JP2022092824A - 半導体製造装置用部材及びその製法 - Google Patents

半導体製造装置用部材及びその製法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022092824000001
【課題】寸法精度の高い凹形状又は凸形状のウエハ載置面を備えた半導体製造装置用部材を提供する。
【解決手段】半導体製造装置用部材１０は、凹形状のウエハ載置面２２を有し、静電電極２４を内蔵するセラミック製の上部プレート２０と、上部プレート２０のウエハ載置面２２とは反対側の面に第１金属接合層３１を介して接合された中間プレート３０と、中間プレート３０の上部プレート２０と接合された面とは反対側の面に第２金属接合層３２を介して接合された下部プレート４０と、を備える。中間プレート３０の熱膨張係数は、上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置用部材及びその製法に関する。
従来、ウエハ載置面を有するセラミック製の静電チャックと、周縁に比べて中央が凹んだ形状の凹面に静電チャックが金属接合された支持基板と、を備えた半導体製造装置用部材が知られている（例えば特許文献１参照）。この半導体製造装置用部材では、静電チャックは、支持基板の凹面と同形状に変形した状態で接合されている。また、静電チャックのセラミックと支持基板を構成する複合材料との熱膨張係数差の絶対値は０．２×１０-6／Ｋ以下である。こうした半導体製造装置用部材によれば、静電チャックのウエハ載置面が凹面であるため、ウエハ載置面にウエハを安定して保持することができるとされる。
特許第６７４１５４８号公報
しかしながら、特許文献１では支持基板の凹面を精度よく仕上げることが難しかった。そのため、寸法精度の高い凹形状のウエハ載置面を得ることは難しかった。
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、寸法精度の高い凹形状又は凸形状のウエハ載置面を備えた半導体製造装置用部材を提供することを主目的とする。
本発明の半導体製造装置用部材は、
凹形状又は凸形状のウエハ載置面を有し、静電電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、
前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面に第１金属接合層を介して接合された中間プレートと、
前記中間プレートの前記上部プレートと接合された面とは反対側の面に第２金属接合層を介して接合された下部プレートと、
を備え、
前記中間プレートの熱膨張係数は、前記上部プレート及び前記下部プレートの熱膨張係数よりも大きい、
ものである。
この半導体製造装置用部材では、中間プレートの熱膨張係数は上部プレート及び下部プレートの熱膨張係数よりも大きい。そのため、中間プレートと上部プレートとの熱膨張差と、中間プレートと下部プレートとの熱膨張差とを利用して、ウエハ載置面を寸法精度の高い凹形状又は凸形状にすることができる。
本発明の半導体製造装置用部材において、前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であってもよく、前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製であり、前記上部プレートと異なる厚みを有していてもよい。こうすれば、中間プレートの熱膨張係数を、上部プレート及び下部プレートの熱膨張係数よりも大きくしやすい。また、上部プレートと下部プレートは同じセラミック製であるが厚みや材質が異なるため、ウエハ載置面を凹形状又は凸形状にしやすい。
この場合、前記ウエハ載置面は、凹形状であってもよく、前記上部プレートは、前記下部プレートより薄くてもよい。あるいは、前記ウエハ載置面は、凸形状であってもよく、前記上部プレートは、前記下部プレートより厚くてもよい。
また、前記上部プレート及び前記下部プレートの少なくとも一方は、抵抗発熱体を内蔵していてもよい。こうすれば、半導体製造装置用部材を静電チャックヒータとして利用することができる。前記下部プレートは、抵抗発熱体を内蔵していてもよく、前記抵抗発熱体が配線された領域の直径は、前記上部プレートの直径以上であってもよい。こうすれば、抵抗発熱体は上部プレートのウエハ載置面全面を加熱することができるため、ウエハの均熱性が高まる。
本発明の半導体製造装置用部材の製法は、
（ａ）下部プレートと、ウエハ載置面を有し静電電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、熱膨張係数が前記上部プレート及び前記下部プレートよりも大きい中間プレートとを用意する工程と、
（ｂ）前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第１金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第２金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものである。
この半導体製造装置用部材の製法によれば、工程（ｂ）で生じる中間プレートと上部プレートとの熱膨張差や中間プレートと下部プレートとの熱膨張差を利用して、ウエハ載置面を精度よく凹形状又は凸形状にすることができる。
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程（ａ）では、前記下部プレートを用意するにあたり、前記下部プレートの厚みが予め定められた目標厚みになるように加工しておいてもよい。このように接合体を得る前に下部プレートの厚みを目標厚みにすることにより、ウエハ載置面を精度よく凹形状又は凸形状にすることができる。
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程（ｂ）では、前記接合体を得たあと、前記下部プレートの厚みが前記上部プレートの厚みと異なる予め定められた目標厚みになるように前記下部プレートを加工してもよい。このように接合体を得た後に下部プレートの厚みを目標厚みにすることにより、ウエハ載置面を精度よく凹形状又は凸形状にすることができる。
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程（ｂ）では、前記接合体を得たあと、前記上部プレートの形状が予め定められた凹形状又は凸形状になるように前記下部プレートの厚みを調整してもよい。こうすれば、ウエハ載置面を一層精度よく凹形状又は凸形状にすることができる。
半導体製造装置用部材１０の断面図。 ウエハ載置面２２の平面図。 ウエハ載置面２２の拡大断面図。 半導体製造装置用部材１０を冷却装置５０に取り付けた様子を示す断面図。 半導体製造装置用部材１０の製造工程図。 半導体製造装置用部材１１０の断面図。 ウエハ載置面１２２の拡大断面図。 半導体製造装置用部材２１０の断面図。
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は半導体製造装置用部材１０の断面図（部材１０の中心を通る垂直面で切断したときの断面図）、図２はウエハ載置面２２の平面図、図３はウエハ載置面２２の拡大断面図である。
半導体製造装置用部材１０は、上部プレート２０と、中間プレート３０と、下部プレート４０と、第１及び第２金属接合層３１，３２とを備えている。
上部プレート２０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷと同径の円盤状でセラミック（例えばアルミナや窒化アルミニウム）製のプレートであり、静電電極２４と抵抗発熱体２６とを内蔵している。そのため、上部プレート２０は、静電チャックとして機能すると共にヒータとしても機能する。上部プレート２０の直径は特に限定するものではないが、例えば２５０～３５０ｍｍとしてもよい。上部プレート２０の上面は、ウエハ載置面２２となっている。
ウエハ載置面２２は、図３に示すように、凹形状（外周部に比べて中央部が凹んだ形状）になっている。このウエハ載置面２２に載置されるウエハＷは、凹形状のものを用いる。つまり、ウエハ載置面２２は、凹形状のウエハＷに倣って形成されている。ウエハ載置面２２のうち最も凹んでいる箇所の深さ（ウエハ載置面２２の最大高さと最小高さとの差、平面度ともいう）は１～５００μｍが好ましく、３０～３００μｍがより好ましい。ウエハ載置面２２には、図２及び図３に示すように、外縁に沿ってシールバンド２２ａが形成され、全面に複数の円形突起２２ｂが形成されている。シールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂは同じ高さであり、その高さは例えば数μｍ～数１０μｍである。
静電電極２４は、図示しない給電端子を介して外部電源により直流電圧を印加可能な円形の面電極である。上部プレート２０のうちウエハ載置面２２と静電電極２４との間の部分が誘電体層２８として機能する。誘電体層２８の厚みは、ウエハＷを吸着する力を考慮して所定の厚み（例えば５０～５００μｍ）に調整されている。この静電電極２４に直流電圧が印加されるとウエハ載置面２２に載置されたウエハＷはウエハ載置面２２に吸着固定され、直流電圧の印加を解除するとウエハのウエハ載置面２２への吸着固定が解除される。ウエハ載置面２２に吸着されたウエハＷの裏面は、図３に示すように、シールバンド２２ａの上面及び円形突起２２ｂの上面に接触する。また、ウエハＷの裏面とウエハ載置面２２のうちシールバンド２２ａや円形突起２２ｂが設けられていない部分との間には空間Ｓ１が生じる。この空間Ｓ１には、半導体製造装置用部材１０を上下方向に貫通する図示しないガス供給路を通じて伝熱ガス（例えばＨｅガス）が供給される。この伝熱ガスによって上部プレート２０とウエハＷとの熱交換が効率よく行われる。抵抗発熱体２６は、上部プレート２０の全面にわたって配線されるように一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハWを加熱する。抵抗発熱体２６が配線された領域は、平面視で円形である。静電電極２４及び抵抗発熱体２６は、いずれもウエハ載置面２２と平行に設けられている。なお、「平行」とは、完全に平行な場合のほか、完全に平行でなくても公差の範囲内であれば平行とみなす。
中間プレート３０は、円盤状のプレートであり、その直径は、上部プレート２０及び下部プレート４０の直径よりも大きい。中間プレート３０は、上部プレート２０のウエハ載置面２２とは反対側の面に第１金属接合層３１を介して接合されている。中間プレート３０の熱膨張係数は、上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きい。ここで、熱膨張係数は、例えば４０～５７０℃の線熱膨張係数としてもよい。中間プレート３０の材料としては、複合材料や金属などが挙げられる。複合材料としては、セラミックス／金属複合材料（メタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ）ともいう）が挙げられる。ＭＭＣとしては、Ｓｉ，ＳｉＣ及びＴｉを含む材料（ＳｉＳｉＣＴｉともいう）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。金属としては、ＴｉやＭｏなどが挙げられる。中間プレート３０の材料は、上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を持つものを選定する。
下部プレート４０は、中間プレート３０の上部プレート２０と接合された面とは反対側の面に第２金属接合層３２を介して接合されている。下部プレート４０は、金属製でもＭＭＣ製でもセラミック製でもよいが、セラミック製であることが好ましい。本実施形態では、下部プレート４０は上部プレート２０のセラミックと同じ材料であり、上部プレート２０は下部プレート４０よりも薄い。こうすることにより、上部プレート２０のウエハ載置面２２は凹形状になる。なお、中間プレート３０は、上部プレート２０や下部プレート４０よりも厚いことが好ましい。例えば、上部プレート２０の厚みを１ｍｍ以上３ｍｍ以下とし、下部プレート４０の厚みを６ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、中間プレート３０の厚みを１０ｍｍ超２０ｍｍ以下としてもよい。
上部プレート２０及び下部プレート４０の材料がアルミナの場合、中間プレート３０の材料はＳｉＳｉＣＴｉか金属Ｔｉが好ましい。上部プレート２０及び下部プレート４０の材料が窒化アルミニウムの場合、中間プレート３０の材料はＳｉＣ多孔質体にＳｉを含浸させた材料か金属Ｍｏが好ましい。但し、中間プレート３０の熱膨張係数が上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きいという関係を満たすような材料の組合せであれば、特にこの組合せに限定されない。
第１及び第２金属接合層３１，３２は、例えばＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系又はＡｌ－Ｍｇ系材料などのＡｌ含有材料で構成されている。第１及び第２金属接合層３１，３２の厚みは、特に限定するものではないが、１～３００μｍが好ましく、５０～１５０μｍがより好ましい。また、第１金属接合層３１の外周は上部プレート２０の外周からはみ出していないことが好ましく、第２金属接合層３２の外周は下部プレート４０の外周からはみ出していないことが好ましい。第１及び第２金属接合層３１，３２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。
次に、半導体製造装置用部材１０の使用例について説明する。図４は半導体製造装置用部材１０を冷却装置５０に取り付けた様子を示す断面図である。まず、半導体製造装置用部材１０を、図示しない真空チャンバ内に設置された冷却装置５０に取り付ける。冷却装置５０は、アルミニウムなどの金属製の円盤部材であり、内部に冷媒を循環可能な冷媒通路５２を有している。冷却装置５０の上面の中央には、円形溝５４が設けられている。円形溝５４には、下部プレート４０が挿入される。冷却装置５０は、円形溝５４の周囲を取り囲む環状面５６を有している。半導体製造装置用部材１０は、中間プレート３０の裏面の外周部と環状面５６との間にリング状のシール部材５７を配置して円形溝５４に下部プレート４０を挿入した状態で、クランプリング６０によって冷却装置５０に固定される。シール部材５７の外径は、円形溝５４の直径よりも大きく中間プレート３０の直径よりも小さい。シール部材５７としては、例えば金属ガスケットなどが挙げられる。クランプリング６０は、冷却装置５０の環状面５６に配置される。クランプリング６０の内周面には段差６２が設けられ、この段差６２が中間プレート３０の外周部の上面を上から押さえる。また、クランプリング６０は、ネジ７１を挿通可能な縦穴６４やネジ７２と螺合可能なネジ穴６６を有する。ネジ７１は、縦穴６４に上方から挿入されて冷却装置５０の環状面５６に設けられたネジ穴５８に螺合される。ネジ７２は、冷却装置５０を上下方向に貫通するネジ挿入穴５９に下方から挿入されてクランプリング６０の裏面に設けられたネジ穴６６に螺合される。こうしたネジ７１，７２は、クランプリング６０の周方向に等間隔に複数（例えば８個）設けられている。これにより、円形溝５４と下部プレート４０とシール部材５７によって囲まれた空間Ｓ２は密閉される。密閉された空間Ｓ２には、伝熱シート又は伝熱ガスが充填される。このように、半導体製造装置用部材１０の中間プレート３０のうち上部プレート２０や下部プレート４０から外側にはみ出した部分は、冷却装置５０に装着するためのフランジとして用いられる。
冷却装置５０に半導体製造装置用部材１０を取り付けた後、凹形状のウエハＷをウエハ載置面２２に載置する。そして、真空チャンバ内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、静電電極２４に直流電圧をかけてウエハＷをウエハ載置面２２に吸着固定する。ウエハ載置面２２は凹形状になっているため、凹形状のウエハＷは隙間なくウエハ載置面２２のシールバンド２２ａや円形突起２２ｂに密着し、空間Ｓ１は密閉される。この空間Ｓ１には伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは封入されるため、上部プレート２０とウエハＷとの間で効率よく熱伝導が行われる。次に、真空チャンバ内を所定圧力（例えば数１０～数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とし、この状態で、プラズマを発生させる。そして、発生したプラズマによってウエハＷの表面のエッチングを行う。図示しないコントローラは、ウエハＷの温度が予め設定された目標温度となるように、抵抗発熱体２６へ供給する電力を制御する。
次に、半導体製造装置用部材１０の製造例について説明する。図５は半導体製造装置用部材１０の製造工程図である。以下には、上部プレート２０及び下部プレート４０の材料がアルミナで、中間プレート３０の材料がＳｉＳｉＣＴｉの場合を例に挙げて説明する。
まず、上部プレート２０と、中間プレート３０と、下部プレート４０とを用意する（図５（ａ）参照）。この工程を工程（ａ）と称する。
上部プレート２０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の上部プレート２０の製造例について説明する。まず、円盤状のアルミナ製の第１及び第２グリーンシートを準備し、第１グリーンシートの表面に静電電極２４を形成し、第２グリーンシートの表面に抵抗発熱体２６を形成する。静電電極２４や抵抗発熱体２６の形成方法としては、例えばスクリーン印刷、ＰＶＤ、ＣＶＤ、メッキなどを用いることができる。次に、第１グリーンシートの静電電極２４が形成された面に、別のアルミナ製のグリーンシート（第３グリーンシート）を積層し、その上に第２グリーンシートを抵抗発熱体２６が第３グリーンシートと接するように積層して積層体とする。あるいは、金型に第１グリーンシートを静電電極２４が上になるように配置し、その静電電極２４が形成された面に、造粒したアルミナ顆粒を所定の厚みになるように敷き詰め、その上に第２グリーンシートを抵抗発熱体２６がアルミナ顆粒の層と接するように積層し、一括プレスして積層体としてもよい。次に、積層体をホットプレス法により焼成することにより静電電極２４及び抵抗発熱体２６が埋設されたアルミナ焼結体を得る。得られたアルミナ焼結体の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の上部プレート２０を得る（図５（ａ）参照）。この時点では、誘電体層２８の厚みは予め定められた所定の厚みになるように加工されるが、ウエハ載置面２２にシールバンド２２ａや円形突起２２ｂは形成しない。なお、アルミナ製のグリーンシートの代わりに、キャスティング法（例えばモールドキャスト法）により作製されたアルミナ成形体を用いてもよい。あるいは、第１及び第２グリーンシートの代わりにアルミナ焼結体を用いたり、第３グリーンシートの代わりにアルミナ焼結体を用いたりしてもよい。上部プレート２０の具体的な製造条件については、例えば特開２００６－１９６８６４号公報に記載されている条件を参考にして設定すればよい。
中間プレート３０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、ＳｉＳｉＣＴｉ製の中間プレート３０の製造例について説明する。まず、ＳｉＳｉＣＴｉ製の円盤部材を作製する。例えば、平均粒径が１０μｍ以上２５μｍ以下の炭化珪素原料粒子を３９～５１質量％含有すると共に、Ｔｉ及びＳｉが含まれるように選択された１種以上の原料を含有し、炭化珪素を除く原料に由来するＳｉ及びＴｉについてＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）の質量比が０．２６～０．５４である粉体混合物を作製する。原料としては、例えば炭化珪素と金属Ｓｉと金属Ｔｉとを用いることができる。その場合、炭化珪素を３９～５１質量％、金属Ｓｉを１６～２４質量％、金属Ｔｉを２６～４３質量％となるように混合するのが好ましい。次に、得られた粉体混合物を一軸加圧成形により円盤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により１３７０～１４６０℃で焼結させることにより、ＳｉＳｉＣＴｉ製の円盤部材を得る。なお、ホットプレス時のプレス圧は、例えば５０～３００ｋｇｆ／ｃｍ2に設定する。次に、得られた円盤部材を研削加工等により形状や厚みを調整し、中間プレート３０を得る（図５（ａ）参照）。上部プレート２０がアルミナ製の場合、アルミナの４０～５７０℃の線熱膨張係数は７．７×１０-6／Ｋである。そのため、中間プレート３０としては４０～５７０℃の線熱膨張係数が７．７×１０-6／Ｋを超えるものを作製する。中間プレート３０の具体的な製造条件については、例えば特許第５６６６７４８号公報に記載されている条件を参考にして設定すればよい。
下部プレート４０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の下部プレート４０の製造例について説明する。まず、円盤状のアルミナ成形体を作製し、そのアルミナ成形体を焼成してアルミナ焼結体とし、得られたアルミナ焼結体の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の下部プレート４０を得る（図５（ａ）参照）。本実施形態では、下部プレート４０の厚みを、予め定められた目標厚み（上部プレート２０の厚みを超える厚み）に調整しておく。
次に、下部プレート４０の上面に、下部プレート４０と同径の平板状の第２金属接合材３０２を載せ、その上に中間プレート３０を載せ、更に中間プレート３０の上面に上部プレート２０と同径の平板状の第１金属接合材３０１を載せ、上部プレート２０のウエハ載置面２２とは反対側の面が第２金属接合材３０２と接触するように載せる。これにより、上部プレート２０と下部プレート４０との間に、中間プレート３０が各金属接合材３０１，３０２を介して挟まれた状態のサンドイッチ積層体が得られる。次に、第１及び第２金属接合材３０１，３０２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）の温度でサンドイッチ積層体を加圧して、上部プレート２０と中間プレート３０と下部プレート４０とをＴＣＢ接合し（図５（ｂ）参照）、その後室温に戻す。これにより、第１金属接合材３０１が第１金属接合層３１になり、第２金属接合材３０２が第２金属接合層３２になった接合体８０が得られる（図５（ｃ）参照）。この工程を工程（ｂ）と称する。第１及び第２金属接合材３０１，３０２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（８８．５重量％のＡｌ、１０重量％のＳｉ、１．５重量％のＭｇを含有し、固相線温度が約５６０℃）を用いてＴＣＢ接合する場合、真空雰囲気下、５４０～５６０℃（例えば５５０℃）に加熱した状態で上部プレート２０を０．５～２．０ｋｇ／ｍｍ2 （例えば１．５ｋｇ／ｍｍ2）の圧力で数時間かけて加圧する。第１及び第２金属接合材３０１，３０２は厚みが１００μｍ前後のものを用いるのが好ましい。接合体８０の上部プレート２０のウエハ載置面２２は、中間プレート３０の熱膨張係数が上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きいことと、上部プレート２０が下部プレート４０よりも薄いことにより、凹形状になる。
次に、接合体８０の上部プレート２０のウエハ載置面２２に、シールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂを形成する部分に穴を開けたパターンマスクを貼り付け、ブラストメディアを噴射してブラスト加工を行う（図５（ｃ）参照）。ブラスト加工によりウエハ載置面２２にはシールバンド２２ａや円形突起２２ｂが形成される。その後、マスクを外し、半導体製造装置用部材１０を得る（図５（ｄ）参照）。必要に応じて、下部プレート４０の底面をフラットに加工してもよいし、ウエハ載置面２２の凹形状が目標の凹形状になるように下部プレート４０の厚みを研削加工により調整したりしてもよい。
以上詳述した半導体製造装置用部材１０によれば、中間プレート３０の熱膨張係数が上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きいため、中間プレート３０と上部プレート２０との熱膨張差と、中間プレート３０と下部プレート４０との熱膨張差とを利用して、ウエハ載置面２２を寸法精度の高い凹形状にすることができる。
また、中間プレート３０は、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であり、上部プレート２０と下部プレート４０とは、同じセラミック製であるため、中間プレート３０の熱膨張係数を、上部プレート２０及び下部プレート４０の熱膨張係数よりも大きくしやすい。また、上部プレート２０は下部プレート４０よりも薄いため、ウエハ載置面２２を凹形状にしやすい。
更に、上部プレート２０は、静電電極２４及び抵抗発熱体２６を内蔵している。そのため、半導体製造装置用部材１０を静電チャックヒータとして利用することができる。また、ウエハ載置面２２の凹形状を、上部プレート２０に内蔵された静電電極２４及び抵抗発熱体２６によって調整することもできる。
更にまた、半導体製造装置用部材１０の製法は、（ａ）下部プレート４０と、ウエハ載置面２２を有し静電電極２４を内蔵するセラミック製の上部プレート２０と、熱膨張係数が上部プレート２０及び下部プレート４０よりも大きい中間プレート３０とを用意する工程と、（ｂ）中間プレート３０の上面と上部プレート２０のウエハ載置面２２とは反対側の面との間に第１金属接合材３０１を配置すると共に、中間プレート３０の下面と下部プレート４０の上面との間に第２金属接合材３０２を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、を含む。こうすれば、工程（ｂ）で生じる中間プレート３０と上部プレート２０との熱膨張差や中間プレート３０と下部プレート４０との熱膨張差を利用して、ウエハ載置面２２を精度よく凹形状にすることができる。
そしてまた、工程（ａ）では、下部プレート４０を用意するにあたり、下部プレート４０の厚みが目標厚みになるように加工する。このように接合体８０を得る前に下部プレート４０の厚みを目標厚みにすることにより、ウエハ載置面２２を精度よく凹形状にすることができる。
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。
例えば、上述した実施形態では、工程（ａ）で下部プレート４０の厚みを目標厚みに調整したが、工程（ａ）では下部プレート４０の厚みを目標厚みよりも厚く形成しておき、工程（ｂ）で接合体８０を得たあと、下部プレート４０の厚みが目標厚みになるように下部プレート４０を加工してもよい。こうしても、精度よくウエハ載置面２２を凹形状にすることができる。あるいは、工程（ｂ）で接合体８０を得たあと、ウエハ載置面２２が予め定められた凹形状になるように下部プレート４０の厚みを調整してもよい。こうすれば、ウエハ載置面２２を一層精度よく凹形状にすることができる。
上述した実施形態では、工程（ａ）で用意した上部プレート２０にはシールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂを形成しなかったが、この段階で上部プレート２０にシールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂをブラスト加工により形成してもよい。その場合、工程（ｃ）は不要となる。
上述した実施形態では、ウエハ載置面２２を凹形状とし、上部プレート２０と下部プレート４０とは同じセラミック製であって上部プレート２０は下部プレート４０より薄くしたが、特にこれに限定されない。例えば、図６及び図７に示す半導体製造装置用部材１１０のように、上部プレート１２０のウエハ載置面１２２を凸形状（外周部に比べて中央部が突出した形状）とし、上部プレート１２０と下部プレート１４０とは同じセラミック製であって上部プレート１２０は下部プレート１４０より厚くしてもよい。なお、図６及び図７において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。この場合、ウエハ載置面１２２に載置されるウエハＷは凸形状のものを用いる。つまり、ウエハ載置面１２２は凸形状のウエハＷに倣って形成される。そのため、凸形状のウエハＷは隙間なくウエハ載置面１２２のシールバンド２２ａや円形突起２２ｂに密着し、空間Ｓ１は密閉される。半導体製造装置用部材１１０では、例えば、上部プレート１２０の厚みを３ｍｍ以上５ｍｍ以下とし、下部プレート１４０の厚みを１ｍｍ以上３ｍｍ以下とし、中間プレート３０の厚みを１０ｍｍ超２０ｍｍ以下としてもよい。
ここで、ウエハ載置面１２２が凸形状である半導体製造装置用部材１１０は、上述した実施形態の製法に準じて製造することができる。具体的には、工程（ａ）において、下部プレート１４０を用意するにあたり、下部プレート４０の厚みが予め定められた目標厚み（上部プレート１２０よりも薄い値）になるように加工しておく。このように接合体を得る前に下部プレート１４０の厚みを目標厚みにすることにより、ウエハ載置面１２２を精度よく凸形状にすることができる。あるいは、工程（ｂ）において、接合体を得たあと、下部プレート１４０の厚みが目標厚み（上部プレート１２０よりも薄い値）になるように下部プレート１４０を加工してもよい。こうしても、ウエハ載置面２２を精度よく凸形状にすることができる。更に、工程（ｂ）において、接合体を得たあと、ウエハ載置面１２２が予め定められた凸形状になるように下部プレート１４０の厚みを調整してもよい。こうすれば、ウエハ載置面１２２を一層精度よく凸形状にすることができる。なお、下部プレート１４０の下面は最終的にはフラットになるように加工してもよい。
上述した実施形態では、上部プレート２０に抵抗発熱体２６を埋設したが、図８に示す半導体製造装置用部材２１０のように、上部プレート２２０には抵抗発熱体２６を埋設せず、下部プレート２４０に抵抗発熱体２２６を埋設してもよい。この場合、抵抗発熱体２２６が埋設された領域（平面視で円形領域）の直径Ｄ２は、上部プレート２０の直径Ｄ１以上であることが好ましい。こうすれば、上部プレート２０の直径Ｄ１と同じ直径を持つウエハＷを加熱する際に均一に加熱することができる。
上述した実施形態では、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径と同じにしたが、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径よりも大きくしてもよいし、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径よりも小さくしてもよい。
以下に本発明の好適な実施例について説明する。本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。実験例１，３～６，８～１１，１３～１５が本発明の実施例に相当し、実験例２，７，１２が比較例に相当する。それらの結果を表１に示す。
Figure 2022092824000002
［実験例１］
上述した実施形態の半導体製造装置用部材１０を、Ａｌ2Ｏ3製の上部プレート２０及び下部プレート４０と、ＳｉＳｉＣＴｉ製の中間プレート３０を用意して、上述した製造方法により製造した。Ａｌ2Ｏ3の４０～５７０℃の線熱膨張係数は７．７×１０-6／Ｋ、ＳｉＳｉＣＴｉの４０～５７０℃の線熱膨張係数は７．８×１０-6／Ｋであった。第１及び第２金属接合材３０１，３０２としてはＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を用い、ＴＣＢにより上部プレート２０と中間プレート３０と下部プレート４０とを接合した。上部プレート２０の厚みは、接合前に２ｍｍになるように調整した。なお、誘電体層２８の厚みとウエハ載置面２２から抵抗発熱体２６までの距離は、すべての実験例で同じ値とした。中間プレート３０の厚み及び下部プレート４０の厚みは、接合前に、それぞれ１５ｍｍ、８ｍｍになるように調整した。その結果、得られた半導体製造装置用部材１０は、凹形状のウエハ載置面２２を有し、ウエハ載置面１２２の平面度（ウエハ載置面２２の最大高さと最小高さとの差）は０．０６ｍｍであった。
［実験例２］
実験例１において、接合前の上部プレート及び下部プレートの厚みを共に４ｍｍに変更した以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、フラットなウエハ載置面を有し、その平面度は０．００ｍｍであった。
［実験例３］
実験例１において、接合前の上部プレートの厚みを４ｍｍ、下部プレートの厚みを２ｍｍに変更した以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凸形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．０３ｍｍであった。
［実験例４］
実験例１において、接合前の下部プレートの厚みを１０ｍｍに変更し、接合後に下部プレートの厚みが８ｍｍになるように研削した以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．０６ｍｍであった。
［実験例５］
実験例３において、接合前の下部プレートの厚みを４ｍｍに変更し、接合後に下部プレートの厚みが２ｍｍになるように下部プレートの底面を研削した以外は、実験例３と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．０３ｍｍであった。
［実験例６］
実験例１において、中間プレートを金属Ｔｉ製に変更した以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。金属Ｔｉの４０～５７０℃の線熱膨張係数は１１．１×１０-6／Ｋであった。得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．３０ｍｍであった。
［実験例７］
実験例２において、中間プレートを金属Ｔｉ製に変更した以外は、実験例２と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、フラットなウエハ載置面を有し、その平面度は０．００ｍｍであった。
［実験例８］
実験例３において、中間プレートを金属Ｔｉ製に変更した以外は、実験例３と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凸形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．１５ｍｍであった。
［実験例９］
実験例４において、中間プレートを金属Ｔｉ製に変更した以外は、実験例４と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．３０ｍｍであった。
［実験例１０］
実験例５において、中間プレートを金属Ｔｉ製に変更した以外は、実験例５と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凸形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．１５ｍｍであった。
［実験例１１］
実験例１において、上部プレート及び下部プレートをＡｌＮ製とし、中間プレートを金属Ｍｏ製に変更した以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。ＡｌＮの４０～５７０℃の線熱膨張係数は５．９×１０-6／Ｋ、金属Ｍｏの４０～５７０℃の線熱膨張係数は６．１×１０-6／Ｋであった。得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．１８ｍｍであった。
［実験例１２］
実験例２において、上部プレート及び下部プレートをＡｌＮ製とし、中間プレートを金属Ｍｏ製に変更した以外は、実験例２と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、フラットのウエハ載置面を有し、その平面度は０．００ｍｍであった。
［実験例１３］
実験例３において、上部プレート及び下部プレートをＡｌＮ製とし、中間プレートを金属Ｍｏ製に変更した以外は、実験例３と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凸形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．０９ｍｍであった。
［実験例１４］
実験例４において、上部プレート及び下部プレートをＡｌＮ製とし、中間プレートを金属Ｍｏ製に変更した以外は、実験例４と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凹形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．１８ｍｍであった。
［実験例１５］
実験例５において、上部プレート及び下部プレートをＡｌＮ製とし、中間プレートを金属Ｍｏ製に変更した以外は、実験例５と同様にして半導体製造装置用部材を製造した。その結果、得られた半導体製造装置用部材は、凸形状のウエハ載置面を有し、その平面度は０．０９ｍｍであった。
１０，１１０，２１０ 半導体製造装置用部材、２０，１２０，２２０ 上部プレート、２２，１２２ ウエハ載置面、２２ａ シールバンド、２２ｂ 円形突起、２４ 静電電極、２６，２２６ 抵抗発熱体、２８ 誘電体層、３０ 中間プレート、３１ 第１金属接合層、３２ 第２金属接合層、４０，１４０，２４０ 下部プレート、５０ 冷却装置、５２ 冷媒通路、５４ 円形溝、５６ 環状面、５７ シール部材、５８ ネジ穴、５９ ネジ挿入穴、６０ クランプリング、６２ 段差、６４ 縦穴、６６ ネジ穴、７１，７２ ネジ、８０ 接合体、３０１ 第１金属接合材、３０２ 第２金属接合材、Ｗ ウエハ、Ｓ１，Ｓ２ 空間。

Claims (10)

  1. 凹形状又は凸形状のウエハ載置面を有し、静電電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、
    前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面に第１金属接合層を介して接合された中間プレートと、
    前記中間プレートの前記上部プレートと接合された面とは反対側の面に第２金属接合層を介して接合された下部プレートと、
    を備え、
    前記中間プレートの熱膨張係数は、前記上部プレート及び前記下部プレートの熱膨張係数よりも大きい、
    半導体製造装置用部材。
  2. 前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であり、
    前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製であり、前記上部プレートと異なる厚みを有する、
    請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
  3. 前記ウエハ載置面は、凹形状であり、
    前記上部プレートは、前記下部プレートよりも薄い、
    請求項２に記載の半導体製造装置用部材。
  4. 前記ウエハ載置面は、凸形状であり、
    前記上部プレートは、前記下部プレートよりも厚い、
    請求項２に記載の半導体製造装置用部材。
  5. 前記上部プレート及び前記下部プレートの少なくとも一方は、抵抗発熱体を内蔵する、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
  6. 前記下部プレートは、抵抗発熱体を内蔵し、
    前記抵抗発熱体が配線された領域の直径は、前記上部プレートの直径以上である、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
  7. （ａ）下部プレートと、ウエハ載置面を有し静電電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、熱膨張係数が前記上部プレート及び前記下部プレートよりも大きい中間プレートとを用意する工程と、
    （ｂ）前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第１金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第２金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
    を含む半導体製造装置用部材の製法。
  8. 前記工程（ａ）では、前記下部プレートを用意するにあたり、前記下部プレートの厚みが予め定められた目標厚みになるように加工しておく、
    請求項７に記載の半導体製造装置用部材の製法。
  9. 前記工程（ｂ）では、前記接合体を得たあと、前記下部プレートの厚みが前記上部プレートの厚みと異なる予め定められた目標厚みになるように前記下部プレートを加工する、
    請求項７又は８に記載の半導体製造装置用部材の製法。
  10. 前記工程（ｂ）では、前記接合体を得たあと、前記上部プレートの形状が予め定められた凹形状又は凸形状になるように前記下部プレートの厚みを調整する、
    請求項７～９のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材の製法。
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