２層ＲＦ構造のウエハ保持体
【課題】 ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能な信頼性の高いウエハ保持体を提供する。
【解決手段】 ウエハ搭載面１ａを有するセラミックス基体１と、セラミックス基体１内においてウエハ搭載面１ａからの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３と、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子５、６と、円環状ＲＦ電極３と第２外部端子６との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路１１とを備えたウエハ保持体１００であって、複数の接続回路１１は、円環状ＲＦ電極３と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極３の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されている。
【解決手段】 ウエハ搭載面１ａを有するセラミックス基体１と、セラミックス基体１内においてウエハ搭載面１ａからの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３と、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子５、６と、円環状ＲＦ電極３と第２外部端子６との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路１１とを備えたウエハ保持体１００であって、複数の接続回路１１は、円環状ＲＦ電極３と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極３の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハにプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を行うための半導体製造装置に用いられるウエハ保持体に関し、特に、互いに異なる深さに円形状ＲＦ電極と円環状ＲＦ電極とが埋設されている２層ＲＦ構造のウエハ保持体する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程では、被処理物である半導体ウエハに対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体ウエハに対する処理を行う半導体製造装置では、半導体ウエハを保持するためのウエハ保持体が用いられている。ウエハ保持体には、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いたものが実用化されており、その内部もしくは表面に、ＲＦ（高周波）電極や静電チャック用電極、あるいは抵抗発熱体回路などの導電体が形成されている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、均熱性を向上させる目的で複数ゾーンに分割された抵抗発熱体回路と、該抵抗発熱体回路とは異なる深さに埋設された導体回路とを備えたウエハ保持体が示されている。この導体回路は、バイアホールを介して抵抗発熱体に電気的に接続しており、且つウエハ保持体の中心部に配置されている外部端子まで延在している。そして、ウエハ保持体の中央部に外部から隔離された筒状体を取り付けることによって、外部端子を腐食環境に晒さないようにすることができると記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、セラミックス基体中の異なる深さに２つの内部電極が埋設されたウエハ保持体が示されている。また、これら２つの内部電極間の導通を確実にするため、バイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が示されている。そして、かかる構造により、熱応力による破損を防止できると記載されている。
【０００５】
さらに特許文献３には、セラミックス基体内に円盤電極とリング電極とが互いに同心軸状に且つセラミックス基体の厚さ方向に離間して埋設されたウエハ保持体が開示されており、これら円盤電極とリング電極とをセラミックス基体内部で電気的に接続することにより、ウエハ面内のエッチングレートのバラツキを押さえることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４２０７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１７９８号公報
【特許文献３】実用新案登録第３１５４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１〜３には、いずれもセラミック基体内部において互いに異なる深さに埋設された２つの導電体回路同士を電気的に接続する構造が示されており、具体的には、特許文献１にはバイアホール内部に導通部を形成する構造が、特許文献２にはバイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が、特許文献３にはザグリ孔内にメッキ層を形成する構造が開示されている。
【０００８】
しかしながら、これら特許文献１〜３に示されている構造は、いずれも長期的に使用した場合、２つの導電体回路同士の接続部に断線が生じやすく、その結果、均熱性が悪化したり、エッチングレートにバラツキが発生したりして、信頼性に問題が生じることがあった。また、セラミックス基体内部で２つの導電体回路同士を接続するため、この接続部分で例えば断線等の機械的トラブルが発生した場合、容易に修復することができなかった。
【０００９】
加えて、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を行う半導体製造装置においては、密度の均一なプラズマを発生させて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能なウエハ保持体が求められていた。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能な信頼性の高いウエハ保持体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、発明者らは、円形状ＲＦ電極とそれより大きな外径を有する円環状ＲＦ電極とをセラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設し、これらを互いに接続せずに別々の電源供給回路に接続する２層ＲＦ構造のウエハ保持体において、円環状ＲＦ電極とその外部端子の間に複数の接続回路を介在させることにより、円環状ＲＦ電極内の電位をより均一にすることが可能となり、発生するプラズマの密度のバラツキが抑えられて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施し得ることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明が提供するウエハ保持体は、ウエハ搭載面を有するセラミックス基体と、セラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極と、円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子と、円環状ＲＦ電極と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路とを備えており、該複数の接続回路は、円環状ＲＦ電極と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明が提供するウエハ保持体は、複数の接続回路と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２の接続回路がさらに埋設されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、円環状ＲＦ電極内の電位を均一にすることができるため、発生するプラズマの密度のバラツキを抑制することができる。その結果、プラズマ処理によってウエハ上に成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って均質にすることが可能となる。
【００１４】
また、第２の接続回路を設けることにより、円環状ＲＦ電極の第２外部端子と、円環状ＲＦ電極が埋設されている深さとは異なる深さに埋設されている円形状ＲＦ電極に電気的に接続されている第１外部端子との干渉を回避することができ、発生するプラズマの密度のバラツキをより一層抑制することができる。よって、ウエハ上にプラズマ処理により成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って極めて均質なものにすることができる。
【００１５】
特に、セラミックス基体をその裏面側から支持する支持部材内に複数の外部端子を配置する必要がある場合には、これら外部端子同士が干渉して設計の際の障害になり得るが、第２の接続回路を設けることにより、これら外部端子の設計上の自由度が向上し、上記した設計の際の問題を容易に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のウエハ保持体の一具体例を示す概略の縦断面図である。
【図２】図１のウエハ保持体に埋設されている２つのＲＦ電極の水平方向における位置関係を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例の試料１〜１１のウエハ保持体にそれぞれ設けられた円環状ＲＦ電極及び接続回路のパターンを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１を参照しながら、本発明のウエハ保持体の一具体例について説明する。本発明の一具体例のウエハ保持体１００は、ウエハ搭載面１ａを有する略円板状のセラミックス材からなるセラミックス基体１を有している。セラミックス材の例としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナなどを挙げることができるが、この中では、良好な熱伝導性を有しているという点において窒化アルミニウムが好ましく、高い剛性を有しているという点において窒化ケイ素又はアルミナが好ましい。
【００１８】
セラミックス基体１の厚みは高速昇降温させるためには薄い方が好ましいが、薄くなりすぎると剛性が低くなるという問題が生じる。これらを考慮すると、セラミックス基体１の厚みは５〜２５ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。このセラミックス基体１の内部には、プラズマ生成の役割を担う円形状ＲＦ電極２及びこれより大きな外径を有する円環状ＲＦ電極３がウエハ搭載面１ａからの深さが互いに異なるように埋設されている。
【００１９】
円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３のウエハ搭載面１ａからの具体的な深さは安定したプラズマの発生に影響を及ぼすため、セラミックス基体１の体積抵抗率や誘電率に基づいて定められる。例えば、円形状ＲＦ電極２は、その上面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側の面）が、ウエハ搭載面１ａから０.５〜２.０ｍｍ、より好ましくは０.５〜１.０ｍｍの深さとなるように埋設される。一方、円環状ＲＦ電極３は、その上面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側の面）が、円形状ＲＦ電極２の下面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側とは反対側の面）から０.５〜３.０ｍｍ、より好ましくは０.５〜２.０ｍｍの深さとなるように埋設される。
【００２０】
図２には、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３をウエハ搭載面１ａ側から見たときの位置関係が模式的に示されている。この図２から分かるように、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３は、セラミックス基体１の中心軸に関して同心軸状に配置されている。円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３をこのように配置することによって、セラミックス基体１の外周部におけるプラズマ分布を安定させることができる。
【００２１】
なお、図２に示す具体例では、ウエハ搭載面１ａから見て円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３とが重複していないが、これに限定するものではなく、円環状ＲＦ電極３の内径を円形状ＲＦ電極２の外径より小さくしてこれら両電極を部分的に重複させてもかまわない。
【００２２】
円形状ＲＦ電極２は、例えば直径２９０〜３１０ｍｍ程度の大きさを有しており、円環状ＲＦ電極３は、前述したようにセラミックス基体１の外周部の電位を安定させるために十分な導電性を確保すべく、円環の回路幅１〜２０ｍｍ程度、より好ましくは３〜１５ｍｍ程度の大きさを有している。
【００２３】
セラミックス基体１内には、さらに抵抗発熱体回路４が円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３とは異なる深さに埋設されていてもよい。この抵抗発熱体回路４の構造は特に限定するものでなく、例えばセラミックス基体１の中心軸に関して同心軸状に配置された螺旋形状や円板状の導電回路で形成することができる。
【００２４】
これら円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、図１に示すように、この順序でウエハ搭載面１ａ側からウエハ搭載面１ａの反対側である裏面１ｂ側に向かって埋設されており、セラミックス基体１の厚み方向において互いに離間している。円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、例えばスクリーン印刷法や、金属ワイヤー、メッシュ、箔等を埋設することにより形成することができる。この中では、設計の自由度の面からスクリーン印刷法で形成するのがより好ましい。なお、スクリーン印刷であれば厚みを０.０２〜０.０５ｍｍに、金属箔であれば厚みを０.１〜１ｍｍにするのが好ましい。また、金属ワイヤーや金属メッシュであれば、その線径を１ｍｍ〜４ｍｍとするのが好ましい。
【００２５】
スクリーン印刷法を使用する場合は、円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４となる導電回路のパターンを、導体ペーストを用いて形成する。導電ペーストは、金属粉末に必要に応じて酸化物粉末を加え、これにバインダーと溶剤とを混合することより得ることができる。金属粉末は、セラミックス基体１の材料であるセラミックスとの熱膨張係数のマッチングの観点から、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）あるいはタンタル（Ｔａ）が好ましい。
【００２６】
上記円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、外部端子にそれぞれ電気的に接続している。具体的には、円形状ＲＦ電極２は、セラミックス基体１の裏面１ｂから円形状ＲＦ電極２の深さまで延在する第１外部端子５に電気的に接続している。同様に、円環状ＲＦ電極３は、セラミックス基体１の裏面１ｂから円環状ＲＦ電極３の深さまで延在する第２外部端子６に電気的に接続しており、抵抗発熱体回路４は、セラミックス基体１の裏面１ｂから抵抗発熱体回路４の深さまで延在する第３外部端子７に電気的に接続している。
【００２７】
ここで、第１外部端子５及び第３外部端子７は、それぞれ円形状ＲＦ電極２及び抵抗発熱体回路４に直接的に接続しているが、第２外部端子６は、円環状ＲＦ電極３に直接的に接続しておらず、円環状ＲＦ電極３と同じ深さに埋設されている複数の接続回路１１を介して間接的に接続している。すなわち、複数の接続回路１１は、円環状ＲＦ電極３と第２外部端子６との間に介在してこれらを電気的に接続している。
【００２８】
接続回路１１の具体的な個数は２つ以上であれば特に限定されないが、電位を均一にするためには４つ以上とするのがより好ましい。また、複数の接続回路１１は、それぞれ幅１〜２０ｍｍ、より好ましくは幅３〜１５ｍｍの帯状部材で構成されていることが好ましい。
【００２９】
これら複数の接続回路１１は、ウエハ搭載面１ａから見たときの形状が放射状であり、且つ円環状ＲＦ電極３の中心軸に関して実質的に回転対称となっている。このような形状にすることによって、円環状ＲＦ電極３を、その全域に亘ってほぼ等電位に保つことが可能となる。ここで、実質的に回転対称とは、厳密な回転対称のみならず、複数の接続回路１１の内の少なくとも１つが回転対称の位置から周方向に少しずれたものも含まれることを意味している。許容される周方向のずれの限度は、具体的には周方向に約１０°程度である。この程度のずれであれば、円環状ＲＦ電極３の電位をほぼ均一に保つことができる。
【００３０】
円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４に外部端子５、６及び７を接続する方法は特に限定するものでなく、公知の方法で取り付けることができる。例えば、セラミックス基体１のウエハ搭載面１ａと反対側の裏面１ｂから円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３に接続された接続回路１１、及び抵抗発熱体回路４が露出するまでザグリ加工を施し、露出したこれら電極部や回路部にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、タングステンやモリブデン等の外部端子を接続すればよい。接続した外部端子には必要に応じてめっきを施して、耐酸化性を向上させてもよい。
【００３１】
外部端子５、６及び７を機械的に取り付けた後は、これら外部端子５、６及び７を被覆する為に、セラミックス基体１に形成した上記ザグリ穴にセラミックスリング部材をはめこみ、該リング部材とセラミックス基体１とをガラス等の無機物で接合するのが好ましい。接合に使用するガラスには、特に限定するものではないが、ホウケイ酸や亜鉛ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラスなどが使用できる。
【００３２】
このように外部端子をセラミックスリング部材で被覆することにより、ウエハ保持体１００が反応容器内に設置されてウエハに対して各種の処理が施される場合においても、これら外部端子を各ガス種にさらされないように保護して、酸化や劣化を防止することができる。特に、半導体製造工程では腐食性ガスが使用されることが多いため、耐食性に優れるセラミックスリング部材で覆うことは特に好適である。セラミックスリング部材の材質としては、接合の信頼性を考慮するとセラミックス基体１と同材質であることが好ましい。
【００３３】
これら外部端子５、６及び７には、それぞれリード線８、９及び１０が接続している。リード線８、９及び１０は、互いに電気的に接続されることなく図示しない電源供給回路やアースに別々に接続されており、これにより円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４にそれぞれ別々の電圧をかけたり、円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３を同電位にしたりすることが可能となる。その結果、ウエハ搭載面１ａに搭載される半導体ウエハ上に成膜される膜の膜質を均一にすることができる。
【００３４】
例えば、セラミックス基体１内で互いに離間して埋設されている円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３を、それぞれ外部端子５及び６とこれらに接続するリード線８及び９とを介して個別に接地することによって、セラミックス基体１の中心部と外周部との電位差がなく、且つセラミックス基体１の周方向にも電位差のない安定した電位を実現することができる。これにより、発生するプラズマの密度を均一にすることができる。
【００３５】
また、プラズマ密度は、横軸をウエハ搭載面１ａの中心を通るウエハ搭載面１ａ上の任意の直線、縦軸をプラズマの密度としてグラフ化したとき、正規分布に近い密度分布を示すことがある。つまり、ウエハ搭載面１ａの外周部は中央部に比べてプラズマの密度が低くなる。これに対して、上記のウエハ保持体１００では、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３に、別々の高周波電力を印加することが可能であるため、適宜これら電力をコントロールすることによってウエハ搭載面１ａの外周部のプラズマの密度をコントロールすることができる。このように、発生するプラズマの密度分布を適宜補正することが可能となり、極めて均一なプラズマ密度を得ることができる。
【００３６】
ところで、上記したセラミックス基体１は、一般にウエハ搭載面１ａとは反対側の裏面１ｂから支持部材１２によって支持されている。具体的には、セラミックス基体１の裏面１ｂ側の略中央部に円筒状の支持部材１２の上端部が取り付けられており、支持部材１２の下端部は、プラズマＣＶＤなどの半導体ウエハ処理が行われる図示しない反応容器の底部に取り付けられている。
【００３７】
セラミックス基体１と支持部材１２とは、接合層を介して化学的に接合することができる。この場合は、支持部材１２の材質としては、セラミックス基体１の材料であるセラミックス材の熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はない。例えば、セラミックス基体１がＡｌＮの場合、支持部材１２の材質にもＡｌＮを使用するのが好ましい。
【００３８】
化学的に接合する際の接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、セラミックス基体１や支持部材１２の材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好なため、接合強度を比較的高くすることができ、また接合面の気密性を容易に得ることができるからである。なお、支持部材１２は、ネジ止めなどの物理的（機械的）手法によってセラミックス基体１に取り付けてもよい。
【００３９】
支持部材１２とチャンバ（反応容器）とは一般的な方法で取り付けることができるが、接合部にＯリングなどのシール部材を用いることにより、支持部材１２の内部を簡易にチャンバ雰囲気から隔離することができる。これにより、支持部材１２内に外部端子５、６及び７やリード線８、９及び１０などを収めたとき、これら部材をチャンバ内の腐食環境から保護することができる。
【００４０】
このようにセラミックス基体１をその中央部で支持部材１２によって支持すると共に、複数の外部端子をその内部に配置する場合は、それら複数の外部端子同士が近接して互いに干渉する問題が生じることがある。この場合は、複数の接続回路１１と第２外部端子６との間に第２の接続回路１１ａを設け、この第２の接続回路１１ａを介して複数の接続回路１１と第２外部端子６とを電気的に接続するのが好ましい。このように複数の接続回路１１と第２外部端子６との間に第２の接続回路１１ａを介在させることにより、円形状ＲＦ電極２や抵抗発熱体回路４に接続される第１外部端子５や第３外部端子７を、複数の接続回路１１や第２外部端子６から離間させることができ、良好な絶縁性を確保することができる。
【００４１】
第２の接続回路１１ａの形状は円環状が好ましいが、ＲＦ電極や発熱体回路の他に、熱電対やリフトピン穴の位置等を回避しないといけない場合には、略円環状や多角形環状であってもよい。第２の接続回路１１ａの幅は、複数の接続回路１１と同様に１〜２０ｍｍが好ましく、３〜１５ｍｍがより好ましい。
【実施例】
【００４２】
［実施例１］
図１に示すようなウエハ保持体１００を作製すべく、先ず窒化アルミニウム粉末９９.５重量部に焼結助剤として酸化イットリウム０.５重量部を加え、さらにバインダー及び有機溶剤を加えてボールミル混合することによりスラリーを作製した。得られたスラリーからスプレードライにより顆粒を作製し、これをプレス成形して成形体を作製した。
【００４３】
次に、この成形体を窒素雰囲気中にて７００℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの円板状窒化アルミニウム焼結体と、直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状窒化アルミニウム焼結体とを得た。これら２枚の窒化アルミニウム焼結体は、共に表面粗さがＲａで０.８μｍ、平面度が５０μｍであった。
【００４４】
次に、これら２枚の窒化アルミニウム焼結体上にそれぞれスクリーン印刷でＷペーストを塗布して回路のパターンを形成した。具体的に説明すると、先ず直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の一方の面に、円形状ＲＦ電極２のための直径３００ｍｍの円形状パターンを印刷した。
【００４５】
さらに直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の他方の面には、図３のＡに示すパターンを形成すべく、円環状ＲＦ電極３のための内径３０５ｍｍ、外径３２５ｍｍの円環状パターンと、その内側に同心軸状に配置される第２の接続回路１１ａのための外径１００ｍｍ、内径９２ｍｍの円環状パターンと、これら円環状ＲＦ電極３と第２の接続回路１１ａとの間に介在する複数の接続回路１１のための幅４ｍｍの帯４本で構成される放射状パターンとを印刷した。なお、この放射状パターンは、両円環状パターンの中心軸に関して回転対称となるように形成した。
【００４６】
これら両面に形成したパターンを窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて１８３０℃で焼成することにより２種類のＲＦ電極を直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にそれぞれ形成した。一方、直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体には、その片面のみに上記と同様の方法でスクリーン印刷、脱脂、及び焼結を行って抵抗発熱体回路４を形成した。
【００４７】
次に、直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体における円形状ＲＦ電極２が形成された一方の面に、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。また、円環状ＲＦ電極３が形成された他方の面には、抵抗発熱体回路４が形成された厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を、抵抗発熱体回路４の形成された面とは異なる面が対向するようにして張り合わせた。
【００４８】
さらに、厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体における抵抗発熱体回路４が形成された面に、厚み９ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。上記した窒化アルミニウム焼結体同士の張り合わせの際は、窒化アルミニウムを主成分とする材料を接着剤として使用し、これを脱脂焼成処理したのち接合した。なお、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体及び厚み９ｍｍの窒化アルミニウム焼結体は、共に前述した厚み２ｍｍ又は厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体と同様の方法で作製した。
【００４９】
このようにして得られた円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３、及び抵抗発熱体回路４が埋設されたセラミックス基体１に対して、抵抗発熱体回路４側の面から抵抗発熱体回路４、円形状ＲＦ電極２、及び円環状ＲＦ電極３に接続された接続回路１１が露出するようにザグリ穴を加工し、これら抵抗発熱体回路４と両ＲＦ電極２、３に給電するためのＮｉめっきを施したＷ製の外部端子５、６及び７を接続した。
【００５０】
次に、発熱体回路４や両ＲＦ電極２、３と、これら外部端子５、６及び７との接続部を気密封止すべく、別途作製した外部端子を覆うＡｌＮ製のリングをセラミックス基体１に当接させ、この状態で８００℃で１時間、Ｎ２雰囲気で結晶化ガラス接合した。その後、セラミックス基体１から露出している外部端子の一端部にニッケル製の電極をリード線８、９及び１０を接続した。
【００５１】
そして、セラミックス基体１における抵抗発熱体回路４側の面に、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ１５０ｍｍのＡｌＮ製の支持部材１２を、接合層を介して化学的に接合した。以上の方法により、試料１のウエハ保持体１００を作製した。さらに、円環状ＲＦ電極３及び接続回路１１、１１ａのパターンを図３のＡに代えて図３のＢ〜Ｋに示すパターンで形成した以外は上記試料１と同様の作製方法で試料２〜１１のウエハ保持体１００を作製した。
【００５２】
なお、図３のＡ〜Ｃのパターンでは、第２外部端子６は第２の接続回路１１ａ上には設けずに、第２の接続回路１１ａの一部から内側に突出する導電回路上に第２外部端子６を設けた。これに対して、図３のＤ〜Ｆ及びＫのパターンでは、第２の接続回路１１ａ上に第２外部端子６を設けた。また、図３のＧ〜Ｊのパターンでは、接続回路１１を円環状ＲＦ電極３の中心まで延ばし、この中心上に第２外部端子６を設けた。
【００５３】
このようにして作製した試料１〜１１の性能を評価するため、各試料を反応容器に設置し、抵抗発熱体回路４に接続されたリード線１０に電源供給ラインを接続すると共に、両ＲＦ電極２、３に接続されたリード線８、９を別々に接地した。そして、下記の評価試験に従って評価した。なお、支持部材１２の他端は、反応容器の底部にＯ−リングで気密シールした上、クランプで固定した。
【００５４】
＜評価試験＞
反応容器を真空にし、セラミックス基体１に埋設されている抵抗発熱体回路４に通電してセラミックス基体１を３００℃に加熱した。反応容器内に設置された対向平板上部電極とセラミックス基体１内に埋設された両ＲＦ電極（円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３）とからなる平行平板電極間に１３.５６ＭＨｚ、１５００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生させた。
【００５５】
なお、ＣＶＤプロセスを行う場合は反応ガス雰囲気で高周波電力を印加してプラズマを発生させるが、この評価試験においては、ウエハに堆積させる必要はないので、反応ガスの代わりにＮ２を用いて高周波電力を印加した。この条件で高周波電力を１分間印加し、印加終了した直後のセラミックス基体１の温度分布をセンサレー社製の３００ｍｍ１７点ウエハ測温計を用いて測定した。
【００５６】
温度分布とプラズマによるエッチングレートとの間には相関があるため、得られた温度分布の評価を行うことで、プラズマが均一に発生しているかどうかを評価することができる。これは、発生したプラズマに密度分布が存在すれば、その密度分布によってプラズマからの入熱にバラツキが生じ、その結果、密度分布に相当する温度分布が発生するからである。上記評価試験によって測定した試料１〜１１の温度分布の結果を下記表１に示す。
【００５７】
ここで、ΔＴは評価試験で得た全ての温度データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものであり、ΔＴφ９４は直径９４ｍｍの円周上で測定した４点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。同様に、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２は、それぞれ直径１８８ｍｍ及び２８２ｍｍの円周上で測定した４点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記表１から分かるように、試料１〜８のウエハ保持体は、ΔＴが２.１〜２.８℃程度と小さい結果となっており、ΔＴφ９４、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２も、ΔＴの半分ないし同程度の小さい結果となっており、均一なプラズマが発生していることが確認できた。一方、比較例である試料９〜１１のウエハ保持体は、ΔＴが試料１〜８に比べて著しく大きい結果となり、ΔＴφ９４、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２も同様に試料１〜８に比べて大きい結果となっている。これは、円環状ＲＦ電極３に接続される接続回路１１が偏りのある非対称パターンであったため、均一にプラズマが発生せず、プラズマの密度分布に偏りが発生したためであると考えられる。
【００６０】
なお、試料７〜８のウエハ保持体では、抵抗発熱体回路４に電気的に接続される第３外部端子７や円形状ＲＦ電極２に電気的に接続される第１外部端子５と、第２外部端子６とが干渉したため、これら第３外部端子７及び第１外部端子５をセラミックス基体１の中心から外れた位置に設置した。このため、支持部材１２をセラミックス基体１に取り付ける際に困難を伴った。この点において、試料１〜６のウエハ保持体がより好ましかった。
【００６１】
すなわち、試料１〜６のウエハ保持体は、第２接続回路１１ａを有しているので設計の自由度が向上し、セラミックス基体１の中心部に配置されている第３外部端子７や第１外部端子５から干渉されることなく複数の接続回路１１を円形状ＲＦ電極２の中心軸に関して回転対称で且つ放射状に形成することができた。このように、筒状の支持部材１２内にこれら複数の外部端子を配置する必要がある場合は、試料１〜６のウエハ保持体が特に好ましい。
【００６２】
［実施例２］
実施例１で作製した試料１のウエハ保持体１００に対して、円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ別の電源供給回路を接続し、それぞれ異なる高周波電力を印加した以外は実施例１と同様にして評価試験を実施した。具体的には、円形状ＲＦ電極２には１３.５６ＭＨｚ、２００Ｗの電力を印加し、円環状ＲＦ電極３には１３.５６ＭＨｚ、１００Ｗの電力を印加した。その結果を実施例１の試料１の結果と共に下記の表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
上記表２から分かるように、円形状導ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによりΔＴが小さくなっている。これは、内周部と外周部とのプラズマ密度の差がより一層小さくなったことを示しており、円形状導ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによってプラズマの密度分布を良好にコントロールできることが分かった。
【符号の説明】
【００６５】
１ セラミックス基体
１ａ ウエハ搭載面
２ 円形状ＲＦ電極
３ 円環状ＲＦ電極
４ 抵抗発熱体回路
５ 第１外部端子
６ 第２外部端子
７ 第３外部端子
８、９、１０ リード線
１１ 複数の接続回路
１１ａ 第２の接続回路
１２ 支持部材
１００ ウエハ保持体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハにプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を行うための半導体製造装置に用いられるウエハ保持体に関し、特に、互いに異なる深さに円形状ＲＦ電極と円環状ＲＦ電極とが埋設されている２層ＲＦ構造のウエハ保持体する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程では、被処理物である半導体ウエハに対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体ウエハに対する処理を行う半導体製造装置では、半導体ウエハを保持するためのウエハ保持体が用いられている。ウエハ保持体には、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いたものが実用化されており、その内部もしくは表面に、ＲＦ（高周波）電極や静電チャック用電極、あるいは抵抗発熱体回路などの導電体が形成されている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、均熱性を向上させる目的で複数ゾーンに分割された抵抗発熱体回路と、該抵抗発熱体回路とは異なる深さに埋設された導体回路とを備えたウエハ保持体が示されている。この導体回路は、バイアホールを介して抵抗発熱体に電気的に接続しており、且つウエハ保持体の中心部に配置されている外部端子まで延在している。そして、ウエハ保持体の中央部に外部から隔離された筒状体を取り付けることによって、外部端子を腐食環境に晒さないようにすることができると記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、セラミックス基体中の異なる深さに２つの内部電極が埋設されたウエハ保持体が示されている。また、これら２つの内部電極間の導通を確実にするため、バイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が示されている。そして、かかる構造により、熱応力による破損を防止できると記載されている。
【０００５】
さらに特許文献３には、セラミックス基体内に円盤電極とリング電極とが互いに同心軸状に且つセラミックス基体の厚さ方向に離間して埋設されたウエハ保持体が開示されており、これら円盤電極とリング電極とをセラミックス基体内部で電気的に接続することにより、ウエハ面内のエッチングレートのバラツキを押さえることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４２０７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１７９８号公報
【特許文献３】実用新案登録第３１５４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１〜３には、いずれもセラミック基体内部において互いに異なる深さに埋設された２つの導電体回路同士を電気的に接続する構造が示されており、具体的には、特許文献１にはバイアホール内部に導通部を形成する構造が、特許文献２にはバイアホール内に柱状セラミック成形体を挿入する構造が、特許文献３にはザグリ孔内にメッキ層を形成する構造が開示されている。
【０００８】
しかしながら、これら特許文献１〜３に示されている構造は、いずれも長期的に使用した場合、２つの導電体回路同士の接続部に断線が生じやすく、その結果、均熱性が悪化したり、エッチングレートにバラツキが発生したりして、信頼性に問題が生じることがあった。また、セラミックス基体内部で２つの導電体回路同士を接続するため、この接続部分で例えば断線等の機械的トラブルが発生した場合、容易に修復することができなかった。
【０００９】
加えて、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を行う半導体製造装置においては、密度の均一なプラズマを発生させて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能なウエハ保持体が求められていた。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施すことが可能な信頼性の高いウエハ保持体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、発明者らは、円形状ＲＦ電極とそれより大きな外径を有する円環状ＲＦ電極とをセラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設し、これらを互いに接続せずに別々の電源供給回路に接続する２層ＲＦ構造のウエハ保持体において、円環状ＲＦ電極とその外部端子の間に複数の接続回路を介在させることにより、円環状ＲＦ電極内の電位をより均一にすることが可能となり、発生するプラズマの密度のバラツキが抑えられて、ウエハ全面に亘って均一にプラズマ処理を施し得ることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明が提供するウエハ保持体は、ウエハ搭載面を有するセラミックス基体と、セラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極と、円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子と、円環状ＲＦ電極と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路とを備えており、該複数の接続回路は、円環状ＲＦ電極と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明が提供するウエハ保持体は、複数の接続回路と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２の接続回路がさらに埋設されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、円環状ＲＦ電極内の電位を均一にすることができるため、発生するプラズマの密度のバラツキを抑制することができる。その結果、プラズマ処理によってウエハ上に成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って均質にすることが可能となる。
【００１４】
また、第２の接続回路を設けることにより、円環状ＲＦ電極の第２外部端子と、円環状ＲＦ電極が埋設されている深さとは異なる深さに埋設されている円形状ＲＦ電極に電気的に接続されている第１外部端子との干渉を回避することができ、発生するプラズマの密度のバラツキをより一層抑制することができる。よって、ウエハ上にプラズマ処理により成膜される膜の膜質をウエハ全面に亘って極めて均質なものにすることができる。
【００１５】
特に、セラミックス基体をその裏面側から支持する支持部材内に複数の外部端子を配置する必要がある場合には、これら外部端子同士が干渉して設計の際の障害になり得るが、第２の接続回路を設けることにより、これら外部端子の設計上の自由度が向上し、上記した設計の際の問題を容易に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のウエハ保持体の一具体例を示す概略の縦断面図である。
【図２】図１のウエハ保持体に埋設されている２つのＲＦ電極の水平方向における位置関係を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例の試料１〜１１のウエハ保持体にそれぞれ設けられた円環状ＲＦ電極及び接続回路のパターンを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１を参照しながら、本発明のウエハ保持体の一具体例について説明する。本発明の一具体例のウエハ保持体１００は、ウエハ搭載面１ａを有する略円板状のセラミックス材からなるセラミックス基体１を有している。セラミックス材の例としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナなどを挙げることができるが、この中では、良好な熱伝導性を有しているという点において窒化アルミニウムが好ましく、高い剛性を有しているという点において窒化ケイ素又はアルミナが好ましい。
【００１８】
セラミックス基体１の厚みは高速昇降温させるためには薄い方が好ましいが、薄くなりすぎると剛性が低くなるという問題が生じる。これらを考慮すると、セラミックス基体１の厚みは５〜２５ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。このセラミックス基体１の内部には、プラズマ生成の役割を担う円形状ＲＦ電極２及びこれより大きな外径を有する円環状ＲＦ電極３がウエハ搭載面１ａからの深さが互いに異なるように埋設されている。
【００１９】
円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３のウエハ搭載面１ａからの具体的な深さは安定したプラズマの発生に影響を及ぼすため、セラミックス基体１の体積抵抗率や誘電率に基づいて定められる。例えば、円形状ＲＦ電極２は、その上面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側の面）が、ウエハ搭載面１ａから０.５〜２.０ｍｍ、より好ましくは０.５〜１.０ｍｍの深さとなるように埋設される。一方、円環状ＲＦ電極３は、その上面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側の面）が、円形状ＲＦ電極２の下面（すなわち、ウエハ搭載面１ａ側とは反対側の面）から０.５〜３.０ｍｍ、より好ましくは０.５〜２.０ｍｍの深さとなるように埋設される。
【００２０】
図２には、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３をウエハ搭載面１ａ側から見たときの位置関係が模式的に示されている。この図２から分かるように、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３は、セラミックス基体１の中心軸に関して同心軸状に配置されている。円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３をこのように配置することによって、セラミックス基体１の外周部におけるプラズマ分布を安定させることができる。
【００２１】
なお、図２に示す具体例では、ウエハ搭載面１ａから見て円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３とが重複していないが、これに限定するものではなく、円環状ＲＦ電極３の内径を円形状ＲＦ電極２の外径より小さくしてこれら両電極を部分的に重複させてもかまわない。
【００２２】
円形状ＲＦ電極２は、例えば直径２９０〜３１０ｍｍ程度の大きさを有しており、円環状ＲＦ電極３は、前述したようにセラミックス基体１の外周部の電位を安定させるために十分な導電性を確保すべく、円環の回路幅１〜２０ｍｍ程度、より好ましくは３〜１５ｍｍ程度の大きさを有している。
【００２３】
セラミックス基体１内には、さらに抵抗発熱体回路４が円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３とは異なる深さに埋設されていてもよい。この抵抗発熱体回路４の構造は特に限定するものでなく、例えばセラミックス基体１の中心軸に関して同心軸状に配置された螺旋形状や円板状の導電回路で形成することができる。
【００２４】
これら円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、図１に示すように、この順序でウエハ搭載面１ａ側からウエハ搭載面１ａの反対側である裏面１ｂ側に向かって埋設されており、セラミックス基体１の厚み方向において互いに離間している。円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、例えばスクリーン印刷法や、金属ワイヤー、メッシュ、箔等を埋設することにより形成することができる。この中では、設計の自由度の面からスクリーン印刷法で形成するのがより好ましい。なお、スクリーン印刷であれば厚みを０.０２〜０.０５ｍｍに、金属箔であれば厚みを０.１〜１ｍｍにするのが好ましい。また、金属ワイヤーや金属メッシュであれば、その線径を１ｍｍ〜４ｍｍとするのが好ましい。
【００２５】
スクリーン印刷法を使用する場合は、円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４となる導電回路のパターンを、導体ペーストを用いて形成する。導電ペーストは、金属粉末に必要に応じて酸化物粉末を加え、これにバインダーと溶剤とを混合することより得ることができる。金属粉末は、セラミックス基体１の材料であるセラミックスとの熱膨張係数のマッチングの観点から、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）あるいはタンタル（Ｔａ）が好ましい。
【００２６】
上記円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４は、外部端子にそれぞれ電気的に接続している。具体的には、円形状ＲＦ電極２は、セラミックス基体１の裏面１ｂから円形状ＲＦ電極２の深さまで延在する第１外部端子５に電気的に接続している。同様に、円環状ＲＦ電極３は、セラミックス基体１の裏面１ｂから円環状ＲＦ電極３の深さまで延在する第２外部端子６に電気的に接続しており、抵抗発熱体回路４は、セラミックス基体１の裏面１ｂから抵抗発熱体回路４の深さまで延在する第３外部端子７に電気的に接続している。
【００２７】
ここで、第１外部端子５及び第３外部端子７は、それぞれ円形状ＲＦ電極２及び抵抗発熱体回路４に直接的に接続しているが、第２外部端子６は、円環状ＲＦ電極３に直接的に接続しておらず、円環状ＲＦ電極３と同じ深さに埋設されている複数の接続回路１１を介して間接的に接続している。すなわち、複数の接続回路１１は、円環状ＲＦ電極３と第２外部端子６との間に介在してこれらを電気的に接続している。
【００２８】
接続回路１１の具体的な個数は２つ以上であれば特に限定されないが、電位を均一にするためには４つ以上とするのがより好ましい。また、複数の接続回路１１は、それぞれ幅１〜２０ｍｍ、より好ましくは幅３〜１５ｍｍの帯状部材で構成されていることが好ましい。
【００２９】
これら複数の接続回路１１は、ウエハ搭載面１ａから見たときの形状が放射状であり、且つ円環状ＲＦ電極３の中心軸に関して実質的に回転対称となっている。このような形状にすることによって、円環状ＲＦ電極３を、その全域に亘ってほぼ等電位に保つことが可能となる。ここで、実質的に回転対称とは、厳密な回転対称のみならず、複数の接続回路１１の内の少なくとも１つが回転対称の位置から周方向に少しずれたものも含まれることを意味している。許容される周方向のずれの限度は、具体的には周方向に約１０°程度である。この程度のずれであれば、円環状ＲＦ電極３の電位をほぼ均一に保つことができる。
【００３０】
円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４に外部端子５、６及び７を接続する方法は特に限定するものでなく、公知の方法で取り付けることができる。例えば、セラミックス基体１のウエハ搭載面１ａと反対側の裏面１ｂから円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３に接続された接続回路１１、及び抵抗発熱体回路４が露出するまでザグリ加工を施し、露出したこれら電極部や回路部にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、タングステンやモリブデン等の外部端子を接続すればよい。接続した外部端子には必要に応じてめっきを施して、耐酸化性を向上させてもよい。
【００３１】
外部端子５、６及び７を機械的に取り付けた後は、これら外部端子５、６及び７を被覆する為に、セラミックス基体１に形成した上記ザグリ穴にセラミックスリング部材をはめこみ、該リング部材とセラミックス基体１とをガラス等の無機物で接合するのが好ましい。接合に使用するガラスには、特に限定するものではないが、ホウケイ酸や亜鉛ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラスなどが使用できる。
【００３２】
このように外部端子をセラミックスリング部材で被覆することにより、ウエハ保持体１００が反応容器内に設置されてウエハに対して各種の処理が施される場合においても、これら外部端子を各ガス種にさらされないように保護して、酸化や劣化を防止することができる。特に、半導体製造工程では腐食性ガスが使用されることが多いため、耐食性に優れるセラミックスリング部材で覆うことは特に好適である。セラミックスリング部材の材質としては、接合の信頼性を考慮するとセラミックス基体１と同材質であることが好ましい。
【００３３】
これら外部端子５、６及び７には、それぞれリード線８、９及び１０が接続している。リード線８、９及び１０は、互いに電気的に接続されることなく図示しない電源供給回路やアースに別々に接続されており、これにより円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３及び抵抗発熱体回路４にそれぞれ別々の電圧をかけたり、円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３を同電位にしたりすることが可能となる。その結果、ウエハ搭載面１ａに搭載される半導体ウエハ上に成膜される膜の膜質を均一にすることができる。
【００３４】
例えば、セラミックス基体１内で互いに離間して埋設されている円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３を、それぞれ外部端子５及び６とこれらに接続するリード線８及び９とを介して個別に接地することによって、セラミックス基体１の中心部と外周部との電位差がなく、且つセラミックス基体１の周方向にも電位差のない安定した電位を実現することができる。これにより、発生するプラズマの密度を均一にすることができる。
【００３５】
また、プラズマ密度は、横軸をウエハ搭載面１ａの中心を通るウエハ搭載面１ａ上の任意の直線、縦軸をプラズマの密度としてグラフ化したとき、正規分布に近い密度分布を示すことがある。つまり、ウエハ搭載面１ａの外周部は中央部に比べてプラズマの密度が低くなる。これに対して、上記のウエハ保持体１００では、円形状ＲＦ電極２及び円環状ＲＦ電極３に、別々の高周波電力を印加することが可能であるため、適宜これら電力をコントロールすることによってウエハ搭載面１ａの外周部のプラズマの密度をコントロールすることができる。このように、発生するプラズマの密度分布を適宜補正することが可能となり、極めて均一なプラズマ密度を得ることができる。
【００３６】
ところで、上記したセラミックス基体１は、一般にウエハ搭載面１ａとは反対側の裏面１ｂから支持部材１２によって支持されている。具体的には、セラミックス基体１の裏面１ｂ側の略中央部に円筒状の支持部材１２の上端部が取り付けられており、支持部材１２の下端部は、プラズマＣＶＤなどの半導体ウエハ処理が行われる図示しない反応容器の底部に取り付けられている。
【００３７】
セラミックス基体１と支持部材１２とは、接合層を介して化学的に接合することができる。この場合は、支持部材１２の材質としては、セラミックス基体１の材料であるセラミックス材の熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はない。例えば、セラミックス基体１がＡｌＮの場合、支持部材１２の材質にもＡｌＮを使用するのが好ましい。
【００３８】
化学的に接合する際の接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、セラミックス基体１や支持部材１２の材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好なため、接合強度を比較的高くすることができ、また接合面の気密性を容易に得ることができるからである。なお、支持部材１２は、ネジ止めなどの物理的（機械的）手法によってセラミックス基体１に取り付けてもよい。
【００３９】
支持部材１２とチャンバ（反応容器）とは一般的な方法で取り付けることができるが、接合部にＯリングなどのシール部材を用いることにより、支持部材１２の内部を簡易にチャンバ雰囲気から隔離することができる。これにより、支持部材１２内に外部端子５、６及び７やリード線８、９及び１０などを収めたとき、これら部材をチャンバ内の腐食環境から保護することができる。
【００４０】
このようにセラミックス基体１をその中央部で支持部材１２によって支持すると共に、複数の外部端子をその内部に配置する場合は、それら複数の外部端子同士が近接して互いに干渉する問題が生じることがある。この場合は、複数の接続回路１１と第２外部端子６との間に第２の接続回路１１ａを設け、この第２の接続回路１１ａを介して複数の接続回路１１と第２外部端子６とを電気的に接続するのが好ましい。このように複数の接続回路１１と第２外部端子６との間に第２の接続回路１１ａを介在させることにより、円形状ＲＦ電極２や抵抗発熱体回路４に接続される第１外部端子５や第３外部端子７を、複数の接続回路１１や第２外部端子６から離間させることができ、良好な絶縁性を確保することができる。
【００４１】
第２の接続回路１１ａの形状は円環状が好ましいが、ＲＦ電極や発熱体回路の他に、熱電対やリフトピン穴の位置等を回避しないといけない場合には、略円環状や多角形環状であってもよい。第２の接続回路１１ａの幅は、複数の接続回路１１と同様に１〜２０ｍｍが好ましく、３〜１５ｍｍがより好ましい。
【実施例】
【００４２】
［実施例１］
図１に示すようなウエハ保持体１００を作製すべく、先ず窒化アルミニウム粉末９９.５重量部に焼結助剤として酸化イットリウム０.５重量部を加え、さらにバインダー及び有機溶剤を加えてボールミル混合することによりスラリーを作製した。得られたスラリーからスプレードライにより顆粒を作製し、これをプレス成形して成形体を作製した。
【００４３】
次に、この成形体を窒素雰囲気中にて７００℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの円板状窒化アルミニウム焼結体と、直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状窒化アルミニウム焼結体とを得た。これら２枚の窒化アルミニウム焼結体は、共に表面粗さがＲａで０.８μｍ、平面度が５０μｍであった。
【００４４】
次に、これら２枚の窒化アルミニウム焼結体上にそれぞれスクリーン印刷でＷペーストを塗布して回路のパターンを形成した。具体的に説明すると、先ず直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の一方の面に、円形状ＲＦ電極２のための直径３００ｍｍの円形状パターンを印刷した。
【００４５】
さらに直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の他方の面には、図３のＡに示すパターンを形成すべく、円環状ＲＦ電極３のための内径３０５ｍｍ、外径３２５ｍｍの円環状パターンと、その内側に同心軸状に配置される第２の接続回路１１ａのための外径１００ｍｍ、内径９２ｍｍの円環状パターンと、これら円環状ＲＦ電極３と第２の接続回路１１ａとの間に介在する複数の接続回路１１のための幅４ｍｍの帯４本で構成される放射状パターンとを印刷した。なお、この放射状パターンは、両円環状パターンの中心軸に関して回転対称となるように形成した。
【００４６】
これら両面に形成したパターンを窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて１８３０℃で焼成することにより２種類のＲＦ電極を直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にそれぞれ形成した。一方、直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体には、その片面のみに上記と同様の方法でスクリーン印刷、脱脂、及び焼結を行って抵抗発熱体回路４を形成した。
【００４７】
次に、直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体における円形状ＲＦ電極２が形成された一方の面に、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。また、円環状ＲＦ電極３が形成された他方の面には、抵抗発熱体回路４が形成された厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を、抵抗発熱体回路４の形成された面とは異なる面が対向するようにして張り合わせた。
【００４８】
さらに、厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体における抵抗発熱体回路４が形成された面に、厚み９ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を張り合わせた。上記した窒化アルミニウム焼結体同士の張り合わせの際は、窒化アルミニウムを主成分とする材料を接着剤として使用し、これを脱脂焼成処理したのち接合した。なお、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体及び厚み９ｍｍの窒化アルミニウム焼結体は、共に前述した厚み２ｍｍ又は厚み５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体と同様の方法で作製した。
【００４９】
このようにして得られた円形状ＲＦ電極２、円環状ＲＦ電極３、及び抵抗発熱体回路４が埋設されたセラミックス基体１に対して、抵抗発熱体回路４側の面から抵抗発熱体回路４、円形状ＲＦ電極２、及び円環状ＲＦ電極３に接続された接続回路１１が露出するようにザグリ穴を加工し、これら抵抗発熱体回路４と両ＲＦ電極２、３に給電するためのＮｉめっきを施したＷ製の外部端子５、６及び７を接続した。
【００５０】
次に、発熱体回路４や両ＲＦ電極２、３と、これら外部端子５、６及び７との接続部を気密封止すべく、別途作製した外部端子を覆うＡｌＮ製のリングをセラミックス基体１に当接させ、この状態で８００℃で１時間、Ｎ２雰囲気で結晶化ガラス接合した。その後、セラミックス基体１から露出している外部端子の一端部にニッケル製の電極をリード線８、９及び１０を接続した。
【００５１】
そして、セラミックス基体１における抵抗発熱体回路４側の面に、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ１５０ｍｍのＡｌＮ製の支持部材１２を、接合層を介して化学的に接合した。以上の方法により、試料１のウエハ保持体１００を作製した。さらに、円環状ＲＦ電極３及び接続回路１１、１１ａのパターンを図３のＡに代えて図３のＢ〜Ｋに示すパターンで形成した以外は上記試料１と同様の作製方法で試料２〜１１のウエハ保持体１００を作製した。
【００５２】
なお、図３のＡ〜Ｃのパターンでは、第２外部端子６は第２の接続回路１１ａ上には設けずに、第２の接続回路１１ａの一部から内側に突出する導電回路上に第２外部端子６を設けた。これに対して、図３のＤ〜Ｆ及びＫのパターンでは、第２の接続回路１１ａ上に第２外部端子６を設けた。また、図３のＧ〜Ｊのパターンでは、接続回路１１を円環状ＲＦ電極３の中心まで延ばし、この中心上に第２外部端子６を設けた。
【００５３】
このようにして作製した試料１〜１１の性能を評価するため、各試料を反応容器に設置し、抵抗発熱体回路４に接続されたリード線１０に電源供給ラインを接続すると共に、両ＲＦ電極２、３に接続されたリード線８、９を別々に接地した。そして、下記の評価試験に従って評価した。なお、支持部材１２の他端は、反応容器の底部にＯ−リングで気密シールした上、クランプで固定した。
【００５４】
＜評価試験＞
反応容器を真空にし、セラミックス基体１に埋設されている抵抗発熱体回路４に通電してセラミックス基体１を３００℃に加熱した。反応容器内に設置された対向平板上部電極とセラミックス基体１内に埋設された両ＲＦ電極（円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３）とからなる平行平板電極間に１３.５６ＭＨｚ、１５００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生させた。
【００５５】
なお、ＣＶＤプロセスを行う場合は反応ガス雰囲気で高周波電力を印加してプラズマを発生させるが、この評価試験においては、ウエハに堆積させる必要はないので、反応ガスの代わりにＮ２を用いて高周波電力を印加した。この条件で高周波電力を１分間印加し、印加終了した直後のセラミックス基体１の温度分布をセンサレー社製の３００ｍｍ１７点ウエハ測温計を用いて測定した。
【００５６】
温度分布とプラズマによるエッチングレートとの間には相関があるため、得られた温度分布の評価を行うことで、プラズマが均一に発生しているかどうかを評価することができる。これは、発生したプラズマに密度分布が存在すれば、その密度分布によってプラズマからの入熱にバラツキが生じ、その結果、密度分布に相当する温度分布が発生するからである。上記評価試験によって測定した試料１〜１１の温度分布の結果を下記表１に示す。
【００５７】
ここで、ΔＴは評価試験で得た全ての温度データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものであり、ΔＴφ９４は直径９４ｍｍの円周上で測定した４点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。同様に、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２は、それぞれ直径１８８ｍｍ及び２８２ｍｍの円周上で測定した４点の測定データの中での最大値と最小値との差を各試料ごとに示したものである。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記表１から分かるように、試料１〜８のウエハ保持体は、ΔＴが２.１〜２.８℃程度と小さい結果となっており、ΔＴφ９４、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２も、ΔＴの半分ないし同程度の小さい結果となっており、均一なプラズマが発生していることが確認できた。一方、比較例である試料９〜１１のウエハ保持体は、ΔＴが試料１〜８に比べて著しく大きい結果となり、ΔＴφ９４、ΔＴφ１８８及びΔＴφ２８２も同様に試料１〜８に比べて大きい結果となっている。これは、円環状ＲＦ電極３に接続される接続回路１１が偏りのある非対称パターンであったため、均一にプラズマが発生せず、プラズマの密度分布に偏りが発生したためであると考えられる。
【００６０】
なお、試料７〜８のウエハ保持体では、抵抗発熱体回路４に電気的に接続される第３外部端子７や円形状ＲＦ電極２に電気的に接続される第１外部端子５と、第２外部端子６とが干渉したため、これら第３外部端子７及び第１外部端子５をセラミックス基体１の中心から外れた位置に設置した。このため、支持部材１２をセラミックス基体１に取り付ける際に困難を伴った。この点において、試料１〜６のウエハ保持体がより好ましかった。
【００６１】
すなわち、試料１〜６のウエハ保持体は、第２接続回路１１ａを有しているので設計の自由度が向上し、セラミックス基体１の中心部に配置されている第３外部端子７や第１外部端子５から干渉されることなく複数の接続回路１１を円形状ＲＦ電極２の中心軸に関して回転対称で且つ放射状に形成することができた。このように、筒状の支持部材１２内にこれら複数の外部端子を配置する必要がある場合は、試料１〜６のウエハ保持体が特に好ましい。
【００６２】
［実施例２］
実施例１で作製した試料１のウエハ保持体１００に対して、円形状ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ別の電源供給回路を接続し、それぞれ異なる高周波電力を印加した以外は実施例１と同様にして評価試験を実施した。具体的には、円形状ＲＦ電極２には１３.５６ＭＨｚ、２００Ｗの電力を印加し、円環状ＲＦ電極３には１３.５６ＭＨｚ、１００Ｗの電力を印加した。その結果を実施例１の試料１の結果と共に下記の表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
上記表２から分かるように、円形状導ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによりΔＴが小さくなっている。これは、内周部と外周部とのプラズマ密度の差がより一層小さくなったことを示しており、円形状導ＲＦ電極２と円環状ＲＦ電極３にそれぞれ異なる高周波電力を印加することによってプラズマの密度分布を良好にコントロールできることが分かった。
【符号の説明】
【００６５】
１ セラミックス基体
１ａ ウエハ搭載面
２ 円形状ＲＦ電極
３ 円環状ＲＦ電極
４ 抵抗発熱体回路
５ 第１外部端子
６ 第２外部端子
７ 第３外部端子
８、９、１０ リード線
１１ 複数の接続回路
１１ａ 第２の接続回路
１２ 支持部材
１００ ウエハ保持体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ搭載面を有するセラミックス基体と、セラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極と、円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子と、円環状ＲＦ電極と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路とを備えたウエハ保持体であって、該複数の接続回路は、円環状ＲＦ電極と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されていることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記複数の接続回路と前記第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２の接続回路がさらに埋設されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
請求項1又は２のいずれかに記載のウエハ保持体が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１】
ウエハ搭載面を有するセラミックス基体と、セラミックス基体内においてウエハ搭載面からの深さが互いに異なるように埋設されている円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極と、円形状ＲＦ電極及び円環状ＲＦ電極にそれぞれ電気的に接続される第１及び第２外部端子と、円環状ＲＦ電極と第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する複数の接続回路とを備えたウエハ保持体であって、該複数の接続回路は、円環状ＲＦ電極と同じ深さにおいて放射状で且つ円環状ＲＦ電極の中心軸に関して実質的に回転対称に形成されていることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記複数の接続回路と前記第２外部端子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２の接続回路がさらに埋設されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
請求項1又は２のいずれかに記載のウエハ保持体が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−８９６９４（Ｐ２０１２−８９６９４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５４８５（Ｐ２０１０−２３５４８５）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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