JP7364822B1

JP7364822B1 - ウエハ載置台

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Publication number: JP7364822B1
Application number: JP2023514791A
Authority: JP
Inventors: 達也久野; 靖也井上
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2042-09-27
Also published as: US20240105428A1; KR20240046104A; WO2024069742A1

Abstract

ウエハ載置台１０は、ウエハ載置面２２ａを有し、電極を内蔵するセラミックプレート２０と、冷媒流路３２を有する金属－セラミック複合材料製の冷却プレート３０と、両プレート２０，３０を接合する接合層４０と、を備える。ウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の上底及び下底の少なくとも一方までの長さは、冷媒流路３２の全体にわたって一定ではなく変化しているところがある。冷却プレート３０は、互いに接合された第１薄型プレート部８１及び第２薄型プレート部８２を含む複数のプレート部を金属接合した構造であり、第１薄型プレート部８１は、平面視で冷媒流路３２と同じ形状となるように設けられた貫通溝である第１流路部を有する。第２薄型プレート部８２は、第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第２流路部を有する。

Description

本発明は、ウエハ載置台に関する。

従来、ウエハ載置面を有し電極を内蔵するセラミックプレートと、冷媒流路を有する冷却プレートと、セラミックプレートと冷却プレート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には、こうしたウエハ載置台の冷却プレートとして、線熱膨張係数がセラミックプレート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。冷却プレートを作製するにあたっては、まず円板状のプレートである上基板、中基板及び下基板を用意する。次に、中基板の一方の面から他方の面まで冷媒流路と同じ形状となるように打ち抜いて、中基板に打ち抜き部を形成する。上基板及び下基板は、両面とも平坦な面である。そして、上基板と中基板との間に金属接合材を挟むと共に、中基板と下基板との間に金属接合材を挟み、これらの基板を熱圧接合する。これにより、打ち抜き部が冷媒流路になった冷却プレートが得られる。

特許第５６６６７４８号公報

しかしながら、特許文献１では、冷媒流路の上底からウエハ載置面までの距離や冷媒流路の下底からウエハ載置面までの距離は冷媒流路の全体にわたって一定であるため、ウエハの均熱性が十分得られないことがあった。そのため、ウエハの均熱性が十分得られるウエハ載置台の開発が望まれていた。また、そうしたウエハ載置台の製造コストを低く抑えることも望まれていた。

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、ウエハの均熱性を高めると共に製造コストを低く抑えることを主目的とする。

［１］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プレートと
冷媒流路を有する金属－セラミック複合材料製の冷却プレートと、
前記セラミックプレートと前記冷却プレートとを接合する接合層と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記ウエハ載置面から前記冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方までの長さは、前記冷媒流路の全体にわたって一定ではなく変化しているところがあり、
前記冷却プレートは、互いに接合された第１プレート部及び第２プレート部を含む複数のプレート部を金属接合した構造であり、前記第１プレート部は、平面視で前記冷媒流路と同じ形状となるように設けられた貫通溝である第１流路部を有し、前記第２プレート部は、前記第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第２流路部を有する、
ものである。

このウエハ載置台では、ウエハ載置面から冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方までの長さは、冷媒流路の全体にわたって一定ではなく変化しているところがある。例えば、ウエハ載置面のうち高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて、ウエハ載置面から冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方までの長さを変化させることにより、ウエハの均熱性を高めることができる。一方、冷却プレートは、互いに接合された第１プレート部及び第２プレート部を含む複数のプレート部を金属接合した構造である。第１プレート部は、平面視で冷媒流路と同じ形状となるように設けられた貫通溝である第１流路部を有する。第２プレート部は、第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第２流路部を有する。第１流路部は、例えばくり抜き加工により低コストで形成することができる。第２流路部は、例えば切削加工や研削加工により形成できるが、深さが比較的浅いため、短時間で形成することができ、低コストで形成することができる。

［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、前記冷媒流路の幅は、前記冷媒流路の全体にわたって一定ではなく変化しているところがあってもよい。こうすれば、ウエハ載置面のうち高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて冷媒流路の幅を変化させることにより、ウエハの均熱性を高めることができる。

［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、前記冷媒流路は、前記冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方にフィンを有しているところがあってもよい。こうすれば、ウエハ載置面のうち高温になりやすいところの冷媒流路にフィンを設けることで効率よく冷却することができる。

［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、前記冷却プレートは、前記第１プレート部のうち前記第２プレート部と反対側の面に接合された第３プレート部を備えていてもよく、前記第３プレート部は、前記第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第３流路部を有していてもよい。こうすれば、冷媒流路の上底及び下底の一方の位置を変えたり両方の位置を変えたりすることができる。

［５］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、前記冷却プレートは、前記第１プレート部のうち前記第２プレート部と反対側の面に接合された第３プレート部を備えていてもよく、前記第３プレート部のうち前記第１流路部と対向する面は平坦であってもよい。こうすれば、冷媒流路の上底及び下底の一方の位置を変えることができる。

チャンバ９４に設置されたウエハ載置台１０の縦断面図。第１薄型プレート部８１を通る水平面で冷却プレート３０を切断した断面を上からみたときの断面図。冷却プレート３０の縦断面図。ウエハ載置台１０の製造工程図。第１～第３薄型プレート部８１～８３の加工工程図。冷却プレート１３０の縦断面図。冷却プレート２３０の縦断面図。冷却プレート３３０の縦断面図。冷却プレート４３０の縦断面図。

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は第１薄型プレート部８１を通る水平面で冷却プレート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。

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、セラミックプレート２０と、冷却プレート３０と、金属接合層４０とを備えている。

セラミックプレート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。セラミックプレート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。

セラミックプレート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。セラミックプレート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の下面と冷却プレート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のうち冷却プレート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、セラミックプレート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。

冷却プレート３０は、冷媒が流通可能な冷媒流路３２を有する円盤状のプレートであり、第１～第３薄型プレート部８１～８３を互いに金属接合したものである。冷媒流路３２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。第１～第３薄型プレート部８１～８３は、いずれも、金属とセラミックとの複合材料（以下、金属－セラミック複合材料とも称する）で形成されている。冷却プレート３０は、第１薄型プレート部８１の下面に第１金属接合層８４を介して第２薄型プレート部８２が接合され、第１薄型プレート部８１の上面に第２金属接合層８５を介して第３薄型プレート部８３が接合されている。金属－セラミック複合材料としては、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。こうした金属－セラミック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。セラミックプレート２０がアルミナプレートの場合、冷却プレート３０に用いる金属－セラミック複合材料としては熱膨張係数がアルミナに近いＭＭＣ（ＡｌＳｉＣやＳｉＳｉＣＴｉなど）が好ましい。冷却プレート３０は、ＲＦ電源６２に給電端子６４を介して接続されている。冷却プレート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。冷却プレート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。

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、冷却プレート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３２ｂまで一筆書きの要領で形成されている。入口３２ａは冷媒供給路３６に接続され、出口３２ｂは冷媒排出路３８に接続されている。冷媒は、冷媒供給路３６から入口３２ａを介して冷媒流路３２を通過して出口３２ｂを介して冷媒排出路３８から排出される。冷媒排出路３８から排出された冷媒は、外部の冷媒循環器（図示せず）で温度調整されたあと再び冷媒供給路３６に戻される。本実施形態では、冷媒流路３２は渦巻き状に形成されている。ウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の上底までの距離ｄ１やウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の下底までの距離ｄ２は、図１に示すように、冷媒流路３２の全体にわたって一定ではなく短いところもあれば長いところもある。距離ｄ１，ｄ２は、ウエハ載置台１０の使用時にウエハＷが高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて設定される。冷媒流路３２の幅ｗは、図１に示すように、冷媒流路３２の全体にわたって一定ではなく狭いところもあれば広いところもある。幅ｗは、ウエハ載置台１０の使用時にウエハＷが高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて設定される。例えば、ウエハＷが高温になりやすいところの直下の冷媒流路３２では、冷媒とウエハＷとの熱交換を促進させるために、距離ｄ１を短くしてもよいし、圧力損失を大きくしてもよい。圧力損失を大きくするには、例えば、流路断面積が小さくなるように距離ｄ２を短くしたり幅ｗを狭くしたりしてもよい。なお、図２では、便宜上、冷媒流路３２の幅ｗは冷媒流路３２の全体にわたって一定とした。

第１薄型プレート部８１は、第１流路部８６を有する。第１流路部８６は、平面視で冷媒流路３２と同じ形状の貫通溝（第１薄型プレート部８１を上下方向に貫通する溝）である。第２薄型プレート部８２は、第２流路部８７を有する。第２流路部８７は、第１流路部８６と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝（止まり溝）である。第３薄型プレート部８３は、第３流路部８８を有する。第３流路部８８は、第１流路部８６と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である。各金属接合層８４，８５には、第１流路部８６と対向する位置に平面視で第１流路部８６と同形状の貫通溝８４ａ，８５ｂが設けられている。そのため、冷媒流路３２は、第２流路部８７、貫通溝８４ａ、第１流路部８６、貫通溝８５ａ及び第３流路部８８によって構成されている。各金属接合層８４，８５は、後述する金属接合層４０と同様にして形成することができる。

金属接合層４０は、セラミックプレート２０の下面と冷却プレート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（Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｏｎｄｉｎｇ）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。

セラミックプレート２０の外周部２４の側面、金属接合層４０の外周及び冷却プレート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。

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の冷却プレート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。

次に、ウエハ載置台１０の製造例を図４及び図５を用いて説明する。図４はウエハ載置台１０の製造工程図、図５は第１～第３薄型プレート部８１～８３の加工工程図である。

まず、セラミックプレート２０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）。セラミックプレート２０は、ウエハ吸着用電極２６を内蔵している。次に、セラミックプレート２０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４Ｂ）。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４Ｃ）。

これと並行して、穴や溝を有しない円板部材である第１～第３薄型プレート部８１～８３を用意する（図５Ａ）。セラミックプレート２０がアルミナの場合、第１～第３薄型プレート部８１～８３はＳｉＳｉＣＴｉかＡｌＳｉＣであることが好ましい。ＳｉＳｉＣＴｉやＡｌＳｉＣは、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。

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。

次に、第１薄型プレート部８１に第１流路部８６及び第１端子穴構成部８１ａを形成する。また、第２薄型プレート部８２に第２流路部８７、冷媒供給路３６、冷媒排出路３８及び第２端子穴構成部８２ａを形成する。また、第３薄型プレート部８３に第３流路部８８及び第３端子穴構成部８３ａを形成する（図５Ｂ）。第１流路部８６は、第１薄型プレート部８１を上下方向に貫通する貫通溝であるため、くり抜き加工で形成することができる。くり抜き加工は、例えばワイヤーソーやワイヤー放電を利用して行ってもよいし、切削や研削により行ってもよい。ワイヤーソーやワイヤー放電を利用する場合、まず貫通溝を形成しようとする領域のどこかに貫通孔を設けて、その貫通孔にワイヤーを通してから加工を開始すればよい。第１～第３端子穴構成部８１ａ～８３ａも、くり抜き加工で形成することができる。一方、第２流路部８７及び第３流路部８８は、有底溝であるため、切削や研削により形成することができる。有底溝の側面と底面との境界にはＲを付けることが好ましい。冷媒供給路３６及び冷媒排出路３８は、第２薄型プレート部８２の下面から第２流路部８７に繋がる上下方向の穴であり、切削や研削により形成することができる。

図４に戻り、給電端子５４を取り付けたセラミックプレート２０の下面と第３薄型プレート部８３との間に金属接合材９０を配置し、第３薄型プレート部８３の下面と第１薄型プレート部８１の上面との間に第２金属接合材１８５を配置し、第１薄型プレート部８１の下面と第２薄型プレート部８２との間に第１金属接合材１８４を配置し、これらを積層する（図４Ｄ）。第１及び第２金属接合材１８４，１８５には、予め第１薄型プレート部８１の第１流路部８６及び第１端子穴構成部８１ａに対向する位置に貫通穴を開けておく。給電端子５４は、第１～第３端子穴構成部８１ａ～８３ａを通過するようにする。こうして得られた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４Ｅ）。接合体１１０は、冷却プレート３０の上面に、金属接合層４０を介してセラミックプレート２０が接合されたものである。冷却プレート３０は、第２薄型プレート部８２と第１薄型プレート部８１とが第１金属接合層８４を介して接合されると共に、第１薄型プレート部８１と第３薄型プレート部８３とが第２金属接合層８５を介して接合されたものである。端子穴５１は、端子穴上部１５１ａと第１～第３端子穴構成部８１ａ～８３ａとが連なった穴である。

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。

続いて、セラミックプレート２０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とを備えた構造とする。また、冷却プレート３０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を備えた構造とする。また、端子穴５１のうちセラミックプレート２０の下面から冷却プレート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、セラミックプレート２０の外周部２４の側面、金属接合層４０の周囲及び冷却プレート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４Ｆ）。これにより、ウエハ載置台１０を得る。

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。

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、冷却プレート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。冷媒流路３２には温度を調節された冷媒が循環される。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。

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、セラミックプレート２０と冷却プレート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、セラミックプレート２０と冷却プレート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の流路断面積のサイズは、ウエハ載置台１０の使用時にウエハＷが高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて設定される。冷媒流路３２の流路断面積のサイズを調整するにあたっては、ウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の上底まで距離ｄ１やウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の下底まで距離ｄ２を変化させてもよいし、冷媒流路３２の幅ｗを変化させてもよい。また、ウエハＷが高温になりやすいところでは、距離ｄ１を短くしてもよい。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。

上述した実施形態において、第１薄型プレート部８１が本発明の第１プレート部に相当し、第２薄型プレート部８２が本発明の第２プレート部に相当し、第３薄型プレート部８３が本発明の第３プレート部に相当する。

以上説明した本実施形態のウエハ載置台１０によれば、ウエハ載置面２２ａに載置されたウエハＷのうち高温になりやすいところや低温になりやすいところに応じて、ウエハ載置面２２ａから冷媒流路３２の上底及び下底の少なくとも一方までの長さを変化させている。そのため、ウエハＷの均熱性を高めることができる。

また、冷却プレート３０は、互いに接合された第１薄型プレート部８１及び第２薄型プレート部８２を含む複数の薄型プレート部を金属接合した構造である。第１薄型プレート部８１は、平面視で冷媒流路３２と同じ形状となるように設けられた貫通溝である第１流路部８６を有する。第２薄型プレート部８２は、第１流路部８６と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第２流路部８７を有する。第１薄型プレート部８１に設ける第１流路部８６は、例えばくり抜き加工により低コストで形成することができる。第２薄型プレート部８２に設ける第２流路部８７は、例えば切削加工や研削加工により形成できるが、深さが比較的浅いため、短時間で形成することができ、低コストで形成することができる。

更に、冷媒流路３２の幅ｗは、冷媒流路３２の全体にわたって一定ではなく変化しているところがある。ウエハ載置面２２ａのうち高温になりやすいところと低温になりやすいところに応じて冷媒流路３２の幅ｗを変化させることにより、ウエハＷの均熱性を高めることができる。

更にまた、冷却プレート３０は、第１薄型プレート部８１のうち第２薄型プレート部８２と反対側の面に接合された第３薄型プレート部８３を備えており、第３薄型プレート部８３は、第１流路部８６と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第３流路部８８を有している。そのため、冷媒流路３２の上底及び下底の一方の位置を変えたり両方の位置を変えたりすることができる。

冷媒流路３２の側面と上底との境界や側面と下底との境界にはＲが付けられていることが好ましい。こうすれば、これらの境界を起点とするクラックが発生しにくい。

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。

上述した実施形態において、冷却プレート３０に代えて、図６に示す冷却プレート１３０を採用してもよい。図６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。冷却プレート１３０は、冷媒流路３２の上底に、１又は複数のフィン３３を有している。ウエハ載置面２２ａのうち高温になりやすいところの冷媒流路３２にフィン３３を設けることで効率よくウエハＷを冷却することができる。フィン３３は、ウエハ載置面２２ａのうち高温になりやすいところほど多くなるように（あるいは長くなるように）設けてもよい。フィン３３は、比較的浅い有底溝である第３流路部８８の底面に設けられているため、容易に加工することができる。フィン３３は、冷媒流路３２の上底に設ける代わりに冷媒流路３２の下底（有底溝である第２流路部８７の底面）に設けてもよいし、上底と下底の両方に設けてもよい。

上述した実施形態において、冷却プレート３０に代えて、図７に示す冷却プレート２３０を採用してもよい。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。冷却プレート２３０は、第１及び第２薄型プレート部８１，８２を金属接合層８４で接合した２層構造である。冷却プレート２３０の第１薄型プレート部８１の上面とセラミックプレート２０の下面とが金属接合層４０を介して接合されている。この場合、冷媒流路３２の上部開口は金属接合層４０（セラミックプレート２０）によって封鎖される。

上述した実施形態において、冷却プレート３０に代えて、図８に示す冷却プレート３３０を採用してもよい。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。冷却プレート３３０は、第１及び第２薄型プレート部８１，８２を金属接合層８４で接合し、第１及び第３薄型プレート部８１，８３を金属接合層８５で接合した３層構造である。第１薄型プレート部８１は第１流路部８６（貫通溝）を有し、第２薄型プレート部８２は第２流路部８７（有底溝）を有する。冷却プレート３３０の第３薄型プレート部８３の上面とセラミックプレート２０の下面とが金属接合層４０を介して接合されている。第３薄型プレート部８３は、第３流路部８８（有底溝）を有していない。つまり、第３薄型プレート部８３のうち第１薄型プレート部８１に対向する面は平坦である。この場合、冷媒流路３２の上底の位置はすべて同じ高さになる。

上述した実施形態において、冷却プレート３０に代えて、図９に示す冷却プレート４３０を採用してもよい。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。冷却プレート４３０は、第１及び第２薄型プレート部８１，８２を金属接合層８４で接合し、第１及び第３薄型プレート部８１，８３を金属接合層８５で接合した３層構造である。第１薄型プレート部８１は第１流路部８６（貫通溝）を有し、第３薄型プレート部８３は第３流路部８８（有底溝）を有する。冷却プレート４３０の第３薄型プレート部８３の上面とセラミックプレート２０の下面とが金属接合層４０を介して接合されている。第２薄型プレート部８２は、第２流路部８７（有底溝）を有していない。つまり、第２薄型プレート部８２のうち第１薄型プレート部８１に対向する面は平坦である。この場合、冷媒流路３２の下底の位置はすべて同じ高さになる。この冷却プレート４３０に限って、第１薄型プレート部８１が本発明の第１プレート部に相当し、第３薄型プレート部８３が本発明の第２プレート部に相当し、第２薄型プレート部８２が本発明の第３プレート部に相当する。

上述した実施形態では、冷却プレート３０を第１～第３薄型プレート部８１～８３を備えた３層構造としたが、４層以上の構造としてもよい。

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、ウエハ載置面２２ａの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。

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。

上述した実施形態では、セラミックプレート２０と冷却プレート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。

上述した実施形態では、セラミックプレート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、セラミックプレート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。

上述した実施形態では、セラミックプレート２０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。

上述した実施形態では、第１～第３薄型プレート部８１～８３として、金属－セラミック複合材料で形成されたものを例示したが、易加工材料で形成されたものを用いてもよい。加工性の指標としては、例えば、ＪＩＳＢ０１７０（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。

上述した実施形態では、冷媒流路３２を渦巻き状に形成したが、一筆書きの形状であれば特にこれに限定されない。例えば、冷媒流路３２をジグザグ状に形成してもよい。

上述した実施形態において、セラミックプレート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。

本発明は、例えばウエハを処理する装置に利用可能である。

１０ウエハ載置台、２０セラミックプレート、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冷却プレート、３２冷媒流路、３２ａ入口、３２ｂ出口、３３フィン、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、５４給電端子、５５絶縁管、６２ＲＦ電源、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、８１第１薄型プレート部、８１ａ第１端子穴構成部、８２第２薄型プレート部、８２ａ第２端子穴構成部、８３第３薄型プレート部、８３ａ第３端子穴構成部、８４第１金属接合層、８４ａ貫通溝、８５第２金属接合層、８５ａ貫通溝、８６第１流路部、８７第２流路部、８８第３流路部、９０金属接合材、９４チャンバ、９６設置板、９８シャワーヘッド、１１０接合体、１３０，２３０，３３０，４３０冷却プレート、１５１ａ端子穴上部、１８４第１金属接合材、１８５第２金属接合材。

Claims

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プレートと、
冷媒流路を有する金属－セラミック複合材料製の冷却プレートと、
前記セラミックプレートと前記冷却プレートとを接合する接合層と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記ウエハ載置面から前記冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方までの長さは、前記冷媒流路の全体にわたって一定ではなく変化しているところがあり、
前記冷却プレートは、互いに接合された第１プレート部及び第２プレート部を含む複数のプレート部を金属接合した構造であり、前記第１プレート部は、平面視で前記冷媒流路と同じ形状となるように設けられた貫通溝である第１流路部を有し、前記第２プレート部は、前記第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第２流路部を有する、
ウエハ載置台。
前記冷媒流路の幅は、前記冷媒流路の全体にわたって一定ではなく変化しているところがある、
請求項１に記載のウエハ載置台。
前記冷媒流路は、前記冷媒流路の上底及び下底の少なくとも一方にフィンを有しているところがある、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。
前記冷却プレートは、前記第１プレート部のうち前記第２プレート部と反対側の面に接合された第３プレート部を備え、前記第３プレート部は、前記第１流路部と対向する位置の少なくとも一部に設けられた有底溝である第３流路部を有する、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。
前記冷却プレートは、前記第１プレート部のうち前記第２プレート部と反対側の面に接合された第３プレート部を備え、前記第３プレート部のうち前記第１流路部と対向する面は平坦である、
請求項１又は２に記載のウエハ載置台。