JPWO2019208191A1 - ウエハ支持台 - Google Patents

Abstract

ウエハ支持台２０は、セラミック基体２１とロッド３２とを備えている。セラミック基体２１は、ウエハ載置面２１ａを有し、ＲＦ電極２２とヒータ電極２７とがウエハ載置面２１ａ側からこの順に埋設されている。セラミック基体２１には、裏面２１ｂからＲＦ電極２２に向けて穴２１ｃが設けられている。ロッド３２は、Ｎｉ製又はコバール製であり、穴２１ｃの底面に露出したタブレット２３と接合され、高周波電力をＲＦ電極２２へ供給する。ロッド３２の外周面のうち基端部３２ａから所定位置３２ｃまでの領域にはＡｕ薄膜３４が設けられている。

Description

本発明は、ウエハ支持台に関する。

ウエハにプラズマＣＶＤによる成膜処理やプラズマエッチング処理等を行う際に用いられるウエハ支持台としては、セラミック基体に高周波電極（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に開示されたウエハ支持台では、セラミックスプレートの裏面に、ＲＦ電極に電力を導くＮｉ製のロッドを挿入するための穴がＲＦ電極に向けて形成されている。この穴の底面に、ＲＦ電極と接続している金属製の導電性部材が露出していて、これと穴に挿入されたロッドとがろう付けにより導通可能に接合されている。そして、このロッドに高周波電源が接続されてＲＦ電極に電力が供給される。また、セラミック基体にはウエハを加熱するためのヒータ電極も埋設されている。

特開２００８−１３０６０９号公報

しかしながら、上述のウエハ支持台では、ヒータ電極に通電してウエハの温度を予め設定された温度（例えば４５０℃〜５５０℃）に加熱する場合、ウエハのうちＲＦ電極に接続されたロッドの直上部分の温度が特異的に高温になることがあった。このようにウエハにおいて特異的に高温になる部分が存在すると、ウエハに施されるプラズマ処理にムラが生じ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、ウエハのうちＲＦ電極に接続されたロッドの直上部分の温度が特異的に高温になるのを低コストで防止することを主目的とする。

本発明のウエハ支持台は、
ウエハ載置面を有し、ＲＦ電極とヒータ電極とが前記ウエハ載置面側からこの順に埋設されたセラミック基体と、
前記セラミック基体のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記ＲＦ電極に向けて設けられた穴と、
前記穴の底面に露出した前記ＲＦ電極又は前記ＲＦ電極と接続している導電性部材と接合され、高周波電力を前記ＲＦ電極へ供給するＮｉ製又はコバール製のロッドと、
前記ロッドの外周面のうち前記ロッドの基端部から前記穴に挿入されていない所定位置までの領域に設けられた銅族元素薄膜と、
を備えたものである。

このウエハ支持台では、高周波電力をＲＦ電極へ供給するためにＮｉ製又はコバール製のロッドを用いている。こうしたロッドに高周波電力を印加すると、キュリー点（Ｎｉは約３５４℃、コバールは約４３５℃）未満ではインピーダンスが大きいため高温になるが、キュリー点以上ではインピーダンスが小さいため高温になりにくい。上述したようにウエハのうちロッドの直上部分の温度が特異的に高くなるのは、ロッドの全体が高温になるため、セラミック基体からロッドを介して逃げる熱が想定よりも少なくなるからと考えられる。本発明のウエハ支持台では、ロッドの外周面のうちロッドの基端部から穴に挿入されていない所定位置までの領域つまりセラミック基体から遠い領域に、銅族元素薄膜を設けている。この場合、銅族元素（Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕ）はインピーダンスが低いこと、また、表皮効果により高周波は銅族元素薄膜を通過することから、銅族元素薄膜が設けられた部分（セラミック基体から遠い部分）は高温になりにくく、セラミック基体の熱を逃がすのを妨げない。一方、ロッドのうち穴に挿入されている部分は、ヒータ電極に近く高温になっているため、そもそもセラミック基体の熱を逃がすのにほとんど寄与しない。そのため、この部分に銅族元素薄膜を設けるのは、経済的に不利になる。したがって、本発明のウエハ支持台によれば、ウエハのうちＲＦ電極に接続されたロッドの直上部分の温度が特異的に高温になるのを低コストで防止することができる。

本発明のウエハ支持台において、前記銅族元素薄膜は、厚さが３μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。銅族元素薄膜の厚さが３μｍ以上であれば、ロッドに高周波電力を印加したときのインピーダンスを十分小さくすることができる。一方、金属膜の厚さが６μｍを超えても、ロッドに高周波電力を印加したときのインピーダンスは厚さが６μｍのときとほとんど変わらないため、経済性を考慮すると、６μｍ以下が好ましい。

本発明のウエハ支持台において、前記所定位置は、前記銅族元素薄膜が設けられた前記ロッドの代わりに前記銅族元素薄膜が設けられていない前記ロッドを用い、前記ヒータ電極の温度をＴｓ［℃］（但し、Ｔｓは前記ロッドの材質のキュリー点を超える）、前記ロッドの長さをＬ［ｃｍ］、前記ロッドの両端部の温度差をΔＴ［℃］、前記ロッドの先端部から前記所定位置までの長さをｘ［ｃｍ］、前記ロッドの前記所定位置における温度をＴ（ｘ）［℃］としたとき、Ｔ（ｘ）＝Ｔｓ−（ΔＴ／Ｌ）＊ｘで表されるＴ（ｘ）が前記ロッドの材質のキュリー点以下になるように定められていてもよい。このように定めた所定位置とロッドの基端部との間の領域は、ロッドのインピーダンスが高いため高温になりやすい。そのため、こうした領域に銅族元素薄膜を設ける意義が高く、これ以外の領域に銅族元素薄膜を設ける意義は低い。

プラズマ発生装置１０の概略構成を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 所定位置３２ｃの設定方法の説明図。 めっき厚とインピーダンスとの関係を示すグラフ。 ＲＦ端子１３０を備えたウエハ支持台１２０の断面図。 スリーブ２５を備えたロッド接合部の拡大断面図。

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の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

プラズマ発生装置１０は、図１に示すように、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２１と、中空のセラミックシャフト２９とを備えている。

セラミック基体２１は、セラミック製（ここでは窒化アルミニウム製）の円板状部材である。このセラミック基体２１は、ウエハＷを載置可能なウエハ載置面２１ａを備えている。セラミック基体２１のウエハ載置面２１ａとは反対側の面（裏面）２１ｂの中央には、セラミックシャフト２９が接合されている。セラミック基体２１には、図２に示すように、ＲＦ電極２２とヒータ電極２７とが、それぞれ離間した状態で埋設されている。ＲＦ電極２２とヒータ電極２７は、ウエハ載置面２１ａと平行（実質的に平行な場合を含む、以下同じ）であり、ウエハ載置面２１ａに近い方からこの順に埋設されている。セラミック基体２１は、裏面２１ｂからＲＦ電極２２に向けて設けられた穴２１ｃを有している。穴２１ｃの底面には、ＲＦ電極２２と接続された導電性部材であるタブレット２３が露出している。

ＲＦ電極２２は、セラミック基体２１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。ＲＦ電極２２の中央付近には、円盤状のタブレット２３が電気的に接続されている。タブレット２３は、セラミック基体２１の裏面２１ｂに開けられた穴２１ｃの底面に露出している。タブレット２３の材質は、ＲＦ電極２２と同じくＭｏである。

ヒータ電極２７は、Ｍｏを主成分とするコイルをセラミック基体２１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２７の両端部２７ａ，２７ｂ（図３参照）には、それぞれヒータ端子棒（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２９の中空内部を通って外部電源（図示せず）に接続されている。

ＲＦ電極２２、タブレット２３及びヒータ電極２７の材質をＭｏとしたのは、セラミック基体２１の材質（ここではＡｌＮ）と熱膨張係数が近く、セラミック基体２１の製造時にクラックが生じにくいからである。ＲＦ電極２２、タブレット２３及びヒータ電極２７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、セラミック基体２１の裏面２１ｂのうちセラミックシャフト２９に囲まれた領域には、セラミック基体２１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２９は、セラミック基体２１と同じセラミックからなる円筒状部材である。セラミックシャフト２９の上部端面は、セラミック基体２１の裏面２１ｂ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。

ＲＦ端子３０は、Ｎｉ製のロッド３２の外周面の一部にＡｕ薄膜３４を設けたものである。具体的には、Ａｕ薄膜３４は、ロッド３２の外周面のうちロッド３２の基端部３２ａから穴に挿入されていない所定位置３２ｃまでの領域（被覆領域）に設けられている。そのため、ロッド３２の先端部３２ｂから所定位置３２ｃまでの領域（非被覆領域）にはＡｕ薄膜３４は設けられていない。所定位置３２ｃの設定方法については、後述する。ＲＦ端子３０の先端部（つまりロッド３２の先端部３２ｂ）は、ＲＦ電極２２のタブレット２３にろう接合部２４を介して接合されている。ＲＦ端子３０の基端部は、ＲＦ電源４０に接続されている。なお、Ｎｉのキュリー点は約３５４℃である。ＲＦ電源４０の高周波電力は、ＲＦ端子３０を介してＲＦ電極２２へ供給される。

上部電極５０は、図１に示すように、セラミック基体２１のウエハ載置面２１ａ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、グランドに接続されている。

ここで、所定位置３２ｃは、以下のようにして定める。すなわち、図４に示すように、ウエハ支持台２０において、Ａｕ薄膜３４が設けられたロッド３２の代わりにＡｕ薄膜３４が設けられていない裸のロッド３２を取り付ける。そして、ヒータ電極２７の温度をＴｓ［℃］（但し、Ｔｓは、ロッド３２の材質のキュリー点を超える温度）、ロッド３２の長さをＬ［ｃｍ］、ロッド３２の先端部３２ｂの温度Ｔｂと基端部３２ａの温度Ｔａとの差をΔＴ（＝Ｔｂ−Ｔａ）［℃］、ロッド３２の先端部３２ｂ（ＲＦ電極２２との接続部）から所定位置３２ｃまでの長さをｘ［ｃｍ］、ロッド３２の所定位置３２ｃにおける温度をＴ（ｘ）［℃］としたとき、下記式（１）で表されるＴ（ｘ）がロッド３２の材質のキュリー点以下になるように、ｘ［ｃｍ］を定める。なお、ロッド３２の先端部３２ｂの温度Ｔｂは、ヒータ電極２７の温度Ｔｓと実質的に同じとみなすことができる。
Ｔ（ｘ）＝Ｔｓ−（ΔＴ／Ｌ）＊ｘ …（１）

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２１ａにウエハＷを載置する。そして、ＲＦ電極２２にＲＦ電源４０から高周波電力を供給する。こうすることにより、上部電極５０とセラミック基体２１に埋設されたＲＦ電極２２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４５０℃とか５００℃とか５５０℃）になるようにヒータ電極２７へ印加する電圧を制御する。

以上詳述したウエハ支持台２０では、高周波電力をＲＦ電極２２へ供給するためにＮｉ製のロッドを用いている。こうしたロッドに高周波電力を印加すると、キュリー点未満ではインピーダンスが大きいため高温になるが、キュリー点以上ではインピーダンスが小さいため高温になりにくい。［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたようにウエハＷのうちロッド３２の直上部分の温度が特異的に高くなるのは、ロッド３２の全体が高温になるため、セラミック基体２１からロッド３２を介して逃げる熱が想定していたよりも少なくなるからと考えられる。ウエハ支持台２０では、ロッド３２の外周面のうちロッド３２の基端部３２ａから所定位置３２ｃまでの領域（つまりセラミック基体２１から遠い領域）に、Ａｕ薄膜３４を設けている。この場合、Ａｕはインピーダンスが低いこと、また、表皮効果により高周波はＡｕ薄膜３４を通過することから、ＲＦ端子３０のうちＡｕ薄膜３４が設けられた部分（セラミック基体２１から遠い部分）は高温になりにくく、セラミック基体２１の熱を逃がすのを妨げない。一方、ロッド３２のうち穴２１ｃに挿入されている部分は、ヒータ電極２７に近く高温になっているため、そもそもセラミック基体２１の熱を逃がすのにほとんど寄与しない。そのため、この部分にＡｕ薄膜３４を設けるのは、経済的に不利になる。したがって、ウエハ支持台２０によれば、ウエハＷのうちＲＦ電極２２に接続されたロッド３２の直上部分の温度が特異的に高温になるのを低コストで防止することができる。

また、Ａｕ薄膜３４は、上述したようにロッド３２の基端部３２ａから所定位置３２ｃまでの領域に設けられ、これ以外の領域には設けられていない。そのため、高価なＡｕの使用量を抑制しつつ、ウエハＷのうちＲＦ電極２２に接続されたロッド３２の直上部分の温度が特異的に高温になるのを防止することができる。特に、ロッド３２の先端部３２ｂから所定位置３２ｃまでの長さｘ［ｃｍ］を上述した式（１）に基づいて設定した。このように設定した所定位置３２ｃとロッド３２の基端部３２ａとの間の領域は、ロッド３２のインピーダンスが高いため高温になりやすい。そのため、こうした領域にＡｕ薄膜３４を設ける意義が高く、これ以外の領域にＡｕ薄膜３４を設ける意義は低い。

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、Ａｕ薄膜３４は、厚さが３μｍ以上であることが好ましい。Ａｕ薄膜３４の厚さが３μｍ以上であれば、ロッド３２に高周波電力を印加したときのインピーダンスを十分小さくすることができる。一方、Ａｕ薄膜３４の厚さが６μｍを超えても、ロッド３２に高周波電力を印加したときのインピーダンスはほとんど変わらないため、経済性を考慮すると、６μｍ以下が好ましい。この点について更に説明する。上述した実施形態において、めっきによりＡｕ薄膜３４の厚さがそれぞれ０μｍ、１μｍ、６μｍ、１２μｍとなるように作製したＲＦ端子３０を用いて、ＲＦ端子３０に高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）を供給したときのインピーダンスＺを測定した。その結果を図５に示す。図５では、Ａｕ薄膜３４の厚さが３μｍの場合のインピーダンスは、Ａｕ薄膜３４のない（厚さゼロ）場合に比べて５％低下していることがわかる。また、図５から、Ａｕ薄膜３４の厚さが６μｍまでは厚さが増加するにしたがってインピーダンスＺは低下した。これは、厚さが増加するのに伴って表面抵抗が減少したためと考えられる。一方、Ａｕ薄膜３４の厚さが６μｍを超えてもインピーダンスはほとんど変化しなかった。これは、厚さが厚くなりすぎると、Ａｕ薄膜３４の表面の凹凸が大きくなり、表面を流れる電流の経路が長くなったためと考えられる。こうしたことから、Ａｕ薄膜３４は、厚さが３μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。但し、経済性をあまり考慮する必要がないならば、厚さの上限を８μｍとか１０μｍとか１２μｍに設定してもよい。

上述した実施形態では、ロッド３２の基端部３２ａから所定位置３２ｃまでＡｕ薄膜３４を設けたが、これに代えて以下のようにＡｕ薄膜を設けてもよい。すなわち、図６に示すウエハ支持台１２０のＲＦ端子１３０のように、ロッド３２のうちセラミック基体２１の内部に配置されている領域にはＡｕ薄膜１３４を設けず、それ以外の領域にＡｕ薄膜１３４を設けてもよい。なお、図６中、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。このようにしても、ウエハＷのうちＲＦ電極２２に接続されたロッド３２の直上部分の温度が特異的に高温になるのを防止することができる。但し、Ａｕの使用量をできるだけ抑制して低コストにすることを考慮すると、上述した実施形態の方が好ましい。

上述した実施形態では、ＲＦ端子３０のロッド３２の先端部３２ｂを、穴２１ｃの底面に露出したタブレット２３と接合したが、特にこれに限定されない。例えば、タブレット２３を設けずに穴２１ｃの底面にＲＦ電極２２を露出させ、その露出したＲＦ電極２２とロッド３２の先端部３２ｂとを接合してもよい。あるいは、図７に示すように、穴２１ｃの内周面にねじ溝を設け、ロッド３２と同じ材料からなり外周面にねじ山を備えたスリーブ２５をその穴２１ｃにねじ込むと共にろう接合し、スリーブ２５にロッドの先端部３２ｂを挿入してタブレット２３及びスリーブ２５の内周面とろう接合してもよい。

上述した実施形態は、Ｎｉ製のロッドを用いたが、コバール（ＦｅとＮｉとＣｏの合金）製のロッドを用いてもよい。コバールのキュリー点は約４３５℃である。コバール製のロッドを用いた場合でも、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、ＲＦ電極２２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、ＲＦ電極２２、タブレット２３及びヒータ電極２７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。

上述した実施形態において、ＲＦ電極２２に電圧を印加することによりウエハＷをウエハ載置面２１ａに吸引するようにしてもよい。また、セラミック基体２１に更に静電電極を埋設し、その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２１ａに吸引してもよい。

上述した実施形態では、Ｎｉ製のロッド３２の外周面の一部にＡｕ薄膜３４を設けたが、Ａｕ薄膜３４の代わりにＣｕ薄膜やＡｇ薄膜を用いてもよい。

本出願は、２０１８年４月２７日に出願された日本国特許出願第２０１８−０８６７８０号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、ウエハにプラズマＣＶＤによる成膜処理やプラズマエッチング処理等を行う際に利用可能である。

１０ プラズマ発生装置、２０，１２０ ウエハ支持台、２１ セラミック基体、２１ａ ウエハ載置面、２１ｂ 裏面、２１ｃ 穴、２２ ＲＦ電極、２３ タブレット、２４ ろう接合部、２５ スリーブ、２７ ヒータ電極、２７ａ，２７ｂ 端部、２９ セラミックシャフト、３０，１３０ ＲＦ端子、３２ ロッド、３２ａ 基端部、３２ｂ 先端部、３２ｃ 所定位置、３４，１３４ Ａｕ薄膜、４０ ＲＦ電源、５０ 上部電極。

Claims (3)

1. ウエハ載置面を有し、ＲＦ電極とヒータ電極とが前記ウエハ載置面側からこの順に埋設されたセラミック基体と、
   前記セラミック基体のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記ＲＦ電極に向けて設けられた穴と、
   前記穴の底面に露出した前記ＲＦ電極又は前記ＲＦ電極と接続している導電性部材と接合され、高周波電力を前記ＲＦ電極へ供給するＮｉ製又はコバール製のロッドと、
   前記ロッドの外周面のうち前記ロッドの基端部から前記穴に挿入されていない所定位置までの領域に設けられた銅族元素薄膜と、
   を備えたウエハ支持台。
2. 前記銅族元素薄膜は、厚さが３μｍ以上６μｍ以下である、
   請求項１に記載のウエハ支持台。
3. 前記所定位置は、前記銅族元素薄膜が設けられた前記ロッドの代わりに前記銅族元素薄膜が設けられていない前記ロッドを用い、前記ヒータ電極の温度をＴｓ［℃］（但し、Ｔｓは前記ロッドの材質のキュリー点を超える）、前記ロッドの長さをＬ［ｃｍ］、前記ロッドの両端部の温度差をΔＴ［℃］、前記ロッドの先端部から前記所定位置までの長さをｘ［ｃｍ］、前記ロッドの前記所定位置における温度をＴ（ｘ）［℃］としたとき、
   Ｔ（ｘ）＝Ｔｓ−（ΔＴ／Ｌ）＊ｘ
   で表されるＴ（ｘ）が前記ロッドの材質のキュリー点以下になるように定められている、
   請求項１又は２に記載のウエハ支持台。

Images