KR20240070454A - 웨이퍼 적재대 - Google Patents

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류지 다무라
이쿠히사 모리오카
히로야 스기모토
게이타 미네
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

웨이퍼 적재대(10)는, 세라믹 플레이트(20)와, 냉각 플레이트(30)와, 스페이스층(34)과, 스페이스층 형성부(36)를 구비한다. 세라믹 플레이트(20)는, 상면에 웨이퍼 적재부(22)를 갖고, 전극(24, 26)을 내장한다. 냉각 플레이트(30)는, 세라믹 플레이트(20)의 하면에 접합되고, 냉매 유로(32)를 갖는다. 스페이스층(34)은, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32)의 사이에 마련되고, 평면에서 볼 때 냉매 유로(32)의 전체를 덮는다. 스페이스층 형성부(36)는, 냉각 플레이트(30) 중 스페이스층(34)을 둘러싸는 부분이다. 스페이스층 형성부(36)는, 이음매을 갖고, 이음매는, 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있다.

Description

웨이퍼 적재대
본 발명은, 웨이퍼 적재대에 관한 것이다.
종래, 상면에 웨이퍼 적재부를 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와, 세라믹 플레이트의 하면측에 배치되고, 냉매 유로를 갖는 냉각 플레이트를 구비한 웨이퍼 적재대가 알려져 있다. 이러한 종류의 웨이퍼 적재대에 있어서, 특허문헌 1에는, 세라믹 플레이트와 냉각 플레이트의 사이에 스페이스층(열전달층)을 마련하는 것이 기재되어 있다. 스페이스층은, 세라믹 플레이트와 냉각 플레이트의 사이에 열전달 유체를 수용하는 열전달 공간을 제공한다. 스페이스층은, 환상의 아우터 시일에 의해 둘러싸여 있다.
일본 특허 공개 제2021-180308호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 스페이스층이 아우터 시일에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 장기에 걸쳐 사용하고 있으면, 아우터 시일이 열화되어 열전달 유체의 누설이 발생할 우려가 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 스페이스층으로부터의 유체의 누설을 방지하는 것을 주목적으로 한다.
[1] 본 발명의 웨이퍼 적재대는,
상면에 웨이퍼 적재부를 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와,
상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합되고, 냉매 유로를 갖는 냉각 플레이트와,
상기 냉각 플레이트의 상면과 상기 냉매 유로의 사이에 마련된 스페이스층과,
상기 냉각 플레이트 중 상기 스페이스층을 둘러싸는 스페이스층 형성부를
구비하고,
상기 스페이스층 형성부는 이음매를 갖고,
상기 이음매는, 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있는 것이다.
이 웨이퍼 적재대에서는, 냉각 플레이트 중 스페이스층을 둘러싸는 스페이스층 형성부는 이음매를 갖고 있지만, 그 이음매는, 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 이 웨이퍼 적재대를 장기에 걸쳐 사용 하였다고 해도, 스페이스층 형성부의 이음매로부터 유체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상하, 좌우, 전후 등을 사용하여 본 발명을 설명하는 경우가 있지만, 상하, 좌우, 전후는 상대적인 위치 관계에 불과하다. 그 때문에, 웨이퍼 적재대의 방향을 바꾼 경우에는 상하가 좌우로 되거나 좌우가 상하로 되거나 하는 경우가 있지만, 그러한 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 「유체」는, 기체여도 되고 액체여도 된다.
[2] 상술한 웨이퍼 적재대(상기 [1]에 기재된 웨이퍼 적재대)에 있어서, 상기 스페이스층은, 평면에서 볼 때 상기 냉매 유로의 전체를 덮고 있어도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층이 평면에서 볼 때 냉매 유로의 일부를 덮고 있는 경우에 비하여, 냉매 유로의 냉각 효율을 스페이스층에 의해 조정하기 쉽다.
[3] 상술한 웨이퍼 적재대(상기 [1] 또는 [2]에 기재된 웨이퍼 적재대)에 있어서, 상기 스페이스층에는, 상기 스페이스층 형성부의 천장면과 저면을 연결하는 복수의 기둥 형상 부재가 마련되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 이러한 기둥 형상 부재가 없는 경우에 비하여, 스페이스층의 상하 방향의 열저항이 작아져서, 웨이퍼의 열을 효율적으로 냉매 유로로 내보낼 수 있다.
[4] 상술한 웨이퍼 적재대(상기 [3]에 기재된 웨이퍼 적재대)에 있어서, 상기 냉각 플레이트 중 상기 기둥 형상 부재의 바로 위 또는 바로 아래에는, 상기 스페이스층과는 다른 공동부가 마련되어 있어도 된다. 기둥 형상 부재는 스페이스층의 천장과 저면을 연결하는 것이기 때문에, 웨이퍼 중 기둥 형상 부재의 바로 위에 상당하는 부분은 과도하게 냉각될 우려가 있다. 그러나, 여기서는, 냉각 플레이트 중 기둥 형상 부재의 바로 위 또는 바로 아래에 스페이스층과는 다른 공동부가 마련되어 있기 때문에, 웨이퍼 중 기둥 형상 부재의 바로 위에 상당하는 부분이 과도하게 냉각되는 것을, 공동부의 단열 효과에 의해 억제할 수 있다.
[5] 상술한 웨이퍼 적재대(상기 [1] 또는 [2]에 기재된 웨이퍼 적재대)에 있어서, 상기 스페이스층에는, 상기 스페이스층 형성부의 천장면 및 저면 중 적어도 한쪽에 높이가 상기 스페이스층의 두께보다도 짧은 복수의 볼록부가 마련되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 이러한 볼록부가 없는 경우에 비하여, 스페이스층의 상하 방향의 열저항이 작아져서, 웨이퍼의 열을 효율적으로 냉매 유로로 내보낼 수 있다. 한편, 볼록부는 스페이스층 형성부의 천장면과 저면을 연결하는 것이 아니기 때문에, 스페이스층을 진공 분위기(감압 분위기를 포함함, 이하 동일)로 했을 때의 스페이스층의 단열 효과도 충분히 얻어진다.
[6] 상술한 웨이퍼 적재대(상기 [1] 내지 [5] 중 어느 것에 기재된 웨이퍼 적재대)는, 상기 스페이스층에 접속되고, 상기 스페이스층에 대하여 유체의 공급과 배출을 전환 가능한 유체 전환 기구를 구비하고 있어도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층으로의 유체의 공급 및 스페이스층으로부터의 유체의 배출을 전환함으로써, 스페이스층의 열저항을 작게 하거나 크게 할 수도 있다.
도 1은 웨이퍼 적재대(10)의 종단면도.
도 2는 도 1의 부분 A의 확대도.
도 3은 도 1의 B-B 단면도.
도 4는 냉각 플레이트(30)의 제조 공정도.
도 5는 강 플라스마 발생 시에 있어서의 웨이퍼 적재대(10)의 사용예를 나타내는 설명도.
도 6은 약 플라스마 발생 시에 있어서의 웨이퍼 적재대(10)의 사용예를 나타내는 설명도.
도 7은 상술한 실시 형태에 기둥 형상 부재(36e)를 마련한 경우의 설명도.
도 8은 상술한 실시 형태에 기둥 형상 부재(36e) 및 공동부(35)를 마련한 경우의 설명도.
도 9는 상술한 실시 형태에 볼록부(36f)를 마련한 경우의 설명도.
도 10은 웨이퍼(W)를 처리하는 프로세스 중의 시간과 웨이퍼(W)의 온도의 관계를 나타내는 그래프.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 웨이퍼 적재대(10)의 종단면도(웨이퍼 적재대(10)의 중심축을 포함하는 면에서 웨이퍼 적재대(10)를 절단했을 때의 단면도), 도 2는 도 1의 부분 A의 확대도, 도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
웨이퍼 적재대(10)는, 웨이퍼(W)에 플라스마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해서 사용되는 것이다. 웨이퍼 적재대(10)는, 세라믹 플레이트(20)와, 냉각 플레이트(30)와, 접합층(40)을 구비하고 있다.
세라믹 플레이트(20)는, 알루미나, 질화알루미늄 등으로 대표되는 세라믹 재료로 형성되고, 상면에 원형의 웨이퍼 적재부(22)를 갖는다. 웨이퍼 적재부(22)에는, 웨이퍼(W)가 적재된다. 웨이퍼 적재부(22)에는, 도시하지는 않았지만, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 외측 에지를 따라서 시일 밴드가 형성되고, 시일 밴드의 내측 전체면에 복수의 편평한 원형 소 돌기가 형성되어 있다. 시일 밴드 및 원형 소 돌기는 동일한 높이이며, 그 높이는 예를 들어 수㎛ 내지 수십㎛이다. 세라믹 플레이트(20)에는, 정전 전극(24)과 히터 전극(26)이 매설되어 있다.
정전 전극(24)은, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에 매설된 평면 형상의 메시 전극이며, 직류 전압을 인가 가능하게 되어 있다. 정전 전극(24)에 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)는 정전 흡착력에 의해 웨이퍼 적재부(22)(구체적으로는 시일 밴드의 상면 및 원형 소 돌기의 상면)에 흡착 고정되고, 직류 전압의 인가를 해제하면 웨이퍼(W)의 웨이퍼 적재부(22)에 대한 흡착 고정이 해제된다. 히터 전극(26)은, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에, 일단부로부터 타단부까지 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 형성된 저항 발열체이다. 히터 전극(26)은, 도시하지 않은 히터 전원으로부터의 전력을 공급 가능하게 되어 있다.
냉각 플레이트(30)는, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 대표되는 금속으로 형성된 원판 부재이다. 냉각 플레이트(30)는, 내부에 냉매가 순환 가능한 냉매 유로(32)를 구비하고 있다. 냉매 유로(32)는, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에, 일단부(입구)로부터 타단부(출구)까지 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 냉매 유로(32)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 와권 형상으로 형성되어 있다. 냉매는, 도시하지 않은 냉매 순환 장치로부터 냉매 유로(32)의 일단부(입구)에 공급되고, 냉매 유로(32)를 통과한 후 냉매 유로(32)의 타단부(출구)로부터 배출되어 냉매 순환 장치로 되돌아간다. 냉매 순환 장치는 냉매를 원하는 온도로 조절할 수 있다. 냉매는, 액체가 바람직하고, 전기 절연성의 액체인 것이 바람직하다. 전기 절연성의 액체로서는, 예를 들어 불소계 불활성 액체 등을 들 수 있다.
접합층(40)은, 세라믹 플레이트(20)의 하면과 냉각 플레이트(30)의 상면을 접합한다. 본 실시 형태에서는, 접합층(40)은 수지 접착층이다. 수지 접착층으로서는, 예를 들어 양면에 유기 접착제가 도포된 접착 시트를 세라믹 플레이트(20)의 하면과 냉각 플레이트(30)의 상면의 사이에 끼워서 경화시킨 것 등을 들 수 있다.
냉각 플레이트(30)는, 스페이스층(34)을 갖고 있다. 스페이스층(34)은, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32)의 사이에 마련되어 있다. 스페이스층(34)은, 평면에서 볼 때 냉매 유로(32)의 전체를 덮도록 마련되어 있다. 냉각 플레이트(30) 중 스페이스층(34)을 둘러싸는 부분을 스페이스층 형성부(36)라고 칭한다. 스페이스층 형성부(36)는, 저면(36a), 천장면(36b) 및 측벽(36C)으로 구성되어 있다. 저면(36a) 및 천장면(36b)은 평면에서 볼 때 원형의 면이며, 측벽(36c)은 원통의 측면이다. 스페이스층(34)의 두께(저면(36a)과 천장면(36b) 사이의 거리)는 0.1㎜ 이상 1㎜ 이하가 바람직하고, 0.1㎜ 이상 0.2㎜ 이하가 보다 바람직하다. 냉각 플레이트(30)에는, 냉각 플레이트(30)의 하면으로부터 스페이스층 형성부(36)의 저면(36a)에 이르도록 가스 공급 통로(38) 및 가스 배출 통로(39)가 마련되어 있다. 가스 공급 통로(38)는, 가스를 스페이스층(34)에 공급하는 통로이며, 가스 배출 통로(39)는, 스페이스층(34) 내의 가스를 배출하는 통로이다. 본 실시 형태에서는, 가스 공급 통로(38)와 가스 배출 통로(39)는 각각 1개씩 마련되어 있다. 가스 공급 통로(38)와 가스 배출 통로(39)는, 유체 전환 기구(60)에 접속되어 있다.
스페이스층 형성부(36)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 이음매(36d)를 갖고 있다. 이음매(36d)는, 천장면(36b)과 측벽(36c)의 상면과의 경계이다. 이 이음매(36d)는, 0링 등의 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있다. 금속 접합으로서는, 예를 들어 용접, 로우 접합, 확산 접합, TCB(Thermal compression bonding) 등을 들 수 있다. TCB는, 접합 대상의 2개의 부재의 사이에 금속 접합재를 끼워넣고, 금속 접합재의 고상선 온도 이하의 온도로 가열한 상태에서 2개의 부재를 가압 접합하는 공지된 방법을 말한다.
유체 전환 기구(60)는, 가스 공급 통로(38)를 통해 스페이스층(34)에 가스 (예를 들어 He 가스 등의 열전도 가스)를 공급하거나, 가스 배출 통로(39)를 통해 스페이스층(34) 내의 가스를 배출하기도 한다. 유체 전환 기구(60)는, 가스 공급 통로(38)로부터 스페이스층(34)으로 가스를 공급한 후 가스 공급 통로(38) 및 가스 배출 통로(39)를 폐쇄함으로써, 스페이스층(34) 내에 가스를 봉입할 수 있다. 또한, 유체 전환 기구(60)는, 가스 공급 통로(38)를 폐쇄한 상태에서 가스 배출 통로(39)로부터 가스를 배출함으로써, 스페이스층(34)을 진공 분위기로 할 수도 있다. 또한, 유체 전환 기구(60)는, 가스를 가스 공급 통로(38)로부터 스페이스층(34)으로 계속해서 공급함과 함께 가스 배출 통로(39)로부터 계속해서 배출함으로써, 가스를 스페이스층(34)으로 흘릴 수도 있다.
다음으로, 웨이퍼 적재대(10) 중 냉각 플레이트(30)의 제조예에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다. 우선, 금속 원판인 냉각 플레이트 제1 층(301)을 준비하고, 냉각 플레이트 제1 층(301)의 상면에 냉매 유로 홈(321)을 형성함과 함께, 냉각 플레이트 제1 층(301)을 두께 방향으로 관통하는 2개의 관통 구멍(381, 391)을 형성한다(도 4의 (A)). 이것과 병행하여, 금속 원판인 냉각 플레이트 제2 층(302)을 준비하고, 냉각 플레이트 제2 층(302)의 하면에 냉매 유로 홈(322)을 형성함과 함께, 냉각 플레이트 제2 층(302)을 두께 방향으로 관통하는 2개의 관통 구멍(382, 392)을 형성한다(도 4의 (A)).
계속해서, 냉각 플레이트 제1 층(301)의 상면과 냉각 플레이트 제2 층(302)의 하면이 서로 접촉하도록 양자를 적층하고, 얻어진 적층체에 상하 방향으로부터 압력을 가하면서 양자의 모재의 융점 이하의 소정의 온도에서 가열하고, 냉각 플레이트 제1 층(301)과 냉각 플레이트 제2 층(302)을 확산 접합한다(도 4의 (B)). 이에 의해, 냉각 플레이트 제1 층(301)과 냉각 플레이트 제2 층(302)의 접촉면은 금속이 원자 레벨로 접합되어, 냉각 플레이트 하층(30L)이 얻어진다(도 4의 (C)). 냉각 플레이트 하층(30L)은, 2개의 냉매 유로 홈(321, 322)에 의해 냉매 유로(32)가 형성되고, 2개의 관통 구멍(381, 382)에 의해 가스 공급 통로(38)가 형성되고, 2개의 관통 구멍(391, 392)에 의해 가스 배출 통로(39)가 형성된다.
계속해서, 금속 원판인 냉각 플레이트 상층(30U)을 준비하고, 냉각 플레이트 상층(30U)의 하면에 평면에서 볼 때 원형의 오목 홈(341)을 형성한다(도 4의 (D)). 그리고, 냉각 플레이트 하층(30L)의 상면과 냉각 플레이트 상층(30U)의 하면이 서로 접촉하도록 양자를 적층하고, 얻어진 적층체에 상하 방향으로부터 압력을 가하면서 양자의 모재의 융점 이하의 소정의 온도에서 가열하고, 냉각 플레이트 하층(30L)과 냉각 플레이트 상층(30U)을 확산 접합한다. 이에 의해, 냉각 플레이트 하층(30L)과 냉각 플레이트 상층(30U)의 접촉면은 금속이 원자 레벨로 접합되어, 냉각 플레이트(30)가 얻어진다(도 4의 (E)). 냉각 플레이트(30)에는, 오목 홈(341)과 냉각 플레이트 하층(30L)의 상면에 의해 스페이스층(34)이 형성된다. 또한, 이음매(36d)는, 금속 접합에 의해 형성된다.
이와 같이 하여 얻어진 냉각 플레이트(30)의 상면에, 별도 제작한 세라믹 플레이트(20)의 하면을 접착 시트를 통해 접합함으로써, 웨이퍼 적재대(10)를 얻는다.
다음으로, 웨이퍼 적재대(10)의 사용예에 대하여 설명한다. 반도체 프로세스용 챔버(도시생략)의 내부에, 웨이퍼 적재대(10)를 고정한다. 웨이퍼 적재부(22)에는, 웨이퍼(W)가 적재된다. 이 상태에서, 정전 전극(24)에 직류 전압을 인가하여 웨이퍼(W)를 웨이퍼 적재부(22)에 흡착시킨다. 그와 함께, 냉매 유로(32)에 냉매를 유통시킨다. 또한, 히터 전극(26)에 전력을 공급하여 히터 전극(26)을 발열시켜서 웨이퍼(W)를 가열한다. 그리고, 챔버의 내부를 소정의 진공 분위기가 되도록 설정하고, 챔버의 천장부에 마련된 샤워 헤드로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 냉각 플레이트(30)에 RF 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드의 사이에서 플라스마가 발생한다. 그리고, 그 플라스마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하기도 한다. 스페이스층(34)에 열전도 가스를 봉입하여 열저항을 낮게 할지, 스페이스층(34)을 진공 분위기로 하여 열저항을 높게 할지는, 상황에 따라서 적절히 전환한다.
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상방에서 발생하는 플라스마가 강 플라스마인 경우, 스페이스층(34)에 열전도 가스가 봉입되도록 유체 전환 기구(60)를 조정한다. 이에 의해, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32) 사이의 열저항이 낮아진다. 이때, 웨이퍼(W)에는 강 플라스마로부터 비교적 큰 입열이 있다. 그 때문에, 냉매 유로(32)를 흐르는 냉매에 의해 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도가 되도록 냉각시킬 필요가 있지만, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32) 사이의 열저항이 낮게 되어 있기 때문에, 원활하게 웨이퍼(W)를 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉매에 의한 온도 조정은 응답성이 좋지 않기 때문에, 웨이퍼(W)가 소정 온도를 하회하는 경우에는 히터 전극(26)에 의해 웨이퍼(W)가 소정 온도가 되도록 미세 조정한다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상방에서 발생하는 플라스마가 약 플라스마인 경우, 스페이스층(34)이 진공 분위기가 되도록 유체 전환 기구(60)를 조정한다. 이에 의해, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32) 사이의 열저항이 높아진다. 이때, 웨이퍼(W)에는 약 플라스마로부터 비교적 작은 입열이 있다. 그 때문에, 냉매 유로(32)를 흐르는 냉매에 의해 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도가 되도록 냉각시킬 필요가 있지만, 냉매에 의한 온도 조정은 응답성이 좋지 않기 때문에 웨이퍼(W)가 과도하게 냉각될 우려가 있다. 여기에서는, 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32) 사이의 열저항이 높게 되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도는 냉매에 의해 과도하게 낮아지는 일은 없다. 이 경우도, 히터 전극(26)에 의해 웨이퍼(W)가 소정 온도가 되도록 미세 조정하지만, 히터 전극(26)의 발열량은 스페이스층(34)이 마련되어 있지 않은 경우에 비하여 적어도 된다.
이상 설명한 웨이퍼 적재대(10)에서는, 냉각 플레이트(30) 중 스페이스층(34)을 둘러싸는 스페이스층 형성부(36)는, 이음매(36d)를 갖고 있지만, 그 이음매(36d)는, 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 이 웨이퍼 적재대(10)를 장기에 걸쳐 사용하였다고 해도, 스페이스층 형성부(36)의 이음매(36d)로부터 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 스페이스층(34)은, 평면에서 볼 때 냉매 유로(32)의 전체를 덮고 있다. 그 때문에, 스페이스층(34)이 평면에서 볼 때 냉매 유로(32)의 일부를 덮고 있는 경우에 비하여, 냉매 유로(32)의 냉각 효율을 스페이스층(34)에 의해 조정하기 쉽다.
또한, 유체 전환 기구(60)를 사용하여 스페이스층(34)에 대한 가스의 공급 및 스페이스층(34)으로부터의 유체 가스를 전환함으로써, 스페이스층(34)의 열저항을 작게 하거나 크게 할 수도 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 상방에서 발생하는 플라스마가 강 플라스마인 경우, 스페이스층(34)을 열전도 가스로 충전하기 때문에, 냉매에 의한 웨이퍼(W)의 냉각 효율이 향상된다. 한편, 웨이퍼(W)의 상방에서 발생하는 플라스마가 약 플라스마인 경우, 스페이스층(34)을 진공 분위기로 하기 위해서, 냉매에 의한 웨이퍼(W)의 냉각이 억제되고, 적은 히터 전극(26)의 발열량으로 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 조정할 수 있다. 그 때문에, 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
상술한 실시 형태에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 스페이스층(34)에는, 스페이스층 형성부(36)의 천장면(36b)과 저면(36a)을 연결하는 복수의 기둥 형상 부재(36e)가 마련되어 있어도 된다. 도 7의 (A)는 이 웨이퍼 적재대의 종단면도, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)의 C-C 단면도이다. 도 7에서는, 상술한 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다. 이렇게 하면, 상술한 실시 형태(기둥 형상 부재(36e)가 없는 경우)에 비하여, 스페이스층(34)의 상하 방향의 열저항이 작아져서, 웨이퍼(W)의 열을 효율적으로 냉매 유로(32)로 내보낼 수 있다. 기둥 형상 부재(36e)의 열전도율의 쪽이 열전도 가스의 열전도율보다도 높기 때문이다. 이 경우, 평면에서 볼 때 스페이스층(34)에 차지하는 모든 기둥 형상 부재(36e)의 면적률이 50％ 이하인 것이 바람직하다. 이 면적률이 50％를 초과하면, 스페이스층(34)을 진공 분위기로 했을 때의 단열 효과(열저항을 높이는 효과)를 충분히 얻지 못할 우려가 있기 때문이다.
상술한 실시 형태에 있어서, 기둥 형상 부재(36e)를 구비하도록 한 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 냉각 플레이트(30) 중 기둥 형상 부재(36e)의 바로 아래에는, 스페이스층(34)과는 다른 공동부(35)가 마련되어 있어도 된다. 도 8의 (A)는 이 웨이퍼 적재대의 종단면도, 도 8의 (B)는 도 8의 (A)의 D-D 단면도이다. 도 8에서는, 상술한 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였지만, 유체 전환 기구(60)의 도시는 생략하였다. 기둥 형상 부재(36e)는 스페이스층 형성부(36)의 천장면(36b)과 저면(36a)을 연결하는 것이기 때문에, 웨이퍼(W) 중 기둥 형상 부재(36e)의 바로 위에 상당하는 부분은 과도하게 냉각될 우려가 있다. 그러나, 여기서는, 냉각 플레이트(30) 중 기둥 형상 부재(36e)의 바로 아래에 스페이스층(34)과는 다른 공동부(35)(평면에서 볼 때 원형의 공동)가 마련되어 있기 때문에, 웨이퍼(W) 중 기둥 형상 부재(36e)의 바로 위에 상당하는 부분이 과도하게 냉각되는 것을, 공동부(35)의 단열 효과에 의해 억제할 수 있다. 도 8의 (A)의 부분 확대도는, 모식적으로 열의 흐름을 화살표로 나타낸 것이며, 열의 흐름은 공동부(35)에 의해 차단된다. 또한, 공동부(35)를 냉각 플레이트(30) 중 기둥 형상 부재(36e)의 바로 아래에 마련하는 대신에, 기둥 형상 부재(36e)의 바로 위에 마련해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 스페이스층(34)에는, 스페이스층 형성부(36)의 저면(36a)에 높이가 스페이스층(34)의 높이(두께)보다도 낮은 복수의 볼록부(36f)가 마련되어 있어도 된다. 도 9의 (A)는 이 웨이퍼 적재대의 종단면도, 도 9의 (B)는 도 9의 (A)의 E-E 단면도이다. 도 9에서는, 상술한 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다. 이렇게 하면, 상술한 실시 형태(이러한 볼록부(36f)가 없는 경우)에 비하여, 스페이스층(34)의 상하 방향의 열저항이 작아져서, 웨이퍼(W)의 열을 효율적으로 냉매 유로(32)로 내보낼 수 있다. 한편, 볼록부(36f)는 스페이스층 형성부(36)의 천장면(36b)과 저면(36a)을 연결하는 것이 아니기 때문에, 스페이스층(34)을 진공 분위기로 했을 때의 스페이스층(34)의 단열 효과도 충분히 얻어진다. 또한, 볼록부(36f)를 저면(36a)에 마련하는 대신에, 천장면(36b)에 마련해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 플라스마의 강약에 따라서 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입할지 진공 분위기로 할지 전환하는 예를 나타내었지만, 특별히 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 웨이퍼(W)를 처리하는 프로세스에서는, 웨이퍼(W)의 온도 승강을 반복해서 행하지만, 승온의 타이밍에 스페이스층(36)을 진공 분위기로 해도 된다. 도 10은, 웨이퍼(W)를 처리하는 프로세스에 있어서의 시간과 웨이퍼(W)의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 경우, 프로세스를 개시한 시점에서 스페이스층(36)을 진공 분위기로 설정하고, 웨이퍼(W)의 온도가 T1로 상승할 때까지 스페이스층(36)을 진공 분위기인 채로 유지하고, 웨이퍼(W)의 온도가 T1에 도달한 시점에서 스페이스층(36)에 열전도 가스를 공급하여 봉입한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 온도를 T1로 소정 시간 유지한 후 T2(<T1)로 강하시키고, 그 후, 온도 T2에서 소정 시간 유지할 때까지의 동안, 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입한 상태를 유지한다. 그 후, 스페이스층(36)을 진공 분위기로 설정하고, 웨이퍼(W)의 온도가 T2로부터 T1로 승온할 때까지, 스페이스층(36)을 진공 분위기로 유지한다. 도 10의 꺽은선 그래프 중 굵은선 부분(승온 구간)에서는, 스페이스층(36)을 진공 분위기로 설정한다. 이와 같이 함으로써, 웨이퍼(W)를 승온할 때에 냉매 유로(32)에 열이 빼앗기기 어려워지기 때문에, 빠르게 웨이퍼(W)를 승온시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 스페이스층(34)에 가스를 공급 가능하게 하였지만, 가스 대신에 액체를 공급 가능하게 해도 된다. 액체로서는, 예를 들어 냉매 유로(32)에 흘리는 냉매와 동일한 것을 사용할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입한 상태에 있어서의, 스페이스층(36)의 상하 방향의 열저항을, 접합층(40)의 상하 방향의 열저항보다도 높아지도록 해도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입하여 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32)의 열전도를 촉진시키고 싶은 경우라도, 과잉의 열전도를 억제할 수 있다. 특히 접합층(40)으로서 금속 접합층이나 고열전도 접착층을 채용한 경우에 이러한 구성을 적용시키는 것이 바람직한 경우가 있다. 혹은, 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입한 상태에 있어서의, 스페이스층(36)의 상하 방향의 열저항을, 접합층(40)의 상하 방향의 열저항보다도 낮아지도록 해도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층(36)에 열전도 가스를 봉입하여 냉각 플레이트(30)의 상면과 냉매 유로(32)의 열전도를 촉진시키고 싶은 경우에, 열전도를 보다 촉진시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 냉각 플레이트(30)에 가스 공급 통로(38)와 가스 배출 통로(39)를 각각 1개씩 마련하였지만, 특별히 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 가스 공급 통로(38)를 냉각 플레이트(30)와 동심원이 되는 원주를 따라 복수 마련해도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층(34)에 가스를 균일하게 공급하기 쉬워진다.
상술한 실시 형태에 있어서, 웨이퍼(W)를 효율적으로 냉각시키고 싶은 경우에는 스페이스층(36)에 열전도 가스를 유통시켜도 된다. 이렇게 하면, 스페이스층(36)을 1종의 냉매 유로로서 사용할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 냉각 플레이트(30)로서 금속으로 형성된 원판 부재를 예시하였지만, 특별히 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 냉각 플레이트(30)는, 금속과 세라믹의 복합 재료로 형성된 원판 부재여도 된다. 금속과 세라믹의 복합 재료로서는, 금속 매트릭스 복합 재료(MMC)나 세라믹 매트릭스 복합 재료(CMC) 등을 들 수 있다. 이러한 복합 재료의 구체예로서는, Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료, SiC 다공질체에 Al 및/또는 S를 함침시킨 재료, Al203과 TiC의 복합 재료 등을 들 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 냉매 유로(32)를 평면에서 볼 때 와권 형상으로 형성하였지만, 특별히 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 냉매 유로(32)를 평면에서 볼 때 지그재그형으로 형성해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 세라믹 플레이트(20)에 내장되는 전극으로서, 정전 전극과 히터 전극을 예시하였지만, 특별히 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 이들 전극에 추가하여 RF 전극을 내장해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 적재대(10)에는, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 적재부(22)로부터 들어 올리기 위한 리프트 핀을 삽입 관통 가능한 리프트 핀 구멍이 형성되어 있어도 되고, 웨이퍼(W)의 이면에 백사이드 가스를 공급하는 가스 구멍이 형성되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 히터 전극(26)을 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에 마련하였지만, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역을 복수의 존으로 나누고, 존마다 히터 전극을 마련해도 된다.
본 발명은, 예를 들어 웨이퍼를 플라스마 처리하는 장치에 이용 가능하다.
10: 웨이퍼 적재대
20: 세라믹 플레이트
22: 웨이퍼 적재부
24: 정전 전극
26: 히터 전극
30: 냉각 플레이트
30L: 냉각 플레이트 하층
30U: 냉각 플레이트 상층
32: 냉매 유로
34: 스페이스층
35: 공동부
36: 스페이스층 형성부
36a: 저면
36b: 천장면
36c: 측벽
36d: 이음매
36e: 기둥 형상 부재
36f: 볼록부
38: 가스 공급 통로
39: 가스 배출 통로
40: 접합층
60: 유체 전환 기구
301: 냉각 플레이트 제1층
302: 냉각 플레이트 제2층
321, 322: 냉매 유로 홈
341: 오목 홈
381, 382, 391, 392: 관통 구멍
W: 웨이퍼

Claims (6)

  1. 상면에 웨이퍼 적재부를 갖고, 전극을 내장하는 세라믹 플레이트와,
    상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합되고, 냉매 유로를 갖는 냉각 플레이트와,
    상기 냉각 플레이트의 상면과 상기 냉매 유로의 사이에 마련된 스페이스층과,
    상기 냉각 플레이트 중 상기 스페이스층을 둘러싸는 스페이스층 형성부를
    구비하고,
    상기 스페이스층 형성부는 이음매를 갖고,
    상기 이음매는, 시일 부재를 개재시키지 않고 금속 접합에 의해 형성되어 있는, 웨이퍼 적재대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이스층은, 평면에서 볼 때 상기 냉매 유로의 전체를 덮고 있는, 웨이퍼 적재대.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스페이스층에는, 상기 스페이스층 형성부의 천장면과 저면을 연결하는복수의 기둥 형상 부재가 마련되어 있는, 웨이퍼 적재대.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트 중 상기 기둥 형상 부재의 바로 위 또는 바로 아래에는, 상기 스페이스층과는 다른 공동부가 마련되어 있는, 웨이퍼 적재대.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스페이스층에는, 상기 스페이스층 형성부의 천장면 및 저면 중 적어도 한쪽에 높이가 상기 스페이스층의 두께보다도 짧은 복수의 볼록부가 마련되어 있는, 웨이퍼 적재대.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 웨이퍼 적재대이며,
    상기 스페이스층에 접속되고, 상기 스페이스층에 대하여 유체의 공급과 배출을 전환 가능한 유체 전환 기구를 구비한, 웨이퍼 적재대.
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