TW202314928A - 晶圓放置座 - Google Patents

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Abstract

晶圓放置座10係包括陶瓷基材20、第1冷卻基材30、及第2冷卻基材50。陶瓷基材20，其具有晶圓放置面22a，內建晶圓吸附用電極25與加熱器電極26。第1冷卻基材30，其透過金屬接合層40，被接合到陶瓷基材20之中，晶圓放置面22a之相反側的面，具有可切換第1冷媒之供給及供給停止之第1冷媒流路31。第2冷卻基材50，其透過可供給傳熱氣體之空間層42，被安裝於第1冷卻基材30之中，金屬接合層40之相反側的面，具有可切換第2冷媒之供給及供給停止之第2冷媒流路51。

Description

晶圓放置座
本發明係關於一種晶圓放置座。
為了利用電漿以對晶圓進行CVD或蝕刻等，而使用晶圓放置座。例如專利文獻1所開示之晶圓放置座係包括：冷卻座，其為金屬製，形成有冷媒用之流路；供電體，用於傳送高周波，被連接於冷卻座的下表面；導電性之基座，被設於冷卻座的上表面；以及靜電夾頭，被金屬接合於基座上。靜電夾頭係內建吸附用電極及加熱器。冷卻座與基座，其透過O型環，以藉金屬製之緊固構件而被夾持。緊固構件係確保冷卻座與基座之導通。在由冷卻座與基座與O型環所形成之空間，供給有傳熱氣體。 [先行技術文獻] [專利文獻]
［專利文獻1］日本特開2017-63011號公報
[發明所欲解決的問題]
但是，,這樣之晶圓放置座，有適於高溫處理晶圓，而不適於自晶圓效率良好地散熱之問題。
本發明係為了解決這種課題所研發出者，其主要目的係在於兼容高溫處理晶圓，與自晶圓效率良好地散熱。 [用以解決問題的手段]
本發明之晶圓放置座，其包括： 陶瓷基材，具有晶圓放置面，內建靜電電極與加熱器電極； 第1冷卻基材，透過金屬接合層，被接合到該陶瓷基材之中，該晶圓放置面之相反側的面，具有可切換第1冷媒之供給及供給停止之第1冷媒流路；以及 第2冷卻基材，透過可供給傳熱氣體之空間層，被安裝於該第1冷卻基材之中，該金屬接合層之相反側的面，具有可切換第2冷媒之供給及供給停止之第2冷媒流路。
當依據此晶圓放置座時，可兼容高溫處理晶圓，與自晶圓效率良好地散熱。例如在晶圓被要求高溫化之製程中，其也可以在第1冷卻基材的第1冷媒流路未流通第1冷媒，在第2冷卻基材的第2冷媒流路流通第2冷媒。藉此，通電到加熱器電極以被加熱後之晶圓之熱，其不被接近陶瓷基材之第1冷卻基材所奪取太多熱，而被離陶瓷基材較遠之第2冷卻基材所奪熱。因此，可一邊維持晶圓於高溫，一邊處理。又，例如在晶圓被要求高散熱化之製程中，也可以流通第1冷媒到第1冷卻基材的第1冷媒流路。藉此，通電到加熱器電極以被加熱之晶圓之熱，其被接近陶瓷基材之第1冷卻基材所奪取，所以，可效率良好地進行晶圓之散熱。而且，當欲使第1冷卻基材與第2冷卻基材之熱傳導良好時，傳熱氣體係被供給到在空間層。
在本發明之晶圓放置座中，該空間層也可以切換為真空狀態或傳熱氣體填充狀態。當使空間層為真空狀態時，可使第1冷卻基材與第2冷卻基材為絕熱，當填充傳熱氣體到空間層時，可使第1冷卻基材與第2冷卻基材之熱傳導良好。
在本發明之晶圓放置座中，也可以使該第1冷媒之溫度，比該第2冷媒之溫度還要低。例如在晶圓被要求高散熱化之製程中，較容易藉第1冷卻基材奪取熱，所以，可使晶圓之散熱效率更良好地進行。
在本發明之晶圓放置座中，該第1冷媒流路，其也可以切換第1冷媒之循環及循環停止，該第2冷媒流路，其也可以切換第2冷媒之循環及循環停止。例如在晶圓被要求高散熱化之製程中，其也可以循環第1冷媒在第1冷媒流路，於高溫處理晶圓之製程中，也可以停止第1冷媒流路的第1冷媒之循環，以循環第2冷媒流路的第2冷媒。
於本發明之晶圓放置座中，該第1及第2冷卻基材之至少一者，其也可以兼做為電漿產生用電極。如此一來，其與埋設電漿產生電極於陶瓷基材之情形相比較下，可使構造簡化。
在本發明之晶圓放置座中，該陶瓷基材與該第1冷卻基材之熱膨脹係數差，其也可以為1×10 -6／K以下。如此一來，即使在高溫與低溫，重複使用晶圓放置座，也可以抑制陶瓷基材與第1冷卻基材之接合產生障礙之情事。例如當陶瓷基材為氧化鋁製時，最好第1冷卻基材為SiSiCTi製或AlSiC製。
在本發明之晶圓放置座中，該空間層之厚度，最好為0.05mm以上2mm以下。如果空間層之厚度為下限值以上時，可控制面內之空間層厚度參差，在謀求減少影響熱阻力參差之點上較佳，如果空間層之厚度為上限值以下時，在熱阻力不大之點上，於溫度控制之響應性之觀點看來較佳。
在本發明之晶圓放置座中，該空間層，其也可以由被配置於該第1冷卻基材與該第2冷卻基材間之密封環所分隔。在此情形下，密封環，其可以為金屬環，也可以為樹脂環，也可以為並用金屬環及樹脂環者。當並用金屬環及樹脂環時，可使樹脂環之變形量由金屬環所限制。密封環，其也可以沿著第1冷卻基材及第2冷卻基材之中，直徑較小者的外緣設置。又，於空間層，也可以設有限制空間層之厚度之墊片。如此一來，變得較容易維持空間層全體之厚度。
在本發明之晶圓放置座中，該第1冷媒流路，其也可以與該第2冷媒流路相比較下，剖面積較小而流路長度較長。如此一來，由第1冷媒流路所做之熱牽引成為較良好。
[用以實施發明的形態]
參照圖面，以下說明本發明之最佳實施形態。圖1為晶圓放置座10之縱剖面圖（在包含晶圓放置座10的中心軸之面，切斷後之剖面圖）、圖2為晶圓放置座10之俯視圖。在以下之說明中，雖然使用上下、左右、前後等以說明之，但是，上下、左右、前後，其只不過係相對性之位置關係。又，在本專利說明書中，表示數值範圍之X,Y，其為將記載於其前後之數值，作為下限值及上限值以包含之意味。
晶圓放置座10，其為用於利用電漿於晶圓W，以進行CVD或蝕刻等者，被固定於被設於半導體製程用之腔體80內部之設置板81。晶圓放置座10係包括陶瓷基材20、第1冷卻基材30、金屬接合層40、空間層42、第2冷卻基材50、及夾緊構件70。
陶瓷基材20，其於具有圓形之晶圓放置面22a之中央部22的外周，包括具有環狀之聚焦環放置面24a之外周部24。以下、聚焦環有時係略記為「FR」。於晶圓放置面22a放置有晶圓W，於FR放置面24a放置有聚焦環78。陶瓷基材20，其由氧化鋁、氮化鋁等所代表之陶瓷材料所形成。FR放置面24a，其相對於晶圓放置面22a而言，低一些。
陶瓷基材20的中央部22，其自接近晶圓放置面22a之側，依序內建晶圓吸附用電極25與加熱器電極26。這些電極25,26，其由含有例如W、Mo、WC、MoC等之材料所形成。晶圓吸附用電極25，其為圓板狀或網目狀之單極型靜電電極。陶瓷基材20之中，比晶圓吸附用電極25還要上側之層，其發揮作為電介質層之功能。未圖示之晶圓吸附用直流電源，其透過供電端子62及供電棒63，被連接到晶圓吸附用電極25。供電端子62的上表面，其被接合到晶圓吸附用電極25的下表面，供電端子62的下表面，其與被彈簧63a往上方推壓之供電棒63的上表面相接觸。供電端子62及供電棒63，其在電性絶緣之狀態下，被***被設於加熱器電極26、第1冷卻基材30、金屬接合層40、第2冷卻基材50及設置板81之每一個之在上下方向上貫穿之孔。加熱器電極26，其自一端至另一端為止，以一筆書寫之要領被配線，使得在俯視下，遍及晶圓放置面22a的全表面。未圖示之加熱器電源，其透過供電端子64及供電棒65，被連接於加熱器電極26的一端。供電端子64的上表面，其被接合於加熱器電極26的一端的下表面，供電端子64的下表面，其與被彈簧65a往上方推壓之供電棒65的上表面相接觸。供電端子66及供電棒67，其在電性絶緣之狀態下，被***被設於第1冷卻基材30、金屬接合層40、第2冷卻基材50及設置板81之每一個之在上下方向上貫穿之孔。雖然未圖示，但是，加熱器電極26的另一端也與加熱器電極26的一端同樣地，透過供電端子及供電棒，被連接於加熱器電源。陶瓷基材20的中央部22，其具有用於供給內面氣體（BS氣體）到晶圓W內面之BS氣體通路23。BS氣體通路23，其在上下方向上，貫穿陶瓷基材20的中央部22。
陶瓷基材20的外周部24，其內建有FR吸附用電極27。FR吸附用電極27，其由含有例如W、Mo、WC、MoC等之材料所形成。FR吸附用電極27，其為環狀或網目狀之單極型靜電電極。陶瓷基材20之中，比FR吸附用電極27還要上側之層，其發揮作為電介質層之功能。未圖示之FR吸附用直流電源，其透過供電端子66及供電棒67，被連接於FR吸附用電極27。供電端子66的上表面，其被接合於FR吸附用電極27的下表面，供電端子66的下表面，其與被彈簧67a往上方推壓之供電棒67的上表面相接觸。供電端子66及供電棒67，其在電性絶緣之狀態下，被***到被設於第1冷卻基材30、金屬接合層40、第2冷卻基材50及設置板81之每一個之在上下方向上貫穿之孔。
第1冷卻基材30，其為含有金屬之導電性圓板構件，於下側包括第1法蘭30a。第1冷卻基材30，其於內部包括有第1冷媒可循環之第1冷媒流路31。第1冷媒流路31，其自一端至另一端為止，以一筆書寫之要領形成，使得在俯視時，遍及陶瓷基材20的全表面。第1冷媒流路31的一端，其連通到第1冷媒供給通路32。第1冷媒流路31的另一端，其連通到第1冷媒排出通路。第1冷卻基材30，其具有連通到陶瓷基材20的BS氣體通路23之BS氣體連通通路33。BS氣體連通通路33，其在上下方向上，貫穿第1冷卻基材30。BS氣體連通通路33，其為自第1冷卻基材30之上，連接有小直徑孔、錐度孔及大直徑孔以被形成者。小直徑孔之直徑大於BS氣體通路23。第1冷卻基材30，其由含有金屬之導電材料所製作。作為導電材料，其被例舉例如複合材料或金屬等。作為複合材料，其被例舉金屬複合材料（也稱為金屬基複合材料（MMC））等，作為MMC，其被例舉包含Si,SiC及Ti之材料、或含浸Al及／或Si到SiC多孔介質後之材料等。將包含Si,SiC及Ti之材料，稱做SiSiCTi，將含浸Al到SiC多孔介質後之材料，稱做AlSiC，將含浸Si到SiC多孔介質後之材料，稱做SiSiC。作為金屬，其被例舉Mo。
金屬接合層40，其接合陶瓷基材20的下表面與第1冷卻基材30的上表面。金屬接合層40，其也可以為例如由軟焊或金屬蠟材所形成之層。金屬接合層係由例如TCB（Thermal compression bonding）所形成。所謂TCB，其為在接合對象的兩個構件之間，夾入金屬接合材，於加熱到金屬接合材之固相線溫度以下之溫度後之狀態下，加壓接合兩個構件之周知之方法。
空間層42，其被設於第1冷卻基材30與第2冷卻基材50之間。空間層42，其由第1冷卻基材30的下表面、第2冷卻基材50的上表面、及大直徑密封環43所形成。空間層42之厚度，最好為0.05mm以上2mm以下。大直徑密封環43，其為分隔空間層42者，其為外徑稍微小於第1冷卻基材30的下表面之直徑之環體。大直徑密封環43，其可以為金屬環，也可以為樹脂環（絶緣環），也可以為並用金屬環及樹脂環者。當並用金屬環及樹脂環時，可藉金屬環限制樹脂環之變形量。於空間層42，也可以設有限制空間層42之厚度之墊片。墊片也可以為金屬製或樹脂製。
第2冷卻基材50，其透過空間層42，被安裝於第1冷卻基材30。第2冷卻基材50，其為含有金屬之導電性圓板構件，於下側包括第2法蘭50a。第2冷卻基材50，其於內部包括第2冷媒可循環之第2冷媒流路51。第2冷媒流路51，其自一端至另一端為止，由一筆書寫之要領所形成，使得在俯視時，遍及陶瓷基材20的全表面。第2冷媒流路51的一端，其連通到第2冷媒供給通路52。第2冷媒流路51的另一端，其連通到第2冷媒排出通路。第2冷卻基材50，其具有連通到第1冷卻基材30的BS氣體連通通路33之BS氣體連通通路53。BS氣體連通通路53，其為在上下方向上，貫穿第2冷卻基材50之圓筒狀之孔。BS氣體連通通路33與BS氣體連通通路53，其藉被配置於第1冷卻基材30與第2冷卻基材50間之小直徑密封環44，以被氣密地連結。因此，BS氣體連通通路33及BS氣體連通通路53，其不與空間層42相連通。而且，小直徑密封環44係在本實施形態中，如圖1所示，設有兩重，但是，其也可以為一重。
第2冷卻基材50，其具有連通到空間層42之傳熱氣體供排路54。傳熱氣體供排路54，其為在上下方向上，貫穿第2冷卻基材50之圓筒狀之孔。傳熱氣體供排路54，其被使用於填充傳熱氣體（例如氦氣）到空間層42，或者，使空間層為真空狀態。第2冷卻基材50，其具有連通到第1冷卻基材30的第1冷媒供給通路32之第1冷媒連通通路55。第1冷媒連通通路55，其為在上下方向上，貫穿第2冷卻基材50之圓筒狀之孔。第1冷媒供給通路32與第1冷媒連通通路55，其藉被配置於第1冷卻基材30與第2冷卻基材50間之小直徑之冷媒用密封環45，以被液密地連結。因此，第1冷媒供給通路32及第1冷媒連通通路55，其與空間層42不相連通。第2冷卻基材50，其被連接於用於產生電漿之高周波電源87，作為高周波電極以使用。第2冷卻基材50，其由含有金屬之導電材料所製作。作為導電材料，其被例舉例如複合材料或金屬等，但是，最好為Al或Ti等。
夾緊構件70，其為剖面略呈Z字形之環狀之金屬製構件，具有內周落差面70a與外周落差面70b。第1冷卻基材30與第2冷卻基材50，其藉夾緊構件70而被一體化。亦即，在第1冷卻基材30與第2冷卻基材50之間，配置有各種之密封環43～49，夾緊構件70的內周落差面70a，其被配置於第1冷卻基材30的第1法蘭30a上，夾緊構件70的下表面，其被配置於第2冷卻基材50的第2法蘭50a上。而且，螺栓72係自第2法蘭50a的下表面被***，以被螺合到被設於夾緊構件70的下表面之螺孔。螺栓72係被安裝於沿著第2法蘭50a之圓周方向以等間隔設置之複數處所（例如8處或12處）。在密封環46***有供電棒63，在密封環47***有供電棒65，在密封環48***有供電棒67。各密封環46～48的內側空間，其與空間層42不相連通。密封環44～48，其也可以為金屬環，也可以為樹脂環，也可以為並用金屬環與樹脂環者。又，密封環44～48，其也可以發揮限制空間層42之厚度之墊片之角色。第1冷卻基材30與第2冷卻基材50，其藉導電性之夾緊構件70以被一體化，所以，第1冷卻基材30與第2冷卻基材50係成為同電位。第2冷卻基材50係發揮作為高周波電極之功能，所以，第1冷卻基材30也發揮作為高周波電極之功能。
如此之晶圓放置座10，其使用安裝構件74，以被安裝於被設於腔體80內部之設置板81。設置板81係包括第1冷媒導入通路82、第2冷媒導入通路83、BS氣體導入通路84及傳熱氣體入出通路85。第1冷媒導入通路82，其於與第1冷媒連通通路55相向之位置，被設成在上下方向上貫穿設置板81，藉第2冷卻基材50與設置板81間之密封環92，與第1冷媒連通通路55液密地連通。第2冷媒導入通路83，其於與第2冷媒供給通路52相向之位置，被設成在上下方向上貫穿設置板81，藉第2冷卻基材50與設置板81間之密封環93，與第2冷媒供給通路52液密地連通。BS氣體導入通路84，其於與BS氣體連通通路53相向之位置，被設成在上下方向上貫穿設置板81，藉第2冷卻基材50與設置板81間之密封環94，與BS氣體連通通路53氣密地連通。傳熱氣體入出通路85，其於與傳熱氣體供排路54相向之位置，被設成在上下方向上貫穿設置板81，藉第2冷卻基材50與設置板81間之密封環95，與傳熱氣體供排路54氣密地連通。設置板81，其包括量測分別貫穿有供電棒63,65,67之貫穿孔或第1冷卻基材30等之溫度之溫度偵知器86。溫度偵知器86的尖端（測溫部），其露出到由第1冷卻基材30與第2冷卻基材50與密封環49所包圍之測溫空間。此測溫空間，其為未與空間層42相連通之空間，實質上，成為與第1冷卻基材30之溫度為相同溫度。於第2冷卻基材50與設置板81之間，與大直徑密封環43為概略相同大小之密封環91，其沿著第2冷卻基材50的外周緣配置。
於第1冷媒導入通路82，安裝有第1冷媒循環器36。第1冷媒循環器36，其為具有溫度調節功能之循環幫浦，導入被調節到期望溫度後之第1冷媒往第1冷媒導入通路82，使自第1冷媒流路31的第1冷媒排出通路被排出之第1冷媒，調節到期望溫度後，再度導入第1冷媒導入通路82。於第2冷媒導入通路83，安裝有第2冷媒循環器56。第2冷媒循環器56，其為具有溫度調節功能之循環幫浦，使被調節到期望溫度後之第2冷媒，導入第2冷媒導入通路83，使自第2冷媒流路51的第2冷媒排出通路被排出之第2冷媒，調節到期望溫度後，再度導入到第2冷媒導入通路83。於BS氣體導入通路84，安裝有BS氣體供給源96。BS氣體供給源96，其透過BS氣體導入通路84、BS氣體連通通路53、BS氣體連通通路33及BS氣體通路23，供給傳熱氣體到晶圓W內面。於傳熱氣體入出通路85，傳熱氣體供給源98與真空幫浦99係透過切換閥97以被連接。傳熱氣體供給源98，其透過傳熱氣體入出通路85，供給傳熱氣體到空間層42。真空幫浦99係透過傳熱氣體入出通路85，使空間層42的內部為真空（減壓）。
安裝構件74，其為剖面略呈倒L字形之環狀構件，具有內周落差面74a。晶圓放置座10與設置板81，其藉安裝構件74以被一體化。於晶圓放置座10的夾緊構件70的外周落差面70b，在放置安裝構件74的內周落差面74a後之狀態下，螺栓76自安裝構件74的上表面被***，以螺合到被設於設置板81的上表面之螺孔。螺栓76，其被安裝於沿著安裝構件74之圓周方向，等間隔設置之複數處所（例如8處或12處）。安裝構件74或螺栓76等，其可以以絶緣材料製作，也可以以導電材料（金屬等）製作。
接著，使用圖3及圖4，說明晶圓放置座10之製造例。圖3及圖4為晶圓放置座10之製造工序圖。首先，藉模鑄法，製作圓盤狀之第1～第3陶瓷成型體111～113，在第2及第3陶瓷成型體112,113的上表面，分別印刷電極膏以形成電極圖案114,115（參照圖3A）。所謂模鑄法，其為注入包含陶瓷原料粉末與模化劑之陶瓷漿料到成型模內，在該成型模內，使模化劑化學反應以模化陶瓷漿料，藉此，獲得成型體之周知之方法。作為模化劑，例如其也可以包含異氰酸酯及多元醇，藉氨基甲酸酯反應而進行模化。電極膏，其為在例如W、Mo、WC、MoC等之導電材，添加有陶瓷粉末之漿料。被印刷於第2陶瓷成型體112的上表面之電極圖案114，其與晶圓吸附用電極25為相同形狀，被印刷於第3陶瓷成型體113的上表面之電極圖案115，其為配合加熱器電極26及FR吸附用電極27之形狀。
接著，積層第1陶瓷成型體111、在上表面印刷有電極圖案114之第2陶瓷成型體112、及在上表面印刷有電極圖案115之第3陶瓷成型體113，熱壓燒製所獲得之積層體，藉此，獲得陶瓷燒結體120（參照圖3B）。藉此，電極圖案114係成為晶圓吸附用電極25，電極圖案115係成為加熱器電極26及FR吸附用電極27。
接著，於所獲得之陶瓷燒結體120的兩面，施加研磨加工或噴砂加工等，藉此，調整形狀或厚度等，同時形成上下方向之孔（用於***供電端子62,64,66之孔或BS氣體通路23等）（參照圖3C）。
接著，在通到陶瓷燒結體120的晶圓吸附用電極25之孔，***供電端子62以接合到晶圓吸附用電極25，於通到加熱器電極26之孔，***供電端子64以接合到加熱器電極26，於通到FR吸附用電極27之孔，***供電端子66以接合到FR吸附用電極27（圖3D）。之後，準備第1冷卻基材30，使陶瓷燒結體120與第1冷卻基材30，藉金屬接合層40以接合而獲得接合體122（圖3E）。於第1冷卻基材30，事先於與陶瓷燒結體120的供電端子62,64,66之每一個相向之位置，設置在上下方向上貫穿之孔，當接合時，***供電端子62,64,66到各孔（在內壁已經形成有絶緣膜）。又，當接合時，使第1冷卻基材30的BS氣體連通通路33與陶瓷基材20的BS氣體通路23一致。當陶瓷燒結體120以氧化鋁形成時，最好第1冷卻基材30係以SiSiCTi形成。40～570℃之線熱膨脹係數，其氧化鋁為7.7×10 -6／K，SiSiCTi為7.8×10 -6／K。
SiSiCTi板，其選擇為含有例如使平均粒徑為10μm以上25μm以下之碳化矽原料粒子，含有39～51質量％，同時含有被選定之包含Ti及Si之一種以上原料，製作針對源於除了碳化矽之原料之Si及Ti，Si／（Si＋Ti）之質量比為0.26～0.54之粉體混合物。作為原料，其可使用例如碳化矽與金屬Si與金屬Ti。在此情形下，最好混合使得使碳化矽為39～51質量％、使金屬Si為16～24質量％、使金屬Ti為26～43質量％。接著，一軸加壓成型所獲得之粉體混合物，藉此，製作圓盤狀之成型體，使該成型體在惰性環境氣體下，藉熱壓在1370～1460℃燒結，藉此，獲得SiSiCTi板。
陶瓷燒結體120與第1冷卻基材30之接合，其使用金屬接合材以進行之。例如於氧化鋁製之陶瓷燒結體120與SiSiCTi製之第1冷卻基材30之間，夾持金屬接合材以進行TCB接合。具體來說，在金屬接合材之固相線溫度以下（例如自固相線溫度減去20℃後之溫度以上固相線溫度以下）之溫度，加壓陶瓷燒結體120與第1冷卻基材30之積層體以TCB接合，之後，回到室溫。藉此，金屬接合材係成為金屬接合層40。作為此時之金屬接合材，其可使用Al－Mg基接合材或Al－Si－Mg基接合材。例如當使用Al－Si－Mg基接合材（含有88.5重量％之Al、10重量％之Si、1.5重量％之Mg，固相線溫度為約560℃）以TCB接合時，於真空環境氣體下，在加熱到540～560℃後之狀態下，以0.5～2.0Kg／mm2之壓力，持續加壓陶瓷燒結體120數小時。金屬接合材，其最好使用厚度為100μm前後者。
接著，切削接合體122的陶瓷燒結體120的外周，以形成落差，藉此，作為包括中央部22與外周部24之陶瓷基材20，獲得接合體124（圖3F）。接著，準備第2冷卻基材50，臨時固定各密封環43～49於該第2冷卻基材50的上表面，臨時固定各密封環91～95於下表面，使用夾緊構件70，而以螺栓72緊固第2冷卻基材50與接合體124的第1冷卻基材30（圖4A）。藉此，獲得晶圓放置座10。而且，密封環43～49,91～95，其也可以作為例如氟樹脂製或矽膠樹脂製等之O型環。接著，準備包括第1冷媒導入通路82、第2冷媒導入通路83、BS氣體導入通路84及傳熱氣體入出通路85，同時組裝有溫度偵知器86與供電棒63,65,67之設置板81。而且，放置晶圓放置座10於設置板81，以使用安裝構件74而以螺栓76緊固（參照圖4B）。如此一來，固定晶圓放置座10於設置板81。
而且，針對金屬接合層40、第1冷卻基材30及夾緊構件70之中，露出到外部之面，其最好以絶緣膜被覆。絶緣膜，其可以例如由使用陶瓷粉末溶射而形成。又，形成連接到BS氣體通路23之路徑（金屬接合層40的貫穿孔、BS氣體連通通路33,53及BS氣體導入通路84等）之面，也最好以絶緣膜被覆。
接著，使用圖1，說明晶圓放置座10之使用例。於腔體80的設置板81，如上所述，設置有晶圓放置座10。於腔體80的天花板面，配置有使製程氣體，自多數氣體噴射孔往腔體80內部釋出之蓮蓬頭80a。
於晶圓放置座10的FR放置面24a，放置有聚焦環78，於晶圓放置面22a放置有圓盤狀之晶圓W。聚焦環78係沿著上端部的內周，包括落差，使得不與晶圓W相干涉。在此狀態下，施加直流電壓於晶圓吸附用電極25，以吸附晶圓W到晶圓放置面22a，同時施加直流電壓到FR吸附用電極27，以吸附聚焦環78到FR放置面24a。又，控制使得自BS氣體通路23，供給BS氣體（例如氦氣）到晶圓W的內面，通電到加熱器電極26，以使晶圓W為高溫（例如400℃）。而且，設定腔體80的內部成為既定之真空環境氣體（或減壓環境氣體），一邊自蓮蓬頭80a供給製程氣體，一邊施加來自高周波電源87之高周波電壓到第2冷卻基材50。如此一來，在第1冷卻基材30（與第2冷卻基材50相同電位）與蓮蓬頭80a之間，產生電漿。而且，利用該電漿以處理高溫之晶圓W。
如此一來，在晶圓W被要求高溫化之製程中，如圖5所示、未流通第1冷媒到第1冷卻基材30的第1冷媒流路31，而流通第2冷媒到第2冷卻基材50的第2冷媒流路51。亦即，停止第1冷媒循環器36之作動，以停止第1冷媒循環到第1冷媒流路31，作動第2冷媒循環器56，以循環第2冷媒到第2冷媒流路51。又，供給傳熱氣體到空間層42，提高空間層42之熱傳導性。藉此，通電到加熱器電極26以被加熱後之晶圓W之熱，其不被接近陶瓷基材20之第1冷卻基材30所奪取太多，而被遠離陶瓷基材20之第2冷卻基材50所奪熱。因此，可一邊維持晶圓W於高溫，一邊進行處理。
另外，在晶圓W被要求高散熱化之製程中，如圖6所示，停止往加熱器電極26之通電，施加直流電壓到晶圓吸附用電極25，以吸附晶圓W到晶圓放置面22a，同時施加直流電壓到FR吸附用電極27，以吸附聚焦環78到FR放置面24a。又，自BS氣體通路23，供給BS氣體到晶圓W的內面。而且，流通第1冷媒到第1冷卻基材30的第1冷媒流路31，不流通第2冷媒到第2冷卻基材50的第2冷媒流路51。亦即，作動第1冷媒循環器36，以循環第1冷媒到第1冷媒流路31，停止第2冷媒循環器56之作動，以停止循環第2冷媒到第2冷媒流路51。又，使空間層42為真空，以抑制自第2冷卻基材50往第1冷卻基材30之熱移動。藉此，成為高溫之晶圓W之熱，其被接近陶瓷基材20之第1冷卻基材30所奪取，所以，可效率良好地進行晶圓W之散熱。而且，第1冷媒之溫度，最好比第2冷媒之溫度還要低。例如也可以使第1冷媒之溫度為－30℃，使第2冷媒之溫度為5℃。
而且，晶圓W係隨著被電漿處理，而聚焦環78也消耗，但是，聚焦環78之厚度係大於晶圓W，所以，聚焦環78之更換係在處理過複數張之晶圓W後，再進行。
當依據以上說明過之本實施形態之晶圓放置座10時，可兼容高溫處理晶圓W，與效率良好地自晶圓W散熱之情事。
又，空間層42係可切換為真空狀態或傳熱氣體填充狀態。因此，當使空間層42為真空狀態時，可使第1冷卻基材30與第2冷卻基材50為絕熱，如果填充傳熱氣體到空間層42時，可使第1冷卻基材30與第2冷卻基材50之熱傳導良好。
而且，第1冷媒之溫度係低於第2冷媒之溫度。藉此，在晶圓W被要求高散熱化之製程中，成為較容易由第1冷卻基材30奪取熱，所以，可更高效地進行晶圓W之散熱。
又，第1冷媒流路31，其可切換第1冷媒之循環及循環停止，第2冷媒流路51，其可切換第2冷媒之循環及循環停止。藉此，可以在晶圓W被要求高散熱化之製程中，循環第1冷媒到第1冷媒流路31，在高溫處理晶圓W之製程中，停止第1冷媒流路31之第1冷媒之循環，循環第2冷媒流路51的第2冷媒。
而且，第1及第2冷卻基材30,50，其兼做為電漿產生用電極，所以，其與埋設電漿產生電極於陶瓷基材20之情形相比較下，可簡化構造。
而且，在40～570℃之陶瓷基材20與第1冷卻基材30之熱膨脹係數差為1×10 -6／K以下，所以，即使使晶圓放置座10重複使用在高溫與低溫，也可抑制在陶瓷基材20與第1冷卻基材30之接合，產生障礙之情事。例如當陶瓷基材20為氧化鋁製時，第1冷卻基材30最好為SiSiCTi製或AlSiC製。
而且，空間層42之厚度，其最好為0.05mm以上2mm以下。如果空間層42之厚度為下限值以上時，可控制面內之空間層厚度參差，在謀求減少熱阻力參差之影響之點上較佳，如果空間層42之厚度為上限值以下時，於熱阻力不大之點上，在溫度控制之響應性之觀點上較佳。於空間層42，最好設有限制空間層42之厚度之墊片。如此一來，成為較容易維持空間層42全體之厚度。
而且，大直徑密封環43，其最好為並用金屬環及樹脂環者（例如外周側為金屬環，內周側為樹脂環者、或外周側為樹脂環，內周側為金屬環者）。如此一來，可藉金屬環，限制樹脂環之變形量。又，第1冷媒流路31，其最好與第2冷媒流路51相比較下，剖面積較小，流路長度較長。如此一來，由第1冷媒流路31所做之熱牽引較良好。
而且，本發明係不侷限於上述之實施形態，只要係屬於本發明之技術性範圍，其當然可藉種種態樣而實施。
例如在上述之實施形態中，當使第1及第2冷媒流路31,51之狀態、空間層42之狀態等，在高溫處理晶圓W時，如圖5所示地設定，當自晶圓W效率良好地散熱時，如圖6所示地設定，但是，並未特別侷限於此。例如是否循環第1冷媒到第1冷媒流路31、是否循環第2冷媒到第2冷媒流路51等，其也可以因應狀況而適宜設定。第1冷媒之溫度、第2冷媒之溫度等，也可以因應狀況而適宜設定。使空間層42為真空或以傳熱氣體填充，也可以因應狀況而適宜設定。
在上述之實施形態中，加熱器電極26，其在俯視陶瓷基材20的中央部22時，綿延中央部22全體以配線，但是，也可以使中央部22分割為複數領域，配線加熱器電極於各領域。又，晶圓吸附用電極25、FR吸附用電極27等，其雖然採用單極型，但是，也可以採用雙極型。
在上述之實施形態中，第1冷卻基材30之中，貫穿供電端子62,64,66之貫穿孔，其也可以在內壁包括絶緣膜，或者，包括貫穿供電端子之絶緣管，但是，也可以不包括這樣之絶緣膜、絶緣管等，僅以供電端子62,64,66與貫穿孔的內壁之距離，確保絶緣。
在上述之實施形態中，雖然將夾緊構件70、安裝構件74等作為環狀構件，但是，其也可以為分割環狀構件為複數圓弧後之圓弧構件。
在上述之實施形態中，雖然連接高周波電源於第2冷卻基材50，但是，也可以連接高周波電源於第1冷卻基材30。又，作為高周波電源，其也可以連接用於拉入離子到晶圓W之偏壓用電源與用於產生電漿之源用電源兩者。
在上述之實施形態中，雖然藉模鑄法以製作陶瓷成型體，但是，並未特別侷限於此。例如也可以積層複數張帶狀成型體，以製作陶瓷成型體。或者，也可以取代圖3A之第1及第3陶瓷成型體111,113，而使用第1及第3陶瓷燒結體，在第1及第3陶瓷燒結體之間，形成陶瓷粉末層，在該狀態下，藉熱壓燒製，製作內建有晶圓吸附用電極25與加熱器電極26與FR吸附用電極27之陶瓷燒結體120。
在上述之實施形態中，雖然連接第2冷卻基材50於高周波電源87，但是，也可以取代此，而連接第1冷卻基材30於高周波電源87。
在上述之實施形態中，陶瓷基材20的外周部24，也可以內建加熱器電極。
本申請案，其將2021年8月17日提出申請之日本專利申請第2021-132887號，作為優先權主張之基礎，因為引用而其內容之全部，包含於本專利說明書。
10:晶圓放置座 20:陶瓷基材 22:中央部 22a:晶圓放置面 23:BS氣體通路 24:外周部 24a:聚焦環放置面 25:晶圓吸附用電極 26:加熱器電極 27:FR吸附用電極 30:第1冷卻基材 30a:第1法蘭 31:第1冷媒流路 32:第1冷媒供給通路 33:BS氣體連通通路 36:第1冷媒循環器 40:金屬接合層 42:空間層 43:大直徑密封環 44:小直徑密封環 45:冷媒用密封環 50:第2冷卻基材 50a:第2法蘭 51:第2冷媒流路 52:第2冷媒供給通路 54:傳熱氣體供排路 55:第1冷媒連通通路 56:第2冷媒循環器 62:供電端子 63:供電棒 63a:彈簧 64:供電端子 65:供電棒 66:供電端子 67:供電棒 70:夾緊構件 70a:內周落差面 70b:外周落差面 72:螺栓 74:安裝構件 76:螺栓 78:聚焦環 80:腔體 80a:蓮蓬頭 81:設置板 82:第1冷媒導入通路 83:第2冷媒導入通路 84:BS氣體導入通路 85:傳熱氣體入出通路 86:溫度偵知器 87:高周波電源 91:密封環 92:密封環 96:BS氣體供給源 97:切換閥 98:傳熱氣體供給源 99:真空幫浦 111～113:第1～第3陶瓷成型體 114,115:電極圖案 120:陶瓷燒結體 124:接合體 W:晶圓
圖1為晶圓放置座10之縱剖面圖。 圖2為晶圓放置座10之俯視圖。 圖3為晶圓放置座10之製造工序圖。 圖4為晶圓放置座10之製造工序圖。 圖5為高溫處理晶圓W時之晶圓放置座10之說明圖。 圖6為高效率地自晶圓W散熱時之晶圓放置座10之說明圖。
10:晶圓放置座
20:陶瓷基材
22:中央部
22a:晶圓放置面
23:BS氣體通路
24:外周部
24a:聚焦環放置面
25:晶圓吸附用電極
26:加熱器電極
27:FR吸附用電極
30:第1冷卻基材
30a:第1法蘭
31:第1冷媒流路
32:第1冷媒供給通路
33:BS氣體連通通路
36:第1冷媒循環器
40:金屬接合層
42:空間層
43:大直徑密封環
44:小直徑密封環
45:冷媒用密封環
46~49:密封環
50:第2冷卻基材
50a:第2法蘭
51:第2冷媒流路
52:第2冷媒供給通路
53:BS氣體連通通路
54:傳熱氣體供排路
55:第1冷媒連通通路
56:第2冷媒循環器
62:供電端子
63:供電棒
63a:彈簧
64:供電端子
65:供電棒
65a:彈簧
66:供電端子
67:供電棒
67a:彈簧
70:夾緊構件
70a:內周落差面
70b:外周落差面
72:螺栓
74:安裝構件
74a:內周落差面
76:螺栓
78:聚焦環
80:腔體
80a:蓮蓬頭
81:設置板
82:第1冷媒導入通路
83:第2冷媒導入通路
84:BS氣體導入通路
85:傳熱氣體入出通路
87:高周波電源
91~95:密封環
96:BS氣體供給源
97:切換閥
98:傳熱氣體供給源
99:真空幫浦
W:晶圓

Claims (10)

  1. 一種晶圓放置座，其包括： 陶瓷基材，具有晶圓放置面，內建靜電電極與加熱器電極； 第1冷卻基材，透過金屬接合層，被接合到該陶瓷基材之中，該晶圓放置面之相反側的面，具有可切換第1冷媒之供給及供給停止之第1冷媒流路；以及 第2冷卻基材，透過可供給傳熱氣體之空間層，被安裝於該第1冷卻基材之中，該金屬接合層之相反側的面，具有可切換第2冷媒之供給及供給停止之第2冷媒流路。
  2. 如請求項1之晶圓放置座，其中該第1及第2冷卻基材之至少一者，其兼做電漿產生用電極。
  3. 如請求項1之晶圓放置座，其中該陶瓷基材與該第1冷卻基材之熱膨脹係數差為1×10 -6／K以下。
  4. 如請求項2之晶圓放置座，其中該陶瓷基材與該第1冷卻基材之熱膨脹係數差為1×10 -6／K以下。
  5. 如請求項1～4中任一項之晶圓放置座，其中該空間層之厚度為0.05mm以上2mm以下。
  6. 如請求項1～4中任一項之晶圓放置座，其中該空間層，其藉被配置於該第1冷卻基材與該第2冷卻基材間之密封環而被分隔。
  7. 如請求項6之晶圓放置座，其中該密封環係並用金屬環及樹脂環者。
  8. 如請求項6之晶圓放置座，其中於該空間層設有限制該空間層之厚度之墊片。
  9. 如請求項7之晶圓放置座，其中於該空間層設有限制該空間層之厚度之墊片。
  10. 如請求項1～4中任一項之晶圓放置座，其中該第1冷媒流路，其與該第2冷媒流路相比較下，剖面積係較小，流路長度係較長。
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