TWI802117B - 半導體製造裝置用構件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

半導體製造裝置用構件10具備陶瓷板20；設置於與陶瓷板20的陶瓷載置面20a相反的面20b的插塞插入孔30；在厚度方向貫通陶瓷板20中的插塞插入孔30的底壁的氣體釋放孔28；插入插塞插入孔30的插塞40以及設置於插塞40內部的氣體流路46。插塞40的側面設置有段差44，在比段差44更深的區域，插塞插入孔30與插塞40接觸，在比段差44更淺的區域，插塞插入孔30與插塞40之間形成有間隙G，間隙G中形成有接著材料製的插塞支持構件50。

Description

半導體製造裝置用構件及其製造方法
本發明實施例係關於半導體製造裝置用構件及其製造方法。
以往，作為半導體製造裝置用構件，已知有具備在上面具有晶圓載置面的靜電吸盤的構件。例如，專利文獻1的半導體製造裝置用構件藉由中間板在靜電吸盤的下面配置冷卻板。冷卻板具有氣體供給孔。靜電吸盤具有從下面貫通至晶圓載置面的氣體釋放孔。中間板與冷卻板一起，形成與氣體供給孔及氣體釋放孔連通的空間，此空間中配置有緻密質插塞。緻密質插塞具有彎曲並貫通上表面側和下表面側的氣體流路。此半導體製造裝置用構件在腔室內將晶圓載置在的晶圓載置面上，通過將原料氣體導入腔室內，同時在冷卻板上施加為了產生電漿的RF電壓，產生電漿以進行晶圓的處理。此時，向氣體供給孔導入氦等背面氣體。背面氣體從氣體供給孔經由緻密質插塞的氣體流路，通過氣體釋放孔供給到晶圓的背面。 [先前技術文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開第2017/0243726號說明書
[發明所欲解決的課題]
但是，在專利文獻1中，由於只在空間中配置了緻密質插塞，緻密質插塞與空間的內面之間會產生間隙。如此的間隙也成為絕緣破壞的一個原因，因此並不優選。另外，即使在空間中通過樹脂製的接著劑接著緻密質插塞而抑制間隙的形成，接著劑也可能流入氣體釋放孔並阻塞氣體釋放孔。
本發明是為了解決這樣的課題而完成的，主要目的在於防止氣體釋放孔被支持插塞的接著材料堵塞。 [解決課題的手段]
本發明的半導體製造裝置用構件，包括： 陶瓷板，具有晶圓載置面並內置電極； 插塞插入孔，設置於與前述陶瓷板的前述晶圓載置面相反的面； 氣體釋放孔，在厚度方向貫通前述陶瓷板中的前述插塞插入孔的底壁； 插塞，插入前述插塞插入孔；以及 氣體流路，設置於前述插塞的內部，與前述氣體釋放孔連通且允許前述插塞厚度方向的氣體的流通， 前述插塞的側面或前述插塞插入孔的內面設置有段差，在比前述段差更深的區域，前述插塞插入孔與前述插塞接觸，在比前述段差更淺的區域，前述插塞插入孔與前述插塞之間形成有間隙，在前述間隙中形成有接著材料製的插塞支持構件。
此半導體製造裝置用構件中，在比插塞的側面或插塞插入孔的內面設置的段差更深的區域，插塞插入孔與插塞接觸，在比段差更淺的區域，插塞插入孔與插塞之間形成有間隙，在此間隙中形成有接著材料製的插塞支持構件。在製造此半導體製造裝置用構件時，即使在插塞與插塞插入孔之間的間隙中注入接著劑，也會抑制接著劑流入比段差更深處，從而抑制接著劑進入氣體釋放孔。因此，氣體釋放孔不會因支持插塞的接著材料，即插塞支持構件而堵塞。
在本發明的半導體製造裝置用構件中，前述插塞可具有第一錐形部，其直徑向前述插塞插入孔的開口部逐漸變窄。藉此，插塞支持構件形成從下方接受第一錐形部的形狀，從而可以防止插塞從插塞插入孔脫落。
在本發明的半導體製造裝置用構件中，前述插塞可具有第二錐形部，其直徑向前述插塞插入孔的底面逐漸變窄，前述第二錐形部的外面與前述插塞插入孔的內面接觸，前述電極可設置於前述陶瓷板的內部中與前述第二錐形部交叉的面，且具有為了貫通前述插塞的貫通孔。藉此，由於插塞具有第二錐形部，比起不具有第二錐形部的情況，可縮小貫穿孔的直徑。
在本發明的半導體製造裝置用構件中，前述插塞可為緻密質陶瓷製，前述氣體流路可形成為螺旋狀。藉此，可防止電漿經由氣體流路放電。
本發明的半導體製造裝置用構件的製造方法，為製造上述半導體製造裝置用構件中任一者的方法，包含： (a)準備前述陶瓷板及前述插塞的步驟； (b)藉由將前述插塞插入前述插塞插入孔，以使在比設置於前述插塞的側面或前述插塞插入孔的內面的段差更深的區域，前述插塞插入孔與前述插塞接觸，在比前述段差更淺的區域，前述插塞插入孔與前述插塞之間形成有間隙的步驟；以及 (c)藉由在前述間隙中注入接著劑，之後使前述接著劑硬化，形成前述插塞支持構件的步驟。
藉由此半導體製造裝置用構件的製造方法，在間隙中填充接著劑時，接著劑不會流入比段差更深處。因此，接著劑不會進入氣體釋放孔。所以，氣體釋放孔不會因支持插塞的接著材料，即插塞支持構件而堵塞。
接下來，將利用圖示說明本發明的優選實施例。第1圖是半導體製造裝置用構件10的縱剖面圖，第2圖是陶瓷板20的平面圖，第3圖是第1圖的局部放大圖，第4圖是插塞40的透視圖。
半導體製造裝置用構件10具備陶瓷板20、插塞插入孔30、氣體釋放孔28、插塞40、氣體流路46及冷卻板60。
陶瓷板20為氧化鋁燒結體或氮化鋁燒結體等的陶瓷製的圓盤（例如直徑300mm、厚度5mm）。陶瓷板20的一個面是晶圓載置面20a。陶瓷板20內置電極22。如第2圖所示，在陶瓷板20的晶圓載置面20a，沿外緣形成有密封帶21a，整個面上形成有複數圓形突起21b。密封帶21a和圓形突起21b高度相同，其高度例如為數μm至數十μm。電極22是作為靜電電極使用的平面狀的網狀電極，可以施加直流電壓。當對此電極22施加直流電壓時，晶圓W通過靜電吸附被吸附固定在晶圓載置面20a上，當解除直流電壓的施加時，晶圓W對晶圓載置面20a的吸附固定被解除。此電極22也用作RF電極。具體而言，在晶圓載置面20a的上方配置有上部電極(未圖示)，在由此平板電極與內置於陶瓷板20的電極22構成的平行平板電極間施加高頻電力將產生電漿。電極22設有用於插入插塞40的貫通孔22a(參照第3圖)，並且在電極22的貫通孔22a與插塞40之間確保所定的絕緣距離。
插塞插入孔30為有底圓柱狀的孔，設置在與陶瓷板20的晶圓載置面20a相反的面20b的複數位置（例如，沿圓周方向以等間隔設置的12或24個位置）。插塞插入孔30大約為圓柱形（例如開口直徑8mm、全長4mm），但如第3圖所示，底面31與側面32的邊界是傾斜面33。
氣體釋放孔28為小直徑的孔（例如直徑0.1mm），在厚度方向貫通陶瓷板20中相當於插塞插入孔30的底壁的部分而設置。氣體釋放孔28相對一個插塞插入孔30設置複數個。
插塞40為緻密質陶瓷製的構件（例如最大外徑8mm、全長4mm），插入插塞插入孔30。插塞40優選由與陶瓷板20同種的陶瓷形成。插塞40的側面沿著插塞40的圓周方向設置有段差44。在插塞插入孔30中，比插塞40的段差44更深，直到設置在與氣體釋放孔28相對位置的圓形凹部48之前的區域中，插塞插入孔30與插塞40接觸。在插塞插入孔30中，比段差44更淺的區域中，插塞插入孔30與插塞40之間形成有間隙G。此間隙G中形成有接著材料製的插塞支持構件50。作為接著材料，可列舉例如矽酮樹脂、環氧樹脂和丙烯酸樹脂，但是優選矽酮樹脂。插塞40具有向插塞插入孔30的開口部30a直徑逐漸變窄的第一錐形部41。因此，第一錐形部41與插塞插入孔30之間的間隙G向插塞插入孔30的開口部30a逐漸變寬。插塞支持構件50成為從下接受插塞40的第一錐形部41的形狀。插塞40具有向插塞插入孔30的底面31直徑逐漸變窄的第二錐形部42。第二錐形部42與插塞插入孔30的傾斜面33接觸。插塞40在內部具有氣體流路46。
氣體流路46與氣體釋放孔28連通，容許插塞40的厚度方向的氣體的流通。在本實施形態中，氣體流路46形成為在厚度方向貫通插塞40的螺旋狀。在插塞40中與插塞插入孔30的底面31相對的面設置有圓形凹部48。圓形凹部48發揮將氣體流路46與複數氣體釋放孔28連通的作用。
插塞40例如可將使用3D列印機成型的成型體燒成而製造，也可以將通過模鑄成型的成型體燒成而製造。例如，在日本特許第5458050號公報等中公開了模鑄成型的細節。在模鑄成型中，將含有陶瓷粉末、溶劑、分散劑和膠凝劑的陶瓷漿料注入成型模具的成型空間中，藉由使膠凝劑發生化學反應，陶瓷漿料凝膠化，而在成型模具中形成成型體。在模鑄成型中，將低熔點材料例如蠟形成的外模和型芯（與氣體流路46相同形狀的模具）用作成型模具，以在成型模具中形成成型體，之後，可以通過加熱到成型模具的熔點以上的溫度以熔融除去或去除成型模具來製造成型體。
冷卻板60為金屬鋁或鋁合金等的金屬製的圓板（直徑與陶瓷板20相同或較大的圓板）。在冷卻板60的內部，形成有循環冷媒的冷媒流路62、用於將背面氣體供給到插塞40的氣體供給通路64等。氣體供給通路64具備平面觀察時與冷卻板60為同心圓的環狀的氣體收集部64a、用於將氣體從冷卻板60的背面導入氣體收集部64a的氣體導入部64b、以及從氣體收集部64a向各個插塞40分配氣體的氣體分配部64c。冷卻板60和陶瓷板20藉由樹脂製的接合片70接著。接合片70中，在相對插塞插入孔30的位置，設置有直徑與插塞插入口30的開口直徑相同或較大的孔72。另外，冷卻板60和陶瓷板20可以通過硬焊材料而不是接合片70接合。
接著，將說明如此構成的半導體製造裝置用構件10的使用例。首先，在腔室（未圖示）內設置半導體製造裝置用構件10的狀態下，將晶圓W載置在晶圓載置面。接著，藉由真空幫浦將腔室內減壓以調整至所定的真空度，對陶瓷板20的電極22施加直流電壓以產生靜電吸附力，將晶圓W吸附固定在晶圓載置面。接著，將腔室內設定為所定壓力（例如數十～數百Pa）的反應氣體氣氛，在此狀態下，在設置在腔室內的天花板部分的上部電極（未圖示）與半導體製造裝置用構件10的電極22之間施加高頻電壓以產生電漿。另外，作為代替在上部電極與電極22之間施加高頻電壓，可以在上部電極與冷卻板60之間施加高頻電壓。晶圓W的表面藉由產生的電漿而進行蝕刻。若插塞40的內部設置有在厚度方向直線貫通的氣體流路，產生的電漿會藉由此氣體流路在晶圓W與冷卻板60之間引起放電。但是，在本實施形態中，因為插塞40的氣體流路46為螺旋狀，所以可以防止這種放電的發生。冷媒在冷卻板60的冷媒流路62中循環。在氣體供給通路64中，從氣瓶（未示出）引入例如氦氣等的背面氣體。背面氣體通過氣體供給通路64、氣體流路46和氣體釋放孔28，釋放至並封入在晶圓W的背面與晶圓載置面20a中沒有設置密封帶21a、圓形突起21b等的部分之間的空間。由於此背面氣體的存在，晶圓W和陶瓷板20之間的熱傳導能有效地進行。
接著，將對半導體製造裝置用構件10的製造例進行說明。第5圖~第7圖為在半導體製造裝置用構件10的製造步驟中，將插塞40安裝到陶瓷板20的插塞插入孔30的步驟的說明圖。
首先，準備陶瓷板20及插塞40（步驟（a））。陶瓷板20和插塞40如上所述。
接著，將插塞40插入陶瓷板20的插塞插入孔30（步驟（b）、參考第5圖）。具體而言，配置陶瓷板20，使插塞插入孔30的開口部30a朝上。然後，以圓形凹部48朝下的姿勢抓住插塞40，並插入插塞插入孔30。接著，如第6圖所示，在插塞插入孔30中比插塞40的段差44更深，直到氣體釋放孔28之前（圓形凹部48之前）的區域中，插塞插入孔30與插塞40接觸。此時，設置有插塞40的圓形凹部48的面位於插塞插入孔30的底面31的位置，第二錐形部42與傾斜面33接觸。此外，在插塞插入孔30中比插塞40的段差44更淺的區域中，插塞插入孔30與插塞40之間形成有間隙G。
接著，使用分配器82在此間隙G中注入接著劑80，之後，硬化此接著劑（步驟（c）、參考第6圖及第7圖）。作為接著劑80，可以列舉矽酮系，環氧系或丙烯酸系，但是優選矽酮系。接著劑80被段差44阻擋。因此，藉由注入接著劑80直到插塞插入孔30的開口部30a，可以注入定量的接著劑80。另外，可以抑制接著劑80超出段差44到達氣體釋放孔28或圓形凹槽48。進一步，由於間隙G越靠近插塞插入孔30的開口部30a越寬，因此容易注入接著劑80。接著劑80硬化後形成支持構件50。之後，陶瓷板20中與晶圓載置面20a相反的面20b與冷卻板60中氣體分配部64c的開口所在的面，藉由接合片70接合。藉此，得到半導體製造裝置用構件10。
另外，在插塞40的側面沒有形成段差的情況下，可以考慮將接著劑80塗布到插塞40的側面然後再插入插塞插入孔30的方法，但這樣一來，接著劑80會通過在插入時與插塞插入孔30的側表面接觸而剝離。相對於此，如上述將接著劑80注入間隙G的方法中，由於接著劑80不會剝離，可以確實的設置接著層。因此，插塞40的周圍不會產生空隙，可以提升接著層的耐久性。
在以上詳述的半導體製造裝置用構件10中，在比插塞40的側面設置的段差44更深的區域中，插塞插入孔30與插塞40接觸，在比段差44更淺的區域中，插塞插入孔30與插塞40之間形成有間隙G，在此間隙G中形成有接著材料製的插塞支持構件50。製造此半導體製造裝置用構件10時，即使在插塞插入孔30與插塞40之間的間隙G中注入接著劑80，也會抑制接著劑80流入比段差44更深處，從而抑制接著劑80進入氣體釋放孔28。因此，氣體釋放孔28不會因支持插塞40的接著材料，即插塞支持構件50而堵塞。
由於藉由如此設置段差44，間隙G會在插塞40周圍無中斷地形成，而可藉由接著劑80確實地接著插塞40周圍，抑制電漿的從周圍進入。此外，藉由設置段差44可減少電漿對作為接著層的插塞支持構件50的影響。
此外，插塞40具有第一錐形部41。因此，插塞支持構件50形成從下接受插塞40的第一錐形部41的形狀，可以防止插塞40從插塞插入孔30脫落。
進一步，插塞40具有第二錐形部42，第二錐形部42的外面與插塞插入孔30的傾斜面33接觸，電極22設置在陶瓷板20的內部中與第二錐形部42交叉的面，具有為了貫通插塞40的貫通孔22a。如此，由於插塞40具有第二錐形部42，相較於不具有第二錐形部42的情況（參照後述的第8圖），可使貫通孔22a的直徑D1（參照第3圖）減小。另外，比起插塞40根據貫通孔22a在整個長度上變薄的情況，可使插塞40的內部設置的螺旋狀的氣體流路46變長。
除此之外，由於插塞40為緻密質陶瓷製，氣體流路46形成為螺旋狀，可以防止電漿經由氣體流路46放電。
需要說明的是，本發明不限於上述實施例，當然，只要屬於本發明的技術範圍，就可以以各種樣態實施。
例如，在上述的實施形態中，作為代替緻密質陶瓷製的插塞40，可以使用與插塞40外觀形狀相同的多孔質插塞。由於多孔質插塞內部具有細孔，所以可以容許背面氣體在厚度方向的流動。因此，沒有必要在多孔質插塞的內部設置螺旋狀的氣體流路46。在使用這種多孔質插塞的情況下，優選用緻密質陶瓷塗覆外面。藉此，可防止接著劑浸透多孔質插塞的內部。
在上述的實施形態中，可在陶瓷板20的內部埋設電阻加熱元件。藉此，可更加精準的控制晶圓W的溫度。
在上述的實施形態中，雖然插塞40內部的氣體流路46為螺旋狀，但不特別限於此。例如氣體流路可為具有許多折疊部的形狀（鋸齒形狀等）。即使這樣，也可以有效地防止通過氣體流路發生放電。
在上述的實施形態中，插塞40可以不設置第一錐形部41。在此情況下，間隙G與插塞支持構件50將具有相同的寬度（厚度）。
在上述的實施形態中，雖然在插塞40中設置有第二錐形部42，在插塞插入孔30中設置有傾斜面33，但如第8圖所示的半導體製造裝置用構件110，可不設置第二錐形部42、傾斜面33等。在第8圖中，與上述實施形態中相同的部件用相同的圖示符號表示。在此情況下，因為電極22的貫通孔22a與插塞40需要隔開所定的絕緣距離，電極22的貫通孔22a的直徑D2會比上述實施形態的直徑D1大。
在上述的實施形態中，雖然插塞40的側面設置有段差44，但如第9圖的半導體製造裝置用構件210，代替在插塞40的側面上設置段差44，可以在插塞插入孔30的側面32上設置段差34。在第9圖中，與上述實施形態中相同的部件用相同的圖示符號表示。在半導體製造裝置用構件210中，在比插塞插入孔30中的段差34更深，直到氣體釋放孔28之前的區域中，插塞插入孔30與插塞40接觸。此外，在比插塞插入孔30中的段差34更淺的區域中，插塞插入孔30與插塞40之間形成有間隙G，在此間隙G中形成有插塞支持構件50。在製造此半導體製造裝置用構件210時，即使在插塞插入孔30與插塞40之間的間隙G中注入接著劑，也會抑制接著劑流入比段差34更深處，從而抑制接著劑進入氣體釋放孔28。因此，氣體釋放孔28不會因支持插塞40的接著材料，即插塞支持構件50而堵塞。
本申請將於2021年1月6日申請的日本專利申請第2021-01017號作為優先權主張的基礎，將其全部內容通過引用包含在本說明書中。
10:半導體製造裝置用構件 20:陶瓷板 20a:晶圓載置面 20b:面 21a:密封帶 21b:圓形突起 22:電極 22a:貫通孔 28:氣體釋放孔 30:插塞插入孔 30a:開口部 31:底面 32:側面 33:傾斜面 40:插塞 41:第一錐形部 42:第二錐形部 44:段差 46:氣體流路 48:圓形凹部 50:插塞支持構件 60:冷卻板 62:冷媒流路 64:氣體供給通路 64a:氣體收集部 64b:氣體導入部 64c:氣體分配單元 70:接合片 72:孔 80:接著劑 82:分配器 110:半導體製造裝置用構件 210:半導體製造裝置用構件 D1:直徑 D2:直徑 G:間隙 W:晶圓
[第1圖]半導體製造裝置用構件10的縱剖面圖。 [第2圖]陶瓷板20的平面圖。 [第3圖]第1圖的局部放大圖。 [第4圖]插塞40的透視圖。 [第5圖]將插塞40安裝到插塞插入孔30的步驟的說明圖。 [第6圖]將插塞40安裝到插塞插入孔30的步驟的說明圖。 [第7圖]將插塞40安裝到插塞插入孔30的步驟的說明圖。 [第8圖]半導體製造裝置用構件110的縱剖面的局部放大圖。 [第9圖]半導體製造裝置用構件210的縱剖面的局部放大圖。
10:半導體製造裝置用構件
20:陶瓷板
20a:晶圓載置面
20b:面
21a:密封帶
21b:圓形突起
22:電極
22a:貫通孔
28:氣體釋放孔
30:插塞插入孔
30a:開口部
31:底面
32:側面
33:傾斜面
40:插塞
41:第一錐形部
42:第二錐形部
44:段差
46:氣體流路
48:圓形凹部
50:插塞支持構件
60:冷卻板
62:冷媒流路
64a:氣體收集部
64c:氣體分配單元
70:接合片
72:孔
W:晶圓
G:間隙

Claims (5)

  1. 一種半導體製造裝置用構件，包括：陶瓷板，具有晶圓載置面且內置電極；有底圓柱狀的插塞插入孔，自與前述陶瓷板的前述晶圓載置面相反的面往前述晶圓載置面設置；氣體釋放孔，在厚度方向貫通前述陶瓷板中的前述插塞插入孔的底壁；插塞，插入前述插塞插入孔；以及氣體流路，設置於前述插塞的內部，與前述氣體釋放孔連通且容許前述插塞厚度方向的氣體的流通，前述插塞的側面或前述插塞插入孔的內面設置有段差，在比前述段差更深的區域，前述插塞插入孔與前述插塞接觸，在比前述段差更淺的區域，前述插塞插入孔與前述插塞之間形成有間隙，在前述間隙中形成有接著材料製的插塞支持構件。
  2. 如請求項1之半導體製造裝置用構件，其中前述插塞具有第一錐形部，其直徑向前述插塞插入孔的開口部逐漸變窄。
  3. 如請求項1或2之半導體製造裝置用構件，其中前述插塞具有第二錐形部，其直徑向前述插塞插入孔的底面逐漸變窄，前述第二錐形部的外面與前述插塞插入孔的內面接觸，前述電極設置於前述陶瓷板的內部中與前述第二錐形部交叉的面，且具有為了貫通前述插塞的貫通孔。
  4. 如請求項1或2之半導體製造裝置用構件，其中前述插塞為緻密質陶瓷製，前述氣體流路形成為螺旋狀。
  5. 一種如請求項1~4中任一項之半導體製造裝置用構件的製 造方法，包含：(a)準備前述陶瓷板及前述插塞的步驟；(b)藉由將前述插塞插入前述插塞插入孔，以使在比設置於前述插塞的側面或前述插塞插入孔的內面的段差更深的區域，前述插塞插入孔與前述插塞接觸，在比前述段差更淺的區域，前述插塞插入孔與前述插塞之間形成有間隙的步驟；以及(c)藉由在前述間隙中注入接著劑，之後使前述接著劑硬化，形成前述插塞支持構件的步驟。
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