JP4409373B2 - 基板載置装置及び基板温度調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体プロセス等で使用される、サセプタ−、静電チャックもしくはセラミックスヒータ等の基板載置装置及びこれらの装置における基板温度調整方法に関する。
半導体プロセスや液晶ディスプレイ製造プロセスでは、シリコンウエハやガラス等の基板を載置するため、サセプタ−や静電チャック、あるいはヒータを内蔵したセラミックスヒータ等の基板載置装置が使用されている。また、高周波プラズマ処理装置では、プラズマ照射により上昇した基板温度を低減するため、冷却機能を備えた基板載置装置も使用されている。
半導体プロセスにおいて、基板表面の面内温度分布は、作製される薄膜の膜質やエッチング特性等の面内ばらつきに影響を与えるため、できるだけ均一にすることが望まれている。しかしながら、基板面内における温度分布は、基板載置装置内に備えたセラミックスヒータ等の温度分布のみならず、プラズマからの入熱分布等の基板載置装置以外の使用環境に起因する影響も大きく受ける。
したがって、基板載置装置自体の基板載置面温度分布を均一になるように調整しても、実際の基板表面には、上述するような外的要因により均一な温度分布を形成することは困難である。そこで、基板温度分布を最適化するため、プラズマ条件の最適化や基板載置装置周囲に配置する部材の形状や材質の調整が行われている。
また、プラズマからの入熱分布に応じて、基板載置面の凹凸を場所により調整した静電チャック装置（特許文献１）や、基板載置面となるセラミックス基材内を複数のゾーンに分け、ゾーンごとに独立にヒータを埋設し、発熱量を調整するマルチゾーンヒータ（特許文献２）も提案されている。
特開平７−１８４３８号公報（図１）
特開２００１−５２８４３号（第１図）
しかしながら、プラズマ条件の最適化や基板載置装置周囲に配置する部材や基板載置面の凹凸の調整により、基板温度分布の調整を行う従来の最適化方法では調整できる範囲に限界がある。
一方、予想されるプラズマ照射条件等を考慮し、ゾーンごとに最適なヒータを埋設する方法では、ヒータの設計に負担がかかり、基板載置装置の価格も高額になる。また、一旦作製した後は使用環境の変化に合わせて修正することが困難であるので、汎用性に乏しい。さらに、必要な基板温度が比較的低い場合は、ヒータの加熱よりむしろ基板の冷却が必要となるため、ヒータを使用しない構造で、面内の基板温度分布調整ができることが望まれる。
本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、より簡易で汎用性のある、基板温度の面内温度分布調整が可能な基板載置装置及び基板温度調整方法を提供することである。
本発明の態様による基板載置装置は、一方の面に基板載置面を持つ、板状のセラミックス基材と、セラミックス基材の他方の面上に形成された接合層であって、面内を複数の領域に分け、領域ごとに熱伝導率の異なる接合材が配置されていることを特徴とする。
本発明の態様による基板温度の調整方法は、一方の面に基板載置面を持つセラミック基材の他方の面上に形成された接合層における熱導電率の面内分布を調整することにより、セラミックス基材上に載置される基板の面内温度分布を調整することを特徴とする。
本発明の態様による基板載置装置によれば、簡易な構成で、基板載置面上に配置する基板表面の温度分布を調整できる。
本発明の別の態様による基板温度調整方法によれば、簡易で汎用性の高い方法で基板載置面上に配置する基板表面の温度分布を調整できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る静電チャック、及びその製造方法について説明する。
図１（ａ）に、本発明の実施の形態に係る基板載置装置１の概略的な断面図を示す。基板載置装置１は、一方の面に基板載置面を有する板状のセラミックス基材１０と、このセラミックス基材１０の他方の面上に形成された接合層２０とを有し、この接合層２０が、基板面内で複数の領域に分けられ、領域ごとに熱伝導率の異なる接合材で形成されていることを特徴とする。なお、好ましくは、接合層２０を介して板状の基台であるベースプレート３０がセラミックス基材１０に接合された構造を有することが好ましい。
本実施の形態に係る基板載置装置１によれば、セラミックス基材１０の他方の面上に配置された接合層２０の熱導電率の面内分布が調整できるため、基板からセラミックス基材１０及び接合層２０への伝熱による冷却効率を場所により変更できる。よって、セラミックス基材１０上に載置される基板の面内温度分布を調整できる。特に、接合層２０を介してセラミックス基材１０にベースプレート３０を接合させる場合は、接合層２０を介してベースプレート３０に抜ける伝熱による基板温度の冷却効果がより大きくなるため、接合層２０の熱伝導率の面内分布を調整することによる温度調節機能の効果も大きい。
図１(ｂ)は、セラミックス基材１０の他方の面上に形成された接合層２０の平面図を示す。ここでは、接合層２０は面内で中心部２０Ｂとその外周部２０Ａの二つの領域に分けられ、外周部２０Ａに第１接合材が配置され、中心部２０Ｂに第１接合材と異なる熱伝導率を有する第２接合材が配置される例を示す。
プラズマＣＶＤ装置やプラズマドライエッチング装置等のプラズマ処理装置内で、本実施の形態に係る基板載置装置１を使用する場合において、基板表面温度分布は基板の中心部より基板周辺部で高くなることがある。この場合は、基板表面はプラズマ強度分布や装置構造上の影響により基板中心部より基板外縁部で温度が高くなり易くなっていると考えられる。そこで、このような環境で本実施の形態に係る基板載置装置１を使用する場合は、接合層２０の中心部２０Ｂに熱伝導率が小さい接合材を配置し、接合層２０の外周部２０Ａには熱伝導率が大きい接合材を配置するとよい。基板温度が高くなり易い基板縁部では、熱伝導率の大きい接合材により効率的に冷却が進み、過剰な温度上昇を避けることができるとともに、基板温度が基板縁部より低くなり易い基板中央部では、熱伝導率が小さい接合材を配置することにより基板温度の冷却が抑制される。その結果、プラズマ強度の分布や装置構造上に起因する基板表面温度の不均一な分布を是正し、基板温度の面内均一化を図ることができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）では、接合層２０を中心部２０Ｂと外周部２０Ａの２領域に分け、それぞれに熱伝導率の異なる接合材を配置したが、図２（ａ）に示すように、接合材層２０面内を２０Ａ〜２０Ｃの三領域に分け、内側になるほど熱伝導率の低い接合材を配置する構造を採用してもよい。さらに、必要に応じて分割する領域数を増やしてもよい。
なお、基板表面温度分布は、上述するように基板中央部で低く、周辺部で高い場合のみならず、使用条件や装置構造により種々の温度分布を持ちえる。したがって、基板表面温度分布に合わせて接合材の熱伝導率の面内分布を調整することが望ましい。
また、接合層２０の領域分割の形態は、中心部から同心円状に分割する形態に限定されるものではなく、必要な温度調整条件に応じて種々の分割形態を採用できる。例えば、基板載置装置に基板リフトピン等やパージガスのために貫通孔が開いているような場合は、その部分に対応する基板表面温度が局部的に高かったりあるいは逆に低かったりする。この場合は、図２（ｂ）に示すように、局部的な温度変化を補正するため、対応する接合層２０の領域２０Ｄに、周囲と異なる熱伝導率を有する接合材を配置してもよい。あるいは、基板載置装置１が配置される半導体製造装置装置内にある排気ポートや他部品等の影響で基板の一部の領域の温度が下がり易い場合は、温度が下がりやすい領域に対応する接合層２０の領域に熱伝導率の低い接合材を配置してもよい。
このように接合層中の接合材の熱伝導率の面内分布を調整する方法によれば、簡易な方法で基板の面内温度分布の調整を行うことができるとともに、有機系の接合材を使用すれば、接合層２０を容易に除去することができるため、基板載置装置１の使用環境の変化に合わせて、接合層２０内の熱伝導率分布を適宜変更したものを作製し直すことも容易である。したがって、汎用性も極めて高い。
図３（ａ）及び図３（ｂ）の本実施の形態に係る基板載置装置の別の形態を示す。図３（ａ）に示すように、好ましくは、セラミックス基材１０内に静電チャック電極４０を埋設し、静電チャック機能を有する基板載置装置２とすることが好ましい。静電チャック機能により基板をセラミックス基材１０の載置面に密着させ、基板載置装置２からの伝熱効率を上げることができるため正確な基板温度分布の制御が可能になる。
さらに、図３（ｂ）に示すように、静電チャック電極４０のみならず、抵抗発熱体５０を埋設した基板載置装置３としてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、ベースプレート３０として、冷却液が循環できる冷却液流路６０等の冷却機能を備えたものを使用してもよい。抵抗発熱体５０を備えることで、ヒータ機能が付加されているため、基板温度を上げることができる。また、抵抗発熱体５０として、領域ごとに個別の温度設定が可能なマルチゾーンヒータを使用すれば、より広い温度範囲での調整が可能になる。
さらに、本実施の形態に係る基板載置装置は、基板温度の面内温度分布を調整する別の手段と組み合わせて使用することで、基板の面内温度分布の調整機能をさらに高めることができる。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、セラミックス基材１０の基板載置面に相当する表面に、複数の凸部を配し、基板に接する凸部の基板との接触面の面積を場所により変えることで基板温度の面内温度分布を調整することもできる。なお、この場合、接触面積は、凸部の面積に相当する。
プラズマ処理装置中で基板載置装置４を使用する場合において、基板表面温度が基板中心部で低く、基板縁部で高い場合は、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、セラミックス基材１０の基板載置面を中央部には基板との接触面積の小さい凸部７０Ｃを形成し、その周囲にこれより接触面積が大きい凸部７０Ｂ、さらにその外周に、凸部７０Ｂより基板との接触面積が大きい凸部７０Ｃを形成する。基板載置面中央部では凸部７０Ｃの基板との接触面積が小さいため伝熱による冷却効果が抑制され、基板載置面外周部では凸部７０Ａの基板との接触面積が大きいため伝熱による冷却効果が促進される結果、プラズマ強度の分布や装置構造上に起因する基板温度の不均一分布を補正できる。
なお、ここでは、基板載置面を同心円状に３つの領域に分け、各領域に所定の接触面積を持つ凸部を形成した基板載置面を形成したが、基板載置面の分割形態は、基板表面温度や使用条件に合わせて種々の形態を採用できる。例えば、図４（ｂ）に示す構造とは逆に、基板載置面の中心部に基板との接触面積が大きい凸部を配置し、外周部側に基板との接触面積が小さく凸部を配置してもよい。
このように、接合材の面内分布の調整に加えて、基板載置面の凸部の接触面積分布の調整を行うことで、基板温度分布の微調整が可能になり、より正確な所望の温度分布を得ることができる。
以下、具体的に本実施の形態に係る基板載置装置の各構成材料について説明する。
まず、セラミックス基材１０としては、種々のセラミックス材が使用できるが、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化硼素（ＢＮ）、サイアロン等の窒化セラミックス、炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化セラミックスの緻密質な焼結体を例示できる。なお、これらの材料の中でもＡｌＮは、耐食性が良好であり熱伝導性が高いため好適に使用できる。なお、セラミックス基材１０の形状は、載置すべき基板の大きさと形状に合わせて、種々の形状を採用することができる。基板載置面は円状に限らず、矩形もしくは多角形であってもよい。
ベースプレート３０は、冷却機能を備えたものであることが好ましく、比較的熱伝導性の高い、金属材料あるいは金属とセラミックスとのコンポジット材を使用することが好ましい。具体的なベースプレート材質としては、Ａｌ、Ｃｕ、真鍮、ＳＵＳ等が挙げられるが、特に限定するものではない。
コンポジット材を構成するセラミックス材としては、特に限定はなく、セラミックス誘電体基材１０と同質または異質の多孔質セラミックス材料を使用できる。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン等を用いることができる。一方、多孔質セラミックス材料に充填する金属としては、耐腐食性が高く、充填性の良いものが好ましく、例えばＡｌもしくはＡｌとＳｉとの合金を好ましく使用できる。
有機のみならず無機ガラスの接合材を使用することも可能であるが、ベースプレート３０とセラミックス誘電体基材１０との熱膨張差を低減するため、接合温度の低い有機系接合材を使用することが好ましい。
また、本実施の形態の基板載置装置１では、接合層２０は面内で複数の領域に分けられ、領域ごとに熱伝導率の異なる接合材を使用する。領域ごとに全く組成が異なる接合材を使用してもよいが、例えば有機系接合材にフィラーを含有した接合材を使用し、フィラーの含有量を調整することで、所望の熱伝導率を調整してもよい。具体的には、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等を母剤として使用し、必要に応じてＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＢ、Ａｌ等のフィラーを添加することが望ましい。
使用する接合材の熱伝導率の値に限定はないが、例えば図１（ｂ）のように接合層２０をニつの領域に分割し、一方の領域に熱伝導率の高い接合材を配置し、他方の領域に熱伝導率の低い接合材を配置する場合、例えば熱伝導率の高い接合材としては、低い接合材の１．１〜１００倍の熱伝導率を有する接合材、必要に応じて１００倍以上の熱伝導率を有する接合材を使用できる。
なお、製造工程のハンドリングをより容易にするため、接合層３０として、シート状の有機接合材、もしくはシート状の有機樹脂の両面に有機接着剤が塗布された接着シートを利用してもよい。
セラミックス基材１０として、図３（ａ）に示すように、静電チャック電極４０を埋設したものを使用する場合は、静電チャックの吸着機構は、電極と基板間とのクーロン力を利用したタイプでも、セラミックス基材表面と基板との間隙部の吸着力を利用したジョンソン・ラーベック力を利用したものでも良い。クーロン力を利用する場合には、セラミックス基材１０の、特に静電チャック電極４０と基板載置面との間の誘電体層の使用温度における比抵抗を１０１4Ω・ｃｍ以上とし、誘電体層の厚みを０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。一方、ジョンソン・ラーベック力を利用する場合には、誘電体層の使用温度における比抵抗が１０７Ω・ｃｍ〜１０１2Ω・ｃｍであり、誘電体層の厚みが０．２ｍｍ〜５ｍｍのものを使用することが好ましい。
静電チャック電極４０は、例えばＭｏ、Ｗ、及びＷＣ等の高融点金属が使用でき、その形態に特に限定はない。静電チャック電極４０としては、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極、スパッタやイオンビーム蒸着等の物理的蒸着の他、ＣＶＤ等の化学的蒸着で金属薄膜を形成し、エッチングによりパターン電極を形成してもよい。あるいは、金網（メッシュ）等のバルク金属からなる電極を使用することもできる。
また、図３（ｂ）に示すような、抵抗発熱体５０を埋設したセラミックス基材１０を形成する場合は、抵抗発熱体５０の材料として、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンカーバイド（ＭｏＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の高融点導電材料を好ましく使用できる。高融点金属以外にも、Ｎｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、カーボン等も使用できる。線状のものに限らず、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、印刷電極等種々の形態を使用することもできる。
次に、本実施の形態に係る基板載置装置１〜４の製造方法について説明する。
まず、セラミックス基材１０とベースプレート３０をそれぞれ作製する。セラミックス基材１０を作製するには、窒化アルミニウム等のセラミックス原料紛と必要に応じてイットリア（Ｙ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）又はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の焼結助剤原料紛を所定の配合比で調合し、ポットミルあるいはボールミル等を用いて混合する。混合は湿式、乾式いずれでもよい。湿式を用いた場合は、混合後乾燥を行い、原料混合紛を得る。この後、原料混合紛をそのまま、若しくはバインダを加えて造粒したものを用いて成形を行い、例えば円盤状の成形体を得る。成形方法は限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等の方法を用いることができる。さらに、得られた成型体を、ホットプレス法もしくは常圧焼結法等を用いて、窒化アルミニウムの場合は約１７００℃〜約１９００℃、アルミナの場合は約１６００℃、サイアロンの場合は約１７００℃〜約１８００℃、炭化珪素の場合は約２０００℃〜約２２００℃で焼成して、焼結体を作製する。
なお、セラミックス基材１０中に静電チャック電極４０や抵抗発熱体５０を埋設させる作製する場合は、成形工程において各電極を埋設する。例えば静電チャック電極４０の場合は、金属バルク体からなる穴明きの面状の電極、より好ましくは、メッシュ（金網）状電極を原料紛中に埋設するとよい。また、抵抗発熱体５０を埋設する場合は、静電チャック電極と同様に、コイル状、スパイラル状等の所定形状に加工した金属バルク体を埋設する。いずれの電極も、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属を使用することが好ましい。
また、静電チャック電極４０として、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極を使用することもできる。この場合は、成形工程で、例えば円盤状のグリーンシートを２枚作製し、その一方の表面にペースト状の金属電極を印刷し、この印刷電極を挟んで、もう一方のグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を作製し、このグリーンシート積層体を焼成してもよい。
ベースプレート３０は、コンポジット材や金属材をベースに作製し、必要に応じて冷水路を形成することもできる。
次に、接合層２０を介してセラミックス基材１０とベースプレート３０との接合を行う。この接合工程では、まず、熱伝導率の異なる複数の接合材をセラミックス基材１０の裏面に配置する。配置の仕方は、例えば接合材を印刷方法を用いて、セラミックス基材１０もしくはベースプレート３０のいずれか一方の面上にパターニングしてもよいし、あるいは複数のシート状の接合材をセラミックス基材１０とベースプレート３０との間の所定位置にそれぞれ配置してもよい。この後、真空中もしくは大気中で接合材の硬化温度まで昇温し、加圧を行い両者を接合する。
以下、本発明の効果を確認するために行なった基板温度分布のシミュレーションと本発明の実施例について説明する。
＜シミュレーション例＞
まず、セラミックス基材１０とベースプレート３０との間に介在させる接合層２０の面内を複数の領域に分け、領域ごとに熱伝導率が異なる材料を配置した場合に予想されるセラミックス基材１０表面（基板載置面）での温度分布を有限要素法を用いてシミュレーションした。なお、基板載置装置２はプラズマ処理装置中に配置した場合、プラズマからの入熱により、セラミックス基材１０表面の温度が上昇するが、ここでは面内均一に温度が上昇するものと仮定した。
まず、セラミックス基材１０とベースプレート３０との間に介在させる接合層２０の面内を複数の領域に分け、領域ごとに熱伝導率が異なる材料を配置した場合に予想されるセラミックス基材１０表面（基板載置面）での温度分布を有限要素法を用いてシミュレーションした。なお、基板載置装置２はプラズマ処理装置中に配置した場合、プラズマからの入熱により、セラミックス基材１０表面の温度が上昇するが、ここでは面内均一に温度が上昇するものと仮定した。
表１にシミュレーションの条件を示す。なお、シミュレーションの対象としたのは、図３（ａ）に示す構造を有する基板載置装置２である。すなわち、静電チャック電極４０を埋設したセラミックス基材１０とベースプレート３０とを接合層２０で接合した構造を有し、接合層２０が面内で中心部２０Ａと外周部２０Ｂの２領域に分割され、各領域に熱伝導率が異なる接合材を使用したものである。シミュレーションに際して使用した各構造の具体的な材料とサイズ、及び接合材の熱伝導率は表１に示す。
なお、ベースプレート３０の底面の温度は２０℃、プラズマからセラミックス基材１０に入熱されるエネルギーは３００Ｗ、５００Ｗ、７００Ｗとそれぞれ３条件を仮定した。また、接合層２０は、面内を中心部とその外周部の２つの領域に分け、熱伝導率の異なる接合層をそれぞれの領域に配置した。中心部接合層のサイズは、φ６０mm、φ１２０mm、φ１４０mmの３条件を仮定した。
セラミックス基材としてAlNを使用した場合のシミュレーション結果を表２及び図５に示す。また、セラミックス基材としてAl２O３を使用した場合のシミュレーション結果を表３及び図６に示す。
表２、表３、図５及び図６に示すように、セラミックス基材の基板載置面へのプラズマからの入熱パワーが面内で均一の場合、セラミックス基材とベースプレート間に介在する接合材を面内で中心部とその外周部に分け、中心部に熱伝導率が小さい接合材を配置し、外周部にそれよりも熱伝導率の大きい接合材を配置することで、基板載置面に中心部より周辺部で低い温度分布を形成することが可能であることがわかった。なお、グラフ中に示していないが、接合層を単一の接合材で形成した場合は、セラミックス基材の基板載置面上での温度分布はほぼ均一となる。
したがって、実際にプラズマ処理装置中で本実施の形態に係る基板載置装置を使用する際、装置構造上の問題で基板温度が不均一となる場合は、接合層中の接合材の熱伝導率を場所により変更することにで基板表面温度の均熱化を図ることが可能であることが確認できた。また、基板温度分布の調整は接合層の面内を複数に分割し各領域ごとに所定の熱伝導率を有する接合材を使用することで行なうが、接合層の分割する領域の大きさや形状、使用する接合材の熱伝導率値等によりセラミックス基材の基板載置面の温度分布を簡易にしかも効果的に調整できることが確認できた。
例えば、接合層の中心部と外周部とに配置する接合材の熱伝導率を２倍以上変えることでセラミックス基材の基板載置面での中心部と外周部の温度差を０〜５℃調整することが可能になる。さらに、熱伝導率の設定や接合材の面内分布を変更することで自在な温度調整が可能である。接合層の中心部と外周部とに配置する接合材の熱伝導率を１０倍以上変えることでセラミックス基材の基板載置面での中心部と外周部の温度差を０〜３０℃の範囲で調整可能であることも確認できた。
＜実施例１及び２＞
実施例１及び２の基板載置装置としては、図７に示すような、静電チャック電極４０を埋設したセラミックス基材１０と冷却水流路を備えたベースプレート３０と両者の間に介在させた接合層２０とを有する基板載置装置であって、接合層２０が面内で中心部とその外周部に分割され、各領域に熱伝導率の異なる接合材を使用したものを作製した。
実施例１及び２の基板載置装置としては、図７に示すような、静電チャック電極４０を埋設したセラミックス基材１０と冷却水流路を備えたベースプレート３０と両者の間に介在させた接合層２０とを有する基板載置装置であって、接合層２０が面内で中心部とその外周部に分割され、各領域に熱伝導率の異なる接合材を使用したものを作製した。
具体的に、セラミックス基材１０は、以下の条件で作製した。すなわち、まず、還元窒化法によって得られたＡｌＮ粉末に、アクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。この造粒顆粒を金型を用いて、一軸加圧成形を行った。なお、この成形に際して、成形体中に板状のメッシュ電極であるＭｏバルク電極を埋設させた。この成形体をホットプレス焼成し、一体焼結品を作製した。なお、ホットプレス時の圧力は２００ｋｇ/ｃｍ２とし、焼成時は、最高温度である１９００℃まで１０℃/時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度条件を１時間保持した。こうして、Φ２００ｍｍ、厚み５ｍｍの円盤状のＡｌＮ製セラミックス基材１０を作製した。このセラミックス基材１０の体積抵抗率は、室温で１E＋１０Ωcmであった。なお、セラミックス基材１０の基板載置面は、凹凸を付けず平坦面とした。
一方、ベースプレート３０としては、冷却水路を内部に備えた約Φ２４０ｍｍ、厚み３０ｍｍに加工したＡｌ製プレートを使用した。
実施例１の基板載置装置では、ＡｌＮ製セラミックス基材１０とベースプレート３０との間に、熱伝導率１．４Ｗ/ｍＫのΦ６０ｍｍの円形アクリルシートと熱伝導率０．６Ｗ/ｍＫの内径Φ６０ｍｍ外径Φ２００ｍｍのリング形状シートを介在させ、真空雰囲気、１００℃で、上下から２００psi（１．３８×１０6Pa）の加圧を行い、セラミックス基材１０とベースプレート３０との接合を行った。
また、実施例２の基板載置装置では、ＡｌＮ製セラミックス基材１０とベースプレート３０との間に、熱伝導率１．４Ｗ/ｍＫのΦ１４０ｍｍの円形アクリルシートと熱伝導率０．６Ｗ/ｍＫの内径Φ１４０ｍｍ外径Φ２００ｍｍのリング形状シートを介在させ、真空雰囲気、１００℃で、上下から２００psi（１．３８×１０6Pa）の加圧を行い、セラミックス基材１０とベースプレート３０との接合を行った。
この実施例１及び２の基板載置装置を図７に示すように、ランプヒータ１２０を備えた真空チャンバ１００内に設置し、セラミックス基材１０の基板載置面上の所定位置に熱電対９０の端子をＡｌでろう付けしたＳｉ基板を載置した。ベースプレート３０中に流す冷却水の温度は２０℃とした。プラズマ処理装置中で基板載置装置を使用する場合に生じるプラズマからの基板への入熱を模擬し、真空チャンバ１００内を１Ｐａ以下に設定した後、ランプヒータ１２０を使用して、基板の加熱を行った。ランプヒータ１２０の出力を３００Ｗ、もしくは７００Ｗに設定し、Ｓｉ基板中央部とＳｉ基板端部の温度を測定した。測定結果を表３及び図６に示した。
ランプヒータ１２０からの熱の入熱は基板面内でほぼ均一になるように調整したため、接合層を単一の接合材で形成した場合は、面内でほぼ均一な基板温度分布が得られるが、セラミックス基材とベースプレート間に介在する接合層を面内で中心部とその外周部に分け、中心部に熱伝導率が小さい接合材を配置し、外周部にそれよりも熱伝導率の大きい接合材を配置した。こうしてセラミックス基材１０の基板載置面温度を中心部より周辺部で低い温度分布を形成することが可能であることが実施例においても確認した。
シミュレーション結果と実際の測定結果は、良く一致しており、シミュレーション通り、実際の現場においても、接合層の面内における熱伝導率の分布を調整する本実施の形態に係る基板温度調整方法が極めて有効な温度調整方法であることが確認できた。
以上、本発明の基板載置装置及び基板温度調整方法の実施の形態及び実施例について説明したが、本発明の内容は、上述する実施の形態及び実施例の記載に限定されるものではない。種々の変形や改良が可能であることは当業者には自明であろう。
１ 基板載置装置
１０ セラミックス基材
２０ 接合層
３０ ベースプレート
４０．静電チャック電極
１０ セラミックス基材
２０ 接合層
３０ ベースプレート
４０．静電チャック電極
Claims (11)
- 一方の面に基板載置面を持つ、板状のセラミックス基材と、
前記セラミックス基材の他方の面上に形成された接合層とを有し、
前記接合層は、面内を複数の領域に分けられ、前記領域ごとに熱伝導率の異なる接合材が配置されており、
前記接合層は、面内を中心部とその外周部の２つの領域に分けられ、前記中心部に前記接合材として第１接合材が配置され、前記外周部に、別の接合材として、前記第１接合材より熱伝導率が高い第２接合材が配置されていることを特徴とする、基板載置装置。 - さらに、前記セラミックス基材の前記他方の面に対し、前記接合層を介して接合される、基台を有することを特徴とする請求項１に記載の基板載置装置。
- 前記基台は、冷却構造を備えていることを特徴とする請求項２に記載の基板載置装置。
- 前記接合材は、アクリル系樹脂母材と、前記母材中に添加されるフィラーとを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基板載置装置。
- さらに、前記セラミックス基材中に埋設された、静電チャック電極を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の基板載置装置。
- 前記セラミックス基材中に埋設された、抵抗発熱体を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の基板載置装置。
- 前記セラミックス基材は、前記基板載置面に複数の凸部を有し、載置される基板と各前記凸部との接触面積が、前記基板載置面内で領域ごとに異なることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の基板載置装置。
- 前記接触面積は、前記基板載置面内の中央領域より外周囲領域で大きいことを特徴とする請求項７に記載の基板載置装置。
- 前記接触面積は、前記基板載置面内の外周囲領域より中央領域で大きいことを特徴とする請求項７に記載の基板載置装置。
- 一方の面に基板載置面を持つセラミック基材の他方の面上に形成された接合層における熱伝導率の面内分布を調整することにより、前記セラミックス基材上に載置される基板の面内温度分布を調整する方法であって、
前記接合層における熱伝導率の面内分布の調整は、前記接合層の面内を中心部とその外周部の２つの領域に分け、前記中心部に第１接合材を配置し、前記外周部に前記第１接合材より熱伝導率が高い第２接合材を配置することにより行うことを特徴とする、基板温度調整方法。 - さらに、前記基板載置面に複数の凸部を形成し、載置される基板と各前記凸部との接触面積を場所により調整することで、前記セラミックス基材上に載置される基板の面内温度分布を調整する請求項１０に記載の基板温度調整方法。
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