CN110832634A - 晶片支撑台 - Google Patents

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Abstract

晶片支撑台(20)具备陶瓷基体(21)和杆(32)。陶瓷基体(21)具有晶片载置面(21a)，且从晶片载置面(21a)侧依次埋设有RF电极(22)和加热电极(27)。在陶瓷基体(21)上以从背面(21b)朝向RF电极(22)的方式设置有孔(21c)。杆(32)为Ni制或铁镍钴合金制，并与露出于孔(21c)的底面的平板(23)接合，向RF电极(22)供给高频电力。在杆(32)的外周面中的从基端部(32a)直到预定位置(32c)的区域设置有Au薄膜(34)。

Description

晶片支撑台
技术领域
本发明涉及晶片支撑台。
背景技术
作为在对晶片进行等离子体CVD成膜处理、等离子体蚀刻处理等时使用的晶片支撑台，已知在陶瓷基体埋设高频电极(RF电极)并利用该RF电极产生等离子体的晶片支撑台。例如，在专利文献1中公开的晶片支撑台中，用于插入向RF电极引导电力的Ni制的杆的孔以朝向RF电极的方式形成于陶瓷板的背面。在该孔的底面露出有与RF电极连接的金属制的导电性部件，其与插入孔中的杆通过钎焊并以能导通的方式接合。并且，该杆连接高频电源，向RF电极供给电力。另外，在陶瓷基体中也埋设有用于对晶片进行加热的加热电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-130609号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的晶片支撑台中，在对加热电极通电来将晶片的温度加热至预先设定的温度(例如450℃-550℃)时，存在晶片中的与RF电极连接的杆的正上方部分的温度成为异常高温的情况。这样，若在晶片中存在异常高温的部分，则存在如下问题：在对晶片实施的等离子体处理中产生不均。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于：以低成本防止晶片中的与RF电极连接的杆的正上方部分的温度成为异常高温。
用于解决课题的方案
本发明的晶片支撑台具备：
陶瓷基体，该陶瓷基体具有晶片载置面，且从上述晶片载置面侧依次埋设有RF电极和加热电极；
孔，该孔从上述陶瓷基体的与上述晶片载置面相反侧的面朝向上述RF电极地设置；
Ni制或铁镍钴合金制的杆，该杆与露出于上述孔的底面的上述RF电极或者与和上述RF电极连接的导电性部件接合，向上述RF电极供给高频电力；以及
铜族元素薄膜，该铜族元素薄膜设于上述杆的外周面中的从上述杆的基端部直到未插入上述孔中的预定位置的区域。
在该晶片支撑台中，为了向RF电极供给高频电力而使用Ni制或铁镍钴合金制的杆。若对这样的杆施加高频电力，则在不足居里点(Ni为约354℃，铁镍钴合金为约435℃)的情况下，由于阻抗较大而成为高温，在居里点以上的情况下，由于阻抗较小而不易成为高温。如上述，晶片中的杆的正上方部分的温度会异常高，可认为是由于杆整体成为高温，所以从陶瓷基体经由杆而散出的热少于设想。在本发明的晶片支撑台中，在杆的外周面中的从杆的基端部直到未插入孔中的预定位置的区域也就是离陶瓷基体较远的区域，设有铜族元素薄膜。在该情况下，由于铜族元素(Cu、Ag或Au)的阻抗较小，而且因表皮效应高频通过铜族元素薄膜，因此，设置有铜族元素薄膜的部分(离陶瓷基体较远的部分)不易成为高温，不会妨碍陶瓷基体的散热。另一方面，杆的插入孔中的部分接近加热电极而成为高温，所以原本对陶瓷基体的散热几乎没有贡献。因此，在该部分设置铜族元素薄膜在经济上是不利的。因此，根据本发明的晶片支撑台，能够以低成本防止晶片中的与RF电极连接的杆的正上方部分的温度成为异常高温。
在本发明的晶片支撑台中，上述铜族元素薄膜的厚度优选为3μm以上6μm以下。若铜族元素薄膜的厚度为3μm以上，则能够使对杆施加高频电力时的阻抗足够小。另一方面，即使金属膜的厚度超过6μm，对杆施加高频电力时的阻抗与厚度为6μm时相比几乎不变，因此，若考虑经济性，则优选为6μm以下。
在本发明的晶片支撑台中，可以是上述预定位置以如下方式来确定：使用未设置上述铜族元素薄膜的上述杆来代替设置有上述铜族元素薄膜的上述杆，在将上述加热电极的温度设为Ts[℃]，其中，Ts超过上述杆的材质的居里点，将上述杆的长度设为L[cm]，将上述杆的两端部的温度差设为ΔT[℃]，将上述杆的从前端部直到上述预定位置的长度设为x[cm]，将上述杆的上述预定位置的温度设为T(x)[℃]时，使以T(x)＝Ts-(ΔT/L)*x表示的T(x)成为上述杆的材质的居里点以下。如此确定的预定位置与杆的基端部之间的区域的杆的阻抗较大，所以容易成为高温。因此，在这样的区域设置铜族元素薄膜的意义较大，而在除此以外的区域设置铜族元素薄膜的意义较小。
附图说明
图1是表示等离子体产生装置10的概要结构的立体图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是预定位置32c的设定方法的说明图。
图5是表示镀层厚度与阻抗的关系的图表。
图6是具备RF端子130的晶片支撑台120的剖视图。
图7是具备套筒25的杆接合部的放大剖视图。
具体实施方式
下面，关于本发明的优选实施方式，一边参照附图一边进行说明。图1是等离子体产生装置10的立体图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图1的B-B剖视图。
如图1所示，等离子体产生装置10具备晶片支撑台20和上部电极50。
晶片支撑台20用于对利用等离子体进行CVD、蚀刻等的晶片W进行支撑并加热，且安装在未图示的半导体工艺用的腔室的内部。该晶片支撑台20具备陶瓷基体21和中空的陶瓷轴29。
陶瓷基体21是陶瓷制(这里为氮化铝制)的圆板状部件。该陶瓷基体21具备能载置晶片W的晶片载置面21a。在陶瓷基体21的与晶片载置面21a相反侧的面(背面)21b的中央接合有陶瓷轴29。如图2所示，RF电极22与加热电极27以彼此分离的状态埋设于陶瓷基体21。RF电极22和加热电极27与晶片载置面21a平行(包括实质上平行的情况，以下相同)，且从接近晶片载置面21a的方向依次埋设。陶瓷基体21具有从背面21b朝向RF电极22设置的孔21c。在孔21c的底面露出有与RF电极22连接的导电性部件亦即平板23。
RF电极22是直径比陶瓷基体21稍小的圆盘状的薄层电极，并以网眼状形成，该网眼状是将以Mo为主成分的细金属线编织成网状并制造成片状而成。在RF电极22的中央附近电连接有圆盘状的平板23。平板23露出于开设在陶瓷基体21的背面21b上的孔21c的底面。平板23的材质为与RF电极22相同的Mo。
加热电极27是在陶瓷基体21的整面以一笔划完成的要领将以Mo为主成分的线圈进行布线而成。在该加热电极27的两端部27a、27b(参见图3)分别连接有加热端子棒(未图示)。这些加热端子棒通过陶瓷轴29的中空内部而连接至外部电源(未图示)。
使RF电极22、平板23以及加热电极27的材质为Mo是因为其热膨胀系数与陶瓷基体21的材质(这里为AIN)接近，在制造陶瓷基体21时不易产生裂纹。即使RF电极22、平板23以及加热电极27是Mo以外的材质，只要是热膨胀系数与AIN接近的导电性材料，则能够使用。此外，在陶瓷基体21的背面21b的被陶瓷轴29包围的区域，插入有用于检测陶瓷基体21的温度的热电偶(未图示)。
陶瓷轴29是由与陶瓷基体21相同的陶瓷构成的圆筒状部件。陶瓷轴29的上部端面通过扩散接合、TCB(Thermal compression bonding、热压接合)与陶瓷基体21的背面21b接合。TCB是指将金属接合材料夹在接合对象的两个部件之间并在加热至金属接合材料的固相线温度以下的温度的状态下对两个部件进行加压接合的公知的方法。
RF端子30是在Ni制的杆32的外周面的一部分设置Au薄膜34而成的部件。具体而言，Au薄膜34设于杆32的外周面中的从杆32的基端部32a直到未插入孔中的预定位置32c的区域(覆盖区域)。因此，在杆32的从前端部32b到预定位置32c的区域(非覆盖区域)未设有Au薄膜34。关于预定位置32c的设定方法，将在下文进行叙述。RF端子30的前端部(也就是杆32的前端部32b)经由钎焊接合部24与RF电极22的平板23接合。RF端子30的基端部与RF电源40连接。此外，Ni的居里点为约354℃。经由RF端子30向RF电极22供给RF电源40的高频电力。
如图1所示，上部电极50固定在与陶瓷基体21的晶片载置面21a对置的上方位置(例如未图示的腔室的顶面)。该上部电极50接地。
这里，预定位置32c以如下方式来确定。即，如图4所示，在晶片支撑台20中，安装未设有Au薄膜34的裸杆32来代替设有Au薄膜34的杆32。并且，在将加热电极27的温度设为Ts[℃](但是，Ts为超过杆32的材质的居里点的温度)，将杆32的长度设为L[cm]，将杆32的前端部32b的温度Tb与基端部32a的温度Ta的差设为ΔT(＝Tb-Ta)[℃]，将杆32的从前端部32b(与RF电极22连接的连接部)直到预定位置32c的长度设为x[cm]，将杆32的预定位置32c的温度设为T(x)[℃]时，将x[cm]确定为，使下述式(1)表示的T(x)为杆32的材质的居里点以下。此外，杆32的前端部32b的温度Tb可视为实质上与加热电极27的温度Ts相同。
T(x)＝Ts-(ΔT/L)*x……(1)
接着，对等离子体产生装置10的使用例进行说明。将等离子体产生装置10配置在未图示的腔室内，并将晶片W载置于晶片载置面21a。然后，从RF电源40对RF电极22供给高频电力。由此，在由上部电极50与埋设于陶瓷基体21的RF电极22构成的平行平板电极间产生等离子体，利用该等离子体来对晶片W实施CVD成膜或者实施蚀刻。另外，基于未图示的热电偶的检测信号求出晶片W的温度，并控制向加热电极27施加的电压，以使该温度成为设定温度(例如450℃或500℃或550℃)。
在以上详述的晶片支撑台20中，为了向RF电极22供给高频电力，使用Ni制的杆。若对这样的杆施加高频电力，则在不足居里点的情况下，由于阻抗较大而成为高温，在为居里点以上的情况下，由于阻抗较小而不易成为高温。如在【发明所要解决的课题】一栏中所述，晶片W中的位于杆32的正上方部分的温度会异常高，可认为是因为杆32整体成为高温，所以从陶瓷基体21经由杆32而散出的热少于设想。在晶片支撑台20中，在杆32的外周面中的从杆32的基端部32a直到预定位置32c的区域(也就是离陶瓷基体21较远的区域)，设有Au薄膜34。在该情况下，由于Au的阻抗较小，而且因表皮效应高频通过Au薄膜34，因此，RF端子30的设有Au薄膜34的部分(离陶瓷基体21较远的部分)不易成为高温，不会妨碍陶瓷基体21的散热。另一方面，杆32的插入孔21c中的部分由于接近加热电极27而成为高温，所以原本就对陶瓷基体21的散热几乎没有贡献。因此，在该部分设置Au薄膜34在经济上是不利的。因此，根据晶片支撑台20，能够以低成本防止晶片W中的与RF电极22连接的杆32的正上方部分的温度成为异常高温。
另外，如上所述，Au薄膜34设于杆32的从基端部32a直到预定位置32c的区域，而在除此以外的区域未设置Au薄膜34。因此，能够抑制高价的Au的使用量，同时防止晶片W中的与RF电极22连接的杆32的正上方部分的温度成为异常高温。尤其是，基于上述的式(1)来设定杆32的从前端部32b直到预定位置32c的长度x[cm]。这样设定的预定位置32c与杆32的基端部32a之间的区域的杆32的阻抗较大，所以容易成为高温。因此，在这样的区域设置Au薄膜34的意义较大，而在除此以外的区域设置Au薄膜34的意义较小。
此外，本发明不对上述的实施方式进行任何限定，当然在属于本发明的技术范围的范围内，能够以各种方式来实施。
例如，在上述的实施方式中，Au薄膜34的厚度优选为3μm以上。只要Au薄膜34的厚度为3μm以上，则能够使对杆32施加高频电力时的阻抗足够小。另一方面，即使Au薄膜34的厚度超过6μm，对杆32施加高频电力时的阻抗也几乎不变，因此考虑到经济性，优选为6μm以下。关于这一点，将进一步进行说明。在上述的实施方式中，使用通过电镀使Au薄膜34的厚度分别成为0μm、1μm、6μm、12μm而制作的RF端子30，并测定了向RF端子30供给了高频电力(频率为13.56MHz)时的阻抗Z。将其结果示于图5。在图5中可知：Au薄膜34的厚度为3μm时的阻抗与没有Au薄膜34(厚度为0)时相比降低了5％。另外，根据图5，随着厚度增加直至Au薄膜34的厚度成为6μm为止，阻抗Z降低。这认为是由于随着厚度增加，表面电阻减小。另一方面，即使Au薄膜34的厚度超过6μm，阻抗也几乎不变。这认为是由于若厚度过厚，则Au薄膜34的表面的凹凸变大，流过表面的电流的路径变长。由此，Au薄膜34的厚度优选为3μm以上且6μm以下。但是，如果没有必要过于考虑经济性，也可以将厚度的上限设定为8μm或10μm或12μm。
虽然在上述的实施方式中，在杆32的从基端部32a到预定位置32c设有Au薄膜34，但也可以如下述那样设置Au薄膜来代替该设置。即，也可以如图6所示的晶片支撑台120的RF端子130那样，在杆32的配置于陶瓷基体21的内部的区域不设置Au薄膜134，而在除此以外的区域设置Au薄膜134。此外，在图6中，对于与上述的实施方式相同的构成要素赋予相同的符号。即使这样设置，也能防止晶片W中的与RF电极22连接的杆32的正上方部分的温度成为异常高温。但是，若考虑尽量抑制Au的使用量以实现低成本，则优选上述的实施方式。
虽然在上述的实施方式中，将RF端子30的杆32的前端部32b与露出于孔21c的底面的平板23接合，但并不特别限定于此。例如，也可以不设置平板23，而使RF电极22露出于孔21c的底面，并将该露出的RF电极22与杆32的前端部32b接合。或者，也可以如图7所示，在孔21c的内周面设置螺纹槽，将由与杆32相同的材料构成且在外周面具备螺纹牙的套筒25拧入该孔21c并进行钎焊接合，将杆的前端部32b插入套筒25中，并与平板23及套筒25的内周面进行钎焊接合。
虽然在上述的实施方式中，使用了Ni制的杆，但也可以使用铁镍钴合金(Fe、Ni与Co的合金)制的杆。铁镍钴合金的居里点为约435℃。即使在使用铁镍钴合金制的杆的情况下，也能得到与上述的实施方式相同的效果。
虽然在上述的实施方式中，使RF电极22的形状为网眼状，但其也可以是其它形状。例如，可以是螺旋状、平面状，也可以是冲孔金属。
虽然在上述的实施方式中，采用AIN作为陶瓷材料，但并不特别限定于此，例如也可以采用氧化铝等。在该情况下，RF电极22、平板23以及加热电极27的材质优选使用与该陶瓷的热膨胀系数接近的材质。
在上述的实施方式中，也可以通过对RF电极22施加电压从而将晶片W吸引至晶片载置面21a。另外，也可以在陶瓷基体21进一步埋设静电电极，并通过对该静电电极施加电压从而将晶片W吸引至晶片载置面21a。
虽然在上述的实施方式中，在Ni制的杆32的外周面的一部分设置了Au薄膜34，但也可以使用Cu薄膜、Ag薄膜来代替Au薄膜34。
本申请主张基于2018年4月27日申请的日本专利申请第2018-086780号的优先权，并通过引用在本说明书中包含其全部内容。
工业上的可利用性
本发明能够在对晶片进行等离子体CVD成膜处理、等离子体蚀刻处理等时使用。
符号的说明
10—等离子体产生装置，20、120—晶片支撑台，21—陶瓷基体，21a—晶片载置面，21b—背面，21c—孔，22—RF电极，23—平板，24—钎焊接合部，25—套筒，27—加热电极，27a、27b—端部，29—陶瓷轴，30、130—RF端子，32—杆，32a—基端部，32b—前端部，32c—预定位置，34、134—Au薄膜，40—RF电源，50—上部电极。

Claims (3)

1.一种晶片支撑台，其特征在于，具备：
陶瓷基体，该陶瓷基体具有晶片载置面，且从上述晶片载置面侧依次埋设有RF电极和加热电极；
孔，该孔从上述陶瓷基体的与上述晶片载置面相反侧的面朝向上述RF电极地设置；
Ni制或铁镍钴合金制的杆，该杆与露出于上述孔的底面的上述RF电极或者与和上述RF电极连接的导电性部件接合，向上述RF电极供给高频电力；以及
铜族元素薄膜，该铜族元素薄膜设于上述杆的外周面中的从上述杆的基端部直到未插入上述孔中的预定位置的区域。
2.根据权利要求1所述的晶片支撑台，其特征在于，
上述铜族元素薄膜的厚度为3μm以上6μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的晶片支撑台，其特征在于，
上述预定位置以如下方式来确定：使用未设置上述铜族元素薄膜的上述杆来代替设置有上述铜族元素薄膜的上述杆，在将上述加热电极的温度设为Ts[℃]，其中，Ts超过上述杆的材质的居里点，将上述杆的长度设为L[cm]，将上述杆的两端部的温度差设为ΔT[℃]，将上述杆的从前端部直到上述预定位置的长度设为x[cm]，将上述杆的上述预定位置的温度设为T(x)[℃]时，使以T(x)＝Ts-(ΔT/L)*x表示的T(x)成为上述杆的材质的居里点以下。
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