JP6420937B1 - ウエハ用サセプタ - Google Patents
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Abstract
絶縁管３０は、絶縁管３０の当接面３４ａが冷却板２０のストッパ面２７ａに突き当たっている。これにより、絶縁管３０は、ネジ穴２６へそれ以上進入するのを阻止されて、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａがプレート１２と接触しない所定位置で位置決めされると共にＯリング４０が絶縁管３０の段差面３２ａとプレート１２の下面との間で加圧されて所定量変形する。
Description
本発明は、半導体製造装置に用いられるウエハ用サセプタに関する。
半導体製造装置に用いられるウエハ用サセプタとしては、静電チャックや真空チャックなどが知られている。例えば、特許文献１に記載された静電チャックは、静電吸着力を発生させる電極を埋設したセラミックス製のプレートを金属製の冷却板に樹脂層を介して接着したものであり、プレート及び冷却板を貫通する貫通孔を有している。貫通孔は、プレートに載置されたウエハを持ち上げるリフトピンを挿通したり、ウエハの裏面とプレートとの間にガスを供給したりするために用いられる。貫通孔のうち、冷却板を貫通する部分（冷却板貫通部分）には、絶縁管が挿入されている。絶縁管は、冷却板貫通部分の内壁と絶縁管の外周面との間に介在する接着剤により冷却板に接着されている。
しかしながら、絶縁管と冷却板貫通部分とを接着剤で接着する場合、接着剤を隙間なく充填することが難しかった。絶縁管と冷却板貫通部分との間に隙間が存在すると、その隙間が導通パスとなって絶縁性を確保できないという問題があった。また、絶縁管の内外に気圧差があるケースでは、その気圧差によって接着剤が剥離してしまうこともあった。更に、静電チャックの使用中に振動や力のモーメントが繰り返し加わることで、絶縁管と冷却板貫通部分とが剥離することもあった。
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、絶縁管の内外を確実に分離すると共に電気的に絶縁することを主目的とする。
本発明のウエハ用サセプタは、
ウエハを吸着可能なセラミックス製のプレートと、
前記プレートの前記ウエハを載置する面とは反対側の面に取り付けられた導電性部材と、
前記プレート及び前記導電性部材を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔のうち前記導電性部材を貫通する導電性部材貫通部分に設けられたネジ穴と、
前記導電性部材に設けられ、前記ネジ穴の中心軸と交叉するストッパ面と、
前記ストッパ面に当接する当接面を有し、前記ネジ穴に螺合された絶縁管と、
前記絶縁管のプレート対向面に突状に設けられたシール部材支持部に挿通され、前記絶縁管のプレート対向面と前記プレートとの間に配置された絶縁性のシール部材と、
を備え、
前記絶縁管は、前記絶縁管の前記当接面が前記導電性部材の前記ストッパ面に突き当たることにより、前記ネジ穴へそれ以上進入するのを阻止されて、前記絶縁管の前記シール部材支持部の先端面が前記プレートと接触しない所定位置で位置決めされると共に前記シール部材が前記絶縁管の前記プレート対向面と前記プレートとの間で加圧される、
ものである。
ウエハを吸着可能なセラミックス製のプレートと、
前記プレートの前記ウエハを載置する面とは反対側の面に取り付けられた導電性部材と、
前記プレート及び前記導電性部材を貫通する貫通孔と、
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を備え、
前記絶縁管は、前記絶縁管の前記当接面が前記導電性部材の前記ストッパ面に突き当たることにより、前記ネジ穴へそれ以上進入するのを阻止されて、前記絶縁管の前記シール部材支持部の先端面が前記プレートと接触しない所定位置で位置決めされると共に前記シール部材が前記絶縁管の前記プレート対向面と前記プレートとの間で加圧される、
ものである。
このウエハ用サセプタでは、絶縁管の当接面が導電性部材のストッパ面に突き当たることにより、絶縁管はそれ以上ネジ穴に進入するのを阻止される。また、絶縁管のシール部材支持部の先端面がプレートと接触しない所定位置で位置決めされると共にシール部材が絶縁管のプレート対向面とプレートとの間で加圧される。そのため、加圧されたシール部材によって、絶縁管の内外を確実に分離すると共に電気的に絶縁することができる。また、絶縁管のシール部材支持部の先端面がプレートと接触しないため、プレートが絶縁管によって破壊されるおそれがない。更に、繰り返し絶縁管をネジ穴から外したりネジ穴に螺合したりすることができるため、シール部材を容易に交換することができる。
本発明のウエハ用サセプタにおいて、前記絶縁管の前記シール部材支持部の先端面は、前記加圧された前記シール部材の断面の中心よりも前記プレートに近い側に位置していてもよい。こうすれば、加圧されたシール部材が絶縁管のシール部材支持部の先端面を乗り越えて位置ズレを起こすのを防止することができる。その上、シール部材が腐食性ガスへ暴露されることを抑制することができる。
本発明のウエハ用サセプタにおいて、前記絶縁管は、前記導電性部材の外側に延び出す延出部を有していてもよい。絶縁管が長くなると比較的大きなモーメントが絶縁管と導電性部材との間に加わるが、絶縁管の当接面と導電性部材のストッパ面とでそのモーメントを受けるためシール性は保持される。
本発明のウエハ用サセプタにおいて、前記ネジ穴のうち前記プレート側の開口には、前記加圧された前記シール部材が変形するのを許容するスペースが設けられていてもよい。こうすれば、シール部材は加圧されて変形するのを冷却板によって妨げられることがない。このとき、前記スペースの幅は、前記ネジ穴の内径よりも広くなっていてもよい。こうすれば、絶縁管内の導電性の流体から金属製の冷却板のスペースを構成する壁を十分離すことができる。
本発明のウエハ用サセプタにおいて、前記シール部材支持部は、前記絶縁管と中心軸が一致するように設けられた環状突起部としてもよい。このような環状突起部を設けることで、本発明の構成を比較的簡単に実現することができる。
本発明のウエハ用サセプタにおいて、前記ネジ穴には、ネジ緩み止め接着剤が塗布されていてもよい。こうすれば、ネジ穴と絶縁管とが緩むのを防止することができる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のウエハ用サセプタの一例である静電チャック１０の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２の絶縁管３０の周辺の拡大図、図４は環状突起部３３の拡大斜視図、図５は絶縁管３０をネジ穴２６に取り付ける様子を表す断面図である。なお、図３及び図５には、静電電極１４や抵抗発熱体１６、冷媒通路２２を省略した。
静電チャック１０は、プレート１２と、冷却板２０と、複数の貫通孔２４と、各貫通孔２４に挿入・固定された絶縁管３０（図２、図３参照）とを備え、プレート１２の上面がウエハＷの載置面となっている。
プレート１２は、図２に示すように、セラミックス製（例えばアルミナ製や窒化アルミニウム製）であり、静電電極１４と抵抗発熱体１６とを内蔵している。静電電極１４は、円形の薄膜形状に形成されている。静電チャック１０の下面から差し込まれた給電端子（図示せず）を介して静電電極１４に電圧が印加されると、プレート１２の表面とウエハＷとの間に発生する静電気的な力によってウエハＷがプレート１２に吸着される。抵抗発熱体１６は、プレート１２の全面にわたって配線されるように例えば一筆書きの要領でパターン形成され、静電チャック１０の下面から差し込まれた給電端子（図示せず）を介して電圧が印加されると発熱してウエハＷを加熱する。
冷却板２０は、プレート１２の下面にシリコーン樹脂からなる接着層１８を介して取り付けられている。接着層１８をロウ材からなる接合層に代えてもよい。この冷却板２０は、導電性材料（例えばアルミニウムやアルミ合金、金属とセラミックスとの複合材料）で作製された導電性部材であり、冷媒（例えば水）が通過可能な冷媒通路２２を内蔵している。この冷媒通路２２は、プレート１２の全面にわたって冷媒が通過するように形成されている。なお、冷媒通路２２には、冷媒の供給口と排出口（いずれも図示せず）が設けられている。
貫通孔２４は、プレート１２、接着層１８及び冷却板２０を厚さ方向に貫通している。但し、静電電極１４や抵抗発熱体１６は貫通孔２４の内周面に露出しないように設計されている。貫通孔２４のうち、冷却板２０を貫通している部分（冷却板貫通部分）は、プレート１２を貫通している部分よりも径が大きいネジ穴２６となっている。ネジ穴２６のうち、接着層１８とは反対側の開口には、図３に示すようにフランジ受け部２７が設けられている。フランジ受け部２７は、冷却板２０に設けられた円形の凹部である。フランジ受け部２７の上底は、ネジ穴２６の中心軸と直交するストッパ面２７ａとなっている。ネジ穴２６のうち、接着層１８側の開口には、ネジ穴２６よりも径の大きなスペース２８が設けられている。
絶縁管３０は、絶縁性材料（例えばアルミナやムライト、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ）により形成されている。絶縁管３０は、図３に示すように、中心軸に沿って上下方向に貫通する軸孔３１を有している。この軸孔３１の内径は、貫通孔２４のうちプレート１２を貫通するプレート貫通部分の内径と同じかほぼ同じになっている。絶縁管３０は、本体部３２と、環状突起部３３と、フランジ部３４と、延出部３５とを有している。本体部３２は、外周面にネジが切られた円筒である。このネジは、冷却板２０のネジ穴２６に螺合されている。環状突起部３３は、図４に示すように、円筒形状であり、本体部３２の上面（プレート１２に対向するプレート対向面）に本体部３２と中心軸が一致するように突状に設けられている。環状突起部３３の先端面３３ａは絶縁管３０の先端面となっており、本体部３２の上面は段差面３２ａとなっている。環状突起部３３の先端面３３ａとプレート１２との間隔は実質的にゼロになるように（例えば公差がｄ（ｍｍ）の場合にはｄ（ｍｍ）となるように）設計するのが好ましい。環状突起部３３の外径は、本体部３２の外径よりも小さい。環状突起部３３には、Ｏリング４０が挿通されている。フランジ部３４は、本体部３２の下方に設けられている。このフランジ部３４は、ネジ穴２６のフランジ受け部２７に嵌め込まれて、フランジ部３４の上面である当接面３４ａがストッパ面２７ａと当接している。延出部３５は、冷却板２０の外側下方に延び出している。
Ｏリング４０は、絶縁性のシール部材であり、図３に示すように、絶縁管３０の段差面３２ａとプレート１２の下面との間に配置されている。Ｏリング４０は、例えばフッ素系樹脂（例えばテフロン（登録商標）など）で作製されている。絶縁管３０を取り付ける際、図５に示すように、Ｏリング４０を絶縁管３０の環状突起部３３に挿通した状態で絶縁管３０の本体部３２をネジ穴２６に螺合していく。その後、絶縁管３０のフランジ部３４がフランジ受け部２７に嵌まり込んで絶縁管３０の当接面３４ａがフランジ受け部２７のストッパ面２７ａに突き当たると、絶縁管３０はネジ穴２６へそれ以上進入するのを阻止される。この状態で、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａはプレート１２と接触しない所定位置（図３の位置）で位置決めされると共に、Ｏリング４０が絶縁管３０の段差面３２ａとプレート１２の下面との間で加圧されて変形する。Ｏリング４０の変形度合いは、絶縁管３０の段差面３２ａ（Ｏリング下面との接触面）とプレート１２の下面（Ｏリング上面との接触面）との距離によって決まり、この距離は絶縁管３０の段差面３２ａと絶縁管３０の当接面３４ａと冷却板２０のストッパ面２７ａとの位置関係によって決まる。そのため、加圧変形されたＯリング４０の潰れ代（変形量）を一定にすることができる。絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａは、加圧変形されたＯリング４０の断面の中心４０ｃよりもプレート１２に近い側に位置することが好ましい。
貫通孔２４のうちプレート１２及び接着層１８を貫通している部分と絶縁管３０の軸孔３１とが上下方向に連通することにより、ガス供給孔やリフトピン孔を構成する。ガス供給孔は、冷却板２０の下方から冷却ガス（例えばＨｅガス）を供給するための孔であり、ガス供給孔に供給された冷却ガスは、プレート１２の表面に載置されたウエハＷの下面に吹き付けられてウエハＷを冷却する。リフトピン孔は、図示しないリフトピンを上下動可能に挿入するための孔であり、リフトピンを突き上げることによりプレート１２の表面に載置されたウエハＷを持ち上げる。
次に、本実施形態の静電チャック１０の使用例について説明する。この静電チャック１０のプレート１２の表面にウエハＷを載置し、静電電極１４に電圧を印加することによりウエハＷを静電気的な力によってプレート１２に吸着する。この状態で、ウエハＷにプラズマＣＶＤ成膜を施したりプラズマエッチングを施したりする。この場合、抵抗発熱体１６に電圧を印加して加熱したり、冷却板２０の冷媒通路２２に冷媒を循環したり、ガス供給孔へ冷却ガスを供給したりすることにより、ウエハＷの温度を一定に制御する。そして、ウエハＷの処理が終了したあと、静電電極１４の電圧をゼロにして静電気的な力を消失させ、リフトピン孔に挿入されているリフトピン（図示せず）を突き上げてウエハＷをプレート１２の表面から上方へリフトピンにより持ち上げる。その後、リフトピンに持ち上げられたウエハＷは搬送装置（図示せず）によって別の場所へ搬送される。その後、プレート１２の表面にウエハＷが載っていない状態でプラズマクリーニングを行う。このとき、ガス供給孔やリフトピン孔にはプラズマが存在している。
以上詳述した本実施形態の静電チャック１０では、絶縁管３０の当接面３４ａが冷却板２０のストッパ面２７ａに突き当たることにより、絶縁管３０はそれ以上ネジ穴２６に進入するのを阻止される。この状態で、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａはプレート１２と接触しない所定位置で位置決めされると共に、Ｏリング４０は絶縁管３０の段差面３２ａとプレート１２との間で加圧されて変形する。このように加圧変形されたＯリング４０によって、絶縁管３０の内外を確実に分離すると共に電気的に絶縁することができる。特に、絶縁管３０内の導電性の流体（例えばプラズマ）と金属製の冷却板２０との絶縁性を確保することができる。
また、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａがプレート１２と接触しないため、プレート１２が絶縁管３０によって破壊されるおそれがない。特に、環状突起部３３の先端面３３ａとプレート１２との間隔は実質的にゼロになるように設計されている場合には、絶縁管３０の環状突起部３３によってＯリング４０が保護されるため、Ｏリング４０の寿命を延ばすことができる。
更に、繰り返し絶縁管３０をネジ穴２６から外したりネジ穴２６に螺合したりすることができるため、Ｏリング４０を容易に交換することができる。
更にまた、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａは、加圧変形されたＯリング４０の断面の中心４０ｃよりもプレート１２に近い側に位置している。そのため、加圧変形されたＯリング４０が環状突起部３３の先端面３３ａを乗り越えるのを防止することができる。その上、Ｏリング４０が腐食性ガスへ暴露されることを抑制することができる。
そしてまた、絶縁管３０は、冷却板２０の外側に延び出す延出部３５を有している。絶縁管３０が長くなると比較的大きなモーメントが絶縁管３０と冷却板２０との間に加わるが、絶縁管３０の当接面３４ａと冷却板２０のストッパ面２７ａとでそのモーメントを受けるためシール性は保持される。
そして更に、ネジ穴２６のうちプレート１２側の開口には、Ｏリング４０の加圧変形を許容するスペース２８が設けられているため、Ｏリング４０は加圧変形するのを冷却板２０によって妨げられることがない。
そして更にまた、スペース２８の内径（幅）は、ネジ穴２６の内径よりも広くなっているため、絶縁管３０内の導電性の流体（例えばプラズマ）から導電性材料製の冷却板２０のスペース２８を構成する壁を十分離すことができ、絶縁性をより高めることができる。
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。
例えば、上述した実施形態において、図６に示すように、冷却板２０の下面に更にブロック体５０を接合し、絶縁管３０の延出部３５をブロック体５０を上下方向に貫通する長さにしてもよい。なお、図６では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。このように延出部３５が長い場合には、より大きなモーメントが絶縁管３０と冷却板２０との間に加わるが、絶縁管３０の当接面３４ａと冷却板２０のストッパ面２７ａとでそのモーメントを受けるためシール性は保持される。
上述した実施形態では、スペース２８を取り囲む壁を垂直壁としたが、スペース２８を取り囲む壁を図７に示すようにテーパ壁（下方から上方に向かって広がる形状の壁）としてもよい。なお、図７の符号は上述した実施形態と同じ構成要素を示す。こうすることにより、絶縁管３０内の導電性の流体（例えばプラズマ）から導電性材料製の冷却板２０のスペース２８を構成する壁を一段と離すことができるため、絶縁性を一段と高めることができる。
上述した実施形態では、フランジ受け部２７の上底をストッパ面２７ａとしたが、フランジ受け部２７を省略して図８の構成を採用してもよい。図８では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。図８では、冷却板２０の下面（プレート１２側とは反対側の面）のうちネジ穴２６の開口周辺をストッパ面１２７ａとした。絶縁管３０の当接面３４ａが冷却板２０のストッパ面１２７ａに突き当たることにより、絶縁管３０はそれ以上ネジ穴２６に進入するのを阻止される。この状態で、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａはプレート１２と接触しない所定位置で位置決めされると共に、Ｏリング４０は絶縁管３０とプレート１２との間で加圧されて変形する。そのため、図８の構成を採用した場合でも、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、フランジ受け部２７の上底をストッパ面２７ａとしたが、フランジ受け部２７及びフランジ部３４を省略して図９の構成を採用してもよい。図９では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。図９では、ネジ穴２６のプレート１２側の開口の直径をネジ穴２６の直径より小さくして、ネジ穴２６の上底をストッパ面２２７ａとした。また、絶縁管３０の段差面３２ａ（本発明の当接面として機能する）がストッパ面２２７ａと当接するようにした。この絶縁管３０の段差面３２ａが冷却板２０のストッパ面２２７ａに突き当たることにより、絶縁管３０はそれ以上ネジ穴２６に進入するのを阻止される。この状態で、絶縁管３０の環状突起部３３の先端面３３ａはプレート１２と接触しない所定位置で位置決めされると共に、Ｏリング４０は絶縁管３０とプレート１２との間で加圧されて変形する。そのため、図９の構成を採用した場合でも、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、絶縁管３０は、フランジ部３４から更に下方に延び出す延出部３５を備えるものとしたが、延出部３５を省略してもよい。その場合、フランジ部３４の下面が冷却板２０の下面と同一平面になるようにしてもよい。
上述した実施形態において、ネジ穴２６にはネジ緩み止め接着剤が塗布されていてもよい。ネジ緩み止め接着剤としては、例えばロックタイト（登録商標）が挙げられる。こうすれば、ネジ穴２６と絶縁管３０とが緩むのを防止することができる。ネジ緩み止め接着剤の強度は、所定のトルクを絶縁管３０に加えることによりネジ穴２６から絶縁管３０を強制的に外すことのできる程度に設定することが好ましい。
上述した実施形態では、絶縁管３０の延出部３５の直径をフランジ部３４の直径よりも小さくしたが、延出部３５の直径をフランジ部３４の直径と同じにしてもよい。この点は図８の延出部３５についても同様である。また、図９の延出部３５の直径を本体部３２の直径と同じにしてもよい。
上述した実施形態では、絶縁管３０にシール部材支持部として環状突起部３３（図４参照）を設けたが、特に環状突起部３３に限定されるものではない。例えば、図１０や図１１に示すシール部材支持部１３３，２３３を採用してもよい。図１０のシール部材支持部１３３は、環状突起部３３を複数（ここでは４つ）に分割したものである。図１１のシール部材支持部２３３は、複数（ここでは４つ）の円柱体２３４を軸孔３１の開口周縁に沿って等間隔に並べたものである。いずれのシール部材支持部１３３，２３３にもＯリング４０（図３及び図５参照）が挿通される。但し、シール部材支持部１３３，２３３に比べて環状突起部３３の方がＯリング４０を腐食性ガスから隔離しやすいため好ましい。
上述した実施形態では、静電チャック１０はプレート１２に静電電極１４と抵抗発熱体１６を備えるものとしたが、抵抗発熱体１６を省略してもよい。
上述した実施形態では、ウエハ用サセプタの一例として静電チャック１０を例示したが、特に静電チャックに限定されるものではなく、真空チャックなどに本発明を適用してもよい。
本出願は、２０１７年５月２５日に出願された日本国特許出願第２０１７−１０３７６７号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
本発明は、例えば半導体製造装置に利用可能である。
１０ 静電チャック、１２ プレート、１４ 静電電極、１６ 抵抗発熱体、１８ 接着層、２０ 冷却板、２２ 冷媒通路、２４ 貫通孔、２６ ネジ穴、２７ フランジ受け部、２７ａ ストッパ面、２８ スペース、３０ 絶縁管、３１ 軸孔、３２ 本体部、３２ａ 段差面、３３ 環状突起部、３３ａ 先端面、３４ フランジ部、３４ａ 当接面、３５ 延出部、４０ Ｏリング、４０ｃ 中心、５０ ブロック体、１２７ａ，２２７ａ ストッパ面、１３３，２３３ シール部材支持部、２３４ 円柱体。
Claims (7)
- ウエハを吸着可能なセラミックス製のプレートと、
前記プレートの前記ウエハを載置する面とは反対側の面に取り付けられた導電性部材と、
前記プレート及び前記導電性部材を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔のうち前記導電性部材を貫通する導電性部材貫通部分に設けられたネジ穴と、
前記導電性部材に設けられ、前記ネジ穴の中心軸と交叉するストッパ面と、
前記ストッパ面に当接する当接面を有し、前記ネジ穴に螺合された絶縁管と、
前記絶縁管のプレート対向面に突状に設けられたシール部材支持部に挿通され、前記絶縁管のプレート対向面と前記プレートとの間に配置された絶縁性のシール部材と、
を備え、
前記絶縁管は、前記絶縁管の前記当接面が前記導電性部材の前記ストッパ面に突き当たることにより、前記ネジ穴へそれ以上進入するのを阻止されて、前記絶縁管の前記シール部材支持部の先端面が前記プレートと接触しない所定位置で位置決めされると共に前記シール部材が前記絶縁管の前記プレート対向面と前記プレートとの間で加圧されている、
ウエハ用サセプタ。 - 前記絶縁管の前記シール部材支持部の先端面は、前記加圧された前記シール部材の断面の中心よりも前記プレートに近い側に位置している、
請求項１に記載のウエハ用サセプタ。 - 前記絶縁管は、前記導電性部材の外側に延び出す延出部を有している、
請求項１又は２に記載のウエハ用サセプタ。 - 前記ネジ穴のうち前記プレート側の開口には、前記加圧された前記シール部材が変形するのを許容するスペースが設けられている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハ用サセプタ。 - 前記スペースの幅は、前記ネジ穴の内径よりも広くなっている、
請求項４に記載のウエハ用サセプタ。 - 前記シール部材支持部は、前記絶縁管と中心軸が一致するように設けられた環状突起部である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のウエハ用サセプタ。 - 前記ネジ穴には、ネジ緩み止め接着剤が塗布されている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のウエハ用サセプタ。
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