KR102259717B1 - 웨이퍼 배치대 - Google Patents

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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

정전 척 히터(20)는, 정전 척(22)과 냉각판(40)을 일체화한 것이다. 정전 척(22)의 웨이퍼 배치면(22a)과는 반대측의 면에는 오목부(28)가 형성되어 있다. 저열팽창 계수 금속제의 암나사 부착 단자(30)는, 오목부(28)에 삽입되고, 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하는 접합층(34)에 의해 오목부(28)에 접합되어 있다. 수나사(44)는, 냉각판(40)을 관통하는 관통 구멍(42)에 삽입되고, 암나사 부착 단자(30)에 나사 결합되어 있다. 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)가 나사 결합된 상태에서는, 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유(p)가 마련되어 있다.

Description

웨이퍼 배치대
본 발명은 웨이퍼 배치대에 관한 것이다.
반도체 제조 장치용의 웨이퍼 배치대로서는, 정전 전극을 내장한 세라믹스 플레이트와 그 세라믹스 플레이트를 냉각하는 금속판을 접합한 것이 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에서는, 세라믹스 플레이트와 금속판을 접합할 때에, 양자의 열팽창차를 흡수 가능한 수지 접착층을 이용하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2014-132560호 공보
그러나, 수지 접착층을 이용한 경우, 고온 영역에서의 사용이 제한되거나 프로세스 가스에 의해 부식되거나 한다고 하는 문제가 있었다. 한편, 세라믹스 플레이트와 금속판을 직접 나사로 체결하는 것도 고려되지만, 체결할 때의 체결력이나 열팽창차에 기인하는 응력에 의해 세라믹스 플레이트에 크랙이 발생할 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 고온 영역에서의 사용에 견딜 수 있는 웨이퍼 배치대를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 배치대는,
웨이퍼 배치면을 갖고, 정전 전극 및 히터 전극 중 적어도 한쪽이 내장된 세라믹스 플레이트와,
상기 세라믹스 플레이트 중 상기 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 배치된 금속판과,
상기 세라믹스 플레이트 중 상기 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 형성된 오목부에, 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하는 접합층에 의해 접합된 저열팽창 계수 금속제의 나사 부착 단자와,
상기 금속판을 관통하는 관통 구멍에 삽입되고, 상기 나사 부착 단자에 나사 결합되어 상기 세라믹스 플레이트와 상기 금속판을 체결하는 나사 부재
를 구비하고,
상기 나사 부착 단자와 상기 나사 부재가 나사 결합된 상태에서는, 상기 세라믹스 플레이트에 대해 상기 금속판이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유(play)가 마련되어 있는
것이다.
이 웨이퍼 배치대는, 세라믹스 플레이트의 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 형성된 오목부에 접합된 나사 부착 단자와, 금속판을 관통하는 단차를 갖는 관통 구멍에 삽입된 나사 부재가 나사 결합되어, 세라믹스 플레이트와 금속판이 체결되어 있다. 나사 부착 단자는, 저열팽창 계수를 갖는 금속으로 제조된 것이기 때문에, 그 열팽창 계수는 세라믹스 플레이트에 가까운 값이다. 그 때문에, 고온과 저온에서 반복해서 사용되는 상황이어도, 세라믹스 플레이트와 나사 부착 단자는 열팽창 계수차에 기인하는 열응력에 의해 깨짐 등의 문제가 발생하기 어렵다. 또한, 세라믹스 플레이트의 오목부에 나사 부재와 나사 결합 가능한 나사를 직접 설치한다고 하면, 나사 부재와 나사 결합할 때에 세라믹스 플레이트가 깨질 우려가 있으나, 여기서는 세라믹스 플레이트에 접합된 나사 부착 단자에 나사 부재를 나사 결합하기 때문에, 그러한 우려가 없다. 또한, 나사 부착 단자는, 세라믹스 플레이트의 오목부에 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하는 접합층에 의해 접합되어 있기 때문에, 나사 부착 단자와 세라믹스 플레이트의 접합 강도는 충분히 높다. 또한, 나사 부착 단자와 나사 부재가 나사 결합된 상태에서는, 세라믹스 플레이트에 대해 금속판이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유가 마련되어 있다. 그 때문에, 고온과 저온에서 반복해서 사용되는 상황이어도, 금속판과 세라믹스 플레이트의 열팽창 계수차에 기인하는 열응력을 이 여유로 흡수할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 웨이퍼 배치대에 의하면, 고온 영역에서의 사용에 견딜 수 있다.
한편, 본 명세서에서, 저열팽창 계수란, 선열팽창 계수(CTE)가 0℃∼300℃에서 c×10-6/K(c는 3 이상 10 미만)인 것을 말한다.
본 발명의 웨이퍼 배치대는, 상기 세라믹스 플레이트와 상기 금속판 사이에 비접착성의 열전도 시트를 구비하고 있어도 좋다. 본 발명의 웨이퍼 배치대에서는, 세라믹스 플레이트와 금속판은 나사 부착 단자와 나사 부재를 나사 결합함으로써 체결되어 있기 때문에, 세라믹스 플레이트와 금속판 사이의 열전도 시트에는 접착성은 요구되지 않는다. 그 때문에, 열전도 시트의 선택의 자유도가 높아진다. 예컨대, 세라믹스 플레이트로부터 금속판으로의 발열(拔熱) 성능을 높이고 싶은 경우에는 고열전도 시트를 채용하면 되고, 반대로 발열 성능을 억제하고 싶은 경우에는 저열전도 시트를 채용하면 된다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 세라믹스 미립자는, 표면이 금속으로 피복된 미립자이고, 상기 경납재는, Au, Ag, Cu, Pd, Al 또는 Ni를 베이스 금속으로서 포함하고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 접합층을 형성할 때에, 용융된 경납재가 세라믹스 미립자의 금속으로 피복된 표면을 고루 젖어 퍼지기 쉬워진다. 그 때문에, 나사 부착 단자와 세라믹스 플레이트의 접합 강도가 보다 높아진다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 세라믹스 플레이트의 재료는, AlN 또는 Al2O3인 것이 바람직하다. 상기 금속판의 재료는, Al 또는 Al 합금인 것이 바람직하다. 상기 저열팽창 계수 금속은, Mo, W, Ta, Nb 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택된 1종이거나, 상기 1종의 금속을 포함하는 합금(예컨대 W-Cu라든가 Mo-Cu)이거나, 코바(kovar)(FeNiCo 합금)인 것이 바람직하다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 나사 부착 단자의 선열팽창 계수는, 상기 세라믹스 플레이트의 선열팽창 계수의 ±25%의 범위 내인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 고온 영역에서의 사용에 보다 견디기 쉬워진다.
도 1은 플라즈마 처리 장치(10)의 구성의 개략을 도시한 설명도이다.
도 2는 정전 척 히터(20)의 단면도이다.
도 3은 도 2의 2점 쇄선의 원으로 둘러싼 부분의 확대도이다.
도 4는 오목부(28)와 암나사 부착 단자(30)를 접합하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 5는 정전 척 히터(20)의 이면도이다.
도 6은 다른 실시형태의 부분 확대도이다.
도 7은 다른 실시형태의 부분 확대도이다.
도 8은 트리밍 영역(36b)을 갖는 열전도 시트(36)의 평면도이다.
다음으로, 본 발명의 웨이퍼 배치대의 적합한 일 실시형태인 정전 척 히터(20)에 대해 이하에 설명한다. 도 1은 정전 척 히터(20)를 포함하는 플라즈마 처리 장치(10)의 구성의 개략을 도시한 설명도, 도 2는 정전 척 히터(20)의 단면도, 도 3은 도 2의 2점 쇄선의 원으로 둘러싼 부분의 확대도, 도 4는 오목부(28)와 암나사 부착 단자(30)를 접합하는 공정을 나타내는 설명도, 도 5는 정전 척 히터(20)의 이면도이다. 한편, 도 4의 상하 관계는 도 2와 반대로 되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내압을 조정 가능한 금속제(예컨대 Al 합금제)의 진공 챔버(12)의 내부에, 정전 척 히터(20)와 플라즈마를 발생시킬 때에 이용하는 상부 전극(60)이 설치되어 있다. 상부 전극(60) 중 정전 척 히터(20)와 대향하는 면에는, 반응 가스를 웨이퍼면에 공급하기 위한 다수의 작은 구멍이 뚫려져 있다. 진공 챔버(12)는, 반응 가스 도입로(14)로부터 반응 가스를 상부 전극(60)에 도입 가능하고, 배기 통로(16)에 접속된 진공 펌프에 의해 진공 챔버(12)의 내압을 소정의 진공도까지 감압 가능하다.
정전 척 히터(20)는, 플라즈마 처리를 실시하는 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면(22a)에 흡착 가능한 정전 척(22)과, 정전 척(22)의 이면에 배치된 냉각판(40)을 구비하고 있다. 한편, 웨이퍼 배치면(22a)은, 전면(全面)에 걸쳐 높이가 수 ㎛인 도시하지 않은 돌기가 다수 형성되어 있다. 웨이퍼 배치면(22a)에 배치된 웨이퍼(W)는, 이들 돌기의 상면에 지지된다. 또한, 웨이퍼 배치면(22a) 중 돌기가 형성되어 있지 않은 평면의 여러 곳에는, He 가스가 도입되도록 되어 있다.
정전 척(22)은, 외부 직경이 웨이퍼(W)의 외부 직경보다 작은 세라믹제(예컨대 AlN제라든가 Al2O3제)의 플레이트이다. 이 정전 척(22)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 정전 전극(24)과 히터 전극(26)이 매설되어 있다. 정전 전극(24)은, 직류 전압을 인가 가능한 평면형의 전극이다. 이 정전 전극(24)에 직류 전압이 인가되면 웨이퍼(W)는 쿨롱력 또는 존슨·라벡력에 의해 웨이퍼 배치면(22a)에 흡착 고정되고, 직류 전압의 인가를 해제하면 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배치면(22a)에의 흡착 고정이 해제된다. 히터 전극(26)은, 일필서의 요령으로 전면에 걸쳐 패턴 형성된 저항선이다. 이 히터 전극(26)에 전압이 인가되면, 히터 전극(26)은 발열(發熱)하여 웨이퍼 배치면(22a)의 전면을 가열한다. 히터 전극(26)은, 코일 형상, 리본 형상, 메시 형상, 판형 또는 막형이고, 예컨대 W, WC, Mo 등에 의해 형성되어 있다. 정전 전극(24)이나 히터 전극(26)에는, 냉각판(40) 및 정전 척(22)에 삽입된 도시하지 않은 급전 부재에 의해 전압을 인가 가능하다.
정전 척(22) 중 웨이퍼 배치면(22a)과는 반대측의 면에는, 오목부(28)가 형성되어 있다. 오목부(28)는, 예컨대 스폿 페이싱 구멍이다. 오목부(28)에는, 암나사 부착 단자(30)가 삽입되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 암나사 부착 단자(30)와 오목부(28)는, 접합층(34)에 의해 접합되어 있다. 암나사 부착 단자(30)는, 저열팽창 계수 금속으로 제조된 바닥이 있는 통형의 부재이고, 통형의 부분이 암나사(32)로 되어 있다. 저열팽창 계수란, 선열팽창 계수(CTE)가 0℃∼300℃에서 c×10-6/K(c는 3 이상 10 미만, 바람직하게는 5 이상 7 이하)인 것을 말한다. 저열팽창 계수 금속으로서는, 예컨대, Mo, W, Ta, Nb, Ti 등의 고융점 금속 외에, 이들 고융점 금속의 하나를 주성분으로 하는 합금(예컨대 W-Cu, Mo-Cu)이나 코바(FeNiCo 합금) 등을 들 수 있다. 저열팽창 계수 금속의 CTE는, 정전 척(22)에 이용되는 세라믹스의 CTE와 같은 정도의 것이 바람직하고, 그 세라믹스의 CTE의 ±25%의 범위 내의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 고온 영역에서의 사용에 보다 견디기 쉬워진다. 예컨대, 정전 척(22)에 이용되는 세라믹스가 AlN[4.6×10-6/K(40℃∼400℃)]인 경우에는, 저열팽창 계수 금속으로서 Mo나 W를 선택하는 것이 바람직하다. 정전 척(22)에 이용되는 세라믹스가 Al2O3[7.2×10-6/K(40℃∼400℃)]인 경우에는, 저열팽창 계수 금속으로서 Mo를 선택하는 것이 바람직하다.
접합층(34)은, 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하고 있다. 세라믹스 미립자로서는, Al2O3 미립자나 AlN 미립자 등을 들 수 있다. 세라믹스 미립자는, 도금이나 스퍼터 등에 의해 표면이 금속(예컨대 Ni)으로 피복된 것이 바람직하다. 세라믹스 미립자의 평균 입자 직경은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도이다. 평균 입자 직경이 하한을 하회하면, 접합층(34)의 밀착성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않고, 평균 입자 직경이 상한을 상회하면, 불균질성이 현저해지기 때문에 내열 특성 등이 열화되는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 경납재로서는, Au, Ag, Cu, Pd, Al, Ni 등의 금속을 베이스로 한 납땜재를 들 수 있다. 정전 척 히터(20)의 사용 환경 온도가 500℃ 이하인 경우, 경납재로서는, Al계 납땜재, 예컨대, BA4004(Al-10Si-1.5Mg) 등이 적합하게 사용된다. 정전 척 히터(20)의 사용 환경 온도가 500℃ 이상인 경우, 경납재로서는, Au, BAu-4(Au-18Ni), BAg-8(Ag-28Cu) 등이 적합하게 사용된다. 세라믹스 미립자의 경납재에 대한 충전 밀도는, 체적비로 30% 내지 90%가 바람직하고, 40% 내지 70%가 보다 바람직하다. 세라믹스 미립자의 충전 밀도를 올리는 것은, 접합층(34)의 선열팽창 계수를 내리는 데에는 유리하지만, 너무 충전 밀도를 높게 하는 것은, 접합 강도의 열화를 수반하는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 세라믹스 미립자의 충전 밀도를 지나치게 낮게 하면, 접합층(34)의 선열팽창 계수가 충분히 내려가지 않을 우려가 있기 때문에 유의가 필요하다. 세라믹스 미립자는, 금속으로 피복되어 있기 때문에, 경납재와의 젖음성이 양호해진다. 세라믹스 미립자를 금속으로 피복하는 방법으로서는, 스퍼터링이나 도금 등을 이용할 수 있다.
정전 척(22)의 오목부(28)에 암나사 부착 단자(30)를 삽입하여 접합하는 방법의 일례로서는, 먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 오목부(28)의 표면에 세라믹스 미립자(34a)를 거의 균일하게 깐 후에, 그 세라믹스 미립자(34a)의 층의 적어도 일부를 피복하도록 판형 또는 분체형의 경납재(34b)를 배치하고, 그 후, 암나사 부착 단자(30)를 삽입한다. 다음으로, 암나사 부착 단자(30)를 오목부(28)에 대해 가압한 상태에서, 소정의 온도로 가열하여 경납재(34b)를 용융시켜 세라믹스 미립자(34a)의 층에 침투시킨다. 세라믹스 미립자(34a)로서 표면이 금속으로 피복된 것을 이용하면, 용융된 경납재(34b)가 세라믹스 미립자(34a)의 금속으로 피복된 표면을 고루 젖어 퍼지기 쉬워지기 때문에 세라믹스 미립자(34a)의 층에 침투하기 쉬워진다. 경납재(34b)를 용융시키는 온도로서는, 사용하는 경납재(34b)가 용융되어, 세라믹스 미립자(34a)의 층에 침투해 갈 필요가 있기 때문에, 통상은 상기 경납재(34b)의 융점보다 10℃∼150℃ 높은 온도, 바람직하게는 융점보다 10℃∼50℃ 높은 온도가 적당하다. 그 후, 냉각 처리를 행한다. 냉각 시간은 적절히 설정하면 되는데, 예컨대 1시간 내지 10시간의 범위에서 설정한다. 이렇게 함으로써, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 정전 척(22)의 오목부(28)와 암나사 부착 단자(30)는 접합층(34)을 통해 확실히 접합된다.
냉각판(40)은, 금속제(예컨대 Al제라든가 Al 합금제)의 부재이다. 이 냉각판(40)은, 도시하지 않은 외부 냉각 장치에 의해 냉각된 냉매(예컨대 물)가 순환하는 냉매 통로를 갖고 있다. 냉각판(40) 중 정전 척(22)의 오목부(28)와 대향하는 위치에는, 단차(42c)를 갖는 관통 구멍(42)이 형성되어 있다. 이러한 관통 구멍(42)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 원형의 냉각판(40)을 이면에서 보았을 때에, 작은 원을 따라 등간격으로 복수 개(여기서는 4개), 큰 원을 따라 등간격으로 복수 개(여기서는 12개) 형성되어 있다. 관통 구멍(42)은, 단차(42c)를 경계로 하여, 정전 척(22)과 반대측의 부분이 대직경 부분(42a), 정전 척(22)측이 소직경 부분(42b)으로 되어 있다. 관통 구멍(42)에는, 수나사(44)가 삽입 관통되어 있다. 수나사(44)로서는, 예컨대 스테인리스강으로 제작된 것을 이용할 수 있다. 수나사(44)는, 나사 머리부(44a)가 관통 구멍(42)의 단차(42c)에 접촉한 상태에서, 나사 다리부(44b)가 암나사 부착 단자(30)의 암나사(32)에 나사 결합되어 있다. 즉, 수나사(44)는, 냉각판(40)의 단차(42c)와 정전 척(22)의 암나사 부착 단자(30)의 거리가 근접하도록 암나사 부착 단자(30)의 암나사(32)에 나사 결합되어 있다. 이와 같이 하여 정전 척(22)과 냉각판(40)은 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)에 의해 체결되어 있다. 또한, 나사 머리부(44a)의 직경은 관통 구멍(42)의 대직경 부분보다 작고, 나사 다리부(44b)의 직경은 관통 구멍(42)의 소직경 부분보다 작다. 그 때문에, 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)가 나사 결합된 상태에서는, 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유(p)(도 3에서 좌우 방향의 간극)가 마련되어 있다.
열전도 시트(36)는, 내열성 및 절연성을 구비한 수지로 이루어지는 층이고, 정전 척(22)과 냉각판(40) 사이에 배치되어, 정전 척(22)의 열을 냉각판(40)에 전달하는 역할을 수행하고 있다. 이 열전도 시트(36)는, 접착성을 갖고 있지 않다. 열전도 시트(36) 중 정전 척(22)의 오목부(28)와 대향하는 위치에는 관통 구멍(36a)이 뚫려져 있다. 정전 척(22)으로부터 냉각판(40)으로의 발열(拔熱)을 효율적으로 행하고 싶은 경우에는, 열전도 시트(36)로서 열전도도가 높은 시트를 채용한다. 한편, 정전 척(22)으로부터 냉각판(40)으로의 발열을 억제하고 싶은 경우에는, 열전도 시트(36)로서 열전도도가 낮은 시트를 채용한다. 열전도 시트(36)로서는, 예컨대 폴리이미드 시트[예컨대 캡톤 시트(캡톤은 등록 상표)나 베스펠 시트(베스펠은 등록 상표)], PEEK 시트 등을 들 수 있다. 이러한 내열성이 높은 수지 시트는 통상 딱딱하기 때문에, 정전 척(22)과 냉각판(40)을 접착하는 층으로서 이용한 경우에는 정전 척(22)과 냉각판(40)의 열팽창차에 의해 시트가 박리되거나 파손되거나 한다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다. 본 실시형태에서는, 이러한 시트를 비접착 상태의 열전도 시트(36)로서 이용하기 때문에, 그러한 문제가 발생할 우려가 없다.
다음으로, 이렇게 해서 구성된 플라즈마 처리 장치(10)의 사용예에 대해 설명한다. 먼저, 진공 챔버(12) 내에 정전 척 히터(20)를 설치한 상태에서, 웨이퍼(W)를 정전 척(22)의 웨이퍼 배치면(22a)에 배치한다. 그리고, 진공 챔버(12) 내를 진공 펌프에 의해 감압하여 소정의 진공도가 되도록 조정하고, 정전 척(22)의 정전 전극(24)에 직류 전압을 가하여 쿨롱력 또는 존슨·라벡력을 발생시켜, 웨이퍼(W)를 정전 척(22)의 웨이퍼 배치면(22a)에 흡착 고정한다. 또한, 웨이퍼 배치면(22a) 상의 도시하지 않은 돌기에 지지된 웨이퍼(W)와 웨이퍼 배치면(22a) 사이에 He 가스를 도입한다. 다음으로, 진공 챔버(12) 내를 소정 압력(예컨대 수 10 ㎩∼수 100 ㎩)의 반응 가스 분위기로 하고, 이 상태에서, 진공 챔버(12) 내의 상부 전극(60)과 정전 척(22)의 정전 전극(24) 사이에 고주파 전압을 인가하여, 플라즈마를 발생시킨다. 한편, 정전 전극(24)에는 정전기력을 발생시키기 위한 직류 전압과 고주파 전압의 양방이 인가되는 것으로 하였으나, 고주파 전압은 정전 전극(24) 대신에 냉각판(40)에 인가되는 것으로 해도 좋다. 그리고, 발생한 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 에칭된다. 웨이퍼(W)의 온도는, 미리 설정된 목표 온도가 되도록 제어된다.
여기서, 본 실시형태의 구성 요소와 본 발명의 구성 요소의 대응 관계를 명백히 한다. 본 실시형태의 정전 척 히터(20)가 본 발명의 웨이퍼 배치대에 상당하고, 정전 척(22)이 세라믹스 플레이트에 상당하며, 냉각판(40)이 금속판에 상당하고, 암나사 부착 단자(30)가 나사 부착 단자에 상당하며, 수나사(44)가 나사 부재에 상당한다.
이상 상세히 서술한 정전 척 히터(20)에서는, 암나사 부착 단자(30)는, 저열팽창 계수 금속으로 제조된 것이기 때문에, 그 열팽창 계수는 정전 척(22)에서 이용되고 있는 세라믹스에 가까운 값이다. 그 때문에, 고온과 저온에서 반복해서 사용되는 상황이어도, 정전 척(22)과 암나사 부착 단자(30)는 열팽창 계수차에 기인하는 열응력에 의해 깨짐 등의 문제가 발생하기 어렵다. 또한, 정전 척(22)의 오목부(28)에 수나사(44)와 나사 결합 가능한 암나사를 직접 설치한다고 하면, 수나사(44)와 나사 결합할 때에 정전 척(22)이 깨질 우려가 있으나, 여기서는 정전 척(22)에 접합된 암나사 부착 단자(30)에 수나사(44)를 나사 결합하기 때문에, 그러한 우려가 없다. 또한, 암나사 부착 단자(30)는, 정전 척(22)의 오목부(28)에 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하는 접합층(34)에 의해 접합되어 있기 때문에, 암나사 부착 단자(30)와 정전 척(22)의 접합은 인장 강도로 100 kgf 이상으로 충분히 높다[이러한 종류의 접합층(34)에 대해서는 일본 특허 제3315919호 공보, 일본 특허 제3792440호 공보, 일본 특허 제3967278호 공보를 참조]. 또한, 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)가 나사 결합된 상태에서는, 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유(p)가 마련되어 있다. 그 때문에, 고온과 저온에서 반복해서 사용되는 상황이어도, 냉각판(40)과 정전 척(22)의 열팽창차에 의한 변위를 이 여유(p)로 흡수할 수 있다. 예컨대, 도 3의 일점 쇄선은 냉각판(40)이 열팽창차에 의해 정전 척(22)에 대해 늘어났을 때의 모습을 도시한다. 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 신축한 경우, 나사 머리부(44a)는 단차(42c)의 면 상을 미끄럼 이동 가능하고, 나사 다리부(44b)는 관통 구멍(42)의 소직경 부분(42b)을 도 3에서 좌우 방향으로 이동 가능하기 때문에, 정전 척(22)이 용이하게 파손되거나 하는 일은 없다. 이와 같이, 전술한 정전 척 히터(20)에 의하면, 고온 영역에서의 사용에 견딜 수 있다. 또한 오목부(28) 내에 암나사 부착 단자(30)를 접합함으로써, 수나사(44)가 프로세스 분위기에 폭로되어 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 정전 척 히터(20)는 정전 척(22)과 냉각판(40) 사이에 비접착성의 열전도 시트(36)를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 정전 척(22)과 냉각판(40)은 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)를 나사 결합함으로써 체결되어 있기 때문에, 열전도 시트(36)에는 접착성은 요구되지 않는다. 그 때문에, 열전도 시트(36)의 선택의 자유도가 높아진다. 예컨대, 정전 척(22)으로부터 냉각판(40)으로의 발열 성능을 높이고 싶은 경우에는 고열전도 시트를 채용하면 되고, 반대로 발열 성능을 억제하고 싶은 경우에는 저열전도 시트를 채용하면 된다. 또한, 이러한 열전도 시트(36)는, 암나사 부착 단자(30)나 수나사(44)가 프로세스 분위기(플라즈마 등)에 폭로되는 것을 방지하는 역할도 수행한다.
또한, 접합층(34)을 구성하는 세라믹스 미립자는, 표면이 금속으로 피복된 미립자이고, 경납재는, Au, Ag, Cu, Pd, Al 또는 Ni를 베이스 금속으로서 포함하고 있다. 그 때문에, 암나사 부착 단자(30)와 정전 척(22)의 접합 강도가 보다 높아진다.
한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)를 예시하였으나, 특별히 이것에 한하지 않는다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 정전 척(22)의 오목부(28)에 접합층(34)을 통해 수나사 부착 단자(130)를 접합하고, 그 수나사 부착 단자(130)와 냉각판(40)의 단차(42c)의 거리가 근접하도록 너트(암나사)(144)로 체결해도 좋다. 이 경우, 너트(144)의 직경은 관통 구멍(42)의 대직경 부분(42a)보다 작고, 수나사 부착 단자(130)의 수나사 부분(130a)의 직경은 관통 구멍(42)의 소직경 부분(42b)보다 작다. 그 때문에, 수나사 부착 단자(130)와 너트(144)가 나사 결합된 상태에서는, 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유가 마련되어 있다. 따라서, 도 6의 구성에 의하면, 전술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 냉각판(40)의 관통 구멍(42)으로서 단차(42c)를 갖는 것을 예시하였으나, 특별히 이것에 한하지 않는다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 단차가 없는 스트레이트 형상의 관통 구멍(142)을 형성하고, 수나사(44)의 나사 다리부(44b)를 정전 척(22)의 암나사 부착 단자(30)에 나사 결합한 상태에서는 나사 머리부(44a)가 냉각판(40)의 하면에 접촉하도록 해도 좋다. 정전 척(22)에 대해 냉각판(40)이 신축한 경우, 나사 머리부(44a)는 냉각판(40)의 하면 상을 미끄럼 이동 가능하고, 나사 다리부(44b)는 관통 구멍(142)을 도 7에서 좌우 방향으로 이동 가능하기 때문에, 정전 척(22)이 파손되거나 하는 일은 없다. 따라서, 도 7의 구성에 의하면, 전술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
전술한 실시형태에 있어서, 나사 머리부(44a)와 단차(42c) 사이에 와셔나 스프링을 개재시켜도 좋다. 이렇게 하면, 암나사 부착 단자(30)와 수나사(44)의 나사 결합 상태에 헐거움이 발생하기 어려워진다. 마찬가지로, 도 6의 너트(144)와 단차(42c) 사이나 도 7의 나사 머리부(44a)와 냉각판(40)의 하면 사이에 와셔나 스프링을 개재시켜도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 열전도 시트(36)는, 접착성을 갖고 있지 않은 것으로 하였으나, 필요에 따라 접착성을 갖는 것을 이용해도 좋다. 그 경우, 열전도 시트(36)는, 정전 척(22)과 냉각판(40)의 열팽창차에 의해 발생하는 열응력에 의해 박리되거나 파손되거나 하지 않을 정도의 탄성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
전술한 실시형태에서는, 정전 척(22)은 정전 전극(24)과 히터 전극(26)의 양방을 구비한 것으로 하였으나, 어느 한쪽을 구비한 것으로 해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 열전도 시트(36)를 부분적으로 트리밍해도 좋다. 도 8은 트리밍 영역(36b)을 갖는 열전도 시트(36)의 평면도이다. 이 트리밍 영역(36b)에는, 복수 개의 구멍이 형성되어 있다. 이렇게 하면, 정전 척(22)(세라믹 플레이트)으로부터의 발열을 국소적으로 컨트롤할 수 있고, 실제의 사용 환경에 맞춰 용이하게 균열성(均熱性)을 조정할 수 있다. 그 때문에, 고균열의 정전 척 히터(20)를 실현할 수 있다.
전술한 실시형태에 있어서, 고진공 환경하에서의 시일 특성을 확보하거나 열전도 시트의 부식을 방지하거나 하기 위해서, 열전도 시트(36)의 최외주에 O링이나 메탈 시일을 배치해도 좋다.
본 출원은 2016년 8월 26일에 출원된 일본국 특허 출원 제2016-166086호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 반도체 제조 장치에 이용 가능하다.
10: 플라즈마 처리 장치 12: 진공 챔버
14: 반응 가스 도입로 16: 배기 통로
20: 정전 척 히터 22: 정전 척
22a: 웨이퍼 배치면 24: 정전 전극
26: 히터 전극 28: 오목부
30: 암나사 부착 단자 32: 암나사
34: 접합층 34a: 세라믹스 미립자
34b: 경납재 36: 열전도 시트
36a: 관통 구멍 36b: 트리밍 영역
40: 냉각판 42: 관통 구멍
42a: 대직경 부분 42b: 소직경 부분
42c: 단차 44: 수나사
44a: 나사 머리부 44b: 나사 다리부
60: 상부 전극 130: 수나사 부착 단자
130a: 수나사 부분 142: 관통 구멍
144: 너트 p: 여유

Claims (5)

  1. 웨이퍼 배치면을 갖고, 정전 전극 및 히터 전극 중 적어도 한쪽이 내장된 세라믹스 플레이트와,
    상기 세라믹스 플레이트 중 상기 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 배치된 금속판과,
    상기 세라믹스 플레이트 중 상기 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 형성된 오목부에, 세라믹스 미립자와 경납재를 포함하는 접합층에 의해 접합된 저열팽창 계수 금속제의 나사 부착 단자와,
    상기 금속판을 관통하는 관통 구멍에 삽입되고, 상기 나사 부착 단자에 나사 결합되어 상기 세라믹스 플레이트와 상기 금속판을 체결하는 나사 부재
    를 구비하고,
    상기 나사 부착 단자와 상기 나사 부재가 나사 결합된 상태에서는, 상기 세라믹스 플레이트에 대해 상기 금속판이 열팽창차에 의해 변위할 때의 방향으로 여유(play)가 마련되어 있고,
    상기 세라믹스 플레이트와 상기 금속판 사이에 비접착성의 열전도 시트를 구비하고,
    상기 열전도 시트는 절연성을 구비하고 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹스 미립자는, 표면이 금속으로 피복된 미립자이고,
    상기 경납재는, Au, Ag, Cu, Pd, Al 또는 Ni를 베이스 금속으로서 포함하고 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹스 플레이트의 재료는, AlN 또는 Al2O3이고,
    상기 금속판의 재료는, Al 또는 Al 합금이며,
    상기 저열팽창 계수 금속은, Mo, W, Ta, Nb 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택된 1종이거나, 상기 1종의 금속을 포함하는 합금이거나, 코바(kovar)인 것인 웨이퍼 배치대.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나사 부착 단자의 선열팽창 계수는, 상기 세라믹스 플레이트의 선열팽창 계수의 ±25%의 범위 내인 것인 웨이퍼 배치대.
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