JP2014099585A - Plasma processing device - Google Patents
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Abstract
【課題】処理容器内に配置される載置台内部の発熱体と処理容器の外に配置されるヒータ電源とを電気的に繋ぐヒータ給電ライン上にフィルタユニットを設けるにあたり、載置台上の電子密度分布やプロセス特性の面内均一性に与える影響を極力少なくする。
【解決手段】このプラズマ処理装置においては、サセプタ12の内部にもうけられる発熱体50は、サセプタ12の中を通る内部導体51、スペースSPを縦断する給電導体52、フィルタユニット54および電気ケーブル56を介して、チャンバ10の外のヒータ電源58(IN)に電気的に接続されている。フィルタユニット54のケーシング110は、給電棒40の周りを囲む円筒形の導体カバー42に隣接してチャンバ10の底壁(ベース)10aに形成されている開口114にチャンバ10の下から垂直に嵌め込まれ、チャンバ底壁10aに物理的かつ電気的に結合されている。
【選択図】図2In providing a filter unit on a heater power supply line that electrically connects a heating element inside a mounting table arranged in a processing vessel and a heater power source arranged outside the processing vessel, an electron density on the mounting table is provided. Minimize the impact on the in-plane uniformity of distribution and process characteristics.
In this plasma processing apparatus, a heating element 50 provided inside a susceptor 12 includes an internal conductor 51 passing through the susceptor 12, a feed conductor 52 that vertically cuts a space SP, a filter unit 54, and an electric cable 56. And is electrically connected to a heater power supply 58 (IN) outside the chamber 10. The casing 110 of the filter unit 54 is vertically fitted from the bottom of the chamber 10 into an opening 114 formed in the bottom wall (base) 10a of the chamber 10 adjacent to the cylindrical conductor cover 42 surrounding the power supply rod 40. It is physically and electrically coupled to the chamber bottom wall 10a.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、高周波を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に係り、特に処理容器内で被処理基板を載置する載置台に設けられる高周波電極および発熱体を介してヒータ給電ラインに入ってくる高周波ノイズを遮断するためのフィルタを備えるプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate to be processed using high frequency, and in particular, a heater power supply line via a high frequency electrode and a heating element provided on a mounting table for mounting the substrate to be processed in a processing container. The present invention relates to a plasma processing apparatus including a filter for blocking incoming high frequency noise.
プラズマを用いる半導体デバイスあるいはFPD(Flat Panel Display)の製造のための微細加工においては、被処理基板(半導体ウエハ、ガラス基板等)上のプラズマ密度分布の制御と共に、基板の温度ないし温度分布の制御が非常に重要である。基板の温度制御が適正に行われないと、基板表面反応ひいてはプロセス特性の均一性が確保できなくなり、半導体デバイスあるいは表示デバイスの製造歩留まりが低下する。 In microfabrication for manufacturing semiconductor devices using plasma or FPD (Flat Panel Display), control of plasma density distribution on the substrate to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) and control of substrate temperature or temperature distribution. Is very important. If the temperature control of the substrate is not properly performed, the substrate surface reaction and thus the uniformity of process characteristics cannot be secured, and the manufacturing yield of the semiconductor device or the display device is lowered.
一般に、プラズマ処理装置、特に容量結合型のプラズマ処理装置のチャンバ内で被処理基板を載置する載置台またはサセプタは、プラズマ空間に高周波を印加する高周波電極の機能と、基板を静電吸着等で保持する保持部の機能と、基板を伝熱で所定温度に制御する温度制御部の機能とを有している。温度制御機能に関しては、プラズマやチャンバ壁からの輻射熱の不均一性による基板への入熱特性の分布や、基板支持構造による熱分布を適切に補正できることが望まれている。 Generally, a mounting table or susceptor for mounting a substrate to be processed in a chamber of a plasma processing apparatus, particularly a capacitively coupled plasma processing apparatus, functions as a high-frequency electrode that applies a high frequency to a plasma space, and electrostatically attracts the substrate. And a function of a temperature control unit for controlling the substrate to a predetermined temperature by heat transfer. Regarding the temperature control function, it is desired that the distribution of heat input characteristics to the substrate due to non-uniformity of radiant heat from plasma and chamber walls and the heat distribution by the substrate support structure can be corrected appropriately.
従来より、サセプタの温度ひいては基板の温度を制御するために、通電により発熱する発熱体をサセプタに組み込んで該発熱体の発生するジュール熱を制御するヒータ方式が多く用いられている。しかしながら、ヒータ方式が採られると、該高周波電源よりサセプタの高周波電極に印加された高周波の一部が発熱体を介してヒータ給電ラインに入り込みやすい。高周波のノイズがヒータ給電ラインを通り抜けてヒータ電源に到達すると、ヒータ電源の動作ないし性能が害されるおそれがある。さらに、ヒータ給電ライン上で高周波の電流が流れると、高周波のパワーが無駄に消費される。このような実情により、サセプタ内蔵の発熱体から入ってくる高周波のノイズを減衰させまたは阻止するためのフィルタをヒータ給電ライン上に設けるのが通例となっている。 Conventionally, in order to control the temperature of the susceptor and thus the temperature of the substrate, a heater system in which a heating element that generates heat by energization is incorporated in the susceptor and the Joule heat generated by the heating element is controlled is often used. However, when the heater method is adopted, a part of the high frequency applied from the high frequency power source to the high frequency electrode of the susceptor easily enters the heater power supply line via the heating element. If high-frequency noise passes through the heater power supply line and reaches the heater power supply, the operation or performance of the heater power supply may be impaired. Further, when a high-frequency current flows on the heater power supply line, high-frequency power is wasted. Under such circumstances, it is customary to provide a filter on the heater power supply line for attenuating or preventing high-frequency noise coming from a heating element with a built-in susceptor.
本出願人は、特許文献1で、この種フィルタの初段に非常に大きなインダクタンスを有する空芯コイルを設け、この空芯コイルをサセプタの近く(通常は下)に設置される導電性のケーシング内に収容するプラズマ処理装置を開示している。このプラズマ処理装置においては、サセプタ内部の高周波電極に単一の高周波、特に13.56MHz以下の高周波を印加する場合は、空芯コイルを用いる上記構成のフィルタが有効に機能して、ヒータ給電ライン上で30A以上の大きなヒータ電流を流しつつ、13.56MHz以下の高周波ノイズを効率よく安定確実に遮断することができる。 In the patent document 1, the present applicant provides an air core coil having a very large inductance at the first stage of this type of filter, and this air core coil is placed in a conductive casing that is installed near (usually below) the susceptor. Discloses a plasma processing apparatus. In this plasma processing apparatus, when a single high frequency, particularly, a high frequency of 13.56 MHz or less is applied to the high frequency electrode inside the susceptor, the filter configured as described above using the air-core coil functions effectively, and the heater power supply line The high frequency noise of 13.56 MHz or less can be efficiently and stably interrupted while flowing a large heater current of 30 A or more.
さらに、本出願人は、特許文献2で、プラズマ処理装置において処理容器内のサセプタからヒータ給電ライン上に入ってくる高い周波数の高周波ノイズを遮断するフィルタ性能を改善する技術を開示している。このフィルタ技術は、分布定数線路の規則的な多重並列共振特性を利用することにより、サセプタ内部の高周波電極に低い周波数の高周波はもちろん高い周波数(たとえば27MHz以上)の高周波を印加する場合でも、フィルタのケーシングに収めるコイルを1個の空芯コイルで済ますことができる。 Further, the present applicant discloses in Patent Document 2 a technique for improving the filter performance for blocking high-frequency high-frequency noise entering the heater power supply line from the susceptor in the processing container in the plasma processing apparatus. This filter technology utilizes the regular multiple parallel resonance characteristics of the distributed constant line so that a high frequency of a low frequency as well as a high frequency (for example, 27 MHz or more) is applied to the high frequency electrode inside the susceptor. A single air-core coil can be used for the coil housed in the casing.
しかしながら、サセプタ内部の高周波電極および発熱体を介してヒータ給電ラインに入ってくる高周波のノイズを遮断するためのフィルタを備える従来のプラズマ処理装置においては、サセプタ直下でのフィルタの配置位置やヒータ給電ラインの引き回しが、サセプタ上の電子密度分布やプロセス特性の面内均一性に良くない影響を与え、さらにはフィルタの周波数−インピーダンス特性にも悪い影響を与えることが課題となっている。 However, in a conventional plasma processing apparatus having a filter for blocking high-frequency noise that enters the heater power supply line via the high-frequency electrode and the heating element inside the susceptor, the position of the filter directly under the susceptor and the heater power supply The problem is that the routing of the line adversely affects the electron density distribution on the susceptor and the in-plane uniformity of the process characteristics, and further adversely affects the frequency-impedance characteristics of the filter.
本発明は、そのような従来技術の課題を解決するものであり、処理容器内に配置される載置台内部の発熱体と処理容器の外に配置されるヒータ電源とを電気的に繋ぐヒータ給電ライン上にフィルタユニットを設けるにあたり、載置台上の電子密度分布やプロセス特性の面内均一性に与える影響を極力少なくし、かつフィルタユニットにおいて安定した周波数−インピーダンス特性を得るようにしたプラズマ処理装置を提供する。 The present invention solves such a problem of the prior art, and is a heater power supply that electrically connects a heating element inside a mounting table arranged in a processing container and a heater power source arranged outside the processing container. When a filter unit is provided on a line, a plasma processing apparatus that minimizes the influence on the in-plane uniformity of the electron density distribution and process characteristics on the mounting table and obtains stable frequency-impedance characteristics in the filter unit. I will provide a.
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内で板状の導電性ベースの上にスペースを介して配置され、被処理基板を載置して保持する載置台と、前記載置台に設けられる高周波電極と、前記高周波電極に一定周波数の高周波を印加するための高周波給電部と、前記載置台に設けられる発熱体と、前記発熱体を前記処理容器の外に配置されるヒータ電源に電気的に接続するためのヒータ給電ラインと、前記発熱体を介して前記ヒータ給電ラインに入ってくる高周波のノイズを減衰させ、または阻止するためのコイルと、このコイルを収容するケーシングとを有するフィルタユニットとを有し、前記フィルタユニットは、前記ケーシングの上端を前記載置台の直下で前記ベースの上面と同じ高さにして、または前記ベースの上面より低くして配置され、前記ベースに、前記ヒータ給電ラインを非接触で通す開口が形成され、前記ヒータ給電ラインが、前記ベースの前記開口の内側または下方に位置する前記コイルの第1の端子から前記載置台の下面まで前記スペースを通って延びるピン状または棒状の第1の導体を有する。 A plasma processing apparatus according to the present invention includes a processing container in which plasma processing is performed, and a mounting table that is disposed on a plate-like conductive base in the processing container via a space and mounts and holds a substrate to be processed. A high-frequency electrode provided on the mounting table, a high-frequency power supply unit for applying a high frequency of a certain frequency to the high-frequency electrode, a heating element provided on the mounting table, and the heating element outside the processing container A heater power supply line for electrically connecting to a heater power supply disposed, a coil for attenuating or preventing high-frequency noise entering the heater power supply line via the heating element, and this coil A filter unit having a casing for accommodating the filter unit, and the filter unit is configured so that an upper end of the casing is flush with an upper surface of the base just below the mounting table. Is arranged lower than the upper surface of the base, and an opening through which the heater power supply line passes without contact is formed in the base, and the heater power supply line is located inside or below the opening of the base. A pin-shaped or bar-shaped first conductor extending through the space from the first terminal to the lower surface of the mounting table.
上記の装置構成においては、フィルタユニットを載置台直下のスペース内に入れない配置構成としている。そして、フィルタユニットのケーシングの上端が載置台の直下でベースの上面と同じ高さにして、またはベースの上面より低くして、ベースの開口に取り付けられることにより、ケーシングに収容されているコイルは、接地電位のベースの上面より低い位置に配置されるので、高周波電極からはベースによって電磁的に遮蔽され、プラズマ生成空間に投影されず、プラズマ密度分布を乱す特異点にはならない。 In said apparatus structure, it is set as the arrangement structure which cannot put a filter unit in the space immediately under a mounting base. And, the upper end of the casing of the filter unit is directly below the mounting table and at the same height as the upper surface of the base or lower than the upper surface of the base, and the coil accommodated in the casing is attached to the opening of the base. Since it is disposed at a position lower than the upper surface of the base at the ground potential, it is electromagnetically shielded from the high-frequency electrode by the base, is not projected onto the plasma generation space, and does not become a singular point that disturbs the plasma density distribution.
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、処理容器内に配置される載置台内部の発熱体と処理容器の外に配置されるヒータ電源とを電気的に繋ぐヒータ給電ライン上にフィルタユニットを設けるにあたり、載置台上の電子密度分布やプロセス特性の面内均一性に与える影響を極力少なくし、かつフィルタユニットにおいて安定した周波数−インピーダンス特性を得ることができる。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, the heater that electrically connects the heating element inside the mounting table arranged in the processing container and the heater power source arranged outside the processing container by the configuration and operation as described above. When the filter unit is provided on the power supply line, the influence on the in-plane uniformity of the electron density distribution and process characteristics on the mounting table can be minimized, and a stable frequency-impedance characteristic can be obtained in the filter unit.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
[プラズマ処理装置全体の構成]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of the entire plasma processing apparatus]
図1に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、下部2周波印加方式の容量結合型プラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は接地されている。 FIG. 1 shows the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is configured as a capacitively coupled plasma processing apparatus of a lower two-frequency application system, and has a cylindrical chamber (processing container) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. The chamber 10 is grounded.
チャンバ10の中には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハWを載置する円板形状の載置台またはサセプタ12が水平に配置されている。このサセプタ12は、チャンバ10の底から垂直上方に延びる誘電体たとえばセラミック製の筒状支持部14により非接地で支持されている。チャンバ10の底壁(この実施形態ではベース)10aと、サセプタ12の下面と、誘電体筒状支持部14の内壁との間には、大気空間に通じているスペースSPが形成されている。サセプタ12の下面は凹凸の無い水平な平坦面であり、チャンバ10の底壁10aの上面も後述する開口(10b,114)を除いて凹凸の無い水平な平坦面になっている。 In the chamber 10, for example, a disk-shaped mounting table or a susceptor 12 on which a semiconductor wafer W is mounted as a substrate to be processed is disposed horizontally. The susceptor 12 is supported in a non-grounded manner by a cylindrical support portion 14 made of a dielectric, for example, ceramic, extending vertically upward from the bottom of the chamber 10. A space SP communicating with the atmospheric space is formed between the bottom wall (base in this embodiment) 10 a of the chamber 10, the lower surface of the susceptor 12, and the inner wall of the dielectric cylindrical support portion 14. The lower surface of the susceptor 12 is a horizontal flat surface without irregularities, and the upper surface of the bottom wall 10a of the chamber 10 is also a horizontal flat surface without irregularities except for openings (10b, 114) described later.
誘電体筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底壁10bから垂直上方に延びる導電性の筒状支持部16とチャンバ10の内壁との間に環状の排気路18が形成され、この排気路18の底に排気口20が設けられている。この排気口20には排気管22を介して排気装置24が接続されている。排気装置24は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ10の側壁には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ26が取り付けられている。 An annular exhaust path 18 is formed between the conductive cylindrical support portion 16 extending vertically upward from the bottom wall 10b of the chamber 10 along the outer periphery of the dielectric cylindrical support portion 14 and the inner wall of the chamber 10, and this An exhaust port 20 is provided at the bottom of the exhaust path 18. An exhaust device 24 is connected to the exhaust port 20 via an exhaust pipe 22. The exhaust device 24 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum. A gate valve 26 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.
サセプタ12は、導体たとえばアルミニウムからなる背板28と、導体たとえばアルミニウムからなる下部高周波電極30と、ウエハ吸着用の静電チャック32とを下からこの順序で積層して構成されている。下部高周波電極30には、第1および第2の高周波電源34,36がマッチングユニット38、給電棒40および背板28を介して電気的に接続されている。 The susceptor 12 is configured by laminating a back plate 28 made of a conductor such as aluminum, a lower high-frequency electrode 30 made of a conductor such as aluminum, and an electrostatic chuck 32 for attracting a wafer in this order from the bottom. First and second high-frequency power sources 34 and 36 are electrically connected to the lower high-frequency electrode 30 via a matching unit 38, a power feed rod 40 and a back plate 28.
第1の高周波電源34は、主としてプラズマの生成に寄与する一定周波数(通常27MHz以上、好ましくは60MHz以上)の第1高周波HFを出力する。一方、第2の高周波電源36は、主としてサセプタ12上の半導体ウエハWに対するイオンの引き込みに寄与する一定周波数(通常13MHz以下)の第2高周波LFを出力する。マッチングユニット38には、第1および第2の高周波電源34,36とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための第1および第2の整合器(図示せず)が収容されている。 The first high-frequency power source 34 outputs a first high-frequency HF having a constant frequency (usually 27 MHz or higher, preferably 60 MHz or higher) that mainly contributes to plasma generation. On the other hand, the second high-frequency power source 36 outputs a second high-frequency LF having a constant frequency (usually 13 MHz or less) that mainly contributes to the drawing of ions into the semiconductor wafer W on the susceptor 12. The matching unit 38 accommodates first and second matching units (not shown) for matching impedance between the first and second high-frequency power sources 34 and 36 and the plasma load.
給電棒40は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ12(背板28)の下面の中心部に接続され、その下端がマッチングユニット38内の上記第1および第2整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ10の底壁10aとマッチングユニット38との間には、給電棒40の周りを囲む円筒形の導体カバー42が設けられている。より詳細には、チャンバ10の底壁10aに給電棒40の外径よりも一回り大きな所定の口径を有する円形の開口部10bが形成され、導体カバー42の上端部がこのチャンバ開口部10bに接続されるとともに、導体カバー42の下端部が上記整合器の接地(帰線)端子に接続されている。 The power feed rod 40 is made of a cylindrical or columnar conductor having a predetermined outer diameter, and its upper end is connected to the center of the lower surface of the susceptor 12 (back plate 28), and its lower end is the above-mentioned first in the matching unit 38. The high frequency output terminals of the first and second matching units are connected. A cylindrical conductor cover 42 is provided between the bottom wall 10 a of the chamber 10 and the matching unit 38 so as to surround the power feed rod 40. More specifically, a circular opening 10b having a predetermined diameter that is slightly larger than the outer diameter of the power supply rod 40 is formed in the bottom wall 10a of the chamber 10, and the upper end of the conductor cover 42 is formed in the chamber opening 10b. In addition to being connected, the lower end of the conductor cover 42 is connected to the ground (return) terminal of the matching unit.
サセプタ12は半導体ウエハWよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ12の上面は、ウエハWと略同形状(円形)かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されている。ウエハ載置部の上に、処理対象の半導体ウエハWが載置される。環状周辺部の上には、半導体ウエハWの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング44が取り付けられる。このフォーカスリング44は、半導体ウエハWの被エッチング材に応じて、たとえばSi,SiC,C,SiO2の中のいずれかの材質で構成されている。 The susceptor 12 has a diameter or diameter that is slightly larger than that of the semiconductor wafer W. The upper surface of the susceptor 12 is partitioned into a central region that is substantially the same shape (circular) and substantially the same size as the wafer W, that is, a wafer mounting portion, and an annular peripheral portion that extends outside the wafer mounting portion. . A semiconductor wafer W to be processed is placed on the wafer placement portion. On the annular peripheral portion, a ring-shaped plate material so-called a focus ring 44 having an inner diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer W is attached. The focus ring 44 is made of, for example, any one of Si, SiC, C, and SiO 2 according to the material to be etched of the semiconductor wafer W.
サセプタ12の上面に設けられる静電チャック32は、高周波電極30の上面に一体形成または一体固着された誘電体層32aの中にDC電極32bを封入している。DC電極32bには、チャンバ10の外に配置される外付けの直流電源45がスイッチ46、高抵抗値の抵抗47およびDC高圧線48を介して電気的に接続されている。直流電源45からの高圧の直流電圧をDC電極32bに印加すると、静電力によって半導体ウエハWを静電チャック32上に吸着保持できるようになっている。なお、DC高圧線48は、被覆線であり、円筒体の下部給電棒40の中を通り、サセプタ12の背板28および下部高周波電極30を下から貫通して静電チャック32のDC電極32bに接続されている。 The electrostatic chuck 32 provided on the upper surface of the susceptor 12 encloses a DC electrode 32 b in a dielectric layer 32 a that is integrally formed on or fixed to the upper surface of the high-frequency electrode 30. An external DC power supply 45 disposed outside the chamber 10 is electrically connected to the DC electrode 32 b via a switch 46, a high resistance resistor 47 and a DC high voltage line 48. When a high-voltage DC voltage from the DC power supply 45 is applied to the DC electrode 32b, the semiconductor wafer W can be attracted and held on the electrostatic chuck 32 by electrostatic force. The DC high voltage line 48 is a covered wire, passes through the cylindrical lower power feed rod 40, penetrates the back plate 28 and the lower high-frequency electrode 30 of the susceptor 12 from below, and the DC electrode 32 b of the electrostatic chuck 32. It is connected to the.
静電チャック32の誘電体層32aの中には、DC電極32bと一緒に発熱体50も封入されている。この発熱体50は、たとえばスパイラル状の抵抗発熱線からなり、この実施形態では図2に示すようにサセプタ12の径方向において内側の発熱線50(IN)と外側の発熱線50(OUT)とに2分割されている。 In the dielectric layer 32a of the electrostatic chuck 32, the heating element 50 is also sealed together with the DC electrode 32b. The heating element 50 is composed of, for example, a spiral resistance heating wire. In this embodiment, as shown in FIG. 2, an inner heating wire 50 (IN) and an outer heating wire 50 (OUT) in the radial direction of the susceptor 12 It is divided into two.
このうち、内側発熱線50(IN)は、サセプタ12の中を通る内部導体51(IN)、スペースSPを縦断する給電導体52(IN)、フィルタユニット54(IN)および電気ケーブル56(IN)を介して、チャンバ10の外に配置される専用のヒータ電源58(IN)に電気的に接続されている。外側発熱線50(OUT)は、サセプタ12の中を通る内部導体51(OUT)、スペースSPを縦断する給電導体52(OUT)、フィルタユニット54(OUT)および電気ケーブル56(OUT)を介して、やはりチャンバ10の外に配置される専用のヒータ電源58(OUT)に電気的に接続されている。 Among these, the inner heating wire 50 (IN) includes an inner conductor 51 (IN) passing through the susceptor 12, a power supply conductor 52 (IN) vertically passing through the space SP, a filter unit 54 (IN), and an electric cable 56 (IN). And is electrically connected to a dedicated heater power source 58 (IN) disposed outside the chamber 10. The outer heating wire 50 (OUT) is routed through an inner conductor 51 (OUT) passing through the susceptor 12, a feed conductor 52 (OUT) passing through the space SP, a filter unit 54 (OUT), and an electric cable 56 (OUT). Also, it is electrically connected to a dedicated heater power source 58 (OUT) that is also disposed outside the chamber 10.
フィルタユニット54(IN),54(OUT)の配置構成、およびフィルタユニット54(IN),54(OUT)と発熱体50との間でヒータ給電ラインを引き回す構成は、この実施形態における主要な特徴部分であり、後に詳細に説明する。 The arrangement configuration of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) and the configuration in which the heater power supply line is routed between the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) and the heating element 50 are the main features in this embodiment. This will be described in detail later.
サセプタ12において、下部高周波電極30の内部にはたとえば円周方向に延びる環状の冷媒通路60が設けられている。この冷媒通路60には、チラーユニット(図示せず)より冷媒供給管62を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水cwが循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ12の温度を下げる方向に制御できる。そして、サセプタ12に半導体ウエハWを熱的に結合させるために、伝熱ガス供給部(図示せず)からの伝熱ガスたとえばHeガスが、ガス供給管62を介して静電チャック32と半導体ウエハWとの接触界面に供給されるようになっている。 In the susceptor 12, for example, an annular refrigerant passage 60 extending in the circumferential direction is provided inside the lower high-frequency electrode 30. A refrigerant having a predetermined temperature, such as cooling water cw, is circulated and supplied to the refrigerant passage 60 via a refrigerant supply pipe 62 from a chiller unit (not shown). The temperature of the susceptor 12 can be controlled to decrease according to the temperature of the refrigerant. In order to thermally couple the semiconductor wafer W to the susceptor 12, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied to the electrostatic chuck 32 and the semiconductor via the gas supply pipe 62. It is supplied to the contact interface with the wafer W.
チャンバ10の天井には、サセプタ12と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド64が設けられている。このシャワーヘッド64は、サセプタ12と向かい合う電極板66と、この電極板66をその背後(上)から着脱可能に支持する電極支持体68とを有し、電極支持体68の内部にガス室70を設け、このガス室70からサセプタ12側に貫通する多数のガス吐出孔72を電極支持体68および電極板66に形成している。電極板66とサセプタ12との間の空間がプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室70の上部に設けられるガス導入口70aには、処理ガス供給部74からのガス供給管76が接続されている。電極板66はたとえばSi、SiCあるいはCからなり、電極支持体68はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。 On the ceiling of the chamber 10, there is provided a shower head 64 that is parallel to the susceptor 12 and also serves as an upper electrode. The shower head 64 includes an electrode plate 66 facing the susceptor 12 and an electrode support 68 that detachably supports the electrode plate 66 from the back (upper side) thereof. A gas chamber 70 is provided inside the electrode support 68. A number of gas discharge holes 72 penetrating from the gas chamber 70 to the susceptor 12 side are formed in the electrode support 68 and the electrode plate 66. A space between the electrode plate 66 and the susceptor 12 is a plasma generation space or a processing space. A gas supply pipe 76 from the processing gas supply unit 74 is connected to the gas introduction port 70 a provided in the upper part of the gas chamber 70. The electrode plate 66 is made of, for example, Si, SiC, or C, and the electrode support 68 is made of, for example, anodized aluminum.
このプラズマ処理装置内の各部たとえば排気装置24、高周波電源34,36、直流電源45のスイッチ46、ヒータ電源58(IN),58(OUT)、チラーユニット(図示せず)、伝熱ガス供給部(図示せず)および処理ガス供給部74等の個々の動作および装置全体の動作(シーケンス)は、マイクロコンピュータを含む制御部75によって制御される。 Each part in this plasma processing apparatus, for example, exhaust device 24, high frequency power supplies 34, 36, switch 46 of DC power supply 45, heater power supplies 58 (IN), 58 (OUT), chiller unit (not shown), heat transfer gas supply section Individual operations such as (not shown) and the processing gas supply unit 74 and the operation (sequence) of the entire apparatus are controlled by a control unit 75 including a microcomputer.
このプラズマ処理装置において、たとえばエッチングを行なうには、先ずゲートバルブ26を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、静電チャック32の上に載置する。そして、処理ガス供給部74よりエッチングガス(単ガスまたは混合ガス)を所定の流量でチャンバ10内に導入し、排気装置24によりチャンバ10内の圧力を設定値にする。さらに、第1および第2の高周波電源34、36をオンにして第1高周波HFおよび第2高周波LFをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波HF,LFをマッチングユニット38および給電棒40を介してサセプタ12の下部高周波電極30に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック32と半導体ウエハWとの間の接触界面に伝熱ガス(Heガス)を供給するとともに、静電チャック用のスイッチ46をオンにして、静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。一方で、ヒータ電源58(IN),58(OUT)をオンにして、内側発熱体50(IN)および外側発熱体50(OUT)を各々独立したジュール熱で発熱させ、サセプタ12上面の温度ないし温度分布を設定値に制御する。シャワーヘッド64より吐出されたエッチングガスはサセプタ12とシャワーヘッド64との間のプラズマ生成空間で高周波の放電によりプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハW表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。 In this plasma processing apparatus, for example, in order to perform etching, first, the gate valve 26 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 32. Then, an etching gas (single gas or mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply unit 74 at a predetermined flow rate, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by the exhaust device 24. Further, the first and second high-frequency power sources 34 and 36 are turned on to output the first high-frequency HF and the second high-frequency LF at predetermined powers. The high-frequency HF and LF are supplied to the matching unit 38 and the power supply rod 40, respectively. To the lower high-frequency electrode 30 of the susceptor 12. Further, the heat transfer gas (He gas) is supplied from the heat transfer gas supply unit to the contact interface between the electrostatic chuck 32 and the semiconductor wafer W, and the electrostatic chuck switch 46 is turned on to perform electrostatic adsorption. The heat transfer gas is confined in the contact interface by force. On the other hand, the heater power supplies 58 (IN) and 58 (OUT) are turned on to cause the inner heating element 50 (IN) and the outer heating element 50 (OUT) to generate heat with independent Joule heat, respectively. Control the temperature distribution to the set value. The etching gas discharged from the shower head 64 is turned into plasma by high-frequency discharge in the plasma generation space between the susceptor 12 and the shower head 64, and the film to be processed on the surface of the semiconductor wafer W is formed by radicals and ions generated by the plasma. It is etched into a desired pattern.
この容量結合型プラズ処理装置は、サセプタ12内部の下部高周波電極30にプラズマ生成に適した比較的高い周波数(好ましくは60MHz以上)の第1高周波HFを印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。それと同時に、下部高周波電極30にイオン引き込みに適した比較的低い周波数(13MHz以下)の第2高周波LFを印加することにより、サセプタ12上の半導体ウエハWに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。 This capacitively coupled plasma processing apparatus applies a first high-frequency HF having a relatively high frequency (preferably 60 MHz or more) suitable for plasma generation to the lower high-frequency electrode 30 inside the susceptor 12 so that the plasma is in a preferable dissociated state. Density is increased, and high-density plasma can be formed even under lower pressure conditions. At the same time, by applying a second high frequency LF having a relatively low frequency (13 MHz or less) suitable for ion attraction to the lower high frequency electrode 30, the anisotropic property having high selectivity with respect to the semiconductor wafer W on the susceptor 12 is obtained. Etching can be performed.
また、この容量結合型プラズマ処理装置においては、サセプタ12にチラーの冷却とヒータの加熱を同時に与え、しかもヒータの加熱を半径方向の中心部とエッジ部とで独立に制御するので、高速の温度切換または昇降温が可能であるとともに、温度分布のプロファイルを任意または多様に制御することも可能である。
[フィルタユニット内の回路構成]
Further, in this capacitively coupled plasma processing apparatus, the susceptor 12 is simultaneously supplied with cooling of the chiller and heating of the heater, and the heating of the heater is controlled independently at the central portion and the edge portion in the radial direction. Switching or raising / lowering temperature is possible, and the profile of the temperature distribution can be controlled arbitrarily or in various ways.
[Circuit configuration in the filter unit]
次に、このプラズマ処理装置におけるフィルタユニット54(IN),54(OUT)内の回路構成を説明する。 Next, the circuit configuration in the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) in this plasma processing apparatus will be described.
図3に、サセプタ12に内蔵されるウエハ温度制御用の発熱体50に電力を供給するためのヒータ給電部の回路構成を示す。この実施形態では、発熱体50の内側発熱線50(IN)および外側発熱線50(OUT)のそれぞれに対して実質的に同一の回路構成を有する個別のヒータ給電部を接続し、内側発熱線50(IN)および外側発熱線50(OUT)の発熱量または発熱温度を独立に制御するようにしている。以下の説明では、内側発熱線50(IN)に対するヒータ給電部の構成および作用について述べる。外側発熱線50(OUT)に対するヒータ給電部の構成および作用も全く同じである。 FIG. 3 shows a circuit configuration of a heater power supply unit for supplying power to the heating element 50 for controlling the wafer temperature built in the susceptor 12. In this embodiment, individual heater power supply units having substantially the same circuit configuration are connected to the inner heating wire 50 (IN) and the outer heating wire 50 (OUT) of the heating element 50, respectively. The heat generation amount or the heat generation temperature of 50 (IN) and the outer heating wire 50 (OUT) are controlled independently. In the following description, the configuration and operation of the heater power supply unit with respect to the inner heating wire 50 (IN) will be described. The configuration and operation of the heater power supply unit for the outer heating wire 50 (OUT) are exactly the same.
ヒータ電源58(IN)は、たとえばSSRを用いてたとえば商用周波数のスイッチング(ON/OFF)動作を行う交流出力型の電源であり、内側発熱線50(IN)と閉ループの回路で接続されている。より詳しくは、ヒータ電源58(IN)の一対の出力端子のうち、第1の出力端子は第1のヒータ給電ライン100(1)を介して内側発熱線50(IN)の第1の端子h1Aに電気的に接続され、第2の出力端子は第2のヒータ給電ライン100(2)を介して内側発熱線50(IN)の第2の端子h2Aに電気的に接続されている。 The heater power supply 58 (IN) is an AC output type power supply that performs, for example, commercial frequency switching (ON / OFF) operation using SSR, and is connected to the inner heating wire 50 (IN) by a closed loop circuit. . More specifically, of the pair of output terminals of the heater power supply 58 (IN), the first output terminal is the first terminal h of the inner heating line 50 (IN) via the first heater power supply line 100 (1). 1A to be electrically connected to the second output terminal is electrically connected to the second terminal h 2A of the inner heating wire 50 through the second heater power supply lines 100 (2) (iN).
フィルタユニット54(IN)は、第1および第2のヒータ給電ライン100(1),100(2)の途中にそれぞれ設けられる第1および第2のフィルタ102(1),102(2)を有している。両フィルタ102(1),102(2)の回路構成は実質的に同じである。 The filter unit 54 (IN) has first and second filters 102 (1) and 102 (2) provided in the middle of the first and second heater power supply lines 100 (1) and 100 (2), respectively. doing. The circuit configurations of both filters 102 (1) and 102 (2) are substantially the same.
より詳しくは、両フィルタ102(1),102(2)は、単一のコイル104(1),104(2)をそれぞれ有している。コイル104(1),104(2)の上部端子(第1の端子)またはフィルタ端子T(1),T(2)は、一対の給電導体52(IN1),52(IN2)および一対の内部導体51(IN1),51(IN2)を介して内側発熱線50(IN)の両端子h1A,h2Aにそれぞれ接続されている。コイル104(1),104(2)の下部端子(第2の端子)は、コンデンサ106(1),106(2)を介して接地電位の導電性部材(たとえばチャンバ10)に接続されるとともに、接続点n(1),n(2)および電気ケーブル(ペアケーブル)56(IN)を介してヒータ電源58(IN)の第1および第2の出力端子にそれぞれ接続されている。 More specifically, both filters 102 (1) and 102 (2) have a single coil 104 (1) and 104 (2), respectively. The upper terminals (first terminals) or the filter terminals T (1) and T (2) of the coils 104 (1) and 104 (2) are connected to a pair of power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) and a pair of internal terminals. The conductors 51 (IN1) and 51 (IN2) are connected to both terminals h 1A and h 2A of the inner heating wire 50 (IN), respectively. The lower terminals (second terminals) of the coils 104 (1) and 104 (2) are connected to a grounded conductive member (for example, the chamber 10) via the capacitors 106 (1) and 106 (2). Are connected to the first and second output terminals of the heater power supply 58 (IN) via connection points n (1), n (2) and an electric cable (pair cable) 56 (IN), respectively.
かかる構成のヒータ給電部において、ヒータ電源58(IN)より出力される電流は、正極性のサイクルでは、第1のヒータ給電ライン100(1)つまり電気ケーブル56(IN)、コイル104(1)、給電導体52(IN1)および内部導体51(IN1)を通って一方の発熱線端子h1Aから内側発熱線50(IN)に入り、内側発熱線50(IN)の各部で通電によるジュール熱を発生させ、他方の発熱線端子h2Aから出た後は、第2のヒータ給電ライン100(2)つまり内部導体51(IN2)、給電導体52(IN2)、コイル104(2)および電気ケーブル56(IN)を通って帰還する。負極性のサイクルでは、同じ回路を上記と逆方向に電流が流れる。このヒータ交流出力の電流は商用周波数であるため、コイル104(1),104(2)のインピーダンスまたはその電圧降下は無視できるほど小さく、またコンデンサ106(1),106(2)を通ってアースへ抜ける漏れ電流も無視できるほど少ない。
[フィルタユニットの物理的構造及び配置構成]
In the heater power supply unit configured as described above, the current output from the heater power supply 58 (IN) is the first heater power supply line 100 (1), that is, the electric cable 56 (IN), the coil 104 (1) in the positive cycle. Then, it passes through the feeding conductor 52 (IN1) and the inner conductor 51 (IN1), enters the inner heating wire 50 (IN) from one heating wire terminal h 1A, and generates Joule heat by energization at each part of the inner heating wire 50 (IN). After being generated and exiting from the other heating wire terminal h 2A , the second heater feed line 100 (2), that is, the internal conductor 51 (IN2), the feed conductor 52 (IN2), the coil 104 (2), and the electric cable 56 Return via (IN). In the negative cycle, a current flows through the same circuit in the opposite direction. Since the current of the heater AC output is a commercial frequency, the impedance of the coils 104 (1), 104 (2) or the voltage drop thereof is negligibly small, and is grounded through the capacitors 106 (1), 106 (2). The leakage current that escapes is negligibly small.
[Physical structure and arrangement of filter unit]
図4〜図6に、この実施形態におけるフィルタユニット54(IN)の物理的な構造および配置構成を示す。フィルタユニット54(IN)は、図4に示すように、たとえばアルミニウムからなる円筒形の導電性ケーシング110の中に第1フィルタ102(1)のコイル104(1)と第2フィルタ102(2)のコイル104(2)とを同軸に収容し、フィルタ端子T(1),T(2)の反対側でケーシング110の下端に結合されている導電性のコンデンサボックス112の中に第1フィルタ102(1)側のコンデンサ106(1)と第2フィルタ102(2)側のコンデンサ106(2)(図3)とを一緒に収容している。 4 to 6 show the physical structure and arrangement of the filter unit 54 (IN) in this embodiment. As shown in FIG. 4, the filter unit 54 (IN) includes a coil 104 (1) of the first filter 102 (1) and a second filter 102 (2) in a cylindrical conductive casing 110 made of, for example, aluminum. Of the first filter 102 in a conductive capacitor box 112 that is coaxially housed and is coupled to the lower end of the casing 110 on the opposite side of the filter terminals T (1), T (2). The capacitor 106 (1) on the (1) side and the capacitor 106 (2) (FIG. 3) on the second filter 102 (2) side are accommodated together.
ケーシング110は、給電棒40の周りを囲む円筒形の導体カバー42(図1)に隣接してチャンバ10の底壁(ベース)10aに形成されている開口114にチャンバ10の外側から垂直に嵌め込まれ、チャンバ底壁10aに物理的かつ電気的に結合されている。ここで、ケーシング110は、フィルタ端子T(1),T(2)の上面がチャンバ底壁10aの上面より高くならないように(最も好ましくは同じ高さで面一になるように)、チャンバ底壁10aの開口114に取り付けられている。この場合、ケーシング110の上端も、チャンバ底壁10aの上面より高くないのが好ましい。 The casing 110 is vertically fitted from the outside of the chamber 10 into the opening 114 formed in the bottom wall (base) 10 a of the chamber 10 adjacent to the cylindrical conductor cover 42 (FIG. 1) surrounding the power supply rod 40. It is physically and electrically coupled to the chamber bottom wall 10a. Here, the casing 110 has a chamber bottom so that the upper surfaces of the filter terminals T (1) and T (2) are not higher than the upper surface of the chamber bottom wall 10a (most preferably at the same height). It is attached to the opening 114 of the wall 10a. In this case, it is preferable that the upper end of the casing 110 is not higher than the upper surface of the chamber bottom wall 10a.
各々のコイル104(1),104(2)は、空芯コイルからなり、ヒータ電源52(IN)より内側発熱線50(IN)に十分大きな(たとえば30A程度の)電流を流す給電線の機能に加えて、発熱(パワーロス)を防ぐ観点からフェライト等の磁芯を持たずに空芯で非常に大きなインダクタンスを得るために、さらには大きな線路長を得るために、太いコイル線と大きなコイルサイズ(たとえば、直径が22〜45mm、長さ130〜280mm)を有している。 Each of the coils 104 (1) and 104 (2) is an air-core coil, and functions as a power supply line for flowing a sufficiently large current (for example, about 30A) to the inner heating wire 50 (IN) from the heater power supply 52 (IN). In addition, in order to prevent heat generation (power loss), to obtain a very large inductance with an air core without having a magnetic core such as ferrite, and to obtain a large line length, a thick coil wire and a large coil size (For example, the diameter is 22 to 45 mm and the length is 130 to 280 mm).
円筒形のケーシング110の中で、両コイル104(1),104(2)は、絶縁体たとえば樹脂からなる下部コネクタ116の上に垂直に立てられた絶縁体たとえば樹脂からなる円筒または円柱状の棒軸(ボビン)118の外周面に沿って軸方向に重なり合って並進しながら等しい巻線間隔およびコイル長さsで螺旋状に巻かれている。両コイル104(1),104(2)のそれぞれのコイル導線は、図5に示すように、好ましくは同一の断面積を有する薄板または平角の銅線からなり、片方の空芯コイル104(2)のコイル導線を絶縁体のチューブ120で覆っている。なお、両コイル104(1),104(2)を接着剤あるいは棒軸118以外の支持部材によって一体的に安定に保持できるのであれば、棒軸118を省くことができる。 In the cylindrical casing 110, both the coils 104 (1) and 104 (2) are formed in a cylindrical or columnar shape made of an insulator, such as a resin, which stands vertically on a lower connector 116 made of an insulator, such as a resin. Along the outer peripheral surface of the rod shaft (bobbin) 118, the coils are spirally wound at the same winding interval and coil length s while being translated while overlapping in the axial direction. As shown in FIG. 5, the coil conductors of both coils 104 (1) and 104 (2) are preferably made of a thin plate or a flat copper wire having the same cross-sectional area, and one air-core coil 104 (2 ) Is covered with an insulating tube 120. Note that the rod shaft 118 can be omitted as long as both the coils 104 (1) and 104 (2) can be integrally and stably held by an adhesive or a support member other than the rod shaft 118.
両コイル104(1),104(2)の下端は、下部コネクタ116の中で接続導体122(1),122(2)にそれぞれ電気的に接続されている。これらの接続導体122(1),122(2)は、コンデンサボックス112内で接続点n(1),n(2)およびコンデンサ106(1),106(2)(図3)にそれぞれ接続されている。 The lower ends of the coils 104 (1) and 104 (2) are electrically connected to the connection conductors 122 (1) and 122 (2) in the lower connector 116, respectively. These connection conductors 122 (1) and 122 (2) are connected to connection points n (1) and n (2) and capacitors 106 (1) and 106 (2) (FIG. 3) in the capacitor box 112, respectively. ing.
ケーシング110の上端に近接する位置で、棒軸118の上端には、絶縁体たとえば樹脂からなる上部コネクタ124が結合されている。この上部コネクタ124の上面には、たとえば銅からなる板片状またはブロック状のフィルタ端子T(1),T(2)がむき出しの状態で突出して設けられている。これらのフィルタ端子T(1),T(2)は、上部コネクタ124の中でコイル104(1),104(2)の上端にそれぞれ接続されている。 An upper connector 124 made of an insulator, such as resin, is coupled to the upper end of the rod shaft 118 at a position close to the upper end of the casing 110. On the upper surface of the upper connector 124, plate-like or block-like filter terminals T (1) and T (2) made of, for example, copper are provided so as to be exposed. These filter terminals T (1) and T (2) are connected to the upper ends of the coils 104 (1) and 104 (2) in the upper connector 124, respectively.
ケーシング110の上端は開口している。フィルタ端子T(1),T(2)の上面は、遮蔽されずに、開放状態でサセプタ12直下のスペースSPに対向している。そして、フィルタ端子T(1),T(2)は、絶縁体の支持棒126に封入されているピン状または棒状の給電導体52(IN1),52(IN2)の下端にそれぞれ接続されている。 The upper end of the casing 110 is open. The upper surfaces of the filter terminals T (1) and T (2) are not shielded and face the space SP immediately below the susceptor 12 in an open state. The filter terminals T (1) and T (2) are respectively connected to the lower ends of pin-shaped or rod-shaped power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) enclosed in an insulating support rod 126. .
なお、フィルタユニット54(OUT)は、フィルタユニット54(IN)と同じ回路構成および物理的構造を有し、フィルタユニット54(IN)とは給電棒40の反対側の位置つまり点対称の位置で、チャンバ10の底壁(ベース)10aに取り付けられる(図8)。
[フィルタユニットの電気的機能]
The filter unit 54 (OUT) has the same circuit configuration and physical structure as the filter unit 54 (IN), and the filter unit 54 (IN) is at a position opposite to the power feed rod 40, that is, a point-symmetrical position. And attached to the bottom wall (base) 10a of the chamber 10 (FIG. 8).
[Electrical functions of filter unit]
この実施形態のフィルタユニット54(IN)においては、第1および第2フィルタ102(1),102(2)のコイル104(1),104(2)と外導体のケーシング110との間に分布定数線路105が形成される。 In the filter unit 54 (IN) of this embodiment, distribution is made between the coils 104 (1) and 104 (2) of the first and second filters 102 (1) and 102 (2) and the outer conductor casing 110. A constant line 105 is formed.
一般的に、伝送線路の特性インピーダンスZoは、無損失の場合には単位長さあたりの静電容量C、インダクタンスLを用いて、Zo=√(L/C)で与えられる。また、波長λは、次の式(1)で与えられる。
λ=2π/(ω√(LC) ・・・・(1)
In general, the characteristic impedance Z o of the transmission line is given by Z o = √ (L / C) using the capacitance C and the inductance L per unit length when there is no loss. The wavelength λ is given by the following equation (1).
λ = 2π / (ω√ (LC) (1)
一般的な分布定数線路(特に同軸線路)では線路の中心が棒状の円筒導体であるのに対して、このフィルタユニット54(IN)では円筒状のコイルを中心導体にしている点が異なる。単位長さあたりのインダクタンスLは主にこの円筒状コイルに起因するインダクタンスが支配的になると考えられる。一方、単位長さあたりの静電容量は、コイル表面と外導体がなすコンデンサの静電容量Cで規定される。したがって、このフィルタユニット54(IN)においても、単位長さあたりのインダクタンスおよび静電容量をそれぞれL,Cとしたときに、特性インピーダンスZo=√(L/C)で与えられる分布定数線路が形成されていると考えることができる。 A general distributed constant line (especially a coaxial line) is different in that the center of the line is a rod-shaped cylindrical conductor, whereas the filter unit 54 (IN) uses a cylindrical coil as the central conductor. The inductance L per unit length is considered to be predominantly the inductance due to this cylindrical coil. On the other hand, the capacitance per unit length is defined by the capacitance C of the capacitor formed by the coil surface and the outer conductor. Therefore, also in this filter unit 54 (IN), when the inductance and the capacitance per unit length are L and C, respectively, the distributed constant line given by the characteristic impedance Z o = √ (L / C) It can be considered that it is formed.
このような分布定数線路を有するフィルタユニットを端子T側からみると、反対側が大きな容量(たとえば5000pF)を有するコンデンサで疑似的に短絡されているため、一定の周波数間隔で大きなインピーダンスを繰り返すような周波数−インピーダンス特性が得られる。このようなインピーダンス特性は、波長と分布線路長が同等のときに得られる。 When the filter unit having such a distributed constant line is viewed from the terminal T side, the opposite side is pseudo short-circuited by a capacitor having a large capacitance (for example, 5000 pF), so that a large impedance is repeated at a constant frequency interval. A frequency-impedance characteristic is obtained. Such impedance characteristics are obtained when the wavelength and the distributed line length are equal.
このフィルタユニット54(IN)では、コイル104(1),104(2)の巻線長ではなく、軸方向のコイル長さs(図4)が分布線路長となる。そして、中心導体にコイル104(1),104(2)を用いたことで、棒状の円筒導体の場合に比べてLをはるかに大きくしてλを小さくすることができるため、比較的短い線路長(コイル長さs)でありながら波長と同等以上の実効長を実現することが可能であり、比較的短い周波数間隔で大きなインピーダンスをもつことを繰り返すようなインピーダンス特性を得ることができる。 In this filter unit 54 (IN), not the winding length of the coils 104 (1) and 104 (2) but the axial coil length s (FIG. 4) is the distributed line length. Since the coils 104 (1) and 104 (2) are used as the central conductor, L can be made much larger and λ can be made smaller than in the case of a rod-shaped cylindrical conductor, so that a relatively short line Although it is long (coil length s), it is possible to realize an effective length equal to or greater than the wavelength, and it is possible to obtain an impedance characteristic that repeats having a large impedance at a relatively short frequency interval.
ここで、コイル104(1),104(2)とケーシング(外導体)110との間に形成される分布定数線路105上では特性インピーダンス(特に単位長さ当たりのインダクタンスおよびキャパシタンス)が一定であるのが望ましい。この点、図示の構成例では、円筒形のケーシング(外導体)110の中に円筒形のコイル104(1),104(2)が同軸に配置されるので、この特性インピーダンス一定の要件が厳密に満たされている。もっとも、コイル104(1),104(2)とケーシング(外導体)110との間のギャップ(距離間隔)に多少の凹凸があっても、許容範囲(一般に遮断すべき高周波の波長の1/4以下)内であれば、特性インピーダンス一定の要件は実質的に満たされる。 Here, on the distributed constant line 105 formed between the coils 104 (1), 104 (2) and the casing (outer conductor) 110, the characteristic impedance (particularly, inductance and capacitance per unit length) is constant. Is desirable. In this regard, in the configuration example shown in the figure, the cylindrical coils 104 (1) and 104 (2) are coaxially arranged in the cylindrical casing (outer conductor) 110. Is satisfied. However, even if there are some irregularities in the gap (distance interval) between the coils 104 (1), 104 (2) and the casing (outer conductor) 110, the tolerance (generally 1/1 of the wavelength of the high frequency to be cut off). 4 or less), the characteristic impedance constant requirement is substantially satisfied.
このように、各々のフィルタ102(1),102(2)においては、多重並列共振をなし、かつインピーダンス特性の安定性・再現性に優れたフィルタ特性を得ることができる。
[ヒータ給電ラインの引き回し構成]
As described above, each of the filters 102 (1) and 102 (2) can achieve a filter characteristic having multiple parallel resonance and excellent impedance characteristic stability and reproducibility.
[Heater feed line routing configuration]
図7および図8に、サセプタ12の内部および直下におけるヒータ給電ライン100(1),100(2)の引き回し構成を示す。図7に示すように、絶縁体の支持棒126およびその中に封入されている給電導体52(IN1),52(IN2)は、途中で曲がらずに鉛直方向に真っ直ぐ延びてスペースSPを縦断している。そして、給電導体52(IN1),52(IN2)の先端部は、サセプタ12(背板28)の下面に電気的に絶縁されて面一に取り付けられているソケット端子128に挿入されている。 7 and 8 show the configuration of routing of the heater power supply lines 100 (1) and 100 (2) inside and immediately below the susceptor 12. FIG. As shown in FIG. 7, the insulating support rod 126 and the power supply conductors 52 (IN 1) and 52 (IN 2) enclosed therein extend straight in the vertical direction without bending in the middle, and vertically cut the space SP. ing. And the front-end | tip part of electric power feeding conductor 52 (IN1) and 52 (IN2) is inserted in the socket terminal 128 electrically insulated and attached to the lower surface of the susceptor 12 (back board 28).
フィルタ端子T(1),T(2)とソケット端子128は、内側発熱線50(IN)の端子h1A,h2Aよりもチャンバ10の中心寄りに位置している(図8)。サセプタ12の背板28および下部高周波電極30には、内部導体51(IN1),51(IN2)を通すためのトンネル状の通路132(132a,132b,132c)が形成されている(図7)。 The filter terminals T (1) and T (2) and the socket terminal 128 are located closer to the center of the chamber 10 than the terminals h 1A and h 2A of the inner heating wire 50 (IN) (FIG. 8). The back plate 28 and the lower high-frequency electrode 30 of the susceptor 12 are formed with tunnel-shaped passages 132 (132a, 132b, 132c) through which the internal conductors 51 (IN1) and 51 (IN2) pass (FIG. 7). .
より詳しくは、背板28の内部には、ソケット端子128から発熱線端子h1A,h2Aの真下まで水平に延びる水平通路132aと、この水平通路132aの終端から背板28の上面まで垂直上方に延びる垂直通路132bが形成されている。また、下部高周波電極30には、背板28側の垂直通路132bと重なる位置で垂直方向に延びる貫通孔の垂直通路132cが形成されている。内部導体51(IN1),51(IN2)は、たとえば導電率の高い金属たとえば銅からなり、たとえば樹脂からなる絶縁体134により背板28および下部高周波電極30から電気的に絶縁された状態で通路132(132a,132b,132c)の中を通り、ソケット端子128と静電チャック32内の発熱線端子h1A,h2Aとを電気的に繋ぐ。内部導体51(IN1),51(IN2) は、ピン形状、棒形状または板形状など如何なる形態を採ってもよい。 More specifically, inside the back plate 28, a horizontal passage 132 a that extends horizontally from the socket terminal 128 to just below the heating wire terminals h 1A and h 2A , and vertically upward from the end of the horizontal passage 132 a to the upper surface of the back plate 28. A vertical passage 132b extending in the direction is formed. The lower high-frequency electrode 30 is formed with a vertical passage 132c having a through hole extending in the vertical direction at a position overlapping the vertical passage 132b on the back plate 28 side. The inner conductors 51 (IN 1) and 51 (IN 2) are made of, for example, a metal having a high conductivity, such as copper, and are electrically insulated from the back plate 28 and the lower high-frequency electrode 30 by an insulator 134 made of, for example, resin. The socket terminal 128 and the heating wire terminals h 1A and h 2A in the electrostatic chuck 32 are electrically connected through 132 (132a, 132b, 132c). The inner conductors 51 (IN1) and 51 (IN2) may take any form such as a pin shape, a bar shape, or a plate shape.
なお、通路132内に設ける絶縁体134を最小限に済ますために、図9に示すように、背板28の水平通路132a内では内部導体51(IN1),51(IN2)の下にだけ絶縁体134を設け(敷き)、背板28の垂直通路132b内および下部高周波電極30の垂直通路132内では絶縁体134を全部省いてもよい。
[実施形態における作用]
In order to minimize the insulator 134 provided in the passage 132, as shown in FIG. 9, insulation is provided only under the inner conductors 51 (IN1) and 51 (IN2) in the horizontal passage 132a of the back plate 28. The body 134 may be provided (laid), and the insulator 134 may be omitted entirely in the vertical passage 132b of the back plate 28 and the vertical passage 132 of the lower high-frequency electrode 30.
[Operation in Embodiment]
このプラズマ処理装置は、フィルタユニット54(IN), 54(OUT)の配置およびサセプタ12回りのヒータ給電ライン100(1),100(2)の引き回しに関して上記のような構成を採ることにより、サセプタ12上のプラズマ密度分布特性や半導体ウエハW上のプロセス特性(たとえばエッチングレート特性)の面内均一性を大きく向上させることができる。 This plasma processing apparatus adopts the above-described configuration with respect to the arrangement of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) and the routing of the heater power supply lines 100 (1) and 100 (2) around the susceptor 12. The in-plane uniformity of the plasma density distribution characteristics on the semiconductor layer 12 and the process characteristics (for example, etching rate characteristics) on the semiconductor wafer W can be greatly improved.
上記したように、サセプタに発熱体を内蔵し、その発熱体に電力を供給するヒータ給電ライン上で高周波ノイズを阻止し、または減衰させるためのフィルタを備える従来のプラズマ処理装置においては、フィルタユニットの配置位置とサセプタ回りのヒータ給電ラインの引き回しが、サセプタ上のプラズマ密度分布特性や半導体ウエハ上のプロセス特性に対して非対称構造の一因になっている。具体的には、高周波電源よりサセプタの下部高周波電極に印加された高周波の一部が発熱体を介してヒータ給電ライン上に漏れることによって、サセプタ直下のスペース内で延びているヒータ給電ラインの近傍でプラズマ密度やエッチングレートが下に引っ張られるように下がる。すなわち、サセプタ直下のスペース内で延びているヒータ給電ラインの平面視的な像が、サセプタ上のプラズマ密度分布を乱す特異点としてプラズマ生成空間に反映または投影される。 As described above, in a conventional plasma processing apparatus including a heating element built in a susceptor and a filter for preventing or attenuating high frequency noise on a heater power supply line that supplies power to the heating element, a filter unit The location of the heater and the routing of the heater power supply line around the susceptor contribute to the asymmetric structure with respect to the plasma density distribution characteristics on the susceptor and the process characteristics on the semiconductor wafer. Specifically, a part of the high frequency applied from the high frequency power source to the lower high frequency electrode of the susceptor leaks onto the heater power supply line through the heating element, so that the vicinity of the heater power supply line extending in the space immediately below the susceptor The plasma density and the etching rate are lowered so as to be pulled down. That is, the planar image of the heater power supply line extending in the space immediately below the susceptor is reflected or projected on the plasma generation space as a singular point that disturbs the plasma density distribution on the susceptor.
本発明者がサセプタ回り(特にその直下)の電位分布および電界分布を電磁界計算によって解析したところ、ヒータ給電ライン上の電位は、サセプタ直下のスペース内では給電棒や下部高周波電極の表面電位と同程度に高く(たとえば数千ボルトほどあり)、フィルタユニットの中に入るとコイルのインピーダンスによってコイル軸方向に沿って段々と降下し、コイルの終端で数十ボルトになることがわかった。 The inventor analyzed the potential distribution and electric field distribution around the susceptor (especially immediately below) by electromagnetic field calculation. As a result, the potential on the heater power supply line It was found that the voltage was about the same (for example, about several thousand volts), and when it entered the filter unit, it gradually dropped along the coil axis direction due to the impedance of the coil and became several tens of volts at the end of the coil.
しかるに、従来のプラズマ処理装置においては、サセプタとチャンバの底壁との間のスペース内にフィルタユニットを配置し、しかもそのスペース内ではヒータ給電ライン(給電導体)を横方向に引き回している。この場合、スペース内で横方向に延びているヒータ給電ライン(給電導体)の平面視的な像やフィルタユニットの上面(蓋)の平面視的な像が、サセプタ上のプラズマ密度分布に非対称かつ大きな面積で投影される。 However, in the conventional plasma processing apparatus, the filter unit is disposed in the space between the susceptor and the bottom wall of the chamber, and the heater power supply line (power supply conductor) is routed laterally in the space. In this case, the planar image of the heater power supply line (feeding conductor) extending in the lateral direction in the space and the planar image of the upper surface (lid) of the filter unit are asymmetrical to the plasma density distribution on the susceptor. Projected in a large area.
さらに、従来のプラズマ処理装置では、チャンバの径方向においてもフィルタユニット(特に外側発熱体用のフィルタユニット)の配置位置を考慮しておらず、サセプタ周辺部の直下に配置することがある。その場合は、スペース内で引き回されている高電圧のヒータ給電ライン(給電導体)がアンテナになって、そこから周囲の接地電位部材に、たとえば高周波を透過しやすい誘電体の筒状支持部(14)を介して接地電位の導電性筒状支持部(16)に高周波の電波を放射することがあり、それによってフィルタの高周波遮断機能が著しく低下する。 Further, in the conventional plasma processing apparatus, the arrangement position of the filter unit (especially the filter unit for the outer heating element) is not taken into consideration even in the radial direction of the chamber, and may be arranged immediately below the peripheral portion of the susceptor. In that case, a high-voltage heater feed line (feed conductor) routed in the space becomes an antenna, and from there to a surrounding ground potential member, for example, a dielectric cylindrical support that easily transmits high frequency High-frequency radio waves may be radiated to the conductive cylindrical support portion (16) having the ground potential via (14), thereby significantly reducing the high-frequency cutoff function of the filter.
この点、本発明は、フィルタユニット54(IN), 54(OUT)をサセプタ12直下のスペースSP内に入れない配置構成としている。特に、この実施形態では、フィルタユニット54(IN)のケーシング110の上端がサセプタ12の直下でチャンバ10の底壁(ベース)10aの上面と同じ高さにして、またはチャンバ底壁10aの上面より低くして、チャンバ底壁10aの開口114に取り付けられる。これにより、ケーシング110に収容されているコイル104(1),104(2)は、接地電位のチャンバ底壁10aの上面より低い位置に配置されるので、サセプタ12からはチャンバ底壁10aによって電磁的に遮蔽され、プラズマ生成空間には投影されない。つまり、プラズマ密度分布を乱す特異点にはならない。フィルタユニット54(OUT)側のコイル104(1),104(2)も同様である。 In this regard, the present invention has an arrangement configuration in which the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) are not placed in the space SP immediately below the susceptor 12. In particular, in this embodiment, the upper end of the casing 110 of the filter unit 54 (IN) is directly under the susceptor 12 and the same height as the upper surface of the bottom wall (base) 10a of the chamber 10, or from the upper surface of the chamber bottom wall 10a. It is lowered and attached to the opening 114 of the chamber bottom wall 10a. As a result, the coils 104 (1) and 104 (2) housed in the casing 110 are disposed at a position lower than the upper surface of the chamber bottom wall 10a at the ground potential, so that the susceptor 12 is electromagnetically moved by the chamber bottom wall 10a. And is not projected onto the plasma generation space. That is, it does not become a singular point that disturbs the plasma density distribution. The same applies to the coils 104 (1) and 104 (2) on the filter unit 54 (OUT) side.
一方、スペースSP内で引き回される給電導体52(IN1),52(IN2)は、サセプタ12上のプラズマ密度分布に投影されるものの、横に曲がらずに鉛直方向に真っ直ぐに延びているので、その投影面積は可及的に小さい。しかも、チャンバ10の中心寄りに位置している。このため、サセプタ12上のプラズマ密度分布に与える影響度は非常に小さい。フィルタユニット54(OUT)側の給電導体52(OUT1),52(OUT2)も同様である。 On the other hand, the feed conductors 52 (IN 1) and 52 (IN 2) routed in the space SP are projected on the plasma density distribution on the susceptor 12, but extend straight in the vertical direction without bending sideways. The projected area is as small as possible. Moreover, it is located closer to the center of the chamber 10. For this reason, the degree of influence on the plasma density distribution on the susceptor 12 is very small. The same applies to the power supply conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) on the filter unit 54 (OUT) side.
また、サセプタ12の内部で引き回されている内部導体51(IN1),51(IN2) は、導体の背板28および下部高周波電極30の通路132の中に全部収まっている(隠れている)ので、プラズマ生成空間に影響を与えることはなく、サセプタ12上のプラズマ密度分布を乱すおそれは全くない。 The inner conductors 51 (IN 1) and 51 (IN 2) routed inside the susceptor 12 are all contained (hidden) in the conductor back plate 28 and the passage 132 of the lower high-frequency electrode 30. Therefore, the plasma generation space is not affected and there is no possibility of disturbing the plasma density distribution on the susceptor 12.
さらに、この実施形態では、給電導体52(IN1),52(IN2)をチャンバ10の中心寄りに配置し、誘電体筒状支持部14から十分離しているので、給電導体52(IN1),52(IN2)から誘電体筒状支持部14を介して接地電位の導電性筒状支持部16に高周波の電波が放射されるおそれはない。フィルタユニット54(OUT)側の給電導体52(OUT1),52(OUT2)も同様である。 Further, in this embodiment, the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) are arranged near the center of the chamber 10 and are separated from the dielectric cylindrical support portion 14, so that the power supply conductors 52 (IN1) and 52 There is no possibility that high-frequency radio waves are radiated from (IN2) to the conductive cylindrical support 16 having the ground potential via the dielectric cylindrical support 14. The same applies to the power supply conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) on the filter unit 54 (OUT) side.
また、フィルタユニット54(IN)においては、ケーシング110の上端が開口し、フィルタ端子T(1),T(2)はむき出しで、遮蔽されずに、開放状態でサセプタ12直下のスペースSPに臨んでいる。そして、給電導体52(IN1),52(IN2)はもちろん、それらを封入している絶縁体の支持棒126もチャンバ底壁10a(開口114の内側面)には接触していない。これによって、後述するように、フィルタ端子T(1),T(2)付近の浮遊容量を十分に小さくして、フィルタ102(1),102(2)の周波数−インピーダンス特性を安定化することができる。フィルタユニット54(OUT) においても同様である。 Further, in the filter unit 54 (IN), the upper end of the casing 110 is opened, and the filter terminals T (1) and T (2) are exposed and are not shielded and face the space SP immediately below the susceptor 12 in an open state. It is out. Further, not only the power supply conductors 52 (IN 1) and 52 (IN 2), but also the insulating support rod 126 enclosing them does not contact the chamber bottom wall 10 a (the inner surface of the opening 114). As a result, as will be described later, the stray capacitances near the filter terminals T (1) and T (2) are sufficiently reduced to stabilize the frequency-impedance characteristics of the filters 102 (1) and 102 (2). Can do. The same applies to the filter unit 54 (OUT).
図10Aおよび図10Bに、この実施形態におけるフィルタユニット54(IN), 54(OUT)の配置および給電導体52(IN1),52(IN2),52(OUT1),52(OUT2)の引き回しについて、望ましくない幾つかの例X1〜X5を示す。 10A and 10B, the arrangement of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) and the routing of the feeding conductors 52 (IN1), 52 (IN2), 52 (OUT1), and 52 (OUT2) in this embodiment are as follows. Some undesired examples X 1 to X 5 are shown.
たとえば、スペースSP内で給電導体52(OUT1),52(OUT2)を横方向に引き回すこと(図10AのX1)は、上述したようにサセプタ12上のプラズマ密度分布に投影される給電導体52(OUT1),52(OUT2)の平面視的な像が大きくなるので、望ましくない。また、チャンバ底壁10aの開口114付近で給電導体52(IN1),52(IN2)を横に引き回すこと(図10AのX2)は、給電導体52(IN1),52(IN2)がチャンバ底壁10aに接近して浮遊容量が大きくなるので、望ましくない。また、フィルタユニット54(OUT)のケーシング110をチャンバ底壁10aの上面より高くすること(図10AのX3)も、その部分がサセプタ12上のプラズマ密度分布に投影されるので、望ましくない。 For example, when the feeding conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) are routed in the lateral direction in the space SP (X 1 in FIG. 10A), the feeding conductor 52 projected onto the plasma density distribution on the susceptor 12 as described above. Since the two-dimensional image of (OUT1) and 52 (OUT2) becomes large, it is not desirable. Further, when the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) are routed horizontally in the vicinity of the opening 114 of the chamber bottom wall 10a (X 2 in FIG. 10A), the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) are connected to the bottom of the chamber. This is not desirable because the stray capacitance increases as the wall 10a is approached. It is also undesirable to make the casing 110 of the filter unit 54 (OUT) higher than the upper surface of the chamber bottom wall 10a (X 3 in FIG. 10A) because that portion is projected onto the plasma density distribution on the susceptor 12.
給電導体52(OUT1),52(OUT2)を誘電体筒状支持部14に近づけること(図10BのX4)は、上述したように給電導体52(OUT1),52(OUT2)から誘電体筒状支持部14を介して接地電位の導電性筒状支持部16に高周波の電磁波が放射されやすくなるので、望ましくない。たとえば、比誘電率が10のセラミックからなる誘電体筒状支持部14の高周波に対する透過性は、その1/10の厚みのスペースと同等である。つまり、誘電体筒状支持部14が介在していることによって、給電導体52(OUT1),52(OUT2)は接地電位の導電性筒状支持部16に一層近づくことになる。 The feeding conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) are brought close to the dielectric cylindrical support portion 14 (X 4 in FIG. 10B) from the feeding conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) as described above. This is not desirable because high-frequency electromagnetic waves are likely to be radiated to the conductive cylindrical support 16 having the ground potential via the support 14. For example, the dielectric cylindrical support portion 14 made of ceramic having a relative dielectric constant of 10 has a high frequency permeability equivalent to a space having a thickness of 1/10. That is, the dielectric cylindrical support portion 14 is interposed, so that the power supply conductors 52 (OUT1) and 52 (OUT2) are closer to the conductive cylindrical support portion 16 having the ground potential.
また、チャンバ底壁10aの開口114にフィルタ端子T(1),T(2)または給電導体52(IN1),52(IN2)の下端部を覆うようなカバー136を設けること(図10BのX5)は、その材質如何に拘わらず(導体または誘電体のいずれであっても)、それがチャンバ底壁10aの上に突出すればサセプタ12上のプラズマ密度分布に投影されるので望ましくないうえ、フィルタ端子T(1),T(2)付近の浮遊容量が大きくなるので望ましくない。 Further, a cover 136 that covers the lower ends of the filter terminals T (1), T (2) or the power feeding conductors 52 (IN1), 52 (IN2) is provided in the opening 114 of the chamber bottom wall 10a (X in FIG. 10B). 5 ) is undesirable because it projects onto the plasma density distribution on the susceptor 12 if it protrudes above the chamber bottom wall 10a regardless of the material (whether it is a conductor or a dielectric). This is not desirable because the stray capacitance near the filter terminals T (1) and T (2) increases.
図示省略するが、サセプタ12の下面またはチャンバ10の底面10aからスペースSPに突出する突起物があることも、サセプタ12上のプラズマ密度分布に影響するので、望ましくない。 Although not shown, it is not desirable that there are protrusions protruding from the lower surface of the susceptor 12 or the bottom surface 10a of the chamber 10 into the space SP because the plasma density distribution on the susceptor 12 is affected.
図11に、この実施形態において高周波電源34(36)から第1のヒータ給電ライン100(1)を通って高周波のノイズがグランドに流れる高周波伝搬路の等価回路を示す。この等価回路において、コンデンサ140は、高周波電極30と内側発熱線50(IN)ないし内部導体51(IN1)との間の静電容量である。抵抗140は、主に内側発熱線50(IN)の抵抗である。インダクタ144は給電導体52(IN1)のインダクタンスであり、コンデンサ146は給電導体52(IN1) およびフィルタ端子T(1)付近の浮遊容量である。なお、フィルタ102(1)内の浮遊容量および抵抗分は無視(省略)している。 FIG. 11 shows an equivalent circuit of a high-frequency propagation path in which high-frequency noise flows from the high-frequency power supply 34 (36) to the ground through the first heater power supply line 100 (1) in this embodiment. In this equivalent circuit, the capacitor 140 is a capacitance between the high-frequency electrode 30 and the inner heating wire 50 (IN) or the inner conductor 51 (IN1). The resistor 140 is mainly a resistor of the inner heating wire 50 (IN). The inductor 144 is an inductance of the power supply conductor 52 (IN1), and the capacitor 146 is a stray capacitance near the power supply conductor 52 (IN1) and the filter terminal T (1). The stray capacitance and resistance in the filter 102 (1) are ignored (omitted).
この等価回路において、サセプタ12からインダクタ144、コンデンサ(浮遊容量)146、フィルタ102(1)内のコイル104(1)およびコンデンサ106(1)を介して接地電位に至るまでの高周波伝搬路を見込んだときの周波数−インピーダンス特性ZA(f)は、たとえば図12に示すようなものとなる。また、サセプタ12からインダクタ144およびコンデンサ(浮遊容量)146を介して接地電位に至るまでの高周波伝搬路を見込んだときの周波数−インピーダンス特性ZB(f)は、たとえば図13に示すようになる。 In this equivalent circuit, a high-frequency propagation path from the susceptor 12 to the ground potential via the inductor 144, the capacitor (stray capacitance) 146, the coil 104 (1) in the filter 102 (1) and the capacitor 106 (1) is expected. The frequency-impedance characteristic ZA (f) at this time is, for example, as shown in FIG. Further, the frequency-impedance characteristic ZB (f) when a high-frequency propagation path from the susceptor 12 to the ground potential via the inductor 144 and the capacitor (stray capacitance) 146 is expected is as shown in FIG. 13, for example.
フィルタ102(1)の周波数−インピーダンス特性ZA(f)は、コイル104(1)と外導体のケーシング110とによって形成される分布定数線路105の周波数−インピーダンス特性(多重並列共振特性)と、インダクタ144およびコンデンサ(浮遊容量)146からなるLC直列回路150の周波数−インピーダンス特性ZB(f)とが合成されたものである。すなわち、分布定数線路105の周波数−インピーダンス特性は、その前段に位置するLC直列回路150の周波数−インピーダンス特性によって律則され、LC直列回路150の直列共振周波数fSRに向かって周波数が高くなるほど多重並列共振特性における並列共振点のピーク値は次第に低くなる。 The frequency-impedance characteristic ZA (f) of the filter 102 (1) includes the frequency-impedance characteristic (multiple parallel resonance characteristic) of the distributed constant line 105 formed by the coil 104 (1) and the outer conductor casing 110, and the inductor. The frequency-impedance characteristic ZB (f) of the LC series circuit 150 composed of 144 and a capacitor (stray capacitance) 146 is synthesized. That is, the frequency-impedance characteristic of the distributed constant line 105 is governed by the frequency-impedance characteristic of the LC series circuit 150 located in the preceding stage, and the frequency is increased as the frequency increases toward the series resonance frequency f SR of the LC series circuit 150. The peak value of the parallel resonance point in the parallel resonance characteristic gradually decreases.
ここで、LC直列回路150の周波数−インピーダンス特性ZB(f)においては、キャパシタ146の静電容量が大きくなるほど、図13に示すように、直列共振周波数fSRが低い値になり(fSR→fSR')、それより低い周波数領域におけるインピーダンスが全体的に低くなる(ZB(f) →ZB(f)')。そうすると、図12に示すように、フィルタ102(1)の周波数−インピーダンス特性ZA(f)においても、直列共振周波数fSRよりも低い全ての並列共振点および周波数領域でインピーダンスが低くなる(ZA(f) →ZA(f)')。 Here, in the frequency-impedance characteristic ZB (f) of the LC series circuit 150, as the capacitance of the capacitor 146 increases, the series resonance frequency f SR becomes lower as shown in FIG. 13 (f SR → f SR '), the impedance in the lower frequency region becomes lower overall (ZB (f) → ZB (f)'). Then, as shown in FIG. 12, the frequency of the filter 102 (1) - even in the impedance characteristics ZA (f), the impedance is low in all the parallel resonance point and a frequency domain lower than the series resonance frequency f SR (ZA ( f) → ZA (f) ').
また、プラズマ生成用の第1高周波HFの基本周波数がたとえば100MHzの場合、その第2高調波の周波数は200Mzである。ここで、たとえば図13に示すように、直列共振周波数fSRが低い周波数領域に移って第2高調波の周波数(200Mz)に近づくと、ヒータ給電ライン100(1)上で第2高調波の大電流が流れる。 Further, when the fundamental frequency of the first high frequency HF for plasma generation is 100 MHz, for example, the frequency of the second harmonic is 200 Mz. Here, for example, as shown in FIG. 13, when the series resonance frequency f SR moves to a low frequency region and approaches the second harmonic frequency (200 Mz), the second harmonic wave is generated on the heater power supply line 100 (1). A large current flows.
したがって、フィルタ102(1)の高周波遮断機能を安定化させるには、給電導体52(OUT1) およびフィルタ端子T(1)回りの浮遊容量146を可及的に小さくすることが重要になる。この実施形態では、上記のように、フィルタユニット54(IN)においては、ケーシング110の上端が開口し、フィルタ端子T(1)はむき出しで、遮蔽されずに開放状態でサセプタ12直下のスペースSPに対向している。そして、給電導体52(IN1)はもちろん、それを封入している絶縁体の支持棒126もチャンバ底壁10a(開口114の内側面)には接触していない。これによって、浮遊容量146を可及的に小さくして、LC直列回路150の直列共振周波数fSRを可及的に高い周波数領域に設定し、フィルタ102(1)の周波数−インピーダンス特性(特に多重並列共振特性)を安定化させている。このことは、第2のヒータ給電ライン(2)においても同様である。 Therefore, in order to stabilize the high-frequency cutoff function of the filter 102 (1), it is important to make the stray capacitance 146 around the power supply conductor 52 (OUT1) and the filter terminal T (1) as small as possible. In this embodiment, as described above, in the filter unit 54 (IN), the upper end of the casing 110 is open, the filter terminal T (1) is exposed, and the space SP just below the susceptor 12 is open without being shielded. Opposite to. Further, not only the power supply conductor 52 (IN1) but also the insulating support rod 126 enclosing it is not in contact with the chamber bottom wall 10a (the inner surface of the opening 114). As a result, the stray capacitance 146 is made as small as possible, the series resonance frequency f SR of the LC series circuit 150 is set as high as possible, and the frequency-impedance characteristic (particularly the multiplexing) of the filter 102 (1). Parallel resonance characteristics) are stabilized. The same applies to the second heater power supply line (2).
なお、この実施形態において、フィルタユニット54(IN),54(OUT)のケーシング110をチャンバ底壁10aの開口114から離してチャンバ底壁10aの下に配置するのは可能ではあるが、好ましいことではない。すなわち、チャンバ底壁10aの開口114が貫通して開放されていると、そこがサセプタ12上のプラズマ密度分布を上に引き上げる逆方向の特異点になるだけでなく、給電導体52(IN1),52(IN2)がその開口114を通過することによって給電導体52(IN1),52(IN2)回りの浮遊容量146が大きくなる。また、大気中の埃、塵、水分等が開口114を出入りする点でも、望ましくない。したがって、フィルタユニット54(IN),54(OUT)のケーシング110は、チャンバ底壁10aの開口114を塞ぐように取り付けられるのが好ましく、この実施形態のようにフィルタ端子T(1),T(2)の上面がチャンバ底壁10aの上面と同じ高さになるように取り付けられるのが最も好ましい。
[他の実施形態または変形例]
In this embodiment, it is possible to dispose the casing 110 of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) away from the opening 114 of the chamber bottom wall 10a but below the chamber bottom wall 10a, but it is preferable. is not. That is, when the opening 114 of the chamber bottom wall 10a is opened through, this not only becomes a singular point in the reverse direction that raises the plasma density distribution on the susceptor 12, but also the feed conductor 52 (IN1), When 52 (IN2) passes through the opening 114, the stray capacitance 146 around the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) increases. Also, it is not desirable in that dust, dust, moisture, etc. in the atmosphere enter and exit the opening 114. Therefore, the casing 110 of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) is preferably attached so as to close the opening 114 of the chamber bottom wall 10a, and the filter terminals T (1), T ( Most preferably, the upper surface of 2) is mounted so as to be the same height as the upper surface of the chamber bottom wall 10a.
[Other Embodiments or Modifications]
以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種種の変形が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.
たとえば、上記実施形態のプラズマ処理装置においては、図14および図15に示すように、サセプタ12に絶縁体の背板152を設ける構成も可能である。この背板152は、上面が下部高周波電極30の上面に接合し、下面がスペースSPに臨んでいる。 For example, in the plasma processing apparatus of the above-described embodiment, as shown in FIGS. 14 and 15, a configuration in which an insulator back plate 152 is provided on the susceptor 12 is also possible. The back plate 152 has an upper surface joined to the upper surface of the lower high-frequency electrode 30 and a lower surface facing the space SP.
背板152の中心部には、給電棒40を下部高周波電極30側に通すための貫通孔153が形成されている。さらに、背板152のフィルタユニット54(IN),,54(OUT)の直上に位置する部位には、給電導体52(IN1),52(IN12)および給電導体52(OUT1),52(OUT2)を下部高周波電極30側に通すための貫通孔154(IN),154(OUT)も形成されている。 A through hole 153 for passing the power feeding rod 40 to the lower high-frequency electrode 30 side is formed at the center of the back plate 152. Furthermore, power feeding conductors 52 (IN 1), 52 (IN 12) and power feeding conductors 52 (OUT 1), 52 (OUT 2) are located at portions of the back plate 152 located immediately above the filter units 54 (IN), 54 (OUT). Through-holes 154 (IN) and 154 (OUT) are also formed for passing through to the lower high-frequency electrode 30 side.
下部高周波電極30の下面には、給電導体52(IN1),52(IN2)の上端を受け入れるソケット端子156が設けられる。さらに下部高周波電極30には、ソケット端子156から発熱線端子h1A,h2Aの真下まで水平に延びる溝158が下面に形成されるとともに、溝158の終端から電極30の上面まで垂直上方に延びる貫通孔の垂直通路160が形成されている。内部導体51(IN1),51(IN2)は、ソケット端子156から背板152の上面を這うようにして溝158の中を通り、溝158の終端から垂直通路160の中を上がって発熱線端子h1A,h2Aに達している。 On the lower surface of the lower high-frequency electrode 30, a socket terminal 156 that receives the upper ends of the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) is provided. Further, the lower high-frequency electrode 30 is formed with a groove 158 that extends horizontally from the socket terminal 156 to just below the heating wire terminals h 1A and h 2A , and extends vertically upward from the end of the groove 158 to the upper surface of the electrode 30. A vertical passage 160 of the through hole is formed. The inner conductors 51 (IN 1) and 51 (IN 2) pass through the groove 158 so as to face the upper surface of the back plate 152 from the socket terminal 156, and then go up in the vertical passage 160 from the end of the groove 158 to generate the heating wire terminal. It has reached h 1A and h 2A .
このように、サセプタ12に絶縁体の背板152を設ける場合に、下部高周波電極30の下面に形成された溝158の中で内部導体51(IN1),51(IN2)を横方向に這い回す構成を採ることにより、内部導体51(IN1),51(IN2)が下部高周波電極30の中に隠れるとともに、下部高周波電極30の下面の平坦性も実質的に確保される。このため、内部導体51(IN1),51(IN2) の引き回しによってサセプタ12上のプラズマ密度分布が影響を受けることはない。 As described above, when the insulator back plate 152 is provided on the susceptor 12, the inner conductors 51 (IN 1) and 51 (IN 2) are wound in the lateral direction in the groove 158 formed on the lower surface of the lower high-frequency electrode 30. By adopting the configuration, the inner conductors 51 (IN 1) and 51 (IN 2) are hidden in the lower high-frequency electrode 30 and the flatness of the lower surface of the lower high-frequency electrode 30 is substantially ensured. Therefore, the plasma density distribution on the susceptor 12 is not affected by the routing of the inner conductors 51 (IN1) and 51 (IN2).
上記した実施形態では、サセプタ12に内蔵される発熱体50が、サセプタ12の径方向において内側の発熱線50(IN)と外側の発熱線50(OUT)とに2分割されていた。しかし、発熱体50を、たとえば径方向において、内側の発熱線50(IN)と中間の発熱線50(MI)と外側の発熱線50(OUT)とに3分割する構成、あるいは内側の発熱線50(IN)と内寄り中間の発熱線50(MIin)と外寄り中間の発熱線50(MIout)と外側の発熱線50(OUT)とに4分割する構成も可能である。 In the embodiment described above, the heating element 50 built in the susceptor 12 is divided into two in the radial direction of the susceptor 12 into an inner heating line 50 (IN) and an outer heating line 50 (OUT). However, for example, in the radial direction, the heating element 50 is divided into an inner heating wire 50 (IN), an intermediate heating wire 50 (MI), and an outer heating wire 50 (OUT), or the inner heating wire 50 (OUT). 50 (IN), an intermediate heating line 50 (MI in ), an outer intermediate heating line 50 (MI out ), and an outer heating line 50 (OUT) can be divided into four.
3分割式においては、図16Aに示すように、内側発熱線50(IN)、中間発熱線50(MI)および外側発熱線50(OUT)にそれぞれ対応する3つのフィルタユニット54(IN),54(MI),54(OUT)をチャンバ10の中心部つまり給電棒40寄りで同心円上に等間隔(120°間隔)で配置するのが好ましい。この場合、フィルタユニット54(IN)は、内側発熱線50(IN)の端子h1A,h2Aよりも径方向の内側(中心寄り)に配置される。 In the three-split type, as shown in FIG. 16A, three filter units 54 (IN), 54 respectively corresponding to the inner heating line 50 (IN), the intermediate heating line 50 (MI), and the outer heating line 50 (OUT). (MI) and 54 (OUT) are preferably arranged at equal intervals (120 ° intervals) on a concentric circle near the center of the chamber 10, that is, near the power feed rod 40. In this case, the filter unit 54 (IN) is disposed on the inner side (near the center) in the radial direction than the terminals h 1A and h 2A of the inner heating wire 50 (IN).
もっとも、それらのフィルタユニット54(IN),54(MI),54(OUT)と誘電体筒状支持部14との間に十分な距離間隔をとれる場合は、図16Bに示すように、フィルタユニット54(IN)を内側発熱線50(IN)の端子h1A,h2Aよりも径方向の外側に配置してもよい。ただし、この場合でも、3つのフィルタユニット54(IN),54(MI),54(OUT)は、同心円上に等間隔(120°間隔)で配置されることが好ましい。 However, when a sufficient distance can be provided between the filter units 54 (IN), 54 (MI), 54 (OUT) and the dielectric cylindrical support 14, as shown in FIG. 54 (IN) may be arranged on the outer side in the radial direction from the terminals h 1A and h 2A of the inner heating wire 50 (IN). However, even in this case, it is preferable that the three filter units 54 (IN), 54 (MI), and 54 (OUT) are arranged at equal intervals (120 ° intervals) on a concentric circle.
同様に、4分割式においても、図17Aに示すように、内側発熱線50(IN)、内寄り中間発熱線50(MIin)、外寄り中間発熱線50(MIout)および外側発熱線50(OUT)にそれぞれ対応する4つのフィルタユニット54(IN),54(MIin),54(MIout) ,54(OUT)をチャンバ10の中心部つまり給電棒40寄りで同心円上に等間隔(90°間隔)で配置するのが好ましい。この場合、フィルタユニット54(IN)は、内側発熱線50(IN)の端子h1A,h2Aよりも径方向の内側(中心寄り)に配置される。 Similarly, in the four-split type, as shown in FIG. 17A, the inner heating wire 50 (IN), the inner intermediate heating wire 50 (MI in ), the outer intermediate heating wire 50 (MI out ), and the outer heating wire 50. Four filter units 54 (IN), 54 (MI in ), 54 (MI out ), 54 (OUT) corresponding to (OUT) are arranged at equal intervals on the center of the chamber 10, that is, near the power supply rod 40 on a concentric circle ( It is preferable to arrange them at intervals of 90 °. In this case, the filter unit 54 (IN) is disposed on the inner side (near the center) in the radial direction than the terminals h 1A and h 2A of the inner heating wire 50 (IN).
もっとも、それらのフィルタユニット54(IN),54(MIin),54(MIout) ,54(OUT)と誘電体筒状支持部14との間に十分な距離間隔をとれる場合は、図17Bに示すように内側発熱線50(IN)あるいは内寄り中間発熱線50(MIin)よりも径方向の外側にそれらのフィルタユニットを配置することも可能である。その場合も、図17Cに示すように、4つのフィルタユニット54(IN),54(MIin),54(MIout) ,(54(OUT)は、同心円上に等間隔(90°間隔)で配置されることが好ましい。 However, in the case where a sufficient distance between the filter units 54 (IN), 54 (MI in ), 54 (MI out ), 54 (OUT) and the dielectric cylindrical support portion 14 can be obtained, FIG. These filter units can be arranged outside in the radial direction from the inner heating wire 50 (IN) or the inner intermediate heating wire 50 (MI in ) as shown in FIG. Also in this case, as shown in FIG. 17C, the four filter units 54 (IN), 54 (MI in ), 54 (MI out ), (54 (OUT) are concentrically arranged at equal intervals (90 ° intervals). Preferably they are arranged.
また、本発明においては、フィルタユニット54の内部の構成についても種種の変形が可能である。たとえば、フィルタユニット54内に設けられるフィルタ102(1),102(2)は、上記の実施形態では単一の空芯コイル102(1),102(2)を有するものであったが、複数のコイルを直列接続してなる構成や、芯入りコイル(たとえばトロイダルコイル)を有する構成等も可能である。 In the present invention, various modifications can be made to the internal configuration of the filter unit 54. For example, the filters 102 (1) and 102 (2) provided in the filter unit 54 have a single air-core coil 102 (1) and 102 (2) in the above-described embodiment. A configuration in which the coils are connected in series, a configuration having a cored coil (for example, a toroidal coil), and the like are also possible.
上記実施形態では、サセプタ12がチャンバ10の固定された底壁10aの上にスペースSPを介して一定の高さ位置に配置されていた。しかしながら、図18に示すように、チャンバ10内でサセプタ12を上下に移動または変位可能に構成しているプラズマ処理装置においては、サセプタ12を誘電体筒状支持部14を介して支持している昇降可能な可動ベース162にフィルタユニット54(IN),54(OUT)を取り付けることができる。ここで、サセプタ12と誘電体筒状支持部14と可動ベース162との間に大気空間に通じるスペースSPが形成されている。 In the above embodiment, the susceptor 12 is arranged on the bottom wall 10a to which the chamber 10 is fixed at a certain height position via the space SP. However, as shown in FIG. 18, in the plasma processing apparatus in which the susceptor 12 is configured to be movable up and down in the chamber 10, the susceptor 12 is supported via the dielectric cylindrical support portion 14. Filter units 54 (IN) and 54 (OUT) can be attached to the movable base 162 that can be moved up and down. Here, a space SP communicating with the atmospheric space is formed between the susceptor 12, the dielectric cylindrical support portion 14, and the movable base 162.
可動ベース162とチャンバ10の底壁10aとの間には、筒状のベローズ164が設けられている。このベローズ164は、バッフル板166を介してプラズマ生成空間(処理空間)に連通する排気路18を下方に延長させるとともに、排気路18およびプラズマ生成空間(処理空間)を大気空間から隔離または遮断している。 A cylindrical bellows 164 is provided between the movable base 162 and the bottom wall 10 a of the chamber 10. The bellows 164 extends the exhaust path 18 communicating with the plasma generation space (processing space) through the baffle plate 166 downward, and isolates or blocks the exhaust path 18 and the plasma generation space (processing space) from the atmospheric space. ing.
ベローズ164によって囲まれた空間内には、上部脚部168、環状プレート170および下部脚部172が縦方向に繋がって設けられている。上部脚部168の上端は可動ベース162の下面に結合しており、上部脚部168の下端は環状プレート170の上面に結合している。環状プレート170の下面には下部脚部172の上端が結合している。下部脚部172の下端は、リンク174のプレート部174aに結合している。 In the space surrounded by the bellows 164, an upper leg 168, an annular plate 170, and a lower leg 172 are connected in the vertical direction. The upper end of the upper leg 168 is coupled to the lower surface of the movable base 162, and the lower end of the upper leg 168 is coupled to the upper surface of the annular plate 170. The upper end of the lower leg 172 is coupled to the lower surface of the annular plate 170. The lower end of the lower leg portion 172 is coupled to the plate portion 174 a of the link 174.
リンク174は、上記プレート部174aおよび2つの柱状部174bを含んでいる。プレート部174aは、チャンバ10の下部の下方に設けられている。この構成例では、プレート部174aに下部マッチングユニット38が取り付けられている。 The link 174 includes the plate portion 174a and the two columnar portions 174b. The plate portion 174 a is provided below the lower portion of the chamber 10. In this configuration example, the lower matching unit 38 is attached to the plate portion 174a.
プレート部174a、環状プレート170および可動ベース162には軸線Z方向に延びる貫通孔がそれぞれ形成されており、下部給電棒40はそれらの貫通孔を通ってサセプタ12(導体背板28)の下面まで垂直方向に延びている。 The plate portion 174a, the annular plate 170, and the movable base 162 are formed with through holes extending in the axis Z direction, and the lower power feed rod 40 passes through these through holes to the lower surface of the susceptor 12 (conductor back plate 28). It extends in the vertical direction.
柱状部174bは、プレート部174aの周縁から上方に延びている。また、柱状174bは、チャンバ10の外でチャンバ10の側壁10dと略平行に延びている。これら柱状部174bには、たとえばボールネジからなる送り機構が接続されている。具体的には、2つのネジ軸176が、チャンバ側壁10dの外側において2つの柱状部174bと略平行に延びている。これらのネジ軸176は、2つのモータ178にそれぞれ接続されている。また、これらのネジ軸176には、2つのナット180がそれぞれ取り付けられている。これらのナット180には、2つの柱状部174bがそれぞれ結合している。 The columnar portion 174b extends upward from the peripheral edge of the plate portion 174a. In addition, the columnar shape 174 b extends outside the chamber 10 and substantially parallel to the side wall 10 d of the chamber 10. A feed mechanism made of, for example, a ball screw is connected to these columnar portions 174b. Specifically, the two screw shafts 176 extend substantially parallel to the two columnar portions 174b outside the chamber side wall 10d. These screw shafts 176 are connected to two motors 178, respectively. Two nuts 180 are attached to the screw shafts 176, respectively. Two columnar portions 174b are coupled to these nuts 180, respectively.
かかる昇降駆動機構によれば、モータ178を回転させることにより、ナット180が軸線Z方向に移動すなわち上下動する。ナット180の上下動に伴って、リンク174に可動ベース162を介して間接的に支持さているサセプタ12は軸線Z方向に移動すなわち上下動することができる。また、サセプタ12の上下動に伴い、ベローズ164が伸縮する。その結果、サセプタ12と上部電極64との間の距離を可変に調整することができる。 According to such a lift drive mechanism, the nut 180 moves in the axis Z direction, that is, moves up and down by rotating the motor 178. As the nut 180 moves up and down, the susceptor 12 indirectly supported by the link 174 via the movable base 162 can move in the axis Z direction, that is, move up and down. Further, as the susceptor 12 moves up and down, the bellows 164 expands and contracts. As a result, the distance between the susceptor 12 and the upper electrode 64 can be variably adjusted.
なお、このプラズマ処理装置において、セサプタ12に内蔵される発熱体50は、静電チャック32と高周波電極30との間に挟んだ絶縁シート181の中に設けられている。また、上部電極64はリング状の絶縁体182を介してチャンバ10の上面に取り付けられている。プラズマ生成用の第1高周波HFを出力する高周波電源34は、上部マッチングユニット184および上部給電棒186を介して上部電極64に電気的に接続されている。また、イオン引き込み用の第2高周波LFを出力する高周波電源36は、下部マッチングユニット38内の整合器(図示せず)および下部給電棒40を介してサセプタ12に電気的に接続されている。 In this plasma processing apparatus, the heating element 50 built in the septa 12 is provided in an insulating sheet 181 sandwiched between the electrostatic chuck 32 and the high frequency electrode 30. The upper electrode 64 is attached to the upper surface of the chamber 10 via a ring-shaped insulator 182. The high frequency power source 34 that outputs the first high frequency HF for plasma generation is electrically connected to the upper electrode 64 via the upper matching unit 184 and the upper power feed rod 186. The high frequency power source 36 that outputs the second high frequency LF for ion attraction is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit (not shown) in the lower matching unit 38 and the lower power feed rod 40.
本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機EL、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。 The present invention is not limited to a capacitively coupled plasma etching apparatus, but can be applied to a microwave plasma etching apparatus, an inductively coupled plasma etching apparatus, a helicon wave plasma etching apparatus, and the like. The present invention can also be applied to other plasma processing apparatuses such as plasma nitriding and sputtering. In addition, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and a flat panel display, organic EL, various substrates for solar cells, a photomask, a CD substrate, a printed substrate, and the like are also possible.
マイクロ波放電式のプラズマ処理装置、特にプラズマエッチング装置においても、チャンバ内で被処理基板たとえば半導体ウエハを載置する載置台またはサセプタは、容量結合型のプラズマ処理装置と同様に基板保持(チャッキング)機能、バイアス機能および温度制御機能を有する。 Also in a microwave discharge type plasma processing apparatus, particularly a plasma etching apparatus, a mounting table or a susceptor for mounting a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer, is held in a chamber (chucking) in the same manner as a capacitively coupled plasma processing apparatus. ) Function, bias function and temperature control function.
特に、温度制御機能のためにサセプタに発熱体が設けられる場合は、やはりチャンバの外に設置されるヒータ電源よりヒータ給電ラインを介してサセプタ内部の発熱体にたとえば交流周波数の電力が供給される。この場合も、サセプタの高周波電極に印加されるバイアス(イオン引き込み)用の高周波の一部が発熱体を介してヒータ給電ラインに入り込みやすい。このため、ヒータ給電ライン上で高周波のノイズを減衰させ、または阻止するためのフィルタが備えられる。したがって、上述した実施形態におけるフィルタユニット54(IN),54(OUT)の構成およびサセプタ12の内部および直下におけるヒータ給電ライン100(1),100(2)の引き回し構成をマイクロ波プラズマ処理装置にもそのまま適用できる。 In particular, when a heating element is provided in the susceptor for the temperature control function, for example, AC frequency power is supplied to the heating element inside the susceptor from the heater power supply installed outside the chamber via the heater power supply line. . Also in this case, a part of the high frequency for bias (ion attraction) applied to the high frequency electrode of the susceptor easily enters the heater power supply line via the heating element. For this reason, a filter for attenuating or preventing high frequency noise on the heater power supply line is provided. Therefore, the configuration of the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) in the above-described embodiment and the routing configuration of the heater power supply lines 100 (1) and 100 (2) inside and immediately below the susceptor 12 are added to the microwave plasma processing apparatus. Can be applied as is.
ただし、マイクロ波プラズマ処理装置においては、天井の上のアンテナより誘電体窓を介してチャンバ内に放射されるプラズマ生成用の通常2.45GHzのマイクロ波の一部が、プラズマおよびサセプタを通り抜けてフィルタユニット54(IN),54(OUT)に入り込む。ここで、フィルタユニット54(IN),54(OUT)に入り込んだマイクロ波が外へ漏れると、電波雑音の原因になることがある。 However, in the microwave plasma processing apparatus, a part of the normal 2.45 GHz microwave for plasma generation radiated into the chamber from the antenna on the ceiling through the dielectric window passes through the plasma and the susceptor. Enter the filter units 54 (IN) and 54 (OUT). Here, if the microwaves that enter the filter units 54 (IN) and 54 (OUT) leak out, radio noise may be caused.
図19A〜図19Dに、本発明にしたがいマイクロ波プラズマ処理装置においてチャンバ10の底壁10aにフィルタユニット54(IN)を取り付ける場合にマイクロ波漏洩障害を確実に防止できる構成例を示す。フィルタユニット54(OUT)も同じ構成である。 19A to 19D show a configuration example that can reliably prevent a microwave leakage failure when the filter unit 54 (IN) is attached to the bottom wall 10a of the chamber 10 in the microwave plasma processing apparatus according to the present invention. The filter unit 54 (OUT) has the same configuration.
図19Aに示すフィルタユニット取付構造は、フィルタユニット54(IN)のケーシング110の上部に導体たとえばアルミニウムからなる鍔状のフランジ200を一体に形成または結合し、このフランジ200の上面をベースまたはチャンバ底壁10aの下面に密着させている。チャンバ底壁10aには、上部コネクタ124を収容するざぐり穴202と、ピン状の給電導体52(IN1),52(IN2)を封止している絶縁体棒126を通す開口204が形成されている。なお、ケーシング110の側面には、好ましくは3mm以下の直径を有する空冷用の通気孔110aがパンチング加工によって形成されている。 In the filter unit mounting structure shown in FIG. 19A, a flange-like flange 200 made of a conductor, for example, aluminum is integrally formed or coupled to the upper portion of the casing 110 of the filter unit 54 (IN), and the upper surface of the flange 200 is used as the base or chamber bottom. The wall 10a is in close contact with the lower surface. The chamber bottom wall 10a is formed with a counterbore 202 for accommodating the upper connector 124 and an opening 204 through which the insulator rod 126 sealing the pin-shaped power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) is formed. Yes. An air-cooling vent hole 110a having a diameter of preferably 3 mm or less is formed on the side surface of the casing 110 by punching.
この取付構造においては、チャンバ底壁10aとフィルタユニット54(IN)との間にマイクロ波が漏れる隙間が殆ど存在しないので、マイクロ波漏洩障害を確実に防止することができる。なお、ケーシング110の通気孔110aの直径は3mm以下なので、通気孔110aからマイクロ波が漏れることはない。 In this mounting structure, since there is almost no gap for microwave leakage between the chamber bottom wall 10a and the filter unit 54 (IN), it is possible to reliably prevent a microwave leakage failure. In addition, since the diameter of the ventilation hole 110a of the casing 110 is 3 mm or less, a microwave does not leak from the ventilation hole 110a.
図19Bのフィルタユニット取付構造は、チャンバ底壁10aに形成されるざぐり穴202にフランジ200を下から嵌め込む。この場合、フランジ200は、その上面だけでなく側面においてもチャンバ底壁10aと密着する。この取付構造においても、チャンバ底壁10aとフィルタユニット54(IN)との間にマイクロ波が漏れる隙間が殆ど存在しないので、マイクロ波漏洩障害を確実に防止することができる。また、この取付構造においては、ケーシング110に一体形成または結合されているフランジ200がチャンバ底壁10aのざぐり穴202に嵌め込まれることによって、フィルタ端子T(1),T(2)の位置が規定され、ひいては給電導体52(IN1),52(IN2)がサセプタ12側のソケット端子128(156)(図7,図15)に対して位置決めされるようになっている。 In the filter unit mounting structure of FIG. 19B, the flange 200 is fitted into the counterbore 202 formed in the chamber bottom wall 10a from below. In this case, the flange 200 is in close contact with the chamber bottom wall 10a not only on the top surface but also on the side surface. Also in this mounting structure, since there is almost no gap for microwave leakage between the chamber bottom wall 10a and the filter unit 54 (IN), it is possible to reliably prevent a microwave leakage failure. In this mounting structure, the flange 200 integrally formed with or coupled to the casing 110 is fitted into the counterbore 202 of the chamber bottom wall 10a, thereby defining the positions of the filter terminals T (1) and T (2). As a result, the feed conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) are positioned with respect to the socket terminal 128 (156) (FIGS. 7 and 15) on the susceptor 12 side.
図19C〜19Eには、上記のようにマイクロ波漏洩障害を防止するフィルタユニット取付構造において、ケーシング110内で分布定数線路105の特性インピーダンスを一定に保つ構成例を示す。 19C to 19E show a configuration example in which the characteristic impedance of the distributed constant line 105 is kept constant in the casing 110 in the filter unit mounting structure that prevents the microwave leakage failure as described above.
上記のようにフランジ200の上面をベースまたはチャンバ底壁10aの下面に密着させる場合(図19A)、コイル104(1),104(2)の上端部がフランジ200の上にはみ出ていると、このはみ出たコイル部分に半径方向で対向する外導体はケーシング110ではなく、それよりも大きな口径を有するチャンバ底壁10aのざぐり穴202の内壁であり、それによって分布定数線路(同軸線路)105の特性インピーダンスが乱されることがある。 When the upper surface of the flange 200 is brought into close contact with the lower surface of the base or the chamber bottom wall 10a as described above (FIG. 19A), if the upper ends of the coils 104 (1) and 104 (2) protrude beyond the flange 200, The outer conductor facing the protruding coil portion in the radial direction is not the casing 110 but the inner wall of the counterbore hole 202 of the chamber bottom wall 10a having a larger diameter, whereby the distributed constant line (coaxial line) 105 The characteristic impedance may be disturbed.
そこで、図19Cの構成例は、上部コネクタ124とフランジ200とチャンバ底壁10aのざぐり穴202との間に、中心部が開口している導体たとえばアルミニウムからなるキャップ型のスペーサ206を挿入し、このスペーサ206の内周面およびフランジ200の内周面をケーシング110の内周面と面一に揃えて、コイル104(1),104(2)と外導体との距離間隔dを分布定数線路(同軸線路)105の端から端まで一定に保つようにしている。さらに、導体スペーサ206は、サセプタ12側のソケット端子128(158)(図7,図15)に対してフィルタ端子T(1),T(2)および給電導体52(IN1),52(IN2)の位置合わせを容易かつ正確に行うためのシムとしても機能する。 Therefore, in the configuration example of FIG. 19C, a cap-type spacer 206 made of a conductor having an open center, for example, aluminum, is inserted between the upper connector 124, the flange 200, and the counterbore 202 of the chamber bottom wall 10a. The inner peripheral surface of the spacer 206 and the inner peripheral surface of the flange 200 are aligned with the inner peripheral surface of the casing 110, and the distance d between the coils 104 (1), 104 (2) and the outer conductor is set as a distributed constant line. (Coaxial line) 105 is kept constant from end to end. Further, the conductor spacer 206 is connected to the filter terminals T (1) and T (2) and the power supply conductors 52 (IN1) and 52 (IN2) with respect to the socket terminal 128 (158) (FIGS. 7 and 15) on the susceptor 12 side. It also functions as a shim for easy and accurate alignment.
図19Dの構成例は、導体スペーサ206を備える代わりに、チャンバ底壁10aの開口114をケーシング110の内径と同じ口径に形成し、開口114の内壁およびフランジ200の内周面をケーシング110の内周面と面一に揃えて、コイル104(1),104(2)と外導体との距離間隔dを一定に保つようにしている。また、フィルタ端子T(1),T(2)および給電導体52(IN1),52(IN2)の位置合わせのために、チャンバ底壁10aの開口114に嵌まる絶縁体からなるリング状または円筒状のフランジ部208を上部コネクタ124の側面に一体に形成または結合している。 In the configuration example of FIG. 19D, instead of providing the conductor spacer 206, the opening 114 of the chamber bottom wall 10a is formed to have the same diameter as the inner diameter of the casing 110, and the inner wall of the opening 114 and the inner peripheral surface of the flange 200 are formed inside the casing 110. The distance d between the coils 104 (1), 104 (2) and the outer conductor is kept constant so as to be flush with the peripheral surface. Further, in order to align the filter terminals T (1), T (2) and the power feeding conductors 52 (IN1), 52 (IN2), a ring-shaped or cylindrical shape made of an insulator that fits into the opening 114 of the chamber bottom wall 10a. A flange portion 208 is integrally formed or coupled to the side surface of the upper connector 124.
図19Eの構成例は、チャンバ底壁10aの開口114またはざぐり穴202にケーシング110側のフランジ200を嵌め込む場合に、フランジ200の内周面がケーシング110の内周面と面一に揃ってコイル104(1),104(2)の上端部と対向するようにしている。 In the configuration example of FIG. 19E, when the flange 200 on the casing 110 side is fitted into the opening 114 or the counterbore 202 of the chamber bottom wall 10a, the inner peripheral surface of the flange 200 is flush with the inner peripheral surface of the casing 110. The coils 104 (1) and 104 (2) are opposed to the upper end portions.
本発明者は、フィルタユニット54(IN)に隙間がある場合のマイクロ波漏洩現象を電磁界計算のシミュレーションで検証した。このシミュレーションでは、チャンバ底壁10aの開口114の代わりに、アルミニウムからなる円筒状のカバー体210をケーシング110の上端に接続した。ここで、カバー体210の下端とケーシング110の上端との間で、図20Aに示すように隙間を全く作らない構成を一実施例とし、図20Bに示すように隙間Gを作る構成を比較例とした。この隙間Gのサイズは縦(高さ)が8mm、横(幅)が60mmであった。 The inventor verified the microwave leakage phenomenon in the case where there is a gap in the filter unit 54 (IN) by simulation of electromagnetic field calculation. In this simulation, a cylindrical cover body 210 made of aluminum was connected to the upper end of the casing 110 instead of the opening 114 of the chamber bottom wall 10a. Here, a configuration in which no gap is formed between the lower end of the cover body 210 and the upper end of the casing 110 as shown in FIG. 20A is taken as an example, and a configuration in which the gap G is formed as shown in FIG. 20B is a comparative example. It was. The size of the gap G was 8 mm in length (height) and 60 mm in width (width).
フィルタユニット54(IN)の中に上方から2.45GHzのマイクロ波を入れたときのケーシング110の内部および周囲の電界分布を電磁界計算によって求めたところ、実施例(図20A)においては、図21Aに示すようにマイクロ波の漏洩は全く無かった。また、ケーシング110の通気孔(パンチングメタル)110aでの漏洩も無かった。一方、比較例(図20B)においては、図21Bに示すように上記隙間Gからマイクロ波が多量に漏洩することがはっきりと確認できた。 When the electric field distribution inside and around the casing 110 when a microwave of 2.45 GHz is put into the filter unit 54 (IN) from above is obtained by electromagnetic field calculation, in the example (FIG. 20A), As shown in 21A, there was no microwave leakage. Further, there was no leakage at the vent hole (punching metal) 110a of the casing 110. On the other hand, in the comparative example (FIG. 20B), it was clearly confirmed that a large amount of microwaves leaked from the gap G as shown in FIG. 21B.
なお、本発明者は、上記実施例(図20A)および比較例(図20B)のフィルタユニット取付構造において、100MHzの高周波についても電磁界の漏洩があるか否かを上記と同様の電磁界計算により求めた。その結果、図示省略するが、上記実施例(図20A)においてはもちろん、比較例(図20B)においても電磁界の漏洩は全くなかった。 In addition, in the filter unit mounting structure of the above-described embodiment (FIG. 20A) and comparative example (FIG. 20B), the present inventor calculated whether or not there is an electromagnetic field leakage even at a high frequency of 100 MHz. Determined by As a result, although not shown, there was no leakage of the electromagnetic field in the comparative example (FIG. 20B) as well as in the above-described example (FIG. 20A).
一般に、電磁波(進行波)が導体の開口部分に差し掛かったとき、電磁波の半波長が開口部分の最大開口幅よりも小さければ、電磁波はその開口部分を通り抜けすることができないというのが通説である。上記比較例(図20B)の場合、マイクロ波(2.45GHz)の半波長は61mmであるのに対して、フィルタユニット54(IN)の上端部に形成されている隙間Gのサイズは8mm×60mmであるから、上記の通説によれば2.45GHzのマイクロ波は隙間Gをようやく通り抜けできることになり、上記シミュレーションの結果も大体それと符合する。 In general, when an electromagnetic wave (traveling wave) reaches the opening of a conductor, if the half wavelength of the electromagnetic wave is smaller than the maximum opening width of the opening, it is a general theory that the electromagnetic wave cannot pass through the opening. . In the case of the comparative example (FIG. 20B), the half wavelength of the microwave (2.45 GHz) is 61 mm, whereas the size of the gap G formed at the upper end of the filter unit 54 (IN) is 8 mm × Since it is 60 mm, according to the above-mentioned general rule, the microwave of 2.45 GHz can finally pass through the gap G, and the result of the simulation roughly agrees with it.
したがって、フィルタユニット54(IN)側および/またはチャンバ10側の設計事情から、フィルタユニット54(IN)とチャンバ10との間にやむなく隙間が形成される場合は、上記通説にしたがえば、その隙間の最大開口幅をマイクロ波の半波長の約半分以下(約30mm以下)に抑えれば、マイクロ波の漏洩を防止できるということになる。 Therefore, if a gap is inevitably formed between the filter unit 54 (IN) and the chamber 10 due to the design circumstances on the filter unit 54 (IN) side and / or the chamber 10 side, If the maximum opening width of the gap is suppressed to about half or less (about 30 mm or less) of the half wavelength of the microwave, leakage of the microwave can be prevented.
本発明者は、この点を確認するためのシミュレーションも行った。すなわち、上記比較例(図20B)に準じた隙間有りの取付構造として、カバー体210とケーシング110との間に丸穴(開口)gを設け、この丸穴gの口径を13mm,17mm,23mm,27mm,35mmの5段階に選んで、各場合についてフィルタユニット54(IN)の中に上方から2.45GHzのマイクロ波を入れたときのケーシング110の内部および周囲の電界分布を電磁界計算によって求めた。図22A〜図22Eに、そのシミュレーション結果を示す。 The inventor also performed a simulation to confirm this point. That is, as a mounting structure with a gap according to the comparative example (FIG. 20B), a round hole (opening) g is provided between the cover body 210 and the casing 110, and the diameter of the round hole g is 13 mm, 17 mm, 23 mm. , 27 mm, and 35 mm, and in each case, the electric field distribution inside and around the casing 110 when microwaves of 2.45 GHz are put into the filter unit 54 (IN) from above by electromagnetic field calculation. Asked. 22A to 22E show the simulation results.
図22Aに示すように、丸穴gの口径が13mmでも数V/m程度の漏洩があった。そして、丸穴gの口径が17mm,23mm,27mmと大きくなるにつれて電界(マイクロ波)の漏洩量は増加し(図22B,図22C,図22D)、35mm口径では100V/m以上の漏洩が生じることがわかった(図22E)。 As shown in FIG. 22A, there was leakage of about several V / m even when the diameter of the round hole g was 13 mm. As the diameter of the round hole g increases to 17 mm, 23 mm, and 27 mm, the amount of leakage of the electric field (microwave) increases (FIGS. 22B, 22C, and 22D), and leakage of 100 V / m or more occurs at the 35 mm diameter. It was found (FIG. 22E).
上記のシミュレーションから、本発明を適用するマイクロ波プラズマ処理装置においてフィルタユニット54(IN)取付構造回りでのマイクロ波漏洩防止を確実に保証するためには、フィルタユニット54(IN)とチャンバ10との間に形成される隙間は、その最大開口幅がマイクロ波の半波長程度(約60mm)ではもちろん、半波長の半分程度(約30mm)でもまだ不十分であり、半波長の数十分の1以下(約3mm以下)にする必要があることがわかった。 From the above simulation, in order to ensure the microwave leakage prevention around the filter unit 54 (IN) mounting structure in the microwave plasma processing apparatus to which the present invention is applied, the filter unit 54 (IN), the chamber 10, As for the gap formed between the half-wavelengths (about 30 mm) as well as the maximum aperture width of about half-wavelength of microwaves (about 60 mm), it is still insufficient. It was found that it was necessary to make it 1 or less (about 3 mm or less).
10 チャンバ
12 サセプタ(下部電極)
14 誘電体筒状支持部
28 (導体)背板
32 静電チャック
34,36 高周波電源
40 給電棒
50 発熱体
50(IN) 内側発熱線
50(OUT) 外側発熱線
51(IN1),51(IN2),51(OUT1),51(OUT2) 内部導体
52(IN1),52(IN2),52(OUT1),52(OUT2) 給電導体
54(IN),54(OUT),54(MI),54(MIin),54(MIout) フィルタユニット
100(1),100(2) ヒータ給電ライン
102(1),102(2) フィルタ
104(1),104(2) コイル
T(1),T(2) コイルの第1の端子(フィルタ端子)
152 (絶縁体)背板
10 Chamber 12 Susceptor (lower electrode)
14 dielectric cylindrical support 28 (conductor) back plate 32 electrostatic chuck 34, 36 high frequency power supply 40 feeding rod 50 heating element 50 (IN) inner heating wire 50 (OUT) outer heating wire 51 (IN1), 51 (IN2) ), 51 (OUT1), 51 (OUT2) Inner conductor 52 (IN1), 52 (IN2), 52 (OUT1), 52 (OUT2) Feeding conductor 54 (IN), 54 (OUT), 54 (MI), 54 (MIin), 54 (MIout) Filter unit 100 (1), 100 (2) Heater feed line 102 (1), 102 (2) Filter 104 (1), 104 (2) Coil T (1), T (2 ) Coil first terminal (filter terminal)
152 (Insulator) Backboard
Claims (22)
前記処理容器内で板状の導電性ベースの上にスペースを介して配置され、被処理基板を載置して保持する載置台と、
前記載置台に設けられる高周波電極と、
前記高周波電極に一定周波数の高周波を印加するための高周波給電部と、
前記載置台に設けられる発熱体と、
前記発熱体を前記処理容器の外に配置されるヒータ電源に電気的に接続するためのヒータ給電ラインと、
前記発熱体を介して前記ヒータ給電ラインに入ってくる高周波のノイズを減衰させ、または阻止するためのコイルと、このコイルを収容するケーシングとを有するフィルタユニットと
を有し、
前記フィルタユニットは、前記ケーシングの上端を前記載置台の直下で前記ベースの上面と同じ高さにして、または前記ベースの上面より低くして配置され、
前記ベースに、前記ヒータ給電ラインを非接触で通す開口が形成され、
前記ヒータ給電ラインが、前記ベースの前記開口の内側または下方に位置する前記コイルの第1の端子から前記載置台の下面まで前記スペースを通って延びるピン状または棒状の第1の導体を有する、
プラズマ処理装置。 A processing vessel in which plasma processing is performed;
Placed on the plate-like conductive base in the processing container via a space, a mounting table for mounting and holding the substrate to be processed;
A high-frequency electrode provided on the mounting table;
A high-frequency power feeding section for applying a high-frequency wave to the high-frequency electrode;
A heating element provided on the mounting table;
A heater power supply line for electrically connecting the heating element to a heater power source disposed outside the processing container;
A filter unit having a coil for attenuating or preventing high-frequency noise that enters the heater power supply line via the heating element, and a casing that accommodates the coil;
The filter unit is arranged such that the upper end of the casing is directly below the mounting table at the same height as the upper surface of the base or lower than the upper surface of the base.
An opening through which the heater power supply line is passed in a non-contact manner is formed in the base,
The heater power supply line has a pin-shaped or bar-shaped first conductor extending through the space from the first terminal of the coil located inside or below the opening of the base to the lower surface of the mounting table.
Plasma processing equipment.
前記第2の導体は、前記背板に埋め込まれた絶縁体の中で水平方向に延びる区間を有する、
請求項8または請求項9に記載のプラズマ処理装置。 The mounting table includes a conductor back plate whose upper surface is bonded to the lower surface of the high-frequency electrode and whose lower surface faces the space;
The second conductor has a section extending in a horizontal direction in an insulator embedded in the back plate.
The plasma processing apparatus according to claim 8 or 9.
前記第2の導体は、前記高周波電極の下面に形成された溝の中で水平方向に延びる区間を有する、
請求項8または請求項9に記載のプラズマ処理装置。 The mounting table has an insulating back plate whose upper surface is bonded to the lower surface of the high-frequency electrode and whose lower surface faces the space;
The second conductor has a section extending in a horizontal direction in a groove formed on a lower surface of the high-frequency electrode.
The plasma processing apparatus according to claim 8 or 9.
前記フィルタユニットは、前記ベースと前記処理容器の底壁との間に配置される、
請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The base is configured to be movable or displaced up and down above the bottom wall of the processing vessel,
The filter unit is disposed between the base and the bottom wall of the processing container.
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-15.
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