JP2017183329A - ウエハ載置装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】給電ロッドの周囲に磁場が発生するのを抑制する。【解決手段】ウエハ載置装置３０は、ウエハ載置面を有するセラミック基体３２と、セラミック基体３２に埋設されたヒータ電極３４と、セラミック基体３２のウエハ載置面とは反対側の面からヒータ電極３４に電気的に接続されたＣｕ製の給電ロッド３６，３７と、を備えている。給電ロッド３６は、螺合前の状態で、一端を固定端、他端を自由端とし、固定端から自由端に向かって５０ｍｍの位置に加えた応力と該位置の歪みとの関係を求めたとき、歪み１ｍｍに対応する応力が５〜１０Ｎの範囲に入るものが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ載置装置に関する。
従来、この種のウエハ載置装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。このウエハ載置装置は、図４に示すように、セラミック基体１０２と、そのセラミック基体１０２に埋設されたヒータ電極１０４と、セラミック基体１０２のウエハ載置面とは反対側の面からヒータ電極１０４の埋設端子１０６に電気的に接続されたＮｉ製の給電ロッド１０８とを備えている。ヒータ電極１０４の埋設端子１０６と給電ロッド１０８との間には、応力緩和層１１０が設けられている。応力緩和層１１０は、ヒータ電極１０４の埋設端子１０６とロウ接合層１１２によって接合され、給電ロッド１０８とロウ接合層１１４によって接合されている。
特許５０２９２５７号公報
しかしながら、上述のウエハ載置装置では、給電ロッド１０８がＮｉ製のため、ヒータ電極１０４に電流を供給したときに給電ロッド１０８の周囲に磁場が発生し、半導体製造プロセスに悪影響を与えるおそれがあった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、給電ロッドの周囲に磁場が発生するのを抑制することを主目的とする。
本発明のウエハ載置装置は、
ウエハ載置面を有するセラミック基体と、
前記セラミック基体に埋設された静電電極、ヒータ電極及び高周波電極のうち少なくとも１つの電極と、
前記セラミック基体のウエハ載置面とは反対側の面から前記電極に電気的に接続されたＣｕ製の給電ロッドと、
を備えたものである。
このウエハ載置装置では、磁性材料ではないＣｕ製の給電ロッドを介して電極へ電力を供給するため、給電ロッドの周囲に磁場が発生するのを抑制することができる。これにより、半導体製造プロセスにおいてウエハのうち給電ロッドの周囲だけ処理の結果が変わってしまうといった事態が起きるのを防ぐことができる。
本発明のウエハ載置装置において、前記給電ロッドは、一端を固定端、他端を自由端とし、前記固定端から前記自由端に向かって５０ｍｍの位置に加えた応力と該位置の歪みとの関係を求めたとき、前記歪み１ｍｍに対応する応力が５〜１０Ｎの範囲に入ることが好ましい。給電ロッドは、一端が電極に接続され、他端が固定用器具に固定される。給電ロッドの他端を固定用器具に固定する際には給電ロッドに負荷がかかるが、給電ロッドは上述した応力と歪みとの関係を有しているため、その負荷を自ら吸収することができる。したがって、給電ロッドと電極との接続部位に大きな負荷がかかることはない。なお、上述した応力と歪みとの関係は、例えば、給電ロッドを焼き鈍すことにより得ることができる。
本発明のウエハ載置装置は、前記電極にＡｕ−Ｎｉロウ接合層を介して接合されるか又は前記電極に一方の面が接合された耐熱性の応力緩和層の他方の面にＡｕ−Ｎｉロウ接合層を介して接合された接続端子を備え、前記セラミック基体は、ＡｌＮ製であり、前記電極及び前記接続端子は、Ｍｏ製又はＭｏ合金製であり、前記給電ロッドは、前記接続端子に締結されていてもよい。耐熱性の応力緩和層とは、耐熱温度が１０００℃以上の応力緩和層をいう。こうすれば、いずれの構成要素も耐熱温度が高いため、半導体製造プロセスの温度が高い場合であっても本発明のウエハ載置装置を使用することができる。なお、Ｍｏ製又はＭｏ合金製の接続端子の周囲に磁場が発生したとしても、接続端子は給電ロッドに比べて長さが短いためその影響は小さい。
ところで、接続端子を省略して直接、電極と給電ロッドあるいは応力緩和層と給電ロッドをＡｕ−Ｎｉロウ接合層で接合することも考えられる。しかし、Ａｕ−Ｎｉロウ接合層は、Ａｕ−Ｎｉロウ材を高温の接合温度（約１０００℃）で処理して形成されるものである。その際、Ｃｕ製の給電ロッドとＡｕ−Ｎｉロウ材との界面でＣｕとＡｕとが接することになるが、Ａｕ／Ｃｕ混合層は融点が低いため、Ａｕ−Ｎｉロウ材の接合温度で給電ロッドが溶ける懸念がある。そのため、そのような懸念のない材質で形成された接続端子を使用している。また、Ａｕを含まないロウ材で接合すれば、Ｃｕ製の給電ロッドを電極又は応力緩和層に接合することは可能かもしれない。しかし、そうしたロウ材は接合温度が低いことが多いため、ウエハ載置装置を高温で使用する際にロウ材が溶け出す懸念がある。そのため、そのような懸念のないＡｕ−Ｎｉロウ材を使用する。
接続端子を備えた本発明のウエハ載置装置において、前記給電ロッド及び前記接続端子は、一方が雄ネジ、他方が雌ネジを有しており、両方のネジを螺合することで締結されていてもよい。こうすれば、給電ロッドと接続端子との着脱を容易に行うことができる。
本実施形態のプラズマ処理装置１０の構成図。 図１の部分拡大図。 Ｃｕ製の給電ロッドに加えた応力と歪みとの関係を表すグラフ。 従来のウエハ載置装置の構成図。
本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１はプラズマ処理装置１０の構成図、図２は図１の部分拡大図である。
プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、処理容器１２と、シャワーヘッド２０と、ウエハ載置装置３０とを備えている。
処理容器１２は、アルミニウム合金等によりボックス状に形成された容器である。この処理容器１２は、底面の略中央に丸穴１４を有している。また。処理容器１２は、底面に排気管１６を有している。排気管１６は、図示しない圧力調整弁や真空ポンプ等を途中に備えており、処理容器１２の内部を所望の圧力に調整できるようになっている。処理容器１２の天井は、開口されている。
シャワーヘッド２０は、処理容器１２の天井の開口を塞ぐように取り付けられている。処理容器１２の天井の開口縁とシャワーヘッド２０との間には、絶縁部材２２が設けられている。シャワーヘッド２０で開口が塞がれた処理容器１２の内部は、気密が保たれるように構成されている。シャワーヘッド２０は、ガス導入管２４から導入されたガスを、多数のガス噴射孔２６からウエハ載置台３１に載置されたウエハＷに向かって噴射するようになっている。本実施形態では、シャワーヘッド２０には、図示しないプラズマ発生用の高周波電源が接続されている。そのため、シャワーヘッド２０は、プラズマ発生用の電極として機能する。
ウエハ載置装置３０は、ウエハ載置台３１と、中空シャフト３８とを備えている。
ウエハ載置台３１は、円板状のセラミック基体３２に静電電極３３及びヒータ電極３４が埋設されたものである。セラミック基体３２は、本実施形態ではＡｌＮセラミック製である。セラミック基体３２の一方の面は、ウエハＷを載置するためのウエハ載置面３２ａとなっている。
静電電極３３は、Ｍｏ製であり、ウエハ載置面３２ａとヒータ電極３４との間に埋設されている。静電電極３３は、セラミック基体３２のうちウエハ載置面３２ａとは反対側の面（裏面）から差し込まれた給電ロッド３５を介して静電チャック用の直流電源６０に接続されている。静電電極３３は、直流電源６０から電力が供給されると、ウエハＷを静電力によりウエハ載置面３２ａに吸着保持する。この静電電極３３は、プラズマ発生用の電極（シャワーヘッド２０と対をなす電極）として兼用されている。
ヒータ電極３４は、Ｍｏ製であり、円板状のセラミック基体３２の全体にわたって行き渡るように一筆書きの要領で一端３４ａから他端３４ｂまで配線されている。ヒータ電極３４の一端３４ａと他端３４ｂには、それぞれ給電ロッド３６，３７が接続されている。２つの給電ロッド３６，３７の間には、ヒータ電源６２が接続されている。ヒータ電極３４は、ヒータ電源６２から電力が供給されると、ウエハ載置面３２ａに吸着保持されているウエハＷを加熱する。
中空シャフト３８は、セラミック製であり、両端の開口の周囲にはフランジ３８ａ，３８ｂが設けられている。中空シャフト３８は、一端のフランジ３８ａを介してセラミック基体３２の裏面に固相接合により気密に接合されている。また、中空シャフト３８は、他端のフランジ３８ｂを介して処理容器１２の底面に設けられた丸穴１４の周囲に気密に取り付けられている。そのため、中空シャフト３８の内部と処理容器１２の内部とは、完全に遮断された状態となっている。中空シャフト３８のフランジ３８ｂの裏面には、ロッド固定器３９が取り付けられている。ロッド固定器３９は、貫通する給電ロッド３５，３６，３７を図示しないクランプ機構によって固定するものである。
次に、静電電極３３に給電ロッド３５を接続する構造やヒータ電極３４に給電ロッド３６，３７を接続する構造について説明する。これらの接続構造は共通のため、以下には、ヒータ電極３４の一端３４ａに給電ロッド３６を接続する構造について図２を用いて説明する。
セラミック基体３２の裏面には、ヒータ電極３４の一端３４ａに向かって凹んだ形状の凹部４０が形成されている。凹部４０の内周面には、ネジが設けられている。凹部４０の底面には、ヒータ電極３４の一端３４ａに接続された埋設端子４１の端面が露出している。埋設端子４１は、例えばヒータ電極３４と同じ材質、ここではＭｏで形成されている。凹部４０には、外周面にネジが設けられた金属製の円筒リング４２が螺合されている。円筒リング４２は、凹部４０の内周面を補強するものであり、本実施形態ではＮｉ製である。円筒リング４２の内側には、凹部４０の底面側から順に、応力緩和層４３と接続端子４４が配置されている。応力緩和層４３は、埋設端子４１と接続端子４４の間に発生する応力、具体的には、埋設端子４１と接続端子４４との熱膨張差に起因する応力、を緩和するための層である。本実施形態では、応力緩和層４３はコバール（ＦｅＮｉＣｏ系合金）製、接続端子４４はＭｏ製である。埋設端子４１と応力緩和層４３とはロウ接合層４５により接合され、応力緩和層４３と接続端子４４とはロウ接合層４６により接合されている。ロウ接合層４５，４６は、耐熱性を考慮してＡｕ−Ｎｉロウ材を用いて形成されている。本実施形態のウエハ載置装置３０の使用温度の上限は７００℃である。Ａｕ−Ｎｉ接合温度は約１０００℃であるため、ロウ接合層４５，４６は使用温度の上限まで耐え得る。接続端子４４は、応力緩和層４３に接合された端面とは反対側の端面に、雄ネジ４４ａを有している。この雄ネジ４４ａは、Ｃｕ製の給電ロッド３６の先端に設けられた雌ネジ３６ａに螺合される。給電ロッド３６は、螺合前の状態で、一端を固定端、他端（雌ネジ３６ａ側）を自由端とし、固定端から自由端に向かって５０ｍｍの位置に加えた応力と該位置の歪み（変位量）との関係を求めたとき、歪み１ｍｍに対応する応力が５〜１０Ｎの範囲に入るものである。
次に、ヒータ電極３４の一端３４ａに給電ロッド３６を接続する手順について説明する。まず、凹部４０の底面に露出した埋設端子４１の端面に、Ａｕ−Ｎｉロウ材、応力緩和層４３、Ａｕ−Ｎｉロウ材、接続端子４４をこの順に配置する。その状態でＡｕ−Ｎｉ接合温度（約１０００℃）まで加熱したあと降温することで、埋設端子４１と応力緩和層４３とがロウ接合層４５がより接合され、応力緩和層４３と接続端子４４とがロウ接合層４６により接合される。図２には円筒リング４２の内周と応力緩和層４３との間に隙間が空いているが、実際には、この隙間にも溶融したＡｕ−Ｎｉロウ材が流れ込んだあと固化してロウ接合層が形成される。このように接合温度が約１０００℃という高温のため、接続端子４４はそれに耐えうる材質（本実施形態ではＭｏ）で形成されている。
続いて、接続端子４４の雄ねじ４４ａに給電ロッド３６の雌ねじ３６ａをねじ込むのであるが、それに先立ち、給電ロッド３６にアニール処理を施す。図３は、直径４ｍｍのＣｕ製の給電ロッドにつき、一端を固定端、他端を自由端とし、固定端から自由端に向かって５０ｍｍの位置に加えた応力と該位置の歪みとの関係を表すグラフを、アニール処理ありとアニール処理なしで比較したものである。測定はそれぞれ２回ずつ行った。アニール処理は、真空雰囲気中、最高温度５００℃で１時間保持するという条件で行った。なお、このアニール処理は焼き鈍しと同義である。図３から明らかなように、歪み１ｍｍに対応する応力は、アニール処理なしの給電ロッドでは２５〜３０Ｎであったのに対し、アニール処理ありの給電ロッドでは、５〜１０Ｎ（より詳しくは６〜８Ｎ）であり、アニール処理なしのものに比べて柔軟性を有していた。このようなアニール処理ありの給電ロッド３６の雌ねじ３６ａを接続端子４４の雄ねじ４４ａに螺合する。
接続端子４４と一体化された給電ロッド３６は、図１に示すロッド固定器３９に内蔵されたクランプ機構によって固定される。給電ロッド３６がアニール処理なしの硬すぎる状態だと、ロッド固定器３９に給電ロッド３６を組み付ける際に給電ロッド３６にかかる負荷が接合部位（ロウ接合層）に直接及ぶため接合が外れることがある。これに対して、給電ロッド３６がアニール処理ありの柔軟な状態だと、ロッド固定器３９に給電ロッド３６を組み付ける際に給電ロッド３６に負荷がかかったとしても、その負荷を自らの柔軟性で吸収する。そのため、接合部位（ロウ接合層）に大きな負荷がかかることはなく、接合が外れてしまうことはない。
ところで、接続端子４４を省略して直接、応力緩和層４３とＣｕ製の給電ロッド（雌ネジのないもの）とをロウ接合層で接合することも考えられる。ロウ接合層は、Ａｕ−Ｎｉロウ材を高温の接合温度（約１０００℃）で処理して形成されるものである。その際、Ｃｕ製の給電ロッド３６とＡｕ−Ｎｉロウ材との界面でＣｕとＡｕとが接することになるが、Ａｕ／Ｃｕ混合層は融点が低いため、Ａｕ−Ｎｉロウ材の接合温度で給電ロッド３６が溶ける懸念がある。そのため、そのような懸念のない材質で形成された接続端子４４を応力緩和層４３と給電ロッド３６との間に介在させている。また、Ａｕ−Ｎｉロウ材ではなくＡｕを含まないロウ材で接合すれば、応力緩和層４３とＣｕ製の給電ロッド３６とを接合することは可能かもしれない。しかし、そうしたロウ材は接合温度が低いため、ウエハ載置装置３０を使用温度の上限付近で使用する際にロウ材が溶け出す懸念がある。そのため、そのような懸念のないＡｕ−Ｎｉロウ材を使用している。
以上説明した本実施形態のウエハ載置装置３０によれば、磁性材料ではないＣｕ製の給電ロッド３５〜３７を介して静電電極３３やヒータ電極３４へ電力を供給するため、Ｎｉ製の給電ロッドを使用する場合に比べて磁場が発生するのを抑制することができる。これにより、半導体製造プロセスにおいてウエハＷのうち給電ロッド３５〜３７の周囲だけプラズマ処理の結果が変わってしまうといった事態が起きるのを防ぐことができる。
また、Ｃｕ製の給電ロッド３５〜３７は、上述した応力と歪みとの関係を求めたとき、歪み１ｍｍに対応する応力が５〜１０Ｎの範囲に入るものであるため、給電ロッド３５〜３７の自由端側をロッド固定器３９に組み付ける際に給電ロッド３５〜３７に負荷がかかったとしても、その負荷を自らの柔軟性で吸収する。そのため、接合部位（ロウ接合層）に大きな負荷がかかることはなく、接合が外れてしまうことはない。
更に、ウエハ載置装置３０において、セラミック基体３２はＡｌＮ製、静電電極３３やヒータ電極３４はＭｏ製、応力緩和層４３はコバール製、接続端子４４はＭｏ製、給電ロッド３６はＣｕ製であり、いずれも耐熱温度は１０００℃以上である。また、ロウ接合層４５，４６も耐熱温度はこれらと同等である。したがって、半導体製造プロセスの温度が高い場合であっても、本実施形態のウエハ載置装置３０を使用することができる。
更にまた、給電ロッド３６と接続端子４４はネジを螺合して締結されているため、給電ロッド３６と接続端子４４との着脱を容易に行うことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、応力緩和層４３を設けたが、埋設端子４１と接続端子４４は共にＭｏ製であり両者間に熱膨張差に起因する応力が発生することはほとんどないため、応力緩和層４３を省略してもよい。つまり、埋設端子４１にロウ接合層４５を介して接続端子４４を接合してもよい。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、応力緩和層４３が磁性体である場合には、応力緩和層４３を省略することで磁場の発生を更に抑制することができる。
上述した実施形態では、セラミック基体３２はＡｌＮ製、静電電極３３やヒータ電極３４はＭｏ製、応力緩和層４３はコバール製、接続端子４４はＭｏ製、ロウ接合層４５，４６をＡｕ−Ｎｉロウ材製としたが、ほかの材料を採用してもよい。
上述した実施形態では、Ｍｏ製の接続端子４４を採用したが、接続端子４４の材質を非磁性体（例えば非磁性のステンレスなど）に変更してもよい。こうすれば、磁場の発生を更に抑制することができる。
上述した実施形態では、ヒータ電極３４として、円形のウエハ載置面全体を一繋がりの配線で引き回した１ゾーンのヒータ電極を例示したが、ウエハ載置面全体を複数のゾーンに区分けしてゾーンごとにヒータ電極を設けてもよい。その場合、ヒータ電極の数に応じて給電ロッドの数も増えることになるが、上述した実施形態と同様にして給電ロッドをヒータ電極に接続すればよい。
上述した実施形態では、接続端子４４と給電ロッド３６とをネジで螺合して締結したが、両者を圧着して締結してもよいし、一方を他方に圧入したりかしめたりすることにより締結してもよい。
１０ プラズマ処理装置、１２ 処理容器、１４ 丸穴、１６ 排気管、２０ シャワーヘッド、２２ 絶縁部材、２４ ガス導入管、２６ ガス噴射孔、３０ ウエハ載置装置、３１ ウエハ載置台、３２ セラミック基体、３２ａ ウエハ載置面、３３ 静電電極、３４ ヒータ電極、３４ａ 一端、３４ｂ 他端、３５ 給電ロッド、３６ 給電ロッド、３６ａ 雌ネジ、３７ 給電ロッド、３８ 中空シャフト、３８ａ，３８ｂ フランジ、３９ ロッド固定器、４０ 凹部、４１ 埋設端子、４２ 円筒リング、４３ 応力緩和層、４４ 接続端子、４４ａ 雄ネジ、４５，４６ ロウ接合層、６０ 直流電源、６２ ヒータ電源、１０２ セラミック基体、１０４ ヒータ電極、１０６ 埋設端子、１０８ 給電ロッド、１１０ 応力緩和層、１１２，１１４ ロウ接合層。

Claims (5)

  1. ウエハ載置面を有するセラミック基体と、
    前記セラミック基体に埋設された静電電極、ヒータ電極及び高周波電極のうち少なくとも１つの電極と、
    前記セラミック基体のウエハ載置面とは反対側の面から前記電極に電気的に接続されたＣｕ製の給電ロッドと、
    を備えたウエハ載置装置。
  2. 前記給電ロッドは、一端を固定端、他端を自由端とし、前記固定端から前記自由端に向かって５０ｍｍの位置に加えた応力と該位置の歪みとの関係を求めたとき、前記歪み１ｍｍに対応する応力が５〜１０Ｎの範囲に入る、
    請求項１に記載のウエハ載置装置。
  3. 前記給電ロッドは、焼き鈍したものである、
    請求項１又は２に記載のウエハ載置装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハ載置装置であって、
    前記電極にＡｕ−Ｎｉロウ接合層を介して接合されるか又は前記電極に一方の面が接合された耐熱性の応力緩和層の他方の面にＡｕ−Ｎｉロウ接合層を介して接合された接続端子
    を備え、
    前記セラミック基体は、ＡｌＮ製であり、
    前記電極及び前記接続端子は、Ｍｏ製又はＭｏ合金製であり、
    前記給電ロッドは、前記接続端子に締結されている、
    ウエハ載置装置。
  5. 前記給電ロッド及び前記接続端子は、一方が雄ネジ、他方が雌ネジを有しており、両方のネジを螺合することで締結されている、
    請求項４に記載のウエハ載置装置。
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