JP5896595B2 - Two-layer RF structure wafer holder - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハにプラズマCVD、減圧CVD、メタルCVDなどの処理を行うための半導体製造装置に用いられるウエハ保持体に関し、特に、互いに異なる深さに円形状RF電極と円環状RF電極とが埋設されている2層RF構造のウエハ保持体する。 The present invention relates to a wafer holder used in a semiconductor manufacturing apparatus for performing processing such as plasma CVD, reduced pressure CVD, and metal CVD on a semiconductor wafer, and in particular, a circular RF electrode and an annular RF electrode at different depths. A wafer holder having a two-layer RF structure embedded therein.
半導体素子の製造工程では、被処理物である半導体ウエハに対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体ウエハに対する処理を行う半導体製造装置では、半導体ウエハを保持するためのウエハ保持体が用いられている。ウエハ保持体には、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いたものが実用化されており、その内部もしくは表面に、RF(高周波)電極や静電チャック用電極、あるいは抵抗発熱体回路などの導電体が形成されている。 In the manufacturing process of a semiconductor element, various processes such as a film forming process and an etching process are performed on a semiconductor wafer which is an object to be processed. In a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing on such a semiconductor wafer, a wafer holder for holding the semiconductor wafer is used. Wafer holders that use ceramics such as aluminum nitride have been put into practical use, and there are conductors such as RF (high frequency) electrodes, electrostatic chuck electrodes, or resistance heating element circuits inside or on the surface. Is formed.
たとえば特許文献1には、均熱性を向上させる目的で複数ゾーンに分割された抵抗発熱体回路と、該抵抗発熱体回路とは異なる深さに埋設された導体回路とを備えたウエハ保持体が示されている。この導体回路は、バイアホールを介して抵抗発熱体に電気的に接続しており、且つウエハ保持体の中心部に配置されている外部端子まで延在している。そして、ウエハ保持体の中央部に外部から隔離された筒状体を取り付けることによって、外部端子を腐食環境に晒さないようにすることができると記載されている。
For example,
また、特許文献2には、セラミックス基体中の異なる深さに2つの内部電極が埋設されたウエハ保持体が示されている。また、これら2つの内部電極間の導通を確実にするため、バイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が示されている。そして、かかる構造により、熱応力による破損を防止できると記載されている。
さらに特許文献3には、セラミックス基体内に円盤電極とリング電極とが互いに同心軸状に且つセラミックス基体の厚さ方向に離間して埋設されたウエハ保持体が開示されており、これら円盤電極とリング電極とをセラミックス基体内部で電気的に接続することにより、ウエハ面内のエッチングレートのバラツキを押さえることができると記載されている。
Further,
上記した特許文献1〜3には、いずれもセラミック基体内部において互いに異なる深さに埋設された2つの導電体回路同士を電気的に接続する構造が示されており、具体的には、特許文献1にはバイアホール内部に導通部を形成する構造が、特許文献2にはバイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が、特許文献3にはザグリ孔内にメッキ層を形成する構造が開示されている。
しかしながら、これら特許文献1〜3に示されている構造は、いずれも長期的に使用した場合、2つの導電体回路同士の接続部に断線が生じやすく、その結果、均熱性が悪化したり、エッチングレートにバラツキが発生したりして、信頼性に問題が生じることがあった。また、セラミックス基体内部で2つの導電体回路同士を接続するため、この接続部分で例えば断線等の機械的トラブルが発生した場合、容易に修復することができなかった。
However, when these structures shown in
加えて、プラズマCVD、減圧CVD、メタルCVDなどの処理を行う半導体製造装置においては、密度の均一なプラズマを発生させて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能なウエハ保持体が求められていた。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能な信頼性の高いウエハ保持体を提供することを目的としている。 In addition, in a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing such as plasma CVD, low-pressure CVD, and metal CVD, a wafer holder capable of generating plasma with uniform density and performing plasma processing uniformly over the entire surface of the wafer Was demanded. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable wafer holder capable of uniformly performing plasma processing over the entire wafer surface.
上記課題を解決するために、発明者らは、円形状RF電極とそれより大きな外径を有する円環状RF電極とをセラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設し、これらを互いに接続せずに別々の電源供給回路に接続する2層RF構造のウエハ保持体において、円環状RF電極とその外部端子の間に複数の接続回路を介在させることにより、円環状RF電極内の電位をより均一にすることが可能となり、発生するプラズマの密度のバラツキが抑えられて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施し得ることを見出した。 In order to solve the above problems, the inventors embedded a circular RF electrode and an annular RF electrode having a larger outer diameter so that the depths from the wafer mounting surface are different from each other in the ceramic substrate, In a wafer holder having a two-layer RF structure in which these are connected to different power supply circuits without being connected to each other, a plurality of connection circuits are interposed between the annular RF electrode and its external terminals, thereby making the annular RF electrode It has been found that the internal potential can be made more uniform, variation in the density of the generated plasma is suppressed, and the plasma treatment can be performed uniformly over the entire surface of the wafer.
すなわち、本発明が提供するウエハ保持体は、ウエハ搭載面を有するセラミックス基体と、セラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設されている円形状RF電極及び円環状RF電極と、円形状RF電極及び円環状RF電極にそれぞれ電気的に接続される第1及び第2外部端子と、円環状RF電極と第2外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路とを備えており、該複数の接続回路は、円環状RF電極と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状RF電極の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されていることを特徴とする。 That is, a wafer holder provided by the present invention includes a ceramic substrate having a wafer mounting surface, and a circular RF electrode and an annular RF electrode embedded in the ceramic substrate so that the depths from the wafer mounting surface are different from each other. And the first and second external terminals electrically connected to the circular RF electrode and the circular RF electrode, respectively, and the circular RF electrode and the second external terminal interposed therebetween to electrically connect them. A plurality of connection circuits, wherein the plurality of connection circuits are radially formed at the same depth as the annular RF electrode and substantially rotationally symmetric with respect to the central axis of the annular RF electrode. Features.
上記本発明が提供するウエハ保持体は、複数の接続回路と第2外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する第2の接続回路がさらに埋設されていてもよい。 The wafer holder provided by the present invention may further include a second connection circuit interposed between the plurality of connection circuits and the second external terminals to electrically connect them.
本発明によれば、円環状RF電極内の電位を均一にすることができるため、発生するプラズマの密度のバラツキを抑制することができる。その結果、プラズマ処理によってウエハ上に成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って均質にすることが可能となる。 According to the present invention, since the electric potential in the annular RF electrode can be made uniform, variations in the density of generated plasma can be suppressed. As a result, the film quality of the film formed on the wafer by plasma processing can be made uniform over the entire wafer surface.
また、第2の接続回路を設けることにより、円環状RF電極の第2外部端子と、円環状RF電極が埋設されている深さとは異なる深さに埋設されている円形状RF電極に電気的に接続されている第1外部端子との干渉を回避することができ、発生するプラズマの密度のバラツキをより一層抑制することができる。よって、ウエハ上にプラズマ処理により成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って極めて均質なものにすることができる。 Further, by providing the second connection circuit, the second external terminal of the annular RF electrode and the circular RF electrode embedded at a depth different from the depth at which the annular RF electrode is embedded are electrically connected. Interference with the first external terminal connected to can be avoided, and variation in density of generated plasma can be further suppressed. Therefore, the film quality of the film formed on the wafer by plasma processing can be made extremely uniform over the entire surface of the wafer.
特に、セラミックス基体をその裏面側から支持する支持部材内に複数の外部端子を配置する必要がある場合には、これら外部端子同士が干渉して設計の際の障害になり得るが、第2の接続回路を設けることにより、これら外部端子の設計上の自由度が向上し、上記した設計の際の問題を容易に解消できる。 In particular, when it is necessary to dispose a plurality of external terminals in the support member that supports the ceramic substrate from the back side, the external terminals may interfere with each other, which may be an obstacle in designing. By providing the connection circuit, the degree of freedom in designing these external terminals is improved, and the above-described problems in designing can be easily solved.
以下、図1を参照しながら、本発明のウエハ保持体の一具体例について説明する。本発明の一具体例のウエハ保持体100は、ウエハ搭載面1aを有する略円板状のセラミックス材からなるセラミックス基体1を有している。セラミックス材の例としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナなどを挙げることができるが、この中では、良好な熱伝導性を有しているという点において窒化アルミニウムが好ましく、高い剛性を有しているという点において窒化ケイ素又はアルミナが好ましい。
Hereinafter, a specific example of the wafer holder of the present invention will be described with reference to FIG. A
セラミックス基体1の厚みは高速昇降温させるためには薄い方が好ましいが、薄くなりすぎると剛性が低くなるという問題が生じる。これらを考慮すると、セラミックス基体1の厚みは5〜25mmが好ましく、10〜20mmがより好ましい。このセラミックス基体1の内部には、プラズマ生成の役割を担う円形状RF電極2及びこれより大きな外径を有する円環状RF電極3がウエハ搭載面1aからの深さが互いに異なるように埋設されている。
The thickness of the
円形状RF電極2及び円環状RF電極3のウエハ搭載面1aからの具体的な深さは安定したプラズマの発生に影響を及ぼすため、セラミックス基体1の体積抵抗率や誘電率に基づいて定められる。例えば、円形状RF電極2は、その上面(すなわち、ウエハ搭載面1a側の面)が、ウエハ搭載面1aから0.5〜2.0mm、より好ましくは0.5〜1.0mmの深さとなるように埋設される。一方、円環状RF電極3は、その上面(すなわち、ウエハ搭載面1a側の面)が、円形状RF電極2の下面(すなわち、ウエハ搭載面1a側とは反対側の面)から0.5〜3.0mm、より好ましくは0.5〜2.0mmの深さとなるように埋設される。
The specific depth of the
図2には、円形状RF電極2及び円環状RF電極3をウエハ搭載面1a側から見たときの位置関係が模式的に示されている。この図2から分かるように、円形状RF電極2及び円環状RF電極3は、セラミックス基体1の中心軸に関して同心軸状に配置されている。円形状RF電極2及び円環状RF電極3をこのように配置することによって、セラミックス基体1の外周部におけるプラズマ分布を安定させることができる。
FIG. 2 schematically shows a positional relationship when the
なお、図2に示す具体例では、ウエハ搭載面1aから見て円形状RF電極2と円環状RF電極3とが重複していないが、これに限定するものではなく、円環状RF電極3の内径を円形状RF電極2の外径より小さくしてこれら両電極を部分的に重複させてもかまわない。
In the specific example shown in FIG. 2, the
円形状RF電極2は、例えば直径290〜310mm程度の大きさを有しており、円環状RF電極3は、前述したようにセラミックス基体1の外周部の電位を安定させるために十分な導電性を確保すべく、円環の回路幅1〜20mm程度、より好ましくは3〜15mm程度の大きさを有している。
The
セラミックス基体1内には、さらに抵抗発熱体回路4が円形状RF電極2及び円環状RF電極3とは異なる深さに埋設されていてもよい。この抵抗発熱体回路4の構造は特に限定するものでなく、例えばセラミックス基体1の中心軸に関して同心軸状に配置された螺旋形状や円板状の導電回路で形成することができる。
A resistance heating element circuit 4 may be embedded in the
これら円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4は、図1に示すように、この順序でウエハ搭載面1a側からウエハ搭載面1aの反対側である裏面1b側に向かって埋設されており、セラミックス基体1の厚み方向において互いに離間している。円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4は、例えばスクリーン印刷法や、金属ワイヤー、メッシュ、箔等を埋設することにより形成することができる。この中では、設計の自由度の面からスクリーン印刷法で形成するのがより好ましい。なお、スクリーン印刷であれば厚みを0.02〜0.05mmに、金属箔であれば厚みを0.1〜1mmにするのが好ましい。また、金属ワイヤーや金属メッシュであれば、その線径を1mm〜4mmとするのが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
スクリーン印刷法を使用する場合は、円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4となる導電回路のパターンを、導体ペーストを用いて形成する。導電ペーストは、金属粉末に必要に応じて酸化物粉末を加え、これにバインダーと溶剤とを混合することより得ることができる。金属粉末は、セラミックス基体1の材料であるセラミックスとの熱膨張係数のマッチングの観点から、タングステン(W)やモリブデン(Mo)あるいはタンタル(Ta)が好ましい。
When the screen printing method is used, a conductive circuit pattern to be the
上記円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4は、外部端子にそれぞれ電気的に接続している。具体的には、円形状RF電極2は、セラミックス基体1の裏面1bから円形状RF電極2の深さまで延在する第1外部端子5に電気的に接続している。同様に、円環状RF電極3は、セラミックス基体1の裏面1bから円環状RF電極3の深さまで延在する第2外部端子6に電気的に接続しており、抵抗発熱体回路4は、セラミックス基体1の裏面1bから抵抗発熱体回路4の深さまで延在する第3外部端子7に電気的に接続している。
The
ここで、第1外部端子5及び第3外部端子7は、それぞれ円形状RF電極2及び抵抗発熱体回路4に直接的に接続しているが、第2外部端子6は、円環状RF電極3に直接的に接続しておらず、円環状RF電極3と同じ深さに埋設されている複数の接続回路11を介して間接的に接続している。すなわち、複数の接続回路11は、円環状RF電極3と第2外部端子6との間に介在してこれらを電気的に接続している。
Here, the first
接続回路11の具体的な個数は2つ以上であれば特に限定されないが、電位を均一にするためには4つ以上とするのがより好ましい。また、複数の接続回路11は、それぞれ幅1〜20mm、より好ましくは幅3〜15mmの帯状部材で構成されていることが好ましい。
The specific number of
これら複数の接続回路11は、ウエハ搭載面1aから見たときの形状が放射状であり、且つ円環状RF電極3の中心軸に関して実質的に回転対称となっている。このような形状にすることによって、円環状RF電極3を、その全域に亘ってほぼ等電位に保つことが可能となる。ここで、実質的に回転対称とは、厳密な回転対称のみならず、複数の接続回路11の内の少なくとも1つが回転対称の位置から周方向に少しずれたものも含まれることを意味している。許容される周方向のずれの限度は、具体的には周方向に約10°程度である。この程度のずれであれば、円環状RF電極3の電位をほぼ均一に保つことができる。
The plurality of
円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4に外部端子5、6及び7を接続する方法は特に限定するものでなく、公知の方法で取り付けることができる。例えば、セラミックス基体1のウエハ搭載面1aと反対側の裏面1bから円形状RF電極2、円環状RF電極3に接続された接続回路11、及び抵抗発熱体回路4が露出するまでザグリ加工を施し、露出したこれら電極部や回路部にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、タングステンやモリブデン等の外部端子を接続すればよい。接続した外部端子には必要に応じてめっきを施して、耐酸化性を向上させてもよい。
The method of connecting the
外部端子5、6及び7を機械的に取り付けた後は、これら外部端子5、6及び7を被覆する為に、セラミックス基体1に形成した上記ザグリ穴にセラミックスリング部材をはめこみ、該リング部材とセラミックス基体1とをガラス等の無機物で接合するのが好ましい。接合に使用するガラスには、特に限定するものではないが、ホウケイ酸や亜鉛ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラスなどが使用できる。
After mechanically attaching the
このように外部端子をセラミックスリング部材で被覆することにより、ウエハ保持体100が反応容器内に設置されてウエハに対して各種の処理が施される場合においても、これら外部端子を各ガス種にさらされないように保護して、酸化や劣化を防止することができる。特に、半導体製造工程では腐食性ガスが使用されることが多いため、耐食性に優れるセラミックスリング部材で覆うことは特に好適である。セラミックスリング部材の材質としては、接合の信頼性を考慮するとセラミックス基体1と同材質であることが好ましい。
By coating the external terminals with the ceramic ring member in this way, even when the
これら外部端子5、6及び7には、それぞれリード線8、9及び10が接続している。リード線8、9及び10は、互いに電気的に接続されることなく図示しない電源供給回路やアースに別々に接続されており、これにより円形状RF電極2、円環状RF電極3及び抵抗発熱体回路4にそれぞれ別々の電圧をかけたり、円形状RF電極2と円環状RF電極3を同電位にしたりすることが可能となる。その結果、ウエハ搭載面1aに搭載される半導体ウエハ上に成膜される膜の膜質を均一にすることができる。
例えば、セラミックス基体1内で互いに離間して埋設されている円形状RF電極2及び円環状RF電極3を、それぞれ外部端子5及び6とこれらに接続するリード線8及び9とを介して個別に接地することによって、セラミックス基体1の中心部と外周部との電位差がなく、且つセラミックス基体1の周方向にも電位差のない安定した電位を実現することができる。これにより、発生するプラズマの密度を均一にすることができる。
For example, the
また、プラズマ密度は、横軸をウエハ搭載面1aの中心を通るウエハ搭載面1a上の任意の直線、縦軸をプラズマの密度としてグラフ化したとき、正規分布に近い密度分布を示すことがある。つまり、ウエハ搭載面1aの外周部は中央部に比べてプラズマの密度が低くなる。これに対して、上記のウエハ保持体100では、円形状RF電極2及び円環状RF電極3に、別々の高周波電力を印加することが可能であるため、適宜これら電力をコントロールすることによってウエハ搭載面1aの外周部のプラズマの密度をコントロールすることができる。このように、発生するプラズマの密度分布を適宜補正することが可能となり、極めて均一なプラズマ密度を得ることができる。
The plasma density may show a density distribution close to a normal distribution when the horizontal axis is graphed as an arbitrary straight line on the
ところで、上記したセラミックス基体1は、一般にウエハ搭載面1aとは反対側の裏面1bから支持部材12によって支持されている。具体的には、セラミックス基体1の裏面1b側の略中央部に円筒状の支持部材12の上端部が取り付けられており、支持部材12の下端部は、プラズマCVDなどの半導体ウエハ処理が行われる図示しない反応容器の底部に取り付けられている。
By the way, the above-described
セラミックス基体1と支持部材12とは、接合層を介して化学的に接合することができる。この場合は、支持部材12の材質としては、セラミックス基体1の材料であるセラミックス材の熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はない。例えば、セラミックス基体1がAlNの場合、支持部材12の材質にもAlNを使用するのが好ましい。
The
化学的に接合する際の接合層の成分は、AlN及びAl2O3並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、セラミックス基体1や支持部材12の材質であるAlNなどのセラミックスと濡れ性が良好なため、接合強度を比較的高くすることができ、また接合面の気密性を容易に得ることができるからである。なお、支持部材12は、ネジ止めなどの物理的(機械的)手法によってセラミックス基体1に取り付けてもよい。
The components of the bonding layer when chemically bonded are preferably composed of AlN, Al 2 O 3 and a rare earth oxide. Since these components have good wettability with ceramics such as AlN which is the material of the
支持部材12とチャンバ(反応容器)とは一般的な方法で取り付けることができるが、接合部にOリングなどのシール部材を用いることにより、支持部材12の内部を簡易にチャンバ雰囲気から隔離することができる。これにより、支持部材12内に外部端子5、6及び7やリード線8、9及び10などを収めたとき、これら部材をチャンバ内の腐食環境から保護することができる。
The
このようにセラミックス基体1をその中央部で支持部材12によって支持すると共に、複数の外部端子をその内部に配置する場合は、それら複数の外部端子同士が近接して互いに干渉する問題が生じることがある。この場合は、複数の接続回路11と第2外部端子6との間に第2の接続回路11aを設け、この第2の接続回路11aを介して複数の接続回路11と第2外部端子6とを電気的に接続するのが好ましい。このように複数の接続回路11と第2外部端子6との間に第2の接続回路11aを介在させることにより、円形状RF電極2や抵抗発熱体回路4に接続される第1外部端子5や第3外部端子7を、複数の接続回路11や第2外部端子6から離間させることができ、良好な絶縁性を確保することができる。
As described above, when the
第2の接続回路11aの形状は円環状が好ましいが、RF電極や発熱体回路の他に、熱電対やリフトピン穴の位置等を回避しないといけない場合には、略円環状や多角形環状であってもよい。第2の接続回路11aの幅は、複数の接続回路11と同様に1〜20mmが好ましく、3〜15mmがより好ましい。
The shape of the
[実施例1]
図1に示すようなウエハ保持体100を作製すべく、先ず窒化アルミニウム粉末99.5重量部に焼結助剤として酸化イットリウム0.5重量部を加え、さらにバインダー及び有機溶剤を加えてボールミル混合することによりスラリーを作製した。得られたスラリーからスプレードライにより顆粒を作製し、これをプレス成形して成形体を作製した。
[Example 1]
In order to produce a
次に、この成形体を窒素雰囲気中にて700℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において1850℃で焼結して窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を加工して、直径330mm、厚み2mmの円板状窒化アルミニウム焼結体と、直径330mm、厚み5mmの円板状窒化アルミニウム焼結体とを得た。これら2枚の窒化アルミニウム焼結体は、共に表面粗さがRaで0.8μm、平面度が50μmであった。 Next, this molded body was degreased at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere and then sintered at 1850 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain an aluminum nitride sintered body. The obtained sintered body was processed to obtain a disc-shaped aluminum nitride sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 2 mm and a disc-shaped aluminum nitride sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm. Both of these two aluminum nitride sintered bodies had a surface roughness Ra of 0.8 μm and a flatness of 50 μm.
次に、これら2枚の窒化アルミニウム焼結体上にそれぞれスクリーン印刷でWペーストを塗布して回路のパターンを形成した。具体的に説明すると、先ず直径330mm、厚み2mmの窒化アルミニウム焼結体の一方の面に、円形状RF電極2のための直径300mmの円形状パターンを印刷した。
Next, W paste was applied to each of these two aluminum nitride sintered bodies by screen printing to form a circuit pattern. Specifically, a circular pattern having a diameter of 300 mm for the
さらに直径330mm、厚み2mmの窒化アルミニウム焼結体の他方の面には、図3のAに示すパターンを形成すべく、円環状RF電極3のための内径305mm、外径325mmの円環状パターンと、その内側に同心軸状に配置される第2の接続回路11aのための外径100mm、内径92mmの円環状パターンと、これら円環状RF電極3と第2の接続回路11aとの間に介在する複数の接続回路11のための幅4mmの帯4本で構成される放射状パターンとを印刷した。なお、この放射状パターンは、両円環状パターンの中心軸に関して回転対称となるように形成した。
Further, an annular pattern having an inner diameter of 305 mm and an outer diameter of 325 mm for the
これら両面に形成したパターンを窒素雰囲気中にて700℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて1830℃で焼成することにより2種類のRF電極を直径330mm、厚み2mmの窒化アルミニウム焼結体の両面にそれぞれ形成した。一方、直径330mm、厚み5mmの窒化アルミニウム焼結体には、その片面のみに上記と同様の方法でスクリーン印刷、脱脂、及び焼結を行って抵抗発熱体回路4を形成した。 These patterns formed on both surfaces are degreased at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then fired at 1830 ° C. in a nitrogen atmosphere to form two types of RF electrodes on both surfaces of an aluminum nitride sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 2 mm. Formed respectively. On the other hand, the aluminum nitride sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm was subjected to screen printing, degreasing, and sintering on only one surface thereof in the same manner as described above to form the resistance heating element circuit 4.
次に、直径330mm、厚み2mmの窒化アルミニウム焼結体における円形状RF電極2が形成された一方の面に、厚み1mmの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。また、円環状RF電極3が形成された他方の面には、抵抗発熱体回路4が形成された厚み5mmの窒化アルミニウム焼結体を、抵抗発熱体回路4の形成された面とは異なる面が対向するようにして張り合わせた。
Next, an aluminum nitride sintered body having a thickness of 1 mm was bonded to one surface of the aluminum nitride sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 2 mm on which the
さらに、厚み5mmの窒化アルミニウム焼結体における抵抗発熱体回路4が形成された面に、厚み9mmの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。上記した窒化アルミニウム焼結体同士の張り合わせの際は、窒化アルミニウムを主成分とする材料を接着剤として使用し、これを脱脂焼成処理したのち接合した。なお、厚み1mmの窒化アルミニウム焼結体及び厚み9mmの窒化アルミニウム焼結体は、共に前述した厚み2mm又は厚み5mmの窒化アルミニウム焼結体と同様の方法で作製した。 Further, an aluminum nitride sintered body having a thickness of 9 mm was bonded to the surface of the aluminum nitride sintered body having a thickness of 5 mm on which the resistance heating element circuit 4 was formed. When the above-mentioned aluminum nitride sintered bodies were bonded to each other, a material mainly composed of aluminum nitride was used as an adhesive, which was degreased and fired and then joined. The aluminum nitride sintered body having a thickness of 1 mm and the aluminum nitride sintered body having a thickness of 9 mm were both produced by the same method as the aluminum nitride sintered body having a thickness of 2 mm or 5 mm.
このようにして得られた円形状RF電極2、円環状RF電極3、及び抵抗発熱体回路4が埋設されたセラミックス基体1に対して、抵抗発熱体回路4側の面から抵抗発熱体回路4、円形状RF電極2、及び円環状RF電極3に接続された接続回路11が露出するようにザグリ穴を加工し、これら抵抗発熱体回路4と両RF電極2、3に給電するためのNiめっきを施したW製の外部端子5、6及び7を接続した。
With respect to the
次に、発熱体回路4や両RF電極2、3と、これら外部端子5、6及び7との接続部を気密封止すべく、別途作製した外部端子を覆うAlN製のリングをセラミックス基体1に当接させ、この状態で800℃で1時間、N2雰囲気で結晶化ガラス接合した。その後、セラミックス基体1から露出している外部端子の一端部にニッケル製の電極をリード線8、9及び10を接続した。
Next, in order to hermetically seal the connection between the heating element circuit 4 and the
そして、セラミックス基体1における抵抗発熱体回路4側の面に、外径60mm、内径54mm、長さ150mmのAlN製の支持部材12を、接合層を介して化学的に接合した。以上の方法により、試料1のウエハ保持体100を作製した。さらに、円環状RF電極3及び接続回路11、11aのパターンを図3のAに代えて図3のB〜Kに示すパターンで形成した以外は上記試料1と同様の作製方法で試料2〜11のウエハ保持体100を作製した。
Then, an
なお、図3のA〜Cのパターンでは、第2外部端子6は第2の接続回路11a上には設けずに、第2の接続回路11aの一部から内側に突出する導電回路上に第2外部端子6を設けた。これに対して、図3のD〜F及びKのパターンでは、第2の接続回路11a上に第2外部端子6を設けた。また、図3のG〜Jのパターンでは、接続回路11を円環状RF電極3の中心まで延ばし、この中心上に第2外部端子6を設けた。
In the patterns A to C in FIG. 3, the second
このようにして作製した試料1〜11の性能を評価するため、各試料を反応容器に設置し、抵抗発熱体回路4に接続されたリード線10に電源供給ラインを接続すると共に、両RF電極2、3に接続されたリード線8、9を別々に接地した。そして、下記の評価試験に従って評価した。なお、支持部材12の他端は、反応容器の底部にO−リングで気密シールした上、クランプで固定した。
In order to evaluate the performance of the
<評価試験>
反応容器を真空にし、セラミックス基体1に埋設されている抵抗発熱体回路4に通電してセラミックス基体1を300℃に加熱した。反応容器内に設置された対向平板上部電極とセラミックス基体1内に埋設された両RF電極(円形状RF電極2と円環状RF電極3)とからなる平行平板電極間に13.56MHz、1500Wの高周波電力を印加してプラズマを発生させた。
<Evaluation test>
The reaction vessel was evacuated and the resistance heating element circuit 4 embedded in the
なお、CVDプロセスを行う場合は反応ガス雰囲気で高周波電力を印加してプラズマを発生させるが、この評価試験においては、ウエハに堆積させる必要はないので、反応ガスの代わりにN2を用いて高周波電力を印加した。この条件で高周波電力を1分間印加し、印加終了した直後のセラミックス基体1の温度分布をセンサレー社製の300mm17点ウエハ測温計を用いて測定した。
Although by applying a high frequency power to generate plasma in the reaction gas atmosphere when performing a CVD process, in this evaluation test, it is not necessary to be deposited on the wafer, by using N 2 in place of the reaction gas frequency Power was applied. Under this condition, high frequency power was applied for 1 minute, and the temperature distribution of the
温度分布とプラズマによるエッチングレートとの間には相関があるため、得られた温度分布の評価を行うことで、プラズマが均一に発生しているかどうかを評価することができる。これは、発生したプラズマに密度分布が存在すれば、その密度分布によってプラズマからの入熱にバラツキが生じ、その結果、密度分布に相当する温度分布が発生するからである。上記評価試験によって測定した試料1〜11の温度分布の結果を下記表1に示す。
Since there is a correlation between the temperature distribution and the etching rate by plasma, it is possible to evaluate whether or not plasma is generated uniformly by evaluating the obtained temperature distribution. This is because if the generated plasma has a density distribution, the density distribution causes variations in heat input from the plasma, and as a result, a temperature distribution corresponding to the density distribution is generated. Table 1 shows the results of the temperature distribution of
ここで、ΔTは評価試験で得た全ての温度データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものであり、ΔTφ94は直径94mmの円周上で測定した4点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。同様に、ΔTφ188及びΔTφ282は、それぞれ直径188mm及び282mmの円周上で測定した4点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。 Here, ΔT indicates the difference between the maximum value and the minimum value in all temperature data obtained in the evaluation test for each sample, and ΔTφ94 is four points measured on the circumference of a diameter of 94 mm. The difference between the maximum value and the minimum value in the measured data is shown for each sample. Similarly, ΔTφ188 and ΔTφ282 show the difference between the maximum value and the minimum value among the four measurement data measured on the circumferences of diameters of 188 mm and 282 mm, respectively.
上記表1から分かるように、試料1〜8のウエハ保持体は、ΔTが2.1〜2.8℃程度と小さい結果となっており、ΔTφ94、ΔTφ188及びΔTφ282も、ΔTの半分ないし同程度の小さい結果となっており、均一なプラズマが発生していることが確認できた。一方、比較例である試料9〜11のウエハ保持体は、ΔTが試料1〜8に比べて著しく大きい結果となり、ΔTφ94、ΔTφ188及びΔTφ282も同様に試料1〜8に比べて大きい結果となっている。これは、円環状RF電極3に接続される接続回路11が偏りのある非対称パターンであったため、均一にプラズマが発生せず、プラズマの密度分布に偏りが発生したためであると考えられる。
As can be seen from Table 1, the wafer holders of
なお、試料7〜8のウエハ保持体では、抵抗発熱体回路4に電気的に接続される第3外部端子7や円形状RF電極2に電気的に接続される第1外部端子5と、第2外部端子6とが干渉したため、これら第3外部端子7及び第1外部端子5をセラミックス基体1の中心から外れた位置に設置した。このため、支持部材12をセラミックス基体1に取り付ける際に困難を伴った。この点において、試料1〜6のウエハ保持体がより好ましかった。
In the wafer holders of
すなわち、試料1〜6のウエハ保持体は、第2接続回路11aを有しているので設計の自由度が向上し、セラミックス基体1の中心部に配置されている第3外部端子7や第1外部端子5から干渉されることなく複数の接続回路11を円形状RF電極2の中心軸に関して回転対称で且つ放射状に形成することができた。このように、筒状の支持部材12内にこれら複数の外部端子を配置する必要がある場合は、試料1〜6のウエハ保持体が特に好ましい。
That is, since the wafer holders of the
[実施例2]
実施例1で作製した試料1のウエハ保持体100に対して、円形状RF電極2と円環状RF電極3にそれぞれ別の電源供給回路を接続し、それぞれ異なる高周波電力を印加した以外は実施例1と同様にして評価試験を実施した。具体的には、円形状RF電極2には13.56MHz、200Wの電力を印加し、円環状RF電極3には13.56MHz、100Wの電力を印加した。その結果を実施例1の試料1の結果と共に下記の表2に示す。
[Example 2]
Example 1 except that different power supply circuits are connected to the
上記表2から分かるように、円形状導RF電極2と円環状RF電極3にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによりΔTが小さくなっている。これは、内周部と外周部とのプラズマ密度の差がより一層小さくなったことを示しており、円形状導RF電極2と円環状RF電極3にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによってプラズマの密度分布を良好にコントロールできることが分かった。
As can be seen from Table 2 above, ΔT is reduced by applying different high frequency power to the circular conducting
1 セラミックス基体
1a ウエハ搭載面
2 円形状RF電極
3 円環状RF電極
4 抵抗発熱体回路
5 第1外部端子
6 第2外部端子
7 第3外部端子
8、9、10 リード線
11 複数の接続回路
11a 第2の接続回路
12 支持部材
100 ウエハ保持体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記セラミックス基体の前記ウエハ搭載面の裏面に接合され、前記セラミックス基体を支持する円筒状の支持部材を備え、
前記第1外部端子および前記第2外部端子は前記支持部材の内側に露出し、それぞれ、第1および第2のリード線と接続されている、ウエハ保持体。 The wafer holder according to claim 1 or 2, further comprising:
A cylindrical support member that is bonded to the back surface of the wafer mounting surface of the ceramic substrate and supports the ceramic substrate;
The wafer holder, wherein the first external terminal and the second external terminal are exposed to the inside of the support member and are connected to the first and second lead wires, respectively.
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