JP2020119834A - ヒータの温度制御方法、ヒータ及び載置台 - Google Patents
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Abstract
Description
近年では、検査装置として、高温での電子デバイスの電気的特性検査を行うことができるように、ウェハが載置される載置台に、加熱手段が設けられているものもある。
また、半導体製造プロセスでは、ウェハに対し、成膜装置を用いた成膜やエッチング装置を用いたエッチングが行われる。この成膜装置やエッチング装置に設けられる載置台にも加熱手段が設けられている。
特許文献1には、前述のように、シリコンヒータ上にウェハを載置し、シリコンヒータによりウェハを均一加熱することが開示されている。特許文献1に開示のシリコンヒータは、シリコン板の外周部に沿って帯状ターミナルが対向して設けられており、シリコン板の中央部に帯状ターミナルを結ぶ線を横切る方向に少なくとも1つの貫通スリットが設けられている。
また、プローブカード11は、インターフェース12を介してテスタ4へ接続されている。各プローブ11aは、電気的特性検査時にウェハWの各電子デバイスの電極に接触し、テスタ4からの信号をインターフェース12を介して電子デバイスへ供給し、且つ、電子デバイスからの信号をインターフェース12を介してテスタ4へ伝達する。
制御部13aは、例えば、ウェハWの電子デバイスの温度やステージ10の後述の天井層110の温度に基づいて、後述のヒータ130に印加する電圧や後述の蓋層140及び溝層150から成る冷却層への冷却媒体の流量を制御する。
なお、ベースユニット13は収容室2に設けられてもよい。
ヒータ130の詳細については後述する。
上述の蓋層140は、高濃度に不純物が添加され導電率が高いSi単結晶基板により構成され、その表面と裏面にSi酸化膜141、142が形成され側面に電極143が形成されている。蓋層140は、電極143を介して接地電位あるいは出力インピーダンスの低い電位に接続される。
ヒータ130は、前述のように、1枚の板状部材131と、Si酸化膜132、133と、電極134とを有する。
板状部材131の側面には、周方向に間隔をおいて、具体的には、周方向に等間隔で配置されるように、3以上の電極134が形成されている。図の例では、電極134の数は8つである。以下では、電極134を、図の上側のものから時計回りに順に、第1電極1341、第2電極1342、…、第8電極1348として、説明することがある。
直流電源13bは、直流電力を供給するものである。直流電源13bからの直流電力を電極134と他の電極134との間に通電することにより、板状部材131を加熱することができる。電極134の組み合わせは多数あるが、直流電源13bが各時点において直流電力を供給する電極134の組はその一部である。
切替部13cは、直流電源13bからの直流電力の供給先の電極134の組を切り替えるものである。直流電源13bからの直流電力の供給先の電極134の組を、制御部13aの制御の下、切替部13cで順次切り替えることにより、ヒータ130において加熱される部分を切り替えることができる。
図に示すように、切替部13cは、高電位側に接続されるトランジスタTraのエミッタと低電位側に接続されるトランジスタTrbのコレクタとが接続されて成るトランジスタ対を有する。そして、切替部13cは、電極134の数と同じ数の上記トランジスタ対が並列に接続されて成る。また、各トランジスタ対におけるトランジスタTraのエミッタとトランジスタTrbのコレクタとの接続部分Pに、当該トランジスタ対に対応する電極134(第1〜第8電極1341〜1338のいずれか1つ)が接続されている。
中心の加熱領域R1の加熱に用いられる電極134の組は、図7に示すように、通電したときに当該加熱領域R1内またはその近傍を電流が流れる電極134の組である。具体的には、加熱領域R1に対し、以下のように互いに対向する電極134の組が設定されている。
(第1の電極1341、第5の電極1345)
(第2の電極1342、第6の電極1346)
(第3の電極1343、第7の電極1347)
(第4の電極1344、第8の電極1348)
(第5の電極1345、第1の電極1341)
(第6の電極1346、第2の電極1342)
(第7の電極1347、第3の電極1343)
(第8の電極1348、第4の電極1344)
なお、本明細書では、(第jの電極134j、第kの電極134k)との記載は、高電位側の電極が第jの電極134jであり、低電位側の電極が第kの電極134kである電極134の組を意味する。
(第1の電極1341、第4の電極1344)
(第1の電極1341、第6の電極1346)
(第2の電極1342、第5の電極1345)
(第2の電極1342、第7の電極1347)
(第3の電極1343、第6の電極1346)
(第3の電極1343、第8の電極1348)
(第4の電極1344、第7の電極1347)
(第4の電極1344、第1の電極1341)
(第5の電極1345、第8の電極1348)
(第5の電極1345、第2の電極1342)
(第6の電極1346、第1の電極1341)
(第6の電極1346、第3の電極1343)
(第7の電極1347、第2の電極1342)
(第7の電極1347、第4の電極1344)
(第8の電極1348、第3の電極1343)
(第8の電極1348、第5の電極1345)
(第1の電極1341、第3の電極1343)
(第1の電極1341、第7の電極1347)
(第2の電極1342、第4の電極1344)
(第2の電極1342、第8の電極1348)
(第3の電極1343、第5の電極1345)
(第3の電極1343、第1の電極1341)
(第4の電極1344、第6の電極1346)
(第4の電極1344、第2の電極1342)
(第5の電極1345、第7の電極1347)
(第5の電極1345、第3の電極1343)
(第6の電極1346、第8の電極1348)
(第6の電極1346、第4の電極1344)
(第7の電極1347、第1の電極1341)
(第7の電極1347、第5の電極1345)
(第8の電極1348、第2の電極1342)
(第8の電極1348、第6の電極1346)
(第1の電極1341、第2の電極1342)
(第1の電極1341、第8の電極1348)
(第2の電極1342、第3の電極1343)
(第2の電極1342、第1の電極1341)
(第3の電極1343、第4の電極1344)
(第3の電極1343、第2の電極1342)
(第4の電極1344、第5の電極1345)
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(第5の電極1345、第6の電極1346)
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(第6の電極1346、第7の電極1347)
(第6の電極1346、第5の電極1345)
(第7の電極1347、第8の電極1348)
(第7の電極1347、第6の電極1346)
(第8の電極1348、第1の電極1341)
(第8の電極1348、第7の電極1347)
加熱領域R1の加熱工程では、以下のステップ1〜8が順に繰り返される。
ステップ1では、図11に示すように、通電される電極134の組として(第1の電極1341、第5の電極1345)が用いられるように、当該電極134の組に対応する、切替部13cの所定のトランジスタがON状態とされる。具体的には、第1の電極1341に対するトランジスタ対Tr1の高電位側と、第5の電極1345に対するトランジスタ対Tr5の低電位側のみがON状態とされる。
ステップ2〜ステップ8では、通電される電極134の組として以下のものが用いられるように、ステップ1と同様に、該当する電極134に対応する高電位側のトランジスタTraと低電位側のトランジスタTrbのみがON状態とされる。
ステップ3:(第3の電極1343、第7の電極1347)
ステップ4:(第4の電極1344、第8の電極1348)
ステップ5:(第5の電極1345、第1の電極1341)
ステップ6:(第6の電極1346、第2の電極1342)
ステップ7:(第7の電極1347、第3の電極1343)
ステップ8:(第8の電極1348、第4の電極1344)
加熱領域R2の加熱工程では、以下のステップ1〜8が順に繰り返される。
ステップ1では、通電される電極134の組として(第1の電極1341、第4の電極1344)及び(第1の電極1341、第6の電極1346)が用いられるように、上記電極134の組に対応する、切替部13cの所定のトランジスタがON状態とされる。具体的には、両電極134の組で共通の第1の電極1341に対するトランジスタ対Tr1の高電位側と、第4の電極1344に対するトランジスタ対Tr4及び第6の電極1346に対するトランジスタ対Tr6の低電位側とのみが、ON状態とされる。
ステップ2〜ステップ8では、通電される電極134の組として以下のものが用いられるように、ステップ1と同様に、該当する電極134に対応する高電位側のトランジスタTraと低電位側のトランジスタTrbのみがON状態とされる。
ステップ3:(第3の電極1343、第6の電極1346)及び(第3の電極1343、第8の電極1348)
ステップ4:(第4の電極1344、第7の電極1347)及び(第4の電極1344、第1の電極1341)
ステップ5:(第5の電極1345、第8の電極1348)及び(第5の電極1345、第2の電極1342)
ステップ6:(第6の電極1346、第1の電極1341)及び(第6の電極1346、第3の電極1343)
ステップ7:(第7の電極1347、第2の電極1342)及び(第7の電極1347、第4の電極1344)
ステップ8:(第8の電極1348、第3の電極1343)及び(第8の電極1348、第5の電極1345)
加熱領域R3の加熱工程では、以下のステップ1〜8が順に繰り返される。
ステップ1では、通電される電極134の組として(第1の電極1341、第3の電極1343)及び(第1の電極1341、第7の電極1347)が用いられるように、上記電極134の組に対応する、切替部13cの所定のトランジスタがON状態とされる。具体的には、両電極134の組で共通の第1の電極1341に対すトランジスタ対Tr1の高電位側と、第3の電極1343に対するトランジスタ対Tr3及び第7の電極1347に対するトランジスタ対Tr7の低電位側とのみが、ON状態とされる。
ステップ2〜ステップ8では、通電される電極134の組として以下のものが用いられるように、ステップ1と同様に、該当する電極134に対応する高電位側のトランジスタTraと低電位側のトランジスタTrbのみがON状態とされる。
ステップ3:(第3の電極1343、第5の電極1345)及び(第3の電極1343、第1の電極1341)
ステップ4:(第4の電極1344、第6の電極1346)及び(第4の電極1344、第2の電極1342)
ステップ5:(第5の電極1345、第7の電極1347)及び(第5の電極1345、第3の電極1343)
ステップ6:(第6の電極1346、第8の電極1348)及び(第6の電極1346、第4の電極1344)
ステップ7:(第7の電極1347、第1の電極1341)及び(第7の電極1347、第5の電極1345)
ステップ8:(第8の電極1348、第2の電極1342)及び(第8の電極1348、第6の電極1346)
加熱領域R4の加熱工程では、以下のステップ1〜8が順に繰り返される。
ステップ1では、通電される電極134の組として(第1の電極1341、第2の電極1342)及び(第1の電極1341、第8の電極1348)が用いられるように、上記電極134の組に対応する、切替部13cの所定のトランジスタがON状態とされる。具体的には、両電極134の組で共通の第1の電極1341に対すトランジスタ対Tr1の高電位側と、第2の電極1342に対するトランジスタ対Tr2及び第8の電極1348に対するトランジスタ対Tr8の低電位側とのみが、ON状態とされる。
ステップ2〜ステップ8では、通電される電極134の組として以下のものが用いられるように、ステップ1と同様に、該当する電極134に対応する高電位側のトランジスタTraと低電位側のトランジスタTrbのみがON状態とされる。
ステップ2:(第3の電極1343、第4の電極1344)及び(第3の電極1343、第2の電極1342)
ステップ2:(第4の電極1344、第5の電極1345)及び(第4の電極1344、第3の電極1343)
ステップ2:(第5の電極1345、第6の電極1346)及び(第5の電極1345、第4の電極1344)
ステップ2:(第6の電極1346、第7の電極1347)及び(第6の電極1346、第5の電極1345)
ステップ2:(第7の電極1347、第8の電極1348)及び(第7の電極1347、第6の電極1346)
ステップ2:(第8の電極1348、第1の電極1341)及び(第8の電極1348、第7の電極1347)
なお、以下では、本実施形態にかかるヒータ130の温度制御処理において、上述の加熱領域R1の加熱工程、加熱領域R2の加熱工程、加熱領域R3の加熱工程、加熱領域R4の加熱工程の4つの加熱工程を順に繰り返すものとする。また、上記4つの加熱工程それぞれにおいて、ステップ1〜ステップ8までの1サイクルを、同じ回数ずつ繰り返すものとする。
昇温処理では、例えば、ヒータ130の中央寄りを加熱する、加熱領域R1の加熱工程及び加熱領域R2の加熱工程のみが、繰り返し行われる。この際、各加熱工程における各ステップでのデューティ比は100%とされる。なお、この昇温処理において、加熱領域R3及び加熱領域R4は加熱領域R1及び加熱領域R2からの伝熱により加熱される。
加熱領域Rそれぞれの加熱工程における、各ステップでのデューティ比は、例えば、前述のように、当該加熱領域Rの加熱工程で用いられる電極134の組における電極134間の距離に基づいて設定される。
これに代えて、加熱領域Rそれぞれの加熱工程における、各ステップでのデューティ比は、加熱対象の加熱領域Rの温度に基づいて設定されてもよい。例えば、加熱領域R3の加熱工程におけるデューティ比は、ステージ10の天井層110の加熱領域R3に対応する部分に設けられた温度センサで測定された温度が目標温度を超えていた場合、現在の値から所定値分低くなるように設定される。一方、上記測定された温度が目標温度未満であった場合、加熱領域R3の加熱工程におけるデューティ比は、現在の値から所定値分高くなるよう設定される。
ステージ10の作製方法は、Si単結晶基板の両面または片面にSi酸化膜を形成し、ヒータ130を含む複数の層それぞれを作製する各層作製工程と、上記複数の層における積層方向に互いに隣接する層を、上記Si酸化膜を介して接合する接合工程、とを含む。以下、上述の各層作製工程と接合工程とを具体的に説明する。
この工程では、Siインゴットを切り出して形成されるSi単結晶基板の、天井層110の裏面に相当する面に、熱酸化処理によってSi酸化膜111が形成され、天井層110が作製される。
この工程では、高濃度に不純物が添加されたSiインゴットを切り出して形成されるSi単結晶基板の表面と裏面に、熱酸化処理によってSi酸化膜121、122が形成される。それと共に、上記Si単結晶基板の側面に、メタライズ処理によって電極123が形成される。これにより、電磁シールド層120が作製される。
この工程では、高濃度に不純物が添加されたSiインゴットを切り出して形成されるSi単結晶基板である板状部材131の表面と裏面に、熱酸化処理によってSi酸化膜132、133が形成されると共に、それぞれの側面に、メタライズ処理によって電極134が形成される。これにより、ヒータ130が作製される。
この工程では、高濃度に不純物が添加されたSiインゴットを切り出して形成されるSi単結晶基板の表面と裏面に、熱酸化処理によってSi酸化膜141、142が形成される。それと共に、上記Si単結晶基板の側面に、メタライズ処理によって電極143が形成される。これにより、蓋層140が作製される。
(E)溝層作製工程
この工程では、Siインゴットを切り出して形成されるSi単結晶基板の、蓋層140側の面に相当する面に、エッチング処理あるいは機械加工によって溝151が形成される。また、Si単結晶基板の、蓋層140側の面に相当する面に、熱酸化処理によってSi酸化膜152が形成される。これにより、溝層150が作製される。
層間のSi酸化膜を介した接合には、例えばプラズマ活性化低温接合や、イオンビーム等を用いて接合面を活性化させる常温接合が用いられる。
図13の電極134はそれぞれ、周方向に分割され、大分割電極201と該大分割電極201より周方向の幅が小さい小分割電極202とを有する。より具体的には、電極134は、それぞれ周方向に3分割され、2つの大分割電極201と、これら大分割電極201の間に設けられた小分割電極202とを有する。
加熱領域R2を加熱する工程では、例えば、図14(B)に示すように、第1の電極1341と第4の電極1344との間に通電する際、第1の電極1341の小分割電極202と、第4の電極1344の大分割電極201及び小分割電極202との間のみに通電する。第1の電極1341の大分割電極201と第4の電極1344の大分割電極201との間には通電しない。
加熱領域R3を加熱する工程では、例えば、図14(C)に示すように、第1の電極1341と第3の電極1343との間に通電する際、第1の電極1341の小分割電極202と、第3の電極1343の大分割電極201及び小分割電極202との間のみに通電する。第1の電極1341の大分割電極201と第3の電極1343の大分割電極201との間には通電しない。
加熱領域R4を加熱する工程では、例えば、図14(D)に示すように、第1の電極1341と第2の電極1342との間に通電する際、第1の電極1341の小分割電極202と、第2の電極1342の大分割電極201及び小分割電極202との間のみに通電する。第1の電極1341の大分割電極201と第2の電極1342の大分割電極201との間には通電しない。
それに対し、図13の例の電極134では、電極134間に通電した際、板状部材131において、当該電極134間の中央部分にも電流が流れる。したがって、当該電極134間の中央部分も加熱することができる。
本例の電極134は、特に、板状部材131の中央の加熱領域R1を加熱する際に有用である。
以上の例では、板状部材131の温度を、ステージ10の天井層110に設けられた温度センサ(図示せず)により測定するものとしていた。より具体的には、各加熱領域Rの温度を、ステージ10の天井層110における、当該加熱領域Rに対応する部分に設けられた温度センサにより測定するものとしていた。
板状部材131の温度の測定方法、具体的には、各加熱領域Rの温度の測定方法は、これに限られない。
したがって、板状部材131の温度を、電極134と他の電極134との間に通電したときの電気抵抗率に基づいて推定し、推定結果を測定結果としてもよい。具体的には、例えば、加熱領域Rそれぞれの温度を、当該加熱領域Rの加熱に用いる電極134の組毎に、電極134間に直流電源13bから所定の電圧を印加し、そのときに流れる電流を測定する。次いで、上記所定の電圧と電流測定結果から電気抵抗値を算出し、算出結果から所定の換算式に基づいて、温度を算出/推定する。そして、加熱領域Rそれぞれについて、上記電極134の組毎の、温度推定結果の平均値を算出し、算出結果を当該加熱領域Rの温度測定結果とする。
同様に、加熱領域R1〜R4を温度測定することができ、その測定結果を、加熱領域R2〜R4の加熱工程それぞれにおけるデューティ比の設定に用いることができる。
なお、通電した時の電極134間の電圧は、該電極134間の電気抵抗値の算出に必要となるところ、例えば、直流電源13bからの出力が一定であれば、その出力電圧を、記憶部(図示せず)に予め記憶させておき、上記電気抵抗値の算出時に用いるようにしてもよい。また、上記電圧は、測定により取得してもよい。
図5のヒータ130は、平面視円形の板状部材131を有していたが、板状部材131の形状はこれに限られない。図16の例のヒータ210が有する板状部材211のように、平面視矩形(本例では正方形)であってもよい。
例えば、加熱領域R2の加熱工程において、通電する電極134の組に第2電極1342が含まれるステップのみ、同加熱工程における他のステップより上記デューティ比が長く設定されたものとする。この場合、加熱領域R2における、第2電極1342に近い特定の部分A(図8参照)のみ、加熱量を多くすることができる。
このような上記デューティ比の設定は、ヒータ130の周囲の面内温度分布に特異点がある場合に有効である。ヒータ130の周囲の面内温度分布における特異点とは、例えば以下の通りである。すなわち、ステージ10は、蓋層140と溝層150により構成される冷却層を有するが、この冷却層への冷却媒体の導入口近傍の部分において、他の部分に比べて低温になる場合がある。この場合において、ステージ10における冷却媒体の導入口近傍の部分は、ヒータ130の周囲の面内温度分布における特異点となりうる。
ヒータ130は、アルミナ、シリコンカーバイドの単結晶基板または多結晶基板など、酸化物が形成されるものにより構成されてもよい。ただし、Si単結晶基板やSi多結晶基板は、半導体産業の応用分野の大きさから安価で入手できるため、これらの基板を用いることにより、低コストでヒータ130を作製することができる。なお、ステージ10を構成するヒータ130以外の層についても同様である。
以上では、電源に対する高電位側や低電位側へ接続する電極134を切り替えるためのスイッチング素子として、トランジスタを用いていたが、他のスイッチング素子を用いてもよい。
また、以上では、同時に高電位側へ接続される電極134の数を1つに制限していたが、同時に低電位側へ接続される電極134の数を1つに制限するようにしてもよい。なお、同時に高電位側へ接続される電極134と、同時に低電位側へ接続される電極134の数との両方を複数としてもよい。
(1)ヒータの温度調整方法であって、
前記ヒータは、半導体基板から成る1枚の板状部材と、前記1枚の板状部材の側面に、周方向に間隔をおいて3以上形成された電極と、を有し、
当該温度調整方法は、
前記電極と他の前記電極との間に通電すると共に、通電する前記電極の組を順次切り替えて、前記板状部材を加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程における電極間の通電時間は前記電極の組毎に設定されている、ヒータの温度調整方法。
前記(1)では、ヒータが1つの板状部材の側面に電極を形成したものであり配線が容易である。また、板状部材には不純物濃度が面内で均一なSi基板等の半導体基板を用いることができる。そのため、ヒータを容易に且つ低コストで作製可能である。さらに、前記(1)では、ヒータの板状部材を加熱する工程において、通電する電極の組を順次切り替えながら、電極組毎に設定された通電時間に亘って、電極間に通電している。そのため、上記通電時間を調整することで、板状部材における、電極の組に対応する領域の加熱量を調整し、板状部材の面内温度分布を変更することができる。したがって、ヒータにおいて所望の面内温度分布を容易に得ることができる。
前記(2)によれば、電極間の通電時間が、当該電極間の距離または電気抵抗値に基づいて設定されているため、ヒータの温度を面内で均一にすることができる。
前記加熱工程において通電する際、一方の前記電極の前記小分割電極と、他方の前記電極の前記小分割電極及び前記大分割電極との間に通電し、前記一方の前記電極の前記大分割電極と前記他方の前記電極の前記大分割電極との間には通電しない、前記(1)〜(3)のいずれか1に記載のヒータの温度調整方法。
前記(6)によれば、測温結果に応じて、板状部材の面内温度分布を調整することができる。
前記1枚の板状部材の側面に、周方向に間隔をおいて3以上形成された電極と、を有する、ヒータ。
130,210 ヒータ
131,211 板状部材
134 電極
Claims (8)
- ヒータの温度調整方法であって、
前記ヒータは、半導体基板から成る1枚の板状部材と、前記1枚の板状部材の側面に、周方向に間隔をおいて3以上形成された電極と、を有し、
当該温度調整方法は、
前記電極と他の前記電極との間に通電すると共に、通電する前記電極の組を順次切り替えて、前記板状部材を加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程における電極間の通電時間は前記電極の組毎に設定されている、ヒータの温度調整方法。 - 前記電極間の通電時間は、当該電極間の距離または電気抵抗値に基づいて設定されている、請求項1に記載のヒータの温度調整方法。
- 前記板状部材を径方向に分割した領域毎に、当該領域に対応する位置関係を有する電極の組が、当該領域の加熱に用いられる前記電極の組として設定されている、請求項1または2に記載のヒータの温度調整方法。
- 前記電極はそれぞれ、周方向に分割され、大分割電極と該大分割電極より周方向の幅が小さい小分割電極とを有し、
前記加熱工程において通電する際、一方の前記電極の前記小分割電極と、他方の前記電極の前記小分割電極及び前記大分割電極との間に通電し、前記一方の前記電極の前記大分割電極と前記他方の前記電極の前記大分割電極との間には通電しない、請求項1〜3のいずれか1項に記載のヒータの温度調整方法。 - 前記電極と他の電極との間に通電したときの電気抵抗値に基づいて、前記板状部材の温度を測定する測定工程を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒータの温度調整方法。
- 前記測定工程での測定結果に基づいて、前記電極間の通電時間を調整する調整工程を有する、請求項5に記載のヒータの温度調整方法。
- 半導体材料から形成された1枚の板状部材と、
前記1枚の板状部材の側面に、周方向に間隔をおいて3以上形成された電極と、を有する、ヒータ。 - 請求項7に記載のヒータを有する、被処理体が載置される載置台。
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