JPH10312976A - 高温、腐食性、プラズマ環境下でのクリーニングプロセスのための方法及び装置 - Google Patents

高温、腐食性、プラズマ環境下でのクリーニングプロセスのための方法及び装置

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JPH10312976A JP10049955A JP4995598A JPH10312976A JP H10312976 A JPH10312976 A JP H10312976A JP 10049955 A JP10049955 A JP 10049955A JP 4995598 A JP4995598 A JP 4995598A JP H10312976 A JPH10312976 A JP H10312976A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】望ましくない金属堆積物を洗浄してプラズマ洗
浄処理を提供するための方法と装置を提供する。 【解決手段】本発明は、少なくとも４００℃の温度でＲ
Ｆエネルギを用い、一部の実施形態では塩素含有ガス等
のハロゲン含有ガスを使用して、望ましくない金属堆積
物を洗浄してプラズマ洗浄処理を提供するための方法と
装置を提供する。別の実施形態によれば、本発明は、ま
た、無反応性ガスでチャンバを第１の圧力まで加圧し
て、チャンバ内の内部スペースを無反応性ガスで予備充
填するステップと、第１の圧力を洗浄プロセス圧力まで
低減するステップと、無反応性ガスが内部スペースから
アウトガスを行い、内部スペースへの反応性ガスの侵入
を最小にするように反応性ガスを洗浄プロセス圧力でチ
ャンバに流入させるステップと、を含む堆積チャンバを
洗浄するプロセスも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、プラズマを伴う腐食性環境内で、約４
００℃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。いく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℃以上までの温度で形成するのに役立つ。
上記の膜は、パターン加工導電層、導電層間のプラグ、
拡散バリヤ層、接着層、及び珪化層(silicide formatio
n)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。
【０００２】近年の半導体デバイスの製造における重要
なステップの一つは、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（Ｐ
ＶＤ）によって堆積させることができる。従来の熱ＣＶ
Ｄ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一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。
【０００３】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０．３５μｍの特徴サイズの
デバイスでは約６．１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。
【０００４】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 bondingpad)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、スパッタリングは、性能問題を抱えるデバ
イスの損傷をもたらす可能性がある。また、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。
【０００５】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
ギー等のエネルギーを、例えばチャンバ圧力、温度、Ｒ
Ｆ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エネルギーは、プロセスガス中の分子のエネルギ
ー状態を高めて分子からイオン種を形成する。エネルギ
ー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（Ｔ
ｉＣｌ4)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。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。上記のチタンＰＥＣＶＤプロセスでは、約１００
オングストローム／分の堆積速度を達成するために、約
６００℃の基板温度が必要とされるが、それは良好なウ
ェーハのスループットを達成するためには不充分であろ
う。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
ータや面板等のチャンバの他の部品を、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、デバイス中の金属汚
染に関連する処理の性能低下問題にもつながるだろう。
その上、アルミニウムヒータを有するＰＥＣＶＤ装置の
使用は約４８０℃以下の温度での運転に限定され、従っ
て得られる膜堆積速度を制限するだろう。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（及び
面板等のチャンバの他の部品）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。そのような
ドライ洗浄プロセス中に、しばしばダミーウェーハのア
ルミニウムヒータ上に装着してヒータへの攻撃を最小に
するようにする。しかしながら、ダミーウェーハのロー
ディング及びアンローディングには時間がかかり、ウェ
ーハのスル−プットが減少する。また、ドライ洗浄薬品
に攻撃されるダミーウェーハも高価で、定期的交換の必
要があり、これが総合的なメンテナンスコストに追加さ
れる。
【０００７】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ー等の非導電構成要
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、チャンバを開放する必要のないド
ライ洗浄プロセスと、少なくともチャンバの部分的な分
解と拭き取りが必要な予防メンテナンス洗浄とによって
洗浄されなければならない。チャンバは様々な方法で洗
浄される。「ドライ」洗浄プロセスは、反応性ガス又は
プラズマ種を使って望ましくない堆積物をチャンバ構成
要素からエッチングするか、或いはプラズマ種で粒子を
物理的に衝突させてそれらを分解し、排気装置によって
取り除くものである。「ウェット」洗浄プロセスはドラ
イ洗浄に追加するか、その代替として実施される。ウェ
ット洗浄は少なくともチャンバの部分的分解が必要で、
分解後に溶剤での拭き取りが行なわれる。
【０００８】その後、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な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
効率かつ不経済だが、ウェット洗浄の方が通常、ドライ
洗浄よりもスループットを減少させる。従って、洗浄と
洗浄との間により多くのウェーハを生産できるように、
効果的なドライ洗浄プロセスを行なって、ウェット洗浄
の頻度を最小にすることが望ましい。また、望ましくな
い堆積物が形成される可能性のあるチャンバ内の領域を
最小にすることも望ましい。堆積プロセス（特にタング
ステンやチタン等の金属堆積）によっては、チャンバの
洗浄に要する時間が堆積装置のウェーハアウトプットに
影響する主たる要因になる場合もある。
【０００９】約４００℃以上で動作する堆積装置に対し
て、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（Ａｌ
2 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。
【００１０】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。
【００１１】
【発明の概要】本発明は、プラズマ強化化学気相堆積
（ＰＥＣＶＤ）チャンバにおける基板の高温（少なくと
も約４００℃）処理のためのシステム、方法及び装置を
提供する。本発明の実施態様は、四塩化チタン蒸気と水
素ガスとの混合体からチタン膜を堆積するためのＰＥＣ
ＶＤ装置を含む。
【００１２】一実施態様によれば、本発明はチャンバ、
ガス送出装置、プロセッサとメモリとを含む制御装置、
基板を支持及び加熱するヒータペデスタル、プラズマ装
置、並びに真空装置を含む基板を処理するための装置を
提供する。ガス送出装置は複数のガスソースを含み、少
なくともその一つが金属とハロゲンとを含むソースガス
を供給する。ヒータペデスタルは、塩素化プラズマ種の
環境で、少なくとも約４００℃の温度で基板を加熱可能
であり、ヒータペデスタルはまた、直下にＲＦ面を含
み、そこに基板が着座する。
【００１３】別の実施形態によれば、本発明は腐食性プ
ラズマ種の環境で、約４００℃より上の温度のプラズマ
存在下での使用に適したヒータアセンブリを提供する。
ヒータアセンブリは、穿孔金属板のＲＦ電極と、金属の
リボン状のヒータ素子と、セラミック本体、及びセラミ
ック本体に接続されたフランジ付きセラミックスタブを
含むセラミックヒータペデスタルと、を含む。セラミッ
ク本体は基板を支持するための上面を有し、フランジ付
きセラミックスタブは底面を有している。ＲＦ電極はセ
ラミック本体の上面の下の第１の距離に配設され、ヒー
タ部材はセラミック本体内のＲＦ電極の下の第２の距離
に配設されている。フランジ付きセラミックスタブは内
部に第１の凹部、第２の凹部、及び第３の凹部が設けら
れている。ヒータアセンブリはまた、ＲＦ電極に接続す
るための、第１の凹部を通って配設されてフランジ付き
セラミックスタブの底面から突出する第１の導体、及び
ヒータ電極に接続するための、第２のと第３の凹部を通
して配設されてフランジ付きセラミックスタブの底面か
ら突出する第２の導体と第３の導体とを含む。
【００１４】更に別の実施態様によれば、本発明はヒー
タアセンブリと金属サポートシャフトとの間で使用され
るヒートチョークを備え、ヒータアセンブリは約４００
℃より高温に加熱可能で、第１の熱伝導抵抗率を有する
底部サポートを含む。ヒートチョークは、少なくとも底
部サポートの一部に接触する第１の部分と、少なくとも
金属サポートシャフトの一部に接触する第２の部分と、
第１の部分と第２の部分の間に配置された第３の部分と
を含む。第３の部分は第１のと第２の部分にほぼ直角
で、底部サポートを金属サポートシャフトから分離す
る。ウェブは第１の熱伝導抵抗率より大きい第２の熱伝
導抵抗率を有する。第１の部分は底部サポートにほぼ相
当する第１の直径を有し、第２の部分は金属サポートシ
ャフトの直径にほぼ相当する第２の直径を有し、ウェブ
の第３の部分は第１のと第２の直径よりも小さい第３の
直径を有する。
【００１５】更に別の実施態様によれば、本発明は、フ
ランジ付きセラミックスタブを受けるための上部ポケッ
トを有する下部部材を含むカップラ、及び第１の選択範
囲の温度にわたってフープ応力をフランジ上に保つよう
にフランジまわりに固定可能なテンションアームを備え
ている。カップラはまた、下部部材に着脱可能なセクシ
ョンを有する上部クランプを含み、該セクションはフラ
ンジと上部ポケットの上方に配置された片持ちワッシャ
を含む。片持ちワッシャは、上部クランプが下部部材に
取り付けられたときに、第２の選択範囲の温度にわたっ
て圧縮力をフランジに加える。
【００１６】更に別の実施態様によれば、本発明はチャ
ンバ内のヒータ上の基板に層を堆積させるためのプロセ
スを提供する。プロセスは、ヒータを少なくとも約４０
０℃の温度まで加熱するステップと、チャンバを約１〜
１０ｔｏｒｒの圧力に維持するステップと、反応性ガス
とソースガスとをチャンバに導入するステップと、ＲＦ
エネルギーを印加して基板に隣接してプラズマを形成す
るステップとを含む。ソースガスは金属とハロゲンとを
含み、反応物質：ソースガス流量比は約２５０：１以下
である。
【００１７】更なる実施態様によれば、本発明は、約４
００℃より高温に加熱可能なヒータを有する基板処理チ
ャンバ内の表面に形成された、望ましくない堆積物を洗
浄するためのプロセスを提供する。プロセスは、ヒータ
をチャンバ内で少なくとも約４００℃の第１の温度に維
持するステップと、チャンバを約０．１〜１０ｔｏｒｒ
の圧力に維持するステップと、塩素ガスとプラズマガス
とをチャンバに導入するステップと、ＲＦエネルギーを
印加してヒータに隣接してプラズマを形成するステップ
とを含む。プラズマは、望ましくない堆積物をチャンバ
内の表面から洗浄する塩素種を含む。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
めに使用されるシステム、方法、装置、及び約４００℃
より高温の腐食性プラズマ環境における関連洗浄プロセ
スである。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１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。液体熱交換装置６は、
水又は水グリコール混合液体等の液体熱交換媒体を使用
してリアクタチャンバから熱を除去し、チャンバの一定
部分を安定した処理温度のための適切な温度に維持す
る。プロセッサ８５は、制御ライン３、３Ａ〜Ｄ（その
一部のみを図示）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８
６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（ＶＭ
Ｅ）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９３
ｂによって行なわれ、マルチチャンバ装置のチャンバの
一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。Ｃ
ＶＤ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P
recision 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９３
ａが使用されるが、一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、もう一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、一つのライトペン９３
ｂ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８
９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（ＴｉＣｌ
4 ）又は固体（ＴｉＩ3 ）が収容されたガス又は液体又
は固体ソース９１Ａ〜Ｃ（必要なら更なるソースが追加
される）とを含む。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。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。勿論、他の化合物を堆積及び洗浄ソースとして使用
できることは言うまでもない。他の実施形態では、処理
及びキャリヤガスが反応チャンバ３０に供給される速度
が圧力ベースの固定又は可変開口部によって制御され
る。有毒ガス（例えばオゾンやハロゲン化ガス）がプロ
セスに使用されるときは、多数の遮断バルブが従来の構
成で各ガス供給ラインに配置される。ガス供給パネル９
０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。特定実施形態では、混合装置、混合装置へのイン
プットマニホルド、及び混合装置から中央インレット４
４へのアウトプットマニホルドは、ニッケルか、ニッケ
ルメッキされたアルミナ等の材料から製作される。
【００２４】液体ソースを使用する場合、ＣＶＤ装置の
液体ソースを使ってソースガスを導入する様々な方法が
ある。一つの方法はアンプル中に液体を封入、加熱し
て、その蒸気圧によって、堆積プロセスに充分な気化ソ
ースの安定した流れを提供することである。アンプルは
通常、液体で充満されずに、液体上に蒸気溜めとして働
く「ヘッドスペース」を有する。蒸気圧は液体の温度に
左右されるので、液体ソースの正確な温度制御が重要で
ある。質量流量コントローラ（ＭＦＣ）を使ってチャン
バへのソースガスのアウトプットが制御されてもよい。
【００２５】液体ソースを使ってソースガスを導入する
別の方法は、ヘリウム等のキャリヤガスを、その液体を
通してバブリングするものである。キャリヤガスは液体
の上にヘッド圧力を与えて蒸気をチャンバの下流に運
ぶ。液体を温度制御することによって一定の蒸気分圧を
維持してもよい。ヒータだけを使用して一定温度を維持
できるように、液体を、アンプルが配置される環境の最
大予想周囲温度より高温に加熱することが望ましい。上
記のように、ＭＦＣを使用してチャンバへのキャリヤガ
ス／蒸気の混合体を制御できる。熱質量移動の原理で作
動して通常は特定ガスに対して較正されるＭＦＣを使用
する代わりに、圧力調整デバイスを使ってチャンバへの
ソースガスのアウトプットを制御してもよい。そのよう
な一つのデバイスは、開口部又はオリフィスでありガス
流を絞る働きをし、従ってオリフィスの一方の側を、そ
の反対側より高い圧力に維持できるチャンバ（アウトプ
ット）圧力、バブラーガス流、及び液体温度を制御する
ことによって、固定オリフィスは液体に対する一定圧力
を維持することができ、故にソースガスの一定蒸気濃度
を維持することができる。この技術の変形例として、比
較的小量のガスを液体上のヘッドスペースに提供する追
加のガスソース、例えばアルゴンを利用して、例えば液
体温度等の他の変化とは無関係にヘッド圧力を維持する
ことができる。この加圧ガスは、ソースアウトプット上
にＭＦＣかオリフィスのいずれかを組み込んだソースと
共に使用できる。
【００２６】他の実施形態では、ガス混合装置は、ソー
スガスを気化液体ソースからチャンバ内に供給するため
の液体噴射装置を含む。液体噴射装置は測定された量の
液体をキャリヤガスの流れの中に気化させる。このタイ
プの装置は運転に関して液体の蒸気圧に依存しないの
で、液体を加熱する必要がない。液体噴射装置は、バブ
ラータイプソースに比べて、ガス混合装置内に導入され
る反応性液体の体積をより制御するので、いくつかの例
で好まれる。
【００２７】液体熱交換装置６はチャンバ３０の様々な
構成要素に液体を送り、高温処理中、これらの構成要素
を適切な温度に保つ。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。図１で分かるように、ガス供給
カバー板４５内の熱交換通路７９は、ガス供給カバー板
４５を通る熱交換液体の循環をさせることができるの
で、同板４５と隣接する構成要素の温度が維持される。
液体熱交換装置６は、熱交換液体マニホルド（図示せ
ず）を通って液体（水等）を供給して、面板４０（以下
に説明）を含むガス分配装置に液体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。
【００２８】図３はチャンバ３００の追加の特徴を示す
断面図である。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
（例えば、図３に示す）と下部ローディング位置との間
で垂直に移動されるが、これは米国特許出願第08/738,2
40号明細書（１９９６年１０月２５日出願、発明者 Lio
nid Selyutin及び Jun Zhao ）、名称「自動調心リフト
機構」(Attorney Docket No. AM 1353) 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３
８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4,95
1,601 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。
【００２９】自動調心リフト機構の使用によって、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。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）６２の通路５１を通
って第２の円板状スペース５４からシャワーヘッド４０
に至る。シャワーヘッド４０はプロセスガスをプロセス
領域５８に噴出させるための多数の孔又は通路４２を含
む。
【００３０】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の端部と流量絞りリング(flow restrictor
ring)４６（以下に詳記）を横切って半径方向外方に流
れる。リングはペデスタル３２が処理位置にあるときの
ペデスタル３２の上部外周に配置される。そこから、プ
ロセスガスは、環状アイソレータ５２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５０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。
【００３１】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５２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６
０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なわれている。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７
２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。完全に（連続した）環状のチョーク開口部５
０がアイソレータ５２と流量絞りリング４６との間に形
成される。
【００３２】チョーク開口部５０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５０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５０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５０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。
【００３３】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３
２とチャンバ本体１１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〜３
Ｄ（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。
【００３４】図４はペデスタル３２、ライナ７０と７
２、アイソレータ５２、リング６４、及びポンプチャネ
ル６０の簡略部分断面斜視図である。この図はシャワー
ヘッドのズル４２からウェーハ３６の方向へのプロセス
ガスの流れと、その後のウェーハ３０上の半径方向外方
流れ８４を示す。その後、ガス流は流量絞りリング４６
の上部の上を上方に曲がってポンプチャネル６０に入
る。ポンプチャネル６０では、ガスは円周路８６に沿っ
て真空ポンプの方向に進む。
【００３５】ポンプチャネル６０とその構成要素はプロ
セスガスと副産物とを排気装置に向けることによって、
望ましくない膜堆積の効果を最小にするように設計され
る。望ましくない堆積を削減する一つの方法は、パージ
ガスを使ってセラミック部品、及びヒータの端部と裏側
等の危険領域を覆うことである。別の方法は、反応性ガ
スの流れを危険領域の外に向けるように、排気装置を設
計することである。排気流は、ガスの動きが殆ど発生し
ない「デッドゾーン」を形成するだろう。これらのデッ
ドゾーンは、その領域の反応性ガスを排除して望ましく
ない堆積を削減する点で、パージガスブランケットに近
い。
【００３６】本発明は、ペデスタルその他のチャンバ部
品上の望ましくない堆積を、別の方法で阻止する。特
に、本発明の流量絞りリング４６を使用することによっ
て、ペデスタルを越えて流れるるチャンバ底部へのガス
流を最小にする。本発明の実施形態によれば、四塩化チ
タンを使用するチタンの堆積（以下に更に詳しく説明）
は、チタンを有する他の膜を形成する従来型堆積装置で
使用される従来方法より明らかに高い流量を有する。例
えば、チタン堆積プロセスは約１５リットル／分の流量
を必要とするのに対して、例えば類似のＰＥＣＶＤ装置
でのテトラキスジメチルアミドチタン(tetrakis-dimeth
ylamido-titanium) からの窒化チタン層の堆積は約５リ
ットル／分の流量を要求する。様々な実施形態で、絞り
リングはペデスタルの上と端の部分を覆うので、望まし
くない膜はすべて、ペデスタル上やチャンバの底面では
なく、リング上に堆積する。他の実施形態では、流量絞
りリングがウェーハ端部のわずか上に延びて縁部又はシ
ャドウリングの働きもして、ウェーハ端部の堆積を防止
する。有利なことに、流量絞りリングは、リングがなけ
れば、この大きな流量で発生して、パージガス流とデッ
ドゾーンのパターンを変える可能性のある望ましくない
堆積のリスクを（それに関連する問題と共に）最小にす
る。チャンバリッド６６は洗浄のために簡単に取り外さ
れるので、比較的安価な流量絞りリングへのアクセスが
可能となり、流量絞りリングが持ち上げられて、化学及
び／又は機械プロセスを用いて完全に洗浄される。
【００３７】流量絞りリング４６は、上記のチョークと
排気開口部と同様、セラミックリング６４と共にガス開
口部を形成する。チャネル６１が流量絞りリング４６と
セラミックリング６４との間に形成される。ウェーハペ
デスタルの上と下のチャンバ容積部分との間のガスの連
絡は、チャネル６１の長さと幅を変更することによって
制御される。
【００３８】流量絞りリング４６は、特定プロセスとそ
の関係堆積及び洗浄化学作用に依存する幾つかの材料の
いずれかで作られる。リングは関係化学作用に適合する
材料で製作しなければならない。別の考慮事項はリング
の熱伝導率で、ペデスタルとウェーハの端部からの熱損
失を増減するために選択される。プラズマ強化プロセス
では、導電性リングがプラズマの形状を変えたり、他の
チャンバ構成要素又はウェーハへのアークを発生させる
可能性がある。チタン堆積に適した一実施形態では、流
量絞りリング４６は石英ガラスで作られるが、その理由
はこの材料が比較的低い熱伝導率を有し、かつ導電性が
ないからである。別の実施形態では、流量絞りリング
は、チタン含有層の堆積プロセスに対してチタンで作ら
れるが、理由はそのリング材料が堆積層を汚染しないか
らである。
【００３９】再び図１に戻って説明すると、流量絞りリ
ング４６は前記のように、処理中、ペデスタル３２によ
って支持されている。ウェーハのアンローディングとロ
ーディングのためにペデスタルが下げられると、流量絞
りリングはセラミックリング４６の棚部６９に着座す
る。次のウェーハを支持するペデスタルが処理位置に持
ち上げられると、それが流量絞りリングを拾い上げる。
本発明の実施形態によるチタンプロセス用のチャンバで
用いられる圧力では、重力によって、充分、ウェーハ
（ウェーハポケットに配置される）と流量絞りリングの
両者をペデスタル上に保持できる。
【００４０】図５（Ａ）〜（Ｅ）は本発明のこの側面の
様々な実施形態の一部を示す。図５（Ａ）〜（Ｅ）に示
される様々な特徴部は、異なる実施形態に従って組み合
わされたり、又は独立に使用される。図５（Ａ）は、流
量絞りリング７４６がヒータアセンブリ３３とセラミッ
クライナ７６４との間のギャップをほぼ占領して、ヒー
タアセンブリと熱シールド７３１との縁部を覆ている実
施形態を示す。図５（Ｂ）は、熱シールド２３１がヒー
タアセンブリ３３の端部のまわりを包んでいる別の実施
形態を示す。本実施形態の他の見地によると、セラミッ
クライナ２６４が、ペデスタル３３が下降したときに流
量絞りリング２４６を受け入れる棚部２６５を有してい
る。図５（Ｂ）に示す実施形態と比較すると、図５
（Ｃ）は、セラミックリングライナ３６４がより厚く、
ヒータアセンブリの端部の方向に更に延びることによっ
て、ヒータアセンブリとセラミックライナ間のギャップ
３６６が縮小された別の実施形態を示す。流量絞りリン
グ３４６がギャップ３６６の更なる容積を占めて、ヒー
タアセンブリ３３と石英ガラス熱シールド３３１の端部
を覆うように延びている。図５（Ｃ）のリング３４６の
内径も、ウェーハポケットの端部に当接するように延び
てポケット外側のペデスタル端部をシールドするので、
ペデスタル端部への堆積を最小にする。図５（Ｄ）は、
流量絞りリング４４６の内径がウェーハ３６の外径にオ
ーバーラップしている実施形態を示す。パージガスの通
路（図示せず）が流量絞りリング４４６に組み込まれ
て、ヒータアセンブリ３３の下から出るパージガスをウ
ェーハ３６の端部に運ぶ。図５（Ｄ）の実施形態と同
様、図５（Ｅ）は、流量絞りリング６４６の内径がウェ
ーハ３６の外端をオーバーラップするように延びて、絞
りばかりでなく、縁部やシャドウリングとして作用する
実施形態を示す。流量絞りリング６４６の内径がウェー
ハ３６の外端とオーバーラップするように延びる距離は
実施形態によって変化する。更に、リング６４６は多数
の、例えば３つのボス６４７（安全性を与えるために比
較的均等間隔で配置される）を有し、リング６４６の実
質的な部分がヒータペデスタル３３に接触しないよう
に、ウェーハ／ペデスタルとリング６４６間にスペース
を提供する。その他、ウェーハペデスタルとリング６４
６間にスペースを与えるためのボス６４７を環状ボスで
置き換えてもよい。かくして、リング６４６はヒータペ
デスタルとの接触によって過度に加熱することなく、リ
ング６４６への堆積を最小にする。本実施形態の別の見
地では、リング６４６のテーパ付き底部６４８によっ
て、ペデスタル３３とチャンバライナ２６４との間のリ
ング６４６の心合わせと着座が容易に行われる。テーパ
付き底部６４８の各テーパサイドは、また、ペデスタル
３３とライナ２６４とを、それぞれ着座時の衝撃による
破壊から保護する。実施形態によっては、片側だけテー
パのものも両側テーパのものもある。
【００４１】図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す特定実施形態に
よる流量絞りリングは、全チャンバ容積を低減する利益
も提供するので、洗浄すべきチャンバ内の総面積が低減
されて、ガスの滞留時間が減少される。更に、流量絞り
リングは、ガスがプロセス領域からチャンバ底部のペデ
スタルの下のチャンバ容積に流入する可能性も最小にす
るので、この領域の望ましくない堆積を低減してドライ
洗浄の効率を改善する。
【００４２】上記のＣＶＤ装置のいくつかの見地は典型
的なＣＶＤチャンバの通常のもので、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１０の他の見地を以下に更に詳しく説
明する。
【００４３】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。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
ピュター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。
【００４４】図６は、特定の実施形態に従った、装置コ
ントロールソフトウエア、コンピュータプログラム１６
０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。
【００４５】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。
【００４６】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（availabi
lity)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。シーク
エンササブルーチン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。
【００４７】シークエンササブルーチン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、シークエンササブルーチン１
６２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、シークエンササブルーチン１
６２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１
６６、ヒータ制御サブルーチン１６７及びプラズマ制御
サブルーチン１６８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１６３
ｂ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、シークエンササブルーチン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１
６３ｂ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。
【００４８】特定のチャンバ構成要素サブルーチンを図
６を参照して説明する。基板位置決めサブルーチン１６
４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３
２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。
【００４９】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。
【００５０】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(bub
bler)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アガスを液体噴射
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。
【００５１】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。
【００５２】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１０７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 polynomi
al)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（Att
orney 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。
【００５３】代替え実施形態では、ヒータ素子の抵抗
が、熱電対の使用に変えて使用され、従ってヒータアセ
ンブリから熱電対が不要となるであろう。特定のヒータ
素子の抵抗対温度を特徴付けることによって、操作中の
ヒータ素子の温度が決定される。好ましくは、温度セン
サ付きのテストウェーハが、ヒータ素子温度をウェーハ
の表面の温度に相関的に関係づけるために使用される。
操作電流の電圧を測定することも同様の情報を提供する
であろう。どちらの場合でもコントローラは熱電対電圧
アウトプットの代わりにヒータ素子電圧電流データを使
用するであろう、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３
２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。
【００５４】Ｃ．セラミックヒータアセンブリ 図７はペデスタルとシャフトの簡略断面図である。ペデ
スタル３２はヒータアセンブリ３３を含む。ペデスタル
３２は、腐食性プラズマ環境の存在する少なくとも約４
００℃以上の温度における使用に適合する材料で製作さ
れる。例えば、実施形態によっては、ステンレス鋼、Ha
stelloy（商標）合金、 Haynes（商標）２４２合金、又
はセラミックが使用される。
【００５５】特定実施形態によれば、セラミックヒータ
は、金属から製作された類似のヒータよりも低い熱質量
を有する。これは温度コントローラからのパワーの変化
に対する、より早い応答時間を可能にする。貯える熱が
少なくなるので、セラミックヒータは、例えばチャンバ
がメンテナンスの目的で分解を必要とするときに、より
早く冷却する。用途によって、セラミックヒータはプロ
セスで発生する熱過渡状態（例えば、ウェーハの移動、
変化するガス流と圧力）に急速に反応できるので有用で
ある。
【００５６】図８は本発明の特定実施形態による、ヒー
タアセンブリ３３の簡略分解図である。トップ板１０１
は、好ましい実施形態ではＡｌＮ等のセラミックで、そ
の上面に約０．０２９インチの深さのウェーハポケット
（図示せず）、及びウェーハリフトピン孔１０２Ａを含
むように製作される。ＲＦ面１０３はトップ板１０１の
下にあって、多数のウェーハリフトピン孔１０２を含
む。少なくとも３つのリフトピンが、対応する数のリフ
トピン孔と共に使用されなければならない。図９はＲＦ
面１０３の上面図で、ウェーハリフトピン孔１０２Ｂの
位置と穿孔(perforations)２２９を示す。ＲＦ面１０３
は、ＲＦ電場の生成のパワー要件と導電率、組立製造プ
ロセス、及びＲＦ面とセラミック板の相対熱膨張に整合
した任意の適切な導電材料から製作される。本実施形態
では、ＲＦ面１０３は約５ミル厚のモリブデンシート材
から製作され、直径９０ミルの孔が中心対中心間隔２０
０ミルで穿孔されている。ＲＦ面１０３は、ウェーハ直
径よりも望ましくは約０〜２インチ大きい外径を有す
る。穿孔は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）レーザー
又はコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）レーザーを含むレ
ーザー、写真平板エッチング技術を含む化学エッチン
グ、放電加工（ＥＤＭ）その他の適切な技術を使って形
成される。タングステンその他の耐火性材料がＲＦ面の
製作に使用できるだろう。モリブデンがタングステンよ
り好ましいのは、例えばモリブデンがＡｌＮに、より良
く一致した熱膨張係数を有するからである。また、モリ
ブデンは、より延性があり、好ましい堆積チャンバ環境
での腐食に対してより耐性があり、またタングステンよ
りも薄いシートに製作しやすい。特に、ＡｌＮの熱膨張
係数は約５．５×１０-6／℃で、約５．５５×１０-6／
℃のモリブデンの熱膨張係数に非常に近いが、それに対
してタングステンの熱膨張係数は約５．６×１０-6／℃
である。
【００５７】ＲＦ面１０３の穿孔によって、頂部AlN板
が第２のＡｌＮ板１０５に直接に接着することができ、
セラミック対金属の接着が回避される。ＲＦ面１０３の
孔の直径と間隔の選択は、セラミック間接合プロセス(i
nter-ceramic bondig process)（以下に説明）の要件を
ＲＦ電場の均一性の要件とバランスすることによって最
適化される。信頼性のあるセラミック間接続を得るため
には充分な総穿孔面積を備えることが重要である。上記
の好ましい実施形態に相当する面積は、孔の数を減らし
てその直径を大きくするか、又は孔の数を増してその直
径を小さくすることよって達成される。ＲＦ面１０３の
厚さは、ＲＦ面の熱膨張が穿孔内のセラミック間接続え
お破壊しないように、面１０３の材料とセラミック間接
合プロセスによって選択される。特定実施形態によれ
ば、モリブデン面に対する厚さの上限は約１５ミルで、
厚さの下限は約３ミルである。この厚さ範囲は、運転Ｒ
Ｆパワーレベルにおける均一な電場を確立するための適
当に低い電気抵抗を提供すると同時に、適切なレベルの
ＲＦパワーを依然として担うことができる。
【００５８】穿孔シートは多くの用途でメッシュよりも
好ましいが、その理由はシート内の局部的「ホットスポ
ット」が局部的な高抵抗となってそれがシート全体に広
がるからである。しかしながら、メッシュにおける類似
のホットスポットは個々のワイヤストランドを加熱する
傾向があり、ワイヤストランドの交差点が点接触に近く
てシートに比べて熱伝導に乏しいので、熱をそのストラ
ンド全体に広げる傾向がある。これはしばしばメッシュ
ストランドの過熱を生み、ストランドを損傷させると共
にＲＦメッシュ電極の動作寿命を縮める。その上、メッ
シュの中のこれらの過熱又は損傷ストランドはＲＦ電場
の不均一性の原因となる。穿孔シートはこの点で損傷を
自制する傾向があり、優れたＲＦ電場パターンを提供す
る。メッシュの使用に比べてシートを使用する別の利点
は、メッシュのワイヤサイズの増加につれてワイヤ間の
間隔も増加することである。これがメッシュの有効ＲＦ
シート抵抗を制限する。例えば、約４〜５ミル厚のモリ
ブデンシートは、５ミルよりはるかに大きなピーク対ピ
ーク厚さのモリブデンメッシュの最小シート抵抗にほぼ
等しいシート抵抗を有する。更に、シート材から作られ
たＲＦ電極はメッシュ電極よりも平らなので、ウェーハ
とＲＦ電極間のより薄いセラミック層を許容し、堆積時
のより均一なプラズマ強化処理を可能にする。特定実施
形態では、ＲＦ面１０３とウェーハ間の距離は約５０ミ
ル以下で、約３８〜４２ミルであることが望ましい。他
の実施形態では、この距離は変化するだろう。
【００５９】再び図８について説明すると、第２のＡｌ
Ｎ板１０５はＲＦ面１０３をヒーティング素子１０７か
ら隔離する。ヒーティング素子１０７はモリブデンから
製作されるが、他の類似材料、例えばタングステンも使
用できるだろう。ヒーティング素子は、約５ミル厚のモ
リブデンシート材から、ＣＡＤ又はＣＮＣレーザーを含
むレーザー、写真平板エッチング技術を含む化学エッチ
ング、ＥＤＭその他の、適切な技術を使ってカットされ
る。図１０はヒータ素子１０７の簡略上面図である。ヒ
ータ素子１０７に対して選択される厚さは、上記のよう
に、セラミックアセンブリプロセスの制約内であること
が望ましい。ヒータ素子１０７の幅と長さは、当業界で
周知のように、電圧ソースのコンプライアンスに適合す
るように選択してヒータからの適切な出力を獲得すると
ともに、セラミック対セラミックの接合のための適切な
ヒータ内スペーシングを提供する。例えば、５ミルの厚
さ、すなわち幅約９０ミル、長さ約３２５インチのヒー
タ素子は、室温で約２．２５〜３．２５Ω、望ましくは
約２．５Ωの抵抗を持ち、最大約４ｋＷの出力を発生で
きる。ヒータ素子の抵抗の変化をその意図する動作範囲
にわたって補償することが大切である。例えば、モリブ
デンヒータ素子の抵抗は、室温から約７００℃まで加熱
されると約４．３倍に増加するだろう。
【００６０】図１０に示すように、素子はヒータ素子の
平面内で単純な弧形部(arcs)（図示せず）ではなく、入
り組んだパターンにカットされることが望ましいが、そ
の理由は入り組んだパターンを有する弧形部はより堅
く、従って製造時の心合わせが容易になるからである。
各弧形部が素子の隣接する弧形部に接して折り返される
折返部２３３で、電流の方向が変わるので、プラズマ特
性を変えて不均一な堆積をもたらすような、ヒータ電流
によって発生される磁場を最小にする。同様な磁場の打
消は弧形部内のシヌソイド(sinusoid)の間でも発生す
る。ワイヤ又はワイヤコイルを使用せずにシート材から
ヒータ素子を製作することは、より大きな表面積対断面
積比を有するヒータ素子を提供する。これが、より効率
的にウェーハに熱を伝導するヒータ素子を提供し、類似
のワイヤデザインの場合より低い素子温度でウェーハに
同一の熱を提供する。これが、結果的にヒータ素子の破
壊を最小にするので、ヒータ素子の寿命を長くする。そ
の上、ヒータ素子１０７の幅を所望の熱プロフィールに
従って変更したり、或いは、例えばＣＮＣレーザープロ
グラムを調節することによって、素子内のスペーシング
を変更して素子密度を調節できる。これによって、優れ
た温度均一性を有するヒータアセンブリ、又は特定の熱
プロフィールを有するヒータアセンブリを生産できる。
【００６１】再び図８について説明すると、第２のＡｌ
Ｎ板１０５は、特定実施形態によれば、４つのリフトピ
ン孔１０２Ｃに加えて、ＲＦフィードスルー孔１０６Ａ
と熱電対孔１０４Ｂとを有する。ヒータ素子１０７は、
ＲＦフィードスルーの代わりに、リフトピン孔１０２Ｄ
用の通路、及びヒータ素子の中心近くに図７の熱電対４
７用の通路を備えている。ヒータ素子１０７の各端部に
はヒータ接点１１２があり、これを図１０に示す。第３
のＡｌＮ板１０８は、ヒータ素子１０７と、ＡｌＮヒー
タスタブ１１０が固定された底部層１０９との間にあ
る。底部層１０９は以下に説明する圧力接合プロセス時
に形成される。好ましい実施形態では、全てのスタック
（積み重ね）は（スタブを除く）、厚さ約０．５４６イ
ンチで、熱質量の低いヒータとなる。全アセンブリは、
特定用途の設計的制約によって短いものも長いものもあ
り、外径の小さいものも大きいものもある。この実施形
態では、約２．２５インチの厚さによって、スタブ上の
フランジと底部板との間に、カップラクランプ（以下に
説明）と石英ガラス熱シールド（これも以下に説明）と
を取り付けるための十分なスペースが提供される。より
薄い熱シールド又はクランプがより短いスタブを可能に
するだろう。スタブは、セラミックヒータアセンブリを
跨ぐ熱勾配を削減するために、また、カップラがペデス
タルの降下に干渉しないように短い方が望ましい。
【００６２】好ましい実施形態では、頂部AlN板１０
１、第２のＡｌＮ板１０５、第３のＡｌＮ板１０８、及
びＡｌＮスタブ１１０が熱延(hot-pressed) ＡｌＮから
形成される。板は平らに、そして必要ならば平行に研削
され、ヒータとＲＦ板電極（以下に説明）とを収容する
ために研削される。心合わせ孔（図示せず）が、リフト
ピン孔の中心線に沿って、頂部AlN板１０１、第２のＡ
ｌＮ板１０５、及び第３のＡｌＮ板１０８を貫通して穿
孔される。頂部AlN板１０１、第２のＡｌＮ板１０５、
第３のＡｌＮ板１０８、及びＡｌＮスタブ１１０は、そ
の表面を荒らすためにサンドブラスト又はビード吹付け
される。ＲＦ面１０３が、ＡｌＮテープを使って（図示
せず）頂部AlN板１０１の上に重ねられる。すなわち、
熱延ＡｌＮ板１０１を形成するために用いられたものと
同じＡｌＮ材粉末と有機バインダとから鋳造されたテー
プを、頂部AlN板１０１上に置かれたＲＦ面１０３の上
に置く。ＡｌＮテープは厚さ約１０〜２０ミルで、１層
又は２層が使用されるので、ＲＦ面１０３の上の薄くて
均一なＡｌＮ層となる。別法としては、ＡｌＮテープを
ＲＦ面１０３に移す前に、ＡｌＮテープを、心合わせ孔
にかからないように、Mylar（商標）テン板等のテン板
上に重ねてもよい。第２のＡｌＮ板１０５を、次に頂部
AlN板１０１、ＲＦ面１０３、及びＡｌＮテープのスタ
ックアセンブリの上に置く。次いで、ＲＦ面１０３及び
頂部AlN板１０１と同様、ヒータ素子１０７を第２のＡ
ｌＮ板１０５の上に置いてＡｌＮテープと重ねる。第３
のＡｌＮ板を次に、積み重ねたヒータ素子（図示せず）
の上に置く。頂部AlN板１０１、ＲＦ面１０３、第２の
ＡｌＮ板１０５、ヒータ素子１０７、及び第３のＡｌＮ
板１０８の心合わせを容易にするために、例えばグラフ
ァイトから成る心合わせピンを心合わせ孔に通す。ヒー
タとＲＦ電極を先に研削された場所に置く（以下で更に
詳細に説明）。頂部AlN板、ＲＦ面１０３、ＡｌＮテー
プ、第２のＡｌＮ板１０５、ヒータ素子１０７、ＡｌＮ
テープ、及び第３のＡｌＮ板から成るこのスタックを次
に、頂部AlN板１０１を型の一端に合わせて、圧力接合
型の中に置く。圧力接合型（図示せず）は前文に記載し
たスタックを収容するキャビティを提供する。圧力接合
型は、例えばグラファイト製で、本質的に一方向の圧力
がスタックの主要表面にほぼ垂直に加わるように、スタ
ックを封じ込めることができる。次に、ＡｌＮ粉末が第
３の板１０８の露出表面（図示せず）に塗布されて、例
えばグラファイトから成るＡｌＮ接合板（図示せず）が
このＡｌＮ粉末層の上に置かれる。第１の圧力接合板は
ヒータスタブ１１０とほぼ同じサイズの孔を有する。第
２の圧力接合板が第１の圧力接合板とヒータスタブ１１
０との上に置かれる。
【００６３】液体圧プレス（図示せず）が第２の圧力接
合板と圧力接合型との間に約２５００ｐｓｉの圧力を加
える。同時に、スタックとヒータスタブ１１０が約１７
００℃の温度に加熱される。これらの状態は約３０〜９
０分間、望ましくは約６０分間、維持される。これらの
状態の下でＡｌＮテープがプラスチックになって流動し
て、ＲＦ面１０３の穿孔とヒータ素子１０７の素子間ス
ペースとを充満してＡｌＮ板を互いに接合させる。圧力
接合中、ＡｌＮテープは密度を高め、その最初の厚さの
約半分になる。更に、第３のＡｌＮ板上に先に塗布され
たＡｌＮ粉末がプラスチックになって底部層１０９を形
成し、第１の圧力接合板から第３のＡｌＮ板１０８に加
えられた圧力をより均一に分配する。圧力接合の後、研
削と穿孔を含む他の作業が行なわれてセラミック構成要
素の形が修正される。例えば、心合わせ孔が穿孔されて
リフトピン孔になり、ヒータスタブが研削されてその下
部にフランジが形成される。
【００６４】数個のヒータアセンブリが同時に形成され
得るように、圧力接合型、スタック、及び圧力接合板の
数個のセットを単一プレスの中に準備してもよい。所定
のプレスサイズでは、ヒータアセンブリの総高さが低い
ほど、より多くの類似の短寸ヒータアセンブリを単一作
業で圧力接着できる。従って、短いスタブを有するヒー
タ素子のデザインは長いスタブを有するデザインよりも
多数のヒータアセンブリを圧力接着できる。より丈夫で
あることに加えて、短いセラミックスタブを有するセラ
ミックヒータは、従って、長いセラミックシャフトを有
するヒータよりも容易かつ効率的に製造される。
【００６５】別の実施形態では、第１のＡｌＮ板、ＲＦ
面、第２のＡｌＮ板、ヒータ素子、及び第３のＡｌＮ板
のサブアセンブリが、上記と同様に、しかしヒータスタ
ブなしで圧力接着される。ヒータスタブは後から別作業
でサブアセンブリに取り付けられるであろう。これは、
前のパラグラフで説明したように、ヒータスタブが長い
場合に特に望ましい。
【００６６】図１１に示す別の実施形態では、セラミッ
クサポートシャフト８２１がヒータアセンブリ８３３に
取り付けられている。これは、シャフトの底部が比較的
低温で、シャフトの底部のシールのためのガス密Ｏリン
グシール８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄの使
用を可能にするので、ヒートチョークの必要性を除去す
る。短いシャフトエンド８０５（アルミニウム等の良好
な熱伝導体で製作される）を設けると共に、水又はその
他の液体を通す熱交換通路（図示せず）を設けることに
よって、Ｏリングシールを更に冷却する。その他、冷却
のために冷却板（図示せず）をシャフトエンド８０５に
連結してもよい。Ｏリングシール８１０Ａはセラミック
シャフト８２１をシャフトエンド８０５に対してシール
する。Ｏリングシール８１０Ｂはスプリングローディン
グのケース入り熱電対８７０のまわりにシールを形成
し、Ｏリングシール８１０ＣはＲＦ電極８５９をシール
する。類似のＯリングシール（図示せず）がヒータ電極
（図示せず）をシールし、Ｏリングシール８１０Ｄが V
espel（商標）プラグ８０６をシャフトエンド８０５に
シールする。
【００６７】ＲＦ離隔絶縁ロッド８５６が、ワイヤコイ
ル８５８をＲＦロッド８５６とＲＦ電極８５９とに連結
できるように、セラミックシャフト８２１の下端を越え
て延びている。好ましい実施形態では、ＲＦロッド８５
６、ＲＦ電極８５９、及びワイヤコイル８５８はニッケ
ル製である。ワイヤコイル８５８が応力を緩和し、ヒー
タアセンブリや蝋付けジョイント８５５の組立又は熱サ
イクル中の破壊の可能性を低減する。類似のコイル（図
示せず）はヒータロッド（図示せず）をそれぞれのヒー
タ電極（図示せず）に連結する。ＲＦ離隔絶縁ロッド８
５６、ケース入り熱電対８７０、及びヒータ離隔絶縁ロ
ッド（図示せず）はかなり堅いが、配線同士の短絡を防
ぐためにVespel（商標）プラグ等の絶縁プラグ８０８が
含まれている。各電極に使用されるＣリングクリップ８
２６７１を使って、底部電極の押込みや引出しが防止さ
れている。エンドキャップ８０９をシャフトエンド８０
５にボルト付けしてＯリング８１０Ｂ〜Ｄを圧縮しても
よい。
【００６８】熱電対８７０がヒータ素子８０７を越えて
ＲＦ面８０３のすぐ下まで延びている。これによって、
熱電対がヒータ素子８０７と基板（図示せず）との間に
入れられて、奥行の短い熱電対の場合よりもヒータアセ
ンブリの熱質量の更に中まで入れるので、より良好な温
度制御が可能になる。
【００６９】パージライン８５３によって、セラミック
シャフト８２１が窒素、アルゴンその他ガス等のパージ
ガスによってチャンバ圧力以上に加圧されることができ
るようになっている。パージガスはシャフト内の構成要
素、例えば蝋付けジョイント８５５を、特に高温で酸化
や腐食から保護する。蝋付けジョイント８５５は、例え
ばモリブデン又はタングステンのＲＦ面８０３をＲＦ離
隔絶縁ロッド８５６に接続する。類似の蝋付けジョイン
ト（図示せず）がヒータ素子とヒータ離隔絶縁ロッドを
接続してもよい。加圧用セラミックシャフト８２１もＲ
Ｆ離隔絶縁ロッド８２１とその他の構成要素との間のＲ
Ｆアーク発生を抑制する。パージライン８５３は、上記
のように、アルミニウム対ステンレス鋼移行部８５４を
組み込んでもよい。上記の蝋付けジョイントも、以下に
説明するように、インサイチュでの共晶合金接合されて
もよい。
【００７０】図１２はヒータアセンブリ３３の簡略部分
断面図で、ＲＦ面とヒータ素子への電気的接続の一実施
形態を示す。ヒータスタブにはヒータアセンブリの主要
面に垂直な４つの孔がある。これらの内の２つはヒータ
離隔絶縁１１５を含んでいる。第３の孔はＲＦ離隔絶縁
１１７を含んでいる。第４の孔は熱電対アセンブリ（図
７に４７０で示すが、図１２には図示せず）を含んでい
る。熱電対アセンブリは二重鞘の熱電対で、頂部AlN板
１０１の盲穴（図示せず）の上部に押し付けられるよう
にスプリングローディングされており、ヒータコントロ
ーラ（図示せず）用の制御信号を提供する。モリブデン
ヒータ電極１１９とＲＦ電極１１８とは、前述のように
スタックの圧力接合に先立って、それぞれヒータ電極ポ
ケット１１６とＲＦ電極ポケット１２０Ａ、１２０Ｂの
中に置かれている。ヒータ電極ポケット１１６とＲＦ電
極ポケット１２０Ａ、１２０Ｂを、もっぱら説明のため
に、ヒータ電極１１９とＲＦ電極１１８よりも大きく図
示する。金属電極は、モリブデンが圧力接合状態の下で
延びやすくなるので、圧力接合プロセス後に周辺のセラ
ミック材料と密接する傾向がある。同様に、モリブデン
ＲＦ電極１１８は、圧力接合プロセス中にモリブデンＲ
Ｆ面１０３に本質的に溶接されるが、ヒータ電極１１９
も同様に、ヒータ素子１０７に溶接される。これらの電
極は単体で形成されるように図示されるが、類似の電極
を多数の部品から形成できることは言うまでもない。更
に、電極の形も変更できる。例えば、ＲＦ電極１１８を
ＲＦ電極フランジ１１８Ｆなしに成形してもよい。更
に、ＲＦ電極１１８は、好ましい形態として、ヒータ素
子１０７を越えて延びるように図示しているが、短くす
ることも可能で、その結果ニッケルＲＦ離隔絶縁１１７
はＲＦ面１０３のより近くまで延びることになる。
【００７１】圧力接合プロセスの後、モリブデン電極を
露出させるために、ヒータスタブ１１０その他のＲＦ電
極１１８に重なるセラミック材料を貫通する孔がドリル
加工される。ニッケルヒータ離隔絶縁ロッド１１５とニ
ッケルＲＦ離隔絶縁ロッド１１７とは、タングステンス
ラグ２２７Ａと２２７Ｂを収容するためにそれぞれ座ぐ
りされる。ニッケルヒータ離隔絶縁ロッド１１５とニッ
ケルＲＦ離隔絶縁ロッド１１７とはタングステンスラグ
２２７Ａ、２２７Ｂと共に、次にヒータ電極１１９とＲ
Ｆ電極１１８にそれぞれ挿入される。別の実施形態で
は、タングステンリング２２８Ａ、２２８Ｂが、ヒータ
ロッド１１５とＲＦロッド１１７の挿入に先立って、ド
リル加工された孔に追加的に挿入される。図１２に示す
ように、ロッド１１５、１１７と電極１１９、１１８と
の間の接触は本質的に同一平面上で、ＲＦ面１０３の反
対側のヒータ素子１０７の側にあるが、必ずしもそれら
の条件を必要としない。しかしながら、ニッケル−モリ
ブデン移行部をＲＦ面１０３から離間させることによっ
てＲＦ面への熱応力を避けることが望ましい。
【００７２】アセンブリ全体を次に、溶融共晶を形成す
るだけの温度に加熱する。純ニッケルと純モリブデンを
使用した場合は、ニッケル−モリブデン共晶が１３１５
℃の温度で形成されるであろう。しかしながら、市販の
ニッケル２００を使用した場合は、多元共晶が１３１５
℃よりわずかに低い温度で形成されるだろう。小量の共
晶の形成だけが必要なので、処理時間を最小に保つこと
が望ましい。モリブデンとニッケル構成要素を接続する
には、処理温度で１０分あれば充分である。ニッケル−
モリブデン装置が特に望ましいが、それは、Haynes（商
標） ２４２合金に類似した共晶が、前述のように一部
の堆積環境で通例のハロゲン種の存在の下で有する優れ
た腐食耐性のためである。タングステンスラグ２２７
Ａ、２２７Ｂは、溶融共晶中に部分溶解して結果の合金
を本質的に固化することによってニッケル−モリブデン
共晶の形成の程度を制限するタングステンソースを提供
する。タングステンリング２２８Ａ、２２８Ｂが存在す
る場合は、ニッケル−モリブデン共晶相の形成の程度を
更に制限する。特に、それらはニッケルロッド上の溶融
共晶のウィッキング(wicking) を抑制して、それをジョ
イントから除去する。
【００７３】Ｄ．ヒートチョークとカップラ 特定実施形態によれば、ヒータアセンブリ３３は、図７
で分かるように、カップラ１２２を用いてサポートシャ
フト１２１に取り付けられている。ステンレス鋼その他
の類似金属製のカップラ１２２を用いて、セラミックヒ
ータアセンブリが金属シャフトに固定されている。図１
３は、ヒートチョークカップラ１２３とツーピースの上
部クランプ１２４とを含むカップラ１２２の簡略断面図
を示しょたものである。図１４は、図１３の底部のヒー
トチョークカップラ１２３の簡略等角図を示したもので
ある。ヒートチョークカップラ１２３の下部フランジ１
２５は、カップラをサポートシャフトにねじ込みできる
ように、ねじ付き盲穴１２６を有する。上部ポケット１
２７はヒータスタブフランジ（図示せず）を収容し、ス
タブフランジはポケット面１２８に着座して上部クラン
プ（図１３の１２４）によって固定されると共に、テン
ションアーム１２９によって円周方向に保持されてい
る。再び図１３によって説明すると、上部ポケット１２
７はヒータスタブフランジの外周上の平形に対応する位
置合わせ平形（図１４の４５４）を有する。勿論、上部
ポケット１２７はヒータスタブフランジの形状に対応し
なければならないが、他の位置合わせ機構を使用しても
よい。上部クランプ１２４は、ヒートチョークカップラ
に取り付けられる前にヒータスタブフランジのまわりに
組み付けられた２つの「Ｃ」形の半分の部分(halves)１
２４Ａ、１２４Ｂを含む。スリット１３０は、テンショ
ンねじ１３１からの張力がテンションアーム１２９を引
き寄せてヒータスタブ上のフランジを保持するように、
テンションねじ１３１の反対側の未切削コードを残し
て、ポケット面１２８に対して実質上同一平面上に切削
されている。スリット１３０と同様の形状を有するスペ
ーサ（図示せず）をスリット１３０に挿入してテンショ
ンアーム１２９を支持すると共に、スリット１３０を通
るガス流を減少させる。一対の歪み緩和スリット１３２
をテンションアーム１２９の中に機械加工することによ
り（一対の歪み緩和スロットの各々はアーム１２９の両
側から加工される）、テンションねじ１３１によって加
えられる応力から生じる有用な歪みを増加させると共
に、金属製クランプがセラミック製ヒータスタブフラン
ジよりも膨張するので、アセンブリの温度上昇につれ
て、テンションアームがフープ応力を加え続けられるよ
うにする。この実施形態では、４対の歪み緩和スリット
が図示されるが、この数はクランプの材料とデザインに
よって調節できる。特定実施形態によれば、歪み緩和ス
ロットは幅が約４０ミルで、約０．３インチのテンショ
ンアームの約０．１インチ以内まで切り込まれる。一部
の実施形態では、歪み緩和スロットの端部が、スロット
の先端の応力集中を削減すると共に製造性を改善するた
めに丸められる。
【００７４】図１３に示すように、ヒートチョークカッ
プラ１２３は上部ポケット１２７と下部フランジ１２５
との間に細いウェブ１３３を残すように製作される。こ
のウェブは、特定実施形態では、厚さが約２０〜１００
ミルで、好ましくは約４０〜６０ミルであり、ヒータア
センブリとサポートシャフトとの間の高い熱抵抗の通路
として機能する。特定実施形態では、ウェブは約０．６
〜１．０インチの有効長さと、約０．２〜０．５インチ
の垂直ウェブ部分高さを有する。図示の実施形態では、
約６２５℃の温度で作動するヒータアセンブリと下端温
度が約５０℃のサポートシャフトとの間で約２５ワット
のパワーが流れる。カップラ１２２の他の実施形態は、
ウェブ１３３の総長さを所定ウェブ厚さに対して高温の
用途になるほど長くするか、或いはウェブ厚さを所定の
長さに対して減少させるかのいずれかによって、更に高
い温度で使用される。ウェブは機械的に充分な剛性がな
ければならないが、同時にヒートチョークを与えるだけ
薄くなければならない。カップラ１２２の使用によっ
て、ヒータアセンブリはシャフト上に熱的に「浮揚」で
きるようになるので、シャフトに使用する材料のより広
い選択を可能にすると共に、非補償ヒータ素子設計の改
善された均一温度にウェーハ温度を維持するために必要
な、ヒータ素子に供給されるパワーを削減する。ヒータ
からペデスタルを通ってシャフトまで流れる熱が少なく
なるので、この潜在的熱コンジットの上にコールドスポ
ットを形成する機会が減少することにより、ウェーハの
温度適合性が改善される。また、カップラ１２２の使用
は、セラミックヒータアセンブリを跨いで生じる熱勾配
を減少させ、それがヒータアセンブリのクラックを減少
させるので、ヒータアセンブリの動作寿命を増加させ
る。カップラ１２２の使用は、また、長いセラミックス
タブやセラミックサポートシャフトを有するヒータアセ
ンブリより製作が容易な、より短く、よりコンパクトな
ヒータアセンブリをもたらす。
【００７５】上部クランプ１２４は、上部クランプ１２
４の孔４５１とヒートチョークカップラ１２３の孔４５
２を通って配置されるクランプ用ねじ（この図には示さ
れない）によって、ヒートチョークカップラ１２３に連
結される。孔４５１は上部クランプ１２４の盲穴であ
る。下部フランジ１２５はクランプ用ねじより大きいア
クセス孔１３４を有するので、下から組み立てることが
できる。この態様では、アクセス孔１３４は下部フラン
ジ１２５のねじ付き孔１２６から中心がずれているが、
ねじ付き孔が上部クランプねじへのアクセスを許すだけ
大きい場合は同軸になり得るだろう。いくつかの実施形
態によれば、上部クランプの外部位置合わせリップ１３
５は、ヒートチョークカップラの外部位置合わせ棚部１
３６にはまってクランプの外径沿いに比較的平坦な表面
を形成する（図１３、１６を参照）。他の実施形態で
は、上部クランプの外部リップ１３５は、上部クランプ
１２４の外径がヒートチョークカップラ１２３の外径よ
りもわずかに大きくなるように、中実の上端部（そこに
は棚部１３６が形成されていない）の上にオーバーハン
グして着座している。片持ちワッシャ１３７は上部クラ
ンプ１２４の一部として機械加工されて、上部クランプ
１２４の孔４５１とヒートチョークカップラ１２３の孔
４５２を通って配置されたねじがヒータスタブフランジ
（この図には示されない）に圧縮力を加えることによっ
て、それをヒートチョークの上部ポケットにしっかり保
持する。特定の実施形態では、片持ちワッシャは約１０
〜２０ミルの厚さがあり、また切り込まれた歪み緩和ス
ロット１３８を有するので、適切な圧力を、セラミック
ヒータスタブ上にそれを破壊することなく維持できる。
歪み緩和スロットは、テンションアームに切り込まれた
もの（前述）に全体的形状が類似してもよい。
【００７６】図１５は、上部クランプ１２４（２つのＣ
セクションの一つだけを示す）が、シャフト１２１で支
持されるヒートチョークカップラ１２３の上部ポケット
１２７にヒータスタブフランジ１３９を如何に保持する
かを示す簡略断面等角分解図である。この実施形態で
は、カップラ１２２はセラミックヒータアセンブリと金
属サポートシャフトに接続している。別の一実施形態で
は、ヒータアセンブリ（カップラを用いて固定される）
をシャフトに連結すると共にシャフトから熱的に絶縁す
るために、ヒートチョークとカップラとがサポートシャ
フト内に組み込まれている。追加の実施形態は、ＲＦ電
極として使用される金属ヒータと、接地されたサポート
シャフトとの間を電気的に絶縁するために、金属ヒータ
とサポートシャフトとの間にセラミックスペーサを組み
込むことができる。例えば、確実で信頼性のあるセラミ
ック部材を金属ヒータ及び／又はサポートシャフトに接
続して、部材から部材への熱の流れを削減するという利
益の一方又は両方を獲得するために、セラミックスペー
サの一端又は両端にヒートチョークカップラを使用でき
るだろう。
【００７７】Ｅ．ヒータペデスタル構成要素 再び図７を参照して、ペデスタル３２を詳細に説明す
る。ペデスタルの機能は、真空チャンバ３０内で処理位
置にウェーハを持ち上げると共に、処理中にウェーハを
加熱することである。ここで説明するヒータペデスタル
は、約４００℃以上、約７５０℃以下の温度で運転され
るプロセスに対して特に有用だが、ヒータペデスタル
は、より低い温度で運転されるプロセスに対しても有用
である。最初に強調すべきことは、ペデスタル３２は、
本明細書に説明、図示される典型的なＰＥＣＶＤチャン
バ以外の、様々な処理チャンバにおける使用に対して修
正可能であって、又は直接に配置できることである。例
えば、ヒータ／リフトアセンブリ４０は他のＣＶＤチャ
ンバに使用できるし、他の半導体処理チャンバに一般的
に使用できる。
【００７８】追加の特徴は、ヒータアセンブリをサポー
トシャフトから熱的に絶縁するために役立つ。石英ガラ
ス熱シールド４３１はヒータアセンブリの底部からの熱
損失を減少させる。熱シールドはヒータ表面の望ましく
ない堆積を低減すると共に、容易かつ単独に洗浄して再
取付けできるので、洗浄間の時間を増してヒータの寿命
を延長する。先の説明、ならびに図５（Ａ）〜（Ｅ）に
図示したように、熱シールドは様々な構成で製作でき
る。一実施形態（図示せず）では、パージガスは熱シー
ルドと、ヒータアセンブリの底部板との間に加えられ、
次に流量絞りリングとヒータアセンブリ端部との間を流
れて、ウェーハ端部の堆積を減少させる。
【００７９】石英ガラス製の熱シールド４３１は円板状
の一体部品から成り（任意でディスク外周まわりに、ペ
デスタルの側端部を囲むための壁を有する）、ペデスタ
ルのスタブを収容する内径と、ウェーハリフトピン用の
孔とを有する。熱シールド４３１はその底面の内径の位
置に配置された少なくとも２つの孔を有するので、シー
ルド４３１をカラー１４１内のニッケル位置合わせピン
１４０によって適切に保持できる。カラー１４１はアル
ミニウム製で、ねじ１４２によってサポートシャフト１
２１に取り付けられる。石英ガラスアイソレータ１４３
は、ヒータアセンブリの底部板のすぐ下に配置されるこ
とによって、ヒータアセンブリからサポートシャフトま
での放射熱損失を更に減少させる。アイソレータ１４３
は２つの半円形部品から成る。アイソレータはヒータア
センブリの底部板、ヒータタブサポートシャフト、及び
上部クランプによって封鎖されているので、固定具を必
要としない。熱シールド４３１とアイソレータ１４３の
両者はヒータペデスタルからの熱損失を減少させると同
時に、チャンバ容積、従ってポンピング時間を減少させ
る。
【００８０】一実施形態では、サポートシャフト１２１
はプラグ１４４、１４５Ａ〜Ｃ、１４６によって充填さ
れており、各プラグは、ヒータスタブの４つの孔に対応
する４つの貫通孔を有している。シャフト内の容積の実
質上すべてを占めるので、ソリッドプラグは、さもなけ
れば中空シャフトで特に真空で発生する恐れのあるＲＦ
アーク発生の可能性を減少させる。石英ガラスプラグ１
４４は伝導的な熱移動を低減し、またセラミックプラグ
１４５Ａ〜Ｃ、１４６は熱電対の挿入／抜取り用の案内
となるばかりでなく、電極間の電気的絶縁として役立
つ。プラグは、通常の運転圧力では排気の必要があるで
あろうポンピング容積を、中空シャフトに比べて更に減
少させる。ソリッドプラグは必要なポンピングを低減す
るばかりでなく、圧力サイクル中に交換される容積を最
小にするので、チャンバとシャフト間の汚染物質と腐食
物質の輸送を低減する。最上部の石英ガラスプラグ１４
４は、ヒータアセンブリ３３と、セラミックの栓を有す
るサポートシャフト１２１との間を更に熱絶縁する。プ
ラグ１４５Ａ〜Ｃ、１４６は、最高運転温度によって、
石英ガラス、セラミック、又はポリマー材料で製作され
る。この実施形態では、プラグ１４５Ａ〜Ｃ、１４６は
アルミナベースのセラミック材料製である。他の実施形
態では、プラグ１４５Ａ〜Ｃ、１４６は単一の、長寸プ
ラグ、より少数又はより多数のプラグ、又はセラミック
埋込み材等の高い電気固有抵抗を有する充填材料で置き
換えることができる。下部離隔絶縁１４７はVespel（商
標）で作られる。下部エンドキャップ１４８は Delrin
（商標）で作られる。離隔絶縁１４７とエンドキャップ
１４８の両者は、シャフト内に配線を収容するために、
内部に形成された通路を有する。各電極に用いられるＣ
リングクリップ７７１を使用することによって、底部電
極の押込みや引出しが防止される。更に、Ｏリング７７
３はシャフト１２１と、下部離隔絶縁１４７の端部とを
シールし、Ｏリング７７５（各電極に使用）は下部離隔
絶縁１４７とエンドキャップ１４８との間のシールを提
供する。従って、一部の実施形態では、シャフトはパー
ジガスの導入に対してガス密になるだろう。
【００８１】セラミックライナセクション１４９はヒー
タワイヤ１５０とＲＦフィードスルー（この図には示さ
れない）に対する腐食からの追加保護を提供すると共
に、特にライナジョイント１５１がプラグジョイント１
５２から偏心しているので、アーク発生を抑制する。ラ
イナセクション１４９は配線、パージ、及び熱電対通路
の各々に対して単一の長寸ライナで置き換えもよい。パ
ージガスをインレットチューブ１５３から加えてもよい
し、そこから真空を抜いてもよい。インレットチューブ
１５３はアルミニウム製で、アルミニウムサポートシャ
フト１２１に溶接されている。アルミニウムとステンレ
ス鋼の移行部１５４はステンレス鋼ガスラインフィッテ
ィング１５５をアルミニウムインレットチューブに接続
している。移行部は通常、サポートシャフトの内径に閉
じ込められているので、コンパクトでなければならな
い。蝋付けと爆着も、アルミニウムとステンレス鋼の移
行部のジョイントを作るために通常的に用いられる。
【００８２】ヒータアセンブリ３３のスタブから突出し
ているニッケルロッド１５６は、図1、図３、図７から
分かるように、長さが変化してもよい。ロッド１５６を
短くすることによってヒータアセンブリ３３の製造を容
易にされると共に、プラグ１４５Ａ〜Ｃ及びアイソレー
タ１４４のヒータアセンブリ３３との組立が容易にされ
る。ロッド１５６は、実施形態によっては、ヒータスタ
ブを約２〜５インチ越えて延びることが望ましい。ヒー
タパワー供給ライン１５０はクリンプ継手１５７によっ
てニッケルロッド１５６に取り付けられている。ロッド
１５６の長さによって、継手１５７がプラグとプラグジ
ョイントに対して配置される場所が決定される。ヒータ
パワー供給ラインを、組立と高温熱サイクル中の歪みを
緩和するように、セラミックライナ１４９の内部でコイ
ル状にしてもよい。ＲＦパワー供給ライン（図示せず）
も、ヒータパワー供給ラインと同様に、コイル状にされ
る。ペデスタル内部の電気ラインは、すべてコイル状の
ストラップだが、コイルワイヤを代替として使用できる
だろう。コイル状ラインは、必要な適量以上の配線を提
供しするのでヒータの破壊が最小にされる。ニッケルロ
ッドの膨張によって生じる応力を緩和するこれらのコイ
ル状ラインの使用がなければ、ニッケルロッドはペデス
タルのトップセラミック板に接して膨張して、ペデスタ
ルを破壊するかもしれない。更に、コイル状ラインの使
用は、外部コネクタの挿入によって生じる上向きの力に
よるペデスタルの破壊の危険を回避する。
【００８３】図１６は、サポートシャフト１２１を上部
クランプ１２４に関してヒートチョークカップラ１２３
に接続するねじ１５８の断面図を示したものである。カ
バープラグつまりキャップ１５９は、ねじ１５８がねじ
込まれた後にねじ込まれるが（スロット４５５にはまる
ねじドライバを使用）、チャンバの腐食環境からねじ１
５８を保護する。サポートシャフト表面の孔用プラグと
して働くので、カバープラグ１５９はサポートシャフト
と類似の金属、この場合はアルミニウム合金から作られ
る。プラグ１５９に用いられる材料は良好な腐食特性を
有することが望ましい。シャフトと同様のプラグ１５９
用材料を使用することが望ましい。というのは、両者の
材料は同一膨張係数を持ち、また２つの異種金属の使用
による電食反応の危険が低減されるからである。同様の
目的から、類似のカバープラグ（図示せず）を使ってカ
ラーをサポートシャフトに接続するねじを被覆してもよ
い。
【００８４】図１６に示す実施形態は、上部クランプ１
２４が上に着座するヒートチョークカップラ１２３に形
成された外部位置合わせ棚部１３６を有するが、外部位
置合わせリップ１３５とヒートチョークカップラ１２３
とが、シャフト１２１の内面から分離して平坦な表面を
形成するようになっている。このギャップがシャフト１
２１とカップラ１２２との間の接触を防止している。ま
た、このギャップは、熱膨張係数の差を補償すると共
に、ヒータスタブフランジ１３９からシャフト１２１へ
の熱損失を最小にする熱絶縁を提供するだけの大きさが
なければならない。ヒートチョークカップラ１２３が棚
部１３６を有さず、上部クランプ１２４がヒートチョー
クカップラ１２３より大きい外径を有することによっ
て、リップ１３５がヒートチョークカップラ１２３の中
実の端部の上にはまるような実施形態では、ある空間が
カップラ１２３をシャフト１２１から分離するようにシ
ャフト１２１の内面が機械加工される。
【００８５】Ｆ．ＲＦ供給装置 図１７はＲＦパワー供給装置の簡略線図で、ヒータアセ
ンブリ２０２とサポートシャフト２０３の簡略断面図を
含む。図示の構成では、チャンバ２０４とシャワーヘッ
ド２０５は共に接地されており、ＲＦ面２０６はパワー
が供給される。別の構成では、シャワーヘッド２０５に
パワー供給され、一方ＲＦ面２０６は接地、或いはシャ
ワーヘッド２０５とＲＦ面２０６へのパワーが「分割」
されることができる。すなわち、接地電位にあるチャン
バ２０４に対して、それぞれがＲＦパワーを受け得る。
更に別の構成では、あるＲＦ周波数がシャワーヘッド２
０５に加えられるのに対して、別のＲＦ周波数がＲＦ面
２０６に加えられことができるる。図１７に示す構成
は、「底部パワー供給(bottom powered)」プラズマとし
て知られるものを発生させる。別の構成は、面板がパワ
ー供給されてＲＦ面が接地され、「頂部パワー供給」プ
ラズマとして知られるものを発生させるものもあり、一
部の用途では好まれる。更に、このプラズマ装置は、膜
の堆積と特性を最適化するために、ＲＦ面２０６とシャ
ワーヘッド２０５との間にＤＣバイアス電圧（ＲＦパワ
ーに加えて）の印加を組み入れることもできる。
【００８６】ＲＦ面２０６は、図１７に示すように、ヒ
ータアセンブリ２０２内の、ウェーハのすぐ下にある。
ＲＦジェネレータ２０７によって、整合回路２０８を介
してＲＦパワーがＲＦ面２０６に供給される。ＲＦフィ
ードスルー２０９によってＲＦパワー供給ライン２１０
はチャンバ２０４から絶縁されている。ヒータフィード
スルー２１８は、ＲＦフィードスルー２０９と同一か異
なるものだが、これによってヒータライン２１２がチャ
ンバ２０４から絶縁されている。一部のＲＦエネルギー
は、ＲＦ面２０６からヒータ素子２１１へ、そしてＲＦ
パワー供給ライン２１０からヒータパワー供給ライン２
１２へ、渦流(parasitic) キャパシタンス２１３、２１
４を介してそれぞれ容量的に接続される。従って、ＲＦ
フィードスルー２０９とヒータフィードスルー２１８は
共に、発生するＲＦ電圧に耐える高圧フィードスルーで
ある。渦流キャパシタンス２１３、２１４は、単なる例
示のためにコンデンサとして図示したが、離散的コンデ
ンサではなく、それぞれの導体の近接から生じる容量接
続効果を示すものである。サポートシャフト２０３内の
プラグ（図示せず）は、前述のように、中実のセラミッ
ク、多孔質セラミック、又は石英ガラスで作られて、Ｒ
Ｆライン２１０とヒータライン２１２との間のＤＣ絶縁
（又はＤＣブロッキング）を提供する。フィルタ２１５
はサポートシャフト２０２の基部にできるだけ近くに配
置されるので、フィルタ２１５によって、近くに配置さ
れない場合にコントローラ等の他の装置構成要素とのＲ
Ｆ干渉又は電磁干渉を放射、発生させるであろう、ヒー
タパワー供給ラインに接続されたＲＦエネルギーをが遮
断される。フィルタ２１５は両ヒータパワー供給ライン
２１２にＲＦ周波数での高いインピーダンスを提供し、
運転周波数すなわち堆積装置の周波数で高インピーダン
スを有し、通常ははるかに低い周波数、例えば約６０Ｈ
ｚであるヒータパワー供給源２１６の周波数で低インピ
ーダンスを有するように最適化される。ヒータパワー供
給源２１６はＡＣパワー供給２１７によってパワー供給
される。フィルタ２１５によってヒータパワー供給源２
１６が保護され、電子的なノイズと干渉をが低減され、
チャンバ内のＲＦエネルギーを維持する機能が提供され
る。フィルタ２１５によって提供されるＲＦエネルギー
に対する高インピーダンスは、ジェネレータ２０７から
プラズマ（図示せず）へのＲＦエネルギーの、より効率
的な移動も可能にする。ＲＦ周波数で低いインピーダン
スを有するフィルタは、プラズマを点火（グロー放電の
確立）できないように、ヒータパワー供給源２１６を通
る充分なＲＦエネルギーを分路するかもしれない。ＲＦ
ジェネレータ２０７は、約１００ｋＨｚ〜約５０ｋＨｚ
の任意の周波数、好ましくは約４００ｋＨｚ、又は約１
３．５６ＭＨｚの周波数又はその他の周波数で運転され
る。
【００８７】図１８は、それぞれが異なる周波数を加え
る２つのＲＦ装置を利用した、本発明による堆積装置の
図である。この実施形態では、高周波ＲＦ装置２１９か
ら、低周波ＲＦ装置２２０によってＲＦ面２０６へ供給
される周波数、例えば１００〜５００ｋＨｚよりも高い
周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚのパワーがシャワー
ヘッド２０５に供給される。高周波ＲＦ装置２１９は、
高周波ＲＦジェネレータ２２２からシャワーヘッド２０
５への高周波ＲＦパワーの流れが可能にすると同時に高
周波ＲＦジェネレータ２２２への低周波ＲＦエネルギー
の進入を阻止するハイパススルーフィルタ２２１を含
む。ローパス分流フィルタ２２３によって低周波エネル
ギーに対する接地への通路が提供されるので、シャワー
ヘッド２０５は低ＲＦ周波数でＲＦ面２０６への相補
（接地）電極として働くことができる。ローパススルー
フィルタ２２４によって、ＲＦ面２０６への、低周波Ｒ
Ｆジェネレータ２２５からのＲＦエネルギーの流れが可
能にされると同時に、低周波ＲＦジェネレータ２２５へ
の高周波ＲＦエネルギーの進入が阻止される。ハイパス
分流フィルタ２２６によって高周波ＲＦエネルギーに対
する接地への路が提供されるので、ＲＦ面２０６は高Ｒ
Ｆ周波数でシャワーヘッド２０５への相補電極として働
くことができる。他の実施形態によれば、高ＲＦ周波数
がＲＦ面２０６に供給される一方、低ＲＦ周波数がシャ
ワーヘッド２０５に供給されてもよい。この例では、高
周波ＲＦ装置２１９と低周波ＲＦ装置が置換されるだろ
う。整合回路２２７、２２８を各ＲＦジェネレータとそ
れぞれのスルーフィルタとの間に加えて、ジェネレータ
からその負荷までのパワー移動を改善してもよい。整合
回路２２７、２２８はそれぞれスルーフィルタ２２４、
２２１と一体化されてもよい。
【００８８】Ｇ．ガス分配装置 図１９（Ａ）は内部リッドアセンブリ１７０の簡略分解
図である。内部リッドアセンブリ１７０は、各種部品の
間に配置されたＯリング等のシール部材（図示せず）と
共に、ガスボックス１７３、ガス分散板（又はガスブロ
ッカー板）１７２、ガス分配板４０、セラミックアイソ
レータリング５２及びチャンバリッド６６を含む。内部
リッドアセンブリ１７０はガスフィードスルーボックス
１７３も含み、そのボックスはガス入力マニホルド１７
６から、ガスボックス１７３で使用されるガス出力マニ
ホルド１７７内の混合エリアまで延びるガス通路１７５
（部分的に図示）を収容している。ガス通路１７５はガ
スを混合エリアに送り、そこでガスが、インレットチュ
ーブ４４を通した送出に先立って混合される。ガスフィ
ードスルーボックス１７３、ガス入力マニホルド１７
６、及びガス出力マニホルド１７７は、いくつかの特定
実施形態では、ニッケルで作られるか、ニッケルメッキ
されたアルミナ等の材料で作られている。プラズマプロ
セスに対しては、ガスフィードスルーボックス１７３
も、ガス分配装置の中のガス分解やガス堆積なしに、ガ
スボックス１７３へ高圧ＲＦパワーを印加することが可
能である。ガスフィードスルーボックスの一例は、通常
的に譲渡され、Wangへ付与された米国特許第4,872,947
号明細書に記載されており、その開示内容は、上記に援
用された。
【００８９】ガス分散板１７２は、ガスボックス１７３
の下面を形成するほぼ円形のディスクである。ガスブロ
ッカー板１７２は、ガスをそこから、ガスブロッカー板
１７２とシャワーヘッド４０との間に形成されたスペー
ス（図３の５４）に分散させる複数のガス分散孔を含
む。別のスペース（図３の４８）がシャワーヘッド４０
の反対側のガスブロッカー板１７２の側のガスボックス
１７３内に存在する。ガス分散板１７２用に選択される
材料は、目的とするプロセスに整合しなければならな
い。例えば、アルミニウムは低温度、非腐食性の堆積に
対して適切だが、ニッケル含有金属は高温度の塩素環境
に対して、より適切である。ガスブロッカー板１７２の
分散孔（図示せず）は通常、約１０〜４０ミルの直径を
有する。勿論、ブロッカー板１７２が本発明の好ましい
実施形態に含まれることは、当業者のよく認識するとこ
ろであろう。
【００９０】図１９（Ａ）で分かるように、シャワーヘ
ッド４０のガス分配孔４２のサイズと配列はプロセスの
特性によって変化する。例えば、孔４２はウェーハへの
ガスの均一な分配を提供するために等間隔に配置されて
いる。他方、孔４２は、希望すれば、不均等な間隔と配
列が可能である。孔４２は通常、約５〜１００ミル、好
ましくは約１０〜５０ミルの直径を有する。更に、シャ
ワーヘッド４０は従来通りアルミニウム合金で作られる
が、高温での塩素種による腐食性アタックからシャワー
ヘッドを保護するために、陽極その他の表面処理（チタ
ンコーティング、シリコンカーバイドコーティング、又
はニッケルメッキ等）が必要だろう。そのような場合
は、孔４２は表面処理後の直径が希望の値になるよう
に、最初に製作されなければならない。その他、シャワ
ーヘッド４０は、ニッケル、チタン、又はグラファイト
等の耐蝕性の導電材料から製作されてもよいが、これも
表面処理されるであろう。ガス分配孔４２は、半導体ウ
ェーハ上の堆積の均一性を促進するように設計されるこ
とが望ましい。孔（上述のシャワーヘッド温度と共に）
はまた、面板の外（底）面上の堆積の形成を避けると共
に、特にその表面の、処理中及び処理後に剥離してウェ
ーハ上に落下するかもしれない軟質堆積物の堆積を防止
するように設計される。実施形態の一例として孔の配列
は、ほぼ同心のリング状である。隣接リング間の距離
（リングとリングの間隔）はほぼ等しく、各リング内の
孔と孔との間隔はほぼ等しい。ガス分配孔の適切な配置
のより完全な説明は、通常的に譲渡され、Wangに付与さ
れた米国特許第4,872,947 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。
【００９１】図１９（Ａ）も、内部リッドアセンブリを
リッドリムから電気的に絶縁するセラミックアイソレー
タリング５２を示したものである。これは、ＲＦパワー
を内部リッドアセンブリに加えられるようにして、リッ
ドリムには加えられないようにかなっているので、ＲＦ
電場は、主として内部リッドアセンブリ、特にシャワー
ヘッド４０から相補ＲＦ電極に放射される。アイソレー
タリング５２も、ＤＣバイアス等のバイアスが、チャン
バ本体やリッドリムに関連するバイアスとは独立に、シ
ャワーヘッド４０に加えられるようにする。
【００９２】内部リッドアセンブリ１７０は、ガス入力
マニホルド１７６の上部を押さえてアセンブリをチャン
バリッド６６に接して保持するクランプバー（図示せ
ず）によって一体に保たれている。鎖線は、どのように
ガスボックス１７３がシャワーヘッド４０にはまり、シ
ャワーヘッドがアイソレータリング５２にはまり、アイ
ソレータリングがチャンバリッド６６にはまるかを示し
たものである。Ｏリング（図示せず）はこれらの内部リ
ッド構成要素間のガス密シールを形成する。
【００９３】ウェーハの温度は通常、ヒータアセンブリ
３３によって最小堆積温度以上に保たれるので、プロセ
スガスはウェーハ表面で互いに反応して、その上に層を
堆積させることになる。具体的には、電流が導線１５０
を通ってヒータ素子１０７に向けられ、特定実施形態に
従ってウェーハを約２００〜８００℃の温度に加熱す
る。好ましい実施形態では、温度はヒータ制御サブルー
チン１６７に関して前述したように制御される。このプ
ロセス中、リッドアセンブリ１７０はその中を通過する
ガス、加熱された半導体ウェーハ、及びウェーハ加熱ソ
ースを含む様々なソースからの熱を受け取る。リッドア
センブリ１７０の構成要素を最小堆積温度以下に維持す
ることによってガスの反応及びこれらの構成要素への堆
積を避けるように、ガスボックス１７３とシャワーヘッ
ド４０内に形成される熱交換チャネル（図１９（Ａ）に
は示されない）に熱交換液体が導入される。図１９
（Ｂ）に示すように、シャワーヘッド４０は、少なくと
も４００℃以上の温度まで加熱するヒータペデスタルへ
の近接によって加熱される可能性があるシャワーヘッド
の温度を低下させるための熱交換通路２０３を有する。
バイア（図示せず）によって熱交換通路２０３がボック
ス１７３の熱交換チャネルに連結されている。ガス分配
孔４２の望ましくない堆積と詰まりは、シャワーヘッド
温度を減少することよって最小にされる。
【００９４】Ｈ．排気装置 図１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８
３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１７
８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８
５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。
【００９５】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１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３
０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。
【００９６】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。
【００９７】II．ＣＶＤリアクタ装置を使用する高温度
マルチステッププロセス Ａ．構造の一例と用途 図２０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Ｐ
ＭＯＳのときは、浅いトレンチアイソレーション(trenc
h 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、９０
６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。
【００９８】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
で行な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９
００に含まれる４つの金属層９４０、９４２、９４４、
９４６の一つである。各金属層９４０、９４２、９４
４、９４６は、それぞれの金属間誘電層９２７、９２
８、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 passivati
on 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９
２４やプラグを堆積させるためにも使用できる。
【００９９】図２１はコンタクト構造（例えば、本発明
の実施形態が使用可能な図２０のコンタクト９２４又は
バイア９２６）の一例の断面図である。図２１で分かる
ように、通常はＳｉＯ2 の酸化物層９５０を、結晶シリ
コン又はポリシリコンの表面を有する基板９５２上に厚
さ約１μｍまで堆積させる。酸化物層９５０はプリメタ
ル誘電体又はレベル間誘電体としての機能を有するが、
レベル間の電気接触を提供するためにコンタクトホール
９５４が酸化物層を貫通してエッチングされて、アルミ
ニウム等の金属で埋込まれる。しかしながら、最新の集
積回路では、コンタクトホール９５４は幅が狭く、約
０．３５μｍ以下で、約６：１以上のアスペクト比の場
合がある。そのような穴の埋込みは困難であるが、多少
なりとも標準的なプロセスが開発された。その場合、ホ
ール９５４はまず、チタン層９５６によって形状に合わ
せてコーティングされ、次にチタン層９５６が窒化チタ
ン層９５８によって形状に合わせてコーティングされ
る。その後、アルミニウム層が、多くは物理堆積によっ
て堆積されて、コンタクトホール９５４が埋込まれると
共に上部レベル上の電気的相互接続ラインが提供され
る。Ｔｉ層９５６は、下にあるシリコンと側壁上の酸化
物の両者に対する接着層を提供する。また、それは下に
あるシリコンと珪化してオームコンタクトを形成する。
ＴｉＮ層９５８はＴｉ層９５６に良好に接合し、またア
ルミニウム層９６０はＴｉＮに良好に濡れるので、アル
ミニウムは内部空洞を形成することなく、コンタクトホ
ール９５４をより良い状態で埋込みできる。また、Ｔｉ
Ｎ層９５６はバリヤとしても機能して、アルミニウム９
６０がシリコン９５２内に移動してその導電性に影響し
ないようにする。基板９５２がアルミニウム表面特徴部
を含むようなバイア構造では、Ｔｉ層９５６は必要ない
だろう。チタンと窒化チタンの導電率はアルミニウムに
匹敵するほど高くないが、それらは薄層では充分導電性
があり、良好な電気コンタクトを提供する。本発明の好
ましい実施形態を使ってＴｉ層９５６を堆積できるし、
他の実施形態を使ってＴｉＮ層９５８やその他の層を堆
積させることができる。
【０１００】言うまでもなく、図２０の簡略集積回路９
００と図２１の接触構造は単なる説明用である。通常の
当業者ならマイクロプロセッサ、アプリケーション特定
集積回路（ＡＳＩＣ）、メモリデバイス等の他の集積回
路、ならびに離散デバイスの製作のために本方法を実行
することができるだろう。更に、本発明をＰＭＯＳ、Ｎ
ＭＯＳ、ＣＭＯＳ、双極、又はＢｉＣＭＯデバイスに適
用してもよい。金属膜の堆積に関連する用途を上記に説
明したが、本発明は金属間堆積、金属堆積からの金属用
膜の自然形成、又はドープされた膜堆積等の他の用途に
も使用できる。具体的には、プロセスはＢＳＴとＰＺＴ
等の金属酸化物のＣＶＤに有利に適用できる。本発明
は、勿論、他の多くのタイプの金属ＣＶＤプロセスに適
用可能であり、誘電ＣＶＤや他のプラズマ用途にも有用
であるに違いない。
【０１０１】Ｂ．プロセスの一例 図２２は本発明の実施形態による、チタン膜等の膜を基
板上に堆積させるために上記ＰＥＣＶＤで使用されるプ
ロセスの一例のステップを示した流れ図である。これら
のプロセスの一例ではプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥ
ＣＶＤ）が使用され、他のプロセスでは約１００オング
ストローム／分の速度でチタン膜が形成されるのに対し
て、少なくとも約２００オングストローム／分の、約４
００オングストローム／分以上までの堆積速度で、気化
された液体ＴｉＣｌ4 からチタン膜が生成される。堆積
速度の増大は、液体配送装置制御と、ドライ洗浄プロセ
スに起因する効率と、面板、ヒータ（例えば上記のセラ
ミックヒータアセンブリ）、その他等の耐蝕性の高温チ
ャンバ構成要素と、によって達成されると考えられてい
る。堆積速度の増大はウェーハ当りの処理時間の短縮
し、従って堆積装置のウェーハスループットの増加を可
能にする。セラミックヒータアセンブリで使用される電
気的に抵抗性のヒーティング素子は、例えば他の従来型
ＣＶＤ装置で通常に達成されるよりも高い温度を提供す
る。これらのプロセスの実行に適した基板処理装置の一
例としては、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入手可能
なＴｉｘＺ装置（２００ｍｍウェーハ用に装備される
か、３００ｍｍその他のサイズのウェーハにスケール可
能）がある。
【０１０２】このプロセスに対する反応性ガス及びソー
スガスの流量は、４ジメチルアミドチタン等の有機金属
ソースから窒化チタン等を堆積する類似プロセスに対す
る流量の約３倍である。従って、図１に示す排気ポート
８０とスロットルバルブ８３は、上記の類似チャンバ容
積を有する従来のＰＥＣＶＤ装置から断面積が拡大され
ている。上述のように、シャワーヘッド４０とバッフル
板５２も、増大したガス流を供給するように製作されて
いる。更に、ＴｉＣｌ4 からのチタンの堆積は、副産物
として塩素ガス、塩素イオン、及び塩酸を発生させるの
で、特定実施形態によればバッフル（又はブロッカー）
板５２はニッケルから、またシャワーヘッド４０は陽極
処理のアルミニウムから作られている。更に、反応温度
が高いために、シャワーヘッド４０は液体熱交換通路８
１を含み、その通路によってシャワーヘッド上の堆積が
低減され、特にプラズマの存在下での塩素種によるシャ
ワーヘッドの腐食も低減される。この処理中、ウェーハ
温度は一定に保たれ、スロットルバルブは全開されてい
る。スロットルバルブは圧力の読みに基づいて制御され
ないので、チャンバ圧力は、他の要因の中でも反応性ガ
ス、ソースガス、及びパージガスの流入量、これらのガ
スの組合せと分離の速度、及びポンプ容量によって設定
される。チャンバ圧力は、堆積中、約１〜１０ｔｏｒｒ
でよいが、特定実施形態では約４．５〜５ｔｏｒｒが望
ましい。
【０１０３】プロセスの第１のステップは温度を設定す
ることである（ステップ１００８）。このステップ中、
チャンバはアルゴン等の非腐食性ガスによって、堆積が
発生する圧力以上に加圧される。これはチャンバ内の空
隙や中空スペース、特にヒータペデスタルの内部をパー
ジガスで予備的に充填するためである。チャンバ圧力
が、特定実施形態で約４．５ｔｏｒｒの堆積圧力に減少
されて、このパージガスが除気されるので（ステップ１
００９）、ヒータペデスタルやチャンバの部品を腐食、
酸化させる恐れのあるプロセスガスの侵入が最小とな
る。プロセスは、好ましくは約４００〜７５０℃の温
度、最も好ましくは特定実施形態で約６２５℃で実行さ
れる。ステップ１００８では、温度は最初、約６３５℃
にセットされてウェーハがチャンバにローディングされ
る。初期温度は、プロセスガスが流れ始めるとそのプロ
セスガスによってヒータとウェーハが冷却されることに
なるので、処理温度より高くセットされる。最初にウェ
ーハを処理温度以上に加熱すると、ウェーハのサイクル
タイムが短縮され、従来、ガス流の開始後にヒータパワ
ーを増してヒータを処理温度に戻すときに発生していた
ヒータ素子とヒータの表面間の熱勾配から生じるヒータ
への熱衝撃が減少される。
【０１０４】ウェーハローディングの約１５分後に、ア
ルゴン等のパージガスがチャンバに流入されるのと同時
に、温度が運転温度、この特定実施形態では約６２５℃
にセットされる（ステップ１００９）。開始ガスが流さ
れるのと同時にヒータの設定点温度を低くすることによ
って（ステップ１００９で）、ヒータの熱容量によっ
て、ガス流の開始から生じる冷却の一部が補償される。
この方法で、運転温度からの温度の変位が低減されて、
ヒータを運転温度に戻すのに必要なヒータパワーが少な
くなる。例えば、ガス流の開始時に設定点温度が約６２
５℃（最大ヒータパワーの約５０％を維持することが必
要）の場合、ヒータパワーコントローラは、ヒータを約
６２５℃に戻すために１００％の最大パワーをヒータ素
子に供給するーだろう。初期設定点温度が約６３５℃の
場合、ガス流の開始時点では約６２５℃になるが、ヒー
タパワーコントローラはヒータを約６２５℃に戻すため
に最大パワーの約６５％を供給するだけでよいので、ヒ
ータ素子とヒータ表面間の熱勾配が減少される。パワー
の正確な量は、諸要因の中でもヒータの容量、パワーコ
ントローラのタイプ、及びガス流量によって変化する。
【０１０５】パージガスの適当な流量は、約５．５リッ
トルの容積のチャンバに対して約５００〜３０００ｓｃ
ｃｍで、好ましくは約１０００ｓｃｃｍである。この期
間中、ウェーハはシャワーヘッドから約５５０ミルに保
たれ、チャンバは、スロットルバルブを全開することに
よって約４．５ｔｏｒｒまで圧力が落とされる。プロセ
スのこの実施形態の残りの期間、スロットルバルブは開
に保たれるが、開ループ又は閉ループ式に部分的に閉じ
られるかもしれない（圧力センサの読みから制御され
る）。チャンバが大きいほど大きな流量が、またチャン
バが小さいほど小さな流量が適切であることは当然であ
る。一実施形態では、パージガスは、チャンバの下部
（流量絞りリングより下の部分）がパージガスで覆われ
てこの領域の望ましくない堆積物が低減されるように、
底部通気口（図示せず）を通してチャンバ内に導入され
る。アルゴン等のプラズマガスは、約１０００〜１００
００ｓｃｃｍの流量、好ましくは約５０００ｓｃｃｍで
シャワーヘッドを通してチャンバに同時に導入される。
プラズマガスは、ＲＦエネルギーの適切な適用によっ
て、プラズマ内に容易に形成される。プラズマガスの反
応性ガスとソースガスとの混合は、反応性ガスとソース
ガスとからのプラズマの形成を容易にする。同時に、水
素（Ｈ2）等の反応性ガスが初期流量で放出される（ス
テップ１００９）。反応性ガスはソースガスの分解に要
するエネルギーを低減して所望の膜を形成すると共に、
塩素の一部を、Ｃｌ- かＣｌ2として残すのではなく、
塩化水素（ＨＣｌ）に変換することによって、堆積副産
物の腐食性も低減する。反応性ガスの流量は、初期から
最終の流量まで段階的に漸増される（又は、それとは別
に傾斜状に増加される）。これによってヒータへの熱衝
撃が低減される。その理由は、反応性ガスの最終流量は
かなり高く、一度に放出した場合はウェーハを不当に冷
却すると考えられるからである。この段階的又は傾斜状
のガスの開始は、ヘリウムや水素等のガスでは、これら
のガスが高い熱移動特性を示すので特に重要である。反
応性ガスの初期流量は一部の特定実施形態では最終流量
の約１１％でよい。この状態は約５秒間、保持される。
【０１０６】次のステップでは、反応性ガス流を最終流
量の約３２％に増加される（ステップ１０１１）。約５
秒待った後、反応性ガスの流れが最終流量の約５３％ま
で増加されてソースガスが放出される（ステップ１０１
２）。反応性ガス：ソースガス流量比は、特定実施形態
で約２５０：１以下であることが望ましい。一実施形態
では、ソースガスは、約６０℃に加熱された四塩化チタ
ン（ＴｉＣｌ4 ）の液体ソースを通してバブリングされ
たヘリウムガスを含む。液体の上の総圧はヘリウム圧力
と蒸気圧の組合せである。液体ＴｉＣｌ4 を約６０℃の
温度まで加熱すると、約６０ｔｏｒｒのＴｉＣｌ4 の蒸
気圧を生じる。
【０１０７】液体源バブラーを通るヘリウムの流れは約
２００ｓｃｃｍにセットされる。ＴｉＣｌ4 蒸気とヘリ
ウムの合併した流れは、アウトプットソースライン上の
質量流量コントローラ（ＭＦＣ）（ＴｉＣｌ4 蒸気に対
して較正）を通る５８ｓｃｃｍの流量に相当する。ＭＦ
Ｃが特定ガスに対して較正されること、及びヘリウムバ
ブラー圧力とヘリウムプラスＴｉＣｌ4 蒸気アウトプッ
ト圧力との間の相対圧力を変更すると、ＭＦＣが５８ｓ
ｃｃｍの「流れ」の制御を続けた場合でも、ソースガス
中のＴｉＣｌ4 蒸気の流量を変更できるだろうというこ
とが当業者にはわかる。更に、ＴｉＣｌ4 を高温度に加
熱することは、高い蒸気圧をもたらすばかりでなく、所
定の「流れ」に対するソースガスのＴｉＣｌ4 蒸気の濃
度を変化させる。ヘリウム圧力、アウトプットソース圧
力、及びＴｉＣｌ4 温度を、高い膜堆積速度をもたらす
安定したＴｉＣｌ4 蒸気の送出を生むように選択するこ
とが望ましい。チャンバと真空ポンプとの間のスロット
ルバルブが開に保たれて最大排気能力が提供される。上
記の流量では、合計チャンバ圧力は、使用する特定堆積
装置に対して約４〜５ｔｏｒｒである。利用可能な排気
能力の場合、ＴｉＣｌ4 蒸気とＨ2 の相対流量を選択す
ることによって、これらの条件における結果としてのチ
タン層の形成が最適化される。能力が大きいほど高い総
ガス流量が可能にされ、従って、より大量のＴｉＣｌ4
蒸気が堆積チャンバに送出され得るであろう。同様に、
一定排気能力を有する装置で、ＴｉＣｌ4 蒸気の流れに
対してＨ2 の流量を増加すれば、チャンバに送出される
ＴｉＣｌ4 量は低減されるだろう。
【０１０８】温度ベースのＭＦＣの代わりに圧力ベース
の制御装置を使用してもよい。圧力ベースのコントロー
ラの例は、上記の説明のように、圧力調整器、固定開口
部（オリフィス）コントローラ、及び可変開口部コント
ローラを含む。固定開口部制御装置の簡略性は、ＭＦＣ
コントローラの中に凝縮したりそれを詰まらせるような
ＴｉＣｌ4 等の蒸気に対しては望ましいだろう。例え
ば、ＴｉＣｌ4 の液体ソースと堆積チャンバ間に置かれ
た２９．２ミルの開口部は、チャンバへのＴｉＣｌ4 蒸
気の安定した送出を維持するだろう。他の実施形態で
は、開口部は、高い堆積速度を獲得するために、約２５
〜４０ミルにしてもよい。この実施形態では、チャンバ
は、測定されたチャンバ圧力に従って圧力コントローラ
でスロットルバルブを調節することによって、約４．５
ｔｏｒｒの圧力に維持される。液体ソースが約６０℃に
加熱されて、ヘリウムがその液体を通って約４００ｓｃ
ｃｍでバブリングされると、開口部は約４．５ｔｏｒｒ
の開口部アウトプット圧力の液体ソースより上の約１１
０ｔｏｒｒの安定した圧力を保つ。特に、液体ソース
が、充分な蒸気圧力を提供して安定した堆積速度を保つ
ような温度まで加熱された場合、バブラーガスを使用せ
ずに、適当な蒸気流量を獲得することもできる。
【０１０９】次に、反応性ガスが約９５００ｓｃｃｍの
最終処理流量にセットされて（ステップ１０１３）、そ
の流量が約５秒間、ウェーハがシャワーヘッドノズルか
ら約４００ミルの処理位置に移されるまで保持される
（ステップ１０１４）。この状態は更に５秒間保持され
てガス流パターンを安定化させた後、ＲＦパワーが加え
られる（ステップ１０１５）。ＲＦ周波数は、約２００
〜２０００ワット、好ましくは約７００ワットのパワー
レベルにおいて、約３００〜４５０ｋＨｚ、好ましくは
約４００ｋＨｚでよい。アルゴンの使用を含むこれらの
条件によって、紫外線ソースやスパークジネレータ等の
グロー放電を点火させる追加手段の必要なしに、安定し
たプラズマが確立される。別の実施形態は、例えば約１
３．５６ＭＨｚで動作する、より高い周波数のＲＦソー
スを使用してもよい。このソースは、より低いＲＦソー
スの代わりか、又はそれに追加して使用できる。チタン
膜は約２００オングストローム／分の速度でウェーハ上
に堆積される。従って、これらの処理条件を約１００秒
間維持することによって、ほぼ３００オングストローム
の厚さのチタン膜が形成される。
【０１１０】所望の膜が堆積した後、ソースガスと反応
性ガスが停止される（ステップ１０１６）。プラズマパ
ワーが約２秒以内に、より低いパワーレベル（堆積パワ
ーレベルのほぼ４３％）まで下げられ（ステップ１０１
７）、更に、約２秒以内にほぼ２０％まで下げられ（ス
テップ１０１８）、そして最後に、約２秒以内に約７％
まで下げられて（ステップ１０１９）、その後、ＲＦパ
ワーが遮断される（ステップ１０２０）。この間、スロ
ットルバルブは開のままである。ヒータを降下させるこ
とによって、チャンバの、より冷たい壁、特に面板とリ
ッドへの熱損失が低減される。このプラズマパージシー
ケンスは、チャンバ及び各種のチャンバ構成要素上に形
成された大型粒子を解放する働きをする。プラズマパワ
ー、プラズマガス、及びパージガスが次に遮断されて、
処理されたウェーハの取り外しに先立って（ステップ１
０１０）チャンバの圧力が下げられる（ステップ１０２
１）。ウェーハが取り外されると、温度が約６３５℃に
プリセットされて（ステップ１０２２）、その後、次の
ウェーハがローディングされる（ステップ１０２３）。
インサイチュプラズマパージプロセスを３ステップのプ
ロセスとして説明したが、このプロセスは、より少数又
は追加のステップで実行できるだろうし、また、一定又
は可変のＲＦ変化率を有する連続のランプダウン（ramp
down)として実行できるだろう。
【０１１１】各ウェーハ堆積後に行なわれるプラズマパ
ージ洗浄に加えて、ウェーハの汚染を避けるために追加
の洗浄手順が利用される。ドライ洗浄プロセス（チャン
バリッドを開けずに行なわれる）は、一定数のウェーハ
堆積プロセス後のチャンバに対して定期的に行なわれ
る。本発明によれば、この洗浄プロセス中、チャンバ内
には如何なるウェーハ（例えばダミーウェーハ）も存在
しない。ドライ洗浄プロセスは毎「Ｘ」個のウェーハ、
好ましくは１〜２５個のウェーハの間で行なわれる。ド
ライ洗浄は、例えば、特定実施形態では毎３〜５ウェー
ハの間で実行される。ドライ洗浄プロセスを効率的に保
つことによって、全装置のウェーハアウトプットに大き
な影響を与えないことが望ましい。特定実施形態による
典型的なドライ洗浄プロセスについて以下に更に詳しく
説明する。
【０１１２】再び図２２を参照すると、Ｘ（例えばＸ＝
３）個のウェーハが処理されると、チャンバはドライ洗
浄の時期にくる（ステップ１０２４）。まず、ヒータが
シャワーヘッドから約７００ミルの距離まで更に離され
て（ステップ１０２５）、６２５℃の処理温度に保たれ
る。チャンバは約０．１〜１０ｔｏｒｒに、好ましくは
約５ｔｏｒｒ以下の洗浄圧力に保たれる。これによって
ヒータからシャワーヘッドへの熱流が最小にされるの
で、ヒータに対してシャワーヘッドが冷却される。チャ
ンバは、約５〜１５ｔｏｒｒの、ある圧力（処理圧力よ
りも高い）、特定実施形態では約１５ｔｏｒｒでアルゴ
ン等のパージガスによって浄化され（ステップ１０２
６）、その後、約０．６ｔｏｒｒに減圧される（ステッ
プ１０２７）。減圧圧力又は堆積圧力のいずれかよりも
高い圧力でのパージすることによってヒータペデスタル
がアルゴンガスで充満され、アルゴンガスはその後、洗
浄プロセスガスがヒータ又はペデスタルに浸透しないよ
うに、除気される。アルゴンガスに加えて、次に塩素
（Ｃｌ2 ）ガスが約２００ｓｃｃｍの速度でチャンバに
流入され（ステップ１０２８）、上記のように、プラズ
マ形成の補助する。次に、プラズマが約４００ワットの
パワーで点火される（ステップ１０２９）。この状態は
約８０秒間保たれて、この期間中、塩素種が望ましくな
い堆積物と反応すると共に、アルゴンプラズマ種が堆積
物を物理的にボンバードしてこれらの堆積物をチャンバ
構成要素からエッチングする。堆積プロセスからの望ま
しくない堆積物は、チャンバの最も高温の露出部分、す
なわちウェーハで覆われていないか、流量絞りリングで
シールドされていないヒータの上面で通常最も厚い。ヒ
ータをシャワーヘッドから離すことによって、上記の条
件によって、すべてのチャンバ構成要素の洗浄が、これ
らの如何なる構成要素が（特にシャワーヘッド）オーバ
ーエッチングされることのないことが確保される。プラ
ズマ洗浄の後、塩素ガスが遮断され、プラズマパワーが
約５０ワットに縮小されて、プラズマ浄化が約５秒間行
なわれる（ステップ１０３０）。温度が次に約６３５℃
にプリセットされ（ステップ１０３１）、次のウェーハ
をチャンバにローディングされてＸ個のウェーハを処理
する準備が行われ（ステップ１０３２）、チャンバが約
１５秒間減圧される。勿論、チャンバリッドを開けてチ
ャンバの各種部品を手で洗浄することによって、「ウエ
ット」洗浄、つまり予防メンテナンス洗浄（数百〜数千
個の処理済みウェーハ毎に発生）が行なわれることは当
然である。
【０１１３】ウェーハ堆積の間の定期的ドライ洗浄プロ
セスを実行することは、しばしば非常に時間のかかるこ
れらの予防メンテナンス洗浄の頻度を最小にする。更
に、ドライ洗浄プロセスがより清浄なチャンバを提供す
ると共に、チャンバ内で行なわれるプロセスがより効率
的になり、より早い堆積速度に貢献するものと考えられ
ている。
【０１１４】III ．「試験結果と測定値」 良好なギャップ埋込み特性を有するチタン膜その他の膜
の急速堆積に適した堆積プロセスと装置とを評価するた
めに、実験が行なわれた。実験は、抵抗加熱されるセラ
ミックヒータアセンブリを有する、２００ｍｍウェーハ
用に構成されたＴｉｘＺ堆積装置（Applied Materials,
Inc. 製）で行なわれた。実験条件は、以下に示す場合
を除き、上記の特定実施形態によるウェーハへのチタン
膜堆積時の条件に近似するように概ね選択された。
【０１１５】図２３は、２００ｍｍシリコンウェーハ１
００２全面にわたって測定された温度の均一性を示す図
で、ウェーハは、約５ｔｏｒｒのチャンバ圧力及び約４
００ミルの、シャワーヘッドとウェーハ１００２間の間
隔で抵抗加熱されたＡｌＮヒータアセンブリ（例えば、
上記の短いスタブのＡｌＮヒータ）上で６２５℃の設定
点温度に加熱された。図２３で分かるように、ウェーハ
１００２の異なる場所での温度値は最低５５２．６℃
（参照番号１００４）から最高５６５．８℃（１００
６）までの範囲にあり、温度の変動は１３．２℃であっ
た。温度均一性は下式によって定義される。
【０１１６】 温度均一性＝±（△温度／（２×温度））×１００％ ここに温度の単位は℃である。この式を使用すると、ウ
ェーハ全面にわたる温度均一性は±１．２％であった。
従って、本発明のセラミックヒータは良好で均一な加熱
能力を示したことになる。
【０１１７】図２４は、ヘリウムを用いてバブリングさ
れた液体ＴｉＣｌ4 ソースに関して上述した類似のプロ
セス条件下のソースアウトプットにおける、ＴｉＣｌ蒸
気の濃度に対するチタン層の堆積速度の関係を示したグ
ラフである。蒸気圧比は、バブラーソースからのヘリウ
ム圧を含む、液体ソースにかかる総圧力に対するＴｉＣ
ｌ4 蒸気圧の比である。両堆積に対して、液体ソースは
約６０℃の温度に保たれ、約６０ｔｏｒｒのＴｉＣｌ4
蒸気圧を発生した。両堆積は、液体に対する総圧力を約
１２０ｔｏｒｒに制御するために同一の固定開口部オリ
フィスを使って、ほぼ同一のチャンバ圧力で行なわれ
た。ヘリウムバブラーガスの流れを変えることによっ
て、異なるＴｉＣｌ4 蒸気圧比を発生させた。図２４に
示すように、この領域の蒸気圧を２倍にすると堆積速度
が２倍になった。関係はこの領域ではリニアに見える
が、蒸気圧比の全範囲に対してはリニアの場合もそうで
ない場合もある。更に、蒸気圧比の制御は他の手段、例
えばＴｉＣｌ4 液体ソースの温度（従って蒸気圧）の制
御によって達成できる。例えば、液体ソースの温度を７
０℃に上げると、約９０ｔｏｒｒのＴｉＣｌ4 蒸気圧を
発生させるだろう。一定のヘリウムバブラー流量の場
合、液体ソースの温度を上げると蒸気圧比を増加させ、
従って堆積チャンバに送出されるＴｉＣｌ4 の量を増加
させるだろう。圧力制御装置のオリフィスの直径を増す
ことも、上述のように、圧力比を増加させ、従ってチャ
ンバに送出されるＴｉＣｌ4 の量を増加させるだろう。
オリフィスの直径は特定実施形態では約２５〜４０ミル
にあるだろう。例えば、オリフィス直径を約２９ミルか
ら約３５ミルに増やすことは、堆積速度を約２００オン
グストローム／分から約４００オングストローム／分に
増加させるだろう。例えば、チャンバ圧力やウェーハ温
度等の堆積パラメータの変更は異なる堆積速度をもたら
すだろう。チャンバへのソースガスのアウトプットに対
する圧力ベース制御の使用は（例えば、開口部オリフィ
スを介してチャンバに導入される、気化液体ソースから
ソースガスを提供するためのバブラー）、堆積プロセス
の安定性と信頼性と共に、堆積速度の良好な制御をもた
らす。
【０１１８】上記の説明はもっぱら解説のためであっ
て、制限を意図するものでないことは言うまでもない。
上記説明を検討すれば、多くの実施形態が当業者にとっ
て自明となるだろう。実施形態として、本明細書の発明
を主としてチタンプロセスの方法に関して解説したが、
本発明はそれに限定されるものではない。例えば、他の
実施形態に従って形成される膜は、珪化チタン、窒化チ
タン、他の金属膜、ドープされた膜、誘電膜その他の膜
でもよい。別の例として、特定実施形態に用いられたプ
ラズマガスはアルゴンであるが、ＢＣｌ3 やＣｌＦ3 等
の他のガスを他の実施形態のプラズマガスとして使用し
てもよい。勿論、当然のことだが、上記と同一のＣＶＤ
装置を使って、６２５℃以上の温度と同様に、約４００
℃以下の温度で膜を堆積させることができる。これまた
当然のことだが、本発明は様々な特定実施形態に対する
上記の特定寸法に限定されるものではない。また、特定
実施形態に対する上記の材料以外の材料も、ニッケル、
グラファイトその他材料で作られる面板等のチャンバの
各種構成要素に使用できる。更に、本発明の様々な側面
を他の用途に利用してもよい。当業者は、本発明の請求
項の範囲内にありながら、層を堆積させる他の同等方法
や代替方法を充分理解するだろう。本発明の範囲は、従
って、上記説明に関して決定されるものではなく、添付
の特許請求項に関して、上記請求項に同等な主張のすべ
ての範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】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３】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４】本発明の実施形態による、ウェーハを横切って
排気装置に入るガス流の簡略部分断面斜視図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は熱シールドとセラミックライ
ナに対する流量絞りリングの種々の実施形態を示した図
である。
【図６】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７】本発明の実施形態による、金属サポートシャフ
トに連結されたセラミックペデスタルの断面図である。
【図８】本発明の実施形態による、ヒータアセンブリの
簡略分解図である。
【図９】本発明の実施形態による、ヒータアセンブリの
ＲＦ面の上面図である。
【図１０】本発明の実施形態による、ヒータアセンブリ
の平形リボンヒータ素子の部分簡略上面図である。
【図１１】本発明の実施形態による、パージガスの使用
に対してシールされた長いセラミックサポートシャフト
を有するセラミックペデスタルの断面図である。
【図１２】本発明の実施形態による、ＲＦ面とヒータア
センブリ内のヒータ素子とに対する電気接続を詳細に示
した簡略断面図である。
【図１３】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１４】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一実施形態の簡略等角図である。
【図１５】本発明の実施形態による、サポートシャフト
と、上部クランプ付きヒートチョークカップラと、ヒー
タアセンブリとの間の関係を説明した簡略断面分解図で
ある。
【図１６】本発明の実施形態による、ペデスタルねじ及
びカバープラグの簡略断面図である。
【図１７】本発明の実施形態による、ヒータアセンブリ
内にある、底部にパワーが引加されるＲＦ面の簡略線図
である。
【図１８】本発明の実施形態による、ＲＦ装置の簡略線
図である。
【図１９】（Ａ）本発明の実施形態による、内部リッド
アセンブリの簡略分解図であり、（Ｂ）はシャワーヘッ
ドと熱交換通路の簡略部分断面詳細図である。
【図２０】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２１】本発明の一態様によって製作されたデバイス
のコンタクトの簡略断面図である。
【図２２】本発明の実施形態による、本発明の一実施形
態と共に使用されるプロセスシーケンスの流れ図であ
る。
【図２３】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２４】他の点では同様の堆積条件下における、チタ
ン層の堆積速度対ＴｉＣｌ4 蒸気圧比のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ (72)発明者 リー ロー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ブランズウィック プレ イス 222 (72)発明者 ジア−シャン ウオン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， バーク レーン 7221， ナンバー４ (72)発明者 シャオ リャン ジン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ラグランデ ドライヴ 641， アパートメント ４ (72)発明者 ステファン ウルフ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， サン コンラド テラ ス 715， ナンバー５ (72)発明者 タレックス サジョト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， チークウッド ドライヴ 1373， ナンバー94 (72)発明者 メイ チャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， コート デ アーグエロ 12881 (72)発明者 ポール スミス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， イースト テイラー スト リート 225， ナンバー４

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 約４００℃より高い温度まで加熱し得る
    ヒータを有する基板処理チャンバ内の表面に形成された
    望ましくない堆積物を洗浄するための方法であって、 ヒータを前記チャンバ内で少なくとも約４００℃の第１
    の温度に維持するステップと、 前記チャンバを約０．１〜１０ｔｏｒｒの圧力に維持す
    るステップと、 塩素含有ガス及びプラズマガスを前記チャンバに導入す
    るステップと、 前記望ましくない堆積物を前記チャンバ内の前記表面か
    ら洗浄する塩素種を含むプラズマを、前記ヒータに隣接
    して形成するためにエネルギを加えるステップと、を含
    む方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の温度が少なくとも約５００℃
    である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記エネルギがＲＦエネルギを含む請求
    項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記エネルギがマイクロ波エネルギを含
    む請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記塩素含有ガスが、約３００〜４００
    ｓｃｃｍで前記チャンバに導入される請求項２に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記塩素含有ガスが、前記チャンバに約
    ２００ｓｃｃｍで導入される塩素ガスを含む請求項１に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記望ましくない堆積物が、金属堆積物
    を含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記望ましくない堆積物が、チタン堆積
    物を含む請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記プラズマガスが、任意の不活性ガス
    （アルゴン等）、ＢＣｌ3 、ＣｌＦ3 、およびこれらの
    任意の混合体から成る群から選択される請求項１に記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 前記金属が、チタン、窒化チタン、お
    よび二珪化チタン等のチタン含有フィルム、チタン、お
    よびその他の金属から成る群から選択される請求項１に
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記圧力が約５ｔｏｒｒより小さい請
    求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ＲＦエネルギが、約１００ｋＨｚ
    〜約１３．５６ＭＨｚの周波数と、約２００〜６００ワ
    ットの電力とで印加される請求項３に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記プラズマを維持しながら第１の電
    力レベルから第２の電力レベルまで前記ＲＦエネルギを
    低減するステップを更に含み、前記低減ステップが前記
    ヒータへの熱衝撃を避けると共に、前記チャンバ内の粒
    子汚染を低減する請求項３に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１の温度から、前記第１の温度
    よりも高温の第２の温度まで前記ヒータを加熱するステ
    ップを更に含む請求項１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 基板処理装置であって、 所定のチャンバ容積を有するチャンバと、 少なくとも一つがハロゲン含有ガスを供給し、別の一つ
    がプラズマ支援ガスを供給する複数のガスソース含み、
    前記チャンバ内で使用する流量で前記ハロゲン含有ガス
    を送出するガス送出装置と、 基板を支持し得る表面を有するヒータペデスタルを含
    み、前記ヒータペデスタルは、ハロゲン化種を含むプラ
    ズマ内で少なくとも約４００℃の温度まで抵抗加熱可能
    なヒータアセンブリを含む加熱装置と、 前記チャンバ内でプラズマを形成し得るプラズマ装置
    と、 前記チャンバに接続された、前記チャンバからの排気を
    制御する真空装置と、 プロセッサを含み、且つ前記堆積装置の操作を指示する
    ために組み込まれたコンピュータ読取り可能プログラム
    を有するコンピュータ読取り可能媒体を含む前記プロセ
    ッサに連結されたメモリを含んだ制御装置と、を含み、
    前記コンピュータ読取り可能プログラムが、 （ｉ）前記ヒータペデスタルを第１の温度に加熱、維持
    するように前記加熱装置を制御して第１のセットの命
    令、 （ｉｉ）前記ガス送出装置を制御して第１のの流量で前
    記ハロゲン含有ガスを送出すると共に、前記プラズマ支
    援ガスを送出するための第２のセットの命令、および （ｉｉｉ）前記プラズマ装置を制御して前記ハロゲン含
    有ガスと前記プラズマ支援ガスから前記プラズマを形成
    することによって、前記チャンバ内で実行される堆積プ
    ロセスから望ましくない堆積物を洗浄するための第３セ
    ットの命令、を含む基板処理装置。
  16. 【請求項１６】前記プラズマ装置が、ＲＦジェネレータ
    と、前記表面の下約２００ミル以内の距離で前記ヒータ
    ペデスタルに配設されたＲＦ面とを含んだ、請求項１５
    の基板処理装置。
  17. 【請求項１７】前記プラズマ装置が、マイクロ波ジェネ
    レータを含んだ請求項１５の基板処理装置。
  18. 【請求項１８】前記第１の温度が、少なくとも約５００
    ℃である請求項１５の基板処理装置。
  19. 【請求項１９】前記ハロゲン含有ガスが塩素含有ガスを
    含み、前記ハロゲン化種が塩素化種を含む請求項１５の
    基板処理装置。
  20. 【請求項２０】前記第１のセットの命令が、前記加熱装
    置を制御して前記ヒータペデスタルを、第１の時期に、
    前記第２の温度より低い前記第１の温度まで加熱するた
    めの第１のサブセットの命令を含むと共に、前記加熱装
    置を制御して前記ヒータペデスタルを、前記第１の時期
    後の第２の時期に、第２の温度まで加熱するための第２
    のサブセットの命令を含んだ請求項１５の基板処理装
    置。
  21. 【請求項２１】前記第２の温度は前記第１の温度よりも
    最大で約５％大きく、前記第２の時期は約２０秒以下で
    ある請求項２０の基板処理装置。
  22. 【請求項２２】前記プラズマ支援ガスが、アルゴン、Ｃ
    ｌ3 、ＣＦ3 、またはそれらの混合体等の任意の不活性
    ガスから成る群から選択される請求項１５の基板処理装
    置。
  23. 【請求項２３】反応性ガスで堆積チャンバを洗浄するた
    めの方法であって、 前記無反応性ガスで前記チャンバ内の内部スペースを予
    備充填するために、前記チャンバを無反応性ガスを用い
    て、第１の期間、第１の圧力まで加圧するステップと、 前記第１の圧力を洗浄プロセス圧力まで減少させるステ
    ップと、 前記無反応性ガスが前記内部スペースからガス抜きをし
    て、前記内部スペースへの該反応性ガスの侵入を最小に
    するように、前記反応性ガスを前記洗浄プロセス圧力で
    前記チャンバに流入させるステップと、を含む方法。
  24. 【請求項２４】前記無反応性ガスがアルゴン、窒素、ま
    たはそれらの混合体等の任意の不活性ガスを含み、前記
    反応性ガスが塩素含有ガスまたは弗素含有ガスを含み、
    前記内部スペースがヒータアセンブリまたはヒータペデ
    スタルの中にある請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記第１の圧力が、前記洗浄プロセス圧
    力の少なくとも約２倍以上である請求項２３に記載の方
    法。
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