JP6694787B2 - 保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハなどの対象物を保持する保持装置に関する。

成膜又はエッチング等の処理の対象となる半導体ウエハなどの対象物をセラミックスからなる基材の上面上に保持する保持装置が知られている。このような保持装置においては、例えば基材に埋設した発熱抵抗体によって、対象物を適宜な温度に加熱する。そのため、基材の温度管理を厳密に行う必要があり、基材内に熱電対を配置し、基材の温度を計測している。

例えば、特許文献１には、サセプタブロック（基材）の下面から支持台（シャフト）内に突出した凸部に配置された金属部材に熱電対が嵌め込めていることが記載されている。

また、特許文献２には、発熱体（抵抗発熱体）が埋設されたセラミックスプレート（基材）にパイプ状のガイドが裏面から斜め方向に突出するように取り付けられ、このガイドを介して、熱電対がセラミックスプレートの上面と水平に形成された通路内に配置されていることが記載されている。

特開平７−１５３７０６号公報 特許第５５０１４６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、上面視でシャフトの内方に位置する領域にしか熱電対を配置することができず、基材全体の温度管理が困難となる。

上記特許文献２に記載の技術においては、ガイドがシャフト内に位置するため、熱電対の屈曲半径が小さくなる。屈曲半径を大きくすると、ガイドが大型化する。その結果、基材に埋設された発熱抵抗体に電力を供給するための端子を配置する際に、端子の配置位置が制限される。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、所望の領域に熱電対を配置することができ、且つ、熱電対の屈曲半径を確保したうえで発熱抵抗体に接続される端子の配置位置の自由度を向上させることが可能な保持装置を提供することを目的とする。

本発明は、セラミックスからなり、上面及び該上面の反対側に位置する下面を有する板状の基材と、セラミックスからなり、円筒部と前記円筒部より拡径した拡径部を上端部に有し、前記基材の下面に接続され、前記円筒部と前記拡径部の上端面からなる上端面及び該上端面の反対側に位置する下端面を有する筒状のシャフトと、前記基材の内部に埋設された発熱抵抗体と、前記基材の内部において前記基材の上面に沿った第１の方向に延びる第１の穴部と、前記シャフトの下端面又は内側面から上端面に向って前記円筒部をなす周壁内を延びる第２の穴部と、を備え、前記基材の上面上に対象物を保持する保持装置であって、前記第１の穴部と前記第２の穴部とを連通する第３の穴部が前記基材と前記シャフトとに亘るように形成されており、前記第２の穴部と前記第３の穴部との接続部を通る仮想平面であって前記基材の上面に沿った仮想平面からの前記第３の穴部の深さが、前記第１の方向に向って連続的に深くなる部分を有し、前記第３の穴部は、少なくとも前記基材及び前記拡径部に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１乃至第３の穴部の内壁面に沿って熱電対を挿入させれば、基材の内部における第１の穴部の第１の方向の奥部、例えば基材の外縁近傍部に、熱電対の先端部を侵入させることができるので、熱電対の挿入作業が容易である。

そして、上記特許文献１に記載された技術とは異なり、上面視でシャフトの外方に位置する領域に熱電対の先端部を配置することが可能となる。さらに、上記特許文献２に記載の技術と比較して、シャフト内にガイドなどの部材が存在しないので、発熱抵抗体に接続される端子の配置位置の自由度を向上させることが可能となる。

本発明において、前記第３の穴部のうち前記基材に形成されている部分は、前記基材の下面に開口する開口部を有し、前記第３の穴部のうち前記基材に形成されている部分を前記基材の上面から下面に向う方向に投影した領域は前記開口部が形成されている領域に含まれることが好ましい。

この場合、前記部分は溝状となり、切削加工での形成が容易となる。

また、本発明において、前記第２の穴部は、前記下端面と前記上端面との間を貫通しており、前記第２の穴部のうち前記第３の穴部との接続部より上方に位置する部分が、前記シャフトとは別体の部材により充填されていることが好ましい。

この場合、第２の穴部はシャフトの下端面と上端面との間を貫通するので、切削加工での形成が容易となる。また、第２の穴部のうち第３の穴部との接続部より上方に位置する部分がシャフトとは別体の部材により充填されている。そのため、第２の穴部のうち第３の穴部との接続部より上方に位置する部分に熱電対が誤って案内されることの防止を図ることができる。

また、本発明において、前記第３の穴部のうち、前記基材に形成されている部分は直線状の第１の軸線を有し、前記シャフトに形成されている部分は直線状の第２の軸線を有し、前記第１の方向と前記第１の軸線に沿った方向とのなす角度は、前記第１の方向と前記第２の軸線に沿った方向とのなす角度よりも小さいことが好ましい。

この場合、第３の穴部の全ての部分が同じ直線状の軸線を有している場合と比較して、熱電対が屈曲する箇所が１か所増加し、各屈曲部における熱電対の屈曲角度を大きくすることが可能となる。よって、熱電対が破損するなどの不具合が発生するおそれを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係るセラミックスヒータの模式断面図。 本発明の別の実施形態に係るセラミックスヒータの模式断面図。 本発明のさらに別の実施形態に係るセラミックスヒータの模式断面図。 本発明のさらに別の実施形態に係るセラミックスヒータの模式断面図。

まず、本発明の保持装置の実施形態に係るセラミックスヒータ１００について図１を参照して、説明する。

セラミックスヒータ１００は、ウエハ（基板）などの対象物Ｘを保持するための略円板状のセラミックスからなる基材１０と、基材１０に埋設されている発熱抵抗体２０と、基材１０の下面に接続された筒状のシャフト３０とを備えている。

基材１０は、対象物Ｘを上に保持する上面（表面）１１と、上面１１の反対側の面である下面（裏面）１２を有している。図示しないが、上面１１には、多数の凸部が形成されており、この凸部の上面で対象物Ｘを保持する。

基材１０は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等からなるセラミックス焼結体である。基材１０は、上記の材料を所定形状の型に入れて成形し、緻密化させるため、例えばホットプレス焼成等によって円板状に作製すればよい。

発熱抵抗体２０は、本実施形態では、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等の耐熱金属などのメッシュからなり、面状の形態をしている。ただし、発熱抵抗体２０は、耐熱金属などからなる膜、板、線、箔、繊維、コイル、リボン状などの構成であってもよく、螺旋、折返し状などの形態であってもよい。

基材１０となる上記の材料の間に発熱抵抗体２０を挟み込んだ状態で焼成することにより、発熱抵抗体２０が埋設された基材１０が作製される。

なお、基材１０には、発熱抵抗体２０のほか、ウエハをクーロン力により上面（保持面）１１に引き付けるための静電チャック電極及び基材１０の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方が埋設されていてもよい。

シャフト３０は、大略円筒形状であり、基材１０の中央部の下面１２に接続されている上端面３１と、上端面３１と反対側に位置する下端面３２とを備えている。

シャフト３０は、上下方向中央部に位置する円筒部３３と、円筒部３３より拡径した拡径部３４を上下両端部に有している。シャフト３０の上端面３１は、円筒部３３と拡径部３４との上端面からなり、基材１０との接合面となっている。

基材１０の下面１２とシャフト３０の上端面３１とが、拡散接合又はセラミックス若しくはガラス等の接合材による固相接合によって接合されている。なお、基材１０とシャフト３０とは、ねじ止めやろう付けなどによって接続されてもよい。

シャフト３０の材質は、基材１０の材質と同等でよいが、断熱性を高めるために、基材１０の素材より熱伝導率の低い素材から形成されていてもよい。

さらに、セラミックスヒータ１００は、発熱抵抗体２０に対して電力を供給するための図示しない端子を備えている。端子には、それぞれ基材１０に埋設されている図示しない給電部材が接続されている。そして、給電部材には、シャフト３０の中空部を通って配線されている図示しないロッド状やワイヤー状の給電線が接続され、この給電線は図示しない電源に接続されている。

端子と給電部材とは機械的に締結、ろう付け又は溶接されている。端子は、箔、板、塊状のニッケル（Ｎｉ）、コバール（登録商標）（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はモリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）を主成分とする耐熱合金などの耐熱金属から構成される。給電部材はモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）などからなる。

そして、基材１０及びシャフト３０には、熱電対４０を配置するための穴部５０が形成されている。

熱電対４０は、詳細な構成は図示しないが、熱電対素線がシースに挿入され、熱電対素線間及び熱電対素線とシースの間が絶縁物で絶縁された構成を有している。熱電対４０の先端部が穴部５０の奥部と接触するように固定されている。図１においては熱電対４０は１つしか図示していないが、その個数は複数個であってもよく、この場合、１個の熱電対４０につき１個の穴部５０が形成されている。

基材１０には、このような穴部５０の一部として、基材１０の上面１１に沿った第１の方向に向って延びる第１の穴部５１が形成されている。第１の穴部５１は、基材１０の内部に、ここでは上面１１に平行に、すなわち水平に、基材１０の外縁に向う方向に延びるように形成されている。第１の穴部５１の奥部は、基材１０とシャフト３０との接合部分よりも外縁側であって、基材１０の外縁近傍に位置している。

シャフト３０には、穴部５０の一部として、第２の穴部５２が形成されている。第２の穴部５２は、シャフト３０の円筒部３３の内部に、ここでは上下方向に形成されている。第２の穴部５２の下端部は、シャフト３０の下端面３２に開口し、第２の穴部５２の上端部は、シャフト３０の上端面３１の手前に位置している。

そして、穴部５０の一部として第３の穴部５３が、第１の穴部５１と第２の穴部５２とを連通するように、基材１０とシャフト３０とに亘るように形成されている。ここでは、第３の穴部５３は、その一端が拡径部３４の上方に位置する第１の穴部５１の途中部に接続されており、他端が第２の穴部５２の上端部に接続されている。

第３の穴部５３の基材１０内に形成された部分５３ａの端部は、基材１０の下面１２のシャフト３０の上端面３１との接合面に位置している。第３の穴部５３のシャフト３０内に形成された部分５３ｂの端部は、図１ではシャフト３０の拡径部３４の上端面に位置しているが、円筒部３３と拡径部３４との両方の上端面に亘って、又は、円筒部３３の上端面に位置してもよい。

第１乃至第３の穴部５１〜５３は、共に、その軸線Ｌ１〜Ｌ３が直線状に形成されている。そして、第１乃至第３の穴部５１〜５３は、共に、断面形状が同一又は類似であって、ここでは、円形状に形成されている。ただし、断面形状は、第１乃至第３の穴部５１〜５３において互いに相違していてもよく、円形状ではなく、矩形状などの多角形状、楕円形状などであってもよい。

そして、基材１０は、第２の穴部５２と第３の穴部５３との接続部を通る仮想平面Ｓであって基材１０の上面１１に沿った仮想平面Ｓからの第３の穴部５３の深さＨが、第１の穴部５１の方向に向って連続的に深くなる部分を有している。ここでは、第３の穴部５３は、その軸線Ｌ３が直線状であり、その深さＨは、基材１０の外周側に向って連続的に一様に深くなっている。

第３の穴部５３の軸線Ｌ３は、第１及び第２の穴部５１，５２の軸線Ｌ１，Ｌ２に対してそれぞれ所定の角度、図１では１３５度をなして傾斜している。ただし、第３の穴部５３の軸線Ｌ３は、第１及び第２の穴部５１，５２の軸線Ｌ１，Ｌ２に対してそれぞれ異なる角度をなして傾斜していてもよい。

以上のように構成されたセラミックスヒータ１００において、作業者は、熱電対４０を、第２の穴部５２のシャフト３０の下端面３２の開口から奥部に侵入させて、穴部５０内部に挿入させる。

この挿入時、熱電対４０は、まず、第２の穴部５２を上方向に真直ぐに侵入し、第２の穴部５２と第３の穴部５３との境界における屈曲部において、ここでは４５度屈曲して、第３の穴部５３の上面に沿って斜上方の奥方に向う。

その後、熱電対４０は、第１の穴部５１と第３の穴部５３との境界における接続部において、ここでは４５度屈曲して、第１の穴部５１の上面に沿って外方の奥方に向う。そして、熱電対４０の先端部が第１の穴部５１の奥部に到達した時点で、熱電対４０の挿入が完了する。

このように、熱電対４０は、第１乃至第３の穴部５１〜５３の内壁面に沿って奥部まで挿入されるので、挿入が簡単である。そして、熱電対４０の屈曲部は、第１乃至第３の穴部５１〜５３の接続部の２か所だけであり、屈曲させる角度は共に４５度であり、且つ、屈曲部間に長い間隔が確保されている。これは、第３の穴部５３が、基材１０とシャフト３０とに亘って形成されているからであり、特に、シャフト３０の上端面３１側の拡径部３４に形成されているからである。

これにより、上記特許文献１に記載された技術とは異なり、上面視でシャフト３０の外方に位置する領域に熱電対４０を配置することが可能となる。さらに、上記特許文献２に記載の技術と比較して、シャフト３０内にガイドなどの部材が存在しないので、多数の熱電対４０を配置することが可能となる。

また、シャフト３０内にガイドなどの部材を配置するスペースを確保しておく必要がないため、シャフト３０の外径を従来よりも小さくすることができ、ひいては、シャフト３０と基材１０との接合面積を従来よりも小さくすることができる。その結果、発熱抵抗体２０を発熱させた際のシャフト３０による熱引きが従来よりも抑制され、基材１０の上面１１における均温性の向上を図ることができる。

次に、本発明の保持装置の別の実施形態に係るセラミックスヒータ１００Ａについて図２を参照して、説明する。

ここで、セラミックスヒータ１００Ａは上述したセラミックスヒータ１００に対して、穴部５０Ａが異なるだけであるので、他の構成の説明は省略する。

穴部５０Ａのうち第１及び第２の穴部５１，５２は、穴部５０の第１及び第２の穴部５１，５２と同じである。

穴部５０Ａのうち第３の穴部５３Ａは、穴部５０の第３の穴部５３と同様に、第１の穴部５１と第２の穴部５２とを連通するように、基材１０とシャフト３０とに亘るように形成されている。そして、基材１０は、第２の穴部５２と第３の穴部５３Ａとの接続部を通る仮想平面Ｓであって基材１０の上面１１に沿った仮想平面Ｓからの第３の穴部５３Ａの深さＨが、基材１０の外縁に向う方向に向って連続的に深くなる部分を有している。

第３の穴部５３Ａのうちシャフト３０内に形成されている部分５３Ａｂは、上述した第３の穴部５３のうちシャフト３０内に形成されている部分５３ｂと同じである。一方、第３の穴部５３Ａのうち基材１０内に形成されている部分５３Ａａは、上述した第３の穴部５３のうち基材１０内に形成されている部分５３ａと異なり、溝状になっている。

つまり、部分５３Ａａを基材１０の上面１１から下面１２に向う方向に投影した領域は、部分５３Ａａの基材１０の下面１２における開口部が形成されている領域と一致している。

部分５３Ａａをこのように構成することにより、斜め方向から穴開け加工を行うことが必要な部分５３ａと比較して、部分５３Ａａは溝状であるので、加工が容易化する。

なお、部分５３Ａａは、部分５３ａが形成されている領域を全て含む領域に形成されており、熱電対４０が挿入される際、部分５３Ａａの上側の面と当接して進むので、熱電対４０の挿入作業は、上述した実施形態と同様に容易である。

なお、図示しないが、部分５３Ａａが部分的に溝状になり、部分５３Ａａを基材１０の上面１１から下面１２に向う方向に投影した領域が、部分５３Ａａの基材１０の下面１２における開口部が形成されている領域に含まれていてもよい。

また、さらに、図示しないが、第３の穴部５３Ａのうちシャフト３０内に形成されている部分５３Ａｂも、上述した第３の穴部５３のうちシャフト３０内に形成されている部分５３ｂと異なり、溝状になっていてもよい。

つまり、部分５３Ａｂをシャフト３０の下端面３２から上端面３１に向う方向に投影した領域が、部分５３Ａｂのシャフト３０の上端面３１における開口部が形成されている領域と一致、又は含まれていてもよい。この場合、第２の穴部５２の上端部と第３の穴部５３Ａのうちシャフト３０内に形成されている部分５３Ａｂは一体化して、合せて溝状となる。

さらに、第３の穴部５３Ａのうち基材１０内に形成されている部分は、部分５３ａであっても、部分５３Ａａであってもよい。

部分５３Ａｂを上述のように構成することにより、斜め方向から穴開け加工を行うことが必要な部分５３ｂと比較して、部分５３Ａｂは溝状であるので、加工が容易化する。

次に、本発明の保持装置のさらに別の実施形態に係るセラミックスヒータ１００Ｂについて図３を参照して、説明する。

ここで、セラミックスヒータ１００Ｂは上述したセラミックスヒータ１００，１００Ａと対して、穴部５０Ｂが異なるだけであるので、他の構成の説明は省略する。

穴部５０Ｂのうち第１及び第３の穴部５１，５３は、穴部５０の第１及び第３の穴部５１，５３と同じであるが、穴部５０Ａの第１及び第３の穴部５１，５３Ａと同じであってもよい。

穴部５０Ｂのうち第２の穴部５２Ｂは、シャフト３０の上端面３１に開口部を有しており、シャフト３０の円筒部３３を上下方向に貫通するように形成されている。

第２の穴部５２Ｂをこのように直線状の穴のみからなる構成にすることにより、シャフト３０内の途中で穴開け加工を停止することが必要な第２の穴部５２を形成する場合と比較して、加工が容易化する。

そして、第２の穴部５２Ｂのうち第３の穴部５３との接続部より上方に位置する部分は、セラミックス、耐熱金属などからなり、シャフト３０とは別体の部材６０が充填されている。なお、この部材６０は、前記部分を全部充填するものであっても、部分的に充填するもであってもよい。

部材６０は、接着剤などを用いて第２の穴部５２Ｂ内に固定されている。ただし、部材６０は、熱電対４０の挿入時にのみ、第２の穴部５２Ｂ内に挿入され、仮固定されていてもよい。

このような構成された穴部５０Ｂは、上記穴部５０と同じように機能し、同様の作用効果を奏する。

次に、本発明の保持装置のさらに別の実施形態に係るセラミックスヒータ１００Ｃについて図４を参照して、説明する。

ここで、セラミックスヒータ１００Ｃは上述したセラミックスヒータ１００と対して、穴部５０Ｃが異なるだけであるので、他の構成の説明は省略する。

穴部５０Ｃのうち第１及び第２の穴部５１，５２は、穴部５０の第１及び第２の穴部５１，５２と同じである。

穴部５０Ｃのうち第３の穴部５３Ｃは、穴部５０の第３の穴部５３と同様に、第１の穴部５１と第２の穴部５２とを連通するように、基材１０とシャフト３０とに亘るように形成されている。そして、基材１０は、第２の穴部５２と第３の穴部５３Ｃとの接続部を通る仮想平面Ｓであって基材１０の上面１１に沿った仮想平面Ｓからの第３の穴部５３Ｃの深さＨが、基材１０の外縁に向う方向に向って連続的に深くなる部分を有している。

第３の穴部５３Ｃのうち基材１０内に形成されている部分５３Ｃａの軸線である第１の軸線Ｌ３ａとシャフト３０内に形成されている部分５３Ｃｂの軸線である第２の軸線Ｌ３ｂとは異なっている。

第１の軸線Ｌ３ａは、基材１０の外縁に向う方向、すなわち水平方向に対して所定の第１の角度、図４では３０度をなして傾斜している。そして、第２の軸線Ｌ３ｂは、水平方向に対して、第１の角度より大きな所定の第２の角度、図４では６０度をなして傾斜している。ただし、第１及び第２の軸線Ｌ３ａ，Ｌ３ｂは、第１及び第２の穴部５１，５２に対してそれぞれ異なる角度をなして傾斜しているものであってもよい。

そして、部分５３Ｃａの基材１０の下面１２における開口部と、部分５３Ｃｂのシャフト３０の上端面３１における開口部は一致している。

以上のように構成されたセラミックスヒータ１００Ｃにおいて、屈曲部は、３か所となるが、屈曲させる角度は共に３０度と小さく、屈曲部間に十分な間隔を確保することも可能である。

なお、セラミックスヒータ１００Ｃにおいて、第１の穴部５１又は第２の穴部５２をセラミックスヒータ１００Ａのように溝状にすることも可能であり、第２の穴部５２を貫通穴としてセラミックスヒータ１００Ｂのように部材６０を充填することも可能である。

また、セラミックスヒータ１００Ｃにおいて、第３の穴部５３Ｃが水平方向に延びる部分を基材１０及びシャフト３０の少なくとも一方に有していてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されない。

例えば、第１乃至第３の穴部５１〜５３等の軸線は直線状である場合について説明したが、これに限定されず、曲線状であっても、部分的に曲線状であってもよい。

また、第２の穴部５２の下端部は、シャフト３０の下端面３２に開口する場合について説明したが、これに限定されず、シャフト３０の内側面に開口するものであってもよい。

１０…基材、 １１…上面、 １２…下面、 ２０…発熱抵抗体、 ３０…シャフト、 ３１…上端面、 ３２…下端面、 ３３…円筒部、 ３４…拡径部、 ４０…熱電対、 ５０…穴部、 ５１…第１の穴部、 ５２，５２Ａ，５２Ｃ…第２の穴部、 ５３，５２３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ…第３の穴部、 ５３ａ，５３ｂ…部分、 ６０…部材、 １００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…セラミックスヒータ（保持装置）、 Ｈ…深さ、 Ｓ…仮想平面、 Ｘ…対象物。

Claims (4)

1. セラミックスからなり、上面及び該上面の反対側に位置する下面を有する板状の基材と、
   セラミックスからなり、円筒部と前記円筒部より拡径した拡径部を上端部に有し、前記基材の下面に接続され、前記円筒部と前記拡径部の上端面からなる上端面及び該上端面の反対側に位置する下端面を有する筒状のシャフトと、
   前記基材の内部に埋設された発熱抵抗体と、
   前記基材の内部において前記基材の上面に沿った第１の方向に延びる第１の穴部と、
   前記シャフトの下端面又は内側面から上端面に向って前記円筒部をなす周壁内を延びる第２の穴部と、を備え、前記基材の上面上に対象物を保持する保持装置であって、
   前記第１の穴部と前記第２の穴部とを連通する第３の穴部が前記基材と前記シャフトとに亘るように形成されており、
   前記第２の穴部と前記第３の穴部との接続部を通る仮想平面であって前記基材の上面に沿った仮想平面からの前記第３の穴部の深さが、前記第１の方向に向って連続的に深くなる部分を有し、
   前記第３の穴部は、少なくとも前記基材及び前記拡径部に形成されていることを特徴とする保持装置。
2. 前記第３の穴部のうち前記基材に形成されている部分は、前記基材の下面に開口する開口部を有し、
   前記第３の穴部のうち前記基材に形成されている部分を前記基材の上面から下面に向う方向に投影した領域は前記開口部が形成されている領域に含まれることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記第２の穴部は、前記下端面と前記上端面との間を貫通しており、
   前記第２の穴部のうち前記第３の穴部との接続部より上方に位置する部分が、前記シャフトとは別体の部材により充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の保持装置。
4. 前記第３の穴部のうち、前記基材に形成されている部分は直線状の第１の軸線を有し、前記シャフトに形成されている部分は直線状の第２の軸線を有し、前記第１の方向と前記第１の軸線に沿った方向とのなす角度は、前記第１の方向と前記第２の軸線に沿った方向とのなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保持装置。