JP2024036802A - 静電チャック装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】均熱性が高い静電チャック装置を提供する。【解決手段】板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において静電チャック部を載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、ベース部の内部には、支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、冷媒流路は、中心軸線の軸方向から見て板状試料の外縁と重なる外周流路部と、外周流路部よりも径方向内側に配置され少なくとも一部が中心軸線周りに渦巻状に延びる内周流路部と、を有し、内周流路部の流路断面積は、中心軸線から離れるに従い大きくなる、静電チャック装置。【選択図】図２
Description
本発明は、静電チャック装置に関するものである。
プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、載置面に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、ウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。特許文献１には、載置面を含む板状セラミック体と、内部に冷却媒体を流す冷却通路が設けられたベース部材とを有する構成が知られている。
近年、半導体を用いたデバイスは高集積化される傾向にある。そのため、デバイスの製造時には、配線の微細加工技術や三次元実装技術が必要とされている。このような加工技術を実施するにあたり、半導体製造装置には、ウエハの面内の温度分布（温度差）を低減させることが求められる。従来技術では、ウエハの面内温度分布を所望の温度差にまで低減させることができないことがあり、改善が求められていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、均熱性が高い静電チャック装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、下記［１］～［６］の発明を包含する。
以下の発明は必要に応じて2つ以上組み合わせることも好ましい。
［１］ 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、前記冷媒流路は、前記中心軸線の軸方向から見て前記板状試料の外縁と重なる外周流路部と、前記外周流路部よりも径方向内側に配置され少なくとも一部が前記中心軸線周りに渦巻状に延びる内周流路部と、を有し、前記内周流路部の流路断面積は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、静電チャック装置。
［２］ 前記内周流路部は、前記中心軸線から離れるに従い幅寸法が小さくなる、［１］に記載の静電チャック装置。
［３］ 前記内周流路部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする、［２］に記載の静電チャック装置。
［４］ 前記内周流路部は、前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧部を有し、複数の前記円弧部のうち径方向外側に位置する円弧部は、径方向内側に位置する円弧部よりも幅寸法が小さい、［２］に記載の静電チャック装置。
［５］ 前記外周流路部の流路断面積は、前記内周流路部の流路断面積よりも大きい、［１］～［４］の何れか一項に記載の静電チャック装置。
［６］ 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、前記ベース部は、前記冷媒流路を径方向に区画して前記中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する壁部を有し、前記壁部の径方向寸法は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、静電チャック装置。
［７］ 前記壁部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い径方向寸法を連続的に小さくなる、［６］に記載の静電チャック装置。
［８］ 前記壁部は、前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧壁を有し、複数の前記円弧壁のうち径方向外側に位置する円弧壁は、径方向内側に位置する円弧壁よりも径方向寸法が小さい、［６］に記載の静電チャック装置。
以下の発明は必要に応じて2つ以上組み合わせることも好ましい。
［１］ 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、前記冷媒流路は、前記中心軸線の軸方向から見て前記板状試料の外縁と重なる外周流路部と、前記外周流路部よりも径方向内側に配置され少なくとも一部が前記中心軸線周りに渦巻状に延びる内周流路部と、を有し、前記内周流路部の流路断面積は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、静電チャック装置。
［２］ 前記内周流路部は、前記中心軸線から離れるに従い幅寸法が小さくなる、［１］に記載の静電チャック装置。
［３］ 前記内周流路部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする、［２］に記載の静電チャック装置。
［４］ 前記内周流路部は、前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧部を有し、複数の前記円弧部のうち径方向外側に位置する円弧部は、径方向内側に位置する円弧部よりも幅寸法が小さい、［２］に記載の静電チャック装置。
［５］ 前記外周流路部の流路断面積は、前記内周流路部の流路断面積よりも大きい、［１］～［４］の何れか一項に記載の静電チャック装置。
［６］ 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、前記ベース部は、前記冷媒流路を径方向に区画して前記中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する壁部を有し、前記壁部の径方向寸法は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、静電チャック装置。
［７］ 前記壁部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い径方向寸法を連続的に小さくなる、［６］に記載の静電チャック装置。
［８］ 前記壁部は、前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧壁を有し、複数の前記円弧壁のうち径方向外側に位置する円弧壁は、径方向内側に位置する円弧壁よりも径方向寸法が小さい、［６］に記載の静電チャック装置。
本発明によれば、均熱性が高い静電チャック装置を提供することができる。
以下、図面を基に、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
なお、本明細書においては、「静電チャック部（又は載置面）の面内温度分布（温度差）の度合い」のことを「均熱性」と称することがある。「均熱性が高い」とは、静電チャック部の載置面のうち板状試料を搭載する領域の面内温度分布が小さいことを意味する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の静電チャック装置１を示す断面図である。
静電チャック装置１は、板状の静電チャック部２と、ヒータエレメント５と、円盤状のベース部３と、を有する。静電チャック装置１は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。静電チャック部２、ヒータエレメント５、およびベース部３は、中心軸線Ｊの軸方向に沿ってこの順で積層される。
図１は、第１実施形態の静電チャック装置１を示す断面図である。
静電チャック装置１は、板状の静電チャック部２と、ヒータエレメント５と、円盤状のベース部３と、を有する。静電チャック装置１は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。静電チャック部２、ヒータエレメント５、およびベース部３は、中心軸線Ｊの軸方向に沿ってこの順で積層される。
以下の説明において、中心軸線Ｊを中心として静電チャック装置１の各部の方向を説明する。以下の説明において、中心軸線Ｊの軸方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ場合がある。また、以下の説明において、中心軸線Ｊが延びる方向を上下方向と一致させた姿勢で各部の上下方向を規定する。しかしながら、静電チャック装置１の使用時の姿勢は限定されない。
（静電チャック部）
静電チャック部２は、上面を半導体ウエハ等の円形の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした載置板１１と、載置板１１と一体化され前記載置板１１の底部側を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極１３、および静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、を有する。すなわち、静電チャック部２は、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａを有し内部に静電吸着用電極１３が設けられる。
静電チャック部２は、上面を半導体ウエハ等の円形の板状試料Ｗを載置する載置面１１ａとした載置板１１と、載置板１１と一体化され前記載置板１１の底部側を支持する支持板１２と、これら載置板１１と支持板１２との間に設けられた静電吸着用電極１３、および静電吸着用電極１３の周囲を絶縁する絶縁材層１４と、を有する。すなわち、静電チャック部２は、板状試料Ｗを載置する載置面１１ａを有し内部に静電吸着用電極１３が設けられる。
載置板１１および支持板１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円盤状の部材である。載置板１１および支持板１２は、機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する、セラミックス焼結体からなる。載置板１１および支持板１２について、詳しくは後述する。
載置板１１の載置面１１ａには、直径が板状試料の厚さより小さい突起部１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部１１ｂが板状試料Ｗを支える。
また、載置面１１ａの周縁には、周縁壁１７が形成されている。周縁壁１７は、突起部１１ｂと同じ高さに形成されており、突起部１１ｂとともに板状試料Ｗを支持する。
静電吸着用電極１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられる。静電吸着用電極１３は、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極１３は任意に選択される材料から構成できる。例えば、酸化アルミニウム－炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３－Ｔａ４Ｃ５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム－タングステン（Ａｌ２Ｏ３－Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム－炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム－タングステン（ＡｌＮ－Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム－タンタル（ＡｌＮ－Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム－モリブデン（Ｙ２Ｏ３－Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。
静電吸着用電極１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層１４は、静電吸着用電極１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極１３を保護する。また絶縁材層１４は、載置板１１と支持板１２との境界部を、すなわち静電吸着用電極１３以外の外周部領域を、接合一体化する。絶縁材層１４は、載置板１１および支持板１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
（ヒータエレメント）
ヒータエレメント５は、静電チャック部２を加熱する。ヒータエレメント５は、静電チャック部２の下面側に配置される。ヒータエレメント５の構造や材料は、任意に選択できる。例を挙げれば、厚さが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚さを有する非磁性金属薄板を、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、およびモリブデン（Ｍｏ）薄板等を、フォトリソグラフィー法やレーザー加工により、所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状などであって、全体輪郭が円環状の形状など、に加工することで得られる。
ヒータエレメント５は、静電チャック部２を加熱する。ヒータエレメント５は、静電チャック部２の下面側に配置される。ヒータエレメント５の構造や材料は、任意に選択できる。例を挙げれば、厚さが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚さを有する非磁性金属薄板を、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、およびモリブデン（Ｍｏ）薄板等を、フォトリソグラフィー法やレーザー加工により、所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状などであって、全体輪郭が円環状の形状など、に加工することで得られる。
ヒータエレメント５は、静電チャック部２に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部２の表面で加工成型することで設けてもよい。静電チャック部２とは異なる位置でヒータエレメント５を別途加工成形したものを、静電チャック部２の表面に転写印刷することで設けてもよい。
ヒータエレメント５は、厚さの均一な耐熱性および絶縁性を有する、シート状またはフィルム状のシリコーン樹脂またはアクリル樹脂などからなる接着剤４により、支持板１２の底面に接着および固定されている。
静電チャック部２とベース部３とは、静電チャック部２とベース部３の間に設けられた接着剤層８を介して接着されている。接着剤層８は、例えば、シリコーン系樹脂組成物を加熱硬化した硬化体またはアクリル樹脂で形成されている。接着剤層８は、例えば、流動性を有する樹脂組成物を静電チャック部２とベース部３の間に配置した後に、加熱硬化させることで形成することが好ましい。これにより、静電チャック部２とベース部３と間の凹凸が、接着剤層８により充填され、接着剤層８に空隙や欠陥が生じ難くなる。そのため、接着剤層８の熱伝導特性を面内に均一にすることができ、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。
（ベース部）
ベース部３は、静電チャック部２を冷却する。ベース部３は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。ベース部３は、静電チャック部２を支持する支持面３ａと、支持面３ａの反対側を向く底面３ｂと、を有する。静電チャック部２は、支持面３ａにおいて静電チャック部２を載置面１１ａの反対側から支持する。
ベース部３は、静電チャック部２を冷却する。ベース部３は、中心軸線Ｊを中心とする円盤状である。ベース部３は、静電チャック部２を支持する支持面３ａと、支持面３ａの反対側を向く底面３ｂと、を有する。静電チャック部２は、支持面３ａにおいて静電チャック部２を載置面１１ａの反対側から支持する。
ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、および加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が好適に用いられる。ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
ベース部３の内部には、冷媒が流動する冷媒流路４０が設けられる。冷媒流路４０には、ベース部３の外部から冷媒流路４０内に冷媒を引き込む流入口４０ａと、冷媒流路４０内の冷媒をベース部３の外部に排出する流出口４０ｂと、が設けられる。流入口４０ａおよび流出口４０ｂは、ベース部３の底面３ｂに開口している。なお、図１において、流入口４０ａおよび流出口４０ｂの径方向の位置は模式化されて図示されており、実際の配置を表すものではない。
冷媒流路４０は、支持面３ａに沿って延びる。すなわち、冷媒流路４０は、中心軸線Ｊと直交する平面に沿って延びる。冷媒流路４０は、全長に亘って流路断面が矩形状である。本実施形態の冷媒流路４０は、冷媒流路４０の軸方向寸法Ｄｘは、冷媒流路４０の全長に亘って一様である。冷媒流路４０は、上側部材３５と下側部材３６とを有する。上側部材３５は、軸方向を厚さ方向とする板状の部材である。また、下側部材３６は、上側部材３５より軸方向の厚さ寸法が大きい板状の部材である。
下側部材３６の上面には、上側に開口する凹溝３１ｇが設けられる。下側部材３６において、凹溝３１ｇ同士の間の部分は、壁部５０を構成する。すなわち、ベース部３は、壁部５０を有する。壁部５０は、凹溝３１ｇ同士を区画する。
凹溝３１ｇの開口は、上側部材３５に覆われる。冷媒は、凹溝３１ｇの内側面および上側部材３５で囲まれる領域に流れる。すなわち、冷媒流路４０は、凹溝３１ｇの内側面、および上側部材３５の下面に囲まれる領域に構成される。また、壁部５０は、冷媒流路４０を径方向に区画する。上側部材３５の下面と下側部材３６の上面とは、ロウ付けなどの接合手段によって互いに接合される。
図２は、本実施形態の冷媒流路４０の模式図である。
本実施形態の冷媒流路４０は、中心軸線Ｊに対し径方向外側に広がる渦巻状である。本実施形態の冷媒流路４０は、全長に亘って一つながりである。本実施形態において、冷媒流路４０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間する。冷媒流路４０の径方向に重なる部分同士の間には、壁部５０が位置する。壁部５０は、冷媒流路４０を、中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する。
本実施形態の冷媒流路４０は、中心軸線Ｊに対し径方向外側に広がる渦巻状である。本実施形態の冷媒流路４０は、全長に亘って一つながりである。本実施形態において、冷媒流路４０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間する。冷媒流路４０の径方向に重なる部分同士の間には、壁部５０が位置する。壁部５０は、冷媒流路４０を、中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する。
冷媒流路４０は、外周流路部４１と、内周流路部４２とを有する。外周流路部４１は、冷媒流路４０の全長のうち、最外周の領域に位置しており、中心軸線Ｊを中心として周方向に１周以下だけ延びる領域である。一方で、内周流路部４２は、冷媒流路４０の全長のうち、外周流路部４１よりも径方向内側に配置される。外周流路部４１と内周流路部４２とは、互いに連結している。本実施形態において、流入口４０ａは、外周流路部４１に設けられ、流出口４０ｂは、内周流路部４２に設けられる。したがって、本実施形態の冷媒は、外周流路部４１、内周流路部４２の順で冷媒流路４０内を流れる。
外周流路部４１は、冷媒流路４０において最外周に配置される。外周流路部４１は、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。外周流路部４１の一端には、流入口４０ａが設けられる。また、外周流路部４１の他端は、内周流路部４２が接続される。外周流路部４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａと重なる。
外周流路部４１は、全長に亘って幅寸法が一様である。本実施形態の冷媒流路４０は、全長に亘って流路断面が矩形状であり、軸方向寸法が一様である。したがって、外周流路部４１は、全長に亘って流路断面積が一様である。
内周流路部４２は、中心軸線Ｊを中心として略一周半だけ旋回して延びる渦巻状である。内周流路部４２の一端は、外周流路部４１に接続される。また、内周流路部４２の他端には、流出口４０ｂが設けられる。
内周流路部４２は、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする。このため、内周流路部４２は、径方向外側に向かうに従い流路断面積が連続的に小さくなる。
壁部５０は、中心軸線Ｊを中心として１周と約３／４周だけ旋回して延びる渦巻状である。本実施形態において、壁部５０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間する。壁部５０は、内周側の領域５０Ａで内周流路部４２同士の間に位置しこれらを画定する。また、壁部５０は、外周側の領域５０Ｂで外周流路部４１と内周流路部４２との間に位置しこれらを画定する。
壁部５０の径方向寸法は、中心軸線Ｊから離れるに従い連続的に小さくなる。したがって、冷媒流路４０は、径方向に重なって配置される部分同士の径方向の距離が、中心軸線Ｊから離れるに従い連続的に小さくなる。
（その他の構成）
静電チャック装置１は、静電チャック部２を軸方向に貫通する不図示のガス供給孔、およびリフトピン挿通孔を有していてもよい。ガス供給孔およびリフトピン挿通孔は、載置面１１ａに開口する。ガス供給孔には、Ｈｅ等の冷却ガスが供給される。ガス導入孔から導入された冷却ガスは、載置面１１ａと板状試料Ｗの下面と間の隙間や、複数の突起部１１ｂの間を流れ板状試料Ｗを冷却する。リフトピン挿通孔には、板状試料Ｗを支持し、板状試料Ｗを上下動させる不図示のリフトピンが挿通される。
静電チャック装置１は、静電チャック部２を軸方向に貫通する不図示のガス供給孔、およびリフトピン挿通孔を有していてもよい。ガス供給孔およびリフトピン挿通孔は、載置面１１ａに開口する。ガス供給孔には、Ｈｅ等の冷却ガスが供給される。ガス導入孔から導入された冷却ガスは、載置面１１ａと板状試料Ｗの下面と間の隙間や、複数の突起部１１ｂの間を流れ板状試料Ｗを冷却する。リフトピン挿通孔には、板状試料Ｗを支持し、板状試料Ｗを上下動させる不図示のリフトピンが挿通される。
（第１実施形態の作用効果）
本実施形態の外周流路部４１は、中心軸線Ｊの軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａと重なる。また、本実施形態の内周流路部４２は、外周流路部４１よりも径方向内側に配置される。ベース部３は、静電チャック部２のうち軸方向から見て板状試料Ｗと重なる領域を積極的に冷却することで板状試料Ｗの温度を一定に保つ。本実施形態によれば、内周流路部４２は、軸方向から見て板状試料の外縁Ｗａの内側に配置され、軸方向から見て静電チャック部２の板状試料Ｗと重なる領域を冷却する。一方で、外周流路部４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａの内側の領域と外側の領域との境界部の静電チャック部２を冷却する。本実施形態によれば、内周流路部４２と外周流路部４１とを設け、それぞれの流路構成を最適化することで、板状試料Ｗの外縁Ｗａの近傍まで、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。
本実施形態の外周流路部４１は、中心軸線Ｊの軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａと重なる。また、本実施形態の内周流路部４２は、外周流路部４１よりも径方向内側に配置される。ベース部３は、静電チャック部２のうち軸方向から見て板状試料Ｗと重なる領域を積極的に冷却することで板状試料Ｗの温度を一定に保つ。本実施形態によれば、内周流路部４２は、軸方向から見て板状試料の外縁Ｗａの内側に配置され、軸方向から見て静電チャック部２の板状試料Ｗと重なる領域を冷却する。一方で、外周流路部４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａの内側の領域と外側の領域との境界部の静電チャック部２を冷却する。本実施形態によれば、内周流路部４２と外周流路部４１とを設け、それぞれの流路構成を最適化することで、板状試料Ｗの外縁Ｗａの近傍まで、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。
本実施形態において、内周流路部４２は、少なくとも一部が中心軸線Ｊ周りに渦巻状に延びる。また、内周流路部４２の流路断面積は、中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなる。流路の冷媒の流速は、流路の流路断面積が小さくなるほど高まり、それに伴い冷媒分子と流路内側面との衝突頻度が高まり、熱伝達が活発になる。一方で、渦巻状の内周流路部４２では、中心軸線Ｊに近ければ近いほど曲率半径が小さいため圧力損失が大きくなり、それに伴い冷媒と流路の内側面との間の熱伝達が活発になる。本実施形態によれば、中心軸線Ｊから離間して内周流路部４２の曲率半径が大きくなることに伴う冷却能力の低下を、流路断面積を小さくすることに伴う冷却能力の上昇によって相殺することができる。これにより、中心軸線Ｊに近接する領域と離間する領域との間の冷却能力の差を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、内周流路部４２の流路断面積を径方向外側で小さくすることで中心軸線Ｊから離れた領域でベース部３の冷却能力を高め、これにより静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。
本実施形態の内周流路部４２は、中心軸線Ｊから離れるに従い幅寸法が小さくなる。すなわち、本実施形態によれば、幅方向寸法の変化によって内周流路部４２の流路断面積を変化させている。このため、本実施形態の内周流路部４２は、横断面形状を矩形状として内周流路部４２の軸方向に沿う寸法が一様とすることができる。本実施形態によれば、エンドミルなどの工具を用いて均一な深さの凹溝３１ｇ（図１参照）を加工して冷媒流路４０を製造することができ、ベース部３の製造工程を簡素化することできる。
本実施形態の内周流路部４２は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする。本実施形態によれば、内周流路部４２を、周方向に沿って連続的に曲率半径を大きくする渦巻状とすることで、内周流路部４２を緻密かつ均一に配置することができる。これにより、ベース部３により静電チャック部２を均一に冷却することができ、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。加えて、本実施形態の内周流路部４２は、曲率半径の連続的な増大にしたがい、幅寸法を連続的に小さくする。これにより、内周流路部４２の冷却能力を連続的に変化させることができ、冷却能力の特異点が発生することを抑制して静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。
本実施形態の外周流路部４１の流路断面積は、内周流路部４２の流路断面積よりも大きい。したがって、外周流路部４１の幅寸法は、内周流路部４２の幅寸法よりも大きい。外周流路部４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａに重なるため、外縁Ｗａより径方向外側の部分では直上に板状試料Ｗが配置されない。したがって、外周流路部４１は、外縁Ｗａよりも径方向外側の部分において流路断面積を大きくしても、直上の静電チャック部２を十分に冷却することができる。
本実施形態のベース部３において、壁部５０の径方向寸法は、中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなる。壁部５０の径方向寸法が小さくなることで、当該壁部５０を介して径方向に並ぶ冷媒流路４０同士の距離が近づく。すなわち、壁部５０の径方向寸法が小さくなることで、冷媒流路４０の密集度が高まって当該領域の冷却能力が高まる。本実施形態によれば、壁部５０の径方向寸法を径方向外側で小さくすることで、中心軸線Ｊから離れた領域の冷却能力を高めることができ、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。
特に本実施形態では、壁部５０は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら中心軸線Ｊから連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い径方向寸法を連続的に小さくする。これにより、内周流路部４２の冷却能力を径方向外側に向かって連続的に変化させることができ、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。
本実施形態において、流入口４０ａは、冷媒流路４０の径方向の外側の端部に設けられ、流出口４０ｂは、冷媒流路４０の径方向の内側の端部に設けられる。したがって、冷媒流路４０中の冷媒は、径方向外端から径方向内端に向かって渦巻状に流れる。上述したように、冷媒流路４０は、中心軸線Ｊから離間し曲率半径が大きい領域では冷却能力を高める必要がある。本実施形態によれば、冷却の必要性が高い径方向外側の領域に、温度の低い冷媒を通過させることで、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態の冷媒流路１４０の模式図である。以下に図３を基に第２実施形態の冷媒流路１４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の構成態様については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３は、第２実施形態の冷媒流路１４０の模式図である。以下に図３を基に第２実施形態の冷媒流路１４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の構成態様については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態の冷媒流路１４０は、中心軸線Ｊの近傍で折り返す二重の渦巻状である。冷媒流路１４０の二重の渦巻きは、中心軸線Ｊに対し径方向外側に広がる。本実施形態の冷媒流路１４０は、全長に亘って一つながりである。本実施形態の冷媒流路１４０は、全長に亘って流路断面が矩形状であり、軸方向寸法が一様である。壁部１５０は、冷媒流路１４０の径方向に重なる部分同士の間に位置する。壁部１５０は、冷媒流路１４０を、中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する。
冷媒流路１４０は、外周流路部１４１と、外周流路部１４１よりも径方向内側に配置される内周流路部１４２とを有する。外周流路部１４１と内周流路部１４２とは、互いに連結している。本実施形態において、流入口１４０ａは、内周流路部１４２に設けられ、流出口１４０ｂは、外周流路部１４１に設けられる。したがって、本実施形態の冷媒は、内周流路部１４２、外周流路部１４１の順で冷媒流路４０内を流れる。
外周流路部１４１は、冷媒流路１４０において最外周に配置される。外周流路部１４１は、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。外周流路部１４１の一端には、内周流路部１４２が接続される。外周流路部１４１の他端には、流出口１４０ｂが設けられる。また、外周流路部１４１は、軸方向から見て板状試料Ｗの外縁Ｗａと重なる。外周流路部１４１は、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、外周流路部１４１は、全長に亘って流路断面積が一様である。
内周流路部１４２は、第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂと第３円弧部１４２Ｃと第１連結部１４３Ａと第２連結部１４３Ｂと第３連結部１４３Ｃとを有する。第１円弧部１４２Ａ、第２円弧部１４２Ｂ、および第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延びる。第１円弧部１４２Ａ、第２円弧部１４２Ｂ、および第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊを中心として同心円状に配置される。
第１円弧部１４２Ａは、内周流路部１４２の最内周に位置する。第１円弧部１４２Ａは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第１円弧部１４２Ａの一端には、第１連結部１４３Ａが接続される。また、第１円弧部１４２Ａの他端には、第２連結部１４３Ｂが接続される。第１円弧部１４２Ａは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第１円弧部１４２Ａは、全長に亘って流路断面積が一様である。
第２円弧部１４２Ｂは、第１円弧部１４２Ａの径方向外側に位置する。第２円弧部１４２Ｂは、径方向において、第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとの間に位置する。第２円弧部１４２Ｂは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第２円弧部１４２Ｂの一端には、第１連結部１４３Ａが接続される。また、第２円弧部１４２Ｂの他端には、第３連結部１４３Ｃが接続される。第２円弧部１４２Ｂは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第２円弧部１４２Ｂは、全長に亘って流路断面積が一様である。
第３円弧部１４２Ｃは、第２円弧部１４２Ｂの径方向外側に位置する。第３円弧部１４２Ｃは、径方向において、第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１との間に位置する。第３円弧部１４２Ｃは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第３円弧部１４２Ｃの一端には、第２連結部１４３Ｂが接続される。また、第３円弧部１４２Ｃの他端には、流入口１４０ａが設けられる。第３円弧部１４２Ｃは、全長に亘って幅寸法が一様である。したがって、第３円弧部１４２Ｃは、全長に亘って流路断面積が一様である。
第２円弧部１４２Ｂの幅寸法Ｄ２は、第１円弧部１４２Ａの幅寸法Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。また、第３円弧部１４２Ｃの幅寸法Ｄ３は、第２円弧部１４２Ｂの幅寸法Ｄ２よりも小さい（Ｄ３＜Ｄ２）。すなわち、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃのうち、他の円弧部よりも径方向外側に位置する円弧部は、他の円弧部よりも径方向寸法が小さい（Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１）。さらに、外周流路部１４１の幅寸法Ｄ４は、内周流路部１４２の何れの位置の幅寸法よりも大きい（Ｄ４＞Ｄ１、Ｄ４＞Ｄ２、Ｄ４＞Ｄ３）。すなわち、外周流路部１４１の幅寸法Ｄ４は、内周流路部１４２の幅寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３よりも大きい。
第１連結部１４３Ａは、第１円弧部１４２Ａの一端と第２円弧部１４２Ｂの一端とを繋ぐ。本実施形態において、第１円弧部１４２Ａの一端と第２円弧部１４２Ｂの一端とは、径方向に並んで配置される。第１連結部１４３Ａは、ヘアピン状に折り返すように第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとを繋ぐ。第１連結部１４３Ａは、第１円弧部１４２Ａ側の端部から第２円弧部１４２Ｂ側の端部に向かって徐々に幅寸法を小さくする。
第１連結部１４３Ａは、互いに対向する内コーナ面１４４と外コーナ面１４５とを有する。内コーナ面１４４は、中心点Ｃ１を中心とする半円状の円弧面である。また、外コーナ面１４５は、中心点Ｃ２を中心とする半円状の円弧面である。内コーナ面１４４の曲率半径は、外コーナ面１４５の曲率半径よりも小さい。また、内コーナ面１４４の中心点Ｃ１と、外コーナ面１４５の中心点Ｃ２とは、互いに異なる位置に配置される。すなわち、内コーナ面１４４と外コーナ面１４５とは、それぞれ異なる中心を有する円弧面である。これにより、第１連結部１４３Ａは、幅寸法が互いに異なる第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとを滑らかに繋ぐ。
第２連結部１４３Ｂは、第１円弧部１４２Ａの他端と第３円弧部１４２Ｃの一端とを繋ぐ。第２連結部１４３Ｂは、ヘアピン状に折り返すように第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとを繋ぐ。第２連結部１４３Ｂは、第１連結部１４３Ａよりも大きな曲率半径で第１連結部１４３Ａに沿って延びる。第２連結部１４３Ｂは、第１円弧部１４２Ａ側の端部から第３円弧部１４２Ｃ側の端部に向かって徐々に幅寸法を小さくする。第２連結部１４３Ｂは、第１連結部１４３Ａと同様の内コーナ面と外コーナ面とを有することで、第１円弧部１４２Ａと第３円弧部１４２Ｃとを滑らかに繋ぐ。
第３連結部１４３Ｃは、第２円弧部１４２Ｂの他端と外周流路部１４１の一端とを繋ぐ。第３連結部１４３Ｃは、ヘアピン状に折り返すように第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１とを繋ぐ。第３連結部１４３Ｃは、第２連結部１４３Ｂよりも大きな曲率半径で第２連結部１４３Ｂに沿って延びる。第３連結部１４３Ｃは、第２円弧部１４２Ｂ側の端部から外周流路部１４１側の端部に向かって徐々に幅寸法を大きくする。第３連結部１４３Ｃは、第１連結部１４３Ａと同様の内コーナ面と外コーナ面とを有することで、第２円弧部１４２Ｂと外周流路部１４１とを滑らかに繋ぐ。
壁部１５０は、第１円弧壁１５０Ａと第２円弧壁１５０Ｂと第３円弧壁１５０Ｃとを有する。第１円弧壁１５０Ａ、第２円弧壁１５０Ｂ、および第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延びる。また、第１円弧壁１５０Ａ、第２円弧壁１５０Ｂ、および第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊを中心として同心円状に配置される。
第１円弧壁１５０Ａは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第１円弧壁１５０Ａは、径方向において第１円弧部１４２Ａと第２円弧部１４２Ｂとの間に位置しこれらを画定する。第１円弧壁１５０Ａは、全長に亘って径方向寸法が一様である。
第２円弧壁１５０Ｂは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第２円弧壁１５０Ｂは、径方向において第２円弧部１４２Ｂと第３円弧部１４２Ｃとの間に位置しこれらを画定する。第２円弧壁１５０Ｂは、全長に亘って径方向寸法が一様である。
第３円弧壁１５０Ｃは、中心軸線Ｊに対して約３／４周だけ円弧状に延びる。第３円弧壁１５０Ｃは、径方向において第３円弧部１４２Ｃと外周流路部１４１との間に位置しこれらを画定する。第３円弧壁１５０Ｃは、全長に亘って径方向寸法が一様である。
第２円弧壁１５０Ｂの径方向寸法Ｅ２は、第１円弧壁１５０Ａの径方向寸法Ｅ１よりも小さい（Ｅ２＜Ｅ１）。また、第３円弧壁１５０Ｃの径方向寸法Ｅ３は、第２円弧壁１５０Ｂの径方向寸法Ｅ２よりも小さい（Ｅ３＜Ｅ２）。すなわち、複数の円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃのうち、他の円弧壁よりも径方向外側に位置する円弧壁は、他の円弧壁よりも径方向寸法が小さい（Ｅ３＜Ｅ２＜Ｅ１）。
（第２実施形態の作用効果）
本実施形態のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、内周流路部１４２の流路断面積が中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなることで、中心軸線Ｊから離れた領域での冷却能力を高め、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。また、本実施形態のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、外周流路部１４１の流路断面積が、内周流路部１４２の流路断面積よりも小さい。これにより、静電チャック部２を十分に冷却することができる。
本実施形態のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、内周流路部１４２の流路断面積が中心軸線Ｊから離れるに従い小さくなることで、中心軸線Ｊから離れた領域での冷却能力を高め、静電チャック部２の載置面１１ａの均熱性を高めることができる。また、本実施形態のベース部１０３によれば、上述の実施形態と同様に、外周流路部１４１の流路断面積が、内周流路部１４２の流路断面積よりも小さい。これにより、静電チャック部２を十分に冷却することができる。
本実施形態の内周流路部１４２は、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃを有する。また、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃのうち径方向外側に位置する円弧部は、径方向内側に位置する円弧部よりも幅寸法が小さい。本実施形態によれば、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃが同心円状に並ぶために、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃを緻密に配置しやすく、ベース部１０３によって静電チャック部２を均一に冷却しやすくできる。さらに、円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃの幅寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を上述の関係（Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３）とすることで、中心軸線Ｊから離れた領域の冷却能力を高めて、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。加えて、複数の円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃの幅方向を、それぞれ周方向に沿って一様なとする場合には、円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃの製造工程を簡素化することができる。
本実施形態のベース部１０３において、壁部１５０は、中心軸線Ｊを中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃを有し、複数の円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃのうち、他の円弧壁よりも径方向外側に位置する円弧壁は、他の円弧壁よりも径方向寸法が小さい。本実施形態によれば、複数の円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃが同心円状に並ぶために、円弧壁１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃを緻密に配置しやすく、ベース部１０３によって静電チャック部２を均一に冷却しやすくできる。さらに、円弧部１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃの径方向寸法Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を上述の関係（Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３）とすることで、中心軸線Ｊから離れた領域の冷却能力を高めて、静電チャック部２の均熱性を高めることができる。
本実施形態において、流入口１４０ａ、および流出口１４０ｂのうち、一方は内周流路部１４２の最外周に位置し、他方は外周流路部１４１に位置する。すなわち、流入口１４０ａ、および流出口１４０ｂは、ともに冷媒流路１４０の外周側に偏って配置される。これにより、ベース部１０３の中心軸線Ｊの近傍に流入口１４０ａ、および流出口１４０ｂが配置されることがなく、中心軸線Ｊの近傍に貫通孔などの他の構成を配置しやすくなる。また、冷媒流路１４０内の冷媒は、流入口１４０ａから流出口１４０ｂに流れるに従い徐々に温度が上昇する。本実施形態によれば、流入口１４０ａ、および流出口１４０ｂをともに、径方向の一方側に偏って配置することで、冷媒の温度上昇の影響で静電チャック部２の径方向内外に温度勾配が生じることを抑制することができ、静電チャック部２の均熱性を高める事ができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述の各実施形態では、冷媒流路の流路断面が矩形状であり軸方向寸法が全長に亘って一様である場合について説明したが、冷媒流路の断面形状は上述の実施形態に限定されない。例えば、冷媒流路は、軸方向寸法を異ならせることで冷媒流路の流路断面積を変化させてもよい。
１…静電チャック装置、２…静電チャック部、３，１０３…ベース部、３ａ…支持面、１１ａ…載置面、１３…静電吸着用電極、４０，１４０…冷媒流路、４１，１４１…外周流路部、４２，１４２…内周流路部、５０，１５０…壁部、１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃ…円弧部、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ…円弧壁、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…幅寸法、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…径方向寸法、Ｊ…中心軸線、Ｗ…板状試料、Ｗａ…外縁
Claims (8)
- 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、
中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、
前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、
前記冷媒流路は、
前記中心軸線の軸方向から見て前記板状試料の外縁と重なる外周流路部と、
前記外周流路部よりも径方向内側に配置され少なくとも一部が前記中心軸線周りに渦巻状に延びる内周流路部と、を有し、
前記内周流路部の流路断面積は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、
静電チャック装置。 - 前記内周流路部は、前記中心軸線から離れるに従い幅寸法が小さくなる、
請求項１に記載の静電チャック装置。 - 前記内周流路部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い幅寸法を連続的に小さくする、
請求項２に記載の静電チャック装置。 - 前記内周流路部は、
前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧部を有し、
複数の前記円弧部のうち径方向外側に位置する円弧部は、径方向内側に位置する円弧部よりも幅寸法が小さい、
請求項２に記載の静電チャック装置。 - 前記外周流路部の流路断面積は、前記内周流路部の流路断面積よりも大きい、
請求項１～４の何れか一項に記載の静電チャック装置。 - 板状試料を載置する載置面を有し内部に静電吸着用電極が設けられる板状の静電チャック部と、
中心軸線を中心とする円盤状であり支持面において前記静電チャック部を前記載置面の反対側から支持するベース部と、を備え、
前記ベース部の内部には、前記支持面に沿って延びる冷媒流路が設けられ、
前記ベース部は、前記冷媒流路を径方向に区画して前記中心軸線Ｊを中心とする渦巻状に画定する壁部を有し、
前記壁部の径方向寸法は、前記中心軸線から離れるに従い小さくなる、
静電チャック装置。 - 前記壁部は、周方向に沿って曲率半径を大きくしながら前記中心軸線から連続的に離間し、径方向外側に向かうに従い径方向寸法を連続的に小さくなる、
請求項６に記載の静電チャック装置。 - 前記壁部は、
前記中心軸線を中心として円弧状に延び同心円状に配置される複数の円弧壁を有し、
複数の前記円弧壁のうち径方向外側に位置する円弧壁は、径方向内側に位置する円弧壁よりも径方向寸法が小さい、
請求項６に記載の静電チャック装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022141282A JP2024036802A (ja) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 静電チャック装置 |
| US18/365,514 US20240075575A1 (en) | 2022-09-06 | 2023-08-04 | Electrostatic chuck device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022141282A JP2024036802A (ja) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 静電チャック装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024036802A true JP2024036802A (ja) | 2024-03-18 |
Family
ID=90061226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022141282A Pending JP2024036802A (ja) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 静電チャック装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240075575A1 (ja) |
| JP (1) | JP2024036802A (ja) |
-
2022
- 2022-09-06 JP JP2022141282A patent/JP2024036802A/ja active Pending
-
2023
- 2023-08-04 US US18/365,514 patent/US20240075575A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240075575A1 (en) | 2024-03-07 |
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