JP6077258B2 - 積層発熱体、静電チャック、及びセラミックヒータ - Google Patents

Description

本発明は、積層発熱体、静電チャック、及びセラミックヒータに関する。

従来、例えば半導体製造装置においては、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してドライエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送するなどの目的で、静電チャックが使用されている。

半導体ウェハの温度が場所ごとにばらつくとエッチングの加工精度が悪くなるので、半導体ウェハの加工精度を高めるためには、静電チャックに固定された半導体ウェハの温度を均一にする必要がある。そのため、静電チャックの内部にヒータを備え、そのヒータによって半導体ウェハを均一に加熱しようとする技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００４−７１６４７号公報 （第４頁、図１）

ヒータを内蔵した静電チャックは、厚み方向の一端に取り付けられた端子からヒータに給電する給電経路を備え、その給電経路は、複数の導電層と、複数のスルービアとを交互に積層した構造を有する。給電経路のうち、ヒータに隣接する導電層は、発熱量が最大になり、この導電層の発熱により、静電チャックの表面における温度が不均一になってしまい、結果として、半導体ウェハの温度が不均一になってしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、表面における温度のばらつきを低減できる積層発熱体、静電チャック、及びセラミックヒータを提供することを目的とする。

本発明の積層発熱体は、
セラミックから成る層を複数積層した本体部と、前記本体部に内蔵されたヒータと、前記本体部における厚み方向の一端に取り付けられた端子と、前記端子から前記ヒータに給電する給電経路と、を備え、前記給電経路は、前記本体部内に設けられた複数の導電層及び複数のスルービアを組み合わせて成るものであり、前記複数のスルービアには、以下で定義するスルービアα、スルービアβ、及びスルービアγが含まれ、前記本体部を前記厚み方向から見たとき、前記スルービアαは、前記スルービアβと前記スルービアγとの間の位置、又は、前記スルービアβ若しくは前記スルービアγと重なる位置にあることを特徴とする。

スルービアα：前記複数の導電層のうち、前記ヒータに隣接する導電層Ｘと前記ヒータとを接続するスルービア。
スルービアβ、及びスルービアγ：前記複数の導電層のうち、前記端子側において前記導電層Ｘに隣接する導電層Ｙと前記導電層Ｘとを接続するスルービア。

本発明の積層発熱体においては、スルービアα、スルービアβ、及びスルービアγが上述した位置関係を有することにより、導電層Ｘにおける発熱を低減し、その結果、積層発熱体の表面における温度のばらつきを低減することができる。

本発明の積層発熱体において、例えば、前記導電層Ｘは、前記導電層Ｙよりも大きくすることができる。この場合、スルービアαの位置に関する設計の自由度が大きくなる。また、導電層Ｘにおける電流密度が一層小さくなるので、導電層Ｘにおける発熱を一層抑制できる。

本発明の積層発熱体は、例えば、静電チャック、セラミックヒータ等に適用できる。

静電チャック１の構成を表す側断面図である。 静電チャック１の構成を表す上面図である。 静電チャック１における一部の構成を表す上面図である。 静電チャック１におけるスルービアα１、β１、γ１付近の構成を表す断面図である。 セラミックヒータ１０１の構成を表す側断面図である。 別形態におけるスルービアα１、β１、γ１付近の構成を表す断面図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１.静電チャック１の構成
積層発熱体の一実施形態である静電チャック１の構成を図１〜図４に基づいて説明する。静電チャック１は、円盤状の本体部３と、その内部に設けられた吸着電極４、インナーヒータ５、アウターヒータ７、及び導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４を備える。また、静電チャック１は、端子９、１１、１３、１５、１７を備える。

本体部３は、セラミックから成る層（グリーンシート）をその厚み方向（図２における上下方向）に複数積層して成る円盤状の部材である。吸着電極４は、ＷやＭｏから成るメタライズ層である。吸着電極４は、本体部３における上方の面である吸着面３ａ寄りの位置に、吸着面３ａと平行となるように設けられている。吸着電極４は、給電経路１９により、端子９に接続している。なお、吸着面３ａは、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を吸着固定する面である。

インナーヒータ５は、ＷやＭｏから成るメタライズ層であり、吸着電極４よりも下側に位置する、渦巻き型のヒータである。図２に示すように、上方から（静電チャック１の厚み方向から）見たとき、インナーヒータ５の中心は本体部３の中心と一致し、インナーヒータ５は、本体部３の中周まで広がっている。インナーヒータ５の内周側の端部５ａは、導電層Ｘ１上に位置し、外周側の端部５ｂは、導電層Ｘ２上に位置する。

アウターヒータ７は、ＷやＭｏから成るメタライズ層であり、インナーヒータ５と同一平面上、且つインナーヒータ５よりも外側に位置する渦巻状のヒータである。図２に示すように、上方から見たとき、アウターヒータ７の中心は本体部３の中心と一致し、アウターヒータ７は、インナーヒータ５の最外周と、本体部３の外周端との間に広がっている。アウターヒータ７の内周側の端部７ａは、導電層Ｘ３上に位置し、外周側の端部７ｂは、導電層Ｘ４上に位置する。

導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、それぞれ、インナーヒータ５及びアウターヒータ７よりも下側において、それらのヒータに隣接する、ＷやＭｏから成るメタライズ層である。導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、それぞれ、円を４等分した形状を有し、上方から見たとき、図２のように配置されている。

導電層Ｘ１と端部５ａとは、図１、図４に示すように、スルービアα１により接続されている。また、導電層Ｘ２と端部５ｂとは、スルービアα２により接続されている。また、導電層Ｘ３と端部７ａとは、スルービアα３により接続されている。また、導電層Ｘ４と端部７ｂとは、スルービアα４により接続されている。スルービアα１、α２、α３、α４は、それぞれ、本体部３を構成するセラミックの層に形成した貫通孔に、ＷやＭｏを主成分とするメタライズを充填したものである。後述するスルービアβ１、β２、β３、β４、γ１、γ２、γ３、γ４も同様である。

導電層Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４は、それぞれ、導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４よりも下側において、導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４に隣接する、ＷやＭｏから成るメタライズ層である。導電層Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４は、それぞれ、導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４と同一の形状を有し、上方から見たとき、図２のように配置されている。ここで、導電層Ｙ１は導電層Ｘ１の下側に位置し、導電層Ｙ２は導電層Ｘ２の下側に位置し、導電層Ｙ３は導電層Ｘ３の下側に位置し、導電層Ｙ４は導電層Ｘ４の下側に位置する。

導電層Ｘ１と導電層Ｙ１とは、図１、及び図４に示すように、スルービアβ１、γ１により接続されている。上方から見たとき、図３に示すように、スルービアβ１の位置は、スルービアα１よりも内周側にあり、スルービアγ１の位置は、スルービアα１よりも外周側にある。すなわち、上方から見たとき、スルービアα１は、スルービアβ１、及びスルービアγ１の間に位置する。

また、導電層Ｘ２と導電層Ｙ２とは、図１に示すように、スルービアβ２、γ２により接続されている。上方から見たとき、図３に示すように、スルービアβ２の位置は、スルービアα２よりも内周側にあり、スルービアγ２の位置は、スルービアα２よりも外周側にある。すなわち、上方から見たとき、スルービアα２は、スルービアβ２、及びスルービアγ２の間に位置する。

また、導電層Ｘ３と導電層Ｙ３とは、図１に示すように、スルービアβ３、γ３により接続されている。上方から見たとき、スルービアβ３の位置は、スルービアα３よりも内周側にあり、スルービアγ３の位置は、スルービアα３よりも外周側にある。すなわち、上方から見たとき、スルービアα３は、スルービアβ３、及びスルービアγ３の間に位置する。

また、導電層Ｘ４と導電層Ｙ４とは、図１に示すように、スルービアβ４、γ４により接続されている。上方から見たとき、スルービアβ４の位置は、スルービアα４よりも内周側にあり、スルービアγ４の位置は、スルービアα４よりも外周側にある。すなわち、上方から見たとき、スルービアα４は、スルービアβ４、及びスルービアγ４の間に位置する。

スルービアα１、β１、γ１は、それぞれ、図４に示すように、並列に配置された複数のスルービアである。スルービアα２、β２、γ２、α３、β３、γ３、α４、β４、γ４についても同様である。

端子９は、本体部３における下方の端部に設けられた、導電性の材料から成る棒状の端子である。端子９は、上述したように、給電経路１９により、吸着電極４に接続している。給電経路１９は、導電層とスルービアとにより構成される周知の構造の給電経路である。

端子１１、１３、１５、１７は、本体部３における下方の端部（厚み方向の一端）に設けられた、導電性の材料から成る棒状の端子であり、上方から見たとき、図２に示す配置となるように、端子９の周囲に設けられている。端子１１は給電経路２１により導電層Ｙ１と接続しており、端子１３は給電経路２３により導電層Ｙ２と接続しており、端子１５は給電経路２５により導電層Ｙ３と接続しており、端子１７は給電経路２７により導電層Ｙ４と接続している。給電経路２１、２３、２５、２７は、それぞれ、導電層とスルービアとにより構成される周知の構造の給電経路である。

上記の構成を有する静電チャック１においては、インナーヒータ５に関し、端子１１→給電経路２１→導電層Ｙ１→スルービアβ１、γ１→導電層Ｘ１→スルービアα１→インナーヒータ５→スルービアα２→導電層Ｘ２→スルービアβ２、γ２→導電層Ｙ２→給電経路２３→端子１３という電流の経路が形成されている。また、アウターヒータ７に関し、端子１５→給電経路２５→導電層Ｙ３→スルービアβ３、γ３→導電層Ｘ３→スルービアα３→アウターヒータ７→スルービアα４→導電層Ｘ４→スルービアβ４、γ４→導電層Ｙ４→給電経路２７→端子１７という電流の経路が形成されている。

なお、上記の「端子１１→給電経路２１→導電層Ｙ１→スルービアβ１、γ１→導電層Ｘ１→スルービアα１→インナーヒータ５」と、「インナーヒータ５→スルービアα２→導電層Ｘ２→スルービアβ２、γ２→導電層Ｙ２→給電経路２３→端子１３」と、「端子１５→給電経路２５→導電層Ｙ３→スルービアβ３、γ３→導電層Ｘ３→スルービアα３→アウターヒータ７」と、「アウターヒータ７→スルービアα４→導電層Ｘ４→スルービアβ４、γ４→導電層Ｙ４→給電経路２７→端子１７」とは、給電経路の一実施形態である。

２．静電チャック１の製造方法
静電チャック１は、以下の(i)〜(viii)の手順により製造することができる。
(i)セラミック、焼結助剤、有機バインダ等を原料とした周知の組成のグリーンシート（セラミックの層）を作成する。
(ii)グリーンシートを所望のサイズに切断する。
(iii)グリーンシートにおいて、後にスルービアを形成する部分に貫通孔を穿孔する。
(iv)貫通孔に、ＷやＭｏを主成分とするメタライズを充填し、スルービアを形成する。
(v)グリーンシートに、スクリーン印刷の手法を用いてＷやＭｏを主成分とするメタライズを塗布し、吸着電極４、インナーヒータ５、アウターヒータ７、導電層Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、及び各給電経路の導電層を形成する。
(vi) グリーンシートにおいて、ドリル加工により、端子９、１１、１３、１５、１７を取り付ける孔等を形成する。また、グリーンシートの外径を静電チャック１の形状に応じて整える。
(vii)セラミックグリーンシート同士を積層圧着し、積層体を作製する。
(viii)得られた積層体を焼成し、端子９、１１、１３、１５、１７を取り付けて、静電チャック１を完成する。

３．静電チャック１の作用効果
静電チャック１においては、スルービアα１、スルービアβ１、及びスルービアγ１が、図４に示す位置関係（上方から見たとき、スルービアα１は、スルービアβ１、及びスルービアγ１の間に位置する）を有することにより、導電層Ｘ１における電流の流れが、スルービアβ１からスルービアα１に向う経路と、スルービアγ１からスルービアα１に向う経路とに別れるので、導電層Ｘ１における電流密度を低下させて発熱を低減し、その結果、静電チャック１の表面における温度のばらつきを小さくすることができる。

また、同様に、スルービアα２、スルービアβ２、及びスルービアγ２の位置関係により、導電層Ｘ２における発熱を低減することができ、スルービアα３、スルービアβ３、及びスルービアγ３の位置関係により、導電層Ｘ３における発熱を低減することができ、スルービアα４、スルービアβ４、及びスルービアγ４の位置関係により、導電層Ｘ４における発熱を低減することができる。

なお、面内方向におけるスルービアβ１とスルービアα１との距離、及びスルービアγ１とスルービアα１との距離は、小さいことが望ましい。これらの距離を小さくすることにより、導電層Ｘ１における発熱を一層抑制できる。また、スルービアα２、β２、γ２における相互の距離、スルービアα３、β３、γ３における相互の距離、及びスルービアα４、β４、γ４における相互の距離についても同様である。

３．変形例
（１）静電チャック１において、導電層Ｘ１を導電層Ｙ１よりも大きくし、導電層Ｘ２を導電層Ｙ２よりも大きくし、導電層Ｘ３を導電層Ｙ３よりも大きくし、導電層Ｘ４を導電層Ｙ４よりも大きくすることができる。この場合、スルービアα１、α２、α３、α４の位置に関する設計の自由度が大きくなる。また、導電層Ｘ１〜Ｘ４における電流密度が一層小さくなるので、導電層Ｘ１〜Ｘ４における発熱を一層抑制できる。
（２）静電チャック１は、インナーヒータ５及びアウターヒータ７を備える代わりに、単一のヒータを備えていてもよい。また、３以上のヒータを備えていてもよい。
（３）スルービアα１は、複数のスルービアを並列させたものではなく、単一のスルービアであってもよい。スルービアα２、α３、α４、β１〜β４、γ１〜γ４についても同様である。
（４）静電チャック１は、スルービアβ１、γ１以外にも、導電層Ｘ１と導電層Ｙ１とを接続する追加のスルービアをさらに備えていてもよい。その追加のスルービアの位置は、任意に選択できる。また、同様に、導電層Ｘ２と導電層Ｙ２とを接続する追加のスルービア、導電層Ｘ３と導電層Ｙ３とを接続する追加のスルービア、導電層Ｘ４と導電層Ｙ４とを接続する追加のスルービアを備えていてもよい。
＜第２の実施形態＞
１．セラミックヒータ１０１の構成
積層発熱体の一実施形態であるセラミックヒータ１０１の構成を、図５に基づいて説明する。セラミックヒータ１０１は、前記第１の実施形態における静電チャック１と基本的には同様の構成を有する。ただし、セラミックヒータ１０１は、吸着電極４、端子９、及び給電経路１９を備えていない。

２．セラミックヒータ１０１の作用効果
セラミックヒータ１０１も、前記第１の実施形態における静電チャック１と同様の作用効果を奏する。

尚、本発明は前記実施形態になんら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。
例えば、前記第１及び第２の実施形態において、図６に示すように、スルービアα１は、厚み方向（図６における上下方向）から見たとき、スルービアγ１と重なる位置にあってもよい。また、スルービアα１は、厚み方向から見たとき、スルービアβ１と重なる位置にあってもよい。なお、図６では、スルービアα１、β１、γ１をそれぞれ１本としているが、スルービアα１、β１、γ１のうちの一部又は全部は、複数のスルービアで構成されていてもよい。
さらに、スルービアα２も、厚み方向から見たとき、スルービアβ２若しくはスルービアγ２と重なる位置にあってもよい。スルービアα３も、厚み方向から見たとき、スルービアβ３若しくはスルービアγ３と重なる位置にあってもよい。スルービアα４も、厚み方向から見たとき、スルービアβ４若しくはスルービアγ４と重なる位置にあってもよい。
上記の場合も、前記第１及び第２の実施形態と略同様の効果を奏することができる。
ただし、スルービアβ１、γ１、及びスルービアδ（導電層Ｙ１と、それよりも一つ内側の導電層Ｚとを接続するスルービア）の位置関係が図６に示すものである場合、スルービアα１は、厚み方向（図６における上下方向）から見たとき、スルービアγ１と重なる位置にはない（すなわち、スルービアβ１とスルービアγ１との間にあるか、スルービアβ１と重なる位置にある）ことがより好ましい。この場合、導電層Ｘ１における発熱を一層低減することができる。また、スルービアα２、α３、α４の位置についてもスルービアα１の場合と同様である。

１・・・静電チャック、３・・・本体部、３ａ・・・吸着面、４・・・吸着電極、
５・・・インナーヒータ、５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ・・・端部、
７・・・アウターヒータ、９、１１、１３、１５、１７・・・端子、
１９、２１、２３、２５、２７・・・給電経路、１０１・・・セラミックヒータ、
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｚ・・・導電層、
α１、α２、α３、α４、β１、β２、β３、β４、γ１、γ２、γ３、γ４、δ・・・スルービア

Claims (3)

1. セラミックから成る層を複数積層した本体部と、
   前記本体部に内蔵されたヒータと、
   前記本体部における厚み方向の一端に取り付けられた端子と、
   前記端子から前記ヒータに給電する給電経路と、を備え、
   前記給電経路は、前記本体部内に設けられた複数の導電層及び複数のスルービアを組み合わせて成るものであり、
   前記複数のスルービアには、以下で定義するスルービアα、スルービアβ、及びスルービアγが含まれ、
   前記本体部を前記厚み方向から見たとき、前記スルービアαは、前記スルービアβと前記スルービアγとの間の位置、又は、前記スルービアβ若しくは前記スルービアγと重なる位置にあることを特徴とする積層発熱体。
   スルービアα：前記複数の導電層のうち、前記ヒータに隣接する導電層Ｘと前記ヒータとを接続するスルービア。
   スルービアβ、及びスルービアγ：前記複数の導電層のうち、前記端子側において前記導電層Ｘに隣接する導電層Ｙと前記導電層Ｘとを接続するスルービア。
2. 請求項１の積層発熱体を備えることを特徴とする静電チャック。
3. 請求項１の積層発熱体を備えることを特徴とするセラミックヒータ。

Images