JP6475054B2

JP6475054B2 - 半導体製造装置用部材

Info

Publication number: JP6475054B2
Application number: JP2015063670A
Authority: JP
Inventors: 征樹石川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016184642A

Description

本発明は、半導体製造装置用部材に関する。

エッチング装置やＣＶＤ装置等の半導体製造装置において、表面がウエハ載置面である円盤状のセラミックプレートの裏面に円筒状のセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材が使用されることがある。こうした半導体製造装置用部材としては、セラミックプレートに高周波電極（ＲＦ電極）が埋設され、このＲＦ電極を利用してプラズマを発生させるものが知られている。例えば、特許文献１の半導体製造装置用部材は、ＲＦ電極からセラミックプレートの裏面まで延びるスルーホールを２つ備え、各スルーホールにＲＦ端子が接続されている。

特開２００４−３３５１５１号公報

しかしながら、上述の半導体製造装置用部材では、２つのＲＦ端子の各々についてＲＦ電源を用意する必要があるため、装置構成が大型化するという問題があった。

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、複数のＲＦ端子を備えた半導体製造装置用部材において、装置構成をコンパクトにすることを主目的とする。

本発明の半導体製造装置用部材は、
表面がウエハ載置面であるセラミックプレートの裏面に中空のセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材であって、
前記セラミックプレートに埋設されたＲＦ電極と、
前記セラミックシャフトの中空内部に配置された１つの給電ベース部材と、
前記給電ベース部材から分岐して前記ＲＦ電極に接続された複数のＲＦ端子と、
を備えたものである。

この半導体製造装置用部材では、ＲＦ電極に複数のＲＦ端子が接続されているため、ＲＦ端子が１つだけ存在している場合に比べて、ＲＦ電極とＲＦ端子との接触部分が分散されると共に接触面積の総和が大きくなる。そのため、ＲＦ電極へ給電したときにＲＦ端子の直上の部分がホットスポットになりにくい。また、複数のＲＦ端子は１つの給電ベース部材から分岐しているため、１つの給電ベース部材に対応して１つのＲＦ電源を用意すれば足りる。そのため、複数のＲＦ電源を用意する場合に比べて、装置構成がコンパクトになる。

本発明の半導体製造装置用部材において、前記給電ベース部材は、外部のＲＦ電源から供給される電力を複数の差込穴に分配するソケットを有し、前記ＲＦ端子は、一端が前記ＲＦ電極に接続され、他端が前記差込穴に差し込まれていてもよい。給電ベース部材から複数のＲＦ端子がソケットを介さず直接分岐している場合には、１つのＲＦ端子に断線等の不具合が発生すると、複数のＲＦ端子を有する給電ベース部材の全体を交換する必要がある。しかし、ここでは、給電ベース部材から複数のＲＦ端子がソケットを介して分岐しているため、不具合の発生したＲＦ端子だけを交換することが可能となる。したがって、不具合の発生していないＲＦ端子をそのまま利用でき、経済的にみて有利である。

このようにソケットを有する本発明の半導体製造装置において、前記ＲＦ端子の一端は、前記ＲＦ電極にロウ付けされていてもよい。複数のＲＦ端子の１つに不具合が発生した場合には、そのＲＦ端子のロウ付け部分を熱で溶かしてＲＦ電極から外すと共にそのＲＦ端子をソケットから外し、不具合のないＲＦ端子に交換すればよい。

また、ソケットを有する本発明の半導体製造装置において、前記ＲＦ電極は、前記セラミックプレートの裏面にネジ部が露出したネジ付きコネクタを有し、前記ＲＦ端子の一端は、前記ＲＦ電極の前記ネジ付きコネクタに螺合されていてもよい。複数のＲＦ端子の１つに不具合が発生した場合には、そのＲＦ端子をネジ付きコネクタから外すと共にそのＲＦ端子をソケットから外し、不具合のないＲＦ端子に交換すればよい。この場合、ＲＦ端子がＲＦ電極にロウ付けされている場合に比べて、ロウ付け部分を熱で溶かす作業が不要になるため、簡単に交換することができる。

セラミックヒータ１０の縦断面図。ソケット２４を備えたＲＦベースロッド２２の縦断面図。セラミックプレート１２の裏面１２ｂのうちセラミックシャフト２０に囲まれた領域の説明図。他の実施形態のセラミックヒータの部分縦断面図。

次に、本発明の好適な実施形態につき、図面を参照しながら以下に説明する。図１はセラミックヒータ１０の縦断面図、図２はソケット２４を備えたＲＦベースロッド２２の縦断面図、図３はセラミックプレート１２の裏面１２ｂのうちセラミックシャフト２０に囲まれた領域の説明図である。

セラミックヒータ１０は、プラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うウエハを支持して加熱するために用いられるものであり、図示しない半導体プロセス用のチャンバの内部に取り付けられる。このセラミックヒータ１０は、セラミックプレート１２と、セラミックシャフト２０と、ＲＦベースロッド（給電ベース部材）２２と、複数のＲＦ端子３０とを備えている。

セラミックプレート１２は、ＡｌＮを主成分とする円板状の部材である。このセラミックプレート１２は、ウエハを載置可能なウエハ載置面１２ａを備えている。セラミックプレート１２のウエハ載置面１２ａとは反対側の面（裏面）１２ｂには、セラミックシャフト２０が接合されている。セラミックプレート１２には、ヒータ電極１４とＲＦ電極１６とが埋設されている。

ヒータ電極１４は、Ｍｏを主成分とするコイルをセラミックプレート１２の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものである。このヒータ電極１４の両端には、それぞれ＋極と−極のヒータ端子棒（図示せず）が接続されている。これらのヒータ端子棒は、セラミックシャフト２０の中空内部を通って外部のＤＣ電源（図示せず）に接続されている。ＲＦ電極１６は、セラミックプレート１２よりもやや小径の円盤状の薄層電極であり、Ｍｏを主成分とする細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュで形成されている。このＲＦ電極１６は、セラミックプレート１２のうちヒータ電極１４とウエハ載置面１２ａとの間に埋設されている。なお、ヒータ電極１４やＲＦ電極１６の材質をＭｏとしたのは、ＡｌＮと熱膨張係数が近く、セラミックプレート１２の製造時にクラックが生じにくいからである。ＲＦ電極１６の中央付近の２箇所には、円盤状のタブレット１８が電気的に接続されている。各タブレット１８は、セラミックプレート１２の裏面１２ｂに開けられた穴１９に露出している。タブレット１８の材質は、ヒータ電極１４やＲＦ電極１６と同じくＭｏである。ヒータ電極１４，ＲＦ電極１６及びタブレット１８は、Ｍｏ以外の材質であっても、ＡｌＮと熱膨張係数が近い導電性材料であれば使用することができる。なお、セラミックプレート１２の裏面１２ｂのうちセラミックシャフト２０に囲まれた領域には、セラミックプレート１２の温度を検出する熱電対（図示せず）が差し込まれている。

セラミックシャフト２０は、ＡｌＮを主成分とする円筒状の部材であり、上部開口の周囲に第１フランジ２０ａ、下部開口の周囲に第２フランジ２０ｂを有している。第１フランジ２０ａの端面は、セラミックプレート１２の裏面１２ｂにＴＣＢ（Thermal compression bonding）により接合されている。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する公知の方法をいう。第２フランジ２０ｂの端面は、図示しないチャンバに固定される。

ＲＦベースロッド２２は、Ｎｉなどの金属で形成されたロッドであり、セラミックシャフト２０の外部からセラミックシャフト２０の中空内部に至るように配置されている。このＲＦベースロッド２２は、一端に導電性のソケット２４を有している。ソケット２４は、２つの差込穴２６，２６を有しており、ＲＦベースロッド２２の他端に接続されたＲＦ電源４０から供給される電力を２つの差込穴２６，２６に分配する役割を果たす。差込穴２６は、円筒形状の穴であり、その内部には導電性のコンタクト２６ａ（図２参照）が設けられている。

ＲＦ端子３０は、Ｎｉなどの金属で形成されたロッドであり、一端がＲＦ電極１６のタブレット１８にロウ接合層３２を介して接合され、他端がソケット２４の差込穴２６に差し込まれている。ＲＦ端子３０を差込穴２６に差し込むと、ＲＦ端子３０はコンタクト２６ａが差込穴２６の半径方向に弾性変形することによりコンタクト２６ａと緊密に接触して電気的に接続される。なお、ＲＦ端子３０を差込穴２６から引き出す方向に力を加えると、ＲＦ端子３０はコンタクト２６ａとの接合が解除されて差込穴２６から引き出される。ＲＦ電源４０の高周波電力は、１本のＲＦベースロッド２２からソケット２４を経て２本のＲＦ端子３０に分配されてＲＦ電極１６へ供給される。

図３に示すように、セラミックプレート１２の裏面１２ｂのうちセラミックシャフト２０で囲まれた領域には、一対のヒータ端子棒が位置ａと位置ｂに配置され、熱電対が位置ｃに配置され、ＲＦ端子３０，３０が位置ｄと位置ｅ（中心位置）に配置されている。

次に、セラミックヒータ１０の使用例について説明する。図示しないチャンバ内にセラミックヒータ１０を配置し、ウエハ載置面１２ａにウエハを載置する。そして、ＲＦベースロッド２２、ソケット２４及びＲＦ端子３０を介してＲＦ電極１６にＲＦ電源４０の交流高周波電圧を印加することにより、チャンバ内の上方に設置された図示しない対向水平電極とセラミックプレート１２に埋設されたＲＦ電極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にＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。また、図示しない熱電対の検出信号に基づいてウエハの温度を求め、その温度が設定温度（例えば３５０℃とか３００℃）になるようにヒータ電極１４へ印加する電圧を制御する。

ＲＦ端子３０が１本の場合、ウエハ載置面１２ａに載置されたウエハへプラズマを利用してＣＶＤ成膜すると、ＲＦ端子３０の直上のみ膜厚が薄くなることがある。その原因は、ＲＦ端子３０とＲＦ電極１６との接触面積が小さいため、ＲＦ端子３０の直上にホットスポットが生じたことによると考えられる。本実施形態では、ＲＦ端子３０が２本のため、ＲＦ端子が１本の場合と比べて、ＲＦ端子３０とＲＦ電極１６との接触部分が分散されると共に接触面積の総和が大きくなる。そのため、各ＲＦ端子３０の直上にホットスポットが生じにくくなる。

以上詳述したセラミックヒータ１０によれば、各ＲＦ端子３０の直上にホットスポットが生じにくくなるため、ウエハ上にプラズマを利用してＣＶＤ成膜をしたあとの膜厚が均一になりやすい。また、２つのＲＦ端子３０は１つのＲＦベースロッド２２から分岐しているため、１つのＲＦベースロッド２２に対応して１つのＲＦ電源４０を用意すれば足りる。そのため、ＲＦ電源４０を複数用意する場合に比べて、装置構成がコンパクトになる。

また、ＲＦベースロッド２２から２つのＲＦ端子３０がソケット２４を介して分岐しているため、一方のＲＦ端子３０に不具合が発生した場合、そのＲＦ端子３０だけを交換することが可能となる。具体的には、そのＲＦ端子３０とタブレット１８とのロウ接合層３２を熱で溶かしてタブレット１８から外すと共に、そのＲＦ端子３０をソケット２４の差込穴２６から外し、不具合のないＲＦ端子３０に交換する。

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、セラミックプレート１２に埋設されたＲＦ電極１６のタブレット１８をＲＦ端子３０とロウ接合したが、図４に示す構造を採用してもよい。すなわち、雌ねじ４２ａを備えたコネクタ４２を用意し、そのコネクタ４２の平坦な端面をタブレット１８とロウ接合層４４を介して接合する。これにより、コネクタ４２の雌ねじ４２ａは、セラミックプレート１２の裏面１２ｂに露出した状態となる。次に、一端に雄ねじ３０ａを備えたＲＦ端子３０を用意し、その雄ねじ３０ａをコネクタ４２の雌ねじ４２ａに螺合すると共に、ＲＦ端子３０の端をソケット２４の差込穴２６に差し込む。こうした構造において、２つのＲＦ端子３０の１つに不具合が発生した場合には、そのＲＦ端子３０の雄ねじ３０ａをコネクタ４０の雌ねじ４０ａから外すと共にそのＲＦ端子３０をソケット２４から外し、不具合のないＲＦ端子３０に交換すればよい。こうすれば、ＲＦ端子３０がＲＦ電極１６のタブレット１８にロウ付けされている場合に比べて、ロウ接合層３２を熱で溶かす作業が不要になるため、簡単に交換することができる。なお、コネクタ４２に雄ねじを設け、ＲＦ端子３０に雌ねじを設けてもよい。

上述した実施形態では、図３に示すようにＲＦ端子３０，３０を位置ｄと位置ｅ（中心位置）に配置したが、その場合、２つのＲＦ端子３０が接近しているため、一方のＲＦ端子３０のロウ接合層３２を熱で溶かそうとするともう一方のＲＦ端子３０のロウ接合層３２も熱で溶けてしまうことがある。この点を考慮すると、２つのＲＦ端子３０，３０をできるだけ離して配置するのが好ましく、例えば、位置ａと位置ｄというように中心位置を挟んだ両側の位置に配置し、両ＲＦ端子３０，３０の距離がセラミックシャフト２０の内径の１／２を超えるようにしてもよい。こうすれば、一方のＲＦ端子３０のロウ接合層３２だけを熱で溶かすことが可能になる。

上述した実施形態では、１つのＲＦベースロッド２２をソケット２４を介して２つのＲＦ端子３０に分岐したが、１つのＲＦベースロッド２２をソケット２４を介さずに直接２つのＲＦ端子３０に分岐してもよい。この場合、ＲＦ端子３０を個別に交換することはできないが、１つのＲＦベースロッド２２に対応して１つのＲＦ電源４０を用意すれば足りるという効果は得られる。

上述した実施形態では、１つのＲＦベースロッド２２を２つのＲＦ端子３０に分岐したが、３つ以上のＲＦ端子３０に分岐してもよい。

上述した実施形態では、ＲＦ電極１６の形状をメッシュとしたが、その他の形状であってもよい。例えば、コイル状や平面状であってもよいし、パンチングメタルであってもよい。

上述した実施形態では、セラミック材料としてＡｌＮを採用したが、特にこれに限定されるものではなく、例えばアルミナなどを採用してもよい。その場合、ヒータ電極１４やＲＦ電極１６，タブレット１８の材質はそのセラミックの熱膨張係数に近いものを使用するのが好ましい。

上述した実施形態では、セラミックプレート１２にヒータ電極１４とＲＦ電極１６とを埋設したが、更に静電電極を埋設してもよい。こうすれば、セラミックヒータ１０は静電チャックとしての機能も果たすようになる。

１０セラミックヒータ、１２セラミックプレート、１２ａウエハ載置面、１２ｂ裏面、１４ヒータ電極、１６ＲＦ電極、１８タブレット、１９穴、２０セラミックシャフト、２０ａ第１フランジ、２０ｂ第２フランジ、２２ＲＦベースロッド、２４ソケット、２６差込穴、２６ａコンタクト、３０ＲＦ端子、３０ａ雄ねじ、３２ロウ接合層、４０ＲＦ電源、４２コネクタ、４２ａ雌ねじ、４４ロウ接合層。

Claims

表面がウエハ載置面であるセラミックプレートの裏面に中空のセラミックシャフトを繋いだ構造の半導体製造装置用部材であって、
前記セラミックプレートに埋設されたＲＦ電極と、
前記セラミックシャフトの中空内部に配置された１つの給電ベース部材と、
前記給電ベース部材から分岐して前記ＲＦ電極に接続された複数のＲＦ端子と、
を備え、
前記給電ベース部材は、外部のＲＦ電源から供給される電力を複数の差込穴に分配するソケットを有し、
前記ＲＦ端子は、一端が前記ＲＦ電極に接続され、他端が前記差込穴に差し込まれ、前記差込穴の内部に設けられた導電性のコンタクトが前記差込穴の半径方向に弾性変形することにより前記ＲＦ端子と前記コンタクトとが緊密に接触する、
半導体製造装置用部材。
前記ＲＦ端子の一端は、前記ＲＦ電極にロウ付けされている、
請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
前記ＲＦ電極は、前記セラミックプレートの裏面にネジ部が露出したネジ付きコネクタを有し、
前記ＲＦ端子の一端は、前記ＲＦ電極の前記ネジ付きコネクタに螺合されている、
請求項１に記載の半導体製造装置用部材。