TW201803008A - 晶圓承載裝置 - Google Patents

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Abstract

晶圓承載裝置30係包括：陶瓷基體32，具有晶圓承載面；加熱器電極34被埋設於陶瓷基體32；以及供電桿體36,37，其係Cu製，自陶瓷基體32晶圓承載面之相反側表面，電性連接在加熱器電極34上。最好供電桿體36係在螺合前之狀態下，將一端當作固定端，將另一端當作自由端，求得施加在自固定端往自由端50mm之位置上之應力與該位置之變形之關係後，對應變形1mm之應力進入5~10N之範圍。

Description

晶圓承載裝置
本發明係關於一種晶圓承載裝置。
先前，此種晶圓承載裝置，有例如專利文獻1所開示者為眾所周知。此晶圓承載裝置，如第4圖所示，係包括：陶瓷基體102；加熱器電極104，被埋設在陶瓷基體102；以及供電桿體108，其係Ni製，自陶瓷基體102晶圓承載面之相反側的面，被電性連接在加熱器電極104的埋設端子106。在加熱器電極104埋設端子106與供電桿體108之間，設有應力緩和層110。應力緩和層110係藉加熱器電極104埋設端子106與鑞接合層112以被接合，藉供電桿體108與鑞接合層114以被接合。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利5029257號公報
但是，在上述之晶圓承載裝置中，供電桿體108係Ni製，所以，當供給電流到加熱器電極104時，在供電桿體108的周圍產生磁場，有對半導體製造程序產生不良影響之虞。
本發明係為解決這種課題所研發出者，其將抑制在供電桿體的周圍產生磁場，當作主要目的。
本發明之晶圓承載裝置係包括：陶瓷基體，具有晶圓承載面；電極，被埋設於前述陶瓷基體之靜電電極、加熱器電極及高週波電極中之至少一個；以及供電桿體，其係Cu製，自前述陶瓷基體晶圓承載面之相反側的面，被電性連接在前述電極上。
在此晶圓承載裝置中，係透過非磁性材料之Cu製供電桿體，對電極供給電力，所以，可抑制在供電桿體的周圍產生磁場。藉此，可防止在半導體製造程序中，在晶圓之中，僅在供電桿體周圍，產生處理結果改變之事態。
在本發明之晶圓承載裝置中，最好前述供電桿體係將一端當作固定端，將另一端當作自由端，在求得施加在自前述固定端往前述自由端50mm之位置之應力與該位置之變形之關係後，對應前述變形1mm之應力，係進入5~10N之範圍。供電桿體係一端被連接到電極，另一端被固定於固定用器具。當使供電桿體的另一端固定在固定用器具上時，負載施加在供電桿體上，但是，供電桿體具有上述之應力與變形之關係，所以，可自行吸收該負載。因此，在供電桿體與電極之連接部位，不會施加較大之負載。而且，上述之應力與變形之關係，係例如可藉退火供電桿體以獲得。
本發明之晶圓承載裝置係也可以包括連接端子，前述連接端子係透過Au-Ni鑞接合層，被接合在前述電極上， 或者，透過Au-Ni鑞接合層，被接合到一邊表面被接合到前述電極上之耐熱性應力緩和層的另一邊表面，前述陶瓷基體係AlN製，前述電極及前述連接端子係Mo製或Mo合金製，前述供電桿體被鎖固於前述連接端子。所謂耐熱性應力緩和層，係指耐熱溫度超過1000℃之應力緩和層。如此一來，任何構成要素皆耐熱溫度較高，所以，即使半導體製造程序之溫度較高時，也可使用本發明之晶圓承載裝置。而且，即使在Mo製或Mo合金製之連接端子周圍產生磁場，連接端子之長度比供電桿體還要短，所以，其影響很小。
而且，也考慮省略連接端子，直接使電極與供電桿體，或者，應力緩和層與供電桿體以Au-Ni鑞接合層接合。但是，Au-Ni鑞接合層係使Au-Ni鑞材，以高溫之接合溫度(約1000℃)處理以被形成者。此時，雖然在Cu製供電桿體與Au-Ni鑞材之界面，Cu與Au相接觸，但是，Au/Cu混合層係熔點較低，所以，擔心在Au-Ni鑞材之接合溫度下，供電桿體熔化。因此，使用無該顧慮之材質所形成之連接端子。又，如果以不含Au之鑞材接合時，說不定有可能使Cu製供電桿體，接合到電極或應力緩和層。但是，這種鑞材大部分皆接合溫度較低，所以，有在高溫下使用晶圓承載裝置時，鑞材熔出之顧慮。因此，使用無這種顧慮之Au-Ni鑞材。
在包括連接端子之本發明晶圓承載裝置中，也可以前述供電桿體與前述連接端子，係一者具有公螺紋，另一者具有母螺紋，藉螺合兩者的螺紋以鎖固之。如此一來，可使供電桿體與連接端子之裝卸容易進行。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
14‧‧‧圓孔
16‧‧‧排氣管
20‧‧‧淋浴頭
22‧‧‧絕緣構件
24‧‧‧氣體導入管
26‧‧‧氣體噴射孔
30‧‧‧晶圓承載裝置
31‧‧‧晶圓承載座
32‧‧‧陶瓷基體
32a‧‧‧晶圓承載面
33‧‧‧靜電電極
34‧‧‧加熱器電極
34a‧‧‧一端
34b‧‧‧另一端
35‧‧‧供電桿體
36‧‧‧供電桿體
36a‧‧‧母螺紋
37‧‧‧供電桿體
38‧‧‧中空軸
38a,38b‧‧‧法蘭
39‧‧‧桿體固定器
40‧‧‧凹部
41‧‧‧埋設端子
42‧‧‧圓筒環體
43‧‧‧應力緩和層
44‧‧‧連接端子
44a‧‧‧公螺紋
45,46‧‧‧鑞接合層
60‧‧‧直流電源
62‧‧‧加熱器電源
102‧‧‧陶瓷基體
104‧‧‧加熱器電極
106‧‧‧埋設端子
108‧‧‧供電桿體
110‧‧‧應力緩和層
112,114‧‧‧鑞接合層
第1圖係本實施形態電漿處理裝置10之構成圖。
第2圖係第1圖之局部放大圖。
第3圖係表示施加在Cu製供電桿體上之應力與變形之關係之曲線圖。
第4圖係先前晶圓承載裝置之構成圖。
以下，參照圖面說明本發明之最佳實施形態。第1圖係電漿處理裝置10之構成圖，第2圖係第1圖之局部放大圖。
如第1圖所示，電漿處理裝置10係包括處理容器12、淋浴頭20及晶圓承載裝置30。
處理容器12係藉鋁合金等，被形成盒狀之容器。此處理容器12係在底面的概略中央具有圓孔14。又，處理容器12係在底面具有排氣管16。排氣管16係在途中包括未圖示之壓力調整閥或真空幫浦等，變成可調整處理容器12內部到期望之壓力。處理容器12之天花板係被開口。
淋浴頭20係被安裝，使得阻塞處理容器12天花板的開口。在處理容器12天花板的開口緣與淋浴頭20之間，設有絕緣構件22。被淋浴頭20阻塞開口之處理容器12的內部，係被構成使得保持氣密。淋浴頭20係使自氣體導入管24被導入之氣體，自多數氣體噴射孔26，往被晶圓承載座31承載之晶圓W噴射。在本實施形態中，於淋浴頭20連接有未圖示之電漿產生用高週波電源。因此，淋浴頭20係發揮做為電 漿產生用電極之功能。
晶圓承載裝置30係包括晶圓承載座31及中空軸38。
晶圓承載座31係在圓板狀之陶瓷基體32，埋設有靜電電極33及加熱器電極34者。陶瓷基體32係在本實施形態中，為AlN陶瓷製。陶瓷基體32一邊的表面，係成為用於承載晶圓W之晶圓承載面32a。
靜電電極33係Mo製，被埋設於晶圓承載面32a與加熱器電極34之間。靜電電極33係透過陶瓷基體32之中，自晶圓承載面32a之相反側表面(內面)被插入之供電桿體35，被連接到靜電夾頭用之直流電源60。靜電電極33係當自直流電源60被供給電力時，藉靜電力吸著保持晶圓W到晶圓承載面32a。此靜電電極33係兼用做電漿產生用之電極(與淋浴頭20成對之電極)。
加熱器電極34係Mo製，以一筆完成之要領，自一端34a配線至另一端34b，使得橫跨圓板狀陶瓷基體32的全體。在加熱器電極34的一端34a與另一端34b，分別連接有供電桿體36,37。在兩個供電桿體36,37之間，連接有加熱器電源62。加熱器電極34係當自加熱器電源62被供給電力時，加熱被晶圓承載面32a吸著保持之晶圓W。
中空軸38係陶瓷製，在兩端開口的周圍設有法蘭38a,38b。中空軸38係透過一端的法蘭38a，藉固相接合，被氣密接合到陶瓷基體32的內面。又，中空軸38係透過另一端的法蘭38b，被氣密安裝到被設於處理容器12底面上之圓孔 14周圍。因此，中空軸38內部與處理容器12內部，係成為被完全遮斷之狀態。在中空軸38的法蘭38b內面，安裝有桿體固定器39。桿體固定器39係使貫穿之供電桿體35,36,37，藉未圖示之夾具機構固定者。
接著，說明連接供電桿體35到靜電電極33之構造、及連接供電桿體36,37到加熱器電極34之構造。這些連接構造係共通，所以，以下使用第2圖，說明連接供電桿體36到加熱器電極34一端34a之構造。
在陶瓷基體32內面，形成有往加熱器電極34一端34a凹陷之凹陷狀凹部40。在凹部40內周面設有螺紋。在凹部40底面，被連接於加熱器電極34一端34a上之埋設端子41端面係露出。埋設端子41係例如與加熱器電極34相同材質，在此，係以Mo形成。在凹部40螺合有於外周面設有螺紋之金屬製圓筒環體42。圓筒環體42係補強凹部40內周面者，在本實施形態中，其係Ni製。在圓筒環體42的內側，係自凹部40的底面側，依序配置有應力緩和層43與連接端子44。應力緩和層43係用於緩和產生於埋設端子41與連接端子44間之應力，具體說來，係用於緩和埋設端子41與連接端子44之熱膨脹差所造成之應力之層。在本實施形態中，應力緩和層43係柯伐合金(FeNiCo系合金)製，連接端子44係Mo製。埋設端子41與應力緩和層43係藉鑞接合層45被接合，應力緩和層43與連接端子44係藉鑞接合層46被接合。鑞接合層45,46係考慮耐熱性，而使用Au-Ni鑞材以形成。本實施形態晶圓承載裝置30之使用溫度上限係700℃。Au-Ni接合溫 度係約1000℃，所以，鑞接合層45,46係可承受至使用溫度上限為止。連接端子44係在被接合到應力緩和層43上之端面的相反側端面，具有公螺紋44a。此公螺紋44a係螺合到被設於Cu製供電桿體36尖端上之母螺紋36a。供電桿體36係在螺合前之狀態下，將一端當作固定端，將另一端(母螺紋36a側)當作自由端，在求得施加在自固定端往自由端50mm之位置上之應力與該位置之變形(位移量)之關係後，對應變形1mm之應力係進入5~10N之範圍。
接著，說明連接供電桿體36到加熱器電極34一端34a之順序。首先，於在凹部40底面露出之埋設端子41端面上，依序配置Au-Ni鑞材、應力緩和層43、Au-Ni鑞材及連接端子44。在該狀態下，加熱至Au-Ni接合溫度(約1000℃)後加以降溫，藉此，埋設端子41與應力緩和層43係藉鑞接合層45接合，應力緩和層43與連接端子44係被鑞接合層46接合。在第2圖中，在圓筒環體42內周與應力緩和層43之間有隙間，但是，實際上，熔化之Au-Ni鑞材流入此隙間以固化，被形成鑞接合層。如此一來，接合溫度係約1000℃之高溫，所以，連接端子44係以可耐受此溫度之材質(在本實施形態中係Mo)形成。
接著，螺入供電桿體36母螺紋36a到連接端子44公螺紋44a，但是，在此之前，對供電桿體36實施退火處理。第3圖係針對直徑4mm之Cu製供電桿體，將一端當作固定端，將另一端當作自由端，使表示施加在自固定端往自由端50mm之位置上之應力與該位置之變形之關係之曲線圖，比較有退火 處理與無退火處理者。量測係分別進行兩次。退火處理係在真空環境氣體中，以最高溫度500℃，保持一小時之條件進行。而且，此退火處理係與退火同義。由第3圖可知：對應變形1mm之應力，係在無退火處理之供電桿體中為25~30N，相對於此，在有退火處理之供電桿體中為5~10N(更詳細係6~8N)，其與無退火處理者相比較下，具有柔軟性。使這種有退火處理之供電桿體36的母螺紋36a，螺合到連接端子44的公螺紋44a。
與連接端子44一體化之供電桿體36，係被內藏於第1圖所示桿體固定器39內之夾具機構固定。當供電桿體36係處於無退火處理之過硬之狀態時，在組裝供電桿體36到桿體固定器39時，施加在供電桿體36上之負載，直接施加在接合部位(鑞接合層)上，所以，有時接合脫離。相對於此，當供電桿體36係有退火處理之柔軟狀態時，當組裝供電桿體36到桿體固定器39時，即使負載施加在供電桿體36上，使該負載以本身之柔軟性吸收。因此，不施加較大負載在接合部位(鑞接合層)上，接合不會脫離。
而且，也考慮省略連接端子44，使應力緩和層43與Cu製供電桿體(無母螺紋者)，直接以鑞接合層接合。鑞接合層係使Au-Ni鑞材，以高溫之接合溫度(約1000℃)處理以形成者。此時，在Cu製供電桿體36與Au-Ni鑞材之界面上，Cu與Au係相接，但是，Au/Cu混合層係熔點較低，所以，有在Au-Ni鑞材之接合溫度下，供電桿體36熔化之顧慮。因此，使無這種顧慮之材質所形成之連接端子44，中介在應力緩和層43與供電桿體36之間。又，如果不以Au-Ni鑞材而以不 含Au之鑞材接合時，說不定有可能接合應力緩和層43與Cu製供電桿體36。但是，這種鑞材係接合溫度較低，所以，有在使用溫度之上限附近使用晶圓承載裝置30時，鑞材熔出之顧慮。因此，使用無此顧慮之Au-Ni鑞材。
當依據以上說明過之本實施形態晶圓承載裝置30時，係透過非磁性材料之Cu製供電桿體35~37，供給電力到靜電電極33及加熱器電極34，所以，其與使用Ni製供電桿體之情形相比較下，可抑制產生磁場之情形。藉此，在半導體製造程序中，可防止晶圓W之中，僅供電桿體35~37周圍，產生電漿處理之結果改變之事態。
又，Cu製供電桿體35~37，係當求得上述之應力與變形之關係後，對應變形1mm之應力係進入5~10N之範圍者，所以，當組裝桿體固定器39到供電桿體35~37的自由端側時，即使負載施加在供電桿體35~37上，該負載也以本身之柔軟性吸收。因此，不會施加較大負載到接合部位(鑞接合層)，接合不會脫離。
而且，在晶圓承載裝置30中，陶瓷基體32係AlN製，靜電電極33及加熱器電極34係Mo製，應力緩和層43係柯伐合金製，連接端子44係Mo製，供電桿體36係Cu製，耐熱溫度皆超過1000℃。又，鑞接合層45,46也耐熱溫度與這些同等。因此，即使半導體製造程序之溫度較高時，也可使用本實施形態之晶圓承載裝置30。
而且，供電桿體36與連接端子44係螺合螺紋以被鎖固，所以，可很容易進行供電桿體36與連接端子44之裝卸。
而且，本發明並不侷限於上述之實施形態，只要屬於本發明之技術性範圍，當然可藉種種態樣實施。
例如在上述實施形態中，雖然設有應力緩和層43，但是，埋設端子41與連接端子44皆係Mo製，兩者之間幾乎不產生由熱膨脹差所造成之應力，所以，也可以省略應力緩和層43。亦即，也可以透過鑞接合層45，接合連接端子44到埋設端子41上。即使如此，也可獲得與上述實施形態同樣之效果。又，當應力緩和層43係磁性體時，藉省略應力緩和層43，更可抑制磁場之產生。
在上述實施形態中，陶瓷基體32係AlN製，靜電電極33及加熱器電極34係Mo製，應力緩和層43係柯伐合金製，連接端子44係Mo製，使鑞接合層45,46為Au-Ni鑞材製，但是，也可以採用其他之材料。
在上述實施形態中，雖然採用Mo製之連接端子44，但是，也可以變更連接端子44之材質成非磁性體(例如非磁性之不銹鋼等)。如此一來，更可抑制磁場之產生。
在上述實施形態中，加熱器電極34雖然例示以一個單片之配線，帶領圓形晶圓承載面全體之一區域加熱器電極，但是，也可以區分晶圓承載面全體成複數區域，在各區域設置加熱器電極。在該情形下，雖然對應加熱器電極之數量，也增加供電桿體之數量，但是，只要與上述實施形態同樣地，連接供電桿體到加熱器電極即可。
在上述實施形態中，雖然以螺紋螺合連接端子44與供電桿體36以鎖固之，但是，也可以壓著兩者以鎖固，也 可以藉壓入一者到另一者或鉚接以鎖固之。
本申請案係將2016年3月28日被提出申請之日本專利申請第2016-063623號，當作優先權主張之基礎，因為引用而其內容之全部被包含在本專利說明書中。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
14‧‧‧圓孔
16‧‧‧排氣管
20‧‧‧淋浴頭
22‧‧‧絕緣構件
24‧‧‧氣體導入管
26‧‧‧氣體噴射孔
30‧‧‧晶圓承載裝置
31‧‧‧晶圓承載座
32‧‧‧陶瓷基體
32a‧‧‧晶圓承載面
33‧‧‧靜電電極
34‧‧‧加熱器電極
34a‧‧‧一端
34b‧‧‧另一端
35‧‧‧供電桿體
36‧‧‧供電桿體
37‧‧‧供電桿體
38‧‧‧中空軸
38a,38b‧‧‧法蘭
39‧‧‧桿體固定器
60‧‧‧直流電源
62‧‧‧加熱器電源
W‧‧‧晶圓

Claims (5)

  1. 一種晶圓承載裝置，包括：陶瓷基體，具有晶圓承載面；電極，被埋設於前述陶瓷基體之靜電電極、加熱器電極及高週波電極中之至少一個；以及供電桿體，其為Cu製，自前述陶瓷基體晶圓承載面之相反側的面，被電性連接到前述電極上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓承載裝置，其中，前述供電桿體係將一端當作固定端，將另一端當作自由端，當求得施加在自前述固定端往前述自由端50mm之位置上之應力與該位置之變形之關係後，對應到前述變形1mm之應力係進入5~10N之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之晶圓承載裝置，其中，前述供電桿體係實施過退火者。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之晶圓承載裝置，其中，其包括連接端子，前述連接端子係透過Au-Ni鑞接合層，被接合到前述電極，或者，透過Au-Ni鑞接合層，被接合到一邊表面被接合到前述電極上之耐熱性應力緩和層的另一邊表面上，前述陶瓷基體係AlN製，前述電極與前述連接端子係Mo製或Mo合金製，前述供電桿體係被鎖固到前述連接端子上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之晶圓承載裝置，其中，前述供電桿體及前述連接端子，係一者具有公螺紋，另一者具 有母螺紋，藉螺合兩者的螺紋以鎖固之。
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