JP2023088622A - ウエハ載置台 - Google Patents

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Abstract

【課題】導電ビアの発熱を抑制する。【解決手段】ウエハ載置台10は、ウエハ載置面20aを有するセラミック基材20と、セラミック基材20に埋設されたヒータ電極30と、ヒータ電極30に一端が接続された内部ビア54と、を備える。内部ビア54は、上方及び下方柱状部材54a,54bを上下方向に連結したものであり、上方及び下方柱状部材54a,54bのうちの一方の連結面の面積は、他方の連結面の面積よりも大きい。【選択図】図2

Description

本発明は、ウエハ載置台に関する。
従来、ウエハ載置台としては、ウエハ載置面を有するセラミック基材と、セラミック基材に埋設された導電層と、導電層に接続された導電ビアとを備えたものが知られている。例えば特許文献1には、こうしたウエハ載置台として、ウエハ載置面側から、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体及び抵抗発熱体に給電する多段のジャンパ線がこの順にセラミック基材に埋設され、抵抗発熱体とジャンパ線とを上下方向に連結する導電ビアを備えたものが開示されている。抵抗発熱体やジャンパ線は、導電層に相当する。こうしたウエハ載置台のセラミック基材としては、多層構造体を採用することが多い。その場合、導電ビアは、上下2つの柱状部材を連結して形成することになる。
国際公開第2021/054322号パンフレット
しかしながら、セラミック基材が多層構造体の場合、ウエハ載置台の製造工程において互いに上下関係にある層の柱状部材同士を連結するが、柱状部材同士がずれて連結されると連結部分の接触面積が小さくなるため導電ビアが発熱することがあった。導電ビアが発熱するとウエハの均熱性が損なわれるため好ましくない。
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、導電ビアの発熱を抑制することを主目的とする。
本発明の第1のウエハ載置台は、
ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
前記セラミック基材に埋設された第1導電層と、
前記第1導電層に一端が接続された導電ビアと、
を備えたウエハ載置台であって、
前記導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、
互いに連結された2つの前記柱状部材のうちの一方の連結面の面積は、他方の連結面の面積よりも大きいものである。
このウエハ載置台では、導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、互いに連結された2つの柱状部材のうちの一方の連結面の面積は、他方の連結面の面積よりも大きい。そのため、互いに上下関係にある2つの柱状部材同士を連結する場合に一方の柱状部材に対して他方の柱状部材がずれたとしても、面積の大きな連結面がそのずれを吸収するため、連結面同士の接触面積を十分確保することができる。したがって、導電ビアの発熱を抑制することができる。
本発明の第1のウエハ載置台において、前記セラミック基材は、多層構造体であってもよく、前記柱状部材の連結面は、前記多層構造体の層間に位置していてもよい。多層構造体であるセラミック基材では層間でずれが発生しやすいため、本発明を適用する意義が高い。
本発明の第1のウエハ載置台において、前記複数の柱状部材は、前記セラミック基材と同じセラミック材料を含有し、互いに連結された2つの前記柱状部材のうち前記連結面の面積の大きい方は、前記連結面の面積の小さい方に比べて前記セラミック材料の含有率が大きくなるようにしてもよい。こうすれば、クラックの発生を抑制することができる。
本発明の第2のウエハ載置台は、
ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
前記セラミック基材に埋設された第1導電層と、
前記第1導電層に一端が接続された導電ビアと、
を備えたウエハ載置台であって、
前記導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、
互いに連結された2つの前記柱状部材の間には、上面及び下面を有する中間部材が接合され、
前記中間部材は、前記上面の面積が前記上面に接合された前記柱状部材の連結面の面積よりも大きく、前記下面の面積が前記下面に接合された前記柱状部材の連結面の面積よりも大きく、厚みが0.1mm以上のものである。
このウエハ載置台では、導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、互いに連結された2つの柱状部材の間には中間部材が接合され、中間部材は、上面の面積が上面に接合された柱状部材の連結面の面積よりも大きく、下面の面積が下面に接合された柱状部材の連結面の面積よりも大きい。そのため、互いに上下関係にある2つの柱状部材同士を連結する場合に一方の柱状部材に対して他方の柱状部材がずれたとしても、中間部材がそのずれを吸収するため、連結部分の接触面積を十分に確保することができる。また、中間部材の厚みが0.1mm以上であるため、中間部材を電流が流れることによって生じる発熱を抑えることができる。したがって、ビアの発熱を抑制することができる。
本発明の第2のウエハ載置台において、前記セラミック基材は、多層構造体であってもよく、前記中間部材は、前記多層構造体の層間に位置していてもよい。多層構造体であるセラミック基材では層間でずれが発生しやすいため、本発明を適用する意義が高い。
本発明の第2のウエハ載置台において、前記複数の柱状部材及び前記中間部材は、前記セラミック基材と同じセラミック材料を含有し、前記中間部材は、互いに連結された2つの前記柱状部材に比べて前記セラミック材料の含有率が大きくなるようにしてもよい。こうすれば、クラックの発生を抑制することができる。
本発明の第1及び第2のウエハ載置台において、前記セラミック基材は、前記第1導電層の下方に第2導電層を内蔵していてもよく、前記導電ビアは、他端が前記第2導電層に接続されていてもよい。こうすれば、セラミック基材の内部に埋設された導電ビアが発熱するのを防止することができる。
本発明の第1及び第2のウエハ載置台において、前記第1導電層及び前記第2導電層は、一方が抵抗発熱体からなるヒータ電極であり、他方がジャンパ層であってもよい。こうすれば、ヒータ機能を有するウエハ載置台において、ビアの発熱を抑制することができる。ヒータ電極は、セラミック基材のゾーンごとに設けられていてもよく、ジャンパ層は、セラミック基材内に多段に設けられていてもよい。
ウエハ載置台10の平面図。 図1のA-A断面図。 ウエハ載置台10を第3セラミック層23の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。 ウエハ載置台10を第2セラミック層22の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。 ウエハ載置台10を第1セラミック層21の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。 内部ビア54を下方からみたときの説明図。 ウエハ載置台10の製造工程図。 内部ビア64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はウエハ載置台10の平面図、図2は図1のA-A断面図、図3~図5はウエハ載置台10を水平方向に切断したときの切断面を上からみた断面図である。以下の説明において、上下、左右、前後を用いることがあるが、上下、左右、前後は相対的な位置関係に過ぎない。
ウエハ載置台10は、セラミック基材20に、ヒータ電極30、上方ジャンパ層40及び下方ジャンパ層50が埋設されたものである。
セラミック基材20は、セラミック製の円板であり、ウエハを載置するためのウエハ載置面20aを上面に有する。セラミックとしては、例えばアルミナや窒化アルミニウムなどが挙げられる。セラミック基材20は、多層構造体であり、本実施形態では、図2に示すように、下方から上方に向かって第1~第4セラミック層21~24が積層されたものである。
ヒータ電極30は、第3セラミック層23の上面に設けられている。ヒータ電極30は、ゾーンごとに設けられている。ゾーンは、第3セラミック層23を平面視したときの円形状を複数(本実施形態では4つ)の扇形に分割したものである。ヒータ電極30は、扇形のゾーンの全体にわたって抵抗発熱体を外周端32から中心端34まで一筆書きの要領で配線したものである。ヒータ電極30は、金属とセラミックとの混合材料で形成されている。金属としては、例えばRu,W,Moなどが挙げられるが、セラミック基材20と熱膨張係数が近いものが好ましい。セラミックとしては、セラミック基材20と同じ材料を用いる。ヒータ電極30はこのような混合材料で形成されているため、ヒータ電極30とセラミック基材20との熱膨張差によって両者の間にクラックが入ることなどを防止することができる。
上方ジャンパ層40は、平面形状であり、第2セラミック層22の上面に設けられている。上方ジャンパ層40は、4つのヒータ電極30のそれぞれに対応して扇形に形成されている。上方ジャンパ層40は、対応するヒータ電極30の外周端32と導電性の内部ビア42を介して接続されている。内部ビア42は、第3セラミック層23を上下方向に貫通している。内部ビア42の上端は、ヒータ電極30の外周端32に接続され、内部ビア42の下端は、上方ジャンパ層40に接続されている。上方ジャンパ層40には、導電性の給電ビア46の上端が接続されている。給電ビア46は、上方柱状部材46aと下方柱状部材46bとを上下方向に連結したものである。上方柱状部材46aは、第2セラミック層22を上下方向に貫通し、下方柱状部材46bは、第1セラミック層21を上下方向に貫通している。給電ビア46の下端は、セラミック基材20の下面に露出している。内部ビア42及び給電ビア46は、例えばヒータ電極30と同じ材料で形成されていてもよい。
下方ジャンパ層50は、平面形状であり、第1セラミック層21の上面に設けられている。下方ジャンパ層50は、4つのヒータ電極30のそれぞれに対応して扇形に形成されている。下方ジャンパ層50は、対応するヒータ電極30の中心端34と導電性の内部ビア54を介して接続されている。内部ビア54は、第2及び第3セラミック層22,23を上下方向に貫通している。内部ビア54の上端は、ヒータ電極30の中心端34に接続され、内部ビア54の下端は、下方ジャンパ層50に接続されている。下方ジャンパ層50には、導電性の給電ビア56の上端が接続されている。給電ビア56は、第1セラミック層21を上下方向に貫通している。給電ビア56の下端は、セラミック基材20の下面に露出している。下方ジャンパ層50には、給電ビア46と接触しないように切欠58が設けられている。内部ビア54及び給電ビア56は、例えばヒータ電極30と同じ材料で形成されていてもよい。
内部ビア54は、ヒータ電極30の中心端34の下面と下方ジャンパ層50の上面とを接続する。内部ビア54は、上方柱状部材54aと下方柱状部材54bとを上下方向に連結したものである。上方柱状部材54aの連結面(下面)の面積は、下方柱状部材54bの連結面(上面)の面積よりも大きい。上方柱状部材54aと下方柱状部材54bとを連結する場合に上方柱状部材54a及び下方柱状部材54bの一方に対して他方がずれたとしても、上方柱状部材54aの連結面がそのずれを吸収する。そのため、連結面同士の接触面積を十分確保することができる。例えば、下方柱状部材54bの上面が上方柱状部材54aの下面からはみださない範囲であれば、上方柱状部材54a及び下方柱状部材54bの一方に対して他方がずれて連結されたとしても、両部材54a,54bの接触面積は変わらない。図6は、内部ビア54を下方から見たときの模式図であり、図6Aは、上方柱状部材54aの軸と下方柱状部材54bの軸とがずれていない状態で連結された場合、図6Bは、上方柱状部材54aの軸と下方柱状部材54bの軸とが距離L(Lは上方柱状部材54aの半径から下方柱状部材54bの半径を引いた差)だけずれた状態で連結された場合を示す。両方の軸が一致した状態の連結面同士の接触面積は、図6Aのハッチングで示した部分であり、両方の軸が距離Lだけずれた状態の連結面同士の接触面積は、図6Bのハッチングで示した部分である。両図のどちらも接触面積は同じである。但し、両方の軸が距離Lを超えてずれた場合には連結面同士の接触面積は減少する。そのため、本実施形態では、両方の軸が距離Lまでずれるのを許容しているといえる。
太径の上方柱状部材54aと細径の下方柱状部材54bとを用いる場合、セラミック基材20にクラックが発生しないように太径及び細径を設定するのが好ましい。例えば、細径は、例えば0.5mm以上1mm以下とし、太径の下限を細径+0.2mm、太径の上限を2mmとしてもよい。また、下方柱状部材54bのセラミック含有率(セラミック基材20と同じセラミック材料)は、3質量%以上15質量%としてもよく、上方柱状部材54aのセラミック含有率は、下限を下方柱状部材54bのセラミック含有率と同じとし、上限を下方柱状部材54bのセラミック含有率の2倍としてもよい。また、太径の上方柱状部材54aのセラミック含有率を細径の下方柱状部材54bのセラミック含有率よりも大きくしてもよい。
次に、ウエハ載置台10の製造例を図7を用いて説明する。図7はウエハ載置台10の製造工程図である。まず、4枚の円板状のセラミックグリーンシートGSを作製する。セラミックグリーンシートGSはテープ成形法によって作製される。
1枚目のセラミックグリーンシートGSについては、下方柱状部材46bや給電ビア56に相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部146b,156を形成する(図7A参照)。その後、そのセラミックグリーンシートGSの上面に下方ジャンパ層50と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷して下方ジャンパ前駆体150を形成し、第1シート121を得る(図7B参照)。
2枚目のセラミックグリーンシートGSについては、上方柱状部材46aや下方柱状部材54bに相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部146a,154bを形成する(図7A参照)。その後、そのセラミックグリーンシートGSの上面に上方ジャンパ層40と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷して上方ジャンパ前駆体140を形成し、第2シート122を得る(図7B参照)。
3枚目のセラミックグリーンシートGSについては、内部ビア42や上方柱状部材54aに相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部142,154aを形成する(図7A参照)。その後、そのセラミックグリーンシートGSの上面にヒータ電極30と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷してヒータ電極前駆体130を形成し、第3シート123を得る(図7B参照)。
4枚目のセラミックグリーンシートGSについては、それをそのまま第4シート124として用いる(図7A参照)。
そして、第1~第4シート121~124をこの順に下から積層して積層体110とする(図7C参照)。この積層体110を焼成することにより、ウエハ載置台10を得る。第1~第4シート121~124を積層する際に、第3シート123のペースト充填部154aの軸と第2シート122のペースト充填部154bの軸とがずれて積層されることがあるが、ペースト充填部154aの連結面の方がペースト充填部154bの連結面よりも大きいため、ある程度のずれは許容される。
次に、ウエハ載置台10の使用例について説明する。ヒータ電極30ごとにヒータ電源(図示せず)を接続する。具体的には、ヒータ電源の一対の給電端子の一方(プラス極)をヒータ電極30の給電ビア46に接続し、ヒータ電源の一対の給電端子の他方(マイナス極)をヒータ電極30の給電ビア56に接続する。そして、ウエハ載置面20aにウエハを載置し、ヒータ電極30ごとに個別に電力を供給してウエハを加熱する。このとき、ウエハ全体が同じ温度になるように電力を供給する。この状態でウエハに処理を施す。
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセラミック基材20が本発明のセラミック基材に相当し、ヒータ電極30が第1導電層に相当し、内部ビア54が導電ビアに相当し、上方及び下方柱状部材54a,54bが柱状部材に相当し、下方ジャンパ層50が第2導電層に相当する。
以上説明した本実施形態のウエハ載置台10では、内部ビア54は、上方柱状部材54aと下方柱状部材54bとを上下方向に連結したものであり、上方柱状部材54aの連結面(下面)の面積は、下方柱状部材54bの連結面(上面)の面積よりも大きい。そのため、互いに上下関係にある2つの柱状部材同士を連結する場合に一方に対して他方がずれたとしても、面積の大きな連結面がそのずれを吸収する。そのため、連結面同士の接触面積を十分確保することができる。したがって、内部ビア54の発熱を抑制することができ、ひいてはウエハの均熱性が良好になる。
また、上方柱状部材54aと下方柱状部材54bとの連結部は、多層構造体であるセラミック基材20の層間(第2セラミック層22と第3セラミック層23との層間)に位置している。こうしたセラミック基材20の層間ではずれが発生しやすいため、本発明を適用する意義が高い。
更に、太径の上方柱状部材54aのセラミック含有率を細径の下方柱状部材54bのセラミック含有率よりも大きくしてもよい。こうすることにより、内部ビア54の抵抗を損なうことなく効率よくクラックを防止することができる。
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、上述した実施形態において、内部ビア54の代わりに、図8A~Cに示す内部ビア64を採用してもよい。内部ビア64は、ヒータ電極30と下方ジャンパ層50とを接続する。内部ビア64は、上方柱状部材64aと下方柱状部材64bとを上下方向に連結したものであり、上方柱状部材64aと下方柱状部材64bとの間には、上面及び下面を有する中間部材64cが接合されている。中間部材64cの上面の面積は、その上面に接合された上方柱状部材64aの連結面の面積よりも大きい。また、中間部材64cの下面の面積は、その下面に接合された下方柱状部材64bの連結面の面積よりも大きい。そのため、中間部材64cと上方柱状部材64aとがずれたとしても、中間部材64cの上面がそのずれを吸収するため、両者の接触面積を十分確保することができる。また、中間部材64cと下方柱状部材64bとがずれたとしても、中間部材64cの下面がそのずれを吸収するため、両者の接触面積を十分確保することができる。また、中間部材64cの厚みは0.1mm以上であることが好ましい。こうすれば、中間部材64cを電流が流れることによって生じる発熱を抑えることができ、ひいては内部ビア54の発熱を抑制することができる。なお、中間部材64cの厚みは、中間部材64cの周辺でクラックが発生するのを防止するという観点から、1mm以下であることが好ましい。また、中間部材64cの外径の数値範囲は、下限を、上方又は下方柱状部材64a,64bの外径に0.2mmを加えた値とし、上限を、2mmとするのが好ましい。また、中間部材64cのセラミック含有率を、上方柱状部材64a及び下方柱状部材54bのセラミック含有率よりも大きくしてもよい。こうすることにより、さらにクラックを防止することができる。
中間部材64cは、層間(ここでは第2セラミック層22と第3セラミック層23との層間)に配置されているが、図8Aのように第3セラミック層23に埋め込まれていてもよいし、図8Bのように第2セラミック層22に埋め込まれていてもよいし、図8Cのように第2及び第3セラミック層22,23の両方にほぼ半分ずつ埋め込まれていてもよい。
上述した実施形態では、2つのセラミック層(第2及び第3セラミック層22,23)を上下方向に貫通する内部ビア54を、2つの柱状部材(上方及び下方柱状部材54a,54b)を連結して形成したが、特にこれに限定されない。例えば、所定数(3つ以上)のセラミック層を上下方向に貫通する導電ビアを、その所定数と同数の柱状部材を連結して形成してもよい。その場合、互いに連結された2つの柱状部材のうちの一方の連結面の面積を、他方の連結面の面積よりも大きくなるようにすればよい。
上述した実施形態では、内部ビア54を太径の上方柱状部材54aと細径の下方柱状部材54bとで構成したが、上方柱状部材54aを細径とし、下方柱状部材54bを太径としてもよい。あるいは、上方柱状部材54aの代わりに、円錐台部材を用いてもよい。その場合、円錐台部材の下面は、下方柱状部材54bの上面よりも大きくし、円錐台部材の上面はその下面よりも小さくしてもよい。
上述した実施形態において、給電ビア46を、内部ビア54と同様に構成してもよい。具体的には、給電ビア46の上方及び下方柱状部材46a,46bのうちの一方を太径とし、他方を細径としてもよい。この場合、給電ビア46及び上方ジャンパ層40がそれぞれ本発明の導電ビア及び第1導電層に相当する。こうすれば、上方及び下方柱状部材46a,46bの一方に対して他方がずれたとしても、そのずれをある程度吸収することができるため、給電ビア46の発熱を抑制することができる。
上述した実施形態において、セラミック基材20はウエハ載置面20aに近い位置に静電チャック電極を内蔵していてもよい。静電チャック電極は、直流電源に接続される。ウエハ載置面20aに載置されるウエハは、静電チャック電極に直流電圧を印加することにより、ウエハ載置面20aに吸着され固定される。セラミック基材20はプラズマ発生用のRF電極を内蔵していてもよい。
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20aに開口する複数のガス穴やウエハ載置面20aに対してウエハ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。
上述した実施形態において、ウエハ載置面20aの外周縁に沿ってシールバンドを設け、シールバンドの内側の領域に複数の小突起(扁平な円形突起)を設けてもよい。この場合、シールバンドの頂面と複数の小突起の頂面とは同一平面になるようにする。ウエハは、シールバンドの頂面と複数の小突起の頂面とによって支持される。
上述した実施形態では、セラミック基材20を作製するにあたり、セラミックグリーンシートGSを利用したが、特にこれに限定されない。例えば、セラミック粉末を押し固めたセラミック成形体を利用してもよいし、モールドキャスト法で作製したセラミック成形体を利用してもよいし、これらを組み合わせてもよい。
10 ウエハ載置台、20 セラミック基材、20a ウエハ載置面、21~24 第1~第4セラミック層、30 ヒータ電極、32 外周端、34 中心端、40 上方ジャンパ層、42 内部ビア、46 給電ビア、46a 上方柱状部材、46b 下方柱状部材、50 下方ジャンパ層、54 内部ビア、54a 上方柱状部材、54b 下方柱状部材、56 給電ビア、58 切欠、64 内部ビア、64a 上方柱状部材、64b 下方柱状部材、64c 中間部材、110 積層体、121~124 第1~第4シート、130 ヒータ電極前駆体、140 上方ジャンパ前駆体、142,146a,146b,154a,154b ペースト充填部、150 下方ジャンパ前駆体。

Claims (8)

  1. ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
    前記セラミック基材に埋設された第1導電層と、
    前記第1導電層に一端が接続された導電ビアと、
    を備えたウエハ載置台であって、
    前記導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、
    互いに連結された2つの前記柱状部材のうちの一方の連結面の面積は、他方の連結面の面積よりも大きい、
    ウエハ載置台。
  2. 前記セラミック基材は、多層構造体であり、
    前記柱状部材の連結面は、前記多層構造体の層間に位置している、
    請求項1に記載のウエハ載置台。
  3. 前記複数の柱状部材は、前記セラミック基材と同じセラミック材料を含有し、
    互いに連結された2つの前記柱状部材のうち前記連結面の面積の大きい方は、前記連結面の面積の小さい方に比べて前記セラミック材料の含有率が大きい、
    請求項1又は2に記載のウエハ載置台。
  4. ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
    前記セラミック基材に埋設された第1導電層と、
    前記第1導電層に一端が接続された導電ビアと、
    を備えたウエハ載置台であって、
    前記導電ビアは、複数の柱状部材を上下方向に連結したものであり、
    互いに連結された2つの前記柱状部材の間には、上面及び下面を有する中間部材が接合され、
    前記中間部材は、前記上面の面積が前記上面に接合された前記柱状部材の連結面の面積よりも大きく、前記下面の面積が前記下面に接合された前記柱状部材の連結面の面積よりも大きく、厚みが0.1mm以上である、
    ウエハ載置台。
  5. 前記セラミック基材は、多層構造体であり、
    前記中間部材は、前記多層構造体の層間に位置している、
    請求項4に記載のウエハ載置台。
  6. 前記複数の柱状部材及び前記中間部材は、前記セラミック基材と同じセラミック材料を含有し、
    前記中間部材は、互いに連結された2つの前記柱状部材に比べて前記セラミック材料の含有率が大きい、
    請求項4又は5に記載のウエハ載置台。
  7. 前記セラミック基材は、前記第1導電層の下方に第2導電層を内蔵し、
    前記導電ビアは、他端が前記第2導電層に接続されている、
    請求項1~6のいずれか1項に記載のウエハ載置台。
  8. 前記第1導電層及び前記第2導電層は、一方が抵抗発熱体からなるヒータ電極であり、他方がジャンパ層である、
    請求項7に記載のウエハ載置台。
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