特許 6976345 ファラデーシールドに結合された温度制御エレメントを使用したプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6976345

(24)【登録日】2021年11月11日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】ファラデーシールドに結合された温度制御エレメントを使用したプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20211125BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

   H01L21/302 101C

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-544879(P2019-544879)

(86)(22)【出願日】2018年2月14日

(65)【公表番号】特表2020-508547(P2020-508547A)

(43)【公表日】2020年3月19日

(86)【国際出願番号】US2018018091

(87)【国際公開番号】WO2018152142

(87)【国際公開日】20180823

【審査請求日】2019年9月11日

(31)【優先権主張番号】62/460,925

(32)【優先日】2017年2月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502278714

【氏名又は名称】マトソン テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(73)【特許権者】

【識別番号】520111187

【氏名又は名称】ベイジン イータウン セミコンダクター テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅ−Ｔｏｗｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ヨークマン マ

(72)【発明者】

【氏名】ディクシット ヴィ． デサイ

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５２９９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３４３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１９１８２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０４７１７８１７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１５２９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２５６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１７４８３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置であって、
処理チャンバと、
該処理チャンバ内に配置されおり、処理中にワークピースを支持するように構成されたペデスタルと、
前記処理チャンバの少なくとも一部を形成し、第１の部分および第２の部分を有する誘電体窓と、
高周波（ＲＦ）エネルギが供給された際に前記処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成された第１の誘導結合エレメントおよび第２の誘導結合エレメントと、
前記第１の誘導結合エレメントと前記誘電体窓の前記第１の部分との間に配置された第１のファラデーシールドと、
前記第２の誘導結合エレメントと前記誘電体窓の前記第２の部分との間に配置された第２のファラデーシールドと、
前記第２のファラデーシールドとの熱的連通する少なくとも１つの温度制御エレメントと、
を含み、
前記少なくとも１つの加熱エレメントは、前記第２のファラデーシールドの表面上に配置された薄膜加熱エレメントであり、
前記少なくとも１つの加熱エレメントのそれぞれは、前記誘電体窓の前記第２の部分と接触し、前記誘電体窓の前記第１の部分から離間しており、
前記少なくとも１つの温度制御エレメントは、前記第２のファラデーシールドの第１の部分に配置された第１の温度制御エレメントと、前記第２のファラデーシールドの第２の部分に配置された第２の温度制御エレメントとを含む、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記少なくとも１つの温度制御エレメントは、前記誘電体窓の前記第２の部分と前記第２のファラデーシールドとの間の熱伝導路を形成している、請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記薄膜加熱エレメントは、ポリイミド薄膜加熱エレメントであるか、またはシリコーンラバーシート加熱エレメントである、請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記加熱エレメントは、少なくとも部分的に前記第２のファラデーシールドの形状に一致する形状を有する、請求項１から３までの少なくとも１項記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記第２のファラデーシールドは、１つもしくは複数の固体金属部分と複数のリーフエレメントとを含み、前記複数のリーフエレメントのそれぞれは、少なくとも１つのラジアルスパイクエレメントを介して前記１つもしくは複数の固体金属部分の少なくとも１つに結合されており、
前記薄膜加熱エレメントは、複数のリーフエレメントを含み、各リーフエレメントは、少なくとも１つのラジアルスパイクエレメントを介してリング部分に結合されている、
請求項４記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記プラズマ処理装置は、前記少なくとも１つの温度制御エレメントに電力を供給するように構成された第１の導体セットと、第２の導体セットとを含み、
該第２の導体セットは、前記少なくとも１つの温度制御エレメントに関連する温度を表す１つもしくは複数の信号を生成するように構成された温度センサに関連している、
請求項１から５までの少なくとも１項記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第１の導体セットまたは前記第２の導体セットの少なくとも一方は、前記第２のファラデーシールドに結合されたチューブエレメント内を通過している、請求項６記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記プラズマ処理装置は、前記第２のファラデーシールドの温度を表す１つもしくは複数の信号の少なくとも一部に基づいて前記少なくとも１つの温度制御エレメントへの電力供給を制御するように構成された１つもしくは複数の制御デバイスを含む、請求項１から７までの少なくとも１項記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記第１の部分は中央部分であり、前記第２の部分は周辺部分である、請求項１から８までの少なくとも１項記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記第１の温度制御エレメントは、前記第２の温度制御エレメントに対して独立に制御可能である、請求項１から９までの少なくとも１項記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権主張
本願は、“Temperature Control Using Heating Element Coupled to Faraday Shield”なるタイトルにて２０１７年２月２０日付提出の米国仮出願第６２／４６０９２５号（U.S. Provisional Application Serial No.62/460,925）の優先権の利益を主張し、この出願は、あらゆる目的のため、引用により本願に組み込まれるものとする。

【0002】

分野
本開示は、広くはプラズマ処理に関し、より具体的には、プラズマ源を使用してワークピースを処理する装置および方法に関する。

【0003】

背景
プラズマ処理ツールは、デバイス、例えば集積回路、マイクロメカニカルデバイス、フラットパネルディスプレイおよび他のデバイスの製造において使用可能である。現行のプラズマエッチング用途において使用されているプラズマ処理ツールでは、高いプラズマ均質性と、独立したプラズマ分布、プラズマ密度およびイオンエネルギの制御を含む複数のプラズマ制御との提供が要求される。プラズマ処理ツールでは、幾つかのケースにおいて、種々のプロセスガス中かつ種々異なる条件（例えばガス流量、ガス圧など）のもとでの安定したプラズマの維持が要求されうる。

【0004】

概要
本発明の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されたものであり、または当該説明から明らかとなりうるものであり、または本発明の実施を通して学習されうるものである。

【0005】

本開示の一例たる態様は、プラズマ処理装置に関する。当該プラズマ処理装置は、処理チャンバを含むことができる。当該装置は、処理中にワークピースを支持するように構成された、処理チャンバ内のペデスタルを含むことができる。当該装置は、処理チャンバの少なくとも一部を形成する誘電体窓を含むことができる。当該装置は、誘電体窓の近傍に配置された誘導結合エレメントを含むことができる。誘導結合エレメントは、ＲＦエネルギが供給された際に処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成可能である。当該装置は、誘導結合エレメントと処理チャンバとの間に配置されたファラデーシールドを含むことができる。当該装置は、ファラデーシールドとの熱的連通する少なくとも１つの温度制御エレメントを含むことができる。

【0006】

本開示の例示的実施形態に対して複数の変形形態および修正形態を行うことができる。

【0007】

本発明の上述したおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより良好に理解されるであろう。本明細書に組み込まれてその一部を成す添付の図面は本発明の各実施形態を示すものであり、以下の説明と組み合わせて、本発明の基本方式の説明に用いられる。

【0008】

当該分野の通常の知識を有する者に対する完全かつ可能な開示は、より具体的には、添付の図面の参照を含む本明細書の残りの部分に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の例示的実施形態によるプラズマ処理装置の一例を示す図である。

【図2】本開示の例示的実施形態によるプラズマ処理装置に関連して使用可能なファラデーシールドの一例を示す平面図である。

【図3】本開示の例示的実施形態によるプラズマ処理装置に対して配置されたファラデーシールドの一例を示す図である。

【図4】本開示の例示的実施形態による、温度制御エレメントを備えたファラデーシールドの一例を示す分解図である。

【図5】本開示の例示的実施形態による、温度制御エレメントを備えたファラデーシールドの一例を示す図である。

【図6】本開示の例示的実施形態による、ファラデーシールドに結合された温度制御エレメントを制御するシステムの一例を示す図である。

【図7】本開示の例示的実施形態による、ファラデーシールドに結合された温度制御エレメントを制御するシステムの一例を示す図である。

【図8】本開示の例示的実施形態による、ファラデーシールドに結合された温度制御エレメントを制御するシステムの一例を示す図である。

【0010】

詳細な説明
本発明の実施形態への参照を以下に詳細に行い、本発明の実施形態の１つもしくは複数の例を図示する。各例は本発明の説明のために設けたものであり、本発明を限定しない。実際に、当該分野の技術者には、本発明の観点もしくは思想から逸脱することなく本発明において種々の修正形態および変形形態を行いうることが理解されるであろう。例えば、或る実施形態の一部として図示もしくは説明される特徴は、さらなる実施形態を創出するために別の実施形態と共に使用可能である。このように、添付の特許請求の範囲およびその等価物の観点において発生するこうした修正形態および変形形態を本発明がカバーすることが意図されている。

【0011】

本開示の例示的態様は、プラズマ処理装置およびこれに関連する方法に関する。プラズマ処理装置は、ワークピースの処理（例えばエッチングプロセスの実行）のための処理チャンバ内での誘導性プラズマの誘導に使用される１つもしくは複数の誘導結合エレメント（例えばコイル）を含むことができる。プラズマ処理装置は、１つもしくは複数の誘導結合エレメントと処理チャンバ内に誘導されたプラズマとの間の容量結合を低減するためにプラズマ処理装置内に配置されたファラデーシールドを含むことができる。本開示の例示的態様によれば、１つもしくは複数の温度制御エレメント（例えば加熱エレメント）が、ファラデーシールドと熱的連通するよう、このファラデーシールドに結合可能である。

【0012】

例えば、幾つかの実施形態では、１つもしくは複数の温度制御エレメントは、１つもしくは複数の加熱エレメント、例えばファラデーシールドに配置された薄膜ヒータを含むことができる。１つもしくは複数の加熱エレメントは、プラズマ処理装置の１つもしくは複数の部分（例えばチャンバシーリング）の温度が制御されるように、例えば、プラズマ処理中、プラズマエッチング副産物によって起こる粒子状物質の発生が低減されるように、および／またはワークピースのプラズマ処理中、コールドスタート効果を低減するため、プラズマ処理装置のチャンバシーリングが予熱されるように、動作可能である。

【0013】

本開示の各態様については、ファラデーシールドの加熱に使用される加熱エレメントを含む１つもしくは複数の温度制御エレメントに関連して検討する。本開示の各例示的態様の変形形態では、１つもしくは複数の温度制御エレメントは、冷却エレメント（例えば液冷チャネル）を含んでもよい。

【0014】

幾つかの実施形態では、薄膜加熱エレメント（例えばポリイミド薄膜ヒータ、シリコーンラバーシートヒータなど）を、プラズマ処理装置における容量結合の低減に使用されるファラデーシールドの表面の少なくとも一部に形成することができる。幾つかの実施形態では、薄膜加熱エレメントは、ファラデーシールドに直接に接触するように配置可能である。例えば、薄膜加熱エレメントは、ファラデーシールドにラミネート可能であるか、ファラデーシールドにボンディング可能であるか、または他の方式でファラデーシールドに接触するように配置可能である。

【0015】

幾つかの実施形態では、加熱エレメントはまた、プラズマ処理装置の処理チャンバのシーリングとして使用される誘電体窓（例えばセラミック容器）に接触可能でありおよび／または当該誘電体窓に隣接可能である。例えば、リングばねおよび／またはばねにより予荷重されたブロックを使用して、加熱エレメントを誘電体窓に接触させたまま保持することができる。幾つかの実施形態では、（給電もしくは加熱を受けていないときに）加熱エレメントをヒートシンクとして作用させることもでき、これにより誘電体窓とファラデーシールドとの間の熱伝導路が形成される。このように、加熱エレメントによって誘電体窓の熱制御を改善することができる。幾つかの実施形態では、加熱エレメントと誘電体窓との間に空隙を設けることもできる。

【0016】

幾つかの実施形態では、１つもしくは複数の導体セットを使用して、加熱エレメントへのおよび／または加熱エレメントからの電力および／または他の信号の送受を行うことができる。例えば、第１の導体セットは、加熱エレメントへの電力供給に使用可能である。第２の導体セットは、加熱エレメントに取り付けられているかもしくは加熱エレメントの近傍にある熱電対または１つもしくは複数の他の温度測定エレメントに対して設けることができる。幾つかの実施形態では、複数の第２の導体セットを、加熱エレメントの種々の領域に配置された複数の温度測定エレメントに対して設けることができる。幾つかの実施形態では、導体セットの歪みを低減するため、導体セットは、ファラデーシールドに固定されたまたは他の方式で結合された中空チューブ内を通過することができる。

【0017】

制御システムは、加熱エレメントが所望の温度範囲内に維持されるよう、１つもしくは複数の加熱エレメントを制御可能である。例えば、１つもしくは複数の制御デバイスは、温度センサ（例えば１つもしくは複数の測定導体セット）からの加熱エレメントの温度を表す１つもしくは複数のフィードバック信号に基づき、（例えばパワー導体セットを介した）加熱エレメントへの電力供給を制御可能である。幾つかの実施形態では、ファラデーシールドは、加熱エレメントの冷却のためのヒートシンクとして使用可能である。例えば、加熱エレメントが所望の温度（例えばフィードバック信号から求められる温度）に達するまで、電力を加熱エレメントへ供給可能である。所望の温度が得られれば、加熱エレメントへの電力を遮断し、ヒートシンクとして作用するファラデーシールドを介して、加熱エレメントを冷却することができる。温度低下が閾値を下回ると、電力が加熱エレメントへ供給可能となり、これにより、加熱エレメントの所望の温度への加熱、および／または加熱エレメントの所望の温度範囲内での維持が可能となる。

【0018】

本開示の観点から逸脱することなく、種々の制御スキーマを使用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、加熱エレメントの温度は、（例えば約１００℃から約１８０℃の、例えば約１２０℃から約１５０℃の）一定の温度範囲内に維持されるように制御可能である。

【0019】

幾つかの実施形態では、加熱エレメントのための温度制御システムは、一対の測定エレメント（例えば一対の熱電対）を含むことができる。第１の熱電対は、１つもしくは複数の制御デバイスにフィードバック信号を供給するために使用可能であり、当該制御デバイスは、フィードバック信号を使用して、加熱エレメントが設定温度範囲内の温度となるように制御することができる。第２の熱電対は、過熱遮断制御のために使用可能である。例えば、加熱エレメントの温度が閾値温度を超過した場合、加熱エレメントへの電力を直ちに遮断して、過熱を回避することができる。

【0020】

幾つかの実施形態では、加熱エレメントの複数の異なる領域を相互に独立に制御することができる。例えば、１つもしくは複数の加熱エレメントは中央領域と周辺領域とを有することができる。幾つかの実施形態では、周辺領域を中央領域よりも高い温度に制御可能であり、また逆に中央領域を周辺領域よりも高い温度に制御可能である。

【0021】

本開示の一例たる態様は、プラズマ処理装置に関する。当該装置は、処理チャンバを含む。当該装置は、処理チャンバ内に配置されており、処理中にワークピースを支持するように構成されたペデスタルを含む。当該装置は、処理チャンバの少なくとも一部を形成する誘電体窓を含む。当該装置は、誘電体窓の近傍に配置された誘導結合エレメントを含む。誘導結合エレメントは、高周波（ＲＦ）エネルギが供給された際に処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成されている。当該装置は、誘導結合エレメントと処理チャンバとの間に配置されたファラデーシールドを含むことができる。当該装置は、ファラデーシールドと熱的連通する少なくとも１つの温度制御エレメントを含むことができる。

【0022】

本開示の当該例示的実施形態につき、複数の変形形態および修正形態を行うことができる。例えば、幾つかの実施形態では、ファラデーシールドは誘導結合エレメントと誘電体窓との間に配置することもできる。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの温度制御エレメントが、誘電体窓とファラデーシールドとの間の熱伝導路を形成する。

【0023】

幾つかの実施形態では、少なくとも１つの温度制御エレメントは加熱エレメントを含むことができる。加熱エレメントは、薄膜加熱エレメントであってよい。例えば、加熱エレメントは、ポリイミド薄膜加熱エレメントまたはシリコーンラバー薄膜加熱エレメントであってよい。

【0024】

幾つかの実施形態では、加熱エレメントは、ファラデーシールドの形状に少なくとも部分的に一致する形状を有することができる。例えば、ファラデーシールドは、１つもしくは複数の固体金属部分と複数のリーフエレメントとを含むことができる。複数のリーフエレメントのそれぞれは、少なくとも１つのラジアルスパイクエレメントを介して１つもしくは複数の固体金属部分の少なくとも１つに結合可能である。薄膜加熱エレメントは複数のリーフエレメントを含むことができる。各リーフエレメントは少なくとも１つのラジアルスパイクエレメントを介してリング部分に結合可能である。

【0025】

幾つかの実施形態では、当該装置は、少なくとも１つの温度制御エレメントに電力を供給するように構成された第１の導体セットを含むことができる。当該装置は、第２の導体セットを含むことができる。第２の導体セットは、少なくとも１つの温度制御エレメントに関連する温度を表す１つもしくは複数の信号を生成するように構成された温度センサに関連づけることができる。第１の導体セットまたは第２の導体セットの少なくとも一方は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント内を通過可能である。

【0026】

幾つかの実施形態では、当該装置は、１つもしくは複数の制御デバイスを含むことができる。１つもしくは複数の制御デバイスは、ファラデーシールドの温度を表す１つもしくは複数の信号の少なくとも一部に基づいて少なくとも１つの温度制御エレメントへの電力供給を制御するように構成可能である。

【0027】

幾つかの実施形態では、少なくとも１つの温度制御エレメントは、ファラデーシールドの第１の部分に配置された第１の温度制御エレメントと、ファラデーシールドの第２の部分に配置された第２の温度制御エレメントとを含む。第１の部分は中央部分であってよく、第２の部分は周辺部分であってよい。幾つかの実施形態では、第１の温度制御エレメントは、第２の温度制御エレメントに対して独立に制御可能である。

【0028】

本開示の別の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関する。当該装置は、処理チャンバを含む。当該装置は、処理チャンバ内に配置されており、処理中にワークピースを支持するように構成されたペデスタルを含む。当該装置は、処理チャンバの少なくとも一部を形成する誘電体窓を含む。当該装置は、誘電体窓の近傍に配置された誘導結合エレメントを含む。誘導結合エレメントは、高周波（ＲＦ）エネルギが供給された際に処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成されている。当該装置は、誘導結合エレメントと誘電体窓との間に配置されたファラデーシールドを含むことができる。当該装置は、ファラデーシールドと熱的連通する少なくとも１つの加熱エレメントを含むことができる。

【0029】

当該例示的実施形態につき、複数の変形形態および修正形態を行うことができる。例えば、幾つかの実施形態では、少なくとも１つの加熱エレメントは、ファラデーシールドの第１の部分に配置された第１の加熱エレメントと、ファラデーシールドの第２の部分に配置された第２の加熱エレメントとを含む。第１の加熱エレメントと第２の加熱エレメントとは独立に制御可能である。第１の部分はファラデーシールドの周辺部分であってよく、第２の部分はファラデーシールドの中央部分であってよい。幾つかの実施形態では、当該装置は、第１の加熱エレメントと第２の加熱エレメントとに電力を独立に供給するように構成された電力源を含む。

【0030】

幾つかの実施形態では、当該装置は、１つもしくは複数の制御デバイスを含む。１つもしくは複数の制御デバイスは、第１の加熱領域に関連する温度を表す１つもしくは複数の信号および第２の加熱領域に関連する温度を表す１つもしくは複数の信号を受信するように構成可能である。１つもしくは複数の制御デバイスは、第１の加熱領域に関連する温度を表す１つもしくは複数の信号および第２の加熱領域に関連する温度を表す１つもしくは複数の信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の加熱エレメントおよび第２の加熱エレメントへの電力を制御するように構成可能である。

【0031】

本開示の別の例示的実施形態は、プラズマ処理装置に関する。当該装置は、処理チャンバを含む。当該装置は、処理チャンバ内に配置されており、処理中にワークピースを支持するように構成されたペデスタルを含む。当該装置は、処理チャンバの少なくとも一部を形成する誘電体窓を含む。当該装置は、誘電体窓の近傍に配置された誘導結合エレメントを含む。誘導結合エレメントは、高周波（ＲＦ）エネルギが供給された際に処理チャンバ内にプラズマを生成するように構成されている。当該装置は、誘導結合エレメントと誘電体窓との間に配置されたファラデーシールドを含むことができる。当該装置は、ファラデーシールドと熱的連通する少なくとも１つの加熱エレメントを含むことができる。当該装置は、温度センサからの１つもしくは複数の信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つの加熱エレメントへの電力供給を制御するように構成された１つもしくは複数の制御デバイスを含むことができる。

【0032】

本開示の各態様を、例示および説明の目的で、「ワークピース」「基板」または「ウェハ」に関連して検討する。当該分野の通常の知識を有する者であれば、ここに提示する開示を利用して、本開示の例示的態様が半導体基板もしくは他の適切な基板またはワークピースに関連して使用可能であることを理解するであろう。「ペデスタル」とは、ワークピースの支持に使用可能な任意の構造体である。さらに、数値に関連した「約」なる語の使用は、記載した数値の１０％以内の値をいうことを意図している。

【0033】

図１には、本開示の例示的実施形態によるプラズマ処理装置１００が示されている。本開示を、図示および検討の目的で、図１に示されているプラズマ処理装置１００に関連して検討する。当該分野の通常の知識を有する者であれば、ここで提供する開示を用いて、本開示の観点から逸脱することなく、本開示の例示的態様を他のプラズマ処理ツールおよび／またはプラズマ処理装置と共に使用可能であることを理解するであろう。

【0034】

プラズマ処理装置１００は、内部空間１０２を規定する処理チャンバを含む。ペデスタルまたは基板ホルダ１０４は、ワークピース１０６、例えば半導体ウェハを内部空間１０２内で支持するために使用されている。誘電体窓１１０は、ペデスタル１０４の上方に配置されており、処理チャンバのシーリングとして作用する。誘電体窓１１０は、比較的平坦な中央部分１１２と、傾斜した周辺部分１１４とを有する。誘電体窓１１０は、中央部分１１２に、内部空間１０２へプロセスガスを供給する噴射ヘッド１２０のための空間を有する。

【0035】

装置１００はさらに、複数の誘導結合エレメント、例えば内部空間１０２内に誘導性プラズマを生成するための１次誘導結合エレメント１３０および２次誘導結合エレメント１４０を含む。誘導結合エレメント１３０，１４０は、ＲＦエネルギが供給された際に、プラズマ処理装置１００の内部空間１０２内のプロセスガス中にプラズマを誘導するコイルエレメントまたはアンテナエレメントを含むことができる。例えば、第１のＲＦ発生器１６０は、適合化回路網１６２を介して１次誘導結合エレメント１３０にＲＦエネルギを供給するように構成可能である。第２のＲＦ発生器１７０は、適合化回路網１７２を介して２次誘導結合エレメント１４０にＲＦエネルギを供給するように構成可能である。

【0036】

本開示は１次誘導結合エレメントおよび２次誘導結合エレメントに関連しているが、当該分野の通常の知識を有する者であれば、１次および２次なる語は簡便性のために用いているに過ぎないことを理解できるはずである。２次誘導結合エレメントは、１次誘導結合エレメントから独立に動作可能である。１次誘導結合エレメントは、２次誘導結合エレメントから独立に動作可能である。

【0037】

本開示の例示的態様によれば、装置１００は、２次誘導結合エレメント１４０の周囲に配置される金属シールド部分１５２を含むことができる。以下で詳細に検討するように、金属シールド部分１５２は、誘導結合エレメント１３０，１４０間のクロストークを低減するため、１次誘導結合エレメント１３０と２次誘導結合エレメント１４０とを分離している。装置１００はさらに、１次誘導結合エレメント１３０と誘電体窓１１０との間に配置される第１のファラデーシールド１５４を含むことができる。第１のファラデーシールド１５４は、１次誘導結合エレメント１３０と処理チャンバとの間の容量結合を低減するスロット型金属シールドであってよい。図示されているように、第１のファラデーシールド１５４は、誘電体窓１１０の傾斜部分の上方に適合可能である。

【0038】

幾つかの実施形態では、金属シールド１５２および第１のファラデーシールド１５４は、製造を簡単化するためおよび他の目的のため、一体のボディ１５０を形成可能である。１次誘導結合エレメント１３０の多巻コイルは、金属シールドおよびファラデーシールドの一体ボディ１５０のファラデーシールド部分１５４に隣接して配置可能である。２次誘導結合エレメント１４０は、金属シールドおよびファラデーシールドの一体ボディ１５０の金属シールド部分１５２の近傍に、例えば金属シールド１５２と誘電体窓１１０との間に配置可能である。

【0039】

１次誘導結合エレメント１３０および２次誘導結合エレメント１４０を金属シールド１５２の向かい合った側に配置することにより、１次誘導結合エレメント１３０と２次誘導結合エレメント１４０とに別個の構造的構成を与え、異なる機能を実行させることができる。例えば、１次誘導結合エレメント１３０は、処理チャンバの周辺部分に隣接して配置された多巻コイルを含むことができる。１次誘導結合エレメント１３０は、基本的なプラズマ生成および固有の過渡点弧段階(inherently transient ignition stage)における信頼性の高い始動に使用可能である。１次誘導結合エレメント１３０は、パワフルなＲＦ発生器および自動調整式の適合化回路網に結合可能であり、高いＲＦ周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで動作可能である。

【0040】

２次誘導結合エレメント１４０は、調整機能および支援機能のため、ならびに安定状態動作中のプラズマの安定性の改善のために使用可能である。２次誘導結合エレメント１４０は第一義的にはこうした調整機能および支援機能のため、ならびに安定状態動作中のプラズマの安定性の改善のために使用可能であるので、当該２次誘導結合エレメント１４０は、１次誘導結合エレメント１３０ほどパワフルなＲＦ発生器に結合しなくてよく、１次誘導結合エレメント１３０と異なってコスト効率良く設計可能である。以下に詳細に検討するように、２次誘導結合エレメント１４０は、低い周波数、例えば約２ＭＨｚで動作可能であり、これにより、２次誘導結合エレメント１４０をきわめてコンパクトに構成して、誘電体窓の上部の限定された空間内に適合させることができる。

【0041】

１次誘導結合エレメント１３０と２次誘導結合エレメント１４０とは、それぞれ異なるＲＦ周波数で動作可能である。ＲＦ周波数は、１次誘導結合エレメント１３０と２次誘導結合エレメント１４０との間のクロストークを低減できるように充分に異ならせることができる。例えば、１次誘導結合エレメント１３０に適用される周波数は、２次誘導結合エレメント１４０に適用される周波数の少なくとも約１．５倍大きくすることができる。幾つかの実施形態では、１次誘導結合エレメント１３０に適用される周波数は約１３．５６ＭＨｚであってよく、２次誘導結合エレメントに適用される周波数は約１．７５ＭＨｚから約２．１５ＭＨｚの範囲にあってよい。他の適切な周波数、例えば約４００ＫＨｚ、約４ＭＨｚおよび約２７ＭＨｚも使用可能である。

【0042】

１次誘導結合エレメント１３０が２次誘導結合エレメント１４０よりも高い周波数で動作することに関連して本開示を検討しているが、当該分野の通常の知識を有する者であれば、ここで提供している開示を用いて、本開示の観点から逸脱することなく、２次誘導結合エレメント１４０のほうをより高い周波数で動作させうることを理解できるはずである。

【0043】

２次誘導結合エレメント１４０は、プレーナコイル１４２と磁束コンセントレータ１４４とを含むことができる。磁束コンセントレータ１４４はフェライト材料から形成可能である。プレーナコイル１４２と共に磁束コンセントレータ１４４を使用することにより、高いプラズマ結合と２次誘導結合エレメント１４０の良好なエネルギ輸送効率とを達成可能であって、金属シールド１５０への結合を大幅に低減することができる。２次誘導結合エレメント１４０側でより低い周波数、例えば約２ＭＨｚを用いることにより、プラズマ加熱効率をも高めるスキン層を増大することができる。

【0044】

本開示の例示的態様によれば、それぞれ異なる誘導結合エレメント１３０，１４０は、それぞれ異なる機能を実行することができる。特に、１次誘導結合エレメント１３０は、点弧中のプラズマ生成の基本機能を実行するために使用可能であり、これにより２次誘導結合エレメント１４０のプライミングが充分に提供される。１次誘導結合エレメント１３０は、プラズマ電位を安定化させるため、プラズマとアースされたシールドとの双方への結合を有することができる。１次誘導結合エレメント１３０に関連づけられた第１のファラデーシールド１５４は、窓へのスパッタリングを低減可能であり、アースに結合可能である。

【0045】

１次誘導結合エレメント１３０によって提供される良好なプラズマプライミング、好ましくは良好なプラズマ結合およびプラズマへの良好なエネルギ輸送効率を有するプラズマプライミングが存在する場合、付加的なコイルが動作可能となる。磁束コンセントレータ１４４を含む２次誘導結合エレメント１４０により、プラズマボリュームへの良好な磁束輸送と同時に、周囲の金属シールド１５０からの２次誘導結合エレメント１４０の良好な分離とが達成される。磁束コンセントレータ１４４の使用と２次誘導結合エレメント１４０の対称駆動とにより、さらに、コイル端部とアースされた周囲のエレメントとの間の電圧の振幅が低減される。このため、ドームのスパッタリングを低減し、そのうえ同時に、点弧支援に使用可能なプラズマの小さな容量結合を生じさせることができる。

【0046】

幾つかの実施形態では、２次誘導結合エレメント１４０の容量結合を低減するため、第２のファラデーシールド２００を２次誘導結合エレメント１４０に組み合わせて使用可能である。図２には、本開示の例示的態様によるプラズマ処理装置において使用可能な第２のファラデーシールド２００の一例が示されている。ファラデーシールド２００は、薄膜（０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍ）のシート状金属から打ち抜き製造可能である。ファラデーシールド２００は、例えば、１つもしくは複数の固体金属部分、例えば固体金属の第１の部分２１０および／または固体金属の第２の部分２４０を含むことができる。ファラデーシールド２００は、プレーナコイル１４２をカバーするように位置決め可能な複数の各リーフエレメント２２０を含むことができる。ラジアルスパイクエレメント２３０が、リーフエレメント２２０をファラデーシールド２００の部分２１０，２４０に接続している。

【0047】

リーフエレメント２２０はプレーナコイル１４２に対して平行であって、磁束コンセントレータ１４４をカバーしないので、リーフ型エレメント２２０は磁界に干渉せず、磁束コンセントレータ１４４からの磁束は自由にプラズマに浸透する。他方、全てのリーフ型エレメント２２０を周囲部分２１０，２４０に接続しているスパイク２３０は、磁束コンセントレータ１４４からの磁束に交差するが、磁界に干渉する全領域はきわめて小さい。ファラデーシールド２００のアース接続が優先される場合、シールドを主シールド１５０に接続するため、薄膜スパイラル状ＲＦアースを、シールドの第１の部分２１０上および／または第２の部分２４０に配置可能である。ファラデーシールド２００の可能配置が図３に示されており、アセンブリ内のエレメント２１０，２２０，２４０の位置が見て取れる。

【0048】

本開示の例示的実施形態によれば、温度制御エレメント、例えば加熱エレメントをファラデーシールド２００に結合することができる。例えば、図４には、ファラデーシールド２００に結合された加熱エレメント３１０を含むファラデーシールドアセンブリ３００の分解図が示されている。図５には、ファラデーシールド２００に結合された加熱エレメント３１０を含むファラデーシールドアセンブリ３００の斜視図が示されている。図４、図５に示されているように、加熱エレメント３１０は、ファラデーシールド２００の表面の少なくとも一部の形状に一致する形状を有することができる。例えば、加熱エレメント３１０は、ファラデーシールド２００のリーフ型エレメント、ラジアルスパイクエレメントおよび金属部分に形状一致するリーフエレメント、ラジアルスパイク部分およびリング部分を有することができる。幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０は、ファラデーシールド２００にラミネート可能であるか、ファラデーシールド２００にボンディング可能であるか、または他の方式でファラデーシールド２００に接触するように配置可能である。

【0049】

加熱エレメント３１０は、例えば、薄膜加熱エレメントであってよい。幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０は、ポリイミド薄膜加熱エレメントであってよい。幾つかの実施形態では、薄膜加熱エレメントは、シリコーンラバーシート加熱エレメントであってよい。当該加熱エレメント３１０は、電力が加熱エレメントへ供給された際に加熱を行うように構成可能である。例えば、加熱エレメント３１０を通して輸送される電流により、加熱エレメント３１０の加熱を生じさせることができる。電流が加熱エレメント３１０を通って輸送されない場合、ファラデーシールド２００がヒートシンクとして作用し、加熱エレメント３１０の冷却を生じさせることができる。

【0050】

プラズマ処理装置１００に組み込まれる場合、加熱エレメント３１０は、チャンバシーリングの一部を形成する誘電体窓１１０に接触可能および／または隣接可能である。例えば、リングばねおよび／またはばねにより予荷重されたブロックを使用して、加熱エレメントを誘電体窓１１０に接触させたまま保持することができる。幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０と誘電体窓１１０との間に空隙を設けることができる。

【0051】

幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０は、加熱を行わない場合、誘電体窓１１０とファラデーシールド２００との間の熱伝導路を形成することができる。例えば、加熱エレメント３１０は、加熱のための電気エネルギが給電されない場合、誘電体窓１１０からファラデーシールド２００へ熱を輸送する冷却路を形成することができる。このようにすれば、幾つかの例における加熱エレメント３１０は、ヒートシンクとして作用し、誘電体窓１１０の冷却を行うことができる。

【0052】

このように、加熱エレメント３１０は、種々の目的のため、例えばプラズマエッチングプロセス中のプラズマエッチング副産物によって起こる粒子状物質の発生を低減するための、チャンバシーリングの温度の制御に使用可能である。幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０は、プラズマ処理中のコールドスタート効果を低減するための、プラズマ処理装置のチャンバシーリングの予熱に使用可能である。

【0053】

図４、図５によれば、ファラデーシールドアセンブリ３００は、加熱エレメント３１０に結合された複数の導体セットを含むことができる。例えば、第１の導体セット３２０は、加熱エレメント３１０に結合可能である。第１の導体セット３２０は、加熱エレメント３１０に電力を供給することができる。第２の導体セット３３０は、加熱エレメント３１０または加熱エレメント３１０の近傍に結合可能である。当該第２の導体セット３３０は、温度測定デバイス（例えば熱電対）に関連づけることができる。加熱エレメント３１０の温度を表す信号は、当該第２の導体セット３３０を介して、リモートデバイス（例えば１つもしくは複数の制御デバイス）へ通信可能である。

【0054】

第１の導体セット３２０は、ファラデーシールド２００に結合されたチューブエレメント３４０内を通過するように形成可能である。第２の導体セット３３０は、ファラデーシールド２００に結合されたチューブエレメント３５０内を通過するように形成可能である。チューブエレメント３４０および３５０は、第１の導体セット３２０および第２の導体セット３３０それぞれの歪みを低減することができる。

【0055】

幾つかの実施形態では、第１の導体セット３２０は、適切なコネクタ、例えばプラグインコネクタを介して、電力源（例えばＡＣ電力源）に結合可能である。幾つかの実施形態では、第２の導体セット３３０は、適切なコネクタ、例えばプラグインコネクタを介して、１つもしくは複数の制御デバイス（例えばコントローラ）に結合可能である。

【0056】

図６には、本開示の例示的実施形態による、ファラデーシールド２００に結合された加熱エレメント３１０を制御するためのシステムの一例のブロック図が示されている。図示されているように、加熱エレメント３１０は、電力源４１０（例えばＡＣ電力源またはＤＣ電力源）から電力を受け取ることができる。電力源４１０は、スタンドアローンの電力源であってもよいし、またはプラズマ処理装置の電力システムの一部（例えばプラズマ処理装置の電力システム内に配置されたＡＣバス）であってもよい。電力源４１０は、導体３２０を介して加熱エレメント３１０に電力を供給可能である。導体３２０は、ファラデーシールド２００に結合されたチューブエレメント３４０内を通過可能である。

【0057】

システムは、制御デバイス４２０（例えばコントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、論理デバイス、特定用途向け集積回路など）を含むことができる。幾つかの実施形態では、制御デバイス４２０が１つもしくは複数のプロセッサおよび１つもしくは複数のメモリデバイスを含むことができる。１つもしくは複数のプロセッサは、１つもしくは複数のメモリデバイスに記憶された、動作を実行するためのコンピュータ可読命令を実行可能である。動作は、例えば、ここで検討している任意の制御動作を含むことができる。制御デバイス４２０は、幾つかの実施形態では、加熱エレメント３１０に関連づけられたスタンドアローンのコントローラであってもよいし、またはプラズマ処理装置に関連づけられた全般的なシステムコントローラまたは全般的な制御システムの一部であってもよい。

【0058】

一例示的実施形態では、制御デバイス４２０は、種々の制御スキーマにしたがって加熱エレメント３１０が動作するように電力源４１０を制御することができる。制御デバイス４２０は、例えば導体３３０を介して、加熱エレメント３１０の温度を表す信号を受信可能である。導体３３０は、歪みを低減するため、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３５０内を通過可能である。制御デバイス４２０は、閉ループ制御スキーマを形成するため、加熱エレメント３１０の温度を表す信号に少なくとも部分的に基づいて、加熱エレメント３１０への電力供給が制御されるよう、電力源４１０を制御可能である。

【0059】

例えば、１つの例示的実施形態では、制御デバイス４２０は、加熱エレメントが設定温度範囲内に維持されるように制御可能である。当該温度範囲は、幾つかの実施形態では、約１００℃から約１８０℃、例えば約１２０℃から約１５０℃であってよい。制御デバイス４２０は、温度が第１の温度設定値を下回った場合に、電力が加熱エレメント３１０へ供給されるように（例えばスイッチングエレメント、接触器、リレー、トランジスタなどが閉成されるように）電力源４１０を制御可能である。温度が第１の温度設定値に達すると、制御デバイス４２０は、電力が遮断されるように（例えばスイッチングエレメント、接触器、リレー、トランジスタなどが開放されるように）、電力源４１０を制御可能であり、これにより、加熱エレメント３１０は、ヒートシンクとして作用するファラデーシールドを介して冷却される。温度が、第１の閾値以下の第２の閾値を下回って低下する場合、制御デバイス４２０は、加熱エレメント３１０に電力が供給されるよう、電力源４１０を制御可能である。

【0060】

制御デバイス４２０は、種々の目的のために加熱エレメントの温度を制御可能である。例えば、制御デバイス４２０は、プラズマ処理中にプラズマエッチング副産物によって起こる粒子状物質の発生を低減すべく、加熱エレメントに隣接して配置された誘電体窓を加熱するため、および／またはプラズマ処理中のコールドスタート効果を低減すべく、プラズマ処理装置のチャンバシーリングを予熱するために、使用可能である。

【0061】

他の制御スキーマも本開示により企図されている。例えば、制御デバイス４２０は、本開示の観点から逸脱することなく、開ループ制御スキーマを用いて電力源４１０を動作させるように制御可能である。

【0062】

図７には、本開示の例示的実施形態によるファラデーシールドに配置された複数の加熱領域を制御するシステムの一例が示されている。より具体的には、加熱エレメント３１０は、中央加熱領域３１２および周辺加熱領域３１４を含む複数の加熱領域を有することができる。幾つかの実施形態では、各加熱領域３１２，３１４は、他の領域に対して独立に制御可能な別個の加熱エレメントを含むことができる。図７には２つの加熱領域が示されている。ただし、本開示の観点から逸脱することなく、より多くの加熱領域またはより多くの独立に制御可能な加熱エレメントを使用可能である。各領域は、適切な方式で、例えばラジアル状および／またはアジマス状に分割可能である。

【0063】

電力源４１０（例えばＡＣ電源）は、加熱領域３１２および周辺領域３１４の加熱エレメントに電力を独立に供給するように構成可能であり、これにより、加熱領域３１２および周辺領域３１４の温度を他の領域に対して独立に制御可能である。例えば、導体３２０は、加熱領域３１４の加熱エレメントに電力を供給することができる。導体３２０は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３４０内を通過可能である。導体３２５は、加熱領域３１２の加熱エレメントに電力を供給可能である。導体３２５は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３４５内を通過可能である。

【0064】

制御デバイス４２０は、各領域の温度を表す信号を受信可能である。例えば、加熱領域３１４の温度を表す信号は、温度測定デバイス（例えば熱電対）から導体３３０を介して制御デバイス４２０へ供給可能である。導体３３０は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３５０内を通過可能である。加熱領域３１２の温度を表す信号は、温度測定デバイス（例えば熱電対）から導体３３５を介して制御デバイス４２０へ供給可能である。導体３３５は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３５５内を通過可能である。

【0065】

領域３１２，３１４の温度を表す信号は、加熱エレメントの所望の温度分布を達成すべく、領域３１２，３１４の温度を独立制御するために、制御デバイス４２０によって使用可能である。一例として、制御デバイス４２０は、中央領域３１２の温度が周辺領域３１４よりも高くなるように、または逆に周辺領域３１４の温度が中央領域３１２よりも高くなるように、制御可能である。

【0066】

図８には、本開示の例示的実施形態による、ファラデーシールド２００に結合された加熱エレメント３１０を制御するシステムの一例のブロック図が示されている。電力源４１０は、導体３２０を介して加熱エレメント３１０に電力を供給するように構成可能である。導体３２０は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３４０内を通過可能である。

【0067】

制御デバイス４２０は、それぞれ異なる複数の温度測定エレメントから信号を受信可能である。例えば、導体３３０は、第１の温度測定デバイス（例えば熱電対）からの加熱エレメントの温度を表す信号を制御デバイス４２０へ供給可能である。導体３３０は、ファラデーシールドに結合されたチューブエレメント３５０内を通過可能である。導体３３５は、第２の温度測定デバイス（例えば熱電対）からの加熱エレメントの温度を表す信号を、制御デバイス４２０へ供給可能である。

【0068】

制御デバイス４２０は、第１の温度測定デバイスからの信号をフィードバック信号として用いて、加熱エレメントの温度を閉ループ制御するように構成可能である。第２の温度測定デバイスからの信号は、フェイルセーフとして使用可能である。例えば、制御デバイス４２０は、第２の温度測定デバイスからの信号が閾値より高い温度を示した場合、加熱エレメント４１０への電力供給が直ちに停止されるように、電力源４１０を制御可能である。

【0069】

温度測定デバイス（例えば熱電対）を、ここでは、加熱エレメントの温度の測定に関連して検討している。ただし、本開示の観点から逸脱することなく、温度測定デバイスはプラズマ処理装置の他の態様部分（例えば誘電体窓、ファラデーシールド）の温度を測定可能であり、制御デバイスはこうした温度測定に基づいて加熱エレメントを制御するように構成可能である。

【0070】

本発明に対する上述したまたは他の修正形態および変形形態も、当該分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の思想および観点から、より具体的には添付の特許請求の範囲に記載した思想および観点から逸脱することなく実施可能である。加えて、種々の実施形態の態様が全体としてまたは部分的に交換可能であることも理解できるはずである。さらに、当該分野の通常の知識を有する者であれば、上述した説明は例示に過ぎず、添付した特許請求の範囲の記載を超える本発明の限定を意図しないことも理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】