JP6704791B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体素子製造用のウエハまたはガラス基板等の基板を加熱する加熱装置に関する。

従来、半導体素子製造用のウエハを載置する載置面の温度を制御すべく、発熱抵抗体がセラミックス焼結体からなる載置台に埋設された加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−００９７９５号公報

加熱装置は載置される基板との接触面積を減少させるべく載置台の載置面に突部が設けられたものも知られている。しかしながら、突部が設けられた部分は基板に対して熱が伝わり易くなり基板における熱の均一性が低下するという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、基板が載置される載置台の表面に突部を設けても熱の均一性の向上を図ることができる加熱装置を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、
載置面に基板が載置される載置台と、
前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
前記載置台に埋設される発熱抵抗体と、を備える加熱装置であって、
全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、
前記突部面積のうち下方に前記発熱抵抗体が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記発熱抵抗体が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられており、
前記載置台に前記発熱抵抗体よりも上方に位置させて埋設された電極と、
前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
を備え、
全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、前記突部面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第１面積よりも第２面積の方が大きいため、発熱抵抗体の熱が突部を介して最短距離で加熱対象物としての基板に過度に伝達されることを抑制することができる。従って、本発明の加熱装置によれば、突部を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができる。

［２］また、本発明においては、前記第１面積は、前記第２面積の０％〜５０％に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、更に加熱装置の熱の均一性を向上させることができる。

［３］また、本発明においては、前記突部面積は、全て前記第２面積であってもよい。かかる構成によれば、発熱抵抗体の熱が突部を介して最短距離で加熱対象物としての基板に過度に伝達されることを確実に防止することができるため、加熱装置の熱の均一性の更なる向上を図ることができる。

［４］また、本発明においては、隣接する前記突部の間隔は前記基板の加熱温度に基づいて予め定められた所定範囲内に設定されていることが好ましい。基板を加熱するに際して隣接する突部同士の間の好ましい間隔は実験や計算などによって予め所定範囲で求めることができる。従って、この所定範囲内になるように突部を配置すれば、加熱装置によって更に適切に基板を加熱することができる。

［５］また本発明は、
載置面に基板が載置される載置台と、
前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
前記載置台に埋設される発熱抵抗体と、を備える加熱装置であって、
前記突部は、前記発熱抵抗体の上方に位置する第１突部の上端又は下端の密度が、前記発熱抵抗体が下方に存在していない前記載置面上に位置する第２突部の上端又は下端の密度よりも小さくなるように、配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、発熱抵抗体の上方に位置する第１突部の密度が、発熱抵抗体が下方に存在していない載置面上に位置する第２突部の密度よりも、小さくなるように、突部が配置されているため、発熱抵抗体の熱が突部を介して加熱対象物としての基板に過度に伝達されることを抑制することができる。従って、本発明の加熱装置によれば、突部を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができる。

［６］また、本発明においては、第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることが好ましい。かかる構成によれば、第１突部又は第２突部が局所的に密となり過ぎることを防止することができ、第１突部及び第２突部を適度な粗密として夫々分布させることができ、加熱装置の更なる熱の均一性の向上を図ることができる。

また、本発明の加熱装置においては、前記載置台に前記発熱抵抗体よりも上方に位置させて埋設された電極と、前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、を備え、全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、前記突部面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられている。

かかる構成によれば、熱分布の均一化の向上に加えて、載置台の載置面における突部加工時の残留応力または基板からの突部を介した荷重などによる電極上に位置する絶縁部の部分の損傷を抑制又は防止することができ、電極に対する絶縁部の絶縁性能の低下を抑制することができる。

本発明の加熱装置の第１実施形態を模式的に示す断面図。 第１実施形態の加熱装置の発熱抵抗体を示す説明図。 第１実施形態の加熱装置の電極を示す説明図。 本発明の加熱装置の第２実施形態を示す説明図。 本発明の加熱装置の第３実施形態の発熱抵抗体を示す説明図。 本発明の加熱装置の他の実施形態を模式的に示す説明図。

［第１実施形態］
図１の模式図を参照して、本発明の第１実施形態の加熱装置は、ヒータ機能を備える静電チャック１であり、円盤状の載置台２と、載置台２に埋設された発熱抵抗体３と、同じく載置台２に埋設された１組の双極のＥＳＣ電極４，５と、載置台２の表面である載置面２ａから上方へ突出するように設けられた複数の突部６と、を備えている。ＥＳＣ電極４，５は、載置台２に載置されるウエハＷとの間に電位差を与えるものである。載置台２は、例えば焼結助剤として酸化イットリウムが添加されている窒化アルミニウムの焼結体によって構成されている。

載置台２には、発熱抵抗体３のほか、半導体製造用ウエハをジョンセン−ラーベック力又はクーロン力により載置面２ａに引き付けるための静電チャック電極としての双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されているが、ＥＳＣ電極４，５に代わり載置台２の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極が載置台２に埋設されていてもよい。

載置台２の一方の端面（平面）が、半導体製造用のウエハなどの基板が載置される載置面２ａを構成している。発熱抵抗体３と載置面２ａとの間の間隔（深さ）は、双極のＥＳＣ電極４，５が埋設された位置よりも広く（深く）なるように設定されている。

発熱抵抗体３は、モリブデン若しくはタングステン等の高融点金属またはこの金属を主成分とする導電体により構成されている。

載置台２の載置面２ａには、複数の突部６が上方へ突出して設けられている。図２を参照して、複数の突部６は全て下方に発熱抵抗体３が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。また、図３を参照して、複数の突部６は全て下方に双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。

本実施形態の静電チャック１によれば、図２に示すように、突部６が、発熱抵抗体３の上方に設けられていないため、発熱抵抗体３の上方に突部６が配置されている場合と比較して、発熱抵抗体３の熱が突部６を介して加熱対象物としての載置台２に載置されるウエハＷに過度に伝達されることを抑制することができる。従って、本実施形態の静電チャック１によれば、突部６を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができる。

また、本実施形態の静電チャック１によれば、図３に示すように、突部６が双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。このため、突部６をサンドブラストなどで加工して成形する場合であっても、削られることなく残る突部６の部分と、削られる載置面２ａとの間で生じる残留応力の差などによって、双極のＥＳＣ電極４，５と載置面２ａとの間に配置される絶縁層７（絶縁部）のうち下方にＥＳＣ電極４，５が位置する部分の損傷を抑制又は防止することができる。これによって、ＥＳＣ電極４，５に対する絶縁層７の絶縁性能の低下を抑制することができる。

また、載置台２に載置したウエハＷの加工時に突部６で支える荷重によって、下方にＥＳＣ電極４，５が位置する部分の絶縁層７が損傷することを抑制又は防止することができる。これによって、ＥＳＣ電極４，５に対する絶縁層７の絶縁性能の低下を抑制することができる。本実施形態の絶縁部としての絶縁層７は、ＥＳＣ電極４，５の基板と同一材料で、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚さの平板状に形成されている。

ウエハＷを加熱するに際して隣接する突部６同士の間の好ましい間隔は、実験や計算などによってウエハＷの加熱温度などに基づき予め所定範囲で求めることができる。従って、この所定範囲内になるように突部６をバランスよく配置すれば、加熱装置１によって更に適切にウエハＷを加熱することができる。

［第２実施形態］
図４に本発明の加熱装置の第２実施形態を示す。第２実施形態の静電チャック１は、発熱抵抗体３が、モリブデンからなる縦糸素材および同じくモリブデンからなる横糸素材が直交するように折り合わされたメッシュシートで形成されると共に、蛇行パターン形状が異なる点を除き、全て第１実施形態のものと同一に構成されている。なお、図４では突部６の一部のみを表示しているが、実際には、第１実施形態と同様に、発熱抵抗体３を避けるようにして載置面２ａの全体にバランスよく配置されている。

第２実施形態の静電チャック１によっても、第１実施形態のものと同様に、突部６が、発熱抵抗体３の上方に設けられていないため、発熱抵抗体３の上方に突部６が配置されている場合と比較して、発熱抵抗体３の熱が突部６を介して加熱対象物としての載置台２に載置されるウエハＷに過度に伝達されることを抑制することができ、突部６を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができるという本発明の作用効果を奏することができる。

［第３実施形態］
図５に本発明の加熱装置の第３実施形態を示す。第３実施形態の静電チャック１は、蛇行パターン形状が異なる点を除き、第２実施形態のものと同一に構成されている。なお、図５に示す第３実施形態の発熱抵抗体３は２つ配置されており、図５に一方の発熱抵抗体３を実線で示し、他方の発熱抵抗体３を点線で示している。各発熱抵抗体３は中央部分から夫々給電される。

第３実施形態の静電チャック１によっても、第１及び第２実施形態のものと同様に、突部６が、発熱抵抗体３の上方に設けられていないため、発熱抵抗体３の上方に突部６が配置されている場合と比較して、発熱抵抗体３の熱が突部６を介して加熱対象物としての載置台２に載置されるウエハＷに過度に伝達されることを抑制することができ、突部６を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができるという本発明の作用効果を奏することができる。

［他の実施形態］
なお、上述した第１から第３の３つの実施形態においては、突部６が発熱抵抗体３の上方に設けられておらず、発熱抵抗体３の上方に位置する第１突部が存在しない、全ての突部６が本発明の第２面積を有する第２突部であるものを説明したが、本発明の加熱装置はこれに限らない。例えば、図６を参照して、全ての突部６の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、突部面積のうち下方に発熱抵抗体３が存在する領域の面積である第１面積よりも、突部面積のうち下方に発熱抵抗体３が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように、突部６を載置面２ａに設けてもよい。かかる構成によっても、第２面積が第１面積よりも小さくなる場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという本発明の作用効果を奏することができる。

また、第１面積は、第２面積の０％〜５０％に設定されていてもよい。かかる構成によっても、第１面積が、第２面積の０％〜５０％の範囲外に設定されている場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという本発明の作用効果を奏することができる。なお、第１面積は、第２面積の０％〜２０％に設定されていれば熱の均一化を向上させる上では更に好ましい。

また、突部６は、発熱抵抗体３の上方に位置する第１突部の単位面積当たりの密度が、発熱抵抗体３が下方に存在していない載置面２ａ上に位置する第２突部の単位面積当たりの密度よりも小さくなるように配置されていてもよい。このとき、第１突部の単位面積当たりの密度と第２突部の単位面積当たりの密度の比が１００〜８０対０〜２０に設定されてもよい。

かかる構成によっても、発熱抵抗体３の上方に位置する突部６の単位面積当たりの密度が、発熱抵抗体３が下方に存在していない載置面２ａ上に位置する突部６の単位面積当たりの密度よりも大きくなるように突部６が配置されている場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという本発明の作用効果を奏することができる。

また、第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることが好ましい。かかる構成によれば、第１突部又は第２突部が局所的に密となり過ぎることを防止することができ、第１突部及び第２突部を適度な粗密として夫々分布させることができ、加熱装置の更なる熱の均一性の向上を図ることができる。

また、上述した第１から第３の３つの実施形態においては、発熱抵抗体３のみならず、電極４，５も避けるように突部６を配置したものを説明したが、本発明の突部は、発熱抵抗体３のみを避けるように配置して、電極４，５に対応する載置面２ａの部分には突部を設けていてもよい。これによっても、載置台２に載置されるウエハＷの熱分布の均一化を図るという本発明の作用効果を得ることができる。

また、一般的な加熱装置においては、発熱抵抗体と載置面との間に空間を形成して熱分布の均一化を図ることも考えられる。例えば、発熱抵抗体の上にカバープレートが設けられている加熱装置においては、載置台の一部を構成するカバープレートに発熱抵抗体に対応させて凹部を設けて空間を形成し、熱分布の均一化を図る加熱装置も考えられる。しかしながら、本実施形態によれば、突部の配置でカバープレートの凹部の機能を果たすことができ、カバープレートに凹部を設けて空間を形成するようなものと比較して、製造の簡略化を図ることができるという作用効果を奏するものである。

また、本発明の加熱装置においては、全ての突部６の上端又は下端の面の合計を突部面積として、突部面積のうち下方に電極４，５が存在する領域の面積である第１面積よりも、突部面積のうち下方に電極４，５が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように突部６が載置面２ａに設けられていてもよい。

かかる構成によれば、熱分布の均一化の向上に加えて、載置台２の載置面２ａにおける突部６の加工時の残留応力またはウエハＷからの突部６を介した荷重などによる電極４，５上に位置する絶縁層７の部分の損傷を抑制又は防止することができ、電極に対する絶縁部の絶縁性能の低下を抑制することができる。

また、電極（双極電極）の形状は図３に示した形状に限らず、他の形状（パターン）であってもよい。

また、上述した第１から第３の実施形態では、本発明の加熱装置として静電チャックを用いて説明した。しかしながら、本発明の加熱装置は、静電チャックに限らず、載置される基板を加熱するものであれば他のものであってもよい。例えば、本発明の加熱装置は、基板を加熱するセラミックヒータや、発熱抵抗体に加えて、更に、載置された基板にプラズマ加工を施すためのプラズマを発生させる電極（ＲＦ電極）の少なくとも一方が載置台に埋設された加熱装置であってもよい。

また、突部６は上方に向かって次第に径が小さくなるような円錐台形状であってもよく、または上方に向かって径が変化しない同一径の円柱形上であってもよい。

１ 静電チャック（加熱装置）
２ 載置台
２ａ 載置面
３ 発熱抵抗体
４ ＥＳＣ電極（正の電極）
５ ＥＳＣ電極（負の電極）
６ 突部
７ 絶縁層（絶縁部）
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (6)

1. 載置面に基板が載置される載置台と、
   前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
   前記載置台に埋設される発熱抵抗体と、を備える加熱装置であって、
   全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、
   前記突部面積のうち下方に前記発熱抵抗体が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記発熱抵抗体が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられており、
   前記載置台に前記発熱抵抗体よりも上方に位置させて埋設された電極と、
   前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
   を備え、
   全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、前記突部面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられていることを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１記載の加熱装置であって、
   前記第１面積は、前記第２面積の０％〜５０％に設定されていることを特徴とする加熱装置。
3. 請求項１記載の加熱装置であって、
   前記突部面積は、全て前記第２面積であることを特徴とする加熱装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の加熱装置であって、
   隣接する前記突部の間隔は前記基板の加熱温度に基づいて予め定められた所定範囲内に設定されていることを特徴とする加熱装置。
5. 載置面に基板が載置される載置台と、
   前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
   前記載置台に埋設される発熱抵抗体と、を備える加熱装置であって、
   前記突部は、前記発熱抵抗体の上方に位置する第１突部の上端又は下端の密度が、前記発熱抵抗体が下方に存在していない前記載置面上に位置する第２突部の上端又は下端の密度よりも小さくなるように、配置されていることを特徴とする加熱装置。
6. 請求項５記載の加熱装置であって、
   前記第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、
   前記第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることを特徴とする加熱装置。