JP5702964B2 - アース電極の接点及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置に設けられるアース電極の接点及びその製造方法に関する。
従来より、半導体製造装置のエッチング工程や薄膜形成工程において、ヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体には、熱伝導率が高く、軽量かつコスト面にも優れるアルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウム系金属ともいう）が多く使用されている。ヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体は、基板上にプラズマ処理により薄膜を形成したり、エッチングを行う際の電極としての機能も有する。このようなヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体は、グラウンドに設置されることによってアース電極として機能する（例えば、特許文献１参照）。
ヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体を形成するアルミニウム系金属には、表面に酸化被膜が形成され易いという特性がある。そのため、ヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体が空気中に晒されると、表面酸化被膜により、接点間の接触抵抗が大きくなってしまうという問題が生じている。この問題を解決するため、ヒータ機能付基板保持体や冷却機能付基板保持体の接点部分には、接触抵抗の上昇を抑制するニッケルや銅系金属がメッキにより被覆されている。
しかしながら、溝状に形成された接点の場合、その溝の内部にのみメッキ被膜を形成することになるため、被膜形成用のマスキングを設けるのが非常に煩雑であるという問題を有していた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接触抵抗の上昇を抑制するために溝底部に設ける導電層を、簡易な手法により形成することができる、半導体製造装置におけるアース電極の接点及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアース電極の接点は、反応室内で上下に対向して設置される電極間に高周波電圧を印加して前記反応室内のガスのプラズマを発生させることにより、処理対象の半導体基板に対して所定の処理を行う半導体製造装置に設けられる、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されたアース電極の接点であって、前記アース電極が前記半導体基板と接する面または前記基板と対向する面と反対側の面に溝状をなして形成され、前記溝の底部に、固相状態のニッケル又はニッケル合金粉体を、加熱した圧縮ガスにより固相状態のままで吹き付けることにより形成された導電層を備えることを特徴とする。
また、本発明のアース電極の接点は、上記発明において、前記アース電極は、冷却機能を備え、前記半導体基板を載置する下部電極であることを特徴とする。
また、本発明のアース電極の接点は、上記発明において、前記アース電極は、ヒータ機能を備え、前記半導体基板を載置する下部電極であることを特徴とする。
また、本発明のアース電極の接点は、上記発明において、前記アース電極は、反応ガス供給機能を備える上部電極であることを特徴とする。
また、本発明のアース電極の接点は、上記発明において、前記接点は、周回して閉じた形状をなすことを特徴とする。
また、本発明のアース電極の接点の製造方法は、反応室内で上下に対向して設置される電極間に高周波電圧を印加して前記反応室内のガスのプラズマを発生させることにより、処理対象の半導体基板に対して所定の処理を行う半導体製造装置に設けられる、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されたアース電極の接点の製造方法であって、前記アース電極の前記半導体基板と接する面または前記基板と対向する面と反対側の面に、接点用の溝を形成する溝形成ステップと、前記溝の底部に、固相状態のニッケル又はニッケル合金粉体を、加熱した圧縮ガスにより固相状態のままで吹き付けることにより導電層を形成する導電層形成ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、アルミニウム系金属によって形成されたアース電極の接点の溝底部に、ニッケルまたはニッケル合金の粉体を固相状態のまま吹き付けて導電層を形成することにより、接点における表面酸化膜の形成を抑制するとともに、接触抵抗の上昇を抑制することが可能となる。
以下に、本発明にかかるアース電極の接点及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施の形態に係るアース電極の接点が形成された冷却機能付基板支持体２を使用する半導体製造装置１００を示す模式図である。
半導体製造装置１００は、ウェハ３等の半導体基板にエッチング等の処理を行う反応室１を備える。反応室１には、ウェハ３を載置し、エッチング時の基板の温度を調整する冷却板としての機能を有する冷却機能付基板支持体２と、反応ガスライン９を介し反応室１内に反応ガスを供給するガスシャワープレート７と、が設置されている。冷却機能付基板支持体２とガスシャワープレート７とは、反応室１内に対向して設置される。冷却機能付基板支持体２は、接続部４および接続部４から配線される接続線１０を介して接地される。ガスシャワープレート７は高周波電源８と接続されている。
以上の構成を有する半導体製造装置１００においては、ガスシャワープレート７から反応ガスを反応室１内に供給し、高周波電源８から上部電極として機能するガスシャワープレート７に高周波電力を供給することにより、反応室１内に供給された反応ガスをプラズマ化し、ウェハ３の表面をエッチングする。冷却機能付基板支持体２は接地されることにより、アース電極としての機能を有する。冷却機能付基板支持体２は、温度調整された冷媒を冷媒供給ライン５から導入し、ウェハ３の温度調整後の冷媒を冷媒排出ライン６から排出することにより、ウェハ３を所定温度に冷却する。
次に、図２〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係るアース電極の接点１２について説明する。図２は、本発明の一実施の形態に係るアース電極の接点１２が形成された冷却機能付基板支持体２の断面図である。図３は、図２に示す冷却機能付基板支持体２の底面図である。図４は、図２に示すアース電極の接点１２の一部拡大図である。
冷却機能付基板支持体２は、ウェハ３の冷却を効率よく行うために、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。冷媒供給ライン５から供給された冷媒は、冷却機能付基板支持体２内に渦巻き状に形成された冷媒用溝１１内を送液される間にウェハ３を冷却し、冷媒排出ライン６から排出される。
冷却機能付基板支持体２のウェハ３と接する面と反対側の面、すなわち、冷却機能付基板支持体２の底面にアース用の接点１２が溝状に形成される。接点１２は、図３に示すように、冷却機能付基板支持体２の底面を周回して閉じた形状をなすように設けられる。接点１２の溝内の底部には、図４に示すように、導電層１５がコールドスプレー法により形成される。コールドスプレー法による導電層１５の形成については、後に詳細に説明する。
導電層１５は、接続部４と金属導体１３を介して接続される。金属導体１３は、帯状をなす金属を螺旋状に巻き上げた形状、または編み上げた形状をなし、巻き上げられた金属導体または編み上げられた金属導体１３の断面の径は、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成される。金属導体１３を接点１２内に配設し、ボルト１４等により接続部４を冷却機能付基板支持体２に固定することにより、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成された金属導体１３は、接続部４を介して接点１２の導電層１５側に押圧される。導電層１５と接続部４とが金属導体１３を介して接続されることにより、冷却機能付基板支持体２に印加された電圧が、接続部４および接続線１０を介して接地される。導電層１５は、接点１２と金属導体１３との接触抵抗の上昇を防止するために形成され、たとえば、ニッケル又はニッケル合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、タングステン等の金属が使用可能である。本発明の一実施の形態のアース電極の接点の電気伝導層１５を形成する金属としては、ニッケル又はニッケル合金が好適に使用される。
続いて、図５を参照して、コールドスプレー法による導電層１５を備えた接点１２の形成について説明する。図５は、コールドスプレー法を用いた溶射装置５０の構成を示す模式図である。
まず、冷却機能付基板支持体２のウェハ３と接する面と反対側の底面に、接点１２用の溝を切削等により形成する。その後、前記溝の底部に、電気伝導層１５を形成する固相状態のニッケル又はニッケル合金粉体を、加熱した圧縮ガスにより固相状態のままで吹き付ける、いわゆるコールドスプレー法により導電層１５を形成する。
コールドスプレー法により導電層１５を形成する溶射装置５０は、図５に示すように、圧縮ガスを加熱するガス加熱器４０と、被溶射物である冷却機能付基板支持体２に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン４４に供給する粉末供給装置４１と、スプレーガン４４で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル４５とを備えている。
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ４２および４３により、ガス加熱器４０と粉末供給装置４１にそれぞれ供給される。ガス加熱器４０に供給された圧縮ガスは、例えば５０〜７００℃に加熱された後、スプレーガン４４に供給される。より好ましくは、基材上に噴射される溶射材料粉末の上限温度を金属材料の融点以下に留めるように圧縮ガスを加熱する。粉末材料の加熱温度を金属材料の融点以下に留めることにより、金属材料の酸化を抑制でき、接触抵抗の上昇も抑制することが可能となる。粉末供給装置４１に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置４１内の、例えば、粒径が１０〜１００μｍ程度の材料粉末をスプレーガン４４に所定の吐出量となるように供給する。加熱された圧縮ガスは先細末広形状のガスノズル４５により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。スプレーガン４５に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。コールドスプレー法によれば、導電層１５の形成を短時間に、かつメッキ法に比べて非常に簡易に行うことができ、またコールドスプレーを行う時間を調整することにより、層の厚さも容易に変更することができる。なお、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、本発明の一実施の形態に係る接点１２の製造に使用可能であり、図５の溶射装置５０に限定されるものではない。
なお、本発明の一実施の形態において、冷却機能付基板支持体２の底面を周回して閉じた形状にするように設けられた接点１２について説明したが、これに限定されるものではなく、冷却機能付基板支持体２の底面に、１又は２以上の円形状または楕円形状の凹部を形成し、凹部内に金属導体１３との接触抵抗を低減する導電層１５を備える接点１２としてもよい。また、本発明の一実施の形態においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されたアース電極として機能する冷却機能付基板支持体２における接点１２について説明したが、接点１２と金属導体１３との接触抵抗を低減できる導電層１５を有するものであれば、ステンレスまたは、チタン等の金属から形成される冷却機能付基板支持体２においても適用することができる。
以上のようにして形成した導電層１５を備えた接点１２は、メッキ法に比べて非常に簡易に製造できるだけでなく、金属導体１３との接触抵抗の上昇を抑制して、速やかに接地を行うことが可能となる。
また、本発明の一実施の形態に係る接点１２は、アース電極として機能するガスシャワープレートにも適用可能である。以下、図６および図７を参照して、アース電極の接点が形成されたガスシャワープレートについて説明する。図６は、本発明の一実施の形態に係る接点１２が形成されたガスシャワープレート７Ａを使用する半導体製造装置１００Ａを示す模式図である。図７は、本発明の一実施の形態に係る接点１２が形成されたガスシャワープレート７Ａの断面図である。
半導体製造装置１００Ａは、ウェハ３等の半導体基板にエッチング等の処理を行う反応室１を備える。反応室１には、ウェハ３を載置し、エッチング時の基板の温度を調整する冷却板としての機能を有する冷却機能付基板支持体２Ａと、反応ガスライン９を介し反応室１内に反応ガスを供給するガスシャワープレート７Ａと、が設置されている。冷却機能付基板支持体２Ａとガスシャワープレート７Ａとは、反応室１内に対向して設置される。冷却機能付基板支持体２Ａは、高周波電源８と接続される。ガスシャワープレート７Ａは接続部４Ａおよび接続部４Ａから配線される接続線１０を介して接地されている。
以上の構成を有する半導体製造装置１００Ａにおいては、ガスシャワープレート７Ａから反応ガスを反応室１内に供給し、高周波電源８から下部電極として機能する冷却機能付基板支持体２Ａに高周波電力を供給することにより、反応室１内に供給された反応ガスをプラズマ化し、ウェハ３の表面をエッチングする。ガスシャワープレート７Ａは接地されることにより、アース電極としての機能を有する。冷却機能付基板支持体２Ａは、温度調整された冷媒を冷媒供給ライン５から導入し、ウェハ３の温度調整後の冷媒を冷媒排出ライン６から排出することにより、ウェハ３を所定温度に冷却する。
ガスシャワープレート７Ａは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。図７に示すように、反応ガスライン９から供給された反応ガスは、ガスシャワープレート７Ａ内に渦巻き状に形成された反応ガス供給溝１６内を循環する間に、ガス供給孔１７から反応室１内に供給される。
ガスシャワープレート７Ａのウェハ３と対向する面と反対側の面、すなわち、ガスシャワープレート７Ａの上面にアース用の接点１２が溝状に形成される。接点１２は、ガスシャワープレート７Ａの上面を周回して閉じた形状となすように設けられる。接点１２の溝内の底部には、上述した冷却機能付基板支持体２に形成される接点１２と同様に、導電層１５がコールドスプレー法により形成される。
導電層１５は、接続部４Ａと金属導体１３を介して接続される。金属導体１３は、帯状をなす金属を螺旋状に巻き上げた形状、または編み上げた形状をなし、巻き上げられた金属導体または編み上げられた金属導体の断面の径は、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成される。金属導体１３を接点１２内に配設し、ボルト１４等により接続部４Ａをガスシャワープレート７Ａに固定することにより、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成された金属導体１３は、接続部４Ａを介して接点１２の導電層１５側に押圧される。導電層１５と接続部４Ａとが金属導体１３を介して接続されることにより、ガスシャワープレート７Ａに印加された電圧が、接続部４Ａおよび接続線１０を介して接地される。導電層１５は、接点１２と金属導体１３との接触抵抗の上昇を防止するために形成され、たとえば、ニッケル又はニッケル合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、タングステン等の金属が使用可能であり、ニッケル又はニッケル合金が好適に使用される。
さらに、本発明の一実施の形態に係る接点１２は、アース電極として機能するヒータ機能付基板支持体にも適用可能である。以下、図８〜図１０を参照して、アース電極の接点１２が形成されたヒータ機能付基板支持体２５について説明する。図８は、本発明の一実施の形態に係る接点１２が形成されたヒータ機能付基板支持体２５を使用する半導体製造装置１００Ｂを示す模式図である。図９は、本発明の一実施の形態に係る接点１２が形成されたヒータ機能付基板支持体２５の断面図である。図１０は、図９に示すヒータ機能付基板支持体２５の底面図である。
図８に示すように、半導体製造装置１００Ｂは、ウェハ３等の半導体基板にプラズマＣＶＤ等の処理を行う反応室１を備える。反応室１には、ウェハ３を載置し、薄膜形成時の基板の温度を調整するヒータとしての機能を有するヒータ機能付基板支持体２５と、反応ガスライン９を介し反応室１内に反応ガスを供給するガスシャワープレート７と、が設置されている。ヒータ機能付基板支持体２５とガスシャワープレート７とは、反応室１内に対向して設置される。ヒータ機能付基板支持体２５は、接続部４Ｂおよび接続部４Ｂから配線される接続線１０を介して接地される。ガスシャワープレート７は高周波電源８と接続されている。
以上の構成を有する半導体製造装置１００Ｂにおいては、ガスシャワープレート７から反応ガスを反応室１内に供給し、高周波電源８から上部電極として機能するガスシャワープレート７に高周波電力を供給することにより、反応室１内に供給された反応ガスをプラズマ化し、ウェハ３の表面に薄膜を形成する。ヒータ機能付基板支持体２５は接地されることにより、アース電極としての機能を有する。ヒータ機能付基板支持体２５は、ヒータプレート２０内に配線されるシースヒータに電力を供給する外部電源２２と接続される。
図９に示すように、ヒータ機能付基板支持体２５は、ウェハ３を載置し、ウェハ３の温度を調整するヒータプレート２０と、ヒータプレート２０を支持する中空円柱状のシャフト２１と、からなる。ヒータプレート２０およびシャフト２１は、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。ヒータプレート２０内に渦巻き状に配設されたシースヒータ２３は、外部電源２２からシャフト２１内の開口部２４を介して電力が供給される。
ヒータプレート２０のウェハ３と接する面と反対側の面、すなわち、ヒータプレート２０の底面にシャフト２１が接続され、シャフト２１の底面部にアース用の接点１２が溝状に形成される。図１０に示すように、接点１２は、シャフト２１の底面を周回して閉じた形状をなすように設けられる。接点１２の溝内の底部には、上述した冷却機能付基板支持体２に形成される接点１２と同様に、導電層１５がコールドスプレー法により形成される。
導電層１５は、接続部４Ｂと金属導体１３を介して接続される。金属導体１３は、帯状をなす金属を螺旋状に巻き上げた形状、または編み上げた形状をなし、巻き上げられた金属導体または編み上げられた金属導体の断面の径は、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成される。金属導体１３を接点１２内に配設し、ボルト１４等により接続部４Ｂをシャフト２１に固定することにより、接点１２の溝の深さより僅かに大きく形成された金属導体１３は、接続部４Ｂを介して接点１２の導電層１５側に押圧される。導電層１５と接続部４Ｂとが金属導体１３を介して接続されることにより、ヒータプレート２０およびシャフト２１（ヒータ機能付基板支持体２５）に印加された電圧が、接続部４Ｂおよび接続線１０を介して接地される。導電層１５は、接点１２と金属導体１３との接触抵抗の上昇を防止するために形成され、たとえば、ニッケル又はニッケル合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金、金又は金合金、タングステン等の金属が使用可能であり、ニッケル又はニッケル合金が好適に使用される。
さらに、また、本発明の一実施の形態にかかる接点１２の変形例１として、図１１および図１２に示す接点１２が例示される。図１１は、本発明の一実施の形態の変形例１に係るアース電極の接点１２Ａの構造を示す断面図である。図１２は、本発明の一実施の形態の変形例２に係るアース電極の接点１２Ｂの構造を示す断面図である。
本発明の一実施の形態にかかる接点１２の断面形状は、図３に示すように矩形状であるのに対し、図１１に示す変形例１に係る接点１２Ａは半円状の断面形状であり、図１２に示す変形例２に係る接点１２Ｂはあり溝状の断面形状を有している。冷却機能付基板支持体２の底面部に、半円状またはあり溝状の断面形状の溝を切削により形成した後、上述したコールドスプレー法により、ニッケル又はニッケル合金からなる導電層１５Ａおよび１５Ｂを形成することにより、本発明の一実施の形態にかかる接点１２と同様に、簡易に、かつ金属導体１３との接触抵抗の上昇を抑制しうる接点１２Ａおよび１２Ｂを形成することができる。半円状の断面形状を有する接点１２Ａは、金属導体１３との接触面積を大きくすることができるので好ましい。
本発明は、半導体製造装置のプラズマ処理工程において、アルミニウム又はアルミニウム合金により形成された、アース電極としての機能を有する基板支持体やガスシャワープレートの接点及びその製造方法において利用可能である。
１ 反応室
２、２Ａ 冷却機能付基板支持体
３ ウェハ
４、４Ａ、４Ｂ 接続部
５ 冷媒供給ライン
６ 冷媒排出ライン
７、７Ａ ガスシャワープレート
８ 高周波電源
９ 反応ガスライン
１０ 接続線
１１ 冷媒用溝
１２、１２Ａ、１２Ｂ 接点
１３ 金属導体
１４ ボルト
１５、１５Ａ、１５Ｂ 導電層
１６ 反応ガス供給溝
１７ ガス供給孔
２０ ヒータプレート
２１ シャフト
２３ シースヒータ
２４ 開口部
２５ ヒータ機能付基板支持体
４０ ガス加熱器
４１ 粉末供給装置
４２、４３ バルブ
４４ スプレーガン
４５ ガスノズル
５０ 溶射装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ 半導体製造装置
２、２Ａ 冷却機能付基板支持体
３ ウェハ
４、４Ａ、４Ｂ 接続部
５ 冷媒供給ライン
６ 冷媒排出ライン
７、７Ａ ガスシャワープレート
８ 高周波電源
９ 反応ガスライン
１０ 接続線
１１ 冷媒用溝
１２、１２Ａ、１２Ｂ 接点
１３ 金属導体
１４ ボルト
１５、１５Ａ、１５Ｂ 導電層
１６ 反応ガス供給溝
１７ ガス供給孔
２０ ヒータプレート
２１ シャフト
２３ シースヒータ
２４ 開口部
２５ ヒータ機能付基板支持体
４０ ガス加熱器
４１ 粉末供給装置
４２、４３ バルブ
４４ スプレーガン
４５ ガスノズル
５０ 溶射装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ 半導体製造装置
Claims (6)
- 反応室内で上下に対向して設置される電極間に高周波電圧を印加して前記反応室内のガスのプラズマを発生させることにより、処理対象の半導体基板に対して所定の処理を行う半導体製造装置に設けられる、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されたアース電極の接点であって、
前記アース電極の前記半導体基板と接する面と反対側の面、または前記半導体基板と対向する面と反対側の面に溝が形成され、前記溝の底部に、固相状態のニッケル又はニッケル合金粉体を、加熱した圧縮ガスにより固相状態のままで吹き付けることにより形成された導電層を備えることを特徴とするアース電極の接点。 - 前記アース電極は、冷却機能を備え、前記半導体基板を載置する下部電極であることを特徴とする請求項１に記載のアース電極の接点。
- 前記アース電極は、ヒータ機能を備え、前記半導体基板を載置する下部電極であることを特徴とする請求項１に記載のアース電極の接点。
- 前記アース電極は、反応ガス供給機能を備える上部電極であることを特徴とする請求項１に記載のアース電極の接点。
- 前記接点は、周回して閉じた形状をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のアース電極の接点。
- 反応室内で上下に対向して設置される電極間に高周波電圧を印加して前記反応室内のガスのプラズマを発生させることにより、処理対象の半導体基板に対して所定の処理を行う半導体製造装置に設けられる、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されたアース電極の接点の製造方法であって、
前記アース電極の前記半導体基板と接する面と反対側の面、または前記半導体基板と対向する面と反対側の面に、接点用の溝を形成する溝形成ステップと、
前記溝の底部に、固相状態のニッケル又はニッケル合金粉体を、加熱した圧縮ガスにより固相状態のままで吹き付けることにより導電層を形成する導電層形成ステップと、
を含むことを特徴とするアース電極の接点の製造方法。
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