(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理用反応装置内の処理用ガス中で基板を加熱するヒータであって、
外面およびこの外面とは反対側の内面を有する第１の石英プレートと、
内面を有し、この内面が前記第１の石英プレートの内面と近接するように、前記第１の石英プレートに近接かつ平行に配置された第２の石英プレートと、
第１の発熱エレメントと、
この第１の発熱エレメントの形状と相応の形状で、前記第１および第２の石英プレートの前記内面の少なくとも１つに形成され、前記第１の発熱エレメントを中に受け入れるように第１の発熱エレメントの形状と相応の形状を有する第１のチャネルと、
前記第１と第２の石英プレートと共に、これらの間に装着された前記第１の発熱エレメントを封止し、（ａ）前記第１と第２の石英プレートとの間で、（ｂ）前記第１のチャネルの周りに気密室を形成する第１の密封部と、
前記ヒータにとって外部に所在する処理用ガスの成分および圧力とは無関係に、所定の成分および圧力のガスを前記第１のチャネルへ導入させるための第１の保護用ガスダクトとを具備するヒータ。
【請求項２】
前記第１と第２の石英プレートとの間に導入される前記ガスは、酸素である請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第１の石英プレートは、更に第１のリフトピン穴を有し、
前記第２の石英プレートは、第１の石英プレートの前記第１のリフトピン穴の位置に対応する位置に第２のリフトピン穴を更に有し、また、
このヒータは、
前記第１および第２のリフトピン穴を通るリフトピンと、
前記第１と第２の石英プレートとの間に導入された前記ガスが、前記第１および第２のリフトピン穴を経て逃れないように、前記第１および第２のリフトピン穴を相互に密封するための第２の密封部と
を具備する請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第１の発熱エレメントは、Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）合金を含む請求項１に記載のヒータ。
【請求項５】
前記Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）合金は、アルミニウム、コバルト、クロム、および、鉄元素を含む請求項４に記載のヒータ。
【請求項６】
前記第１の発熱エレメントは、タングステン合金を含む請求項１に記載のヒータ。
【請求項７】
前記第１の発熱エレメントは、モリブデン、白金、炭化ケイ素から成るグループから選ばれた材料を含む請求項１に記載のヒータ。
【請求項８】
前記第１の発熱エレメントの過熱を防止するために、前記第１のチャネル内に注入される冷却ガスをさらに具備する請求項１に記載のヒータ。
【請求項９】
前記第１の発熱エレメントは、化学的にエッチングされたＫａｎｔｈａｌ（登録商標）合金および化学的にエッチングされたモリブデンから成るグループから選ばれた材料を含む請求項１に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記第１の発熱エレメントを電源に結合するために、前記第１の保護用ガスダクトを通って延びた電気コンダクターを有する請求項１に記載のヒータ。
【請求項１１】
前記第１および第２の石英プレートの１つの前記内面は、これの周辺から延びた付随フランジを有し、また、前記第１および第２の石英プレートのもう一方の前記内面は、この周辺に沿って形成された凹部を有し、この凹部は、これらの間に気密密封部の形成を支援するように前記付随フランジと係合する請求項１に記載のヒータ。
【請求項１２】
第３の石英プレートと、
ヒータに前記第３の石英プレートを密封するための第２の密封部と、
ウェハをヒータにクランプさせるために、前記第３の石英プレートとヒータとの間に設けられた少なくとも２つの電極とを更に具備する請求項１に記載のヒータ。
【請求項１３】
第１の圧力で第１の伝導ガスを運ぶための第１の導通ダクトと、
前記第１の導通ダクトから前記第１の伝導ガスを受け入れるための第１の伝導ガスダクト穴、及びヒータ上に置かれた基板への伝導を高めるためにそこを通って前記第１の伝導ガスを通させるように第１の領域に設けられた第１の組の伝導ガス穴を有する第３の石英プレートと、
前記第１の伝導ガスが第１の保護用ガスダクトを通らないように、ヒータに前記第３の石英プレートを密封するための第２の密封部と
をさらに具備する請求項１に記載のヒータ。
【請求項１４】
第２の圧力の第２の伝導ガスを導通させるための第２の伝導ガスダクトと、
前記第２の伝導ガスダクトから前記第２の伝導ガスを受け入れるための第２の伝導ガスダクト穴、及びそこを通って前記第２の伝導ガスを通させるように第２の領域に設けられた第２の組の伝導ガス穴を有す第４の石英プレートと、
前記第１および第２の伝導ガスの前記第１および第２の圧力が無関係のままであるように、前記第３および第４の石英プレートを同心円的に一緒に密封するための第３の密封部とを更に具備し、
前記第１と第２の領域は、重複しない請求項１３に記載のヒータ。
【請求項１５】
前記第１の石英プレートは、第１の領域に第１の組の伝導ガス穴を更に有し、
前記第２の石英プレートは、前記第１の領域に第２の組の伝導ガス穴を更に有し、
前記ヒータは、第１の伝導ガスが前記第１の組の伝導ガスチャネルを通ることが可能であるような第１の組の伝導ガスチャネルを形成するように、前記第２の組の伝導ガス穴の対応する穴へ前記第１の組の伝導ガス穴の穴を密封するための第２の密封部を更に有する
請求項１に記載のヒータ。
【請求項１６】
前記第１の石英プレートは、第２の領域に第３の組の伝導ガス穴を更に有し、
前記第２の石英プレートは、前記第２の領域に第４の組の伝導ガス穴を更に有し、
前記ヒータは、前記第１の保護用ガスダクトおよび前記第１の組の伝導ガスチャネルのいずれにも前記第２の伝導ガスを通過させることなく第２の伝導ガスが第２の組の伝導ガスチャネルを通ることが可能であるような前記第２の組の伝導ガスチャネルを形成するように、前記第４の組の伝導ガス穴の対応する穴へ前記第３の組の伝導ガス穴の穴を密封するための第３の密封部を備え、
前記第１と第２の領域が重複しない請求項１５に記載のヒータ。
【請求項１７】
更に、第２の圧力で第２の伝導ガスを運ぶための第２の伝導ガスダクトを更に具備し、
前記第３の石英プレートは、前記基板への伝導を高めるために、そこを経て前記第２の伝導ガスを通過させる前記第２の伝導ガスダクト穴及び第２の領域の第２の組の伝導ガス穴から前記第２の伝導ガスを受け取るための第２の伝導ガスダクト穴を有し、前記第１と第２の領域が重複しない請求項１３に記載のヒータ。
【請求項１８】
第１の圧力で冷却された第１の冷媒を運ぶための第１の冷媒入口ダクトと、
前記第１の冷媒がヒータ内の熱を吸収した後に前記第１の冷媒を運ぶための第１の冷媒出口ダクトと、
前記第１の冷媒入口ダクトに接続された第１の入口穴、及び前記第１の冷媒出口ダクトに接続された第１の出口穴を有する第３の石英プレートと、
前記第１の冷媒が前記第１の保護用ガスダクトを通らないように、前記第３の石英プレートをヒータに密封するための第２の密封部とを更に具備する請求項１に記載のヒータ。
【請求項１９】
冷却された第２の冷媒を第２の圧力で運ぶための第２の冷媒入口ダクトと、
前記第２の冷媒が前記ヒータの熱を吸収した後に前記第２の冷媒を運ぶための第２の冷媒出口ダクトと、
前記第２の冷媒入口ダクトへ接続された第２の入口穴、及び前記第２の冷媒出口ダクトへ接続された第２の出口穴を有する第４の石英プレートと、
前記第２の冷媒が前記第１の保護用ガスダクトを通らないように前記第４の石英プレートをヒータへ密封するための第３の密封部とを更に具備する請求項１８に記載のヒータ。
【請求項２０】
処理用反応装置内の処理ガス中で基板を加熱する多重領域ヒータであって、
前記処理ガスに露出される外面と、この外面とは反対側の内面とを有する第１の石英プレートと、
内面を有し、この内面が前記第１の石英プレートの内面と近接するように、前記第１の石英プレートに近接かつ平行に配置された第２の石英プレートと、
第１の領域内の第１の発熱エレメントと、
この第１の発熱エレメントの形状と相応の形状で、前記第１および第２の石英プレートの前記内面の少なくとも１つに形成され、前記第１の発熱エレメントを中に受け入れるように第１の発熱エレメントの形状と相応の形状を有する第１のチャネルと
前記第１と第２の石英プレートと共に、これらの間に装着された前記第１の発熱エレメントを封止し、前記第１と第２の石英プレートとの間に気密室を形成す第１の密封部と、
前記ヒータにとって外部に所在する処理用ガスの成分および圧力とは無関係に、第１の所定の成分および圧力のガスを前記第１のチャネルへ導入させるための第１の保護用ガスダクトと、
第２の領域内の第２の発熱エレメントと、
中に前記第２の発熱エレメントを受け入れるために前記第２の発熱エレメントの形状と相応の形状を有し、前記第１および第２の石英プレートの前記内面の少なくとも一方に形成された第２のチャネルと、
前記第１および第２の石英プレートを一緒に密封し、これらの間に取着された第２の発熱エレメントを前記第１の発熱エレメントから隔離し、かつ前記第２のチャネルの周りに気密密封部を提供するためにする第２の密封部と、
ヒータにとって外部に所在する前記処理用ガスの成分および圧力とは無関係に、第２の所定の成分および圧力のガスを第２のチャネルへ導入させるための第２の保護用ガスダクトとを具備する多重領域ヒータ。
【請求項２１】
前記第２の保護用ガスダクト内に導入されるガスは、酸素である請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２２】
前記第２の発熱エレメントは、Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）合金を含む請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２３】
前記Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標）合金は、アルミニウム、コバルト、クロム、鉄元素を含む請求項２２に記載のヒータ。
【請求項２４】
前記第２の発熱エレメントは、モリブデン、白金、炭化ケイ素から成るグループから選ばれた材料を含む請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２５】
前記第１および第２の石英プレートの少なくとも１つの面が、平面度が高められた研磨済みプレートである請求項１に記載のヒータ。
【請求項２６】
前記第１および第２の石英プレートの少なくとも１つは、デポシション及びエッチングを用いて形成される請求項１に記載のヒータ。
【請求項２７】
前記第２の発熱エレメントは、化学的にエッチングされたＫａｎｔｈａｌ（登録商標）合金を含む請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２８】
前記第２の発熱エレメントを電源に結合するために、前記第２の保護用ガスダクトを通るように延びた電気導体をさらに具備する請求項２０に記載のヒータ。
【請求項２９】
第３の石英プレートと、
第３の石英プレートをヒータに密封するための第３の密封部と、
基板を前記ヒータにクランプするように、第３の石英プレートとヒータとの間にある少なくとも２つの電極とを更に具備する請求項２０に記載のヒータ。
【請求項３０】
少なくとも２つの電極のうちの２つの電極の間のキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定装置を更に具備する請求項１２に記載のヒータ。
【請求項３１】
少なくとも２つの電極のうちの２つの、電極の間のキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定装置を更に具備する請求項２９に記載のヒータ。
【請求項３２】
少なくとも２つの前記電極うちの隣接する２つの電極の間のキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定装置を更に具備する請求項１２に記載のヒータ。
【請求項３３】
少なくとも２つの電極のうちの隣接する２つの電極の間のキャパシタンスを測定するキャパシタンス測定装置を更に具備する請求項２９に記載のヒータ。
【請求項３４】
処理用反応装置内の処理ガス中で基板を加熱するヒータであって、
外面およびこの外面とは反対側の内面を有する第１のアルミナプレートと、
内面を有し、この内面が前記第１のアルミナプレートの内面と近接するように、前記第１のアルミナプレートに近接かつ平行に配置された第２のアルミナプレートと、
第１の発熱エレメントと、
前記第１および第２のアルミナプレートの前記内面の少なくとも１つに形成された前記第１の発熱エレメントをその中に受け入れるために前記第１の発熱エレメントの形状と相応の形状をした第１のチャネルと、
前記第１と第２のアルミナプレートと共に、これらの間に装着された前記第１の発熱エレメントを封止し、（ａ）前記第１と第２のアルミナプレートとの間で、（ｂ）前記第１のチャネルの周りに気密室を形成する第１の密封部と、
前記ヒータにとって外部に所在する前記処理ガスの成分および圧力に関係なしに、所定の成分および圧力のガスを前記第１のチャネル内へ導入する第１の保護用ガスダクトとを具備するヒータ。
【請求項３５】
処理用反応装置内の処理ガス中で基板を加熱するヒータ
であって、
外面およびこの外面とは反対側の内面を有する第１の石英プレートと、
上側面および下側面を有し、前記第１の石英プレートの前記内面に近接かつ平行に配置され、前記第１の石英プレートに融着されるとチャネルを形成する開口部を有する、所定形状の石英のスペーサと、
上側面および下側面を有し、前記スペーサの前記下側面に近接かつ平行に配置された第２の石英プレートと、
前記チャネルの形状と相応に形状の第１の発熱エレメントと、
この第１のチャネルのまわりに気密室を形成するように、前記第１の石英プレートとスペーサと第２の石英プレートとをこれらの間に取着された前記第１の発熱エレメントと共に一緒に密封する第１の密封部とを具備するヒータ。
【請求項３６】
前記スペーサの開口部は、レーザ裁断によって形成された請求項３５に記載のヒータ。
【請求項３７】
前記スペーサの開口部は、ウォータジェットを用いた裁断によって形成された請求項３５に記載のヒータ。
【請求項３８】
前記スペーサの開口部は、研磨によって形成された請求項３５に記載のヒータ。
【請求項３９】
処理用反応装置内の処理ガス中で基板を加熱するヒータであって
外面およびこの外面とは反対側の内面を有する第１の石英プレートと、
内面を有し、この内面が前記第１の石英プレートの内面と近接するように、
前記第１の石英プレートに近接かつ平行に配置された第２の石英プレートと、
第１の発熱エレメントと、
前記第１の発熱エレメントを中に受け入れるように、前記第１および第２の石英プレートの前記内面の少なくとも一方に形成され、前記第１の発熱エレメントに類似するが、それよりも大きく形状を有する第１のチャネルと、
前記第１と第２の石英プレートと共に、これらの間に装着された前記第１の発熱エレメントを封止し、（ａ）前記第１と第２の石英プレートとの間で、（ｂ）前記第１のチャネルの周りに気密室を形成する第１の密封部とを具備するヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願へのクロスレファレンス）
本出願は優先権を主張し、かつその内容が参照してここに組み込まれる１９９９年９月２９日提出の第６の０／１５６，５９５号出願に関する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にプラズマシステムにおける処理に際してウェハ（または他の基板）を保持するための多目的ウェハホルダーに関する。更に詳細には、本ホルダーはクランプ、伝導、加熱、及び／又は、冷却を提供するための少なくとも１つの積層を有する。層の事例には静電チャック、多重領域Ｈｅガスデリバリシステム、多重領域抵抗ヒータ、及び、多重領域冷却システムが含まれる。
【０００３】
【従来の技術】
半導体処理の分野においては、処理ガスの存在の下で半導体ウェハを加熱するために電気抵抗ヒータを使用することが知られている。この加熱は、半導体ウェハにおいて生じる反応処理の特性を変える。例えば、この種の抵抗ヒータは準高熱壁、または、温暖壁の反応装置内で使用されている。この場合、抵抗ヒータは、シリコンウェハの支持体として機能すると共に、処理工程を実施するためにウェハを加熱する。しばしば、シリコンウェハの表面特性に変化を起こさせるために、所定の純度及び／又は圧力の処理ガスが加熱されているシリコンウェハ上で循環させられる。化学蒸着は、この種の抵抗ヒータが半導体ウェハを処理するためにその中で使用される１つの環境である。
【０００４】
このような抵抗ヒータは、一般に（１）ニッケル‐クロム合金（ニクロム）、又は、（２）アルミニウム‐鉄合金でできた発熱エレメントを使用している。これら発熱エレメントは、電気抵抗を有し、発熱エレメントを通るように電流が供給されると発熱する。オーブンに用いられる抵抗性発熱エレメントを作成するために一般に用いられる商業上入手可能な材料の例は、Ｋａｎｔｈａｌ、Ｎｉｋｒｏｔｈａｌ、及び、Ａｌｋｒｏｔｈａｌであり、これらはＢｅｔｈｅｌ、ＣＴのカンサル社（Ｋａｎｔｈａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造された金属合金の登録商標名前である。Ｋａｎｔｈａｌファミリには、フェライト系合金（ＦｅＣｒＡｌ）が含まれ、Ｎｉｋｒｏｔｈａｌファミリには、オーステナイト系合金（ＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＦｅ）が含まれる。
【０００５】
しかしし、過去において、抵抗発熱エレメントは、反応装置内においてシリコンウェハ上を循環させられる処理ガスには露出されたことはなかった。更に、熱質量の大きい大型発熱エレメントでは、既知のプラズマシステム内での加熱の場合には、にウェハと発熱エレメントとの間に所定物質の障壁を介在させることが要求されていた。Ｋａｎｔｈａｌ合金の幾く種類かのような既知の電気抵抗性材料は、発熱エレメントの寿命を長くするためには酸素化された環境を必要とする。酸素の存在は、発熱エレメントの蒸発を抑制する酸化アルミニウムをＫａｎｔｈａｌ合金発熱エレメントの表面上に形成させる。酸素の受け入れ可能レベルは、合金表面と反応する他のガスが無い状態において、７６０トルの５％である。代って、比較的酸素の少ない環境においては、酸化層を多孔質化し、酸化鉄が粒子境界に沿って移動することを可能にし、システムの汚染原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
伝統的に、ウェハ処理システムの発熱エレメントは、過熱されるウェハ又は基板よりも著しく大き熱質量を有する。既知のシステムにおいては、重量が僅か２オンスのウェハを加熱するために重量が数十ポンドの発熱エレメントが使用されてきた。熱質量が大きい結果として、ヒータの横方向のプロファイルが大きくなり、ウェハのエッジ領域と比較して中心領域を著しく加熱することになる。この熱プロファイルを補償するために、既知のシステムにおいては、供給される熱を調節するための３０個程の部品で構成される複雑な装置が用いられた。熱質量が大きくなると熱慣性（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｅｒｔｉａ）も大きくなり、結果的に、ウェハが既にその所要温度に到達した後においても発熱エレメントはウェハ（または他の基板）へ熱を供給し続ける。また、既知のシステムにおいては、径方向、即ち、横方向の熱伝達は、処理されされる基板中への熱伝達より大きいので、ウェハにおける温度変化を隔離することを困難にする。
【０００７】
従って、本発明の目的は、各エレメントが少なくとも１つのウェハ処理機能を果たすような少なくとも１つの発熱エレメントの積重ねとして作成されるウェハホルダーを提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、非静電的にクランプされたウェハよりも更に均一な熱伝導性を与えるように静電クランプを使用する改良されたウェハチャックを提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、（１）ウェハ及び（２）クランプ作用を果たすチャックに収容された２つの隣接する電極のキャパシタンスを測定することによって静電チャックへのウェハの効果的なクランプを測定することである。
【００１０】
本発明の追加的な目的はウェハへの伝導性を増大するために、Ｈｅガスデリバリシステム（ヘリウムバックサイドとして知られている）を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、ウェハの異なる領域に異なる圧力を与えることによってウェハの１つの領域における伝導性をウェハの他の領域のそれよりも増大させるために多重領域Ｈｅガスデリバリシステムを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、ウェハのまわりを循環させられる処理ガスが抵抗発熱エレメントから隔離されているウェハ処理反応装置内で、半導体ウェハを加熱するための抵抗ヒータを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、Ｋａｎｔｈａｌ合金、Ｈａｓｔａｌｏｙ、白金、および、モリブデンなどの材料を使用した抵抗ヒータを提供することである。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、低酸素環境においては劣化する高抵抗発熱エレメントのための酸素化環境を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、温度均一性の更に良好な制御のための多重加熱領域を有する抵抗ヒータを提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、発熱エレメントを取り囲むガス環境が、半導体ウェハ反応装置内のガス環境と異なり、かつこれと完全に隔離される抵抗ヒータを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、加熱される基板の熱伝達特性を測定し、熱損失が高い部位へさらなる熱を与えるように設計された抵抗ヒータを提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、加熱される非円形発熱エレメントを横切る均一な加熱を果たすように構成された抵抗ヒータを提供することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、加熱されるウェハの熱質量にほぼ等価の熱質量を持つ抵抗ヒータを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、プラズマ処理以前、又は、その期間中、又は、その後で、基板の温度を低下させるための冷却システムを提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、ウェハの熱損失パターンに従って、プラズマ処理の以前、又は、その期間中、又は、その後で、ウェハを冷却する多重領域冷却システムを提供することである。
【００２２】
本発明の他の目的は、前述の複数のエレメント（即ち、複数の多重領域静電チャック、多重領域Ｈｅガスデリバリシステム、多重領域抵抗ヒータ、及び、多重領域冷却システム）の組合わされた積層体を提供することである。
【００２３】
第１の実施形態に従い、簡潔に記述することとし、本発明は、一連のプラズマ、或いは、熱処理工程に際して、その上に基板（例えば、ウェハ、またＬＣＤパネル）が配置可能である発熱エレメントの積重ね体に関する。積重ね体における発熱エレメントのタイプには、限定的意味をもつことなしに、静電クランプ（単一または多重領域のどちらか）、Ｈｅガスデリバリシステム（単一または多重領域のどちらか）、抵抗ヒータ（単一または多重領域のどちらか）、及び／又は、冷却システム（単一または多重領域のどちらか）が含まれる。発熱エレメントの少なくとも１つは、実施される処理工程に基づいて選択される。各発熱エレメントは、それぞれ他の発熱エレメントから、及び、処理環境から気密に密封される。従って、本発明の一実施形態は、複数の静電クランプを備えた静電チャック、抵抗ヒータ、および、冷却システムとして作用する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、それに基板をこれにクランプし、かつ測定される基板のクランプを可能にする静電チャックが装備される。この実施形態において、第１および第２の電極が、静電チャック内に収納され、基板をチャックへクランプする。第１と第２の電極の間のキャパシタンスは、基板の効果的なクランプを決定するために基板がチャックへ適用された後で測定される。
【００２５】
本発明の他の一実施形態によれば、プラズマ処理室内の基板の裏側へのＨｅガスデリバリシステムのための圧力制御を果たすために複数の密封されたプレートが一緒に用いられる。基板とチャックの間の熱伝導を改良するために、ヘリウムガスデリバリシステムは、チャンバ（処理）圧力より非常に大きい圧力（即ち、一般に３０−５０Ｔｏｒｒ）で、基板の裏側にＨｅガスを供給する。基板をチャックへ電気的にクランプすることにより、室チャンバ圧力よりも実質的に大きい裏側ガス圧力を使用することを可能にする。基板とチャックの部位はそれらが良好なガス密封を構成するに充分に平滑である。一実施形態において、基板の伝導性プロファイルにマッチするように、Ｈｅガスデリバリシステムは異なる量のＨｅガスを基板の異なる部分へ供給するために領域化される。Ｈｅガスデリバリシステムは、上述の静電チャックと組合わせて使用可能である。組合わせられた一実施形態において、静電チャックは、ガス穴を備え、Ｈｅガスデリバリシステムは、静電チャックの下に配置される。次に、Ｈｅガスは、静電チャックの穴を介してウェハへの伝導を果たす。このガスによる伝導性は、圧力と直接的に変化する（例えば、１５トルまで）。
【００２６】
本発明の他の一実施形態によれば、抵抗ヒータは、ウェハ処理反応装置内の半導体ウェハを加熱するために装備される。このヒータは１つ又は複数の石英プレートに形成されたヒータチャネル内に配置された電気抵抗発熱エレメントを含む。この抵抗ヒータの一実施形態は、加熱および冷却に際して発生する発熱エレメントの膨張と収縮を許容するために電源エンドヘッドルームを備えたヒータチャネルを含む。
【００２７】
抵抗ヒータ用のハウジングを形成する石英プレートは、複数の接合表面において、好ましくは全ての接合表面において一緒に融着される。そして、抵抗発熱エレメントは、気密室を形成するようにその間に取着される。プラズマ処理チャンバの圧力が低下した時に、抵抗ヒータの内圧が融着点を破損することを防止するために十分な個数の融着点が設けられる。抵抗発熱エレメントへ結合される電気端子は、電流を流すために設けられる。少なくとも１つの実施形態において、ウェハホルダーの外面のまわりを循環する処理ガスの成分および圧力から独立して、所定の成分および圧力のガスが流入可能であるように、石英プレートの間で形成された気密チャンバへガスダクトが接続される。
【００２８】
前記抵抗発熱エレメントは、例えばＫａｎｔｈａｌ合金または白金などのような材料で形成されることが好ましい。理由は、これらの材料は、空気中で加熱されても損傷しないことに因る。この材料のシートは、溶解され、引き出され、化学的にエッチングされ、スパッタリングされ、レーザ切断され、ウォータジェットによって切断され、或いは、加熱される発熱エレメントの熱伝達特性をマッチングする抵抗発熱エレメントを形成するように形状が整えられる。代って、前述材料からなる１つ又は複数の線材が、発熱エレメントとして使用可能である。複数の石英プレートが、発熱エレメントにマッチする形態を持つように構成される。一緒に融着されると、このような形態は、導体全体に渡るガスから処理環境を分離するための密閉したシールを提供する。これらシールは、ヒータの超高温を信頼性良く許容しなければならない。
【００２９】
加熱されるエレメントの熱損失に対応する形状の抵抗発熱エレメントを提供するために、３つの開示された技法の少なくとも１つを用いて熱伝達特性が調査される。第１の技法においては、静電チャック上に置かれつ前以て均一に加熱された基板に、ＬＣＤ紙が適用された時におけるＬＣＤ紙の変化が調査される。用紙の変化の写真は、加熱された基板の熱損失の形状を示す。第２の技法においては、前以て加熱された基板がチャック上で冷却されるにつれて、その表面を横切ってて放出される熱放出の変更を、赤外線スキャナ又は検出器によって測定する。プラズマが不在である場合に、空間的におよび間欠的に生じる温度を監視するこの種検出器は、熱電対を備えた商業的に入手可能なウェハである（例えば、センスアレー社（ＳｅｎｓＡｒｒａｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、Ｍｏｄｅｌ第１の５３０Ａ号）。第３の技法においては、チャック上の基板の伝達特性は、加熱される基板の形状および熱特性および基板を加熱するチャックの形状および熱伝達特性に基づき、コンピュータによってシミュレートされる。
【００３０】
（１）処理前に基板を冷却する、（２）処理中に基板の冷却温度を維持する、及び、（３）処理後に基板の冷却が完全である状態における１つ又は複数１組の冷却プレートが、本発明に従って装備される。冷却システムの一実施形態は、基板の熱損失特性に従って基板を冷却する多重領域冷却システムである。そうしなければ、冷却が更に遅れるはずの部位を更に迅速に冷却するために冷媒を使用することにより、基板は更に均一に冷却される。また、処理の後で基板温度を迅速に低下させることによって、あらゆる温度に基づく反応は処理終結点において更に効果的に抑止される。
【００３１】
【本発明の実施の形態】
次の詳細な記述を参照し、特に添付図面と共に考察すれば、本発明の更に完全な評価およびそれの付随的利点の多くが当該技術分野における当業者にとって容易に明白になるはずである。
【００３２】
幾つかの図面を通じて同等の参照番号は同じか又は対応する部分を示す図面を参照すると、図１は、発熱エレメントの積重ね体の好ましい実施形態を示す。積重ね体は、本発明に従って、組合わされた静電チャック１０２、Ｈｅ配分システム１２２、電気抵抗ヒータ１３２、及び、冷却アセンブリ１５２として作用する。図に示された積み重ねられた構成体において、上から下に向かって、３枚の第１のプレート（１００、１０５、１１０）が、静電チャック１０２を構成し、次の２枚のプレート（１２０、１２５）が、Ｈｅガス配分システム１２２を構成し、次の３枚のプレート（１３０、１３５、１４０）は電気抵抗ヒータ１３２を構成し、最後の５枚のプレート（１４５、１５０、１５５、１６０、１６５）が、冷却システム１５２を構成する。異なる実施形態において、複数のプレートが、スーパプレートに置き換えられるプレートとして同一機能性を持つ１つ又は複数の「スーパプレート」を形成するために組合わされる。例えば、静電チャックと共にＨｅガス配分システム１２２が用いられる時には、静電チャック１０２の再下位のプレート１１０は、Ｈｅガス配分システムの最上位のプレート１２０と組み合わせることができる。同様に、Ｈｅガス配分システム１２２の下側のプレート１２５は電気抵抗ヒータ１３２の最上位のプレート１３０と組合わせ可能である。１３枚全てのプレートは、相互の上面上に同心円的に積み重ねられ、電気／流体導管１８０に取り付けられたベースプレート１７０上に配置される。
【００３３】
図２に示されるように、電気／流体導管１８０の一例において、１０個の明白な領域が同心円的に配置される。各領域は、少なくとも１つの電気信号、ガス、及び、冷媒を様々な層への輸送する。電気／流体導管１８０の典型的な例において、領域は外部から内部に向かって次に示す順序で配置構成される。即ち、冷媒出口‐外側領域２００、冷媒出口‐内側領域２０５、冷媒入口‐外側領域２１０、冷媒入口‐内側の領域２１５、加熱プレート‐外側領域２２０、加熱プレート‐内側領域２２５、Ｈｅガス外側領域２３０、Ｈｅガス‐内側領域２３５、静電チャック電気配線‐外側領域２４０、静電チャック電気的内側領域２４５の順である。ただし、ここに示す例は、代表に過ぎず、内側と外側領域の順序および入口と出口の順序は本発明の趣旨から逸脱することなしに変更可能である。
【００３４】
図３は、図６２に示された追加の入口および出口と関連して用いられる電気／流体導管１８０の第２の例を示す。この例において、静電チャック１０２の内側領域２４５および外側領域２４０用の電気導管は、電気導管１８１を形成するために加熱プレート１３２の内側領域２２５および外側領域２２０と組合わされる。導管１８０の残りの部分は、内側リング１７５および外側リング１７３を含む。ノッチ１７６及び１７８を有する内側リングは、Ｈｅガス外側領域２３０およびＨｅガス内側領域２３５用の２つの導管を形成する。ノッチ１７２及び１７４を有する外側リング１７３は、冷媒出口‐内側領域２０５および冷媒入口‐内側領域２１５用導管を形成する。この例を用いて、環状領域と比較すると、各内側導管は外側導管に取着するので、追加構造上の剛性が達成される。リングを２つの部分に分割することによって、各々が異なる目的のために使用可能であり、図２に示す例と比較して、リングの個数も減少する。内部にリブを設けることにより、現場での隣接する導管相互の融着のための、同心導管の適切なアラインメント、冷媒およびガス流に関する分岐の改良を実施可能にする。図３に示されたアラインメントには全てのノッチ（１７２、１７４、１７６、１７８）が示されているが、ノッチが相互に異なる角度を持つようにリング１７３および１７５が回転可能である。同様に、各々の層に関して異なる個数の領域を収容するように、各リングは更に少ない個数の密封セクションに分割可能である。例えば、Ｈｅガス配分システム１２２において３つのＨｅガス供給領域が用いられるならば、内側リング１７５は２つが示されている代りに３つのセクションを含むはずである。
【００３５】
図４に示された別の代替実施形態においては、導管１８０は一緒にまとめられた一束のチューブとして実現される。この形態においては、チューブは（１）導管１８０全体に亙って一定サイズであるか、又は、（２）容積を増加し、管材料が  石英プレートの積重ねが更に高くなればチューブは不要になるようにアラインメントし直すことが可能なはずである。例えば、図４の外側リングには６本のチューブ示されているが、少なくとも１本のチューブはそのペイロード（例えば冷媒）を適当なプレートに引き渡したので、少なくとも１本のチューブはその次に高いプレートにおいてはもう必要とされないこともあり得る。従って、外側リングの５本のチューブは導管１８０まで継続可能である。導管に関する更に他の実施形態においては、大きい方の導管内に小さい方の導管が含まれることもあり得る。この種の一実施形態において、図４に類似する構造は円形導管内にそれ自体が閉じ込められ、図５の構成を形成することがあり得る。
【００３６】
図１に示されたプレートの各々は、熱伝導性は持つが電気的には絶縁された層（例えば石英）によって形成され、接着剤として「フリット」を使用し図２ないし図５に示された対応する導管構造に接合される。接着に先立って、導管内にワイヤを通し、プレート間の各隣接縁において、穴のまわりのプレート上にフリットが置かれる。フリットを製造するには、石英の融解温度を下げるために粉末石英に不純物が加えられる。次に、接合される部分は、キルンにおいて機械的な圧力の下で組み立てられ、不純物を含む石英を融解するに充分な温度にするために空気中で点火される。ドーピングされた石英の周辺部分が融解するにつれて、それらの部分が一緒に熔融し、気密シールを形成する。石英の熔融処理は石英処理の技術分野における当業者には知られている。図６５に関して更に詳細に検討されるように、スリーブ内において接合される場合には、アラインメントが容易に維持される。このアラインメントスリーブ技法は、アラインメントピンの配列体によって補われるか、又は、代置可能である。このデザインは、石英および拡散接合によって実施されるが、例えばアルミナ及びガラスフリット接合剤のような他の材料からも作ることが出来るはずである。当該技術分野における通常の当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱することなしに他の絶縁および接合材料を使用可能であることを認識するはずである。
【００３７】
全てのプレートを一緒に組み立てることによって、多目的基板ホルダーが作成される。図１の構造は凝縮された形式において図６に示される。プレートに加えて、チャック上のウェハを一貫してアラインメントし、かつウェハ１９０全体に亙ってエッジプラズマに影響を及ぼすフォーカスリング９００が示される。組み立てられると、フォーカスリング９００および図６の基板ホルダーは図７に示された完成された構造を形成する。
【００３８】
異なる実施形態において、１つのセクションを形成する一連のプレートは独立して形成され、図８に示されたようにカバープレート、一次プレート、及び、ベースプレートを含む。この異なる実施形態によれば、一次プレートは、エレメント（例えば、発熱エレメントおよび容量性エレメント）又はチャネル又はグルーブに入れられたキャリヤ（例えば、ガスまたは冷媒）を入れるための一連のチャネル又はグルーブによって形成される。カバー及びベースプレートは、発熱エレメント及びキャリヤをチャネル又はグルーブ内に維持するために利用される。この実施形態において、カバープレート、一次プレート、及び、ベースプレートを使用することにより、各々のセクションは個別の「スタンドアロン（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ）」成分として利用される。即ち、何れかのセクションが、電気／流体導管に取着され、処理環境が１つの機能（例えば、（１）冷却並びにクランプなしの加熱、または、（２）加熱または冷却なしのクランプ）だけを必要とする場合には、フォーカスリングと組合わせることが可能である。
【００３９】
一般に、半導体処理における基板のジオメトリは円であり、従って、ここに示されたチャックジオメトリは図９に示された次の一次諸元を持つ円筒形であろう。ただし、チャックのジオメトリは、円筒形ジオメトリに限定されない。チャックは、その半径Ｒおよびその高さＨによって示すことが可能である。チャックの高さは、その設計およびそれら各々の厚さの中に含まれる構成成分の関数となるであろう。図９はこれらの厚さならびに各々のセクションに関する配置構成の好ましい順序を示す。チャック上のウェハ（または、基板）の反復的配置を可能にするフォーカスリング用のスペースを提供するために、チャックの半径Ｒはウェハの半径ｒｗより大きくなっている。図７は相互に関連する諸元を示す。チャックの半径は、処理される基板のサイズ（例えば、直径８及び１２インチ）に従って調整され得る。最後に、領域パターンの半径は基板の半径に実質的に等価である。
【００４０】
チャックベースは、チャック構成要素にとって構造上のベースとして役立ち、マニ穴ドとして作用することもできる。この場合、全ての電気配線、冷媒、及び、ガスはそれらそれぞれの構成成分としての宛先に配分され得る。
【００４１】
図１０に示された異なる実施形態において、ウェハホルダーは、図１に示されたプレートの一部分集合のみを含む。この実施形態において、ウェハホルダーは、静電チャック及びベースプレート上のＨｅガス配分システムのみを実現する。従って、電気／流体導管は、適宜、図２‐４に示された導管の一部分集合のみを含む。例えばＨｅガス配分システム１２２を備えたヒータ１３２のような他のアセンブリも可能である。この種の構成において、プレート１００は、Ｈｅガス配分システム１２２の一部分となり、プレート１２０上に密封される。更に、アセンブリの作動順序は達成される最も重要な機能によって指定される。例えば、冷却が加熱よりも重要である場合には、冷却機能が基板に最も近いことを保証するために、冷却アセンブリ１５２はそのままで、加熱アセンブリ１３２の作動順序にスイッチが入れられる。
【００４２】
静電チャックセクション
次に、層に関して個別に立ち返ることとし、静電チャック１０２は、それぞれ第１の、第２の、第３のプレートとして機能し、かつ図１１−１３に示されるプレート１００、１０５、１１０を有する。この第１のプレート１００は、ウェハがチャックから持ち上げられることを可能にする（１）リフトピン貫通孔３００、及び、ガスをウェハ１９０の背部に当てる（２）ガス配分貫通孔３０５を有する。第１のプレート１００上のこれらの貫通孔のアラインメントは、第２の及び第３のプレート（１０５、及び、１１０）における貫通孔３００及び３０５の場合と同様である。図示されてはいないが、ヘリウムガスを更に配分するように、プレート１００は、ウェハ側にグルーブが冷静されても良い。
【００４３】
図１２に示されたように、第１および第２の静電グリップエレメント（または、単に「電極」）がその中に配置される２つの同心チャネル３１０及び３１５が第２のプレート１０５に形成される。ウェハがウェハホルダー上に所在する時には、第１及び第２の静電グリップエレメントは、ウェハ１９０への静電結合を可能にする。ウェハに対する静電チャックの保持強度は、ウェハ１９０がウェハホルダー上に配置された状態で、ウェハと第１及び第２の静電グリップエレメントとの間のキャパシタンスを測定することによって間接的に決定され得る。ウェハ１９０が静電チャック１０２によって正しく保持されていない場合には、ウェハ１９０を配置し直すようにオペレータに警告される。その代りに、自動ウェハハンドリングシステムが用いられる場合には、ウェハ１９０は自動的に配置し直される。いずれの場合にも、ウェハがきつく保持されることを要求する処理が始動することを防止するように信号が作用することもあり得る。
【００４４】
図１３は、第２のプレート１０５の横断面を示し、プレート１０５の深さ全体まではチャネルが延びていないことを示す。これは、ワイヤが導管１８０内を通る際に、最上面上の静電グリップエレメントがワイヤから電気的に隔離されることを可能にする。ワイヤは、図１４に示された電気グルーブ３２０内の第２のプレート１０５の下を通過する。ワイヤは、領域２４０及び２４５を用いて導管から上方に通る。容易に分かるように、チャネル３１０及び３１５は、平らな最上面に形成された第２のプレートと共に最上位のプレート１００に形成される。
【００４５】
図１５は、第２の実施形態に従った静電チャックの切断上面図である。５個の領域が、４個の外側領域によって囲まれる内側領域に分割される。制御を追加するために、同心の象限を形成するように内側領域も４個の小域帯に分割可能である。各静電グリップエレメントは、隔離され、それ自体の個別電圧に保持されることが可能である。静電チャック領域化は単一極式か又は双極式のいずれかであり得る（隣接グリップエレメント間電位の交番記号）。両方の場合に、チャックへの基板（例えば、ウェハ）のクランプには静電力が用いられる。図３５及び３６に示された発熱エレメントを分離するためにエレメントスパイアが石英上でアラインメントされるように、静電グリップエレメントは平行線発熱エレメント用に構成される。換言すれば、合成された構造を上方から見た場合、発熱エレメントは静電プレートの下に見える。従って、発熱エレメントは、ウェハを直接見ることが可能であり、放射状熱伝達が提供される。更に、静電グリップエレメントは加熱され、ウェハに向かって放熱し、放熱部位を効果的に増大することがあり得る。ただし、この効果は小さいものと信じられている。個別静電グリップエレメントへのリード線を図１５に示す。これらは、Ｈｅガス配分プレート用に使用されるＨｅガスフィードスルーと合致しても差し支えない。典型的なリフトピン穴３００も図示される。最後に、一次プレートの厚さＨは、例えば、約１ｍｍまたは４０ミルであっても差し支えない。
【００４６】
更に、図１５には５個の領域が示されるが、当該技術分野における通常の業者にとっては、異なる実施形態において追加領域の形成が可能であることは明白であろう。領域は同心であるか、象限を形成するか、同心象限を形成するか、または、これらの任意な組合わせであっても差し支えない。図１５は好ましい実施形態を示す。この場合にも同様に、結合される基板が円形でないならば、領域は、均一結合を可能にするために必要であるように任意に選定されたパターンの１組のストリップとして形成されても差し支えない。
【００４７】
静電グリップエレメントは、石英チャネル内に配置される。石英内にエレメントを入れるために非常に厚い石英プレートを使用しても差し支えない。また、発熱エレメントチャネルの場合のように、静電グリップエレメントのチャネル内の隙間は、グリップエレメントと石英との間に異なる熱膨張係数を許容するために必要である（熱供給されると、グリップエレメント及び周囲の石英は周囲温度よりも実質的に更に高い温度まで加熱されることがあり得る）。
【００４８】
ガス配分セクション
ガス配分システム１２２の一実施形態を図１６ないし図２０に示す。この種ガス配分システムの一実施形態においては、Ｈｅガスが配分される。代りの実施形態においては、貴ガスであることが好ましい他のガスが配分される。静電チャック１０２が使用されない時には、静電チャック１０２の最上プレートがガス配分システム１２２内に下方移動されることを図１６に示す。静電チャックが使用される時には、これらのプレートにおける貫通孔３００及び３０５は静電チャック１０２の貫通孔と同心円的にアラインメントされる。同様に、これらプレートの中心部に位置する穴２３５（例えば、カウンタボア）はガスをプレート内へ通し、かつ、更に高い位置のプレートにおける静電グリップエレメントへワイヤが導通することを可能にするために用いられる。図に示すように、最上プレート１００には、８本の線として放射状に延びた６４個の穴（３０５Ａ及び３０５Ｂ）が有る。
【００４９】
２つの領域内へ分離されるガス配分システム１２２を図１７ないし図２０に示す。ガスはガス‐内側領域２３５を経て通過し、リング３３１によって限定されるガス配分‐内側領域３３０全体に亙って広がる。図１８に示されたように、内側領域３３０はプレート１２０の深さの約半分である。領域３３０内におけるガスは、リング３３１によって限定される円形上に位置する３２個の内側貫通孔３０５Ａの１つを経て押し出される。
【００５０】
第２の領域には図１９に示されたガス配分外側領域３３５に充満するガスがガス‐外側領域２３０によって供給される。図１８に示された内側領域３３０の場合と同様に、プレート１２５の深さの半分の外側領域３３５が図２０に示される。ガス‐外側領域２３０として作用する導管１８０の一部分は、第５のプレート１２０の下で終結し、ガス‐内側領域２３５だけが上述の動作を継続する。この層から更に高い層へ通過するガスは３２個の外側貫通孔３０５Ｂの１つを経て通過する。従って、ウェハと２つの放射状領域内のウェハホルダーとの間の圧力場（および、伝導）を調節するために各領域に関する流量（および、ガスのタイプ）は修正されることがあり得る。次に、熱伝達係数の放射状分布は伝導性対流熱束の放射状分布を変えるように変動することもあり得る。
【００５１】
多重領域静電チャックに関して上述したように、多重領域Ｈｅガス配分システム（および、本発明の他の全てのエレメント）はウェハ又は基板にとって必要な伝導性にマッチするように適した任意の形状または構成における複数の領域を有する代替実施形態において実現可能である。図２１は第２の実施形態に従ったＨｅガス配分システムの切断上面図である。図２２はＨｅガス配分構成要素に関する一次プレートを示す。Ｈｅガス配分プレートの厚さＨ２は小さくても、即ち、合計１ｍｍ又は４０ミル未満であっても差し支えない。
【００５２】
図２１及び図２３は異なる２つのＨｅガスシャワーヘッドの設計を示す。このプレートは、フォーカスリング下のチャックのカバープレートとして役立つ。それは単にガスガスをウェハの背後に供給する目的に役立つ。図２１の実施形態は放射状設計を利用し、図２３の実施形態は好ましい平行行設計を示す。図２３の実施形態を用いると、平行線状に配置されたガス穴は静電グリップエレメント間に織り込まれる。一般に、静電構成要素およびＨｅガス配分構成要素が用いられる場合における（Ｈｅガスが用いられるならば、ウェハ背部のガス圧力に対処するために静電構成要素または他の機械的なグリップエレメントが使用されなければならない）、配置構成を図６に示す。これは、図２３に示された穴分布は図１５に示された対応する静電プレートにおける穴分布に一致する（ただし、穴は図１５には図示されていない）。一次プレート（図１５）はこれらの穴を持つように設計されている。従って、穴は隣接する静電スパオア（尖塔部品）の間で平行に配置される。カバープレートの厚さＨ２’は非常に小さく、即ち、０．５ｍｍまたは２０ミル未満であり得る。Ｈｅガス配分プレートは、静電プレートとウェハの間の距離が最小であるように、従って、静電結合を最大にするように、静電プレートの下に配置される。
【００５３】
図１６ないし図２０の実施形態と対照的に、領域の区分はウェハホルダー自体にとって外部的に達成可能である。この実施形態においては、穴３０５Ａ及び３０５Ｂ５を経て通過するガスはウェハホルダーの頂部から底部まで（即ち、ウェハホルダー全体を通って下方のマニ穴ドまで）延びた個別の入口４８０及び４９０によって供給される。次に、入口４８０及び４９０の底部に結合されたガスラインは個別の穴または穴のグループにガスを供給する。これらの入口４８０及び４９０は静電グリップエレメント用の電気配管としても役立てられ得る。
【００５４】
各々の穴または穴のグループは個別に制御可能であるので、この方法は伝導性の微粒子的制御を可能にする。ただし、この方法は、穴３０５Ａ及び３０５Ｂが発熱エレメントまたは以下に説明する冷却チャネルを妨害しないように、石英プレートの準備に充分な注意を払うことを必要とする。
【００５５】
抵抗加熱セクション
図２４ないし図２６に示された抵抗ヒータは全体的に参照番号１３２によって示され、中央抵抗発熱エレメントのチャネル３４０および周囲の周辺抵抗発熱エレメントチャネル３４５を有する。図２５に示されたように、中央抵抗発熱エレメントチャネル３４０は周囲の環状配列体またはエレメントによる内側周辺部と実質的に相応な外側周辺を有する。チャネル３４０及び３４５用の抵抗発熱エレメントは電気／流体導管１８０を通過する結線へ接続される。
【００５６】
チャネルは第８の番目の石英プレート１３５の上側表面に切り込まれる（または、内部に形成される）。その代わりに、チャネルは第７の番目のプレート１３０の下側表面に形成されることも可能である。石英プレートの厚さは抵抗発熱エレメントと低圧力処理エリアとの間の圧力差に抵抗するのに十分な機械的強度を提供するように選択される。ただし、厚さは（１）プレート１３０および１３５を経て最大の熱伝導を提供する必要性と（２）小さい熱質量および熱慣性であることという要求によって平衡が保たれる。この種の熱は表面の温度および料質に応じて主として輻射と伝導によって伝達される。高度に抵抗性の材料を用いたこれらの構成においては、（チャックの直径またはウェハの直径、即ち、５ないし１２インチに応じて）５−２５ｋＷヒータを達成することが可能である。小さい熱質量のヒータを用いることにより、その熱質量が基板の熱質量よりも非常に大きいヒータを使用するよりも、基板の更に迅速な加熱および冷却が可能である。静電チャック内の静電ントの場合と同様に、グルーブ３５５はチャネル３４０および３４５内の抵抗発熱エレメントを結合するワイヤがその中に配置される第９の番目のプレート１４０に設けられる。
【００５７】
多重領域静電チャック及び多重領域ガス配分システムを参照して上述したように、本発明は多重領域ヒータも包含する。図３４ないし図３６は代わりの領域化を図２５と比較して示す。
【００５８】
一般に放射状および方位的の両方向において特質の調整および制御を提供するので図３６が好ましい。好ましい場合においては、５個の領域が用いられるが、これ以上に多くても差し支えなく、更に有効な放射状または方位的解像度を得ることができる。例えば、一般的に、エッジ損失を補償するために、ウェハエッジにおいては更に効果的な放射状解像度を持つことが望ましい。比較するために、図２５は、調整、及び／又は、制御が軸対称（方位調整なし）であるという追加拘束条件を加える設計を示す。従って、領域はリング（実例として２つの同心リング）によって構成される。再度注記すれば、放射方向において更に大きい解像度を提供するために個数を増加しても差し支えない。勿論、本発明は記述の設計の領域型取りに拘束されない。実際、型取りは、処理された基板における全体の非均一性補償に関して表面面積の幾分複雑な公式化であり得る。この種の例を図３４に示す。
【００５９】
図２８に示された代わりの実施形態においては、図２５のチャネル３４０及び３４５はウェハホルダーの表面面積の約８０％を覆うチャネル３４０’及び３４５’によって代置される。これらのチャネルの拡大図を図３０に示す。他の代替案では２つのプレートを用いてグルーブを作成する。一方のプレートはグルーブの底部を構成し、他方のプレートは発熱エレメント間のスペーサにするために完全に切り通される。２つのプレートを接合することにより、図３１に示されたような同じ横断面が得られる。これらのチャネルは図２５のチャネルよりも遥かに大きい。発熱エレメントの表面面積の設計は発熱エレメント輻射熱の隣接石英プレートおよびシリコンウェハへの伝達を最大限化するように指示される。この実施形態においては、チャネル深さ対チャネル間距離が調整されなければならない。図３１に示されたように、本発明の一実施形態において、各石英フィンガ３６１の幅は、少なくとも、その中にチャネルが形成された後における残りの石英の厚さと同じでなくてはならない。これは、石英の膨張に起因する内部負荷に耐えるために充分な引張強さを提供する。ヒータの両実施形態において、ウェハを加熱するための熱移動メカニズムには、（１）発熱エレメントとウェハ間のアセンブリ全体を介した伝導性、（２）発熱エレメントとウェハ間の放射交換、及び、（３）石英とウェハ間の放射交換によって後続される隣接発熱エレメントと石英間の伝導性が含まれる。追加的熱移動メカニズムは存在するかもしれないが、上記３つの方法が最も重要である。更に、領域の個数およびそれらの空間的分布は本発明の趣旨から逸脱することなしに変更可能である。
【００６０】
好ましい実施形態において、抵抗発熱エレメントは蛇行形である。ただし、代りの実施形態においては、例えば、丸められた縁と対照的な方形縁を持ったＶ形およびＵ形などの非蛇行形が用いられる。
【００６１】
図２８に示されたように、チャネル３４０’及び３４５’はそれの隣接する後行および先行セグメントに全体的に平行に延びる。例えば、セグメント３４０Ａは隣接セグメント３４０Ｂに全体的に平行に延びる。
【００６２】
一般に、本発明の加熱セクションは、基板ホルダーの他の任意のセクションと同様に図３２に示されたように５領域構成として、又は、図３３に示されたように１組の同心領域として実現可能である。図３２の内側領域は象限または内側領域付き象限に更に分割される。すなわち、図３２の５領域（Ａ１−Ａ５）は更に大きい内側領域Ａ１に組み込み可能である。従って、形状は最小内側領域まで反復的に定義され得る。即ち、完全に制御されるか、又は、個別内側領域なしの象限別に制御される。放射方向における象限の幅はそれぞれ同じ寸法である必要がない。
【００６３】
図３３の同心領域に関しては、各々の領域は同じ寸法である必要がない。半径ｒが増大するにつれて、中心の近くに比較して縁に近い領域が小さくなるか又は大きくなることによって、半径方向方向における各領域の幅は変化可能である。それぞれ４つの象限に分割された等しい個数のリングを用いて図３２が実現された場合において、この構成は図３２の対応する設計と比較して個別制御の程度が更に小さい。
【００６４】
３つの追加設計を図３４ないし図３６に示す。これらの実施形態の各々において、発熱エレメントは対応する象限の縁に接続される。発熱エレメントの位置をその上の静電グリップエレメントによって阻止されないように配列することによって放射熱は更に効率的に処理中の基板に結合される。加熱セクションのレイアウトには、半径方向のみならず加熱セクションの平面内においてもレイアウト及び材料に関する配慮が含まれる。発熱エレメントのタイプ及びその対応するチャネルも結果的な熱伝達に影響することを図３７−４５に示す。可能な発熱エレメントを次に示す：即ち、（１）実質的な正方形チャネル内のワイヤ（図３７）、（２）実質的な円形チャネル内のワイヤ（図４０）、（３）実質的な矩形チャネル内の矩形ストリップ（図３８）、（４）半円形チャネル内の矩形ストリップ、又は、（５）比較的大きい曲率半径によって丸められた角を備えた実質的な矩形チャネル内の矩形ストリップである。代りの実施形態（図示せず）において、ストリップは実質的に正方形であり、相応寸法の実質的に正方形チャネル内に配置される。
【００６５】
図３９は発熱エレメントを収容するように一次プレートに機  械加工されるチャネルの諸元に関する控え目な設計判定基準を示す。図に示されたチャネルの深さ及び幅はｄであり、概略ｄの直径を持つ発熱エレメントに対して十分な余裕隙間を有する。更に、発熱エレメント間の間隔、カバープレートの厚さ、及び、一次プレートの残っている厚さはｄでなくてはならない（従って、一次プレートの厚さは２ｄである）。図４０に示す底を丸くした方法を用いることにより、応力集中は方形チャネルの角において通常発生可能な程度に最小限化される。一次プレートを構成する材料内の応力は迅速な加熱によって発生する。ここに、応力は異なる材料（即ち、石英およびＫａｎｔｈａｌ）の異なる熱膨張率および単一材料内に存在する温度勾配と関連した異なる膨張率によって発生される。例えば、例えば、最上面が底部よりも暖かい様な石英製一次プレートの厚さを横断する温度勾配は底部表面よりも最上面表面の膨張の方を大きくし、（結果的な内部引張りと圧縮の下で）プレートを曲げる結果になる。
【００６６】
図４１および図４２は、それらの長さに沿って間隔を保つ「タブ」を有するワイヤおよびストリップ発熱エレメントをそれぞれ示す。「タブ」は、発熱エレメントと発熱エレメントを収容する石英（または、他の材料）との間の接触面積を簡単に最小限化する。発熱エレメントの熱膨張係数は石英のそれより大きいので（係数約２０だけ）、発熱エレメントは移動し易い傾向がある。タブは発熱エレメントが所定の場所に留まるまるように支援できる。この場合、図４６に示されたように、収容するチャネル内の曲がった部分は発熱エレメントの熱成長を許容することができる。図４６は発熱エレメントにおける１８０度の曲がりを表す。チャネルの通常厚さが１ｍｍであるならば、発熱エレメントの成長を許容するために曲がった部分内の厚さは１．５ないし２ｍｍである。例えば、室温よりも１０００度高い温度に加熱された長さ１ｍの発熱エレメントは、約１ｃｍ成長するものと予測される（この距離は曲がった部分全体に均等に配分されるはずである）。
【００６７】
加熱されると発熱エレメントが動きまわり、従って、石英の入れ物との接触によって発熱エレメントにおけるあらゆる応力を最小限化するように、発熱エレメント用チャネルを非常に大きくすることが可能である。更に、機械加工する体積が大きくなれば、複雑な機械加工の必要性は減少する。ただし、幾らかの欠点がある。チャネルが上述した寸法よりも単純に更に大きく作成されるならば、発熱エレメントの正面表面面積が犠牲にされ兼ねない。第２に、中空容積が用いられた場合には、発熱エレメントの動きによって発熱エレメントが短絡され兼ねない。
【００６８】
図４５は加熱構成要素のカバープレート及び一次プレートに関する現実寸法の一例を示す。全ての主要寸法は約１ｍｍ（即ち、４０ｍｉｌ）である。従って、図９に示されたように、多重構成要素チャックにおけるこの発熱エレメントの使用は２ｍｍ（即ち、８０ｍｉｌ）の厚さＨに帰着する。図４７は３つの領域（詳細には、中央領域と２つの外側領域）の交差を示し、個別領域における発熱エレメントの間隔に関して幾らかの寸法を提供する。これらが控え目な寸法であることに留意されたい。これらの寸法は、プレートの熱応答を改良し、構造上の完全性を維持するために縮小可能である。
【００６９】
図４８、は一次プレート及びカバープレートを含む加熱構成要素の部分横断面を示す。詳細には、発熱エレメントへのリード線が加熱構成要素（一次プレート）から下方の構造体へ通過する点の拡大図を示す。抵抗発熱エレメントを囲む間隙において、高圧空気（酸素）は強制されるか又は強制されない。高圧力は大気圧（真空圧力に比較すると相対的に高い）を簡単に平均化できる。発熱エレメントを取り巻く環状部分を空気（または酸素）が通過すると２つの目的達成に役立つ。第１に、Ｋａｎｔｈａｌ表面に隣接して酸素が所在することによってアルミニウムの酸化を引き起こさせることが可能であり、それによって、アルミニウムは鉄、アルミニウム、クロム、炭素、及び、コバルトを含むＫａｎｔｈａｌ合金の表面に拡散する。結果として得られる酸化アルミニウムの層は発熱エレメントを保護し、その寿命を延ばすことができる。その上、酸化アルミニウム層は、関心の対象とされるＩＲスペクトルにおける放出特質が良好である。第２に、空気が強制されて環状部分を通過する場合には、発熱エレメントへの電源供給遮断に際して発熱エレメントを迅速に冷却する追加手段としてこの空気を利用できる。強制的な対流を用いると、発熱エレメント内の残留熱を除去することが可能であり、これによって、冷却システムの全レスポンスを改良できる。各領域用の発熱エレメントチャネルは電気的および流体機械的にそれ自体の個別の閉ループである。従って、電力、及び／又は、空気流量は領域によって変化可能であり得る。
【００７０】
整形された抵抗発熱エレメントは幾つかの異なる方法によって形成可能である。所要の発熱エレメントパターンを裁断するにはレーザ及びウォータジェットは良い方法である。結果的に所要の蛇行形構造体となるように、電気抵抗材料のシートが蛇行形に型どられ、（例えば、化学的に、又は、レーザまたは水によって）エッチングされることが好ましい。好ましい材料は使用（オペレーション）の所要温度範囲、その下で発熱エレメントが動作しなければならない条件、及び、加熱される基板のシート寸法と厚さに依存する。白金は非酸化環境において使用可能であり、ニクロムは酸化環境で使用できる。ニッケルは低温度環境において有用であり、コスト禁止的でなければ、めっきしたモリブデンも同様に効果的である。幾つかのＫａｎｔｈａｌ合金が利用可能であるが、好ましいＫａｎｔｈａｌ合金はアルミニウム、クロム、コバルト、鉄によって構成される。この種の材料は、酸化アルミニウムの保護層がその表面全体に亙って維持されるならば、高温に対して抵抗性を持つ。この種の保護酸化物層の形成および保存を容易にするために、第７のプレート１３０と第８のプレート１３５との間に形成されたチャンバ内に、ウェハホルダーを取り囲むガスの圧力および成分に無関係に酸素を導入するためにはガスダクトが用いられる。
【００７１】
第１および第２のチャネル（３４０’及び３４５’）内の発熱エレメントを囲むためのガスが異なる場合、又は、２つの発熱エレメント用に２つの異なる流量が必要な場合には、この機能性を可能にするために２つのガスダクトが装備される。次に、ガスは対応する領域の特性に基づいて個別に供給される。第７のプレート１３０の下側にリング３４３を熔融し、各リングにガスダクトを装備することによって２つの領域が分離される。本発明の更に別の実施形態（図示せず）によれば、第７のプレート１３０が円形かつ同心リングに分割される。円の外側縁はリング３４３の内側縁に熔着され、同心リングは（１）内部縁においてリング３４３の外側に、また、（２）外部縁においてプレート１３５の内側に熔着される。従って、円形かつ同心リングは垂直の代わりに横に接合される。
【００７２】
冷却セクション
本発明は、ウェハの加熱に加えて、冷却システム１５２を使用してウェハの迅速な冷却も可能にする。プレート１４５、１５０、１５５、１６０、１６５は、それぞれ冷媒入口２１５および２１０を介して内部領域および外部領域へ冷媒を配分する冷却システムに組合わされる。内側領域用冷媒は入口２１５から冷媒チャネル３６０を介して対応する出口２０５へ移動される。同様に、外側領域用冷媒は入口２１０から冷媒チャネル３７０を介して対応する出口２００へ移動される。この実施形態においては、入口及び出口冷媒導管はウェハホルダーの中心部に同心円配置された。
【００７３】
代りの実施形態において、プレートプレート１５０、１５５、１６０、１６５は図５９および図６０に示される２つのプレート１６２および１６７によって交換可能である。図５９に示されたように、内側入口２１５からの冷媒は内側領域冷却チャネル３６０を介して内側領域出口リング３８０へ通過する。次に、冷媒は穴２１４を経て出口領域２０５へ放出される（図６２に示す）。図４０及び図４１に示されたように、導管１８０の部分ではない外側領域入口４３０および外側領域出口４２０を用いて、外側領域用冷媒は入口４３０（図６２）を介して到着し、穴２１１（図６１）を介して上向きに通過する。次に、冷媒はチャネル２１３を経て通過し、穴２１２を介して後方に強制される。次に、冷媒はリング４４０内に下方に収集され（図６２）、出口４２０を介して出る。この構成を用いて、内側および外側冷却領域は更に均一な冷却効率を得るために同一平面内に配置される。プレート４００及び４１０は当該発熱エレメント放射スペクトルに対する反射材料を有する熱絶縁材である。これらの材料は導管１８０内にの熱伝を防止することを支援する。図６２に示されたように、外側領域用の冷媒入口４３０及び出口４２０は冷却アセンブリ１５２の下で冷却マニ穴ドに直接結合され、冷媒は導管１８０を通過しない。
【００７４】
各領域における冷却作用は、冷媒のタイプ及び冷媒の流量を独立して変えることにより別々に調節可能である。冷媒流量は熱伝達係数に直接関係する。ただし、一方において冷媒流量を変えると、冷却配管における圧力降下も変えることになる。従って、冷却を強化しようとすれば、流量を増加させることはできるが、更に大きい圧力降下に悩まされ兼ねない。内部乱流において、熱伝達係数は熱伝導率、密度、比熱（一定の圧力）、速度、粘性、及び（軽度に）フローダクトの油圧直径に依存する。冷媒が決定されると、速度と油圧直径だけが残される（この場合、速度は殆ど１対１の直線関係であるので、速度が最も効果的である）。第２に、配管による圧力降下は密度、摩擦係数（レイノルズ数の関数）、導管の長さ、油圧直径、および、速度（実際には、速度の二乗に比例する）に依存する。現行システムは、妥当な圧力降下（△ｐ〜２０Ｐｓｉ）において、良好な冷却レート（ｈ〜３６００  Ｗ／ｍ２−Ｋ）が得られるように設計されている。その上、この設計は、配管の長さに沿った加熱（即ち、Ｑ＝ｍｃｐ△Ｔ）と関連した△Ｔを最小限化するたにダクトの長さを短くしている。
【００７５】
本冷却セクションの第２の実施形態を図６３及び図６４に示す。図６３は多重領域冷却構成要素用一次プレートを示す。外側領域に関しては、図に示すように、冷媒流体は入口穴から出口穴まで半径方向に流れる。同様に、冷媒流体は中央環状導管から内側領域放射状スピンドルに供給される。冷媒入口および出口はチャックベース内の該当する配分および受理チャネルに接続される。特定領域用の流れ経路は冷媒リザーバ、熱交換器、及び、冷却ダクトを介して冷媒を循環させるために用いられるポンプと外部接続される閉ループである。この方法によれば、冷媒温度、冷媒タイプ、及び、流量は所要の空間冷却特性を得るために領域によって異なることがあり得る。同じく図６３は、加熱構成要素までの電気リード線用フィードスルー穴、Ｈｅガス配分プレート及び静電プレートまでのガス／電気導管、及び、リフトピン穴３００を示す。
【００７６】
図６４は、図６３に文字Ａによって指示される外側領域放射状スピンドルの横断面を示す。それぞれの冷媒入口及び出口が示される。この場合、入口におけるチャネルの深さはｈであり、出口におけるチャネルの深さはｈ’である。半径方向に外側に向かって移動するにつれて放射状スピンドルの幅が増大するので（図６３）、同一チャネル断面面積を維持するために、チャネルの深さはｈからｈ’まで減少する。質量保存則により、一定面積は一定流速度を維持する。深さが一定に維持されるならば、面積増加は流速の減少に帰着し、ひいては、熱伝達係数を減少させるはずである。ただし、一定流速を維持するように深さを減少することにより、出口におけるチャネルの流体に接触する周囲が僅かに減少するという極く僅かな罰が課せられるに過ぎない。これは、流速低下と関連した熱束の著しい減少と対照的である。この現象は、半径方向セクション△ｒに関する熱伝達率の関係、すなわちＱ＝ｈＡ△Ｔを検査することによって観察できる（ここに、ｈは熱伝達係数、Ａは流体直接接触表面積、△Ｔは流体と材料表面間の温度差である）。流体直接接触表面積は流体直接接触周囲に単に△ｒを乗算するだけで求められる。次に、一定横断面面積の場合と横断面面積が係数２だけ増大した場合とを比較することとする。後者の場合、流速は係数２だけ減少し、熱伝達係数は係数２だけ減少し、流体直接接触周囲は約２０％だけ増加する。従って、所与のＡｒ及びＡＴに関して、熱束は係数２だけ減少し、半径方向セクションに関する熱伝達率はほぼ係数２だけ減少する。好ましくは、冷媒流チャネルは全体を通じてほぼ一定横断面面積が維持されることが好ましい。例えば、入口の横断面面積の和、冷却チャネル用横断面図面積の和、及び、出口の横断面面積の和は概略同等である。これは、全体に亙って一定、ほぼ均一な流れを可能にする。
【００７７】
この場合における第２の順位の効果は、同じく熱伝達係数を増加させる（極く僅かに）ような半径の油圧直径が僅かに減少することである。これら２つの効果は半径と共に一定熱束の達成を支援するために必要である（熱伝達係数の増加が冷媒温度の増加と平衡可能である）。
【００７８】
代りの実施形態においては、半径の増加と共にチャネルの横断面面積が減少する。これは半径方向に外に向かって移動するにつれて熱束の増加を生じる（一定面積の場合と相対的）。熱伝達係数は流速増加に起因して増大する。例えば、係数２だけ面積が減少すること（即ち、深さｈを係数２からｈ’＝ｈ１２まで減少すること）は、出口における熱伝達係数のほぼ２倍増加を生じることがあり得る。ただし、これは抵抗の増加と共に圧力降下が増加することを意味する。冷却チャネルは様々な冷却効果（特に半径方向における変動）を生成するように設計可能である。
【００７９】
最後に、冷却構成要素用一次プレートの厚さＨ４は一般的に他の構成要素よりも大きいはずである。冷却チャネルは厚さが４ｍｍで、幅が１ｃｍであり得る。これは１ｃｍの一次プレートに関して控え目な厚さＨ４であることを意味する。
【００８０】
熱伝達分析
特定の形状および構成の抵抗発熱エレメントおよび冷却セクションについて記述したが、ヒータセクション及び冷却セクションの実際の形状は加熱または冷却される基板の熱特性にマッチするように決定される。本発明の好ましい第１の実施形態によれば、処理される形状と厚さの基板はオーブン内において基板がチャック上で加熱される使用温度まで一様に加熱される。次に、加熱されたウェハはチャック上に置かれ、ＬＣＤ紙の色は温度と共に変化するので、１つの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）紙が加熱されたウェハへ添付される。ＬＣＤ紙が冷却するにつれてその写真が撮影され、このようにして、温度変化を観察／記録するためにＬＣＤ紙の色が観察／記録される。冷却処理の写真は基板にどのように熱が供給されることが必要かの逆を示す。すなわち、急速に熱が失われる部位においては、基板の残りの部分と比較して基板を均一な温度に保つために余分の熱が供給される必要があるはずである。従って、発熱エレメントは、当該基板の急速に冷却される部位の下に追加コイルが置かれるように形成される。
【００８１】
熱分析方法の第２の実施形態において、基板が冷却するにつれて当該基板の温度変更を検出するために赤外線検出器を用いて同じ熱分析が実施可能である。基板が冷却するにつれて基板から熱がどのように散逸されるかを示すために、サンプリングされた熱値がコンピュータにディスプレイされる。この方法は、実際の基板が用いられるので、更に正確な熱伝導および放射を有する基板を測定するという利点をもつ。更に、この基板および測定は実際の処理において予測されるよりも更に高い温度において操作可能である。第３に、この方法は、当該処理の実際のガス環境において操作可能である。
【００８２】
熱分析方法の第３の実施形態においては、基板および当該基板がその上で加熱されるチャックのコンピュータ化されたモデルに基づいて熱伝達特性をシミュレートするためにコンピュータが利用される。コンピュータシミュレーションにおいては、基板の厚さ、石英の厚さ、及び、処理チャンバの予測された周囲温度が要因となり得る。最良の方法は、コンピュータシミュレーションを赤外線の測定結果と比較し、真に予測可能になるまでコンピュータシミュレーションにおけるエラーを改良することである。
【００８３】
製造上の考慮事項
チャック構成要素（および、究極的にはチャック自体）の製造に関しては２つの主要工程がある。これらの２つの構成工程は（ｉ）個別プレートの機械加工、及び、（ｉｉ）隣接プレートの接着（または、一緒に熔融すること）である。好ましい実施形態においては、石英を用いたチャックの作成について記述されている（勿論、このチャックを或る特定のエッチング環境において用いようとする場合には、異なる材料が必要とされるはずである）。その中で石英チャックを使用可能な環境はアッシュチャンバ又はストリップチャンバ内環境であり、この場合の処理は基板からフォトレジストが除去（または、ストリップ）される処理である。
【００８４】
機械加工工程は幾つかの小工程で構成される。この工程には、グルーブまたはチャネルの裁断、穴あけ、又は、プレートの全体的な形を単に裁断することが含まれる。プレートの形状裁断に際して、穴、グルーブ、又は、チャネルの機械加工は次に示す方法の１つ又は組み合わせによって実施可能である：（ｉ）水またはレーザ切断、（ｉｉ）ダイヤモンド研削ビットの使用、（ｉｉｉ）化学的エッチング。例えば、パターンをマスクし（フォトレジストを使用）、チャネルをエッチングすることが可能である。図６５に示されたように、プレートを一緒に熔融する工程を実施できる。図６５はその中で熱入力Ｑが供給されるオーブンを示す。一緒に熔融されるプレートは隣接プレートをアラインメントするために用いられる円筒形アラインメントリングを有するオーブンサポート上に設定される。加熱プレートを製造する場合には、一次プレートが先ず設定され、発熱エレメントが挿入され、熔融しようとする表面へフリットが塗布され、その上にカバープレート（または、隣接プレート）が置かれる。次に、図６５に示されたように、これら２つのプレートは上側表面全体に亙って均一な力が配分される。勿論、幾つかのプレートを一度に溶解しても差し支えない。実際には、チャック全体を一度に製造できる。隣接プレートを接着するために使用されるフリットは主として接着剤内で（供給し易くするために）混合される石英の微細粉末で構成される。オーブンは１０５０℃の温度まで加熱され、この温度で約１時間に亙ってソークされてから、冷却される。隣接プレートの溶解に際して、これらのプレートは取り外され、漏洩完全性についてテストされる。製造の実例となる方法を図６９ないし図７１（Ｂ）に示す。
【００８５】
静電チャック又は発熱エレメントとして役立てられる電極は、型どられたデポジション(堆積)、又は、ブランケットデポジションおよび型取りされたバックエッチングによって製作され得る。更に、石英片は、石英上のドーピングされた石英のブランケットデポジション（ＣＶＤ）上にフォトレジストを型どりされたデポジションにしてから、エッチングする方法、又は、石英上のドーピングされた石英のブランケットデポジション（ＣＶＤ）の後で型取りされたバックエッチングする方法のいずれかによって製作され得る。いずれかの手順を用いて、発熱エレメントチャネル又はガスフィードスルー等々を作成可能である。この種構成要素を作成するためにエッチングおよびデポジション技法を使用する利点は微小ロ部品（即ち、チャネル）、発熱エレメント、及び、非常に薄い構成要素成分（即ち、ヒータ用プレート）を作成可能なことである。そうすることにより、ウェハの熱慣性に近い熱慣性を持つヒータプレートを作成可能である。図７０（Ｂ）、図７１はこの種製作技法の説明図を提供する。図７０（Ｂ）は薄い石英プレートの上に設定された発熱エレメントを作成する２つの代替案を示す。図７１（Ａ）は接着表面における石英およびドーピングした石英内のチャネルのプレート相対物を作成する一方法を示す。最後に、図７１（Ｂ）は２つの部分を熔解接着する最終工程を呈示する。部品は材料のエッチング及びデポジションによって丸くされた表面を代替案として持つことが可能である。要約すれば、この種技法を用いるとサブミリメートル（または、更に小さい）部品を作ることを可能にする。
【００８６】
熱伝達
図６６はプラズマ処理装置の処理環境内における主要熱伝達経路を示す。この場合、本装置は基板またはウェハからフォトレジストをストリップするために用いられる誘導的に結合されたプラズマチャンバである。処理チャンバに対して流入および流出するガス流がある。本チャンバはらせん形コイル及び静電シールドで囲まれる。プラズマはＲＦ電力をチャンバに誘導的に結合することによって生成される。フォーカスリング、加熱構成要素、冷却構成要素、及び、チャックベースが誇張された比率で図示されるようにチャックが示される。図に示されたように、ウェハはチャックの上に配置される。底部から始まって、チャックベースは加熱および冷却構成要素に電気ライン、冷媒ループ、強制空気ループ（発熱エレメント用）等を提供する。
【００８７】
冷却構成要素はチャックベース上に配置される。冷媒流は冷却構成要素に対して流入および流出する。冷媒が流れると、冷媒は冷却プレートを冷却し、次に、前述の構造体を冷却する。冷媒と冷却プレートとの間の熱伝達は強制対流を介して実施される（導伝対流性熱伝達）。冷媒を介してチャックから対流する熱は熱交換器内の冷水源と交換される。冷却構成要素とチャックベースとの間には絶縁体（残りのチャック構造体の熱伝導率よりも遥かに低い熱伝導率を持ち、即ち、絶縁材または密封された低圧ガス環境であり、この場合、２つのチャック構成要素の間の熱流は熱伝導率の低い外側リングに限定される）および冗長なＩＲ反射材料が介在する。絶縁体はチャックベースから伝導（システムが冷却モードであるとき重要である）を介して冷却構成要素内へ流入する熱流を最小限化する。第２に、ＩＲ反射材料はチャックベースへのあらゆる熱放射を反射する。
【００８８】
加熱構成要素は冷却構成要素の上に配置される。再び、絶縁体およびＩＲ反射材料が構成要素間に配置される。絶縁体は２つの目的に役立つ：即ち、（１）加熱構成要素と冷却構成要素との間のインタフェースを横断する大きい△Ｔを生成する（チャネル表面において冷媒が沸騰することなしに効果的な冷却作用を提供する）、及び、（２）加熱構成要素の熱応答を改良する。即ち、この場合には冷媒が流れていないときであってさえも大きいヒートシンクである冷却プレートに対して多量の熱を失うことがないので加熱プレートの熱慣性は減少する。絶縁体が冷却プレートの実用性を妨げることが悪影響を及ぼす。従って、この層に関して最適設計がある。また、冷却期間中における発熱エレメント上の強制された空気は冷却レスポンスを改良するはずである。加熱構成要素と冷却構成要素との間で伝導性を介して熱が交換される。加熱構成要素は２つのモードの熱伝達を介してウェハを加熱する。それらは伝導熱伝達および放射熱伝達である。発熱エレメント温度が低い（例えば、３００℃）時には、伝導熱伝達が優勢である。この温度以上においては、放射熱伝達が更に大きい役割を果たす。詳細には、Ｋａｎｔｈａｌエレメントを１０００℃まで急速に加熱することは熱放射によってウェハを迅速に加熱することを可能にする。
【００８９】
既に述べたように、ウェハはチャック上に配置される。チャックとウェハ間の伝導は２つの表面の間の接触によって制限される。ギャップ間の熱伝達は静電グリップエレメントを使用し、ウェハの背後へガスを供給することによって改良される。ウェハもプラズマによって加熱される。表面にイオンが衝撃を与える際にエネルギーがウェハ表面に引き渡される。更に、ウェハはウェハ自体とチャンバ壁体との間で放射的に熱を交換することができる。
【００９０】
改造
上述したように、加熱プレートと冷却プレートとの間に加熱／冷却システムの熱レスポンスに影響する断熱層を配置できる。この構成に対する代りの案は加熱プレートと冷却プレートとの間に可変熱コンダクタンスを持つシステムを使用することである。一般に、ほぼ一次元の伝導性熱流に関しては、構成要素間の伝導性熱伝達は熱伝達係数、表面接触面積、及び、温度差、即ち、Ｑ＝ｈＡ△Ｔの関数である。その点において、熱伝達係数ｈは２つの表面の間の接触品質に依存する。比較的高い圧力においては、熱伝達係数はガスの伝導率に正比例し、ガス層の厚さに逆比例するが、比較的低い圧力においてこれは更に複雑になることは真である。特筆すべきことは、低圧力ガスの層が２つの表面の間の至る所に存在する（すなわち、２つの表面の間のあらゆる点において接触がない）ように２つの表面を簡単に分離することによって２つの表面の間の熱伝導率を著しく低下させることが可能なことである。従って、一実施形態においては、２つの構成要素の２つの対向表面間の熱伝達を最適制御するために可変間隔方式が用いられる。即ち、（接触点においてさえも）間隔を減少させることによって伝導性熱伝達を増大させるか、又は、間隔を増大することによって伝導性熱伝達を減少させる。
【００９１】
図６８は加熱プレートが冷却プレートの上方に幾らかの（可変）距離だけ引き上げられる設計の概略説明図である。ウェハは加熱プレート上に設定される。加熱プレートは冷却プレート内に延びた幾つか（例えば、３個）の石英ロッドに熔着されても差し支えない。この場合、引き上げ機構はロッドの上方および下方運動を作動化する。引き上げロッド（または、石英ロッド）は電気、及び／又は、流体導管としても役立てることが可能である。チャンバの真空完全性を維持するために必要な場合には真空シールが用いられる。更に、冷却プレートは引き上げ機構を収容可能であるように幾分大き目である。ただし、ヒータは完全に隔離された状態に維持される。冷却プレートは実際に熱伝導率を高くするためにアルミニウム製であり、かつ特定のプロセスを可能にする材料、例えば石英を用いて被覆しても差し支えない。冷媒は事前に規定された温度に保つために冷却プレートを通って継続的に流れていても差し支えない。加熱処理に際して、熱レスポンスの高いウェハ加熱を実施するためにヒータ（およびウェハ）を上方へ引き上げても差し支えない。冷却処理に関しては、発熱エレメントへの電力は遮断され、遮断期間中は、外部環境との放射性交換によってヒータおよびウェハを急速に冷却することができる。３００ないし５００℃の温度に到達すると、ヒータは冷却プレートに向かって降下される。ヒータが接近するにつれて、冷却プレートへの伝導性熱伝達が増大し、従って、ヒータプレートは更に冷却される。これを近接冷却と称する。最終的に、冷却プレートへの伝導性熱伝達を最大にするためにヒータは冷却プレート上に設定される。ヒータを引き上げ及び引き下げる（ならびに、発熱エレメントへ電力を供給する）手順は加熱／冷却システムの熱レスポンスを最大限化し、同時に、あらゆる構成要素に熱衝撃（故障への糸口となり得る）を与えることのないように加熱および冷却プレートの安全使用を維持するように設計されている。１つの層のこの種の上げ下げは移動させられる層の下に少なくとも一種類のガスを注入および除去するこによっても実施可能である。
【００９２】
上述したように、抵抗発熱エレメントはアルミニウム、コバルト、クロム、鉄で構成される１枚のＫａｎｔｈａｌ合金から形成されることが好ましい。モリブデン合金から形成される他のＫａｎｔｈａｌ合金も使用可能である。タングステン合金、白金、および、炭化ケイ素を含むＫａｎｔｈａｌ合金以外の材料も抵抗発熱エレメントを形成するために使用可能である。モリブデンを使用する場合には、化学エッチングが好ましい。
【００９３】
当該技術分野におけるこれらの当業者は半導体ウェハ反応装置内で使用するために用いられる改良された多重領域抵抗ヒータについて記述されていることをここで理解するはずである。記述済みの抵抗ヒータは抵抗発熱エレメントを処理ガス雰囲気から隔離し、それによって、高温度におけるそれらの劣化、又は、処理用ガスの性質、及び／又は、圧力に関係なしに理想的な抵抗ヒータ材料の選択を可能にするために役立つ。また、抵抗ヒータは、基板が迅速に加熱および冷却されるように、加熱される基板の熱質量の極く僅かな倍数の熱質量を持つ。反応装置の壁体から分離されている構造体として図示されているが、この種の抵抗ヒータは反応装置の壁体内に随意に組み込まれることが可能である。
【００９４】
或る特定の材料（例えば、Ｋａｎｔｈａｌ）を発熱エレメントとして使用する場合には、チャネルを経て空気を強制供給することも可能である。発熱エレメントを取り囲むチャネルを経て空気を通過させる追加的な機能は発熱エレメントの強制された対流による冷却である。例えば、ウェハを冷却しようとする場合には、発熱エレメントへの電力が遮断される。その後で、発熱エレメントは周囲構造体に対して放射的および伝導的に冷える。チャネルを経た空気の通過は発熱エレメントの冷却を強化し、ヒータプレートにおける残留熱を除去する時間を短縮することができる。
【００９５】
処理用真空環境から隔離された容積全体を包含するように石英プレートが作成されることは必要でない。発熱エレメントがＫａｎｔｈａｌから作成された時に、発熱エレメントは大気状態（酸素環境を伴った）にあることが望ましいが、本発明はその条件に限定されない。石英を拡散接合する時に良好な密封が達成されていない場合には、例えばモリブデンのような他の材料を発熱エレメントとして使用可能である。従って、発熱エレメントを囲む容積をポンピングして分離することにより、発熱エレメントを囲む環境が不活性雰囲気または真空のいずれかに露出されても差し支えない。当該容積へのアクセスは、Ｋａｎｔｈａｌを包含するときにチャネルを介して空気を強制供給することと同様である。
【００９６】
採用する処理に応じて、アルミナチャックまたは石英チャックのどちらかを使用することが望ましい。アルミナプレートは石英プレートの作成と同様の仕方において、研磨、及び／又は、エッチング等々を介して作成可能である。プレートは石英の熔融と同様の仕方においてアルミナフリットを使用して一緒に熔融することが可能である。アルミナは同様の伝達特質を有する。
【００９７】
更に他の実施形態において、導管（図に示されたようにウェハホルダーの中心を貫いて現れている）は積重ね体のあらゆる部分における層の間の導管によって置き換えられる。導管が各層の側部の縁に到達するようにウェハホルダーの外部の縁に導管が形成されても差し支えない。更に、縁接続部および中央接続部を備えた混成設計は内側および外側領域に関する接続部を物理的に分離するために用いることが可能である。
【００９８】
本発明は好ましい実施形態を参照して記述されたが、本記述は説明のみを目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。当該技術分野における当業者によれば添付特許請求の範囲によって定義された本発明の真の趣旨から逸脱することなく他の様々な改造および変更が可能なはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多重領域静電チャック、多重領域Ｈｅガス配分システム、多重領域抵抗ヒータ、及び、多重領域冷却システムの積重ね体を実現する完全なウェハホルダーの横断面である。
【図２】  図１に示された種々異なる層へ電気接続部、ガス、及び、冷媒を通過させるための第１の電気／流体導管の側面図である。
【図３】  図１に示された種々異なる層へ電気接続部、ガス、及び、冷媒を通過させるための第２の電気／流体導管の横断面である。
【図４】  図１に示された種々異なる層へ電気接続部、ガス、及び、冷媒を通過させるための第３の電気／流体導管の横断面である。
【図５】  図１に示された種々異なる層へ電気接続部、ガス、及び、冷媒を通過させるための第４の電気／流体導管の横断面である。
【図６】  ウェハホルダーの層上のフォーカスリングの上面図である。
【図７】  図５の層と組合わされるフォーカスリングの上面図である。
【図８】  どのようにして諸セクションが個別カバー及び各セクション用ベースプレートによって別々に形成可能であるかを示す横断面である。
【図９】  図８の個別セクションを用いて実現されるウェハホルダー上の焦点調節スリングの上面図である。
【図１０】  多重電極静電チャックの下のＨｅガス配分システムを含む冷却された静電チャックの横断面である。
【図１１】  第１の実施形態に従った静電チャックの最上プレートの上面図である。
【図１２】  第１の実施形態に従った静電チャックの中間プレートの上面図である。
【図１３】  第１の実施形態に従った静電チャックの中間プレートの横断面である。
【図１４】  第１の実施形態に従った静電チャックの底部プレートの上面図である。
【図１５】  第２の実施形態に従った静電チャックの切り取った上面図である。
【図１６】  第１の実施形態に従ったＨｅガスデリバリシステムの最上プレートの上面図である。
【図１７】  第１の実施形態に従ったＨｅガスデリバリシステムの中間プレートの上面図である。
【図１８】  第１の実施形態に従ったＨｅガスデリバリシステムの中間プレートの横断面図である。
【図１９】  第１の実施形態に従ったＨｅガスデリバリシステムの底部プレートの上面図である。
【図２０】  第１の実施形態に従った図１９の底部プレートの横断面である。
【図２１】  第２の実施形態に従ったＨｅガス配分システムの切り取った上面図である。
【図２２】  第２の実施形態に従ったＨｅガス配分システムの上面図である。
【図２３】  第３の実施形態に従ったＨｅガス配分システム切り取った上面図である。
【図２４】  電気抵抗ヒータの最上プレートの上面図である。
【図２５】  第１の実施例に従った内側領域および外側領域を有する電気抵抗ヒータの中間プレートの上面図である。
【図２６】  電気抵抗ヒータの底部プレートの上面図である。
【図２７】  電気抵抗ヒータの最上プレートの上面図である。
【図２８】  第２の実施例に従った内側領域および外側領域を有する電気抵抗ヒータの中間プレートの上面図である。
【図２９】  電気抵抗ヒータの底部プレートの上面図である。
【図３０】  第２の実施例に従った中間プレートの一部分の拡大上面図である。
【図３１】  第２の実施例に従った中間プレートの内側領域の一部分の横断面である。
【図３２】  第３の実施例に従った５部分ヒータの概略説明図である。
【図３３】  第４の実施例に従った４部分ヒータの概略説明図である。
【図３４】  第５の実施例に従った８部分ヒータの概略説明図である。
【図３５】  第６の実施例に従った５部分ヒータの概略説明図である。
【図３６】  第７の実施例に従った５部分ヒータの概略説明図である。
【図３７】  実質的な方形チャネル内ワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図３８】  実質的な方形チャネル内ストリップ発熱エレメントの概略説明図である。
【図３９】  規則的なパターンの石英チャネル／石英／チャネル内のワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４０】  実質的な円形チャネル内ワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４１】  チャネル内サポート上にあるワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４２】  実質的な矩形チャネル内タブ上にあるストリップ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４３】  ストリップが実質的な矩形チャネル内に所在する時にストリップ発熱エレメントがその上のタブの正面横断面図である。
【図４４】  ストリップが実質的な矩形チャネル内に所在する時にストリップ発熱エレメントがその上のタブの側面図である。
【図４５】  規則的なパターンの石英チャネル／石英／チャネル内のワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４６】  曲げられた可変幅ワイヤ発熱エレメントの概略説明図である。
【図４７】  発熱エレメントの一セクションの拡大図である。
【図４８】  チャネル内ワイヤ発熱エレメントに取付けられたリード線の拡大図である。
【図４９】  第１の実施例に従った冷却システムの最上プレートの上面図である。
【図５０】  第１の実施例に従った冷却システムの第２のプレートの上面図である。
【図５１】  図５０に示された冷却システムの第２のプレートの横断面図である。
【図５２】  第１の実施例に従った冷却システムの第３のプレートの上面図ある。
【図５３】  図５２に示された冷却システムの第３のプレートの横断面図である。
【図５４】  第１の実施例に従った冷却システムの第４のプレートの上面図である。
【図５５】  図５４に示された冷却システムの第４のプレートの横断面図である。
【図５６】  第１の実施例に従った冷却システムの第５のプレートの上面図である。
【図５７】  図５６に示された冷却システムの第５のプレートの横断面図である。
【図５８】  第２の実施例に従った冷却システムの最上プレートの上面図である。
【図５９】  第２の実施例に従った冷却システムの第２のプレートの上面図である。
【図６０】  図５９に示された冷却システムの第２のプレートの横断面図である。
【図６１】  第２の実施例に従った冷却システムの第３のプレートの上面図である。
【図６２】  反射材料および第３のプレートの底部へ結合された熱絶縁体を含む図６１に示された冷却システムの第３のプレートの横断面図である。
【図６３】  多重領域冷却セクション内冷媒ストリップの上面図である。
【図６４】  図６３の冷却ストリップの冷却ストリップの横断面図である。
【図６５】  個別プレート又は分離したセクションから基板ホルダーを形成するためのオーブンの概略説明図である。
【図６６】  プラズマ処理環境におけるフォーカスリング及び基板ホルダーの側面図である。
【図６７】  環状リングによって囲まれた円形内側領域を含む基板ホルダーの概略説明図であり、ここに冷媒は半径方向に外に向かって螺旋状になる個別チャネルに供給される。
【図６８】  冷却プレートから持ち上げ可能な加熱プレートプレートの概略説明図である。
【図６９】  本発明の層を製造する方法を示す図である。
【図７０】  本発明の層を製造する方法を示す図である。
【図７１】  本発明の層を製造する方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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