JP6219229B2 - ヒータ給電機構 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒータ給電機構に関する。
半導体ウェハ(以下、「ウェハ」と称呼する)をエッチング等により微細加工する半導体製造装置では、ウェハが載置されるステージの温度がエッチングレート等のプロセス結果に影響を与える。そこで、ステージの内部にヒータを埋設し、ヒータを加熱してステージを温度制御することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、一つのヒータに対して一つのヒータ給電部が設けられている。
特開２００５−２６２９６号公報
ところで、ステージの内部に複数のヒータを埋め込み、ヒータ毎にゾーン化してステージの温度をゾーン毎に制御する「マルチゾーン制御」を行うことで、ステージ上のウェハ温度の面内均一性を高めることができる。しかしながら、ゾーンが増えるほど、これに比例してヒータの給電部の数が増え、ヒータの給電機構が複雑になる。例えば、ステージを４０ゾーンに分けてマルチゾーン制御するためには少なくとも４０個のヒータ給電部が必要になる。よって、ヒータ配線が非常に多くなって、半導体製造装置に設けられた他の部材と干渉し、半導体製造装置の組み立て時やメンテナンス時に不具合が生じたり、取り付け時の作業が増大したりする。
上記課題に対して、一側面では、他の部材との干渉を抑制するヒータ給電機構を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、
基板を載置するステージを複数のヒータを用いてゾーン化し、ゾーン毎に温度制御可能なヒータ給電機構であって、
前記複数のヒータに接続される複数のヒータ用端子と、
前記複数のヒータ用端子に接続される複数のヒータ配線と、
前記複数のヒータ配線をオフセットするオフセット構造と、を有し、
前記複数のヒータ用端子は、前記ステージを保持する保持プレート上の外周部であって、前記基板、前記ヒータ及び前記ヒータ配線よりも外側に配置される、ヒータ給電機構が提供される。
一の態様によれば、他の部材との干渉を抑制するヒータ給電機構を提供することができる。
一実施形態に係る半導体製造装置の縦断面を示す図。 一実施形態に係る給電アセンブリＡｓ１を含むヒータ給電機構の一例を示す縦断面。 図３（ａ）は、一実施形態に係る保持プレートの上面、図３（ｂ）は、一実施形態に係る保持プレートの下面、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、一実施形態に係るヒータ給電機構の給電アセンブリを示す図。 一実施形態に係る給電アセンブリＡｓ２を含むヒータ給電機構の一例を示す縦断面。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［半導体製造装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置１の縦断面を示す。本実施形態では、半導体製造装置１の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げる。
半導体製造装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、接地されている。チャンバ１０の内部にはステージ１２が設けられている。ステージ１２は、静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）４０を有し、静電チャック４０（ステージ１２）は、保持プレート１３により保持される。
静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁層４０ｂ（又は絶縁シート）の間に挟み込んだものである。直流電圧源４２は、スイッチ４３の制御に応じて給電線４９を介して電極４０ａに電流を供給する。静電チャック４０は、直流電圧源４２からの電圧により、クーロン力によってウェハＷを静電チャック上に吸着して保持する。
静電チャック４０には、ヒータ７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ（以下、総称して「ヒータ７５」ともいう。）が埋め込まれている。ヒータ７５は、静電チャック４０内に埋め込む替わりに静電チャック４０の裏面に貼り付けるようにしてもよい。ヒータ７５にはヒータ給電機構１００が接続され、給電線４７を介して交流電源４４に接続されている。交流電源４４から出力された電流は、給電線４７及びヒータ給電機構１００を通ってヒータ７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄに供給される。
ヒータ給電機構１００は、ステージ１２を複数のヒータ７５にゾーン化して、ステージ１２の温度をマルチゾーン制御することが可能である。静電チャック４０の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるために、例えばシリコンや石英から構成されたフォーカスリング１８が配置されている。
ステージ１２の内部には図示しない冷媒管が形成されている。図示しないチラーユニットから供給された冷媒は冷媒管を循環する。かかる構成により、ヒータ７５がそれぞれ埋め込まれた静電チャック４０の各ゾーンは独立して温度制御され、これにより、ウェハＷが所望の温度に調整される。
ヒータ給電機構１００は、複数のヒータ用端子７１と、複数のヒータ配線７２と、複数のヒータ配線７２をオフセットするオフセット構造７３とを有する。複数のヒータ用端子７１は、複数のヒータ７５に接続される。複数のヒータ用端子７１は、ステージ１２を保持する保持プレート１３上の外周部に配置される。複数のヒータ配線７２は、給電線４７を介して交流電源４４に接続される。
本実施形態では、保持プレート１３は、絶縁性部材から構成されている。ただし、保持プレート１３は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の金属から構成されてもよい。保持プレート１３は、絶縁性の支持部１４及びベースプレート１５に支持されている。これにより、ステージ１２は、チャンバ１０の底部に固定される。
チャンバ１０の底部には、排気口２４を形成する排気管２６が設けられ、排気管２６は排気装置２８に接続されている。排気装置２８は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプから構成され、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧するとともに、チャンバ１０内のガスを排気路２０及び排気口２４に導き、排気する。排気路２０にはガスの流れを制御するためのバッフル板２２が取り付けられている。
ステージ１２には、プラズマを励起するための第１高周波電源３１が整合器３３を介して接続され、ウェハＷにプラズマ中のイオンを引き込むための第２高周波電源３２が整合器３４を介して接続されている。例えば、第１高周波電源３１は、チャンバ１０内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力をステージ１２に印加する。第２高周波電源３２は、ステージ１２上のウェハＷにプラズマ中のイオンを引き込むのに適した低めの周波数、例えば０．８ＭＨｚの高周波電力をステージ１２に印加する。このようにしてステージ１２は、ウェハＷを載置するとともに下部電極として機能する。
チャンバ１０の天井部には、シャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第１高周波電源３１からの高周波電力がステージ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
シャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。ガス供給源６２は、ガス供給配管６４を介してガス導入口６０ａからシャワーヘッド３８内にガスを供給する。ガスは、多数のガス通気孔５６ａからチャンバ１０内に導入される。チャンバ１０の周囲には、環状または同心円状に延在する磁石６６が配置され、磁力により上部電極及び下部電極間のプラズマ生成空間に生成されるプラズマを制御する。
制御部４８は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＡＭなどに記憶されたレシピに設定された手順に従い、エッチングや静電チャック４０の温度調整を制御する。なお、制御部４８の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウエアを用いて実現されてもよい。
かかる構成の半導体製造装置１においてエッチング等の処理を行う際には、まず、ウェハＷが、図示しない搬送アーム上に保持された状態で、開口されたゲートバルブ３０からチャンバ１０内に搬入される。ウェハＷは、静電チャック４０の上方で図示しないプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより静電チャック４０上に載置される。ゲートバルブ３０は、ウェハＷを搬入後に閉じられる。チャンバ１０内の圧力は、排気装置２８により設定値に減圧される。静電チャック４０の電極４０ａに直流電圧源４２からの電圧を印加することで、ウェハＷは、静電チャック４０上に静電吸着される。
ガスがシャワーヘッド３８からシャワー状にチャンバ１０内に導入される。導入されたガスは高周波電力により電離及び解離し、プラズマが生成される。プラズマの作用によりウェハＷにプラズマエッチング等の処理が行われる。プラズマエッチング終了後、ウェハＷは、搬送アーム上に保持され、チャンバ１０の外部に搬出される。以上の処理を複数のウェハＷに対して繰り返すことでウェハＷの連続処理が実行される。
以上、本実施形態に係る半導体製造装置１の全体構成について説明した。なお、上記実施形態では５つのヒータ７５が静電チャック４０内に埋設されたが、これに限らず、ヒータ７５はステージ１２のいずれに設けられてもよい。また、ヒータ７５の個数は、２以上であれば、いくつでもよい。
通常、分割されたヒータ７５数が増えるほどヒータ配線が多くなって、半導体製造装置１に設けられた他の部材と干渉し、半導体製造装置１の組み立て時やメンテナンス時に不具合が生じやすくなり、取り付け時の作業効率が悪くなる。これに対して、本実施形態にかかるヒータ給電機構１００によれば、ヒータ７５数が増えても半導体製造装置１に設けられた他の部材と干渉せず、組み立て時やメンテナンス時の不具合を回避し、作業効率を向上させる効果を得られる。以下、本実施形態にかかるヒータ給電機構１００の構成について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。
[ヒータ給電機構]
図２は、一実施形態に係るヒータ給電機構１００の縦断面の一例を示す。図３（ａ）は、一実施形態に係る保持プレート１３の上面、図３（ｂ）は、一実施形態に係る保持プレート１３の下面を示す。図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、一実施形態に係るヒータ給電機構１００が有する給電アセンブリＡｓ１，Ａｓ２を示す。
図２及び図３に示すように、ヒータ給電機構１００は、複数個のヒータ用端子７１と、複数個のヒータ用端子７１に接続される複数本のヒータ配線７２と、複数本のヒータ配線７２をオフセットするオフセット構造７３とを一組としてアセンブリ化されている。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ面であり、保持プレート１３の上面を示す。これによれば、複数個の端子を一組として、温度制御に必要な個数のヒータ用端子７１と電極用端子７６とからなる端子群が保持プレート１３の外周部に配置されている。
上記の端子群が配置される保持プレート１３上の外周部は、ステージ１２上のウェハＷが載置されない領域に対応する。これにより、本実施形態では、ヒータ７５の給電位置及び静電チャック４０の電極の給電位置は、ヒータ配線７２等が這うラインよりも外側に配置される。よって、本実施形態では、ヒータ配線７２等の給電ラインは、各給電端子の位置の真下にはなく、各給電端子の位置からずれた位置にある。このように静電チャック４０上のウェハＷが載置される面よりも外側にヒータ用端子７１及び電極用端子７６を配置することで、ヒータ用端子７１等からのジュール熱がウェハＷに影響を及ぼさない構造とすることができ、ウェハＷの温度の面内均一性を高めることができる。これにより、静電チャック４０の温度をマルチゾーン制御する際にヒータ用端子７１の数が増加しても、ウェハＷ温度の面内均一性を保持することができる。
オフセット構造７３は、ヒータ配線７２をずらしながら各ヒータ配線７２を所望の位置に配置する（オフセット）。ヒータ配線７２は、複数個を一組としたヒータ用端子７１に接続されている。オフセットされたヒータ配線７２は、保持プレート１３の下部に設けられた集約部８０（図３（ｂ）参照）で集約される。集約部８０は、各オフセット構造７３のヒータ配線を集約し、コネクタに接続するための樹脂のケースである。集約部８０で纏められたヒータ配線群は、コネクタ７４に接続される。コネクタ７４は、給電線４７と接続される。コネクタ７４の上部７４ａは、ヒータ配線群と接続されていて、コネクタ７４の上部７４ａとコネクタ７４の下部７４ｂとを連結することで、コネクタ７４の下部７４ｂに設けられた各端子７４ｂ１がコネクタ７４の上部７４ａに挿入される。これにより、静電チャック４０の脱着と同時に結線を行うことができる。コネクタ７４の数は、１個以上設けられていればいくつであってもよい。また、コネクタ７４は、図３（ｂ）に示した位置に限られず、集約部８０周辺のいずれの位置に配置してもよい。
（給電アセンブリＡｓ）
ヒータ給電機構１００は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、２種類の給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２（以下、総称して「給電アセンブリＡｓ」ともいう。）を有する。図３（ｃ）に示すように、給電アセンブリＡｓ１は、複数個のヒータ用端子７１、複数本のヒータ配線７２及びオフセット構造７３を一単位としたアセンブリである。複数個のヒータ用端子７１は、ヒータ用端子７１に接続された複数本のヒータ配線７２とそれぞれ接続されている。複数本のヒータ配線７２は、ケース７３ａの内部でオフセットされる。ケース７３ａは、例えば、樹脂で構成されてもよい。
上記給電アセンブリＡｓ１におけるオフセット構造７３では、図２に示すように、複数個のヒータ用端子７１がケース７３ａの上部から突出する。複数本のヒータ配線７２はケース７３ａの内部にてずらして配線され（オフセット）、ケース７３ａの底部の所望の位置から外部に出力される。ヒータ配線７２は、集約部８０、コネクタ７４を介して給電線４７に接続される。これにより、交流電源４４からの電流は、給電線４７、コネクタ７４及びヒータ配線７２を介してヒータ用端子７１からヒータ７５に供給される。
図３（ｄ）に示すように、給電アセンブリＡｓ２は、一つの電極用端子７６、電極用端子７６を除いた個数のヒータ用端子７１、１本の直流電流用の配線７７、ヒータ用端子７１に接続された複数本のヒータ配線７２及びオフセット構造７３を一単位としたアセンブリである。電極用端子７６は、直流電流用の配線７７と接続する。各配線７２，７７は、ケース７３ｂの内部でオフセットされる。ケース７３ｂは、例えば、樹脂で構成されてもよい。
上記給電アセンブリＡｓ２におけるオフセット構造７３では、図４に示すように、一つの電極用端子７６と電極用端子を除いた個数のヒータ用端子７１がケース７３ｂの上部から突出する。１本の直流電流用の配線７７及び複数本のヒータ配線７２はケース７３ｂの内部にてずらして配線され（オフセット）、ケース７３ｂの底部の所望の位置から外部に出力される。直流電流用の配線７７は、集約部８０を介して給電線４９に接続される。これにより、直流電圧源４２からの電流は、給電線４９及び直流電流用の配線７７を介して電極用端子７６に供給される。また、複数本のヒータ配線７２は、集約部８０、コネクタ７４を介して給電線４７に接続される。
図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ面であり、保持プレート１３の下面を示す。本実施形態では、１１個の給電アセンブリＡｓ１及び１個の給電アセンブリＡｓ２が組み立てられた状態で溶接等によって保持プレート１３内に固定される。これにより、給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２は、保持プレート１３内の所定位置に収められる。このようにして保持プレート１３の下面には、１１個の給電アセンブリＡｓ１と１個の給電アセンブリＡｓ２とから温度制御に必要な個数のヒータ用端子７１に接続されたヒータ配線７２と、電極用端子７６に接続された直流電流用の配線７７とが出力され、保持プレート１３下の集約部８０にて纏められる。集約部８０は、略環状に形成され、各配線を樹脂のケース内に集約してコネクタ７４まで這わせ、コネクタ７４に接続させる。
例えば、図２及び図４に示すように、保持プレート１３とベースプレート１５との間は空間になっている。この空間には、搬入及び搬出時にウェハＷを昇降して保持するプッシャーピンや温度計等の部材（例えば、図４に部材Ｐｔとして示す。）が収められている。
静電チャック４０の温度を独立制御するゾーンが増えると、ゾーン毎に１又は２以上のヒータを設置する必要が生じ、これに応じてヒータ配線７２が非常に多くなる。ヒータ配線７２が多数本になると、半導体製造装置１に設けられた他の部材と干渉し、半導体製造装置１の組み立て時やメンテナンス時に不具合が生じたり、取り付け時の作業が増大したりする。
これに対して、本実施形態に係るヒータ給電機構１００によれば、給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２毎にヒータ配線７２及び直流電流用の配線７７をオフセットする。また、オフセットされたヒータ配線７２及び直流電流用の配線７７は集約部にて集約させて、コネクタ７４等に接続させる。
これにより、ヒータ配線７２及び直流電流用の配線７７と他の部材Ｐｔとの干渉を減らし、半導体製造装置１の組み立て時やメンテナンス時に不具合が生じることを回避することができる。
また、予め給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２を組み立てた状態で、給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２を保持プレート１３の所定位置に下方から装着する。これにより、ヒータ給電機構の組立工程を短縮化し、簡易的に配線の接続ができる。これにより、ヒータ給電機構の組み立て時やメンテナンス時の作業効率を向上させることができる。
さらに、ヒータ用端子７１は、静電チャック４０上のウェハＷが載置される面よりも外側に配置される。これにより、ヒータ用端子７１からのジュール熱がウェハＷに影響を及ぼさないようにすることができ、ウェハＷ温度の面内均一性を高めることができる。特に、静電チャック４０温度のマルチゾーン制御により、ヒータ用端子７１の数が飛躍的に増えた場合においても、ウェハＷ温度の面内均一性を保持することができる。
以上、ヒータ給電機構を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるヒータ給電機構は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施形態を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、上記実施形態にかかるヒータ給電機構１００は、静電チャック４０をヒータ毎にゾーン化して温度制御した。しかしながら、本発明に係るヒータ給電機構は、これに限らず、静電チャック４０以外の部材（例えば、保持プレート１３）に複数のヒータを埋設し、ヒータ毎にゾーン化して保持プレート１３の温度をマルチゾーン制御してもよい。
また、本発明に係るヒータ給電機構１００の給電アセンブリＡｓ１、Ａｓ２は、複数個のヒータ用端子７１と、複数本のヒータ配線７２と、複数本のヒータ配線７２をオフセットするオフセット構造７３とを有した。しかしながら、本発明に係るヒータ給電機構の給電アセンブリは、これに限らず、２以上のヒータ用端子７１と、２以上のヒータ配線７２と、２以上のヒータ配線７２をオフセットするオフセット構造７３とを有していればよい。
また、本発明に係るヒータ給電機構は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他の半導体製造装置に適用可能である。その他の半導体製造装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）装置等であってもよい。
また、本発明にかかるヒータ給電機構を使用して半導体製造装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１：半導体製造装置
１０：チャンバ
１２：ステージ（下部電極）
１３：保持プレート
２８：排気装置
３８：シャワーヘッド（上部電極）
４０：静電チャック
４４：交流電源
４２：直流電圧源
４７，４９：給電線
７１：ヒータ用端子
７２：ヒータ配線
７３：オフセット構造
７３ａ：ケース
７３ｂ：ケース
７４：コネクタ
７６：電極用端子
７７：直流電流用の配線
８０：集約部
１００：ヒータ給電機構
Ａｓ１、Ａｓ２：給電アセンブリ

Claims (7)

  1. 基板を載置するステージを複数のヒータを用いてゾーン化し、ゾーン毎に温度制御可能なヒータ給電機構であって、
    前記複数のヒータに接続される複数のヒータ用端子と、
    前記複数のヒータ用端子に接続される複数のヒータ配線と、
    前記複数のヒータ配線をオフセットするオフセット構造と、を有し、
    前記複数のヒータ用端子は、前記ステージを保持する保持プレート上の外周部であって、前記基板、前記ヒータ及び前記ヒータ配線よりも外側に配置される、ヒータ給電機構。
  2. 前記オフセット構造にてオフセットされた複数のヒータ配線を纏める集約部と、
    前記集約部で纏められた前記複数のヒータ配線と接続されるコネクタと、
    を有する請求項１に記載のヒータ給電機構。
  3. 前記オフセット構造は、所定個数のヒータ用端子及び所定本のヒータ配線を一単位としたアセンブリとして組み立てられた状態で前記保持プレートに装着される、
    請求項１又は２に記載のヒータ給電機構。
  4. 前記オフセット構造は、電極用端子とヒータ用端子とを含む所定個数の端子、及び直流電流用の配線とヒータ配線とを含む所定本の配線を一単位としたアセンブリとして組み立てられた状態で前記保持プレートに装着される、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒータ給電機構。
  5. 前記ステージは、静電チャックを有し、前記複数のヒータは、前記静電チャックに設けられる、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒータ給電機構。
  6. 前記複数のヒータ用端子が配置される前記保持プレート上の外周部は、前記ステージ上の基板が載置されない領域に対応する、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒータ給電機構。
  7. 前記保持プレートは、絶縁性部材により構成される、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒータ給電機構。
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