特許 7580361 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(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】ウエハ載置台

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241101BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021183241

(22)【出願日】2021-11-10

(65)【公開番号】P2023070861

(43)【公開日】2023-05-22

【審査請求日】2023-07-20

(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】井上 靖也

(72)【発明者】

【氏名】久野 達也

(72)【発明者】

【氏名】森岡 育久

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０２８９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１４１９７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１４５２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５６０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４０５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９８６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３２４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１８８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面にウエハを載置可能なウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
冷媒流路を有する冷却基材と、
前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
前記冷却基材を上下方向に貫通する穴と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記冷媒流路のうち平面視で前記ウエハ載置面と重複する領域での最上流部と最下流部の前記冷媒流路の断面積は、前記最上流部に比べて前記最下流部の方が小さく、
前記冷媒流路の高さは均一で、前記冷媒流路の幅は前記最上流部に比べて前記最下流部の方が狭くなっており、
前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなるように、前記穴の周辺領域において前記穴から遠い流路壁を前記穴に近づけることにより前記冷媒流路の幅を狭めている、
ウエハ載置台。

【請求項2】

前記冷媒流路の断面積は、前記冷媒流路の前記最上流部から前記最下流部に向かって小さくなっている、
請求項１に記載のウエハ載置台。

【請求項3】

前記冷媒流路の断面積は、前記冷媒流路に設けられるフィンの数、前記フィンの厚さ及び前記フィンの長さの少なくとも１つによって調整されている、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。

【請求項4】

前記最下流部での前記冷媒流路の断面積は、前記最上流部での前記冷媒流路の断面積の６０～９０％である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のウエハ載置台。

【請求項5】

前記冷却基材は、金属マトリックス複合材料で作製され、
前記接合層は、金属接合層である、
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、冷媒流路を有する冷却基材と、セラミック基材と冷却基材とを接合する接合層とを備えたウエハ載置台が知られている。例えば、特許文献１，２には、こうしたウエハ載置台において、冷却基材として、線熱膨張係数がセラミック基材と同程度の金属マトリックス複合材料で作製されたものを用いる点が記載されている。また、ウエハ載置台に、電極に給電するための給電端子を挿通する端子穴やウエハの裏面にＨｅガスを供給するためのガス穴やウエハをウエハ載置面から持ち上げるリフトピンを挿通するためのリフトピン穴を設ける点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５６６６７４８号公報

【文献】特許第５６６６７４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、冷媒は入口から出口にかけて温度が上昇するが、冷媒流路の断面形状は冷媒流路の入口から出口まで一定であるため、ウエハは冷媒流路の入口付近では冷えやすく出口付近では冷えにくい傾向にあり、結果としてウエハの均熱性が十分得られないことがあった。

【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台は、
上面にウエハを載置可能なウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
冷媒流路を有する冷却基材と、
前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記冷媒流路のうち平面視で前記ウエハ載置面と重複する領域での最上流部と最下流部の前記冷媒流路の断面積は、前記最上流部に比べて前記最下流部の方が小さい、
ものである。

【0007】

このウエハ載置台では、冷媒流路のうち平面視でウエハ載置面と重複する領域での最上流部と最下流部の冷媒流路の断面積は、最上流部に比べて最下流部の方が小さい。ウエハ載置台の使用時、冷媒は冷媒流路の最上流部から最下流部に向かって高温のウエハから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路を流れる冷媒の温度は最上流部に比べて最下流部の方が高くなる。一方、冷媒流路の断面積は冷媒流路の最上流部に比べて最下流部の方が小さいため、圧力損失は最上流部に比べて最下流部の方が大きくなり、冷媒とウエハとの熱交換は最上流部に比べて最下流部の方が促進される。そのため、総合的には、ウエハ載置面のうち冷媒流路の最上流部に対向する位置と最下流部に対向する位置との温度差を小さくすることができる。したがって、ウエハの均熱性が高くなる。

【0008】

本発明のウエハ載置台において、前記冷媒流路の断面積は、前記冷媒流路の前記最上流部から前記最下流部に向かって小さくなっていてもよい。こうすれば、ウエハの均熱性がより高くなる。

【0009】

本発明のウエハ載置台において、前記冷媒流路の断面積は、前記冷媒流路に設けられるフィンの数、前記フィンの厚さ及び前記フィンの長さの少なくとも１つによって調整されていてもよい。

【0010】

本発明のウエハ載置台において、前記最下流部での前記冷媒流路の断面積は、前記最上流部での前記冷媒流路の断面積の６０～９０％であってもよい。この割合が９０％以下であれば、ウエハＷの均熱性が十分高くなる。また、この割合が６０％以上であれば、圧力損失が大きくなりすぎることがなく、十分な流量で冷媒を流すことができる。

【0011】

本発明のウエハ載置台において、前記冷却基材は、金属マトリックス複合材料で作製されていてもよく、前記接合層は、金属接合層であってもよい。冷却基材が金属マトリックス複合材料、かつ接合層が金属接合層の構造では、冷媒流路からウエハ載置面までの熱抵抗が小さいため、ウエハ温度は冷媒の温度勾配の影響を受けやすい。そのため、本発明を適用する意義が高い。また、金属接合層は熱伝導率が高いため抜熱に適している。更に、セラミック基材と金属マトリックス複合材料製の冷却基材とは熱膨張差を小さくすることができるため、金属接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0012】

本発明のウエハ載置台は、前記冷却基材を上下方向に貫通する穴を備えていてもよく、前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなっていてもよい。一般にウエハのうちこうした穴の直上周辺はホットスポットになりやすいが、ここではこうした穴の周辺領域では穴の周辺領域から外れた領域に比べて冷媒流路の断面積が小さくなっている。そのため、穴の周辺領域の抜熱が促進される。したがって、ウエハの均熱性がより高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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】冷媒流路３２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図。

【図3】ウエハ載置台１０の製造工程図。

【図4】冷媒流路８２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図。

【図5】冷媒流路３２の途中に幅ｗの狭い部分３２ｘを設けた例の縦断面図。

【図6】ＦＲ載置面を有さないセラミック基材２０を用いた例の縦断面図。

【図7】冷媒流路２３２を備えたウエハ載置台の縦断面図。

【図8】冷媒流路３３２を備えたウエハ載置台の縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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は冷媒流路３２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図である。なお、図２には端子穴５１、給電端子５４及び絶縁管５５などを省略した。

【0015】

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、セラミック基材２０と、冷却基材３０と、金属接合層４０とを備えている。

【0016】

セラミック基材２０は、円形のウエハ載置面２２ａを有する中央部２２の外周に、環状のフォーカスリング載置面２４ａを有する外周部２４を備えている。以下、フォーカスリングは「ＦＲ」と略すことがある。ウエハ載置面２２ａには、ウエハＷが載置され、ＦＲ載置面２４ａには、フォーカスリング７８が載置される。セラミック基材２０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。ＦＲ載置面２４ａは、ウエハ載置面２２ａに対して一段低くなっている。

【0017】

セラミック基材２０の中央部２２は、ウエハ載置面２２ａに近い側に、ウエハ吸着用電極２６を内蔵している。ウエハ吸着用電極２６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２６は、円板状又はメッシュ状の単極型の静電吸着用電極である。セラミック基材２０のうちウエハ吸着用電極２６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２６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、ウエハ載置台１０のうちウエハ吸着用電極２６の下面と冷却基材３０の下面との間に設けられた端子穴５１に挿通されている。給電端子５４は、端子穴５１のうち冷却基材３０及び金属接合層４０を上下方向に貫通する貫通穴に配置された絶縁管５５を通過して、セラミック基材２０の下面からウエハ吸着用電極２６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２６との間には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３が設けられている。

【0018】

冷却基材３０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）ともいう）製の円板部材である。冷却基材３０は、内部に冷媒が循環可能な冷媒流路３２を備えている。この冷媒流路３２は、冷媒供給路３６及び冷媒排出路３８に接続されており、冷媒排出路３８から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路３６に戻される。ＭＭＣ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。セラミック基材２０がアルミナ基材の場合、冷却基材３０に用いるＭＭＣとしては熱膨張係数がアルミナに近いＡｌＳｉＣやＳｉＳｉＣＴｉなどが好ましい。冷却基材３０は、ＲＦ電源６２に給電端子６４を介して接続されている。冷却基材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。冷却基材３０は、下面側にウエハ載置台１０を設置板９６にクランプするのに用いられるフランジ部３４を有する。

【0019】

冷媒流路３２は、図２に示すように、冷媒流路３２を水平面で切断した断面を上からみたときに、冷却基材３０のうちフランジ部３４を除く領域の全体にわたって入口３２ａから出口３２ｓまで一筆書きの要領で形成されている。本実施形態では、冷媒流路３２はジグザグ状に形成されている。具体的には、冷媒流路３２は、冷媒供給路３６に繋がる入口３２ａから円弧部３２ｂ、折り返し部３２ｃ、直線部３２ｄ、折り返し部３２ｅ、直線部３２ｆ、折り返し部３２ｇ、直線部３２ｈ、折り返し部３２ｉ、直線部３２ｊ、折り返し部３２ｋ、直線部３２ｌ、折り返し部３２ｍ、直線部３２ｎ、折り返し部３２ｏ、直線部３２ｐ、折り返し部３２ｑ及び円弧部３２ｒを経て冷媒排出路３８に繋がる出口３２ｓに至るように、ジグザグ状に形成されている。ここで、冷媒流路３２のうち平面視でウエハ載置面２２ａと重複する領域で最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌとを定めたとき、最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌは、図２に示す位置になる。冷媒流路３２の幅ｗは、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が狭くなっており、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に狭くなっている。換言すれば、冷媒流路３２の流路断面積は、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が小さくなっており、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に小さくなっている。そのため、冷媒流路３２の圧力損失は、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が大きくなっており、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に大きくなっている。本実施形態では、冷媒流路３２の高さ（底面から天井面までの長さ）は均一である。なお、最下流部３２Ｌでの流路断面積は、最上流部３２Ｕでの流路断面積の６０～９０％であることが好ましい。

【0020】

冷媒流路３２の位置と流路断面積との関係をグラフに表したとき、冷媒流路３２の流路断面積は、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって連続的に小さくなっていてもよいし、階段状に小さくなっていてもよいが、連続的に小さくなっていることが好ましい。最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって連続的に小さくなる場合としては、例えば、一定の勾配（傾き）で連続的に小さくなっていてもよいし、下に凸の曲線を描きながら小さくなっていてもよいし、上に凸の曲線を描きながら小さくなっていてもよい。

【0021】

金属接合層４０は、セラミック基材２０の下面と冷却基材３０の上面とを接合する。金属接合層４０は、例えば、はんだや金属ロウ材で形成された層であってもよい。金属接合層４０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】

セラミック基材２０の外周部２４の側面、金属接合層４０の外周及び冷却基材３０の側面は、絶縁膜４２で被覆されている。絶縁膜４２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。

【0023】

こうしたウエハ載置台１０は、チャンバ９４の内部に設けられた設置板９６にクランプ部材７０を用いて取り付けられる。クランプ部材７０は、断面が略逆Ｌ字状の環状部材であり、内周段差面７０ａを有する。ウエハ載置台１０と設置板９６とは、クランプ部材７０によって一体化されている。ウエハ載置台１０の冷却基材３０のフランジ部３４に、クランプ部材７０の内周段差面７０ａを載置した状態で、クランプ部材７０の上面からボルト７２が差し込まれて設置板９６の上面に設けられたネジ穴に螺合されている。ボルト７２は、クランプ部材７０の円周方向に沿って等間隔に設けられた複数箇所（例えば８箇所とか１２箇所）に取り付けられる。クランプ部材７０やボルト７２は、絶縁材料で作製されていてもよいし、導電材料（金属など）で作製されていてもよい。

【0024】

次に、ウエハ載置台１０の製造例を図３を用いて説明する。図３はウエハ載置台１０の製造工程図である。まず、セラミック基材２０の元となる円板状のセラミック焼結体１２０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３Ａ）。セラミック焼結体１２０は、ウエハ吸着用電極２６を内蔵している。次に、セラミック焼結体１２０の下面からウエハ吸着用電極２６までの間に端子穴上部１５１ａを形成する（図３Ｂ）。そして、端子穴上部１５１ａ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２６とを接合する（図３Ｃ）。

【0025】

これと並行して、２つのＭＭＣ円板部材１３１，１３６を作製する（図３Ｄ）。そして、両方のＭＭＣ円板部材１３１，１３６に上下方向に貫通する穴をあけると共に、上側のＭＭＣ円板部材１３１の下面に最終的に冷媒流路３２となる溝１３２を形成する（図３Ｅ）。具体的には、上側のＭＭＣ円板部材１３１には、穴として端子穴中間部１５１ｂをあけると共に、マシニング加工することにより溝１３２を形成する。また、下側のＭＭＣ円板部材１３６には、穴として端子穴下部１５１ｃ、冷媒供給用の貫通穴１３３及び冷媒排出用の貫通穴１３４をあける。セラミック焼結体１２０がアルミナ製の場合、ＭＭＣ円板部材１３１，１３６はＳｉＳｉＣＴｉ製かＡｌＳｉＣ製であることが好ましい。アルミナの熱膨張係数とＳｉＳｉＣＴｉやＡｌＳｉＣの熱膨張係数とは、概ね同じだからである
。

【0026】

ＳｉＳｉＣＴｉ製の円板部材は、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製の円板部材を得る。

【0027】

次に、上側のＭＭＣ円板部材１３１の下面と下側のＭＭＣ円板部材１３６の上面との間に金属接合材を配置すると共に、上側のＭＭＣ円板部材１３１の上面に金属接合材を配置する。各金属接合材には、各穴に対向する位置に貫通穴を設けておく。そして、セラミック焼結体１２０の給電端子５４を端子穴中間部１５１ｂ及び端子穴下部１５１ｃに挿入し、セラミック焼結体１２０を上側のＭＭＣ円板部材１３１の上面に配置された金属接合材の上に載せる。これにより、下側のＭＭＣ円板部材１３６と金属接合材と上側のＭＭＣ円板部材１３１と金属接合材とセラミック焼結体１２０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）、接合体１１０を得る（図３Ｆ）。接合体１１０は、冷却基材３０の元となるＭＭＣブロック１３０の上面に、金属接合層４０を介してセラミック焼結体１２０が接合されたものである。ＭＭＣブロック１３０は、上側のＭＭＣ円板部材１３１と下側のＭＭＣ円板部材１３６とが金属接合層１３５を介して接合されたものである。ＭＭＣブロック１３０は、冷媒流路３２、冷媒供給路３６、冷媒排出路３８及び端子穴５１を有する。端子穴５１は、端子穴上部１５１ａと端子穴中間部１５１ｂと端子穴下部１５１ｃとが連なった穴である。

【0028】

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。

【0029】

続いて、セラミック焼結体１２０の外周を切削して段差を形成することにより、中央部２２と外周部２４とを備えたセラミック基材２０とする。また、ＭＭＣブロック１３０の外周を切削して段差を形成することにおり、フランジ部３４を備えた冷却基材３０とする。また、端子穴５１のうちセラミック基材２０の下面から冷却基材３０の下面まで、給電端子５４を挿通する絶縁管５５を配置する。更に、セラミック基材２０の外周部２４の側面、金属接合層４０の周囲及び冷却基材３０の側面を、セラミック粉末を用いて溶射することにより絶縁膜４２を形成する（図３Ｇ）。これにより、ウエハ載置台１０を得る。

【0030】

なお、図１の冷却基材３０は、一体品として記載したが、図３Ｇに示すように２つの部材が金属接合層で接合された構造であってもよいし、３つ以上の部材が金属接合層で接合された構造であってもよい。

【0031】

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。チャンバ９４の設置板９６には、上述したようにウエハ載置台１０がクランプ部材７０によって固定されている。チャンバ９４の天井面には、プロセスガスを多数のガス噴射孔からチャンバ９４の内部へ放出するシャワーヘッド９８が配置されている。

【0032】

ウエハ載置台１０のＦＲ載置面２４ａには、フォーカスリング７８が載置され、ウエハ載置面２２ａには、円盤状のウエハＷが載置される。フォーカスリング７８は、ウエハＷと干渉しないように上端部の内周に沿って段差を備えている。この状態で、ウエハ吸着用電極２６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２２ａに吸着させる。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、冷却基材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。なお、ウエハＷがプラズマ処理されるのに伴ってフォーカスリング７８も消耗するが、フォーカスリング７８はウエハＷに比べて厚いため、フォーカスリング７８の交換は複数枚のウエハＷを処理したあとに行われる。

【0033】

ハイパワープラズマでウエハＷを処理する場合には、ウエハＷを効率的に冷却する必要がある。ウエハ載置台１０では、セラミック基材２０と冷却基材３０との接合層として、熱伝導率の低い樹脂層ではなく、熱伝導率の高い金属接合層４０を用いている。そのため、ウエハＷから熱を引く能力（抜熱能力）が高い。また、セラミック基材２０と冷却基材３０との熱膨張差は小さいため、金属接合層４０の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。更に、冷媒流路３２の幅ｗは、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が狭くなっている。つまり、冷媒流路３２の断面積は、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が小さい。そのため、冷媒流路３２の圧力損失は、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が大きい。ウエハ載置台１０の使用時、冷媒は冷媒流路３２の最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって高温のウエハＷから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路３２を流れる冷媒の温度は最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が高くなる。一方、冷媒流路３２の圧力損失は冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が大きくなっているため、冷媒とウエハとの熱交換は最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が促進される。そのため、総合的には、ウエハ載置面２２ａのうち冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに対向する位置と最下流部３２Ｌに対向する位置との温度差を小さくすることができる。冷媒流路３２を流れる冷媒の流速は、１５～５０Ｌ／ｍｉｎとするのが好ましく、２０～４０Ｌ／ｍｉｎとするのがより好ましい。

【0034】

以上説明した本実施形態のウエハ載置台１０では、冷媒流路３２の断面積は、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が小さいため、ウエハＷの均熱性が高くなる。

【0035】

また、冷媒流路３２の断面積は、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に小さくなっている。そのため、ウエハＷの均熱性がより高くなる。

【0036】

更に、冷媒流路３２の断面積は、冷媒流路３２の幅ｗによって調整されている。そのため、冷媒流路３２の断面積を比較的容易に調整することができる。

【0037】

更にまた、冷媒流路３２は、冷却基材３０を平面視したときにジグザグ状に形成されている。そのため、冷媒流路３２を冷却基材３０の全体にわたって引き回しやすくなる。

【0038】

そして、最下流部３２Ｌでの冷媒流路の断面積は、最上流部３２Ｕでの冷媒流路の断面積の６０～９０％であることが好ましい。この割合が９０％以下であれば、ウエハＷの均熱性が十分高くなる。また、この割合が６０％以上であれば、圧力損失が大きくなりすぎることがなく、十分な流量で冷媒を流すことができる。

【0039】

そしてまた、冷却基材３０は、ＭＭＣで作製され、金属接合層４０を介してセラミック基材２０に接合されている。冷却基材３０がＭＭＣ、かつ接合層が金属接合層４０の構造では、冷媒流路３２からウエハ載置面２２ａまでの熱抵抗が小さいため、ウエハ温度は冷媒の温度勾配の影響を受けやすい。そのため、本発明を適用する意義が高い。また、金属接合層４０は熱伝導率が高いため抜熱に適している。更に、セラミック基材２０とＭＭＣ製の冷却基材３０とは熱膨張差を小さくすることができるため、金属接合層４０の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0040】

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。

【0041】

上述した実施形態において、平面視でジグザグ状の冷媒流路３２の代わりに、図４に示すように、平面視で渦巻き状の冷媒流路８２を採用してもよい。冷媒流路８２は、中心部に設けられた入口８２ａから外周部に設けられた出口８２ｂまで一筆書きの要領で、冷却基材３０のフランジ部３４を除く部分の全体に渦巻き状に形成されている。この場合、冷媒流路８２のうち平面視でウエハ載置面２２ａと重複する領域で最上流部８２Ｕと最下流部８２Ｌとを定めたとき、最上流部８２Ｕと最下流部８２Ｌは、図４に示す位置になる。冷媒流路８２の幅ｗ（流路断面積）は、最上流部８２Ｕに比べて最下流部８２Ｌの方が短くなっている。幅ｗは、最上流部８２Ｕから最下流部８２Ｌに向かって徐々に短くなっている。なお、冷媒流路８２の外周部を入口とし、中心部を出口としてもよい。

【0042】

上述した実施形態において、図５に示すように、冷媒流路３２は、端子穴５１の周辺領域に、端子穴５１の周辺領域から外れた領域に比べて冷媒流路３２の幅ｗ（流路断面積）が狭くなっている部分３２ｘを設けてもよい。なお、図５では、冷媒流路３２に部分３２ｘを備えたこと以外は、上述した実施形態と同様である。幅ｗは、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が狭くなっている。また、幅ｗは、端子穴５１の周辺領域を除いて、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に狭くなっている。一般にウエハ載置面２２ａのうちこうした端子穴５１の直上周辺はホットスポットになりやすいが、ここではこうした端子穴５１の周辺領域ではそこから外れた領域に比べて幅ｗ（流路断面積）が狭くなっている。そのため、端子穴５１の周辺領域の抜熱が促進される。したがって、ウエハＷの均熱性がより高くなる。なお、部分３２ｘでの流路断面積は、最上流部３２Ｕでの流路断面積の６０～９０％であることが好ましい。

【0043】

上述した実施形態において、図６に示すように、セラミック基材２０はウエハ載置面２２ａを有するがＦＲ載置面を有さないものとしてもよい。この場合、冷媒流路３２のうち平面視でウエハ載置面２２ａと重複する領域で最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌとを定めたとき、最上流部３２Ｕ及び最下流部３２Ｌは、それぞれ入口３２ａ及び出口３２ｓと一致する。

【0044】

上述した実施形態では、冷媒流路３２の断面積を、冷媒流路３２の幅ｗによって調整したが、特にこれに限定されない。例えば、冷媒流路３２の断面積を冷媒流路３２の高さ（底面から天井面までの長さ）によって調整してもよい。このとき、冷媒流路３２の天井面からウエハ載置面２２ａまでの距離や冷媒流路３２の幅ｗは、入口３２ａから出口３２ｓまで一定とし、冷媒流路３２の底面の位置を調整する。このようにしても、冷媒流路３２の流路断面積は、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が小さくなり、冷媒流路３２の圧力損失は、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が大きくなる。

【0045】

あるいは、図７に示すように、冷媒流路２３２の断面積を、冷媒流路２３２の内面に設けるフィン２３３の数によって調整してもよい。なお、図７では、冷媒流路３２の代わりにフィン２３３の付いた冷媒流路２３２を設けたこと以外は、上述した実施形態と同様である。冷媒流路２３２を平面視したときの形状は、図２と同様、入口２３２ａから出口２３２ｓまでジグザグ状である。冷媒流路２３２の幅や高さ（底面から天井面までの長さ）は、流路全体を通して同じだが、フィン２３３の数は、最上流部２３２Ｕに比べて最下流部２３２Ｌの方が多くなっている。フィン２３３の数は、最上流部２３２Ｕから最下流部
２３２Ｌに向かって徐々に多くなっている。なお、各フィン２３３の断面形状は、すべて同じとする。このようにしても、冷媒流路２３２の断面積を、最上流部２３２Ｕに比べて最下流部２３２Ｌの方が小さく、最上流部２３２Ｕから最下流部２３２Ｌに向かって徐々に小さくすることができる。フィン２３３の数が多い箇所ほど乱流が発生しやすくなり、ウエハＷとの熱交換が促進される。フィン２３３の数は、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が１０～４０％多くなるようにしてもよい。換言すれば、最下流部３２Ｌのフィン２３３の数が最上流部３２Ｕのフィン２３３の数の１１０～１４０％となるようにしてもよい。

【0046】

あるいは、図８に示すように、冷媒流路３３２の断面積を、冷媒流路３３２の内面に設けるフィン３３３の長さによって調整してもよい。なお、図８では、冷媒流路３２の代わりにフィン３３３の付いた冷媒流路３３２を設けたこと以外は、上述した実施形態と同様である。冷媒流路３３２を平面視したときの形状は、図２と同様、入口３３２ａから出口３３２ｓまでジグザグ状である。冷媒流路３３２の幅や高さ（底面から天井面までの長さ）は、流路全体を通して同じである。フィン３３３の数は、流路全体を通して同じ（ここでは１個）だが、フィン３３３の長さは、最上流部３３２Ｕに比べて最下流部３３２Ｌの方が長くなっている。フィン３３３の長さは、最上流部３３２Ｕから最下流部３３２Ｌに向かって徐々に長くなっている。なお、各フィン３３３の厚みは、すべて同じとする。このようにしても、冷媒流路３３２の断面積を、最上流部３３２Ｕに比べて最下流部３３２Ｌの方が小さく、最上流部３３２Ｕから最下流部３３２Ｌに向かって徐々に小さくすることができる。フィン３３３の長さが長い箇所ほど乱流が発生しやすくなり、ウエハＷとの熱交換が促進される。フィン３３３の長さは、最上流部３３２Ｕに比べて最下流部３３２Ｌの方が１０～４０％長くなるようにしてもよい。換言すれば、最下流部３３２Ｌのフィン３３３の長さが最上流部３３２Ｕのフィン３３３の長さの１１０～１４０％となるようにしてもよい。図７及び図８において、冷媒流路２３２，３３２を平面視したときの形状は、ジグザグ状に限定されるものではなく、例えば渦巻き状（図４参照）であってもよい。

【0047】

上述した実施形態において、冷媒流路３２の幅ｗは、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に狭くなるようにしたが、これに限定されない。幅ｗは、最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が狭ければ、最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌとの間はどのように形成されていてもよい。例えば、最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌとの間に、幅ｗが一定の区間があってもよいし、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって幅ｗが徐々に長くなる区間があってもよいし、幅ｗが不規則に変化する区間があってもよい。

【0048】

上述した実施形態において、ウエハ載置面２２ａに、外縁に沿ってシールバンドを形成し、全面に複数の小突起を形成し、シールバンドの頂面及び複数の小突起の頂面でウエハＷを支持するようにしてもよい。

【0049】

上述した実施形態において、ウエハ載置台１０は、ウエハ載置台１０を上下方向に貫通する穴を複数有していてもよい。こうした穴としては、ウエハ載置面２２ａに開口する複数のガス穴やウエハ載置面２２ａに対してウエハＷを上下させるリフトピンを挿通させるためのリフトピン穴がある。ガス穴は、ウエハ載置面２２ａを平面視したときに適当な位置に複数個設けられている。ガス穴には、Ｈｅガスのような熱伝導ガスが供給される。通常、ガス穴は、前出のシールバンドや小突起が設けられたウエハ載置面２２ａのうちシールバンドや小突起が設けられていない箇所に開口するように設けられる。ガス穴に熱伝導ガスが供給されると、ウエハ載置面２２ａに載置されたウエハＷの裏面側の空間に熱伝導ガスが充填される。リフトピン穴は、ウエハ載置面２２ａを平面視したときにウエハ載置面２２ａの同心円に沿って等間隔に複数個設けられる。ウエハ載置台１０がガス穴やリフトピン穴を有する場合、図５の部分３２ｘのように、穴の周辺領域に、穴の周辺領域から外れた領域に比べて冷媒流路３２の幅ｗが狭くなっている部分を設けてもよい。こうすれば、ウエハＷの均熱性がより高まる。

【0050】

上述した実施形態では、冷却基材３０をＭＭＣで作製したが、特にこれに限定されない。冷却基材３０を金属（例えばアルミニウムやチタン、モリブデン、タングステン及びそれらの合金）で作製してもよい。

【0051】

上述した実施形態では、セラミック基材２０と冷却基材３０とを金属接合層４０を介して接合したが、特にこれに限定されない。例えば、金属接合層４０の代わりに、樹脂接合層を用いてもよい。

【0052】

上述した実施形態では、セラミック基材２０の中央部２２にウエハ吸着用電極２６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し、ヒータ電極（抵抗発熱体）を内蔵してもよい。また、セラミック基材２０の外周部２４にフォーカスリング（ＦＲ）吸着用電極を内蔵してもよいし、ＲＦ電極やヒータ電極を内蔵してもよい。

【0053】

上述した実施形態では、図３Ａのセラミック焼結体１２０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。

【符号の説明】

【0054】

１０ ウエハ載置台、２０ セラミック基材、２２ 中央部、２２ａ ウエハ載置面、２４ 外周部、２４ａ フォーカスリング載置面、２６ ウエハ吸着用電極、３０ 冷却基材、３２ 冷媒流路、３２ａ 入口、３２ｂ，３２ｒ 円弧部、３２ｃ，３２ｅ，３２ｇ，３２ｉ，３２ｋ，３２ｍ，３２ｏ，３２ｑ 折り返し部、３２ｄ，３２ｆ，３２ｈ，３２ｊ，３２ｌ，３２ｎ，３２ｐ 直線部、３２ｓ 出口、３２Ｌ 最下流部、３２Ｕ 最上流部、３４ フランジ部、３６ 冷媒供給路、３８ 冷媒排出路、４０ 金属接合層、４２ 絶縁膜、５１ 端子穴、５２ ウエハ吸着用直流電源、５３ ローパスフィルタ、５４ 給電端子、５５ 絶縁管、６２ ＲＦ電源、６３ ハイパスフィルタ、６４ 給電端子、７０ クランプ部材、７０ａ 内周段差面、７２ ボルト、７８ フォーカスリング、８２ 冷媒流路、８２ａ 入口、８２ｂ 出口、８２Ｌ 最下流部、８２Ｕ 最上流部、９４ チャンバ、９６ 設置板、９８ シャワーヘッド、１１０ 接合体、１２０ セラミック焼結体、１３０ ＭＭＣブロック、１３１，１３６ ＭＭＣ円板部材、１３２ 溝、１３３，１３４ 貫通穴、１３５ 金属接合層、１５１ａ 端子穴上部、１５１ｂ 端子穴中間部、１５１ｃ 端子穴下部、２３２ 冷媒流路、２３２ａ 入口、２３２ｓ 出口、２３２Ｕ 最上流部、２３２Ｌ 最下流部、２３３ フィン、３３２ 冷媒流路、３３２ａ 入口、３３２ｓ 出口、３３２Ｕ 最上流部、３３２Ｌ 最下流部、３３３ フィン、ｗ 冷媒流路の幅、Ｗ ウエハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】