KR20230067495A - 웨이퍼 배치대 - Google Patents

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KR20230067495A
KR20230067495A KR1020220101342A KR20220101342A KR20230067495A KR 20230067495 A KR20230067495 A KR 20230067495A KR 1020220101342 A KR1020220101342 A KR 1020220101342A KR 20220101342 A KR20220101342 A KR 20220101342A KR 20230067495 A KR20230067495 A KR 20230067495A
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central
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wafer
groove
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KR1020220101342A
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다츠야 구노
세이야 이노우에
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

웨이퍼 배치대(10)는, 상면에 웨이퍼 배치면(20a)을 갖고, 전극(22)을 내장하는 중앙 세라믹 기재(20)와, 상면에 포커스 링 배치면(25a)을 갖는 외주 세라믹 기재(25)와, 중앙 세라믹 기재(20)의 하면에 중앙부(31)가 접합되고, 외주 세라믹 기재(25)의 하면에 외주부(35)가 접합되고, 중앙부(31)와 외주부(35)를 연결하는 연결부(40)를 갖는 냉각 기재(30)를 구비한다. 냉각 기재(30)는, 중앙부(31)에 마련된 중앙 냉매 유로(32)와, 외주부(35)에 마련된 외주 냉매 유로(37)를 갖고, 연결부(40)는, 중앙 냉매 유로(32)의 가장 바깥 가장자리보다 외주측에서 외주 냉매 유로(37)의 가장 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분에, 상면에 개구하며 환형인 상측홈(42)과, 하면에 개구하며 천장면(44c)이 상측홈(42)의 저면(42b)보다 높은 환형인 하측홈(44)을 갖는다.

Description

웨이퍼 배치대{WAFER PLACEMENT TABLE}
본 발명은 웨이퍼 배치대에 관한 것이다.
종래부터, 웨이퍼에 플라즈마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해 웨이퍼 배치대가 이용되고 있다. 웨이퍼 배치대는, 웨이퍼를 웨이퍼 배치면에 흡착 고정하기 위한 정전 척과, 이 정전 척을 냉각하는 냉각 기재를 구비하고 있다. 웨이퍼 배치면의 외주에는, 포커스 링을 설치하는 경우가 있다. 포커스 링은, 웨이퍼 배치면보다 저위의 포커스 링 배치면에 배치되어, 웨이퍼의 외주 가장자리까지 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 역할이나, 웨이퍼의 외주 가장자리의 온도를 컨트롤하는 역할을 갖는다. 웨이퍼 배치면 및 포커스 링 배치면의 온도를 개별로 제어하기 위해, 냉각 기재의 내부에 웨이퍼용의 중앙 냉매 유로와 포커스 링용의 외주 냉매 유로를 마련하고, 각 냉매 유로에 흐르게 하는 냉매의 온도를 개별로 조정하는 경우도 있다. 이러한 웨이퍼 배치대로서, 정전 척을, 웨이퍼 배치면을 갖는 중앙 세라믹 기재와, 포커스 링 배치면을 갖는 외주 세라믹 기재로 분리하며, 냉각 기재의 상면에 개구하는 상측홈을, 중앙 세라믹 기재와 외주 세라믹 기재의 경계를 따라 환형으로 1개 마련한 것이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1∼4).
특허문헌 1: 일본 특허 제6080571호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제6452449호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 제6442296호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 제6741461호 공보
그러나, 전술한 상측홈을 1개 마련한 냉각 기재에서는, 냉각 기재의 중앙부와 외주부를 연결하는 연결부에 있어서, 상측홈의 바닥만이 전열 경로로 되어 있기 때문에, 냉각 기재의 중앙부와 외주부 사이에서 온도차가 생기면 그 온도차에 의한 열 응력이 상측홈의 바닥에 가해져 연결부가 파손될 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 웨이퍼 배치면과 포커스 링 배치면을 갖는 일체형의 웨이퍼 배치대에 있어서, 열 응력에 의한 파손을 방지하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 배치대는,
상면에 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 중앙 세라믹 기재와,
상면에 포커스 링 배치면을 갖고, 상기 중앙 세라믹 기재의 외주에 상기 중앙 세라믹 기재와는 이격하여 배치된 환형의 외주 세라믹 기재와,
상기 중앙 세라믹 기재의 하면에 중앙부가 접합되고, 상기 외주 세라믹 기재의 하면에 외주부가 접합되고, 상기 중앙부와 상기 외주부를 연결하는 연결부를 갖는 냉각 기재
를 구비하고,
상기 냉각 기재는, 상기 중앙부에 마련된 중앙 냉매 유로와, 상기 외주부에 마련된 외주 냉매 유로를 갖고,
상기 연결부는, 상기 중앙 냉매 유로의 가장 바깥 가장자리보다 외주측이며 상기 외주 냉매 유로의 가장 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분에 마련되고, 상면에 개구하며 환형인 상측홈과, 하면에 개구하며 천장면이 상기 상측홈의 저면보다 높은 환형의 하측홈을 각각 1개 이상 갖는 것이다.
이 웨이퍼 배치대에서는, 상면에 개구한 상측홈뿐만 아니라, 하면에 개구한 하측홈을 갖고, 하측홈의 천장면이 상측홈의 저면보다 높기 때문에, 중앙부와 외주부 사이의 연결부에 있어서의 전열 경로는 상하 방향의 경로가 더해져 길어진다. 그에 의해, 연결부에서의 온도 구배가 작아져, 연결부에 발생하는 열 응력이 저감되기 때문에, 열 응력에 의한 파손이 억제된다. 또한, 이 웨이퍼 배치대는, 일체형이기 때문에 중앙부와 외주부가 별개체인 경우에 비해서 취급이 용이하다.
또한, 본 명세서에서는, 상하, 좌우, 전후 등을 이용하여 본 발명을 설명하는 경우가 있지만, 상하, 좌우, 전후는, 상대적인 위치 관계에 불과하다. 그 때문에, 웨이퍼 배치대의 방향을 바꾼 경우에는 상하가 좌우가 되거나 좌우가 상하가 되거나 하는 경우가 있지만, 그러한 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 중앙 냉매 유로와 상기 외주 냉매 유로는, 각각 독립적으로 냉매가 공급되는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 중앙 냉매 유로의 상방에 마련된 웨이퍼 배치면 및 외주 냉매 유로의 상방에 마련된 포커스 링 배치면의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 중앙 냉매 유로 및 상기 외주 냉매 유로 중 적어도 한쪽의 옆에는, 상기 상측홈이 마련되고, 상기 상측홈의 저면은, 상기 중앙 냉매 유로의 저면 및 상기 외주 냉매 유로의 저면과 동일한 높이나 그보다 낮은 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 냉매로 냉각되어 온도가 안정된 부분에 상측홈의 저면이 배치되기 때문에, 이보다 위의 부분에 상측홈의 저면을 배치하는 것보다 열 응력에 의한 파손을 한결 억제할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 연결부는, 상기 상측홈과 상기 하측홈을 1개씩 갖는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 상측홈의 수와 하측홈의 수가 최소이기 때문에, 가공 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 냉매 유로를 배치할 수 없는 부분을 적게 할 수 있기 때문에, 냉매 유로의 배치의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 연결부는, 상기 상측홈을 2개 갖고, 상기 하측홈을 1개 갖고, 상기 상측홈과 상기 하측홈이 교대로 배치되어 있는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 상측홈과 하측홈을 1개씩 갖는 경우보다 연결부를 길게 할 수 있어, 연결부에 발생하는 열 응력을 한결 저감할 수 있다. 또한, 중앙 냉매 유로 및 외주 냉매 유로의 양쪽의 옆에 상측홈을 마련한 구조이기 때문에, 한쪽 또는 양쪽의 옆을 하측홈으로 하는 것보다, 냉매로 냉각되어 온도가 비교적 안정된 저위의 부분끼리로 중앙부와 외주부를 연결할 수 있다. 이 때문에, 열 응력에 의한 파손을 한결 억제할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 배치대에 있어서, 상기 냉각 기재는, 금속 매트릭스 복합 재료제인 것으로 하여도 좋다. 본 발명의 웨이퍼 배치대는, 열 응력에 의한 파손을 억제할 수 있기 때문에, 금속 매트릭스 복합 재료와 같은 취약한 재료를 이용한 경우에 특히 유효하다. 금속 매트릭스 복합 재료제의 냉각 기재는, 세라믹 기재를 구성하는 세라믹 재료와 선열팽창 계수가 가깝기 때문에, 세라믹 기재와 냉각 기재를 접합할 때, 양자 간의 팽창 계수차의 영향을 완화하는 층(예컨대 수지 접합층)을 이용할 필요가 없으며, 금속 접합층을 이용할 수 있다. 금속 접합층은, 수지 접합층에 비해서 열 전도율이 높기 때문에, 하이파워 플라즈마로 웨이퍼를 처리하는 경우에 요구되는 발열(拔熱) 능력을 실현할 수 있다.
도 1은 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도이다.
도 2는 웨이퍼 배치대(10)의 평면도이다.
도 3은 웨이퍼 배치대(10)의 횡단면도이다.
도 4는 중앙부(31)와 외주부(35) 사이의 연결부(40)에 있어서의 전열 경로(X)의 설명도이다.
도 5는 웨이퍼 배치대(10)의 별도예의 부분 단면도이다.
도 6은 웨이퍼 배치대(10)의 별도예의 부분 단면도이다.
도 7은 웨이퍼 배치대(10)의 별도예의 부분 단면도이다.
도 8은 웨이퍼 배치대(10)의 별도예의 부분 단면도이다.
도 9는 웨이퍼 배치대(10)의 별도예의 부분 단면도이다.
본 발명의 적합한 실시형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 웨이퍼 배치대(10)의 종단면도(웨이퍼 배치대(10)의 중심축을 포함하는 면으로 절단하였을 때의 단면도)이고, 도 2는 웨이퍼 배치대(10)의 평면도이고, 도 3은 웨이퍼 배치대(10)의 횡단면도(냉매 유로(32, 37)를 통과하는 수평면으로 웨이퍼 배치대(10)를 절단한 단면을 위에서 보았을 때의 단면도)이고, 도 4는 중앙부(31)와 외주부(35) 사이의 연결부(40)에 있어서의 전열 경로(X)의 설명도이다.
웨이퍼 배치대(10)는, 웨이퍼(W)에 플라즈마를 이용하여 CVD나 에칭 등을 행하기 위해 이용되는 것이다. 웨이퍼 배치대(10)는, 중앙 세라믹 기재(20)와, 외주 세라믹 기재(25)와, 냉각 기재(30)를 구비하고 있다. 중앙 세라믹 기재(20)는 중앙 접합층(50)을 통해, 외주 세라믹 기재(25)는 외주 접합층(55)을 통해, 각각 냉각 기재(30)의 상면에 접합되어 있으며, 일체형의 웨이퍼 배치대(10)를 구성하고 있다.
중앙 세라믹 기재(20)는, 알루미나, 질화알루미늄 등으로 대표되는 세라믹 재료로 형성된 원판형의 플레이트이다. 중앙 세라믹 기재(20)는, 웨이퍼(W)가 배치되는 웨이퍼 배치면(20a)을 상면에 갖고 있다. 중앙 세라믹 기재(20)는, 웨이퍼 배치면(20a)에 가까운 측에, 중앙 전극(22)을 내장하고 있다. 중앙 전극(22)은, 원형이며 판형 또는 메쉬형인 단극형의 정전 흡착용 전극이고, 예컨대 W, Mo, WC, MoC 등을 함유하는 재료에 의해 형성되어 있다. 중앙 세라믹 기재(20) 중 중앙 전극(22)보다 상측의 층은 유전체층으로서 기능한다. 중앙 전극(22)에는, 도시하지 않는 직류 전원이 급전 단자(60)를 통해 접속되어 있다. 급전 단자(60)는, 냉각 기재(30) 및 중앙 접합층(50)을 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍에 배치된 절연관(61)을 통과하여, 중앙 세라믹 기재(20)의 하면으로부터 중앙 전극(22)에 이르도록 마련되어 있다.
외주 세라믹 기재(25)는, 알루미나, 질화알루미늄 등으로 대표되는 세라믹 재료로 형성된 원환형의 플레이트이다. 외주 세라믹 기재(25)는, 포커스 링(FR)이 배치되는 포커스 링 배치면(25a)을 상면에 갖고 있다. 외주 세라믹 기재(25)는, 중앙 세라믹 기재(20)의 외주에 배치되어 있고, 포커스 링 배치면(25a)은 웨이퍼 배치면(20a)보다 저위로 되어 있다. 외주 세라믹 기재(25)는, 포커스 링 배치면(25a)에 가까운 측에, 외주 전극(27)을 내장하고 있다. 외주 전극(27)은, 원환형이며 판형 또는 메쉬형인 단극형의 정전 흡착용 전극이고, 예컨대 W, Mo, WC, MoC 등을 함유하는 재료에 의해 형성되어 있다. 외주 세라믹 기재(25) 중 외주 전극(27)보다 상측의 층은 유전체층으로서 기능한다. 외주 전극(27)에는, 도시하지 않는 직류 전원이 급전 단자(65)를 통해 접속되어 있다. 급전 단자(65)는, 냉각 기재(30) 및 외주 접합층(55)을 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍에 배치된 절연관(66)을 통과하여, 외주 세라믹 기재(25)의 하면으로부터 외주 전극(27)에 이르도록 마련되어 있다.
냉각 기재(30)는, 금속 매트릭스 복합 재료(메탈·매트릭스·콤포지트(MMC)라고도 함)제의 원판 부재이다. 냉각 기재(30)는, 내부에 냉매가 순환 가능한 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37)를 구비하고 있다. 중앙 냉매 유로(32)는, 중앙 세라믹 기재(20)가 배치된 전역에 고루 미치도록, 입구(33)에서 출구(34)까지 소용돌이형으로 마련되어 있다. 중앙 냉매 유로(32)의 입구(33) 및 출구(34)는, 도시하지 않는 중앙 냉매 냉각 장치에 접속되어 있고, 출구(34)로부터 배출된 냉매는, 중앙 냉매 냉각 장치로 온도 조정된 후 재차 입구(33)에 복귀되어 중앙 냉매 유로(32) 내에 공급된다. 외주 냉매 유로(37)는, 외주 세라믹 기재(25)가 배치된 전역에 고루 미치도록 입구(38)에서 출구(39)까지 소용돌이형으로 마련되어 있다. 외주 냉매 유로(37)의 입구(38)와 출구(39)는, 중앙 냉매 냉각 장치와는 다른 도시하지 않는 외주 냉매 냉각 장치에 접속되어 있고, 출구(39)로부터 배출된 냉매는, 외주 냉매 냉각 장치로 온도 조정된 후 재차 입구(38)에 복귀되어 외주 냉매 유로(37) 내에 공급된다. 이와 같이, 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37)는, 각각 다른 냉매 냉각 장치에 접속되어 있으며, 각각 독립적으로 냉매가 공급된다. 이에 의해, 냉각 기재(30)의 중앙부(31) 및 외주부(35)의 온도는 각각 독립적으로 제어되며, 나아가서는 웨이퍼 배치면(20a) 및 포커스 링 배치면(25a)의 온도가 각각 독립적으로 제어된다. 냉각 기재(30)는, 플라즈마 발생용의 고주파(RF) 전극으로서도 기능하며, 도시하지 않는 RF 전원에 급전 단자(70)를 통해 접속되어 있다. 급전 단자(70)는, 냉각 기재(30)의 하면에 접합되어 있다.
냉각 기재(30)는, 중앙 냉매 유로(32)의 가장 바깥 가장자리보다 외주측에서 외주 냉매 유로(37)의 가장 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분에 연결부(40)를 갖고 있다. 연결부(40)는, 상면에 개구한 상측홈(42)과, 하면에 개구한 하측홈(44)을 갖고 있다. 상측홈(42)은, 중앙 냉매 유로(32)와 이웃하는 위치(즉 하측홈(44)보다 내주측)에, 냉각 기재(30)의 상면으로부터 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b) 및 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)과 동일한 높이나 그보다 낮은 저면(42b)에 이를 때까지, 환형으로 마련되어 있다. 하측홈(44)은, 외주 냉매 유로(37)와 이웃하는 위치(즉 상측홈(42)보다 외주측)에, 냉각 기재(30)의 하면으로부터, 중앙 냉매 유로(32)의 천장면(32c) 및 외주 냉매 유로(37)의 천장면(37c)과 동일한 높이나 그보다 높은 천장면(44c)에 이를 때까지, 환형으로 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 냉각 기재(30) 중, 상측홈(42)의 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분이 중앙부(31)이고, 하측홈(44)의 바깥 가장자리보다 외주측의 부분이 외주부(35)이며, 그 사이의 부분이 연결부(40)이다.
냉각 기재(30)에 사용하는 MMC는, 중앙 세라믹 기재(20)에 사용하는 세라믹 재료 및 외주 세라믹 기재(25)에 사용하는 세라믹 재료와 열팽창 계수가 가까운 것이 바람직하다. MMC로서는, Si, SiC 및 Ti를 포함하는 재료나 SiC 다공질체에 Al 및/또는 Si를 함침시킨 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. 중앙 세라믹 기재(20) 및 외주 세라믹 기재(25)가 알루미나 기재인 경우, 냉각 기재(30)에 이용하는 MMC로서는 AlSiC나 SiSiCTi 등이 바람직하다. 또한, 중앙 세라믹 기재(20) 및 외주 세라믹 기재(25)가 질화알루미늄 기재인 경우, 냉각 기재(30)에 이용하는 MMC로서는 AlSiC나 SiSiC 등이 바람직하다.
중앙 접합층(50)은, 중앙 세라믹 기재(20)의 하면과 냉각 기재(30)의 중앙부(31)의 상면을 접합하는 금속제의 접합층이다. 중앙 접합층(50)은, 예컨대, 땜납이나 금속 납땜재로 형성된 층이어도 좋다. 중앙 접합층(50)은, 예컨대 Al-Mg계의 접합재나, Al-Si-Mg계의 접합재로 형성된 층이어도 좋다. 중앙 접합층(50)의 두께는, 예컨대 100 ㎛ 전후로 하는 것이 바람직하다. 중앙 접합층(50)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.
외주 접합층(55)은, 외주 세라믹 기재(25)의 하면과 냉각 기재(30)의 외주부(35)의 상면을 접합하는 금속제의 접합층이다. 외주 접합층(55)은, 예컨대, 땜납이나 금속 납땜재로 형성된 층이어도 좋다. 외주 접합층(55)은, 예컨대 Al-Mg계의 접합재나, Al-Si-Mg계의 접합재로 형성된 층이어도 좋다. 외주 접합층(55)의 두께는, 예컨대 100 ㎛ 전후로 하는 것이 바람직하다. 외주 접합층(55)은, 예컨대 TCB에 의해 형성된다.
다음에, 웨이퍼 배치대(10)의 사용예에 대해서 설명한다. 먼저, 도시하지 않는 챔버 내에 웨이퍼 배치대(10)를 설치한 상태에서, 웨이퍼 배치면(20a)에 웨이퍼(W)를 배치하고, 포커스 링 배치면(25a)에 포커스 링(FR)을 배치한다. 포커스 링(FR)은, 웨이퍼(W)와 간섭하지 않도록 상단부의 내주를 따라 단차를 구비하고 있다. 이 상태에서, 중앙 전극(22) 및 외주 전극(27)에 각각 직류 전압을 인가하여, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 배치면(20a)에 흡착시키고, 포커스 링(FR)을 포커스 링 배치면(25a)에 흡착시킨다. 그리고, 챔버의 내부를 소정의 진공 분위기(또는 감압 분위기)가 되도록 설정하고, 챔버 내의 천장 부분에 마련한 도시하지 않는 샤워 헤드로부터 프로세스 가스를 공급하면서, 냉각 기재(30)에 RF 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드 사이에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 그 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다.
플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리하고 있는 동안, 중앙 냉매 유로(32)에는 중앙 냉매 냉각 장치로부터, 외주 냉매 유로(37)에는 외주 냉매 냉각 장치로부터, 각각 독립적으로 냉매를 공급한다. 이에 의해, 중앙 냉매 유로(32)의 상방에 마련된 웨이퍼 배치면(20a) 및 외주 냉매 유로(37)의 상방에 마련된 포커스 링 배치면(25a)의 온도를 독립적으로 제어(냉각)한다. 이때, 냉각 기재(30)에서는, 중앙 냉매 유로(32)가 마련된 중앙부(31)와 외주 냉매 유로(37)가 마련된 외주부(35)가 연결부(40)로 연결되어 있기 때문에, 연결부(40)를 통해 중앙부(31)와 외주부(35) 사이에서 열 이동이 생긴다. 도 4에 중앙부(31)와 외주부(35) 사이의 연결부(40)(일점 쇄선으로 둘러싸인 부분)에 있어서의 전열 경로(X)를 개념적으로 나타낸다(파선 참조). 전열 경로(X)는, 중앙부(31)의 바깥 가장자리 하부로부터, 상측홈(42)의 바닥(저면(42b)으로부터 아래의 부분)을 통과하는 수평 방향의 경로, 상측홈(42)과 하측홈(44) 사이의 벽을 통과하는 상하 방향의 경로, 하측홈(44)의 천장(천장면(44c)으로부터 위의 부분)을 통과하는 수평 방향의 경로를 지나, 외주부(35)의 안쪽 가장자리 상부에 이르는 경로(반대 방향이어도 좋음)이다. 여기서, 만약 하측홈(44)을 생략하면, 연결부(40)에 있어서의 전열 경로는 상측홈(42)의 바닥을 통과하는 수평 방향의 경로만이 되어 짧아진다. 이 상태에서, 중앙부(31)와 외주부(35)의 온도차가 커지면(예컨대, 중앙 냉매 유로(32)에 공급하는 냉매와 외주 냉매 유로(37)에 공급하는 냉매의 온도차가 커지면), 연결부(40)에서의 온도 구배가 커져, 연결부(40)가 열 응력으로 파손될 우려가 있다. 이에 대하여, 본 실시형태의 웨이퍼 배치대(10)에서는, 전술한 바와 같이, 연결부(40)에 있어서의 전열 경로(X)가 수평 방향의 경로뿐만 아니라 상하 방향의 경로를 갖고 있어 길기 때문에, 중앙부(31)와 외주부(35) 사이의 온도차가 커져도 연결부(40)에서의 온도 구배가 지나치게 커지지 않아, 열 응력에 의한 파손이 생기기 어렵다.
이상 설명한 웨이퍼 배치대(10)에서는, 상측홈(42)뿐만 아니라, 하측홈(44)을 갖고, 하측홈(44)의 천장면(44c)이 상측홈(42)의 저면(42b)보다 높기 때문에, 전술한 바와 같이, 열 응력에 의한 파손이 억제된다. 또한, 이 웨이퍼 배치대(10)는, 일체형이기 때문에, 중앙부(31)와 외주부(35)가 별개체인 경우에 비해서 취급이 용이하다.
또한, 중앙 냉매 유로(32)와 외주 냉매 유로(37)는, 각각 독립적으로 냉매가 공급되기 때문에, 중앙 냉매 유로(32)의 상방에 마련된 웨이퍼 배치면(20a) 및 외주 냉매 유로(37)의 상방에 마련된 포커스 링 배치면(25a)의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
또한, 중앙 냉매 유로(32)의 옆에 상측홈(42)이 마련되어 있고, 상측홈(42)의 저면(42b)은 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b) 및 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)보다 낮다. 이러한 구성에서는, 냉매로 냉각되어 온도가 안정된 부분에 상측홈(42)의 저면(42b)이 배치되어 있기 때문에, 이보다 위의 부분에 상측홈(42)의 저면(42b)을 배치하는 것보다 열 응력에 의한 파손을 억제할 수 있다.
또한, 연결부(40)에는 상측홈(42)이 1개, 하측홈(44)이 1개이며, 상측홈의 수와 하측홈의 수가 최소이기 때문에, 가공 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 냉매 유로(32, 37)를 배치할 수 없는 부분을 적게 할 수 있기 때문에, 냉매 유로(32, 37)의 배치의 자유도를 높일 수 있다.
그리고, 냉각 기재(30)는, 중앙 세라믹 기재(20)를 구성하는 세라믹 재료 및 외주 세라믹 기재(25)를 구성하는 세라믹 재료와 선열팽창 계수가 가까운 MMC제이기 때문에, 중앙 세라믹 기재(20) 및 외주 세라믹 기재(25)와 냉각 기재(30)를 접합할 때, 수지 접합층이 아니라 금속 접합층을 이용할 수 있다. 금속 접합층은, 수지 접합층에 비해서 열 전도율이 높기 때문에, 하이파워 플라즈마로 웨이퍼를 처리하는 경우에 요구되는 발열 능력을 실현할 수 있다. 또한, MMC는 도전성을 갖기 때문에, 냉각 기재(30)를 RF 전극으로서도 사용할 수 있어, 별도 RF 전극을 준비할 필요가 없다. 또한, 본 실시형태에서는, 중앙 접합층(50)이나 외주 접합층(55)이 금속제이기 때문에, 이들을 RF 전극으로서 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 외주 세라믹 기재(25)는, 하측홈(44)의 천장의 상면에도 접합되어 있지만, 하측홈(44)의 천장의 상면에 접합되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 하측홈(44)의 천장의 상면을, 도 5와 같이 외주부(35)의 상면보다 1단 낮은 저위면(44a)으로 하여도 좋다. 저위면(44a)은, 하측홈(44)에 이웃하는 냉매 유로(외주 냉매 유로(37))의 천장면(천장면(37c))보다 저위로 하여도 좋고, 동위나 그보다 고위로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 상측홈(42)을 하측홈(44)보다 내주측에 마련하였지만, 도 6과 같이 상측홈(42)을 하측홈(44)보다 외주측에 마련하여도 좋다. 이 경우, 냉각 기재(30) 중, 하측홈(44)의 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분이 중앙부(31)이고, 상측홈(42)의 바깥 가장자리보다 외주측의 부분이 외주부(35)이고, 그 사이의 부분이 연결부(40)이다. 이렇게 하여도, 전술한 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 중앙부(31)의 상면을 외주부(35)의 상면보다 고온으로 하여 이용하는 경우에는 상측홈(42)을 하측홈(44)보다 내주측에 마련하고, 외주부(35)의 상면을 중앙부(31)의 상면보다 고온으로 하여 이용하는 경우에는 상측홈(42)을 하측홈(44)보다 외주측에 마련하여도 좋다. 이렇게 하면, 연결부(40)에 있어서의 전열 경로의 양단부의 온도차를 저감할 수 있다. 도 6에 있어서, 중앙 세라믹 기재(20)는, 하측홈(44)의 천장의 상면에 접합되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 하측홈(44)의 천장의 상면을 중앙부(31)의 상면보다 1단 낮은 저위면으로 하여도 좋다. 저위면은, 하측홈(44)에 이웃하는 냉매 유로(중앙 냉매 유로(32))의 천장면(천장면(32c))보다 저위로 하여도 좋고, 동위나 그보다 고위로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 연결부(40)에는, 상측홈과 하측홈을 1개씩 마련하였지만, 상측홈 및 하측홈 중 적어도 한쪽을 2개 이상 마련하여도 좋다. 그 경우, 상측홈과 하측홈을 교대로 배치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 7과 같이, 하측홈(44)의 외주측에 상측홈(46)을 추가하고, 상측홈을 2개(상측홈(42, 46))와 하측홈을 1개(하측홈(44)) 마련하여도 좋다. 이 경우, 상측홈(42)의 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분이 중앙부(31)이고, 상측홈(46)의 바깥 가장자리보다 외주측의 부분이 외주부(35)이고, 그 사이의 부분이 연결부(40)이다. 이렇게 하면, 상측홈이 1개이며 하측홈이 1개인 경우보다 연결부(40)에 있어서의 전열 경로를 길게 할 수 있어, 연결부(40)에 발생하는 열 응력을 한결 저감할 수 있다. 또한, 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37)의 양쪽의 옆에 상측홈을 마련한 구조이기 때문에, 한쪽 또는 양쪽의 옆을 하측홈으로 하는 것보다, 냉매로 냉각되어 온도가 비교적 안정된 저위의 부분끼리로 중앙부(31)와 외주부(35)를 연결할 수 있다. 이 때문에, 열 응력에 의한 파손을 한결 억제할 수 있다. 또한, 상측홈(46)의 저면(46b)을, 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b) 및 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)과 동일한 높이나 그보다 낮게 하면, 온도가 한결 안정된 부분에 상측홈(46)의 저면(46b)이 배치되기 때문에, 열 응력에 의한 파손이 한결 생기기 어렵다. 또한, 도 8과 같이, 하측홈(44)의 천장의 상면을, 중앙부(31) 및 외주부(35) 중 적어도 한쪽의 상면보다 1단 낮은 저위면(44a)으로 하여도 좋다. 저위면(44a)은, 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37) 중 적어도 한쪽의 천장면보다 저위로 하여도 좋고, 동위나 그보다 고위로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 중앙부(31)의 상면과 외주부(35)의 상면의 높이를 동일하게 하였지만, 중앙부(31)의 상면을 높게 하여도 좋고, 외주부(35)의 상면을 높게 하여도 좋다. 또한, 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b)과 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)의 높이를 동일하게 하였지만, 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b)을 높게 하여도 좋고, 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)을 높게 하여도 좋다. 또한, 중앙 냉매 유로(32)의 천장면(32c)과 외주 냉매 유로(37)의 천장면(37c)의 높이를 동일하게 하였지만, 중앙 냉매 유로(32)의 천장면(32c)을 높게 하여도 좋고, 외주 냉매 유로(37)의 천장면(37c)을 높게 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 상측홈(42)의 저면(42b)을, 중앙 냉매 유로(32)의 저면(32b) 및 외주 냉매 유로(37)의 저면(37b)의 양방과 동일한 높이나 그보다 낮게 하였지만, 이것을 만족시키지 않아도 좋다. 그 경우라도, 상측홈(42)의 저면(42b)은, 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37) 중 상측홈(42)에 이웃하는 냉매 유로의 천장면보다는 저위로 하는 것이 바람직하고, 상측홈(42)에 이웃하는 냉매 유로의 저면과 동일한 높이나 그보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 상측홈(46)의 저면(46b)도 동일하다.
전술한 실시형태에서는, 하측홈(44)의 천장면(44c)을, 중앙 냉매 유로(32)의 천장면(32c) 및 외주 냉매 유로(37)의 천장면(37c)의 양방과 동일한 높이나 그보다 높게 하였지만, 이것을 만족하지 않아도 좋다. 그 경우라도, 하측홈(44)의 천장면(44c)은, 중앙 냉매 유로(32) 및 외주 냉매 유로(37) 중 하측홈(44)에 이웃하는 냉매 유로의 저면보다는 고위로 하는 것이 바람직하고, 하측홈(44)에 이웃하는 냉매 유로의 천장면과 동일한 높이나 그보다 높게 하는 것이 바람직하다.
전술한 실시형태에서는, 냉각 기재(30)는, MMC제로 하였지만, 예컨대 몰리브덴이나 텅스텐, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스강(SUS재) 등의 금속 재료제로 하여도 좋고, 수지 재료제로 하여도 좋다. 이들 중, 금속 재료는 도전성을 갖기 때문에, 냉각 기재(30)를 금속 재료제로 하면, 냉각 기재(30)를 RF 전극으로서도 사용할 수 있다. 또한, 몰리브덴이나 텅스텐 등의 저열팽창 금속 재료는, 중앙 세라믹 기재(20)를 구성하는 세라믹 재료 및 외주 세라믹 기재(25)를 구성하는 세라믹 재료와 선열팽창 계수가 가깝기 때문에, 냉각 기재(30)를 저열팽창 금속 재료제로 하면, 중앙 접합층(50) 및 외주 접합층(55)으로서 수지 접합층이 아니라 금속 접합층을 이용할 수 있다. 또한, 냉각 기재(30)는, 전술한 바와 같이 금속 재료제나 수지제로 하여도 좋지만, 본 발명의 웨이퍼 배치대는, 열 응력에 의한 파손을 억제할 수 있기 때문에, 냉각 기재(30)에 MMC와 같은 취약한 재료를 냉각 기재에 이용한 경우에 특히 유효하다.
전술한 실시형태에서는, 중앙 세라믹 기재(20)에 웨이퍼 흡착용의 중앙 전극(22)을 내장하였지만, 이것 대신에 또는 더하여, 플라즈마 발생용의 RF 전극을 내장하여도 좋다. 이것을 중앙 RF 전극이라고도 칭한다. 이 경우, 중앙 RF 전극에 고주파 전원을 접속한다. 또한, 중앙 세라믹 기재(20)는, 히터 전극(저항 발열체)을 내장하여도 좋다. 이것을 중앙 히터 전극이라고도 칭한다.
전술한 실시형태에서는, 외주 세라믹 기재(25)에 포커스 링 흡착용의 외주 전극(27)을 내장하였지만, 이것 대신에 또는 더하여, 플라즈마 발생용의 RF 전극을 내장하여도 좋다. 이것을 외주 RF 전극이라고도 칭한다. 이 경우, 외주 RF 전극에 고주파 전원을 접속한다. 또한, 외주 세라믹 기재(25)는 히터 전극(저항 발열체)을 내장하여도 좋다. 이것을 외주 히터 전극이라고도 칭한다. 외주 히터 전극은 중앙 히터 전극과는 독립적으로 온도 제어하여도 좋다. 이렇게 하면, 웨이퍼 배치면(20a) 및 포커스 링 배치면(25a)의 온도를, 한결 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 중앙 냉매 유로(32)를 입구(33)부터 출구(34)까지 소용돌이형으로 마련하였지만, 중앙 냉매 유로(32)의 평면 형상은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 복수의 중앙 냉매 유로(32)를 마련하여도 좋다. 또한, 중앙 냉매 유로(32)의 단면은 직사각형으로 하였지만, 중앙 냉매 유로(32)의 단면 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 중앙 냉매 유로(32)의 단면 중 상측의 코너부를 라운딩면으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 중앙 냉매 유로(32)의 단면 중 상측의 코너부를 기점으로 하여 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 외주 냉매 유로(37)도 동일하다.
전술한 실시형태에서는, 냉각 기재(30)는, 일부재로서 기재하였지만, 도 9에 나타내는 바와 같이 상측 부재(131)와 하측 부재(132)가 접합층(135)으로 접합된 구조여도 좋다. 상측 부재(131) 및 하측 부재(132)는, 냉각 기재(30)를 냉매 유로(32)의 천장면을 포함하는 수평면으로 2개로 절단한 형상이다. 접합층(135)은, 금속 접합층인 것이 바람직하다. 또한, 냉각 기재(30)는, 3개 이상의 부재가 접합된 구조여도 좋다.
전술한 실시형태에 있어서, 냉각 기재(30)의 하면으로부터 웨이퍼 배치면(20a)에 이르도록 웨이퍼 배치대(10)를 관통하는 구멍을 마련하여도 좋다. 이러한 구멍으로서는, 웨이퍼(W)의 이면에 열 전도 가스(예컨대 He 가스)를 공급하기 위한 가스 공급 구멍이나, 웨이퍼 배치면(20a)에 대하여 웨이퍼(W)를 상승/하강시키는 리프트 핀을 삽입 관통하기 위한 리프트 핀 구멍 등을 들 수 있다. 열 전도 가스는, 웨이퍼 배치면(20a)에 마련된 도시하지 않는 다수의 소돌기(웨이퍼(W)를 지지함)와 웨이퍼(W)에 의해 형성되는 공간에 공급된다. 리프트 핀 구멍은, 웨이퍼(W)를 예컨대 3개의 리프트 핀으로 지지하는 경우에는 3개소에 마련된다.
본 출원은 2021년 11월 8일에 출원된 일본국 특허 출원 제2021-181625호를 우선권 주장의 기초로 하며, 인용에 의해 그 내용의 전부가 본 명세서에 포함된다.

Claims (5)

  1. 상면에 웨이퍼 배치면을 갖고, 전극을 내장하는 중앙 세라믹 기재와,
    상면에 포커스 링 배치면을 갖고, 상기 중앙 세라믹 기재의 외주에 상기 중앙 세라믹 기재와는 이격하여 배치된 환형의 외주 세라믹 기재와,
    상기 중앙 세라믹 기재의 하면에 중앙부가 접합되고, 상기 외주 세라믹 기재의 하면에 외주부가 접합되고, 상기 중앙부와 상기 외주부를 연결하는 연결부를 갖는 냉각 기재
    를 구비하고,
    상기 냉각 기재는, 상기 중앙부에 마련된 중앙 냉매 유로와, 상기 외주부에 마련된 외주 냉매 유로를 갖고,
    상기 연결부는, 상기 중앙 냉매 유로의 가장 바깥 가장자리보다 외주측에서 상기 외주 냉매 유로의 가장 안쪽 가장자리보다 내주측의 부분에 마련되고, 상면에 개구하며 환형인 상측홈과, 하면에 개구하며 천장면이 상기 상측홈의 저면보다 높은 환형인 하측홈을 각각 1개 이상 갖는 것인, 웨이퍼 배치대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중앙 냉매 유로와 상기 외주 냉매 유로는, 각각 독립적으로 냉매가 공급되는 것인, 웨이퍼 배치대.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중앙 냉매 유로 및 상기 외주 냉매 유로 중 적어도 한쪽의 옆에는, 상기 상측홈이 마련되고, 상기 상측홈의 저면은, 상기 중앙 냉매 유로의 저면 및 상기 외주 냉매 유로의 저면과 동일한 높이이거나 상기 저면보다 낮은 것인, 웨이퍼 배치대.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결부는, 상기 상측홈을 2개 갖고, 상기 하측홈을 1개 갖고, 상기 상측홈과 상기 하측홈이 교대로 배치되어 있는 것인, 웨이퍼 배치대.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 기재는 금속 매트릭스 복합 재료제인 것인, 웨이퍼 배치대.
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