JP2002506286A - 半導体処理システムにおける漏電遮断の防止 - Google Patents

半導体処理システムにおける漏電遮断の防止

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Abstract

(57)【要約】 基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデスタルを加熱するために設けられたペデスタル加熱システム。本発明のペデスタル加熱システムは、ヒータ電源、ヒータ電源に接続されたトランス、トランスに接続されたヒータエレメント、及びＲＦグランド電極を含んでいる。トランスは、電流漏れループを局所的に限定することによって、ヒータエレメントから基板処理システムの種々のエレメントへの漏れ電流を低減するよう構成されている。ヒータエレメント及びＲＦグランド電極は、ペデスタル内に配置されている。トランスとしては単純な分離トランスが望ましい。プラズマＣＶＤ処理システムのようなＲＦエネルギー源を用いる場合には、トランスとヒータエレメントとの間、あるいは一連の電源の他の点との間にＥＭＩフィルタを接続して、ＲＦエネルギーが基板処理システムの下位システムの別の場所、あるいは設備電源に接続されている他の敏感な電子回路へフィードすることを防ぐようにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔発明の背景〕 本発明は、基板処理システムに関する。より詳しくは、本発明は、このような
基板処理システムにおいて用いられる漏電遮断（ＧＦＩ：ground fault interru
ption）回路の不要なトリッピングの回避に関する。
【０００２】 漏電遮断回路は、今日の基板処理システムにおいては、重要な下位システム（
subsystem）である。ＧＦＩ回路は、基板処理システムのある下位システムに流 れ込む電流と、この下位システムから流れ出る電流の差を検出し、両者の差が所
定の閾値を越えた場合には、システムから電源を切り離す。このようなことは、
システム内の正常な回路から電流が漏れ、別の回路を経てグランドに流れる場合
に起こる。これは、装置以外でグランドにつながる回路を回避すべき、一般的な
漏電のなかの特殊な場合である。漏電は、多くの理由によって回避すべきである
が、その中には、電子回路（たとえば、処理システム制御回路）内のノイズやオ
ペレータの安全性（オペレータが抵抗との間の最も低抵抗の経路になる状況を回
避する）などの理由が含まれる。
【０００３】 デバイスの寸法がより小さくなり、集積密度が向上したことにより、従来はこ
の分野で重要とは考えられていなかった問題が懸念されている。その結果、いく
つかの要素については、しばしば、堆積される薄膜の種類やその薄膜の用途を説
明する処理パラメータを変更することが必要だった。すなわち、一定の応用では
、それらの応用において最善の特性を有する薄膜となるように、パラメータが変
更されるであろう。たとえば、薄膜が堆積する温度は、堆積する薄膜の品質に影
響を与える。ある種の応用では、薄膜の堆積に利用する反応が低い温度では起こ
りにくいために、相対的に高い温度が望ましいということがある。セラミックの
ペデスタルは金属などで作られたペデスタルよりも望ましいとされるが、その理
由は、セラミックのペデスタルの場合、これらの処理において使われる反応ガス
との間の反応を受けにくく、また、相対的に高い温度における不都合（たとえば
、溶融）が生じにくいからである。
【０００４】 不幸なことに、これらの処理のうちのいくつかでは、基板処理システムのＧＦ
Ｉ回路によって、不定期な運転停止が起こっていた。漏電の検出及びそれに対す
る適切な処置は、オペレータの安全性という理由を含むいくつかの理由によって
重要である。仮に、電気設備内の一部に漏電が存在すると、その設備に接触する
オペレータは、グランドへの相対的に低抵抗の経路となって感電してしまうとい
うリスク（リスクの大きさは漏れる電流の量によって変わるが）を負う。実際、
このようなシステムでは、漏れ電流の許容できるレベルを抑える種々の安全基準
が公表されている（たとえば、オペレータの安全性のために「＜３．５ｍＡ」と
する（U.S. National Electrical Code Section 250-21）及び設備保護のために
「＜３０ｍＡ」とする（Semiconductor Equipment and Materials Internationa
l (SEMI) Facilities Standards及びSafety Guideline SEMI S9-95））。
【０００５】 しかしながら、漏電による遮断は、最小限に抑えるべきである。基板処理の断
続的な、そして不定期な遮断は、種々の理由から望ましくない。第一に、現在処
理されている基板はこのような現象によって最も劣化し、他の基板（多段チャン
バーシステムにおいて）もまた劣化し、一又は二以上の処理チャンバーに反応ガ
スを流させなければならない場合もあるので、不定期な運転停止はシステムの効
率を大幅に低下させる。チャンバーについて一又は二以上のクリーニング工程が
必要となる可能性も高い。さらに、装置の処理ラインも同様に遮断される場合が
あり、ライン内の他の装置を再度初期化することが必要となる。このように余分
に工程や時間が必要となることは、遮断が不定期かつ完結的に起こることから、
特にエンドユーザーにとっては解決の難しい問題となる。このため、このような
システムにおける擬似的な漏電の問題への解決策が必要とされている。
【０００６】 〔発明の概要〕 本発明は、基板の処理において用いられる方法及び装置を提供する。より詳し
くは、本発明は、漏電に起因する基板処理装置における不定期かつ断続的な故障
の回避に関連する。
【０００７】 発明者らは、問題となる漏電は、基板が載せられるペデスタルの加熱に使われ
ているヒータエレメントの電源ラインからの（及び電源ライン間での）電流の漏
れ、およびヒータエレメントからの電流の漏れに起因することを見いだした。発
明者らは、また、プラズマを用いた基板処理システムでは、プラズマ生成に用い
られるＲＦエネルギーのいくらかが、フィードスルーとしてヒータエレメントの
駆動部及び設備の電源に流れることを見いだした。これは、結果的に、処理シス
テムの電子回路（及び設備の電源に接続された他のシステムの電子回路）に、回
路動作と干渉するような電磁干渉（ＥＭＩ）を生じさせ、場合によっては回路に
損傷を与える。発明者らは、観測される漏れ電流がペデスタルの体積抵抗の極端
な低下によって生じ、この低下は、ペデスタルが作られている材料の特性に起因
して、ペデスタルの温度が約５００℃を上回ったときに起こることを見いだした
。
【０００８】 本発明は、ＧＦＩ回路の不要なトリッピングを防ぐことによって、基板処理装
置において擬似的な漏電の発生の結果として生じる不定期かつ断続的な故障を回
避する。本発明は、加熱エレメントからこれを取り囲む異なる電位（たとえば、
グランド）の他の種々の部分への漏れを防ぐことによって、これを達成する。本
発明はさらに、ＲＦプラズマが用いられる場合には、そのフィードスルーも防止
する。
【０００９】 本発明の一つの側面によれば、基板処理システムの処理チャンバー内に配置さ
れたペデスタルを加熱する、ペデスタル加熱システムが与えられる。本発明のペ
デスタル加熱システムは、ヒータ電源、ヒータ電源に接続されたトランス（tran
sformer）、トランスに接続されたヒータエレメント、及びＲＦグランド電極を 含んでいる。トランス、望ましくはイソレーショントランス（isolation transf
ormer）は、電流漏れループをヒータエレメントの部分に局所的に限定させるこ とによって、ヒータエレメントとその電源ラインとの間、及び他の基板処理シス
テムの部品との間の漏れ電流を防ぐよう構成される。ヒータエレメント及びＲＦ
グランド電極は、ペデスタルの内部に配置される。トランスを使用することによ
って、ヒータエレメントから、処理チャンバーのチャンバー壁へ流れる漏れ電流
も低減する。プラズマＣＶＤ処理装置におけるようにＲＦエネルギー源が使用さ
れる場合は、ＲＦエネルギーの基板処理システムのサブシステムへの、あるいは
設備の電源に接続された他の敏感な電子回路へのフィードスルーを防止するため
に、トランスとヒータエレメントとの間、あるいはトランスと一連の電源の他の
点との間にＥＭＩフィルタを接続してもよい。
【００１０】 本発明の利点及び特徴だけでなく、これらの、そして他の具体例については、
下記の説明及び添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】 〔発明の詳細な説明〕 Ｉ．イントロダクション 発明者らは、ヒータエレメントからの（同様にヒータエレメントの電源ライン
からの）電流の漏れが、問題となる漏電を引き起こすことを見いだした。発明者
らは、また、プラズマを用いる基板処理システムでは、プラズマの生成に用いる
ＲＦエネルギーのいくらかが、ヒータエレメントの駆動部及び設備の電源へフィ
ードスルーすることを見いだした。そして、発明者らは、これらの漏れ電流が、
ペデスタルの温度が５００℃を越えて上昇したときに起こるペデスタルの体積抵
抗の極端な低下によって生じることを見いだした。この温度上昇は、基板処理の
一部としてヒータエレメントによってペデスタルを意図的に加熱するのに加え、
ある処理において用いられるプラズマによる加熱にも起因する。
【００１２】 このような因果連鎖が特定されたことによって、発明者らは、このような相対
的に高い処理温度を用いる基板処理システムにおけるこのような擬似的な漏電に
ついては、ヒータエレメントを処理システムの電源から分離することによって回
避できることを見いだした。発明者らは、また、プラズマ生成用のＲＦエネルギ
ーのうち、プラズマ生成に用いられずに設備の主電源へフィードスルーするもの
を、ＥＭＩフィルタを用いることによって低減し、もしくは排除することが可能
であることを見いだした。本発明によって利益を得ることができるペデスタルは
、従来からの設計のものを含んでいる。
【００１３】 II．典型的なＣＶＤシステム 本発明の特定の具体例は、種々の化学気相成長法（ＣＶＤ）又は他の種類の基
板処理システムで実際に使用することができる。本発明の利益を得ることができ
る一つの基板処理システムを図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａ及び図１Ｂは、Ｃ
ＶＤシステム１０の縦方向の断面図であり、これはチャンバー壁１５ａ及びチャ
ンバー蓋組立体１５ｂを含む真空チャンバーもしくは処理チャンバー１５を有し
ている。
【００１４】 ＣＶＤシステム１０は、処理チャンバー内中央に置かれた、抵抗で加熱される
ペデスタル１２上に載せられた基板（不図示）へ、プロセスガスを拡散するため
のガス分散マニホールド１１を含んでいる。ガス分散マニホールド１１とペデス
タル１２の間の空間を、ここでは堆積ゾーンと呼ぶ。この空間の一部についても
同様に呼ぶ。処理中には、基板（たとえば半導体基板）はペデスタル１２の平坦
な（あるいはわずかに凸状となっている）面１２ａ上に載置される。ペデスタル
１２の表面が、下部搬入・搬出位置（図１Ａに示されている）と、マニホールド
１１に近接する上部処理位置（図１Ａ（破線１４）及び図１Ｂに示してある）と
の間で、制御可能に移動できるようにすることが望ましい。ペデスタル１２は、
窒化アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC ）、炭化ホウ素（B4C）などのセラミックから作ることができる。中央ボード（ 不図示）には、基板の位置に関する情報を与えるセンサーが設けられている。堆
積物及び搬送ガスは、従来と同様の平坦で円形のガス分散フェースプレート１３
ａの穴を通してチャンバー１５へ流入する。より詳しくいうと、体積プロセスガ
スは、入り口となるマニホールド１１を通り、従来と同様の穴が設けられたブロ
ッカープレート４２を通り、そして、ガス分散フェースプレート１３ａを通って
、チャンバーへと流れる（図１Ｂに矢印４０で示す）。
【００１５】 堆積物及び搬送ガスは、マニホールドに達する前にガスの供給源７からガス供
給ライン８（図１Ｂ）を通ってガス混合システム９に流入し、ここで化合されて
マニホールド１１へ送られる。あるいは、ガス混合システム９を迂回して、堆積
物及び搬送ガスを直接供給ライン８からマニホールド１１へ導くことも可能であ
り、場合によってはその方が望ましい。その他の場合として、ガスライン８のど
れかをガス混合システム９を迂回させ、不図示の経路を通してこれらのガスを処
理チャンバー１５の底部に導入してもよい。
【００１６】 一般に、各プロセスガス用の供給ラインは、（ｉ）自動又は手動でチャンバー
へのプロセスガスの流れを遮断するのに用いられるいくつかの安全遮断バルブ（
不図示）、および（ii）供給ラインを通るガスの流れを測定する質流流量コント
ローラ（ＭＦＣ）（不図示）を含んでいる。処理に有毒ガスが使われるときは、
通常の構成では、いくつかの安全遮断バルブが各ガス供給ラインごとに設けられ
る。
【００１７】 ＣＶＤシステム１０内で行われる堆積処理は、熱処理でもプラズマ処理（plas
ma enhanced process）でもよい。プラズマ処理では、ＲＦ電源４４が、ガス分 散フェースプレート１３ａ及びペデスタル１２内のＲＦグランドグリッド１２ｄ
との間に電力を供給する。ＲＦエネルギーが与えられるとプロセスガスの混合物
が励起し、フェースプレート１３ａとペデスタル１２との間の円筒領域内にプラ
ズマが生成される。プラズマの成分が反応して、ペデスタル１２上に支持された
半導体基板の表面に所望の薄膜が堆積される。ＲＦ電源４４は、真空チャンバー
１５へ導入される反応種（reactive species）の分解をよくするために、一般的
である高いＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ（ＲＦ１）と低いＲＦ周波数３５０キロ
ヘルツ（ｋＨｚ）（ＲＦ２）の電力を供給する複合周波数ＲＦ電源とすることが
できる。もちろん、チャンバー１５に導入される反応種の分解をよくするために
、ＲＦ電源４４が、単一周波数の、もしくは周波数が複合されたＲＦ電力（ある
いは他の望ましい変形例）をマニホールド１１に供給するようにすることもでき
る。熱処理の場合は、ＲＦ電源４４は用いられず、プロセスガスの混合物は熱的
に反応して、所望の薄膜を、ペデスタル１２に支持された半導体基板の表面に堆
積する。ペデスタル１２は、抵抗によって加熱され、反応に必要な熱エネルギー
を与える。
【００１８】 ペデスタル１２は、熱による堆積処理の間加熱され、これによりＣＶＤシステ
ム１０は加熱される。前に述べたタイプのうちホットウォール（hot-wall）シス
テムの場合、プラズマが駆動されていない、すなわち熱体積処理を行う間に、高
温の液体をチャンバー１５の壁１５ａを通して循環させて、チャンバー壁１５ａ
を高温に保つことができる。チャンバー壁１５ａを加熱する液体には、典型的な
流体が含まれる（すなわち、水をベースとしたエチレングリコール、過フルオロ
カーボン（perfluorocarbon）をベースとした電子流体、あるいはオイルをベー スとした熱伝達流体など）。このような加熱は、望ましくない反応生成物の凝集
を減らし、あるいは防止し、さらに、冷たい真空通路の壁に凝集したりガスを流
さないときに処理チャンバー内へ戻ってしまうプロセスガスの揮発生成物や汚染
物の除去を改善するという利点がある。コールドウォール（cold-wall）システ ムの場合は、チャンバー壁１５ａは加熱しない。たとえば、プラズマ堆積処理を
行っている間は、このようにする。このような処理では、プラズマがチャンバー
１５を加熱して、併せて排出通路２３や遮断バルブ２４を囲んでいるチャンバー
壁１５ａを加熱する。しかしながら、プラズマは、チャンバーのすべての表面に
均等に接近するとは言えないので、前述のように、表面温度が場所によって変動
する場合がある。
【００１９】 反応生成物を含む、層として堆積しなかったガス混合物の残留物は、真空ポン
プ（不図示）によってチャンバーから排出される。詳しく述べると、ガスは、反
応領域を取り囲む環状の隙間１６を通って環状の排出プレナム（plenum）１７に
排出される。環状の隙間１６及びプレナム１７は、チャンバー壁１５ａ（上部の
誘電性の内壁１９を含む）及び環状のチャンバー蓋２０の底部との間に設けられ
た間隙として規定される。３６０度の回転対称性及び環状の隙間１６及びプレナ
ム１７が均一であるということが、プロセスガスを基板上に均一に流し、基板上
に薄膜を均一に堆積する上で重要である。ガスは、排出プレナム１７の横延長部
２１の下部を流れ、目視部（不図示）を通過し、下方に延びたガス通路２３を通
り、真空遮断バルブ２４（その本体はチャンバー壁１５ａの下部と一体となって
いる）を通過し、管（不図示）を介して外部の真空ポンプとつながっている排出
口２５に流れる。
【００２０】 基板を支持する皿状部材である抵抗で加熱されるペデスタル１２は、埋め込ま
れている単一ループのヒータエレメントによって加熱される。図１Ａには、ヒー
タエレメント１２ｃが示されている。ヒータエレメントへの配線は、ペデスタル
１２の軸部分を通っている。同じように熱電対（不図示）を、その信号線がペデ
スタル１２の軸部分を通るようにして、ペデスタル１２に埋め込むこともできる
。典型的には、チャンバーの内側、ガス流入マニホールドのフェースプレート、
その他の多くの処理チャンバーの金属部分の一部又は全部を、アルミニウム、陽
極処理したアルミニウム、その他のセラミック材料から作ることができる。この
ようなＣＶＤ装置の例が、ここにその記載をそのまま含んでいるＺｈａｏらに付
与され共通に譲渡された「ＣＶＤ処理チャンバー」と題する米国特許５，５５８
，７１７において説明されている。
【００２１】 基板が、ロボットブレード（a robot blade）（不図示）によって搬送され、 チャンバー１０の横に設けられた挿入・取り出し開口部２６から出し入れされる
と、リフト機構及びモーター３２（図１Ａ）は、ペデスタル１２及びその基板リ
フトピン１２ｂを上下動させる。モーター３２は、処理位置１４と下部基板搬入
位置との間で、ペデスタル１２を上下に動かす。モーター３２、種々のバルブ、
ガス搬送システムのＭＦＣ、その他のＣＶＤシステム１０の部品は、システムコ
ントローラ３４（図１Ｂ）によって、一部だけを示した制御線３６を介して制御
される。コントローラ３４は、これによって制御される適当なモーターによって
駆動されるスロットルバルブ及びペデスタルなどの移動可能な機械部分の位置を
決定するのに、光学センサからのフィードバックを利用している。
【００２２】 システムコントローラ３４は、ＣＶＤシステム１０のすべての動作を制御する
。システムコントローラ３４は、システム制御ソフトウェアを実行する。このソ
フトウェアはコンピュータプログラムであり、メモリ３８などのコンピュータ読
み取り可能な媒体に格納され、プロセッサ３７によって実行される。メモリ３８
は、ハードディスクドライブとするのが望ましいが、他の種類のメモリであって
もよい。コンピュータプログラムには、タイミング、ガスの混合、チャンバー圧
力、チャンバー温度、ＲＦ電力レベル、ペデスタルの位置、その他それぞれの処
理のパラメータを指示するための命令セットが含まれている。システムコントロ
ーラ３４を操作するために、フロッピーディスクその他の適当なドライブなどを
含む他のメモリに格納された上記以外のコンピュータプログラムを用いることも
できる。
【００２３】 薄膜を堆積させる処理（処理セット）は、システムコントローラ３４によって
実行されるコンピュータプログラム製品を用いて行われる。図１Ｃは、ある具体
例に基づいたシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム７０の階層的
な制御構造の例示的なブロックダイアグラムである。処理セットは、特定の処理
を実行するのに必要な予め決められた処理パラメータの組であり、予め決められ
ているセット番号によって特定される。処理選択サブルーチン７３は、（ｉ）希
望する処理チャンバー、および（ii）希望する処理を実行するための処理チャン
バーを動作させるのに必要な処理パラメータの組、を特定する。処理を監視する
ための信号は、システムコントローラのアナログ及びディジタル入力ボードによ
って与えられ、処理を制御するための信号は、ＣＶＤシステム１０のアナログ及
びディジタル出力ボード上に出力される。
【００２４】 処理シーケンサーサブルーチン７５は、処理選択サブルーチン７３から処理パ
ラメータの組を受け取るための、そして種々のプロセスチャンバーの動作を制御
するためのプログラムコードからなる。実行すべき処理チャンバー及び処理セッ
トの組み合わせが決定されると、処理シーケンササブルーチン７５は、特定の処
理セットのパラメータをチャンバーマネージャサブルーチン７７ａ−ｃへ渡すこ
とによって、処理セットの実行を開始する。チャンバーマネージャサブルーチン
７７ａ−ｃは、処理セットに基づいて、処理シーケンササブルーチン７５によっ
て処理チャンバー１５内における多重処理タスクを制御する。チャンバー部品サ
ブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８０、プロセスガス制御サブルー
チン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブルーチン８７、およびプ
ラズマ制御サブルーチン９０である。当該分野で通常の知識を有する者であれば
、処理チャンバー１５内で行われる処理に応じて他のチャンバー制御サブルーチ
ンを含めうることが認識される。
【００２５】 基板処理システムの種々の動作は、一つあるいは二つ以上の前述のサブルーチ
ンによって制御される。たとえば、ヒータ制御サブルーチン８７は、基板を加熱
するのに用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのプログラムコードを
含んでいる。ヒータ制御サブルーチン８７はまた、チャンバーマネージャサブル
ーチン７７ａによって呼び出され、ターゲット、すなわち設定点の温度パラメー
タを受け取る。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２内に位置する熱
電対（不図示）の出力電圧を測定することによって温度を測定し、測定温度を設
定点温度と比較し、そして、設定点温度が得られるまで加熱ユニットへの電流を
増減させる。温度は、測定された電圧値から、格納された変換テーブル内の対応
する温度を見ることによって、あるいは四元多項式を用いて温度を計算すること
によって得られる。ペデスタル１２を加熱するのに埋め込まれたループを使用す
るときは、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループに加える電流を徐々に増減す
る。さらに、処理の安全性に準拠していることを検出するために、内蔵のフェイ
ルセーフモードを含めることができ、処理チャンバー１５が正常に設計されてい
ない場合には、加熱ユニットの動作を停止させることができる。その他の例はプ
ラズマ制御サブルーチン９０である。これは、処理チャンバー１５内の処理電極
へ加えられる低周波あるいは高周波のＲＦ電力レベルを設定するためのコード、
及び用いられる低周波ＲＦ周波数を設定するためのコードからなる。プラズマ制
御サブルーチン９０は、また、本発明で使用されるマグネトロン及び他のマイク
ロ波源へ与えられる電力をオンとし、電力レベルを設定・調整するめたのプログ
ラムコードを含んでいる。プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバーマネー
ジャサブルーチン７７ａによって、チャンバー部品サブルーチンについての前の
説明と同様の仕方で呼び出される。他のサブルーチンは、ＣＶＤシステム１０の
その他の種々の動作を制御する。
【００２６】 上記の説明は、主として例示を目的としている。電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）プラズマＣＶＤシステム、誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤシステムな
どの他のＣＶＤ装置でも、本発明の漏電遮断防止システムを用いることができる
。さらに、エッチングシステム、イオン注入システムなどの基板処理システムで
も、本発明を利用することができる。上で説明したシステムの変形例、たとえば
ペデスタルの設計の変形例、ヒータ設計の変形例、ＲＦ電力の周波数、及びＲＦ
電力の接続部その他の変形例も可能である。すなわち、本発明が必ずしも特定の
装置とともに使用することに限定されるものではないことが認識されなければな
らない。
【００２７】 III．基板処理システムにおける漏電遮断 すでに述べたように、漏電の検出及びその適切な処置は、いくつかの理由によ
って重要である（たとえばオペレータの安全性）。しかしながら、ある基板処理
システムは、ＧＦＩ回路の擬似的なトリッピングを被ることが分かっている。発
明者らは、この問題となる漏電は、ペデスタルのヒータエレメントの電源ライン
からだけでなく、ヒータエレメントからの電流の漏れによって生じることを見い
だした。発明者らは、また、プラズマを用いている基板処理システムにおいて、
プラズマを生成するのに用いられるＲＦエネルギーのいくらかは、ヒータエレメ
ントドライバー及び設備の電源へのフィードスルーを生じることを見いだした。
発明者らはさらに、観測された漏れ電流は、ペデスタルの材質（たとえば、窒化
アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC）、 炭化ホウ素（B4C）などのセラミック）の体積抵抗における極端な低下によって 生じることを見いだした。この体積抵抗の著しい低下は、ペデスタルの温度が約
５００℃を越えて上昇するときに起こる。
【００２８】 図２は、基板処理システム２００及び発明者らによって見いだされた、擬似的
な漏電を引き起こす漏れ電流となるような主要な電流漏れ経路を例示している。
基板処理システム２００は、ＣＶＤシステム１０に例示されているような従来と
同様の設計のものでもよい。基板処理システム２００は、設備電源２０５から電
力供給を受ける。設備電源２０５は、基板処理システム２００の複数の下位シス
テムへの供給電力の一部として、交流電力をヒータドライバ２１０に供給する。
基板処理システム２００の他の下位システムには、制御電子回路、基板搬送機構
、及びその他の下位システムが含まれる。ヒータドライバ２１０は、ヒータライ
ン２１５及び２１６を介して交流電力をヒータエレメント１２ｃへ供給する。Ｃ
ＶＤシステム１０の説明で述べたように、ＲＦ電源４４は、ＲＦエネルギーをガ
ス分散フェースプレート１３ａ及びＲＦグランドグリッド１２ｄへ供給する。Ｒ
Ｆグランドグリッド１２ｄは、ＲＦグランドライン２２５によってグランドに接
続されている。しかしながら、ＲＦエネルギーをペデスタル内の電極へ供給する
システム、多重グリッド（接地されているかあるいは電源供給側か）を使用する
システム、及びその他の構成のシステムにおいても、発明者らが発見した現象が
起こりうるとうい点に注意すべきである。同様にチャンバー壁１５ａも接地され
ている。しかしながら、本発明は、ここで述べた漏れ電流が起こる任意のシステ
ムにおける擬似的な漏電遮断によって引き起こされる問題に注目している。ヒー
タエレメント１２ｃ及びＲＦグランドグリッド１２ｄは、図１Ａ、図１Ｂ及び図
２に示したように、ペデスタル１２内に配置されている。
【００２９】 電流ループトランス２５０は、ヒータドライバ２１０に流れ込む電流と流れ出
る電流の差を検出することによって、電流の漏れを検出するのに用いられる。電
流ループトランス２５０は、ＧＦＩ回路（ＧＦＩＣ）２６０に接続されている。
ＧＦＩＣ２６０は、基板処理システム２００へ供給される電力を制御することに
よって、漏電遮断に対する反応についての制御、および漏電遮断の処理を可能に
する。これは図２に、制御ライン２７０として示されている。制御ライン２７０
は、漏電が生じた場合に基板処理システムを停止させるために、これを通って漏
電遮断信号がヒータドライバ２１０（及び他のシステム制御回路）へ送られる。
【００３０】 前述のように、発明者らは、ヒータエレメント１２ｃ及びヒータライン２１５
、２１６から電流が漏れ、発明者らが観測した漏電を引き起こすことを見いだし
た。発明者らは、図２に示すような三つの主要な漏れ経路を発見した。この主要
な漏れ経路は、ヒータライン２１５と２１６の間の漏れ（漏れ経路２３０として
示す）、ヒータエレメント１２ｃとＲＦグランドグリッド１２ｄとの間の漏れ経
路（漏れ経路２３５として示す）、およびヒータエレメント１２ｃとチャンバー
壁１５ａとの間の漏れ（図２において漏れ経路２４０として示す）として特定さ
れた。他の漏れ経路ももちろん存在する可能性がある。たとえば、ペデスタル１
２に熱電対が埋め込まれている場合は、ヒータラインとヒータエレメントと熱電
対のグランド被覆の間で、漏れが生じる可能性がある。
【００３１】 これらの漏れ経路のうちで最も主たるものは、ヒータエレメント１２ｃとＲＦ
グランドグリッド１２ｄとの間の漏れ経路２３５である。発明者らは、このよう
な漏れ経路が、ペデスタル１２の構成材質の体積抵抗の極端な低下に起因して生
じることを明らかにした。この体積抵抗の低下は、表１の実験結果から明らかで
ある。
【表１】
【００３２】 表１に結果を示した測定は、５００Ｖ／ｍｍにおいて行われた。発明者らは、
このように、ペデスタル１２を製造するのに普通に用いられる材質、たとえば窒
化アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC） 、炭化ホウ素（B4C）その他の同様な材料は、表１にデータを示したように、約 ５００℃を越える温度で、急峻な低下を生じうることを発見した。
【００３３】 この体積抵抗の低下と、これに付随して起こる漏れ電流の増加は、図３におい
て見ることができる。図３は、絶縁抵抗、漏れ電流、電流変化出力と温度との関
係を示すグラフである。これを見て分かるように、ペデスタルのセラミック材料
の絶縁抵抗（図３においてＲＦグランドグリッド１２ｄとヒータライン２１５／
ヒータライン２１６／ヒータライン１２ｃとの間の抵抗もしくは「ＲＦ／ＰＯＷ
ＥＲ」と、またグラフではダイヤ型記号で示してある）は、５００℃と７００℃
の間で約二桁の低下が生じ、約７００℃では、非常に低くなる。一方、漏れ電流
（図３において単純に「ＬＥＡＫＡＧＥ」と、また、グラフでは三角形で示して
ある）は、同じ区間で約１０ｍＡから約１Ａへ、ちょうど絶縁抵抗における低下
によって暗示されるように、約二桁増加している。同じようにして、ヒータライ
ン２１５と２１６を監視している電流モニター装置で検出されたヒータエレメン
ト１２ｃに流れ込む電流と出てゆく電流の差（図３において電流変化出力（curr
ent transformer output）あるいは「ＣＴ」、およびグラフでは円で示してある
）も、漏れ電流に並行して、約二桁上昇している。図３のグラフが示すように、
このような変化には、温度が強い影響を与えている。
【００３４】 前に述べたように、体積抵抗がこのように低下すると、ＲＦ電源４４からのＲ
Ｆエネルギーが、プラズマ２２０及びヒータライン２１５、２１６を通って、ヒ
ータドライバ２１０、続いて設備電源２０５へフィードスルーされる。このＲＦ
エネルギーのフィードスルーは、前述のＥＭＩ及びこれに関連する設備電源２０
５によって電流が供給されている電子回路における干渉を引き起こす。
【００３５】 通常、前述の典型的なサブストレート処理システムなどのシステムにおけるト
リッピングする漏電回路の閾値は、約３０ｍＡである。擬似的な漏電という問題
に対する一つの解決法は、単純にこの閾値を高いレベル（たとえば１００ｍＡ）
に上げることである。しかしながら、このように漏電閾値が高くなると、本発明
が意図していないようなすべての電源からの大きな電流がオペレータに流れてし
まって、オペレータは感電という重大なリスクに直面し、前述のような不都合な
効果を生じる。したがって、このようなシステムでは、漏電遮断閾値を高くして
も、何ら保護がなされないままオペレータがされされる漏れ電流だけが増大する
ことになる。
【００３６】 より重要なことは、閾値のレベルを高くすることは、システムのＧＦＩ回路を
トリッピングさせることが可能な漏電の周波数を下げるだけである。このような
解決法では、擬似的な漏電に起因するシステム停止の可能性を排除することはで
きない。このようなシステム停止の有害な影響を考えると、上で議論したように
、問題となる漏電を排除する解決策が必要とされる。
【００３７】 IV．本発明による漏電遮断を防止する回路 図４は、本発明による漏電防止回路の全体を示した図である。図４のブロック
ダイアグラムは、図１Ａ−図１Ｃで述べたＣＶＤシステム１０の詳しい考察を参
照して説明される。この図及び他の図における各要素への参照は、それらの各要
素が導入された際に用いられた符号を用いて行う。したがって、処理の説明は、
ＣＶＤシステム１０などのＣＶＤ処理システムによって行う。ただし、このこと
は、本発明がこのようなシステムだけに限定されることを意味するものではない
。
【００３８】 図４は、基板処理システム２００（たとえばＣＶＤシステム１０）のような基
板処理システムにおいて起こりうる漏れ電流の問題を解決するために、発明者ら
によって想到された発明の一つの具体例を示している。ヒータドライバ２１０（
すなわちヒータエレメント１２ｃへの交流電源）と設備電源２０５のグランドと
の間で本質的にグランドループとなっていたものを除去するために、発明者らは
、ヒータエレメント１２ｃを、トランス を用いて分離した。望ましくは、ヒータエレメント１２ｃへ供給される電圧ある
いは電流が大きく変化することなくヒータエレメント１２ｃとヒータライン２１
５、２１６との間を分離するために、トランス４００として、１：１の巻数比を
有する分離トランスを用いる。このようにすると、トランス４００を通って漏れ
電流が流れることはないので、設備電源２０５とヒータエレメント１２ｃとの間
のグランドループは断たれる。
【００３９】 ＲＦエネルギーがトランス４００を通してＲＦ電源４４からフィードバックす
るのを防ぐために、トランス４００の出力とヒータライン２１５及び２１６との
間に電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ４１０が接続されている。ＥＭＩフィルタ４１
０の特性は、基板処理システム２００の構成、行われる処理、低減させたいＲＦ
フィードスルーの量その他のパラメータによって変わってくる。たとえば、３５
０ＭＨｚのＲＦ源を使うときは、３５０ＭＨｚでの挿入損失が３５ｄＢで、電流
の漏れが少なく、設備のグランドから電源ラインを分離できるコーコムモデル３
０ＥＳＫ６（Corcom model 30ESK6）などのフィルタを使うことができる。ＥＭ Ｉフィルタ４１０は、プラズマ処理が可能な基板処理システムにおいてのみ必要
とされる。漏れ電流に関してグランドループを防止しようとするときは、トラン
ス４００はＲＦ電源４４からの交流電力についてはほとんど効果がない。ＥＭＩ
フィルタ４１０をトランス４００とヒータエレメント１２ｃとの間に置くことに
よって、唯一残された回路は、ＲＦ電源４４とＲＦグランドライン２２５との間
の回路である。
【００４０】 トランス４００は、ヒータエレメント１２ｃと設備電源２０５との間に生じう
るグランドループを遮断するが、装置の保護という観点から、残されたヒータエ
レメント１２ｃからの電流漏れを測定することが望ましい。以前は、システムの
漏電遮断コントローラは、ヒータ回路における漏電を検出するために、ヒータド
ライバ２１０に流れ込む電流と流れ出る電流を監視していた。本発明では、図４
に示すように電流ループトランス４２０が用いられ、ヒータライン２１５と２１
６を監視することによって電流漏れを測定している（漏れ電流はもはや流れない
ので、ヒータドライバ２１０への電源ライン上では漏れは検出できないからであ
る）。電流ループトランス４２０は、ヒータライン２１５及び２１６を流れる電
流を監視できるＧＦＩ／電流モニタ４３０に接続されている。ＧＦＩ／電流モニ
タ４３０は、この情報を、表示又は漏電遮断コントロールあるいはその両方に用
いることができる。これは、コントロールライン４４０として図４に示してある
。これを通って、漏電遮断信号はヒータドライバ２１０（及び他のシステムコン
トロール回路）へ送られ、これにより、漏電が生じた場合には基板処理システム
が停止される。
【００４１】 上記の説明は、例示を意図したものであって、限定することを意図したもので
はない。この分野の通常の知識を有する者であれば、上記の説明を考慮すること
によって、異なる多くの具体例を考えることができる。例として、ペデスタル１
２の温度を、漏れ電流を許容できる程度に抑えるレベルに維持し、かつ、現在実
行されている処理によって規定される温度限界の範囲内に維持しながら、システ
ム制御ソフトウェア（より詳しくは、ヒータ制御サブルーチン８７）が、ヒータ
ドライバ２１０の出力を調整するために、ＧＦＩ／電流モニタ４３０から入力を
受け取るようにすることもできる。さらに、システム制御ソフトウェアを、ヒー
タ制御サブルーチン８７その他のモジュールを介して処理データを収集するのに
使用し、いつペデスタル１２の取り替え（漏れ電流の大きさに起因して）が必要
であるかを表示するのに用いることもできる。ここでは、本発明を、主として、
従来と同様の基板処理システムとの関連で例示してきたが、これらに限定される
ものではない。この分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の特許請求の
範囲内において、上で例示したものと等価な、あるいはこれとは異なる基板処理
システムにおいて、本発明が利用可能であることを認識することができる。した
がって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定されるべきではなく、添付
した特許請求の範囲を参照して、その特許請求の範囲が有効と認められる均等の
範囲に基づいて決定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明に基づいて使用される典型的な基板処理システムの具体例の
縦断面図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、本発明に基づいて使用される典型的な基板処理システムの具体例の
縦断面図である。
【図１Ｃ】 図１Ｃは、特定の具体例に基づいたシステム制御ソフトウェアの階層的な制御
構造の一例のブロックダイアグラムを示す図である。
【図２】 図２は、基板処理システムの簡略化したブロックダイアグラムで、このような
システムに存在しうるいくつかの漏れ電流を示している。
【図３】 図３は、温度に対する、基板処理システムのペデスタルの材質の絶縁体の抵抗
と、そこを流れる漏れ電流の関係を示したグラフである。
【図４】 図４は、本発明の特定の具体例に基づいた漏電防止回路の簡略化したブロック
ダイアグラムである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン ジェームズ ジム ロン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95132 サン ホセ マドリッド ドライ ヴ 3560 (72)発明者 ングイェン クオン シー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95133 サン ホセ ルビー ドライヴ 1944 (72)発明者 ングイェン ハンー ディー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95148 サン ホセ ラモンド コート 3231 Ｆターム(参考） 3K058 AA16 BA14 CA04 CA41 4K030 FA02 FA03 FA04 KA23 KA41 KA43 KA45 KA46 LA15 5F031 CA02 CA04 HA02 HA37 JA01 JA21 JA45 MA28 PA08 PA11 5F045 AA03 AA08 AA10 EF05 EH05 EH11 EH17 EK09 EM02 EM09 EM10 EN04

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデスタ
    ルを加熱するよう構成されたペデスタル加熱システムであって、 ヒータ電源と、 前記ヒータ電源に接続されたトランスと、 ペデスタル内に配置され、前記トランスに接続されたヒータエレメントとを有
    し、 前記トランスは、前記ヒータエレメントから前記処理チャンバーのチャンバー
    壁への漏れ電流を低減するよう構成されているペデスタル加熱システム。
  2. 【請求項２】 前記トランスは、巻数比が１対１に構成されている、請求項
    １の装置。
  3. 【請求項３】 前記装置は、さらに、 ＲＦエネルギー源と、 前記ＲＦエネルギー源に接続され、処理チャンバー内に配置されているＲＦ電
    極と、 ペデスタル内に配置されたＲＦグランド電極と、 前記トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続され、前記ＲＦエネルギー
    源からの前記トランスを通るＲＦエネルギーのフィードスルーを低減するよう構
    成されたフィルタと、 を有する請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 前記フィルタは、電磁干渉フィルタである請求項３の装置。
  5. 【請求項５】 前記フィルタは前記ヒータ電源と前記トランスとの間に接続
    されている請求項３の装置。
  6. 【請求項６】 前記装置は、さらに、前記ヒータ電源に接続された設備電源
    を有し、前記フィルタは前記設備電源と前記ヒータ電源との間に接続されている
    請求項３の装置。
  7. 【請求項７】 前記フィルタは、前記設備電源と複数のヒータ電源との間に
    接続され、前記各ヒータ電源は、複数の基板処理システムのうちの一つの中に配
    置されている請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 ペデスタルの材質は、セラミックである請求項１の装置。
  9. 【請求項９】 ペデスタルの材質は、９５％の窒化アルミニウムである請求
    項１の装置。
  10. 【請求項１０】 ペデスタルの材質は、９９．９％の窒化アルミニウムであ
    る請求項１の装置。
  11. 【請求項１１】 基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデス
    タルを加熱するよう構成されたペデスタル加熱システムであって、 ヒータ電源と、 前記ヒータ電源に接続されたトランスと、 ペデスタル内に配置され、前記トランスに接続されたヒータエレメントと、 ペデスタル内に配置されたＲＦグランド電極と、 を有し、 前記トランスは、前記ヒータエレメントから前記ＲＦグランド電極への漏れ電
    流を低減するよう構成されているペデスタル加熱システム。
  12. 【請求項１２】 前記トランスは、さらに、電流漏れループを前記ヒータエ
    レメントに局所的に限定するよう構成されている請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 前記トランスは、巻数比が１対１に構成されている、請求
    項１１の装置。
  14. 【請求項１４】 前記装置は、さらに、 ＲＦエネルギー源と、 前記ＲＦエネルギー源に接続され、処理チャンバー内に配置されているＲＦ電
    極と、 前記トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続され、前記ＲＦエネルギー
    源からの前記トランスを通るＲＦエネルギーのフィードスルーを低減するよう構
    成されたフィルタと、 を有する請求項１１の装置。
  15. 【請求項１５】 前記フィルタは、電磁干渉フィルタである請求項１４の装
    置。
  16. 【請求項１６】 前記フィルタは前記ヒータ電源と前記トランスとの間に接
    続されている請求項１４の装置。
  17. 【請求項１７】 前記装置は、さらに、前記ヒータ電源に接続された設備電
    源を有し、前記フィルタは前記設備電源と前記ヒータ電源との間に接続されてい
    る請求項１４の装置。
  18. 【請求項１８】 前記フィルタは、前記設備電源と複数のヒータ電源との間
    に接続され、前記各ヒータ電源は、複数の基板処理システムのうちの一つの中に
    配置されている請求項１７の装置。
  19. 【請求項１９】 ペデスタルの材質は、セラミックである請求項１１の装置
    。
  20. 【請求項２０】 処理チャンバー内にペデスタル及びＲＦ電極を有する基板
    処理システムにおける漏電遮断を防止する方法であって、 ペデスタルに配置された基板処理システムのヒータエレメントとヒータ電源と
    の間に分離トランスを接続することにより、前記ヒータエレメントを、前記ヒー
    タ電源から分離し、 前記ＲＦ電源が前記ＲＦ電極に接続された状態において、電磁フィルタを前記
    トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続することにより、ＲＦ電源を、前
    記ヒータ電源から分離する、 というステップを含んでいる方法。
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