TW201946206A - 晶圓支撐台 - Google Patents

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Abstract

晶圓支撐台20，包括陶瓷基體21與長棒32。陶瓷基體21，具有晶圓裝載面21a，RF電極22與加熱電極27從晶圓裝載面21a側依此順序埋設。陶瓷基體21中，從背面21b朝向RF電極22設置穴21c。長棒32，Ni(鎳)製或Kovar (鐵鎳鈷合金) 製，與穴21c的底面中露出的平板23接合，供給高頻電力給RF電極22。長棒32的外周面中從基端部32a 到既定位置32c的區域中設置Au薄膜34。

Description

晶圓支撐台
本發明係有關於晶圓支撐台。
作為對晶圓進行電漿CVD的成膜處理或電漿蝕刻處理等之際使用的晶圓支撐台，陶瓷基體中埋設高頻電極(RF電極)，利用此RF電極產生電漿是眾所周知的。例如，專利文件1中揭示的晶圓支撐台中，陶瓷板極的背面，朝向RF電極形成用以插入對RF電極傳導電力的Ni製長棒的穴。此穴的底面，露出與RF電極連接的金屬製導電性構件，由於此構件與插入穴的長棒銲接，可導通接合。於是，高頻電源連接此長棒，供給電力給RF電極。又，陶瓷基體中也埋設用以加熱晶圓的加熱電極。
[先行技術文件]
[專利文件]
[專利文件1]日本專利公開2008-130609號公報
[發明所欲解決的課題]
但是，上述晶圓支撐台中，對加熱電極通電加熱至預設晶圓溫度的溫度(例如450℃〜550℃)時，晶圓中連接至RF電極的長棒的正上部分溫度變成異常高溫。像這樣，晶圓中存在變成異常高溫的部分時，對晶圓施加的電漿處理有發生不均的問題。
本發明係用以解決如此的課題而形成，主要目的在於以低成本防止晶圓中連接至RF電極的長棒在正上部分的溫度變成異常高溫。
[用以解決課題的手段]
本發明的晶圓支撐台，包括：
陶瓷基體，具有晶圓裝載面，RF電極與加熱電極從上述晶圓裝載面側依此順序埋設；
穴，在上述陶瓷基體中從上述裝載面相反側的面朝向上述RF電極設置；
Ni(鎳)製或Kovar (鐵鎳鈷合金) 製長棒，與上述穴的底面中露出的上述RF電極或與上述RF電極接合的導電性構件接合，供給高頻電力給上述RF電極；以及
銅族元件薄膜，設置在上述長棒的外周面中從上述長棒的基端部到未插入上述穴的既定位置的區域中。
此晶圓支撐台中，為了供給高頻電力給RF電極，使用Ni(鎳)製或Kovar (鐵鎳鈷合金) 製長棒。對這樣的長棒施加高頻電力時，未達居禮點（Curie point）(Ni約354℃、Kovar約435℃)的話，因為阻抗大，變成高溫，但居禮點以上的話，因為阻抗小，不易變高溫。如上述，晶圓中長棒的正上部分溫度異常變高，被認為是因為長棒全體變得異常高溫，從陶瓷基體經由長棒放走的溫度比估計的少。本發明的晶圓支撐台中，長棒的外周面中從長棒的基端部到未插入穴的既定位置的區域即離陶瓷基體遠的區域中，設置銅族元素薄膜。在此情況下，因為銅族元素(Cu、Ag或Au)的阻抗低，又利用表皮效應(Skin effect)高頻通過銅族元素薄膜，設置銅族元素薄膜的部分(離陶瓷基體遠的部分)不易變得高溫，不妨礙放走陶瓷基體的熱。另一方面，長棒中插入穴的部分，因為接近加熱電極成為高溫，說起來幾乎不助於放走陶瓷基體的熱，因此，此部分中設置銅族元素薄膜，經濟上變得不利。因此，根據本發明的晶圓支撐台，可以低成本防止晶圓中連接至RF電極的長棒在正上部分溫度變得異常高溫。
本發明的晶圓支撐台中，上述銅族元素薄膜，理想是厚度3μm(微米)以上6μm以下。銅族元素薄膜厚度如果3μm以上的話，可以充分減少對長棒施加高頻電力時的阻抗。另一方面，即使金屬膜的厚度超過6μm，因為對長棒施加高頻電力時的阻抗與在6μm時也幾乎不變，考慮到經濟性，理想是6μm。
本發明的晶圓支撐台中，上述既定位置，代替設置上述銅族元素薄膜的上述長棒，使用未計置上述銅族元素薄膜的上述長棒，上述加熱電極的溫度為Ts[℃](但是，Ts超過上述長棒材質的居禮點)，上述長棒的長度為L[cm]，上述長棒的兩端部的溫度差為△T[℃]，上述長棒的前端部到上述既定位置的長度為x[cm]，上述長棒的上述既定位置中的溫度為T(x) [℃]時，以 T(x)= Ts-(△T/L) ﹡x表示的T(x)可以決定在上述長棒材質的居禮點以下。這樣決定的既定位置與長棒的基端部之間的區域，因為長棒的阻抗高，容易變成高溫。因此，這樣的區域中設置銅族元素薄膜的意義高，此外的區域中設置銅族元素薄膜的意義低。
本發明適合的實施形態，邊參照圖面，邊在以下說明。第1圖係電漿產生裝置10的立體圖，第2圖係第1圖的A-A剖面圖，第3圖係第1圖的B-B剖面圖。
電漿產生裝置10，如第1圖所示，包括晶圓支撐台20及上部電極50。
晶圓支撐台20，支撐利用電漿進行CVD或蝕刻等的晶圓W，用於加熱，安裝至未圖示的半導體製程用的密室內部。此晶圓支撐台20，包括陶瓷基體21、中空的陶瓷軸29。
陶瓷基體21，係陶瓷製(在此，氮化鋁製)的圓板狀構件。此陶瓷基體21，包括可裝載晶圓W的晶圓裝載面21a。陶瓷基體21的晶圓裝載面21a的相反側的面(背面)21b的中央，接合陶瓷軸29。陶瓷基體21中，如第2圖所示，RF電極22與加熱電極27，分別以離間的狀態埋設。RF電極22及加熱電極27，與晶圓裝載面21a平行(包含實質上平行的情況，以下相同)，從接近晶圓裝載面21a的位置依此順序埋設。陶瓷基體21，具有從背面21b向RF電極22設置的穴21c。穴21c的底面中，露出與RF電極22連接的導電性構件之平板23。
RF電極22，係比陶瓷基體21稍微小徑的圓盤狀的薄層電極，網狀編入以Mo(鉬)為主成分的細金屬線，以薄片狀網目形成。RF電極22的中央附近，電氣連接圓盤狀的平板23。平板23，在陶瓷基體21的背面21b中打開的穴21c的底面中露出。平板23的材質，係與RF電極22相同的Mo。
加熱電極27，以Mo(鉬)為主成分的線圈遍及陶瓷基體21全面，以單行線的要領配線。此加熱電極27的兩端部27a、27b(參照第3圖)中，分別連接加熱端子棒(未圖示)。這些加熱端子棒，通過陶瓷軸29的中空內部連接至外部電源(未圖示)。
RF電極22、平板23及加熱電極27的材質為Mo，穴21c的材質(在此AlN)與熱膨脹係數接近，製造陶瓷基體21時，因為不易產生裂縫。RF電極22、平板23以及加熱電極27，即使Mo以外的材質，只要與AlN熱膨脹係數接近的導電性材料，就可以使用。又，陶瓷基體21的背面21b中陶瓷軸29圍繞的區域中，插入檢測陶瓷基體21溫度的熱電對(未圖示)。
陶瓷軸29，與陶瓷基體21相同，係以陶瓷構成的圓筒狀構件。陶瓷軸29的上部端面，以擴散接合或TCB(Thermal compression bonding(熱壓接合)接合至陶瓷基體21的背面21b。所謂TCB，係指接合對象的2個構件間夾入金屬接合材，加熱至金屬接合材的固相線溫度以下的溫度的狀態下加壓接合2個構件的眾所周知的方法。
RF端子30，在Ni製長棒32的外周面的一部分設置Au薄膜34。具體地，Au薄膜34從長棒32的外周面中從長棒32的基端部32a未插入穴的既定位置32c的區域(覆蓋區域)。因此，從長棒32的前端部32b到既定位置32c的區域(非覆蓋區域)中不設置Au薄膜34。關於既定位置32c的設定方法，之後敘述。RF端子30的前端部(即，長棒32的前端部32b)，經由焊接部24接合至RF電極22的平板23。RF端子30的基端部，連接至RF電源40。又，Ni的居禮點約354℃。RF電源40的高頻電力，經由RF端子30供給至RF電極22。
上部電極50，如第1圖所示，固定至陶瓷基體21的晶圓裝載面21a對向的上方位置(例如未圖示密室的天花板面)。此上部電極50接地。
在此，既定位置32c，如下決定。即，如第4圖所示，晶圓支撐台20中，代替設置Au薄膜34的長棒32，安裝不設置Au薄膜34的裸長棒32。於是，加熱電極27的溫度為Ts[℃](但，Ts係超過長棒32材質的居禮點的溫度)，長棒32的長度為L[cm]，長棒32的前端部32b的溫度Tb與基端部32a的溫度Ta之差為△T(=Tb-Ta) [℃]，長棒32的前端部32b(與RF電極22間的連接部)到既定位置32c的長度為x[cm]，長棒32的既定位置32c中的溫度為T(x)[℃]時，為了使以下列式(1)表示的T(x)成為長棒32材質的居禮點以下，決定x[cm]。又，長棒32的前端部32b的溫度Tb，可以看作與加熱電極27的溫度Ts實質上相同。
T(x)= Ts-(△T/L)﹡x …(1)
其次，說明關於電漿產生裝置10的使用例。未圖示的密室內配置電漿產生裝置10，晶圓裝載面21a上裝載晶圓W。於是，從RF電源40對RF電極22供給高頻電力。藉此，上部電極50與陶瓷基體21內埋設的RF電極22構成的平行平板電極間產生電漿，利用其電漿對晶圓W施行CVD成膜或施行蝕刻。又，根據未圖示的熱電對的檢測信號，求出晶圓W的溫度，為了使其溫度成為設定溫度(例如450℃、500℃或550℃)，控制對加熱電極27施加的電壓。
以上詳述的晶圓支撐台20中，為了供給高頻電力給RF電極22，使用Ni製長棒。對這樣的長棒施加高頻電力時，未達居禮點的話，因為阻抗大，變得高溫，而居禮點以上的話，因為阻抗小，不易變高溫。如「發明所欲解決的課題」欄所述，晶圓W中長棒32在正上部分的溫度變得異常高，被認為是因為長棒32全體變高溫，從陶瓷基體21經由長棒32放走的熱變得比估計的少。晶圓支撐台20的話，長棒32的外周面中從長棒32的基端部32a到既定位置32c的區域 (即離陶瓷基體21遠的區域) 中，設置Au薄膜34。此時，因為Au是低阻抗，又根據表皮效應高頻通過Au薄膜34，RF端子30中設置Au薄膜34的部分(離陶瓷基體21遠的部分)不易變高溫，不妨礙放走陶瓷基體21的熱。另一方面，長棒32中插入穴21c的部分，因為接近加熱電極27變高溫，說起來幾乎不助於放掉陶瓷基體21的熱。因此，此部分中設置Au薄膜34，經濟上變得不利。因此，根據晶圓支撐台20，可以低成本防止晶圓W中連接至RF電極22的長棒32在正上部分溫度變得異常高溫。
又，Au薄膜34，如上述設置在長棒32的基端部32a到既定位置32c的區域中，此外的區域中不設置。因此，抑制高價的Au的使用量的同時，可以防止晶圓W中連接至RF電極22的長棒32在正上部分的溫度變得異常高溫。特別根據上述式(1)設定長棒32的前端部32b到既定位置32c的長度x[cm]。如此設定的既定位置32c與長棒32的基端部32a之間的區域，因為長棒32的阻抗高，容易變成高溫。因此，這樣的區域中設置Au薄膜34的意義高，此外的區域中設置Au薄膜34的意義低。
又，本發明不受上述實施形態任何限定，只要屬於本發明技術範圍，當然可以以各種形態實施。
例如，上述實施形態中，Au薄膜34，理想是厚度3μm以上。Au薄膜34的厚度在3μm以上的話，可以充分減少對長棒32施加高頻電力時的阻抗。另一方面，即使Au薄膜34的厚度超過6μm，因為對長棒32施加高頻電力時的阻抗也幾乎不變，考慮經濟性，理想是6μm以下。關於此點，更加說明。上述實施形態中，使用以電鍍Au製造薄膜34的厚度分別成為0μm、1μm、6μm、12μm的RF端子30，測量對RF端子30供給高頻電力(頻率13.56MHz)時的阻抗Z。顯示其結果在第5圖。第5圖中判明，Au薄膜34的厚度是3μm時的阻抗，比沒有Au薄膜34(厚度零)時下降5%。又，根據第5圖，Au薄膜34的厚度到6μm為止，隨著厚度增加，阻抗Z下降。認為這是因為伴隨厚度增加表面電阻減少。另一方面，Au薄膜34的厚度即使超過6μm，阻抗也幾乎不變。認為這是因為，厚度過度時，Au薄膜34的表面凹凸變大，流過表面的電流的路徑變長。據此，Au薄膜34的厚度理想是3μm以上6μm以下。但，如果不怎麼需要考慮經濟性，厚度的上限也可以設定在8μm、10μm或12μm。
上述的實施形態中，從長棒32的基端部32a到既定位置32c設置Au薄膜34，取而代之，如下設置Au薄膜也可以。即，如第6圖所示的晶圓支撐台120的RF端子130，長棒32中配置在陶瓷基體21內部的區域中不設置Au薄膜134，此外的區域中可以設置Au薄膜134。又，第6圖中，與上述實施形態相同的構成要素附上相同的符號。這樣，也可以防止晶圓W中連接至RF電極22的長棒32在正上部分的溫度變得異常高溫。但是，考慮儘量抑制Au的使用量降低成本時，上述的實施形態較理想。
上述實施例形態中，將RF端子30的長棒32的前端部32b，與穴21c的底面中露出的平板23接合，但不特別限定於此。例如，不設置平板23，在穴21c的底面露出RF電極22，其露出的RF電極22與長棒32的前端部32b接合也可以。或者，如第7圖所示，穴21c的內周面設置螺旋溝，以與長棒32相同材料構成，外周面上備置縲旋山的套筒25扭進其穴21c的同時焊接，套筒25內插入長棒的前端部32b，與平板23及套筒25的內周面焊接也可以。
上述實施形態，雖然使用Ni製長棒，但使用Kovar (鐵鎳鈷合金) 製長棒也可以。Kovar的居禮點約435℃。即使使用Kovar 製的長棒的情況下，也得到與上述實施形態相同的效果。
上述的實施形態中，RF電極22的形狀為網目狀，但其它的形狀也可以。例如，線圈或平面狀也可以，穿孔金屬也可以。
上述的實施形態中，採用AlN作為陶瓷材料，但不特別限定於此，例如採用氧化鋁等也可以。在那情況下，RF電極22、平板23及加熱電極27的材質最好使用接近其陶瓷熱膨脹係數的材質。
上述的實施形態中，透過對RF電極22施加電壓，吸引晶圓W至晶圓裝載面21a也可以。又，陶瓷基體21內再埋設靜電電極，透過對其靜電電極施加電壓，吸引晶圓W至晶圓裝載面21a也可以。
上述實施形態中，在Ni製長棒32的外周面的一部分設置Au薄膜34，但代替Au薄膜34使用Cu薄膜、Ag薄膜也可以。
本申請案，以2018年4月27日申請的日本國專利申請第2018-086780號作為優先權主張的基礎，由於引用其全部內容包含在本說明書內。
對晶圓進行電漿CVD的成膜處理、電漿蝕刻處理等之際可利用本發明。
10‧‧‧電漿產生裝置
20‧‧‧晶圓支撐台
21‧‧‧陶瓷基體
21a‧‧‧晶圓裝載面
21b‧‧‧背面
21c‧‧‧穴
22‧‧‧RF電極
23‧‧‧平板
24‧‧‧焊接部
25‧‧‧套筒
27‧‧‧加熱電極
27a‧‧‧端部
27b‧‧‧端部
29‧‧‧陶瓷軸
30‧‧‧RF端子
32‧‧‧長棒
32a‧‧‧基端部
32b‧‧‧前端部
32c‧‧‧既定位置
34‧‧‧Au薄膜
40‧‧‧RF電源
50‧‧‧上部電極
120‧‧‧晶圓支撐台
130‧‧‧RF端子
134‧‧‧Au薄膜
[第1圖]係顯示電漿產生裝置10的概略構成立體圖。
[第2圖]係第1圖的A-A剖面圖。
[第3圖]係第1圖的B-B剖面圖。
[第4圖]係既定位置32c的設定方法說明圖。
[第5圖]係顯示電鍍厚與阻抗的關係圖。
[第6圖]係包括RF端子130的晶圓支撐台120的剖面圖。
[第7圖]係備置套筒25的長棒接合部的放大剖面圖。

Claims (3)

  1. 一種晶圓支撐台，包括： 陶瓷基體，具有晶圓裝載面，RF電極與加熱電極從上述晶圓裝載面側依此順序埋設； 穴，在上述陶瓷基體中從上述裝載面相反側的面朝向上述RF電極設置； Ni(鎳)製或Kovar (鐵鎳鈷合金) 製長棒，與上述穴的底面中露出的上述RF電極或與上述RF電極接合的導電性構件接合，供給高頻電力給上述RF電極；以及 銅族元件薄膜，設置在上述長棒的外周面中從上述長棒的基端部到未插入上述穴的既定位置的區域中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓支撐台，其中， 上述銅族元素薄膜的厚度是3μm(微米)以上6μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的晶圓支撐台，其中， 上述既定位置，代替設置上述銅族元素薄膜的上述長棒，使用未設置上述銅族元素薄膜的上述長棒，上述加熱電極的溫度為Ts[℃](但是，Ts超過上述長棒材質的居禮點)，上述長棒的長度為L[cm]，上述長棒的兩端部的溫度差為△T[℃]，上述長棒的前端部到上述既定位置的長度為x[cm]，上述長棒的上述既定位置中的溫度為T(x) [℃]時， 以T(x)= Ts-(△T/L)﹡x 表示的T(x)決定在上述長棒材質的居禮點以下。
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