JP7030420B2 - 保持装置 - Google Patents

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本明細書に開示される技術は、対象物を保持する保持装置に関する。
例えば半導体を製造する際にウェハを保持する保持装置として、静電チャックが用いられる。静電チャックは、セラミックス板と、セラミックス板の内部に設けられたチャック電極とを備えており、チャック電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス板の表面(以下、「吸着面」という)にウェハを吸着して保持する。
静電チャックの吸着面に保持されたウェハの温度分布が不均一になると、ウェハに対する各処理(成膜、エッチング等)の精度が低下するおそれがあるため、静電チャックにはウェハの温度分布をできるだけ均一にする性能が求められる。そのため、例えば、セラミックス板の内部に発熱用抵抗体が設けられる。発熱用抵抗体に電圧が印加されると、発熱用抵抗体が発熱することによってセラミックス板が加熱され、セラミックス板の吸着面に保持されたウェハが加熱される。セラミックス板の内部に設けられた温度センサ(例えば、熱電対)により測定された温度に基づき発熱用抵抗体への印加電圧を制御することにより、セラミックス板の吸着面の温度制御(すなわち、ウェハの温度制御)が行われる。
ウェハの温度分布の均一性をさらに向上させるために、セラミックス板の全部または一部が複数の仮想的な領域(以下、「セグメント」という)に分割され、各セグメントに発熱用抵抗体が配置された構成が採用されることがある。このような構成によれば、セラミックス板の各セグメントに配置された発熱用抵抗体への印加電圧を個別に制御することによって各セグメントの温度を個別に制御することができ、その結果、セラミックス板の吸着面の温度分布の均一性(すなわち、ウェハの温度分布の均一性)をさらに向上させることができる。
このようなセラミックス板が複数のセグメントに仮想的に分割された構成では、各セグメントに専用の温度センサを配置することは困難である。そのため、セラミックス板の各セグメントに、発熱用抵抗体とは別に、測温用抵抗体を配置する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。測温用抵抗体は、温度が変化すると抵抗値が変化するため、各測温用抵抗体の抵抗値を測定することにより、各測温用抵抗体が配置されたセグメントの温度を測定することができる。
特開2008-243990号公報
しかし、セラミックス板の各セグメントに測温用抵抗体を配置する上記従来の技術では、測温用抵抗体の抵抗値に基づく温度測定の分解能(感度)が不十分である等の理由から、各セグメントの温度測定の精度の点で向上の余地があり、ひいては、セラミックス板の吸着面の温度分布の均一性(ウェハの温度分布の均一性)の点で向上の余地がある。
なお、このような課題は、静電引力を利用してウェハを保持する静電チャックに限らず、セラミックス板を備え、セラミックス板の表面上に対象物を保持する保持装置一般に共通の課題である。
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本明細書に開示される保持装置は、第1の方向に略直交する第1の表面を有するセラミックス板と、前記セラミックス板の少なくとも一部を前記第1の方向に直交する方向に並ぶ複数のセグメントに仮想的に分割したときの各前記セグメント内に配置された発熱用抵抗体と、各前記セグメント内に配置され、前記第1の方向における位置が前記発熱用抵抗体とは異なる測温用抵抗体と、前記発熱用抵抗体および前記測温用抵抗体に対する給電経路を構成する給電部と、を備え、前記セラミックス板の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、前記給電部は、第1の導電ラインと第2の導電ラインとから構成されたライン対を有するドライバと、一対の給電端子と、前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインを、一方の前記給電端子に電気的に接続する第1の給電側ビアと、前記ライン対を構成する前記第2の導電ラインを、他方の前記給電端子に電気的に接続する第2の給電側ビアと、を有する給電側ビア対と、一の前記測温用抵抗体の一端を、前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインに電気的に接続する第1の抵抗体側ビアと、前記一の測温用抵抗体の他端を、前記ライン対を構成する前記第2の導電ラインに電気的に接続する第2の抵抗体側ビアと、を有する抵抗体側ビア対と、を備え、少なくとも1つの前記測温用抵抗体である特定測温用抵抗体に電気的に接続された前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインと前記第2の導電ラインとの少なくとも一方の線幅は、前記特定測温用抵抗体の線幅より太い。そのため、本保持装置によれば、ライン対の抵抗値を相対的に低くし、特定測温用抵抗体の抵抗値を相対的に高くすることができる。このように、本保持装置によれば、特定測温用抵抗体の抵抗値を相対的に高くすることができるため、特定測温用抵抗体の抵抗値に基づく温度測定の分解能(感度)を向上させることによって特定測温用抵抗体が配置されたセグメントの温度測定の精度を向上させることができ、その結果、セラミックス板の第1の表面の温度分布の均一性(すなわち、第1の表面に保持される対象物の温度分布の均一性)を向上させることができる。また、本保持装置によれば、ドライバに含まれるライン対の抵抗値を相対的に低くすることができるため、特定測温用抵抗体とライン対とを含む電気回路の抵抗値に占める、(他のセグメントの温度の影響を受ける)ライン対の抵抗値の割合を下げることができる。従って、本保持装置によれば、特定測温用抵抗体を用いたセグメントの温度測定の精度を向上させることができ、その結果、セラミックス板の第1の表面の温度分布の均一性(すなわち、第1の表面に保持される対象物の温度分布の均一性)を向上させることができる。
(2)上記保持装置において、前記ドライバは、延伸方向に沿った長さがL1で線幅がW1である前記導電ラインと、延伸方向に沿った長さがL2(ただし、L2>L1)で線幅がW2(ただし、W2>W1)である前記導電ラインと、を含む構成としてもよい。本保持装置によれば、ドライバに含まれる各導電ラインの抵抗値を互いに近付けることができ、測温用抵抗体と導電ラインとを含む電気回路の抵抗値に占める、導電ラインの抵抗値のバラツキを低減することができる。従って、本保持装置によれば、測温用抵抗体を用いたセグメントの温度測定の精度を効果的に向上させることができ、その結果、セラミックス板の第1の表面の温度分布の均一性(すなわち、第1の表面に保持される対象物の温度分布の均一性)を効果的に向上させることができる。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、保持装置、静電チャック、CVDヒータ等のヒータ装置、真空チャック、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
第1実施形態における静電チャック100の外観構成を概略的に示す斜視図である。 第1実施形態における静電チャック100のXZ断面構成を概略的に示す説明図である。 第1実施形態における静電チャック100のXY平面構成を概略的に示す説明図である。 第1実施形態における静電チャック100の発熱用抵抗体層50、発熱抵抗体用ドライバ51、測温用抵抗体層60、および、測温抵抗体用ドライバ70の構成を模式的に示す説明図である。 1つのセグメントSEに配置された1つの発熱用抵抗体500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。 1つのセグメントSEに配置された1つの測温用抵抗体600を構成する第1の抵抗体要素610のXY断面構成を模式的に示す説明図である。 第1実施形態の変形例における静電チャック100の発熱用抵抗体層50、発熱抵抗体用ドライバ51、測温用抵抗体層60、および、測温抵抗体用ドライバ70の構成を模式的に示す説明図である。
A.第1実施形態:
A-1.静電チャック100の構成:
図1は、第1実施形態における静電チャック100の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図2は、第1実施形態における静電チャック100のXZ断面構成を概略的に示す説明図であり、図3は、第1実施形態における静電チャック100のXY平面(上面)構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、静電チャック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。
静電チャック100は、対象物(例えばウェハW)を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば半導体製造装置の真空チャンバー内でウェハWを固定するために使用される。静電チャック100は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向(Z軸方向))に並べて配置されたセラミックス板10およびベース部材20を備える。セラミックス板10とベース部材20とは、セラミックス板10の下面S2(図2参照)とベース部材20の上面S3とが上記配列方向に対向するように配置される。
セラミックス板10は、上述した配列方向(Z軸方向)に略直交する略円形平面状の上面(以下、「吸着面」という)S1を有する板状部材であり、セラミックス(例えば、アルミナや窒化アルミニウム等)により形成されている。セラミックス板10の直径は例えば50mm~500mm程度(通常は200mm~350mm程度)であり、セラミックス板10の厚さは例えば1mm~10mm程度である。セラミックス板10の吸着面S1は、特許請求の範囲における第1の表面に相当し、Z軸方向は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を「面方向」という。
図2に示すように、セラミックス板10の内部には、導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)により形成されたチャック電極40が配置されている。Z軸方向視でのチャック電極40の形状は、例えば略円形である。チャック電極40に電源(図示しない)から電圧が印加されると、静電引力が発生し、この静電引力によってウェハWがセラミックス板10の吸着面S1に吸着固定される。
セラミックス板10の内部には、また、それぞれ導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)により形成された、発熱用抵抗体層50と、発熱抵抗体用ドライバ51と、測温用抵抗体層60と、測温抵抗体用ドライバ70と、各種ビアとが配置されている。本実施形態では、発熱用抵抗体層50はチャック電極40より下側に配置され、発熱抵抗体用ドライバ51は発熱用抵抗体層50より下側に配置され、測温用抵抗体層60は、発熱抵抗体用ドライバ51より下側に配置され、測温抵抗体用ドライバ70は測温用抵抗体層60より下側に配置されている。これらの構成については、後に詳述する。なお、このような構成のセラミックス板10は、例えば、セラミックスグリーンシートを複数枚作製し、所定のセラミックスグリーンシートにビア孔の形成やメタライズペーストの印刷等の加工を行い、これらのセラミックスグリーンシートを熱圧着し、切断等の加工を行った上で焼成することにより作製することができる。
ベース部材20は、例えばセラミックス板10と同径の、または、セラミックス板10より径が大きい円形平面の板状部材であり、例えば金属(アルミニウムやアルミニウム合金等)により形成されている。ベース部材20の直径は例えば220mm~550mm程度(通常は220mm~350mm)であり、ベース部材20の厚さは例えば20mm~40mm程度である。
ベース部材20は、セラミックス板10の下面S2とベース部材20の上面S3との間に配置された接着層30によって、セラミックス板10に接合されている。接着層30は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着材により構成されている。接着層30の厚さは、例えば0.1mm~1mm程度である。
ベース部材20の内部には冷媒流路21が形成されている。冷媒流路21に冷媒(例えば、フッ素系不活性液体や水等)が流されると、ベース部材20が冷却され、接着層30を介したベース部材20とセラミックス板10との間の伝熱(熱引き)によりセラミックス板10が冷却され、セラミックス板10の吸着面S1に保持されたウェハWが冷却される。これにより、ウェハWの温度制御が実現される。
A-2.発熱用抵抗体層50および発熱抵抗体用ドライバ51の構成:
上述したように、セラミックス板10の内部には、発熱用抵抗体層50と発熱抵抗体用ドライバ51とが配置されている(図2参照)。図4は、発熱用抵抗体層50および発熱抵抗体用ドライバ51の構成(および測温用抵抗体層60、測温抵抗体用ドライバ70の構成)を模式的に示す説明図である。図4の上段には、発熱用抵抗体層50の一部のXZ断面構成が模式的に示されており、図4の中段には、発熱抵抗体用ドライバ51の一部のXY平面構成が模式的に示されている。
ここで、図3に示すように、本実施形態の静電チャック100では、セラミックス板10が、面方向(Z軸方向に直交する方向)に並ぶ複数のセグメントSEに仮想的に分割されている。より具体的には、Z軸方向視で、セラミックス板10が、吸着面S1の中心点P1を中心とする同心円状の複数の第1の境界線BL1によって複数の仮想的な環状領域(ただし、中心点P1を含む領域のみは円状領域)に分割され、さらに各環状領域が、吸着面S1の径方向に延びる複数の第2の境界線BL2によって吸着面S1の円周方向に並ぶ複数の仮想的な領域であるセグメントSEに分割されている。
図4に示すように、発熱用抵抗体層50は、複数の発熱用抵抗体500を含んでいる。複数の発熱用抵抗体500のそれぞれは、セラミックス板10に設定された複数のセグメントSEの1つに配置されている。すなわち、本実施形態の静電チャック100では、複数のセグメントSEのそれぞれに、1つの発熱用抵抗体500が配置されている。
図5は、1つのセグメントSEに配置された1つの発熱用抵抗体500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。図5に示すように、発熱用抵抗体500は、発熱用抵抗体500の両端を構成する一対のパッド部504と、一対のパッド部504の間を結ぶ線状の抵抗線部502とを備える。本実施形態では、抵抗線部502は、Z軸方向視で、セグメントSE内の各位置をできるだけ偏り無く通るような形状とされている。他のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500の構成も同様である。
また、静電チャック100は、各発熱用抵抗体500への給電のための構成を備えている。具体的には、静電チャック100には、一対の端子用孔(図示しない)が形成されており、各端子用孔には給電端子(図示しない)が収容されている。
また、上述した発熱抵抗体用ドライバ51も、各発熱用抵抗体500への給電のための構成の一部である。図4に示すように、発熱抵抗体用ドライバ51は、第1の導電ライン511および第2の導電ライン512から構成された複数のライン対510を含んでいる。なお、図4に示す例では、第2の導電ライン512は、複数のライン対510に共有されている。ライン対510毎に個別の第2の導電ライン512が用意されてもよい。第1の導電ライン511および第2の導電ライン512のそれぞれは、ビアや電極パッド(共に図示しない)等を介して互いに異なる給電端子に電気的に接続されている。
また、図4および図5に示すように、1つのライン対510を構成する第1の導電ライン511は、ビア対53を構成する一方のビア531を介して、発熱用抵抗体500の一端(パッド部504)に電気的に接続されており、該ライン対510を構成する第2の導電ライン512は、該ビア対53を構成する他方のビア532を介して、該発熱用抵抗体500の他端(パッド部504)に電気的に接続されている。
電源(図示しない)から給電端子、電極パッド、ビア、ライン対510、および、ビア対53を介して発熱用抵抗体500に電圧が印加されると、発熱用抵抗体500が発熱する。これにより、発熱用抵抗体500が配置されたセグメントSEが加熱される。セラミックス板10の各セグメントSEに配置された発熱用抵抗体500への印加電圧を個別に制御することにより、各セグメントSEの温度を個別に制御することができる。
A-3.測温用抵抗体層60および測温抵抗体用ドライバ70の構成:
上述したように、セラミックス板10の内部には、測温用抵抗体層60と測温抵抗体用ドライバ70とが配置されている(図2参照)。図4の上段には、測温用抵抗体層60の一部のXZ断面構成が模式的に示されており、図4の下段には、測温抵抗体用ドライバ70の一部のXY平面構成が模式的に示されている。なお、測温抵抗体用ドライバ70は、特許請求の範囲におけるドライバに相当する。
図2および図4に示すように、測温用抵抗体層60は、Z軸方向における位置が互いに異なる3つの層(上側から順に第1の抵抗体層61、第2の抵抗体層62、第3の抵抗体層63)から構成されている。図4に示すように、このような3つの層から構成された測温用抵抗体層60は、複数の測温用抵抗体600を含んでいる。複数の測温用抵抗体600のそれぞれは、セラミックス板10に設定された複数のセグメントSEの1つに配置されている。すなわち、本実施形態の静電チャック100では、複数のセグメントSEのそれぞれに、1つの測温用抵抗体600が配置されている。なお、上述したように、本実施形態の静電チャック100では、測温用抵抗体層60は発熱用抵抗体層50より下側に位置するため、各セグメントSEにおいて、測温用抵抗体600は、発熱用抵抗体500より下側(すなわち、発熱用抵抗体500と比較してベース部材20に近い側)に位置する。
図4に示すように、各測温用抵抗体600は、第1の抵抗体層61に含まれる第1の抵抗体要素610と、第2の抵抗体層62に含まれる第2の抵抗体要素620と、第3の抵抗体層63に含まれる第3の抵抗体要素630とを含んでいる。図6は、1つのセグメントSEに配置された1つの測温用抵抗体600を構成する第1の抵抗体要素610のXY断面構成を模式的に示す説明図である。図6には、参考のために、同一のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500の面方向の位置を破線で示している。図6に示すように、第1の抵抗体要素610は、第1の抵抗体要素610の両端を構成する一対のパッド部614と、一対のパッド部614の間を結ぶ線状の抵抗線部612とを備える。なお、測温用抵抗体600を構成する他の抵抗体要素(第2の抵抗体要素620および第3の抵抗体要素630)の構成は、図6に示す第1の抵抗体要素610の構成と同様である。すなわち、第2の抵抗体要素620および第3の抵抗体要素630のそれぞれは、一対のパッド部と、一対のパッド部の間を結ぶ線状の抵抗線部とを備えている。なお、第2の抵抗体要素620および第3の抵抗体要素630のパッド部や抵抗線部の位置や形状は、必ずしも第1の抵抗体要素610のパッド部や抵抗線部の位置や形状と同一でなくてもよい。
図4に示すように、第1の抵抗体要素610の一方の端部P12(具体的には、上述したパッド部614)は、ビア64を介して、第2の抵抗体要素620の一方の端部P22に電気的に接続されている。また、第2の抵抗体要素620の他方の端部P21は、他のビア65を介して、第3の抵抗体要素630の一方の端部P31に電気的に接続されている。すなわち、測温用抵抗体600を構成する3つの抵抗体要素(第1の抵抗体要素610、第2の抵抗体要素620、第3の抵抗体要素630)は、互いに直列に接続されている。
また、静電チャック100は、各測温用抵抗体600への給電のための構成を備えている。具体的には、図2に示すように、静電チャック100には、ベース部材20の下面S4からセラミックス板10の内部に至る一対の端子用孔22が形成されており、各端子用孔22には給電端子12が収容されている。
また、上述した測温抵抗体用ドライバ70も、各測温用抵抗体600への給電のための構成の一部である。図4に示すように、測温抵抗体用ドライバ70は、第1の導電ライン711および第2の導電ライン712から構成された複数のライン対710を含んでいる。図2および図4に示すように、ライン対710を構成する第1の導電ライン711は、給電側ビア対75を構成する一方の給電側ビア751、および、電極パッド対77を構成する一方の電極パッド771を介して、一方の給電端子12に電気的に接続されており、該ライン対710を構成する第2の導電ライン712は、該給電側ビア対75を構成する他方の給電側ビア752、および、該電極パッド対77を構成する他方の電極パッド772を介して、他方の給電端子12に電気的に接続されている。なお、図4には、1つのライン対710についての給電側ビア対75を代表的に図示し、他のライン対710についての給電側ビア対75の図示を省略している。給電側ビア751は、特許請求の範囲における第1の給電側ビアに相当し、給電側ビア752は、特許請求の範囲における第2の給電側ビアに相当する。
また、図2、図4および図6に示すように、ライン対710を構成する第1の導電ライン711は、抵抗体側ビア対73を構成する一方の抵抗体側ビア731を介して、測温用抵抗体600の一端(より詳細には、測温用抵抗体600を構成する第1の抵抗体要素610の1つの端部P11であるパッド部614)に電気的に接続されており、該ライン対710を構成する第2の導電ライン712は、該抵抗体側ビア対73を構成する他方の抵抗体側ビア732を介して、該測温用抵抗体600の他端(より詳細には、測温用抵抗体600を構成する第3の抵抗体要素630の1つの端部P32であるパッド部)に電気的に接続されている。抵抗体側ビア731は、特許請求の範囲における第1の抵抗体側ビアに相当し、抵抗体側ビア732は、特許請求の範囲における第2の抵抗体側ビアに相当する。
電源(図示しない)から一対の給電端子12、電極パッド対77、給電側ビア対75、ライン対710、および、抵抗体側ビア対73を介して測温用抵抗体600に電圧が印加されると、測温用抵抗体600に電流が流れる。測温用抵抗体600は、温度が変化すると抵抗値が変化する導電性材料(例えば、タングステン、モリブデン、白金等)により形成されている。具体的には、測温用抵抗体600は、温度が高くなるほど抵抗値が高くなる。また、静電チャック100は、測温用抵抗体600に印加された電圧と測温用抵抗体600に流れる電流とを測定するための構成(例えば、電圧計や電流計(いずれも図示しない))を有している。そのため、本実施形態の静電チャック100では、測温用抵抗体600の電圧の測定値と測温用抵抗体600の電流の測定値とに基づき、測温用抵抗体600の温度を測定(特定)することができる。
上述した方法によってセラミックス板10に配置された各測温用抵抗体600の温度を個別に測定することにより、セラミックス板10の各セグメントSEの温度をリアルタイムで個別に測定することができる。そのため、本実施形態の静電チャック100では、セラミックス板10の各セグメントSEの温度測定結果に基づき、各セグメントSEに配置された発熱用抵抗体500への印加電圧を個別に制御することにより、各セグメントSEの温度を精度良く制御することができる。従って、本実施形態の静電チャック100によれば、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を向上させることができる。なお、上述した発熱用抵抗体500および測温用抵抗体600に対する給電経路を形成するための構成を、まとめて給電部80と呼ぶ(図2参照)。
ここで、図6には、Z軸方向に平行な仮想平面VS(より具体的には、X軸に平行な仮想平面VS)に、測温用抵抗体600を構成する第1の抵抗体要素610と、該測温用抵抗体600と同一のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500とを投影したときの、第1の抵抗体要素610の投影601と、発熱用抵抗体500の投影501とが示されている。図6に示すように、第1の抵抗体要素610の投影601の両端EP11,EP12の位置は、発熱用抵抗体500の投影501の両端EP21,EP22の間の位置となっている。このように、本実施形態の静電チャック100では、Z軸方向に平行な任意の仮想平面VSに、第1の抵抗体要素610と、該測温用抵抗体600と同一のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500とを投影したとき、仮想平面VSに平行で、かつ、Z軸方向に直交する方向(図6の例ではX軸方向)において、第1の抵抗体要素610の投影の両端の位置は、発熱用抵抗体500の投影の両端の間の位置である。
また、第2の抵抗体要素620および第3の抵抗体要素630についても、同様に、第2の抵抗体要素620(または第3の抵抗体要素630)の投影の両端の位置は、発熱用抵抗体500の投影の両端の間の位置である。従って、3つの抵抗体要素(第1の抵抗体要素610、第2の抵抗体要素620、第3の抵抗体要素630)から構成された測温用抵抗体600についても、Z軸方向に平行な任意の仮想平面に、測温用抵抗体600と、該測温用抵抗体600と同一のセグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500とを投影したとき、仮想平面に平行で、かつ、Z軸方向に直交する方向において、測温用抵抗体600の投影の両端の位置は、発熱用抵抗体500の投影の両端の間の位置となる。なお、このような特徴は、測温用抵抗体600が、Z軸方向視で、該測温用抵抗体600と同一のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500と比較して、セグメントSEにおける、より内側の位置(セグメントSEの境界からより離れた位置)に配置されていることを意味する。
また、図4に示すように、本実施形態の静電チャック100では、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン(第1の導電ライン711または第2の導電ライン712)の線幅が互いに同一ではない。より詳細には、導電ライン711,712の長さLが長いほど、導電ライン711,712の線幅Wが太くなっている。例えば、図4に示す測温抵抗体用ドライバ70に含まれる6本の導電ライン711,712の長さを図の上側に示されたものから順にL1,L2,L3,L4,L5,L6とし、それらの線幅を同順にW1,W2,W3,W4,W5,W6とすると、以下の関係(1)および(2)が成立している。そのため、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン711,712の抵抗値は、互いに近い値となっている。なお、導電ライン711,712の長さLとは、該導電ライン711,712における一の導電部材(例えば、測温用抵抗体600)との接続ためのビアの中心(ビアが複数存在する場合には、複数のビアの中心点を頂点とする多角形の図心)から、該導電ライン711,712における他の導電部材(例えば、電極パッド771)との接続ためのビアの中心(同)までの、延伸方向に沿った寸法(大きさ)を意味する。また、導電ライン711,712の幅Wとは、該導電ライン711,712の延伸方向に直交する方向に沿った寸法(大きさ)を意味する。
L1<L2<L3<L4<L5<L6・・・(1)
W1<W2<W3<W4<W5<W6・・・(2)
また、図4に示すように、本実施形態の静電チャック100では、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する第1の導電ライン711および第2の導電ライン712の線幅は、該ライン対710に電気的に接続された測温用抵抗体600の線幅(具体的には、測温用抵抗体600を構成する第1の抵抗体要素610、第2の抵抗体要素620、第3の抵抗体要素630の抵抗線部の線幅)より太くなっている。例えば、図4に示された3つのセグメントSEの内、最も左側に位置するセグメントSEに配置された測温用抵抗体600に電気的に接続されたライン対710を構成する第1の導電ライン711の線幅W5および第2の導電ライン712の線幅W6は、共に、該測温用抵抗体600の線幅より太くなっている。
A-4.本実施形態の効果:
以上説明したように、第1実施形態の静電チャック100は、Z軸方向に略直交する略平面状の吸着面S1を有するセラミックス板10備え、セラミックス板10の吸着面S1上に対象物(例えばウェハW)を保持する保持装置である。静電チャック100は、セラミックス板10を面方向に並ぶ複数のセグメントSEに仮想的に分割したときの各セグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500および測温用抵抗体600と、発熱用抵抗体500および測温用抵抗体600に対する給電経路を構成する給電部80とを備える。各セグメントSEにおいて、測温用抵抗体600のZ軸方向における位置は、発熱用抵抗体500の位置とは異なる。また、第1実施形態の静電チャック100では、各測温用抵抗体600は、Z軸方向における位置が互いに異なり、かつ、互いに直列に接続された3層の抵抗体要素(第1の抵抗体要素610、第2の抵抗体要素620、第3の抵抗体要素630)を有する。そのため、第1実施形態の静電チャック100では、測温用抵抗体600が単層構成である形態と比較して、測温用抵抗体600を1つのセグメントSE内に収めつつ、その抵抗値を高くすることができる。測温用抵抗体600の抵抗値が高くなると、測温用抵抗体600の抵抗値に基づく温度測定の分解能(感度)は向上する。従って、第1実施形態の静電チャック100によれば、測温用抵抗体600の抵抗値に基づく温度測定の分解能を向上させることによってセラミックス板10の各セグメントSEの温度測定の精度を向上させることができ、各セグメントSEに配置された発熱用抵抗体500を用いた各セグメントSEの温度制御の精度を向上させることができ、その結果、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を向上させることができる。
また、第1実施形態の静電チャック100は、さらに、セラミックス板10における吸着面S1とは反対側の表面S2に対向するように配置されたベース部材20を備える。ベース部材20の内部には、冷媒流路21が形成されている。各測温用抵抗体600は、同一のセグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500と比較して、ベース部材20に近い位置に配置されている。上述したように、第1実施形態の静電チャック100では、発熱用抵抗体500による加熱に加えて、ベース部材20の冷媒流路21に供給される冷媒による冷却(熱引き)を利用して、セラミックス板10の温度制御が行われる。第1実施形態の静電チャック100では、Z軸方向において、加熱のための発熱用抵抗体500と冷却のための冷媒流路21との間の位置に、各測温用抵抗体600が配置されることとなるため、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度をさらに向上させることができ、その結果、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)をさらに向上させることができる。
また、第1実施形態の静電チャック100では、発熱用抵抗体500および測温用抵抗体600に対する給電経路を構成する給電部80が、測温抵抗体用ドライバ70と、一対の給電端子12と、給電側ビア対75と、抵抗体側ビア対73とを備える。測温抵抗体用ドライバ70は、第1の導電ライン711と第2の導電ライン712とから構成されたライン対710を有する。給電側ビア対75は、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する第1の導電ライン711を、一方の給電端子12に電気的に接続するための給電側ビア751と、上記ライン対710を構成する第2の導電ライン712を、他方の給電端子12に電気的に接続するための給電側ビア752とを有する。抵抗体側ビア対73は、測温用抵抗体600の一端を、上記ライン対710を構成する第1の導電ライン711に電気的に接続する抵抗体側ビア731と、該測温用抵抗体600の他端を、上記ライン対710を構成する第2の導電ライン712に電気的に接続する抵抗体側ビア732とを有する。また、第1実施形態の静電チャック100では、測温用抵抗体600に電気的に接続されたライン対710を構成する第1の導電ライン711および第2の導電ライン712の線幅は、上記測温用抵抗体600の線幅より太い。そのため、第1実施形態の静電チャック100によれば、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する各導電ライン711,712の抵抗値を相対的に低くし、測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くすることができる。
なお、各導電ライン711,712や測温用抵抗体600の抵抗温度係数は、おおよそ、その形成材料の種類により決まる。各導電ライン711,712や測温用抵抗体600の形成に使用できる材料はある程度限られた材料であり(セラミックスと同時焼成できる材料であり、例えば、タングステン、モリブデン、白金等)、それらの抵抗温度係数にはほとんど差がないため、形成材料の選択によって測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くすることは困難である。そのため、本実施形態では、各導電ライン711,712や測温用抵抗体600の太さを調整することによって、測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くすることを実現しているのである。また、比抵抗については絶縁体(例えば、アルミナ)を混ぜることによって高くすることができるため、上述した測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くする手段に、そのような比抵抗を変える手段を併用してもよい。
このように、第1実施形態の静電チャック100によれば、測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くすることができるため、測温用抵抗体600の抵抗値に基づく温度測定の分解能を向上させることによってセラミックス板10の各セグメントSEの温度測定の精度を向上させることができ、その結果、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を向上させることができる。また、各測温用抵抗体600は、セグメントSE内に収容されるため、測温用抵抗体600の抵抗値が他のセグメントSEの温度の影響を受けるおそれは少ないが、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する各導電ライン711,712は、該導電ライン711,712に電気的に接続された測温用抵抗体600が収容されるセグメントSE内には収まらず、他のセグメントSE内を通るように配置されるため(図4参照)、各導電ライン711,712の抵抗値は、他のセグメントSEの温度の影響を受ける。上述したように、第1実施形態の静電チャック100によれば、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する各導電ライン711,712の抵抗値を相対的に低くすることができるため、測温用抵抗体600とライン対710とを含む電気回路の抵抗値に占める、(他のセグメントSEの温度の影響を受ける)ライン対710の抵抗値の割合を下げることができる。従って、第1実施形態の静電チャック100によれば、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度を効果的に向上させることができ、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を効果的に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100では、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン(第1の導電ライン711および第2の導電ライン712)について、導電ライン711,712の長さLが長いほど、導電ライン711,712の線幅Wが太くなっている。そのため、本実施形態の静電チャック100によれば、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン711,712の抵抗値を互いに近付けることができ、測温用抵抗体600と導電ライン711,712とを含む電気回路の抵抗値に占める、導電ライン711,712の抵抗値のバラツキを低減することができる。従って、本実施形態の静電チャック100によれば、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度を効果的に向上させることができ、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を効果的に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100では、Z軸方向に平行な任意の仮想平面VSに、測温用抵抗体600と、上記測温用抵抗体600と同一のセグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500とを投影したとき、仮想平面VSに平行で、かつ、Z軸方向に直交する方向において、測温用抵抗体600の投影601の両端EP11,EP12の位置は、発熱用抵抗体500の投影501の両端EP21,EP22の間の位置である。そのため、本実施形態の静電チャック100では、Z軸方向視で、測温用抵抗体600を、該測温用抵抗体600と同一のセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500と比較して、セグメントSEにおけるより内側の位置(セグメントSEの境界からより離れた位置)に配置することができる。従って、本実施形態の静電チャック100によれば、あるセグメントSEに配置された測温用抵抗体600の温度(抵抗値)が他のセグメントSEの温度の影響を受けることを抑制することができるため、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度を向上させることができ、その結果、セラミックス板10の吸着面S1の温度分布の均一性(すなわち、ウェハWの温度分布の均一性)を向上させることができる。
A-5.第1実施形態の変形例:
図7は、第1実施形態の変形例における静電チャック100の発熱用抵抗体層50、発熱抵抗体用ドライバ51、測温用抵抗体層60、および、測温抵抗体用ドライバ70の構成を模式的に示す説明図である。図7に示す第1実施形態の変形例の静電チャック100の構成は、上述した第1実施形態の静電チャック100の構成と比較して、発熱用抵抗体500に接続される2つの導電ラインの内の一方が、該発熱用抵抗体500と同一のセグメントSEに配置された測温用抵抗体600に接続される2つの導電ラインの内の一方と共通化されている点が異なる。例えば、図7に示された3つのセグメントSEの内、最も右側に位置するセグメントSEに配置された発熱用抵抗体500の一端は、発熱抵抗体用ドライバ51に含まれる第1の導電ライン511に電気的に接続されているが、発熱用抵抗体500の他端は、該セグメントSEに配置された測温用抵抗体600に電気的に接続されたライン対710を構成する第2の導電ライン712に電気的に接続されている(そのため、ビア対53を構成するビア532と抵抗体側ビア対73を構成する抵抗体側ビア732とが共通化されている)。このような構成であっても、発熱用抵抗体500および測温用抵抗体600への印加電圧を個別に制御することができ、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定結果に基づく発熱用抵抗体500を用いた各セグメントSEの温度制御を実現することができる。
B.その他の変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態における静電チャック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、各測温用抵抗体600が、Z軸方向における位置が互いに異なり、かつ、互いに直列に接続された3つの抵抗体要素(第1の抵抗体要素610、第2の抵抗体要素620、第3の抵抗体要素630)から構成されているが、各測温用抵抗体600が、Z軸方向における位置が互いに異なり、かつ、互いに直列に接続された2つまたは4つ以上の抵抗体要素から構成されているとしてもよい。このような構成でも、測温用抵抗体600の抵抗値を高くすることによって測温用抵抗体600の抵抗値に基づく温度測定の分解能を向上させることができ、測温用抵抗体600によるセラミックス板10のセグメントSEの温度測定の精度を向上させることができる。なお、各測温用抵抗体600は、必ずしも複数層の抵抗体要素から構成されている必要はなく、単層の抵抗体要素から構成されているとしてもよい。
また、上記実施形態では、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する第1の導電ライン711および第2の導電ライン712の線幅が、該ライン対710に電気的に接続された測温用抵抗体600の線幅より太いとしているが、第1の導電ラインと第2の導電ラインとの一方のみの線幅が、測温用抵抗体600の線幅より太いとしてもよい。このような構成でも、測温用抵抗体600の抵抗値を相対的に高くすることによって測温用抵抗体600の抵抗値に基づく温度測定の分解能を向上させることができ、測温用抵抗体600によるセラミックス板10のセグメントSEの温度測定の精度を向上させることができると共に、導電ライン(第1の導電ライン711または第2の導電ライン712)の抵抗値を相対的に低くすることによって測温用抵抗体600とライン対710とを含む電気回路の抵抗値に占めるライン対710の抵抗値の割合を下げることができ、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度を効果的に向上させることができる。なお、必ずしも測温抵抗体用ドライバ70に含まれるライン対710を構成する第1の導電ライン711および/または第2の導電ライン712の線幅が該ライン対710に電気的に接続された測温用抵抗体600の線幅より太い必要はなく、第1の導電ライン711および第2の導電ライン712の線幅が該測温用抵抗体600の線幅以下である箇所があってもよい。
また、上記実施形態では、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン711、712の長さLが長いほど導電ライン711,712の線幅Wが太くなっているが、測温抵抗体用ドライバ70に含まれるすべての導電ライン711,712について上記関係が成立している必要はなく、少なくとも2つの導電ライン711,712について上記関係が成立していればよい。すなわち、測温抵抗体用ドライバ70が、延伸方向に沿った長さがL2で線幅がW1である導電ライン711,712と、延伸方向に沿った長さがL2(ただし、L2>L1)で線幅がW2(ただし、W2>W1)である導電ライン711,712とを含んでいればよい。このような構成でも、少なくとも2つの導電ライン711,712の抵抗値を互いに近付けることによって、導電ライン711,712の抵抗値のバラツキを低減することができ、測温用抵抗体600を用いた各セグメントSEの温度測定の精度を効果的に向上させることができる。なお、必ずしも測温抵抗体用ドライバ70が、長さがL2で線幅がW1である導電ラインと、長さがL2(ただし、L2>L1)で線幅がW2(ただし、W2>W1)である導電ラインとを含む必要はない。例えば、測温抵抗体用ドライバ70に含まれる各導電ライン711,712の線幅はすべて略同一であるとしてもよい。
また、上記実施形態では、Z軸方向に平行な任意の仮想平面VSに、測温用抵抗体600と、上記測温用抵抗体600と同一のセグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500とを投影したとき、仮想平面VSに平行で、かつ、Z軸方向に直交する方向において、測温用抵抗体600の投影601の両端EP11,EP12の位置は、発熱用抵抗体500の投影501の両端EP21,EP22の間の位置であるとしているが、必ずしもこのような構成である必要はない。
また、上記実施形態では、静電チャック100の内部に配置された各導電性部材のZ軸方向における位置に関し、上側(吸着面S1に近い側)から順に、チャック電極40、発熱用抵抗体層50、発熱抵抗体用ドライバ51、測温用抵抗体層60、測温抵抗体用ドライバ70の順に配置されているが、これらの内の少なくとも2つの層の位置関係が逆になってもよい。例えば、上記実施形態では、測温用抵抗体層60が発熱用抵抗体層50より下側に位置する(その結果、各セグメントSEにおいて測温用抵抗体600が発熱用抵抗体500より下側に位置する)が、測温用抵抗体層60が発熱用抵抗体層50より上側に位置する(その結果、各セグメントSEにおいて測温用抵抗体600が発熱用抵抗体500より上側に位置する)としてもよい。
また、上記実施形態では、各測温用抵抗体600が測温抵抗体用ドライバ70を介して一対の給電端子12に電気的に接続されているが、各測温用抵抗体600が測温抵抗体用ドライバ70を介さずに一対の給電端子12に電気的に接続されていてもよい。また、静電チャック100が複数の測温抵抗体用ドライバ70を備え、静電チャック100に設けられた複数の測温用抵抗体600の内の一部が一の測温抵抗体用ドライバ70に導通し、複数の測温用抵抗体600の内の他の一部が他の測温抵抗体用ドライバ70に導通するとしてもよい。
また、上記実施形態において、測温用抵抗体600への給電のための構成の一部(例えば、給電端子、ビア、導電ライン等)が、発熱用抵抗体500への給電ためにも利用されるとしてもよく、反対に、発熱用抵抗体500への給電のための構成の一部(例えば、給電端子、ビア、導電ライン等)が、測温用抵抗体600への給電ためにも利用されるとしてもよい。また、上記実施形態において、各ビアは、単数のビアにより構成されてもよいし、複数のビアのグループにより構成されてもよい。
また、上記実施形態におけるセグメントSEの設定態様は、任意に変更可能である。例えば、上記実施形態では、各セグメントSEが吸着面S1の円周方向に並ぶように複数のセグメントSEが設定されているが、各セグメントSEが格子状に並ぶように複数のセグメントSEが設定されてもよい。また、例えば、上記実施形態では、静電チャック100の全体が複数のセグメントSEに仮想的に分割されているが、静電チャック100の一部分が複数のセグメントSEに仮想的に分割されていてもよい。
また、上述した測温用抵抗体600の各構成(各特徴)は、静電チャック100が備えるすべての測温用抵抗体600において実現されている必要はなく、少なくとも1つの測温用抵抗体600において実現されていればよい。なお、静電チャック100が備える測温用抵抗体600の内、上述した測温用抵抗体600の各構成(各特徴)を備える測温用抵抗体600は、特許請求の範囲における特定測温用抵抗体に相当する。
また、上記実施形態では、セラミックス板10の内部に1つのチャック電極40が設けられた単極方式が採用されているが、セラミックス板10の内部に一対のチャック電極40が設けられた双極方式が採用されてもよい。また、上記実施形態の静電チャック100における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。
また、本発明は、静電引力を利用してウェハWを保持する静電チャック100に限らず、セラミックス板の表面上に対象物を保持する他の保持装置(例えば、CVDヒータ等のヒータ装置や真空チャック等)にも適用可能である。なお、本発明をヒータ装置に適用した場合において、特定測温用抵抗体600を、同一のセグメントSE内に配置された発熱用抵抗体500より下側(すなわち、給電端子の引き出し面に近い側)に配置すると、給電端子から測温用抵抗体600への配線がZ軸方向において発熱用抵抗体層50(発熱用抵抗体500)を貫通することがなくなり、発熱用抵抗体層50(発熱用抵抗体500)の設計上の制約が増えることを回避することができるため、好ましい。
10:セラミックス板 12:給電端子 20:ベース部材 21:冷媒流路 22:端子用孔 30:接着層 40:チャック電極 50:発熱用抵抗体層 51:発熱抵抗体用ドライバ 53:ビア対 60:測温用抵抗体層 61:第1の抵抗体層 62:第2の抵抗体層 63:第3の抵抗体層 64:ビア 65:ビア 70:測温抵抗体用ドライバ 73:抵抗体側ビア対 75:給電側ビア対 77:電極パッド対 80:給電部 100:静電チャック 500:発熱用抵抗体 501:投影 502:抵抗線部 504:パッド部 510:ライン対 511:第1の導電ライン 512:第2の導電ライン 531:ビア 532:ビア 600:測温用抵抗体 601:投影 610:第1の抵抗体要素 612:抵抗線部 614:パッド部 620:第2の抵抗体要素 630:第3の抵抗体要素 710:ライン対 711:第1の導電ライン 712:第2の導電ライン 731:抵抗体側ビア 732:抵抗体側ビア 751:給電側ビア 752:給電側ビア 771:電極パッド 772:電極パッド

Claims (2)

  1. 第1の方向に略直交する第1の表面を有するセラミックス板と、
    前記セラミックス板の少なくとも一部を前記第1の方向に直交する方向に並ぶ複数のセグメントに仮想的に分割したときの各前記セグメント内に配置された発熱用抵抗体と、
    各前記セグメント内に配置され、前記第1の方向における位置が前記発熱用抵抗体とは異なる測温用抵抗体と、
    前記発熱用抵抗体および前記測温用抵抗体に対する給電経路を構成する給電部と、
    を備え、前記セラミックス板の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、
    前記給電部は、
    第1の導電ラインと第2の導電ラインとから構成されたライン対を有するドライバと、
    一対の給電端子と、
    前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインを、一方の前記給電端子に電気的に接続する第1の給電側ビアと、前記ライン対を構成する前記第2の導電ラインを、他方の前記給電端子に電気的に接続する第2の給電側ビアと、を有する給電側ビア対と、
    一の前記測温用抵抗体の一端を、前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインに電気的に接続する第1の抵抗体側ビアと、前記一の測温用抵抗体の他端を、前記ライン対を構成する前記第2の導電ラインに電気的に接続する第2の抵抗体側ビアと、を有する抵抗体側ビア対と、
    を備え、
    少なくとも1つの前記測温用抵抗体である特定測温用抵抗体は、前記セラミックス板内に埋め込まれており、
    前記ドライバは、前記第1の方向における位置が前記特定測温用抵抗体とは異なり、
    前記特定測温用抵抗体に電気的に接続された前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインと前記第2の導電ラインとの少なくとも一方の線幅は、前記特定測温用抵抗体の線幅より太く、
    前記ライン対を構成する前記第1の導電ラインおよび前記第2の導電ラインは、前記第1の導電ラインおよび前記第2の導電ラインに電気的に接続された前記測温用抵抗体が収容された前記セグメント内には収まらず、他の前記セグメント内を通るように配置されていることを特徴とする、保持装置。
  2. 請求項1に記載の保持装置において、
    前記ドライバは、
    延伸方向に沿った長さがL1で線幅がW1である前記導電ラインと、
    延伸方向に沿った長さがL2(ただし、L2>L1)で線幅がW2(ただし、W2>W1)である前記導電ラインと、
    を含むことを特徴とする、保持装置。
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