(57)【要約】【課題】高周波電極の基板が載置されている側の空間におけるプラズマ生成密度の均等化を図ることができる基板支持部材を提供する。【解決手段】高周波電極１２には孔１２１またはスリット１２２が設けられている。高周波電極１２はそのα倍（０．２５≦α≦０．７５）の半径αｒを有する同心円Ｃにより複数の範囲に区分されている。当該範囲のそれぞれにおける孔１２１またはスリット１２２の分布または配置態様が差別化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置される載置面を有するセラミックス基体と、前記載置面に対して平行な姿勢で前記セラミックス基体に埋設されている金属または金属間化合物からなる円板形状の高周波電極と、前記高周波電極の中央部分に接続されている高周波電力供給用の端子とを備えている基板支持部材であって、
前記高周波電極には孔またはスリットが設けられ、
前記高周波電極のα倍（０．２５≦α≦０．７５）の半径を有する同心円により区分されている前記高周波電極の複数の範囲のそれぞれにおける前記孔または前記スリットの分布または配置態様が差別化されていることを特徴とする基板支持部材。
【請求項２】
請求項１記載の基板支持部材において、
前記孔または前記スリットが前記高周波電極の中心回りの回転対称性を有するように設けられていることを特徴とする基板支持部材。
【請求項３】
請求項１または２記載の基板支持部材において、
前記高周波電極が円状の第１範囲と、前記第１範囲を取り囲む環状の第２範囲とに区分され、前記第１範囲および前記第２範囲のうち一方には孔またはスリットが設けられている一方、前記第１範囲および前記第２範囲のうち他方には孔およびスリットがなく平坦であることを特徴とする基板支持部材。
【請求項４】
請求項１または２記載の基板支持部材において、
前記高周波電極が円状の第１範囲と、前記第１範囲を取り囲む環状の第２範囲とに区分され、前記第１範囲および前記第２範囲のそれぞれに前記孔または前記スリットが設けられていることを特徴とする基板支持部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波プラズマ処理装置に搭載される基板支持部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波プラズマを利用してウェハ等の基板上に薄膜を形成するためのＣＶＤ装置等の半導体プロセス装置に用いられる基板支持部材として、セラミックス基体にヒーターエレメントとプラズマ発生用電極とが埋設されて構成されているヒータープレートが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０８８４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来、図６に示されているように平滑な金属箔または印刷金属層等が、セラミック基体に内蔵されている高周波電極として用いられている。また、高周波電極およびこれに対する電力供給系をプラズマガスから保護する等の観点から、図６に示されているように高周波電力が高周波電極に対してその中央部分（破線で囲まれている略中心給電位置）を通じて供給される。その結果、高周波電流は高周波電極の略中心付近から径方向外側に伝播するが、電極の体積抵抗率または厚さなどの因子のため、電極上方の空間におけるプラズマインピーダンス、ひいてはプラズマ生成密度が不均一になる。このため、製膜プロセスによっては膜厚が基板ごとに相違する、あるいは、膜厚が高周波電極の径方向について不均一となる傾向がある。
【０００５】
また、複数の円形孔が一様に設けられている円板状の金属電極またはメッシュ状の金属が高周波電極として用いられる場合も、電極の径方向について高周波電流の伝播に進みまたは遅れが生じることにより、電極の上方空間におけるプラズマ生成密度が不均一になる。このため、基板に形成される膜厚が高周波電極の径方向について不均一となる傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明は、高周波電極の基板が載置されている側の空間におけるプラズマ生成密度の均等化を図ることができる基板支持部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板が載置される載置面を有するセラミックス基体と、前記載置面に対して平行な姿勢で前記セラミックス基体に埋設されている金属または金属間化合物からなる略円板形状の高周波電極と、前記高周波電極の中央部分に接続されている高周波電力供給用の端子とを備えている基板支持部材に関する。
【０００８】
本発明は、前記高周波電極には孔またはスリットが設けられ、前記高周波電極のα倍（０．２５≦α≦０．７５）の半径を有する同心円により区分されている前記高周波電極の複数の範囲のそれぞれにおける前記孔または前記スリットの分布または配置態様が差別化されていることを特徴とする。
【０００９】
前記孔または前記スリットが前記高周波電極の中心回りの回転対称性を有するように設けられていてもよい。
【００１０】
前記高周波電極が円状の第１範囲と、前記第１範囲を取り囲む環状の第２範囲とに区分され、前記第１範囲および前記第２範囲のうち一方には孔またはスリットが設けられている一方、前記第１範囲および前記第２範囲のうち他方には孔およびスリットがなく平坦であってもよい。
【００１１】
前記高周波電極が円状の第１範囲と、前記第１範囲を取り囲む環状の第２範囲とに区分され、前記第１範囲および前記第２範囲のそれぞれに前記孔または前記スリットが設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の基板支持部材の構成説明図。
【図２】第１実施形態の高周波電極の構成説明図。
【図３】第１実施形態の高周波電極におけるスリット等の配置態様に関する説明図。
【図４】第２実施形態の高周波電極の構成説明図。
【図５】第２実施形態の高周波電極におけるスリット等の配置態様に関する説明図。
【図６】従来の高周波電極の構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（基体支持部材の構成）
図１に示されている、本発明の一実施形態としての基体支持部材１は、基板Ｗが載置される載置面１０を有するセラミックス基体１１と、載置面１０に対して平行な姿勢でセラミックス基体１１に埋設されている高周波電極１２と、高周波電極１２の中央部分に接続されている高周波電力供給用の端子１３とを備えている。
【００１４】
セラミックス基体１１は、略円盤状のセラミックス焼結体であり、温度分布に局所的な不均等を抑制するため、たとえば、熱伝導率が高い窒化アルミニウム（AlN）を主成分とする原料から製造されている。また、均熱性を向上させるため、原料にイットリア（Ｙ2Ｏ3）が添加されてもよい。セラミックス基体１１は、窒化アルミニウムのほか、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、Ｍｇ2Ａｌ2Ｏ4、Ａｌ2Ｏ3等を原料としたセラミックス焼結体であってもよい。
【００１５】
プラズマ発生用電極としての高周波電極１２は、好ましくはモリブデンまたはタングステンなどの耐熱金属の箔またはメッシュ状シートからパターン加工されて形成されている。高周波電極１２は印刷によって形成されてもよい。高周波電極１２の詳細な構成については後述する。
【００１６】
端子１３は、コバール、モリブデンまたはニッケル等の比較的熱膨張係数の小さな金属により略有底円筒状に形成され、ロウ付け等により高周波電極１２の中央部分に接続かつ固定されている。端子１３の当該筒の内部には耐熱性および耐酸化性の観点からＮｉ等からなるロッド電極１４が挿入された上で、ロウ付けにより接続かつ固定されている。
【００１７】
セラミックス基体１１には、たとえば高周波電極１２の下方に、基体Ｗの温度を調節するための抵抗発熱体が埋設されていてもよい。一対以上のＮｉ等のロッド電極が抵抗発熱体に対して接続され、ヒーター電源（図示略）から当該ロッド電極を通じて抵抗発熱体に電力が供給されることにより、抵抗発熱体は発熱する。
【００１８】
図１に示されている基体支持部材１は、その載置面１０と反対側の面の中央部分においてシャフト１５と接合されている。接合されて使用することでシャフト１５へ熱量が伝わることにより支持部材端部は冷却されやすい。そのため図１に示したような中心付近にシャフト１５を接合したような基体支持部材１は中心付近の温度分布が変化しやすく、成膜プロセスにおける膜厚制御が困難である。
【００１９】
また、冷却の速度やプロセス温度は成膜条件によって異なる。そのためプラズマ生成密度の均一化を図るために、本発明のような電極形態にすることは非常に有意義である。
【００２０】
（高周波電極の構成）
高周波電極１２には孔またはスリット（適宜「スリット等」という。）が設けられている。高周波電極１２の半径（または中心から最外郭の弧状の縁までの距離）ｒのα倍（０．２５≦α≦０．７５）の半径αｒを有する同心円により区分されている高周波電極１２の複数の範囲のそれぞれにおける孔またはスリットの分布または分布態様が差別化されている。αが０．２５未満または０．７５を超える場合は、プラズマ生成密度の均等化の効果が減じてしまう。基体支持部材１の載置面１０の上方空間におけるプラズマ生成密度の均等化を図るため、より好ましくはαが０．４０〜０．６０の範囲の値に設定されてもよい。
【００２１】
（高周波電極の構成（第１実施形態））
第１実施形態の基体支持部材１に用いられる高周波電極１２は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されているように、半径αｒの１つの同心円Ｃ（破線参照）により、円状の第１範囲Ｓ1と、第１範囲Ｓ1を取り囲む環状の第２範囲Ｓ2とに区分されている。第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のうち一方にはスリット等が設けられている一方、第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のうち他方には孔もスリットもなく平坦とされている。
【００２２】
高周波電極１２の輪郭は完全に円形である必要はなく、その輪郭のうち８０％以上の部分が同一の円周上にある等、略円形状であればよい。
【００２３】
（実施例１）
主成分である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に３ｗｔ％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）が添加された原料から、外径３００［ｍｍ］、厚さ２５［ｍｍ］の円盤状のセラミックス焼結体がセラミックス基体１として製造された。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に５ｗｔ％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）が添加された原料から、外径５０［ｍｍ］、内径は４０［ｍｍ］、高さ１５０［ｍｍ］の略円筒状のシャフト１５が製造された。高周波電極１２はφ２９０［ｍｍ］、厚さ０．１［ｍｍ］のＭｏシートにより構成されている。
【００２４】
図２（ａ）に示されているように、高周波電極１２の第１範囲Ｓ1において、回転対称性を有するように配置されている３つのスリット１２２が形成されている。各スリット１２２は、まっすぐな線分がその真ん中付近で約１２０°だけ屈曲した形状であり、高周波電極１２の中心付近に当該屈曲箇所が位置している。その一方、高周波電極１２の第２範囲Ｓ2にはスリットも孔も形成されていない。αは「０．５０」に設定された。
【００２５】
高周波電極１２におけるスリット等の分布態様は、高周波電極１２の中心から距離ｘにある同心円の円周の長さに対する、当該円周のうちスリット等が重なっている部分の長さの比率ｙにより表わされる。スリット等の分布態様は、当該距離ｘに対する当該比率ｙの変化態様を意味する。
【００２６】
実施例１の高周波電極１２のスリット等の分布態様を示す図３（ａ）から、第１範囲Ｓ1に相当する距離範囲のうち、同心円が同幅のスリット１２２に重なる距離範囲において、高周波電極１２の中心からの距離ｘに対して比率ｙが反比例して減少している箇所があることがわかる。
【００２７】
プロセスにも依存するが、たとえば、ＰＥＣＶＤ製膜プロセスでは、（１）プラズマのアシストにより原料ガスが分解し、（２）中間体が基板に吸着し、（３）基板上に吸着した中間体が脱水や脱アルコールなどの反応を経て、最終製膜物に化学変化するというようにいくつかの素反応から構成される。そのなかでプラズマの均一性が律速になる素反応がある場合、その変動を抑制または制御する必要がある。その場合の手段として電極の半径方向のインピーダンスの調整が必要かつ効果が高い。
【００２８】
基体支持部材１の載置面１０側の空間におけるプラズマ生成密度の均一性を評価するため、本実施例ではＰＥＣＶＤ製膜プロセス１により基板Ｗ上にＳｉＯ2膜が形成され、その膜厚の標準偏差が測定された。その結果、その標準偏差を平均膜厚で割った変動係数は１．０［％］であった。
【００２９】
（実施例２）
図２（ｂ）に示されているように、高周波電極１２の第１範囲Ｓ1において、複数の同心円のそれぞれに沿って回転対称性を有するように配置されている複数の円形状の孔１２１が形成されている。その一方、高周波電極１２の第２範囲Ｓ2にはスリットも孔も形成されていない。これ以外の構成は第１実施例と同様である。
【００３０】
実施例２の高周波電極１２のスリット等の分布態様を示す図３（ｂ）から、第１範囲Ｓ1に相当する距離範囲において、高周波電極１２の中心からの距離ｘに対して、比率ｙが断続的に増減を繰り返していることがわかる。
【００３１】
本実施例で使用したＰＥＣＶＤ製膜プロセス１により基板Ｗ上に形成されたＳｉＯ2膜の膜厚の変動係数は０．６［％］であった。このときのαは「０．５０」に設定された。
【００３２】
（実施例３）
図２（ｃ）に示されているように、高周波電極１２の第２範囲Ｓ2において、複数の同心円のそれぞれに沿って回転対称性を有するように配置されている複数の円形状の孔１２１が形成されている。その一方、高周波電極１２の第１範囲Ｓ1にはスリットも孔も形成されていない。これ以外の構成は第１実施例と同様である。
【００３３】
実施例３の高周波電極１２のスリット等の分布態様を示す図３（ｃ）から、第２範囲Ｓ2に相当する距離範囲において、高周波電極１２の中心からの距離ｘに対して、比率ｙが断続的に増減を繰り返していることがわかる。
【００３４】
本実施例で使用したＰＥＣＶＤ製膜プロセス２により基板Ｗ上に形成されたＳｉＯ2膜の膜厚の変動係数は０．９［％］であった。このときのαは「０．７５」に設定された。
【００３５】
（第２実施形態の高周波電極の構成）
第２実施形態の基体支持部材１に用いられる高周波電極１２は、図４に示されているように、半径αｒの１つの同心円Ｃ（破線参照）により、円状の第１範囲Ｓ1と、第１範囲Ｓ1を取り囲む環状の第２範囲Ｓ2とに区分されている。第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のそれぞれにスリット等が設けられている。
【００３６】
（実施例４）
図４に示されているように、高周波電極１２の第１範囲Ｓ1には、回転対称性を有するように配置されている複数の扇状のスリット１２２が形成されている。また、高周波電極１２の第２範囲Ｓ2には回転対称性を有するように配置されている複数の直線状のスリット１２２が形成されている。
【００３７】
実施例４の高周波電極１２のスリット等の分布態様を示す図５から、第１範囲Ｓ1に相当する距離範囲のうち、同心円が扇状のスリット１２２に重なる距離範囲において、高周波電極１２の中心からの距離ｘに対して比率ｙが徐々に減少している箇所があることがわかる。同じく図５から、第２範囲Ｓ2に相当する距離範囲のうち、同心円が直線状のスリット１２２に重なる距離範囲において、高周波電極１２の中心からの距離ｘに対して比率ｙが徐々に減少している箇所があることがわかる。
【００３８】
第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のそれぞれにおけるスリット１２２の形状の相違等のため、第２範囲Ｓ2における距離ｘに対する比率ｙの減少率は、第１範囲Ｓ1における距離ｘに対する比率ｙの減少率よりも小さい。
【００３９】
本実施例で使用したＰＥＣＶＤ製膜プロセス１により基板Ｗ上に形成されたＳｉＯ2膜の膜厚の変動係数は０．５［％］であった。このときのαは「０．２５」に設定された。
【００４０】
（比較例）
図６に示されている平坦な高周波電極が採用されている場合、ＰＥＣＶＤ製膜プロセスにより基板Ｗ上に形成されたＳｉＯ2膜の膜厚の変動係数は３．５［％］であった。
【００４１】
表１には、各実施例および比較例のＰＥＣＶＤ製膜プロセスにより基板Ｗ上に形成されたＳｉＯ2膜の膜厚の変動係数が示されている。
【００４２】
【表１】
2012182221.tif 000003
【００４３】
表１から、実施例１〜４のそれぞれにおける膜厚の変動係数は、比較例の膜厚の変動係数より小さく、成膜の均等化が図られていること、ひいては、プラズマ生成密度の均一化が図られていることがわかる。また、αは０．２５〜０．７５の範囲で好適であることがわかる。
【００４４】
（本発明の作用効果）
前記構成の本発明の基板支持部材によれば、高周波電極１２に設けられている孔１２１またはスリット１２２の分布態様または分布態様（図３および図５参照）が工夫されたことにより、当該高周波電極１２、ひいては載置面１０側の空間におけるプラズマ生成密度の均等化を図ることができる。これにより、載置面１０に載置されている基板Ｗの表面処理の均等化が図られる（表１参照）。
【００４５】
（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、高周波電極１２が１つの同心円Ｃにより、円状の第１範囲Ｓ1と、１つの環状の第２範囲Ｓ2とに区分されたが、他の実施形態として、高周波電極１２が複数の同心円Ｃにより、円状の第１範囲Ｓ1と、これを取り囲む複数の環状の第２範囲Ｓ2とに区分されてもよい。また、複数の第２範囲のそれぞれにおけるスリット等の分布態様が相互に差別化されてもよい。
【００４６】
高周波電極に設けられるスリット等が当該高周波電極の中心回りの回転対称性を有するように配置されていなくてもよい。
【００４７】
高周波電極に孔およびスリットの両方が設けられてもよい。たとえば、第１実施形態において、第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のうち一方にスリットおよび孔の両方が設けられてもよい。また、第２実施形態において、第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のうち一方または両方にスリットおよび孔の両方が設けられてもよく、第１範囲Ｓ1および第２範囲Ｓ2のうち一方にスリットが設けられる一方、他方に孔が設けられてもよい。
【００４８】
高周波電極には基板を静電吸着するための電圧が重畳されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１‥基体支持部材、１０‥載置面、１１‥セラミックス基体、１２‥高周波電極、１３‥端子、１４‥ロッド電極、１５‥シャフト、１２１‥孔、１２２‥スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012182221.tif 000007
【図５】
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【図６】
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