JPH10149899A - 円錐形ドームを有する誘電結合平行平板型プラズマリアクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な温度制御が可能なプラズマ反応チャン
バを提供することを課題とする。 【解決手段】 基板処理位置５２’を包囲するチャンバ
壁１３０を円錐台形状とし、この外表面に面接触するコ
イル支持部材１８８内に誘導コイル１８０が設けられて
いる。誘導コイル１８０の外側には、内部に加熱体を有
するヒーター被覆２１２が配され、さらにその外周に内
部に水などの伝熱流体を流す冷却流体通路２２０を有す
る冷却リング２００が配置されている。この構成によ
り、チャンバ壁１３０から冷却リング２００まではそれ
ぞれの温度差で膨張率が異なっても面接触を維持したま
ま摺動するので、広い伝熱面を有し、加熱体や伝熱流体
を利用してチャンバ壁１３０の温度をほぼ一定に保つこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造および類似プロセスのための装置に関する。特に本
発明は、チャンバ形状と、半導体処理のための反応チャ
ンバの加熱および冷却と、チャンバ内に電気的な誘導及
び容量効果を同時に与える間、プロセスにさらされるチ
ャンバ表面の温度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン集積回路の製造は元来、材料層
の堆積および後続のパターン構造を形成するエッチング
の両方の熱活性プロセスに基づいている。その熱プロセ
スにおいて、堆積の均一性は当該プロセスにさらされる
表面温度に依存し、その温度変動はプロセスの速度に変
動をもたらす。そのような温度依存性はプロセスの再現
性を損なう。パターンの形状がより複雑かつ小さくなっ
たため、ますます多くの半導体処理がプラズマ反応チャ
ンバで行われている。平衡熱よりはむしろプラズマが、
各種の化学プロセスおよび物理プロセス（スパッター堆
積およびスパッタークリーニング）に必要な活性化エネ
ルギーを供給する一方、シリコンウェーハを適当な温度
に維持し、熱による有害な副次作用を回避する。すなわ
ち、最高温度と積算温度分布という両方の温度に関する
悪影響を発生させずに、製造ステップ数を増やして行う
ことができる。

【０００３】初期のプラズマリアクタの中には、特に単
一ウェーハのエッチングと化学蒸着（ＣＶＤ）用のリア
クタには、図１に示すリアクタに似ているものがある。
ウェーハ５０は、接地された金属壁５５を有する真空チ
ャンバ５４に封入されたペデスタル５２上に支持されて
いる。チャンバ５４の内部に供給されるガスのプラズマ
を励起するため、ＲＦ電源５６がペデスタル５２に接続
されている。接地されたチャンバ壁５５は、ペデスタル
５２の対向電極として機能する。プラズマによって励起
されたガスはウェーハ５０に作用し、それをエッチング
したり、あるいはプラズマ励起反応の生成物をその上に
堆積させる。ペデスタル５０とチャンバ壁５５は、容量
結合するＲＦエネルギーをプラズマ内へ印加する二つの
電極として機能する。

【０００４】この構造によって、ＲＦ駆動ペデスタル５
０がカソードとして機能し、大きな、接地されたチャン
バ壁５５がアノードとして機能するようになる。リーが
「エッチング」チャン他編ULSIテクノロジー（マグロー
ヒル社、１９９６年）３３０〜３３３頁において論じて
いるように、ペデスタル５０は、接地壁５５に対して次
式の強度の負のＤＣ電位Ｖ_aを生じる。

【０００５】

【数１】 ここでＶ_pは通常はプラス１００ボルトオーダー以下の
プラズマ電位、Ａ_aはプラズマに隣接するチャンバ壁５
５の表面積、そしてＡ_cはペデスタル５０の上面の表面
積である。ＲＦ電力が印加されるカソード５２が小さ
く、接地アノード５４が大きい図１の普通のケースにお
いては、面積比がかなり大きく、ＤＣプラズマ電圧が常
にプラスなので、カソード電圧Ｖ_cはマイナスとなる。
従って（１）式は以下のように簡略化できる。

【０００６】

【数２】 従って、プラズマを取り囲んでいる大きな接地チャンバ
壁により、ペデスタル５０上の電圧Ｖ_cは、プラズマと
チャンバ壁５５の両方に対する電圧差がマイナス数百ボ
ルトになり、有意なダイオード効果を生じて、プラズマ
中の陽イオンを高エネルギーでペデスタル５０上のウェ
ーハに衝突させる。

【０００７】ウェーハの寸法が大きくなり、均一性に対
する要求が厳しくなるにつれて、チャンバ形状はより平
たくなってきた。その例は、ワン他のＣＶＤチャンバに
関する米国特許第４，８９２，７５３号、およびオグル
のエッチングチャンバに関する米国特許第４，９４８，
４５８号にみられる。図２に示したように、対向電極５
８は、ペデスタル５２とそれに支持されたウェーハ５０
とに対向して、ウェーハ５０の直径よりはるかに小さい
ギャップを隔てて配置されている。例えば、２００ｍｍ
のウェーハについては、このギャップは数センチメート
ルでよい。この対向電極５８は普通、エッチング用途に
は接地される一方、ＣＶＤ用にはＲＦ電力の位相を逆転
させて印加するのが普通である。しばしばこの対向電極
５８は、ウェーハ５０に隣接する反応ゾーンへ反応ガス
を均一に供給するためのシャワーヘッドガスディスペン
サーを含む。この設計において、チャンバ５４の壁は通
常は接地するが、プラズマ反応と化学反応における重要
度は低い。

【０００８】チャップマンは、「グロー放電プロセ
ス」、スパッタリングとプラズマエッチング（ウィリイ
−インターサイエンス社、１９９０年）１５６〜１７１
頁において、対称構造のシース電圧について論じてい
る。彼はまた、接地されたカソードを想定しない（１）
式をさらに一般化した次式を紹介している。

【０００９】

【数３】 ここでＶ₁とＡ₁は第１電極のＤＣ自己バイアスと面積、
Ｖ₂とＡ₂は第２電極のＤＣ自己バイアスと面積である。

【００１０】オグル他の米国特許第４，８７１，４２１
号の教示によれば、ＲＦ電力を接地チャンバ壁５４に対
して、ペデスタル５２と対向電極５８間で５０：５０の
比に分割すると、チャンバ壁へのアーク発生を防ぐとい
う利点が得られる。オグルの引例において、図１に示し
たような、対向電極とペデスタル電極のサイズが大幅に
異なる例が認められる。このような電極サイズの差異
は、ＲＦ電力を分割してもなお上記のダイオード効果を
生じる。さらに、大きさが異なる電極は、高エネルギー
荷電イオンをプラズマのシースを横切って放出させ、純
粋な化学活性化でなく、物理的スパッタリング（イオン
エッチング）を増大させることになる。

【００１１】プラズマ反応チャンバの最近の開発の方向
は、大量のＲＦエネルギーで通常１０¹¹ｃｍ³を超える
極めて高いイオン密度を有するプラズマを生成する高密
度プラズマ（ＨＤＰ）リアクタに向けられて来ている。
ＨＤＰ反応チャンバは、いくつかの利点の他に高い堆積
およびエッチング速度をもたらす。ＨＤＰ反応チャンバ
にはいくつかのタイプがあるが、最もポピュラーなもの
は、ＲＦエネルギーをソースプラズマへ誘導結合するも
のである。誘導結合プラズマ反応チャンバは大きく３つ
のタイプに分けることができる。

【００１２】第一のタイプは、図３に示したように、普
通は石英からなる誘電体側壁６２の周りに巻き付けられ
てＲＦ電源６４から電力を供給されるヘリカルコイル６
０を含む。ペデスタル５２は、それ自体のＲＦ電源５６
に連結されている。酸化物エッチング用には、対向電極
６６は接地され、エッチングを行うフルオロカーボンガ
スからフッ素を掃気するためシリコンで構成されてい
る。このアプローチは、コリンズ他により、米国特許第
５，５５６，５０１号およびヨーロッパ特許出願第５５
２，４９１Ａ１号に概略的に記載されており、ライス他
は米国特許第５，４７７，９７５号に具体的実施例を記
載している。彼らの具体的実施例を図７と図８を参照し
て後で詳細に説明する。ヘリカルコイルを含む彼らの構
成は、必然的にプラズマ領域の側部を取り囲む壁のサイ
ズを増加させてしまう。その結果、間隔の狭い容量電極
を持つリアクタと異なり、壁の相互作用がプラズマの形
成にとっても堆積またはエッチングの化学作用にとって
も重要になる。

【００１３】誘導結合プラズマリアクタチャンバの第２
のタイプは、図４に示したように、ウェーハ５０に近接
して平行に平面状の誘電体上部壁７２の外側に置かれる
平面状の、しばしばパンケーキコイルまたはストーブト
ップコイルと呼ばれる、スパイラルコイル７０を含む。
このパンケーキコイル７０は、同様にＲＦ電源６４から
電力を供給され、チャンバプラズマへ誘導結合電力を加
える。プロセス制御のため、ペデスタル５２をＲＦバイ
アスしてもよい。図４の狭いスペース構成において、普
通は導体であって接地されているチャンバ壁７４は、プ
ラズマとその化学作用から効果的に分離される。という
のは、狭い間隔で配置された平面状コイル７０とペデス
タル５２に比べてそれらは離れており、サイズも小さい
からである。パンケーキコイルの例は、オグルの前述の
特許やマークス他のヨーロッパ特許出願第６０１，４６
８−Ａ１号において開示されている。

【００１４】誘導結合プラズマリアクタチャンバの第３
のタイプは、図５に示したように、ウェーハ５０の上方
に位置する半球状の誘電体ドーム８０を含む。二重凹状
ドーム８０の形状に合わせた凹状のスパイラル誘導コイ
ル８２がＲＦ電源６４に接続され、半球形ドームの形状
に沿って密着している。図から分かるように、図５の半
球形は、図３の円筒形と図４の平板形の中間である。ベ
ンジン他が米国特許第５，３４６，５７８号と第５，４
０５，４８０号で半球状コイルを、またサーヒン他が、
ヨーロッパ特許出願第６８０，０７２Ａ２号でこれに類
似しているが径方向に多曲面を有するＣＶＤリアクタを
開示している。

【００１５】これらすべてのチャンバ形状には、それぞ
れ長所と短所がある。これら種々の実施例の誘導結合
は、励起されたプラズマを含む反応チャンバの一部の内
部にあるＲＦ磁界を誘導するよう、それぞれＲＦ電源に
よって駆動されるコイル６０、７０、８２に依存するこ
とに注目すべきである。このＲＦ磁界はファラデーの誘
導法則に従って、下記の直交電界を誘導する。

【００１６】

【数４】 その結果、円筒形および二重凹状ドームの場合、通例少
なくとも部分的にチャンバ軸方向に在る振動磁界は、プ
ラズマ内に、回転電界、すなわち軸方向磁界の周りに延
在する電界ループと、自己閉鎖電界とを生じる。これ
は、ほぼ円筒形をした円形であるので、方位角電界とも
呼ばれる。プラズマ内において回転電界線に沿って回転
している電子は、プラズマイオンと衝突して、プラズマ
を励起状態に保つ。

【００１７】自由空間において、図３のソレノイド巻
（円筒状）コイル６０は、比較的大きなウェーハ５０上
の均一なエッチングまたは堆積に望ましい軸方向磁界を
提供する。しかし、ＲＦ磁界によって生成されるプラズ
マは、特に、高いチャンバ圧力の場合に、円筒形チャン
バ６２内のプラズマ内部を効果的に遮蔽する。その結
果、図３の円筒形のプラズマ密度は中心で低下する傾向
がある。図４の平面状のパンケーキコイル７０は、この
問題を、円筒形チャンバの半径全部にわたってＲＦ磁界
を誘導することによって、回避する可能性がある。この
パンケーキコイルは平面均一性に関しいくつかの利点を
提供する一方、パンケーキコイルによって成形される磁
力線はそれ自体の上で閉じなければならないので、誘導
結合にとって困難な構造を有し、特に中心近傍において
不利な電磁的構成となる。

【００１８】図５に示した曲面ドーム構成を含む第３の
タイプの誘導結合は、最初の二つのタイプの利点を併せ
持つものである。図５の半球状コイル８２は、他の二つ
のアプローチの利点を結合しようとするものである。こ
の構造は、電磁的に有利なヘリカルコイルに似ている
が、かなりの量の電力がウェーハの中心部上方のプラズ
マに結合される。また、密接するコイル８２によって励
起される核種の拡散が重要である範囲において、ウェー
ハ５０のすべての部分はコイル８２から略等距離にあ
る。サーヒン他は、前述の出願においてドーム用の多数
半径曲面を示唆しているが、これは均一性をさらに改善
するのに利用できる。しかし図５の曲線ドームは優れた
処理能力を提供する一方、いくつかの機械的問題も持っ
ている。曲線ドームは鋳造でも機械加工でも製作が困難
である。さらに、このドームにおいては、ドーム内に密
着する加熱体と冷却体によってその温度を制御する必要
がある。不都合なことに、ドームと熱制御部との間の熱
膨張差によって二次元曲面上の両者間の効果的な熱接触
が分断される傾向がある。さらに、純然たるドームは機
械的には強いが、サヒン他に見られるように、切頭ドー
ムの頂部に平面状の対向電極を備えることが望ましい場
合もある。その結果できる切頭曲面ドームは構造的に弱
く、２００ｍｍおよび３００ｍｍのウェーハを収容する
のに必要とされる大型真空チャンバにとって構造上の完
全性がますます重要になりつつある。

【００１９】コリンズ他は、１９９６年５月１３日出願
の米国特許出願第０８／６４８，２５４号において、円
錐形スパイラルコイルの使用を示唆したが、円錐の底部
がチャンバの平坦なルーフに隣接して置かれているた
め、スパイラルコイルの大部分がチャンバから大きく離
れる結果となり、そのためプラズマへのＲＦ結合が減少
してしまう。

【００２０】誘導コイルに近い、誘導結合されたプラズ
マチャンバ部分は、従来技術では石英で作られるのが普
通である。金属（導電性）の壁は一般的に、コイルがチ
ャンバ内へ結合させる磁界を通過させるが、式（４）で
求まる循環ＲＦ電流がプラズマ内と同様に金属壁内に発
生する。このような理由で、チャンバ壁は誘電体（電気
絶縁）材料で作られるのが普通である。

【００２１】石英は、プラズマリアクタ、特に半導体処
理装置の壁として常に人気があった。石英は極めて純粋
な状態で作ることができる。その化学的組成は基本的に
シリカ（SiO₂）であって、通常はシリコン処理と適合性
がある。その他普通に入手可能なセラミック材料、例え
ばアルミナ（Al₂O₃）または焼結シリコンカーバイド（S
iC）は、シリコンの化学作用と半導通特性に対する不確
定効果を持つ元素を含むのが普通である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし石英は、最近の
プラズマリアクタ、特に半導体産業用酸化物エッチャー
において問題をひきおこす。酸化物エッチャーは処理基
板の絶縁層、特にＳｉＯ₂層をエッチングする必要があ
る。その結果、処理ウェーハを効果的にエッチングする
化学作用そのものがまた、石英壁をもエッチングする。
さらに、石英は母材内で結合された小さな晶子からでき
ているので、エッチングされるとき汚染物質になりやす
い。石英がエッチングされると、エッチングは晶子間の
局部領域において促進される傾向があり、エッチングさ
れない晶子の根元を切り取り、これが母材から分離して
微粒子となって、最終的にウェーハ上に定着する。粒子
汚染は、集積回路の回路寸法が小さくなるにつれて、ま
た回路要素数が増えるにつれてその問題が大きくなる。

【００２３】高度の集積回路のエッチング、特に酸化物
エッチングには、多くの厳しい要件がある。酸化物層を
貫いてエッチングされるバイアやコンタクトは狭く深く
する必要があり、アスペクト比は１：１を超え、時には
５：１以上になる。シリコン上のシリカには高い異方性
の極めて選択的なエッチングが要求される。酸化物層が
貫通エッチングされるや否やエッチングを停止するため
に、薄い層のエッチングは、下層シリコンに対して極め
て選択的であることが要件である。ウェーハのサイズの
増加は、ウェーハ上のエッチングの均一性の問題を大き
くした。

【００２４】コリンズ他は、前述のヨーロッパ出願にお
いて、フルオロカーボンプラズマからフッ素を掃気する
ため、ウェーハ上に配置されたシリコン含有対向電極と
組み合わせて、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、またはＣ₃Ｆ₃等のフル
オロカーボンエッチングガス、あるいはＣＨＦ₃のよう
なハイドロフルオロカーボンを用いて、所望の選択性が
得られることを開示している。このプロセスはポリマー
をシリコン上に堆積させるが、二酸化シリコン上には堆
積させない。従って、シリコンは露出した際のエッチン
グから保護される。シリカを貫くバイアの壁の上への同
様な分離ポリマー堆積がほぼ垂直な側壁を形成する。ラ
イスが米国特許第５，４７７，９７５号と１９９５年９
月５日出願の米国特許出願第０８／５２４，１３５号に
おいて仮定したように、そのプロセスは、関連する多く
のプロセス要因のうち、ウェーハのみならずシリコン対
向電極やその他のチャンバ部品の温度への依存性を含
む。

【００２５】反応速度はほぼ温度のべき乗で変化し、通
常Ｔ²からＴ³の範囲にあり、選択エッチングの空間的に
差のある反応プロセスにおける、温度の変動により、種
々のパーツ上のエッチングと堆積と間のプロセスを駆動
することができる。例えば、始業時または定期点検後、
チャンバが最初にオンにされるとき、始動効果が観察さ
れる。図６の曲線９０は、二酸化シリコンのエッチング
速度を、曲線９２はフォトレジストの対応するエッチン
グ速度を、ともに処理開始後の処理ウェーハの枚数の関
数として示す。ウェーハの枚数の増加とともに酸化物エ
ッチング速度が増加する一方、フォトレジストエッチン
グ速度は減少する。約２５枚のウェーハを処理した後に
ようやく、これらの率は定常状態値に近づく。この変動
は、プラズマ処理によって発生するチャンバ内部のコン
ポーネントの温度上昇を反映したものであると考えられ
る。当日の第一回目の操業にダミーウェーハを用いれば
この効果を回避できるが、スループットはかなり減少す
る。また、小規模の装置故障による処理の中断や、ウェ
ーハが直ちに入手できない場合、小規模の温度変動も発
生し得る。従って、チャンバの多くの部分の温度を厳密
に制御しなければならない。壁温やコンポーネント温度
を制御するための設計が過去に試みられているが、これ
らの設計には改良の余地がある。

【００２６】さらに、石英には基本的な材料としての問
題がある。セラミックの熱伝導率は普通０．５Ｗ／ｍ℃
程度と低い。たとえ温度制御体（ヒーター／クーラー）
を石英チャンバ壁の外部に設けても、反応チャンバに面
する側壁の温度制御は不十分である。この問題は、図３
の円筒形デザイン構造によって悪化する。この構造の詳
細な実施例を、図７の断面図と図８の詳細断面図に示
す。円筒形チャンバ壁１００は、この場合ソレノイド巻
ＲＦコイル１０４を備えた円筒形温度制御ジャケット１
０２によって取り囲まれている。円筒形チャンバ壁１０
０は、普通はアルミニウムを機械加工した塊状体である
下部チャンバ１０６上に載置され、円筒形チャンバ壁１
００の上部は、酸化物エッチングに望ましい従来技術の
ポリシリコン製のルーフ１０８を支持している。ＲＦコ
ネクター１１０が、ＲＦ電力をルーフ１０８に供給す
る。ヒータープレート１１２がルーフ１０８の頂部に押
し付けられており、２個の電気コネクター１１４、１１
６を介して通電されるスパイラル巻抵抗ヒーターを含
む。冷却集合体がヒータープレート１１２の頂部に押し
付けられており、冷却水などの冷却流体用にその中に形
成された少なくとも一つのスパイラル溝１２０を持つ冷
却プレート１１８を含む。カバープレート１２２が溝１
２０を覆ってシールする。

【００２７】図８を参照すると、特にＲＦコイル１０４
に通電されていない場合、ジャケット１０２とチャンバ
壁１００を選択的に加熱するよう、ジャケット１０２の
底部の溝１２４に環状抵抗ヒーター１２２が埋め込まれ
ている。

【００２８】チャンバ壁１００と熱ジャケット１０２が
組立てられると、両者間に組立ギャップ１２６が形成さ
れる。この組立ギャップ１２６は、組立の際に両部品を
スライドさせる必要があることと、両部品１００、１０
２間には避けられない熱膨張差があること、の二つの理
由により必要である。この組立ギャップ１２６がない
と、組立手順が複雑になり、一旦組立てられると、かな
りの温度差のもとで互を押しつぶし合うことになる。こ
の組立ギャップ１２６は、導体材料中の熱伝導に比べ
て、熱エネルギーの伝達が十分でない領域を形成する。
熱伝達速度は、ギャップ１２６の大きさとギャップ１２
６内のガス圧に依存する。すなわち、熱膨張によってギ
ャップの大きさが変動すると、その結果ギャップを通過
する熱伝達速度が変化する。さらに、円筒形のコンポー
ネント間のギャップの分布は、それらの不可避の非対称
性により、円筒形周りに均等ではなく、一方が他方より
小さい。このギャップの変動は、隣接するギャップの大
きさに依存して円筒体同士間の熱伝達速度を変動させ
る。従って、壁の周囲の各位置における熱伝達速度は隣
接するギャップのサイズによって異なる。さらに、円筒
形チャンバ壁は、熱の不良導体である石英から作られる
のが普通であった。これらの変動のため、この構成で従
来技術の温度制御モードを用いると、小さい温度範囲に
おいて正確な温度制御が要求される場合、効果的でな
い。

【００２９】図７の円筒形チャンバは、結果的に図９の
一般的形状となり、円筒形側壁１２４とトップ１２６の
直径は略同一となる。ウェーハ領域１２８の直径は、チ
ャンバ側壁１２４とそのトップ１２６の直径より小さく
なければならない。円筒形側壁１２４はトップ１２６の
真空負荷重量の支持に適してはいるが、３００ｍｍのウ
ェーハのような大型基板用に、トップ１２６が、より大
きなスパンにわたって延在すると、極端に厚く作らない
限りトップは内側へ屈曲しがちである。

【００３０】過去、チャンバコンポーネントを交換する
と、コールドスタート現象の他に、プロセスをそのベー
スラインプロセス性能に戻すため追加のウェーハサイク
ルが必要であった。新しいパーツが最終的な効果を発揮
するためには、それらパーツに多少の調整が必要である
と思われる。新しいコンポーネントインターフェイスを
持つ新しいコンポーネントによる温度不安定性が、少な
くとも部分的に、プロセスのドリフトをなくし、プロセ
スをベースライン性能基準に戻すために追加のサーマル
サイクルを必要とする原因となっている。

【００３１】本発明は、上記の問題点に鑑みて、正確な
温度制御が可能なプラズマ反応チャンバを提供すること
を課題とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は、特に半導体集
積回路の製造、さらに酸化物エッチングに適したプラズ
マ反応チャンバである。このチャンバは、ウェーハの上
方と周囲に位置する円錐台形ドーム形のチャンバ壁がそ
の一つであるいくつかの関連発明を含む。一実施形態に
おいてチャンバ壁の外側円錐面は、これの周囲の熱制御
リングの傾斜内面に接合する。このサーマルリングは円
錐形チャンバ壁の外側に載っているが、両者間に摺動熱
境界面をなすように、その外側に押しつけられるような
形状とすることができる。このような構造においては、
壁とサーマルリングの間の熱膨張差は、両者の境界面の
円錐角に沿って滑りを発生させ、それによって温度差ま
たは膨張差にかかわらず熱接触を維持する。円錐形に編
成したＲＦ誘導コイルを円錐壁面に巻き付けるか、ある
いは平面またはソレノイド巻のＲＦコイルをチャンバの
頂部に巻き付けることができる。いずれかの配置を用い
てチャンバ内に電界を発生させて、プラズマを誘導する
ことができ、この電界がウェーハの中心部分を越えて延
びるように調整してプラズマ処理の均一性を改善するこ
とができる。

【００３３】上記構成のチャンバのルーフは、誘電体で
作ることができ、あるいは容量結合編成において電極と
して作用する平坦面を提供する導体または半導体として
作用する材料で作ることができる。ペデスタルは別の板
であって、それを通して容量結合が行われる。このルー
フをカーボンまたはシリコンを含有する材料で作ると、
誘電体エッチングに有効である。

【００３４】チャンバ壁材料の固有抵抗を調節して、電
界をこの材料（例えばポリシリコンまたはシリコンカー
バイド）中に効果的に貫通させ、処理チャンバ内にプラ
ズマを効果的に誘導することができる。

【００３５】サーマルリングは、加熱体、冷却体、また
は電界誘導体を含むことができる。これらは単体、また
は任意の利用可能な組合せとすることができる。複数の
要素の精密な温度制御により、プロセス制御と均一性を
改善することができる。

【００３６】ある構造においては、チャンバ壁用加熱体
は、チャンバの円錐外壁に隣接している。加熱体のワイ
ヤー配置は蛇行パターンであって、ほぼ垂直になる円錐
台の頂点と基部を結ぶ複数の線の一本一本に沿った上が
り下がりのパターンで配線されている。ＲＦ磁界とそれ
による電界を発生させて、チャンバ内にプラズマを誘導
する誘導コイルは、加熱体の周りに水平に巻き付けら
れ、そのためコイル導体は、ヒーター内の加熱体のワイ
ヤーの支配的な配線方向に対してほぼ直交する。直交す
るワイヤーは、ファラディシールドを生成して誘導コイ
ルの容量効果からチャンバを遮蔽する一方、プラズマ内
に効率的に電界を誘導する。層状構造においては、誘導
コイルは内側の加熱体と外側の冷却体との間に配置され
る。熱伝導性誘電体部材が誘導コイルを支持し、熱伝達
を容易にして、サーマルリング内のチャンバ壁の温度を
上昇または下降させる。加熱体、誘導コイル、および冷
却体の次第に径が拡大する層は、分離構造または接着一
体サンドイッチ構造のいずれでもよい。

【００３７】この円錐構造では、前記加熱体を平坦な可
撓性の平面シート状に製作し、次にそれで円錐面を包み
込むようにすることができる。

【００３８】円錐形の誘導コイルの巻線に包まれた円錐
形チャンバ壁を用いると、コイル頂部の巻線は、円筒形
コイルの場合よりもチャンバの中心に近くなる。頂部巻
線がチャンバの中心に近いと、チャンバ全体にわたって
堆積の均一性が改善され、周囲誘導コイルのみを用いた
場合にチャンバの中心において見られる電界強度の低下
が解消される傾向がある。

【００３９】本発明によるチャンバ壁は、処理チャンバ
壁の温度変動を減少させ、過去においてプロセスの再現
性に悪影響を及ぼしていた望ましくない効果を排除す
る。

【００４０】本発明によるチャンバは、円錐形誘導コイ
ルを有する円錐形外壁を備えるチャンバ壁を含む。チャ
ンバの円錐部分には真円錐の錐台があり、この真円錐の
錐台の上端には、対向電極が掛け渡され、対向電極の面
積は、対抗電極に面してそのほぼ反対側に配置された基
板の表面積にほぼ等しい。ヘリカルワイヤーコイルは、
基板処理位置と中心合わせすることができる。ルーフ部
材は壁の円錐部分と一体化することができる。壁とルー
フ構造に適する材料は、良好な熱伝達特性、誘電特性、
および処理チャンバ環境に対する耐化学性を持つものと
する。使用可能な材料には、ポリシリコンとシリコンカ
ーバイドが含まれる。

【００４１】円錐形コイル巻線は次第に径が拡大し、そ
のピッチは一定または可変である。平坦なパンケーキコ
イルをチャンバのルーフに備えるか、あるいは垂直円筒
（ソレノイドのような）コイルを備えることもできる。
ルーフコイルはチャンバ内に誘導される電界の均一性を
高める。処理チャンバ壁に隣接する円錐巻線は、チャン
バのルーフに配置されるコイルに並列または直列に配置
することができる。円錐形コイルはスパイラル形円錐傾
斜を持つ巻線ジグで容易に巻き付けることができる。コ
イル電力調節回路を備えて、各コイルの効果を設定する
ことができる。

【００４２】本発明は、外壁面へ熱的に密着したサーマ
ルヒーターを含むことができ、このサーマルヒーターの
加熱体によって形成されるパターンは蛇行経路であっ
て、好ましくは、相互に略平行に配置された複数の一連
の長手方向部分を持ち、各部分はそれぞれヒーターの中
心鉛直軸と一つの長手方向部分の両方を含む一連の複数
の平面の一つにほぼ一致する。ヒーターの各長手方向部
分の中心体は、上部と底部に交互に設けられた横方向ス
タブ接続部を介して、隣接する長手方向部分に接続さ
れ、加熱体の長手方向部分は、横方向スタブ接続部より
はるかに長い。この構成による誘導コイルは、側壁の外
面に近接してサーマルヒーターの外側に配置され、その
結果コイルの巻線は真空処理チャンバの中心垂直軸の周
りに配線され、横方向スタブ接続部の方向に対して略平
行で加熱体の長手方向部分に対して垂直になっている。
側壁および／または誘導コイルは、垂直または円錐形に
形成することができる。シリコン化合物で構成される側
壁の全熱伝導率は、二酸化珪素（石英）または窒化珪
素、例えばポリシリコンまたはシリコンカーバイドから
作られる同様な構成の側壁よりも大きい。

【００４３】ある構造において、この誘導コイルは、チ
ャンバ壁の外壁面と誘電体部材の内面の間に熱伝達用の
面接触を提供するように構成された円錐形の内面を持つ
熱伝導誘電体部材の中に収容することができる。チャン
バ壁の外壁面と誘電体部材の内側円錐面の間の摺動によ
って、チャンバ壁と誘電体部材の間の温度変化と温度差
による動きを吸収する。誘電体部材は、前記部材と前記
側壁を加熱するため、誘導コイルの外側または内側に配
置される加熱体を含むことができる。加熱体は、熱伝達
接続を介して内側の円錐形リング部材に固定され得る誘
電体部材の外側円錐形リング部分中に埋め込むことがで
きる。冷却リングを誘電体部材と熱接触するようにその
外面に取付けることができる。冷却リングは、熱伝達流
体を内部に流通させるための冷却流体通路を有する。こ
の冷却リングを側壁の一端に隣接配置することができ
る。

【００４４】本発明による温度制御方法は、真空処理チ
ャンバの側壁に円錐形外面を備えるステップと、チャン
バ壁の外側円錐面と摺動係合する円錐形内面を熱源リン
グに備えるステップとを含む。追加ステップとして、側
壁の第２面に熱接触するよう加熱部材を配置するステッ
プと、加熱体の配線パターンの主配向を、そのパターン
の大部分が相互に略並行に走る往復パターンで配線する
ステップと、さらに追加のステップとして、チャンバ壁
と加熱部材を取り囲む構成で誘導コイルを備えるステッ
プを含み、この誘導コイル巻線のワイヤーは、相互に略
平行に走る加熱体部分に対して略直角に走るように構成
されている。この方法はさらに、側壁の一端に隣接配置
される冷却リングを備えるステップを含むことができ
る。側壁と冷却リングの間に接続ができると、両者間に
伝熱性および導電性が提供される。

【００４５】処理チャンバの側壁温度維持方法は、チャ
ンバ側壁を準備するステップと、側壁の周りに、チャン
バの中心軸の周りにそれに対して直角にワイヤーを巻い
て誘導コイルを準備するステップと、コイルと側壁の間
に大部分がチャンバの中心軸に対して略平行でコイル中
のワイヤーに対してほぼ直角に走る加熱体を設けるステ
ップと、を含む。

【００４６】本発明による方法はさらに、チャンバの熱
伝導側壁への熱エネルギーの供給源を設けるステップ
と、それと同時に、チャンバの側壁に接続されるヒート
シンクを設けるステップと、側壁温度を略設定温度に制
御するため熱エネルギーの供給及び除去を変化させるス
テップと、を含む。この方法はさらに、処理チャンバ内
のガスにプラズマを形成させるため、チャンバ壁を貫く
誘導電界を同時に供給するステップを含む。側壁の加熱
は側壁に密着配置されるフレキシブルヒーターによっ
て、また冷却は、冷却リングによって行うことができ
る。これは、側壁の下端、加熱体の後ろ、側壁の上端、
または側壁の上端と下端の両方あるいは冷却リング位置
の他の任意の同様な組合せの、いずれかに配置すること
ができる。

【００４７】本発明による構造と方法は、製造が容易で
プロセス環境において良好に機能する材料の幾何学的構
造を用いることにより、プロセスの再現性を高めるチャ
ンバ内におけるさらに正確な温度制御を提供する。材料
の選択によって、プロセスパラメータの温度的局面をプ
ラスマイナス摂氏５度ないし２０度の範囲に設定しかつ
繰り返すために必要な温度性能を維持しつつ抵抗率変更
のためのオプションを提供する。

【００４８】

【発明の実施の形態】本発明によるいくつかの構成は、
チャンバ内のプラズマへのＲＦエネルギーの誘導結合
と、処理チャンバの壁温を取り囲むサーマルリングを介
して加熱及び冷却することによる制御の両方を補助する
共通の特徴を含む。壁の円錐状構造は、良好な熱接触を
確保し、従来技術の設計で存在したエアーギャップをな
くす。特別に選んだ材料を用いると、処理チャンバ壁内
の温度勾配によるプロセスの変動をほとんどなくすよう
に良好な熱伝導性を与えつつ、処理チャンバ内のガスの
プラズマ化を誘起するように電界を貫通させて処理チャ
ンバの性能を改善することができる。円錐形の壁と円錐
形誘導コイル巻線を併用すると、チャンバ内（特にチャ
ンバ中心）における電界の変動を低減する一方、固定お
よび可変ピッチコイル巻線を用いると、所望の電界の効
果を微調整することができる。チャンバを取り囲む加熱
体と、チャンバを取り囲む誘導コイルとの間に起こり得
る電気的干渉は、コイルの巻線を加熱体の配線方向に対
して主として直角方向に配線することによってほとんど
排除することができる。このチャンバ構造は、ほぼ同じ
サイズの両電極（ルーフとペデスタル）が一体多目的チ
ャンバ構造中に相互に平行に構成されたプロセス配置を
提供する。円錐形の上部チャンバ構造は、一体とするこ
とができ、容量結合と誘導結合のいずれにも可能であ
る。

【００４９】図１０、１１と１２は、それぞれ、本発明
によるエッチング処理チャンバの一実施形態の断面図、
概略分解斜視図、および頂部の拡大断面図を示す。

【００５０】チャンバの上部側壁部は、下部チャンバ１
０６の側部から、処理ウェーハを支持するペデスタル５
２の端部のほぼ上方の位置まで延在する円錐形ドーム１
３０を含む。この円錐形ドーム１３０は、円錐形の、す
なわち中心軸に対して点対称で中心軸に対して一定角度
で傾斜する少なくとも一つの外面を持つ側壁を有する。
この円錐形ドーム１３０は、その底部にウェーハ処理領
域に向かって延びる大きなリムを持ち、その頂部にウェ
ーハ処理領域から離れる方に向いた小さなリムを持つよ
うに編成されている。この円錐ドーム１３０は、円錐形
内面と円錐形外面とを持つ側壁を持つが、これら内面と
外面に加えて他の表面部分を持つことができる。すなわ
ち、これら内面と外面はチャンバの中心垂直軸の周りに
円対称であって、それらの直径は軸に沿って線形に変化
する。特に、外側円錐面はいくつかの有用な利点を提供
する。

【００５１】円錐形ドーム１３０の底部のプラズマシー
ルド１３２は、図１１でよく分かるように、石英または
シリコンカーバイド製で断面はＬ字形であることが好ま
しい。そのＬ字形断面の底部レッグ１３４は、普通アル
ミニウム製である下部処理チャンバ１０６の上部フラン
ジ開口上に支持されている。図示されていないＯ−リン
グがプラズマシールド１３２と下部チャンバ１０６を封
止する。

【００５２】プラズマシールド１３２のＬ形断面の上部
円筒形レッグ１３６は、チャンバの内側で垂直上方へ伸
びて、シールドの垂直レッグ１３６の半径方向外側の周
囲に嵌合する底部シールリング１３８の前でバリヤー
（シールド）として作用する。この底部シールリング１
３８は、アルミニウムなどの金属製が望ましく、プラズ
マシールド１３２の水平下部レッグ１３４の上面に支持
され、そこへ封止される。

【００５３】底部シールリング１３８は、図１２からよ
く分かるように、内側へ延びるリップ１４０を含み、シ
ールリング１３８の内側で環状の底部弾性支持パッド１
４４の隣りに位置する底部Ｏ−リング１４２が押圧され
る。パッド１４４とＯ−リング１４２はともに、リップ
１４４の底部にある下向きのシーリング溝１４６内に位
置する。このＯ−リング１４２は、図１１のプラズマシ
ールド１３２の上面に対してシールリング１３８をシー
ルする一方、例えばベスペルまたはカプトンのようなポ
リイミドシートからなる耐熱プラスチック製の底部弾性
支持パッド１４４は、シールリング１３８とシールリン
グの上方のチャンバ部分の荷重を支持し、普通は石英の
ような脆い材料製のプラズマシールド１３２へその荷重
を均等に配分する。この構成によって、応力集中を起こ
しプラズマシールドを破壊する可能性のある部品間の点
負荷を避ける。シールリング１３８の半径方向内側端上
の下部シーリング溝保持リップ１４８が、下部弾性パッ
ド１４４とその隣りに位置するＯ−リング１４２の、下
向きシーリング溝１４６内における半径方向の滑りを防
止する。前記内側へ延びるリップ１４０はその上面に、
上部Ｏ−リング１５２ともう一つの環状弾性伝熱パッド
１５４を収容する上向きの溝１５０を含む。下部保持リ
ップ１４０から上に延びる上部保持リップ１５６が、上
部弾性伝熱パッド１５４と上部Ｏ−リング１５２の内側
への滑りを防止する。上部弾性伝熱パッド１５４はベス
ペルのような耐熱プラスチック製が望ましいが、リアク
タ温度とその腐食環境次第では他の材料を用いてもよ
い。

【００５４】上部弾性パッド１５４は円錐形チャンバ側
壁（ドーム）１３０の底辺１５８を支持し、その内面は
処理チャンバ内の基板処理場所５２’（図１０）に面し
ている。円錐形側壁（ドーム）１３０は、一般に電気抵
抗率は高いが、熱の良導体、特に石英または窒化珪素よ
り大きい熱伝導率を持つ材料製であるのが望ましい。こ
れらの一般的には相反する特性は、ポリシリコンなどの
シリコン含有材料によってかなえられるが、残念なこと
に、このような材料は脆性破壊や微粒子発生を起こし易
い。しかし以下に、これら用途にとって多くの利点を有
するシリコンカーバイド複合材料について説明する。

【００５５】上部弾性伝熱パッド１５４は、部品重量と
チャンバ内の真空に起因し、またシールリング１３８上
のドーム１３０によって印加される、機械的負荷の分配
に役立ち、まさにプラズマシールド１３２のところで考
察したのと同様に、点負荷による破壊を防止する。

【００５６】シールリング１３８はまた、リップ１４０
から垂直上方に延び、好ましくはＯ−リング形の中空ば
ね部材である導電性弾性（ばね）部材１６６を内包する
Ｏ−リング型の内側溝１６２を持つ外壁フランジ１６０
を含む。ばね部材１６６は、金属リボンを密なスパイラ
ル巻きし、スパイラルの外側が全体とし丸い円筒形で、
内部が中空のチューブとなるようにすることで形成する
ことができる。スパイラル巻きは接触させる必要がない
ので、不連続チューブができる。できあがったチューブ
状部材の両端を相互に結合または密着させてリングとす
る。外側からは、ばね部材１６６は、いくつかのスパイ
ラルエッジ、溝、または開口部を持つＯ−リングのよう
に見える。ばね部材１６６の側面は、内側溝１６２の開
口を越えて突出し、ドーム１３０とシールリング１３８
の間のギャップ１６８を越えて電気的連続性を維持する
連続ばね接触のコンプライアントセットとして作用す
る。ばね部材１６６のような部材の弾性（圧縮）範囲
は、ドーム１３０の底部外側エッジ１７０とのギャップ
１６８の大きさの変動を効果的に吸収する一方、それと
の電気的接触を確保し続ける。後で述べる ルー他によ
るＳｉＣ複合ドーム１３０は、プラズマに面する導体表
面層と絶縁体とを含む。この表面層は、ドーム１３０の
底部の周りから下部リムの外側を取り囲む環状タブへと
続いている。このばね部材１６６は、環状タブに電気的
に接触するように配置され、その結果円錐形ドーム１３
０の内面が接地される。

【００５７】いくつかの構成においては、シールリング
１３８は破線１７２で示したようにさらに半径方向外側
へ延びる。延長されたシールリング１７２は、環状冷却
通路１７４と、延長シールリング１７２に対して封止す
る閉鎖プレート１７６のためのスペースを提供する。そ
して、シールリング１３８の周囲を加熱および／または
冷却するため冷却通路１７４内を循環する熱輸送流体が
収容されている。自動コントローラの制御下にあるポン
プ１７３が、例えば水などの冷却流体を選択的に冷却通
路１７４へ供給する。

【００５８】円錐形ドーム１３０と、シールリング１３
８の間に位置する上部弾性サーマルパッド１５４は、円
錐形ドーム１３０の下端１５８と下部シールリング１３
８との間に熱伝導ブリッジを提供し、これによって熱エ
ネルギーは、ドーム１３０と底部シールリング１３８と
の間の接続部を越えて自由に伝導される。これによっ
て、エアギャップを通過する熱エネルギー伝導の変動と
いう欠点を解消する。ここで、有効熱伝導度は、周囲表
面の接触面積と、実際のギャップの大きさ、およびギャ
ップ内のガス圧力の変動により変化する。上部弾性サー
マルパッド１５４は、再現可能な伝熱挙動を有し、その
質が予測可能な連続伝導路を提供する。これによってチ
ャンバドーム側壁１３０の温度制御が改善され、誘導コ
イルへ２０００ワットのＲＦ電力を印加した場合の温度
勾配を５℃以下に減少させることができることが実証さ
れた。

【００５９】円錐形側壁１３０は、底部から上部まで均
一の厚さでも、図示のように底部の厚さ１７２を上部の
厚さ１７４より大きくなるようテーパーを付けてもよ
い。ドーム１３０の内部を真空にした場合の応力解析の
結果、厚さを上部に向かって減らしたテーパー状にする
と、ドーム１３０の上部と底部の応力が等しくなった。
従って、ドーム材料中の応力分布をほぼ均一に保ちつつ
上部を薄くすることができる。ドーム材料内の許容応力
と、従ってその厚さとは、選ばれた特定の材料と、基板
の処理中に当該材料が加熱される可能性のある温度とに
よって設定される。ドーム１３０をポリシリコンで作る
場合、シリコンカーバイドで作る場合よりも厚くする必
要がある。その他の材料については、材料の温度特性を
考慮して使用可能最小厚さを選ぶ必要がある。ポリシリ
コンドーム１３０の場合、底部の直径が約１５インチ
（３８０ｍｍ）で高さ約２−１／４インチ（５７ｍｍ）
なら、頂部の壁厚は約３／８インチ（９．５ｍｍ）で、
円錐の底部の壁厚は約５／８インチ（１５．９ｍｍ）で
ある。シリコンカーバイドドームの場合、それぞれの厚
さはそれぞれ低減され、ポリシリコンドームの場合に説
明した材料の最大局部応力と降伏強度の間のほぼ同様な
関係を満たすための類似比は５：３となった。

【００６０】円錐形側壁１３０の内側および外側は、ド
ームの素材を旋盤または他の回転ベース上に置いて、ド
ームの内側と外側の角度に沿って直線切削することによ
り容易に製造することができる。この製造の容易さとは
対照的に、部分的に丸い、あるいは半球状のドームを作
るためには、複雑な型と工具が必要である。

【００６１】シリコンカーバイドは、チャンバおよびチ
ャンバ内の部品用の材料として示唆されてきた。その熱
伝導率は１５０Ｗ／ｍ・℃を超え、石英よりかなり大き
い。処理チャンバがさらされる壁の温度安定性の改善
は、誘電体であり、電界が通り抜けできる窓として作用
し、良好な熱伝導率を持ち、プロセスの堆積およびエッ
チングステップ中のチャンバ環境と化学的適合性のある
壁材料を用いることで達成できる。また、処理チャンバ
の外壁形状は円錐形であって、垂直な直角壁を持つチャ
ンバの熱特性と比較した場合、チャンバ壁と周囲の熱制
御部材との間の、優れた面接触と温度制御をもたらす。

【００６２】シリコンカーバイドは、フッ素スカベンジ
ャとして作用する元素状態シリコンの代替物として示唆
されてきた。しかし、これまで、シリコンカーバイド製
のコンポーネントはほとんど焼結状態でしか入手でき
ず、石英と同様の粒子の問題を多くかかえている。しか
し最近、ルー他は１９９６年７月２６日出願の米国特許
出願第０８／６８７，７４０号において、焼結シリコン
カーバイドで成形されるバルク部材と、この部材のプラ
ズマに面する側に化学蒸着（ＣＶＤ）によって堆積させ
た比較的薄いシリコンカーバイド層とを含む複合構造を
開示した。このバルク構造は、標準的焼結プロセスによ
ってほとんど随意の形状に容易に成形可能であって、優
れた強度と妥当な熱伝導率を提供する。ＣＶＤ表面層は
耐プラズマエッチング性が極めて高く、粒子発生の可能
性が少ない。さらに、表面層の電気伝導率を、バルク部
のシリコンカーバイドとは独立して制御することがで
き、そのため、複合材料の有効表皮深さを十分に浅くし
て、電磁放射を可能にするのと同時に、所望の場合は、
電気的に接地することができる。

【００６３】円錐形の誘導コイル１８０を、円錐形の側
壁１３０の外側近傍に置くと、得られる構造は、半球状
コイルを半球状ドーム上に置いた場合とプラズマへほぼ
同様の効果をもたらす。それは、チャンバ内のガス中の
プラズマ密度の均一性を改善することが知られているの
とほぼ同じ電界と磁界を発生するからである。プラズマ
の均一性はエッチングまたは堆積の空間的均一性にとっ
て重要である。コイル１８０の上部巻線がチャンバ中心
に近いほど、処理基板（ウェーハ）上のプラズマ密度の
変動が少なくなる。円錐形のコイルの断面、例えば図１
０のコイル１８０を同じサイズの半球状コイルと重ねて
見ると、対応する巻線同士の間隔が小さいことが分か
る。密に近接して取り囲む誘導コイルを持つ純円錐形側
壁と純半球形側壁とを比較すると、半球形チャンバ頂部
の方がより均一なプラズマ密度をもたらすが、均一な応
力分布は非切頭チャンバが他のものに対して強度面で有
利だという意味ではない。

【００６４】しかし、多くのプロセスで、プロセスに好
適なバイアスを供給するため、平坦な電極（対向電極）
を基板の処理面に対向配置する必要がある。そのような
対向電極の場合、チャンバのルーフがほぼ平坦である
が、あるいは、ペデスタル５２に対向して配置される対
向電極を支持し電気的に接続するためにチャンバの側壁
および／またはルーフに貫通孔をあける必要がある。こ
のように半球ルーフの頂部が切頭または平坦化されてい
る場合、壁が外側にカーブしているために応力分布の著
しい不連続が発生するので、半球（すなわち半径を持つ
ドーム）の切頭部の端部では応力が増加する。他方、円
錐を切頭して、図１４に示す円錐台形にした場合、その
ような不連続性は発生しない。ドームの直線状の側壁１
８２が負荷の方向と一致し、錐台部のエッジ、すなわち
切頭円錐のシェルの頂端部１８４に著しい不連続がない
状態で圧縮垂直負荷が伝達されるからである。ドーム１
３０の錐台形の利点は、応力分布パターンが直線状の側
壁１８２のために歪まないこと、円錐形状の中間領域を
介して、側壁１８２の外側のコイル巻線が半球ドームの
周りに巻かれたコイルが発生させるイオン分布と極めて
近似しているイオン分布（プラズマ密度）を形成するこ
とである。円錐台ドームの強度は計算上、同じようなサ
イズの切頭半球ドームの強度の７倍である。

【００６５】図１１と図１２に戻ると、円錐形側壁１３
０の外面１８６は所定の傾斜角にカットされて環状誘導
コイル支持部材１８８を支持する。この指示部材１８８
は、内側円錐面１９０を有し、傾斜角は側壁の外面１８
６の傾斜角と一致する。その結果、両傾斜面１８６、１
９０は、コイル支持部材１８８の内面１９０の直近の領
域全体にわたって完全に相互接触する。傾斜角αは、図
１５に示すように、円錐面１８６、１９０に共通な円錐
面１９２上の傾斜直線と、円錐面１９２の対称軸１９６
に直角な基面１９４との間の鋭角として定義される。対
応する頂角βは、円錐の全頂角１９８として定義され
る。シリコンカーバイド、ポリシリコン、または窒化ア
ルミニウム製で、表面仕上げ３２ＲＭＳの円錐形部材１
３０、１８８の場合、頂角βは約１０５°で十分であ
る。種々の材料特性と表面仕上げに対して傾斜角αの選
択は変化する。しかし、それぞれの場合、傾斜角は隣接
するコンポーネントのクラッシュ角度以上であってはな
らない。

【００６６】クラッシュ角度は、表面処理、摩擦係数、
および法線力が、円錐面で係合する二つのコンポーネン
トを、内側コンポーネントが膨張するかまたは外側コン
ポーネントが収縮すると、あるいはさらに正確にいえ
ば、内側部材が比較的大きく膨張し、あるいは外側部材
が比較的大きく収縮する二つの部材の熱膨張差が発生し
たときに、力の大きさに係わらずロックアップさせる角
度として定義される。両コンポーネントを相互に滑らせ
るため境界面に沿って加えられた力が、両コンポーネン
ト間の滑りに抵抗する摩擦力に打ち勝つに至らない場
合、両コンポーネントは角度の付いた円錐形境界面にお
いてロックする。両コンポーネントがロックしてからさ
らに膨張（収縮）すると、相互接触している境界面の弾
性クラッシュ、すなわち干渉応力が発生する。両コンポ
ーネントは、境界面に沿った比較的小さい力が、両コン
ポーネントを結びつけている静摩擦力に打ち勝つのに足
りない場合ロック結合されるが、力が大きければ、この
ロックに打ち勝つ。しかしロックアップ状態において
は、滑りを開始させるために加えられる力がいかに大き
くても、滑りを起こさせようとする力が摩擦力に打ち勝
つことを幾何学的要因が阻止する。干渉応力は、コンポ
ーネントの一方または他方が破壊される点まで増加し得
る。

【００６７】図１５の右側に示したように、両部材１３
０、１８８が熱膨張または熱収縮によって係合すると、
サイズの相違（干渉）は両部材１３０、１８８内へ弾性
的に吸収される点が上限である。この弾性圧縮は、半径
方向の熱駆動力Ｆγを、両部材１３０、１８８間で相互
に対向する方向に作用させる。この考察は、自立型のコ
イル支持部材１８８のみを対象としている。半径方向の
力Ｆγ は、円錐面１９２に垂直および平行な成分Ｆ_N，
Ｆ_Pに分解することができ、それぞれの強度は傾斜角α
によって次式のように表せる。

【００６８】

【数５】 および

【数６】 重力やばね力など、その他のバイアス力はこれらの式に
は含まれていないが、簡単に追加することができる。

【００６９】膨張または収縮がコイル指示部材１８８を
ドーム１３０に対して偏向させる場合、コイル指示部材
１８８のＦ_P方向に沿った動きは、Ｆ_Pが閾値Ｆ_THを超え
るまで、静摩擦力によって阻止される。通常の近似で
は、摩擦力の閾値Ｆ_THは下記のように法線力Ｆ_Nに比例
する。

【００７０】

【数７】 ここで、Ｃ_STは静摩擦係数であって、所定の材料の組み
合わせと当該表面仕上げによってほぼ一定と見なされ
る。これらの式を整理すると次式が得られる。

【００７１】

【数８】 この最後の式は、静摩擦係数Ｃ_STが十分に大きくかつ傾
斜角αが十分に大きく、特に式（８）の右辺が１より大
きければ、摩擦力の閾値Ｆ_THは、静摩擦ロックに打ち勝
ち両部材を滑らせようとする力よりも常に大きいという
ことを意味する。その結果、熱駆動力Ｆγは、それが部
材１３０、１８８のいずれかの降伏限界または破壊限界
を超え、部材１３０、１８８のいずれかが永久変形また
は破損するまで増加する。他方、式（８）の右辺が１よ
り小さい場合は、Ｆ_Pが摩擦力の閾値Ｆ_THを超える値ま
で増加すれば、動きに抵抗する静摩擦力に打ち勝ち、静
摩擦ロックは解除され、より小さい動摩擦係数が適用さ
れ、コイル指示部材１８８はドーム１３０に接触したま
ま、両部材１３０、１８８がもはや圧縮状態にはならな
い位置まで上昇する。

【００７２】このように、傾斜角αがクラッシュ角度よ
り大きいと、摩擦ロックアップが発生し、ロックした部
品は機械的損傷を受ける。しかしながら、傾斜角がクラ
ッシュ角度より小さいと、このような膨張または収縮の
際、両コンポーネント間の傾斜面でのロックアップは発
生せず、両部材は相互に滑るだけであって、両表面間の
面接触は維持される。上述の理論は現象の理解のみを意
図したものである。実際には、各部品はロックアップに
係わる臨界値を完全に回避するため、十分な安全率をも
って設計される。

【００７３】二つの極端な角度を示せば、クラッシュ角
度のよい説明になる。傾斜角αが０°、すなわち二つの
平面の場合、たとえ追加のバイアス力が作用しても、熱
膨張差による力が常に前記膨張に抵抗する摩擦力より大
きいと予想されるので、コンポーネントがロックアップ
する可能性はない。これと対照的なのが傾斜角９０°で
ある（内側、外側円筒の界面）。その場合、一方のコン
ポーネントの膨張または収縮の効果は、一旦全面接触す
れば、完全に他方のコンポーネントに及ぶ。膨張差また
は収縮差は当初両コンポーネント間に干渉応力を発生さ
せるが、温度が上昇し応力負荷が長期にわたると、その
ような応力に対する設計上の考慮がなされていない場
合、破壊が生する可能性がある。

【００７４】傾斜角αが０°からほぼ９０°までの場
合、熱伝達のための両コンポーネント間の接触は確保さ
れる。しかし従来技術において示される傾斜角９０°に
おいては、コンポーネントの組立てに必要なギャップ
は、両コンポーネント間の熱エネルギー伝達速度を変化
させる。部分的であろうと、完全であろうと、半球状の
曲面ドームを用いる場合にも同じ影響がある。剛性部材
の曲面間の効果的で均一な熱伝達は、純円錐面を用いて
のみ達成可能である。相互の相対的位置ずれに関係な
く、隣接するコンポーネント全体を接触状態に保つ二つ
の部材は異なる温度においてわずかに異なる相対的位置
にあるかも知れないが、両者を全温度範囲にわたって完
全接触状態に強制することができる。誘導コイル支持部
材１８８とそれに取付けられたコンポーネントの重量
が、支持部材１８８をドーム１３０に押しつけて良好な
熱的接触を達成するのに十分な強制力を与える。しか
し、一連のばねによって与えられるような正の可撓性強
制力を、コイル支持部材１８８とドーム１３０の間に加
えて、所望の程度の熱的接触を確保することが好まし
い。

【００７５】上記の頂角１０５°は、傾斜角３７．５°
に相当する。式（８）の臨界パラメータの関数形と、Ｒ
Ｆコイルをプラズマ処理領域にまで延長したいという要
望を考慮すると、好ましい傾斜角範囲は例えば６０°か
ら３０°まで、さらに可能性として２０°あるいは１０
°にさえわたる。

【００７６】図１１と図１２に示すように、コイルサポ
ート１８８は、円錐形に巻かれたプラズマを誘導する誘
導ワイヤーコイル１８０を保持するため、円錐形スパイ
ラル溝２１０を含む。このコイルサポート１８８は、窒
化アルミニウム、熱伝導率が極めて高い誘電体セラミッ
ク、または同様な伝熱特性を持つ他の同様な材料で作る
ことが好ましい。このコイルサポート１８８は、剛性の
円錐ドーム形ヒーター被覆２１２に当接させられるが、
このヒーター被覆は、コイルサポート１８８に対する熱
膨張差を最小にするため、窒化アルミニウムで作ること
が好ましい。剛性ドーム形ヒーターハウジング２１２に
埋め込まれた電気加熱体２１４が、円錐形ドーム１３０
に熱エネルギーを供給する。自動コントローラによって
制御される電源２１５が、加熱体２１４へ選択的に電力
を供給する。接着境界面２１６が剛性ドーム形ヒーター
被覆２１２をコイルサポート１８８に熱的かつ構造的に
結合する。コイルサポート１８８内の溝２１０の隣接す
る巻線間のスパイラルフィン壁２１８が、コイルサポー
ト１８８の中心を介して、円錐ドーム１３０の外面１９
０へ熱エネルギーを輸送する。コイルサポート１８８の
厚さ方向の導体熱伝達に利用できる表面積は、スパイラ
ル溝２１０が占める表面積のため減少するので、コイル
サポート１８８の厚さ方向の熱エネルギー伝達に対する
熱抵抗は増加する。コイルサポート１８８とヒーター被
覆２１２との間の円錐面が多少の熱膨張差を許容する。

【００７７】図１０の冷却リング２００は、細部におい
て図１２の冷却リング２００’とは異なるが、両者には
類似の符号を付して同時に説明する。冷却リング２０
０、２００’は、剛性ヒーターハウジング２１２上に載
置されるか、あるいはばね等の付勢部材によってそれに
押圧され、および／または剛性ヒーターハウジング２１
２の外側に接着される。剛性円錐形ヒーターハウジング
２１２と冷却リング２００、２００’はいずれも、隣接
面間の良好な熱伝達のため、相互に対向する傾斜した円
錐形表面を持つ。閉止プレート／リング２２２、２２
２’を有する冷却流体通路２２０、２２０’は熱伝達流
体（水など）を収容し、この流体は前記通路２２０、２
２０’を通して圧送される。自動コントローラの制御下
のポンプ２２１が、冷水または他の熱伝達流体を冷却流
体通路２２０、２２０’へ選択的に供給する。

【００７８】図１０に示すように、２個のＯ−リング２
３０、２３２が円錐形ドーム１３０の上部を上部シール
・リング／プラズマ・ガード２３４とチャンバルーフ２
３６に対して封止する。これらはまた、図１１の斜視図
と、図１３の拡大中心部断面図にも示している。チャン
バの上部はチャンバルーフ２３６によって閉じられ、ル
ーフ２３６には数個の供給孔２３８を介する中心ガス供
給路を設けることができる。

【００７９】円錐形の壁１３０と、その狭い頂部の上に
延在する真空ルーフ２３６との組合せは機械的に極めて
強い。圧力差によってルーフ２３６へ加えられる大きな
力は、円錐形の壁１３０の頂部に垂直に作用する。この
力は、円錐形の壁１３０の側面に沿う力と、円錐壁１３
０の環状上縁を押す力とに分解することができ、いずれ
も強い機械的負荷である。パン他は、１９９５年８月２
１日出願の米国特許出願第０８／５１７，２８１号にお
いて、部分的に円錐形のルーフを持つプラズマチャンバ
を示唆しているが、その構造の目的は、それらの頂部真
空壁が、上部円錐形リムのかなり下まで延びることを指
定しており、機械的に好ましくない構造である。円錐形
ドームの強度上の利点は、同一圧力の円筒形チャンバを
ドームの上部リム上に配置すれば維持される。

【００８０】ルーフ２３６は、隣接する加熱プレート２
４０内の抵抗ヒーターによって選択的に加熱され、加熱
プレート２４０の直後にある冷却プレート２４４に形成
されたスパイラル溝２４２内を循環する水によって、選
択的に冷却される。スパイラル流体溝２４２はトップカ
バー２４８によって閉じられている。しかし加熱と冷却
は、当業者が理解できるように、各種の平坦プレートの
温度制御方法に従って修正することができる。平面構造
のため、熱膨張差はプレート２３６、２４０、２４８の
間の熱的接触に直接影響を及ぼさない。わずかな横方向
の滑りがあっても熱的境界面は分離しない。

【００８１】図１３に詳細断面を示すように、中心ガス
供給路は、インバールからなるガス供給プレート４１２
を貫通するガス供給管４１０を含む。ガス供給管４１０
のフレア型端部は、ガス供給プレート４１２の底部に保
持される。ばね４１４は、ガス供給プレート４１２を、
ガス供給プレート４１２をルーフ２３６に対して封止し
ているＯ−リング４１６と反対の方向からルーフ２３６
に向けて押圧し、このようにしてガス供給プレート４１
２とバッファープレート４１８の間に上部ディスク形マ
ニホールド４１７を形成する。上部マニホールド４１７
の垂直方向寸法は、ガス供給管４１０のフレア型端部に
よって維持され、ガス供給管４１０内の供給ガスと内部
の流体が連通している。バッファープレート４１８とル
ーフ２３６との間に下部ディスク型マニホールド４２０
を形成するように、バッファープレート４１８がルーフ
２３６内の環状リッジ４１９上に支持されている。この
バッファープレート４１８は上部及び下部のディスク形
マニホールド４１７、４２０間の連通のため多数の軸方
向通路を含む。複数の供給孔２３８の各々は、ルーフ２
３６の底部に小径の下部ジェットホール４２１を、頂部
に大径の対向孔４２２を含む。これにより、ガスが供給
管４１０からルーフ２３６の中心のかなりの広さに分配
される。

【００８２】本発明の熱制御体の利点を活用するために
は、チャンバ壁の温度をモニターする必要がある。例え
ば、図１３の拡大断面図に示すように、熱電対４２６を
トップカバー２４８、冷却プレート２４４、および加熱
プレート２４０を貫通させて、ばね４２８によってルー
フ２３６の頂部に対して付勢し、その温度を測定する。
さらに、図１２に断面で示すように、もう一つの熱電対
４３０をばね４３２によって円錐形ドーム１３０の外側
に付勢する。二つの熱電対４２６、４３０と他の任意の
温度測定センサーの出力は、不図示の自動コントローラ
によってモニターされ、この自動コントローラは、各部
品を所望の温度範囲内に維持するため各種ヒーターユニ
ットへの電力供給を制御する。

【００８３】この構成により、チャンバ壁内の良好な熱
伝達と、熱効果リングとチャンバ壁の間の均一な熱伝達
境界面のため温度制御回路への正確な温度検出とフィー
ドバックとが、従来技術による構成よりもチャンバの壁
とルーフのはるかに正確な温度制御を容易にする。

【００８４】側壁１３０とルーフ２３０それぞれの構成
によって得られる両者の正確な温度制御は、他の構成、
特に高密度プラズマ内へのＲＦエネルギーの誘導結合を
含む構成におけるよりもはるかに良好なプロセス制御を
可能にする。この利点は、酸化物エッチングにおいて特
に好都合である。そして、チャンバのすべての部分の温
度制御によりウェーハ上のポリマー形成が正確に制御さ
れ均一化が可能となる。異なるチャンバ部分とウェーハ
との相対的温度を変えることによって、同一チャンバ
を、均一エッチングモード、選択エッチングモード、洗
浄モード、および堆積モードで運転することができる。

【００８５】図１０の構成の利点は、高いプラズマ密度
において極めて均一なプラズマを作り得ることである。
図１０のチャンバの寸法例としては、ペデスタル５２の
直径が８インチ（２００ｍｍ）のウエーハよりわずかに
大きく、チャンバルーフ２３６の直径が８．５インチ
（２１５ｍｍ）で、ペデスタル５２とルーフ２３６の間
隔が４インチ（１００ｍｍ）である。すなわち、ルーフ
の直径は、ウェーハの直径との差が６％以内であるが、
以下詳細に説明するように、直径の差が２０％未満であ
ればほぼ同様な利点が得られると期待できる。

【００８６】図１０の円錐形チャンバと、ライス他が述
べている円筒形チャンバにおいてイオン電流を測定し
た。プロセス条件は両実験において同一で、１２００Ｗ
のＲＦパワーを誘導コイルに印加し、ペデスタルまたは
ルーフにはバイアスを印加せず、圧力は８ｍＴｏｒｒ、
ガス流量は、アルゴンを１５０ｓｃｃｍ、Ｃ₄Ｆ₈を９ｓ
ｃｃｍとした。イオン密度の半径方向分布を図１６に示
す。プロット２３０は円筒形チャンバによる実測イオン
密度を示す。中央部に凹みがあり、全体としての均一性
は７．３％である。プロット２３２は円錐形チャンバに
関する対応値を示す。全体としての均一性は３％であ
る。

【００８７】図１０の構成もその他の構成上の利点を提
供する。図１４に示すように、側壁１８２のかなりの傾
斜は、円錐の底面近傍にある基板領域２４２の上方にあ
る上面２４０の面積が、基板とほぼ同じ面積を持つこと
を意味する。これと対照的に、図９に示すように円筒形
チャンバは、はるかに大きい頂部面積１２６を有する。
これは以下に説明するように、シリコン含有スカベンジ
ャーを頂部領域２４０に配置してＲＦバイアスをかける
場合、重要になる。

【００８８】図１０のチャンバルーフ２３６はいくつか
のモードで運転可能である。これは処理の化学作用に直
接的に関与しない誘電体部材であると厳密に見なすこと
ができる。誘電体としては、ドープされていないポリシ
リコン（実際は中程度の抵抗を持つ半導体）、シリコン
カーバイド、または窒化珪素で作ることが好ましい。プ
ロセス環境がそれを許すならば、ルーフを石英で作るこ
とができる。ルーフ温度を維持する温度制御要素に適合
させて、パンケーキコイルまたは他の誘導コイルを誘電
体ルーフ２３６の背面に配置できる。ルーフ２３６はま
た、導電性として電気的に接地またはバイアスし、一つ
の電極としてプラズマ形成に関与させてもよい。ルーフ
２３６は円錐形ドーム１３０の内面を介して接地するこ
とができる。ドーム１３０と異なる電圧に電気的にバイ
アスされている場合は、プラズマガード２３４を石英な
どの電気絶縁セラミックで形成する必要があるが、ルー
フ２３６が円錐ドーム１３０に電気的に接続されている
場合は、プラズマガード２３４はシリコンカーバイドな
どの導電体で作ってもよい。ルーフ２３６をスパッター
される材料で作られたターゲットとし、ウェーハ上にス
パッタを堆積させることも可能である。

【００８９】図１０の構成の特別な利点は、ルーフ２３
６がＲＦバイアスされ、ルーフ２３６がペデスタル５２
とほぼ同じサイズのとき得られる。より大きなサイズで
あるが同じ様に配置されたルーフをポリシリコンまたは
シリコンカーバイドのようなシリコン含有材料で作り、
フッ素の化学作用を用いた酸化物エッチャーに用いる
と、好都合であることが知られている。シリコンはプラ
ズマ中のフッ素のスカベンジャとして作用し、そのた
め、シリコン基板上に堆積するポリマーをフッ素欠乏状
態にする。そのようなフッ素欠乏ポリマーは、シリコン
より酸化シリコンを優先してエッチングするプロセスに
とって有利である。すなわち、酸化シリコンのエッチン
グはシリコン上で停止する。しかし、シリコン含有スカ
ベンジャを活性化する必要がある。固体シリコンを熱的
に活性化できることは知られているが、その温度は数百
℃である。そのような高温は、特にシリコンルーフの周
囲の真空シールに設計上困難な問題をひきおこす。代替
的に、シリコンルーフをＲＦバイアスし、その結果発生
するルーフ近傍のプラズマがそれを効果的にエッチング
するようにして、スカベンジ・シリコンを活性化するこ
とができる。同時に、ウェーハを支持するペデスタル５
２を、同じくＲＦバイアスしてウェーハのプラズマエッ
チングを制御することができる。

【００９０】前述のオグル他の特許に記載されているよ
うに、一つのＲＦジェネレータからの電力を二つの電極
５２、２３６に５０：５０で分割することができる。し
かし、先に考察したように、ウェーハに面した対向電極
２３６がウェーハよりかなり大きいと、プラズマは、大
きい方の電極を陽極とし、小さい方の電極を陰極とする
ダイオードとして作用する。その結果、プラズマイオン
はウェーハに対して加速され、ウェーハのソフトエッチ
ングに寄与するのでなく、スパッタリングを行う。しか
し、もし両電極のサイズがほぼ同じ、例えば面積で２５
％以内で同じであり、ＲＦ電力が両電極に均等に分割さ
れれば、このダイオード効果は避けられ、ＲＦ電力レベ
ルを、ウェーハに隣接するプラズマシース全体にわたっ
て、最適のＤＣバイアス効果を提供する任意のレベルに
調節することができる。その他の電力分割比も可能であ
り、酸化物エッチングには実に好ましいことである。本
発明の円錐形ドームは、ウェーハとほぼ同サイズのシリ
コン含有ルーフに適合性がある。そのような利点は、例
えばオグル他が行った純粋な容量結合のように、誘導結
合がない場合にも得られる。

【００９１】図１７は、本発明による熱制御システムの
他の構成を示す。円錐形ドーム１３０の側壁は、自動コ
ントローラから選択的に電力を供給されて、外面１８６
を照らす一連の加熱ランプ２６０によって加熱される。
ランプ２６０からの放射は、誘導ワイヤーコイル１８０
を覆っているテフロン被覆２６２の外側も照らす。この
構成の短所は、外部に配置された加熱ランプ２６０が、
円錐形ドーム１３０の加熱の前および同時に、ワイヤー
コイル１８０を加熱することである。

【００９２】ドーム１３０の側壁温度の制御は、導体円
錐ドーム１３０を介した熱エネルギーの伝達によって行
われる。熱伝導性のシリコンまたは炭化シリコンの円錐
形ドーム１３０は、ドーム１３０の下部外側コーナー２
６４へ下向きに熱を伝導する。ドーム１３０は、この下
部外側コーナー２６４で下部シールリング１７２と接触
しており、これは図１２を参照して既に述べたように、
一体型冷却流体通路１７４と、それを封止する閉止プレ
ート１７６とを備える。冷却されたシールリング１７２
は、チャンバ側壁１３０から熱エネルギーを受けるヒー
トシンクとして作用する。円錐形ドーム１３０のシリコ
ンまたはシリコンカーバイド組成物は、十分な熱伝導性
を備えるので、ドーム１３０の面に沿う温度勾配は小さ
く保たれ、ドーム１３０は大量の熱エネルギーを吸収す
るので、さまざまな熱負荷のもとでの温度変動を低減す
る。

【００９３】同じように構成された従来構造の石英製の
側壁の頂部から底部までの温度勾配は１００℃にもなり
得る。側壁のそのように大きな温度変動は、基板の「コ
ールド」始動からの連続処理の時間とともに温度勾配が
変化するので、プロセスの均一性に著しい影響を及ぼし
得る。一つまたは複数の検出場所の温度による制御の試
みは、平均内部温度をモデル化しようとする近似により
常に不正確さを含み、温度勾配の上限と下限の極値には
何ら有効ではない。これらの不正確さは、正確に再現可
能なプロセスパラメータの正確な設定に対する障害であ
る。正確に再現可能なプロセスパラメータは、本発明の
構成を用いれば達成でき、その場合、シリコン系の熱伝
導性材料を側壁に用いると、チャンバの側壁（円錐形、
円筒形、または他の形状の側壁）の頂部から底部までの
温度勾配が予測可能であり、最大勾配は３℃から５℃で
ある。石英を用いた場合にあり得る１００℃の温度勾配
と比較すると、正確な温度制御の利点は確定的であり、
チャンバ内の基板処理の再現性は著しく改善される。

【００９４】図１８は、本発明による円錐形ドーム１３
０の、本発明による温度制御システムのさらに他の構成
である。この構成において、円錐形ドーム１３０を連続
的に加熱する可撓性ヒーター集合体２７０は、二つのポ
リイミド被覆２７４、２７６の間に散在させた加熱体２
７２を含む。自動コントローラが選択的に加熱体２７２
を加熱する。接着剤２７８により、可撓性ヒーター集合
体２７０を円錐形ドーム１３０の外側に固定する。ＲＦ
誘導コイル２６２がＲＦエネルギーをチャンバ内へ結合
して、チャンバ内のガスを励起し、基板処理位置でプラ
ズマを形成する。ＲＦ誘導コイル２６２は、コイル２６
２にほぼ直角な、すなわち円錐形ドーム１３０の傾斜面
に平行な閉じた磁力線を形成するが、この磁界は円錐形
ドームの曲面近傍のコイルの上方と下方において、すな
わち円錐形ドームの内縁および外縁に向かって著しく減
少する。振動磁界に伴う電界はプラズマを励起するが、
この電界はコイル２６２に電力を供給しているＲＦ周波
数で振動する。この振動電界は一般的に式（２）を参照
して説明したように、円錐形ドーム１３０の対称軸を中
心とする回転経路をたどる。コイル２６２によって生じ
る回転電界は隣接する導体加熱体２３２内に電流を誘導
する効果を持つ可能性があり、従ってプラズマからのＲ
Ｆ電界を短絡する可能性がある。しかし、コイルと透明
加熱体の、図１９の外面図から分かるように、ＲＦ誘導
コイル２６２はスパイラルに巻かれるが、主として図示
の水平方向に延び、同じく図の水平方向に走る回転電界
を生じる。この構成は図２０にも分解斜視図として示
す。加熱体２７２は、ポリイミドの被覆２７４、２７６
の間に埋め込まれた一本のワイヤーであって、円錐形ド
ーム１３０の傾斜部分の表面を、主としてＲＦコイル２
６２に直角に前後に蛇行して走っている。

【００９５】加熱体２７２における屈曲部２７６すなわ
ちスタブ接続部は、ＲＦコイル２６２領域の外側でコイ
ル２６２が覆う曲面に比較的近い領域にある。この領域
においては回転電界は最小である。

【００９６】有利なことに、加熱体２７２の導体は、Ｒ
Ｆコイル２６２とチャンバとの間の円錐形側壁の周りに
置かれたファラデーシールドとして作用する。そのよう
なファラデーシールドは、電界誘導効果に悪影響を及ぼ
すことなく、誘導コイルの容量効果を分断する。容量結
合はシールドされていないＲＦコイル２６２内で、コイ
ルの電気抵抗が有限でコイルの両端間に数千ボルトの電
圧が生じるために、発生する。これらの電圧は、接地さ
れたチャンバ部分へプラズマを横切って容量結合され
る。しかし、加熱体２７２の直線部分２７４は、ＲＦコ
イル２６２の頂部巻線から底部巻線へ直接走り、より低
い電圧を発生させ、ＲＦコイル２６２が発生させるより
もはるかに小さい電圧勾配を発生させる。この直線部分
２７４は、ＲＦ誘導コイル２６２の領域の外側にある屈
曲部２７６によって接続されているが、全体的に同一平
面内にあり、ＲＦコイル２６２によって生じる電界と磁
界への影響は無視できる。このように、ＲＦコイル２６
２にほぼ直交して延在する蛇行加熱体２７２の、ＲＦコ
イル２６２が誘導する回転電界への影響は、たとえあっ
たとしても無視できる程度である。

【００９７】加熱体２７２のファラデーシールド効果
は、加熱体２７２がＲＦコイル２６２が通電されていな
いときのみ通電され、ＲＦコイルが通電されているとき
は接地または電源に接続されないままになっているの
で、それがファラデーシールドとして作用しているとき
には抵抗電圧降下は発生しないという事実によって、高
められる。このシーケンスは、ＲＦコイル２６２への通
電の有無にかかわらずチャンバ壁への熱の流れをかなり
一定に保つために加熱体２７２を使用することにより得
られる。加熱体２７２の蛇行経路を、図２２に示すよう
に、よりサインカーブに近い傾斜した経路に沿わせる
と、屈曲部２７６がＲＦコイル２６２から離れた所にあ
る限り、ほぼ同様に良好な効果が得られる。

【００９８】図１９は、図１８のコイル２６２とヒータ
ー２７２の構成の拡大断面図であり、図２０は同じく一
部断面の分解斜視図である。誘導コイルワイヤー２６２
は、巻線間のピッチをほぼ一定としてスパイラルパター
ンで配線されている。チャンバ内のプラズマ密度をさら
に微調整したい場合、図２０のコイル２６２を、図２１
に示すような可変ピッチ巻線のコイル２６２’構成に置
き換えればよい。図２０、２１に示すコイル２６２、２
６２’に付した破線は、コイル２６２、２６２’の巻線
によって形成される仮想円錐基準面をなす真円錐の頂部
底部各エッジへの基準ガイドである。

【００９９】平面図２２に示すように、円錐形ヒーター
２７０を形成するポリアミドまたは他の可撓性材料製の
円錐形被覆２７４、２７６は、それぞれ平坦なシート２
７７から切り出すことができる。平坦な曲がっていない
被覆２７４、２７６は、次式で表される中心角γ（ラジ
アン）の扇形の外径方向の一部分である。

【０１００】

【数９】 円錐頂角βが１０５°の場合、扇形の中心角はほぼ１４
３°である。曲げられていないシースは内外の円弧２７
８、２７９に囲まれ、それらの半径はそれぞれｒ₁／ｃ
ｏｓα、ｒ₂／ｃｏｓαであり、ここでｒ₁、ｒ₂ はそれ
ぞれ、図２０に示す円錐形ヒーター２７０の内側、外側
の半径である。図２２の形状を検討すると、円弧２７
８、２７９の長さはそれぞれ必然的に２πｒ₁、２πｒ₂
となり、従って、切り取られたシース２７４、２７６
を、所望の円錐形に曲げたとき、引っ張られることなく
円錐形に適合することが分かる。この条件はｒ₂の値い
かんにかかわらず成立するので、シース２７４、２７６
全体は、横方向の変形すなわち引っ張りもしわもなく円
錐形に曲げることができる。

【０１０１】このようにして、円錐形ヒーター２７０
は、一部分または全部を平坦に形成し、その後でそれを
所望の形状に曲げて作ることができる。ある程度弾性を
持つポリアミドに内部吸収されるべき唯一の変形は、曲
げられる部材の厚さが有限であることにより発生する。

【０１０２】ＲＦコイル２６２、２６２’形成に用いる
ワイヤーは、コイルに印加される非常に高いＲＦ電流に
よる抵抗電力損失を減らすためには非常に重くなる傾向
がある。しばしば、このコイルはチューブ状導体、例え
ば銅チューブであって、コイル冷却のため冷却水がその
中心を流れている。その結果、ＲＦコイルは、特に円錐
スパイラルに求められる複雑な形状においては、巻き付
けが困難になる傾向がある。

【０１０３】ＲＦコイルは、図２３に示す巻線ジグ２８
０を利用することで、円錐形スパイラルに巻くことがで
きる。巻線ジグ２８０はジガラット、すなわち円形のま
たは別途扁平な基部を持つほぼ円錐形状に形成される。
緩やかなスパイラル状の傾斜部分つまりテラス２８２
が、ジグ２８０の底部から頂部までを取り巻いている。
傾斜面は、円錐の基部に対して常に傾斜した経路に沿っ
て走り、その横断面は基部に対してほぼ平行であるが、
誘導ワイヤー２６２の断面に適合するように傾斜部分２
８２内に凹みを形成することができる。断面図で見る
と、この単一の傾斜部分２８２は多段形状を呈する。ワ
イヤーは、ジガラット・ジグの周りを走るスパイラル状
傾斜部２８２に沿って巻かれて行く。連続する各巻線間
の軸方向と半径方向のピッチが一定の定ピッチジグを示
しているが、可変ピッチジグも同じ原理に従う。

【０１０４】図２４は、本発明のもう一つの実施形態で
ある一体型ドーム２３０’を示す。この断面図は、単一
材料、例えばシリコンまたはシリコンカーバイドででき
た処理チャンバの上部を示す。一体型構造は、エッチン
グリアクタにおける厳しい環境下で故障の可能性をはら
む、円錐形側壁とほぼ平坦な頂部との間のリム部でのＯ
−リングを不要にする。

【０１０５】２個の可撓性ヒーター集合体２７０、２８
６が、ドーム２３０’の円錐部分２８８と、ほぼ平らな
ルーフ部分２９０上に配置されている。２本の冷却リン
グ２９２、２９４がドーム２３０’の底部とドーム２３
０’のルーフ部分２９０上の可撓性ヒーター集合体の上
方にそれぞれ配置されている。図１８〜図２０を参照し
た前述の説明に類似する円錐形の可撓性ヒーター２７０
が、ＲＦコイル２６２の内側に取付けられている。一体
型ドーム２３０’は、かなり前に説明したチャンバの円
錐ドームとルーフの両方の作用をする。側壁２８８は円
錐形であるが、円錐部分の内面はさらに複雑な形状であ
ってもよい。他方、トップ２９０の内面は、機械的強度
のためわずかにアーチ状であってもよいが、熱的接触を
容易にするため上面と外面は平らである。一般的に、ア
ーチ形状の高さはその直径の１０％が限度である。

【０１０６】この一体型ドーム２３０’は下へ延びる下
側のプラズマシールドフランジ２９６と、外側へ延びる
外側支持フランジ２９８とを含む。シールリングとして
も機能する下部冷却リング２９２は、先に図１２を参照
して説明した下部冷却リング１７６を修正したものであ
る。これは、中を冷却流体が流れる冷却流体通路３００
と、同様に弾性の熱伝達パッド３０２と、Ｏ−リング３
０４と伝導性のＯ−リング状要素を収容する溝３０６と
を備えている。この構成はまた、環状ルーフヒーター２
８６（同じく１．５ｋＷ定格の円錐形可撓性ヒーターの
定格に類似する、１．５ｋＷ定格が望ましい）を含む。
ルーフの温度制御を行うため、冷却流体通路２９５を備
えた環状ルーフ冷却リング２９４が、環状ルーフヒータ
ー２８６に接着されている。この構成により、チャンバ
の傾斜面の双方向冷却を行う。

【０１０７】この構成においては、リアクタの鉛直対称
軸を中心として多重巻きされた円筒形の二次コイル３０
８が一体型ドーム２３０’の頂部の中心軸に沿って配置
され、磁界と、それによってできる電界およびチャンバ
内のプラズマ密度を調節または強化し、処理チャンバ内
のウェーハの中心付近のプラズマ密度の均一性を改善
し、それによって一連のコイル巻線によって発生するプ
ラズマの中心に起こりやすいプラズマ中の空隙をなくす
ことができる。ルーフコイル３０８には円錐形側壁コイ
ル２６２と共通に通電することができるが、電力を両者
間で選択的に分割してチャンバ内のプラズマ密度分布を
調節することができる。ＲＦ電力分割回路については後
述する。環状加熱リング２８６と環状冷却リング２９４
を平坦なルーフ部分２９０上の別々の箇所に配置して用
いると、二次コイル３０６をドーム２３０’のルーフ部
分２９０に隣接して配置することができる。当然、加熱
リング２８６の下にあるルーフ部分２９０の平坦領域
は、二次コイル３０６の下にある平坦領域と段差を設
け、しかもある程度の半径方向膨張差を許容できること
が理解できる。

【０１０８】図２４のリアクターの側部円錐コイル２６
２と組み合わせた二次コイル３０８は、図４のパンケー
キコイルより優れた多くの利点を提供する。側部コイル
２６２は主コイルであって、普通は２０００Ｗ〜３００
０Ｗのレベルの電力を供給され、チャンバ内のプラズマ
を大部分サポートする一方、二次コイル３０８は電界と
その均一性の微調整にのみ用いられ、そのＲＦ電力レベ
ルは約５００から１０００Ｗ程度である。従って、大部
分の熱は機械的に強い円錐壁２８８上において発生し、
より少ない量の熱が機械的に比較的弱い構造の、ほぼ平
坦なルーフ２９０において発生する。

【０１０９】この構成は、平らなヒーターパンケーキを
ルーフ部分２９０の上方に配置するように改造すること
ができる。このヒーターパンケーキは、図１８の可撓性
ヒーター集合体２７０または図１２の剛性加熱体２１２
を、形状を変化させる適当な修正を行って適用すること
ができる。次にパンケーキＲＦコイルを、ファラデーシ
ールドとして編成されたヒーターワイヤーを持つヒータ
ーパンケーキの外側に配置することができる。

【０１１０】構成に関わらず、一体型ドーム２３０’の
温度をきめ細かく制御して、プロセス制御と均一性を促
進することができる。一体型ドーム２３０’用の各種モ
ニター装置および制御装置は、先に説明した多部品ドー
ム用のものと大きくは異ならないので図示しない。

【０１１１】ここで、本発明による熱の流れを従来技術
のものと比較する。図２５は、図７に示す従来技術の処
理チャンバの円筒形側壁を通る概念的な熱の流れと温度
勾配を示す。大きな矢印３３０は、チャンバ３３２内の
処理空間からの熱エネルギーの流れを示す。垂直のチャ
ンバ壁３３４はこの熱エネルギーを、冷却要素（不図
示）を含むチャンバのルーフ３３８に接触している上端
３３６へ伝導によって伝える。外側リング３４２の溝に
よって支持されている誘導コイル３４０はチャンバ壁の
外側に配置されている。チャンバ外壁と外側リング３４
２の内表面との間のギャップ３４４は、外側リング３４
２とチャンバ壁３３４の間の直接熱伝達速度を制限する
が、円筒形状にギャップがない場合にサーマルサイクル
中に起こるかも知れない破壊を防ぐためにはギャップ３
４４は必要不可欠である。プロセスのアイドリング中、
外側リング３４２は外側リング３４２の下部を取り巻く
リング加熱体３４６によって加熱される。小さい矢印３
４８は、加熱体３４６からルーフヒートシンク３５０へ
の熱エネルギーの流れを示す。ギャップ３４４は、チャ
ンバ壁３３４と外側リング３４２との間のギャップを通
過する熱エネルギーの均一で効率的な伝達を妨げる。さ
らに、チャンバ壁３３４は熱の不良導体である石英製が
普通である。従って、温度サイクル中のチャンバ壁３３
４の温度制御、大幅な温度のばらつき、空間的あるいは
時間的な変動、を防止することが困難である。

【０１１２】図２６は、図１０に示す本発明による円錐
構成の概念的な熱伝達を示す。ここでもプロセスからの
熱の流れを大きな矢印３６０で示す。この構成では、ヒ
ートシンク３６２が、加熱リング３６５と、誘導コイル
３６６と、そのサポートリング３６８との後方の円錐冷
却リング３６４内に配置されている。従って、プロセス
からの熱エネルギーは、短い矢印で示すように横方向に
チャンバ壁３７０を通過し、コイル支持リング３６８、
加熱リング３６５を通って冷却リング３６４へと流れ
る。プロセスのアイドルモードにおいて、加熱リング３
６５が通電されると、熱エネルギーは小さい矢印３７４
で示すように流れる。加熱リング３６５と、誘導コイル
支持リング３６８と、チャンバ壁３７との間の密着した
円錐形表面は、熱膨張差を生じる温度サイクルと温度差
にもかかわらず、部材３６５、３６８、３７０の間に良
好な熱接触を維持する。さらに、熱の流れは、幅の広い
面に対して比較的短い距離についてのみ起こるので、ア
イドルモードとプロセスモードのいずれのモード期間に
おいてもチャンバ壁３７０の良好な温度制御ができる。

【０１１３】図２７は、図１８と図１９に詳細を示す抵
抗サーマルブランケットの実施形態における概念的な熱
伝達を示す。ヒーターブランケット２７０は、ＲＦコイ
ル２６２の内側で処理チャンバの円錐壁１３０上に直接
載置されている。チャンバ使用中のプロセスから、およ
びプロセスがアイドル中の加熱体２７０からの熱は、両
方ともチャンバ壁１３０を通って流れる。この場合、チ
ャンバ壁１３０はポリシリコンまたはシリコンカーバイ
ドなどの熱エネルギーの良導体で作ることが望ましい。
チャンバ壁１３０は、その基部において熱を横方向に冷
却リング１７４へと伝導する。熱の極めて良好な導体で
ある壁材量は、壁の頂部から底部までの温度勾配を確実
に小さくする。その温度差は５〜２０℃の範囲にあると
推定される。

【０１１４】図２８は、図２４に示す一体型ドーム２３
０’内の概念的な熱伝達を示す。この構成において、チ
ャンバ内のプロセスからの熱エネルギーの流れは、一体
型ドーム２３０’の円錐形部分２８８の上下にそれぞれ
配置された二つのヒートシンクリング２９２、２９４に
流れる。チャンバ壁２８８の基部にある一方は、図２７
に示したものと類似の構成であり、他方はチャンバ壁と
ルーフを含む一体構造のルーフ上のその配置位置に合わ
せて多少異なる設計になっている。この構成では、図２
７に示した構成よりも熱エネルギー伝導距離がはるかに
短くなっているので、温度勾配はさらに小さくなってい
る。従ってこの構成はチャンバ壁の極めて良好な温度制
御を提供する可能性を持っている。

【０１１５】本発明の種々の態様は、酸化物エッチング
に特に有利なプラズマリアクタチャンバの設計、製造、
および運転を可能にする。図２９の概略側面図に示すよ
うに、チャンバ内のプラズマは誘導的かつ容量的にサポ
ートされている。ＲＦ電源４５２が、円錐形ドーム１３
０の外側の誘導コイル１８０へＲＦ電力を供給する。も
う一つのＲＦ電源４５４が、導体ルーフ２３６と、エッ
チングされるウェーハ５０を支持するペデスタル５２と
の間へＲＦ電力を供給する。２個の阻止コンデンサ４５
６、４５８は、ルーフ２３６とペデスタル５２に生成さ
れる、ＲＦ電源４５４からの自己バイアスＤＣ電圧を阻
止する。阻止コンデンサは、例えば１μＦの真空コンデ
ンサであって、普通に用いられるＲＦの低メガヘルツ範
囲でのインピーダンスは小さい。自動コントローラ４７
０は、二つのＲＦ電源４５２、４５４を起動し、その電
力レベルを設定する。フルオロカーボンのエッチャント
を用いる酸化物エッチングプロセスには、ルーフ２３６
と円錐形壁１３０の両方をフッ素スカベンジャーで構成
することが望ましい。例えば、ルーフ２３６を、ポリシ
リコン、シリコンカーバイド、またはガラス質カーボン
で構成する一方、円錐形壁は導電性をあまり高くすべき
でないので、ポリシリコンまたはシリコンカーバイドで
構成すればよい。材料とその導電性の選択は、リアクタ
に期待される運転モードに依存する。プラズマが、金属
汚染物質ではなくシリコンを含有する材料と相互作用を
行うよう、シリコンまたはシリコンカーバイドのリング
４６０がペデスタル５２を取り囲んでいる。ペデスタル
５２をプラズマから保護するため、石英製またはシリコ
ンカーバイド製、この方が寿命が長い、のカラー４６２
が、ウェーハ５０の外周の周りのペデスタル５２の環状
凹部に嵌合されている。

【０１１６】ルーフ２３６のスカベンジングは、電極Ｒ
Ｆ電源４５４が二つの電極５２、２３６の間で電力を選
択的に分割できるので、熱エネルギーよりはむしろＲＦ
バイアスによって活性化される。図３０に概略を示す電
力分割は、ＲＦ電力を、ウェーハペデスタル５２とルー
フ２３６の間で分割する。標準ＲＦ電源４６４を、不図
示のＲＦマッチング回路を介して、広帯域１：１電気ト
ランスのような分割回路４６６の一次側に接続する。こ
のトランスの二次側には数個のタップがあり、整流子ス
イッチ４６８を介して選択的に接地することができる。
トランス４６６の接地電位は、同じく接地されている円
錐形壁１３０の基準電位とされる。しかし、他の固定電
圧をトランス４６６の基準電位とすることもできる。阻
止コンデンサ４５６、４５８があるので、トランスの接
地を用いて、電力分割を行うが、電極５２、２３６上の
ＤＣ電位の制御には用いない。スイッチ４６８の位置
が、ペデスタル５２とルーフ２３６へ供給されるＲＦ電
力の分割比を決定する。他のタイプのＲＦ電力分割も、
よく知られているように用いることができる。オグル他
が教示しているように従来技術の電力分割比は５０：５
０であるが、この発明に適用される酸化物エッチングに
関しては、低い分割比、すなわち、ルーフ電極２３６よ
りもペデスタル５２へ多くのＲＦパワーが供給される分
割比が好ましい。

【０１１７】大量のＲＦ電力をルーフ２３６へ供給する
ことで、ルーフ２３６内のシリコンが活性化される。こ
れによって、ルーフ２３６は、それ自体を熱的に活性化
させるとき可能な温度よりも低い温度に維持され得る。
本発明によって提供される低い運転温度はシステムの熱
的要件を緩和するので、その設計が簡素化し、部品寿命
を延ばす。また、フッ素スカベンジングは、複雑な温度
サイクル中に対向電極が呈する温度によってではなくむ
しろ、対向電極に印加されるＲＦエネルギーによって制
御されるので、エッチングプロセスは、より確実に制御
可能である。さらに、本発明が提供する円錐形壁１３０
その他の部分の厳密な温度制御により、エッチングプロ
セスをより完全に制御することができる。

【０１１８】円錐形の壁は優れたスカベンジング制御に
直接関与しているので、酸化物エッチング用のリアクタ
に選択的に提供される。この円錐形状により、側面の誘
導結合をウェーハの上方に配置してプラズマの均一性を
増すのみならず、エッチングされるウェーハとほぼ同一
サイズの対向電極の収容が可能になる。その結果、ダイ
オード効果が低減されるので、励起されたエッチャント
粒子の低エネルギー束が生成される。また、対向電極の
サイズはより小さいので、それがフッ素スカベンジング
材料で構成されている場合、対向電極へ分割される比較
的少量のＲＦ電力によってスカベンジング核種を十分に
活性化することができる。電力分割比１０：９０、２
０：８０および２５：７５でテストを行った。２０：８
０の電力分割比において、エッチングを停止することな
く、選択性が最良となりプロセスウィンドウが広くなっ
た。シリコンスカベンジャのＲＦ活性化は、より低い温
度での運転も可能にし、テストは１３５〜１４０℃の範
囲の低い温度まで拡張された。バイレベル（二重レベ
ル）プロセスも１４０〜１８０℃の範囲で達成できた
が、１５０℃が望ましい。

【０１１９】図３１にブロック図を示す自動コントロー
ラ４７０がプラズマエッチングリアクタを制御する。Ｒ
Ｆ電源４５２、４３４を介してプラズマを活性化するた
め、選択された量のＲＦ電力がチャンバに印加される。
温度は、２個の熱電対４２６、４３０でモニターされ
る。印加されたＲＦ電力と実測温度とに応答して、冷却
水がポンプ１７３、２２１によって選択的に圧送され、
ヒーターサプライ２１５を介して熱が注入される。もち
ろん、本発明の思想の範囲内で、熱制御体とＲＦ電源の
使用個数を変更することができる。自動コントローラ４
７０はまた、プロセスガス流、真空吸引、およびその他
のパラメータも制御することができる。自動コントロー
ラ４７０は、その中の転送可能記録媒体４７２、例えば
フロッピーディスクまたはＣＤ−ＲＯＭに記録された、
または通信リンク４７４を介して入力されたプロセス手
順に従う。

【０１２０】この構成は、平らなヒーターパンケーキ
を、ルーフ部２９０の上方に配置するように改造するこ
とができる。このヒーターパンケーキは、図１８の可撓
性ヒーター集合体２７０、または図１２の剛性加熱体２
１２を変更された形状に合わせて適当な改造を加えて適
合させてもよい。その後、パンケーキＲＦコイルをファ
ラデーシールドとして編成したヒーターワイヤーを持つ
ヒーターパンケーキの外側に配置してもよい。

【０１２１】先に説明したリアクタには、様々な用途に
おいて明確な利点を提供する多くの変更例や組合せがあ
る。

【０１２２】図３２に概略断面で示す関連設計は、図１
０と図１１の複数部品チャンバを改造したものである
が、電力供給の特徴は、図２４に示す一体型チャンバの
ものである。二次コイル３０８をディスク形ルーフ２３
６の背面に配置する一方、主コイル１８０を円錐形ドー
ム１３０の背面に配置してあり、これは抵抗率１０⁵Ω-
ｃｍを超える、主として焼結シリコンカーバイド製であ
ることが望ましい。二次コイル３０８は、図示のように
ソレノイド形状としてもよいが、図４のようなパンケー
キコイルとしてもよい。二次コイル３０８の目的は、主
コイル１８０がＲＦ電力の大部分を、円錐形ドーム１３
０を介してチャンバ内へ誘導結合する間に、比較的少量
のＲＦパワーを、ルーフ２３６を介して誘導結合させ、
チャンバ内の磁界とプラズマ分布を微調整することであ
る。図２４のリアクタについて説明したように、ＲＦ電
力比は３：１から４：１が普通である。

【０１２３】ルーフ２３６は主として絶縁性のシリコン
カーバイドで作られ、場合によっては接地または容量バ
イアス用に薄いＣＶＤシリコンカーバイド導体表面層を
設けてもよい。より単純な設計を行う場合、ルーフ２３
６を、抵抗率２０〜４０Ω-ｃｍ程度のポリシリコンで
形成することにより、二次コイル３０８からの磁界を通
過させるとともに、接地面またはＲＦバイアス電極を維
持することができる。しかしポリシリコンは比較的脆い
材料であり、大きな平坦形状は機械的に弱い。運転と休
止の間の期間中、ポリシリコンルーフ２３６への熱応力
を最小にしなければならない。二次コイル３０８へ供給
するパワーを減らすと、ルーフ２３６への応力が確実に
減る一方、主コイル１８０によって起こるより大きな熱
応力が、より強靱な材料で作られた、より強い円錐形ド
ーム１３０へ加えられる。従って、シリコンルーフ２３
６の背面の二次コイルへ供給するパワーを減らすことに
よって、さらに大きな利点が得られる。

【０１２４】円錐形ドームは、ＲＦ誘導結合を用いない
リアクタにも適用可能である。図３３に示すリアクタに
おいては、円錐形ドーム１３０とルーフ２３６は共に、
導体材料製であって接地される一方、ペデスタル５２は
ＲＦ電源５６により電力を供給される。この構成は、標
準的な反応イオンエッチング（ＲＩＥ）に好適である。
図３４に示すリアクタにおいて、円錐形ドーム１３６は
接地され、電力分割ＲＦ電源４５４がルーフ２３６とペ
デスタル５２の間に接続されて、両者へＲＦ電力を供給
する。この構成は、先に引用したオグル他の特許に記載
された構成に類似するパワー分割ＲＩＥにとって有用で
ある。

【０１２５】円錐形ドームを含む種々の構成は、一つの
基本設計が多くの明確に異なるプロセスに実施できるこ
とを実証している。汎用設計に小規模の変更を加えるこ
とによって様々なチャンバを設計することができ、その
結果、設計の単純化と部品点数の削減ができる。代わり
になるものとして容量結合されたルーフ２３６と円錐形
ドーム１３０とペデスタル５２および誘導結合された主
コイル１８０と第２コイル３０８の両方に対する電気的
バイアス条件を変更するだけで、単一のチャンバを多数
のプロセスモードで用いることができる。

【０１２６】汎用チャンバの一例を図３５に概略断面図
で示す。スイッチ４８０は、容量ＲＦ電源４６４からの
ＲＦ電力を、ペデスタル５２または円錐壁１３０だけへ
向かわせたり、電力分割回路４６６を介してルーフ２３
６とペデスタル５２との間へ向かわせることができる。
壁１３０にＲＦバイアスを印加すると、例えばそのクリ
ーニングに有効である。ペデスタル５２に接続されたス
イッチ４８２は、接地への接続、ＲＦ電源４６４への直
接接続、または電極電力分割回路４６６接続のいずれか
を選択できる。同様に、複合シリコンカーバイド円錐形
ドーム１３０の導体内壁に接続されたスイッチ４８４に
より、円錐形ドーム１３０を、接地、電源非接続位置、
または直接的にＲＦ電源４６４に対してバイアスするこ
とができる。ルーフ２３６に接続されたスイッチ４７６
は、選択的に、ルーフを接地するか、またそれを電極電
力分割回路４６６を介してバイアスする。この汎用実施
形態において、ルーフ２３６は電気的にバイアス可能で
あるとともに、二次コイル３０８からのＲＦ電力を伝達
しなければならない。従って、これを、抵抗性ポリシリ
コンまたは抵抗性焼結シリコンカーバイドで作り、内面
にシリコンカーバイドの導体ＣＶＤコーティングを施し
てもよい。誘導ＲＦ電源４５２を、スイッチ４８８を介
してコイル電力分割回路４９０に選択的に接続し、これ
によってＲＦ電流を、円錐形ドーム１３０の外側の一次
コイル１８０とルーフ２３６の頂部の二次コイル３０８
へ、チャンバ内の磁界分布を最適化する比率で選択的に
分割する。コントローラー４７０は、スイッチ４８０、
４８２、４８６、４８８の位置と、電力分割回路４６
６、４９０の電力分割比とを設定する。ＲＦプラズマリ
アクタにおける接地とは、所定のＤＣ電位で部品をバイ
アスすることを含むことは明らかである。また、図３５
は概略の形のみを示したものであり、実際の電気回路は
同等の機能性を提供しつつ異なる形とすることができる
ことは明らかである。

【０１２７】自動コントローラー４７０を用いると、発
明性のあるプラズマ真空処理チャンバの壁温制御方法が
可能となる。この方法は、同じ様に構成された石英製の
側壁の総熱伝導率よりも大きい総熱伝導率を有するポリ
シリコンまたはシリコンカーバイドでできているのが好
ましい、真空処理チャンバの側壁を用意するステップを
含む。この側壁は、チャンバ内の基板処理位置に面する
第１面と、この第１面の反対側の第２面とを有する。こ
の第２面は円錐形であることが望ましい。加熱部材が側
壁の第２面に熱接触して配置され、この加熱部材の加熱
体の配線パターンの主配向は往復パターンであって、加
熱体の配線パターンの大部分は相互にほぼ平行に走って
いる。このチャンバは、チャンバ壁の第１面の周り全体
をほぼ取り巻くように走る誘導コイルを備え、チャンバ
内の処理プラズマを少なくとも部分的に活性化するよ
う、ＲＦ電源が選択的に制御される。加熱体は一つの電
源によって制御され、ＲＦコイルと、処理チャンバ内に
形成されるプラズマとから受ける側壁が受ける熱入力に
ほぼ等しい熱入力を、側壁に供給する。加熱体の加熱ワ
イヤーの主要部分は、誘導コイルにほぼ直角に走るよう
に構成され、誘導コイルに近い平行部分は誘導コイルか
ら離れて配置された屈曲部によって接続されている。冷
却リングが側壁のひとつ以上の端部近傍に配置され、側
壁と冷却リングとの間に電気伝導および熱伝導を提供す
るため、平面形または円錐形の接続部が両者間に設けら
れる。冷却リングは、冷却リングとその中を通過流れる
電熱流体との間の熱エネルギー伝達を提供するための冷
却流体通路を備える。電熱流体は冷却流体通路内を連続
的に流される。処理チャンバ内にプラズマが存在しない
ときは加熱体に電力を供給せず、処理チャンバ内にプラ
ズマが存在するときは加熱体に電力を供給することによ
って、側壁の温度はほぼ一定に維持される。加熱ワイヤ
ーは、ファラデーシールドとして作用するように、誘導
コイルとチャンバ壁との間に配置するのが好ましい。

【０１２８】処理チャンバの側壁温度を維持する方法の
もう一つの実施形態は、チャンバ側壁を提供するステッ
プと、コイル巻線をチャンバの中心軸に対して直角に巻
き付けて側壁の周囲に誘導コイルを設けるステップと、
大部分がチャンバの中心軸にほぼ平行でコイル内のワイ
ヤーに直角に走るパターンを持つ加熱体をコイルと側壁
の間に設けるステップと、を有する。

【０１２９】このように、本発明によるチャンバの円錐
形は、特に、強固で製造が容易な機械的構造において温
度制御とプラズマの均一性に関する数多くのプロセス上
の利点を提供する。発明性のあるその他の特徴は、その
ような円錐形プラズマチャンバの、特に酸化物エッチン
グリアクタとしての使用を補完する。

【０１３０】本発明は、特に酸化物エッチャーにとって
有用であるが、その他の材料のエッチング用のリアクタ
にも容易に適合させることができる。さらに、この発明
の態様のほとんどは、多くのメカニズムがエッチングと
共通である化学蒸着用のリアクタに適用可能である。こ
の発明の局面のいくつかは、特に半導体製造に用いられ
るような、他の真空処理装置に適用可能である。

【０１３１】本発明を特定の実施形態に関連して説明し
てきたが、当業者は、本発明の思想及び範囲から逸脱す
ることなく、本発明の形状と細部を変更できることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板と対向電極の間の面積比が大きい、従来技
術の容量結合プラズマ反応チャンバの概略側面図であ
る。

【図２】基板と対向電極の間隔が狭い、従来技術の容量
結合プラズマ反応チャンバの概略側面図である。

【図３】容量結合かつ誘導結合された、従来技術のプラ
ズマ反応チャンバの概略側面図である。

【図４】ウェーハ上に平坦な誘導コイルが配置された、
従来技術のプラズマ反応チャンバの概略側面図である。

【図５】ウェーハのほぼ上方に半球状誘導コイルが配置
された、従来技術のプラズマ反応チャンバの概略側面図
である。

【図６】ウェーハの枚数またはコールドスタート後の時
間の関数としてのエッチング選択性を示すグラフであ
る。

【図７】従来技術の処理チャンバの断面図である。

【図８】図７の処理チャンバの側壁の拡大断面図であ
る。

【図９】図７の従来型の処理チャンバの、上側対向電極
とウェーハ支持ペデスタル電極の相対寸法の概略見取り
図である。

【図１０】本発明による処理チャンバの断面図である。

【図１１】図１０に示すチャンバのコンポーネントの一
部断面分解斜視図である。

【図１２】図１０と図１１に示す処理チャンバとリング
加熱／冷却部材の形状が多少異なる円錐形側壁の実施形
態の拡大断面図である。

【図１３】センターガスフィードと熱電対を示す、図１
０の拡大部分断面図である。

【図１４】図１０に示す本発明による処理チャンバの上
側対向電極とウェーハ支持ペデスタル電極の相対寸法の
概略斜視図である。

【図１５】図１０〜図１２に示す処理チャンバコンポー
ネントの、サーマルサイクル中に発生する力と動きとを
示す概略側面図である。

【図１６】従来技術と本発明のリアクタによるプラズマ
の均一性を示すグラフである。

【図１７】図１０に示すチャンバ用のランプ加熱側壁編
成を示す処理チャンバの他の実施形態の拡大断面図であ
る。

【図１８】図１０に示すチャンバ用のフレキシブルヒー
ター構造のさらに他の実施形態を示す図である。

【図１９】図１８の断面において、１９の方向から見た
加熱体と巻コイル構造の、ヒーター被覆を省略した部分
側面図である。

【図２０】図１８の断面において見られるチャンバ構造
のコンポーネントの一部断面分解斜視図である。

【図２１】図２０のワイヤーコイル巻線のための代替構
成の側面分解斜視図である。

【図２２】平面シートから切り取った円錐形加熱被覆の
平面図である。

【図２３】本発明による誘導コイルのワイヤーを円錐形
に巻くための巻線ジグの側面図である。

【図２４】本発明による処理チャンバの頂部の他の実施
例の断面図であって、チャンバのルーフの上部の第２ヒ
ーター／クーラーと第２コイルを示す。

【図２５】図７に示す従来技術の処理チャンバの側壁を
通る熱エネルギーの流れを概念的に示す図である。

【図２６】図１０に示す本発明による処理チャンバの側
壁を通る熱エネルギーの流れを概念的に示す図である。

【図２７】図１８〜２０に示す本発明による処理チャン
バの側壁を通る熱エネルギーの流れを概念的に示す図で
ある。

【図２８】図２４に示す本発明による処理チャンバの側
壁を通る熱エネルギーの流れを概念的に示す図である。

【図２９】本発明の特徴を組み込んだ好ましい構成の概
略ブロック図である。

【図３０】本発明の、基板に対向するルーフ電極と処理
基板を支持するサセプタの間で、電力を供給および分割
する電力分割回路の概略図である。

【図３１】本発明を実施するためのコントローラの接続
ブロック図である。

【図３２】別々のルーフと円錐形ドームを持ち、チャン
バ内へエネルギーを誘導的に結合する第１と第２のコイ
ルを用いるプラズマリアクタチャンバの概略断面図であ
る。

【図３３】円錐形ドームを持つがペデスタルにのみ標準
バイアスを印加するプラズマリアクタチャンバの概略断
面図である。

【図３４】接地された円錐形ドームと、ルーフおよびペ
デスタルの間でＲＦ電力分割を行うプラズマリアクタチ
ャンバの概略断面図である。

【図３５】複数のプロセスモードで作動するように電気
的に構成可能なプラズマリアクタチャンバの概略断面図
である。

【符号の説明】

５２…ペデスタル、５２’…基板処理位置、１０６…下
部チャンバ、１３０…ドーム（チャンバ壁）、１３２…
プラズマシールド、１３４…水平レッグ、１３６…上部
レッグ、１３８…シールリング、１４０、１４４、１５
６…リップ、１４２、１５２、２３０、２３２…Ｏ−リ
ング、１４４、１５４…弾性支持パッド、１６６…ばね
部材、１８０…誘導コイル、１８８…コイル支持部材、
２００…冷却リング、２１２…ヒーターハウジング、２
１４…加熱体、２２０…冷却流体通路、２２２…閉止プ
レート、２３４…プラズマガード、２３６…チャンバル
ーフ、２４０…加熱プレート、２４４…冷却プレート、
２４８…トップカバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィクトル シェル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ミルピタス， ベイヴュー パーク ドラ イヴ 505 (72)発明者 アンドリュー ニューエン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ホステター ロード 3148 (72)発明者 ロバート ダブリュー． ウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， パセオ グラナダ 3112 (72)発明者 ジェラルド ズィー． イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ビリチ プレイス 10132

Claims (71)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内の基板処理位置に面した内壁
   面と前記内壁面に対向する円錐形外壁面とを有する円錐
   形部分を有するチャンバ壁と、 前記外壁面の直近に配設されて次第に径が拡大している
   多重巻線を有する円錐形誘導コイルと、 を備えるプラズマ真空処理チャンバ。
2. 【請求項２】 前記内壁が円錐形の請求項１に記載のプ
   ラズマ真空処理チャンバ。
3. 【請求項３】 前記チャンバ壁の前記円錐形部分は正円
   錐台であり、前記正円錐台の頂端に配置された対向電極
   をさらに備える請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
   ンバ。
4. 【請求項４】 前記対向電極に面してウェーハを支持す
   るペデスタルと、 前記ペデスタルと前記対向電極との間に接続されたＲＦ
   電源と、 をさらに備える請求項３に記載のプラズマ真空処理チャ
   ンバ。
5. 【請求項５】 前記ペデスタルと前記対向電極は、互い
   にほぼ等しい対向表面積を有する請求項４に記載のプラ
   ズマ真空処理チャンバ。
6. 【請求項６】 前記次第に径が拡大している多重巻線
   は、ほぼ一定のピッチで等間隔に配置されている請求項
   １に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
7. 【請求項７】 前記次第に径が拡大している多重巻線
   は、可変ピッチで不等間隔に配置されている請求項１に
   記載のプラズマ真空処理チャンバ。
8. 【請求項８】 前記チャンバ壁の下縁を支持する環状棚
   部と、前記下縁の外側を囲む環状壁とを有するととも
   に、前記下縁に面する内部に形成された環状溝を有する
   導電性支持リングと、 前記溝に嵌合され、前記下縁に接触する導体ばね部材
   と、 をさらに備える請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
   ンバ。
9. 【請求項９】 前記支持リングはさらに、内部に形成さ
   れた略環状の流体冷却溝を含む請求項８に記載のプラズ
   マ真空処理チャンバ。
10. 【請求項１０】 前記処理位置に対向する前記円錐形部
    分の端部上方に配置された前記チャンバのルーフと、 前記ルーフの上方に接地された第２の誘導コイルと、 をさらに備える請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
    ンバ。
11. 【請求項１１】 前記ルーフはほぼ平担な外表面部分を
    含み、前記ほぼ平担な外表面部分に前記ルーフに接触す
    る熱制御体を備える請求項１０に記載のプラズマ真空処
    理チャンバ。
12. 【請求項１２】 前記チャンバ壁の前記円錐部分の切頭
    端の頂部を形成し、内側が前記基板処理位置に対して露
    出されるとともに前記内側に対向する外側を有するルー
    フ部材と、 円筒軸を有し、前記円錐部分の前記切頭端内のほぼ中心
    に配置された前記ルーフ部材の前記外側の近傍に、前記
    円筒軸端を前記基板処理位置のほぼ中心に向けるように
    して配置されるヘリカルワイヤーコイルと、 をさらに備える請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
    ンバ。
13. 【請求項１３】 前記ルーフ部材は、ルーフ円錐部材を
    形成する前記チャンバ壁の前記円錐形部分と一体で整形
    されている請求項１２に記載のプラズマ真空処理チャン
    バ。
14. 【請求項１４】 前記ルーフ円錐部材がポリシリコン材
    料製である請求項１２に記載のプラズマ真空処理チャン
    バ。
15. 【請求項１５】 前記ルーフ円錐部材がシリコンカーバ
    イド材料製である請求項１２に記載のプラズマ真空処理
    チャンバ。
16. 【請求項１６】 前記ヘリカルワイヤーコイルの一端
    は、前記円錐形誘導コイルの一端に直列接続されている
    請求項１２に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
17. 【請求項１７】 前記ヘリカルワイヤーコイルによって
    誘導される電界の効果を、円錐形誘導コイルによって誘
    導される電界に対して設定するコイル電力分割回路を備
    える請求項１６に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
18. 【請求項１８】 前記壁の前記外壁面とその内面との間
    の熱伝達のために面接触するよう構成された円錐形内面
    を持つ、熱伝導性で高い剛性を有する誘電体部材内に前
    記誘導コイルが格納され、前記チャンバ壁の外壁面と前
    記誘電体部材の内側円錐面との間の摺動が、前記チャン
    バ壁と前記誘電体部材の間の温度の変化と温度差による
    動きを吸収する請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
    ンバ。
19. 【請求項１９】 前記誘電体部材はセラミック製である
    請求項１８に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
20. 【請求項２０】 前記誘電体部材は、前記部材と前記側
    壁を加熱する前記誘導コイルの外側に配置された加熱体
    を含む請求項１８に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
21. 【請求項２１】 前記加熱部材は、前記誘電体部材の外
    側の円錐形リング部分に埋め込まれ、熱伝達接続を介し
    て内側の円錐形リング部材に固定される請求項１８に記
    載のプラズマ真空処理チャンバ。
22. 【請求項２２】 前記誘電体部材の外面に取付けられて
    熱接触するとともに、内部に熱伝達流体を流す冷却流体
    通路を有する冷却リングをさらに備える請求項１８に記
    載のプラズマ真空処理チャンバ。
23. 【請求項２３】 前記チャンバ壁は、 前記チャンバ内の基板処理位置に面する第１面と前記第
    １面に対向する第２面を有するシリコン含有材料製の円
    錐形の誘電体チャンバと、 前記側壁の第２面に熱接触する加熱部材と、 前記チャンバ側壁と前記加熱部材とを囲むように構成さ
    れ、通電されると前記基板処理位置でガスを誘導してプ
    ラズマを形成するよう配置される誘導コイルと、 前記側壁の一端に隣接して配設されるとともに前記側壁
    との間に熱伝導接続部が設けられ、内部を流れる熱伝達
    流体との間で熱エネルギー伝達を行う冷却流体通路を含
    む冷却リングと、 をさらに備える請求項１に記載のプラズマ真空処理チャ
    ンバ。
24. 【請求項２４】 次第に径が拡大する多重巻線を有する
    円錐形誘導コイルを備え、前記巻線を結んで形成される
    仮想円錐形表面の内側が、前記チャンバ内の基板処理位
    置に面する前記チャンバのひとつの壁にほぼ平行に配設
    されるプラズマ真空処理チャンバ。
25. 【請求項２５】 前記真空処理チャンバの前記壁が、前
    記基板処理位置と前記誘導コイルとの間に配設される請
    求項２４に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
26. 【請求項２６】 前記真空処理チャンバの前記壁がポリ
    シリコン材料製である請求項２５に記載のプラズマ真空
    処理チャンバ。
27. 【請求項２７】 前記真空処理チャンバの前記壁がシリ
    コンカーバイド材料線である請求項２５に記載のプラズ
    マ真空処理チャンバ。
28. 【請求項２８】 前記チャンバ内で処理される基板を支
    持面上に支持するペデスタルと、 前記支持面に面する円錐部分を含むチャンバ壁と、 前記支持された基板に面し、前記ペデスタルから離れた
    前記円錐部分の縁に配設された略平坦なルーフと、 を備えるプラズマリアクタ。
29. 【請求項２９】 前記ルーフの外面に配置された誘導コ
    イルをさらに備える請求項２８に記載のプラズマリアク
    タ。
30. 【請求項３０】 前記ルーフは、前記ペデスタルとの間
    に接続可能なＲＦ電源を有する電極をさらに備える請求
    項２８に記載のプラズマリアクタ。
31. 【請求項３１】 前記ＲＦ電源は、前記ペデスタルと前
    記電極の両方にＲＦ電力を供給する電力分割回路を含む
    請求項３０に記載のプラズマリアクタ。
32. 【請求項３２】 前記電力分割回路は、前記ＲＦ電力を
    所定の比率で前記ペデスタルと前記電極へ分割する請求
    項３０に記載のプラズマリアクタ。
33. 【請求項３３】 前記ＲＦ電源が前記ペデスタルへ電力
    を供給するとともに前記電極は所定の電位に維持される
    請求項３０に記載のプラズマリアクタ。
34. 【請求項３４】 前記円錐部分の周りに巻かれた誘導コ
    イルと、 前記誘導コイルに選択的に電力を供給する第２ＲＦ電源
    と、 をさらに備える請求項３０に記載のプラズマリアクタ。
35. 【請求項３５】 前記ルーフは電極を備え、 前記ペデスタル、前記円錐部分、および前記電極へ、選
    択的に接続可能な電力供給・接地手段をさらに備える請
    求項２８に記載のプラズマリアクタ。
36. 【請求項３６】 プラズマ処理チャンバ内に配置され、
    基板を上部に支持可能な支持面を有する基板サポート
    と、 前記支持面に面するとともに円錐形外面を有し、前記チ
    ャンバの一部分を形成する壁と、 前記壁との間で熱伝導するよう、前記壁の前記円錐形外
    面と摺動可能に接触可能な円錐形内面を有する熱制御体
    と、 を備えるプラズマ処理チャンバ。
37. 【請求項３７】 前記熱制御体は、高い剛性を有する請
    求項３６に記載のプラズマ処理チャンバ。
38. 【請求項３８】 前記熱制御体は、セラミック製である
    請求項３７に記載のプラズマ処理チャンバ。
39. 【請求項３９】 前記熱制御体は、内部を貫通する冷却
    流体溝を含む請求項３６に記載のプラズマ処理チャン
    バ。
40. 【請求項４０】 前記熱制御体は、抵抗ヒーターを追加
    として含む請求項３９に記載のプラズマ処理チャンバ。
41. 【請求項４１】 前記熱制御体は、電気抵抗ヒーターを
    含む請求項３６に記載のプラズマ処理チャンバ。
42. 【請求項４２】 側壁を持つ真空チャンバと、 前記側壁の周りに巻かれた誘導コイルと、 前記誘導コイルと前記側壁とに隣接して配置されたヒー
    ターと、を備え、 前記ヒーターは、前記誘導コイルにほぼ直角に走るほぼ
    直線状の部分と、前記直線状部分同士を接続するととも
    に前記誘導コイルから前記直線状部分の中央部より離れ
    て配置された屈曲部分とからなるヒーターワイヤーを備
    え、それによって前記誘導コイルと前記真空チャンバと
    の間で操作可能なファラデーシールドを形成するプラズ
    マ処理チャンバ。
43. 【請求項４３】 前記側壁が円錐形である請求項４２に
    記載のプラズマ処理チャンバ。
44. 【請求項４４】 前記ヒーターの前記ヒーターワイヤー
    が、前記誘導コイルと前記側壁との間に配設されている
    請求項４３に記載のプラズマ処理チャンバ。
45. 【請求項４５】 前記ヒーターの前記ヒーターワイヤー
    が、前記誘導コイルと前記側壁との間に配設されている
    請求項４２に記載のプラズマ処理チャンバ。
46. 【請求項４６】 第１のリムを有する略円筒形の第１の
    チャンバ本体と、第２のリムを有する略円筒形の第２の
    チャンバ本体とを含むプラズマリアクタの２つのチャン
    バ本体の間のジョイントであって、 前記２つのチャンバ本体のほぼ軸方向に延びるアウター
    リムと、前記アウターリムから前記第１のリムと前記第
    ２のリムとの間へ半径方向内側へ延びるインナーリップ
    とを含み、前記第１のリムと前記第２のリムとの間に嵌
    合可能なシールリングと、 前記インナーリップと、前記第１と第２のリムとの間へ
    それぞれ配設された第１と第２の弾性パッドと、 を含むジョイント。
47. 【請求項４７】 前記弾性パッドの各々と、前記シール
    リングのアウターリムとの間のそれぞれのスペースへ配
    設された２つの環状弾性シール部材をさらに備える請求
    項４６に記載のジョイント。
48. 【請求項４８】 前記シーリングのリムは、弾性かつ導
    電性であり、前記シーリングリムの前記アウターリムは
    その半径方向内側に形成され前記第１チャンバ本体に面
    する環状溝を含み、前記溝に嵌合し前記第１チャンバ本
    体に接触する弾性導電部材をさらに含む請求項４６に記
    載のジョイント。
49. 【請求項４９】 前記弾性導電部材は、チューブ状金属
    体からなる請求項４８に記載のジョイント。
50. 【請求項５０】 前記チューブ状金属体は、スパイラル
    形に巻かれた金属帯からなる請求項４９に記載のジョイ
    ント。
51. 【請求項５１】 前記シールリング内に形成された流体
    冷却溝をさらに含む請求項４６に記載のジョイント。
52. 【請求項５２】 円錐形壁を有するチャンバ用のヒータ
    ーであって、 前記円錐形壁の大部分の周りに可撓性をもって装着可能
    な扇形の本体と、 前記本体に埋め込まれ前記扇形の面に沿って蛇行経路で
    配線されたワイヤーを持つ抵抗ヒーターと、 を備えるヒーター。
53. 【請求項５３】 前記本体は、前記抵抗ヒーターを挟む
    ２枚のシートを備える請求項５２に記載のヒーター。
54. 【請求項５４】 前記蛇行経路は、前記扇形の径線にほ
    ぼ平行な直線部分と、前記直線部分と前記扇形部分の弧
    線の間に配設されて前記直線部分を接続する屈曲部分と
    を含む請求項５２に記載のヒーター。
55. 【請求項５５】 基板処理位置に面する内面と、前記内
    面に対向する外面とを有し、中心垂直軸に対してほぼ対
    称な側壁を有するチャンバと、 前記外面に密に熱接触し、その配線パターンは、前記中
    心垂直軸に対してほぼ同じ傾斜角で配線された一連の長
    手方向セクションを有する蛇行経路をたどり、各長手方
    向セクションは、隣接する長手方向セクションと横方向
    スタブ接続部を介して上下の交互パターンで接続されて
    いる加熱体を有するサーマルヒーターと、 前記側壁の前記外面近傍で前記サーマルヒーターの外側
    の前記上下の横方向スタブ接続部の間に配設されてお
    り、前記真空処理チャンバの前記中心垂直軸の周りに、
    前記横方向スタブ接続部方向に略平行で前記加熱体の前
    記長手方向セクションに直角に配線されているワイヤー
    を有する誘導コイルと、 を備えるプラズマ真空処理チャンバ。
56. 【請求項５６】 前記側壁が円錐形である請求項５５に
    記載のプラズマ真空処理チャンバ。
57. 【請求項５７】 前記誘導コイルが円錐形である請求項
    ５６に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
58. 【請求項５８】 前記誘導コイルが円錐形である請求項
    ５５に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
59. 【請求項５９】 前記長手方向セクションが、前記中心
    垂直軸を含むそれぞれの平面のみに沿って延在する請求
    項５５に記載のプラズマ真空処理チャンバ。
60. 【請求項６０】 前記側壁が円筒形である請求項５５に
    記載のプラズマ真空処理チャンバ。
61. 【請求項６１】 前記真空処理チャンバの前記側壁がポ
    リシリコン材料製である請求項５５に記載のプラズマ真
    空処理チャンバ。
62. 【請求項６２】 前記真空処理チャンバの前記側壁がシ
    リコンカーバイド材料製である請求項５５に記載のプラ
    ズマ真空処理チャンバ。
63. 【請求項６３】 基板支持用ペデスタルと、 前記ペデスタルの上方に横たわる真空チャンバのルーフ
    と、 前記ルーフ上の第１のほぼ平担な領域内に配置された環
    状加熱体と、 前記ルーフ上の第２のほぼ平担な領域内に配置された誘
    導コイルと、 を備えるプラズマリアクタ。
64. 【請求項６４】 前記環状加熱体が、前記誘導コイルの
    半径方向外側に配設される請求項６３に記載のプラズマ
    リアクタ。
65. 【請求項６５】 前記誘導コイルの半径方向外側で前記
    ルーフ上に配設される内部を貫通する流体通路を有する
    略環状の冷却部材をさらに含む請求項６４に記載のプラ
    ズマリアクタ。
66. 【請求項６６】 シリコン含有材料で構成され、真空処
    理チャンバ内の基板処理位置に面する第１面と、前記第
    １面に対向する第２面とを有する真空処理チャンバの側
    壁を用意するステップと、 配線パターンの主方向が大部分が相互にほぼ平行に走る
    往復パターンであって、前記チャンバ内の基板処理位置
    からのプラズマから受ける熱エネルギー入力にほぼ等し
    い熱エネルギーを前記側壁へ供給するようなサイズに設
    定された加熱体を有する加熱部材を前記側壁の第２面側
    に熱接触させて配置するステップと、 前記チャンバ側壁と前記加熱部材とを囲む構成で、前記
    加熱体部分にほぼ垂直で相互にほぼ平行に走り、通電さ
    れると前記基板処理位置のガスを誘導してプラズマを形
    成するように配設置されたワイヤーを有する誘導コイル
    を用意するステップと、 前記側壁の一端に隣接して、前記側壁との接続は両者間
    に伝熱性と導電性を備えるよう設けられ、内部を流通す
    る熱伝達流体との間に熱エネルギー伝達が行われる冷却
    流体通路を有する冷却リングを用意するステップと、 前記冷却流体通路に連続的に熱伝達流体を流すステップ
    と、 前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマの存在と逆の関
    係で前記加熱体へ電力を供給して前記側壁の温度を維持
    するステップと、 を有するプラズマ真空処理チャンバの壁温制御方法。
67. 【請求項６７】前記温度維持ステップは、前記処理チャ
    ンバ内にプラズマが存在するとき前記加熱体に電力を供
    給せず、前記処理チャンバ内にプラズマが存在しないと
    き前記加熱体に電力を供給する請求項６６に記載の壁温
    制御方法。
68. 【請求項６８】 チャンバ側壁を提供するステップと、 前記側壁の周りに前記チャンバの中心軸の周りに直角に
    巻き付けられたワイヤーからなる誘導コイルを提供する
    ステップと、 前記コイルと前記側壁との間に、その大部分が前記チャ
    ンバの前記中心垂直軸にほぼ平行で前記コイル内の前記
    ワイヤーに直角に走る加熱体を提供するステップと、 を備える処理チャンバの側壁温度維持方法。
69. 【請求項６９】 内部にウエーハが配設される反応チャ
    ンバの円錐壁を介してエネルギを誘導結合するステップ
    と、 前記円錐壁に電圧を印加するステップと、 前記円錐壁の温度をモニターし、それに応答して前記壁
    の温度を所定範囲に維持するステップと、 前記反応チャンバ内へエッチングガスを供給するステッ
    プと、 を有するウエーハエッチング方法。
70. 【請求項７０】 前記エッチングガスはフルオロカーボ
    ンであり、前記ウエーハに対向して配置される炭素ある
    いは珪素を含む素材製の電極をさらに備える請求項６９
    に記載のエッチング方法。
71. 【請求項７１】 前記円錐壁は、ポリシリコン製または
    シリコンカーバイド製のいずれかである請求項７０に記
    載のエッチング方法。