JP2017174898A - 基板支持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】リフトピン用の貫通孔および基体の外周縁部のそれぞれの近傍を含めて基板の温度の均一化を図りうる基板支持部材を提供する。【解決手段】基体１にウエハＷが載置され、ウエハＷと複数の凸部１１（および環状凸部１２）とが当接している状態で、リフトピン６用の貫通孔１６が、基体１とウエハＷとの間の空間に連通している。このため、真空吸引経路１４を通じてこの空間が真空吸引されて負圧領域が形成される際、空間と貫通孔１６との気密性は維持されないが、基体１の上面に貫通孔１６を連続的または断続的に囲むように副凸部１３が形成されることにより、さらに負圧領域の形成の容易が図られる。【選択図】図２

Description

本発明は、基板を加熱する機能を有し、かつ、当該基板を真空吸着によって支持するための基板支持部材に関する。

環状の第１隔壁、第１隔壁の内側にあってウエハ（被吸着物）用のリフトピンを上下移動させるための複数の貫通孔、各貫通孔を取り囲む環状の第２隔壁および複数の支持突起が形成されている真空チャックが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、従来の半導体製造用の製膜プロセスにおいて、例えば高密度プラズマＣＶＤのようなプロセスではプロセスチャンバーの圧力が一般に５ｋＰａ以下と低く、基板（ウエハ）と支持部材間に伝熱のためのガスを封止する場合、ウエハと支持基材間に封止される圧力のほうがチャンバー圧力より高く、プロセス圧力に影響を及ぼさないようにするためおよびウエハと支持基材間の伝熱を維持するための封止圧力を維持するためにウエハと支持部材は当接し、ウエハと支持基材間に略閉空間を形成させる必要があった。

特開２００９−２０６４５５号公報

しかし、ウエハを真空吸着するために負圧が形成される空間の閉塞性を確保するため、第１隔壁、第２隔壁および複数の支持突起のそれぞれが基板に当接するようにそれぞれの上端の高さが揃えられている。このため、真空チャックに内蔵されている発熱抵抗体（ヒータ）により当該基板が加熱された場合、特に第２隔壁との当接箇所においてヒータから基板への伝熱量が局所的に多くなる。その結果、基板の温度が局所的に（たとえば３〜５［℃］程度）高くなる。

図４Ｂには、従来の基板保持部材により吸着保持された基板の加熱時の温度分布が示されている（明度の高低により温度の高低が表わされている。）。図４Ｂから、第２隔壁（貫通孔の周縁に形成された環状凸部）と基板とが当接しているため、基板の温度が当該貫通孔の付近で高温になっていることがわかる。この状態で基板上に成膜処理が施されても、局所的な高温箇所で膜の厚さまたは性能が局所的に変化してしまい、当該基板由来の製品の歩留まりの低下を招く。

また、近年半導体製造用の製膜プロセスにおいて、プロセスチャンバーの圧力が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａと高くする要求がある。この場合、ウエハと支持基材間に形成される空間をプロセスチャンバー圧力より低くなるように支持基材側から排気、減圧することが必要になる場合がある。

そこで、本発明は、リフトピン用の貫通孔および第１隔壁のそれぞれの近傍を含めて基板の温度の均一化を図りうる基板支持部材を提供することを目的とする。

本発明の基板支持部材は、基体と、前記基体に埋設されている発熱抵抗体と、を備え、前記基体の上面に連通する通気路と、前記基体により保持される基板を昇降させるための複数のリフトピンのそれぞれが挿通される複数の貫通孔と、前記基体の上面において局所的に突出して分散配置されている複数の凸部と、前記基体の上面において前記複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔を全周にわたりまたは部分的に取り囲み、かつ、前記複数の凸部と比較して上端が低い副凸部と、前記通気路、前記複数の貫通孔および前記複数の凸部を囲むように環状に突出している環状凸部と、が前記基体に形成されている基板支持部材であって、前記基板が前記複数の凸部のそれぞれ、または前記複数の凸部および前記環状凸部のそれぞれに当接した状態または上下に離間した状態で、前記基体の上面において前記環状凸部に囲まれた空間に前記貫通孔が連通するように構成されていることを特徴とする。

本発明の基板支持部材において、前記基体の上面における前記複数の凸部の突出量が１０〜５０［μｍ］の範囲にあることが好ましい。

本発明の基板支持部材において、前記複数の凸部のうち少なくとも１つが前記副凸部の上に形成されていることが好ましい。

本発明の基板支持部材において、前記環状凸部の突出量が前記複数の凸部の突出量よりも小さいことが好ましい。

本発明の基板支持部材によれば、基体に基板が載置され、当該基板と複数の凸部（または複数の凸部および環状凸部）とが当接している状態で、リフトピン用の貫通孔が、基体と基板との間の空間に連通している。このため、真空吸引経路を通じてこの空間が真空吸引されて負圧領域が形成される際、空間と貫通孔との気密性は維持されないが、基板を吸着保持する観点から十分な負圧が実現されうる。特に、基体の上面に貫通孔を連続的または断続的に囲むように副凸部が形成されることにより、さらに負圧領域の形成の容易が図られる。よって、基体に埋設されている発熱抵抗体によって基板が加熱される際に基板の温度が、貫通孔の周辺で局所的に高温になることが回避されながら、基板が基体により確実に吸着保持されうる。

また、環状凸部が複数の凸部と比較して基体上面における突出量が小さい場合（上端位置が低い場合）、基体に基板が載置され、当該基板と複数の凸部とが当接している状態で、環状凸部と当該基板とが離間している。この場合も、真空吸引経路を通じて基体と基板との間の空間が真空吸引されて負圧領域が形成される際、空間の気密性は維持されない。しかるに、基板を吸着保持する観点から当該空間に十分な負圧が実現されうる。よって、基体に埋設されている発熱抵抗体によって基板が加熱される際に基板の温度が、環状凸部の周辺で局所的に高温になることが回避されながら、基板が基体により確実に吸着保持されうる。

本発明の一実施形態としての基板支持部材の構成説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 図２のＸ部分の拡大説明図。 基板支持部材により吸着保持されているウエハの温度分布に関する説明図。

（構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての基板支持部材は、セラミックス焼結体からなる略円板状の基体１と、基体１に埋設されている金属箔、薄板または金属メッシュからなる発熱抵抗体２と、を備えている。セラミックス焼結体としては、たとえばＡｌＮ焼結体、Ｓｉ₃Ｎ₄焼結体またはＡｌ₂Ｏ₃焼結体が採用される。基体１の上面１０（載置面）は略平面状に形成され、上面１０側にはウエハＷが載置される。発熱抵抗体２は、径方向に延在する直線帯状、周方向に延在する略半円弧帯状または略円弧帯状の複数の発熱抵抗要素が連続するような形状に形成されている。基体１は円板状のほか矩形板状、台形状、楕円形状など、さまざまに変更されてもよく、発熱抵抗体２も複数の直線帯状の発熱抵抗要素が連続するような形状など、さまざまな形状に変更されてもよい。

図２に示されているように、基体１には、その中央部下面から発熱抵抗体２まで連続する一対の端子２０が埋設されている。一対の端子２０のそれぞれには電線が接続され、電源から当該電線および端子２０を介して発熱抵抗体２に電圧が印加される。基体１の下面には当該電線等を収容する中空部を有する略筒状の支持部材（図示略）が接合される。

基体１の上面１０には、局所的に上方に突出して分散配置されている複数の凸部１１が形成されている。凸部１１は、柱状、錘台状、上部が下部よりも断面積が小さい段差付き柱状、段差付き錘台状などのさまざまな形状に形成されている。凸部１１の上端部は、ウエハＷとの接触面積の低減の観点から、球面状など、凸曲面形状に形成されていてもよい。

基体１の周縁部には複数の凸部１１に加えて、後述する真空吸引経路１４および貫通孔１６を囲むように上方に環状に突出している環状凸部１２が形成されている。環状凸部１２の断面は、矩形状、台形状または半円形状などのさまざまな形状に形成されている。環状凸部１２の上端部は、ウエハＷとの接触面積の低減の観点から、断面が円弧状など、凸曲線形状に形成されていてもよい。本実施形態では、基体１に埋設されている発熱抵抗体２の存在領域が、環状凸部１２よりも内側にある領域に収まるように発熱抵抗体２が配置されている。発熱抵抗体２の存在領域が環状凸部１２の外側にある領域にまで及んでいてもよく、この場合には発熱抵抗体２が環状凸部１２の真下にはほとんど存在していないことが好ましい。

複数の凸部１１の突出量または上端高さ位置Ｈ１が例えば１０〜５０［μｍ］の範囲に収まるように設計されている。凸部１１の突出量または上端高さ位置Ｈ１と環状凸部１２の突出量または上端高さ位置Ｈ２とは同一になるように設計されている。環状凸部１２の上端高さ位置Ｈ２が凸部１１の上端高さ位置Ｈ１よりも低くなるように（凸部１１に当接した状態のウエハＷと環状凸部１２との間に隙間が存在するように）設計されていてもよい。凸部１１の上端部、または凸部１１の上端部および環状凸部１２の上端部の表面粗さＲａは、たとえば０．８［μｍ］以下になるように仕上げ加工されている。

基体１には、その上面１０に連通する真空吸引経路１４が形成されている。本実施形態では８個の真空吸引経路１４の略円形状の上面開口が、基体１の中心から等距離にあって周方向に等間隔に配置されている。真空吸引経路１４の形状、個数および配置箇所は、ウエハＷの吸着保持という目的の範囲内でさまざまに変更されてもよい。図２に示されているように真空吸引経路１４は基体１を上下方向に貫通する貫通孔の形態で形成されている。真空吸引経路１４は、基体１の側面から横方向に延在したうえで上面１０まで延在していてもよく、基体１の下面に形成された溝によってその一部が形成されていてもよい。真空吸引経路１４には、そこに接続される真空吸引装置（図示略）によって負圧領域または真空領域が形成される。

基体１には、ウエハＷを昇降させるためのリフトピン６が挿通される貫通孔１６が形成されている。本実施形態では６個の断面略円形状の貫通孔１６が、真空吸引経路１４よりも基体１の中心から遠くに等距離にあって周方向に等間隔に配置されている。貫通孔１６の形状、個数および配置箇所は、リフトピン６の昇降によりウエハＷが昇降される目的の範囲内でさまざまに変更されてもよい。

図３に示されているように、基体１の上面１０には、貫通孔１６の近傍にあってこれを囲むように環状に上方に突出している副凸部１３が形成されている。副凸部１３の突出量または上端高さ位置ｈ２は、凸部１１の上端高さ位置Ｈ１よりも低い。複数の凸部１１のうち一部の凸部１１が副凸部１３の上端から突出量ｈ１＝Ｈ１−ｈ２でさらに上方に突出するように形成されている。

なお、副凸部１３の上端から突出する凸部１１が省略されてもよい。副凸部１３が貫通孔１６の周縁において連続する環状に形成されるのではなく、貫通孔１６の周縁において離散して配置されて形成されてもよい。

（作用）
前記構成の基板支持部材によれば、ウエハＷが基体１の上面１０に載置される。この際、貫通孔１６から基体１の上面１０よりも上方に突き出た状態のリフトピン６にウエハＷが載置されたうえで、リフトピン６が下降することでウエハＷが基体１の上面１０に載置されてもよい。この状態で、真空吸引装置が動作し、真空吸引経路１４を通じて基体１およびウエハＷの間の空間に負圧領域が形成される。これにより、ウエハＷが基体１の上面１０に形成されている複数の凸部１１（および環状凸部１２）に当接することで平坦性が保たれ、かつ、基体１に吸着保持される。この際、ウエハＷは副凸部１３から離間している。

また、電源から電線および接続端子２０を通じて発熱抵抗体２に対して電圧が印可されることにより、発熱抵抗体２に電流が流れ、ジュール熱が生じてウエハＷが加熱されてその温度が制御される。

（効果）
本発明の基板支持部材によれば、基体１にウエハＷが載置され、ウエハＷと複数の凸部１１（および環状凸部１２）とが当接している状態で、リフトピン６用の貫通孔１６が、基体１とウエハＷとの間の空間に連通している（図３参照）。このため、真空吸引経路１４を通じてこの空間が真空吸引されて負圧領域が形成される際、空間と貫通孔１６との気密性は維持されないが、基体１の上面に貫通孔１６を連続的または断続的に囲むように副凸部１３が形成されることにより、ウエハＷを吸着保持する観点から十分な負圧が実現されうる。よって、基体１に埋設されている発熱抵抗体２によってウエハＷが加熱される際にウエハＷの温度が、貫通孔１６の周辺で局所的に高温になることが回避されながら、ウエハＷが基体１により確実に吸着保持されうる。

図４Ａには、本発明の一実施形態としての基板保持部材により吸着保持されたウエハＷの加熱時の温度分布が示されている（明度により温度の高低が表わされている。）。図４Ａから、貫通孔１６の周縁に形成された副凸部１３から突出している凸部１１とウエハＷとが当接して当該当接面積が低減されているため、ウエハＷの温度が貫通孔１６の付近で高温になることが防止されていることがわかる。

（実施例）
（実施例１）
略円板状の一対のＡｌＮ粉末成型体が、それらの間に金属薄板（厚さ０．１［ｍｍ］）が挟まれた状態で軸線方向に押圧されながら一体的に焼成されることにより、当該金属薄板により構成される発熱抵抗体２が埋設されている略円板状の基体１（直径３５０［ｍｍ］・厚さ３０［ｍｍ］）が作製された。基体１の上面１０に略円柱状（径１［ｍｍ］）の複数の凸部１１が間隔１０［ｍｍ］で三角格子状に分散配置された、基体１の上面１０に断面略矩形状の環状凸部１２（基体１の中心を基準として内径（半径）１４５［ｍｍ］・外径（半径）１４７［ｍｍ］）が形成された。各凸部１１の突出量Ｈ１が１０［μｍ］に設計され、環状凸部１２の突出量Ｈ２が５［μｍ］に設計された。基体１の中心から半径７０［ｍｍ］の位置に８個の真空吸引経路１４（直径５［ｍｍ］）が形成され、基体１の中心から半径１３０［ｍｍ］の位置に６個のリフトピン６用の貫通孔１６（径５［ｍｍ］）が形成された。貫通孔１６の周縁における副凸部１３の高さｈ２＝５［μｍ］とした。ここで副凸部１３は、内外径を同心とした二重円状の上面を持ち、その内外径の差は３［ｍｍ］とした。副凸部１３の上端からの突出はないものとした。上記条件にしたがって実施例１の基板支持部材が作製された。

（実施例２〜１１）
複数の凸部１１の高さＨ１、環状凸部１２の高さＨ１２、副凸部１３の上端から突出量ｈ１および副凸部１３の高さｈ２のそれぞれが表１に示されているように変更されたほかは、実施例１と同一の作製条件にしたがって、実施例２〜実施例１１の基板支持部材が作製された。

（比較例）
（比較例１）
各凸部１１の突出量Ｈ１、環状凸部１２の突出量Ｈ２および副凸部１３の突出量ｈ２のそれぞれが５［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例１の基板支持部材が作製された。

（比較例２）
各凸部１１の突出量Ｈ１、環状凸部１２の突出量Ｈ２および副凸部１３の突出量ｈ２のそれぞれが５０［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様の条件にしたがって比較例２の基板支持部材が作製された。

（評価方法）
各実施例および各比較例の基板支持部材を用いて、真空吸引装置による吸引能力を変化させながら、その際の真空吸引経路１４の気圧が測定された結果に加えて、基体１の上面の温度が複数箇所で測定され、最高温度−最低温度の偏差が温度分布として測定された結果が表１にまとめて示されている。

表１から、ウエハＷと基板支持部材の環状凸部が当接または当接していなくても、副凸部１３が形成されていれば、副凸部１３がウエハＷと当接していなくても真空吸引能力は確保されるとともに、副凸部１３の上端からの突出の有無にかかわらず、副凸部１３の直上のウエハＷに現れる局所的な温度分布の不均一を小さく抑制することができることがわかる。

すなわち、表１から、各実施例のように、ｈ２が５〜４５［μｍ］の範囲に含まれている場合は真空吸引経路１４の気圧が十分低くてウエハＷを確実に吸着保持できる。一方、各比較例のようにｈ２がＨ１と同じ値の場合は真空経路４の気圧は低く維持できるものの、ウエハＷとの接触による熱伝導の影響で局所的な温度分布の悪化を招くことがわかる。

１‥‥基体、２‥発熱抵抗体、６‥リフトピン、１０‥上面（載置面）、１１‥複数の凸部、１２‥環状凸部、１３‥副凸部、１４‥真空吸引経路、１６‥貫通孔、Ｗ‥ウエハ（基板）。

Claims (4)

1. 基体と、前記基体に埋設されている発熱抵抗体と、を備え、
   前記基体の上面に連通する通気路と、前記基体により保持される基板を昇降させるための複数のリフトピンのそれぞれが挿通される複数の貫通孔と、前記基体の上面において局所的に突出して分散配置されている複数の凸部と、前記基体の上面において前記複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔を全周にわたりまたは部分的に取り囲み、かつ、前記複数の凸部と比較して上端が低い副凸部と、前記通気路、前記複数の貫通孔および前記複数の凸部を囲むように環状に突出している環状凸部と、が前記基体に形成されている基板支持部材であって、
   前記基板が前記複数の凸部のそれぞれ、または前記複数の凸部および前記環状凸部のそれぞれに当接した状態または上下に離間した状態で、前記基体の上面において前記環状凸部に囲まれた空間に前記貫通孔が連通するように構成されていることを特徴とする基板支持部材。
2. 請求項１記載の基板支持部材において、
   前記基体の上面における前記複数の凸部の突出量が１０〜５０［μｍ］の範囲にあることを特徴とする基板支持部材。
3. 請求項１または２記載の基板支持部材において、
   前記複数の凸部のうち少なくとも１つが前記副凸部の上に形成されていることを特徴とする基板支持部材。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の基板支持部材において、
   前記環状凸部の突出量が前記複数の凸部の突出量よりも小さいことを特徴とする基板支持部材。