JP7445420B2

JP7445420B2 - 半導体製造装置用部品

Info

Publication number: JP7445420B2
Application number: JP2019231224A
Authority: JP
Inventors: 太一岐部
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: JP2021100050A

Description

本明細書に開示される技術は、半導体製造装置用部品に関する。

半導体製造装置用部品として、例えば、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内で半導体ウェハを保持する静電チャックが知られている。静電チャックは、セラミックス部材と、例えば金属製のベース部材と、セラミックス部材とベース部材とを接合する接合部と、セラミックス部材の内部に設けられたチャック電極とを備えており、チャック電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス部材の表面（吸着面）にウェハを吸着して保持する。

従来、セラミックス部材とベース部材とを接合する接合部の側面（外周面）に、接合部をエッチングガスやプラズマ等から保護するための環状の保護部材が配置された静電チャックが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、セラミックス部材およびベース部材のそれぞれ凹部が形成されており、ベース部材の凹部を構成する底面に接触するように保護部材が配置されている。

特開２００７－１９４６１６号公報

保護部材を備える上記従来の構成では、保護部材が、セラミックス部材に形成された凹部内まで達していないため、保護部材とセラミックス部材との隙間から接合部へとエッチングガス等が侵入しやすい。また、保護部材の下面が、ベース部材の凹部を構成する底面に接触しているため、該底面と凹部を構成する側面との間の曲面状の角部の存在により、保護部材と接合部との間に隙間が形成されやすい。このため、保護部材によるシール機能が十分に発揮されておらず、エッチングガス等が接合部に侵入する可能性が高い。

なお、このような課題は、静電引力を利用してウェハを保持する静電チャックに限らず、２つの板状部材が接合部によって接合された構成を有する半導体製造装置用部品に共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される半導体製造装置用部品は、第１の方向に略直交する第１の表面を有すると共に、前記第１の方向視で前記第１の表面の周囲を囲む環状の第１の凹所が形成されている第１の板状部材であって、前記第１の凹所は前記第１の表面側と前記第１の板状部材の外周面側との両方に開口している、第１の板状部材と、前記第１の板状部材の前記第１の表面側に位置する第２の表面を有すると共に、前記第１の方向視で前記第２の表面の周囲を囲む環状の第２の凹所が形成されている第２の板状部材であって、前記第２の凹所は前記第２の表面側と前記第２の板状部材の外周面側との両方に開口している、第２の板状部材と、前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置され、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを接合する樹脂製の接合部と、前記第１の凹所と前記第２の凹所とによって形成される、前記第１の方向視で環状の空間内において前記接合部の外周面を囲むように配置され、前記第１の方向に沿って扁平な環状の保護バンドと、を備える半導体製造装置用部品において、前記保護バンドにおける前記第１の方向の一端は、前記第１の凹所内に位置し、かつ、前記第１の凹所を形成する内壁面のうちの第１の曲面部分または前記第１の曲面部分より前記接合部側の部分に接触しており、前記保護バンドにおける前記第１の方向の他端は、前記第２の凹所内に位置し、かつ、前記第２の凹所を形成する内壁面のうちの第２の曲面部分または前記第２の曲面部分より前記接合部側の部分に接触している。

本半導体製造装置用部品では、保護バンドにおける第１の方向の両端は、それぞれ、各板状部材に形成された凹所内に位置している。すなわち、保護バンドにおける第１の方向の両端は、いずれも、接合部の外周面の第１の方向の両端よりも外側に位置している。このため、接合部の外周面は、保護バンドによって確実に覆われている。また、保護バンドにおける第１の方向の各端は、各凹所を形成する内壁面のうちの曲面部分または曲面部分より接合部側（内側）の部分に接触している。このため、保護バンドによるシール性が向上し、例えば外部から接合部へのガス等の侵入等を抑制することができる。

（２）上記半導体製造装置用部品において、前記保護バンドにおける前記一端は、前記第１の曲面部分に接触していることと、前記保護バンドにおける前記他端は、前記第２の曲面部分に接触していることと、の少なくとも一方の要件を満たしている構成としてもよい。本半導体製造装置用部品によれば、保護バンドにおける両端のいずれも、凹所を形成する内壁面のうちの曲面部分に接触していない構成に比べて、保護バンドの端と各板状部材との密着性が高いため、保護バンドによるシール性を、より効果的に向上させることができる。

（３）上記半導体製造装置用部品において、前記保護バンドは、前記第１の凹所を形成する前記第１の板状部材の内壁面のうち前記第１の曲面部分より接合部側の部分と、前記第２の凹所を形成する内壁面のうちの第２の曲面部分より前記接合部側の部分とに接触している構成としてもよい。本半導体製造装置用部品によれば、保護バンドが第１の曲面部分より接合部側の部分と第２の曲面部分より前記接合部側の部分とのいずれか一方から離間した構成に比べて、外部から接合部へのガス等の侵入等を、より効果的に抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば加熱装置、静電チャック、保持装置、半導体製造装置用部品、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。接合部３０の側面３１の周辺の詳細構成を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ－１．静電チャック１００の構成：
図１は、本実施形態における静電チャック１００の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本実施形態における静電チャック１００のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。

静電チャック１００は、対象物（例えばウェハＷ）を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内でウェハＷを固定するために使用される。静電チャック１００は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されたセラミックス部材１０およびベース部材２０を備える。セラミックス部材１０とベース部材２０とは、セラミックス部材１０の下面Ｓ２（図２参照）とベース部材２０の上面Ｓ３（図２参照）とが、後述する接合部３０を挟んで上記配列方向に対向するように配置される。すなわち、ベース部材２０は、ベース部材２０の上面Ｓ３がセラミックス部材１０の下面Ｓ２側に位置するように配置される。なお、セラミックス部材１０は、特許請求の範囲における第１の板状部材に相当し、ベース部材２０は、特許請求の範囲における第２の板状部材に相当する。セラミックス部材１０の下面Ｓ２は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、ベース部材２０の上面Ｓ３は、特許請求の範囲における第２の表面に相当する。

セラミックス部材１０は、上述した配列方向（Ｚ軸方向）に略直交する略円形平面状の上面（以下、「吸着面」という）Ｓ１を有する部材であり、例えばセラミックス（例えば、アルミナや窒化アルミニウム等）により形成されている。セラミックス部材１０の直径は例えば５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下（通常は２００ｍｍ以上、３５０ｍｍ以下）であり、セラミックス部材１０の厚さは例えば１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。なお、本実施形態では、セラミックス部材１０の下側部分の外周には、セラミックス部材１０の径方向外側に突出するフランジ部１４が形成されている。フランジ部１４は、セラミックス部材１０の全周にわたって形成されている。フランジ部１４の直径は、ベース部材２０の直径と略同一である。Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を「面方向」という。

図２に示すように、セラミックス部材１０の内部には、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）により形成されたチャック電極４０が配置されている。Ｚ軸方向視でのチャック電極４０の形状は、例えば略円形である。チャック電極４０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によってウェハＷがセラミックス部材１０の吸着面Ｓ１に吸着固定される。

セラミックス部材１０の内部には、また、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）を含む発熱抵抗体により構成されたヒータ電極５０が配置されている。ヒータ電極５０に電源（図示せず）から電圧が印加されると、ヒータ電極５０が発熱することによってセラミックス部材１０が温められ、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが温められる。これにより、ウェハＷの温度分布の制御が実現される。

ベース部材２０は、例えばセラミックス部材１０と同径の、または、セラミックス部材１０より径が大きい円形平面の板状部材であり、例えば金属（アルミニウムやアルミニウム合金等）により形成されている。ベース部材２０の直径は例えば２２０ｍｍ以上、５５０ｍｍ以下（通常は２２０以上、３５０ｍｍ以下）であり、ベース部材２０の厚さは例えば２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である。

ベース部材２０は、セラミックス部材１０の下面Ｓ２とベース部材２０の上面Ｓ３との間に配置された接合部３０によって、セラミックス部材１０に接合されている。接合部３０は、樹脂材料（接着材料）を含んでいる。本実施形態では、接合部３０は、樹脂材料を主成分として含んでいる。なお、本明細書において、主成分とは、体積含有率が５０ｖｏｌ％より大きい成分を意味する。接合部３０に含まれる樹脂材料としては、シリコーン樹脂やフッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の種々の樹脂材料を用いることができるが、耐熱性が高く、かつ、柔軟な樹脂材料であるシリコーン樹脂やフッ素樹脂を用いることが好ましい。接合部３０は、これらの樹脂材料を、弾性変形でき、かつ、永久ひずみが残らない範囲で含むことが好ましい。そのようにすれば、温度の変化によって各部材が伸縮しても、接合部３０に永久ひずみによる皺や弛み等が生じることを抑制することができる。また、接合部３０は、樹脂材料に加えて、例えばセラミックスの充填材（フィラー）を含んでいてもよい。接合部３０の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。

ベース部材２０の内部には冷媒流路２１が形成されている。冷媒流路２１に冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）が流されると、ベース部材２０が冷却され、接合部３０を介したベース部材２０とセラミックス部材１０との間の伝熱（熱引き）によりセラミックス部材１０が冷却され、セラミックス部材１０の吸着面Ｓ１に保持されたウェハＷが冷却される。これにより、ウェハＷの温度分布の制御が実現される。

Ａ－２．接合部３０の周辺の詳細構成：
接合部３０の側面（外周面）３１の周辺の詳細構成について説明する。図３は、接合部３０の側面３１の周辺の詳細構成を示す説明図である。図３には、図２のＸ１部のＸＺ断面構成が拡大して示されている。

Ａ－２－１．収容部７０について：
図２および図３に示すように、静電チャック１００の外周面には、後述する保護バンド６０を収容するための収容部７０が形成されている。収容部７０は、接合部３０の側面３１の周囲を囲むように形成された凹所（空間）である。

具体的には、セラミックス部材１０には、上側凹所１６が形成されている。上側凹所１６の上下方向（Ｚ軸方向）視での形状は、セラミックス部材１０の下面Ｓ２の周囲を囲む環状（円環状）である。また、上側凹所１６は、セラミックス部材１０の下面Ｓ２側（ベース部材２０側）と、セラミックス部材１０の外周面側との両方に開口している。ベース部材２０には、下側凹所２６が形成されている。下側凹所２６の上下方向視での形状は、ベース部材２０の上面Ｓ３の周囲を囲む環状（円環状）である。また、下側凹所２６は、ベース部材２０の上面Ｓ３側（セラミックス部材１０側）と、ベース部材２０の外周面側との両方に開口している。

また、上下方向視で、接合部３０の側面３１の位置は、セラミックス部材１０における最大外径部分（フランジ部１４）の側面１５の位置、および、ベース部材２０における最大外径部分の側面２５の位置のいずれよりも、セラミックス部材１０の径方向内側に位置している。なお、本実施形態では、接合部３０の側面３１の位置は、セラミックス部材１０における接合部３０に隣接する部分の側面１１の位置、および、ベース部材２０における接合部３０に隣接する部分の側面２２の位置と略一致している。このような構成により、収容部７０は、上側凹所１６と下側凹所２６と接合部３０の側面３１によって形成されている。上側凹所１６は、特許請求の範囲における第１の凹所に相当し、下側凹所２６は、特許請求の範囲における第２の凹所に相当する。

Ａ－２－２．保護バンド６０について：
図１および図２に示すように、静電チャック１００は、さらに保護バンド６０を備える。保護バンド６０は、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って偏平（板状）な環状の部材である。保護バンド６０の形成材料は、エッチングガスやプラズマ等が接合部３０側に侵入することを抑制可能な材料であることが好ましく、例えばフッ素系樹脂（テフロン（登録商標）樹脂）であることが特に好ましい。また、保護バンド６０のヤング率は、接合部３０のヤング率より大きいことが好ましい。なお、上下方向視で、保護バンド６０の外周面は、全周にわたって、セラミックス部材１０のフランジ部１４の外形線およびベース部材２０の外形線の両方の内側に位置している。これにより、保護バンド６０がセラミックス部材１０等より径方向外側に突出する構成に比べて、保護バンド６０が損傷することを抑制することができる。保護バンド６０の厚さ（径方向の寸法）は、接合部３０の厚さ（上下方向の長さ）より薄く、例えば０．４ｍｍ程度であり、保護バンド６０の幅（上下方向の長さ）は、例えば１．９ｍｍ程度である。

保護バンド６０は、次の第１の要件および第２の要件の両方を満たす。
第１の要件：「保護バンド６０における上端は、上側凹所１６内に位置し、かつ、上側凹所１６を形成する内壁面のうちの上側曲面部分１８または上側曲面部分１８より接合部３０側の部分に接触している。」
図３に示すように、上側曲面部分１８は、上側凹所１６を形成する下面１９（下側凹所２６を構成する上面２９と対向する面）と、セラミックス部材１０の側面１１との間に存在する角部である。上側曲面部分１８の表面形状は、曲面状（Ｒ面状）である。具体的には、上下方向に平行な断面において、上側曲面部分１８の形状は、曲線状である。図３では、保護バンド６０の上端のエッジが、セラミックス部材１０の全周にわたって、上側曲面部分１８に接触している。保護バンド６０の上端のエッジの曲率（１／Ｒ）は、上側曲面部分１８の曲率より大きい。上側曲面部分１８は、特許請求の範囲における第１の曲面部分に相当する。

第２の要件：「保護バンド６０における下端は、下側凹所２６内に位置し、かつ、下側凹所２６を形成する内壁面のうちの下側曲面部分２８または下側曲面部分２８より接合部３０側の部分に接触している。」
図３に示すように、下側曲面部分２８は、下側凹所２６を形成する上面２９（上側凹所１６を構成する下面１９と対向する面）と、ベース部材２０の側面２２との間に存在する角部である。下側曲面部分２８の表面形状は、曲面状（Ｒ面状）である。具体的には、上下方向に平行な断面において、下側曲面部分２８の形状は、曲線状である。図３では、保護バンド６０の下端のエッジが、ベース部材２０の全周にわたって、下側曲面部分２８に接触している。保護バンド６０の下端のエッジの曲率は、下側曲面部分２８の曲率より大きい。下側曲面部分２８は、特許請求の範囲における第２の曲面部分に相当する。

なお、保護バンド６０は、次の要件Ａ～Ｃの全てを満たすことが好ましい。これにより、収容部７０内に配置された保護バンド６０と接合部３０とについて周方向の相対位置関係が変位したとしても、上記第１の要件および第２の要件を満たす。
要件Ａ：「保護バンド６０の幅Ｄ４（上下方向の長さ）の最小値 ≧ セラミックス部材１０の上側凹所１６の深さＤ１（上下方向の長さ）の最大値＋接合部３０の厚さＤ３（上下方向の長さ）の最大値」
要件Ｂ：「保護バンド６０の幅Ｄ４の最小値 ≧ ベース部材２０の下側凹所２６の深さＤ２の最大値＋接合部３０の厚さＤ３の最大値」
要件Ｃ：「上側凹所１６の深さＤ１の最小値＋下側凹所２６の深さＤ２の最小値＋接合部３０の厚さＤ３の最小値 ≧ 保護バンド６０の幅Ｄ４の最大値」
なお、幅等の最大値とは、幅等が最大である部位における幅等を意味し、幅等の最小値とは、幅等が最小である部位における幅等を意味する。なお、本実施形態では、保護バンド６０は、セラミックス部材１０の側面１１から離間しており、ベース部材２０の側面２２から離間しており、接合部３０の側面３１から離間している。

Ａ－３．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の静電チャック１００では、保護バンド６０における上下方向（Ｚ軸方向）の両端は、それぞれ、セラミックス部材１０およびベース部材２０に形成された凹所（上側凹所１６、下側凹所２６）内に位置している（図３参照）。すなわち、保護バンド６０の両端は、いずれも、接合部３０の側面３１の上下方向の両端よりも外側に位置している。このため、接合部３０の側面３１は、保護バンド６０によって確実に覆われている。また、保護バンド６０における各端は、各凹所を形成する内壁面のうちの曲面部分（上側曲面部分１８、下側曲面部分２８）または曲面部分より接合部側（内側）の部分に接触している。このため、保護バンド６０によるシール性が向上し、例えば外部から接合部３０へのガス等の侵入等を抑制することができる。

本実施形態によれば、保護バンド６０における両端のいずれも、凹所を形成する内壁面のうちの曲面部分に接触していない構成に比べて、保護バンド６０の端と各部材（セラミックス部材１０、ベース部材２０）との密着性が高いため、保護バンド６０によるシール性を、より効果的に向上させることができる。なお、上述したように、保護バンド６０は、偏平状であるため、断面が円状のＯリング等に比べて、接合部３０等との間に隙間が生じやすい。これに対して、本発明を適用することにより、保護バンド６０によるシール性を、より効果的に向上させることができる。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における静電チャック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、保護バンド６０の上端のエッジが、セラミックス部材１０の全周にわたって、上側曲面部分１８に接触していたが、保護バンド６０の上端の少なくとも一部が、上側曲面部分１８より接合部３０側の部分（側面１１）に接触していてもよい。上記実施形態では、保護バンド６０の下端のエッジが、ベース部材２０の全周にわたって、下側曲面部分２８に接触していたが、保護バンド６０の下端の少なくとも一部が、下側曲面部分２８より接合部３０側の部分（側面２２）に接触していてもよい。

上記実施形態において、保護バンド６０は、セラミックス部材１０の側面１１と、ベース部材２０の側面２２と、接合部３０の側面３１との少なくとも１つに接触していてもよい。特に、保護バンド６０が、全周にわたって、セラミックス部材１０の側面１１とベース部材２０の側面２２との両方に接触している構成であれば、接合部３０が、保護バンド６０とセラミックス部材１０とベース部材２０とによって形成される閉空間内に配置されることになるから、外部から接合部３０へのガス等の侵入等を、より効果的に抑制することができる。

上記実施形態では、セラミックス部材１０の内部にチャック電極４０やヒータ電極５０が配置されているが、必ずしもセラミックス部材１０の内部にチャック電極４０とヒータ電極５０との少なくとも一方は配置されている必要はない。また、上記実施形態では、ベース部材２０に冷媒流路２１が形成されているが、必ずしもベース部材２０に冷媒流路２１が形成されている必要はない。上記実施形態において、セラミックス部材１０は、フランジ部１４を備えない構成であってもよい。

上記実施形態では、セラミックス部材１０の内部に１つのチャック電極４０が設けられた単極方式が採用されているが、セラミックス部材１０の内部に一対のチャック電極４０が設けられた双極方式が採用されてもよい。

上記実施形態の静電チャック１００における各部材の形成材料は、あくまで一例であり、任意に変更可能である。例えば、上記実施形態では、第１の板状部材として、セラミックス部材１０を例示したが、セラミックス以外の材料（例えば、樹脂材料や導電性材料）により形成された板状部材であってもよい。また、上記実施形態では、第２の板状部材として、ベース部材２０を例示したが、金属以外の材料（例えば、樹脂材料）により形成された板状部材であってもよい。なお、上記実施形態のように、第２の板状部材（ベース部材２０）の熱膨張係数（熱膨張率）は、第１の板状部材（セラミックス部材１０）の熱膨張係数とは異なっていてもよいし、同じであってもよい。

本発明は、静電引力を利用してウェハＷを保持する静電チャック１００に限らず、第１の板状部材と、第２の板状部材と、接合部とを備える半導体製造装置用部品（例えば、真空チャック、シャワーヘッド等）にも同様に適用可能である。

１０：セラミックス部材１４：フランジ部１６：上側凹所１８：上側曲面部分１９：下面２０：ベース部材２１：冷媒流路２６：下側凹所２８：下側曲面部分２９：上面３０：接合部３１：側面４０：チャック電極５０：ヒータ電極６０：保護バンド７０：収容部１００：静電チャックＳ１：吸着面Ｗ：ウェハ

Claims

第１の方向に略直交する第１の表面を有すると共に、前記第１の方向視で前記第１の表面の周囲を囲む環状の第１の凹所が形成されている第１の板状部材であって、前記第１の凹所は前記第１の表面側と前記第１の板状部材の外周面側との両方に開口している、第１の板状部材と、
前記第１の板状部材の前記第１の表面側に位置する第２の表面を有すると共に、前記第１の方向視で前記第２の表面の周囲を囲む環状の第２の凹所が形成されている第２の板状部材であって、前記第２の凹所は前記第２の表面側と前記第２の板状部材の外周面側との両方に開口している、第２の板状部材と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置され、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを接合する樹脂製の接合部と、
前記第１の凹所と前記第２の凹所とによって形成される、前記第１の方向視で環状の空間内において前記接合部の外周面を囲むように配置され、前記第１の方向に沿って扁平な環状の保護バンドと、
を備える半導体製造装置用部品において、
前記保護バンドにおける前記第１の方向の一端は、前記第１の凹所内に位置し、かつ、前記第１の凹所を形成する内壁面のうちの第１の曲面部分または前記第１の曲面部分より前記接合部側の部分に接触しており、
前記保護バンドにおける前記第１の方向の他端は、前記第２の凹所内に位置し、かつ、前記第２の凹所を形成する内壁面のうちの第２の曲面部分または前記第２の曲面部分より前記接合部側の部分に接触しており、
前記保護バンドにおける前記一端は、前記第１の曲面部分に接触していることと、前記保護バンドにおける前記他端は、前記第２の曲面部分に接触していることと、の少なくとも一方の要件を満たしている、
ことを特徴とする半導体製造装置用部品。
請求項１に記載の半導体製造装置用部品において、
前記保護バンドは、前記第１の凹所を形成する前記第１の板状部材の内壁面のうち前記第１の曲面部分より接合部側の部分と、前記第２の凹所を形成する内壁面のうちの第２の曲面部分より前記接合部側の部分とに接触している、
ことを特徴とする半導体製造装置用部品。