JP3154930U - Ceramic parts with built-in electrodes - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハーの面内でのエッチングレートのバラツキを抑えることができる電極内蔵セラミックス部品を提供する。【解決手段】電極内蔵セラミックス部品10は、セラミックス基体12に円盤電極14とリング電極16とが同軸となるように厚さ方向に離間して内蔵されている。また、給電端子18は、円盤電極14の中心と接するように配置されている。外周タブレット20は、円盤電極14のうちリング電極16に対向する面に円盤電極14の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置されている。メッキ層24は、裏面12aからリング電極16を貫通して外周タブレット20に達する座繰り孔22の内部に形成され、底面が外周タブレット20と接し、側面がリング電極16に接している。プラグ26は、セラミックス基体12と同じ材質であり、メッキ層24の形成された座繰り孔22を塞いでいる。【選択図】図1An electrode-embedded ceramic part capable of suppressing variations in etching rate within a wafer surface is provided. A ceramic component with a built-in electrode 10 is built in a ceramic substrate 12 with a disc electrode 14 and a ring electrode 16 spaced apart in the thickness direction so as to be coaxial. The power supply terminal 18 is arranged so as to be in contact with the center of the disk electrode 14. The outer peripheral tablet 20 is arranged at equal intervals on the circumference of a predetermined radius from the center of the disc electrode 14 on the surface of the disc electrode 14 facing the ring electrode 16. The plated layer 24 is formed inside the counterbore 22 that penetrates the ring electrode 16 from the back surface 12 a and reaches the outer peripheral tablet 20, and has a bottom surface in contact with the outer peripheral tablet 20 and a side surface in contact with the ring electrode 16. The plug 26 is made of the same material as the ceramic base 12 and closes the countersink hole 22 in which the plating layer 24 is formed. [Selection] Figure 1
Description
本考案は、電極内蔵セラミックス部品に関する。 The present invention relates to a ceramic component with a built-in electrode.
従来より、セラミックヒータや静電チャック、サセプタ(プラズマ発生用の電極を内蔵したもの)などに用いられる電極内蔵セラミックス部品が知られている。例えば特許文献1には、こうした電極内蔵セラミックス部品として、図7に示すように、セラミックス基体212に、円盤電極214とリング電極216とが同軸で厚さ方向に離間して内蔵され、両電極214,216がタングステン製又はモリブデン製のバネ224を介して導通されたものが開示されている(図7参照)。このようにリング電極216を設けることにより、プラズマを発生させる領域が広くなるため、ウエハーWの外周縁のところのプラズマ発生密度を高めることができる。この電極内蔵セラミックス部品は、第1セラミックス成形体の表面に円盤電極214を設け、その円盤電極214の上に複数のバネ224を配置すると共に、セラミックス粉末でバネ224を埋設したあと加圧成形する。その後、リング電極216をバネ224のうち円盤電極214と接している端部とは反対側の端部と接触した状態となるように配置すると共に、セラミックス粉末でリング電極216を埋設したあと加圧成形して積層体とする。その後、この積層体を焼成することにより、電極内蔵セラミックス部品を得る。なお、図7では、電圧を印加する給電端子218がリング電極216の2箇所に取り付けられている。
Conventionally, ceramic parts with a built-in electrode used for ceramic heaters, electrostatic chucks, susceptors (with built-in electrodes for generating plasma), and the like are known. For example, in Patent Document 1, as such a ceramic part with a built-in electrode, as shown in FIG. 7, a
しかしながら、特許文献1の電極内蔵セラミックス部品では、円盤電極214の中心から所定半径の円周上に等間隔でバネ224を配置しようとしても、バネ224をセラミックス粉末で埋設する際にバネ224が移動することがあった。移動によって、一部のバネ224が円盤電極214もしくはリング電極216と接触しない状態が生じたり、バネ224が円盤電極214の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置されていない不具合が起こり、プラズマを発生させたときに電極内蔵セラミックス部品に載置されたウエハーの同一半径の円周上でエッチングレートがばらついてしまい、ウエハーからチップを切り出すときにチップの歩留まりが悪くなることがあった。
However, in the ceramic part with built-in electrode disclosed in Patent Document 1, even if the
本考案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、ウエハーの面内でのエッチングレートのバラツキを抑えることができる電極内蔵セラミックス部品を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a ceramic component with a built-in electrode that can suppress variations in the etching rate within the wafer surface.
本考案の電極内蔵セラミックス部品は、
セラミックス基体に円盤電極とリング電極とが同軸となるように厚さ方向に離間して内蔵され、プラズマ処理を施すウエハーを載置するウエハー載置面が前記円盤電極に近接して設けられている電極内蔵セラミックス部品であって、
前記セラミックス基体のうち前記ウエハー載置面とは反対側の面の中心から前記円盤電極の中心に接するように設けられた給電端子と、
前記円盤電極のうち前記リング電極に対向する面に前記円盤電極の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置された導電性のタブレットと、
前記セラミックス基体のうち前記ウエハー載置面とは反対側の面から前記リング電極を貫通して前記タブレットに達する座繰り孔と、
前記座繰り孔の内部に形成され、底面が前記タブレットと接し、側面が前記リング電極に接する有底筒状のメッキ層と、
前記セラミックス基体と同じ材質であり、前記メッキ層の形成された前記座繰り孔を塞ぐプラグと、
を備えたものである。
The ceramic part with built-in electrode of the present invention is
A disc electrode and a ring electrode are incorporated in a ceramic base so as to be coaxial with each other in a thickness direction, and a wafer placement surface on which a wafer to be subjected to plasma treatment is placed is provided close to the disc electrode. A ceramic part with a built-in electrode,
A power supply terminal provided so as to be in contact with the center of the disk electrode from the center of the surface of the ceramic substrate opposite to the wafer mounting surface;
Conductive tablets arranged at equal intervals on the circumference of a predetermined radius from the center of the disk electrode on the surface of the disk electrode facing the ring electrode;
A countersink hole reaching the tablet through the ring electrode from the surface opposite to the wafer mounting surface of the ceramic substrate;
A bottomed cylindrical plating layer that is formed inside the counterbore, has a bottom surface in contact with the tablet, and a side surface in contact with the ring electrode;
A plug made of the same material as the ceramic base, plugging the countersink hole in which the plating layer is formed;
It is equipped with.
本考案の電極内蔵セラミックス部品では、円盤電極とリング電極との電気的な接続は、円盤電極に配置された導電性のタブレットと、底面がこのタブレットと接し側面がリング電極に接する有底筒状のメッキ層とによって確保されている。ここで、タブレットは、円盤電極の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置されているため、給電端子に電圧を印加したときに、給電端子を中心とする同心円上でのインピーダンスの分布が回転対称を持つようになる。その結果、高周波電圧で生成されるプラズマは均一な同心円状の分布を示し、ウエハーの面内でのエッチングレートのバラツキを抑えることができる。また、座繰り孔を塞ぐプラグはセラミックス基体と同じ材質なため、電極内蔵セラミックス部品のうちタブレットやメッキ層の周辺は他の部分と熱伝導性が大きく変わらず、温度ムラが発生するのを抑えることができる。更に、タブレットのない場合に比べて、タブレットの厚み分だけ座繰り孔の深さが浅くなるため、セラミックス基体のうち座繰り孔の直上部分の強度を維持することができる。更にまた、円盤電極とリング電極との電気的な接続を有底筒状のメッキ層で確保するため、この接続を金属ピンで確保する場合に比べて、金属とセラミックスとの熱膨張差に起因する剥離やクラックが発生するのを防止することができる。 In the ceramic part with built-in electrode of the present invention, the electrical connection between the disk electrode and the ring electrode is made of a conductive tablet arranged on the disk electrode and a bottomed cylindrical shape whose bottom surface is in contact with this tablet and whose side surface is in contact with the ring electrode. And secured by the plating layer. Here, since the tablets are arranged at equal intervals on the circumference of a predetermined radius from the center of the disk electrode, when a voltage is applied to the power supply terminal, the impedance distribution on the concentric circle centering on the power supply terminal Will have rotational symmetry. As a result, the plasma generated with the high-frequency voltage exhibits a uniform concentric distribution, and variations in the etching rate within the wafer surface can be suppressed. In addition, the plug that closes the countersink hole is made of the same material as the ceramic base, so the thermal conductivity of the surrounding parts of the tablet and plated layer in the built-in electrode ceramic parts is not significantly different from that of other parts, and temperature irregularities are prevented from occurring. be able to. Furthermore, since the depth of the countersink hole becomes shallower by the thickness of the tablet than in the case where there is no tablet, the strength of the portion directly above the countersink hole in the ceramic substrate can be maintained. Furthermore, since the electrical connection between the disc electrode and the ring electrode is ensured by a bottomed cylindrical plating layer, this connection is caused by the difference in thermal expansion between the metal and the ceramic compared to the case where the connection is secured by a metal pin. It is possible to prevent the occurrence of peeling and cracks.
本考案の電極内蔵セラミックス部品において、前記メッキ層は、Niメッキ層であることが好ましい。NiメッキはCuメッキなどに比べて酸化に強いので、長期にわたって安定して円盤電極とリング電極との電気的な接続を確保することができる。 In the electrode-embedded ceramic part of the present invention, the plating layer is preferably a Ni plating layer. Since Ni plating is more resistant to oxidation than Cu plating or the like, electrical connection between the disk electrode and the ring electrode can be secured stably over a long period of time.
本考案の電極内蔵セラミックス部品において、前記メッキ層は、内表面にカーボン薄膜が形成されていることが好ましい。こうすれば、ハイパワーの高周波電流を流すことができる。特に、メッキ層としてNiメッキ層を採用し、その内表面にカーボン薄膜が形成されていることが好ましい。なお、カーボン薄膜以外に銀薄膜を採用することも考えられるが、銀は高電圧電界下で銀イオン(Ag+)を生成し、この銀イオンの絶縁物界面や表面における移動度が非常に高いので、長期間の使用で銀イオンの移動によるマイグレーションを引き起こすことから好ましくない。逆に、カーボン薄膜はこのような問題を引き起こさないため長期的な信頼性が高い。また、メッキ層の代わりにカーボン薄膜を採用することも考えられるが、カーボン薄膜の形成工程でカーボンペーストを乾燥硬化する際に大きく収縮するため、座繰り孔から部分的に剥離したりクラックが入ったりしやすく、特に側面とリング電極との接続が不安定になりやすいため、円盤電極とリング電極との電気的な接続を確実に確保することが難しいことから好ましくない。このため、電気的な接続をメッキ層で確保しつつ、カーボン薄膜でハイパワーの高周波電流を流せるようにするのが好ましい。 In the electrode-embedded ceramic part of the present invention, it is preferable that a carbon thin film is formed on the inner surface of the plating layer. In this way, a high-power high-frequency current can flow. In particular, it is preferable that a Ni plating layer is adopted as the plating layer and a carbon thin film is formed on the inner surface thereof. Although it is possible to adopt a silver thin film in addition to the carbon thin film, silver generates silver ions (Ag + ) under a high voltage electric field, and the mobility of these silver ions at the insulator interface and surface is very high. Therefore, it is not preferable because long-term use causes migration due to movement of silver ions. On the contrary, the carbon thin film does not cause such a problem, and thus has a long-term reliability. In addition, it is conceivable to use a carbon thin film instead of the plating layer. However, since the carbon paste shrinks greatly when the carbon paste is dried and cured in the carbon thin film formation process, it partially peels from the counterbore or cracks. In particular, since the connection between the side surface and the ring electrode is likely to be unstable, it is not preferable because it is difficult to ensure the electrical connection between the disk electrode and the ring electrode. For this reason, it is preferable to allow a high-power high-frequency current to flow through the carbon thin film while ensuring electrical connection with the plated layer.
本考案の電極内蔵セラミックス部品において、前記セラミックス基体がアルミナで形成されている場合、前記円盤電極及び前記リング電極はWCとアルミナとの混合焼結体又はNbCとアルミナとの混合焼結体で形成され、前記タブレットはPt粉末,Nb粉末及びNbC粉末からなる群より選ばれた少なくとも1種の粉末とアルミナ粉末との混合焼結体又はWC粉末とアルミナ粉末との混合焼結体で形成されていることが好ましい。円盤電極及びリング電極がWCとアルミナとの混合焼結体又はNbCとアルミナとの混合焼結体で形成されている場合、WCやNbCは焼結時にアルミナと反応し難く、各電極の周囲のアルミナに拡散しないためアルミナの抵抗を高いまま維持することができる。特に、静電チャックとして使用する際にアルミナの抵抗を高く維持することは重要である。また、アルミナとの混合物とすることで、各電極の熱膨張係数がアルミナに近づき、セラミックス基体と各電極との接合強度が向上するため、この点でも好ましい。 In the electrode-embedded ceramic component of the present invention, when the ceramic substrate is formed of alumina, the disk electrode and the ring electrode are formed of a mixed sintered body of WC and alumina or a mixed sintered body of NbC and alumina. The tablet is formed of a mixed sintered body of at least one powder selected from the group consisting of Pt powder, Nb powder and NbC powder and alumina powder or a mixed sintered body of WC powder and alumina powder. Preferably it is. When the disk electrode and the ring electrode are formed of a mixed sintered body of WC and alumina or a mixed sintered body of NbC and alumina, WC and NbC hardly react with alumina at the time of sintering. Since it does not diffuse into alumina, the resistance of alumina can be kept high. In particular, it is important to keep the resistance of alumina high when used as an electrostatic chuck. Further, by using a mixture with alumina, the thermal expansion coefficient of each electrode approaches that of alumina, and the bonding strength between the ceramic substrate and each electrode is improved.
本考案の電極内蔵セラミックス部品において、前記セラミックス基体が窒化アルミニウムで形成されている場合、前記円盤電極及び前記リング電極はMoメッシュで形成され、前記タブレットはMoで形成されていることが好ましい。円盤電極及びリング電極はWCと窒化アルミニウムとの混合焼結体又はNbCと窒化アルミニウムとの混合焼結体で形成されていてもよいが、Moメッシュで形成されている方がMoメッシュの体積抵抗率が低いため好ましい。また、タブレットはMoで形成されていることがMoの体積抵抗率が低いため好ましい。 In the electrode-embedded ceramic component of the present invention, when the ceramic substrate is formed of aluminum nitride, the disk electrode and the ring electrode are preferably formed of Mo mesh, and the tablet is preferably formed of Mo. The disc electrode and the ring electrode may be formed of a mixed sintered body of WC and aluminum nitride or a mixed sintered body of NbC and aluminum nitride. This is preferable because the rate is low. Moreover, since the tablet is formed with Mo, since the volume resistivity of Mo is low, it is preferable.
本明細書では、電極内蔵セラミックス部品の製造方法も開示している。すなわち、(a)まず、円盤状のセラミックス焼結体の上に、タブレットが配置された円形状の円盤電極を形成する。このとき、タブレットは、円盤電極の中心から所定半径の円周上に等間隔に配置する。(b)また、別途、円盤状のセラミックス焼結体の上に、リング電極を形成する。(c)そして、両方のセラミックス焼結体をセラミックス粉末又はセラミックス成形体を介して積層する。このとき、円盤電極とリング電極とが同軸に且つ向かい合うようにして積層し、積層体とする。(d)次に、この積層体をホットプレス法により焼成し、円盤電極とリング電極とが同軸となるように厚さ方向に離間して内蔵されたセラミックス基体を得る。(e)次に、セラミックス基体のうちリング電極側の面からリング電極を貫通してタブレットに達する座繰り孔を穿設する。(f)次に、その座繰り孔の内部に有底筒状のメッキ層を、底面がタブレットと接し、側面がリング電極に接するように形成する。(g)そのメッキ層が形成された座繰り孔を、セラミックス焼結体と同じ材質のプラグによって塞ぐ。こうして、本考案の電極内蔵セラミックス部品を得る。この製造方法によれば、座繰り孔を穿設する際、タブレットによって円盤電極が切削されるのを防止することができる。また、特許文献1のように円盤電極にバネを配置する場合に比べて、円盤電極とリング電極とを確実に同軸に配置することができる。 In the present specification, a method for manufacturing an electrode-embedded ceramic part is also disclosed. That is, (a) First, a circular disk electrode in which a tablet is arranged is formed on a disk-shaped ceramic sintered body. At this time, the tablets are arranged at equal intervals on the circumference of a predetermined radius from the center of the disk electrode. (B) Separately, a ring electrode is formed on a disk-shaped ceramic sintered body. (C) Then, both ceramic sintered bodies are laminated via a ceramic powder or a ceramic molded body. At this time, the disk electrode and the ring electrode are stacked so as to be coaxial and face each other to form a stacked body. (D) Next, this laminated body is fired by a hot press method to obtain a ceramic substrate that is built up in the thickness direction so that the disk electrode and the ring electrode are coaxial. (E) Next, a countersink hole that penetrates the ring electrode from the surface on the ring electrode side of the ceramic substrate and reaches the tablet is formed. (F) Next, a bottomed cylindrical plating layer is formed inside the counterbore so that the bottom surface is in contact with the tablet and the side surface is in contact with the ring electrode. (G) The countersink hole in which the plating layer is formed is closed with a plug made of the same material as the ceramic sintered body. Thus, the electrode-embedded ceramic part of the present invention is obtained. According to this manufacturing method, it is possible to prevent the disk electrode from being cut by the tablet when the counterbore hole is drilled. Moreover, compared with the case where a spring is arrange | positioned at a disk electrode like patent document 1, a disk electrode and a ring electrode can be arrange | positioned coaxially reliably.
次に、本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本考案の電極内蔵セラミックス部品10の説明図であり、(a)は平面図、(b)はA−A断面図である。図2は図1(b)の円内部分の拡大図、図3は図2のB−B断面図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a
電極内蔵セラミックス部品10は、ウエハー載置面12aが形成されたセラミックス基体12と、このセラミックス基体12に内蔵された円盤電極14及びリング電極16と、ウエハー載置面12aの反対側の面(裏面)12bから円盤電極14の中心に達するように形成された給電端子18と、円盤電極14の外周に沿って複数形成された外周タブレット20と、ウエハー載置面12aの反対側の面12bから各外周タブレット20に通じる座繰り孔22と、座繰り孔22の内部に形成されたメッキ層24と、座繰り孔22を塞ぐプラグ26とを備えている。
The
セラミックス基体12は、円盤電極14に近接して設けられたウエハー載置面12aにプラズマ処理が施されるウエハーW(図1(b)参照)を載置可能である。このセラミックス基体12のうち、ウエハー載置面12aと円盤電極14との間の部分がウエハーWを吸着する際の誘電体層として機能する。また、セラミックス基体12は、小径部12cと大径部12dとが連なった段付き円盤であり、例えばアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックスにより形成されている。
The
円盤電極14は、円盤状に形成されたものであり、セラミックス基体12のうち小径部12cに内蔵されている。この円盤電極14には、図示しないが、必要な箇所に小孔が開けられている。電極内蔵セラミックス部品10には、これらの小孔に連通し厚さ方向に貫通する貫通孔がいくつか設けられるが、これらの貫通孔は、ウエハーWを昇降するリフトピンを挿通するために利用されたり、ウエハーWを冷却する冷却ガス(例えばHeガス)を導入するために利用されたりする。
The
リング電極16は、リング状に形成されたものであり、セラミックス基体12のうち大径部12dに内蔵されている。セラミックス基体12と円盤電極14とリング電極16とは同軸となるように形成され、円盤電極14とリング電極16とは厚さ方向に離間している。このリング電極16の外径は円盤電極14の直径より大きく、リング電極16の内径(突起16aを除いた内周の径)は円盤電極14の直径とほぼ等しい。また、リング電極16は、内周に沿って等間隔にn個(nは3以上の整数)の突起16aを有している(図5参照)。この突起16aは、例えば、半円形に形成されている。
The
給電端子18は、セラミックス基体12の裏面12bから円盤電極14の中心に中央タブレット19を介して電気的に接続されている。この給電端子18は、図示しない棒状の導電部材を差し込むための差込口18aを有している。
The
外周タブレット20は、導電性を持つ小円柱体であり、円盤電極14のうちリング電極16に対向する面に円盤電極14の中心から所定半径の円周上に等間隔でn個配置されている。ここで、所定半径は、リング電極16の突起16aの中心を結んだ円の半径と一致するように、つまり突起16aのPCD(ピッチ・サークル・ダイアミタ)と一致するように設定されている。この外周タブレット20は、リング電極16に形成された突起16aと対向している(図2及び図3参照)。このため、外周タブレット20の個数は、リング電極16の突起16aの個数と一致している。ここで、n個は、8個以上であることが好ましい。こうすれば、給電端子18に印加された高周波電圧が放射状に均等に広がりやすくなり、給電端子18を中心とする同心円上でのインピーダンスの分布が回転対称を持つようになり、同心円分布の均質なプラズマが立ちやすいからである。なお、リング電極16に突起16aを形成しない場合には、リング電極16の内径を円盤電極14の直径より小さくすることにより、平面視したときに円盤電極14とリング電極16とが重なる領域を持つようにし、その領域に外周タブレット20が配置されるように所定半径を設定してもよい。但し、円盤電極14とリング電極16とが重なる領域が大きくなると、その領域でプラズマが不安定になることがあるため、本実施形態のようにリング電極16に突起16aを設けその突起16aのみが円盤電極14と重なるようにするのが好ましい。
The outer
座繰り孔22は、セラミックス基体12の裏面12bからリング電極16の突起16aを貫通して外周タブレット20に達するように設けられている。
The counter bore 22 is provided so as to penetrate the
メッキ層24は、有底筒状(コップ状)となるように座繰り孔22の内部に形成され、底面が外周タブレット20と接し、側面がリング電極16の突起16aに接している(図2及び図3参照)。このメッキ層24は、Niメッキ層であることが好ましい。Niメッキ層は、耐酸化性に優れ、長期にわたって安定して円盤電極14とリング電極16との電気的な接続を確保することができるからである。また、メッキ層24は、内表面にカーボン薄膜が形成されていることが好ましい。内表面にカーボン薄膜を形成すると、ハイパワーの高周波電流を流すことができるからである。
The plated
プラグ26は、セラミックス基体12と同じ材質で形成した円柱体であり、メッキ層24が形成された座繰り孔22を塞いでいる。このプラグ26は、先端部分が有底筒状のメッキ層24の内周面と密着し、基端部分が座繰り孔22の内周面と密着している。このプラグ26は、接着剤により座繰り孔22内に固定されている。なお、プラグ26の先端部分の外周面とメッキ層24の内周面との間やプラグ26の基端部分の外周面と座繰り孔22の内周面との間に隙間があり、その隙間が接着剤で充填されている構造としてもよい。
The
ここで、セラミックス基体12がアルミナで形成されている場合、円盤電極14及びリング電極16はWCとアルミナとの混合焼結体又はNbCとアルミナとの混合焼結体で形成され、外周タブレット20はPt粉末,Nb粉末及びNbC粉末からなる群より選ばれた少なくとも1種の粉末とアルミナ粉末との混合焼結体又はWC粉末とアルミナ粉末との混合焼結体で形成されていることが好ましい。円盤電極14及びリング電極16がWCとアルミナとの混合焼結体又はNbCとアルミナとの混合焼結体で形成されている場合、WCやNbCは焼結時にアルミナと反応し難く、各電極14,16の周囲のアルミナに拡散しないためアルミナの抵抗を高いまま維持することができる。特に、静電チャックとして使用する際にアルミナの抵抗を高く維持することは重要である。また、アルミナとの混合物とすることで、各電極14,16の熱膨張係数がアルミナに近づき、セラミックス基体12と各電極14,16との接合強度が向上するため、この点でも好ましい。
Here, when the
一方、セラミックス基体12が窒化アルミニウムで形成されている場合、円盤電極14及びリング電極16はMoメッシュで形成され、外周タブレット20もMoで形成されていることが好ましい。円盤電極及びリング電極はWCと窒化アルミニウムとの混合焼結体又はNbCと窒化アルミニウムとの混合焼結体で形成されていてもよいが、Moメッシュで形成されている方がMoメッシュの体積抵抗率が低いため好ましい。また、タブレットはMoで形成されていることがMoの体積抵抗率が低いため好ましい。
On the other hand, when the
次に、本実施形態の電極内蔵セラミックス部品10の使用例について説明する。この電極内蔵セラミックス部品10のウエハー載置面12aにウエハーWを載置し、給電端子18を介して円盤電極14及びリング電極16に直流高電圧を印加することにより静電気的な力を発生させ、それによってウエハーWをウエハー載置面12aに吸着する。この状態で、ウエハーWにプラズマCVD成膜を施したりプラズマエッチングを施したりする。具体的には、図示しない真空チャンバー内で給電端子18を介して円盤電極14及びリング電極16に高周波電圧を印加し、真空チャンバー内の上方に設置された対向水平電極と電極内蔵セラミックス部品10に埋設された電極14,16とからなる平行平板電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハーWにCVD成膜を施したりエッチングを施したりする。なお、電極内蔵セラミックス部品10の外周段差部分には、図示しないフォーカスリング(保護リングともいう)が載置される。フォーカスリングは石英、アルミナ、金属シリコン等で形成されており、その表面がウエハー載置面12aと同じ高さになるように設計されている。こうしたフォーカスリングを外周段差部分に載置することにより、プラズマがセラミックス基体12の段差面に直接接触するのを防止するため、その段差面が保護される。また、フォーカスリングは、使用に伴ってプラズマにより劣化するが、その場合には新しいものに交換する。なお、フォーカスリングは外周段差部分に載置してもよいが、場合によっては載置しなくてもよい。
Next, the usage example of the electrode built-in
以上詳述した本実施形態の電極内蔵セラミックス部品10によれば、外周タブレット20は、円盤電極14の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置されているため、給電端子18に電圧を印加したときに給電端子18を中心とする同心円上でのインピーダンスの分布が回転対称を持つようになる。その結果、高周波電圧で生成されるプラズマは均一な同心円状の分布を示し、ウエハーの面内でのエッチングレートのバラツキを抑えることができる。また、座繰り孔22を塞ぐプラグ26はセラミックス基体12と同じ材質なため、電極内蔵セラミックス部品10のうち外周タブレット20やメッキ層24の周辺は他の部分と熱伝導性が大きく変わらず、温度ムラが発生するのを抑えることができる。更に、外周タブレット20のない場合に比べて、外周タブレット20の厚み分だけ座繰り孔22の深さが浅くなるため、セラミックス基体12のうち座繰り孔22の直上部分の強度を維持することができる。更にまた、円盤電極14とリング電極16との電気的な接続を有底筒状のメッキ層24で確保するため、この接続を金属ピンで確保する場合に比べて、金属とセラミックスとの熱膨張差に起因する剥離やクラックが発生するのを防止することができる。
According to the electrode-embedded
なお、本考案は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本考案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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
[実施例1]
実施例1につき、図4〜図6を用いて説明する。図4は、円盤電極14を形成したアルミナ焼結体121の説明図で、(a)は平面図、(b)はC−C断面図である。図5は、リング電極16を形成したアルミナ焼結体122の説明図で、(a)は平面図、(b)はD−D断面図である。図6は、電極内蔵セラミックス部品10を組み立てるときの組立工程図である。
[Example 1]
Example 1 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B are explanatory views of the alumina sintered
まず、純度99.5%のアルミナ粉末を焼成後密度99.5%以上とし、研削して、外径350mm、厚さ4mmの円盤状のアルミナ焼結体121を得た。次に、このアルミナ焼結体121の上に、WC粉末83wt%とアルミナ粉末17wt%との混合粉末をテルピネオールに混ぜたペーストを用いて、スクリーン印刷法で円盤電極14となる円盤導電層を形成した。円盤導電層は直径297mmの円であり、必要な箇所に小孔を開けた。なお、小孔の部分には、後に、ウエハー昇降用のピンやガスを導入するための貫通孔が設けられる。次に、この円盤導電層を乾燥し、窒素1気圧中600℃で2時間加熱してテルピネオールを分解消失せしめて円盤電極14とした。次に、円盤電極14のPCD292mmの円周上を8箇所に等間隔に分割した位置に、直径3mm、厚み1mmのWC50wt%とアルミナ50wt%との混合焼結体からなる外周タブレット20を配置して糊で接着した。また、円盤電極14の中心に、同様の混合焼結体からなる中央タブレット19を配置して糊で接着した。このようにして円盤電極14の上に中央タブレット19及び外周タブレット20を形成したアルミナ焼結体121(図4参照)を得た。図4のアルミナ焼結体121を金型内に設置し、円盤電極14を形成した面の上に純度99%以上のアルミナ粉末を充填し、3mmの厚みとし、一軸加圧成形を行った。このようにして、アルミナ焼結体121にアルミナ成形体130を積層した第1中間体101(図6参照)を得た。
First, alumina powder with a purity of 99.5% was fired to a density of 99.5% or higher and ground to obtain a disc-shaped alumina sintered
次に、別途、外径350mm、厚さ4mmの円盤状のアルミナ焼結体122を用意し、これに円盤導電層と同じ印刷ペーストにより、リング電極16となるリング導電層を形成した。リング導電層は、内径296mm、外径334mmの平板リングで、その内周の45°毎に合計8個の半径内方向へ突出した突起を有するものとした。このリング導電層に円盤導電層と同様の加熱処理を施してリング電極16とし、第2中間体102(図5参照)を得た。リング電極16の突起16aは、円の直径が8mmの略半円形であり、突起16aの半円の中心点を結ぶPCDは292mmであり、第1中間体101の外周タブレット20の配置位置に対応するようにした。
Next, a disc-shaped alumina sintered
次に、第1中間体101のアルミナ成形体130に第2中間体102のリング電極16が接するように、且つ、円盤電極14上に設置された外周タブレット20の位置とリング電極16の突起16aの位置が一致するように積層した(図6(a)参照)。具体的には、第1中間体101には外周タブレット20の位置がわかるように予め外周面に印を付けておき、第2中間体102にはリング電極16の突起16aの位置がわかるように予め外周面に印を付けおき、それぞれの印が一致するように積層した。そして、積層した両中間体101,102をホットプレス炉の黒鉛ダイの中に設置し、窒素1.02気圧中、温度1550℃、一軸加圧圧力200kg/cm2のホットプレス法により2時間加熱焼成した。このようにして、円盤電極14とリング電極16とを埋設したアルミナ製のセラミックス基体12を得た(図6(b)参照)。
Next, the
そのセラミックス基体12を研削加工し、ウエハー載置面12aの直径が299mm、外周段差部の高さが2mm、外周段差部の外径が338mm、全厚が5.5mmとなるようにした(図6(c)参照)。このとき、円盤電極14はウエハー載置面12aから0.4mmの深さに位置し、リング電極16は段差表面から0.4mmの深さに位置した。ちなみにウエハー載置面12aの径は、これに載置するウエハーWの径300mmよりも小さい。
The
次に、セラミックス基体12の裏面12bの中心から厚さ方向に、円盤電極14の中央タブレット19に達するまで直径5mmの座繰り孔21を開けた。また、リング電極16の突起16aのPCD292mmの8箇所に相当する位置に、裏面12bから直径2mmで深さ4.2mmの座繰り孔22を、埋設されたリング電極16の突起16aを貫通し、円盤電極14上に設置された外周タブレット20に座繰り孔22の底が達するように穿設した(図6(d)参照)。なお、座繰り孔21,22を穿設する位置は、X線透過写真撮影により予め確認した。
Next, countersink holes 21 having a diameter of 5 mm were formed in the thickness direction from the center of the
次に、外周タブレット20の表面(すなわち座繰り孔22の底面)から2mmの高さまで厚み4μmのNiメッキを施した。まず、前処理として、セラミックス基体12の裏面12bを上にして、その裏面12bから2.2mmの位置まで塩化スズ溶液を座繰り孔22内に注入して2〜3分保持し、排出した。次にPt溶液を同量入れて、2〜3分後に排出した。さらにセラミックス基体12の全体を70℃まで加熱し、70℃で無電解Niメッキ溶液を座繰り孔22に注入し10分保持したのち、メッキ溶液を排出し、座繰り孔内を水で洗浄乾燥し、座繰り孔22内に有底筒状のメッキ層24を形成した(図6(e)参照)。このメッキ層24は、底面が外周タブレット20に接すると共に側面がリング電極16の突起16aに接していた。ここで、塩化スズ溶液は奥野製薬工業株式会社製のセンシタイザー(商品名)、Pt溶液は同会社製のアクチベーター(商品名)、Niメッキ溶液は同会社製のトップケミアロイ(商品名)を用いた。
Next, Ni plating with a thickness of 4 μm was applied from the surface of the outer peripheral tablet 20 (that is, the bottom surface of the counterbore 22) to a height of 2 mm. First, as a pretreatment, the
次に、セラミックス基体12の中央に開けた座繰り孔21にTiからなる外部接続用の給電端子18をInロウ接合した。Inロウ接合の温度は200℃であった。そして、最後に、座繰り孔22に直径1.8mm、長さ4.1mmの円柱状のアルミナ製のプラグ26をシリコーン接着剤を表面に塗布して挿入し、接着剤を硬化させて座繰り孔22を気密良く封孔した。以上のようにして電極内蔵セラミックス部品10を完成した(図6(f)参照)。
Next, an external connection
[実施例2]
座繰り孔22のメッキ層24の内表面にカーボン薄膜を形成した以外は、実施例1と同様にして電極内蔵セラミックス部品10を作製した。具体的には、座繰り孔22にNiメッキを施してメッキ層24を形成したのち、そのメッキ層24の内表面に導電性カーボンペーストを塗布し、120℃に加熱乾燥させ、厚さ0.1〜0.2mmとした。座繰り孔22に挿入したプラグ26は、座繰り孔22の底に近い2.5mmの長さの部分の径を1.5mmに研削して細くしたものを使用した。
[Example 2]
A
[実施例3]
純度99.5%の窒化アルミニウム粉末を金型に充填してプレス成形し、外径350mm、厚さ5mmの窒化アルミニウム成形体を得た。次に、Moからなるメッシュシート(金属細線を編みこんで金網状にした素材)から直径297mmの円盤電極14を切り出した。円盤電極14のうち実施例1と同じくPCD292mmの円周上の等間隔な8箇所に外周タブレット20を糊で接着すると共に、中心位置(外部接続端子が接続される)に中央タブレット19を糊で接着した。各タブレット19,20は、直径3mm、厚み1mmのMoからなるものを用いた。
[Example 3]
An aluminum nitride powder having a purity of 99.5% was filled in a mold and press-molded to obtain an aluminum nitride molded body having an outer diameter of 350 mm and a thickness of 5 mm. Next, a
窒化アルミニウム成形体の上に、円盤電極14を、その中心が成形体の中心と重なるように且つタブレット19,20を上側にして置いた。その上からさらに窒化アルミニウム粉体を充填した後、プレス成形を行った。
On the aluminum nitride molded body, the
一方、リング電極16として、Moメッシュシートから内径296mm、外径334mmの平板リングを、その内周に45°毎に合計8個の半径内方向へ突出した突起16aを有するように切り出した。突起16aは円の直径が8mmの半円形であり、突起16aの半円の中心点を結ぶPCDは292mmとした。
On the other hand, as the
そして、先ほどプレス成形して得た成形体の上に、リング電極16を載置し、さらにリング電極16を載置した成形体の上に窒化アルミニウムの粉末を載せ、金型内で一軸プレスすることにより円盤電極14とリング電極16とを埋設した成形体を作製した。その成形体を窒素1.02気圧、温度1750℃、圧力200kg/cm2の条件でホットプレス焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。
Then, the
この窒化アルミニウム焼結体に実施例1と同様の寸法となるように研削加工を施した。ただし、円盤電極14はウエハー載置面から1.0mmの深さに位置し、リング電極16は段差表面から1.0mmの深さに位置させた。次に、実施例1と同様に円盤電極14とリング電極16とを接続するために、座繰り孔21,22やメッキ層24を形成し、プラグ26で座繰り孔22を塞いだ。ただし、座繰り孔22は、深さを3.6mmとした。また、座繰り孔22に挿入したプラグ26は窒化アルミニウムの棒とした。更に、給電端子18は、Ni製とした。それら以外は実施例1と同じ方法により、電極内蔵セラミックス部品10を作製した。
This aluminum nitride sintered body was ground so as to have the same dimensions as in Example 1. However, the
[実施例4]
座繰り孔22のメッキ層24の内表面にカーボン薄膜を形成した以外は、実施例3と同様にして電極内蔵セラミックス部品10を作製した。具体的なカーボン薄膜の形成方法は、実施例2と同様であるため、ここでは説明を省略する。
[Example 4]
An electrode built-in
[比較例1]
図7の電極内蔵セラミックス部品を窒化アルミニウムで作製した。作製方法は実施例3と同様であるが、Moタブレットの代わりに短冊状のMoメッシュを折りたたんで作製したバネを使用した。その後の窒化アルミニウム粉を充填する際には、充填した粉をならす際に粉の表面にバネの先端が出るように注意した。作製した電極内蔵セラミックス部品の外形寸法は実施例3と同じである。ただし、給電端子は電極内蔵セラミックス部品の中央ではなく、リング電極の2箇所に座繰り孔を穿設して接続した。
[Comparative Example 1]
The electrode built-in ceramic part of FIG. 7 was made of aluminum nitride. The production method is the same as in Example 3, but a spring produced by folding a strip-shaped Mo mesh in place of the Mo tablet was used. When filling the aluminum nitride powder thereafter, care was taken that the tip of the spring appeared on the surface of the powder when leveling the filled powder. The external dimensions of the produced electrode-embedded ceramic part are the same as in Example 3. However, the power supply terminal was not formed at the center of the ceramic part with a built-in electrode, but was formed by drilling countersink holes at two locations of the ring electrode.
[評価]
作製した各電極内蔵セラミックス部品を直径338mmのAl製の冷却盤にシリコーン接合シートを用いて接合し、評価用の半導体プロセスチャンバーに設置した。そして、ウエハー載置面に測温用ウエハーを設置した。測温用ウエハーは面内の28点の温度を測定し、ワイヤレスでデータを外部の受信機に送信することができる。次に、チャンバー内を減圧してAr置換し、70Paの雰囲気とした。
[Evaluation]
Each of the produced electrode-containing ceramic parts was joined to an Al cooling board having a diameter of 338 mm using a silicone joining sheet and placed in a semiconductor process chamber for evaluation. And the wafer for temperature measurement was installed in the wafer mounting surface. The temperature measuring wafer can measure the temperature of 28 points in the surface and transmit data to an external receiver wirelessly. Next, the inside of the chamber was decompressed and replaced with Ar, and the atmosphere was set to 70 Pa.
冷却盤には20℃の冷媒を流しながら、給電端子に直流の吸着電圧V(V)を印加し、ウエハーを吸着させた。その後、高周波電圧を同給電端子に印加し、チャンバー内上方に設置された対向平板電極と電極内蔵セラミックス部品の埋設電極(円盤電極とリング電極)とからなる平行平板電極間にプラズマを発生させた。高周波電圧を2分間印加し、印加を止めた直後の測温用ウエハーの温度分布を測定した。温度分布全体の最大値と最小値との差△T、径の異なる同心円上における最大値と最小値との差△Txxx(xxxは測定
地点の円の直径(単位mm))を評価した結果を表1に示す。なお、ここで温度分布を測定しているのは、温度分布とエッチングレートとの間に強い相関があり、プラズマからの入熱に分布があれば、温度分布がつくためであり、結果として、どれほど均一なプラズマを発生させているかがわかるためである。
A DC adsorption voltage V (V) was applied to the power supply terminal while a 20 ° C. refrigerant was passed through the cooling board to adsorb the wafer. After that, a high frequency voltage was applied to the power supply terminal, and plasma was generated between the parallel plate electrodes composed of the opposed plate electrode installed in the upper part of the chamber and the embedded electrode (disk electrode and ring electrode) of the ceramic component with built-in electrode. . A high frequency voltage was applied for 2 minutes, and the temperature distribution of the temperature measuring wafer immediately after the application was stopped was measured. The difference ΔT between the maximum value and the minimum value of the entire temperature distribution, and the difference ΔTxxx between the maximum value and the minimum value on concentric circles with different diameters (xxx is the diameter (unit: mm) of the circle at the measurement point) Table 1 shows. The temperature distribution is measured here because there is a strong correlation between the temperature distribution and the etching rate, and if there is a distribution in the heat input from the plasma, the temperature distribution is obtained. This is because it can be seen how uniform plasma is generated.
実施例1,2はクーロンタイプの静電チャックとして機能するので、印加する吸着電圧Vを高くする必要がある。一方、実施例3,4及び比較例1はジョンソン・ラーベックタイプの静電チャックとして機能するので、印加する吸着電圧は比較的に小さくてよい。表1から明らかなように、実施例1〜4では、静電チャックがクーロンタイプかジョンソン・ラーベックタイプかに係わらず、温度分布△Tが小さく、均一なプラズマを発生できて
いることがわかる。特に、同心円上の△Tが小さく、プラズマに偏りがないことがわかる
。一方、比較例1は温度分布が悪く、プラズマが回転対称を持つように発生していない。これは給電端子が中心にないためと、円盤電極とリング電極とを接続するバネの位置にばらつきや導通不良が存在するためと考えられる。
Since Examples 1 and 2 function as a Coulomb type electrostatic chuck, it is necessary to increase the applied adsorption voltage V. On the other hand, since Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 function as a Johnson-Rahbek type electrostatic chuck, the applied adsorption voltage may be relatively small. As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 4, the temperature distribution ΔT is small and uniform plasma can be generated regardless of whether the electrostatic chuck is a Coulomb type or a Johnson-Rahbek type. . In particular, ΔT on the concentric circles is small and it can be seen that there is no bias in the plasma. On the other hand, in Comparative Example 1, the temperature distribution is poor and the plasma is not generated so as to have rotational symmetry. This is presumably because the power feeding terminal is not at the center, and there are variations in the position of the spring connecting the disk electrode and the ring electrode and poor conduction.
次に、印加する高周波電力を増やして、同様に温度分布測定を行った。高周波電力が高いときでも、Niメッキの上にカーボンペーストを塗布した実施例2および実施例4の温度分布はほとんど悪化していない。これは、円盤電極とリング電極との接続部分の抵抗が十分低いため、リング電極にも十分に高周波電力が伝わり、リング電極上のプラズマが安定して発生し、円盤電極上のプラズマに近いプラズマ密度になるためと考えられる。 Next, the high frequency power to be applied was increased, and the temperature distribution measurement was performed in the same manner. Even when the high frequency power is high, the temperature distributions of Examples 2 and 4 in which the carbon paste is applied on the Ni plating are hardly deteriorated. This is because the resistance at the connection between the disk electrode and the ring electrode is sufficiently low, so that the high frequency power is sufficiently transmitted to the ring electrode, and the plasma on the ring electrode is stably generated, and the plasma is close to the plasma on the disk electrode. This is thought to be due to the density.
10 電極内蔵セラミックス部品、12 セラミックス基体、12a ウエハー載置面、12b 裏面、12c 小径部、12d 大径部、14 円盤電極、16 リング電極、16a 突起、18 給電端子、18a 差込口、19 中央タブレット、20 外周タブレット、21 座繰り孔、22 座繰り孔、24 メッキ層、26 プラグ、101 第1中間体、102 第2中間体、121 アルミナ焼結体、122 アルミナ焼結体、130 アルミナ成形体、212 セラミックス基体、214 円盤電極、216 リング電極、224 バネ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記セラミックス基体のうち前記ウエハー載置面とは反対側の面の中心から前記円盤電極の中心に接するように設けられた給電端子と、
前記円盤電極のうち前記リング電極に対向する面に前記円盤電極の中心から所定半径の円周上に等間隔で配置された導電性のタブレットと、
前記セラミックス基体のうち前記ウエハー載置面とは反対側の面から前記リング電極を貫通して前記タブレットに達する座繰り孔と、
前記座繰り孔の内部に形成され、底面が前記タブレットと接し、側面が前記リング電極に接する有底筒状のメッキ層と、
前記セラミックス基体と同じ材質であり、前記メッキ層の形成された前記座繰り孔を塞ぐプラグと、
を備えた電極内蔵セラミックス部品。 A disc electrode and a ring electrode are incorporated in a ceramic base so as to be coaxial with each other in a thickness direction, and a wafer placement surface on which a wafer to be subjected to plasma treatment is placed is provided close to the disc electrode. A ceramic part with a built-in electrode,
A power supply terminal provided so as to be in contact with the center of the disk electrode from the center of the surface of the ceramic substrate opposite to the wafer mounting surface;
Conductive tablets arranged at equal intervals on the circumference of a predetermined radius from the center of the disk electrode on the surface of the disk electrode facing the ring electrode;
A countersink hole reaching the tablet through the ring electrode from the surface opposite to the wafer mounting surface of the ceramic substrate;
A bottomed cylindrical plating layer that is formed inside the counterbore, has a bottom surface in contact with the tablet, and a side surface in contact with the ring electrode;
A plug made of the same material as the ceramic base, plugging the countersink hole in which the plating layer is formed;
Ceramic parts with built-in electrodes.
請求項1に記載の電極内蔵セラミックス部品。 The plating layer is a Ni plating layer.
The ceramic part with a built-in electrode according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電極内蔵セラミックス部品。 The plating layer has a carbon thin film formed on the inner surface.
The ceramic part with a built-in electrode according to claim 1 or 2.
前記円盤電極及び前記リング電極はWCとアルミナとの混合焼結体又はNbCとアルミナとの混合焼結体で形成され、
前記タブレットはPt粉末,Nb粉末及びNbC粉末からなる群より選ばれた少なくとも1種の粉末とアルミナ粉末との混合焼結体又はWC粉末とアルミナ粉末との混合焼結体で形成されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極内蔵セラミックス部品。 The ceramic substrate is formed of alumina;
The disk electrode and the ring electrode are formed of a mixed sintered body of WC and alumina or a mixed sintered body of NbC and alumina,
The tablet is formed of a mixed sintered body of at least one powder selected from the group consisting of Pt powder, Nb powder and NbC powder and alumina powder or a mixed sintered body of WC powder and alumina powder.
The ceramic part with a built-in electrode according to any one of claims 1 to 3.
前記円盤電極及び前記リング電極はMoメッシュで形成され、
前記タブレットはMoで形成されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極内蔵セラミックス部品。 The ceramic substrate is formed of aluminum nitride;
The disk electrode and the ring electrode are formed of Mo mesh,
The tablet is made of Mo,
The ceramic part with a built-in electrode according to any one of claims 1 to 3.
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