特許 7478903 ウエハ載置台

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】ウエハ載置台

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240425BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALN20240425BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20240425BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/31 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023509410

(86)(22)【出願日】2022-06-28

(86)【国際出願番号】 JP2022025789

【審査請求日】2023-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久野 達也

(72)【発明者】

【氏名】石川 征樹

(72)【発明者】

【氏名】井上 靖也

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－１３５１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－１３５１４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－４１０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－５３４８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極を内蔵するセラミック基材を備え前記セラミック基材の上面にウエハ載置面を有する上部基材と、
前記上部基材のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に配置され、冷媒を流通させる冷媒流路又は前記冷媒流路の側壁及び底を構成する冷媒流路溝を備えた下部基材と、
前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差するように前記下部基材を上下方向に貫通する貫通孔と、
前記上部基材の下面のうち前記貫通孔に対向する位置に設けられたネジ穴と、
前記貫通孔に前記下部基材の下面から挿入され、前記ネジ穴に螺合されたネジ部材と、
前記ネジ部材が挿入された前記貫通孔から前記下部基材の下面に前記冷媒が漏れ出すのを防止する冷媒漏出防止部材と、
を備えたウエハ載置台。

【請求項2】

前記下部基材は、前記冷媒流路溝を備え、
前記上部基材は、前記セラミック基材と、前記セラミック基材の下側に配置され前記冷媒流路の天井を構成する天井基材と、前記セラミック基材と前記天井基材とを接合する金属接合層と、を備える、
請求項１に記載のウエハ載置台。

【請求項3】

前記天井基材は、前記セラミック基材との４０～４００℃の線熱膨張係数差の絶対値が１．５×１０^-6／Ｋ以下である、
請求項２に記載のウエハ載置台。

【請求項4】

前記天井基材は、金属とセラミックとの複合材料製である、
請求項３に記載のウエハ載置台。

【請求項5】

前記上部基材の下面と前記下部基材の上面との間には、放熱シートが配置されている、
請求項１～４のいずれか１項に記載のウエハ載置台。

【請求項6】

前記下部基材は、易加工性材料製である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のウエハ載置台。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ載置台に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ウエハ載置面を有し電極を内蔵するセラミック基材と、セラミック基材のうちウエハ載置面とは反対側の面に配置された金属板とを備えたウエハ載置台が知られている。特許文献１には、こうしたウエハ載置台において、金属板に複数の貫通孔を設けると共に、セラミック基材の下面のうち各貫通孔に対向する位置にネジ穴を設け、各貫通孔に金属板の下面からネジ部材を差し込んでネジ穴に螺合してセラミック基材と金属板とを締結している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／０３８０４４号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうした構造のウエハ載置台において、ウエハの冷却効率を向上させるために、金属板に冷媒流路を設けることが考えられる。その場合、ネジ部材を避けるようにして冷媒流路を設けると、冷媒流路の設計の自由度が低下すると共にネジ部材を設けた箇所は冷却されにくくなる。そのため、ウエハの面内温度分布を所望の温度分布に設定しにくいという問題があった。

【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、上部基材と下部基材とをネジ部材で締結したウエハ載置台においてウエハの面内温度分布を所望の温度分布に設定しやすくすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］本発明のウエハ載置台は、
電極を内蔵するセラミック基材を備え前記セラミック基材の上面にウエハ載置面を有する上部基材と、
前記上部基材のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に配置され、冷媒を流通させる冷媒流路又は前記冷媒流路の側壁及び底を構成する冷媒流路溝を備えた下部基材と、
前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差するように前記下部基材を上下方向に貫通する貫通孔と、
前記上部基材の下面のうち前記貫通孔に対向する位置に設けられたネジ穴と、
前記貫通孔に前記下部基材の下面から挿入され、前記ネジ穴に螺合されたネジ部材と、
前記ネジ部材が挿入された前記貫通孔から前記下部基材の下面に前記冷媒が漏れ出すのを防止する冷媒漏出防止部材と、
を備えたものである。

【0007】

このウエハ載置台では、上部基材と下部基材とはネジ部材で締結される。下部基材は、冷媒流路又は冷媒流路溝を備えている。ネジ部材は、冷媒流路又は冷媒流路溝と交差するように下部基材を上下方向に貫通する貫通孔に下部基材の下面から挿入されて上部基材のネジ穴に螺合される。また、冷媒漏出部材により、ネジ部材が挿入された貫通孔から冷媒が漏れ出すのが防止される。こうすることにより、ネジ部材を迂回して冷媒流路を設ける必要がなくなるため、冷媒流路又は冷媒流路溝の設計の自由度が向上する。また、ネジ部材が冷媒で冷却されるため、ネジ部材を設けた箇所も冷却されやすい。その結果、本発明のウエハ載置台によれば、ウエハの面内温度分布を所望の温度分布に設定しやすくなる。

【0008】

なお、本明細書では、上下、左右、前後などを用いて本発明を説明することがあるが、上下、左右、前後は、相対的な位置関係に過ぎない。そのため、ウエハ載置台の向きを変えた場合には上下が左右になったり左右が上下になったりすることがあるが、そうした場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0009】

［２］本発明のウエハ載置台（前記［１］に記載のウエハ載置台）において、前記下部基材は、前記冷媒流路溝を備え、前記上部基材は、前記セラミック基材と、前記セラミック基材の下側に配置され前記冷媒流路の天井を構成する天井基材と、前記セラミック基材と前記天井基材とを接合する金属接合層と、を備えるものとしてもよい。

【0010】

［３］本発明のウエハ載置台（前記［２］に記載のウエハ載置台）において、前記天井基材は、前記セラミック基材との４０～４００℃の線熱膨張係数差の絶対値が１．５×１０^-6／Ｋ以下であるものとしてもよい。こうすれば、セラミック基材と天井基材との熱膨張差が小さいため、熱応力による上部基材の反りや破損を抑制できる。なお、本明細書では、４０℃と４００℃の長さを測定して求めた線熱膨張係数を、４０～４００℃の線熱膨張係数と称する。

【0011】

［４］本発明のウエハ載置台（前記［２］又は［３］に記載のウエハ載置台）において、前記天井基材は、金属とセラミックとの複合材料製であるものとしてもよい。金属とセラミックとの複合材料は、セラミック基材との線熱膨張係数差の絶対値を小さくすることができるし、セラミック材料よりも靱性が高いため熱応力が生じても破損しにくい。

【0012】

［５］本発明のウエハ載置台（前記［１］～［４］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記上部基材の下面と前記下部基材の上面との間には、放熱シートが配置されているものとしてもよい。こうすれば、放熱シートは上部基材と下部基材とがネジ部材によって締結されることにより上部基材と下部基材にしっかりと密着するため、上部基材の熱が下部基材へ速やかに伝導しやすくなる。その結果、ウエハを冷却する効率が高まる。

【0013】

［６］本発明のウエハ載置台（前記［１］～［５］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記下部基材は易加工性材料製であるものとしてもよい。こうすれば、下部基材に冷媒流路又は冷媒流路溝を容易に形成することができるため、加工コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】チャンバ９４に設置されたウエハ載置台１０の縦断面図。

【図2】図１の部分拡大図。

【図3】ウエハ載置台１０の平面図。

【図4】ウエハ載置台１０を上部基材２０と下部基材３０との間で切断した切断面を上から見たときの断面図。

【図5】ウエハ載置台１０の製造工程図（上部基材２０の製造工程）。

【図6】ウエハ載置台１０の製造工程図（下部基材３０の製造工程）。

【図7】ウエハ載置台１０の製造工程図（ウエハ載置台１０の組立工程）。

【図8】ネジ部材５０をＯリング５３でシールしたときの縦断面図。

【図9】ネジ部材５０をＯリング５８でシールしたときの縦断面図。

【図10】ウエハ載置台１１０の縦断面図。

【図11】ウエハ載置台２１０の縦断面図。

【図12】冷媒流路３２のうちネジ部材５０が存在する部分を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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はチャンバ９４に設置されたウエハ載置台１０の縦断面図（ウエハ載置台１０の中心軸を含む面で切断したときの断面図）、図２は図１の部分拡大図、図３はウエハ載置台１０の平面図、図４はウエハ載置台１０を上部基材２０と下部基材３０との間で切断した切断面を上から見たときの断面図である。本明細書において数値範囲を示す「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

【0016】

ウエハ載置台１０は、ウエハＷにプラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うために用いられるものであり、半導体プロセス用のチャンバ９４の内部に設けられた設置板９６に固定されている。ウエハ載置台１０は、上部基材２０と、下部基材３０と、放熱シート４０と、ネジ部材５０とを備えている。

【0017】

上部基材２０は、セラミック基材２１と、セラミック基材２１の下側に配置され冷媒流路３２の天井を構成する天井基材２３と、セラミック基材２１と天井基材２３とを接合する金属接合層２５とを備えている。上部基材２０の厚みは、強度を考慮すると８ｍｍ以上や１０ｍｍ以上であることが好ましく、冷却効率を考慮すると２５ｍｍ以下であることが好ましい。

【0018】

セラミック基材２１は、円形のウエハ載置面２１ａを備えている。ウエハ載置面２１ａには、ウエハＷが載置される。セラミック基材２１は、アルミナ、窒化アルミニウムなどに代表されるセラミック材料で形成されている。セラミック基材２１は、ウエハ載置面２１ａに近い側に、ウエハ吸着用電極２２を内蔵している。ウエハ吸着用電極２２は、例えばＷ、Ｍｏ、ＷＣ、ＭｏＣなどを含有する材料によって形成されている。ウエハ吸着用電極２２は、円板状又はメッシュ状の単極型の静電電極である。セラミック基材２１のうちウエハ吸着用電極２２よりも上側の層は誘電体層として機能する。ウエハ吸着用電極２２には、ウエハ吸着用直流電源５２が給電端子５４を介して接続されている。給電端子５４は、下部基材３０、天井基材２３及び金属接合層２５を上下方向に貫通する穴に配置された絶縁管５５を通過して、セラミック基材２１の下面からウエハ吸着用電極２２に至るように設けられている。ウエハ吸着用直流電源５２とウエハ吸着用電極２２との間には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７が設けられている。

【0019】

天井基材２３は、セラミック基材２１よりも一回り大きな円板であり、導電材料で作製されている。導電材料としては、例えば、複合材料や金属などが挙げられる。複合材料としては、金属とセラミックとの複合材料などが挙げられる。金属とセラミックとの複合材料としては、金属マトリックス複合材料（メタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ））やセラミックマトリックス複合材料（セラミック・マトリックス・コンポジット（ＣＭＣ））などが挙げられる。こうした複合材料の具体例としては、Ｓｉ，ＳｉＣ及びＴｉを含む材料やＳｉＣ多孔質体にＡｌ及び／又はＳｉを含浸させた材料などが挙げられる。Ｓｉ，ＳｉＣ及びＴｉを含む材料をＳｉＳｉＣＴｉといい、ＳｉＣ多孔質体にＡｌを含浸させた材料をＡｌＳｉＣといい、ＳｉＣ多孔質体にＳｉを含浸させた材料をＳｉＳｉＣという。金属としては、Ｍｏなどが挙げられる。天井基材２３に使用する材料は、セラミック基材２１に使用するセラミック材料との４０～４００℃の線熱膨張係数差の絶対値が１．５×１０^-6／Ｋ以下であることが好ましく、１．０×１０^-6／Ｋ以下であることがより好ましく、０．５×１０^-6／Ｋ以下であることが更に好ましい。天井基材２３の厚みは、強度を考慮すると３ｍｍ以上や６ｍｍ以上であることが好ましく、冷却効率を考慮すると２０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0020】

天井基材２３の下面には、複数のネジ穴２４が設けられている。ネジ穴２４は、後述する貫通孔３６と対向する位置に設けられている。ネジ穴２４は、天井基材２３の下面に円柱穴を設けてその円柱穴に直接ネジ溝を切ることにより形成されているが、特にこれに限定されない。例えば、ネジ穴２４を、円柱穴に螺旋状のネジインサートを挿入することにより形成してもよいし、円柱穴に特許文献１の雌ネジ付き端子（例えば袋ナットなど）を挿入してろう接してもよい。隣接する２つのネジ穴２４の中心間間隔は、特に限定するものではないが、例えば１００ｍｍ以下であることが好ましい。こうすれば、上部基材２０と下部基材３０とをより緊密に締結することができ、ひいては放熱シート４０の熱伝導性能が向上する。

【0021】

金属接合層２５は、セラミック基材２１の下面と天井基材２３の上面とを接合する。金属接合層２５は、例えば、はんだや金属ろう材で形成された層であってもよい。金属接合層２５は、例えばＴＣＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ）により形成される。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する公知の方法をいう。

【0022】

下部基材３０は、易加工性材料製の円板部材である。本実施形態では、下部基材３０の外径は天井基材２３の外径と同じである。下部基材３０の上面には、冷媒流路溝３４が設けられている。冷媒流路溝３４は、冷媒流路３２の側壁及び底を構成するものである。冷媒流路溝３４は、セラミック基材２１が配置された全域に行き渡るように、冷媒流路３２の入口３２ａから出口３２ｂまで一筆書きの要領で渦巻き状に形成されている（図４）。冷媒流路３２の入口３２ａ及び出口３２ｂは、下部基材３０の下面と冷媒流路溝３４の底面とを貫通している。冷媒流路３２の入口３２ａ及び出口３２ｂは、図示しない冷媒冷却装置に接続されており、出口３２ｂから排出された冷媒は、冷媒冷却装置で温度調整されたあと再び入口３２ａに戻されて冷媒流路３２内に供給される。冷媒流路３２を流れる冷媒は、液体が好ましく、電気絶縁性であることが好ましい。電気絶縁性の液体としては、例えばフッ素系不活性液体などが挙げられる。下部基材３０に使用する易加工性材料は、天井基材２３よりも加工が容易なものが好ましい。加工性の指標としては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０１７０（２０２０）に示された被削性指数を用いることができる。易加工性材料としては、被削性指数が４０以上の材料が好ましく、１００以上の材料がより好ましく、１４０以上の材料がさらに好ましい。易加工性材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）などが挙げられる。

【0023】

下部基材３０は、ＲＦ電源６２に給電端子６４を介して接続されている。そのため、下部基材３０は、プラズマ発生用の高周波（ＲＦ）電極としても機能する。下部基材３０とＲＦ電源６２との間には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６３が配置されている。

【0024】

下部基材３０は、複数の貫通孔３６を有する。貫通孔３６は、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）と交差するように下部基材３０を上下方向に貫通している。具体的には、貫通孔３６は、図２に示すように、下部基材３０の下面と冷媒流路３２の底とを貫通する段差孔である。貫通孔３６は、ネジ部材５０の頭部５０ａを収納する大径部３６ａと、ネジ部材５０の足部５０ｂは通過するが頭部５０ａは通過不能な小径部３６ｂとを有する。

【0025】

放熱シート４０は、上部基材２０の下面と下部基材３０の上面との間に配置されている。本実施形態では、放熱シート４０は、天井基材２３の下面と下部基材３０の上面のうち冷媒流路溝３４が設けられておらずシール部材４２，４４も設けられていない部分との間に配置されている。放熱シート４０は、上部基材２０と下部基材３０との間に挟まれて上下方向に圧縮されている。こうすることにより、放熱シート４０は上部基材２０の下面と下部基材３０の上面にしっかりと密着するため、上部基材２０の熱が下部基材３０へ速やかに伝導する。放熱シート４０の熱抵抗は、０．３５Ｋ・ｃｍ²／Ｗ以下が好ましく、０．１Ｋ・ｃｍ²／Ｗ以下がより好ましい。放熱シート４０のヤング率は、１００ＭＰａ以下が好ましく、２０ＭＰａ以下がより好ましく、５ＭＰａ以下がさらに好ましい。熱抵抗は、例えばＡＳＴＭ Ｄ５４７０に準じて測定することができる。放熱シート４０は、具体的には、カーボン及び樹脂を含むシートであることが好ましい。カーボンとしては、グラファイトやカーボンファイバー、カーボンナノチューブなどが挙げられ、樹脂としては、シリコーン樹脂などが挙げられる。グラファイトの場合、グラファイトを構成するグラフェンの面方向が上下方向に沿うように配置するのが好ましく、カーボンファイバーやカーボンナノチューブの場合、軸方向が上下方向に沿うように配置するのが好ましい。放熱シート４０の材料としては、例えばサーマル・インタフェース・マテリアル（ＴＩＭ）を用いることができる。放熱シート４０の具体例としては、ＥＸ２００００Ｃ４Ｓ（デクセリアルズ社製）、ＧｒａｐｈｉｔｅＰＡＤやＧｒａｐｈｉｔｅＴＩＭ（登録商標）（いずれもパナソニック社製）などが挙げられる。放熱シート４０のポアソン比は、０．４以下が好ましく、０．３以下がより好ましく、０．２以下がさらに好ましい。放熱シート４０のポアソン比が小さいほど、ネジ部材５０の締結力が放熱シート４０の全面にわたって均等に伝わり、横方向に逃げにくいため、放熱シート４０はその全面にわたって天井基材２３と下部基材３０にしっかりと密着する。そのため、ウエハＷをより均一に冷却できる。放熱シート４０のショア硬度（ＳｈｏｒｅＯＯ）は、５０以上８０以下としてもよい。放熱シート４０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下がより好ましい。

【0026】

ネジ部材５０は、図２に示すように、大径の頭部５０ａと小径の足部５０ｂとを有する。ネジ部材５０は、貫通孔３６に下部基材３０の下面から挿入され、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）を通過して天井基材２３のネジ穴２４に螺合される。ネジ部材５０の材料は、導電性及び熱伝導性の良好な材料が好ましく、例えばステンレス鋼が好ましい。ネジ部材５０の頭部５０ａと貫通孔３６の段差部（大径部３６ａと小径部３６ｂとの境界）との間には、Ｏリング５１が配置されている。ネジ部材５０の頭部５０ａは、下部基材３０の下面から下方へ飛び出さないように大径部３６ａに収納されている。ネジ部材５０をネジ穴２４に螺合することにより、上部基材２０と下部基材３０とは放熱シート４０やシール部材４２，４４を挟み込んだ状態で締結される。これにより、放熱シート４０やシール部材４２，４４は上下方向に圧縮される。シール部材４２は、外径が下部基材３０の直径よりもやや小さい金属製又は樹脂製のリングであり、上下方向に圧縮されることでシール性を発揮して冷媒が冷媒流路３２から外周側に漏れ出すのを防止する。シール部材４４は、絶縁管５５の外側に挿入された金属製または樹脂製のリングであり、上下方向に圧縮されることでシール性を発揮する。Ｏリング５１は、ネジ部材５０の頭部５０ａと貫通孔３６の段差部との間で上下方向に圧縮されてシール性を発揮する。これにより、Ｏリング５１は、ネジ部材５０が挿入された貫通孔３６から下部基材３０の下面に冷媒流路３２内の冷媒が漏れ出すのを防止する。冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）の幅は、冷媒の流れが足部５０ｂによって滞ることのない大きさに設定されている。

【0027】

なお、金属接合層２５の側面（外周面）、天井基材２３の上面及び側面、下部基材３０の側面は、必要に応じて絶縁膜で被覆してもよい。絶縁膜としては、例えばアルミナやイットリアなどの溶射膜が挙げられる。

【0028】

次に、ウエハ載置台１０の製造例を図４～図６を用いて説明する。図４～図６はウエハ載置台１０の製造工程図であり、図４は上部基材２０の製造工程を示し、図５は下部基材３０の製造工程を示し、図６はウエハ載置台１０の組立工程を示す。

【0029】

上部基材２０は、例えば以下のように作製する。まず、セラミック基材２１を、セラミック粉末の成形体をホットプレス焼成することにより作製する（図５Ａ）。セラミック基材２１は、ウエハ吸着用電極２２を内蔵している。次に、セラミック基材２１の下面からウエハ吸着用電極２２まで穴２１ｂをあけ（図５Ｂ）、その穴２１ｂに給電端子５４を挿入して給電端子５４とウエハ吸着用電極２２とを接合する（図５Ｃ）。

【0030】

これと並行して、円板状の天井基材２３を作製し（図５Ｄ）、天井基材２３に上下方向に貫通する貫通孔２３ｂを形成すると共に天井基材２３の下面の所定位置にネジ穴２４を形成する（図５Ｅ）。セラミック基材２１がアルミナ製の場合、天井基材２３はＳｉＳｉＣＴｉ製かＡｌＳｉＣ製であることが好ましい。ＳｉＳｉＣＴｉやＡｌＳｉＣであれば、熱膨張係数を、アルミナの熱膨張係数と概ね同じにすることができるからである。

【0031】

ＳｉＳｉＣＴｉ製の天井基材２３は、例えば以下のように作製することができる。まず、炭化珪素と金属Ｓｉと金属Ｔｉとを混合して粉体混合物を作製する。次に、得られた粉体混合物を一軸加圧成形により円板状の成形体を作製し、その成形体を不活性雰囲気下でホットプレス焼結させることにより、ＳｉＳｉＣＴｉ製の天井基材２３を得る。

【0032】

次に、天井基材２３の上面に円形の金属接合材を配置する。金属接合材には、天井基材２３の貫通孔２３ｂに連通する貫通孔を設けておく。そして、セラミック基材２１の給電端子５４を金属接合材の貫通孔及び天井基材２３の貫通孔２３ｂに挿入しつつ、セラミック基材２１を金属接合材の上に載せる。これにより、天井基材２３と金属接合材とセラミック基材２１とを下からこの順に積層した積層体を得る。この積層体を加熱しながら加圧することにより（ＴＣＢ）、上部基材２０を得る（図５Ｆ）。上部基材２０は、天井基材２３の上面に、金属接合層２５を介してセラミック基材２１が接合されたものである。

【0033】

ＴＣＢは、例えば以下のように行われる。すなわち、金属接合材の固相線温度以下（例えば、固相線温度から２０℃引いた温度以上固相線温度以下）の温度で積層体を加圧して接合し、その後室温に戻す。これにより、金属接合材は金属接合層（あるいは導電接合層）になる。このときの金属接合材としては、Ａｌ－Ｍｇ系接合材やＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を使用することができる。例えば、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を用いてＴＣＢを行う場合、真空雰囲気下で加熱した状態で積層体を加圧する。金属接合材は、厚みが１００μｍ前後のものを用いるのが好ましい。

【0034】

また、上部基材２０の作製と並行して、易加工性材料を用いて円板状の下部基材３０を作製する（図６Ａ）。次に、下部基材３０を上下方向に貫通する端子孔３０ｂを形成すると共に下部基材３０の上面に冷媒流路溝３４を形成する。また、冷媒流路溝３４の一端と他端に冷媒流路３２の入口３２ａと出口３２ｂを形成し、冷媒流路溝３４の所望の位置に大径部３６ａと小径部３６ｂとを有する貫通孔３６を形成する（図６Ｂ）。

【0035】

次に、上部基材２０と下部基材３０とをネジ部材５０で締結することによりウエハ載置台１０を作製する。具体的には、まず、図７Ａに示すように、下部基材３０の上面に、放熱シート４０を配置する。放熱シート４０は、下部基材３０と同径の円形シートから、冷媒流路溝３４の開口と一致する部分を切り抜いたものである。放熱シート４０のうちシール部材４２，４４を配置する部分も切り抜かれている。次に、下部基材３０の外周に沿ってシール部材４２を配置すると共に、端子孔３０ｂの開口縁に沿ってシール部材４４を配置する。次に、上部基材２０の給電端子５４を端子孔３０ｂに挿入しながら、下部基材３０の上面に配置された放熱シート４０及びシール部材４２，４４の上に上部基材２０を載せる。次に、各貫通孔３６に対して、ネジ部材５０を下部基材３０の下面から挿入して上部基材２０のネジ穴２４に螺合する。これにより、放熱シート４０は上部基材２０と下部基材３０との間で圧縮されて高い熱伝導性能を発揮する。また、シール部材４２，４４は上部基材２０と下部基材３０との間で圧縮されてシール性を発揮する。その後、端子孔３０ｂに、給電端子５４を挿通する絶縁管５５を配置する（図７Ｂ）。以上のようにして、ウエハ載置台１０を得ることができる。

【0036】

次に、ウエハ載置台１０の使用例について図１を用いて説明する。まず、ウエハ載置台１０をチャンバ９４の設置板９６に設置する。具体的には、最初に、設置板９６の上面と下部基材３０の下面との間に、シール部材８０，８２ａ，８２ｂを配置する。シール部材８０は、外径が下部基材３０の直径よりもやや小さい金属製又は樹脂製のリングであり、上下方向に圧縮可能である。シール部材８２ａ，８２ｂは、冷媒流路３２の入口３２ａ及び出口３２ｂの開口縁に沿って配置される金属製又は樹脂製のリングであり、上下方向に圧縮可能である。次に、ネジ部材７０を、設置板９６の下面からネジ挿通孔９７を介して下部基材３０の下面に設けられたネジ穴３８に螺合する。こうすることにより、シール部材８２ａ，８２ｂは上下方向に圧縮されてシール性を発揮して冷媒がシール部材８２ａ，８２ｂから外側に漏出するのを防止する。

【0037】

設置板９６に設置されたウエハ載置台１０のウエハ載置面２１ａには、円盤状のウエハＷが載置される。この状態で、ウエハ吸着用電極２２にウエハ吸着用直流電源５２の直流電圧を印加してウエハＷをウエハ載置面２１ａに吸着させる。また、温度調節した冷媒を冷媒流路３２の入口３２ａに供給し、出口３２ｂから冷媒を排出する。そして、チャンバ９４の内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、シャワーヘッド９８からプロセスガスを供給しながら、下部基材３０にＲＦ電源６２からのＲＦ電圧を印加する。すると、ウエハＷとシャワーヘッド９８との間でプラズマが発生する。そして、そのプラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。

【0038】

以上説明したウエハ載置台１０では、上部基材２０と下部基材３０とはネジ部材５０で締結される。下部基材３０は、冷媒流路溝３４を備えている。ネジ部材５０は、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）と交差するように下部基材３０を上下方向に貫通する貫通孔３６に下部基材３０の下面から挿入されて上部基材２０のネジ穴２４に螺合される。また、Ｏリング５１（冷媒漏出防止部材）により、ネジ部材５０が挿入された貫通孔３６から冷媒が漏れ出すのが防止される。こうすることにより、ネジ部材５０を迂回して冷媒流路３２を設ける必要がなくなるため、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）の設計の自由度が向上する。また、ネジ部材５０が冷媒で冷却されるため、ネジ部材５０を設けた箇所も冷却されやすい。その結果、ウエハ載置台１０によれば、ウエハＷの面内温度分布を所望の温度分布に設定しやすくなる。

【0039】

また、天井基材２３は、セラミック基材２１との４０～４００℃の線熱膨張係数差の絶対値が１．５×１０^-6／Ｋ以下であることが好ましい。こうすれば、セラミック基材２１と天井基材２３との熱膨張差が小さいため、熱応力による上部基材２０の反りや破損を抑制できるし、セラミック基材２１と天井基材２３とを接合する金属接合層２５の破損も抑制できる。また、金属接合層２５は、樹脂に比べてセラミック基材２１と天井基材２３との熱伝導を良好にする。

【0040】

更に、天井基材２３は、金属とセラミックとの複合材料製であることが好ましい。金属とセラミックとの複合材料は、セラミック基材２１との線熱膨張係数差の絶対値を小さくすることができるし、セラミック材料よりも靱性が高いため熱応力が生じても破損しにくい。また、こうした複合材料は導電性を有するため、ＲＦ電極として使用することもできる。

【0041】

更にまた、上部基材２０の下面と下部基材３０の上面との間には、放熱シート４０が配置されている。放熱シート４０は上部基材２０と下部基材３０とがネジ部材５０によって締結されることにより上部基材２０と下部基材３０にしっかりと密着する。そのため、上部基材２０の熱が下部基材３０へ速やかに伝導しやすくなる。その結果、ウエハＷを冷却する効率が高まる。

【0042】

そして、下部基材３０は易加工性材料製である。こうすれば、下部基材３０に冷媒流路溝３４を容易に形成することができるため、加工コストを低減できる。また、下部基材３０を金属とセラミックとの複合材料（例えばＭＭＣやＣＭＣ）で形成した場合に比べて、材料コストを低く抑えることができる。

【0043】

そしてまた、放熱シート４０は導電性を有している。これにより、下部基材３０は天井基材２３や金属接合層２５と同電位になるため、天井基材２３や金属接合層２５をＲＦ電極として用いることができ、ウエハＷの上方でプラズマを生成しやすくなる。なお、導電性のネジ部材５０を使用し、下部基材３０と天井基材２３とをネジ部材５０を介して同電位となるようにしてもよい。

【0044】

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。

【0045】

上述した実施形態では、ネジ部材５０の頭部５０ａと貫通孔３６の段差部との間に、冷媒漏出防止部材としてＯリング５１を配置したが、冷媒漏出防止部材はＯリング５１に限定されない。例えば、図８に示すように、Ｏリング５３を、貫通孔３６の小径部３６ｂの内周面とネジ部材５０の足部５０ｂの外周面との間に配置してもよい。この場合、Ｏリング５３は、貫通孔３６の小径部３６ｂの内周面とネジ部材５０の足部５０ｂの外周面との間に挟まれて圧縮されることによりシール性を発揮する。そのため、Ｏリング５３は、冷媒が貫通孔３６から外部へ漏出を防止する。あるいは、図９に示すように、下部基材３０の下面のうち貫通孔３６の大径部３６ａの開口縁にＯリング５８を配置し、下部基材３０の下面を覆う円板部材５６を下部基材３０にネジ止めしてもよい。この場合、Ｏリング５８は、下部基材３０の下面と円板部材５６の上面との間に挟まれて圧縮されることによりシール性を発揮する。そのため、Ｏリング５８は、冷媒が貫通孔３６から外部へ漏出を防止する。なお、図８及び図９では上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0046】

上述した実施形態では、上部基材２０は、セラミック基材２１と天井基材２３とを金属接合層２５で接合したものとしたが、特にこれに限定されない。例えば、図１０に示すウエハ載置台１１０のように、上部基材１２０を、セラミック基材単層としてもよい。なお、図１０では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0047】

上述した実施形態では、上部基材２０と下部基材３０とをネジ部材５０で締結したウエハ載置台１０をチャンバ９４の設置板９６に設置したが、特にこれに限定されない。例えば、図１１に示すウエハ載置台２１０のように、下部基材３０をチャンバ９４の設置板９６と兼用してもよい。なお、図１１では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0048】

上述した実施形態では、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）の幅をネジ部材５０の足部５０ｂの有無にかかわらず一定としたが、特にこれに限定されない。例えば、ウエハＷの面内温度分布を所望の温度分布にするために、冷媒流路３２（冷媒流路溝３４）のうちネジ部材５０の足部５０ｂが存在する部分の幅を広げたり（図１２Ａ参照）、狭めたり（図１２Ｂ参照）してもよい。

【0049】

上述した実施形態では、下部基材３０は、上面に冷媒流路溝３４を備えたものとしたが、特にこれに限定されない。例えば、下部基材３０は、冷媒流路３２を内蔵していてもよい。

【0050】

上述した実施形態では、上部基材２０の下面と下部基材３０の上面との隙間に放熱シート４０を配置したが、特にこれに限定されない。例えば、放熱シート４０の配置を省略してもよい。その場合、放熱シート４０の代わりに冷媒が入り込むことになるが、上部基材２０の下面と下部基材３０の上面との隙間に入り込んだ冷媒は流れにくくその場にとどまることが多い。そのため、その隙間を利用して上部基材２０の熱を下部基材３０に逃がすのが困難になる。したがって、上述した実施形態のように、その隙間に熱抵抗の低い（熱伝導の良い）放熱シート４０を配置するのが好ましい。

【0051】

上述した実施形態では、すべてのネジ部材５０を冷媒流路３２内に設けたが、一部のネジ部材５０を冷媒流路３２内に設け、残りのネジ部材５０を冷媒流路３２の外側に設けてもよい。

【0052】

上述した実施形態では、放熱シート４０は導電性を有するものを例示したが、放熱シート４０は絶縁性であってもよい。

【0053】

上述した実施形態では、セラミック基材２１にウエハ吸着用電極２２を内蔵したが、これに代えて又は加えて、プラズマ発生用のＲＦ電極を内蔵してもよい。この場合、下部基材３０ではなくＲＦ電極に高周波電源を接続する。また、セラミック基材２１は、ヒータ電極（抵抗発熱体）を内蔵してもよい。この場合、ヒータ電極にヒータ電源を接続する。セラミック基材２１は、電極を１層内蔵していてもよいし、２層以上内蔵していてもよい。

【0054】

上述した実施形態では、冷媒流路３２は入口３２ａから出口３２ｂまで渦巻状に設けたが、冷媒流路３２の形状は特に限定されない。また、上述した実施形態では、１本の冷媒流路３２を設けたが、冷媒流路３２を複数本設けてもよい。

【0055】

上述した実施形態では、セラミック基材２１はセラミック粉末の成形体をホットプレス焼成することにより作製したが、そのときの成形体は、テープ成形体を複数枚積層して作製してもよいし、モールドキャスト法によって作製してもよいし、セラミック粉末を押し固めることによって作製してもよい。

【0056】

上述した実施形態では、下部基材３０を易加工性材料で作製したが、特にこれに限定されない。例えば、下部基材３０を金属とセラミックとの複合材料で作製してもよい。但し、材料コストを考慮すると、アルミニウムやアルミニウム合金などの易加工性材料を用いることが好ましい。

【0057】

上述した実施形態のウエハ載置台１０において、下部基材３０の下面からウエハ載置面２１ａに至るようにウエハ載置台１０を貫通する穴を設けてもよい。こうした穴としては、ウエハＷの裏面に熱伝導ガス（例えばＨｅガス）を供給するためのガス供給穴や、ウエハ載置面２１ａに対してウエハＷを上下させるリフトピンを挿通するためのリフトピン穴などが挙げられる。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明のウエハ載置台は、例えば半導体製造装置に用いられる。

【符号の説明】

【0059】

１０ ウエハ載置台、２０ 上部基材、２１ セラミック基材、２１ａ ウエハ載置面、２１ｂ 穴、２２ ウエハ吸着用電極、２３ 天井基材、２３ｂ 貫通孔、２４ ネジ穴、２５ 金属接合層、３０ 下部基材、３０ｂ 端子孔、３２ 冷媒流路、３２ａ 入口、３２ｂ 出口、３４ 冷媒流路溝、３６ 貫通孔、３６ａ 大径部、３６ｂ 小径部、３８ ネジ穴、４０ 放熱シート、４２，４４ シール部材、５０ ネジ部材、５０ａ 頭部、５０ｂ 足部、５１ Ｏリング、５２ ウエハ吸着用直流電源、５３ Ｏリング、５４ 給電端子、５５ 絶縁管、５６ 円板部材、５８ Ｏリング、６２ ＲＦ電源、６４ 給電端子、７０ ネジ部材、８０，８２ａ，８２ｂ シール部材、９４ チャンバ、９６ 設置板、９７ ネジ挿通孔、９８ シャワーヘッド、１１０ ウエハ載置台、１２０ 上部基材、２１０ ウエハ載置台。

【要約】

ウエハ載置台１０は、上部基材２０と、下部基材３０と、貫通孔３６と、ネジ穴２４と、ネジ部材５０と、を備える。上部基材２０は、電極２２を内蔵するセラミック基材２１を備えセラミック基材２１の上面にウエハ載置面２１ａを有する。下部基材３０は、上部基材２０のうちウエハ載置面２１ａとは反対側の面に配置され、冷媒流路３２の側壁及び底を構成する冷媒流路溝３４を備える。貫通孔３６は、冷媒流路３２と交差するように下部基材３０を上下方向に貫通する。ネジ穴２４は、上部基材２０の下面のうち貫通孔３６に対向する位置に設けられている。ネジ部材５０は、貫通孔３６に下部基材３０の下面から挿入され、ネジ穴２４に螺合される。冷媒は、貫通孔３６から下部基材３０の下面に漏れ出さないように構成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】