JP2020518128A - 改善された電極アセンブリ - Google Patents

Abstract

高周波電源、直流電源、処理空間を囲むチャンバ、及び処理空間内に配置された基板支持アセンブリを含むプラズマ処理装置が提供される。基板支持アセンブリは、基板支持面を有する基板支持体、基板支持体内に配置された電極、並びに高周波電源及び直流電源を電極と連結する相互接続アセンブリを含む。
【選択図】図１

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、基板を処理するための装置及び方法に関する。

［０００２］集積回路及びその他の電子デバイスを製作する際に、様々な材料層の堆積又はエッチングにプラズマ処理が使用されることが多い。高周波（ＲＦ）電力などの高周波電力は、例えば、処理チャンバの内部でプラズマを生成するように使用されることが多い。ＲＦ電力は、処理チャンバのガス分配アセンブリ又は処理チャンバ内の基板支持体のような処理チャンバの１つ又は複数の部分に印加され得る。ＲＦ電力が基板支持体に印加されると、処理中に基板を基板支持体にチャッキングするために、直流（ＤＣ）バイアスも基板支持体に印加されることが多い。

［０００３］概して、プラズマ処理は、熱処理よりも利点が多い。例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、類似の熱処理よりも低温且つ速い堆積速度で堆積処理を行うことを可能にする。しかしながら、一部のプラズマ処理は、２００℃を越える温度（例えば、約３００℃から約５００℃の温度）のような高温で行われる。

［０００４］２００℃を越える温度でＲＦ電力及びＤＣバイアスを基板支持体に印加するＲＦシステムなどの従来のＲＦシステムを使用することにより、問題が生じ得る。例えば、処理中に様々なチャンバ処理構成要素に（例えば、基板支持体に印加される）ＲＦ電力を供給することが、他の処理構成要素又は操作（ＤＣバイアスの印加及び基板支持体の抵抗加熱など）に対してもつ影響は、温度が上昇するにつれて増す。概して、ＲＦ駆動及び非ＲＦ駆動された構成要素を電気的に絶縁するために使用される様々な絶縁材料の誘電特性は、温度が上昇するにつれて劣化する。これにより、高温プラズマ処理の間にＲＦ電力を様々なチャンバ部品に印加することに起因して、プラズマ処理の間に様々な処理チャンバ構成要素に損傷が発生することを防止するような、改善された方法を探すことが必要となる。例えば、従来のＲＦチャンバに用いられる基板支持体の使用を試みることにより、ペデスタルの基板支持面の上面にあるＲＦバイアス電極に配置された誘電材料が層剥離する恐れがある。

［０００５］したがって、高温におけるプラズマ処理のための改善された方法及び装置が必要とされている。

［０００６］本開示の実施形態は、概して、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置を使用する方法に関する。一実施形態では、高周波電源、直流電源、処理空間を囲むチャンバ、及び処理空間内に配置された基板支持アセンブリを含むプラズマ処理装置が提供される。基板支持アセンブリは、基板支持面を有する基板支持体、基板支持体内に配置された電極、並びに高周波電源及び直流電源を電極と連結する相互接続アセンブリを含む。

［０００７］別の実施形態では、基板支持面を有する基板支持体、基板支持体内に配置された電極、並びに第１の導電性ロッドと、第２の導電性ロッドと、第１の導電性ロッド及び第２の導電性ロッドを電極と接続する相互接続子とを備えた相互接続アセンブリを含む基板支持アセンブリが提供される。

［０００８］別の実施形態では、高周波電源、直流電源、処理空間を囲むチャンバ、及び処理空間内に配置された基板支持アセンブリを含むプラズマ処理装置が提供される。基板支持アセンブリは、基板支持面を有する基板支持体、基板支持体内に配置された電極、並びに高周波電源及び直流電源を電極と連結する相互接続アセンブリを含む。プラズマ処理装置は、冷却アセンブリをさらに含み、基板支持アセンブリは、冷却アセンブリに連結されたチャネルをさらに含み、冷却アセンブリは、冷却流体がチャネルを通って流れるように当該冷却流体を方向付けるように構成されている。プラズマ処理装置は、ガス源をさらに含み、基板支持アセンブリは、ガス源を基板支持面に連結する導管をさらに備えている。プラズマ処理装置は、導管を通って基板支持面まで延びる光パイプを有するパイロメータをさらに含む。

［０００９］本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

一実施形態に係る、プラズマ処理装置の概略側面断面図である。 一実施形態に係る、図１のプラズマ処理装置の基板支持アセンブリ、及び基板支持アセンブリに接続された構成要素の概略図である。 一実施形態に係る、図１Ａ及び図２Ａの基板支持アセンブリ内の種々の構成要素間の電気的相互作用を示す図である。 一実施形態に係る、図２Ａの基板支持アセンブリの相互接続アセンブリ、及び図２Ａの相互接続アセンブリに接続された構成要素の概略図である。 一実施形態に係る、図２Ａの相互接続アセンブリの別の概略図である。

［００１５］理解しやすくするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。具体的な記述がなくとも、一方の実施形態で開示された要素を他方の実施形態で有益に利用できると考えられている。本明細書で参照する図面は、別途記載のない限り、寸法通り描かれていると理解するべきでない。さらに、図面が簡略化されることが多く、図示及び説明の明瞭性のために詳細や構成要素が省略される。図面及び記載は、後述の原理を説明することに役立ち、類似の記号は類似の要素を指す。

［００１６］以下の詳細な説明は、性質において説明的であるに過ぎず、本開示、又は本開示の用途及び使用を限定することを意図していない。さらに、上述の技術分野、背景技術、発明の概要、又は後述の発明を実施するための形態において提示された任意の表現又は示唆された理論によって縛られる意図はない。

［００１７］図１は、一実施形態に係る、プラズマ処理装置１００の概略側面断面図である。当該装置は、チャンバ１０１を含む。チャンバ１０１では、１つ又は複数の膜が、基板１１０上に堆積されるか、又は代替的に、チャンバ１０１内に配置された基板１１０からエッチングされ得る。チャンバ１０１は、チャンバ本体１０２、基板支持アセンブリ１０５、及びガス分配アセンブリ１０４を含む。ガス分配アセンブリ１０４は、ガスをチャンバ１０１の処理空間１０６内に均一に分配する。基板支持アセンブリ１０５は、基板支持体１０８、ベース１１５、ベース１１５を基板支持体１０８に接続するステム１１４、及び駆動システム１０３を含む。基板支持アセンブリ１０５は、処理空間１０６内に配置される。幾つかの実施形態では、基板支持体１０８は、ペデスタルであり得る。基板支持体１０８は、基板１１０がチャンバ１０１内に配置されたときに、基板１１０を支持する基板支持面１０９を有する。基板支持体１０８は、チャンバ本体１０２を通って延びるステム１１４によって、処理空間１０６内において移動可能に配置され得る。ステム１１４及びベース１１５は、基板支持体１０８の上昇、降下、及び／又は回転を可能にするために、駆動システム１０３及びベローズ（図示せず）に接続され得る。

［００１８］基板支持アセンブリ１０５は、基板支持体１０８内に配置された電極１１２をさらに含む。電極１１２は、処理空間１０６内に電界を発生させて、後述のように基板１１０を処理するプラズマを生成するために、ＲＦ電力に電気的に接続されている。さらに、幾つかの実施形態では、電極１１２は、上述のように、処理中、基板１１０を基板支持体１０８に静電気的にチャッキングするために使用され得るＤＣバイアスを生成するために、ＤＣ電力にも電気的に接続され得る。一実施形態では、電極１１２は、導電性メッシュ（基板支持体１０８のバルクを形成するように使用される誘電材料内に配置される導電性メッシュを含むタングステン又はモリブデン等）を含む。基板支持体１０８は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＮ）等のセラミック材料から形成され得る。ステム１１４は、セラミック（例えば、ＡＩＮ、ＳｉＣ、石英）などの絶縁材料から形成され得る。ベース１１５は、アルミニウム、ステンレス鋼、又はその他の所望の材料などの材料から構成され得る。

［００１９］プラズマ処理装置１００は、電極１１２に電気的に連結されたＲＦ回路１７０をさらに含む。基板支持アセンブリ１０５は、ＲＦ回路１７０を電極１１２に電気的に接続する導電性ロッド１２２をさらに含む。ＲＦ回路１７０は、処理空間１０６内で電界を生成し、処理空間１０６内でプラズマを発生させ、基板１１０を処理するように構成され得る。電界は、基板支持体１０８内の電極１１２とガス分配アセンブリ１０４との間で生成され得る。ガス分配アセンブリ１０４は、電気接地に接続される。ＲＦ回路１７０は、ＲＦ電源１７１、及びＲＦ電源１７１と電極１１２との間で連結された整合回路１７２を含み得る。幾つかの実施形態では、ＲＦ電源１７１は、１３．５６ＭＨｚでＲＦ電力を供給することができる。他の実施形態では、ＲＦ電源１７１は、６０ＭＨｚでＲＦ電力を供給することができる。さらに別の実施形態では、ＲＦ電源１７１は、１３．５６ＭＨｚ及び／又は６０ＭＨｚを供給するように構成され得る。ＲＦ電源１７１は、約１００ワットから約５０００ワット（例えば、約１００ワットから約１０００ワット）、又はさらに約２００ワットから約６００ワット）の電力でＲＦ電力を供給するように構成され得る。整合回路１７２は、プラズマ負荷インピーダンスを約２５オームから約１００オーム（例えば、約５０オーム）に制御するように構成され得る。

［００２０］プラズマ処理装置１００は、電極１１２に電気的に連結されたＤＣ回路１７５をさらに含む。導電性ロッド１２２は、ＤＣ回路１７５を電極１１２に電気的に連結することができる。したがって、導電性ロッド１２２は、ＲＦ回路１７０及びＤＣ回路１７５の両方を電極１１２に電気的に連結することができる。ＤＣ回路１７５は、処理中、基板１１０を基板支持体１０８に静電気的にチャッキングするために使用され得る。ＤＣ回路１７５は、ＤＣ電源１７６、及びＤＣ電源１７６と電極１１２との間で連結されたＲＦフィルター１７７を含む。ＲＦフィルター１７７は、ＲＦ回路１７０からの高周波電力からＤＣ電源１７６を保護するように使用され得る。ＤＣ電源１７６は、正又は負のＤＣ電圧を静止するように構成され得る。例えば、幾つかの実施形態では、ＤＣ電源は、約＋１０ｋ ＶＤＣから約−１０ｋ ＶＤＣ（例えば、約＋５ｋ ＶＤＣから約−５ｋ ＶＤＣ、約＋２ｋ ＶＤＣから約−２ｋ ＶＤＣ）のＤＣ電圧を生成するように構成され得る。ＲＦ回路１７０及びＤＣ回路１７５は、それぞれ、後述のように、基板支持アセンブリ１０５のベース１１５内の相互接続アセンブリ２３０（図２参照）を通して、電極１１２に連結される。

［００２１］基板支持アセンブリ１０５は、基板支持体１０８内に配置された複数の加熱素子１５０をさらに含む。基板支持アセンブリ１０５は、複数の加熱素子１５０を含むと説明されるが、基板支持アセンブリの幾つかの実施形態は、単一の加熱素子のみを含む場合がある。幾つかの実施形態では、図示のように、複数の加熱素子１５０は、電極１１２の下方に配置され得る。それにより、電極１１２が、複数の加熱素子１５０よりも基板１１０の近くに配置されることが可能になる。複数の加熱素子１５０は、概して、基板１１０に抵抗加熱をもたらし、且つ、導電性金属ワイヤ（例えば、耐熱性金属ワイヤ）、パターンされた金属層（例えば、モリブデン、タングステン、又はその他の耐熱性金属層）、又はその他の類似の導電性構造物のような任意の利用可能な材料を含み得る。

［００２２］プラズマ処理装置１００は、複数の加熱素子１５０に電気的に連結された加熱回路１６０をさらに含み得る。基板支持アセンブリ１０５は、加熱回路１６０を複数の加熱素子１５０に電気的に接続する複数の導電性ロッド１５５をさらに含む。加熱回路１６０は、加熱電源１６５と複数の加熱素子１５０との間で連結されたＲＦフィルター１６６をさらに含み得る。ＲＦフィルター１６６は、ＲＦ回路１７０からの高周波電力から加熱電源１６５を保護するように使用され得る。

［００２３］プラズマ処理装置１００は、上述で導入されたガス分配アセンブリ１０４をさらに含む。ガス分配アセンブリ１０４は、ガスをガスフローコントローラ１２０からガス分配マニホールド１１８内に供給するガス注入通路１１６を含む。ガス分配マニホールド１１８は、複数の孔又はノズル（図示せず）を含む。この複数の孔又はノズルを通って、処理中に混合ガスが処理空間１０６内に注入される。ガス分配アセンブリ１０４は、電気接地に接続され得る。これにより、基板支持体１０８内の電極１１２に印加されたＲＦエネルギーが、処理空間１０６内で電界を発生させることが可能となる。この電界は、基板１１０を処理するためのプラズマを生成するために使用される。

［００２４］チャンバ１０１は、任意選択的に、セラミックリング１２３、アイソレータ１２５、及び同調リング１２４をさらに含み得る。セラミックリング１２３は、ガス分配マニホールド１１８の下方に位置付けされている。幾つかの実施形態では、ガス分配マニホールド１１８は、セラミックリング１２３の直接上に配置され得る。アイソレータ１２５は、チャンバ本体１０２のレッジ上で基板支持体１０８の周囲に配置されている。同調リング１２４は、セラミックリング１２３とアイソレータ１２５との間に配置される。アイソレータ１２５は、同調リング１２４をチャンバ本体１０２から電気的に絶縁する。同調リング１２４は、典型的に、アルミニウム、チタン、又は銅などの導電性材料から作られている。図１に示すように、任意選択的な同調リング１２４は、基板１１０の処理の間、基板支持体１０８及び基板１１０の周りで同心円状に位置付けされる。

［００２５］プラズマ処理装置１００は、任意選択的な第１のＲＦ同調器１３５をさらに含む。任意選択的な同調リング１２４は、第１のＲＦ同調器１３５に電気的に連結されている。第１のＲＦ同調器１３５は、インダクタＬ１を通して接地に終端されている可変真空コンデンサなどの可変コンデンサ１２８を含む。第１のＲＦ同調器１３５は、第２のインダクタＬ２をさらに含む。第２のインダクタＬ２は、可変コンデンサ１２８と並列に電気的に連結され、接地に至る低周波ＲＦの経路を設ける。第１のＲＦ同調器１３５は、同調リング１２４及び可変コンデンサ１２８を通って流れる電流の制御に用いられる、同調リング１２４と可変コンデンサ１２８との間に位置付けされた電圧／電流（Ｖ／Ｉ）センサなどのセンサ１３０をさらに含む。

［００２６］システムコントローラ１３４は、駆動システム１０３、可変コンデンサ１２８、加熱電源１６５、ＲＦ電源１７１、及びＤＣ電源１７６などの様々な構成要素の機能を制御する。システムコントローラ１３４は、メモリ１３８内に記憶されたシステム制御ソフトウェアを実行する。システムコントローラ１３４は、１つ若しくは複数の集積回路（ＩＣ）及び／又はその他の回路構成要素の一部又はすべてを含む。システムコントローラ１３４は、場合によっては、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、内部メモリ（図示せず）、及び支持回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）を含み得る。ＣＰＵは、様々なシステム機能及び支持ハードウェアを制御し、チャンバ１０１によって制御されている且つチャンバ１０１の内部にある処理をモニタリングするために用いられる任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つであってもよい。メモリは、ＣＰＵに連結されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカル若しくは遠隔のデジタルストレージなど、容易に利用可能なメモリのうちの１つ又は複数であり得る。ソフトウェア指令（又はコンピュータ指令）及びデータを符号化して、ＣＰＵに指令を与えるためにメモリ内に記憶することができる。ソフトウェア指令は、任意の瞬間にどのタスクを実行するべきかを決定するプログラムを含み得る。従来の方法でプロセッサをサポートするために、支持回路もＣＰＵに接続される。支持回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、タイミング回路、入出力回路、サブシステムなどが含まれ得る。

［００２７］プラズマ処理装置１００のチャンバ１０１では、ＲＦ経路が、生成されたプラズマを介して、電力供給された電極１１２と接地されたガス分配マニホールド１１８との間に確立される。幾つかの実施形態では、ＲＦ回路１７０は、可変コンデンサ（図示せず）をさらに含み得、これにより、電極１１２を通るＲＦ経路のインピーダンスの調節が可能となる。調節されたインピーダンスにより、ガス分配マニホールド１１８に結合されたＲＦ電界の変化、及びガス分配マニホールド１１８を通るＲＦリターン電流の対応する変化が引き起こされ得る。したがって、プラズマ処理の間、基板１１０の表面にわたって処理空間１０６内のプラズマが調節され得る。ＲＦ電界を制御し、ＲＦリターン電流を調節することにより、結果的に、基板１１０に膜を堆積する又は基板１１０から材料をエッチングする処理速度がより速くなる場合があり、中央から端部にかけての堆積の厚さの均一性、及びエッチング除去の均一性が改善される。

［００２８］さらに、幾つかの実施形態では、追加のＲＦ経路が、電極１１２と同調リング１２４との間に確立される。さらに、可変コンデンサ１２８のキャパシタンスを変えることにより、同調リング１２４を通るＲＦ経路のインピーダンスが変化し、次いで、同調リング１２４に結合されたＲＦ電界の変化が引き起こされる。例えば、可変コンデンサ１２８の総キャパシタンスを変化させることによって、同調リング１２４の最大電流及び対応する最小インピーダンスを実現することができる。したがって、この追加のＲＦ経路を使って、基板１１０の表面にわたって、プラズマ空間１０６内のプラズマも調節することができる。

［００２９］複数の加熱素子１５０を電極１１２の下方に組み込むことができるので、ＲＦエネルギーも、基板支持体１０８のセラミック材料を通して、加熱素子１５０に容量結合し得る（すなわち、ＲＦ漏洩電流）。これらの望ましくない経路（加熱素子１５０及び導電性ロッド１５５など）を通るＲＦ漏洩は、基板処理結果（例えば、基板上の堆積率及び均一性）に影響を与えるだけでなく、加熱電源１６５に対して、電磁干渉（ＥＭＩ）又は損傷を引き起こし得る。

［００３０］接地への比較的より大きなインピーダンス経路を設けるために、ＲＦフィルター１６６が、加熱アセンブリ内に含まれ得る。それにより、加熱素子１５０へのＲＦ漏洩の量、加熱電源１６５に達する任意の関連するＥＭＩが最小限になる。加熱電源１６５に送られるＲＦ漏洩電流を減衰又は抑圧するために、ＲＦフィルター１６６が、複数の加熱素子１５０と加熱電源１６５との間に挿入され得る。

［００３１］図２Ａは、一実施形態に係る、プラズマ処理装置１００の基板支持アセンブリ１０５、及び基板支持アセンブリ１０５に接続された構成要素の概略図である。基板支持アセンブリ１０５は、相互接続アセンブリ２３０をさらに含む。相互接続アセンブリ２３０は、ベース１１５内に配置され得る。相互接続アセンブリ２３０は、高周波電源１７１及び直流電源１７６を電極１１２と連結する。電極１１２に連結された導電性ロッド１２２は、相互接続アセンブリ２３０と連結することができ、それにより、ＲＦ電源１７１及びＤＣ電源１７６が電極１１２に接続される。相互接続アセンブリ２３０は、複数の加熱素子１５０を加熱電源１６５と接続するためにも使用され得る。導電性ロッド１５５は、複数の加熱素子１５０を相互接続アセンブリ２３０と接続し、それにより、加熱電源１６５を複数の加熱素子１５０に接続することができる。相互接続アセンブリ２３０は、高温（例えば、２００℃を越える温度）でＲＦ電力及びＤＣバイアスを電極１１２に印加する操作を改善する、図３Ａを参照して以下に説明する追加の特徴を含む。相互接続アセンブリ２３０は、高温（例えば、４００℃から６５０℃を越える温度）で高いＲＦ電力及びＤＣバイアスを電極１１２に印加する用途において特に有用であり得る。

［００３２］プラズマ処理装置１００は、冷却アセンブリ２５０をさらに含み得る。高温（すなわち、２００℃を越える温度）で作動している間、冷却アセンブリ２５０は、基板支持アセンブリ１０５の一部を冷却するために使用され得る。冷却アセンブリ２５０は、冷却剤源２５１（例えば、冷却した水源）、冷却剤供給ライン２５３、及び冷却剤チャネル２５２（チャネルとも呼ばれる）を含み得る。冷却剤チャネル２５２は、基板支持アセンブリ１０５のベース１１５内に形成されてもよく、冷却アセンブリ２５０は、基板支持アセンブリ１０５のベース１１５部分内で、冷却剤がチャネル２５２を通って流れるように冷却剤を方向付けるように構成され得る。冷却剤供給ライン２５３は、冷却剤源２５１を冷却剤チャネル２５２と接続する。幾つかの実施形態では、基板支持体１０８が高温（例えば、２００℃を越える温度）で維持されている間、冷却アセンブリ２５０は、基板支持アセンブリ１０５のベース１１５の温度を１００℃未満の温度（例えば、７５℃未満の温度）に維持するために使用され得る。

［００３３］プラズマ処理装置１００は、ガス源２６５に接続されたガスライン２６０（導管とも呼ばれる）をさらに含み得る。ガスライン２６０は、ヘリウムなどの不活性ガスを処理空間１０６に供給し得る。処理中に基板支持体１０８と基板１１０との間で熱均一性及び熱伝達を改善するために、不活性ガスが使用され得る。幾つかの実施形態では、ガスライン２６０は、相互接続アセンブリ２３０を通って延び得る。作動中、ガスライン２６０内でＲＦ電力によるプラズマの引き起こしの防止を助けるため、ガスライン２６０を複数の位置（例えば、相互接続アセンブリ２３０の近傍及び／又は冷却剤チャネル２５２の近傍）に接地することができる。

［００３４］プラズマ処理装置１００は、処理中、基板１１０の温度をモニタリングするために、温度センサ２８０（例えば、パイロメータ）を含む。温度センサ２８０は、基板支持アセンブリ１０５のベース１１５内に配置されたセンサ本体２８２を含む。温度センサ２８０は、センサ本体２８２から基板支持体１０８の上部へと延びる光パイプ２８１を含む。幾つかの実施形態では、光パイプ２８１は、ガスライン２６０との適切な接続及び密封を行うこと（図示せず）により、ガスライン２６０を通って延び得る。ガスライン２６０を通して光パイプ２８１をルーティングすることにより、基板支持アセンブリ１０５を通して、基板支持体１０８の基板支持面まで別の導管を形成することが不必要となる。幾つかの実施形態では、光パイプ２８１は、サファイヤから形成され得る（例えば、アルミナ内に収容されたサファイヤプローブ（ｓａｐｐｈｉｒｅ ｐｒｏｂｅ））。

［００３５］温度センサ２８０は、コントローラ２８４、及び通信ケーブル２８３（例えば、光ファイバケーブル）をさらに含み得る。通信ケーブルは、センサ本体２８２で受信した信号（例えば、放射線）をコントローラ２８４に供給する。コントローラ２８４は、受信信号（例えば、放射線）を例えば電気信号に変換することができ、それにより、基板の温度をモニタリングし、コントローラ２８４が、測定温度をシステムコントローラ１３４（図１参照）又は別のコントローラと通信することを可能にする。幾つかの実施形態では、温度センサ２８０によって感知された温度フィードバックを使用して、基板１１０の温度を制御することができるように、システムコントローラ１３４は、加熱素子１５０のうちの１つ又は複数に供給される電力を調節することができる。

［００３６］図２Ｂは、一実施形態に係る、基板支持アセンブリ１０５内の種々の構成要素間の電気的相互作用を示す図である。基板支持アセンブリ１０５の電気的構成要素は、導電性ロッド１２２に接続された電極１１２、及び導電性ロッド１５５と接続された複数の加熱素子１５０を含む加熱アセンブリを含む。処理中、ＲＦ電力を電極１１２に印加することにより、電極１１２と基板１１０が位置付けされた基板支持体１０８の表面との間にキャパシタンスＣ３が生成される。加熱素子１５０は、処理中、基板１１０にわたる温度プロファイルを調節するように使用される複数の加熱ゾーン間に分散され得る。複数の加熱ゾーンは、内側ゾーン２１０、及び外側ゾーン２２０を含み得る。加熱素子１５０は、導電性ロッド１５５を通して、１つ又は複数のＲＦフィルター１６６に連結される。図２Ｂに示す４つの導電性ロッド１５５は、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、及びＢ２と呼ばれる。

［００３７］一実施形態では、各導電性ロッド１５５は、それぞれのＲＦフィルター１６６（それぞれ同じ特性又は異なる特性を有し得る）に連結される。導電性ロッド１５５の群は、異なる加熱ゾーンに対応し得る。例えば、ロッドＡ１及びＡ２は、内側ゾーン２１０の加熱素子に対応するが、ロッドＢ１及びＢ２は、外側ゾーン２２０の加熱素子に対応する。一実施形態では、２つの導電性ロッド１５５が、特定のゾーンに対応する。例えば、加熱電源１６５は、ＲＦフィルター１６６を通して、ＡＣ電力を２つのロッドのうちの第１のロッドに供給し、ＡＣ電力は、第１のロッド及び加熱素子１５０を通って移動し、その後、第２のロッド及びＲＦフィルター１６６を通して接地に戻る。

［００３８］加熱アセンブリの構成要素は、概して、非ゼロインピーダンスを有する。この非ゼロインピーダンスは、構成要素の固有の電気特性、及び基板支持アセンブリ１０５内の他の構成要素への又はプラズマ処理装置１００の他の部分からの近接度の両方を反映する。例えば、加熱素子１５０及び導電性ロッド１５５は、動作中、電極１１２からのＲＦエネルギーと導電性ロッド１２２とを連結し得る。構成要素のインピーダンスの抵抗部分は、典型的には、非ゼロ値であり、この値は、動作周波数の変化によって影響されず、処理中に補正することができない。したがって、説明を容易にするため、この図面では抵抗構成要素は図示されていない。

［００３９］したがって、加熱素子１５０及び導電性ロッド１５５のインピーダンスは、１つ又は複数の構成要素へのＲＦ結合を反映する誘導性素子及び容量性素子を含むものとしてモデル化され得る。例えば、ロッドＡ１のインピーダンスは、ロッドＡ１と電極１１２及び導電性ロッド１２２との結合を反映するキャパシタンスＣ４を含み、且つ、内側ゾーン２１０の加熱素子及びロッドＡ１の誘導特性を反映するインダクタンスＬ５、並びに導電性ロッド１２２を通って流れる比較的大きな電流の流れによって引き起こされる誘導結合を含む。ロッドＡ２もキャパシタンスＣ４及びインダクタンスＬ５でモデル化されるように、ロッドＡ２は、概して、ロッドＡ１と同じ電気特性を有し、同様に配置され得る。当然ながら、ロッドＢ１及びＢ２は、ロッドＡ１及びＡ２と異なり得る電気特性を共有し得る。したがって、ロッドＢ１及びＢ２、並びに外側ゾーン２２０の加熱素子は、それぞれ、キャパシタンスＣ５及びインダクタンスＬ６を使用してモデル化され得る。

［００４０］図示のように、ロッドＢ１及びＢ２は、それぞれ、ロッドと、典型的に接地されたステム１１４及び／又はベース１１５との間の結合を表すキャパシタンスＣ６をさらに含む。ロッドＡ１及びＡ２は、ロッドＢ１及びＢ２と異なる電気特性及び配列を有し得るので、ロッドＡ１及びＡ２は、キャパシタンスＣ６と異なり得る、ステム１１４及び／又はベース１１５との結合（図示せず）をさらに有し得るか、又は無視できるほどに小さいことがある。

［００４１］基板に膜を堆積する又は基板から材料を取り除くために、ＲＦエネルギーの印加をより効率良く行い、その制御性を向上するために、理想的には、加熱アセンブリ又は他の構成要素の中に電荷が結合されない状態で、電極１１２によって供給される最大量のＲＦエネルギーが、チャンバ本体１０２の壁及びガス分配マニホールド１１８を通して、接地に結合することになる（すなわち、ＲＦ漏洩）。したがって、加熱アセンブリ（例えば、加熱素子１５０、及び１つ又は複数の導電性ロッド）のインピーダンスを増大させることが有利である。上述のように、構成要素はすべて、処理中に補正できない、幾つかの真の非ゼロインピーダンス（すなわち、抵抗）を含み得る。しかしながら、加熱アセンブリ内の容量性素子及び誘導性素子を調節することにより、種々の構成要素の抵抗を制御することができる。

［００４２］加熱アセンブリのインピーダンスを増大させるために、１つ又は複数のＲＦフィルター１６６が、導電性ロッド１５５（図示されているように、ロッドＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２）に連結されている。ＲＦフィルターは、ＲＦエネルギーが加熱電源１６５に達することを阻止するように構成された、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタのいずれかである。

［００４３］ＲＦフィルター１６６は、ベース１１５の近傍の導電接続部２４０を通して、導電性ロッド１５５に連結され得る。一実施形態では、各ＲＦフィルター１６６が、それぞれのロッド１５５に直接連結されるか、又は、ベース１１５及びそれぞれのロッド１５５の近傍に配置されるように、接続部２４０は、各ロッド１５５用の短い剛性リードを含み得る。さらに、各接続部２４０は、最大限離間されて、接続部間の容量性結合が最小限となり得る。各導体が、抵抗特性を有することになり、他の導体及び接地シールドとの結合を有し得るので、ロッド１５５とフィルター１６６との間に配置された、可撓性の且つ／又は遮蔽された多重導体ケーブルを含む接続部は、追加のインピーダンスを導入し、ＲＦ信号又はその他の信号のためのシャント経路を設け得ると考えられている。したがって、幾つかの実施形態では、ＲＦフィルター１６６を、機械的に利用可能である限り、ロッド１５５の近くに位置付けし、場合によっては、ＲＦフィルター１６６を各ロッド１５５に直接連結することが望ましい。

［００４４］図３Ａは、一実施形態に係る、基板支持アセンブリ１０５の相互接続アセンブリ２３０、及び相互接続アセンブリ２３０に電気的に接続された構成要素の概略図である。相互接続アセンブリ２３０は、ＲＦ電源１７１及びＤＣ電源１７６を電極１１２に連結された導電性ロッド１２２と接続する。さらに、相互接続アセンブリ２３０は、加熱電源１６５を、複数の加熱素子１５０に連結された導電性ロッド１５５と接続する。明瞭性のために、ここでは１つの導電性ロッド１５５だけが示されている。

［００４５］相互接続アセンブリ２３０は、ハウジング３０５を含む。ハウジング３０５は、ハウジング３０５の上部を形成する第１の部分３１１、ハウジング３０５の下部を形成する第２の部分３１０、及び第１の部分３１１と第２の部分３１０との間に配置された第３の部分３１２を含み得る。ハウジング３０５は、合金（例えば、アルミニウム６０６１合金）のような金属材料から形成され得る。

［００４６］相互接続アセンブリ２３０は、相互接続子３３１をさらに含み得る。第１の相互接続子３３１は、ＲＦ回路１７０及びＤＣ回路１７５との電気接触を行うために使用され得る。相互接続子３３１は、ポリイミドでコーティングされた銅、又は、誘電体コーティングでコーティングされた銀コーティング導電性材料のような、絶縁された金属材料から形成され得る。

［００４７］相互接続アセンブリ２３０は、第１の相互接続子３３１をＲＦ回路１７０と連結する第１の導体３７０をさらに含む。第１の導体３７０は、第１の導電性ロッド３７１、及び第１の導電性ロッド３７１を囲む絶縁体３７２を含み得る。第１の導電性ロッド３７１は、中空ロッドであり得る。第１の導電性ロッド３７１は、めっきした銅（例えば、銀（Ａｇ）でメッキした銅）のような金属材料から形成され得る。絶縁体３７２は、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などの絶縁材料から形成され得る。第１の導電性ロッド３７１は、第１の導電性ロッド３７１を第１の相互接続子３３１に締着又はさもなければ連結し得るコネクタ３７３をさらに含み得る。一実施形態では、コネクタ３７３は、真鍮ボルトのようなファスナであり得る。コネクタ３７３は、第１の相互接続子３３１の凹部３３１ａ内の第１の相互接続子３３１と接触し得る。これにより、この電気接触点は、ＤＣ回路１７５と電気接続するように使用される第１の相互接続子３３１の部分から遮蔽される。

［００４８］相互接続アセンブリ２３０は、第１の相互接続子３３１をＤＣ回路１７５と連結する第２の導電性ロッド３７５をさらに含む。第２の導電性ロッド３７５は、絶縁体（例えば、ＰＴＦＥ）によって囲まれた導電性材料（例えば、銅）から形成され得る。

［００４９］幾つかの実施形態では、導電性ロッド１２２、１５５と、それぞれの回路（すなわち、導電性ロッド１２２用の回路１７０、１７５、及び導電性ロッド１５５用の回路１６０）との間で電気接続を行うことができるように、導電性ロッド１２２、１５５は、相互接続子３３１の一部の中へと延在し得る。一構成形態では、導電性ロッドのうちの１つ又は複数は、相互接続子３３１の一部の中に配置された１つ又は複数のねじ込み式セットネジ（図示せず）を含む相互接続子３３１の一部の中に延在し、セットネジが、相互接続子３３１の一部の中に配置された、挿入された導電性ロッドの一部に物理的に接触して、相互接続子３３１の一部に形成されたネジ山に嵌合するように、締められたときに、堅牢な電気接続の確立が可能となる。他の実施形態では、導電性ロッド１２２、１５５のうちの１つ又は複数は、相互接続アセンブリ２３０内の可撓性導体（ピグテールなど）に接続され、導電性ロッド１２２、１５５が、プラズマチャンバ内で起きる熱循環の間に伸縮することが可能となる。これは、通常運転及びメンテナンス作業の間、室温と高温との間で典型的に循環する高温環境において強固な電気接続が行われる場合、対応する電気接続の任意の断絶又は生じ得る電気的アークを防止することに役立ち得る。

［００５０］相互接続アセンブリ２３０は、加熱回路１６０を複数の加熱素子１５０に連結するためのレセプタクル３６０をさらに含む。一実施形態では、レセプタクルは、ジャンクションボックス（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの絶縁材料から形成されたジャンクションボックス）であり得る。相互接続アセンブリ２３０は、第１の加熱器導体３６１、及び第２の加熱器導体３６２をさらに含み得る。加熱回路１６０からの電力をレセプタクル３６０に接続するために、第１の加熱器導体３６１は、ハウジング３０５の第１の部分３１１における開口を通って延在し得る。レセプタクル３６０への接続を接地に設けるために、第２の加熱器導体３６２は、ハウジング３０５の第１の部分３１１における別の開口を通って延在し得る。

［００５１］図３Ｂは、一実施形態に係る、相互接続アセンブリ２３０の概略図である。図３Ｂの図示により、相互接続アセンブリ２３０内の種々の構成要素の寸法の詳細が与えられる。例えば、第１の導電性ロッド３７１は、約１０ｍｍから約５０ｍｍ（約２５ｍｍ等）の内径３８１を有する中空ロッドである。一構成形態では、第１の導電性ロッド３７１は、管状形状であり、約０．５ｍｍから約５ｍｍ（例えば、約１ｍｍから約３ｍｍ）の、半径方向に測定される壁の厚さ（ｔ_ｗ）を有する。幾つかの実施形態では、内径３８１の大きさは、ＲＦ回路１７０からのＲＦ信号の電力に関連する場合がある（例えば、第１の導電性ロッド３７１を介して供給される高周波電力の量を補うために寸法形成された内径３８１）。内径３８１及び外径（例えば、内径３８１＋２×ｔ_ｗ）のサイズは、ＲＦ回路１７０からのＲＦ電流の通流し得る表面領域を増大させる。増大する表面領域は、「表皮効果」を減らすために用いられ得る。「表皮効果」とは、電流密度が導体（例えば、第１の導電性ロッド３７１）の表面の近くで最大であるように、交流電流が導体内で分散される傾向である。「表皮効果」は、導体の有効抵抗値を高周波数（例えば、無線周波数）で増大させる。表面領域を増大させることにより、第１の導電性のロッド３７１の表皮（例えば、表面）の周りの電流が通流する断面領域がより大きくなり、したがって、有効抵抗値が減少する。幾つかの実施形態では、ＲＦ回路１７０からのＲＦ電力の、第１の導電性ロッド３７１の直径３８１に対する電力比は、第１の導電性のロッド３７１の適切な寸法を決定するのに有用であり得る。例えば、幾つかの実施形態では、第１の導電性ロッド３７１の直径３８１に対するＲＦ電力の電力比は、約４Ｗ／ｍｍから約６０Ｗ／ｍｍ（例えば、約３０ｗ／ｍｍ）であり得る。幾つかの実施形態では、第１の導電性ロッド３７１は、約０．１Ｗ／ｍｍ^２から約７５Ｗ／ｍｍ^２（例えば、約１Ｗ／ｍｍ^２から約１０Ｗ／ｍｍ^２）の、第１の導電性ロッド３７１の単位長さ毎に、所望の電力対表面領域比を有するように設計されている。ここでの単位長さは、ミリメートル（ｍｍ）である。

［００５２］第１の導電性ロッド３７１を囲む絶縁体３７２は、約５０ｍｍから約２５０ｍｍ（例えば、約１００ｍｍ）の外径３８２を有し得る。さらに、第１の導電性ロッド３７１及び第２の導電性ロッド３７５が相互接続子３３１と接触する位置で、第２の導電性のロッド３７５は、少なくとも５ｃｍ（例えば、少なくとも１５ｃｍ）の距離３８３だけ第１の導電性ロッド３７１から離間され得る。さらに、ガスライン２６０は、少なくとも６ｃｍ（例えば、少なくとも１０ｍｍ）の距離３８４だけ、相互接続アセンブリ２３０及び第１の導電性ロッド３７１の任意の部分から離間され得る。これにより、ガスライン２６０内での任意の意図しないプラズマ生成が防止される。

［００５３］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び追加の実施形態を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. プラズマ処理装置であって、
   高周波電源、
   直流電源、
   処理空間を囲むチャンバ、及び
   前記処理空間内に配置された基板支持アセンブリであって、
   基板支持面を有する基板支持体と、
   前記基板支持体内に配置された電極と、
   前記高周波電源及び前記直流電源を前記電極と連結する相互接続アセンブリと
   を備えた基板支持アセンブリ
   を備えているプラズマ処理装置。
2. 前記基板支持アセンブリが、
   ベース、及び
   前記ベースを前記基板支持体に接続するステム
   をさらに備え、前記相互接続アセンブリが、前記ベース内に配置されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 冷却アセンブリをさらに備え、
   前記基板支持アセンブリが、前記冷却アセンブリに連結されたチャネルをさらに備え、前記冷却アセンブリは、冷却流体が前記チャネルを通って流れるように当該冷却流体を方向付けるように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記チャネルが、前記相互接続アセンブリと前記基板支持体との間に配置されている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. ガス源をさらに備え、
   前記基板支持アセンブリが、前記ガス源を前記基板支持面に連結する導管、及び
   前記導管を通って前記基板支持面まで延びる温度センサ
   をさらに備えている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記基板支持体内に配置された加熱素子、
   前記加熱素子に連結された加熱電源、並びに
   前記加熱電源、前記ガス源、及び前記温度センサに接続されたコントローラをさらに備え、
   前記コントローラが、前記ガス源に、ガスを前記基板支持面に供給させながら、前記温度センサによって感知された温度に基づいて、前記加熱電源によって前記加熱素子に供給された電力を調節するように構成されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記高周波電源が、中空の第１の導電性ロッドを通して前記相互接続アセンブリに連結され、
   前記直流電源が、第２の導電性ロッドを通して前記相互接続アセンブリに連結され、
   前記第１の導電性ロッド及び前記第２の導電性ロッドが前記相互接続アセンブリと接触する場所で、前記第２の導電性ロッドが、前記第１の導電性ロッドから少なくとも５ｃｍ離間されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記相互接続アセンブリが、相互接続子を備え、
   前記高周波電源及び前記直流電源が、前記相互接続子と接続され、且つ
   前記相互接続子が、ポリイミドでコーティングされた金属材料を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記基板支持アセンブリが、前記基板支持体内に配置された加熱素子をさらに備え、前記加熱素子が、前記電極から電気的に絶縁されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記加熱素子に連結された加熱電源、及び
    前記加熱素子と前記加熱電源との間に配置された高周波フィルター
    をさらに備えている、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 基板支持アセンブリであって、
    基板支持面を有する基板支持体、
    前記基板支持体内に配置された電極、並びに
    第１の導電性ロッドと、第２の導電性ロッドと、前記第１の導電性ロッド及び前記第２の導電性ロッドを前記電極と接続する相互接続子とを備えた相互接続アセンブリ
    を備えている基板支持アセンブリ。
12. ベース、及び
    前記ベースを前記基板支持体に接続するステム
    をさらに備え、前記相互接続アセンブリが、前記ベース内に配置されている、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
13. 冷却流体を、前記相互接続アセンブリの周りを循環させるように構成されたチャネルをさらに備え、
    前記チャネルが、前記相互接続アセンブリと前記基板支持体との間に配置されている、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
14. 前記相互接続アセンブリを通って前記基板支持面まで延びるガス導管、及び
    前記ガス導管を通って前記基板支持面まで延びる温度センサ
    をさらに備えている、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
15. プラズマ処理装置であって、
    高周波電源、
    直流電源、
    処理空間を囲むチャンバ、
    前記処理空間内に配置された基板支持アセンブリであって、
    基板支持面を有する基板支持体と、
    前記基板支持体内に配置された電極と、
    前記高周波電源及び前記直流電源を前記電極と連結する相互接続アセンブリと
    を備えた基板支持アセンブリ、
    冷却アセンブリであって、前記基板支持アセンブリが、当該冷却アセンブリに連結されたチャネルをさらに備え、当該冷却アセンブリは、冷却流体が前記チャネルを通って流れるように当該冷却流体を方向付けるように構成されている、冷却アセンブリ、
    ガス源であって、前記基板支持アセンブリが、当該ガス源を前記基板支持面に連結する導管をさらに備えている、ガス源、及び
    前記導管を通って前記基板支持面まで延びる光パイプを有するパイロメータ
    を備えているプラズマ処理装置。

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