JP2020115583A - 加熱部材及び静電チャック - Google Patents

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Abstract

【課題】加熱部材の平面方向における温度分布の均一化等の温度調節を容易に行うことができる加熱部材及び静電チャックを提供すること。【解決手段】静電チャック1では、第1発熱部13の第1発熱体23及び第2発熱部15の第2発熱体25は、それぞれセラミック基板17の周方向に複数配置されている部分があり、しかも、第1発熱体23の数は第2発熱体25の数より大である。そのため、セラミックヒータ5(従って静電チャック1)の平面方向における温度の均一化が容易であり、しかも、特定の箇所の温度を調節することも容易である。【選択図】図5

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の被加工物を加熱できるセラミックヒータ等の加熱部材と、その加熱部材を備えた静電チャックに関するものである。
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)等の処理が行われている。このドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要があるので、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが用いられている。
具体的には、静電チャックでは、例えば、セラミック基板内に吸着用電極を備えており、この吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック基板の上面(搭載面)に吸着させる。なお、静電チャックでは、例えば、セラミック基板の下面(接合面)に金属ベースが接合されている。
また、静電チャックには、吸着面に吸着された半導体ウェハの温度を調節(加熱または冷却)する機能を有するものがある。例えば、セラミック基板内に発熱体を配置し、この発熱体によってセラミック基板を加熱することにより、吸着面上の半導体ウェハを加熱する技術がある。
さらに、静電チャックの加熱を精密に行うために、セラミック基板を複数の加熱ゾーンに区分したセラミックヒータも開発されている。具体的には、各加熱ゾーンに各加熱ゾーンを独立して加熱することができる発熱体を配置して、セラミック基板の温度調節機能を向上させた多ゾーンヒータ付きセラミックヒータも提案されている(特許文献1参照)。
また、近年では、この多ゾーンヒータ付きセラミックヒータについて、より精度良く温度調節を行う等の目的で、セラミック基板の内部に、厚み方向に2層の発熱体を配置したセラミックヒータが開発されている。
この2層タイプのセラミックヒータでは、搭載面側に発熱量の小さな発熱体からなるサブヒータを配置し、その反対面側に発熱量の大きな発熱体からなるメインヒータを配置した構造が考えられる。
特開2005−166354号公報
しかしながら、上述した従来技術では、例えばセラミックヒータの平面方向における温度(面内温度)が均一になるように加熱した場合でも、例えばエッチング装置の構造などの何らかの原因により、セラミックヒータに部分的に温度差が発生することがあった。例えばセラミックヒータの平面方向において、その外周の近傍にて一部に温度が低い箇所が発生することがあった。
このようにセラミックヒータに温度差が生じる場合には、サブヒータを制御して均熱化
を図ることが考えられるが、サブヒータの発熱量はメインヒータの発熱量に比べて小さいため(例えば10分の1程度)、その温度差を解消することは容易ではない。
つまり、サブヒータを用いた場合でも、メインヒータの加熱部分における温度の変化に対応することは容易ではない。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱部材の平面方向における温度分布の均一化等の温度調節を容易に行うことができる加熱部材及び静電チャックを提供することにある。
(1)本発明の第1局面は、被加工物が搭載される第1の主面と第1の主面の反対側の第2の主面とを有するとともに、電気絶縁性を有する絶縁基板と、絶縁基板に配置されて通電により発熱する発熱部と、を備えるとともに、発熱部として、絶縁基板の内部に配置された第1発熱部と、第1発熱部よりも第2の主面側に配置された第2発熱部と、を備えた加熱部材に関するものである。
この加熱部材は、絶縁基板を厚み方向から見た平面視で、第1発熱部及び第2発熱部は、それぞれ独立して温度調節が可能な複数の発熱体からなり、第1発熱部及び第2発熱部の複数の発熱体は、それぞれ絶縁基板の周方向に複数配置されている。しかも、第1発熱部の発熱体数は、第2発熱部の発熱体数より大である。
このように、本第1局面では、第1発熱部及び第2発熱部の複数の発熱体は、それぞれ絶縁基板の周方向に複数配置されており、しかも、第1発熱部の発熱体数は第2発熱部の発熱体数より大であるので、加熱部材の平面方向における温度の均一化が容易であり、しかも、特定の箇所の温度を調節することも容易である。
例えば、第2発熱部の発熱体の発熱量を(第1発熱部より)多くして、加熱部材の全体の温度を速やかに均一化できる。
また、例えば、周囲の環境等の何らかの原因で、第2発熱部の一部(例えば外周部分の周方向における一部)の領域の温度が低下するような状況でも、当該領域に配置された第2発熱部の周方向の一部の発熱体(例えば第1発熱部の発熱体より発熱量の大きな発熱体)の発熱状態を制御することにより、当該領域の温度を上昇させて、加熱部材の全体の温度の均一化を図ることができる。
さらに、第1発熱部では第2発熱部よりも多くの発熱体を用いることにより、特定の位置(例えば第2発熱部の発熱体で温度調節できる領域よりも狭い加熱領域)の温度調節を精度良く行うこともできる。
(2)本発明の第2局面では、第1発熱部は、平面視で、同心状に区分された複数の第1環状領域にそれぞれ配置された第1環状部を有するとともに、第1環状部は絶縁基板の周方向に複数の発熱体を有している。
また、第2発熱部は、平面視で、同心状に区分された複数の第2環状領域にそれぞれ配置された第2環状部を有するとともに、第2環状部は絶縁基板の周方向に複数の発熱体を有している。
本第2局面は、加熱部材の好ましい構成を例示したものである。この構成によって、第1発熱部及び第2発熱部は、径方向及び周方向において、区分された所定の領域の温度調節を容易に行うことができる。
(3)本発明の第3局面は、平面視で、複数の第2環状領域のうち最外周より内周側の1つの前記第2環状領域からなる第2内側環状領域と、複数の第1環状領域のうち第2内側環状領域と重なる2つ以上の第1環状領域からなる第1内側環状領域とに関するものである。
この加熱部材は、絶縁基板の径方向において、第1内側環状領域内の発熱体の配列数は、第2内側環状領域内の発熱体の配列数より多く、且つ、絶縁基板の周方向において、第1内側環状領域内の発熱体の配列数は第2内側環状領域内の発熱体の配列数より多い。
本第3局面では、第1内側環状領域内の発熱体の配列数は、径方向及び周方向の両方向とも、第2内側環状領域内の発熱体の配列数より多いので、第1内側環状領域内の多くの発熱体により、小さな領域毎に精度良く温度調節ができる。
また、第2内側環状領域内の発熱体の配列数は、径方向及び周方向の両方向とも、第1内側環状領域内の発熱体の配列数より少ないので、第2発熱部の発熱体の数を抑制でき、よって、その発熱体に接続される配線数や端子数を低減できるという利点がある。
(4)本発明の第4局面は、平面視で、複数の第1環状領域のうち最外周の1つの第1環状領域からなる第1外側環状領域と、複数の第2環状領域のうち第1外側環状領域と重なる2つ以上の第2環状領域からなる第2外側環状領域とに関するものである。
この加熱部材では、絶縁基板の径方向において、第2外側環状領域内の発熱体の配列数は第1外側環状領域内の発熱体の配列数以上であり、且つ、絶縁基板の周方向において、第1外側環状領域内の発熱体の配列数は第2外側環状領域内の発熱体の配列数より多い。
本第4局面では、第2外側環状領域内の発熱体の配列数は、径方向にて、第1外側環状領域内の発熱体の配列数以上であり、且つ、第1外側環状領域内の発熱体の配列数は、周方向にて、第2外側環状領域内の発熱体の配列数より多いので、第1外側環状領域内の多くの発熱体により、小さな領域毎に精度良く温度調節ができる。
しかも、第2外側環状領域内の発熱体の配列数が、径方向にて、第1外側環状領域内の発熱体の配列数より多い場合には、より小さい領域の温度制御を行うことができる。
特に、例えば第1発熱部より第2発熱部の発熱量を多くすることにより、即ち最外周に配置された第2発熱部の発熱体の発熱量を(第1発熱部より)多くすることにより、絶縁基板の外周部分の温度を容易に調節できる。
この絶縁基板の外周部分(例えば最外周)は、外界の影響を受けやすいので、温度が変化し易いが、本第4局面では、外周部分にそのような大きな温度変化があっても、発熱量の多い第2外側環状領域内の発熱体が径方向に多く配置されていることにより、外周部分の温度を容易に所望の温度に調節することができる。
(5)本発明の第5局面では、平面視で、第2発熱部の単位面積当たりの発熱量は、第1発熱部の単位面積当たりの発熱量より大である。
本第5局面では、第2発熱部の単位面積当たりの発熱量は、第1発熱部の単位面積当たりの発熱量より大であるので、第2発熱部により、絶縁基板(従って加熱部材)の温度を容易に所望の温度に制御できる。例えば加熱部材の平面方向における温度を容易に均一化できる。
なお、発熱量の小さな第1発熱部の(第2発熱部より数の多い)発熱体を用いて、加熱部材の平面方向における所定の領域(第2発熱部より狭い領域)の温度を精度良く調節す
ることができる。
(6)本発明の第6局面では、加熱部材の表面に、第1発熱部に電気的に接続されて外部から電力が供給される第1端子部と、第2発熱部に電気的に接続されて外部から電力が供給される第2端子部とを備えており、第2端子部は第1端子部より大きな電力の供給が可能な端子部である。
本第6局面では、第2端子部に第1端子部より大きな電力を供給することにより、第2発熱部の単位面積当たりの発熱量を、第1発熱部の単位面積当たりの発熱量より大きくすることができる。
(7)本発明の第7局面は、第1〜第6局面のいずれかの加熱部材を備えるとともに、絶縁基板に静電電極を備えた静電チャックである。
本第7局面では、静電チャックは前記加熱部材を備えているので、この加熱部材によって上述した温度調節を容易に行うことができる。
なお、本発明としては、下記の構成(a)〜(d)を採用することもできる。
(a)絶縁基板の内部に第1発熱部が配置され、絶縁基板の第2の主面に第2発熱部が配置されている加熱部材。
(b)第2発熱部は、絶縁基板の厚み方向に沿って異なる位置に配置された複数の発熱体からなる加熱部材。
(c)絶縁基板は、セラミックス基板である加熱部材。
(d)絶縁基板の第2の主面側に金属板が接合されている加熱部材。
<以下に、本発明の各構成について説明する>
・前記主面とは、板材(基板)の厚み方向における端部をなす表面のことである。
・静電電極は、電力を受けて発生する静電引力によって、被加工物を吸着する電極である。
・周方向とは、平面視で、加熱部材の重心の周囲を囲む方向である。例えば円盤の場合には、外周に沿った方向(円周方向)である。
・径方向とは、平面視で、加熱部材の重心から外周に向かう方向である。例えば同心状に配置された各環状領域については、その配置方向(即ち配列された方向)である。
・「大きな電力の供給が可能な端子部」とは、供給する電力を増加させた場合に、(第1端子部に比べて)破損が生じにくい端子部(即ち第2端子部)である。
・前記発熱部は、第1、第2発熱部を備えており、各発熱部は、平面視で、環状(詳しくは同心状)に配置された発熱体からなる第1、第2環状部を備えている。各環状領域(即ち第1、第2環状領域、第1、第2内側環状領域、第1、第2外側環状領域)は、平面視で、それぞれ、各環状領域に対応して環状(詳しくは同心状)に配置された発熱体を含むように区分された領域である。
・前記絶縁基板の材料としては、セラミックスや樹脂等を採用できる。
セラミックスとしては、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、炭化ケイ素等を主成分(セラミックス中で50質量%以上)とする材料が挙げられる。なお、前記主成分以外に、例えば希土類化合物を添加することもできる。
樹脂としては、ポリイミド、フッ素系樹脂等を採用できる。
・発熱部(従って発熱体)は、通電によって発熱する抵抗発熱体であり、この発熱体の材料としては、タングステン、タングステンカーバイド、モリブデン、モリブデンカーバイド、タンタル、白金等が挙げられる。
・端子部としては、電気の接続用部材であるコネクタの導電部分と接続される(セラミック基板上に設けられた)導電部分であり、ピン又はピンが挿入されるピン孔等の構成を採用できる。
・静電電極の材料としては、タングステン、モリブデン等が挙げられる。
第1実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。 静電チャックを厚み方向に破断し、その一部を模式的に示す断面図である。 第1発熱部の加熱ゾーン、加熱領域、第1発熱体の平面方向における配置を示す説明図である。 第2発熱部の加熱ゾーン、加熱領域、第2発熱体の平面方向における配置を示す説明図である。 第1発熱部及び第2発熱部を重ね合わせ、セラミックヒータの厚み方向から見た(平面視の)説明図である。 第1発熱部及び第2発熱部を重ね合わせ、内周側の加熱ゾーンZ1と最外周の加熱ゾーンZ2とを区別して示す説明図である。 (a)は第1発熱部及び第2発熱部の内周側の加熱ゾーンの一部を示す説明図、(b)は(a)の加熱ゾーンのうち第1発熱部の加熱ゾーンの外周側の温度の高い状態を示す説明図、(c)は第1発熱部及び第2発熱部を重ねた場合の温度状態を示す説明図である。 (a)は第1発熱部及び第2発熱部の最外周の加熱ゾーンの一部を示す説明図、(b)は(a)の加熱ゾーンのうち第1発熱部の一部の加熱領域の温度の高い状態を示す説明図、(c)は第1発熱部及び第2発熱部を重ねた場合の温度状態を示す説明図である。 第1発熱部及び第2発熱部を重ね合わせ、内周側の加熱ゾーンZ1と最外周の2つの加熱ゾーンZ2とを区別して示す説明図である。 (a)は第1発熱部及び第2発熱部の外周側の加熱ゾーンの一部を示す説明図、(b)は(a)の加熱ゾーンのうち第1発熱部及び第2発熱部の一部の範囲の温度の高い状態を示す説明図、(c)は第1発熱部及び第2発熱部を重ねた場合の温度状態を示す説明図である。 その他の実施形態の変形例を模式的に示し、(a)は変形例1の静電チャックを厚み方向に破断して示す断面図、(b)は変形例2の静電チャックを厚み方向に破断して示す断面図、(c)は変形例3の静電チャックを厚み方向に破断して示す断面図、(d)は変形例4のセラミックヒータを厚み方向に破断して示す断面図である。
[1.第1実施形態]
ここでは、第1実施形態として、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
[1−1.構成]
まず、第1実施形態の静電チャックの構造について説明する。
図1に示す様に、第1実施形態の静電チャック1は、図1の上側にて被加工物である半導体ウェハ3を吸着する装置であり、セラミックヒータ(加熱部材)5と金属ベース7と
が積層されて接着剤層9により接合されたものである。
なお、セラミックヒータ5の図1の上方の搭載面(上面:吸着面)が第1の主面Aであり、下面が第2の主面Bである。また、金属ベース7の上面が第3の主面Cであり、下面が第4の主面Dである。
このうち、セラミックヒータ5は、円盤形状であり、吸着用電極(静電電極)11、第1発熱部13、第2発熱部15等を備えたセラミック基板(絶縁基板)17から構成されている。なお、吸着用電極11、第1発熱部13、第2発熱部15は、セラミック基板17に埋設されている。
金属ベース7は、セラミックヒータ5より大径の円盤形状であり、セラミックヒータ5と同軸に接合されている。この金属ベース7には、セラミック基板17(従って半導体ウェハ3)を冷却するために、冷却用流体(冷媒)が流される流路(冷却路)19が設けられている。なお、冷却用流体としては、例えばフッ化液又は純水等の冷却用液体などを用いることができる。
また、静電チャック1には、リフトピン(図示せず)が挿入されるリフトピン孔21等が、静電チャック1を厚み方向に貫くように、複数箇所に設けられている。このリフトピン孔21は、半導体ウェハ3を冷却するために第1の主面A側に供給される冷却用ガスの流路(冷却用ガス孔)としても用いられる。
なお、リフトピン孔21とは別に、冷却用ガス孔(図示せず)を設けてもよい。冷却用ガスとしては、例えばヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスなどを用いることができる。
次に、静電チャック1の各構成について、図2に基づいて詳細に説明する。
<セラミックヒータ>
図2に模式的に示すように、セラミックヒータ5(従ってセラミック基板17)は、その第2の主面B側が、例えばインジウムからなる接着剤層9により、金属ベース7の第3の主面C側に接合されている。
このセラミック基板17は、複数のセラミック層(図示せず)が積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。なお、アルミナ質焼結体は、絶縁体(誘電体)である。
セラミック基板17の内部には、図2の上方より、後に詳述するように、吸着用電極11、第1発熱部13を構成する複数の第1発熱体23、第2発熱部15を構成する複数の第2発熱体25等が配置されている。
このうち、吸着用電極11は、電圧を印加する周知の電極用端子(図示せず)に電気的に接続されている。また、各発熱体23、25は、後述する内部配線等を介して、それぞれ給電用端子29及びコネクタ31に電気的に接続されている。
詳しくは、第1発熱体23は、独自に温度制御が可能なように、第1発熱体23の一端がビア33や共通の内部配線層35に接続されるとともに、他端がビア33や個別の内部配線層37に接続されている。そして、共通の内部配線層35と個別の内部配線層37は、セラミック基板17の第2の主面B側の表面に設けられた第1端子部39を介して、コネクタ31の各端子41に接続されている。
なお、第1端子部39は、例えば電極パッド43に接合された給電用のピン45から構成されている。
一方、第2発熱体25は、独自に温度制御が可能なように、第2発熱体25の一端がビア33や共通の内部配線層47に接続されるとともに、他端がビア33や個別の内部配線層49に接続されている。そして、共通の内部配線層47と個別の内部配線層49は、セラミック基板17の第2の主面B側の表面に設けられた第2端子部51を介して、給電用端子29に接続されている。
なお、第2端子部51は、例えば電極パッド53に接合された給電用端子29等から構成されている。
ここで、後述するように、第2発熱部15(従って第2発熱体25)の発熱量は第1発熱部13(従って第1発熱体23)の発熱量より大であるので、即ち第2発熱体25は第1発熱体23より大きな電流が流れるので、第2端子部51は第1端子部39より大きな電力の供給が可能な構造(即ち電流が流れる方向に直交する断面積が大きな構造)となっている。
<金属ベース>
金属ベース7は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製である。金属ベース7には、前記冷却路19やリフトピン孔21以外に、前記電極用端子、給電用端子29、コネクタ31等が配置される貫通孔である貫通部55がそれぞれ形成されている。
なお、静電チャック1の第4の主面D側には、給電用端子29やコネクタ31等を収容するために、第4の主面Dからセラミックヒータ5の内部に到るような内部孔57が複数設けられており、金属ベース7の貫通部55は、この内部孔57の一部を構成している。
また、電極用端子や給電用端子29を収容する内部孔57には、各端子29の外周を囲むように、電気絶縁性を有する絶縁筒59が配置されている。
なお、コネクタ31は、そのまま(コネクタ31用の)内部孔57に収容されている。
<吸着用電極>
吸着用電極11は、例えば平面形状が円形の電極から構成されている。この吸着用電極11とは、静電チャック1を使用する場合には、直流高電圧が印加され、これにより、半導体ウェハ3を吸着する静電引力(吸着力)を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ3を吸着して固定するものである。なお、吸着用電極11については、これ以外に、周知の各種の構成(単極性や双極性の電極など)を採用できる。なお、吸着用電極11は、例えばタングステン等の導電材料からなる。
[1−2.第1発熱部及び第2発熱部]
次に、第1発熱部13及び第2発熱部15の構成について説明する。
第2発熱部15は、第1発熱部13より発熱量の大きなメインヒータであり、第1発熱部13はサブヒータである。ここで発熱量が大きいとは、第1発熱部13と第2発熱部15との発熱量を全体で比較したものであり、(平面視での)単位面積当たりの発熱量についても、第2発熱部15の第2発熱体25の発熱量は、第1発熱部13の第1発熱体23の発熱量よりも大きい。
なお、第1、第2発熱体23、25は、電圧が印加されて電流が流れると発熱する金属材料(タングステン等)からなる抵抗発熱体である。
図2に示すように、第1発熱部13の各第1発熱体23は、吸着用電極11より第2の主面B側(図2の下方)にて、同一平面(第1平面H1:図3参照)上に配置されている。
一方、第2発熱部15の各第2発熱体25は、第1発熱部13と第2の主面Bとの間にて、同一平面(第2平面H2:図4参照)上に配置されている。
従って、第1発熱部13と第2発熱部15とは、セラミック基板17(従って静電チャック1)の厚み方向から見た平面視で、重ね合されるように配置されている。以下、詳細に説明する。
<第1発熱部>
まず、第1平面H1上における第1発熱部13の複数の第1発熱体23の配置を説明する。
図3に示すように、セラミック基板17には、第1平面H1における各領域をそれぞれ加熱(従って温度調節)できるように、平面視で、同心状に複数の加熱ゾーン(第1環状領域)61が設けられている。そして、各加熱ゾーン61には、それぞれ1又は複数の加熱領域63が設定されている。
具体的には、セラミック基板17に設けられた加熱ゾーン61は、軸中心を含む1つの円形の第1加熱ゾーン61aと、第1加熱ゾーン61aの外周側を帯状に囲む円環状の第2加熱ゾーン61bと、第2加熱ゾーン61bの外周側を帯状に囲む円環状の第3加熱ゾーン61cと、第3加熱ゾーン61cの外周側を帯状に囲む円環状の第4加熱ゾーン61dと、第4加熱ゾーン61dの外周側を帯状に囲む円環状の第5加熱ゾーン61eと、第5加熱ゾーン61eの外周側を帯状に囲む円環状の第6加熱ゾーン61fと、第6加熱ゾーン61fの外周側を帯状に囲む円環状の第7加熱ゾーン61gとから構成されている。
つまり、加熱ゾーン61は、同心状に配置された7つの第1〜第7加熱ゾーン61a〜61gから構成されている。
また、第2加熱ゾーン61bは、同じ中心角(等ピッチ)となるように、8つの加熱領域63に区分され、第3加熱ゾーン61cは、等ピッチで、18つの加熱領域63に区分され、第4加熱ゾーン61dは、等ピッチで、18つの加熱領域63に区分され、第5加熱ゾーン61eは、等ピッチで、30の加熱領域63に区分され、第6加熱ゾーン61fは、等ピッチで、30の加熱領域63に区分され、第7加熱ゾーン61gは、等ピッチで、36の加熱領域63に区分されている。従って、各加熱領域63の形状は、円形又は湾曲した所定幅の円弧状の領域となっている。
そして、(単一の加熱領域63からなる)第1加熱ゾーン61aと、第2〜第7加熱ゾーン61b〜61gの各加熱領域63とには、それぞれ1つの第1発熱体23が配置されている。なお、第2〜第7加熱ゾーン61b〜61g毎の複数の第1発熱体23により、第1環状部24が構成されている。
各第1発熱体23は、長尺の発熱ラインからなり、各加熱領域63の形状に合わせて、例えばU字状に形成されている。詳しくは、各第1発熱体23は、各加熱領域63の内周や外周の湾曲に沿うように湾曲した形状を有するとともに、周方向の一端にてU字状に曲がっている。なお、第1加熱ゾーン61aの第1発熱体23は、円形の形状に合わせて、長尺の発熱パターンが(一部が切り欠かかれた)円形となっている。
なお、図3では枠状の各加熱領域63の境界を実線で示しており、各加熱領域63の枠内に配置された各第1発熱体23も実線で示している。また、全ての加熱領域63には、それぞれ一つの第1発熱体23が配置されているが、各加熱ゾーン61b〜61gにおいて、周方向に配置される第1発熱体23の形状(平面形状)は同じであるので、図3では一部のみを示している。
<第2発熱部>
次に、第2平面H2上における第2発熱部15の複数の第2発熱体25の配置を説明する。
図4に示すように、セラミック基板17には、第2平面H2における各領域をそれぞれ加熱(従って温度調節)できるように、平面視で、同心状に複数の加熱ゾーン(即ち第2環状領域)71が設けられている。そして、各加熱ゾーン71には、それぞれ1又は複数の加熱領域73が設定されている。
具体的には、セラミック基板17に設けられた加熱ゾーン71は、軸中心を含む1つの円形の第1加熱ゾーン71aと、第1加熱ゾーン71aの外周側を帯状に囲む円環状の第2加熱ゾーン71bと、第2加熱ゾーン71bの外周側を帯状に囲む円環状の第3加熱ゾーン71cと、第3加熱ゾーン71cの外周側を帯状に囲む円環状の第4加熱ゾーン71dとから構成されている。
つまり、加熱ゾーン71は、同心状に配置された4つの第1〜第4加熱ゾーン71a〜71dから構成されている。
また、第2加熱ゾーン71bは、同じ中心角(等ピッチ)となるように、3つの加熱領域73に区分され、第3加熱ゾーン71cは、等ピッチで、6つの加熱領域73に区分され、第4加熱ゾーン71dは、等ピッチで、9の加熱領域73に区分されている。従って、各加熱領域73の形状は、円形又は湾曲した所定幅の円弧状の領域となっている。
そして、単一の加熱領域73である第1加熱ゾーン71aと、第2〜第4加熱ゾーン71b〜71dの加熱領域73には、それぞれ1つの第2発熱体25が配置されている。なお、第2〜第4加熱ゾーン71b〜71d毎の複数の第2発熱体25により、第2環状部26が構成されている。
各第2発熱体25は、長尺の発熱ラインからなり、各加熱領域73の形状に合わせて、例えばU字状に形成されている。詳しくは、各第2発熱体25は、各加熱領域73の内周や外周の湾曲に沿うように湾曲した形状を有するとともに、周方向の一端にてU字状に曲がっている。なお、第1加熱ゾーン71aの第2発熱体25は、円形の形状に合わせて、長尺の発熱パターンが(一部が切り欠かかれた)円形となっている。
なお、図4では枠状の各加熱領域73の境界を実線で示しており、各加熱領域73の枠内に配置された各第2発熱体25も実線で示している。また、全ての加熱領域73には、それぞれ一つの第2発熱体25が配置されている。
[1−3.第1発熱部及び第2発熱部の積層構造]
次に、第1発熱部13及び第2発熱部15を重ね合わせた構成について説明する。
図5に示すように、平面視で、第1発熱部13に対応した加熱ゾーン61と第2発熱部15に対応した加熱ゾーン71とは、重なるように配置されている。なお、図5では、細線にて、第1発熱部13の加熱領域63の境界を示し、太線にて、第2発熱部15の加熱領域73の境界を示している(なお、加熱領域73の境界は、加熱領域63の境界も兼ねている)。
つまり、第1発熱部13の第1加熱ゾーン61a及び第2加熱ゾーン61bと、第2発熱部15の第1加熱ゾーン71aとが、完全に重なっている。
第1発熱部13の第3加熱ゾーン61c及び第4加熱ゾーン61dと、第2発熱部15の第2加熱ゾーン71bとが、完全に重なっている。
第1発熱部13の第5加熱ゾーン61e及び第6加熱ゾーン61f(第1内側環状領域)と、第2発熱部15の第3加熱ゾーン71c(第2内側環状領域)とが、完全に重なっている。
第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gと、第2発熱部15の第4加熱ゾーン71dとが、完全に重なっている。
なお、図5から明らかなように、第1発熱部13における加熱ゾーンの数(従って第1発熱体23の数)は、第2発熱部15における加熱ゾーンの数(従って第2発熱体25の数)より多い。
[1−4.第1発熱部及び第2発熱部の温度制御]
本第1実施形態では、第1発熱部13及び第2発熱部15の内周側の加熱ゾーンZ1と外周側(即ち最外周)の加熱ゾーンZ2とでは、異なる温度制御を行うことができるので、この温度制御について説明する。
<内周側の温度制御>
ここで内周側の加熱ゾーンZ1とは、図6の灰色部分に示すように、最外周の加熱ゾーンZ2より内側の加熱ゾーンのことである。
詳しくは、内周側の加熱ゾーンZ1とは、第1発熱部13では、第1〜第6加熱ゾーン61a〜61fのことであり、第2発熱部15では、第1〜第3加熱ゾーン71a〜71cのことである。
なお、内周側の加熱ゾーンZ1としては、そのうちの一部を用いることができる。例えば、第2発熱部15で示す場合には、その第1〜第3加熱ゾーン71a〜71cのうちの少なくとも1つのゾーンを採用できる。
以下、内周側の加熱ゾーンZ1の温度制御について詳細に説明する。
ここでは、例えば図7に示すように、重なり合う任意の加熱ゾーンを例に挙げて説明する。なお、図7では、重なり合う加熱ゾーンの一部を直線状に配置して示している。
例えば図7(a)に示すように、第1発熱部13の(第1内側環状領域である)第5加熱ゾーン61e及び第6加熱ゾーン61fと、第2発熱部15の(第2内側環状領域である)第3加熱ゾーン71cとが重なり合う場合を考える。
そして、例えば、図7(b)に示すように、第2発熱部15の第3加熱ゾーン71cの温度が同じ状態の場合に、第1発熱部13の第6加熱ゾーン61fの温度が第5加熱ゾーン61eの温度より高くなるように、第1発熱体23に印加する電力を制御する。即ち、温度H>温度Lとする。
その結果、図7(c)に示すように、重ね合わさった領域(従ってセラミックヒータ5の平面方向)においても、第1発熱部13の第6加熱ゾーン61fに対応する部分の温度が、第5加熱ゾーン61eに対応する部分の温度より高くなる。
これによって、セラミックヒータ5の内周側の加熱ゾーンZ1においては、第1発熱部13の各加熱ゾーン61a〜61g毎に細かく温度制御ができることが分かる。
て、
<外周側の温度制御>
次に、図6に示す外周側(即ち最外周)の加熱ゾーンZ2の温度制御について説明する。
ここで、最外周の加熱ゾーンZ2とは、図8(a)に示すように、第1発熱部13では、第7加熱ゾーン61gのことであり、第2発熱部15では、第4加熱ゾーン71dのことである。
例えば、図8(b)に示すように、第2発熱部15の第4加熱ゾーン71dの温度が同じ状態の場合に、第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gのいくつかの加熱領域73(図8(b)のハッチング部分)の温度が、他の加熱領域73の温度より高くなるように、第1発熱体23に印加する電力を制御する。即ち、温度H>温度Lとする。
その結果、図8(c)に示すように、重ね合わさった領域においても、第1発熱部13の第7加熱ゾーン71gのいくつかの加熱領域73に対応する部分の温度が、他の加熱領域73に対応する部分の温度より高くなる。
これによって、セラミックヒータ5の最外周の加熱ゾーンZ2においては、第1発熱部13の各加熱領域73毎に細かく温度制御ができることが分かる。
[1−5.製造方法]
次に、本第1実施形態の静電チャック1の製造方法について、簡単に説明する。
(1)セラミック基板17の原料として、主成分であるAl:92重量%、MgO:1重量%、CaO:1重量%、SiO:6重量%の各粉末を混合して、ボールミルで、50〜80時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(2)次に、この粉末に溶剤等を加え、ボールミルで混合して、スラリーとする。
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、(各セラミック層に対応する)各アルミナグリーンシートを形成する。
そして、各アルミナグリーンシートに対して、リフトピン孔21や内部孔57などとなる空間、更にはビア33となるスルーホールを、必要箇所に開ける。
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、スラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、吸着用電極11、各発熱体23、25、各内部配線層35、37、47、49等を形成するために、前記メタライズインクを用いて、吸着用電極11、各発熱体23、25、各内部配線層35、37、47、49の形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア33を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(6)次に、各アルミナグリーンシートを、リフトピン孔21等の必要な空間が形成されるように位置合わせして、熱圧着し、積層シートを形成する。
(7)次に、熱圧着した各積層シートを、それぞれ所定の形状(即ち円板形状)にカットする。
(8)次に、カットした各積層シートを、還元雰囲気にて、1400〜1600℃の範囲(例えば、1550℃)にて5時間焼成(本焼成)し、各アルミナ質焼結体を作製する。
(9)そして、焼成後に、各アルミナ焼結体に対して、例えば第1の主面A側の加工など必要な加工を行って、セラミック基板17を作製する。
(10)次に、セラミック基板17の必要箇所に、電極パッド43、53を形成する。
(11)次に、例えば電極パッド43にピン45をろう付けする。また、電極パッド53に
給電用端子29の上部をろう付けする。
(12)これとは別に、金属ベース7を製造する。具体的には、金属板に対して切削加工等を行うことにより、内部孔57等を備えた金属ベース7を形成する。なお、内部孔57には絶縁筒59を配置する。
(13)次に、金属ベース7とセラミック基板17とを接合して一体化する。
(14)次に、各内部孔57に対応して、コネクタ31や給電用端子29を配置して、静電チャック1を完成する。
[1−6.効果]
次に、本第1実施形態の効果について説明する。
・第1実施形態では、第1発熱部13の第1発熱体23及び第2発熱部15の第2発熱体25は、それぞれセラミック基板17の周方向に複数配置されている部分を有しており、しかも、第1発熱体23の数は第2発熱体25の数より大である。そのため、セラミックヒータ5(従って静電チャック1)の平面方向における温度の均一化が容易であり、しかも、特定の箇所の温度を調節することも容易である。
従って、例えば発熱量の大きなメインヒータである第2発熱部15を用いて、セラミックヒータ5の全体の温度を速やかに均一化できる。
また、例えば、周囲の環境等の何らかの原因で、第2発熱部15の一部(例えば外周部分の周方向における一部)の領域の温度が低下するような状況でも、当該領域に配置された第2発熱部15の周方向の一部の第2発熱体25の発熱状態を制御することにより、当該領域の温度を上昇させて、セラミックヒータ5の全体の温度の均一化を図ることができる。
さらに、第1発熱部13では第2発熱部15よりも多くの発熱体を用いることにより、第2発熱部15の第2発熱体25で温度調節できる領域よりも狭い領域の温度調節を精度良く行うこともできる。
・第1実施形態では、第1発熱部13は、平面視で、同心状に区分された複数の加熱ゾーン61にそれぞれ配置された第1環状部24を有するとともに、第1環状部24はセラミック基板17の周方向に複数の第1発熱体23を有している。さらに、第2発熱部15は、平面視で、同心状に区分された複数の加熱ゾーン71にそれぞれ配置された第2環状部26を有するとともに、第2環状部26はセラミック基板17の周方向に複数の第2発熱体25を有している。
この構成によって、第1発熱部13及び第2発熱部15は、径方向(即ち半径方向)及び周方向(即ち円周方向)において、区分された所定の領域の温度調節を容易に行うことができる。
・第1実施形態では、第1内側環状領域(即ち第1平面H1の第5、第6加熱ゾーン)61e、61f内の第1発熱体23の配列数は、径方向及び周方向の両方向とも、第2内側環状領域(即ち第2平面H2の第3加熱ゾーン)71c内の第2発熱体25の配列数より多いので、第1内側環状領域61e、61f内の多くの第1発熱体23により、小さな領域毎に精度良く温度調節ができる。
また、第2内側環状領域71c内の第2発熱体25の配列数は、径方向及び周方向の両方向とも、第1内側環状領域61e、61f内の第1発熱体23の配列数より少ないので、第2発熱部15の第2発熱体25の数を抑制でき、よって、その第2発熱体25に接続
される配線数や端子数を低減できるという利点がある。
・第1実施形態では、第2発熱部15(詳しくは第2発熱体25)の単位面積当たりの発熱量は、第1発熱部13(詳しくは第1発熱体23)の単位面積当たりの発熱量より大であるので、第2発熱部(15)により、セラミック基板17(従ってセラミックヒータ5)の温度を容易に所望の温度に制御できる。例えばセラミックヒータ5の平面方向における温度を容易に均一化できる。
なお、発熱量の小さな第1発熱部13の(第2発熱部15より数の多い)第1発熱体23を用いて、セラミックヒータ5の平面方向における所定の領域(第2発熱部15より狭い領域)の温度を精度良く調節することができる。
・第1実施形態では、第2端子部51に第1端子部39より大きな電力を供給することにより、第2発熱部15の単位面積当たりの発熱量を、第1発熱部13の単位面積当たりの発熱量より大きくすることができる。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。
本第2実施形態の静電チャックは、第1実施形態の静電チャックと基本的な同様な構成を備えているが、第1発熱部と重ね合される第2発熱部の構成が異なっている。
図9に示すように、本第2実施形態では、第1実施形態と同様に、第1発熱部13は、第1〜第7加熱ゾーン61a〜61gに区分されるとともに、各加熱ゾーン61a〜61gは、それぞれ所定のピッチで複数の加熱領域63に区分されている。
一方、第2発熱部15は、内周側の加熱ゾーンZ1(灰色部分)として、第1〜第3加熱ゾーン71a〜71cを備えるとともに、最外周の加熱ゾーンZ2として、2つの加熱ゾーンからなる第4加熱ゾーン71dを備えている。
つまり、第4加熱ゾーン71dは、(第2外側環状領域である)内周側の円環状の第4内周加熱ゾーン71d1と外周側の円環状の第4外周加熱ゾーン71d2とから構成されている。なお、第4加熱ゾーン71dは、第1発熱部13の(第1外側環状領域である)第7加熱ゾーン61gと重なり合う領域である。
次に、本第2実施形態における温度制御について、図10に基づいて説明する。
なお、図10では、重なり合う加熱ゾーンの一部を直線状に配置して示している。
図10(a)に示すように、第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gと、第2発熱部15の第4内周加熱ゾーン71d1及び第4外周加熱ゾーン71d2とが重なり合っている。
ここで、例えば、図10(b)に示すように、第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gのいくつかの加熱領域63(図10(b)のハッチング部分)の温度が、他の加熱領域63の温度より高くなるように、第1発熱体23に印加する電力を制御する。即ち、温度H>温度Lとする。
また、第2発熱部15の第4外周加熱ゾーン71d2(図10(b)のハッチング部分)の温度が、第4内周加熱ゾーン71d1の温度より高くなるように、第2発熱体25に印加する電力を制御する。即ち、温度H>温度Lとする。
その結果、図10(c)に示すように、共に温度が高い第1発熱部13の第7加熱ゾー
ン61gのいくつかの加熱領域63と第4外周加熱ゾーン71d2とが重なる領域(図10(c)でハッチングが交差する部分)の温度が最も高くなる。
また、温度が高い第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gのいくつかの加熱領域63と温度が低い第4内周加熱ゾーン71d1とが重なる領域(図10(c)のハッチング部分)の温度が次に高くなる。
そして、温度が低い第1発熱部13の第7加熱ゾーン61gの他の加熱領域63と温度が低い第4内周加熱ゾーン71d1とが重なる領域(図10(c)のハッチングが無い部分)の温度が最も低くなる。
これによって、セラミックヒータ5の最外周の加熱ゾーンZ2において、その内周側と外周側の温度とを、狭い幅の領域を細かく制御できることが分かる。
このように、本第2実施形態では、第1実施形態と同様な効果を奏する。
また、本第2実施形態では、第1発熱部13の最外周の第7加熱ゾーン61gに対応した第2発熱部15の加熱ゾーン71は、内周側の第4内周加熱ゾーン71d1と外周側の第4外周加熱ゾーン71d2とに区分されているので、上述したように、セラミックヒータ5の最外周の加熱ゾーンZ2において、その内周側と外周側の温度とを、狭い幅の領域を細かく制御ができる。
例えば第4内周加熱ゾーン71d1の第2発熱体25よりも第4外周加熱ゾーン71d2の第2発熱体25の(単位面積当たりの)発熱量を多くすることにより、セラミックヒータ5の外周部分の温度を容易に調節できる。
このセラミックヒータ5の外周部分(例えば最外周)は、外界の影響を受けやすいので、温度が変化し易いが、本第2実施形態では、外周部分にそのような大きな温度変化があっても、発熱量の多い第2発熱体25を含む加熱ゾーン71が径方向に細分化されていることにより、最外周の部分の温度を、容易に所望の温度に調節することができる。
尚、本発明は前記実施形態や実験例になん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)例えば、前記実施形態では、第1発熱部13及び第2発熱部15を、セラミック基板17内に配置したが、図11(a)に変形例1を示すように、セラミック基板17内に第1発熱部13を配置し、セラミック基板17の外側(即ち第2の主面B側)に第2発熱部15を配置してもよい。
(2)また、前記実施形態では、一層の第1発熱部13と一層の第2発熱部15とを、厚み方向に配置して重ね合わせるようにしたが、図11(b)に変形例2を示すように、例えば第2発熱部15を、厚み方向に配置した複数層(例えば第1の主面A側の上層15aと第2の主面B側の下層15bの2層)によって構成してもよい。
(3)さらに、前記各実施形態では、セラミックヒータ5及び金属ベース7を備えた静電チャック1を例に挙げたが、本発明は、図11(c)に変形例3を示すように、金属ベース7を備えない静電チャック1にも適用できる。つまり、セラミックヒータ5に、吸着用電極11、第1発熱部13、第2発熱部15を備えた静電チャック1にも適用できる。
(4)また、前記各実施形態では、セラミックヒータ5及び金属ベース7を備えた静電チャック1を例に挙げたが、本発明は、静電チャックではないセラミックヒータにも適用できる。
例えば、図11(d)に変形例4を示すように、絶縁基板(例えばセラミック基板17)内に、前記各実施形態と同様な第1発熱部13及び第2発熱部15を備えた加熱部材(例えばセラミックヒータ5)に適用できる。
(5)さらに、加熱ゾーンや加熱領域を区分する方法については、前記実施形態に限られるものではない。
(6)前記第1実施形態では、第2内側環状領域を構成する1つの加熱ゾーン71(第3加熱ゾーン71c)に対して、第1内側環状領域を構成する2つの加熱ゾーン61(第5加熱ゾーン61e及び第6加熱ゾーン61f)が完全に重なっている静電チャック1を例に挙げたが、本発明は、第2内側環状領域を構成する1つの加熱ゾーン71に対して、第1内側環状領域を構成する2つ以上の加熱ゾーン61のそれぞれが部分的に重なっていてもよい。
(7)前記第2実施形態では、第1外側環状領域を構成する1つの加熱ゾーン61(第7加熱ゾーン61g)に対して、第2外側環状領域を構成する2つの加熱ゾーン71(第4内周加熱ゾーン71d1及び第4外周加熱ゾーン71d2)が完全に重なっている静電チャック1を例に挙げたが、本発明は、第1外側環状領域を構成する1つの加熱ゾーン61に対して、第2外側環状領域を構成する2つ以上の加熱ゾーン71のそれぞれが部分的に重なっていてもよい。
(8)絶縁基板としては、セラミック基板や樹脂基板など各種の絶縁基板を採用できる。
(9)各実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。
1…静電チャック
3…半導体ウェハ
5…セラミックヒータ
11…静電電極
13…第1発熱部
15…第2発熱部
17…セラミック基板
23…第1発熱体
25…第2発熱体
61、71…加熱ゾーン
63、73…加熱領域

Claims (7)

  1. 被加工物が搭載される第1の主面と該第1の主面の反対側の第2の主面とを有するとともに、電気絶縁性を有する絶縁基板と、該絶縁基板に配置されて通電により発熱する発熱部と、を備えるとともに、
    前記発熱部として、前記絶縁基板の内部に配置された第1発熱部と、該第1発熱部よりも前記第2の主面側に配置された第2発熱部と、を備えた加熱部材において、
    前記絶縁基板を厚み方向から見た平面視で、
    前記第1発熱部及び前記第2発熱部は、それぞれ独立して温度調節が可能な複数の発熱体からなり、
    前記第1発熱部及び前記第2発熱部の複数の発熱体は、それぞれ前記絶縁基板の周方向に複数配置されており、
    且つ、前記第1発熱部の発熱体数は、前記第2発熱部の発熱体数より大であることを特徴とする加熱部材。
  2. 前記平面視で、
    前記第1発熱部は、同心状に区分された複数の第1環状領域にそれぞれ配置された第1環状部を有するとともに、該第1環状部は前記絶縁基板の周方向に複数の発熱体を有し、
    且つ、前記第2発熱部は、同心状に区分された複数の第2環状領域にそれぞれ配置された第2環状部を有するとともに、該第2環状部は前記絶縁基板の周方向に複数の発熱体を有することを特徴とする請求項1に記載の加熱部材。
  3. 前記平面視で、
    前記複数の第2環状領域のうち最外周より内周側の1つの前記第2環状領域からなる第2内側環状領域と、前記複数の第1環状領域のうち前記第2内側環状領域と重なる2つ以上の前記第1環状領域からなる第1内側環状領域とについて、
    前記絶縁基板の径方向において、前記第1内側環状領域内の前記発熱体の配列数は、前記第2内側環状領域内の前記発熱体の配列数より多く、
    且つ、前記絶縁基板の周方向において、前記第1内側環状領域内の前記発熱体の配列数は前記第2内側環状領域内の前記発熱体の配列数より多いことを特徴とする請求項2に記載の加熱部材。
  4. 前記平面視で、
    前記複数の第1環状領域のうち最外周の1つの前記第1環状領域からなる第1外側環状領域と、前記複数の第2環状領域のうち前記第1外側環状領域と重なる2つ以上の前記第2環状領域からなる第2外側環状領域とについて、
    前記絶縁基板の径方向において、前記第2外側環状領域内の前記発熱体の配列数は前記第1外側環状領域内の前記発熱体の配列数以上であり、
    且つ、前記絶縁基板の周方向において、前記第1外側環状領域内の前記発熱体の配列数は前記第2外側環状領域内の前記発熱体の配列数より多いことを特徴とする請求項2又は3に記載の加熱部材。
  5. 前記平面視で、前記第2発熱部の単位面積当たりの発熱量は、前記第1発熱部の単位面積当たりの発熱量より大であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の加熱部材。
  6. 前記加熱部材の表面に、前記第1発熱部に電気的に接続されて外部から電力が供給される第1端子部と、前記第2発熱部に電気的に接続されて外部から電力が供給される第2端子部と、を備えており、
    前記第2端子部は前記第1端子部より大きな電力の供給が可能な端子部であることを特
    徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の加熱部材。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の加熱部材を備えるとともに、前記絶縁基板に静電電極を備えたことを特徴とする静電チャック。
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