KR100779551B1 - 웨이퍼 지지 부재 및 이것을 이용한 반도체 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 기밀성을 유지하면서, 적재면 위에 형성된 도전층과 대기측의 급전단자가 신뢰성 높게 전기적으로 접속된 간단하며 쉽고 또한 실용적인 웨이퍼 지지 부재를 제공한다.
이 웨이퍼 지지 부재는, 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 하고, 한 쪽의 주면으로부터 다른 쪽의 주면에 관통하는 관통공을 가지는 판 형상 세라믹체와, 적재면에 설치된 도전층과, 도전층과 접속되도록 관통공의 내측면에 설치된 접속 도전층과, 접속 도전층과 접속되도록 판 형상 세라믹체에 매설된 매설 도전층과, 일단의 근방에서 매설 도전층과 접속되는 한편, 타단이 세라믹체의 다른 쪽의 주면으로부터 돌출하도록 판 형상 세라믹체의 관통공으로부터 떨어진 위치에 배치된 통전단자를 갖는다.

Description

웨이퍼 지지 부재 및 이것을 이용한 반도체 제조장치{WAFER SUPPORTING MEMBER AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR USING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 실시형태 1의 웨이퍼 지지 부재를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 X-X단면도.
도 3은 본 발명에 따른 실시형태 2의 웨이퍼 지지 부재를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 실시형태 3의 웨이퍼 지지 부재를 나타내는 단면도.
도 5는 도 4의 일부를 확대한 단면도.
도 6은 본 발명의 웨이퍼 지지 부재에 있어서 적재면의 도전층 패턴을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 웨이퍼 지지 부재에 있어서의 적재면의 가스 홈의 형상을 나타내는 도면.
도 8a는 종래예의 정전 척을 나타내는 평면도.
도 8b는 도 8a의 부분 단면도.
도 9a는 다른 종래예의 정전 척을 나타내는 평면도.
도 9b는 도 9a의 부분 단면도.
도 10은 도 9에 나타낸 정전 척의 일부를 확대한 부분 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1, 100. 웨이퍼 지지 부재 2, 42. 판 형상 세라믹체
4. 정전 흡착 전극 5. 214. 급전단자
6, 46. 도전성 파이프 7, 47. 관통공
8, 48. 적재면 9, 49. 도전층
10, 60. 접속 도전층 11. 매설 도전층
12. 통전단자 21. 전기 임피던스 계측계
22, 23. 리드 선 W. 웨이퍼
32. 통전부재 36. 도전성 파이프
38. 대기 분위기 52. 크랙
102. 취부 플랜지 106. 취부 구멍
108. 전극 208. 비아홀
본 발명은, PVD 장치, CVD 장치, 이온플레이팅장치, 증착장치 등의 성막장치나 에칭장치(반도체 웨이퍼 처리 시스템)에 있어서, 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 피 가공물을 유지하는데 이용되는 웨이퍼 지지 부재 및 이것을 이용한 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히, 진공 측에 설치된 전극을 대기 측에 설치된 단자에 접속하는 관통 급전구조에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼 처리 시스템은 내부에 웨이퍼 지지 부재, 즉 서 셉터(susceptor)가 장착된 처리 용기를 포함하고, 그 웨이퍼 지지 부재가 처리 용기내에 있어서 웨이퍼를 지지하기 위하여 이용된다. 웨이퍼 지지 부재는 웨이퍼 지지 부재의 웨이퍼 적재면 위의 정위치에 웨이퍼를 유지하기 위하여 웨이퍼를 고정하는 여러가지 구성부품, 및 웨이퍼를 가열 및 또는 냉각하는 여러가지 구성부품으로 이루어져 있다. 또한, 웨이퍼의 고정은 기계적 고정 또는 정전 척(chuck)에 의해 제공된다. 처리 용기내에 있어서의, 그리고, 웨이퍼가 처리되는 웨이퍼 지지 부재보다 위의 공간은 일반적으로 고 진공으로 유지되고, 웨이퍼 지지 부재보다 아래의 공간은 대기압으로 유지된다.
특허문헌 1(일본 특허공개 1998-326823호 공보)에는, 이러한 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 진공 측에 설치된 전극을 대기 측에 설치된 단자에 접속하는 관통 급전구조(110)가 개시되어 있다(도 8a, 도 8b). 이 웨이퍼 지지 부재(100)는 복수의 부착 구멍(106)을 갖는 주위부착 플랜지(102)를 구비하고, 적재면(104)의 중앙부에는 도면에 나타내는 바와 같이 전극(108)을 구비하고 있다.
도 8b는, 도 8a의 200-200선을 따른, 웨이퍼 지지 부재(100)의 부분 단면도를 나타낸다. 이 웨이퍼 지지 부재(100)에 있어서의 관통 급전 구조체(110)는, 나중에 서술하는 구조를 가지며, 웨이퍼 지지 부재(100)의 진공측(70)에 배치된 도전성 전극, 적재면(104)위에 고정된 전극(108)에 대기측(72)으로부터 전력을 공급하기 위해 이용된다.
이 관통 급전 구조체(110)는, 판 형상 세라믹체 내에서 수직방향으로 배치된 복수의 비아홀(bia-hole)(208)(예를 들면, 2081, 2082, 2083, 2084)과 이 복수의 비아홀(208)에 의해 상호 접속된 복수의 도체층(206)(예를 들면, 2061, 2062, 2063, 2064, 및 2065)과, 상기 도체층(206) 중에서 적어도 1개에 접속된 급전단자(214)로 이루어진다. 전극(206)에는 대기측(72)으로부터 급전단자(214)가 접속되어 있다.
또한, 특허문헌 2(일본 특허공표 2002－505036호 공보)에는 도 9a에 나타내는 바와 같은, 정전 척 기구를 갖는 웨이퍼 지지 부재(600)가 개시되어 있다. 도 9b에는 도 9a의 800－800선을 따른 단면도를 나타낸다. 이 웨이퍼 지지 부재(600)는 가스 공급 관통공(606)을 구비하고 있으며, 이 가스 공급 관통공(606)에 의해 웨이퍼(202)와 웨이퍼 지지 부재(600)의 척 표면(626) 사이의 공간에 열전달 매체(예를 들면, 아르곤 또는 헬륨 가스)를 공급한다. 또한, 이 웨이퍼 지지 부재는 웨이퍼 검출시스템을 위한 내측 표면전극(604)과 외측 표면전극(624)을 구비한다. 이 웨이퍼 지지 부재(600)에서는, 내측 표면전극(604)은 가스 공급 관통공(606)의 내표면에 구비된 표면 도체(622)를 통해서 검출회로(650)에 접속되어 있다. 이 표면 도체(622)는 가스 공급 관통공(606)의 내표면에 웨이퍼 지지 부재(600)의 이면까지 형성되어 있어, 웨이퍼 지지 부재(600)의 적재면(626)에 형성된 내측 표면전극(604)을 웨이퍼 지지부재(600)의 하방에 설치된 검출회로(650)에 접속할 수 있게 되어 있다. 예를 들면, 내측 표면전극(604)과 외측 표면전극(624)을 웨이퍼 검출용으로 사용하는 경우, 이 웨이퍼 검출회로(650)의 일단의 전극을 이 내측 표면전극(604)에 전기적으로 접속한다.
그러나, 특허문헌 1(일본 특허공개 1998-326823호 공보)에 기재된 웨이퍼 지지 부재에서는 판 형상 세라믹체의 한 쪽의 적재면에 고정된 전극과 판 형상 세라믹체의 다른 쪽의 면에 설치된 전극을 접속하는 접속 구조체가, 판 형상 세라믹체를 구성하는 복수의 세라믹체의 각각에 비아홀을 형성하고, 그 각각의 비아홀을 각각의 도체층과 접속함으로써 제작되어 있기 때문에, 상기 접속 구조체의 구조가 복잡하여, 이것을 제작하는 공정도 복잡하게 되지 않을 수 없다.
또한, 예를 들면, 진공용 관통공을 접속 구조체와는 별도로 구성할 필요가 있으므로, 한층 더 구조가 복잡하게 되는 문제가 있었다.
더욱이, 이 접속 구조체가 상기와 같이 복잡한 구조를 띄기 때문에 각각의 세라믹체에 형성된 비아홀과 도체층이 충분히 접속되지 않을 우려가 있다. 이것들이 양호하게 접속되어 있지 않을 경우에는, 예를 들면, 웨이퍼 존재의 유무를 검지하는 기능이나 웨이퍼상에 흠이 존재하는지 아닌지를 검지하는 기능을 충분히 완수할 수 없다는 것이 분명하다.
또한, 특허문헌 2(일본 특허공표 2002－505036호 공보)에 기재된 구조에서는, 통상, 진공을 위해서 상기 관통공에 연통하도록 웨이퍼 지지 부재의 이면에 파이프가 배치되지만, 이 파이프의 플랜지 부분이 웨이퍼 검출장치의 일단의 전극과 표면 도체(622)의 일부를 접속하는 배선과 교착하여, 이 교착 부분에 있어서 상기 배선 부근에 간극이 형성되기 쉽다. 그 때문에, 상기 간극을 통해서 파이프 내 및 웨이퍼 지지 부재(600)의 적재면 위에서의 진공이 깨질 우려가 있었다. 또한, 배선과의 납땜(brazing) 부분에 있어서의 열팽창 차이에 의해 응력이 불균일하게 되고, 더욱이, 열사이클에 의한 왜곡이 이 납땜부분에 집중된다. 이 때문에, 가열 및 냉각을 반복함으로써, 도 10에 나타내는 바와 같이 배선과 가스공급 구멍의 내면의 통전 층과의 납땜 부분(640)에서 크랙(641)이 발생할 가능성이 있었다. 이것에 의해, 도전층과 웨이퍼 검지 장치의 통전을 유지할 수 없을 우려가 있을 뿐 만이 아니라, 이러한 크랙의 발생에 의해 위에서 서술한 바와 같이 파이프와 관통공의 접합 부분에서 진공 기밀성을 유지할 수 없을 우려도 있었다.
그래서, 본 발명은 진공 기밀성을 유지하면서 적재면 위에 형성된 도전층과 대기측의 급전단자가 신뢰성 높게 전기적으로 접속된 간단하며 쉽고 또한 실용적인 웨이퍼 지지 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제 1 웨이퍼 지지 부재는 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 하고, 상기 한 쪽의 주면으로부터 다른 쪽의 주면으로 관통하는 관통공을 갖는 판 형상 세라믹체와, 상기 적재면에 형성된 도전층과, 상기 도전층과 접속되도록 상기 관통공의 내표면에 형성된 접속 도전층과, 상기 접속 도전층과 접속되도록 상기 판 형상 세라믹체에 매설된 매설 도전층과, 일단과 타단을 가지며, 상기 일단의 근방에서 상기 매설 도전층과 접속되고, 또한 타단이 상기 세라믹체의 다른 한쪽의 주면으로부터 돌출하도록 상기 판 형상 세라믹체의 상기 관통공으로부터 떨어진 위치에 배치된 통전단자를 가지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 1 웨이퍼 지지 부재에서는, 매설 도전층 및 통전단자를 도전층에 접속되는 배선의 일부로 함으로써, 예를 들면 파이프와 관통공의 접합 부분에 배선을 통과시킬 필요가 없고, 이 때문에 배선이 관통공에 연통하는 파이프와 교착하는 일이 없다.
이 때문에, 이 파이프의 플랜지 부분에 간극이 형성되지 않고, 파이프내 및 정전 척의 적재면 위의 진공 기밀성을 유지할 수가 있다. 또한, 위에서 서술한 바와 같이, 배선과 관통공 표면에 형성된 접속 도전층과의 사이에 있어서 납땜할 필요가 없기 때문에, 이 납땜 부분에서 크랙이 발생하는 일이 없고, 도전층으로부터 검출장치까지의 통전을 확보할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 관통공에 연통하도록 접합된 도전성의 파이프를 더 가지고 있는 경우에는, 상기 통전단자를 상기 파이프에 접속하여, 이 파이프를 통전단자의 일부로서 이용하여도 좋다.
이와 같이, 도전성 파이프를 통전단자의 일부로서 이용하면, 웨이퍼 지지 부재의 구조를 보다 간단하게 할 수가 있다. 또한, 판 형상 세라믹체 내에 매설된 매설 도전층에 접속되어, 일단이 노출되도록 판 형상 세라믹체에 매설된 통전 부재의 납땜부가, 도전성 파이프의 플랜지 부분에 의해 덮이게 된다. 이 때문에, 상기 납땜부가 대기에 노출되는 일이 없어지므로 땜납재의 산화 등에 의한 전기 저항값의 변동을 방지할 수가 있어, 웨이퍼 지지 부재를 웨이퍼 검지 장치로서 장기간 안정되게 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 매설 도전층의 직경을 5mm~100mm로 하는 것이 바람직하다. 이것은 매설 도전층의 직경을 5mm 이상으로 하면, 이 통전단자용의 구멍과 판 형상 세라믹체의 중앙에 있는 관통공을 기계 가공했을 때에 가공 데미지를 받지 않고, 더욱이, 납땜시의 응력에 의한 영향을 받기 어려워지기 때문이다. 한편, 매설 도전층의 직경을 100mm이하로 하면 플라스마 전극으로서 작용하는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2의 웨이퍼 지지 부재는, 한쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 하고, 상기 한 쪽의 주면으로부터 다른 쪽의 주면에 관통하는 관통공을 가지는 판 형상 세라믹체와, 상기 적재면에 형성된 도전층과, 상기 도전층과 접속되도록 상기 관통공의 내표면에 형성된 접속 도전층과, 상기 관통공에 연통하도록 접합된 도전성 파이프를 가지며, 상기 접속 도전층과 상기 도전성 파이프를 접속하여, 이 파이프를 통전단자로 한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 제 2 웨이퍼 지지 부재는 구조가 간단하고 용이하게 제조할 수가 있다.
본 발명에 따른 제 1과 제 2의 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 접속 도전층은 은과 동을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 접속 도전층으로서 은과 동을 사용함으로써, 이 웨이퍼 지지 부재는 반도체 제조 공정에 있어서 필요로 하는 내열성을 유지할 수가 있다.
본 발명에 따른 제 1과 제 2의 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 도전층이 상기 관통공의 내주면에 연장하여 설치되고, 그 연장 부분에서 상기 접속 도전층에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 예를들면, 상기 접속 도전층으로서 땜납재를 이용했을 경우에, 관통공의 상부에 은·동 등의 땜납재 층이 배설되는 일이 없기 때문에, 땜납재의 성분이 웨이퍼에 부착될 우려가 없어 웨이퍼의 오염을 방지할 수가 있다.
본 발명에 따른 제 1과 제 2의 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 도전층이 적재면 위의 중앙에 설치된 중앙 도전층과 이 중앙 도전층과 전기적으로 분리되도록 상기 적재면의 주변부에 설치된 주변 도전층을 포함하고 있어도 좋다.
이러한 구성으로 함으로써, 적재면에 웨이퍼를 실어, 예를 들면, 정전 흡착 전극에 전압을 인가해서 웨이퍼를 흡착하여, 도전층과의 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 웨이퍼의 유무나 파손 상황을 알 수가 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 지지 부재에 있어서, 상기 도전층을 웨이퍼 검지용으로 이용할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 제 1과 제 2의 웨이퍼 지지 부재에서는, 상기 판 형상 세라믹체가 또한, 정전 흡착용 전극 혹은 히터 전극을 구비하고 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 상기 제 1 또는 제 2의 웨이퍼 지지 부재를 포함하여 구성된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 높은 진공 기밀성을 유지할 수가 있으며, 또한, 적재면 위에 형성된 도전층과 대기측의 급전단자 사이에 신뢰성이 높은 전기적인 접속이 가능한 웨이퍼 지지 부재를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 부재는 반복 가열이나 냉각을 행하여도 급전부의 통전 저항이 극단적으로 증대하거나 단선되는 일이 없어 확실히 통전할 수가 있다.
또한, 본 발명의 통전 구조를 웨이퍼의 유무나 파손 검지 시스템의 급전부로서 사용하면 적재면의 웨이퍼의 유무, 혹은 파손의 유무를 아주 정밀하게 검지할 수가 있다. 이것에 의해, 판 형상 세라믹체의 적재면에 잘못하여 에칭이나 성막 처리가 이루어지는 것을 막을 수 있기 때문에 반도체 제조 공정에 있어서의 트러블 개선에 상당히 유효한 수단을 제공할 수가 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태의 웨이퍼 지지 부재에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 이른바 정전 척으로 불리는, 정전력에 의해 웨이퍼를 적재면에 흡착하는 기능을 가진 웨이퍼 지지 부재에 대해 설명하지만, 본 발명은 정전 척에 한정되는 것이 아니고, 다른 고정 구조를 가진 웨이퍼 지지 부재이어도 좋다.
(실시형태 1)
도 1은, 본 발명에 따른 실시형태 1의 웨이퍼 지지 부재의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 2는, 도 1의 X－X선 단면도이다.
본 발명에 따른 실시형태 1의 웨이퍼 지지 부재(1)에서는, 웨이퍼(W)와 대략 동등한 크기를 갖는 판 형상 세라믹체(2)를 포함하여, 그 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면(8)으로 하고 있다. 또한, 판 형상 세라믹체(2)의 내부에는 한 쌍의 정전 흡착 전극(4)이 매설되어 이 정전 흡착 전극(4)에 통전하는 급전단자(5)가 판 형상 세라믹체(2)의 다른 쪽의 주면에, 급전단자(5)의 일단이 노출되도록 매설되어 있다. 또한 판 형상 세라믹체(2)의 다른 쪽의 주면 측에는, 웨이퍼(W)의 이면에 가스를 흘리기 위한 도전성 파이프(6)가 접합층(14)을 개재하여 판 형상 세라믹체(2)에 접합되어져 있다. 이 파이프(6)는 판 형상 세라믹체(2)를 관통하는 관통공(7)과 연통하는 위치에 접합되고 있어, 예를 들면, 진공용 혹은 가스의 공급용으로 이용된다. 또한, 이 도전성 파이프(6)는 금속제 파이프인 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태 1의 웨이퍼 지지 부재(1)에 있어서, 적재면(8) 위에 웨이퍼(W)를 실어, 상기 한 쌍의 정전 흡착 전극(4)의 사이에 직류전압을 인가함으로써 정전 흡착력을 발현시켜, 적재면(8) 위에 웨이퍼(W)를 흡착 고정시킬 수가 있다.
웨이퍼 지지 부재로서 이용하는 본 실시형태 1의 웨이퍼 지지 부재(1)에서는, 예를 들면, 웨이퍼 등의 파손 등을 검지하기 위한 검지용 회로(전기 임피던스 계측계)(21)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 판 형상 세라믹체(2)에 있어서, 적재면(8)에 도전층(9)을 형성하여 이 도전층(9)을 적재면(8)과 다른 면에 형성된 접속 도전층(10) 및 상기 판 형상 세라믹체(2)에 매설된 매설 도전층(11)을 개재하여, 상기 판 형상 세라믹체(2)의 다른 쪽의 주면에 설치된 통전단자(12)에 접속한다.
보다 상세하게는, 적재면(8)의 표면 위에, 수 ㎛의 얇은 도전층(9)을 관통공(7)의 내주면에 연장하도록 형성하고, 그 도전층(9)에 접속되도록 관통공(7)의 내주면에 접속 도전층(10)을 형성하여, 관통공(7)의 내주면에서 상기 접속 도전층(10)과 접속되도록 매설 도전층(11)을 판 형상 세라믹체(2)에 매설하고 있다. 그리고, 매설 도전층(11)을 상기 판 형상 세라믹체(2)의 다른 쪽의 주면에 설치된 통전 단자(12)에 접속한다. 이러한 구조로 하면, 통전단자(12)로부터 도전층(9)에 확실히 급전할 수가 있으며, 또한 관통공(7)으로부터 떨어진 곳에서 매설 도전층(11)과 통전단자(12)를 접속할 수가 있다.
여기서, 도전층(9)은 텅스텐이나 티탄 등의 금속을 화학 기상 성장법 등으로 성막함으로써 제작할 수가 있다.
또한, 도전층(9)은, 외측의 도전층(9b)과 조합하여 웨이퍼의 부분적인 파손등을 검지하는 것이므로, 중심부의 도전층(9)의 외경은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 그러나 너무 작으면 웨이퍼(W)와의 도통이 곤란해질 우려가 있다. 그 때문에, 상기 장치가 적재면(8)의 웨이퍼(W)를 확실히 검지할 수 있도록 중심부의 도전층(9)의 최대 직경이 5~50mm 정도인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10~30mm이다. 또한, 도전층(9)의 두께는 성막에 의한 응력으로 막이 벗겨지거나 하는 것을 막기 위하여, 아주 얇은 것이 바람직하지만, 반복하여 웨이퍼를 흡착시켰을 때의 마모에 의한 통전 불량을 없애기 위해서는 도전층(9)의 두께는, 0.2㎛~10㎛, 바람직하게는 0.5㎛~5㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 관통공(7)의 내면에 은, 동, 티탄 등의 금속을 도포하여 진공중에서 가열 처리함으로써, 세라믹 표면을 메탈라이즈 처리한 후, 이와 같이 하여 처리된 메탈라이즈면에 은동납이나 금니켈납 등의 땜납재를 흘림으로써, 접속 도전층(10)을 제작할 수가 있다. 또한, 매설 도전층(11)은, 텅스텐이나 몰리브덴을 주성분으로 하는 도체층으로 이루어진다. 통전단자(12)는 판 형상 세라믹체(2)가 질화물 또는 탄화물 등의 저열팽창 재료로 이루어지는 경우에는, Fe－Ni－Co계의 합금으로 제작하는 것이 바람직하다.
도전층(9)에 통전단자(12)를 개재시켜 통전하기 위해서, 접속 도전층(10)이, 판 형상 세라믹체(2)를 관통하는 관통공(7)의 내면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 관통공(7)의 내면에 접속 도전층(10)을 형성하여 도통시킴으로써, 특허문헌 1(일본 특허공개 1998-326823호 공보)과 같이 비아홀(bia hole)과 도전층 사이의 접촉 불량을 방지할 수가 있다. 또한, 매설 도전층(11)을 관통공(7)의 내측에 노출시켜, 이 노출부와 접속 도전층(10)을 땜납재 층에서 납땜함으로써 통전을 보다 확실한 것으로 한다.
(실시형태 2)
도 3은, 본 발명에 따른 실시형태 2의 웨이퍼 지지 부재의 일례를 나타내는 사시도이다. 실시형태 1에 나타낸 정전 척에서는, 전기 임피던스 계측계(21)의 한 쪽의 전극이 리드 선(23)을 개재하여 통전단자(12)에 접속되어 있는 것에 대하여, 실시형태 2에 따른 정전 척에서는 전기 임피던스 계측계(21)의 한 쪽의 전극이 리드 선(23)을 개재하여 도전성 파이프(36)에 접속되어 있는 점에서, 본 실시형태 2에 따른 정전 척은 실시형태 1에 따른 정전 척과 다르다. 이것 외의 구성은 실시형태 1의 정전 척의 구성과 같다. 상기와 같은 차이에 의해, 실시형태 2에 따른 정전 척은 납땜부(32a)의 산화를 방지할 수 있어, 이 점에서 실시형태 1에 따른 정전 척보다 우수하다. 다음에 실시형태 2에 따른 정전 척에 관해서 상세하게 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태 2의 웨이퍼 지지 부재(정전 척)(1)에 있어서 는, 통전단자로서 도전성 파이프(36)를 사용하고, 상기 관통공(7)의 중심축과 상기 도전성의 파이프(36)의 중심축을 일치시켜, 상기 관통공(7)과 상기 도전성 파이프(36)를 연통시키도록, 상기 도전성 파이프(36)를 상기 관통공(7)에 접합하고 있다. 이 실시형태 2의 웨이퍼 지지 부재(1)에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 매설 도전층(11)에 접속된 통전 부재(32)와 상기 관통공(7)에 접합된 도전성의 플랜지가 딸린 파이프(36)가 도통되도록 접속되어 있다. 이 구조에서는, 통전 부재(32)의 외주에 설치된 납땜부(32a)가 대기 분위기(38)에 노출되지 않기 때문에, 땜납재의 산화 등에 의해 전기 저항값이 변화하는 일 없이, 오랜 기간, 안정하게 사용할 수가 있다. 통상의 반도체 제조장치에 있어서는, 웨이퍼 지지 부재(1)의 적재면(8)은 처리 용기내에 위치하지만, 파이프(36)나 통전단자(12) 등의 부재가 납땜되어진 이면 부분은 대기에 노출되는 일이 많아 고온의 조건에서 사용되는 경우는, 땜납재가 산화될 가능성이 높다. 그러나, 이러한 구성으로 함에 따라, 통전 부재(32)의 납땜부(32a)가 파이프(36)의 플랜지 부분에 의해 보호되어 그것에 의해 산화를 방지할 수 있다.
매설 도전층(11)은 적재면(8)에 대략 평행한 원형의 도체층으로 구성되어지는 것이 바람직하다.
즉, 매설 도전층(11)은 W 등의 고융점 금속재료로 되어 있어, 판 형상 세라믹체(2)와의 열팽창 차이에 의한 응력이 발생하기 때문에 판 형상 세라믹체(2)에 있어서 응력을 중심 대칭에 균일화하는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 원형의 매설 도전층(11)의 외경(직경)은, 5mm~100mm인 것이 바람직하 다. 그 이유에 대해 이하에 설명한다.
중앙의 관통공(7)의 지름은 판 형상 세라믹체(2)의 가공성과 미량의 가스를 안정하게 공급한다고 하는 점을 고려하여, 직경 1mm이상이 바람직하다. 또한, 도 2와 같이 통전단자(12)는, 판 형상 세라믹체(2)의 중앙에 형성된 관통공(7)에 서로 이웃하는 위치에 납땜된다. 여기서, 통전단자(12)는 제작상 통전단자(12)가 삽입되는 구멍 부분과의 사이에 양호한 전기적인 도통을 취하기 위하여 통전단자(12)의 직경을 1mm이상으로 할 필요가 있다. 또한, 이 통전단자(12)가 삽입되는 구멍 부분과 판 형상 세라믹체(2)의 중앙에 관통하도록 가공된 관통공(7)을 기계 가공했을 때에, 가공 데미지를 주지 않고, 더욱이 납땜시의 응력의 영향이 없게 하려면, 수 mm의 거리를 둘 필요가 있다. 이러한 것으로부터, 중앙의 관통공(7)과 통전단자(12)가 삽입되는 구멍에 형성된 납땜부(32a)가 도통하는 것 같은 구조로 한 경우의 매설 도전층(11)의 크기는 관통공(7)의 중심으로부터의 거리가, 2.5mm이상, 즉, 매설 도전층(11)의 직경은 5mm이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 반도체 제조장치는, 플라스마 분위기에서 사용되는 일이 많다. 이 경우, 정전 흡착 전극은 플라스마 발생용 전극으로도 이용되어 판 형상 세라믹체(2)의 적재면(8)의 반대 면에 설치된 금속 베이스(도면 생략)를 플라스마 발생용 전극으로 하는 경우가 많다. 이와 같이 사용되는 경우에는, 매설 도전층(11)의 직경이 커지면, 이 매설 도전층(11)이 플라스마 발생용 전극으로서 작용할 우려가 있어 바람직하지 않다. 이 점으로부터, 매설 도전층(11)은 실리콘 웨이퍼의 직경 200mm보다 작은 직경 100mm이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 매설 도전층(11)의 매설 위치는, 적재면(8)에 가까우면 플라스마 전극으로서 작용할 우려가 있어 바람직하지 않다. 따라서, 적재면(8)으로부터 매우 떨어진 위치에 매설하는 것이 바람직하다. 한편, 적재면(8)과 반대의 면의 표면에 매설 도전층(11)이 가까우면 급전단자(5), 통전단자(12)나, 가스 파이프(6, 36)가 납땜되어져 있기 때문에 납땜에 의한 응력이 수mm의 깊이까지 작용하여 매설 도전층(11)에 크랙이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 적재면(8, 48)의 반대의 면으로부터도 떨어진 위치에 매설하는 것이 바람직하다. 따라서 매설 도전층(11)의 매설 위치는 판 형상 세라믹체(2)의 두께에 대해서, 적재면(48)으로부터 1mm이상 떨어진 위치이고, 또한, 적재면(8)과 반대의 면으로부터 2mm이상 떨어진 위치에 매설되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 매설 도전층(11)의 매설 위치는 적재면(8)에서 5mm이상 떨어지고, 판 형상 세라믹체(2)의 다른 쪽의 주면으로부터 5mm이상 떨어진 위치에 매설되는 것이 바람직하다.
(실시형태 3)
도 4는 본 발명에 따른 실시형태 3의 웨이퍼 지지 부재(1)의 일례를 나타내는 사시도이다. 상기 실시형태 2에 나타낸 정전 척에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 전기 임피던스 계측계(21)의 한 쪽의 전극이 리드 선(23)을 개재하여 접속된 도전성 파이프(36)가, 통전 부재(32)와 매설 도전층(11)을 통하여 접속 도전층(10)에 접속되어져 있는 것에 대해, 실시형태 3에 따른 정전 척에서는, 도 4에 나타내는 것처럼 상기 도전성 파이프(46)가 직접 접속 도전층(60)에 접속되어 있다는 점에서, 본 실시형태 3에 따른 정전 척은 실시형태 2에 따른 정전 척과 다르다. 이외 의 구성은 실시형태 2의 정전 척의 구성과 같다. 상기와 같은 차이에 의해 실시형태 3에 따른 정전 척에서는 통전 부재(32)와 매설 도전층(11)을 제작할 필요가 없어 정전 척의 구조가 간단하고, 제작이 용이하기 때문에, 실시형태 3에 따른 정전 척은 실시형태 2에 따른 정전 척보다 이 점에 있어서 우수하다. 이하에, 실시형태 3에 따른 정전 척에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 지지 부재(1)의 실시형태 3에서는 도 4에 나타내는 것처럼 판 형상 세라믹체(42)의 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면(48)으로 하고, 상기 판 형상 세라믹체(42)를 관통하는 관통공(47)과 이 관통공(47)에 연통하는 금속 파이프(46)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 적재면(48)에 도전층(49b)를 형성하여, 이 도전층(49b)을 상기 관통공(47)의 내면에 설치된 접속 도전층(60)을 개재하여, 상기 판 형상 세라믹체(42)의 다른 쪽의 주면에 설치된 금속 파이프(46)에 접속한다. 즉, 본 실시형태 3에서는 이 금속 파이프(46)를 통전단자(46)로서 이용하고 있다. 상기 도전층(49b)과 접속 도전층(60)이 직접 접속되고, 상기 접속 도전층(60)과 상기 파이프(46)가 직접 접속된 급전구조는, 그 구조가 간단하여 제조가 용이하다.
도 4의 웨이퍼 지지 부재(1)에 있어서, 접속 도전층(60)으로서 메탈라이즈 층에 땜납재를 흘린 구조로 하면 땜납재가 관통공(47)의 단부나 파이프(46)의 단면에 모여 소위 땜납재 고임이 발생하기 쉽고, 도 5에 나타내는 것처럼 땜납재 고임(51)에 크랙(52)이 발생할 우려가 있다. 그러나, 땜납재의 양을 적당량으로 조정하거나 땜납재 고임(51)이 발생했을 경우에 땜납재 고임(51)을 연삭가공하여 제거함 으로써 크랙의 발생을 방지할 수가 있어, 접속 도전층(60)과 파이프(46)의 사이의 통전을 확실하게 할 수가 있다.
이하, 실시형태 1~3에 있어서의, 각 부재의 보다 바람직한 형태 및 다른 형태에 대해 설명한다.
우선, 접속 도전층(10, 60)은 은과 동을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 은과 동을 주성분으로 한 땜납재는 납땜 온도가 800℃정도 이하이며, 내열성은 높지 않지만, 웨이퍼 지지 부재(1)가 반도체 제조 공정에서 사용되는 600℃정도보다 높고, 그 정도의 온도에서 사용되는 웨이퍼 지지 부재(1)로서의 내열성은 만족하기 때문이다. 또한, 이 땜납재는 부드럽기 때문에 판 형상 세라믹체(2, 42)와 접속 도전층(10, 60)의 열팽창차이로부터 생기는 열 응력을 완화할 수가 있기 때문이다. 또한, 웨이퍼 지지 부재(1)는, 고온 또한 진공 분위기라고 하는 환경에서 사용되는 경우가 있지만, Pb 등을 포함한 땜납재와 같이, 땜납재 성분이 가스화하여 웨이퍼에 부착되어 오염의 원인이 될 우려가 작기 때문이다. 또한 은, 동을 주성분으로 하는 땜납재는 전기저항이 작으므로 통전 재료로서 특히 바람직한 전기 특성을 나타낸다.
또한, 지금까지 도전층(9, 49b)이 적재면(8, 48)위에 형성되었을 경우에 대해 설명하였지만, 도전층(9, 49b)과 같은 도전성 조성물이 상기 관통공(7, 47)의 내면의 일부에 형성되어 상기 도전층(9, 49b)과 상기 도전성 조성물이 연속하여 접속되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 관통공(7)의 상부에 은·동 등의 땜납재 층이 구성되지 않기 때문에 땜납재 성분이 웨이퍼에 부착될 우려가 없어 웨 이퍼의 오염을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 적재면에 있어서의 전극 구조로서는, 적재면(8, 48)의 중앙에 웨이퍼(W)와 접촉하는 도전층(9, 49b)과 상기 적재면(8, 48)의 주변에 주변 도전층(9b, 49a)을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 주변 도전층(9b, 49a)을 형성함으로써, 적재면(8, 48)에 웨이퍼(W)를 싣고 정전 흡착 전극(4, 44)에 전압을 인가하여 웨이퍼(W)를 흡착해서 도전층(9, 49b)과 도전층(9b, 49a)의 사이의 커패시턴스(C)를 측정하여 웨이퍼(W)의 유무나 파손 상황을 알 수가 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 지지 부재(1)는 내부에 정전 흡착 전극(4, 44)을 매설한 예로 설명하였지만, 판 형상 세라믹체(2)에 히터 전극을 매설하여 웨이퍼(W)의 온도를 제어한 웨이퍼 지지 부재에 있어서 보다 신뢰성이 높은 급전구조를 제공할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
다음에, 본 발명의 급전구조의 기타 구성에 대해 설명한다.
매설 도전층(11)은 W나 Mo등의 저열팽창재로 함으로써 질화 알루미늄 세라믹스 등의 저열팽창재와의 열팽창 차이에 의한 응력을 작게 할 수가 있다. 또한 매설 도전층(11)의 두께를 수㎛정도로 하면 발생하는 응력이 매우 작아 바람직하다.
다음에, 통전단자(12)의 접속구조에 대하여 설명한다. 통전단자(12, 36, 46)는, 질화물이나 탄화물로서 질화 알루미늄이나 탄화규소로 이루어지는 판 형상 세라믹체(2, 42)의 열팽창율과 유사한 5×10－6/℃정도의 열팽창율을 가지는 것이 바람직하고, 땜납재와 같이 파단의 우려가 없는 KOVAR(Fe-Ni-Co합금의 상표), W, Mo 등의 저열팽창계수를 가지는 금속재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속재료가 판 형상 세라믹체(2, 42)에 매설되는 부분은, 내부에 카운터 보어부가 설치되어(도면 생략), 열응력을 완화하는 구조인 것이 바람직하다. 이 점으로부터 금속 파이프(36, 46)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 통전단자(12)의 판 형상 세라믹체(2)에의 매설 부분의 직경은 열응력을 경감하는 관점으로부터 0.5~4mm가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1~3mm이다. 그리고 통전단자(12)의 단부에는 나사부를 설치하여(도면 생략) 외부 단자와 접속하는 것이 바람직하다. 또한 급전단자가 금속 파이프(36, 46)인 경우, 단부에 나사부(도면 생략)를 설치하거나 단부에 용접하여 외부 단자와 접속할 수가 있다.
또한, 통전단자(12)의 납땜부분은 은·동·티탄 등에 의한 금속으로 메탈라이즈층을 형성한 후, 납땜되는 구멍의 크기와 단자의 외경에 대해서, 납땜에 의한 응력이 과대하게 되지 않도록, 땜납재가 충전되는 구멍과 단자의 틈새가 얇게 되도록 설계하여, 부재를 기계 가공으로 소정의 치수로 제작하면 설계치 이상으로 납땜에 의한 응력이 커지는 일이 없어, 납땜부의 응력을 억제할 수가 있다. 납땜되는 구멍의 크기는 통전단자(12)에 의해 전기적인 도통이 확실히 이루어질 수 있도록 0.5mm이상으로, 또한 납땜에 의한 응력이 과대하게 되지 않도록 10mm이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 1mm에서 5mm의 크기이다. 또한, 통전단자(12)와 구멍의 틈새에 대해서는 납땜에 의한 응력이 과대하지 않고 또한, 틈새로의 땜납재의 충전을 할 수 있도록 0.05mm로부터 0.5mm정도로 하면 좋다.
또한, 통전단자(12)를 납땜하는 구조로 설명을 하였지만 통전 부재(32)에 의 해 파이프(36)에 접속하도록 도 3과 같이 납땜하여도 좋다. 이 도 3의 구조의 경우도 상기의 통전단자(12)를 납땜하는 구조와 같지만, 통전 부재(32)의 길이가 파이프(36)에 접속해서, 또한 틈새가 생길 정도의 치수로 구멍의 깊이 및 통전 부재의 길이를 설계하면 좋다.
다음에 본 발명의 실시예에 대하여 나타낸다.
실시예 1에서는, 정전 척 기구를 가지는 웨이퍼 지지체 부재를 제작하였다. 여기에서는, 우선, 순도 99%, 평균 입경 1.2㎛의 AlN 원료 분말에 유기 바인더와 용매만을 더해 슬러리(slurry)을 제작하여, 닥터 블레이드법에 의해 두께 약 0.5mm 의 그린 시트를 복수매 성형하였다.
또한, 정전 흡착 전극(4, 44) 가열을 위한 히터용 전극 및 매설 도전층(11)이 되는 전극용 페이스트를 순도 99%이상, 평균 입경 약 2㎛의 W의 원료 분말에 5 중량%의 AlN 원료 분말과 유기 바인더를 혼련하여 제작하였다. 이 도전재 페이스트를 상기 그린 시트상에 스크린 인쇄법으로 인쇄하여, 그것에 의해 소정의 전극을 제작하였다. 직경 50mm의 매설 도전층(11)을 그것이 판 형상 세라믹체의 두께 방향에 관해서 중앙 부근에 배치되도록 적층하였다. 필요에 따라서, 이 정전 흡착 전극(4, 44), 히터 전극 및 매설 도전층(11)을 형성한, 각종 그린 시트 적층체를 50℃의 온도, 5000Pa의 압력으로 열 압착하여, 그린 시트간의 밀착성을 높인 적층체를 절삭 가공하여 원반형상으로 가공해서, 이 원반형상의 적층체를 진공 탈지하였다. 그 후, 이 원반형상의 적층체를 질소 분위기하에 있어서 2000℃의 고온하에서 소성하였다. 이것에 의해 W로 형성된 정전 흡착 전극(4, 44), 히터 전극 및 도통용의 매설 도전층(11)을 내장한 각종의 판 형상 세라믹체를 제작하였다.
또한, 이러한 판 형상 세라믹체를, 그 직경이 200mm, 그 두께가 9mm, 또한, 적재면으로부터 정전 흡착 전극까지의 거리가 0.5mm가 되도록 연삭가공하였다. 그 후, 위에서 설명한 바와 같이 연삭가공된 판 형상 세라믹체의 표면을 랩 가공함으로써, 그 표면의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.2㎛가 되도록 마무리하여, 그 표면을 적재면으로 하였다. 또한 판 형상 세라믹체의 중심 부근에 웨이퍼의 이면에 가스를 흘리기 위하여 직경 5mm의 관통공을 가공하여 형성하였다. 또한, 필요에 따라 적재면의 반대측의 면에 정전 흡착 전극, 히터 전극 및 매설 도전층에 각각 접속하는 구멍을 가공하여 형성하였다.
다음에, 각 판 형상 세라믹체의 소정의 부분을 메탈라이즈하기 위해 Ag, Cu, Ti의 3종류의 원료 분체를 각각 75, 22, 3중량%가 되도록 계량하였다. 이 후, 이들 원료 분말을 10wt%의 유기 바인더와 함께 혼합하여 메탈라이즈용의 페이스트를 제작하였다. 금속 원료 분체로서 각각 평균 입경 2㎛ 이하의 미세한 것을 사용함으로써, 이 각각의 금속 원료 분체가 용이하게 세라믹스 내에 확산하고, 또한, 균일한 메탈라이즈 층을 형성할 수 있도록 하였다. 이 메탈라이즈용의 페이스트를 상기의 각 판 형상 세라믹체의 중심에 형성된 가스를 흘리기 위한 관통공의 내면 부분 및 정전 흡착 전극용의 급전단자, 히터 전극용 급전단자, 매설 도전층용의 통전단자나 통전 부재를 납땜하는 소정의 부분에 두께 0.2mm정도의 균일한 두께가 되도록 도포하였다. 그 후, 메탈라이즈용 페이스트가 도포된 판 형상 세라믹체를 진공로에서 진공중에 약 1000℃로 15분간 가열함으로써 세라믹 표면에 메탈라이즈 층을 형성하 였다. 이 후에, 땜납재 Au, Ni를 주성분으로 하여, 각각 82.5, 17.5중량%를 함유 하고, 그 두께가 약 0.1mm인 시트상의 땜납재와 Ag, Cu를 주성분으로 하여, 각각 72, 28중량%를 함유하고, 그 두께가 약 0.1mm인 시트상의 땜납재를 납땜하기 위해 땜납재로서 이용하여, 저열팽창 합금인 KOVAR(Fe-Ni－Co합금의 상표)제의 정전 흡착 전극용의 급전단자, 히터 전극용의 급전단자, 매설 도전층용의 통전단자나 통전 부재를 진공중의 약 1000℃ 또는 850℃에서 납땜하여 시료 No. 1~6을 제작하였다.
제작한 시료 No.1, 4에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이 가스를 흘리기 위해 형성된 중앙의 관통공의 직경과 가스 파이프의 직경이 맞도록 내경이 5mm이고 외경이 6mm인 KOVAR(Fe-Ni－Co합금의 상표)제의 가스 파이프를 납땜하였다. 시료 No.1에 있어서는 Au, Ni를 주성분으로 한 상기의 땜납재를 사용하고, 시료 No.4에 있어서는 Ag, Cu를 주성분으로 한 상기의 땜납재를 사용하였다.
시료 No.2에 있어서는 도 3에 나타내는 바와 같이, 매설 도전층(11)에 연통한 통전 부재(32)가 표면으로부터 노출되지 않도록, 외경 50mm의 접합면(14)을 개재하여, 마찬가지로 플랜지 부분의 외경이 50mm인 도전성의 파이프(36)를 납땜하였다.
시료 No. 3에 있어서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 관통공의 내면에 땜납재 층에 의해 접속 도전층(60)을 형성하고, 도전층(49b)과 파이프(46)에 접속되어 있다. 이 시료 No.3에 있어서는 파이프(46)를 납땜한 후, 파이프(46)의 접합 부분에 생긴 땜납재 고임을 기계가공하여 제거하고 있다.
비교예로 들었던 시료 No.5에 따른 웨이퍼 지지 부재는 도 8과 같은 종래의 급전구조를 가진다. 따라서, 적재면(104)상의 도체층(108)을 5층의 전극층 및 비아홀을 통해서 상기의 KOVAR(Fe-Ni－Co합금의 상표)제의 통전단자에 접속하였다. 여기서, 이러한 급전구조에 대해 외경이 10mm이며, 두께가 10㎛인 도체층(206)을 5층 구성하였다. 그리고, 외경 0.5mm의 비아홀을 각 층에 8개씩 배치하여 도전층(206)을 서로 도통시켰다. 또한 이 비아홀은 상기의 W분말을 이용한 도전재 페이스트를 사용하여 비아홀의 내면에 인쇄, 도포한 것이다.
또한, 비교예로서 도 9에 나타낸 것처럼 급전구조의 시료 No.6을 제작하였다. 이 시료에 있어서는 적재면(626) 위에 형성된 내측 표면전극(604)과 가스 공급구멍(606)의 내면을 표면 도체로 하여, 시료 No.1과 같이 은·동·티탄에 의한 메탈라이즈층 및 금·니켈 땜납재에 의한 접속 도전층을 형성하였다. 이 접속 도전층에 외경 1mm의 동선을 땜납재에 의해 도 10과 같이 납땜하였다.
또한, 도면에는 기재되어 있지 않지만, 모든 시료의 웨이퍼 지지 부재에 히터 전극을 매설하여, 이 웨이퍼 지지 부재를 가열할 수 있는 구조로 하였다. 그리고 시료 No.1~3, 5, 6은 땜납재로서 금·니켈 땜납을 사용하였다.
그리고, 마지막으로, 제작한 모든 시료에 대해서 TiN제의 도전층을 형성하였다. 이 TiN제의 도전층을 PVD 장치를 이용하여 적재면의 표면 및 관통공의 내면에 형성하였다. 또한, 이것은 TiN의 타겟(target)재료를 이용하여 소정의 패턴 형상으로 3㎛ 이하의 두께로 성막하였다.
상기 도전층의 패턴 형상은 도 6에 나타내는 바와 같이 내측과 외측의 2개의 링을 가지는 형상이다. 내측의 링은 내경 5mm이고 외경 20mm의 형상이며, 외측의 링은 내경 180mm이고 외경 200mm의 형상을 하고 있다. 또한, 외측에 대해서는 도통을 취할 수 있도록 외주부의 측면 및 단차 부분의 면에도 도전층을 성막하였다. 특히, 흡착한 웨이퍼가 도전층의 두께로 변형되거나 흡착력의 저하를 일으키지 않는다는 것을 사전에 확인하였다.
그리고, 제작한 정전 척을 PVD 성막장치에 배치하여, 이 정전 척의 적재면에 웨이퍼(W)를 실어 히터 전극에 통전하고, 웨이퍼(W)를 가열해 정전 척의 급전구조의 신뢰성을 평가하였다. 신뢰성을 평가하는 방법으로서 도전층간을 웨이퍼(W)에 의해 도통하여 급전구조를 통한 전기저항이 가열 및 냉각의 반복에 의해 어떻게 변화하는지를 측정하는 방법을 이용하였다. 여기서, 가열온도를, 샘플의 이면에 고정된 열전대로 웨이퍼 온도를 측정하여, 이 온도를 제어함으로써 소정의 성막 온도가 되도록 조정하였다.
가열 온도는 성막 온도인 200, 300, 및 500℃로 하여, 실온 25℃로부터 각 성막 온도까지 20℃／분으로 가열하여, 10분간 이 온도를 보관 유지하였다. 이 후, 히터 전원을 차단하여 방냉하였다. 그리고, 실온에서 웨이퍼 흡착시의 전기저항 값을 측정하였다. 또한, 웨이퍼를 흡착시키는 정전 흡착 전극으로의 인가 전압은 ＋／－250V로 하였다. 그리고, 가열 냉각시험 후의 웨이퍼의 전기저항 값으로부터 시험 전의 전기저항 값을 뺀 값을, 시험 전의 전기저항 값으로 나눈 값을 100배로 하여 전기저항 변화율을 산출하였다.
그리고, 성막 처리 온도와 가열 냉각 회수와 전기저항 변화율을 표 1에 나타내었다.
전기저항 변화율
시료No. 성막 처리 온도(℃) 200 200 300 300 500 500
　　　　 가열 냉각회수 땜납재 성분 50 100 50 100 50 100
1. Au－Ni 2% 2% 2% 2% 3% 5%
2. Au－Ni 2% 2% 2% 2% 3% 4%
3. Au－Ni 2% 2% 2% 2% 3% 5%
4. Ag－Cu 2% 2% 2% 2% 2% 2%
*5. Au－Ni 2% 2% 3% 5% 20% 단선
*6. Au－Ni 2% 2% 3% 10% 50% 70사이클에서 단선
종래의 정전 척에 관한 시료 No.5, 6은 상온 25℃와 200℃ 사이에서 가열 및 냉각을 100회 반복해도 그 전기저항 변화율은 2%이고 안정되게 검지할 수 있었다. 그러나, 상온 25℃와 300℃ 사이에서 가열 및 냉각을 100회 반복하면 전기저항 변화율이 각각 5%, 10%로 커졌다. 또한 상온 25℃와 500℃ 사이에서 가열 및 냉각을 10회 반복하면 전기저항 변화율은 No. 5에서 20%, No. 6에서는 50%로 커졌다. 또한 No. 5에서는 가열 및 냉각을 100회 반복하면 단선되고, No. 6에서는 가열 및 냉각을 70회로 반복하면 단선되었다. 이 정전 척을 시험 장치에서 떼어내, 확인한 결과, 급전구조로서 비아홀을 사용한 시료 No.5에 따른 정전 척에서는 도전층인 비아홀부에 오목부가 발생하여 부분적으로 파단되어 있었다. 이것은 복수의 비아홀의 열팽창율이 금속 텅스텐에 가까운 것 때문에, 질화 알루미늄을 주성분으로 하는 판 형상 세라믹체와의 열팽창율 차이에 의해 열사이클에 의해 오목부나 파단이 발생했기 때문이다.
또한, 동선을 접속 도전층에 납땜한 정전 척에 관한 시료 No.6에서는, 상기의 가열 및 냉각을 반복함으로써, 도 10에 나타내는 바와 같이 동선과 가스 공급구멍의 내면의 접속 도전층과의 납땜부분(640)에서 크랙(641)이 발생하여 박리되어 있었다. 이것은 동선과의 납땜부분의 부분적인 납땜이기 때문에 열팽창차이에 의한 응력이 불균일하며, 또한, 열사이클에 의한 왜곡이 이 납땜 부분에 집중됨으로써 단선되었다고 생각된다.
한편, 본 발명의 판 형상 세라믹체의 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 함과 아울러, 상기 적재면의 표면에 도전층과 이 도전층에 접속되어 적재면과 다른 면에 형성된 접속 도전층을 구비하고, 이 접속 도전층과 상기 판 형상 세라믹체에 매설된 매설 도전층의 노출부가 접속되어, 상기 매설 도전층이 상기 판 형상 세라믹체의 다른 쪽의 주면에 설치된 통전단자와 접속된 웨이퍼 지지 부재에 관한 시료 No.1은, 상온 25℃에서 500℃까지의 가열 및 냉각을 100회 반복하여도, 전기저항 변화율은 5%이고, 이 웨이퍼 지지 부재는 뛰어난 특성을 나타내어, 웨이퍼 검지 수단으로서 사용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한, 시료 No.1에서, 접속 도전층을 상기 판 형상 세라믹체를 관통하는 관통공의 내면에 형성하면 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
더욱이, 상기 통전단자가 상기 관통공에 연통하도록 접합된 도전성의 파이프인 웨이퍼 지지 부재에 관한 시료 No.2에서는 상온 25℃에서 300℃까지의 가열 및 냉각을 100회 반복하여도 저항 변화율은 2%로 변화가 없고, 상온 25℃에서 500℃까지의 가열 및 냉각을 100회 반복하여도 저항 변화율이 4%로 작고 또한 뛰어난 특성을 나타내었다. 이것은, 통전 부재를 접합한 땜납재를 파이프의 플랜지로 덮어 땜납재의 산화를 방지하고 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명의 판 형상 세라믹체의 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 함과 아울러 상기 판 형상 세라믹체를 관통하는 관통공과, 상기 적재면의 표면 위에 설치된 도전층과, 상기 관통공의 내면에 형성된 접속 도전층과, 상기 판 형상 세라믹체의 다른 쪽의 주면에 설치되어 상기 관통공과 연통하는 도전성의 파이프를 구비하고, 상기 도전층과 접속 도전층이 직접 접속되어, 상기 접속 도전층과 파이프가 직접 접속된 웨이퍼 지지 부재에 관한 시료 No.3에서는 상온 25℃에서 500℃까지의 가열 및 냉각을 100회 반복하여도 저항 변화율이 5%로 작아, 이것을 웨이퍼 검지용의 급전구조로서 사용할 수 있다는 것을 알았다.
또한, 접속 도전층이 은과 동을 주성분으로서 형성된 시료 No.4에서는 상온 25℃에서 500℃까지의 가열 및 냉각을 100회 반복하여도 저항 변화율이 2%로 가장 작고, 뛰어난 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
이것은, 접속 도전층을 은과 동을 주성분으로 하는 땜납재에 의해 형성하면, 이 땜납재는 부드럽기 때문에 판 형상 세라믹체와 열팽창차이가 있어도 열응력을 완화하는 효과가 크고, 접속 도전층의 박리 등이 발생하기 어렵다. 이것이 뛰어난 특성을 나타내는 원인이라고 생각된다.
본 발명에 의하면, 높은 진공 기밀성을 유지할 수 있으며, 특히, 적재면 위에 형성된 도전층과 대기측의 급전 단자 사이에 신뢰성이 높은 전기적인 접속이 가능한 웨이퍼 지지 부재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 부재는, 반복 가열이나 냉각을 행하여도 급전부의 통전저항이 극단적으로 증대되거나 단선되는 일 없이 확실히 통전할 수가 있다.
또한, 본 발명의 통전 구조를 웨이퍼의 유무나 파손 검지 시스템의 급전부로 사용하면 적재면의 웨이퍼의 유무, 혹은 파손의 유무를 정밀하게 검지할 수 있으므로 반도체 제조 공정에 있어서 트러블 개선에 상당히 유효한 수단을 제공할 수가 있다.

Claims (11)

  1. 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 하고, 상기 한 쪽의 주면으로부터 다른 쪽의 주면으로 관통하는 관통공을 갖는 판 형상 세라믹체;
    상기 적재면에 형성된 도전층;
    상기 도전층과 접속되도록 상기 관통공의 내표면에 형성된 접속 도전층;
    상기 접속 도전층과 접속되도록 상기 판 형상 세라믹체에 매설된 매설 도전층; 및
    일단과 타단을 가지며, 상기 일단의 근방에서 상기 매설 도전층과 접속되고, 또한 타단이 상기 세라믹체의 다른 쪽의 주면으로부터 돌출하도록, 상기 판 형상 세라믹체의 상기 관통공으로부터 떨어진 위치에 배치된 통전단자를 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 관통공에 연통하도록 접합된 도전성의 파이프를 더 가지며, 상기 통전단자가 상기 파이프에 접속된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 매설 도전층은 상기 적재면에 평행한 원형의 도체층으로 이루어지며, 상기 매설 도전층의 외경이 5mm~100mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  4. 한 쪽의 주면을 웨이퍼를 싣는 적재면으로 하고, 상기 한 쪽의 주면으로부터 다른 쪽의 주면으로 관통하는 관통공을 가지는 판 형상 세라믹체;
    상기 적재면에 형성된 도전층;
    상기 도전층과 접속되도록 상기 관통공의 내표면에 형성된 접속 도전층; 및
    상기 관통공에 연통하도록 접합된 도전성 파이프를 가지며:
    상기 접속 도전층과 상기 도전성 파이프를 접속하여, 상기 파이프를 통전단자로 한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 접속 도전층이 은과 동을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 도전층은 상기 관통공의 내주면에 연장하여 형성되고, 그 연장 부분에서 상기 접속 도전층에 접속된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 도전층은 적재면 위의 중앙에 형성된 중앙 도전층과, 이 중앙 도전층과 전기적으로 분리되도록 상기 적재면의 주변부에 형성된 주변 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  8. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 도전층이 웨이퍼 검지용으로서 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  9. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 판 형상 세라믹스체가 정전 흡착용 전극을 더 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  10. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 판 형상 세라믹체에 히터 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 부재.
  11. 제 1항 또는 제 4항에 기재된 웨이퍼 지지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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