JP2015228398A - 半導体製造装置用部品 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造装置用部品のチャック側端子に処理装置側の相手側端子が接合される際の各端子間の位置ずれによる問題点を解消する。
【解決手段】 セラミック基板２と、貫通孔３１を有するベース部材３と、基端部材５１および先端部材５２を備えるチャック側端子５と、貫通孔３１内でベース部材３とチャック側端子５との間に配置される絶縁部材６と、を含んでなる半導体製造装置用部品１であって、絶縁部材６よりもベース部材３の裏面３４側に配置され、貫通孔３１内でベース部材３に固定される固定部材７は第１フランジ部７１を有し、先端部材５２の第２フランジ部５２１は、第１フランジ部７１と絶縁部材６との間に配置され、第２フランジ部５２１と固定部材７との間に間隙が設けられる半導体製造装置用部品１。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体の製造において使用されるエッチング装置、イオン注入装置、或いは電子ビーム露光装置などにおいて、半導体ウエハの固定、平面度の矯正、或いは搬送に用いられる半導体製造装置用部品に関する。

半導体の製造工程において、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ）に精度良く成膜やドライエッチング等の処理（加工）を施すには、その処理装置において、半導体ウエハの平面度（平坦度）を保ちながら、それを固定（保持）する必要がある。このような固定手段の代表的なものとして、静電気力によって半導体ウエハをチャックする半導体ウェハチャック装置がある（特許文献１）。この半導体ウェハチャック装置は、セラミック基板の内部に、外部の処理装置側の高周波バイアス電源と電気的に接続される電極（静電電極）が形成されている。その電極に電圧を印加することで発生する静電気力で半導体ウエハ等の被吸着部材（以下、単にウエハともいう）を吸着、固定するように構成されている。そして、このセラミック基板は、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属からなる金属製ベース部材の表面（上面）に、シリコーン樹脂などの接着手段を介して接合して半導体ウェハチャック装置を構成しており、半導体ウエハの処理目的に応じた処理装置に取り付けられてその使用に供される。

セラミック基板の裏面に、静電電極に印加するための電極コネクタ１６５が形成されている。電極コネクタ１６５と接続される、第１のコネクタ部材２３１および第２コネクタ２３２が形成され、第２のコネクタ２３２と金属製ベース部材との間には弾力性シリコーン２３８を備える。ゆえに第２のコネクタ２３２は弾力性シリコーン２３８によって金属製ベース部材内の貫通孔内で絶縁を保持して配置されている。（特許文献１の図５）

特開２０００−１８８３２１

半導体ウェハチャック装置を半導体ウエハの各処理装置に取り付ける際において、第２のコネクタ２３２は、その処理装置に設けられたコネクタ部材２３３（相手側端子）にそれぞれ電気的に接合される。その際に、寸法精度の誤差のため、第２のコネクタ２３２とコネクタ部材２３３（相手側端子）との間には平面的な不一致（位置ずれ）が存在することがある。コネクタ部材２３３が有する弾性力により位置ずれの吸収は可能であるが、位置ずれの大きさによってはコネクタ部材２３３自身に曲げモーメントがかかり、コネクタ部材２３３が破損する可能性があるという問題があった。また、位置ずれの大きさ次第では、そもそもコネクタ部材２３３が第２のコネクタ２３２に挿入することができないという問題もあった。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、半導体製造装置用部品のチャック側端子に処理装置側の相手側端子が接合される際における端子間の位置ずれによる問題点（例えば相手側端子の破損や、相手側端子の挿入不具合）を発生させることのないチャック側端子を備えた半導体製造装置用部品を提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．半導体製造装置用部品は、
導電層が形成されてなるセラミック基板と、
主面と裏面を貫通する貫通孔を有し、該主面は前記セラミック基板の裏面側に接合されるベース部材と、
前記貫通孔内に配置され、前記セラミック基板の裏面側に基端が接合される基端部材と、該基端部材の一部が挿入される先端部材と、を備えるチャック側端子と、
前記ベース部材の前記貫通孔内に配置され、該ベース部材と前記チャック側端子との間に配置される絶縁部材と、
を含んでなる半導体製造装置用部品であって、
前記絶縁部材よりも前記ベース部材の裏面側に配置され、前記貫通孔内で該ベース部材に固定される固定部材は第１フランジ部を有し、
前記先端部材の第２フランジ部は、前記第１フランジ部と前記絶縁部材との間に配置され、該第２フランジ部と前記固定部材との間に間隙が設けられること、を特徴とする。

上記構成１によれば、先端部材の第２フランジ部は、第１フランジ部と絶縁部材との間に配置されている。この構成により、先端部材が半導体製造装置用部品から抜け落ちてしまうことを防止できる。

さらに、上記構成１によれば、第２フランジ部と固定部材との間に間隙が設けられている。この構成により、処理装置の端子（相手側端子）と第２フランジ部が形成される先端部材との間に平面的な不一致（位置ずれ）があったとしても、先端部材が位置ずれを吸収するように動くことができる。よって、相手側端子の破損を防止することや、相手側端子の挿入不具合の解消をすることができる。

構成２．半導体製造装置用部品は、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間、および、該第２フランジ部と前記絶縁部材との間に間隙が設けられることを特徴とする。

上記構成２によれば、第１フランジ部と第２フランジ部の間、および、第２フランジ部と絶縁部材との間に、間隙が設けられている。この構成により、先端部材が位置ずれを吸収するように動きやすくなる。よって、相手側端子の破損を防止することや、相手側端子の挿入不具合の解消をすることができる。

構成３．半導体製造装置用部品は、前記基端部材と、前記ベース部材との間に間隙が設けられることを特徴とする。

上記構成３によれば、基端部材とベース部材の間に間隙が設けられている。よって、基端部材がベース部材とセラミック基板との熱膨張差に起因する横方向の変位の影響を受けてしまうことを抑制することができる。よって、基端部材が横方向のモーメントを受けて破損してしまうことを防止することができる。

構成４．半導体製造装置用部品は前記先端部材のベース部材の裏面側には、外部の処理装置の端子が挿入される先端挿入部を有することを特徴とする。

上記構成４によれば、先端部材に外部の処理装置の端子が挿入される先端挿入部を有している。そのため、処理装置の端子（相手側端子）が直接基端部材と接合しておらず、相手側端子の挿入時の圧力が直接基端部材に伝わらない。よって、基端部材が外部からの圧力によって破損してしまうことを抑制することができる。

構成５．前記導電層はヒーター電極であり、前記チャック側端子と該ヒーター電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。

上記構成５によれば、ヒーター電極のように大電流が流れる導電層であっても、基端部材と先端部材とを備えるチャック側端子であれば抵抗の増大を抑制することができる。

本発明によれば、半導体製造装置用部品のチャック側端子に処理装置側の相手側端子が接合される際における端子間の位置ずれによる相手側端子の破損を防止することや、相手側端子の挿入不具合の解消をすることができる。

本発明の半導体製造装置用部品の縦破断面図 図１の要部拡大図

本発明を実施するための最良の形態について、図１および図２に基いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体製造装置用部品１の中央縦破断面図であり、図２は要部の拡大図である。以下、図面を参照して説明する。

本形態における半導体製造装置用部品１は、セラミック基板２、ベース部材３、基端部材５１と先端部材５２とを備えたチャック側端子５、絶縁部材６および固定部材７を含む。セラミック基板２は導電層２２，２３が形成されている。ベース部材３は主面３３と裏面３４を貫通する貫通孔３１を有し、ベース部材３の主面３３はセラミック基板２の裏面２８側に接合されている。チャック側端子５は貫通孔３１内に配置され、セラミック基板２の裏面２８側に基端が接合される基端部材５１と、基端部材５１の一部が挿入される先端部材５２とを備えている。絶縁部材６は貫通孔３１内に配置され、ベース部材３とチャック側端子５との間に配置される。固定部材７は絶縁部材６よりもベース部材３の裏面３４側に配置され、貫通孔３１内でベース部材３に固定されている。固定部材７は第１フランジ部７１を有している。先端部材５２の第２フランジ部５２１は、第１フランジ部７１と絶縁部材６との間に配置され、第２フランジ部５２１と固定部材７との間には間隙が設けられている。

＜セラミック基板２＞
セラミック基板２は一定厚さで略円形の平板形状を呈する。本例ではアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミック多層（積層）構造の焼結体であり、例えば、厚さが５ｍｍで、直径が、３００ｍｍや４５０ｍｍとされる。このセラミック基板２は、表面（上面）２７が図示しない半導体ウエハ等の被吸着部材を吸着、保持する平面からなる吸着面とされ、裏面（下面）２８がベース部材３の平面からなる表面（上面）３３に接合される接着面とされている。また、セラミック基板２の内部には、図示はしないが、ベース部材３に形成されたガス流路に送り込まれたＨｅガスが、セラミック基板２の表面２７であるウエハの吸着面に供給されるように、ガス流路が設けられている。

＜導電層２２，２３＞
このセラミック基板２は、その内部に静電力によって被吸着部材を吸着するための静電電極２３が対をなすように埋設されている。この静電電極２３は電極間に電圧を印加することで静電力を発生させる双極型のものである。また、本形態の半導体製造装置用部品１においては、セラミック基板２の内部に、電圧を印加することで発熱する抵抗発熱体からなるヒーター電極２２が埋設されており、セラミック基板２を温度制御するように設定されている。このようなセラミック基板２の裏面２８の適所には、メタライズ層からなる電極端子２９が形成されており、それぞれビア２５を介して静電電極２３およびヒーター電極２２に電気的に接合されている。ヒーター電極２２および静電電極２３が特許請求の範囲における導電層に該当する。

本形態において、ヒーター電極２２は複数のゾーンに分かれたマルチゾーンヒータである。ヒーターのゾーンが増えることでチャック側端子５の本数が増えると、処理装置側の複数の端子（相手側端子）の本数も増え、平面的な不一致（位置ずれ）が発生する可能性が高くなる。図１のように共通配線層２６を有することで電極端子２９およびチャック側端子５の数を減らすことができる。また、共通配線層を有することで、電極端子２９およびチャック側端子５の配置位置の自由度が高まる。

＜ベース部材３＞
ベース部材３は、本形態ではアルミニウム製で、セラミック基板２より大径をなし、一定厚さの円板形状を呈している。ベース部材３の表面３３にセラミック基板２を同心状に配置して接合している。このベース部材３には、セラミック基板２の基端部材５１の配置に対応する位置で、主面３３と裏面３４を貫通する貫通孔３１が適数設けられている。貫通孔３１は、横断面が円形の円柱状を成している。ただし、貫通孔３１内では主面３３側において貫通孔３１から突出する貫通孔小径部３２が形成される。貫通孔小径部３２が形成されることで、先端部材５２や固定部材７に外部からの圧力がかかったとき、その圧力は絶縁部材６に伝わり、貫通孔小径部３２を介してベース部材３に応力が伝わる。そのため、外部からの圧力が基端部材５１に直接かからず好ましい。

＜絶縁部材６＞
ベース部材３における貫通孔３１の内側には、エンジニアリングプラスチックなどの絶縁材からなり、円筒状をなす絶縁部材６がチャック側端子５を包囲する配置で嵌入され、貫通孔３１の内周面に接着等によって固定されている。この絶縁部材６は、外周面が貫通孔３１の内周面に沿う円筒形状を呈している絶縁部材大径部６１を有している。また、絶縁部材６は絶縁部材大径部６１よりも先端側（裏面３４側）において、絶縁部材大径部６１と同心であり、かつ、外径が絶縁部材大径部６１よりも縮径している絶縁部材小径部６２を有する。絶縁部材小径部６２の外周面は貫通孔３１の内周面と接着等によって固定されていない。絶縁部材６の内周面は、チャック側端子５の外径より大きい内径を有する内径孔をなしている。なお、内径孔の内周面と、チャック側端子５との間には間隙が設けられている。

＜チャック側端子５＞
チャック側端子５は貫通孔３１内に配置され、セラミック基板２の裏面２８に基端が接合される基端部材５１と、基端部材５１の一部が挿入される先端部材５２とを備えている。なお、静電電極２３用又はヒーター電極２２用の各チャック側端子５は、セラミック基板２の裏面２８において、詳しくは図示しないが所定の配置でそれぞれ複数設けられている。ただし、本形態ではいずれのチャック側端子５及びその周囲の構成も同様のため、以下、そのうちの１つに基づいて説明する。

＜基端部材５１＞
本形態において、チャック側端子５を構成する基端部材５１は、ネジ穴が形成されている第１の端子５１１と、第１の端子にねじ止めされる第２の端子５１２とを有する。第１の端子５１１は鉄コバルト合金（その他、４２アロイ又は銅）、第２の端子５１２は銀、金、ニッケル又は銅でメッキされる導電性材料からなる。この基端部材５１（第２の端子５１２）の先端（図１、図２下端）は、図１、図２に示したように、ベース部材３の貫通孔３１内の中間部位に位置するように設定されている。基端部材５１は、この各貫通孔３１の中央に同心状に位置されている。ここで、第２の端子５１２はオス端子であって、弾性体を含む偏心可能な端子である。基端部材５１は、第１の端子５１１および第２の端子５１２に加え、第１の端子５１１および第２の端子５１２を取り囲む絶縁管６３を備えている。絶縁管６３はエンジニアリングプラスチックなどの絶縁体からなり、第１の端子５１１、第２の端子５１２および電極端子２９と、ベース部材３との絶縁を保っている。また、基端部材５１とベース部材３との間には間隙が設けられているのが好ましい。基端部材５１がベース部材３とセラミック基板２との熱膨張差に起因する横方向の変位の影響を受けてしまうことを抑制することができるためである。よって、基端部材５１が横方向のモーメントを受けて破損してしまうことを防止することができる。

＜先端部材５２＞
基端部材５１（第２の端子５１２）の先端（図１、図２下端側）が先端部材５２に挿入される。本形態における先端部材５２は第２の端子５１２および図示しない処理装置側の複数の端子（相手側端子）を両側（表面側および裏面側）から差し込むことができるメス端子形状をなしている。別の言い方をすると、先端部材５２の基端および先端には、基端側および先端側に向けて開口するように穿孔された円柱状の空孔を有している。先端部材５２の先端側の円柱状の空孔が、処理装置側の複数の端子（相手側端子）が挿入される先端挿入部５２２である。先端部材５２は、導電体からなる。ここで、相手側端子はオス端子であって、弾性体を含む偏心可能な端子である。先端部材５２の外周面には、第２フランジ部５２１を一体で備えている。先端部材５２は絶縁部材６の内径よりも外径が小さい部位（小径部）と、小径部の外径よりも外径が大きい第２フランジ部５２１と、小径部の外径よりも外径が大きく、かつ、第２フランジ部５２１の外径よりも外径が小さい部位（中径部）とを、この順番でベース部材３の主面側から裏面側において備えている。第２フランジ部５２１は絶縁部材６（絶縁部材小径部６２）の先端面と対向する後端面５２１ａと、固定部材７の内周面に対向する側面５２１ｂと、後端面５２１ａと反対側に位置する先端面５２１ｃとを有する。

＜固定部材７＞
絶縁部材６よりも先端側（裏面３４側）で固定部材７が貫通孔３１の内側にネジ止め等によって固定されている。具体的には絶縁部材大径部６１の先端面および絶縁部材小径部６２の先端面と対向する固定部材７が、先端部材５２および絶縁部材小径部６２を包囲する配置で、ベース部材３にネジ止め等によって固定されている。この固定部材７はエンジニアリングプラスチックなどの絶縁体からなる。固定部材７の内周面には、第１フランジ部７１を一体で備えている。本形態では第１フランジ部７１は第２のフランジ部５２１の先端面５２１ｃと対向する後端面７１ａと、先端部材５２の中径部と対向する側面７１ｂと、後端面７１ａの反対側に位置する先端面７１ｃとを有する。本形態では第２フランジ部５２１の側面５２１ｂと固定部材７の内周面との間に間隙が設けられている。加えて、第２フランジ部５２１の先端面５２１ｃと第１フランジ部７１の後端面７１ａとの間、および、第２フランジ部５２１の後端面５２１ａと絶縁部材６との間にも間隙を設けることが好ましい。

次に半導体製造装置用部品１の製造方法について説明する。まず、セラミック基板２を用意する。メタライズ層からなる電極端子２９はセラミック基板２の裏面２８の適所に形成される。電極端子２９はそれぞれビア２５を介して静電電極２３およびヒーター電極２２に電気的に接合されている。本形態ではセラミック基板２はセラミックグリーンシート積層体の同時焼成にて形成されている。焼成後、その表裏両面２７，２８を平面研磨し、その後において各端子（電極端子）２９を含む露出するメタライズ層にＮｉメッキがかけられる。この各端子２９には、裏面２８にチャック側端子５を構成する基端部材５１（第１の端子５１１）を、例えば銀ロウによって、その基端面（根元の端面）を介してロウ付けする。第１の端子５１１に第２の端子５１２をネジ止めする。ベース部材３は主面３３と裏面３４を貫通する貫通孔３１を有する。貫通孔内には絶縁部材６が接着剤層を介して配置される。次いで、基端部材５１が接合されたセラミック基板２を、ベース部材３の表面（上面）３３に、接着剤層４（例えば、シリコーン樹脂からなる接着剤）を介して接着する。基端部材５１と先端部材５２とを接合し、固定部材７を貫通孔３１内でベース部材３にネジ止めし、半導体製造装置用部品１を作製する。このとき、先端部材５２の第２フランジ部５２１と固定部材７との間に間隙が設けられるように、各部材を形成する。

本形態では、先端部材５２の第２フランジ部５２１は、第１フランジ部７１と絶縁部材６との間に配置されている。この形態により、先端部材５２を貫通孔３１内でシリコーン接着剤等を用いて固定せずとも、先端部材５２が半導体製造装置用部品１から抜け落ちてしまうことを防止できる。さらに、第２フランジ部５２１と固定部材７との間に間隙が設けられている。そのため、処理装置の端子（相手側端子）と第２フランジ部５２１が形成される先端部材５２との間に平面的な不一致（位置ずれ）があったとしても、先端部材５２が位置ずれを吸収するように動くことができる。よって、相手側端子の破損を防止することや、相手側端子の挿入不具合の解消をすることができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変形例も当然可能である。

上記形態では、静電電極５およびヒーター電極１５に電気的に接合されているチャック側端子５を用いて説明したが、静電電極５のみ又はヒーター電極１５のみに電気的に接合される形態としても良い。

上記形態では、セラミック基板２内の静電電極５およびヒーター電極１５に電気的に接合されているチャック側端子５に関して説明したが、セラミック基板２の外周を取り囲むように形成された外周リングに設けられたヒーター電極に電気的に接合される端子としてチャック側端子５を用いても良い。

上記形態ではヒーター電極１５としてマルチゾーンヒータの形態を用いて説明したが、単層のヒーターに適用した形態としても良い。

上記形態において、絶縁部材小径部６２の先端面および第２フランジ部５２１の後端面をそれぞれ面取りしてさらに空隙の体積を増やすようにしても良い。面取り面同士が向かい合うように面取りすることで、先端部材５２１がずれている際の矯正に有効である。

１ 半導体製造装置用部品
２ セラミック基板
３ ベース部材
４ 接着剤層
５ チャック側端子
５１ 基端部材
５２ 先端部材
５２１ 第２フランジ部
６ 絶縁部材
７ 固定部材
７１ 第１フランジ部

Claims (5)

1. 導電層が形成されてなるセラミック基板と、
   主面と裏面を貫通する貫通孔を有し、該主面は前記セラミック基板の裏面側に接合されるベース部材と、
   前記貫通孔内に配置され、前記セラミック基板の裏面側に基端が接合される基端部材と、該基端部材の一部が挿入される先端部材と、を備えるチャック側端子と、
   前記ベース部材の前記貫通孔内に配置され、該ベース部材と前記チャック側端子との間に配置される絶縁部材と、
   を含んでなる半導体製造装置用部品であって、
   前記絶縁部材よりも前記ベース部材の裏面側に配置され、前記貫通孔内で該ベース部材に固定される固定部材は第１フランジ部を有し、
   前記先端部材の第２フランジ部は、前記第１フランジ部と前記絶縁部材との間に配置され、該第２フランジ部と前記固定部材との間に間隙が設けられること、を特徴とする半導体製造装置用部品。
2. 前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間、および、該第２フランジ部と前記絶縁部材との間に間隙が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置用部品。
3. 前記基端部材と、前記ベース部材との間に間隙が設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体製造装置用部品。
4. 前記先端部材のベース部材の裏面側には、外部の処理装置の端子が挿入される先端挿入部を有することを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の半導体製造装置用部品。
5. 前記導電層はヒーター電極であり、前記チャック側端子と該ヒーター電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部品。