(57)【要約】【課題】  均熱性、剛性、及び断熱性を兼ね備えると共に、温度変化に対するウエハ載置面の平面度変化を抑制できる安価なウエハ保持体を提供する。【解決手段】  このウエハ保持体１０は、上面にウエハ載置面１１ａを有する第１の金属プレート１１と、第１の金属プレート１１をその下面から支持するセラミックス等からなる支持板１２と、支持板１２を保持すると共に複数の第１結合部材１６によって支持板１２に結合された熱伝導率３Ｗ／ｍＫ以下の陶磁器製の保持台１３と、これら支持板１２と保持台１３の間に設けられた空間部に配置され且つ複数の第２結合部材１７によって第１の金属プレート１１に結合された第２の金属プレート１５と、第１の金属プレート１１と支持板１２の間又は支持板１２と第２の金属プレート１５の間に配置された発熱ユニット１４とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にウエハ載置面を有する第１の金属プレートと、前記第１の金属プレートをその下面から支持する金属とセラミックスとの複合体又はセラミックスからなる支持板と、前記支持板を保持すると共に複数の第１結合部材によって該支持板に結合された熱伝導率３Ｗ／ｍＫ以下の陶磁器製の保持台と、前記支持板と前記保持台の間に設けられた空間部に配置され且つ複数の第２結合部材によって前記第１の金属プレートに結合された第２の金属プレートと、前記第１の金属プレートと前記支持板の間又は前記支持板と前記第２の金属プレートの間に配置された発熱ユニットとを備えたことを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記第１の金属プレートには流路が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
前記第１の金属プレートはアルミニウム若しくは銅又はそれらのうちのいずれかを主成分とする合金で形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハ保持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハを載置して加熱するウエハ保持体に関し、特にウエハ載置面に載置した半導体ウエハを加熱すると共に、プローブカードを押し当てて電気的特性の検査を行うウエハプローバ用のウエハ保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の検査工程では、出荷後の不良品の発生を予防するため、不良になる可能性のある半導体チップを加速的に不良化させて取り除くバーンインが行われている。すなわち、半導体回路の形成された検査対象物としての半導体基板（以降、半導体ウエハ又は単にウエハとも称する）に対して、個々のチップに切断する前に、通常の使用温度よりも高温に加熱しながら各チップの電気的な性能を測定することによって不良なチップを選別し、取り除いている。
【０００３】
バーンイン工程では、上記のように半導体ウエハを保持した状態で加熱することが必要となるため、ウエハ載置面を備えたヒータが用いられている。また、半導体ウエハをヒータのウエハ載置面に載置する際、ウエハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるため、ヒータには金属製のものが用いられている。このように、バーンイン工程では金属製の平板状ヒータの上に回路が形成された半導体ウエハを載置し、この状態で所定の温度まで加熱しながらチップの電気的特性が測定される。
【０００４】
電気的特性の測定の際、半導体ウエハは通電用の電極ピン（プローブピン）を多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子によって数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押さえつけられる。そのため、ヒータが薄いと変形してしまい、半導体ウエハとプローブピンとの間に接触不良が発生する。これを避けるため、ヒータの剛性を保つ目的で、厚さ１５ｍｍ以上の厚い金属板を用いることが行われていた。バーンイン工程では、ヒータの加熱や冷却に要する時間を短縮することでスループットの向上が可能となるが、上記のように金属板の厚みが増すとヒータ自身の昇降温に時間がかかるため、スループット向上の大きな障害となっていた。
【０００５】
上記問題を解決するため、特許文献１にはチャックトップに高剛性のセラミックス材料を用いる技術が開示されており、特許文献２には、チャックトップと該チャックトップを支持する支持体との間の空隙部に支持部材を設けることによってスループットを低下させることなく上記プローブピンによる測定時のチャックトップの変形を抑える技術が開示されている。また、特許文献３にはウェハ載置面を有する金属製の載置台と該載置台を保持するセラミック製の保持部材とからなるウェハ保持体において、これら材料の熱伝導率及びヤング率を適宜調整することによって高均熱性と高剛性とを共に実現させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０３３４８４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３６３０号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したようなプローブカードを用いて半導体ウエハの検査を行うウエハプローバにおいては、ウエハ載置面に載置した半導体ウエハのウエハ面内での均熱性が良好であることが求められており、たとえば直径３００ｍｍのウエハ面内では温度レンジを±０.５℃の範囲内にすることが要求されている。これに対してチャックトップに高絶縁性が要求される静電チャックにおいては、熱伝導率がある程度犠牲になるため、温度レンジが±３℃程度とかなり悪くなることが問題になっていた。
【０００８】
また、近年はスループット向上のため、半導体ウエハの全面を一度に検査するいわゆる一括コンタクト方式のウエハプローバが主流になりつつある。この一括コンタクト方式では、温度変化によって生じ得るウエハ載置面の平面度変化を抑制することがより一層求められている。また、チャックで発生した熱がプローバへ伝わり、それによりプローバ全体の温度が上昇することで平面度が悪化することが問題になっていた。
【０００９】
これに対して、特許文献３のように金属製の載置台をセラミック製の保持部材で保持した場合、金属製の載置台の熱膨張係数がセラミックス製の保持部材の熱膨張係数よりも大きくなる上、断熱性能を向上させた構造の場合は、高温時に載置台の方が保持部材よりも高温になるため、載置台の熱膨張量が保持部材の熱膨張量よりもおおよそ２倍以上大きくなる。このとき、載置台と保持部材が結合部材で直接結合されていると、上記熱膨張に伴ってウエハ載置面の平面度が大きく変化することが問題になっていた。また、セラミックス製の保持部材ではプローバに対する断熱が不十分となってプローバ全体の温度が上昇することが問題となることもあった。
【００１０】
本発明は上記した従来の事情に鑑みてなされたものであり、高均熱性を達成すると共に、温度変化によって生じ得るウエハ載置面の平面度変化を抑制することを目的としている。更に、プローバに対する断熱性が良好な安価なウエハ保持体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明者らは、良好な熱拡散による高均熱性を企図してウエハ載置面を備える部材には高熱伝導率を有する材料を使用し、その下面に高剛性材料からなる支持板を配置し、更にこの支持板を保持台で支持すると共に、これら支持板と保持台の間の空間部に設けた金属プレートを支持板に取り付けてなるウエハプローバ用のウエハ保持体に対して軽量化及び断熱化させるべく鋭意研究を行った。
【００１２】
そして、上記構造のウエハ保持体において、保持台には支持板から下部に伝わる熱を断熱するために熱伝導率の低い陶磁器製のものを使用すると共に、ウエハ載置面を備える部材と保持台とを直接結合しないよう試みたところ、高均熱性と高剛性とを満たしながら、温度変化が生じてもウエハ載置面の平面度変化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明のウエハ保持体は、上面にウエハ載置面を有する第１の金属プレートと、前記第１の金属プレートをその下面から支持する金属とセラミックスとの複合体又はセラミックスからなる支持板と、前記支持板を保持すると共に複数の第１結合部材によって該支持板に結合された熱伝導率３Ｗ／ｍＫ以下の陶磁器製の保持台と、前記支持板と前記保持台の間に設けられた空間部に配置され且つ複数の第２結合部材によって前記第１の金属プレートに結合された第２の金属プレートと、前記第１の金属プレートと前記支持板の間又は前記支持板と前記第２の金属プレートの間に配置された発熱ユニットとを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記本発明のウエハ保持体は、第１の金属プレートに流路を形成してもよい。また、第１の金属プレートはアルミニウム若しくは銅又はそれらのうちのいずれかを主成分とする合金で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウエハ載置面において高い均熱性が得られることに加えて、温度変化が生じてもウエハ載置面の平面度変化を抑えることが可能なウエハ保持体を提供することが可能となる。また、断熱性に優れているのでウエハ保持体を搭載する装置への熱伝導を抑えることができる上、ウエハの急速な昇温や冷却が可能となる。よって、一括コンタクト方式のウエハプローバに採用した場合に、高精度且つ高スループットの検査を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のウエハ保持体の第１の実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明のウエハ保持体が備える発熱ユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図３】本発明のウエハ保持体の第２の実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明のウエハ保持体の第３の実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図４に示すウエハ保持体の代替例を示す縦断面図である。
【図６】本発明のウエハ保持体が備える第１の金属プレートに設けられた吸着溝パターンの一具体例を示す平面図である。
【図７】本発明のウエハ保持体が備える支持板に設けられた貫通孔や有底穴の個数や位置関係の例を示す平面図である。
【図８】比較例のウエハ保持体を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明のウエハ保持体の第２の実施形態の第１の金属プレートに設けられた溝２１ｃを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明のウエハ保持体の第１の実施形態を、その縦断面図が模式的に示されている図１を参照しながら説明する。このウエハ保持体１０は、上面にウエハ載置面１１ａを有する第１の金属プレート１１と、この第１の金属プレート１１をその下面から支持する支持板１２と、この支持板１２をその下面から保持すると共に、支持板１２に直接結合された保持台１３と、支持板１２の下面に当接して第１の金属プレート１１を加熱する発熱ユニット１４と、支持板１２及び発熱ユニット１４を挟んで第１の金属プレート１１に直接結合された第２の金属プレート１５とからなる。これら支持板１２と保持台１３とは第１結合部材１６によって結合されており、第１の金属プレート１１と第２の金属プレート１５とは第２結合部材１７によって結合されている。
【００１８】
より具体的に説明すると、第１の金属プレート１１は円板形状を有しており、その上面側が、検査対象物であるウエハを載置するウエハ載置面１１ａになっている。このウエハ載置面１１ａには、たとえば同心円状や放射状の複数のウエハ吸着溝（図示せず）が形成されているのが好ましく、この吸着溝内の空気を真空引きすることによって、載置されたウエハをウエハ載置面１１ａに吸着させることができる。
【００１９】
ウエハ載置面１１ａでは均熱性が高いことが望まれるため、第１の金属プレート１１は高い熱伝導率を有する金属、具体的には熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の金属で形成するのが好ましい。更に、第１の金属プレート１１はヤング率が５０ＧＰａ以上であるのが好ましい。このような物性を有する金属としては、たとえば、アルミニウムや銅、アルミニウム合金や銅合金を挙げることができる。
【００２０】
この第１の金属プレート１１におけるウエハ載置面１１ａとは反対側の下面に、第１の金属プレート１１を支持すべく第１の金属プレート１１と略同径の円板状の支持板１２が当接している。支持板１２は、プローブカードを押し当てる際に第１の金属プレート１１にかかる荷重に耐えうるよう高剛性である必要があるため、２００ＧＰａ以上の高いヤング率を有していることが望ましい。
【００２１】
このため、支持板１２は金属とセラミックスとの複合体又はセラミックスで形成されている。これら複合体やセラミックスの具体的な材料は特に問わないが、セラミックスの場合は炭化ケイ素、アルミナ、又は窒化アルミニウムが好ましく、金属−セラミックス複合体の場合はアルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体が好ましい。
【００２２】
支持板１２を下面から支える保持台１３は、例えば第１の金属プレート１１及び支持板１２と略同径の有底円筒構造を有している。この保持台１３の材質は、断熱のために熱伝導率が低く、且つ熱による反りの軽減のために熱膨張率も小さいことが望ましい。このため、保持台１３は陶磁器で形成されており、その熱伝導率は３Ｗ／ｍＫ以下である。保持台１３は、更にヤング率が５０ＧＰａ以上であるのが好ましい。これらの物性を有する材料の例には密度が低い陶器や磁器、強度を高めた強化磁器などを挙げることができる。
【００２３】
この保持台１３には、その円板状底部の外周部及びそこから上方に延びる円筒部を高さ方向に貫通する複数の貫通孔１３ａが設けられている。そして、支持板１２の下面側において上記複数の貫通孔１３ａに対応する位置に、それぞれ螺刻された有底穴１２ａが設けられている。これにより、各貫通孔１３ａにボルトなどの第１結合部材１６を下側から挿通し、その螺刻された先端部を有底穴１２ａに螺合させることによって支持板１２と保持台１３とを直接的に結合することができる。
【００２４】
第１結合部材１６を挿通して螺合させる複数の貫通孔１３ａや複数の有底穴１２ａの具体的な個数や配置態様には特に制約はないが、支持板１２の外周付近に同心円状で且つ周方向に均等な間隔で４〜２５本程度の第１結合部材１６が結合できるように設けるのが好ましい。なお、第１結合部材１６の材質にはコバールやステンレスなどの金属を使用することができる。
【００２５】
上記支持板１２と保持台１３の結合方法では、保持台１３だけに貫通孔を設けたが、これ以外の結合方法として、支持板１２及び保持台１３の両方に高さ方向で連通する貫通孔を設けると共にこれらの貫通孔に挿通させる第１結合部材１６としてはステンレスなどの金属製のボルト・ナットを用意し、そのボルト側を支持板１２の上側から差し込んで両貫通孔に挿通させ、保持台１３の下側からナットで該ボルトの先端部をネジ締めすることによって支持板１２と保持台１３とを直接的に結合してもよい。
【００２６】
支持板１２の下面のうち、保持台１３の円筒部が当接していない内周部には、該円筒部の内径よりも僅かに径の小さな外径を有する略円板状の発熱ユニット１４が当接している。これにより、支持板１２を介して第１の金属プレート１１を加熱することができる。そして、この発熱ユニット１４を下面側から保持するように発熱ユニット１４と略同径の円板状の第２の金属プレート１５が設置されている。
【００２７】
これら発熱ユニット１４、金属プレート１５、及び支持板１２には厚み方向で連通する貫通孔１４ｂ、１５ｂ、及び１２ｂが各々複数個設けられている。更に、第１の金属プレート１１の下面側において各連通する貫通孔１２ｂ、１４ｂ、及び１５ｂに対応する位置に、螺刻された有底穴１１ｂが設けられている。これにより、金属プレート１５の下面側からボルトなどの第２結合部材１７を挿し込んで貫通孔１５ｂ、１４ｂ、及び１２ｂに挿通させ、その螺刻された先端部を有底穴１１ｂに螺合させることによって、支持板１２及び発熱ユニット１４を挟み込んだ状態で第１の金属プレート１１と第２の金属プレート１５とを直接的に結合することができる。
【００２８】
発熱ユニット１４は、例えば図２に示すように、他の部品との絶縁を確保するための電気絶縁体５０と、その内部に埋め込まれた加熱のための抵抗発熱体５１とで構成することができる。電気絶縁体５０の材質は、電気絶縁性に加えて耐熱性を有するものであれば特に制約はなく、例えばマイカやポリイミド、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。
【００２９】
電気絶縁性の樹脂を用いる場合は、抵抗発熱体５１で発生した熱をよりスムースに第１の金属プレート１１に伝えるため、樹脂中にフィラーを分散させてもよい。これは、樹脂中にフィラーを分散させることによって、シリコン樹脂等の熱伝導性を高めることができるからである。フィラーの材質としては、樹脂との反応性が無ければ特に制約はなく、たとえば窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を使用することができる。
【００３０】
一方、抵抗発熱体５１には、たとえば金属箔などの金属製のシート状部材を使用することができる。具体的な抵抗発熱体の材料としては、ニッケル、ステンレス、銀、タングステン、モリブデン、クロム、又はこれら金属の少なくともいずれかの合金を使用することができる。この中では、ステンレスやニクロムが好ましい。ステンレスやニクロムは、抵抗発熱体の回路パターンを加工する際、エッチングなどの手法により比較的精度良く形成することができるからである。また、安価な点や、耐酸化性を有するので使用温度が高温であっても長期間の使用に耐え得る点においてもステンレスやニクロムが好ましい。
【００３１】
このように、本発明のウエハ保持体は、第１の金属プレートと保持台とが直接結合しない構造になっているので、ウエハ載置面の反りが著しく抑えられる。すなわち、結合部材を用いて第１の金属プレートと保持台とを直接結合すると、抵抗発熱体が発熱している状態ではそれより下方への伝熱が熱伝導率の低い保持台によって断熱されているので、第１の金属プレートの温度は保持台の温度よりも十分に高くなる。その結果、第１の金属プレートの熱膨張量が保持台の熱膨張量よりも著しく大きくなるが、これらは結合部材によって結合されているので、その結合部分で第１の金属プレートが保持台側に引っ張られることになり、よってウエハ載置面の平面度が大きく変化してしまう。
【００３２】
これに対して本発明のウエハ保持体では、剛性の高い支持板と保持台とは結合部材で直接結合されているものの、これら支持板や保持台と第１の金属プレートとは直接結合されていないので、抵抗発熱体が発熱して第１の金属プレートが支持板や保持台に比べて高温になっても第１の金属プレートの熱膨張が支持板や保持台によって拘束されることがない。よって、ウエハ載置面の平面度変化を抑制することが可能となる。
【００３３】
次に、図３を参照しながら本発明の第２の実施形態のウエハ保持体２０を説明する。このウエハ保持体２０は、前述した第１の実施形態のウエハ保持体１０と同様に、ウエハ載置面２１ａを備えた第１の金属プレート２１と、第１の金属プレート２１をその下面から支持する支持板２２と、この支持板２２をその下面から保持する保持台２３と、支持板２２と保持台２３の間に設置された第２の金属プレート２５とからなる。そして、これら支持板２２と保持台２３とが第１結合部材２６によって直接結合されており、第１の金属プレート２１と第２の金属プレート２５とが第２結合部材２７によって直接結合されている。
【００３４】
ここで、本発明の第２の実施形態のウエハ保持体２０は、第１の金属プレート２１の下面側に溝２１ｃが設けられており、ここに発熱ユニット２４が収納されている。このように、発熱ユニット２４を第１の金属プレート２１に当接させることができるので、優れた加熱応答性を実現することが可能となる。なお、加熱応答性よりも高剛性を重視する場合は、前述した第１の実施形態のウエハ保持体１０のように、支持板１２と第２の金属プレート１５の間に発熱ユニット１４を設置するのが好ましい。
【００３５】
次に、図４を参照しながら本発明の第３の実施形態のウエハ保持体３０を説明する。この第３の実施形態のウエハ保持体３０も、前述した第１や第２の実施形態のウエハ保持体１０、２０と同様に、ウエハ載置面３１ａを備えた第１の金属プレート３１と、第１の金属プレート３１をその下面から支持する支持板３２と、支持板３２をその下面から保持する保持台３３と、支持板３２と保持台３３の間の空間部に設置された第２の金属プレート３５と、第１の金属プレート３１を加熱する発熱ユニット３４とからなる。そして、これら支持板３２と保持台３３とが第１結合部材３６によって直接結合されており、第１の金属プレート３１と第２の金属プレート３５とが第２結合部材３７によって直接結合されている。
【００３６】
更に、第１の金属プレート３１には、第１の金属プレート３１の冷却や加熱を行う温度調整された冷媒や温媒の流路が形成されている。この流路の形状は特に問わないが、図４に示すように第１の金属プレート３１内に流路３１ｄを形成してもよいし、図５（ａ）に示す第３の実施形態の代替例のように、第１の金属プレート３１において支持板３２に対向する面側に溝を掘ってこれを流路３１ｅとしてもよい。あるいは、図５（ｂ）に示す更に別の代替例のように、第１の金属プレート３１において支持板３２に対向する面側に掘った溝に銅パイプなどからなる配管３１ｆを敷設してこれを流路としてもよい。
【００３７】
このように、本発明の第３の実施形態のウエハ保持体においては、冷却媒体及び／又は加熱媒体のための流路を前記第１の金属プレートに作ることによって、より速い冷却や加熱を実現することが可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本発明のウエハ保持体は、高剛性で反りの心配がない上、第１の金属プレートの熱伝導率がさほど高くなくても、熱伝導率の低い保持台によって良好な断熱性を確保しながら、ウエハ載置面において高い均熱性を確保することが可能となる。更に、温度変化に伴うウエハ載置面の平面度変化を顕著に抑えることが可能となる。従って、このウエハ保持体はウエハプローバに特に好適に用いることができる。
【００３９】
以上、本発明のウエハ保持体を、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で種々の代替例や変形例を考えることができる。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等物に及ぶことに留意すべきである。
【実施例】
【００４０】
［実施例１］
図１に示す構造のウエハ保持体１０において、材質が異なることによる均熱性、剛性及び平面度変化への影響を調べるため、各部材の材質を変えた複数種類のウエハ保持体の試料を下記の方法で作製した。なお、本実施例で使用した各部材の材質及びそれらの物性を下記表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
具体的に説明すると、第１の金属プレート１１として、直径３１０ｍｍ、厚み８ｍｍの炭素繊維強化アルミニウム複合材料(Ａｌ−Ｃ)を用意した。この第１の金属プレート１１のウエハ載置面１１ａに、ウエハを真空チャックするため、図６に示すような同心円状の４つのウエハ吸着溝１１ｇと、これらに連通し、ウエハ載置面１１ａの中心から半径方向に延びる４本の連通溝１１ｈとを形成した。なお、真空引きできるように、４本の連通溝１１ｈの内１本については第１の金属プレート１１の外縁部まで延在させた。
【００４３】
第１の金属プレート１１の下面には、図７（ａ）に示すように、Ｐ.Ｃ.Ｄ.２６０ｍｍの周上の６等配位置に、後述する第２結合手段１７を結合するためのＭ４タップからなる有底穴１１ｂを設けた。更に、第１の金属プレート１１にニッケルメッキを施し、第１の金属プレート１１の上下面を研磨加工し、平面度及び平行度を３μｍとし、表面粗さをＲａで０.０２μｍに仕上げた。
【００４４】
次に支持板１２として、直径３１０ｍｍ、厚み６ｍｍの窒化アルミニウム(ＡｌＮ)を用意した。この支持板１２に、図７（ｂ）に示すように、Ｐ.Ｃ.Ｄ.２９０ｍｍの周上の６等配位置に、後述する第１結合手段１６を結合するためのＭ４タップからなる有底穴１２aを設けた。更に、図７（ｂ）に示すように、支持板１２を第１の金属プレート１１の下面に取り付けてウエハ載置面１１ａに垂直な方向から見たときに上記有底穴１１ｂに対応する位置に、内径６ｍｍの貫通孔１２ｂを設けた。その後、上下面を研磨加工し、平面度及び平行度を３μｍとした。
【００４５】
次に発熱ユニット１４を用意した。発熱ユニット１４にはステンレス箔に所定のパターンでエッチング加工して抵抗発熱体を形成し、これをマイカシートで圧着して挟み込んだもの（直径２８０ｍｍ、厚み０.６ｍｍ）を使用した。この発熱ユニット１４には、支持板１２の下面に取り付けてウエハ載置面１１ａに垂直な方向から見たときに上記有底穴１１ｂに対応する位置に、内径６ｍｍの貫通孔１４ｂを設けた。
【００４６】
次に第２の金属プレート１５として、直径２８０ｍｍ、厚み２ｍｍのアルミニウムを用意した。第２の金属プレート１５には、支持板１２及び発熱ユニット１４を挟んで第１の金属プレート１１の下面に取り付けてウエハ載置面１１ａに垂直な方向から見たときに上記有底穴１１ｂに対応する位置に、内径６ｍｍの貫通孔１５ｂを設けた。
【００４７】
次に第２結合部材１７として、長さ１０ｍｍのＭ４ステンレス(ＳＵＳ３０４)製ネジ６本を用意し、第１の金属プレート１１の下に、支持板１２、発熱ユニット１４及び第２の金属プレート１５をこの順序で第１の金属プレート１１から遠くなるように配置し、これら支持板１２、発熱ユニット１４及び第２の金属プレート１５の貫通孔１２ｂ、１４ａ及び１５ａに図１に示すように第２結合手段１７を挿通させて、第１の金属プレート１１の有底穴１１ｂに螺合させた。これにより支持板１２、発熱ユニット１４及び第２の金属プレート１５を第１の金属プレート１１に固定した。
【００４８】
次に、直径３１０ｍｍ、厚み３０ｍｍの中実円柱状の陶器を用意し、その上面側に内径２８５ｍｍ、深さ１０ｍｍの有底穴を掘って保持台１３とした。この保持台１３に対して、支持板１２の下面に取り付けてウエハ載置面１１ａに垂直な方向から見たときに上記有底穴１２ａに対応する位置に、貫通孔１３ａを設けた。その後、保持台１３の上下面を研磨加工し、平面度及び平行度２μｍとした。
【００４９】
次に第１結合部材１６として、長さ３０ｍｍのＭ４コバール製ネジ６本を用意し、支持板１２の下に保持台１３を設置し、保持台１３の貫通孔１３ａに図１に示すように第１結合手段１６を挿通させて、支持板１２の有底穴１２ａに螺合させた。これにより支持板１２と保持台１３を直接結合した。このようにしてウエハ保持体の試料を作製した。
【００５０】
同様にして、第１の金属プレート１１における熱伝導率の違いが均熱性に及ぼす影響を調べるため、更には支持板１２と保持台１３の熱膨張係数の関係が温度変化に伴うウエハ載置面の平面度変化にどのように影響するかを調べるため、各部材の材質を変えた複数種類のウエハ保持体の試料を作製した。
【００５１】
すなわち、下記表２〜４に示すように、Ａｌ−Ｃ、Ｃ１０２０、ＣｒＣｕ、ＣｕＷ、コルソン合金、及びアルミニウムの６種類の第１の金属プレート１１と、ＡｌＮ、アルミニウムと炭化珪素との複合体 (Ａｌ−ＳｉＣ)、及びシリコンと炭化珪素との複合体(Ｓｉ−ＳｉＣ)の３種類の支持板１２と、陶器、磁器、強度を高めた強化磁器、アルミナの４種類の保持台１３とを組み合わせた７２種類のウエハ保持体の試料を作製した。ただし、アルミナ製保持台１３で作製されたウエハ保持体は比較例である。
【００５２】
このようにして作製した複数のウエハ保持体の試料の各々に対して、そのウエハ載置面１１ａに直径３００ｍｍのウエハを載置して真空チャックした。そして、発熱ユニット１４の抵抗発熱体に通電して当該ウエハを２００℃に加熱した。そして、２００℃で温度が安定したときのウエハ面内の温度レンジと保持台１３の下部の温度を測定した。次に、２００℃に加熱した状態でウエハの全面に５００ｋｇの荷重を印加し、そのときのウエハの荷重たわみ量を測定した。更に、２００℃に加熱した状態での平面度を測定し、加熱前に測定した平面度を差し引いた値を平面度変化量とした。これら測定結果を各部材に使用した材質と共に下記表２〜４に示す。
【００５３】
【表２】
2013214606.tif 000004
【００５４】
【表３】
2013214606.tif 000005
【００５５】
【表４】
2013214606.tif 000006
【００５６】
上記表２〜４の結果より、保持台１３下部の温度は、アルミナ製の保持台１３で約１２０℃であるのに対して、陶器製の保持台１３では約４５℃、磁器製の保持台１３では約５０℃、強化磁器製の保持台１３では約５５℃となり、アルミナ製の保持台１３に比べて陶磁器製の保持台１３は保持台１３下部の温度を低く抑えられることが分かった。また、第１の金属プレート１１の熱伝導率が高いほど均熱性が良くなる（すなわち、温度レンジが小さくなる）ことが分かった。
【００５７】
また、荷重たわみは、ヤング率が最も低いＡｌ製の第１の金属プレート１１からなる試料が最も大きくなった。更に、平面度変化量は、第１の金属プレート１１のヤング率が１２０ＧＰa以上であって、支持板１２の熱膨張係数（α１２）が保持台１３の熱膨張係数（α１３）より小さければ、１０μｍ以下になることも見出せた。
【００５８】
特に、α１２がα１３の半分以下となる材質の組み合わせでは、平面度変化量が６μｍ以下と非常に良くなることがわかった。これは、低熱伝導率の保持台１３による断熱効果のため、加熱時は支持板１２が２００℃であるのに対して保持台１３は１００℃程度となり、１００℃程度の温度差が生じたため、α１２がα１３の半分以下程度であれば、支持板１２の熱膨張量と保持台１３の熱膨張量がほぼ等しくなることで、ウエハ載置面の反りが抑制できたと解釈できる。
【００５９】
［比較例］
比較例として、図８に示すような結合構造のウエハ保持体１１０を作製した。すなわち、このウエハ保持体１１０は支持板１１２に保持台１３の貫通孔１３ａに連通する貫通孔１１２ａを設けると共に、第１の金属プレート１１１の下面にはこれら連通孔に対応する位置に有底穴１１１ｉを設けた。そして、第１の金属プレート１１１と保持台１３とを第１結合部材１６で直接結合した。上記以外は実施例１と同様にしてウエハ保持体の試料を作製した。なお、この比較例ではアルミナ製の保持体からなるウエハ保持体の試料は作製しなかった。
【００６０】
このようにして得られた材質の異なる５４種類のウエハ保持体の試料に対して、実施例１と同様にして２００℃で温度が安定したときのウエハ面内の温度レンジ、２００℃において５００ｋｇの荷重を印加したときのウエハの荷重たわみ量、及び平面度変化量を測定した。この比較例の測定結果を各部材に使用した材質と共に下記表５に示す。
【００６１】
【表５】
2013214606.tif 000007
【００６２】
上記表５と実施例１の表２〜４とを比較して分かるように、第１の金属プレートと保持台とを直接結合しないことにより平面度変化の抑制に大きな効果が得られることが分かった。
【００６３】
［実施例２］
図３に示す構造のウエハ保持体２０を採用し、保持台にアルミナを使用しなかった以外は上記実施例１と同様にして各部材の材質を変えた５４種類のウエハ保持体の試料を作製し、それらの均熱性及び剛性を試験した。具体的には、第１の金属プレート２１においては、ウエハ載置面２１ａとは反対の面に、図９に示すような略同心円状に幅２０mm深さ２ｍｍの溝２１ｃを施した以外は実施例１の第１の金属プレート１１と同様にした。この溝２１ｃに収まるように発熱ユニット２４を作製した。
【００６４】
上記第１の金属プレート２１と発熱ユニット２４以外は実施例１と同様のものを使用した。第２結合部材２７による第１の金属プレート２１、支持板２２、発熱ユニット２４及び第２の金属プレート２５の結合方法や、第１結合部材２６による保持台２３と支持板２２との結合方法も実施例１と同様にした。
【００６５】
このようにして作製した複数のウエハ保持体の試料の各々に対して、実施例１と同様にして２００℃で温度が安定したときのウエハ面内の温度レンジ、２００℃において５００ｋｇの荷重を印加したときのウエハの荷重たわみ量、及び平面度変化量を測定した。この比較例の測定結果を各部材に使用した材質と共に下記表６に示す。
【００６６】
【表６】
2013214606.tif 000008
【００６７】
上記表６の結果から、第１の金属プレート２１の熱伝導率が高ければ高いほど均熱性が良くなる（すなわち、温度レンジが小さくなる）ことが分かった。また、荷重たわみは第１の金属プレート２１のヤング率が低いＡｌ製のウエハ保持体で大きくなった。平面度変化量は、第１の金属プレート２１のヤング率が１２０ＧＰａ以上であって、支持板２２の熱膨張係数（α２２）が保持台２３の熱膨張係数（α２３）より小さければ、１０μｍ以下になることも見出した。特に、実施例１と同様に、α２２がα２３の半分以下となる材質の組み合わせの試料では、平面度変化量は６μｍ以下と非常に良くなることが分かった。
【００６８】
［実施例３］
図４に示す構造のウエハ保持体３０を採用し、保持台にアルミナを使用しなかった以外は上記実施例１と同様にして各部材の材質を変えた５４種類のウエハ保持体の試料を作製し、それらの均熱性及び剛性を試験した。第１の金属プレート３１においては、直径３１０ｍｍ、厚み４ｍｍのＡｌ−Ｃ板を２枚用意し、その一方のＡｌ−Ｃ板の片面に機械加工等によって流路を形成した後、このＡｌ−Ｃ板と他方のＡｌ−Ｃ板とを流路が形成された面が内側となるように対向させ、冷媒の出入口となるステンレス(ＳＵＳ３０４)製のパイプと共に、同時にロウ付け接合したものを使用した。
【００６９】
得られた第１の金属プレート３１の下面には、実施例１と同様に、図７（ａ）に示すようなＰ.Ｃ.Ｄ.２６０ｍｍの周上の６等配位置に、第２結合手段３７を結合するためのＭ４タップからなる有底穴３１ｂを設けた。ニッケルメッキを施した後、第１の金属プレート３１の上下面を研磨加工し、平面度及び平行度を３μｍとし、表面粗さをＲａで０.０２μｍに仕上げた。
【００７０】
その他の部材である支持板３２、保持台３３、発熱ユニット３４、第２の金属プレート３５、第１結合部材３６、及び第２結合部材３７には実施例１と同様のものを使用した。第２結合部材３７による第１の金属プレート３１、支持板３２、発熱ユニット３４及び第２の金属プレート３５の結合方法や、第１結合部材３６による保持台３３と支持板３２との結合方法も実施例１と同様にした。
【００７１】
このようにして作製した複数のウエハ保持体の試料の各々に対して、実施例１と同様にして２００℃で温度が安定したときのウエハ面内の温度レンジ、２００℃において５００ｋｇの荷重を印加したときのウエハの荷重たわみ量、及び平面度変化量を測定した。この比較例の測定結果を各部材に使用した材質と共に下記表７に示す。
【００７２】
【表７】
2013214606.tif 000009
【００７３】
上記表７の結果より、第１の金属プレート３１の熱伝導率が高いほど均熱性が良い（すなわち、温度レンジが小さい）ことがわかった。また、荷重たわみは、第１の金属プレート３１のヤング率が低いＡｌ製の試料で大きくなった。平面度変化量は、第１の金属プレート３１のヤング率が１２０ＧＰａ以上であって、支持板３２の熱膨張係数（α３２）が保持台３３の熱膨張係数（α３３）より小さければ、１０μｍ以下になることも見出した。特に、実施例１と同様に、α３２がα３３の半分以下となる組み合わせの試料では、平面度変化量は６μｍ以下と非常に良くなることがわかった。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０、３０  ウエハ保持体
１１、２１、３１  第１の金属プレート
１１ａ、２１ａ、３１ａ  ウエハ載置面
１２、２２、３２  支持板
１３、２３、３３  保持台
１４、２４、３４  発熱ユニット
１５、２５、３５  第２の金属プレート
１６、２６、３６  第１結合部材
１７、２７、３７  第２結合部材
【図１】
2013214606.tif 000010
【図２】
2013214606.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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