特表 2024-524872 高周波プラズマ処理チャンバ内の主フィードラインのハードウェアスイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(54)【発明の名称】高周波プラズマ処理チャンバ内の主フィードラインのハードウェアスイッチ

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240702BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240702BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240702BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H05H1/46 M

H01L21/302 101G

H01L21/205

H01L21/31 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023575672

(86)(22)【出願日】2022-05-17

(85)【翻訳文提出日】2024-02-02

(86)【国際出願番号】 US2022029703

(87)【国際公開番号】W WO2022260835

(87)【国際公開日】2022-12-15

(31)【優先権主張番号】17/346,103

(32)【優先日】2021-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】クオ， ユエ

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ラーマスワーミ， カーティク

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA04

2G084AA05

2G084AA08

2G084CC04

2G084CC09

2G084CC12

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD38

2G084DD55

2G084HH05

2G084HH06

2G084HH21

2G084HH22

2G084HH23

2G084HH37

2G084HH43

5F004AA01

5F004AA16

5F004BA09

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB23

5F004BB29

5F004BC06

5F004BC08

5F004BD04

5F004BD05

5F004BD06

5F004CA03

5F004CA06

5F004CB05

5F045AA08

5F045BB02

5F045BB20

5F045EB03

5F045EH01

5F045EH14

5F045EH20

5F045EM02

5F045EM09

5F045EN04

5F045GB04

(57)【要約】

本明細書で提供される実施形態は、一般に、例えばプラズマ処理システムなどの装置、及び処理チャンバ内で基板をプラズマ処理するための方法を含む。いくつかの実施形態は、高周波（ＲＦ）発生システムに関する。ＲＦ発生システムは、概して、ＲＦ発生器と、プラズマチャンバの動作に関する故障状態の検出に基づいてプラズマチャンバのバイアス電極からＲＦ発生器を選択的に結合解除するように構成された真空遮断器とを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のＲＦ発生器と、
プラズマチャンバの動作に関する故障状態の検出に基づいて、プラズマチャンバのバイアス電極から前記第１のＲＦ発生器を選択的に結合解除するように構成されている真空遮断器と、
を含む、高周波（ＲＦ）発生システム。

【請求項2】

前記故障状態を検出し、
前記検出に基づいて、前記真空遮断器による前記バイアス電極から前記第１のＲＦ発生器を前記選択的に結合解除することを制御するように構成されているコントローラをさらに含む、請求項１に記載のＲＦ発生システム。

【請求項3】

前記コントローラが、
前記故障状態の前記検出に基づいて前記真空遮断器のハードウェアスイッチを開き、
前記故障状態の前記検出に基づいて、前記第１のＲＦ発生器をオフにするようにさらに構成されている、請求項２に記載のＲＦ発生システム。

【請求項4】

前記真空遮断器を制御するように構成されているアクチュエータをさらに含み、前記コントローラは、前記アクチュエータを介して前記真空遮断器を制御するように構成されている、請求項２に記載のＲＦ発生システム。

【請求項5】

前記アクチュエータが、空気圧アクチュエータ又は磁気アクチュエータを含む、請求項４に記載のＲＦ発生システム。

【請求項6】

前記コントローラが、
前記第１のＲＦ発生器と、前記プラズマチャンバの前記バイアス電極との間のＲＦフィードラインの電圧、又は
前記第１のＲＦ発生器と前記プラズマチャンバとの間の電流
のうちの少なくとも一方に基づいて前記故障状態を検出するように構成されている、請求項２に記載のＲＦ発生システム。

【請求項7】

前記第１のＲＦ発生器と前記プラズマチャンバとの間に結合されているＲＦ整合ネットワークをさらに含み、前記コントローラは、前記ＲＦ整合ネットワークに関するインピーダンスの変化を検出することによって前記故障状態を検出するように構成されている、請求項２に記載のＲＦ発生システム。

【請求項8】

前記真空遮断器が、
真空ハウジング内に配置されている第１の電極、及び
前記真空ハウジング内に配置されている第２の電極
を含み、前記真空遮断器は、前記故障状態の前記検出に基づいて、前記第１の電極を前記第２の電極から結合解除するように構成されている、請求項１に記載のＲＦ発生システム。

【請求項9】

前記真空遮断器が、前記真空ハウジングの周囲に少なくとも部分的に金属エンクロージャをさらに含み、前記金属エンクロージャは接地点に結合されている、請求項８に記載のＲＦ発生システム。

【請求項10】

前記第１のＲＦ発生器と前記真空遮断器との間に結合されている第１のフィルタ、
第２のＲＦ発生器、及び
前記第２のＲＦ発生器と前記真空遮断器との間に結合されている第２のフィルタ
をさらに含む、請求項１に記載のＲＦ発生システム。

【請求項11】

前記第１のＲＦ発生器と前記第１のフィルタとの間に結合されているＲＦ整合回路、及び
前記第２のＲＦ発生器と前記第２のフィルタとの間に結合されている別のＲＦ整合回路
をさらに含む、請求項１０に記載のＲＦ発生システム。

【請求項12】

プラズマ処理方法であって、
第１のＲＦ発生器を介して、プラズマチャンバのバイアス電極に提供されるＲＦ信号を発生させることと、
前記プラズマチャンバの動作に関する故障状態を検出することと、
前記故障状態の前記検出に基づいて、真空遮断器を介して、前記第１のＲＦ発生器を前記プラズマチャンバの前記バイアス電極から結合解除することと
を含む、方法。

【請求項13】

前記第１のＲＦ発生器を結合解除することが、前記故障状態の前記検出に基づいて、前記真空遮断器のハードウェアスイッチを開くことを含み、
前記方法は、前記故障状態の前記検出に基づいて、前記第１のＲＦ発生器をオフにすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１のＲＦ発生器が、前記真空遮断器のアクチュエータを制御することによって、前記プラズマチャンバの前記バイアス電極から結合解除される、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記故障状態を検出することが、
前記第１のＲＦ発生器と前記プラズマチャンバとの間のＲＦフィードラインの電圧の変化を検出すること、又は
前記第１のＲＦ発生器と前記プラズマチャンバの前記バイアス電極との間の電流の変化を検出すること
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記故障状態を検出することが、前記第１のＲＦ発生器と前記プラズマチャンバの前記バイアス電極との間に結合されているＲＦ整合ネットワークに関するインピーダンスの変化を検出することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記真空遮断器が、
真空ハウジング内に配置されている第１の電極と、
前記真空ハウジング内に配置されている第２の電極と
を含み、前記第１のＲＦ発生器を前記プラズマチャンバから結合解除することは、前記故障状態の前記検出に基づいて、前記第１の電極を前記第２の電極から結合解除することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記真空遮断器が、前記真空ハウジングの周囲に少なくとも部分的に金属エンクロージャをさらに含み、前記金属エンクロージャは接地点に結合されている、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１のＲＦ発生器によって発生させた前記ＲＦ信号をフィルタリングすること、
第２のＲＦ発生器を介して別のＲＦ信号を発生させること、及び
前記別のＲＦ信号をフィルタリングすること
をさらに含み、前記フィルタリングされたＲＦ信号と、前記フィルタリングされた別のＲＦ信号は結合され、前記真空遮断器を介して前記プラズマチャンバの前記バイアス電極に供給される、請求項１２に記載の方法。

【請求項20】

プラズマチャンバのバイアス電極に供給されるＲＦ信号を発生させる手段と、
前記プラズマチャンバの動作に関する故障状態を検出する手段と、
前記故障状態の前記検出に基づいて、前記プラズマチャンバから第１のＲＦ発生器を結合解除するように構成されている真空遮断器と
を含む、プラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
分野
［０００１］本開示の実施形態は、一般に、半導体デバイスの製造に使用されるシステムに関する。より詳細には、本開示の実施形態は、基板を処理するために使用されるプラズマ処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
［０００２］高アスペクト比のフィーチャを形成する１つの方法は、基板表面上のパターン化されたマスク層に形成された開口部を通して、基板の表面上に形成された材料を衝撃するプラズマ支援エッチング処理を用いる。典型的なプラズマ支援エッチング処理では、基板は処理チャンバ内に配置された静電チャック（ＥＳＣ）上に配置され、基板上にプラズマが形成され、イオンは、プラズマと基板の表面との間に形成されるプラズマシース、すなわち電子が枯渇した領域を通ってプラズマから基板に向かって加速される。プラズマチャンバ内にシースを維持するために、高周波（ＲＦ）信号がＲＦ発生システムによって発生されてもよい。シナリオによっては、ＲＦ信号をプラズマチャンバに提供するときに故障状態が発生する可能性があり、その結果、ＲＦ発生システムが損傷する可能性がある。したがって、当技術分野では、潜在的な故障状態からシステムハードウェアを保護し、システムの安全性を高めることができるＲＦ発生システムが必要とされている。

【発明の概要】

【0003】

［０００３］本明細書で提供される実施形態は、一般に、処理チャンバ内で基板をプラズマ処理するための装置、例えばプラズマ処理システム、及び方法を含む。

【0004】

［０００４］いくつかの実施形態は、高周波（ＲＦ）発生システムに関する。ＲＦ発生システムは通常、ＲＦ発生器と、プラズマチャンバの動作に関連する故障状態の検出に基づいて、プラズマチャンバのバイアス電極からＲＦ発生器を選択的に結合解除するように構成されている真空遮断器とを含む。

【0005】

［０００５］いくつかの実施形態は、プラズマ処理方法に関する。本方法は、概して、ＲＦ発生器を介して、プラズマチャンバのバイアス電極に提供されるＲＦ信号を発生させることと、プラズマチャンバの動作に関する故障状態を検出することと、故障状態の検出に基づいて、真空遮断器を介してＲＦ発生器をプラズマチャンバのバイアス電極から結合解除することとを含む。

【0006】

［０００６］いくつかの実施形態は、プラズマ処理用の装置に関する。本装置は、概して、プラズマチャンバのバイアス電極に供給されるＲＦ信号を発生させる手段と、プラズマチャンバの動作に関する故障状態を検出する手段と、故障状態の検出に基づいて、プラズマチャンバのバイアス電極から第１のＲＦ発生器を結合解除するように構成されている真空遮断器とを含む。

【0007】

［０００７］本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明は、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することによって得ることができる。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】［０００８］本明細書に記載の方法を実施するように構成された、１つ又は複数の実施形態による処理システムの概略断面図である。

【図2】［０００９］本開示の特定の態様による高周波（ＲＦ）発生システムを示す。

【図3】［００１０］真空遮断器を使用したハードウェアスイッチの実装を示している。

【図4】［００１１］ＲＦ整合回路の例を示します。

【図5】［００１２］本開示の特定の実施形態による、プラズマ処理方法を示すプロセスフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［００１３］本開示の特定の態様は、一般に、ハードウェアスイッチを使用して実装される高周波（ＲＦ）発生システムに関する。ハードウェアスイッチは、システムの安全性を高め、ＲＦ発生システムへの損傷を防ぐことを目的として、プラズマ処理チャンバ内に配置された複雑な負荷からのＲＦ発生器の切り離しを容易にするために真空遮断器として実装することができる。コントローラを使用して、ハードウェアスイッチを制御して、ＲＦ発生システムに損傷を与える故障又は反射電力が検出されると、ＲＦ発生器をプラズマ発生器から結合解除することができる。例えば、電圧、電流、又はインピーダンスの突然の変化が検出されると、ハードウェアスイッチを開くことできる。真空遮断器は、故障状態からのハードウェア保護及びメンテナンス中にＲＦ発生器をプラズマ処理チャンバから隔離することによる安全性の向上を含む、さまざまなメリットがある。ハードウェアスイッチは真空中で動作するため、真空遮断器は、ハードウェアスイッチを開いたときに明確に定義されたアーク発生点を提供し、これは、ＲＦ発生システムやプラズマ処理チャンバ内にあるその他のシステム内の構成要素への潜在的な損傷を回避するのに役立ちます。

【0010】

プラズマ処理システムの例
［００１４］図１は、本明細書に記載の１つ又は複数のプラズマ処理方法を実行するように構成された処理システム１０の概略断面図である。いくつかの実施形態では、処理システム１０は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プラズマ処理などのプラズマ支援エッチング処理のために構成されている。しかしながら、本明細書で説明する実施形態は、例えば、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理、プラズマ強化物理的気相堆積（ＰＥＰＶＤ）処理、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）処理などのプラズマ強化堆積プロセス、例えば、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）などのプラズマ処理プロセス又はプラズマベースのイオン注入プロセスなどの他のプラズマ支援処理で使用するように構成された処理システムでも使用できることに留意されたい。

【0011】

［００１５］示されているように、処理システム１０は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成するように構成されており、処理チャンバ１００は、処理チャンバ１００は、処理領域１２９内に配置された下部電極（例えば、基板支持アセンブリ１３６）に面している処理ボリューム１２９に配置された上部電極（例えば、チャンバ蓋１２３）を含む。典型的な容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理システムでは、高周波（ＲＦ）源（例えば、ＲＦ発生器１１８）は、上部電極又は下部電極の一方に電気的に結合され、プラズマ（例えば、プラズマ１０１）を点火して維持するように構成されたＲＦ信号を送出する。この構成では、プラズマは上部電極と下部電極のそれぞれに容量結合され、それらの間の処理領域に配置される。通常、上部電極又は下部電極のうちの対向する電極は、接地又は第２のＲＦ電源に結合される。支持ベース１０７などの基板支持アセンブリ１３６の１つ又は複数の構成要素は、プラズマ発生器アセンブリ１６３に電気的に結合されており、これはＲＦ発生器１１８を含み、チャンバ蓋１２３は電気的に接地点に電気的に結合される。図示のように、処理システム１０は、処理チャンバ１００、支持アセンブリ１３６、及びシステムコントローラ１２６を含む。

【0012】

［００１６］処理チャンバ１００は通常、チャンバ蓋１２３、１つ又は複数の側壁１２２、及びチャンバベース１２４を含むチャンバ本体１１３を含み、これらが集合的に処理領域１２９を画定する。１つ又は複数の側壁１２２及びチャンバベース１２４は、概して、処理チャンバ１００の要素の構造的支持を形成するようなサイズ及び形状を有し、それらに加えられる圧力及び追加エネルギーに耐えるように構成される材料を含む一方で、プラズマ１０１は、処理中に処理チャンバ１００の処理領域１２９内に維持される真空環境内で発生させる。一例では、１つ又は複数の側壁１２２及びチャンバベース１２４は、アルミニウム、アルミニウム合金、又はステンレス鋼合金などの金属から形成される。

【0013】

［００１７］チャンバ蓋１２３を通って配置されたガス入口１２８は、流体連通している処理ガス源１１９から処理領域１２９に１つ又は複数の処理ガスを供給するために使用される。基板１０３は、１つ又は複数の側壁１２２の１つの開口部（図示せず）を通って処理領域１２９中にロードされ、そして処理領域１２９から取り出され、基板１０３のプラズマ処理中にスリットバルブ（図示せず）で密閉される。

【0014】

［００１８］システムコントローラ１２６は、本明細書では処理チャンバコントローラとも呼ばれ、中央処理装置（ＣＰＵ）１３３、メモリ１３４、及びサポート回路１３５を含む。システムコントローラ１２６は、本明細書で説明される基板バイアス方法を含む、基板１０３を処理するために使用されるプロセスシーケンスを制御するために使用される。ＣＰＵ１３３は、処理チャンバ及びそれに関するサブプロセッサを制御するために産業環境で使用するために構成された汎用コンピュータプロセッサである。本明細書に記載のメモリ１３４は、一般に不揮発性メモリであり、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピーもしくはハードディスクドライブ、又はローカル若しくはリモートの他の適切な形式のデジタル記憶装置を含むことができる。サポート回路１３５は、従来のようにＣＰＵ１３３に結合されており、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源など、及びそれらの組み合わせを含む。ソフトウェア命令（プログラム）及びデータは、ＣＰＵ１３３内のプロセッサに命令するためにコード化され、メモリ１３４内に格納され得る。システムコントローラ１２６内のＣＰＵ１３３によって読み取り可能なソフトウェアプログラム（又はコンピュータ命令）は、処理システム１０内の構成要素によってどのタスクが実行可能であるかを決定する。

【0015】

［００１９］通常、システムコントローラ１２６のＣＰＵ１３３によって読み取り可能なプログラムにはコードを含み、これは、プロセッサ（ＣＰＵ１３３）によって実行されると、本明細書で説明されるプラズマ処理スキームに関するタスクを実行する。プログラムは、本明細書で説明される方法を実装するために使用される様々なプロセスタスク及び様々なプロセスシーケンスを実行するための処理システム１０内の様々なハードウェア及び電気構成要素を制御するために使用される命令を含むことができる。一実施形態では、プログラムには、図５に関連して以下で説明する１つ又は複数の操作を実行するために使用される命令が含まれている。

【0016】

［００２０］処理システムは、プラズマ発生器アセンブリ１６３と、バイアス電極１０４において第１のＰＶ波形を確立するための第１のパルス電圧（ＰＶ）源アセンブリ１９６と、エッジ制御電極１１５において第２のＰＶ波形を確立するための第２のＰＶ源アセンブリ１９７とを含む得る。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器アセンブリ１６３は、ＲＦ信号を支持ベース１０７（例えば、電力電極又は陰極）に供給し、これは、基板支持アセンブリ１３６とチャンバ蓋１２３との間に配置された処理領域１２９Ａ内にプラズマ１０１を発生（維持及び／又は点火）させるために使用され得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器１１８は、１ＭＨｚ以上、又は約２ＭＨｚ以上、例えば約１３．５６ＭＨｚ以上の周波数を有するＲＦ信号を送達するように構成されている。

【0017】

［００２１］上で論じたように、いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器１１８及びＲＦ発生器アセンブリ１６０を含むプラズマ発生器アセンブリ１６３は、システムコントローラ１２６から提供される制御信号に基づいて、所望の実質的に固定された正弦波波形周波数で所望の量の連続波（ＣＷ）又はパルスＲＦ電力を基板支持アセンブリ１３６の支持ベース１０７に供給するように構成されている。処理中に、プラズマ発生器アセンブリ１６３は、ＲＦ電力（例えば、ＲＦ信号）を、基板支持体１０５に近接して配置された基板支持体アセンブリ１３６内の支持ベース１０７に送達するように構成されている。支持ベース１０７に供給されるＲＦ電力は、処理空間１２９内に配置された処理ガスの処理プラズマ１０１を点火し、維持するように構成される。あるいはまた、いくつかの実施形態では、第１のパルス電圧（ＰＶ）源アセンブリ１９６及びプラズマ発生器アセンブリ１６３は、処理中に第１のＰＶ波形及びＲＦ信号をそれぞれ、基板支持アセンブリ１３６のバイアス電極１０４に供給するように構成される。

【0018】

［００２２］いくつかの実施形態では、支持ベース１０７は、ＲＦ整合回路１６２及び第１フィルタアセンブリ１６１を介してＲＦ発生器１１８に電気的に結合されたＲＦ電極であり、これらは両方ともＲＦ発生器アセンブリ１６０内に配置される。第１のフィルタアセンブリ１６１は、ＰＶ波形発生器１５０の出力によって発生した電流がＲＦ電力フィードライン１６７を通って流れてＲＦ発生器１１８に損傷を与えるのを実質的に防止するように構成された１つ又は複数の電気素子を含む。第１のフィルタアセンブリ１６１は、ＰＶ波形発生器１５０内のＰＶパルス発生器Ｐ１から発生されるＰＶ信号に対して高インピーダンス（例えば、高Ｚ）として機能し、そしてそれ故、ＲＦ整合回路１６２及びＲＦ発生器１１８への電流の流れが抑制される。

【0019】

［００２３］いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器アセンブリ１６０及びＲＦ発生器１１８は、処理空間１２９内に配置された処理ガス及びＲＦ発生器１１８によって支持ベース１０７に供給されるＲＦ電力（ＲＦ信号）によって生成される場を使用する処理プラズマ１０１を点火及び維持するために使用される。処理領域１２９は、真空出口１２０を介して１つ又は複数の専用の真空ポンプに流体的に結合されており、これらは、処理領域１２９を大気圧未満の圧力条件に維持し、処理領域１２９から処理ガス及び／又は他のガスを排出させる。いくつかの実施形態では、処理領域１２９内に配置された基板支持アセンブリ１３６は、接地点に結合され、チャンバベース１２４を通って延びる支持シャフト１３８上に配置される。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器アセンブリ１６０は、支持ベース１０７ではなく基板支持体１０５内に配置されたバイアス電極１０４にＲＦ電力を供給するように構成されている。

【0020】

［００２４］説明したように、いくつかの実施形態では、プラズマ生成のための（例えば、ＲＦ発生器１１８からの）ＲＦ電源電力は、カソードアセンブリ内のＲＦベースプレート（支持ベース１０７）に供給されるが、アセンブリの上部電極は接地点に結合されている。ＲＦソースの周波数は、１３．５６ＭＨｚから、６０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚなどの高周波数帯域までとすることができる。いくつかの例では、ＲＦソース電力は上部電極を通じて供給することもできます。いくつかの実施形態では、電源はパルスモードで動作することができる。パルス周波数は１００ｋＨｚ～５ｋＨｚであることができ、デューティサイクルは５％～９５％の範囲にあることができる。１００ｋＨｚ～２０ＭＨｚの周波数範囲でバイアス電力を下部電極に印加することができる。バイアス電力は連続モード又はパルスモードで動作できる。いくつかの実施形態では、エッジ均一性制御のために、カソードアセンブリのエッジに第３の電極（例えば、エッジ制御電極１１５）があってもよい。本開示のいくつかの実施形態では、スイッチ１６５は、ハードウェア保護及び産業上の安全のために、ＲＦ発生器１１８と処理チャンバ１００との間に実装することができる。

【0021】

［００２５］上で簡単に説明したように、基板支持体アセンブリ１３６は、一般に、基板支持体１０５（例えば、ＥＳＣ基板支持体）及び支持体ベース１０７を含む。いくつかの実施形態では、基板支持体アセンブリ１３６は、以下にさらに説明するように、絶縁板１１１及び接地板１１２をさらに含むことができる。支持体ベース１０７は、絶縁板１１１によってチャンバベース１２４から電気的に絶縁されており、接地板１１２は、絶縁板１１１とチャンバベース１２４との間に介在される。基板支持体１０５は、支持体ベース１０７に熱的に結合され、その上に配置される。いくつかの実施形態では、基板処理中、支持体ベース１０７は、基板支持体１０５及び基板支持体１０５上に配置された基板１０３の温度を調節するように構成される。

【0022】

［００２６］通常、基板支持体１０５は誘電体材料、例えば、バルク焼結セラミック材料など、例えば、耐食性のある金属酸化物又は金属窒化物材料など、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、それらの混合物、又はそれらの組み合わせなどで形成される。本明細書の実施形態では、基板支持体１０５はさらに、その誘電体材料に埋め込まれたバイアス電極１０４を含む。いくつかの実施形態では、バイアス電極１０４上の処理領域内でプラズマ１０１を維持するために使用されるＲＦ電力の１つ又は複数の特性は、バイアス電極１０４で確立されたＲＦ波形を測定することによって決定及び／又は監視される。

【0023】

［００２７］一構成では、バイアス電極１０４は、本明細書に記載の１つ又は複数のパルス電圧バイアス方式を使用して、基板１０３を基板支持体１０５の基板支持面１０５Ａに固定（すなわち、チャック）し、処理プラズマ１０１に対して基板１０３にバイアスをかけるチャッキングポールとして使用される。一般に、バイアス電極１０４は、１つ又は複数の金属メッシュ、箔、プレート、又はそれらの組み合わせなどの１つ又は複数の導電性部品から形成される。

【0024】

［００２８］いくつかの実施形態では、バイアス電極１０４はクランプネットワーク１１６に電気的に結合されており、同軸電力供給線１０６（例えば、同軸ケーブル）などの導電体を使用して約－５０００Ｖ～約５０００Ｖの間の静的ＤＣ電圧などのチャッキング電圧をそれに供給する。以下でさらに説明するように、クランプネットワーク１１６は、バイアス補償回路要素１１６Ａと、直流電源１５５と、バイアス補償モジュールのブロッキングコンデンサとを含み、これはまた、本明細書ではブロッキングコンデンサＣ５とも呼ばれる。ブロッキングコンデンサＣ５は、パルス電圧（ＰＶ）波形発生器１５０の出力とバイアス電極１０４との間に配置される。

【0025】

［００２９］基板支持アセンブリ１３６は、エッジリング１１４の下に位置し、バイアス電極１０４を取り囲む、及び／又はバイアス電極１０４の中心から距離を置いて配置されるエッジ制御電極１１５をさらに含む。一般的に、円形基板を処理するように構成された処理チャンバ１００の場合、エッジ制御電極１１５は、形状が環状であり、導電性材料から作られ、バイアス電極１０４の少なくとも一部を取り囲むように構成される。図１に示されるようないくつかの実施形態では、エッジ制御電極１１５は基板支持体１０５の領域内に配置される。いくつかの実施形態では、図１に示すように、エッジ制御電極１１５は、基板支持体１０５の基板支持面１０５Ａからバイアス電極１０４と同様の距離（すなわち、Ｚ方向）に配置される導電性メッシュ、箔、及び／又はプレートを含む。いくつかの他の実施形態では、エッジ制御電極１１５は、石英パイプ１１０の領域上又は領域内に配置される導電性メッシュ、箔、及び／又はプレートを含み、これは、バイアス電極１０４及び／又は基板支持体１０５の少なくとも一部を取り囲む。あるいはまた、他のいくつかの実施形態（図示せず）では、エッジ制御電極１１５は、基板支持体１０５上に隣接して配置されるエッジリング１１４内に配置されるか、エッジリング１１４に結合される。この構成では、エッジリング１１４は、半導体又は誘電体材料（例えば、ＡｌＮなど）から形成される。

【0026】

［００３０］エッジ制御電極１１５は、バイアス電極１０４をバイアスするために使用されるＰＶ波形発生器１５０とは異なるＰＶ波形発生器を使用することによってバイアスすることができる。いくつかの実施形態では、エッジ制御電極１１５は、電力の一部をエッジ制御電極１１５に分割することによってバイアス電極１０４をバイアスするためにも使用されるＰＶ波形発生器１５０を使用することによってバイアスすることができる。一構成では、第１のＰＶ源アセンブリ１９６の第１のＰＶ波形発生器１５０は、バイアス電極１０４にバイアスをかけるように構成され、第２のＰＶ源アセンブリ１９７の第２のＰＶ波形発生器１５０は、エッジ制御電極１１５にバイアスをかけるように構成されている。

【0027】

［００３１］電力フィードライン１５７は、第１のＰＶ源アセンブリ１９６のＰＶ波形発生器１５０の出力を、任意選択のフィルタアセンブリ１５１及びバイアス電極１０４に電気的に結合する。ＰＶ波形発生器１５０をバイアス電極１０４に結合するために使用される第１のＰＶ電源アセンブリ１９６の電力フィードライン１５７について説明するが、ＰＶ波形発生器１５０をエッジ制御電極１１５に結合する第２のＰＶ電源アセンブリ１９７の電力フィードライン１５８は、同じ又は同様の構成要素を含むことになる。電力フィードライン１５７の様々な部品内の導電体は、（ａ）１本の同軸ケーブル、又は硬質同軸ケーブルと直列に結合されたフレキシブル同軸ケーブルなどの組み合わせ、（ｂ）絶縁された高電圧コロナ耐性フックアップワイヤ、（ｃ）裸線、（ｄ）金属ロッド、（ｅ）電気コネクタ、又は（ｆ）（ａ）～（ｅ）の電気要素の任意の組み合わせ
を含み得る。任意選択のフィルタアセンブリ１５１は、ＲＦ発生器１１８の出力によって発生した電流が電力フィードライン１５７を通って流れてＰＶ波形発生器１５０に損傷を与えるのを実質的に防止するように構成された１つ又は複数の電気要素を含む。任意選択のフィルタアセンブリ１５１は、ＲＦ発生器１１８によって生成されたＲＦ信号に対して高インピーダンス（例えば、高Ｚ）として機能し、それ故、ＰＶ波形発生器１５０への電流の流れが抑制される。

【0028】

［００３２］第２のＰＶ源アセンブリ１９７は、クランプネットワーク１１６を含み、それにより、エッジ制御電極１１５に印加されるバイアスは、第１のＰＶ源アセンブリ１９６内に結合されたクランプネットワーク１１６によってバイアス電極１０４に印加されるバイアスと同様に構成され得る。同様に構成されたＰＶ波形及びクランプ電圧をバイアス電極１０４及びエッジ制御電極１１５に印加することにより、処理中の基板表面全体のプラズマ均一性の向上に役立ち、プラズマ処理プロセスの結果を向上させることができる。

【0029】

［００３３］いくつかの実施形態では、処理チャンバ１００は、さらに石英パイプ１１０又はカラーを含み、それは、基板支持体アセンブリ１３６の一部を少なくとも部分的に囲んで、基板支持体１０５及び／又は支持体ベース１０７が腐食性の処理ガス若しくはプラズマ、クリーニングガス若しくはプラズマ、あるいはそれらの副生成物と接触するのを防止する。典型的には、石英パイプ１１０、絶縁板１１１、及び接地板１１２は、ライナー１０８によって囲まれている。いくつかの実施形態では、プラズマスクリーン１０９は、ライナー１０８と１つ又は複数の側壁１２２との間のプラズマスクリーン１０９の下の領域内にプラズマが形成されるのを防ぐために、カソードライナー１０８と側壁１２２との間に配置される。

【0030】

高周波（ＲＦ）信号発生システムの例
［００３４］本開示の特定の態様は、高周波（ＲＦ）プラズマ処理システムにおいてハードウェアスイッチを使用することによるハードウェア保護及び産業上の安全のための技術に関する。例えば、図１に戻って参照すると、ハードウェアスイッチ１６５は、ＲＦ発生システムへの損傷を防止するために、故障状態が検出されると、ＲＦ発生器１１８をプラズマアセンブリから結合解除するように構成することができる。

【0031】

［００３５］故障状態の種類の例としては、ＲＦ反射電力が挙げられる。ＲＦ反射電力は、処理チャンバ内の突然のインピーダンス変化から保護するために、システムコントローラ内の要素によって監視することができる。高い反射電力又はその他の故障が一定期間（例えば、５秒間）検出された場合、システム安全インターロックループが作動され、インターロック信号（例えば、システムコントローラ１２６から）がＲＦ発生器１１８に送信されて、ＲＦ発生器を遮断することができる。しかしながら、特に、ＲＦ発生器をパルス電圧発生器と一緒に組み込む場合、高い反射電力が依然としてＲＦ電力発生器に損傷を与える可能性がある。ハードウェアスイッチ１６５は、ＲＦ発生器１１８をプラズマアセンブリから切り離してＲＦ発生システムへの損傷を防ぐ手段を提供する。

【0032】

［００３６］いくつかの実施形態では、ハードウェアスイッチ１６５は真空遮断器として実装され得る。真空遮断器は、真空環境に配置された電気接点を使用するスイッチである。いくつかの実施形態では、スイッチは、アースに接続できる電気シールドによって囲まれた領域内に配置される。真空遮断器のスイッチを開くと、ＲＦ発生システムから供給されるＲＦ電力の迅速な切断が容易になる。

【0033】

［００３７］真空遮断器ハードウェアスイッチには様々な利点がある。例えば、ハードウェアスイッチは、ＲＦ発生器をオフにするソフトウェア制御のスイッチに加えて、保護のためにメインＲＦフィードラインを物理的に切断できる。真空遮断器のハードウェアスイッチは、過負荷や短絡による損傷を防ぐためにシステムをさらに保護する。ハードウェアスイッチにより、システムのメンテナンス及び診断を実行する際の安全性も向上する。例えば、保守中に、保守作業員がＲＦ発生器１１８からの高電圧に曝されないよう、真空遮断器のハードウェアスイッチ１６５が開くことができる。

【0034】

［００３８］さらに、ハードウェアスイッチ１６５は、安全で信頼性があり、再現可能な方法で電力を遮断するのに役立ち得る。真空中で２つのスイッチ電極（例えば、図３の電極３０２、３０４）を分離することによって、切断時の電極間の潜在的なアーク発生点は、スイッチ自体内で明確に画定されており、これは、システム内の他の場所での潜在的な損傷を回避するのに役立つ。換言すると、ハードウェアスイッチの開放によって引き起こされるアークは、スイッチの電極と真空遮断器の真空エンクロージャとの間か、スイッチの電極間が、電極と他の構成要素との間に、望ましくは形成され得る。したがって、真空遮断器は真空エンクロージャに明確なアーク発生点を提供し、ＲＦ発生システム及びプラズマ処理チャンバ内にあるその他のシステム内の構成要素への潜在的な損傷を回避するのに役立つ。また、通常の処理条件下では、スイッチはＲＦ電流の全負荷を流すことができる。いくつかの例では、真空遮断器は、１Ｐａ未満の圧力でセラミック容器内に十分に密閉でき、これにより、絶縁耐力が向上し、迅速な絶縁回復率が得られ、信頼性が向上する。

【0035】

［００３９］さらに、真空遮断器ハードウェアスイッチは、絶縁強度と高速回復速度を提供し、アーク消弧能力を向上させる。信頼性が高くメンテナンスの手間がかからないハードウェアスイッチは耐用年数が長く、繰り返しの操作に適している。

【0036】

［００４０］もう一つの利点として、スイッチ論理と動作はユーザが定義し、システムのインターロックループに結び付けることができる。例えば、故障若しくは予期しない電圧、電流、又はインピーダンスの変化が検出されると、ハードウェアスイッチは、高速な時間スケール内（例えば、数ミリ秒以内）でＲＦ電力を遮断することができる。

【0037】

［００４１］図２は、本開示の特定の態様によるＲＦ発生システム２００を示す。議論を容易にするために、第１のＰＶ源アセンブリ１９６及び第２のＰＶ源アセンブリ１９７の構成要素は、図２から省略されている。ＲＦ発生システム２００は、図１に示されるプラズマ発生器アセンブリ１６３の一部を形成することができる。図１には単一のＲＦ発生器１１８が示されているが、場合によっては複数のＲＦ発生器からの電力が結合されてもよい。例えば、図２に示すように、ＲＦ発生システム２００は、ＲＦ発生器２０２、２０４を含む。ＲＦ発生器２０２、２０４のそれぞれの出力は、ＲＦインピーダンス整合ネットワーク２０６、２０８（例えば、ＲＦ整合回路１６２に対応する）に結合され得る。したがって、ＲＦフィルタ２１０、２１１はフィルタアセンブリ１６１（図１）の一部を形成し、ＲＦ整合ネットワーク２０６、２０８は、ＲＦ整合回路１６２（図１）の一部を形成する。ＲＦインピーダンス整合ネットワークは、電力供給効率を向上させるためにＲＦ発生器とプラズマリアクタの間で使用される電気回路である。調整されたマッチングポイントで、最大電力がプラズマ負荷に供給され、ほぼゼロの電力がＲＦ発生システムに反射される。示されるように、ＲＦフィルタ２１０、２１１は、ＲＦ整合ネットワーク２０６、２０８の出力に結合され得る。ＲＦ発生器２０２、２０４からチャンバアセンブリ内のカソードへの異なるＲＦ電力を組み合わせるために、ＲＦフィルタ２１０、２１１は、ＲＦ整合回路とチャンバアセンブリとの間で使用され得る。ＲＦフィルタ２１０、２１１は、選択された周波数範囲（例えば、ＲＦ発生器２０２、２０４のそれぞれに関連付けられた周波数を含む）でＲＦ電力の通過を可能にし、ＲＦ発生器を互いに分離するように設計され得る。図示のように、ＲＦフィルタ２１０、２１１の出力は共通ノード２１３に結合され、ＲＦ発生器からのＲＦ電力を結合する。

【0038】

［００４２］説明したように、潜在的な危険とシステムの損傷を軽減するために、ハードウェアスイッチ１６５は、主フィードライン（例えば、ＲＦ電力フィードライン１６７）上に含まれ得る。図示されるように、ハードウェアスイッチ１６５は、ＲＦフィルタ２１０、２１１の出力に設置される。アクチュエータ２１４は、コントローラ２１８からのコマンドを使用することによって、ＲＦ電力を選択的に結合及び結合解除することができるハードウェアスイッチ１６５の可動部分を操作するために使用され得る。いくつかの実施形態では、図２に示すように、ハードウェアスイッチ１６５及び主フィードラインは、基板支持アセンブリ１３６内に配置された１つ又は複数の電極と、ＲＦ発生器２０２、２０４の一方又は両方との間に結合される。

【0039】

［００４３］図示されるように、ＲＦ発生システム２００は、システムコントローラ１２６の一部を形成するシステムコントローラ２１８を含むことができる。故障がシステムコントローラ２１８によって捕捉されると、インターロック信号は、ＲＦ発生器２０２、２０４とアクチュエータ２１４の両方に送信されてもよい。次いで、アクチュエータ２１４は、ハードウェアスイッチ１６５を開くように動作することができ、ＲＦ発生器２０２、２０４はオフになり始めることになる。一部の構成では、信頼性を高めるために、ＲＦ発生器の出力、整合回路の出力、及び／又はＲＦフィードライン上の他の場所に、より多くのハードウェアスイッチを設けることが望ましい場合がある。

【0040】

［００４４］図３は、真空遮断器を使用したハードウェアスイッチ１６５の実装を示す。いくつかの実施形態では、真空遮断器は、少なくとも１つの固定電極（例えば、電極３０２）、可動電極（例えば、電極３０４）及び真空ハウジング３０８及び外部絶縁体（例えば、金属エンクロージャ３１０）として使用されるセラミック容器を含むブレーカーとして機能する。電極３０２及び可動電極３０４は、信頼性の高い電気接触を繰り返し形成できる高融点金属又は他の有用な材料から形成され得る。真空遮断器は、金属エンクロージャ３１０内の密閉領域３０５に配置され、これは、ＲＦ電流リターンパスとして共通する接地に接続される。金属エンクロージャ３１０は、ＲＦ電力供給構成要素をユーザから安全に隔離し、追加のＲＦ生成電磁干渉を最小限に抑え、処理システム内にハードウェアスイッチ１６５を追加することによって形成される浮遊容量を制御するのに役立つ。可動電極３０４は、アクチュエータ２１４によって固定電極３０２から引き離すか分離することができ、これは、図２に関して説明したシステムコントローラ２１８によって制御される。システムコントローラ２１８からセーフティインターロック信号を受信すると、アクチュエータは２つの嵌合電極を切り離し（例えば、引き離し）、ＲＦ電力の供給を中断する。アクチュエータ２１４は、磁気機構又は空気圧機構のいずれかによって動作させることができる。空気圧アクチュエータは、ＲＦ環境の内側でも外側でも使用できる。磁気アクチュエータは、アクチュエータソレノイドへのＲＦ干渉を避けるために、ＲＦ環境の外側に配置することができる。外側の金属エンクロージャは、ＲＦ電流の戻り経路を提供し、チャンバの共通する接地に接続される。ＲＦ電流は電極を通って処理チャンバに流れ、金属エンクロージャの内面に戻る。

【0041】

［００４５］いくつかの実施形態では、故障状態の検出には、処理チャンバ１００への又は処理チャンバ１００からの電圧の突然の変化（例えば、共通ノード２１３における電圧の突然の変化）又は電流の検出が含まれ得る。いくつかの実施形態では、図４で詳しく説明するように、ＲＦ整合回路に関するインピーダンスの突然の変化は故障状態を示している可能性がある。

【0042】

［００４６］図４は、例示的なＲＦ整合回路４００（例えば、ＲＦ整合ネットワーク２０６または２０８に対応する）を示す。示されているように、ＲＦ整合回路４００は、直列インダクタンス素子ＬＳＥＲ、調整可能な直列キャパシタンス素子ＣＳＥＲ、及びコントローラ２１８からの入力によって制御することができる調整可能なシャントキャパシタンス素子ＣＳＨＵＮＴを含む。いくつかの実施形態では、ＲＦ整合回路４００は、代替的に、例えば、Ｌネットワーク、パイネットワーク、又はトランスマッチ回路などの他の回路要素構成を使用することによって形成されてもよい。ＲＦ整合回路４００は一般に、関するＲＦ発生器の見かけの負荷を５０Ωに調整して、ＲＦ発生器からのＲＦ信号の送出によって発生する反射電力を低減し、その電力送出効率を高めるように構成される。いくつかの側面では、故障状態は、調整可能なシャント容量素子ＣＳＨＵＮＴ（及び／又は調整可能な直列容量素子ＣＳＥＲ）に関する容量の突然の変化を検出することによって検出され得る。

【0043】

［００４７］図５は、本開示の特定の実施形態による、プラズマ処理の方法５００を示す処理フロー図である。方法５００は、ＲＦ生成システム２００などのＲＦ生成システムによって実行され得る。

【0044】

［００４８］アクティビティ５０２において、ＲＦ発生システムは、プラズマチャンバ（例えば、プラズマチャンバ１００）のバイアス電極（例えば、バイアス電極１０４）に提供されるＲＦ信号を（例えば、ＲＦ発生器１１８又はＲＦ発生器２０２を介して）発生する。

【0045】

［００４９］操作５０４で、ＲＦ発生システムは、プラズマチャンバの動作に関する故障状態を検出する。例えば、故障状態を検出することは、ＲＦ発生器とプラズマチャンバとの間のＲＦフィードライン（例えば、ＲＦ電力供給線１６７）上の電圧の変化を検出すること、又はＲＦ発生器とプラズマチャンバとの間の電流の変化を検出することを含むことができる。いくつかの実施形態では、故障状態の検出は、ＲＦ発生器とプラズマチャンバとの間に結合されたＲＦ整合ネットワーク（例えば、ＲＦ整合ネットワーク２０６）に関するインピーダンスの変化（例えば、ＣＳｈｕｎｔ又はＣＳＥＲの静電容量の変化）を検出することを含み得る。いくつかの実施形態では、故故障状態の検出は、処理チャンバ１００のカバーの開放、緊急停止ボタン、及び／又はコントローラ２１８から送信された他のコマンドを検出することを含み得る。

【0046】

［００５０］操作５０６では、ＲＦ発生システムは、故障状態の検出に基づいて、プラズマチャンバからＲＦ発生器を（例えば、真空遮断器として実装されるハードウェアスイッチ１６５を介して）結合解除することができる。例えば、ＲＦ発生器の切り離しには、故障状態の検出に基づいて真空遮断器のハードウェアスイッチを開くことが含まれる場合がある。いくつかの態様では、ＲＦ発生システム及び／又はコントローラ２１８はまた、故障状態の検出に基づいてＲＦ発生器をオフにする。

【0047】

［００５１］いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器は、真空遮断器のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ２１４）を制御することによってプラズマチャンバから結合解除される。真空遮断器は、真空ハウジング（例えば、真空ハウジング３０８）内に配置された第１の電極（例えば、電極３０２）と、真空ハウジング内に配置された第２の電極（例えば、電極３０４）とを含み得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器をプラズマチャンバから結合解除することは、故障状態の検出に基づいて第１の電極を第２の電極から結合解除することを含む。いくつかの実施形態では、真空断続器は、真空ハウジングの周囲に少なくとも部分的に金属エンクロージャ（例えば、金属エンクロージャ３１０）をさらに含み、金属エンクロージャは接地点に結合される。

【0048】

［００５２］いくつかの実施形態では、ＲＦ発生システムは、ＲＦ発生器によって発生させたＲＦ信号を（例えば、フィルタ２１０を介して）フィルタリングすることができる。ＲＦ生成システムは、（例えば、ＲＦ生成器２０４を介して）別のＲＦ信号を生成し、（例えば、フィルタ２１１を介して）他のＲＦ信号をフィルタリングすることもできる。フィルタリングされたＲＦ信号とフィルタリングされた他のＲＦ信号は結合され、真空遮断器を介して処理チャンバに提供され得る。

【0049】

［００５３］「結合された」という用語は、本明細書では、２つの物体間の直接的又は間接的な結合を指すために使用される。例えば、物体Ａが物体Ｂに物理的に接触し、物体Ｂが物体Ｃに物理的に接触した場合、物体ＡとＣが物理的に互いに直接接触していない場合でも、物体ＡとＣは依然として相互に結合していると見なすことができる。例えば、第１の物体が第２の物体に物理的に直接接触していない場合でも、第１の物体は第２の物体に結合される可能性がある。

【0050】

［００５４］いかなるクレーム要素も、その要素が「手段」という語句を使用して明示的に記載されている場合、又は方法クレームの場合には、その要素が「ためのステップ」という語句を使用して記載されている場合を除き、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）の規定に基づいて解釈されるべきではない。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号を生成するための手段は、ＲＦ発生器１１８、ＲＦ発生器２０２、又はＲＦ発生器２０４などのＲＦ発生器を含むことができ、検出するための手段は、コントローラ１２６又はコントローラ２１８などのコントローラを含むことができる。

【0051】

［００５５］上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及びさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】