JP5670694B2 - プラズマチャンバーとともに使用する固定インピーダンス変換回路網用の装置および方法 - Google Patents

Description

発明の内容

この出願は、２００４年７月１２日に提出されて発明の名称が“ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ Ａ ＬＯＷ ＩＮＤＵＣＴＡＮＣＥ ＰＬＡＳＭＡ ＣＨＡＭＢＥＲ ＡＮＤ／ＯＲ Ａ ＦＩＸＥＤ ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＮＥＴＷＯＲＫ ＦＯＲ ＵＳＥ ＩＮ ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＴＨＥ ＳＡＭＥ”（低インダクタンスプラズマチャンバーおよび／またはこのプラズマチャンバーとともに使用する固定インピーダンス変換回路網のための装置および方法）であり、その全体を参照として本明細書に組み入れる出願番号６０／５８７，１９５の米国仮特許出願の優先権を主張するものである。

発明の分野

この発明は、電子デバイス製造に関するものであり、さらに詳しくは、プラズマチャンバーとともに使用する固定インピーダンス変換回路網用の装置および方法に関するものである。

発明の背景

プラズマチャンバーは典型的には、半導体ウェハー、ガラス基板、ポリマー基板などの基板を処理するために使用される。プラズマチャンバーには、無線周波（ＲＦ）信号によって作動されると、コイルまたはチョークのような導体のように、かつ／またはコンデンサーのように作用する導電性素子が含まれていてもよい。これらの「実効」インダクタンスおよび／または「実効」キャパシタンスは、ＲＦ信号によって駆動されると、プラズマチャンバーおよびその構成要素によって画成された電気回路にリアクタンス構成要素を生成する。これらのリアクタンス構成要素は、プラズマチャンバーに関連した電気インピーダンスとプラズマチャンバーを駆動するために必要な電圧量とを実質的に増大させることがある。その結果、プラズマチャンバーは非効率なものになり、また、信頼性の問題に直面することがある。

この発明の特定の実施形態では、プラズマチャンバーを駆動する固定インピーダンス変換回路網を設けるための装置には、能動ＲＦ整合回路網とプラズマチャンバーに関連したプラズマチャンバーロードとを連結するように適合された予備整合回路網が含む。この予備整合回路網には、（１）第１容量性素子、（２）この第１容量性素子に平行に接続されて、増大したインピーダンスを、プラズマチャンバーロードを駆動するために必要な電圧が減少するように、能動ＲＦ整合回路網の出力部に与える平行回路を形成する誘導性素子、および（３）上記平行回路に連結されかつプラズマチャンバーロードに連結されるように適合された第２容量性素子が含む。この第２容量性素子は、プラズマチャンバーロードに関連したインダクタンスに対応しているリアクタンスを少なくとも一部、減少させるか、または無効にする。

この発明の特定の実施形態では、プラズマチャンバーを駆動する固定インピーダンス変換回路網を設けるための方法には、（１）能動ＲＦ整合回路網とプラズマチャンバーに関連したプラズマチャンバーロードとの間に予備整合回路網を連結するステップ、（２）予備整合回路網の第１回路素子のあるプラズマチャンバーロードのリアクタンスを一部、減少させるステップおよび無効にするステップのうちの少なくとも一方のステップ、および（３）予備整合回路網の第２回路素子のある能動ＲＦ整合回路網の出力部によって認められたインピーダンスを段階的に増大させるステップが含む。

特定の実施形態では、プラズマチャンバーを駆動するための固定インピーダンス変換回路網を設けるための装置には、能動ＲＦ整合回路網とプラズマチャンバーに関連したプラズマチャンバーロードとを連結するように適合された予備整合回路網が含む。この予備整合回路網は、（１）プラズマチャンバーロードに関連したインダクタンスに対応しているリアクタンスを少なくとも一部、減少させるか、または無効にし、かつ、（２）増大したインピーダンスを、プラズマチャンバーロードを駆動するために必要な電圧が減少するように、能動ＲＦ整合回路網の出力部に与えるように適合されている。多くの他の態様が提供される。

この発明の他の特徴および観点は、以下の詳細な説明、付加された特許請求の範囲および添付された図面から一層明らかになる。

詳細な説明

この発明によれば、（１）能動ＲＦ整合回路網の出力部によって認められたインピーダンスを増大し、かつ／または、（２）プラズマチャンバーを駆動しあるいはこれに電力を供給するのに必要な電圧の量を減少させるために、能動ＲＦ整合回路網およびプラズマチャンバーとともに使用するための固定インピーダンス変換回路網または予備整合回路網が提供される。

この発明による予備整合回路網は、プラズマチャンバーロードを駆動するのに必要な電圧と電流との位相角が減少しかつ回路網の力率が増大し、それによって、プラズマチャンバーロードを駆動するのに必要な電圧の減少が引き起こされるように、プラズマチャンバーロードのリアクタンス構成要素を減少させるように作用する。この発明による予備整合回路網はまた、能動ＲＦ整合回路網の出力部で認められる高いまたは「増大した」インピーダンスを与えるように作用する。その結果、能動ＲＦ整合回路によって、プラズマチャンバーロードを低い電圧で駆動することができる。これによって、能動ＲＦ整合回路網の一層効率的で信頼性のある作動がもたらされ、また、能動ＲＦ整合回路網の必要な作動範囲が減少する。

図１には、この発明による代表的な固定構成要素インピーダンス変換回路網または予備整合回路網が図示されている。図１によれば、参照符号３００によって全体が表示されたこの発明の装置には、ＲＦ信号発生器３０２、ＲＦ伝送線３０４、および能動ＲＦ整合回路網３０６が含む。ＲＦ信号発生器３０２によって発生したＲＦ信号は、ＲＦ伝送線３０４を経て能動ＲＦ整合回路網３０６へ伝送される。

ＲＦ信号発生器３０２は、ＲＦ信号をプラズマチャンバーロードへ提供するように適合された任意の適切なＲＦ信号発生器であってもよい。能動ＲＦ整合回路網３０６は、この発明の装置３００によって駆動されるプラズマチャンバーに関連したプラズマチャンバーロード３２０のためのインピーダンス整合をもたらすように適合された任意の能動回路であってもよい。代表的な能動ＲＦ整合回路網は、図２を参照して以下に説明されているが、任意の適切な能動ＲＦ整合回路網を採用することができる。

装置３００には予備整合回路網３０８もまた含まれており、予備整合回路網３０８には、図１の代表的な実施形態ではタップ付きチョークである誘導性素子（例えばインダクター３１２）に平行に接続されて示された第１容量性素子（例えば第１コンデンサー３１０）が含む。別の代表的な実施形態では、インダクター３１２はコイルである。

コンデンサー３１０／インダクター３１２回路と直列に第２容量性素子（例えば第２コンデンサー３１４）が接続されて示されており、また、それは予備整合回路網３０８のための出力コンデンサーである。コンデンサー３１０および３１４の容量値およびインダクター３１２のインダクタンス値は、装置３００またはその構成要素（以下でさらに説明されるように）のための所望のインピーダンス整合をもたらすことと一致して、任意の適値であるように選択することができる。

装置３００には、予備整合回路網３０８が連結されるプラズマチャンバー（例えば図３を参照）のプラズマチャンバーロード３２０の「実効」インダクタンスであるインダクター３１６と、プラズマチャンバーロード３２０の「実効」抵抗である抵抗器３１８とがさらに含む。インダクター３１６と抵抗器３１８とは、示されたように、予備整合回路網３０８の出力部と直列に接続されている。

プラズマチャンバーロード３２０は、この装置３００が利用される任意のプラズマチャンバーに関連したロードであってもよい。別の代表的な実施形態では、プラズマチャンバーロード３２０は任意の集中構成要素プラズマチャンバーロードであってもよい。

プラズマチャンバーロード３２０の「実効」抵抗には、プラズマチャンバーの作動および使用の間にプラズマチャンバーの中に形成されたそれぞれのプラズマ体の抵抗および／またはそれぞれのプラズマチャンバーの任意の構成要素におけるその他の抵抗が含まれる。

一例として、プラズマチャンバー（図示略）の寸法は、「実効」インダクタンス、すなわち、およそ１２〜１５オーム（ｏｈｍ）（誘導性）の誘導性リアクタンスを有するインダクター３１６の値になり、かつ、「実効」抵抗、すなわち、先に組み入れられた２００４年７月１２日付け出願の米国仮特許出願第６０／５８７，１９５号に記載されたように、およそ０．３〜２．０オームの抵抗器３１８の値になるようなものである。このような実施形態では、第１コンデンサー３１０には約２００ピコファラッド（ｐｉｃｏＦａｒａｄ）のキャパシタンスがあり、インダクター３１２には約０．７２９マイクロヘンリー（ｍｉｃｒｏＨｅｎｒｙ）のインダクタンスがあり、第２コンデンサー３１４には約１２５０ピコファラッドのキャパシタンスがあるが、これらは他の数値であってもよい。

予備整合回路網３０８は、能動ＲＦ整合回路網３０６の出力部における電圧および電流の両方を減少させるために利用することができる。例えば、第２コンデンサー３１４は、能動ＲＦ整合回路網３０６からもたらされたＲＦ信号によって作動されると、プラズマチャンバーロード３２０のインダクター３１６によって生成された誘導性リアクタンスを一部無効にするか、または減少させるように作用する容量性リアクタンスを作り出す。プラズマチャンバーロードの容量性リアクタンス構成要素が減少すると、プラズマチャンバーロード３２０を駆動するために用いられた電圧と電流との間の位相角θが減少して、力率、すなわち、それぞれのプラズマチャンバーロード３２０を駆動したりこれに電力供給したりするために必要である電圧と電流との間におけるθのコサインの値の増大がもたらされる。

予備整合回路網３０８は、インピーダンスを「改善された」ロードに変換する（例えば、第１コンデンサー３１０とインダクター３１２との平行な組み合わせによって）ように、能動ＲＦ整合回路網によって認められたロードのインピーダンスを増大させるようにも作用する。

１つの代表的な実施形態では、第１コンデンサー３１０は、選択された作動周波数でインダクター３１２と共鳴するように選択される。１つの代表的な実施形態ではちょうどまたはおよそ１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）である選択された作動周波数で、第１コンデンサー３１０とインダクター３１２との平行な組み合わせによって、能動ＲＦ整合回路網３０６の出力部へ、高いすなわち「増大した」インピーダンスが与えられる。能動ＲＦ整合回路網３０６の出力部で認められたこの高いすなわち「増大した」インピーダンスは、それぞれのプラズマチャンバーロード３２０を駆動するために必要な電圧の量を減少させるように作用する。それぞれのプラズマチャンバーロード３２０を駆動するために必要な電圧が減少すると、能動ＲＦ整合回路網３０６の一層効率的で信頼性のある作動がもたらされる。

１つの代表的な実施形態では、予備整合回路網３０８の構成要素（例えば、第１コンデンサー３１０、第２コンデンサー３１４および／またはインダクター３１２）は、約３：１のインピーダンス増大比がもたらされるように選択することができる。別の代表的な実施形態では、予備整合回路網３０８の構成要素は、約４：１のインピーダンス増大比がもたらされるように選択することができる。例えば、インダクター３１２はインピーダンスの実数部分を（タップの位置を通して）高めることができ、第２コンデンサー３１４はインピーダンスの虚数部分を高くなりすぎないように維持することができる。このようにして、予備整合回路網３０８は、能動ＲＦ整合回路網３０６によって認められたインピーダンスを能動ＲＦ整合回路網３０６の適切な作動のための通常のまたは予想の範囲内に納めることができる。

以上の説明はこの発明の代表的な実施形態だけを開示するものである。この発明の範囲に属する、上記開示の装置および方法の変形例は、当業者にとってすぐに明らかである。例えば別の実施形態では、能動ＲＦ整合回路網３０６は、予備整合回路網３０８の構成要素がそれと一体であるか、またはその中にあるように、設計することができる。

図２には、一体型能動ＲＦ整合／予備整合回路網３２２のこのような代表的な実施形態が図示されている。この一体型整合回路網３２２には、示されたように、予備整合回路網３０８に連結された能動ＲＦ整合回路網３０６が含む。図２の代表的な実施形態では、能動ＲＦ整合回路網３０６には、整調分路コンデンサー３２４と整調直列コンデンサー３２６とが含む。制御器３２８が、それぞれの整調コンデンサー３２４，３２６に連結されており、能動ＲＦ整合回路網３０６によって（例えば接続点３３０で）認められたロードインピーダンスを周期的に抽出するとともに、ロードインピーダンスの変化に基づいて整調コンデンサー３２４，３２６を調整することができる。例えば、制御器３２８は、１０分の１秒ごとに、または他の何らかの時間間隔で、ロードインピーダンスの変化を調整することができる。能動ＲＦ整合回路網３０６には作動の規制範囲があるので、予備整合回路網３０８は、ロードインピーダンスを能動ＲＦ整合回路網３０６の作動範囲内に納めるために採用することができる。

図３には、この発明によって設けられた第１の代表的プラズマ処理システム３５０が図示されている。図３によれば、第１処理システム３５０にはプラズマチャンバー３５２が含まれており、プラズマチャンバー３５２には、基板支持体３５６から所定距離だけ離れて配設されたシャワーヘッド３５４が含む。基板支持体３５６は、処理の間に基板Ｓをプラズマチャンバー３５２の内部に支持するように適合されている。ＲＦ電力は、ＲＦ電源３５８から、能動ＲＦ整合回路網３０６および予備整合回路網３０８（先に説明された）の使用によって、プラズマチャンバー３５２へ供給することができる。プラズマチャンバー３５２へのＲＦ電力（例えば、ある実施形態では２０〜２５キロワット（ｋＷ）であるが、他の電力範囲も使用することができる）の供給の間における望ましくない放射線の広がりを防止するために、ファラデーケージのようなＲＦカバーボックス３６０を採用することができる。

プラズマは、適切なガスをプラズマチャンバー３５２の中へ（シャワーヘッド３５４を介して）流し、かつ、ＲＦ電力をＲＦ電源３５８、能動ＲＦ整合回路網３０６および予備整合回路網３０８を介してシャワーヘッド３５４へ供給することによって、プラズマチャンバー３５２の内部に生成することができる。図３に示された実施形態では、予備整合回路網はＲＦカバーボックス３６０の内部に配置されている。この予備整合回路網は他の箇所に配置してもよいことはわかる。例えば、図４には、この発明によって設けられた第２の代表的プラズマ処理システム３７０が図示されており、その処理システムでは、プラズマチャンバー３５２の内部に予備整合回路網３０８が配置されている。図５には、この発明によって設けられた第３の代表的プラズマ処理システム３８０が図示されており、その処理システムでは、能動ＲＦ整合回路網３０６の内部にまたはこれと一体に予備整合回路網３０８が配置されている。

以上のように、この発明はその代表的な実施形態に関して開示されたが、他の実施形態も、請求の範囲によって定義されたようなこの発明の精神および範囲の内部に納まる、ということを理解すべきである。

プラズマチャンバーを駆動するために使用される能動ＲＦ整合とともに使用するインピーダンス変換回路網または予備整合回路網を設ける、この発明の代表的な実施形態を図示している。 この発明によって設けられた集積型能動ＲＦ整合／予備整合回路網の代表的な実施形態を図示している。 図３は、この発明によって設けられた第１の代表的プラズマ処理システムを図示している。 図４は、この発明によって設けられた第２の代表的プラズマ処理システムを図示している。 この発明によって設けられた第３の代表的プラズマ処理システムを図示している。

３００…装置、３０２…ＲＦ信号発生器、３０４…ＲＦ伝送線、３０６…能動ＲＦ整合回路網、３０８…予備整合回路網、３１０…コンデンサー、３１２…インダクター、３１４…第２コンデンサー、３１６…インダクター、３１８…抵抗器
３２０…プラズマチャンバーロード、３２２…予備整合回路網、３２４…整調分路コンデンサー、３２６…整調直列コンデンサー、３２８…制御器、３３０…接続点、３５０…プラズマ処理システム、３５２…プラズマチャンバー、３５４…シャワーヘッド、３５６…基板支持体、３５８…ＲＦ電源、３６０…ＲＦカバーボックス、３８０…プラズマ処理システム。

Claims (15)

1. プラズマ処理システムであって、
   シャワーヘッドと、基板支持体を含むプラズマチャンバーと、
   プラズマチャンバーへのＲＦ電力の供給の間における放射線の広がりを減らすように機能するＲＦカバーボックスと、
   能動ＲＦ整合回路からのＲＦ信号を受信するように機能する入力を有する予備整合回路網であって、
   第１容量性素子と、
   タップ付きチョークを含む誘導性素子であって、誘導性素子は第１容量性素子に並列に接続され、誘導性素子と第１容量性素子は夫々予備整合回路網の入力に接続された入力を有する誘導性素子と、
   誘導性素子の出力に直列に接続された第１接続点と、プラズマチャンバーのシャワーヘッドに接続された第２接続点を有する第２容量性素子を含み、予備整合回路網は能動ＲＦ整合回路が低電圧でプラズマチャンバーを駆動可能にする予備整合回路網を含むプラズマ処理システム。
2. 予備整合回路網は、プラズマチャンバー内に配置される請求項１記載のプラズマ処理システム。
3. 予備整合回路網は、ＲＦカバーボックス内に配置される請求項１記載のプラズマ処理システム。
4. 予備整合回路網の出力は、ＲＦカバーボックスの入力に接続される請求項１記載のプラズマ処理システム。
5. 第１容量性素子に並列に接続された誘導性素子は、プラズマチャンバーの入力インピーダンスを増加させる請求項１記載のプラズマ処理システム。
6. 第２容量性素子は、プラズマチャンバーの誘導リアクタンスを減少させる請求項１記載のプラズマ処理システム。
7. ＲＦ信号をプラズマチャンバーへ供給する方法であって、
   ＲＦ信号生成器によって生成されたＲＦ信号を能動ＲＦ整合網へ伝送する工程と、
   能動ＲＦ整合網の出力に接続された入力を有する第１回路によって、能動ＲＦ整合網の出力によって認められたインピーダンスを増加させる工程であって、第１回路は第１容量性素子に並列に接続された誘導性素子を含む工程と、
   第１回路とプラズマチャンバーの間に直列に接続された第２容量性素子によって、プラズマチャンバーの誘導リアクタンスを減少させる工程を含み、プラズマチャンバーを駆動するために必要とされる電圧が減少する方法。
8. プラズマチャンバーのインピーダンスを能動ＲＦ整合回路網に整合させる工程を含む請求項７記載の方法。
9. 能動ＲＦ整合回路網の出力によって認められたインピーダンスの増加に応答して、プラズマチャンバーに伝送されたＲＦ信号の電圧量を減少させる工程を含む請求項７記載の方法。
10. インピーダンスを増加させる工程は、能動ＲＦ整合回路網の出力に接続された第１回路無しの能動ＲＦ整合回路網の出力によって認められたインピーダンスと比べて、能動ＲＦ整合回路網の出力によって認められたインピーダンスを約３００％増加させる工程を含む請求項７記載の方法。
11. インピーダンスを増加させる工程は、能動ＲＦ整合回路網の出力に接続された第１回路無しの能動ＲＦ整合回路網の出力によって認められたインピーダンスと比べて、能動ＲＦ整合回路網の出力によって認められたインピーダンスを約４００％増加させる工程を含む請求項７記載の方法。
12. ＲＦ信号をプラズマチャンバーに供給するためのシステムであって、
    出力を有するＲＦ電源と、
    ＲＦ電源の出力に接続され、ＲＦ電源からのＲＦ信号を受信するように機能する能動ＲＦ整合回路網であって、出力を有する能動ＲＦ整合回路網と、
    プラズマチャンバーであって、
    入力と、
    入力に接続されたシャワーヘッドと、
    基板支持体と、
    能動ＲＦ整合回路網の出力に接続され、プラズマチャンバーの入力に接続された予備整合回路網であって、予備整合回路網は、
    第１容量性素子と、
    タップ付きチョークを含む誘導性素子であって、誘導性素子は第１容量性素子と並列に接続され、誘導性素子と第１容量性素子は、能動ＲＦ整合回路網からのＲＦ信号を受信するように接続された入力を有する誘導性素子と、
    第１容量性素子と誘導性素子に直列に接続され、プラズマチャンバーの入力に接続された出力を有する第２容量性素子を含む予備整合回路網を含み、予備整合回路網は能動ＲＦ整合回路網が低電圧でプラズマチャンバーを駆動可能にするプラズマチャンバーを含むシステム。
13. プラズマチャンバーは、プラズマチャンバーへのＲＦ電力の供給の間における放射線の広がりを防止するように機能するＲＦカバーボックスを含む請求項１２記載のシステム。
14. 能動ＲＦ整合回路網は、
    整調分路コンデンサーと、
    整調直列コンデンサーと、
    整調分路コンデンサー及び整調直列コンデンサーに接続された制御器を含む請求項１２記載のシステム。
15. プラズマチャンバーを駆動するための固定インピーダンス変換回路網を提供するための装置であって、
    能動ＲＦ整合回路網の出力に接続され、プラズマチャンバーの入力に接続される予備整合回路網であって、予備整合回路網は、
    第１容量性素子と、
    タップ付きチョークを含む誘導性素子であって、誘導性素子は第１容量性素子に並列に接続され、誘導性素子と第１容量性素子は夫々能動ＲＦ整合回路網からのＲＦ信号を受信するために接続された入力を有する誘導性素子と、
    第１容量性素子と誘導性素子に直列に接続され、プラズマチャンバーの入力に接続する出力を有する第２容量性素子を含み、予備整合回路網は能動ＲＦ整合回路網が低電圧でプラズマチャンバーを駆動可能にする予備整合回路網を含む装置。

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