KR20230115867A - 웨이퍼 배치대 및 그것을 이용한 반도체 제조 장치용 부재 - Google Patents

웨이퍼 배치대 및 그것을 이용한 반도체 제조 장치용 부재 Download PDF

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KR20230115867A
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cooling substrate
substrate
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세이야 이노우에
다츠야 구노
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

본 발명의 웨이퍼 배치대(10)는, 상면에 웨이퍼 배치면(22a)을 갖고, 전극[웨이퍼 흡착용 전극(26)]을 내장하는 세라믹 기재(基材; 20)와, 세라믹 기재(20)의 하면에 형성된 냉각 기재(30), 그리고 냉각 기재(30)의 하면에서 개구되도록 냉각 기재(30)에 형성된 냉매 유로홈(32)을 구비한다.

Description

웨이퍼 배치대 및 그것을 이용한 반도체 제조 장치용 부재{WAFER PLACEMENT TABLE, AND MEMBER FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS, USING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼 배치대 및 그것을 이용한 반도체 제조 장치용 부재에 관한 것이다.
종래, 정전 전극을 매설한 세라믹 기재(基材)와, 내부에 냉매 유로를 구비한 냉각 기재를, 금속 접합층으로 접합한 웨이퍼 배치대가 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1, 2). 냉각 기재는, 예컨대 다음과 같이 하여 제작된다. 먼저, 금속 매트릭스 복합 재료로 형성된 제1∼제3 기판을 준비한다. 제1 및 제3 기판은, 원판이다. 제2 기판은, 원판의 한쪽 면으로부터 다른 쪽 면까지 냉매 유로와 동일한 형상이 되도록 펀칭함으로써 원판에 펀칭부를 형성한 것이다. 계속해서, 제2 기판을 제1 기판 및 제3 기판 사이에 끼워 넣어 적층체로 한다. 이때, 제2 기판과 제1 기판 사이와 제2 기판과 제3 기판 사이에, 금속 접합재를 넣는다. 그리고, 이 적층체를 열압 접합함으로써, 펀칭부가 냉매 유로가 되고, 제1 기판과 제2 기판 사이에 금속 접합층이 형성되며, 제2 기판과 제3 기판 사이에 금속 접합층이 형성된 냉각 기재를 얻는다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제5666748호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 제5666749호 공보
그러나, 전술한 웨이퍼 배치대에서는, 냉각 기재에 이용하는 재료가 많이 필요해지기 때문에, 그 재료비가 많아지고, 나아가서는 웨이퍼 배치대의 비용이 비싸진다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 웨이퍼 배치대의 비용을 낮게 억제하는 것을 주목적으로 한다.
[1] 본 발명의 웨이퍼 배치대는,
상면에 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 기재와,
상기 세라믹 기재의 하면측에 형성된 냉각 기재, 그리고
상기 냉각 기재의 하면에서 개구되도록 상기 냉각 기재에 형성된 냉매 유로홈
을 구비한 것이다.
이 웨이퍼 배치대는, 사용 시에, 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 냉각 기재의 하면이 웨이퍼 배치대와는 별도의 설치판에 부착된다. 이 경우, 냉매 유로홈의 개구는 시일 부재와 설치판에 의해 폐쇄되어 냉매 유로가 된다. 냉각 기재는, 냉매 유로홈을 갖고 있으나, 냉매 유로홈은, 냉각 기재의 하면에서 개구되어 있다. 그 때문에, 냉매 유로를 내장한 종래의 냉각 기재와 비교하여, 냉각 기재에 이용하는 재료가 적게 든다. 따라서, 웨이퍼 배치대의 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상하, 좌우, 전후 등을 이용하여 본 발명을 설명하는 경우가 있으나, 상하, 좌우, 전후는, 상대적인 위치 관계에 불과하다. 그 때문에, 웨이퍼 배치대의 방향을 변경한 경우에는 상하가 좌우가 되거나 좌우가 상하가 되거나 하는 경우가 있으나, 그러한 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[2] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속과 세라믹의 복합 재료로 형성되어 있어도 좋다. 이러한 복합 재료는, 세라믹 기재를 구성하는 세라믹 재료와 선열팽창 계수(CTE)의 차를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 세라믹 기재와 냉각 기재의 접합이 열응력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 복합 재료는 비교적 고가이기 때문에, 비용을 저감하는 의의가 크다.
[3] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1] 또는 [2]에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속 접합층을 통해 상기 세라믹 기재의 하면에 접합되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 냉각 기재가 수지(유기) 접합층을 통해 세라믹 기재의 하면에 접합되어 있는 경우에 비해, 웨이퍼 배치면의 열을 효율적으로 냉각 기재에 방출할 수 있다.
[4] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉매 유로홈 중 평면시(平面視)에서 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로홈의 천장면으로부터 상기 웨이퍼 배치면까지의 거리는, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 짧아지도록 해도 좋다. 웨이퍼 배치대의 사용 시, 냉매 유로홈의 개구를 웨이퍼 배치대와는 별도의 부재로 폐쇄하여 냉매 유로로 한 후에 그 냉매 유로에 냉매를 흘린다. 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 천장면으로부터 웨이퍼 배치면까지의 거리는 냉매 유로의 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 짧기 때문에, 냉매 유로의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면까지의 열저항은 최상류부에 비해 최하류부 쪽이 낮아진다. 그 때문에, 종합적으로는, 웨이퍼 배치면 중 냉매 유로의 최상류부에 대향하는 위치와 최하류부에 대향하는 위치의 온도차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 균열성(均熱性)이 높아진다.
[5] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉매 유로홈 중 평면시에서 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로홈의 단면적은, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 작아지도록 해도 좋다. 웨이퍼 배치대의 사용 시, 냉매 유로홈의 개구를 웨이퍼 배치대와는 별도의 부재로 폐쇄하여 냉매 유로로 한 후에 그 냉매 유로에 냉매를 흘린다. 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.
[6] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉각 기재는, 상기 냉각 기재를 상하 방향으로 관통하는 구멍을 갖고 있어도 좋고, 상기 구멍의 주변 영역에는, 상기 냉매 유로홈을 냉매 유로로서 이용할 때에 상기 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 웨이퍼 배치면에 배치되는 웨이퍼의 열교환을 촉진하는 열교환 촉진부가 형성되어 있어도 좋다. 일반적으로 웨이퍼 중 이러한 구멍 바로 위 주변은 핫 스폿이 되기 쉬우나, 여기서는 이러한 구멍의 주변 영역에 열교환 촉진부가 형성되어 있기 때문에, 구멍의 주변 영역의 발열(拔熱)이 촉진된다. 따라서, 웨이퍼에 핫 스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[7] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 웨이퍼 배치대는, 사용 시에 상기 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 상기 냉각 기재의 하면이 상기 웨이퍼 배치대와는 별도의 설치판에 부착되는 것으로 해도 좋다.
[8] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [7]에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉각 기재는, 상기 냉각 기재의 중앙부를 상기 설치판에 체결하는 중앙부 체결 부재를 갖고 있어도 좋다. 또한, 「냉각 기재의 중앙부」란, 냉각 기재의 중심이어도 좋고, 냉각 기재의 직경보다 작은 원의 원주여도 좋다.
[9] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [1]∼[8] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 종단면의 형상(웨이퍼 배치대를 웨이퍼 배치면에 수직인 방향에서 절단했을 때의 절단면에 나타나는 형상)은, 상기 냉매 유로홈의 개구부의 폭보다 상기 냉매 유로홈의 천장부의 폭 쪽이 넓어도 좋고, 상기 냉매 유로홈의 인접한 개구부끼리의 간격은, 상기 냉매 유로홈의 인접한 천장부끼리의 간격보다 넓어도 좋다. 이렇게 하면, 냉매 유로홈의 인접한 개구부끼리의 간격이 넓기 때문에, 개구부끼리에서 냉매가 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 냉매 유로홈의 인접한 천장부끼리의 간격이 좁기 때문에, 냉매에 의한 냉각 면적이 넓어져, 냉각 효율이 높아진다. 또한, 냉매 유로홈의 개구부의 총 면적은 천장부의 총 면적보다 좁기 때문에, 냉각 기재와 챔버측의 설치판 사이에 가해지는 냉매의 압력에 의한 힘을 저감할 수 있다.
[10] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [9]에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 개구부는, 시일 링에 의해 밀폐되어 있지 않아도 좋다. 시일 링에 의해 밀폐되어 있지 않아도, 냉매 유로홈의 개구부끼리의 간격이 비교적 넓기 때문에, 개구부끼리에서 냉매가 혼합되는 것을 억제할 수 있다.
[11] 전술한 웨이퍼 배치대(상기 [9]에 기재된 웨이퍼 배치대)에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 개구부는, 시일 링에 의해 밀폐되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 냉매 유로홈의 인접한 개구부끼리에서 냉매가 혼합되는 것을 시일 링이 억제하기 때문에, 냉매 유로홈의 인접한 개구부끼리의 간격을 비교적 좁게 할 수 있고, 나아가서는 냉매 유로홈을 조밀하게 형성할 수 있다. 그에 따라, 냉매 유로홈의 인접한 천장부끼리의 간격을 한층더 좁게 할 수 있기 때문에, 냉매에 의한 냉각 면적이 보다 넓어져, 냉각 효율이 보다 높아진다.
[12] 본 발명의 반도체 제조 장치용 부재는, 상기 [1]∼[11] 중 어느 하나에 기재된 웨이퍼 배치대와, 상기 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 상기 냉각 기재의 하면이 설치되는 설치판, 그리고 상기 웨이퍼 배치대의 외주부를 상기 설치판에 체결하는 외주부 체결 부재를 구비한 것이다. 이 반도체 제조 장치용 부재에서는, 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 냉각 기재의 하면을 설치판에 부착함으로써, 냉매 유로홈의 개구가 폐쇄되어 냉매 유로가 형성된다. 이러한 반도체 제조 장치용 부재에 있어서, 냉각 기재의 중앙부를 설치판에 체결하는 중앙부 체결 부재를 갖고 있는 경우, 웨이퍼 배치대는 외주부뿐만이 아니라 중앙부도 설치판에 고정되기 때문에, 사용에 따라 웨이퍼 배치대가 휘는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 장기간에 걸쳐 시일 부재에 의한 시일성을 유지할 수 있다. 또한, 시일 부재는 냉각 기재의 하측에 있기(냉매 유로홈이 시일 부재의 상측에 있기) 때문에, 세라믹 기재가 고온이 되었다고 해도 그 열의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 시일 부재로서 내열성이 높은 것을 이용할 필요가 없다.
[13] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [12]에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 냉각 기재와 상기 설치판의 40℃∼400℃의 CTE 차의 절대값이 1.5×10-6/K 이상이어도 좋다. 냉각 기재의 하면과 설치판의 상면을 시일 부재를 사이에 끼워 조립하기 때문에, 냉각 기재와 설치판의 CTE의 차이에 의한 영향이 시일 부재에 의해 흡수된다. 그 때문에, 설치판과 냉각 기재의 40℃∼400℃의 CTE 차의 절대값이 1.5×10-6/K 이상인 경우에도 크랙을 방지할 수 있다.
도 1은 챔버(94)에 설치된 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도.
도 2는 웨이퍼 배치대(10)의 평면도.
도 3은 시일 부재(16a∼16d)를 구비한 냉각 기재(30)의 저면도.
도 4는 웨이퍼 배치대(10)의 제조 공정도.
도 5는 시일 부재(16a, 16c∼16e)를 구비한 냉각 기재(30)의 저면도.
도 6은 시일 부재(16a, 16c∼16e)를 구비한 냉각 기재(30)를 갖는 웨이퍼 배치대의 종단면도.
도 7은 시일 부재(16e)의 다른 예를 도시한 부분 종단면도.
도 8은 중앙부 체결 부재를 구비한 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도.
도 9는 도 8의 웨이퍼 배치대(10)의 평면도.
도 10은 중앙부 체결 부재의 다른 예를 도시한 종단면도.
도 11은 냉매 유로홈(32)의 다른 예를 도시한 종단면도.
도 12는 냉매 유로홈(32)의 다른 예를 도시한 종단면도.
도 13은 외주부 체결 부재의 다른 예를 도시한 설명도.
도 14는 냉매 유로홈(432)을 구비한 웨이퍼 배치대의 종단면도.
도 15는 냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)를 시일 링(483)으로 밀폐한 웨이퍼 배치대의 종단면도.
도 16은 냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)를 시일 링(583)으로 밀폐한 웨이퍼 배치대의 종단면도(부분 확대도).
도 17은 참고예를 도시한 종단면도.
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 면에서 절단했을 때의 단면도], 도 2는 웨이퍼 배치대(10)의 평면도, 도 3은 시일 부재(16a∼16d)가 배치된 냉각 기재(30)의 저면도이다.
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 약칭하는 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, 원판 부재이다. 냉각 기재(30)의 재료로서는, 금속과 세라믹의 복합 재료 등이 바람직하다. 이러한 복합 재료로서는, 금속 매트릭스 복합 재료(메탈·매트릭스·컴포지트, MMC)나 세라믹 매트릭스 복합 재료(세라믹·매트릭스·컴포지트, CMC) 등을 들 수 있다. 이러한 복합 재료의 구체예로서는, Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료나 SiC 다공질체에 Al 및/또는 Si를 함침시킨 재료, Al2O3와 TiC의 복합 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 복합 재료로서는 CTE가 알루미나에 가까운 AlSiC나 SiSiCTi 등이 바람직하다. 냉각 기재(30)는, 냉매 유로홈(32)을 갖고 있다. 냉매 유로홈(32)은, 중앙 부근에 형성된 입구(32a)로부터 외주측에 형성된 출구(32b)까지 일필휘지의 요령으로 소용돌이 형상으로 형성되고, 냉각 기재(30)의 하면에서 개구되도록 냉각 기재(30)에 형성되어 있다. 냉매 유로홈(32)은, 챔버(94)의 설치판(96)의 상면에 의해 개구가 막힘으로써, 냉매 유로(82)를 형성한다. 그 때문에, 냉매 유로홈(32)은, 냉매 유로(82)의 측벽 및 천장면을 구성하는 것이다. 냉매 유로(82)를 흐르는 냉매는, 액체가 바람직하고, 전기 절연성인 것이 바람직하다. 전기 절연성의 액체로서는, 예컨대 불소계 불활성 액체 등을 들 수 있다. 냉각 기재(30) 중 냉매 유로홈(32)보다 상측의 두께는, 5 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 3 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 냉매 유로홈(32)의 상측의 모서리부(측벽과 천장면이 교차하는 모서리부)는 R면으로 되어 있는 것이 바람직하고, R면의 곡률 반경은, 예컨대 0.5 ㎜∼2 ㎜가 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, 웨이퍼 배치대(10)의 외주부를 설치판(96)에 클램프하는 데 이용되는 플랜지부(34)를 갖는다. 설치판(96)은, 단층 구조이고, 알루미나 등의 절연 재료에 의해 구성되어 있다.
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, 냉각 기재(30)의 플랜지부(34)의 상면 및 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)이 배치된 상태에서, 클램프 부재(70)의 상면으로부터 볼트(72)가 삽입되어 설치판(96)의 상면에 형성된 나사 구멍(97)에 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. 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면 사이의 소정 위치에는, 시일 부재(16a∼16d)가 배치되어 있다. 이러한 시일 부재(16a∼16d)는, 볼트(72)를 나사 구멍(97)에 나사 결합함으로써 상하 방향으로 찌부러뜨려져 시일성을 발휘한다. 또한, 클램프 부재(70)와 볼트(72)와 설치판(96)의 나사 구멍(97)이 외주부 체결 부재에 상당한다.
시일 부재(16a)는, 냉각 기재(30)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 O링이다. 시일 부재(16b)는, 시일 부재(16a)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 O링이고, 웨이퍼 배치대(10)의 사용 시에 냉매 유로홈(32)을 둘러싼다. 시일 부재(16c)는, 냉각 기재(30)의 하면 중 냉매 유로홈(32)이 형성되어 있지 않은 개소에 있어서 급전 단자(64)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 시일 부재(16d)는, 냉각 기재(30)의 하면 중 냉매 유로홈(32)이 형성되어 있지 않은 개소에 있어서 급전 단자(54)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 시일 부재(16a∼16d)로서는, O링이나 패킹 등을 이용할 수 있다. 시일 부재(16a∼16d)는, 절연 재료제(예컨대 PTFE 등의 수지제)로 해도 좋고, 도전 재료제(예컨대 금속제)로 해도 좋다.
설치판(96) 중 냉매 유로홈(32)의 입구(32a)에 대향하는 위치에는 냉매 공급구(96a)가 상하 방향으로 관통하도록 형성되고, 출구(32b)에 대향하는 위치에는 냉매 배출구(96b)가 상하 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 냉매 공급구(96a) 및 냉매 배출구(96b)에는, 도시하지 않은 냉매 급배(給排) 장치가 접속되어 있다. 냉매 유로(82)는, 냉매 유로홈(32)의 개구가 설치판(96)에 막힘으로써 형성된다. 본 실시형태에서는, 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면과 시일 부재(16b)로 둘러싸인 약간의 간극[시일 부재(16c, 16d)의 내측을 제외함]도, 냉매 유로(82)의 일부를 이룬다. 냉매 급배 장치로부터 냉매 공급구(96a)에 냉매가 공급되면, 냉매는 냉매 유로(82)의 입구(82a)[냉매 유로홈(32)의 입구(32a)]로부터 냉매 유로(82)[냉매 유로홈(32)]를 통과하여 출구(82b)[냉매 유로홈의 출구(32b)]에 이르고, 거기로부터 냉매 배출구(96b)를 지나 냉매 급배 장치로 되돌아간다. 냉매 급배 장치는, 되돌아 온 냉매를 온도 조정한 후 다시 냉매 공급구(96a)에 그 냉매를 공급한다.
다음으로, 웨이퍼 배치대(10)의 제조예를 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 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 4a]. 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 4b]. 그리고, 단자 구멍 상부(151a)에 급전 단자(54)를 삽입하여 급전 단자(54)와 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 접합한다[도 4c].
이와 병행하여, 원판 부재(130)를 제작한다[도 4c]. 세라믹 소결체(120)가 알루미나제인 경우, 원판 부재(130)는 SiSiCTi제나 AlSiC제인 것이 바람직하다. 알루미나의 CTE와 SiSiCTi나 AlSiC의 CTE는, 대략 동일하게 할 수 있기 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, 원판 부재(130)에 상하 방향으로 관통하는 단자 구멍 하부(151c)를 뚫고, 원판 부재(130)의 하면에 냉매 유로홈(32)을 머시닝 가공에 의해 형성함으로써, 냉각 기재(30)를 얻는다[도 4e].
다음으로, 냉각 기재(30)의 상면에 금속 접합재(140)를 배치한다[도 4f]. 금속 접합재(140)에는, 단자 구멍 상부(151a) 및 단자 구멍 하부(151c)에 대향하는 위치에 단자 구멍 중간부(151b)를 형성해 둔다. 그리고, 세라믹 소결체(120)의 급전 단자(54)를 단자 구멍 중간부(151b) 및 단자 구멍 하부(151c)에 삽입하면서, 세라믹 소결체(120)를 냉각 기재(30)의 상면에 배치된 금속 접합재(140) 위에 싣는다. 이에 의해, 냉각 기재(30)와 금속 접합재(140)와 세라믹 소결체(120)를 아래로부터 이 순서로 적층한 적층체를 얻는다. 이 적층체를 가열하면서 가압함으로써(TCB), 접합체(110)를 얻는다[도 4g]. 접합체(110)는, 냉각 기재(30)의 상면에, 금속 접합층(40)을 통해 세라믹 소결체(120)가 접합된 것이다. 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. 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, 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, 냉각 기재(30)의 상면(노출되어 있는 면) 및 측면을, 세라믹 분말을 이용하여 용사함으로써 절연막(42)을 형성한다[도 4h]. 이에 의해, 웨이퍼 배치대(10)를 얻는다.
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(95)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(95)로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 냉각 기재(30)에 RF 전원(62)으로부터의 RF 전압을 인가한다. 그러면, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드(95) 사이에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막(成膜)을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다.
이상 상세히 설명한 실시형태에서는, 웨이퍼 배치대(10)의 사용 시에, 냉매 유로홈(32)을 둘러싸는 시일 부재(16b)를 통해 냉각 기재(30)의 하면이 웨이퍼 배치대(10)와는 별도의 설치판(96)에 부착된다. 냉각 기재(30)는, 냉매 유로홈(32)을 갖고 있으나, 냉매 유로홈(32)은, 냉각 기재(30)의 하면에서 개구되어 있다. 그 때문에, 냉매 유로를 내장한 종래의 냉각 기재와 비교하여, 하면을 막는 원판이 불필요해지기 때문에 냉각 기재(30)에 이용하는 재료가 적게 든다. 따라서, 웨이퍼 배치대(10)의 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면을 O링 등의 시일 부재(16a∼16d)를 사이에 끼워 조립하기 때문에, 냉각 기재(30)와 설치판(96)의 CTE의 차이에 의한 영향이 시일 부재(16a∼16d)에 의해 흡수된다. 그 결과, 냉각 기재(30)의 크랙을 방지할 수 있다. 또한, 설치판(96)과 냉각 기재(30)의 40℃∼400℃의 CTE 차의 절대값이 1.5×10-6/K 이상인 경우에도 크랙을 방지할 수 있다. 이 때문에, 냉각 기재(30)에 MMC를 이용하고, 설치판(96)에 알루미늄을 이용한 경우에도 CTE차를 흡수할 수 있다.
또한, 냉각 기재(30)는 금속과 세라믹의 복합 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 복합 재료는, 세라믹 기재(20)를 구성하는 세라믹 재료와의 CTE차를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 세라믹 기재(20)와 냉각 기재(30)의 접합이 열응력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 복합 재료는 비교적 고가이기 때문에, 비용을 저감하는 의의가 크다.
또한, 냉각 기재(30)는, 금속 접합층(40)을 통해 세라믹 기재(20)의 하면에 접합되어 있다. 그 때문에, 냉각 기재(30)가 수지(유기) 접합층을 통해 세라믹 기재(20)의 하면에 접합되어 있는 경우에 비해, 웨이퍼 배치면(22a)의 열을 효율적으로 냉각 기재(30)에 방출할 수 있다.
또한, 시일 부재(16a∼16d)는 냉각 기재(30)의 하측에 있기[냉매 유로홈(32)이 시일 부재(16a∼16d)의 상측에 있기] 때문에, 세라믹 기재(20)가 고온이 되었다고 해도 그 열의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에, 시일 부재(16a∼16d)로서 내열성이 높은 것을 이용할 필요가 없다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
전술한 실시형태에서는, 시일 부재(16b)를, 소용돌이 형상의 냉매 유로홈(32)의 전체를 둘러싸는 링 형상으로 하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 시일 부재(16b) 대신에, 도 5 및 도 6에 도시된 시일 부재(16e)를 채용해도 좋다. 도 5 및 도 6에서는, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 시일 부재(16e)는, 냉각 기재(30)의 하면에 형성된 소용돌이 형상의 냉매 유로홈(32)의 가장자리를 따라 형성된 것이다[병주(竝走) 시일 부재]. 시일 부재(16e)를 이용한 경우, 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면과의 간극을 통한 냉매의 유통이 억제된다. 시일 부재(16e)는, 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면 사이에서 찌부러뜨려져 시일성을 발휘한다. 이 경우, 시일 부재(16e)의 반력은 수직 방향으로 발생하기 때문에, 볼트(72)로 고정하는 힘을 크게 할 필요가 있다. 한편, 시일 부재(16e)를 도 7에 도시된 바와 같이 배치해도 좋다. 도 7에서는, 설치판(96)의 상면에 냉매 유로홈(32)을 따라 돌기(99)가 형성되어 있다. 돌기(99)의 폭은, 냉매 유로홈(32)의 폭보다 좁고, 돌기(99)의 측면과 냉매 유로홈(32)의 벽면 사이에 시일 부재(16e)가 배치되어 있다. 시일 부재(16e)는, 돌기(99)의 측면과 냉매 유로홈(32)의 벽면에 의해 가로 방향으로 찌부러뜨려져 시일성을 발휘한다. 이 경우, 시일 부재(16e)의 반력은 가로 방향으로 발생하기 때문에, 돌기(99)의 측면이나 냉매 유로홈(32)의 벽면이 그 반력을 받는다. 따라서, 볼트(72)로 고정하는 힘은 작게 든다. 또한, 전술한 실시형태에서도, 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면과의 간극은 약간이며, 이 간극을 통한 냉매의 유통은 약간이기 때문에, 간극을 통한 냉매의 유통에 의한 균열성에의 영향은 거의 없다. 또한, 시일 부재(16e)에 비해 시일 부재(16b) 쪽이 배치하기 쉽다.
전술한 실시형태에 있어서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각 기재(30)는 중앙부 체결 부재[볼트(79) 및 너트(80)]를 구비하고 있어도 좋다. 도 8 및 도 9에서는, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 냉각 기재(30)에는, 냉각 기재(30)의 직경보다 작은 원(30a)의 원주를 따라 등간격으로 복수 개(도 9에서는 6개)의 너트(80)(예컨대 육각 너트)가 배치되어 있다. 너트(80)는, 냉각 기재(30)의 상면에 형성된 수납 구멍(35)(예컨대 육각 구멍)에 회전이 규제된 상태로 수납되어 있다. 냉각 기재(30)에는, 수납 구멍(35)으로부터 냉각 기재(30)의 하면에 이르는 삽입 관통 구멍(36)이 형성되어 있다. 볼트(79)는, 설치판(96)을 관통하는 단차식 구멍(98)에 배치되어 있다. 단차식 구멍(98)의 하부는 볼트(79)의 머리부(79a)를 수납하는 태경부(太徑部; 98a)로 되어 있고, 상부는 볼트(79)의 다리부(79b)를 삽입 관통시키는 세경부(細徑部; 98b)로 되어 있다. 볼트(79)의 머리부(79a)는, 태경부(98a)와 세경부(98b) 사이의 단차에 걸려 있다. 볼트(79)의 다리부(79b)는, 단차식 구멍(98)의 세경부(98b)를 삽입 관통하고, 또한 냉각 기재(30)의 삽입 관통 구멍(36)을 삽입 관통하여 너트(80)에 나사 결합되어 있다. 냉각 기재(30)의 하면과 설치판(96)의 상면과의 간극을 통과하는 다리부(79b)의 주위에는, 시일 부재(16f)가 배치되어 있다. 볼트(79)를 너트(80)와 나사 결합함으로써, 냉각 기재(30)의 중앙부[수납 구멍(35)이 형성된 부분]는 설치판(96)에 압박된 상태가 된다. 또한, 냉각 기재(30)의 외주부는 전술한 바와 같이 클램프 부재(70)에 의해 설치판(96)에 압박된 상태가 된다. 즉, 냉각 기재(30)의 중앙부 체결 부재[볼트(79)와 너트(80)] 및 외주부 체결 부재[클램프 부재(70)와 볼트(72)와 나사 구멍(97)]에 의해, 시일 부재(16a∼16d)가 상하로부터 압박되도록 웨이퍼 배치대(10)의 외주부와 중앙부가 설치판(96)에 고정된다. 그 때문에, 웨이퍼 배치대(10)의 사용에 따라 웨이퍼 배치대(10)가 휘는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 장기간에 걸쳐 시일 부재(16a∼16d, 16f)의 시일성을 유지할 수 있다.
또한, 도 9에서는, 볼트(79) 및 너트(80)는, 원(30a)을 따라 등간격으로 복수 개 형성하였으나, 이것에 더하여, 원(30a)보다 직경이 작은 원을 따라 등간격으로 복수 개 형성해도 좋다. 또한, 도 8의 중앙부 체결 부재[볼트(79) 및 너트(80)]를 대신하여, 도 10에 도시된 중앙부 체결 부재[볼트(84) 및 너트(86)]를 채용해도 좋다. 도 10에서는, 볼트(84)의 머리부를, 수납 구멍(35)에 회전이 규제된 상태로 수납하고, 볼트(84)의 다리부를, 삽입 관통 구멍(36)에 삽입 관통시켜 냉각 기재(30)의 하면으로부터 하방으로 돌출시키며, 또한 세경부(98b)를 거쳐 태경부(98a)에 도달하도록 한다. 볼트(84)의 다리부는, 단차식 구멍(98)의 태경부(98a)에 수납된 너트(86)와 나사 결합된다.
전술한 실시형태에 있어서, 입구(32a)와 출구(32b)를 구비한 냉매 유로홈(32)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 평면시에서 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서 최상류부(32U)와 최하류부(32L)를 정했을 때, 냉매 유로홈(32)의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 거리(d)는, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 짧아지도록 해도 좋다. 또한, 냉매 유로홈(32)의 폭은, 전체를 통해 일정하게 해도 좋다. 냉매는 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)로부터 최하류부(82L)를 향해 고온의 웨이퍼로부터 열을 빼앗으면서 흐르기 때문에, 냉매 유로(82)를 흐르는 냉매의 온도는 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 높아진다. 한편, 냉매 유로(82)의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 거리(d)는 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 짧기 때문에, 냉매 유로(82)의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 열저항은 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 낮아진다. 그 때문에, 종합적으로는, 웨이퍼 배치면(22a) 중 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)에 대향하는 위치와 최하류부(82L)에 대향하는 위치의 온도차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 균열성이 높아진다. 이 거리(d)는, 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 짧아지고 있는 것이 바람직하다. 최하류부(32L)에서의 거리(d)는, 최상류부(32U)에서의 거리(d)의 50%∼90%인 것이 바람직하다.
전술한 실시형태에 있어서, 입구(32a)와 출구(32b)를 구비한 냉매 유로홈(32)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 평면시에서 웨이퍼 배치면(22a)과 중복되는 영역에서 최상류부(32U)와 최하류부(32L)를 정했을 때, 냉매 유로홈(32)의 단면적은, 최상류부(32U)에 비해 최하류부(32L) 쪽이 작아지도록 해도 좋다. 여기서는, 냉매 유로홈(32)의 높이나 냉매 유로홈(32)의 천장면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)까지의 거리는, 전체를 통해 일정하고, 냉매 유로홈(32)의 폭(w)을 변화시킴으로써 냉매 유로홈(32)의 단면적을 변화시켰다. 냉매는 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)로부터 최하류부(82L)를 향해 고온의 웨이퍼로부터 열을 빼앗으면서 흐르기 때문에, 냉매 유로(82)를 흐르는 냉매의 온도는 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 높아진다. 한편, 냉매 유로(82)의 단면적은 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 작기 때문에, 압력 손실은 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 커지고, 냉매와 웨이퍼의 열교환은 최상류부(82U)에 비해 최하류부(82L) 쪽이 촉진된다. 그 때문에, 종합적으로는, 웨이퍼 배치면(22a) 중 냉매 유로(82)의 최상류부(82U)에 대향하는 위치와 최하류부(82L)에 대향하는 위치의 온도차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 균열성이 높아진다. 냉매 유로홈(32)의 단면적은, 냉매 유로홈(32)의 최상류부(32U)로부터 최하류부(32L)를 향해 서서히 작아지고 있는 것이 바람직하다. 최하류부(32L)에서의 단면적은, 최상류부(32U)에서의 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다. 냉매 유로홈(32)의 단면적은, 냉매 유로홈(32)의 내벽에 형성되는 볼록형 돌기(예컨대 핀)의 수, 볼록형 돌기의 두께 및 볼록형 돌기의 길이 중 적어도 하나에 의해 조정되어 있어도 좋다. 볼록형 돌기는, 연속적으로 형성되어 있어도 좋고, 단속적으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 볼록형 돌기는, 설치판(96) 중 냉매 유로홈(32)과 대향하는 위치에 형성해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 웨이퍼 배치대(10)의 외주부 체결 부재로서, 클램프 부재(70), 볼트(72) 및 나사 구멍(97)을 이용하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 냉각 기재(30)의 플랜지부(34)에 볼트 삽입 관통 구멍(39)을 형성하고, 그 볼트 삽입 관통 구멍(39)에 볼트(72)를 통과시켜 설치판(96)의 나사 구멍(97)에 나사 결합함으로써, 웨이퍼 배치대(10)의 외주부를 설치판(96)에 부착해도 좋다. 볼트(72)는, 볼트 삽입 관통 구멍(39)에 여유를 가지고 삽입 관통되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 도 13에서, 위로부터 볼트 체결하는 대신에, 아래로부터 볼트 체결해도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 냉각 기재(30)를 관통하는 단자 구멍(51)의 주변 영역에는, 냉매 유로홈(32)을 냉매 유로(82)로서 이용할 때에 그 냉매 유로(82)를 흐르는 냉매와 웨이퍼 배치면(22a)에 배치되는 웨이퍼(W)의 열교환을 촉진하는 열교환 촉진부가 형성되어 있어도 좋다. 일반적으로 웨이퍼(W) 중 이러한 단자 구멍(51) 바로 위 주변은 핫 스폿이 되기 쉬우나, 여기서는 이러한 단자 구멍(51)의 주변 영역에 열교환 촉진부가 형성되어 있기 때문에, 단자 구멍(51)의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 따라서, 웨이퍼(W)에 핫 스폿이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이러한 열교환 촉진부에서는, 단자 구멍(51)의 주변 영역을 벗어난 영역에 비해, 냉매 유로홈(32)이 가늘게 되어 있어도 좋다. 예컨대, 도 3에 도시된 일점 쇄선의 테두리 안의 냉매 유로홈(32)의 폭을 가늘게 해도 좋다. 냉매 유로(82)가 가늘게 되어 있는 부분을 흐르는 냉매는, 냉매 유로(82)가 가늘게 되어 있지 않은 부분을 흐르는 경우에 비해 유속이 빨라진다. 그 때문에, 단자 구멍(51)의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 냉매 유로홈(32)이 가늘게 되어 있는 부분의 유로 단면적은, 가늘게 되어 있지 않은 부분의 유로 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다. 혹은, 열교환 촉진부에서는, 냉매 유로홈(32)의 내면에 볼록형 돌기(예컨대 핀)가 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 도 3에 도시된 일점 쇄선의 테두리 안의 냉매 유로홈(32)에 핀을 형성해도 좋다. 냉매 유로(82)에 핀이 형성되어 있는 부분을 흐르는 냉매는, 핀이 형성되어 있지 않은 부분을 흐르는 경우에 비해 난류가 되기 쉽다. 그 때문에, 단자 구멍(51)의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 냉매 유로홈(32)에 핀이 형성되어 있는 부분의 유로 단면적은, 핀이 형성되어 있지 않은 부분의 유로 단면적의 60%∼90%인 것이 바람직하다. 혹은, 열교환 촉진부에서는, 단자 구멍(51)의 주변 영역을 벗어난 영역에 비해, 웨이퍼 배치면(22a)으로부터 냉매 유로홈(32)의 천장면까지의 거리가 짧게 되어 있어도 좋다. 예컨대, 도 3에 도시된 일점 쇄선의 테두리 안의 냉매 유로홈(32)의 천장면과 웨이퍼 배치면(22a)과의 거리를, 다른 영역에 비해 짧게 해도 좋다. 웨이퍼 배치면(22a)으로부터 냉매 유로홈(32)의 천장면까지의 거리가 짧은 부분을 흐르는 냉매는, 웨이퍼 배치면(22a)으로부터 냉매 유로홈(32)의 천장면까지의 거리가 짧게 되어 있지 않은 부분을 흐르는 경우에 비해 냉매와 웨이퍼(W) 사이의 열저항이 작아진다. 그 때문에, 단자 구멍(51)의 주변 영역의 발열이 촉진된다. 열교환 촉진부에서의 웨이퍼 배치면(22a)으로부터 냉매 유로홈(32)의 천장면까지의 거리는, 열교환 촉진부 이외의 웨이퍼 배치면(22a)으로부터 냉매 유로홈(32)의 천장면까지의 거리의 50%∼90%인 것이 바람직하다. 또한, 냉각 기재(30) 중 후술하는 가스 공급 구멍이나 리프트 핀 구멍의 주변 영역에, 열교환 촉진부를 형성해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 챔버(94)의 설치판(96)을 단층으로 구성하였으나, 설치판(96)을 복수의 층으로 구성해도 좋다. 그 경우, 복수의 층은, 적어도 하나의 층이 절연 재료로 구성되어 있으면 된다. 예컨대, 복수의 층 모두가 절연 재료로 구성되어 있어도 좋고, 복수의 층 중 일부의 층(예컨대 최표층)은 절연 재료로 구성되고, 나머지 층은 도전 재료로 구성되어 있어도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 냉각 기재(30)를 구성하는 재료로서 금속과 세라믹의 복합 재료를 예시하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 냉각 기재(30)를 구성해도 좋다. 단, 세라믹 기재(20)와의 CTE차를 작게 하는 것을 고려하면, 금속과 세라믹의 복합 재료가 바람직하다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 기재(20)의 중앙부(22)에 웨이퍼 흡착용 전극(26)을 내장하였으나, 이를 대신하여 또는 더하여, 플라즈마 발생용의 RF 전극을 내장해도 좋다. 이 경우, 냉각 기재(30)가 아니라 RF 전극에 고주파 전원을 접속한다. 또한, 세라믹 기재(20)의 외주부(24)에 포커스 링(FR) 흡착용 전극을 내장해도 좋다. 이 경우, FR 흡착용 전극에 직류 전원을 접속한다. 또한, 세라믹 기재(20)는, 히터 전극(저항 발열체)을 내장해도 좋다. 이 경우, 히터 전극에 히터 전원을 접속한다. 세라믹 기재(20)는, 전극을 1층 내장하고 있어도 좋고, 2층 이상 내장하고 있어도 좋다.
전술한 실시형태의 웨이퍼 배치대(10)에 있어서, 냉각 기재(30)의 하면으로부터 웨이퍼 배치면(22a)에 이르도록 웨이퍼 배치대(10)를 관통하는 구멍을 형성해도 좋다. 이러한 구멍으로서는, 웨이퍼(W)의 이면에 열전도 가스(예컨대 He 가스)를 공급하기 위한 가스 공급 구멍이나, 웨이퍼 배치면(22a)에 대해 웨이퍼(W)를 오르내리게 하는 리프트 핀을 삽입 관통시키기 위한 리프트 핀 구멍 등을 들 수 있다. 열전도 가스는, 웨이퍼 배치면(22a)에 형성된 도시하지 않은 다수의 소돌기[웨이퍼(W)를 지지함]와 웨이퍼(W)에 의해 형성되는 공간에 공급된다. 리프트 핀 구멍은, 웨이퍼(W)를 예컨대 3개의 리프트 핀으로 지지하는 경우에는 3개소에 형성된다. 이러한 관통 구멍을 형성하는 경우, 세라믹 기재(20)의 하면과 냉각 기재(30)의 상면 사이의 공간에 있어서, 절연관(55)의 주위와 마찬가지로, 이러한 관통 구멍의 주위에도, 시일 부재를 배치한다.
전술한 실시형태에서는, 최외주에 시일 부재(16a)를 설치하였으나, 시일 부재(16a)를 생략해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 냉매 유로홈(32)은 입구(32a)로부터 출구(32b)까지 소용돌이 형상으로 형성되어 있는 것으로 하였으나, 냉매 유로홈(32)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 냉매 유로홈(32)을 평면시에서 지그재그 형상으로 형성해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 도 4의 (A)의 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.
전술한 실시형태에 있어서, 설치판(96)의 상면 중 시일 부재(16a∼16d)를 배치하는 위치에 시일 부재(16a∼16d)를 끼워 넣는 홈을 형성해도 좋다. 또한, 이를 대신하여 또는 더하여, 냉각 기재(30)의 하면 중 시일 부재(16a∼16d)를 배치하는 위치에 시일 부재(16a∼16d)를 끼워 넣는 홈을 형성해도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 냉매 유로홈(32)의 종단면의 형상[웨이퍼 배치대(10)를 웨이퍼 배치면(22a)에 수직인 면에서 절단했을 때의 절단면에 나타나는 형상]을 직사각형으로 하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 냉매 유로홈(432)의 종단면의 형상을, 냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)의 폭(w1)보다 냉매 유로홈(432)의 천장부(432q)의 폭(w2) 쪽이 넓어지도록 해도 좋다(w2>w1). 도 14에서는, 전술한 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 냉매 유로홈(432)은, 챔버(94)의 설치판(96)의 상면에 의해 개구부(432p)가 막힘으로써, 냉매 유로(482)를 형성한다. 냉매 유로홈(432)의 입구(432a) 및 출구(432b)[냉매 유로(482)의 입구(482a) 및 출구(482b)]는, 각각 설치판(96)에 형성된 냉매 공급구(96a) 및 냉매 배출구(96b)에 접속된다. 여기서는, 냉매 유로홈(432)의 인접한 개구부(432p)끼리의 간격(d1)은, 냉매 유로홈(432)의 인접한 천장부(432q)끼리의 간격(d2)보다 넓다(d1>d2). 도 14에서는, 냉매 유로홈(432)의 인접한 개구부(432p)끼리의 간격(d1)이 넓기 때문에, 개구부(432p)끼리의 사이의 간극(G)을 통해 냉매가 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 냉매 유로홈(432)의 인접한 천장부(432q)끼리의 간격(d2)이 좁기 때문에, 냉매에 의한 웨이퍼(W)의 냉각 면적이 넓어져, 냉각 효율이 높아진다. 또한, 냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)의 총 면적은 천장부(432q)의 총 면적보다 좁기 때문에, 냉각 기재(30)와 챔버(94)측의 설치판(96) 사이에 가해지는 냉매의 압력에 의한 힘을 저감할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 배치대 자체의 휘어짐을 억제할 수 있다. 또한, 냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)끼리의 간격(d1)이 비교적 넓기 때문에, 개구부(432p)를 시일 링 등으로 밀폐하지 않아도, 개구부(432p)끼리의 사이의 간극(G)을 통해 냉매가 혼합되는 것을 억제할 수 있다. 이러한 냉매 유로홈(432)은, 종단면의 형상이 냉매 유로홈(432)과 동일한 지석을 이용하여 형성할 수 있다. 그 경우, 냉매 유로홈(432)의 입구(432a) 및 출구(432b)는 둥근 구멍(원기둥 형상의 구멍)이 된다.
냉매 유로홈(432)의 개구부(432p)는, 도 15에 도시된 바와 같이 시일 링(483)으로 밀폐되어 있어도 좋다. 도 15에서는, 도 14와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 시일 링(483)은, 평면시에서 냉매 유로홈(432)과 동일한 형상으로 나타난다. 이렇게 하면, 냉매 유로홈(432)의 인접한 개구부(432p)끼리의 사이의 간극(G)에서 냉매가 혼합되는 것을 시일 링(483)이 방지하기 때문에, 냉매 유로홈(432)의 인접한 개구부(432p)끼리의 간격(d1)을 도 14에 비해 좁게 할 수 있고, 나아가서는 냉매 유로홈(432)을 조밀하게 형성할 수 있다. 그에 따라, 냉매 유로홈(432)의 인접한 천장부(432q)끼리의 간격(d2)을 한층더 좁게 할 수 있기 때문에, 냉매에 의한 웨이퍼(W)의 냉각 면적이 보다 넓어져, 냉각 효율이 보다 높아진다.
또한, 도 15에서는, 시일 링(483)의 종단면의 형상을 원형으로 하였으나, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 16에 도시된 시일 링(583)과 같이, 종단면의 형상을, 사다리꼴(또는 직사각형)의 좌우의 변을 내측으로 움푹 들어가게 한 형상으로 하고, 시일 링(583)의 움푹 들어간 곳보다 상측의 부분을 냉매 유로홈(432) 안에서 벽면에 밀착하도록 배치하고, 시일 링(583)의 움푹 들어간 곳보다 하측의 부분을 냉매 유로홈(432) 밖[냉각 기재(30)와 설치판(96)과의 간극]에 배치해도 좋다. 이렇게 하면, 냉각 기재(30)가 설치판(96)을 향해 압박되었다고 해도, 시일 링(583)이 냉매 유로홈(432)에 압입되는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 냉각 기재에 이용하는 재료를 적게 하는 구조로서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 세라믹 기재(20)의 하면에 냉매 유로홈이 없는 판형의 냉각 기재(230)를 금속 접합층(40)을 통해 접합하고, 그 냉각 기재(230)의 하면에, 상향으로 개구되어 있는 냉매 유로홈(332)을 갖는 판형 부재(330)를 시일 부재(216b)를 통해 부착하는 구조도 생각된다. 이 경우, 냉각 기재(230)가 고가의 재료로 형성되어 있었다고 해도, 판형 부재(330)를 저렴한 재료로 형성하면, 웨이퍼 배치대의 비용을 낮게 억제할 수 있다. 그러나, 도 17의 구조에서는, 냉매 유로홈(332)의 상부 개구를 냉각 기재(230)로 막음으로써 형성되는 냉매 유로(382)는, 천장면에서 세라믹 기재(20)와 열교환이 행해지지만, 측면에서는 세라믹 기재(20)와 충분한 열교환이 행해지지 않는다. 이에 대해, 전술한 실시형태에서는, 냉매 유로(82)의 천장면과 측면에서 세라믹 기재(20)와 충분한 열교환이 행해지기 때문에, 웨이퍼(W)의 열 내림을 효율적으로 행할 수 있다.
본 출원은 2022년 1월 27일에 출원된 일본국 특허 출원 제2022-011102호 및 2022년 7월 5일에 출원된 일본국 특허 출원 제2022-108450호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.

Claims (13)

  1. 상면에 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 기재(基材)와,
    상기 세라믹 기재의 하면측에 형성된 냉각 기재, 그리고
    상기 냉각 기재의 하면에서 개구되도록 상기 냉각 기재에 형성된 냉매 유로홈
    을 구비한 웨이퍼 배치대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속과 세라믹의 복합 재료로 형성되어 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속 접합층을 통해 상기 세라믹 기재의 하면에 접합되어 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 유로홈 중 평면시(平面視)에서 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로홈의 천장면으로부터 상기 웨이퍼 배치면까지의 거리는, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 짧은 것인 웨이퍼 배치대.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 유로홈 중 평면시에서 상기 웨이퍼 배치면과 중복되는 영역에서의 최상류부와 최하류부의 상기 냉매 유로홈의 단면적은, 상기 최상류부에 비해 상기 최하류부 쪽이 작은 것인 웨이퍼 배치대.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 기재는, 상기 냉각 기재를 상하 방향으로 관통하는 구멍을 갖고, 상기 구멍의 주변 영역에는, 상기 냉매 유로홈을 냉매 유로로서 이용할 때에 상기 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 웨이퍼 배치면에 배치되는 웨이퍼의 열교환을 촉진하는 열교환 촉진부가 형성되어 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼 배치대는, 사용 시에 상기 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 상기 냉각 기재의 하면이 상기 웨이퍼 배치대와는 별도의 설치판에 부착되는 것인 웨이퍼 배치대.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각 기재는, 상기 냉각 기재의 중앙부를 상기 설치판에 체결하는 중앙부 체결 부재를 갖는 것인 웨이퍼 배치대.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 종단면의 형상은, 상기 냉매 유로홈의 개구부의 폭보다 상기 냉매 유로홈의 천장부의 폭 쪽이 넓고, 상기 냉매 유로홈의 인접한 개구부끼리의 간격은, 상기 냉매 유로홈의 인접한 천장부끼리의 간격보다 넓은 것인 웨이퍼 배치대.
  10. 제9항에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 개구부는, 시일 링에 의해 밀폐되어 있지 않은 것인 웨이퍼 배치대.
  11. 제9항에 있어서, 상기 냉매 유로홈의 개구부는, 시일 링에 의해 밀폐되어 있는 것인 웨이퍼 배치대.
  12. 제1항 또는 제2항에 기재된 웨이퍼 배치대와,
    상기 냉매 유로홈을 둘러싸는 시일 부재를 통해 상기 냉각 기재의 하면이 설치되는 설치판, 그리고
    상기 웨이퍼 배치대의 외주부를 상기 설치판에 체결하는 외주부 체결 부재
    를 구비한 반도체 제조 장치용 부재.
  13. 제12항에 있어서, 상기 냉각 기재와 상기 설치판의 40℃∼400℃의 선열팽창 계수 차의 절대값이 1.5×10-6/K 이상인 것인 반도체 제조 장치용 부재.
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