特許 7606598 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】2024-12-17

(45)【発行日】2024-12-25

(54)【発明の名称】ウエハ載置台

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241218BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALN20241218BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20241218BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/31 F

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023509407

(86)(22)【出願日】2022-09-02

(86)【国際出願番号】 JP2022033051

(87)【国際公開番号】W WO2024047857

(87)【国際公開日】2024-03-07

【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】宇佐美 太朗

(72)【発明者】

【氏名】石川 征樹

【審査官】鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０３８０４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１５０３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１１９２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３０６０９（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、
前記上部基材の下面側に配置され、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、
前記下部基材を上下方向に貫通する貫通穴と、
前記下部基材の上面の全体にドット状に設けられ、前記上部基材の下面と当接するか、又は、前記上部基材の下面の全体にドット状に設けられ、前記下部基材の上面と当接する複数の突起と、
前記突起を挿入する突起挿入穴を有し、前記上部基材と前記下部基材との間で圧縮された状態で配置された放熱シートと、
前記上部基材の下面のうち前記貫通穴に対向する位置に設けられたネジ穴と、
前記貫通穴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、
を備え、
前記貫通穴は、前記突起を貫通するように設けられている、
ウエハ載置台。

【請求項2】

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、
前記上部基材の下面側に配置され、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、
前記下部基材を上下方向に貫通する貫通穴と、
前記下部基材の上面の全体にドット状に設けられ、前記上部基材の下面と当接するか、又は、前記上部基材の下面の全体にドット状に設けられ、前記下部基材の上面と当接する複数の突起と、
前記突起を挿入する突起挿入穴を有し、前記上部基材と前記下部基材との間で圧縮された状態で配置された放熱シートと、
前記上部基材の下面のうち前記貫通穴に対向する位置に設けられたネジ穴と、
前記貫通穴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、
を備え、
前記貫通穴は、前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差するように設けられ、
前記下部基材は、前記ネジ部材が挿入された前記貫通穴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を有している、
ウエハ載置台。

【請求項3】

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面に金属接合層を介して接合された金属製又は金属セラミック複合材料製の支持基材と、を備え、
前記ネジ穴は、前記支持基材の下面に設けられている、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。

【請求項4】

前記放熱シートの熱抵抗は、０．３５Ｋ・ｃｍ²／Ｗ以下である、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。

【請求項5】

前記放熱シートのヤング率は、１００ＭＰａ以下である、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。

【請求項6】

前記貫通穴は、前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差しないように設けられている、
請求項１に記載のウエハ載置台。

【請求項7】

前記下部基材は、易加工性材料製である、
請求項１又は２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たものが開示されている。セラミック基材と金属板との間には、非接着性の熱伝導シート（放熱シートの一種）が配置される。熱伝導シートは、セラミック基材の熱を金属板に伝達する役割を果たす。

【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】

特許文献１では、ウエハ載置台を製造する際、端子穴等を避けて熱伝導シートを位置決めする必要があるが、熱伝導シートを位置決めする手段がないため、熱伝導シートが本来の位置からずれることがあった。また、熱伝導シートの潰れ量（ひいては熱伝導性）は各ネジ部材の締め付け具合に依存するため、各ネジ部材の締め付け具合にバラツキがあるとウエハの均熱性が悪化することがあった。

【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、ウエハ載置台を製造する際の放熱シートの位置決めを容易にすると共に、ウエハの均熱性を向上させ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、
前記上部基材の下面側に配置され、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、
前記下部基材を上下方向に貫通する貫通穴と、
前記下部基材の上面の全体にドット状に設けられ、前記上部基材の下面と当接するか、又は、前記上部基材の下面の全体にドット状に設けられ、前記下部基材の上面と当接する複数の突起と、
前記突起を挿入する突起挿入穴を有し、前記上部基材と前記下部基材との間で圧縮された状態で配置された放熱シートと、
前記上部基材の下面のうち前記貫通穴に対向する位置に設けられたネジ穴と、
前記貫通穴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、
を備えたものである。

【0007】

このウエハ載置台では、放熱シートは複数の突起を挿入する複数の突起挿入穴を有している。ウエハ載置台を製造する際、下部基材の上面の全体又は上部基材の下面の全体にドット状に設けられた突起を放熱シートの突起挿入穴へ挿入するため、放熱シートは容易に位置決めされる。また、ネジ部材は、上部基材と下部基材との間隔が突起の高さと一致するまでねじ込まれる。これにより、上部基材と下部基材との間に配置された放熱シートは、全体が突起の高さと同じ厚みかほぼ同じ厚みになるまで圧縮される。そのため、放熱シートの熱伝導性は場所によって大きく異なることがない。したがって、ウエハの均熱性が向上する。

【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］上述したウエハ載置台（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面に金属接合層を介して接合された金属製又は金属セラミック複合材料製の支持基材と、を備えていてもよく、前記ネジ穴は、前記支持基材の下面に設けられていてもよい。こうすれば、支持基材は、金属製又は金属セラミック複合材料製のため、セラミック基材に比べて熱伝導性に優れている。そのため、セラミック基材の熱を効率よく下部基材へ伝導することができる。

【0010】

［３］上述したウエハ載置台（前記［１］又は［２］に記載のウエハ載置台）において、前記貫通穴は、前記突起を貫通するように設けられていてもよい。こうすれば、貫通穴と連通する連通穴を放熱シートに設ける必要がないため、放熱シートの機能が十分に発揮される。

【0011】

［４］上述したウエハ載置台（前記［１］～［３］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記放熱シートの熱抵抗は、０．３５Ｋ・ｃｍ²／Ｗ以下であってもよい。こうすれば、上部基材の熱は下部基材へ速やかに伝導される。

【0012】

［５］上述したウエハ載置台（前記［１］～［４］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記放熱シートのヤング率は、１００ＭＰａ以下であってもよい。こうすれば、ネジ部材の締結力が放熱シートの全面にわたって均等に伝わりやすいため、放熱シートはその全面で上部基材と下部基材にしっかりと密着する。

【0013】

［６］上述したウエハ載置台（前記［１］～［５］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記貫通穴は、前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差しないように設けられていてもよい。こうすれば、ネジ部材が挿入された貫通穴から冷媒が漏れ出すおそれがない。

【0014】

［７］上述したウエハ載置台（前記［１］～［５］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記貫通穴は、前記冷媒流路又は前記冷媒流路溝と交差するように設けられていてもよく、前記下部基材は、前記ネジ部材が挿入された前記貫通穴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を有していてもよい。こうすれば、ネジ部材を迂回して冷媒流路を設ける必要がないため、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、冷媒漏出防止部材により、ネジ部材が挿入された貫通穴から冷媒が漏れ出すのが防止される。

【0015】

［８］上述したウエハ載置台（前記［１］～［７］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ってもよい。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。

【0016】

［９］上述したウエハ載置台（前記［１］～［８］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記突起の側面と前記放熱シートの前記突起挿入穴の内周面との間、及び、前記突起の頂面と前記上部基材の下面との間の少なくとも一方に、熱伝導ペーストが介在するようにしてもよい。こうすれば、上部基材から下部基材への熱伝導が促進される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【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を放熱シート４０で水平に切断した切断面を上から見たときの断面図。

【図4】ウエハ載置台１０の製造工程図（上部基材２０の製造工程）。

【図5】ウエハ載置台１０の製造工程図（下部基材３０の製造工程）。

【図6】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7】貫通穴３６が突起３８を貫通するように設けた別例の部分拡大断面図。

【図8】ウエハ載置台１１０の縦断面図。

【図9】ウエハ載置台２１０の縦断面図。

【図10】ウエハ載置台３１０の縦断面図。

【図11】ウエハ載置台４１０の製造工程図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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はウエハ載置台１０の平面図、図３はウエハ載置台１０を放熱シート４０で水平に切断した切断面を上から見たときの断面図である。

【0019】

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。

【0020】

上部基材２０は、セラミック基材２１と、セラミック基材２１の下側に配置された支持基材２３と、セラミック基材２１と支持基材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。

【0021】

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、支持基材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。

【0022】

支持基材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。支持基材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。支持基材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。

【0023】

支持基材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、後述する貫通穴３６と対向する位置に設けられている。ネジ穴２４は、支持基材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。

【0024】

金属接合層２５は、セラミック基材２１の下面と支持基材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。

【0025】

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の外径は支持基材２３の外径と同じである。下部基材３０は、冷媒流路３５を内蔵している。冷媒流路３５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３５の入口３５ａから出口３５ｂまで一筆書きの要領で渦巻き状に形成されている。入口３５ａは、ウエハ載置台１０の外周側に設けられ、出口３５ｂは、ウエハ載置台１０の中央側に設けられている。入口３５ａ及び出口３５ｂは、図示しない冷媒冷却装置に接続されており、出口３５ｂから排出された冷媒は、冷媒冷却装置で所定の低温になるように温度調整されたあと再び入口３５ａに戻されて冷媒流路３５内に供給される。冷媒流路３５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、支持基材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。

【0026】

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。

【0027】

下部基材３０は、複数の貫通穴３６を有する。貫通穴３６は、ネジ部材５０を挿入するための穴であり、冷媒流路３５と交差しないように下部基材３０を上下方向に貫通している。貫通穴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。下部基材３０の上面には、図３に示すように、全体にわたって複数の突起３８がドット状に設けられている。複数の突起３８の少なくとも１つは、冷媒流路３５の入口３５ａの直上に設けられている。突起３８は、例えば扁平な円柱突起としてもよい。突起３８の頂面は、上部基材２０の下面（すなわち支持基材２３の下面）と当接している。突起３８の高さは、例えば０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下がより好ましい。突起３８は、下部基材３０の上面の半径方向に直線状に並ばないように配置するのが好ましい。

【0028】

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。放熱シート４０は、複数の突起３８の各々に対向する位置に突起挿入穴４４を有している。突起挿入穴４４は、放熱シート４０を上下方向に貫通する穴である。突起挿入穴４４には、突起３８が挿入されている。ウエハ載置台１０に組み付けられる前の放熱シート４０の厚みは、突起３８の高さよりも大きいが、ウエハ載置台１０に組み付けられた後の放熱シート４０の厚みは、突起３８の高さと一致しているかほぼ一致している。そのため、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は、導電性を有することが好ましい。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、接着性を有していないかほとんど有していない。

【0029】

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支持基材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。

【0030】

ネジ部材５０は、図１の拡大図に示すように、大径の頭部５０ａと小径の足部５０ｂとを有する。ネジ部材５０は、冷媒流路３５と交差しないように設けられた貫通穴３６に下部基材３０の下面から挿入され、支持基材２３のネジ穴２４に螺合される。ネジ部材５０は、下部基材３０の突起３８の頂面が上部基材２０の下面と接触するまでネジ穴２４に螺合される。その結果、ネジ部材５０の頭部５０ａは、貫通穴３６の段差面３６ｃ（大径部３６ａと小径部３６ｂとの境界）を上向きに押圧する。また、上部基材２０の支持基材２３と下部基材３０とは放熱シート４０を挟み込んだ状態で締結され、放熱シート４０は上下方向に圧縮される。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は、本実施形態では、図３に示すように、放熱シート４０と同心円をなす複数（ここでは３つ）の円（図３の１点鎖線）に沿って多数設けられている。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。

【0031】

なお、金属接合層２５の側面（外周面）、支持基材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。また、放熱シート４０の外周を取り囲むように金属製又は樹脂製のＯリングを配置してもよい。Ｏリングは、上部基材２０と下部基材３０との間で上下方向に圧縮されてシール性を発揮する。こうすることにより、放熱シート４０はＯリングによって保護される。

【0032】

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。

【0033】

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４Ａ）。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４Ｂ）、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４Ｃ）。

【0034】

これと並行して、円板状の支持基材２３を作製し（図４Ｄ）、支持基材２３に上下方向に貫通する穴２３ｂを形成すると共に支持基材２３の下面の所定位置にネジ穴２４を形成する（図４Ｅ）。支持基材２３の穴２３ｂは、セラミック基材２１の穴２１ｂと連通可能な位置に形成される。セラミック基材２１がアルミナ製の場合、支持基材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。

【0035】

ＳｉＳｉＣＴｉ製の支持基材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製の支持基材２３を得る。

【0036】

次に、支持基材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、支持基材２３の穴２３ｂに連通する穴を設けておく。そして、セラミック基材２１の給電端子５４を金属接合材の穴及び支持基材２３の穴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、支持基材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４Ｆ）。上部基材２０は、支持基材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。

【0037】

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。

【0038】

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下部基材３０を例えば以下のように作製する。まず、下部基材３０の元となる円板状で易加工性材料製の２つの円板部材３１，３２を準備する（図５Ａ）。円板部材３１，３２は、アルミニウム製、アルミニウム合金製又はステンレス鋼製であることが好ましい。次に、上側の円板部材３１の下面に最終的に冷媒流路３５となる溝３５ｃを形成する（図５Ｂ）。その後、上側の円板部材３１の下面と下側の円板部材３２の上面とを、図示しない接合材（例えばろう材など）で接合することにより、冷媒流路３５を内蔵する下部基材３０を作製する（図５Ｃ）。そして、下部基材３０の下面から冷媒流路３５の底面までを上下方向に貫通する入口３５ａ及び出口３５ｂを形成するとともに、下部基材３０を上下方向に貫通する端子孔３０ｂを形成する。また、下部基材３０の所定の位置に大径部３６ａと小径部３６ｂとを有する貫通穴３６を形成すると共に、下部基材３０の上面の全体にわたって複数の突起３８を形成する（図５Ｄ）。

【0039】

次に、図６Ａ及び図６Ｂ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である。放熱シート４０は、複数の突起３８と対向する位置に放熱シート４０を上下方向に貫通する突起挿入穴４４を有すると共に、貫通穴３６の小径部３６ｂと対向する位置や端子孔３０ｂと対向する位置に放熱シート４０を上下方向に貫通する穴４６，４７を有している。放熱シート４０は、突起挿入穴４４に突起３８を挿入することにより、穴４６が小径部３６ｂと対向し、穴４７が端子孔３０ｂと対向するように位置決めされる。この状態では、放熱シート４０の厚みは、突起３８の高さよりも大きい。また、突起挿入穴４４の内周面と突起３８の外周面との間には隙間が空いている。

【0040】

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の上に上部基材２０を載せる。次に、各貫通穴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支持基材２３のネジ穴２４に螺合する。ネジ部材５０は、突起３８が支持基材２３の下面に接触するまでねじ込む。これにより、放熱シート４０は支持基材２３と下部基材３０との間でほぼ均等に圧縮されて高い熱伝導性能を発揮する。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６Ｃ）。以上のようにして、ウエハ載置台１０を得ることができる。

【0041】

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３５の入口３５ａ及び出口３５ｂ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３９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。

【0042】

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３５の入口３５ａに供給し、出口３５ｂ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。

【0043】

以上説明したウエハ載置台１０では、放熱シート４０は複数の突起３８を挿入する複数の突起挿入穴４４を有している。ウエハ載置台１０を製造する際、下部基材３０の上面の全体にドット状に設けられた突起３８を放熱シート４０の突起挿入穴４４へ挿入するため、放熱シート４０は容易に位置決めされる。また、ネジ部材５０は、上部基材２０と下部基材３０との間隔が突起３８の高さと一致するまでねじ込まれる。これにより、上部基材２０と下部基材３０との間に配置された放熱シート４０は、全体が突起３８の高さと同じ厚みかほぼ同じ厚みになるまで圧縮される。そのため、放熱シート４０の熱伝導性は場所によって大きく異なることがない。したがって、ウエハＷの均熱性が向上する。

【0044】

また、上部基材２０は、セラミック基材２１と、セラミック基材２１の下面に金属接合層２５を介して接合された金属製又は金属セラミック複合材料製の支持基材２３と、を備え、ネジ穴２４は、支持基材２３の下面に設けられている。支持基材２３は、金属製又は金属セラミック複合材料製のため、セラミック基材２１に比べて熱伝導性に優れている。そのため、セラミック基材２１の熱を効率よく下部基材３０へ伝導することができる。

【0045】

更に、複数の突起３８の少なくとも１つは、冷媒流路３５の入口３５ａの直上に設けられている。上部基材２０のうち冷媒流路３５の入口３５ａの直上は、他の箇所に比べて冷媒によって冷却されやすいが、冷媒流路３５の入口３５ａの直上に突起３８が設けられているため、冷媒による過度な冷却を抑えることができる。

【0046】

更にまた、下部基材３０の貫通穴３６は、冷媒流路３５と交差しないように設けられている。そのため、ネジ部材５０が挿入された貫通穴３６から冷媒が漏れ出すおそれがない。

【0047】

そしてまた、下部基材３０は、易加工性材料で作製されている。これにより、下部基材３０に冷媒流路３５や突起３８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。

【0048】

放熱シート４０の熱抵抗は、０．３５Ｋ・ｃｍ²／Ｗ以下が好ましい。こうすれば、上部基材の熱は下部基材へ速やかに伝導される。放熱シート４０のヤング率は、１００ＭＰａ以下が好ましい。こうすれば、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やすいため、放熱シート４０はその全面で上部基材２０と下部基材３０にしっかりと密着する。

【0049】

支持基材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と支持基材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と支持基材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と支持基材２３との熱伝導を良好にする。

【0050】

支持基材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。

【0051】

放熱シート４０は導電性を有していることが好ましい。こうすれば、下部基材３０は支持基材２３や金属接合層２５と同電位になるため、支持基材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と支持基材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。

【0052】

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。

【0053】

上述した実施形態では、下部基材３０を上下方向に貫通する貫通穴３６は、下部基材３０の突起３８を貫通しないように設けたが、特にこれに限定されない。例えば、図７に示すように、貫通穴３６が突起３８を貫通するように設けてもよい。こうすれば、貫通穴３６と連通する連通穴（図６Ａ，Ｂの穴４６）を放熱シート４０に設ける必要がないため、放熱シート４０の機能が十分に発揮される。なお、図７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。

【0054】

上述した実施形態では、下部基材３０は冷媒流路３５を内蔵するものとしたが、特にこれに限定されない。例えば、図８に示すウエハ載置台１１０のように、下部基材１３０は、下部基材１３０の上面に開口する冷媒流路溝１３２を有するものとしてもよい。この場合、冷媒流路１３５は、冷媒流路溝１３２の開口が放熱シート４０によって蓋をされることにより形成される。冷媒流路溝１３２は、冷媒流路１３５の側壁及び底を構成し、放熱シート４０は、冷媒流路１３５の天井を構成する。こうすれば、下部基材１３０は、一枚の円板部材を加工することにより形成することができる。なお、図８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。

【0055】

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、セラミック基材２１の下面に金属接合層２５を介して接合され支持基材２３と、を備え、ネジ穴２４は、支持基材２３の下面に設けられるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、図９に示すウエハ載置台２１０のように、上部基材２２０は、セラミック基材２２１のみで形成されていてもよい。この場合、ネジ部材５０をねじ込むネジ穴２２４はセラミック基材２２１の下面に設けられる。なお、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。

【0056】

上述した実施形態では、下部基材３０の貫通穴３６は、冷媒流路３５と交差しないように設けたが、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３１０のように、貫通穴３３６は、冷媒流路３５と交差するように設けてもよい。貫通穴３３６は、上述した実施形態と同様、大径部３３６ａと小径部３３６ｂとを備えている。貫通穴３３６の段差面３３６ｃ（大径部３３６ａと小径部３３６ｂとの境界）には、樹脂製又は金属製のＯリング５１が配置されている。Ｏリング５１は、冷媒漏出防止部材であり、貫通穴３３６の段差面３３６ｃとネジ部材５０の頭部５０ａによって上下方向に圧縮されている。こうすれば、ネジ部材５０を迂回して冷媒流路３５を設ける必要がないため、冷媒流路３５の設計の自由度が向上する。また、Ｏリング５１により、ネジ部材５０が挿入された貫通穴３３６から下部基材３０の下面に冷媒が漏れ出すのが防止される。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。上述した図８においても、貫通穴３６を冷媒流路溝１３２と交差するように設けてもよい。

【0057】

上述した実施形態では、突起３８の側面と放熱シート４０の突起挿入穴４４の内周面との間や突起３８の頂面と上部基材２０の下面（支持基材２３の下面）との間に、何も充填しなかったが、特にこれに限定されない。例えば、図１１Ｃのウエハ載置台４１０のように、突起３８の側面と放熱シート４０の突起挿入穴４４の内周面との間や突起３８の頂面と上部基材２０の下面（支持基材２３の下面）との間に熱伝導ペースト６０を介在させてもよい。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。ウエハ載置台４１０を作製するには、図１１Ａに示すように、突起３８の頂面に熱伝導ペースト６０を塗布した後、図１１Ｂ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。この状態では、突起挿入穴４４の内周面と突起３８の外周面との間には隙間が空いている。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の上に上部基材２０を載せる。次に、各貫通穴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支持基材２３のネジ穴２４に螺合する。ネジ部材５０は、突起３８が支持基材２３の下面に接触するまでねじ込む。これにより、放熱シート４０は支持基材２３と下部基材３０との間でほぼ均等に圧縮されて高い熱伝導性能を発揮する。それと共に、突起３８の頂面に塗布されていた熱伝導ペースト６０は、突起挿入穴４４の内周面と突起３８の外周面との隙間に入り込む。そのため、この隙間に空隙が残る場合に比べて、上部基材２０から下部基材３０への熱伝導が促進される。また、熱伝導ペースト６０の一部は、突起３８の頂面と支持基材２３との間に留まる。突起３８の頂面には微小な凹凸が存在するが、その凹凸が熱伝導ペースト６０によって埋まる。そのため、突起３８の頂面に微小な凹凸がそのまま残る場合に比べて、上部基材２０から下部基材３０への熱伝導が促進される。熱伝導ペースト６０としては、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上のペーストが好ましく、１Ｗ／ｍＫ以上のペーストがより好ましく、２Ｗ／ｍＫ以上のペーストが更に好ましい。こうしたペーストとしては、例えばＮＯＫ社のＴｒａｎ－Ｑクレイ（熱伝導率２．８Ｗ／ｍＫ）、ヘンケル社のＢＥＲＧＱＵＩＳＴ ＴＬＦ ６０００ＨＧ（熱伝導率６．０Ｗ／ｍＫ）、信越化学工業社のＸ－２３－７９２１－５（熱伝導率６．０Ｗ／ｍＫ）などが挙げられる。

【0058】

上述した実施形態では、突起３８を下部基材３０の上面の全体にドット状に設けたが、特にこれに限定されない。例えば、突起３８を下部基材３０の上面に設ける代わりに、上部基材２０の下面（支持基材２３の下面）の全体にドット状に設け、その突起の頂面が下部基材３０の上面と当接するようにしてもよい。この場合も、上部基材２０と下部基材３０との間に配置された放熱シート４０は、全体が突起の高さと同じ厚みかほぼ同じ厚みになるまで圧縮される。そのため、放熱シート４０の熱伝導性は場所によって大きく異なることがなく、ウエハＷの均熱性が向上する。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

上述した実施形態では、冷媒流路３５は入口３５ａから出口３５ｂまで渦巻状に設けたが、冷媒流路３５の形状は特に限定されない。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。ガス供給穴やリフトピン穴が放熱シート４０を貫通する箇所には、樹脂製又は金属製のＯリングを配置するのが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0065】

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】

【0066】

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 支持基材、２３ｂ 穴、２４ ネジ穴、２５ 金属接合層、３０ 下部基材、３０ｂ 端子孔、３１，３２ 円板部材、３５ 冷媒流路、３５ａ 入口、３５ｂ 出口、３５ｃ 溝、３６ 貫通穴、３６ａ 大径部、３６ｂ 小径部、３６ｃ 段差面、３８ 突起、３９ ネジ穴、４０ 放熱シート、４４ 突起挿入穴、４６，４７ 穴、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、５４ 給電端子、５５ 絶縁管、６０ 熱伝導ペースト、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、１３０ 下部基材、１３２ 冷媒流路溝、１３５ 冷媒流路、２１０ ウエハ載置台、２２０ 上部基材、２２１ セラミック基材、２２４ ネジ穴、３１０ ウエハ載置台、３３６ 貫通穴、３３６ａ 大径部、３３６ｂ 小径部、３３６ｃ 段差面、４１０ ウエハ載置台。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】