JP6296770B2 - 基板載置装置 - Google Patents

Description

基板載置装置、特に、半導体製造装置等に使用され、シリコンウェハ等の基板を載置する基体を備えた基板載置装置に関する。

半導体製造工程において、シリコンウェハ等の基板は基板載置装置の基体の載置面に支持されて、エッチングやＣＶＤ等のプラズマ処理が行われる。

プラズマ処理は温度管理が重要であり、基板を所定の温度に加熱する必要がある。そのため、基板を支持する基体の内部に抵抗発熱体を埋設して、この抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させることで基体を介して基板を加熱している。

プラズマ処理時、プラズマからの入熱によって基板の温度は上昇する。しかし、プラズマ処理は所定の温度で行う必要がある。そこで、基体が固定された台座（冷却ジャケット、ベースプレート等とも呼称される）に溝を設け、この溝に冷却媒体を流してプラズマによる入熱の一部を抜熱することがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２９９２８８号公報

しかしながら、台座はアルミニウム等の熱伝導率の高い金属からなるので、基板は溝の経路に沿って相対的に大きく抜熱され、基板の面内温度分布が不均一になることがあった。さらに、近年、台座の薄厚化が求められ、基板の面内温度分布の不均一化が拡大していいた。温度分布が不均一であると、基板に割れ、うねり等の変形が生じるおそれがある。

なお、基板と基体との間にガスを供給すれば、温度分布の不均一は緩和されるが、十分に緩和されないこともあった。そして、そもそも、基体が静電チャックではない場合、このような方策を採用することができない。

本発明は、基板の温度分布の均一化の向上を図ることが可能な基板載置装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の基板載置装置は、基板を載置する載置面を有する基体と、前記基体に固定され、内部に溝が形成され、前記基体より熱伝導率が高い台座と、前記溝内に配置され、内部に冷却媒体が供給される冷却管とを備えたことを特徴とする。

本発明の第１の基板載置装置によれば、台座内に溝が形成され、この溝内に配置された冷却管に冷却媒体が供給されることにより、基板が冷却される。そのため、冷却媒体は、冷却管、冷却管と溝との間の空間、台座及び基体の順に、基板の熱を抜熱する。

よって、上記特許文献１に記載されたように台座内に形成した溝に冷却媒体が供給される従来の場合と比較して、冷却媒体による台座の抜熱は緩和される。そのため、基板が溝の経路に沿って相対的に大きく抜熱されることが緩和され、基板の温度分布の均一化の向上を図ることが可能となる。これにより、基板の面内の温度勾配が小さくなり、基板に割れ、うねり等の変形が生じるおそれが低減される。

なお、台座全体の熱伝導率を低くすると、基板の温度分布の均一化を図ることが可能となるが、基板の冷却速度が遅くなる。そのため、プラズマ処理が開始され、プラズマからの入熱によって温度上昇した基板を所定の温度に冷却するまでにかかる時間が長くなる。

一方、本発明の第１の基板載置装置では、台座の熱伝導率は基体より高いので、基板の冷却速度が速い。よって、温度上昇した基板を所定の温度に冷却するまでにかかる時間を短縮化することが可能となる。

本発明の第１の基板載置装置において、前記溝と前記冷却管との間に、前記台座より熱伝導率が低く、前記冷却管から前記基体への熱伝達を制御する熱緩衝層であって、前記溝と前記冷却管との間の空間を部分的に満たす熱緩衝層を備える。

これにより、熱緩衝層によって冷却管から台座への熱伝導を制御することができるので、冷却管が熱伝導の高いものからなるものであっても、冷却媒体による局所的な冷却をより緩和することが可能となる。よって、基板の温度分布の均一化の向上をさらに図ることが可能となる。

本発明の第１の基板載置装置において、前記基体と前記台座とは接着剤が固化してなる接合層を介して固定されていることが好ましい。

この場合、基体と台座との間に隙間が存在しないようにすることが容易となる。そのため、隙間の存在によって、基体と台座との局所的又は部分的な熱伝導が妨げられ、基板の温度分布の均一化の向上をさらに図ることが可能となる。

本発明の第１の基板載置装置において、前記基体と前記台座との間に、前記基体より熱伝導率が低い断熱板を有することが好ましい。

この場合、断熱板によって台座から基体への熱伝導を制御することができるので、冷却媒体による局所的な冷却をより緩和することが可能となる。よって、基板の温度分布の均一化の向上をさらに図ることが可能となる。

本発明の第２の基板載置装置は、基板を載置する載置面側が溶射層で被覆され、内部に溝が形成された基体と、前記溝内に配置され、内部に冷却媒体が供給される冷却管とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２の基板載置装置によれば、基体内に溝が形成され、この溝内に配置された冷却管に冷却媒体が供給されることにより、基板が冷却される。そのため、冷却媒体は、冷却管、冷却管と溝との間の空間、基体及び溶射層の順に、基板の熱を抜熱する。

よって、基体内に形成した溝に冷却媒体が供給される場合と比較して、冷却媒体による基体の抜熱は緩和される。そのため、基板が溝の経路に沿って相対的に大きく抜熱されることが緩和され、基板の温度分布の均一化の向上を図ることが可能となる。これにより、基板の面内の温度勾配が小さくなり、基板に割れ、うねり等の変形が生じるおそれが低減される。

本発明の第２の基板載置装置において、前記溝と前記冷却管との間に、前記基体より熱伝導率が低く、前記冷却管から前記基体への熱伝達を制御する熱緩衝層であって、前記溝と前記冷却管との間の空間を部分的に満たす熱緩衝層を備える。

これにより、熱緩衝層によって冷却管から基体への熱伝導を制御することができるので、冷却管が熱伝導の高いものからなるものであっても、冷却媒体による局所的な冷却をより緩和することが可能となる。よって、基板の温度分布の均一化の向上をさらに図ることが可能となる。

本発明の第１又は第２の基板載置装置において、前記熱緩衝層は、金属粉体又はセラミックス粉体が充填されてなることが好ましい。

この場合、金属粉体及びセラミックス粉体は、その粒子径を制御することによって、粒子の接触点の数を調整することができるので、熱伝導の制御を容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る基板載置装置の模式断面図。 本発明の第１の実施形態の変形に係る基板載置装置の模式断面図。 本発明の第２の実施形態に係る基板載置装置の模式断面図。 本発明の実施例１〜５に係る基板載置装置の模式図を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図。 本発明の比較例１に係る基板載置装置の模式図を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る基板載置装置１０について説明する。

図１に示すように、基板載置装置１０は、基板Ａを載置する載置面１１ａを有する基体１１と、基体１１に固定された台座１２と、台座１２に内蔵された冷却機構１３を備えている。基板Ａは、例えば、シリコンウェハ等の半導体基板、ガラス基板である。

基体１１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等のセラミックス焼結体からなることが好ましい。ただし、基体１１は、静電チャック又はヒータの基体の材料として使用される素材からなるものであればよい。

基体１１は、内部に抵抗発熱体が埋設されたヒータであってもよい。また、基体１１は、内部に、基板をクーロン力により載置面に向けて吸引する電極が埋設された静電チャックであってもよい。さらに、基体１１は、内部に抵抗発熱体及び電極が埋設されたヒータ機能付きの静電チャックであってもよい。

台座１２は、熱伝導率が高い材質からなることが好ましく、少なくとも基体１１より熱伝導率が高い材質からなる。このような材質として、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン等の金属、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、セラミックスとシリコンとの複合材料等が挙げられる。台座１２が金属からなる場合、ほぼ単一の材料からなる高純度な金属であっても、合金であってもよい。例えば機械的特性を向上させるために、適宜な元素を添加した合金であってもよい。

基体１１及び台座１２の材質は、熱伝導率の他、プラズマ処理時に使用するガスに対する耐食性等の使用環境に応じて定めればよい。

本実施形態では、基体１１と台座１２とは接合層１４を介して固定されている。接合層１４は、例えば、有機系接着剤、無機系接着剤等の接着剤が固化してなるものである。接合層１４の熱伝導率は、基体１１より低いことが好ましい。

接着剤の種別等は、基板Ａの使用温度、プラズマ処理時に使用するガスに対する耐食性、基体１１と台座１２との気密性といった必要な性能に応じて選択すればよい。例えば、有機系接着剤であれば、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系、ポリイミド系の接着剤を使用することができる。無機系接着剤であれば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、カルシア、窒化アルミニウムのどれか１種以上を含む接着剤を使用することができる。

基体１１と台座１２との界面の凹凸に接合層１４を構成する接着剤が入り込むので、基体１１と台座１２との間には隙間が存在しない。そのため、隙間の存在によって、基体１１と台座１２との局所的又は部分的な熱伝導が妨げられることがない。

なお、基体１１と台座１２との固定は、接着剤を使用した方法に限定されず、既知の方法で行ってもよい。例えば、基体１１と台座１２とは、ボルト、クランプリング等を使用した機械的方法で固定することもできる。

ただし、機械的な固定方法で、基体１１と台座１２の界面に隙間が存在しないようにすることは難しい。そこで、ある程度の変形能を有するシートを基体１１と台座１２との間に介在させることが望ましい。このようなシートとして、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、エポキシ、アクリル、シリコーン等の樹脂からなるシート。カーボンからなるシートを使用すればよい。また、接着剤と機械的な固定方法とを組み合わせて固定してもよい。

図２に示すように、基体１１と台座１２との間に断熱板１５を介在させてもよい。この場合、例えば、基体１１と断熱板１５との間、及び台座１２と断熱板１５との間にそれぞれ、接着剤が固化してなる接合層１４を設ければよい。

断熱板１５は、上記に挙げたシートの他、石英ガラス、ジルコニア、アルミナ等のガラス、セラミックスからなる平板状のものを用いることもできる。断熱板１５の熱伝導率は、接合層１４と同様に、基体１１の熱伝導率より低いことが好ましい。

図１に示すように、冷却機構１３は、台座１２内に形成された溝１６と、溝１６内に配置された冷却管１７とを備えている。冷却管１７は、図示しない冷却媒体供給手段から水、フッ素系の冷却冷媒等の冷却媒体が供給され、その内部を冷却媒体が流れる。

溝１６の断面形状は、特に限定されないが、例えば、正方形、矩形、円形、楕円形である。溝１６の経路は、特に限定されないが、従来の冷却媒体が供給される溝と同様の経路であってもよい。

冷却管１７は、その材料は特に限定されないが、例えば、金属、樹脂製の管を使用することができる。ただ、冷却管１７は、熱伝導率の低いものからなることが好ましく、例えばＳＵＳ管を好適に使用することができる。冷却管１７の断面形状は、特に限定されないが、例えば、正方形、矩形、円形、楕円形である。冷却管１７の断面積は、従来の冷却媒体が供給される溝の断面積と同様であってもよい。

本実施形態では、溝１６と冷却管１７との間に、熱緩衝層１８を設けている。熱緩衝層１８によって冷却管１７から台座１２への熱伝導を制御することができるので、冷却管１７が熱伝導率の高い素材からなるものであっても、冷却媒体による局所的な冷却を緩和することができる。ただし、溝１６と冷却管１７との間に熱緩衝層１８を設けずに、空間としてもよい。

熱緩衝層１８は、台座１２より熱伝導率が低い材質からなる。熱緩衝層１８の材質は、液体でも固体でもよい。例えば、液体として、水、アルコール又はオイルが挙げられる。固体として、樹脂系の接着剤、ガラス系の接着剤、セラミックス、ガラス、カーボン又は金属の粉体などが挙げられる。熱緩衝層１８は、溝１６の内壁面と冷却管１７の外壁面との間を、これらの材料で部分的にのみ満たしたものである。

熱緩衝層１８は、低い熱伝導率に調整し易いという観点から、粉体を充填したものとすることが好ましい。金属及びセラミックスは、材質によって熱伝導率が大きく異なり、バルク体であれば、その熱伝導は数Ｗ／ｍ・Ｋ〜数１００Ｗ／ｍ・Ｋである。

金属及びセラミックスは、粉体であれば、その熱伝導率はバルク体に比較して大きく低下する。そして、粉体の粒子径を制御することによって、粒子の接触点の数を調整することができ、熱伝導の制御を容易に行うことができる。これは樹脂の粉体でも同様である。ただし、金属又はセラミックスの粉体は、温度による変質が生じ難いので、樹脂の紛体より好ましい。

なお、金属粉末又はセラミック粉末を練りこんだ、粉体ではない樹脂を、溝１６と冷却管１７との間に充填して、熱緩衝層１８を形成してもよい。

台座１２内に溝１６を形成し、溝１６内に冷却管１７を配置し、溝１６と冷却管１７との間に熱緩衝層１８を設ける方法は、以下のような方法で行うことができるが、これらに限定されない。

第１の方法として、接合面に溝１６が形成され、台座１２を上下に分割した分割体を用意する。そして、溝１６に冷却管１７を配置した状態で、分割体を拡散接合やろう付けで接合した後、溝１６と冷却管１７との間に粉体を充填するなどして熱緩衝層１８を設けてもよい。

第２の方法として、一方の接合面に溝１６が形成され、台座１２を上下に分割した分割体を用意する。そして、溝１６に冷却管１７を配置し、溝１６と冷却管１７との間に紛体を充填するなどして熱緩衝層１８を設けた状態で、分割体を拡散接合やろう付けで接合してもよい。

第３の方法として、一方の接合面に溝１６が形成され、台座１２を上下に分割した分割体と、溝１６の経路に合わせた薄厚の板材を用意する。そして、溝１６に冷却管１７を配置し、溝１６と冷却管１７との間に紛体を充填するなどして熱緩衝層１８を設けた状態で板材を溶接し、その後、分割体を拡散接合で接合してもよい。また、溶接後に、溝１６と冷却管１７との間に紛体を充填するなどして熱緩衝層１８を設けてもよい。

第４の方法として、第１乃至第３の方法において、分割体を拡散接合やろう付けで接合する代わりに、ネジ等を用いて機械的に接合してもよい。

なお、分割体に溝１６を形成する方法は、限定されない。例えば、エンドミルを用いて溝１６を切削加工し、溝底部から反対側の面に挿通する挿通孔をドリル等で切削加工すればよい。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る基板載置装置１０は、台座１２内に溝１６が形成され、この溝１６内に配置された冷却管１７に冷却媒体が供給されることにより、基板Ａを冷却している。そのため、冷却媒体は、冷却管１７、熱緩衝層１８、台座１２及び基体１１の順に、基板Ａから抜熱する。

よって、上記特許文献１に記載されたように台座内に形成した溝に冷却媒体が供給される従来の場合と比較して、冷却媒体による台座１２の抜熱は緩和される。そのため、基板Ａが溝１６の経路に沿って相対的に大きく抜熱されることが緩和され、基板Ａの面内温度分布の均一化を図ることが可能となる。これにより、基板Ａの面内の温度勾配が小さくなり、基板Ａに割れ、うねり等の変形が生じるおそれが低減される。

なお、台座１２全体の熱伝導率を低くすると、基板Ａの温度分布の均一化を図ることが可能となるが、基板Ａの冷却速度が遅くなる。そのため、プラズマ処理が開始され、プラズマからの入熱によって温度上昇した基板Ａを所定の温度に冷却するまでにかかる時間が長くなる。

一方、基板載置装置１０では、台座１２の熱伝導率は基体１１より高いので、基板Ａの冷却速度が速い。よって、温度上昇した基板Ａを所定の温度に冷却するまでにかかる時間を短縮化することが可能となる。

なお、基板載置装置１０が熱緩衝層１８を備えず、溝１６と冷却管１７との間が空間である場合も、同様に、基板Ａの面内温度分布の均一化を図ることが可能となる。

以下、本発明の第２の実施形態に係る基板載置装置２０について説明する。ただし、上述した基板載置装置１０と同様の点に関しては説明を省略する。

図３に示すように、基板載置装置２０は、基板Ａを載置する載置面２１ａを含む外面が溶射層２２で被覆された基体２１と、基体２１に内蔵された冷却機構２３を備えている。

基体２１は、熱伝導率が高い材質からなることが好ましい。このような材質として、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン等の金属、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、セラミックスとシリコンとの複合材料等が挙げられる。

溶射層２２は、プラズマに対する耐性に優れたアルミナ、イットリア等のセラミックスを溶射して形成したものである。

なお、溶射層２２に、電極を存在させてもよい。このような電極は、金属製であり、溶射、めっき、その他の方法で形成すればよい。また、溶射層２２と基体２１との間に、アンダーコート層が存在していていもよい。

冷却機構２３は、基体２１内に形成された溝２６と、溝２６内に配置された冷却管２７とを備えている。冷却管２７は、図示しない冷却媒体供給手段から冷却媒体が供給され、その内部を冷却媒体が流れる。

本実施形態では、溝２６と冷却管２７との間に、熱緩衝層２８を設けている。熱緩衝層２８によって冷却管２７から基体２１への熱伝導を制御することができるので、冷却管２７が熱伝導率の高い素材からなるものであっても、冷却媒体による局所的な冷却を緩和することができる。

熱緩衝層２８は、基体２１より熱伝導率が低い材質からなる。熱緩衝層２８の材質は、液体でも固体でもよい。熱緩衝層２８は、低い熱伝導率に調整し易いという観点から、粉体を充填したものとすることが好ましいが、これに限定されない。

基体２１内に溝２６を形成し、溝２６内に冷却管２７を配置し、溝２６と冷却管２７との間に熱緩衝層２８を設ける方法は、上述した第１乃至第４の方法で行うことができるが、これらに限定されない。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る基板載置装置２０は、基体２１内に溝２６が形成され、この溝２６内に配置された冷却管２７に冷却媒体が供給されることにより、基板Ａを冷却している。そのため、冷却媒体は、冷却管２７、熱緩衝層２８、基体２１及び溶射層２２の順に、基板Ａから抜熱する。

よって、基板載置装置２０も、基板載置装置１０と同様に、冷却媒体による基体２１の抜熱は緩和される。そのため、基板Ａが溝２６の配置形状に沿って相対的に大きく抜熱されることが緩和され、基板Ａの面内温度分布の均一化を図ることが可能となる。

そして、一般的に、溶射層２２を備える場合、基体２１の厚さは薄くなる。そのため、従来の場合、基板が溝の配置形状に沿って相対的により大きく抜熱され、基板の面内温度分布がより不均一になっていた。そのため、基板載置装置２０による基板Ａの面内温度分布の均一化はより効果的なものとなる。

以下、本発明の実施例及び比較例を具体的に挙げ、本発明を詳細に説明する。

〔実施例１〕
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板状の基体１１を用意した。この基体１１は、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム製であり、図示しないが、内部に発熱抵抗体を埋設した。

基体１１を直径１００ｍｍの円周上を等間隔の３点で支持して、発熱抵抗体に電圧を印加して基体１１の上面の中心点Ｐ１を２００℃まで上昇させた。この状態で、点Ｐ１の温度を熱電対で測定した。また、点Ｐ１を中心とする直径１６０ｍｍの円周上に位置する上面の点Ｐ２の温度を熱電対で測定した。そして、「点Ｐ２の温度」−「点Ｐ１の温度」を温度差として求めた。温度差は＋１℃であった。以下、この温度差を「基準の温度差」という。

次に、外径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の台座１２を用意した。台座１２は、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金（Ａ５０５２）製であった。そして、台座１２の内部に一辺２５ｍｍの断面正方形の溝１６を、直径１６０ｍｍの円周に沿って、３４５度に渡って形成した。溝１６の両端部底面に台座１２の裏面に挿通する挿通孔を形成した。

この溝１６の内部及び前記挿通孔に、外径１３ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのＳＵＳ３０４製の冷却管１７を設置した。溝１６と冷却管１７の間にアルミナ粉末を充填して、熱緩衝層１８を形成した。熱緩衝層１８の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であった。台座１２内に溝１６を形成し、溝１６内に冷却管１７を配置し、溝１６と冷却管１７との間に熱緩衝層１８を設ける方法は、上述した第３の方法で行った。

そして、基体１１と台座１２とを接合した。接合にはシリコーン系の接着剤を用いた。接合層１４の厚さは０．０５ｍｍとなるようにした。これにより、基板載置装置１０を完成させた。

そして、冷却管１７に２０℃に制御された水を流量５リットル／分で流しながら、基体１１を上面の中心点を２００℃になるまで加熱した。基板載置装置１０の周囲雰囲気は、室温、大気であった。そして、この状態で、上記基準の温度と同様に点Ｐ１，Ｐ２の温度を測定した。温度差は＋１℃であり、基準の温度差と同じであった。

点Ｐ２は冷却管１７の直上に位置し、冷却管１７を流れる冷却媒体によって抜熱される効果を大きく受ける場所である。一方、点Ｐ１は冷却管１７の経路から離れて位置し、冷却管１７を流れる冷却媒体によって抜熱される効果が少ない場所である。本実施例１では、これらの点Ｐ１、Ｐ２の温度差が基準の温度差と同じであったので、基体１１の温度均一性は良好であったと言える。

台座１２、熱緩衝層１８及び温度差を、表１にまとめた。

〔実施例２〕
実施例２として、スピンドル油を充填して熱緩衝層１８を充填剤としてこと以外は、実施例１と同様にした。熱緩衝層１８の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。基体１１は、実施例１で使用した基体１１を用いた。

温度差は０℃であり、基準の温度差とほぼ同じであった。よって、基体１１の温度均一性は良好であった。

〔実施例３〕
実施例３として、水を充填して熱緩衝層１８を充填剤としてこと以外は、実施例１と同様にした。熱緩衝層１８の熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋであった。基体１１は、実施例１で使用した基体１１を用いた。

温度差は−２℃であり、基準の温度差とほぼ同じであった。よって、基体１１の温度均一性は良好であった。

〔実施例４〕
実施例４として、シリコーン系接着剤を充填して熱緩衝層１８を充填剤としてこと以外は、実施例１と同様にした。熱緩衝層１８の熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであった。基体１１は、実施例１で使用した基体１１を用いた。

温度差は−４℃であり、基準の温度差とほぼ同じであった。よって、基体１１の温度均一性は良好であった。

〔実施例５〕
実施例５として、インジウムを充填して熱緩衝層１８を充填剤としてこと以外は、実施例１と同様にした。熱緩衝層１８の熱伝導率は８２Ｗ／ｍ・Ｋであった。基体１１は、実施例１で使用した基体１１を用いた。

温度差は−７℃であり、基準の温度差とほぼ同じであった。よって、基体１１の温度均一性は良好であった。

〔実施例６〕
実施例６として、基体１１と台座１２との間に断熱板１５（図２参照）を挿入したこと以外は、実施例５と同様にした。断熱板１５は、直径２００ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状の石英板であった。基体１１と断熱板１５、断熱板１５と台座１２との接合には、実施例１〜５と同様にシリコーン系の接着剤を使用した。各接合層１４の厚さは０．０５ｍｍとした。断熱板１５の熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋであった。

温度差は０℃であり、基準の温度差とほぼ同じであり、よって、基体１１の温度均一性は、良好であり、実施例５より改善した。

〔比較例１〕
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、実施例１で使用した基体１１を用意した。そして、外径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の台座３２を用意した。台座３２は、実施例１の台座１２と同様に、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金（Ａ５０５２）製であった。そして、台座３２の内部に一辺１０ｍｍの断面正方形の溝３６を、直径１６０ｍｍの円周に沿って、３４５度に渡って形成した。溝１６の両端部底面に台座１２の裏面に挿通する挿通孔を形成した。ここで、溝３６の断面積は、実施例１の冷却管１７の断面積とほぼ同じである。

そして、実施例１と同様に、基体１１と台座３２とを接合した。これにより、基板載置装置３０を完成させた。

そして、溝３６の内部に２０℃に制御された水を流量５リットル／分で流しながら、基体１１を上面の中心点Ｐ１を２００℃になるまで加熱した。基板載置装置３０の周囲雰囲気は、室温、大気であった。そして、この状態で、上記基準と同様に点Ｐ１，Ｐ２の温度を測定した。

温度差は−２１℃であり、基準の温度差と比較して差異が大きかった。よって、基体１１の温度均一性は良好ではないといえる。このように温度差が２０℃を超えると、基体１１の内部に埋設した発熱抵抗体の配置形状を変更しても、基体１１の温度を均一にすることは一般的に困難となる。

〔比較例２〕
比較例２として、台座１２をチタン合金（ＪＩＳ６０種）製としてこと以外は、実施例５と同様にした。台座１２の熱伝導率は８Ｗ／ｍ・Ｋであった。基体１１は、実施例１で使用した基体１１を用いた。

温度差は−１８℃であり、基準の温度差と比較して差異が大きかった。よって、基体１１の温度均一性は良好ではなかった。

〔実施例７〕
図３を参照して、外径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の基体２１を用意した。基体２１は、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金（Ａ５０５２）製であった。そして、基体２１の表面にアルミナ溶射を施し、表面を加工して溶射層２２の厚さが２００μｍとなるようにした。

基体２１を直径１００ｍｍの円周上を等間隔の３点で支持して、発熱抵抗体に電圧を印加して基体２１の上面の中心点Ｐ１を２００℃まで上昇させた。この状態で、点Ｐ１の温度を熱電対で測定した。また、点Ｐ１を中心とする直径１６０ｍｍの円周上に位置する上面の点Ｐ２の温度を熱電対で測定した。そして、「点Ｐ２の温度」−「点Ｐ１の温度」を温度差として求めた。温度差は＋１℃であった。以下、この温度差を「基準の温度差」という。

そして、基体２１の内部に一辺２５ｍｍの断面正方形の溝２６を、直径１６０ｍｍの円周に沿って、３４５度に渡って形成した。溝２６の両端部底面に基体２１の裏面に挿通する挿通孔を形成した。

この溝２６の内部及び前記挿通孔に、外径１３ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのＳＵＳ３０４製の冷却管２７を設置した。溝２６と冷却管２７の間にアルミナ粉末を充填して、熱緩衝層２８を形成した。熱緩衝層２８の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ未満であった。基体２１内に溝２６を形成し、溝２６内に冷却管２７を配置し、溝２６と冷却管２７との間に熱緩衝層２８を設ける方法は、上述した第３の方法で行った。これにより、基板載置装置２０を完成させた。

そして、冷却管２７に８０℃に制御された水を流量５リットル／分で流しながら、基体１１を上面の中心点を２００℃になるまで加熱した。基板載置装置２０の周囲雰囲気は、室温、大気であった。そして、この状態で、上記基準の温度と同様に点Ｐ１，Ｐ２の温度を測定した。温度差は＋３℃であり、基準の温度差とほぼ同じであった。

点Ｐ２は冷却管２７の直上に位置し、冷却管２７を流れる冷却媒体によって抜熱される効果を大きく受ける場所である。一方、点Ｐ１は冷却管２７の経路から離れて位置し、冷却管２７を流れる冷却媒体によって抜熱される効果が少ない場所である。本実施例７では、これらの点Ｐ１、Ｐ２の温度差が基準の温度差と同じであったので、基体２１の温度均一性は良好であったと言える。

基体２１、熱緩衝層２８及び温度差を、表２にまとめた。

〔比較例３〕
外径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板状の基体を用意した。この基体は、実施例７の基体２１と同様に、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金（Ａ５０５２）製であった。そして、基体の表面にアルミナ溶射を施し、表面を加工して溶射層の厚さが２００μｍとなるようにした。

基体を直径１００ｍｍの円周上を等間隔の３点で支持して、発熱抵抗体に電圧を印加して基体の上面の中心点Ｐ１を２００℃まで上昇させた。この状態で、点Ｐ１の温度を熱電対で測定した。また、点Ｐ１を中心とする直径１６０ｍｍの円周上に位置する上面の点Ｐ２の温度を熱電対で測定した。そして、「点Ｐ２の温度」−「点Ｐ１の温度」を温度差として求めた。温度差は＋１℃であった。以下、この温度差を「基準の温度差」という。

そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す溝３６と同様に、基体の内部に一辺１０ｍｍの断面正方形の溝を、直径１６０ｍｍの円周に沿って、３４５度に渡って形成した。溝の両端部底面に基体の裏面に挿通する挿通孔を形成した。ここで、溝の断面積は、実施例７の冷却管２７の断面積とほぼ同じである。これにより、基板載置装置を完成させた。

そして、溝の内部に８０℃に制御された水を流量５リットル／分で流しながら、基体を上面の中心点Ｐ１を２００℃になるまで加熱した。基板載置装置の周囲雰囲気は、室温、大気であった。そして、この状態で、上記基準と同様に点Ｐ１，Ｐ２の温度を測定した。

温度差は＋３２℃であり、基準の温度差と比較して差異が大きかった。よって、基体の温度均一性は良好ではなかった。

１０，２０…基板載置装置、 １１，２１…基体、 １１ａ，２１ａ…載置面、１２…台座、 １３，２３…冷却機構、 １４…接合層、 １５…断熱板、 １６，２６…溝、 １７，２７…冷却管、 １８，２８…熱緩衝層、 ２２…溶射層、 Ａ…基板。

Claims (5)

1. 基板を載置する載置面を有する基体と、
   前記基体に固定され、内部に溝が形成され、前記基体より熱伝導率が高い台座と、
   前記溝内に配置され、内部に冷却媒体が供給される冷却管と、
   前記溝と前記冷却管との間に、前記台座より熱伝導率が低く、前記冷却管から前記基体への熱伝達を制御する熱緩衝層であって、前記溝と前記冷却管との間の空間を部分的に満たす熱緩衝層とを備えたことを特徴とする基板載置装置。
2. 前記基体と前記台座とは接着剤が固化してなる接合層を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の基板載置装置。
3. 前記基体と前記台座との間に、前記基体より熱伝導率が低い断熱板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板載置装置。
4. 基板を載置する載置面側が溶射層で被覆され、内部に溝が形成された基体と、
   前記溝内に配置され、内部に冷却媒体が供給される冷却管と、
   前記溝と前記冷却管との間に、前記基体より熱伝導率が低く、前記冷却管から前記基体への熱伝達を制御する熱緩衝層であって、前記溝と前記冷却管との間の空間を部分的に満たす熱緩衝層とを備えたことを特徴とする基板載置装置。
5. 前記熱緩衝層は、金属粉体又はセラミックス粉体が充填されてなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板載置装置。