JP2023097106A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、プラズマ処理装置に関する。 The present disclosure relates to plasma processing apparatuses.
特許文献1には、載置台の内部に流体を流す配管である調温部を有し、温度制御システムからの流体を当該調温部に流入させることで、静電チャックを冷却又は加熱する半導体処理装置が開示されている。温度制御システムは制御装置により制御されている。
本開示にかかる技術は、ステンレス配管を介してプラズマ処理チャンバからチラーユニットに伝播する電気的ノイズ成分を抑制する。 The technology according to the present disclosure suppresses electrical noise components propagating from the plasma processing chamber to the chiller unit via stainless steel piping.
本開示の一態様は、導電性ベースプレートを有するプラズマ処理チャンバであり、前記導電性ベースプレートは、第1の開口及び第2の開口を有し、グランド電位に結合される、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、冷媒流路を有する基板支持部と、前記基板支持部に結合され、DC信号を生成するように構成されるDC生成部と、前記基板支持部から前記第1の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路の入口に流体接続される第1の絶縁配管と、前記基板支持部から前記第2の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路の出口に流体接続される第2の絶縁配管と、前記プラズマ処理チャンバの外部に配置されるチラーユニットと、前記チラーユニットの出口と前記第1の絶縁配管とを流体接続する第1のステンレス配管と、前記チラーユニットの入口と前記第2の絶縁配管とを流体接続する第2のステンレス配管と、前記第1の絶縁配管と前記第1のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第1の導電性スペーサと、前記第2の絶縁配管と前記第2のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第2の導電性スペーサと、を備えるプラズマ処理装置。 One aspect of the present disclosure is a plasma processing chamber having a conductive baseplate, the conductive baseplate having a first opening and a second opening and coupled to a ground potential; a substrate support disposed within a plasma processing chamber and having a coolant flow path; a DC generator coupled to the substrate support and configured to generate a DC signal; a first insulating pipe extending through an opening to the lower surface of the conductive base plate and fluidly connected to an inlet of the coolant channel; a second insulating pipe extending to the lower surface of the refrigerant channel and fluidly connected to the outlet of the coolant channel; a chiller unit disposed outside the plasma processing chamber; and an outlet of the chiller unit and the first insulating pipe. a first stainless steel pipe that fluidly connects the piping, a second stainless steel pipe that fluidly connects the inlet of the chiller unit and the second insulating pipe, and the first insulating pipe and the first stainless steel pipe. A first conductive spacer having an aperture ratio of 30% to 80% and arranged across the cross section between and between the second insulating pipe and the second stainless steel pipe across the cross section a second conductive spacer disposed and having an aperture ratio of 30% to 80%.
本開示によれば、ステンレス配管を介してプラズマ処理チャンバからチラーユニットに伝播する電気的ノイズ成分を抑制できる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress electrical noise components that propagate from the plasma processing chamber to the chiller unit via the stainless steel pipe.
半導体デバイスの製造工程では、チャンバ中に供給された処理ガスを励起させてプラズマを生成することで、基板支持体に支持された半導体基板(以下、単に「基板」という。)に対して、エッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。 In the manufacturing process of semiconductor devices, a semiconductor substrate supported by a substrate support (hereinafter simply referred to as "substrate") is etched by exciting a processing gas supplied in a chamber to generate plasma. Various plasma treatments such as treatment, film formation, and diffusion are performed.
このプラズマ処理では、基板に対するプロセス特性の均一性を高めるため、処理対象の基板の温度分布を均一に制御することが求められる。プラズマ処理に際しての基板の温度分布は、例えば、基板支持体の内部に設けられた温調モジュールにより調整される。この温調モジュールは一例としてヒータや流路を含み、流路にはチラーユニットからの冷媒が循環される。 In this plasma processing, it is required to uniformly control the temperature distribution of the substrate to be processed in order to improve the uniformity of the process characteristics with respect to the substrate. The temperature distribution of the substrate during plasma processing is adjusted, for example, by a temperature control module provided inside the substrate support. This temperature control module includes, for example, a heater and a channel, and the coolant from the chiller unit is circulated in the channel.
ところで、このように基板支持体の内部に設けられた流路に冷媒を循環させるためのチラーユニットには、流路とチラーユニットとを接続する配管を介して、プラズマ処理に供される高出力電力(RF電力やDCパルス信号)が電気的なノイズ成分として侵入するおそれがある。このように高出力電力の侵入が発生した場合、チラーユニットが備える各種計測機器(例えば温度センサや流量センサ)が誤作動するおそれがある。そして、特許文献1に記載の半導体製造装置では、温度制御システムからの流体を載置台の内部に通流させることで静電チャックの冷却又は加熱を行っているが、このような温度制御システムに対するノイズ成分の侵入については考慮していない。
By the way, in the chiller unit for circulating the coolant in the channel provided inside the substrate support in this way, a high output power supplied to plasma processing is provided via a pipe connecting the channel and the chiller unit. Power (RF power or DC pulse signal) may enter as an electrical noise component. When high output power intrudes in this way, there is a risk that various measuring devices (for example, a temperature sensor and a flow rate sensor) provided in the chiller unit may malfunction. In the semiconductor manufacturing apparatus disclosed in
本開示にかかる技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ステンレス配管を介してプラズマ処理チャンバからチラーユニットに伝播する電気的ノイズ成分を抑制する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 The technology according to the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and suppresses electrical noise components that propagate from the plasma processing chamber to the chiller unit via stainless steel pipes. The configuration of the plasma processing apparatus according to this embodiment will be described below with reference to the drawings. In this specification, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
<プラズマ処理システム> <Plasma processing system>
一実施形態において、プラズマ処理システムは、図1に示すようにプラズマ処理装置1及び制御部2を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置1は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、基板支持部11及びプラズマ生成部12を含む。プラズマ処理チャンバ10は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ10は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも1つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも1つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部30に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム50に接続される。基板支持部11は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
In one embodiment, the plasma processing system includes a
プラズマ生成部12は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ(CCP;Capacitively Coupled Plasma)、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)、ECRプラズマ(Electron-Cyclotron-resonance plasma)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)、又は、表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)等であってもよい。また、AC(Alternating Current)プラズマ生成部及びDC(Direct Current)プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ACプラズマ生成部で用いられるAC信号(AC電力)は、100kHz~10GHzの範囲内の周波数を有する。従って、AC信号は、RF(Radio Frequency)信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、RF信号は、100kHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。
The
制御部2は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部2は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部2の一部又は全てがプラズマ処理装置1に含まれてもよい。制御部2は、処理部2a1、記憶部2a2及び通信インターフェース2a3を含んでもよい。制御部2は、例えばコンピュータ2aにより実現される。処理部2a1は、記憶部2a2からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部2a2に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部2a2に格納され、処理部2a1によって記憶部2a2から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ2aに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース2a3に接続されている通信回線であってもよい。処理部2a1は、CPU(Central Processing Unit)であってもよい。記憶部2a2は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース2a3は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介してプラズマ処理装置1との間で通信してもよい。また、上記記憶媒体は、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。
Controller 2 processes computer-executable instructions that cause
<プラズマ処理装置>
次に、プラズマ処理装置1の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図2は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
<Plasma processing device>
Next, a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus as an example of the
容量結合型のプラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、温度制御部20、ガス供給部30、電源40及び排気システム50を含む。また、プラズマ処理装置1は、基板支持部11及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ10内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド13を含む。また、プラズマ処理チャンバ10は、当該プラズマ処理チャンバ10の底部の少なくとも一部を構成する導電性ベースプレート14を含む。基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10内において、導電性ベースプレート14の上方に配置される。シャワーヘッド13は、基板支持部11の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド13は、プラズマ処理チャンバ10の天部(ceiling)の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ10は、シャワーヘッド13、プラズマ処理チャンバ10の側壁10a及び基板支持部11により規定されたプラズマ処理空間10sを有する。プラズマ処理チャンバ10は接地される。シャワーヘッド13及び基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10の筐体とは電気的に絶縁される。
A capacitively coupled
基板支持部11は、本体部110及びリングアセンブリ120を含む。本体部110は、基板Wを支持するための中央領域110aと、リングアセンブリ120を支持するための環状領域110bとを有する。ウェハは基板Wの一例である。本体部110の環状領域110bは、平面視で本体部110の中央領域110aを囲んでいる。基板Wは、本体部110の中央領域110a上に配置され、リングアセンブリ120は、本体部110の中央領域110a上の基板Wを囲むように本体部110の環状領域110b上に配置される。従って、中央領域110aは、基板Wを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域110bは、リングアセンブリ120を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
The
また、一実施形態において本体部110は、導電性基台111、静電チャック112及び絶縁支持部113を含む。
In one embodiment, the body part 110 also includes a conductive base 111 , an
導電性基台111は、導電性部材を含む。導電性基台111の導電性部材は下部電極として機能し得る。導電性基台111は、絶縁支持部113を介して導電性ベースプレート14の上方に配置される。換言すれば、導電性ベースプレート14上には絶縁支持部113が配置され、導電性基台111は絶縁支持部113の上方に配置される。絶縁支持部113は、少なくとも1つのセラミック部材を含む。
Conductive base 111 includes a conductive member. The conductive member of the conductive base 111 can function as a lower electrode. A conductive base 111 is arranged above the
静電チャック112は、導電性基台111の上に配置される。静電チャック112は、セラミック部材112aと、セラミック部材112a内に配置される静電電極112bとを含む。セラミック部材112aは、中央領域110aを有する。一実施形態において、セラミック部材112aは、環状領域110bも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック112を囲む他の部材が環状領域110bを有してもよい。この場合、リングアセンブリ120は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック112と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するRF電源41及び/又はDC電源42に結合される少なくとも1つのRF/DC電極がセラミック部材112a内に配置されてもよい。この場合、少なくとも1つのRF/DC電極が下部電極として機能する。後述するバイアスRF信号及び/又はDC信号が少なくとも1つのRF/DC電極に供給される場合、RF/DC電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、導電性基台111の導電性部材と少なくとも1つのRF/DC電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極112bが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部11は、少なくとも1つの下部電極を含む。
The
リングアセンブリ120は、1又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、1又は複数の環状部材は、1又は複数のエッジリングと少なくとも1つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、導電性基台111内には、冷媒流路130が形成されている。冷媒流路130は、静電チャック112、リングアセンブリ120及び基板Wのうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールとして機能を有する。冷媒流路130には、後述の温度制御部20との間で冷媒(伝熱流体)が循環供給される。
A
冷媒流路130は、第1の絶縁配管131及び第2の絶縁配管132と接続される。第1の絶縁配管131及び第2の絶縁配管132は、一例においてAl2O3で形成され得る。
一実施形態において、第1の絶縁配管131は、冷媒流路130の入口側から導電性ベースプレート14に形成された第1の開口14aを介して導電性ベースプレート14の下面まで延在し、当該導電性ベースプレート14と電気的に接触する。第2の絶縁配管132は、冷媒流路130の出口側から導電性ベースプレート14に形成された第2の開口14bを介して導電性ベースプレート14の下面まで延在し、当該導電性ベースプレート14と電気的に接触する。温度制御部20からの冷媒は、第1の絶縁配管131、冷媒流路130及び第2の絶縁配管132をこの順に通流して基板支持部11の内部を循環する。そして基板支持部11では、少なくとも冷媒流路130で冷媒の熱交換が行われることで、静電チャック112、リングアセンブリ120及び基板Wのうち少なくとも1つの温度を調整する。
The
In one embodiment, the first insulating
なお、基板支持部11は、静電チャック112、リングアセンブリ120及び基板Wのうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される他の温調モジュールを含んでもよい。他の温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。一実施形態において、1又は複数のヒータが静電チャック112のセラミック部材112a内に配置される。また、基板支持部11は、基板Wの裏面と中央領域110aとの間の間隙、又はリングアセンブリ120の裏面と環状領域110bとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
Note that the
シャワーヘッド13は、ガス供給部30からの少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10s内に導入するように構成される。シャワーヘッド13は、少なくとも1つのガス供給口13a、少なくとも1つのガス拡散室13b、及び複数のガス導入口13cを有する。ガス供給口13aに供給された処理ガスは、ガス拡散室13bを通過して複数のガス導入口13cからプラズマ処理空間10s内に導入される。また、シャワーヘッド13は、少なくとも1つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド13に加えて、側壁10aに形成された1又は複数の開口部に取り付けられる1又は複数のサイドガス注入部(SGI:Side Gas Injector)を含んでもよい。
The
温度制御部20は、少なくとも1つのチラーユニット21、第1のチラー配管22及び第2のチラー配管23を含む。チラーユニット21は、少なくとも1つの温度制御器21a、少なくとも1つの流量制御器21b及び少なくとも1つのセンサ群21cを含んでもよい。各温度制御器21aは、例えば冷媒流路130との間で循環する冷媒の温度制御を行うためのタンクや熱交換器を含んでもよい。各流量制御器21bは、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。各センサ群21cは、例えば温度センサ、圧力センサ又は流量センサ等を含み得る。一実施形態においてチラーユニット21は、図2に示したようにプラズマ処理チャンバ10の外部に配置される。
The
第1のチラー配管22は、チラーユニット21の出口と導電性ベースプレート14の下面に形成された第1の開口14aとを接続する。換言すれば、第1のチラー配管22はチラーユニット21の出口と冷媒流路130の入口側に接続された第1の絶縁配管131とを接続する。一実施形態において、第1のチラー配管22は導電性ベースプレート14と電気的に接触する。一実施形態において、第1のチラー配管22はステンレス材料で形成され得る。すなわち第1のチラー配管22は、本開示の技術に係る「第1のステンレス配管」を構成し得る。
第2のチラー配管23は、チラーユニット21の入口と導電性ベースプレート14の下面に形成された第2の開口14bとを接続する。換言すれば、第2のチラー配管23はチラーユニット21の入口と冷媒流路130の出口側に接続された第2の絶縁配管132とを接続する。一実施形態において、第2のチラー配管23は導電性ベースプレート14と電気的に接触する。一実施形態において、第2のチラー配管23はステンレス材料で形成され得る。すなわち第2のチラー配管23は、本開示の技術に係る「第2のステンレス配管」を構成し得る。
そして、温度制御部20は、チラーユニット21で温度が調整された冷媒を、第1のチラー配管22、第1の絶縁配管131、冷媒流路130、第2の絶縁配管132及び第2のチラー配管23をこの順に通流させて静電チャック112、リングアセンブリ120及び基板Wのうち少なくとも1つの温度を調整する。
A
A
Then, the
また、第1のチラー配管22と第1の絶縁配管131との間には、図3に示すように、第1の導電性スペーサ24が配置されている。第1の導電性スペーサ24は、一例において1.5mm以上5mm以下の厚み、好ましくは2.0mm以上5mm以下の厚みを有する。
また図4に示すように、第1の導電性スペーサ24には、当該第1の導電性スペーサ24を厚み方向(縦方向)に貫通する1又は複数の貫通孔24aが形成されている。一例において、貫通孔24aは、その各々の径がφ3mm未満の大きさで形成されることが望ましい。また、第1の導電性スペーサ24に形成される貫通孔24aは、一例において平面視で80%以下、好ましくは30%以上80%以下の開口率を有することが望ましい。
これにより第1の導電性スペーサ24は、第1のチラー配管22から第1の絶縁配管131に対してチラーユニット21からの冷媒を、貫通孔24aを介して通流させる一方で、プラズマ処理チャンバ10から第1のチラー配管22への高出力電力(RF電力やDCパルス信号)の伝達(侵入)を阻止、ないし減衰させる。
なお、本開示に係る技術において後述の電源40から出力される「高出力」の電力とは、一例として、DCパルス信号で9.5kV以上、好ましくは7kV以上の出力を言い、RF信号で8.5kW以上、好ましくは7kW以上の出力を言うものとする。
A first
Further, as shown in FIG. 4, the first
As a result, the first
In the technology according to the present disclosure, the “high output” power output from the
なお、上記第1の導電性スペーサ24の構成は一例であって、プラズマ処理チャンバ10側から第1のチラー配管22への電気的ノイズ成分の侵入を阻止、ないし減衰できれば、第1の導電性スペーサ24の構成はこれに限定されない。
例えば、第1の導電性スペーサ24の厚みは、少なくともプラズマ処理に供される高出力電力の波長よりも大きな厚みを備えていることが望ましい。また貫通孔24aは、少なくともプラズマ処理に供される高出力電力の波長よりも小さいことが望ましい。
また、第1の導電性スペーサ24に形成される貫通孔24aの孔形状もパンチング孔には限られず、任意の形状であってもよい。例えば、第1の導電性スペーサ24は、図4に示すようにメッシュ部分を有し、当該メッシュ部分の矩形形状孔が貫通孔24aを構成していてもよい。この場合、各々のメッシュ部分の対角長(図4の長さL)が、3mm未満であることが望ましい。またこの場合、第1の導電性スペーサ24に形成されるメッシュ部分は、一例において平面視で60%以下、好ましくは30%以上60%以下の開口率を有することが望ましい。
Note that the configuration of the first
For example, the thickness of the first
Further, the hole shape of the through
また、第2のチラー配管23と第2の絶縁配管132との間には、第2の導電性スペーサ25が配置されている。一実施形態において、第2の導電性スペーサ25は、図3及び図4に示したように第1の導電性スペーサ24と同様の構成を備え得る。すなわち第2の導電性スペーサ25は、プラズマ処理チャンバ10側から第1のチラー配管22へのノイズ成分の侵入を阻止、ないし減衰できれば任意の構成を備え得る。
A second
なお、図2及び図3に示した例においてはプラズマ処理チャンバ10(導電性ベースプレート14)、第1及び第2のチラー配管22、23及び第1及び第2の導電性スペーサ24、25をそれぞれ独立して構成した。
しかしながら第1及び第2の導電性スペーサ24、25の構成はこれに限定されず、例えば図5に示すように、第1及び第2の導電性スペーサ24、25は、それぞれ導電性ベースプレート14と一体に構成されてもよい。
または、図示は省略するが、第1及び第2の導電性スペーサ24、25は、第1及び第2のチラー配管22、23とそれぞれ一体に構成されてもよい。
2 and 3, plasma processing chamber 10 (conductive base plate 14), first and
However, the configuration of the first and second
Alternatively, although not shown, the first and second
図2の説明に戻る。
ガス供給部30は、少なくとも1つのガスソース31及び少なくとも1つの流量制御器32を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部30は、少なくとも1つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース31からそれぞれに対応の流量制御器32を介してシャワーヘッド13に供給するように構成される。各流量制御器32は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部30は、少なくとも1つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも1つの流量変調デバイスを含んでもよい。
Returning to the description of FIG.
電源40は、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ10に結合されるRF電源41を含む。RF電源41は、少なくとも1つのRF信号(RF電力)を少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間10sに供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、RF電源41は、プラズマ生成部12の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスRF信号を少なくとも1つの下部電極に供給することにより、基板Wにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Wに引き込むことができる。
一実施形態において、RF電源41は、第1のRF生成部41a及び第2のRF生成部41bを含む。第1のRF生成部41aは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースRF信号(ソースRF電力)を生成するように構成される。一実施形態において、ソースRF信号は、10MHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第1のRF生成部41aは、異なる周波数を有する複数のソースRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のソースRF信号は、少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給される。
In one embodiment, the
第2のRF生成部41bは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極に結合され、バイアスRF信号(バイアスRF電力)を生成するように構成される。バイアスRF信号の周波数は、ソースRF信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスRF信号は、ソースRF信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスRF信号は、100kHz~60MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第2のRF生成部41bは、異なる周波数を有する複数のバイアスRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のバイアスRF信号は、少なくとも1つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースRF信号及びバイアスRF信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。
A
また、電源40は、プラズマ処理チャンバ10に結合されるDC電源42を含んでもよい。DC電源42は、第1のDC生成部42a及び第2のDC生成部42bを含む。一実施形態において、第1のDC生成部42aは、少なくとも1つの下部電極に接続され、第1のDC信号を生成するように構成される。生成された第1のDC信号は、少なくとも1つの下部電極に印加される。一実施形態において、第2のDC生成部42bは、少なくとも1つの上部電極に接続され、第2のDC信号を生成するように構成される。生成された第2のDC信号は、少なくとも1つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第1及び第2のDC信号がパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、DC信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第1のDC生成部42aと少なくとも1つの下部電極との間に接続される。従って、第1のDC生成部42a及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第2のDC生成部42b及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも1つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、1周期内に1又は複数の正極性電圧パルスと1又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第1及び第2のDC生成部42a,42bは、RF電源41に加えて設けられてもよく、第1のDC生成部42aが第2のRF生成部41bに代えて設けられてもよい。
In various embodiments, the first and second DC signals may be pulsed. In this case, a sequence of voltage pulses is applied to at least one bottom electrode and/or at least one top electrode. The voltage pulses may have rectangular, trapezoidal, triangular, or combinations thereof pulse waveforms. In one embodiment, a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from a DC signal is connected between the
排気システム50は、例えばプラズマ処理チャンバ10の底部に設けられたガス排出口10eに接続され得る。排気システム50は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間10sの内部圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
The
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。 While various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and modifications may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. Also, elements from different embodiments can be combined to form other embodiments.
<プラズマ処理装置による基板の処理方法>
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置1における基板Wの処理方法の一例について説明する。なお、プラズマ処理装置1においては、基板Wに対して、エッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。
<Substrate processing method by plasma processing apparatus>
Next, an example of a method for processing the substrate W in the
先ず、プラズマ処理チャンバ10の内部に基板Wが搬入され、基板支持部11の静電チャック112上に基板Wが載置される。次に、静電チャック112の静電電極112bに電圧が印加され、これにより、静電力によって基板Wが静電チャック112に吸着保持される。
First, the substrate W is loaded into the
静電チャック112に基板Wが吸着保持されると、次に、プラズマ処理チャンバ10の内部が所定の真空度まで減圧される。次に、ガス供給部30からシャワーヘッド13を介してプラズマ処理空間10sに処理ガスが供給される。また、電源40からプラズマ生成用の電力が下部電極に供給され、これにより、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、電源40からバイアス用の電力が供給されてもよい。そして、プラズマ処理空間10sにおいて、生成されたプラズマの作用によって、基板Wにプラズマ処理が施される。
After the substrate W is adsorbed and held by the
基板Wに所望のプラズマ処理結果が得られると、プラズマ処理装置1におけるプラズマ処理を終了する。プラズマ処理を終了する際には、電源40からのプラズマ生成用の電力の供給及びガス供給部30からの処理ガスの供給が停止される。プラズマ処理中にバイアス用の電力を供給していた場合には、当該バイアス用の電力の供給も停止される。
When the desired plasma processing result is obtained for the substrate W, the plasma processing in the
次いで、静電チャック112による基板Wの吸着保持が停止され、プラズマ処理後の基板W、及び静電チャック112の除電が行われる。その後、基板Wを静電チャック112から脱着し、プラズマ処理装置1から基板Wを搬出する。こうして一連のプラズマ処理が終了する。
Next, the adsorption and holding of the substrate W by the
<効果等>
ここで、上述したように、絶縁配管(第1及び第2の絶縁配管131、132)とチラー配管(第1及び第2のチラー配管22、23)との間にスペーサ(第1及び第2の導電性スペーサ24、25)がそれぞれ配置されていない従来のプラズマ処理システムでは、プラズマ処理に際して電源40から出力される高出力電力(RF信号やDC信号)が、チラー配管を介してチラーユニットに電気的なノイズ成分として伝達するおそれがあった。このようにチラーユニットに高周波電力がノイズ成分として侵入した場合、図6に示すように、電源40から出力される高出力電力と連動してセンサ群21cによる測定結果(例えば温度、圧力や流量の測定結果)がハンチングし、その結果、基板Wに所望の処理結果を得られなくなるおそれがある。
<Effects, etc.>
Here, as described above, spacers (first and second In the conventional plasma processing system in which the
この点、本実施形態に係るプラズマ処理装置1によれば、図2に示したように、第1の絶縁配管131及び第2の絶縁配管132(プラズマ処理チャンバ10)と第1及び第2のチラー配管22、23の間に、第1及び第2の導電性スペーサ24、25をそれぞれ配置する。また第1及び第2の導電性スペーサ24、25には、所望の形状、大きさ、及び、好ましくは30%以上80%以下の開口率で貫通孔24a、25aが形成されている。
プラズマ処理チャンバ10からの高出力電圧は、一例としてチラー配管の内周面を伝達してチラーユニット21へと到達するが、上記実施形態で示したように冷媒の通流経路である第1の絶縁配管131及び第2の絶縁配管132と第1及び第2のチラー配管22、23の間に第1及び第2の導電性スペーサ24、25を配置することで、適切にチラー配管を介したノイズ成分の伝達を抑制できる。
なお、チラー配管への侵入が抑制された高出力電力のノイズ成分は、一例として接地されたプラズマ処理チャンバ10からグランドへと逃がされる。
In this respect, according to the
As an example, the high output voltage from the
It should be noted that the noise component of the high output power whose intrusion into the chiller piping is suppressed is released to the ground from the grounded
図7は、第1及び第2の導電性スペーサ24、25が配置された上記実施形態に係るプラズマ処理装置1における、電源40から出力される高出力電力とセンサ群21cによる測定結果の経時変化を示すグラフである。図6と比較してわかるように、本実施形態に係るプラズマ処理装置1では、電源40から出力される高出力電力に起因するセンサ群21cの測定結果のハンチングを抑制できた。具体的には、図6に示した従来のプラズマ処理装置での高周波電力のノイズ成分によるセンサ群21cの測定結果の歪み(磁歪波形歪)が40%程度であったのに対し、図7に示した本願に係るプラズマ処理装置1での磁歪波形歪は10%未満であった。
このように、上記実施形態に係るプラズマ処理装置1においては、第1の絶縁配管131及び第2の絶縁配管132(プラズマ処理チャンバ10)と第1及び第2のチラー配管22、23の間に第1及び第2の導電性スペーサ24、25を配置することで、電源40から高出力の電力を供給する場合であっても、適切にチラーユニット21に対するノイズ成分の侵入を抑制できた。
FIG. 7 shows temporal changes in the high output power output from the
Thus, in the
なお、従来のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理に際してのプラズマ処理チャンバからチラーユニットへの熱伝達を抑制するため、図8に示すように、導電性ベースプレート140(導電性配管210)とチラー配管220との間にインシュレータInが配置される場合がある。インシュレータInは、一例としてレジンで形成される。しかしながら、このようにインシュレータInが配置されていた場合、電源から出力された高出力電力(RF信号やDC信号)は、チラー配管220の外側空間に漏れ出てチラーユニットへと到達する場合があった(放射ノイズ)。
In the conventional plasma processing apparatus, in order to suppress heat transfer from the plasma processing chamber to the chiller unit during plasma processing, as shown in FIG. In some cases, an insulator In is arranged between the . The insulator In is made of resin, for example. However, when the insulator In is arranged in this way, the high output power (RF signal or DC signal) output from the power supply may leak to the outer space of the
この点、上記実施形態に係るプラズマ処理装置1においては、インシュレータを配置することなく、導電性ベースプレート14と第1及び第2のチラー配管22、23を電気的に接触させる。換言すれば、従来、導電性ベースプレート14と第1及び第2のチラー配管22、23の間に配置されていたインシュレータInを金属材料により構成している。
これにより、電源40から出力された高出力電力を、従来のインシュレータInの設置部分において漏出させることなく(放射ノイズを発生させることなく)、更に適切にグランドへと逃がすことができる。
In this regard, in the
As a result, the high output power output from the
また、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、上記実施形態のように熱伝達を抑制するためのインシュレータInを省略し、導電性スペーサで導電性ベースプレート140とチラー配管を接続した場合であっても、チラーユニットに対する熱影響を適切に抑制できることがわかった。かかる観点からも、導電性ベースプレート140(第1及び第2の絶縁配管131、132)と第1及び第2のチラー配管22、23との間には、導電性のスペーサが設けられることが望ましい。
In addition, as a result of extensive studies by the present inventors, it was found that the insulator In for suppressing heat transfer was omitted as in the above embodiment, and the
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
1 プラズマ処理装置
10 プラズマ処理チャンバ
11 基板支持部
14 導電性ベースプレート
21 チラーユニット
22 第1のチラー配管
23 第2のチラー配管
24 第1の導電性スペーサ
24a 貫通孔
25 第2の導電性スペーサ
25a 貫通孔
42 DC電源
130 冷媒流路
131 第1の絶縁配管
132 第2の絶縁配管
Claims (14)
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、冷媒流路を有する基板支持部と、
前記基板支持部に結合され、DC信号を生成するように構成されるDC生成部と、
前記基板支持部から前記第1の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路の入口に流体接続される第1の絶縁配管と、
前記基板支持部から前記第2の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路の出口に流体接続される第2の絶縁配管と、
前記プラズマ処理チャンバの外部に配置されるチラーユニットと、
前記チラーユニットの出口と前記第1の絶縁配管とを流体接続する第1のステンレス配管と、
前記チラーユニットの入口と前記第2の絶縁配管とを流体接続する第2のステンレス配管と、
前記第1の絶縁配管と前記第1のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第1の導電性スペーサと、
前記第2の絶縁配管と前記第2のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第2の導電性スペーサと、を備えるプラズマ処理装置。 A plasma processing chamber having a conductive baseplate, the conductive baseplate having a first opening and a second opening and coupled to a ground potential;
a substrate support disposed within the plasma processing chamber and having a coolant channel;
a DC generator coupled to the substrate support and configured to generate a DC signal;
a first insulating pipe extending from the substrate supporting portion to the lower surface of the conductive base plate through the first opening and fluidly connected to an inlet of the coolant channel;
a second insulating pipe extending from the substrate supporting portion to the lower surface of the conductive base plate through the second opening and fluidly connected to an outlet of the coolant channel;
a chiller unit located outside the plasma processing chamber;
a first stainless steel pipe that fluidly connects the outlet of the chiller unit and the first insulating pipe;
a second stainless steel pipe that fluidly connects the inlet of the chiller unit and the second insulating pipe;
a first conductive spacer disposed across the cross section between the first insulating pipe and the first stainless steel pipe and having an aperture ratio of 30% to 80%;
a second conductive spacer disposed across the cross section between the second insulating pipe and the second stainless pipe and having an aperture ratio of 30% to 80%.
前記冷媒流路を有する導電性基台と、
前記導電性基台の上に配置される静電チャックと、を含む、
請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。 The substrate support part
a conductive base having the coolant channel;
an electrostatic chuck positioned on the conductive base;
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
前記静電チャック内において、前記静電電極の下方に配置されるバイアス電極と、を更に備え、
前記DC生成部は、前記バイアス電極に結合される、請求項3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 an electrostatic electrode disposed within the electrostatic chuck;
a bias electrode disposed below the electrostatic electrode within the electrostatic chuck;
4. The plasma processing apparatus of claim 3, wherein said DC generator is coupled to said bias electrode.
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、冷媒流路を有する基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、RF信号を生成するように構成されるRF生成部と、
前記基板支持部から前記第1の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路の入口に流体接続される第1の絶縁配管と、
前記基板支持部から前記第2の開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、、前記冷媒流路の出口に流体接続される第2の絶縁配管と、
前記プラズマ処理チャンバの外部に配置されるチラーユニットと、前記チラーユニットの出口と前記第1の絶縁配管とを流体接続する第1のステンレス配管と、
前記チラーユニットの入口と前記第2の絶縁配管とを流体接続する第2のステンレス配管と、
前記第1の絶縁配管と前記第1のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第1の導電性スペーサと、
前記第2の絶縁配管と前記第2のステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する第2の導電性スペーサと、を備える、プラズマ処理装置。 A plasma processing chamber having a conductive baseplate, the conductive baseplate having a first opening and a second opening and coupled to a ground potential;
a substrate support disposed within the plasma processing chamber and having a coolant channel;
an RF generator coupled to the plasma processing chamber and configured to generate an RF signal;
a first insulating pipe extending from the substrate supporting portion to the lower surface of the conductive base plate through the first opening and fluidly connected to an inlet of the coolant channel;
a second insulating pipe extending from the substrate supporting portion to the lower surface of the conductive base plate through the second opening and fluidly connected to an outlet of the coolant channel;
a chiller unit disposed outside the plasma processing chamber; a first stainless steel pipe fluidly connecting an outlet of the chiller unit and the first insulating pipe;
a second stainless steel pipe that fluidly connects the inlet of the chiller unit and the second insulating pipe;
a first conductive spacer disposed across the cross section between the first insulating pipe and the first stainless steel pipe and having an aperture ratio of 30% to 80%;
a second conductive spacer disposed across the cross section between the second insulating pipe and the second stainless steel pipe and having an aperture ratio of 30% to 80%.
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、冷媒流路を有する基板支持部と、
前記基板支持部から前記開口を介して前記導電性ベースプレートの下面まで延在し、前記冷媒流路に流体接続される絶縁配管と、
前記プラズマ処理チャンバの外部に配置されるチラーユニットと、
前記チラーユニットと前記絶縁配管とを流体接続するステンレス配管と、
前記絶縁配管と前記ステンレス配管との間において断面に渡って配置され、30%~80%の開口率を有する導電性スペーサと、を備えるプラズマ処理装置。 A plasma processing chamber having a conductive baseplate, the conductive baseplate having an opening and coupled to a ground potential;
a substrate support disposed within the plasma processing chamber and having a coolant channel;
an insulating pipe extending from the substrate supporting portion to the lower surface of the conductive base plate through the opening and fluidly connected to the coolant channel;
a chiller unit located outside the plasma processing chamber;
a stainless steel pipe that fluidly connects the chiller unit and the insulating pipe;
A plasma processing apparatus comprising: a conductive spacer disposed across a cross section between the insulating pipe and the stainless pipe and having an aperture ratio of 30% to 80%.
前記冷媒流路を有する導電性基台と、
前記導電性基台の上に配置される静電チャックと、を含む、請求項12又は13に記載のプラズマ処理装置。 The substrate support part
a conductive base having the coolant channel;
14. The plasma processing apparatus according to claim 12 or 13, comprising an electrostatic chuck arranged on said conductive base.
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