JP4723086B2

JP4723086B2 - 高温多層合金ヒータアッセンブリ及び関連する方法

Info

Publication number: JP4723086B2
Application number: JP2000538375A
Authority: JP
Inventors: タレックスサジョト，; レオニッドセリューティン，; ジュンツァオ，; ステファンウォルフ，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE69927966D1; US6035101A; KR100687378B1; KR100696028B1; KR20060114394A; WO1999049501A2; EP1074041A2; JP2002508587A; EP1074041B1; DE69927966T2; WO1999049501A3; KR20010042196A

Description

【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】
本出願は、１９９７年２月１２日出願の発明の名称「セラミックペデスタル及びメタルシャフトアセンブリ」、連続番号０８／７９８００４（弁理士事件整理番号１６３０１−１７９４０／ＡＭ１８７０・０４−Ｐ１）の一部継続出願である。その内容は本明細書に援用されている。
【０００２】
【発明の背景】
本発明は半導体処理に関する。より詳細には、本発明は、約４５０℃より高い温度で膜を形成するための方法と装置に関する。幾つかの特定の実施態様において本発明は、チタン、窒化チタン、及び２珪化チタン等のチタン含有膜を約６２５℃以上までの温度で、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いて形成するのに役立つ。上記の膜は、パターン加工された導電層、導電層間のプラグ、拡散バリヤ層、接着層、及び珪化層(silicide formation)に対する先駆層(precursor layer) として用いてもよい。更に、本発明の他の実施形態は、例えば、他のタイプの金属膜の堆積、基板材料の合金化、及び基板材料のアニーリングに用いてもよい。
【０００３】
近年の半導体デバイスの製造における重要なステップの１つは、誘電層と金属層を含む様々な層を半導体基板上に形成することである。周知のように、これらの層は化学気相堆積（ＣＶＤ）や物理気相堆積（ＰＶＤ）によって堆積させることができる。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応性ガスが基板表面に供給され、そこで熱誘導化学反応（均質又は不均質）が起こって所望の膜が作り出される。従来のプラズマＣＶＤプロセスでは、制御されたプラズマが形成されて反応種(reactive species)が分解され及び／又は反応種にエネルギが与えられ、所望の膜が作り出される。一般に、熱及びプラズマプロセスの反応速度は下記の１つ以上を制御することによって制御される。すなわち、温度、圧力、プラズマ密度、反応性ガス流量、パワー周波数、パワーレベル、チャンバの物理的形状その他である。通常のＰＶＤ装置では、ターゲット（堆積材料の板）が負の電圧源（直流（ＤＣ）又は高周波（ＲＦ））に接続され、ターゲットに面する基板ホルダが接地、浮動、バイアス、加熱、冷却、又はそれらの何らかの組合せの状態にされる。アルゴン等のガスがＰＶＤ装置に導入され、通常は数ミリトール（ｍｔｏｒｒ）〜約１００ｍｔｏｒｒの圧力に保たれて、グロー放電を開始、維持できる媒体を提供する。グロー放電が開始されると、正イオンがターゲットを打ち、ターゲット原子が運動量移動によって除去される。これらのターゲット原子は次に、基板ホルダの上にある基板上に薄膜として凝結する。
【０００４】
半導体デバイスの幾何学形状は、数十年前に上記デバイスが最初に導入されて以来、その寸法が劇的に縮小した。それ以来、集積回路は２年／ハーフサイズの法則（しばしば「ムーアの法則」と呼ばれる）に概ね従ってきたが、これは、チップに装備されるデバイスの数が２年毎に２倍になることを意味する。今日のウェーハ製造プラントは日常的に０．５μｍの、そして０．３５の特徴(feature) サイズのデバイスまでも生産しており、明日のプラントは、更に小さい特徴サイズを有するデバイスをも生産するだろう。デバイスの特徴サイズが小さくなって集積密度が増加するにつれて、以前は業界で重要と考えられなかった問題が大きい関心を呼んでいる。例えば、益々高い集積密度を有するデバイスは、高いアスペクト比（例えば約３：１又は４：１以上）の特徴部を有する。（アスペクト比は２つの隣接するステップの高さ対間隔の比として定義される）。ギャップ等の、高アスペクト比の特徴部は、多くの用途において堆積層で適切に埋込まれなければならない。
【０００５】
これらの高集積デバイスを製造するために益々厳格な要件が、現代デバイスの製造に必要となり、従来の基板処理装置はこれらの要件を満たすには不充分になりつつある。その上、デバイスの設計の進展につれて、これらのデバイスの実装に必要な材料を含む膜の堆積のために使用される基板処理装置の、より進歩した能力が要求される。例えば、チタンの使用が集積回路製造プロセスの中で益々大きく取り入れられている。チタンは半導体デバイスにおける使用に対して多くの望ましい特性を有する。チタンは、例えば、原子種間の移動を防ぐための、金接合パッド(gold bonding pad)と半導体の間の拡散バリヤとして機能することができる。また、チタンを使って、例えばシリコンとアルミニウムのような２層間の接着を改善することもできる。更に、シリコンと合金化して２珪化（珪化）チタンを形成したチタンの使用は、例えばオームコンタクトの形成を可能にする。上記のチタン膜を堆積するために用いられる通常タイプの堆積装置は、チタンスパッタリング堆積装置であるが、より高い処理と製造の要件を伴うデバイスの形成には往々にして不充分である。特に、チタンスパッタリング装置は、スパッタリングに伴って発生するシャドウ(shadow)効果のために、高アスペクト比のギャップでは均一且つ形状一致な堆積をできない可能性がある。スパッタリング装置とは対照的に、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）装置は、高アスペクト比のギャップを有する基板上のチタン膜の形成に、より適しているであろう。周知のように、イオンとガス分子の混合体であるプラズマは、高周波数（ＲＦ）エネルギ等のエネルギを、例えばチャンバ圧力、温度、ＲＦパワーその他の適切な条件下で堆積チャンバ内のプロセスガスに加えることによって形成される。プラズマはしきい密度に達して、グロー放電の形成として知られる自己持続状態を形成する（しばしばプラズマの「ストライキング」又は「イグナイティング」と称される）。このＲＦエネルギは、プロセスガス中の分子のエネルギ状態を高めて分子からイオン種を形成する。エネルギを与えられた分子とイオン種との両者は、通常、プロセスガスよりも反応性が高く、従って所望の膜を形成しやすい。有利なことに、プラズマは、チタン膜の形成に従って基板の表面を横切る反応性種の移動度も向上させ、良好なギャップ埋込み性能を示す膜を形成する。
【０００６】
しかしながら、アルミニウムヒータを使用する従来のＰＥＣＶＤ装置は、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄)の蒸気からチタン膜を形成するような、あるプロセスに使用された時に多少の制約を経験することがある。アルミニウム腐食、温度制限、望ましくない堆積、及び製造効率が、チタン等の膜の堆積に使用される上記の従来のＰＥＣＶＤ装置に伴う問題の一部である。
【０００７】
通常のプロセスでは、室温で液体の四塩化チタンと、この液体を通してバブリング(bubbled) されたヘリウム等のキャリヤガスは、堆積チャンバまで運ばれる蒸気を発生させる。基板温度約６００℃で、このプロセスは約１００オングストローム／分の堆積速度を達成する。これは堆積速度を増加するために望ましく、これを達成する１つの方法は、基板温度を増加することである。
【０００８】
しかしながら、四塩化チタンが解離してチタン膜を形成すると、塩素がチャンバ内に放出される。特に、チタン膜の堆積を向上させるプラズマは、アルミニウムヒータを、これらの状態下で不本意に腐食させる傾向のある塩素原子とイオンとを形成する。アルミニウムの腐食は、ヒータにダメージを与えるだけでなく、デバイス中の金属汚染に関連する処理の性能低下及び粒子発生の問題にも繋がるだろう。
【０００９】
アルミニウムヒータが敏感なのは塩素からの腐食だけでなく、約４８０度より低い操作温度に制限される。アルミニウムは高温で動作するヒータには不適切な材料だが、その理由は、約４８０℃以上の温度ではアルミニウムヒータが軟化を経験して、恐らくヒータの歪み及び／又は損傷をもたらすであろうからである。アルミニウムヒータが約４８０℃以上でプラズマの存在下で使用されると、更なる問題が発生する。そのような環境では、アルミニウムはバックスパッタ(backsputter) して、基板とチャンバ構成要素を汚染する。更に、アルミニウムヒータ（は、堆積プロセスに関する化学的種によっては、（チタン堆積プロセスで生じる塩素化合物等）低い温度でも適合しない傾向があるので、高温では非常に大きく攻撃される。ドライ洗浄プロセスで使用される塩素等の化学種によってもアルミニウムヒータは攻撃される。約４８０℃以上の温度でこれらの化学種は、低温の場合より活発にアルミニウムヒータを攻撃、腐食するので、ヒータの運転寿命が縮められて、望ましくない、より頻繁なヒータ交換が必要となる。ヒータを交換することは、ヒータのコストによるばかりでなく、ヒータを交換する間、堆積チャンバの生産的使用が失われるために高価なものとなる。
【００１０】
アルミニウム腐食、ヒータの軟化、及び温度制限に加えて、ＰＥＣＶＤ処理装置における金属堆積に関する他の懸念は、望ましくない金属堆積、及び関連する製造効率の問題である。最大の膜堆積は一般に温度が最も高い場所で起こるが、中にはプラズマの存在しない場合でも低温で発生する堆積もある。望ましくない金属堆積は、不均一な堆積、アーク発生、チャンバ構成要素の性能低下、及び／又はデバイス欠陥等の多くの問題を引き起こす。望ましくない金属堆積は、チャンバ壁や底面での発生に加えて堆積チャンバ又はチャンバ排気通路内のセラミックスペーサやライナ等の非導電構成要素上に発生する可能性もあり、これらの構成要素が導電体となってしまう。この望ましくない導電性金属堆積はグロー放電の形を崩壊させ、基板全体に不均一な堆積をもたらす。それはアーク発生の原因にもなり、基板や面板等のチャンバ部品を破損させるだろう。更に、チタンはヒータの部品やガス又は真空開口部に堆積して、そこを通る流れを不都合に制限するか、或いは厳密な公差の機械部品に生成してそれらの運転を妨げる。下に重なるチャンバ構成要素に不完全に付着したか、或いはヒータに生成した望ましくない堆積は、基板上に落下して基板欠陥の原因となる薄片その他の粒子をもたらし、基板の歩留まりを低減する。これら及び他の理由のために、チャンバは、定期的に洗浄されなければならない。これら及び他の理由により、チャンバは周期的に洗浄されなければならない。この頻繁さは少なくとも部分的なチャンバの分解及びふき取りを要求する。続いて、チャンバは再度組立てられて、「シーズニング」、すなわち一様な層が得られるまで、何度も堆積サイクルが行われなければならない。いずれの手順も堆積装置を生産作業から外れさせるので、非効率且つ不経済である。
【００１１】
多くの用途で、セラミックヒータがアルミニウムヒータの使用の代替として提案されているが、セラミックヒータの製作とその堆積プロセスでの使用は多くの難題を提供する。このようなセラミックヒータは、プラズマと腐食性プラズマ種（例えばチタンＰＥＣＶＤプロセス及び関連洗浄プロセスで発見される塩素含有物質）との存在下で有利に使用できる。セラミックヒータは通常、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の材料から成るセラミックヒータ本体内に電気的ヒータ素子を備えており、その本体は、堆積チャンバの腐食性環境からヒータ素子を保護すると同時に、ヒータ素子からの熱を基板に伝達する。通常は金属より硬くて脆いので、セラミック材料は機械加工が難しく、従って単純な機械的設計が必要となる。若干脆いために、セラミックは、相当の熱勾配に繰り返し遭遇すると、熱衝撃によるクラックが生じるかもしれない。クラックは、セラミックヒータアセンブリから、異なる熱膨張係数を有する材料への移動時の熱膨張の差によって生じる場合もある。同一材料から製作されたセラミック部品を接合することも難題である。その理由は、金属部品の組立に用いられる溶接、ボルト締め、蝋付け、ねじ締め等の多くの組立方法や装置は、セラミック部品に対して試みられる場合に、不当に困難であるか或いは信頼性がないからである。
【００１２】
温度均一性の達成は、ヒータの、基板処理システムの高温での操作での他の問題である。周知であるが、堆積及びエッチレートは基板の温度に影響される。故に、基板を保持したヒータ表面にわたる温度差は、異なる堆積及びエッチとなる。この問題は、熱勾配が大きく成るであろう高温でより顕著になる。
【００１３】
上記に鑑みて、改善された方法、システム及び装置が、高温（少なくとも約４００℃）、腐食性環境における膜の効率的なプラズマ強化堆積のために必要である。最適な場合、これらの改善された方法と装置はチャンバ洗浄の要求を低減させるので、基板のアウトプットが向上される。特に、これらの装置と方法は、高アスペクト比の特徴部を有するデバイスの形成に対する処理要件に適合するように設計しなければならない。
【００１４】
【発明の概要】
本発明は、ヒータアセンブリの上面及び下面に対称的に配置された抵抗加熱部材を有するヒータアセンブリを備えた基板処理システムを提供する。ヒータアセンブリは処理の意図する温度及びプロセス環境と互換性のある第１金属の外皮、及び、加熱部材とヒータアセンブリとの間に良好な熱カップリングを提供する第２金属のインナコアを有する。ヒータの対称性は、熱カップリングと結合され、ヒータが、ヒータアセンブリの過度な変形なく４００度以上で良好な均一な加熱を提供することができるようにしている。
【００１５】
特定の実施形態で、加熱部材は、ヒータの表面にわたって温度プロファイルに整合するように独立して制御される内部ループ及び外部ループを含む。内部ループと外部ループの間のインナコアの熱ギャップは、熱絶縁を提供する。
【００１６】
更なる実施形態では、ヒータアセンブリのサポートシャフトに絶縁体が提供され、ヒータアセンブリがプラズマプロセスの電極として使用されうる。セラミック絶縁体がカンチレバークランプ付のヒータアセンブリのシャフトに付けられており、使用中に起こる異なった熱膨張を補償するように対応している。他の実施形態で、セラミック絶縁体はグラスメタルシールを有するシャフトに付けられており、ガスプルーフシャフト内部を提供している。
【００１７】
本発明のこれら及び他の実施態様を、その利点及び特徴と共に、以下の記載と添付図面に関連してより詳細に説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
Ｉ．ＣＶＤリアクタ装置
Ａ．ＣＶＤリアクタの一例の概要
本発明の実施形態は、膜（チタン膜等）を堆積させるために使用される約４００℃より高温のシステム、方法、装置である。勿論、上記システム、方法、及び装置は、下記のように、チタン膜に加えて、珪化チタン、窒化チタン、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリシリコン、金属珪化物、窒化タングステン等の金属窒化物バリヤ、その他の膜等の他の膜を堆積させるために使用することができる。上記膜を使って金属層、接着層、バイアプラグ、その他の層を形成することができる。
【００１９】
図１Ａによれば、ＣＶＤ装置１０は、ガスライン９２Ａ〜２９Ｃ（他のラインも存在するが図示せず）を経由して、ガス送出装置８９からガスを受け取るリアクタチャンバ３０を含む。真空装置８８は、チャンバ内の特定圧力を維持するために使用されると共に、ガス状副産物と使用済みガスとをチャンバから除去する。ＲＦパワー源５は、プラズマ強化プロセスのためにチャンバに高周波パワーを提供する。熱交換装置６は、水又は水グリコール混合液体等の液体熱移動媒体を使用してリアクタチャンバから熱を除去し、必要な場合チャンバの一定部分を安定した処理温度に維持するために冷却するのに適切な温度に維持する。プロセッサ８５は、制御ライン３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ（他の制御ラインは図示せず）経由でメモリ８６にストアされた命令に従って、チャンバとサブ装置の動作を制御する。
【００２０】
プロセッサ８５は、プロセッサ８５に連結されたメモリ８６にストアされたコンピュータプログラムの装置制御ソフトを実行する。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、勿論メモリ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（例えばメモリ８６）に加えて、好ましい実施形態の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とを含む。プロセッサ８５は装置制御ソフトの制御下で動作するが、そのソフトはタイミング、ガスの混合、ガスの流れ、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦパワーレベル、ヒータペデスタル位置、ヒータ温度、及び特定プロセスのその他パラメータを指示する命令のセットを含む。ディスクドライブその他の適当なドライブに挿入された、例えばフロッピーディスクその他のコンピュータプログラム製品を含む、他のメモリ上にストアされたプログラムのような他のコンピュータプログラムも、プロセッサ８５を作動させるために使用され得る。装置制御ソフトについては以下に詳しく説明する。カードラックはシングルボードコンピュータ、アナログディジタルインプット／アウトプットボード、インターフェースボード、及びステッパモータコントローラボードを含む。ＣＶＤ装置１０の各種部品は、ボード、カードケージ、及びコネクタの寸法とタイプを定義するベルサモジューラヨーロピアンVersa Modular European（ＶＭＥ）規格に適合している。ＶＭＥ規格は１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを有するバス構造も定義する。
【００２１】
ユーザーとプロセッサ８５間のインターフェースは、装置モニタとＣＶＤ装置１０の簡略線図である図２に示されるＣＲＴモニタ９３ａとライトペン９３ｂによって行われ、マルチチャンバ装置のチャンバの１つとして図示されている。ＣＶＤ装置１０は、電気、配管その他の装置１０用の支援機能を備えた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。ＣＶＤ装置１０の図示実施形態に適合する通常のメインフレームユニットは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレイテッドからPrecision 5000 （商標）及び Centura 5200（商標）として現在市販されている。マルチチャンバ装置は、真空を破壊することなく、またウェーハを、マルチチャンバ装置外の湿気その他の汚染源に曝す必要なしに移動させる能力がある。マルチチャンバ装置の利点は、その装置の異なるチャンバを全プロセス内の異なる目的のために使用できることである。例えば、あるチャンバを金属膜の堆積に使用し、別のチャンバを急速熱処理に使用し、更に別のチャンバをアンチレフレクティブ層の堆積の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装置内で妨害なしに進行するので、プロセスの異なる部分のために様々な独立の個別チャンバ（マルチチャンバ装置の場合ではない）間でウェーハを移動させるときにしばしば発生するウェーハの汚染が防止される。
【００２２】
好ましい実施形態では、２つのモニタ９３ａが使用されるが、１つはオペレータ用にクリーンルーム壁に取り付けられており、もう１つはサービス技術者用にその壁の後に取り付けられている。両モニタ９３ａは同一情報を同時に表示するが、１つのライトペン９３ｂだけが有効である。ライトペン９３ｂはＣＲＴディスプレイによって放射される光をペン先の光センサで検知する。特定の画面、すなわち機能を選択するには、オペレータは表示画面の指定エリアに触れて、ペン９３ｂのボタンを押す。触れられたエリアはその色が明るくなるか、又は新しいメニュー、すなわち画面が表示されて、ライトペンと表示画面との間のコミュニケーションが確認される。勿論、ユーザーがプロセッサ８５とコミュニケーションできるように、他の装置、例えばキーボード、マウスその他の指示又はコミュニケーションデバイスをライトペン９３ｂの代わりか、それに追加して使用することができる。
【００２３】
図１に戻って説明すると、ガス送出装置８９は、ガス供給パネル９０と、特定用途に使用される所望のプロセスによって変化するガス又は液体又は固体が収容されたガス又は液体ソース９１Ａ〜Ｃ（必要なら更なるソースが追加される）とを含む。液体ソースは、室温の変化によりソース温度変化を最小にする室温より高い温度に維持される。ガス供給パネル９０は、混合のために堆積プロセスガス及びキャリヤガス（又は気化液体）をソース９１Ａ〜９１Ｃから受け入れて、供給ライン９２Ａ〜９２Ｃ経由でガス供給カバー板４５の中央ガスインレット４４へ送付する混合装置を有する。液体ソースはチャンバ操作圧力以上で蒸気を提供するように加熱され、又はＨｅ、Ａｒ、又はＮ２等のキャリヤガスが蒸気を発生するように液体（又は加熱液体）を通してバブルにされる。一般に、各プロセスガス用の供給ラインは、プロセスガスの流れを自動又は手動で遮断するために使用される遮断バルブ（図示せず）と、各供給ラインを通るガスや液体の流れを測定する質量流量コントローラ（図示せず）とを含む。有毒ガス（例えばオゾン又はハロゲンガス）がプロセスで使用されるとき、多くのシャットオフバルブが各ガス供給ラインに従来構成で配置される。例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄ ）蒸気、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン、並びに窒素（Ｎ₂ ）及び／又はその他ドーパントや反応物質のソースを含む、プロセスガス及びキャリヤガスが反応チャンバ３０に供給される速度も、温度ベースの液体又はガス質量流量コントローラ（ＭＦＣｓ）（図示せず）及び／又はバルブ（図示せず）によって制御される。他の実施形態では、ガス混合装置（図示せず）は、反応液体を気化するために液体噴射装置を含む。液体噴射装置は、バブラタイプソースと比較して、ガス混合システムに導入された反応液の体積を抑制御するので、幾つかの例において好ましい。気化されたガスは混合パネルで、供給ラインに配送される前にヘリウム等のキャリヤガスと次に混合される。無論他のコンポーネントも堆積源として使用されうる。
【００２４】
熱交換システム６は冷却剤を、チャンバ３０の種々のコンポーネントに配送し、高温処理中にこれらのコンポーネントを冷却する。
この装置６は、高温プロセスによる、それらの構成要素への望ましくない堆積を最小にするために、これらのチャンバ構成要素の一部分の温度を減少させる働きをする。液体熱交換装置６は、クーラントマニホルド（図示せず）を通って冷却水を供給して、面板４０（以下に説明）を含むガス分配装置にクーラントを送るためのコネクション（図示せず）を含む。水流検出器は熱交換器（図示せず）からエンクロージャアセンブリへの水流を検出する。
【００２５】
抵抗的ヒータペデスタル３２がウェーハポケット３４の中でウェーハ３６を支持している。ペデスタル３２は自己調節リフト機構を使って、処理位置（示す）と下部ローディング位置（図示せず）との間で垂直に移動される。自動調整機構を使用して、これは米国特許出願第08/892612号明細書（１９９７年７月１４日出願、発明者 Lionid Selyutin、Talex Sajoto及び Jun Zhao ）、名称「改良自動調心リフト機構」(Attorney Docket No. AM ２１３７) に詳記され、その開示内容は本明細書に援用されている。リフトピン３８（１つのみ図示）はペデスタル３２内でスライド可能だが、その上端の円錐ヘッドによって脱落が防止されている。リフトピン３８の下端が垂直可動リフトリング３９に係合して、ペデスタル表面の上方に持ち上げられる。ペデスタル３２が下部ローディング位置のときに（開口部５６よりわずかに下）、リフトピンとリフトリングとに共働するロボットブレード（図示せず）が、開口部５６を通ってチャンバ３０の内外にウェーハを移動させる。開口部は真空シールされて、開口部５６を通ってチャンバに出入りするガスの流れが防止され得る。挿入されたウェーハ（図示せず）をリフトピン３８がロボットブレードから持ち上げると、次にペデスタルが上昇して、ウェーハをリフトピンからペデスタル上面のウェーハポケットの上に持ち上げる。適当なロボット式移動アセンブリは、Maydanに対して発行され、通常的に譲渡された米国特許第4,951,601 号明細書に記載され、その開示内容は完全に本明細書に援用されている。
【００２６】
ペデスタル３２は次にウェーハ３６を、ガス分配面板（以下「シャワーヘッド」とする）４０に近接した処理位置に更に持ち上げる。４０は、プロセスゾーン５８にプロセスガスを噴射するために多くの孔又は通路４２を含む。プロセスガスはリアクタ３０内に噴射され、ガス供給カバー板４５の中央ガスインレット４４を通って第１の円板状スペース４８に入り、そこからバッフル板（又はガスブロッカー板）５２の通路５０を通って第２の円板状マニホールド５４に至る。
【００２７】
矢印で示すように、プロセスガスはウェーハ３６の表面で反応するために、シャワーヘッド４０の孔４２からシャワーヘッドとペデスタルとの間のプロセス領域５８に噴出される。プロセスガス副産物は次に、ウェーハ３６の端部を横切って半径方向外方に流れる。そこから、プロセスガスは、環状アイソレータ６２の底部とチャンバ壁ライナアセンブリ５３の上部との間に形成されたチョーク開口部６１を通ってポンプチャネル６０に流入する。ポンプチャネル６０に入ると、排気ガスは処理チャンバの外周まわりを通って真空ポンプ８２によって排気される。ポンプチャネル６０は排気開口部７４を介してポンププレナム７６に接続される。以下に、より詳細に説明するように、排気開口部７４はポンプチャネルとポンププレナムとの間の流れを制限する。バルブ７８は排気通気口８０を通して排気を真空ポンプ８２に導く。スロットルバルブ８３は、メモリ（図示せず）にストアされた圧力制御プログラムに従って、装置コントローラ（この図にはさず）によって制御される。プログラムは、圧力計等の圧力センサ（図示せず）からの測定された信号を、メモリにストアされているか或いは制御プログラム従って作成された所望の値と比較する。
【００２８】
図２を参照する。環状ポンプチャネル６０の側面はセラミックリング６４、チャンバリッドライナ７０、チャンバ壁ライナ７２、及びアイソレータ６２によって画成されている。セラミックチャンバライナそれ自体は周知であり、Robertson 他に付与され、通常的に譲渡された米国特許第5,366,585 号明細書に記載され、その開示内容は本明細書に援用されている。チャンバリッドライナ７０は、リッドリム６６に面したポンプチャネル６０の側に置かれ、リッドの形状に一致している。チャンバ壁ライナ７２は主チャンバ本体１１に面するポンプチャネル６０の側に置かれている。両ライナは、望ましくはアルミニウム等の金属から形成され、堆積される任意の膜の接着力を増すためにビード吹き付けが行われている。リッドライナ７０と壁チャンバライナ７２とは一対として寸法決めされている。チャンバリッドライナ７０は、リッドライナをリッドリムに電気的にも接続している複数のピン７５によって、リッドリム６６に、取り外し可能に固定されている。しかしながら、チャンバ壁ライナ７２はセラミックリング６４の外部上面に形成された棚部６５上に支持されて、チャンバ壁ライナ７２と主チャンバ本体１１との間に半径方向ギャップ７３が形成されるような直径を有するように正確に形成されるので、リッドとチャンバライナとの間には軸方向ギャップ７５が形成される。
【００２９】
チョーク開口部６１はシャワーヘッド４０とウェーハ３６との間のプロセス領域５８の深さよりかなり幅が狭く、円周ポンプチャネル６０の最小横方向寸法よりもかなり小さく、例えば少なくとも１／５である。運転圧力において充分な空力抵抗を生じるようにチョーク開口部６１の幅は充分小さく、またその長さは充分長くされるので、チョーク開口部６１前後の圧力低下はウェーハの半径方向にわたる圧力低下又は環状ポンプチャネルの外周まわりの圧力低下よりもかなり大きい。実際には、チョーク開口部６１が充分な空力インピーダンスを導入するので、ウェーハの中央からポンプチャネル内までの圧力低下が、ポンプチャネル内の円周方向圧力低下の１０％以下となることは珍しくない。収縮した排気開口部は、空力インピーダンスを発生させることによってチョーク開口部と同様の機能を果たし、円周ポンプチャネル６０まわりにほぼ均一な圧力を作り出す。
【００３０】
モータと光学センサ（図示せず）を用いて、スロットルバルブ８３とペデスタル３２等の可動機械アセンブリの位置を移動して決定する。ペデスタル３２とチャンバ本体７６の底部に取り付けられたベロー（図示せず）はペデスタルのまわりに可動ガス密シールを形成する。ペデスタルリフト装置、モータ、ゲートバルブ、任意の遠隔プラズマ装置（例えばマイクロ波ソースを用い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高めるために使用される）を含むプラズマ装置、その他の装置構成要素は、制御ライン３と３Ａ〜３Ｄ（一部だけが図示）により、プロセッサ８５によって制御される。
【００３１】
図２Ａは代表的チャンバの更なる特徴を示す。ペデスタル３２はヒータアセンブリ及びサポートシャフトを含む。多層加熱シールド３１がヒータアセンブリの底部にボルト止めされ、ヒータアセンブリの底部及び底面からの熱の損失を低減している。ヒータアセンブリ３３は、インナコア１２及び外部シェル１３を含む。インナコアは、シェルを製造する金属より高い熱伝導性を有する金属から製造されている。この構成は少なくとも２つの目的を提供する。初めに、インナコアがコアシェルインタフェースに沿って熱を広げ、もってシェルの表面の温度均一性を改良する。第２にインナコアが熱的に対向するシェル面をショートし、ヒータアセンブリの歪みを、以下に詳細に述べるように低減する。マルチ（例えば特定の実施形態では２）抵抗加熱部材、外部加熱部材１４Ａ、及び内部加熱部材１４ｂはインナコアの中央平面に配置されている。しかし本発明の利点は、単一加熱部材が使用される場合にも実現されうる。リフトピン３８がリフトピンホール２０に置かれ、リフトピンホール３７に並んでいる。特定の実施形態で、リフトピン３８及びリフトピンホールライナ３７はセラミックから作られており、金属部材と比較して、粒子発生を低減するのと同じように、高温での摩耗及び摩擦を低減している。
【００３２】
図２Ｂに示すように、リフトピンホールライナはＣリング２１で所定の位置に保持され、シェルの溝にスナップされている。リフトピンホールギャップ２２はリフトピンホールの回りに残され、インナコアとシェルとの間の異なる熱膨張の原因となっている。リフトピンホールスリーブ２３は通常シェルと同じ金属から作られ、シェル内のインナコアをリフトピンホールでシールしている。ヒータアセンブリ３３の更なる詳細は以下に示す。
【００３３】
図２Ｃは、ヒータアセンブリの上及び横に置かれたシールド８４を有するヒータアセンブリ３３の概略断面図である。シールドプレートは、プラズマ処理又は洗浄中に、又は腐食プロセス環境からヒータシェルを保護するように、又はバックスパッタリングによる汚染を低減するようにカバープレートをシュミレートする。シールドは、ヒータシェルが作られている材料よりも通常異なった材料であり、もしシェル材料のものより異なった腐食が望ましい場合、例えば窒化アルミニウム又は石英シリカであり、シールド材料の選択がチャンバ又はウェーハ汚染のより少ない供給をもたらすのであれば、他の材料でもよい。
【００３４】
上記のＣＶＤ装置の幾つかの見地は典型的なＣＶＤチャンバの通常のもので、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に通常的に譲渡された米国特許出願第08,348,273号明細書（１９９４年１１月３０日出願、発明者 Zhao 他）に詳細に記載されており、その開示内容は本明細書に援用されている。本発明によるＣＶＤ装置の他の見地を以下に更に詳しく説明する。
【００３５】
Ｂ．装置制御
膜を堆積するプロセス及びチャンバをドライ洗浄するプロセスは、プロセッサ８５で実行されるコンピュータプログラムプロダクトを用いて実施され得る（図１Ａ）。コンピュータプログラムコードは、68000アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン又は他のもの等の従来のどのコンピュータ読取り可能プログラミング言語によっても書かれることができる。プログラムコードとしては、単一のファイル又は複数のファイルに入力されており、従来のテキストエディタを使用して、コンピュータのメモリ装置等のコンピュータ使用可能媒体で具現化又はストアされているものが好適である。入力されたコードテキストが高級言語の場合、コードはコンパイルされ、その結果生じたコンパイラコードは次に、コンパイルされたウインドウズライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクする。装置使用者は、リンクされ且つ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、オブジェクトコードを呼び出し、そのコードをコンピュータ装置によってメモリにロードさせ、そのメモリからＣＰＵにそのコードを読取らせてコードを実行させ、プログラムで識別されたタスクを行わせる。
【００３６】
図３は、特定の実施形態に従った、装置コントロールソフトウェア、コンピュータプログラム１６０の階層的コントロール構造を示したブロック図である。使用者は、ＣＲＴモニタに表示されたメニュー又は表示面に応じてプロセスセット番号及びプロセスチャンバ番号を、ライトペンインターフェースを用いてプロセス選択サブルーチン１６１に入力する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定の組合わせであり、予め決められたセット番号で識別される。プロセス選択サブルーチン１６１は、（ｉ）所望のプロセスチャンバと、（ｉｉ）所望のプロセスを実行するプロセスチャンバを操作するのに必要な所望のプロセスパラメータのセットとを識別する。特定のプロセスを行うためのプロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、高周波ＲＦパワーレベル及び低周波ＲＦパワーレベル並びに高周波ＲＦ周波数及び低周波ＲＦ周波数等のプラズマ条件（更に、遠隔マイクロ波プラズマ装置を備えた実施形態のマイクロ波発生パワーレベル）、冷却ガス圧及びチャンバ壁温度等のプロセス条件と関係している。プロセス選択サブルーチン１６１は、チャンバ３０内で、ある時間に、どのタイプのプロセス（堆積、水洗浄、チャンバ洗浄、チャンバゲッタリング、リフロー）が実行されるかを制御する。実施形態によっては、１以上のプロセス選択サブルーチンを有するであろう。プロセス条件は使用者にレシピの形で提供され、プロセスレシピによって特定されたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニタインターフェースを用いて入力される。
【００３７】
プロセスをモニタする信号は、装置コントローラのアナログインプットボード及びデジタルインプットボードによって提供され、プロセスを制御する信号は、ＣＶＤ装置１０のアナログアウトプットボード及びデジタルアウトプットボードにアウトプットされる。
【００３８】
プロセスシーケンササブルーチン１６２は、識別されたプロセスチャンバ及びプロセスパラメータのセットをプロセス選択サブルーチン１６１から読み込むためと、多様なプロセスチャンバを制御操作するためとのプログラムコードを含んでいる。多数の使用者がプロセス組合せ番号及びプロセスチャンバ番号を入力することができ、或いは一人の使用者が多数のプロセス組合せ番号及びプロセスチャンバ番号を入力することができ、シーケンササブルーチン１６２によって、選択されたプロセスが所望のシーケンサにスケジュールされるように操作される。好ましくは、シーケンササブルーチン１６２は以下のステップを行うプログラムコードを含んでいる。すなわち、(i)プロセスチャンバの作動状況をモニタしてチャンバが使用されているか否かを決定するステップ、(ii)何のプロセスが、使用されるチャンバ内で行わるかを決定するステップ、(iii)実行されるプロセスの型及びプロセスチャンバの使用可能度（availability)をベースにして所望のプロセスを実行するステップである。プロセスチャンバが使用可能かをモニタする従来の方法はポーリング(polloing)等であった。シーケンササブルーチン１６２は、どのプロセスが実行されるかをスケジュールするときに、どのプロセスを優先させるかといったスケジュールを決定するために、選択したプロセスに対する、所望のプロセス状況と対比した使用プロセスチャンバの現状況若しくは使用者が入力した各々の特定リクエストの「年代(age)」、又は装置プログラマが含めることを望む他の関連あるファクタを考慮するように設計されることができる。
【００３９】
シーケンササブルーチン１６２が、どのプロセスチャンバ及びプロセスセットの組合わせを次に実行するかを決定すると、シーケンササブルーチン１６２は、特定のプロセスセットパラメータをチャンバ管理サブルーチン１６３ａ〜ｃに渡してプロセスセットうを実行する。チャンバ管理サブルーチン１６３ａ〜ｃは、複数の処理タスクを、シーケンササブルーチン１６２によって決定されたプロセスセットに従ってプロセスチャンバ３０内で制御するものである。例えば、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂはプロセスチャンバ３０内のスパッタ及びＣＶＤプロセスの操作を制御するプログラムコードを含んでいる。チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、また多様なチャンバ構成要素サブルーチンの実行を制御し、それらのサブルーチンは、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチャンバ構成要素の操作を制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例としては、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１６６、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がある。ＣＶＤチャンバの特定の形状によって、実施形態は上記サブルーチンの全てを含む場合もあるし、上記サブルーチンの幾つかのみを含む場合もあり得る。当業者は、処理チャンバ３０内でどのようなプロセスの実行が望まれるかによって、他のチャンバ制御サブルーチンが含まれ得ることを容易に認識するであろう。操作中に、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、実行される特定のプロセスセットに従って、プロセス構成要素サブルーチンを選択的にスケジュールするか又は呼び出す。チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、シーケンササブルーチン１６２がどのプロセスチャンバ及びプロセスセットが次に実行されるかをスケジュールしたのと同様にプロセス構成要素サブルーチンをスケジュールする。通常、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂは、個々の構成要素をモニタするステップと、実行されるプロセスセットのプロセスパラメータをベースにしてどの構成要素に操作が必要かを決定するステップと、モニタステップ及び決定ステップに応答してチャンバ構成要素サブルーチンを実行するステップとを含んでいる。
【００４０】
特定のチャンバ構成要素サブルーチンを図３を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン１６４はチャンバ構成要素を制御するプログラムコードを含んでおり、そのプログラムコードは基板をペデスタル３２上にロードするためと、基板と基板をチャンバ３０内で望ましい高さに持ち上げて基板とシャワーヘッド４０との間のスペースを制御するために用いられるものである。基板がプロセスチャンバ３０内にロードされると、ヒータアセンブリ３３は基板を受けるようにウェーハポケット３４内に下げられ、その後所望の高さに持ち上げられる。操作中、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂから転送されたサポート高さに関するプロセスセットパラメータに応じて、基板位置決めサブルーチン１６４はペデスタルの移動を制御する。
【００４１】
プロセスガス制御サブルーチン１６５は、プロセスガス組成及び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、安全遮断バルブの開閉位置を制御し、また所望のガス流量を得るために質量流量コントローラの流量をランプ増減（ramp up/down）する。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、全てのチャンバ構成要素サブルーチンと同様にチャンバ管理サブルーチン１６３ｂによって呼び出され、チャンバ管理サブルーチンから所望のガス流量に関するプロセスパラメータを受け取る。基本的に、プロセスガス流量制御サブルーチン１６５は、ガス供給ラインを開けて、繰り返して(i)必要な質量流量コントローラを読取ること、(ii)読取り値を、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂから受け取った所望のガス流量と比較すること、(iii)必要に応じてガス供給ラインの流量調整することの操作を行う。更に、プロセスガス制御サブルーチン１６３は、ガス流量を危険流量に対してモニタするステップと、危険な状態が検出されたら安全遮断バルブを動作させるステップとを含んでいる。選択された（清浄或いは堆積或いはその他の）所望のプロセスによって、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、堆積ガスと同様に、清浄なガスのためのガス組成及び流量も制御する。他の実施形態も、各サブルーチンが特定のタイプのプロセス或いは特定のガスラインのセットを制御している、１以上のプロセスガス制御サブルーチンを有することができる。
【００４２】
プロセスの中には、反応性プロセスガスがチャンバ内に導入される前にチャンバ内の圧力を安定させるために、窒素又はアルゴン等の不活性ガスがチャンバ３０に流入されるものもある。プロセスガス制御サブルーチン１６５は、これらのプロセスに対してチャンバ内の圧力を安定するために必要な時間不活性ガスをチャンバ３０に流入するステップを含むようにプログラムされており、そしてこのステップは実行されであろう。更に、プロセスガスが、例えばＴｉＣｌ₄といった液体前駆物質から気化される場合は、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、ヘリウム等の送出しガスをバブラ(bubbler)アセンブリ内の液体前駆物質に通してバブリングするステップ又はヘリウム等のキャリヤガスを液体噴射装置に導入するステップを含むように書込まれているであろう。このタイプのプロセスにバブラが使用された場合、プロセスガス制御サブルーチン１６５は送出しガスの流れ、バブラ内の圧力及びバブラ温度を、所望のプロセスガス流量を得るように調整する。上述したように、所望のプロセスガス流量はプロセスパラメー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。更に、プロセスガス制御サブルーチン１６５は、所望のプロセスガス流量を得るために必要な送出しガス流量、バブラ圧及びバブラ温度を、所定のガス流量に対する必要な値を含む記憶された表にアクセスすることによって得るためのステップを含んでいる。必要な値が得られると、それに応じて送出しガス流量、バブラ圧及びバブラ温度がモニタされ、必要な値と比較され、調整される。
【００４３】
圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバの排気装置１１５に設けられたスロットルバルブの開口部の大きさを調整することによって、チャンバ３０内の圧力を制御するためのプログラムコードを含んでいる。スロットルバルブの開口部の大きさは、全プロセスガス流、プロセスチャンバの大きさ及び排気装置のポンピングの設定圧力に対応して、チャンバ圧を所望のレベルに制御するように設定されている。圧力制御サブルーチン１６６が呼び出されると、所望の又は目標の圧力レベルが、チャンバ管理サブルーチン１６３ｂからパラメータとして受容される。圧力制御サブルーチン１６６は、チャンバに連結された１以上の従来圧力計を読むことによってチャンバ３０内の圧力を測定し、測定値を目標圧力と比較し、ＰＩＤ（比例、積分及び微分）値を目標圧力に対応させて記憶圧力表から得て、スロットルバルブを圧力表から得られたＰＩＤ値に従って調整するように作動する。また、圧力制御サブルーチン１６６は、開口部がチャンバ３０を所望の圧力に調整する特定の大きさになるようにスロットルバルブを開閉するように書込まれることもできる。
【００４４】
ヒータ制御サブルーチン１６７は、ペデスタル３２（及びその上の基板）を抵抗的に加熱するのに用いられるヒータヒータ素子１４Ａ及び１４Ｂの温度を制御するプログラムコードを含んでいる。ヒータ制御サブルーチン１６７はまたチャンバ管理サブルーチンによって呼び出され、目標値又は設定値の温度パラメータを受信する。ヒータ制御サブルーチン１６７は、ペデスタル３２に配置された熱電対の電圧出力を測定することによって温度を測定し、測定温度を設定温度と比較し、ヒータユニットに加えられる電流を増減し、設定温度を得る。温度は、記憶換算表の対応する温度を測定電圧から調べることにより、又は４次の多項式(a fourth order polynomial)を用いて温度を計算することによって得られる。埋込み型ループ状体がペデスタル３２を加熱するのに用いられる場合、ヒータ制御サブルーチン１６７は、ループ状体に加えられる電流のランプ増減を徐々に制御する。加えて、プロセス安全コンプライアンスを検出するように組込みフェールセーフモードを含めることができ、プロセスチャンバ３０が適当に準備されていない場合、ヒータユニットの操作を停止することができる。ヒータ制御の代替え方法としては、ランプ制御アルゴリズムを使用するものがあるであろう。その方法は、同時継続され、通常通り譲渡され、”気相堆積装置の温度を制御するための装置及び方法”という名称であって、発明者としてJonathan Frankelが記載され、1996 年１１月１３日に出願された米国特許出願第08/746657号明細書（Attorney Document No.AM1680-8/T16301-170）に説明されており、その内容は本明細書に援用されている。
【００４５】
プラズマ制御サブルーチン１６８は、チャンバ３０内のプロセス電極及びヒータアセンブリ３２に印加される高低周波数ＲＦパワーレベルをセットするためと、使用される高低ＲＦ周波数をセットするためのプログラムコードを含んでいる。エッチバックチャンバが使用される場合、プラズマ制御サブルーチン１６８は、エッチバックチャンバに対するＲＦパワーレベルもセットする。前に説明したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン１６８はチャンバ管理サブルーチン１６３ｂによって呼び出されれる。遠隔プラズマ発生器を含む実施形態のために、プラズマ制御サブルーチン１６８遠隔プラズマ発生器の制御用のプログラムコードも含むであろう。
【００４６】
C.合金加熱器アセンブリ
図4Aは、本発明によれば、加熱器軸受台32の実施例の簡略横断面図である。インナコアは、上部インナコア部材12A及び下部インナコア部材12Bから作られてもよい。特定の実施例で、上部インナコア部材12A及び下部インナコア部材12Bは銅から作られるが、良好な熱伝導率を有する他の材料が使われてもよい。上部インナコア部材12Aは、内部及び外部の加熱素子14A及び14Bを受け入れるように加熱素子溝401で機械加工される。下部インナコア部材12Bは、冷却管材料402を受け入れるように機械加工される。管材料内の冷却メディアが加熱器アセンブリから熱を抜き出せるように、冷却管材料402は下部コア部材に熱的に連結される。加熱器アセンブリを不自由なく扱えるように、冷却管材料内の冷却メディアの循環は、動作温度からより低い温度まで加熱器アセンブリを冷却するのに必要な時間を減らす。ガス又は液体が、冷却メディアとして使われてもよい。液体の沸点が最も高い予想温度に適するように、液体冷却媒体は選ばれなければならない。適当な液体は、パーフルオロエーテル、エチレングリコール、鉱油及び水又は水混合物を含む。若干の使用において、加熱器アセンブリが液体冷却媒体を使うのに十分に冷えるまで、冷却媒体としてガスを使うことは、有利かもしれない。特定の実施例で、管材料を冷却しているステンレス鋼は、下部インナコア部材12B内の冷却管材料溝403にろう付けされる。加熱器アセンブリが加熱器アセンブリに支持軸25を溶接する前に製造された後、冷却管材料延長部406は冷却管材料スタブ404に冷却管材料溶接継手405で溶接される。これは、加熱器アセンブリの全高が、それがより多くの加熱器が処理加工した運転の間、単一炉でスタックされるのを許すので、ろう付け動作の間、特にこのように費用をセーブして、加熱器アセンブリの製造に、短くしておかれるのを可能にする。
【００４７】
特定の実施例で、熱ブレーク407は、上部インナコア部材12A及び下部インナコア部材12Bに製造される。熱ブレークは外部加熱エレメント14Aを内部加熱エレメント14Bから分離し、加熱器アセンブリ33の２つからなる帯加熱を提供する。内部の加熱エレメント14Bは、動力を供給されてもよく、外部加熱エレメントから別に制御されてもよく、加熱器アセンブリの面上に一様な加熱を進めるか、或いは、加熱器アセンブリの面を横切って制御可能な熱のこう配を確定する。以下に示すように、加熱器機素スタブ408（図4Aで示される４つのうちの１つだけ）は軸25に突き出る。熱電対アセンブリ409は、フィードバック信号を加熱エレメントへの電力を制御するために提供する。特定の実施例で、エレメントに電力を提供している別個の動力制御装置回路（図示せず）を有しており、１つのばね負荷された完全におおわれた熱電対は、外部加熱エレメント14A及び内部加熱エレメント14B用のフィードバック信号を提供する。
【００４８】
加熱器アセンブリシェルは、インナコア材料の熱伝導率より小さい熱伝導率を有する金属合金から製造され、予期されたチャンバ状態に適している。高温で腐食環境を含むチャンバ状態のために、クロム、モリブデン及びニッケルを含んでいる合金は、しばしば適当なシェル材料である。これらの材料は、機械加工するのが難しいかもしれない。
【００４９】
特定の実施例で、シェルは、同様の合金がHASTELLOYの名で売られている、3つの合金C-22（51.6%のニッケル、21.57%のクロム、13.5%のモリブデン、4%のタングステン5.5%の鉄、2.5%のコバルト及び1%のマンガン、少量のバナジウム、シリコン、炭素及び他のエレメント）から作られていて、合金C-276のような、他の合金を用いることも可能である。この合金からシェルを製造することは、少なくとも700℃の温度にするのに加熱器の使用を許す。これらの合金は塩素によって誘発された応力腐食クラックへの優れた抵抗を示すので、10%を超えるニッケル及び3%を超えるモリブデンを有する合金は、特に塩化物イオンを含んでいる環境にふさわしい。一般のステンレス鋼より約7倍硬い合金C-22は、いくぶん機械加工するのが難しい。従って、機械加工のための単純な形による加熱器アセンブリが好適である。
【００５０】
頂部外板13Aは、特定の実施例によって、胴締め帯13Cで底外板13Bに接合される。このアセンブリは、機械加工の必要を単純化する。胴締め帯13Cは、好ましい実施例で溶接されている電子ビーム（Eビーム）を用いて、円周溶接部410で頂部外板13Aに溶接される。胴締め帯13Cは、頂部外板13Aの厚さを通して、おおよそ中途に切断される胴締め帯棚412に座している。この構成は、動作温度上でシェルそりを減らす。胴締め帯13Cは、好ましくは電子ビームで、垂直溶接部411で底部外板13Bに溶接される。特定の実施例で、銅（内部のコア材のために使われる）はシェルのために使われる合金C-22（例えば 12×10^-6/℃）より高い熱膨張係数（例えば18x10^-6/℃）を持つ。従って、加熱器アセンブリが加熱するにつれて、銅のインナコアは合金C-22のシェルより膨張する。
【００５１】
頂部外板及び底外板の厚さは、適切なシェル強さにシェルが過度にそらないようなものを提供するように選ばれる。特定の実施例で、（上部インナコア部材12A及び下部インナコア部材12Bの）インナコアは厚さおよそ1インチであり、頂部及び底部外板はそれぞれ厚さ約0.35インチである。加熱器アセンブリのそりは、円周溶接部410及び垂直溶接部411の位置の選択によって、更に減らされる。（上部及び下部インナコア部材12A及び12Bの）インナコアの厚さへのこれらの溶接部（すなわち胴締め帯の高さ13C）の間の垂直スペーシングの比は、方程式に従うシェル材料の熱膨張係数と内部のコア材の熱膨張係数の比と好ましくは同等である：
胴締め帯溶接部間の垂直スペーシング≧（Tcコア）/（Tcシェル）xコアの厚さ
Tcコアはコア材の熱膨張係数であり、Tc シェルはシェル材料の熱膨張係数である。
【００５２】
実際問題として、溶接部間の垂直スペーシングは、頂部及び底外板の熱膨張の原因であるインナコア厚さによって掛けた、コア及びシェル材料の熱膨張係数より大きくてもよい。約40-80ミルの端すき間413は、最も高い意図された動作温度によってインナコア及び胴締め帯の間の両側上に残される。以下に述べるように、銅板がステンレス鋼陽極プレートにボルトで締められた従来の若干の加熱器アセンブリ設計とは異なり、本発明の加熱器アセンブリは一緒にろう付けされる。従来のそのような加熱器アセンブリ設計で、銅は若干のステンレス鋼の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を持ち、これらの２つの材料が限られた温度レンジ上で使用のために一緒にボルトで締められるのを可能にする。しかし、従来のそのような加熱器アセンブリの操作可能寿命（加熱サイクル数）は、熱のサイクリングのためにボルトをゆるめることによって、またボルト及び熱応力上のあまりにたくさんのトルクから起こるボルト孔のまわりでひび割れることによって、起因する非信頼性によって、たびたび制限される。以上で述べたように、本発明の加熱器アセンブリにおいて、ろう付けは分解及びボルト故障を取り除くだけでなくて、熱分布及び熱ショートを改良するように加熱器アセンブリ層間で優れた熱の連結を提供もする。一緒に加熱器アセンブリもろう付けするのに、ステンレス鋼及び銅の使用の他に、異種金属の使用も可能である。
【００５３】
図4Bは、加熱器エレメント12A（内部又は外部）及び上部インナコア部材の一部の横断面図である。加熱エレメント14は、電気的絶縁コア502に囲まれているニクロム電熱線503をケースに入れるステンレス鋼外被501を含んでもよい。絶縁コア502は、例えば、酸化マグネシウムであってもよい。加熱エレメント14は、上部インナコア部材12Aの加熱エレメント溝401に、ALTAIR TECHNOLOGIES INC.によってA100905として売られているろう付け微粉、同様のろう付け微粉、又は均一に加熱エレメント溝を充てんする約95%の銅及び約5%の金を有するろう付け微粉といったろう付け微粉でろう付けされる前に、金メッキされる。ろう付けは、約1030'Cでなされ、加熱エレメント14をろう付け504でほとんど囲むことによって、上部インナコア部材12Aに加熱エレメント14を熱的に連結する。この熱の連結は加熱エレメントからインナコアへの熱伝達を改良して、そのうえ加熱エレメント外被501の面に沿ってホットスポットを減らし、従って加熱器寿命をのばす。
【００５４】
上部インナコア部材に加熱エレメントを上部インナコア部材にろう付けした後に、上部インナコア部材及び加熱エレメントの上部インナコアサブアセンブリは、機械加工され滑らかな面を得る。サブアセンブリは、次いで下部インナコア板12B（図4A）にろう付けされる。同時に、冷却管402は下部のインナコア部材12Bの冷却管溝403にろう付けされる。ペースト形でコンパウンドをろう付けしている金の銅が、この動作に使われてもよい。上部インナコアサブアセンブリと下部インナコアのインナコアサブアセンブリ及び冷却管は、次いで、滑らかな表面仕上げを得て、ろう付け中に発生する可能性のある反りを取り除き、表面汚染物質を取り除き、要求されたサイズにインナコアサブアセンブリを縮小するように機械加工される。
【００５５】
インナコアサブアセンブリは、次いで、インナコアアセンブリと頂部外板間の箔及びインナコアアセンブリと底部外板間のろう付け箔に巻かれた、約65%が銅で約35%が金のろう付け合金の層を有する頂部外板13A及び底部外板13Bでアレンジされる。リフトピンホールは、セラミックスペーサを使って一直線に並べられる。インナコアでのリフトピンホールは、追加のインナコア膨張を可能にする外板でのリフトピンホールよりわずかに大きい。ろう付けの後、外板は胴締め帯13Cを受けとるように機械加工される。上で示したように、胴締め帯の頂部13Cは頂部外板の中央13Aに溶接される。これは、残留の溶接によって誘発された応力を減らす。胴締め帯13Cは、例えば、電子ビーム溶接方法を使用している頂部外板及び底外板に溶接されてもよい。リフトピンホールスリーブ23（図2B）は、シェル内でインナコアを密封するために頂部及び底外板に溶接される。リフトピンホールスリーブは、頂部及び底部外板と同じ材料でできていてもよい。
【００５６】
再び図4Aに言及して、軸が加熱器アセンブリに接合された後、冷却管材料が軸25を越えて延びるように、冷却管延長406は冷却管スタブ404に溶接される。同じように、加熱器線延長棒414は電熱線スタブ415（示される４つのうちの１つだけ）に溶接され、熱電対案内管418（加熱器シェルと同じであるか同様の材料でできている）は加熱器アセンブリに溶接される。加熱器軸受台軸25は、次いで加熱器アセンブリ33に溶接される。溶接部は、加熱器動作の間、及び次の製造プロセスの間、高温に加熱されてもよい安全な継手を生産する。そのような次の製造方法は、チタン、他の金属又はセラミックによる被覆の炎-スプレ塗装か他の手段であってもよい。意図された堆積プロセスで両立できる層で、加熱器アセンブリをおおうことは、堆積層の汚染を減らすことができ、微粒子の発生を減らすことができ、また耐食性を改良することができる。セラミック管416は、他の成分から加熱器線延長棒414を電気的に絶縁する。ガラス繊維又は炭素ファイバ補強されたPEEKを含むVESPEL(商標）（polyetheretherketone（PEEK））、TEFLON(商標）、DELRIN(商標）といった高温プラスチックでできていてもよい絶縁プラグ417は、例えば、加熱器軸受台軸25を出る様々な加熱器軸受台コンポーネントを支える。軸の内部が操作チャンバ圧力上にかかる周囲圧力にあるのを可能にするように、軸25及び加熱器アセンブリ33は接合される。
【００５７】
図5は、頂部外板13A、上部インナコア部材12A、下部インナコア部材12B及び底部外板13Bの分解図を示す。加熱器アセンブリの他の特徴はまた、熱ギャップ407Aによって切り離される、外部加熱エレメント14A及び内部加熱エレメント14B（それぞれが二重のループを形づくる）のパターンを特に示す。全ての４つの加熱エレメント・スタブ408が、ここで見えるであろう。図6は、リフトピンホール20Bと同様に加熱エレメント溝401及び熱ギャップ407Aのパターンを更に示す、上部インナコア部材12Aの横断平面図である。
【００５８】
図7は、特定の実施例によって熱シールド31の追加の詳細を示している部分的な横断面図である。特定の実施例で、熱シールドは加熱器アセンブリシェルと同じ合金から作られるが、これは必要ではない。風よけは、垂直溶接部707及び708で、マウンティングリング・スタンドオフ706に溶接される。マウンティングリング・スタンドオフ706は、熱シールド31を加熱器アセンブリ（図示せず）の底に付けるように、ボルト又はねじ穴700を含む。スタンドオフリップ710は、伝導伝熱を減らすように、予め定められた距離で加熱器アセンブリの底から離して上部風よけ704を保持し、従って熱シールドの効率を改善する。外部シールドリング701は、放射状の溶接部703の底部風よけ702に溶接されるか、或いは単に風よけに位置してもよい。外部シールドリングが溶接されないか、或いは風よけに取り付けられなかった場合、様々な外部シールドリングがガス流インピーダンスを調整するのに使われてもよく、又は、外部シールドリングは風よけに、容易に溶接可能でない材料（例えばセラミック材料）から作られてもよい。外部シールドリング701は、垂直溶接部705で上部風よけ704に溶接される。溶接部703及び705は、好ましい実施例での電子ビーム溶接である。
【００５９】
熱シールド31の効率は、風よけの数を増やすことによって増すことが可能である。一列の風よけを通しての放射伝熱は、1/(1 +n)（nは風よけの数）の関係によっておおまかに変化する。風よけの数を増やすことは、シールドを通しての放射伝熱を減らし、加熱器アセンブリから失われる熱を減らす。従って、与えられた温度を達成する加熱器の所要電力は減り、加熱器アセンブリの側部間の温度差が減る。外部シールドリング701は加熱器アセンブリの端で失われる熱の縮小を助け、それによってウェーハ端の冷却を減らし、プロセスの均一性を改善する。
【００６０】
D. RFアイソレータとカプラー
図8Aは、プラズマ電極としてヒーターアセンブリを用いるための本発明のもう１つの実施例の概略断面図である。ヒーターアセンブリ833は、上記のヒーターアセンブリと同様であるが、冷却チューブを含まない。その理由は、電極として用いられるヒーターアセンブリにパワーを供給するために用いられる高周波（RF）エネルギが、冷却剤を介してチャンバの他の部分に結合されて、チャンバを損傷し、チャンバ制御を妨害する電磁気雑音を生じさせ、又は、人員に安全危険を発生させる可能性があると共に、本実施例のシャフト内に、別々の隔離された電極のための十分な空間がないである。加熱ワイヤ815が、加熱素子コア（図示せず）のよってＲＦ電磁場から隔離されているため、加熱素子は、上記のような問題を有しない。RF電極は、例えば、溶接する或いはボルトで締めることによってヒーターアセンブリに結合されてもよい。
【００６１】
アイソレータ802は、操作の目的温度(intended temperature)で、十分な絶縁破壊強度を提供するアルミナ、窒化アルミニウム、TEFLON（登録商標）、VESPEL（登録商標）、PEEKのような材料、或いは溶融シリカから製造されてもよく、接地されてもよい金属支持シャフト、及び数キロボルトであってもよいヒーターアセンブリを隔離する。比較的低温の材料の使用を可能にするために、ヒートチョークが、ヒータとアイソレータとの間に置かれてもよい。特定の実施例において、アイソレータ802は、カンチレバーカプラー803によって、ヒータペデスタル832の短いシャフト825Aに結合されてもよい。カンチレバーカプラーは、アイソレータ人802の周りにフィットし、ボルト或いはネジで短いシャフト825Aに固定されうる２つのC形の部分を持つ。類似のカプラー804は、アイソレータを支持体シャフト825Bに結合する。シャフト825Bは、ヒーターアセンブリ833又は短いシャフト825Aと異なる金属からなってもよい。カンチレバーカプラー803は、アイソレータ又はフランジに亀裂を生じることなく、操作温度範囲にわたって、アイソレーターフランジ806に圧縮力を提供する薄いウェブ805を有する。この分野で知られているように、アイソレーションギャップ807は、、チャンバの操作圧力及び電圧で、カンチレバーカプラー803とカプラー8OCとの間にアーチング(arching)を防止するために十分に大きいでなければならない。支持体シャフトの内部は、シャフトの中に電気アーキングを抑制するためにセラミックプラグ又は他の誘電体材料で充填されることができる。
図8Bは、もう１つの実施例の概略断面図である。本実施例では、ヒーターアセンブリ833が、カプラー822によって、支持体シャフト821に取付けられている。ステンレス鋼又は他の類似の金属から形成されるカプラー822は、セラミックアイソレータ802にヒーターアセンブリを固定するために用いられる。この構成は、プラズマアプリケーションにおける使用のために、ヒーターアセンブリを支持体シャフトから電気的に分離させること可能にする。
【００６２】
図8Cは、ヒートチョークカプラー823と２つの片からなる下部クランプ824Aとを含むカプラー822の概略断面図であり、Fig.8Dは、ヒートチョークカプラー823の概略断面図である。図8Bで示されるように、、ヒートチョークカプラー823の上部フランジ899が、ヒータースタッドシャフト898にボルトで締め付けられる。図8Cで示されるように、上部ポケット827は、上部クランプ824によって固定されているアイソレータ（この図で示されていない）の上のフランジを受け入れ、且つ、図8Dで示されるように、引張アーム829Aと829Bによって周方向で保持されている。また、図8Dは、上部ポケット827が、アイソレーターフランジの円周上のフラットに対応するアライメントフラット854を有することを示す。上部ポケット827は、アイソレーターフランジの形状に対応しなければならない、そして、他のアライメントメカニズムが用いられてもよい。上部クランプ824は、２つのC形状ハーフ部材824Aと824Bを含み、これらは、ヒートチョークカプラーに取付けられる前にアイソレーターフランジの周りで一緒に引き寄せられる。スリット830は、ポケット面828とほぼ同一平面に切られ、引張ネジ831の反対側の未カットコードを残し、よって、タイニングネジ831から引張力が、引張アーム829Aと829Bを一緒に引張って、アイソレーターフランジを保持する。スリット830に類似する形状ををもつスペーサ（図示せず）は、引張アーム829A と829Bを支持し、スリット830を通過するガス流を減少すために、スリット830の中に挿入されてもよい。数対の歪みリリーフスロット832が、引張アーム829に機械加工され（一対の歪みリリーフスロットの各スロットはそれぞれアーム８２９の対峙する側部から機械加工されて）、引張ネジ831によって印加された応力に起因する有効な歪みを増加すると共に、金属製のクランプがアイソレーターフランジよりも膨張するため、アセンブリが加熱する際、引張アームがフープ応力の印加を続けることを可能にする。この実施例では、４対の歪みリリーフ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デザインによって調節されてもよい。特定の実施例にでは、歪みリリーフスロットが約40milの幅を有し、約0.3インチのアームに約0.1インチ以内に切られる。幾つの実施例では、スロットの頂点での応力集中を減らし、製造性を高めるために、歪みリリーフスロットを丸くしてもよい。
【００６３】
図8Cで示されるように、ヒートチョークカプラー823は、下部ポケット827と上部フランジ899との間で薄いウェブ833を残すように製造される。このウェブは、20から100milまで、好ましくは40から60milまでの範囲にある厚さを有し、特定の実施例では、ヒーターアセンブリと支持シャフトとの間の高い熱抵抗のパスとして作用する。特定の実施例では、ウェブが、約0.2-0.5インチの範囲にある垂直ウェブ部分の高さで、約0.6-1.0インチの間の有効長さを有する。示される実施例では、、25ワットのパワーが、約625℃の温度で作動するヒーターアセンブリと、下端温度が約50℃である支持シャフトとの間に流れる。カプラー822の他の実施例では、与えられたウェブ厚さについてより高い温度アプリケーションのためにウェブ833の全長をより長くする、或いは与えられた長さのため厚さが減少されることのよって、より高い温度でも用いられることができる。ウェブは、十分に機械的に堅くなければならないが、また、ヒートチョークを提供するのに十分薄くなければならない。カプラー822の使用は、ヒーターアセンブリをシャフトの上に熱的に「浮かせ」、よって、シャフトに用いられる材料のより広い選択を可能にし、非補償ヒータ素子デザインにおける改善された温度均一性を得ると共に、ウェーハ温度を維持するために要求される加熱素子へ供給されるパワーを減少する。より少ない熱がペデスタルを通して、シャフトに流れるため、潜在的な熱導管の上に冷点を形成するチャンスが少なくなり、よって、ウェーハ温度整合性が改善される。また、カプラー822の使用は、ヒーターアセンブリにを横切って生成される熱勾配を減少し、ヒーターアセンブリカラッキングを減少する。従って、ヒーターアセンブリの操作寿命を増長する。
【００６４】
上部クランプ824は、下部クランプ824にある穴851及び上部クランプ823にある穴852を通して配置されたクランプネジ（この図では示せず）によって、ヒートチョークカプラー823に接続される。穴851は、下部クランプ824にあるブラインド穴である。上部フランジ899は、クランプネジよい大きなアクセス穴834を有し、上からの組み立てを可能にする。このバージョンでは、、アクセス穴834が、上部フラン時899にあるネジ穴826からずれているが、ネジ穴が下部クランプネジへのアクセスを可能にするために十分に大きいならば、それらの穴が同軸でありうる。幾つの実施例によれば、下部クランプの外側アライメントリップ835は、ヒートチョークカプラーの外側アライメント突起836に位置して、クランプの外径に沿って比較的滑らかな表面を形成する。他の実施例では、ヒートチョークカプラー823の外径より下部クランプの外径の方が僅か大きくするように、下部クランプ上の外側リップ835が、ヒートチョークカプラー823の（突起136が形成されていない）固体上部エッジに位置しそれに掛けられている。カンチレバー座金837は、下部クランプ824の一部として機械加工されて、上部クランプ824にある穴851及び下部クランプ825にある穴852を通して配置されたネジが、ヒータースタッドフランジ（この図で示せず）に圧縮を印可して、それをヒートチョークの上部ポケット内に確実に保持する。特定の実施例では、カンチレバー座金は、約10-20milの厚さを有し、歪みリリーフスロット838が、座金の中にカットされ、よって、適切な圧力が、アイソレータを破壊することなく、アイソレータに維持することができる。歪みリリーフスロットは、（上記のように）引張アームにカットされたものの一般的な形状と類似するな形状を有してもよい。ヒートチョークカプラーが、ヒータースタッドシャフトの一部として機械加工されてもよいが、幾つかのヒータ材料が加工されにくいため、上述のように、別々の金属片（例えばステンレス鋼）からカプラーを製造するのが好ましいであろう。或いは、ヒートチョークカプラーが、ヒータープレートに溶接或いは取付けられることもできる。
【００６５】
再び図8Bに参照すると、同様な構造を用いて、アイソレータ802を支持シャフト821に結合してもよい。支持体シャフト821は、ヒータースタッドシャフト898と同じ材料かるなる必要がなくてもよい。カプラー822とアイソレータ802は、支持体シャフトを通して下へ流れている熱を減少し、従って、支持シャフトは、ヒータスタッド898が耐えなければならないかもしらない高温に耐える必要がない。従って、下部ポケット897及び（１つのみが図示されている）下部クランプアームは、支持シャフト821の一部として機械加工されてもよく、或いは、ヒートチョークをの有無にかかわらず、第２のカプラーを用いて、アイソレータ802を支持シャフト82 1に結合させてもよい。ヒートチョークが用いられる場合、ヒータアセンブリからの熱損失を減少し、アイソレータの熱サイクリングを減少するために、ヒートチョークが、好ましくは、アイソレータとヒーターアセンブリの間に配置される。
【００６６】
ヒーターシャフトが腐食性環境で使用される場合、ヒーターアセンブリと、ヒートチョークカプラーと、アイソレータと支持シャフトの間の接合部での真空シールは、シャフトの内部がチャンバ環境に曝されることを防ぐ。さらに或いは代りに、パージガスを、シャフトの内部に流されて、チャンバ圧力と較べてシャフト内にポジティブな圧力を生成することができる。ヒーターシャフトを非腐食性の環境で使用しょうとする場合、シャフトの内部をシールすることは重要ではない。
【００６７】
更に別の実施例では、金属ヒータにRFアイソレーションを提供する密封された支持シャフトが、図１１で示される。例えば、アルミニウムヒータ、ステンレス鋼ヒータのような金属ヒータ、又は、銅芯とステンレス鋼シェルを有する複合ヒータは、トランジションの組合せを用いて、支持体シャフトからRF的に隔離されてもよい。密封された支持シャフトによって、支持シャフトの内部ボニュームは、ポートを介して導入されるパージガスのよって、チャンバと異なる圧力で維持されうる。支持体シャフトの内部をチャンバより高い圧力で維持することは、例えば、支持シャフト内のアーキングを抑制するのを役に立つ可能性がある。代わりに又は更に、シャフト内部は、アーキングを抑制するために、セラミックプラグ又は他の誘電体材料で充填されることができる。また、チャンバから支持シャフトをシールすることは、圧力循環中に、シャフト内部とチャンバの間でガスの交換を減少させる。これは、ヒータ配線での、シャフト内の構成要素を、チャンバに存在する潜在的腐食性ガスから保護し、基板処理中に、シャフト内部からチャンバ内に流れる汚染を減少する。
【００６８】
図１１で、アルミニウムヒータ１１０１がアルミニウムスタッブ１１０２に溶接されており、それはステンレススタッブエクステンション１１０３に接続されている。アルミニウム−ステンレススチール移行部は、例えば、ろう付け又は爆発結合で達成される。爆発結合は、ヒータの意図する操作温度がろう付けを軟化又は溶融する場合に好ましい。ステンレススチールスタッブ拡張部１１０３が、次に、ＫＯＶＥＲ（登録商標）という名で販売されている金属合金製の第１スペーサ１１０５にＥビーム溶接される。第１スペーサ１１０５はセラミックアイソレータ１１０６にＫＯＶＥＲ（登録商標）セラミックシールを形成するための従来の方法を使用して接合される。セラミックアイソレータ１１０６はＫＯＶＥＲ（登録商標）という名で販売されている金属合金製の第２スペーサ１１０５にも同様の技術を使用して溶接される。アイソレータと第１及び第２スペーサとの間にメタルセラミックシールを形成する前に、第２のスペーサが、ステンレススチール製の低部サポートシャフト１１０８にＥビーム溶接される。メタル−セラミックシールは両方とも単一のプロセスステップで形成される。ヒータ電極インシュレータ１１１０を有するヒータ電極１１０９（１つのみ示す）、及びＲＦ電極１１１２を有するＲＦ電極１１１１は、低部サポートシャフト１１０８のベース１１１４を持ち上げる。ヒータ電極インシュレータ１１１０及びＲＦ電極インシュレータ１１１２は例えば、アルミニウムチューブであろう。サポートシャフトの内部は周囲（部屋）圧力と繋がっているか、又はシールされても良い。ヒータアセンブリの意図された使用（温度）が許容するならば、Ｏリングが使用され、ヒータ電極及びＲＦ電極の回りにガス密シールを形成する。代りに、ガス−金属又はセラミック−メタルシールを包含するフィードスルー１１１３がシャフトの内部をシールするために使用される。フィードスルーは密封されていないであろう。しかし、特に使用されるプロセスが現在の環境にない場合又は安全ハザードのために、密封されたフィードスルーが、１つのシャフトシールがリークした場合、追加の安全性を提供する。
【００６９】
Ｅ．排気装置
図１Ａについて説明すると、バルブアセンブリ（スロットルバルブ装置）はアイソレーションバルブ７８、及び排出ライン１７８沿いに配置された、ポンプチャネル６０を通るガスの温度を制御するためのスロットルバルブ８３を含む。処理チャンバ３０内の圧力は静電容量式圧力計（図示せず）によってモニタされて、コンジット１７８の流れの断面積をスロットルバルブ８２で変化させることによって制御される。プロセッサ８５は、チャンバ圧力を示す圧力計からの信号を受けることが望ましい。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）によって入力された設定点圧力値と比較して、チャンバ内の所望の圧力を維持するために要求されるスロットルバルブの必要な調節を決定する。プロセッサ８５は、調節された信号をドライブモータ（図示せず）に中継し、そのモータがスロットルバルブを、設定点圧力値に対応するセッティングに調節する。本発明に使用される適当なスロットルバルブは、通常的に譲渡され、同時係属中で、「処理チャンバの圧力を制御するための改良された装置と方法」（Attorney Docket No. 891/DCVD-II/MBE ）という名称の、１９９６年６月２８日に出願された、米国特許出願第08/672,891号明細書に記載されており、その開示内容は全体として本明細書に援用されている。しかしながら、ＴｉＣｌ₄ からのチタンの堆積のような高いガス流量が必要なプロセスでは、排気装置の能力を増さなければならない。これは排気ポート８０の断面積を増加させること、及び排出ライン１７８とスロットルバルブ８３の直径を増加させることを含む。一実施形態では、約５ｔｏｒｒのチャンバ圧力で約１５リットル／分のガス流を提供するために、排気ポート８０は、５リットル／分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された。ある例では、スロットルバルブと排出ラインの直径が、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形態では異なるだろう。
【００７０】
アイソレーションバルブ７８を使って処理チャンバ３０を真空ポンプ８２から隔離することによって、ポンプのポンプ作用によるチャンバ圧力の減少を最小にしてもよい。図１Ａに見られるように、スロットルバルブ８３と共にアイソレーションバルブ７８を使って、ＣＶＤ装置１０の質量流量コントローラ（図示せず）を較正してもよい。プロセスによっては、液体ソースは、気化した後にキャリヤガスと共に処理チャンバ３０に送出される。質量流量コントローラを使って、チャンバ３０へのガス又は液体の流量がモニタされる。ＭＦＣの較正時に、アイソレーションバルブ７８がスロットルバルブ８３へのガス流を絞るか制限してチャンバ３０内の圧力増加が最小にされるが、これによってＭＦＣの較正が容易にされる。
【００７１】
上に提示したＣＶＤ装置の記述は説明のためであって、必ずしも本発明の範囲を限定するものと見做してはならない。通常のＣＶＤ装置１０は単一ウェーハ真空チャンバ装置である。しかしながら、マルチウェーハチャンバ装置である他のＣＶＤ装置が本発明の他の実施形態で使用されてもよい。しかしながら、本発明の特徴の幾つかがマルチチャンバ処理装置のＣＶＤチャンバの一部として図示、説明される場合でも、本発明が、必ずしもこの方式に限定されないことは言うまでもない。すなわち、本発明の様々な側面はエッチングチャンバ、拡散チャンバ等の様々な処理チャンバで使用できる。上記装置のバリエーション、例えばデザイン、ヒータ設計、ＲＦパワー接続の位置、ソフトウェアの動作と構造、あるソフトウェアサブルーチンに使用される特定のアルゴリズム、ガスインレットラインとバルブの構成のバリエーション、その他の変更が可能である。更に、上述の特定寸法は特定実施形態のために準備されたものだが、勿論、他の実施形態は異なる寸法を有することができる。その他、本発明の実施形態の中には電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合式ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置を含む他の基板処理装置に使用されるものもある。チタン膜等の層を形成するための方法は、必ずしも特定の装置や特定のプラズマ励起方法に限定されない。
【００７２】
Ｆ．構造の一例と用途
図９は本発明による集積回路９００の簡略断面図を示す。図のように、集積回路９００はＮＭＯＳとＰＭＯＳトランジスタ９０３、９０５とを含み、それらはシリコンの局部酸化（ＬＯＣＯＳ）その他の技術によって形成されたフィールド酸化物領域９２０によって互いに分離され、電気的に絶縁されている。その他に、トランジスタ９０３、９０６は、それらが共にＮＭＯＳか或いはＰＭＯＳのときは、浅いトレンチアイソレーション(trench isolation)（図示せず）によって互いに分離され、電気的に絶縁されてもよい。各トランジスタ９０３、９０６はソース領域９１２、ドレーン領域９１５、及びゲート領域９１８から成る。
【００７３】
プリメタル誘電（ＰＭＤ）層９２１は、金属層９４０とトランジスタ間の接続をコンタクト９２４で行った状態でトランジスタ９０３、９０６を金属層９４０から分離している。金属層９４０は、集積回路９００に含まれる４つの金属層９４０、９４２、９４４、９４６の１つである。各金属層９４０、９４２、９４４、９４６は、それぞれの金属間誘電層９２７、９２８、９２９によって、隣接する金属層から分離されている。隣接する金属層はバイア９２６によって選ばれた開口部で接続されている。金属層９４６上に堆積しているのは平面化パッシベーション層(planaraized passivation layer) ９３０である。ＣＶＤ装置１０を使って、例えば金属層９４０、９４２、９４４、９４６として使用される膜を堆積させることができる。これらの層は、アルミニウムの下になるチタン層、金、プラチナ、又はタングステン層等の多数のサブレイヤーから構成されてもよい。ＣＶＤ装置１０は、デバイス構造のコンタクト９２４やプラグを堆積させるためにも使用できる。
【００７４】
図９の簡略化された集積回路９００は、単に例示のみの目的であることを理解されたい。当業界の普通の当業者であれば、他の集積回路、例えばマイクロプロセッサ、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、記憶装置なども、集積回路と同様に本発明によって実施できる。更に本発明は、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ又はＢｉＣＭＯＳデバイスに適用されてもよい。金属膜の堆積と関連する応用が上で議論されたが、本発明はまた、他の応用例えば金属間堆積又は金属堆積から金属間膜の自己形成に使用されてもよい。具体的には、プロセスは有利に金属酸化物例えばＢＳＴ及びＰＺＴのＣＶＤに適用されることができる。本発明は、他の多くのタイプの金属ＣＶＤプロセスにも勿論適用でき、誘電体ＣＶＤ及び他のプラズマアプリケーションでも有用である。
【００７５】
ＩＩ．試験結果及び測定
実験は、実質的に図４Ａで示すように、ヒータアセンブリを使用してウェーハ表面上の温度均一性を評価するために行った。実験は、２００ｍｍウェーハのために構成されたＴｉｘＺ堆積システム（アプライドマテリアルズ社によって製造された）内で行われた。実験条件は、一般にウェーハ上へチタン膜の堆積する間の条件に近づけるように選ばれた。
【００７６】
図１０は、２００ｍｍのシリコンウェハ１００２を横切る温度均一性の測定結果を示し、５トルチャンバ圧力、シャワーヘッド及びウェーハ１００２間の間隔４００ミルにおいて、抵抗加熱された合金ヒータアッセンブリでの設定温度６２５℃に加熱された。図１０から判るように、ウェーハ１００２の異なる位置における温度値は、最小値５３９．７℃（参照番号１００４）から最大値５５０．４℃（１００６）の範囲であり、これにより、温度変動は１０．７℃となる。
【００７７】
温度均一性は、次の式で定義される：
温度均一性＝±（Δ温度／（２×温度））×１００％
ここで、温度は℃で表される。この定義によれば、ウェーハを横切る温度均一性は、±０．８６％である。
【００７８】
特にこのような高温で、この温度均一性は、多くの他のヒータより優れている。更に、より高温がウェーハの中心付近で生じ、ヒータのこの実施形態はデュアルゾーンキャパシティを有するため、この温度で、外側コイル電力に比べて、内側コイル電力を減少することによって良好な均一性が得られる。
【００７９】
上述の記載は、例示のためであり限定のためではないことを理解されたい。上述の記載を参照することによって、当業者には多くの実施形態があきらかとなろう。例証として、本発明はチタンプロセスレシピに関して主に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、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、チタン窒化膜、又は他の金属、又はチタン酸バリウム−ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、及び酸化シリコン膜であってもよい。もちろん、上述と同様のＣＶＤ装置が使用されてもよく、温度約４００℃未満、特に、高度な温度均一性が望ましい場合、６２５℃以上の温度を使用してもよいことが認められる。更に、本発明の種々の局面では、他の応用のために使用されてもよい。本発明の請求の範囲内で、他の同等な又は代替の膜の堆積方法が、当業者に認められるであろう。従って、本発明の範囲は、上述の記載によって決定されるものではなく、請求の範囲を参照することによって決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】堆積チャンバの簡略断面図を含んだ、本発明による堆積装置の実施形態のブロック線図である。
【図１Ｂ】本発明の堆積装置を制御できる、ユーザーとプロセッサと間のインターフェースを示した図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、堆積チャンバの簡略断面図である。
【図２Ｂ】リップピンホールの概略断面図である。
【図２Ｃ】ヒータアセンブリの頂部及び側部のシールドの概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態による、システム制御ソフトウェアの階層的制御構造の図解ブロック線図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従ったヒータアセンブリの概略断面図である。
【図４Ｂ】溝内にロウ付けされたヒータアセンブリの概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態に従ったヒータアセンブリのコンポーネントの幾つかの展開図である。
【図６】ヒータ部材の溝、リフトピンホール、熱チョークを有するインナコア部材の上から見た図である。
【図７】ヒータシールドの部分の概略断面図である。
【図８Ａ】ヒータアセンブリとヒータサポートシャフトとの間の高周波数アイソレータを含む本発明の概略断面図である。
【図８Ｂ】ヒータアセンブリとセラミックＦＲアイソレータとの間のヒートチョークを含む本発明の概略断面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態による、ヒートチョークカップラとクランプとを含むカップラの簡略断面図である。
【図８Ｄ】本発明の実施形態による、本発明によるヒートチョークカップラの概略断面図である。
【図９】本発明の一態様によって製作されたデバイスの簡略断面図である。
【図１０】本発明の実施形態による、ヒータペデスタルの温度均一性に関する試験結果を示した図である。
【図１１】セラミック−メタルシールを含むペデスタルアセンブリ及びヒータの概略断面図である。

Claims

基板処理装置であって、
チャンバと、
ヒータ電源システムと、
第１金属のインナコア、このインナコアを囲む第２金属のアウターシェルであって基板を支持する表面を有する前記アウターシェル、及び前記アウターシェルの上面及び下面間で前記インナコア内に配置された抵抗加熱素子を有するヒータアセンブリと、を備え、
前記アウターシェルの上面及び下面は、前記インナコアに熱的に連結されており、
前記第１金属は、前記第２金属より高い熱電導性を有する、基板処理装置。
前記アウターシェルの前記上面及び前記下面は、ロウ付けによって、前記インナコアに熱的に連結されている、請求項１に記載の装置。
前記第１金属は銅を含み、前記第２金属は少なくとも３％のモリブデン及び少なくとも１０％のクロムを含む、請求項２に記載の装置。
前記第１金属は銅を含み、前記第２金属は少なくとも３％のモリブデン及び少なくとも１０％のニッケルを含む、請求項１に記載の装置。
前記ヒータアッセンブリに近接して配置された金属熱シールドを更に備え、
前記熱シールドが前記ヒータアッセンブリの前記下面に平行な複数の層を有し、隣接する層は、それらの間に隙間を画成する、請求項１に記載の装置。
前記抵抗加熱素子は、第１加熱素子及び第２加熱素子を有し、
前記第１加熱素子は、第１ヒータコントローラに制御され、
前記第２加熱素子は、第２ヒータコントローラに制御され、
前記インナコアは、前記インナコアの第１部分及び前記インナコアの第２部分の間に画成された熱的ギャップを有し、
前記熱的ギャップは、前記インナコアの第１部分及び前記インナコアの第２部分の間に熱的隔離を提供する、請求項１に記載の装置。
前記ヒータアッセンブリは、冷媒を運搬する冷却管を有し、これにより、前記ヒータアッセンブリが冷却される、請求項１に記載の装置。
基板を少なくとも４００℃の温度に加熱するヒータペデスタルであって、
第１金属のインナコアと、
前記第１金属を囲み、前記基板を支持する表面を有する第２金属のアウターシェルであって、前記第１金属が前記第２金属の第２熱伝導率より大きい第１熱伝導率を有する前記アウターシェルと、
前記インナコアの溝内にロウ付けされた抵抗加熱素子と、
前記アウターシェルの下部に結合されたスタブシャフトと、
前記スタブシャフトの下部に結合された絶縁体と、
前記絶縁体が前記スタブシャフトを支持シャフトから分離するように、前記絶縁体の下部に結合された支持シャフトと、
前記インナコア、前記アウターシェル、又は前記スタブシャフトに電気的に接続された無線周波数電極と、
を備えたヒータペデスタル。