(57)【要約】構造の誘電体特性を損なうことなく誘電体構造に効率的な加熱を行なう方法及び装置である。加熱アッセンブリがプラズマ処理真空チャンバの円形状に形成された誘電体の蓋に適合するようにされる。この加熱アッセンブリは、ＲＦコイルと誘電体の蓋の大気圧側の間に配置される。加熱アッセンブリの加熱構造部分（抵抗性加熱ワイヤまたは熱作用流体、または双方）はコイルによって生成された電磁界に透明であるけれども、加熱アッセンブリの導電性部分は電界を形成する役割を果たす。この平均化の結果は、高すぎる電磁ポテンシャル（例えば、プラズマによる誘電体のスパッタリング）の有害な効果、及び低すぎる電磁ポテンシャル（例えば、誘電体の蓋上に多くの副産物の堆積）の有害な効果を最小にすることである。
2004534378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱素子、電圧分配電極、及び半導体処理チャンバの組合せ装置において、前記半導体処理チャンバは、
前記チャンバ内に配置されたウエハ支持体と、
前記加熱素子と熱接触しているチャンバ壁と、
を有し、
前記電圧分配電極は、前記チャンバ壁に近接して配置されていることを特徴とする組合せ装置。
【請求項２】
前記加熱素子は電気加熱素子であることを特徴とする請求項１に記載の組合せ装置。
【請求項３】
前記加熱素子は、導管及び前記導管を通して流れる熱作用流体を有することを特徴とする請求項１に記載の組合せ装置。
【請求項４】
前記電圧分配電極は、円形を有していることを特徴とする請求項１に記載の組合せ装置。
【請求項５】
前記電圧分配電極は、円形ループ及び前記円形ループによって一緒に接続された放射状セグメントを有することを特徴とする請求項４に記載の組合せ装置。
【請求項６】
チャンバ壁に対して熱の均一性を与えるための温度管理装置であって、
所定の形状を有し、及びエッジを有する基体と、
前記基体のエッジに近接して前記基体上に配置された抵抗性加熱素子と、
を有し、
前記基体は、前記チャンバ壁に熱伝達を与えるようにされていることを特徴とする温度管理装置。
【請求項７】
前記所定の形状は、チャンバ壁わたって加熱エネルギーの均一な分布を行なうことを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項８】
更に、過剰な熱エネルギーを除去するようにチャンバ壁の近くに配置された空気流の源を有することを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項９】
前記空気流の源は、ファンを有することを特徴とする請求項８に記載の温度管理装置。
【請求項１０】
更に、前記チャンバ壁の温度を示す温度信号を発生するように前記チャンバ壁と密接に接触して配置されるようにされた温度センサを有することを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項１１】
抵抗性加熱素子によって消費される電力は、プラズマがチャンバ壁の近くで励起されるとき最小のレベルにあるように、且つプラズマがチャンバ壁の近くで励起されるないとき最大のレベルにあるように制御されることを特徴とする請求項１０に記載の温度管理装置。
【請求項１２】
前記最小のレベルは、実質的に無電力消費に相当することを特徴とする請求項１１に記載の温度管理装置。
【請求項１３】
前記所定の形状は、実質的に放射状で対称的であることを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項１４】
前記所定の形状は、複数の放射状素子と前記複数の放射状素子を共に結合して、基体の周囲に配置された円形素子を有することを特徴とする請求項１３に記載の温度管理装置。
【請求項１５】
前記円形素子に少なくとも１つのギャップが形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の温度管理装置。
【請求項１６】
前記円形素子に少なくとも２つのギャップが形成され、それらのギャップは実質的に対称的に配列されていることを特注とする請求項１５に記載の温度管理装置。
【請求項１７】
前記所定の形状は、複数の放射状素子と前記複数の放射状素子を共に結合して、基体の中心近くに配置された円形素子を有することを特徴とする請求項１３に記載の温度管理装置。
【請求項１８】
前記円形素子に少なくとも１つのギャップが形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の温度管理装置。
【請求項１９】
前記基体は、電気的導電性であり、電圧分配電極を形成していることを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項２０】
前記抵抗性加熱素子は、複数の抵抗性セグメントを有し、前記複数の抵抗性セグメントは、複数の抵抗性セグメントの空間的に近接するものが反対方向に流れる電流を有するように配列されていることを特徴とする請求項６に記載の温度管理装置。
【請求項２１】
前記複数の抵抗性セグメントは、互いに直列に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の温度管理装置。
【請求項２２】
チャンバ壁に対して熱の均一性を与えるための温度管理装置であって、
所定の形状を有し、且つ実質的に平らな断面を有する流体導管と、
前記流体導管内に配置され、前記流体導管を通して流れる熱作用流体と、
を有することを特徴とする温度管理装置。
【請求項２３】
前記所定の形状は、チャンバ壁にわたって熱エネルギーの均一な分布を行なうことを特徴とする請求項２２に記載の熱管理装置。
【請求項２４】
前記所定の形状は、実質的に放射状で対称的であることを特徴とする請求項２２に記載の温度管理装置。
【請求項２５】
更に、過剰な熱エネルギーを除去するようにチャンバ壁の近くに配置された空気流の源を有することを特徴とする請求項２２に記載の温度管理装置。
【請求項２６】
前記空気流の源は、ファンを有することを特徴とする請求項２５に記載の温度管理装置。
【請求項２７】
前記熱作用流体は、温度管理されたリザーバへの接続を介して設けられていることを特徴とする請求項２２に記載の温度管理装置。
【請求項２８】
半導体ウエハを処理するための装置であって、
前記半導体ウエハを受け取るようにされた、チャンバ壁を有する真空チャンバと、温度管理装置とを有し、
前記温度管理装置は、
前記チャンバ壁と熱接触して前記真空チャンバの外側に配置されたヒートと、
過剰な熱エネルギーを除去するために誘電体へ器の近くに配置された空気流の源と、
を有することを特徴と半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項２９】
更に、ＲＦエネルギーを前記真空チャンバに結合するように前記真空チャンバに近接して配置されたＲＦコイルと前記ＲＦコイルと前記チャンバ間に配置されたヒータと、
前記ヒータと前記チャンバ間に配置された電圧分配電極と、
を有することを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３０】
前記ヒーターは、前記チャンバに結合されたＲＦエネルギーに実質的に電気的に透明であることを特徴とする請求項２９に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３１】
前記ヒーターは、前記チャンバに結合されたＲＦエネルギーによって前記チャンバにおけるプラズマの発生を実質的に妨げないことを特徴とする請求項２９に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３２】
更に、ＲＦエネルギーを前記真空チャンバに結合するように前記真空チャンバに近接して配置されたＲＦコイルと、前記ＲＦコイルと前記チャンバ間に配置されたヒータと、
可変シールド効率を有し、前記ヒーターと前記チャンバ壁の間に配置されたファラデーシールドと、
を有することを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３３】
前記ヒーターは、前記チャンバへ結合されたＲＦエネルギーに実質的に電気的に透明であることを特徴とする請求項３２に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３４】
前記チャンバ壁は平らな蓋であることを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３５】
前記チャンバ壁はドーム形状の蓋であることを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３６】
前記チャンバ壁は半球状の蓋であることを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３７】
前記空気流の源はファンであることを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【請求項３８】
前記ヒーターは前記チャンバ壁に物理的に接触していることを特徴とする請求項２８に記載の半導体ウエハを処理するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明背景）
本発明は、一般に半導体処理チャンバの分野に関する。特に、本発明は、半導体処理チャンバの蓋の温度を調整するための装置に関する。
【０００２】
プラズマ処理チャンバに用いられる構造の温度制御を行うことは有利である。これはチャンバ材料の化学的及び物理的特性ばかりでなく、チャンバ構造の表面上に存在する材料に生じる温度依存性変化のためである。プラズマ半導体処理における重大な関心事は粒子の発生を制御することである。粒子は、一般にチャンバ表面上にいろいろな物質が形成されることによって発生され、その後それらの物質は薄片となって剥がれ落ちる傾向にある。チャンバ表面上の物質の形成は、もし、これらのチャンバ表面が比較的冷たければ、促進され、表面上に自由な分子（イオン化された、または中立の）の昇華作用を増進する。形成した物質の剥がれ落ちは、温度のサイクリング（繰返された温度の変動）によって増進され、例えば、ウエハが連続してチャンバ内で処理されるにしたがって、プラズマが繰返し開始されたり、停止されたりするときに生じる。したがって、チャンバ表面の冷却やそれらの表面の熱サイクルは、半導体処理チャンバ内の粒子の形成に寄与する。
【０００３】
これらの粒子の形成は、チャンバ構造を大気より高い温度に加熱することによってある程度抑制される。温度がより高ければ、チャンバ表面上におけるポリマーの膜の形成は最小になり、それにより粒子の発生量を最小にする。しかし、熱サイクルは、チャンバ上に形成するあらゆる膜の薄片化を確かにするためにことによって形成するために、ある量の粒子が依然として生じるであろう。
【０００４】
粒子の形成に対する最大の関心事であるチャンバ表面はチャンバの蓋である。何故ならば、それが直接ウエハ上にあるからである。プラズマが消された後、ウエハがチャンバから取り出される前に、チャンバの蓋は冷却し始め、そして蓋に形成されたあらゆる膜が薄片となって剥がれ始める。これらの粒子の薄片は、ウエハがチャンバから取り出される前にウエハ上に落下するであろう。ウエハが取出されると、チャンバの蓋から落ちつづけるあらゆる粒子は、ウエハが処理される間置かれているチャック（またはペデスタル）上に落下するであろう。チャック上に落下した粒子は、更なる問題となる。何故ならば、それは次ぎのウエハがチャックと良好な電気的接触をしないで、プロセスパラメータの不注意な変化が生じるからである。したがって、チャック上の粒子は、不ぞろいな製品の結果に寄与することになる。
【０００５】
チャンバの蓋は、チャンバの形式及び設計に依存して、導電性及び非導電性の多くの材料から作られる。誘電体材料は、それらの非導電性特性のために誘導性結合のプラズマ処理チャンバにおいてしばしば使用されている。誘導性結合のプラズマ処理チャンバの誘電体の蓋の場合、蓋はプラズマクラウド（ｐｌａｓｍａ ｃｌｏｕｄ）を誘導するためにチャンバに結合するのに必要なＲＦエネルギーに対して透明であるように、蓋は非導電性である必要がある。したがって、誘電体構造を加熱するためのあらゆる技術は、必ず非導電性の振舞いを保たなければならない。
【０００６】
都合の悪いことに、プラズマチャンバの誘電体構造の加熱は、しばしば困難である。一般に半導体処理真空チャンバに用いられる誘電体物質は、アルミニウムベースのセラミック及びクォーツである。これらの形式の物質はいずれも熱伝導性が悪い。誘電体構造を加熱する問題は、それが多くのプラズマチャンバの上部を覆う誘電体の蓋のような大きなものであるとき、一層厄介である。
【０００７】
ファラデーシールドは、誘導性結合のプラズマ処理チャンバにしばしば使用される他の特徴であり、それは、一般にチャンバとＲＦコイル間に配置される。このシールドは、チャンバへの電界の移動を制御するために用いられる。更なる情報のために、Ｆｌａｍｍ他に与えられた米国特許４，９１８，０１３号がある。
【０００８】
従って、必要とされるものは、誘電体構造の非導電性の性質を損なうことなく処理チャンバの誘電体構造を加熱する装置である。このヒータは、ファラデーシールドと共に用いられるのが好ましい。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の特徴は、プラズマチャンバ構造を効率的に加熱することである。
本発明の他の特徴は、プラズマチャンバの蓋の外部表面上に配置された加熱アッセンブリを提供することである。
本発明の他の特徴は、プラズマチャンバの蓋の表面上に配置された一体化されたヒータと電圧分配電極アッセンブリを提供することである。
本発明の他の特徴は、誘電体構造の誘電体特性を損なうことなく誘電体構造の効率的な加熱を行うことである。
本発明の他の特徴は、加熱アッセンブリの要素が誘電体の蓋を通して指向される電磁界の方向に垂直であるように、誘電体の蓋の表面上に配置された加熱アッセンブリを提供することである。
【００１０】
更に、本発明の他の特徴は、加熱アッセンブリが置いてある誘電体の蓋とほぼ同じ直径を有する円形のループ部分によって一緒に結合された、放射状に配置されたそれぞれの部分に関してセグメントを有する加熱アッセンブリを提供することである。
本発明の更なる特徴は、電気的遮断を与えるために少なくとも１つのギャップを備えた円形ループ部分を有する加熱アッセンブリを提供することである。
本発明の更なる特徴は、チャンバ内にプラズマを発生するためにＲＦコイルによって生成されるＲＦ磁界に実質的に透明なプラズマ処理チャンバの誘電体の蓋を有する加熱アッセンブリを提供することである。
本発明の更なる特徴は、電圧分布またはシールド機能を同時に与えつつ誘電体真空チャンバ構造を加熱することである。
【００１１】
本発明は、誘電体構造の誘電体特性を損なうことなく誘電体構造を効率的に加熱する方法及び装置を提供する。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態による加熱アッセンブリは、プラズマ真空処理チャンバの円形状の蓋に適合するようにされる。この加熱アッセンブリはエネルギーを蓋に一様に結合するために蓋上に分布されたヒータを備える。このヒーターは加熱アッセンブリが誘導結合されたチャンバの誘電体蓋上に用いられた場合に特に有用である。このような装置において、加熱アッセンブリは、ＲＦコイルと誘電体蓋の大気側の間に置かれる。ＲＦコイルはエネルギーを真空チャンバへ結合して、それによってチャンバ内のプロセスガスをプラズマ状態に励起する。コイル及びセラミックの蓋の間隔を最小にすることが有利であるので、加熱アッセンブリは蓋の表面によく一致し、且つ、コイルと蓋の間の距離を実質的に増加しないように、同時に誘電体表面を均一にまた効率的に加熱するように十分薄く設計される。
【００１３】
抵抗性の加熱の実施の形態による加熱アッセンブリの下部層は、良好な熱伝導性を有する材料、たとえばアルミニウムまたは銅から構成されるのが好ましい。抵抗性の加熱線（例えば、ニクロム線）が下部層に電気的に接続されることなく下部層に取り付けられ、コイルによって生成された電磁界に対して全体の加熱線回路の電磁抵抗（即ち、インピーダンス）を最小にする方法で放射状セグメント及び結合する円形ループに沿って巻かれる。熱絶縁性材料の層がヒータ素子の表面上に設けられる。この絶縁性材料は、大気への熱損失を最小にすることによってヒータの効率を向上する。この絶縁は、誘電体の蓋の表面から過剰な熱を除去するために強制された空気の対流を利用する実施の形態に特に役立つ。
【００１４】
他の実施の形態によると、加熱アッセンブリは放射状及びループ素子の構造内に流体チャネルを内臓する。この実施の形態において誘電体の蓋の温度制御は、温度制御された流体リザーバ（貯蔵器）から加熱アッセンブリ内のチャネルを通して熱を作用する流体を強制することによって達成される。熱を作用する流体はリザーバと誘電体の蓋の間で熱交換を行う。
加熱アッセンブリの積極的な加熱構造（抵抗性加熱線または熱を与える流体のいずれか）部分はＲＦコイルによって生成される電磁界に透明である。
電圧分布またはシールド機能は、加熱アッセンブリに内蔵された電気的導電性構造によって与えられ、それによりシールドアッセンブリの一体化されたヒーター／電圧分布を提供する。
【００１５】
本発明の他の目的及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【００１６】
（発明の実施の形態）
幾つかの実施の形態によると、本発明は、加熱素子、電圧分配電極（ファラデーシールドを含む）及び処理チャンバを互いに組合せて具体化される。加熱素子は流体（導管を通して流される、熱作用流体用の導管として）または電気（電気的加熱素子として）のいずれかを用いて具体化されることができる。
【００１７】
他の実施の形態によると、本発明は、電気を用いてチャンバ壁に対して熱均一性を増進するための温度管理装置として具現化される。この装置は、基板及び抵抗性加熱素子を含む。この基体は、所定の形状及びエッジを有する。抵抗性加熱素子は基体のエッジに近接して基板上に設けられる。基体は抵抗性加熱素子及びチャンバ壁間の熱連絡を与えるようにされる。
【００１８】
チャンバ壁上の熱エネルギーの一様な分布を増進するように所定の形状が選択される。好ましくは、所定の形状は実質的な放射状の対称を有する。１つの実施の形態によると、基体は、基体の周辺に設けられ、複数の放射状素子を一緒に接合する複数の放射状素子及び円形素子を有するように形成される。他の実施の形態によると、基体は、基体の中央近くに設けられ、複数の放射状素子を一緒に接合する複数の放射状素子及び円形素子を有するように形成される。これらの実施の形態のいずれかによると、用いられた円形素子はそれらに形成された少なくとも１つのギャップによって遮断されている。好ましくは、基体は、それが電圧分配電極を形成するように電気的に導電性である。
【００１９】
他の実施の形態によると、本発明は、加熱された流体を用いてチャンバ壁に対する熱均一性を増進するための温度管理装置として具現化される。この装置は導管内の、熱を作用する流体を含む。流体用の導管は、所定の形状及び実質的に平坦な断面を有する。熱作用流体（熱をもたらす流体）は、流体の導管内に設けられ、そこを通して流れる。
【００２０】
更なる実施の形態によると、抵抗性加熱素子はヒータとして用いられ、一方流体の流れは、必要ならば、熱の管理、例えば抵抗性素子のオン／オフサイクルおよび／または蓋から熱を除去することによって生じる過渡現象を減少するために用いられる。
【００２１】
ある任意の特徴があらゆる電気または加熱された流体の実施の形態のいずれかと共に有利に用いられる。本装置は、過剰な熱エネルギーを除くために抵抗加熱素子の近くに配置されたファンを任意に有することができる。本発明の効果を増進するために任意に用いられる他の特徴は温度センサーと温度制御回路の組合わせである。温度センサーは、チャンバ壁の温度を示す温度信号を発生するように、チャンバ壁と密接して配置されるようにする。電力制御回路は、制御された量の熱エネルギーを抵抗性の加熱素子に、または場合に応じて使用している流体に与えるようにフィードバック信号として温度信号を受け取るために接続される。
【００２２】
本発明による半導体ウエハを処理するための装置は、真空チャンバおよび温度管理装置を含む。真空チャンバは、チャンバ壁を有していて、真空チャンバ内に半導体ウエハを受け取るようにされる。温度管理装置は、（ヒータだけでも充分であるが）ヒータ及びファンの両方を有するのが好ましい。ヒータは、チャンバ壁に熱接触して真空チャンバの外側に配置される。ファンは、過剰な熱エネルギーを除くためにヒータの近くに配置される。代わりに、熱管理装置は、使用している流体チャネルと共に抵抗性ヒータを作動するコントローラを含む。
【００２３】
半導体ウエハを処理するための、本発明による装置は、ＲＦコイル及び電圧分配電極を有することもできる。このＲＦコイルは、ＲＦエネルギーを真空チャンバへ結合するように真空チャンバに接近して配置される。ヒータはＲＦコイルとチャンバ壁の間に配置される。電圧分配電極はヒータとチャンバ壁の間に配置される。好ましくは、ヒータはチャンバへ結合されたＲＦエネルギーに対して実質的に、電気的に透明である。
【００２４】
電圧分配電極以外の、本発明による半導体ウエハを処理するための装置は可変シールド効果を有するファラデーシールドと共に任意に組込まれる。
【００２５】
ファラデーシールドは、ＲＦアンテナ及びグランドに（少なくとも直接）電気的に接続されたチャンバの蓋間に配置された導電性材料の層またはプレートであると一般に理解されている。電圧分配電極は、ＲＦアンテナ及びグランドに接続されるか、電気的に浮いているかのいずれかであるチャンバの蓋間に配置された導電性材料の層またはプレートであると一般に理解されている。従って、電圧分配電極は、その範囲内でファラデーシールドばかりでなく、他の導電性電極がシステムに電気的にどのように関係しているかに無関係に他の導電性電極を含む一般的な概念であると考えられる。
【００２６】
他の構成によると、誘電体の壁は平らな蓋、ドーム形状の蓋、または他の適当な形状である。
【００２７】
図１を参照すると、本発明によって具体化されたウエハ処理装置の部分断面を伴う概念図が示されている。真空チャンバ１１０は誘電体の蓋１１２を有している。ポンピングポート１１４がチャンバ１１０を実質的に大気圧以下の圧力（例えば、〜１０−４トル）まで排気する。処理されるべき半導体ウエハ１１６のワークピースがプロセスガスの入口１１９を通してチャンバ内に導入される、選択されたガスのプラズマクラウド（雲）１１８へ曝されるようにウエハ１１６を適正な位置に配置するペデスタル１１７上に載置する。
【００２８】
加熱アッセンブリ１３０がＲＦコイル１２０と誘電体の蓋１１２の大気側との間に置かれる。このＲＦコイル１２０はエネルギーを真空チャンバ１１０へ結合し、それによってプラズマクラウド１１８を形成するように、チャンバ内のプロセスガスをプラズマ状態に励起する。ＲＦコイル１２０と誘電体の蓋１１２の間隔を最小にすること（最も効率的なエネルギーの結合のため）が有利であるので、加熱アッセンブリ１３０は誘電体の蓋１１２の表面によく沿うように、そしてＲＦコイル１２０と蓋１１２間の距離を実質的に増加しないために充分薄くなるように、そして一方で、同時に誘電体表面に均一で効率的な加熱を与えるように設計される。
【００２９】
加熱アッセンブリ１３０には、可変デューティサイクのスイッチングされた電源１３２からの電力が与えられる。電源１３２が提供するどの程度のＡＣ電力に対してデューティサイクルを選択するための命令信号が温度制御回路１３４から受信される。誘電体の蓋１１２において具現化される温度センサー１３６が温度制御回路１３４へフィードバックを与える。
【００３０】
ＲＦコイル１２０からでるＲＦエネルギーについて加熱アッセンブリ１３０におけるあらゆる電圧共振を抑えるために加熱アッセンブリ１３０にローパスフィルタが電気的に結合される。
【００３１】
ファン１４０は、過熱を除くために加熱アッセンブリ１３０と誘電体の蓋１１２に向けられた強制空気流を与える。ファン１４０は、ＲＦコイル１２０と加熱アッセンブリ１３０を囲み、真空チャンバ１１０の上部に置かれたハウジング１４２上に取りつけられる。
【００３２】
図２を参照すると、本発明の１つの実施の形態による抵抗性加熱素子用の配線パターンの平面図が示されている。本発明の好適な実施の形態による加熱アッセンブリはプラズマ処理真空チャンバの真空の蓋として作用する円形の蓋に合うようにされる。この加熱アッセンブリは、誘電体の蓋を有する誘導結合されたチャンバ内で使用するのが特に有用である。従って、以下の記載の多くにおいて誘電体の蓋への言及がなされる。しかし、この蓋は誘電体材料から作られていない他の蓋に用いられることができることを理解すべきである。
【００３３】
抵抗性の加熱素子２００は蓋を一様に加熱するために備える円形状の誘電体の蓋における通路に従う。抵抗性加熱素子２００は点線で示される基体２０５の頂部に配置される。抵抗性加熱素子２００に沿う矢印は電気の流れを示している。好ましくは、配線パターンは、放射状のセグメント及び接続する弧状部分の各々に沿って双方向（即ち、行き帰り）の電流の流れを与える連続した通路を有するように具体化される。反対方向に流れる電流と一致する導体の並設の理由は、それらの電磁界が互いに打ち消すであろうということである。
【００３４】
図３を参照すると、本発明の他の実施の形態による電気的な加熱アッセンブリの、一部切り欠いた平面図が示されている。この加熱アッセンブリ３００の１つの特徴は、その要素がプラズマクラウドを生成するために誘電体の蓋を通して向けられる電磁界の方向に垂直であるように、加熱アッセンブリが誘電体の蓋の表面上に配列されることである。加熱アッセンブリのそれぞれの部分に関するセグメント３０２、３０４は放射状に配置され、誘電体の蓋と同じ直径を有する円形のループ部分３０６によって一体に接続されている。電力は、電力リード線３０８によって入力される。
【００３５】
図面の一部を切り欠いた部分（右下側）は、基体層３０５上に配置されているヒータワイヤ３０９を露出するために、剥ぎ取られた発泡絶縁体３０７の上部層を示している。ヒータワイヤ３０９は、図２に完全に示された配線パターンと類似の形態でそれぞれの部分セグメント３０２、３０４及び円形ループ部分３０６に沿って配置されている。
【００３６】
円形ループ部分３０６は電気的中断を与えるために少なくとも１つのギャップ３１０を組込むのが好ましい。ギャップ３１０によって設けられた電気的遮断の目的は、ＲＦコイルの電磁界によって誘導される、加熱アッセンブリにおける電流の流れを防止することである。
【００３７】
図４を参照すると、本発明の他の実施の形態による電気的加熱アッセンブリの一部を切り欠いた平面図が示されている。この実施の形態において、加熱アセンブリ４００の放射状に整列されたそれぞれの部分セグメント４０２は、誘電体の蓋の直径より非常に小さい円形ループ部分４０６によって一緒に接続されている。電力は電力リード線４０８によって入力される。円形ループ４０６は、１つまたはそれ以上のギャップ４１０を有し、ヒータアッセンブリ４００に電磁的に誘導された電流が流れるのを防ぐために電気的遮断を設けている。
【００３８】
図面の一部を切り欠いた部分（右上側）は下部層４０５上に配置されているヒータワイヤ４０９を露出するために、剥ぎ取られた発泡絶縁体４０７の上部層を示している。ヒータワイヤ４９は、図２に完全に示された配線パターンと類似の形態で円形ループ部分４０６及び放射状に整列されたそれぞれの部分セグメント４０２沿って配置されている。
【００３９】
図５を参照すると、本発明の更に他の実施の形態による電気的加熱アッセンブリの一部を切り欠いた平面図が示されている。この実施の形態において、加熱アッセンブリ５００は、ギャップ５３０によって互いに分離された一対の半円形部分５１０として構成されている。加熱アッセンブリ５００の半円形部分５１０のそれぞれの部分セグメント５１２、５１４は、放射状に配列され、且つ半円部５１６によって一緒に接続されている。加熱アッセンブリ５００の他の半円形部分５２０のそれぞれの部分セグメント５２２、５２４も、放射状に配列され、且つ半円部５２６によって一緒に接続されている。半円形部分５１０、５２０の各々は、誘電体の蓋の直径の約半分の曲率半径を有している。電力は電力リード線５１８、５２８によって入力される。
【００４０】
図面の一部を切り欠いた部分（右下側）は下部層５２５上に配置されているヒータワイヤ３０９を露出するために、剥ぎ取られた発泡絶縁体５２７の上部層を示している。ヒータワイヤ５２９は、図２に完全に示された配線パターンと類似の形態でそれぞれの部分セグメント５２２、５２４及び半円部５２６に沿って配置されている。
【００４１】
加熱アッセンブリ５００に用いられる放射状のセグメント５１２、５１４、５２２、５２４の間隔は、誘電体の蓋の内面（即ち、真空側）に均一な温度を維持するように選択される。この間隔は、強制された空気伝導によって誘電体の蓋の外側（すなわち、大気側）から過剰な熱を除去するために、隣接する放射状のセグメント５１２、５１４、５２２、５２４間に充分な領域を可能にするように選ばれるが、依然として誘電体の蓋内の熱伝導による内面状の均一な温度を達成するのが好ましい。
【００４２】
この実施の形態は２つの分割部分（半分部分）に対して２つの分離したヒータを使用することは必要でない。実際に、簡単にするために、単一電源によって電力が与えられ、単一の電力コントローラによって制御される単一のヒータワイヤを有するこの実施の形態を具現化することが好ましい。図５の実施の形態の単一ヒータの実施において、ヒータワイヤは発泡状の上部層５２７に沿ってギャップ５３０を横切って単にまたいでいる。これは閉じたループ状のヒータワイヤを形成するけれども、これは、ヒータワイヤがＲＦ磁界の誘導されたエディカレント（渦電流）を無視できるように充分高いインピーダンスを有するので、心配することではない。
【００４３】
図６を参照すると、本発明の更に他の実施の形態による流体加熱アッセンブリの一部を切り欠いた平面図が示されている。この実施の形態による加熱アッセンブリ６００は、放射状のセグメント６０２構造、及び放射状のセグメント６０２を共に接続する弧状セグメント６０４、６０６内に連続した流体チャネルを有する。この実施の形態において、誘電体の蓋の温度制御は、加熱アッセンブリ６００内のチャネルを通して、温度制御された流体リザーバ（流体接続６０８を介して）から与えられる熱作用流体を循環することによって達成される。熱作用流体は、リザーバ及び蓋の間で交換されるべき熱を提供する。図面の一部を切り欠いた部分（右側）は、加熱アッセンブリ６００の長さにわたって熱作用流体を運ぶ流体チャネル６１０を示す。
【００４４】
流体加熱アッセンブリは、本発明の範囲から逸脱することなく形状を変えて実現することができる。放射状のセグメントを共に接続するために用いられるあらゆる円形セグメントにそれらが完全な円を形成しないように１つまたはそれ以上のギャップを設けることができるであろう。
【００４５】
図６は、全ての実施の形態に任意に組込まれる本発明の特徴を一部切り欠いて示している。いろいろな実施の形態に従っている電圧分配電極（即ち、ヒータアッセンブリの基体）は、可変インピーダンス６２０を介してグランドに任意に接続可能である。電圧分配電極のシールド特性は、可変インピーダンス６２０の値を変えることによって操作される。
【００４６】
図７を参照すると、真空チャンバの誘電体の蓋に配置された、本発明のいろいろな実施の形態による電気加熱アッセンブリの詳細な断面図が示されている。抵抗性加熱の実施の形態による加熱アッセンブリの下部層７１０は、陽極酸化アルミニウムから構成されるのが好ましいが、良好な熱伝導度を有するあらゆる材料（例えば、アルミニウムまたは銅）から適当に構成される。下部層７１０は、良好な熱伝達を与えるように誘電体の蓋７２０と直接接触して配置される。抵抗性ヒーターワイヤセグメント７３０、７３１（例えば、ニチロームのような材料から形成される）は、下部層７１０に電気的に接続されることなく下部層に取りつけられ、コイルによって生成される電磁界へのヒーターワイヤ回路の全電磁抵抗（即ち、インピーダンス）を最大にするような方法で放射状のセグメント及び導電性の円形ループ（図２乃至図５を参照）に沿って巻かれている。ヒーターへの供給電流は、隣接するワイヤセグメント７３０、７３１において反対方向に流れる。即ち、電流は、例えば、一方のセグメント７３０に対して紙面に向かう方向に流れ、それに近接するセグメント７３１に対しては紙面から離れる方向に流れる。
【００４７】
電気的な実施の形態による加熱素子は、ローパスフィルタの抵抗性ヒーターワイヤの接続は、コイルのＲＦエネルギーが抵抗性ヒーターワイヤにおける電流の誘起を効果的に阻止するのに充分であるように、低周波の交流電流（５０から６０Ｈｚ）を用いて動作されるのが好ましい。
【００４８】
熱絶縁材料７４０（好ましくは、発泡ポリマー）の層がヒーターワイヤ７３０の表面状に配置され、下部層７１０にわたって広がっている。この絶縁材料の層７４０は、大気への熱損失を最小にすることによって加熱アッセンブリの効率を改善する。この絶縁体は、誘電体の蓋７２０の外側表面（即ち、上部）から過剰な熱を除去するために強制された空気の対流を利用する実施の形態に対して役立つ。
【００４９】
電気的加熱アッセンブリは、機械的なクランプ７５０（点線で示される）によって蓋７２０に任意に固定されるか、または加熱導電性エポキシによって蓋７２０と下部層７１０の間で接着ボンドによって固定される。ＲＦコイルが充分に重いならば、電気的加熱アッセンブリを蓋７２０の上部に固着するために、電気的な加熱アッセンブリ上に載置して、ＲＦコイルの重さだけを利用することができる。
【００５０】
下部層７１０とグランド（接地）電位間で接続可能な任意の可変インピーダンス７６０が点線で示されている。下部層７１０のシールド特性は、可変インピーダンス７６０の値を変えることによって操作される。
【００５１】
図８を参照すると、真空チャンバの誘電体の蓋上に配置された、本発明のいろいろな実施の形態による流体加熱アッセンブリの詳細断面図が示されている。加熱アッセンブリは、導電性導管の放射状セグメント及び接続弧状セグメントの構造内に流体チャネルを組込んでいる。誘電体の蓋８３０の温度制御は、この実施の形態では、加熱アッセンブリのチャネル８１０を通して、温度制御された流体リザーバから与えられる熱作用流体８４０を圧入することによって達成される。熱作用流体８４０は、加熱を行ない、リザーバと誘電体の蓋８３０との間で熱交換される。熱絶縁材料８５０の層が導電性の導管８２０の表面上に置かれる。この熱絶縁材料８５０は、大気への熱損失を最小にすることによって加熱アッセンブリの効率を向上する。
【００５２】
図９を参照すると、本発明の他の実施の形態による流体加熱アッセンブリの一部を切り欠いた平面図が示されている。この実施の形態による加熱アッセンブリ９００は放射状のセグメント９０２とこの放射状セグメント９０２を一緒に接続する弧状セグメント９０４、９０６の構造内に一対の連続した流体チャネルを組込んでいる。誘電体の蓋の温度制御は、外側のチャネル（流体接続９０８を介して）を通して第１の方向に、及び加熱アッセンブリ９００における内側チャンネル（流体接続９１１を介して）第２の方向に熱作用流体を圧入することによって達成される。熱作用流体は、温度制御されたリザーバから供給され、加熱を行なってリザーバと誘電体の蓋の間で熱交換される。図面の一部を切り欠いた部分（上部右側）は、加熱アッセンブリ９００の長さに熱作用流体（反対方向に）を運ぶ２つの（内側と外側）の流体チャネルを示す。
【００５３】
図１０を参照すると、図９の実施の形態による流体加熱素子の詳細断面図が示されている。加熱アッセンブリは、放射状のセグメントと導電性の導管の接続弧状セグメントの構造内に互いに従列に内側の流体チャネル１０１０と外側の流体チャネル１０１２を組込んでいる。誘電体の蓋１０３０の温度制御は、この実施の形態において、内側のチャネル１０１０を通して第１の方向に、及び外側のチャネル１０１２を通して反対方向に温度制御された流体リザーバから供給される熱作用流体を圧入することによって達成される。熱作用流体は、加熱を行ない、リザーバと誘電体の蓋１０３０の間で熱交換される。
【００５４】
他の実施の形態（図６及び図８を参照）と比較してこの実施の形態の主な利点は、この実施の形態がチャンバの蓋に表面にわたって良好な温度の均一性を与えることである。反対方向に流れる流体によって、導管内の動作流体の温度傾斜が相殺される。けれども、２つのチャネルの実施の形態は具現化するのにより複雑であることがトレードオフである。
【００５５】
熱絶縁材料１０５０の層が導電性導管１０２０の表面上に配置される。この絶縁材料の層１０５０は、大気への熱損失を最小にすることによって加熱効率を向上する。
【００５６】
図１１を参照すると、代替できる他の実施の形態によるウエハ処理装置の部分断面図を有する概念図が示されている。真空チャンバ１１１０は誘電体の蓋１１１２を有する。ウエハは、蓋１１１２に近接するプラズマクラウドによってチャンバ１１１０内で処理される。チャンバ内の機能の詳細な説明については、図１の説明を参照されたい。
【００５７】
この代替の実施の形態において、加熱アッセンブリ（導電性の基体１１４０と組合わせられた加熱素子１１３０）がＲＦコイル１１２０と誘電体の蓋１１１２の大気側との間に配置されている。ＲＦコイル１１２０は、エネルギーを真空チャンバに結合し、それによりチャンバ内のプロセスガスをプラズマ状態に励起する。この実施の形態による加熱アッセンブリは、蓋１１１２と加熱アッセンブリの電気的加熱素子部分１１３０との間に配置されている導電性基体１１４０を含む。この導電性基体１１４０は、そこに形成された１つまたはそれ以上の流体導管を有し、温度調整された流体リザーバへ及び流体リザーバから熱作用流体を流す。導電性基体１１４０は、グランドから浮くようにされるか、または可変インピーダンスを介してグランドに任意に接続される。
【００５８】
加熱素子１１３０には、蓋１１１２において温度センサを監視する温度コントローラからのフィードバックループコマンドを受取る可変デューティサイクルのスイッチングされる電源からの電力が与えられる。この熱制御ループの動作は図１に関する説明と同様である。加熱アッセンブリにおけるＲＦエネルギーの共振は、ローパスフィルタによって抑圧される。
【００５９】
任意に、ファン１１５０が加熱アッセンブリと誘電体の蓋１１１２に向けられる強制空冷を与えて、過熱を防ぐ。このファン１１５０は、ＲＦコイル１１２０と加熱アッセンブリを囲み、真空チャンバ１１１０の上部に載置されるハウジング１１５２上に取り付けられる。
【００６０】
加熱アッセンブリ（図１１に概念的に示されている）は、図２乃至６および図９に示されている加熱アッセンブリの一般的な形状（平面図）を有するように有利に具現化される。
【００６１】
図１２を参照すると、図１１の実施の形態による電気的加熱アッセンブリの詳細断面図が示されている。導電性の下部層（または基体）１２１０が良好な熱伝達を行なうように誘電体の蓋１１２０と直接接触して配置されている。抵抗性加熱ワイヤセグメント１２３０、１２３１が下部層１２１０に電気的に接続されることなく下部層１２１０に取り付けられており、コイルによって発生された電磁界に対する全体のヒーターワイヤ回路の電磁抵抗（即ち、インピーダンス）を最大にするように、放射状のセグメント及び接続する円形ループ（図２乃至図５を参照）に沿って巻かれている。ヒーターへの供給電流は、近接するワイヤセグメント１２３０、１２３１内を反対方向に流れる。
【００６２】
加熱アッセンブリは、放射状のセグメントと導電性下部層１２１０の接続する弧状セグメントの構造内を互いに縦列に一対の流体チャネル１２６０、１２６４を内臓している。温度制御された流体リザーバから与えられる熱作用流体１２６６が一方の流体チャネル１２６２を通して第１の方向に、そして近接するチャネル１２６４を通して反対方向に圧入される。熱作用流体１２６６は、熱を与えて、リザーバと誘電体の蓋１２２０との間で熱交換される。
【００６３】
熱絶縁材料の層１２４０がヒータワイヤセグメント１２３０、１２３１の表面上に置かれ、下部層１２１０にわたって広がっている。この絶縁材料の層１２４０は大気への熱損失を最小にすることによって加熱アッセンブリの効率を向上する。この絶縁層は、誘電体の蓋１２２０の外側表面（即ち上部）から過剰な熱を除去するために、強制された空気の対流を利用する実施の形態に対して特に役立つ。
【００６４】
電気的な加熱アッセンブリは、機械的なクランプによって蓋１２２０へ任意に固着されるか、または加熱導電性エポキシによって蓋１２２０と下部層１２１０間の接着ボンドによって固着される。
【００６５】
図１１と図１２に示された実施の形態は、複数の任意の形態を有する。第１の任意の形態において、熱作用流体は、流体リザーバにおいて大気より高い温度に加熱され、熱トランジェントをならすように機能する。熱トランジェントは、電気的加熱素子が励起されたり、されなかったりしたときに、またはファン１１５０がターンオン、オフ（ファンが組込まれている場合）されたときに生じた突然のステップ変化により生じる。導電性の下部層１２１０のチャネル１２６０、１２６４における加熱流体の一定の流れは、安定した効果として作用する。
【００６６】
第２の任意の形態によると、熱作用流体は、それが蓋１２２０から熱を奪うためのメカニズムとして働くように流体リザーバにおいて冷却される。この任意の形態において、導電性の下部層１２１０自体は、ファン１１５０に代わって冷却装置として作用する。
【００６７】
勿論、これらの任意の形態のいずれかの場合に、導電性の下部層１２１０は、蓋１２２０を横切って均一な電位を分布するように機能しつづけ、そして接地されると、シールドとして働く。
【００６８】
本発明の他の特徴は、それは誘電体の蓋を横切ってより均一な電磁界ポテンシャルを維持することである。加熱アッセンブリの下部層（代わりに、流体の形態における導電性導管）は、加熱アッセンブリによって画定された領域にわたって決められた空間的に平均したポテンシャルにほぼ等しい電磁界ポテンシャルを展開する電圧分配電極を形成する。したがって、加熱アッセンブリの加熱構造（抵抗性加熱ワイヤまたは熱作用流体のいずれか）部分は、誘電体の蓋を透過し、プラズマを発生するコイルによって生成される電磁界に透明であるけれども、加熱アッセンブリの導電性部分は、コイルによって生成される電気的ポテンシャルを形成する役目を果たす。この平均化することの結果によって、高すぎる電磁界ポテンシャル（例えば、プラズマによる誘電体のスパッタリング）及び低すぎる電磁界のポテンシャル（例えば、誘電体の蓋上にかなりの副産物の堆積）の有害な影響が最小化される。誘電体の蓋の温度及び蓋に直接隣接する領域の静電ポテンシャルの両方の同時制御は、ワークピース上での所望のプラズマプロセスの結果を達成するの非常に好適な条件を生成する。
【００６９】
この説明は、一貫して誘電体から作られているチャンバの蓋に言及したけれども、これは、本発明をどのように実現することができるかの例で、これに限定されない。本発明は、導電性材料または被導電性材料から作られる蓋や壁を有する半導体処理チャンバに確実に応用可能である。
【００７０】
本発明は、好適な実施の形態に関して説明された。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、いろいろな変更及び改良が説明された実施の形態に対して行なわれることができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるウエハ処理装置の部分断面図を伴う概念図を示す。
【図２】
本発明の１つの実施の形態による抵抗性加熱素子用の配線パターンの平面図を示す。
【図３】
本発明の他の実施の形態による電気加熱アッセンブリの部分的に切り取った平面図を示す。
【図４】
本発明の他の実施の形態による電気加熱アッセンブリの部分的に切り取った平面図を示す。
【図５】
本発明の更に他の実施の形態による電気加熱アッセンブリの部分的に切り取った平面図を示す。
【図６】
本発明の更に他の実施の形態による電気的加熱アッセンブリの部分的に切り取った平面図を示す。
【図７】
真空チャンバの誘電体の蓋上に設けられた、本発明のいろいろな実施の形態による電気的加熱素子の断面図を示す。
【図８】
真空チャンバの誘電体の蓋上に設けられた、本発明のいろいろな実施の形態による流体加熱素子の断面図を示す。
【図９】
本発明の更に他の実施の形態による流体加熱アッセンブリの部分的に切り取った平面図を示す。
【図１０】
真空チャンバの誘電体の蓋上に設けられた、図９の実施の形態による流体加熱素子の断面図を示す。
【図１１】
更に他の実施の形態によるウエハ処理装置の部分的な断面図を示す。
【図１２】
図１１の実施の形態による電気的加熱アッセンブリの断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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