KR20230068281A - 웨이퍼 배치대 - Google Patents

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KR20230068281A
KR20230068281A KR1020220100482A KR20220100482A KR20230068281A KR 20230068281 A KR20230068281 A KR 20230068281A KR 1020220100482 A KR1020220100482 A KR 1020220100482A KR 20220100482 A KR20220100482 A KR 20220100482A KR 20230068281 A KR20230068281 A KR 20230068281A
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KR
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wafer
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cross
refrigerant
sectional area
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KR1020220100482A
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세이야 이노우에
다츠야 구노
이쿠히사 모리오카
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Publication date
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Abstract

본 발명의 웨이퍼 배치대(10)는, 세라믹 기재(基材; 20)와, 냉각 기재(30)와, 금속 접합층(40)을 구비한다. 세라믹 기재(20)는, 상면에 웨이퍼를 배치 가능한 웨이퍼 배치면(22a)을 갖고, 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 내장한다. 냉각 기재(30)는, 냉매 유로(32)를 갖는다. 금속 접합층(40)은, 세라믹 기재(20)와 냉각 기재(30)를 접합한다. 냉매 유로(32) 중 평면에서 보아 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서의 최상류부(32U)와 최하류부(32L)의 냉매 유로(32)의 단면적은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작다.

Description

웨이퍼 배치대 {WAFER PLACEMENT TABLE}
본 발명은 웨이퍼 배치대에 관한 것이다.
종래, 웨이퍼 배치면을 갖고 전극을 내장하는 세라믹 기재(基材)와, 냉매 유로를 갖는 냉각 기재와, 세라믹 기재와 냉각 기재를 접합하는 접합층을 구비한 웨이퍼 배치대가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1, 2에는, 이러한 웨이퍼 배치대에 있어서, 냉각 기재로서, 선열팽창 계수가 세라믹 기재와 같은 정도의 금속 매트릭스 복합 재료로 제작된 것을 이용하는 점이 기재되어 있다. 또한, 웨이퍼 배치대에, 전극에 급전하기 위한 급전 단자를 삽입 관통시키는 단자 구멍이나 웨이퍼의 이면에 He 가스를 공급하기 위한 가스 구멍이나 웨이퍼를 웨이퍼 배치면으로부터 들어올리는 리프트 핀을 삽입 관통시키기 위한 리프트 핀 구멍을 형성하는 점이 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제5666748호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 제5666749호 공보
그러나, 냉매는 입구로부터 출구에 걸쳐 온도가 상승하지만, 냉매 유로의 단면 형상은 냉매 유로의 입구로부터 출구까지 일정하기 때문에, 웨이퍼는 냉매 유로의 입구 부근에서는 차가워지기 쉽고 출구 부근에서는 차가워지기 어려운 경향이 있어, 결과로서 웨이퍼의 균열성(均熱性)이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 웨이퍼의 균열성을 높이는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 배치대는,
상면에 웨이퍼를 배치 가능한 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 기재와,
냉매 유로를 갖는 냉각 기재와,
상기 세라믹 기재와 상기 냉각 기재를 접합하는 접합층
을 구비한 웨이퍼 배치대로서,
상기 냉매 유로 중 평면에서 보아 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 작은 것이다.
이 웨이퍼 배치대에서는, 냉매 유로 중 평면에서 보아 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 냉매 유로의 단면적은, 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 작다. 웨이퍼 배치대의 사용 시, 냉매는 냉매 유로의 최상류부로부터 최하류부를 향해 고온의 웨이퍼로부터 열을 빼앗으면서 흐르기 때문에, 냉매 유로를 흐르는 냉매의 온도는 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 높아진다. 한편, 냉매 유로의 단면적은 냉매 유로의 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 작기 때문에, 압력 손실은 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 커지고, 냉매와 웨이퍼의 열교환은 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 촉진된다. 그 때문에, 종합적으로는, 웨이퍼 배치면 중 냉매 유로의 최상류부에 대향하는 위치와 최하류부에 대향하는 위치의 온도차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 균열성이 높아진다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 냉매 유로의 상기 최상류부로부터 상기 최하류부를 향해 작아지고 있어도 좋다. 이렇게 하면, 웨이퍼의 균열성이 보다 높아진다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 냉매 유로에 설치되는 핀의 수, 상기 핀의 두께 및 상기 핀의 길이 중 적어도 하나에 의해 조정되어 있어도 좋다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 최하류부에서의 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 최상류부에서의 상기 냉매 유로의 단면적의 60%∼90%여도 좋다. 이 비율이 90% 이하이면, 웨이퍼(W)의 균열성이 충분히 높아진다. 또한, 이 비율이 60% 이상이면, 압력 손실이 지나치게 커지는 일이 없고, 충분한 유량으로 냉매를 흘릴 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속 매트릭스 복합 재료로 제작되어 있어도 좋고, 상기 접합층은, 금속 접합층이어도 좋다. 냉각 기재가 금속 매트릭스 복합 재료, 또한 접합층이 금속 접합층인 구조에서는, 냉매 유로로부터 웨이퍼 배치면까지의 열저항이 작기 때문에, 웨이퍼 온도는 냉매의 온도 구배(勾配)의 영향을 받기 쉽다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다. 또한, 금속 접합층은 열전도율이 높기 때문에 발열(拔熱)에 적합하다. 또한, 세라믹 기재와 금속 매트릭스 복합 재료제의 냉각 기재는 열팽창차를 작게 할 수 있기 때문에, 금속 접합층의 응력 완화성이 낮아도, 지장이 발생하기 어렵다.
본 발명의 웨이퍼 배치대는, 상기 냉각 기재를 상하 방향으로 관통하는 구멍을 구비하고 있어도 좋고, 상기 냉매 유로는, 상기 구멍의 주변 영역에서는 상기 구멍의 주변 영역으로부터 벗어난 영역에 비해 상기 냉매 유로의 단면적이 작아지고 있어도 좋다. 일반적으로 웨이퍼 중 이러한 구멍 바로 위 주변은 핫 스폿이 되기 쉬우나, 여기서는 이러한 구멍의 주변 영역에서는 구멍의 주변 영역으로부터 벗어난 영역에 비해 냉매 유로의 단면적이 작아지고 있다. 그 때문에, 구멍의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 따라서, 웨이퍼의 균열성이 보다 높아진다.
도 1은 챔버(94)에 설치된 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도이다.
도 2는 냉매 유로(32)를 지나는 수평면으로 냉각 기재(30)를 절단한 단면을 위에서 보았을 때의 단면도이다.
도 3은 웨이퍼 배치대(10)의 제조 공정도이다.
도 4는 냉매 유로(82)를 지나는 수평면으로 냉각 기재(30)를 절단한 단면을 위에서 보았을 때의 단면도이다.
도 5는 냉매 유로(32)의 도중에 폭(w)이 좁은 부분(32x)을 형성한 예의 종단면도이다.
도 6은 FR 배치면을 갖지 않는 세라믹 기재(20)를 이용한 예의 종단면도이다.
도 7은 냉매 유로(232)를 구비한 웨이퍼 배치대의 종단면도이다.
도 8은 냉매 유로(332)를 구비한 웨이퍼 배치대의 종단면도이다.
본 발명의 적합한 실시형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 챔버(94)에 설치된 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도[웨이퍼 배치대(10)의 중심축을 포함하는 면으로 절단했을 때의 단면도], 도 2는 냉매 유로(32)를 지나는 수평면으로 냉각 기재(30)를 절단한 단면을 위에서 보았을 때의 단면도이다. 또한, 도 2에는 단자 구멍(51), 급전 단자(54) 및 절연관(55) 등을 생략하였다.
웨이퍼 배치대(10)는, 웨이퍼(W)에 플라즈마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해서 이용되는 것이며, 반도체 프로세스용의 챔버(94)의 내부에 설치된 설치판(96)에 고정되어 있다. 웨이퍼 배치대(10)는, 세라믹 기재(20)와, 냉각 기재(30)와, 금속 접합층(40)을 구비하고 있다.
세라믹 기재(20)는, 원형의 웨이퍼 배치면(22a)을 갖는 중앙부(22)의 외주에, 환형의 포커스 링 배치면(24a)을 갖는 외주부(24)를 구비하고 있다. 이하, 포커스 링은 「FR」이라고 약기하는 경우가 있다. 웨이퍼 배치면(22a)에는, 웨이퍼(W)가 배치되고, FR 배치면(24a)에는, 포커스 링(78)이 배치된다. 세라믹 기재(20)는, 알루미나, 질화알루미늄 등으로 대표되는 세라믹 재료로 형성되어 있다. FR 배치면(24a)은, 웨이퍼 배치면(22a)에 대해 일단(一段) 낮게 되어 있다.
세라믹 기재(20)의 중앙부(22)는, 웨이퍼 배치면(22a)에 가까운 측에, 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 내장하고 있다. 웨이퍼 흡착용 전극(26)은, 예컨대 W, Mo, WC, MoC 등을 함유하는 재료에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 흡착용 전극(26)은, 원판형 또는 메쉬형의 단극형의 정전 흡착용 전극이다. 세라믹 기재(20) 중 웨이퍼 흡착용 전극(26)보다 상측의 층은 유전체층으로서 기능한다. 웨이퍼 흡착용 전극(26)에는, 웨이퍼 흡착용 직류 전원(52)이 급전 단자(54)를 통해 접속되어 있다. 급전 단자(54)는, 웨이퍼 배치대(10) 중 웨이퍼 흡착용 전극(26)의 하면과 냉각 기재(30)의 하면 사이에 형성된 단자 구멍(51)에 삽입 관통되어 있다. 급전 단자(54)는, 단자 구멍(51) 중 냉각 기재(30) 및 금속 접합층(40)을 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍에 배치된 절연관(55)을 통과하여, 세라믹 기재(20)의 하면으로부터 웨이퍼 흡착용 전극(26)에 이르도록 형성되어 있다. 웨이퍼 흡착용 직류 전원(52)과 웨이퍼 흡착용 전극(26) 사이에는, 로우 패스 필터(LPF)(53)가 설치되어 있다.
냉각 기재(30)는, 금속 매트릭스 복합 재료[메탈·매트릭스·컴포지트(MMC)라고도 함]제의 원판 부재이다. 냉각 기재(30)는, 내부에 냉매가 순환 가능한 냉매 유로(32)를 구비하고 있다. 이 냉매 유로(32)는, 냉매 공급로(36) 및 냉매 배출로(38)에 접속되어 있고, 냉매 배출로(38)로부터 배출된 냉매는 온도 조정된 후 다시 냉매 공급로(36)로 복귀된다. MMC로서는, Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료나 SiC 다공질체에 Al 및/또는 Si를 함침시킨 재료 등을 들 수 있다. Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료를 SiSiCTi라고 하고, SiC 다공질체에 Al을 함침시킨 재료를 AlSiC라고 하며, SiC 다공질체에 Si를 함침시킨 재료를 SiSiC라고 한다. 세라믹 기재(20)가 알루미나 기재인 경우, 냉각 기재(30)에 이용하는 MMC로서는 열팽창 계수가 알루미나에 가까운 AlSiC나 SiSiCTi 등이 바람직하다. 냉각 기재(30)는, RF 전원(62)에 급전 단자(64)를 통해 접속되어 있다. 냉각 기재(30)와 RF 전원(62) 사이에는, 하이 패스 필터(HPF)(63)가 배치되어 있다. 냉각 기재(30)는, 하면측에 웨이퍼 배치대(10)를 설치판(96)에 클램프하는 데 이용되는 플랜지부(34)를 갖는다.
냉매 유로(32)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(32)를 수평면으로 절단한 단면을 위에서 보았을 때에, 냉각 기재(30) 중 플랜지부(34)를 제외한 영역 전체에 걸쳐 입구(32a)로부터 출구(32s)까지 일필휘지의 요령으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 냉매 유로(32)는 지그재그형으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 냉매 유로(32)는, 냉매 공급로(36)에 연결되는 입구(32a)로부터 원호부(32b), 되접힘부(32c), 직선부(32d), 되접힘부(32e), 직선부(32f), 되접힘부(32g), 직선부(32h), 되접힘부(32i), 직선부(32j), 되접힘부(32k), 직선부(32l), 되접힘부(32m), 직선부(32n), 되접힘부(32o), 직선부(32p), 되접힘부(32q) 및 원호부(32r)를 거쳐 냉매 배출로(38)에 연결되는 출구(32s)에 이르도록, 지그재그형으로 형성되어 있다. 여기서, 냉매 유로(32) 중 평면에서 보아 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서 최상류부(32U)와 최하류부(32L)를 정했을 때, 최상류부(32U)와 최하류부(32L)는, 도 2에 도시된 위치가 된다. 냉매 유로(32)의 폭(w)은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 좁아지고 있고, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 좁아지고 있다. 환언하면, 냉매 유로(32)의 유로 단면적은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작아지고 있고, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 작아지고 있다. 그 때문에, 냉매 유로(32)의 압력 손실은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 커지고 있고, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 커지고 있다. 본 실시형태에서는, 냉매 유로(32)의 높이(바닥면으로부터 천장면까지의 길이)는 균일하다. 또한, 최하류부(32L)에서의 유로 단면적은, 최상류부(32U)에서의 유로 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다.
냉매 유로(32)의 위치와 유로 단면적의 관계를 그래프로 나타내었을 때, 냉매 유로(32)의 유로 단면적은, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 연속적으로 작아지고 있어도 좋고, 계단형으로 작아지고 있어도 좋으나, 연속적으로 작아지고 있는 것이 바람직하다. 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 연속적으로 작아지는 경우로서는, 예컨대, 일정한 구배(기울기)로 연속적으로 작아지고 있어도 좋고, 아래로 볼록한 곡선을 그리면서 작아지고 있어도 좋으며, 위로 볼록한 곡선을 그리면서 작아지고 있어도 좋다.
금속 접합층(40)은, 세라믹 기재(20)의 하면과 냉각 기재(30)의 상면을 접합한다. 금속 접합층(40)은, 예컨대, 땜납이나 금속 납땜재로 형성된 층이어도 좋다. 금속 접합층(40)은, 예컨대 TCB(Thermal compression bonding)에 의해 형성된다. TCB란, 접합 대상인 2개의 부재 사이에 금속 접합재를 끼워 넣고, 금속 접합재의 고상선(固相線) 온도 이하의 온도로 가열한 상태에서 2개의 부재를 가압 접합하는 공지된 방법을 말한다.
세라믹 기재(20)의 외주부(24)의 측면, 금속 접합층(40)의 외주 및 냉각 기재(30)의 측면은, 절연막(42)으로 피복되어 있다. 절연막(42)으로서는, 예컨대 알루미나나 이트리아 등의 용사막을 들 수 있다.
이러한 웨이퍼 배치대(10)는, 챔버(94)의 내부에 설치된 설치판(96)에 클램프 부재(70)를 이용하여 부착된다. 클램프 부재(70)는, 단면이 대략 역L자형의 환형 부재이고, 내주 단차면(70a)을 갖는다. 웨이퍼 배치대(10)와 설치판(96)은, 클램프 부재(70)에 의해 일체화되어 있다. 웨이퍼 배치대(10)의 냉각 기재(30)의 플랜지부(34)에, 클램프 부재(70)의 내주 단차면(70a)을 배치한 상태에서, 클램프 부재(70)의 상면으로부터 볼트(72)가 삽입되어 설치판(96)의 상면에 형성된 나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 볼트(72)는, 클램프 부재(70)의 원주 방향을 따라 등간격으로 형성된 복수 개소(예컨대 8개소나 12개소)에 부착된다. 클램프 부재(70)나 볼트(72)는, 절연 재료로 제작되어 있어도 좋고, 도전 재료(금속 등)로 제작되어 있어도 좋다.
다음으로, 웨이퍼 배치대(10)의 제조예를 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 웨이퍼 배치대(10)의 제조 공정도이다. 먼저, 세라믹 기재(20)의 바탕이 되는 원판형의 세라믹 소결체(120)를, 세라믹 분말의 성형체를 핫 프레스 소성함으로써 제작한다(도 3a). 세라믹 소결체(120)는, 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 내장하고 있다. 다음으로, 세라믹 소결체(120)의 하면으로부터 웨이퍼 흡착용 전극(26)까지의 사이에 단자 구멍 상부(151a)를 형성한다(도 3b). 그리고, 단자 구멍 상부(151a)에 급전 단자(54)를 삽입하여 급전 단자(54)와 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 접합한다(도 3c).
이와 병행하여, 2개의 MMC 원판 부재(131, 136)를 제작한다(도 3d). 그리고, 양방의 MMC 원판 부재(131, 136)에 상하 방향으로 관통하는 구멍을 뚫고, 상측의 MMC 원판 부재(131)의 하면에 최종적으로 냉매 유로(32)가 되는 홈(132)을 형성한다(도 3e). 구체적으로는, 상측의 MMC 원판 부재(131)에는, 구멍으로서 단자 구멍 중간부(151b)를 뚫고, 머시닝 가공함으로써 홈(132)을 형성한다. 또한, 하측의 MMC 원판 부재(136)에는, 구멍으로서 단자 구멍 하부(151c), 냉매 공급용의 관통 구멍(133) 및 냉매 배출용의 관통 구멍(134)을 뚫는다. 세라믹 소결체(120)가 알루미나제인 경우, MMC 원판 부재(131, 136)는 SiSiCTi제나 AlSiC제인 것이 바람직하다. 알루미나의 열팽창 계수와 SiSiCTi나 AlSiC의 열팽창 계수는, 대략 동일하기 때문이다.
SiSiCTi제의 원판 부재는, 예컨대 이하와 같이 제작할 수 있다. 먼저, 탄화규소와 금속 Si와 금속 Ti를 혼합하여 분체 혼합물을 제작한다. 다음으로, 얻어진 분체 혼합물을 일축 가압 성형에 의해 원판형의 성형체를 제작하고, 그 성형체를 불활성 분위기하에서 핫 프레스 소결시킴으로써, SiSiCTi제의 원판 부재를 얻는다.
다음으로, 상측의 MMC 원판 부재(131)의 하면과 하측의 MMC 원판 부재(136)의 상면 사이에 금속 접합재를 배치하고, 상측의 MMC 원판 부재(131)의 상면에 금속 접합재를 배치한다. 각 금속 접합재에는, 각 구멍에 대향하는 위치에 관통 구멍을 형성해 둔다. 그리고, 세라믹 소결체(120)의 급전 단자(54)를 단자 구멍 중간부(151b) 및 단자 구멍 하부(151c)에 삽입하여, 세라믹 소결체(120)를 상측의 MMC 원판 부재(131)의 상면에 배치된 금속 접합재 위에 싣는다. 이에 의해, 하측의 MMC 원판 부재(136)와 금속 접합재와 상측의 MMC 원판 부재(131)와 금속 접합재와 세라믹 소결체(120)를 아래로부터 이 순서로 적층한 적층체를 얻는다. 이 적층체를 가열하면서 가압함으로써(TCB), 접합체(110)를 얻는다(도 3f). 접합체(110)는, 냉각 기재(30)의 바탕이 되는 MMC 블록(130)의 상면에, 금속 접합층(40)을 통해 세라믹 소결체(120)가 접합된 것이다. MMC 블록(130)은, 상측의 MMC 원판 부재(131)와 하측의 MMC 원판 부재(136)가 금속 접합층(135)을 통해 접합된 것이다. MMC 블록(130)은, 냉매 유로(32), 냉매 공급로(36), 냉매 배출로(38) 및 단자 구멍(51)을 갖는다. 단자 구멍(51)은, 단자 구멍 상부(151a)와 단자 구멍 중간부(151b)와 단자 구멍 하부(151c)가 연속된 구멍이다.
TCB는, 예컨대 이하와 같이 행해진다. 즉, 금속 접합재의 고상선 온도 이하(예컨대, 고상선 온도로부터 20℃ 뺀 온도 이상 고상선 온도 이하)의 온도에서 적층체를 가압하여 접합하고, 그 후 실온으로 복귀시킨다. 이에 의해, 금속 접합재는 금속 접합층이 된다. 이때의 금속 접합재로서는, Al-Mg계 접합재나 Al-Si-Mg계 접합재를 사용할 수 있다. 예컨대, Al-Si-Mg계 접합재를 이용하여 TCB를 행하는 경우, 진공 분위기하에서 가열한 상태에서 적층체를 가압한다. 금속 접합재는, 두께가 100 ㎛ 전후인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
계속해서, 세라믹 소결체(120)의 외주를 절삭하여 단차를 형성함으로써, 중앙부(22)와 외주부(24)를 구비한 세라믹 기재(20)로 한다. 또한, MMC 블록(130)의 외주를 절삭하여 단차를 형성함으로써, 플랜지부(34)를 구비한 냉각 기재(30)로 한다. 또한, 단자 구멍(51) 중 세라믹 기재(20)의 하면으로부터 냉각 기재(30)의 하면까지, 급전 단자(54)를 삽입 관통시키는 절연관(55)을 배치한다. 또한, 세라믹 기재(20)의 외주부(24)의 측면, 금속 접합층(40)의 주위 및 냉각 기재(30)의 측면을, 세라믹 분말을 이용하여 용사함으로써 절연막(42)을 형성한다(도 3g). 이에 의해, 웨이퍼 배치대(10)를 얻는다.
또한, 도 1의 냉각 기재(30)는, 일체품으로서 기재하였으나, 도 3g에 도시된 바와 같이 2개의 부재가 금속 접합층으로 접합된 구조여도 좋고, 3개 이상의 부재가 금속 접합층으로 접합된 구조여도 좋다.
다음으로, 웨이퍼 배치대(10)의 사용예에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 챔버(94)의 설치판(96)에는, 전술한 바와 같이 웨이퍼 배치대(10)가 클램프 부재(70)에 의해 고정되어 있다. 챔버(94)의 천장면에는, 프로세스 가스를 다수의 가스 분사 구멍으로부터 챔버(94)의 내부로 방출하는 샤워 헤드(98)가 배치되어 있다.
웨이퍼 배치대(10)의 FR 배치면(24a)에는, 포커스 링(78)이 배치되고, 웨이퍼 배치면(22a)에는, 원반형의 웨이퍼(W)가 배치된다. 포커스 링(78)은, 웨이퍼(W)와 간섭하지 않도록 상단부의 내주를 따라 단차를 구비하고 있다. 이 상태에서, 웨이퍼 흡착용 전극(26)에 웨이퍼 흡착용 직류 전원(52)의 직류 전압을 인가하여 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면(22a)에 흡착시킨다. 그리고, 챔버(94)의 내부를 소정의 진공 분위기(또는 감압 분위기)가 되도록 설정하고, 샤워 헤드(98)로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 냉각 기재(30)에 RF 전원(62)으로부터의 RF 전압을 인가한다. 그러면, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드(98) 사이에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막(成膜)을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다. 또한, 웨이퍼(W)가 플라즈마 처리됨에 따라 포커스 링(78)도 소모되지만, 포커스 링(78)은 웨이퍼(W)에 비해 두껍기 때문에, 포커스 링(78)의 교환은 복수 매의 웨이퍼(W)를 처리한 후에 행해진다.
하이 파워 플라즈마로 웨이퍼(W)를 처리하는 경우에는, 웨이퍼(W)를 효율적으로 냉각할 필요가 있다. 웨이퍼 배치대(10)에서는, 세라믹 기재(20)와 냉각 기재(30)의 접합층으로서, 열전도율이 낮은 수지층이 아니라, 열전도율이 높은 금속 접합층(40)을 이용하고 있다. 그 때문에, 웨이퍼(W)로부터 열을 빼는 능력(발열 능력)이 높다. 또한, 세라믹 기재(20)와 냉각 기재(30)의 열팽창차는 작기 때문에, 금속 접합층(40)의 응력 완화성이 낮아도, 지장이 발생하기 어렵다. 또한, 냉매 유로(32)의 폭(w)은, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 좁아지고 있다. 즉, 냉매 유로(32)의 단면적은, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작다. 그 때문에, 냉매 유로(32)의 압력 손실은, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 크다. 웨이퍼 배치대(10)의 사용 시, 냉매는 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 고온의 웨이퍼(W)로부터 열을 빼앗으면서 흐르기 때문에, 냉매 유로(32)를 흐르는 냉매의 온도는 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 높아진다. 한편, 냉매 유로(32)의 압력 손실은 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 커지고 있기 때문에, 냉매와 웨이퍼의 열교환은 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 촉진된다. 그 때문에, 종합적으로는, 웨이퍼 배치면(22a) 중 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 대향하는 위치와 최하류부(32L)에 대향하는 위치의 온도차를 작게 할 수 있다. 냉매 유로(32)를 흐르는 냉매의 유속은, 15 L/min∼50 L/min으로 하는 것이 바람직하고, 20 L/min∼40 L/min으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이상 설명한 본 실시형태의 웨이퍼 배치대(10)에서는, 냉매 유로(32)의 단면적은, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작기 때문에, 웨이퍼(W)의 균열성이 높아진다.
또한, 냉매 유로(32)의 단면적은, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 작아지고 있다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 균열성이 보다 높아진다.
또한, 냉매 유로(32)의 단면적은, 냉매 유로(32)의 폭(w)에 의해 조정되어 있다. 그 때문에, 냉매 유로(32)의 단면적을 비교적 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 냉매 유로(32)는, 냉각 기재(30)를 평면에서 보았을 때에 지그재그형으로 형성되어 있다. 그 때문에, 냉매 유로(32)를 냉각 기재(30) 전체에 걸쳐 형성하기 쉬워진다.
그리고, 최하류부(32L)에서의 냉매 유로의 단면적은, 최상류부(32U)에서의 냉매 유로의 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다. 이 비율이 90% 이하이면, 웨이퍼(W)의 균열성이 충분히 높아진다. 또한, 이 비율이 60% 이상이면, 압력 손실이 지나치게 커지는 일이 없고, 충분한 유량으로 냉매를 흘릴 수 있다.
그리고 또한, 냉각 기재(30)는, MMC로 제작되고, 금속 접합층(40)을 통해 세라믹 기재(20)에 접합되어 있다. 냉각 기재(30)가 MMC, 또한 접합층이 금속 접합층(40)인 구조에서는, 냉매 유로(32)로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 열저항이 작기 때문에, 웨이퍼 온도는 냉매의 온도 구배의 영향을 받기 쉽다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 의의가 높다. 또한, 금속 접합층(40)은 열전도율이 높기 때문에 발열에 적합하다. 또한, 세라믹 기재(20)와 MMC제의 냉각 기재(30)는 열팽창차를 작게 할 수 있기 때문에, 금속 접합층(40)의 응력 완화성이 낮아도, 지장이 발생하기 어렵다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
전술한 실시형태에 있어서, 평면에서 보아 지그재그형의 냉매 유로(32) 대신에, 도 4에 도시된 바와 같이, 평면에서 보아 소용돌이형의 냉매 유로(82)를 채용해도 좋다. 냉매 유로(82)는, 중심부에 형성된 입구(82a)로부터 외주부에 형성된 출구(82b)까지 일필휘지의 요령으로, 냉각 기재(30)의 플랜지부(34)를 제외한 부분 전체에 소용돌이형으로 형성되어 있다. 이 경우, 냉매 유로(82) 중 평면에서 보아 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서 최상류부(82U)와 최하류부(82L)를 정했을 때, 최상류부(82U)와 최하류부(82L)는, 도 4에 도시된 위치가 된다. 냉매 유로(82)의 폭(w)(유로 단면적)은, 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 짧아지고 있다. 폭(w)은, 최상류부(82U)로부터 최하류부(82L)를 향해 서서히 짧아지고 있다. 또한, 냉매 유로(82)의 외주부를 입구로 하고, 중심부를 출구로 해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(32)는, 단자 구멍(51)의 주변 영역에, 단자 구멍(51)의 주변 영역으로부터 벗어난 영역에 비해 냉매 유로(32)의 폭(w)(유로 단면적)이 좁아지고 있는 부분(32x)을 형성해도 좋다. 또한, 도 5에서는, 냉매 유로(32)에 부분(32x)을 구비한 것 이외에는, 전술한 실시형태와 동일하다. 폭(w)은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 좁아지고 있다. 또한, 폭(w)은, 단자 구멍(51)의 주변 영역을 제외하고, 냉매 유로(32)의 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 좁아지고 있다. 일반적으로 웨이퍼 배치면(22a) 중 이러한 단자 구멍(51) 바로 위 주변은 핫 스폿이 되기 쉬우나, 여기서는 이러한 단자 구멍(51)의 주변 영역에서는 거기로부터 벗어난 영역에 비해 폭(w)(유로 단면적)이 좁아지고 있다. 그 때문에, 단자 구멍(51)의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 균열성이 보다 높아진다. 또한, 부분(32x)에서의 유로 단면적은, 최상류부(32U)에서의 유로 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다.
전술한 실시형태에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 세라믹 기재(20)는 웨이퍼 배치면(22a)을 갖지만 FR 배치면을 갖지 않는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 냉매 유로(32) 중 평면에서 보아 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서 최상류부(32U)와 최하류부(32L)를 정했을 때, 최상류부(32U) 및 최하류부(32L)는, 각각 입구(32a) 및 출구(32s)와 일치한다.
전술한 실시형태에서는, 냉매 유로(32)의 단면적을, 냉매 유로(32)의 폭(w)에 의해 조정하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 냉매 유로(32)의 단면적을 냉매 유로(32)의 높이(바닥면으로부터 천장면까지의 길이)에 의해 조정해도 좋다. 이때, 냉매 유로(32)의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 거리나 냉매 유로(32)의 폭(w)은, 입구(32a)로부터 출구(32s)까지 일정하게 하고, 냉매 유로(32)의 바닥면의 위치를 조정한다. 이와 같이 해도, 냉매 유로(32)의 유로 단면적은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작아지고, 냉매 유로(32)의 압력 손실은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 커진다.
혹은, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(232)의 단면적을, 냉매 유로(232)의 내면에 설치하는 핀(233)의 수에 의해 조정해도 좋다. 또한, 도 7에서는, 냉매 유로(32) 대신에 핀(233)이 부착된 냉매 유로(232)를 형성한 것 이외에는, 전술한 실시형태와 동일하다. 냉매 유로(232)를 평면에서 보았을 때의 형상은, 도 2와 마찬가지로, 입구(232a)로부터 출구(232s)까지 지그재그형이다. 냉매 유로(232)의 폭이나 높이(바닥면으로부터 천장면까지의 길이)는, 유로 전체를 통해 동일하지만, 핀(233)의 수는, 최상류부(232U)에 비해 최하류부(232L) 쪽이 많아지고 있다. 핀(233)의 수는, 최상류부(232U)로부터 최하류부(232L)를 향해 서서히 많아지고 있다. 또한, 각 핀(233)의 단면 형상은, 전부 동일하게 한다. 이와 같이 해도, 냉매 유로(232)의 단면적을, 최상류부(232U)에 비해 최하류부(232L) 쪽이 작고, 최상류부(232U)로부터 최하류부(232L)를 향해 서서히 작게 할 수 있다. 핀(233)의 수가 많은 개소일수록 난류가 발생하기 쉬워져, 웨이퍼(W)와의 열교환이 촉진된다. 핀(233)의 수는, 최상류부(232U)에 비해 최하류부(232L) 쪽이 10%∼40% 많아지도록 해도 좋다. 환언하면, 최하류부(232L)의 핀(233)의 수가 최상류부(232U)의 핀(233)의 수의 110%∼140%가 되도록 해도 좋다.
혹은, 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매 유로(332)의 단면적을, 냉매 유로(332)의 내면에 설치하는 핀(333)의 길이에 의해 조정해도 좋다. 또한, 도 8에서는, 냉매 유로(32) 대신에 핀(333)이 부착된 냉매 유로(332)를 형성한 것 이외에는, 전술한 실시형태와 동일하다. 냉매 유로(332)를 평면에서 보았을 때의 형상은, 도 2와 마찬가지로, 입구(332a)로부터 출구(332s)까지 지그재그형이다. 냉매 유로(332)의 폭이나 높이(바닥면으로부터 천장면까지의 길이)는, 유로 전체를 통해 동일하다. 핀(333)의 수는, 유로 전체를 통해 동일(여기서는 1개)하지만, 핀(333)의 길이는, 최상류부(332U)에 비해 최하류부(332L) 쪽이 길어지고 있다. 핀(333)의 길이는, 최상류부(332U)로부터 최하류부(332L)를 향해 서서히 길어지고 있다. 또한, 각 핀(333)의 두께는, 전부 동일하게 한다. 이와 같이 해도, 냉매 유로(332)의 단면적을, 최상류부(332U)에 비해 최하류부(332L) 쪽이 작고, 최상류부(332U)로부터 최하류부(332L)를 향해 서서히 작게 할 수 있다. 핀(333)의 길이가 긴 개소일수록 난류가 발생하기 쉬워져, 웨이퍼(W)와의 열교환이 촉진된다. 핀(333)의 길이는, 최상류부(332U)에 비해 최하류부(332L) 쪽이 10%∼40% 길어지도록 해도 좋다. 환언하면, 최하류부(332L)의 핀(333)의 길이가 최상류부(332U)의 핀(333)의 길이의 110%∼140%가 되도록 해도 좋다. 도 7 및 도 8에 있어서, 냉매 유로(232, 332)를 평면에서 보았을 때의 형상은, 지그재그형에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 소용돌이형(도 4 참조)이어도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 냉매 유로(32)의 폭(w)은, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 좁아지도록 하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 폭(w)은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 좁으면, 최상류부(32U)와 최하류부(32L) 사이는 어떻게 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 최상류부(32U)와 최하류부(32L) 사이에, 폭(w)이 일정한 구간이 있어도 좋고, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 폭(w)이 서서히 길어지는 구간이 있어도 좋으며, 폭(w)이 불규칙하게 변화하는 구간이 있어도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 웨이퍼 배치면(22a)에, 외연(外緣)을 따라 시일 밴드를 형성하고, 전면(全面)에 복수의 소돌기를 형성하며, 시일 밴드의 정상면 및 복수의 소돌기의 정상면으로 웨이퍼(W)를 지지하도록 해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 웨이퍼 배치대(10)는, 웨이퍼 배치대(10)를 상하 방향으로 관통하는 구멍을 복수 갖고 있어도 좋다. 이러한 구멍으로서는, 웨이퍼 배치면(22a)에 개구되는 복수의 가스 구멍이나 웨이퍼 배치면(22a)에 대해 웨이퍼(W)를 오르내리게 하는 리프트 핀을 삽입 관통시키기 위한 리프트 핀 구멍이 있다. 가스 구멍은, 웨이퍼 배치면(22a)을 평면에서 보았을 때에 적당한 위치에 복수 개 형성되어 있다. 가스 구멍에는, He 가스와 같은 열전도 가스가 공급된다. 통상, 가스 구멍은, 전술한 시일 밴드나 소돌기가 형성된 웨이퍼 배치면(22a) 중 시일 밴드나 소돌기가 형성되어 있지 않은 개소에 개구되도록 형성된다. 가스 구멍에 열전도 가스가 공급되면, 웨이퍼 배치면(22a)에 배치된 웨이퍼(W)의 이면측의 공간에 열전도 가스가 충전된다. 리프트 핀 구멍은, 웨이퍼 배치면(22a)을 평면에서 보았을 때에 웨이퍼 배치면(22a)의 동심원을 따라 등간격으로 복수 개 형성된다. 웨이퍼 배치대(10)가 가스 구멍이나 리프트 핀 구멍을 갖는 경우, 도 5의 부분(32x)과 같이, 구멍의 주변 영역에, 구멍의 주변 영역으로부터 벗어난 영역에 비해 냉매 유로(32)의 폭(w)이 좁아지고 있는 부분을 형성해도 좋다. 이렇게 하면, 웨이퍼(W)의 균열성이 보다 높아진다.
전술한 실시형태에서는, 냉각 기재(30)를 MMC로 제작하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 냉각 기재(30)를 금속(예컨대 알루미늄이나 티탄, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 합금)으로 제작해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 기재(20)와 냉각 기재(30)를 금속 접합층(40)을 통해 접합하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 금속 접합층(40) 대신에, 수지 접합층을 이용해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 기재(20)의 중앙부(22)에 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 내장하였으나, 이를 대신하여 또는 더하여, 플라즈마 발생용의 RF 전극을 내장해도 좋고, 히터 전극(저항 발열체)을 내장해도 좋다. 또한, 세라믹 기재(20)의 외주부(24)에 포커스 링(FR) 흡착용 전극을 내장해도 좋고, RF 전극이나 히터 전극을 내장해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 도 3a의 세라믹 소결체(120)는 세라믹 분말의 성형체를 핫 프레스 소성함으로써 제작하였으나, 그때의 성형체는, 테이프 성형체를 복수 매 적층하여 제작해도 좋고, 몰드 캐스트법에 의해 제작해도 좋으며, 세라믹 분말을 다짐으로써 제작해도 좋다.
본 출원은 2021년 11월 10일에 출원된 일본국 특허 출원 제2021-183241호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼 배치대에 있어서,
    상면에 웨이퍼를 배치 가능한 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 기재(基材)와,
    냉매 유로를 갖는 냉각 기재와,
    상기 세라믹 기재와 상기 냉각 기재를 접합하는 접합층
    을 구비하고,
    상기 냉매 유로 중 평면에서 보아 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 작은 것인, 웨이퍼 배치대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 냉매 유로의 상기 최상류부로부터 상기 최하류부를 향해 작아지고 있는 것인, 웨이퍼 배치대.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 냉매 유로에 설치되는 핀의 수, 상기 핀의 두께 및 상기 핀의 길이 중 적어도 하나에 의해 조정되어 있는 것인, 웨이퍼 배치대.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최하류부에서의 상기 냉매 유로의 단면적은, 상기 최상류부에서의 상기 냉매 유로의 단면적의 60%∼90%인 것인, 웨이퍼 배치대.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 기재는 금속 매트릭스 복합 재료로 제작되고,
    상기 접합층은 금속 접합층인 것인, 웨이퍼 배치대.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 기재를 상하 방향으로 관통하는 구멍
    을 구비하고,
    상기 냉매 유로는, 상기 구멍의 주변 영역에서는 상기 구멍의 주변 영역으로부터 벗어난 영역에 비해 상기 냉매 유로의 단면적이 작아지고 있는 것인, 웨이퍼 배치대.
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