(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却用導管が形成された基部と、
基部上に配置されたセラミック製静電チャックと、
静電チャックと基部に接触し、静電チャックを支持し、静電チャックの下面と基部の上面との間の間隙を維持している剛性のある支持リングと、
基部の上面内に形成された凹部内に配置されたガス分散リングであって、剛性のある支持リングがガス分散リングの周縁部に形成された段差部上に保持されるガス分散リングを備えているプラズマ処理カソード。
【請求項２】
基部を貫通して形成されたガス流路と、
静電チャックを貫通して形成されたガス送り部を更に備え、流路と送り部は一直線に整列されているわけではないが、ガス分散リングを介して流体的に連結されガス供給路を定めており、ガス供給路はガス分散リングを通って延びている請求項１記載のカソード。
【請求項３】
ガス供給路に配置されたセラミック製のバッフル盤を更に備えている請求項２記載のカソード。
【請求項４】
ガス分散リングが、バッフル盤がその内部に配置される穴部を更に備えている請求項３記載のカソード。
【請求項５】
静電チャックと基部との間の間隙に配置された平坦な環状拡散板を更に備え、環状拡散板は基部とは接触しているが、静電チャックとは離間関係にある請求項１記載のカソード。
【請求項６】
静電チャックと基部とを固定する締付けリングを更に備え、締付けリングが静電チャックと基部に接触している締付けリングの部位の間に一列に配置された少なくとも２つの熱チョークを含む請求項１記載のカソード。
【請求項７】
静電チャックに連結され、基部を通って延びている幹部と、
幹部を通って配置されたスリーブであって、幹部と基部との間に画成された第１間隙が幹部とスリーブとの間に画成された第２間隙よりも大きいスリーブと、
幹部の下端と基部との間に配置された、第１間隙をシールしているシールを備えている請求項１記載のカソード。
【請求項８】
内部に冷却用導管が形成された基部と、
基部上に配置されたセラミック製静電チャックであって、静電チャックが基部に面したその底面から上面へと延びる複数のガス送り部を有する静電チャックと、
静電チャックと基部に接触し、静電チャックの下面と基部の上面との間の間隙を維持しながら静電チャックを支持している剛性のある支持リングと、
基部の上面内に形成された凹部内に配置された流体分散リングであって、剛性のある支持リングが流体分散リングの周縁部に形成された段差部上に保持され、流体分散リングの底部は基部から離れて環状チャネルを画成しており、流体分散リングがその内部を通してチャネルから静電チャックへとガスを指向するように構成された複数のガス流路を有する流体分散リングと、
ガス流路に配置されたセラミック製バッフルを備えているプラズマ処理カソード。
【請求項９】
セラミック製バッフルの少なくとも１つが、
上面、下面及び周縁部を有する円盤様体と、
上面と下面に形成された十字型チャネルと円盤様体の周縁部に形成された切り欠き部の少なくとも１つを更に備えている請求項８記載のカソード。
【請求項１０】
静電チャックと基部との間の間隙に配置された環状拡散板を更に備え、環状拡散板が基部とは接触しているが、静電チャックとは離間関係にある請求項９記載のカソード。
【請求項１１】
内部に冷却用導管が形成された基部と、
基部の上面に配置されたセラミック製静電チャックと、
静電チャックと基部に接触し、静電チャックを支持し、静電チャックの下面と基部の上面との間の間隙を維持している剛性のある支持リングと、
静電チャックの下面と基部の上面との間の間隙にある支持リングの半径方向内側に配置された平坦な環状拡散板と、
環状拡散板の外側で静電チャックと基部との間をシールし、静電チャックの環状拡散板に対しての気密状態での半径方向運動を可能としているシールを備えているプラズマ処理カソード。
【請求項１２】
基部を貫通して形成されたガス流路と、
基部の上面内に形成された凹部内に配置されたガス分散リングであって、ガス分散リングの底部は基部から離間され、環状チャネルを画成するガス分散リングと、
静電チャックを貫通して形成されたガス送り部であって、流路と送り部は一直線に整列されているわけではないが、ガス分散リングを介して流体的に連結されガス供給路を定めているガス送り部と、
ガス供給路に配置されたセラミック製バッフル盤を備えている請求項１１記載のカソード。
【請求項１３】
ガス分散リングが、
静電チャックに面した上面に形成された、その中にバッフルを受ける段付穴部と、
段付穴部に進入している第１端部と、ガス分散リングの底部を貫通し環状チャネルに露出している第２端部を有するガス流路を備えている請求項１２記載のカソード。
【請求項１４】
支持リングは、静電チャックと基部との間に熱チョークを提供する狭部を備えている請求項１記載のカソード。
【請求項１５】
剛性のある支持リングは、静電チャックの底面の１５％未満に接触している請求項１記載のカソード。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体基板処理システムに関する。より具体的には、本発明はプラズマエッチングに適した高温カソードに関する。
（関連技術の説明）
【０００２】
半導体ウェハの処理においては、特徴部のサイズ及び線幅の一層の縮小化傾向により、半導体ワークピース又はウェハ上でのマスク、エッチング、及び材料の堆積をより高い精度で行える能力が重要となってきている。プラズマエッチングは、１．０ミクロン未満の限界寸法を得るにあたって特に重要である。
【０００３】
典型的には、プラズマエッチングは低圧環境下で、ＲＦ電力を台座部によって保持された基板上に供給された処理ガスに印加することで達成される。得られた電場により、処理ガスをプラズマへと励起する反応区域が形成される。プラズマの境界に向かってイオンは移動し、境界層を離れる際に加速する。加速したイオンにより、基板上に配置された通常は層状のターゲット材料の除去、つまりエッチングに必要なエネルギーが発生する。
【０００４】
一部のプラズマエッチング応用例においては、処理中、基板を１００℃を超える、約４００℃までの温度で維持することが望ましい。基板支持体の設計においては、こういった高温での基板処理を成功させるために、かなりの難問を乗り越えなくてはならない。例えば、セラミック部品と金属部品との間での熱膨張における大きな差異がセラミック部品の損傷を引き起こす場合がある。更に、基板支持体の高温領域を、典型的には実質的に常圧に維持される基板支持体の内部領域と基板支持体を取り巻く真空環境との間での漏れ防止に通常利用する高分子シールから隔離しなくてはならない。更に、こういった課題を、基板の直径全体に亘ってのその温度分布を良好に制御しつつ克服しなくてはならない。均一に基板温度を制御できないと、１枚の基板内及び基板間の双方での処理均一性、デバイス収率及び処理した基板の全体としての質に悪影響がでる。
【０００５】
従って、当該分野において、高温プラズマエッチング応用例での使用に適した改善された基板支持体が求められている。
【概要】
【０００６】
本発明は、概して、高温プラズマエッチング応用例での使用に適したカソードに関する。一実施形態において、カソードは基部に固定されたセラミック製静電チャックを含む。基部の内部には冷却用導管が形成されている。剛性の支持リングがチャックと基部との間に配置され、チャックと基部とを離間関係に維持している。
【０００７】
少なくとも１つのその他の実施形態において、カソードは基部とチャックとの間に配置されたガス分散リングを含む。
【０００８】
少なくとも１つのその他の実施形態において、カソードは基部内に形成されたガス流路と、チャック内に形成されたガス送り部を更に含む。流路と送り部は一直線に整列されているわけではないが、ガス分散リングを介して流体的に連結されガス供給路を定めている。
【０００９】
少なくとも１つのその他の実施形態において、セラミック製のバッフル盤がガス供給路に配置されている。
【００１０】
少なくとも１つのその他の実施形態において、カソードはチャックと基部との間に画成された間隙に配置された環状拡散板を更に含み、環状拡散板は基部には接触しているが、チャックには接触していない。
【００１１】
少なくとも１つのその他の実施形態において、締付けリングを利用してチャックを基部に固定する。締付けリングは、チャックと基部に接触している締付けリングの部位の間に一列に配置された少なくとも２つの熱チョークを含む。
【００１２】
少なくとも１つのその他の実施形態において、カソードは幹部とスリーブを更に含む。幹部はチャックに連結され、基部を通って延びている。幹部と基部との間に画成された第１間隙が幹部とスリーブとの間に画成された第２間隙よりも大きくなるように、スリーブが幹部を通して配置されている。幹部の下端と基部との間に配置されたシールにより第１間隙がシールされている。
【００１３】
少なくとも１つのその他の実施形態において、基部は幹部とチャックとを連結し、基部を通って延びるチャネルを更に含む。チャネルは基部を通して第１間隙を通気している。
【００１４】
別の実施形態において、プラズマ処理カソードは基部と、セラミック製静電チャックと静電チャックの底部と基部とを離間関係で維持する剛性支持リングを含む。静電チャックは、静電チャックの底面から静電チャックの上面へと延びる複数のガス送り部を有している。流体分散リングは基部と静電チャックとの間に配置されている。流体分散リングは基部から離れており、基部との間に環状チャネルを画成している。流体分散リングは、その内部を通してチャネルから静電チャックへとガスを指向するように構成された複数のガス流路を含む。複数のセラミック製バッフルがガス流路に配置されている。
【００１５】
更に別の実施形態において、プラズマ処理カソードはその内部に冷却用導管が形成された基部と、基部の上面に固定されたセラミック製静電チャックと、静電チャックと基部との間に配置された剛性支持リングとを含む。支持リングにより静電チャックの下面と基部の上面とが離間関係に維持される。平坦な環状拡散板が、静電チャックの下面と基部の上面との間に画成された間隙にある支持リングの半径方向内側に配置されている。シールを拡散板の外側の位置に設け、静電チャックを基部に対してシールし、シールにより静電チャックの拡散板に対しての気密状態での半径方向運動が可能となる。
【詳細な説明】
【００１６】
図１はプラズマエッチングに適した高温カソード１００の一実施形態の等角断面図である。カソード１００は、その他の製造業者から入手可能な適切なリアクタを含めたその他のエッチリアクタの中でも、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社から入手可能なアドバントエッジ・エッチリアクタ（ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ  Ｅｔｃｈ  Ｒｅａｃｔｏｒ、商標名）等のプラズマエッチリアクタで有利に利用することができる。
【００１７】
図１はカソード１００の一実施形態である。カソード１００は、通常、冷却基部１０２に固定された静電チャック１０４を含む。幹部１０６は静電チャック１０４の底部から延びている。幹部１０６はロウ付け又はその他の適した方法によって静電チャック１０４に連結することができる。幹部１０６は通常、ステンレススチール等の導電体から作製される。
【００１８】
静電チャック１０４は冷却基部１０２の上方に離間関係で支持される。図１に図示の実施形態においては支持リング１１０が冷却基部１０２と静電チャック１０４との間に設けられているため、静電チャック１０４の下面と冷却基部１０２の上面との間には間隙１１８が維持される。間隙１１８により、静電チャック１０４と冷却基部１０２との間の熱伝達が制限される。一実施形態において、静電チャック１０４と冷却基部１０２との間の間隙１１８の距離は約０．０２５〜約０．０４５インチである。
【００１９】
静電チャック１０４と冷却基部１０２との間の熱伝達を更に最小限に抑えるため、支持リング１１０を基部に対しての熱伝導係数が低い材料、例えば他にも材料はあるがチタン等から形成してもよい。その他の実施形態において、支持リング１１０は硬質陽極酸化アルミニウム、高温プラスチック又はその他の適した材料から作製してもよい。その他の実施形態において、支持リング１１０は剛性材料から作製されているため、間隙１１８の寸法はチャック１０４を基部１０２に固締しつつも維持される。図１に図示の実施形態において、支持リング１１０は剛性プラスチック、例えばヴェスペル（ＶＥＳＰＥＬ、商標名）等のポリイミドから作製される。
【００２０】
一実施形態において、支持リング１１０の静電チャック１０４の底面への接触率は１５パーセント未満、例えば１０パーセントである。図１に図示の実施形態において、静電チャック１０４に接触している支持リング１１０の最上部又はクラウン部は細くなって熱チョークを構成している。或いは、支持リング１００を通っての熱流動は、支持リング１１０と冷却基部１０２との接触面積を縮小して支持リング１１０の底部での熱伝達を抑制することで制限可能である（逆クラウン部）。
【００２１】
冷却基部１０２は熱伝達が良好な材料、例えばステンレススチール又はアルミニウム等の金属から作製する。冷却基部１０２の内部には１つ以上の流体導管１５２が形成されている。導管１５２は流体供給源に連結されているため、冷却基部１０２の温度を選択的に加熱・冷却することができる。その内部に温度調節用の導管が形成された冷却基部の例は、２００４年１０月７日出願の米国特許出願第１０／９６０８７４号に記載されている。
【００２２】
冷却基部１０２は冷却基部１０２の下面から延びるシリンダ１５０も含む。シリンダ１５０の内径１５４は、冷却基部１０２と幹部１０６との間に間隙１１２が維持されるように構成される。シリンダ１５０の下端は内方向に向かって延びるリップ部１５６を含み、このリップ部がＯリング１１６を固定するパッキン押さえを収容する。Ｏリング１１６が、冷却基部１０２と幹部１０６との間の圧力バリアとなる。
【００２３】
シールド１０８を利用して、静電チャック１０４からの熱がＯリング１１６を損傷しないように幹部１０６の温度を管理する。シールド１０８により幹部１０６からの熱伝達の量が約２倍に上昇する。シールド１０８はフランジ１６２とスリーブ１６０を含む。スリーブ１６０は幹部１０６内に嵌入しているため、幹部１０６からの熱は大部分がスリーブ１６０に伝達される。スリーブ１６０は幹部１０６に密嵌していても、又は幹部１０６と冷却基部１０２の内径１５４との間の間隙１１２よりも小さい間隙をその間に画成していてもよい。シールド１０８により、シール１１６を損傷することなく静電チャック１０４を３００℃を越える温度で運転できるだけの十分な熱シンクが得られる。
【００２４】
軸１０６からの熱の除去は放熱及び伝導で行ってもよい。セラミックチャック材料に高い熱応力がかかることで静電チャック１０４が損傷してしまわないように、熱除去は制限しなくてはならない。軸１０６と冷却基部１０２との間の間隙１１２に、シール漏れにより、基板冷却用に供給したヘリウムが充満する可能性がある。間隙１１２内のヘリウム圧は処理サイクル中に著しく変化するため、軸１０６に繰り返し熱応力がかかり、その故障につながる可能性がある。間隙１１２に漏出したヘリウムを排出して軸１０６から冷却基部１０２への予期せぬ熱伝達を防止するために、小さなチャネル１９２で間隙１１２をチャンバに連結して、間隙１１２内に存在するヘリウムをカソードがその内部に設置されたチャンバ内に放出してもよい。チャネル１９２はその内部でのアーク放電を防止するための焼結セラミック栓１９４を含んでいてもよい。チャネル１９２がシリンダ１５０内を通るように図示してはいるが、チャネル１９２を別の位置、例えば導管１５２上方の基部１０２の主部に形成してもよい。
【００２５】
静電チャック１０４は典型的には窒化アルミニウム又はその他の適した材料から作製する。静電チャック１０４は抵抗ヒータ１２２と少なくとも１つのチャック電極１２０を含む。一実施形態において、ヒータ１２２は静電チャック１０４の中間部に配置され、チャック電極１２０はヒータ１２２と上面１３０との間に配置される。チャック電極１２０にはエッチング中にプラズマを処理チャンバ内に維持するためのＲＦ電力も供給される。チャック電極１２０とヒータ１２２への電力は通常、幹部１０６とシールド１０８の中空内部を通って延びる送電部１２４、１２６により供給され、チャック電極１２０とヒータ１２２の電源（図示せず）への連結が円滑化されている。
【００２６】
二次電極１２８をチャック電極１２０の下方に配置してもよい。二次電極１２８の外縁部はチャック電極１２０の外端を越えて延びている。処理中の基板縁部でのプラズマによる静電チャック１０４への損傷を防止するためにチャックの上面１３０はその上に固定される基板より小さく、このために基板縁部で電場が歪曲し、いわゆる「傾斜」したエッチングプロファイルが形成される場合がある。二次電極１２８はチャック電極１２０としての主要ＲＦ端子に接続され、エッチング処理中、通常は同じ電位を付与される。二次電極１２８を、静電チャック１０４の上面１３０の外方向かつ下方にある段差部１９０上に支持される処理キット（例えば、処理リング）上への材料の堆積及び／又は堆積した材料の除去に利用することもできる。
【００２７】
静電チャック１０４の上面１３０は、通常、網目状溝部１３４によって隔てられた複数の島部１３２を含む。島部は表面特徴部１４４、例えば隆起部、突起部、エンボス加工部、テクスチャ加工部その他等を含んでいてもよく、これらを利用して表面１３０の熱伝達とチャック特性を調節する。ヘリウム又はその他の適した熱伝達ガスを静電チャック１０４内に形成された内側ガス送り部１４０を通して網目状溝部１３４に供給する。
【００２８】
加えて、静電チャック１０４の上面１３０は外周チャネル１３６を含み、チャネルは網目状溝部１３４とは環状突条部１３８により隔てられている。ヘリウム又はその他の適切な熱伝達ガスを外周チャネル１３６に外側ガス送り部１４０により供給することで、網目状溝部１３４と外周チャネル１３６に送られるガスを独立して制御することができる。任意で１つ以上のガス送り部１４０、１４２を設置することで、網目状溝部１３４と外周チャネル１３６でのガス分布を所望のものとしてもよい。図１に図示の実施形態においては、１つの内側ガス送り部１４２と１２個の等間隔の外側ガス送り部１４０が静電チャック１０４に形成されている。図では１つしか示していないが、複数の昇降ピン用穴部１４６が冷却基部１０２と静電チャック１０４に形成されている。
【００２９】
任意で、第２の環状外側チャネル（図示せず）を外周チャネル１３６に隣接させて配置してもよい。第２の環状外側チャネルを利用して汚染物質を回収し、残りのチャック表面の汚染度を下げ、チャック性能を上昇させてもよい。
【００３０】
図２はカソード１００の締付けリング１１４の一実施形態の部分断面図である。締付けリング１１４は剛性材料、例えば陽極酸化アルミニウム、チタン又はその他の適切な材料から作製される。締付けリング１１４の材料として低い熱伝導率を有するものを選択することで、静電チャック１０４と基部１０２との間の熱伝達を最小限に抑えてもよい。締付けリング１１４は、通常、環状体２０２を含み、環状体からは内側方向にフランジ２０４が延びている。フランジ２０４の遠位端は下方向に延びるリップ部２０６を含む。フランジ２０４及びリップ部２０６は、固締した際に、リップ部２０６が静電チャック１０４の段差部１９０の下を半径方向外側に延びる取付けフランジ２１２と接触するような寸法設計となっている。
【００３１】
一実施形態において、締付けリング１１４を静電チャック１０４と締付けリング１１４との間での熱伝達が最小限に抑えられるように構成し、これによりチャック１０４における横方向の温度勾配の形成を防止又は最低限にしてもよい。一実施形態において、リップ部２０６をフランジ２０４の円周に沿って分断することで、締付けリング１１４と静電チャック１０４との接触を最小限に抑えてもよい。別の実施形態において、フランジ２０４は断面積縮小領域を含んでいてもよく、この領域によりリップ部２０６と環状体２０２との間に熱チョークが形成され、リップ部と環状体との間の熱伝達が制限される。別の実施形態において、断熱リング２１０をリップ部２０６と取付けフランジ２１２との間に設けてもよい。断熱リング２１０は熱伝導係数が静電チャック１０４とリング１１４の少なくとも一方又は双方の係数よりも小さい材料から作製してもよい。
【００３２】
環状体２０２は固締具２２２を納めるように構成されたネジ穴２１６を含む。固締具２２２は冷却基部１０２に形成されたクリアランスホール２１８を通って延びている。クリアランスホール２１８の直径は、固締時の締付けリング１１４と冷却基部１０２との熱膨張の差に対応できるに十分なものである。１つ以上の座金２２０を利用して固締具２２２の頭部がクリアランスホール２１８内に延びる又は拘束されるのを防止する。冷却基部２０２にザグリ穴２２６を設けて、固締具２２２のアクセスを円滑にしてもよい。固締具２２２及び座金２２０は適した材料から形成してもよく、一実施形態においてはハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ、商標名）等のニッケル合金から作製する。一実施形態において、バネ（図示せず）を固締具２２２の頭部と冷却基部１０２との間に配置して、締付けリング１１４を静電チャック１０４に対して付勢してもよい。
【００３３】
環状体２０２は更に、その下面から延びる突条部２０８を含んでいてもよい。突条部２０８により環状体２０２と冷却基部１０２の上面２１４との離間関係が維持される。突条部２０８により環状体２０２と冷却基部１０２との間に熱チョークが形成され、静電チャック１０４の周縁部から冷却基部１０２への締付けリング１１４を通っての熱伝達が最小限に抑えられる。任意で、突条部２０８を個々の部位へと分断し、環状体２０２と冷却基部１０２との間の熱伝達を更に制限してもよい。
【００３４】
図２にはガス分散リング２３０も図示されている。ガス分散リングは、ガスを外側ガス送り部１４０に供給するように構成されている。ガス分散リング２３０は冷却基部１０２の上面２１４に形成された段付凹部２３２に配置されている。複数の固締具２３４が冷却基部１０２に形成されたネジ穴２３６と係合し、ガス分散リング２３０を固定している。複数の内側及び外側リングシール２３８がガス分散リング２３０、基部１０２、及び基部１０２の段付凹部２３２との間に設置されている。
【００３５】
ガス分散リング２３０の底部２５４は段付凹部２３２の底部２５６とは離間関係に維持され、これにより環状チャネル２５０が画成され、このチャネル通ってガスが基部１０２内に供給される。１つ以上の送り穴部２５２をガス分散リング２３０に形成することで、チャネル内の複数のガスがガス分散リング２３０を通過できるようにする。
【００３６】
ガス分散リング２３０は段付ザグリ穴２４０も含む。段付ザグリ穴２４０の上部は、バッフル盤２４４を受けるように構成されている。各バッフル盤２４４はバッフルシール２４２によって取り囲まれており、シールによりガス分散リング２３０と静電チャック１０４の下面との間がシールされる。バッフルシール２４２は外側ガス送り部１４０も気密に取り囲んでいる。一実施形態において、シール２３８、２４２は高温エラストマー、例えばパーフルオロエラストマーから作製され、その一例がカルレッツ（ＫＡＬＲＥＺ、商標名）である。一実施形態において、送り穴部２５２は段付ザグリ穴２４０に入り込むため、ガスは環状チャネル２５０からガス分散リング２３０を通って、最終的に静電チャック１０４の外側ガス送り部１４０へと流れ込む。
【００３７】
更に図３Ａと３Ｂを参照するが、バッフル盤２４４を設けることで、処理中にカソード１００の接地面と静電チャック１０４の最上部に配置された帯電した基板とが剥き出しの状態になるのを防止している。セラミック材料等の非導電性の材料から形成されたバッフル盤２４４により、カソード１００内での放電（例えば、アーク放電）が防止される。一実施形態において、バッフル盤２４４はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る。
【００３８】
図３Ａに図示の実施形態において、バッフル盤２４４及びガス分散リング２３０は静電チャック１０４を取り除いた状態で図示されている。外側ガス送り部１４０の位置が仮想線で図示されている。図３Ｂはバッフル盤２４４を外した状態でのガス分散リング２３０を図示しており、段付ザグリ穴２４０の下部領域に配置された固締具２３４の頭部が示されている。図３Ｂのバッフル盤２４４を取り除いた状態では、ガス分散リング２３０を通って形成されているガス送り穴部２５２が見える。ガス送り穴部２５２により段付ザグリ穴２４０とガス供給源（図示せず）とが、図４に図示されるように冷却基部１０２内に形成された流路４０２によって連結されている。
【００３９】
図２及び４に更に図示されるように、支持リング１１０をガス分散リング２３０の周縁部に形成された段差部２２４上で保持してもよい。或いは、支持リング１１０を静電チャック１０４又は冷却基部１０２の少なくとも１つに形成した溝部に位置させてもよい。
【００４０】
図５はバッフル盤２４４の一実施形態を図示している。図５に図示の実施形態において、バッフル盤２４４の上面及び下面にはそれぞれ十字型チャネル５０２、５０４が形成されており、バッフル盤２４４周辺でのガス流れを円滑にしている。バッフル盤２４４はその外周に形成された、バッフル盤２４４の下面から上面への流れを更に強化するための切り欠き部５０６も含んでいてもよい。
【００４１】
図６はカソード１００の別の部分断面図であり、内側ガス送り部１４２の下で利用するバッフル盤２４４を図示している。バッフル盤２４４は段付穴部６０２内に保持され、段付穴部はバッフルシール２４２の保持にも利用されている。バッフルシール２４２により、内側ガス送り部１４２の周囲がシールされる。任意で、本願に記載の１つ以上のシールを図７に図示されるようにＥシール７０２と置き換えてもよい。Ｅシール７０２を可撓性金属から作製し、冷却基部１０２と静電チャック１０４との間で圧縮された際に高温シールとして機能するように構成してもよい。一実施形態においては、Ｅシール７０２をＮｉメッキしたインコネル７１８（ＩＮＣＯＮＥＬ、商標名）材料から作製する。Ｅシール７０２により、その領域での真空シールを確保しつつ、加熱及び冷却中の熱膨張又は収縮による部品の相対運動が可能となる。
【００４２】
図６に戻るが、段付穴部６０２の下部領域は、網目状溝部１３４とガス供給源（図示せず）との間を内側ガス送り部１４２を通して連結するのに利用するガス流路６０４に連結されている。図６に図示されるように、ガス流路６０４及び内側ガス送り部１４２の位置にはズレがあるため、上述したように同一線上での整列が防止されている。加えて、バッフル盤２４４が送り部１４２と流路６０４の整列を更に妨げることで、流路６０４からの送り部１４２を通ってのガス流に悪影響を与えることなく、追加の保護手段として作用している。
【００４３】
図８はカソード８００の別の実施形態を図示している。カソード８００は実質的にカソード１００と同様であり、冷却基部１０２の凹部８０４に配置された拡散板８０２を含む。Ｅシール７０２として図示の環状シールを拡散板８０２の各側に設けることで、拡散板８０２をカソード８００内での不測のガス漏れによるガス圧変化から隔離してもよい。或いは、Ｅシール７０２により例えば拡散板８０２を収容している領域である間隙１１８の一部にヘリウム等の熱伝達ガスを選択的に流入させ、冷却基部１０２と静電チャック１０４との間の熱伝達の調節を補佐してもよい。
【００４４】
一実施形態においては、静電チャック１０４の底部と冷却基部１０２の上部との間の間隙１１８は薄い（例えば、約０．０２０〜０．０６０インチ）拡散板８０２を収容可能なように構成されている。拡散板８０２は熱伝導率と電気抵抗率の高い頑強な材料から形成する（例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）。拡散板８０２により、静電チャック１０４から冷却基部１０２への熱の流れがより均一となって有益であり、これはチャック内に配置されたヒータ１２２、冷却剤用チャネルのパターンに関連した欠陥、及びチャネルにおける冷却剤の温度変化によってのみならず静電チャック１０４又は基部１０２の局所的特徴部、例えば背面のＨｅ用穴部、又は昇降ピン用穴部によって引き起こされる熱の不均等さを「拡散」することで成される。拡散板８０２により静電チャック１０４と冷却基部１０２との距離を、チャックと基部との間の間隙内に充満しているガスの放電による間隙内での二次プラズマへの引火の危険性なくして広げることが可能となる。本発明で有用に利用し得る拡散板の一例が２００３年５月１６日出願の米国特許出願第１０／４４０３６５号に記載されている。米国特許出願第１０／４４０３６５号及び第１０／９６０８７４号に記載されているようなプラズマエッチング処理チャンバの内部表面はイットリア含有材料から作製しても及び／又はイットリア含有材料でコーティングしてもよい。こういったイットリア含有表面の例にはシールド、処理キット、壁面内張材、チャンバ壁部、シャワーヘッド及びガス供給ノズルその他が含まれる。
【００４５】
プラズマエッチリアクタ内での運転において、静電チャック１０４内に埋設されたヒータ１２２によって発生した熱及びチャック１０４がプラズマから得た熱は間隙１１８及び間隙１１２を通して冷却基部１０２へと跳ね除けられる。少なくとも１つの実施形態において、基部１０２とチャック１０４は接触せず、チャック１０４に連結された幹部１０８はシール１１６近傍でのみ基部１０２に接近するため、チャック・幹部アセンブリは本質的に基部に接触しない。一実施形態においては間隙１１８にヘリウムを充填することで冷却基部１０２への熱流速を軽減し、静電チャック１０４の表面を冷却基部１０２より著しく高い温度で維持している。一部の実施形態においては拡散板８０２を利用することで、最適化されていないヒータ電力分布に負うところのヒータ１２２によって発生する及び／又は冷却基部１０２による不均等な冷却によって生じる温度の不均一さを軽減している。幹部１０６を用いて静電チャック１０４の端子を大気圧下に維持し、端子とその他の部品との間のみならず端子間でのアーク放電を防止する。幹部１０６は、幹部１０６の底部の温度をＯリング１１６の材料の融点より低い温度まで下げつつ、幹部１０６又はチャック１０４への損傷を防止するに適した速度で幹部１０６からの熱除去を行うに十分な距離にＯリング１１６を設置するに十分な長さを有する。
【００４６】
従って、高温プラズマエッチングに適したカソードの実施形態を提供する。このカソードにより、熱応力又は高温への曝露によるカソード部品への損傷を防止しつつ、冷却基部を約２０〜約８０℃の範囲に維持した状態でセラミック製静電チャックを４５０℃に上る温度で運転することが可能となる。
【００４７】
上記は本発明の実施形態についてのものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他および更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
その一部が添付図面で図示されている実施形態を参照し上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を得ることで、本発明の上述した構成が詳細に理解可能である。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【００４９】
【図１】プラズマエッチングチャンバでの使用に適した基板支持アセンブリの一実施形態の斜視断面図である。
【図２】ガス分散リングの一実施形態を示す図１の基板支持アセンブリの部分断面図である。
【図３Ａ】冷却基部上に配置されたガス分散リングの一部の部分平面図であり、ガス分散リングはリングを通って形成されたガス流入口を覆うバッフル盤を有する。
【図３Ｂ】バッフル盤が取り除かれガス流入口が見えている状態の図３Ａのガス分布リングの部分平面図である。
【図４】ガス分散リングを通っての図１の基板支持アセンブリの別の部分断面図である。
【図５】バッフル盤の一実施形態の斜視図である。
【図６】内側ガス送り部を通っての図１の基板支持アセンブリの部分断面図である。
【図７】冷却基部と静電チャックとの間でＥシールを利用している基板支持アセンブリの部分断面図である。
【図８】プラズマエッチングチャンバでの使用に適した基板支持アセンブリの別の実施形態の斜視断面図である。
【００５０】
円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。但し、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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