JP2023056156A - 半導体製造装置用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスの流通を許容するプラグを備えた安価な半導体製造装置用部材を提供する。【解決手段】半導体製造装置用部材１０は、セラミックプレート２０と、プラグ挿入穴２４と、プラグ２６とを備える。セラミックプレート２０は、上面にウエハ載置面２１を有し、電極２２を内蔵する。プラグ挿入穴２４は、セラミックプレート２０を上下方向に貫通する貫通穴の少なくとも一部に設けられ、内周面に雌ネジ部２４ａを有する。プラグ２６は、雌ネジ部２４ａに螺合する雄ネジ部２６ａを外周面に有し、ガスの流通を許容する。【選択図】図３
Description
本発明は、半導体製造装置用部材に関する。
従来、半導体製造装置用部材としては、上面にウエハ載置面を有する静電チャックを備えたものが知られている。例えば、特許文献１の静電チャックは、ウエハを吸着保持するセラミックプレートと、セラミックプレートに形成された貫通孔と、貫通孔に配置された多孔質プラグとを備えたものが開示されている。こうした静電チャックを製造するには、まず静電電極を内蔵したグリーンシートを焼成することによりセラミックプレートを作製し、そのセラミックプレートに貫通孔を形成する。続いて、セラミック粒子や燃焼消失粒子を含むペースト状のセラミック混合物を貫通孔に充填し、その後所定温度に加熱することにより混合物中のセラミック粒子を焼成すると共に燃焼消失粒子を消失させる。これにより、貫通孔内に多孔質プラグが形成され、上述した静電チャックが得られる。こうした静電チャックでは、ウエハ載置面にウエハを静電吸着させた状態で多孔質プラグに外部からヘリウムガスを導入する。すると、ヘリウムガスは、ウエハの裏面側に供給されてウエハとセラミックプレートとの熱伝導を良好にする。このとき、ヘリウムガスは、多孔質プラグの気孔を通過するため、多孔質プラグが存在しない貫通孔を通過する場合に比べてウエハの裏面側で火花放電が発生するのを抑制することができる。ウエハの裏面側で火花放電が発生すると、ウエハが変質してしまい、デバイスとして利用できなくなるため、好ましくない。
しかしながら、上述した静電チャックでは、焼成工程が２回必要となる。すなわち、セラミックプレートを作製する工程と、多孔質プラグを作製する工程のそれぞれで焼成が必要となる。そのため、製造コストが高くな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、ガスの流通を許容するプラグを備えた安価な半導体製造装置用部材を提供することを主目的とする。
本発明の半導体製造装置用部材は、
上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミックプレートと、
前記セラミックプレートを上下方向に貫通する貫通穴の少なくとも一部に設けられ、内周面に雌ネジ部を有するプラグ挿入穴と、
前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を外周面に有し、ガスの流通を許容する絶縁性のプラグと、
を備えたものである。
上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミックプレートと、
前記セラミックプレートを上下方向に貫通する貫通穴の少なくとも一部に設けられ、内周面に雌ネジ部を有するプラグ挿入穴と、
前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を外周面に有し、ガスの流通を許容する絶縁性のプラグと、
を備えたものである。
この半導体製造装置用部材では、ガスの流通を許容するプラグをセラミックプレートのプラグ挿入穴にネジで固定する。そのため、プラグをプラグ挿入穴に固定するのに焼成する必要はない。したがって、プラグを備えた半導体製造装置用部材を安価に提供することができる。
なお、本明細書では、上下、左右、前後などを用いて本発明を説明することがあるが、上下、左右、前後は、相対的な位置関係に過ぎない。そのため、半導体製造装置用部材の向きを変えた場合には上下が左右になったり左右が上下になったりすることがあるが、そうした場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記ウエハ載置面は、ウエハを支持する多数の小突起を有していてもよく、前記プラグの上面は、前記小突起の上面よりも低い位置にあるようにしてもよい。こうすれば、プラグの上面でウエハを持ち上げてしまうことがない。この場合、前記プラグの上面は、前記ウエハ載置面のうち前記小突起の設けられていない基準面と同じ高さにあってもよいし、前記基準面よりも０．１ｍｍ以下の範囲で低い位置にあってもよい。こうすれば、ウエハの裏面とプラグ上面との間の空間の高さが低く抑えられるため、この空間で火花放電が発生するのを防止することができる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記雄ネジ部の少なくとも一部は、前記雌ネジ部に接着されていてもよい。こうすれば、半導体製造装置用部材の使用に伴ってプラグのネジが緩むのを防止することができる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記プラグは、多孔質体であってもよい。多孔質体は、細かな気孔を多数有しているため、ガスの流通を許容するプラグとして適している。この場合、前記雄ネジ部は、緻密化されていてもよい。こうすれば、多孔質体のプラグの雄ネジ部をプラグ挿入穴の雌ネジ部にねじ込むときに雄ネジ部が擦れて粉などが生じるのを防止することができる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記プラグは、円柱部材であってもよく、前記プラグ挿入穴は、円柱穴であってもよい。こうすれば、プラグやプラグ挿入穴の形状が比較的単純なため、プラグやプラグ挿入穴を容易に作製することができる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記プラグは、逆円錐台状の頭部と、円柱状の足部とを備えていてもよく、前記雄ネジ部は、前記頭部の外周面には設けられておらず前記足部の外周面に設けられていてもよい。また、前記プラグ挿入穴は、前記頭部と同形状の頭部対応部と、前記足部と同形状の足部対応部とを備えていてもよく、前記雌ネジ部は、前記頭部対応部の内周面に設けられておらず前記足部対応部の内周面に設けられていてもよい。こうすれば、プラグの頭部やプラグ挿入穴の頭部対応部にネジを設ける必要がない。
次に、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１は半導体製造装置用部材１０の縦断面図、図２はセラミックプレート２０の平面図、図３は図１の部分拡大図である。
半導体製造装置用部材１０は、セラミックプレート２０と、プラグ挿入穴２４と、プラグ２６と、冷却プレート３０とを備えている。
セラミックプレート２０は、アルミナ焼結体や窒化アルミニウム焼結体などのセラミック製の円板（例えば直径３００ｍｍ、厚さ５ｍｍ）である。セラミックプレート２０の上面は、ウエハ載置面２１となっている。セラミックプレート２０は、電極２２を内蔵している。セラミックプレート２０のウエハ載置面２１には、図２に示すように、外縁に沿ってシールバンド２１ａが形成され、全面に複数の円形小突起２１ｂが形成されている。シールバンド２１ａ及び円形小突起２１ｂは同じ高さであり、その高さは例えば数μｍ～数１０μｍである。電極２２は、静電電極として用いられる平面状のメッシュ電極であり、直流電圧を印加可能となっている。この電極２２に直流電圧が印加されるとウエハＷは静電吸着力によりウエハ載置面２１（具体的にはシールバンド２１ａの上面及び円形小突起２１ｂの上面）に吸着固定され、直流電圧の印加を解除するとウエハＷのウエハ載置面２１への吸着固定が解除される。この電極２２は、ＲＦ電極としても用いられることがある。具体的には、ウエハ載置面２１の上方には上部電極（図示せず）が配置され、その上部電極とセラミックプレート２０に内蔵された電極２２とからなる平行平板電極間に高周波電力を印加するとプラズマが発生する。電極２２にはプラグ２６を挿通するための貫通穴２２ａが設けられている。なお、ウエハ載置面２１のうちシールバンド２１ａや円形小突起２１ｂの設けられていない部分を、基準面２１ｃと称する。
プラグ挿入穴２４は、セラミックプレート２０を上下方向に貫通する貫通穴である。プラグ挿入穴２４は、図３に示すように、内周面に雌ネジ部２４ａを有する。プラグ挿入穴２４は、セラミックプレート２０の複数箇所（例えば周方向に沿って等間隔に設けられた複数箇所）に設けられている。本実施形態では、プラグ挿入穴２４は、円柱形（例えば開口径８ｍｍ、全長（上下方向の長さ）５ｍｍ）の穴である。
プラグ２６は、ガスが上下方向に流通するのを許容する電気絶縁性の円柱部材（例えば上底及び下底の外径８ｍｍ、全長（上下方向の長さ）５ｍｍ）である。プラグ２６は、図３に示すように、雌ネジ部２４ａに螺合可能な雄ネジ部２６ａを外周面に有する。プラグ２６の上面２６ｂは、シールバンド２１ａの上面や小突起２１ｂの上面よりも低い位置にある。本実施形態では、プラグ２６の上面２６ｂは、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃと同じ高さになっている。また、プラグ２６の全長は、プラグ挿入穴２４の全長と同じになっている。プラグ２６は、多孔質体であり、本実施形態ではセラミック多孔質体である。セラミック多孔質体としては、例えばセラミックプレート２０と同じ材料の多孔質体を用いることができる。
冷却プレート３０は、熱伝導率の良好な円板（セラミックプレート２０と同じ直径かそれよりも大きな直径の円板）である。冷却プレート３０の内部には、冷媒が循環する冷媒流路３２やガスをプラグ２６へ供給するガス供給通路３４が形成されている。冷媒流路３２は、平面視で冷却プレート３０の全面にわたって入口から出口まで一筆書きの要領で形成されている。冷却プレート３０の材料は、例えば、金属材料や金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）などが挙げられる。金属材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ又はそれらの合金などが挙げられる。ＭＭＣとしては、Ｓｉ，ＳｉＣ及びＴｉを含む材料（ＳｉＳｉＣＴｉともいう）やＳｉＣ多孔質体にＡｌ及び／又はＳｉを含浸させた材料などが挙げられる。冷却プレート３０とセラミックプレート２０とは、接合層４０を介して接合されている。接合層４０は、樹脂層であってもよいし、金属層であってもよい。接合層４０が金属層の場合、冷却プレート３０の材料は、セラミックプレート２０の熱膨張係数に近い材料が好ましい。接合層４０には、プラグ挿入穴２４及びガス供給通路３４と対向する位置に上下方向に貫通する穴４０ａが設けられている。
次に、こうして構成された半導体製造装置用部材１０の使用例について説明する。まず、図示しないチャンバー内に半導体製造装置用部材１０を設置した状態で、ウエハＷをウエハ載置面２１に載置する。そして、チャンバー内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、セラミックプレート２０の電極２２に直流電圧をかけて静電吸着力を発生させ、ウエハＷをウエハ載置面２１（具体的にはシールバンド２１ａの上面や円形小突起２１ｂの上面）に吸着固定する。次に、チャンバー内を所定圧力（例えば数１０～数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とし、この状態で、チャンバー内の天井部分に設けた図示しない上部電極と半導体製造装置用部材１０の電極２２との間に高周波電圧を印加させてプラズマを発生させる。なお、上部電極と電極２２との間に高周波電圧を印加する代わりに、上部電極と冷却プレート３０との間に高周波電圧を印加してもよい。ウエハＷの表面は、発生したプラズマによって処理される。冷却プレート３０の冷媒流路３２には、冷媒が循環される。ガス供給通路３４には、図示しないガスボンベからバックサイドガスが導入される。バックサイドガスとしては、熱伝導ガス（例えばヘリウム等）を用いる。バックサイドガスは、ガス供給通路３４及びプラグ２６を通って、ウエハＷの裏面とウエハ載置面２１の基準面２１ｃとの間の空間に供給され封入される。このバックサイドガスの存在により、ウエハＷとセラミックプレート２０との熱伝導が効率よく行われる。
次に、半導体製造装置用部材１０の製造例について説明する。まず、セラミックプレート２０及びプラグ２６を準備する。セラミックプレート２０及びプラグ２６は既に説明した通りのものである。次に、プラグ２６をセラミックプレート２０のプラグ挿入穴２４に螺合する。具体的には、プラグ２６の上面又は下面に粘着性のツマミを付着させ、そのツマミを手で摘まんでプラグ２６をプラグ挿入穴２４の上部開口又は下部開口から螺合する。このとき、プラグ２６の上面２６ｂがウエハ載置面２１の基準面２１ｃと一致するように螺合する。続いて、粘着性のツマミを取り外し、必要に応じてツマミを取り外した面を清掃する。その後、セラミックプレート２０の下面と冷却プレート３０の上面とを接合材を介して接合する。これにより、接合材が接合層４０となり、半導体製造装置用部材１０が得られる。
以上詳述した半導体製造装置用部材１０では、ガスの流通を許容するプラグ２６をセラミックプレート２０のプラグ挿入穴２４にネジで固定する。そのため、プラグ２６をプラグ挿入穴２４に固定するのに焼成する必要はない。したがって、プラグ２６を備えた半導体製造装置用部材１０を安価に提供することができる。
また、プラグ２６の上面２６ｂは、シールバンド２１ａの上面や円形小突起２１ｂの上面よりも低い位置にある。そのため、プラグ２６の上面２６ｂでウエハＷを持ち上げてしまうことがない。
更に、プラグ２６の上面２６ｂは、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃと同じ高さである。そのため、ウエハＷの下面とプラグ２６の上面２６ｂとの間の空間の高さが低く抑えられる。したがって、この空間で火花放電が発生するのを防止することができる。
更にまた、プラグ２６は円柱部材、プラグ挿入穴２４は円柱穴であり、いずれも形状が比較的単純なため、プラグ２６やプラグ挿入穴２４を容易に作製することができる。
そしてまた、プラグ２６の外周面とプラグ挿入穴２４の内周面とはネジが形成されているため上下方向にジグザグになっている。これにより、ネジが形成されていない場合に比べて、ウエハＷからプラグ２６の外周面とプラグ挿入穴２４の内周面との間を通って冷却プレート３０に至るまでの距離が長くなる。そのため、ウエハＷと冷却プレート３０との間で沿面放電が起きるのを防止することができる。
そして更に、半導体製造装置用部材１０を長期にわたって使用してプラグ２６の上面２６ｂが減肉されて基準面２１ｃよりも低くなった場合、プラグ挿入穴２４に対するプラグ２６のねじ込み量を調整してプラグ２６の上面２６ｂを基準面２１ｃと同じ高さに戻すことができる。
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。
上述した実施形態では、プラグ２６の上面２６ｂは、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃと同じ高さとしたが、特にこれに限定されない。例えば、図４に示すように、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃの高さからプラグ２６の上面２６ｂの高さを引いた差Δｈが０．１ｍｍ以下の範囲になるようにしてもよい。換言すれば、プラグ２６の上面２６ｂを、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃよりも０．１ｍｍ以下の範囲で低い位置に配置してもよい。このようにしても、ウエハＷの下面とプラグ２６の上面２６ｂとの間の空間の高さは比較的低く抑えられる。したがって、この空間で火花放電が発生するのを防止することができる。
上述した実施形態では、プラグ２６の全長をプラグ挿入穴２４の全長と同じとしたが、特にこれに限定されない。例えば、図５に示すようにプラグ２６の全長をプラグ挿入穴２４の全長よりも短くしてもよいし、図６に示すようにプラグ２６の全長をプラグ挿入穴２４の全長よりも長くしてもよい。あるいは、図７に示すようにプラグ２６の全長をプラグ挿入穴２４の全長と接合層４０の厚みとの和と同じになるようにしてもよい。図７では、セラミックプレート２０と冷却プレート３０とを接合層４０で接合したあと、プラグ２６の下面が冷却プレート３０の上面に到達するまでプラグ２６をプラグ挿入穴２４の上部開口からプラグ挿入穴２４に螺合すれば、プラグ２６の上面２６ｂがウエハ載置面２１の基準面２１ｃと同じ高さになる。なお、図５～図７において、図４のようにプラグ２６の上面２６ｂを、ウエハ載置面２１の基準面２１ｃよりも０．１ｍｍ以下の範囲で低い位置に配置してもよい。
上述した実施形態では、プラグ２６を円柱部材、プラグ挿入穴２４を円柱穴としたが、特にこれに限定されない。例えば、図８に示すプラグ７６及びプラグ挿入穴７４を採用してもよい。プラグ７６は、逆円錐台状の頭部７６１と、円柱状の足部７６２とを備えている。雄ネジ部７６ａは、頭部７６１の外周面には設けられておらず足部７６２の外周面に設けられている。プラグ挿入穴７４は、頭部７６１と同形状の空間である頭部対応部７４１と、足部７６２と同形状の空間である足部対応部７４２とを備えている。雌ネジ部７４ａは、頭部対応部７４１の内周面に設けられておらず足部対応部７４２の内周面に設けられている。こうすれば、プラグ７６の頭部７６１やプラグ挿入穴７４の頭部対応部７４１にネジを設ける必要がない。この場合、プラグ７６の頭部７６１の外周面がプラグ挿入穴７４の頭部対応部７４１の内周面と一致したときに頭部７６１の上面７６ｂが基準面２１ｃと同じ高さになるように設計しておくことが好ましい。こうすれば、プラグ７６をプラグ挿入穴７４に取り付ける際、プラグ７６をプラグ挿入穴７４にねじ込んでいって突き当たってときに、頭部７６１の上面７６ｂが基準面２１ｃと同じ高さになる。
上述した実施形態において、図９に示すように、プラグ挿入穴２４の雌ネジ部２４ａとのプラグ２６の雄ネジ部２６ａとの間を接着層５０で接着してもよい。接着層５０としては、有機接着剤を使用してもよいし、無機接着剤を使用してもよいし、金属ロウ材を使用してもよい。こうすれば、半導体製造装置用部材１０の使用に伴ってプラグ２６の雄ネジ部２６ａが緩むのを防止することができる。接着層５０は、図１０に示すように、雌ネジ部２４ａと雄ネジ部２６ａとの間のうちプラグ挿入穴２４の下部開口に近い部分のみに設けてもよい。なお、図４～図８においても、図９や図１０のような接着層５０を設けてもよい。
上述した実施形態において、多孔質体であるプラグ２６の雄ネジ部２６ａの表面に緻密質層を設けてもよい。こうすれば、プラグ２６の雄ネジ部２６ａをプラグ挿入穴２４の雌ネジ部２４ａにねじ込むときに雄ネジ部２６ａが擦れて粉などが生じるのを防止することができる。緻密質層を設ける方法としては、例えば、雄ネジ部２６ａの表面に耐熱樹脂製のチューブやシートを被せて熱風加熱や炉内加熱により耐熱樹脂膜を密着させてもよいし、雄ネジ部２６ａの表面に溶射により緻密な溶射膜を形成してもよい。
上述した実施形態では、セラミックプレート２０を上下方向に貫通する貫通穴の全体をプラグ挿入穴２４として用いたが、特にこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、セラミックプレート２０を上下方向に貫通する貫通穴の上部を複数の細孔１２８で構成し、貫通穴の下部をプラグ挿入穴１２４で構成してもよい。つまり、プラグ挿入穴１２４を、貫通穴の一部に設けてもよい。プラグ挿入穴１２４は、内周面に雌ネジ部１２４ａを有する。プラグ１２６は、上述した実施形態のプラグ２６と概ね同じであるが、上面に複数の細孔１２８と連通する空間１２６ｄを有する。このようにしても、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、ガス供給通路３４として、冷却プレート３０を上下方向に貫通する穴を設けたが、これに限定されない。例えば、図１２に示すようなガス供給通路６４を冷却プレート３０に設けてもよい。ガス供給通路６４は、平面視で冷却プレート３０と同心円のリング部６４ａと、冷却プレート３０の裏面からリング部６４ａへガスを導入する導入部６４ｂと、リング部６４ａから各プラグ２６へガスを分配する分配部６４ｃとを備える。導入部６４ｂの数は、分配部６４ｃの数よりも少なく、例えば１本としてもよい。こうすれば、冷却プレート３０に繋ぐガス配管の数をプラグ２６の数よりも少なくすることができる。この場合、プラグ２６はプラグ挿入穴２４の上部開口から螺合することになる。
上述した実施形態では、多孔質体のプラグ２６を用いたが、特にこれに限定されない。プラグ２６として、例えば、絶縁性のセラミックを細かく砕いたものを通気性を有するように無機接着剤で固めたものを用いてもよいし、ガラスファイバーを通気性を有するように無機接着剤で固めたものを用いてもよいし、耐熱性テフロン樹脂スポンジ（テフロンは登録商標）を用いてもよい。あるいは、図１３に示すように、円柱形状のセラミック緻密質体の外周面に雄ネジ部２２６ａを有すると共に、上下方向を屈曲しながら貫通する螺旋状の内部流路２２６ｄを有するプラグ２２６を用いてもよい。
上述した実施形態において、セラミックプレート２０に内蔵される電極２２として、静電電極を例示したが、特にこれに限定されない。例えば、電極２２に代えて又は加えて、セラミックプレート２０にヒータ電極（抵抗発熱体）を内蔵してもよいし、ＲＦ電極を内蔵してもよい。
１０ 半導体製造装置用部材、２０ セラミックプレート、２１ ウエハ載置面、２１ａ シールバンド、２１ｂ 円形小突起、２１ｃ 基準面、２２ 電極、２２ａ 貫通穴、２４ プラグ挿入穴、２４ａ 雌ネジ部、２６ プラグ、２６ａ 雄ネジ部、２６ｂ 上面、３０ 冷却プレート、３２ 冷媒流路、３４ ガス供給通路、４０ 接合層、４０ａ 穴、５０ 接着層、６４ ガス供給通路、６４ａ リング部、６４ｂ 導入部、６４ｃ 分配部、７４ プラグ挿入穴、７４ａ 雌ネジ部、７６ プラグ、７６ａ 雄ネジ部、７６ｂ 上面、１２４ プラグ挿入穴、１２４ａ 雌ネジ部、１２６ プラグ、１２６ｄ 空間、１２８ 細孔、２２６ プラグ、２２６ａ 雄ネジ部、２２６ｄ 内部流路、７４１ 頭部対応部、７４２ 足部対応部、７６１ 頭部、７６２ 足部。
Claims (8)
- 上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミックプレートと、
前記セラミックプレートを上下方向に貫通する貫通穴の少なくとも一部に設けられ、内周面に雌ネジ部を有するプラグ挿入穴と、
前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を外周面に有し、ガスの流通を許容する絶縁性のプラグと、
を備えた半導体製造装置用部材。 - 前記ウエハ載置面は、ウエハを支持する多数の小突起を有し、
前記プラグの上面は、前記小突起の上面よりも低い位置にある、
請求項１に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記プラグの上面は、前記ウエハ載置面のうち前記小突起の設けられていない基準面と同じ高さにあるか、前記基準面よりも０．１ｍｍ以下の範囲で低い位置にある、
請求項２に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記雄ネジ部の少なくとも一部は、前記雌ネジ部に接着されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記プラグは、多孔質体である、
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材。 - 前記雄ネジ部は、緻密化されている、
請求項５に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記プラグは、円柱部材であり、
前記プラグ挿入穴は、円柱穴である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。 - 前記プラグは、逆円錐台状の頭部と、円柱状の足部とを備え、前記雄ネジ部は、前記頭部の外周面には設けられておらず前記足部の外周面に設けられ、
前記プラグ挿入穴は、前記頭部と同形状の頭部対応部と、前記足部と同形状の足部対応部とを備え、前記雌ネジ部は、前記頭部対応部の内周面に設けられておらず前記足部対応部の内周面に設けられている、
請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
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