JPWO2018143288A1 - 保持装置 - Google Patents

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Abstract

本開示の一つの局面における保持装置は、厚み方向の一方に主面を有する保持基板を備えるとともに、前記保持基板の内部に、通電により発熱する発熱部が配置されている。前記発熱部は、前記保持基板の厚み方向と直交する平面方向に配置された複数の第1の発熱体と、前記厚み方向において前記複数の第1の発熱体よりも前記一方の主面側に配置された第2の発熱体と、を備えている。前記複数の第1の発熱体のいずれかと前記第2の発熱体とは、前記保持基板内にて前記厚み方向に伸びている第1のビアによって電気的に直列に接続されている。

Description

関連出願の相互参照
本国際出願は、2017年2月1日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017−16751号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2017−16751号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
本開示は、例えば、例えば半導体ウェハ等の被加工物を加熱できる保持装置に関する。
従来、半導体製造装置では、半導体ウェハ(例えばシリコンウェハ)に対して、ドライエッチング(例えばプラズマエッチング)等の処理が行われている。このドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そこで、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが用いられている。
この静電チャックには、吸着面に吸着された半導体ウェハの温度を調節する機能を有するものがある。例えば、セラミック基板内に線状の発熱体を配置したセラミックヒータを用いて、吸着面上の半導体ウェハを加熱する技術がある。
さらに、静電チャックの加熱を精密に行うために、セラミック基板を平面視で複数の加熱ゾーン(即ち加熱領域)に区分したセラミックヒータも開発されている。具体的には、各加熱ゾーンに各加熱ゾーンを独立して加熱することができる発熱体を配置して、セラミック基板の温度調節機能を向上させた多ゾーンヒータ付きセラミックヒータも提案されている(特許文献1、2参照)。
しかも、近年では、より精度の高い温度制御のために、更なる多ゾーン化(マルチゾーン化)の要求が高くなっており、例えば100以上の加熱ゾーンも検討されている。
特開2005−166354号公報 米国特許出願公開第2016/027678号明細書
しかしながら、加熱ゾーンの数を多くする場合には、1つの加熱ゾーンの面積が小さくなるので、例えば発熱体の線幅を狭くする等の対策だけでは、発熱体の抵抗値を高くすることができないという問題があった。
詳しくは、各発熱体がそれぞれ所定の発熱量にて発熱するためには、所定の抵抗値の発熱体に対して所定の電流値の電流を流す必要があるが、加熱ゾーンの数が非常に多くなる場合には、多くの電流を流す大型の電源が必要になり、実際的ではない。
そこで、電流値を抑えるためには、発熱体の抵抗値を上げることが考えられるが、例えば発熱体の線幅を狭くする等の対策だけでは、抵抗値を十分に高くすることができない。
本開示の一側面においては、セラミックヒータのマルチゾーン化を促進する場合に、発熱体の抵抗値を高めることができる保持装置を提供することが望ましい。
(1)本開示の一つの局面における保持装置は、厚み方向の一方に主面を有する保持基板を備えるとともに、保持基板の内部に、通電により発熱する発熱部が配置された保持装置に関する。
この保持装置では、発熱部は、保持基板の厚み方向と直交する平面方向に配置された複数の第1の発熱体と、厚み方向において複数の第1の発熱体よりも一方の主面側に配置された第2の発熱体と、を備え、複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とは、保持基板内にて厚み方向に伸びている第1のビアによって電気的に直列に接続されている。
本保持装置は、保持基板の平面方向に複数の第1の発熱体が配置された構成を有する。つまり、平面方向において、各第1の発熱体に対応して、それぞれ加熱ゾーンが設けられて多ゾーン化(即ちマルチゾーン化)が図られた装置である。
この保持装置では、このようなマルチゾーン化された装置において、複数の第1の発熱体と複数の第1の発熱体よりも一方の主面側に配置された第2の発熱体とを備えている。つまり、厚み方向において異なる位置に複数の第1の発熱体と第2の発熱体とを配置している。そして、複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とを第1のビアによって電気的に直列に接続している。よって、この複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とが接続された発熱体(以下直列発熱体と記すこともある)の抵抗値を大きくすることができる。
つまり、このような平面視でマルチゾーン化された保持装置では、加熱ゾーン数が増加すると、各加熱ゾーンの面積が小さくなるので、一つの発熱体の抵抗値を高めることは容易ではないが、本保持装置では、平面視で1つの加熱ゾーンの面積が小さくなっても、1つの加熱ゾーンに配置された直列発熱体の抵抗値を容易に大きくすることができる。即ち、複数の第1の発熱体と第2の発熱体とを厚み方向で異なる位置に設けているので、各直列発熱体の占める平面視での面積を増やすことなく、直列発熱体の抵抗値を大きくすることができる。
これにより、直列発熱体に流す電流の電流値を小さくしても、目的とする発熱量を確保できるので、電流を供給するための装置構成を小規模なものにすることができるという顕著な効果を奏する。
なお、この保持装置では、厚み方向において異なる位置に、複数の第1発熱体と第2発熱体とが配置されているので、保持基板が、厚み方向の両側に主面を有している場合には、第2の発熱体は、複数の第1の発熱体に対して、どちらの主面側に配置されていてもよい。例えば、静電チャックのセラミックヒータ等の場合には、第2発熱体は、吸着面側に配置されていてもよいし、吸着面側と反対の面側に配置されていてもよい。
また、この保持装置では、第1の発熱体は複数配置されているので、例えば、各第1の発熱体にそれぞれ第2の発熱体が接続された構成を採用することができる。なお、複数の第1の発熱体のうち、全てに第2の発熱体が接続されている構成以外に、複数の第1の発熱体のうちの一部(即ち1又は複数個)の第1の発熱体に、第2の発熱体が接続された構成を採用できる(以下、同様)。
(2)上述の保持装置では、保持基板は、厚み方向から見た平面視で、複数の加熱ゾーンに区分されるとともに、複数の加熱ゾーンのうち少なくとも一つに、複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とが配置されていてもよい。
従って、各加熱ゾーンにおいて、例えば所定の第1の発熱体とこの第1の発熱体に接続された所定の第2の発熱体に対して、それぞれ通電する際に、例えば電流や電圧等の通電状態を制御することにより、各加熱ゾーン毎に個別に温度を制御することができる。
(3)上述の保持装置では、外部からの電力を受ける端子に電気的に接続される給電用導通部を備えるとともに、給電用導通部は、複数の第1の発熱体のいずれかに電気的に接続された給電用ビアと、給電用ビアに電気的に接続され、導電性を有する内部配線層と、内部配線層と電気的に接続されるとともに、端子に電気的に接続される端子側ビアと、を備えていてもよい。
この構成によって、外部(従って端子)から供給された電力を、端子側ビア、内部配線層、給電用ビアを介して、複数の第1の発熱体のいずれか(従って発熱部)に供給することができる。
また、給電用導電部から、内部配線層を介して、複数の第1の発熱体のいずれか(従って発熱部)に、電力を供給することができる。なお、各加熱ゾーン毎に、個別に温度制御を行うようにすることもできる。
(4)上述の保持装置では、給電用導通部は、保持基板において一方の主面側と反対側の他方の主面側に設けられていてもよい。
このように、保持装置の他方の主面側に、発熱部に給電する構成である給電用導通部をまとめて配置してもよい。この場合には、一方の主面側には、発熱部に給電する構成を設けなくてもよい。例えばセラミックヒータを備えた静電チャックにおいて、セラミックヒータの一方の主面側を、半導体ウェハを吸着するための吸着面に用いるなど、所望の構成にできるという利点がある。
(5)上述の保持装置では、平面視で、給電用ビアと第1のビアとは、少なくとも一部が重ならないように配置されていてもよい。
平面視で、給電用ビアや第1のビアのある部分は、各加熱ゾーン内の発熱体における給電用ビアや第1のビアのない部分に比べて温度が低くなるので、この保持装置では、平面視で、給電用ビアや第1のビアが重ならないように配置している。これによって、各加熱ゾーンの平面方向における温度分布を均一化することができる。
(6)上述の保持装置では、発熱部は、厚み方向において、複数の第1の発熱体および第2の発熱体とは異なる位置に配置された第3の発熱体を備え、第2の発熱体と第3の発熱体とは、厚み方向に伸びている第2のビアによって電気的に直列に接続され、第1のビアと第2のビアとは、平面視で、少なくとも一部が重ならないように配置されていてもよい。
この保持装置では、厚み方向に沿って配置された異なる3つの平面(即ち厚み方向と垂直な平面)に、複数の第1の発熱体、第2の発熱体、第3の発熱体が、例えば、この順番で配置されており、複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とは第1のビアで接続され、第2の発熱体と第3の発熱体とは第2のビアで接続されている。
また、平面視で、第1のビアや第2のビアのある部分は、各加熱ゾーン内の発熱体における第1のビアや第2のビアのない部分に比べて温度が低くなる。この保持装置では、温度が低い第1のビアと第2のビアとが重ならないように配置されているので、各加熱ゾーンの平面方向における温度分布を均一化することができる。
なお、第2の発熱体が複数ある場合には、複数の第2の発熱体の全てに第3の発熱体が接続されている構成や、複数の第2の発熱体のうちの一部(即ち1又は複数個)の第2の発熱体に、第3の発熱体が接続された構成を採用できる(以下、同様)。
(7)上述の保持装置では、発熱部は、厚み方向において、複数の第1の発熱体および第2の発熱体とは異なる位置に配置された第3の発熱体を備え、第2の発熱体と第3の発熱体とは、厚み方向に伸びている第2のビアによって電気的に直列に接続されている。さらに、平面視で、第1のビアと第3の発熱体とが、少なくとも一部が重なるように配置され、かつ、平面視で、第2のビアと複数の第1の発熱体のいずれかとが、少なくとも一部が重なるように配置されている。
この保持装置では、厚み方向に沿って配置された異なる3つの平面に、複数の第1の発熱体、第2の発熱体、第3の発熱体が、例えば、この順番で配置されており、複数の第1の発熱体のいずれかと第2の発熱体とは第1のビアで接続され、第2の発熱体と第3の発熱体とは第2のビアで接続されている。
さらに、この保持装置では、各加熱ゾーン内において相対的に温度が低い第1のビアと、各加熱ゾーン内において相対的に温度が高い第3の発熱体とが、少なくとも一部が重なるように配置され、かつ、各加熱ゾーン内において相対的に温度が低い第2のビアと、各加熱ゾーン内において相対的に温度が高い複数の第1の発熱体のいずれかとが、少なくとも一部が重なるように配置されているので、各加熱ゾーンの平面方向における温度分布を均一化することができる。
(8)上述の保持装置では、平面視で、複数の第1の発熱体のうち少なくとも一つは、第1のビアの周囲に配置された第1部分と、第1のビアに対して第1部分より離れた箇所に配置された第2部分と、を有し、第1部分の単位面積当たりの発熱量は、第2部分の単位面積当たりの発熱量よりも大であってもよい。
ビアは、発熱体の部分よりも温度が低くなるので、第1のビアの周囲に配置された第1部分の単位面積当たりの発熱量を、第1のビアの周囲から離れた箇所に配置された第2部分の単位面積当たりの発熱量より大とすることにより、各加熱ゾーンの平面方向における温度分布を均一化することができる。
<以下に、本開示の各構成例について説明する>
・保持基板は板状の部材であり、この保持基板としては、例えば、セラミックを主成分(50質量%以上)とするセラミック基板が挙げられる。また、保持基板としては、セラミック基板等の主面側に、内部等に発熱体を有する樹脂製のヒータ(例えば板状のヒータ)を貼り付けた複合基板が挙げられる。
なお、このセラミックの材料としては、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム(イットリア)等が挙げられる。
・主面とは、保持基板の表面のうち、厚み方向における保持基板の主なる表面を示しており、厚み方向の垂直方向の側面とは異なる表面であって、側面の表面積より大きな表面積を有している。
・給電用導電部は、例えばタングステン、モリブデン等の導電材料を含む導電部分である。
・第1のビアや第2のビア等の各ビアは、層の厚み方向の両側を導通させるための構成であり、例えば、厚み方向に伸びて層を貫通する孔(貫通孔)に、導電材料として、例えばタングステン、モリブデン等が充填されたものや、前記孔の内周面等に、メッキ等によって、例えばタングステン、モリブデン等からなる導電層が形成されたものが挙げられる。
・発熱部(従って発熱体)は、通電によって発熱する抵抗発熱体であり、この発熱体の材料としては、タングステン、タングステンカーバイド、モリブデン、モリブデンカーバイド、タンタル、白金等が挙げられる。
・内部配線層は、通電により僅かに発熱するものの、第1、第2の発熱体のように発熱を目的とするものではなく、通電することを目的とする配線である。従って、内部配線層としては、平面視で単位面積当たりの発熱量は、第1、第2の発熱体の単位面積当たりの発熱量よりも十分に小さい(例えば10分の1以下である)ものを採用できる。または、内部配線層としては、例えば、平面視で、各加熱ゾーン(例えば最小面積の加熱ゾーン)より広い面積を有するものを採用できる。
・単位面積としては、例えば1mm等が挙げられる。単位面積当たりの発熱量を大きくする方法としては、例えば線状の発熱体の場合には、発熱体が伸びている方向に対して垂直の断面積を小さくする方法など周知の方向が挙げられる。
第1実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。 第1実施形態の静電チャックを厚み方向に破断しその一部を模式的に示す断面図である。 セラミックヒータの複数の加熱ゾーン及び直列発熱体の配置を模式的に示す平面図である。 図4Aは第3の発熱体を示す平面図、図4Bは第2の発熱体を示す平面図、図4Cは第1の発熱体を示す平面図、図4Dは第1〜第3の発熱体の重ねた状態を平面視で示す説明図である。 第3平面における加熱ゾーン及び第3の発熱体の配置を示す説明図である。 セラミックヒータを厚み方向に破断し第1〜第3の発熱体の接続状態を模式的に示す説明図である。 第2実施形態のセラミックヒータを示し、図7Aは第2の発熱体を示す平面図、図7Bは第1の発熱体を示す平面図、図7Cは第1、第2の発熱体の重ねた状態を平面視で示す説明図、図7Dはセラミックヒータを厚み方向に破断し第1、第2の発熱体の接続状態を模式的に示す説明図である。 変形例のセラミックヒータの第2の発熱体を示す平面図である。
1…静電チャック
5…セラミックヒータ
13…発熱部
15…セラミック基板
23…給電用導電部
25a、25b…給電用ビア
25c…端子側ビア
27…内部配線層
H…直列発熱体
H1…第1の発熱体
H2…第2の発熱体
H3…第3の発熱体
V1…第1のビア
V2…第2のビア
次に、保持装置の実施形態について説明する。
[1.第1実施形態]
ここでは、保持装置の第1実施形態として、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックに用いられるセラミックヒータを例に挙げる。
[1−1.全体構成]
まず、本第1実施形態の静電チャックの構造について説明する。
図1に示す様に、本第1実施形態における静電チャック1は、図1の上側にて被加工物である半導体ウェハ3を吸着する装置であり、セラミックヒータ5と金属ベース7とが積層されて接着剤層9により接合されたものである。
なお、セラミックヒータ5の図1の上方の面(上面:吸着面)が第1の主面Aであり、下面が第2の主面Bである。また、金属ベース7の上面が第3の主面Cであり、下面が第4の主面Dである。
前記セラミックヒータ5は、板状(詳しくは円盤形状)であり、吸着用電極(即ち静電電極)11、発熱部13等を備えた板状(詳しくは円盤形状)のセラミック基板15から構成されている。なお、吸着用電極11、発熱部13は、セラミック基板15に埋設されており、このセラミック基板15は電気絶縁性を有する絶縁基板である。
金属ベース7は、セラミックヒータ5より大径の円盤形状であり、セラミックヒータ5と同軸に接合されている。この金属ベース7には、セラミック基板15(従って半導体ウェハ3)を冷却するために、冷却用流体(即ち冷媒)が流される流路(即ち冷却路)17が設けられている。なお、冷却用流体としては、例えばフッ化液又は純水等の冷却用液体などを用いることができる。
また、静電チャック1には、リフトピン(図示せず)が挿入されるリフトピン孔19等が、静電チャック1を厚み方向に貫くように、複数箇所に設けられている。このリフトピン孔19は、半導体ウェハ3を冷却するために第1の主面A側に供給される冷却用ガスの流路(即ち冷却用ガス孔)としても用いられる。
なお、リフトピン孔19とは別に、冷却用ガス孔(図示せず)を設けてもよい。冷却用ガスとしては、例えばヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスなどを用いることができる。
次に、静電チャック1の各構成について、図2に基づいて詳細に説明する。
<セラミックヒータ>
図2に模式的に示すように、セラミックヒータ5(従ってセラミック基板15)は、その第2の主面B側が、例えばシリコーンからなる接着剤層9により、金属ベース7の第3の主面C側に接合されている。
このセラミック基板15は、複数のセラミック層(図示せず)が、図2の上下方向(Y方向)に積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。なお、アルミナ質焼結体は、絶縁体(誘電体)である。
セラミック基板15の内部には、図2の下方より、後に詳述するように、複数の第1の発熱体H1、複数の第2の発熱体H2、複数の第3の発熱体H3、吸着用電極11等が配置されている。なお、図2では、第1〜第3の発熱体H1〜H3は模式的に表示してある。
このうち、複数の第1の発熱体H1は第1平面HM1に配置され、複数の第2の発熱体H2は第2平面HM2に配置され、複数の第3の発熱体H3は第3平面HM3に配置されている。なお、第1〜第3平面HM1〜HM3は、セラミック基板15を厚み方向(図2の上下方向:Y方向)にて所定距離だけ離れた異なる位置において、厚み方向と垂直に広がる平面である。つまり、各平面(即ち第1〜第3平面HM1〜HM3)は互いに平行であり、各平面が広がる平面の方向が平面方向である。なお、図2では、Y方向に垂直なX方向に沿った断面を示している。
そして、1つの第1の発熱体H1と1つの第2の発熱体H2と1つの第3の発熱体H3とが、電気的に直列に接続されて1つの発熱体(以下、直列発熱体と称する)Hが構成され、複数の直列発熱体Hによって、発熱部13が構成されている。
また、後述するように、セラミック基板15は、厚み方向から見た平面視で、複数の加熱ゾーンKZ(図3参照)に区分されており、各加熱ゾーンKZに、それぞれ直列発熱体Hが配置されている。つまり、セラミック基板15は、平面視で、複数の直列発熱体Hが配置された構成となっている。
そして、各直列発熱体H(詳しくは各直列発熱体Hの最下層の第1の発熱体H1)は、それぞれ給電用の端子(即ち給電用端子)21に対して電気的に接続されている。
つまり、各直列発熱体Hは、独自に温度制御が可能なように、各第1の発熱体H1の両端(即ち一対の端部H1a、H1b)が、それぞれ給電用導電部23を介して、セラミック基板15の一方の側(即ち第2の主面B側)にて、各一対の給電用端子21に電気的に接続されている。
この給電用導電部23は、直列発熱体Hに給電する構成として、給電用ビア25a、25b、導電性を有する内部配線層27、端子側ビア25c、端子パッド29を備えており、その端子パッド29に給電用端子21が接合されている。
そして、給電用導電部23のうち、端子側ビア25cが内部配線層27に電気的に接続され、内部配線層27が給電用ビア25a、25bに電気的に接続され、給電用ビア25a、25bが、第1の発熱体H1の各端部H1a、H1bに電気的に接続されている。なお、給電用導電部23は、例えばタングステンからなる。
また、吸着用電極11は、電圧を印加する周知の電極用端子(図示せず)に電気的に接続されている。
<金属ベース>
金属ベース7は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製である。金属ベース7には、前記冷却路17やリフトピン孔19以外に、前記電極用端子、給電用端子21が配置される貫通孔である貫通部31がそれぞれ形成されている。
なお、静電チャック1の第4の主面D側には、給電用端子21を収容するために、第4の主面Dからセラミックヒータ5の内部に到るような内部孔33が複数設けられており、金属ベース7の貫通部31は、この内部孔33の一部を構成している。
また、電極用端子や給電用端子21を収容する内部孔33には、電気絶縁性を有する絶縁筒35が配置されている。
<吸着用電極>
吸着用電極11は、例えば平面形状が円形の電極から構成されている。この吸着用電極11とは、静電チャック1を使用する場合には、直流高電圧が印加され、これにより、半導体ウェハ3を吸着する静電引力(吸着力)を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ3を吸着して固定するものである。
なお、吸着用電極11については、これ以外に、周知の各種の構成(単極性や双極性の電極など)を採用できる。なお、吸着用電極11は、例えばタングステン等の導電材料からなる。
[1−2.発熱体の構成]
次に、本第1実施形態の要部である発熱部13の構成について説明する。
図2に示すように、発熱部13は、セラミック基板15の厚み方向に対して垂直の平面方向に配置された複数の直列発熱体Hから構成されている。
この直列発熱体Hは、上述したように、異なる平面、即ち第1〜第3平面HM1〜HM3に配置された、第1の発熱体H1、第2の発熱体H2、第3の発熱体H3が、順次直列に接続されたものである。従って、発熱部13では、複数の第1の発熱体H1の全てに、それぞれ第2の発熱体H2が接続され、各第2の発熱体H2の全てに、それぞれ第3の発熱体H3が接続されている。
なお、第1〜第3の発熱体H1〜H3は、電圧が印加されて電流が流れると発熱する金属材料(タングステン等)からなる抵抗発熱体である。
図3に示すように、セラミック基板15(従ってセラミックヒータ5)には、平面視で、複数の加熱ゾーンKZが設定されており、各加熱ゾーンKZには、各加熱ゾーンKZの温度を独立して調節できるように、上述した構成の直列発熱体Hが1つずつ配置されている。
なお、加熱ゾーンKZの数は、例えば100以上の例えば200であるが、図3では、簡略化して示してある(即ち加熱ゾーンKZの数は少なく表示してある)。また、図3では、一部の直列発熱体Hのみを模式的に示している。
<各発熱体の平面形状>
次に、第1の発熱体H1、第2の発熱体H2、第3の発熱体H3のそれぞれの平面形状について、図4及び図5に基づいて説明する。
図4Aに示すように、最も第1の主面Aに近い最上層である各第3の発熱体H3は、平面視で、細い帯状の(例えば線幅1mm以下)の線状部Lが複数回蛇行した形状を有しており、その両端は、前記線幅より大きな直径の円形の端部H3a、H3bとなっている。
また、線状部Lのうち、端部H3a、H3bの周囲の部分(第1部分)の線幅は、第1部分より離れた他の部分(第2部分)よりも狭くなっている。なお、端部H3a、H3bの周囲の部分(第1部分)としては、例えば端部H3a、H3bの中心点を中心点として、端部H3a、H3bの最大径(直径)の3倍の径を持つ同心円内が挙げられる。
また、第1部分の単位面積(例えば1mm)当たりの発熱量は、第2部分の単位面積当たりの発熱量よりも大である(以下同様)。
なお、図5に示すように、例えば第3平面HM3においては、各加熱ゾーンKZは他の加熱ゾーンKZと隣り合うように多数配置されており、各加熱ゾーンKZに各第3の発熱体H3がそれぞれ配置されている。なお、他の第2、第1平面HM2、HM1においても、平面視で、各加熱ゾーンKZの配置や平面形状は同一である。
図4Bに示すように、中間の位置に配置された各第2の発熱体H2は、左右一対の部分発熱体H2l、H2r有している。各部分発熱体H2l、H2rは、第3の発熱体H3と同様に、細い帯状の(例えば線幅1mm以下)の線状部Lが複数回蛇行した形状を有しており、各部分発熱体H2l、H2rの両端は、それぞれ前記線幅より大きな直径の円形の端部H2a、H2b、H2c、H2dとなっている。
また、線状部Lのうち、端部H2a、H2b、H2c、H2dの周囲の部分(第1部分)の線幅は、第3の発熱体H3と同様に、第1部分より離れた他の部分(第2部分)よりも狭くなっている。なお、端部H2a、H2b、H2c、H2dの周囲の部分(第1部分)としては、例えば端部H2a、H2b、H2c、H2dの中心点を中心点として、端部H2a、H2b、H2c、H2dの最大径(直径)の3倍の径を持つ同心円内が挙げられる。
図4Cに示すように、最も第2の主面Bに近い最下層である各第1の発熱体H1は、左右一対の部分発熱体H1l、H1r有している。各部分発熱体H1l、H1rは、細い帯状の(例えば線幅1mm以下)の線状部Lが複数回蛇行した形状を有しており、各部分発熱体H1l、H1rの両端は、それぞれ前記線幅より大きな直径の円形の端部H1a、H1b、H1c、H1dとなっている。
また、線状部Lのうち、端部H1a、H1b、H1c、H1dの周囲の部分(第1部分)の線幅は、第3の発熱体H3と同様に、第1部分よりも離れた他の部分(第2部分)よりも狭くなっている。なお、端部H1a、H1b、H1c、H1dの周囲の部分(第1部分)としては、例えば端部H1a、H1b、H1c、H1dの中心点を中心点として、端部H1a、H1b、H1c、H1dの最大径(直径)の3倍の径を持つ同心円内が挙げられる。
第1部分における任意の箇所の断面積(即ち、「平面方向の内の線状部Lの延伸方向に直交する方向の幅」×「厚み方向の厚さ」)は、第2部分における任意の箇所の断面積(即ち、「平面方向の内の線状部Lの延伸方向に直交する方向の幅」×「厚み方向の厚さ」)より小さい。
線状部Lの断面積(即ち、「平面方向の内の線状部Lの延伸方向に直交する方向の幅」×「厚み方向の厚さ」)は、端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの断面積(即ち、「平面方向の幅(例えば直径)」×「厚み方向の厚さ」)より小さい。
なお、各端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの全てについて、端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの断面積が線状部Lの断面積より大きい必要はなく、端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの断面積が線状部Lの断面積より大きい箇所が、少なくとも1つあればよい。
従って、第1〜第3の発熱体H1〜H3の配置を厚み方向において第1の主面A側から見た場合には、図4Dのようになる。なお、図4Dでは、第1〜第3の発熱体H1〜H3を重ねて表示している。
なお、平面視で、第1〜第3の発熱体H1〜H3の単位面積(例えば1mm)当たりの発熱量は、内部配線層27の単位面積当たりの発熱量よりも大(例えば10倍以上)である。なお、第1〜第3の発熱体H1〜H3の厚みと内部配線層27の厚みは同じである。また、平面視で、各内部配線層27の面積は、各加熱ゾーンKZの面積(例えば最小の加熱ゾーンKZの面積)よりも大である。
<各発熱体の立体配置>
次に、第1の発熱体H1、第2の発熱体H2、第3の発熱体H3を重ね合わせた場合の位置関係について、図4及び図6に基づいて説明する。なお、図6のビア配置は説明上図4と一致していない部分がある。
図4及び図6に示すように、第1の発熱体H1の端部H1a、H1d(詳しくは図4の紙面の裏側:図6の下側)には、給電用導電部23の給電用ビア25a、25bが接続される。
また、第1の発熱体H1の端部H1b、H1c(詳しくは図4の紙面の表側:図6の上側)と、第2の発熱体H2の端部H2b、H2c(詳しくは図4の紙面の裏側:図6の下側)との間には、厚み方向の同じ位置にある各端部同士を電気的に接続するように、それぞれ第1のビアV1が配置されている。
さらに、第2の発熱体H2の端部H2a、H2d(詳しくは図4の紙面の表側:図6の上側)と、第3の発熱体H3の端部H3a、H3b(詳しくは図4の紙面の裏側:図6の下側)との間には、厚み方向の同じ位置にある各端部同士を電気的に接続するように、それぞれ第2のビアV2が配置されている。
なお、図4Aの円形の破線は、平面視で、第2の発熱体H2の端部H2b、H2cの位置を示し、図4Bの円形の破線は、平面視で、第1の発熱体H1の端部H1a、H1dの位置を示している。
このように、第1〜第3の発熱体H1〜H3を厚み方向に重なるように配置することにより、第1〜第3の発熱体H1〜H3が第1、第2のビアV1、V2を介して直列に接続された直列発熱体Hが構成されている。
また、図4Dに示すように、本第1実施形態では、平面視で、給電用導電部23の給電用ビア25a、25b(即ち端部H1a、H1d)と一対の第1のビアV1とは、重ならないように配置されている。
さらに、平面視で、第1のビアV1と第2のビアV2とは、重ならないように配置されている。
しかも、平面視で、第1のビアV1と第3の発熱体H3とが、一部が重なるように配置され、かつ、第2のビアV2と第1の発熱体H1とが、一部が重なるように配置されている。
端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの平面視での断面積(例えば平面方向の断面が円形である場合には、半径×半径×π)は、第1、第2のビアV1、V2の平面視での断面積(例えば平面方向の断面が円形である場合には、半径×半径×π)より大きい。
よって、線状部Lの平面視での幅(即ち、平面方向の内の延伸方向に直交する方向の幅)≦第1、第2のビアV1、V2の平面視での幅(即ち、平面方向の断面が円形である場合には直径)<端部H3a、H3b、H2a、H2b、H2c、H2d、H1a、H1b、H1c、H1dの平面視での幅(即ち、平面方向の断面が円形である場合には直径)の関係を満たすことが望ましい。
上記の関係を満たすことで結線の信頼性を高めながら、線状部Lの幅が細く、かつ、第1〜第3の発熱体H1〜H3が積層されているので、発熱体(即ち直列発熱体)Hの抵抗値を高くすることができる。
なお、図6では、平面視において、温度が低くなり易い箇所、即ち、給電用導電部23の給電用ビア25a、25bや、第1、第2のビアV1、V2が配置されている箇所を、四角の枠体WKで示してある。
なお、上述した各ビア、つまり、給電用ビア25a、25b、端子側ビア25c、第1、第2ビアV1、V2などのビアは、周知のビアと同様に、各セラミック層を厚み方向に貫通する貫通孔(即ちスルーホール)に、例えばタングステン等の導電材料を充填した導電部分である。
[1−3.製造方法]
次に、本第1実施形態の静電チャック1の製造方法について、簡単に説明する。
(1)セラミック基板15の原料として、主成分であるAl:92重量%、MgO:1重量%、CaO:1重量%、SiO:6重量%の各粉末を混合して、ボールミルで、50〜80時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(2)次に、この粉末に溶剤等を加え、ボールミルで混合して、スラリーとする。
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、各セラミック層となる各アルミナグリーンシートを形成する。
そして、各アルミナグリーンシートに対して、リフトピン孔19等となる空間、各ビア25a、25b、25c、V1、V2となるスルーホールを、必要箇所に開ける。
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、スラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、吸着用電極11、第1〜第3の発熱体H1〜H3、内部配線層27、端子パッド29等を形成するために、前記メタライズインクを用いて、吸着用電極11、第1〜第3の発熱体H1〜H3、内部配線層27、端子パッド29等の形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、各ビア25a、25b、25c、V1、V2を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(6)次に、各アルミナグリーンシートを、リフトピン孔19等の必要な空間が形成されるように位置合わせして、熱圧着し、積層シートを形成する。
(7)次に、熱圧着した各積層シートを、それぞれ所定の形状(即ち円板形状)にカットする。
(8)次に、カットした各積層シートを、還元雰囲気にて、1400〜1600℃の範囲(例えば、1550℃)にて5時間焼成(本焼成)し、各アルミナ質焼結体を作製する。
(9)そして、焼成後に、各アルミナ焼結体に対して、例えば第1の主面A側の加工など必要な加工を行って、セラミック基板15を作製する。
(10)次に、セラミック基板15の第2の主面B上の端子パッド29に端子金具(図示せず)をろう付けする。
(11)これとは別に、金属ベース7を製造する。具体的には、金属板に対して切削加工等を行うことにより金属ベース7を形成する。
(12)次に、金属ベース7とセラミック基板15とを接合して一体化する。
(13)次に、各内部孔33に対応して、給電用端子21等を配置して、静電チャック1を完成する。
[1−4.効果]
次に、本第1実施形態の効果について説明する。
(1)本第1実施形態では、平面方向において多数の加熱ゾーンKZを有するようにマルチゾーン化されたセラミックヒータ5について、厚み方向において異なる位置に第1〜第3の発熱体H3をそれぞれ複数配置するとともに、各第1の発熱体H1と各第2の発熱体H2とを第1のビアV1によって電気的に直列に接続し、各第2の発熱体H2と各第3の発熱体H3とを第2のビアV2によって電気的に直列に接続している。よって、第1〜第3の発熱体H1〜H3が接続された発熱体(即ち直列発熱体)Hの抵抗値を大きくすることができる。
つまり、このような平面視でマルチゾーン化されたセラミックヒータ5では、加熱ゾーンKZが増加すると、各加熱ゾーンKZの面積が小さくなるので、一つの発熱体の抵抗値を高めることは容易ではないが、本第1実施形態では、平面視で1つの加熱ゾーンの面積が小さくなっても、1つの加熱ゾーンに配置された直列発熱体Hの抵抗値を容易に大きくすることができる。
これにより、直列発熱体Hに流す電流の電流値を小さくしても、目的とする発熱量を確保できるので、電流を供給するための装置構成を小規模なものにすることができるという顕著な効果を奏する。
(2)本第1実施形態では、発熱部13(詳しくは各直列発熱体H)に給電する構成として、それぞれ一対の給電用導電部23(詳しくは給電用ビア25a、25b)が、第1の発熱体H1に電気的に接続されており、各一対の給電用導電部23は、厚み方向におけるセラミック基板15の一方の側(第2の主面B側)に設けられている。
そのため、セラミックヒータ5の一方の側に、給電するための構成(例えば端子パッド29やそれに接続される部品など)をまとめて配置できるので、セラミックヒータ5の他方の側には、給電するための構成を配置する必要がない。よって、静電チャック1において、セラミックヒータ5の他方の面を、半導体ウェハ3を吸着するための吸着面に用いるなど、所望の構成にできるという利点がある。
(3)本第1実施形態では、平面視で、給電用ビア25a、25bと第1のビアV1とは、重ならないように配置されている。
つまり、平面視で、給電用ビア25a、25bや第1のビアV1のある部分は、直列発熱体Hの線状部Lが形成されている部分に比べて温度が低くなるので、本第1実施形態では、平面視で、給電用ビア25a、25bと第1のビアV1とが重ならないように配置している。これによって、各加熱ゾーンKZの平面方向における温度分布を均一化することができる。
(4)本第1実施形態では、平面視で、温度が低くなる第1のビアV1と第2のビアV2とが重ならないように配置されているので、各加熱ゾーンKZの平面方向における温度分布を均一化することができる。
(5)本第1実施形態では、温度が低くなる第1のビアV1と温度が高くなる第3の発熱体H3とが一部が重なるように配置され、かつ、温度が低くなる第2のビアV2と温度が高くなる第1の発熱体H1とが一部が重なるように配置されている。よって、各加熱ゾーンKZの平面方向における温度分布を均一化することができる。
(6)本第1実施形態では、平面視で、温度が低くなる第1、第2のビアV1、V2の周囲に配置された第1〜第3の発熱体H1〜H3の部分(即ち第1部分)の単位面積当たりの発熱量は、それより離れた箇所に配置された第1〜第3の発熱体H1〜H3の部分(即ち第2部分)の単位面積当たりの発熱量よりも大であるので、各加熱ゾーンKZの平面方向における温度分布を均一化することができる。
[1−5.文言の関係]
本第1実施形態の、セラミックヒータ5、発熱部13、セラミック基板15、給電用導電部23、給電用ビア25a、25b、端子側ビア25c、内部配線層27、第1の発熱体H1、第2の発熱体H2、第3の発熱体H2、第1のビアV1、第2のビアV2は、それぞれ、本開示の、保持装置、発熱部、保持基板、給電用導電部、給電用ビア、端子側ビア、内部配線層、第1の発熱体、第2の発熱体、第3の発熱体、第1のビア、第2のビアの一例に相当する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容については、説明を省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
本第2実施形態は、2つの発熱体を厚み方向に配置したものである。
図7A、図7Bに示すように、本第2実施形態では、セラミックヒータ5の第1の主面A側に、第1実施形態の第3の発熱体H3と同様な形状の第2の発熱体H2を備えている。また、第2の主面B側に、第1実施形態の第2の発熱体H2と同様な形状の第1の発熱体H1を備えている。第1、第2の発熱体H1、H2の配置を、厚み方向において第1の主面A側から見た場合には、図7Cのようになる。なお、図7Cでは、第1、第2の発熱体H1、H2を重ねて表示している。
そして、図7Dに示すように、第1の発熱体H1の端部H1b、H1cには、給電用導電部23の給電用ビア25a、25bが、それぞれ接続されている。また、第1の発熱体H1の端部H1a、H1dと第2の発熱体H2の端部H2a、H2bとは、それぞれ第1のビアV1により電気的に接続されている。
これによって、直列発熱体Hが構成されている。
本第2実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。
[3.他の実施形態]
本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本開示を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(1)例えば、厚み方向に配置する複数の発熱体としては、2又は3に限らず、それ以上であってもよい。
(2)また、セラミックヒータとしては、静電チャックに限らず、真空チャックなど他の用途に用いることができる。
(3)さらに、本開示は、金属ベースを備えない静電チャックにも適用できる。つまり、セラミックヒータに、吸着用電極や複数の発熱体(例えば第1〜第3の発熱体)を備えた静電チャックにも適用できる。
(4)また、本開示は、静電チャックなどではないセラミックヒータ単体にも適用できる。例えば、セラミック基板内に、前記各実施形態と同様な複数の発熱体等を備えたセラミックヒータに適用できる。
(5)さらに、上記実施形態において、第1のビアV1および第2のビアV2は、それぞれ、単数のビアにより構成してもよいし、図8に例示するように、複数のビアのグループにより構成してもよい。複数のビアとすることにより、接続信頼性が高くなる。なお、図8では、実線の円形で吸着面側の第2のビアV2の位置を示し、破線の円形で金属ベース側の第1のビアV1の位置を示している。
(6)また、本開示では、複数の第1の発熱体の全てに、それぞれ第2の発熱体が接続されている構成や、複数の第1の発熱体のうちの一部(即ち1又は複数個)の第1の発熱体に、第2の発熱体が接続された構成を採用できる。さらに、第2の発熱体が複数ある場合には、複数の第2の発熱体の全てに第3の発熱体が接続されている構成や、複数の第2の発熱体のうちの一部(即ち1又は複数個)の第2の発熱体に、第3の発熱体が接続された構成を採用できる。
(7)また、上述したセラミックヒータの構成に代えて、セラミック層に発熱体を有する樹脂ヒータを積層した構成を採用できる。
例えばセラミック層の内部又は表面(樹脂ヒータ側の表面)に静電電極を有する第1層と、例えばポリイミドからなる樹脂層の内部に、上述した各実施形態と同様に、第1〜第3の発熱体、内部配線層、各ビア等を配置した第2層(即ち樹脂ヒータ)とを積層した構成を採用できる。
(8)なお、前記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、前記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、前記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(9)また、本開示の他の例としては、例えば下記の構成を採用できる。
例えば、「ビア(例えば第1、第2のビア)で接続されて一つの発熱部を構成する発熱体が、3以上の異なる面に配置されている場合に、厚み方向にて隣り合う発熱体同士を接続するビアのうち、厚み方向にて異なる位置に設けられたビア同士は、平面視で、少なくとも一部が重ならないように配置されている構成」を採用できる。
また、例えば、「ビア(例えば第1、第2のビア)で接続されて一つの発熱部を構成する発熱体が、3以上の異なる面に配置されている場合に、厚み方向にて隣り合う発熱体同士を接続するビアと、厚み方向にて隣り合っていない他の発熱体とは、平面視で、少なくとも一部が重なるように配置されている構成」を採用できる。

Claims (8)

  1. 厚み方向の一方に主面を有する保持基板を備えるとともに、
    前記保持基板の内部に、通電により発熱する発熱部が配置された保持装置において、
    前記発熱部は、前記保持基板の厚み方向と直交する平面方向に配置された複数の第1の発熱体と、前記厚み方向において前記複数の第1の発熱体よりも前記一方の主面側に配置された第2の発熱体と、を備え、
    前記複数の第1の発熱体のいずれかと前記第2の発熱体とは、前記保持基板内にて前記厚み方向に伸びている第1のビアによって電気的に直列に接続されていることを特徴とする保持装置。
  2. 前記保持基板は、前記厚み方向から見た平面視で、複数の加熱ゾーンに区分されるとともに、該複数の加熱ゾーンのうち少なくとも一つに、前記複数の第1の発熱体のいずれかと前記第2の発熱体とが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の保持装置。
  3. 外部からの電力を受ける端子に電気的に接続される給電用導通部を備えるとともに、
    前記給電用導通部は、
    前記複数の第1の発熱体のいずれかに電気的に接続された給電用ビアと、
    前記給電用ビアに電気的に接続され、導電性を有する内部配線層と、
    前記内部配線層と電気的に接続されるとともに、前記端子に電気的に接続される端子側ビアと、
    を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の保持装置。
  4. 前記給電用導通部は、
    前記保持基板において前記一方の主面側と反対側の他方の主面側に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の保持装置。
  5. 前記平面視で、前記給電用ビアと前記第1のビアとは、少なくとも一部が重ならないように配置されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の保持装置。
  6. 前記発熱部は、前記厚み方向において、前記複数の第1の発熱体および前記第2の発熱体とは異なる位置に配置された第3の発熱体を備え、
    前記第2の発熱体と前記第3の発熱体とは、前記厚み方向に伸びている第2のビアによって電気的に直列に接続され、
    前記第1のビアと前記第2のビアとは、前記平面視で、少なくとも一部が重ならないように配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の保持装置。
  7. 前記発熱部は、前記厚み方向において、前記複数の第1の発熱体および前記第2の発熱体とは異なる位置に配置された第3の発熱体を備え、
    前記第2の発熱体と前記第3の発熱体とは、前記厚み方向に伸びている第2のビアによって電気的に直列に接続され、
    前記平面視で、前記第1のビアと前記第3の発熱体とが、少なくとも一部が重なるように配置され、かつ、前記平面視で、前記第2のビアと前記複数の第1の発熱体のいずれかとが、少なくとも一部が重なるように配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の保持装置。
  8. 前記平面視で、前記複数の第1の発熱体のうち少なくとも一つは、前記第1のビアの周囲に配置された第1部分と、前記第1のビアに対して前記第1部分より離れた箇所に配置された第2部分とを、有し、前記第1部分の単位面積当たりの発熱量は、前記第2部分の単位面積当たりの発熱量よりも大であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の保持装置。
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