JP7572936B2 - ウエハ載置台 - Google Patents

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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基材と、冷媒流路を有する冷却基材と、セラミック基材と冷却基材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１，２には、こうしたウエハ載置台において、冷却基材として、線熱膨張係数がセラミック基材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。また、ウエハ載置台に、電極に給電するための給電端子を挿通する端子穴やウエハの裏面にＨｅガスを供給するためのガス穴やウエハをウエハ載置面から持ち上げるリフトピンを挿通するためのリフトピン穴を設ける点が記載されている。
特許第５６６６７４８号公報 特許第５６６６７４９号公報
しかしながら、ウエハ載置台の使用時には、冷媒は冷媒流路の上流側から下流側に向かってウエハから熱を奪いながら流れるため、冷媒の温度は上流側に比べて下流側の方が高くなりやすく、結果としてウエハの均熱性が十分得られないことがあった。
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、ウエハの均熱性を高めることを主目的とする。
本発明の第１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基材と、
冷媒流路を有する冷却基材と、
前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
前記ウエハ載置面の基準面に、頂面でウエハの下面を支持する複数の小突起と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記小突起の頂面は同一平面上にあり、
前記ウエハ載置面のうち平面視で前記冷媒流路と重複する流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最上流部に対向する部分において前記小突起の面積率が最低になっている、
ものである。
この第１のウエハ載置台では、流路重複範囲における小突起の面積率は最上流部に対向する部分で最低になっている。ここで、「小突起の面積率」とは、単位面積に占める、小突起の総面積の割合である。ウエハ載置台の使用時、冷媒は冷媒流路の上流側から下流側に向かって高温のウエハから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路を流れる冷媒の温度は上流側に比べて下流側の方が高くなる。一方、このウエハ載置台では、流路重複範囲における小突起の面積率は最上流部に対向する部分で最低になっているため、冷媒流路からウエハ載置面までの熱抵抗は最上流部に対向する部分に比べてその部分以外の方が低くなる。これは、以下の理由による。小突起はセラミックであり、セラミックは空隙に比べて熱伝導率が良好である。そのため、小突起の面積率が高い部分では、小突起の面積率が高くない部分に比べて、平面方向でセラミックが占める割合が高く、ウエハと冷媒との熱交換が促進され、抜熱が促進される。そのため、総合的には、ウエハ載置面の流路重複範囲で温度差を小さくすることができる。したがって、ウエハの均熱性が高くなる。
本発明の第１のウエハ載置台において、前記流路重複範囲における前記小突起の面積率は、前記最上流部に対向する部分から前記冷媒流路の下流に行くにつれて徐々に高くなっているものとしてもよい。こうすれば、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第１のウエハ載置台において、前記流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最下流部に対向する部分における前記小突起の面積率は、前記最上流部に対向する部分における前記小突起の面積率の１５０％以上となっているものとしてもよい。こうすれば、ウエハの均熱性が更に高くなる。
本発明の第１のウエハ載置台において、前記流路重複範囲の所定の領域に比べて、前記所定の領域に隣接し前記流路重複範囲外の隣接領域の方が、前記小突起の面積率が高くなっているものとしてもよい。一般に、流路重複範囲の所定の領域に比べて、隣接領域の方が抜熱されにくい。真下に冷媒流路がないからである。一方、本発明のウエハ載置台では、流路重複範囲の所定の領域に比べて、隣接領域の方が、小突起の面積率が高くなっている。そのため、特定範囲の抜熱が促進される。したがって、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第１のウエハ載置台は、前記冷却基材を上下方向に貫通する穴を備えていてもよく、前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなっていてもよく、前記ウエハ載置面のうち前記穴の直上領域から外れた周辺領域に比べて、前記直上領域の方が、前記小突起の面積率が高くなっているものとしてもよい。一般にウエハのうちこうした穴の直上領域はホットスポットになりやすい。一方、周辺領域に比べて、こうした直上領域の方が、小突起の面積率が高くなっている。そのため、直上領域の抜熱が促進される。したがって、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第２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基材と、
冷媒流路を有する冷却基材と、
前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
前記ウエハ載置面の基準面に、頂面でウエハの下面を支持する複数の小突起と、
を備えたウエハ載置台であって、
前記小突起の頂面は同一平面上にあり、
前記ウエハ載置面のうち平面視で前記冷媒流路と重複する流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最上流部に対向する部分において前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が最長になっている、
ものである。
この第２のウエハ載置台では、流路重複範囲における小突起の頂面から基準面までの距離は最上流部に対向する部分で最長になっている。ウエハ載置台の使用時、冷媒は冷媒流路の上流側から下流側に向かって高温のウエハから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路を流れる冷媒の温度は上流側に比べて下流側の方が高くなる。一方、このウエハ載置台では、流路重複範囲における小突起の頂面から基準面までの距離は最上流部に対向する部分で最も長くなっているため、冷媒流路からウエハ載置面までの熱抵抗は最上流部に対向する部分に比べてその部分以外の方が低くなる。これは、以下の理由による。小突起はセラミックであり、セラミックは空隙に比べて熱伝導率が良好である。そのため、小突起の頂面から基準面までの距離が短くなっている部分では、小突起の頂面から基準面までの距離が短くなっていない部分に比べて、厚み方向で空隙が占める割合が低いためウエハと冷媒との熱交換が促進され、抜熱が促進される。そのため、総合的には、ウエハ載置面の流路重複範囲で温度差を小さくすることができる。したがって、ウエハの均熱性が高くなる。
本発明の第２のウエハ載置台において、前記流路重複範囲における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離は、前記最上流部に対向する部分から前記冷媒流路の下流に行くにつれて徐々に短くなっているものとしてもよい。こうすれば、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第２のウエハ載置台において、前記流路重複範囲では、前記最下流部に対向する部分における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離は、前記最上流部に対向する部分における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離の８０％以下となっていてもよい。こうすれば、ウエハの均熱性が更に高くなる。
本発明の第２のウエハ載置台において、前記流路重複範囲の所定の領域に比べて、前記所定の領域に隣接し前記流路重複範囲外の隣接領域の方が、前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が短くなっているものとしてもよい。一般に、流路重複範囲の所定の領域に比べて、隣接領域の方が抜熱されにくい。真下に冷媒流路がないからである。一方、本発明のウエハ載置台では、流路重複範囲の所定の領域に比べて、隣接領域の方が、小突起の頂面から基準面までの距離が短い。そのため、特定範囲の抜熱が促進される。したがって、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第２のウエハ載置台は、前記冷却基材を上下方向に貫通する穴を備えていてもよく、前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなっていてもよく、前記ウエハ載置面のうち前記穴の直上領域から外れた周辺領域に比べて、前記直上領域の方が、前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が短くなっているものとしてもよい。一般にウエハのうちこうした穴の直上領域はホットスポットになりやすい。一方、周辺領域に比べて、こうした直上領域の方が、小突起から基準面までの距離が短くなっている。そのため、直上領域の抜熱が促進される。したがって、ウエハの均熱性がより高くなる。
本発明の第１及び第２のウエハ載置台において、前記冷却基材は、金属マトリックス複合材料で作製されていてもよく、前記接合層は、金属接合層であってもよい。冷却基材が金属マトリックス複合材料、かつ接合層が金属接合層の構造では、冷媒流路からウエハ載置面までの熱抵抗が小さいため、ウエハ温度は冷媒の温度勾配の影響を受けやすい。そのため、本発明を適用する意義が高い。また、金属接合層は熱伝導率が高いため抜熱に適している。更に、セラミック基材と金属マトリックス複合材料製の冷却基材とは熱膨張差を小さくすることができるため、金属接合層の応力緩和性が低くても、支障が生じにくい。
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の平面図。 冷媒流路３２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図。 小領域Ａｉ及び隣接領域Ｑｉの拡大図。 直上領域Ｒ３０及び周辺領域Ｒ４０の拡大図。 ウエハ載置台１０の製造工程図。 小領域Ａ１，Ａｋにおける小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離を示す説明図。 ウエハ載置台１０の別例の平面図。 冷媒流路８２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図。 ウエハ載置台１０の別例の平面図。
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はウエハ載置台１０の平面図、図３は冷媒流路３２を通る水平面で冷却基材３０を切断した断面を上からみたときの断面図、図４は小領域Ａｉ及び隣接領域Ｑｉの拡大図、図５は直上領域Ｒ３０及び周辺領域Ｒ４０の拡大図である。なお、説明の便宜上、図２及び図４では流路重複範囲Ｒ１０にハッチングを施し、図３では端子穴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、セラミック基材２０と、冷却基材３０と、金属接合層４０とを備えている。
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。
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吸着用電極である。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、ウエハ載置台１０のうちウエハ吸着用電極２６の下面と冷却基材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。
ウエハ載置面２２ａには、図２に示すように、外縁に沿ってシールバンド２２ｂが形成され、全面に複数の小突起２２ｃが形成されている。シールバンド２２ｂ及び複数の小突起２２ｃは、ウエハ載置面２２ａの基準面２２ｄに形成されている。小突起２２ｃは、本実施形態では扁平な円柱突起である。シールバンド２２ｂの頂面及び複数の小突起２２ｃの頂面は、同一平面上に位置している。シールバンド２２ｂ及び小突起２２ｃの高さ（つまり基準面２２ｄからこれらの頂面までの距離）は数μｍ～数１０μｍである。ウエハＷは、シールバンド２２ｂの頂面及び複数の小突起２２ｃの頂面に接触した状態でウエハ載置面２２ａに載置される。
冷却基材３０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。冷却基材３０は、内部に冷媒が循環可能な冷媒流路３２を備えている。この冷媒流路３２は、冷媒供給路３６及び冷媒排出路３８に接続されており、冷媒排出路３８から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路３６に戻される。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、冷却基材３０に用いるＭＭＣとしては熱膨張係数がアルミナに近いＡｌＳｉＣやＳｉＳｉＣＴｉなどが好ましい。冷却基材３０は、ＲＦ電源６２に給電端子６４を介して接続されている。冷却基材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。冷却基材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３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、冷却基材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。本実施形態では、冷媒流路３２はジグザグ状に形成されている。具体的には、冷媒流路３２は、冷媒供給路３６に繋がる入口３２ａから冷媒排出路３８に繋がる出口３２ｂに至るように、直線部３２ｃと折り返し部３２ｄとが交互に設けられている。ここで、冷媒流路３２のうち平面視でウエハ載置面２２ａと重複する領域で最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌとを定めたとき、最上流部３２Ｕと最下流部３２Ｌは、図３に示す位置になる。冷媒流路３２の断面積は、端子穴５１の周辺領域を除いて、冷媒流路３２の最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって徐々に大きくなっている。冷媒流路３２の天井面からウエハ載置面２２ａに設けられた小突起２２ｃの頂面までの距離ｄは、図１に示すように、最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌまでの間で一定である。
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（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。
ウエハ載置面２２ａのうち平面視で冷媒流路３２と重複する範囲を、流路重複範囲Ｒ１０と称する。流路重複範囲Ｒ１０は図２のハッチングされた領域である。流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は、単位面積に占める小突起２２ｃの頂面の総面積の割合であり、以下のようにして求める。すなわち、まず、図２に示すように、流路重複範囲Ｒ１０をｎ個（ｎは２以上の整数）の領域に分割する。ここで、そのｎ個の領域のうち冷媒流路３２の上流側からｉ番目（ｉは１以上ｎ以下の整数）の領域を小領域Ａｉとする。小領域Ａ１～Ａｎの面積は、全て同じである。次に、小領域Ａｉの面積を求めると共に小領域Ａｉに設けられた小突起２２ｃの頂面の総面積を求める。そして、小領域Ａｉにある小突起２２ｃの総面積を小領域Ａｉの面積で割り、小領域Ａｉにおける小突起２２ｃの面積率を求める。流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は、最上流部３２Ｕに対向する部分すなわち小領域Ａ１で最低となっている。
流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は、小領域Ａ１から冷媒流路３２の下流に行くにつれて（小領域Ａ１から小領域Ａｎに向かうにつれて）徐々に高くなっている。小領域Ａｎは最下流部３２Ｌに対向する部分である。流路重複範囲Ｒ１０のうち最下流部３２Ｌに対向する小領域Ａｎにおける小突起２２ｃの面積率は、最上流部３２Ｕに対向する小領域Ａ１における小突起２２ｃの面積率の１５０％以上であることが好ましい。
小突起２２ｃの面積率は、流路重複範囲Ｒ１０の小領域Ａｉに比べて、その小領域Ａｉに隣接し流路重複範囲Ｒ１０外の隣接領域Ｑｉの方が高い。例えば、図４に示すように、小領域Ａｉ（例えば小領域Ａ６）の両側の隣接領域Ｑｉにおける小突起２２ｃの面積率は、小領域Ａｉにおける小突起２２ｃの面積率よりも高い。
ここで、ウエハ載置面２２ａのうち端子穴５１の直上の領域を直上領域Ｒ３０とし、直上領域Ｒ３０から外れた直上領域周辺の領域を周辺領域Ｒ４０とする。直上領域Ｒ３０は所定半径（例えば半径２５ｍｍ）の円形領域であり、周辺領域Ｒ４０は直上領域Ｒ３０を取り囲む環状領域である。小突起２２ｃの面積率は、周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が高い。例えば、図５に示すように、周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの配置密度が高くなるように、小突起２２ｃが設けられている。直上領域Ｒ３０における小突起２２ｃの面積率は、周辺領域Ｒ４０における小突起２２ｃの面積率の２倍以上であることが好ましい。
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。
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６を用いて説明する。図６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６Ａ）。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までの間に端子穴上部１５１ａを形成する（図６Ｂ）。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６Ｃ）。
これと並行して、２つのＭＭＣ円板部材１３１，１３６を作製する（図６Ｄ）。そして、両方のＭＭＣ円板部材１３１，１３６に上下方向に貫通する穴をあけると共に、上側のＭＭＣ円板部材１３１の下面に最終的に冷媒流路３２となる溝１３２を形成する（図６Ｅ）。具体的には、上側のＭＭＣ円板部材１３１に、端子穴中間部１５１ｂをあける。溝１３２は、冷媒流路３２と同様の形状となるように、上側のＭＭＣ円板部材１３１をマシニング加工することにより形成する。また、下側のＭＭＣ円板部材１３６に、端子穴下部１５１ｃ、冷媒供給路用の貫通穴１３３及び冷媒排出路用の貫通穴１３４をあける。セラミック焼結体１２０がアルミナ製の場合、ＭＭＣ円板部材１３１，１３６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。
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、上側のＭＭＣ円板部材１３１の下面と下側のＭＭＣ円板部材１３６の上面との間に金属接合材を配置すると共に、上側のＭＭＣ円板部材１３１の上面に金属接合材を配置する。各金属接合材には、各穴に対向する位置に貫通穴を設けておく。そして、セラミック焼結体１２０の給電端子５４を端子穴中間部１５１ｂ及び端子穴下部１５１ｃに挿入し、セラミック焼結体１２０を上側のＭＭＣ円板部材１３１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、下側のＭＭＣ円板部材１３６と金属接合材と上側のＭＭＣ円板部材１３１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６Ｆ）。接合体１１０は、冷却基材３０の元となるＭＭＣブロック１３０の上面に、金属接合層４０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ブロック１３０は、上側のＭＭＣ円板部材１３１と下側のＭＭＣ円板部材１３６とが金属接合層１３５を介して接合されたものである。ＭＭＣブロック１３０は、冷媒流路３２、冷媒供給路３６、冷媒排出路３８及び端子穴５１を有する。端子穴５１は、端子穴上部１５１ａと端子穴中間部１５１ｂと端子穴下部１５１ｃ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４０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。
次に、セラミック焼結体１２０の外周を切削して段差を形成する。次に、セラミック焼結体１２０の上面に、シールバンド２２ｂ及び小突起２２ｃを形成するためのマスクを貼り付け、ブラストメディアを噴射してブラスト加工を行い、その後マスクを外す。ブラスト加工により小突起２２ｃが形成される。これにより、セラミック焼結体１２０は、中央部２２、外周部２４及びウエハ載置面２２ａを備えたセラミック基材２０となる。また、ＭＭＣブロック１３０の外周を切削して段差を形成することにより、フランジ部３４を備えた冷却基材３０とする。また、端子穴５１のうちセラミック基材２０の下面から冷却基材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６Ｇ）。これにより、ウエハ載置台１０を得る。
なお、図１の冷却基材３０は、一体品として記載したが、図６Ｇに示すように２つの部材が金属接合層で接合された構造であってもよいし、３つ以上の部材が金属接合層で接合された構造であってもよい。
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、円板状のウエハ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。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、セラミック基材２０と冷却基材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、セラミック基材２０と冷却基材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。ウエハ載置台１０の使用時、冷媒は冷媒流路３２の最上流部３２Ｕから最下流部３２Ｌに向かって高温のウエハＷから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路３２を流れる冷媒の温度は最上流部３２Ｕに比べて最下流部３２Ｌの方が高くなる。一方、流路重複範囲Ｒ１０のうち最上流部３２Ｕに対向する部分である小領域Ａ１に比べて、小領域Ａ１以外の部分の方が、小突起２２ｃの面積率が高くなっているため、冷媒流路３２からウエハ載置面２２ａまでの熱抵抗は小領域Ａ１に比べて小領域Ａ２～Ａｎの方が低くなる。そのため、総合的には、ウエハ載置面２２ａのうち流路重複範囲Ｒ１０内で温度差を小さくすることができる。冷媒流路３２を流れる冷媒の流速は、２０～４０Ｌ／ｍｉｎとするのが好ましく、１５～３５Ｌ／ｍｉｎとするのがより好ましい。
以上説明した本実施形態のウエハ載置台１０では、流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は最上流部３２Ｕに対向する部分である小領域Ａ１で最低になっている。ウエハ載置台１０の使用時、冷媒は冷媒流路３２の上流側から下流側に向かって高温のウエハＷから熱を奪いながら流れるため、冷媒流路３２を流れる冷媒の温度は上流側に比べて下流側の方が高くなる。一方、ウエハ載置台１０では、流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は、最上流部３２Ｕに対向する小領域Ａ１で最低になっているため、冷媒流路３２からウエハ載置面２２ａまでの熱抵抗は小領域Ａ１に比べて小領域Ａ１以外（小領域Ａ２～Ａｎ）の方が低くなる。これは、以下の理由による。小突起２２ｃはセラミックであり、セラミックは空隙に比べて熱伝導率が良好である。そのため、小突起２２ｃの面積率が高い部分では、小突起２２ｃの面積率が高くない部分に比べて、平面方向でセラミックが占める割合が高く、ウエハＷと冷媒との熱交換が促進され、抜熱が促進される。そのため、総合的には、ウエハ載置面２２ａの流路重複範囲Ｒ１０内で温度差を小さくすることができる。したがって、ウエハＷの均熱性が高くなる。
また、ウエハ載置台１０では、流路重複範囲Ｒ１０における小突起２２ｃの面積率は小領域Ａ１から冷媒流路３２の下流に行くにつれて徐々に高くなっている。そのため、ウエハＷの均熱性がより高くなる。
更に、ウエハ載置台１０は、流路重複範囲Ｒ１０を平面視したときに冷媒流路３２がウエハ載置面２２ａと重複する範囲での最下流部３２Ｌに対向する部分における小突起２２ｃの面積率は、最上流部３２Ｕに対向する部分における小突起２２ｃの面積率の１５０％以上となっている。そのため、ウエハＷの均熱性が更に高くなる。
更にまた、ウエハ載置台１０では、流路重複範囲Ｒ１０の小領域Ａｉに比べて、小領域Ａｉに隣接し流路重複範囲Ｒ１０外の隣接領域Ｑｉの方が、小突起２２ｃの面積率が高い。一般に、流路重複範囲Ｒ１０の小領域Ａｉに比べて、隣接領域Ｑｉの方が抜熱されにくい。真下に冷媒流路３２がないからである。一方、流路重複範囲Ｒ１０の小領域Ａｉに比べて、隣接領域Ｑｉの方が、小突起２２ｃの面積率が高い。そのため、隣接領域Ｑｉの抜熱が促進される。したがって、ウエハＷの均熱性がより高くなる。
そして、ウエハ載置台１０は、冷却基材３０を上下方向に貫通する端子穴５１を備えており、冷媒流路３２は、端子穴５１の周辺領域では端子穴５１の周辺領域から外れた領域に比べて冷媒流路３２の断面積が小さくなっており、ウエハ載置面２２ａのうち端子穴５１の直上領域Ｒ３０から外れた周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの面積率が高い。一般にウエハＷのうちこうした端子穴５１の直上領域Ｒ３０はホットスポットになりやすい。しかし、周辺領域Ｒ４０に比べて、こうした直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの面積率が高い。そのため、直上領域Ｒ３０の抜熱が促進される。したがって、ウエハＷの均熱性がより高くなる。
そしてまた、ウエハ載置台１０では、冷却基材３０は、金属マトリックス複合材料で作製されていており、セラミック基材２０と冷却基材３０とが金属接合層４０で接合されている。冷却基材３０が金属マトリックス複合材料、かつ接合層が金属接合層４０の構造では、冷媒流路３２からウエハ載置面２２ａまでの熱抵抗が小さいため、ウエハ温度は冷媒の温度勾配の影響を受けやすい。そのため、本発明を適用する意義が高い。また、金属接合層４０は熱伝導率が高いため抜熱に適している。更に、セラミック基材２０と金属マトリックス複合材料製の冷却基材３０とは熱膨張差を小さくすることができるため、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。
そして更に、冷媒流路３２は、冷却基材３０を平面視したときにジグザグ状に形成されている。そのため、冷媒流路３２を冷却基材３０の全体にわたって引き回しやすくなる。
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、流路重複範囲Ｒ１０では、最上流部３２Ｕに対向する部分である小領域Ａ１における小突起２２ｃの面積率が最低になるようにしたが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、小領域Ａ１における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離ｈ１が他の小領域Ａｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離ｈｋよりも長くなるようにしてもよい。この場合、小領域Ａ１から冷媒流路３２の下流に行くにつれて小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離は徐々に短くなっていてもよい。具体的には、流路重複範囲Ｒ１０の位置と小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離との関係をグラフで表したとき、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離は、小領域Ａ１から小領域Ａｎに向かって連続的に短くなってもよいし、階段状に短くなってもよい。しかし、連続的に短くなることが好ましい。小領域Ａ１から小領域Ａｎに向かって連続的に短くなる場合としては、例えば、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が一定の勾配で連続的に短くなってもよいし、下に凸の曲線を描きながら短くなってもよいし、上に凸の曲線を描きながら短くなってもよい。最下流部３２Ｌに対向する小領域Ａｎにおける小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離は、最上流部３２Ｕに対向する小領域Ａ１における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離の８０％以下であることが好ましい。
上述した実施形態では、小突起２２ｃの配置密度を変化させることで、小突起２２ｃの面積率を変化させたが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、小突起２２ｃの頂面の面積を変化させることで、小突起２２ｃの面積率を変化させてもよい。また、小突起２２ｃの頂面の面積及び小突起２２ｃの配置密度の両方を変化させることで、小突起２２ｃの面積率を変化させてもよい。なお、図８では、図２と同様の構成要素については同じ符号を付して、説明を省略した。
上述した実施形態では、小領域Ａｉに比べて、隣接領域Ｑｉの方が、小突起２２ｃの面積率が高いものとしたが、これに限定されない。例えば、流路重複範囲Ｒ１０の小領域Ａｉに比べて、隣接領域Ｑｉの方が、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離を短くしてもよい。
上述した実施形態では、周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの面積率が高いものとしたが、これに限定されない。例えば、周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離を短くしてもよい。この場合、直上領域Ｒ３０における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離は、周辺領域Ｒ４０における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離よりも、距離Ｌだけ短い距離であることが好ましい。距離Ｌは、周辺領域Ｒ４０における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離の２５％程度の距離である。
上述した実施形態において、流路重複範囲Ｒ１０では、最上流部３２Ｕに対向する小領域Ａ１が小突起２２ｃの面積率が最低になっており、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が最長になるようにしてもよい。また、小領域Ａ１から冷媒流路３２の下流に行くにつれて（小領域Ａ１から小領域Ａｎに向かうにつれて）、小突起２２ｃの面積率が高く、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が徐々に短くなるものとしてもよい。その場合、最下流部３２Ｌに対向する小領域Ａｎにおける小突起２２ｃの面積率は、最上流部３２Ｕに対向する小領域Ａ１における小突起２２ｃの面積率の１５０％以上となっていてもよく、小領域Ａｎにおける小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離は、小領域Ａ１における小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離の８０％以下であってもよい。更に、上述した実施形態において、小領域Ａｉに比べて、隣接領域Ｑｉの方が、小突起２２ｃの面積率が高く、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が短いものとしてもよい。そして、上述した実施形態において、周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が小突起２２ｃの面積率が高く、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が短いものとしてもよい。
上述した実施形態において、平面視でジグザグ状の冷媒流路３２の代わりに、図９に示すように、平面視で渦巻状の冷媒流路８２を採用してもよい。冷媒流路８２は、入口８２ａから出口８２ｂまで一筆書きの要領で、冷却基材３０のフランジ部３４を除く部分の全体に渦巻き状に形成されている。この場合、冷媒流路８２のうち平面視でウエハ載置面２２ａと重複する領域で最上流部８２Ｕと最下流部８２Ｌとを定めたとき、最上流部８２Ｕと最下流部８２Ｌとは、図９に示す位置になる。なお、冷媒流路８２の外周部を入口とし、中心部を出口としてもよい。
上述した実施形態では、冷却基材３０をＭＭＣで作製したが、特にこれに限定されない。冷却基材３０を金属（例えばアルミニウムやチタン、モリブデン、タングステン及びそれらの合金）で作製してもよい。
上述した実施形態では、セラミック基材２０と冷却基材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、シールバンド２２ｂや小突起２２ｃが設けられたウエハ載置面２２ａのうちシールバンド２２ｂや小突起２２ｃ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。ウエハ載置台１０がガス穴やリフトピン穴を有する場合、図５に示すように、穴の直上領域Ｒ３０から外れた周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの面積率が高くてもよい。あるいは、穴の直上領域Ｒ３０から外れた周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が短くなるようにしてもよい。また、穴の直上領域Ｒ３０から外れた周辺領域Ｒ４０に比べて、直上領域Ｒ３０の方が、小突起２２ｃの面積率が高くなっており、小突起２２ｃの頂面から基準面２２ｄまでの距離が短くなるようにしてもよい。こうすれば、ウエハＷの均熱性がより高まる。
上述した実施形態では、図６Ａ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。
上述した実施形態において、流路重複範囲Ｒ１０を面積が同じｎ個の小領域Ａ１からＡｎに分割したがｎは、５以上であることが好ましい。
上述した実施形態において、流路重複範囲Ｒ１０は、途中で複数に分断されていたがこれに限定されない。例えば、流路重複範囲Ｒ１０は、途中で分断されていなくてもよい。
上述した実施形態において、小領域Ａｋは、図１０に示すように、１つの連続した領域で構成されていてもよいし、２以上の分断された領域で構成されていてもよい（例えば、小領域Ａ２や小領域Ａ４等）。なお、図１０では、小突起２２ｃの記載を省略し、図２と同様の構成要素については同じ符号を付して、説明を省略した。
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、２２ｂ シールバンド、２２ｃ 小突起、２２ｄ 基準面、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 冷却基材、３２ 冷媒流路、３２Ｌ 最下流部、３２Ｕ 最上流部、３２ａ 入口、３２ｂ 出口、３２ｃ 直線部、３２ｄ 折り返し部、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、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、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、８２ 冷媒流路、８２Ｌ 最下流部、８２Ｕ 最上流部、８２ａ 入口、８２ｂ 出口、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ブロック、１３１ ＭＭＣ円板部材、１３２ 溝、１３３ 貫通穴、１３４ 貫通穴、１３５ 金属接合層、１３６ ＭＭＣ円板部材、１５１ａ 端子穴上部、１５１ｂ 端子穴中間部、１５１ｃ 端子穴下部、Ｗ ウエハ。

Claims (11)

  1. 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基材と、
    冷媒流路を有する冷却基材と、
    前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
    前記ウエハ載置面の基準面に、頂面でウエハの下面を支持する複数の小突起と、
    を備えたウエハ載置台であって、
    前記小突起の頂面は同一平面上にあり、
    前記ウエハ載置面のうち平面視で前記冷媒流路と重複する流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最上流部に対向する部分において前記小突起の面積率が最低になっている、ウエハ載置台。
  2. 前記流路重複範囲における前記小突起の面積率は、前記最上流部に対向する部分から前記冷媒流路の下流に行くにつれて徐々に高くなっている、
    請求項１に記載のウエハ載置台。
  3. 前記流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最下流部に対向する部分における前記小突起の面積率は、前記最上流部に対向する部分における前記小突起の面積率の１５０％以上となっている、
    請求項１又は２に記載のウエハ載置台。
  4. 前記流路重複範囲の所定の領域に比べて、前記所定の領域に隣接し前記流路重複範囲外の隣接領域の方が、前記小突起の面積率が高くなっている、
    請求項１～３のいずれか１項に記載のウエハ載置台。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のウエハ載置台であって、
    前記冷却基材を上下方向に貫通する穴
    を備え、
    前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなっており、
    前記ウエハ載置面のうち前記穴の直上領域から外れた周辺領域に比べて、前記直上領域の方が、前記小突起の面積率が高くなっている、ウエハ載置台。
  6. 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基材と、
    冷媒流路を有する冷却基材と、
    前記セラミック基材と前記冷却基材とを接合する接合層と、
    前記ウエハ載置面の基準面に、頂面でウエハの下面を支持する複数の小突起と、
    を備えたウエハ載置台であって、
    前記小突起の頂面は同一平面上にあり、
    前記ウエハ載置面のうち平面視で前記冷媒流路と重複する流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最上流部に対向する部分において前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が最長になっている（ただし、前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が全て同じものを除く）、ウエハ載置台。
  7. 前記流路重複範囲における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離は、前記最上流部に対向する部分から前記冷媒流路の下流に行くにつれて徐々に短くなっている、
    請求項６に記載のウエハ載置台。
  8. 前記流路重複範囲では、前記冷媒流路を平面視したときに前記ウエハ載置面と重複する範囲での最下流部に対向する部分における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離は、前記最上流部に対向する部分における前記小突起の頂面から前記基準面までの距離の８０％以下となっている、
    請求項６又は７に記載のウエハ載置台。
  9. 前記流路重複範囲の所定の領域に比べて、前記所定の領域に隣接し前記流路重複範囲外の隣接領域の方が、前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が短い、
    請求項６～８のいずれか１項に記載のウエハ載置台。
  10. 請求項６～９のいずれか１項に記載のウエハ載置台であって、
    前記冷却基材を上下方向に貫通する穴
    を備え、
    前記冷媒流路は、前記穴の周辺領域では前記穴の周辺領域から外れた領域に比べて前記冷媒流路の断面積が小さくなっており、
    前記ウエハ載置面のうち前記穴の直上領域から外れた周辺領域に比べて、前記直上領域の方が、前記小突起の頂面から前記基準面までの距離が短くなっている、
    ウエハ載置台。
  11. 前記冷却基材は、金属マトリックス複合材料で作製され、
    前記接合層は、金属接合層である、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載のウエハ載置台。
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