JP4597661B2

JP4597661B2 - プラズマ処理チェンバー

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Publication number: JP4597661B2
Application number: JP2004504580A
Authority: JP
Inventors: ホーワルド，アーサー，エム．; クッシー，アンドラス; ベイリー，アンドリュー，ディー．，三世; バーニー，バッチ
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: EP1509942B1; CN1653580A; US7086347B2; TWI273653B; US7611640B1; US20030205327A1; JP2005524961A; WO2003096765A3; KR20050012736A; AU2003228799A1; AU2003228799A8; EP1509942A2; WO2003096765A2; KR100993161B1; CN100447935C; TW200401363A

Description

本発明はＩＣ製造に用いられる半導体基板もしくはフラットパネルディスプレイの製造に用いられるガラスパネル等の基板処理のための装置および方法に係わる。特に、本発明は、処理中におけるプラズマ処理チェンバーに付属するプラズマ対向構成部品とチェンバー中に存在するプラズマおよび/または他のプラズマ対向構成部品との間のアーク放電を最小限に抑えるための改良方法および装置に関する。

プラズマ処理システムが普及して久しい。長年、半導体基板やガラスパネルを処理する目的で、誘導結合プラズマ発生源、プラズマ共鳴（ECR）発生源、コンデンサ型発生源、等をふくむプラズマ処理システムが多様に導入され採用されてきている。

処理中は、通常、複数の蒸着および/またはエッチング工程が用いられる。蒸着処理の間に、各材料が基板表面に蒸着される（ガラスパネルまたはウエハーの表面等）。例えば、様々な形状の珪素、酸化ケイ素、窒化珪素、金属等からなる各蒸着層が基板の表面に形成される場合がある。逆に、基板表面の所定の領域から材料を選択的に取り除くためにエッチングが使われる場合もある。例えば、バイアス、コンタクト又はトレンチ等エッチングによる諸特徴が基板の各層に形成される場合もある。ここで、エッチング処理によっては、プラズマ対向表面上の複数のフィルムにエッチングと蒸着を同時に行ったりする化学反応やパラメータを使用する場合があることに留意されたい。

プラズマは、誘導結合プラズマ法、ECRプラズマ法、超音波プラズマ法、容量結合プラズマ法等を含む様々なプラズマ発生方法を用いて発生、継続することができる。誘導結合プラズマ処理チェンバーにおいては、例えば、誘導発生源を用いてプラズマを発生させる。説明を解りやすくするために、図１は本実施例におけるエッチングをおこなうために構成された従来技術の誘導プラズマ処理チェンバー１００を示す。プラズマ処理チェンバー１００はほぼ円筒形のチェンバー壁部１０２と、誘電窓１０６の上方に配置されたアンテナまたは誘導コイル１０４を有する。アンテナ１０４は、通常、図に示すようにＲＦ発生装置１１０およびＲＦ適合ネットワーク１１２を含みうる第１のＲＦ電源１０８に動作可能に結合される。ＲＦ発生装置１１０は、例えば周波数４MHzで動作する。一般に、ＲＦ発生装置からのＲＦ信号は、正弦波、パルス状または非正弦波でもよい。誘電窓１０６は、通常、高抵抗の炭化珪素（SiC）等の高抵抗誘電体により形成される。

プラズマ処理チェンバー１００内は、通常１組のガス取入口（図示せず）が設けられて、例えば、誘電窓１０６と基板１１４間のＲＦ誘導プラズマ領域にエッチング材ガス等のガス状原材料が導入されやすいようになっている。基板１１４はチャンバー１００内に導入され、チャック１１６上に配置される。チャック１１６は、通常、電極として作用し、図に示すようにＲＦ発生装置１２０およびＲＦ適合ネットワーク１２２を含みうる第２のＲＦ電源１１８に動作可能に連結されている。ＲＦ発生装置１２０は、例えば、１３.５６MHzのＲＦ周波数で動作する。上記のように、ＲＦ発生装置１２０からのＲＦ信号は、各ＲＦ発生装置からの他のＲＦ信号と同様、正弦波、パルス状または非正弦波でもよい。

プラズマを発生させるために、処理材ガスは上記１組のガス取入口からチャンバー１００の中に入力される。次にＲＦ電源１０８を用いて誘導コイル１０４と、ＲＦ電源１１８を用いてチャック１１６に電源が供給される。誘電窓１０６を介して連結されたＲＦ電源１０８から供給されたＲＦエネルギーが処理材ガスを励起し、それによってプラズマ１２４が生成される。

ある種のチャンバー形状においては、フォーカスリング１２６が設けられる場合もある。プラズマ処理技術に精通した者には周知のことであるが、フォーカスリングは基板１１４の表面にプラズマ１２４からのイオンのピントを合わせ、例えば、処理の均一性を向上させるためのものである。フォーカスリング１２６はまた、チャック１１６部分が処理中にダメージを受けるのを防ぐ。チャンバーの形状によっては、プラズマを封じ込め、かつ、チャック１１６の下部領域のようにチャンバーの非活性領域にプラズマが漏れるのを防ぐために、プラズマスクリーン１２８が備えられる場合もある。このような漏洩は、早期腐食の原因になったり、ある種のチャンバー部品に望ましくない材料の不適切な蒸着を引き起こしたりする。

チェンバー壁１０２の周囲に複数の磁石１３０を配置する場合もある。これらの磁石は、例えば、エッチング量の均一性を制御しやすくするために用いることができる。ある種の製造者によっては、または、特定のエッチング処理の必要によっては、チャンバー１００は異なる構成部品を備える場合もある。例えば、圧力制御リング、ホットエッジリング、各種ガス噴射ノズル、プローブ、チャンバーライナー等を備える場合もある。図を簡略化するために、これらのよく知られた構成部品は図１では省略されている。

一般に、満足のいくエッチング結果を得るためには、エッチング処理を厳密に制御しそれを維持することが重要である。従って、ＲＦ電圧、ＲＦ電源、バイアス電圧、バイアスパワー、プラズマ濃度、チャンバー内の汚染物の量等のパラメータを注意深く制御する必要がある。この点で、プラズマ処理チェンバーの設計においては、特にプラズマ対向構成部品の設計が極めて重要である。ここで用いられる用語として、「プラズマ対向構成部品」とは、処理中にプラズマに曝されるか対向する、少なくとも１個の表面を持つ構成部品をさす。一般に、妥当なコスト、適切な機械強度、エッチング化学反応との適合性、低汚染、適切な電気的特性等の希望の組み合わせを得るためには、チャンバー内のプラズマ対向構成部品を注意深く選択する必要がある。

例えば、アルミニウム、陽極酸化アルミ、アルミ合金等がプラズマ対向構成部品を製造するために長年用いられてきた。アルミニウムは比較的安価で製造が容易ではあるが、基板表面にエッチングアルミニウム層が含まれるものなどは、ある種のエッチング処理と化学的不適合を生じる。陽極化コーティングないしその他のコーティングが施された場合にも、チャンバー内に好ましくないアルミニウム含有粒子が存在すると、汚染物のリスクによって、ある種の応用においては、アルミニウムを不良品にしてしまう。このようなアルミニウム含有粒子は、処理中の基板に汚染物の好ましくない蒸着を生じたり、チャンバー側壁に沿ってポリマーの蒸着に取り込まれる場合もあり、チャンバーのクリーニング作業を更に困難にし、時間のかかるものとしてしまう。

炭化珪素（Sic）等の他の材料を使用すると、コスト、電気的特性、構造特性において二律背反を内包する場合もあるが、異なる化学的特性を有するので、プラズマ対向構成部品の製造に用いられるに場合もある。材料のなかには、適当な化学的電気的特性を有するものもあるが、例えば、加工や必要な純度に製造することが困難であったり費用がかかりすぎたりするものもある。このように、あらゆる用途に完璧という材料はなく、化学的に適合し汚染物も少ない材料であったとしても、往々にして望ましくない電気的特性など他の困難が生じる場合がある。従って、製造者は、異なる処理用途に用いるプラズマ対向構成部品のための「適当な」材料を選択するために、様々なファクタのバランスを取ろうと絶えず努めている。

本発明者らは、ある種の処理において、一定のＲＦ電源設定のときに、図１のプラズマ１２４のようなプラズマとプラズマ対向構成部品のプラズマ対向表面との間でアーク放電が起こる場合があることを観察した。アーク放電は、プラズマ１２４のように目に見えるプラズマクラウドとプラズマ対向表面が直接接触している、接触していないにかかわらず起こるものと思われる。場合によっては、プラズマ対向構成部品が比較的低抵抗率の材料で形成されている場合は、処理の一定の段階でアーク放電が顕著に現れるものと思われる。これらの低抵抗率材料には、例えば、アルミニウム、ステンレススチール、様々なアルミニウム合金、および、ステンレススチール、低抵抗率炭化珪素（SiC）、珪素（Si）、炭化ホウ素（B４C）、グラファイト（C）等が含まれる。チャンバー内にＲＦエネルギーが蓄積される場合に低抵抗率材料がより有効と思われるので、チャンバー壁のようなある種のプラズマ対向構成部品の製造に低抵抗率材料が好まれる事が多い。プラズマ対向表面にポリマーの付着を生じるある種のエッチング処理において、処理の一定の段階でアーク放電が顕著にみられることが観測された。
アーク放電は、処理結果に極めて悪い影響を及ぼすので深刻な問題である。例えば、図２はアーク放電が観察される典型的なエッチング処理における４３１nmのプラズマ発光のグラフである。発光信号における瞬時突起２０２A、２０２Bで示されるように、アーク放電中は、プラズマは予測不可能に挙動し、従って、不良なエッチング結果を生じる。更に、アーク放電は、時々プラズマ対向表面からチャンバー内部に粒子をスパッターし、予測不可能なタイミングで好ましくない汚染物を生じる。更に、アーク放電はパラズマ対向部材のプラズマ対向表面に対して、即座に、または長期にわたるダメージ、しかも時として深刻なダメージを生じる。

例えば、図３はアーク放電によってダメージを受けた炭化珪素プラズマ対向構成部品の内側表面の写真である。この場合、アークトラック３０２のパターンはチャンバー壁の外周に放射状に配置された磁石の磁場による影響を受ける。図３の写真において、磁石が偶然チャンバーの一部であったが、磁石があるかないかは、アーク放電が発生するかどうかについては、決定要素ではないと思われる点を指摘すべきであろう。アークトラックに沿ってチャンバー壁から移動したSiC粒子は汚染物質としてチャンバー内部に導入される。チャンバー壁内部のアークトラック３０２によるピッティングのために、半導体製品生産におけるプラズマ処理チェンバーの利用を不本意に中断して、費用と時間のかかる作業であるチャンバー壁の交換が必要となる。

もちろん、アーク放電を制御するための明確な方法は、プラズマ対向構成部品を直接アースする接続を行うことによって、プラズマ対向構成部品を単純にアースすることであろう。様々な試みはあるが、プラズマ対向構成部品に直接接続してアースする方法は、必ずしも問題を解決するわけではない。アーク放電を制御する別の方法は、様々なＲＦ電源のＲＦ電圧およびＲＦパワーのような他の処理パラメータを修正することであろう。しかしながら、これは、多くの処理において、一定のパラメータを一定の範囲に維持することを必要とするので、常に可能であるわけではない。また別の、アーク放電を制御する方法は、異なる電気的特性を持つ材料をプラズマ対向構成部品として選択することであろう。しかしながら、異なる材料は、不適合な化学的特性、汚染物の増加、製造コストの増大、機械強度の低下等、異なる問題群の発生に繋がる可能性があるので、必ずしも望ましい解決策であるとは言えない。

上記に鑑みて、処理中に、プラズマ処理チェンバーに付属するプラズマ対向構成部品と存在するプラズマ間のアーク放電を削減もしくは除去する望ましい改良方法および装置である。好ましくは、アーク放電の削減もしくは除去する技法が、プラズマ対向構成部品の製造に用いられる如何なるタイプの材料にも調節可能なことである。

本発明は、１実施形態において、その上に電気部品を形成するための基板を処理するプラズマ処理チェンバーに関する。プラズマ処理チェンバーは、基板の処理中プラズマ処理チェンバー内のプラズマの方に向くプラズマ対向表面をもつプラズマ対向構成部品を有し、プラズマ対向構成部品は、アース端子から電気的に絶縁されている。プラズマ処理チェンバーは、更にプラズマ対向構成部品に連結されるアース手段含み、アース手段は、プラズマ対向構成部品とアース端子間の第１の電流経路に配置される第１の抵抗回路をふくむ。アース手段は、更にプラズマ対向構成部品とアース端子間の少なくとももう1つ別の電流経路に配置されるＲＦフィルタ手段を含み、第１の抵抗回路の抵抗値は、基板の処理中にプラズマとプラズマ対向構成部品間のアーク放電をほぼ除去するように選択される。

他の実施形態において、本発明は電気部品をその上に形成するための基板を処理するプラズマ処理チェンバーを構成する方法に関する。該方法は、基板の処理中、プラズマ処理チェンバー内のプラズマに向くプラズマ対向表面を持つプラズマ対向構成部品を備えることを含む。該方法は、更にアース端子からプラズマ対向構成部品を電気的に絶縁することを含む。該方法は、更にアース手段にプラズマ対向構成部品を連結することを含み、アース手段はプラズマ対向構成部品とアース端子間の第１の電流経路に配置された第１の抵抗回路からなる。

更に他の実施形態において、本発明は、プラズマ処理チェンバー内のプラズマ処理チェンバーに付属するプラズマ対向構成部品とプラズマ間のアーク放電をほぼ除去するように構成されたアース手段を含む。プラズマは、その上に電気部品を形成する基板を処理中存在する。プラズマ対向構成部品は、処理中プラズマの方に向かうプラズマ対向表面をもつ。プラズマ対向構成部品は、アース端子から電気的に絶縁される。アース手段は、該アース手段がプラズマ対向構成部品とアース端子に連結されたとき、プラズマ対向構成部品とアース端子間の第１の電流経路に配置されるように構成された抵抗回路を含み、抵抗回路の抵抗値は、基板の処理中プラズマとプラズマ対向構成部品間のアーク放電をほぼ除去するように選択される。

更に、他の実施の形態において、本発明は、その上に電気部品を形成するための基板を処理するプラズマ処理チェンバーを構成する方法に関する。該方法は、処理中アース端子から基板を電気的に絶縁することを含む。該方法は、更に処理中アース手段に基板を連結することを含む。該アース手段は、基板とアース端子間の第１の電流経路に配置された第１の抵抗回路を含む。

本発明の詳細な説明及び以下の図面に基づいて、上記の本発明の特徴及びその他の特徴についてさらに詳細に説明する。本発明は、添付の図面によって例示を目的として説明するものであり、限定を目的とするものではない。同じ参照番号は同じ要素を示す。

本発明の好適な実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、本発明の完全な理解に資する目的で、特定の詳細について多数記載するが、当業者にとっては、これら特定の詳細の内の一部もしくは全てがなくても本発明が実施可能であることは明らかである。他の事例においては、既知の処理手順や構造は、本発明の無用な混乱避けるために、詳細な説明を省いてある。

本発明は、１実施の形態において、プラズマ処理チェンバーにおけるプラズマ対向構成部品とプラズマ間のアーク放電を除去するアーク除去（AE）手段に関する。理論に拘るものではないが、アーク放電は、処理中に蒸着したポリマー層等の誘電体層に十分に高いDC電位が蓄積されて起こると考えられる。この理論は、図２に示す観察されたプラズマ発光の挙動によって、一部裏付けられる。図２を参照すると、例えば、参照番号２０４で示される期間は、アーク放電は無く、発光は安定している。発光信号における瞬時突起２０２A、２０２Bは、処理が開始されてしばらくしてから起こるアーク放電を表す。図２に示すエッチング処理の開始時にチャンバー壁の低抵抗率SiC（すなわち、この例では、後にアーク放電が起こるプラズマ対向構成部品）が、プラズマDC電圧が地絡する電流経路を提供していると考えられる。従って、参照番号２０４で示される初期の期間は、アーク放電は起こらない。

処理が継続するに従い、参照番号２０４で示される期間にポリマーの蒸着が徐々に蓄積される。ポリマー層が側壁に沿って蓄積されるに従い、このポリマー層は、低抵抗率SiC材料を介して地絡するプラズマとの導電経路を徐々に遮蔽する。このように、蒸着ポリマー層にDC電位差が蓄積し、時間の経過とともに層が厚くなりDC電位差が増大する。ある時点で、蒸着ポリマー層のDC電位が十分に高くなり、蒸着ポリマー層のアーク放電が起こる。この時、アークが必然的に発生して蒸着ポリマー層を走り、下地のSiCチャンバー壁の内壁にダメージを与える。

また、発明者らは、この理論が、陽極酸化アルミチャンバーを採用したチャンバーにおいて、一定のＲＦ電圧と電源条件下で、ある特定の処理中になぜアーク放電が起こる場合があるのか説明できることがわかった。陽極酸化アルミは高い硬度をもち、塊状アルミニウム材に比べ化学的に不活性である。しかしながら、チャンバー壁の塊状アルミニウム材は導電性が高いが、プラズマに対向する陽極化アルミコーティングは絶縁性が高い。ある意味で、陽極酸化アルミコーティングは図２の例の蒸着ポリマー層と同じ機能を果たす。すなわち、絶縁性の陽極酸化アルミコーティングは、プラズマから電流経路がチャンバー壁の塊状アルミニウム材を介して地絡するのを制限する。したがって、一定のＲＦ電圧と電源条件のときに、陽極酸化アルミコーティングのDC電位差によりアーク放電が引き起こされる。

ある種の処理にとっては、一定の処理枠を越えてにＲＦ電圧やＲＦ電源設定等の処理パラメータ（高/低ＲＦ電源）を変更することは、実際的ではないことがわかった。すなわち、ＲＦ電圧やＲＦ電源設定が所定の枠内に保たれれば、ある種のエッチングや蒸着処理はうまく行うことができる。したがって、処理によっては、アーク放電を除去するために許容枠を超えてＲＦ電圧やパワー設定を変更することを選択すべきではない。従って、アーク放電問題を解決するための別の方法が必要である。

更に、アーク放電を制御する目的だけでチャンバー壁等のプラズマ対向構成部品の構成を変更することは必ずしも有効であるとはいえない。プラズマ対向構成部品のための材料の選択は、多くの場合、材料の電気的特性以外の配慮により行われるからである。例えば、ある材料はコストの観点から極めて望ましい、および/またはプラズマ処理チェンバー内に汚染物の発生が極めて少ないという事実に基づいて、および/またはその材料が処理化学反応に対して優れた耐性を有する、および/またはその材料が優れた構造特性を有する、など。もし異なる材料を使わずに、プラズマ対向構成部品の電気的特性を変えることによってアーク放電問題を解決できるならば、プラズマ対向構成部品の製造に用いられる材料の種類を増やすことができる。これにより、あらゆるクラスの材料にもプラズマ対向構成部品の製造における用途を開く。しかしながら、過去において、これらの材料はアーク放電に関する電気的特性が不十分なために排除されてきたものである。

アーク放電の理論に立ち返ると、プラズマ対向構成部品を単にアースに接続しても、すなわち導体を使って直接接続してプラズマ対向構成部品をアースしても、プラズマとプラズマ対向構成部品間にある蒸着ポリマー層、いかなる誘電体層および/または誘電域におけるDC電位差を減らすことにはならないことが理解できる。そこで、ポリマーの蒸着が生じたときまたは一定のＲＦ電圧とＲＦ電源設定で処理が行われたとき、プラズマとプラズマ対向構成部品間のDC電圧差が、アーク放電が発生するポイントまで達する事が無いように、プラズマ対向構成部品のDC電位を人為的に引き上げる方法が必要となる。

上記のことを達成するために、プラズマ対向構成部品を地絡電位から電気的に絶縁することが重要である。現実問題としては、チャンバー壁等のプラズマ対向構成部品は、通常、導電性の金属締具（例えば、ステンレス製のスチールネジ、ボルト、クリップ等）を用いてプラズマ処理ツールの接地されたフレームに取り付けられているので、アースに対する直接の電気的短絡がない接地されたフレームのプラズマ処理ツールにそのようなプラズマ対向構成部品を締付ける方法を工夫することが大事である。互いに電気的に絶縁を保ちながら部品を機械的に締付ける方法は多々あることは当業者には理解できよう。以下、図７によって、そのような締付け方法に付いて論じる。

処理中、プラズマ対向構成部品がアースから電気的に絶縁されると、グランド電位よりもプラズマ対向構成部品のDC電圧を人為的に上げるように適切に構成されたAE回路を用いる。例えば、プラズマ対向構成部品がアースから電気的に絶縁されると、適当なサイズの抵抗回路が、アーク放電を除去するのに必要な動作を行う。誘電域（上記の蒸着ポリマー層または陽極酸化アルミコーティング）におけるプラズマとプラズマ対向構成部品間のDC電位差がアーク放電が生じるのに不十分なポイントまでプラズマ対向構成部品のDC電圧が上るように、抵抗回路を注意深く選択する必要がある。

図４A、４Bは、アーク放電除去における抵抗回路の機能を示す。図４Aに示す状況において、チャンバー壁４００（本実施例におけるプラズマ対向構成部品を表す）をアースに直接連結すると、プラズマ４０２とアース間の全DC電位差は、誘電域４０４に集中される。図４A中VAで示されるこのDC電位差は、一定の条件（例えば、蒸着ポリマー層が十分な厚みに達する、または、一定のＲＦ電圧とＲＦ電源条件）のとき、アーク放電を生じせしめるものであると理解される。

図４Bに示す状況において、チャンバー壁は、アースから電気的に絶縁され、適当なサイズの抵抗R１がプラズマ対向構成部品とアース間の電気経路に意図的に挿入される。抵抗回路R１があることにより、図１のDC電位差VAがこの例ではVR１とVB間で分配される。ここで、VR１は、抵抗R１におけるDC電圧降下を表す。VBは、誘電域４０４におけるプラズマとプラズマ対向構成部品間のDC電圧差を表す。R１に、VR１が十分に大きくかつVBが十分に小さくなるような適切な抵抗値を選ぶことにより、さもなければアーク放電が生じるような条件の下でも、アーク放電を防止することができる。

プラズマ対向構成部品をアースから電気的に絶縁し、プラズマ対向構成部品とアース間のDC電流経路に抵抗回路を意図的に導入することにより、アークの発生傾向はほぼ除去されると思われる。しかしながら、一定の条件下では、プラズマ対向構成部品の電気的絶縁とDC電流経路に抵抗回路を導入することにより、別の問題が生じる場合がある。例えば、プラズマ対向構成部品から出力されるラジオ周波数（ＲＦ）の放射レベルを常に許容レベルに保たねばならないことは周知のことである。高レベルのＲＦ放射は他の電子機器と過度な干渉を起す可能性があり、法規により規制される場合があるので、ＲＦエネルギーを含んでいることは重大な問題である。

プラズマ対向構成部品を接地のために直接接続する場合は、図４Aの場合と同様、ＲＦ信号のための低インピーダンス経路が接地導線によって既に与えられているので、何もする必要がない。しかしながら、アースから絶縁されたプラズマ対向構成部品をプラズマ電圧付近まで上げるために、比較的高いインピーダンス抵抗回路が必要なので、図４Bの例のように、ＲＦ封じ込めが必要な場合は、代わりの低インピーダンスＲＦ経路を設けなければならない。

本発明の他の態様によれば、一定の周波数のＲＦ放射を最小限に抑えるために、ＲＦ信号のためのアースを行う低インピーダンス経路を提供するFRフィルタが備えられている。好適な実施形態においては、キャパシタンス回路がFRフィルタとして用いられる。FRフィルタは、DC信号に対してほぼオープン回路と同様に動作する設計をしてもよい。これによって、プラズマ対向構成部品のDC電圧をグランド電位（抵抗回路を使用して）から切り離しておくことができる。しかしながら、ＲＦ信号に対しては、FRフィルタは閉回路とほぼ同様に動作するように設計できる。これにより、ＲＦ信号をアースするための低インピーダンス経路が与えられる。

１実施形態において、FRフィルタは、当該ＲＦ信号のための独立の低インピーダンス経路を提供できるようにアースに接続された適当なサイズのキャパシターによって実現される。ＲＦフィルタのＲＦブロッキング特性は、LC帯域通過フィルターをつくるために追加された誘導子を用いて調整することができる。積極的および/または消極的部品を用いた他のＲＦフィルタ設計が用いられてもよい。誘導子を使用する又はしないこのようなFRフィルタは当業者には周知のことである。

図５は、本発明の１実施形態の、これもＲＦ放射を抑制するアーク除去（AE）手段の回路図を示す。AE手段５０２は、適当なサイズの抵抗回路５０６と並列に連結された適当なサイズの抵抗回路５０４を含む。AE手段５０２がプラズマ対向構成部品５０８とアース端子５１０間の電流経路に挿入された場合、アース端子５１０から別途電気的に絶縁されたプラズマ対向構成部品５０８によって、アーク放電とＲＦエネルギー放射の両方がほぼ除去される。

抵抗回路（例えば、図４BのVR１）における電圧降下を最大限になるように、従ってプラズマとプラズマ対向構成部品（例えば、図４BのVB）間のDC電位差を最小限になるよように、抵抗回路の値をできるだけ高くすべきだと思うかもしれない。上記のように、ACアーク放電現象に１義的に関与するのは、プラズマとプラズマ対向構成部品間のDC電位差である。しかしながら、R１の過度に高い値は、VR１を過度に高め、このことは、プラズマ対向構成部品のDC電位が、処理中そして処理後にも高いということを意味することに留意すべきである。チャンバー内の所定の部材で非常に高いDC電位があるということは、感電の危険が潜在していることを意味する。更に、高いDC電位もFRフィルタ回路上に現れ、このことは、設計のなかにある種のキャパシタンス回路が用いられていることを意味する。もし、キャパシタンスが高電圧にチャージされて放電されていなければ、または、放電するのに十分な時間が与えられなければ、感電の危険性が存在する。従って、R１の値は、処理中にプラズマとプラズマ対向構成部品間のDC電位差が最小になるポイントで、かつ、プラズマ対向構成部品および/またはFRフィルタのキャパシタンス回路に不要に高い電圧電位が存在せず、操作員またはツール環境の他の装置類に対して危険でないポイントになるように選択すべきである。

最もシンプルな形として、抵抗回路は単に適当なサイズの抵抗、例えば、セラミック抵抗でもよい。抵抗回路は、単純な消極的抵抗以外のデバイスで構成されてもよい点に留意されたい。例えば、抵抗範囲を設け、切替機構または配置を備えて、異なる抵抗値間で切替られるようにし、電位差を変更して所与の処理のための、または所与の処理の異なるステップのためのノンアーク枠を変更できるようにしてもよい。異なるチャンバー設計を補正するための抵抗値を調整する目的で、プラズマ対向構成部品のための異なる材料、および/または異なる処理パラメータ、可変抵抗を代わりに用いてもよい。他の例として、可変抵抗回路を実現するトランジスタを用いて、プラズマ対向構成部品のDC電圧を必要な量だけ上げてもよい（例えば、ソース-ドレイン間の導電性チャンネルに影響するトランジスタのゲート電圧を変更することによって）。事実、必要な抵抗値を提供できる回路設計であれば、どんな回路設計でも用いることができる。これら他の抵抗回路は当該技術では周知なので、ここでは、詳細な説明を省く。

同様に、最もシンプルな形として、FRフィルタ回路は、単に適当なサイズのキャパシターでもよい。キャパシターの値は、プラズマ対向構成部品上のＲＦ電圧が比較的低く、好ましくは、処理ツール環境において、ＲＦ放射が他のデバイスと干渉するレベルよりも低く保たれる程度に十分に大きな値とすべきである。しかしながら、過度に大きなキャパシターは、過度に大きなＲＦ電流を引き込み、キャパシター自体を破壊する恐れがあるので、どんなチャンバー設計でもキャパシタンス値には上限がある。

FRフィルタ回路は、単純なキャパシター以外のデバイスで構成できる点に留意されたい。異なるチャンバー設計やプラズマ対向構成部品のための異なる材料を補正するFRフィルタを調整する目的や、一定のＲＦ周波数をもつＲＦ信号を選択的にブロックしたり通過させたりするための目的であれば、調節可能なFRフィルタ回路が代わりに用いられてもよい。事実、必要なFRフィルタ特性を提供できるものであれば、いかなる回路設計が用いられてもよい。これら他のFRフィルタ回路については、消極的部品を使うか積極的部品使うかは、当該技術においては周知なので、ここでは詳細な説明を省く。

各低ＲＦインピーダンス回路及び高DC抵抗回路の空間的な配置も、ある種のプラズマ対向構成部品にとっては重要である。プラズマ対向構成部品が比較的小さい場合は（例えば、ガス噴射ノズル、プローブ等）、一方の端子がプラズマ対向構成部品の位置で接続され、他方の端子がアースに接続された１個の２端子AE手段が用いられてもよい。より大きなプラズマ対向構成部品やより複雑な形状のプラズマ対向構成部品の場合は、プラズマ対向構成部品上のＲＦ「ホットスポット」を除去するために複数のFRフィルタを備えてもよい。必要なキャパシタンス値を多数の並列に接続されたFRフィルタ間で分割し、これによって、一個のFRフィルタに関わるキャパシタンス値を低下させる場合は、複数のFRフィルタも有効である。大きなＲＦ電流をあつかうときは、複数の並列に接続されたFRフィルタがより好ましく、コスト及び信頼性の観点から有効である。キャパシタンス値が低い場合は、市場調達できるキャパシターの中からより多くの選択肢あるし、複数のキャパシターの合計コストが、１個の高性能キャパシターのコストよりも低い場合もある。

本発明の１態様によれば、図６は誘導結合プラズマ処理チェンバーの円筒形チャンバー壁６０２用AE手段６００を示す。図６の例では、チャンバー壁６０２は、AE手段６００を経由するものを除き、アース端子から電気的に絶縁されている。AE手段６００は、チャンバー壁の周囲にスペースをおいて配置された複数の壁接触モジュール６０４を含む。各壁接触モジュール６０４は、好ましくはアルミニウム等の導電性の材料からなり、チャンバー壁６０２の縦（z）軸に沿ってDC電圧とＲＦ信号のための電気的接触面が配置される形状をしている。以下、図７によって、個々の典型的な壁接触モジュール６０４について詳述する。

好適な実施形態において、各壁接触モジュール６０４は、図６に示す実施例のキャパシターの形をしたFRフィルタ回路が設けられている。壁接触モジュール６０４およびチャンバー壁６０２の周囲に沿ってFRフィルタ回路を配置することにより、ＲＦ「ホットスポット」が最小化される。更に、チャンバー壁６０２の周囲に沿って配置された複数のキャパシターを使用することにより、各キャパシターに対し小さなキャパシタンス値の使用が可能となり、上記のようにコストを下げ信頼性を向上する。典型的な１実施例においては、１６個の壁接触モジュールが設けられている。しかしながら、もしＲＦホットスポットに問題がなく、少ないキャパシターでプラズマ対向構成部品のＲＦ電圧をＲＦ放射が問題を引き起こさないポイントまで、確実に低く維持できるならば、わずかなFRフィルタ回路または１個のFRフィルタ回路だけで間に合う。

各壁接触モジュール６０４は、DC信号用のアースへの別個の経路を提供する抵抗回路が備えられてもよい。抵抗回路は、例えば、適当なサイズの抵抗の形をとる。しかしながら、低抵抗率のSiCチャンバー壁の場合は、アーク放電を除去するために、チャンバー壁６０２の周囲に抵抗を配置する必要はない事がわかった。ケースによっては、壁接触モジュール６０４E１個が施された適当なサイズの抵抗６１０１個で十分であり、他の壁接触モジュールは抵抗回路を使用しなくてもよい。

典型的な１実施例においては、１６個の壁接触モジュール上にある１６個のキャパシターのそれぞれが３９０pFで、トータル６.２４nFとなるキャパシタンス値を有する。しかしながら、これは処理時、約４MHzで上限電極ランニング；約１３.５６MHzで下限電極ランニングの低抵抗率SiCチャンバー壁を有する誘導結合プラズマエッチングチャンバーのためのものである。この場合、トータルキャパシタンス値は、約０pF（すなわち、キャパシターなし）〜１００nF、好ましくは約１０pF〜３０nF、更に好ましくは約１nF〜１０nFである。もちろん、トータルキャパシタンス値は、例えば、チャンバー設計、処理パラメータ及び保護されるプラズマ対向構成部品のサイズに応じて変更してもよい。例えば、小さなプラズマ対向構成部品であれば、大きなプラズマ対向構成部品が必要とするキャパシターよりも小さなキャパシターでよい。キャパシタンスを用いない場合は、代替方法、例えば、部材および/またはＲＦを放射するチャンバーの周囲にファラデーシールドを施すことによってＲＦを封じ込めるやり方も検討するに値する。

典型的な実施例における単一の抵抗値は、約５００ｋΩである。しかしながら、抵抗値は約１ｋΩ〜約１００MΩでもよく、より好ましくは約１０ｋΩ〜約１０MΩ、更に好ましくは約１００ｋΩ〜約１MΩでもよい。もちろん、例えばチャンバー設計、処理パラメータその他保護されるプラズマ対向構成部品の電気的特性等に応じて、抵抗値が変更されてもよい。

図７は、本発明の１実施形態の壁接触モジュール７０２の詳細を示す。壁接触モジュール７０２には、抵抗回路（適当なサイズの抵抗）とFRフィルタ回路（適当なサイズのキャパシター）の両方がある。しかしながら、上記のように、壁接触モジュールの内の少なくとも1個が抵抗回路を備えていれば、すべての壁接触モジュールが抵抗回路を用いる必要はない。

図７は、チャンバー壁外側から外に向く壁接触モジュールの側面を示す。壁接触モジュール７０２は、アルミニウムまたは他の適当な導電性の材料からなる導電性のベース７０４を含む。導電性のベース７０２の長さは、チャンバー壁の高さに沿って電気的接触が得られるように、ＲＦホットスポットを回避できるだけの量を調節できる。壁接触モジュール７０２の壁に対向する側に、ベース７０４とチャンバー壁間のＲＦ接触を更に向上させるためにＲＦガスケットを設けてもよい。

例えばプラスチックまたは他の適当な非導電性の材料からなる非導電部７０６が設けられ、ネジ７０８A及び７０８Bを用いてベース７０４に連結され、外部取付け部７１０A及び７１０Bが非導電部７０６に連結されている。外部取付け部７１０A、７１０Bは、それに取り付けられた壁接触モジュール７０２を介して処理システムのフレームにチャンバー７００を固定する機械的取付けポイントを提供する。通常、処理システムのフレームは接地されているので、これらの外部取付け部が壁接触モジュールの非導電部にのみ連結されているという事実は、壁接触モジュールと、従ってチャンバー壁は、処理ツールのフレームに固定して取り付けられつつアースから電気的に絶縁さているということを意味する。

PCB基板形式のAE手段７２０がベース７０４に取り付けられている。AE手段７２０は、キャパシター７２４に並列に連結された抵抗７２２を含む。RCペアの一端は、導体７２６を介してベース７０２に電気的に連結されている。RCペアの他端は、図に示すように、導体７２８を介してアースに電気的に接続されている。

図７は、アーク放電を除去するためのAE手段をチャンバー壁に応用した例を示すものであるが、ここに開示する本発明のアーク除去技術は、他のプラズマ対向構成部品に対してもアーク放電を除去する目的で応用可能である点に留意されたい。これらプラズマ対向構成部品の例には、フォーカスリング、ホットエッジリング、圧力制御デバイス、チャンバーライナー、プローブ、ガス噴射ノズル等が含まれるがこれに限定されない。１実施形態において、本発明のアーク除去技術は、アーク放電を除去するための基板に応用可能である。事例として、適当な接触手段（例えば、スプリング付きピンまたは複数のピン）を備えて、基板にＲＦ及びDC電流経路を備えてもよい。

更に、ここに開示する本発明のアーク除去技術は、誘導結合プラズマ処理チェンバーに限定されるものではない。プラズマがどのように発生され持続されるかにかかわらず、アーク放電に曝されるプラズマ処理チェンバーの部材はすべて本発明のアーク除去技術の対象となる。例えば、ここに開示する本発明のアーク除去技術は、コンデンサ型エッチング装置のトップ電極へのアーク放電を除去する目的で用いられてもよい。更に、ここに開示する本発明のアーク除去技術は、いかなるＲＦ周波数で動作するプラズマ処理システムに用いられてもよい。

一定の処理枠内ではアーク放電が発生しない処理の場合でも、本発明のアーク除去技術を実施することにより処理枠が広がり、処理技術者にとっては、アーク放電が問題となってかつては避けてきたより高いＲＦ電源やＲＦ電圧の範囲が使用可能となり、より優れた処理結果が得られる可能性がある。

更に、ここに開示した本発明のアーク除去技術は、その構成にかかわりなくいかなるプラズマ対向構成部品にも適用可能である。アースから電気的に絶縁されたプラズマ対向構成部品に本発明のAE手段を適用することにより、アーク放電が発生しやすいという電気的特性を改善する。従って、プラズマ対向構成部品の材料は、材料がアーク放電を生じ易いかどうかに係わり無く、それ以外の化学的不活性、製造が容易、高純度、低コスト、望ましい機械的特性、入手し易さ等の優れた特性に基づいて選択することができる。

上記のように、本発明のアーク除去技術は、炭化珪素（SiC）、珪素（Si）、アルミニウム、ステンレススチール（すなわち、鉄とクロム、場合によってはニッケル、モリブデン、タングステン、銅、珪素その他の合金）、その他の金属とその合金、炭化ホウ素（B４C）、グラファイト（C）、酸化イットリウム、その他イットリウム系材料からなるプラズマ対向構成部品に適用されることを意図するものである。更に、本発明のアーク除去技術は、材料がどのように蒸着、生成、製造されたかにはかかわりなく（化学蒸着、プラズマエッチング化学蒸着、スパッタ、焼結、プラズマ溶射、プレス、機械加工、成形等）、多孔性、個体、合成（すなわち、多層の同じまたは異なる材料）、又はこれら材料の純粋状態に適用できる。例えば、本発明のアーク除去技術は、複数層の（例えば、酸化アルミ層を含むアルミニウム）からなる材料にも適用できる。従って、処理中における材料のアーク放電の発生しやすさにかかわりなく、望ましい化学的特性や構造特性、低コスト、入手しやすさ、製造組立が容易、等を考慮して材料を選択することができる。アーク放電が処理中に問題になった場合は、本発明のアーク除去技術をそのようなアーク放電を除去するために用いることができる。

上記のごとく、幾つかの好適な実施形態について本発明の説明をしたが、本発明の範囲に含まれる交換、置換および等価物がある。本発明の方法及び装置を実施する別の方法は多くある点に留意されたい。従って、以下に付随する請求項は、かかる交換、置換及び等価物を本発明の精神と範囲に含むと解すべきものである。

図１は、説明の目的で、従来の誘導結合プラズマ処理チェンバーを示す。図２は、アーク放電がみられる典型的なエッチング処理中のプラズマ発光のグラフである。図３は、アーク放電によりダメージを受けた炭化珪素製プラズマ対向構成部品の内側表面の写真である。図４A、図４Bは、ともにアーク放電除去における抵抗回路の機能を示す。図５は、ＲＦ放射の抑制も行う本発明の１実施形態のアーク除去（AE）手段の回路図である。図６は、誘導結合プラズマ処理チェンバーの円筒形チャンバー壁用の本発明の１態様のAE手段である。図７は、本発明の１実施形態の壁接触モジュールの詳細図である。

Claims

その上に電気部品を形成するための基板を処理するプラズマ処理チェンバーであって、
前記基板の処理中、前記プラズマ処理チェンバー内のプラズマに向けられたプラズマ対向表面をもつプラズマ対向構成部品で、アース端子から電気的に絶縁された前記プラズマ対向構成部品と、
前記プラズマ対向構成部品に連結されているアース手段で、前記プラズマ対向構成部品と前記アース端子間の第１の電流経路に配置された抵抗回路と、更に前記プラズマ対向構成部品と前記アース端子間の少なくとも一つの第２の電流経路に配置されたＲＦフィルタ手段を有する前記アース手段とから成り、
前記プラズマ対向構成部品は、少なくとも前記プラズマの部分の周囲に配置されたほぼ円筒形の構造であり、
前記ＲＦフィルタ手段は、前記プラズマ対向構成部品と前記アース端子間において、前記ほぼ円筒形構造のプラズマ対向構成部品の周方向にスペースをおいて配置された複数の前記第２の電流経路に配置された複数のキャパシターを含み、前記複数の第２の電流経路は、前記第１の電流経路と並列である、ことを特徴とするプラズマ処理チェンバー。
前記プラズマ対向構成部品は金属からなる材料で形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記金属はアルミニウムであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理チェンバー。
前記プラズマ対向構成部品は炭化珪素（SiC）を含む材料で形成されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記プラズマ処理チェンバーは誘導結合プラズマ処理チェンバーであることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理チェンバー。
前記複数のキャパシターは、前記プラズマ対向構成部品の少なくとも１つの表面に対し前記プラズマ対向構成部品の容量アースの分布が向上するように配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記プラズマ対向構成部品は、チャンバー壁、プラズマスクリーン、フォーカスリング、ホットエッジリング、ガス噴射ノズル及びチャンバーライナーのうちの１つであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記プラズマ処理チェンバーは容量結合プラズマ処理チャンバーであり、前記プラズマ対向構成部品はトップ電極であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記アース手段は、異なる抵抗値をもつ複数の抵抗回路と切替手段を含み、前記切替手段は、請求項１で言及された前記抵抗回路として用いるために当該異なる抵抗値をもつ複数の抵抗回路のうちの１つを選択するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。
前記抵抗回路の値は、１ｋΩから１００MΩであり、
前記FRフィルタ手段の容量値は、１pFから１００nFである、
ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理チェンバー。
前記抵抗回路の値は、１００ｋΩから１MΩであり、
前記FRフィルタ手段の容量値は、１nFから１０nFである、
ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理チェンバー。
前記アース手段は、ネジ及びボルトのうちの1個を用いて前記プラズマ対向構成部品に連結されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理チェンバー。