JP7414751B2 - 半導体製造装置用部材及びその製法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造装置用部材及びその製法に関する。
従来、半導体製造装置用部材として、静電電極及びヒータ電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、上部プレートのウエハ載置面とは反対側の面に第1金属接合層を介して接合された金属マトリクス材料製の中間プレートと、中間プレートの上部プレートと接合された面とは反対側の面に第2金属接合層を介して接合されたセラミック製の下部プレートと、を備えたものが知られている(例えば特許文献1)。特許文献1では、上部パックプレートが上部プレートに相当し、下部パックプレートが中間プレートに相当し、バッキングプレートが下部プレートに相当する。
特表2018-518833号公報
ところで、上述した半導体製造装置用部材では、静電電極及びヒータ電極の両方が上部プレートに内蔵されているが、静電電極を上部プレートに内蔵し、ヒータ電極を下部プレートに内蔵したい場合があった。その場合、静電電極は上部プレートのうちウエハ載置面に近い位置に内蔵され、ヒータ電極は下部プレートのうち接合面に近い位置に内蔵される。また、そうした半導体製造装置用部材を製造するには、上部プレートと中間プレートと下部プレートとをそれぞれ作製し、その後、それらのプレートを金属接合する。
しかしながら、静電電極を上部プレートのウエハ載置面に近い位置に内蔵すると、上部プレートを焼結により作製した後に静電電極と上部プレートを構成するセラミックとの熱膨張係数差により上部プレートが変形することがあった。ヒータ電極を下部プレートの接合面に近い位置に内蔵すると、下部プレートを焼結により作製した後にヒータ電極と下部プレートを構成するセラミックとの熱膨張係数差により下部プレートが変形することがあった。変形した上部プレートや変形した下部プレートを中間プレートと金属接合すると、偏荷重が生じて接合性が悪化したり、反りの戻り力により残留応力が発生してプレートが破損したりするおそれがあった。
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、上部プレートと中間プレートと下部プレートとを金属接合した半導体製造装置用部材において、接合性が良好で破損しにくいもの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、
ウエハ載置面を有し、互いに平行な静電電極及び上部補助電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、
前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面に第1金属接合層を介して接合された中間プレートと、
前記中間プレートの前記上部プレートと接合された面とは反対側の面に第2金属接合層を介して接合され、互いに平行なヒータ電極及び下部補助電極を内蔵する下部プレートと、
を備えたものである。
この半導体製造装置用部材では、セラミック製の上部プレートは、互いに平行な静電電極及び上部補助電極を内蔵しているため、静電電極のみを内蔵している場合に比べてフラットになりやすい。また、下部プレートは、互いに平行なヒータ電極及び下部補助電極を内蔵しているため、ヒータ電極のみを内蔵している場合に比べてフラットになりやすい。その結果、上部プレートと中間プレートと下部プレートとを金属接合する際に偏荷重が生じにくくなり、接合性が良好になる。また、上部プレートや下部プレートは反りがないかほとんどないため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができ、破損しにくい。
なお、「平行」とは、完全に平行な場合のほか、完全に平行でなくても公差の範囲内であれば平行とみなす(以下同じ)。また、「上」「下」は、絶対的な位置関係を表すものではなく、相対的な位置関係を表すものである。そのため、半導体製造装置用部材の向きによって「上」「下」は「左」「右」になったり「前」「後」になったり「下」「上」になったりする(以下同じ)。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記上部補助電極は、前記上部プレートに内蔵されたビアを介して前記静電電極に電気的に接続された電極であってもよいし、前記中間プレートに電気的に接続された電極であってもよいし、前記静電電極にも前記中間プレートにも電気的に接続されていない独立した電極であってもよい。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記下部補助電極は、前記下部プレートに内蔵されたビアを介して前記ヒータ電極に電気的に接続された電極であってもよいし、前記ヒータ電極にも前記中間プレートにも電気的に接続されていない独立した電極であってもよい。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記静電電極の厚みと、前記上部補助電極の厚みと、前記静電電極の前記上部プレート内での配置位置と、前記上部補助電極の前記上部プレートでの配置位置とは、前記上部プレートがフラットになるように設定されていてもよく、前記ヒータ電極の厚みと、前記下部補助電極の厚みと、前記ヒータ電極の前記下部プレート内での配置位置と、前記下部補助電極の前記下部プレートでの配置位置とは、前記下部プレートがフラットになるように設定されていてもよい。なお、「フラット」とは、完全にフラットな場合のほか、完全にフラットでなくても公差の範囲内であればフラットとみなす(以下同じ)。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記静電電極と前記上部補助電極とは、材質及び厚さが同じであってもよく、前記上部プレートの前記ウエハ載置面から前記静電電極までの距離は、前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記上部補助電極までの距離と同じであってもよく、前記ヒータ電極と前記下部補助電極とは、材質及び厚さが同じであってもよく、前記下部プレートの接合面から前記ヒータ電極までの距離は、前記接合面とは反対側の面から前記下部補助電極までの距離と同じであってもよい。こうすれば、上部プレートや下部プレートがフラットになりやすい。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記静電電極の外径と前記上部補助電極の外径とは同じであってもよく、前記ヒータ電極の外径と前記下部補助電極の外径とは同じであってもよい。なお、「同じ」とは、完全に同じ場合のほか、完全に同じでなくても公差の範囲内であれば同じとみなす(以下同じ)。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であってもよく、前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製であってもよい。
本発明の半導体製造装置用部材の製法は、
(a)ウエハ載置面を有し、互いに平行な静電電極及び上部補助電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、互いに平行なヒータ電極及び下部補助電極を内蔵する下部プレートと、中間プレートとを用意する工程と、
(b)前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第1金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第2金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものである。
この半導体製造装置用部材の製法は、上述した半導体製造装置用部材を製造するのに適している。
半導体製造装置用部材10の断面図。 ウエハ載置面22の平面図。 上部プレート20に埋設された静電電極24の一例を示す平面図。 上部プレート20に埋設された上部補助電極26の一例を示す平面図。 上部プレート20に埋設された上部補助電極26の一例を示す平面図。 上部プレート20に埋設された上部補助電極26の一例を示す平面図。 下部プレート40に埋設されたヒータ電極44の一例を示す平面図。 半導体製造装置用部材10を冷却装置50に取り付けた様子を示す断面図。 上部プレート20の製造工程図。 半導体製造装置用部材10の製造工程図。 上部プレート20の別例を示す部分断面図。 上部プレート20の別例を示す部分断面図。 下部プレート40の別例を示す部分断面図。
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図1は半導体製造装置用部材10の断面図(部材10の中心を通る垂直面で切断したときの断面図)、図2はウエハ載置面22の平面図、図3は静電電極24の一例を示す平面図、図4~6は上部補助電極26の一例を示す平面図、図7はヒータ電極44の一例を示す平面図である。
半導体製造装置用部材10は、図1に示すように、上部プレート20と、中間プレート30と、下部プレート40と、第1及び第2金属接合層31,32とを備えている。
上部プレート20は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハWと同径の円盤状でセラミック(例えばアルミナや窒化アルミニウム)製のプレートであり、静電電極24と上部補助電極26とを内蔵している。そのため、上部プレート20は、静電チャックとして機能する。上部プレート20の直径は特に限定するものではないが、例えば250~350mmとしてもよい。上部プレート20の上面は、ウエハ載置面22となっている。ウエハ載置面22には、図2に示すように、外縁に沿ってシールバンド22aが形成され、全面に複数の円形突起22bが形成されている。シールバンド22a及び円形突起22bは同じ高さであり、その高さは例えば数μm~数10μmである。
静電電極24は、図3に示すように上部プレート20と同心円状の円形の面電極であり、その直径は上部プレート20の直径よりも僅かに小さい。静電電極24は、図示しない給電端子を介して外部電源により直流電圧を印加可能となっている。上部プレート20のうちウエハ載置面22と静電電極24との間の部分が誘電体層27(図1参照)として機能する。誘電体層27の厚みは、ウエハWを吸着する力を考慮して所定の厚み(例えば50~500μm)に調整されている。この静電電極24に直流電圧が印加されるとウエハ載置面22に載置されたウエハWはウエハ載置面22に吸着固定され、直流電圧の印加を解除するとウエハのウエハ載置面22への吸着固定が解除される。ウエハ載置面22に吸着されたウエハWの裏面は、シールバンド22aの上面及び円形突起22bの上面に接触する。また、ウエハWの裏面とウエハ載置面22のうちシールバンド22aや円形突起22bが設けられていない部分との間には空間が生じる。この空間には、半導体製造装置用部材10を上下方向に貫通する図示しないガス供給路を通じて伝熱ガス(例えばHeガス)が供給される。この伝熱ガスによって上部プレート20とウエハWとの熱交換が効率よく行われる。
上部補助電極26は、平面視で静電電極24と同じ(又はほぼ同じ)形状の電極である。例えば、上部補助電極26は平面視で静電電極24と同じ円形の面電極であってもよいし、その円形の面電極を同心円状の1以上の円周によって分割した形状(例えば図4の同心リング形状)であってもよいし、その円形の面電極を1以上の半径によって等分又は不等分に分割した複数の扇形(例えば図5のケーキカット形状)であってもよいし、渦巻き形状(例えば図6)であってもよい。上部補助電極26は、本実施形態では、静電電極24にも中間プレート30にも電気的に接続されていない独立した電極である。上部補助電極26は、グランドに接続されていてもよい。
静電電極24及び上部補助電極26は、ウエハ載置面22に平行に設けられている。静電電極24及び上部補助電極26は、異なる材質であっても同じ材質であってもよいが、同じ材質であることが好ましい。材質としては、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、白金、レニウム、ハフニウム及びこれらの合金などの高融点金属、炭化タングステンや炭化モリブデンなどの高融点金属炭化物、高融点金属とセラミックとの混合物、高融点金属炭化物とセラミックとの混合物などが挙げられる。静電電極24及び上部補助電極26は、導電性ペーストを印刷して形成してもよいし、導電板を利用して形成してもよい。上部プレート20の厚みをt1[mm]、ウエハ載置面22から静電電極24までの距離をa1[mm]、ウエハ載置面22とは反対側の面23から上部補助電極26までの距離をb1[mm]、静電電極24の厚みをx1[μm]、上部補助電極26の厚みをy1[μm]としたとき、以下の関係式(1)~(4)を満たすことが好ましい。
4*a1≧b1≧a1 …(1)
0.5*t1≧a1 …(2)
0.75*t1≧b1 …(3)
5*x1≧y1≧x1 …(4)
中間プレート30は、円盤状のプレートであり、その直径は、上部プレート20及び下部プレート40の直径よりも大きい。中間プレート30は、上部プレート20のウエハ載置面22とは反対側の面23に第1金属接合層31を介して接合されている。中間プレート30の材料としては、複合材料や金属などが挙げられる。複合材料としては、金属複合材料(メタル・マトリックス・コンポジット(MMC)ともいう)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。金属としては、TiやMoなどが挙げられる。
下部プレート40は、上部プレート20と同径の円板状でセラミック製のプレートであり、ヒータ電極44と下部補助電極46とを内蔵している。下部プレート40は、中間プレート30のうち上部プレート20と接合された面とは反対側の面に第2金属接合層32を介して接合されている。
ヒータ電極44は、図7に示すように、下部プレート40を平面視したときの領域のほぼ全面にわたって一端44aから他端44bまで一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハWを加熱する。ヒータ電極44が配線された領域は、平面視で円形領域である。ヒータ電極44は、一端44a及び他端44bに接続された図示しない給電端子を介してヒータ電源により電圧を印加可能となっている。
下部補助電極46は、平面視でヒータ電極44と同じ(又はほぼ同じ)形状である。例えば、下部補助電極46は、平面視でヒータ電極44が配線された円形領域と同じ円形の面電極であってもよいし、上部補助電極26の一例として示した同心リング形状(図4)、ケーキカット形状(図5)又は渦巻き形状(図6)であってもよい。下部補助電極46は、本実施形態では、ヒータ電極44にも中間プレート30にも電気的に接続されていない独立した電極である。下部補助電極46は、グランドに接続されていてもよい。その場合、下部補助電極46を、ヒータ電極44をプラズマから遮蔽する電極として用いることができる。
ヒータ電極44及び下部補助電極46は、下部プレート40の上面42に平行に設けられている。ヒータ電極44及び下部補助電極46は、異なる材質であっても同じ材質であってもよいが、同じ材質であることが好ましい。材質としては、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、白金、レニウム、ハフニウム及びこれらの合金などの高融点金属、炭化タングステンや炭化モリブデンなどの高融点金属炭化物、高融点金属とセラミックとの混合物、高融点金属炭化物とセラミックとの混合物などが挙げられる。ヒータ電極44及び下部補助電極46は、導電性ペーストを印刷して形成したものが好ましい。下部プレート40の厚みをt2[mm]、上面42からヒータ電極44までの距離をa2[mm]、下面43から下部補助電極46までの距離をb2[mm]、ヒータ電極44の厚みをx2[μm]、下部補助電極46の厚みをy2[μm]としたとき、以下の関係式(5)~(8)を満たすことが好ましい。
4*a2≧b2≧a2 …(5)
0.5*t2≧a2 …(6)
0.75*t2≧b2 …(7)
5*x2≧y2≧x2 …(8)
上部プレート20及び下部プレート40の材料がアルミナの場合、中間プレート30の材料はSiSiCTiか金属Tiが好ましい。上部プレート20及び下部プレート40の材料が窒化アルミニウムの場合、中間プレート30の材料はSiC多孔質体にSiを含浸させた材料か金属Moが好ましい。
第1及び第2金属接合層31,32は、例えばAl-Si-Mg系又はAl-Mg系材料などのAl含有材料で構成されている。第1及び第2金属接合層31,32の厚みは、特に限定するものではないが、1~300μmが好ましく、50~150μmがより好ましい。また、第1金属接合層31の外周は上部プレート20の外周からはみ出していないことが好ましく、第2金属接合層32の外周は下部プレート40の外周からはみ出していないことが好ましい。第1及び第2金属接合層31,32は、例えばTCB(Thermal compression bonding)により形成される。TCBとは、接合対象の2つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で2つの部材を加圧接合する公知の方法をいう。
次に、半導体製造装置用部材10の使用例について説明する。図8は半導体製造装置用部材10を冷却装置50に取り付けた様子を示す断面図である。まず、半導体製造装置用部材10を、図示しない真空チャンバ内に設置された冷却装置50に取り付ける。冷却装置50は、アルミニウムなどの金属製の円盤部材であり、内部に冷媒を循環可能な冷媒通路52を有している。冷却装置50の上面の中央には、円形溝54が設けられている。円形溝54には、下部プレート40が挿入される。冷却装置50は、円形溝54の周囲を取り囲む環状面56を有している。半導体製造装置用部材10は、中間プレート30の下面の外周部と環状面56との間にリング状のシール部材57を配置して円形溝54に下部プレート40を挿入した状態で、クランプリング60によって冷却装置50に固定される。シール部材57の外径は、円形溝54の直径よりも大きく中間プレート30の直径よりも小さい。シール部材57としては、例えば金属ガスケットなどが挙げられる。クランプリング60は、冷却装置50の環状面56に配置される。クランプリング60の内周面には段差62が設けられ、この段差62が中間プレート30の外周部の上面を上から押さえる。また、クランプリング60は、ネジ65を挿通可能な縦穴64やネジ67と螺合可能なネジ穴66を有する。ネジ65は、縦穴64に上方から挿入されて冷却装置50の環状面56に設けられたネジ穴58に螺合される。ネジ67は、冷却装置50を上下方向に貫通するネジ挿入穴59に下方から挿入されてクランプリング60の裏面に設けられたネジ穴66に螺合される。こうしたネジ65,67は、クランプリング60の周方向に等間隔に複数(例えば8個)設けられている。これにより、円形溝54と下部プレート40とシール部材57によって囲まれた空間Sは密閉される。密閉された空間Sには、伝熱シート又は伝熱ガスが充填される。このように、半導体製造装置用部材10の中間プレート30のうち上部プレート20や下部プレート40から外側にはみ出した部分は、冷却装置50に装着するためのフランジとして用いられる。
冷却装置50に半導体製造装置用部材10を取り付けた後、ウエハWをウエハ載置面22に載置する。そして、真空チャンバ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、静電電極24に直流電圧をかけてウエハWをウエハ載置面22に吸着固定する。ウエハWは隙間なくウエハ載置面22のシールバンド22aや円形突起22b(図2参照)に密着する。これにより、ウエハWの裏面とウエハ載置面22のうちシールバンド22aや円形突起22bが設けられていない部分との間の空間は、密閉される。この空間には伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは封入されるため、上部プレート20とウエハWとの間で効率よく熱伝導が行われる。次に、真空チャンバ内を所定圧力(例えば数10~数100Pa)の反応ガス雰囲気とし、この状態で、プラズマを発生させる。そして、発生したプラズマによってウエハWの表面のエッチングを行う。図示しないコントローラは、ウエハWの温度が予め設定された目標温度となるように、ヒータ電極44へ供給する電力を制御する。
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。図9は上部プレート20の製造工程図、図10は半導体製造装置用部材10の製造工程図である。以下には、上部プレート20及び下部プレート40の材料がアルミナで、中間プレート30の材料がSiSiCTiの場合を例に挙げて説明する。
まず、上部プレート20と、中間プレート30と、下部プレート40とを用意する(図10A参照)。この工程を工程(a)と称する。
上部プレート20は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の上部プレート20の製造例について、図9を用いて説明する。まず、円盤状のアルミナ製の第1~第3MCシート71~73を準備する。MCとは、モールドキャストの略であり、セラミック原料粉末(ここではアルミナ原料粉末)とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入し、その成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させることにより成形体を得る周知の方法をいう。モールド化剤としては、例えば、イソシアネート及びポリオールを含み、ウレタン反応によりモールド化するものとしてもよい。次に、第2MCシート72の表面に静電電極24を形成し、第3MCシート73の表面に上部補助電極26を形成する(図9A参照)。静電電極24や上部補助電極26の形成方法としては、例えばスクリーン印刷、PVD、CVD、メッキなどを用いることができる。次に、第3MCシート73の上部補助電極26が形成された面に、第2MCシート72を静電電極24が上になるように積層し、その上に第1MCシート71を積層して積層体70とする(図9B参照)。次に、積層体70をホットプレス法により焼成することにより静電電極24及び上部補助電極26が埋設されたアルミナ焼結体76を得る(図9C参照)。得られたアルミナ焼結体76の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の上部プレート20を得る(図9D及び図10A参照)。この時点では、誘電体層27の厚みは予め定められた所定の厚みになるように加工されるが、ウエハ載置面22にシールバンド22aや円形突起22bは形成しない。なお、アルミナ製のMCシートの代わりに、グリーンシートを用いてもよい。
中間プレート30は、以下のようにして製造することができる。ここでは、SiSiCTi製の中間プレート30の製造例について説明する。まず、SiSiCTi製の円盤部材を作製する。例えば、平均粒径が10μm以上25μm以下の炭化珪素原料粒子を39~51質量%含有すると共に、Ti及びSiが含まれるように選択された1種以上の原料を含有し、炭化珪素を除く原料に由来するSi及びTiについてSi/(Si+Ti)の質量比が0.26~0.54である粉体混合物を作製する。原料としては、例えば炭化珪素と金属Siと金属Tiとを用いることができる。その場合、炭化珪素を39~51質量%、金属Siを16~24質量%、金属Tiを26~43質量%となるように混合するのが好ましい。次に、得られた粉体混合物を一軸加圧成形により円盤状の成形体を作製し、その成形体を不活性雰囲気下でホットプレスにより1370~1460℃で焼結させることにより、SiSiCTi製の円盤部材を得る。なお、ホットプレス時のプレス圧は、例えば50~300kgf/cm2に設定する。次に、得られた円盤部材を研削加工等により形状や厚みを調整し、中間プレート30を得る(図10A参照)。中間プレート30の具体的な製造条件については、例えば特許第5666748号公報に記載されている条件を参考にして設定すればよい。
下部プレート40は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の下部プレート40の製造例について説明する。まず、上部プレート20を製造する場合と同様に、円盤状のアルミナ製の第1~第3MCシートを準備する。次に、第2MCシートの表面にヒータ電極44を形成し、第3MCシートの表面に下部補助電極46を形成する。ヒータ電極44や下部補助電極46の形成方法としては、例えばスクリーン印刷、PVD、CVD、メッキなどを用いることができる。次に、第3MCシートの下部補助電極46が形成された面に、第2MCシートをヒータ電極44が上になるように積層し、その上に第1MCシートを積層して積層体とする。次に、積層体をホットプレス法により焼成することによりヒータ電極44及び下部補助電極46が埋設されたアルミナ焼結体を得る。得られたアルミナ焼結体の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の下部プレート40を得る(図10A参照)。なお、アルミナ製のMCシートの代わりに、グリーンシートを用いてもよい。
次に、下部プレート40の上面に、下部プレート40と同径の平板状の第2金属接合材302を載せ、その上に中間プレート30を載せ、更に中間プレート30の上面に上部プレート20と同径の平板状の第1金属接合材301を載せ、上部プレート20の下面が第金属接合材301と接触するように載せる。これにより、上部プレート20と下部プレート40との間に、中間プレート30が各金属接合材301,302を介して挟まれた状態のサンドイッチ積層体が得られる。次に、第1及び第2金属接合材301,302の固
相線温度以下(例えば、固相線温度から20℃引いた温度以上固相線温度以下)の温度でサンドイッチ積層体を加圧して、上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とをTCB接合し(図10B参照)、その後室温に戻す。これにより、第1金属接合材301が第1金属接合層31になり、第2金属接合材302が第2金属接合層32になった接合体80が得られる(図10C参照)。この工程を工程(b)と称する。第1及び第2金属接合材301,302としては、Al-Mg系接合材やAl-Si-Mg系接合材を使用することができる。例えば、Al-Si-Mg系接合材(88.5重量%のAl、10重量%のSi、1.5重量%のMgを含有し、固相線温度が約560℃)を用いてTCB接合する場合、真空雰囲気下、540~560℃(例えば550℃)に加熱した状態で上部プレート20を0.5~2.0kg/mm2 (例えば1.5kg/mm2)の圧力
で数時間かけて加圧する。第1及び第2金属接合材301,302は厚みが100μm前後のものを用いるのが好ましい。
次に、接合体80の上部プレート20のウエハ載置面22に、シールバンド22a及び円形突起22bを形成しない部分に穴を開けたパターンマスクを貼り付け、ブラストメディアを噴射してブラスト加工を行う。ブラスト加工によりウエハ載置面22にはシールバンド22aや円形突起22bが形成される。この工程を工程(c)と称する。その後、マスクを外し、半導体製造装置用部材10を得る(図10D参照)。
以上詳述した半導体製造装置用部材10では、セラミック製の上部プレート20は、互いに平行な静電電極24及び上部補助電極26を内蔵しているため、静電電極のみを内蔵している場合に比べてフラットになりやすい。また、セラミック製の下部プレート40は、互いに平行なヒータ電極44及び下部補助電極46を内蔵しているため、ヒータ電極のみを内蔵している場合に比べてフラットになりやすい。その結果、上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とを金属接合する際に偏荷重が生じにくくなり、接合性が良好になる。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがないかほとんどないため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができ、破損しにくい。
また、中間プレート30は、金属とセラミックとの複合材料製であり、上部プレート20と下部プレート40とは、同じセラミック製であるため、半導体製造装置用部材10に反りが発生しにくい。
更に、半導体製造装置用部材10の製法は、(a)上部プレート20と、下部プレート40と、中間プレート30とを用意する工程と、(b)中間プレート30の上面と上部プレート20のウエハ載置面22とは反対側の面23との間に第1金属接合材301を配置すると共に、中間プレート30の下面と下部プレート40の上面との間に第2金属接合材302を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体80を得る工程と、を含む。この製法は、上述した半導体製造装置用部材10を製造するのに適している。
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、上部補助電極26は、静電電極24にも中間プレート30にも電気的に接続されていない独立した電極としたが、特にこれに限定されない。例えば、図11に示すように、上部補助電極26を、上部プレート20に内蔵されたビア28を介して静電電極24に電気的に接続してもよい。この場合、上部補助電極26を静電電極24のジャンパ線として用いてもよい。あるいは、図12に示すように、上部補助電極26を、ビア29を介して中間プレート30に電気的に接続してもよい。この場合、中間プレート30にRF電力を供給することで上部補助電極26をRF電極として用いてもよい。なお、図11及び図12では上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。
上述した実施形態では、下部補助電極46は、ヒータ電極44にも中間プレート30にも電気的に接続されていない独立した電極としたが、特にこれに限定されない。例えば、図13に示すように、下部補助電極46を、下部プレート40に内蔵されたビア48を介してヒータ電極44に電気的に接続してもよい。この場合、下部補助電極46をヒータ電極44のジャンパ線として用いてもよい。なお、図13では上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。
上述した実施形態では、静電電極24の厚みx1[μm]と、上部補助電極26の厚みy1[μm]と、静電電極24の上部プレート20内での配置位置(距離a1[mm])と、上部補助電極26の上部プレート20での配置位置(距離b1[mm])とは、上部プレート20がフラットになるように設定されていることが好ましい。また、ヒータ電極44の厚みx2[μm]と、下部補助電極46の厚みy2[μm]と、ヒータ電極44の下部プレート40内での配置位置(距離a2[mm])と、下部補助電極46の下部プレート40での配置位置(距離b2[mm])とは、下部プレート40がフラットになるように設定されていることが好ましい。
上述した実施形態では、静電電極24と上部補助電極26とは、材質及び厚さが同じであることが好ましく、距離a1は距離b1と同じであることが好ましい。また、ヒータ電極44と下部補助電極46とは、材質及び厚さが同じであることが好ましく、距離a2は距離b2と同じであることが好ましい。こうすれば、上部プレート20や下部プレート40がフラットになりやすい。
上述した実施形態では、工程(a)で用意した上部プレート20にはシールバンド22a及び円形突起22bを形成しなかったが、この段階で上部プレート20にシールバンド22a及び円形突起22bをブラスト加工により形成してもよい。その場合、工程(c)は不要となる。
上述した実施形態では、上部プレート20の直径をウエハWの直径と同じにしたが、上部プレート20の直径をウエハWの直径よりも大きくしてもよいし、上部プレート20の直径をウエハWの直径よりも小さくしてもよい。
上述した実施形態では、ヒータ電極44は下部プレート40を平面視した領域のほぼ全面を覆うように設けたが、下部プレート40を平面視した領域を中央の円形ゾーンとその外側の環状ゾーンとに分け、ゾーンごとにヒータ電極を設けてもよい。また、環状ゾーンを更に複数のゾーンに分割し、分割したゾーンごとにヒータ電極を設けてもよい。
上述した実施形態では、上部プレート20を平面視したときに静電電極24と上部補助電極26とは重なり合う形状であってもよい。また、下部プレート40を平面視したときにヒータ電極44と下部補助電極46とは重なり合う形状であってもよい。
上述した実施形態において、第1及び第2金属接合層31,32の側面や、中間プレート30のうち外部に露出している部分や、中間プレート30のうち半導体製造装置用部材10を上下方向に貫通する貫通穴(例えばリフトピン穴やガス穴など)に露出している部分などに、環境雰囲気による腐食を防止するために、耐食保護膜を設けてもよい。耐食保護膜としては、例えばセラミック溶射膜などが挙げられる。
上述した実施形態では、下部プレート40のうち上面に近い側にヒータ電極44を埋設し、下面に近い側に下部補助電極46を埋設したが、特にこれに限定されない。例えば、下部プレート40のうち上面に近い側に下部補助電極を埋設し、下面に近い側にヒータ電極を埋設してもよい。その場合、中間プレート30をRF電源に接続し(つまり中間プレート30をRF電極として使用し)、下部補助電極をグランドに接続してもよい。こうすれば、下部補助電極はRF電流が中間プレート30からヒータ電極へ流れ込むのを防止するため、RF電流がヒータ電極に流れ込んでヒータ電極の温度制御に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
以下に本発明の好適な実施例について説明する。本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。実験例1~5,7~9が本発明の実施例に相当し、実験例6が比較例に相当する。それらの結果を表1に示す。
Figure 0007414751000001
[実験例1]
上述した実施形態の半導体製造装置用部材10を、上述した製法により製造した。上部プレート20及び下部プレート40はAl23製、各電極24,26,44,46はWC(タングステンカーバイド)製とし、中間プレート30はSiSiCTiC製とした。各材料の熱膨張係数CTE(40~570℃)は表1に示した通りである。
上部プレート20については、第1~第3MCシート71~73を用いて積層体70を作製するにあたり、上面から静電電極24までの距離と下面から上部補助電極26までの距離とが同じになるようにした。そのため、積層体70を焼成して得られたアルミナ焼結体76においても、上面から静電電極24までの距離と下面から上部補助電極26までの距離とが同じになった。また、そのアルミナ焼結体76の上面及び下面を切削加工する際、上面から静電電極24までの距離a1と下面から上部補助電極26までの距離b1とが同じになるようにした。上部プレート20の具体的な寸法や電極形状は表1に示した通りである。得られた上部プレート20の形状はフラットであった。なお、上部プレート20の外径は300mm、静電電極24の外径及び上部補助電極26の外径はいずれも296mmであった。
下部プレート40についても、上部プレート20と同様にして作製した。第1~第3MCシートを用いて積層体を作製するにあたり、上面からヒータ電極44までの距離と下面から下部補助電極46までの距離とが同じになるようにした。そのため、積層体を焼成して得られたアルミナ焼結体においても、上面からヒータ電極44までの距離と下面から下部補助電極46までの距離とが同じになった。また、そのアルミナ焼結体の上面及び下面を切削加工する際、上面からヒータ電極44までの距離a2と下面から下部補助電極46までの距離b2とが同じになるようにした。下部プレート40の具体的な寸法や電極形状は表1に示した通りである。得られた下部プレート40の形状はフラットであった。なお、下部プレート40の外径は300mm、ヒータ電極44の外径及び下部補助電極46の外径はいずれも296mmであった。
上部プレート20と中間プレート30との間に第1金属接合材301を配置すると共に下部プレート40と中間プレート30との間に第2金属接合材302を配置し、TCBにより上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とを接合した。第1及び第2金属接合材301,302としてはAl-Si-Mg系接合材を用いた。
上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
[実験例2]
表1の実験例2に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。なお、実験例2において、上部補助電極26の形状を同心リング形状(図4参照)に変更した場合も、実験例2と同様の結果が得られた。
[実験例3]
表1の実験例3に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。なお、実験例3において、上部補助電極26の形状を円板から同心リング形状(図4参照)及び渦巻き形状(図6参照)に変更した場合も、実験例3と同様の結果が得られた。
[実験例4]
表1の実験例4に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20は凸形状(最大高さと最小高さとの差Δh1は0.1mm)、下部プレート40も凸形状(最大高さと最小高さとの差Δh2は0.1mm)であったが、Δh1,Δh2が許容範囲内(0.1mm以内)だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、Δh1,Δh2が許容範囲内だったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
[実験例5]
表1の実験例5に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
[実験例6]
表1の実験例6に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20も下部プレート40も凹形状で、Δh1,Δh2はいずれも0.2mmで許容範囲外だったため、金属接合する際に偏荷重が生じ、良好に接合することができなかった。また、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができなかった。
[実験例7]
表1の実験例7に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20も下部プレート40も凹形状であったが、Δh1,Δh2はいずれも0.1mmで許容範囲内(0.1mm以内)だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、Δh1,Δh2が許容範囲内だったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
[実験例8]
表1の実験例8に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
[実験例9]
表1の実験例9に示した条件を採用して、実験例1と同様にして半導体製造装置用部材10を製造した。上部プレート20と中間プレート30と下部プレート40とはいずれもフラットな形状だったため、金属接合する際に偏荷重が生じにくく、良好に接合することができた。また、上部プレート20や下部プレート40は反りがなかったため、反りの戻り力による残留応力の発生を防止することができた。
10 半導体製造装置用部材、20 上部プレート、22 ウエハ載置面、22a シールバンド、22b 円形突起、24 静電電極、26 上部補助電極、27 誘電体層、28,29 ビア、30 中間プレート、31 第1金属接合層、32 第2金属接合層、40 下部プレート、42 上面、43 下面、44 ヒータ電極、44a 一端、44b 他端、46 下部補助電極、48 ビア、50 冷却装置、52 冷媒通路、54 円形溝、56 環状面、57 シール部材、58 ネジ穴、59 ネジ挿入穴、60 クランプリング、62 段差、64 縦穴、65,67 ネジ、66 ネジ穴、70 積層体、71 第1MCシート、72 第2MCシート、73 第3MCシート、73 積層体、76 アルミナ焼結体、80 接合体、301 第1金属接合材、302 第2金属接合材。

Claims (8)

  1. ウエハ載置面を有し、互いに平行な静電電極及び上部補助電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、
    前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面に第1金属接合層を介して接合された中間プレートと、
    前記中間プレートの前記上部プレートと接合された面とは反対側の面に第2金属接合層を介して接合され、互いに平行なヒータ電極及び下部補助電極を内蔵する下部プレートと、
    を備え
    前記中間プレートの直径は、前記上部プレート及び下部プレートの直径よりも大きい、
    半導体製造装置用部材。
  2. 前記上部補助電極は、前記上部プレートに内蔵されたビアを介して前記静電電極に電気的に接続された電極であるか、前記中間プレートに電気的に接続された電極であるか、又は、前記静電電極にも前記中間プレートにも電気的に接続されていない独立した電極である、
    請求項1に記載の半導体製造装置用部材。
  3. 前記下部補助電極は、前記下部プレートに内蔵されたビアを介して前記ヒータ電極に電気的に接続された電極であるか、又は、前記ヒータ電極にも前記中間プレートにも電気的に接続されていない独立した電極である、
    請求項1又は2に記載の半導体製造装置用部材。
  4. 前記静電電極の厚みと、前記上部補助電極の厚みと、前記静電電極の前記上部プレート内での配置位置と、前記上部補助電極の前記上部プレートでの配置位置とは、前記上部プレートがフラットになるように設定され、
    前記ヒータ電極の厚みと、前記下部補助電極の厚みと、前記ヒータ電極の前記下部プレート内での配置位置と、前記下部補助電極の前記下部プレートでの配置位置とは、前記下部プレートがフラットになるように設定されている、
    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。
  5. 前記静電電極と前記上部補助電極とは、材質及び厚さが同じであり、前記上部プレートの前記ウエハ載置面から前記静電電極までの距離は、前記ウエハ載置面とは反対側の面から前記上部補助電極までの距離と同じであり、
    前記ヒータ電極と前記下部補助電極とは、材質及び厚さが同じであり、前記下部プレートの接合面から前記ヒータ電極までの距離は、前記接合面とは反対側の面から前記下部補助電極までの距離と同じである、
    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。
  6. 前記静電電極の外径と前記上部補助電極の外径とは同じであり、
    前記ヒータ電極の外径と前記下部補助電極の外径とは同じである、
    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。
  7. 前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であり、前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製である、
    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。
  8. (a)ウエハ載置面を有し、互いに平行な静電電極及び上部補助電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、互いに平行なヒータ電極及び下部補助電極を内蔵する下部プレートと、中間プレートとを用意する工程と、
    (b)前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第1金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第2金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
    を含み、
    前記中間プレートの直径は、前記上部プレート及び下部プレートの直径よりも大きい、
    半導体製造装置用部材の製法。
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