特開2018-93179(P2018-93179A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-93179(P2018-93179A)
(43)【公開日】2018年6月14日
(54)【発明の名称】基板処理装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/683 20060101AFI20180518BHJP
   C23C 16/458 20060101ALI20180518BHJP
   C23C 16/509 20060101ALI20180518BHJP
   H05H 1/46 20060101ALI20180518BHJP
   H01L 21/3065 20060101ALI20180518BHJP
【FI】
   H01L21/68 R
   C23C16/458
   C23C16/509
   H05H1/46 M
   H01L21/302 101B
   H05H1/46 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2017-199736(P2017-199736)
(22)【出願日】2017年10月13日
(31)【優先権主張番号】15/370,834
(32)【優先日】2016年12月6日
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】512144771
【氏名又は名称】エーエスエム アイピー ホールディング ビー.ブイ.
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(72)【発明者】
【氏名】辻 直人
(72)【発明者】
【氏名】村主 拓也
(72)【発明者】
【氏名】池戸 洋三
【テーマコード(参考)】
2G084
4K030
5F004
5F131
【Fターム(参考)】
2G084AA05
2G084BB11
2G084BB33
2G084CC05
2G084CC09
2G084CC12
2G084CC33
2G084DD02
2G084DD15
2G084DD23
2G084DD38
2G084EE21
2G084FF15
2G084FF31
4K030FA03
4K030GA01
4K030KA14
4K030KA23
4K030KA30
5F004BA04
5F004BA09
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB26
5F004CA04
5F004CA06
5F131AA02
5F131BA04
5F131CA68
5F131EA03
5F131EB14
5F131EB16
5F131EB17
5F131EB22
5F131EB81
(57)【要約】
【課題】本発明は、静電チャック用の直流電源を交流電力から保護することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】誘電体で形成された下部電極と、該下部電極に対向して設けられた上部電極と、該上部電極に接続され、第1周波数の交流電力を提供する第1交流電源と、該上部電極に接続され、該第1周波数より低い周波数である第2周波数の交流電力を提供する第2交流電源と、該下部電極の中に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されたフィルタ回路と、該フィルタ回路を介して該内部電極に接続され、静電チャックに用いられる直流電源と、を備え、該フィルタ回路は、該第2周波数の交流電力よりも該第1周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第1フィルタ回路と、該第1周波数の交流電力よりも該第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第2フィルタ回路と、を備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体で形成された下部電極と、
前記下部電極に対向して設けられた上部電極と、
前記上部電極に接続され、第1周波数の交流電力を提供する第1交流電源と、
前記上部電極に接続され、前記第1周波数より低い周波数である第2周波数の交流電力を提供する第2交流電源と、
前記下部電極の中に設けられた内部電極と、
前記内部電極に接続されたフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を介して前記内部電極に接続され、静電チャックに用いられる直流電源と、を備え、
前記フィルタ回路は、
前記第2周波数の交流電力よりも前記第1周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第1フィルタ回路と、
前記第1周波数の交流電力よりも前記第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第2フィルタ回路と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項2】
前記第1フィルタ回路は、前記内部電極とグラウンドの間をつなぐキャパシタを有し、
前記第2フィルタ回路は、前記内部電極とグラウンドの間をつなぐ、キャパシタとインダクタの直列回路を有することを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記内部電極と前記直流電源の間に、前記内部電極と前記第1フィルタ回路をつなぐ経路を避けて設けられた、前記第1周波数の交流電力よりも前記第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第3フィルタ回路を備えたことを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
【請求項4】
前記第3フィルタ回路は、キャパシタとインダクタの並列回路であることを特徴とする請求項3に記載の基板処理装置。
【請求項5】
前記第1周波数は、13.56MHzであり
前記第2周波数は、100kHz〜1000kHzであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の基板処理装置。
【請求項6】
前記下部電極に設けられた、前記下部電極を加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の基板処理装置。
【請求項7】
前記第1周波数の交流電力と前記第2周波数の交流電力を前記上部電極に印加することで、前記上部電極と前記下部電極の間にプラズマが発生し、
前記直流電源により前記内部電極に電圧が印加されると前記下部電極の上の基板が前記下部電極に静電吸着することを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば成膜などの基板処理に用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、プラズマ処理反応室を備えた成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第5,366,585号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
下部電極と上部電極の間に材料ガスを供給しつつ上部電極に交流電力を供給することで下部電極と上部電極の間にプラズマを生成し、下部電極の上の基板に処理を施す基板処理装置がある。そのような基板処理装置において、静電チャックで基板を下部電極に吸着させようとすると、下部電極に電圧を印加する高圧の直流電源が必要となる。しかしながら、上述の交流電力により、当該高圧の直流電源がダメージを受ける問題があった。
【0005】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、静電チャック用の直流電源を交流電力から保護することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願の発明に係る基板処理装置は、誘電体で形成された下部電極と、該下部電極に対向して設けられた上部電極と、該上部電極に接続され、第1周波数の交流電力を提供する第1交流電源と、該上部電極に接続され、該第1周波数より低い周波数である第2周波数の交流電力を提供する第2交流電源と、該下部電極の中に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されたフィルタ回路と、該フィルタ回路を介して該内部電極に接続され、静電チャックに用いられる直流電源と、を備え、該フィルタ回路は、該第2周波数の交流電力よりも該第1周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第1フィルタ回路と、該第1周波数の交流電力よりも該第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる第2フィルタ回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、複数の交流電源のそれぞれに対しインピーダンスが低い回路を設けることで、複数の交流電源とグラウンドを低インピーダンスで接続する。これにより、静電チャック用の直流電源を交流電力から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】実施の形態1に係る基板処理装置の断面図である。
図2】フィルタ回路の回路図である。
図3】基板処理装置の動作を示す図である。
図4】容量とインピーダンスの関係を示す表である。
図5】実施の形態2に係るフィルタ回路の回路図である。
図6】実施の形態3に係る基板処理装置を示す図である。
図7】実施の形態4に係る基板処理装置を示す図である。
図8】変形例に係る基板処理装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施の形態に係る基板処理装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【0010】
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る基板処理装置の断面図である。この基板処理装置はチャンバ12を備えている。チャンバ12の中に、誘電体で形成された下部電極14と、下部電極14に対向して設けられた上部電極16が設けられている。下部電極14の材料は、例えばAlNなどのセラミックとすることができる。上部電極16にはスリット16aが設けられている。スリット16aを通って下部電極14と上部電極16の間に材料ガスが供給される。
【0011】
チャンバ12および上部電極16には、Oリングを介して排気ダクト20が固定されている。排気ダクト20は、上部電極16と下部電極14の間の空間を囲む。上部電極16と下部電極14の間に供給され、基板処理に利用されたガスは、排気ダクト20をとおって外部に排出される。
【0012】
上部電極16に第1交流電源22と第2交流電源24が接続されている。第1交流電源22は第1周波数の交流電力を提供する。第2交流電源24は第1周波数より低い周波数である第2周波数の交流電力を提供する。第1周波数は例えば1〜30MHzの範囲の周波数とすることができる。この周波数帯はHRF(High Radio Frequency)と呼ばれる。実施の形態1の第1交流電源22は13.56MHzの交流電力を提供する。第2周波数は、100kHz〜1000kHzの範囲の周波数とすることができる。この周波数帯はLRF(Low Radio Frequency)と呼ばれる。実施の形態1の第2交流電源24は430kHzの交流電力を提供する。
【0013】
下部電極14は支持部26によって支持されている。下部電極14と支持部26は一体的に形成されたサセプタである。下部電極14はGrounding substrate electrodeと呼ばれることもある。下部電極14の中にはヒータ28が埋め込まれている。ヒータ28は例えば平面視で渦巻き状に設けられている。ヒータ28は支持部26を通る配線によって電源29に接続されている。電源29がヒータ28に電流供給することで、下部電極14が加熱され、下部電極14の上の基板も加熱される。
【0014】
下部電極14の中に内部電極30が設けられている。内部電極30は例えば平面視でメッシュ状に形成された金属である。内部電極30の材料は例えばWである。内部電極30は支持部26をとおる配線によってフィルタ回路32に接続されている。そして、このフィルタ回路32を介して内部電極30と直流電源34が接続されている。直流電源34は静電チャックを提供するために内部電極30に電圧を印加する。
【0015】
図2は、フィルタ回路32の回路図である。フィルタ回路32は、内部電極30とグラウンドの間をつなぐキャパシタ32aを有している。このキャパシタ32aを第1フィルタ回路という。第1フィルタ回路は主として、第1交流電源22から提供された第1周波数の交流電力を通過させるために設けられている。
【0016】
フィルタ回路32には、インダクタ32bとキャパシタ32cが設けられている。インダクタ32bとキャパシタ32cにより、内部電極30とキャパシタ32aを接続する配線が、グラウンドに接続される。キャパシタ32cとインダクタ32bの直列回路で内部電極30とグラウンドの間をつないでいる。このキャパシタ32cとインダクタ32bを第2フィルタ回路という。第2フィルタ回路は主として、第2交流電源24から提供された第2周波数の交流電力を通過させるために設けられている。
【0017】
さらに、内部電極30と直流電源34の間に抵抗32dが接続されている。この抵抗32dは、第1周波数と第2周波数の交流電力が直流電源34に印加されることを防止するために設けられている。しかし、本発明の実施の形態1では、上述のとおり第1フィルタ回路と第2フィルタ回路を設けたので、直流電源34に交流電力が印加されるおそれはない。よって、抵抗32dは予備的に設けられたものであり省略してもよい。
【0018】
(基板処理装置の動作)
基板処理中の基板処理装置の動作について説明する。図3は、基板処理中の動作を分かりやすく説明するために、図1の構成を簡素に表現した図である。下部電極14の上に基板50をのせた状態で処理を開始する。基板50は例えばSiウエハである。必要に応じてヒータ28によって基板50を予め定められた温度に昇温しておく。上部電極16と下部電極14の間に材料ガスを供給しつつ、第1交流電源22と第2交流電源24により上部電極16に交流電力を供給する。第1周波数の交流電力と第2周波数の交流電力を上部電極16に重畳的に印加することで、上部電極16と下部電極14の間にプラズマ52が発生する。この状態で、直流電源34によって内部電極30に電圧を印加すると、下部電極14が分極し、静電チャックを提供できる。つまり、下部電極14の上の基板50が下部電極14に静電吸着する。なお、本発明の実施の形態1では、内部電極30は1つなので、プラズマが生じているときだけ静電チャックを提供できる。
【0019】
例えば、この基板処理装置で基板50にプラズマCVDを施す場合、基板50が反ることがあった。基板50の反りは、基板50を高温のサセプタへ搬送するときのサセプタと基板の温度差などにより生じると考えられる。特に3D−NANDメモリの製造過程において基板50が大きく反る問題があった。しかしながら、本発明の実施の形態1に係る基板処理装置によれば、基板50を下部電極14に静電吸着させるので、基板50の反りを抑制しつつ、基板50を下部電極14に固定することができる。
【0020】
さらに、キャパシタ32aを有する第1フィルタ回路により第1周波数の交流電力を流すことができ、インダクタ32bとキャパシタ32cを有する第2フィルタ回路により第2周波数の交流電力を流すことができる。例えば、インダクタンスLが1.3699mHのインダクタ32bと、容量が100pFのキャパシタ32cを有する第2フィルタ回路の430kHzの交流電力に対するインピーダンスを計算すると、概ね0.123458Ωとなる。この計算において交流電力の位相は−90°とした。また、第1フィルタ回路のキャパシタ32aの容量を25000pFとすると、13.56MHzの交流電力に対するインピーダンスは0.5Ωと非常に小さくなる。なお、この例の場合、430kHzに対する合成容量は2.5Ωとなる。
【0021】
(比較例)
ここで、第2フィルタ回路を設けず、第1フィルタ回路だけを設けた比較例について考察する。比較例の基板処理装置は、図1の基板処理装置とほぼ同じであるが、図2のインダクタ32bとキャパシタ32cを省略した点において図1の基板処理装置と異なる。比較例の場合、第1フィルタ回路は第1周波数の交流電力と第2周波数の交流電力の両方に対して低インピーダンスにならなければならない。そのような第1フィルタ回路は、第1フィルタ回路のキャパシタの静電容量を大きくすることで実現できる。
【0022】
図4は、比較例の第1フィルタとして設けたキャパシタのインピーダンスが静電容量によってどのように変化するかを示す表である。例えば、キャパシタの静電容量を2500pF×5とした場合には、13.56MHzの交流電力に対するインピーダンスが0.9Ωと良好であるものの、430kHzの交流電力に対するインピーダンスが30Ωと高い。しかし、キャパシタの静電容量を2500pF×10まで高めると13.56MHzの交流電力に対するインピーダンスが0.5Ωとなり、430kHzの交流電力に対するインピーダンスが15Ωとなる。したがって、キャパシタ32aの静電容量を非常に大きくすると、第1周波数の交流電力と第2周波数の交流電力の両方に対してある程度低いインピーダンスを提供できる。しかし、キャパシタの静電容量を非常に大きくすることは装置の大型化につながるので好ましくない。
【0023】
(実施の形態1に係る基板処理装置について)
本発明の実施の形態1では、HRFおよびLRFの交流電力をグランドに流すことができるフィルタ回路を提供した。したがって、比較例の場合のようにキャパシタを大型化することなく、第1周波数の交流電力と第2周波数の交流電力を接地するフィルタとして機能するフィルタ回路32を提供できる。フィルタ回路32を設けることで、上部電極16と下部電極14の間に正常に放電が生成し、しかも静電チャック用に設けた直流電源34を交流電力から保護することができる。
【0024】
(変形例)
本発明の実施の形態1に係る基板処理装置はその特徴を失わない範囲で様々な変形をなし得る。第1フィルタ回路としてキャパシタ32aを設けることで、非常に簡素な構成でありながら、例えば13.56MHz程度の第1周波数の交流電力をとおすことができる。しかしながら、第1フィルタ回路は、第2周波数の交流電力よりも第1周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる回路であればその構成は特に限定されない。
【0025】
第2フィルタ回路は、LとCで構成したが、第1周波数の交流電力よりも第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる回路であれば特に限定されない。本発明の実施の形態1に係る基板処理装置による処理内容は、プラズマ処理をともなうものであれば特に限定されない。基板処理装置をプラズマCVD装置として利用してもよいし、プラズマエッチング装置として利用しても良い。これらの変形は以下の実施の形態に係る基板処理装置に応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る基板処理装置は実施の形態1に係る基板処理装置と共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
【0026】
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る基板処理装置のフィルタ回路70を示す図である。フィルタ回路70は、キャパシタ32eとインダクタ32fの並列回路で構成された第3フィルタ回路を備えている。この第3フィルタ回路は、内部電極30と直流電源34の間に、内部電極30と第1フィルタ回路であるキャパシタ32aをつなぐ経路を避けて設けられている。すなわち、内部電極30とキャパシタ32aを接続する配線から分岐した配線に第3フィルタ回路が接続されている。
【0027】
第3フィルタ回路は、第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなり、第1周波数の交流電力に対し高インピーダンスとなるように形成される。すなわち、第3フィルタ回路はハイカットフィルタとして機能する。例えば、キャパシタ32eの容量を100pFとし、インダクタ32fのインダクタンスLを1.3776μHとした場合を考える。この場合、第3フィルタ回路の13.56MHzの交流電力に対するインピーダンスは2E+7Ωである。この交流電力の位相は−90°とした。そして、第3フィルタ回路の430kHzの交流電力に対するインピーダンスは3.72570Ωであった。この交流電力の位相は90°とした。そして、第2フィルタ回路のインダクタ32bのインダクタンスLを1.3699mHとし、キャパシタ32cの容量を100pFとすると、430kHzの交流電力に対する第2フィルタのインピーダンスを0.123458Ωとすることができる。この場合の430kHzに対する合成インピーダンスは3.0Ωである。
【0028】
このように、第3フィルタ回路は、第1周波数の交流電力よりも第2周波数の交流電力に対して低インピーダンスとなる。第3フィルタ回路により第1周波数の交流電力がカットされるので、当該交流電力が直流電源34にダメージを与えることを防止できる。
【0029】
実施の形態3.
図6は、実施の形態3に係る基板処理装置を示す図である。交流電源80によって上部電極16の内部電極16bに交流電力が提供される。下部電極14の中に設けられた内部電極30にはフィルタ回路32を介して直流電源34が接続されている。この直流電源34により内部電極30に電圧が印加されることで静電チャックが提供される。
【0030】
スイッチ82によって、内部電極30とグランドの接続と非接続を切り替えることができる。スイッチ82は、基板に処理が施されている期間は内部電極30とグランドを接続し、それ以外の期間は内部電極30とグランドを非接続とする。したがって、プラズマを生成し基板に処理が施されている期間は、上部電極16に印加された交流電力がフィルタ回路32とスイッチ82の両方を経由してグラウンドに流れる。また、この期間に直流電源34が内部電極30に印加されることで静電チャックを提供できる。
【0031】
実施の形態4.
ここまでの実施の形態では下部電極14に内部電極が1枚しか入っていないものを説明したが、実施の形態4では下部電極14の中に内部電極が2枚ある。図7は、実施の形態4に係る基板処理装置を示す図である。上部電極16の中の内部電極16bは接地されている。下部電極14には2つの内部電極30A、30Bが設けられている。2つの内部電極30A、30Bには交流電源40からプラズマを生成するための交流電力が供給される。直流電力は直流電源72、74からそれぞれ内部電極30A、30Bへ供給される。1つのフィルタ回路32が交流電源40と直流電源72の間に供給される。別のフィルタ回路32が交流電源40と直流電源74の間に提供される。
【0032】
交流電力の供給経路にはブロッキングコンデンサ90とスイッチ62の並列回路がある。スイッチ62を閉じると、交流電力が内部電極30A、30Bに提供され、フィルタ回路32により交流電力が直流電源72、74に印加されることが防止される。内部電極30Aには直流電源72から電圧が供給され、内部電極30Bには直流電源74から電圧が供給される。これにより、上部電極16と下部電極14の間にプラズマを生成しつつ、静電チャックで基板50を固定できる。スイッチ62を開けることで、ブロッキングコンデンサ90で交流電源40と直流電源72、74を分離する。
【0033】
図8は、変形例に係る基板処理装置を示す図である。交流電源42により上部電極16の内部電極16bに交流電力を提供する点が図7の構成と異なる。これにより、2つの交流電力でプラズマを生成できる。なお、ここまでで説明した各実施の形態は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【0034】
12 チャンバ、 14 下部電極、 16 上部電極、 22 第1交流電源、 24 第2交流電源、 30 内部電極、 32 フィルタ回路
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8