(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを載置する半導体製造装置用ウエハ保持体であって、ウエハを加熱するための抵抗発熱体と、該抵抗発熱体を上下方向から挟み込む上側と下側の冷却モジュールとを有し、該上側の冷却モジュールは該抵抗発熱体と接触する面の反対側にウエハ載置面を有することを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
ウエハを載置する半導体製造装置用ウエハ保持体であって、ウエハを加熱するための抵抗発熱体が上側と下側に存在する冷却モジュールの間に挟み込まれ且つ該冷却モジュールに接触して固定され、上側の冷却モジュールの抵抗発熱体と接触する面の反対側にウエハ載置面を有し、前記上側と下側の冷却モジュールの熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であり、前記上側と下側の冷却モジュールの厚みが１５ｍｍ以下であり、前記上側と下側の冷却モジュールは相互に部分的に結合され、高い剛性を有していることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項３】
前記上側と下側の冷却モジュールの互いに向かい合う面の少なくとも片方に凹部が形成され、該凹部に抵抗発熱体が挿入され、冷却モジュールで挟み込ま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。
【請求項４】
前記上側と下側の冷却モジュールの熱容量及び熱伝導率が略同一であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項５】
前記上側と下側の冷却モジュールに流れる冷媒の流量が略同一であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項６】
前記上側と下側の冷却モジュールの間に挟み込まれる抵抗発熱体が複数積層されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項７】
前記抵抗発熱体を挟み込んだ前記上側と下側の冷却モジュールが、筒状支持部材で支持されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれかに記載のウエハ保持体を搭載したことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に使用されるウエハ保持体に関するものであり、特に急速加熱、急速冷却を要求される分野に使用されるウエハ保持体、及びそれを搭載した半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの製造プロセスにおいて、ウエハを保持して加熱し、あるいは冷却するためのウエハ保持体として、各種のものが検討されている。例えば、特開２００２−０２５９１２号公報や、特開２００２−０２５９１３号公報には、セラミックスヒータに冷却モジュールを搭載したウエハ保持体が開示されている。これらのウエハ保持体では、ウエハ保持体が設置されるチャンバー内に金属製の放熱板を設置し、この放熱板上に更にウエハ載置台としてセラミックスヒータを設置した構造となっている。
【０００３】
また、特開２００７−０２７２１８号公報には、チャックトップと支持部材との間に形成された空間に冷却モジュールを設置したウエハ保持体が記載されている。冷却モジュールについては、可動式のものも開示されている。
【特許文献１】特開２００２−０２５９１２号公報
【特許文献２】特開２００２−０２５９１３号公報
【特許文献３】特開２００７−０２７２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、半導体製造プロセスにおいては、スループットの向上が求められ、それに伴ってウエハ保持体の冷却速度及び昇温速度の向上が求められている。しかしながら、上記した従来のウエハ保持体の場合、ウエハを加熱するためのセラミックスヒータ及びそれを冷却するための放熱板が取り付けられているが、最近では満足すべき冷却速度及び加熱速度が得られる状況ではなくなりつつある。
【０００５】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、均熱性に優れると同時に、近年におけるスループット向上の要求を満たし得る冷却速度及び昇温速度を達成でき、特に冷却速度に優れている半導体製造装置用ウエハ保持体、並びにそれを搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体製造装置用のウエハ保持体は、ウエハを加熱するための抵抗発熱体と、該抵抗発熱体を上下方向から挟み込む上側と下側の冷却モジュールとを有し、該上側の冷却モジュールは該抵抗発熱体と接触する面の反対側にウエハ載置面を有することを特徴とする。
【０００７】
更に具体的には、本発明が提供する半導体製造装置用のウエハ保持体は、ウエハを加熱するための抵抗発熱体が上側と下側に存在する冷却モジュールの間に挟み込まれ且つ該冷却モジュールに接触して固定され、上側の冷却モジュールの抵抗発熱体と接触する面の反対側にウエハ載置面を有し、前記上側と下側の冷却モジュールの熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であり、前記上側と下側の冷却モジュールの厚みが１５ｍｍ以下であり、前記上側と下側の冷却モジュールは相互に部分的に結合され、高い剛性を有している。
【０００８】
本発明は、また、上記本発明の半導体製造装置用のウエハ保持体を搭載したことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、抵抗発熱体を冷却モジュールで挟み込む構造とすることで、従来に比較して冷却速度及び昇温速度に優れ、特に冷却速度が格段に優れたウエハ保持体を提供することができる。従って、本発明のウエハ保持体は、特に成膜用に使用されるＣＶＤ用サセプタやプラズマＣＶＤ用サセプタ、エッチング用サセプタ、アッシング用サセプタとして好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、ウエハを加熱するための抵抗発熱体を挟み込むように、その上下に複数の冷却モジュールを設置する。このように抵抗発熱体に対して両面側から冷却できるようにすることで、抵抗発熱体やウエハを急速に冷却することができる。尚、このウエハ保持体のウエハ載置面は、上側の冷却モジュールの抵抗発熱体と接触する面の反対側の面である。
【００１１】
例えば図１に示すように、ウエハを加熱するための抵抗発熱体１を挟み込むように、即ち抵抗発熱体１の両面に複数の冷却モジュール２、即ち上側冷却モジュール２ａと下側冷却モジュール２ｂを設置している。抵抗発熱体１を挟み込んだ上側及び下側冷却モジュール２ａ、２ｂは、相互の密着を良好にするため、ネジ止め等の機械的な手法によって固定されることが好ましい。また、抵抗発熱体１を挟み込んだ上側及び下側冷却モジュール２ａ、２ｂは、通常は筒状支持部材３のような支持部材で支持されている。
【００１２】
通常、ウエハ保持体には、上述した特許文献にも記載されているように、それを支える支持部材が存在する。支持部材は抵抗発熱体の温度が高い状態では充分に加熱されているため、このウエハ保持体を冷却モジュールで冷却しようとする場合には、既に加熱されている支持部材から冷却モジュールへの熱の伝わりによって、ウエハを急速に冷却することは困難である。また、一つの冷却モジュールで、ウエハ、抵抗発熱体、及び支持部材の各部材を冷却するために、充分に速い冷却速度を得ることはできない。
【００１３】
これに対して、本発明においては、抵抗発熱体を挟み込むように冷却モジュールを設置している。従って、抵抗発熱体の下側に存在する冷却モジュールは、抵抗発熱体を冷却すると共に、支持部材も冷却することが可能となる。このため、支持部材からウエハへの熱の伝わりは、抵抗発熱体の下側に存在する冷却モジュールによって大幅に遮断することができる。一方、抵抗発熱体の上側に存在する冷却モジュールは、ウエハを直接冷却すると共に、抵抗発熱体を直接冷却する。このように抵抗発熱体は上下両方向から冷却されるため、従来の片面側から冷却される場合に比較して、冷却速度が大幅に速くなり、抵抗発熱体やウエハを急速に冷却することができる。
【００１４】
抵抗発熱体を挟み込む各冷却モジュールは、機械的な手法によって、互いに固定されていることが好ましい。このように機械的に固定することによって、互いの冷却モジュール間に存在する抵抗発熱体との密着を良好にすることができる。
【００１５】
また、抵抗発熱体は、互いが向かい合う冷却モジュール面に凹部を形成し、その凹部内に収容することができる。この場合、凹部の深さは、抵抗発熱体の厚みより小さいことが好ましい。このような構造にすることで、抵抗発熱体が冷却モジュールに機械的に密着することができ、ウエハ保持体を昇温する際に、効率よく加熱することができる。
【００１６】
更に、互いに向かい合う冷却モジュール面に形成した凹部内に、複数の抵抗発熱体を積層して収容してもよい。複数の抵抗発熱体を収容することで、複数の電源を揃えるだけで、電源の定格仕様を変更せずに高電力を投入することができ、高速昇温を可能とすることができる。
【００１７】
上記冷却モジュールの構成としては、例えば図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、座繰り加工などで流路を形成した金属板に、更にもう１枚の金属板を接合することで、内部に流路を有する冷却モジュールとすることができる。尚、図２（ａ）は接合する２枚のアルミニウム板４、４の両方に流路５を形成した例、図２（ｂ）は接合する２枚のアルミニウム板４、４の片方にのみ流路５を形成した例である。２枚の金属板の接合方法に関しては特に制約はなく、流路の周囲にＯ−リングを設置し、両方の金属板をネジ止めなどの手法によって接合することもできる。
【００１８】
また、２枚の金属板を溶接やロウ付けの手法で接合することもできる。この場合のロウ材としては、金属板の材質がアルミニウム及びアルミニウム合金の場合は、アルミニウム−シリコンロウ材などを使用することができる。また、金属板が銅や銅合金の場合には、銀ロウを使用することができる。但し、ロウ材の銀や銅がチャンバー内に存在することが許されない場合には、銀ロウで接合した後、全体をニッケルメッキすればよい。
【００１９】
また、冷媒を流すための流路となる冷却管（パイプ）を金属板に取り付けることで、冷却モジュールとすることもできる。この場合、パイプの断面形状に近い形状の座繰り溝を金属板に形成し、この座繰り溝内にパイプを挿入して金属板に密着させることで、更に冷却効率を上げることができる。また、冷却パイプと金属板の密着性を向上させるために、両者の間に介在層として熱伝導性の樹脂やセラミックス等を挿入してもよい。
【００２０】
上記冷却モジュールに使用する材料としては、特に制約はなく、セラミックスや金属、あるいは金属−セラミックスの複合体を使用することができる。金属板としては、特に制約はないが、効率的な冷却を実現するためには熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。このような金属板の材料としては、銅、アルミニウム、及びこれらの合金を挙げることができ、これらは比較的熱伝導率が高く且つ安価であるため好ましい。
【００２１】
冷却モジュール材料のセラミックスとしては、窒化アルミニウムや炭化ケイ素は熱伝導率が高く、熱衝撃性にも優れるため好ましい。また、金属−セラミックスの複合体としては、シリコン−炭化ケイ素複合体、アルミニウム−炭化ケイ素複合体、アルミニウム−窒化アルミニウム複合体などを挙げることができる。以上の材料の中では、流路形成などの加工のしやすさ、コストなどの面から、金属が優れている。
【００２２】
また、冷却管を使用する場合にも、効率的な冷却という観点から、冷却管として使用する材料の熱伝導率は５０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。好ましい冷却管の材料としては、金属板と同様に、銅やアルミニウムが挙げられる。
【００２３】
上記冷却モジュールの好ましい一例として、アルミニウム板に冷却管を設置するための座繰り溝を形成し、この溝内に銅製の冷却管を機械的に取り付けることによって、高効率な冷却モジュールとすることができる。また、別の例として、座繰り加工により銅板に流路を直接形成し、この銅板に流路を覆うように別の銅板を重ね、ロウ付けにて接合することで冷却モジュールとすることができる。また、座繰り加工によりアルミニウム合金板に流路を直接形成し、このアルミニウム合金板に、流路を覆うように別のアルミニウム合金板を重ね、ロウ付けにて接合することで冷却モジュールとすることができる。尚、必要に応じて、金属板や冷却管には、ニッケルなどの耐食性を有する金属をメッキなどの手法によって被覆することもできる。
【００２４】
冷却モジュールに形成する流路については、特に制限はないが、搭載するウエハの直径に対して８０％以上の領域に流路が形成されていることが好ましい。例えば、ウエハの直径が２００ｍｍの場合には、少なくともウエハ保持体の中心から直径１６０ｍｍの領域まで流路が存在することが好ましい。この領域まで流路が存在しない場合、ウエハ保持体の外周部の冷却速度が低下し、ウエハの温度分布として内周部に比べ外周部付近の温度が高くなるため好ましくない。特に、中心から少なくともウエハの直径と同じ領域まで、流路が形成されていることが更に好ましい。この程度の領域まで流路が形成されると、ウエハ端部の温度上昇もなく、ウエハの温度を均一に冷却することができる。
【００２５】
また、互いの冷却モジュール間はＯ−リング等で気密に封止されている。これは、チャンバー内で使用する雰囲気が、例えばプラズマやハロゲン系の腐食性ガスである場合、これらの雰囲気により冷却モジュールに取り付けられている抵抗発熱体が腐食されることを防ぐ必要があるためである。また、使用温度に応じて金属製のガスケットを使用することもできる。ガスケットに関しては、使用雰囲気に応じてネッケルやステンレスなど適宜選択すればよい。
【００２６】
また、複数の冷却モジュールの熱容量は同一であることが好ましい。冷媒等を両方の冷却モジュールに流して冷却する場合、あるいは抵抗発熱体で加熱する場合に、熱容量が異なると互いの冷却速度に違いが生じ、それによって機械的に固定されている冷却モジュールに熱膨張差による反りが発生し、ウエハに対する均熱性を損なう、あるいは最悪の場合は冷却モジュールを固定しているネジなどの部品が破損してしまうことがある。熱容量差に関しては、同一であることが好ましいが、差が２０％程度以内であれば、実用上ウエハの処理に影響なく処理することができる。
【００２７】
また、複数の冷却モジュールに流す冷媒の流量は略同一であることが好ましい。各冷却モジュールに流れる冷媒の温度が略同一である場合、冷媒の流量が多い方の冷却モジュールは、少ない方の冷却モジュールに比較して急速に冷却されるため、上記熱容量差の場合と同様に冷却モジュールに熱膨張差による反りが発生し、ウエハの均熱性を低下させるため好ましくない。完全に流量を同一にすることは難しいが、概ね±２０％程度の範囲内であれば、所定の均熱性を確保することができるため好ましい。
【００２８】
冷却モジュールの厚みに関しては、昇温速度並びに冷却速度の点で熱容量が小さい方が望ましいため、１５ｍｍ以下であることが好ましい。冷却モジュールの厚みが１５ｍｍより大きいと、熱容量が大きくなると共に、側面からの熱流入や熱放散によって、昇温速度や冷却速度が急激に遅くなる。
【００２９】
また、複数の冷却モジュールは、熱伝導率が同一であることが好ましい。例えば、片側の冷却モジュールの熱伝導率が低い場合には、熱伝導率が低い側の冷却モジュールの冷却速度が低下し、機械的に結合された互いの冷却モジュールの間に温度差が発生する。このため、全体として冷却速度が熱伝導率の低い側の冷却モジュールが律速になる。更には、冷却モジュール間の温度差により、熱膨張量に差が発生し、熱伝導率の低い側が凸になるような反りが発生し、ウエハの均熱性を阻害すると共に、ウエハ保持体自身に応力が働き、最悪の場合には変形や固定部の破損などを発生することがあるため好ましくない。概ね熱伝導率の差が３０％程度以内であれば、上記のような問題がないため好ましい。
【００３０】
上記のような現象は、複数の冷却モジュールの材質が異なる場合にも発生する。即ち、各冷却モジュールの熱容量が同一で且つ冷媒の流量も同一であったとしても、材質が異なり、熱膨張係数が異なると、上記と同様に反りが発生し、ウエハの均熱性が低下するため好ましくない。また、材質が異なると熱伝導率も異なり、冷却速度や昇温速度にも影響を与える。このため、基本的には同一の材料で形成することが好ましい。但し、類似の材料、例えばアルミニウムであれば、一般の１０材や５０材、６０材といった程度の差であれば大きな影響はない。冷却モジュールの材質に関しては、上側下側とも主成分が同一であることが好ましい。
【００３１】
次に、筒状支持体の材料に関しては、特に制約はないが、冷却モジュールより熱伝導率の低いものが好ましい。冷却モジュールよりも筒状支持体の熱伝導率が高いと、抵抗発熱体で発生した熱が支持部材側に伝わり、支持部材に伝わる熱量が相対的に多くなり、冷却時に冷却モジュールやウエハ等を冷却する場合の冷却速度を低下させる要因として働くために好ましくない。
【００３２】
筒状支持体の具体的な材質としては、セラミックスではアルミナ、ムライト、コージェライト、ステアタイト、窒化珪素、及びこれらの複合体を使用することができる。また、金属としては、アルミニウム、ステンレス、コバール、ニッケル、及びこれらの合金を使用することができる。筒状支持体の内部には、抵抗発熱体に給電するための電極、冷却モジュールに冷媒を供給及び排出するためのパイプ、温度を測定するための熱電対や測温抵抗体などの測温素子、リード線などが挿入される。
【００３３】
また、抵抗発熱体としては、ステンレス、ニクロム、タングステン、モリブデンなどが好ましく、これらの金属箔をエッチングしたものを好適に用いることができる。具体的な形成方法に関しては、複数の冷却モジュール間に、上記した抵抗発熱体を、絶縁性及び耐熱性を有するシリコン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコンゴム等の樹脂、あるいはマイカや雲母などのセラミックスで挟み込んで、抵抗発熱体とすることができる。
【００３４】
尚、セラミックスなどの絶縁物を用いて冷却モジュールを構成する場合には、そのセラミックス基板上に抵抗発熱体をスクリーン印刷、蒸着やスパッタなどの方法で形成することができる。このときの抵抗発熱体の材質は、スクリーン印刷の場合は銀−白金、銀−パラジウム、タングステン、モリブデン等を使用することができる。また、薄膜法の場合には、ニクロムなどを使用することができる。
【００３５】
また、複数の冷却モジュールの固定に関しては、互いの冷却モジュールをネジなどの結合部材を用いて固定すればよい。例えば、下側の冷却モジュールに、ネジが挿通される貫通孔を設置し、上側の冷却モジュールに形成したネジ穴に結合部材（雄ネジ）を螺合することで固定することができる。このとき所定のトルクでネジを締め付けた場合、結合部材付近の冷却モジュールが変形することがある。この変形は冷却モジュール間に抵抗発熱体を挿入するための空隙が存在するためであり、特に冷却モジュールが金属でできている場合には顕著にある。冷却モジュールが変形すると、ウエハ載置面の形状が変形してしまい、均熱性に影響を及ぼすため好ましくない。
【００３６】
これを回避するためには、上側と下側の冷却モジュールを固定した後、改めてウエハ載置面に加工を施し、載置面を形成し直すことで対応することもできる。また、別の方法としては、上側と下側の冷却モジュール間に形成される空隙とほぼ同じ高さを有する柱状あるいはリング状のスペーサー部材を用意し、上側と下側の冷却モジュールの間に挿入することで変形を防止することができる。特にリング状のスペーサー部材は、上側と下側の冷却モジュールを固定するネジなどの結合部材に挿通させることで、スペーサー部材のために余分に抵抗発熱体の回路を回避させる必要がないなどの利点がある。このスペーサー部材に関しては、結合部材の締め付けトルクで大きく変形しないものであれば、特に材質についての制約はない。
【００３７】
また、筒状支持部材の冷却モジュールへの取り付け方法については、ネジ止めすることができる。この場合、片方の部材にネジ穴を形成し、他方の部材にはネジ穴より大きな貫通孔を形成して、この貫通孔に挿通したネジをネジ穴に螺合することが好ましい。各部材は熱膨張係数や温度が異なるために熱膨張量が異なるが、上記の方法によれば熱膨張量を想定した貫通孔の大きさに形成することができ、互いの部材間に発生する熱応力を吸収することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に示す各実施例において、ウエハ保持体の作製に使用した材料の熱伝導率は下記のとおりである；
アルミニウム：２００Ｗ／ｍＫ
銅：３９０Ｗ／ｍＫ
Ｓｉ−ＳｉＣ複合体：１８０Ｗ／ｍＫ
ＡｌＮ：１７０Ｗ／ｍＫ
炭素鋼：５０Ｗ／ｍＫ
ステンレス：１５Ｗ／ｍＫ
【００３９】
［実施例１］
まず、直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍの２枚のアルミニウム板に、図２（ａ）に示すように冷媒が流れる流路を形成した後、この２枚のアルミニウム板４、４をＡｌ−Ｓｉロウ材で真空中にて接合し、冷却モジュールを作製した。同様の冷却モジュールをもう１つ作製し、抵抗発熱体を挟み込んで２つの冷却モジュールをネジ止めして試料１のウエハ保持体とした。
【００４０】
尚、冷却モジュールの流路の外径は３１０ｍｍとし、流路には腐食防止のためアルマイト処理を施した。また、抵抗発熱体は、厚み１００μｍのステンレス箔をエッチングによりヒータ回路を形成し、熱伝導率を向上させるためにアルミナフィラーを添加した厚み０.５ｍｍのシリコン樹脂シートで挟み込んだ。
【００４１】
また、上記のアルミニウム板に代えて２枚の銅板を用い、上記と同じ形状の冷却モジュールを２つ作製した。但し、銅板同士はＡｇ−Ｃｕロウ材で水素雰囲気中にてロウ付けし、ロウ付け後、全面に厚み３μｍのＮｉメッキを施した。この銅製の２つの冷却モジュール間に上記と同様に抵抗発熱体を挟み込み、互いの冷却モジュールをネジ止めして試料２のウエハ保持体とした。
【００４２】
また、上記のアルミニウム又は銅に代えて、Ｓｉ−ＳｉＣ複合体、炭素鋼、あるいはステンレスを使用し、上記と同じ形状の冷却モジュールを２つ作製した。但し、接合前に全面にＮｉメッキを３μｍ施すと共に、接合後もＮｉメッキを３μｍ形成した。これらＳｉ−ＳｉＣ複合体製、炭素鋼製、ステンレス製の各２つの冷却モジュール間に上記と同様に抵抗発熱体を挟み込み、互いの冷却モジュールをネジ止めして、それぞれ試料３、４、５のウエハ保持体とした。
【００４３】
更に別の形態として、図３に示すように、厚み７ｍｍのアルミニウム板４ａにザグリ加工を施して溝を形成し、その溝内に冷媒が流れる銅パイプ６をステンレス製のバンド７を用いてネジ止めにより固定した。更に、そのネジ止め部分に蓋をするように、厚み３ｍｍのアルミニウム板４ｂをネジ止めにより固定して、冷却モジュールとした。この冷却モジュールを２つ準備し、上記と同様に抵抗発熱体を挟み込み、互いの冷却モジュールをネジ止めして試料６のウエハ保持体とした。
【００４４】
上記の冷却モジュール間に抵抗発熱体を挟み込む方法は、上側冷却モジュールと下側冷却モジュールの互いに向かい合う面にザグリ加工を施し、シリコン樹脂シートで挟み込んだ抵抗発熱体が上下の冷却モジュールに密着するようにザグリ深さを調整した。また、上側冷却モジュールと下側冷却モジュールの間にはＯ−リングを配置し、チャンバー内の雰囲気が抵抗発熱体部分に入らないようにした。また、上側と下側の冷却モジュールの固定は、下側冷却モジュールに貫通孔を形成し、上側冷却モジュールに形成したネジ穴にステンレス製のネジをねじ込み固定した。このとき、上側と下側の冷却モジュール間には、ステンレス製のリング状のスペーサー部材をネジが挿通されるように設置した。
【００４５】
更に、上記試料１と同じアルミニウム製の冷却モジュールの間に、上記と同じ抵抗発熱体を２つ積層して配置した試料７、及び抵抗発熱体を３つ積層して配置した試料８の各ウエハ保持体も作製した。尚、抵抗発熱体を複数枚積層する場合は、シリコン樹脂シートで挟み込んだ抵抗発熱体を上下に積層し、これを上側と下側の冷却モジュールの間に設けたザグリ部に収容して挟み込んだ。
【００４６】
比較例として、図４に示す従来の構造を有する試料９のウエハ保持体を作製した。即ち、厚み１０ｍｍのＡｌＮ基板９に、上記と同様にしてステンレス箔をエッチングした抵抗発熱体１を取り付け、そのＡｌＮ基板９の下側のみに、上記し且つ図２に示した流路を有するアルミニウム製の冷却モジュール２をネジ止めにより取り付けた。
【００４７】
次に、上部フランジ部の直径が１００ｍｍ、中間部の直径が６０ｍｍ、下部フランジ部の直径が９０ｍｍ、全体の長さが１５０ｍｍのステンレス製の筒状支持体を準備した。この筒状支持部材の上部フランジ部に溝加工を施し、その溝内にＯ−リングを装着し、下側冷却モジュールに対してネジ止めにより固定した。更に、各冷却モジュールの流路に接続するステンレス製の冷媒供給用及び排出用の配管、抵抗発熱体用電極、温度測定用熱電対を取り付けた。
【００４８】
これら試料１〜９の各ウエハ保持体に、直径３００ｍｍのウエハ温度計（１７点の温度測定が可能）を搭載し、真空チャンバー内に設置した。ウエハ保持体を常温から２００℃に昇温した後１０分間キープし、２００℃到達後１０分の時点での均熱性を測定した。その後、冷却モジュールに冷媒として５℃の水を５リットル／分の流量で流して冷却し、ウエハの温度が２００℃から５０℃になるまでの冷却速度と、５０℃到達後１０分の時点での均熱性を測定した。得られた結果を下記表１に示す。
【００４９】
【表１】
0004893543.tif 000002
【００５０】
上記の結果から分るように、冷却モジュールで発熱体を挟み込む構造を有する本発明の試料の各ウエハ保持体は、特に冷却速度に関して、従来の構造を有する比較例のウエハ保持体（試料９）に比べて格段に優れている。また、冷却モジュールの熱伝導率としては、５０Ｗ／ｍＫ以上必要であることが分る。更に、抵抗発熱体を複数積層することによって、昇温速度が速くなることが分る。
【００５１】
［実施例２］
上記実施例１の各ウエハ保持体において、下記表２に示すように冷却モジュールの材質と厚みを変化させた。尚、各冷却モジュールの構造は、使用した材質に応じて上記実施例１と同様とした。各ウエハ保持体について、上記実施例１と同様の試験を行い、その結果を下記表２に示した。
【００５２】
【表２】
0004893543.tif 000003
【００５３】
上記の結果から、昇温速度及び冷却速度の観点から、冷却モジュールの厚みは１５ｍｍ以下が好ましいことが分る。厚みが１５ｍｍよりも大きいと、冷却モジュールの熱容量が大きくなり、側面からの熱放散や熱流入が激しくなるため好ましくない。
【００５４】
［実施例３］
上記実施例１で使用したアルミニウム製の冷却モジュールであって、これらの冷却モジュールの厚みが６、８、１２、１４ｍｍのものを準備した。これらの冷却モジュールを組み合わせてウエハ保持体を作製し、上記実施例１と同様の試験を行い、その結果を下記表３に示した。
【００５５】
【表３】
0004893543.tif 000004
【００５６】
上記の結果から、上側冷却モジュールと下側冷却モジュールの厚さの違いが大きく、従って熱容量の差が大きくなると、冷却モジュールに反りが発生するため均熱性が低下することが分る。
【００５７】
［実施例４］
上記実施例１で使用したアルミニウム製の冷却モジュールを用いて、ウエハ保持体を作製した。これらのウエハ保持体について、冷却モジュールの流路に流れる冷媒（５℃の水）の流量を変化させて上記実施例１と同様の試験を行い、その結果を下記表４に示した。
【００５８】
【表４】
0004893543.tif 000005
【００５９】
上記の結果から、冷却モジュールの流露に流れる冷媒の流量が大きく異なると、冷却後の均熱性が低下することが分る。
【００６０】
［実施例５］
上記実施例１のアルミニウム製の冷却モジュールを用い、各冷却モジュールの固定方法に関して以下の実験を行い、得られた結果を下記表５に示した。
【００６１】
即ち、上側と下側の冷却モジュールを固定する際に、固定用のネジにリング状のスペーサー部材を挿通した場合と、スペーサー部材を使用しない場合、及びスペーサー部材を使用せず、冷却モジュールの固定後に機械加工を施して載置面を再形成した場合を比較した。尚、固定後に載置面を再加工したものは、予め厚み７ｍｍと５ｍｍの冷却モジュールを固定した後、最終的に同じ厚みまで加工した。
【００６２】
【表５】
0004893543.tif 000006
【００６３】
上記の結果から、リング状のスペーサー部材を挿入した場合と、スペーサー部材を用いないで冷却モジュールの固定後に機械加工により載置面を再形成した場合は、良好な均熱性を示したが、スペーサー部材を使用せず且つ載置面を再形成しない場合には冷却モジュールが変形し、均熱性が低下したことが分る。
【００６４】
［実施例６］
上記実施例１と同様の各材質からなる冷却モジュールを用いたが、抵抗発熱体を挟み込む材料としてマイカを使用して、それぞれウエハ保持体を作製した。得られた各ウエハ保持体について、上記実施例１と同様の試験を行ったが、昇温に関してはウエハ温度計の温度が平均で４００℃になるまで昇温し、冷却に関しては実施例１と同様に５０℃まで冷却した。但し、冷媒には窒素を使用し、その流量を２００リットル／分とした。得られた結果を下記表６に示した。
【００６５】
【表６】
0004893543.tif 000007
【００６６】
上記の結果から、高温において冷媒として気体を用いた場合においても、冷却モジュールで抵抗発熱体を挟み込む構造の本発明のウエハ保持体が優れていることが分る。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明によるウエハ保持体の一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】冷媒用の流路を有する冷却モジュールの具体例を示す概略の断面図であり、（ａ）は接合する２枚の金属板に流路を形成した例及び（ｂ）は接合する２枚の金属板の片方に流路を形成した例である。
【図３】冷媒用の流路としてパイプを備えた冷却モジュールの一具体例を示す概略の断面図である。
【図４】比較例としての従来のウエハ保持体を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１      抵抗発熱体
２      冷却モジュール
２ａ    上側冷却モジュール
２ｂ    下側冷却モジュール
３      筒状支持部材
４、４ａ、４ｂ    アルミニウム板
５      流路
６      銅パイプ
７      バンド
８      Ｏ−リング
９      ＡｌＮ基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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