JP2016092215A - 加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被処理物を支持する支持部材の温度分布を均一にでき、かつ、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって十分に緩和できる加熱装置を提供すること。
【解決手段】静電チャック（加熱装置）１は、ベース部材１２と、半導体ウェハ（被処理物）８を支持する支持面１１１を有する支持部材１１と、支持部材１１に設けられ、半導体ウェハ（被処理物）８を加熱するヒータ４１と、充填材を含有する第１樹脂層６１と、充填材を含有しない第２樹脂層６２と、を備えている。ベース部材１２と支持部材１１との間には、第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２を含む接合層１３が配置されている。接合層１３は、第１樹脂層６１を少なくとも１層含む接合本体部１３１と、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】静電チャック（加熱装置）１は、ベース部材１２と、半導体ウェハ（被処理物）８を支持する支持面１１１を有する支持部材１１と、支持部材１１に設けられ、半導体ウェハ（被処理物）８を加熱するヒータ４１と、充填材を含有する第１樹脂層６１と、充填材を含有しない第２樹脂層６２と、を備えている。ベース部材１２と支持部材１１との間には、第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２を含む接合層１３が配置されている。接合層１３は、第１樹脂層６１を少なくとも１層含む接合本体部１３１と、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２と、を含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、例えば、半導体ウェハ等を支持して加熱する加熱装置に関する。
従来、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の加工処理が行われている。この加工処理の精度を高めるためには、半導体製造装置内に半導体ウェハを確実に支持する支持手段が必要である。この支持手段として、静電チャックが知られている。
静電チャックは、例えば、ベース部材と、半導体ウェハを支持する支持部材とを備えている。支持部材には、吸着用電極及びヒータが設けられている。ベース部材と支持部材とは、樹脂製の接着剤等からなる接合層を介して接合されている。静電チャックは、吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力により、半導体ウェハを支持部材の支持面に吸着して支持する。また、ヒータによって、支持部材の支持面に吸着支持された半導体ウェハを加熱する。
ところで、静電チャックには、加工処理の精度を高めるうえで、支持部材の支持面の温度ばらつきが小さいことが求められる。例えば、特許文献１には、ベース部材と支持部材との間の接合層にフィラーの含有比率が異なる２つの層を設けたウェハ支持部材が開示されている。
しかしながら、前記特許文献１のように、接合層にフィラーの含有比率が異なる２つの層を設けただけでは、支持部材の支持面の温度ばらつきの均一化が十分ではなかった。また、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって緩和する効果も十分ではなかった。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、被処理物を支持する支持部材の支持面の温度分布を均一にでき、かつ、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって十分に緩和できる加熱装置を提供しようとするものである。
本発明の第１の態様は、表面及び裏面を有するベース部材と、該ベース部材の前記表面側に配置され、被処理物を支持する支持面を有する支持部材と、該支持部材に設けられ、前記被処理物を加熱するヒータと、充填材を含有する第１樹脂層と、充填材を含有しない第２樹脂層と、を備え、前記ベース部材と前記支持部材との間には、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層を含む接合層が配置され、該接合層は、前記第１樹脂層を少なくとも１層含む接合本体部と、前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層と、を含むことを特徴とする加熱装置である。
前記加熱装置は、ベース部材と接合本体部との間に、第２樹脂層を配置している。すなわち、接合層におけるベース部材と接する位置に、第２樹脂層を配置している。ここで、第２樹脂層は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、接合層を形成する際、ベース部材の表面の凹凸やうねりに対して第２樹脂層が追随し、ベース部材と接合層との間に気泡が入ることを抑制できる。これにより、気泡の存在に起因する、ベース部材と接合層との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材の支持面の温度分布を均一にできる。
また、接合層に、充填材を含まない第２樹脂層を入れることで、接合層全体としての熱伝導率が小さくなる。そのため、支持部材から接合層を介してベース部材に熱が伝わりにくくなる。一方で、支持部材（支持面）内において熱が伝わりやすくなる。これにより、支持部材に設けられたヒータの消費電力を抑えながら、支持部材の支持面の温度分布を均一にできる。
また、接合層に、充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層を入れることで、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって十分に緩和することができる。これにより、熱応力による加熱装置の変形（反り）を抑制できる。
また、接合層は、第１樹脂層を少なくとも１層含む接合本体部を有する。接合層に充填材を含む第１樹脂層を入れることで、接合層全体の強度を高めることができる。これにより、支持部材の位置ずれを抑制できる。また、第１樹脂層は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて、厚い平坦な層を形成することが容易となる。
また、第１樹脂層は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて粘度が高く、チキソトロピー性を有する。そのため、第１樹脂層をスクリーン印刷等の一般的な塗布方法により均一に塗布することができる。また、材料のロスを抑えて効率良く塗布することができる。
本発明の第２の態様は、表面及び裏面を有するベース部材と、該ベース部材の前記表面側に配置され、被処理物を支持する支持面を有する支持部材と、該支持部材に設けられ、前記被処理物を加熱するヒータと、充填材を含有する第１樹脂層と、充填材を含有しない第２樹脂層と、を備え、前記ベース部材と前記支持部材との間には、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層を含む接合層が配置され、該接合層は、前記ベース部材側に配置された前記第１樹脂層と、前記支持部材側に配置された前記第１樹脂層と、これら２つの前記第１樹脂層の間に配置された前記第２樹脂層と、を含むことを特徴とする加熱装置である。
前記加熱装置は、接合層におけるベース部材側及び支持部材側に、それぞれ第１樹脂層を配置している。すなわち、接合層におけるベース部材や支持部材と接する位置に、第１樹脂層を配置している。ここで、第１樹脂層は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて熱伝導率が高い。そのため、ベース部材によって接合層が冷却されやすくなる。この場合、接合層全体の温度が低下することから、接合層の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、接合層に要求される耐熱性が緩和され、接合層に用いる材料の選択の幅が広がる。
また、第１樹脂層は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて粘度が高く、チキソトロピー性を有する。そのため、第１樹脂層をスクリーン印刷等の一般的な塗布方法により均一に塗布することができる。また、材料のロスを抑えて効率良く塗布することができる。
また、充填材を含む第１樹脂層同士の間に、充填材を含まない第２樹脂層を配置している。ここで、第２樹脂層は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、第１樹脂層同士の間に第２樹脂層を挟み込むことで、第２樹脂層が第１樹脂層の緩衝材としての役割を果たす。具体的には、接合層を形成する際、第１樹脂層がベース部材や支持部材の表面の凹凸やうねりに対して追随し、ベース部材と支持部材とを接合層によって均一に接着できる。これにより、ベース部材と支持部材との接着の不均一に起因する、ベース部材と接合層との間の熱伝導率の低下や支持部材と接合層との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材の支持面の温度分布を均一にできる。
また、接合層に、充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層を入れることで、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって十分に緩和することができる。これにより、熱応力による加熱装置の変形（反り）を抑制できる。
このように、本発明によれば、被処理物を支持する支持部材の支持面の温度分布を均一にでき、かつ、ベース部材と支持部材との間に生じる熱応力を接合層によって十分に緩和できる加熱装置を提供することができる。
前記加熱装置において、前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みは、０．５〜１０μｍであってもよい。この場合には、ベース部材と支持部材との位置ずれを抑制できると共に、接合層による熱応力緩和効果を十分に得ることができる。なお、第２樹脂層の厚みの測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等による断面観察によって行うことができる。その他、第１樹脂層の厚みや接合層全体の厚みも同様に測定することができる。
前記接合層は、さらに、前記支持部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層を含んでいてもよい。すなわち、接合層における支持部材と接する位置に、第２樹脂層が配置される。ここで、第２樹脂層は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、接合層を形成する際、支持部材の表面の凹凸やうねりに対して第２樹脂層が追随し、支持部材と接合層との間に気泡が入ることを抑制できる。これにより、気泡の存在に起因する、支持部材と接合層との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材の支持面の温度分布を均一にできる。その他、前述したベース部材と接合本体部との間に配置された第２樹脂層と同様の作用効果が得られる。
また、前記支持部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みは、０．５〜１０μｍであってもよい。この場合には、ベース部材と支持部材との位置ずれを抑制できると共に、接合層による熱応力緩和効果を十分に得ることができる。
前記接合本体部は、複数層の前記第１樹脂層と、該第１樹脂層同士の間に配置された前記第２樹脂層と、を含んでいてもよい。この場合には、接合本体部に充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層を入れることで、接合層による熱応力緩和効果が向上する。
前記接合本体部に含まれる前記第２樹脂層の厚みは、前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みよりも大きくてもよい。この場合には、接合層による熱応力緩和効果を高めることができる。
前記接合本体部に含まれる前記第２樹脂層の厚みは、前記支持部材と前記接合本体部との間に前記第２樹脂層が配置されている場合、該第２樹脂層の厚みよりも大きくてもよい。この場合には、接合層による熱応力緩和効果を高めることができる。
前記接合層における前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層の積層数が多くなればなるほど、層間の熱抵抗が生じるため、接合層全体としての熱伝導率が小さくなる。そのため、支持部材から接合層を介してベース部材に熱が伝わりにくくなる。一方で、支持部材（支持面）内において熱が伝わりやすくなる。これにより、支持部材に設けられたヒータの消費電力を抑えながら、支持部材の支持面の温度分布を均一にできる。
前記支持部材は、その支持部材に設けた吸着用電極に対して電圧を印加した際に生じる静電引力を用いて、被処理物を吸着できるよう構成されている。被処理物としては、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる。
前記支持部材は、例えば、積層した複数のセラミック層により構成することができる。このような構成にすると、支持部材の内部に各種の構造（例えば吸着用電極、ヒータ電極等）を容易に形成することができる。
前記支持部材を構成する材料としては、例えば、セラミック材料等を用いることができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等を主成分とする焼結体を用いることができる。
前記吸着用電極及び前記ヒータ（発熱体）を構成する導体の材料としては、特に限定されないが、同時焼成法によってこれらの導体及び支持部材を形成する場合、導体中の金属粉末は、支持部材の焼成温度よりも高融点である必要がある。導体中の金属粉末としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、これらの合金等を用いることができる。
前記ベース部材を構成する材料としては、例えば、金属材料等を用いることができる。金属材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金等を用いることができる。また、ベース部材には、冷却媒体を流通させる冷媒流路が設けられていてもよい。
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層を構成する樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。この中でも特にシリコーン樹脂が好ましい。シリコーン樹脂は、耐熱性や気体透過性が高い。気体透過性が高いと、第１樹脂層及び第２樹脂層の内部の気泡発生を抑制できる。
前記樹脂材料としては、硬化過程で揮発性化合物を生じない熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂には、硬化の過程でオキシム、アセトン、アルコール、酢酸等の揮発性化合物を生じるものがある。支持部材とベース部材との間に接合層が配置されるため、これらの揮発物が接合層（樹脂材料）から抜けにくく、接合（接着）不良の原因となる。前記樹脂材料として、硬化過程で揮発性化合物を生じない熱硬化性樹脂を用いることで、このような問題を解決できる。
前記第１樹脂層に含有される前記充填材としては、例えば、無機充填材等を用いることができる。無機充填材としては、例えば、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミノシリケート、ジルコニア、チタニア、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、マイカ、カーボンブラック等を用いることができる。この中でも特に安価で耐久性のあるアルミナやシリカが好ましい。また、これらを単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
前記充填材の形状は、球状であることが好ましい。この場合には、繊維状や板状であるときに比べて、接合層の伸びと歪みを大きくすることができる。また、熱伝導に異方性が生じることを抑制でき、接合層（第１樹脂層）の温度分布のばらつきを抑制できる。
なお、充填材の形状が「球状」であるとは、真球状のみならず、真球状に近似した形状を含む。すなわち、充填材全体の９０％以上が形状因子１〜１．４の範囲内にあることをいう。ここで、形状因子とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で拡大観察した任意の数（例えば数百個）の粒子の長径と長径に直交する短径との比の平均値より算出することができる。したがって、完全な球形粒子のみであれば形状因子は１であり、この形状因子が１から外れるほど非球形となる。
前記第１樹脂層に含有される前記充填材の一部に、内部が中空状の中空粒子が含まれていてもよい。中空粒子は、中実の粒子に比べて低密度であり、第１樹脂層中での沈降速度が遅くなる。そのため、第１樹脂層中での充填材の偏りを抑制し、第１樹脂層内（例えば上下）で特性が変化するといったことを抑制できる。
前記接合層において、隣接する２つの層（第１樹脂層、第２樹脂層）の樹脂材料を同じとすることが好ましい。この場合には、各層同士の接合力が向上し、各層の接合面での剥離を抑制できる。
前記接合層において、複数層存在する第２樹脂層は、すべて同じ組成であることが好ましい。また、第１樹脂層が複数層存在する場合、第１樹脂層は、すべて同じ組成であることが好ましい。この場合には、例えば、各層の硬化反応が均一となり、支持部材の反りやベース部材と支持部材との位置ずれを抑制できる。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
本実施形態は、本発明の加熱装置を静電チャックに適用した例である。
（実施形態１）
本実施形態は、本発明の加熱装置を静電チャックに適用した例である。
図１〜図６に示すように、本実施形態の静電チャック（加熱装置）１は、表面１２１及び裏面１２２を有するベース部材１２と、ベース部材１２の表面１２１側に配置され、半導体ウェハ（被処理物）８を支持する支持面１１１を有する支持部材１１と、支持部材１１に設けられ、半導体ウェハ（被処理物）８を加熱するヒータ４１と、充填材を含有する第１樹脂層６１と、充填材を含有しない第２樹脂層６２と、を備えている。
ベース部材１２と支持部材１１との間には、第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２を含む接合層１３が配置されている。接合層１３は、第１樹脂層６１を少なくとも１層含む接合本体部１３１と、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２と、を含む。以下、この静電チャック１について詳細に説明する。
図１、図２に示すように、静電チャック１は、被処理物である半導体ウェハ８を吸着支持する装置である。静電チャック１は、支持部材１１、ベース部材１２、接合層１３等を備えている。支持部材１１とベース部材１２とは、両者の間に配置された接合層１３を介して接合されている。
本実施形態では、支持部材１１側を上側、ベース部材１２側を下側とする。上下方向とは、支持部材１１とベース部材１２との積層方向であり、支持部材１１及びベース部材１２の厚み方向である。上下方向（厚み方向）に直交する方向とは、静電チャック１が平面的に広がる方向（平面方向、面方向）である。
同図に示すように、支持部材１１は、半導体ウェハ８を吸着して支持する部材である。支持部材１１は、表面（支持面）１１１及び裏面１１２を有し、円板状に形成されている。支持部材１１の表面（支持面）１１１は、半導体ウェハ８を吸着して支持する面である。支持部材１１は、複数のセラミック層（図示略）を積層して構成されている。各セラミック層は、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体からなる。
支持部材１１の内部には、吸着用電極２１及びヒータ（発熱体）４１が配置されている。吸着用電極２１は、支持部材１１の内部において、略同一平面上に配置されている。吸着用電極２１は、直流高電圧を印加することにより静電引力を発生する。この静電引力により、半導体ウェハ８を支持部材１１の表面（支持面）１１１に吸着して支持する。吸着用電極２１は、タングステンからなる。
ヒータ４１は、支持部材１１の内部において、吸着用電極２１よりも下方側（ベース部材１２側）に配置されている。ヒータ４１は、支持部材１１の内部において、略同一平面上に配置されている。ヒータ４１は、タングステンからなる。吸着用電極２１及びヒータ４１を構成する材料としては、前述のタングステンの他、モリブデン、これらの合金等を用いることができる。
同図に示すように、ベース部材１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製の冷却用部材（クーリングプレート）である。ベース部材１２は、表面１２１及びベース裏面を有し、円板状に形成されている。ベース部材１２は、支持部材１１の下方側に配置されている。ベース部材１２の内部には、冷却媒体（例えば、フッ素化液、純水等）を流通させる冷媒流路１２３が設けられている。
同図に示すように、接合層１３は、支持部材１１とベース部材１２との間に配置されている。支持部材１１とベース部材１２とは、接合層１３を介して接合されている。なお、接合層１３の詳細については後述する。
図３（Ａ）に示すように、吸着用電極２１は、前述のとおり、支持部材１１の内部において、略同一平面上に配置されている。吸着用電極２１は、平面視で円形状に形成されている。
図３（Ｂ）に示すように、吸着用電極２１の下方側（ベース部材１２側）には、ビア２２が配置されている。ビア２２は、支持部材１１の中心軸に沿って上下方向に形成されている。ビア２２は、吸着用電極２１に接続されている。
図１に示すように、静電チャック１の内部には、ベース部材１２の裏面１２２から支持部材１１側に向かって上下方向に形成された内部穴３１が設けられている。内部穴３１には、筒状の絶縁部材３２が嵌め込まれている。内部穴３１の底面には、メタライズ層２３が設けられている。メタライズ層２３は、ビア２２に接続されている。すなわち、吸着用電極２１は、ビア２２を介して、メタライズ層２３に接続されている。
メタライズ層２３には、接続端子３３が設けられている。接続端子３３には、端子金具３４が取り付けられている。端子金具３４は、電源回路（図示略）に接続されている。吸着用電極２１には、接続端子３３等を介して、静電引力を発生させるための電力が供給される。
図４（Ａ）に示すように、ヒータ４１は、前述のとおり、支持部材１１の内部において、略同一平面上に配置されている。長尺状の１本のヒータ４１は、何度も折り返して略同心円状に配置されている。
図４（Ｂ）に示すように、ヒータ４１の下方側（ベース部材１２側）には、一対のビア４２、４３が配置されている。一対のビア４２、４３は、ヒータ４１の一対の端子部４１１、４１２にそれぞれ接続されている。
図４（Ｃ）に示すように、一対のビア４２、４３の下方側（ベース部材１２側）には、一対のドライバ（内部導電層）４４、４５が配置されている。一対のドライバ４４、４５は、一対のビア４２、４３にそれぞれ接続されている。各ドライバ４４、４５は、平面視が略半円形状に形成されている。
図４（Ｄ）に示すように、一対のドライバ４４、４５の下方側（ベース部材１２側）には、一対のビア４６、４７が配置されている。一対のビア４６、４７は、一対のドライバ４４、４５にそれぞれ接続されている。
図１に示すように、静電チャック１の内部には、ベース部材１２の裏面１２２から支持部材１１側に向かって上下方向に形成された内部穴５１が設けられている。内部穴５１には、筒状の絶縁部材５２が嵌め込まれている。内部穴５１の底面には、一対のメタライズ層４８が設けられている（図１では一方のみを示す）。一対のメタライズ層４８は、一対のビア４６、４７にそれぞれ接続されている。すなわち、ヒータ４１（端子部４１１、４１２）は、ビア４２、４３、ドライバ４４、４５及びビア４６、４７を介して、メタライズ層４８に接続されている。
メタライズ層４８には、接続端子５３が設けられている。接続端子５３には、端子金具５４が取り付けられている。端子金具５４は、電源回路（図示略）に接続されている。ヒータ４１には、接続端子５３等を介して、ヒータ４１を発熱させるための電力が供給される。
図５に示すように、冷媒流路１２３は、ベース部材１２の内部において、略同一平面上に配置されている。冷媒流路１２３は、平面視で渦巻き状に形成されている。冷媒流路１２３は、その一端から冷却媒体を導入し、その他端から冷却媒体を排出するよう構成されている。
図示を省略したが、静電チャック１（支持部材１１、ベース部材１２）の内部には、半導体ウェハ８を冷却するヘリウム等の冷却用ガスの供給通路となる冷却用ガス供給路が設けられている。支持部材１１の表面（支持面）１１１には、冷却用ガス供給路が開口して形成された複数の冷却用開口部（図示略）及びその冷却用開口部から供給された冷却用ガスが支持部材１１の表面（支持面）１１１全体に広がるように形成された環状の冷却用溝部（図示略）が設けられている。
このような構成の静電チャック１において、図１、図２に示すように、ベース部材１２と支持部材１１との間には、第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２を含む接合層１３が配置されている。接合層１３は、第１樹脂層６１からなる接合本体部１３１と、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２と、支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２とを有する。
図６に示すように、第１樹脂層６１は、シリコーン樹脂中に充填材６１１が分散されたものである。充填材６１１は、球状のアルミナ粒子である。一方、第２樹脂層６２は、シリコーン樹脂からなり、第１樹脂層６１のように充填材が含有されていない。
本実施形態において、接合層１３全体の厚みは、３０４μｍである。また、接合本体部１３１（第１樹脂層６１）の厚みは、３００μｍである。また、第２樹脂層６２の厚みは、２μｍである。
次に、本実施形態の静電チャックの製造方法について説明する。
まず、支持部材１１を作製する。具体的には、従来公知の方法により、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシートを作製する。本実施形態では、支持部材１１となる複数のセラミックグリーンシートを作製する。
まず、支持部材１１を作製する。具体的には、従来公知の方法により、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシートを作製する。本実施形態では、支持部材１１となる複数のセラミックグリーンシートを作製する。
次いで、複数のセラミックグリーンシートに対して、内部穴３１となる空間、冷却用ガス供給路等の冷却ガスの流路となる空間、ビア２２、４２、４３、４６、４７となるスルーホール等を必要箇所に形成する。
次いで、複数のセラミックグリーンシートにおいて、ビア２２、４２、４３、４６、４７となる位置に形成したスルーホール内に、メタライズインクを充填する。また、複数のセラミックグリーンシートにおいて、吸着用電極２１、ヒータ４１、ドライバ４４、４５を形成する位置に、スクリーン印刷等の方法により、メタライズインクを塗布する。なお、メタライズインクは、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシート用の原料粉末にタングステン粉末を混合してスラリー状としたものである。
次いで、複数のセラミックグリーンシートを互いに位置合わせして積層、熱圧着し、積層体を得る。積層体は、所定の形状にカットする。そして、積層体を還元雰囲気中、１４００〜１６００℃の温度で焼成し、吸着用電極２１、ヒータ４１等が設けられた支持部材１１を得る。その後、支持部材１１の必要な箇所に、メタライズ層２３、４８等を形成する。
次いで、図７（Ａ）に示すように、内部穴３１、５１、冷媒流路１２３等（図示略）が形成されたベース部材１２の表面１２１上に、第２樹脂層６２となる第２接着材を塗布する。第２接着材の塗布方法としては、スクリーン印刷、スピンコート、ディップコート等を用いることができる。その後、第２接着材を弱く加熱し、第２接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。なお、第２接着材は、シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製：ＴＳＥ３０７０）からなる。
次いで、図７（Ｂ）に示すように、第２樹脂層６２上に、第１樹脂層６１となる第１接着材を塗布する。第１接着材の塗布方法としては、第２接着材と同様であるが、充填材を含んでおり、厚膜に形成するため、スクリーン印刷が好ましい。その後、第１接着材を弱く加熱し、第１接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。なお、第１接着材は、シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製：ＴＳＥ３０７０）に、充填材であるアルミナ粉末（アドマテックス社製：ＡＯ−５０９）を混合し、撹拌脱泡処理を施したものである。混合方法としては、撹拌羽根による方法、ロールによる方法等を用いることができる。良好な分散性が得られる点から、ロールミルが好ましい。第１接着材において、充填材の含有量は、７５質量％である。充填材であるアルミナ粉末は、篩により選別した粒径が２５μｍ以下のものを用いた。
次いで、図７（Ｃ）に示すように、第１樹脂層６１上に、第２樹脂層６２となる第２接着材を塗布する。その後、第２接着材を弱く加熱し、第２接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。これにより、ベース部材１２の表面１２１上に、接合層１３を形成する。
次いで、図８に示すように、接合層１３上に支持部材１１を載せる。そして、接合層１３を強く加熱し、硬化させる。これにより、支持部材１１とベース部材１２とを接合層１３によって接合（接着）する。以上により、静電チャック１を得る。
次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１は、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に、第２樹脂層６２を配置している。すなわち、接合層１３におけるベース部材１２と接する位置に、第２樹脂層６２を配置している。ここで、第２樹脂層６２は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、接合層１３を形成する際、ベース部材１２の表面の凹凸やうねりに対して第２樹脂層６２が追随し、ベース部材１２と接合層１３との間に気泡が入ることを抑制できる。これにより、気泡の存在に起因する、ベース部材１２と接合層１３との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。
本実施形態の静電チャック１は、ベース部材１２と接合本体部１３１との間に、第２樹脂層６２を配置している。すなわち、接合層１３におけるベース部材１２と接する位置に、第２樹脂層６２を配置している。ここで、第２樹脂層６２は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、接合層１３を形成する際、ベース部材１２の表面の凹凸やうねりに対して第２樹脂層６２が追随し、ベース部材１２と接合層１３との間に気泡が入ることを抑制できる。これにより、気泡の存在に起因する、ベース部材１２と接合層１３との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。
また、接合層１３に、充填材を含まない第２樹脂層６２を入れることで、接合層１３全体としての熱伝導率が小さくなる。そのため、支持部材１１から接合層１３を介してベース部材１２に熱が伝わりにくくなる。一方で、支持部材１１（支持面１１１）内において熱が伝わりやすくなる。これにより、支持部材１１に設けられたヒータ４１の消費電力を抑えながら、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。
また、接合層１３に、充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層６２を入れることで、ベース部材１２と支持部材１１との間に生じる熱応力を接合層１３によって十分に緩和することができる。これにより、熱応力による静電チャック１の変形（反り）を抑制できる。
また、接合層１３は、第１樹脂層６１を少なくとも１層含む接合本体部１３１を有する。接合層１３に充填材を含む第１樹脂層６１を入れることで、接合層１３全体の強度を高めることができる。これにより、支持部材１１の位置ずれを抑制できる。また、第１樹脂層６１は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて、厚い平坦な層を形成することが容易となる。
また、第１樹脂層６１は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて粘度が高く、チキソトロピー性を有する。そのため、第１樹脂層６１をスクリーン印刷等の一般的な塗布方法により均一に塗布することができる。また、材料のロスを抑えて効率良く塗布することができる。
また、本実施形態において、接合層１３は、さらに、支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２を含んでいる。すなわち、接合層１３における支持部材１１と接する位置に、第２樹脂層６２が配置される。ここで、第２樹脂層６２は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、接合層１３を形成する際、支持部材１１の表面の凹凸やうねりに対して第２樹脂層６２が追随し、支持部材１１と接合層１３との間に気泡が入ることを抑制できる。これにより、気泡の存在に起因する、支持部材１１と接合層１３との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。その他、前述したベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２と同様の作用効果が得られる。
また、ベース部材１２と接合本体部１３１との間及び支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２に配置された第２樹脂層６２の厚みは、０．５〜１０μｍ（本実施形態では２μｍ）である。そのため、ベース部材１２と支持部材１１との位置ずれを抑制できると共に、接合層１３による熱応力緩和効果を十分に得ることができる。
このように、本実施形態によれば、半導体ウェハ（被処理物）８を支持する支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にでき、かつ、ベース部材１２と支持部材１１との間に生じる熱応力を接合層１３によって十分に緩和できる静電チャック（加熱装置）１を提供することができる。
なお、本実施形態の製造方法では、図７、図８に示すように、ベース部材１２の表面１２１上に、直接、第１接着材や第２接着材を塗布して接合層１３を形成したが、支持部材１１の裏面１１２上に、直接、第１接着材や第２接着材を塗布して接合層１３を形成してもよい。また、その他の方法を用いることもできる。
例えば、図９（Ａ）に示すように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の搬送フィルム６０上に、第２樹脂層６２となる第２接着材を塗布する。その後、第２接着材を弱く加熱し、第２接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。
次いで、図９（Ｂ）に示すように、第２樹脂層６２上に、第１樹脂層６１となる第１接着材を塗布する。その後、第１接着材を弱く加熱し、第１接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。
次いで、図９（Ｃ）に示すように、第１樹脂層６１上に、第２樹脂層６２となる第２接着材を塗布する。その後、第２接着材を弱く加熱し、第２接着材の接着性を備えたまま流動を抑制する。これにより、搬送フィルム６０上に、接合層１３を形成する。
次いで、図１０（Ａ）に示すように、ベース部材１２の表面１２１上に、搬送フィルム６０上に形成した接合層１３を載せる。その後、図１０（Ｂ）に示すように、搬送フィルム６０を除去する。これにより、ベース部材１２の表面１２１上に、接合層１３を転写する。なお、接合層１３の転写は、支持部材１１の裏面１１２上に行ってもよい。以降は前述の製造方法と同様である。
この製造方法の場合、搬送フィルム６０上に接合層１３を形成することで、接合層１３に貫通孔を形成したり、外形を切り出したりする等の形状加工が容易となる。また、外形を切り出すことで、ベース部材１２や支持部材１１の必要な箇所にだけ接合層１３を形成することが容易となる。
（実施形態２）
本実施形態は、図１１、図１２に示すように、静電チャック１の接合層１３の一部（接合本体部１３１）の構成を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。
本実施形態は、図１１、図１２に示すように、静電チャック１の接合層１３の一部（接合本体部１３１）の構成を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。
図１１に示す例では、接合層１３の接合本体部１３１は、２つの第１樹脂層６１と、２つの第１樹脂層６１の間に配置された第２樹脂層６２とを有する。すなわち、接合本体部１３１は、第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第１樹脂層６１の順に、上下方向に交互に積層してなる。また、接合層１３において、接合本体部１３１に含まれる第２樹脂層６２の厚みは、ベース部材１２と接合本体部１３１との間及び支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２の厚みよりも大きい。
図１２に示す例では、接合層１３の接合本体部１３１は、３つの第１樹脂層６１と、第１樹脂層６１同士の間に配置された第２樹脂層６２とを有する。すなわち、接合本体部１３１は、第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第１樹脂層６１の順に、上下方向に交互に積層してなる。また、接合層１３において、接合本体部１３１に含まれる第２樹脂層６２の厚みは、ベース部材１２と接合本体部１３１との間及び支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２の厚みよりも大きい。
本実施形態において、接合層１３における接合本体部１３１は、複数層の第１樹脂層６１と、第１樹脂層６１同士の間に配置された第２樹脂層６２とを含んでいる。接合本体部１３１に充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層６２を入れることで、接合層１３による熱応力緩和効果が向上する。
また、接合層１３の接合本体部１３１に含まれる第２樹脂層６２の厚みは、ベース部材１２と接合本体部１３１との間及び支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置された第２樹脂層６２の厚みよりも大きい。そのため、接合層１３による熱応力緩和効果を高めることができる。
また、接合層１３における第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２の積層数が多くなればなるほど、層間の熱抵抗が生じるため、接合層１３全体としての熱伝導率が小さくなる。そのため、支持部材１１から接合層１３を介してベース部材１２に熱が伝わりにくくなる。一方で、支持部材１１（支持面１１１）内において熱が伝わりやすくなる。これにより、支持部材１１に設けられたヒータ４１の消費電力を抑えながら、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。
（実施形態３）
本実施形態は、図１３、図１４に示すように、静電チャック１の接合層１３全体の構成を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成については説明を省略する。
本実施形態は、図１３、図１４に示すように、静電チャック１の接合層１３全体の構成を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成については説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の静電チャック（加熱装置）１は、表面１２１及び裏面１２２を有するベース部材１２と、ベース部材１２の表面１２１側に配置され、半導体ウェハ（被処理物）８を支持する支持面１１１を有する支持部材１１と、支持部材１１に設けられ、半導体ウェハ（被処理物）８を加熱するヒータ電極（ヒータ）４１と、充填材を含有する第１樹脂層６１と、充填材を含有しない第２樹脂層６２と、を備えている。
ベース部材１２と支持部材１１との間には、第１樹脂層６１及び第２樹脂層６２を含む接合層１３が配置されている。接合層１３は、ベース部材１２側に配置された第１樹脂層６１と、支持部材１１側に配置された第１樹脂層６１と、これら２つの第１樹脂層６１の間に配置された第２樹脂層６２と、を含む。以下、この静電チャック１について詳細に説明する。
図１３に示すように、接合層１３は、２つの第１樹脂層６１と、２つの第１樹脂層６１の間に配置された第２樹脂層６２とを有する。すなわち、接合層１３は、第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第１樹脂層６１の順に、上下方向に交互に積層してなる。
図１４に示すように、第１樹脂層６１は、シリコーン樹脂中に充填材６１１が分散されたものである。充填材６１１は、球状のアルミナ粒子である。充填材６１１の一部に、内部が中空状の中空粒子が含まれている。一方、第２樹脂層６２は、シリコーン樹脂からなり、第１樹脂層６１のように充填材が含有されていない。
本実施形態において、接合層１３全体の厚みは、３０５μｍである。また、２つの第１樹脂層６１の厚みは、いずれも１５０μｍである。また、第２樹脂層６２の厚みは、５μｍである。
次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１は、接合層１３におけるベース部材１２側及び支持部材１１側に、それぞれ第１樹脂層６１を配置している。すなわち、接合層１３におけるベース部材１２や支持部材１１と接する位置に、第１樹脂層６１を配置している。ここで、第１樹脂層６１は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて熱伝導率が高い。そのため、ベース部材１２によって接合層１３が冷却されやすくなる。この場合、接合層１３全体の温度が低下することから、接合層１３の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、接合層１３に要求される耐熱性が緩和され、接合層１３に用いる材料の選択の幅が広がる。
本実施形態の静電チャック１は、接合層１３におけるベース部材１２側及び支持部材１１側に、それぞれ第１樹脂層６１を配置している。すなわち、接合層１３におけるベース部材１２や支持部材１１と接する位置に、第１樹脂層６１を配置している。ここで、第１樹脂層６１は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて熱伝導率が高い。そのため、ベース部材１２によって接合層１３が冷却されやすくなる。この場合、接合層１３全体の温度が低下することから、接合層１３の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、接合層１３に要求される耐熱性が緩和され、接合層１３に用いる材料の選択の幅が広がる。
また、第１樹脂層６１は、充填材を含むことから、充填材を含まない場合に比べて粘度が高く、チキソトロピー性を有する。そのため、第１樹脂層６１をスクリーン印刷等の一般的な塗布方法により均一に塗布することができる。また、材料のロスを抑えて効率良く塗布することができる。
また、充填材を含む第１樹脂層６１同士の間に、充填材を含まない第２樹脂層６２を配置している。ここで、第２樹脂層６２は、充填材を含まないことから、充填材を含む場合に比べて流動性及び柔軟性が高い。そのため、第１樹脂層６１同士の間に第２樹脂層６２を挟み込むことで、第２樹脂層６２が第１樹脂層６１の緩衝材としての役割を果たす。具体的には、接合層１３を形成する際、第１樹脂層６１がベース部材１２や支持部材１１の表面の凹凸やうねりに対して追随し、ベース部材１２と支持部材１１とを接合層１３によって均一に接着できる。これにより、ベース部材１２と支持部材１１との接着の不均一に起因する、ベース部材１２と接合層１３との間の熱伝導率の低下や支持部材１１と接合層１３との間の熱伝導率の低下を抑制でき、支持部材１１の支持面１１１の温度分布を均一にできる。
また、接合層１３に、充填材を含まない、柔軟性を有する第２樹脂層６２を入れることで、ベース部材１２と支持部材１１との間に生じる熱応力を接合層１３によって十分に緩和することができる。これにより、熱応力による静電チャック１の変形（反り）を抑制できる。
また、本実施形態では、第１樹脂層６１に含有される充填材６１１の一部に、内部が中空状の中空粒子が含まれている。中空粒子は、中実の粒子に比べて低密度であり、第１樹脂層６１中での沈降速度が遅くなる。そのため、第１樹脂層６１中での充填材６１１の偏りを抑制し、第１樹脂層６１内（例えば上下）で特性が変化するといったことを抑制できる。
（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）前述の実施形態では、第２樹脂層６２がベース部材１２と接合本体部１３１との間及び支持部材１１と接合本体部１３１との間の両方に配置されていたが、第２樹脂層６２がベース部材１２と接合本体部１３１との間に配置され、支持部材１１と接合本体部１３１との間に配置されていない構成としてもよい。
（２）前述の実施形態では、本発明の加熱装置を静電チャックに適用したが、その他、セラミックヒータやヒータ付き真空チャック等に適用することもできる。
（３）前述の実施形態３では、第１樹脂層６１に、中空粒子を含む充填材６１１が含有されているが、前述の実施形態１、２においても同様に、第１樹脂層６１に、中空粒子を含む充填材６１１が含有されていてもよい。
（３）前述の実施形態３では、第１樹脂層６１に、中空粒子を含む充填材６１１が含有されているが、前述の実施形態１、２においても同様に、第１樹脂層６１に、中空粒子を含む充填材６１１が含有されていてもよい。
１…静電チャック（加熱装置）
１１…ベース部材
１１１…支持面
１２…金属ベース
１２１…表面
１２２…裏面
１３…接合層
１３１…接合本体部
２１…吸着用電極
４１…ヒータ
６１…第１樹脂層
６２…第２樹脂層
８…半導体ウェハ（被処理物）
１１…ベース部材
１１１…支持面
１２…金属ベース
１２１…表面
１２２…裏面
１３…接合層
１３１…接合本体部
２１…吸着用電極
４１…ヒータ
６１…第１樹脂層
６２…第２樹脂層
８…半導体ウェハ（被処理物）
Claims (7)
- 表面及び裏面を有するベース部材と、
該ベース部材の前記表面側に配置され、被処理物を支持する支持面を有する支持部材と、
該支持部材に設けられ、前記被処理物を加熱するヒータと、
充填材を含有する第１樹脂層と、
充填材を含有しない第２樹脂層と、を備え、
前記ベース部材と前記支持部材との間には、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層を含む接合層が配置され、
該接合層は、前記第１樹脂層を少なくとも１層含む接合本体部と、前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層と、を含むことを特徴とする加熱装置。 - 前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みは、０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
- 前記接合層は、さらに、前記支持部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
- 前記支持部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みは、０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
- 前記接合本体部は、複数層の前記第１樹脂層と、該第１樹脂層同士の間に配置された前記第２樹脂層と、を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱装置。
- 前記接合本体部に含まれる前記第２樹脂層の厚みは、前記ベース部材と前記接合本体部との間に配置された前記第２樹脂層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
- 表面及び裏面を有するベース部材と、
該ベース部材の前記表面側に配置され、被処理物を支持する支持面を有する支持部材と、
該支持部材に設けられ、前記被処理物を加熱するヒータと、
充填材を含有する第１樹脂層と、
充填材を含有しない第２樹脂層と、を備え、
前記ベース部材と前記支持部材との間には、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層を含む接合層が配置され、
該接合層は、前記ベース部材側に配置された前記第１樹脂層と、前記支持部材側に配置された前記第１樹脂層と、これら２つの前記第１樹脂層の間に配置された前記第２樹脂層と、を含むことを特徴とする加熱装置。
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