TW202331923A - 晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件 - Google Patents

晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件。本發明之晶圓載置台10具備：陶瓷基材20，於頂面具有晶圓載置面22a，內建有電極（晶圓吸附用電極26）；冷卻基材30，設置於陶瓷基材20的底面；以及冷媒流路溝32，以在冷卻基材30的底面開口之方式設置於冷卻基材30。

Description

晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件
本發明係關於晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件。
過去，已知一種晶圓載置台，將埋設有靜電電極的陶瓷基材、及內部具備冷媒流路的冷卻基材，藉由金屬接合層接合（例如專利文獻1、2）。冷卻基材例如以下述方式製成。首先，準備以金屬基材複合材料形成的第1～第3基板。第1及第3基板為圓板。第2基板，以從圓板之一面至另一面成為與冷媒流路相同形狀之方式沖壓，而在圓板設置沖壓部而成。然後，以第1基板與第3基板將第2基板夾入而成為疊層體。此時，在第2基板與第1基板之間、及第2基板與第3基板之間，置入金屬接合材。之後，將此疊層體熱壓接合，藉以使沖壓部成為冷媒流路，獲得於第1基板與第2基板之間形成有金屬接合層、於第2基板與第3基板之間形成有金屬接合層的冷卻基材。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第5666748號公報 專利文獻2：日本專利第5666749號公報
[本發明所欲解決的問題]
然而，在上述晶圓載置台，冷卻基材需要使用大量材料，因而具有此等材料費用龐大，且晶圓載置台的成本增加等問題。
本發明係為了解決此等問題而提出，其主要目的在於使晶圓載置台的成本抑制成較低。 [解決問題之技術手段]
［1］本發明之晶圓載置台具備： 陶瓷基材，於頂面具備晶圓載置面，內建有電極； 冷卻基材，設置於該陶瓷基材的底面側；以及 冷媒流路溝，以在該冷卻基材的底面開口之方式設置於該冷卻基材。
此晶圓載置台在使用時，經由包圍冷媒流路溝之密封構件而將冷卻基材的底面安裝在有別於晶圓載置台之設置板。此一情況，冷媒流路溝之開口由密封構件與設置板所封閉，成為冷媒流路。冷卻基材具備冷媒流路溝，而冷媒流路溝在冷卻基材的底面開口。因此，相較於內建有冷媒流路之習知的冷卻基材，冷卻基材所使用之材料為少量材料即可。因而，可使晶圓載置台的成本抑制成較低。
另，本說明書中，有利用上下、左右、前後等詞彙說明本發明之情形，但上下、左右、前後僅為相對的位置關係。因此，在晶圓載置台之方向改變的情況，有上下成為左右、左右成為上下的情形，但此等情況仍包含於本發明之技術範圍。
［2］於上述晶圓載置台（該［1］所記載之晶圓載置台）中，亦可將該冷卻基材以金屬與陶瓷的複合材料形成。此等複合材料可以使得與構成陶瓷基材的陶瓷材料之線性熱膨脹係數（CTE）的差減小。因此，可防止陶瓷基材與冷卻基材的接合因熱應力而破壞。此外，由於此等複合材料較為昂貴，故減少成本之意義重大。
［3］於上述晶圓載置台（該［1］或［2］所記載之晶圓載置台）中，亦可將該冷卻基材透過金屬接合層而與該陶瓷基材的底面接合。如此一來，則相較於將冷卻基材透過樹脂（有機）接合層而與陶瓷基材的底面接合之情況，可效率良好地使晶圓載置面之熱往冷卻基材逸散。
［4］於上述晶圓載置台（該［1］～［3］中任一者記載之晶圓載置台）中，亦可使該冷媒流路溝中，在俯視時和該晶圓載置面重複之區域的最上游部與最下游部之從該冷媒流路溝的頂棚面起至該晶圓載置面為止之距離，該最下游部比該最上游部短。在使用晶圓載置台時，將冷媒流路溝之開口以有別於晶圓載置台的構件封閉而成為冷媒流路後，使冷媒於該冷媒流路流通。冷媒，從冷媒流路的最上游部往最下游部，一邊由高溫之晶圓奪取熱一邊流動，故在冷媒流路流通的冷媒之溫度，最下游部比最上游部高。另一方面，由於冷媒流路的從頂棚面起至晶圓載置面為止之距離，最下游部比最上游部短，故冷媒流路的從頂棚面起至晶圓載置面為止之熱阻，最下游部比最上游部低。因此，整體而言，可將晶圓載置面中之和冷媒流路的最上游部相對向之位置與和最下游部相對向之位置的溫度差減小。因而，晶圓的熱均勻性變高。
［5］於上述晶圓載置台（該［1］～［4］中任一者記載之晶圓載置台）中，亦可使該冷媒流路溝中，在俯視時和該晶圓載置面重複之區域的最上游部與最下游部之該冷媒流路溝的截面積，該最下游部比該最上游部小。使用晶圓載置台時，將冷媒流路溝之開口以有別於晶圓載置台的構件封閉而成為冷媒流路後，使冷媒於該冷媒流路流通。冷媒，從冷媒流路的最上游部往最下游部，一邊由高溫之晶圓奪取熱一邊流動，故在冷媒流路流通的冷媒之溫度，最下游部比最上游部高。另一方面，由於冷媒流路之截面積，在最下游部比最上游部小，故壓力損耗在最下游部較最上游部大，冷媒與晶圓之熱交換在最下游部較最上游部更為活絡。因此，整體而言，可將晶圓載置面中之和冷媒流路的最上游部相對向之位置與和最下游部相對向之位置的溫度差減小。因而，晶圓的熱均勻性變高。
［6］於上述晶圓載置台（該［1］～［5］中任一者記載之晶圓載置台）中，該冷卻基材，亦可具有在上下方向貫通該冷卻基材的孔；於該孔之周邊區域亦可設置熱交換促進部，其在將該冷媒流路溝作為冷媒流路使用時，促進於該冷媒流路流通的冷媒與載置於該晶圓載置面的晶圓之熱交換。一般而言，晶圓中的此等孔之緊鄰上方周邊容易成為熱點，但此處由於在此等孔之周邊區域設置熱交換促進部，而促進孔之周邊區域的散熱。因而，可抑制在晶圓產生熱點之情形。
［7］於上述晶圓載置台（該［1］～［6］中任一者記載之晶圓載置台）中，該晶圓載置台在使用時，亦可經由包圍該冷媒流路溝之密封構件而將該冷卻基材的底面安裝在有別於該晶圓載置台之設置板。
［8］於上述晶圓載置台（該［7］所記載之晶圓載置台）中，該冷卻基材，亦可具備中央部緊固構件，其將該冷卻基材的中央部緊固於該設置板。另，所謂「冷卻基材的中央部」可為冷卻基材的中心，亦可為較冷卻基材的直徑更小之圓的圓周。
［9］於上述晶圓載置台（該［1］～［8］中任一者記載之晶圓載置台）中，該冷媒流路溝的縱斷面之形狀（將晶圓載置台由垂直於晶圓載置面的方向切開時所看到的形狀），亦可使該冷媒流路溝的頂棚部之寬度較該冷媒流路溝的開口部之寬度更寬，亦可使該冷媒流路溝之相鄰的開口部彼此之間隔，較該冷媒流路溝之相鄰的頂棚部彼此之間隔更寬。如此一來，則由於冷媒流路溝之相鄰的開口部彼此之間隔寬，故可抑制冷媒在開口部彼此混合的情形。此外，由於冷媒流路溝之相鄰的頂棚部彼此之間隔窄，故冷媒所產生的冷卻面積變大，冷卻效率提高。進一步，由於冷媒流路溝的開口部之總面積較頂棚部之總面積更小，故可降低因施加至冷卻基材與腔室側的設置板之間的冷媒之壓力所造成的力。
［10］於上述晶圓載置台（該［9］所記載之晶圓載置台）中，亦可使該冷媒流路溝的開口部未被密封環所封閉。即便未被密封環所封閉，由於冷媒流路溝的開口部彼此之間隔較寬，故仍可抑制冷媒在開口部彼此混合的情形。
［11］於上述晶圓載置台（該［9］所記載之晶圓載置台）中，亦可使該冷媒流路溝的開口部被密封環所封閉。如此一來，則由於密封環抑制冷媒在冷媒流路溝之相鄰的開口部彼此之混合，故可使冷媒流路溝之相鄰的開口部彼此之間隔較窄，且可將冷媒流路溝密集地設置。伴隨於此，可將冷媒流路溝之相鄰的頂棚部彼此之間隔進一步縮窄，故可將冷媒所產生的冷卻面積更為擴大，使冷卻效率變得更高。
［12］本發明之半導體製造裝置用構件具備：該［1］～［11］中任一者記載之晶圓載置台；設置板，經由包圍該冷媒流路溝之密封構件而設置該冷卻基材的底面；以及外周部緊固構件，將該晶圓載置台的外周部緊固於該設置板。在此半導體製造裝置用構件，藉由經由包圍冷媒流路溝之密封構件將冷卻基材的底面安裝於設置板，而封閉冷媒流路溝之開口，形成冷媒流路。於此等半導體製造裝置用構件中，在具備將冷卻基材的中央部緊固於設置板之中央部緊固構件的情況，晶圓載置台不僅外周部固定於設置板，其中央部亦固定於設置板，故可防止伴隨使用之晶圓載置台的翹曲。其結果，可長期地維持以密封構件產生之密封性。此外，由於密封構件位於冷卻基材的下側（冷媒流路溝位於密封構件的上側），故即便陶瓷基材成為高溫，仍不易受到其熱之影響。因此，無須使用耐熱性高的構件作為密封構件。
［13］於上述半導體製造裝置用構件（該［12］所記載之半導體製造裝置用構件）中，亦可使該冷卻基材與該設置板的40～400℃之CTE差的絕對值為1.5×10 -6／K以上。由於將冷卻基材的底面與設置板的頂面包夾密封構件而組裝，故藉由密封構件吸收因冷卻基材與設置板之CTE的差異所造成的影響。因此，即便在設置板與冷卻基材的40～400℃之CTE差的絕對值為1.5×10 -6／K以上之情況，仍可防止裂縫。
以下參考圖式說明本發明之較佳實施形態。圖1係設置於腔室94之晶圓載置台10的縱剖面圖（由包含晶圓載置台10的中心軸之面切開時的剖面圖），圖2係晶圓載置台10的俯視圖，圖3係配置有密封構件16a～16d之冷卻基材30的底視圖。
晶圓載置台10係為了利用電漿對晶圓W施行CVD或蝕刻等而使用，固定在設置於半導體製程用之腔室94的內部之設置板96。晶圓載置台10具備陶瓷基材20、冷卻基材30、及金屬接合層40。
陶瓷基材20，於具有圓形的晶圓載置面22a之中央部22的外周，具備具有環狀的對焦環載置面24a之外周部24。以下，有時會將對焦環簡稱為「FR」。於晶圓載置面22a載置晶圓W，於FR載置面24a載置對焦環78。陶瓷基材20以由氧化鋁、氮化鋁等為代表的陶瓷材料形成。FR載置面24a相對於晶圓載置面22a更低一層。
陶瓷基材20的中央部22，於接近晶圓載置面22a之側，內建有晶圓吸附用電極26。晶圓吸附用電極26例如由含有W、Mo、WC、MoC等的材料形成。晶圓吸附用電極26，為圓板狀或網格狀之單極型的靜電吸附用電極。陶瓷基材20中之較晶圓吸附用電極26更上側的層具有介電材料層的功能。晶圓吸附用直流電源52經由供電端子54而連接於晶圓吸附用電極26。供電端子54插穿於「設置在晶圓載置台10中之晶圓吸附用電極26的底面與冷卻基材30的底面之間的端子孔51」。供電端子54，設置為通過端子孔51中之配置於將冷卻基材30及金屬接合層40在上下方向貫通的貫通孔之絕緣管55，從陶瓷基材20的底面到達晶圓吸附用電極26。於晶圓吸附用直流電源52與晶圓吸附用電極26之間，設置低通濾波器（LPF）53。
冷卻基材30為圓板構件。作為冷卻基材30的材料，宜為金屬與陶瓷的複合材料等。作為此等複合材料，可列舉金屬基材複合材料（Metal Matrix Composites，MMC）、陶瓷基材複合材料（Ceramic Matrix Composites，CMC）等。作為此等複合材料之具體例，可列舉包含Si、SiC及Ti的材料，或使Al及／或Si浸漬於SiC多孔質體的材料，Al 2O 3與TiC的複合材料等。將包含Si、SiC及Ti的材料稱作SiSiCTi，將使Al浸漬於SiC多孔質體的材料稱作AlSiC，將使Si浸漬於SiC多孔質體的材料稱作SiSiC。陶瓷基材20為氧化鋁基材之情況，作為冷卻基材30所使用的複合材料宜為CTE接近氧化鋁之AlSiC或SiSiCTi等。冷卻基材30具備冷媒流路溝32。冷媒流路溝32以下述方式設置於冷卻基材30：從設置於中央附近之入口32a起至設置於外周側之出口32b以一筆畫地形成為螺旋狀，在冷卻基材30的底面開口。冷媒流路溝32，藉由以腔室94之設置板96的頂面將開口封閉，而形成冷媒流路82。因此，冷媒流路溝32構成冷媒流路82的側壁及頂棚面。在冷媒流路82流通之冷媒宜為液體，宜具有電絕緣性。作為電絕緣性的液體例如可列舉氟系惰性液體等。冷卻基材30中的較冷媒流路溝32更上側之厚度宜為5mm以下，更宜為3mm以下。此外，冷媒流路溝32的上側之角部（側壁與頂棚面交叉之角部）宜成為R面，R面的曲率半徑例如宜為0.5～2mm。冷卻基材30，經由供電端子64而與射頻電源62連接。在冷卻基材30與射頻電源62之間，配置高通濾波器（HPF）63。冷卻基材30具備凸緣部34，用於將晶圓載置台10的外周部夾持在設置板96。設置板96為單層構造，由氧化鋁等絕緣材料構成。
金屬接合層40將陶瓷基材20的底面與冷卻基材30的頂面接合。金屬接合層40例如亦可為以軟焊料或硬焊料形成的層。金屬接合層40例如藉由TCB（Thermal compression bonding, 熱壓接合）形成。TCB係指將金屬接合材夾入作為接合對象的2個構件之間，在加熱至金屬接合材的固相線溫度以下之溫度的狀態下將2個構件加壓接合之公知方法。
將陶瓷基材20之外周部24的側面、金屬接合層40的外周、冷卻基材30之凸緣部34的頂面及側面，以絕緣膜42被覆。作為絕緣膜42例如可列舉氧化鋁或氧化釔等之噴敷膜。
此等晶圓載置台10，利用夾持構件70安裝在設置於腔室94之內部的設置板96。夾持構件70係剖面呈略倒L字形的環狀構件，具有內周段差面70a。晶圓載置台10與設置板96由於夾持構件70而一體化。在將夾持構件70的內周段差面70a載置於晶圓載置台10之冷卻基材30的凸緣部34之狀態下，從夾持構件70的頂面將螺栓72插入，螺合於設置在設置板96的頂面之螺孔97。螺栓72安裝在沿著夾持構件70之周向等間隔地設置的複數處（例如8處或12處）。夾持構件70與螺栓72可由絕緣材料製成，亦可由導電材料（金屬等）製成。於冷卻基材30的底面與設置板96的頂面之間的既定位置，配置密封構件16a～16d。藉由將螺栓72螺合於螺孔97，而在上下方向壓扁此等密封構件16a～16d，發揮密封性。另，夾持構件70、螺栓72、及設置板96之螺孔97，相當於外周部緊固構件。
密封構件16a係具有較冷卻基材30之直徑略小的直徑之O型環。密封構件16b係具有較密封構件16a之直徑略小的直徑之O型環，在使用晶圓載置台10時包圍冷媒流路溝32。密封構件16c，於冷卻基材30的底面中之未設置冷媒流路溝32處，以包圍供電端子64的方式配置。密封構件16d，於冷卻基材30的底面中之未配置冷媒流路溝32處，以包圍供電端子54的方式配置。作為密封構件16a～16d，可使用O型環或襯墊等。密封構件16a～16d可為絕緣材料製（例如PTFE等之樹脂製），亦可為導電材料製（例如金屬製）。
於設置板96中之和冷媒流路溝32的入口32a相對向之位置，以貫通上下方向的方式設置冷媒供給口96a；於和出口32b相對向之位置，以貫通上下方向的方式設置冷媒排出口96b。於冷媒供給口96a及冷媒排出口96b，連接未圖示之冷媒供排裝置。冷媒流路82係藉由使設置板96封閉冷媒流路溝32的開口而形成。在本實施形態，以冷卻基材30的底面、設置板96的頂面、及密封構件16b包圍之微小的間隙（除了密封構件16c、16d之內側以外），亦成為冷媒流路82之一部分。若從冷媒供排裝置往冷媒供給口96a供給冷媒，則冷媒從冷媒流路82的入口82a（冷媒流路溝32的入口32a）通過冷媒流路82（冷媒流路溝32）而到達出口82b（冷媒流路溝之出口32b），從該處經由冷媒排出口96b而返回冷媒供排裝置。冷媒供排裝置將返回之冷媒調整溫度後，再度往冷媒供給口96a供給該冷媒。
接著，利用圖4說明晶圓載置台10的製造例。圖4係晶圓載置台10的製造步驟圖。首先，將陶瓷粉末之成形體熱壓煅燒，藉以製作成為陶瓷基材20之基底的圓板狀之陶瓷燒結體120（圖4A）。陶瓷燒結體120內建有晶圓吸附用電極26。接著，在陶瓷燒結體120的底面至晶圓吸附用電極26之間，形成端子孔上部151a（圖4B）。而後，將供電端子54插入端子孔上部151a，將供電端子54與晶圓吸附用電極26接合（圖4C）。
與此並行，製作圓板構件130（圖4D）。陶瓷燒結體120為氧化鋁製之情況，圓板構件130宜為SiSiCTi製或AlSiC製。此係因氧化鋁之CTE與SiSiCTi、AlSiC之CTE可大致成為相同的緣故。
SiSiCTi製之圓板構件例如可以下述方式製作。首先，將碳化矽、金屬Si、金屬Ti混合，製成粉體混合物。接著，將獲得之粉體混合物，藉由單軸加壓成形而製成圓板狀的成形體，將此成形體在惰性氣體環境下熱壓燒結，藉以獲得SiSiCTi製之圓板構件。
接著，於圓板構件130將貫通上下方向的端子孔下部151c開孔，並於圓板構件130的底面藉由機械加工形成冷媒流路溝32，而獲得冷卻基材30（圖4E）。
接著，於冷卻基材30的頂面配置金屬接合材140（圖4F）。於金屬接合材140，在和端子孔上部151a及端子孔下部151c相對向之位置，先設置端子孔中間部151b。而後，將陶瓷燒結體120的供電端子54插入於端子孔中間部151b及端子孔下部151c，並將陶瓷燒結體120載置於配置在冷卻基材30的頂面之金屬接合材140上。藉此，獲得從下方起依序疊層有冷卻基材30、金屬接合材140、及陶瓷燒結體120的疊層體。藉由將此疊層體一邊加熱一邊加壓（TCB），而獲得接合體110（圖4G）。接合體110係將陶瓷燒結體120透過金屬接合層40而接合至冷卻基材30的頂面之構件。端子孔51係將端子孔上部151a、端子孔中間部151b、及端子孔下部151c連結的孔。
TCB例如以下述方式施行。以金屬接合材之固相線溫度以下（例如，從固相線溫度減去20℃之溫度以上、固相線溫度以下）的溫度將疊層體加壓而使其接合，而後回到室溫。藉此，金屬接合材成為金屬接合層。作為此時之金屬接合材，可使用Al-Mg系接合材或Al-Si-Mg系接合材。例如，使用Al-Si-Mg系接合材施行TCB的情況，以在真空氣體環境下加熱之狀態將疊層體加壓。金屬接合材宜使用厚度為100μm左右者。
而後，將陶瓷燒結體120之外周切削而形成段差，藉以成為具備中央部22與外周部24的陶瓷基材20。此外，在端子孔51中之從陶瓷基材20的底面至冷卻基材30的底面，配置供電端子54所插穿之絕緣管55。進一步，將陶瓷基材20之外周部24的側面、金屬接合層40的周圍、及冷卻基材30的頂面（露出的面）與側面，使用陶瓷粉末噴敷，藉以形成絕緣膜42（圖4H）。藉此，獲得晶圓載置台10。
接著，利用圖1說明晶圓載置台10的使用例。於腔室94之設置板96，如同上述地藉由夾持構件70固定晶圓載置台10。於腔室94的頂棚面，配置將處理氣體從多個氣體噴射孔往腔室94之內部釋出的噴淋頭95。
於晶圓載置台10的FR載置面24a載置對焦環78，於晶圓載置面22a載置圓盤狀之晶圓W。對焦環78沿著上端部之內周具有段差俾不干涉晶圓W。在此一狀態下，對晶圓吸附用電極26施加晶圓吸附用直流電源52之直流電壓，而將晶圓W吸附於晶圓載置面22a。而後，將腔室94之內部設定成為既定的真空氣體環境（或減壓氣體環境），從噴淋頭95供給處理氣體，並對冷卻基材30施加來自射頻電源62之射頻電壓。如此一來，則在晶圓W與噴淋頭95之間產生電漿。而後，利用此等電漿對晶圓W施行CVD成膜、蝕刻。
以上詳細說明之實施形態中，在使用晶圓載置台10時，經由包圍冷媒流路溝32之密封構件16b將冷卻基材30的底面安裝在有別於晶圓載置台10之設置板96。冷卻基材30具備冷媒流路溝32，而冷媒流路溝32於冷卻基材30的底面開口。因此，相較於內建有冷媒流路之習知的冷卻基材，不需要將底面封閉之圓板，故使冷卻基材30所使用的材料為少量材料即可。因而，可使晶圓載置台10的成本抑制成較低。
此外，由於將冷卻基材30的底面與設置板96的頂面包夾O型環等密封構件16a～16d而組裝，故藉由密封構件16a～16d吸收因冷卻基材30與設置板96之CTE的差異所造成的影響。其結果，可防止冷卻基材30的裂縫。此外，即便在設置板96與冷卻基材30的40～400℃之CTE差的絕對值為1.5×10 -6／K以上之情況，仍可防止裂縫。因此，於冷卻基材30使用MMC、於設置板96使用鋁的情況，仍可吸收CTE差。
此外，冷卻基材30宜以金屬與陶瓷的複合材料形成。此等複合材料可減小與構成陶瓷基材20的陶瓷材料之CTE差。因此，可防止陶瓷基材20與冷卻基材30的接合因熱應力而破壞。此外，由於此等複合材料較為昂貴，故減少成本之意義重大。
進一步，冷卻基材30透過金屬接合層40而與陶瓷基材20的底面接合。因此，相較於將冷卻基材30透過樹脂（有機）接合層而與陶瓷基材20的底面接合之情況，可效率良好地使晶圓載置面22a之熱往冷卻基材30逸散。
再者，由於密封構件16a～16d位於冷卻基材30的下側（冷媒流路溝32位於密封構件16a～16d的上側），故即便陶瓷基材20成為高溫，仍不易受到其熱之影響。因此，無須使用耐熱性高的構件作為密封構件16a～16d。
另，本發明未限定於上述任一實施形態，只要屬於本發明之技術範圍，均可藉由各式各樣的態樣實施。
上述實施形態，雖使密封構件16b呈包圍螺旋狀之冷媒流路溝32的全體之環狀，但並未特別限定於此一形態。例如，亦可取代密封構件16b，採用圖5及圖6所示之密封構件16e。在圖5及圖6，對於與上述實施形態相同的構成要素給予相同符號。密封構件16e沿著設置於冷卻基材30的底面之螺旋狀的冷媒流路溝32之邊緣而形成（並排密封構件）。使用密封構件16e之情況，經由冷卻基材30的底面與設置板96的頂面之間隙的冷媒之流通受到抑制。密封構件16e，在冷卻基材30的底面與設置板96的頂面之間被壓扁而發揮密封性。此一情況，密封構件16e的反作用力在垂直方向產生，故必須將藉由螺栓72固定的力增大。另一方面，亦可將密封構件16e如圖7所示地配置。在圖7，於設置板96的頂面，沿著冷媒流路溝32設置突起99。突起99之寬度較冷媒流路溝32之寬度更窄，於突起99的側面與冷媒流路溝32的壁面之間配置密封構件16e。密封構件16e，藉由突起99的側面與冷媒流路溝32的壁面在橫向被壓扁，發揮密封性。此一情況，密封構件16e的反作用力在橫向產生，故突起99的側面與冷媒流路溝32的壁面承受該反作用力。因而，使藉由螺栓72固定的力小即可。另，在上述實施形態，冷卻基材30的底面與設置板96的頂面之間隙微小，經由此等間隙的冷媒之流通亦微小，故幾乎不具有於因經由間隙的冷媒之流通而造成的對熱均勻性之影響。此外，相較於密封構件16e，密封構件16b更容易配置。
上述實施形態中，亦可如圖8及圖9所示，使冷卻基材30具備中央部緊固構件（螺栓79及螺帽80）。在圖8及圖9，對於與上述實施形態相同的構成要素給予相同符號。於冷卻基材30，沿著較冷卻基材30的直徑更小之圓30a的圓周，等間隔地配置複數個（圖9中為6個）螺帽80（例如六角螺帽）。螺帽80，以旋轉受到設置於冷卻基材30的頂面之收納孔35（例如六角孔）所限制的狀態收納。於冷卻基材30，設置從收納孔35到達冷卻基材30的底面之插穿孔36。螺栓79，配置於貫通過設置板96之段差孔98。段差孔98的下部成為收納螺栓79之頭部79a的粗徑部98a，上部成為螺栓79之足部79b所插穿的細徑部98b。螺栓79之頭部79a，卡止在粗徑部98a與細徑部98b之間的段差。螺栓79之足部79b，插穿過段差孔98的細徑部98b，進一步插穿過冷卻基材30的插穿孔36而與螺帽80螺合。於通過冷卻基材30的底面與設置板96的頂面之間隙的足部79b之周圍，配置密封構件16f。藉由將螺栓79與螺帽80螺合，使冷卻基材30的中央部（設置有收納孔35的部分）成為抵緊設置板96之狀態。此外，冷卻基材30的外周部如同上述地成為藉由夾持構件70而抵緊設置板96之狀態。亦即，藉由冷卻基材30的中央部緊固構件（螺栓79、螺帽80）及外周部緊固構件（夾持構件70、螺栓72、螺孔97），以從上下推壓密封構件16a～16d之方式將晶圓載置台10的外周部與中央部固定於設置板96。因此，可防止伴隨晶圓載置台10的使用之晶圓載置台10的翹曲。其結果，可長期地維持密封構件16a～16d、16f之密封性。
另，在圖9，雖將螺栓79及螺帽80沿著圓30a而等間隔地設置複數個，但亦可除此之外進一步沿著直徑較圓30a更小的圓而等間隔地設置複數個。此外，亦可取代圖8的中央部緊固構件（螺栓79、螺帽80），採用圖10所示的中央部緊固構件（螺栓84、螺帽86）。在圖10，將螺栓84的頭部，以旋轉受到收納孔35的限制之狀態收納；使螺栓84的足部，插穿於插穿孔36而從冷卻基材30的底面往下方突出，進一步經由細徑部98b而到達粗徑部98a。將螺栓84的足部，與收納在段差孔98的粗徑部98a之螺帽86螺合。
上述實施形態中，具備入口32a與出口32b之冷媒流路溝32，亦可如圖11所示，在俯視時和晶圓載置面22a重複之區域決定最上游部32U與最下游部32L時，使從冷媒流路溝32的頂棚面起至晶圓載置面22a為止之距離d，最下游部32L比最上游部32U短。另，亦可使冷媒流路溝32之寬度，通過全體而呈一定。冷媒，從冷媒流路82的最上游部82U往最下游部82L，一邊由高溫之晶圓奪取熱一邊流動，故在冷媒流路82流通的冷媒之溫度，最下游部82L比最上游部82U高。另一方面，由於冷媒流路82的從頂棚面起至晶圓載置面22a為止之距離d，相較於冷媒流路82的最上游部82U，在最下游部82L更短，故冷媒流路82的從頂棚面起至晶圓載置面22a為止之熱阻，最下游部82L比最上游部82U低。因此，整體而言，可將晶圓載置面22a中之和冷媒流路82的最上游部82U相對向之位置與和最下游部82L相對向之位置的溫度差減小。因而，晶圓的熱均勻性變高。此距離d宜從最上游部32U往最下游部32L緩緩地變短。在最下游部32L之距離d宜為在最上游部32U之距離d的50～90%。
上述實施形態中，具備入口32a與出口32b之冷媒流路溝32，亦可如圖12所示，在俯視時和晶圓載置面22a重複之區域決定最上游部32U與最下游部32L時，使冷媒流路溝32之截面積，最下游部32L比最上游部32U小。此處，冷媒流路溝32之高度、從冷媒流路溝32的頂棚面起至晶圓載置面22a為止之距離，通過全體而呈一定，藉由改變冷媒流路溝32之寬度w而改變冷媒流路溝32之截面積。冷媒，從冷媒流路82的最上游部82U往最下游部82L，一邊由高溫之晶圓奪取熱一邊流動，故在冷媒流路82流通的冷媒之溫度，最下游部82L比最上游部82U高。另一方面，由於冷媒流路82之截面積，相較於冷媒流路82的最上游部82U，在最下游部82L更小，故壓力損耗在最下游部82L較最上游部82U大，冷媒與晶圓之熱交換在最下游部82L較最上游部82U更為活絡。因此，整體而言，可將晶圓載置面22a中之和冷媒流路82的最上游部82U相對向之位置與和最下游部82L相對向之位置的溫度差減小。因而，晶圓的熱均勻性變高。冷媒流路溝32之截面積，宜從冷媒流路溝32的最上游部32U往最下游部32L緩緩地變小。在最下游部32L之截面積宜為在最上游部32U之截面積的60～90%。冷媒流路溝32之截面積，亦可藉由設置於冷媒流路溝32的內壁之凸狀突起（例如翼片）的數量、凸狀突起的厚度及凸狀突起的長度之至少一者而調整。凸狀突起，可連續地設置，亦可不連續地設置。此外，凸狀突起，亦可設置於設置板96中的和冷媒流路溝32相對向之位置。
在上述實施形態，作為晶圓載置台10的外周部緊固構件，雖使用夾持構件70、螺栓72及螺孔97，但並未特別限定於此一形態。例如，亦可如圖13所示，於冷卻基材30的凸緣部34設置螺栓插穿孔39，使螺栓72通過此螺栓插穿孔39而與設置板96之螺孔97螺合，藉此將晶圓載置台10的外周部安裝於設置板96。螺栓72宜保留空隙地插穿於螺栓插穿孔39。另，於圖13中，亦可取代從上方螺栓緊固，而從下方螺栓緊固。
上述實施形態中，亦可於貫通冷卻基材30的端子孔51之周邊區域設置熱交換促進部；該熱交換促進部，在將冷媒流路溝32作為冷媒流路82使用時，促進於該冷媒流路82流通的冷媒與載置於晶圓載置面22a的晶圓W之熱交換。一般而言，晶圓W中的此等端子孔51之緊鄰上方周邊容易成為熱點，但此處由於在此等端子孔51之周邊區域設置熱交換促進部，故促進端子孔51之周邊區域的散熱。因而，可抑制在晶圓W產生熱點。在此等熱交換促進部，相較於端子孔51之周邊區域以外的區域，亦可使冷媒流路溝32變細。例如，亦可使圖3所示的一點鏈線之框內的冷媒流路溝32之寬度變窄。在冷媒流路82變窄的部分流通之冷媒，相較於在冷媒流路82未變窄的部分流通之情況，流速變快。因此，促進端子孔51之周邊區域的散熱。冷媒流路溝32變窄的部分之流路截面積宜為未變窄的部分之流路截面積的60～90%。抑或，在熱交換促進部，亦可於冷媒流路溝32的內面設置凸狀突起（例如翼片）。例如，亦可於圖3所示的一點鏈線之框內的冷媒流路溝32設置翼片。於在冷媒流路82設置翼片的部分流通之冷媒，相較於在未設置翼片的部分流通之情況合，容易成為亂流。因此，促進端子孔51之周邊區域的散熱。於冷媒流路溝32設置翼片的部分之流路截面積宜為未設置翼片的部分之流路截面積的60～90%。抑或，在熱交換促進部，相較於端子孔51之周邊區域以外的區域，亦可使從晶圓載置面22a起至冷媒流路溝32的頂棚面為止之距離變短。例如，亦可使圖3所示的一點鏈線之框內的冷媒流路溝32的頂棚面與晶圓載置面22a之距離，較其他區域更短。在從晶圓載置面22a起至冷媒流路溝32的頂棚面為止之距離短的部分流通之冷媒，相較於在從晶圓載置面22a起至冷媒流路溝32的頂棚面為止之距離未變短的部分流通之情況，冷媒與晶圓W之間的熱阻變小。因此，促進端子孔51之周邊區域的散熱。熱交換促進部中的從晶圓載置面22a起至冷媒流路溝32的頂棚面為止之距離，宜為從熱交換促進部以外的晶圓載置面22a起至冷媒流路溝32的頂棚面為止之距離的50～90%。另，亦可於冷卻基材30中的後述氣體供給孔或升降銷孔之周邊區域，設置熱交換促進部。
在上述實施形態，雖使腔室94之設置板96為單層構成，但亦可使設置板96為複數層構成。此一情況，複數層之至少一層以絕緣材料構成即可。例如，可將複數層全部以絕緣材料構成，亦可將複數層中之一部分的層（例如最表層）以絕緣材料構成，剩餘的層以導電材料構成。
在上述實施形態，作為構成冷卻基材30的材料，雖例示金屬與陶瓷的複合材料，但並未特別限定於此一形態。例如，亦可由鋁或鋁合金等金屬材料構成冷卻基材30。然則，若考慮到減小和陶瓷基材20之CTE差，則宜為金屬與陶瓷的複合材料。
在上述實施形態，雖於陶瓷基材20的中央部22內建晶圓吸附用電極26，但亦可取代晶圓吸附用電極26或於其之外進一步內建電漿產生用之射頻電極。此一情況，將射頻電源連接至射頻電極而非冷卻基材30。此外，亦可於陶瓷基材20的外周部24內建對焦環（FR）吸附用電極。此一情況，將直流電源連接至FR吸附用電極。此外，陶瓷基材20，亦可內建加熱器電極（電阻發熱體）。此一情況，將加熱器電源連接至加熱器電極。陶瓷基材20，可內建1層電極，亦可內建2層以上。
上述實施形態之晶圓載置台10中，亦可設置以從冷卻基材30的底面到達晶圓載置面22a之方式貫通晶圓載置台10的孔。作為此等孔，可列舉：用於將熱傳導氣體（例如He氣體）供給到晶圓W的背面之氣體供給孔、用於使晶圓W對於晶圓載置面22a上升下降的升降銷插穿之升降銷孔等。熱傳導氣體供給到「由設置於晶圓載置面22a之未圖示的多個小突起（支持晶圓W）與晶圓W所形成之空間」。升降銷孔，在例如以3根升降銷支持晶圓W的情況，設置於3處。設置此等貫通孔的情況，於陶瓷基材20的底面與冷卻基材30的頂面之間的空間中，與絕緣管55周圍同樣地，亦在此等貫通孔周圍配置密封構件。
在上述實施形態，雖於最外周設置密封構件16a，但亦可將密封構件16a省略
在上述實施形態，雖將冷媒流路溝32從入口32a至出口32b呈螺旋狀地設置，但冷媒流路溝32的形狀並未特別限定。例如，亦可將冷媒流路溝32設置為俯視時呈鋸齒狀。
上述實施形態中，圖4A之陶瓷燒結體120係藉由將陶瓷粉末的成形體熱壓煅燒而製成，但此時的成形體亦可將帶狀成形體疊層複數片而製成，或亦可藉由模鑄法製成，亦可藉由將陶瓷粉末壓實而製成。
上述實施形態中，亦可在設置板96之頂面中的配置密封構件16a～16d之位置，設置密封構件16a～16d嵌入的溝。此外，亦可取代其或於其之外，在冷卻基材30之底面中的配置密封構件16a～16d之位置，設置密封構件16a～16d嵌入的溝。
在上述實施形態，雖使冷媒流路溝32的縱斷面之形狀（將晶圓載置台10由垂直於晶圓載置面22a的面切開時所看到的形狀）呈長方形，但並未特別限定於此一形態。例如，亦可如圖14所示，使冷媒流路溝432的縱斷面之形狀滿足：冷媒流路溝432的頂棚部432q之寬度w2較冷媒流路溝432的開口部432p之寬度w1成為更寬（w2＞w1）。在圖14，對於與上述實施形態相同的構成要素給予相同符號。冷媒流路溝432，以腔室94之設置板96的頂面將開口部432p封閉，藉此形成冷媒流路482。冷媒流路溝432的入口432a及出口432b（冷媒流路482的入口482a及出口482b），分別與設置在設置板96的冷媒供給口96a及冷媒排出口96b相連接。此處，冷媒流路溝432之相鄰的開口部432p彼此之間隔d1，較冷媒流路溝432之相鄰的頂棚部432q彼此之間隔d2更寬（d1＞d2）。在圖14，由於冷媒流路溝432之相鄰的開口部432p彼此之間隔d1寬，故可抑制冷媒通過開口部432p彼此之間的間隙G而混合之情形。此外，由於冷媒流路溝432之相鄰的頂棚部432q彼此之間隔d2窄，故冷媒所產生的晶圓W之冷卻面積變大，冷卻效率提高。進一步，由於冷媒流路溝432的開口部432p之總面積較頂棚部432q之總面積更小，故可降低因施加至冷卻基材30與腔室94側的設置板96之間的冷媒之壓力所造成的力。其結果，可抑制晶圓載置台本身的翹曲。再者，由於冷媒流路溝432的開口部432p彼此之間隔d1較寬，故即便並未將開口部432p以密封環等密閉，仍可抑制冷媒通過開口部432p彼此之間的間隙G而混合之情形。此等冷媒流路溝432，可利用縱斷面的形狀與冷媒流路溝432相同之砂輪形成。此一情況，冷媒流路溝432的入口432a及出口432b成為圓孔（圓柱形狀的孔）。
冷媒流路溝432的開口部432p，亦可如圖15所示地以密封環483密閉。在圖15，對於與圖14相同的構成要素給予相同符號。密封環483，俯視時展現為與冷媒流路溝432相同之形狀。如此一來，則由於密封環483防止冷媒在冷媒流路溝432之相鄰的開口部432p彼此之間的間隙G混合，故可使冷媒流路溝432之相鄰的開口部432p彼此之間隔d1，較圖14更為縮窄，且可將冷媒流路溝432密集地設置。伴隨於此，可將冷媒流路溝432之相鄰的頂棚部432q彼此之間隔d2進一步縮窄，故可將冷媒所產生的晶圓W之冷卻面積更為擴大，使冷卻效率變得更高。
另，在圖15，雖使密封環483的縱斷面之形狀呈圓形，但並未特別限定。例如亦可如圖16所示之密封環583般，使縱斷面的形狀呈使梯形（或長方形）之左右的邊往內側凹入之形狀，將密封環583之較凹入處更上側的部分配置為在冷媒流路溝432中密接於壁面，將密封環583之較凹入處更下側的部分配置於冷媒流路溝432外（冷卻基材30與設置板96之間隙）。如此一來，即便將冷卻基材30往設置板96推壓，仍可防止密封環583被推入冷媒流路溝432。
如圖17所示，作為減少冷卻基材所使用之材料的構造，亦考慮如下：將不具有冷媒流路溝之板狀的冷卻基材230透過金屬接合層40而與陶瓷基材20的底面接合，於該冷卻基材230的底面，經由密封構件216b而安裝具有向上開口之冷媒流路溝332的板狀構件330。此一情況，即便冷卻基材230以昂貴的材料形成，只要板狀構件330係以低價的材料形成的話，仍可使晶圓載置台的成本抑制成較低。然則，在圖17之構造中，藉由將冷媒流路溝332的上部開口以冷卻基材230封閉而形成之冷媒流路382，在頂棚面和陶瓷基材20施行熱交換，但在側面並未和陶瓷基材20施行充分的熱交換。相對於此，上述實施形態，在冷媒流路82的頂棚面與側面皆和陶瓷基材20施行足夠的熱交換，故可效率良好地施行晶圓W之散熱。
本申請案係以於2022年1月27日提出申請之日本專利申請第2022-011102號及於2022年7月5日提出申請之日本專利申請第2022-108450號作為優先權主張的基礎，藉由引用而將其全部內容包含至本說明書中。
10:晶圓載置台 16a~16f:密封構件 20:陶瓷基材 22:中央部 22a:晶圓載置面 24:外周部 24a:FR(對焦環)載置面 26:晶圓吸附用電極 30:冷卻基材 30a:圓 32:冷媒流路溝 32a:入口 32b:出口 32L:最下游部 32U:最上游部 34:凸緣部 35:收納孔 36:插穿孔 39:插穿孔 40:金屬接合層 42:絕緣膜 51:端子孔 52:晶圓吸附用直流電源 53:低通濾波器(LPF) 54:供電端子 55:絕緣管 62:射頻電源 63:高通濾波器(HPF) 64:供電端子 70:夾持構件 70a:內周段差面 72:螺栓 78:對焦環 79:螺栓 79a:頭部 79b:足部 80:螺帽 82:冷媒流路 82a:入口 82b:出口 82L:最下游部 82U:最上游部 84:螺栓 86:螺帽 94:腔室 95:噴淋頭 96:設置板 96a:冷媒供給口 96b:冷媒排出口 97:螺孔 98:段差孔 98a:粗徑部 98b:細徑部 99:突起 110:接合體 120:陶瓷燒結體 130:圓板構件 140:金屬接合材 151a:端子孔上部 151b:端子孔中間部 151c:端子孔下部 216b:密封構件 230:冷卻基材 330:板狀構件 332:冷媒流路溝 382:冷媒流路 432:冷媒流路溝 432a:入口 432b:出口 432p:開口部 432q:頂棚部 482:冷媒流路 482a:入口 482b:出口 483:密封環 583:密封環 d:距離 d1,d2:間隔 G:間隙 W:晶圓 w,w1,w2:寬度
圖1係設置於腔室94之晶圓載置台10的縱剖面圖。 圖2係晶圓載置台10的俯視圖。 圖3係具備密封構件16a～16d之冷卻基材30的底視圖。 圖4A～H係晶圓載置台10的製造步驟圖。 圖5係具備密封構件16a、16c～16e之冷卻基材30的底視圖。 圖6係具有具備密封構件16a、16c～16e之冷卻基材30的晶圓載置台之縱剖面圖。 圖7係顯示密封構件16e之另一例的部分縱剖面圖。 圖8係具備中央部緊固構件之晶圓載置台10的縱剖面圖。 圖9係圖8之晶圓載置台10的俯視圖。 圖10係顯示中央部緊固構件之另一例的縱剖面圖。 圖11係顯示冷媒流路溝32之另一例的縱剖面圖。 圖12係顯示冷媒流路溝32之另一例的縱剖面圖。 圖13係顯示外周部緊固構件之另一例的說明圖。 圖14係具備冷媒流路溝432之晶圓載置台的縱剖面圖。 圖15係將冷媒流路溝432的開口部432p以密封環483密閉之晶圓載置台的縱剖面圖。 圖16係將冷媒流路溝432的開口部432p以密封環583密閉之晶圓載置台的縱剖面圖（部分放大圖）。 圖17係顯示參考例的縱剖面圖。
10:晶圓載置台
16a~16d:密封構件
20:陶瓷基材
22:中央部
22a:晶圓載置面
24:外周部
24a:FR(對焦環)載置面
26:晶圓吸附用電極
30:冷卻基材
32:冷媒流路溝
32a:入口
32b:出口
34:凸緣部
40:金屬接合層
42:絕緣膜
51:端子孔
52:晶圓吸附用直流電源
53:低通濾波器(LPF)
54:供電端子
55:絕緣管
62:射頻電源
63:高通濾波器(HPF)
64:供電端子
70:夾持構件
70a:內周段差面
72:螺栓
78:對焦環
82:冷媒流路
82a:入口
82b:出口
94:腔室
95:噴淋頭
96:設置板
96a:冷媒供給口
96b:冷媒排出口
97:螺孔
W:晶圓

Claims (13)

  1. 一種晶圓載置台，包含： 陶瓷基材，於頂面具備晶圓載置面，內建有電極； 冷卻基材，設置於該陶瓷基材的底面側；以及 冷媒流路溝，以在該冷卻基材的底面開口之方式設置於該冷卻基材。
  2. 如請求項1之晶圓載置台，其中， 該冷卻基材，以金屬與陶瓷的複合材料形成。
  3. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該冷卻基材，透過金屬接合層而與該陶瓷基材的底面接合。
  4. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該冷媒流路溝中，在俯視時和該晶圓載置面重複之區域的最上游部與最下游部之從該冷媒流路溝的頂棚面起至該晶圓載置面為止之距離，該最下游部比該最上游部短。
  5. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該冷媒流路溝中，在俯視時和該晶圓載置面重複之區域的最上游部與最下游部之該冷媒流路溝的截面積，該最下游部比該最上游部小。
  6. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該冷卻基材具有在上下方向貫通該冷卻基材的孔；於該孔之周邊區域設置熱交換促進部，其在將該冷媒流路溝作為冷媒流路使用時，促進於該冷媒流路流通的冷媒與載置於該晶圓載置面的晶圓之熱交換。
  7. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該晶圓載置台在使用時，經由包圍該冷媒流路溝之密封構件，將該冷卻基材的底面安裝在有別於該晶圓載置台之設置板。
  8. 如請求項7之晶圓載置台，其中， 該冷卻基材包含中央部緊固構件，其將該冷卻基材的中央部緊固於該設置板。
  9. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中， 該冷媒流路溝的縱斷面之形狀滿足：該冷媒流路溝的頂棚部之寬度較該冷媒流路溝的開口部之寬度更寬，該冷媒流路溝之相鄰的開口部彼此之間隔較該冷媒流路溝之相鄰的頂棚部彼此之間隔更寬。
  10. 如請求項9之晶圓載置台，其中， 該冷媒流路溝的開口部未被密封環所封閉。
  11. 如請求項9之晶圓載置台，其中， 該冷媒流路溝的開口部被密封環所封閉。
  12. 一種半導體製造裝置用構件，包含： 如請求項1或2之晶圓載置台； 設置板，經由包圍該冷媒流路溝之密封構件而設置該冷卻基材的底面；以及 外周部緊固構件，將該晶圓載置台的外周部緊固於該設置板。
  13. 如請求項12之半導體製造裝置用構件，其中， 該冷卻基材與該設置板的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值為1.5×10 -6／K以上。
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