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KR102702197B1 - 반도체 제조 장치용 부재 - Google Patents

반도체 제조 장치용 부재 Download PDF

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KR102702197B1
KR102702197B1 KR1020237013305A KR20237013305A KR102702197B1 KR 102702197 B1 KR102702197 B1 KR 102702197B1 KR 1020237013305 A KR1020237013305 A KR 1020237013305A KR 20237013305 A KR20237013305 A KR 20237013305A KR 102702197 B1 KR102702197 B1 KR 102702197B1
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composite
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cooling plate
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다츠야 구노
타로 우사미
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

반도체 제조 장치용 부재(10)는, 세라믹 플레이트(20)와, 세라믹 플레이트(20)의 하면에 접합된 컴포지트 플레이트(30)와, 컴포지트 플레이트(30)의 하면에 마련된 냉각 플레이트(50)와, 컴포지트 플레이트(30)와 냉각 플레이트(50)를 체결하는 제1 체결구(60)와, 냉각 플레이트(50)의 하면을 지지하는 지지 플레이트(70)와, 냉각 플레이트(50)와 지지 플레이트(70)를 체결하는 제2 체결구(80)를 구비한다. 반도체 제조 장치용 부재(10)는, 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 세라믹 플레이트(20)와 컴포지트 플레이트의 적층체(제1 적층체(L1))는 중앙이 볼록해지도록 변형되고, 제1 체결구(60)를 통해 체결된 냉각 플레이트(50)와 지지 플레이트(70)의 적층체(제2 적층체(L2))도 중앙이 볼록해지도록 변형된다.

Description

반도체 제조 장치용 부재
본 발명은 반도체 제조 장치용 부재에 관한 것이다.
종래, 정전 척 어셈블리가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는 상부 퍽 플레이트와 하부 퍽 플레이트가 결합된 퍽과, 하부 퍽 플레이트의 하면에 마련된 냉각 플레이트와, 하부 퍽 플레이트와 냉각 플레이트를 체결하는 체결구를 구비한 정전 척 어셈블리가 기재되어 있다. 정전 척 어셈블리는, 부착 플레이트 상에 부착되어 있다. 상부 퍽 플레이트로서는, 세라믹 플레이트가 예시되고, 하부 퍽 플레이트로서는, 도전성 금속 매트릭스 복합 재료(MMC)의 플레이트 즉 컴포지트 플레이트가 예시되고, 냉각 플레이트로서는, 금속 플레이트가 예시되어 있다. 또한, 하부 퍽 플레이트용의 MMC 재료는, 동작 온도 범위에 걸쳐, 상부 퍽 플레이트의 열팽창 계수(CTE)와 실질적으로 일치하도록 선택되는 것이 기재되어 있다. 또한, 냉각 플레이트의 CTE를 퍽의 CTE와 일치시키는 것도 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2022-119820호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 상부 퍽 플레이트가 상온으로부터 고온(예컨대, 180∼220℃)이 되었을 때, 상부 퍽 플레이트와 하부 퍽 플레이트의 적층체인 퍽은 중앙이 볼록해지도록 변형되는 데 대하여, 부착 플레이트에 부착되어 있는 냉각 플레이트는 중앙이 움패는 경우가 있었다. 그 경우, 하부 퍽 플레이트가 체결구에 의해 하방으로 잡아당겨져 하부 퍽 플레이트가 파손될 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 컴포지트 플레이트가 파손되는 것을 방지하는 것을 주목적으로 한다.
[1] 본 발명의 반도체 제조 장치용 부재는,
세라믹 재료로 형성되며, 상면에 웨이퍼 배치부를 갖는 세라믹 플레이트와,
복합 재료로 형성되며, 상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합된 컴포지트 플레이트와,
금속 재료로 형성되며, 상기 컴포지트 플레이트의 하면에 마련되고, 냉매 유로를 구비한 냉각 플레이트와,
상기 컴포지트 플레이트와 상기 냉각 플레이트를 체결하는 제1 체결구와 절연 재료로 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 하면을 지지하는 지지 플레이트와 상기 냉각 플레이트와 상기 지지 플레이트를 체결하는 제2 체결구
를 구비하고,
상기 세라믹 플레이트가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 상기 세라믹 플레이트와 상기 컴포지트 플레이트의 적층체는 중앙이 볼록해지도록 변형되고, 상기 제1 체결구를 통해 체결된 상기 냉각 플레이트와 상기 지지 플레이트의 적층체도 중앙이 볼록해지도록 변형되는 것이다.
이 반도체 제조 장치용 부재에서는, 세라믹 플레이트가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 세라믹 플레이트와 컴포지트 플레이트의 적층체는 중앙이 볼록해지도록(즉 중앙이 솟아오르도록) 변형된다. 또한, 제1 체결구를 통해 체결된 냉각 플레이트와 지지 플레이트의 적층체도 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 그 때문에, 컴포지트 플레이트가 체결구에 의해 하방으로 잡아당겨지는 것을 억제할 수 있어, 컴포지트 플레이트가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상하, 좌우, 전후 등을 이용하여 본 발명을 설명하는 경우가 있는데, 상하, 좌우, 전후는, 상대적인 위치 관계에 불과하다. 그 때문에, 반도체 제조 장치용 부재의 방향을 바꾼 경우에는 상하가 좌우가 되거나 좌우가 상하가 되거나 하는 경우가 있지만, 그러한 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[2] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [1]에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 컴포지트 플레이트의 열팽창 계수(CTE)는, 상기 세라믹 플레이트의 CTE와 실질적으로 동일하여도 좋고, 상기 냉각 플레이트의 CTE는, 상기 지지 플레이트의 CTE보다 작아도 좋다. 이렇게 하면, 세라믹 플레이트가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 세라믹 플레이트와 컴포지트 플레이트의 적층체는 중앙이 볼록해지도록 변형되고, 제1 체결구를 통해 체결된 냉각 플레이트와 지지 플레이트의 적층체도 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 또한, 본 명세서에서는, CTE는 20∼200℃의 값으로 한다.
[3] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [1] 또는 [2]에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 컴포지트 플레이트의 CTE와 상기 세라믹 플레이트의 CTE의 차의 절대값은, 1×10-6/K 이하여도 좋고, 상기 냉각 플레이트의 CTE는, 상기 지지 플레이트의 CTE에 비해서 1×10-6/K 이상 3×10-6/K 이하의 범위로 작아도 좋다.
[4] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 제2 체결구는, 직경이 다른 2 이상의 동심원의 각각을 따라 복수 마련되어 있어도 좋다. 이 경우, 냉각 플레이트의 하면이 지지 플레이트에 강하게 구속되기 때문에, 지지 플레이트 및 냉각 플레이트 중 한쪽의 변형이 다른 쪽에 큰 영향을 부여한다.
[5] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 세라믹 재료는, 알루미나여도 좋고, 상기 복합 재료는, SiSiCTi여도 좋고, 상기 금속 재료는, 몰리브덴이어도 좋고, 상기 절연 재료는, 알루미나여도 좋다. 이러한 재료의 조합을 선택하면, 본 발명의 효과를 얻기 쉬워진다.
[6] 전술한 반도체 제조 장치용 부재(상기 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 반도체 제조 장치용 부재)에 있어서, 상기 제1 체결구는, 티탄제여도 좋다. 이렇게 하면, 컴포지트 플레이트 중 제1 체결구로 체결되어 있는 개소에 발생하는 응력을 보다 작게 할 수 있다.
도 1은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 종단면도이다.
도 2는 반도체 제조 장치용 부재(10)의 평면도이다.
도 3은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 저면도이다.
도 4는 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 고온이 되었을 때의 반도체 제조 장치용 부재(10)의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 5는 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 고온이 되었을 때의 반도체 제조 장치용 부재(110)의 모습을 나타내는 모식도이다.
다음에, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 종단면도(세라믹 플레이트(20)의 중심축을 포함하는 면으로 반도체 제조 장치용 부재(10)를 절단하였을 때의 단면도)이고, 도 2는 반도 몸제조 장치용 부재(10)의 평면도이고, 도 3은 반도체 제조 장치용 부재(10)의 저면도이다.
반도체 제조 장치용 부재(10)는, 웨이퍼(W)에 플라즈마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해 이용되는 것이다. 반도체 제조 장치용 부재(10)는, 세라믹 플레이트(20)와, 컴포지트 플레이트(30)와, 냉각 플레이트(50)와, 제1 체결구(60)와, 지지 플레이트(70)와, 제2 체결구(80)를 구비하고 있다.
세라믹 플레이트(20)는, 알루미나, 질화알루미늄 등으로 대표되는 세라믹 재료로 형성된 원판 부재이며, 상면에 웨이퍼 배치부(22)를 갖는다. 웨이퍼 배치부(22)에는, 웨이퍼(W)가 배치된다. 웨이퍼 배치부(22)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 바깥 가장자리를 따라 시일 밴드(22a)가 형성되고, 시일 밴드(22a)에 둘러싸인 영역의 전체면에 복수의 원형 소돌기(22b)가 형성되어 있다. 시일 밴드(22a) 및 원형 소돌기(22b)는 동일한 높이이며, 그 높이는 예컨대 수 ㎛∼수10 ㎛이다. 또한, 웨이퍼 배치부(22) 중 시일 밴드(22a)나 원형 소돌기(22b)가 마련되지 않은 부분을, 기준면(22c)이라고 칭한다.
정전 전극(23)은, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에 매설된 평면형의 메쉬 전극이며, 직류 전압을 인가 가능하게 되어 있다. 정전 전극(23)에 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)는 정전 흡착력에 의해 웨이퍼 배치부(22)(구체적으로는 시일 밴드(22a)의 상면 및 원형 소돌기(22b)의 상면)에 흡착 고정되고, 직류 전압의 인가를 해제하면 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배치부(22)에의 흡착 고정이 해제된다. 히터 전극(24)은, 세라믹 플레이트(20)의 상면의 거의 전체에 대응하는 영역에, 일단으로부터 타단까지 일필휘지의 요령으로 형성된 히터선(저항 발열체)이다. 히터 전극(24)의 히터선에 전류를 흐르게 하면 히터선이 발열하여 웨이퍼(W)가 가열된다. 정전 전극(23)이나 히터 전극(24)을 형성하는 재료로서는, 예컨대, 텅스텐, 몰리브덴, 탄화텅스텐, 탄화몰리브덴 및 이들과 세라믹 분말의 혼합물 등을 들 수 있다.
컴포지트 플레이트(30)는, 금속과 세라믹의 복합 재료로 형성된 원판 부재이며, 세라믹 플레이트(20)의 하면에 금속 접합층(40)을 통해 접합되어 있다. 컴포지트 플레이트(30)의 CTE는, 세라믹 플레이트(20)의 CTE와 실질적으로 동일하다. 예컨대, 양자의 CTE의 차의 절대값은 1×10-6/K 이하가 바람직하고, 0.5×10-6/K 이하가 보다 바람직하다. 금속과 세라믹과의 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 Si를 함침시킨 재료, Al2O3과 TiC의 복합 재료 등을 들 수 있다. Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료를 SiSiCTi라고 하고, SiC 다공질체에 Al을 함침시킨 재료를 AlSiC라고 하고, SiC 다공질체에 Si를 함침시킨 재료를 SiSiC라고 한다.
컴포지트 플레이트(30)에 이용하는 복합 재료로서는, CTE가 세라믹 플레이트(20)의 CTE에 가까운 것이 바람직하다. 세라믹 플레이트(20)가 알루미나제인 경우, 컴포지트 플레이트(30)는 SiSiCTi제인 것이 바람직하다. SiSiCTi의 CTE는, 알루미나의 CTE와 대략 동일하게 할 수 있기 때문이다. SiSiCTi제의 원판 부재는, 예컨대 이하와 같이 제작할 수 있다. 먼저, 탄화규소와 금속 Si와 금속 Ti를 혼합하여 분체 혼합물을 제작한다. 다음에, 얻어진 분체 혼합물을 일축 가압 성형에 의해 원판형의 성형체를 제작하고, 그 성형체를 불활성 분위기 하에서 핫 프레스 소결시킴으로써, SiSiCTi제의 원판 부재를 얻는다.
금속 접합층(40)은, 세라믹 플레이트(20)의 하면과 컴포지트 플레이트(30)의 상면을 접합한다. 금속 접합층(40)은, 예컨대, 땜납이나 금속 납재로 형성된 층이어도 좋다. 금속 접합층(40)은, 예컨대 TCB(Thermal compression bonding)에 의해 형성된다. TCB란, 접합 대상인 2개의 부재 사이에 금속 접합재를 끼우고, 금속 접합재의 고상선 온도 이하의 온도로 가열한 상태에서 2개의 부재를 가압 접합하는 공지의 방법을 말한다.
세라믹 플레이트(20)와 컴포지트 플레이트(30)를 금속 접합층(40)을 통해 접합한 적층체를, 제1 적층체(L1)라고 칭한다.
냉각 플레이트(50)는, 금속 재료로 형성된 원판 부재이며, 컴포지트 플레이트(30)의 하면에 방열 시트(12)를 통해 부착되어 있다. 냉각 플레이트(50)는, 냉매가 순환 가능한 냉매 유로(52)를 구비하고 있다. 냉매 유로(52)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면으로 보아 일단(입구)으로부터 타단(출구)까지 일필휘지의 요령으로 세라믹 플레이트(20)의 전체면에 미치도록 마련되어 있다. 냉매 유로(52)는, 본 실시형태에서는 평면으로 보아 스파이럴형으로 형성되어 있다. 냉매는, 도시하지 않는 냉매 순환 장치로부터 냉매 유로(52)의 일단(입구)에 공급되고, 냉매 유로(52)를 통과한 후 냉매 유로(52)의 타단(출구)으로부터 배출되어 냉매 순환 장치로 되돌아간다. 냉매 순환 장치는 냉매를 원하는 온도로 조절할 수 있다. 냉매는, 액체가 바람직하고, 전기 절연성인 것이 바람직하다. 전기 절연성의 액체로서는, 예컨대 불소계 불활성 액체 등을 들 수 있다.
방열 시트(12)는, 컴포지트 플레이트(30)와 냉각 플레이트(50)의 사이에 끼워져 상하 방향으로 압축되어 있다. 방열 시트(12)는, 구체적으로는, 카본 및 수지를 포함하는 시트인 것이 바람직하다. 카본으로서는, 그래파이트나 카본 파이버, 카본 나노 튜브 등을 들 수 있고, 수지로서는, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 카본이 그래파이트인 경우, 그래파이트를 구성하는 그래핀의 면방향이 상하 방향을 따르도록 배치하는 것이 바람직하고, 카본 파이버나 카본 나노 튜브인 경우, 축방향이 상하 방향을 따르도록 배치하는 것이 바람직하다. 방열 시트(12)의 재료로서는, 예컨대 서멀·인터페이스·재료(TIM)를 이용할 수 있다. 방열 시트(12)의 구체예로서는, EX20000C9 시리즈나 EX20000C4S 시리즈(모두 덱세리알즈사 제조), GraphitePAD나 GraphiteTIM(등록상표)(모두 파나소닉사 제조) 등을 들 수 있다. 또한, 방열 시트(12)의 외주에 시일 링(0링)을 배치하여도 좋다.
제1 체결구(60)는, 수나사(62)와 암나사(64)로 구성되어 있다. 수나사(62)는, 나사발부(62a)와, 나사발부(62a)보다 직경의 큰 나사 머리부(62b)를 갖는다. 나사발부(62a)는, 냉각 플레이트(50)의 하면으로부터 냉각 플레이트(50)를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(54) 및 방열 시트(12)의 둥근 구멍(14)을 통과하여 컴포지트 플레이트(30)의 하면에 마련된 암나사(64)에 나사 결합되어 있다. 암나사(64)는, 컴포지트 플레이트(30)에 직접 마련되어 있어도 좋고, 컴포지트 플레이트(30)에 끼워 넣은 나사를 갖는 인서트여도 좋다. 나사 머리부(62b)는, 냉각 플레이트(50)의 하면에 마련된 오목부(54a)에 수납되어 있다. 오목부(54a)는, 관통 구멍(54) 중 냉각 플레이트(50)의 하면에 개구하는 대직경의 개구부이다. 관통 구멍(54)은, 냉각 플레이트(50)의 냉매 유로(52)를 피하도록 마련되어 있다. 제1 체결구(60)는, 서로 직경이 다른 2 이상의 동심원의 각각을 따라 복수 마련되어 있다. 여기서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 체결구(60)는, 냉각 플레이트(50)와 동심원이며 서로 직경이 다른 2개의 원 중, 대원(C1)을 따라 등간격으로 복수(8개나 12개) 마련되며, 소원(C2)을 따라 등간격으로 복수(6개나 8개) 마련되어 있다. 수나사(62)는, 스테인레스강이나 티탄 등의 금속으로 형성되어 있어도 좋고, 티탄으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
지지 플레이트(70)는, 절연 재료로 형성된 원환 부재이며, 냉각 플레이트(50)의 하면을 지지한다. 지지 플레이트(70)는, 반도체 프로세스용의 챔버를 구성하는 부재이다. 지지 플레이트(70)의 중앙의 원형 구멍(72)은, 정전 정극(23)이나 히터 전극(24)에 급전하는 부재 등을 삽입 관통시키는 데 이용된다. 절연 재료로서는, 예컨대 알루미나, 질화알루미늄 등의 세라믹 재료를 이용할 수 있다.
냉각 플레이트(50)의 CTE는, 지지 플레이트(70)의 CTE보다 작다. 냉각 플레이트(50)의 CTE는, 지지 플레이트(70)의 CTE보다 1×10-6/K 이상 3×10-6/K 이하 작은 것이 바람직하다. 예컨대, 지지 플레이트(70)가 알루미나제인 경우, 냉각 플레이트(50)는 몰리브덴제인 것이 바람직하다. 또한, 냉각 플레이트(50)의 CTE는, 세라믹 플레이트(20)나 컴포지트 플레이트(30)의 CTE와 가까운 것(예컨대 CTE 차가 3×10-6/K 이하인 것)이 바람직하다.
제2 체결구(80)는, 수나사(82)와 암나사(84)로 구성되어 있다. 수나사(82)는, 나사발부(82a)와, 나사발부(82a)보다 직경이 큰 나사 머리부(82b)를 갖는다. 나사발부(82a)는, 지지 플레이트(70)의 하면으로부터 지지 플레이트(70)를 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(74)을 통과하여 냉각 플레이트(50)의 하면에 마련된 암나사(84)에 나사 결합되어 있다. 암나사(84)는, 냉각 플레이트(50)에 직접 마련되어 있어도 좋고, 냉각 플레이트(50)에 끼워 넣은 나사를 갖는 인서트여도 좋다. 나사 머리부(82b)는, 지지 플레이트(70)의 하면(관통 구멍(74)의 개구 가장자리)에 접하고 있다. 제2 체결구(80)는, 서로 직경이 다른 2 이상의 동심원의 각각을 따라 복수 마련되어 있다. 여기서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 체결구(80)는, 지지 플레이트(70)와 동심원이며 서로 직경이 다른 2개의 원 중, 대원(C3)을 따라 등간격으로 복수(8개나 12개) 마련되며, 소원(C4)을 따라 등간격으로 복수(6개나 8개) 마련되어 있다. 수나사(82)는, 스테인레스강이나 티탄 등의 금속으로 형성할 수 있다.
냉각 플레이트(50)와 지지 플레이트(70)를 제2 체결구(80)를 통해 체결한 적층체를, 제2 적층체(L2)라고 칭한다.
각 부재의 재료의 조합으로서는, 세라믹 플레이트(20)의 재료를 알루미나(CTE는 6∼7×10-6/K), 컴포지트 플레이트(30)의 재료를 SiSiCTi(CTE는 7×10-6/K), 냉각 플레이트(50)의 재료를 몰리브덴(CTE는 5×10-6/K), 지지 플레이트(70)의 재료를 알루미나(CTE는 6∼7×10-6/K), 제1 체결구(60)의 재료를 티탄(CTE는 8.8×10-6/K)으로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 반도체 제조 장치용 부재(10)의 사용예에 대해서 설명한다. 반도체 제조 장치용 부재(10)는, 반도체 프로세스용의 챔버(도시하지 않음)의 내부에 배치된다. 지지 플레이트(70)는, 챔버를 구성하는 부재이다. 웨이퍼 배치 부(22)에는, 웨이퍼(W)가 배치된다. 이 상태에서, 정전 전극(23)에 직류 전압을 인가하여 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치부(22)에 흡착시킨다. 그와 함께, 히터 전극(24)에 전류를 흐르게 하여 웨이퍼(W)를 소정 온도(예컨대 100℃)까지 승온한다. 그리고, 챔버의 내부를 소정의 진공 분위기(또는 감압 분위기)가 되도록 설정하고, 챔버의 천장부에 마련된 샤워 헤드(도시하지 않음)로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 냉각 플레이트(50)에 RF 전압을 인가한다. 그러면, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드 사이에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다. 웨이퍼(W)에는 플라즈마로부터의 입열이 있기 때문에, 냉매 유로(52)에 저온(예컨대 -30℃)의 냉매를 흐르게 하면서, 필요에 따라 히터 전극(24)에의 전력을 조정하여, 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도가 되도록 제어한다.
반도체 제조 장치용 부재(10)는, 상온(실온)에서 제1 적층체(L1)와 제2 적층체(L2)를 제1 체결구(60)를 통해 체결한 후, 상온에서 냉각 플레이트(50)와 지지 플레이트(70)를 제2 체결구(80)를 통해 체결함으로써, 완성시킨 것이다. 그 때문에, 상온에서는, 제1 적층체(L1)도 제2 적층체(L2)도 플랫으로 되어 있다.
웨이퍼 배치부(22)에 배치된 웨이퍼(W) 및 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 소정 온도(예컨대 100℃)로 승온되며, 냉매 유로(52)에 저온(예컨대 -30℃)의 냉매가 흐르면, 제1 적층체(L1) 중 세라믹 플레이트(20)는 고온이 되고, 컴포지트 플레이트(30)는 저온이 된다. 세라믹 플레이트(20)의 CTE와 컴포지트 플레이트(30)의 CTE는 실질적으로 동일하지만, 양자는 온도가 다르기 때문에, 세라믹 플레이트(20) 쪽이 컴포지트 플레이트(30)에 비해서 크게 팽창한다. 그 결과, 제1 적층체(L1)는 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 한편, 제2 적층체(L2)는 전체적으로 저온이 된다. 냉각 플레이트(50)의 CTE는 지지 플레이트(70)의 CTE보다 작기 때문에, 지지 플레이트(70) 쪽이 냉각 플레이트(50)에 비해서 크게 수축한다. 그 결과, 제2 적층체(L2)도 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 이때의 모습을 도 4에 나타낸다. 웨이퍼(W)를 소정 온도로부터 강온할 때도, 제1 적층체(L1) 및 제2 적층체(L2)는 모두 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 이와 같이 제1 적층체(L1) 및 제2 적층체(L2)는 모두 중앙이 볼록해지도록 변형되기 때문에, 제1 체결구(60)의 수나사(62)가 컴포지트 플레이트(30)의 암나사(64)를 하방으로 끌어당기는 일은 없다.
도 5에 나타내는 반도체 제조 장치용 부재(110)는, 냉각 플레이트(50) 대신에, CTE가 지지 플레이트(70)의 CTE보다 큰 냉각 플레이트(150)를 이용한 예(예컨대 지지 플레이트(70)가 알루미나제이며 냉각 플레이트(150)가 알루미늄 합금(A6061)제)이다. 이 예에서는, 웨이퍼 배치부(22)에 배치된 웨이퍼(W) 및 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 소정 온도로 승온되며, 냉매 유로(52)에 저온의 냉매가 흐르면, 제1 적층체(L1)은 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 한편, 제2 적층체(L3)(제2 체결구(80)를 통해 체결된 냉각 플레이트(150)와 지지 플레이트(70)의 적층체)는 전체적으로 저온이 된다. 이때, 냉각 플레이트(50)의 CTE는 지지 플레이트(70)의 CTE보다 크기 때문에, 냉각 플레이트(150) 쪽이 지지 플레이트(70)에 비해서 크게 수축한다. 그 결과, 제2 적층체(L3)는 중앙이 움패도록 변형된다. 이때의 모습을 도 5에 나타낸다. 이 경우, 제1 체결구(60)의 수나사(62)가 컴포지트 플레이트(30)의 암나사(64)를 하방으로 끌어당기게 된다. 그 때문에, 컴포지트 플레이트(30)는 파손될 우려가 있다.
또한, 냉각 플레이트(50)의 CTE가 지지 플레이트(70)의 CTE와 같은 경우, 제1 적층체(L1)은 중앙이 볼록해지도록 변형되는 데 대하여, 제2 적층체(L2)는 플랫이 된다. 이 경우도, 제1 체결구(60)의 수나사(62)가 컴포지트 플레이트(30)의 암나사(64)를 하방으로 끌어당기게 되어, 컴포지트 플레이트(30)는 파손될 우려가 있다.
이상 설명한 반도체 제조 장치용 부재(10)에서는, 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 고온(예컨대, 180∼220℃)이 되었을 때, 세라믹 플레이트(20)와 컴포지트 플레이트(30)의 적층체(제1 적층체(L1))는 중앙 이 볼록해지도록 변형된다. 또한, 제1 체결구(60)를 통해 체결된 냉각 플레이트(50)와 지지 플레이트(70)의 적층체(제2 적층체(L2))도 중앙이 볼록해지도록 변형된다. 그 때문에, 컴포지트 플레이트(30)가 제1 체결구(60)에 의해 하방으로 끌어당겨지는 것을 억제할 수 있어, 컴포지트 플레이트(30)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 컴포지트 플레이트(30)의 CTE는, 세라믹 플레이트(20)의 CTE와 실질적으로 동일하고, 냉각 플레이트(50)의 CTE는, 지지 플레이트(70)의 CTE보다 작다. 그 때문에, 세라믹 플레이트(20)가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 제1 적층체(L1) 및 제2 적층체(L2)는 모두 중앙이 볼록해지도록 변형된다.
또한, 제2 체결구(80)는, 서로 직경이 다른 2 이상의 동심원의 각각을 따라 복수 마련되어 있다. 이에 의해, 냉각 플레이트(50)의 하면이 지지 플레이트(70)에 강하게 구속되기 때문에, 지지 플레이트(70) 및 냉각 플레이트(50) 중 한쪽의 변형이 다른 쪽에 큰 영향을 부여한다.
또한, 세라믹 플레이트(20)의 재료를 알루미나, 컴포지트 플레이트(30)의 재료를 SiSiCTi, 냉각 플레이트(50)의 재료를 몰리브덴, 지지 플레이트(70)의 재료를 알루미나로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 본 발명의 효과를 얻기 쉬워진다. 또한, 제1 체결구(60)의 재료를 티탄으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 컴포지트 플레이트(30)의 암나사(64)에 발생하는 응력을 보다 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지의 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
전술한 실시형태에서는, 지지 플레이트(70)로서 원환 부재를 예시하였지만, 특별히 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 지지 플레이트(70)로서 중앙에 구멍을 갖지 않는 원형 부재를 이용하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 플레이트(20)에 정전 전극(23) 및 히터 전극(24)을 매설하였지만, 특별히 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 세라믹 플레이트(20)에 정전 전극(23), 히터 전극(24) 및 플라즈마 발생용의 RF 전극의 1 이상을 매설하여도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 반도체 제조 장치용 부재(10)에, 냉각 플레이트(50)의 하면으로부터 웨이퍼 배치부(22)에 배치된 웨이퍼(W)의 하면에 가스(예컨대 He 등의 열전도 가스)를 공급하는 가스 통로를 마련하여도 좋다. 또한, 웨이퍼 배치부(22)에 배치된 웨이퍼(W)를 들어올리는 리프트 핀을 삽입 관통시키기 위한 리프트 핀 구멍을, 냉각 플레이트(50)의 하면으로부터 웨이퍼 배치부(22)까지 관통하도록 마련하여도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 세라믹 플레이트(20)는, 중앙에 원형의 웨이퍼 배치부(22)를 갖고, 웨이퍼 배치부(22)의 외주에 원환형의 포커스 링 배치부를 갖도록 하여도 좋다. 포커스 링 배치부에 배치되는 포커스 링은, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리까지 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 역할이나 세라믹 플레이트(20)를 보호하는 역할을 갖는다.
전술한 실시형태에서는, 냉매 유로(52)를 평면으로 보아 스파이럴형으로 형성하였지만, 특별히 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 냉매 유로(52)를 평면으로 보아 지그재그형으로 형성하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 세라믹 플레이트(20)와 컴포지트 플레이트(30)를 금속 접합층(40)으로 접합하였지만, 금속 접합층(40) 대신에 수지 접착층을 이용하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 컴포지트 플레이트(30)와 냉각 플레이트(50)의 사이에 방열 시트(12)를 개재시켰지만, 방열 시트(12) 대신에 외직경이 이들 플레이트(30, 50)와 동등한 시일 링(0링)을 개재시켜도 좋다.
본 발명은 예컨대 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 장치에 이용 가능하다.
10: 반도체 제조 장치용 부재 12: 방열 시트
14: 둥근 구멍 20: 세라믹 플레이트
22: 웨이퍼 배치부 22a: 시일 밴드
22b: 원형 소돌기 22c: 기준면
23: 정전 전극 24: 히터 전극
30: 컴포지트 플레이트 40: 금속 접합층
50: 냉각 플레이트 52: 냉매 유로
54: 관통 구멍 54a: 오목부
60: 제1 체결구 62: 수나사
62a: 나사발부 62b: 나사 머리부
64: 암나사 70: 지지 플레이트
72: 원형 구멍 74: 관통 구멍
80: 제2 체결구 82: 수나사
82a: 나사발부 82b: 나사 머리부
84: 암나사 110: 반도체 제조 장치용 부재
150: 냉각 플레이트 C1, C3: 대원
C2, C4: 소원 L1: 제1 적층체
L2, L3: 제2 적층체 W: 웨이퍼.

Claims (6)

  1. 세라믹 재료로 형성되며, 상면에 웨이퍼 배치부를 갖는 세라믹 플레이트와,
    복합 재료로 형성되며, 상기 세라믹 플레이트의 하면에 접합된 컴포지트 플레이트와,
    금속 재료로 형성되며, 상기 컴포지트 플레이트의 하면에 마련되고, 냉매 유로를 구비한 냉각 플레이트와,
    상기 컴포지트 플레이트와 상기 냉각 플레이트를 체결하는 제1 체결구와,
    절연 재료로 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 하면을 지지하는 지지 플레이트와,
    상기 냉각 플레이트와 상기 지지 플레이트를 체결하는 제2 체결구
    를 구비하고,
    상기 세라믹 플레이트가 상온으로부터 고온이 되었을 때, 상기 세라믹 플레이트와 상기 컴포지트 플레이트의 적층체는 중앙이 볼록해지도록 변형되고, 상기 제1 체결구를 통해 체결된 상기 냉각 플레이트와 상기 지지 플레이트의 적층체도 중앙이 볼록해지도록 변형되는, 반도체 제조 장치용 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴포지트 플레이트의 열팽창 계수는 상기 세라믹 플레이트의 열팽창 계수와 실질적으로 동일하고,
    상기 냉각 플레이트의 열팽창 계수는 상기 지지 플레이트의 열팽창 계수 보다 작은, 반도체 제조 장치용 부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컴포지트 플레이트의 열팽창 계수와 상기 세라믹 플레이트의 열팽창 계수의 차의 절대값은 1×10-6/K 이하이고,
    상기 냉각 플레이트의 열팽창 계수는 상기 지지 플레이트의 열팽창 계수에 비해서 1×10-6/K 이상 3×10-6/K 이하의 범위로 작은, 반도체 제조 장치용 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 체결구는 직경이 다른 2 이상의 동심원의 각각을 따라 복수 마련되어 있는, 반도체 제조 장치용 부재.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 알루미나이고,
    상기 복합 재료는 SiSiCTi이고,
    상기 금속 재료는 몰리브덴이고,
    상기 절연 재료는 알루미나인, 반도체 제조 장치용 부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 체결구는 티탄제인, 반도체 제조 장치용 부재.
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