KR20230096124A - 웨이퍼 유지체 - Google Patents

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KR20230096124A
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wafer holding
ceramic
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고이치 기무라
아키라 미쿠모
시게노부 사키타
다이스케 시마오
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

웨이퍼 배치면을 상면에 갖는 세라믹 베이스부와, 세라믹 베이스부에 매설된 도전 부재를 구비하고, 도전 부재는, 웨이퍼 배치면과 평행하게 마련된 회로부와, 웨이퍼 배치면과 평행하며 또한 웨이퍼 배치면을 등지는 방향으로 회로부와 이격하여 마련된 인출부와, 회로부와 인출부를 전기적으로 접속하는 접속부를 포함하는, 웨이퍼 유지체.

Description

웨이퍼 유지체{WAFER HOLDING BODY}
본 개시는 웨이퍼 유지체에 관한 것이다. 본 출원은 2017년 3월 28일 출원된 일본출원 2017-062458호에 기초하는 우선권을 주장하며, 상기 일본출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
LSI 등의 반도체 디바이스를 제조하는 반도체 제조 장치에서는, 반도체 웨이퍼에 대하여 CVD, 스퍼터링 등의 성막 처리나 에칭 처리 등, 각종 박막 처리가 실시된다. 이들 박막 처리는 플라즈마 분위기 하에서 행하는 경우가 있고, 그 때문에, 반도체 제조 장치에서는 챔버 내에 탑재하는 서셉터라고도 칭하는 웨이퍼를 배치하여 가열하는 웨이퍼 유지체에 고주파(RF) 전극의 한쪽(하부 전극)을 매설하며, 웨이퍼 유지체의 상방에 다른 한쪽의 고주파 전극(상부 전극)을 마련하여 상기 하부 전극에 대향시키고, 이들 전극 사이에 고주파(RF) 전압을 인가하는 것이 행해지고 있다. 이에 의해, 챔버 내에 도입한 원료 가스를 전리시켜 웨이퍼 유지체의 상방의 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
예컨대 특허문헌 1에는, 하부 전극 및 저항 발열체를 구비한 서셉터로서, 상면에 평탄한 웨이퍼 배치면을 구비한 원판형의 세라믹 베이스부와, 세라믹 베이스부를 하면 중앙부로부터 지지하는 통형 지지부로 이루어지는 웨이퍼 유지체가 개시되어 있고, 하부 전극으로서의 2종류의 고주파(RF) 전극은, 상기 세라믹 베이스부의 내부에 있어서 웨이퍼 배치면으로부터의 깊이가 서로 상이한 위치에 매설되어 있다. 이 세라믹 베이스부의 내부에는, 또한 반도체 웨이퍼를 전기적으로 흡착 고정하는 정전 척(ESC) 전극을 마련하여도 좋은 것도 나타내고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2012-89694호 공보
본 개시의 웨이퍼 유지체는, 웨이퍼 배치면을 상면에 갖는 세라믹 베이스부와, 세라믹 베이스부에 매설된 도전 부재를 구비한다. 도전 부재는, 웨이퍼 배치면과 평행하게 마련된 회로부와, 웨이퍼 배치면과 평행하며 또한 웨이퍼 배치면을 등지는 방향으로 회로부와 이격하여 마련된 인출부와, 회로부와 인출부를 전기적으로 접속하는 접속부를 포함한다.
도 1a는 제1 실시형태의 웨이퍼 유지체의 모식적인 종단면도이다.
도 1b는 도 1a의 세라믹 베이스부를 A1-A1 및 B1-B1로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 2a는 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체의 모식적인 종단면도이다.
도 2b는, 도 2a의 세라믹 베이스부를 A2-A2, B2-B2 및 C2-C2로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3은 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체의 대체예가 갖는 세라믹 베이스부의 도 2b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 4a는 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체의 또 다른 대체예의 모식적인 종단면도이다.
도 4b는 도 4a의 세라믹 베이스부를 A3-A3 및 B3-B3으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 5는 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체의 또 다른 대체예가 갖는 세라믹 베이스부의 도 4b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 6a는 제3 실시형태의 웨이퍼 유지체의 모식적인 종단면도이다.
도 6b는 도 6a의 세라믹 베이스부를 A4-A4 및 B4-B4로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7은 제3 실시형태의 웨이퍼 유지체의 또 다른 대체예가 갖는 세라믹 베이스부의 도 6b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 8은 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체의 또 다른 대체예가 갖는 세라믹 베이스부의 도 4b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
상기한 바와 같이, 웨이퍼 유지체에서는 세라믹 베이스부의 상면이 웨이퍼 배치면이 되기 때문에, 세라믹 베이스부의 내부에 매설되어 있는 RF 전극이나 저항 발열체 등에 급전하는 단자부는 세라믹 베이스부의 하면측에 마련할 필요가 있다. 이들 단자부는, 반도체 웨이퍼의 처리 시에 세라믹 베이스부와 함께 고온 상태가 되기 때문에, CVD나 에칭 시의 반응성 가스로서 챔버 내에 도입되는 할로겐 가스 등의 부식성 가스로부터 보호하는 것이 필요하다.
그래서, RF 전극이나 저항 발열체 등의 단자부 및 이들에 접속되는 급전선을 상기 통형 지지부의 내측에 수납하며, 상기 통형 지지부의 양 단부를 각각 세라믹 베이스부의 하면 및 챔버의 바닥면에 기밀 시일하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이러한 구조에 의하면 상기 단자부가 부식에 의해 파손되는 것을 막을 수 있지만, 세라믹 베이스부의 하면 중 통형 지지부가 부착되는 중앙부에 단자부를 배치하는 것이 필요하다. 그 결과, 세라믹 베이스부 내에 있어서 웨이퍼 배치면에 평행한 면 내에 거의 전체면에 걸쳐 깔려 있는 RF 전극이나 저항 발열체 등에 대하여 중앙부의 단자부로부터 급전하기 때문에, 상기 단자부와 RF 전극이나 저항 발열체 등의 접속부에 과도한 전기적인 부하가 가해지기 쉬워, 세라믹 베이스부의 상기 접속부에 있어서 국소적인 과열이 생겨 웨이퍼 배치면의 균열성(均熱性)이 저하하거나, 세라믹 베이스부 자체가 파손되거나 하는 경우가 있었다.
먼저 본 개시의 실시형태를 열기하여 설명한다. 본 개시의 웨이퍼 유지체는, 웨이퍼 배치면을 상면에 갖는 세라믹 베이스부와, 상기 세라믹 베이스부에 매설된 도전 부재를 구비하고,
상기 도전 부재는, 상기 웨이퍼 배치면과 평행하게 마련된 회로부, 상기 웨이퍼 배치면과 평행하며 또한 상기 웨이퍼 배치면을 등지는 방향으로 상기 회로부와 이격하여 마련된 인출부 및 상기 회로부와 상기 인출부를 전기적으로 접속하는 접속부를 포함한다. 또한 상기 세라믹 베이스부는 원판 형상이어도 좋다. 이에 의해, 세라믹 베이스부에 매설되어 있는 RF 전극 등의 도전 부재에 대하여 그 단자부로부터 과도한 전기적인 부하를 가하는 일 없이 급전할 수 있다.
상기 웨이퍼 유지체에 있어서는, 상기 세라믹 베이스부의 하면 중앙부로부터 상기 세라믹 베이스부를 지지하는 통형 지지부와, 상기 인출부와 접속되는 전극 단자부를 더 구비하고, 상기 전극 단자부의 일부는 상기 세라믹 베이스부의 하면측으로부터 돌출하고, 또한, 상기 통형 지지부 내에 수용되어 있어도 좋다. 또한, 상기 통형 지지부는 원통 형상이어도 좋다. 이에 의해, 전극 단자부 및 이에 접속되는 급전선을 통형 지지부의 내측에 수용할 수 있기 때문에, 이들을 부식 환경으로부터 격리할 수 있다.
상기 웨이퍼 유지체에 있어서, 상기 도전 부재는 RF 전극 또는 저항 발열체를 구성하여도 좋다. 또한 웨이퍼 유지체는, 복수의 상기 도전 부재를 구비하고, 복수의 상기 도전 부재는 각각이 RF 전극 또는 저항 발열체를 구성하여도 좋다. 이에 의해, RF 전극에 있어서의 도전 부재에 대하여 그 단자부에 대한 과도한 전기적인 부하를 저감할 수 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 높은 신뢰성을 유지할 수 있다. 또한, 저항 발열체에 있어서는 회로 패턴의 설계의 자유도가 늘기 때문에, 균열성을 향상시킬 수 있다. 또한, RF 전극이나 저항 발열체에 종래의 것보다 높은 전압을 인가할 수 있기 때문에, 처리 속도를 높일 수 있다.
상기 웨이퍼 유지체에 있어서는, 상기 세라믹 베이스부에 매설되어 상기 웨이퍼 배치면과 평행하게 마련된 제2 회로부와, 상기 회로부와 접속되는 제2 전극 단자부를 더 구비하고, 상기 제2 전극 단자부의 일부는 상기 세라믹 베이스부의 하면측으로부터 돌출하여도 좋다. 또한, 상기 제2 회로부는 RF 전극 또는 저항 발열체 또는 정전 척 전극으로 할 수 있다. 이에 의해, 세라믹 베이스부 내에 매설하는 전극의 종류나 이들의 형상의 자유도를 높일 수 있다.
상기 웨이퍼 유지체에 있어서, 상기 접속부는 금속층으로 덮인 세라믹 부재여도 좋다. 이에 의해, 웨이퍼 유지체에 히트 사이클에 의한 열팽창과 열수축이 반복되는 경우라도 파손되기 어렵게 할 수 있게 된다.
다음에, 도 1a, 도 1b를 참조하면서 제1 실시형태의 웨이퍼 유지체에 대해서 설명한다. 도 1a에 나타내는 제1 실시형태의 웨이퍼 유지체(10)는, 반도체 웨이퍼에 대하여 플라즈마 CVD 등의 플라즈마 분위기 하에서의 박막 처리가 행해지는 도시하지 않는 챔버 내에 탑재되는 것이다. 웨이퍼 유지체(10)는, 웨이퍼 배치면(11a)을 상면에 구비한 원판 형상의 세라믹 베이스부(11)와, 세라믹 베이스부(11)를 세라믹 베이스부(11)의 하면 중앙부로부터 지지하는 원통 형상의 통형 지지부(12)를 갖는다. 본 개시에 있어서 원판 형상이란 기하학적으로 엄밀한 원판을 의미하는 것이 아니며 가공 오차 등이 포함된다. 본 개시에 있어서 원통 형상이란 기하학적으로 엄밀한 원통을 의미하는 것이 아니며 가공 오차 등이 포함된다. 통형 지지부(12)의 재질로서는 세라믹스가 바람직하다.
세라믹 베이스부(11)나 통형 지지부(12)의 적합한 재질인 세라믹스로서는, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 열전도율이 높으며 내부식성도 우수한 질화알루미늄이 가장 바람직하다.
통형 지지부(12)의 양 단부는 예컨대 외측으로 굴곡한 플랜지 형상으로 되어 있다. 통형 지지부(12)의 상단면을 세라믹 베이스부(11)의 하면에 대하여 소결에 의해 접합하여도 좋다. 또한, 상기 플랜지 형상의 굴곡부를 관통하는 나사 등의 결합 수단에 의해 통형 지지부(12)를 세라믹 베이스부(11)의 하면에 접합하여도 좋다. 통형 지지부(12)의 하단부에 대해서는, 상단부와 마찬가지로 챔버의 저면에 접합하여도 좋다. 그러나, 하단부는, 클램프 등의 결합 수단에 의해 착탈 가능하게 고정하는 것이 바람직하다.
세라믹 베이스부(11)의 내부에는, RF 전극의 하부 전극으로서의 1조의 도전 부재(13)가 매설되어 있다. 도전 부재(13)는, 웨이퍼 배치면(11a)에 대하여 평행한 회로부(14)와, 상기 웨이퍼 배치면(11a)에 대하여 평행하며 또한 상기 회로부(14)와는 세라믹 베이스부(11)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(15)와, 회로부(14)와 인출부(15)를 서로 전기적으로 접속하는 6개의 접속부(16)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(11)는, 웨이퍼 배치면(11a)을 등지는 방향으로 회로부(14)와 이격하여 마련된 인출부(15)를 가지고 있다. 회로부(14)와 인출부(15)는, 도 1a의 세라믹 베이스부(11)를 A1-A1 및 B1-B1로 각각 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면를 나타내는 도 1b로부터 알 수 있듯이, 모두 원형 패턴을 가지고 있다. 회로부(14)와 인출부(15)는, 세라믹 베이스부(11)의 중심부에 관해서 동심 원형이 되도록 배치되어 있다. 인출부(15)의 외직경은 회로부(14)의 외직경보다 작게 되어 있다. 인출부(15)의 외주부에, 둘레 방향으로 균등한 간격을 두고 6개의 접속부(16)가 배치되어 있다.
회로부(14)와 인출부(15)의 재질은 도전성을 갖는 것이면 특별히 제약은 없다. 예컨대 스테인레스박 등의 금속박을 깔아도 좋다. 예컨대, 텅스텐 등의 금속분말을 포함한 페이스트를 스크린 인쇄 및 소성하여 형성하여도 좋다. 접속부(16)의 재질도 도전성을 갖는 것이면 특별히 제약은 없다. 일례로서는, 원기둥형의 세라믹 부재의 외표면을 금속층으로 덮은 것이 바람직하다. 금속층의 형성 방법으로서는, 예컨대, 세라믹 부재의 표면에 금속 페이스트를 도포한 후, 탈지 및 소성하는 것을 들 수 있다. 금속층의 다른 예로서는, 밖에서 세라믹 부재에 끼우도록 미리 통형으로 성형한 금속제 슬리브를 이용하여도 좋다. 또한, 상기 세라믹 부재는, 상기 세라믹 베이스부(11)와 거의 같은 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하고, 같은 재질인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 히트 사이클에 의한 열팽창이나 열수축이 반복되어도 상기 세라믹 부재를 세라믹 베이스부(11)와 마찬가지로 팽창·수축시킬 수 있다. 따라서, 균열성의 저하나 파손 등의 문제가 생기기 어렵다.
인출부(15)의 중앙부에는 금속제의 1개의 전극 단자부(17)가 접속되어 있다. 전극 단자부(17)의 선단부는, 세라믹 베이스부(11)의 하면 중앙부에 있어서 돌출한다. 즉 전극 단자부(17)의 일부는 세라믹 베이스부(11)의 하면측으로부터 돌출한다. 이에 의해, 전극 단자부(17) 및 전극 단자부(17)에 접속되는 급전선(도시하지 않음)을 통형 지지부(12)의 내측에 수용할 수 있다. 또한, 세라믹 베이스부(11)의 내부에는, 도시하지 않는 열전대 등의 온도 센서, 저항 발열체, 정전 척용 전극 등을 마련하여도 좋다. 이 경우는, 이들 단자부도 세라믹 베이스부(11)의 하면 중앙부로부터 돌출시킴으로써 상기 전극 단자부(17)와 함께 통형 지지부(12)의 내측에 수용할 수 있다. 통형 지지부(12)의 내측에서 하방을 향하여 연장되는 급전선은, 챔버의 저면의 관통 구멍을 통과하여 챔버의 외부로 인출할 수 있다(도시하지 않음).
이러한 구성에 의해, 도전 부재(13)에 고주파 전압을 인가할 때에 전극 단자부와의 접속부에서 생기기 쉬운 전기적인 과부하의 문제를 억제할 수 있다. 특히, RF 전극의 경우는, 그 회로부와 웨이퍼 배치면의 간격이 좁을수록 바람직하다. 따라서, 회로부에 과도한 전기적 부하가 가해지면 세라믹 베이스부 중 회로부보다 웨이퍼 배치면측의 박판 부분이 파손될 우려가 있었다. 그러나, 본 개시의 웨이퍼 유지체(10)와 같이 복수개의 접속부(16)를 이용함으로써 전류를 적절하게 분배할 수 있다. 따라서, 국소적인 과부하의 문제를 억제할 수 있다. 이에 의해 웨이퍼 유지체(10)를 탑재한 반도체 제조 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
다음에 도 2a, 도 2b를 참조하면서 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체(20)에 대해서 설명한다. 도 2a에 나타내는 바와 같이, 원판 형상의 세라믹 베이스부(21)와, 세라믹 베이스부를 하면 중앙부로부터 지지하는 통형 지지부(22)로 이루어지는 웨이퍼 유지체(20)는, 세라믹 베이스부(21) 내에 복수의 도전 부재가 마련되어 있는 것을 제외하면, 제1 실시형태의 웨이퍼 유지체(10)와 기본적으로 동일하다. 따라서 이하에서 세라믹 베이스부(21)에 대해서 구체적으로 설명한다.
세라믹 베이스부(21)의 내부에는, RF 전극으로서의 2개 조의 도전 부재(23A, 23B)가 매몰되어 있다. 제1조의 도전 부재(23A)는, 웨이퍼 배치면(21a)에 대하여 평행한 회로부(24A)와, 웨이퍼 배치면(21a)에 대하여 평행하며 또한 회로부(24A)와는 세라믹 베이스부(21)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(25A)와, 회로부(24A)와 인출부(25A)를 서로 전기적으로 접속하는 6개의 접속부(26A)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(21)는, 웨이퍼 배치면(21a)을 등지는 방향으로 회로부(24A)와 이격하여 마련된 인출부(25A)를 가지고 있다. 제2조의 도전 부재(23B)도 상기 제1조와 마찬가지로 웨이퍼 배치면(21a)에 대하여 평행한 회로부(24B)와, 웨이퍼 배치면(21a)에 대하여 평행하며 또한 회로부(24B)와는 세라믹 베이스부(21)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(25B)와, 회로부(24B)와 인출부(25B)를 서로 전기적으로 접속하는 4개의 접속부(26B)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(21)는, 웨이퍼 배치면(21a)을 등지는 방향으로 회로부(24B)와 이격하여 마련된 인출부(25B)를 가지고 있다.
도 2b로부터 알 수 있듯이, 회로부(24A와 24B)는, 웨이퍼 배치면(21a)과 가장 가까운 같은 층 내에 매설되어 있다. 따라서, 회로부(24A)는 웨이퍼 배치면(21a)의 외직경보다 외직경이 작은 동심 원형의 원형 패턴을 가지고 있다. 회로부(24B)는 회로부(24A)의 외주를 둘러싸도록 동심 원형의 환형 패턴을 가지고 있다. 인출부(25A)는 세라믹 베이스부(21)의 두께 방향의 대략 중앙에 위치하는 층 내에 매설되어 있다. 인출부(25A)의 외직경은 회로부(24A)의 외직경보다 작은 외직경을 갖는 원형 패턴을 가지고 있다. 인출부(25A)의 외주부에, 둘레 방향으로 균등한 간격을 두고 6개의 접속부(26A)가 배치되어 있다. 또한, 인출부(25A)의 중앙부에는 금속제의 1개의 전극 단자부(27A)가 접속되어 있다. 전극 단자부의 선단부는 후술하는 인출부(25B)의 중앙 부분의 개구부를 관통하여 세라믹 베이스부(21)의 하면 중앙부로부터 돌출한다. 즉, 전극 단자부(27A)의 일부는 세라믹 베이스부(21)의 하면측으로부터 돌출한다.
인출부(25B)는 세라믹 베이스부(21)의 가장 하측에 위치하는 층 내에 매설되어 있다. 인출부(25B)는, 회로부(24B)와 대략 동일한 직경 또는 이것보다 약간 작은 외경을 갖는다. 인출부(25B)는, 중앙부에 원형의 개구부를 갖는 원형 패턴을 가지고 있다. 인출부(25B)의 외주부에 둘레 방향으로 균등한 간격으로 4개의 접속부(26B)가 배치되어 있다. 또한, 인출부(25B)의 개구부의 둘레에는 금속제의 4개의 전극 단자부(27B)가 접속하고 있다. 전극 단자부(27B)의 선단부는 세라믹 베이스부(21)의 하면 중앙부에 있어서 돌출한다. 즉, 전극 단자부(27B)의 일부는 세라믹 베이스부(21)의 하면측으로부터 돌출한다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체(20)는 2개 조의 도전 부재(23A 및 23B)를 가지고 있다. 따라서, 2개 조의 도전 부재에 따로따로 RF 전압을 인가할 수 있다. 따라서 웨이퍼 배치면(21a) 상방의 플라즈마 분위기를 내측과 외측에서 상이하게 제어할 수 있다. 또한, 제2 실시형태는 웨이퍼 배치면(21a)을 그 직경 방향으로 2분할한 내측 원형 패턴과 외측 환형 패턴으로 이루어지는 2존(2-zone) 구조의 경우에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 개수의 존(zone) 또는 여러 가지 분할 패턴이 고려된다.
예컨대 도 3에 나타내는 제2 실시형태의 대체예에서는, 상기 도 2a, 도 2b에 나타내는 2개 조의 도전 부재 중 내측의 도전 부재에 대해서는 동일하다. 그러나, 외측의 도전 부재가 웨이퍼 배치면(21a)의 둘레 방향으로 균등하게 4개로 분할되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(121) 내에 5조의 도전 부재가 매설된 5존(5-zone) 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 세라믹 베이스부(121)에서는, 도 2b의 환형 패턴을 둘레 방향으로 대략 4등분한 형상을 갖는 4개의 외측 회로부(124B, 124C, 124D 및 124E)가, 같은 층 내의 내측에 위치하는 원형 패턴의 회로부(124A)를 외측으로부터 둘러싸고 있다. 그리고, 이들 4개의 외측 회로부(124B∼124E)는, 4개의 대략 동일한 형상의 부채형 패턴을 갖는 인출부(125B, 125C, 125D 및 125E)에 각각 접속부(126B, 126C, 126D 및 126E)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 배치면(121a)의 상방의 플라즈마 분위기를 보다 세밀하게 제어할 수 있게 된다.
또는 도 4a, 도 4b에 나타내는 제2 실시형태의 다른 대체예와 같이, 웨이퍼 배치면을, 그 중심을 통과하는 직선으로 2분할한 2존에 동일한 형상의 2개 조의 도전 부재를 각각 매설한 구조여도 좋다. 즉, 도 4a에 나타내는 세라믹 베이스부(221)의 내부에는, RF 전극으로서의 2개 조의 도전 부재(223A, 223B)가 매몰되어 있다.
제1조의 도전 부재(223A)는, 웨이퍼 배치면(221a)에 대하여 평행한 회로부(224A)와, 상기 웨이퍼 배치면(221a)에 대하여 평행하며 또한 회로부(224A)와는 세라믹 베이스부(221)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(225A)와, 이들 회로부(224A)와 인출부(225A)를 서로 전기적으로 접속하는 2개의 접속부(226A)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(221)는, 웨이퍼 배치면(221a)을 등지는 방향으로 회로부(224A)와 이격하여 마련된 인출부(225A)를 가지고 있다. 제2조의 도전 부재(223B)도 상기 제1조와 마찬가지로 웨이퍼 배치면(221a)에 대하여 평행한 회로부(224B)와, 상기 웨이퍼 배치면(221a)에 대하여 평행하며 또한 회로부(224B)와는 세라믹 베이스부(221)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(225B)와, 이들 회로부(224B)와 인출부(225B)를 서로 전기적으로 접속하는 2개의 접속부(226B)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(221)는, 웨이퍼 배치면(221a)과 반대의 방향으로 회로부(224B)와 이격하여 마련된 인출부(225B)를 가지고 있다.
도 4a의 세라믹 베이스부(221)를 A3-A3 및 B3-B3으로 각각 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면을 나타내는 도 4b로부터 알 수 있듯이, 웨이퍼 배치면(221a)에 가장 가까운 같은 층 내에 매설되어 있는 회로부(224A와 224B)는, 세라믹 베이스부(221)의 중심부를 통과하는 직선으로 2분할한 반원 형상 패턴을 가지고 있다. 또한, 세라믹 베이스부(221)의 하면측에 가까운 같은 층 내에 매설되어 있는 인출부(225A와 225B)도, 전술한 바와 같이 2분할한 반원 형상 패턴을 가지고 있다. 회로부(224A)와 인출부(225A)는, 이들의 외주부에 위치하는 2개의 접속부(226A)로 서로 전기적으로 접속되어 있다. 회로부(224B)와 인출부(225B)도 마찬가지로 2개의 접속부(226B)를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 각 조에 있어서의 2개의 접속부는, 회로부에 균일한 전압을 인가할 수 있도록, 상기 반원 형상 패턴 내의 선대칭의 위치이며 또한 세라믹 베이스부(221)의 중심부로부터 접속부로 연장되는 2개의 선분이 이루는 각이 대략 직각이 되는 위치에 배치되어 있다.
도 4a, 도 4b에 나타내는 세라믹 베이스부(221)에서는, 웨이퍼 배치면을, 그 중심부를 통과하는 직선으로 대략 2등분한 2존에 동일한 형상의 2개 조의 도전 부재를 각각 마련한 2존 구조였다. 그러나, 본 개시의 세라믹 베이스부는, 이것에 한정되는 것이 아니며, 웨이퍼 배치면을 3존 이상으로 분할한 구조여도 좋다. 예컨대 도 5에 나타내는 제2 실시형태의 또 다른 대체예의 웨이퍼 유지체에서는, 세라믹 베이스부(321)의 웨이퍼 배치면을 둘레 방향으로 4등분하여 동일한 형상의 4개 조의 도전 부재를 각각 매설한 4존 구조의 예를 나타내고 있다.
구체적으로는, 웨이퍼 배치면에 가장 가까운 같은 층 내에 매설되어 있는 4개의 회로부(324A, 324B, 324C 및 324D)는, 세라믹 베이스부(321)의 웨이퍼 배치면을, 그 중심을 통과하는 2개의 서로 직교하는 직선으로 4분할한 중심각 90°의 부채형 패턴을 가지고 있다. 또한, 세라믹 베이스부(321)의 하면측에 가까운 같은 층 내에 매설되어 있는 인출부(325A, 325B, 325C 및 325D)도, 전술한 바와 같은 각도 위치에서 마찬가지로 4분할한 중심각 90°의 부채형 패턴을 가지고 있다. 그리고 각 쌍의 회로부와 인출부란, 이들의 외주부에 위치하는 1개의 접속부(326A, 326B, 326C 또는 326D)로 서로 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 구조에 의해, 웨이퍼 배치면의 상방의 플라즈마 분위기를 둘레 방향으로 보다 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
다음에 도 6a, 도 6b를 참조하면서 제3 실시형태의 웨이퍼 유지체에 대해서 설명한다. 도 6a에 나타내는 대략 원판 형상의 세라믹 베이스부(31)와, 세라믹 베이스부(31)를 세라믹 베이스부(31)의 하면 중앙부로부터 지지하는 통형 지지부(32)로 이루어지는 웨이퍼 유지체(30)는, 세라믹 베이스부(31) 내에 1조의 도전 부재와, 인출부를 통하지 않고 직접 전극 단자부에 접속하는 회로부가 마련되어 있는 것을 제외하면 상기 제2 실시형태의 웨이퍼 유지체(20)와 기본적으로 동일하다. 따라서 이후에는 세라믹 베이스부(31)에 대해서 구체적으로 설명한다.
세라믹 베이스부(31)의 내부에는, 웨이퍼 배치면(31a)을 직경 방향으로 분할한 내측 원형부와 외측 환형부의 2존에, 각각 RF 전극으로서의 제2 회로부(34A)와 회로부(34B)가 마련되어 있는 점에 있어서, 제2 실시형태의 도 2b의 좌측에 나타내는 분할 패턴과 동일하다. 또한, 회로부(34B)는 제2 실시형태와 마찬가지로 접속부(36B)를 통해 인출부(35B)에 전기적으로 접속되어 있다. 그러나, 제2 회로부(34A)가 직접 제2 전극 단자부(37A)에 접속되어 있는 점이 제2 실시형태와 상이하다.
즉, 도 6a의 세라믹 베이스부(31)를 A4-A4 및 B4-B4로 각각 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면을 나타내는 도 6b에서 알 수 있듯이, 제2 회로부(34A)는 인출부나 그 접속을 위한 접속부를 통하지 않고 직접 제2 전극 단자부(37A)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전극 단자부(37A)는 일부가 세라믹 베이스부(31)의 하면으로부터 돌출한다. 제2 전극 단자부(37A)의 일부는, 통형 지지부(32)의 내부에 수용되어 있다. 한편, 1조의 도전 부재(33B)는, 도 2b와 마찬가지이고, 웨이퍼 배치면(31a)에 대하여 평행한 회로부(34B)와, 웨이퍼 배치면(31a)에 대하여 평행하며 또한 회로부(34B)와는 세라믹 베이스부(31)의 두께 방향으로 이격하는 인출부(35B)와, 회로부(34B)와 인출부(35B)를 서로 전기적으로 접속하는 4개의 접속부(36B)로 구성되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(31)는, 웨이퍼 배치면(31a)을 등지는 방향으로 회로부(34B)와 이격하여 마련된 인출부(35B)를 가지고 있다. 이와 같이, 웨이퍼 배치면(31a)의 중앙부에 위치하는 제2 회로부(34A)는 인출부를 통하지 않고 제2 전극 단자부(37A)에 직접 접속하고 있다. 따라서, 세라믹 베이스부(31) 내에 도전 부재를 매설하는 층의 수를 2층으로 억제할 수 있어, 간이하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 제3 실시형태에서는 웨이퍼 배치면(31a)을 그 직경 방향으로 2분할한 내측 원형 패턴과 외측 환형 패턴으로 이루어지는 2존 구조의 경우에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 개수의 존 또는 여러 가지 분할 패턴이 고려된다. 예컨대 도 7에 나타내는 제3 실시형태의 대체예에서는, 상기 도 6a, 도 6b에 나타내는 내측의 회로부에 대해서는 동일하다. 그러나, 외측의 도전 부재가 웨이퍼 배치면(131a)의 둘레 방향으로 균등하게 4개로 분할된 5존 구조로 되어 있다.
구체적으로는, 도 7에 나타내는 대체예의 세라믹 베이스부(131)에서는, 도 6b의 환형 패턴을 둘레 방향으로 대략 4등분한 형상을 갖는 4개의 외측 회로부(134B, 134C, 134D 및 134E)가, 같은 층 내의 내측에 위치하는 원형 패턴의 제2 회로부(134A)를 외측에서 둘러싸고 있다. 그리고, 이들 4개의 외측 회로부(134B∼134E)는, 대략 동일한 형상의 4개의 부채형 패턴을 갖는 인출부(135B, 135C, 135D 및 135E)에 각각 접속부(136B, 136C, 136D 및 136E)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해 웨이퍼 배치면(131a)의 상방의 플라즈마 분위기를 보다 세밀하게 제어할 수 있게 된다.
상기 제1∼제3의 실시형태에서는, 모두 회로부가 RF 전극이라고 하여 설명을 행하였다. 그러나, 본 개시는 이것에 한정되는 것이 아니며, 회로부가 저항 발열체여도 좋다. 또한, 도전 부재가 2개 조 이상인 경우는, 이들 중 1개 조가 RF 전극이고, 나머지가 저항 발열체여도 좋다. 예컨대 도 8에는, 제2 실시형태의 2존 구조에 있어서, 세라믹 베이스부(421)의 웨이퍼 배치면에 가장 가까운 같은 층 내에 회로부(424A, 424B)로서 2개의 발열 저항체가 매설되어 있는 예를 나타내고 있다.
즉, 세라믹 베이스부(421)의 내부에는, 웨이퍼 배치면을, 그 중심을 통과하는 직선으로 2분할한 대략 반원 형상 패턴의 2존의 각각에, 동심 원형의 만곡부와 직선부가 일필휘지형으로 연결된 형상의 회로 패턴을 갖는 회로부(424A, 424B)가 매설되어 있다. 그리고, 이들 회로부는 세라믹 베이스부(421)의 두께 방향으로 이격하는 반원 형상 패턴을 갖는 인출부(425A, 425B)에 각각 접속부(426A, 426B)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 세라믹 베이스부(421)는, 웨이퍼 배치면을 등지는 방향으로 회로부(424A, 424B)와 이격하여 마련된 인출부(425A, 425B)를 가지고 있다. 인출부(425A, 425B)의 각각은, 도시하지 않는 전극 단자부에 전기적으로 접속되어 있고, 그 선단부가 세라믹 베이스부(421)의 하면 중앙부에서 돌출한다. 또한, 인출부(425A, 425B)에 있어서 웨이퍼 배치면의 중심부에 대응하는 부분은, 각 저항 발열체의 1쌍의 전극 중 한쪽에 간섭하지 않도록 반원형으로 절결되어 있다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 어떠한 면으로부터도 제한적인 것이 아니라고 이해되어야 한다. 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되도록 의도된다.
실시예
질화알루미늄 분말 99.5 질량부에 소결 조제로서 산화이트륨 0.5 질량부를 더하고, 또한 바인더, 유기 용제를 더하여, 볼 밀 혼합함으로써, 슬러리를 제작하였다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이법으로 분무함으로써 과립을 제작하고, 이것을 프레스 성형하여 동일한 형상인 3장의 성형체를 제작하였다. 이들 성형체를 질소 분위기 중에서 700℃의 조건으로 탈지한 후, 질소 분위기 중에 있어서 1850℃로 소결하여, 3장의 질화알루미늄 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를, 직경 330 ㎜, 두께 8 ㎜의 원판형으로 가공하였다. 이때의 표면 거칠기는 Ra로 0.8 ㎛, 평면도는 50 ㎛였다.
상기 3장의 질화알루미늄의 소결체 중, 중간부가 되는 소결체의 중앙부에 내직경 8.0 ㎜의 관통 구멍을 둘레 방향으로 균등한 간격을 두고 6부분 천공하였다. 또한 이상과 동일한 조건으로 제작한 외직경 7.9 ㎜의 원기둥형의 질화알루미늄 소결체의 외표면에 텅스텐(W) 페이스트를 도포하고, 질소 분위기 중에서 700℃로 탈지한 후, 질소 분위기 중에서 1830℃로 소성하여 외직경 8.0 ㎜, 높이 8 ㎜의 6개의 접속부(16)를 제작하여, 상기 관통 구멍에 끼워넣었다. 이 중간부가 되는 소결체의 한쪽의 면에, 도 1b의 좌측의 회로부(14)용 원형 패턴을, 다른 한쪽의 면에 우측의 인출부(15)용 원형 패턴을 형성하도록 텅스텐(W) 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하여, 질소 분위기 중에서 700℃로 탈지한 후, 질소 분위기 중에서 1830℃로 소성하였다.
다음에 최상부 및 최하부가 되는 2장의 소결체의 각 편면에, 접착용의 질화알루미늄을 주성분으로 하는 접착 재료를 도포하고 나서 탈지를 행하였다. 이들 최상부 및 최하부의 접착 재료를 도포한 면이, 상기 중간부가 되는 소결체를 마주보도록 끼워넣어 접합시켰다. 이와 같이 하여 얻은 접합체에 대하여, 그 하면측에는 인출부(15)의 중앙부에 이르는 1개의 구멍을 스폿 페이싱(spot facing)하고, 그곳에 상기 인출부(15)에 접촉하도록 텅스텐(W)제의 전극 단자부(17)를 끼워넣었다.
이와 같이 하여 제작한 세라믹 베이스부(11)의 하면측에는, 양 단부에 플랜지부를 갖는 내직경 60 ㎜, 높이 150 ㎜, 두께 2 ㎜의 AlN제의 통형 지지부(12)의 일단부를 나사로 접합하였다. 또한, 플랜지부와 세라믹 베이스부(11)의 접합면 사이는 O-링을 이용하여 기밀하게 밀봉하였다. 그리고, 통형 지지부(12)의 내측에서 세라믹 베이스부(11)의 하면측으로부터 돌출하는 전극 단자부(17)에 급전선을 접속하였다. 이와 같이 하여 제작한 시료 1의 웨이퍼 유지체(10)를 CVD 장치의 챔버 내에 탑재하고, 통형 지지부(12)의 타단부를 챔버의 바닥부에 O-링으로 기밀 밀봉한 상태로 클램프를 이용하여 고정하였다.
비교를 위해, 두께 8 ㎜의 3장의 원판형 소결체 대신에 두께 8 ㎜와 16 ㎜의 2장의 원판형 소결체를 제작하여, 두께 8 ㎜의 소결체의 편면에 회로부(14)를 성막하고, 두께 16 ㎜의 소결체의 편면에 전술한 바와 동일한 접착 재료를 도포, 탈지하고 나서 양 소결체를 중합시켜 접합하는 것 이외에는 상기 시료 1과 동일하게 하여 인출부 및 인출부와의 접속을 위한 접속부를 통하지 않으면서 회로부의 중앙부에 직접 전극 단자부가 접속된 시료 2의 웨이퍼 유지체를 제작하여, 챔버 내에 탑재하였다. 이들 시료 1 및 2의 웨이퍼 유지체의 각각에 대하여, 웨이퍼 배치면에 센서레이사 제조의 300 ㎜ 17점 웨이퍼 측온계를 배치한 상태로 13.56 ㎒의 고주파 전압을 인가하는 운전을 행하였다. 그 결과, 시료 1에서는 웨이퍼 배치면의 균열성에 변화없이 높은 균열성을 유지하고 있었지만, 시료 2에서는 중앙부에서의 국소 발열에 의해 중앙부의 온도가 상승하여 균열(均熱)이 악화하는 결과가 되었다. 이것은 전극 단자부와의 접속 부분에 있어서 과부하로 되어 있었던 것에 의한 것이라고 생각된다.
10, 20, 30 웨이퍼 유지체
11, 21, 31, 121, 131, 221, 321, 421 세라믹 베이스부
11a, 21a, 31a, 221a 웨이퍼 배치면
12, 22, 32, 222 통형 지지부
13, 23A, 23B, 33B, 223A, 223B 도전 부재의 조(組)
14, 24A, 24B, 34B, 224A, 224B, 124A, 124B, 124C, 124D, 124E, 134B, 134C, 134D, 134E, 224A, 224B, 324A, 324B, 324C, 324D, 424A, 424B 회로부
34A, 134A 제2 회로부
15, 25A, 25B, 35B, 225A, 225B, 125A, 125B, 125C, 125D, 125E, 135B, 135C, 135D, 135E, 225A, 225B, 325A, 325B, 325C, 325D, 425A, 425B 인출부
16, 26A, 26B, 36B, 226A, 226B, 126A, 126B, 126C, 126D, 126E, 136B, 136C, 136D, 136E, 226A, 226B, 326A, 326B, 326C, 326D, 426A, 426B 접속부
17, 27A, 27B, 37B, 227A, 227B 전극 단자부
37A 제2 전극 단자부

Claims (13)

  1. 웨이퍼 배치면을 상면에 갖는 세라믹 베이스부와,
    상기 세라믹 베이스부에 매설된 도전 부재와,
    전극 단자부를 구비하고,
    상기 도전 부재는,
    상기 웨이퍼 배치면과 평행하게 마련된 회로부와,
    상기 웨이퍼 배치면과 평행하며 또한 상기 웨이퍼 배치면과 반대 방향으로 상기 회로부와 이격하여 마련된 인출부와,
    상기 회로부와 상기 인출부를 전기적으로 접속하는 접속부를 포함하며,
    상기 인출부는,
    평면에서 볼 때 원형, 원환형, 원형을 둘레 방향으로 분할한 형상, 원환형을 둘레 방향으로 분할한 형상 중 어느 하나의 형상이고,
    상기 전극 단자부는 상기 인출부에 접속되어 있으며,
    상기 전극 단자부는 상기 세라믹 베이스부의 하면측으로부터 급전하기 위한 단자이고,
    상기 접속부는, 평면에서 볼 때, 상기 전극 단자부와는 상이한 장소에 마련되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 베이스부의 하면을 지지하는 통형 지지부를 더 구비하고,
    상기 전극 단자부의 일부는 상기 통형 지지부 내에 수용되어 있는 웨이퍼 유지체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전 부재가 RF 전극 또는 저항 발열체를 구성하는 웨이퍼 유지체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 도전 부재를 구비하고, 복수의 상기 도전 부재는 각각이 RF 전극 또는 저항 발열체를 구성하는 것인 웨이퍼 유지체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 베이스부에 매설되며 상기 웨이퍼 배치면에 평행하게 마련된 제2 회로부와,
    상기 제2 회로부와 접속되는 제2 전극 단자부를 더 구비하고,
    상기 제2 전극 단자부는 상기 세라믹 베이스부의 하면측으로부터 급전하기 위한 단자인 것인 웨이퍼 유지체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 회로부는 RF 전극 또는 저항 발열체 또는 정전 척 전극인 것인 웨이퍼 유지체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접속부는 금속층으로 덮인 세라믹 부재인 것인 웨이퍼 유지체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 부재는 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소 및 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 세라믹 재료로 구성되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료는, 상기 세라믹 베이스부를 구성하는 세라믹 재료와 거의 동일한 열팽창 계수를 갖는 것인 웨이퍼 유지체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 베이스부와 상기 세라믹 부재는 동일한 세라믹 재료로 구성되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 베이스부는 원판 형상이고,
    상기 접속부는 상기 원판 형상의 둘레 방향으로 균등한 간격을 두고 배치되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인출부는 평면에서 볼 때 원형 또는 원환형이고,
    상기 접속부는 상기 인출부의 둘레 방향으로 균등한 간격을 두고 배치되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나의 상기 도전 부재가 구비하는 상기 인출부는, 상기 세라믹 베이스부의 두께 방향에 있어서 상기 웨이퍼 배치면과 평행한 하나의 면내에 마련되어 있는 것인 웨이퍼 유지체.
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