(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデスタルを加熱するよう構成されたペデスタル加熱システムであって、
ヒータ電源と、
前記ヒータ電源に接続されたトランスと、
ペデスタル内に配置され、前記トランスに接続されたヒータエレメントとを有し、
前記トランスは、前記ヒータエレメントから前記処理チャンバーのチャンバー壁への漏れ電流を低減するよう構成されており、
さらに、
ＲＦエネルギー源と、
前記ＲＦエネルギー源に接続され、処理チャンバー内に配置されているＲＦ電極と、
ペデスタル内に配置されたＲＦグランド電極と、
前記トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続され、前記ＲＦエネルギー源からの前記トランスを通るＲＦエネルギーのフィードスルーを低減するよう構成されたフィルタと、
を有することを特徴とするペデスタル加熱システム。
【請求項２】
前記フィルタは、電磁干渉フィルタである請求項１に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項３】
前記フィルタは前記ヒータ電源と前記トランスとの間に接続されている請求項１又は２に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項４】
基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデスタルを加熱するよう構成されたペデスタル加熱システムであって、
ヒータ電源と、
前記ヒータ電源に接続されたトランスと、
ペデスタル内に配置され、前記トランスに接続されたヒータエレメントと、
ペデスタル内に配置されたＲＦグランド電極と、
を有し、
前記トランスは、前記ヒータエレメントから前記ＲＦグランド電極への漏れ電流を低減するよう構成されているペデスタル加熱システム。
【請求項５】
前記トランスは、さらに、電流漏れループを前記ヒータエレメントに局所的に限定するよう構成されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項６】
前記トランスは、巻数比が１対１に構成されている、請求項４に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項７】
前記装置は、さらに、
ＲＦエネルギー源と、
前記ＲＦエネルギー源に接続され、処理チャンバー内に配置されているＲＦ電極と、
前記トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続され、前記ＲＦエネルギー源からの前記トランスを通るＲＦエネルギーのフィードスルーを低減するよう構成されたフィルタと、
を有する請求項４乃至６いずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項８】
前記フィルタは、電磁干渉フィルタである請求項７に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項９】
前記フィルタは前記ヒータ電源と前記トランスとの間に接続されている請求項７又は８に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１０】
前記装置は、さらに、前記ヒータ電源に接続された設備電源を有し、前記フィルタは前記設備電源と前記ヒータ電源との間に接続されている請求項７乃至９のいずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１１】
前記フィルタは、前記設備電源と複数のヒータ電源との間に接続され、前記各ヒータ電源は、複数の基板処理システムのうちの一つの中に配置されている請求項１０に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１２】
ペデスタルの材質は、セラミックである請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１３】
ペデスタルの材質は、９５％の窒化アルミニウムである請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１４】
ペデスタルの材質は、９９．９％の窒化アルミニウムである請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のペデスタル加熱システム。
【請求項１５】
処理チャンバー内にペデスタル及びＲＦ電極を有する基板処理システムにおける漏電遮断を防止する方法であって、
ペデスタルに配置された基板処理システムのヒータエレメントとヒータ電源との間に分離トランスを接続することにより、前記ヒータエレメントを、前記ヒータ電源から分離し、
前記ＲＦ電源が前記ＲＦ電極に接続された状態において、電磁フィルタを前記トランスと前記ヒータエレメントとの間に接続することにより、ＲＦ電源を、前記ヒータ電源から分離する、
というステップを含んでいる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の背景〕
本発明は、基板処理システムに関する。より詳しくは、本発明は、このような基板処理システムにおいて用いられる漏電遮断（ＧＦＩ：ground fault interruption）回路の不要なトリッピングの回避に関する。
【０００２】
漏電遮断回路は、今日の基板処理システムにおいては、重要な下位システム（subsystem）である。ＧＦＩ回路は、基板処理システムのある下位システムに流れ込む電流と、この下位システムから流れ出る電流の差を検出し、両者の差が所定の閾値を越えた場合には、システムから電源を切り離す。このようなことは、システム内の正常な回路から電流が漏れ、別の回路を経てグランドに流れる場合に起こる。これは、装置以外でグランドにつながる回路を回避すべき、一般的な漏電のなかの特殊な場合である。漏電は、多くの理由によって回避すべきであるが、その中には、電子回路（たとえば、処理システム制御回路）内のノイズやオペレータの安全性（オペレータが抵抗との間の最も低抵抗の経路になる状況を回避する）などの理由が含まれる。
【０００３】
デバイスの寸法がより小さくなり、集積密度が向上したことにより、従来はこの分野で重要とは考えられていなかった問題が懸念されている。その結果、いくつかの要素については、しばしば、堆積される薄膜の種類やその薄膜の用途を説明する処理パラメータを変更することが必要だった。すなわち、一定の応用では、それらの応用において最善の特性を有する薄膜となるように、パラメータが変更されるであろう。たとえば、薄膜が堆積する温度は、堆積する薄膜の品質に影響を与える。ある種の応用では、薄膜の堆積に利用する反応が低い温度では起こりにくいために、相対的に高い温度が望ましいということがある。セラミックのペデスタルは金属などで作られたペデスタルよりも望ましいとされるが、その理由は、セラミックのペデスタルの場合、これらの処理において使われる反応ガスとの間の反応を受けにくく、また、相対的に高い温度における不都合（たとえば、溶融）が生じにくいからである。
【０００４】
不幸なことに、これらの処理のうちのいくつかでは、基板処理システムのＧＦＩ回路によって、不定期な運転停止が起こっていた。漏電の検出及びそれに対する適切な処置は、オペレータの安全性という理由を含むいくつかの理由によって重要である。仮に、電気設備内の一部に漏電が存在すると、その設備に接触するオペレータは、グランドへの相対的に低抵抗の経路となって感電してしまうというリスク（リスクの大きさは漏れる電流の量によって変わるが）を負う。実際、このようなシステムでは、漏れ電流の許容できるレベルを抑える種々の安全基準が公表されている（たとえば、オペレータの安全性のために「＜３．５ｍＡ」とする（U.S. National Electrical Code Section 250-21）及び設備保護のために「＜３０ｍＡ」とする（Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) Facilities Standards及びSafety Guideline SEMI S9-95））。
【０００５】
しかしながら、漏電による遮断は、最小限に抑えるべきである。基板処理の断続的な、そして不定期な遮断は、種々の理由から望ましくない。第一に、現在処理されている基板はこのような現象によって最も劣化し、他の基板（多段チャンバーシステムにおいて）もまた劣化し、一又は二以上の処理チャンバーに反応ガスを流させなければならない場合もあるので、不定期な運転停止はシステムの効率を大幅に低下させる。チャンバーについて一又は二以上のクリーニング工程が必要となる可能性も高い。さらに、装置の処理ラインも同様に遮断される場合があり、ライン内の他の装置を再度初期化することが必要となる。このように余分に工程や時間が必要となることは、遮断が不定期かつ完結的に起こることから、特にエンドユーザーにとっては解決の難しい問題となる。このため、このようなシステムにおける擬似的な漏電の問題への解決策が必要とされている。
【０００６】
〔発明の概要〕
本発明は、基板の処理において用いられる方法及び装置を提供する。より詳しくは、本発明は、漏電に起因する基板処理装置における不定期かつ断続的な故障の回避に関連する。
【０００７】
発明者らは、問題となる漏電は、基板が載せられるペデスタルの加熱に使われているヒータエレメントの電源ラインからの（及び電源ライン間での）電流の漏れ、およびヒータエレメントからの電流の漏れに起因することを見いだした。発明者らは、また、プラズマを用いた基板処理システムでは、プラズマ生成に用いられるＲＦエネルギーのいくらかが、フィードスルーとしてヒータエレメントの駆動部及び設備の電源に流れることを見いだした。これは、結果的に、処理システムの電子回路（及び設備の電源に接続された他のシステムの電子回路）に、回路動作と干渉するような電磁干渉（ＥＭＩ）を生じさせ、場合によっては回路に損傷を与える。発明者らは、観測される漏れ電流がペデスタルの体積抵抗の極端な低下によって生じ、この低下は、ペデスタルが作られている材料の特性に起因して、ペデスタルの温度が約５００℃を上回ったときに起こることを見いだした。
【０００８】
本発明は、ＧＦＩ回路の不要なトリッピングを防ぐことによって、基板処理装置において擬似的な漏電の発生の結果として生じる不定期かつ断続的な故障を回避する。本発明は、加熱エレメントからこれを取り囲む異なる電位（たとえば、グランド）の他の種々の部分への漏れを防ぐことによって、これを達成する。本発明はさらに、ＲＦプラズマが用いられる場合には、そのフィードスルーも防止する。
【０００９】
本発明の一つの側面によれば、基板処理システムの処理チャンバー内に配置されたペデスタルを加熱する、ペデスタル加熱システムが与えられる。本発明のペデスタル加熱システムは、ヒータ電源、ヒータ電源に接続されたトランス（transformer）、トランスに接続されたヒータエレメント、及びＲＦグランド電極を含んでいる。トランス、望ましくはイソレーショントランス（isolation transformer）は、電流漏れループをヒータエレメントの部分に局所的に限定させることによって、ヒータエレメントとその電源ラインとの間、及び他の基板処理システムの部品との間の漏れ電流を防ぐよう構成される。ヒータエレメント及びＲＦグランド電極は、ペデスタルの内部に配置される。トランスを使用することによって、ヒータエレメントから、処理チャンバーのチャンバー壁へ流れる漏れ電流も低減する。プラズマＣＶＤ処理装置におけるようにＲＦエネルギー源が使用される場合は、ＲＦエネルギーの基板処理システムのサブシステムへの、あるいは設備の電源に接続された他の敏感な電子回路へのフィードスルーを防止するために、トランスとヒータエレメントとの間、あるいはトランスと一連の電源の他の点との間にＥＭＩフィルタを接続してもよい。
【００１０】
本発明の利点及び特徴だけでなく、これらの、そして他の具体例については、下記の説明及び添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
〔発明の詳細な説明〕
Ｉ．イントロダクション
発明者らは、ヒータエレメントからの（同様にヒータエレメントの電源ラインからの）電流の漏れが、問題となる漏電を引き起こすことを見いだした。発明者らは、また、プラズマを用いる基板処理システムでは、プラズマの生成に用いるＲＦエネルギーのいくらかが、ヒータエレメントの駆動部及び設備の電源へフィードスルーすることを見いだした。そして、発明者らは、これらの漏れ電流が、ペデスタルの温度が５００℃を越えて上昇したときに起こるペデスタルの体積抵抗の極端な低下によって生じることを見いだした。この温度上昇は、基板処理の一部としてヒータエレメントによってペデスタルを意図的に加熱するのに加え、ある処理において用いられるプラズマによる加熱にも起因する。
【００１２】
このような因果連鎖が特定されたことによって、発明者らは、このような相対的に高い処理温度を用いる基板処理システムにおけるこのような擬似的な漏電については、ヒータエレメントを処理システムの電源から分離することによって回避できることを見いだした。発明者らは、また、プラズマ生成用のＲＦエネルギーのうち、プラズマ生成に用いられずに設備の主電源へフィードスルーするものを、ＥＭＩフィルタを用いることによって低減し、もしくは排除することが可能であることを見いだした。本発明によって利益を得ることができるペデスタルは、従来からの設計のものを含んでいる。
【００１３】
II．典型的なＣＶＤシステム
本発明の特定の具体例は、種々の化学気相成長法（ＣＶＤ）又は他の種類の基板処理システムで実際に使用することができる。本発明の利益を得ることができる一つの基板処理システムを図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａ及び図１Ｂは、ＣＶＤシステム１０の縦方向の断面図であり、これはチャンバー壁１５ａ及びチャンバー蓋組立体１５ｂを含む真空チャンバーもしくは処理チャンバー１５を有している。
【００１４】
ＣＶＤシステム１０は、処理チャンバー内中央に置かれた、抵抗で加熱されるペデスタル１２上に載せられた基板（不図示）へ、プロセスガスを拡散するためのガス分散マニホールド１１を含んでいる。ガス分散マニホールド１１とペデスタル１２の間の空間を、ここでは堆積ゾーンと呼ぶ。この空間の一部についても同様に呼ぶ。処理中には、基板（たとえば半導体基板）はペデスタル１２の平坦な（あるいはわずかに凸状となっている）面１２ａ上に載置される。ペデスタル１２の表面が、下部搬入・搬出位置（図１Ａに示されている）と、マニホールド１１に近接する上部処理位置（図１Ａ（破線１４）及び図１Ｂに示してある）との間で、制御可能に移動できるようにすることが望ましい。ペデスタル１２は、窒化アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC）、炭化ホウ素（B4C）などのセラミックから作ることができる。中央ボード（不図示）には、基板の位置に関する情報を与えるセンサーが設けられている。堆積物及び搬送ガスは、従来と同様の平坦で円形のガス分散フェースプレート１３ａの穴を通してチャンバー１５へ流入する。より詳しくいうと、体積プロセスガスは、入り口となるマニホールド１１を通り、従来と同様の穴が設けられたブロッカープレート４２を通り、そして、ガス分散フェースプレート１３ａを通って、チャンバーへと流れる（図１Ｂに矢印４０で示す）。
【００１５】
堆積物及び搬送ガスは、マニホールドに達する前にガスの供給源７からガス供給ライン８（図１Ｂ）を通ってガス混合システム９に流入し、ここで化合されてマニホールド１１へ送られる。あるいは、ガス混合システム９を迂回して、堆積物及び搬送ガスを直接供給ライン８からマニホールド１１へ導くことも可能であり、場合によってはその方が望ましい。その他の場合として、ガスライン８のどれかをガス混合システム９を迂回させ、不図示の経路を通してこれらのガスを処理チャンバー１５の底部に導入してもよい。
【００１６】
一般に、各プロセスガス用の供給ラインは、（ｉ）自動又は手動でチャンバーへのプロセスガスの流れを遮断するのに用いられるいくつかの安全遮断バルブ（不図示）、および（ii）供給ラインを通るガスの流れを測定する質流流量コントローラ（ＭＦＣ）（不図示）を含んでいる。処理に有毒ガスが使われるときは、通常の構成では、いくつかの安全遮断バルブが各ガス供給ラインごとに設けられる。
【００１７】
ＣＶＤシステム１０内で行われる堆積処理は、熱処理でもプラズマ処理（plasma enhanced process）でもよい。プラズマ処理では、ＲＦ電源４４が、ガス分散フェースプレート１３ａ及びペデスタル１２内のＲＦグランドグリッド１２ｄとの間に電力を供給する。ＲＦエネルギーが与えられるとプロセスガスの混合物が励起し、フェースプレート１３ａとペデスタル１２との間の円筒領域内にプラズマが生成される。プラズマの成分が反応して、ペデスタル１２上に支持された半導体基板の表面に所望の薄膜が堆積される。ＲＦ電源４４は、真空チャンバー１５へ導入される反応種（reactive species）の分解をよくするために、一般的である高いＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ（ＲＦ１）と低いＲＦ周波数３５０キロヘルツ（ｋＨｚ）（ＲＦ２）の電力を供給する複合周波数ＲＦ電源とすることができる。もちろん、チャンバー１５に導入される反応種の分解をよくするために、ＲＦ電源４４が、単一周波数の、もしくは周波数が複合されたＲＦ電力（あるいは他の望ましい変形例）をマニホールド１１に供給するようにすることもできる。熱処理の場合は、ＲＦ電源４４は用いられず、プロセスガスの混合物は熱的に反応して、所望の薄膜を、ペデスタル１２に支持された半導体基板の表面に堆積する。ペデスタル１２は、抵抗によって加熱され、反応に必要な熱エネルギーを与える。
【００１８】
ペデスタル１２は、熱による堆積処理の間加熱され、これによりＣＶＤシステム１０は加熱される。前に述べたタイプのうちホットウォール（hot-wall）システムの場合、プラズマが駆動されていない、すなわち熱体積処理を行う間に、高温の液体をチャンバー１５の壁１５ａを通して循環させて、チャンバー壁１５ａを高温に保つことができる。チャンバー壁１５ａを加熱する液体には、典型的な流体が含まれる（すなわち、水をベースとしたエチレングリコール、過フルオロカーボン（perfluorocarbon）をベースとした電子流体、あるいはオイルをベースとした熱伝達流体など）。このような加熱は、望ましくない反応生成物の凝集を減らし、あるいは防止し、さらに、冷たい真空通路の壁に凝集したりガスを流さないときに処理チャンバー内へ戻ってしまうプロセスガスの揮発生成物や汚染物の除去を改善するという利点がある。コールドウォール（cold-wall）システムの場合は、チャンバー壁１５ａは加熱しない。たとえば、プラズマ堆積処理を行っている間は、このようにする。このような処理では、プラズマがチャンバー１５を加熱して、併せて排出通路２３や遮断バルブ２４を囲んでいるチャンバー壁１５ａを加熱する。しかしながら、プラズマは、チャンバーのすべての表面に均等に接近するとは言えないので、前述のように、表面温度が場所によって変動する場合がある。
【００１９】
反応生成物を含む、層として堆積しなかったガス混合物の残留物は、真空ポンプ（不図示）によってチャンバーから排出される。詳しく述べると、ガスは、反応領域を取り囲む環状の隙間１６を通って環状の排出プレナム（plenum）１７に排出される。環状の隙間１６及びプレナム１７は、チャンバー壁１５ａ（上部の誘電性の内壁１９を含む）及び環状のチャンバー蓋２０の底部との間に設けられた間隙として規定される。３６０度の回転対称性及び環状の隙間１６及びプレナム１７が均一であるということが、プロセスガスを基板上に均一に流し、基板上に薄膜を均一に堆積する上で重要である。ガスは、排出プレナム１７の横延長部２１の下部を流れ、目視部（不図示）を通過し、下方に延びたガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４（その本体はチャンバー壁１５ａの下部と一体となっている）を通過し、管（不図示）を介して外部の真空ポンプとつながっている排出口２５に流れる。
【００２０】
基板を支持する皿状部材である抵抗で加熱されるペデスタル１２は、埋め込まれている単一ループのヒータエレメントによって加熱される。図１Ａには、ヒータエレメント１２ｃが示されている。ヒータエレメントへの配線は、ペデスタル１２の軸部分を通っている。同じように熱電対（不図示）を、その信号線がペデスタル１２の軸部分を通るようにして、ペデスタル１２に埋め込むこともできる。典型的には、チャンバーの内側、ガス流入マニホールドのフェースプレート、その他の多くの処理チャンバーの金属部分の一部又は全部を、アルミニウム、陽極処理したアルミニウム、その他のセラミック材料から作ることができる。このようなＣＶＤ装置の例が、ここにその記載をそのまま含んでいるＺｈａｏらに付与され共通に譲渡された「ＣＶＤ処理チャンバー」と題する米国特許５，５５８，７１７において説明されている。
【００２１】
基板が、ロボットブレード（a robot blade）（不図示）によって搬送され、チャンバー１０の横に設けられた挿入・取り出し開口部２６から出し入れされると、リフト機構及びモーター３２（図１Ａ）は、ペデスタル１２及びその基板リフトピン１２ｂを上下動させる。モーター３２は、処理位置１４と下部基板搬入位置との間で、ペデスタル１２を上下に動かす。モーター３２、種々のバルブ、ガス搬送システムのＭＦＣ、その他のＣＶＤシステム１０の部品は、システムコントローラ３４（図１Ｂ）によって、一部だけを示した制御線３６を介して制御される。コントローラ３４は、これによって制御される適当なモーターによって駆動されるスロットルバルブ及びペデスタルなどの移動可能な機械部分の位置を決定するのに、光学センサからのフィードバックを利用している。
【００２２】
システムコントローラ３４は、ＣＶＤシステム１０のすべての動作を制御する。システムコントローラ３４は、システム制御ソフトウェアを実行する。このソフトウェアはコンピュータプログラムであり、メモリ３８などのコンピュータ読み取り可能な媒体に格納され、プロセッサ３７によって実行される。メモリ３８は、ハードディスクドライブとするのが望ましいが、他の種類のメモリであってもよい。コンピュータプログラムには、タイミング、ガスの混合、チャンバー圧力、チャンバー温度、ＲＦ電力レベル、ペデスタルの位置、その他それぞれの処理のパラメータを指示するための命令セットが含まれている。システムコントローラ３４を操作するために、フロッピーディスクその他の適当なドライブなどを含む他のメモリに格納された上記以外のコンピュータプログラムを用いることもできる。
【００２３】
薄膜を堆積させる処理（処理セット）は、システムコントローラ３４によって実行されるコンピュータプログラム製品を用いて行われる。図１Ｃは、ある具体例に基づいたシステム制御ソフトウェア、コンピュータプログラム７０の階層的な制御構造の例示的なブロックダイアグラムである。処理セットは、特定の処理を実行するのに必要な予め決められた処理パラメータの組であり、予め決められているセット番号によって特定される。処理選択サブルーチン７３は、（ｉ）希望する処理チャンバー、および（ii）希望する処理を実行するための処理チャンバーを動作させるのに必要な処理パラメータの組、を特定する。処理を監視するための信号は、システムコントローラのアナログ及びディジタル入力ボードによって与えられ、処理を制御するための信号は、ＣＶＤシステム１０のアナログ及びディジタル出力ボード上に出力される。
【００２４】
処理シーケンサーサブルーチン７５は、処理選択サブルーチン７３から処理パラメータの組を受け取るための、そして種々のプロセスチャンバーの動作を制御するためのプログラムコードからなる。実行すべき処理チャンバー及び処理セットの組み合わせが決定されると、処理シーケンササブルーチン７５は、特定の処理セットのパラメータをチャンバーマネージャサブルーチン７７ａ−ｃへ渡すことによって、処理セットの実行を開始する。チャンバーマネージャサブルーチン７７ａ−ｃは、処理セットに基づいて、処理シーケンササブルーチン７５によって処理チャンバー１５内における多重処理タスクを制御する。チャンバー部品サブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８０、プロセスガス制御サブルーチン８３、圧力制御サブルーチン８５、ヒータ制御サブルーチン８７、およびプラズマ制御サブルーチン９０である。当該分野で通常の知識を有する者であれば、処理チャンバー１５内で行われる処理に応じて他のチャンバー制御サブルーチンを含めうることが認識される。
【００２５】
基板処理システムの種々の動作は、一つあるいは二つ以上の前述のサブルーチンによって制御される。たとえば、ヒータ制御サブルーチン８７は、基板を加熱するのに用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのプログラムコードを含んでいる。ヒータ制御サブルーチン８７はまた、チャンバーマネージャサブルーチン７７ａによって呼び出され、ターゲット、すなわち設定点の温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン８７は、ペデスタル１２内に位置する熱電対（不図示）の出力電圧を測定することによって温度を測定し、測定温度を設定点温度と比較し、そして、設定点温度が得られるまで加熱ユニットへの電流を増減させる。温度は、測定された電圧値から、格納された変換テーブル内の対応する温度を見ることによって、あるいは四元多項式を用いて温度を計算することによって得られる。ペデスタル１２を加熱するのに埋め込まれたループを使用するときは、ヒータ制御サブルーチン８７は、ループに加える電流を徐々に増減する。さらに、処理の安全性に準拠していることを検出するために、内蔵のフェイルセーフモードを含めることができ、処理チャンバー１５が正常に設計されていない場合には、加熱ユニットの動作を停止させることができる。その他の例はプラズマ制御サブルーチン９０である。これは、処理チャンバー１５内の処理電極へ加えられる低周波あるいは高周波のＲＦ電力レベルを設定するためのコード、及び用いられる低周波ＲＦ周波数を設定するためのコードからなる。プラズマ制御サブルーチン９０は、また、本発明で使用されるマグネトロン及び他のマイクロ波源へ与えられる電力をオンとし、電力レベルを設定・調整するめたのプログラムコードを含んでいる。プラズマ制御サブルーチン９０は、チャンバーマネージャサブルーチン７７ａによって、チャンバー部品サブルーチンについての前の説明と同様の仕方で呼び出される。他のサブルーチンは、ＣＶＤシステム１０のその他の種々の動作を制御する。
【００２６】
上記の説明は、主として例示を目的としている。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤシステム、誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤシステムなどの他のＣＶＤ装置でも、本発明の漏電遮断防止システムを用いることができる。さらに、エッチングシステム、イオン注入システムなどの基板処理システムでも、本発明を利用することができる。上で説明したシステムの変形例、たとえばペデスタルの設計の変形例、ヒータ設計の変形例、ＲＦ電力の周波数、及びＲＦ電力の接続部その他の変形例も可能である。すなわち、本発明が必ずしも特定の装置とともに使用することに限定されるものではないことが認識されなければならない。
【００２７】
III．基板処理システムにおける漏電遮断
すでに述べたように、漏電の検出及びその適切な処置は、いくつかの理由によって重要である（たとえばオペレータの安全性）。しかしながら、ある基板処理システムは、ＧＦＩ回路の擬似的なトリッピングを被ることが分かっている。発明者らは、この問題となる漏電は、ペデスタルのヒータエレメントの電源ラインからだけでなく、ヒータエレメントからの電流の漏れによって生じることを見いだした。発明者らは、また、プラズマを用いている基板処理システムにおいて、プラズマを生成するのに用いられるＲＦエネルギーのいくらかは、ヒータエレメントドライバー及び設備の電源へのフィードスルーを生じることを見いだした。発明者らはさらに、観測された漏れ電流は、ペデスタルの材質（たとえば、窒化アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC）、炭化ホウ素（B4C）などのセラミック）の体積抵抗における極端な低下によって生じることを見いだした。この体積抵抗の著しい低下は、ペデスタルの温度が約５００℃を越えて上昇するときに起こる。
【００２８】
図２は、基板処理システム２００及び発明者らによって見いだされた、擬似的な漏電を引き起こす漏れ電流となるような主要な電流漏れ経路を例示している。基板処理システム２００は、ＣＶＤシステム１０に例示されているような従来と同様の設計のものでもよい。基板処理システム２００は、設備電源２０５から電力供給を受ける。設備電源２０５は、基板処理システム２００の複数の下位システムへの供給電力の一部として、交流電力をヒータドライバ２１０に供給する。基板処理システム２００の他の下位システムには、制御電子回路、基板搬送機構、及びその他の下位システムが含まれる。ヒータドライバ２１０は、ヒータライン２１５及び２１６を介して交流電力をヒータエレメント１２ｃへ供給する。ＣＶＤシステム１０の説明で述べたように、ＲＦ電源４４は、ＲＦエネルギーをガス分散フェースプレート１３ａ及びＲＦグランドグリッド１２ｄへ供給する。ＲＦグランドグリッド１２ｄは、ＲＦグランドライン２２５によってグランドに接続されている。しかしながら、ＲＦエネルギーをペデスタル内の電極へ供給するシステム、多重グリッド（接地されているかあるいは電源供給側か）を使用するシステム、及びその他の構成のシステムにおいても、発明者らが発見した現象が起こりうるとうい点に注意すべきである。同様にチャンバー壁１５ａも接地されている。しかしながら、本発明は、ここで述べた漏れ電流が起こる任意のシステムにおける擬似的な漏電遮断によって引き起こされる問題に注目している。ヒータエレメント１２ｃ及びＲＦグランドグリッド１２ｄは、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示したように、ペデスタル１２内に配置されている。
【００２９】
電流ループトランス２５０は、ヒータドライバ２１０に流れ込む電流と流れ出る電流の差を検出することによって、電流の漏れを検出するのに用いられる。電流ループトランス２５０は、ＧＦＩ回路（ＧＦＩＣ）２６０に接続されている。ＧＦＩＣ２６０は、基板処理システム２００へ供給される電力を制御することによって、漏電遮断に対する反応についての制御、および漏電遮断の処理を可能にする。これは図２に、制御ライン２７０として示されている。制御ライン２７０は、漏電が生じた場合に基板処理システムを停止させるために、これを通って漏電遮断信号がヒータドライバ２１０（及び他のシステム制御回路）へ送られる。
【００３０】
前述のように、発明者らは、ヒータエレメント１２ｃ及びヒータライン２１５、２１６から電流が漏れ、発明者らが観測した漏電を引き起こすことを見いだした。発明者らは、図２に示すような三つの主要な漏れ経路を発見した。この主要な漏れ経路は、ヒータライン２１５と２１６の間の漏れ（漏れ経路２３０として示す）、ヒータエレメント１２ｃとＲＦグランドグリッド１２ｄとの間の漏れ経路（漏れ経路２３５として示す）、およびヒータエレメント１２ｃとチャンバー壁１５ａとの間の漏れ（図２において漏れ経路２４０として示す）として特定された。他の漏れ経路ももちろん存在する可能性がある。たとえば、ペデスタル１２に熱電対が埋め込まれている場合は、ヒータラインとヒータエレメントと熱電対のグランド被覆の間で、漏れが生じる可能性がある。
【００３１】
これらの漏れ経路のうちで最も主たるものは、ヒータエレメント１２ｃとＲＦグランドグリッド１２ｄとの間の漏れ経路２３５である。発明者らは、このような漏れ経路が、ペデスタル１２の構成材質の体積抵抗の極端な低下に起因して生じることを明らかにした。この体積抵抗の低下は、表１の実験結果から明らかである。
【表１】
0004395258.tif 000002
【００３２】
表１に結果を示した測定は、５００Ｖ／ｍｍにおいて行われた。発明者らは、このように、ペデスタル１２を製造するのに普通に用いられる材質、たとえば窒化アルミニウム（Al3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化シリコン（SiC）、炭化ホウ素（B4C）その他の同様な材料は、表１にデータを示したように、約５００℃を越える温度で、急峻な低下を生じうることを発見した。
【００３３】
この体積抵抗の低下と、これに付随して起こる漏れ電流の増加は、図３において見ることができる。図３は、絶縁抵抗、漏れ電流、電流変化出力と温度との関係を示すグラフである。これを見て分かるように、ペデスタルのセラミック材料の絶縁抵抗（図３においてＲＦグランドグリッド１２ｄとヒータライン２１５／ヒータライン２１６／ヒータライン１２ｃとの間の抵抗もしくは「ＲＦ／ＰＯＷＥＲ」と、またグラフではダイヤ型記号で示してある）は、５００℃と７００℃の間で約二桁の低下が生じ、約７００℃では、非常に低くなる。一方、漏れ電流（図３において単純に「ＬＥＡＫＡＧＥ」と、また、グラフでは三角形で示してある）は、同じ区間で約１０ｍＡから約１Ａへ、ちょうど絶縁抵抗における低下によって暗示されるように、約二桁増加している。同じようにして、ヒータライン２１５と２１６を監視している電流モニター装置で検出されたヒータエレメント１２ｃに流れ込む電流と出てゆく電流の差（図３において電流変化出力（current transformer output）あるいは「ＣＴ」、およびグラフでは円で示してある）も、漏れ電流に並行して、約二桁上昇している。図３のグラフが示すように、このような変化には、温度が強い影響を与えている。
【００３４】
前に述べたように、体積抵抗がこのように低下すると、ＲＦ電源４４からのＲＦエネルギーが、プラズマ２２０及びヒータライン２１５、２１６を通って、ヒータドライバ２１０、続いて設備電源２０５へフィードスルーされる。このＲＦエネルギーのフィードスルーは、前述のＥＭＩ及びこれに関連する設備電源２０５によって電流が供給されている電子回路における干渉を引き起こす。
【００３５】
通常、前述の典型的なサブストレート処理システムなどのシステムにおけるトリッピングする漏電回路の閾値は、約３０ｍＡである。擬似的な漏電という問題に対する一つの解決法は、単純にこの閾値を高いレベル（たとえば１００ｍＡ）に上げることである。しかしながら、このように漏電閾値が高くなると、本発明が意図していないようなすべての電源からの大きな電流がオペレータに流れてしまって、オペレータは感電という重大なリスクに直面し、前述のような不都合な効果を生じる。したがって、このようなシステムでは、漏電遮断閾値を高くしても、何ら保護がなされないままオペレータがされされる漏れ電流だけが増大することになる。
【００３６】
より重要なことは、閾値のレベルを高くすることは、システムのＧＦＩ回路をトリッピングさせることが可能な漏電の周波数を下げるだけである。このような解決法では、擬似的な漏電に起因するシステム停止の可能性を排除することはできない。このようなシステム停止の有害な影響を考えると、上で議論したように、問題となる漏電を排除する解決策が必要とされる。
【００３７】
IV．本発明による漏電遮断を防止する回路
図４は、本発明による漏電防止回路の全体を示した図である。図４のブロックダイアグラムは、図１Ａ−図１Ｃで述べたＣＶＤシステム１０の詳しい考察を参照して説明される。この図及び他の図における各要素への参照は、それらの各要素が導入された際に用いられた符号を用いて行う。したがって、処理の説明は、ＣＶＤシステム１０などのＣＶＤ処理システムによって行う。ただし、このことは、本発明がこのようなシステムだけに限定されることを意味するものではない。
【００３８】
図４は、基板処理システム２００（たとえばＣＶＤシステム１０）のような基板処理システムにおいて起こりうる漏れ電流の問題を解決するために、発明者らによって想到された発明の一つの具体例を示している。ヒータドライバ２１０（すなわちヒータエレメント１２ｃへの交流電源）と設備電源２０５のグランドとの間で本質的にグランドループとなっていたものを除去するために、発明者らは、ヒータエレメント１２ｃを、トランス
を用いて分離した。望ましくは、ヒータエレメント１２ｃへ供給される電圧あるいは電流が大きく変化することなくヒータエレメント１２ｃとヒータライン２１５、２１６との間を分離するために、トランス４００として、１：１の巻数比を有する分離トランスを用いる。このようにすると、トランス４００を通って漏れ電流が流れることはないので、設備電源２０５とヒータエレメント１２ｃとの間のグランドループは断たれる。
【００３９】
ＲＦエネルギーがトランス４００を通してＲＦ電源４４からフィードバックするのを防ぐために、トランス４００の出力とヒータライン２１５及び２１６との間に電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ４１０が接続されている。ＥＭＩフィルタ４１０の特性は、基板処理システム２００の構成、行われる処理、低減させたいＲＦフィードスルーの量その他のパラメータによって変わってくる。たとえば、３５０ＭＨｚのＲＦ源を使うときは、３５０ＭＨｚでの挿入損失が３５ｄＢで、電流の漏れが少なく、設備のグランドから電源ラインを分離できるコーコムモデル３０ＥＳＫ６（Corcom model 30ESK6）などのフィルタを使うことができる。ＥＭＩフィルタ４１０は、プラズマ処理が可能な基板処理システムにおいてのみ必要とされる。漏れ電流に関してグランドループを防止しようとするときは、トランス４００はＲＦ電源４４からの交流電力についてはほとんど効果がない。ＥＭＩフィルタ４１０をトランス４００とヒータエレメント１２ｃとの間に置くことによって、唯一残された回路は、ＲＦ電源４４とＲＦグランドライン２２５との間の回路である。
【００４０】
トランス４００は、ヒータエレメント１２ｃと設備電源２０５との間に生じうるグランドループを遮断するが、装置の保護という観点から、残されたヒータエレメント１２ｃからの電流漏れを測定することが望ましい。以前は、システムの漏電遮断コントローラは、ヒータ回路における漏電を検出するために、ヒータドライバ２１０に流れ込む電流と流れ出る電流を監視していた。本発明では、図４に示すように電流ループトランス４２０が用いられ、ヒータライン２１５と２１６を監視することによって電流漏れを測定している（漏れ電流はもはや流れないので、ヒータドライバ２１０への電源ライン上では漏れは検出できないからである）。電流ループトランス４２０は、ヒータライン２１５及び２１６を流れる電流を監視できるＧＦＩ／電流モニタ４３０に接続されている。ＧＦＩ／電流モニタ４３０は、この情報を、表示又は漏電遮断コントロールあるいはその両方に用いることができる。これは、コントロールライン４４０として図４に示してある。これを通って、漏電遮断信号はヒータドライバ２１０（及び他のシステムコントロール回路）へ送られ、これにより、漏電が生じた場合には基板処理システムが停止される。
【００４１】
上記の説明は、例示を意図したものであって、限定することを意図したものではない。この分野の通常の知識を有する者であれば、上記の説明を考慮することによって、異なる多くの具体例を考えることができる。例として、ペデスタル１２の温度を、漏れ電流を許容できる程度に抑えるレベルに維持し、かつ、現在実行されている処理によって規定される温度限界の範囲内に維持しながら、システム制御ソフトウェア（より詳しくは、ヒータ制御サブルーチン８７）が、ヒータドライバ２１０の出力を調整するために、ＧＦＩ／電流モニタ４３０から入力を受け取るようにすることもできる。さらに、システム制御ソフトウェアを、ヒータ制御サブルーチン８７その他のモジュールを介して処理データを収集するのに使用し、いつペデスタル１２の取り替え（漏れ電流の大きさに起因して）が必要であるかを表示するのに用いることもできる。ここでは、本発明を、主として、従来と同様の基板処理システムとの関連で例示してきたが、これらに限定されるものではない。この分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の特許請求の範囲内において、上で例示したものと等価な、あるいはこれとは異なる基板処理システムにおいて、本発明が利用可能であることを認識することができる。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定されるべきではなく、添付した特許請求の範囲を参照して、その特許請求の範囲が有効と認められる均等の範囲に基づいて決定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  図１Ａは、本発明に基づいて使用される典型的な基板処理システムの具体例の縦断面図である。
【図１Ｂ】  図１Ｂは、本発明に基づいて使用される典型的な基板処理システムの具体例の縦断面図である。
【図１Ｃ】  図１Ｃは、特定の具体例に基づいたシステム制御ソフトウェアの階層的な制御構造の一例のブロックダイアグラムを示す図である。
【図２】  図２は、基板処理システムの簡略化したブロックダイアグラムで、このようなシステムに存在しうるいくつかの漏れ電流を示している。
【図３】  図３は、温度に対する、基板処理システムのペデスタルの材質の絶縁体の抵抗と、そこを流れる漏れ電流の関係を示したグラフである。
【図４】  図４は、本発明の特定の具体例に基づいた漏電防止回路の簡略化したブロックダイアグラムである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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