TWI666705B - Shaft end mounting structure - Google Patents

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Abstract

本發明的軸端部安裝構造，其係將與載置晶圓的陶瓷盤12一體化的中空陶瓷軸20的端部氣密安裝在設於腔體100的底板102的貫通孔104的周緣的軸端部安裝構造。在上述中空陶瓷軸20的端面，金屬材料製或金屬-陶瓷複合材料製的環狀構件26，經由金屬層28，氣密接合。螺栓32係經由金屬軸封30，將環形構件26以載置於貫通孔104的周緣的狀態貫通底板102及金屬軸封30，將環形構件26拉向底板102地螺合。

Description

軸端部安裝構造
本發明係關於軸端部安裝構造。
已知將載置晶圓的陶瓷盤與中空陶瓷軸一體化的半導體製造裝置用構件(例如專利文獻1)。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-272805號公報
然而，作為如此的將半導體製造裝置用構件的中空陶瓷軸的端部氣密安裝在設於腔體的底板的貫通孔的周緣軸端部安裝構造，已知圖4所示者。在該安裝構造，係將中空陶瓷軸108的凸緣110，經由環狀的金屬軸封106載置在設於腔體100的底板102的貫通孔104的周緣。中空陶瓷軸108，與陶瓷盤112一體化構成陶瓷加熱器114。將兩個斷面逆L型的剖半環合併成環狀的夾具116，將中空陶瓷軸108的凸緣110由上壓住。螺栓118係從夾具116的上面貫通夾具116螺合在腔體100的底板102。藉此，使腔體100的內部空間S1與中 空陶瓷軸108的內部空間S2呈氣密分離的狀態。因此，使腔體100的內部空間S1為真空氣氛，使其內部空間S1與中空陶瓷軸108的內部空間S2斷絕。
但是，在圖4的安裝構造，由於中空陶瓷軸108的凸緣110夾於夾具116與腔體100的底板102之間，故將螺栓118過度鎖緊，則有使中空陶瓷軸108破裂之虞。另一方面，欲迴避中空陶瓷軸108的破裂，則有使螺栓118的鎖力變鬆，金屬軸封106無法充分作用，而無法將腔體100的內部空間S1與中空陶瓷軸108的內部空間S2氣密地分離之問題。
本發明係有鑑於上述課題而完成者，以不會使中空陶瓷軸破損，充分氣密地分離腔體的內部空間與中空陶瓷軸的內部空間為目標。
本發明的軸端部安裝構造，將與載置晶圓的陶瓷盤一體化的中空陶瓷軸的端部氣密安裝在設於腔體底板的貫通孔的周緣，其包括：環形構件，其係金屬材料製或金屬-陶瓷複合材料製，在上述中空陶瓷軸的端面，經由金屬層氣密接合；及緊固構件，其係經由密封層，將上述環形構件，以載置在設於腔體的底板的貫通孔的周緣的狀態，貫通上述底板及上述密封層，將上述環形構件拉向上述底板地緊固。
在該軸端部安裝構造，中空陶瓷軸係經由環形構件及金屬層與腔體氣密接合。環形構件，係經由密封層載置在設於腔體的底板的貢通孔的周緣，緊固構件係貫通底板及密封 層將環形構件拉向底板地緊固。環形構件，係金屬材料製或金屬-陶瓷複合材料製，強度較陶瓷高。因此，將緊固構件牢固地鎖緊，則環形構件經由密封層拉向腔體的底板的上面，但沒有環形構件破損之虞，且不會將中空陶瓷軸緊固。因此，即使牢固地將緊固構件鎖緊亦不會有破損中空陶瓷軸之虞。此外，由於可以將緊固構件牢固地鎖緊，故可充分得到金屬軸封的密封性。因此，可將腔體的內部空間與中空陶瓷軸的內部空間充分氣密地分離。
在本發明的軸端部安裝構造，上述緊固構件，亦可係從上述底板的下面貫通上述底板及上述密封層與上述環形構件的螺栓孔螺合的螺栓。
在本發明的軸端部安裝構造，上述中空陶瓷軸以AIN製，上述環形構件以Mo製、W製或FeNiCo系合金製(例如Kovar(註冊商標)等)為佳。如此，可使環形構件的熱膨脹係數接近陶瓷的熱膨脹係數，故即使反覆加熱冷卻，亦可防止因熱膨脹差引起環形構件與中空陶瓷軸的接合破壞。
在本發明的軸端部安裝構造，上述金屬層，以Al層或Al合金層(例如Al-Si-Mg系合金層或Al-Mg系合金層等)為佳。如此，由於可採用TCB(Thermal compression bonding：熱壓接合)，故不容易在金屬層中形成針孔，可提升金屬層的密封性。
10‧‧‧陶瓷加熱器
12‧‧‧陶瓷盤
12a‧‧‧晶圓載置面
12b‧‧‧背面
14‧‧‧加熱器電極
14a、14b‧‧‧加熱器端子棒
16‧‧‧RF電極
16a‧‧‧RF端子棒
18‧‧‧護套熱電偶
20‧‧‧中空陶瓷軸
22‧‧‧第1凸緣
24‧‧‧第2凸緣
26‧‧‧環形構件
26a‧‧‧螺絲孔
26b‧‧‧螺栓腳
28‧‧‧金屬層
30‧‧‧金屬軸封
32‧‧‧螺栓
34‧‧‧螺母
100‧‧‧腔體
102‧‧‧底板
104‧‧‧貫通孔
106‧‧‧金屬軸封
108‧‧‧中空陶瓷軸
110‧‧‧凸緣
112‧‧‧陶瓷盤
114‧‧‧陶瓷加熱器
116‧‧‧夾具
118‧‧‧螺栓
120‧‧‧He測漏儀
S1、S2‧‧‧內部空間
圖1係表示本發明的軸端部安裝構造的一例的剖面圖。
圖2係表示本發明的軸端部安裝構造的別例的剖面圖。
圖3係表示測定由軸端部的He漏氣量的方法的說明圖。
圖4係表示先前的軸端部安裝構造的一例的剖面圖。
接著，以下使用圖1說明本發明的軸端部安裝構造的一例。圖1係表示本發明的軸端部安裝構造的一例的剖面圖，具體係安裝在腔體100的內部的陶瓷加熱器10的剖面圖。
陶瓷加熱器10，係用於加熱晶圓W者，安裝在半導體製程用的腔體100的內部。該台陶瓷加熱器10，包括：陶瓷盤12，其具有可載置晶圓W的晶圓載置方面12a；及中空陶瓷軸20，其係接合在與陶瓷盤12的晶圓載置面12a的相反面側的面(背面)12b接合。
陶瓷盤12，係以AlN為主成分的圓板狀構件。在該陶瓷盤12，埋設加熱器電極14及RF電極16。加熱器電極14，係將Mo為主成分的線圈在陶瓷盤12的全面以一筆畫的方式配線者。在該加熱器電極14的一端連接+極的加熱器端子棒14a，在另一端連接-極的加熱器端子棒14b。RF電極16，係稍微較陶瓷盤12小徑的圓盤狀的薄層電極，將以Mo為主成分的細金屬線以網狀編成板片狀形成網目。RF電極16，係在陶瓷盤12之中埋設在加熱器電極14與晶圓載置面12a之間。此外，在RF電極16的略中央，連接RF端子棒16a。
中空陶瓷軸20，係AlN的圓筒狀構件，在上部開口的周圍具有第1凸緣22、下部在開口的周遭具有第2凸緣24。在第1凸緣22的端面，係以TCB接合於陶瓷盤12的背面12b。第2凸緣24的端面，係以TCB接合於Mo製的環形 構件26。所謂TCB，係指在接合對象的2個構件之間夾入金屬接合材，以加熱為金屬接合材的固相線溫度以下的溫度的狀態將2個構件加壓接合的方法。金屬接合材，可舉Al-Si-Mg系接合材或Al-Mg系接合材等的含有Al與Mg的Al合金接合材等。例如，作為Al-Si-Mg系接合材，使用含有88.5質量%的Al、10質量%的Si、1.5質量%的Mg，固相溫度約560℃、液相溫度約590℃的接合材時，TCB係以加熱為固相溫度以下(例如約520~550℃)的狀態，以20~140kg/mm2，以30~60kg/mm2為佳的壓力進行加壓3~6小時。在第2凸緣24的端面與環形構件26之間，形成來自使用於TCB的金屬接合材的金屬層28。金屬層28，由於係以TCB形成，不容易發生針孔而密封性優良。此外，第1凸緣22的端面與陶瓷盤12之間，亦形成同樣的金屬層(省略圖示)。在環形構件26與設於腔體100的底板102的貫通孔104的周緣之間，配置金屬軸封30(密封層)。螺栓32(緊固構件)，係從底板102的下面貫通底板102及金屬軸封30與設在環形構件26下面的螺絲孔26a螺合。該螺栓32，係沿著環形構件26的圓周方向等間隔使用3支以上(以6支以上為佳)。再者，將螺栓32從底板102的下面鑲上時，亦可使用墊圈。在中空陶瓷軸20的內部空間S2，插通上述加熱器端子棒14a、14b及RF端子棒16a，並且插通用於測定陶瓷盤12的溫度的護套熱電偶18。
接著，說明本實施形態的陶瓷加熱器10的使用例。在陶瓷加熱器10的晶圓載置面12a載置晶圓W，使腔體100的內部空間S1成既定的氛(例如氫氣氛、氬氣氛、或真空 氣氛)。此時，內部空間S1，與中空陶瓷軸20的內部空間S2斷絕。然後，對晶圓W進行不會使環形構件26受到腔體內氣氛損傷的製程(例如，晶圓退火等)。或者，亦可按照需要，藉由經RF端子棒16a對RF電極16施加交流高電壓，在從設置在腔體100內的上方的未示於圖的對向水平電極與埋設在陶瓷加熱器10的RF電極16所組成的平行平板電極之間產生電漿，而利用該電漿。在晶圓W的處理時，亦可可藉由對RF電極16施加直流高電壓使之產生靜電力，藉此將晶圓W吸附在晶圓載置面12a。另一方面，基於護套熱電偶18的感側訊號求得晶圓W的溫度，控制施加於2支加熱器端子棒14a、14b之間的電壓的大小或開關，使其溫度成設定溫度。
在以上所詳述的本實施形態的軸端部安裝構造，中空陶瓷軸20係經由環形構件26及金屬層28密封接合。此外，環形構件26係經由金屬軸封30載置在設於腔體100的底板102的貫通孔104的周緣，螺栓32係從底板102的下面貫通底板102及金屬軸封30螺合於環形構件26。環形構件26，係Mo製，即金屬材料製，故強度較陶瓷高。因此，強固地鎖緊螺栓32，則環形構件26會經由金屬軸封30被拉向腔體100的底板102的上面，但環形構件26並不會破損，亦不會鎖緊中空陶瓷軸20。因此，即使強固地將螺栓32鎖緊，並不會有使中空陶瓷軸20破損之虞。此外，由於可強固地鎖緊螺栓32，故可充分得到金屬軸封30的密封性。因此，可充分氣密地將腔體100的內部空間S1與中空陶瓷軸20的內部空間S2分離。
此外，環形構件26，係Mo製，熱膨脹係數與AlN 陶瓷的熱膨脹係數接近。因此，即使反覆加熱冷卻，亦可防止環形構件26與中空陶瓷軸20的接合因熱膨脹差而破壞。在此，將代表性的陶瓷與金屬的熱膨脹係數示於表1。
再者，金屬層28，由於係鋁合金層，故可如上所述地採用TCB。因此，不容易在金屬層28中形成針孔，可提升金屬層28的密封性。
再者，本發明，並非限定於上述實施形態，只要屬於本發明的技術範圍，可實施各種態樣，不言而喻。
例如，在上述實施形態，使用Mo作為環形構件26的材料，惟亦可使用W或FeNiCo系合金(例如Kovar(註冊商標))。該等金屬的熱膨脹係數，由於如表1所示與本實施行態所使用的AlN的熱膨脹係數在±20%以內，故即使反覆加熱冷卻，亦可防止環形構件26與中空陶瓷軸20的接合因熱膨脹差而破壞。
在上述實施形態，使用AlN作為陶瓷盤12與中空陶瓷軸20的材料，惟亦可使用別的陶瓷。例如使用Al2O3時， 使用熱膨脹係數接近的CuW(11%Cu-89%W，參照表1)作為環形構件26的材料為佳。
在上述實施形態，使用金屬軸封30作為密封層，惟亦可取代金屬軸封30使用O形環。此時，O形環使用可忍受陶瓷加熱器10的使用溫度者。
在上述實施形態，以TCB形成金屬層28，惟亦可藉由焊接合形成。焊料，可使用先前習知的各種材料。但相較於焊接，TCB較不容易在金屬層28形成針孔而佳。
在上述實施形態，使用螺栓32作為緊固構件，惟亦可取代螺栓32，採用圖2所示構造。即，在環形構件26的下面設置複數螺栓腳26b，螺栓腳26b貫通金屬軸封30及底板102，由底板102的下面突出，對該螺栓腳26b鎖上螺母34，將環形構件26拉向底板102地緊固。如此，亦可得到與上述實施形態同樣的效果。再者，將螺母34鎖上螺栓腳26b時，亦可使用墊圈。
[實施例]
將採用上述實施形態(圖1)的軸端部安裝構造之情形，與採用圖4的先前的軸端部安裝構造之情形，評估從軸端部的He漏氣量。具體係如圖3所示，在腔體100的埠安裝He測漏儀120，將腔體內的真空鍍設定為5E-2[Pa]，軸端部的溫度為RT(室溫)。以此狀態，對中空陶瓷軸20的內部空間S2吹He氣，讀取He測漏儀120的數值，將該數值作為在RT的He漏氣量。此外，將軸端部的溫度設定為100℃，同樣地讀取He測漏儀120的數值，將該那數值作為在100℃的He漏氣量。對先前的軸端部安裝構造，亦同樣地測定He漏氣量。將結果 示於表2。如表2所示，採用圖1的軸端部安裝構造時，相較於圖4的先前的軸端部安裝構造，He漏氣量在RT或100℃，均減低至1/10以下。
本發明係主張以美國臨時申請案第62/105,367號為優先權，其申請日為西元2015年1月20日，且其全部內容以參考資料包含於此。
再者，上述實施例並非有任何限定本發明者，不言而喻。
【產業上的可利用性】
本發明可利用於陶瓷加熱器、靜電夾具、晶舟等的半導體製造裝置用構件。

Claims (7)

  1. 一種軸端部安裝構造，將與載置晶圓的陶瓷盤一體化的中空陶瓷軸的端部氣密安裝在設於腔體底板的貫通孔的周緣，其包括：環形構件，其係金屬材料製或金屬-陶瓷複合材料製，在上述中空陶瓷軸的端面，經由金屬層氣密接合；及緊固構件，其係經由密封層，將上述環形構件，以載置在設於腔體的底板的貫通孔的周緣的狀態，貫通上述底板及上述密封層，將上述環形構件拉向上述底板地緊固。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的軸端部安裝構造，其中上述緊固構件，係由上述底板的下面貫通上述底板及上述密封層，與上述環形構件的螺栓孔螺合之螺栓。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的軸端部安裝構造，其中上述中空陶瓷軸，係AlN製，上述環形構件，係Mo製、W製或FeNiCo系合金製。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的軸端部安裝構造，其中上述金屬層係Al層或Al合金層。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的軸端部安裝構造，其中上述金屬層係Al層或Al合金層。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的軸端部安裝構造，其中上述金屬層係以TCB形成者。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的軸端部安裝構造，其中上述金屬層係以TCB形成者。
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