JP7408570B2 - ペデスタル用のｒｆ接地構成 - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、概して、処理チャンバ用の基板支持体、及びそれと共に使用するためのＲＦ接地構成に関する。
無線周波数（ＲＦ）電力は、プラズマ生成、静電チャックなどのための半導体基板等の基板の処理に用いられる。一部の処理システムでは、ＲＦ電力は、第１の電極に供給され、容量結合を介して基板支持体などの第２の電極に伝達される。第２の電極は、電気接続を介して電源に結合され、ＲＦ電力が電源に戻ることを可能にし、したがって、ＲＦ回路を完成させる。
従来の構成では、ＲＦストラップは、ＲＦフィルタを介したＲＦケーブルへのＲＦ電力の流れを促進する。高いＲＦ電流と長い処理時間により、ＲＦケーブルの過度の加熱が生じ、部品の劣化又はアーク放電が発生する。
したがって、改善されたＲＦ接地構成が必要とされている。
一実施形態では、その中に処理量を少なくとも部分的に画成するチャンバ本体を備えた装置が提供される。ペデスタルが処理量内に配置される。第１の電極がペデスタルの反対側の処理量内に配置される。第２の電極がペデスタル内に配置される。第２の電極には導電性ロッドが結合される。無線周波数（ＲＦ）フィルタは、導電性ロッドに結合され、かつ接地に結合された第１のコンデンサを備えている。ＲＦフィルタはまた、導電性ロッドに結合されたＬＣ共振回路と、該ＬＣ共振回路に結合され、かつ接地に結合された第２のコンデンサも備えている。
別の実施形態では、少なくとも部分的にその中の処理量を画成するチャンバ本体を備えた装置が提供される。ペデスタルが処理量内に配置される。第１の電極がペデスタルの反対側の処理量内に配置される。第２の電極がペデスタル内に配置される。第２の電極には導電性ロッドが結合される。導電性ロッドにはＲＦフィルタが結合される。ＲＦフィルタは、導電性ロッドに結合された第１のコンデンサと、導電性ロッドに結合された第１のインダクタとを備えている。フィードスルーボックスは、直列に結合された第２のインダクタと第２のコンデンサとを備えている。電源は、フィードスルーボックス及びＲＦフィルタを介して第２の電極に結合される。
さらに別の実施形態では、少なくとも部分的にその中の処理量を画成するチャンバ本体を備えた装置が提供される。ペデスタルが処理量内に配置される。ペデスタルは、基板支持体と、チャンバ本体に結合して基板支持体を支持するシャフトとを備えている。第１の電極がペデスタルの反対側の処理量内に配置される。第２の電極がペデスタル内に配置される。導電性ロッドが、ペデスタルのシャフトを通じて延び、第２の電極に結合される。ＲＦフィルタが筐体内に配置され、かつ導電性ロッドに結合される。ＲＦフィルタは、導電性ロッドに結合され、かつ筐体に結合された第１のコンデンサと、導電性ロッドに結合された第１のインダクタとを備えている。フィードスルーボックスは、直列に結合された第２のインダクタと第２のコンデンサとを備えている。ケーブルが第１のインダクタに結合され、かつ第２のインダクタに結合される。電源が、フィードスルーボックス及びＲＦフィルタを介して第２の電極に結合される。電源は、第２のインダクタと第２のコンデンサとの間に結合される。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が実施形態を参照することによって得られ、その一部は、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
本開示の一態様による処理チャンバを示す図 本開示の一態様によるペデスタル及びＲＦ接地構成を示す図 ボトムチューナ（bottom tuner）を利用する従来のＲＦ接地構成を示す図
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
本開示の実施形態は、概して、処理チャンバのための基板支持体及びそれとともに使用するためのＲＦ接地構成に関する。ＲＦ電流を接地する方法についても説明される。チャンバ本体は、少なくとも部分的にその中の処理量を画成する。第１の電極が処理量内に配置される。第１の電極の反対側にはペデスタルが配置される。第２の電極がペデスタル内に配置される。導電性ロッドを介して第２の電極にＲＦフィルタが結合される。ＲＦフィルタは、導電性ロッドに結合され、かつ接地されている第１のコンデンサを備えている。ＲＦフィルタはまた、フィードスルーボックスに結合された第１のインダクタも備えている。フィードスルーボックスは、直列に結合された第２のコンデンサと第２のインダクタとを備えている。第２の電極の直流（ＤＣ）電源は、第２のコンデンサと第２のインダクタとの間に結合される。
図１は、本開示の一実施形態による処理チャンバ１００を示している。処理チャンバ１００は、少なくとも部分的にその中の処理量１０４を画成するチャンバ本体１０２を備えている。ペデスタル１１０が処理量１０４内に配置される。ペデスタル１１０にはＲＦ接地構成１２０が結合される。シャワーヘッドなどの電極１０１が、ペデスタル１１０の反対側に配置される。ＲＦ電源１０６が電極１０１に結合されており、処理チャンバ１００内でのプラズマの生成を促進する。ＲＦ電源１０６からの電力は、処理中、ペデスタル１１０に容量結合される。
ペデスタル１１０は、支持シャフト１１２の上端に配置された基板支持体１１１を備えている。基板支持体１１１は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料で形成され、一方、支持シャフト１１２は、アルミニウムなどの金属か、若しくは窒化アルミニウムなどのセラミックで形成される。基板支持体１１１の温度調整を促進するために、抵抗加熱素子（図示せず）が任意選択的に基板支持体１１１内に配置されうる。処理チャンバ１００内でのプラズマ生成を促進するために、ＲＦメッシュなどの電極１１３が基板支持体１１１内に配置されうる。導電性ロッド１０７（例えば、ＲＦロッド）が電極１１３に結合されており、シャフト１１２を通ってＲＦフィルタ１１４まで延びる。ＲＦフィルタ１１４は、（例えば、望ましくない周波数を遮断しつつ、所望のＲＦ周波数を通過させる）通過フィルタとして構成することができ、（例えば、プラズマを介して伝導されるＲＦエネルギーが処理チャンバを出ることを制限又は禁止するように構成された）遮蔽フィルタとして構成することができ、あるいは、ペデスタル１１０内の電極１１３又は別の電極などの単一の電極上で、ＲＦ電力とＤＣ電力とを組み合わせるように構成することができる。
ＲＦフィルタ１１４は、その中に配置された第１のコンデンサ１３０と第１のインダクタ１３２とを備えている。第１のコンデンサ１３０は、ＲＦロッド１０７とＲＦフィルタ１１４の導電性の筐体１１４ａとの間に配置され、それらを電気的に接続する。このようにして、ＲＦロッド１０７によって伝導されるＲＦ電流は、第１のコンデンサ１３０を介して、導電性の（例えば、接地された）筐体１１４ａに、次いで処理チャンバ１００の導電性の（例えば、接地された）チャンバ本体１０２の内部表面に伝導される。次に、ＲＦ電流は、ＲＦ発電機１０６の接地に戻されうる。第１のインダクタ１３２は、電極１１３とＲＦケーブル１１７との間に直列に結合される。第１のインダクタ１３２は、ＲＦケーブル１１７を流れる残留ＲＦ電流の遮断を促進する。一例では、ＲＦフィルタ１１４を通る１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流は、ＲＦ接地構成１２０において約２．５Ａ（ｒｍｓ）である。
第１のコンデンサ１３０と第１のインダクタ１３２との組合せは、ＲＦ電源電流の流れをチャンバ本体１０２の内部表面に誘導することによって、従来の手法と比較してＲＦケーブル１１７を通るＲＦ電流の流れを低減する。一例では、ＲＦケーブル１１７を通るＲＦ電源電流の流れは、従来の手法と比較して約９０パーセント（％）低減する。したがって、処理チャンバ１００内のアーク放電及び構成要素の劣化が低減される。加えて、本明細書に開示される実施形態では、ＲＦケーブル１１７は３Ａ（ｒｍｓ）未満で流し、その結果、ＲＦケーブルは、従来の手法と比較してより低い温度で動作する。ＲＦケーブル１１７はより低い温度で動作することから、電気接続の不注意又は望ましくないリフローはんだ付けが軽減される。さらには、処理チャンバ１００内のアーク放電が低減される。
ＲＦケーブル１１７は、静電チャック（ＥＳＣ）フィードスルーボックス１２５にも結合される。高電圧直流（ＨＶ ＤＣ）電源１２６は、ＥＳＣフィードスルーボックス１２５に電力を入力して、ペデスタル１１０内に配置された静電チャック（図示せず）の動作を容易にする。ＥＳＣフィードスルーボックス１２５は、ＲＦケーブル１１７を通り、ＲＦフィルタ１１４を通り、ペデスタル１１０及び電極１１３へのＨＶ ＤＣ電流の伝導を容易にする。
ＥＳＣフィードスルーボックス１２５は、コンデンサ１３６と、ＨＶ ＤＣ電源１２６とＲＦケーブル１１７の間に直列に配置されたインダクタ１３４とを備えている。ＥＳＣフィードスルーボックス１２５は、例えば、可変コンデンサ（例えば、従来は「ボトムチューナ」と呼ばれていた）を省略するなど、従来の手法と比較して大幅に単純化されている。フィードスルーボックス１２５は接地に結合される。
図２は、本開示の一態様による、ペデスタル１１０と、それに結合されたＲＦ接地構成２２０とを示している。図１に示されるＲＦ接地構成１２０の代わりに、ＲＦ接地構成２２０を使用することができる。ＲＦ接地構成２２０は、ＲＦフィルタ２１４を備えている。ＲＦフィルタ２１４は、ＬＣ共振回路２４０と直列に配置されたコンデンサ２３０を備えている。ＬＣ共振回路２４０は、互いに並列に配置されたコンデンサ２３４とインダクタ２３２とを備えている。ＥＳＣケーブル２３６は、ＨＶ ＤＣ電源１２６からＲＦケーブル１１７を介してペデスタル１１０へとＨＶ ＤＣ電力を伝導する。コンデンサ２３８は、ＲＦケーブル１１７をＲＦフィルタ２１４の導電性の筐体２１４ａに結合する。
図２の例では、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数のＲＦ電力は、処理チャンバ（処理チャンバ１００など）内のプラズマを介してペデスタル１１０内のＲＦメッシュ又は別の電極に結合される。ＲＦメッシュ又は他の電極は、コンデンサ２３０を介してＲＦロッド１０７を通じて接地に結合される。コンデンサ２３０の静電容量は、コンデンサ２３０が１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流に仮想接地を提供するように選択される。また、コンデンサ２３０は、ヒータ対接地のインピーダンスが既知の値と一致するように選択される。ＬＣ共振回路２４０は、ＲＦケーブル１１７を流れる残留ＲＦ電流の遮断を容易にする。ＬＣ共振回路２４０は、図１に示されるように、ＲＦ接地構成１２０と比較した場合に第１のインダクタ１３２よりも高いインピーダンスを提供する。コンデンサ２３８は、ＲＦケーブル１１７の両端の電圧（したがって、電流）がゼロ又はほぼゼロになるように、ＲＦケーブル１１７の両端のＲＦ電圧の接地を容易にする。一例では、ＲＦ電圧は１０Ｖ（ｒｍｓ）未満である。一例では、ＲＦフィルタ２１４の出力においてセンサを介して測定される１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流は、約０．５Ａ（ｒｍｓ）である。
図３は従来のＲＦ接地構成３２０を示している。従来のＲＦ接地構成３２０はペデスタル３１０に結合される。ペデスタルは、図１に関して記載される処理チャンバ１００などの処理チャンバ内に配置されうる。ＲＦ接地構成３２０は、ＲＦフィルタ３１４及びボトムチューナ３４０を含む。ＲＦロッド３１２は、ペデスタル３１０のシャフトを通ってＲＦフィルタ３１４まで延びる。ＲＦフィルタ３１４は、ＲＦロッド３１２をＲＦケーブル３１８に結合するＲＦストラップ３１６をその中に含む。ＲＦケーブル３１８はボトムチューナ３４０に接続される。ボトムチューナ３４０は、固定コンデンサ３４８及びインダクタ３４６と並列に配置された可変コンデンサ３４２及びインダクタ３４４を備えている。従来のＲＦ接地構成３２０では、ペデスタル３１０から伝導されるすべてのＲＦ電流は、ボトムチューナ３４０を介して処理チャンバの本体に接地され、これが次に、ＲＦ発電機の接地に接続される。このような構成では、ボトムチューナ３４０の内部の１３．５６ＭＨｚのＲＦ電流は約２５Ａ（ｒｍｓ）であり、これに起因して前述の問題が生じる。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (21)

  1. 基板を処理するための装置であって、
    基板支持体及びシャフトを備えるペデスタルと、
    前記ペデスタル内に配置された電極と、
    前記電極に結合された導電性ロッドと、
    前記導電性ロッドに結合されたＲＦフィルタであって、
    接地に結合された導電性筐体であって、前記導電性ロッドが前記シャフトを通って、かつ前記導電性筐体の頂部を通って延在する、導電性筐体と、
    前記導電性ロッドと前記導電性筐体との間に結合された第１のコンデンサと、
    前記導電性ロッドに結合された第１のインダクタと
    を備えた、ＲＦフィルタと、
    接地に結合されたフィードスルーボックスであって、直列に結合された第２のインダクタ及び第２のコンデンサが内部に配置されており、前記第２のコンデンサが前記第２のインダクタと前記フィードスルーボックスとの間に結合されている、フィードスルーボックスと、
    前記導電性筐体と前記フィードスルーボックスとの間を少なくとも部分的に延び、前記ＲＦフィルタの前記第１のインダクタ及び前記フィードスルーボックスの前記第２のインダクタと直列に配置されている、ＲＦケーブルと、
    前記第２のインダクタ及び前記ＲＦフィルタを介して前記電極に結合された電源と
    を備えている、装置。
  2. 前記導電性ロッドが前記シャフトを通じて前記電極から延びる、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第２のコンデンサが接地に結合するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  4. 装置であって、
    少なくとも部分的に内部に処理容積を画成するチャンバ本体と、
    前記処理容積内に配置されたペデスタルであって、基板支持体と、前記基板支持体に結合したシャフトとを備えた、ペデスタルと、
    前記ペデスタルの反対側の前記処理容積内に配置された第１の電極と、
    前記ペデスタル内に配置された第２の電極と、
    前記ペデスタルの前記シャフトを通じて延び、かつ前記第２の電極に結合した導電性ロッドと、
    筐体内に配置され、かつ前記導電性ロッドに結合されたＲＦフィルタであって、前記筐体が接地に結合され、前記導電性ロッドが前記筐体の頂部を通って延び、前記ＲＦフィルタが、
    前記導電性ロッドに結合され、かつ前記筐体に結合された第１のコンデンサと、
    前記導電性ロッドに結合された第１のインダクタと
    を備えた、ＲＦフィルタと、
    接地に結合されたフィードスルーボックスであって、直列に結合された第２のインダクタと第２のコンデンサとを備えたフィードスルーボックスと、
    前記筐体と前記フィードスルーボックスとの間を少なくとも部分的に延び、前記ＲＦフィルタの前記第１のインダクタ及び前記フィードスルーボックスの前記第２のインダクタと直列に配置されている、ＲＦケーブルと、
    前記第２のインダクタ及び前記ＲＦフィルタを介して前記第２の電極に結合され、かつ前記第２のインダクタと前記第２のコンデンサとの間に結合された、電源と
    を備えている、装置。
  5. 前記第１のコンデンサが、前記第２の電極からＲＦ電力用の接地経路を生成する、請求項４に記載の装置。
  6. 前記第１の電極に結合されたＲＦ源
    をさらに備えている、請求項４に記載の装置。
  7. 前記ＲＦ源から前記第１の電極へのＲＦ電力が１３．５６ＭＨｚの周波数を有する、請求項６に記載の装置。
  8. 前記第２のコンデンサが前記フィードスルーボックスに結合されている、請求項４に記載の装置。
  9. 前記ＲＦフィルタの前記筐体は、少なくとも部分的に前記チャンバ本体を通って延びる、請求項４に記載の装置。
  10. 前記導電性ロッドは、前記第２の電極から延びる、請求項９に記載の装置。
  11. 前記電源は、前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの間の位置に結合されている、請求項９に記載の装置。
  12. 前記第２のコンデンサは、接地に結合するように構成されている、請求項９に記載の装置。
  13. 前記筐体は、前記第１のコンデンサ及び前記第１のインダクタを取り囲んでいる、請求項４に記載の装置。
  14. 前記導電性ロッドは、前記第２の電極から延びる、請求項４に記載の装置。
  15. 前記電源は、前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの間の位置に結合されている、請求項４に記載の装置。
  16. 前記ＲＦフィルタの前記導電性筐体は、前記装置の処理容積を少なくとも部分的に画定するチャンバ本体を少なくとも部分的に通って延びる、請求項１に記載の装置。
  17. 前記導電性筐体は、前記第１のコンデンサ及び前記第１のインダクタを取り囲んでいる、請求項１に記載の装置。
  18. 前記第１のコンデンサは、前記電極からＲＦ電力用の接地経路を生成する、請求項１に記載の装置。
  19. 第２の電極と、
    前記第２の電極に結合されたＲＦ源と、
    をさらに含む、請求項１に記載の装置。
  20. 前記ＲＦ源から前記第２の電極へのＲＦ電力は、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記第２のコンデンサは、前記フィードスルーボックスに結合されている、請求項１に記載の装置。
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