JP6615134B2 - ウエハ支持台 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエハ支持台に関する。
従来より、半導体製造プロセスにおいて、プラズマＣＶＤ工程が採用されることがある。プラズマＣＶＤ工程では、ウエハ支持台のウエハ載置面にウエハを載置する。ウエハ支持台のセラミック基体には、グランドに接続された下部電極とウエハを加熱するヒータ電極とが埋設されている。一方、ウエハの上方空間には、ＲＦ電源に接続された上部電極が配置されている。そして、上部電極にＲＦ電流を供給すると、上部電極と下部電極との間の空間にプラズマが発生し、このプラズマを利用してウエハに薄膜が蒸着される。なお、下部電極をＲＦ電源に接続し、上部電極をグランドに接続することもある。
こうしたプラズマＣＶＤ工程では、ＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化によりＲＦ電界が誘起され、ヒータ電極がＲＦノイズによって影響を受けることがあった。この点を考慮して、特許文献１では下部電極とヒータ電極との間にＲＦシールドを設けている。
米国特許６６８３２７４号明細書
しかしながら、下部電極とヒータ電極との間にＲＦシールドを設けた場合でも、ＲＦ電流の周波数が高くなるとヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防ぐことは難しかった。
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、プラズマ発生装置に用いられるウエハ支持台においてヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防止することを主目的とする。
本発明のウエハ支持台は、
ウエハ載置面を備えたセラミック基体に、前記ウエハ載置面に近い方からプラズマ発生電極、ヒータ電極がこの順に離間した状態で埋設され、前記プラズマ発生電極の配線部材及び前記ヒータ電極の配線部材が前記セラミック基体の前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記セラミック基体の外部に引き出されたウエハ支持台であって、
前記プラズマ発生電極と前記ヒータ電極との間に両者と非接触な状態で前記セラミック基体に埋設されたシールドシートと、
前記シールドシートと電気的に接続され、前記セラミック基体の前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記セラミック基体の外部に延出されたシールドパイプと、
を備え、
前記プラズマ発生電極の配線部材は、前記シールドパイプの内部に前記シールドパイプと非接触な状態で挿通され、
前記ヒータ電極の配線部材は、前記シールドパイプの外部に前記シールドパイプと非接触な状態で配置されている、
ものである。
このウエハ支持台では、シールドシートは、プラズマ発生電極の周囲に発生するＲＦ電界がヒータ電極に結合するのを防止する。このＲＦ電界は、プラズマ発生電極を流れるＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化により誘起されるものである。また、シールドパイプは、プラズマ発生電極の配線部材の周囲に発生するＲＦ電界がヒータ電極に結合するのを防止する。このＲＦ電界は、プラズマ発生電極の配線部材を流れるＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化により誘起されるものである。特許文献１では、こうしたシールドパイプを備えていなかったため、ＲＦ電界がヒータ電極の配線部材に結合するのを防止することができなかったが、本発明ではこうしたシールドパイプを備えているため、ヒータ電極の配線部材に結合するのを防止することができる。したがって、本発明によれば、ヒータ電極及びその配線部材を含むヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防止することができる。
本発明のウエハ支持台において、前記ヒータ電極の配線部材は、前記ヒータ電極と外部電源との間にローパスフィルタを備えていてもよい。こうすれば、ローパスフィルタによって防止しきれなかったＲＦノイズを、シールドシート及びシールドパイプによって防止することが可能となる。
本発明のウエハ支持台において、前記シールドシートは、メッシュ、パンチングメタル又は金属板の面状部材であり、前記シールドパイプは、メッシュ、パンチングメタル又は金属板の筒状部材であってもよい。メッシュの大きさやパンチングメタルの穴の大きさはＲＦノイズの影響を十分防止できるように設計される。
本発明のウエハ支持台において、前記プラズマ発生電極は、ＲＦ電源の電圧を印加する電極であってもよいしグランド電極であってもよい。いずれの場合でもＲＦノイズの問題が発生するため、本発明を適用する意義が高い。
本発明のウエハ支持台において、前記プラズマ発生電極に流れるＲＦ電流の周波数は、１３ＭＨｚ以上であることが好ましい。ＲＦ電流の周波数が１３ＭＨｚ以上（特に２７ＭＨｚ以上）の場合には、ＲＦノイズの影響が大きくなりやすいため、本発明を適用する意義が高い。
本実施形態のプラズマ発生装置１０の概略構成を示す断面図。 別の実施形態のプラズマ発生装置１０の概略構成を示す断面図。
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はプラズマ発生装置１０の概略構成を示す断面図である。
プラズマ発生装置１０は、ウエハ支持台２０と、上部電極５０とを備えている。
ウエハ支持台２０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Ｗ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。このウエハ支持台２０は、セラミック基体２２と、セラミックシャフト２４とを備えている。
セラミック基体２２は、ＡｌＮ製の円板状部材である。このセラミック基体２２は、ウエハＷを載置可能なウエハ載置面２２ａを備えている。セラミック基体２２のウエハ載置面２２ａとは反対側の面（裏面）２２ｂには、セラミックシャフト２４が接合されている。セラミック基体２２には、プラズマ発生電極２６とヒータ電極３０とシールドシート４０とが埋設されている。プラズマ発生電極２６とヒータ電極３０は、ウエハ載置面２２ａに近い方からこの順に離間した状態で埋設されている。シールドシート４０は、プラズマ発生電極２６とヒータ電極３０との間に両者と非接触な状態で埋設されている。
プラズマ発生電極２６は、導電性のメッシュシートで構成された円形電極であり、ウエハ載置面２２ａと平行又はほぼ平行に設けられている。プラズマ発生電極２６に電気的に接続された配線部材としてのロッド２８は、セラミック基体２２の裏面２２ｂからセラミックシャフト２４の内部（セラミック基体２２の外部）に引き出され、導電金属製の円柱部材４４に電気的に接続されている。
ヒータ電極３０は、ウエハ載置面２２ａと平行又はほぼ平行に設けられている。ヒータ電極３０は、セラミック基体２２の中心から所定半径の円の内側のゾーン（第１ゾーンＺ１、図１の１点鎖線参照）に設けられた第１ヒータ電極３１と、その円の外側のゾーン（第２ゾーンＺ２、図１の２点鎖線参照）に設けられた第２ヒータ電極３２とで構成されている。第１ヒータ電極３１は、第１ゾーンＺ１の中心付近を除くほぼ全面にわたって一筆書きの要領で他方の端子までコイルを配線したものである。第１ヒータ電極３１の両端には、それぞれ配線部材３１ａ，３１ａが電気的に接続されている。一方の配線部材３１ａは、セラミック基体２２の裏面２２ｂからセラミックシャフト２４の内部（セラミック基体２２の外部）に引き出され、円柱部材４４を電気的に絶縁された状態で貫通し、ローパスフィルタ３３を経て交流電源３５に接続されている。他方の配線部材３１ａは、グランドＧに電気的に接続されている。第２ヒータ電極３２は、第２ゾーンＺ２のほぼ全面にわたって一筆書きの要領でコイルを配線したものである。第２ヒータ電極３２の両端には、それぞれ配線部材３２ａ，３２ａが電気的に接続されている。一方の配線部材３２ａは、セラミック基体２２の裏面２２ｂからセラミックシャフト２４の内部（セラミック基体２２の外部）に引き出され、円柱部材４４を電気的に絶縁された状態で貫通し、ローパスフィルタ３４を経て交流電源３６に接続されている。他方の配線部材３２ａは、グランドＧに電気的に接続されている。
シールドシート４０は、円形で導電性のメッシュシートであり、ウエハ載置面２２ａと平行又はほぼ平行に設けられている。シールドシート４０の直径は、プラズマ発生電極２６と同径かそれよりも若干大きい。シールドシート４０のメッシュサイズは、後述する効果すなわちＲＦ電界が第１及び第２ヒータ電極３１，３２に結合するのを防止する効果を発揮できるように、例えば０．７ｍｍ以下に設定されている。シールドシート４０に電気的に接続されたシールドパイプ４２は、セラミック基体２２の裏面２２ｂからセラミックシャフト２４の内部（セラミック基体２２の外部）に延出され、円柱部材４４に電気的に接続されている。シールドパイプ４２は、導電性のメッシュパイプであり、第１ヒータ電極３１が配線されていないセラミック基体２２の中心付近を経て裏面２２ｂから延出されている。そのため、シールドパイプ４２はヒータ電極３０と接触していない。シールドパイプ４２のメッシュサイズは、後述する効果すなわちＲＦ電界が第１及び第２ヒータ電極３１，３２の各配線部材３１ａ，３２ａに結合するのを防止する効果を発揮できるように、例えば０．７ｍｍ以下に設定される。シールドパイプ４２の内部には、プラズマ発生電極２６のロッド２８がシールドパイプ４２と非接触な状態で挿通されている。
プラズマ発生電極２６、ヒータ電極３０、シールドシート４０及びシールドパイプ４２の材質は、同じであっても異なっていてもよい。材質としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ化合物、Ｗ化合物又はＮｂ化合物が挙げられる。このうち、セラミック基体２２との熱膨張係数差の小さいものが好ましい。ロッド２８及び配線部材３１ａ，３２ａの材質も、これと同様であるが、耐酸化性のあるＮｉ等の材質が好ましい。
セラミックシャフト２４は、セラミック基体２２と同様、ＡｌＮ製の円筒状部材である。セラミックシャフト２４の上部端面は、セラミック基体２２の裏面２２ｂに拡散接合や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。セラミックシャフト２４の下部開口の周囲にはフランジ２４ａが設けられている。
セラミックシャフト２４のフランジ２４ａは、グランドＧに接続された導電金属製の円柱部材４４に接続されている。円柱部材４４の上面及び底面は、フランジ２４ａの外径と同等以上の径を有している。円柱部材４４の上面の円形穴には金属製のソケット２９が埋設され、ソケット２９にはロッド２８の下端が接合されている。円柱部材４４の上面のリング状の穴には金属製の伸縮管であるベローズ４３が配置され、ベローズ４３の上端にはシールドパイプ４２の下端が接合されている。そのため、ロッド２８は、ソケット２９及び円柱部材４４を介してグランドＧに電気的に接続され、シールドパイプ４２は、ベローズ４３及び円柱部材４４を介してグランドＧに電気的に接続されている。
上部電極５０は、セラミック基体２２のウエハ載置面２２ａと対向する上方位置（例えば図示しないチャンバの天井面）に固定されている。この上部電極５０は、ＲＦ電源５２に接続されている。そのため、上部電極５０には、ＲＦ電流が供給される。ＲＦ電流の周波数は、例えば１３ＭＨｚとか２７ＭＨｚである。
次に、プラズマ発生装置１０の使用例について説明する。図示しないチャンバ内にプラズマ発生装置１０を配置し、ウエハ載置面２２ａにウエハＷを載置する。そして、上部電極５０にＲＦ電流を供給する。こうすることにより、上部電極５０とセラミック基体２２に埋設されたプラズマ発生電極２６とからなる平行平板電極間にプラズマが発生し、そのプラズマを利用してウエハＷ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Ｗ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３０を構成する第１及び第２ヒータ電極３１，３２へ印加する電圧を制御する。
プラズマ発生電極２６の周辺には、プラズマ発生電極２６を流れるＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化によりＲＦ電界が誘起される。シールドシート４０は、このＲＦ電界がヒータ電極３０を構成する第１及び第２ヒータ電極３１，３２に結合するのを防止する。また、プラズマ発生電極２６のロッド２８の周辺には、ロッド２８を流れるＲＦ電流により発生するＲＦ磁場の時間変化によりＲＦ電界が誘起される。シールドパイプ４２は、このＲＦ電界が第１及び第２ヒータ電極３１，３２の配線部材３１ａ，３２ａに結合するのを防止する。そのため、第１及び第２ヒータ電極３１，３２及びその配線部材３１ａ，３２ａを含むヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防止することができる。その結果、ヒータ電極３０の温度制御を精度よく行うことができる。
次に、プラズマ発生装置１０の製造例について説明する。ここでは、ウエハ支持台２０の製造例について説明する。なお、この製造例は周知の技術を適用したものであるため概略のみ説明する。
まず、必要な仕様に調合されたセラミック粉末に、ヒータ電極３０（第１及び第２ヒータ電極３１，３２）、シールドシート４０及びプラズマ発生電極２６をほぼ平行で且つそれぞれが非接触な状態となるように埋設し、これを成形機を用いてプレス成形する。次に、得られた成形体を焼成炉に搬入し、所定温度（〜２０００℃）まで昇温して焼成する。これにより、ヒータ電極３０、シールドシート４０及びプラズマ発生電極２６がほぼ平行で且つそれぞれが非接触な状態で埋設されたセラミック基体２２を得る。焼成炉は、ホットプレス炉、常圧炉等を用いることができる。得られたセラミック基体２２に表面加工を施すことによりセラミック基体２２を所定寸法に整える。
一方、セラミック基体２２とは別に、セラミックシャフト２４を準備する。具体的には、セラミックシャフト用の金型を用いてＣＩＰ（冷間等方圧加圧）にて成形し、得られた成形体を常圧炉にて所定温度（〜２０００℃）で焼成する。得られたセラミックシャフト２４に表面加工を施すことによりセラミックシャフト２４を所定寸法に整える。
そして、セラミック基体２２の裏面２２ｂにセラミックシャフト２４を配置し、上述した拡散接合又はＴＣＢにより両者を接合する。これにより、セラミック基体２２とセラミックシャフト２４とが接合されて一体になる。得られた一体品の表面に最終加工を施して、その一体品を所定寸法に整える。そして、セラミック基体２２の裏面２２ｂからザグリ穴を設けてプラズマ発生電極２６を露出させ、その露出した部分にロッド２８をロウ接合等により接合する。シールドシート４０とシールドパイプ４２との接合や第１及び第２ヒータ電極３１，３２とその配線部材３１ａ，３２ａとの接合についても、これと同様にしてロウ接合等により接合する。その後、ロッド２８及びシールドパイプ４２を円柱部材４４を介してグランドＧに接続すると共に、一方の配線部材３１ａ，３２ａをローパスフィルタ３３，３４を介して交流電源３５，３６に接続し、他方の配線部材３１ａ，３２ａをグランドＧに接続し、ウエハ支持台２０を得る。
以上詳述したウエハ支持台２０では、プラズマ発生電極２６の周辺に発生するＲＦ電界が第１及び第２ヒータ電極３１，３２に結合するのを、シールドシート４０が防止する。また、ロッド２８の周辺に発生するＲＦ電界が第１及び第２ヒータ電極３１，３２の配線部材３１ａ，３２ａに結合するのを、シールドパイプ４２が防止する。したがって、第１及び第２ヒータ電極３１，３２やその配線部材３１ａ，３２ａを含むヒータ回路へのＲＦノイズの影響を十分防止することができる。その結果、第１及び第２ヒータ電極３１，３２の温度制御を精度よく行うことができる。
また、ウエハ支持台２０は、シールドシート４０及びシールドパイプ４２に加えて、第１及び第２ヒータ電極３１，３２の配線部材３１ａ，３２ａのそれぞれにローパスフィルタ３３，３４を備えている。そのため、ヒータ回路へのＲＦノイズの影響を一層防止することができる。換言すれば、ローパスフィルタ３３，３４によって防止しきれなかったＲＦノイズを、シールドシート４０及びシールドパイプ４２によって防止することが可能となる。ＲＦ電流の周波数が１３ＭＨｚ以上の場合、とりわけ２７ＭＨｚ以上の場合に、こうした効果が顕著になる。
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、上部電極５０をＲＦ電源５２に接続し、プラズマ発生電極２６のロッド２８をグランドＧに接続したが、図２に示すように上部電極５０をグランドＧに接続し、プラズマ発生電極２６のロッド２８をソケット２９を介してＲＦ電源５２に接続してもよい。図２中の符号は上述した実施形態と同じ構成要素を示す。この場合、ソケット２９の周囲は図示しない絶縁膜で覆われており、ソケット２９は円柱部材４４と電気的に絶縁されている。この場合でも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
上述した実施形態では、セラミック基体２２やセラミックシャフト２４の材質をＡｌＮとしたが、特にこれに限定されるものではなく、例えばアルミナや炭化珪素、窒化珪素などとしてもよい。
上述した実施形態において、プラズマ発生電極２６に電圧を印加することによりウエハＷをウエハ載置面２２ａに吸引することができる。また、セラミック基体２２に更に静電電極を埋設し、静電電極の配線部材をセラミック基体２２の裏面２２ｂからセラミックシャフト２４の内部（セラミック基体２２の外側）へ引き出すようにしてもよい。こうすれば、静電電極に電圧を印加することによりウエハＷをウエハ載置面２２ａに吸引することもできる。なお、静電電極の配線部材は、シールドパイプ４２の外部に配置するのが好ましい。
上述した実施形態では、シールドシート４０及びシールドパイプ４２として導電性のメッシュシート及びメッシュパイプを採用したが、特にこれらに限定されるものではなく、例えばパンチングメタルのシートやパイプを採用してもよい。この場合、パンチングメタルの穴の大きさはＲＦノイズの影響を十分防止できるように設計される。あるいは、金属板の面状部材や筒状部材を採用してもよい。こうすれば、ＲＦノイズの影響をより確実に防止することができる。
上述した実施形態では、シールドシート４０及びシールドパイプ４２に加えてローパスフィルタ３３，３４を採用したが、周波数１３ＭＨｚ程度のＲＦ電流であれば、シールドシート４０及びシールドパイプ４２がなくても、ローパスフィルタ３３，３４の設計によってヒータ回路へのＲＦノイズの影響をある程度防止することができる。しかし、上述したようにシールドシート４０及びシールドパイプ４２をセラミック基体２２に組み込めば、ＲＦノイズの影響をより確実に防止することができる。
上述した実施形態では、配線部材３１ａ，３２ａにローパスフィルタ３３，３４を設けたが、シールドシート４０及びシールドパイプ４２によってＲＦノイズの影響を十分防止できる場合にはローパスフィルタ３３，３４を省略しても構わない。
上述した実施形態では、ヒータ電極３０として第１及び第２ヒータ電極３１，３２を有する２ゾーンヒータを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、１ゾーンヒータであってもよいし、３ゾーン以上に分割された多ゾーンヒータであってもよい。
１０ プラズマ発生装置、２０ ウエハ支持台、２２ セラミック基体、２２ａ ウエハ載置面、２２ｂ 裏面、２４ セラミックシャフト、２４ａ フランジ、２６ プラズマ発生電極、２８ ロッド、２９ ソケット、３０ ヒータ電極、３１ 第１ヒータ電極、３１ａ 配線部材、３２ 第２ヒータ電極、３２ａ 配線部材、３３，３４ ローパスフィルタ、３５，３６ 交流電源、４０ シールドシート、４２ シールドパイプ、４３ ベローズ、４４ 円柱部材、５０ 上部電極、５２ ＲＦ電源、Ｗ ウエハ、Ｚ１ 第１ゾーン、Ｚ２ 第２ゾーン、Ｇ グランド。

Claims (5)

  1. ウエハ載置面を備えたセラミック基体に、前記ウエハ載置面に近い方からプラズマ発生電極、ヒータ電極がこの順に離間した状態で埋設され、前記プラズマ発生電極の配線部材及び前記ヒータ電極の配線部材が前記セラミック基体の前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記セラミック基体の外部に引き出されたウエハ支持台であって、
    前記プラズマ発生電極と前記ヒータ電極との間に両者と非接触な状態で前記セラミック基体に埋設されたシールドシートと、
    前記シールドシートと前記セラミック基体の内部で直接電気的に接続されて前記シールドシートと一体化され、前記セラミック基体の前記ウェハ載置面とは反対側の面から前記セラミック基体の外部に延出されたシールドパイプと、
    を備え、
    前記プラズマ発生電極の配線部材は、前記シールドパイプの内部に前記シールドパイプと非接触な状態で挿通され、
    前記ヒータ電極の配線部材は、前記シールドパイプの外部に前記シールドパイプと非接触な状態で配置されている、
    ウエハ支持台。
  2. 前記ヒータ電極の配線部材は、前記ヒータ電極と外部電源との間にローパスフィルタを備えている、
    請求項１に記載のウエハ支持台。
  3. 前記シールドシートは、メッシュ、パンチングメタル又は金属板の面状部材であり、
    前記シールドパイプは、メッシュ、パンチングメタル又は金属板の筒状部材である、
    請求項１又は２に記載のウエハ支持台。
  4. 前記プラズマ発生電極は、ＲＦ電源の電圧を印加する電極又はグランド電極である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハ支持台。
  5. 前記プラズマ発生電極に流れるＲＦ電流の周波数は、１３ＭＨｚ以上である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のウエハ支持台。
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