(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1流路及び前記第2流路は、外周部にある入口から中央部にある折り返し部まで渦巻状に形成され、前記折り返し部で折り返され、前記折り返し部から外周部にある出口まで渦巻状に形成されているか、中央部にある入口から外周部にある折り返し部まで渦巻状に形成され、前記折り返し部で折り返され、前記折り返し部から中央部にある出口まで渦巻状に形成されている、請求項1又は2に記載のウエハ載置装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、冷媒流路に供給された冷媒は、冷媒流路を通過する間、セラミックプレートとの熱交換によって加熱され続けるため、冷媒流路内の冷媒には、冷媒流路の入口から出口に向けて温度が高くなる傾向の温度勾配が生じる。冷媒流路1本の長さが長いほど冷媒とセラミックプレートとの熱交換が行われる距離が長いため、他の条件が同じであれば、冷媒流路1本の長さが長いほど冷媒流路の出口付近では冷媒の温度が高温になる。ここで、特許文献1のウエハ載置装置では、冷却プレートに設けられた冷媒流路は、入口と出口が1つずつの1本である。この場合、冷媒流路1本の長さが長く、出口付近では冷媒の温度が高温になる。それにより、冷媒流路の入口側と出口側とで冷媒の温度差が大きくなり、冷却プレートの面内方向の均熱性が低くなることがあった。このため、こうしたウエハ載置装置を用いた場合には、ウエハの均熱性が低いことがあった。
【0005】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウエハの均熱性を高めることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のウエハ載置装置は、
上面にウエハ載置面を有し、電極が内蔵されたセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの前記ウエハ載置面とは反対側の下面に配置され、内部に冷媒流路が設けられた冷却プレートと、
を備え、
前記冷媒流路は、前記ウエハ載置面に平行になるように一筆書きの要領で設けられた第1流路と、前記第1流路に沿うように一筆書きの要領で設けられた第2流路と、を有し、前記第1流路の入口側に前記第2流路の出口があり、前記第1流路の出口側に前記第2流路の入口がある。
【0007】
このウエハ載置装置では、冷媒流路を第1流路と第2流路とに分けることで、冷媒流路1本あたりの長さが短くなる。このため、冷却装置等で設定温度に冷やされた冷媒を第1流路及び第2流路の各々に供給すれば、各冷媒流路の出口付近での冷媒の温度は、冷媒流路を分けない場合ほど高温にならず、冷却プレートの面内方向の温度差を小さくできる。また、このウエハ載置装置では、第1流路に第2流路が沿って対をなすように設けられ、かつ、第1流路と第2流路とは出入口が逆に配置されている。このため、第1流路内の冷媒の温度勾配が、この温度勾配とは逆向きの、第2流路内の冷媒の温度勾配によって相殺され、冷却プレートの面内方向の温度差を小さくできる。こうしたウエハ載置装置を用いれば、ウエハの均熱性を高めることができる。
【0008】
なお、本明細書において、「上」「下」は、絶対的な位置関係を表すものではなく、相対的な位置関係を表すものである。そのため、ウエハ載置装置の向きによって「上」「下」は「下」「上」になったり「左」「右」になったり「前」「後」になったりする。
【0009】
本発明のウエハ載置装置において、前記第1流路は入口と出口が近くにあり、前記第1流路の出入口の近傍では、前記第1流路のうちの入口側の流路と、前記第2流路のうちの出口側の流路と、前記第2流路のうちの入口側の流路と、前記第1流路のうちの出口側の流路とが、この順に隣合って設けられていてもよい。冷媒の供給や排出のための配管をまとめるため、冷媒流路の入口と出口は近くに設けられることが多い。しかし、低温の冷媒が流れる入口と高温の冷媒が流れる出口とが近くに隣合って設けられている場合、隣合う入口と出口との間では、冷却プレートの温度勾配が局所的に大きくなることがある。そこで、入口と出口が近くにある第1流路の出入口の近傍では、第1流路のうちの入口側の流路と、第2流路のうちの出口側の流路と、第2流路のうちの入口側の流路と、第1流路のうちの出口側の流路とを、この順に配置する。こうすれば、第1流路の入口と出口が隣合う場合に、隣合う入口と出口との間で局所的に大きくなることのある冷却プレートの温度勾配が、この温度勾配とは逆向きの、第2流路の出口側の流路と入口側の流路との間で生じる冷却プレートの温度勾配で相殺される。これにより、冷却プレートの面内方向の温度差をより小さくできる。
【0010】
本発明のウエハ載置装置において、前記第1流路及び前記第2流路は、渦巻状に形成されていてもよい。渦巻状であれば、出口側の流路と入口側の流路とが交互に配置され、出口側の流路の隣に出口側の流路が配置されたり、入口側の流路の隣に入口側の流路が配置されたりしない。
【0011】
本発明のウエハ載置装置において、前記第1流路及び前記第2流路は、外周部にある入口から中央部にある折り返し部まで渦巻状に形成され、前記折り返し部で折り返され、前記折り返し部から外周部にある出口まで渦巻状に形成されているか、中央部にある入口から外周部にある折り返し部まで渦巻状に形成され、前記折り返し部で折り返され、前記折り返し部から中央部にある出口まで渦巻状に形成されていてもよい。こうすれば、第1流路及び第2流路を渦巻状に形成するにあたり、第1流路の出入口や第2流路の出入口を近くに設けることができる。また、第1流路の出入口の近傍では、第1流路のうちの入口側の流路と、第2流路のうちの出口側の流路と、第2流路のうちの入口側の流路と、第1流路のうちの出口側の流路とが、この順に隣合って設けられたものにできる。このため、冷却プレートの面内方向の温度差をより小さくできる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。
図1は静電チャックヒータ10の斜視図、
図2は
図1のA−A断面図、
図3は冷却プレート40を面Pで切断した断面図である。面Pは、ウエハ載置面20aと平行で、冷媒流路50を通過する面である。
【0014】
静電チャックヒータ10は、上面にウエハ載置面20aを有するセラミックプレート20と、セラミックプレート20のウエハ載置面20aとは反対側の下面20bに配置された冷却プレート40とを備えている。セラミックプレート20と冷却プレート40とは、絶縁性の接着シート30を介して接合されている。静電チャックヒータ10には、上下方向に貫通する孔27が3つ設けられている。3つの孔27は、セラミックプレート20と同心円上に等間隔となるように設けられている。この孔27に挿入されたリフトピンを突き上げることによりセラミックプレート20のウエハ載置面20aに載置されたウエハWを持ち上げることが可能となっている。孔27のうち、冷却プレート40を貫通する貫通孔27cの表面は、図示しない絶縁材で覆われている。
【0015】
セラミックプレート20は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。セラミックプレート20には、ヒータ電極22と静電電極24とが内蔵されている。ヒータ電極22は、例えば、モリブデン、タングステン又は炭化タングステンを主成分とするコイル又は印刷パターンで作製され、円盤状のセラミックプレート20の全体に行き渡るように一筆書きの要領で一端から他端まで配線されている。ヒータ電極22の一端と他端は、冷却プレート40の下面40bに開口した孔28から差し込まれた図示しない一対の給電棒に接続されている。静電電極24は、例えば、モリブデン、タングステン又は炭化タングステンを主成分とするメッシュ又はプレートで作製され、セラミックプレート20のウエハ載置面20aと平行に設けられている。静電電極24は、孔29に差し込まれた図示しない給電棒に接続されている。孔28,29は、セラミックプレート20の下面20bの開口からヒータ電極22又は静電電極24に至る有底孔と、接着シート30を貫通する貫通孔と、冷却プレート40を上下方向に貫通する貫通孔28c,29cとが連通した孔である。孔28,29のうち、冷却プレート40を貫通する貫通孔28c,29cの表面は、図示しない絶縁材で覆われている。
【0016】
冷却プレート40は、アルミニウムやアルミニウム合金などに代表される金属からなる円盤状のプレートであり、内部に冷媒流路50が設けられている。冷媒流路50は、ウエハ載置面20aに平行になるように設けられており、第1流路52と、第2流路54とを有している。
【0017】
第1流路52は、冷却プレート40のうち、セラミックプレート20が配置された全域に行き渡るように、一筆書きの要領で設けられている。具体的には、第1流路52は、外周部にある入口52iから中央部にある折り返し部52cまで渦巻状に形成され、折り返し部52cで折り返され、折り返し部52cから外周部にある出口52oまで渦巻状に形成されている(
図3参照)。つまり、第1流路52は、2重の渦巻状に形成されている。出口52oは、入口52iよりも内周側で入口52iに近い位置に配置されている。第1流路52の入口52i及び出口52oは、図示しない第1冷却装置に接続されており、出口52oから排出された冷媒は、第1冷却装置で温度調整されたあと再び入口52iに戻されて第1流路52内に供給される。
【0018】
第2流路54は、第1流路52に沿うように、一筆書きの要領で設けられており、第2流路54の出口54oは第1流路52の入口52i側にあり、第2流路54の入口54iは第1流路52の出口52o側にある。具体的には、第2流路54は、第1流路52の出口52oと隣合う入口54iから中央部にある折り返し部54cまで渦巻状に形成され、折り返し部54cで折り返され、折り返し部54cから第1流路52の入口52iに隣合う出口54oまで渦巻状に形成されている(
図3参照)。つまり、第2流路54は、2重の渦巻状に形成されている。第2流路54の入口54i及び出口54oは、図示しない第2冷却装置に接続されており、出口54oから排出された冷媒は、第2冷却装置で温度調整されたあと再び入口54iに戻されて第2流路54内に供給される。
【0019】
次に、本実施形態の静電チャックヒータ10の使用例について説明する。まず、静電チャックヒータ10のウエハ載置面20aにウエハWを載置し、静電電極24に電圧を印加することにより、ウエハWを静電気的な力によってセラミックプレート20に吸着する。この状態で、ウエハWにプラズマCVD成膜やプラズマエッチングなどの処理を施す。このとき、ヒータ電極22に電圧を印加してウエハWを加熱したり、冷却プレート40の冷媒流路50に水などの冷媒を循環してウエハWを冷却したりすることにより、ウエハWの温度を制御する。なお、冷媒流路50のうち、第1流路52と第2流路54は、各々異なる冷媒冷却装置である第1冷却装置及び第2冷却装置に接続されており、第1,2流路52,54を循環する冷媒の温度は独立して制御される。ウエハWの処理が終了したら、静電電極24に印加する電圧をゼロにして静電気的な力を消失させ、孔29に挿入されている図示しないリフトピンを突き上げてウエハWをセラミックプレート20のウエハ載置面20aから上方へリフトピンにより持ち上げる。リフトピンに持ち上げられたウエハWは、図示しない搬送装置によって別の場所へ搬送される。
【0020】
以上説明した本実施形態の静電チャックヒータ10によれば、冷媒流路50を第1流路52と第2流路54とに分けることで、冷媒流路1本あたりの長さが短くなる。このため、冷却装置等で設定温度に冷やされた冷媒を第1,2流路52,54の各々に供給すれば、第1,2流路52,54の出口52o,54o付近での冷媒の温度は、冷媒流路50を分けない場合(例えば、第1流路52の出口52oと第2流路54の入口54iとをつないで1本の冷媒流路にした場合)ほど高温にならず、冷却プレート40の面内方向の温度差を小さくできる。また、第2流路54が第1流路52に沿って対をなすように設けられ、かつ、第1流路52と第2流路54とは出入口が逆に配置されている。このため、第1流路52内の冷媒の温度勾配が、この温度勾配とは逆向きの、第2流路54内の冷媒の温度勾配によって相殺され、冷却プレート40の面内方向の温度差を小さくできる。こうしたウエハ載置装置を用いれば、ウエハWの均熱性を高めることができる。
【0021】
また、本実施形態の静電チャックヒータ10では、第1,2流路52,54の入口52i,54iや出口52o,54oが近くに設けられている。このため、冷媒の供給や排出のための配管をまとめることができる。また、第1流路52の入口52i及び出口52oの近傍では、第1流路52のうちの入口52i側の流路と、第2流路54のうちの出口54o側の流路と、第2流路54のうちの入口54i側の流路と、第1流路52のうちの出口52o側の流路とが、この順に隣合って設けられている。このため、第1流路52の入口52iと出口52oとが隣合う場合にはその間で局所的に大きくなることのある冷却プレート40の温度勾配が、この温度勾配とは逆向きの、第2流路54の出口54o側の流路と入口54i側の流路との間で生じる冷却プレート40の温度勾配で相殺される。これにより、冷却プレート40の面内方向の温度差をより小さくできる。
【0022】
また、本実施形態の静電チャックヒータ10では、第1,2流路52,54は、渦巻状に形成されている。このため、出口側の流路と入口側の流路とが交互に配置され、出口側の流路の隣に出口側の流路が配置されたり、入口側の流路の隣に入口側の流路が配置されたりしない。こうした配置では、出口側の流路内の比較的高温な冷媒は、隣にある入口側の流路内の比較的低温な冷媒との熱交換によって冷却されるため、隣に出口側の流路がある場合よりも、出口側の流路内の冷媒温度が入口側の流路内の冷媒温度に近づく。また、入口側の流路内の比較的低温な冷媒は、隣にある出口側の流路内の比較的高温な冷媒との熱交換によって加熱されるため、隣に入口側の流路がある場合よりも、入口側の流路内の冷媒温度が出口側の流路内の冷媒温度に近づく。これにより、冷却プレート40の面内方向の温度差をより小さくできる。また、第1,2流路52,54が渦巻状であるため、少ない折り返し数でセラミックプレート20が配置された全域に流路を行き渡らせることができ、流路内の冷媒の流れを円滑にできる。
【0023】
また、本実施形態の静電チャックヒータ10では、第1,2流路52,54は、それぞれ2重の渦巻状に形成されている。このため、第1,2流路52,54を渦巻状に形成するにあたり、第1,2流路52,54の入口52i,54iや出口52o,54oを近くに設けることができる。また、第1流路52の入口52i及び出口52oの近傍では、第1流路52のうちの入口52i側の流路と、第2流路54のうちの出口54o側の流路と、第2流路54のうちの入口54i側の流路と、第1流路52のうちの出口52o側の流路とが、この順に隣合って設けられたものにできる。このため、冷却プレート40の面内方向の温度差をより小さくできる。
【0024】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【0025】
例えば、上述した実施形態において、第1流路52は、
図4に示すように、外周部に折り返し部52cがあり、中央部に入口52i及び出口52oがあってもよい。この場合、第2流路54も、外周部に折り返し部54cがあり、中央部に入口54i及び出口54oがあればよい。
【0026】
上述した実施形態において、第1,2流路52,54は、
図5に示すように、それぞれ1重の渦巻状に形成されていてもよい。
図5では、第1流路52は、外周部にある入口52iから中央部にある出口52oまで1重の渦巻状に形成されており、第2流路54は、中央部にある入口54iから外周部にある出口54oまで第1流路52に沿うように1重の渦巻状に形成されている。こうしても、出口側の流路と入口側の流路とが交互に配置されるため、出口側の流路の隣に出口側の流路があったり、入口側の流路の隣に入口側の流路がある場合よりも、冷却プレート40の面内方向の温度差を小さくできる。なお、第1,2流路52,54は、3重以上の渦巻状に形成されていてもよい。
【0027】
上述した実施形態において、第1,2流路52,54は、渦巻状に形成されていなくてもよい。例えば、
図6や
図7に示すように、流路の途中で折り返しを繰り返しながら、一筆書きの要領で設けられていてもよい。
図6では、第1流路52は、外周部前方の入口52iから略半周の円弧を描く度に内側に折り返して中央部に向かって左半分の領域に行き渡るとともに、それと左右対称になるように右半分の領域に行き渡って外周部前方にある出口52oに至るように形成されている。第2流路54は、第1流路52の出口52oの左隣にある入口54iから、第1流路52の入口52iの右隣にある出口54oに至るまで、第1流路52に沿うように形成されている。こうした配置では、第1,2流路52,54の入口52i,54iや出口52o,54oを近くに設けることができる。また、第1流路52の入口52i及び出口52oの近傍では、第1流路52のうちの入口52i側の流路と、第2流路54のうちの出口54o側の流路と、第2流路54のうちの入口54i側の流路と、第1流路52のうちの出口52o側の流路とが、この順に隣合って設けられたものにできる。
図7では、第1流路52は、外周部前方の入口52iから直線的に中央部に至り、中央部からは、一周よりも若干短い弧を描く度に外側に折り返して外周部に向かい、外周部後方の出口52oに至るように形成されている。第2流路54は、第1流路52の出口52oの右隣にある入口54iから、第1流路52の入口52iの右隣にある出口54oまで、第1流路52に沿うように形成されている。第1,2流路52,54は、ジグザグ状に形成されていてもよい。
【0028】
上述した実施形態及び別例において、第1流路52の入口52iと出口52oは逆に配置されていてもよい。この場合、第2流路54の入口54iと出口54oも逆に配置される。
【0029】
上述した実施形態及び別例において、対をなしている第1流路52と第2流路54との間の間隔A(
図3参照)は、対と対との間の間隔Bよりも狭くしたが、同じとしてもよい。
図3〜5のように、出口側の流路と入口側の流路とが交互に配置されている場合には、隣の流路との熱交換が両隣で同程度に行われるよう、対をなしている第1流路52と第2流路54との間隔が、対と対との間の間隔と同程度である方が好ましい。一方、
図6,7のように、出口側の流路の隣に出口側の流路が配置されたり(例えば
図6の左側の一点鎖線で囲まれた部分を参照)、入口側の流路の隣に入口側の流路が配置されたり(例えば
図6の右側の二点鎖線で囲まれた部分を参照)している場合には、対をなしている第1流路52と第2流路54との間での熱交換が円滑に行われるよう、対をなしている第1流路52と第2流路54との間隔が、対と対との間の間隔よりも狭い方が好ましい。
【0030】
上述した実施形態及び別例では、冷却プレート40は、貫通孔として、貫通孔27c〜29cを備えているものとしたが、これらのうちの1以上を省略してもよい。また、貫通孔として、セラミックプレート20の表面にHeガスなどを供給するガス孔や、セラミックプレート20を測温をするセンサの挿入孔などを備えていてもよい。なお、貫通孔の配置は限定されないが、対をなしている第1流路52と第2流路54との間ではなく、対と対との間に配置することが好ましい。こうすれば、対をなしている第1流路52と第2流路54との間での熱交換が円滑に行われる。
【0031】
上述した実施形態及び別例において、セラミックプレート20には、セラミックプレート20を複数に分割したゾーンごとにヒータ電極22が埋設されていてもよい。こうすれば、セラミックプレート20の各ゾーンに適した温度制御ができる。また、冷却プレート40には、冷却プレート40を複数に分割したゾーンごとに第1流路52及び第2流路54の両方が設けられていてもよい。
【0032】
上述した実施形態及び別例では、セラミックプレート20には、ヒータ電極22と静電電極24とが内蔵されているものとしたが、電極が内蔵されていれば電極の種類は限定されない。例えば、静電電極及びヒータ電極の少なくとも一方が内蔵されていてもよいし、RF電極が内蔵されていてもよい。