JP7488796B2 - フォーカスリング載置台 - Google Patents

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Description

本発明は、フォーカスリング載置台に関する。
ウエハにプラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うためにウエハ処理装置が用いられる。特許文献１には、円盤状の中心側金属ベースと円環状の外周側金属ベースとが連結された金属ベースと、中心側金属ベースの上面に設けられた円盤状の中心側静電チャックヒータと、外周側金属ベースの上面に設けられた円環状の外周側静電チャックヒータとを備えたウエハ処理装置が開示されている。このウエハ処理装置では、中心側静電チャックヒータの上面に円盤状のウエハを静電吸着すると共に、外周側静電チャックヒータの上面に円環状のフォーカスリングを静電吸着する。また、ウエハの温度とフォーカスリングの温度とは、それぞれ個別に制御される。
特開２０１６－２０７９７９号公報
外周側金属ベースと外周側静電チャックヒータとは接着シートによって接着されている。接着シートは、使用環境において腐食することがある。そのため、接着シートの周囲（内周部と外周部）を囲むように保護材を充填することにより、接着シートの腐食を防止することが考えられる。こうした技術は、本発明者らの知る限り、現在のところ公知になっていない。接着シートの周囲を囲むように保護材を充填すると、接着シートと保護材とは緊密に接着して一体化する。この状態で外周側静電チャックヒータが高温になると、接着シートも保護材も半径外方向に伸びようとする。ここで、接着シートのＣＴＥ（熱膨張係数）が保護材のＣＴＥよりも大きい場合、接着シートの伸び量が保護材の伸び量よりも大きいため、接着シートの内周部では保護材が接着シートに引っ張られる。その結果、接着シートか保護材の少なくとも一方において剥離や亀裂が発生することがある。一方、接着シートのＣＴＥが保護材のＣＴＥよりも小さい場合、保護材の伸び量が接着シートの伸び量よりも大きいため、接着シートの外周部では接着シートが保護材に引っ張られる。その結果、接着シートか保護材の少なくとも一方において剥離や亀裂が発生することがある。なお、こうした問題は静電吸着機能の有無に関わりなく発生する。
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、フォーカスリング用のセラミックヒータと金属ベースとを接着する接着材の内周側及び外周側を保護材で保護すると共に接着材と保護材との熱膨張差に起因する不具合の発生を防止することを主目的とする。
本発明のフォーカスリング載置台は、
フォーカスリングが載置される円環状のセラミックヒータと、
金属ベースと、
前記金属ベースと前記セラミックヒータとを接着する接着材と、
前記金属ベースと前記セラミックヒータとの間で前記接着材の内周部に接着するように設けられた内周側保護材と、
前記金属ベースと前記セラミックヒータとの間で前記接着材の外周部に接着するように設けられた外周側保護材と、
を備え、
前記接着材の熱膨張係数は、前記内周側保護材の熱膨張係数以下で、前記外周側保護材の熱膨張係数以上である。
このフォーカスリング載置台は、接着材の内周部及び外周部を囲む内周側及び外周側保護材を備えている。接着材の内周側及び外周側は、保護材で保護される。また、こうしたフォーカスリング載置台では、高温になると、接着材、内周側保護材及び外周側保護材は半径外方向に伸びようとする。ここで、接着材の熱膨張係数は内周側保護材の熱膨張係数以下であるため、接着材が半径外方向に伸びる量は内周側保護材が半径外方向に伸びる量と同じかそれよりも少ない。そのため、接着材が内周側保護材を半径外方向へ引っ張る引張応力は発生しない。したがって、接着材及び内周側保護材の少なくとも一方において熱膨張に起因する不具合が発生するのを防止することができる。また、接着材の熱膨張係数は外周側保護材の熱膨張係数以上であるため、外周側保護材が半径外方向に伸びる量は接着材が半径外方向に伸びる量と同じかそれよりも少ない。そのため、外周側保護材が接着材を半径外方向へ引っ張る引張応力は発生しない。したがって、接着材及び外周側保護材の少なくとも一方において熱膨張差に起因する不具合が発生するのを防止することができる。
本発明のフォーカスリング載置台において、前記接着材の熱膨張係数は、前記内周側保護材の熱膨張係数より小さくてもよく、前記外周側保護材の熱膨張係数より大きくてもよい。こうすれば、接着材と内周側保護材と外周側保護材との熱膨張係数を同じにする必要がない。
本発明のフォーカスリング載置台において、前記金属ベースは、前記金属ベースの側面及び前記セラミックヒータに対向する面のうち少なくとも前記内周側保護材及び前記外周側保護材が形成されている部分に絶縁膜を有していてもよい。こうすれば、金属ベースを介して予期せぬ放電が起きるのを防止することができる。絶縁膜は、使用環境下での耐食性を有していることが好ましい。絶縁膜としては、例えばセラミック溶射膜などが挙げられる。こうした絶縁膜は、金属ベースのセラミックヒータに対向する面のうち接着材が形成されている部分に及ぶように設けてもよい。
本発明のフォーカスリング載置台において、接着材、内周側保護材及び外周側保護材の熱膨張係数を調整するにあたっては、例えば、それぞれ異なるカテゴリーの材料を用いてもよい。材料のカテゴリーとしては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。あるいは、同じカテゴリーの樹脂の中から組成の異なるものを用いてもよい。例えば、エポキシ樹脂のカテゴリーの中には組成が異なるものが多く存在しており、組成が異なることで熱膨張係数が異なるものがある。この点は、他の樹脂についても同様である。あるいは、同じ組成の樹脂であって添加物の種類や量が異なるものを用いてもよい。添加物としては、フィラーが挙げられる。例えば、同じ組成のシリコーン樹脂に対して、添加量が多いほど熱膨張係数が低くなるフィラーを添加する場合、フィラーの添加量を内周側保護材が最も少なく、外周側保護材が最も多くなるようにすれば、（内周側保護材のＣＴＥ）＞（接着シートのＣＴＥ）＞（外周側保護材のＣＴＥ）にすることができる。
ウエハ処理装置１０の縦断面図。 フォーカスリング載置台２０の平面図。 図２のＡ－Ａ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はウエハ処理装置１０の縦断面図、図２はフォーカスリング載置台２０の平面図、図３は図２のＡ－Ａ断面図（部分拡大図付き）である。以下の説明において、上下、左右、前後などを用いて説明することがあるが、上下、左右、前後は、相対的な位置関係に過ぎない。
ウエハ処理装置１０は、ウエハＷにプラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うために用いられるものであり、半導体プロセス用のチャンバ８０の内部に設けられた設置板８２に固定されている。ウエハ処理装置１０は、ウエハ載置台１２とフォーカスリング載置台２０とを備えている。以下、フォーカスリングは「ＦＲ」と略すことがある。
ウエハ載置台１２は、ウエハ用セラミックヒータ１４と、ウエハ用冷却板１６とを備えている。ウエハ用冷却板１６は、ウエハ用セラミックヒータ１４のウエハ載置面である表面１４ａとは反対側の裏面１４ｂに接着シート１５を介して接着されている。接着シート１５は、円形の両面接着テープである。接着シート１５の材料としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
ウエハ用セラミックヒータ１４は、円盤状の部材であり、セラミック基体１４ｃに抵抗発熱体１４ｄが埋設されたものである。セラミック基体１４ｃは、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリアなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。セラミック基体１４ｃの表面１４ａには、ウエハＷが載置される。抵抗発熱体１４ｄは、導電性のあるコイル又は印刷パターンで作製され、平面視したときに全面にわたって一筆書きの要領で一端から他端まで交差することなく配線されている。抵抗発熱体１４ｄの一端と他端は、設置板８２、ウエハ用冷却板１６及び接着シート１５を貫通しセラミック基体１４ｃに差し込まれた図示しない一対の給電棒に接続されている。抵抗発熱体１４ｄには、この給電棒を介して電圧が印加されるようになっている。
ウエハ用冷却板１６は、アルミニウムやアルミニウム合金などに代表される金属からなる円盤状のプレートであり、内部に冷媒が循環可能な図示しない冷媒通路を備えている。この冷媒通路は、設置板８２を貫通する図示しない冷媒供給路及び冷媒排出路に接続されており、冷媒排出路から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路に戻される。ウエハ用冷却板１６は、ウエハ用冷却板１６の下端部（設置板８２に近い側の端部）の外周面から半径外向きに突き出したウエハ用冷却板フランジ部１６ａを備えている。ウエハ用冷却板フランジ部１６ａには、周方向に沿って複数の貫通孔１６ｂが設けられている。
ＦＲ載置台２０は、ウエハ載置台１２とは別体であり、ウエハ載置台１２の外周に配置されている。ＦＲ載置台２０は、ＦＲ用セラミックヒータ２２と、ＦＲ用冷却板２４とを備えている。ＦＲ用冷却板２４は、ＦＲ用セラミックヒータ２２のＦＲ載置面である表面２２ａとは反対側の裏面２２ｂに接着シート２５を介して接着されている。接着シート２５は、円環状の両面接着テープである。接着シート２５の材料としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
ＦＲ用セラミックヒータ２２は、セラミック基体２２ｃに抵抗発熱体２２ｄが埋設されたものである。セラミック基体２２ｃは、セラミック基体１４ｃと同様の材料からなるリング状のプレートである。セラミック基体２２ｃの表面２２ａには、フォーカスリングＦＲが載置される。抵抗発熱体２２ｄは、導電性のあるコイル又は印刷パターンで作製され、平面視したときに全面にわたって一筆書きの要領で一端から他端まで交差することなく配線されている。抵抗発熱体２２ｄの一端と他端は、設置板８２、ＦＲ用冷却板２４及び接着シート２５を貫通しセラミック基体２２ｃに差し込まれた図示しない一対の給電棒に接続されている。抵抗発熱体２２ｄには、この給電棒を介して電圧が印加されるようになっている。
ＦＲ用冷却板２４は、アルミニウムやアルミニウム合金などに代表される金属からなるリング状のプレートであり、内部に冷媒が循環可能な図示しない冷媒通路を備えている。この冷媒通路は、設置板８２を貫通する冷媒供給路及び冷媒排出路に接続されており、冷媒排出路から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路に戻される。ＦＲ用冷却板２４は、ＦＲ用冷却板２４の下面には、周方向に沿って複数の凸部２４ａが設けられている。ウエハ載置台１２は、ＦＲ用冷却板２４の裏面に設けられた凸部２４ａをウエハ用冷却板フランジ部１６ａの貫通孔１６ｂに嵌め込んだ状態で、設置板８２の裏面からボルト８４を凸部２４ａのネジ穴に締結することにより、ＦＲ載置台２０を介して設置板８２に固定される。
ＦＲ用セラミックヒータ２２とＦＲ用冷却板２４との間のうち接着シート２５の内周側には、接着シート２５の内周部（内周面）を囲むように接着性の内周側保護材２７ｉが設けられている。接着シート２５と内周側保護材２７ｉとは、接着されている。ＦＲ用セラミックヒータ２２とＦＲ用冷却板２４との間のうち接着シート２５の外周側には、接着シート２５の外周部（外周面）を囲むように接着性の外周側保護材２７ｏが設けられている。接着シート２５と外周側保護材２７ｏとは、接着されている。接着シート２５の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、内周側保護材２７ｉのＣＴＥ以下であり、好ましくは内周側保護材２７ｉよりも小さい。接着シート２５のＣＴＥは、外周側保護材２７ｏのＣＴＥ以上であり、好ましくは外周側保護材２７ｏよりも大きい。内周側保護材２７ｉ及び外周側保護材２７ｏは、ウエハ処理装置１０が使用される環境の雰囲気（例えばプロセスガスやプラズマなどの雰囲気）において接着シート２５よりも耐食性の高い材料で形成されている。そのため、内周側保護材２７ｉ及び外周側保護材２７ｏは、使用環境の雰囲気から接着シート２５を保護する役割を果たす。例えば、接着シート２５の材料としてエポキシ樹脂を用いた場合、内周側保護材２７ｉ及び外周側保護材２７ｏの材料としてシリコーン樹脂を用いることができる。この場合、内周側保護材２７ｉのＣＴＥと外周側保護材２７ｏのＣＴＥとを異なる値にするにあたっては、同じ組成のシリコーン樹脂を用いてそのシリコーン樹脂に加えるフィラーの種類や量を調節してもよいし、異なる組成のシリコーン樹脂を用いてもよい。フィラーとしては、例えばアルミナやイットリアなどが挙げられる。
ＦＲ用冷却板２４は、内周側絶縁膜２９ｉ及び外周側絶縁膜２９ｏを有している。内周側絶縁膜２９ｉは、ＦＲ用冷却板２４の内周面と、ＦＲ用冷却板２４のＦＲ用セラミックヒータ２２に対向する面のうち内周側保護材２７ｉが形成されている部分に設けられている。本実施形態では、内周側絶縁膜２９ｉは、接着シート２５に入り込んでいる。外周側絶縁膜２９ｏは、ＦＲ用冷却板２４の外周面と、ＦＲ用冷却板２４のＦＲ用セラミックヒータ２２に対向する面のうち外周側保護材２７ｏが形成されている部分に設けられている。本実施形態では、外周側絶縁膜２９ｏは、接着シート２５に入り込んでいる。絶縁膜２９ｉ，２９ｏは、使用環境下での耐食性を有していることが好ましい。絶縁膜２９ｉ，２９ｏとしては、例えば溶射膜を採用することができる。溶射膜の材質としては、絶縁性のセラミックス（例えばアルミナやイットリアなど）が挙げられる。
このＦＲ載置台２０は、例えば以下の方法により製造することができる。まず、ＦＲ用セラミックヒータ２２、ＦＲ用冷却板２４及び両面テープを準備する。両面テープは、最終的には接着シート２５になるものであり、両面に剥離紙を備えたものである。続いて、両面テープの一方の面から剥離紙を剥がして接着面を露出させ、ＦＲ用冷却板２４の表面に両面テープの接着面を貼り付ける。続いて、両面テープのもう一方の面から剥離紙を剥がして接着面を露出させ、そこにＦＲ用セラミックヒータ２２の裏面２２ｂを載せて接着させる。これにより、ＦＲ用セラミックヒータ２２とＦＲ用冷却板２４とが接着シート２５によって接着された状態になる。その後、ＦＲ用セラミックヒータ２２とＦＲ用冷却板２４との間であって接着シート２５の周囲（内周側と外周側）に、接着性の充填材を充填する。充填材は、最終的には内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏになるものである。このとき、充填材と接着シート２５とが密着するように充填材を充填する。その後、充填材を硬化させて内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏとする。こうすることにより、ＦＲ載置台２０が得られる。
次に、ウエハ処理装置１０の使用例について図１を用いて説明する。チャンバ８０は、内部にウエハ処理装置１０を設置するための設置板８２を備えている。設置板８２には、上述したようにウエハ処理装置１０が設置されている。チャンバ８０の天井面には、プロセスガスを多数のガス噴射孔からチャンバ８０の内部へ放出するシャワーヘッド９０が配置されている。
ウエハ処理装置１０の表面１４ａには、円盤状のウエハＷが載置される。ウエハＷの温度は、ウエハ用セラミックヒータ１４の抵抗発熱体１４ｄへ供給する電力やウエハ用冷却板１６の図示しない冷媒通路へ供給する冷媒の温度を調節することによって制御することができる。ウエハＷの温度制御は、図示しない温度検出センサによってウエハＷの温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
ウエハ処理装置１０の表面２２ａには、フォーカスリング（ＦＲ）が載置される。フォーカスリングは、ウエハＷと干渉しないように上端部の内周に沿って段差を備えている。フォーカスリングの温度は、ＦＲ用セラミックヒータ２２の抵抗発熱体２２ｄへ供給する電力やＦＲ用冷却板２４の図示しない冷媒通路へ供給する冷媒の温度を調節することによって制御することができる。フォーカスリングの温度制御は、図示しない温度検出センサによってフォーカスリングの温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
この状態で、チャンバ８０の内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、シャワーヘッド９０からプロセスガスを供給しながらウエハ載置台１２のウエハ用冷却板１６とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。そして、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。なお、設置板８２の下方空間は大気雰囲気である。
ウエハＷがプラズマ処理されるのに伴ってフォーカスリングも消耗するが、フォーカスリングは厚さが厚いため、フォーカスリングの交換は複数枚のウエハＷを処理したあとに行われる。
ここで、ＦＲ載置台２０の接着シート２５や内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏの挙動について、図３の部分拡大図を参照しながら説明する。ＦＲ載置台２０が高温になると、接着シート２５も内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏも半径外方向（図３の部分拡大図の矢印方向）に伸びようとする。ここで、接着シート２５のＣＴＥは内周側保護材２７ｉのＣＴＥ以下であるため、接着シート２５が半径外方向に伸びる量（図３の黒矢印）は内周側保護材２７ｉが半径外方向に伸びる量（図３のグレー矢印）と同じかそれよりも少ない。そのため、接着シート２５が内周側保護材２７ｉを半径外方向へ引っ張る引張応力は発生しない。したがって、接着シート２５及び内周側保護材２７ｉの少なくとも一方において熱膨張に起因する不具合（例えば剥離や亀裂など）が発生するのを防止することができる。また、接着シート２５のＣＴＥは外周側保護材２７ｏのＣＴＥ以上であるため、外周側保護材２７ｏが半径外方向に伸びる量（図３の白矢印）は接着シート２５が半径外方向に伸びる量（図３の黒矢印）と同じかそれよりも少ない。そのため、外周側保護材２７ｏが接着シート２５を半径外方向へ引っ張る引張応力は発生しない。したがって、接着シート２５及び外周側保護材２７ｏの少なくとも一方において熱膨張に起因する不具合が発生するのを防止することができる。
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のＦＲ載置台２０が本発明のフォーカスリング載置台に相当し、ＦＲ用セラミックヒータ２２がセラミックヒータに相当し、ＦＲ用冷却板２４が金属ベースに相当し、接着シート２５が接着材に相当し、内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏがそれぞれ内周側及び外周側保護材に相当する。
以上説明したＦＲ載置台２０では、接着シート２５は内周側及び外周側保護材２７ｉ，２７ｏによって保護されているため、ＦＲ載置台２０の使用環境での接着シート２５の耐食性が向上する。また、接着シート２５のＣＴＥを内周側保護材２７ｉのＣＴＥ以下で且つ外周側保護材２７ｏのＣＴＥ以上としたため、接着シート２５、内周側保護材２７ｉ及び外周側保護材２７ｏのいずれかにおいて熱膨張差に起因する不具合が発生するのを防止することができる。
また、ＦＲ用冷却板２４は、ＦＲ用冷却板２４の側面及びＦＲ用セラミックヒータ２２に対向する面のうち内周側及び外周側保護材２７ｏ，２７ｉが形成されている部分に内周側絶縁膜２９ｉ及び外周側絶縁膜２９ｏを有しているため、ＦＲ用冷却板２４を介して予期せぬ放電が起きるのを防止することができる。
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、上述した実施形態において、接着シート２５と内周側保護材２７ｉとを異なる材料で形成したり、接着シート２５と外周側保護材２７ｏとを異なる材料で形成したりする場合には、それらのＣＴＥを同じにするのは容易でないことがある。そのため、接着シート２５のＣＴＥを、内周側保護材２７ｉのＣＴＥより小さくし、外周側保護材２７ｏのＣＴＥより大きくしてもよい。
上述した実施形態において、ウエハ用セラミックヒータ１４のうち表面１４ａと抵抗発熱体１４ｄとの間に静電電極を設け、静電電極に直流電圧を印加することによりウエハＷを表面１４ａに吸着させてもよい。あるいは、ＦＲ用セラミックヒータ２２のうち表面２２ａと抵抗発熱体２２ｄとの間に静電電極を設け、静電電極に直流電圧を印加することによりフォーカスリングを表面２２ａに吸着させてもよい。
上述した実施形態では、ウエハ用冷却板１６とＦＲ用冷却板２４とを別部材としたが、ウエハ用冷却板１６とＦＲ用冷却板２４とを一体化して一つの部材としてもよい。
上述した実施形態において、例えば、接着シート２５、内周側保護材２７ｉ及び外周側保護材２７ｏの材料をすべてエポキシ樹脂とし、内周側保護材２７ｉとしてＣＴＥが３×１０-5［／℃］のエポキシ樹脂を用い、接着シート２５としてＣＴＥが１×１０-5［／℃］のエポキシ樹脂シートを用い、外周側保護材２７ｏとしてＣＴＥが６×１０-6［／℃］のエポキシ樹脂を用いてもよい。
上述した実施形態では、接着材として、接着シート２５を例示したが、接着シート２５の代わりに、流動性のある樹脂を硬化させたものなどを用いてもよい。
１０ ウエハ処理装置、１２ ウエハ載置台、１４ ウエハ用セラミックヒータ、１４ａ 表面、１４ｂ 裏面、１４ｃ セラミック基体、１４ｄ 抵抗発熱体、１５ 接着シート、１６ ウエハ用冷却板、１６ａ ウエハ用冷却板フランジ部、１６ｂ 貫通孔、２０ フォーカスリング（ＦＲ）載置台、２２ ＦＲ用セラミックヒータ、２２ａ 表面、２２ｂ 裏面、２２ｃ セラミック基体、２２ｄ 抵抗発熱体、２４ ＦＲ用冷却板、２４ａ 凸部、２５ 接着シート、２７ｉ 内周側保護材、２７ｏ 外周側保護材、２９ｉ 内周側絶縁膜、２９ｏ 外周側絶縁膜、８０ チャンバ、８２ 設置板、８４ ボルト、９０ シャワーヘッド、 Ｗ ウエハ。

Claims (3)

  1. フォーカスリングが載置される円環状のセラミックヒータと、
    金属ベースと、
    前記金属ベースと前記セラミックヒータとを接着する接着材と、
    前記金属ベースと前記セラミックヒータとの間で前記接着材の内周部に接着するように設けられた内周側保護材と、
    前記金属ベースと前記セラミックヒータとの間で前記接着材の外周部に接着するように設けられた外周側保護材と、
    を備え、
    前記接着材の熱膨張係数は、前記内周側保護材の熱膨張係数以下で、前記外周側保護材の熱膨張係数以上である、
    フォーカスリング載置台。
  2. 前記接着材の熱膨張係数は、前記内周側保護材の熱膨張係数よりも小さく、前記外周側保護材の熱膨張係数よりも大きい、
    請求項１に記載のフォーカスリング載置台。
  3. 前記金属ベースは、前記金属ベースの側面及び前記セラミックヒータに対向する面のうち少なくとも前記内周側保護材及び前記外周側保護材が形成されている部分に絶縁膜を有する、
    請求項１又は２に記載のフォーカスリング載置台。
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