JP6836663B2 - 発熱部材 - Google Patents

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Description

本発明は、発熱部材に関するものである。この発熱部材は、例えば、半導体製造装置の静電チャック、上部電極、チャンバ壁、天板に適用される。
近年、半導体製造プロセスでのウェハの微細加工には、ドライエッチングなどの真空又は減圧下で行われる乾式法が多く採用されている。プラズマを利用したドライエッチングの場合、ウェハにはプラズマからの入熱がある。ウェハの温度はエッチングレートに影響するため、その温度分布にむらがあるとエッチングの深さにばらつきが生じる。そのため特許文献１〜３に記載のように、ヒータユニットをウェハの下に配置し、ウェハの面内温度を均一に保つようにしている。
特許文献１には、導電性の基材、この基材の上に形成された絶縁材及びこの絶縁材の内部に形成された溶射皮膜からなる帯状のヒータを有する静電チャックを備えるプラズマ処理装置が記載されている。静電チャック内に設けられたヒータの端部には、基材及び絶縁材を貫通する給電端子の接続部が設けられている。
特許文献２には、金属製のベース部の上に、静電吸着用内部電極が挟み込まれたアルミナ基焼結体からなる載置板、支持板が接合された静電チャック装置が記載されている。ベース部に形成された厚み方向の貫通孔に給電用端子がはめ込まれている。給電用端子が備える導線が支持板に貫通して設けられた給電部材に接続され、この給電部材が静電吸着用内部電極の下面に電気的に接続されている。
特許文献３には、基台、及びこの基台上の静電チャックを備える載置台が内部に設置されたプラズマ処理装置が記載されている。静電チャック内に設けられたヒータには、その下側からヒータ電源が接続されている。静電チャックの外側に設けられたフォーカスリングは、支持部を介して基台上に設けられており、支持部の内部にフォーカスリングの温度を制御する溶射によるヒータ電極が設けられている。このヒータ電極の給電機構が支持部及び基台のヒータ電極下側を貫通するように構成されている。
特開２００９−１７０５０９号公報 特開２０１５−８８７４５号公報 特開２０１６−２７６０１号公報
特許文献１及び特許文献３の装置では、ウェハやフォーカスリングの温度を制御する発熱部材としての機能をもつ静電チャックなどに内蔵されるヒータには、その下側に給電機構が構成されている。特許文献２の装置でも、内部電極の下側に給電機構が構成されている。即ち、これらの装置のいずれも、ヒータや内部電極の下側を構成する基材に貫通孔が設けられており、この貫通孔内に給電ピンが挿し込まれてヒータや電極の下面と電気的に接続されている。
しかし、基材に貫通孔を設けてヒータの下面から給電部材を接続させると、ヒータと給電部材の接点近傍の温度が他のヒータ領域の温度と異なる温度となり、この点が特異点となってヒータ領域内の温度均一性が損なわれるという問題がある。図１３（ｂ）は、従来の給電ピン構造によるヒータ給電箇所付近の温度分布のシミュレーション結果を示す模式図である。図１３（ｂ）に示された近接する２つの小円で表される箇所が給電ピンを下方から接触させている部分であり、これらの接点近傍の温度が他のヒータ領域の温度に比べて低くなっていることがわかる。
また、特許文献１〜３の装置のように基材の内部に貫通孔を設けると、貫通孔の周りに応力集中が生じ、加えて、発熱時における基材、ヒータ、給電部材間の熱膨張差により、給電箇所付近が損傷し、強度が低下するといった問題がある。
本発明は従来技術の問題点に鑑み、ヒータ領域内の温度均一性を高めることを可能とし、かつ耐久性を維持することのできる発熱部材を提供することを目的とする。
本発明の発熱部材は、基材部と、この基材部の外部に設けられ給電によって発熱する薄膜ヒータとを備えた発熱部材であって、前記薄膜ヒータは、ヒータ本体と、当該ヒータ本体の両端からそれぞれ延設されたヒータ延設部と、を有しており、前記ヒータ本体と前記ヒータ延設部のいずれもが溶射皮膜からなり、前記ヒータ本体は、帯状に形成されており、かつ折り返し部分を有し、折り返し前と折り返し後が互いに平行になっている繰返しパターンを有しており、前記ヒータ本体の両端からそれぞれ延設された前記ヒータ延設部は、そのいずれもが前記基材部の前記ヒータ本体が配設された面と異なる面上まで延設されて、その先端部分が当該ヒータ本体に電力を供給するヒータ給電部を構成している発熱部材である。
本発明によれば、薄膜ヒータは、ヒータ本体と、このヒータ本体の両端からそれぞれ延設されたヒータ延設部とを有しており、これらはいずれも溶射皮膜からなる。ヒータ本体の両端からそれぞれ延設されたヒータ延設部は、そのいずれもがヒータ本体が配設された面と異なる面上まで延設されて、その先端部分がヒータ本体に電力を供給するヒータ給電部を構成している。溶射であれば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の他の成膜方法と異なり、異なる面に対しても連続的かつ均一にパターン成膜することが可能である。即ち、本発明では、ヒータ本体とヒータ延設部とのいずれもが基材部の外部に設けられ、さらにヒータ本体とヒータ給電部とが、それぞれ基材部の異なる面上に設けられている。これにより、ヒータ本体内に温度の特異点が生じず、ヒータ領域内の温度均一性を高めることが可能となり、更に、発熱時における強度低下を防ぐことができる。
図１３（ａ）は、本発明における給電構造の一形態であり、ヒータ給電箇所付近の温度分布のシミュレーション結果を示す模式図である。図１４（ａ）、（ｂ）は、図１３（ａ）、（ｂ）に対応するサンプルを作成し、赤外線サーモグラフィーを用いて実測した温度分布を示すグラフである。これらに示されているように、ヒータ延設部が、ヒータ本体が配設された面と異なる面上まで延設されることで、給電箇所近傍における温度分布の特異点がなくなり、ヒータ領域内の温度が均一になることがわかる。
ヒータ給電部の位置は、基材部の外部であり、かつヒータ本体が配設された面と異なる面上であれば特に限定されない。例えば、基材部が第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状の場合、ヒータ本体が第１の端面上に配設されるなら、ヒータ給電部は、第１、第２の端面間を渡る側面上で構成されてもよいし、第１の端面と反対側の第２の端面上で構成されてもよい。
ヒータ領域内の温度均一性を高める観点から、溶射皮膜からなる薄膜ヒータは帯状に形成されていることが好ましく、ヒータ本体は帯状に形成されており、かつ折り返し部分を有し、折り返し前と折り返し後が互いに平行になっている繰返しパターンを有する。ヒータ本体が繰返しパターンを有することで、擬似的に温度分布が均一な加熱面を形成することができる。この場合、ヒータ延設部は、単一の線状パターンを有することが好ましい。繰返しパターンとしては、（ｉ）複数の帯が平行に配設されたパターン、（ｉｉ）一本の帯が折り返し部分を有し、折り返し前と折り返し後が互いに平行になっているジグザグパターン、（ｉｉｉ）一本の帯が複数に分岐し、その分岐した先が互いに平行になっているパターン等が挙げられる。より広い面を高精細に制御する観点からは、ヒータ本体は、互いに平行な３以上の繰返しパターンを有することが好ましい。
前記薄膜ヒータは、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔから選択される金属元素単体、これら金属元素の１種以上を含む合金、これら金属元素の１種以上を含む導電性化合物、又はこれらの混合物からなるものが好ましい。
前記ヒータ給電部は、給電ケーブルの先が接合された接続構造、給電ケーブルの先が給電ソケットを介して接続された接続構造、給電ケーブルの先が直接的に押し当てられた接続構造のいずれかであることが好ましい。
本発明の発熱部材は、基材部の外部に、電極部を更に備えていてもよい。このとき、電極部は、電極本体と、当該電極本体から延設された電極延設部と、を有し、前記電極延設部は、当該基材部の前記電極本体が配設された面と異なる面上まで延設されて、その先端部分が当該電極本体に電力を供給する電極給電部を構成していることが好ましい。また、基材部が第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状である場合、電極本体が第１端面側に配設されるなら、電極給電部は、第１、第２の端面間を渡る側面上で構成されてもよいし、第２の端面上で構成されてもよい。
前記電極部は、溶射皮膜からなることが好ましい。溶射であれば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の他の成膜方法と異なり、異なる面に対しても連続的かつ均一にパターン成膜することが可能である。電極本体と電極延設部とが基材部の外部に設けられ、さらに電極本体と電極給電部とが基材部の異なる面上に設けられることで、基材部に貫通孔を設けずに電極部に給電することができるので、貫通孔を設けることによるヒータ領域内の温度むらの発生、及び強度低下を防ぐことができる。
本発明によれば、ヒータ本体から延設された部分の先端がヒータ給電部となっており、当該延設された部分を介してヒータ本体に給電がなされ、基材部内に給電のための貫通孔を設ける必要がなくなるため、ヒータ領域内の温度均一性を高めることができる。また、それに伴って、発熱部材の耐久性を維持することができる。
本発明の一実施形態として発熱部材を静電チャックに適用した例の断面図である。 図１で示される発熱部材の一部を切り取った斜視図である。 図１で示される発熱部材の薄膜ヒータのヒータ本体とヒータ延設部の接続部分を拡大した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発熱部材を静電チャックに適用したプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。 薄膜ヒータのパターン例を示す平面図である。 静電チャックの変形例を示す斜視図である。 静電チャックの変形例を示す斜視図である。 図６及び図７で示される静電チャックにおける薄膜ヒータの他の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発熱部材を上部電極及びチャンバ壁に適用したプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。 基材部が筒状（円環状）であるときの一実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は基材部の内周面側の断面を表しており、（ｂ）は基材部の外周面側の断面を表している。 基材部が筒状（円環状）であるときの一実施形態を示す斜視図である。 基材部が段差部を有する立体形状であるときの一実施形態を示す斜視図である。 ヒータ給電箇所付近の温度分布のシミュレーション結果を示す模式図であり、（ａ）は本発明における給電構造の一形態を示し、（ｂ）は従来の給電ピン構造を示す。 （ａ）、（ｂ）は、図１３（ａ）、（ｂ）に対応するサンプルを作成し、赤外線サーモグラフィーを用いて実測した温度分布を示すグラフである。
本発明の発熱部材の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態として発熱部材１を静電チャックに適用した例の断面図であり、図２はその一部を切り取った発熱部材１の斜視図である。この発熱部材１は静電チャックとして構成されたものであり、載置されたウェハＷが載置面に吸着され、温度制御されるようになっている。
発熱部材１は、基材部２と、この基材部２を覆うように形成された絶縁層３と、基材部２の外部に設けられ給電によって発熱する薄膜ヒータ４と、基材部２の外部に設けられた電極部５とを備えている。発熱部材１のウェハＷが載置される面が載置面１ａとなっており、その反対側の面が発熱部材１の底面１ｂとなっている。
基材部２は、所要高さ及び径を有する円柱状に構成されており、互いに対向する第１の端面２ａ（載置面１ａ側）及び第２の端面２ｂ（底面１ｂ側）を有している。基材部２が有する２つの端面２ａ、２ｂは、いずれも平面状であり、互いの面が平行になるように形成されている。
基材部２は、金属バルク体などの単一素材からなり、発熱部材１の強度的な基本構造になるものである。基材部２は、円柱以外の他の柱状、板状、椀状、筒状（円環状）、テーパー状などであってもよく、一部に段差がある立体形状であってもよい。基材部２の形状に応じた態様で、絶縁層、薄膜ヒータ及び電極部が設けられる。内部をくり抜いた筒状に基材部が構成されている場合には、絶縁層、薄膜ヒータ及び電極部を、例えば基材部の内周側及び外周側に設けることもできる。
基材部２の構成材料としては、例えばアルミニウム合金、チタン合金、銅合金、ステンレスなどの導電性材料が挙げられる。基材部２の表面には、セラミック焼結体などの絶縁体や、他の導電体が配置されてもよい。
基材部２は絶縁層３で覆われており、絶縁層３の内部に薄膜ヒータ４及び電極部５が設けられている。絶縁層３は、基材部２側から、第１絶縁層３ａ、第２絶縁層３ｂ及び第３絶縁層３ｃの順に積層されて構成されている。
発熱部材１の載置面１ａ側では、基材部２と薄膜ヒータ４との間に第１絶縁層３ａが配置され、基材部２と薄膜ヒータ４との間が絶縁されている。また、薄膜ヒータ４と電極部５との間に第２絶縁層３ｂが配置され、薄膜ヒータ４と電極部５との間が絶縁されている。電極部５の外側は第３絶縁層３ｃが配置されており、電極部５の外側が絶縁されている。
発熱部材１の底面１ｂ側では、第２絶縁層３ｂ及び第３絶縁層３ｃを貫通する第１給電口６、及び第３絶縁層３ｃを貫通する第２給電口７が形成されている。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃは、例えば溶射法によって形成することができるが、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等のその他の成膜方法であってもよい。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃの構成材料は、絶縁特性を付与するものであれば特に限定されないが、第１絶縁層３ａ及び第２絶縁層３ｂに関しては、所要の熱伝導性と絶縁性を両立させる材料が好適である。第３絶縁層３ｃに関しては、更に耐プラズマ性、耐摩耗性を兼ね備えたものが好適である。第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃは、それぞれ単層である必要はなく、複数層からなるものであってもよい。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃの各々の厚みは、例えば５０〜２０００μｍである。第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃの厚みを変更することによって、第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃによる抜熱効率を調整することができる。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃの構成材料としては、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、フッ化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、硼化物系セラミックス、若しくはそれらを含む化合物、又はこれらの混合物が挙げられる。
酸化物系セラミックスは、耐摩耗性を有することに加え、プラズマエッチングプロセスで使用されるＯ系のプラズマ中で安定であり、Ｃｌ系のプラズマ中でも比較的良好な耐プラズマ性を示す。窒化物系セラミックスは高硬度であるため、ウェハとの摩擦による損傷が少なく、摩耗粉などが生じにくい。また、比較的熱伝導率が高いため、処理中のウェハＷの温度を制御しやすい。フッ化物系セラミックスは、Ｆ系のプラズマ中で安定であり、優れた耐プラズマ性を発揮することが出来る。
酸化物系セラミックスの具体例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌａ２Ｏ３が挙げられる。窒化物系セラミックスとしては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＹＮ、ＺｒＮ、Ｍｇ３Ｎ２、Ｃａ３Ｎ２が挙げられる。フッ化物系セラミックスとしては、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＹＦ３、ＡｌＦ３、ＺｒＦ４、ＭｇＦ２が挙げられる。炭化物系セラミックスとしては、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２が挙げられる。硼化物系セラミックスとしては、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＴａＢ２、ＮｂＢ２、Ｗ２Ｂ５、ＣｒＢ２、ＬａＢ６が挙げられる。
第１絶縁層３ａと第２絶縁層３ｂとの間に形成された薄膜ヒータ４は、ヒータとして使用可能な固有抵抗値を有しており、薄膜ヒータ４に所定の電圧を印加して電流を流すことで、発熱部材１の載置面１ａに載置されたウェハＷを加熱することができる。
薄膜ヒータ４は、ヒータ領域内の温度均一性を高める観点から、細長い帯状のパターンで形成されている。また、ウェハＷの直下に位置するヒータ本体１０は、互いに所要間隔をおいて平行に配置された複数の繰り返しパターンを有している。これにより、ヒータ本体１０による擬似的な加熱面が形成されるので、ウェハＷを広く均一に加熱することができる。
薄膜ヒータ４の厚みは１０〜１０００μｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ４の厚みが１０μｍ未満であると、発熱量が大きすぎたり、膜形成が安定しないおそれがある。また、薄膜ヒータ４の厚みが１０００μｍを超えると、発熱量が小さくなりすぎるおそれがある。
薄膜ヒータ４の線幅は１〜５ｍｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ４の幅を１ｍｍ以上とすることで断線の可能性を低減することができ、５ｍｍ以下とすることでヒータ領域内の温度むらを低減することができる。
薄膜ヒータ４の線間距離は０．５〜５０ｍｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ４の線間距離を０．５ｍｍ以上とすることで短絡を回避することができ、５０ｍｍ以下とすることでヒータ領域内の温度むらを低減することができる。
薄膜ヒータ４の構成材料は、ヒータとして使用可能なものであれば限定されないが、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔから選択される金属元素単体、これら金属元素の１種以上を含む合金、これら金属元素の１種以上を含む導電性化合物、又はこれらの混合物からなるものが好適である。
薄膜ヒータ４は溶射皮膜からなる。溶射法であれば、基材部２のサイズや形状に制限されず、連続的かつ均一に薄膜をコーティングできる。基材部２の表面上に形成した第１絶縁層３ａの上面に、上記薄膜ヒータ４の構成材料を溶射することによって薄膜ヒータ４を形成することができる。溶射法は、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、アーク溶射法、高速フレーム溶射法、低速フレーム溶射法、コールドスプレー法のいずれであってもよい。
薄膜ヒータ４のパターンは、基材部２上に形成された第１絶縁層３ａの表面を予めパターン状にマスキングし、全面を溶射することで作製してもよいし、全面に溶射してからその溶射皮膜の表面をパターン状にマスキングし、機械加工やブラスト加工によって不要な溶射皮膜を除去することで作製してもよい。
第２絶縁層３ｂと第３絶縁層３ｃとの間に形成された電極部５は、所定の電圧を印加することで、発熱部材１の載置面１ａに載置されたウェハＷを吸着し、固定することができる。
電極部５によるウェハＷの吸着方式は、単極式であっても双極式であってもよい。電極部５の構成材料及び製法は限定されないが、溶射法であれば、基材部２のサイズや形状に制限されず、連続的かつ均一にコーティングできる。例えば、薄膜ヒータ４を覆うように形成された第２絶縁層３ｂの上面に、タングステンなどの導電性材料を溶射することによって電極部５を形成することができる。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃ、薄膜ヒータ４及び電極部５を形成するための溶射粉末は、粒径５〜８０μｍの粒度範囲のものを採用することが好ましい。粒径が小さすぎると、粉末の流動性が低下して安定した供給ができず、皮膜の厚みが不均一となりやすい。一方で粒径が大きすぎると、完全に溶融しないまま成膜され、過度に多孔質化されて膜質が粗くなる。
第１絶縁層３ａ〜第３絶縁層３ｃ、薄膜ヒータ４、及び電極部５を構成しうる溶射皮膜は多孔質体であり、その平均気孔率は１〜１０％の範囲が好適である。平均気孔率は、溶射法や溶射条件によって調整することができる。１％よりも小さい気孔率では、溶射皮膜内に存在する残留応力の影響が大きくなり、割れやすくなるおそれがある。１０％を超える気孔率では、半導体製造プロセスに使用される各種のガスが溶射皮膜内へ侵入し易くなり、耐久性が低下するおそれがある。平均気孔率は、溶射皮膜の断面を光学顕微鏡で観察し、観察画像を２値化処理して、皮膜内部の黒色領域を気孔部分とみなし、その黒色領域の全体に占める面積の割合を算出することで、測定することができる。
次に、薄膜ヒータ４の形状について詳しく説明する。図３は薄膜ヒータ４のヒータ本体１０とヒータ延設部１１の接続部分を拡大した斜視図である。薄膜ヒータ４は、ヒータ本体１０と、ヒータ本体１０から延設されたヒータ延設部１１とを有している。ヒータ本体１０はウェハＷの加熱手段として機能しているのに対し、ヒータ延設部１１はヒータ本体１０への給電手段（バイパス）として機能しており、ウェハＷの加熱手段としては機能していない。
ヒータ本体１０は、複数の同様の形状が繰返されたパターンからなり、全体として同心円状に形成されている。ヒータ本体１０は加熱したい対象物の形状、サイズに応じて設計変更が可能であり、例えば、ジグザグパターンからなる矩形状であってもよい。ヒータ延設部１１は、ヒータ本体１０の最外周の一部が引出口１０ａとなって、引出口１０ａから径方向外側へ向けて引き延ばされて形成されている。
ヒータ本体１０とヒータ延設部１１は一体として形成されたものであっても、異なる部材が互いに接続されて形成されたものであってもよいが、構造上の特異点を設けない観点からは、これらは一体として形成されたものであることが好ましい。同様に、ヒータ延設部１１はヒータ本体１０と同じ構成材料からなるものであっても、異なる構成材料からなるものであってもよいが、材質上の特異点を設けない観点からは、これらは同じ構成材料からなるものであることが好ましい。さらに、ヒータ延設部１１は、ヒータ本体１０と同じ厚み及び幅を有するものであっても、異なる厚み及び幅を有するものであってもよいが、製造上の観点からはこれらは同じ厚み及び幅を有するものであることが好ましい。
ヒータ延設部１１は、互いに平行な２つの延設部分１１ａ、１１ｂからなり、基材部２の第１、第２の端面２ａ、２ｂ間を渡る側面２ｃ上に延設されている。ヒータ延設部１１は、更に基材部２の第２の端面２ｂの角で径方向内側に折れ曲がり、ヒータ給電部１２まで延設されている。
即ち、ヒータ延設部１１は全体として断面コの字状となって、基材部２を側方から囲むように形成されており、基材部２の第２の端面２ｂ側に入り込んだ先端部分１１ｓがヒータ給電部１２を構成している。従ってヒータ給電部１２は、基材部２のヒータ本体１０が配設された面と反対側の面上で構成されている。
ヒータ給電部１２は、第１絶縁層３ａ上に形成されており、第１給電口６と交差する箇所で外部に露出され、電力を供給する外部部品と接続できるようになっている。つまり、本実施形態によれば、従来のような基材部を貫通するような給電機構を設けることなく、ヒータ本体１０への給電が可能になる。
薄膜ヒータ４は、膜厚の薄い溶射皮膜からなるため、外部電源のヒータ給電部１２への接続方式は、給電ケーブルの先が接合された接続構造、給電ケーブルの先が給電ソケットを介して接続された接続構造、給電ケーブルの先が直接的に押し当てられた接続構造のいずれかであることが好ましい。ヒータ給電部１２に給電ケーブルを接合させる方法としては、はんだ付け、ろう付け、溶接などが挙げられる。給電ソケットを利用する場合は、給電ソケットがヒータ給電部１２に溶接されていることが好ましい。給電ケーブルをヒータ給電部１２に直接的に押し当てる場合は、給電ケーブルを基材部２に固定するためのネジ止めなどの手段が必要になる。
次に、電極部５の形状について詳しく説明する。電極部５も薄膜ヒータ４と同様、電極本体１５と、電極本体１５から延設された電極延設部１６を有している。電極本体１５と電極延設部１６は一体として形成されたものであっても、異なる部材が互いに接続されて形成されたものであってもよいが、構造上の特異点を設けない観点からは、これらは一体として形成されたものであることが好ましい。同様に、電極延設部１６は電極本体１５と同じ構成材料からなるものであっても、異なる構成材料からなるものであってもよいが、材質上の特異点を設けない観点からは、これらは同じ構成材料からなるものであることが好ましい。さらに、電極延設部１６は電極本体１５と同じ厚み及び幅を有するものであっても、異なる厚み又は幅を有するものであってもよいが、製造上の観点からは、これらは同じ厚み及び幅を有するものであることが好ましい。
電極本体１５の形状は、単極式であるか双極式であるかによって大きく異なる。単極式であれば、隙間のない円形状であってもよいし、スリットを含む円形状であってもよい。双極式であれば、二つの半円状の電極が所要距離を空けて形成されたものや、二つの電極が互いに所要間隔を空けて櫛歯状に形成されたものが挙げられる。電極本体１５は、吸着させたい対象物の形状、サイズに応じて設計変更が可能であり、矩形状や、一部にスリットがある矩形状であってもよい
本実施形態において電極延設部１６は、単極式であるか双極式であるかにかかわらず、電極本体１５の最外周の一部が引出口となって、引出口から径方向外側へ向けて引き延ばされて形成されている。電極延設部１６は、基材部２の第１、第２の端面２ａ、２ｂ間を渡る側面２ｃ上に延設されている。電極延設部１６は、更に基材部２の第２の端面２ｂの角で径方向内側に折れ曲がり、電極給電部１７まで延設されている。
即ち、電極延設部１６は全体として断面コの字状となって、基材部２を側方から囲むように形成されており、第２の端面２ｂ側に入り込んだ先端部分が電極給電部１７を構成している。従って電極給電部１７は、基材部２の電極本体１５が配設された面と反対側の面上で構成されている。
本実施形態における電極給電部１７は、第２絶縁層３ｂ上に形成されており、第２給電口７と交差する箇所で外部に露出され、電力を供給する外部部品と接続できるようになっている。つまり、本実施形態によれば、従来のような基材部を貫通するような給電機構を設けることなく、電極本体１５への給電が可能になる。
電極部５が溶射皮膜であれば、薄膜ヒータ４と同様、外部電源の電極給電部１７への接続方式は、給電ケーブルの先が接合された接続構造、給電ケーブルの先が給電ソケットを介して接続される接続構造、給電ケーブルの先が直接的に押し当てられる接続構造のいずれかであることが好ましい。
図４は、本実施形態の発熱部材を静電チャックに適用したプラズマ処理装置３０の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置３０の真空チャンバ３１内には、ウェハＷを保持するための静電チャック３２が設けられている。搬送アームなどによってウェハＷが真空チャンバ３１の内外へ出し入れされるようになっている。
真空チャンバ３１には、ガス導入装置３３や、上部電極３４などが設置されている。上部電極３４の周りには支持部３７が設けられている。静電チャック３２は、下部電極としての基材部２、絶縁層３、薄膜ヒータ４、及び電極部５を内蔵している。上部電極３４、下部電極としての基材部２には、それぞれプラズマ発生用の電源４４、４５が電気的に接続されている。電極部５には、ウェハＷを吸着させるための電源４６が電気的に接続され、薄膜ヒータ４には、薄膜ヒータ４を発熱させるための電源４７が電気的に接続されている。
基材部２と上部電極３４の間に高周波電圧をかけると、導入された処理ガスがプラズマ化される。発生したプラズマのイオンがウェハＷに引き込まれることでエッチングが行われ、その際、ウェハＷの温度が上昇する。ウェハＷの周囲には、ウェハＷの外縁部付近においてもエッチングの効果が低下しないようにフォーカスリングＦが設けられている。薄膜ヒータ４は、ウェハＷのみならずフォーカスリングＦの温度も一定に保持することができる。基材部２には、図示しない水冷構造、又はガス冷却構造からなる冷却機構などが含まれており、薄膜ヒータ４の温度制御を可能とする。
図５は、薄膜ヒータのパターン例を示す平面図である。図５に示されるヒータ本体１０及びヒータ延設部１１は、円形の基材部上に形成されており、ヒータ本体１０は、その上方に載置されるウェハＷの形状に合わせて擬似的に円形状に形成されている。同図のようにヒータ本体１０を略同心円状に描くことで、１本の線によって、面内を均一に加熱可能な円形の擬似面を形成することができる。
図６及び図７は、静電チャックの変形例を示す斜視図である。これらの図に示す静電チャックの周縁部分には段差部５１が形成されている。薄膜ヒータ４のヒータ本体１０は、基材部２のウェハ載置面上でウェハＷの形状に合わせて狭い線間距離で同心円状に形成されており、ヒータ本体１０の最外周の一部からヒータ延設部１１が径方向外側へ向けて引き延ばされている。ヒータ延設部１１は、更に基材部２の側面に沿ってヒータ本体１０が配設された面と反対側の面上まで引き延ばされており、その先端部分がヒータ給電部１２を構成している。また、電極部の電極本体１５は、基材部２の載置面上に円形で配設されており、電極本体１５の最外周の一部から電極延設部１６が径方向外側へ向けて引き延ばされている。電極延設部１６は、更に基材部２の側面に沿って電極本体１５が配設された面と反対側の面上まで引き延ばされており、その先端部分が電極給電部１７を構成している。
図８は、図６及び図７で示される静電チャックにおける薄膜ヒータ４の他の一例を示す斜視図である。図８に示す例では、基材部２のウェハ載置面上のみならず、段差部５１を構成するいずれの面上にもヒータ本体１０が周方向に配設され、かつ複数の箇所で折り曲げられるようにしてジグザグ状に形成されており、これによりフォーカスリングＦの温度を制御できるようになっている。
本実施形態の発熱部材１をプラズマ処理装置に適用すれば、ウェハＷ及びフォーカスリングＦの温度分布を均一にでき、高精度での加工が可能となるため、歩留まりが高く、高品質の半導体部品を製造できる。
上記実施形態は本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。本発明に係る発熱部材には本発明の効果を損なわない限りにおいて、他の構成が含まれていてもよい。薄膜ヒータ、電極部、絶縁層の形態は、加工プロセスの目的に応じて適宜変更できる。静電チャックで保持する対象物としては、ウェハの他、フラットパネルディスプレーのガラス基板などが挙げられる。
本発明の発熱部材をプラズマ処理装置の他の部品に適用してもよい。図９は本発明の一実施形態に係る発熱部材を上部電極３４及びチャンバ壁３６にも適用したプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。薄膜ヒータ４０には、薄膜ヒータ４０を発熱させるための電源４８が電気的に接続されており、薄膜ヒータ４０によって上部電極３４及び上部電極３４を囲う支持部３７の温度を制御できる。薄膜ヒータ４１には、薄膜ヒータ４１を発熱させるための電源４９が電気的に接続されており、薄膜ヒータ４１によってチャンバ壁３６の温度を制御できる。なお、図示していないが、上部電極３４と薄膜ヒータ４０の間、及びチャンバ壁３６と薄膜ヒータ４１の間にはそれぞれ絶縁層が配置されており、これらは絶縁されている。
図１０は、基材部が筒状（円環状）であるときの一実施形態を示す斜視図である。図１０（ａ）は基材部５２の内周面側の断面を表しており、図１０（ｂ）は基材部５２の外周面側の断面を表している。図１０の実施形態では、基材部５２の内周面側及び外周面側の双方において、薄膜ヒータのヒータ本体４２、及び電極部の電極本体５５が当該各周面に沿って互いに平行な帯状のパターンで形成されている。この実施形態では、ヒータ本体４２の作用により、基材部５２の内周面及び外周面の側方に存在する加熱対象物の温度を制御できる。また、電極本体５５の作用により、基材部５２の内周面側及び外周面側のそれぞれに電界を発生させることができる。図１０の実施形態では、基材部５２の底面側に向かって、薄膜ヒータのヒータ延設部４３、及び電極部の電極延設部５６が引き延ばされており、それぞれの先端部分がヒータ給電部４８、及び電極給電部５７を構成している。これにより、基材部５２の内周面側及び外周面側の温度均一性を高めることができる。
図１１は、基材部が筒状（円環状）であるときの一実施形態を示す斜視図である。図１１の実施形態では、基材部６２の載置面側において、薄膜ヒータのヒータ本体６０、及び電極部の電極本体６１が形成されており、いずれも互いに平行な帯状のパターンで形成されている。この実施形態では、基材部６２の載置面上に載置された加熱対象物の温度を制御できる。図１１の実施形態では、ヒータ本体６０の一端から引き出されたヒータ延設部６３が基材部６２の側面に沿って基材部６２の底面側まで延設されており、その先端部分がヒータ給電部６５を構成している。また、電極本体６１の一端から引き出された電極延設部６４が基材部６２の側面に沿って基材部６２の底面側まで延設されており、その先端部分が電極給電部６６を構成している。これにより、基材部６２の載置面側の温度均一性を高めることができる
図１２は、基材部が段差部を有する立体形状であるときの一実施形態を示す斜視図である。図１２の実施形態では、基材部７２の側面において、薄膜ヒータのヒータ本体７０、及び電極部の電極本体７１が形成されており、いずれも互いに平行な帯状のパターンで形成されている。この実施形態では、基材部７２の側面が複数存在しており、各側面の側方に位置する加熱対象物の温度を制御できる。基材部７２の側面のそれぞれに配設されたヒータ本体７０は、これらの側面の間に位置する段差部７７上に形成されたヒータ延設部７３を介して互いに電気的に接続されている。また、基材部７２の側面のそれぞれに配設された電極本体７１も、これらの側面の間に位置する段差部７７上に形成された電極延設部７４を介して互いに電気的に接続されている。図１２の実施形態では、ヒータ本体７０の一端から引き出されたヒータ延設部７３が基材部７２の底面に沿って延設されており、その先端部分がヒータ給電部７５を構成している。また、電極本体７１の一端から引き出された電極延設部７４が基材部７２の底面に沿って延設されており、その先端部分が電極給電部７６を構成している。以上のように、基材部７２が段差部を有する場合であっても、それぞれの加熱面の温度均一性を高めることができる。
以上、本発明に係る発明部材の実施形態をいくつか例示してきたが、これらの実施形態は各々の特徴の一部を取り出して互いに組み合わせることも可能である。また、本発明に係る発熱部材が適用される装置は、ＣＶＤ装置やスパッタリング装置であってもよい。さらに、本発明に係る発熱部材が適用される装置は、半導体関連のものに限定されず、ヒータ領域の温度均一性が求められるものであれば、いずれの製品に適用してもよい。
１ 発熱部材
１ａ 載置面
１ｂ 底面
２、５２、６２、７２ 基材部
２ａ 第１の端面
２ｂ 第２の端面
２ｃ 側面
３ 絶縁層
３ａ 第１絶縁層
３ｂ 第２絶縁層
３ｃ 第３絶縁層
４、４０、４１ 薄膜ヒータ
５ 電極部
６ 第１給電口
７ 第２給電口
１０、４２、６０、７０ ヒータ本体
１１、４３、６３、７３ ヒータ延設部
１１ｓ 先端部分
１２、４８、６５、７５ ヒータ給電部
１５、５５、６１、７１ 電極本体
１６、５６、６４、７４ 電極延設部
１７、５７、６６、７６ 電極給電部
３０ プラズマ処理装置
３１ 真空チャンバ
３２ 静電チャック
３３ ガス導入装置
３４ 上部電極
３６ チャンバ壁
３７ 支持部
４４、４５、４６、４７、４８、４９ 電源
５１、７７ 段差部
Ｗ ウェハ
Ｆ フォーカスリング

Claims (9)

  1. 基材部と、この基材部の外部に設けられ給電によって発熱する薄膜ヒータとを備えた発熱部材であって、
    前記薄膜ヒータは、ヒータ本体と、当該ヒータ本体の両端からそれぞれ延設されたヒータ延設部と、を有しており、
    前記ヒータ本体と前記ヒータ延設部のいずれもが溶射皮膜からなり、
    前記ヒータ本体は、帯状に形成されており、かつ折り返し部分を有し、折り返し前と折り返し後が互いに平行になっている繰返しパターンを有しており、
    前記ヒータ本体の両端からそれぞれ延設された前記ヒータ延設部は、そのいずれもが前記基材部の前記ヒータ本体が配設された面と異なる面上まで延設されて、その先端部分が当該ヒータ本体に電力を供給するヒータ給電部を構成している発熱部材。
  2. 前記基材部は、第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状で構成されており、
    前記ヒータ本体が前記第１の端面上に配設されており、
    前記第１の端面上において、前記基材部と前記ヒータ本体との間には、溶射皮膜からなる第１絶縁層が配置されており、前記ヒータ本体の第１絶縁層側と反対側の面上には、溶射皮膜からなる第２絶縁層が配置されており、
    前記ヒータ延設部が前記第１、第２の端面間を渡る側面上に延設されており、
    前記第１の端面上及び前記側面上において、前記基材部と前記ヒータ延設部との間には、溶射皮膜からなる第１絶縁層が配置されており、前記ヒータ延設部の第１絶縁層側と反対側の面上には、溶射皮膜からなる第２絶縁層が配置されており、
    前記ヒータ給電部が前記側面上で構成されている請求項１に記載の発熱部材。
  3. 前記基材部は、第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状で構成されており、
    前記ヒータ本体が前記第１の端面上に配設されており、
    前記第１の端面上において、前記基材部と前記ヒータ本体との間には、溶射皮膜からなる第１絶縁層が配置されており、前記ヒータ本体の第１絶縁層側と反対側の面上には、溶射皮膜からなる第２絶縁層が配置されており、
    前記ヒータ延設部が前記第１、第２の端面間を渡る側面上に延設されており、
    前記第１の端面上、前記側面上、及び前記第２の端面上において、前記基材部と前記ヒータ延設部との間には、溶射皮膜からなる第１絶縁層が配置されており、前記ヒータ延設部の第１絶縁層側と反対側の面上には、溶射皮膜からなる第２絶縁層が配置されており、
    前記ヒータ給電部が前記第２の端面上で構成されている請求項１に記載の発熱部材。
  4. 前記ヒータ本体は略同心円状に形成されており、当該ヒータ本体の最外周にある両末端から、それぞれ前記ヒータ延設部が径方向外側へ向けて引き延ばされている請求項１〜３のいずれかに記載の発熱部材。
  5. 前記薄膜ヒータは、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔから選択される金属元素単体、これら金属元素の１種以上を含む合金、これら金属元素の１種以上を含む導電性化合物、又はこれらの混合物からなる請求項１〜４のいずれかに記載の発熱部材。
  6. 前記ヒータ給電部は、給電ケーブルの先が接合された接続構造、給電ケーブルの先が給電ソケットを介して接続された接続構造、給電ケーブルの先が直接的に押し当てられた接続構造のいずれかを有する請求項１〜５のいずれかに記載の発熱部材。
  7. 前記基材部の外部に、電極部を更に備えており、
    前記電極部は溶射皮膜からなると共に、電極本体と、当該電極本体から延設された電極延設部と、を有しており、
    前記電極延設部は、当該基材部の前記電極本体が配設された面と異なる面上まで延設されて、その先端部分が当該電極本体に電力を供給する電極給電部を構成している請求項１〜６のいずれかに記載の発熱部材。
  8. 前記基材部は、第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状で構成されており、
    前記電極本体が前記第１の端面上に配設されており、
    前記電極延設部が前記第１、第２の端面間を渡る側面上に延設されており、
    前記電極給電部が前記側面上で構成されている請求項７に記載の発熱部材。
  9. 前記基材部は、第１の端面及びこの端面と対向する第２の端面を有する立体形状で構成されており、
    前記電極本体が前記第１の端面上に配設されており、
    前記電極延設部が前記第１、第２の端面間を渡る側面上に延設されており、
    前記電極給電部が前記第２の端面上で構成されている請求項７に記載の発熱部材。
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