(57)【要約】      （修正有）【課題】平行平板型エッチング装置の下部電極に印加するＲＦ電源から基板加熱ヒータを通じてＲＦ接地部に流れるＲＦ電流をブロックするＲＦブロックフィルタを提供する。【解決手段】ＲＦブロックフィルタ４２，４６は、二相ＡＣ電力供給部４０，４４を、抵抗性加熱要素にリアクタンス結合されたＨＦ周波数の少なくとも２ｋＶｐ−ｐの電力から分離すると共に、二相ＡＣ電力供給部４０，４４からの６０Ｈｚの数ｋＷのＡＣ電力をオーバーヒートなしに抵抗性加熱要素に導き、二相ＡＣ電力供給部は１対のターミナルを有し、前記抵抗性加熱要素は１対のターミナルを有する。フィルタは、１対の円筒状非伝導性エンベロープと、対の円筒状エンベロープの各々内で同軸的に重ねられた約１０のオーダーの透磁率の複数の溶融鉄粉トロイドを備え、トロイドの外径は前記エンベロープの各々の内径とほぼ同一である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相ＡＣ電力供給部を、抵抗性加熱要素にリアクタンス結合されたＨＦ周波数の少なくとも２ｋＶｐ−ｐの電力から分離すると共に、前記二相ＡＣ電力供給部からの６０Ｈｚの数ｋＷのＡＣ電力をオーバーヒートなしに抵抗性加熱要素に導くフィルタであって、前記二相ＡＣ電力供給部は１対のターミナルを有し、前記抵抗性加熱要素は１対のターミナルを有しており、
前記フィルタは、
約１〜２インチの内径を有する１対の円筒状非伝導性エンベロープと、
前記対の円筒状エンベロープの各々内で同軸的に重ねられた約１０のオーダーの透磁率の複数の溶融鉄粉トロイドを備え、前記トロイドの外径は前記エンベロープの各々の内径とほぼ同一であり、
各々の前記エンベロープで約１６〜２４の範囲の巻数の各々のインダクタコイルを形成するため、前記対のエンベロープの対応部の周りに螺旋状に巻回された３ｍｍ〜３．５ｍｍの直径の１対のワイヤ伝導体を備え、前記伝導体の各々は入力端部と出力端部を有し、前記導電体の各々の入力端部は前記二相ＡＣ電力供給部の対のターミナルの対応部に連結され、前記伝導体の各々の出力端部は前記抵抗性加熱要素のターミナルの対の対応部に連結され、
前記対の伝導体の各々の入力端部と接地部との間に連結された１対のコンデンサを備え、前記コンデンサの各々は、前記ＨＦ周波数より少なくとも数ＭＨｚ高い共鳴周波数において、前記インダクタの対応部のインダクタンスと共鳴するキャパシタンスを有し、これによって前記フィルタは前記ＨＦ周波数において誘導性リアクタンスを示し、前記ＨＦ周波数において６０ｄＢ以上のＲＦ減衰を有するフィルタ。
【請求項２】
前記ＨＦ周波数は少なくとも約１３．５６ＭＨｚであり、前記直径は１．５インチであり、各々のインダクタコイルの巻数は２１であり、前記コンデンサのキャパシタンスは０．０１マイクロファラドであり、前記共鳴周波数は約１８．７ＭＨｚである請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記伝導体の入力端部と前記二相ＡＣ電力供給部の間に連結されるＡＣラインフィルタを含む請求項１記載の装置。
【請求項４】
チャック電極と各々が２つのターミナルを有する同心状の内側及び外側加熱要素を含む上部絶縁層と、前記絶縁層の下方の伝導性基部を有する静電チャック（ＥＳＣ）と、
ＨＦ周波数のＲＦバイアス電力発生装置とインピーダンス整合要素を備え、前記発生装置は前記インピーダンス整合要素を介して（ａ）前記チャック電極、及び（ｂ）前記導電性基部の少なくとも１つと連結され、
前記内側及び外側加熱要素の対応部に電流を供給するための２つのターミナルを有する各々の二相ＡＣ電流供給部と、
前記二相ＡＣ電力供給部を、前記バイアス電力発生装置から抵抗性加熱要素にリアクタンス結合されたＨＦ周波数の少なくとも２ｋＶｐ−ｐの電力から分離すると共に、前記二相ＡＣ電力供給部からの６０Ｈｚの数ｋＷのＡＣ電力をオーバーヒートなしに抵抗性加熱要素に導くフィルタであって、
前記フィルタは、
約１〜２インチの内径を有する１対の円筒状非伝導性エンベロープと、
前記対の円筒状エンベロープの各々内で同軸的に重ねられた約１０のオーダーの透磁率の複数の溶融鉄粉トロイドを備え、前記トロイドの外径は前記エンベロープの各々の内径とほぼ同一であり、
各々の前記エンベロープで約１６〜２４の範囲の巻数の各々のインダクタコイルを形成するため、前記対のエンベロープの対応部の周りに螺旋状に巻回された３ｍｍ〜３．５ｍｍの直径の１対のワイヤ伝導体を備え、前記伝導体の各々は入力端部と出力端部を有し、前記導電体の各々の入力端部は前記二相ＡＣ電力供給部の対のターミナルの対応部に連結され、前記伝導体の各々の出力端部は前記抵抗性加熱要素のターミナルの対の対応部に連結され、
前記対の伝導体の各々の入力端部と接地部との間に連結された１対のコンデンサを備え、前記コンデンサの各々は、前記ＨＦ周波数より少なくとも数ＭＨｚ高い共鳴周波数において、前記インダクタの対応部のインダクタンスと共鳴するキャパシタンスを有し、これによって前記フィルタは前記ＨＦ周波数において誘導性リアクタンスを示し、前記ＨＦ周波数において６０ｄＢ以上のＲＦ減衰を有するフィルタを備えたプラズマリアクタ。
【請求項５】
前記ＨＦ周波数は少なくとも約１３．５６ＭＨｚであり、前記直径は１．５インチであり、各々のインダクタコイルの巻数は２１であり、前記コンデンサのキャパシタンスは０．０１マイクロファラドであり、前記共鳴周波数は約１８．７ＭＨｚである請求項４記載のフィルタ。
【請求項６】
前記伝導体の各々の入力端部と前記二相ＡＣ電力供給部の各々のターミナルの間に連結される１対のＡＣラインフィルタを含む請求項４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本出願は２００６年６月１３日に出願された米国特許仮出願第６０／８１３，５７２号の利益を主張する。
【発明の背景】
【０００２】
半導体集積回路の製造に用いられるプラズマリアクタでは、リアクタチャンバ内でウェハを保持するための静電チャック（ＥＳＣ）を用いることができる。プロセス制御はＥＳＣに保持された半導体ウェハの温度調節によって強化される。例えば、シリコンウェハの表面に高アスペクト比の開口部を形成するための典型的なプラズマエッチプロセスでは、フッ化炭素やフッ化炭化水素のような処置ガスチャンバ内に導入し、チャンバにＲＦ電源を結合することによって実行される。プラズマイオン密度を制御するためのプラズマＲＦ源電力は、天井電極にＶＨＦパワーを結合することによって適用することができる。プラズマシース電圧を制御するためのプラズマＲＦバイアス電力は、ＥＳＣにＨＦパワーを結合することによって適用することができる。ウェハの温度を制御するため、電気加熱要素が、ＥＳＣの基板支持面の下に置かれている電気抵抗要素として、ＥＳＣの絶縁層内に備えられる。ＲＦバイアス電力を、ＥＳＣの絶縁層のチャック電極に適用させることができる。代わりに、ＲＦバイアス電力を、ＥＳＣの絶縁層の下にあるＥＳＣの伝導性基部に適用させることができる。いずれの場合も、適用されたＲＦバイアス電力は電気加熱要素に静電結合し、その結果、ＲＦバイアス電力をプラズマから放す。実際に、発熱体の構造に応じて、ＲＦバイアス電力はプラズマより加熱要素に結合し易い。従って、電気加熱回路は、ＥＳＣ又は陰極でかなりのＲＦロードを有する。これはチャンバインピーダンスをかなり変化させる。従って、放たれるＲＦ電流は、ヒータ電流供給部を介してＲＦ接地部に流れる。プラズマシース電圧及びイオンエネルギー（例えば）は不確定になり、ヒータ要素の静電結合量に依存しなくなり、ランダムに変化するので、この転換はプラズマの制御の妨げとなる。
【０００３】
この問題を解決するため、ＲＦフィルタを加熱要素と加熱電流源の間に配置することができる。このようなフィルタはＲＦバイアス電力発生装置（典型的には１３．５６ＭＨｚであるが、これに限定されない）の周波数において高インピーダンスを示すように設計され、ＲＦ電流をブロックするが、６０Ｈｚの加熱供給電流に対しては殆ど又は全くインピーダンスを示さない。ＲＦバイアス周波数において十分なインピーダンスを提供するため、商業上入手可能なＲＦフィルタは、典型的には、かなり高い透過性を有する０．６５ミリメートルの直径の透磁率コアの周りのチョーク又は誘導コイルを含む（例えば、３０００から７００００の範囲内の透過性、透過性は磁気コアの透過定数と空気の透過定数の比である）。このような高い透過性は、ＲＦ電源の作用として、コアにおいて高い磁束流を形成する。本発明者は、典型的なプラズマエッジプロセスにおいて必要とされるＲＦバイアス電力レベル、例えば１３．５６ＭＨｚ、１５０ワットにおいて、ＥＳＣにおけるピークからピークへのＲＦ電圧は２ｋＶであることを見出した。コアにおける磁束流はＲＦ電圧（２ｋＶ）とコア透過性（4０００）の作用であり、従ってかなり高い。このような高いＲＦ電圧において、コアにおける磁界の高周波（１３．５６ＭＨｚ）オシュレーションは、高透過率磁気コアの過度の加熱を生じさせ、究極的には、フィルタの破壊あるいは故障を生じさせる。本発明者は、この問題はＥＳＣヒータ回路に用いようとする商業上入手可能な全てのＲＦフィルタに生ずることを発見した。高い透過率チョークなしには、１３．５６ＭＨｚにおけるＲＦインピーダンスはヒータ回路を介してＲＦバイアス電力の漏れを防ぐのには不十分であるので、この問題の解決は不可能であると考えられる。例えば、空気コアチョーク（１．０の透過性）を用いる場合、十分な誘導リアクタンスを提供するためには、チョークに４０回以上の巻数を必要とする。このようなアプローチにおける問題は、チョーク巻数が多いと、チョークにおける容量リアクタンスが高くなり、ＲＦ漏れとなる。
【０００４】
他の問題は、４０アンペア程度のヒータ電流はチョークを加熱する傾向があり、これによってＲＦフィルタのオーバーヒーティングという問題を生じさせることである。
【発明の概要】
【０００５】
ＲＦブロックフィルタは、二相ＡＣ電力供給部を、抵抗性加熱要素にリアクタンス結合されたＨＦ周波数の少なくとも２ｋＶｐ−ｐの電力から分離すると共に、前記二相ＡＣ電力供給部からの６０Ｈｚの数ｋＷのＡＣ電力をオーバーヒートなしに抵抗性加熱要素に導き、前記二相ＡＣ電力供給部は１対のターミナルを有し、前記抵抗性加熱要素は１対のターミナルを有している。
【０００６】
前記フィルタは、約１〜２インチの内径を有する１対の円筒状非伝導性エンベロープと、前記対の円筒状エンベロープの各々内で同軸的に重ねられた約１０のオーダーの透磁率の複数の溶融鉄粉トロイドを備え、前記トロイドの外径は前記エンベロープの各々の内径とほぼ同一である。
【０００７】
各々の前記エンベロープで約１６〜２４の範囲の巻数の各々のインダクタコイルを形成するため、３ｍｍ〜３．５ｍｍの直径の１対のワイヤ伝導体が前記対のエンベロープの対応部の周りに螺旋状に巻回され、前記伝導体の各々は入力端部と出力端部を有する。
【０００８】
前記導電体の各々の入力端部は前記二相ＡＣ電力供給部の対のターミナルの対応部に連結され、前記伝導体の各々の出力端部は前記抵抗性加熱要素のターミナルの対の対応部に連結される。
【０００９】
１対のコンデンサが前記対の伝導体の各々の入力端部と接地部との間に連結され、前記コンデンサの各々は、前記ＨＦ周波数より少なくとも数ＭＨｚ高い共鳴周波数において、前記インダクタの対応部のインダクタンスと共鳴するキャパシタンスを有し、これによって前記フィルタは前記ＨＦ周波数において誘導性リアクタンスを示し、前記ＨＦ周波数において６０ｄＢ以上のＲＦ減衰を有する。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃの装置において、プラズマリアクタは、天井１４を支持する円筒状の側壁１２により形成される真空チャンバからなり、天井１４は処理ガス分配用シャワーヘッド１６を含む。処理ガス供給部１８はガス分配シャワーヘッドに連結される。静電チャック（ＥＳＣ）２０はチャンバ１０内で半導体ウェハ２２を保持する。ＥＳＣ２０は導電性基部２４とセラミクス材料で形成することができる絶縁層２６からなる。導電性メッシュからなるチャック電極２８は絶縁層２６内に収容されている。内側及び外側スパイラル加熱要素３０、３２（図２）は、チャック電極２８の下方で絶縁層２６内に保持されている。真空ポンプ３４は、チャンバ１０内で準大気圧を維持する。
【００１１】
ＲＦバイアス電力供給部３６は、インピーダンス整合回路３８を介して、導電性基部２４又はチャッキング電極２８のいずれかに連結されている。好ましくは、ＲＦバイアス供給部はＨＦ又はＬＦ周波数を有し、その出力レベルはプラズマシース電圧を制御する。一実施形態において、ＲＦバイアス周波数は１３．５６ＭＨｚである。二相ＡＣ内側ヒータ供給部４０は、ＡＣ電流をＲＦフィルタ４２を介して内側加熱要素３０に供給する。二相ＡＣ外側ヒータ電源４４はＡＣ電流をＲＦフィルタ４６を介して外側ヒータ要素３２に供給する。ＲＦフィルタ４２、４６は、ＲＦバイアス発生装置３６のパワーがヒータ供給部４０、４４に漏れることを防ぎ、これは絶縁層２６を介した静電結合により生ずることがある。同時に、ＲＦフィルタ４２、４６は、８ｋＷのＡＣ電源をヒータ要素３０、３２に流す。８ｋＷ、６０Ｈｚのヒータ供給電流がオーバーヒートすることなく継続して流れている間、各々のフィルタ４２、４６はＥＳＣ上で１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧の数ｋＶｐ‐ｐに耐えることができる。追加的に、ＡＣラインフィルタ５０、５２を電流源４０、４４の出力に設けることができる。
【００１２】
各々のＲＦフィルタ４２、４６は構造が同一である。以下、ＲＦフィルタ４２について説明する。１対のチョークインダクタ６０、６２は、その出力端部６０ａ、６２ａが、内側ヒータコンダクタ３０の端部３０ａ、３０ｂとそれぞれ連結されている。チョークインダクタ６０、６２は、その入力端部６０ｂ、６２ｂが、ＡＣラインフィルタ５０を介して、ＡＣ供給部４０の二相出力に連結されている。ウェハ温度は供給部４０からのＡＣ供給電流の制御により制御される。１対のシャントコンデンサ６４、６６の各々は、インダクタ入力端部６０ｂ、６２ｂの間で接地されている。
【００１３】
ＡＣラインフィルタ５０、５２は同一構造であってもよい。ＡＣラインフィルタ５０は、出力端部６０ｂ、６２ｂとＡＣ供給部４０の間で直列に連結された１対のインダクタ７０、７２からなる。１対のシャントコンデンサー７４、７６は、インダクタ７０、７２の入力端部７０ａ、７２ｂと接地部の間で各々連結されている。
【００１４】
ＲＦフィルタ４２の各々のＲＦブロックチョークインダクタ６０、６２は、低透過性の磁気コア８０（７から２０の透過性、好ましくは約１０の透過性）を有し、これは大きな直径Ｄ（１．２５インチ〜２．５インチ、直径Ｄは好ましくは１．５インチに等しい）を有する円筒状に形成された溶融鉄紛で形成されている。円筒状コア８０の低透過性は、その比較的大きな直径と共に、コアがオーバーヒートすることなしに高周波数（１３．５６ＭＨｚ）において高電圧（２ｋＶｐ‐ｐ）に耐えることを可能にする。一方、透過性（例えば、１０）は、コア８０により十分な誘導性リアクタンスを提供し、これによって必要な誘導性リアクタンスを達成するために多数のコイルが必要なくなる。好ましい実施形態において、巻数は２１であり、他の実施形態においては１６〜２４の範囲であってもよい。このコイルの適切な数はコイルの自己キャパシタンスを最小化し、これによってコアは必要な誘導性リアクタンスを提供することができる。１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数における各々のコアインダクタ６０、６２（上述したタイプのコア８０の周りに巻かれている）の誘導性リアクタンスは、好ましい実施形態においては約１．７キロオームであり、他の実施形態においては１．５〜３キロオームの範囲であってもよい。ＲＦフィルタ４２は、バイアス電力発生装置３６の周波数（１３．５６ＭＨｚ）上で共鳴し、これによってフィルタ４２は１３．５６ＭＨｚにおいて誘導性リアクタンスを有する。例えば、好ましい実施形態において、コンデンサー６４、６６の各々は０．０１マイクロファラドのキャパシタンスを有し、これは１８．７ＭＨｚのフィルタ共鳴周波数を提供し、これはバイアス発生装置周波数より約５ＭＨｚ高い。
【００１５】
図１Ｃにおいて、各々のコア８０は、好ましくは、内径が１．５インチのテフロン（商標名）の円筒状エンペロープ９０として形成され、これは同一の外径を有し、透磁率が１０であり、図示されているように同心上に配置される溶融鉄粉トロイド９１、９２、９３、９４を保持している。インダクタ６０、６２の伝導体６１、６３は、各々の円筒状テフロンエンベロープ９０の周りにらせん状に巻かれている。インダクタ６０、６２の６０ＨｚのＡＣヒータ供給電流のＩＲロスからのオーバーヒーティングを避けるため、コンダクター６１は３．２６３９ミｍｍの太い（＃８ゲージ）マグネットワイヤ、又は３ｍｍから３．５ｍｍの範囲のワイヤにより形成される。好ましい実施形態において、各々のインダクタ６０、６２の巻かれている伝導体の長さは２．８メートルであり、２〜４メートルの範囲であってもよい。
【００１６】
好ましい実施形態において、各々のＲＦフィルタ４２、４６のＲＦ減衰は６０ｄＢ以上であり、１３．５６ＭＨｚにおいては約７０ｄＢに達する。１３．５６バイアス電力発生装置３６からの１５０ワットのＲＦバイアス電力において、ＲＦフィルタから接地部までの電流漏れは４ミリアンペア以下であった。１３．５６ＭＨｚにおける１５０ワットのバイアス電力及び８キロワットのヒータ供給部において、ＲＦ電圧はピークからピークまでで３ｋＶであり、フィルタ４２、４６は延長された操作においてオーバーヒートの兆候を見せなかった。更に、プラズマ又はヒータ回路により示されるチャンバインピーダンスの変化は、ＲＦフィルタ４２、４６を用いた上述の好ましい実施形態を用いることにより、無視できる程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１、図１Ｂ及び図１Ｃは本発明を用いた１対のＲＦブロックフィルタを含むプラズマリアクタを示す。
【００１８】
【図１Ａ】リアクタの簡略図である
【図１Ｂ】ＲＦブロックフィルタの要素の拡大斜視図である。
【図１Ｃ】ブロックフィルタの典型的な磁気コアの分解斜視図である。
【図２】図１Ａに示されるリアクタの一部の上面図であり、各々のＲＦブロックフィルタとＥＳＣ内における内側及び外側抵抗性加熱要素を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【外国語明細書】
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