KR20200036791A - 반도체 제조 장치용 부재 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조 장치용 부재는, 상면에 웨이퍼 배치면을 가지며, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와, 세라믹 플레이트의 하면측에 배치되고, 링형의 접합부에서 세라믹 플레이트와 세라믹 접합된 세라믹제의 치밀질 플러그와, 링형의 접합부 이외의 부분에서 세라믹 플레이트의 하면에 접합된 금속제의 냉각 플레이트와, 가스 유로를 구비하고 있다. 가스 유로는, 세라믹 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 가스 방출 구멍과, 치밀질 플러그의 상면측과 하면측을 굴곡하면서 관통하고, 가스 방출 구멍과 연통하는 가스 내부 유로를 가지며, 링형의 접합부의 내주보다 내측을 통과한다.

Description

반도체 제조 장치용 부재{MEMBER FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 반도체 제조 장치용 부재에 관한 것이다.
종래부터, 여러가지 반도체 제조 장치용 부재가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1의 반도체 제조 장치용 부재는, 상면에 웨이퍼 배치면을 갖는 정전 척의 하면에 금속제의 냉각 플레이트가 접합된 것이다. 냉각 플레이트는 가스 공급 구멍을 갖고 있다. 정전 척은, 가스 공급 구멍과 연통하는 바닥이 있는 통형상 구멍과, 바닥이 있는 통형상 구멍의 바닥면으로부터 웨이퍼 배치면까지 관통하는 가스 방출 구멍을 갖고 있다. 정전 척에는, 다공질 플러그가, 바닥이 있는 통형상 구멍에 끼워진 상태로 수지제의 접착제를 통해 접착되어 있다. 또한, 예컨대 특허문헌 2의 반도체 제조 장치용 부재는, 상면에 웨이퍼 배치면을 갖는 정전 척의 하면에 중간 플레이트를 통해 냉각 플레이트가 배치된 것이다. 냉각 플레이트는 가스 공급 구멍을 갖고 있다. 정전 척은, 하면으로부터 웨이퍼 배치면까지 관통하는 가스 방출 구멍을 갖고 있다. 중간 플레이트는, 냉각 플레이트와 함께, 가스 공급 구멍 및 가스 방출 구멍과 연통하는 비어 있는 곳을 형성하고, 이 비어 있는 곳에 치밀질 플러그가 배치되어 있다. 치밀질 플러그는, 상면측과 하면측을 굴곡하면서 관통하는 가스 내부 유로를 갖고 있다. 이들 반도체 제조 장치용 부재는 챔버 내에서 웨이퍼 배치면에 웨이퍼를 배치하고, 챔버 내에 원료 가스를 도입함과 더불어 냉각 플레이트에 플라즈마를 일으키기 위한 RF 전압을 인가하는 것에 의해, 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼의 처리를 행한다. 이 때, 가스 공급 구멍에는 헬륨 등의 백사이드 가스가 도입된다. 백사이드 가스는, 가스 공급 구멍으로부터, 다공질 플러그의 공극 또는 치밀질 플러그의 가스 내부 유로를 거쳐, 가스 방출 구멍을 통과하여 웨이퍼의 이면에 공급된다.
일본 특허 공개 제2013-232641호 공보 미국 특허 출원 공개 제2017/0243726호 명세서
그러나, 특허문헌 1에서는, 바닥이 있는 통형상 구멍에 다공질 플러그를 수지제의 접착제를 통해 접착하지만, 수지제의 접착제는, 장기간 사용함에 따라 열화하는 경우가 있었다. 이렇게 하여 열화한 부분은 절연 파괴의 하나의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 다공질 플러그는 절연 내압이 낮다는 문제도 있었다. 이것도 절연 파괴의 하나의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 특허문헌 2에서는, 비어 있는 곳에 치밀질 플러그를 배치할 뿐이기 때문에, 치밀질 플러그와 비어 있는 곳의 내면 사이에 간극이 생기는 경우가 있었다. 이러한 간극도 절연 파괴의 하나의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다. 비어 있는 곳에 치밀질 플러그를 수지제의 접착제를 통해 접착하여 간극이 생기는 것을 억제하더라도, 전술한 바와 같이, 수지제의 접착제는 장기간 사용함에 따라 열화하는 경우가 있어, 절연 파괴의 하나의 원인이 되는 경우가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 종래에 비교하여 절연 파괴되기 어렵게 하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 반도체 제조 장치용 부재는,
상면에 웨이퍼 배치면을 가지며, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와,
상기 세라믹 플레이트의 하면측에 배치되고, 링형의 접합부에서 상기 세라믹 플레이트와 세라믹 접합된 세라믹제의 치밀질 플러그와,
상기 접합부 이외의 부분에서 상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합된 금속제의 냉각 플레이트와,
상기 세라믹 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 가스 방출 구멍과, 상기 치밀질 플러그의 상면측과 하면측을 굴곡하면서 관통하고, 상기 가스 방출 구멍과 연통하는 가스 내부 유로를 가지며, 상기 접합부의 내주보다 내측을 통과하는 가스 유로
를 구비한 반도체 제조 장치용 부재.
이 반도체 제조 장치용 부재에서는, 세라믹 플레이트와 세라믹제의 치밀질 플러그가 링형의 접합부에서 세라믹 접합되어 있다. 즉, 세라믹 플레이트와 치밀질 플러그의 접합 부분은 세라믹이다. 이 때문에, 양자를 수지제의 접착제를 이용하여 접착하는 경우보다 접합부의 열화가 생기기 어렵다. 또한, 치밀질 플러그는, 다공질 플러그에 비교하여 절연 내압이 높다. 또한, 치밀질 플러그의 가스 내부 유로는 상면으로부터 하면까지 굴곡하면서 관통하고 있기 때문에, 가스 내부 유로가 상면으로부터 하면까지 똑바로 관통하는 경우보다 가스 내부 유로 길이는 길어지고, 이 가스 내부 유로를 통해 방전이 일어나는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 종래에 비교하여 절연 파괴가 생기기 어렵다는 효과가 얻어진다.
본 명세서에서, 「상」「하」는, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것이 아니라, 상대적인 위치 관계를 나타내는 것이다. 그 때문에, 세라믹 히터의 방향에 의해 「상」「하」는, 「하」「상」이 되거나, 「좌」「우」가 되거나, 「전」「후」가 되거나 한다.
또한, 본 명세서에서 「세라믹 접합」이란, 세라믹끼리 세라믹으로 접합되어 있는 것을 말한다. 세라믹 플레이트와 치밀질 플러그는, 예컨대 소결 접합이나 확산 접합 등의 고상 접합으로 접합되어 있어도 좋다. 소결 접합은, 세라믹 분체를 접합 계면에 삽입하여, 가압력을 가하면서 가열하고 소결시켜 접합하는 방법이다. 확산 접합은, 세라믹끼리 직접 접촉시킨 채로 가압하에 가열하고, 구성 원소를 확산시켜 접합하는 방법이다. 또한, 세라믹 플레이트와 치밀질 플러그는, 예컨대 세라믹스성 접착제로 접착되어 있어도 좋다.
또, 치밀질 플러그의 기공률은 0.1% 미만인 것이 바람직하다. 또한, 가스 내부 유로는, 상측에서 봤을 때에 상면의 개구로부터 하면의 개구가 보이지 않는 것이 바람직하다. 치밀질 플러그의 세라믹은 고순도(예컨대 순도 99% 이상)인 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 접합부는 세라믹 소결체인 것이 바람직하다. 접합부가 소결체가 아닌 것, 예컨대 접합부가 세라믹스성 접착제를 경화만 시킨 것보다, 절연 내압이 높기 때문이다.
본 발명의 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 치밀질 플러그의 상면에는, 상기 가스 방출 구멍 및 상기 가스 내부 유로에 연통하고 상기 가스 내부 유로보다 개구가 큰 오목부가 설치되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 가스 내부 유로가 가스 내부 유로보다 개구가 큰 오목부를 통해 가스 방출 구멍과 연통하기 때문에, 가스 방출 구멍과 가스 내부 유로의 위치 맞춤이 용이해진다. 이러한 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 가스 방출 구멍은 복수의 가스 세공으로 구성되고, 상기 오목부는, 상기 복수의 가스 세공과 연통하고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 오목부를 통해 복수의 가스 세공에 가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 가스 내부 유로는, 나선형 또는 지그재그형의 통로로 해도 좋다. 이렇게 하면, 가스 내부 유로를 통해 방전이 일어나는 것을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 냉각 플레이트는, 상면에 개구된 통형상 구멍을 가지며, 상기 치밀질 플러그의 적어도 일부는, 상기 통형상 구멍 내에 배치되어 있어도 좋다. 또, 통형상 구멍은 바닥이 있어도 좋고 바닥이 없어도 좋다. 이러한 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 상기 치밀질 플러그는, 상기 가스 내부 유로를 갖는 기둥형의 플러그 본체와, 상기 플러그 본체로부터 하측으로 돌출된 통형의 스커트부를 갖고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 통형상 구멍에 노출된 금속을 스커트부가 덮기 때문에, 절연 거리를 길게 할 수 있다.
도 1은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 종단면도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 치밀질 플러그(30) 및 접합부(32)의 상면도.
도 4는 반도체 제조 장치용 부재(10)의 제조 공정도.
도 5는 치밀질 플러그(30)의 다른 예의 종단면도.
도 6은 치밀질 플러그(30)의 다른 예의 종단면도.
도 7은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 다른 예의 부분 확대도.
도 8은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 다른 예의 부분 확대도.
도 9는 반도체 제조 장치용 부재(10)의 다른 예의 부분 확대도.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 종단면도, 도 2는 도 1의 부분 확대도, 도 3은 치밀질 플러그(30) 및 접합부(32)의 상면도이다.
반도체 제조 장치용 부재(10)는, 세라믹 플레이트(20)와, 치밀질 플러그(30)와, 냉각 플레이트(40)와, 가스 유로(50)를 구비하고 있다.
세라믹 플레이트(20)는, 알루미나 소결체 등의 세라믹제의 원판(예컨대 직경 300 mm, 두께 5 mm)이다. 세라믹 플레이트(20)의 상면(20a)은 웨이퍼 배치면으로 되어 있다. 세라믹 플레이트(20)는, 정전 전극(22) 및 히터 전극(24)을 내장하고, 두께 방향으로 관통하는 가스 방출 구멍(25)(예컨대 직경 0.5 mm)을 복수 갖고 있다. 세라믹 플레이트(20)의 상면(20a)에는, 엠보스 가공에 의해 도시하지 않은 요철이 설치되어 있고, 오목부의 바닥면에 가스 방출 구멍(25)이 개구되어 있다. 정전 전극(22)은, 평면형의 전극이며, 도시하지 않은 급전 막대를 통해 직류 전압이 인가된다. 이 정전 전극(22)에 직류 전압이 인가되면 웨이퍼(W)는 정전 흡착력에 의해 웨이퍼 배치면에 흡착 고정되고, 직류 전압의 인가를 해제하면 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배치면에 대한 흡착 고정이 해제된다. 히터 전극(24)은, 히터선의 한쪽 단자로부터 다른쪽 단자까지 끊기지 않고 하나로 이어져 웨이퍼 배치면의 전체면에 걸쳐 배선된 것이다. 이 히터 전극(24)에는, 도시하지 않은 급전 막대를 통해 전력이 공급된다. 정전 전극(22)도 히터 전극(24)도, 가스 방출 구멍(25)에 노출되지 않도록 형성되어 있다. 이러한 세라믹 플레이트(20)는 정전 척 히터로 칭해진다. 또, 도 1 이외의 도면에서는, 정전 전극(22) 및 히터 전극(24)의 도시를 생략했다.
치밀질 플러그(30)는, 세라믹 플레이트(20)와 동종의 세라믹제의 플러그(예컨대 외경 4 mm, 전체 길이 4 mm)이며, 가스 방출 구멍(25)의 각각에 대응하여 설치되어 있다. 치밀질 플러그(30)는, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)과 하면(30b)을 나선형으로 굴곡하면서 관통하는 가스 내부 유로(35)를 갖고 있다. 가스 내부 유로(35)는, 상측에서 봤을 때에 외주가 원형이 되는 매끄러운 나선형(예컨대 권취 직경 20 mm, 피치 0.7 mm, 유로 단면 직경 0.1 mm)으로 되어 있다(도 3 참조). 이 가스 내부 유로(35)는, 세라믹 플레이트(20)의 가스 방출 구멍(25)과 연통하고 있다. 치밀질 플러그(30)는, 가스 내부 유로(35)를 갖는 기둥형의 플러그 본체(33)와, 플러그 본체(33)로부터 하측으로 돌출된 통형의 스커트부(34)(예컨대 내경 3 mm, 길이 3 mm)를 갖고 있다. 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)에는, 가스 방출 구멍(25) 및 가스 내부 유로(35)에 연통하고, 가스 내부 유로(35)보다 개구가 큰 오목부(36)(예컨대 내경 3 mm, 깊이 0.1 mm)가 설치되어 있다. 치밀질 플러그(30)는, 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)에, 세라믹 플레이트(20)와 동종의 세라믹제의 접합부(32)로 세라믹 접합되어 있다. 접합부(32)는, 링형상이며, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a) 중 오목부(36) 주위의 링형 부분에 형성되어 있다(도 3 참조). 치밀질 플러그(30)는, 예컨대, 3D 프린터를 이용하여 성형한 성형체를 소성하여 제조해도 좋고, 몰드 캐스트 성형한 성형체를 소성하여 제조해도 좋다. 몰드 캐스트 성형의 상세한 것은, 예컨대 일본 특허 제5458050호 공보 등에 개시되어 있다. 몰드 캐스트 성형에서는, 성형틀의 성형 공간에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 주입하고, 겔화제를 화학 반응시켜 세라믹 슬러리를 겔화시키는 것에 의해, 성형틀 내에 성형체를 형성한다. 몰드 캐스트 성형에서는, 왁스 등의 융점이 낮은 재료로 형성된 외형(外型) 및 중자(中子)를 성형틀으로서 이용하여 성형틀 내에 성형체를 형성하고, 그 후, 성형틀의 융점 이상의 온도로 가열하여 성형틀을 용융 제거 또는 소실시켜 성형체를 제조해도 좋다.
냉각 플레이트(40)는, 금속 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속제의 원판(세라믹 플레이트(20)와 동일한 직경이거나 플레이트보다 큰 직경의 원판)이다. 냉각 플레이트(40)의 내부에는, 냉매가 순환하는 냉매 유로(42)가 형성되어 있다. 냉각 플레이트(40)는 두께 방향으로 관통하는, 즉, 상면(40a) 및 하면(40b)에 개구된 통형상 구멍(40h)을 복수 갖고 있다. 통형상 구멍(40h)의 내부에는 치밀질 플러그(30)가 배치되어 있고, 통형상 구멍(40h) 중 치밀질 플러그(30)가 배치되어 있지 않은 부분은 가스 공급 구멍(45)이 된다. 통형상 구멍(40h)의 직경은, 치밀질 플러그(30)의 직경보다 약간(예컨대 0.5 mm나 1 mm) 크다. 그 때문에, 통형상 구멍(40h)을 둘러싸는 벽면(40c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c) 사이에는, 도시하지 않은 간극이 존재한다. 냉각 플레이트(40)의 상면(40a)은, 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)과 수지제의 본딩 시트(60)를 통해 접착되어 있다. 본딩 시트(60)에는, 치밀질 플러그(30)를 삽입 관통하기 위한 구멍(구멍 직경은 치밀질 플러그(30)의 직경보다 약간 크다)이 형성되어 있다. 또, 냉각 플레이트(40)의 상면(40a)은 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)에 경납층을 통해 접합되어 있어도 좋다.
가스 유로(50)는, 접합부(32)의 내주보다 내측을 통과하도록 형성되어 있다. 가스 유로(50)는, 세라믹 플레이트(20)에 형성된 가스 방출 구멍(25)과, 치밀질 플러그(30)에 설치된 가스 내부 유로(35)를 갖고 있다. 또한, 가스 유로(50)는, 냉각 플레이트(40)에 형성된 가스 공급 구멍(45)을 갖고 있고, 가스 공급 구멍(45)으로부터 공급된 가스가, 가스 내부 유로(35)를 통과하여 가스 방출 구멍(25)으로부터 웨이퍼 배치면에 방출된다.
다음으로, 이렇게 해서 구성된 반도체 제조 장치용 부재(10)의 사용예에 관해 설명한다. 우선, 도시하지 않은 챔버 내에 반도체 제조 장치용 부재(10)를 설치한 상태로, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면에 배치한다. 그리고, 챔버 내를 진공 펌프에 의해 감압하여 소정의 진공도가 되도록 조정하고, 세라믹 플레이트(20)의 정전 전극(22)에 직류 전압을 가하여 정전 흡착력을 발생시켜, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면에 흡착 고정한다. 다음으로, 챔버 내를 소정 압력(예컨대 수십∼수백 Pa)의 반응 가스 분위기로 하고, 이 상태로, 챔버 내의 천장 부분에 설치한 도시하지 않은 상부 전극과 반도체 제조 장치용 부재(10)의 정전 전극(22) 사이에 고주파 전압을 인가시켜 플라즈마를 발생시킨다. 또, 상부 전극과 정전 전극(22) 사이에 고주파 전압을 인가하는 대신에, 상부 전극과 냉각 플레이트(40) 사이에 고주파 전압을 인가해도 좋다. 웨이퍼(W)의 표면은, 발생한 플라즈마에 의해 에칭된다. 냉각 플레이트(40)의 냉매 유로(42)에는 냉매가 순환된다. 히터 전극(24)에는, 웨이퍼(W)의 온도가 미리 설정된 목표 온도가 되도록 전력이 공급된다. 가스 유로(50)에는, 도시하지 않은 가스봄베로부터 헬륨 등의 백사이드 가스가 도입된다. 백사이드 가스는, 가스 공급 구멍(45), 가스 내부 유로(35) 및 가스 방출 구멍(25)을 통과하여 웨이퍼 배치면에 공급된다. 플라즈마를 발생시키고 있을 때에, 가령 가스 유로가 스트레이트 형상이라고 하면, 가스 유로를 통과하여 웨이퍼(W)와 냉각 플레이트(40) 사이에서 방전이 일어나는 경우가 있다. 또한, 플라즈마를 발생시키고 있을 때에, 가령 접합부가 수지제의 접착제라고 하면, 장기간 사용함에 따라 열화하여, 치밀질 플러그(30)의 연면(沿面)을 통과하여 웨이퍼(W)와 냉각 플레이트(40) 사이에서 방전이 일어나는 경우가 있다.
다음으로, 반도체 제조 장치용 부재(10)의 제조예에 관해 설명한다. 도 4는, 반도체 제조 장치용 부재(10)의 제조 공정도이다. 우선, 세라믹 플레이트(20) 및 치밀질 플러그(30)를 준비한다. 이 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)에, 세라믹 플레이트(20)와 동종의 세라믹 분말과 소결 조제와 용제를 포함하는 접합재 페이스트(32p)를 링형으로 도포한다. 소결 조제로는, 예컨대, 불화마그네슘, 산화칼슘, 산화규소, 질산마그네슘, 산화티탄 등을 들 수 있다. 용제로는, 예컨대, 메탄올이나 에탄올 등을 들 수 있다. 접합재 페이스트(32p)를 도포한 상면(30a)을, 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)에 중첩한다(도 4의 (a) 참조). 이 때, 세라믹 플레이트(20)의 가스 방출 구멍(25)과, 치밀질 플러그(30)의 오목부(36)가 대향하도록 배치한다. 그리고, 세라믹 플레이트(20)와 치밀질 플러그(30)를 가압하면서 가열하여 접합재 페이스트(32p)를 소성하는 것에 의해 양자를 접합(소결 접합)한다. 접합재 페이스트(32p)는 소성되어 접합부(32)가 된다. 이 때, 접합재 페이스트(32p)에는 소결 조제가 포함되어 있기 때문에, 그다지 고압이나 고온으로 하지 않더라도 접합할 수 있다. 이것에 의해, 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)에 복수의 치밀질 플러그(30)가 세라믹 소결체제이며 링형인 접합부(32)를 통해 접합된 접합체(70)가 얻어진다(도 4의 (b) 참조). 세라믹 플레이트(20)와 접합부(32)의 계면 및 치밀질 플러그(30)와 접합부(32)의 계면에는 소결 조제 성분이 포함된다. 또, 접합부(32)가 알루미나 소결체제인 경우, 소결 조제로는, 알루미나 소결체의 체적 저항률이나 내전압을 높게 유지하는 것을 고려하면, 불화마그네슘(MgF2)이 바람직하다. MgF2는 다른 소결 조제(예컨대 CaO 등)에 비교하여 체적 저항률이나 내전압이 저하되기 어렵기 때문이다.
계속해서, 두께 방향으로 관통하는 통형상 구멍(40h)이 형성된 냉각 플레이트(40)를 준비한다(도 4의 (b) 참조). 이 냉각 플레이트(40)의 상면(40a)과 접합체(70)의 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)의 적어도 하나(여기서는 상면(40a))에 수지성의 본딩 시트(60)를 배치하고, 그 후 양자를 맞춰 접착한다. 이 때, 통형상 구멍(40h)을 둘러싸는 벽면(40c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c) 사이에는 간극이 존재하도록 한다. 이것에 의해, 반도체 제조 장치용 부재(10)가 얻어진다. 또, 냉각 플레이트(40)의 상면(40a)과 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)을 본딩 시트(60)로 접착하는 대신에 경납으로 접합해도 좋다.
이상에 상세히 설명한 반도체 제조 장치용 부재(10)에서는, 세라믹 플레이트(20)와 세라믹제의 치밀질 플러그(30)가 링형의 접합부(32)로 세라믹 접합되어 있다. 즉, 세라믹 플레이트(20)와 치밀질 플러그(30)의 접합 부분은 세라믹이다. 알루미나 소결체 등의 세라믹은, 수지보다 절연 내압이 높을 뿐만 아니라, 반도체 제조 프로세스 중의 분위기(예컨대 플라즈마 등)에 대한 내식성이 높은 것 등에 의해, 장기간 사용에 따르는 열화가 적다. 이 때문에, 양자를 수지제의 접착제를 이용하여 접착하는 경우보다, 접합부(32)의 열화가 생기기 어렵다. 이것에 의해, 플러그의 연면을 통과하는 절연 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 치밀질 플러그(30)는, 다공질 플러그에 비교하여 절연 내압이 높다. 이 때문에, 치밀질 플러그(30) 대신에, 다공질 플러그나 그 외주를 치밀질로 한 것(예컨대, 치밀질의 통형 부재에 다공질 플러그를 끼워 넣고 일체화시킨 것)을 이용한 경우 등에 비교하여 절연 파괴가 생기기 어렵다. 또한, 치밀질 플러그(30)의 가스 내부 유로(35)는, 상면(30a)으로부터 하면(30b)까지 굴곡하면서 관통하고 있기 때문에, 이 가스 내부 유로(35)를 통해 방전이 일어나는 것을 억제할 수 있다. 이들에 의해, 플러그의 내부 공간을 통과하는 절연 파괴를 억제할 수 있다. 그 때문에, 종래에 비교하여 절연 파괴가 생기기 어렵다는 효과가 얻어진다.
또한, 냉각 플레이트(40)는, 상면(40a)에 개구된 통형상 구멍(40h)을 가지며, 치밀질 플러그(30)의 적어도 일부는 통형상 구멍(40h) 내에 배치되어 있다. 치밀질 플러그(30)는, 가스 내부 유로(35)를 갖는 기둥형의 플러그 본체(33)와, 플러그 본체(33)로부터 하측으로 돌출된 통형의 스커트부(34)를 갖고 있고, 통형상 구멍(40h)에 노출된 금속을 스커트부(34)가 덮기 때문에, 절연 거리를 길게 할 수 있다. 이 때, 스커트부(34)의 하단이 통형상 구멍(40h)의 하단에 이르도록 하면, 통형상 구멍(40h)에 노출된 금속을 스커트부(34)가 완전히 덮기 때문에, 가스 유로(50)를 통한 방전을 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)에는, 가스 방출 구멍(25) 및 가스 내부 유로(35)에 연통하고, 가스 내부 유로(35)의 상단보다 개구가 큰 오목부(36)가 설치되어 있기 때문에, 가스 방출 구멍(25)과 가스 내부 유로(35)의 위치 맞춤이 용이해진다.
또한, 가스 내부 유로(35)는 나선형의 통로이기 때문에, 가스 내부 유로(35)를 통해 방전이 일어나는 것을 더욱 억제할 수 있다.
그리고, 통형상 구멍(40h)을 둘러싸는 벽면(40c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c) 사이에는 간극이 존재하기 때문에, 벽면(40c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c)이 접착되어 있는 경우에 비교하여, 치밀질 플러그(30)와 냉각 플레이트(40) 사이의 열이동을 고려할 필요가 없다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 온도 제어를 설계하기 쉬워진다.
그리고, 세라믹 플레이트(20)와 치밀질 플러그(30)를, 세라믹 분체와 소결 조제를 포함하는 접합재 페이스트(32p)를 이용하여 접합하기 때문에, 그다지 고압이나 고온으로 하지 않더라도 양자를 접합할 수 있다.
또, 본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다. 예컨대, 이하에 나타내는 다른 예를 적절하게 조합하여 적용해도 좋다.
예컨대, 전술한 실시형태에 있어서, 가스 내부 유로(35)는, 도 5, 6에 나타낸 바와 같은 지그재그형으로 해도 좋다. 도 5, 6은, 치밀질 플러그(30)의 다른 예의 종단면도이다. 도 5에서는, 가스 내부 유로(35)는, 지그재그가 직각의 모서리를 갖고 있다. 이 모서리는 예각이어도 좋고 둔각이어도 좋다. 도 6에서는, 가스 내부 유로(35)는 모서리가 라운딩, 즉 모서리가 없다. 이러한 지그재그는, 평면적이어도 좋고 입체적이어도 좋다. 또한, 가스 내부 유로(35)는, 상측에서 봤을 때에 외주가 다각형이 되는, 모서리를 갖는 나선형이어도 좋다. 나선의 권수나 지그재그의 반환수 등은 특별히 한정되지 않는다.
전술한 실시형태에서는, 치밀질 플러그(30)는, 스커트부(34)나 오목부(36)를 갖는 것으로 했지만, 도 7에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나를 생략해도 좋다. 도 7은, 반도체 제조 장치용 부재(10)의 다른 예의 부분 확대도이며, 반도체 제조 장치용 부재(10)는, 스커트부(34) 및 오목부(36)를 모두 생략한 치밀질 플러그(130)를 구비하고 있다. 도 7에서는, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이러한 치밀질 플러그(130)에서도, 가스 내부 유로(35)는 상면(30a)으로부터 하면(30b)까지 굴곡하면서 관통하고 있기 때문에, 가스 내부 유로(35)의 길이는, 치밀질 플러그(130)(플러그 본체(33))의 전체 길이보다 길어지고, 절연 파괴가 생기기 어렵다. 치밀질 플러그(130)는, 플러그 본체(33)의 하단이 냉각 플레이트(40)의 통형상 구멍(40h)의 하단에 이르도록 해도 좋다. 이 경우, 냉각 플레이트(40)를 치밀질 플러그(130)의 가스 내부 유로(35)가 관통하기 때문에, 가스 내부 유로(35)가 가스 공급 구멍(45)을 겸한다. 치밀질 플러그(130)에서도, 가스 내부 유로(35)는, 도 5, 6에 나타낸 바와 같은 지그재그형으로 해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 세라믹 플레이트(20)는, 도 8, 9에 나타낸 바와 같이, 하면(20b)에 개구된 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)을 가지며, 치밀질 플러그(30)의 적어도 일부는, 바닥이 있는 통형상 구멍(20h) 내에 배치되어 있어도 좋다. 도 8, 9는, 반도체 제조 장치용 부재(10)의 다른 예의 부분 확대도이다. 도 8, 9에서는, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 경우, 치밀질 플러그(30)는, 도 8과 같이, 일부가 바닥이 있는 통형상 구멍(20h) 내에 배치되어 있어도 좋고, 도 9와 같이, 전부가 바닥이 있는 통형상 구멍(20h) 내에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 치밀질 플러그(30)는, 도 8과 같이 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 벽면(20c)에 링형의 접합부(32)로 세라믹 접합되어 있어도 좋고, 도 9와 같이 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 바닥면(20d)에 링형상의 접합부(32)로 세라믹 접합되어 있어도 좋다. 그 중, 도 9와 같이 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 바닥면(20d)에 치밀질 플러그(30)가 세라믹 접합되어 있는 쪽이, 세라믹 접합시의 가압이 용이하기 때문에 바람직하다. 도 8과 같이 치밀질 플러그(30)가 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 벽면(20c)에 세라믹 접합되어 있는 경우, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)은 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 바닥면(20d)과 접촉하고 있어도 좋고, 바닥면(20d)과의 사이에 간극이 있어도 좋다. 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)의 직경은, 치밀질 플러그(30)의 직경보다 약간(예컨대 0.5 mm이나 1 mm) 큰 것으로 해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 가스 방출 구멍(25)은, 예컨대 도 9와 같이 복수의 가스 세공(25a)으로 구성되며, 오목부(36)는, 복수의 가스 세공(25a)과 연통하고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 오목부(36)를 통해 복수의 가스 세공(25a)에 가스를 공급할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 냉각 플레이트(40)에 설치된 통형상 구멍(40h)은, 냉각 플레이트(40)를 두께 방향으로 관통하는 바닥이 없는 구멍으로 했지만, 하면(40b)측에 바닥을 갖는 구멍이어도 좋다. 그 경우, 냉각 플레이트(40)의 바닥이 있는 통형상 구멍의 벽면 또는 바닥면에 개구되어 외부와 연통하는 유로를 가스 공급 구멍(45)으로 해도 좋다. 또한, 도 9와 같이 세라믹 플레이트(20)의 바닥이 있는 통형상 구멍(20h) 내에 치밀질 플러그(30)를 배치하고, 통형상 구멍(40h)을 생략해도 좋다. 그 경우, 냉각 플레이트(40)의 상면(40a)에 개구된 유로를 가스 공급 구멍(45)으로 해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 통형상 구멍(40h)을 둘러싸는 벽면(40c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c) 사이에 간극이 존재하는 것으로 했지만, 간극에 접착제가 충전되어 있어도 좋다. 또한, 도 8, 9에서, 바닥이 있는 통형상 구멍(20h)을 둘러싸는 벽면(20c)과 치밀질 플러그(30)의 외주면(30c) 사이에는, 간극이 존재해도 좋고, 간극에 접착제가 충전되어 있어도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 플레이트(20), 치밀질 플러그(30) 및 접합부(32)가 알루미나제인 경우에 관해 주로 설명했지만, 예컨대, 질화알루미늄제로 해도 좋고, 탄화규소제로 해도 좋고, 질화규소제로 해도 좋고, 그 밖의 세라믹제로 해도 좋다. 이들이 질화알루미늄제인 경우, 접합제 페이스트(32p)에 포함되는 소결 조제로는, 마그네시아, 이트리아 등을 들 수 있고, 탄화규소제인 경우에는 이트리아 등을 들 수 있고, 질화규소제인 경우에는 지르코니아 등을 들 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 플레이트(20)로서, 정전 전극(22) 및 히터 전극(24)을 모두 내장한 정전 척 히터를 예시했지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 세라믹 플레이트(20)를, 정전 전극(22)만을 내장한 정전 척으로 해도 좋고, 히터 전극(24)만을 내장한 세라믹 히터로 해도 좋다. 또한, 세라믹 플레이트(20)는, 고주파(RF) 전극을 내장하고 있어도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 플레이트(20)와 냉각 플레이트(40)를 소결 접합으로 접합했지만, 세라믹의 접합부(32)를 얻을 수 있는 방법이라면 접합 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 확산 접합 등으로 접합해도 좋다. 또한, 세라믹스성 접착제로 접착해도 좋다. 세라믹스성 접착제로는, 예컨대, 아렘코(AREMCO)사 제조의 세라마본드 571, 세라마본드 690 및 세라마본드 865나, 도아합성화학(주) 제조의 아론세라믹 등을 들 수 있다. 또, 세라믹스성 접착제에 포함되는 유기 재료는 휘발되기 때문에, 세라믹스성 접착제를 이용한 경우에도, 세라믹의 접합부(32)에는 실질적으로는 유기 재료는 포함되지 않는다.
전술한 실시형태에서는, 접합재 페이스트(32p)는, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)에 도포했지만, 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)에 도포해도 좋고, 치밀질 플러그(30)의 상면(30a)과 세라믹 플레이트(20)의 하면(20b)의 양쪽에 도포해도 좋다.
본 출원은, 2018년 9월 28일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/738,205호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 반도체 제조 장치에 이용되는 부재, 예컨대 정전 척 히터, 정전 척, 세라믹 히터 등에 이용 가능하다.

Claims (7)

  1. 반도체 제조 장치용 부재에 있어서,
    상면에 웨이퍼 배치면을 가지며, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와,
    상기 세라믹 플레이트의 하면측에 배치되고, 링형의 접합부에서 상기 세라믹 플레이트와 세라믹 접합된 세라믹제의 치밀질 플러그와,
    상기 접합부 이외의 부분에서 상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합된 금속제의 냉각 플레이트와,
    상기 세라믹 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 가스 방출 구멍과, 상기 치밀질 플러그의 상면측과 하면측을 굴곡하면서 관통하고, 상기 가스 방출 구멍과 연통하는 가스 내부 유로를 가지며, 상기 접합부의 내주보다 내측을 통과하는 가스 유로
    를 포함한 반도체 제조 장치용 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접합부는 세라믹 소결체인 것인 반도체 제조 장치용 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치밀질 플러그의 상면에는, 상기 가스 방출 구멍 및 상기 가스 내부 유로에 연통하고 상기 가스 내부 유로보다 개구가 큰 오목부가 설치되어 있는 것인 반도체 제조 장치용 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가스 방출 구멍은 복수의 가스 세공으로 구성되고,
    상기 오목부는 상기 복수의 가스 세공과 연통하고 있는 것인 반도체 제조 장치용 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 내부 유로는 나선형 또는 지그재그형의 통로인 것인 반도체 제조 장치용 부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치밀질 플러그는, 상기 가스 내부 유로를 갖는 기둥형의 플러그 본체와, 상기 플러그 본체로부터 하측으로 돌출된 통형의 스커트부를 갖는 것인 반도체 제조 장치용 부재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는, 상면에 개구된 통형상 구멍을 가지며,
    상기 치밀질 플러그의 적어도 일부는 상기 통형상 구멍 내에 배치되어 있는 것인 반도체 제조 장치용 부재.
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