JPH10154599A - Ｒｆプラズマリアクタ用熱制御装置 - Google Patents

Ｒｆプラズマリアクタ用熱制御装置

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JPH10154599A
JPH10154599A JP9304911A JP30491197A JPH10154599A JP H10154599 A JPH10154599 A JP H10154599A JP 9304911 A JP9304911 A JP 9304911A JP 30491197 A JP30491197 A JP 30491197A JP H10154599 A JPH10154599 A JP H10154599A
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reactor
thermally conductive
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gas
cold
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Kenneth Collins
コリンズ ケネス
Michael Rice
ライス マイケル
Eric Askarinam
アスカリナム エリック
Douglas Buchberger
ブクバーガー ダグラス
Craig Roderick
ロデリック クレイグ
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Applied Materials Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理中にワークピースを支持するためのワー
クピース支持体およびプラズマリアクタチャンバを含む
プラズマリアクタ。 【解決手段】 チャンバは、サポートに面するリアクタ
エンクロージャ部分、このリアクタエンクロージャ部分
と低温本体間にあるプラズマ源電力アプリケータおよび
この低温本体とリアクタエンクロージャ間にあり同時に
これらと接触している熱導体を持っている。この熱導体
およびコールドシンクが、それら自身同士間にあるコー
ルドシンク界面の輪郭を定めるが、リアクタは更に、コ
ールドシンク界面を介しての熱抵抗を減少させるための
コールドシンク界面内部にある熱伝導性物質を含むこと
が望ましい。この熱伝導性物質は、低温本体界面を充填
する熱伝導性気体であり得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、処理しようとする
ワークピースの上方にリアクタチャンバシーリングと、
このシーリングに隣接してコイルアンテナとを有するタ
イプの誘導結合ＲＦプラズマリアクタ内の、加熱冷却装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ処理チャンバ内、とくに高密度
プラズマ処理チャンバ内では、高周波（ＲＦ）電力を用
いて、処理チャンバ内でプラズマを発生し、維持する。
処理チャンバ内部の表面の温度を、処理条件による経時
変化性の熱負荷と無関係に、または他の経時変化する境
界条件と無関係に制御する必要がしばしばある。ウイン
ドウ／電極が半導性材料である場合には、ウインドウの
適当な電気的特性を得るために、ウインドウ／電極の温
度をある温度範囲内に収まるように制御する必要がある
ことがある。すなわち、ウインドウとしてそして電極と
して同時に機能するウインドウ／電極にとって、電気抵
抗は半導体の温度の関数であり、したがって、ウインド
ウ／電極の温度はある温度範囲内に収まるようにするの
がベストである。プラズマを発生されて維持するために
ＲＦ電力を印加すると、ウインドウ（例えば、ＲＦ電力
またはマイクロ波電力の誘導結合または電磁結合などに
使用されるもの）または電極（例えば、ＲＦ電力の容量
結合もしくは静電結合、ＲＦ電力のこのような容量結合
もしくは静電結合用のグラウンドパスもしくはリターン
パスを終端させたり提供したりするために使用されるも
の）またはウインドウと電極の組み合わせ物に使用され
るようなウインドウを有するチャンバ内部の表面が加熱
されることになる。これらの表面が加熱される原因とし
て以下のものが考えられる：１）イオンや電子の衝突、
２）励起された種から放出された光の吸収、３）電磁場
または静電場からの電力の直接的な吸収、４）チャンバ
内の他の表面からの放射、５）伝導（通常は、低い中性
気体の圧力では影響は小さい）、６）対流（通常は、低
い質量流量では影響は小さい）、７）化学反応（すなわ
ち、プラズマ中の活性な種との反応によるウインドウま
たは電極の表面で起こる）。
【０００３】プラズマ処理チャンバで実行中のプロセス
によっては、上記のしたように内部熱源によってウイン
ドウや電極が達するその温度を上回る温度にまでウイン
ドウや電極を加熱する必要があるかもしれないし、ま
た、動作プロセスまやは１連のプロセスの他の部分の間
に内部熱源によってウインドウや電極が達するその温度
未満の温度にまでウインドウや電極を冷却する必要があ
るかもしれない。このような場合、熱をウインドウや電
極に結合させる方法および熱をウインドウや電極から結
合させる方法が必要である。
【０００４】プロセスチャンバの外部からウインドウ／
電極を加熱する方式には次のものがある： １．外部の放射源（すなわち、ランプ、放射ヒータまた
は誘導熱源）によってウインドウ／電極を加熱する方
式； ２．外部の対流源（すなわち、放射、導通または対流に
よって加熱された強制流体）によってウインドウ／電極
を加熱する方式； ３．外部の導通源（すなわち、抵抗ヒータ）によってウ
インドウ／電極を間津する方式。
【０００５】前述の加熱方法は、冷却手段をなんら持た
ず、ウインドウや電極に対して適用可能な温度範囲を、
内部の熱源だけでウインドウや電極が達する温度を上回
る温度に制限するものである。
【０００６】プロセスチャンバ外部からウインドウ／電
極を冷却するアプローチには次のステップが含まれる： １．ウインドウ／電極を放射によってより低温の外部表
面温度にまで冷却するステップ； ２．ウインドウ／電極を外部の対流源によって冷却する
（すなわち、自然冷却または強制冷却）ステップ； ３．ウインドウ／電極を外部吸熱器に導通させることに
よって冷却するステップ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の冷却方法は、内
部熱源以外になにも加熱手段を持たないが、ウインドウ
や電極操作に利用可能な温度を、ウインドウや電極が内
部熱源だけで達する温度よりも低い温度に制限する。
【０００８】更に、前述の冷却方法は、次の問題点を持
っている： １．放射によるウインドウ／電極の冷却では、放射パワ
ーがＴ4に依存する（Ｔは、熱を放射又は吸収する面の
絶対（ケルビン）温度）ため、低温においては熱移動速
度は低く抑えられる（多くの場合、ウインドウや電極の
必要温度範囲及びウインドウや電極の内部加熱速度に対
して不十分である）。
【０００９】２．ウインドウ／電極を外部対流源で冷却
する場合、熱伝導率の高い液体を用いれば高い熱移動速
度を達成でき、更に、流量が大きい場合は密度と比熱の
積も高くすることができるが、液体対流冷却は次の問題
を持つ： Ａ）液体の蒸気圧が温度（すなわち、沸点）に依存する
ため、液体対流冷却は最大動作温度に限られる（ただ
し、相変化できる場合は別であるが、この場合も特有の
問題−−すなわち相変化の温度が固定されている−−制
御範囲がなく、安全的にも問題である）； Ｂ）液体の電気的特性により、液体冷却が電気的条件と
適合しない場合がある； Ｃ）リアクタの構造体素子と接触する液体と関連する一
般的な統合上の問題。ウインドウや電極を外部の対流源
（すなわち、冷却気体）で冷却することは、熱伝達率が
低い場合に限られるが、これはたいていの場合、ウイン
ドウや電極の必要とされる温度範囲やウインドウや電極
の内部加熱速度にとっては不十分である。
【００１０】３．ウインドウ／電極を伝導によって外部
吸熱器の温度にまで冷却すると、ウインドウや電極と吸
熱器との間の接触抵抗が充分に低ければ高い熱伝達率を
達成できるが、実際問題としては、低い接触抵抗を達成
するのは困難である。
【００１１】ウインドウ／電極をプロセスチャンバの外
部から加熱と冷却の双方を実行する方式には、ウインド
ウ／電極を外部吸熱器の温度まで伝導で冷却するステッ
プと組み合わされたウインドウ／電極を外部伝導源（す
なわち、抵抗ヒータ）で加熱するステップが含まれる。
１つの実現例では、その構造体は次の通りである。ウイ
ンドウ／電極は、ウインドウや電極の外部表面に隣接し
たヒータプレート（抵抗ヒータを埋め込んだプレート）
を持つ。そのうえ、吸熱器（通常は、液冷式）が、ウイ
ンドウや電極から観てヒータプレートの反対側の近傍に
置かれる。接触抵抗が、ウインドウ／電極とヒータプレ
ート間と、ヒータプレートと吸熱器間に置かれる。ウイ
ンドウ／電極の温度の自動制御を組み込んだこのような
システムでは、温度測定（継続的測定であれ、周期的測
定であれ）は、制御されるウインドウ／電極についてな
され、測定温度値は設定温度と比較され、測定温度と設
定温度の差に基づいて、コントローラは制御アルゴリズ
ムにしたがって、抵抗ヒータにどのていどの電力を供給
すべきか、またはその替わりに、どの程度吸熱器にたい
して冷却を供給すべきかを判断し、更に、コントローラ
は、この加熱冷却の判断されたレベルを出力するように
トランスジューサにコマンドを与える。このプロセス
は、ウインドウや電極の温度が設定温度にたいしてある
希望される程度に集束するまで（継続的または周期的
に）繰り返され、こうすることによって、制御システム
は、内部加熱または冷却のレベルの変化または設定温度
の変化による加熱または冷却の必要レベルの変化に反応
する準備が常に整っていることになる。ウインドウや電
極の温度を制御するシステムの冷却能力を制限する接触
抵抗の問題の他にも、システムには、プラズマリアクタ
動作中の内部の加熱や冷却の負荷の変化に応じて必要と
されるウインドウや電極から吸熱器への熱伝達に時間的
遅延が生じるという問題がある。これはあるていどは、
ウインドウ／電極とヒータ間の接触抵抗およびヒータと
吸熱器間の接触抵抗ならびにヒータおよびウインドウ／
電極の熱容量が原因である。例えば、プロセス中または
１連のプロセス中え内部熱負荷が増加するにつれて、シ
ステムはその増加を、ウインドウや電極の温度の増加を
測定することによって感知するが、熱がウインドウや電
極を通り、ウインドウ／電極とヒータ間の接触抵抗を乗
り越え、ヒータプレートを通り、更にヒータと吸熱器間
の接触抵抗を乗り越えて拡散するにはタイムラグがあ
る。そのうえ、ヒータに「蓄えられた」ところの「余分
な」熱エネルギが、ヒータと吸熱器間の接触抵抗を越え
て拡散する。このタイムラグによって、内部の熱負荷や
冷却負荷が変化するにつれてウインドウや電極の温度の
制御に困難が生じ、通常は、ウインドウや電極の温度が
設定値の近傍をいくぶん変動する結果となる。
【００１２】ウインドウや電極（電磁ＲＦや誘導ＲＦ更
にマイクロ波の電力がチャンバ外部からチャンバ内部に
ウインドウやウインドウ／電極を介して結合されるよう
なタイプのもの）にとってさらなる問題は、熱伝達装置
（ヒータおよび／または吸熱器）の存在が、このような
電磁ＲＦ、誘導ＲＦまたはマイクロ波の電力の結合に干
渉し、および／または、ＲＦまたはマイクロ波の電力の
結合装置の存在が、ヒータおよび／または吸熱器とウイ
ンドウまたはウインドウ／電極との間の熱伝達に干渉し
かねないことである。
【００１３】したがって、ウインドウもしくは電極また
はウインドウ／電極の温度が、希望されるプロセスや１
連のプロセスが、チャンバ内の内部加熱または冷却の負
荷の変化や他の境界条件の変化と無関係に実行されるよ
うに設定値に充分に近くになるように制御されるよう
に、プラズマ処理チャンバ中で使用されるウインドウも
しくは電極またはウインドウ電極を加熱および／または
冷却する方法が求められている。
【００１４】そのうえ、希望されるプロセスや１連のプ
ロセスが、チャンバ内部での内部の加熱負荷または冷却
負荷の変化や他の境界条件の変化と無関係にプラズマプ
ロセスチャンバ内で実行されるように、ウインドウまた
はウインドウ／電極を介しての電磁ＲＦや誘導ＲＦやマ
イクロ波の電力の結合にたいする干渉なしで、ウインド
ウもしくは電極またはウインドウ／電極の温度が設定温
度の充分近傍にくるように制御されるように、プラズマ
処理チャンバ内で使用されるウインドウまたはウインド
ウ／電極を加熱および／または冷却する方法が求められ
ている。
【００１５】そのうえ、電極またはウインドウ／電極の
温度が、ＲＦ電力の容量結合や静電結合に干渉すること
なく、またはこのようなＲＦ電力の容量結合や静電結合
のためのグラウンドパスやリターンパスの終端や提供に
干渉したりすることなく、その結果、希望されるプロセ
スや１連のプロセスが、チャンバ内での内部の加熱負荷
や冷却負荷の変化や他の境界条件の変化と無関係に、プ
ラズマプロセスチャンバ内で実行されるように、設定温
度の充分近傍にくるように制御されるように、プラズマ
処理チャンバ内で使用される電極またはウインドウ／電
極を加熱および／または冷却する方法が求められてい
る。
【００１６】そのうえ、電極またはウインドウ／電極の
温度が、ＲＦ電力の容量結合または静電結合に干渉する
ことなく、または、ＲＦ電力のこのような容量結合や静
電結合のためのグラウンドパスやリターンパスの終端や
提供に干渉することなく、その結果、希望のプロセスや
１連のプロセスが、チャンバ内の内部加熱負荷や冷却負
荷の変化や他の境界条件の変化と無関係に実行されるよ
うに、設定温度の充分近傍にくるように制御されるよう
に、プラズマ処理チャンバ内で使用される電極またはウ
インドウ／電極を加熱および／または冷却する方法が求
められている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマリア
クタチャンバと、処理中にチャンバ内部の支持面の近傍
にワークピースを支持するためのワークピース支持体と
を有するプラズマリアクタに具体化され、このチャンバ
は、この支持体に面するリアクタエンクロージャ部分
と、このリアクタエンクロージャ部分の上方のコールド
プレートと、リアクタエンクロージャ部分とコールドプ
レート間のプラズマ源電力アプリケータと、このコール
ドプレートとリアクタエンクロージャ間にありこれらと
接触している熱伝導体とを有する。好ましくは、電源ア
プリケータは放射状に分散した複数のアプリケータ素子
を有し、これらの間に空隙が形成され；熱伝導体はこの
空隙中に放射状に分散した熱伝導素子を有し、コールド
シンクおよびリアクタエンクロージャ部分と接触する。
この放射状に分散した熱伝導素子は、各々の同心円筒リ
ングを含むことが好ましい。リアクタエンクロージャ部
分にはシーリング（天井部）を有し、このシーリング
は、プラズマソース電力アプリケータから放出される電
力用のウインドウを含む。この電源アプリケータは、Ｒ
Ｆ電力発生器と連通している誘導アンテナを有すること
が望ましく、シーリングは誘導電力ウインドウであるこ
とが望ましい。シーリングは、半導体ウインドウ電極を
有していることが好ましいが、必ずしも有している必要
はない。熱伝導体とコールドシンク（コールドシンク:
cold sink）は、その間にコールドシンク界面を形成
し、リアクタは更に、コールドシンク界面の熱抵抗を減
少させるためにコールドシンク界面に熱伝導性物質を有
していることが好ましい。この熱伝導性物質は、コール
ドプレート界面に充填する熱伝導性気体でもよい。ある
いは、熱伝導性の固体物質でもよい。リアクタは、熱伝
導性気体源と連通可能なコールドプレート中の気体マニ
ホルドと、この気体マニホルド及び開口部からコールド
プレート界面にまでコールドプレートを通っている流入
口を有することがある。このリアクタは更に、コールド
プレートと熱伝導体の間に挟まれるＯリング装置を有し
ていてもよく、これは、コールドプレートからの流入口
と連通する気体含有容量を形成する。コールドプレート
界面中に形成する気体含有体積は、ほとんど微小な厚さ
のものであることが望ましい。熱伝導体は、リアクタエ
ンクロージャ部分で一体に形成することがある。熱伝導
体は、リアクタエンクロージャと分離して形成し、これ
によってリアクタエンクロージャ界面の輪郭が、リアク
タエンクロージャ部分と熱伝導体との間に定められるよ
うにすることがあるが、この場合は、リアクタエンクロ
ージャ界面を介しての熱抵抗を減少させるためにリアク
タエンクロージャ界面内に熱伝導性物質が存在すること
が望ましい。このリアクタエンクロージャ界面内の熱伝
導性物質は、リアクタエンクロージャ界面を充填する熱
伝導性気体であり得る。替わりに、リアクタエンクロー
ジャ界面内の熱伝導性物質は、熱伝導性気体材料を含む
ことがある。この熱伝導体が、リアクタエンクロージャ
界面がリアクタエンクロージャ部分と熱伝導体間にその
輪郭が定められるように、リアクタエンクロージャ部分
から分離して形成される場合、リアクタエンクロージャ
界面を介しての熱抵抗を減少させるために、リアクタエ
ンクロージャ界面を充填する熱伝導性気体が存在するこ
とが望ましい。この場合、熱伝導体を通り、コールドプ
レート界面とリアクタエンクロージャ界面間を連通する
気体流路が存在することが望ましい。この場合、熱伝導
体の気体流路と連通するリアクタエンクロージャ界面内
に気体含有体積の輪郭を定める、熱伝導体とリアクタエ
ンクロージャ部分との間にＯリングが更に存在すること
が望ましい。熱伝導性の個体材料には、アルミ、インジ
ウム、銅、ニッケルの内の１つを含む軟金属が包含され
ることが望ましい。別法としては、熱伝導性個体材料
は、熱伝導性物質の粒子で充満したエラストマを包含す
ることが望ましい。この粒子は、アルミ、インジウム、
銅、ニッケルの内の１つを含む熱伝導製材料などの軟金
属の粒子である場合がある。別法としては、この粒子
は、窒化カーボン、高電気抵抗性で高熱伝導性のシリコ
ンカーバイド、高抵抗性のシリコン、窒化アルミ、酸化
アルミの粒子でもあり得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】小型のアンテナ−ワークピースギ
ャップを有するプラズマリアクタにおいて、架空誘導ア
ンテナパターンに関するワークピースの中心地域の近く
のプラズマイオン密度の減少を最小化するために、誘導
される中心地域の電場の量を増加することが本発明の１
つの目的である。本発明は、アンテナの対称軸の近辺の
シーリングをかぶせた誘導コイルの巻線を集中すること
およびアンテナとその中心地域のプラズマの間の磁束連
結の変化（ＲＦ原周波数において）の割合を最大化する
ことによってこの目的を達成した。
【００１９】本発明によれば、対称軸周りのソレノイド
コイルは同時に軸近くの誘導コイルの巻線に集中し、ワ
ークピースに近接した中心地域のプラズマとアンテナの
間の磁束連結の変化割合を最大化する。これは巻線数が
多くコイル半径が小さいためで、強力な磁束連結および
中心地域のプラズマが密接して互いに結合することに必
要である。（対照的に、通常の平坦なコイルアンテナで
は誘導場を広範な放射状域に広げてしまい、放射状力の
分布を外の円周方向に押し出してしまう。）この特性を
理解すると、ソレノイドアンテナは、複数の誘導要素を
持ち、非平坦類に分類されるアンテナで、ワークピース
の面、またはワークピース支持体表面、またはチャンバ
のシーリングのかぶさり、または異なる距離において横
断的にワークピース支持体面にスペースを入れ、（チャ
ンバ中のワークピース支持体台によって定義される）ま
たは異なる距離において横断的にチャンバシーリングの
かぶさりにスペースを入れることに関する。この特性を
理解すると、誘導要素は電流を運ぶ要素で、チャンバの
プラズマおよび／またはアンテナの他の誘導的要素と互
いに誘導的に結合されている。
【００２０】本発明の望ましい実施例は、１つが中心近
くにあり、他の１つが円周半径の外にある２連のソレノ
イドコイルアンテナを含む。この２つのソレノイドは異
なるＲＦ周波数もしくは同じ周波数で駆動されてもよ
く、この場合、好ましく相が固定され、それらの場が構
造的に相互作用することで、より好ましく相が固定され
る。内側と外側のソレノイドの間での最も偉大な実用的
な変位はワークピース円周のエッチングレートに関して
ワークピースにおけるエッチングレートの最も融通がき
く制御がなされるため望ましい。熟練した人は容易にＲ
Ｆ電力、チャンバ圧およびプロセスガス混合物の電気陰
性度（分子ガスと不活性ガスの好ましい比率を選択する
ことにより）を変えられ、より広いレンジまたはワーク
ピースにまたがったエッチングレートの放射状方向への
均一性を最適化する（本発明を利用して）プロセスウィ
ンドウを得る。内側と外側の分離された好ましい実施例
のソレノイドの最大のスペーシングは次の便宜をもたら
す： （１）制御と調整の最大の均一性； （２）内側と外側のソレノイドの間の最大の絶縁で、１
つのソレノイドからの磁場と他のソレノイドの磁場との
干渉を防止し； （３）シーリングの温度制御を最適化する温度制御要素
ためにシーリング上のスペース（内側と外側のソレノイ
ド間の）を最大にする。
【００２１】図４Ａは誘導的にワークピース−シーリン
グ間の短いギャップのＲＦプラズマリアクタを結合され
た単一ソレノイドの実施例（好ましい実施例ではない）
の図解で、誘導磁場の表層深さはギャップ長さに依存す
ることを意味している。
【００２２】この特性を理解すると、ギャップ長さに依
存する表層深さは、ギャップ長さの１０の乗係数（すな
わち、約１／１０から約１０倍の間）に依存する。
【００２３】図５はＲＦプラズマリアクタを誘導的に結
合した２連のソレノイドの図解で、本発明の好ましい実
施例である。２連ソレノイドの形状を除き、図４Ａと図
５のリアクタの構造はほぼ同じなので、ここでは図４Ａ
を参照して述べる。円筒状のチャンバ４０を含むリアク
タは図１のそれと似ており、違いは図４Ａのリアクタは
非平坦コイルアンテナ４２を持ち、その巻線４４がアン
テナ対称軸４６の近くに非平坦形で接近して集中してい
ることである。図解した実施例中の巻線４４が対称で、
その対称軸４６がチャンバの中心軸と一致しているなら
ば、本発明は異なった方法で実施できる。例えば、巻線
が対称でなく、および／または対称軸が一致しない場合
である。しかしながら、対称アンテナの場合、そのアン
テナは架空放射状パターンをそのチャンバの中心もしく
はワークピースの中心に一致する対称軸４６付近に持っ
ている。中心軸４６周りの巻線４４の集中の接近はこの
空間を補整し、ソレノイドにより巻線４４を垂直に堆積
することでチャンバの中心軸４６より各々が最短距離に
ある。このことが上記の図３Ｄと図３Ｅを参照して述べ
たようにワークピース−シーリング高さが短くてプラズ
マイオン密度が最弱であるチャンバ中心軸４６近辺の電
流（Ｉ）とコイル巻線数（Ｎ）の積を増加する。その結
果、非平坦コイルアンテナ４２を用いたＲＦ電力はウェ
ハー中心で−−アンテナ対称軸で−−より大きな電磁誘
導［ｄ／ｄｔ］［Ｎ＊Ｉ］を作り出し、（円周域に関連
して）それゆえその地域でより大きなプラズマイオン密
度を生成し、ワークピース−シーリング高さが小さいに
もかかわらずより均一に近いプラズマイオン密度が得ら
れる。かくして本発明はプロセスの均一性を犠牲にする
ことなくプラズマプロセスの性能を向上するためにシー
リング高さを減少させる方法を提供する。
【００２４】図４Ｂは図４Ａおよび図５の実施例に用い
られた巻線の好ましい手段を最もよく示している。巻線
４４が少なくともワークピース５６の面と平行に近く存
在するために、通常のらせん巻線でなく、その代わりに
それぞれ個々の巻線つけが、巻線つけの間のステップま
たはトランジション４４ａを除く（１つの水平面からつ
ぎの面まで）ワークピース５６の（水平な）面に平行に
なるようにする。
【００２５】円筒チャンバ４０は円筒側壁５０および、
側壁５０とシーリング５２がシリコンのような単一物質
からなるため、側壁５０と積み重ねて形成された円状シ
ーリング５２とからなる。しかしながら、本発明は後述
するように、側壁５０とシーリング５２が別々に形成さ
れたものとしてもよい。円状シーリング５２は、平坦型
（図４Ａ）、ドーム型（図４Ｃ）、円錐型（図４Ｄ）、
円錐台型（図４Ｅ）、円筒型またはそれらの組み合わせ
または曲線の回転で得られるどの断面形状を有していて
もよい。それらの組み合わせについては後述する。一般
に、ソレノイド４２の垂直ピッチ（すなわち、垂直高さ
を水平幅で割ったもの）は、シーリングがドーム、円
錐、円錐台のよう３次元表面で定義されたとしても、シ
ーリング５２の垂直ピッチより多い。この目的のため
に、少なくとも好ましい実施例において、前述したよう
にアンテナ対称軸近くのアンテナの誘導を集中させる。
シーリングの余分なピッチを有するソレノイドが、ここ
でいう非同形ソレノイドとして定義され、その意味で、
一般に、その形状がシーリングの形状と一致せず、より
特徴的にはその垂直ピッチがシーリングの垂直ピッチよ
り多いことである。２次元または平坦なシーリングは素
直ピッチがゼロであり、これに対し３次元シーリングは
ゼロでない垂直ピッチを有する。
【００２６】チャンバ４０の底にある台５４は、ワーク
ピース支持面中の平坦ワークピース５６を加工の間支持
する。ワークピース５６は典型的な半導体ウェハーで、
ワークピース支持面は一般的にウェハーもしくはワーク
ピース５６の面である。チャンバ４０はポンプ（図示し
ていない）により環状通路５８を通してチャンバ４０の
下部にある排気環６０に排気される。排気環の内部は交
換可能な金属ライナー６０ａで内張りすることもでき
る。環状通路５８は円筒側壁５０の底端５０ａと台５４
周りの平坦リング６２によって定義される。プロセスガ
スは、供給するガスのどれか１種でもまたすべての組み
合わせでもチャンバ４０に供給される（ガス供給源を図
中にGAS SUPPLY と表記。図４Ａ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、
図５〜図１５、図１７Ａ及び図１７Ｂで同じ）。ワーク
ピース中心近辺のプロセスガスの流量を制御するため、
センターガス供給口６４ａは、シーリング５２のの中心
を通してワークピース５６の中心（またはワークピース
支持面の中心）方向に下向きに延長することが可能であ
る。ワークピース円周部近辺（またはワークピース支持
面の円周近辺）のガス流量を制御するため、複数の放射
状ガス供給口６４ｂ、それらは各々独立してセンターガ
ス供給口６４ａを制御できる、は、側壁５０から放射状
に内側に向かってワークピース円周方向に（またはワー
クピース支持面円周方向に）延長することが、またベー
ス軸ガス供給口６４ｃは台５４近辺から上向きにワーク
ピース円周方向に延長することが、またシーリング軸ガ
ス供給口６４ｄはシーリング５２からワークピース円周
方向に延長することが可能である。ワークピース中心お
よび円周におけるエッチングレートは 個別に調整で
き、他のものに関連してワークピース周りのエッチング
レートの分布をプロセスガス流量をワークピース中心お
よび円周方向に センターガス供給口６４ａおよび６４
ｂ−ｄまでのどのそれぞれのガス供給口を通してでも、
より放射状に均一化させる。この本発明の特徴はセンタ
ーガス供給口６４ａと円周ガス供給口６４ｂ−ｄの内の
どれか１つでなすことができることである。
【００２７】ソレノイドコイルアンテナ４２はセンター
ガス供給口６４の周りのハウジング６６の周囲に巻かれ
る。プラズマソースＲＦ電源６８はコイルアンテナ４２
にまたがって結合され、バイアスＲＦ電源７０は台５４
に結合されている。
【００２８】コイルアンテナ４２からシーリング５２の
中心地域の上部空間の制限がシーリング５２の占拠され
ていないの上部表面の大きな部分を残し、それゆえ温度
制御装置、例えば、タングステンハロゲンランプのよう
な複数の輻射ヒータ７２や、例えば銅まはアルミニウム
で作られ、それを通して延ばされた冷却剤通路７４ａで
水冷された冷却プレート７４が含まれる部分と直接接触
することができる。冷却剤通路７４ａは高熱伝導性で、
しかしアンテナまたはソレノイド４２の電気的負荷低下
をさけるため、低電気伝導性のよく知られているいろい
ろな冷却剤を含むことが望ましい。冷却プレート７４
は、輻射ヒータ７２が他を圧倒できる最大出力を選択さ
れた間でも、シーリング５２を一定に冷却することがで
き、もし必要ならば、冷却プレート７４による冷却で、
シーリング５２の安定した温度制御を感度よく助長でき
る。ヒータ７２で照射された大きいシーリング域は温度
制御のよりよい均一性と効率をもたらす。（本発明を実
行するのに輻射ヒータは必須でないことを注目すべき
で、後述するように熟練した人はそれの代わりに電熱ヒ
ータを用いてもよい。）もしシーリング５２が、Ｋｅｎ
ｎｅｔｈ Ｃｏｌｌｉｎｓほかによる１９９６年に２月
２日に提出された共同出願の米国特許の通番０８／５９
７，５７７に開示されたように、シリコンであれば、シ
ーリング全体の温度制御の均一性と効率は増加して重大
な便宜が得られる。特に、高分子プレカーサとエッチャ
ントプレカーサガス（例えばフロロカーボンガス）を用
い、エッチャント（フッ素）を排気することが要求され
る場合、シーリング５２の全体にわたって高分子の蒸着
速度および／またはシーリング５２がフッ素エッチャン
トスカベンジャ物質（シリコン）をプラズマ中に供給す
る速度が、温度制御ヒータ７２を含むシーリング５２の
接触面積を増加することにより、よりよく制御される。
ソレノイドアンテナ４２は、ソレノイド巻線４４がシー
リング５２の中心軸に集中しているため、シーリング５
２上の接触可能な面積を増加する。
【００２９】シーリング５２の熱的接触のために利用で
きる地域の増加は高度に熱伝導性の円環体７５（窒化ア
ルミニウム、酸化アルミニウムまたは窒化珪素のような
セラミック、またはシリコンやシリコンカーバイドを軽
くドープしたものかドープなしのいずれかの非セラミッ
クから、形成される）による好ましい実施で開発され、
その底面はシーリング５２上に置かれ、上面は冷却プレ
ート７４を支持している。円環体７５の１つの特徴は、
それが、ソレノイド４２の上部の更に上部にある冷却プ
レート７４との置き換えにある。この特徴はソレノイド
４２とプラズマの間の誘導結合の減少を充分に緩和、ま
たはほぼ消去し、そのことは冷却プレート７４からソレ
ノイド４２の熱伝導プレーンの近接した接近という、ほ
かの結果をもたらす。誘導結合におけるそのような減少
を避けるため、冷却プレート７４とソレノイド４２の巻
線の最上部の間の距離を少なくともソレノイド４２の全
高に対してに充分な割合（例１／２）以上にすることが
好ましい。円環体７５を通して延長された複数の軸穴７
５ａは２つの同心の円に沿って一定の間隔をおかれ、複
数の放射ヒータまたはランプ７２を支持し、それらでシ
ーリング５２を直接放射させる。ランプの最良の効率化
のため、穴の内層面は反射層（例アルミニウム）で内張
りしてもよい。図４のセンターガス供給口６４ａは特殊
なリアクタの設計やプロセス条件により、放射ヒータ７
２（図５に示すように）と置き換えてもよい。シーリン
グの温度は熱電対７６のようなセンサで、ランプヒータ
７２で占められていない穴７５ａの１つを通して検出さ
れる。良好な熱的接触のため、窒化硼素を充填したシリ
コンゴムのような高熱伝導性のエラストマ７３がセラミ
ック円環体７５と銅製冷却プレートの間およびセラミッ
ク円環体７５とシリコンシーリング５２の間におかれ
る。
【００３０】前述の参照した共同出願特許に開示された
ように、チャンバ４０がすべて半導体のチャンバでもよ
く、その場合シーリング５２と側壁５０の両方ともが、
シリコンまたはシリコンカーバイドのような半導体であ
る。前述の参照した共同出願特許に開示されたように、
シーリング５２または壁５０のいずれかに対しての温度
制御、およびＲＦバイアス電力の供給は、プラズマへの
フッ素スカベンジャー前駆体（シリコン）をプラズマへ
供給する量を調節し、またはその代わりに高分子でコー
トされる量をを調節する。シーリング５２の素材はシリ
コンに限定されるものではなく、その代わりとしてシリ
コンカーバイド、二酸化珪素（石英）、窒化珪素、窒化
アルミニウムまたは酸化アルミニウムのようなセラミッ
クであってもよい。
【００３１】前述の参照した共同出願特許に開示された
ように、チャンバの壁５０またはシーリング５２はフッ
素スカベンジャー材の源として使われる必要がない。代
わりに、使い捨て可能な半導体（例シリコンまたはシリ
コンカーバイト）などをチャンバ４０の内側に置くこと
ができ、それらは充分な高温を維持して、その上に高分
子の凝縮を防止し、シリコン材がそこからフッ素スカベ
ンジャー材としてプラズマ中へ取り除かれる。この場
合、壁５０およびシーリング５２はシリコンである必要
はなく、またもし、それらがシリコンであっても高分子
の凝縮温度（および／もしくは高分子凝縮ＲＦバイア
ス）近くまたはそれ以下の温度（および／もしくはＲＦ
バイアス）に維持され得るので、それらはプラズマから
の高分子でコートされ、消耗されることを防ぎ得る。使
い捨て可能なシリコンなどはどんな適当な形でも取り得
るので、図４の実施例において使い捨て可能なシリコン
などを台５４の周辺の環状リング６２とすることもでき
る。環状リング６２は高純度シリコンであることが好ま
しく、その電気的または光学的性質を変えるためにドー
プされてもよい。シリコンリング６２をプラズマプロセ
スにおける都合のよい導入を確実にするのに充分な温度
に維持するため（例、フッ素スキャベンジのためにシリ
コン材をプラズマへ入れることの寄与）、複数の放射
（例、タングステンハロゲンランプ）ヒータ７７を環状
リング６２の下部の円内に配置して石英窓７８を通して
シリコンリング６２を加熱する。前述の参照した共同出
願特許に開示されたように、ヒータ７７は、光学高温計
またはフッ素系光学プローブのようなリモートセンサで
もよい温度センサ７９によって検出され、シリコンリン
グ６２の測定された温度に従って制御される。センサ７
９は部分的に、リング６２中の非常に深い穴６２ａの中
に延長してもよく、穴の深さと狭さは、少なくとも部分
的にシリコンリング６２の熱放出性の温度依存変化をマ
スクすることに役立ち、このため、それは温度測定がよ
り確実な灰色ボディーのラジエータに、より似たような
ものである。
【００３２】上記の参照した米国特許出願連番０８／５
９７，５７７に述べたように、全半導体製チャンバの優
位は、プラズマが、例えば金属のような汚染を作り出す
物質との接触をしないことにある。この目的のため、環
状通路５８に隣接したプラズマ収束磁石８０、８２は環
状ポンプ６０へのプラズマの流れを防止または減少す
る。どれほどの高分子前駆体の量および／または活性な
種が、環状ポンプ６０に入ることに成功し、どの高分子
または交換可能な内層内張り６０ａでも、高分子の凝縮
温度より充分に低い温度に、例えば参照した共願特許に
開示したように、内張り６０ａを維持することによりプ
ラズマチャンバ４０からの再侵入を防ぐことができる。
【００３３】環状ポンプ６０の外壁を貫いているウェハ
ースリット弁８４はウェハーの出入りを調整する。チャ
ンバ４０と環状ポンプ６０の間の環状通路５８は、スリ
ット弁８４に、より大きく隣接し、円筒の側壁５０の底
端の勾配の効力のため、最も小さく反対側にあり、その
ことはチャンバ内圧分布を、非対称なポンプ口の配置で
も、より対称的にする。
【００３４】チャンバ中心軸４６近くの最大相互インダ
クタンスは垂直に積層されたソレノイドの巻線４４によ
り得られる。図４の実施例の中で、巻線４４の垂直積層
の外側の、底のソレノイド巻線４４ａの水平のプレーン
中にある、ほかの巻線４５を追加してもよく、追加巻線
４５を底のソレノイド巻線４４ａに接近し得る。
【００３５】図５の好ましい２連ソレノイドの実施例を
特にここで参照して、第２の外側の垂直積層または外部
配置における（すなわち熱伝導性の円環体７５の円周面
の外側に対して）巻線１２２のソレノイド１２０をソレ
ノイド巻線４４の垂直積層の中からの放射距離δＲに置
き換えられる。図５でのソレノイドアンテナ４２の内側
から中心および外側のソレノイドアンテナ１２０から円
周までの、図４Ａ中のような温度制御装置７２、７４、
７５と直接接触できるようにシーリング５２の上面の大
部分と離れていることの制限に注意すること。シーリン
グ５２と温度制御装置の間のより大きい表面域は、より
効率的でより均一なシーリング５２の温度制御を得る利
点がある。
【００３６】リアクタの中の側壁とシーリングが一塊の
シリコンから、例えば内径１２．６ｉｎ（３２ｃｍ）、
ウェハー−シーリング間のギャップは３ｉｎ（７．５ｃ
ｍ）、内側のソレノイドの平均直径が３．７５ｉｎ
（９．３ｃｍ）に形成され、一方、外側のソレノイドの
直径が１１．７５ｉｎ（２９．３ｃｍ）で、０．０３ｉ
ｎ厚さのテフロン絶縁層で被覆された３／１６ｉｎの直
径の架空銅パイプを用いて形成されていて、それぞれの
ソレノイドは４回巻線で１ｉｎ（２．５４ｃｍ）の高さ
がある。外側の積層またはソレノイド１２０は第２の独
立に制御できるプラズマ源ＲＦ電力供給９６により活性
化される。その目的は異なった、ユーザ選択の可能なプ
ラズマ源電力レベルを可能にし、異なったワークピース
またはウェハー５６に関する放射位置での応用を可能に
して、ウェハー表面にまたがる不均一な既知のプロセス
の補償、それは重要な利点である、ができることにあ
る。独立的に制御可能なセンターガス供給口６４ａと円
周ガス供給口６４ｂ−ｄの組み合わせにおいて、ワーク
ピース中心でのエッチング性能は、端におけるエッチン
グ性能に比例して、外側のソレノイド９０に比例し、適
用する内側ソレノイド４２に比例して適用したＲＦ電力
の調整および外側のガス供給口６４ｂ−ｄを通る流速に
比例するセンターガス供給口６４ａを通る流速の調整に
より、調整することもできる。一方、本発明は上述した
ような誘導場での架空または中実の問題を、そこにはほ
かのプラズマ加工の不均一の問題もあると思われる、解
決または少なくとも改良し、このことは内側および外側
のアンテナに適用されたＲＦ電力レベルに比例する調整
により図５の多彩な実施例を補償することができる。こ
の目的をより都合よく効果たらしめるため、内側および
外側のソレノイド４２、９０のそれぞれの相対ＲＦ電力
供給６８、９６は通常の電力供給９７ａ（POWER SUPPL
Y)と電力スプリッタ９７ｂ(SPLITTER)に置き換えてもよ
く、それらは内側および外側のソレノイド４２、９０の
場の間の固定された位相の関係を保存する間、ユーザー
が内側および外側のソレノイド４２、９０の間の電力の
相対的な配分を変え得る。これは２つのソレノイド４
２、９０が同じ周波数でＲＦ電力をどこで受けるかで、
特に重要である。ほかの事情で、もし独立した２つの電
力供給６８、９６が採用されたら、異なったＲＦ周波数
で供給されるだろうから、その場合は２つのソレノイド
間の結合からの異常周波数のフィードバックを避けるた
めＲＦ電力供給６８、９０のそれぞれの出力端にＲＦフ
ィルタを設置することが好ましい。この場合、周波数の
相違は、２つのソレノイド間の充分な時間平均出力結合
を有すべきで、更に、ＲＦフィルタの排除バンド幅より
大きくなければならない。好ましいモードは、独立にそ
れぞれのソレノイドと共振的にマッチングするそれぞれ
の周波数を作ることであり、通常のインピーダンスマッ
チング技法に代わって、それぞれの周波数がプラズマイ
ンピーダンス中の変化に従って（共振を維持することに
より）変化してもよい。いいかえれば、アンテナに供給
されるＲＦ周波数はチャンバ中のプラズマのインピーダ
ンスによって装荷されたアンテナの共振周波数に従って
作られる。その遂行にあったては、２つのソレノイドの
周波数レンジは互いに排他的でなければならない。代わ
りのモードとして、２つのソレノイドが同じ周波数で駆
動され、この場合、２つのソレノイド間の位相の関係
が、構造的な相互作用または２つのソレノイドの磁場の
重ね合わせを発生するようであれば好ましい。一般に、
この必要条件は、もし双方が同等に巻かれた場合にその
２つのソレノイドに適用された信号間の位相角がゼロで
あることで適合される。ほかの事情でもし反対に巻かれ
た場合、位相角は１８０度であることが好ましい。どの
場合でも、内側と外側のソレノイドの間の結合は最小化
するか、または以下に述べるように、内側と外側のソレ
ノイド４２、９０の間の比較的大きなスペースにより削
除することができる。
【００３７】このような調整によって到達できる範囲
は、外側のソレノイド９０半径の増加で内側と外側のソ
レノイド４２、９０の間のスペースを増加させて、増や
され、そのため２つのソレノイドの効果はワークピース
中心と端のそれぞれを、より限定する。このことは２つ
のソレノイド４２、９０の効果を重ねて、より広い制御
範囲をもたらす。例えば、内側ソレノイド４２の半径は
ワークピース半径の半分より小さくなければならず、好
ましくは１／３より小さいことである。（内側のソレノ
イド４２の最小半径は ソレノイド４２を形成する良導
体の半径による部分および弓形−例、丸い−の円周のゼ
ロでない有限のインダクタンスを作るための電流通路を
供給する必要性の部分により影響を受ける。）外側コイ
ル９０の半径は少なくともワークピース半径と同じか、
１．５倍ないしそれ以上が好ましい。このような形態
で、内側と外側のソレノイドの中心および端のそれぞれ
の影響は非常に際立っているので内側のソレノイドへの
電力の増加により、均一なプラズマを生成している間チ
ャンバ圧力を数百ｍＴに増加することができ、外側のソ
レノイド９０への電力の増加により、均一なプラズマを
生成している間チャンバ圧力を０．０１ｍＴの位に減少
させることができる。このような外側のソレノイド９０
の大きな半径のほかの利点は、内側と外側のソレノイド
４２、９０の間の結合を最小にすることである。
【００３８】図５は破線で第３のソレノイドをオプショ
ンとして加えた場合について示してあり、非常に大きい
直径のチャンバのときに望ましいものである。
【００３９】図６は図５の実施例の変形を図解したもの
で、そこでは外側のソレノイド９０が平坦な巻線１００
に置き換えてある。
【００４０】図７Ａは図４の実施例の変形を図解したも
ので、中心のソレノイド巻線は、巻線４４の垂直積層４
２だけでなく、最初の積層４２に近く近接した巻線１０
４の第２の垂直積層１０２をも加えているので、２つの
積層は二重巻線ソレノイド１０６を構成している。図７
Ｂを参照して、二重巻線ソレノイド１０６は２つの独立
した一重ソレノイド４２、１０２からなってもよく、内
側のソレノイド４２は巻線４４ａ、４４ｂから、外側の
ソレノイド１０２は巻線１０４ａ、１０４ｂからなって
いてもよい。代わりに、図７Ｃを参照して、二重巻線ソ
レノイド１０６は少なくとも、ともに平坦な巻線の垂直
積層のペアでなっていてもよい。図７Ｃの代わりに、と
もに平坦な巻線のそれぞれのペアは（例、４４ａと１０
４ａのペアまたは４４ｂと１０４ｂのペア）単一の良導
体をらせん状に巻いて形成してもよい。ここで使われる
「二重巻線」の名称は図７Ｂまたは図７Ｃのいずれかに
示される巻線のタイプをいう。加えて、ソレノイド巻線
は単に二重巻線だけでなく、三重巻線またはそれ以上で
もよく、それは一般に対称軸に沿ったそれぞれのプレー
ンに複数の巻線からなるものでもよい。そのような多重
巻線ソレノイドは、図５の実施例の二重ソレノイドの内
側と外側のソレノイド４２、９０の１つまたは両方のい
ずれかを用いてもよい。
【００４１】図８は図７Ａの実施例の変形を図解してお
り、外側の二重巻線ソレノイド１１０の内側の二重巻線
ソレノイド１０６への集中は内側ソレノイド１０６から
の放射距離δＲに置かれる。
【００４２】図９は図８の実施例の変形を図解してお
り、外側の二重巻線ソレノイド１１０が図５の実施例に
用いられた外側ソレノイドに一致する普通の外側ソレノ
イド１１２に置き換えられている。
【００４３】図１０は図５のソレノイド４２が中心ガス
供給口ハウジング６６からの放射距離δｒの位置に置か
れたほかの好ましい実施例を図解している。図４の実施
例において、δｒはゼロであるが、一方、図１０の実施
例のδｒは円筒側壁５０の半径の重要な割合を占めてい
る。図１０に図解した範囲に対してのδｒの増加は、図
４，５，７，８の実施例の変形として、図３Ｄおよび図
３Ｅを参照して述べたプラズマイオン密度の通常な中実
を加味された不均一性の補償のため、理解する手助けに
なる。同様に、図１０の実施例も、そこにソレノイド４
２がチャンバ中心軸４６（図４）からの最短距離に置か
れ、それがウェハー５６の中心近くのプラズマイオン密
度を増加し、センター近くのプラズマイオン密度の通常
な中実を過剰訂正し、プラズマプロセス運転中のほかの
不均一がまだ生成する、ことを理解する手助けになる。
この場合、図１０の実施例は、δｒがプラズマイオン密
度を最も均一化する最適な値として選定されるので、好
ましい。このケースで理想的には、δｒが、プラズマイ
オン密度の通常中実のための過小訂正と過剰訂正の両方
を避けるため、選定される。δｒの最適な値の決定は、
熟練した人により、異なる放射配置でのソレノイド４２
の位置決めのトライアルアンドエラー段階および各段階
におけるプラズマイオン密度の放射断面の決定を通常の
技術を用いることにより、行うことができる。
【００４４】図１１はソレノイド４２が逆円錐形状の形
状の実施例の図解で、一方図１２はソレノイド４２が直
立した円錐の形状持つ実施例を図解している。
【００４５】図１３はソレノイド４２が平坦ならせん巻
線１２０と複合化された実施例を図解している。平坦な
らせん巻線は厳格さを減少する効果を持ち、ソレノイド
巻線４２が中心から幾分離れたＲＦ電力の何かの貢献に
よりワークピース中心近くの誘導磁場を集中させる。こ
の形状は 通常の架空が過剰訂正されるのをさける必要
がある場合に役立つ。このような誘導磁場の転換の範囲
は中心から離れ、平坦ならせん巻線１２０の半径に一致
する。図１４は図１３の実施例の変形を図解しており、
ソレノイド４２が図１１のような逆円錐の形状を持つも
のである。図１５は図１３の実施例のほかの実施例を図
解しており、ソレノイド４２が図１２の実施例のように
直立した円錐の形状を持つものである。
【００４６】シーリング５２上のＲＦポテンシャルが、
例えば高分子の堆積を防ぐため、チャンバのほかの電極
に比例した効果的な電気容量の電極面積を減少すること
により増加する。（例、ワークピースおよび側壁）。図
１６はこれがどのようになし得るかを図解しており、図
解された小面積化変形品シーリング５２’からの外側円
環体２００上のシーリング５２’を小面積化変形品で支
持している。円環体２００はシーリング５２’と同じ材
料（例、シリコン）で作られてもよく、円錐台（実線で
示す）またはドーム台（破線で示す）の形状でもよい。
分離されたＲＦ電力供給２０５は円環体２００につなが
ってもよく、ワークピース中心、対、端のプロセス調整
をより容易にする。
【００４７】図１７Ａに、シーリング５２および側壁５
０が、中心エッチング速度および端にたいしての選択性
にたいする制御を向上させるために個別のＲＦ源２１０
および２１２から自身に印加される個別の制御されるＲ
Ｆバイアス電力レベルを持つ互いから絶縁された分離し
た半導体（シリコンなど）のピースである図５に示す実
施態様の変更例を示す。上で参照されたコリンズ等によ
って１９９６年２月２日に提出された米国出願第０８／
５９７，５７７号に詳述されているように、シーリング
５２は、自身に印加されたＲＦバイアス電力をチャンバ
中に、しかも同時に、ソレノイド４２に印加されたＲＦ
電力がチャンバ中に誘導的に結合されるようなウインド
ウとして、容量的に結合する電極として作用するように
ドーピングされた半導体（シリコンなど）でもよい。こ
のようなウインドウ−電極の長所は、ＲＦ電位をウエハ
上に直接に設定することができ（例えば、イオンエネル
ギを制御するために）、同時に誘導的にＲＦ電力をウエ
ハに直接に結合できることである。この後者の特徴は、
分離して制御される内部と外部のソレノイド４２および
９０ならびに中心および周辺の気体フィード６４ａおよ
び６４ｂと組み合わせると、イオン濃度、イオンエネル
ギ、エッチング速度、更に最適の均一性を達成するため
にワークピース端から見たワークピースの中心でのエッ
チング選択性などのさまざまなプラズマプロセスのパラ
メータを調整する能力を大いに向上させる。この組み合
わせでは、個々の気体フィードを通過する気体の流れは
個別にそして互いに分離して制御し、このようなプラズ
マプロセスパラメータの最適な均一性を得る。
【００４８】図１７Ａに、ランプヒータ７２が電熱素子
７２’で置き換えられるところを示す。図４の実施態様
に見るように、使い捨てのシリコン部材は、台座５４を
取り囲む環状リング６２である。環状リング６２は、高
純度のシリコンであり、その電気的および光学的特性を
変更するためにドーピングすることが望ましい。シリコ
ンリング６２を充分高い温度に維持し、それがプラズマ
プロセスに良好に関与する（例えば、シリコン材料がプ
ラズマ中で、フッ素のスカベンジングのために寄与す
る）ようにするために、環状リング６２の下で輪状に配
置されている複数の放射状の（例えば、タングステンハ
ロゲンランプ）ヒータ７７が、石英ウインドウ７８を介
してシリコンリング６２を加熱する。上で参照した同時
係属出願で説明したように、ヒータ７７は、光学高温計
やフッ素光学プローブなどの遠隔センサーでもよいが、
温度センサー７９によって感知されたシリコンリングの
温度の測定値にしたがって制御される。センサー７９は
部分的に、リング６２の非常に深い穴６２ａ中に伸長し
ていてもよいが、その穴の深さおよび狭さは少なくとも
部分的には、シリコンリング６２の熱放射性の温度依存
変動をカスクしてしまう傾向があり、したがって、それ
は、より信頼性の高い温度測定のための灰色本体のラジ
エータのように動作することになる。
【００４９】図１７Ｂに、シーリング５２自身が、互い
に絶縁され、単一の差分制御式ＲＦ電源であり得る個別
のＲＦ電源２１４および２１６によって別々にバイアス
される内部ディスク５２ａおよび外部環５２ｂに分割さ
れる別の変更例を示す。
【００５０】別の実施態様によれば、例えば、従来のマ
イクロプロセッサやメモリを含むプログラム可能電気式
コントローラなどの図１７Ａおよび１７Ｂに示すユーザ
の手が届く中央コントローラ３００(CENTRAL CONTROLLE
R)が接続されていて、これによって、内部および外部の
アンテナ４２および９０に印加される中心および周辺の
気体フィード６４ａ、６４を通過する気体流量、内部お
よび外部のアンテナ４２および９０に印加されるＲＦプ
ラズマ電力レベル、シーリング５２および側壁５０にそ
れぞれ印加されるＲＦバイアス電力レベル（図１７Ａ参
照）、シーリング部分５２ａおよび５２ｂ（図１７Ｂ参
照）に印加されるＲＦバイアス電力レベル、シーリング
５２の温度ならびにシリコンリング６２の温度を同時に
制御する。シーリング温度コントローラ２１８(TEMP CO
NTROLLER)は、ランプ電源２２０(HEATER POWER)がヒー
タランプ７２’に印加する電力を、シーリング温度セン
サー７６で測定した温度をコントローラが記憶している
希望の温度と比較することによって支配する。リング温
度コントローラ２２２(TEMP CONTROLLER)は、ヒーター
電源２２４(HEATER POWER)によって印加された電力を、
リングセンサー７９が測定したリング温度をコントロー
ラ２２２が記憶している希望の温度と比較することによ
って制御する。マスターコントローラ３００は、温度コ
ントローラ２１８および２２２の希望の温度、ソレノイ
ド電源６８および９６のＲＦ電力レベル、バイアス電源
２１０および２１２（図１７Ａ）または２１４または２
１６（図１７Ｂ）のＲＦ電力レベル、ＲＦ電源７０によ
って印加されたウエハのバイアスレベル、ならびにさま
ざまな気体供給源（または分離したバルブ）から気体土
地入れ口６４ａ−６４ｄに供給される気体流量を支配す
る。ウエハのバイアスレベルを制御する鍵は、ウエハ台
座５４とシーリング５２環のＲＦ電位差である。したが
って、台座ＲＦ電源７０またはシーリングＲＦ電源２１
２は双方とも、ＲＦグラウンドに接地してもよい。この
ようなプログラム可能な一体化されたコントローラによ
って、ユーザは容易に、ＲＦ電源電力、ＲＦバイアス電
力、およびワークピースの中心と周辺化の気体流量の分
配を最適化して、ワークピース表面全般にわたる中心か
ら端へのプロセス均一性（例えば、エッチング速度およ
びエッチング選択性の均一な放射状分配）を達成するこ
とができる。また、台座５４とシーリング５２環のＲＦ
電力差に応じてソレノイド４２および９０に印加される
ＲＦ電力を（コントローラ３００を介して）調整するこ
とによって、ユーザはリアクタを、卓越して誘導的に結
合されたモードまたは卓越的に容量的に結合されたモー
ドで操作することができる。
【００５１】図１７Ａでソレノイド４２および９０、シ
ーリング５２ならびに側壁５０（または、図１７Ｂにお
けるような内部および外部のシーリング部分５２ａおよ
び５２ｂ）に接続されているさまざまな電源をＲＦ周波
数で動作しているものとして説明したが、本発明はなん
ら特定の周波数範囲に制限されるものではなく、ＲＦ以
外の周波数を本発明の実施際して当業者によって選択可
能である。
【００５２】本発明の好ましい実施態様中では、高熱伝
導率スペーサ７５、シーリング５２および側壁５０は、
単一のポリシリコンの片から一体に形成されている。
【００５３】再び図５について述べれば、望ましいプラ
ズマ処理チャンバはウィンドウ／電極５２を含む。この
ウィンドウ／電極５２は、上記参照出願に詳細に記され
ているように、半導体物質から作られているので、１つ
またはそれ以上の外部（外部チャンバ）アンテナまたは
チャンバ内のプラズマへのコイルから、ＲＦ電磁電力ま
たは電磁気誘導電力結合へのウィンドウとしても、チャ
ンバ内のプラズマへの静電気的または静電容量的結合Ｒ
Ｆ電力の電極としても（またはこのようなＲＦ電力の静
電気的または静電容量的結合を終端させるか、または基
盤を提供するか、または戻すための電極）、または加工
材料またはウエハをバイアスさせるための電極としても
機能する。
【００５４】ウィンドウ／電極５２は、上記参照出願で
はいかなる形でも良いが、この例では、おおよそ、上記
参照出願に記述されているようなプラズマ封鎖用のディ
スクからの方向に広がる円柱壁または外縁を任意に含む
フラットディスクである。
【００５５】ウィンドウ／電極５２は熱伝導体７５を通
じて吸熱器７４に繋がる。吸熱器７４の代表的なものは
水で冷した金属プレートで、好ましくはアルミニウムま
たは銅のような優れた熱伝導体であるが、非金属でも良
い。吸熱器７４は、閉ざされた環状の熱交換器または冷
却器によって吸熱器７４中の十分な表面を冷却経路を通
して強制循環させるような出来れば水またはエチレング
リコールのような液体冷却剤を使う形の冷却装置が代表
的である。液の流量または温度は殆ど一定に保たれる。
別案としては、液の流速または温度は温度制御システム
の可変出力でも良い。
【００５６】好ましくは、ウィンドウ／電極を熱するの
に放射熱が用いられる。放射加熱器は、ハロゲンと不活
性ガスの混合物で満たされた石英エンベロープを用いた
複数のタングステンフィラメントである。放射加熱器は
熱の伝導遅延が最小化されるので、他の加熱タイプより
好ましい。タングステンフィラメントランプの熱容量は
非常に低いので、フィラメント温度（従って電気出力）
の出力セッティングに対する熱応答は短く（１秒以
下）、ランプフィラメントと負荷との間の熱伝導メカニ
ズムは放射によるので、加熱に関する全熱伝導遅延は最
小化される。更に、ランプフィラメントと熱出力との間
の熱伝導メカニズムは放射によるので、加熱の全熱遅延
は最小化される。更に、タングステンフィラメントの熱
容量は非常に低いので、ランプ中に蓄えられる熱エネル
ギー量は非常に低く、制御システムにより加熱力の減少
が求められると、フィラメント温度は急速に下がり、従
ってランプの電力も急激に下がる。図５に示すように、
ランプ７２は最も速い応答で負荷物（ウィンドウ／電極
５２）を直接放射する。しかし、その代りとして、ラン
プ７２は熱伝導物質７５を放射しても良い。ウィンドウ
／電極の熱均一性を改良するために、１つ以上の場所す
なわちウィンドウ／電極の軸から２つ以上の放射軸のラ
ンプでランプ加熱が行える。最大の熱均一性のために、
２つ以上の場所のランプがそれぞれ別々の温度測定、制
御システムおよび出力変換器を使って用いられる。この
ことは、チャンバ内からの熱流量の空間的分布がプロセ
スのパラメーター、プロセス、プロセスの順序、または
その他の境界条件によって変化するときは特に有効であ
る。
【００５７】熱伝導物質７５は、もし熱伝導物質７５と
ウィンドウ／電極５２が別々の部品であれば存在する熱
接触抵抗を除くための一体構造として同じ物質から作ら
れるウィンドウ／電極５２と一体として作られる。また
は、熱伝導物質７５とウィンドウ／電極５２は一緒に結
合した同一または異なる材料（ウィンドウ／電極５２は
ＲＦの誘導結合または電磁結合のため、または誘導アン
テナ９０、９２および／または４２、４４を用いたマイ
クロ波電力のために用いられるので、好ましくは高い電
気抵抗物質）の２つの部品で、熱伝導物質７５とウィン
ドウ／電極５２との間の熱接触抵抗を最小化する。
【００５８】また、熱伝導物質７５とウィンドウ／電極
５２は接触抵抗を通じて接する同一または異なる物質の
２つの部品である。この場合、熱伝導物質７５は高い電
気抵抗の高い熱伝導物質から作られることが好ましい。
更に、低密度、低比熱の製品が望まれる。ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＡｌＮおよびＡｌ2Ｏ3がその例である。
【００５９】ＳｉＣの性質を以下に示す： 熱伝導： １３０ワット／メーター＊ケルビン 電気抵抗： ＞１０5オーム＊ｃｍ 比熱： ０．６６ジュール／グラム＊ケルビン 密度： ３．２グラム／ｃｍ3 シリコンも軽く（重くなく）ドープ（例えば１０１４／
ｃｍ3）され、以下の性質を持つならば使える： 熱伝導： ８０ワット／メーター＊ケルビン 電気抵抗： ２０−１００オーム＊ｃｍ 比熱： ０．７ジュール／グラム＊ケルビン 密度： ２．３グラム／ｃｍ3 窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムも他の選択肢
である。
【００６０】熱伝導物質７５は業界でよく知られた技術
で（例えば熱可塑性プラスチック、エポキシ樹脂、また
はその他の有機または無機接着剤のような接着剤を用い
て）、吸熱器７４に隣接した場所に、高電気抵抗接着剤
を必要とする制限なしに、吸熱器７４に接着できる。こ
れは熱伝導物質７５と吸熱器７４との間に非常に低い熱
接触抵抗を与える。
【００６１】熱伝達物質７５はまた、もし吸熱器７４が
金属であれば、その吸熱器から誘導アンテナ９０、９２
および／または４２、４４を分離するのに役立ち、９
０、９２および／または４２、４４の各誘導アンテナの
近傍に生ずる誘導フィールドに対して基面または反射器
となる。もし吸熱器７４が金属で誘導アンテナ９０、９
２および／または４２、４４に近すぎると、渦巻流が基
面に誘導されて電力ロスを起す。更に、アンテナ９０、
９２および／または４２、４４を通ずるＲＦ電流は非常
に大きくなって既定のＲＦ電力を出させ、回路中のＩ２
Ｒロスを増やす。アンテナ９０、９２および／または４
２、４４は３／１６インチ径の各４巻の水冷銅チューブ
からなり、これは外径１／４インチのテフロンチューブ
で絶縁され、高さ１インチのコイルを形成する。ウィン
ドウ／電極５２と金属吸熱器７４との間の許容距離は約
２インチであり、アンテナ９０、９２および／または４
２、４４の上部と吸熱器７４との間に約１インチの距離
を生ずる。
【００６２】前述のように、熱伝導物質７５とウィンド
ウ／電極５２との間、および熱伝導物質７５と吸熱器７
４との間の熱接触抵抗は、これらの材料を一緒に接着す
ることにより最小化できる。また、前述したのは、ウィ
ンドウ／電極５２と熱伝導物質７５を一体の材料から作
り、熱接触抵抗を１つ除いた例であった。しかし、ある
場合には、１つまたは両方の熱接触抵抗が避けられな
い。しかし、熱接触抵抗は本願の特徴に従えば最小化で
き、以下にそれを紹介する。
【００６３】２つの部品間の熱接触抵抗は２つの同質の
要素、すなわち１）部品間の機械的点接触と２）部品間
の空気（または他の媒体）を通じての伝導からなる。空
気またはその他の媒体がない場合、２つの部品間の熱接
触抵抗は非常に高く、ウィンドウ／電極５２の加熱およ
び／または冷却には、標準的なプラズマ反応器の操作中
負荷される高い熱負荷のため普通受入れられない。空気
の存在は機械的点接触だけよりも低い熱接触抵抗を与え
るが、両部品の表面の粗さと平坦性の関数である部品間
の有効ギャップにもよるが、通常限界に近い。高圧連続
体系中の空気については、ガス中の平均自由行路は部品
間の有効ギャップに比べて小さいが、空気の熱伝導度は
ガス圧によって変化せず、単位エリア当りの熱伝導は単
に空気の熱伝導度と有効ギャップの比である。大気圧、
１００℃の空気では熱伝導度は約０．０３ワット／メー
ター＊ケルビンである。ギャップ間の熱伝導は、低いチ
ャンバ圧と、２つの部品間の機械的接触は点接触にすぎ
ない事実により、限られている。
【００６４】熱伝導を改善するために、本願の最初の具
体例に従い、（好ましくは）ヘリウムのような熱伝導ガ
スまたはアルゴン、キセノン等の不活性ガスを、熱伝導
物質７５と熱処理器７４との間および／または熱伝導物
質７５とウィンドウ／電極５２の間のギャップに入れる
ことが出来る。ギャップ中の熱伝導ガスは、その圧力が
チャンバ圧と大気圧の中間が望ましいが、チャンバ内圧
力以上大気圧まで加圧されるのが最良である。ヘリウム
は大気圧、１００℃で約０．１８ワット／メーター＊ケ
ルビンの熱伝導を持つので、ヘリウムは熱伝導ガスとし
て望ましい選択である。熱伝導物質７５と吸熱器７４間
の熱接触抵抗を最小化するため、本明細書中後に記述す
るように、ヘリウムは吸熱器７４内のヘリウム分配マニ
ホルドを通じて各界面に提供できる。また、詳細を後述
するように、小断面のＯ−リングと低持続メーターが熱
伝導物質７５と吸熱器７４の間のヘリウムの漏れを減ら
すのに使うことが出来る。熱伝導物質リング７５とウィ
ンドウ／電極５２間をつなげるために、熱伝導物質また
はリング７５の上表面からの貫通孔を吸熱器７４と熱伝
導物質リング７５の上部境界からのヘリウム通路に結合
することが出来る。、熱接触抵抗を増加するはずの空気
によるヘリウムの希釈を最小化するため、ヘリウムは吸
熱器７４中にある前述のヘリウム分配マニフォールドへ
大気圧よりやや高い圧力で供給できる。
【００６５】熱接触抵抗を最小化するために、その他の
物質を熱伝導物質７５とウィンドウ／電極５２の間およ
び熱伝導物質７５と吸熱器７４の間に用いることが出来
る。その例は、窒化ボロンまたは炭化シリコン、または
シリコンまたは窒化アルミニウム、または酸化アルミニ
ウム、および同様な物質を含む熱伝導性の柔軟なエラス
トマパッドである。金属を入れたエラストマパッドは吸
熱器７４に隣接する境界に用いられるが、一般的に伝導
体はウィンドウ／電極５２に隣接して置いてはいけない
という前に説明したのと同じ理由でウィンドウ／電極５
２に隣接して使えない。１１００シリーズのアルミニウ
ム、インジウム、銅またはニッケルのような柔らかい金
属は吸熱器７４に隣接する境界に使用できるが、上記で
説明した理由でウィンドウ／電極５２に隣接しては使え
ない。
【００６６】冷却能力と加熱力の要件は、１）ウィンド
ウ／電極に必要な温度制御範囲、２）最小および最大内
部熱負荷、３）ウィンドウ／電極、熱伝導物質、熱処理
プレートおよび熱処理プレート、熱伝導物質およびウィ
ンドウ／電極間の境界の物質の性質と物理的寸法、およ
び４）熱処理器の温度によって最適に選ばれ寸法を決め
る。一般的に、冷却能力はまずウィンドウ／電極の最高
内部熱負荷での操作に必要な最低温度に対して決め、つ
いで加熱力はウィンドウ／電極の最低内部熱負荷での操
作に必要な最大の冷却（代表的には内部熱負荷ゼロ）に
対処出来るように決める。
【００６７】図１８は図５の１部を拡大した図に相当
し、ウィンドウ／電極５２と一体ではない熱伝導スペー
サ７５の両面（上部と底部）での熱伝導ガス境界の上述
の概念の１器具を例示したものである。図１８では、図
５に例示したように、上部の冷却プレート７４は複数の
スペーサリング７５をその下の半導体ウィンドウ電極５
２で挟み込んでいる。クーラントポンプは図中に(COOLA
NT PUMP)と示されている。スペーサないしトーラス７５
のそれぞれは、前に論じたように、半導体ウィンドウ電
極５２とは異なった物質であってもよい。マニホルド１
０００がコールドプレート７４に形成され、ヘリウム等
の熱伝導ガスがソース１０１０(THERMALLYCONDUCTIVE G
AS SOURCE)から正圧でコールドプレートに供給される。
ソース１０１０の正圧は、２つの部品間の薄いギャップ
内の圧力が、反応チャンバの圧力よりかなり高いが大気
圧より低く維持されるように選定されることが好ましい
が、必ずしもこうある必要はない。ガス孔１０２０はマ
ニホルド１０００を冷却プレート７４とスペーサ７５間
の上部境界１０３０につなぎ、熱伝導ガス（例えばヘリ
ウム）を境界１０３０中の空隙に満たす。軸管１０４０
は上部と底部間のスペーサ７５を通す。軸管１０４０は
上部境界１０３０をスペーサ７５とその下の半導体ウィ
ンドウ電極５２間の底部境界１０５０と結ぶ。軸管１０
４０は、底部境界１０５０中の空隙を満たすため、熱伝
導ガスを上部境界１０３０から底部境界１０５０に流入
させるので、熱伝導ガスは上部境界１０３０と底部境界
１０５０の両方の空隙を満たす。熱伝導ガスマニホルド
１０００を陽圧下（例えばチャンバ圧より５ｐｓｉ高
く）に保つ容器１０１０により、ガスは境界１０３０と
１０５０の両方に流れる。熱伝導ガスが境界１０３０と
１０５０から漏れるのを減らすか防ぐため、組立時に小
断面のＯ−リング１０７０と１０８０をそれぞれ上部お
よび底部境界に挿入する。Ｏ−リング１０７０と１０８
０はそれぞれのガスマニホルド１０００と１０４０と連
動して各境界１０３０と１０５０中を殆ど微少に薄いガ
ス含有量とする。
【００６８】図１９は図１８の具体化がどのように半導
体ウィンドウ電極５２と一体的に作られた伝導トーラス
スペーサ７５の配列を調整するために変えられたかを例
証する。この場合、熱伝導ガスによって満たされる唯一
の境界は上部境界１０３０である。
【００６９】図２０は図５の１部の拡大図で、半導体ウ
ィンドウ電極５２と一体化していない熱伝導伝導スペー
サ７５の両面（上部と底部）での熱伝導固体境界物質の
上述の概念の１実行例を例証する。図１８では、図５に
示すように、上部の冷却プレート７４はその下の半導体
ウィンドウ電極５２と共に複数の円筒形スペーサリング
７５を挟み込んでいる。上記で述べたように、各スペー
サまたはトーラス７５は半導体ウィンドウ電極５２とは
異なった物質でありえる。熱伝導固体境界物質層１０８
５、１０９０はそれぞれ上部および底部境界１０３０、
１０５０のどちらかまたは両方の中に置かれる。もし固
体物質層が境界１０３０、１０５０の上部または底部の
どちらかだけに置かれると、残る境界は、図１８のよう
に、熱伝導ガスで満たされる。しかし、図２０は、熱伝
導固体境界層が境界１０３０と１０５０の両方にある場
合を例証する。既に論じたように、上部境界１０３０中
の固体境界物質層１０８５は軟金属でよいが、底部境界
１０５０中の固体境界物質層１０９０は、電極５２に隣
接しているので、電気伝導は高くできない。上部層１０
８５は柔らかいアルミニウム、インジウム、銅またはニ
ッケルまたはこれら金属の粉末または粒子を満たしたエ
ラストマでありえる。上部または底部層１０８５、１０
９０のどちらか１つは窒化ボロン、高電気抵抗（例えば
バルク）の炭化シリコンまたはシリコン、窒化アルミニ
ウム、酸化アルミニウムおよび同様な物質のような熱伝
導性電気絶縁物質の粉末または粒子を満たしたエラスト
マでも良い。または、物質層１０８５、１０９０のどち
らかまたは両方は熱可塑性、エポキシまたは有機または
無機の接着剤のような接着剤でも良い。
【００７０】図２１は、図２０の具体化がどの様に半導
体ウィンドウ電極５２と一体になった伝導トーラススペ
ーサの配列を調整するために変えられたかをを例証す
る。この場合は、満たされるべき唯一の境界は上部境界
１０３０である。
【００７１】本発明はまた、図５を参照にして上述した
重合体硬化前駆材料の加熱された使い捨てリング６２な
どの冷却困難なリアクタチャンバ内部の加熱された部品
に関する厳しい冷却問題を解決する。（リング６２は、
ヒータがなく、それでも冷却が必要であればプラズマ加
熱で加熱してもよい。）本発明はまた、直接に加熱する
ことが困難なリアクタチャンバ内部の部品を加熱する問
題を解決する。
【００７２】図２２および２３を参照すると、リング６
２の直下にあり熱的に接触しているコールドプレート１
１００は、冷却剤循環ポンプ１１２０(COOLANT CIRCULA
TIONPUMP)から冷却剤（クーラント）を受領する内部冷
却剤１１１０ジャケットを有する。コールドプレート１
１００とリング６２間の界面１１３０は、熱伝導性気体
（図２２参照）や熱伝導性個体材料層１１４０（図２３
参照）などの熱伝導率を向上させる物質で充填されてい
る。熱伝導性気体は、不活性気体や更にリアクタチャン
バ中で用いられるプロセス気体に類似のいかなる気体な
どの熱を伝導するものであればなんでもよいが、ヘリウ
ムなどの不活性気体が好ましい。熱伝導性気体を用いる
図２２の実施態様の場合、コールドプレート１１００を
通るマニホルド１１５０は、マニホルド１１６０を通っ
て界面１１３０中に熱伝導性気体を供給する熱伝導性気
体源１１６０(THERMALLY CONDUCTIVE GAS SOURCE)に接
続されている。界面１１３０からの気体の漏洩は、リン
グがしかるべき位置に置かれる際にコールドプレート１
１００とシリコンリング６２間にエラストマの低横断面
Ｏリング１０７０’を挟むことによって、損失を減少ま
たは防止するように制御することが望ましい。ここで、
図２２、図２３及び図２６では、エッチャントガスソー
スを ETCHANT GAS SOURCE と表記している。
【００７３】ヘリウムはギャップ中の熱伝導性気体とし
ては望ましいものであるとはいえ、準大気圧リアクタチ
ャンバ内部の加熱または冷却された部品に応用する場合
は、処理気体を含むいかなる気体も、チャンバ内圧力を
超えしかし大気圧未満の圧力で充分である。このような
場合、気体は、Ｏリングやエラストマなどの周辺シール
を使用する必要がないように、チャンバ内に漏れ込むよ
うにしてもよい。熱伝導性気体（または「熱伝達気
体」）はチャンバ内圧力を超える圧力に曝されるので、
なんらかのクランプ力を加えることが必要かもしれな
い。このようなクランプ力は、機械的なものでもよい
し、プレート１１００とリング６２間に静電的に誘導し
てもよい。このような静電的クランプ機構は、少なくと
も部分的に絶縁性である材料をプレート１１００とリン
グ６２間に置く必要がある。このような機構によって、
熱伝導性気体の漏洩を制御する周辺シールの必要がなく
なる。このような静電的クランプ機構は、図２６を参照
にして本明細書中に以下に述べる。
【００７４】熱伝導性気体は、どの適当な源から誘導し
てもよい。例えば、ウエハ台座にウエハ下でヘリウム冷
却方式を用いている場合、共通ヘイウム源を、ウエハや
他のチャンバ内のもの（リング６２など）の冷却にも用
いてもよい。
【００７５】図２３に示す実施態様では、個体の熱伝導
性材料１１４０の層は軟質のアルミ、印字有無、銅、ニ
ッケル、更に、このような金属の粉末や粒子で充満した
エラストマであってもよく、更に、窒化ボロン、高抵抗
率（すなわちバルク）シリコンカーバイドやシリコン、
窒化アルミ、酸化アルミ、その類似物などの熱伝導性の
絶縁材料の粉末や粒子で充満したエラストマでもよい。
【００７６】本発明は、同様の方法で冷却チャンバ壁お
よびチャンバライナにも関係する。図２４について言う
と、上で論議されたどのリアクタにおけるチャンバ側壁
５０は、壁５０の外部に１部隣接した外部コールドプレ
ート１２１０によって冷却される。このコールドプレー
トは内部クーラントジャケット１２２０を有し、これを
介してクーラントがクーラントポンプ１２３０(COOLANT
PUMP)により再循環される。コールドプレート１２１０
と側壁５０との間にある界面１２４０は、マニホルド１
２４５を通して供給された熱伝導性気体（ヘリウム等）
で満たされるが、この気体は、正圧に気体を維持する気
体源１２５０から、マニホルド１２４５を介しコールド
プレート１２１０を介して、界面１２４０へと供給され
る。界面１２４０から熱伝導性気体の漏出は、アセンブ
ル時にコールドプレート１２１０と側壁５０との間にＯ
−リング１２６０を挟み込むことにより低減又は防止さ
れる。Ｏ−リング１２６０は、界面１２４０の気体含有
容量を形成するが、この容量は、ほぼ極薄であり、マニ
ホルド１２４５と連通している。電源６８及び７０から
の電力は、ＲＦ整合部(RF MATCH)を介して供給される。
【００７７】内部チャンバライナ１３００は、側壁５０
等の冷却された本体部への熱伝導により冷却されてもよ
い。本発明に従うと、そのような冷却は、ライナ１３０
０と側壁５０の内部表面との間の界面１３１０をヘリウ
ムのような熱伝導性気体で満たすことにより高められ
る。この目的のために、放射状に狭くなっている気体チ
ャネル１３２０は側壁５０を通じて提供され、外部側壁
表面上の界面１２４０と内部側壁表面上の界面１３１０
との間の気体の流れを提供する。マニホルド１２４５を
通じて供給される熱伝導性気体は、外部表面界面１２４
０を満たし、チャネル１３２０を通じてライナ１３００
と側壁５０との間の内部表面界面１３１０を満たす。気
体漏れを防ぎ、または縮小するためには、アセンブル時
にＯ−リング１３７０が側壁５０およびライナ１３００
との間に挟まれるようにする。Ｏ−リング１３７０は、
側壁５０における気体チャネル１２４５と連通している
界面１３１０でのほぼ極薄の気体含有容量を形成する。
【００７８】図２５は、それぞれの界面が１２４０およ
び１３１０である固体物質層１３７０、１３８０を、熱
伝導性気体の代わりにそれぞれ置換することにより、図
２４の具体策がどのように修正されるかを示している。
図２５の具体策では、固体熱伝導性物質の１３７０、１
３８０の各層は、ソフトアルミニウム、インジウム、銅
もしくはニッケル、もしくはそのような金属分子の粉末
または粒子で充満したエラストマ、または、硼素窒化
物、高抵抗（例えば、バルク）シリコンカーバイトもし
くはシリコン、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化
物および同様の物質のような熱伝導性電気絶縁物質の粉
末または粒子で充満したエラストマであってもよい。
【００７９】図２６は、コールドプレート１１００に対
してリング６２の静電圧クランプの特徴を含むために、
図２２の具体策がどのように修正されたかを示してい
る。図２６では、誘導体層１４１０が重合硬化前駆材料
６２とコールドプレート１１００との間に挿入され、静
電圧クランプ電圧が、クランプスイッチ１４３０を通じ
て、ＤＣ電圧源１４２０からコールドプレート１１００
に適用されている。絶縁または誘導体層１４１０の挿入
は、コールドプレート１１００と絶縁層１４１０との間
の間隙１１３０ａ、およびリング６２と絶縁層１４１０
との間の間隙１１３０ｂを作成する。絶縁層１４１０
は、自身を通過する通路１４１２を持つので、通路１１
５０から間隙１１３０ａに供給される気体は、もう１方
の間隙１１３０ｂに流れ得る。図２６は、間隙１１３０
ａおよび１１３０ｂの両方の間隙をぴったりと接続して
いるＯ−リング１０７０’を示しているが、誘導された
静電圧クランプ力によってはそのようなＯ−リングは必
要でないかもしれない。
【００８０】本発明は、（ヘリウムの挿入事例において
約６つの因子により）チャンバの内側（チャンバライ
ナ、使い捨てシリコンリングなどの）、チャンバの外側
（ウインドウ電極、側壁などの）、コールドプレートま
たはコールドシンクのいずれかのリアクタの熱受け入れ
素子間の界面を介して、熱伝導に大きな改良をもたら
す。結果として、プラズマリアクタの多くの重要な部分
の無人コントロールは、前の技術におけるそれを凌ぐ新
しい能力に改良する。この発明は、様々な界面で１つ、
または２つの指数モードの組み合わせで完了する。すな
わち、（ａ）熱伝導性気体の界面への挿入、および
（ｂ）界面の中の熱伝導性固体層の挿入である。こうす
ることによって、同一の素子の効果的にコントロールさ
れた加熱と組み合わせて、そのような加熱され冷却され
る各素子の温度を正確にフィードバック制御することが
可能となる。
【００８１】熱伝達材料および／またはリアクタの物理
的寸法を選択する際には、必要な冷却コンダクタンス
（Ｇ）は次のように判断される： Ｇ＝全最大内部熱負荷（watts）／Delta-T1（℃） ここで、Delta-T1＝吸熱器温度と最小ウインドウ／電極
温度との差。
【００８２】別法としては、熱伝達物質および物理的寸
法が既に選択されていたら、要請された吸熱器温度は、
上のＧの関数としてDelta-T1の式を書き直すことによっ
て簡単に計算することもできる。
【００８３】そして、加熱パワーは以下のように判断さ
れる。： Ｐ＝制御面に供給されるトータル外部加熱パワー(watt
s) Ｐ＝（Ｇ＊Delta-T2）−Ｐｍｉｎ ここで：Ｇは、上方からの冷却コンダクタンス（watt/
℃）であり、 Delta-T2＝吸熱器温度と最大ウインドウ／電極温度との
差 Ｐｍｉｎは、ウインドウ／電極上の最小内部熱負荷であ
る。
【００８４】
【実施例】
（実施例１）ウインドウ／電極５２および熱伝達リング
７５は、モノリシック片として一体に形成され、ウイン
ドウ／電極５２は、直径１２．８１インチ、厚さ０．８
５インチの平面円形ディスクである。ウインドウ／電極
５２を用いて不可欠に形成された、４つの同心円柱状の
熱伝達リング（７５）の配列（アレイ）であり、高さ２
インチで、次のような内径および外径のものである。
【００８５】１．外部熱伝達リング‐外径１２．８０イ
ンチ、内径１０．７９インチ。、 ２．中間部熱伝達リング‐外径９．０１０インチ、内径
７．５９５インチ。、 ３．内部熱伝達リング‐外径５．７１５インチ、内径
３．９４０インチ。、 ４．中央部熱伝達リング‐外径２．２６０インチ、内径
０．９４０インチ。
【００８６】ウインドウ／電極５２および同心円柱状の
熱伝達リング７５の一体となった配列は、次の熱および
電気特質を持ったポリシリコンの単一のインゴットから
一緒に製造される： ドーピングレベル：１０14／ｃｍ3、ボロンまたは燐 熱伝導率：８０ワット／メーター＊Ｋ 電気抵抗率：２０−１００オーム＊ｃｍ 比熱：０．７ジュール／グラム＊Ｋ 密度：２．３グラム／ｃｍ3 ７５０ワット ＠ １２０ボルト ｒｍｓ のタングステン
フィラメントランプ７６の複数が使用される。ランプの
数は、計算された７３％効率（出力電力／交流入力電
力）および、４００ワット ＠ ８０ボルト ｒｍｓ 最大
操作レベル（ロングライフランプに対し）に基づいて選
択される。それらの外部円上に１つの（外部）ゾーンを
含み、内部円上および中央円上に２番目の（内部）ゾー
ンを含んだ２つの熱ゾーンが使用される。各ゾーンは、
自身の温度計測（ウインドウ／電極表面にたいして負荷
されたタイプ−Ｋ 熱電対スプリング）および出力変換
器（位相角コントローラ）を有する。シルバニア社によ
り製造されたランプは、次のように配置される： 直径１３．５５インチの円上のランプ１５個、等角度間
隔（２４度）； 直径６．６５５インチの円上のランプ１５個、等角度間
隔（２４度）； 中央軸上のランプ１個。
【００８７】外側ランプ円は、吸熱器７４と一体になっ
ている円柱状の磨かれたアルミニウム反射体によってそ
の外側を囲まれている。
【００８８】外部ソレノイドアンテナ９０は、すでに参
照された親出願で説明されるように、高さ１インチ平均
直径１０インチのコイルを形成する外径１／４インチの
テフロン製チューブで絶縁された直径３／１６インチの
水冷式銅製チューブから成る４巻き線である。
【００８９】内部ソレノィドアンテナ４２は、上で参照
された親出願で説明されるように、高さ１インチ平均直
径３．２５インチのコイルを形成する外径１／４インチ
のテフロン製チューブで絶縁された直径３／１６インチ
の水冷式銅製チューブから成る４巻き線である。
【００９０】吸熱プレート７４は、毎分２ガロンの流量
で５０／５０％の水／エチレン−グルコールの混合物を
使用する閉ループ熱交換器によって摂氏７５度に維持さ
れる水冷式のアルミプレートである。吸熱器７４はラン
プソケットを収納し、固有のランプ損（約２７％）のた
めに必要とされるランプ７６のための冷却をソケットに
対して提供する。吸熱プレート７４には、内部および外
部のソレノイドアンテナ４２および９０のためのフィー
ドスルーが含まれている。吸熱器７４はまた、アンテナ
４２および９０のためにはグラウンド平面としても機能
する。吸熱プレート７４には、各々の熱伝達リング７５
の外径のすぐ内部および各々の熱伝達リング７５の内径
のすぐ外部に配置されている直径０．１３９インチのジ
ュロメータ軟質Ｏリングが３０個含まれている。双方の
表面（吸熱器７４の底部及び熱伝達リング７５の頂部）
の表面粗さは、マイクロインチ未満である。吸熱器の底
部と熱伝達リングの頂部間の実効ギャップは０．００１
インチ未満である。
【００９１】（実施例２）ウインドウ／電極５２および
熱伝達リング７５は、別々の材料で作成された互いに分
離したピースである。ウインドウ／電極５２は、直径１
４．５２インチ、厚さ０．８５インチの平坦な環状ディ
スクである。以下に示す内径および外形の高さ２インチ
の４つの同心円筒形熱伝達リング７５の分離配列は、吸
熱プレートとウインドウ電極間に位置されている： １．外部熱伝達リング−１２．７０インチ（外径）、１
０．６７インチ（内径） ２．中部熱伝達リング−９．９９３インチ（外径）、
７．６７６インチ（内径） ３．内部熱伝達リング−５．５７６インチ（外径）、
３．９２０インチ（内径） ４．中心熱伝達リング−２．０８０インチ（外径）、
１．０５０インチ（内径） ウインドウ／電極５２は、以下の熱的特性および電気的
特性を持つポリシリコンの単一インゴットから製造され
る： ドピングレベル：１０14／ｃｍ3、ボロンまたは燐 熱伝導率：８０ワット／ｍ＊Ｋ 電気抵抗率：２０−１００オーム＊ｃｍ 比熱：０．７ジュール／グラム＊Ｋ 密度：２．３ｇ／ｃｍ3 同心円筒形熱伝達リング配列７５は、以下の熱的特性お
よび電気的特性を持つＳｉＣ（シリコンカーバイド）か
ら製造される： 熱伝導率：１３０ワット／メーター＊Ｋ 電気抵抗率：１０５オーム＊ｃｍ 比熱：０．６５５ジュール／グラム＊Ｋ 密度：３．２ｇ／ｃｍ3 複数の７５０Ｗ＠１２０Ｖｒｍｓタングステンフィラメ
ントランプを用いる。このランプの数は、７３％効率の
測定値（出力電力／ａｃ入力電力）および４００Ｗ＠８
０Ｖｒｍｓ最大動作レベル（ランプの寿命が長い場合）
に基づいて選択される。２つの加熱ゾーンが用いられる
が、外部円環上にあるランプは１つのゾーン（外部）を
有し、内部円環上および中心にあるそれは第２の（内
部）ゾーンを用いる。各々のゾーンが、自身の温度測定
値（ウインドウ／電極表面に対面して搭載されているタ
イプ−Ｋの熱電対スプリング）および自身の出力トラン
スジューサ（位相角度コントローラ）を持つ。ランプ７
６は、シルバニアで製造され、次のような配置になって
いる： 直径１３．５５インチ円環上のランプ（１５個）、等角
度間隔（２４度） 直径６．６．２６インチ円環上のランプ（１５個）、等
角度間隔（２４度） 中心軸上のランプ（１個） 外部ランプ円環は、吸熱器と１体になっている円筒形の
研磨済みアルミ反射器によって外部が囲まれている。
【００９２】外部ソレノイドアンテナ９０は、高さ１イ
ンチ直径１０インチのコイルを成す外径１／４インチの
テフロン製チューブで絶縁された直径３／１６インチの
水冷式銅製チューブからなる４巻線のものである。
【００９３】内部ソレノイドアンテナ４２は、高さ１イ
ンチ平均直径３．２５インチのコイルを成す外径１／４
インチのテフロン製チューブで絶縁された直径１／４イ
ンチの水冷式銅製チューブから成る４巻線のものである
が、上記で参照の親出願中に述べてある。
【００９４】吸熱プレート７４は、毎分２ガロンの流量
で５０／５０％の水／エチレングリコール混合液を用い
る閉ループ熱交換器によって摂氏７５度に保たれる水冷
式アルミプレートである。吸熱器はランプソケットを収
納し、ソケットにたいする固有ランプ損（約２７％）の
ために必要とされる冷却をこのランプに提供する。吸熱
プレート７４には、前述の内部および外部のソレノイド
アンテナ４２および９０のためのフィードスルーが含ま
れる。吸熱器７４はまた、アンテナのためにはグラウン
ド平面としても機能する。吸熱プレート７４およびウイ
ンドウ／電極５２は、各々の熱伝達リング７５の外径の
ちょうど内部と内径のちょうど外部に配置されている直
径０．１３９インチ、３０デュロメーターの軟Ｏリング
を収納するためのＯリング溝を有する。すべての表面
（吸熱器の底部および熱伝達リングの頂部、熱伝達リン
グの底部ならびにウインドウ／電極の頂部）の表面粗さ
は、マイクロインチ未満である。各々の表面平面度は
０．０００５インチ未満である。吸熱器の底部と熱伝達
リングの頂部間の実効ギャップは０．００１インチ未満
である。熱伝達リングの底部とウインドウ／電極の頂部
間の有効ギャップは０．００１インチ未満である。
【００９５】本発明は、好ましい実施態様を特定的に参
照して詳述したが、その変更および修正が本発明の真の
精神および範囲から逸脱することなく可能であることが
理解されよう。
【００９６】
【発明の効果】希望のプロセスや１連のプロセスが、チ
ャンバ内の内部加熱負荷や冷却負荷の変化や他の境界条
件の変化と無関係に実行されるように、設定温度の充分
近傍にくるように制御されるように、プラズマ処理チャ
ンバ内で使用される電極またはウインドウ／電極を加熱
および／または冷却する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】共同出願中の米国特許に、上記の一般的な平坦
コイルアンテナを用いて利用したタイプの誘導的に結合
されたプラズマリアクタの切り取り側面図である。
【図２】両対数グラフであり、縦軸は電極間隔(ELECTRO
DE SPACING)、横軸は圧力(PRESSURE)であり、実線はプ
ラズマ中の誘導磁場の表層深さをｃｍで示し、点線は電
子−中性弾性衝突中間フリーパス長さを、それぞれ、ト
ールで表した圧力の関数として示したものである。
【図３】Ａはワークピース−シーリング高さが４インチ
の図１のリアクタのワークピース中心から見た放射状位
置の関数として表したプラズマイオン密度のグラフであ
り、曲線ＡおよびＢは、それぞれコイルアンテナの外側
と内側で生成するプラズマイオン密度を表す。Ｂは、ワ
ークピース−シーリング高さが３インチの図１のリアク
タのワークピース中心から見た放射状位置の関数として
表したプラズマイオン密度のグラフであり、曲線Ａおよ
びＢは、それぞれコイルアンテナの外側と内側で生成す
るプラズマイオン密度を表す。Ｃは、ワークピース−シ
ーリング高さが２．５インチの図１のリアクタのワーク
ピース中心から見た放射状位置の関数として表したプラ
ズマイオン密度のグラフであり、曲線ＡおよびＢは、そ
れぞれコイルアンテナの外側と内側で生成するプラズマ
イオン密度を表す。Ｄは、ワークピース−シーリング高
さが１．２５インチの図１のリアクタのワークピース中
心から見た放射状位置の関数として表したプラズマイオ
ン密度のグラフであり、曲線ＡおよびＢは、それぞれコ
イルアンテナの外側と内側で生成するプラズマイオン密
度を表す。Ｅは、ワークピース−シーリング高さが０．
８インチの図１のリアクタのワークピース中心から見た
放射状位置の関数として表したプラズマイオン密度のグ
ラフであり、曲線ＡおよびＢは、それぞれコイルアンテ
ナの外側と内側で生成するプラズマイオン密度を表す。
【図４】Ａは、単一の三次元的中心の平坦でないソレノ
イド巻線を用いたプラズマリアクタの切り取り側面図で
ある。Ｂは、図４Ａのリアクタの部分拡大図で、ソレノ
イド的巻き方の好ましい方法を図解してある。Ｃは、図
４Ａに相当するプラズマリアクタの切り取り断面図であ
り、ドーム型のシーリングを有するものである。Ｄは、
図４Ａに相当するプラズマリアクタの切り取り断面図で
あり、円錐型のシーリングを有するものであり、Ｅは、
図４Ｄに相当するプラズマリアクタの切り取り断面図で
あり、円錐台型のシーリングを有するものである。
【図５】内側および外側に垂直のソレノイドコイル巻線
を用いたプラズマリアクタの切り取り側面図である。
【図６】図５に相当するプラズマリアクタの切り取り断
面図で、その外側のコイル巻線が水平なもの。
【図７】Ａは、図４に相当するプラズマリアクタの切り
取り断面図であり、その中心ソレノイドが、複数の垂直
円筒巻線からなるものであり、Ｂは、図７Ａの実施例の
第１の実施の詳細図である。Ｃは、図７Ａの実施例の第
２の実施の詳細図である。
【図８】図５に相当するプラズマリアクタの切り取り断
面図で、その内側と外側の両方の巻線が、複数の垂直円
筒巻線からなるもの。
【図９】図５に相当するプラズマリアクタの切り取り断
面図で、その内側の巻線が複数の垂直円筒巻線で、外側
の巻線が単一の垂直円筒巻線からなるもの。
【図１０】最大プラズマイオン密度が均一となる、単一
のソレノイド巻線が最適の放射状位置に置かれたプラズ
マリアクタの切り取り断面図である。
【図１１】図４に相当するプラズマリアクタの切り取り
断面図であり、そのソレノイド巻線が、逆円錐型である
もの。
【図１２】図４に相当するプラズマリアクタの切り取り
断面図であり、そのソレノイド巻線が、垂直円錐型であ
るもの。
【図１３】プラズマリアクタの切り取り断面図であり、
そのソレノイド巻線が、内側垂直円筒部と外側水平部か
らなるもの。
【図１４】図１０に相当するプラズマリアクタの切り取
り断面図であり、そのソレノイド巻線に、逆円錐部と水
平部の両方を含むもの。
【図１５】図１２に相当するプラズマリアクタの切り取
り断面図であり、そのソレノイド巻線に、円錐部と水平
部の両方を含むもの。
【図１６】平坦、円錐およびドーム型のシーリング要素
の組み合わせを図解している。
【図１７】Ａは、分離して斜視したシリコン側壁とシー
リングと用いられた電気ヒータを図解している。Ｂは、
分離して斜視した内側および外側のシリコンシーリング
部と用いられた電気ヒータを図解している。
【図１８】図５の熱伝導性円環体の各面に接触する熱伝
導性ガスを有する本発明の第１の実施例を図解した切り
取り断面図である。
【図１９】半導体窓電極で積層形成された熱伝導性円環
体の１面に接触する熱伝導性ガスを有する本発明の第２
の実施例を図解した切り取り断面図である。
【図２０】図５の熱伝導性円環体の各面に接触する熱伝
導性ガスを有する本発明の第３の実施例を図解した切り
取り断面図である。
【図２１】半導体窓電極で積層形成された熱伝導性円環
体の１面に接触する熱伝導性固体を有する本発明の第４
の実施例を図解した切り取り断面図である。
【図２２】図５の使い捨て可能シリコン含有のリングを
有する本発明の第５の実施例を図解した切り取り断面図
であり、そのリングは、冷却プレートで冷却されてお
り、そのプレートと使い捨て可能シリコンリングとの間
に熱伝導性ガスを接触させてある。
【図２３】図５の使い捨て可能シリコン含有のリングを
有する本発明の第６の実施例を図解した切り取り断面図
であり、そのリングは、冷却プレートで冷却されてお
り、そのプレートと使い捨て可能シリコンリングとの間
に熱伝導性固体を接触させてある。
【図２４】本発明の第７の実施例を図解してあり、チャ
ンバの壁およびチャンバ内層が、熱伝導路にまたがった
接触面の中の熱伝導性ガスを用いて冷却されている。
【図２５】図２４の実施例の別例を図解してあり、各接
触面は熱伝導性ガスの代わりに、固体の熱伝導性層で充
填されている。
【図２６】図２２の実施例を図解してあり、リングは静
電的にクランプされて熱伝導性ガスをシールする。
【符号の説明】
４０…チャンバ、４４…マニホールド基線、４６…対称
軸、５０…側壁、５６…ワークピース、６０…排気環、
６４…ガス供給口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ライス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， クラレット コート 675 (72)発明者 エリック アスカリナム アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ポーリーン ドライヴ 1332 (72)発明者 ダグラス ブクバーガー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， トレーシー， ジャーニー ストリート 421 (72)発明者 クレイグ ロデリック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， パインヴュー ドライヴ 776

Claims (79)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理中にプラズマリアクタチャンバ内部
    の支持面の近傍にワークピースを支持するための前記プ
    ラズマリアクタチャンバおよびワークピース支持体であ
    り、前記チャンバが前記サポートに対面するリアクタの
    エンクロージャ部分を持つチャンバおよびサポートと；
    前記リアクタエンクロージャ部分に隣接する低温の本体
    と；前記リアクタエンクロージャ部分と前記低温の本体
    との間にあるプラズマ源電力アプリケータと；前記低温
    の本体と前記リアクタエンクロージャとの間に存在しこ
    れらと接触している熱導体と；を有するプラズマリアク
    タ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のリアクタにおいて、前記
    電力アプリケータが、自身の間にある空隙の輪郭を定め
    る放射状に分散した複数のアプリケータ素子を有し、更
    に、前記熱導体が、放射状に分散した複数の導体素子を
    前記空隙中に有して、前記コールドシンクおよび前記リ
    アクタエンクロージャ部分と接触するリアクタ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のリアクタにおいて、前記
    放射状に分散した熱伝導性素子が、各々の同心円筒形リ
    ングを有するリアクタ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のリアクタにおいて、前記
    リアクタエンクロージャ部分がシーリングを有し、前記
    シーリングが、前記プラズマ源電力アプリケータから放
    出される電力のためのウインドウを有するリアクタ。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のリアクタにおいて、 前記電力アプリケータが、複数の誘導素子を持つ誘導ア
    ンテナを有し、前記アンテナがＲＦ（無線周波数）電力
    発生器と連通しており；前記シーリングが誘導電力ウイ
    ンドウを有する；リアクタ。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のリアクタにおいて、前記
    シーリングが半導体のウインドウ電極を有するリアク
    タ。
  7. 【請求項７】 請求項１記載のリアクタにおいて、 前記熱導体および前記コールドシンクがこれらの間にあ
    るコールドシンク界面の輪郭を定め；前記リアクタが更
    に、前記コールドシンク界面を介して熱抵抗を減少させ
    るために、前記コールドシンク界面内に熱伝導性物質を
    有する；リアクタ。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のリアクタにおいて、前記
    熱伝導性物質が、前記低温の本体界面を充填する熱伝導
    性気体を有するリアクタ。
  9. 【請求項９】 請求項７記載のリアクタにおいて、前記
    熱伝導性物質が、熱伝導性個体を有するリアクタ。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載のリアクタにおいて、前
    記リアクタが：前記熱伝導性気体のソースと連通可能な
    前記低温の本体中にある気体マニホルドと；前記気体マ
    ニホルドおよび開口部から前記低温の本体界面まで前記
    低温本体を通っている取り入れ口と；を有するリアク
    タ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載のリアクタにおいて、
    前記低温本体と前記熱導体間に挟まれ、前記低温本体か
    ら前記取り入れ口と連通している前記低温本体界面中の
    気体含有体積の輪郭を定めるＯリング装置を更に有する
    リアクタ。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載のリアクタにおいて、
    前記気体含有体積が、ほとんど微小の厚さを持つもので
    あるリアクタ。
  13. 【請求項１３】 請求項７記載のリアクタにおいて、前
    記熱導体が前記リアクタエンクロージャ部分で一体に形
    成されているリアクタ。
  14. 【請求項１４】 請求項７記載のリアクタにおいて、 前記熱導体が前記リアクタエンクロージャ部分と分離し
    て形成されており、これによって、リアクタエンクロー
    ジャ界面の輪郭が、前記リアクタエンクロージャ部分と
    前記熱導体間に定められ；前記リアクタが更に、前記リ
    アクタエンクロージャ界面を介しての熱抵抗を減少させ
    るために、前記リアクタエンクロージャ界面内に熱伝導
    性物質を有する；リアクタ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタエンクロージャ界面中の前記熱伝導性物質
    が、前記リアクタエンクロージャ界面を充填する熱伝導
    性気体を有するリアクタ。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタエンクロージャ界面中の前記熱伝導性物質
    が、前記伝導性個体物質を有するリアクタ。
  17. 【請求項１７】 請求項１１記載のリアクタにおいて、 前記熱導体が、前記リアクタエンクロージャ部分から分
    離して形成されており、これによって、リアクタエンク
    ロージャ界面の輪郭が、前記リアクタエンクロージャ部
    分と前記熱導体間に定められており；前記リアクタが更
    に、前記リアクタエンクロージャ界面を介しての熱抵抗
    を減少させるために、前記リアクタエンクロージャ界面
    を充填する熱伝導性気体を有する；リアクタ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記熱導体を通り、前記低温本体
    界面と前記リアクタエンクロージャ界面間を連通するリ
    アクタ。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記熱導体の前記気体流路と連通
    する前記リアクタエンクロージャイニャフェース中の気
    体含有体積の輪郭を定める、前記熱導体と前記リアクタ
    エンクロージャ部分間にＯリング装置を有するリアク
    タ。
  20. 【請求項２０】 請求項９記載のリアクタにおいて、前
    記熱伝導性個体材料が、アルミ、インジウム、銅、ニッ
    ケルの内の１つを有するタイプの軟金属を有するリアク
    タ。
  21. 【請求項２１】 請求項９記載のリアクタにおいて、前
    記熱伝導性個体材料が、熱伝導製材料の粒子で充満した
    エラストマを有するリアクタ。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が軟金属を有するリアクタ。
  23. 【請求項２３】 請求項２２記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、アルミ、インジウム、銅、
    ニッケルの内の１つを有するリアクタ。
  24. 【請求項２４】 請求項２１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、高電気抵抗および光熱伝導
    率を持つリアクタ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が、膣化ボロン、高抵抗率シリコンカーバイ
    ド、高抵抗率シリコン、窒化アルミ、酸化アルミの内の
    １つを有するリアクタ。
  26. 【請求項２６】 請求項１６記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタエンクロージャ界面中の前記熱伝導性個体
    材料が、熱伝導性材料の粒子で充満したエラストマを有
    するリアクタ。
  27. 【請求項２７】 請求項２６記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、前記電力アプリケータとの
    干渉を減少させるための高電気抵抗率および高熱伝導率
    を持つリアクタ。
  28. 【請求項２８】 請求項２７記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が、窒化ボロン、高抵抗率シリコンカーバイ
    ド、高抵抗率シリコン、窒化アルミ、酸化アルミの内の
    １つを有するリアクタ。
  29. 【請求項２９】 処理中にプラズマリアクタチャンバ内
    部の支持平面の近傍にあるワークピースを支持するため
    の前記プラズマリアクタチャンバおよびワークピース支
    持体ならびに前記サポート近傍の前記チャンバ内部にあ
    るスカベンジャ前駆ドナーピースと；前記ドナーピース
    に隣接しているコールドシンクであり、前記コールドシ
    ンクと前記ドナーピース間にコールドシンク界面の輪郭
    を定めるコールドシンクと；前記コールドシンク界面を
    介しての熱抵抗を減少させるための、前記コールドシン
    ク界面内部にある熱伝導性物質と；を有するプラズマリ
    アクタ。
  30. 【請求項３０】 請求項２９記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、前記低温本体界面を充填する熱伝
    導性気体を有するリアクタ。
  31. 【請求項３１】 請求項２９記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、熱伝導性個体材料を有するリアク
    タ。
  32. 【請求項３２】 請求項３０記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に：前記熱伝導性気体源と連通可能で
    ある前記低温本体の中にある気体マニホルド；前記気体
    マニホルドおよび開口部から外に前記低温本体界面まで
    前記低温本体を通っている取り入れ口と；を有するリア
    クタ。
  33. 【請求項３３】 請求項３２記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記低温本体と前記ドナーピース
    間に挟まれ、前記低温本体から前記取り入れ口と連通し
    ている前記低温本体界面中の気体含有体積の輪郭を定め
    るＯリング装置を有するリアクタ。
  34. 【請求項３４】 請求項３３記載のリアクタにおいて、
    前記気体含有体積が、ほとんど微小な厚さを持つもので
    あるリアクタ。
  35. 【請求項３５】 請求項３１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、アルミ、インジウム、銅、ニ
    ッケルの内の１つを有するタイプの軟金属を有するリア
    クタ。
  36. 【請求項３６】 請求項３１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、熱伝導性材料の粒子を充填し
    たエラストマを有するリアクタ。
  37. 【請求項３７】 請求項３６記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が軟金属を有するリアクタ。
  38. 【請求項３８】 請求項３７記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、アルミ、インジウム、銅、
    ニッケルの内の１つを有するリアクタ。
  39. 【請求項３９】 請求項３６記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、高電気抵抗率および高熱伝
    導率を持つリアクタ。
  40. 【請求項４０】 請求項３９記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が、窒化ボロン、高抵抗率シリコンカーバイ
    ド、高抵抗率シリコン、窒化アルミ、酸化アルミの内の
    １つを有するリアクタ。
  41. 【請求項４１】 処理中はプラズマリアクタチャンバ内
    部の支持平面の近傍にあるワークピースを支持するため
    の前記プラズマリアクタチャンバおよびワークピース支
    持体であり、前記チャンバが前記サポートの周りにチャ
    ンバ側壁を含むプラズマリアクタチャンバおよびワーク
    ピース支持体と；前記側壁に隣接するコールドシンクで
    あり、コールドシンク界面を、前記コールドシンクと前
    記側壁間にその輪郭を定めるコールドシンクと；前記コ
    ールドシンク界面を介しての熱抵抗を減少させるための
    前記コールドシンク界面内にある熱伝導性物質と；を有
    するプラズマリアクタ。
  42. 【請求項４２】 請求項４１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、前記低温本体界面を充填する熱伝
    導性気体を有するリアクタ。
  43. 【請求項４３】 請求項４１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、熱伝導性個体材料を有するリアク
    タ。
  44. 【請求項４４】 請求項４２記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に：前記熱伝導性気体源と連通可能な
    前記低温本体の中にある気体マニホルドと；前記気体マ
    ニホルドおよび開口部から外に前記低温本体界面まで前
    記低温本体を通っている取り入れ口と；を有するリアク
    タ。
  45. 【請求項４５】 請求項４４記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記低温本体と前記側壁間に挟ま
    れ、前記低温本体から前記取り入れ口と連通している前
    記低温本体界面中の気体含有体積の輪郭を定めるＯリン
    グ装置を有するリアクタ。
  46. 【請求項４６】 請求項４５記載のリアクタにおいて、
    前記気体含有体積がほとんど微小な厚さのものであるリ
    アクタ。
  47. 【請求項４７】 請求項４３記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、アルミ、インジウム、銅、ニ
    ッケルの内の１つを有するタイプの軟金属を有するリア
    クタ。
  48. 【請求項４８】 請求項４３記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、熱伝導性材料の粒子で充満し
    ているエラストマを有するリアクタ。
  49. 【請求項４９】 請求項４８記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が軟金属を有するリアクタ。
  50. 【請求項５０】 請求項４９記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、アルミ、インジウム、銅、
    ニッケルの内の１つを有するリアクタ。
  51. 【請求項５１】 請求項４８記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、高電気抵抗率および高熱伝
    導率を持つリアクタ。
  52. 【請求項５２】 請求項５１記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が、窒化ボロン、高抵抗率シリコンカーバイ
    ド、高抵抗率シリコン、窒化アルミ、酸化アルミの内の
    １つを有するリアクタ。
  53. 【請求項５３】 請求項４１記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に：前記チャンバの内部にあり、前記
    側壁に隣接しているチャンバライナであり、ライナ界面
    を前記チャンバライナと前記側壁間にライナ界面の輪郭
    を定めるチャンバライナと；前記ライナ界面を介しての
    熱伝導にたいする抵抗を減少させるための前記ライナ界
    面の輪郭を定める熱伝導性物質と；を有するリアクタ。
  54. 【請求項５４】 請求項５３記載のリアクタにおいて、
    前記ライナ界面内の前記熱伝導性物質が、前記ライナ界
    面を充填する熱伝導性気体を有するリアクタ。
  55. 【請求項５５】 請求項５３記載のリアクタにおいて、
    前記ライナ界面内の前記熱伝導性物質が、前記伝導性個
    体材料を有するリアクタ。
  56. 【請求項５６】 請求項５４記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記低温本体界面と前記ライナ界
    面間を連通する、前記側壁を通っている気体流路を有す
    るリアクタ。
  57. 【請求項５７】 請求項５６記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記側壁と前記ライナ間に挟まれ
    ており、前記側壁を通る前記流路と連通している前記ラ
    イナ界面中の気体含有体積の輪郭を定めるＯリング装置
    を有するリアクタ。
  58. 【請求項５８】 処理中にプラズマリアクタチャンバの
    内部で支持平面の近傍にワークピースを支持するための
    前記プラズマリアクタチャンバおよびワークピース支持
    体であり、前記チャンバが前記サポートに面するシーリ
    ングを有するチャンバおよびサポートと；前記シーリン
    グ上に位置する低温本体と；前記低温本体と前記シーリ
    ング間にあり、前記シーリングを介して、前記サポート
    の上に位置する前記チャンバの体積に面しているプラズ
    マ源電力アプリケータであり、前記プラズマ源電力アプ
    リケータが、前記チャンバの軸にたいして放射状に分布
    している複数のアプリケータ素子を有し、前記アプリケ
    ータ素子の内の互いに隣接している素子間の空隙の輪郭
    を定めるアプリケータと；前記シーリングおよび前記低
    温本体と熱的に接触している前記空隙中の熱伝導性素子
    を有する熱伝導性スペーサと；を有するプラズマリアク
    タ。
  59. 【請求項５９】 請求項５８記載のリアクタにおいて、 前記電力アプリケータが、複数の誘導素子を含む誘導ア
    ンテナを有し、前記アンテナがＲＦ電力によって駆動さ
    れ；前記シーリングが、ＲＦ電力の誘導結合を提供す
    る；リアクタ。
  60. 【請求項６０】 請求項５９記載のリアクタにおいて、
    前記シーリングが半導体のウインドウ電極を有するリア
    クタ。
  61. 【請求項６１】 請求項６０記載のリアクタにおいて、
    前記複数のアプリケータ素子が、各々のＲＦ電源に接続
    されている各々の放射状位置に複数のソレノイド巻線を
    有するリアクタ。
  62. 【請求項６２】 請求項６１記載のリアクタにおいて、
    前記スペーサ素子が、各々の放射状位置に円筒形状リン
    グを有するリアクタ。
  63. 【請求項６３】 請求項６２記載のリアクタにおいて、 前記熱伝導性スペーサおよび前記低温本体が、自身等同
    士間にある低温本体界面の輪郭を定め；前記リアクタが
    更に、前記吸冷界面を介しての熱抵抗を減少させるため
    の前記低温本体界面内部にある熱伝導性物質を有する；
    リアクタ。
  64. 【請求項６４】 請求項６３記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、前記低温本体界面を充填する熱伝
    導性気体を有するリアクタ。
  65. 【請求項６５】 請求項６３記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性物質が、熱伝導性個体材料を有するリアク
    タ。
  66. 【請求項６６】 請求項６４記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に：前記熱伝導性気体の源と連通可能
    な前記コールドシンクの中にある気体マニホルドと；前
    記気体マニホルドおよび開口部から外に前記低温本体界
    面まで前記低温本体を通っている取り入れ口と；を有す
    るリアクタ。
  67. 【請求項６７】 請求項６６記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記低温本体と前記熱伝導性スペ
    ーサ間に挟まれており、前記低温本体から前記取り入れ
    口と連通している前記低温本体界面中の気体含有体積の
    輪郭を定めるＯリング装置を有するリアクタ。
  68. 【請求項６８】 請求項６７記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性スペーサが、前記リアクタエンクロージャ
    部分から一体に形成されているリアクタ。
  69. 【請求項６９】 請求項６７記載のリアクタにおいて、 前記熱伝導性スペーサが、前記リアクタエンクロージャ
    部分から分離して形成されており、それによって、リア
    クタエンクロージャ界面が、前記リアクタエンクロージ
    ャ部分と前記熱伝導性スペーサ間でその輪郭が定められ
    ており；前記リアクタが更に、前記リアクタエンクロー
    ジャ界面を介しての熱抵抗を減少させるための前記リア
    クタエンクロージャ界面内の熱伝導性物質を有する；リ
    アクタ。
  70. 【請求項７０】 請求項６９記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタエンクロージャ界面内の前記熱伝導性物質
    が、前記リアクタエンクロージャ界面を充填する熱伝導
    性気体を有するリアクタ。
  71. 【請求項７１】 請求項６９記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタエンクロージャ界面内の前記熱伝導性物質
    が、熱伝導性個体材料を有するリアクタ。
  72. 【請求項７２】 請求項７１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、アルミ、インジウム、銅、ニ
    ッケルの内の１つを含むタイプの軟金属を有するリアク
    タ。
  73. 【請求項７３】 請求項７１記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性個体材料が、熱伝導性材料の粒子で充満し
    たエラストマを有するリアクタ。
  74. 【請求項７４】 請求項７３記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が軟金属を有するリアクタ。
  75. 【請求項７５】 請求項７４記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、アルミ、インジウム、銅、
    ニッケルの内の１つを有するリアクタ。
  76. 【請求項７６】 請求項７３記載のリアクタにおいて、
    前記熱伝導性材料の粒子が、高電気抵抗率および高熱伝
    導率を持つリアクタ。
  77. 【請求項７７】 請求項７６記載のリアクタにおいて、
    前記粒子が、窒化ボロン、高抵抗率シリコンカーバイ
    ド、高抵抗率シリコン、窒化アルミ、酸化アルミの内の
    １つを有するリアクタ。
  78. 【請求項７８】 請求項５８記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記低温本体と前記熱伝導性スペ
    ーサ間に接着材料層を有するリアクタ。
  79. 【請求項７９】 請求項５８記載のリアクタにおいて、
    前記リアクタが更に、前記熱伝導性スペーサと前記プラ
    ズマ源電力アプリケータ間に接着材料層を有するリアク
    タ。
JP9304911A 1996-10-21 1997-10-20 Ｒｆプラズマリアクタ用熱制御装置 Withdrawn JPH10154599A (ja)

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US08/733,555 US6063233A (en) 1991-06-27 1996-10-21 Thermal control apparatus for inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna
US08/733555 1996-10-21

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