伝導体と前記構成部品との間の熱伝導を変化させるため
に、前記流体入口内への冷却流体源及び加熱流体源を比例的に調整する。代替と
して、コントローラは、前記熱伝導体と前記構成部品との間の熱伝達を変化させ
るために、前記流体入口内への冷却流体源及び加熱流体源のオン／オフ切り換え
を行う。
【００１７】 更に別の面において本発明は、チャンバ蓋のような処理チャンバのある構成部
品内に温度勾配を与える装置及び方法を提供する。好ましくは、温度勾配は基体
の周縁部分の周りの温度を上昇させてチャンバ内の基体全体に均一な温度を発生
させ、均一な堆積の厚み及び均一な基体の抵抗を生じさせる。処理チャンバの構
成部品内に温度勾配を発生させるこの装置は、前記構成部品に取付けられている
第１の温度の第１の熱伝導体と、前記構成部品に取付けられている第２の温度の
第２の熱伝導体とを備えている。
【００１８】 上述した本発明の特色、長所、及び目的がどのようにして達成されるのかは、
以下の添付図面を参照しての詳細な説明から明白になるであろう。しかしながら
、添付図面は本発明の典型的な実施の形態を示しているに過ぎず、本発明は特許
請求の範囲によってのみ限定されるものであるので、これらの実施の形態が本発
明を限定する意図がないことを理解されたい。
【００１９】 （実施の形態） 図２は、本発明の温度制御システムを有するＣＶＤチャンバ蓋の斜視図である
。蓋１００は、ベース板１２、処理ガス注入マニホルド１４、及びそれらの間に
固定されているガス分配板１２０を含んでいる。ベース板１２は、好ましくはＣ
ＶＤチャンバ（図示せず）の頂部部分に取外し可能なように固定され、処理中の
処理環境をシールする。
【００２０】 図１及び２を同時に参照する。固定具２２によってベース板１２に固定され、
シールされているガス分配板１２０は、熱流体通路カバー１８２及び熱流体通路
１７３を有するベース１８０を含んでいる。熱流体通路カバー１８２は、熱流体
通路１７３の入口を形成している熱流体入口１７０、及び熱流体通路１７３の出
口を形成している熱流体入口１７４を含んでいる。ベース１８０は、側壁１５２
と底板１５４とによって限定されている空洞１５０を含み、この空洞１５０は処
理チャンバ内への処理ガス通路を与える複数のガス分配アセンブリ孔１５６を含
んでいる。熱流体通路１７３は、蓋／シャワーヘッドと熱流体との間に伝導によ
る熱交換を与えるために、側壁１５２を完全に取り囲んでいることが好ましい。
分離ブロック２０４が、入口部分２０６と出口部分２０８との間の短い弧の部分
内に位置決めされていて、到来する新鮮な熱流体が、熱流体通路１７３を通って
循環して出て行く熱流体と混合されるのを防いでいる。熱流体カバー１８２はね
じまたはボルトのような固定具によってベース１８０に固定され、ガス分配板１
２０を形成すると共に、熱流体入口１７０及び熱流体出口１７４の箇所を除いて
シールされた熱流体チャンネル１７３を作っている。
【００２１】 ガス分配板１２０は固定具によってベース板１２に固定され、ガス注入カバー
板１８はガス分配板１２０の頂部に固定されている。処理ガス注入マニホルド１
４は、処理ガス源（図示せず）に接続され、ベース板１２上に固定されている。
処理ガスマニホルド１４は、ガス注入カバー板１８に取付けられているガス注入
マニホルドヘッド１６を含んでいる。ガス注入マニホルドヘッド１６は、ガス注
入カバー板１８を通して処理ガスを注入する。ガス注入マニホルドヘッド１６は
、流体入口３８及び流体出口４０に接続されているヘッド熱流体通路（図示せず
）を含んでいる。ヘッド熱流体通路は、ガス分配板１２０内の熱流体通路と同様
に、熱流体とガス注入マニホルドヘッド１６との間の熱伝導を行う。ヘッド熱流
体通路は、ガス注入マニホルドヘッド１６の温度を調整可能にする。
【００２２】 蓋ベース板１２に取付けられている熱流体マニホルド３０は、熱流体源入口３
２、熱流体排気口（図示せず）に接続されている排気ポート３４、ガス注入マニ
ホルドヘッド１６上の流体入口３８に接続されている熱流体源出口３６、及びコ
ネクタ１０８を通してガス分配板１２０上の熱流体出口１７４に接続されている
マニホルド帰り４２を含んでいる。一般的には、いろいろな熱流体入口及び出口
を接続するために、柔軟なゴムホースまたは他の流体導管を使用することができ
る。ガス注入マニホルドヘッド１６は、マニホルド源出口３６に接続されている
流体入口３８と、コネクタ１０６を通してガス分配板１２０上の熱流体入口取付
具１７０に接続されている流体出口４０を含んでいる。動作中、熱流体は、熱流
体マニホルド３０からガス注入マニホルドヘッド１６へ、そこからガス分配板１
２０へ流れる。熱流体は、ガス注入マニホルドヘッド１６内の熱流体通路を通っ
て循環してガス注入マニホルドヘッド１６の温度を制御し、ガス分配板１２０に
到達した熱流体は熱流体通路１７３を通って循環してガス分配板１２０の温度を
制御する。次いで、熱流体は熱流体出口１７４を通ってガス分配板１２０から出
て熱流体マニホルド３０へ戻る。次いで、熱流体は排気ポートを通ってシステム
から、そして熱流体排気口へポンプされる。
【００２３】 熱流体源は、熱流体マニホルド３０上の熱流体源入口３２に接続されている。
熱流体源は、所望の温度調整に従って熱流体の温度を変化させるために、冷却流
体を供給する冷却流体源５０、及び加熱流体を供給する加熱流体源５２を備えて
いることが好ましい。冷却流体源５０は、制御弁６４を通して熱流体源入口３２
に接続され、所望の処理温度（Ｔ0）より低い既知の温度（Ｔc）の冷却流体を供
給する。加熱流体源５２も、制御弁６４を通して熱流体源入口３２に接続され、
所望の処理温度（Ｔ0）より高い既知の温度（Ｔh）の加熱流体を供給する。制御
弁６４は、図２に示すようにコントローラ７０に接続され、それによって制御さ
れる比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御弁であることが好ましい。好ましくは冷却
流体源５０及び加熱流体源５２は、制御弁６４から得られる熱流体混合体の温度
が加熱／冷却流体の比率だけに依存するように、既知の温度のそれぞれの流体を
同じ圧力で制御弁６４へ供給する。代替として、熱流体混合体の温度を測定する
ために温度センサ（図示せず）を制御弁６４内に、またはその付近に位置決めし
、また熱流体を所望の温度に維持するようにコントローラ７０は加熱／冷却流体
の比率を相応に調整することができる。
【００２４】 代替として、図３ａに示すように、冷却流体源５０及び加熱流体源５２は、単
一ユニットＰＩＤ弁によってではなく、分離したＰＩＤ弁５４、５６、またはオ
ン／オフ切り換え弁によって制御することができる。各制御弁５４、５６はコン
トローラ７０に接続され、それによって制御される。図３ｂに示す別の代替実施
の形態では、熱流体源入口３２に接続されている第３の流体源５８が制御弁６０
によって制御されて所望の処理温度（Ｔ0）の流体を供給し、一方冷却流体源５
０及び加熱流体源５２は制御弁５４、５６によって調整される。各制御弁５４、
５６、６０はコントローラ７０に接続され、それによって制御される。
【００２５】 好ましくはマイクロプロセッサコントローラである温度コントローラ７０は、
冷却流体及び加熱流体の量の比率を調整し、ガス注入マニホルドヘッド１６及び
ガス分配板１２０内を循環する熱流体の温度を変化させてガス注入マニホルドヘ
ッド１６及びガス分配板１２０の温度を制御する。蓋１００及びガス分配板１２
０上には複数の温度センサ、または熱電対７２が選択的に位置決めされ、温度の
読みをコントローラ７０に供給する。コントローラ７０は、測定された温度が、
所望の処理温度（Ｔ0）から受入れ可能な偏差内にあるか否かを決定する。もし
測定された温度が受入れ可能な偏差内にあれば、コントローラ７０は冷却流体及
び加熱流体からの熱流体流を同一に維持する。もし測定された温度が受入れ可能
な偏差外にあれば、コントローラ７０はガス注入マニホルドヘッド１６及びガス
分配板１２０を冷却または加熱するために、冷却流体及び加熱流体の量の比率を
変化させることによって熱流体の温度を変化させる。好ましくは、ガス分配板１
２０の温度を連続的に監視し、温度変化を瞬時にフィードバックしてコントロー
ラ７０が熱流体の温度を相応して瞬時に変化させることができるようにする。代
替として、温度は短い間隔で周期的に監視することができる。
【００２６】 好ましくは、温度コントローラ７０はマイクロプロセッサまたはコンピュータ
コントローラであって、さまざまな温度センサ７２からの温度及び相応する熱流
体の温度の変化を感知する。更に好ましくは、熱伝達は熱流体の流量、及び熱流
体の温度と蓋及び／またはガス分配板の温度との間の温度差の関数であるので、
コントローラ７０を熱流体ポンプ（図示せず）に接続し、熱流体の圧力及び蓋１
００及びガス分配板１２０を通って流れる熱流体の流量を変化させて熱伝達を制
御する。一般に、流量または温度差が大きい程、熱流体と蓋及び／またはガス分
配板との間の熱伝達が大きくなる。
【００２７】 図４は、本発明の温度制御システムを有するＣＶＤチャンバの蓋１００の断面
図であって、蓋１００内のさまざまな位置に位置決めされている温度センサ７２
のアレイを示している。蓋１００全体に分布している温度センサ７２が広範な温
度測定サンプルを供給するので、正確な蓋温度評価を行うことができる。好まし
くは、温度センサを蓋全体に分散させ、異なる垂直及び水平位置に配置する。蓋
１００の異なるレベル／位置に配列された温度センサは、シャワーヘッドまたは
ガス分配板のような臨界的な位置における温度の読みをも供給する。従って、コ
ントローラ７０は、これらの重要な位置における温度変動に迅速に応答し、それ
らを通って流れる熱流体の温度及び／または流量を即時に変化させることによっ
て、温度変動が発生すると直ちにその問題を修正することができる。またコント
ローラは、特定の処理基準の要求に従って蓋１００の温度を選択的に測定し、熱
流体を相応に制御することもできる。
【００２８】 熱流体の温度を変化させるために、コントローラ７０は、熱流体マニホルド入
口３２に供給される冷却流体及び加熱流体の比率を変化させる。１つの好ましい
実施の形態では、冷却流体源５０及び加熱流体源５２は比例（ＰＩＤ）制御弁６
４に接続され、弁６４は供給される加熱流体及び冷却流体の比率を調整する。別
の実施の形態では、冷却流体源５０は固定流量に維持され、加熱流体源５２がＰ
ＩＤ制御弁またはオン／オフ切り換え弁によって制御されるようになっている。
代替では、加熱流体源５２を固定流量に維持し、一方冷却流体源５０をＰＩＤ制
御弁またはオン／オフ切り換え弁によって制御する。更に別の実施の形態では、
所望の、または安定状態の処理温度（Ｔ0）の熱流体を供給する第３の流体源５
８が、熱流体マニホルド入口３２に接続されている。第３の流体源からの温度Ｔ 0 の流れは固定された一定量に維持され、冷却流体及び加熱流体の流れがＰＩＤ
制御弁またはオン／オフ切り換え弁の何れかによって制御される。熱流体の温度
の変化は、熱伝導によって蓋及びシャワーヘッドの温度を変化させる。
【００２９】 本発明は、処理温度の変化に迅速に応答する蓋／シャワーヘッドの温度の能動
調整を提供する。蓋／シャワーヘッドの処理温度を調整することによって、処理
結果の均一性及び一貫性のあるウェーハ処理を達成することができる。また、温
度センサ７２は、さまざまな処理を受入れるためにさまざまな配列で配置するこ
とができ、コントローラ７０は熱流体の流れを相応に調整することができる。
【００３０】 図５は、本発明の別の実施の形態の断面図であって、チャンバ蓋内に同心状に
配置されている２つの分離した熱流体通路を含んでいることを示している。好ま
しくは、外側熱流体通路１７３はチャンバ内の基体の周縁部分の直上に位置し、
一方内側熱流体通路２１０は基体の中央部分の上に位置する。外側熱流体通路１
７３は、第１の制御弁６４を通して、第１の熱流体温度の第１の熱流体源に接続
されている。第１の熱流体は、第１の入口１７０を通して外側熱流体通路１７３
へ入り、外側熱流体通路１７３を循環してから第１の出口１７４から出て行く。
内側熱流体通路２１０は、第２の制御弁６４を通して、第２の熱流体温度の第２
の熱流体源に接続されている。第２の熱流体は、第２の入口２１２を通して内側
熱流体通路２１０へ入り、内側熱流体通路２１０を循環してから第２の出口２１
４から出て行く。外側熱流体通路１７３及び内側熱流体通路２１０内の熱流体の
異なる温度が、チャンバ蓋１００内に同心状の温度勾配を発生させる。一般に基
体の周縁部分の温度の方が基体の中央部分よりも低いから、一般的には第１の熱
流体源の温度を第２の熱流体源の温度よりも高くし、基体の周縁部分の温度を上
昇させて基体全体の温度を均一にする。基体全体が均一な温度になることによっ
て、基体全体にわたって均一な堆積厚さ及び均一な基体抵抗が得られる。
【００３１】 代替として、２つより多くの熱流体通路をチャンバ蓋内に配置し、より正確な
基体温度制御を行う。好ましくは、これらの熱流体通路は基体上の温度変化に対
応させて同心状に配列する。一般的には、外側通路内の熱流体の温度を内側通路
の熱流体の温度よりも高くして、基体全体の温度を等化する。異なる温度の熱流
体によって発生させたチャンバ蓋内の温度勾配は、基体全体の温度勾配を等化す
る。
【００３２】 チャンバ蓋内に温度勾配を達成するための別の代替は、電子制御弁またはＰＩ
Ｄ弁６４のような弁によって通路内の熱流体の流れを制御することである。一般
的には、弁６４は、外側通路内の熱流体を高い流量とし、内側通路内の熱流体を
低い流量としてチャンバ蓋１００内に温度勾配を発生させる。好ましくは、チャ
ンバ蓋１００全体に複数の温度センサ７２を配置して温度の読みをコントローラ
７０へ供給させ、コントローラ７０は熱流体通路１７３及び２１０内の熱流体の
流れを調整する。これにより、コントローラ７０は、急激な温度変化が発生した
時に迅速に応答して熱流体の流れを調整する。
【００３３】 上述した実施の形態は、ガス分配板１２０及びガス注入マニホルドヘッド１６
を含むチャンバ蓋１００の温度を制御するために、熱流体の熱伝導率を使用して
いるが、本発明は、蓋構成部品上に、またはそれらの中に配置することができる
抵抗型、放射型、対流型、及び／または電気型の加熱／冷却を含む他の形状の加
熱及び冷却も包含する。更に、本発明は、能動温度調整を必要とする他の基体処
理チャンバ及び他の構成部品にも適用できる。例えば、ＰＶＤチャンバにおいて
は、１つまたはそれ以上の熱伝導体をＰＶＤターゲットのベース板に取付け、Ｐ
ＶＤターゲットの温度を能動的に調整することができる。更に、上述した実施の
形態では本発明を丸い基体に適用しているが、本発明は、例えばフラットパネル
ディスプレイのための矩形基体、及び磁気ヘッドのための方形基体のような、種
々の形状の基体にも適用することができる。
【００３４】 以上に本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から
逸脱することなく本発明の他の、及びさらなる実施の形態を考案することができ
る。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されることを理
解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液体冷却材通路を有するガス分配板の分解斜視図である。
【図２】 本発明の温度制御システムを有するＣＶＤチャンバ蓋の斜視図で
ある。
【図３ａ】 本発明の代替実施の形態の概要を示す部分図である。
【図３ｂ】 本発明の代替実施の形態の概要を示す部分図である。
【図４】 本発明の温度制御システムを有するＣＶＤチャンバ蓋の断面図で
ある。
【図５】 チャンバ蓋内に配置された２つの同心熱流体通路を有する本発明
の代替実施の形態の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーリア アニシュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95128 サン ホセ リガロ コート 1471 (72)発明者 クーラナ ニーティン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ ハルフォード アベニュー 1700−＃205 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 EA05 KA11 KA22 KA25 KA26 KA39 KA41 LA15 5F045 BB02 EF05 EJ09 EK10 GB05 GB15

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理チャンバのある構成部品の温度を調整する装置であって
    、 ａ）前記構成部品に熱的に接続されている熱伝導体と、 ｂ）前記熱伝導体に接続され、前記構成部品と前記熱伝導体との間の熱伝達を
    調整するコントローラと、 ｃ）前記構成部品に接続され、温度の読みを前記コントローラへ供給する少な
    くとも１つの温度センサと、 を備えていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記熱伝導体は、前記構成部品に接して配置されている流体
    チャンネルであり、前記流体チャンネルは流体入口及び流体出口を有しているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記流体入口に接続され、前記コントローラによって調整さ
    れる冷却流体源及び加熱流体源を更に備えていることを特徴とする請求項２に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 前記コントローラは、前記流体入口内への前記冷却流体源及
    び前記加熱流体源の比率を調整することを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記コントローラは、前記冷却流体源及び前記加熱流体源を
    独立的にオン／オフ調整することを特徴とする請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記流体入口に接続されている定流体源を更に備え、前記定
    流体源は指定された温度に維持されている流体の一定の流れを供給することを特
    徴とする請求項３に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記構成部品は、ガス分配構成部品であることを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 処理チャンバのある構成部品の温度を調整する方法であって
    、 ａ）前記構成部品に熱的に接続されている熱伝導体を準備するステップと、 ｂ）前記熱伝導体に接続されているコントローラを準備するステップと、 ｃ）前記構成部品に接続され、温度の読みを前記コントローラへ供給する少な
    くとも１つの温度センサを準備するステップと、 ｄ）前記熱伝導体の温度を変化させることによって、前記構成部品と前記熱伝
    導体との間の熱伝達を調整するステップと、 を含んでいることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 前記熱伝導体は、前記構成部品に接して配置されている流体
    チャンネルであり、前記流体チャンネルは流体入口及び流体出口を有しており、 前記流体入口に接続されている冷却流体源及び加熱流体源を準備するステップ
    を更に含んでいることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記コントローラは、前記流体入口内への前記冷却流体源
    及び前記加熱流体源の比率を調整するようになっており、 前記熱伝導体の温度を変化させるステップは、前記流体入口内への前記冷却流
    体源及び前記加熱流体源の比率を変化させることからなる、 ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記コントローラは、前記冷却流体源及び前記加熱流体源
    を独立的にオン／オフ調整するようになっており、 前記熱伝導体の温度を変化させるステップは、前記流体入口内への前記冷却流
    体源及び前記加熱流体源を独立的にオン及びオフ切り換えすることからなる、 ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記流体入口に接続されている定流体源を更に備え、前記
    定流体源は指定された温度に維持されている流体の一定の流れを供給し、 前記熱伝導体の温度を変化させるステップは、前記流体入口内への前記冷却流
    体源及び前記加熱流体源を独立的にオン及びオフ切り換えすることからなる、 ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 処理チャンバのある構成部品内に熱勾配を発生させる装置
    であって、 ａ）前記構成部品に取付けられている第１の温度の第１の熱伝導体と、 ｂ）前記構成部品に取付けられている第２の温度の第２の熱伝導体と、 を備えていることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２の熱伝導体は流体チャンネルであり、前
    記各流体チャンネルは流体入口及び流体出口を有していることを特徴とする請求
    項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２の熱伝導体は、同心状に配置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記第１の熱伝導体はチャンバ内の基体の周縁部分の上に
    配置され、前記第２の熱伝導体は前記チャンバ内の前記基体の中央部分の上に配
    置されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１の温度は、前記第２の温度より高いことを特徴と
    する請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１及び第２の熱伝導体は、同心状に配置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 ｃ）前記第１及び第２の熱伝導体に接続され、前記構成部
    品と前記熱伝導体との間の熱伝達を調整するコントローラを更に備えていること
    を特徴とする請求項１３に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ｄ）前記構成部品に接続され、温度の読みを前記コントロ
    ーラへ供給する少なくとも１つの温度センサを更に備えていることを特徴とする
    請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記構成部品は、ガス分配構成部品であることを特徴とす
    る請求項１３に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 処理チャンバのある構成部品内に熱勾配を発生させる方法
    であって、 ａ）前記構成部品に取付けられている第１の温度の第１の熱伝導体を準備する
    ステップと、 ｂ）前記構成部品に取付けられている第２の温度の第２の熱伝導体を準備する
    ステップと、 を含んでいることを特徴とする方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１及び第２の熱伝導体は流体チャンネルであり、前
    記各流体チャンネルは流体入口及び流体出口を有していることを特徴とする請求
    項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 ｃ）前記第１及び第２の熱伝導体に接続され、前記構成部
    品と前記熱伝導体との間の熱伝達を調整するコントローラを更に含んでいること
    を特徴とする請求項２２に記載の方法。
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