特許 7583698 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】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】ウエハ載置台

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241107BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241107BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20241107BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241107BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/205

H01L21/31 C

H02N13/00 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021166081

(22)【出願日】2021-10-08

(65)【公開番号】P2023056710

(43)【公開日】2023-04-20

【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】久野 達也

(72)【発明者】

【氏名】井上 靖也

(72)【発明者】

【氏名】竹林 央史

【審査官】久宗 義明

(56)【参考文献】

【文献】再公表特許第２０１４／１５６５４３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１４２４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２６６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２８７２４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
内部に冷媒流路が形成された冷却基材と、
前記セラミック基材の下面と前記冷却基材の上面とを接合する金属接合層と、
を備え、
前記冷却基材は、前記冷媒流路の天井を構成する金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製の天井基材と、前記冷媒流路の底及び側壁を構成する流路溝が上面に設けられ前記セラミック基材と主成分が同じセラミック材料製の溝付き基材と、前記天井基材の下面と前記溝付き基材の上面とを接合する金属製の天井接合層と、を有する、
ウエハ載置台。

【請求項2】

前記天井基材を構成する金属マトリックス複合材料又は低熱膨張金属材料及び前記溝付き基材を構成するセラミック材料は、前記セラミック基材を構成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、
請求項１に記載のウエハ載置台。

【請求項3】

前記セラミック基材を構成するセラミック材料はアルミナであり、前記溝付き基材を構成するセラミック材料は前記セラミック基材を構成するアルミナよりも純度の低いアルミナである、請求項１又は２に記載のウエハ載置台。

【請求項4】

上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
内部に冷媒流路が形成された冷却基材と、
前記セラミック基材の下面と前記冷却基材の上面とを接合する金属接合層と、
を備え、
前記冷却基材は、前記冷媒流路の天井を構成する金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製の天井基材と、前記冷媒流路の側壁を構成する流路穴が上下方向に貫通し前記セラミック基材と主成分が同じセラミック材料製の穴あき基材と、前記冷媒流路の底を構成する底基材と、前記天井基材の下面と前記穴あき基材の上面とを接合する金属製の天井接合層と、前記穴あき基材の下面と前記底基材の上面とを接合する底接合層と、を有する、
ウエハ載置台。

【請求項5】

前記底基材は金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製であり、前記底接合層は金属製である、請求項４に記載のウエハ載置台。

【請求項6】

前記天井基材を構成する金属マトリックス複合材料又は低熱膨張金属材料及び前記穴あき基材を構成するセラミック材料は、前記セラミック基材を構成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、
請求項４又は５に記載のウエハ載置台。

【請求項7】

前記セラミック基材を構成するセラミック材料はアルミナであり、前記穴あき基材を構成するセラミック材料は前記セラミック基材を構成するアルミナよりも純度の低いアルミナである、請求項４～６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、静電吸着用電極を埋設したアルミナなどのセラミック基材と、アルミニウムなどの金属からなる冷却基材とを、樹脂層を介して接合したウエハ載置台が知られている（例えば特許文献１参照）。こうしたウエハ載置台によれば、樹脂層によってセラミック基材と冷却基材との熱膨張差の影響を緩和することができる。樹脂層の代わりに金属接合層を用いてセラミック基材と冷媒流路を備えた冷却基材とを接合したウエハ載置台も知られている（例えば特許文献２，３）。金属接合層は、樹脂層に比べて熱伝導率が高いため、ハイパワープラズマでウエハを処理する場合に要求される抜熱能力を実現することができる。その一方、金属接合層は、樹脂層に比べてヤング率が大きく応力緩和性が低いため、セラミック基材と冷却基材との熱膨張差の影響を緩和することがほとんどできない。特許文献２，３では、熱膨張差による破損を生じにくくするため、冷却基材の材料として、セラミック基材と熱膨張係数差の小さい金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）を用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平４－２８７３４４号公報

【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、ＭＭＣはアルミニウムなどの金属よりも、高価であり、難加工性で冷媒流路の形成コストも高いため、ウエハ載置台の製造コストが高くなることがあった。また、ＭＭＣに代えて、セラミック基材と熱膨張係数差の小さい低熱膨張金属材料を用いることも考えられるが、低熱膨張金属材料も高価であり、難加工性で冷媒流路の形成コストも高いため、ウエハ載置台の製造コストが高くなることがあった。

【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、抜熱能力が高く破損が生じにくいウエハ載置台の製造コストを低減することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１のウエハ載置台は、上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
内部に冷媒流路が形成された冷却基材と、
前記セラミック基材の下面と前記冷却基材の上面とを接合する金属接合層と、
を備え、
前記冷却基材は、前記冷媒流路の天井を構成する金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製の天井基材と、前記冷媒流路の底及び側壁を構成する流路溝が上面に設けられ前記セラミック基材と主成分が同じセラミック材料製の溝付き基材と、前記天井基材の下面と前記溝付き基材の上面とを接合する金属製の天井接合層と、を有するものである。

【0007】

本発明の第１のウエハ載置台では、冷却基材のうち、天井基材にはＭＭＣ又は低熱膨張金属材料を用いる一方、溝付き基材には比較的安価で、ニアネットシェイプ技術などにより比較的低コストで流路溝を形成可能なセラミック材料を用いている。このため、ウエハ載置台の製造コストを低減できる。また、セラミック基材－天井基材間及び天井基材－溝付き基材間の接合層として、熱伝導率の低い樹脂層ではなく、熱伝導率の高い金属製の接合層を用いている。このため、ウエハから熱を引く能力（抜熱能力）が高い。さらに、溝付き基材を構成するセラミック材料の主成分がセラミック基材を構成するセラミック材料の主成分と同じであるため、溝付き基材は、セラミック基材との線熱膨張係数差の絶対値が小さい。このため、セラミック基材、天井基材及び溝付き基材は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が小さく、接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0008】

なお、本明細書では、低熱膨張金属材料とは、４０～４００℃の線熱膨張係数が１０×１０^-6／Ｋ以下の金属材料をいい、９．０×１０^-6／Ｋ以下が好ましく、８．０×１０^-6／Ｋ以下がより好ましい。また、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。また、本明細書では、主成分とは、含まれる成分全体のうち５０質量％以上を占める成分をいい、７０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。また、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】

本発明の第１のウエハ載置台において、前記天井基材を構成する金属マトリックス複合材料又は低熱膨張金属材料及び前記溝付き基材を構成するセラミック材料は、前記セラミック基材を構成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以下であるものとしてもよい。こうすれば、接合層の応力緩和性が低くても、支障がより生じにくい。

【0010】

本発明の第１のウエハ載置台において、前記セラミック基材を構成するセラミック材料はアルミナであり、前記溝付き基材を構成するセラミック材料は前記セラミック基材を構成するアルミナよりも純度の低いアルミナであるものとしてもよい。こうすれば、溝付き基材をより低コストで製造できる。

【0011】

本発明の第２のウエハ載置台は、
上面にウエハ載置面を有し、電極を内蔵するセラミック基材と、
内部に冷媒流路が形成された冷却基材と、
前記セラミック基材の下面と前記冷却基材の上面とを接合する金属接合層と、
を備え、
前記冷却基材は、前記冷媒流路の天井を構成する金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製の天井基材と、前記冷媒流路の側壁を構成する流路穴が上下方向に貫通し前記セラミック基材と主成分が同じセラミック材料製の穴あき基材と、前記冷媒流路の底を構成する底基材と、前記天井基材の下面と前記穴あき基材の上面とを接合する金属製の天井接合層と、前記穴あき基材の下面と前記底基材の上面とを接合する底接合層と、を有するものである。

【0012】

本発明の第２のウエハ載置台では、冷却基材のうち、天井基材にはＭＭＣ又は低熱膨張金属材料を用いる一方、穴あき基材には比較的安価で、ニアネットシェイプ技術などにより比較的低コストで流路穴を形成可能なセラミック材料を用いている。このため、ウエハ載置台の製造コストを低減できる。また、セラミック基材－天井基材間及び天井基材－穴あき基材間の接合層として、熱伝導率の低い樹脂層ではなく、熱伝導率の高い金属製の接合層を用いている。このため、ウエハから熱を引く能力（抜熱能力）が高い。さらに、穴あき基材を構成するセラミック材料の主成分がセラミック基材を構成するセラミック材料の主成分と同じであるため、穴あき基材は、セラミック基材との線熱膨張係数差の絶対値が小さい。このため、セラミック基材、天井基材及び穴あき基材は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が小さく、接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0013】

本発明の第２のウエハ載置台において、前記底基材は金属マトリックス複合材料製又は低熱膨張金属材料製であり、前記底接合層は金属製であるものとしてもよい。こうすれば、セラミック基材を構成する材料と底基材を構成する材料との線熱膨張係数差の絶対値が小さいため、セラミック基材と天井基材や穴あき基材との線熱膨張係数差の影響や、天井基材や穴あき基材と底基材との線熱膨張係数差の影響がキャンセルされ、ウエハ載置台１０の反りや破損を抑制できる。そのため、天井基材や穴あき基材を構成する材料の自由度が高まる。また、穴あき基材と底基材とを金属製の接合層で接合するため、セラミック基材と天井基材との接合や、天井基材と穴あき基材との接合と同時に穴あき基材と底基材との接合を行うことができ、ウエハ載置台を効率よく製造できる。

【0014】

本発明の第２のウエハ載置台において、前記天井基材を構成する金属マトリックス複合材料又は低熱膨張金属材料及び前記穴あき基材を構成するセラミック材料は、前記セラミック基材を構成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以下であるものとしてもよい。こうすれば、接合層の応力緩和性が低くても、支障がより生じにくい。

【0015】

本発明の第２のウエハ載置台において、前記セラミック基材を構成するセラミック材料はアルミナであり、前記穴あき基材を構成するセラミック材料は前記セラミック基材を構成するアルミナよりも純度の低いアルミナであるものとしてもよい。こうすれば、穴あき基材をより低コストで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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】ウエハ載置台１０の平面図。

【図3】ウエハ載置台１０を溝付き基材８３の上面で切断した断面を上からみたときの断面図。

【図4】ウエハ載置台１０の製造工程図。

【図5】ウエハ載置台２１０の縦断面図。

【図6】ウエハ載置台１０の別の実施形態の縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態のウエハ載置台１０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はウエハ載置台１０の平面図、図３はウエハ載置台１０を溝付き基材８３の上面で切断した断面を上からみ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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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、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。

【0021】

冷却基材３０は、セラミック基材２０よりも大径の円板部材であり、セラミック基材２０が配置された内周部３２と、セラミック基材２０の外周からはみ出した外周部３４とを有している。冷却基材３０は、天井基材８１と、溝付き基材８３と、天井接合層８２と、を備えている。冷却基材３０は、内部に冷媒が循環可能な冷媒流路３８を備えている。冷媒流路３８は、セラミック基材２０が配置された全域に行き渡るように、入口３８ａから出口３８ｂまで渦巻状に設けられている（図３）。冷媒流路３８の入口３８ａ及び出口３８ｂは、溝付き基材８３を上下方向に貫通して冷媒流路３８の底面に開口している。冷媒流路３８の入口３８ａ及び出口３８ｂは、図示しない冷媒冷却装置に接続されており、出口３８ｂ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３８ａに戻されて冷媒流路３８内に供給される。

【0022】

天井基材８１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。天井基材８１は、冷媒流路３８の天井を構成する。天井基材８１に使用するＭＭＣは、セラミック基材２０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。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、天井基材８１に用いるＭＭＣとしてはＡｌＳｉＣやＳｉＳｉＣＴｉなどが好ましい。４０～４００℃の線熱膨張係数は、アルミナが７．２×１０^-6／Ｋであり、ＡｌＳｉＣ（ＳｉＣ７５％）が７．８×１０^-6／Ｋであり、ＳｉＳｉＣＴｉが７．３×１０^-6／Ｋである。セラミック基材２０が窒化アルミニウム基材の場合、天井基材８１に用いるＭＭＣとしてはＡｌＳｉＣやＳｉＳｉＣなどが好ましい。４０～４００℃の線熱膨張係数は、窒化アルミニウムが４．６×１０^-6／Ｋであり、ＡｌＳｉＣ（ＳｉＣ８５％）が５．６×１０^-6／Ｋである。天井基材８１は、金属接合層４０及び金属製の天井接合層８２と共にプラズマ発生用の高周波（ＲＦ）電極としても機能する。給電端子６４は、溝付き基材８３及び天井接合層８２を上下方向に貫通する貫通穴６６を通過して、天井基材８１の下面に至るように設けられている。天井基材８１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。

【0023】

溝付き基材８３は、セラミック材料製の円板部材である。図３に示すように、溝付き基材８３の上面には、冷媒流路３８の底及び側壁を構成する流路溝８８が設けられている。溝付き基材８３に使用するセラミック材料は、セラミック基材２０に使用するセラミック材料と主成分が同じである。主成分とは、含まれる成分全体のうち５０質量％以上を占める成分をいい、７０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。主成分が同じセラミック材料同士では線熱膨張係数差の絶対値が小さい。溝付き基材８３を構成するセラミック材料は、セラミック基材２０を構成するセラミック材料と主成分が同じで、純度が低い材料としてもよい。例えば、セラミック基材２０には、誘電体層としての電気的特性向上の観点から純度の高いアルミナ（例えばアルミナ９９％以上）を用い、溝付き基材８３には、靱性などの機械的特性向上やコスト低減の観点から純度の低いアルミナ（例えばアルミナ９５％）を用いてもよい。純度が低い材料は、純度が高い材料よりも、ＳｉＯ₂などのガラス質を多く含むものとしてもよい。溝付き基材８３に使用するセラミック材料は、セラミック基材２０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。溝付き基材８３に使用するセラミック材料は、天井基材８１に使用するＭＭＣ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。

【0024】

天井接合層８２は、天井基材８１の下面と溝付き基材８３の上面とを接合する金属製の接合層である。天井接合層８２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。天井接合層８２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。天井接合層８２の材質は、金属接合層４０の材質と同じとしてもよい。

【0025】

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により形成される。

【0026】

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。

【0027】

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の外周部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。

【0028】

次に、ウエハ載置台１０の製造例を図４を用いて説明する。図４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４Ａ）。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まで穴２７をあけ（図４Ｂ）、その穴２７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４Ｃ）。

【0029】

これと並行して、ＭＭＣ円板部材１８１と、上面に流路溝８８が形成されたセラミック材料製の溝付き円板部材１８３とを作製する（図４Ｄ）。続いて、ＭＭＣ円板部材１８１に上下方向に貫通する貫通穴１３１を形成し、溝付き円板部材１８３に上下方向に貫通する貫通穴１３２，６６及び上下方向に貫通し流路溝８８の底面に開口する入口３８ａ，出口３８ｂを形成し、ＭＭＣ円板部材１８１の下面のうち貫通穴６６に対向する位置に給電端子６４を接合する（図４Ｅ）。セラミック焼結体１２０がアルミナ製の場合、ＭＭＣ円板部材１８１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。また、セラミック焼結体１２０がアルミナ製の場合、溝付き円板部材１８３はセラミック焼結体１２０よりも純度の低いアルミナ製であることが好ましい。溝付き円板部材１８３は、例えばニアネットシェイプ技術で作製することができる。

【0030】

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。

【0031】

ニアネットシェイプ技術を用いて溝付き円板部材１８３を作製する場合、例えば以下のように作製することができる。すなわち、焼成後に溝付き基材８３の形状となるような所定形状の成形体を複数枚のセラミックグリーンシートを積層して作製し、その成形体を常圧焼成することによって、溝付き基材８３を得ることができる。なお、成形体は、モールドキャストによって作製してもよいし、光造形などを利用した３Ｄプリンタによって作製してもよい。また、成形体は、溝なしの円板成形体を作製したあと流路溝８８に対応する溝を切削などで形成することによって作製してもよい。

【0032】

次に、ＭＭＣ円板部材１８１の上面及び溝付き円板部材１８３の上面にそれぞれ金属接合材を配置する。各金属接合材には、必要な貫通穴を設けておく。そして、ＭＭＣ円板部材１８１の給電端子６４を溝付き円板部材１８３の貫通穴６６に挿入し、ＭＭＣ円板部材１８１を溝付き円板部材１８３の上面に配置された金属接合材の上に載せる。さらに、セラミック焼結体１２０の給電端子５４をＭＭＣ円板部材１８１の貫通穴１３１及び溝付き円板部材１８３の貫通穴１３２に挿入し、セラミック焼結体１２０をＭＭＣ円板部材１８１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、溝付き円板部材１８３と金属接合材とＭＭＣ円板部材１８１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４Ｆ）。接合体１１０は、冷却基材３０の元となるＭＭＣ／セラミックブロック１３０の上面に、金属接合層１４０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／セラミックブロック１３０は、ＭＭＣ円板部材１８１と溝付き円板部材１８３とが金属製の天井接合層１８２を介して接合されたものである。ＭＭＣ／セラミックブロック１３０は、内部に冷媒流路３８を有する。

【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】

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、金属接合層１４０及びＭＭＣ／セラミックブロック１３０の外周を必要に応じて切削することにより、金属接合層４０及び冷却基材３０とする。このとき、冷却基材３０の外周部３４がセラミック基材２０の外周からはみ出るようにする。また、貫通穴１３１，１３２、金属接合層４０の穴及び天井接合層８２の穴に、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４Ｇ）。これにより、ウエハ載置台１０を得る。

【0035】

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。

【0036】

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、天井基材８１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。

【0037】

以上説明した第１実施形態のウエハ載置台１０では、冷却基材３０のうち、天井基材８１にはＭＭＣを用いる一方、溝付き基材８３には比較的安価で、ニアネットシェイプ技術などにより比較的低コストで流路溝８８を形成可能なセラミック材料を用いている。このため、ウエハ載置台の製造コストを低減できる。また、セラミック基材２０－天井基材８１間及び天井基材８１－溝付き基材８３間の接合層として、熱伝導率の低い樹脂層ではなく、熱伝導率の高い金属製の接合層を用いている。このため、抜熱能力が高い。さらに、溝付き基材８３を構成するセラミック材料の主成分がセラミック基材２０を構成するセラミック材料の主成分と同じであるため、溝付き基材８３は、セラミック基材２０との線熱膨張係数差の絶対値が小さい。このため、セラミック基材２０、天井基材８１及び溝付き基材８３は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が小さく、接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0038】

また、冷却基材３０のうち、ハイパワープラズマでウエハＷを処理する際に熱応力が発生しやすい部分（冷媒流路３８よりも上側の部分）に配置される天井基材８１に、セラミック材料よりも靭性の高いＭＭＣを用いているため、熱応力が発生してもウエハ載置台１０が破損しにくい。

【0039】

さらに、ＭＭＣは導電性を有するため、天井基材８１をＲＦ電極としても使用でき、別途ＲＦ電極を準備する必要がない。また、金属接合層４０や天井接合層８２は、金属製であるため、これらをＲＦ電極として用いることもできる。

【0040】

このウエハ載置台１０において、セラミック基材２０を構成するセラミック材料、天井基材８１を構成するＭＭＣ及び溝付き基材８３を構成するセラミック材料は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が全て１．５×１０^-6／Ｋ以下であるものとすれば、接合層の応力緩和性が低くても、支障がより生じにくい。

【0041】

また、セラミック基材２０を構成するセラミック材料と溝付き基材８３を構成するセラミック材料との線熱膨張係数差の絶対値が小さければ、セラミック基材２０と天井基材８１との線熱膨張係数差の影響や、天井基材８１と溝付き基材８３との線熱膨張係数差の影響がキャンセルされ、ウエハ載置台１０の反りや破損を抑制できる。そのため、天井基材８１を構成する材料の自由度が高まる。

【0042】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態のウエハ載置台２１０を、図面を参照しながら以下に説明する。図５は、ウエハ載置台２１０の縦断面図である。図５では、上述した第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。

【0043】

ウエハ載置台２１０は、ウエハ載置台１０と同様に用いられるものである。ウエハ載置台２１０は、セラミック基材２０と、冷却基材２３０と、金属接合層４０とを備えている。

【0044】

冷却基材２３０は、セラミック基材２０よりも大径の円板部材である。冷却基材２３０は、天井基材８１と、穴あき基材２８３と、底基材２８５と、天井接合層８２と、底接合層２８４と、を備えている。冷却基材２３０は、内部に冷媒が循環可能な冷媒流路３８を備えている。冷媒流路３８の入口３８ａ及び出口３８ｂは、底基材２８５を上下方向に貫通して冷媒流路３８の底面に開口している。

【0045】

穴あき基材２８３は、セラミック材料製の円板部材である。穴あき基材２８３には、冷媒流路３８の側壁を構成する流路穴２８８が上下方向に貫通している。穴あき基材２８３に使用するセラミック材料の詳細は、溝付き基材８３に使用するセラミック材料と同様である。穴あき基材２８３は、ニアネットシェイプ技術を用いて作製してもよい。

【0046】

底基材２８５は、ＭＭＣ製の円板部材である。底基材２８５は、冷媒流路３８の底を構成する。底基材２８５に使用するＭＭＣの詳細は、天井基材８１に使用するＭＭＣと同様である。底基材２８５に使用するＭＭＣは、天井基材８１に使用するＭＭＣと主成分が同じであることが好ましいが、主成分が異なってもよい。底基材２８５に使用するＭＭＣは天井基材８１に使用するＭＭＣと同じ材質のものとしてもよい。底基材２８５に使用するＭＭＣは、セラミック基材２０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。

【0047】

底接合層２８４は、穴あき基材２８３の下面と底基材２８５の上面とを接合する金属製の接合層である。底接合層２８４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。底接合層２８４は、例えばＴＣＢにより形成される。底接合層２８４の材質は、金属接合層４０及び天井接合層８２のうちの少なくとも一方の材質と同じとしてもよい。

【0048】

こうしたウエハ載置台２１０は、例えば、以下に示すように、図４のウエハ載置台１０の製造例に準じて作製することができる。図４Ａ～図４Ｃの工程は、ウエハ載置台１０の製造例と同じとする。図４Ｄの工程では、ＭＭＣ円板部材１８１と溝付き円板部材１８３とを作製する代わりに、天井用ＭＭＣ円板部材と、セラミック材料製の穴あき円板部材と、底用ＭＭＣ円板部材と、を作製する。２つのＭＭＣ円板部材は、ＭＭＣ円板部材１８１に準じて作製し、穴あき円板部材は、溝付き円板部材１８３に準じて作製する。その後、図４Ｅの工程に準じて、２つのＭＭＣ円板部材及び穴あき円板部材の各々に貫通穴を形成する。次に、図４Ｆの工程に準じて、底用ＭＭＣ円板部材、金属接合材、穴あき円板部材、金属接合材、天井用ＭＭＣ円板部材、金属接合材、セラミック焼結体が、下からこの順に積層した積層体を作製し、この積層体をＴＣＢにより接合して、接合体を作製する。最後に、図４Ｇの工程に準じて、切削加工を行い、絶縁管５５を配置し、絶縁膜４２を形成する。これによりウエハ載置台２１０を得る。

【0049】

以上説明した第２実施形態のウエハ載置台２１０では、冷却基材２３０のうち、天井基材８１にはＭＭＣを用いる一方、穴あき基材２８３には比較的安価で、ニアネットシェイプ技術などにより比較的低コストで流路穴２８８を形成可能なセラミック材料を用いている。このため、ウエハ載置台の製造コストを低減できる。また、セラミック基材２０－天井基材８１間及び天井基材８１－穴あき基材２８３間の接合層として、熱伝導率の低い樹脂層ではなく、熱伝導率の高い金属製の接合層を用いている。このため、抜熱能力が高い。さらに、穴あき基材２８３を構成するセラミック材料の主成分がセラミック基材２０を構成するセラミック材料の主成分と同じであるため、穴あき基材２８３は、セラミック基材２０との線熱膨張係数差の絶対値が小さい。このため、セラミック基材２０、天井基材８１及び穴あき基材２８３は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が小さく、接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。

【0050】

また、冷却基材２３０のうち、ハイパワープラズマでウエハＷを処理する際に熱応力が発生しやすい部分に配置される天井基材８１に、セラミック材料よりも靭性の高いＭＭＣを用いているため、熱応力が発生してもウエハ載置台２１０が破損しにくい。

【0051】

さらに、ＭＭＣは導電性を有するため、天井基材８１をＲＦ電極としても使用でき、別途ＲＦ電極を準備する必要がない。また、金属接合層４０や天井接合層８２、底接合層８４は、金属製であるため、これらをＲＦ電極として用いることもできる。なお、ＭＭＣ製の底基材２８５をＲＦ電極として用いることもできる。

【0052】

さらにまた、底基材２８５はＭＭＣ製であり、セラミック基材２０を構成するセラミック材料との線熱膨張係数差の絶対値が小さいため、セラミック基材２０と天井基材８１や穴あき基材２８３との線熱膨張係数差の影響や、天井基材８１や穴あき基材２８３と底基材２８５との線熱膨張係数差の影響がキャンセルされ、ウエハ載置台２１０の反りや破損を抑制できる。そのため、天井基材８１や穴あき基材２８３を構成する材料の自由度が高まる。

【0053】

そして、穴あき基材２８３と底基材２８５とを金属製の底接合層２８４で接合するため、セラミック基材２０と天井基材８１との接合や、天井基材８１と穴あき基材２８３との接合と同時に穴あき基材２８３と底基材２８５との接合を行うことができ、ウエハ載置台２１０を効率よく製造できる。

【0054】

なお、底基材２８５は、抜熱能力への影響が小さいため、樹脂層などで接合されていてもよい。そのため、底基材２８５は、ＭＭＣ製でなくてもよく、例えば線熱膨張係数が比較的大きい高熱膨張金属製（例えばアルミニウム製）としてもよいし、セラミック製としてもよいし、樹脂製としてもよい。また、底接合層２８４は、金属製でなくてもよく、例えば樹脂製としてもよい。

【0055】

このウエハ載置台２１０において、セラミック基材２０を構成するセラミック材料、天井基材８１を構成するＭＭＣ及び穴あき基材２８３を構成するセラミック材料は、相互の線熱膨張係数差の絶対値が全て１．５×１０^-6／Ｋ以下であるものとすれば、接合層の応力緩和性が低くても、支障がより生じにくい。さらに、底基材２８５を構成するＭＭＣを、これらの各々との相互の線熱膨張係数差の絶対値が全て１．５×１０^-6／Ｋ以下であるものとすれば、接合層の応力緩和性が低くても、支障がさらに生じにくい。

【0056】

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。

【0057】

例えば、第１実施形態のウエハ載置台１０において、冷却基材３０の下面からウエハ載置面２２ａ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２２ａ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。熱伝導ガスは、ウエハ載置面２２ａに設けられた図示しない多数の小突起（ウエハＷを支持する）とウエハＷとによって形成される空間に供給される。リフトピン穴は、ウエハＷを例えば３本のリフトピンで支持する場合には３箇所に設けられる。第２実施形態のウエハ載置台２１０も同様に、ガス供給穴やリフトピン穴などを設けてもよい。

【0058】

上述した第１実施形態のウエハ載置台１０では、冷却基材３０は、段差のない円板部材としたが、図６に示すように、外周部３４の上面を内周部３２の上面に対して一段低くし、段差を有する円板部材としてもよい。なお、図６では、溝付き基材８３の外周に段差を設けたが、段差の位置は特に限定されず天井基材８１の外周に段差を設けてもよい。第２実施形態のウエハ載置台２１０も同様であり、天井基材８１、穴あき基材２８３及び底基材２８５のうちの１つ以上の外周に段差を設けてもよい。

【0059】

上述した第１実施形態のウエハ載置台１０では、天井基材８１は、ＭＭＣ製としたが、低熱膨張金属材料製としてもよい。この場合、低熱膨張金属材料は、ＭＭＣと同様、靭性が高く、導電性のものが好ましい。また、低熱膨張金属材料は、セラミック基材２０に用いられ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い。低熱膨張金属材料としては、モリブデンやタングステンなどが挙げられる。低熱膨張金属材料製の天井基材は、例えば、セラミック基材２０が窒化アルミニウム基材の場合、モリブデン基材としてもよい。４０～４００℃の線熱膨張係数は、窒化アルミニウムが４．６×１０^-6／Ｋであり、モリブデンが５．６×１０^-6／Ｋである。第２実施形態のウエハ載置台２１０も同様であり、天井基材８１を低熱膨張金属材料製としてもよい。その場合、底基材２８５も低熱膨張金属材料製としてもよい。また、第２実施形態のウエハ載置台２１０において、天井基材８１及び底基材２８５のうちの一方をＭＭＣ製とし、他方を低熱膨張金属材料製としてもよい。

【0060】

上述した第１及び第２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。この場合、天井基材８１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。この場合、ＦＲ吸着用電極に直流電源を接続する。また、セラミック基材２０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。このように、セラミック基材２０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。

【0061】

上述した第１及び第２実施形態では、冷媒流路３８は入口３８ａから出口３８ｂまで渦巻状に設けられているものとしたが、冷媒流路３８の平面形状は特に限定されない。また、複数の冷媒流路３８を設けてもよい。また、冷媒流路３８の断面は矩形としたが、冷媒流路３８の断面形状は特に限定されない。例えば、冷媒流路３８の断面のうち上側の角部は、Ｒ面になっていてもよい。こうすれば、冷媒流路の断面のうち上側の角部を起点としてクラックが発生するのを防止することができる。その場合、Ｒ面は天井基材８１に設けられていてもよい。

【0062】

上述した第１実施形態では、図４Ａ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。第２実施形態でも同様である。

【0063】

上述した第１実施形態では、流路溝８８が形成された溝付き円板部材１８３を作製した後、貫通穴１３２，６６及び入口３８ａ，出口３８ｂを形成したが、貫通穴１３２，６６や入口３８ａ，出口３８ｂを有する溝付き円板部材１８３をニアネットシェイプ技術を用いて作製してもよい。第２実施形態でも同様である。

【符号の説明】

【0064】

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、２７ 穴、３０ 冷却基材、３２ 内周部、３４ 外周部、３８ 冷媒流路、３８ａ 入口、３８ｂ 出口、４０ 金属接合層、４２ 絶縁膜、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、６６ 貫通穴、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、８１ 天井基材、８２ 天井接合層、８３ 溝付き基材、８８ 流路溝、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／セラミックブロック、１３１，１３２ 貫通穴、１４０ 金属接合層、１８１ ＭＭＣ円板部材、１８２ 天井接合層、１８３ 溝付き円板部材、２１０ ウエハ載置台、２３０ 冷却基材、２８３ 穴あき基材、２８４ 底接合層、２８５ 底基材、２８８ 流路穴。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】