JP4349952B2 - ウェハ支持部材とその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜装置やエッチング装置などの加工装置において、半導体ウェハ等のウェハを所定の温度に加熱するウェハ支持部材に関するものである。
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェハ（以下、単にウェハＷとする）を加熱処理する場合にはヒータを備えたウェハ支持部材が用いられている。
特許文献１や２には図６に示すウェハ支持部材１０１が示されている。このウェハ支持部材１０１はアルミニウム等の金属製の基板１１０上に、熱融着型ポリイミドフィルム１０５を設けると共に、この上に、所定のヒータパターンを有する金属箔からなるヒータ１０７を貼着し、その上にホットプレス等で熱融着型ポリイミドフィルム１０５を加熱圧着し重合させている。このような耐熱性高分子層自体の接着効果を利用し、ポリイミド層内に真空密封された金属箔を基板１１０に固着させてウェハ支持部材１０１としたものが開示されている。
また、板状体の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面とし、該載置面側から静電吸着用電極及びヒータとなる電極を異なる深さに埋設し、上記板状体の載置面と反対側に、冷却媒体を通過させて冷却する冷却機能を備えた導電性ベース部を基体として接合したウェハ支持部材が開示されている。（特許文献３参照）
そして、このウェハ支持部材を用いてウェハＷにエッチング加工を施すには、まず、載置面にウェハＷを載せ、ウェハＷと静電吸着用電極との間に電圧を印加して静電気力を発生させることにより、ウェハＷを載置面に吸着固定させる。次に、ヒータ電極に通電して載置面を加熱し、載置面に吸着保持したウェハＷを加熱するとともに、ベース部とウェハ支持部材の上方に配置される不図示のプラズマ電極との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、この状態でエチッチングガスを供給することにより、ウェハＷに対してエッチング加工を施すようになっていた。
特開２００１−１２６８５１号公報 特開２００１−４３９６１号公報 特開２００３−２５８０６５号公報
ところが、冷却媒体を導電性ベース部１１０に流して冷却するとともにヒータ１０７によりウェハＷを加熱する機能を備えたウェハ支持部材１０１は、プラズマ等によりウェハＷが急速に加熱されても熱を逃がすことができるとともに、ヒータ１０７からの熱を導電性ベース部１１０に流しながら載置面１０５ａ上のウェハＷを加熱する必要があり、ウェハＷの温度を室温から１００℃の範囲内で一定の温度に精度良く均一に加熱することが困難であった。
従来のウェハ支持部材１０１は、ポリイミドフィルム面がヒータ１０７に沿って凹凸が生じるため、凹凸面側が載置面１０５ａとなる場合や、凹凸面側に導電性ベース部１１０が接着固定される場合に、凹凸によりヒータ部１０５で発生した熱のウェハＷへの伝わり方に差異が生じ、結果的にウェハＷの面内の温度バラツキが大きくなり、ウェハＷのエッチング精度等に悪影響を与えるといった課題があった。
即ち、ポリイミドフィルム１０５の凹凸面側にウェハＷを載せると、ヒータ１０７の熱はポリイミドフィルム１０５面の凹凸により、ヒータ１０７上の凸部ではヒータで発生した熱は直ちにウェハＷに伝わり温度が高くなるが、ヒータ１０７の間に対応する凹部１０８では熱がウェハＷに伝わり難いため、ポリイミドフィルム１０５の凸部に対応するウェハＷ面に比べ温度が低くなり、ヒータ１０７の形状に対応してウェハＷ面内の温度差が大きいとの課題があった。
また、ポリイミドフィルム１０５の凹凸面側に導電性ベース部１１０を接着固定する場合には、ヒータ１０７の上の凸部ではヒータで発生した熱は導電性ベース部材１１０へ逃げやすく、またヒータ１０７の間の凹部では熱が逃げにくいため、載置面１０５ａ上のウェハＷ表面はヒータ１０７の形状に対応して温度バラツキが発生するという課題があった。
また、平坦なポリイミドフィルム１０５を導電性ベース１１０に接着すると、接着界面に微小な空間が形成され、この空間の生じた部分で熱伝導が妨げられ、ウェハＷ面内の温度差が大きくなるとの問題があった。
板状体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とした保持部と、絶縁性樹脂にヒータが埋設され、前記絶縁性樹脂の表面に凹部を有し、該凹部を埋めるように前記絶縁性樹脂と異なる組成の樹脂を充填したヒータ部と、導電性ベース部とを備え、前記保持部と前記ヒータ部と前記導電性ベース部との各間を接着層を介して接着し、前記ヒータ部へ充填した樹脂の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）０．２〜２．０μｍであることを特徴とする。
また、前記板状体の内部或いは他方の主面に吸着電極を備えたことを特徴とする。
また、前記絶縁性樹脂がポリイミド樹脂であることを特徴とする。
また、前記絶縁性樹脂の熱伝導率と、前記凹部を充填する樹脂の熱伝導率とが同等であることを特徴とする。
また、前記凹部を充填する樹脂がエポキシまたはシリコーン樹脂から成ることを特徴とする。
また、前記ヒータ部の樹脂の平均厚みが０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする。
また、上記保持部の載置面と平行な方向の熱伝導率が５０〜４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする。
また、前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層の厚みが０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする。
また、前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層を、該接着層より厚みの小さい樹脂層で複数回に渡り積層して形成したことを特徴とする。
また、前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層をスクリーン印刷により複数回に渡り積層して形成したことを特徴とする。
また、保持部とヒータ部、またはヒータ部と導電性ベース部の接合面に接着層を形成した後、上記接着層を接合容器に入れて、接合容器内で減圧した後、前記接着層を押圧して接着し、その後、前記接合容器内の圧力を大きくして接着することを特徴とする。
また、前記接着層の外周部を先に接触させ、前記接着層と被接着面とからなる閉じた空間を形成した後、前記接合容器内の圧力を高めることで接着することを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、板状体の一方の主面をウェハを載せる載置面とした保持部と、ヒータを絶縁性樹脂に埋設したヒータ部と、導電性ベース部とを備え、前記ヒータ部の表面に凹部を有し、前記凹部を埋めるように前記絶縁性樹脂と異なる組成の樹脂を充填し、前記保持部と前記ヒータ部と前記導電性ベース部を接着したことから、載置面の温度バラツキを極めて小さくすることが可能なウェハ支持部材とすることができる。
板状体の一方の主面をウェハを載せる載置面とした保持部の板状体の内部或いは載置面の他方の主面に吸着電極を備えたことで、吸着電極に通電することで静電気力を発現させ、ウェハを載置面に吸着固定することができるウェハ支持部材とすることができる。
また、保持部の板状体の載置面と平行な方向の熱伝導率を２５〜２３０Ｗ／ｍ・Ｋとすることで、載置面の温度バラツキを極めて小さくすることが可能なウェハ支持部材とすることができる。
ヒータ部において、ヒータを埋設する絶縁性樹脂をポリイミド樹脂とすることで、ヒータに通電することでヒータを発熱させ、保持部の板状体の載置面を加熱するとき、耐熱性に優れさらに電気絶縁性にも優れているため、また熱圧着により容易にヒータを樹脂内に埋設することができるため好適である。
また、ヒータを埋設する絶縁性樹脂の熱伝導率とヒータ部の表面の凹部を充填する樹脂の熱伝導率とを同等とすることで、ヒータで発熱した熱を均等に板状体の載置面に伝えることができるので、載置面の温度バラツキを極めて小さくすることが可能なウェハ支持部材とすることができる。
このとき、ヒータ部の表面の凹部を充填する樹脂はエポキシまたはシリコーン接着剤を用いることができる。
さらに、ヒータ部の表面の凹部を充填する樹脂の最小厚みが０．０１〜１ｍｍとすることで、載置面の温度バラツキを極めて小さくすることができるとともに、板状体の載置面に熱を伝える時間を短くすることができ、加工処理のスループットも高めることができるウェハ支持体を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明のウェハ支持部材１の一つの例を示す。
このウェハ支持部材１は、円盤状をした板状体２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とし、上記板状体２の上記載置面３側に一対の静電吸着用電極４を埋設した保持部２０と、ヒータ７を絶縁性樹脂６に埋設し該絶縁性樹脂６の凹部８を異なる組成の樹脂９で充填したヒータ部５を備え、前記保持部２０と導電性ベース部１０との間にそれぞれ接着剤層１６，１５を介して前記ヒータ部５を狭持した構造となっている。
導電性ベース部１０は、アルミニウムや超鋼合金等の金属材料、あるいは上記金属材料とセラミック材料との複合材料など導電性を有する材料からなり、プラズマを発生させるための電極として機能することもある。また、導電性ベース部１０の内部には通路１１を形成してあり、この通路１１に冷却ガスや冷却水等の冷却媒体を流すことにより、保持部２０の上に載せられたウェハＷの温度が所定の温度となるように調整することができる。
一方、保持部２０を形成する板状体２は、アルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、イットリウム−アルミニウム−ガーネット質焼結体（以下、ＹＡＧ質焼結体という）、単結晶アルミナ（サファイア）を用いることができ、これらの中でも窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更に大きなものは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を有し、熱伝導率が大きくウェハＷ面内の温度差を小さくする上で好ましい。
本発明のウェハ支持部材１は、ヒータ７を金属箔や金属ワイヤで形成し、その上下を厚みが一定のシートフィルム状の絶縁性樹脂６にて挟み込み熱圧着等で真空密封させることができる。そして、ヒータ部５の絶縁性樹脂６の上下面にはヒータ７の形状に沿ってヒータ７の厚みの分だけ凹凸が形成される。ここで、均熱性を向上させるには該凹凸を無くし平面にすることが好ましいが、凸部を削るとヒータ７が露出あるいは絶縁樹脂６が部分的に薄くなり絶縁性が失われる恐れがあるため、前記の絶縁性樹脂６を削って平面にすることは困難であった。この点から、該凹凸の凹部８を埋めるように前記絶縁性樹脂６とは異なる組成の樹脂を充填してヒータ部５を形成することが好ましい。このとき、該凹部８を埋める樹脂は、空隙を防止するために液体を充填し固化させることが好ましく、絶縁樹脂６と同一組成の樹脂を凹部８に充填すると絶縁性樹脂を膨潤させヒータ７の機能を害する虞があることから前記絶縁性樹脂６とは異なる組成の樹脂９を充填することが好ましい。
具体的には、樹脂９は接着剤のような熱硬化型樹脂が好ましく、該凹部８を埋めるように樹脂９を流し込み、気泡が残存しないように十分脱泡を施し加熱硬化した後、前記樹脂の表面をロータリー研削盤や平面研削盤等を用い研削加工して樹脂９の表面を平滑な面としたヒータ部５を得ることができる。このとき、研削加工面の表面粗さがＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９１規格で算術平均粗さ（Ｒａ）０．２〜２．０μｍの範囲が好ましい。０．２μｍＲａ未満であると接着剤が進入できるだけの微細な凹みが無くなり、樹脂９の表面と導電性ベース部１０の上面を強固に接着するためのアンカー効果が期待できない。さらに、０．２μｍＲａ以下とするためには研削加工に時間を要し、生産性の面においても不利である。また、２．０μｍＲａを超えると、樹脂９内部に亀裂が入り、樹脂９が部分的に脱落する虞があるからである。
そして、ヒータ部５の上面と保持部２０の下面及びヒータ部５の下面と導電性ベース部１０の上面とを、均一に面接触させることができ、前記ヒータ７に電力を通電させることで金属箔からなるヒータ７が発熱し、発生した熱を保持部２０の全面に均等に伝えることができる。
また、凹部８が導電性ベース部１０側にある場合で説明したが、凹部８が保持部２０側にあり、凹部８を埋めるように絶縁性樹脂６とは異なる組成の樹脂９を充填し平坦化することで同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、前記保持部２０を形成する板状体２の内部に備えた前記静電吸着用電極４に通電させることで、静電吸着力を発現させウェハＷを載置面３に吸着固定させ載置面３とウェハＷの間の熱伝導率を高めることでウェハＷを効率よく加熱することができる。
また、ヒータ７を絶縁性樹脂６に埋設したヒータ部５において、前記絶縁性樹脂６はポリイミド樹脂であることが望ましい。ポリイミド樹脂は耐熱性に優れさらに電気絶縁性にも優れているため厚みが小さくできることから好ましい。また、熱圧着により容易にヒータ７を絶縁性樹脂６内に埋設することができるため好適である。ポリイミド樹脂でヒータ７を埋設したものの厚みは０．０５〜０．５ｍｍ程であり、厚みを小さくすることができることからポリイミド樹脂の熱伝導率が比較的小さくてもウェハＷの均熱性を高めることができる。
さらに、ヒータ７で発熱した熱を均等にウェハＷに伝えるために絶縁性樹脂６と絶縁性樹脂６の表面の凹部８を充填する組成の異なる樹脂９の熱伝導率を同等にすることが好ましい。尚、本発明における同等とは絶縁性樹脂６の熱伝導率が樹脂９の熱伝導率の０．８〜１．２倍の範囲内であることを示す。
樹脂９の熱伝導率が絶縁性樹脂６の熱伝導率より１．２倍を超えて大きい場合、ヒータ７上で発生した熱はより早く熱が伝わり樹脂９の厚い部分の温度が高くなり好ましくない。また、逆に該ヒータ表面の凹部８を充填する樹脂９の熱伝導率が絶縁性樹脂６の熱伝導率より０．８倍をより小さい場合、ヒータ７の間の熱の伝わりが遅くなるため、結果的に保持部２０の載置面３での温度バラツキが大きくなり好ましくない。より好ましくは樹脂９の熱伝導率は絶縁性樹脂６の熱伝導率の０．９から１．１倍である。
樹脂９の熱伝導率を調整する方法としては、樹脂９に金属粉末やセラミック粉末等を０．１〜１０質量％程度添加して熱伝導率を調整し、絶縁性樹脂６の熱伝導率と同等とすることができる。
このとき、凹部８を充填する樹脂９はエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂で充填することが好ましい。これらの樹脂からなる接着剤は粘性が小さく、ヒータ表面の凹部８に塗布し脱泡処理をすることで、ヒータ表面の凹部８に空気を巻き込むことなく緻密に充填することができる。
特に、エポキシ樹脂は、加熱硬化することで十分な硬さを得ることができるので、ロータリー加工機や万能研削盤等を用いて樹脂９の表面を研削加工して、容易にヒータ部５の厚み寸法を調整することができると共に、平滑な面で仕上げ加工することができるので、保持部２０や導電性ベース部１０との接着時に各部材の全面で接合され精度良く組み上げることができる。
また、ヒータ部５の樹脂の平均厚みｔが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。尚、この樹脂の平均厚みは、ヒータ部５の中心部と外周部２箇所、及びその中間を２箇所樹脂厚みを測定し、合計５箇所の平均値を平均厚みｔとした。上記平均厚みｔが０．０１ｍｍを下回ると、ヒータ７と導電性ベース部が電気的に短絡し絶縁破壊する虞があるからであり、上記平均厚みｔが１ｍｍを越えるとヒータ７から発生した熱が保持部２０や導電性ベース部１０に迅速に伝わらないことから、ウェハＷを急速に冷却したり均一に加熱することが困難となり好ましくない。より好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
尚、上記の平均厚みとは、ヒータ部５のヒータ７上面からヒータ部５の外面までの距離で５点を測定した平均値で表すことができる。
また、図２に示すように、前記板状体２の下面に板状体２の熱伝導率よりも大きいセラミックス材料等の均熱板状体１２を挟み込んで一体化し保持部２０とすることができる。このような構造とすることにより、板状体２または均熱板状体１２の載置面３と平行な方向の熱伝導率を部分的ではあるが５０〜４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすることができることから、ウェハＷの面内の温度差を小さく均熱性を高めることができる。
従って、上記板状体２または均熱板状体１２の載置面３と平行な方向の熱伝導率は５０〜４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。これは上記板状体２または均熱板状体１２の載置面３と平行な方向の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、ヒータ７で発生した熱が載置面３に伝わるまでの間に載置面３に平行な方向で温度が一定となるまでの時間を要しウェハＷ面内の温度バラツキが大きくなるとともに、ウェハＷ温度の変更等による処理時間が長くなり、生産性が低下する恐れがあるからである。
逆に、上記板状体２または均熱板状体１２の載置面３と平行な方向の熱伝導率が４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）を越えると熱伝導率が大きな銀等を使うことができないことから工業的に安価に使用できる材料を得ることは困難であった。
また、図１および図２に示す、本発明のウェハ支持部材１の接着層１５、１６の厚みは０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。上記平均厚みが０．０１ｍｍを下回ると、接着層１５、１６が無い部分が生じ易くヒータ７と導電性ベース部１０あるいはヒータ７と吸着用電極４が熱的に断熱する部分が生じる虞があるからであり、上記平均厚みが１ｍｍを越えるとヒータ７から発生した熱が保持部２０や導電性ベース部１０に迅速に伝わらないことから、ウェハＷを急速に冷却したり均一に加熱することが困難となり好ましくない。より好ましくは０．０５〜０．８ｍｍである。
尚、保持部２０とヒータ部５、或いはヒータ部５と導電性ベース部１０との微妙な熱膨張係数の違いによる応力を緩和できることから、接着層１５、１６はシリコン樹脂のように弾力性のある樹脂ものが好ましい。しかし、保持部２０とヒータ部５、或いは導電性ベース部１０の熱膨張係数を微調整することで、接着層１５．１６はヒータ部５を構成する絶縁性樹脂６や絶縁性樹脂６と異なる樹脂９で代用する事もできる。
また、ヒータ部５で発生した熱を効率よく均一に各部へ伝えるために、上記接着剤からなる接着層１５、１６の厚みバラツキは５０μｍ以内で均一にすることが望ましい。
また、本発明のウェハ支持部材１の接着層１５，１６は複数回層状に形成することが好ましい。複数回にわけて層状に接着層１５、１６を形成することにより、比較的大きな気泡が接着層中に取り残されることを防止することができる。接着層１５、１６を１回の塗布により形成した場合、接着層の厚みと同じ大きさの気泡が取り残される場合がある。これに対し、複数回層状にわけて接着層１５、１６を形成することで、発生する気泡の大きさを最大でも一回分の塗布厚みの大きさ以下とすることができる。そのため、接着層１５、１６に大きな気泡を残存させることがない事からウェハＷの均熱性を高める事ができる。
また、接着層１５，１６をスクリーン印刷により複数回に分けて形成することが好ましい。スクリーン印刷では、塗布厚みがコントロールしやすく、また、塗布厚みはスクリーンの厚みと同等となるためばらつきを小さくでき、複数回、層状にわけて接着層を形成しても、寸法ばらつきを小さくおさえることができる。接着層は塗布するたびに固化させ、複数回にわけて塗布と固化を繰り返し重ねて形成することで、徐々に厚みを大きくできる。
また、本発明のウェハ支持部材１の製造方法は、保持部２０とヒータ部５と導電性ベース部１０を、夫々接着層１５、１６を介し接着するウェハ支持部材において、ヒータ部２０と導電性ベース部１０、或いは保持部２０とヒータ部５を備えた導電性ベース部１０とを接合容器に入れて、接合容器内を減圧した後、接着面を押圧して接着し、その後、前記接合容器内の圧力を高めることが好ましい。
図３に示す本発明の接合容器は、被接着物が無理なく入り、接着作業が行なえる程度の最小サイズであることが好ましい。これは減圧する容積を被接着物の容積の５倍以下に小さくすることで、短時間で減圧でき、生産性が高まり有利である。また、この様な容積とすることで、減圧雰囲気に晒され、接着剤中の溶媒が揮発することによる接着剤の劣化を最小限に留め、接着力に及ぼす影響を最小限に抑える事ができるからである。
図３に示す本発明で用いる接合容器は、底板２０１、側壁２０２、蓋２０３を主要構成部品として、導電性ベース部１０を固定治具２０６で固定し、支持棒２０８により接着容器内のウェハ支持部材の保持部２０を押さえることができる。
この様な接合容器を用いることで、仮に接着面に空気（気泡）が取り残されることなく接合できる。また、接合容器内部を減圧することで接着層に空気が取り込まれても空隙を小さくすることができる。
図４は接合容器を用いて本発明のウェハ支持部材１を接合する手順を図示したものである。ここでは、導電性ベース部１０とヒータ部５の接合を例に説明する。ヒータ部を備えた導電性ベース部と保持部との接着も同様な手順である。
手順は、下記のａ），ｂ），ｃ），ｄ），ｅ），ｆ），ｇ），ｈ）の順で行なう。
ａ）蓋２０３に、導電性ベース固定ジグ２０６で導電性ベース部１０を固定する。
ｂ）導電性ベース部１０の接着面に接着剤１５を塗布する。
このとき、ａ），ｂ）は順序が逆でも良い。
ｃ）底板２０１に支持棒２０８とバックアップ板２０４をセットし、そのバックアップ板の上にヒータ部５を載せる。
ｄ）底板２０１の上に側壁２０２を載せる。
ｅ）側壁２０２の上に導電性ベース部１０を固定した蓋２０３を、導電性ベース部１０の接着面とヒータ部５の接着面とを対向させる位置に載せる。
このとき、導電性ベース部１０の接着面とヒータ部５の接着面が必ずしも平行である必要はない。支持棒２０８は複数設置し、それぞれ独立して動作させることが可能であるため、接着面が平行で無い場合も接着面を押し当てることが可能である。
ｆ）減圧ポンプを稼動させ、接合容器内を減圧する。
ここで減圧とは、大気圧よりも減圧する意味であり、実用上問題のない程度に、気泡が残らないようにできる圧力である。
ｇ）減圧状態を保った状態で、支持棒を上昇させ、導電性ベース部とヒータ部の接着面を押し当てる。
ｈ）押し当てたまま、接合容器内の圧力を上昇させ、接着面を密着させる。この時の圧力は、大気圧でも良い。
上記の手順で接着することで、接着面に空隙の無い、密着性の良いものが得られる。
減圧雰囲気で接着作業をすることにより、接着面に気泡が挟まり残ることを防止でき、良好な密着を得る事ができる。ここで、減圧とは大気圧よりも減圧する意味であり、実用上問題のない程度に、気泡が残らないようにできる圧力である。好ましくは３ｋＰａ以下である。
また、保持部２０とヒータ部５、導電性ベース部１０の少なくとも何れか２つを接合容器に入れて、接合容器内を減圧した後、接着層１５あるいは１６の外周部を先に接触させ、接着層と被接着面とから形成される閉じた空間を形成した後、接合容器内の圧力を高めることが好ましい。外周部を先に接触させることで、接着層と被接着面の間に閉じた空間を形成できる。その後、接合容器内の圧力を高めることで、前記空間内の圧力が相対的に小さくなり、前記の空間が押し潰されて、接着層と被接着面が密着しやすくなる。また、外周部からの空気の進入を防ぐことができるため、接着面に気泡が挟まり残ることを防止できて、密着面に空隙のない良好な密着面を得る事ができる。
より具体的には、接着面１４の表面形状を凹面形状に形成し、図３に示す本発明の接合容器を用いて、導電性ベース部１０とヒータ部５の接着を行なうことが好ましい。接着手順は図４に示す本発明の手順と同じである。接着面の表面形状を凹面とすることで、接着面が外周側から当たり、内周側は減圧されたままの閉じた空間が形成される。この状態で加圧されることから接着面に大きな気泡を残すことなく密着することができる。
尚、外周部を先に接触させるには、接着剤の表面を凹面形状に成形し、被接着物と突き合わせる方法や、逆に被接着物を凹面形状に加工もしくは変形させ、接着剤の外周部に先に接触させるなどの方法もある。いづれにしても接着剤表面と被接着物表面との隙間を、中心部よりも外側を小さくすることで、接着面に気泡が残ることを防止でき、良好な密着を得ることができる。
次に本発明のウェハ支持部材１の他の実施形態を説明する。図５に示すように、板状体２のウェハを載せる載置面３の他方の主面にイオンプレーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、メッキ法等の膜形状手段により静電吸着用電極４を形成しその上に接着層１３を形成して保持部２０とすることもできる。吸着用電極４の材質としてはＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ等の金属やその炭化物等により形成することができる。
そして、導電性ベース部１０と保持部２０、ヒータ部５を接着剤等により締結一体化しえて作製したウェハ支持部材１の載置面３にウェハＷを載せ、吸着用電極４に電圧を印加してウェハＷを静電吸着させ、ヒータ部５に通電することでウェハＷを均一に加熱することができる。
このとき、該導電性ベース部１０と保持部２０、ヒータ部５の間の接着層１５，１６は、加熱による熱応力や熱膨張差による力を緩和するために、また、各部材間の電気絶縁性を保持するために、絶縁性のシリコーン等のゴム状接着剤を用いることが好ましい。
次に、本発明のウェハ支持部材１のその他の製法や構成について説明する。
板状体２に板状セラミックス体を使い、載置面の耐食性や耐摩耗性を優れたものにすることができる。この場合、均熱板状体１２は板状体２を成す板状セラミックス体の熱膨張係数と近づけることで昇温時の載置面の変形が小さくなり好ましい。このような均熱板状体１２としては熱伝導率の大きな銅や銀、アルミニウムと熱膨張係数の小さなタングステンやモリブデン等の高融点金属からなる複合部材が好ましい。
板状体２を形成する際にあらかじめ作製したセラミックグリーンシートに吸着用電極４を印刷して、その上に他のセラミックグリーンシートを積層して吸着用電極４を埋設した成形体を作製し、該成形体を脱脂後に焼成して吸着用電極４を埋設した保持部２０を得ることができる。そして、上記の吸着用電極４を構成する材料としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の周期律表第６ａ族やＴｉ等の周期律表第４ａ族の高融点金属、或いはこれらの合金、さらにはＷＣ、ＭｏＣ、ＴｉＮ等の導電性セラミックを用いることができる。
以上、本実施形態ではヒータ部５を保持部２０及び導電性ベース部１０に接着固定する例をとって説明したが、保持部２０としてアルミニウム等の金属板を使い、この保持部２０に加熱圧着によってヒータ部５を一体化した後、導電性ベース部１０としてアルミニウム等の金属板に接着固定したウェハ支持部材１にも適応できる。
また、本発明は前述した実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、改良や変更したものでも良いことは言う迄もない。
外径が２００ｍｍ、厚みが１ｍｍの円盤状をした酸化アルミニウム質焼結体からなる板状体を用意し、この板状体の一方の主面に研磨加工を施して平面度１０μｍ、表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）０．５μｍに仕上げて載置面を形成した。
一方、金属ニッケルからなるヒータパターンを、厚みが０．４１ｍｍのポリイミドフィルムと、厚みが０．２ｍｍの他のポリイミドフィルムとで挟み込み、別に用意したアルミニウム製の導電性ベース部に熱圧着して一体化した。そして、ポリイミドフィルム面に生じた凹部を埋めるようにエポキシ接着剤を充填し、２．６ｋＰａ以下の減圧下で接着剤の脱泡処理を施し、次いで接着剤を加熱硬化させた
さらに、上記接着剤からなるエポキシ樹脂の表面をロータリー加工機にて研削加工し、接着剤表面の平面度が１０μｍ以下の平滑な面を形成した。このとき、表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）０．１〜５μｍとなるように研削加工を行った。尚、ポリイミドフィルムの熱伝導率は０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、エポキシ樹脂の熱伝導率は金属フィラーを添加し、ポリイミドフィルムと同等になるように調整した。
しかる後、前述したエポキシ樹脂面にシリコーン接着剤を塗布し、この上に前述の板状体を載せ、２．６ｋＰａ以下の減圧下で接着剤の脱泡処理を施した後、大気中で接着剤を塗布した後、接着し接着剤を硬化させることにより試料Ｎｏ．１〜５、８を製作した。
また、図３に示す接合容器を用いて、試料Ｎｏ．６の導電性ベース部とヒータ部の接着を、図４に示す手順で行なった。
試料Ｎｏ．７は、接着面１４の形状を凹面形状に形成し、図３に示す本発明の接合容器を用いて、導電性ベース部とヒータ部の接着を、試料Ｎｏ．６と同様に図４に示す手順で行なった。
また、各接着層は以下の方法で作製した。
試料Ｎｏ．１と２は、シリコーン接着剤をスクリーン印刷法で０．７ｍｍの厚みに形成し、その後、接着し硬化させた。試料Ｎｏ．３〜７は、スクリーン印刷により接着剤を０．２ｍｍ厚みで塗布し、０．７ｍｍに達するまで印刷・乾燥を繰り返し、接着層を形成した。そして最後に印刷した後、接着、硬化させた。
尚、試料Ｎｏ．１〜８のシリコーン層の厚みは、全て０．７ｍｍで一定として作製した。
そして、各ウェハ支持部材の導電性ベース部の冷却通路に温度を３０℃に制御した冷却水を流し、載置面にウェハＷを載せサーモビュアーにてウェハＷ表面の温度を測定しながら、ヒータに電圧を印加して載置面の平均温度を６０℃にコントロールした後、ウェハ面内の温度バラツキを測定した。この温度バラツキとは、サーモビュアーによるウェハ面内の最高温度から最低温度を差し引いた値で表すことができる。
その結果を表１に示す。
Figure 0004349952
試料Ｎｏ．１は表面粗さが０．１と小さいことから温度バラツキが１１．２℃と大きく好ましくないことが分かった。
また、試料Ｎｏ．８は表面粗さＲａが３と大きいことからヒータから導電性ベース部材への漏れ電流が大きくなりヒータを加熱することができなかった。
これに対して、ヒータに充填した樹脂の算術平均粗さ（Ｒａ）０．１〜２μｍである本発明の試料Ｎｏ．２〜７のウェハ支持部材は、６０℃での温度バラツキが７．８℃と小さく好ましいことが分かった。
また、試料Ｎｏ．２はウェハの温度バラツキが７．８℃であるのに対し、ヒータ部と導電性ベース部の間の接着層を、該接着層より厚みの小さい樹脂層で複数回に渡り積層して形成した試料Ｎｏ．３〜７はウェハの温度バラツキが５．９℃以下と小さく更に好ましいことが分かった。これは、接着層に空隙が発生しなかったことが原因と考えられる。
また、接着層を形成する際に、接合容器内で減圧下で接着した試料Ｎｏ．６、７はウェハの温度バラツキが３．８℃以下と更に小さく好ましいことが分かった。これは接着層の空隙が更に小さくなったことが原因と考えられる。
特に、接合容器内で接着層を凹面形状とした後接合した試料Ｎｏ．７はウェハの温度バラツキが２．９℃と小さく優れた特性を示すことがわかった。
次に、図１に示す本発明のウェハ支持部材において、保持部を形成する板状体の熱伝導率αを変えて、外径が２００ｍｍ、厚みが１ｍｍの円盤状をしたセラミックス焼結体からなる板状体を用意し、この板状体の一方の主面に研磨加工を施して平面度１０μｍ、表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）０．５μｍに仕上げて載置面を形成した。
次に、板状体の他方の主面にメッキ法を用いて膜厚が１０μｍの半円状をしたＮｉ層を円を構成するように被着して一対の吸着用電極を形成した。そして、絶縁性樹脂の表面の凹部を充填する樹脂の熱伝導率を変えてヒータ部を作製し、実施例１の試料Ｎｏ．３と同様に保持部とヒータ部と導電性ベース部を接着した。尚、絶縁性樹脂は熱伝導率αが０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）のポリイミド樹脂とした。また、絶縁性樹脂表面の凹部を充填する樹脂は、エポキシ接着剤を用い、この熱伝導率αの調整は金属フィラーを添加して行った。そして、実施例１と同様の評価を行った。
結果は表２に示す。
Figure 0004349952
この結果、いずれの場合も６０℃での温度バラツキが５．１℃以下と小さくすることができたが、ヒータを埋設する絶縁性樹脂６の熱伝導率とヒータ部の表面の凹部を充填する樹脂９の熱伝導率が同等である試料Ｎｏ．２２〜２６は、６０℃での温度バラツキが４．４℃以下と小さくなり、ウェハＷ面内の温度差を小さく均熱性を改善できることが判った。
更に、樹脂９の熱伝導率と絶縁性樹脂６の熱伝導率の比が−１０〜＋１０％以内である試料Ｎｏ．２３〜２５は温度バラツキが３．８℃以下と更に小さく好ましいことが分かった。
また、このことは、樹脂９がシリコーン樹脂からなる接着剤でも同様な結果が得られることは言うまでもない。
次に、図１に示す本発明のウェハ支持部材において、ヒータ部の樹脂の平均厚みを０．００５〜１．５ｍｍの間で変えて作製し、実施例１と同様の評価を行った。また、ヒータに電圧を印加してから載置面の平均温度が６０℃に達するまでの時間を測定した。
ヒータ部の絶縁性樹脂の表面の凹部を充填する樹脂はエポキシ樹脂とし、上記のヒータ部の樹脂の平均厚みはヒータの上面からポリイミド樹脂からなる絶縁性樹脂の厚みと樹脂９の厚みとを加えたヒータ部の表面までの厚みであり、該厚みを５箇所測定しその平均値を樹脂の平均厚みとした。
その結果は表３に示す。
Figure 0004349952
この結果、いずれも６０℃での温度バラツキが５．３℃以下と小さくできたが、試料Ｎｏ．３１〜３５は樹脂の平均厚みが０．０１〜１ｍｍであり、温度バラツキが４．４℃以下と小さく、しかも６０℃に達するまでの時間が１４．３秒以下と小さくより好ましいことが分かった。
一方、試料Ｎｏ．３６のように、厚みが１．５ｍｍと大きい場合には、温度バラツキが５．５℃と大きく、温度が６０℃に達するまでの時間が１７．４秒と大きい。
また、樹脂の平均厚みが０．００５ｍｍの試料は、ヒータ部の厚み加工時にヒータ部のポリイミド樹脂からなる絶縁性樹脂を砥石で傷つけてしまい平坦に加工することも評価することもできなかった。
次に、図１または図２に示す本発明のウェハ支持部材において、保持部を形成する板状体の熱伝導率αを変えて作製した。外径が２００ｍｍ、厚みが１ｍｍの円盤状をしたセラミックス焼結体からなる板状体を用意し、この板状体の一方の主面に研磨加工を施して平面度１０μｍ、表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）０．５μｍに仕上げて載置面を形成した。
次に、板状体の他方の主面にメッキ法を用いて膜厚が１０μｍの半円状をしたＮｉ層を円を構成するように被着して一対の吸着用電極を形成した。そして、実施例１の試料Ｎｏ．３の本発明のウェハ支持部材と同様にヒータ部と導電性ベース部を接着し試料Ｎｏ．４１、４２のウェハ支持部材とした。
また、上記吸着用電極を形成した板状体の下面に更に均熱板状体１２を取り付け、上記同様のヒータ部と導電性ベース部を接着し試料Ｎｏ．４３、４４のウェハ支持部材とした。
そして、各ウェハ支持部材に備える導電性ベース部の冷却通路に温度を３０℃に制御した冷却水を流し、ヒータパターンに電圧を印加して載置面を６０℃にコントロールした後、サーモビュアーにて測温し、各温度のバラツキを確認した。このとき、保持部を形成する材質は、熱伝導率αが２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミナ質焼結体、熱伝導率αが１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である窒化アルミニウム質焼結体、熱伝導率αが１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅とタングステンの複合部材、熱伝導率αが４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銀板を用いて行った。結果は表４に示す。
Figure 0004349952
この結果、熱伝導率αが５０〜４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるとき、６０℃での温度バラツキは５．５℃以下と小さくできた。
また、保持部の載置面と平行な方向の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の時、温度バラツキが３．７℃以下となり、載置面の均熱性を改善できることが判った。
次に、図１に示す本発明のウェハ支持部材において、ヒータ部と導電性ベース部の接着層の厚みを０．００５〜１．５ｍｍの間で変えて作製し、実施例１の試料Ｎｏ．３と同様の評価を行った。また、６０℃に加熱した状態から、冷却水と同じ温度（３０℃）に冷却されるまでの時間を測定した。
その結果は表５に示す。
Figure 0004349952
接着層の厚みが０．００５ｍｍの試料Ｎｏ．５０は、電圧を最大値（２００Ｖ）まで上げても、６０℃まで加熱することができず、評価を中止した。
また、試料Ｎｏ．５６のように、厚みが１．５ｍｍと大きい場合には、温度バラツキは２．５℃と小さかったが、冷却に要する時間が２２．８秒と長く、熱応答性が悪かった。
一方、試料Ｎｏ．５１〜５５の接着層の厚みは０．０１〜１ｍｍであり、温度バラツキが４．４℃以下と小さかく、載置面の温度が３０℃になるまでの時間が１３．４秒以下と小さく好ましいことが分かった。
本発明のウェハ支持体の一実施形態を示す断面図である。 本発明のウェハ支持体の他の実施形態を示す断面図である。 本発明のウェハ支持体の接合容器の断面図である。 本発明のウェハ支持体の接着工程を示す断面図である。 本発明のウェハ支持体の他の実施形態を示す断面図である。 従来のウェハ支持体の一例を示す断面図である。
符号の説明
１、１０１：ウェハ支持部材
２：板状体
３、１０５ａ：載置面
４：吸着用電極
５、１０５：ヒータ部
６、１０６：絶縁性樹脂
７、１０７：ヒータ
８、１０８：凹部
９：絶縁性樹脂と異なる組成の樹脂
１０、１１０：導電性ベース部
１１、１１１：通路
１２：均熱板状体
１３：接着剤層（エポキシ）
１４：接着剤塗布面
１５：導電性ベース部とヒータ部間の接着剤層（シリコーン）
１６：ヒータ部と保持部間の接着剤層（シリコーン）
２０：保持部
５１：非接着部（気泡、空隙）
５２：非接着部（隙間）
２００：接合容器
２０１：底板
２０２：側壁
２０３：蓋
２０４：バックアップ板
２０５：Ｏリング
２０６：導電性ベース固定金具
２０７：減圧ポンプ
２０８：支持棒
ｔ：樹脂の平均厚み

Claims (12)

  1. 板状体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とした保持部と、絶縁性樹脂にヒータが埋設され、前記絶縁性樹脂の表面に凹部を有し、該凹部を埋めるように前記絶縁性樹脂と異なる組成の樹脂を充填したヒータ部と、導電性ベース部とを備え、前記保持部と前記ヒータ部と前記導電性ベース部との各間を接着層を介して接着し、前記ヒータ部へ充填した樹脂の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）０．２〜２．０μｍであることを特徴とするウェハ支持部材。
  2. 前記板状体の内部或いは他方の主面に吸着電極を備えたことを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
  3. 前記絶縁性樹脂がポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
  4. 前記絶縁性樹脂の熱伝導率と、前記凹部を充填する樹脂の熱伝導率とが同等であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウェハ支持部材。
  5. 前記凹部を充填する樹脂がエポキシまたはシリコーン樹脂から成ることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウェハ支持部材。
  6. 前記ヒータ部の樹脂の平均厚みが０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
  7. 上記保持部の載置面と平行な方向の熱伝導率が５０〜４１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のウェハ支持部材。
  8. 前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層の厚みが０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のウェハ支持部材。
  9. 前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層を、該接着層より厚みの小さい樹脂層で複数回に渡り積層して形成したことを特徴とする請求項８に記載のウェハ支持部材の製造方法。
  10. 前記ヒータ部と前記導電性ベース部の間の接着層をスクリーン印刷により複数回に渡り積層して形成したことを特徴とする請求項９に記載のウェハ支持部材の製造方法。
  11. 請求項１〜１０の何れかに記載のウェハ支持部材の製造方法であって、保持部とヒータ部、またはヒータ部と導電性ベース部の接合面に接着層を形成した後、上記接着層を接合容器に入れて、接合容器内で減圧した後、前記接着層を押圧して接着し、その後、前記接合容器内の圧力を大きくして接着することを特徴とする請求項１〜１０の何れかのウェハ支持部材の製造方法。
  12. 前記接着層の外周部を先に接触させ、前記接着層と被接着面とからなる閉じた空間を形成した後、前記接合容器内の圧力を高めることで接着することを特徴とする請求項１１に記載のウェハ支持部材の製造方法。
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