TWI811011B - 半導體製造裝置用構件 - Google Patents
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Abstract
半導體製造裝置用構件10具有陶瓷板20、插塞插入孔24、及插塞26。陶瓷板20於頂面設有晶圓載置面21，內藏有電極22。插塞插入孔24設置於在上下方向貫穿陶瓷板20之貫穿孔的至少一部分，於內周面具有陰螺紋部24a。插塞26於外周面具有螺合於陰螺紋部24a之陽螺紋部26a，容許氣體之流通。
Description
本發明係有關於一種半導體製造裝置用構件。
以往，作為半導體製造裝置用構件者，已知有具備「於頂面設有晶圓載置面之靜電吸盤」的半導體製造裝置用構件。舉例而言，專利文獻1之靜電吸盤揭示了其具有：吸附保持晶圓之陶瓷板；形成於陶瓷板之貫穿孔；及配置於貫穿孔之多孔質插塞。要製造此種靜電吸盤，首先藉著鍛燒內藏有靜電電極之生胚片，而製作陶瓷板，然後於該陶瓷板形成貫穿孔。接著，將含有陶瓷粒子及燃燒消失粒子之膏狀陶瓷混合物填充於貫穿孔，之後，藉著加熱至預定溫度，而鍛燒混合物中之陶瓷粒子，同時使燃燒消失粒子消失。藉此，於貫穿孔內形成多孔質插塞，而獲得上述靜電吸盤。在此種靜電吸盤，在使晶圓靜電吸附於晶圓載置面之狀態下，將氦氣從外部導入多孔質插塞。於是，氦氣對晶圓之背面側供給，而使晶圓與陶瓷板之熱傳導良好。此時，由於氦氣通過多孔質插塞之氣孔，故比起通過多孔質插塞不存在之貫穿孔的情形，可抑制在晶圓之背面側產生火花放電的情形。當在晶圓之背面側產生火花放電時，晶圓會變質，而無法利用作為元件，故非吾人所樂見。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2019-29384號
[發明欲解決之課題]
然而，在上述靜電吸盤需要兩次鍛燒製程，即需要分別在製作陶瓷板之製程與製作多孔質插塞之製程進行鍛燒。因此，有製造成本高之問題。
本發明係為了解決此課題而設計，其主要目的係提供具有容許氣體流通的插塞之廉價半導體製造裝置用構件。
[解決課題之手段]
本發明之半導體製造裝置用構件具有陶瓷板、插塞插入孔、及絕緣性插塞，該陶瓷板於頂面設有晶圓載置面，內藏有電極；該插塞插入孔設置於在上下方向貫穿該陶瓷板之貫穿孔的至少一部分，於內周面具有陰螺紋部；該絕緣性插塞於外周面具有螺合於該陰螺紋部之陽螺紋部，容許氣體之流通。
在此半導體製造裝置用構件，以螺絲將容許氣體流通的插塞固定於陶瓷板之插塞插入孔。因此，不需為了將插塞固定於插塞插入孔而進行鍛燒。因而，可以廉價地提供具有插塞之半導體製造裝置用構件。
此外，在本說明書中會使用上下、左右、前後等來說明本發明，上下、左右、前後僅是相對之位置關係。因此，變更半導體製造裝置用構件之方向時，有上下變成左右或左右變成上下之情形，此種情形亦包含在本發明之技術範圍內。
在本發明之半導體製造裝置用構件，該晶圓載置面亦可具有支撐晶圓之多個小突起，該插塞之頂面亦可位於比該小突起之頂面低的位置。如此一來，不致在插塞之頂面抬起晶圓。此時，該插塞之頂面可位於與該晶圓載置面中未設置該小突起之基準面相同的高度，亦可位於比該基準面低0.1mm以下範圍的位置。如此一來，由於可將晶圓背面與插塞頂面之間的空間之高度抑制為較小，故可防止在此空間發生火花放電。
在本發明之半導體製造裝置用構件，該陽螺紋部之至少一部分亦可接著於該陰螺紋部。如此一來，可防止「隨著半導體製造裝置用構件之使用，插塞之螺絲鬆掉的情形」。
在本發明之半導體製造裝置用構件，該插塞亦可為多孔質體。由於多孔質體具有多個細小之氣孔，故適合作為容許氣體流通的插塞。此時，該陽螺紋部亦可經緻密化處理。如此一來，將多孔質體插塞的陽螺紋部栓入插塞插入孔之陰螺紋部時，可防止陽螺紋部磨損而產生粉末等。
在本發明之半導體製造裝置用構件，該插塞亦可為圓柱構件，該插塞插入孔亦可為圓柱孔。如此一來，由於插塞及插塞插入孔之形狀比較簡單，故可易於製作插塞及插塞插入孔。
在本發明之半導體製造裝置用構件，該插塞亦可具有倒圓錐台狀之頭部及圓柱狀之腳部，該陽螺紋部亦可不設置於該頭部之外周面而設置於該腳部之外周面。又，該插塞插入孔亦可具有與該頭部相同形狀之頭部對應部及與該腳部相同形狀之腳部對應部，該陰螺紋部亦可不設置於該頭部對應部之內周面而設置於該腳部對應部之內周面。如此一來，不需於插塞之頭部及插塞插入孔之頭部對應部設置螺紋。
[用以實施發明之形態]
接著，使用圖式來說明本發明之較佳實施形態。圖1係半導體製造裝置用構件10之縱剖面圖，圖2係陶瓷板20之俯視圖，圖3係圖1之部分放大圖。
半導體製造裝置用構件10具有陶瓷板20、插塞插入孔24、插塞26、冷卻板30。
陶瓷板20係氧化鋁燒結體或氮化鋁燒結體等陶瓷製圓板(例如直徑300mm、厚度5mm)。陶瓷板20之頂面作為晶圓載置面21。陶瓷板20內藏有電極22。如圖2所示，於陶瓷板20之晶圓載置面21沿著外緣形成有密封環帶21a，於整面形成有複數個圓形小突起21b。密封環帶21a與圓形小突起21b為相同高度，其高度為例如數μm~數10μm。電極22係使用作為靜電電極之平面狀網狀電極，可施加直流電壓。當對此電極22施加直流電壓時，晶圓W因靜電吸附力而被吸附固定於晶圓載置面21(具體為密封環帶21a之頂面及圓形小突起21b之頂面)，當解除直流電壓之施加時，則解除晶圓W在晶圓載置面21之吸附固定。此電極22有時也使用作為射頻電極。具體而言，於晶圓載置面21之上方配置上部電極(圖中未示)，當對於「由該上部電極與內藏於陶瓷板20之電極22構成的平行板電極間」施加射頻功率時，便產生電漿。於電極22設有供插塞26插通之貫穿孔22a。此外，將晶圓載置面21中未設置密封環帶21a及圓形小突起21b之部分稱為基準面21c。
插塞插入孔24係於上下方向貫穿陶瓷板20之貫穿孔。如圖3所示，插塞插入孔24於內周面具有陰螺紋部24a。插塞插入孔24設置於陶瓷板20之複數處(例如沿著周向等間隔設置之複數處)。在本實施形態，插塞插入孔24係圓柱形(例如開口徑8mm、全長(上下方向之長度)5mm)之孔。
插塞26係容許氣體在上下方向流通之電絕緣性圓柱構件(例如上底及下底之外徑8mm、全長(上下方向之長度)5mm)。如圖3所示，插塞26於外周面具有可螺合於陰螺紋部24a之陽螺紋部26a。插塞26之頂面26b位於比密封環帶21a之頂面及小突起21b之頂面低的位置。在本實施形態，插塞26之頂面26b為與晶圓載置面21之基準面21c相同的高度。又，插塞26之全長與插塞插入孔24之全長相同。插塞26為多孔質體，在本實施形態為陶瓷多孔質體。陶瓷多孔質體可使用與例如陶瓷板20相同材料的多孔質體。
冷卻板30為熱傳導率良好之圓板(係與陶瓷板20相同直徑或大於該陶瓷板之直徑的圓板)。於冷卻板30之內部形成有供冷媒循環之冷媒流路32及將氣體供給至插塞26之氣體供給通路34。冷媒流路32俯視時以「在冷卻板30整面，從入口至出口一筆畫成之訣竅形成」。冷卻板30之材料可舉例如金屬材料或金屬基複材(MMC)等為例。金屬材料可舉Al、Ti、Mo或此等之合金等為例。MMC可舉含有Si、SiC及Ti之材料(亦稱為SiSiCTi)，或使Al及/或Si浸滲了SiC多孔質體之材料等為例。冷卻板30與陶瓷板20藉由接合層40接合。接合層40可為樹脂層，亦可為金屬層。接合層40為金屬層時，冷卻板30之材料宜為接近陶瓷板20之熱膨脹係數的材料。在接合層40，於與插塞插入孔24及氣體供給通路34對向之位置，設有於上下方向貫穿之孔40a。
接著，就如此構成之半導體製造裝置用構件10之使用例作說明。首先，於在圖中未示之腔室內設置半導體製造裝置用構件10之狀態下，將晶圓W載置於晶圓載置面21。接著，以真空泵將腔室10內減壓，而調整成預定之真空度，對陶瓷板20之電極22施加直流電壓，使靜電吸附力產生，而將晶圓W吸附固定於晶圓載置面21(具體為密封環帶21a之頂面及圓形小突起21b之頂面)。接著，令腔室內為預定壓力(例如數10~數100Pa)之反應氣體環境，在此狀態下，對設置於腔室內之頂部部分的圖中未示之上部電極與半導體製造裝置用構件10的電極22之間施加射頻電壓，而使電漿產生。此外，亦可對「上部電極與冷卻板30之間」施加射頻電壓，來取代對「上部電極與電極22之間」施加射頻電壓。晶圓W之表面由產生的電漿加以處理。使冷媒循環於冷卻板30之冷媒流路32。從圖中未示之氣體鋼瓶將背面氣體導入氣體供給通路34。背面氣體使用熱傳導氣體(例如氦等)。背面氣體通過氣體供給通路34及插塞26，而被供給封入晶圓W之背面與晶圓載置面21的基準面21c之間的空間。由於此背面氣體之存在，可以高效率地進行晶圓W與陶瓷板20之熱傳導。
接著，就半導體製造裝置用構件10之製造例作說明。首先，準備陶瓷板20及插塞26。陶瓷板20及插塞26係如先前已說明者。接著，將插塞26螺合於陶瓷板20之插塞插入孔24。具體而言，使黏著性轉紐附著於插塞26之頂面或底面，用手抓持該轉紐，從插塞插入孔24之上部開口或下部開口螺合插塞26。此時，螺合成插塞26之頂面26b與晶圓載置面21之基準面21c一樣的高度。接著，卸除黏著性轉紐，視需要而清掃卸除了轉紐之面。之後，藉由接合材將陶瓷板20之底面與冷卻板30之頂面接合在一起。藉此，接合材形成為接合層40，而獲得半導體製造裝置用構件10。
在以上詳述之半導體製造裝置用構件10，以螺絲將容許氣體流通的插塞26固定於陶瓷板20之插塞插入孔24。因此，不需為了將插塞26固定於插塞插入孔24而進行鍛燒。因而，可廉價地提供具有插塞26之半導體製造裝置用構件10。
又，插塞26之頂面26b位於比密封環帶21a之頂面及圓形小突起21b之頂面低的位置。因此，不致會有插塞26之頂面26b抬起晶圓W的情形。
再者，插塞26之頂面26b為與晶圓載置面21之基準面21c相同的高度。因此，可將晶圓W之底面與插塞26的頂面26b之間的空間之高度抑制為較小。因而，可防止在此空間發生火花放電。
另外，插塞26係圓柱構件，插塞插入孔24係圓柱孔，由於皆是形狀簡單，故可易於製作插塞26及插塞插入孔24。
又，由於插塞26之外周面與插塞插入孔24之內周面形成螺紋，故會於上下方向形成之字形。藉此，比起未形成螺紋之情形，從晶圓W通過插塞26之外周面與插塞插入孔24的內周面之間，到達冷卻板30為止的距離變長。因此，可防止在晶圓W與冷卻板30之間引發沿面放電的情形。
再者，長期使用半導體製造裝置用構件10，使插塞26之頂面26b變的比基準面21c低時，可調整插塞26對插塞插入孔24之栓入量，而使插塞26之頂面26b回復至與基準面21c相同的高度。
此外，本發明並不限於上述實施形態，只要屬於本發明之技術範圍，可以各種態樣實施是無須贅言的。
在上述實施形態，插塞26之頂面26b為與晶圓載置面21之基準面21c相同的高度，但並未特別限於此。舉例而言，亦可如圖4所示，從晶圓載置面21之基準面21c的高度減去插塞26之頂面26b的高度之差△h為0.1mm以下範圍。換言之，亦可將插塞26之頂面26b配置於比晶圓載置面21之基準面21c低0.1mm以下範圍的位置。如此進行，亦可將晶圓W之底面與插塞26的頂面26b之間的空間之高度抑制為較小。因而，可防止在此空間發生火花放電。
在上述實施形態，令插塞26之全長與插塞插入孔24之全長相同，但並未特別限於此。舉例而言，亦可如圖5所示，使插塞26之全長比插塞插入孔24之全長短，也可如圖6所示，使插塞26之全長比插塞插入孔24之全長長。或者，亦可如圖7所示，使插塞26之全長同於插塞插入孔24之全長與接合層40之厚度的和。在圖7，以接合層40接合陶瓷板20與冷卻板30後，若將插塞26從插塞插入孔24之上部開口螺合於插塞插入孔24，直至插塞26之底面到達冷卻板30之頂面為止時，插塞26之頂面26b便達到與晶圓載置面21之基準面21c相同的高度。此外，在圖5~圖7，亦可如圖4般，將插塞26之頂面26b配置於比晶圓載置面21之基準面21c低0.1mm以下範圍的位置。
在上述實施形態，令插塞26為圓柱構件，令插塞插入孔24為圓柱孔，但並未特別限於此。舉例而言，亦可採用圖8所示之插塞76及插塞插入孔74。插塞76具有倒圓錐台狀之頭部761、及圓柱狀之腳部762。陽螺紋部76a不設置於頭部761之外周面，而設置於腳部762之外周面。插塞插入孔74具有：與頭部761相同形狀之空間、亦即頭部對應部741；及與腳部762相同形狀之空間、亦即腳部對應部742。陰螺紋部74a不設置於頭部對應部741之內周面，而設置於腳部對應部742之內周面。如此一來，不需於插塞76之頭部761及插塞插入孔74之頭部對應部741設置螺紋。此時，宜預先設計成「插塞76之頭部761的外周面與插塞插入孔74之頭部對應部741的內周面一致」時，頭部761之頂面76b為與基準面21c相同之高度。如此一來，將插塞76安裝於插塞插入孔74之際，將插塞76栓入插塞插入孔74而抵接時，頭部761之頂面76b為與基準面21c相同之高度。
在上述實施形態，亦可如圖9所示，以接著層50將插塞插入孔24之陰螺紋部24a與插塞26的陽螺紋部26a接合在一起。接著層50可使用有機接著劑，亦可使用無機接著劑，也可使用硬焊金屬材料。如此一來，可防止「隨著半導體製造裝置用構件10之使用，插塞26之陽螺紋部26a鬆掉」的情形。接著層50亦可如圖10所示，僅設置於「陰螺紋部24a與陽螺紋部26a之間，靠近插塞插入孔24的下部開口之部分」。此外，在圖4~圖8，亦可設置如圖9或圖10之接著層50。
在上述實施形態，亦可於多孔質體、亦即插塞26之陽螺紋部26a的表面，設置緻密質層。如此一來，可防止「將插塞26之陽螺紋部26a栓入插塞插入孔24之陰螺紋部24a時，陽螺紋部26a磨損而產生粉末等」。作為設置緻密質層之方法，例如可對陽螺紋部26a之表面罩上耐熱樹脂製之管或片，以熱風加熱或爈內加熱使耐熱樹脂膜密合，亦可以熱噴塗於陽螺紋部26a之表面形成緻密之熱噴塗膜。
在上述實施形態，使用「於上下方向貫穿陶瓷板20之貫穿孔整體」作為插塞插入孔24，但並未特別限於此。舉例而言，亦可如圖11所示，以複數之細孔128構成於上下方向貫穿陶瓷板20之貫穿孔的上部，以插塞插入孔124構成貫穿孔之下部。亦即，亦可將插塞插入孔124設置於貫穿孔之一部分。插塞插入孔124於內周面具有陰螺紋部124a。插塞126與上述實施形態之插塞26大約相同，於頂面設有與複數之細孔128連通的空間126d。如此進行，亦可獲得與上述實施形態同樣之效果。
在上述實施形態，設有「於上下方向貫穿冷卻板30之孔」作為氣體供給通路34，但不限於此。舉例而言，亦可將如圖12所示，將氣體供給通路64設置於冷卻板30。氣體供給通路64具有俯視時與冷卻板30呈同心圓之環部64a、從冷卻板30之背面將氣體導至環部64a之導入部64b、從環部64a將氣體分配至各插塞26之分配部64c。導入部64b之數量比分配部64c之數量少，亦可為例如一條。如此一來，可使連接於冷卻板30之氣體配管的數量比插塞26之數量少。此時，插塞26從插塞插入孔24之上部開口螺合。
在上述實施形態，使用了多孔質體插塞26，但並未特別限於此。插塞26例如可使用將絕緣性陶瓷粉碎之物以無機接著劑凝固成具透氣性之物，亦可使用將玻璃纖維以無機接著劑凝固成具透氣性之物，也可使用耐熱性特氟隆樹脂海綿(特氟隆為註冊商標)。或者，亦可如圖13所示，使用於圓柱形狀之陶瓷緻密質體的外周面具有陽螺紋部226a，並且具有彎曲貫穿上下方向之螺旋狀內部流路226d的插塞226。
在上述實施形態，以內藏於陶瓷板20之電極22來例示靜電電極，但並未限定於此。舉例而言，可除了電極22之外，或取而代之地，於陶瓷板20內藏加熱電極(電阻發熱體)，也可內藏射頻電極。
本申請案將2021年10月7日提申之日本專利申請案第2021-165314號作為優先權主張之基礎，以引用將其全部內容包含在本說明書內。
10:半導體製造裝置用構件
20:陶瓷板
21:晶圓載置面
21a:密封環帶
21b:小突起
21c:基準面
22:電極
22a:貫穿孔
24:插塞插入孔
24a:陰螺紋部
26:插塞
26a:陽螺紋部
26b:頂面
30:冷卻板
32:冷媒流路
34:氣體供給通路
40:接著層
40a:孔
50:接著層
64:氣體供給通路
64a:環部
64b:導入部
64c:分配部
74:插塞插入孔
74a:陰螺紋部
76:插塞
76a:陽螺紋部
76b:頂面
124:插塞插入孔
124a:陰螺紋部
126:插塞
126d:空間
128:細孔
226:插塞
226a:陽螺紋部
226d:內部流路
741:頭部對應部
742:腳部對應部
761:頭部
762:腳部
W:晶圓
△h:差
圖1係半導體製造裝置用構件10之縱剖面圖。
圖2係陶瓷板20之俯視圖。
圖3係圖1之部分放大圖。
圖4係顯示插塞26之另一例的部分放大圖。
圖5係顯示插塞26之另一例的部分放大圖。
圖6係顯示插塞26之另一例的部分放大圖。
圖7係顯示插塞26之另一例的部分放大圖。
圖8係顯示插塞76之部分放大圖。
圖9係顯示將插塞26接著於插塞插入孔24之樣子的部分放大圖。
圖10係顯示將插塞26接著於插塞插入孔24之樣子的部分放大圖。
圖11係顯示將插塞插入孔124設置於貫穿孔的一部分之例的部分放大圖。
圖12係顯示於冷卻板30設有氣體供給通路64之例的縱剖面圖。
圖13係從斜下方觀看插塞226時之立體圖。
10:半導體製造裝置用構件
20:陶瓷板
21:晶圓載置面
21b:小突起
21c:基準面
22:電極
22a:貫穿孔
24:插塞插入孔
24a:陰螺紋部
26:插塞
26a:陽螺紋部
26b:頂面
30:冷卻板
32:冷媒流路
34:氣體供給通路
40:接著層
40a:孔
W:晶圓
Claims (6)
- 一種半導體製造裝置用構件，具有：陶瓷板，於其頂面設有晶圓載置面，內藏有電極；插塞插入孔，其設置於在上下方向貫穿該陶瓷板之貫穿孔的至少一部分，並於內周面具有陰螺紋部；及絕緣性插塞，其外周面具有螺合於該陰螺紋部之陽螺紋部，容許氣體之流通；該晶圓載置面具有支撐晶圓之多個小突起，該插塞之頂面位於比該小突起之頂面低的位置；該插塞之頂面位於與該晶圓載置面中未設置該小突起之基準面相同的高度或位於比該基準面低0.1mm以下範圍的位置。
- 如請求項1之半導體製造裝置用構件，其中，該陽螺紋部之至少一部分接著於該陰螺紋部。
- 如請求項1之半導體製造裝置用構件，其中，該插塞係多孔質體。
- 如請求項3之半導體製造裝置用構件，其中，該陽螺紋部經緻密化處理。
- 如請求項1之半導體製造裝置用構件，其中，該插塞係圓柱構件，該插塞插入孔係圓柱孔。
- 如請求項1之半導體製造裝置用構件，其中，該插塞具有倒圓錐台狀之頭部、圓柱狀之腳部，該陽螺紋部不設置於該頭部之外周面而設置於該腳部之外周面，該插塞插入孔具有與該頭部相同形狀之頭部對應部、與該腳部相同形狀之腳部對應部，該陰螺紋部不設置於該頭部對應部之內周面而設置於該腳部對應部之內周面。
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- 2022-07-11 TW TW111125849A patent/TWI811011B/zh active
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