JP7030557B2 - 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、例えばセラミックスにより構成され、所定の方向(以下、「第1の方向」という)に略直交する略平面状の表面(以下、「吸着面」という)を有する板状部材と、例えば金属により構成されたベース部材と、板状部材とベース部材とを接着する接着部と、板状部材の内部に配置されたチャック電極とを備えている。静電チャックは、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、板状部材の吸着面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が所望の温度にならないと、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制御する性能が求められる。そのため、静電チャックには、板状部材に配置されたヒータ電極と、ヒータ電極に電気的に接続された給電端子とが設けられる。ヒータ電極は、線状の抵抗発熱体であるヒータライン部を有する。給電端子は、ベース部材および接着部に形成された貫通孔により構成された端子用孔に収容される。このような構成の静電チャックにおいて、電源から給電端子を介してヒータ電極に電圧が印加されると、ヒータ電極が発熱することによって板状部材が加熱され、これにより、板状部材の吸着面の温度分布の制御(ひいては、吸着面に保持されたウェハの温度分布の制御)が実現される。
上述したように、静電チャックには、ベース部材および接着部に形成された貫通孔により構成された端子用孔が設けられる。そのため、板状部材には、上記第1の方向視で端子用孔に重なる部分(以下、「端子用孔との重複部分」または単に「重複部分」という)と、重複部分以外の部分(すなわち、上記第1の方向視で端子用孔に重ならない部分であり、以下、「端子用孔との非重複部分」または単に「非重複部分」という)と、が存在することとなる。従来、静電チャックにおいて、ヒータ電極が、板状部材における端子用孔との重複部分と非重複部分とにまたがって配置された構成が採用されることがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2017-228360号公報
板状部材における端子用孔との重複部分と非重複部分とでは、板状部材とベース部材との間の熱伝達(例えば、ベース部材による板状部材からの熱引き)に関する条件が異なる。そのため、上述したヒータ電極が板状部材における端子用孔との重複部分と非重複部分とにまたがって配置された従来の静電チャックでは、該ヒータ電極への電圧印加時に、上記熱伝達に関する条件の相違に起因して、板状部材における端子用孔との重複部分の温度と非重複部分の温度との差が大きくなり、その結果、板状部材の吸着面の温度分布の制御性(ひいては、静電チャックに保持されるウェハの温度分布の制御性)が低下するおそれがある。
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、板状部材と、ベース部材と、板状部材とベース部材とを接着する接着部と、板状部材に配置されたヒータ電極と、ヒータ電極に電気的に接続された給電端子とを備え、板状部材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略平面状の第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面と、有する板状部材と、第3の表面と、前記第3の表面とは反対側の第4の表面と、を有し、前記第3の表面が前記板状部材の前記第2の表面に対向するように配置され、前記第3の表面から前記第4の表面まで貫通する第1の貫通孔が形成されたベース部材と、前記板状部材に配置された複数のヒータ電極であって、それぞれ前記第1の方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部を有する複数のヒータ電極と、前記ヒータ電極に電気的に接続された給電端子と、前記板状部材の前記第2の表面と前記ベース部材の前記第3の表面との間に配置されて前記板状部材と前記ベース部材とを接着すると共に、前記ベース部材の前記第1の貫通孔と連通して、前記給電端子が収容された端子用孔を前記第1の貫通孔と共に構成する第2の貫通孔が形成された接着部と、を備え、前記板状部材の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、前記板状部材は、前記第1の方向視で前記端子用孔に重なる第1の部分と、前記第1の部分以外の部分である第2の部分と、を含み、前記複数のヒータ電極は、前記ヒータライン部の延伸方向の全体にわたって、前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が、前記板状部材における前記第1の部分に配置された第1のヒータ電極と、前記第1のヒータ電極と並列接続の関係にあり、前記ヒータライン部の全体が、前記板状部材における前記第2の部分に配置された第2のヒータ電極と、を含む。本保持装置では、板状部材に配置された複数のヒータ電極が、第1のヒータ電極と第2のヒータ電極とを含む。第1のヒータ電極は、ヒータライン部の延伸方向の全体にわたって、ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が板状部材における第1の部分(第1の方向視で端子用孔に重なる部分)に配置されたヒータ電極である。また、第2のヒータ電極は、第1のヒータ電極と並列接続の関係にあり、ヒータライン部の全体が板状部材における第2の部分(第1の部分以外の部分、すなわち、第1の方向視で端子用孔に重ならない部分)に配置されたヒータ電極である。そのため、本保持装置では、板状部材における第1の部分と第2の部分との熱伝達に関する条件の相違を補償するように、第1のヒータ電極と第2のヒータ電極とを個別に制御することにより、第1の部分の温度と第2の部分の温度とを個別に制御することができる。従って、本保持装置によれば、板状部材の第1の表面の温度分布の制御性(ひいては、保持装置に保持される対象物の温度分布の制御性)を向上させることができる。
(2)上記保持装置において、前記第1のヒータ電極の前記ヒータライン部の全体は、前記板状部材における前記第1の部分に配置されている構成としてもよい。本保持装置では、第1のヒータ電極のヒータライン部の全体が、板状部材における第1の部分(第1の方向視で端子用孔に重なる部分)に配置されている。そのため、本保持装置では、板状部材における第1の部分と第2の部分との上記熱伝達に関する条件の相違を効果的に補償するように、第1のヒータ電極と第2のヒータ電極とを個別に制御することにより、第1の部分の温度と第2の部分の温度とを個別に精度良く制御することができる。従って、本保持装置によれば、板状部材の第1の表面の温度分布の制御性(ひいては、保持装置に保持される対象物の温度分布の制御性)を効果的に向上させることができる。
(3)上記保持装置において、前記複数のヒータ電極は、前記ヒータライン部の延伸方向の一の位置において前記ヒータライン部の幅方向の全体が前記板状部材における前記第2の部分に配置され、かつ、前記ヒータライン部の延伸方向の他の位置において前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が前記板状部材における前記第1の部分に配置された前記ヒータ電極を含まない構成としてもよい。本保持装置では、ヒータライン部の延伸方向の一の位置においてヒータライン部の幅方向の全体が第2の部分(第1の方向視で端子用孔に重ならない部分)に配置され、かつ、ヒータライン部の延伸方向の他の位置においてヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が第1の部分(第1の方向視で端子用孔に重なる部分)に配置された構成のヒータ電極は存在しない。すなわち、本保持装置には、ヒータライン部が第1の部分と第2の部分とにまたがった構成のヒータ電極は存在しない。そのため、本保持装置では、ヒータライン部が第1の部分と第2の部分とにまたがった構成のヒータ電極の存在によって第1の部分の温度と第2の部分の温度との制御の精度が低下することを抑制することができる。従って、本保持装置によれば、板状部材の第1の表面の温度分布の制御性(ひいては、保持装置に保持される対象物の温度分布の制御性)を一層効果的に向上させることができる。
(4)上記保持装置において、前記第1のヒータ電極は、前記第2のヒータ電極と比較して、前記第1の方向視での単位面積あたりの抵抗が高い構成としてもよい。板状部材における第1の部分(第1の方向視で端子用孔に重なる部分)は、第2の部分(第1の方向視で端子用孔に重ならない部分)と比較して、ベース部材による熱引き量が少ない分、高温となりやすい。本保持装置では、板状部材における第1の部分に配置された第1のヒータ電極は、第2の部分に配置された第2のヒータ電極と比較して、第1の方向視での単位面積あたりの抵抗が高い。そのため、第1のヒータ電極と第2のヒータ電極とに同じ電圧を印加した場合において、第1のヒータ電極の発熱量を第2のヒータ電極の発熱量より小さくすることができる。従って、本保持装置によれば、容易に(比較的単純な制御により)、板状部材における第1の部分と第2の部分との上記熱伝達に関する条件の相違を補償することができ、板状部材の第1の表面の温度分布の制御性(ひいては、保持装置に保持される対象物の温度分布の制御性)を効果的に向上させることができる。
(5)上記保持装置において、さらに、前記端子用孔内に収容された温度センサを備える構成としてもよい。本保持装置によれば、端子用孔内に収容された温度センサによる温度検知結果に基づき、板状部材における第1の部分(第1の方向視で端子用孔に重なる部分)に配置された第1のヒータ電極を制御することができる。従って、本保持装置によれば、板状部材における温度特異点となりやすい部分である第1の部分の温度を精度良く制御することができ、板状部材の第1の表面の温度分布の制御性(ひいては、保持装置に保持される対象物の温度分布の制御性)を極めて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、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。
本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。 本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。 本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。 ヒータ電極層50およびヒータ電極層50への給電のための構成を模式的に示す説明図である。 端子用孔Htの周辺部(図4におけるX1部)のYZ断面構成を拡大して示す説明図である。 各セグメントSEに配置されたヒータ電極500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。 変形例における各セグメントSEに配置されたヒータ電極500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。 比較例における1つのセグメントSEに配置された1つのヒータ電極500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。
A.本実施形態:
A-1.静電チャック100の構成:
図1は、本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、本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、本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板状部材10およびベース部材20を備える。板状部材10とベース部材20とは、板状部材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。
板状部材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、例えばセラミックス(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。板状部材10の直径は例えば50mm~500mm程度(通常は200mm~350mm程度)であり、板状部材10の厚さは例えば1mm~10mm程度である。板状部材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、板状部材10の下面S2は、特許請求の範囲における第2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」といい、図3に示すように、面方向の内、吸着面S1の中心点CPを中心とする円周方向を「円周方向CD」といい、面方向の内、円周方向CDに直交する方向を「径方向RD」という。
図2に示すように、板状部材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が板状部材10の吸着面S1に吸着固定される。
板状部材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、ヒータ電極層50と、ヒータ電極層50への給電のためのドライバ51および各種ビア53,54とが配置されている。本実施形態では、ヒータ電極層50はチャック電極40より下側に配置され、ドライバ51はヒータ電極層50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、このような構成の板状部材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充填および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、例えば板状部材10と同径の、または、板状部材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の上面S3は、特許請求の範囲における第3の表面に相当し、ベース部材20の下面S4は、特許請求の範囲における第4の表面に相当する。
ベース部材20は、板状部材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部30によって、板状部材10に接合されている。接着部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。接着部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、接着部30を介したベース部材20と板状部材10との間の伝熱(熱引き)により板状部材10が冷却され、板状部材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の温度分布の制御が実現される。
A-2.ヒータ電極層50およびヒータ電極層50への給電のための構成:
次に、ヒータ電極層50の構成およびヒータ電極層50への給電のための構成について詳述する。上述したように、板状部材10には、ヒータ電極層50と、ヒータ電極層50への給電のためのドライバ51および各種ビア53,54とが配置されている。また、静電チャック100には、ヒータ電極層50への給電のための他の構成(後述する端子用孔Htに収容された給電端子72等)が設けられている。図4は、ヒータ電極層50およびヒータ電極層50への給電のための構成を模式的に示す説明図である。図4の上段には、板状部材10に配置されたヒータ電極層50の一部のYZ断面構成が模式的に示されており、図4の中段には、板状部材10に配置されたドライバ51の一部のXY平面構成が模式的に示されており、図4の下段には、ヒータ電極層50への給電のための他の構成のYZ断面構成が模式的に示されている。また、図5は、後述する端子用孔Htの周辺部(図4におけるX1部)のYZ断面構成を拡大して示す説明図である。
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、板状部材10に、面方向(Z軸方向に直交する方向)に並ぶ複数の仮想的な領域であるセグメントSE(図3において一点鎖線で示す)が設定されている。より詳細には、Z軸方向視で、板状部材10が、吸着面S1の中心点CP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CP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、径方向RDに延びる複数の第2の境界線BL2によって円周方向CD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の上段には、一例として、板状部材10に設定された3つのセグメントSEが示されている。
図4の上段に示すように、ヒータ電極層50は、複数のヒータ電極500を含んでいる。ヒータ電極層50に含まれる複数のヒータ電極500のそれぞれは、板状部材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つのヒータ電極500が配置されている。換言すれば、板状部材10において、1つのヒータ電極500が配置された部分(主として該ヒータ電極500により加熱される部分)が、1つのセグメントSEとなる。
図6は、各セグメントSEに配置されたヒータ電極500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。図6には、2つのセグメントSEに配置された2つのヒータ電極500のXY断面構成が示されている。図6に示すように、ヒータ電極500は、Z軸方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部503と、ヒータライン部503の両端部に接続されたヒータパッド部504とを有する。本実施形態では、ヒータライン部503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に配置されたヒータ電極500の構成も同様である。
また、図4の中段に示すように、板状部材10に配置されたドライバ51は、複数の導電領域(導電ライン)510を有している。複数の導電領域510は、個別導電領域510iと、共通導電領域510cと、を含んでいる。個別導電領域510iは、ビア53を介して1つのヒータ電極500に電気的に接続された導電領域510である。一方、共通導電領域510cは、ビア53を介して複数のヒータ電極500に電気的に接続された導電領域510である。図4の例では、共通導電領域510cは、3つのヒータ電極500のすべてに電気的に接続されている。
また、図2、図4の下段および図5に示すように、静電チャック100には、複数の端子用孔Htが形成されている。図5に示すように、各端子用孔Htは、ベース部材20を上面S3から下面S4まで貫通する第1の貫通孔22と、接着部30を上下方向に貫通する第2の貫通孔32と、板状部材10の下面S2側に形成された凹部12とが、互いに連通することにより構成された一体の孔である。端子用孔Htの延伸方向に直交する断面形状は任意に設定できるが、例えば、円形や四角形、扇形等である。また、板状部材10の下面S2における各端子用孔Htに対応する位置(Z軸方向において端子用孔Htと重なる位置)には、導電性材料により構成された複数の給電パッド70が形成されている。各給電パッド70は、ビア54を介して、ドライバ51の導電領域510(個別導電領域510iまたは共通導電領域510c)に電気的に接続されている。
各端子用孔Htには、導電性材料により構成された複数の給電端子72が収容されている。各給電端子72は、基部74と、基部74から延びる棒状部76とを有している。給電端子72の基部74は、例えばろう材78を用いたろう付けにより給電パッド70に接合されている。
また、各端子用孔Ht内において、各給電端子72は、コネクタ形状の絶縁部材90に形成された複数の凹部91のそれぞれに収容されている。すなわち、1つの端子用孔Htに収容された複数の給電端子72は、互いに絶縁部材90を挟んで面方向に並んでいる。また、各給電端子72は、電源PS(図2)に接続された配線(例えば、ジャンパー線)80に電気的に接続されている。なお、絶縁部材90は、例えば、耐熱性のある樹脂(ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等)により形成されている。また、本実施形態では、絶縁部材90の各凹部91は、1つの給電端子72と1つの給電パッド70とを一体的に取り囲むように構成されている。
本実施形態では、静電チャック100に設けられた複数の給電端子72は、個別給電端子72iと、共通給電端子72cとを含んでいる。個別給電端子72iは、給電パッド70と、ビア54と、ドライバ51の個別導電領域510iと、ビア53とを介して、1つのヒータ電極500に電気的に接続された給電端子72である。一方、共通給電端子72cは、給電パッド70と、ビア54と、ドライバ51の共通導電領域510cと、ビア53とを介して、複数のヒータ電極500に電気的に接続された給電端子72である。すなわち、本実施形態の静電チャック100では、複数のヒータ電極500のそれぞれの一端は、互いに異なる個別給電端子72iと電気的に接続されており、複数のヒータ電極500のそれぞれの他端は、(1つまたは複数の)共通給電端子72cと電気的に接続されており、各ヒータ電極500は互いに並列接続の関係にある。例えば、図4の下段に示された端子用孔Htに収容された6つの給電端子72の内、右側の3つの給電端子72は、3つのセグメントSEに配置された3つのヒータ電極500のそれぞれに対して電気的に接続された3つの個別給電端子72iである。また、左側の3つの給電端子72は、3つのセグメントSEに配置された3つのヒータ電極500のすべてに対して電気的に接続された3つの共通給電端子72cである。
静電チャック100には端子用孔Htが設けられるため、図2に示すように、板状部材10には、Z軸方向視で端子用孔Htに重なる部分(以下、「端子用孔Htとの重複部分P1」または単に「重複部分P1」という)と、端子用孔Htとの重複部分P1以外の部分(すなわち、Z軸方向視で端子用孔Htに重ならない部分であり、以下、「端子用孔Htとの非重複部分P2」または単に「非重複部分P2」という)と、が存在することとなる。板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1は、特許請求の範囲における第1の部分に相当し、板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2は、特許請求の範囲における第2の部分に相当する。
本実施形態の静電チャック100では、上述した板状部材10におけるセグメントSE分け(すなわち、板状部材10におけるヒータ電極500の配置設定)に関して、端子用孔Htの位置が考慮されている。具体的には、図3および図4に示すように、板状部材10における1つの端子用孔Htとの重複部分P1が、1つのセグメントSEと略一致するように、セグメントSE分けが行われている。換言すれば、板状部材10における1つの端子用孔Htとの重複部分P1に、1つのヒータ電極500が配置されている。
なお、以下の説明では、板状部材10に設定された複数のセグメントSEの内、端子用孔Htとの重複部分P1と略一致するセグメントSEを特に示す場合には「第1のセグメントSE1」といい、第1のセグメントSE1以外のセグメントSE(すなわち、端子用孔Htとの非重複部分P2に設定されたセグメントSE)を特に示す場合には「第2のセグメントSE2」という。
また、以下の説明では、板状部材10に配置された複数のヒータ電極500の内、端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置されたヒータ電極500を特に示す場合には「第1のヒータ電極501」といい、端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置されたヒータ電極500を特に示す場合には「第2のヒータ電極502」という。ここで、本明細書では、第1のヒータ電極501が板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1に配置されているとは、第1のヒータ電極501のヒータライン部503の延伸方向D1の全体にわたって、ヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が端子用孔Htとの重複部分P1に配置されていることを意味する。すなわち、第1のヒータ電極501が板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1に配置されているとは、図6に示す本実施形態のように、第1のヒータ電極501のヒータライン部503の全体が端子用孔Htとの重複部分P1に配置されている状態に加えて、図7に示す変形例のように、ヒータライン部503の幅方向D2の一部(503a)が端子用孔Htとの重複部分P1に配置され、かつ、ヒータライン部503の幅方向D2の他の一部(503b)が端子用孔Htとの重複部分P1の外(すなわち、端子用孔Htとの非重複部分P2)に配置された状態を含む。
また、本実施形態の静電チャック100では、ヒータライン部503が端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)と端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)とにまたがった構成のヒータ電極500は存在しない。より詳細には、本実施形態の静電チャック100では、ヒータライン部503の延伸方向D1の一の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の全体が端子用孔Htとの非重複部分P2に配置され、かつ、ヒータライン部503の延伸方向D1の他の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が端子用孔Htとの重複部分P1に配置された構成のヒータ電極500は存在しない。
また、図6および図7に示すように、本実施形態では、端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501は、端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502と比較して、ヒータライン部503の線幅が細くなっており、その結果、ヒータライン部503の延伸方向D1に直交する断面積が小さくなっている。そのため、第1のヒータ電極501は、第2のヒータ電極502と比較して、Z軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高くなっている。
また、図4に示すように、端子用孔Htには、温度センサ92が収容されている。温度センサ92は、例えば、熱電対を用いて構成されており、温度を検知するセンサである。図6および図7に示すように、温度センサ92は、Z軸方向視で、端子用孔Htの中心に近い位置(すなわち、第1のセグメントSE1の中心に近い位置)に設置されている。
このような構成の静電チャック100において、電源PSから配線80、給電端子72(個別給電端子72iおよび共通給電端子72c)、給電パッド70、ビア54、ドライバ51の導電領域510(個別導電領域510iおよび共通導電領域510c)およびビア53を介して、ヒータ電極500に電圧が印加されると、ヒータ電極500が発熱する。これにより、ヒータ電極500が配置されたセグメントSEが加熱され、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御(ひいては、板状部材10の吸着面S1に保持されたウェハWの温度分布の制御)が実現される。
本実施形態の静電チャック100では、端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501については、端子用孔Htに配置された温度センサ92による温度検知結果に従い、第1のヒータ電極501への印加電圧の制御(すなわち、第1のヒータ電極501の発熱量の制御)が実行される。また、端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502については、ヒータライン部503の抵抗値の測定結果に基づく温度推定結果に従い、第2のヒータ電極502への印加電圧の制御(すなわち、第2のヒータ電極502の発熱量の制御)が実行される。
A-3.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の静電チャック100は、板状部材10と、ベース部材20とを備える。板状部材10は、Z軸方向に略直交する略平面状の吸着面S1と、吸着面S1とは反対側の下面S2とを有する。ベース部材20は、上面S3と、上面S3とは反対側の下面S4とを有し、上面S3が板状部材10の下面S2に対向するように配置されている。ベース部材20には、上面S3から下面S4まで貫通する第1の貫通孔22が形成されている。また、本実施形態の静電チャック100は、板状部材10に配置された複数のヒータ電極500と、ヒータ電極500に電気的に接続された給電端子72とを備える。各ヒータ電極500は、Z軸方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部503を有する。また、本実施形態の静電チャック100は、板状部材10の下面S2とベース部材20の上面S3との間に配置されて板状部材10とベース部材20とを接着する接着部30を備える。接着部30には、ベース部材20の第1の貫通孔22と連通して、給電端子72が収容された端子用孔Htを第1の貫通孔22と共に構成する第2の貫通孔32が形成されている。また、板状部材10は、Z軸方向視で端子用孔Htに重なる部分(端子用孔Htとの重複部分P1)と、重複部分P1以外の部分(端子用孔Htとの非重複部分P2)とを含む。また、静電チャック100が備える複数のヒータ電極500は、図6および図7に示すように、ヒータライン部503の延伸方向D1の全体にわたって、ヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501と、第1のヒータ電極501と並列接続の関係にあり、ヒータライン部503の全体が板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502とを含む。本実施形態の静電チャック100は、このような構成を有するため、以下に詳述するように、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性を向上させることができる。
図8は、比較例における1つのセグメントSEに配置された1つのヒータ電極500のXY断面構成を模式的に示す説明図である。図8に示す比較例では、板状部材10におけるセグメントSE分け(すなわち、板状部材10におけるヒータ電極500の配置設定)に関して端子用孔Htの位置が考慮されておらず、1つの端子用孔Htとの重複部分P1に略一致するセグメントSEが存在しない。そのため、図8に示す比較例では、1つのヒータ電極500のヒータライン部503が、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2とにまたがって配置されている。ここで、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)と非重複部分P2(第2のセグメントSE2)とでは、板状部材10とベース部材20との間の熱伝達(例えば、ベース部材20による板状部材10からの熱引き)に関する条件が異なる。そのため、図8に示す比較例のように、1つのヒータ電極500のヒータライン部503が、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2とにまたがって配置された構成では、該ヒータ電極500への電圧印加時において、上記熱伝達に関する条件の相違に起因して、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1の温度と非重複部分P2の温度との差が大きくなり、その結果、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)が低下するおそれがある。
また、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2とにまたがって配置されたヒータ電極500において、端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2との上記熱伝達に関する条件の相違を補償するように、該ヒータ電極500の内、端子用孔Htとの重複部分P1に位置する部分と非重複部分P2に位置する部分とで構成(例えば、線幅等)を異ならせることも考えられる。しかしながら、そのようにしても、環境条件の変化(例えばプラズマのオン/オフに伴う温度変化)に伴って端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2との上記熱伝達に関する条件の相違の程度は異なり得るため、やはり端子用孔Htとの重複部分P1の温度と非重複部分P2の温度との差が大きくなり、その結果、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)が低下するおそれがある。
これに対し、本実施形態の静電チャック100は、ヒータライン部503の延伸方向D1の全体にわたって、ヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501と、第1のヒータ電極501と並列接続の関係にあり、ヒータライン部503の全体が板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502とを含む。そのため、本実施形態の静電チャック100では、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2との上記熱伝達に関する条件の相違を補償するように、第1のヒータ電極501と第2のヒータ電極502とを個別に制御することにより、端子用孔Htとの重複部分P1の温度と非重複部分P2の温度とを個別に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、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)を向上させることができる。
特に、図6に示すように、本実施形態の静電チャック100では、図7に示す変形例と異なり、第1のヒータ電極501のヒータライン部503の全体が、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1に配置されている。そして、本実施形態の静電チャック100では、ヒータライン部503の延伸方向D1の一の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2に配置され、かつ、ヒータライン部503の延伸方向D1の他の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1に配置された構成のヒータ電極500は存在しない。そのため、本実施形態の静電チャック100では、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2との上記熱伝達に関する条件の相違を効果的に補償するように、第1のヒータ電極501と第2のヒータ電極502とを個別に制御することにより、端子用孔Htとの重複部分P1の温度と非重複部分P2の温度とを個別に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、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)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、ヒータライン部503が端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)と端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)とにまたがった構成のヒータ電極500は存在しない。より詳細には、本実施形態の静電チャック100では、ヒータライン部503の延伸方向D1の一の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の全体が端子用孔Htとの非重複部分P2に配置され、かつ、ヒータライン部503の延伸方向D1の他の位置においてヒータライン部503の幅方向D2の少なくとも一部が端子用孔Htとの重複部分P1に配置された構成のヒータ電極500は存在しない。そのため、本実施形態の静電チャック100では、ヒータライン部503が端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2とにまたがった構成のヒータ電極500の存在によって重複部分P1の温度と非重複部分P2の温度との制御の精度が低下す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100によれば、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)を一層効果的に向上させることができる。
また、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)は、端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)と比較して、ベース部材20による熱引き量が少ない分、高温となりやすい。本実施形態の静電チャック100では、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1に配置された第1のヒータ電極501は、非重複部分P2に配置された第2のヒータ電極502と比較して、Z軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高い。そのため、第1のヒータ電極501と第2のヒータ電極502とに同じ電圧を印加した場合において、第1のヒータ電極501の発熱量を第2のヒータ電極502の発熱量より小さくすることができる。従って、本実施形態の静電チャック100によれば、容易に(比較的単純な制御により)、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1と非重複部分P2との上記熱伝達に関する条件の相違を補償することができ、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)を効果的に向上させることができる。本実施形態の静電チャック100では、ベース部材20に冷媒流路21が形成されているが、ベース部材20における端子用孔Htの位置には冷媒流路21を配置できない。そのため、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1は、端子用孔Htとの非重複部分P2と比較して冷却されにくく、非重複部分P2よりも温度が高い温度特異点となりやすい。本実施形態の静電チャック100では、上述したように、重複部分P1に配置された第1のヒータ電極501の発熱量を、非重複部分P2に配置された第2のヒータ電極502の発熱量より小さくすることができるため、そのような温度特異点の発生を抑制することができ、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)を効果的に向上させることができるのである。
また、本実施形態の静電チャック100は、さらに、端子用孔Ht内に収容された温度センサ92を備える。そのため、端子用孔Ht内に収容された温度センサ92による温度検知結果に基づき、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501を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、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1の温度を精度良く制御することができ、板状部材10の吸着面S1の温度分布の制御性(ひいては、静電チャック100に保持されるウェハWの温度分布の制御性)を極めて効果的に向上させることができる。
B.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、各ヒータ電極500の一端が3つの共通給電端子72cと電気的に接続されているが、各ヒータ電極500に電気的に接続される共通給電端子72cの個数は、2つ以下であってもよいし、4つ以上であってもよい。また、上記実施形態では、各ヒータ電極500の一端が個別給電端子72iと電気的に接続され、他端が共通給電端子72cと電気的に接続されているが、各ヒータ電極500の両端が個別給電端子72iと電気的に接続されるとしてもよい。
また、上記実施形態では、ドライバ51のZ軸方向における位置に関し、ドライバ51の全体が同一位置にある(すなわち、ドライバ51が単層構成である)としているが、ドライバ51の一部が異なる位置にある(すなわち、ドライバ51が複数層構成である)としてもよい。また、上記実施形態では、各ヒータ電極500はドライバ51を介して給電端子72に電気的に接続されているが、各ヒータ電極500がドライバ51を介さずに給電端子72に電気的に接続されるとしてもよい。
また、上記実施形態では、端子用孔Htに温度センサ92が収容されているが、必ずしも端子用孔Htに温度センサ92が収容されている必要はない。端子用孔Htに温度センサ92が収容されていない場合には、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501への印加電圧の制御は、例えば、ヒータライン部503の抵抗値の測定結果に基づく温度推定結果に従い実行される。また、上記実施形態では、板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502への印加電圧の制御は、ヒータライン部503の抵抗値の測定結果に基づく温度推定結果に従い実行されるとしているが、非重複部分P2についても温度センサが設けられて、該温度センサによる温度検知結果に従い第2のヒータ電極502への印加電圧の制御が実行されるとしてもよい。
また、上記実施形態では、板状部材10における端子用孔Htとの重複部分P1(第1のセグメントSE1)に配置された第1のヒータ電極501は、板状部材10における端子用孔Htとの非重複部分P2(第2のセグメントSE2)に配置された第2のヒータ電極502と比較して、ヒータライン部503の線幅が細くなっていることによりZ軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高くなっているが、ヒータライン部503の厚さが薄くなっていることによりZ軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高くなっているとしてもよいし、ヒータライン部503の線長が長くなっていることによりZ軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高くなっているとしてもよい。また、必ずしも第1のヒータ電極501が第2のヒータ電極502と比較してZ軸方向視での単位面積あたりの抵抗が高くなっている必要はない。
また、上記実施形態における給電端子72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、給電端子72が、フレキシブルプリント配線板(FPC)や実装コネクタを用いて構成されているとしてもよい。
また、上記実施形態におけるセグメントSEの設定態様(セグメントSEの個数や、個々のセグメントSEの形状等)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CD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、静電チャック100において、必ずしもセグメントSEが設定されている必要はない。
また、上記実施形態では、複数のセグメントSEのそれぞれに1つのヒータ電極500が配置されているが、少なくとも1つのセグメントSEについて、1つのセグメントSEに、同一の制御が行われる複数のヒータ電極500が配置されるとしてもよい。この場合には、板状部材10において、同一の制御が行われる複数のヒータ電極500が配置された部分(主として該複数のヒータ電極500により加熱される部分)が、1つのセグメントSEとなる。
なお、板状部材10に非常に多くの(例えば100個以上の)のセグメントSEが設定された構成では、板状部材10に配置されるヒータ電極500の個数が非常に多くなり、それに伴ってヒータ電極500への給電のための給電端子72の個数が非常に多くなり、端子用孔Htの個数や、各端子用孔Htに収容される給電端子72の個数が非常に多くなりやすいため、そのような構成に本発明を適用すると特に効果的である。
また、上記実施形態の静電チャック100の各部材(板状部材10、ベース部材20、接着部30等)の形成材料は、あくまで一例であり、種々変更可能である。
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、上記実施形態において、各ビアは、ビア部分のみからなる単層構成であってもよいし、複数層構成(例えば、ビア部分とパッド部分とビア部分とが積層された構成)であってもよい。
また、上記実施形態では、板状部材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、板状部材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、板状部材10とベース部材20とを備え、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、板状部材と、ベース部材と、板状部材とベース部材とを接着する接着部と、板状部材に配置されたヒータ電極と、ヒータ電極に電気的に接続された給電端子とを備え、板状部材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。
10:板状部材 12:凹部 20:ベース部材 21:冷媒流路 22:第1の貫通孔 30:接着部 32:第2の貫通孔 40:チャック電極 50:ヒータ電極層 51:ドライバ 53:ビア 54:ビア 70:給電パッド 72:給電端子 72c:共通給電端子 72i:個別給電端子 74:基部 76:棒状部 78:ろう材 80:配線 90:絶縁部材 91:凹部 92:温度センサ 100:静電チャック 500:ヒータ電極 501:第1のヒータ電極 502:第2のヒータ電極 503:ヒータライン部 504:ヒータパッド部 510:導電領域 510c:共通導電領域 510i:個別導電領域 BL1:第1の境界線 BL2:第2の境界線 CD:円周方向 CP:中心点 Ht:端子用孔 P1:重複部分 P2:非重複部分 PS:電源 RD:径方向 S1:吸着面 S2:下面 S3:上面 S4:下面 SE:セグメント W:ウェハ

Claims (5)

  1. 第1の方向に略直交する略平面状の第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面と、有する板状部材と、
    第3の表面と、前記第3の表面とは反対側の第4の表面と、を有し、前記第3の表面が前記板状部材の前記第2の表面に対向するように配置され、前記第3の表面から前記第4の表面まで貫通する第1の貫通孔が形成されたベース部材と、
    前記板状部材に配置された複数のヒータ電極であって、それぞれ前記第1の方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部を有する複数のヒータ電極と、
    前記ヒータ電極に電気的に接続された給電端子と、
    前記板状部材の前記第2の表面と前記ベース部材の前記第3の表面との間に配置されて前記板状部材と前記ベース部材とを接着すると共に、前記ベース部材の前記第1の貫通孔と連通して、前記給電端子が収容された端子用孔を前記第1の貫通孔と共に構成する第2の貫通孔が形成された接着部と、
    を備え、前記板状部材の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、
    前記板状部材は、
    前記第1の方向視で前記端子用孔に重なる第1の部分と、
    前記第1の方向視で前記ベース部材における前記端子用孔以外の部分に重なる第2の部分と、
    を含み、
    前記複数のヒータ電極は、
    前記ヒータライン部の延伸方向の全体にわたって、前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が、前記板状部材における前記第1の部分に配置された第1のヒータ電極と、
    前記第1のヒータ電極と並列接続の関係にあり、前記ヒータライン部の全体が、前記板状部材における前記第2の部分に配置された第2のヒータ電極と、
    を含む、
    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、
    前記第1のヒータ電極の前記ヒータライン部の全体は、前記板状部材における前記第1の部分に配置されている、
    ことを特徴とする保持装置。
  3. 第1の方向に略直交する略平面状の第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面と、有する板状部材と、
    第3の表面と、前記第3の表面とは反対側の第4の表面と、を有し、前記第3の表面が前記板状部材の前記第2の表面に対向するように配置され、前記第3の表面から前記第4の表面まで貫通する第1の貫通孔が形成されたベース部材と、
    前記板状部材に配置された複数のヒータ電極であって、それぞれ前記第1の方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部を有する複数のヒータ電極と、
    前記ヒータ電極に電気的に接続された給電端子と、
    前記板状部材の前記第2の表面と前記ベース部材の前記第3の表面との間に配置されて前記板状部材と前記ベース部材とを接着すると共に、前記ベース部材の前記第1の貫通孔と連通して、前記給電端子が収容された端子用孔を前記第1の貫通孔と共に構成する第2の貫通孔が形成された接着部と、
    を備え、前記板状部材の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、
    前記板状部材は、
    前記第1の方向視で前記端子用孔に重なる第1の部分と、
    前記第1の部分以外の部分である第2の部分と、
    を含み、
    前記複数のヒータ電極は、
    前記ヒータライン部の延伸方向の全体にわたって、前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が、前記板状部材における前記第1の部分に配置された第1のヒータ電極と、
    前記第1のヒータ電極と並列接続の関係にあり、前記ヒータライン部の全体が、前記板状部材における前記第2の部分に配置された第2のヒータ電極と、
    を含み、
    前記複数のヒータ電極は、前記ヒータライン部の延伸方向の一の位置において前記ヒータライン部の幅方向の全体が前記板状部材における前記第2の部分に配置され、かつ、前記ヒータライン部の延伸方向の他の位置において前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が前記板状部材における前記第1の部分に配置された前記ヒータ電極を含まない、
    ことを特徴とする保持装置。
  4. 第1の方向に略直交する略平面状の第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面と、有する板状部材と、
    第3の表面と、前記第3の表面とは反対側の第4の表面と、を有し、前記第3の表面が前記板状部材の前記第2の表面に対向するように配置され、前記第3の表面から前記第4の表面まで貫通する第1の貫通孔が形成されたベース部材と、
    前記板状部材に配置された複数のヒータ電極であって、それぞれ前記第1の方向視で線状の抵抗発熱体であるヒータライン部を有する複数のヒータ電極と、
    前記ヒータ電極に電気的に接続された給電端子と、
    前記板状部材の前記第2の表面と前記ベース部材の前記第3の表面との間に配置されて前記板状部材と前記ベース部材とを接着すると共に、前記ベース部材の前記第1の貫通孔と連通して、前記給電端子が収容された端子用孔を前記第1の貫通孔と共に構成する第2の貫通孔が形成された接着部と、
    を備え、前記板状部材の前記第1の表面上に対象物を保持する保持装置において、
    前記板状部材は、
    前記第1の方向視で前記端子用孔に重なる第1の部分と、
    前記第1の部分以外の部分である第2の部分と、
    を含み、
    前記複数のヒータ電極は、
    前記ヒータライン部の延伸方向の全体にわたって、前記ヒータライン部の幅方向の少なくとも一部が、前記板状部材における前記第1の部分に配置された第1のヒータ電極と、
    前記第1のヒータ電極と並列接続の関係にあり、前記ヒータライン部の全体が、前記板状部材における前記第2の部分に配置された第2のヒータ電極と、
    を含み、
    前記第1のヒータ電極は、前記第2のヒータ電極と比較して、前記第1の方向視での単位面積あたりの抵抗が高い、
    ことを特徴とする保持装置。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の保持装置において、さらに、
    前記端子用孔内に収容された温度センサを備える、
    ことを特徴とする保持装置。
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