CN116564779A - 晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件 - Google Patents

晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件 Download PDF

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coolant
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明提供晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件。晶片载放台(10)具备：陶瓷基材(20)，其在上表面具有晶片载放面(22a)且内置有电极(晶片吸附用电极(26))；冷却基材(30)，其设置于陶瓷基材(20)的下表面；以及冷媒流路沟(32)，其按在冷却基材(30)的下表面呈开口的方式设置于冷却基材(30)。

Description

晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件
技术领域
本发明涉及晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件。
背景技术
以往，已知有如下晶片载放台，该晶片载放台是将植入有静电电极的陶瓷基材和内部具备冷媒流路的冷却基材以金属接合层进行接合得到的(例如专利文献1、2)。冷却基材例如如下制作。首先，准备由金属基复合材料形成的第一～第三基板。第一及第三基板为圆板。对于第二基板，通过从圆板的一个面至另一个面按与冷媒流路相同的形状进行冲孔，从而在圆板设置有冲孔部。接下来，将第二基板以第一基板及第三基板夹入，制成层叠体。此时，在第二基板与第一基板之间、第二基板与第三基板之间放入金属接合材料。然后，对该层叠体进行热压接合，由此得到冲孔部成为冷媒流路、在第一基板与第二基板之间形成有金属接合层且在第二基板与第三基板之间形成有金属接合层的冷却基材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5666748号公报
专利文献2：日本特许第5666749号公报
发明内容
然而，对于上述晶片载放台，需要较多的用于冷却基材的材料，因此，其材料成本高，进而，存在晶片载放台的成本升高的问题。
本发明是为了解决上述课题而实施的，其主要目的在于，将晶片载放台的成本抑制在较低水平。
[1]本发明的晶片载放台具备：
陶瓷基材，该陶瓷基材在上表面具有晶片载放面，且内置有电极；
冷却基材，该冷却基材设置于所述陶瓷基材的下表面侧；以及
冷媒流路沟，该冷媒流路沟按在所述冷却基材的下表面呈开口的方式设置于所述冷却基材。
该晶片载放台在使用时冷却基材的下表面隔着包围冷媒流路沟的密封部件而安装于有别于晶片载放台的另一设置板。这种情况下，冷媒流路沟的开口由密封部件和设置板封闭而成为冷媒流路。冷却基材具有冷媒流路沟，不过，冷媒流路沟在冷却基材的下表面呈开口。因此，与内置有冷媒流路的现有的冷却基材相比，用于冷却基材的材料较少即可解决。因此，能够将晶片载放台的成本抑制在较低水平。
应予说明，本说明书中，有时采用上下、左右、前后等对本发明进行说明，不过，上下、左右、前后只不过是相对的位置关系。因此，在改变了晶片载放台的朝向的情况下，有时上下变成左右、左右变成上下，这种情况也包括在本发明的技术范围中。
[2]上述晶片载放台(上述[1]中记载的晶片载放台)中，所述冷却基材可以由金属与陶瓷的复合材料形成。该复合材料能够减小与构成陶瓷基材的陶瓷材料之间的线热膨胀系数(CTE)之差。因此，能够防止陶瓷基材与冷却基材的接合因热应力而破损。另外，该复合材料比较昂贵，因此，降低成本的意义较大。
[3]上述晶片载放台(上述[1]或[2]中记载的晶片载放台)中，所述冷却基材可以借助金属接合层而接合于所述陶瓷基材的下表面。据此，与冷却基材借助树脂(有机)接合层接合于陶瓷基材的下表面的情形相比，能够使晶片载放面的热效率良好地逃逸至冷却基材。
[4]上述晶片载放台(上述[1]～[3]中的任一项中记载的晶片载放台)中，所述冷媒流路沟中的俯视与所述晶片载放面重复的区域处的最上游部和最下游部的所述冷媒流路沟的顶面至所述晶片载放面的距离可以为，所述最下游部的该距离比所述最上游部的该距离短。在晶片载放台使用时，将冷媒流路沟的开口以有别于晶片载放台的另一部件封闭，形成冷媒流路，之后，使冷媒流通于该冷媒流路。冷媒一边从高温的晶片中夺取热一边从冷媒流路的最上游部向最下游部流动，因此，最下游部与最上游部相比，流通于冷媒流路的冷媒的温度升高。另一方面，冷媒流路的最下游部与最上游部相比，冷媒流路的顶面至晶片载放面的距离较短，因此，最下游部与最上游部相比，冷媒流路的顶面至晶片载放面的热阻降低。因此，综合来讲，能够使晶片载放面的与冷媒流路的最上游部对置的位置和与最下游部对置的位置之间的温度差变小。所以，晶片的均热性提高。
[5]上述晶片载放台(上述[1]～[4]中的任一项中记载的晶片载放台)中，所述冷媒流路沟中的俯视与所述晶片载放面重复的区域处的最上游部和最下游部的所述冷媒流路沟的截面积可以为，所述最下游部的该截面积比所述最上游部的该截面积小。在晶片载放台使用时，将冷媒流路沟的开口以有别于晶片载放台的另一部件封闭，形成冷媒流路，之后，使冷媒流通于该冷媒流路。冷媒一边从高温的晶片中夺取热一边从冷媒流路的最上游部向最下游部流动，因此，最下游部与最上游部相比，流通于冷媒流路的冷媒的温度升高。另一方面，冷媒流路的最下游部与最上游部相比，冷媒流路的截面积较小，因此，最下游部的压力损失与最上游部相比变大，与最上游部相比，最下游部处的冷媒与晶片的热交换更得到促进。因此，综合来讲，能够使晶片载放面的与冷媒流路的最上游部对置的位置和与最下游部对置的位置之间的温度差变小。所以，晶片的均热性提高。
[6]上述晶片载放台(上述[1]～[5]中的任一项中记载的晶片载放台)中，所述冷却基材可以具有沿着上下方向贯穿所述冷却基材的孔，在所述孔的周边区域可以设置有热交换促进部，该热交换促进部在将所述冷媒流路沟用作冷媒流路时对流通于该冷媒流路的冷媒与载放于所述晶片载放面的晶片之间的热交换进行促进。通常，晶片中的该孔的正上方周边容易成为热点，不过，此处，在该孔的周边区域设置有热交换促进部，因此，孔的周边区域的排热得到促进。所以，能够抑制在晶片产生热点。
[7]上述晶片载放台(上述[1]～[6]中的任一项中记载的晶片载放台)中，所述晶片载放台可以在使用时所述冷却基材的下表面隔着包围所述冷媒流路沟的密封部件而安装于有别于所述晶片载放台的另一设置板。
[8]上述晶片载放台(上述[7]中记载的晶片载放台)中，所述冷却基材可以具有将所述冷却基材的中央部紧固于所述设置板的中央部紧固部件。应予说明，“冷却基材的中央部”可以为冷却基材的中心，也可以为直径比冷却基材的直径小的圆的圆周。
[9]上述晶片载放台(上述[1]～[8]中的任一项中记载的晶片载放台)中，所述冷媒流路沟的纵截面的形状(在将晶片载放台以与晶片载放面垂直的方向切断时的剖切面出现的形状)可以为：所述冷媒流路沟的顶部的宽度比所述冷媒流路沟的开口部的宽度宽，所述冷媒流路沟的相邻的开口部彼此的间隔可以比所述冷媒流路沟的相邻的顶部彼此的间隔宽。据此，冷媒流路沟的相邻的开口部彼此的间隔较宽，因此，能够抑制冷媒在开口部彼此间发生混合。另外，冷媒流路沟的相邻的顶部彼此的间隔较窄，因此，冷媒的冷却面积变大，冷却效率升高。此外，冷媒流路沟的开口部的总面积比顶部的总面积窄，因此，能够降低由施加于冷却基材与腔室侧的设置板之间的冷媒的压力所带来的力。
[10]上述晶片载放台(上述[9]中记载的晶片载放台)中，所述冷媒流路沟的开口部可以未由密封环进行密闭。即便未由密封环进行密闭，由于冷媒流路沟的开口部彼此的间隔比较宽，因此，也能够抑制冷媒在开口部彼此间发生混合。
[11]上述晶片载放台(上述[9]中记载的晶片载放台)中，所述冷媒流路沟的开口部可以由密封环进行密闭。据此，由于密封环抑制冷媒在冷媒流路沟的相邻的开口部彼此间发生混合，因此，能够使冷媒流路沟的相邻的开口部彼此的间隔比较窄，进而能够紧密地设置冷媒流路沟。随之，能够使冷媒流路沟的相邻的顶部彼此的间隔更窄，因此，冷媒的冷却面积更大，冷却效率更高。
[12]本发明的半导体制造装置用部件具备：上述[1]～[11]中的任一项中记载的晶片载放台；设置板，该设置板隔着包围所述冷媒流路沟的密封部件而设置有所述冷却基材的下表面；以及外周部紧固部件，该外周部紧固部件将所述晶片载放台的外周部紧固于所述设置板。该半导体制造装置用部件中，隔着包围冷媒流路沟的密封部件而将冷却基材的下表面安装于设置板，由此冷媒流路沟的开口封闭，形成冷媒流路。该半导体制造装置用部件中，具有将冷却基材的中央部紧固于设置板的中央部紧固部件的情况下，晶片载放台的外周部及中央部均固定于设置板，因此，能够防止晶片载放台随着使用而翘曲。结果，能够长期维持由密封部件带来的密封性。另外，密封部件位于冷却基材的下侧(冷媒流路沟位于密封部件的上侧)，因此，即便陶瓷基材成为高温，也不易受到其热的影响。所以，作为密封部件，不需要采用耐热性高的密封部件。
[13]上述半导体制造装置用部件(上述[12]中记载的半导体制造装置用部件)中，所述冷却基材与所述设置板之间的40～400℃的CTE差的绝对值可以为1.5×10-6/K以上。由于将冷却基材的下表面和设置板的上表面夹着密封部件进行组装，所以由冷却基材与设置板之间的CTE差异所带来的影响被密封部件吸收。因此，即便在设置板与冷却基材之间的40～400℃的CTE差的绝对值为1.5×10-6/K以上的情况下，也能够防止开裂。
附图说明
图1是设置于腔室94的晶片载放台10的纵截面图。
图2是晶片载放台10的平面图。
图3是具备密封部件16a～16d的冷却基材30的仰视图。
图4是晶片载放台10的制造工序图。
图5是具备密封部件16a、16c～e的冷却基材30的仰视图。
图6是具有具备密封部件16a、16c～e的冷却基材30的晶片载放台的纵截面图。
图7是表示密封部件16e的另一例的局部纵截面图。
图8是具备中央部紧固部件的晶片载放台10的纵截面图。
图9是图8的晶片载放台10的平面图。
图10是表示中央部紧固部件的另一例的纵截面图。
图11是表示冷媒流路沟32的另一例的纵截面图。
图12是表示冷媒流路沟32的另一例的纵截面图。
图13是表示外周部紧固部件的另一例的说明图。
图14是具备冷媒流路沟432的晶片载放台的纵截面图。
图15是将冷媒流路沟432的开口部432p以密封环483密闭的晶片载放台的纵截面图。
图16是将冷媒流路沟432的开口部432p以密封环583密闭的晶片载放台的纵截面图(局部放大图)。
图17是表示参考例的纵截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。图1是设置于腔室94的晶片载放台10的纵截面图(以包括晶片载放台10的中心轴在内的面进行切断时的截面图)，图2是晶片载放台10的平面图，图3是配置有密封部件16a～16d的冷却基材30的仰视图。
晶片载放台10为利用等离子体对晶片W进行CVD、蚀刻等时所采用的部件，其固定于在半导体工艺用的腔室94的内部所设置的设置板96。晶片载放台10具备：陶瓷基材20、冷却基材30、以及金属接合层40。
陶瓷基材20在具有圆形的晶片载放面22a的中央部22的外周具备具有环状的聚焦环载放面24a的外周部24。以下，聚焦环有时简称为“FR”。在晶片载放面22a载放有晶片W，在FR载放面24a载放有聚焦环78。陶瓷基材20由氧化铝、氮化铝等所代表的陶瓷材料形成。FR载放面24a相对于晶片载放面22a而言降低一级。
陶瓷基材20的中央部22在靠近晶片载放面22a一侧内置有晶片吸附用电极26。晶片吸附用电极26由含有例如W、Mo、WC、MoC等的材料形成。晶片吸附用电极26为圆板状或网状的单极型的静电吸附用电极。陶瓷基材20中的比晶片吸附用电极26更靠上侧的层作为电介质层发挥作用。在晶片吸附用电极26借助供电端子54连接有晶片吸附用直流电源52。供电端子54插穿于在晶片载放台10中的晶片吸附用电极26的下表面与冷却基材30的下表面之间所设置的端子孔51。供电端子54设置成：从在端子孔51中的沿着上下方向贯穿冷却基材30及金属接合层40的贯通孔所配置的绝缘管55通过，并从陶瓷基材20的下表面到达至晶片吸附用电极26。在晶片吸附用直流电源52与晶片吸附用电极26之间设置有低通滤波器(LPF)53。
冷却基材30为圆板部件。作为冷却基材30的材料，优选为金属与陶瓷的复合材料等。作为该复合材料，可以举出：金属基复合材料(Metal-Matrix Composite、MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramics-Matrix Composite、CMC)等。作为该复合材料的具体例，可以举出：包含Si、SiC及Ti的材料、使Al和/或Si含浸于SiC多孔质体得到的材料、Al2O3与TiC的复合材料等。将包含Si、SiC及Ti的材料称为SiSiCTi，将使Al含浸于SiC多孔质体得到的材料称为AlSiC，将使Si含浸于SiC多孔质体得到的材料称为SiSiC。陶瓷基材20为氧化铝基材的情况下，作为用于冷却基材30的复合材料，优选为CTE接近于氧化铝的AlSiC、SiSiCTi等。冷却基材30具有冷媒流路沟32。冷媒流路沟32从在中央附近所设置的入口32a至在外周侧所设置的出口32b以一笔画的要领呈旋涡状形成，且按在冷却基材30的下表面呈开口的方式设置于冷却基材30。冷媒流路沟32的开口由腔室94的设置板96的上表面封堵，由此形成冷媒流路82。因此，冷媒流路沟32构成冷媒流路82的侧壁及顶面。流通于冷媒流路82的冷媒优选为液体，且优选为电绝缘性。作为电绝缘性的液体，例如可以举出氟系非活性液体等。冷却基材30的比冷媒流路沟32更靠上侧的厚度优选为5mm以下，更优选为3mm以下。另外，冷媒流路沟32的上侧的角部(侧壁和顶面交叉的角部)优选为曲面，曲面的曲率半径优选为例如0.5～2mm。冷却基材30借助供电端子64而与RF电源62连接。在冷却基材30与RF电源62之间配置有高通滤波器(HPF)63。冷却基材30具有用于将晶片载放台10的外周部夹紧于设置板96的凸缘部34。设置板96为单层结构，且由氧化铝等绝缘材料构成。
金属接合层40将陶瓷基材20的下表面和冷却基材30的上表面进行接合。金属接合层40可以为例如由焊料或金属钎料形成的层。金属接合层40利用例如TCB(Thermalcompression bonding)形成。TCB是指：将金属接合材料夹入于待接合的2个部件之间，在加热到金属接合材料的固相线温度以下的温度的状态下将2个部件进行加压接合的公知方法。
陶瓷基材20的外周部24的侧面、金属接合层40的外周、冷却基材30的凸缘部34的上表面及侧面由绝缘膜42被覆。作为绝缘膜42，例如可以举出：氧化铝、三氧化二钇等的喷镀膜。
对于上述晶片载放台10，采用夹紧部件70，安装于在腔室94的内部所设置的设置板96。夹紧部件70为截面呈大致倒L字状的环状部件，其具有内周台阶面70a。晶片载放台10和设置板96通过夹紧部件70而实现一体化。在晶片载放台10的冷却基材30的凸缘部34载放有夹紧部件70的内周台阶面70a的状态下，从夹紧部件70的上表面插入螺栓72，旋合于在设置板96的上表面所设置的螺孔97。螺栓72安装于沿着夹紧部件70的圆周方向以等间隔设置的多处(例如8处、12处)。夹紧部件70、螺栓72可以由绝缘材料制作，也可以由导电材料(金属等)制作。在冷却基材30的下表面与设置板96的上表面之间的规定位置配置有密封部件16a～16d。通过将螺栓72旋合于螺孔97，使得上述密封部件16a～16d在上下方向上被挤压，发挥出密封性。应予说明，夹紧部件70、螺栓72以及设置板96的螺孔97相当于外周部紧固部件。
密封部件16a为直径比冷却基材30的直径稍小的O形环。密封部件16b为直径比密封部件16a的直径稍小的O形环，在晶片载放台10使用时包围冷媒流路沟32。密封部件16c配置成：在冷却基材30的下表面的未设置冷媒流路沟32的部位，包围供电端子64。密封部件16d配置成：在冷却基材30的下表面的未设置冷媒流路沟32的部位，包围供电端子54。作为密封部件16a～16d，可以采用O形环、衬垫等。密封部件16a～16d可以为绝缘材料制(例如PTFE等树脂制)，也可以为导电材料制(例如金属制)。
在设置板96的与冷媒流路沟32的入口32a对置的位置，按沿着上下方向贯通的方式设置有冷媒供给口96a，在与出口32b对置的位置，按沿着上下方向贯通的方式设置有冷媒排出口96b。在冷媒供给口96a及冷媒排出口96b连接有未图示的冷媒供排装置。冷媒流路82是通过冷媒流路沟32的开口由设置板96封堵而形成的。本实施方式中，由冷却基材30的下表面、设置板96的上表面以及密封部件16b包围的很小的间隙(除密封部件16c、16d的内侧以外)也形成冷媒流路82的一部分。若从冷媒供排装置向冷媒供给口96a供给冷媒，则冷媒从冷媒流路82的入口82a(冷媒流路沟32的入口32a)经过冷媒流路82(冷媒流路沟32)而到达出口82b(冷媒流路沟的出口32b)，自此经过冷媒排出口96b而返回冷媒供排装置。冷媒供排装置在对返回后的冷媒进行温度调整后，再次将该冷媒向冷媒供给口96a供给。
接下来，采用图4，对晶片载放台10的制造例进行说明。图4是晶片载放台10的制造工序图。首先，将陶瓷粉末的成型体进行热压烧成，由此制作成为陶瓷基材20的基础的圆板状的陶瓷烧结体120(图4(A))。陶瓷烧结体120内置有晶片吸附用电极26。接下来，在陶瓷烧结体120的下表面至晶片吸附用电极26之间形成端子孔上部151a(图4(B))。然后，向端子孔上部151a中插入供电端子54，将供电端子54和晶片吸附用电极26进行接合(图4(C))。
与此同时，制作圆板部件130(图4(D))。陶瓷烧结体120为氧化铝制的情况下，圆板部件130优选为SiSiCTi制或AlSiC制。这是因为：能够使氧化铝的CTE和SiSiCTi、AlSiC的CTE大致相同。
SiSiCTi制的圆板部件例如可以如下制作。首先，将碳化硅、金属Si以及金属Ti进行混合，制作粉体混合物。接下来，将得到的粉体混合物利用单轴加压成型制作圆板状的成型体，使该成型体在非活性气氛下进行热压烧结，由此得到SiSiCTi制的圆板部件。
接下来，在圆板部件130开设沿着上下方向贯通的端子孔下部151c，并且，利用机械加工在圆板部件130的下表面形成冷媒流路沟32，由此得到冷却基材30(图4(E))。
接下来，在冷却基材30的上表面配置金属接合材料140(图4(F))。在金属接合材料140的与端子孔上部151a及端子孔下部151c对置的位置预先设置端子孔中间部151b。然后，将陶瓷烧结体120的供电端子54插入于端子孔中间部151b及端子孔下部151c，并且，将陶瓷烧结体120载放于在冷却基材30的上表面所配置的金属接合材料140之上。据此，得到将冷却基材30、金属接合材料140以及陶瓷烧结体120自下侧开始按顺序层叠得到的层叠体。对该层叠体一边加热一边加压(TCB)，由此得到接合体110(图4(G))。接合体110是在冷却基材30的上表面借助金属接合层40接合陶瓷烧结体120而得到的。端子孔51为端子孔上部151a、端子孔中间部151b以及端子孔下部151c相连得到的孔。
TCB例如如下进行。于金属接合材料的固相线温度以下(例如固相线温度减去20℃得到的温度以上且固相线温度以下)的温度，将层叠体进行加压而接合，然后返回室温。据此，金属接合材料成为金属接合层。作为此时的金属接合材料，可以使用Al-Mg系接合材料、Al-Si-Mg系接合材料。例如，采用Al-Si-Mg系接合材料进行TCB的情况下，以在真空气氛下进行加热的状态将层叠体进行加压。金属接合材料优选采用厚度为100μm左右的金属接合材料。
接下来，对陶瓷烧结体120的外周进行切削，形成台阶，由此制成具备中央部22和外周部24的陶瓷基材20。另外，在端子孔51的从陶瓷基材20的下表面至冷却基材30的下表面配置供供电端子54插穿的绝缘管55。进而，采用陶瓷粉末对陶瓷基材20的外周部24的侧面、金属接合层40的周围及冷却基材30的上表面(露出面)及侧面进行喷镀，由此形成绝缘膜42(图4(H))。据此，得到晶片载放台10。
接下来，采用图1，对晶片载放台10的使用例进行说明。如上所述，晶片载放台10通过夹紧部件70而固定于腔室94的设置板96。在腔室94的顶面配置有将工艺气体从许多气体喷射孔向腔室94的内部释放的喷头95。
在晶片载放台10的FR载放面24a载放有聚焦环78，在晶片载放面22a载放有圆盘状的晶片W。聚焦环78沿着上端部的内周具备台阶，以使其不会与晶片W发生干扰。在该状态下，向晶片吸附用电极26施加晶片吸附用直流电源52的直流电压，使晶片W吸附于晶片载放面22a。然后，将腔室94的内部设定为规定的真空气氛(或减压气氛)，一边从喷头95供给工艺气体，一边向冷却基材30施加来自RF电源62的RF电压。于是，在晶片W与喷头95之间产生等离子体。然后，利用该等离子体，对晶片W实施CVD成膜或者蚀刻。
以上详细说明的实施方式中，在晶片载放台10使用时，冷却基材30的下表面隔着包围冷媒流路沟32的密封部件16b而安装于有别于晶片载放台10的另一设置板96。虽然冷却基材30具有冷媒流路沟32，不过，冷媒流路沟32在冷却基材30的下表面呈开口。因此，与内置有冷媒流路的现有的冷却基材相比，不需要对下表面进行封堵的圆板，所以，用于冷却基材30的材料较少即可解决。所以，能够将晶片载放台10的成本抑制在较低水平。
另外，由于将冷却基材30的下表面和设置板96的上表面夹着O形环等密封部件16a～d进行组装，所以由冷却基材30与设置板96之间的CTE差异所带来的影响被密封部件16a～d吸收。结果，能够防止冷却基材30的开裂。另外，即便在设置板96与冷却基材30之间的40～400℃的CTE差的绝对值为1.5×10-6/K以上的情况下，也能够防止开裂。因此，即便在冷却基材30采用MMC、设置板96采用铝的情况下，也能够吸收CTE差。
另外，冷却基材30优选由金属与陶瓷的复合材料形成。该复合材料能够减小与构成陶瓷基材20的陶瓷材料之间的CTE差。因此，能够防止陶瓷基材20与冷却基材30的接合因热应力而破损。另外，该复合材料比较昂贵，因此，降低成本的意义较大。
此外，冷却基材30借助金属接合层40而接合于陶瓷基材20的下表面。因此，与冷却基材30借助树脂(有机)接合层接合于陶瓷基材20的下表面的情形相比，能够使晶片载放面22a的热效率良好地逃逸至冷却基材30。
进而，密封部件16a～d位于冷却基材30的下侧(冷媒流路沟32位于密封部件16a～d的上侧)，因此，即便陶瓷基材20成为高温，也不易受到其热的影响。所以，作为密封部件16a～d，不需要采用耐热性高的密封部件。
应予说明，本发明不受上述实施方式的任何限定，当然只要属于本发明的技术范围则能够以各种方案进行实施。
上述实施方式中，使密封部件16b为包围旋涡状的冷媒流路沟32整体的环形，但不特别限定于此。例如，可以采用图5及图6所示的密封部件16e来代替密封部件16b。图5及图6中，对与上述实施方式相同的构成要素标记相同符号。密封部件16e沿着在冷却基材30的下表面所设置的旋涡状的冷媒流路沟32的边缘而形成(并行密封部件)。采用了密封部件16e的情况下，冷媒经由冷却基材30的下表面与设置板96的上表面的间隙的流通得以抑制。密封部件16e在冷却基材30的下表面与设置板96的上表面之间被挤压而发挥出密封性。这种情况下，密封部件16e在垂直方向上产生反作用力，因此，需要增大以螺栓72固定的力。另一方面，可以如图7所示配置密封部件16e。图7中，在设置板96的上表面沿着冷媒流路沟32而设置有突起99。突起99的宽度比冷媒流路沟32的宽度窄，在突起99的侧面与冷媒流路沟32的壁面之间配置有密封部件16e。密封部件16e通过突起99的侧面和冷媒流路沟32的壁面在横向上被挤压而发挥出密封性。这种情况下，密封部件16e在横向上产生反作用力，因此，突起99的侧面、冷媒流路沟32的壁面接受其反作用力。所以，以螺栓72固定的力较小即可解决。应予说明，上述实施方式中，冷却基材30的下表面与设置板96的上表面的间隙很小，冷媒经由该间隙的流通也很少，因此，冷媒经由间隙的流通几乎不会对均热性造成影响。另外，与密封部件16e相比，密封部件16b容易配置。
上述实施方式中，如图8及图9所示，冷却基材30可以具备中央部紧固部件(螺栓79及螺母80)。图8及图9中，对与上述实施方式相同的构成要素标记相同符号。在冷却基材30沿着直径比冷却基材30的直径小的圆30a的圆周以等间隔配置有多个(图9中为6个)螺母80(例如六角螺母)。螺母80以旋转被限制的状态收纳于在冷却基材30的上表面所设置的收纳孔35(例如六角孔)。在冷却基材30设置有从收纳孔35至冷却基材30的下表面的插穿孔36。螺栓79配置于贯穿设置板96的台阶孔98。台阶孔98的下部为对螺栓79的头部79a进行收纳的粗径部98a，上部为供螺栓79的脚部79b插穿的细径部98b。螺栓79的头部79a卡止于粗径部98a与细径部98b之间的台阶。螺栓79的脚部79b插穿台阶孔98的细径部98b，进而插穿冷却基材30的插穿孔36，从而旋合于螺母80。在从冷却基材30的下表面与设置板96的上表面的间隙通过的脚部79b的周围配置有密封部件16f。通过将螺栓79与螺母80旋合，使得冷却基材30的中央部(设置有收纳孔35的部分)成为按压于设置板96的状态。另外，冷却基材30的外周部成为如上所述通过夹紧部件70而按压于设置板96的状态。亦即，通过冷却基材30的中央部紧固部件(螺栓79和螺母80)及外周部紧固部件(夹紧部件70、螺栓72以及螺孔97)，将晶片载放台10的外周部和中央部固定于设置板96，从而使得密封部件16a～d被上下挤压。因此，能够防止晶片载放台10随着晶片载放台10的使用而翘曲。结果，能够长期维持密封部件16a～d、f的密封性。
应予说明，图9中，螺栓79及螺母80沿着圆30a以等间隔设置有多个，不过，除此之外，可以沿着直径比圆30a的直径小的圆以等间隔设置有多个。另外，可以采用图10所示的中央部紧固部件(螺栓84及螺母86)来代替图8的中央部紧固部件(螺栓79及螺母80)。图10中，将螺栓84的头部以旋转被限制的状态收纳于收纳孔35，并将螺栓84的脚部插穿于插穿孔36，使其从冷却基材30的下表面向下方突出，进而经过细径部98b而到达粗径部98a。螺栓84的脚部与收纳于台阶孔98的粗径部98a的螺母86旋合。
上述实施方式中，对于具备入口32a和出口32b的冷媒流路沟32，如图11所示，在俯视与晶片载放面22a重复的区域确定了最上游部32U和最下游部32L时，冷媒流路沟32的顶面至晶片载放面22a的距离d可以为，与最上游部32U的距离d相比，最下游部32L的距离d变短。应予说明，冷媒流路沟32的宽度可以整体恒定。冷媒一边从高温的晶片中夺取热，一边从冷媒流路82的最上游部82U向最下游部82L流动，因此，与最上游部82U相比，最下游部82L的流通于冷媒流路82的冷媒的温度升高。另一方面，由于与冷媒流路82的最上游部82U相比，最下游部82L的从冷媒流路82的顶面至晶片载放面22a的距离d较短，因此，与最上游部82U相比，最下游部82L的从冷媒流路82的顶面至晶片载放面22a的热阻降低。因此，综合来讲，能够使晶片载放面22a中的与冷媒流路82的最上游部82U对置的位置和与最下游部82L对置的位置之间的温度差变小。所以，晶片的均热性提高。该距离d优选从最上游部32U趋向最下游部32L而逐渐变短。最下游部32L处的距离d优选为最上游部32U处的距离d的50～90％。
上述实施方式中，对于具备入口32a和出口32b的冷媒流路沟32，如图12所示，在俯视与晶片载放面22a重复的区域确定了最上游部32U和最下游部32L时，冷媒流路沟32的截面积可以为，与最上游部32U的截面积相比，最下游部32L的截面积变小。此处，冷媒流路沟32的高度、从冷媒流路沟32的顶面至晶片载放面22a的距离整体恒定，通过使冷媒流路沟32的宽度w发生变化，使得冷媒流路沟32的截面积发生变化。冷媒一边从高温的晶片中夺取热，一边从冷媒流路82的最上游部82U向最下游部82L流动，因此，与最上游部82U相比，最下游部82L的流通于冷媒流路82的冷媒的温度升高。另一方面，由于与冷媒流路82的最上游部82U相比，最下游部82L的冷媒流路82的截面积较小，因此，与最上游部82U相比，最下游部82L的压力损失增大，与最上游部82U相比，最下游部82L的冷媒与晶片的热交换更加得以促进。因此，综合来讲，能够使晶片载放面22a中的与冷媒流路82的最上游部82U对置的位置和与最下游部82L对置的位置之间的温度差变小。所以，晶片的均热性提高。冷媒流路沟32的截面积优选从冷媒流路沟32的最上游部32U趋向最下游部32L而逐渐变小。最下游部32L处的截面积优选为最上游部32U处的截面积的60～90％。冷媒流路沟32的截面积可以通过在冷媒流路沟32的内壁所设置的凸状突起(例如翅片)的数量、凸状突起的厚度及凸状突起的长度中的至少1者进行调整。凸状突起可以连续地设置，也可以断续地设置。另外，凸状突起可以设置于设置板96的与冷媒流路沟32对置的位置。
上述实施方式中，作为晶片载放台10的外周部紧固部件，采用了夹紧部件70、螺栓72及螺孔97，但不特别限定于此。例如，如图13所示，可以在冷却基材30的凸缘部34设置螺栓插穿孔39，使螺栓72通过该螺栓插穿孔39而与设置板96的螺孔97旋合，由此将晶片载放台10的外周部安装于设置板96。螺栓72优选以具有游隙的方式插穿于螺栓插穿孔39。应予说明，图13中，可以自下方进行螺栓紧固，以此代替自上方进行螺栓紧固。
上述实施方式中，在贯穿冷却基材30的端子孔51的周边区域可以设置有热交换促进部，在将冷媒流路沟32用作冷媒流路82时，该热交换促进部对流通于该冷媒流路82的冷媒与载放于晶片载放面22a的晶片W之间的热交换进行促进。通常，晶片W中的该端子孔51的正上方周边容易成为热点，不过，此处在该端子孔51的周边区域设置有热交换促进部，因此，端子孔51的周边区域的排热得到促进。所以，能够抑制在晶片W产生热点。该热交换促进部中，与偏离了端子孔51周边区域的区域相比，冷媒流路沟32可以变细。例如，可以使图3所示的单点划线的框内的冷媒流路沟32的宽度变细。与流通于冷媒流路82未变细的部分的情形相比，流通于冷媒流路82变细的部分的冷媒的流速变快。因此，端子孔51的周边区域的排热得到促进。冷媒流路沟32变细的部分的流路截面积优选为未变细的部分的流路截面积的60～90％。或者，热交换促进部中，可以在冷媒流路沟32的内表面设置有凸状突起(例如翅片)。例如，可以在图3所示的单点划线的框内的冷媒流路沟32设置翅片。与流通于未设置翅片的部分的情形相比，流通于在冷媒流路82设置有翅片的部分的冷媒容易成为湍流。因此，端子孔51的周边区域的排热得到促进。在冷媒流路沟32设置有翅片的部分的流路截面积优选为未设置翅片的部分的流路截面积的60～90％。或者，热交换促进部中，与偏离了端子孔51周边区域的区域相比，晶片载放面22a至冷媒流路沟32的顶面的距离可以变短。例如，可以使图3所示的单点划线的框内的冷媒流路沟32的顶面与晶片载放面22a之间的距离比其他区域短。与流通于晶片载放面22a至冷媒流路沟32的顶面的距离未变短的部分的情形相比，流通于晶片载放面22a至冷媒流路沟32的顶面的距离较短的部分的冷媒与晶片W之间的热阻变小。因此，端子孔51的周边区域的排热得到促进。热交换促进部中的晶片载放面22a至冷媒流路沟32的顶面的距离优选为除热交换促进部以外的晶片载放面22a至冷媒流路沟32的顶面的距离的50～90％。应予说明，可以在冷却基材30中的后述的气体供给孔、升降销孔的周边区域设置热交换促进部。
上述实施方式中，以单层构成腔室94的设置板96，不过，也可以以多个层构成设置板96。这种情况下，多个层中的至少1个层由绝缘材料构成即可。例如，可以多个层全部由绝缘材料构成，也可以多个层中的一部分层(例如最表层)由绝缘材料构成、其余层由导电材料构成。
上述实施方式中，作为构成冷却基材30的材料，例示了金属与陶瓷的复合材料，但不特别限定于此。例如，可以由铝、铝合金等金属材料构成冷却基材30。不过，若考虑减小与陶瓷基材20之间的CTE差，则优选为金属与陶瓷的复合材料。
上述实施方式中，在陶瓷基材20的中央部22内置有晶片吸附用电极26，不过，可以内置有等离子体发生用的RF电极来代替晶片吸附用电极26，或者可以除了晶片吸附用电极26以外，还内置有等离子体发生用的RF电极。这种情况下，将高频电源与RF电极连接，而不是与冷却基材30连接。另外，可以在陶瓷基材20的外周部24内置有聚焦环(FR)吸附用电极。这种情况下，将直流电源与FR吸附用电极连接。另外，陶瓷基材20可以内置有加热器电极(电阻发热体)。这种情况下，将加热器电源与加热器电极连接。陶瓷基材20可以内置有1层电极，也可以内置有2层以上电极。
上述实施方式的晶片载放台10中，可以按从冷却基材30的下表面到达至晶片载放面22a的方式设置贯穿晶片载放台10的孔。作为该孔，可以举出：用于向晶片W的背面供给热传导气体(例如He气体)的气体供给孔、供使晶片W相对于晶片载放面22a上下移动的升降销插穿的升降销孔等。热传导气体向通过在晶片载放面22a所设置的未图示的许多小突起(对晶片W进行支撑)和晶片W形成的空间供给。升降销孔在将晶片W以例如3根升降销进行支撑的情况下设置于3处。设置该贯通孔的情况下，在陶瓷基材20的下表面与冷却基材30的上表面之间的空间中，与绝缘管55的周围同样地，在该贯通孔的周围也配置密封部件。
上述实施方式中，在最外周设置有密封部件16a，不过，可以省略密封部件16a。
上述实施方式中，冷媒流路沟32以旋涡状从入口32a设置至出口32b，不过，冷媒流路沟32的形状没有特别限定。例如，可以将冷媒流路沟32设置为俯视呈Z字形状。
上述实施方式中，图4A的陶瓷烧结体120是通过对陶瓷粉末的成型体进行热压烧成而制作的，不过，此时的成型体可以是将多块流延成型体进行层叠而制作的，也可以通过模铸法进行制作，还可以通过将陶瓷粉末进行压固来制作。
上述实施方式中，可以在设置板96的上表面的供密封部件16a～16d配置的位置设置供密封部件16a～16d嵌入的沟。另外，可以取而代之，在冷却基材30的下表面的供密封部件16a～16d配置的位置设置供密封部件16a～16d嵌入的沟，或者，可以除此以外，还在冷却基材30的下表面的供密封部件16a～16d配置的位置设置供密封部件16a～16d嵌入的沟。
上述实施方式中，使冷媒流路沟32的纵截面的形状(在将晶片载放台10以与晶片载放面22a垂直的面切断时的剖切面呈现的形状)为长方形，但不特别限定于此。例如，如图14所示，可以将冷媒流路沟432的纵截面的形状设为：冷媒流路沟432的顶部432q的宽度w2比冷媒流路沟432的开口部432p的宽度w1宽(w2＞w1)。图14中，对与上述实施方式相同的构成要素标记相同符号。冷媒流路沟432的开口部432p由腔室94的设置板96的上表面封堵，由此形成冷媒流路482。冷媒流路沟432的入口432a及出口432b(冷媒流路482的入口482a及出口482b)分别与在设置板96所设置的冷媒供给口96a及冷媒排出口96b连接。此处，冷媒流路沟432的相邻的开口部432p彼此的间隔d1比冷媒流路沟432的相邻的顶部432q彼此的间隔d2宽(d1＞d2)。图14中，由于冷媒流路沟432的相邻的开口部432p彼此的间隔d1较宽，所以，能够抑制冷媒从开口部432p彼此之间的间隙G通过而混合。另外，由于冷媒流路沟432的相邻的顶部432q彼此的间隔d2较窄，所以，冷媒对晶片W进行冷却的冷却面积变大，冷却效率提高。此外，由于冷媒流路沟432的开口部432p的总面积比顶部432q的总面积窄，所以，能够降低由施加于冷却基材30与腔室94侧的设置板96之间的冷媒的压力所带来的力。结果，能够抑制晶片载放台本身翘曲。进而，由于冷媒流路沟432的开口部432p彼此的间隔d1比较宽，所以，即便将开口部432p以密封环等进行密闭，也能够抑制冷媒从开口部432p彼此之间的间隙G通过而混合。该冷媒流路沟432可以采用纵截面的形状与冷媒流路沟432相同的磨石来形成。这种情况下，冷媒流路沟432的入口432a及出口432b为圆孔(圆柱形状的孔)。
冷媒流路沟432的开口部432p可以如图15所示以密封环483进行密闭。图15中，对与图14相同的构成要素标记相同符号。密封环483呈现为俯视与冷媒流路沟432相同的形状。据此，密封环483防止冷媒在冷媒流路沟432的相邻的开口部432p彼此之间的间隙G混合，因此，能够使冷媒流路沟432的相邻的开口部432p彼此的间隔d1与图14相比变窄，进而能够紧密地设置冷媒流路沟432。随之，能够使冷媒流路沟432的相邻的顶部432q彼此的间隔d2更窄，因此，冷媒对晶片W进行冷却的冷却面积更宽，冷却效率更高。
应予说明，图15中，使密封环483的纵截面的形状为圆形，但并不特别限定于此。例如，可以像图16所示的密封环583那样，将纵截面的形状设为使梯形(或长方形)的左右的边向内侧凹陷得到的形状，并将密封环583的比凹部更靠上侧的部分配置成在冷媒流路沟432之中与壁面密合，将密封环583的比凹部更靠下侧的部分配置于冷媒流路沟432之外(冷却基材30与设置板96的间隙)。据此，即便将冷却基材30朝向设置板96进行按压，也能够防止密封环583被按入于冷媒流路沟432。
不过，作为减少用于冷却基材的材料的结构，还考虑如下结构，即，如图17所示，将没有冷媒流路沟的板状的冷却基材230借助金属接合层40而接合于陶瓷基材20的下表面，并将具有朝上开口的冷媒流路沟332的板状部件330隔着密封部件216b而安装于该冷却基材230的下表面。这种情况下，即便冷却基材230由昂贵的材料形成，如果将板状部件330由便宜的材料形成，则也能够将晶片载放台的成本抑制在较低水平。但是，图17的结构中，将冷媒流路沟332的上部开口以冷却基材230封堵而形成的冷媒流路382虽然在顶面与陶瓷基材20进行热交换，但在侧面无法与陶瓷基材20进行充分的热交换。与此相对，上述实施方式中，由于在冷媒流路82的顶面和侧面均与陶瓷基材20进行充分的热交换，所以能够效率良好地进行晶片W的排热。
本申请以2022年1月27日申请的日本专利申请第2022-011102号及2022年7月5日申请的日本专利申请第2022-108450号为主张优先权的基础，通过引用，其内容全部包含在本说明书中。

Claims (13)

1.一种晶片载放台，其中，具备：
陶瓷基材，该陶瓷基材在上表面具有晶片载放面，且内置有电极；
冷却基材，该冷却基材设置于所述陶瓷基材的下表面侧；以及
冷媒流路沟，该冷媒流路沟按在所述冷却基材的下表面呈开口的方式设置于所述冷却基材。
2.根据权利要求1所述的晶片载放台，其中，
所述冷却基材由金属与陶瓷的复合材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
所述冷却基材借助金属接合层而接合于所述陶瓷基材的下表面。
4.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
关于所述冷媒流路沟中的俯视与所述晶片载放面重复的区域处的最上游部和最下游部的所述冷媒流路沟的顶面至所述晶片载放面的距离，所述最下游部的该距离比所述最上游部的该距离短。
5.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
关于所述冷媒流路沟中的俯视与所述晶片载放面重复的区域处的最上游部和最下游部的所述冷媒流路沟的截面积，所述最下游部的该截面积比所述最上游部的该截面积小。
6.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
所述冷却基材具有沿着上下方向贯穿所述冷却基材的孔，在所述孔的周边区域设置有热交换促进部，该热交换促进部在将所述冷媒流路沟用作冷媒流路时对流通于该冷媒流路的冷媒与载放于所述晶片载放面的晶片之间的热交换进行促进。
7.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
所述晶片载放台在使用时所述冷却基材的下表面隔着包围所述冷媒流路沟的密封部件而安装于有别于所述晶片载放台的另一设置板。
8.根据权利要求7所述的晶片载放台，其中，
所述冷却基材具有将所述冷却基材的中央部紧固于所述设置板的中央部紧固部件。
9.根据权利要求1或2所述的晶片载放台，其中，
所述冷媒流路沟的纵截面的形状为：所述冷媒流路沟的顶部的宽度比所述冷媒流路沟的开口部的宽度宽，所述冷媒流路沟的相邻的开口部彼此的间隔比所述冷媒流路沟的相邻的顶部彼此的间隔宽。
10.根据权利要求9所述的晶片载放台，其中，
所述冷媒流路沟的开口部未由密封环进行密闭。
11.根据权利要求9所述的晶片载放台，其中，
所述冷媒流路沟的开口部由密封环进行密闭。
12.一种半导体制造装置用部件，其中，具备：
权利要求1或2所述的晶片载放台；
设置板，该设置板隔着包围所述冷媒流路沟的密封部件而设置有所述冷却基材的下表面；以及
外周部紧固部件，该外周部紧固部件将所述晶片载放台的外周部紧固于所述设置板。
13.根据权利要求12所述的半导体制造装置用部件，其中，
所述冷却基材与所述设置板之间的40～400℃的线热膨胀系数差的绝对值为1.5×10-6/K以上。
CN202211088070.8A 2022-01-27 2022-09-07 晶片载放台及采用了该晶片载放台的半导体制造装置用部件 Pending CN116564779A (zh)

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