JPH11135296A - マルチモードアクセスを有する真空処理チャンバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マルチモードチャンバアクセス構造を有し、
ワークピースを処理するためのチャンバを得ることを目
的とする。 【解決手段】 真空チャンバ本体への接続は、クランプ
された接続を介して行なわれる、真空チャンバルーフア
ッセンブリ４０００を提供することにより、真空処理チ
ャンバのメンテナンス性とコンポーネント交換の容易性
が促進される。例えば、冷却、加熱、ＲＦパワー等、ル
ーフアセンブリに必要なアクセサリー類は、アクセサリ
ー類支持コールドプレートに独立して支持されて終端を
成し、同コールドプレートは、例えばチャンバ本体から
ヒンジ回転させることにより簡単に動かせるよう、独立
して装着されている。従って、チャンバのルーフはチャ
ンバ本体から簡単に分離し交換できる。更に進んだモー
ドでは、チャンバルーフ４０１４が簡単に持ち上げら
れ、処理チャンバ内部のモジュラーコンポーネントへの
容易なアクセスを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理すべきワーク
ピース上方に横たわる反応装置チャンバ天井と、天井近
傍の誘導コイルアンテナを有するタイプの、誘導結合Ｒ
Ｆプラズマ反応装置における加熱および冷却装置に関す
る。

【０００２】[関連出願]本願は、次に掲げる開示内容を
引用して本出願に組み込まれている。

【０００３】（ａ）１９９１年６月２７日出願の第０７
／７２２，３４０号の継続出願である、１９９３年４月
１日出願の第０８／０４１，７９６号の継続出願であ
る、１９９５年１２月２０日出願の、Kenneth S. Colli
ns等による第０８／５８０，０２６号と、（ｂ）１９９
３年１０月１５日出願の第０８／１３８，０６０号の分
割出願である、１９９５年７月１８日出願のMichael Ri
ce等による第０８／５０３，４６７号と、そして（ｃ）
（すでに放棄された）１９９２年１２月１日出願の第０
７／９８４，０４５号の継続出願である、１９９４年８
月１１日出願の第０８／２８９，３３６号の一部継続出
願である、（すでに放棄された）１９９５年８月３１日
出願の第０８／５２１，６６８号の一部継続出願であ
る、１９９６年２月２日出願の、Kenneth Collinsによ
る第０８／５９７，５７７号である。

【０００４】本願は、上述の同時係属中米国出願の一部
継続出願である。すなわち、上述の同時係属中米国出願
の一部継続出願である、１９９６年５月１３日出願の米
国特許出願第０８／６４８，２５４号、Kenneth S. Col
lins他による発明の名称「オーバーヘッドソレノイドア
ンテナを有する誘導結合ＲＦプラズマ反応装置」の一部
継続出願である、１９９６年１０月２１日出願の米国特
許出願第０８／７３３，５５５号、Kenneth S. Collins
他による発明の名称「オーバーヘッドソレノイドアンテ
ナを有する誘導結合ＲＦプラズマ反応装置のための温度
制御装置」の一部継続出願である。

【０００５】加えて、１９９６年５月１３日出願の、Ke
nneth S. Collins等による米国特許出願第０８／６４
８，２６５号、発明の名称「ポリマー硬化前駆体材料の
加熱されたソース(source)を有するプラズマ」が、関連
する主題内容を開示している。

【０００６】

【従来の技術】プラズマ処理チャンバ、特に高密度プラ
ズマ処理チャンバでは、ＲＦ（無線周波）パワーを用い
て、処理チャンバ内でプラズマを生成、維持する。上記
引用出願の中で詳しく開示されている通り、処理条件に
よって強要され、時間によって変化する熱負荷に関係な
く、また時間によって変化するその他の周辺条件に関係
なく、プロセスチャンバ内の表面温度を制御する必要が
多い。ウィンドウ／電極が半導体材料であるいくつかの
場合では、ウィンドウの適正な電気的特性を得るため
に、ウィンドウ／電極の温度を、ある温度範囲内に制御
しておく必要性があるだろう。すなわち、ウィンドウ／
電極が、ウィンドウおよび電極として同時に機能するに
は、半導体では温度によって電気抵抗率が決まることか
ら、ウィンドウ／電極の温度は、ある温度範囲内になる
よう操作されるのが最もよい。プラズマを発生、維持さ
せるためにＲＦパワーを印加することは、（ＲＦまたは
マイクロ波パワーの誘導結合または電磁結合に用いられ
るような）ウィンドウあるいは、（ＲＦパワーの容量結
合または静電結合、あるいはそのようなＲＦパワーの容
量結合または静電結合の接地経路または戻り経路を終端
処理するまたは提供するために用いられるような）電
極、あるいはウィンドウ／電極の組み合わせを含む、チ
ャンバ内部の各表面を加熱する。これら表面の加熱は、
１）イオン衝撃または電子衝撃、２）励起された核種
（species）から放出される光の吸収、３）電磁フィー
ルドまたは静電フィールドからのパワーの直接吸収、
４）チャンバー内部の他の表面からの輻射、５）伝導
（中性ガス圧力が低い時には一般に輻射が小さい）、
６）対流（質量流量が小さい時には一般に効果も小さ
い）、７）化学反応（すなわち、プラズマ中の活性核種
との反応によって起きる、ウィンドウまたは電極表面で
の化学反応）によって起こり得る。

【０００７】プラズマプロセスチャンバで実行されてい
るプロセスに応じて、上記で説明した内部熱ソース（in
ternal sources of heat）によりウィンドウまたは電極
が達する温度を上回る温度になるよう、ウィンドウまた
は電極を加熱する必要があり、あるいは何か別の部分の
運転プロセスまたは一連のプロセスの間に、内部熱ソー
スによりウィンドウまたは電極が達すると考えられる温
度より低い温度までウィンドウまたは電極を冷却する必
要がある。このような場合に、ウィンドウまたは電極の
中へ熱を結合する方法、並びにウィンドウまたは電極か
ら外へ熱を結合する方法が求められる。

【０００８】プロセスチャンバ外部からウィンドウ／電
極を加熱する方法には次の各項が含まれる。

【０００９】１．外部輻射ソース（すなわち、ランプ、
または輻射加熱器、または誘導熱ソース）によってウィ
ンドウ／電極を加熱する。

【００１０】２．外部対流ソース（すなわち、輻射、伝
導、または対流により加熱される強制流体）によってウ
ィンドウ／電極を加熱する。

【００１１】３．外部伝導ソース（すなわち、抵抗加熱
器）によってウィンドウ／電極を加熱する。

【００１２】上述の加熱方法では、冷却手段が全くない
ため、ウィンドウあるいは電極の操作のために可能な温
度範囲は、内部的な熱ソースのみの働きでウィンドウま
たは電極が到達する温度よりも高い温度に限定される。

【００１３】プロセスチャンバ外部からウィンドウ／電
極を冷却する方法には次の各項が含まれる。

【００１４】１．より低温の外部表面に対して輻射を行
うことによってウィンドウ／電極を冷却する。

【００１５】２．外部対流ソース（すなわち自然対流ソ
ースまたは強制対流ソース）によってウィンドウ／電極
を冷却する。

【００１６】３．外部ヒートシンクへの伝導によってウ
ィンドウ／電極を冷却する。

【００１７】上述の冷却方法では、内部的な熱ソース以
外には加熱手段が全くないため、ウィンドウあるいは電
極の操作時に可能な温度範囲は、内部的な熱ソースのみ
の働きでウィンドウまたは電極が到達する温度よりも低
い温度に限定される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】更に、上述の冷却方法
には次のような問題がある。

【００１９】１．輻射によってウィンドウ／電極を冷却
する方法は、低温時、熱伝導率が低く限定される（この
ような低い熱伝導率は、ウィンドウあるいは電極の必要
温度範囲、およびウィンドウまたは電極への内部加熱率
に対して不十分な場合が多い）。熱伝導率が低い理由
は、輻射パワーがＴ⁴に依存しているためであり、ここ
でＴは、熱を輻射または吸収する表面の絶対（ケルビ
ン）温度である。

【００２０】２．外部対流ソースによってウィンドウ／
電極を冷却する方法は、熱伝導率が高い液体を用いるこ
とで大きな熱伝導率を提供することができ、また大きな
流量を用いることで密度と比熱の大きな積を提供できる
が、液体対流冷却には次のような問題がある。

【００２１】Ａ）温度（すなわち沸点）に関して液体が
蒸気圧に依存しているため、最大操作温度に限定され
る。（但し位相変化が許容される場合はこの限りでない
が、しかしその場合にはまた、独自の問題−すなわち、
位相変化の温度固定、制御レンジがないこと、並びに安
全上の問題点−が生じる。） Ｂ）液体の電気的特性によっては、液体冷却と電気的環
境とが両立しない。

【００２２】Ｃ）反応装置の構造部材に接触する液体と
の一般的統合性の問題。ウィンドウまたは電極を外部対
流ソース（例えば冷却ガス）で冷却する方法は、熱伝導
率が低く限定され、このような低い熱伝導率は、ウィン
ドウあるいは電極の必要温度範囲、およびウィンドウま
たは電極への内部加熱率に対して不十分な場合が多い。
３．外部ヒートシンクへの伝導によってウィンドウ／
電極を冷却する方法については、ウィンドウまたは電極
とヒートシンクとの間の接触抵抗が十分に低ければ高い
熱伝導率を提供できるが、実際では、低い接触抵抗を得
るのは困難である。

【００２３】プロセスチャンバ外部からウィンドウ／電
極に対して加熱および冷却の両方を行う方法には、外部
伝導ソース（すなわち抵抗加熱器）によるウィンドウ／
電極の加熱と、外部ヒートシンクへの伝導によるウィン
ドウ／電極の冷却とを併用する方法が含まれる。ひとつ
の実装では、次のような構造である。すなわち、ウィン
ドウまたは電極は、ウィンドウ電極の外面に隣接して加
熱板（抵抗加熱器を埋め込んだ板）を有している。更
に、ヒートシンク（一般に液体冷式）が、ウィンドウま
たは電極から見て加熱板のほぼ反対側に置かれている。
ウィンドウまたは電極と加熱板との間、および加熱板と
ヒートシンクとの間に接触抵抗が存在する。ウィンドウ
または電極の自動温度制御装置と統合されたこのような
装置では、制御されるウィンドウまたは電極の温度測定
が（継続的または周期的に）行われ、測定温度と目標値
温度が比較され、測定温度と目標値温度との差異に基づ
いてコントローラが制御アルゴリズムを用いて抵抗加熱
器にどれだけのパワーを加えるべきか、あるいは逆にヒ
ートシンクにどれだけの冷却を割り当てるべきかを決定
すると、コントローラが、決定された加熱または冷却レ
ベルの出力するよう、出力変換器に命令する。ウィンド
ウまたは電極温度の目標値温度への収束がある所望の段
階に達するまで、このプロセスが（継続的または周期的
に）反復される。そして、内部的な加熱または冷却レベ
ルの変化、あるいは目標値温度の変化に起因する加熱ま
たは冷却要求の変化にいつでも対応できるよう、制御シ
ステムは活動状態を維持する。ウィンドウまたは電極の
温度制御システムの冷却能力に制約を与える接触抵抗の
問題の他、このシステムでは、プラズマ反応装置の運転
中に内部的な加熱負荷または冷却負荷が変化した場合に
必要とされる、ウィンドウまたは電極からヒートシンク
への熱の伝達に、時間的な遅れが現れる。これは、ウィ
ンドウまたは電極と加熱器との間の接触抵抗、および加
熱器とヒートシンクとの間の接触抵抗、並びに加熱器、
およびウィンドウまたは電極の熱キャパシタンスに原因
の一端がある。例えば、あるプロセスまたは一連のプロ
セスにおいて内部的な熱負荷が高まると、システムは、
ウィンドウまたは電極温度の上昇を測定することによっ
て、上昇を検知する。上述した通り、システムは、ウィ
ンドウまたは電極温度の上昇に応じて加熱器のパワーを
下げるか、または冷却パワーを上げるのだが、熱が、ウ
ィンドウまたは電極と加熱器との間の接触抵抗を渡り、
加熱板を通過し、加熱器とヒートシンクとの間の接触抵
抗を渡って、ウィンドウまたは電極から発散されるまで
には時間的な遅れが生じる。そのうえ、加熱器の中に
「蓄積」された「余分」な熱が、加熱器とヒートシンク
との間の接触抵抗を渡って発散される。このような時間
的な遅れがあるために、内部的な熱負荷または冷却負荷
の変化に応じたウィンドウまたは電極の温度制御が一層
困難になり、一般に目標値付近でウィンドウまたは電極
温度がいくらか変動する結果を招く。

【００２４】更に、ウィンドウ／電極（電磁または誘導
ＲＦまたはマイクロ波パワーを、ウィンドウまたはウィ
ンドウ／電極を介してチャンバ外部からチャンバ内部へ
結合できる型のもの）に伴うこの他の問題として、熱伝
導装置（加熱器および／またはヒートシンク）の存在
が、そのような電磁または誘導ＲＦあるいはマイクロ波
パワーの結合を妨げる点、および／またはＲＦパワーま
たはマイクロ波パワーの結合装置が、加熱器および／ま
たはヒートシンクと、ウィンドウまたはウィンドウ／電
極との間の熱伝導を妨げる可能性がある点である。

【００２５】従って、ウィンドウまたは電極、あるいは
ウィンドウ電極の温度を目標値に十分近い値に制御する
ことができ、チャンバの内部的な加熱負荷または冷却負
荷の変化、またはその他の周辺条件の変化に関係なく所
望の一プロセスまたは一連のブロセスがプラズマプロセ
スチャンバ内で実行されるよう、プラズマ処理チャンバ
内で用いるウィンドウまたは電極、あるいはウィンドウ
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。

【００２６】更に、ウィンドウまたはウィンドウ／電極
を介した、電磁または誘導ＲＦあるいはマイクロ波パワ
ーの結合を妨げずにウィンドウまたはウィンドウ／電極
の温度を、目標値に十分近い値に制御することができ、
内部的な加熱負荷と冷却負荷の変化またはその他周辺条
件の変化に関係なく、プラズマプロセスチャンバ内で、
所望の一プロセスまたは一連のプロセスが実行可能であ
るように、プラズマ処理チャンバ内で用いるウィンドウ
または電極、あるいはウィ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。

【００２７】更に、ＲＦパワーの容量結合または静電結
合を妨げることなく、または、そのようなＲＦパワーの
容量結合または静電結合のための終端処理、あるいは接
地経路または戻り経路の提供を妨げることなく、電極あ
るいはウィンドウ／電極の温度を目標値に十分近い値に
制御することができ、内部的な加熱負荷と冷却負荷の変
化またはその他周辺条件の変化に関係なく、プラズマプ
ロセスチャンバ内で、所望の一プロセスまたは一連のプ
ロセスが実行可能であるように、プラズマ処理チャンバ
内で用いる電極またはウィ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。

【００２８】更に、ＲＦパワーの容量結合または静電結
合を妨げることなく、またはそのようなＲＦパワーの容
量結合または静電結合のための終端処理、あるいは接地
経路または戻り経路の提供を妨げることなく、電極ある
いはウィンドウ／電極の温度を目標値に十分近い値に制
御することができ、かつ、ウィンドウまたはウィンドウ
／電極を介した電磁または誘導ＲＦあるいはマイクロ波
パワーの結合を妨げることなく、内部的な加熱負荷と冷
却負荷の変化またはその他周辺条件の変化に関係なく、
プラズマプロセスチャンバ内で、所望の一プロセスまた
は一連のプロセスが実行可能であるように、プラズマ処
理チャンバ内で用いるウィンドウまたは電極、あるいは
ウィンドウ／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。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明による構成は、マ
ルチモードのチャンバサービスアクセス構造を有するワ
ークピース処理用のチャンバを含む。チャンバは、処理
対象のワークピースを装着するための、一般に平坦な表
面を画成するペデスタルを有する本体サブユニットと、
チャンバの本体サブユニット上に取り外し可能な密閉状
態に係合できるチャンバルーフサブユニットを含み、ル
ーフサブユニットは、チャンバ本体サブユニット上に係
合された時、ペデスタルのワークピース面に沿って、ワ
ークピース面とは距離をおいた関係をもって延在するチ
ャンバルーフを含み、またルーフサブユニットは、ルー
フおよびペデスタルから側方に離れて行く方向に延在す
る、少なくとも１つ以上の延長部材を含む。チャンバは
また、チャンバルーフから距離をおいた関係で配置され
るよう、少なくとも１つの延長部材と取り外し可能に係
合できるコールドプレートサブユニットと、チャンバル
ーフに隣接して配置できるよう、コールドプレートサブ
ユニットで支持されるコイルであって、ＲＦパワーを受
け、誘導によりチャンバ内部のガス中にプラズマを確立
させられる能力を有するコイルと、ヒンジの回転軸を中
心として、チャンバールーフサブユニットと共に、ある
いは同ユニットとは独立してコールドプレートサブユニ
ットを動かすよう、チャンバルーフサブユニットとコー
ルドプレートサブユニットの両方を周縁部に取り付ける
ヒンジアセンブリと、を含む。第１のモードでは、チャ
ンバルーフとコールドプレートサブユニットの両方を、
チャンバ内部にアクセスするため単一アセンブリとして
チャンバ本体サブユニットから離して旋回させることが
可能である。第２のモードでは、チャンバルーフサブユ
ニットとは独立して、コールドプレートサブユニットを
チャンバ本体サブユニットから離れる方向に旋回させ、
チャンバルーフサブユニットにアクセスさせるよう許容
する、またはチャンバルーフサブユニットを、チャンバ
本体サブユニットおよびコールドプレートサブユニット
から簡単かつ即座に取り外せるよう許容すると同時に、
通常はルーフサブユニットに面するコールドプレートお
よびコイルコンポーネントにアクセスさせるよう許容す
る。コールドプレートサブユニットは、冷却流体用の液
体循環ラインを受容できるよう、またＲＦパワーをコイ
ルまで伝導させるＲＦ供給用コネクタを装備できるよう
に調整される。コールドプレートサブユニットは、コー
ルドプレートおよびルーフサブユニットがチャンバ本体
サブユニットと係合している状態で、チャンバルーフに
向かって延在する一連の加熱ランプを含む。コールドプ
レートサブユニットは複数のコイルを装着できる。チャ
ンバは、同心状に配列した複数の延長部材を含んでよ
い。複数のコイルが、同心状の配列の中またはその外に
位置するよう、分配および支持されてもよい。延長部材
は熱伝導材料で作されてもよい。チャンバルーフはシリ
コン材料でよい。延長部材はシリコン材料でよい。延長
部材とコールドプレートとの間に熱従属性材料層（ther
mally compliant material）を配置し、熱伝導率を向上
させるために圧縮してもよい。

【００３０】本発明の別の局面においては、プラズマチ
ャンバの構造体は、プラズマ処理チャンバの真空リミッ
トの一部を、チャンバ本体アセンブリと共にシールおよ
び形成するプラズマ処理チャンバルーフと、このルーフ
とほぼ平行で、かつルーフから離れて配列されたコール
ドプレートと、前記ルーフとコールドプレートとの間に
熱ブリッジを作成する複数の熱伝導性部材とを含んでも
よく、ここで熱ブリッジは、コールドプレートまたはル
ーフのいずれかと分離可能に連結されていて、コールド
プレートがルーフから分離している時には直ちにルー
フ、およびコールドプレートとルーフの間の空間にアク
セスできるようにようになっている。チャンバはまた、
ヒンジ機構を含んでもよい。ルーフはシリコンベースの
材料で製作してもよい。コールドプレートがヒンジ機構
に固定されていて、コールドプレートがルーフから分離
されると、チャンバ本体に固定されているヒンジ軸を中
心としてコールドプレートがヒンジ回転される結果、ル
ーフとコールドプレートの分離が行われる仕組みとして
もよい。熱伝導性の複数部材がリングを形成し、リング
はチャンバルーフに固定され、かつ従属性熱伝導材料を
介してコールドプレートと結合してもよい。従属性熱伝
導材料は、グラフォイル（Grafoil）でもよい。チャン
バは、処理チャンバ内にプラズマを誘導し、コールドプ
レートに固定されて支持されるコイルを含んでよい。チ
ャンバルーフを加熱するために配列された一連の加熱器
／ランプは、コールドプレートで支持されてもよい。チ
ャンバルーフの温度を検知するための温度センサを、コ
ールドプレートで支持してもよい。熱伝導性部材は、一
連のばね部材によってコールドプレートとの接触を促進
してもよい。チャンバルーフアセンブリに、選択的にリ
フトリングを取り付けることも可能であり、チャンバ本
体と係合している時のリフトリングは、ルーフとコール
ドプレートとを一体として一緒に動かす。コールドプレ
ートはチャンバ本体を介してヒンジ機構に固定されてい
て、ヒンジ機構は、コールドプレートとルーフを一体と
してチャンバ本体に固定されているヒンジ軸を中心に回
転させる。コールドプレートに供給されコールドプレー
トによって支持される各種ユーティリティは、コールド
プレートとルーフがヒンジ軸を中心として回転する前に
結合を解く必要がないように構成される。

【００３１】

【発明の実施の形態】アンテナとワークピースとの隙間
が小さいプラズマ反応装置では、誘導アンテナパターン
中央のナル（null）に対応するワークピース上の中央領
域付近での、プラズマイオン密度の低下を最少限にする
ために、本発明は、中央領域における誘導電界を増大さ
せることを目的とする。本発明は、天井の上方に置かれ
ている誘導コイルの巻き数をアンテナの対称軸付近に集
中し、アンテナと、中央領域におけるプラズマとの間の
磁束結合変化率（ＲＦソース周波数における変化率）を
最大化することにより、これを達成する。

【００３２】本発明によれば、対称軸を取り巻くソレノ
イドコイルが、誘導コイルの巻き数を軸付近に集中させ
ると同時に、ワークピース近傍の中央領域におけるアン
テナとプラズマの磁束結合変化率を最大化させる。これ
は、中央領域のプラズマに対する、強い磁束結合と相互
的に密な結合を得るために必要とされる、多くの巻き数
と小さなコイル直径によって得られるものである。（こ
れとは対照的に、従来の平面コイルアンテナは、誘導フ
ィールドを半径方向の広範囲にわたり広げ、半径方向へ
のパワー分散を、周縁部に向けて押し広げている。）
本明細書においては、ソレノイド型アンテナとは、複数
の誘導エレメントを、ワークピースの面またはワークピ
ース支持面、または上方に置かれているチャンバー天井
に対して非平面に分散させたもの、あるいは（チャンバ
内のワークピース支持用ペデスタルによって画成され
る）ワークピース支持平面に対して横断方向にさまざま
な間隔をあけて分散させたもの、または上方に置かれて
いるチャンバ天井に対して横断方向にさまざまな間隔を
あけて分散させたもの、と理解される。本明細書におい
ては、誘導エレメントとは、チャンバ内のプラズマおよ
び／またはアンテナのその他の誘導エレメントと、相互
に誘導結合された導電エレメントと理解される。

【００３３】本発明の好ましい実施形態は、二重のソレ
ノイドコイルアンテナを含み、一方のソレノイドは中央
付近に、他方は外側の周縁部半径上にある。２個のソレ
ノイドは異なるＲＦ周波数で駆動されてもよく、また同
一周波数で駆動されてもよいが、どちらの場合にもソレ
ノイドを位相ロックするのが好ましく、更にそれらの電
界が構造的に相互作用するような方法で位相ロックする
のがより好ましい。内側と外側のソレノイドは実質的に
可能なかぎり位置をずらすのが好ましいが、その理由
は、ワークピース周辺部でのエッチング速度に対するワ
ークピース中央でのエッチング速度の制御を、最も融通
がきく形で提供するためである。熟練した作業者なら
ば、ＲＦパワー、チャンバ圧力および（分子と不活性ガ
スの適切な比率を選択することにより）プロセスガス混
合物の電気陰性度を容易に変化させて、ワークピース全
体のエッチング速度の半径方向の均一性を（プラズマ反
応装置を用いて）最適化する、より広範囲のプロセスウ
ィンドウを得ることができる。好ましい実施形態の独立
した内側および外側ソレノイド間の距離を最大化するこ
とにより、次のような利点がもたらされる。

【００３４】（１）最大限の均一化制御と調節、 （２）内側ソレノイドと外側ソレノイド間の最大隔離に
より、一方のソレノイドのフィールドと他方のフィール
ドとの干渉を防止する、 （３）温度制御エレメントのための天井スペース（内側
ソレノイドと外側ソレノイドとの間）を最大化し、天井
温度制御を最適化する。

【００３５】図４（ａ）は、ワークピースと天井の間に
短い隙間を持つ、すなわち誘導フィールドの浸透厚さ
（skin depth）が略隙間長さである誘導結合ＲＦプラズ
マ反応装置の、単一ソレノイドを用いた実施形態を示す
（好ましい実施形態ではない）。本明細書においては、
略隙間長さである浸透厚さとは、隙間長さの因数が１０
以内（すなわち、約１０分の１から約１０倍まで）と理
解される。

【００３６】図８は、二重ソレノイドを用いた誘導結合
ＲＦプラズマ反応装置の実施形態を示し、本発明の好ま
しい実施形態である。二重ソレノイドを特色とする点以
外は、図４（ａ）と図８の実施形態の反応装置構造は略
同一であり、ここでは図４（ａ）を参照して説明する。
反応装置は、図１と同様の円筒型チャンバ４０を含む
が、ただし、図４（ａ）の反応装置は非平面コイルアン
テナ４２を有し、その巻線４４は非平面状態で、アンテ
ナ対称軸４６付近に密接して集中している。図示の実施
形態では、巻線４４は対称であって、その対称軸４６は
チャンバの中心軸と一致しているが、本発明はこれとは
異なる方法で実施することも可能である。例えば、巻線
は対称でなくても良く、および／または巻線の対称軸が
一致していなくてもよい。ただし、対称なアンテナの場
合には、チャンバ中央またはワークピース中央と一致す
るアンテナの対称軸４６付近に、輻射パターンのナル
（null）がある。中心軸４６の周りに巻線４４を密に集
中させるとこのようなナルが補正されるので、ソレノイ
ドのような方法で巻線４４を垂直に積み重ね、それぞれ
の巻線をチャンバの中心軸４６から最短距離に置くこと
によってこのような補正を達成している。これによっ
て、図３（ｄ）および３（ｅ）に関して上記で論議した
通り、ワークピースから天井までの高さが短い場合にこ
れまでプラズマイオン密度がもっとも不十分であった、
チャンバ中心軸４６付近における電流（Ｉ）とコイルの
巻き数（Ｎ）との積が大きくなる。その結果、非平面コ
イルアンテナ４２に印加されるＲＦパワーが、ウェハ中
央、すなわち、アンテナの対称軸４６において、（周縁
領域に対して）より大きな誘導 [ｄ／ｄｔ] [Ｎ・Ｉ]
を生じさせる。従って、当該領域でより高いプラズマイ
オン密度を生じさせ、その結果得られるプラスマイオン
密度が、ワークピースから天井までの高さが小さいにも
かかわらず、均一により近い状態となる。このように本
発明は、プロセスの均一性を損なわずに、天井の高さを
低くしプラズマプロセス性能を強化する方法を提供す
る。

【００３７】図４（ｂ）の図面が、図４（ａ）および図
８の実施形態で採用されている巻線の好ましい実装を最
も良く示している。巻線４４がワークピース５６の面に
対して少なくとも平行に近い状態になるように、巻線
は、通常のらせん方式で巻かれるのではなく、周回と周
回の間（水平面から次の水平面への間）の段差または移
行部４４ａを除き、個々の周回がワークピース５６の
（水平）面に対して平行になるように巻かれる方が好ま
しい。

【００３８】円筒型チャンバ４０は、円筒形の側壁５
０、および、側壁５０と天井５２がシリコン等の単一材
料片となるように、側壁５０と一体形成された円形天井
５２とから成る。しかし、本明細書中で後述するよう
に、本発明は、それぞれ別個に形成された側壁５０と天
井５２をもって実施されてもよい。円形天井５２は、平
面（図４（ａ））、ドーム形（図５）、円錐形（図
６）、円錐台形（図７）、円筒形、またはこれらの形状
や回転曲線を任意に組み合わせた形状等、任意の適切な
断面形状のものとしてもよい。そのような組み合わせに
関しては、本明細書中で後に検討する。一般にソレノイ
ド４２の垂直方向ピッチ（すなわち、ソレノイドの垂直
方向の高さを、その水平方向の幅で割った値）は、たと
え、ドーム形、円錐形、円錐台形、その他等、３次元の
面を画成する天井であっても、天井５２の垂直方向ピッ
チを超える。本明細書中ですでに検討したとおり、少な
くとも好ましい実施形態においては、アンテナの誘導を
アンテナ対称軸付近に集中させることがこの目的であ
る。天井のピッチを超えるピッチを有するソレノイド
を、ここでは非形状追従性ソレノイドと呼び、一般に、
ソレノイド形状が天井の形状と一致していないこと、よ
り具体的には、ソレノイドの垂直方向ピッチが天井の垂
直方向ピッチより大きいことを意味する。２次元の、ま
たは平坦な天井では垂直方向ピッチはゼロであるが、３
次元天井では垂直方向ピッチはゼロ以外の値となる。

【００３９】チャンバ４０の底部にあるペデスタル５４
は、処理中、平面状のワークピースをワークピース支持
面で支持する。一般にワークピース５６は半導体ウェハ
であって、ワークピース支持面は一般にウェハまたはワ
ークピース５６の面である。チャンバ４０は、環状通路
５８から、チャンバ４０の下側部分を取り囲むポンピン
グ環状体６０を介してポンプ（図示せず）により減圧さ
れる。ポンピング環状体内部は交換可能な金属ライナ６
０ａで内張りしてもよい。環状通路５８は、円筒状の側
壁５０の底縁５０ａと、ペデスタル５４を取り巻く平面
リング６２によって画成される。プロセスガスは、さま
ざまなガス供給管のうちいずれか一箇所、または全てを
介して、チャンバ４０内部へと供給される。ワークピー
ス中央付近におけるプロセスガスの流れを制御するた
め、中央ガス供給管６４ａは、天井５２の中央から、ワ
ークピース５６の中央（またはワークピース支持面の中
央）に向かって下方に延在できる。ワークピース周縁部
付近（またはワークピース支持面の周縁部付近）のガス
流を制御するため、複数の半径方向ガス供給管６４ｂ
が、中央ガス供給管６４ａとは別個に制御可能な状態
で、側壁５０からワークピース周縁部方向に（またはワ
ークピースの支持面周縁部方向に）、半径上に内側に向
かって延在し、あるいは、ベース軸方向ガス供給管６４
ｃが、ペデスタル５４付近からワークピース周縁部方向
に、上方に向かって延在し、あるいは天井の軸方向ガス
供給管６４ｄが、天井５２からワークピース周縁部方向
に、下方に向かって延在できる。ワークピース全体の輻
射方向に、より均一なエッチング速度分布を達成するた
めに、ワークピース中央方向および周縁部方向へのプロ
セスガス流を、それぞれ中央ガス供給管６４ａ、及び外
側のガス供給管６４ｂ−ｄまでのうちのいずれかを介し
て制御することにより、ワークピース中央部および周縁
部のエッチング速度を、互いに相関的関係を持たせなが
らそれぞれ別個に調整することができる。本発明のこの
特色は、中央ガス供給管６４ａと、周縁部ガス供給管６
４ｂ−ｄのうちのいずれか１個のみを用いて実施可能で
ある。

【００４０】ソレノイド型コイルアンテナ４２は、中央
ガス供給管６４を取り囲むハウジング６６の周囲に巻か
れている。プラズマソースＲＦ電源６８は、コイルアン
テナ４２にわたって接続されており、またバイアスＲＦ
電源７０はペデスタル５４に接続されている。

【００４１】オーバーヘッドコイルアンテナ４２の位置
が天井５２の中央領域に制限される結果、天井５２のト
ップ面の大きな部分が空いたまま残されることになるた
め、例えばタングステンハロゲン電球等複数の輻射加熱
器７２と、例えば銅またはアルミニウムで作られ、その
中を貫通して延在する冷却流体通路７４ａを有する水冷
式コールドプレート７４とを含む温度制御装置との直接
接触に、空き部分を利用することができる。冷却流体通
路７４ａは、アンテナまたはソレノイド４２に電気的負
荷をかけないよう、熱伝導性は高いが電気伝導率は低
い、既知の各種冷却流体を含むのが好ましい。コールド
プレート７４が、天井５２の定常的な冷却を提供する一
方で、必要に応じてコールドプレート７４による冷却を
圧倒できるよう、最大出力の輻射加熱器７２が選択さ
れ、天井５２に対する素早い、安定した温度制御を促進
する。ヒーター７２が照射する広い天井面積は、より優
れた均一性と効率の温度制御を提供する。（本発明の実
施では、輻射加熱は必ずしも必要ではなく、当業者は代
わりに、本明細書中で後述する電気的な加熱エレメント
を用いる方法を選択してもよい。）１９９６年２月２日
に出願され、Kenneth S.Collins他による同時係属中の
米国出願第０８／５９７，５７７号中で開示されている
ように、もし天井５２がシリコンであれば、このように
天井全体の温度制御の均一性および効率を増すことによ
って大きな利点が得られる。詳細には、ポリマー前駆体
およびエッチング剤前駆体プロセスガス（例えばフルオ
ロカーボンガス）が使用され、かつ、エッチング剤（例
えばフッ素）の掃気が所望される場合には、天井５２と
温度制御用加熱器７２の接触面積を大きくすることによ
り、天井５２全体でのポリマー堆積速度、および／また
は天井５２がフッ素エッチング剤のスカベンジャ材料
（シリコン）をプラズマ内に供給する速度をより良く制
御することができる。ソレノイドの巻線４４が天井５２
の中心軸に集中しているため、ソレノイドアンテナ４２
は天井５２上で活用可能な接触面積を増大させる。

【００４２】熱接触のために活用可能な天井５２上の面
積増加分は、好ましい実施形態の中で、熱伝導率が高い
トーラス７５（窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、
または窒素シリコン等のセラミック、または軽度のドー
ピング処理済み、あるいはドーピング未処理の炭化ケイ
素、またはシリコンのような非セラミックで形成され
る）のための用途に活用されている。トーラス７５のボ
トム面は天井５２上に載せられ、またトップ面はコール
ドプレート７４を支持する。トーラス７５のひとつの特
色は、コールドプレート７４の位置をソレノイド４２の
かなり上方までずらしている点である。この特色は実質
的に、ソレノイド４２とプラズマ間の誘導結合の減少を
緩和、またはほとんど排除する。コールドプレート７４
の導電面とソレノイド４２が極めて近接していることか
ら、この特色がなければ誘導結合の減少は避けられない
ものと考えられる。このような誘導結合の減少を防止す
るため、コールドプレート７４とソレノイド４２上端の
巻線との距離は、少なくともソレノイド４２の全高に対
して相当大きな（substantial）分数（例えば２分の
１）とするのが好ましい。トーラス７５を貫通して延在
する軸方向の複数の穴７５ａは、２つの同心円上に間隔
をあけて配置され、複数の輻射加熱器またはランプ７２
を保持して、それらが天井５２を直接照射するのを許容
する。ランプ効率を最大とするために、穴の内部表面を
反射（例えばアルミニウム）層で内張りしてもよい。図
４の中央ガス供給管６４ａは、特定の反応装置形状およ
びプロセス条件によって、輻射加熱器７２（図８に示さ
れている）と置き換えてもよい。天井温度は、ランプ加
熱器７２によって占有されていない穴７５ａの１つを貫
通して延在する熱電対７６等のセンサーによって検知さ
れる。良好な熱接触を得るため、セラミック製トーラス
７５と銅製コールドプレート７４の間、およびセラミッ
ク製トーラス７４とシリコン製天井５２との間に、窒化
ホウ素で含浸したシリコーンゴム等、熱伝導性が極めて
高いエラストマ７３が配置される。

【００４３】上述した同時係属中出願で開示されている
通り、チャンバ４０は全面的に半導体チャンバとしても
よく、その場合、天井５２と側壁５０は共に、シリコン
や炭化ケイ素等の半導体材料である。上述した同時係属
中出願で説明されている通り、天井５２または壁５０の
うちいずれかの温度、およびそれらに印加されるＲＦバ
イアスパワーを制御することにより、プラズマ中にそれ
が供給するフッ素スカベンジャの前駆体材料（シリコ
ン）の程度を調節できる。あるいはその代わりに、それ
がポリマーで被覆される程度を調節できる。天井５２の
材料はシリコンに限定されず、シリコンの代わりに炭化
ケイ素、二酸化シリコン（石英）、窒化シリコン、窒化
アルミニウム、または酸化アルミニウム等のセラミック
を材料としてもよい。

【００４４】上述した同時係属中出願で説明されている
通り、チャンバ壁面または天井５０，５２は、必ずしも
フッ素スカベンジャ材料のソースとして使われる必要は
ない。その代わりとして、使い捨て半導体（例えばシリ
コンまたは炭化ケイ素）部材をチャンバ４０内側に配置
したうえ、それを十分高温に維持して、同部材上へのポ
リマー堆積を防止し、シリコン材料が同部材から離れて
フッ素スカベンジング材料としてプラズマ中へ入り込む
ことを許容する方法も可能である。この場合、壁面５０
および天井５２はシリコンとする必要はなく、あるいは
もしシリコンとする場合には、ポリマーの堆積温度（お
よび／またはポリマー堆積ＲＦバイアス閾値）の付近ま
たはそれを下回る温度（および／またはＲＦバイアス）
を維持して、それらが消費されないようプラズマからの
ポリマーで被覆させてもよい。使い捨てシリコン部材は
適切な任意の形状をとってよいが、図４の実施形態では
ペデスタル５４を取り巻く環状リング６２が使い捨てシ
リコン部材となっている。環状リング６２は、極めて純
度の高いシリコンとするのが好ましく、その電気的特性
または光学的特性を改変するためにドーピングを行って
もよい。シリコンリング６２を十分な温度に維持し、プ
ラズマプロセスに好ましく関与できる（例えば、フッ素
スカベンジングのためにシリコン材料をプラズマ中へ拠
出するなど）よう保証するために、環状リング６２の下
側で円形に配置された複数の輻射（例えばタングステン
ハロゲンランプ）加熱器７７が、石英ウィンドウ７８を
介してシリコンリング６２を加熱する。上述した同時係
属出願の中で説明されている通り、加熱器７７は、光高
温計または蛍光プローブ等のリモートセンサーでもよい
温度センサー７９によって検知されるシリコンリング６
２の測定温度に基づいて、制御される。センサー７９
は、部分的にリング６２中の非常に深い穴６２ａの中へ
延在していても良く、穴の深さと狭さが、温度によるシ
リコンリング６２の熱輻射能の変動を少なくとも部分的
に遮蔽するために役立って、センサーがむしろ灰色体輻
射器のような動きを示し、より信頼性の高い温度測定を
実現する。

【００４５】上述した米国出願第０８／５９７，５７７
号の中で説明されている通り、全面半導体チャンバの利
点は、例えば、金属等、汚染物質を生じる材料とプラズ
マとが接触しない点にある。この目的のため、環状開口
部５８に隣接するプラズマ閉込めマグネット８０および
８２は、ポンピング環状体６０へのプラズマの流れを防
止、または減少させている。例えば、引用した同時係属
出願中で開示されている通り、ポリマーの凝縮温度を実
質的に下回る温度にライナ６０ａを保つことによって、
ポリマー前駆体および／または活動核種がポンピング環
状体６０へ進入し続ける程度までならば、その結果交換
可能な内側ライナ６０ａ上に生じるポリマーまたは汚染
物質の堆積物がプラズマチャンバ４０に再進入するのを
防止することができる。

【００４６】ポンピング環状体６０の外側壁面を貫通す
るウェハスリットバルブ８４は、ウェハ入口および出口
を収容する。チャンバ４０とポンピング環状体６０との
間の環状開口部５８は、非対称のポンプポート位置にも
かかわらずチャンバ圧力の分布をより対称的なものとす
るため、円筒状側壁５０のボトム面縁部の傾斜を利用し
て、ウェハスリットバルブ８４の近傍でより大きく、反
対側で最も小さくなっている。

【００４７】垂直方向に積み上げたソレノイド巻線４４
によって、チャンバの中央軸４６付近での最大相互イン
ダクタンスが達成される。図４の実施形態では、巻線の
垂直スタック４４の外側だがボトムソレノイド巻線４４
ａと同じ水平面上にある、別の巻線４５を加えることが
できる。ただし追加巻線４５は、ボトムソレノイド巻線
４４ａと接近していなければならない。

【００４８】ここで特に図８の好ましい二重ソレノイド
の実施形態について言及すると、外側位置（すなわち、
熱伝導性のトーラス７５の外側円周面に突きあてた状
態）にある巻線１２２の第二の外側垂直スタックまたは
ソレノイド１２０は、内側のソレノイド巻線４４の垂直
スタックから半径方向の距離にしてδＲだけ位置がずれ
ている。図８では、内側のソレノイドアンテナ４２を中
央に制限し、外側のソレノイドアンテナ１２０を周縁部
に制限しているため、天井５２の最頂面のうち広い部分
を、図４（ａ）の通り、温度制御装置７２、７４、７５
との直接接触のために利用可能にしておくことができ
る。ひとつの利点は、天井５２と温度制御装置との広い
表面接触が、天井５２のより効率的でより均一な温度制
御を提供することである。

【００４９】例えば側壁と天井が単一シリコン部品で形
成されている、内径１２．６インチ（３２ｃｍ）の反応
装置の場合、ウェハから天井までの隙間は３インチ
（７．５ｃｍ）であり、内側ソレノイドの平均直径が
３．７５インチ（９．３ｃｍ）であったのに対し、外側
ソレノイドの平均直径は１１．７５インチ（２９．３ｃ
ｍ）であって、厚さ０．０３のテフロン絶縁層で覆われ
た、３／１６インチ直径の中空の銅管を用い、各ソレノ
イドは４回巻きで構成され、高さは１インチ（２．５４
ｃｍ）であった。外側のスタックまたはソレノイド１２
０は、独立制御可能な第２のプラズマソースＲＦ電源９
６により印加される。この目的は、ユーザーが選択可能
な、さまざまなプラズマソースパワーレベルを、ワーク
ピースまたはウェハ５６に関してさまざまな半径方向位
置に印加されるようにして、ウェハ表面全体における既
知の処理不均一性を補正するという、実質的な長所を可
能にすることである。独立制御可能な中央ガス供給管６
４ａおよび周縁部ガス供給管６４ｂ−ｄとの組み合わせ
により、内側ソレノイド４２に印加されるＲＦパワー
を、外側ソレノイド９０に印加されるＲＦパワーとの相
対的関係で調節し、また中央ガス供給管６４ａを通るガ
ス流量を、外側ガス供給管６４ｂ−ｄを通る流量との相
対的関係で調節して、ワークピース中央におけるエッチ
ング性能を周縁部でのエッチング性能との相対的関係で
調整することが可能となる。上述で説明したように、イ
ンダクタンスフィールドの中央ナルまたは弛みの問題に
関しては、プラズマ反応装置が解消するか、または少な
くとも改善するのだが、その他にもプラズマ処理に伴う
非均一性の問題が存在し得るのであって、そのような問
題点は、対応能力の高い図８の実施形態により、内側ア
ンテナと外側アンテナに印加される相対的なＲＦパワー
レベルを調整して補正することができる。より高い利便
性をもってこの目的を果たすため、内側および外側ソレ
ノイド４２、９０へのそれぞれのＲＦ電源６８、９６
を、共通電源９７ａとパワースプリッター９７ｂに置き
換え、内側および外側ソレノイド４２、９０の相対的な
パワー配分をユーザーが変更できるようにする一方で、
内側および外側ソレノイド４２、９０のフィールド間の
固定的な位相関係を保存する方法も可能である。２個の
ソレノイド４２、９０が同じ周波数でＲＦパワーを受け
る場合には、この点は特に重要となる。そうではなく、
２個の独立した電源６８、９６を用いる場合、異なるＲ
Ｆ周波数での給電が可能となり、その場合には、２つの
ソレノイド間の結合による周波数外（off frequency）
フィードバックを回避するため、各ＲＦ電源６８、９６
の出力部にＲＦフィルタを装着するのが好ましい。この
場合、周波数の差は、２個のソレノイド間の、結合の時
間平均外まで大きくすべきであり、更にＲＦフィルター
の拒絶帯域よりも大きくすべきである。好ましいモード
は、各周波数をそれぞれのソレノイドと個別に共振適合
させるものであって、更に、従来のインピーダンス適合
技術の代わりに、プラズマインピーダンスの変化に追従
するように各周波数を変動させ（それによって共振を維
持するようにし）てもよい。言い換えれば、チャンバ内
のプラズマインピーダンスによって負荷をかけられてい
る間、アンテナに印加されるＲＦ周波数をアンテナの共
振周波数に追従させるのである。このような実施形態で
は、２個のソレノイドの周波数域は互いに相容れないも
のとすべきである。上記に代わるモードでは、２個のソ
レノイドが同じＲＦ周波数で駆動され、この場合には、
２個のソレノイドのフィールドに構成的な相互作用が生
じるような、またはそれらが重ね合わせられるような、
２つの位相間の関係を作るのが好ましい。一般に、２個
のソレノイドが両方とも同じ方向に巻かれているのであ
れば、それらに与える信号間の位相角をゼロとすること
によって、この要件を満足できると考えられる。そうで
はなく、２個のソレノイドが反対方向に巻かれているな
らば、１８０度の位相角が好ましい。いずれにせよ、本
明細書中で以下検討される通り、内側と外側ソレノイド
４２、９０の距離を比較的大きくすることによって、内
側と外側のソレノイド間の結合を最小限にする、または
回避できる。

【００５０】外側ソレノイド９０の半径を大きくして内
側と外側ソレノイド４２、９０の距離を大きくし、２個
のソレノイド４２、９０の効果を、それぞれワークピー
スの中央と縁部とによりいっそう限定することによっ
て、このような調節で達成可能な範囲はより大きくな
る。これにより、２個のソレノイド４２、９０の効果を
重ね合せた時の制御域を増大させることが可能になる。
例えば、内側ソレノイド４２の半径は、ワークピース半
径の約半分以下とすべきであり、できればその約３分の
１以下とするのが好ましい。（内側ソレノイド４２の最
小半径は、ソレノイド４２を形成する導体の直径によっ
て影響される部分と、また、インダクタンスを生じさせ
る弓形、例えば円弧の電流路を得るために、有限のゼロ
ではない円周を必要とする点に影響される部分があ
る。）外側コイル９０の半径は、ワークピースの半径と
同等以上とするべきであり、できればワークピース半径
の１．５倍以上とするのが好ましい。このような構成を
用いれば、内側および外側ソレノイド４２、９０がそれ
ぞれ中央および縁部に与える影響は非常に顕著となり、
内側ソレノイドへのパワーを増大させれば、均一なプラ
ズマを供給しながら同時にチャンバ圧をｍＴ(mTorr)の
百倍単位で上昇させることができ、また外側ソレノイド
９０へのパワーを増大させれば、均一なプラズマを供給
しながら同時にチャンバ圧を０．０１ｍＴの位まで低下
させることができる。外側ソレノイド９０の半径をこの
ように大きくすることで得られるもう１つの利点は、内
側と外側ソレノイド４２，９０間の結合を最小限にする
ことである。

【００５１】図８では、チャンバ直径が非常に大きい場
合に、第３のソレノイドを所望により任意で追加できる
ことが点線で示されている。

【００５２】図９は、外側ソレノイド９０が平面状の巻
線１００に置き換えられている図８の実施形態の変形例
を示す。

【００５３】図１０（ａ）は、図４の実施形態の変形例
を示し、中央ソレノイド巻線は、巻線４４の垂直スタッ
ク４２のみならず、第１のスタックに隣接する追加の第
２の巻線１０４の垂直スタック１０２を含み、２つのス
タックが二重巻線ソレノイド１０６を構成している。図
１０（ｂ）を参照すると、二重巻線ソレノイド１０６
は、個別に巻かれた２つの単一ソレノイド４２、１０２
による構成が可能であって、内側ソレノイド４２は巻線
４４ａ、４４ｂその他から成り、外側ソレノイド１０２
は巻線１０４ａ、１０４ｂその他から成る。別の構造と
して図１０（ｃ）を参照すると、二重巻線ソレノイド１
０６は、少なくとも同一平面に近い巻線を対にして垂直
スタックとする構成が可能である。図１０（ｃ）の別構
造として、同一平面に近い巻線から成るそれぞれの対
（例えば４４ａと１０４ａの対、または４４ｂと１０４
ｂの対）を、単一の導体を螺旋状に巻いて形成してもよ
い。ここで使われる「二重巻線」という用語は、図１０
（ｂ）または図１０（ｃ）のいずれかに示された型の巻
線を指す。更に、ソレノイドの巻線は単に二重巻線に限
定されず、三重またはそれ以上とすることが可能であっ
て、一般に対称軸に沿った各平面での複数の巻線で構成
される。このような複数巻線のソレノイドは、図８の二
重ソレノイド実施形態における内側および外側ソレノイ
ド４２、９０のうち、いずれか一方、または両方に採用
することが可能である。

【００５４】図１１は、内側ソレノイド１０６から半径
方向にδＲの距離に、外側二重巻線ソレノイド１１０
が、内側二重巻線ソレノイド１０６と同心に配置されて
いる図１０（ａ）の実施形態の変形例を示す。

【００５５】図１２は、外側二重巻線ソレノイド１１０
が、図１１の実施形態で採用されている外側ソレノイド
に相当する通常の外側ソレノイド１１２と置き換えられ
ている図８の実施形態の変形例を示す。

【００５６】図１３は、もう１つの好ましい実施形態を
示し、図８のソレノイド４２が、中央ガス供給管ハウジ
ング６６から半径方向にδｒの距離だけずれた場所に配
置されている。図４の実施形態ではδｒがゼロであり、
一方図１３の実施形態では、円筒形の側壁５０の半径の
うち相当大きな部分がδｒとなっている。δｒを図１３
に示されている程度まで大きくすることは、図３（ｄ）
および図３（ｅ）に関して説明した、中央部における通
常のプラズマイオン密度の減少に加えて生じる不均一性
を補正するという点から見て、図４、８、１０（ａ）〜
（ｃ）、および１１の実施形態に対する別構造として有
効であろう。同様に図１３の実施形態は、（図４のよう
に）チャンバ中央軸４６から最短の位置にソレノイド４
２を配置するとウェハ５６の中央付近のプラズマイオン
密度が上昇し過ぎて、中央付近での通常のプラズマイオ
ン密度の低下を過修正し、プラズマのプロセス挙動にさ
らにまた別の不均一性を生じてしまう、といった場合に
有効であろう。このような場合には、プラズマイオン密
度に最高の均一性を提供するよう、最適値のδｒを選択
する図１３の実施形態が好ましい。この場合理想として
δｒは、中央付近での通常のプラズマイオン密度の低下
を過修正することもなく、修正不足になることもないよ
うに選択される。δｒの最適値の決定は、当業者が、ソ
レノイド４２を半径方向のさまざまな位置に配置しなが
ら試行錯誤を繰り返し、かつ、それぞれの段階において
プラズマイオン密度の半径方向形状を判定する慣習的な
技法を採用しながら行なうことができる。

【００５７】図１４は、ソレノイドを倒立円錐形とした
実施形態を示し、一方図１５は、ソレノイド４２を直立
円錐形とした実施形態を示す。

【００５８】図１６は、ソレノイド４２が平面螺旋巻線
１２０と結合された実施形態を示す。平面螺旋巻線に
は、一部のＲＦパワーを中央よりいくらか離れた場所に
分散させることで、ソレノイド巻線４２によるワークピ
ース中央付近への誘導フィールドの集中程度を弱めると
いう効果がある。この特色は、通常の中央ナルに対する
過修正を避ける必要がある場合に有効となり得る。誘導
フィールドの中央からのこのような逸脱度合いは、平面
螺旋巻線１２０の半径に対応する。図１７は、図１６の
実施形態の変形例を示し、ソレノイド４２が図１４のよ
うに倒立円錐形を有している。図１８は、図１６の実施
形態のもう１つの変形例を示し、ソレノイド４２が図１
５の実施形態のように直立円錐形を有している。

【００５９】例えば、天井へのポリマー堆積を防止する
ために、その有効容量性電極面積を、チャンバの他の電
極（例えば、ワークピースおよび側壁）に対して縮小す
ることにより、天井５２のＲＦポテンシャルを増大させ
ることができる。図１９は、外側環状体２００上に縮小
面積バージョンの天井５２’を支持して、環状体から小
面積天井５２’を絶縁することにより、これを遂行する
方法を示す。環状体２００は、天井５２’と同一材料
（例えばシリコン）により形成可能であり、また、円錐
台形（点線で示す）としても、ドーム形台形（実線で示
す）としてもよい。ワークピース中央と縁部とのプロセ
ス調整度を大きくできるよう、別個のＲＦ電源２０５を
環状体２００に接続することも可能である。

【００６０】図２０は、図８の実施形態の変形例を示
し、天井５２および側壁５０は別個の半導体（例えばシ
リコン）部品であって、互いに絶縁され、それぞれのＲ
Ｆソース２１０、２１２により別個に制御されるＲＦバ
イアスパワーレベルが与えられて、縁部に対する中央の
エッチング速度および選択性の制御を促進している。上
述で参照した、１９９６年２月２日出願の、Kenneth S.
Collins等による第０８／５９７，５７７号により詳し
く述べられている通り、天井５２は、ドーピングされた
半導体（例えばシリコン）材料とし、天井に与えられる
ＲＦバイパスパワーをチャンバ内へと容量結合する電極
として機能すると同時に、ソレノイド４２に与えられる
ＲＦパワーがチャンバ内へと電磁結合されるためのウィ
ンドウとして機能するようにしてもよい。このようなウ
ィンドウ−電極の利点は、（例えばイオンエネルギー制
御のために）ＲＦポテンシャルをウェハ上に直接確立で
きる一方、それと同時にウェハ上でＲＦパワーを直接電
磁結合できる点にある。このような後者の特色は、別個
に制御される内側および外側ソレノイド４２、９０、並
びに中央および周縁部ガス供給管６４ａ、６４ｂと相互
に制御、ワークピース縁部に対するワークピース中央部
でのイオン密度、イオンエネルギー、エッチング速度、
およびエッチング選択性等、最高の均一性を達成するた
めのさまざまなプラズマプロセスパラメーターの調節能
力を大幅に高めている。この組み合わせにおいて、個別
のガス供給管を通るガス流は、そのようなプラズマプロ
セスパラメーターの最高の均一性を達成するため、個別
に独立して制御されている。

【００６１】図２０は、ランプ加熱器７２がどのように
電気的な加熱エレメント７２’と置き換えられるかを示
す。図４の実施形態のように、使い捨てのシリコン部材
がペデスタル５４を取り巻く環状リング６２になってい
る。環状リング６２は、極めて純度の高いシリコンとす
るのが好ましく、その電気的特性または光学的特性を改
変するためにドーピングを行ってもよい。シリコンリン
グ６２を十分な温度に保ち、プラズマプロセスへの好ま
しい関与（例えば、フッ素スカベンジングのためにシリ
コン材料をプラズマ中へ提供すること）を保証するた
め、環状リング６２の下に円形に配置された複数の輻射
（例えばタングステンハロゲンランプ）加熱器７７が、
石英ウィンドウ７８を介してシリコンリング６２を加熱
する。上記参照の同時係属中出願で説明されている通
り、光高温計または蛍光プローブ等のリモートセンサー
でもよい温度センサー７９によって検知されるシリコン
リング６２の測定温度に基づいて、加熱器７７は制御さ
れる。センサー７９は、部分的にリング６２中の非常に
深い穴６２ａの中へ延在していても良く、穴の深さと狭
さが、温度によるシリコンリング６２の熱輻射能の変動
を少なくとも部分的に遮蔽するために役立って、センサ
ーがむしろ灰色体輻射器のような挙動を示し、より信頼
性の高い温度測定を実現する。

【００６２】図２１は、もう１つの変形例を示している
が、ここでは天井５２自体を分割して、互いに電気的に
絶縁され、差動制御される単一のＲＦパワーソースから
得られる別個の出力であってもよい独立したＲＦパワー
ソース２１４、２１６により個別にバイアスされる、内
側のディスク５２ａと外側の環状体５２ｂとしてもよ
い。

【００６３】他の実施形態では、例えば従来のマイクロ
プロセッサとメモリを含むプログラム式電子制御装置等
の、図２０および図２１に示すユーザーアクセス可能な
中央制御装置３００が接続されて、中央および周縁部ガ
ス供給管６４ａ、６４を通るガスの流量、内側および外
側アンテナ４２、９０に与えられるＲＦプラズマソース
のパワーレベル、天井５２と側壁５０にそれぞれ与えら
れるＲＦバイアスパワーレベル（図２０）、また、内側
および外側天井部分５２ａ、５２ｂに与えられるＲＦバ
イアスパワーレベル（図２１）、天井５２の温度および
シリコンリング６２の温度を同時に制御する。天井温度
制御装置２１８は、天井温度センサー７６による測定温
度と、予めコントローラに記憶されている所望の温度と
を比較して、ランプパワーソース２２０から加熱器ラン
プ７２’に印加されるパワーを管理する。リング温度制
御装置２２２は、リングセンサー７９が測定するリング
温度と、コントローラ３００に予め記憶されている所望
リング温度とを比較して、加熱器パワーソース２２４か
ら、シリコンリング６２に面している加熱器ランプ７７
に印加されるパワーを制御する。主制御装置(master co
ntroller)３００は、温度制御装置２１８および２２２
の所望温度と、ソレノイドパワーソース６８、９６のＲ
Ｆパワーレベルと、バイアスパワーソース２１０、２１
２（図２０）または２１４、２１６（図２１）のＲＦパ
ワーレベルと、ＲＦパワーソースによって印加されるウ
ェハバイアスレベルと、各種ガス供給源（または別個の
バルブ） によってガス入口６４ａ−ｄに供給されるガ
ス流量と、を管理する。ウェハのバイアスレベルを制御
するために重要な点は、ウェハペデスタル５４と天井５
２とのＲＦ電位の差異である。従ってペデスタルＲＦパ
ワーソース７０あるいは天井ＲＦパワーソース２１２の
いずれかを、単純にＲＦアースへの短絡としてもよい。
このような、プログラム方式の統合制御装置を用いれ
ば、ユーザーは、ワークピース中央と周縁部の間の、Ｒ
Ｆソースパワー、ＲＦバイアスパワー、およびガス流量
の配分を簡単に最適化でき、ワークピース表面全体にわ
たって、中央部から縁部までの最大のプロセス均一性
（例えばエッチング速度およびエッチングの選択性に関
する均一な半径方向の分布）を達成できる。更に、（制
御装置３００を介して）ペデスタル５４と天井５２のＲ
Ｆパワーの差異に対し、ソレノイド４２、９０に印加さ
れるＲＦパワーを調節することにより、ユーザーは誘導
結合を基調とするモードあるいは容量結合を基調とする
モードで反応装置を作動させることができる。

【００６４】図２０中で、ソレノイド４２、９０、天井
５２、側壁５０、（あるいは図２１のように内側および
外側の天井部分５２ａおよび５２ｂ）に接続される各種
パワーソースについては、これまでＲＦ周波数で作動す
る、と述べてきたが、本発明は特定周波数域に限定され
ることはなく、本発明の実施に際して当業者により、Ｒ
Ｆ以外の周波数が選択されてもよい。

【００６５】本発明の好ましい実施形態において、熱伝
導率の高いスペーサ７５、天井５２、および側壁５０
は、一片の結晶シリコンから共に一体形成される。

【００６６】図８を再度参照すると、好ましいプラズマ
処理チャンバは、ウィンドウ／電極５２を含む。上記引
用した各出願中に詳しく述べられている通り、ウィンド
ウ／電極５２は、半導体材料で製作されており、１個以
上の外部（外側チャンバ）アンテナまたはコイルからチ
ャンバ内のプラズマへのＲＦ電磁または誘導パワー結合
に対するウィンドウとしての役目と、チャンバ内部のプ
ラズマへのＲＦパワーの静電的または容量的結合のため
の（または、そのようなＲＦパワーの容量的または静電
的結合の終端処理を行なったり、接地経路または戻り経
路を提供したりするための）、あるいはワークピースま
たはウェハをバイアスさせるための電極としての役目の
両方を果たす。

【００６７】ウィンドウ／電極５２は、上記参照の各出
願で述べられている通り、どのような形状としてもよい
が、この例では略平坦なディスクであって、上記引用出
願で述べられているようなプラズマの制限等の目的で、
ディスクから外部方向に延在する円筒形壁面またはスカ
ート(skirt)をオプションで含む場合がある。

【００６８】ウィンドウ／電極５２は、熱伝導材料７５
を介してヒートシンク７４と境界を接している。一般に
ヒートシンク７４は水冷式の金属プレートで、アルミニ
ウムまたは銅等の良好な熱導体とするのが好ましいが、
任意で非金属としてもよい。ヒートシンク７４は一般に
冷却装置であって、水やエチレングリコール等の液体冷
却剤を使用し、ヒートシンク７４内にあって十分な表面
積を持つ冷却通路の中を、閉ループ式熱交換器つまり冷
却器によって、冷却流体を強制的に流動させる型が好ま
しい。液体の流量または温度は、ほぼ一定に維持され、
温度制御システムの出力変数としてもよい。

【００６９】ウィンドウ／電極に熱を与えるには、輻射
加熱を利用するのが好ましい。輻射加熱器７２は、ハロ
ゲンと不活性ガスの混合気を充填させた石英エンベロー
プを利用する複数のタングステンフィラメントランプで
ある。輻射加熱器が他の型の加熱器よりも好ましいの
は、サーマルラグが最小限で済むからである。タングス
テンフィラメントランプの熱キャパシタンスは非常に低
いため、パワーセッティングの変化に対するフィラメン
ト温度（すなわちパワーアウトプットも同様）の時間応
答が非常に短く（＜１秒）、更に、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輻射によるものなの
で、加熱に対する全体的なサーマルラグが最小限度で済
む。加えて、タングステンフィラメントランプの熱キャ
パシタンスは非常に低いため、ランプ内に蓄えられる熱
エネルギーの量が非常に小さく、制御装置から加熱パワ
ーの低減が要求された場合でもフィラメントの温度を迅
速に低下させることができると同時に、ランプの出力も
即座に低下する。図８に示されている通り、ランプ７２
は負荷（ウィンドウ／電極５２）に対して直接輻射を行
い、可能な限り最も迅速なレスポンスを得る。しかし、
別構造として、ランプ７２は熱伝導材料７５に輻射して
もよい。ウィンドウ／電極の熱均一性を向上させるた
め、１つ以上のゾーンで、すなわちウィンドウ／電極の
中心軸から２カ所以上の半径位置にランプを置いて、ラ
ンプ加熱を提供してもよい。最大の熱均一性を得るた
め、２つ以上のゾーンに置かれたランプに個別の制御機
能を提供し、各ゾーンがそれぞれ独自の温度測定、制御
装置および出力変換器を活用する方式としてもよい。こ
の方式は特に、プロセスパラメーター、プロセスの内
容、プロセスシーケンスまたはその他の周辺条件によっ
て、チャンバ内部からの熱流束が変化する場合に有効で
ある。

【００７０】熱伝導材料７５とウィンドウ／電極５２が
２個の独立した部品である場合に存在する熱接触抵抗を
排除するため、熱伝導材料７５は、同一材料で作られる
ウィンドウ／電極５２と一体で形成し単一部品構造とし
てもよい。別構造として、熱伝導材料７５とウィンドウ
／電極５２は、熱伝導材料７５とウィンドウ／電極５２
の間の熱接触抵抗を最小限に抑えながら、同一または異
なる材料の２個の部品を一体に接合したもの（ウィンド
ウ／電極５２は誘導アンテナ９０、９２、および／また
は４２、４４を使ったＲＦパワーまたはマイクロ波パワ
ーの誘導または電磁結合のために用いられることから、
電気抵抗の大きい材料を使用するのが好ましい。）とし
てもよい。

【００７１】また別構造として、熱伝導材料７５とウィ
ンドウ／電極５２を同一または異なる材料の２個の部品
とし、接触抵抗を介してインターフェース連結してもよ
い。この場合、熱伝導材料７５は電気抵抗が大きく、熱
伝導率の高い材料でできているのが好ましい。加えて、
密度と比熱の積が小さい方が好ましい。例として、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＡｌＮ、およびＡｌ₂Ｏ₃が挙げられる。

【００７２】ＳｉＣの特性を以下に示す。

【００７３】 熱伝導率： １３０ワット／メートル＊ケルビン 電気抵抗： ＞１０⁵オーム＊センチメートル 比熱： ０．６６ジュール／グラム＊ケルビン 密度： ３．２グラム／ｃｍ³ 軽く（激しくない）ドーピングが施され（すなわち１０
¹⁴／ｃｍ³）ていて、かつ以下の特性を有していれば、
シリコンを使用してもよい。

【００７４】 熱伝導率： ８０ワット／メートル＊ケルビン 電気抵抗： ２０−１００オーム＊センチメートル 比熱： ０．７ジュール／グラム＊ケルビン 密度： ２．３グラム／ｃｍ³ この他、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムも使
用できる。

【００７５】ヒートシンク７４の近接区域に電気抵抗の
高い接合材料が要求される制約がなければ、既知の技術
（例えば、熱可塑性材料、エポキシ等の接合材料、ある
いはその他の有機または無機接合材料の使用）により、
熱伝導材料７５をヒートシンク７４に接合してもよい。
この方法では、熱伝導材料７５とヒートシンク７４との
間の熱接触抵抗が非常に低くなる。

【００７６】熱伝導材料７５はまた、金属製の場合には
それぞれの誘導アンテナ９０、９２および／または４
２，４４の近傍に生じる誘導フィールドに対して接地平
面またはリフレクタを形成するヒートシンク７４から、
誘導アンテナ９０、９２および／または４２、４４を分
離する役割も果たす。ヒートシンク７４が金属製で、し
かも誘導アンテナ９０、９２および／または４２、４４
に近過ぎる場合には、接地平面に渦電流が誘導され、誘
電損を招く。そのうえ、アンテナ９０、９２および／ま
たは４２、４４を通るＲＦ電流が、一定のＲＦパワーを
駆動する電流としては非常に大きくなって、回路内のＩ
²Ｒ損失を増大させる。アンテナ９０、９２および／ま
たは４２、４４はそれぞれ、外径１／４”のテフロン管
で絶縁を施した直径３／１６”の水冷銅管から成る４回
巻きの巻線であり、全高１”のコイルとなっている。ウ
ィンドウ／電極５２と金属製ヒートシンク７４との間の
容認できる距離は、約２”であるため、アンテナ９０、
９２および／または４２，４４のトップとヒートシンク
７４との間には約１”の距離ができることになる。

【００７７】上述した通り、材料を一体に接合すること
により、熱伝導材料７５とウィンドウ、電極５２の間、
および熱伝導材料７５とヒートシンク７４の間の熱接触
抵抗を最小限に抑えることができる。また上記ではウィ
ンドウ／電極５２と熱伝導材料７５とを一片の材料で形
成し、１つの熱接触抵抗を排除する例も述べた。しか
し、場合によっては、１つあるいは両方の熱接触抵抗を
排除できないことがある。しかしながら、プラズマ反応
装置のある特色によって、その熱接触抵抗を最小限に抑
えることができるので、以下にその特色を紹介する。

【００７８】２つのパーツ間の熱接触抵抗は２つの並立
するエレメントから成り、１）パーツ間の機械的な点接
触、そして２）空気（または他の媒体）を介するパーツ
間の伝導である。空気またはその他の媒体がないと、２
つのパーツ間の熱接触抵抗は非常に高くなり、一般的な
プラズマ反応装置の作動中にウィンドウ／電極５２に大
きな熱負荷がかかるため、ウィンドウ／電極５２の加熱
および／または冷却に関しては一般に許容できる範囲に
ない。空気の存在により機械的な点接触のみの場合より
も熱接触抵抗は低くなるが、両部分の表面粗さと平面度
とによって決まる部分間の有効隙間の大きさにより、略
限界状態にある。パーツ間の有効隙間に対して気体の平
均自由行程が小さい、連続高圧状態にある空気では、気
体の圧力に対して空気の熱伝導率が不変であるため、単
位面積当たりの熱伝導係数は単に、有効隙間に対する空
気の熱伝導率の割合となる。大気圧下で摂氏１００度の
空気では、熱伝導率はおよそ０．０３ワット／メートル
＊ケルビンである。低いチャンバ圧力と、２つの部分間
の機械的な接触は点接触に限られているという事実によ
り、隙間を介する熱伝導は制限される。

【００７９】熱伝導を向上させるために、（好ましく
は）ヘリウム、またはアルゴン、キセノン、その他の不
活性ガスのうちのいずれかのような熱伝導性ガスを、熱
伝導材料７５とヒートシンク７４の間の隙間、および／
または、熱伝導材料７５とウィンドウ／電極５２の間の
隙間に、プラズマ反応装置の第一の実施形態に従って配
置することができる。隙間の熱伝導性ガスは、チャンバ
圧を上回る高さから、大気圧と同じ高さまでに加圧され
るのが最もよいが、隙間の熱伝導ガスの圧力はチャンバ
圧と大気圧の間とするのが好ましい。ヘリウムは大気圧
下摂氏１００度において、０．１８ワット／メートル＊
ケルビンの熱伝導率を有するため、熱伝導性ガスとして
好ましい選択と言える。熱伝導材料７５とヒートシンク
７４の間の熱接触抵抗を最小限に抑えるために、本明細
書の以下の部分で説明する通り、ヒートシンク７４内部
にあるヘリウム分配用マニフォルドを介して各部の間の
インターフェースにそれぞれヘリウムを供給することが
できる。同じく以下に詳しく説明する通り、小さな断面
積と低いデュロメータ（硬度計）値のＯ−リングを使っ
て、ヘリウムの漏れ、および熱伝導材料７５とヒートシ
ンク７４の間の熱伝導を少なくすることができる。熱伝
導材料またはリング７５のトップ面からの貫通穴によ
り、ヒートシンク７４と熱伝導材料リング７５の間の上
側インターフェースから、熱伝導材料７５とウィンドウ
／電極５２の間のインターフェースまでヘリウムの通路
を連結できる。それぞれの熱伝導リング７５は、ＲＦフ
ィールドを吸収する傾向を持たない任意の優れた熱導体
で形成してよい（例えば電気抵抗が相対的に高い熱導
体）。適切な材料として炭化ケイ素が挙げられるが、他
の材料を使用しても良く、窒化シリコン、窒化アルミニ
ウム、または酸化アルミニウムを含む種類のセラミック
材料等の、半導体または誘電体が使用可能である。ただ
し、熱伝導リング７５用の材料としては炭化ケイ素が好
ましい。ヒートシンク７４内部に位置する上述のヘリウ
ム分配用マニフォルドには、空気によるヘリウムの希釈
を最小限に抑えるために大気圧を幾らか上回る圧力で、
ヘリウムを供給することができる。このようにしない
と、熱接触抵抗が大きくなる恐れがある。

【００８０】熱接触抵抗を最小限に押さえるため、熱伝
導材料７５とウィンドウ／電極５２との間、そして熱伝
導材料７５とヒートシンク７４との間に他の材料を使用
してもよい。例として、窒化ホウ素、または炭化ケイ
素、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、およびそれらの類似材料等、熱伝導
性の従属性エラストマパッド（compliant elastomeric
pads）が挙げられる。ヒートシンク７４近傍のインター
フェースには、金属を含浸処理を施したエラストマパッ
ドを使用してもよいが、一般にウィンドウ電極５２の近
傍には導体を配置してはならない、という上記説明と同
じ理由で、ウィンドウ／電極５２近傍ではそのようなパ
ッドを使用してはならない。１１００系アルミニウム、
インジウム、銅、またはニッケルのようなソフトメタル
は、ヒートシンク７４近傍のインターフェースには使用
してもよいが、上記で説明した理由によりウィンドウ／
電極近傍では使用してはならない。

【００８１】冷却容量および加熱パワー要件は、１）そ
のウィンドウ／電極について必要とされる温度制御域、
２）最小および最大の、熱の内部負荷（heat internal
loads）、３）ウィンドウ／電極、熱伝導材料、ヒート
シンクプレート、および、ヒートシンクプレート、熱伝
導材料、およびウィンドウ／電極の間のインターフェー
スに関する、材料の特性および物理的寸法、そして４）
ヒートシンクの温度、に応じて最適に選択されるか、サ
イズを決定する。一般に、内部的な熱負荷が最も高い状
態で必要とされる、ウィンドウ／電極の最低作動温度に
対応して、冷却容量のサイズを決定し、そして内部的な
熱負荷が最も低い状態（一般に内部熱負荷ゼロ）で必要
とされる、ウィンドウ／電極の最高作動温度に対する冷
却を圧倒するように、加熱パワーのサイズを決定する。

【００８２】図２２は図８の一部についての拡大図に相
当し、半導体ウィンドウ電極５２と一体形成されない熱
伝導性のスペーサ７５の両面（トップ面およびボトム
面）にある、熱伝導性ガスインターフェースについて上
記コンセプトの１つの実施形態を示す。図２２では、上
方に置かれたコールドプレート７４が、複数の円筒形ス
ペーサリング７５と下方に横たわる半導体ウィンドウ電
極５２とを、図８に示されている通り間に挟んでいる。
上記で検討したように、それぞれのスペーサまたはトー
ラス７５は、半導体ウィンドウ電極５２とは異なる材料
とすることも可能である。コールドプレート７４の中に
はマニフォルド１０００が形成され、この中にヘリウム
等の熱伝導性ガスをソース１０１０から正圧で供給する
ことができる。２つの部分間の細い隙間内部での圧力
が、反応装置チャンバ圧を実質的に上回るが、大気圧よ
りは低い状態に保たれるようソース１０１０の正圧を選
択するのが好ましいが、必ずしもそのようにしなくても
よい。ガスオリフィス１０２０は、コールドプレート７
４とスペーサ７５の間のトップ面インターフェース１０
３０に、マニフォルド１０００を連結して、熱伝導性ガ
ス（例えばヘリウム）をインターフェース１０３０中の
ボイドに充填させる。スペーサ７５のトップ面とボトム
面の間を貫いて、軸上通路１０４０が設けられている。
軸上通路１０４０は、トップ面インターフェース１０３
０と、スペーサ７５のボトム面と下に横たわる半導体ウ
ィンドウ電極５２との間にあるボトム面インターフェー
ス１０５０を連結する。軸上通路１０４０は、トップ面
インターフェース１０３０からボトム面インターフェー
ス１０５０への熱伝導性ガスの流れを許容し、ボトム面
インターフェース１０５０中のボイドに充填させて、ト
ップ面およびボトム面のインターフェース１０３０、１
０５０の両方に熱伝導性ガスを充填させる。ガス源１０
１０が熱伝導性ガスのマニフォルド１０００を正圧に
（例えばチャンバ圧よりも５ｐｓｉ高く）保つため、ガ
スは両インターフェース１０３０、１０５０へと流れ
る。インターフェース１０３０、１０５０からの熱伝導
性ガスの漏れを減じるまたは防止するため、組立時に、
トップ面およびボトム面インターフェース中に小さい断
面積のＯ−リング１０７０、１０８０がそれぞれ挟み込
まれている。Ｏ−リング１０７０、１０８０は、それぞ
れのガスマニフォルド１０００、１０４０と連通してい
る、それぞれのインターフェース１０３０、１０５０
の、ほぼ無限小に薄いガス含有容積を画成する。

【００８３】図２３は、半導体ウィンドウ電極５２と一
体形成された、一揃いの伝導性トーラススペーサ７５を
収容するように、図２２の実施形態をどのように改変す
るかを示す。この場合、熱伝導性ガスで充填させるべき
インターフェースは、トップ面のインターフェース１０
３０のみである。

【００８４】図２４は、図８の一部拡大図に相当し、半
導体ウィンドウ電極５２と一体形成されない熱伝導性の
スペーサ７５の両面（トップ面およびボトム面）にあ
る、固体インターフェース材料について上記コンセプト
の１つの実施形態を示す。図２２では、上方に置かれた
冷却版７４が、複数の円筒形スペーサリング７５と下方
に横たわる半導体ウィンドウ電極５２とを、図８に示さ
れている通り間に挟んでいる。上記で検討したように、
それぞれのスペーサまたはトーラス７５は、半導体ウィ
ンドウ電極５２とは異なる材料とすることも可能であ
る。熱伝導性の固体インターフェース材料層１０８５、
１０９０が、トップ面およびボトム面インターフェース
１０３０、１０５０のいずれか一方、または両方それぞ
れに配置される。トップ面およびボトム面インターフェ
ース１０３０、１０５０の片方のみに固体材料層を配置
する場合には、残りのインターフェースに図２２の方法
で熱伝導性ガスを充填させてもよい。ただし図２４で
は、熱伝導性固体インターフェース材料層が、両インタ
ーフェース１０３０、１０５０にある場合を図示してい
る。上記で検討した通り、トップ面インターフェース１
０３０の固体インターフェース材料層１０８５はソフト
メタルでもよいが、ボトム面インターフェース１０５０
の固体インターフェース材料層１０９０は、電極５２の
隣にあるため、導電性が高くてはならない。トップ面の
層１０８５は、ソフトアルミニウム、インジウム、銅、
またはニッケル、あるいはそのような金属の粉または粒
子で含浸したエラストマとしてもよい。トップ面および
ボトム面層１０８５、１０９０のうちどちらか一方は、
窒化ホウ素、電気抵抗の大きい（例えばバルク（bul
k））炭化ケイ素またはシリコン、窒化アルミニウム、
酸化アルミニウムおよび類似の材料等の、熱伝導性で電
気的絶縁性である材料の粉または粒子で含浸したエラス
トマでもよい。別構造として、材料層１０８５、１０９
０のいずれか一方または両方を、熱可塑性材料、エポキ
シ等の接合材料、あるいはその他の有機または無機接合
材料としてもよい。

【００８５】図２５は、半導体ウィンドウ電極５２と一
体形成された、一揃いの伝導性トーラススペーサ７５を
収容するように、図２４の実施形態をどのように改変す
るかを示す。この場合、充填させるべきインターフェー
スは、トップ面のインターフェース１０３０のみであ
る。

【００８６】本発明はまた、図８に関連して上述した、
ポリマー硬化前駆体材料の加熱された使い捨てリング６
２等、反応装置チャンバ内部の、冷却が困難な加熱され
た部品に関する厳しい冷却の問題も解決する。（加熱器
が備えられていない場合、リング６２はプラズマ加熱に
よってのみ加熱され得るのだが、それでもなお冷却を必
要とする。）更に本発明は、直接加熱が困難な反応装置
チャンバ内部の加熱部分の問題についても解決する。

【００８７】図２６および２７に関して、リング６２の
真下にあって熱接触するコールドプレート１１００は、
冷却流体循環ポンプ１１２０から冷却流体を受ける内部
冷却流体ジャケット１１１０を有する。コールドプレー
ト１１１０とリング６２の間のインターフェース１１３
０は、（図２６のような）熱伝導性ガスまたは（図２７
のような）熱伝導性の固体材料層１１４０等の、熱伝導
性強化物質で満たされている。熱伝導性ガスは、不活性
ガス等、熱を伝導する能力を持ったガスなら何でも良
く、あるいは反応装置チャンバ中で使われるプロセスガ
スに類似するガスでさえも可能であるが、ヘリウムのよ
うな不活性ガスの方が好ましい。熱伝導性ガスを使った
図２６の実施形態の場合、コールドプレート１１００を
貫通するマニフォルド１１５０が、熱伝導性ガス源１１
６０に連結されていて、これがマニフォルド１１６０を
介して熱伝導性ガスをインターフェース１１３０の中に
供給する。リングを所定の位置に装着する際、コールド
プレート１１００とシリコンリング６２の間に、エラス
トマ製で断面積が小さいＯ−リング１０７０’を挟み込
むことによって、インターフェース１１３０からのガス
漏れを制御し、損失を少なくするか、または防止するの
が好ましい。

【００８８】隙間の中の熱伝導性ガスとしてはヘリウム
が好ましいが、準大気圧反応装置チャンバ内部の加熱さ
れた、あるいは冷却された部分に応用する場合には、処
理ガスを含む全てのガスを、チャンバ圧より大きいが大
気圧より低い圧力下におけば十分である。そのような場
合には、チャンバ内へのガスの漏洩を許容しても良く、
Ｏ−リングまたはエラストマ等の周縁部シール材を使用
する必要がない。熱伝導性ガス（または「熱伝導ガ
ス」）がチャンバ圧を上回るように加圧されているた
め、何らかのクランプ力を印加しなければならない。そ
のようなクランプ力は、機械的なものでも、またはプレ
ート１１００とリング６２との間に静電的に誘導された
ものでもよい。そのような静電クランプ機能は、プレー
ト１１００とリング６２との間に置かれ、少なくとも部
分的に電気絶縁ができる材料が必要となる。このような
機能があれば、熱伝導性ガスの漏洩を制御するための周
縁部シール材は不要となる。このような静電クランプ機
能については、図３０を参照して本明細書の以下に述べ
る。

【００８９】熱伝導性ガスは任意の適切なガス源(sourc
e,ソース)から導くことができる。例えば、ウェハのペ
デスタルが、ウェハの下にヘリウム冷却を使用している
のであれば、共通のヘリウム源を使って、ウェハの冷却
と同時にチャンバ内の他のもの（例えばリング６２）も
冷却するようにしてもよい。

【００９０】図２７の実施形態において、固体熱伝導性
材料の層１１４０は、軟アルミニウム、インジウム、
銅、またはニッケル、あるいはそのような金属の粉体ま
たは粒子を含浸したエラストマとしてもよい。あるいは
窒化ホウ素、電気抵抗の大きい（例えばバルク（bul
k））炭化ケイ素またはシリコン、窒化アルミニウム、
酸化アルミニウムおよび類似の材料等、熱伝導性で電気
的絶縁性である材料の粉体または粒子を含浸したエラス
トマとしてもよい。

【００９１】プラズマ反応装置はまた、チャンバ壁面お
よびチャンバライナの冷却についても同様に配慮してい
る。図２８を参照すると、上記で検討した任意の反応装
置のチャンバ側壁５０は、壁５０の外側部分に隣接する
外側コールドプレート１２１０によって冷却され得る。
コールドプレートは、内部冷却流体ジャケット１２２０
を含み、その中を冷却ポンプ１２３０により冷却流体が
再循環している。コールドプレート１２１０と側壁５０
との間のインターフェース１２４０は、ガスを正圧に保
つガス源からコールドプレート１２１０を貫通するマニ
フォルド１２４５を介してインターフェース１２４０に
送られる熱伝導性ガス（ヘリウム等）で満たされる。イ
ンターフェース１２４０からの熱伝導性ガスの漏れは、
組立時にコールドプレート１２１０と側壁５０との間に
挟み込まれたＯ−リング１２６０により削減または防止
される。Ｏ−リング１２６０は、ほぼ無限小に薄くかつ
マニフォルド１２４５と連通するインターフェース１２
４０のガス含有容積を画成する。

【００９２】内部チャンバーライナ１３００は、側壁５
０等、冷却された本体への熱伝導によって冷却され得
る。プラズマ反応装置によれば、ライナ１３００と側壁
５０の内側表面との間のインターフェース１３１０を、
ヘリウムのような熱伝導性ガスで満たすことにより、そ
のような冷却は促進される。この目的のため、半径方向
の狭いガスチャネル１３２０が側壁５０を貫通して設け
られ、外側側壁表面上のインターフェース１２４０と内
側側壁表面上のインターフェース１３１０との間にガス
流を提供する。マニフォルド１２４５を介して供給され
る熱伝導性ガスが、外側表面のインターフェース１２４
０を満たし、チャネル１３２０を介して、ライナー１３
００と側壁５０との間にある内部表面インターフェース
１３１０を満たす。ガスの漏れを防止または削減するた
め、側壁５０とライナ１３００との間に組立時、Ｏ−リ
ング１３７０を挟み込む。Ｏ−リング１３７０は、側壁
５０内のガスチャネル１２４５と連通するインターフェ
ース１３１０内部の、ほぼ無限小に薄いガス含有容積を
画成する。

【００９３】図２９は、熱伝導性ガスを、インターフェ
ース１２４０および１３１０中の、各固体材料層１３７
０、１３８０で置き換えることにより、図２８の実施形
態がどのように改変されるかを示している。図２９の実
施形態において、固体熱伝導性材料のそれぞれの層１３
７０、１３８０は、ソフトアルミニウム、インジウム、
銅、またはニッケル、あるいはそのような金属の粉また
は粒子で含浸したエラストマとしてもよい。あるいは窒
化ホウ素、電気抵抗の大きい（例えばバルク（bulk））
炭化ケイ素またはシリコン、窒化アルミニウム、酸化ア
ルミニウムおよび類似の材料等の、熱伝導性で電気的絶
縁性である材料の粉体または粒子を含浸したエラストマ
としてもよい。

【００９４】図３０は、コールドプレート１１００にリ
ング６２の静電クランプ機能を含めるために、図２６の
実施形態がどのように改変され得るかを示している。図
２６では、ポリマー硬化前駆体リング６２とコールドプ
レート１１００との間に、誘電層１４１０が挿入され、
クランプスイッチ１４３０を介してＤＣ電圧ソース１４
２０からの静電クランプ電圧がコールドプレート１１０
０に与えられる。絶縁または誘電層１４１０の導入によ
り、コールドプレート１１００と絶縁層１４１０の間の
隙間１１３０ａ、およびリング６２と絶縁層１４１０の
間の隙間１１３０ｂが生じる。絶縁層１４１０には、そ
れを貫通する通路１４１２があって、通路１１５０から
隙間１１３０ａに供給されるガスが、他方の隙間１１３
０ｂに流れ込むことが可能となっている。図３０には両
隙間１１３０ａおよび１１３０ｂをシールするＯ−リン
グ１０７０’が示されているが、誘導される静電クラン
プ力の大きさによってはこのようなＯ−リングは不必要
な場合もある。

【００９５】プラズマ反応装置は、チャンバ内側の反応
装置受熱エレメント（チャンバーライナ、使い捨てシリ
コンリング等）あるいは、チャンバ外側の反応装置受熱
エレメント（ウィンドウ電極、側壁等）、並びにコール
ドプレートまたは冷却シンクの間のインターフェースに
またがる熱伝導性について、大幅な（ヘリウムを導入す
る場合にはおよそ６倍の規模で）向上を見せる。その結
果、プラズマ反応装置の多数の主要部品について温度の
自動制御性が向上し、先行技術を超える新たな性能に到
達する。本発明は、さまざまなインターフェースにおけ
る２種類の特性モードのいずれかにより、あるいはそれ
らを組み合わせてこれを達成する。すなわち、（ａ）熱
伝導性ガスをインターフェース内部に導入し、（ｂ）イ
ンターフェースに熱伝導性の固体層を導入する。このこ
とが、効果的に制御された同エレメントの加熱操作との
組み合わせで、加熱および冷却されるそのような各エレ
メントの正確なフィードバック制御を許容する。

【００９６】熱伝導材料の選択および／または反応装置
の物理的な大きさを選択する際の、冷却伝導度要件
（Ｇ）は、以下のように決定される。

【００９７】すなわち、Ｇ＝総合最大内部熱負荷（ワッ
ト）／デルタＴ１（摂氏）である。ここで、デルタＴ１
はヒートシンク温度と、ウィンドウ／電極の最低温度と
の差である。

【００９８】代替として、すでに熱伝導材料および物理
的な寸法が選択されている場合には、上記の等式を、Ｇ
の関数としてデルタＴ１を求める式に変換し、単純に計
算してもよい。

【００９９】ついで、加熱力は以下のように決められ
る。

【０１００】すなわち、Ｐ＝制御面に伝えられる、総合
外部加熱力要件（ワット）とすると、Ｐ＝（Ｇ＊デルタ
Ｔ２）−Ｐｍｉｎである。

【０１０１】ここで、Ｇは、上記よりの冷却伝導度（単
位ワット／摂氏）、デルタＴ２＝ヒートシンク温度とウ
ィンドウ／電極の最高温度との差、Ｐｍｉｎは、ウィン
ドウ／電極上の最小内部熱負荷である。

【０１０２】実施例１ ウィンドウ／電極５２および熱伝導リング７５が、モノ
リシックな一片として一体形成され、ウィンドウ／電極
５２は直径１２．８１インチ、厚さ０．８５インチの平
坦な円盤である。以下の内径および外形を持つ、同軸の
円筒形状を持つ高さ２”の一揃い４個の熱伝導リング
（７５）が、ウィンドウ／電極と一体形成されている： １．外側熱伝導リング − 外径１２．８０”、内径１
０．７９” ２．中間熱伝導リング − 外径９．０１０”、内径
７．５９５” ３．内側熱伝導リング − 外径５．７１５”、内径
３．９４０” ４．中心熱伝導リング − 外径２．２６０”、内径
０．９４０” ウィンドウ／電極５２と、一体化された一揃いの同軸円
筒形熱伝導リング７５は、以下の熱特性および電気特性
を有する多結晶性シリコンの単一のインゴットから共に
製造される。

【０１０３】ドーピングレベル： １０¹⁴／ｃｍ³、ホ
ウ素またはリン 熱伝導性： ８０ワット／メートル＊ケルビン 電気抵抗： ２０から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 複数の７５０ワット＠１２０ボルトｒｍｓタングステン
フィラメントランプ７６を使用する。ランプの数は、実
測７３％効率（出力電力／ａｃ入力電力）、並びに（ラ
ンプの寿命を長く保つため）４００ワット＠８０ボルト
ｒｍｓ最大作動レベルに基いて選択する。２つのヒート
ゾーンを使用し、外円上の複数ランプが１つ（外側）の
ゾーンを有し、また内円上および中央の複数ランプが第
二（内側）のゾーンを有する。各ゾーンが独自の温度測
定装置（ウィンドウ／電極にスプリングで押し付けられ
たＫ型熱電対）と、同じく独自の出力変換器（位相角制
御装置）を有している。Ｓｙｌｖａｎｉａ製ランプを次
のように配備する。

【０１０４】直径１３．５５”の円上に、等角度間隔
（２４度）でランプを１５個、直径６．６５５”の円上
に、等角度間隔（２４度）でランプを１５個、中央軸上
にランプを１個。

【０１０５】外側のランプ環を、ヒートシンク７４と一
体の、艶出しアルミニウム製の円筒形リフレクタで外側
を囲う。

【０１０６】外側のソレノイドアンテナ９０は、外径１
／４”のテフロン管で絶縁を施した直径３／１６”の水
冷銅管から成る４回巻きの巻線であり、上記引用した特
許出願で説明されている通りに巻かれた全高１”、平均
径１０”のコイルとなっている。

【０１０７】内側のソレノイドアンテナ４２は、外径１
／４”のテフロン管で絶縁を施した直径３／１６”の水
冷銅管から成る４回巻きの巻線であり、上記引用した特
許出願で説明されている通りに巻かれた全高１”、平均
径３．２５”のコイルとなっている。

【０１０８】ヒートシンク板７４は、２ガロン／分の流
速を持つ、５０／５０％−水／エチレングリコール混合
流体を使った閉ループ式熱交換器によって摂氏７５度に
保たれる水冷のアルミニウム板である。ヒートシンク７
４は、ランプソケットを覆い、ランプが本質的に持つソ
ケットへの損失（約２７％）のために必要となるランプ
７６への冷却を提供する。ヒートシンク板７４は、内側
および外側のソレノイドアンテナ４２、９０のためのフ
ィードスルーを含む。ヒートシンク７４はまた、アンテ
ナ４２、９０のための接地面としても機能する。ヒート
シンク板７４は、各熱伝導リング７５外径のすぐ内側お
よび各熱伝導リング７５内径のすぐ外側に配備される、
直径０．１３９インチ、３０デュロメーターの軟質Ｏ−
リングを収容するためのＯ−リング溝を含む。ヒートシ
ンク７４は、一体化された一揃いの同軸円筒型熱伝導リ
ング７５のトップ部上に装着される。両表面（ヒートシ
ンク７４のボトム面および、熱伝導リング７５のトップ
面）の面粗さは１マイクロインチ未満である。各表面の
平面度は０．０００５インチ未満である。ヒートシンク
ボトム面と熱伝導リングトップ面との有効隙間は、０．
００１インチ未満である。

【０１０９】実施例２ ウィンドウ／電極５２と熱伝導リング７５は、異なる材
料で形成される別個の部材である。ウィンドウ／電極５
２は、直径１４．５２インチ、厚さ０．８５インチの平
らな円盤である。以下の内径および外形で、同軸の円筒
形状を持つ高さ２”の独立した４個一揃いの熱伝導リン
グ７５が、ヒートシンク板とウィンドウ電極との間に配
置されている： １．外側熱伝導リング − 外径１２．７０”、内径１
０．６７” ２．中間熱伝導リング − 外径８．８８３”、内径
７．６７６” ３．内側熱伝導リング − 外径５．５７６”、内径
３．９２０” ４．中心熱伝導リング − 外径２．０８０”、内径
１．０５０” ウィンドウ／電極５２は、以下の熱特性および電気特性
を有する多結晶性シリコンの単一のインゴットから製造
される。

【０１１０】ドーピングレベル： １０¹⁴／ｃｍ³、ホ
ウ素またはリン 熱伝導性： ８０ワット／メートル＊ケルビン 電気抵抗： ２０から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 同軸の円筒形状を持つ一揃いの熱伝導リング７５は、以
下の熱特性および電気特性を有するＳｉＣ（炭化ケイ
素）から製作される。

【０１１１】 熱伝導性： １３０ワット／メートル＊ケルビン 電気抵抗： １０⁵オーム＊ｃｍ 比熱： ０．６５５ジュール／グラム＊ケルビン 密度： ３．２グラム／ｃｍ³ 複数の７５０ワット＠１２０ボルトｒｍｓタングステン
フィラメントランプ７６を使用する。ランプの数は、実
測７３％効率（出力電力／ａｃ入力電力）、並びに（ラ
ンプの寿命を長く保つため）４００ワット＠８０ボルト
ｒｍｓ最大作動レベルに基いて選択する。２つのヒート
ゾーンを使用し、外円上の複数ランプが１つ（外側）の
ゾーンを有し、また内円上および中央の複数ランプが第
二（内側）のゾーンを有する。各ゾーンが独自の温度測
定装置（ウィンドウ／電極にスプリングで押し付けられ
たＫ型熱電対）と、同じく独自の出力変換器（位相角制
御装置）を有している。Ｓｙｌｖａｎｉａ製ランプ７６
を次のように配備する。

【０１１２】直径１３．５５”の円上に、等角度間隔
（２４度）でランプを１５個； 直径６．６２６”の円上に、等角度間隔（２４度）でラ
ンプを１５個； 中央軸上にランプを１個。

【０１１３】外側のランプ環を、ヒートシンクと一体
の、艶出しアルミニウム製の円筒形リフレクタで外側を
囲う。

【０１１４】外側のソレノイドアンテナ９０は、外径１
／４”のテフロン管で絶縁を施した直径３／１６”の水
冷銅管から成る４回巻きの巻線であり、上記参照の特許
出願で説明されている通りに巻かれた全高１”、平均径
１０”のコイルとなっている。

【０１１５】内側のソレノイドアンテナ４２は、外径１
／４”のテフロン管で絶縁を施した直径３／１６”の水
冷銅管から成る４回巻きの巻線であり、上記参照の特許
出願で説明されている通りに巻かれた全高１”、平均径
３．２５”のコイルとなっている。

【０１１６】ヒートシンク板７４は、２ガロン／分の流
速を持つ、５０／５０％−水／エチレングリコール混合
流体を使った閉ループ式熱交換器によって摂氏７５度に
保たれる水冷のアルミニウム板である。ヒートシンクは
ランプソケットを覆い、ランプが本質的に持つソケット
への損失（約２７％）のために必要となるランプへの冷
却を提供する。ヒートシンク板７４は、上述した内側お
よび外側のソレノイドアンテナ４２、９０のためのフィ
ードスルーを含む。ヒートシンク７４はまた、アンテナ
のための接地面としても機能する。ヒートシンク板７４
と、ウィンドウ／電極５２は、各熱伝導リング７５外径
のすぐ内側および各熱伝導リング７５内径のすぐ外側に
配備される、直径０．１３９インチ、３０デュロメータ
ーの軟質Ｏ−リングを収容するためのＯ−リング溝を含
む。ヒートシンク７４は、一揃いの同軸円筒型熱伝導リ
ング７５のトップ部上に装着される。全ての表面（ヒー
トシンクのボトム面および、熱伝導リングのトップ面、
熱伝導リングのボトム面および、ウィンドウ／電極のト
ップ面）の面粗さは１マイクロインチ未満である。各表
面の平面度は０．０００５インチ未満である。ヒートシ
ンクボトム面と、熱伝導リングトップ面との有効隙間
は、０．００１インチ未満である。熱伝導リングボトム
面とウィンドウ／電極のトップ面との有効隙間は、０．
００１インチ未満である。

【０１１７】「取り外し可能型プラズマ閉込めマグネッ
トモジュール」ここで図３１を参照すると、ポンピング
環状体６０を保護するプラズマ閉込めマグネット８０、
８２は、それぞれモジュラー型（取り外し可能型）マグ
ネットライナーモジュールに収納してもよい。従って、
マグネットライナーモジュール２０１０がプラズマ閉込
めマグネット８０を保持する一方で、マグネットライナ
ーモジュール２０２０がプラズマ閉込めマグネット８２
を保持している。各マグネットライナーモジュール２０
１０、２０２０は、アルミニウム等の非磁性金属で形成
されるのが好ましい。シリコン天井５２がライナーモジ
ュール２０１０上に載設されていると同時に、ライナー
モジュール２０１０がチャンバ側壁または本体５０上に
載設されている。ＲＦガスケット２０１２およびＯ−リ
ング２０１４が、ライナーモジュール２０１０と天井５
２の間に押圧されている。他のＲＦガスケット２０１６
と、他のＯ−リング２０１８は、ライナーモジュール２
０１０とチャンバ本体５０との間に押圧されている。図
３２を参照すると、各ライナーモジュール２０１０、２
０２０は、開口部または方形の凹部２０３０を有し、そ
の中にマグネット（例えばマグネット８０）が滞留して
いる。マグネット８０は、マブネット８０とマグネット
ライナーモジュールとの間の接合層２０４０（これは例
えばエポキシ材料でよい）によって開口部２０３０の外
向きの面に接合されている。マグネット８０は、マグネ
ットライナーモジュールにレーザー溶接または電子ビー
ム溶接されて開口部を密閉し得るアルミニウムカバー２
０５０により、開口部２０３０の内側に保護されながら
シールされている。これによって、カバー２０５０とラ
イナーモジュールとの間に溶接層２０６０が形成され
る。マグネット８０、８２がプラズマとの各インタラク
ション領域にできるだけ近い位置にくるよう、ライナー
モジュール２０１０、２０２０はポンピング環状体６０
の内部壁面上に配置される。この実施形態の１つの利点
は、マグネット８０、８２がプラズマインタラクション
領域から最小限の距離にありながら、それぞれのライナ
ーモジュール２０１０、２０２０の中に密閉されている
ことである。もう１つの利点は、熱伝導性（アルミニウ
ム）ライナーと壁面との接触により、マグネットが、冷
却された本体（すなわちチャンバ壁面）と熱的に結合さ
れていて、その結果、マグネット８０、８２が冷却され
ることである。これにより、プラズマ閉込めマグネット
がキュリー温度より十分に低い温度に維持され、従って
その有効性を維持できる。このために、コールドプレー
ト７４を貫通する冷却流体通路７４ａに加えて、プラズ
マ閉込めマグネットライナーモジュール２０１０、２０
２０との接触領域近傍のチャンバ壁面内に、追加冷却流
体通路２０７０を備えることが可能である。マグネット
ライナーモジュールからチャンバ壁面への熱伝導を更に
向上させるため、隣接するチャンバ壁面に、各ライナー
モジュール２０１０、２０２０を固定具２０８０で固定
してもよい。マグネットライナーモジュール２０１０、
２０２０の１つの特色は、チャンバアセンブリから簡単
に取り外しができ、清掃が容易な点である。

【０１１８】プラズマ閉込めマグネット対８０、８２に
よるポンプ環状体６０の保護に加えて、反応装置は、ウ
ェハスリットバルブ２０８２を備えてもよい。このウェ
ハスリットバルブ２０８２は、図３２を参照しながら上
記で検討した特徴を有する一対の閉込めマグネットライ
ナーモジュール２０８８、２０９０の中に収納された、
別の一対のプラズマ閉込めマグネット２０８４、２０８
６によって保護され得る。 プラズマ閉込めマグネット
対は、ウェハスリットバルブ、チャンバ内へのガス入
口、ポンピング環状体、チャンバのウィンドウ、または
チャンバ壁面自体さえも含むこれら等の物理的なバリア
（チャンバ壁）の、任意の隙間を介したプラズマ漏れを
防止するために使用できる。プラズマ閉込めマグネット
により、チャンバのガス入口を介したプラズマ漏れをど
のように防止できるかの一例を、オーバーヘッド中央ガ
ス供給管２０９２に関して図３１に示す。中央ガス供給
管２０９２は、中央ガス供給管２０９２を挟んで互いに
向き合う少なくとも一対のプラズマ閉込めマグネット２
０９６ａ、２０９６ｂを保持する、ライナーモジュール
２０９４を収容している。別構造として、ライナーモジ
ュール２０９４を、２個の独立したモジュールに分割
し、それぞれが、一対のプラズマ閉込めマグネット２０
９６ａ、２０９６ｂのうち一方を保持してもよい。中央
ガス供給管ライナーモジュル２０９４をアルミニウムと
することが可能だが、シリコン天井５２との適合性とい
う点から、１つの選択肢としてライナーモジュール２０
９４にシリコンを使用することも可能である。反応装置
の各オリフィスまたはガス入口に、同様のプラズマ閉込
めマグネットライナーモジュールを有することができ
る。

【０１１９】中央ガス供給管プラズマ閉込めマグネット
を、天井内のライナーモジュール内部に配置する代わり
に、ライナーモジュールを使わずマグネットを天井のト
ップ面に配置することも可能である。

【０１２０】ここで言及したライナーモジュールは、必
ずしもチャンバのライナー（例えば、チャンバの内部表
面を覆う取り外し可能な部品）でなくても良く、ライナ
ーとして機能せずにプラズマ閉込めマグネット用の単な
る保護ハウジングとして機能してもよい。

【０１２１】上記プラズマ閉込めマグネット対の磁気配
向(orientations)は、上記引用の同時係属中出願のひと
つ、すなわち米国出願第０８／５９７，５７７号の開示
に相当し、図３５（ａ）から図３５（ｅ）に示す選択肢
のうちいずれに準じてもよい。

【０１２２】「天井の不均等な加熱／冷却の克服」再び
図３１を参照すると、各熱伝導性リング７５を介して行
われる天井５２からコールドプレート７４への熱伝導
は、コールドプレート７４と熱伝導性リング７５との隙
間７４’を挟む熱抵抗に依存する。この熱抵抗は、隙間
７４’によって大部分が決定づけられ、更にそれは表面
の平面度およびリング７５をコールドプレート７４に保
持する力によって決まる。熱伝導性リング７５とコール
ドプレート７４との間の全ての隙間７４’を挟む熱抵抗
が、少なくとも略同等でない限り、異なる同心熱伝導性
リング７５からコールドプレート７４への熱伝導は異な
るであろう。各リング７５の異なる各区域は、天井５２
の異なる各区域と接触するため、異なる各リング７５に
よる熱伝導の格差が、天井５２の面全体における熱伝導
に空間的な不均一分布を生じさせる。従って、分散され
た加熱器ランプ７２による、天井５２の均一な加熱を前
提としても、天井５２全体の熱伝導分布は不均一であ
り、重大な問題、すなわち天井５２全体での温度格差が
生じるものと考えられる。このような問題を回避するの
はほとんど不可能のように思われる。直径１５インチの
天井５２全体にわたって、真に均一な温度分布を得るに
は、コールドプレート７４とリング７５との間の隙間
は、コールドプレート直径の端から端まで全て（隙間が
空気で満たされている場合）１０分の１から１０分の２
ミル（１／１０００インチ）の公差内に入るよう維持さ
れねばならない。現実的には、炭化ケイ素材料で公差は
１０分の２から１０分の３、またアルミニウム材料では
公差は１０分の５以下である。従ってコールドプレート
７４および熱伝導性リング７５がどれだけきつく一緒に
固定されているかによって、天井５２はその直径全体で
過度の温度格差を経験する可能性がある。

【０１２３】必要なのはコールドプレート７４と各熱伝
導性リング７５との間のインターフェースであり、この
インターフェースは、コールドプレート７４を熱伝導性
リング７５から上方にヒンジで持ち上げる（電気、ガ
ス、または冷却液の連結または結合を切断する必要なく
持ち上げる）ことを許容し、同時に均一な熱接触抵抗を
提供する。このような素早い取り外し機能は、天井の定
期的なメンテナンスまたは交換を行うために必要であ
る。従って、熱伝導性リング７５をコールドプレート７
４と接合することによって均一な熱接触抵抗を有するイ
ンターフェースを提供しようとする試みは、取り外し機
能を妨げることになるため、実行可能な解決方法ではな
い。隙間７４’に軟性アルミニウム材料を使用する方法
によっても熱接触抵抗の均一化を促進することは可能で
あるが、この方法は、コールドプレート７４と熱伝導性
リング７５との間に過度の圧縮力を必要とする。（コー
ルドプレート７４全体に対して隙間７４’の幅の変動が
大きいため）。隙間７４’に熱伝導性のグリースを使う
方法により接触抵抗の均一性を促進することは可能であ
るが、この方法はあまりに清浄性を欠き、プラズマ処理
中の高い汚染レベルという危険性を伴う。

【０１２４】我々は、隙間７４’内部に、熱伝導性層３
０１０としてグラフォイル(Grafoil)のような、熱伝導
性を持ち弾性的に変形する材料を使用することで、コー
ルドプレート７４と熱伝導性リング７５の間に過度の圧
縮力を必要とせずに天井５２の半径全体にわたる比較的
均一な熱接触抵抗が提供され、上述した隙間の公差不足
が補われることを発見した。（グラフォイルは、UCAR C
arbon Co., Inc., P.O.Box 94364, Cleveland, Ohio 44
101が販売する商品である。）隙間７４’内部に配置さ
れ、弾性的に変形する熱伝導性層３０１０の厚みを小さ
くすることにより、必要とされる圧縮力が小さくなる。
層３０１０は、コールドプレート７４と熱伝導性リング
７５の間の圧縮により弾性的に変形する。しかし、隙間
厚さの大きな公差を補正するために、弾性的に変形可能
な層３０１０の熱伝導性材料が必要とする最小厚さを超
えるまで、層３０１０の厚みを小さくすることはできな
い。従って、厚みと剛性との間にトレードオフの関係が
存在する。このトレードオフを最適化するために、弾性
的に変形する熱伝導性層３０１０の好ましい厚みが、約
０．０４から０．１６インチの範囲内であること、更に
約０．０６から０．１２５インチの範囲内にある方が好
ましいことを、我々は見い出した。

【０１２５】弾性的に変形する熱伝導性層３０１０に関
して我々が遭遇したひとつの問題点は、それが誘導コイ
ル４２、９０からＲＦパワーを吸収し、コールドプレー
トに熱を分路させてしまうことである。我々は、熱伝導
性層３０１０と熱伝導性リング７５との間に、コイル４
２、９０からの誘導フィールドを反射しそれによって熱
伝導性層３０１０によるＲＦパワーの吸収を防止する電
気伝導性層３０２０を配置することで、この問題を解決
した。電気伝導性層３０２０はアルミニウムとし、厚み
は約１−１０ミル程度、できれば２−３ミルとするのが
好ましいと考える。好都合なことに、上述したグラフォ
イルのメーカーが、グラフォイルテープの一方の面にア
ルミニウムをコーティングしたグラフォイルテープを供
給している。反射層３０２０には、銅、ニッケル、銀ま
たは金等、アルミニウム以外の適切な材料を使用するこ
とができる。そのような材料は、十分な熱伝導性とコイ
ル４２、９０からの誘導ＲＦフィールドに対する高い反
射率という二重の要件を満たしているべきである。

【０１２６】熱伝導性層３０１０の好ましい材料、アル
ミニウム層付きグラフォイルテープの利点は、弾性的に
変形可能であって、薄く、コールドプレート７４および
熱伝導性リング７５の両方から容易に分離可能である一
方で、アルミニウムコーティングがＲＦ誘導フィールド
に対する良好なリフレクタを提供することである。

【０１２７】ひとつの可能性のある代替実施形態による
と、コールドプレート７４と熱伝導性リング７５との間
に、弾性的に変形する熱伝導性層３０１０を配置するこ
とに加えて、天井５２と各熱伝導性リング７５との間の
隙間７５’に、同様の弾性的に変形可能な熱伝導性材料
の層を使用して、各熱伝導性リング７５と半導体の天井
５２との隙間７５’を挟む熱接触抵抗を改善することが
可能である。このように、弾性的に変形する熱伝導性層
３０３５（グラフォイル等）を、各熱伝導性リング７５
と天井５２との隙間７５’に配置することができる。し
かし、リング７５と天井５２は熱伝導を最適化するよう
一緒に接合されているため、半導体の天井５２と熱伝導
性リング７５は単一のモジュラーアセンブリを構成する
方が好ましく、そのためにリング７５が天井５２と分離
できない方が好ましい。

【０１２８】「モジュール性と強化された生産性」モジ
ュール性（分離性）は、メンテナンスを容易にするため
に重要である。冷却プレート７４、ソースパワーコイル
４２、９０、および加熱器ランプ７２を含む上側アセン
ブリ３０４０は、熱伝導性リング７５および半導体天井
５２を含む下側アセンブリ３０５０から独立してヒンジ
係合している。下側アセンブリ３０５０自体は、チャン
バとヒンジ係合する。上側アセンブリ３０４０と下側ア
センブリ３０５０の分離性により、流体的および電気的
連結を断つことなく、半導体天井５２を交換できる。こ
のような交換は、１００，０００枚程度のウェハ処理を
行った後に必要となる。下側アセンブリ３０５０の（上
側アセンブリをそこに取り付けたままの状態での）分離
性により、取り外しや清掃時にプラズマ閉込めマグネッ
トモジュール２０１０、２０２０へのアクセスが可能に
なると同時に、チャンバの内部表面についても、拭き取
り時、流体的または電気的連結を断つことなくアクセス
することができる。このような処置は、３，０００枚か
ら４，０００枚程度のウェハ処理を行った後に必要とな
る場合がある。

【０１２９】ヒンジ装置（冷却プレート７４をヒンジ回
転するため、および天井５２をヒンジ回転するための装
置）、並びに、冷却プレート７４を熱伝導性リング７５
にクランプするための、そしてシリコン天井５２をマグ
ネットライナーモジュール２０１０にクランプするため
のクランプ装置については、図３１に示されていない。

【０１３０】「半導体リフトピン付き静電チャック」本
発明のもうひとつの局面によれば、ウェハのデチャッキ
ング時、プラズマを介してウェハを放電させる必要性を
排除する特徴により、静電チャックは機能強化される。
従来、静電チャックからウェハをデチャッキングするに
は、次の各ステップを実施しなければならなかった。す
なわち、（１）ウェハと静電チャックの間のヘリウムガ
ス真空を解放する、（２）静電チャックの裏側を接地す
る、（３）プラズマを介してウェハが放電するのを待
ち、その後でウェハを取り出す。

【０１３１】この方法に伴なう問題点は、厚い誘電体コ
ーティングを有するウェハが、プラズマを介したウェハ
の放電速度を低下させる、あるいは完全な放電を阻害す
るので、ウェハを取り出す際に過剰な力が必要となるこ
とである。つまり、ウェハ上に蓄積した電荷が大きすぎ
ると、実施上の時間枠の中で完全に放電できない。

【０１３２】本発明では、チャック内に、接地された半
導体ピンまたはリフトピンを設けて、ウェハを取り出し
たい時またはウェハをデチャッキングしたい時、随時ピ
ンを上昇させてウェハ背面と接触させることにより、従
来の静電チャックに伴う上記の問題点を克服する。ウェ
ハは、ウェハ背面から半導体ピンへの表面漏洩、または
トンネリング（tunneling）、またはオーミックコンタ
クトによって放電される。図３１を参照すると、ウェハ
５６とチャック５４の間の静電チャック誘電体層５４ａ
全体に与えられる電界を介する静電力により、静電チャ
ック５４はウェハ５６を下方に押え保持する。図中に示
す通り、チャック５４を一時的に電圧ソースと接続し
て、静電チャック５４に電荷をかけることにより、静電
力を生じさせてもよい。チャック５４を貫通し、ウェハ
背面に向かって上方に延在する、１個以上の半導体リフ
トピン４０１０を追加することで、静電チャック５４が
強化される。半導体ピン４０１０の対向端を支持するリ
フトスパイダー４０２０は、アクチュエータ４０３０に
よって昇降され、所望される通りに半導体リフトピン４
０１０を昇降する。ウェハをデチャッキングする時に
は、半導体リフトピンが接地され、半導体リフトピンが
ウェハ背面に接触するまで、アクチュエータ４０３０が
リフトスパイダー４０２０を上昇させる。次いで、ウェ
ハは非常に急速に放電し、放電後ウェハを取り出すこと
ができる。この利点は、ウェハが厚い誘電体コーティン
グを有しているか、または大きな蓄積電荷を有している
かに関わらずウェハは完全に放電させられるので、デチ
ャッキング中のウェハ破損のリスクはほとんど、あるい
は全くないことである。半導体リフトピン４０１０は炭
化ケイ素が好ましいが、例えばシリコン等、適切な任意
の半導体材料であってもよい。炭化ケイ素材料は、化学
的気相堆積により形成されてもよい。多くの場合このよ
うなピンは１個で十分である。

【０１３３】金属ピンをしのぐ半導体接地またはリフト
ピンが有利な点は、金属の場合、導電率が非常に大きい
ので、ウェハ背面上でのアーク発生を避けるために抵抗
器を使用しなければならないこと、また、たとえそのよ
うな抵抗器を用いても、アーク発生またはガス絶縁破壊
のポイント、並びに、その結果反応装置内の他の場所へ
電流を分路させてしまうポイントが、金属ピンの長手方
向に生じることである。そのうえ、金属ピンは摩耗しや
すい。これと対照的に、半導体（例えば炭化ケイ素）リ
フトピンの電気抵抗率は高いので、アーク発生のリスク
は金属ピンほど大きくなく、かつ耐久性が高い。

【０１３４】「静電チャックの炭化ケイ素カラー」静電
チャック５４は、その周縁に炭化ケイ素カラー(collar)
４０５０を付加することによって更に強化してもよい。
炭化ケイ素カラー４０５０は、化学的気相堆積によって
形成してもよい。炭化ケイ素カラー４０５０は、静電チ
ャック５４と加熱されたシリコンリング６２の間にあ
る。図に示した通り、カラー４０５０は、高さにおいて
静電チャック５４と共に延在するのが好ましい。しか
し、実施形態によっては、カラー４０５０がチャック５
４の平面上方まで延在し、チャック５４上に支持されて
いるウェハの縁部を覆ってもよい。

【０１３５】半導体カラー４０５０は、静電チャックの
エッチングを防止する。さもなければ、静電チャックの
汚染が生じ、高価な静電チャックの交換を頻繁に行わざ
るを得なくなる可能性がある。更に、カラー４０５０の
半導体材料は、例えば石英等の他の材料に比べてエッチ
ングの影響を受けにくい（またはエッチングの進行がよ
り遅い）。

【０１３６】「加熱されたシリコンリングのスリット」
図３３に最も良く示す通り、加熱されたシリコンリング
６２は、それを貫通する半径方向のスリット４０６０を
備えることによって強化されてもよい。スリット４０６
０によって、シリコンリング６２は、破損せずにより大
きく膨張することができる。

【０１３７】「方位角的に均等な巻き数のＲＦ誘導コイ
ル」先に同時係属中出願で先に開示した通り、誘導アン
テナは複数の、（単一の螺旋巻線とは異なる）同一平面
の円形巻線で形成されてもよい。それぞれの巻線は、隣
接する平面間にある導体の段差によって、隣の巻線と連
結されている。図３４にこれが示されているが、ここで
は、積み上げられた複数の平面円形巻線５０１０は、隣
接する平面から降りてくる一端５０２０から始まり、次
の隣接する平面へ降りてゆく他端５０４０で終端を成
す。上昇方向および下降方向の端部５０２０、５０４０
が、複数の巻線５０１０を形成するもととなっているモ
ノリシック導体５０６５中の１つの段差５０６０を画成
する。導体５０６５中に段差５０６０があるので、スタ
ックに含まれる巻き数は元々不均等である。この原因
は、一部には、トップの巻線５０１０ａが巻線５０１０
の各平面に平行な方向から、鋭く曲げられて垂直方向へ
と突然離脱する点にある。このような突然の離脱が、ボ
トムからトップまでの巻き数に不足を引き起こし、不均
等を生じさせる。

【０１３８】本発明によれば、導体５０６５のボトムリ
ターン脚部５０７０を、導体５０６５の段差５０６０の
一端５０６０ａから他端５０６０ｂまで延在する、上側
に突き出した弧状経路（例えば円形経路）に沿って取り
回すことにより、このような不均等性が補正される。ボ
トムリターン脚部５０７０の円形経路の半径は、巻線５
０１０の平面にほとんど平行な段差端５０６０ａ付近の
最大インダクタンスに寄与するとともに、巻線５０１０
の平面にほとんど垂直な段差他端５０６０ｂ付近の最小
インダクタンスに寄与するような半径である。ボトムリ
ターン脚部５０７０のインダクタンス寄与度のスムーズ
な移行ということは、積み上げた巻線数が最少の一端５
０６０ａ（リターン脚部５０７０は除く）から、積み上
げた巻き数が最大の他端５０６０ｂまでの、導体５０６
５の段差５０６０の長さに沿う移行に相当する。このこ
とは、有効巻き数に最適な均一性を提供する。

【０１３９】図３６は、ヒンジ軸４００４を介してヒン
ジアセンブリを支持するチャンバ本体４００２の斜視図
であって、ヒンジアセンブリが今度はチャンバルーフア
センブリ４０００のための旋回可能な支持体を提供して
いる。冷却液、機器配線、プロセスガス、およびプロセ
スパワー配線等のユーティリティは、プロセスチャンバ
４００８内側へのアクセスを得るために、チャンバルー
フアセンブリ４０００を通常通りヒンジで持ち上げてい
る間、阻害されることのない４００６等の柔軟性のある
接続を介するように取り回されている。図３６で示すよ
うに、ひとたびチャンバが開放されると、上側と下側の
チャンバライナー４０１１，４０１２を簡単に取り外す
ことができると同時に、チャンバ内でサービスを必要と
する可能性があるコンポーネント（例えば、加熱ラン
プ、シリコンリング、または静電チャック）についてサ
ービス作業を簡単に実施することができる。ひとたびチ
ャンバルーフアセンブリ４０００を持ち上げれば、これ
らコンポーネントを簡単に取り外し、交換し、そしてチ
ャンバを速やかにサービス状態に戻すことができる。図
３６では、チャンバルーフ４０１４のボトム側を見るこ
とができる。チャンバルーフ４０１４の縁部は、チャン
バルーフアセンブリ４０００に固定されているリフトリ
ング４００９に捕捉されている。このような連結につい
て、以下で詳しく検討する。

【０１４０】図３７は、上記とは別のサービスを概略的
に示す斜視図であり、ここでチャンバルーフアセンブリ
４０００は持ち上げられているが、チャンバルーフ４０
１４は所定の位置に留まっている。この図では、熱伝導
リング４０１６、４０１８、４０２１、４０２２を見る
ことができる。これら熱伝導リングはルーフ４０１４の
延長部分であって、熱伝導部材であることが好ましく、
またシリコン支持材料であることが好ましい。都合のよ
いことには、リングを予め製作してルーフ４０１４のト
ップ面に固定することができる。このように、ルーフ４
０１４と熱伝導リング４０１６、４０１８、４０２１、
４０２２が、チャンバルーフサブユニットを備える。チ
ャンバルーフサブユニットを除く全てのチャンバトップ
エレメントを旋回させて離すことができるので、この構
成ならば、洗浄時や交換時、チャンバルーフサブユニッ
トを、チャンバ本体４００２からの制約を受けることな
く、即座に取り外せる状態にしておくことができる。

【０１４１】コールドプレートサブアセンブリ、つまり
サブユニット４０２４は、図３７と４１で最もよく分か
るように、ルーフアセンブリ４０００のための加熱およ
び冷却、プラズマ誘導、および検知のエレメント全てを
装備している。同心状に配列された一連の加熱ランプ、
例えば４０２６、４０２８、４０３１は、コールドプレ
ート４０２４を貫通して、チャンバルーフ４０１４のト
ップ面と向き合うように取り付けられる。高い反射性を
持つガイド管の中に装着された、２個のスプリングの負
荷を受ける温度センサー４０３２、４０３４が、コール
ドプレート４０２４のボトムからチャンバルーフ４０１
４に向かって延在し、チャンバルーフアセンブリ４００
が閉鎖位置にある時には、チャンバルーフと接触してそ
の温度を検知する。一連のブラケット、例えば４０４
０、４０４２中に保持された２個のＲＦコイル４０３
６、４０３８は、ルーフアセンブリ４００が所定の位置
に下げられた時、それぞれ熱伝導リング４０１６、４０
１８および４０２１、４０２２の間に延在し、チャンバ
ルーフ４０１４の極めて近くまで接近する。コイルは、
その中を冷却液が循環するよう中空である。コイルと係
合して位置決めする、例えば４０４０、４０４２等のブ
ラケットは、コールドプレート４０２４に連結されてい
る。ブラケットは、耐熱プラスチック等、耐熱性があっ
て、かつＲＦ透過性を持つ材料で製作される。

【０１４２】図３８は、コールドプレート４０２４の平
面図を示し、コールドプレート中心の周りに、概ね等間
隔の円形パターンで加熱ランプが装着される位置を示し
ている。加熱ランプ４０３１と、加熱ランプの第１のリ
ング４０４４に含まれる加熱ランプ（例えば加熱ランプ
４０２８および中央のランプ４０３１を含む）とが、第
１の加熱ゾーンを形成する。温度センサーの装着、およ
び／またはチャンバルーフトップ面へのアクセスを目的
として、コールドプレートを貫く余分な穴例えば４０４
６等が加熱ランプの間に設けられている。良好な熱接触
を保証するため、回転方向と直線方向とに対応するスプ
リング負荷センサが用いられている。温度センサーの読
みが可能な限り正確であるように、また例えば４０５２
のように装着穴に隣接して装着される加熱ランプに暴露
されて読みが歪められることのないように、温度センサ
ーはコールドプレートからチャンバールーフ４０１４に
極めて近接したところまで延在する、反射性が高くて熱
伝導性の高いハウジング内部に装着され、加熱ランプに
よる輻射への直接的な暴露からセンサー端部およびその
配線が遮蔽されている。例えば４０４２、４０３４等の
熱伝導性のハウジングが装着されているコールドプレー
ト４０２４は、その中を循環する冷却媒体を介して、迅
速に熱を伝導し逃がす。

【０１４３】外側加熱ランプ円４０５４には、第２の加
熱ゾーンのための加熱ランプが配置される。ここでも同
様に、外側の円４０５４を作る装着穴の中に、例えば４
０２６等の加熱ランプが互いにほぼ等間隔で装着され、
また、温度センサーあるいはチャンバルーフ４０１４の
トップ面へのその他のアクセス装置を装着するために、
例えば４０５６等不規則な開口部が配置されている。前
記ですでに述べた通り、第１の加熱ゾーンは、第２の加
熱ゾーンとは別個に制御される。

【０１４４】コールドプレート４０２４は、コールドプ
レート４０２４の中心から互いに１２０度の向きに設定
されている、一連の３つの支持位置４０６２、４０６
４、４０６６を介して、チャンバルーフアセンブリ４０
００に装着されている。コールドプレートはチャンバル
ーフアセンブリに固定支持されているのではなく、以下
に説明するように、スプリングおよびストップリンク機
構を介して取り付けられる。

【０１４５】内側コイル４０３８と外側コイル４０３６
の両方の２つの端部がそれぞれのフィードスルー開口部
４０６８、４０７０を介して接続されるように、コール
ドプレート内にはコイルフィールドスルー開口部４０６
８、４０７０が提供されている。各コイルの２個の端部
コネクタは、それぞれ（ＲＦ）電源および液冷回路に接
続される。（コイルは、例えば中空の管で構成され
る。） コールドプレートはまた、周縁スロット４０７３、４０
７５、４０７７をも含み、これらは、チャンバルーフア
センブリ４０００を上側リフトリング４００９（図３８
には示されず）へ選択的にクランプする蝶ねじ用通路を
提供する。リフトリング／蝶ねじの配置については、以
下で説明する。周縁スロットは、互いに１２０度の間隔
で、かつ、コールドプレート４０２４がチャンバルーフ
アセンブリ４０００へと装着される支持位置から６０度
ずらした場所に位置している。

【０１４６】図３９は、チャンバ本体４００２とチャン
バルーフ４０１４を含むルーフアセンブリ４０００との
シールと連結の構造を示す概略断面図である。下側ライ
ナーモジュール４０７２は、チャンバ本体４００２の周
縁部に位置している。上側ライナーモジュール４０７４
は、チャンバ本体４００２とチャンバルーフ４０１４の
間の隙間を橋渡し及びシールする役割を果たし、また処
理チャンバの真空限界（vacuum limit）を創出するとい
う特徴を含む。真空限界とは、その内側ではプロセスチ
ャンバの真空状態が維持され、その外側で周辺大気圧が
存在する、外囲容器（envelope）である。この構成で
は、各部品間をシールするＯ−リング４０７６、４０７
８の位置で真空限界が決められる。上側ライナモジュー
ル４０７４は、“Ｚ”型の断面を有する。外側フランジ
４０８０は、下側本体部材４００２の上側縁部のトップ
面と重なっている。外側フランジ４０８０は、Ｏ−リン
グ４０７８のための溝と、従属性（compliant）の電気
接続リング４０８２（ＲＦガスケット）を受けるための
溝とを含む。内側フランジ４０８４もまたＯ−リング４
０７６を有し、更に従属性の電気接続リング４０８７
（ＲＦガスケット）を受けるための溝を有する。チャン
バルーフはシリコン、あるいは同様の脆性を持つ他の材
料で作られるのが好ましいが、チャンバプラズマ処理の
ためのエンクロージャとして適切な任意の他の材料で作
られても良く、シリコンベースまたはその他脆性のチャ
ンバルーフは、そのような材料に亀裂を生じやすくする
応力集中が起きないよう保護される必要がある。チャン
バルーフ４０１４のボトム面を、上側ライナーモジュー
ル４０７４の内側フランジ４０８４トップ面に対してシ
ールする部分では、４０７４のアルミニウム材料と、チ
ャンバルーフ４０１４のシリコン材料との間に直接接触
がない方が好ましい。シール用Ｏ−リング４０７６は、
内側フランジ４０８４の面よりも突き出ていて、間に隙
間を設けながら内側フランジのトップ面よりも上方でチ
ャンバルーフ４０１４を支持する。例えば、もし温度の
過上昇による酸化でＯ−リングが壊れた場合、あるいは
技術者がＯ−リングの装着状態を見落とした場合、上側
ライナーモジュールの内側フランジ４０８４のアルミニ
ウム表面が、チャンバルーフフランジ４０１４ａのボト
ム面と直接接触する可能性があり、そうすると両表面の
間に大きな応力集中が起きてひび割れが生じ得る。その
ような事態に陥らないための保護手段として、ポリマー
ベースの（ナイロン等の）耐熱性“Ｌ”型インサート４
０８６が、Ｏ−リングよびＲＦガスケット４０７６、４
０８６の溝に隣接するフランジ表面に備えられている。

【０１４７】図３９では、リフトリング４００９が浮遊
状態で示されている。リフトリングは、上側ライナーモ
ジュール４０７４の外側フランジ４０８０上方で、チャ
ンバルーフアセンブリ４０００の支持フランジ４００１
下方に位置している。大きなシャンク４０９０、細いシ
ャンク４０９２、ネジ部４０９４，および頭部４０９６
を含む蝶ネジ４０８８が、チャンバルーフアセンブリ４
０００の蝶ネジ開口部４０９８の中に位置している。蝶
ネジ４０８８はスプリング入りで、スプリング４１００
により上方へ動く。（一部のみ示す。スプリングは、頭
部４０９６のボトム面と、支持フランジ４００１のトッ
プ面に境を接している。）蝶ネジ４０８８が押し下げら
れると、そのネジ部４０９４が、リフトリング４００９
中のネジ付き開口部４１０２と係合する。蝶ネジ４０８
８が締め上げられると、リフトリング４００９は、支持
フランジ４００１に固く締め付けられた関係になる（図
４２を参照）。従属性インサート４１０４（プラスチッ
ク、ナイロン、または他の類似した耐熱材料）が、ネジ
（図示せず）でリフトリング４００９に固定されてい
て、アルミニウム製のリフトリング４００９が、シリコ
ンチャンバルーフ４０１４またはそのリフトフランジ４
０１４ｂとの直接接触するのを阻止している。上述した
蝶ネジアセンブリは、図３８で見られる、例えば４０７
５等の周縁スロットを通過するように位置付けられる。

【０１４８】図３９はまた、チャンバルーフ４０１４の
構造、およびチャンバルーフとコールドプレート４０２
４とのインターフェースを詳しく示している。チャンバ
ルーフ４０１４は、一般にそれぞれの熱伝導リングとチ
ャンバルーフ４０１４のトップ面との恒久的な接合を提
供する、熱伝導性の接着剤または接合材を介して、例え
ば４０２２などの熱伝導リングと接合される。例えば４
０２２などの熱伝導リングの各トップ面は、例えばグラ
フォイル４１０８等の従属性の熱伝導性熱伝導材料によ
って覆われていて、これが今度はコールドプレート４０
２４により、熱伝導リングのトップ面に押し当てられ
（締め付けられ）る。図３９で見られる通り、コールド
プレート４０２４は、例えば４０２６等の加熱ランプ、
外側バリア壁（リフレクタ）４１０６、例えば外側の４
０３６等の誘導コイル、および例えば４０４２等のコイ
ル用支持ブラケットを支持する。

【０１４９】図４０は、コールドプレート４０２４をチ
ャンバルーフアセンブリ４０００の支持フランジ４００
１から吊り下げ、更にコールドプレート４０２４をチャ
ンバルーフサブユニットと接触するように付勢する、一
組のスプリング部材の概略断面を示す。クランプ部材
は、実際には互いに１２０度の間隔で方向付けられてい
るが、明快さを重視して図上では互いに反対側に示して
いる。コールドプレート４０２４は、例えば４０６４等
の支持位置に穴を有するクランプフランジ４１１０を含
み、この穴を貫通するように、クランプ／ガイド用スタ
ッド４１１２が配置されている。クランプ／ガイドスタ
ッド４１１２は、チャンバルーフアセンブリ４０００の
支持フランジ４００１に固定されている。クランプ／ガ
イドスタッド４１１２の位置合わせ部４１１４は、支持
フランジ４００１の下方に延在し、上側ライナーモジュ
ール４０７４と協同して円形の基準位置合わせ（refere
ncealignment）を提供する。位置合わせ部４１１４を前
記のクランプ／ガイドスタッド４１１２の長手方向の軸
から逸脱させ、クランプ／ガイドスタッド４１１２のト
ップ部にあるナット４１１６がクランプされる時の、位
置合わせ部の回転防止に役立ててもよい。

【０１５０】一方のモードではルーフに向かう方向に働
き、他方のモードではルーフから離れる方向に働く、コ
ールドプレート４０２４のスプリング支持部について以
下に説明する。チャンバルーフ全体を均一の温度とする
には、チャンバルーフ４０１４の幅全体を通じて、概ね
均一な熱エネルギーの供給と除去があることが必要とな
る。供給は、例えば４０２６のような加熱／ランプの強
度制御によって成されるが、熱伝導の仕組みは、隣接部
材間の接合維持に依存しているのではないため、ランプ
とチャンバのルーフとの距離を少し変えても、その輻射
効果への影響は最小限に留まる。これはチャンバルーフ
４０１４の温度制御に伴う冷却モードとは対照的であっ
て、こちらの場合、熱の除去経路は熱伝導リング４０１
６、４０１８、４０２１、４０２２を介し、矢印４１１
８、４１２２で示す、例えば４１２０等の隙間を介し、
図４０には示されないが隙間内に置かれた従属性熱伝導
材料を介し、コールドプレート４０２４に至る。熱伝導
リング４０１６、４０１８、４０２１、４０２２のトッ
プ部間の隙間４１２０およびその他は、部分的に従属性
熱伝導材料で満たされている。そのような材料の１つ
が、先に検討したグラフォイルである。このような材料
は圧縮抵抗が小さく、このようなインターフェースを通
る熱的熱伝導は、隣接部材間のクランプ締付け圧と接触
面圧に部分的に依存している。一部従属性材料の圧縮あ
るいは歪みにより、熱伝導に多大な影響を与え、チャン
バルーフ全体の温度分布（均一性）を大きく歪める隙
間、あるいは歪みが材料内に生じる場合がある。そのよ
うな変則状態を回避するため、従属的熱伝導材料を包含
する隙間４１２０を挟む部材間の接触を均一に保つ構造
が備えられている。共に極めて平面度の高い公差で、例
えば旋盤切削を施したように平面化された、熱伝導リン
グのトップ部とコールドプレート４０２４のボトムの間
の各隙間に入っている、従属性熱伝導材料の厚みを均一
としたうえ、ルーフのリングを覆うように、そして例え
ば４１１２等のクランプ／ガイドスタッドによって案内
されながら、コールドプレート４０２４が静かに置かれ
ている。チャンバルーフアセンブリ４０００とチャンバ
本体４００２は、チャンバアセンブリのヒンジ軸４００
４に対して反対側にあり、例えば４１２４として一部が
示されているラッチにより、相関的に閉じた状態でクラ
ンプされている。解放スプリング４１２０は、チャンバ
ルーフアセンブリの支持フランジ４００１と、コールド
プレート４０２４のクランプフランジ４１１２との間の
分離力を提供する。解放スプリング４１２０は、チャン
バルーフ４０１４の熱伝導リングから分離した後のコー
ルドプレート４０２４を支持する。クランプスプリング
が解放されると、解放スプリング４１２０はコールドプ
レートを持ち上げるための上方への分離力を提供する。
クランプスプリング４１２２は、コールドプレート４０
２４の締め付けフランジ４１１２の上に位置していて、
チャンバ外辺部を囲む例えば４１１６等のナットが、ま
すます大きなトルク定格へと漸進的、増進的に締め上げ
られてゆくと同時に、ナット４１１６のボトム面と締め
付けフランジ４１１２の間で作動する。最初の締め上げ
で解放スプリングの力が打ち負かされ、コールドプレー
ト４０２４が均等に降下して、熱伝導リングとコールド
プレートの間の隙間に入れられた従属性熱伝導材料のト
ップ面と接触し、それを押しつける。そして、クランプ
スプリング４１２２の方が、長いクランプ距離を有しば
ね比率が高く非常に実質的なスプリングであるため、解
放スプリング４１２０の力が打ち負かされ、例えば４１
１２のような、さまざまなクランプ／ガイドスタッドが
最大締め付け力の値まで締め上げられるにつれて、ルー
フ上方での従属性熱伝導材料の均一的な押しつぶし動作
が起きる。これにより、コールドプレート４０２４をチ
ャンバルーフの方向に促すクランプ力が除去される時ま
で、チャンバルーフ４０１４とコールドプレートとの間
の熱的な接続がここに確保される。

【０１５１】締め付け力の解放が起きる構成のひとつと
して、チャンバルーフ４０１４がチャンバ本体４００２
に支持されていて、チャンバルーフアセンブリ４０００
とチャンバ本体４００２を一緒に保持しているラッチが
解放される場合が挙げられる。例えば４０１６等の熱伝
導リングのトップ面にコールドプレート４０２４を締め
付けているばね力が解放され、チャンバルーフアセンブ
リが、ヒンジアセンブリのヒンジ軸４００４を中心とし
て回転するにつれて、コールドプレートがチャンバルー
フから分離する。コールドプレートおよびコールドプレ
ートによって支持される全ての構造物が、チャンバルー
フに近接した位置から除去され、コールドプレートボト
ム面のコイルおよびその他要素へのアクセスが容易に確
保される。同様に、チャンバルーフも全てのユーティリ
ティとの連結から解放されて自由になり、簡単な持ち上
げ操作だけで取り外し、および交換が可能になる。

【０１５２】図４２は、チャンバルーフ４０１４のトッ
プ部に締めつけられた、コールドプレート４０２４の概
略断面図を示す。リフトリング４００９は、例えば４０
８８等の蝶ねじにより、チャンバルーフアセンブリ４０
００の支持フランジ４００１にしっかりと締め付けられ
ている。この構成では、リフトリング４００９は支持フ
ランジ４００１にしっかりと締め付けられているもの
の、チャンバルーフ４０１４およびリング隙間４１２６
の外側周辺部で、緩く配置している。リフトリング４０
０９の従属性挿入物４１０４トップ部と、チャンバルー
フのリフトフランジ４０１４ｂボトム面との間に、わず
かな１インチの何分の１かが存在する。ラッチ４１２４
の解放と共に、チャンバルーフアセンブリ４０００がま
た、チャンバ本体４００２から離れる方向に上昇し始め
る一方で、締め付けスプリング４１２２がコールドプレ
ート４０２４を下側の支持フランジ４００１に向けて押
さえつける。

【０１５３】図４３は、リフトリングアセンブリの上側
縁部がチャンバルーフ４０１４のリフトフランジ４０１
４ｂに接触して、チャンバールーフアセンブリの垂直方
向の動きが停止し、先にそこに存在したリング隙間４１
２６が無くなることを示す。そして、リフトリング４０
０９が、例えば４１２２等の締め付けスプリングのそれ
以上の伸長を妨げるため、隙間４１２０の垂直方向の寸
法は変わらず、一方隙間４１２０の中の従属性熱伝導材
料を挟む高レベルの締め付け力は維持される。先のリン
グ隙間４０２６の垂直方向の寸法分だけ、締め付けスプ
リング４１２２が伸びたことになるが、取り付け状態で
締め付けスプリングの長さが数インチあることを考える
と、これは非常に小さな変化であるといえる。太い矢印
４１２８、４１３０、４１３２、４１３４は、チャンバ
ルーフ４０１４とコールドプレートを一緒に締め付けて
いる力と、そのおおよその方向を示す。

【０１５４】図４４は、図３６で示された位置関係に向
かって、更に上方へヒンジ回転させた図４３の構成の一
例を示す。

【０１５５】コールドプレートの、垂直方向の従属性の
あるクランプ編成は、コールドプレートとの全てのユー
ティリティ連結に適応していなければならない。加熱ラ
ンプとの配線接続、およびコールドプレート内の冷却流
体通路（流体循環ライン）への冷却液用ホースについて
は、当該技術において遍く理解されている。ハイパワー
ＲＦ供給コネクタは、ＲＦコイル４０３６、４０３８に
電力を供給する。各コイルは、例えば４１３６，４１３
８の、２個の終端接続を持ち、この接続が冷却液源、ま
たは好ましくは電気的に不導体である柔軟性のパイプま
たは管４１４０、４１４２を介して、ループに接続され
ている。加えて、垂直方向に柔軟性を持たせて取り付け
た一組のバスバー４１４４、４１４６（ＲＦ供給コネク
タ）を、冷却液が通って流れているコイル管の側方へク
ランプすることによって、電気がコイル両端に供給され
る。コールドプレートと共にコイルが上下動する時に
も、各ユーティリティとの接続は影響を受けない。これ
ら接続部分で交換が必要なものには、迅速で簡便なメン
テナンスを促進するために、クイック脱着式コネクタが
装備されている。

【０１５６】

【発明の効果】上記明細書の中で先に詳細に検討した通
り、略平坦なペデスタル４１５０上に支持されるワーク
ピース（基板）４１４８は、チャンバルーフ４０１４の
反対側に配置される。

【０１５７】本発明を、特定の実施形態について説明し
たが、当該技術の当業者は、本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、形および細部に変更を加えること
が可能であることを認識するだろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】略平面のコイルアンテナを用いる、上記で参照
した同時係属中の米国特許出願に用いられているタイプ
の誘導結合プラズマ反応装置の側断面図である。

【図２】誘導フィールドのプラズマへの浸透厚さをｃｍ
で表した対数−対数スケールの線図（実線）と、電子の
中性粒子への弾性衝突平均自由度をｔｏｒｒで示す圧力
の関数（水平軸）として表した対数−対数スケールの線
図（破線）である。

【図３】（ａ）は、ワークピースから天井までの高さが
４インチの時、図１の反応装置内におけるワークピース
の中心に対する半径方向の関数としてのプラズマイオン
密度を示す線図であって、ＡおよびＢと記された曲線は
それぞれ、外側および内側のコイルアンテナによって生
じたプラズマイオンの密度に相当する。（ｂ）は、ワー
クピースから天井までの高さが３インチの時、図１の反
応装置内におけるワークピースの中心に対する半径方向
の関数としてのプラズマイオン密度を示す線図であっ
て、ＡおよびＢと記された曲線はそれぞれ、外側および
内側のコイルアンテナによって生じたプラズマイオンの
密度に相当する。（ｃ）は、ワークピースから天井まで
の高さが２．５インチの時、図１の反応装置内における
ワークピースの中心に対する半径方向の関数としてのプ
ラズマイオン密度を示す線図であって、ＡおよびＢと記
された曲線はそれぞれ、外側および内側のコイルアンテ
ナによって生じたプラズマイオンの密度に相当する。
（ｄ）は、ワークピースから天井までの高さが１．２５
インチの時、図１の反応装置内におけるワークピースの
中心に対する半径方向の関数としてのプラズマイオン密
度を示す線図であって、ＡおよびＢと記された曲線はそ
れぞれ、外側および内側のコイルアンテナによって生じ
たプラズマイオンの密度に相当する。（ｅ）は、ワーク
ピースから天井までの高さが０．８インチの時、図１の
反応装置内におけるワークピースの中心に対する半径方
向の関数としてのプラズマイオン密度を示す線図であっ
て、ＡおよびＢと記された曲線はそれぞれ、外側および
内側のコイルアンテナによって生じたプラズマイオンの
密度に相当する。

【図４】（ａ）は、単一の３次元中央非平面ソレノイド
巻線を使用した、プラズマ反応装置の側断面図である。
（ｂ）は、（ａ）に示す反応装置の部分拡大図であり、
ソレノイド巻線の好ましい巻き方を示す。

【図５】ドーム型の天井を有すること以外は図４（ａ）
と同じプラズマ反応装置の側断面図である。

【図６】円錐形の天井を有すること以外は図４（ａ）と
同じプラズマ反応装置の側断面図である。

【図７】円錐台形の天井を有すること以外は図４（ａ）
と同じプラズマ反応装置の側断面図である。

【図８】内側よび外側の垂直ソレノイド巻線を使用した
プラズマ反応装置の側断面図である。

【図９】図８に対応する、外側巻線が平坦なプラズマ反
応装置の側断面図である。

【図１０】（ａ）は、図４に対応する、中央ソレノイド
巻線が複数の直立円筒形巻線より成るプラズマ反応装置
の側断面図である。（ｂ）は、図１０（ａ）の実施形態
に関する第１の実装を示す詳細図である。（ｃ）は、図
１０（ａ）の実施形態に関する第２の実装を示す詳細図
である。

【図１１】図８に対応する、内側および外側の両巻線が
複数の直立円筒形巻線より成るプラズマ反応装置の側断
面図である。

【図１２】図８に対応する、内側巻線が複数の直立円筒
形巻線より成り、外側巻線が単一の直立円筒形巻線より
成るプラズマ反応装置の側断面図である。

【図１３】プラズマイオン密度を最大限に均等化するた
め、単一のソレノイド巻線を最適な半径方向位置に配置
したプラズマ反応装置の側断面図である。

【図１４】図４に対応する、ソレノイド巻線を倒立円錐
形としたプラズマ反応装置の側断面図である。

【図１５】図４に対応する、ソレノイド巻線を直立円錐
形としたプラズマ反応装置の側断面図である。

【図１６】ソレノイド巻線が内側の直立円筒形部分と外
側平坦部分とから成る、プラズマ反応装置の側断面図で
ある。

【図１７】図１３に対応する、ソレノイド巻線に倒立円
錐形部分と平坦部分の両方が含まれる、プラズマ反応装
置の側断面図である。

【図１８】図１５に対応する、ソレノイド巻線に直立円
錐形部分と平坦部分の両方が含まれる、プラズマ反応装
置の側断面図である。

【図１９】平面、円錐形、およびドーム形天井エレメン
トの組み合わせを示す図である。

【図２０】個別にバイアスされたシリコンの側壁および
天井と、使用された電熱器とを示す図である。

【図２１】個別にバイアスされた内側および外側のシリ
コン天井部と、使用された電熱器とを示す図である。

【図２２】図８における熱伝導性トーラスの各面に熱伝
導性のガスインターフェースを有する、プラズマ反応装
置の第１の実施形態を示す側断面図である。

【図２３】半導体ウィンドウ電極と一体形成された熱伝
導性トーラスの１つの面に熱伝導性のガスインターフェ
ースを有する、プラズマ反応装置の第２の実施形態を示
す側断面図である。

【図２４】図８における熱伝導性トーラスの各面に熱伝
導性の固体インターフェース材料を有する、プラズマ反
応装置の第３の実施形態を示す側断面図である。

【図２５】半導体ウィンドウ電極と一体形成された熱伝
導性トーラスの１つの面に熱伝導性の固体インターフェ
ース材料を有する、プラズマ反応装置の第４の実施形態
を示す側断面図である。

【図２６】コールドプレートと使い捨てシリコンリング
との間の熱伝導性ガスインターフェースを伴うコールド
プレートによって、図８の使い捨てシリコン包含リング
が冷却される、プラズマ反応装置の第５の実施形態を示
す側断面図である。

【図２７】コールドプレートと使い捨てシリコンリング
との間の熱伝導性固体インターフェース材料を伴うコー
ルドプレートによって、図８の使い捨てシリコン包含リ
ングが冷却される、プラズマ反応装置の第６の実施形態
を示す側断面図である。

【図２８】チャンバ壁と内部チャンバライナーが、熱伝
導路を渡ったインターフェース内にある熱伝導性ガスを
使って冷却される、プラズマ反応装置の第７の実施形態
を示す図である。

【図２９】インターフェースがそれぞれ熱伝導性ガスで
はなく固体の熱伝導性層によって満たされている図２８
の実施形態の変形例を示す図である。

【図３０】熱伝導性ガスを密封するためにリングが静電
的に締めつけられている図２６の実施形態を示す図であ
る。

【図３１】モジュラープラズマ閉込めマグネットライナ
等、プラズマ反応装置の異なる実施形態によるプラズマ
反応装置を示す図である。

【図３２】モジュラープラズマ閉込めマグネットライナ
の部分拡大図であり、マグネットがどのようにライナー
内部に密封されるかを示す図である。

【図３３】図３１の反応装置で使用され、熱膨張を許容
するための貫通スリットを有する、加熱されたシリコン
リングを示す図である。

【図３４】図３１の反応装置で使用され、その方位角全
体に均等数の有効ウィンドウを有する、誘導アンテナを
示す図である。

【図３５】（ａ）から（ｅ）は、図３１の反応装置で使
用される、何対かのプラズマ閉込めマグネットについて
のさまざまな磁気配位を示す図である。

【図３６】チャンバルーフを含むチャンバルーフアセン
ブリを有し、ルーフアセンブリがチャンバ本体から分離
され、チャンバルーフ内部を含む内部表面が露出した状
態の、本発明による実施形態を示す概略斜視図である。

【図３７】図３６に示した本発明による実施形態の概略
斜視図であり、この図では、チャンバルーフ（外側が観
察できる状態）がまだ定位置にあって、チャンバルーフ
に取り付けられている加熱ランプ、センサーおよびコイ
ルが観察できる。

【図３８】チャンバルーフアセンブリの一部を成し、加
熱ランプ、誘導コイル、および温度センサーを支持して
いる、コールドプレートサブアセンブリを示す概略平面
図である。

【図３９】本発明に拠るチャンバを示す部分断面図であ
り、チャンバ縁部における、チャンバルーフアセンブリ
と本体アセンブリの間の密封構造について、両アセンブ
リ間のヒンジ連結を概略的に示している。

【図４０】本発明に拠るチャンバを示す概略断面図であ
り、チャンバルーフおよびチャンバ本体からのチャンバ
ルーフ支持物近傍の部品間の相関関係を、チャンバ本体
に対してチャンバルーフアセンブリが閉じた位置にある
構造において示している。

【図４１】図４０の構造を示す概略断面図であり、チャ
ンバルーフは定位置に残されている一方で、チャンバル
ーフアセンブリおよびコールドプレートサブアセンブリ
またはサブユニットは、チャンバ本体からヒンジ構造で
離されている状態にある。

【図４２】図３０のチャンバルーフアセンブリを示す概
略断面図であり、本構造においてチャンバルーフを持ち
上げるためのリフトリングを装着する方法を示す。

【図４３】本発明に拠るチャンバ本体を示す概略断面図
であり、チャンバルーフアセンブリの上向き動作によ
り、チャンバールーフの持ち上げ動作が開始されている
が、チャンバルーフアセンブリの上向き動作が、持ち上
げリングとチャンバルーフの間の隙間を減少させてい
て、ルーフは全く動かず、上向き動作が更に進むとチャ
ンバルーフが上方に動く（ヒンジされる）状態を示す。

【図４４】チャンバールーフアセンブリが、コールドプ
レートアセンブリまたはサブユニットおよびチャンバル
ーフを伴って一緒に上方にヒンジする際の、持ち上げ動
作（ヒンジ回転）の進行状態を示す、概略断面図であ
る。

【符号の説明】

４０…円筒型チャンバ、４２…非平面コイルアンテナ、
４４…巻線、４４ａ…段差または移行部（ボトムソレノ
イド巻線）、４６…アンテナ対称軸、５０…側壁、５０
ａ…底縁、５２…天井、５４…ペデスタル、５６…ワー
クピース、６０…ポンピング環状体、６０ａ…金属ライ
ナ、６２…平面リング、６４ａ…中央ガス供給管、６４
ｂ…半径方向ガス供給管、６４ｃ…ベース軸方向ガス供
給管、６４ｄ…軸方向ガス供給管、６８…プラズマソー
スＲＦ電源、７０…バイアスＲＦ電源、７２…輻射加熱
器、７３…エラストマ、７４ａ…冷却流体通路、７５…
トーラス、７９…センサー、８０，８２…プラズマ閉込
めマグネット、９０…外側ソレノイド、９７ａ…電源、
９７ｂ…パワースプリッター、１０２…垂直スタック、
１０４…第２の巻線、１０４ａ、１０４ｂ…巻線、１０
６…二重巻線ソレノイド、１１２…外側ソレノイド、１
２０…平面螺旋巻線、２００…外側環状体、２１０，２
１２…ＲＦソース、２１８，２２２…温度制御装置、３
００…コントローラ、１０００…マニフォルド、１０１
０…ソース、１０２０…ガスオリフィス、１０３０…ト
ップ面インターフェース、１０４０…軸上通路、１０５
０…ボトム面インターフェース、１０７０，１０８０，
１２６０，１３７０，２０１４…Ｏ−リング、１０８
５，１０９０…固体インターフェース材料層、１１１０
…コールドプレート、１１４０…固体材料層、１１５
０、１２４５…マニフォルド、１１６０…熱伝導性ガス
源、１２１０…外側コールドプレート、１２４０，１３
１０…インターフェース、１３００…内部チャンバーラ
イナ、１３２０…ガスチャネル、１３８０…固体材料
層、２０１０，２０２０…マグネットライナーモジュー
ル、２０３０…開口部、２０４０…接合部、２０５０…
アルミニウムカバー、２０８２…ウェハスリットバル
ブ、２０８４，２０８６，２０９６ａ，２０９６ｂ…プ
ラズマ閉込めマグネット、２０８８，２０９０…閉込め
マグネットライナーモジュール、２０９２…オーバーヘ
ッド中央ガス供給管、３０１０，３０３５…熱伝導性
層、３０２０…電気伝導性層、３０４０…上側アセンブ
リ、３０５０…下側アセンブリ、４０００…チャンバル
ーフアセンブ、４００２…チャンバ本体、４０１０…半
導体リフトピン、４０１４…チャンバルーフ、４０１
６、４０１８、４０２１、４０２２…熱伝導リング、４
０２０…リフトスパイダー、４０３０…アクチュエー
タ、４０３６…外側コイル、４０３８…内側コイル、４
０５０…炭化ケイ素カラー、４０６０…スリット、４０
６８、４０７０…フィードスルー開口部、４０７３、４
０７５、４０７７…周縁スロット、４０７４…上側ライ
ナモジュール、４０８４…内側フランジ、５０１０…平
面円形巻線、５０２０…一端、５０４０…他端、５０６
０…段差、５０６５…導体、５０７０…ボトムリターン
脚部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲーハード シュナイダー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， アリシア コート 10425 (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， ポーリン ドライヴ 1332 (72)発明者 ケネス エス． コリンズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ナイツヘイヴン ウェイ 165

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルチモードチャンバアクセス構造を有
   し、ワークピースを処理するためのチャンバであって、 処理されるワークピースを載せる略平坦な面を画成する
   ペデスタルを含むチャンバ本体サブユニットと、 前記チャンバ本体サブユニット上に、取り外し可能かつ
   密封状態で係合可能なチャンバルーフサブユニットであ
   って、このチャンバルーフサブユニットは、前記チャン
   バ本体サンブユニット上に係合されている時には、前記
   ペデスタルワークピース表面に沿って、それと間隔をあ
   けて延在するチャンバルーフを含み、前記チャンバルー
   フサブユニットは、前記ルーフから、また前記ペデスタ
   ルから離れて横方向に延在する少なくとも１つの延長部
   材を含む、チャンバルーフサブユニットと、 前記チャンバルーフと間隔をあけて配置されるように、
   前記少なくとも１つの延長部材に取り外し可能に係合可
   能なコールドプレートサブユニットと、 前記チャンバルーフに隣接して配置可能であるように、
   前記コールドプレートから支持されるコイルであって、
   このコイルは、ＲＦパワーを受け入れ、誘導により、前
   記チャンバ内のガス中にプラズマを確立し得るコイル
   と、 前記チャンバルーフサブユニットから独立してまたはそ
   れと共に、ヒンジ回転軸を中心として前記コールドプレ
   ートサブユニットを動かすように、前記チャンバールー
   フサブユニットと前記コールドプレートサブユニットと
   の両方を、周縁部に装着するヒンジアッセンブリとを備
   え、 これにより、第１モードでは、チャンバ内部へのアクセ
   スのため、チャンバルーフとコールドプレートサブユニ
   ットの両方が、単一のアッセンブリとしてチャンバ本体
   サブユニットから遠ざかるように旋回され、 また第２モードでは、チャンバルーフサブユニットにア
   クセスできるように、あるいはチャンバ本体サブユニッ
   トおよびコールドプレートサブユニットから簡単かつ直
   ちに取り外せるように、また常時はルーフサブユニット
   に面するコールドプレートおよびコイルコンポーネント
   へアクセスできるように、チャンバルーフサブユニット
   からは独立して、コールドプレートサブユニットがチャ
   ンバ本体サブユニットから遠ざかるように旋回されるこ
   とを特徴とするチャンバ。
2. 【請求項２】 前記コールドサブユニットは、冷却流体
   用の流体体循環ラインを受け入れ、またＲＦパワーを前
   記コイルへ伝達可能とするためにＲＦ供給コネクタを装
   着することを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
3. 【請求項３】 コールドプレートサブユニットおよびル
   ーフサブユニットがチャンバ本体サブユニットと係合し
   ている時、前記コールドプレートサブユニットは、前記
   チャンバルーフに向かって延在する一連の加熱ランプを
   含み、前記ランプが前記少なくとも１つの延長部材のう
   ち２つの間に延在することを特徴とする請求項１に記載
   のチャンバ。
4. 【請求項４】 前記コールドプレートサブユニットは、
   複数の前記コイルを装着することを特徴とする請求項１
   に記載のチャンバ。
5. 【請求項５】 前記チャンバは、前記少なくとも１つの
   延長部材を複数、同心アレイ状に含むことを特徴とする
   請求項１に記載のチャンバ。
6. 【請求項６】 更に複数のコイルを含み、前記コイル
   は、前記同心アレイの内部または外側に配置されるよう
   に、分布され支持されることを特徴とする請求項５に記
   載のチャンバ。
7. 【請求項７】 前記拡張部材は、熱伝導性材料で作られ
   ていることを特徴とする請求項５に記載のチャンバ。
8. 【請求項８】 前記チャンバルーフは、シリコン材料で
   あることを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
9. 【請求項９】 前記延長部材は、シリコン材料であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
10. 【請求項１０】 前記少なくとも１つの延長部材と前記
    コールドプレートとの間に、熱的従属性を持つ層が配置
    され、この層は、改善された熱伝導性を得るために両者
    間で圧縮されていることを特徴とする請求項１に記載の
    チャンバ。
11. 【請求項１１】 プラズマチャンバのための構造体であ
    って、 チャンバ本体アッセンブリにシールされ、チャンバ本体
    アセンブリと共に、プラズマ処理チャンバの真空限界の
    一部を形成する、プラズマ処理チャンバルーフと、 前記プラズマ処理チャンバルーフとほぼ平行で、かつオ
    フセットして配設されるコールドプレートと、 前記ルーフと前記コールドプレートの間に熱ブリッジを
    形成する、複数の熱伝導部材とを備え、 前記熱ブリッジは、前記コールドプレートまたは前記ル
    ーフのいずれかと取り外し可能に連結され、前記コール
    ドプレートが前記ルーフから分離される時に、前記ルー
    フおよび両者間の空間にアクセス可能となることを特徴
    とするプラズマチャンバ構造体。
12. 【請求項１２】 前記ルーフと前記コールドプレート間
    の分離は、前記コールドプレートがヒンジ機構に固定さ
    れていて、前記コールドプレートを前記ルーフから分離
    する時、前記コールドプレートをヒンジ軸まわりにヒン
    ジ回転されることにより行なわれ、ここで前記ヒンジ軸
    は前記チャンバ本体に固定されていることを特徴とする
    請求項１１に記載のプラズマチャンバ構造体。
13. 【請求項１３】 前記一連の熱伝導性部材がリングを含
    み、前記リングは前記ルーフに固定されて、従属性熱伝
    導材料を介して前記コールドプレートと結合されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマチャンバ
    構造体。
14. 【請求項１４】 前記熱伝導性部材は、一組のスプリン
    グ部材により付勢されて、前記コールドプレートと接触
    することを特徴とする請求項１１のプラズマチャンバ構
    造体。
15. 【請求項１５】 リフトリングがチャンバルーフアッセ
    ンブリに選択的に取付可能であって、前記リフトリング
    は、前記チャンバルーフアセンブリと係合した時、前記
    ルーフを前記コールドプレートと共に１つのユニットと
    して動かすことを特徴とする請求項１１に記載のプラズ
    マチャンバ構造体。
16. 【請求項１６】 前記コールドプレートは、前記チャン
    バルーフアセンブリを介してヒンジ機構に固定され、前
    記ヒンジ機構はコールドプレート、ルーフ、およびチャ
    ンバルーフアセンブリを、ひとつのユニットとしてヒン
    ジ軸まわりにヒンジ回転させ、ここで前記ヒンジ軸は前
    記チャンバ本体に固定されていることを特徴とする請求
    項１５に記載のプラズマチャンバ構造体。
17. 【請求項１７】 コールドプレート、ルーフおよびチャ
    ンバルーフアセンブリがヒンジ軸まわりにヒンジ回転さ
    れる前に接続を断たれる必要がないように、前記コール
    ドプレートに供給されて、かつ支持されるユーティリテ
    ィが構成されることを特徴とする請求項１６に記載のプ
    ラズマチャンバ構造体。
18. 【請求項１８】 メンテナンスが簡単な真空処理チャン
    バであって、 チャンバ本体アセンブリと、 真空エンクロージャを形成するために、前記チャンバ本
    体とシール状態で係合可能なチャンバルーフを含むチャ
    ンバールーフアセンブリと、 熱交換表面、およびＲＦエネルギーを受け入れて共に電
    気的絶縁状態で前記表面上に支持されるコイルを含み、
    前記ルーフ上方に配置可能なユーティリティ支持アセン
    ブリと、および前記熱交換表面とルーフとの間に配置可
    能で、前記アセンブリを前記ルーフおよび本体の上に支
    持し、ルーフと熱交換表面との間の熱伝導経路を提供す
    る、熱伝導性スペーサとを備え、 前記ユーティリティ支持アッセンブリは、前記ルーフか
    ら独立して前記本体から取り外し可能であり、前記ルー
    フはその上にあって、熱交換およびＲＦ機能を分解する
    ことなく、ルーフまたはチャンバ内部のサービスのため
    に取り外し可能であることを特徴とする真空処理チャン
    バ。
19. 【請求項１９】 前記真空処理チャンバは更に、前記ル
    ーフを妨げることなく前記ユーティリティ支持アセンブ
    リが旋回して前記チャンバ本体から離れることができる
    ように、前記ユーティリティ支持アセンブリを、前記チ
    ャンバ本体アッセンブリの上に回転可能に装着するヒン
    ジアセンブリを含むことを特徴とする請求項１８に記載
    の真空処理チャンバ。
20. 【請求項２０】 前記熱伝導部材は、ルーフサブユニッ
    トを形成するよう前記ルーフに接合され、前記ユーティ
    リティ支持アッセンブリは、前記ルーフサブユニットか
    ら独立して取り外し可能であり、ここで、複数の前記熱
    伝導部材が設けられ、複数の前記熱伝導部材は更に、 前記熱交換表面と熱伝導部材との間に配置された熱伝導
    材料の圧縮層と、 前記ユーティリティ支持アッセンブリと前記熱伝導部材
    を一緒に付勢して、前記ルーフと接触させる少なくとも
    １つのスプリングテンショナとを含むことを特徴とする
    請求項１８に記載の真空処理チャンバ。