(57)【要約】  ワークピース支持台は、ワークピース支持面をもつ絶縁パックと、電気設備と熱媒体チャネルを含む前記パックの下に設置された導電プレートと、そして導電プレートの下にある軸方向に並進可能な同軸ＲＦパスアセンブリを含んでいる。同軸ＲＦパスアセンブリは、中心導体と、接地された外側導体と、そして中心と外側の導体を分離している管状の絶縁体を含んでおり、それによってパック、プレート、そして同軸ＲＦパスアセンブリは、軸方向の動作がリフトサーボによって制御される可動アセンブリを含んでいる。複数のコンジットが中心導体を通って軸方向に伸び、熱媒体設備に結合されている。複数の導体が管状の絶縁体を通って軸方向に伸び、電気設備に接続されている。
2011520288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタチャンバ内で使用するためのワークピース支持台であって、
（Ａ）ワークピース支持面をもつ絶縁パックと、
（Ｂ）電気設備と熱媒体チャネルを含む前記パックの下に設置された導電プレートと、
（Ｃ）軸方向に伝送可能な同軸ＲＦパスアセンブリを含み、前記同軸ＲＦパスアセンブリは、前記導電プレートの下に設置され、中心導体と、接地された外側導体と、そして前記中心導体と外側導体を分離している管状絶縁体を含み、これによって前記パック、プレート、そして同軸ＲＦパスアセンブリが可動アセンブリを形成し、
（Ｄ）これの軸方向の移動のための前記同軸アセンブリに結合されたリフトサーボと、
（Ｆ）前記中心導体を通って軸方向へ伸びており、前記熱媒体設備へ結合している複数のコンジットと、
（Ｇ）前記管状絶縁体を通って軸方向へ伸びており、前記電気設備に接続されている複数の導体を含むワークピース支持台。
【請求項２】
前記中心導体の下端に接続されており、ＲＦ電源に接続可能である可撓性のあるＲＦ導体を更に含む請求項１に記載のワークピース支持台。
【請求項３】
前記熱媒体設備は前記ワークピース支持面内のガス流通チャネルを含み、前記複数のコンジットは前記ガス流通チャネルに結合しているガス供給・回収コンジットを含む請求項１に記載のワークピース支持台。
【請求項４】
前記熱媒体設備は、クーラント流通チャネルを含み、前記複数のコンジットは前記クーラント流通チャネルに結合しているクーラント供給・回収コンジットを更に含む請求項３に記載のワークピース支持台。
【請求項５】
前記電気設備は、チャッキング電極と内側・外側同心ヒーター要素と、前記チャッキング電極に接続した直流電源線を含む前記導体と、前記内側ヒーター要素に結合した交流電線の第1の組と、前記外側ヒーター要素に結合した交流導体の第２の組を含む請求項３に記載のワークピース支持台。
【請求項６】
前記電気設備は、前記ワークピース支持面内に放射状内側・外側温度センサを更に含み、前記導体は前記放射状内側温度センサに接続した少なくとも第1の導体と、前記放射状外側温度センサに接続した少なくとも第２の導体を含む請求項５に記載のワークピース支持台。
【請求項７】
前記ワークピース支持面内に放射状内側・外側温度センサと、前記内側・外側温度センサに結合したオプティカルコンダクタを更に含み、前記オプティカルコンダクタは前記同軸ＲＦパスアセンブリを通って軸方向に伸びている請求項５に記載のワークピース支持台。
【請求項８】
前記オプティカルコンダクタは、前記管状絶縁体を通って軸方向に伸びている請求項７に記載のワークピース支持台。
【請求項９】
前記同軸パスアセンブリの前記外側導体は、そこから電気的に絶縁されるように前記導電プレートの下で終わる請求項１に記載のワークピース支持台。
【請求項１０】
前記導体は前記導電プレートを通過し、前記導電プレート内の個々の導体を取り囲む絶縁体スリーブを更に含む請求項９に記載のワークピース支持台。
【請求項１１】
側壁、天板、そして床部を有するチャンバと、
ＲＦ発生器とＲＦインピーダンス整合器を含むＲＦ電源と、
前記チャンバ内にワークピース支持台を含むプラズマリアクタであり、
前記ワークピース支持台は、
（Ａ）ワークピース支持面をもつ絶縁パックと、
（Ｂ）電気設備と熱媒体チャネルを含む前記パックの下に設置された導電プレートと、
（Ｃ）軸方向に伝送可能な同軸ＲＦパスアセンブリを含み、前記同軸ＲＦパスアセンブリは、前記導電プレートの下に設置され、上端を前記導電プレートに、下端を前記ＲＦ電源に接続している中心導体と、接地された外側導体と、そして前記中心導体と外側導体を分離している管状絶縁体を含み、これによって前記パック、プレート、そして同軸ＲＦパスアセンブリが可動アセンブリを形成し、
（Ｄ）これの軸方向の移動のための前記同軸アセンブリに結合されたリフトサーボと、
（Ｆ）前記中心導体を通って軸方向へ伸びており、前記熱媒体設備（請求項１に同じ）へ結合している複数のコンジットと、
（Ｇ）前記管状絶縁体を通って軸方向へ伸びており、前記電気設備に接続されている複数の導体を含むプラズマリアクタ。
【請求項１２】
前記中心導体の下端に接続され、ＲＦ電源に接続可能である可撓性のあるＲＦ導体を更に含む請求項１１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１３】
前記熱媒体設備は前記ワークピース支持面内にガス流通チャネルを含み、前記複数のコンジットは前記ガス流通チャネルに結合しているガス供給・回収コンジットを含む請求項１１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１４】
前記熱媒体設備はクーラント流通チャネルを含み、前記複数のコンジットは前記クーラント流通チャネルに結合したクーラント供給・回収コンジットを更に含む請求項１３に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１５】
前記電気設備は、チャッキング電極と内側・外側同心ヒーター要素と、前記チャッキング電極に接続した直流電源線を含む前記導体と、前記内側ヒーター要素に結合した交流電線の第1の組と、前記外側ヒーター要素に結合された交流導体の第２の組を含む請求項１３に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１６】
前記電気設備は、前記ワークピース支持面内に放射状内側・外側温度センサを更に含み、前記導体は前記放射状内側温度センサに接続した少なくとも第1の導体と、前記放射状外側温度センサに接続した少なくとも前記第２の導体を含む請求項１５に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１７】
前記ワークピース支持面内に放射状内側・外側温度センサと、前記内側・外側温度センサに結合したオプティカルコンダクタを更に含み、前記オプティカルコンダクタは前記同軸ＲＦパスアセンブリを通って軸方向に伸びている請求項１５に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１８】
前記可動アセンブリは、
前記導電プレートの下にある平面絶縁層と、
前記絶縁層と軸の環状スカートの下にある皿を更に含み、前記スカートは前記皿から下へ伸び、前記同軸パスアセンブリの前記外側導体と同心状にあり、また前記スカートと前記外側導体の間の環状空間を画定しており、
前記プラズマリアクタは、
前記床部に結合され、前記外側導体を取り囲み、前記環状空間の中へ部分的に伸びている固定アキシャルガイドスリーブを更に含み、前記環状スカートは前記固定アキシャルガイドスリーブを取り囲んでいる請求項１１に記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００８年５月５日に出願された米国仮出願第６１／１２６，６１１号及び２００８年６月１９日に出願された米国出願第１２／１４２，６４０号に基づく優先権を主張する。
【背景】
【０００２】
ワークピースあるいは半導体ウェハーと天板との間の間隙あるいは距離を、直径３００ｍｍウェハーに対して数インチ調節できる、可動のカソードあるいはウェハー支持台に対する必要性がある。この必要性の理由の１つは、ウェハーと天板間の間隙を変化させることによって、あるプロセスに対してあるプロセスパラメータが改善されるかもしれないことである。更に、ＲＦバイアス電力をカソードに効率的に接続する必要性がある。供給・帰還の１組の交流導体を通して、交流電力をカソード内の独立した内部や外部のヒーター要素へ伝達する別の必要性もある。そして、ヘリウムガスをカソードのウェハー支持面内の裏側冷却チャネルへ送るための供給・回収コンジットを提供する更なる必要性もある。また、カソード内の冷却通路用のクーラントを送る供給・回収コンジットを提供する更なる必要性もある。高電圧の直流電力をカソード内にある静電クランピング（チャッキング）電極へ送るための導体を提供する必要性もある。様々なコンジットや導体が高レベルのＲＦ電力のカソードへの伝達と電気的に互換性が無ければならず、同時に一方ではカソードの軸方向の動きを数インチ（例えば４インチ）の広い範囲で制御できなければならない。
【概要】
【０００３】
ワークピース支持台がプラズマリアクタチャンバ内に提供される。この台は、ワークピース支持面をもつ絶縁パックと、電気設備と熱媒体チャネルを含む前記パックの下に設置された導電プレートと、そして導電プレートの下にある軸方向に並進可能な同軸ＲＦパスアセンブリを含んでいる。同軸ＲＦパスアセンブリは、中心導体と、接地された外側導体と、そして中心と外側の導体を分離する管状の絶縁体を含んでおり、それによってパック、プレート、そして同軸ＲＦパスアセンブリは、軸方向の動作がリフトサーボによって制御される可動アセンブリを含んでいる。複数のコンジットが中心導体を通って軸方向に伸び、熱媒体設備に接続されている。複数の導体が管状の絶縁体を通って軸方向に伸び、電気設備に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の典型的な実施形態が実現され、詳細に理解されるように、上記に簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は、添付図面に示されているその実施形態を参照することによって得ることができる。本発明を不明瞭にしないために、既知のプロセスは本明細書では説明しない。
【０００５】
【図１】一実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図２】図１のプラズマリアクタのウェハー支持台の正面断面図である。
【図３】図２のウェハー支持台の上部の拡大図である。
【図４】図２のライン４−４に沿って得られた平面断面図である。
【図５】図２のライン５−５に沿って得られた平面断面図である。
【０００６】
理解の促進のために、図面に共通の同一要素を明示するため、可能な限り、同一の参照番号を使用している。一実施形態における要素及び構成は、更なる詳説無しに他の実施形態において有益に組み込まれてもよいことを想定している。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、従ってその範囲を限定しているとは解釈されず、本発明は他の均等に有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【詳細な説明】
【０００７】
図１を参照すると、プラズマリアクタは円筒側壁１０２によって画定されるチャンバ１００と、天板１０４と、そして周縁エッジが側壁１０２と交わる床部１０６を有している。天板１０４はプロセスガス供給源１０８からプロセスガスを受け取るガス分配プレートであってもよい。プラズマＲＦソース電力は、それぞれのＲＦインピーダンス整合要素１１８、１２０を介して、それぞれのＲＦソース電力発生装置１１４、１１６に接続されている内側と外側のそれぞれのコイルアンテナ１１０、１１２からチャンバ１００の中へ誘導結合されてもよい。天板あるいはガス分配プレート１０４は非導電材料でできていてもよく、それによって天板１０４を介して、そしてチャンバ１００の中へ、コイルアンテナ１１０、１１２のＲＦパワーの誘導結合をさせることができる。選択的に又は追加的に、更に１つのＲＦ発生装置１２２とインピーダンス整合器１２４からのＲＦプラズマソース電力は、オーバーヘッド電極１２６から容量結合されていてもよい。コイルアンテナ１１０、１１２からチャンバ１００内へのＲＦ電力の誘導結合を行うために、オーバーヘッド電極１２６は技術的によく知られたタイプのファラデーシールドの形態で提供され、それは外側のリングコンダクタ１２８と複数の導電突起１３０を含んでおり、導電突起１３０は外側のリングコンダクタ１２８から内側へ向かって放射状に伸びている。コイルアンテナ１１０、１１２が無いときは、代替として、天板１０４が金属で作られ、インピーダンス整合器１２４を介してＲＦ発生装置１２２へ接続されるオーバーヘッド電極として使用してもよい。側壁１０４と床部１０６は、金属でできていて接地されていてもよい。真空ポンプ１３２は、床部１０６を通ってチャンバ１００の空気を抜く。
【０００８】
ウェハー支持台２００はチャンバ１００の内部に提供され、上部のウェハー支持面２００ａと床部１０６の下に底部２００ｂを有している。ＲＦバイアス電力は台の底部２００ｂを通って、ＲＦ伝送ラインとして機能している同軸フィードを通って上面２００ａの下に（記載されて）あるカソード電極へ結合されている。同軸フィードは、以下で詳細に記述するが、軸方向に可動の同軸アセンブリ２３４を含み、これは環状絶縁層２５０とこの環状絶縁層２５０を取り囲む外側の環状導体２５３によって取り囲まれた円筒型の内側導体２３５を含んでいる。以下で詳細に記述されているように、中心導体内の複数のクーラントコンジットと複数のガスコンジット（図１おいて、図示せず）が、台の底部２００ｂからウェハー支持面２００ａの下方のクーラント通路までと、ウェハー支持面２００ａの中の裏側ヘリウムチャネルまで、それぞれクーラントとヘリウムガスのための供給・回収経路を提供している。電気ライン（図１において、図示せず）は、台の底部２００ｂから上述した環状絶縁層を通って伸びており、これによって交流電力を台の上面２００ａの下の内部ヒーターへ、直流電力を上面２００ａの下の内部チャッキング電極へ伝送し、光学式温度プローブ信号を上面２００ａにあるセンサから台の底部２００ｂを通って外へ伝送している。台２００の内部構造を詳細に記述する。
【０００９】
図２を参照すると、台２００は同軸可動アセンブリ２３４に機械的に結合された要素を含んでおり、従ってそれは可動アセンブリ２３４と共に上下動する。可動アセンブリに機械的に結合された要素は、上部ウェハー支持面２００ａを形成している円盤形状の絶縁パックあるいは上層２０５を含んでおり、そしてそれは例えば窒化アルミニウムで形成されていてもよい。パック２０５は上面２００ａの近傍の内部チャッキング電極２１０を含んでいる。また、パック２０５は、電気的に抵抗性をもつ内側及び外側のヒーター要素２１５、２１６も含んでいる。円盤形状の金属プレート２２０がパック２０５の下に設置されており、これはアルミニウムで形成されていてもよい。ウェハー支持面２００ａがパック２０５の上面であり、オープンチャネル２０７を有しており、それを通ってヘリウムのような熱伝導性ガスが注入され、それによって支持面２００ａ上で処理されているウェハーの裏面とパック２０５の間の熱伝導性を制御している。内部クーラント経路２２５は、パック２０５の中、又はその代わりにプレート２２０の中に備えられている。円盤形状の石英絶縁体あるいは平面絶縁体層２３０が金属プレート２２０の下に設置されている。導電支持皿２３７が絶縁体２３０の下に設置されており、絶縁体２３０、プレート２２０、及びパック２０５を取り囲んでいる円筒壁部２３９を支持してもよい。パック２０５、金属プレート２２０、絶縁層２３０、及び支持皿２３７は、可動同軸アセンブリ２３４と共に上下動する台２００の要素であり、可動同軸アセンブリ２３４に対して以下のように機械的に結合されている。支持皿２３７は同軸外側導体２５３に結合し、絶縁体２３０は同軸絶縁体スリーブ２５０に結合し、金属プレート２２０は同軸内側導体２３５に結合している。
【００１０】
同軸内側導体２３５は、金属プレート２２０を通って台の底部２００ｂから伸びる延長ステムあるいは円筒ロッドとして形成されている。ステム２３５の下端は、２つのＲＦバイアス電力発生器２４０、２４２のうちの１つ又は両方に、それぞれＲＦインピーダンス整合要素２４４、２４６を通して接続されている。ステム２３５は、ＲＦバイアス電力をプレート２２０へ伝え、そしてプレート２２０は、ＲＦホットカソード電極として機能する。環状絶縁層あるいはスリーブ２５０は、内側導体あるいはステム２３５を取り囲んでいる。環状外側導体２５３は、絶縁スリーブ２５０と内側導体２３５を取り囲んでおり、同軸アセンブリ２３５、２５０、２５３がＲＦバイアス電力のための同軸伝送ラインとなっている。
【００１１】
外側導体２５３は、床部１０６に接続されている管状固定ガイドスリーブ２５５によって拘束されている。支持皿２３７から伸びる可動管状ガイドスリーブ２６０は、固定ガイドスリーブ２５５を取り囲んでいる。床部１０６から伸びる外側固定ガイドスリーブ２５７は、可動ガイドスリーブ２６０を拘束している。可動ガイドスリーブ２６０によって制限されるベローズ２６２は、固定ガイドスリーブ２５５の上面２５５ａと皿２３７の底面２３７ａの間に圧縮されている。
【００１２】
リアクタのフレームに固定されたリフトサーボ２６５（例えば、側壁１０２や床部１０６もフレームに固定されている）は、可動同軸アセンブリ２３４に機械的に結合しており、可動同軸アセンブリ２３４の軸方向位置を上下動させる。床部１０６、側壁１０２、サーボ２６５、そして固定チューブ２５５が、固定アセンブリを形成している。
【００１３】
格子２２６が台の側壁２３９からチャンバの側壁１０２へ向けて伸びている（図１）。また図２を参照すると、プロセスリング２１８がパック２０５の端部の上に重なっている。絶縁リング２２２は、プレート２２０と台の側壁２３９の間の電気的絶縁を行っている。スカート２２４が床部から伸び、台の側壁２３９を取り囲んでいる。リフトピン２２８は、床部１０６、皿２３７、絶縁体プレート２３０、金属プレート２２０、及びパック２０５を通って伸びている。
【００１４】
ここで図３を参照すると、１つの実施形態において、外側導体２５３はアルミニウムプレート２２０の下に十分に間隔を置いたその上端２５３ａを有し、それによってそれらの間での電気的接触を避けている。図３に示されるように、同軸絶縁体２５０はパック２０５の下に十分に間隔を置いたその上端２５０ａを有し、それによって同軸中心導体２３５とアルミニウムプレート２２０の間の電気的接触を可能にしている。
【００１５】
再び図２を参照すると、同軸アセンブリの外側導体２５３は、接地された床部１０６に接触している固定ガイドスリーブ２５５を通って接地されている。また、可動ガイドスリーブ２６０、台のスカート２２４、支持皿２３７も、可動スリーブ２６０と固定ガイドスリーブ２５５との間の接触によって接地されている。
【００１６】
ここで図２及び図４、図５の断面図を参照すると、１組のヘリウムコンジット２７０、２７２が、底部２００ｂから設備プレート２２０に連結しているステム２３５の上面まで、ステムあるいは内側導体２３５を通って軸方向に伸びている。ヘリウムコンジット２７０、２７２は、パック２０５のウェハー支持面２００ａ内の裏側ヘリウムチャネル２０７に連通している。可撓性のあるホース２７８が、ガスコンジット２７０、２７２と固定ヘリウムガス供給源２７９との間の可動ステム底部２００ｂにおいて接続している。
【００１７】
１組のクーラントコンジット２８０、２８２が、ステムあるいは内側導体２３５を通って軸方向に伸びており、ステム２３５を通って内部クーラント経路２２５と連通している。可撓性のあるホース２８８が、クーラントコンジット２８０、２８２と固定クーラント供給源２８９との間の可動ステム底部２００ｂにおいて接続している。
【００１８】
直流ウェハークランピング電圧源２９０とチャッキング電極２１０との間の接続は、管状絶縁体２５０内で軸方向に伸びていて、パック２０５を通ってチャッキング電極２１０へ伸びている導体２９２によって提供される。可撓性のある導体２９６は、導体２９２と固定直流電源２９０との間のステム底部２００ｂにおいて、可動電気的接続を提供している。
【００１９】
内側ヒーター要素２１５と第１固定交流電源３００との間の接続は、ステム底部２００ｂから絶縁スリーブ２５０を通って軸方向へ伸びる第１の組の交流導体３０４、３０６によって提供される。
【００２０】
外側ヒーター要素２１６と第２固定交流電源３０２との間の接続は、ステム底部２００ｂから絶縁スリーブ２５０を通って軸方向へ伸びる第１の組の交流導体３０７、３０８によって提供される。交流ライン３０７、３０８は更に、パック２０５を通って外側ヒーター要素２１６へ放射状に伸びている。
【００２１】
１つの実施形態において、内側帯域温度センサ３３０がウェハー支持面２００ａ内の開口を通って伸びており、外側帯域温度センサ３３２がウェハー支持面２００ａ内のもう１つの開口を通って伸びている。温度センサ３３０、３３２からセンサ電子回路３３３までの電気的（又は光学的）接続は、ステム底部２００ｂから絶縁体スリーブ２５０を通ってそしてパック２０５を通って伸びるそれぞれの電気的（又は光学的）導体３３４、３３６によって、ステム底部２００ｂに提供される。導体３３６はパック２０５を通って外側温度センサ３３２まで放射状に伸びている。
【００２２】
図３及び図５を参照すると、アルミニウムプレート２２０内にある導体２９２、３０４、３０６、３０７、３０８、３３４、３３６のこれらの部分は、個々に電気的に絶縁している円筒スリーブ３７０によって取り囲まれている。これらの組合せは任意であり、導体２９２、３０４、３０６、３０７、３０８、３３４、３３６の絶縁を行いながら、中心導体２３５とプレート２２０との間の電気的接続を可能にするために他の実装がなされてもよい。
【００２３】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他のそして更なる実施形態がこの基本的範囲を逸脱することなく創作されることができ、この範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2011520288.tif 000003
【図２】
2011520288.tif 000004
【図３】
2011520288.tif 000005
【図４】
2011520288.tif 000006
【図５】
2011520288.tif 000007
【国際調査報告】
2011520288.tif 000008
2011520288.tif 000009
2011520288.tif 000010