KR20160124668A - 세라믹 히터 및 정전척 - Google Patents

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KR20160124668A
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ceramic
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나오야 우에무라
요스케 시노자키
고헤이 야마모토
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 세라믹 히터의 면내 온도를 균일화할 수 있는 세라믹 히터 및 정전척을 제공하는 것.
(해결 수단) 세라믹 히터(9)는 평면시로 세라믹 기판(19)을 복수의 가열 존(23)마다 독립하여 가열할 수 있도록 각 가열 존(23)마다 배치된 각 존 발열체(25)를 구비한다. 구멍부 영역(A)을 가지는 가열 존(23)에서는 존 발열체(25)는 선 형상의 발열 패턴(61)이 병렬로 배치된 병렬 부분(63a)과, 구멍부 영역(A)을 향하여 연장되는 발열 패턴(61)이 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 인접하여 병렬 배치된 다른 발열 패턴(61)에 접속하여 되돌려지는 되돌림부(65a)를 가진다.

Description

세라믹 히터 및 정전척{CERAMIC HEATER AND ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명은 예를 들면 반도체 웨이퍼를 가열할 수 있는 세라믹 히터와, 예를 들면 반도체 웨이퍼의 고정, 반도체 웨이퍼의 평면도(平面度)의 교정, 반도체 웨이퍼의 반송 등에 이용되는 정전척에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 제조장치에서는 반도체 웨이퍼(예를 들면 실리콘 웨이퍼)에 대해서, 드라이 에칭(예를 들면 플라스마 에칭) 등의 처리가 실행되고 있다. 이 드라이 에칭의 정밀도를 높이기 위해서는 반도체 웨이퍼를 확실하게 고정하여 둘 필요가 있으므로, 반도체 웨이퍼를 고정하는 고정수단으로서 정전 인력(引力)에 의해서 반도체 웨이퍼를 고정하는 정전척이 제안되어 있다.
구체적으로는, 정전척에서는 예를 들면, 세라믹 기판(세라믹 절연판)의 내부에 흡착용 전극을 가지고 있으며, 흡착용 전극에 전압을 인가시켰을 때에 발생하는 정전 인력을 이용하여 반도체 웨이퍼를 세라믹 기판의 상면[제 1 주면(主面): 흡착면]에 흡착시키도록 되어 있다. 이 정전척은 세라믹 기판의 하면(제 2 주면: 접합면)에 베이스 기판(금속 베이스)을 접합하는 것에 의해서 구성되어 있다.
또한, 흡착면에 흡착된 반도체 웨이퍼의 온도를 조절(가열 또는 냉각)하는 기능을 가지는 정전척도 알려져 있다. 예를 들면, 세라믹 기판 내에 발열체[예를 들면 선(線) 형상의 발열 패턴]를 배치하고, 이 발열체에 의해서 세라믹 기판을 가열함으로써 흡착면 위의 반도체 웨이퍼를 가열하는 기술도 알려져 있다. 또, 금속 베이스에 냉각용 유체를 흘리는 냉각로를 설치하고, 이 냉각용 유체에 의해서 세라믹 기판을 냉각하는 기술도 알려져 있다.
이런 종류의 정전척에 있어서는 통상, 반도체 웨이퍼의 탈착을 보조하기 위한 리프트 핀(lift pin)이 배치되는 리프트 핀 구멍이나, 반도체 웨이퍼와 정전척의 흡착면의 사이에 전열용의 가스[백 사이드 가스(backside gas)]를 공급하는 가스 구멍 등이 형성되어 있다.
또, 근래에는, 정전척 등의 가열을 정밀하게 실시하기 위해 세라믹 기판을 복수의 가열 존(zone, 히터 존)으로 구분한 세라믹 히터도 개발되어 있다. 구체적으로는 각 가열 존마다 각 가열 존을 독립하여 가열할 수 있는 발열체(존 발열체)를 배치하여 세라믹 기판의 온도조절기능을 향상시킨 다존(multiple zone) 히터 부착 세라믹 히터도 제안되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
특허문헌 1: 일본국 특개2002-93677호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개2005-166354호 공보
그러나 예를 들면 정전척에 이용되는 세라믹 히터에 있어서, 가열 존의 범위 내(즉 존 발열체의 형성 범위)에 리프트 핀 구멍이나 가스 구멍 등의 관통 구멍을 형성할 경우에는 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 각 가열 존(P1)을 가열하는 존 발열체[P2, 따라서 존 발열체(P2)를 구성하는 발열 패턴(P3)]는 관통 구멍(P4)을 피하여 형성할 필요가 있다. 상세한 것은 병렬로 배치된 발열 패턴(P3) 중, 관통 구멍(P4)을 피하여 형성된 발열 패턴(P3a)은 인접해서 배치된 다른 발열 패턴(P3b)에 가깝게 하여 배치되게 된다.
그로 인해, 관통 구멍(P4)의 주위에서는 병렬 배치된 발열 패턴(P3a)의 간격(피치)이 작아지므로, 그 간격이 작아진 영역 및 그 주변에서는 다른 부분에 비하여 온도가 높아지는 일이 있다.
즉, 예를 들면 어느 가열 존(P1) 내에 관통 구멍(P4)을 형성할 경우에는, 관통 구멍(P4)이 없는 다른 가열 존(P1)과 동일한 조건으로 가열해도(예를 들면 각 존 발열체(P2)에 같은 전압, 전류를 공급할 경우), 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 세라믹 히터의 평면 방향에 있어서의 온도(면내 온도)가 불균일하게 된다고 하는 문제가 있었다.
또, 세라믹 기판은 아니고 금속 베이스에 관통 구멍을 설치할 경우에도, 그 관통 구멍을 세라믹 기판에 투영한 투영 영역에서는 금속 베이스에 의한 냉각이 충분하지 않으므로, 그 투영 영역을 피하여 발열 패턴을 설치하는 일도 있다. 이 경우에도, 상술한 세라믹 히터의 면내 온도가 불균일하게 된다고 하는 동일한 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 세라믹 히터의 면내 온도를 균일화할 수 있는 세라믹 히터 및 정전척을 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명의 제 1 형태의 세라믹 히터는, 세라믹 기판 또는 세라믹 기판에 베이스 기판을 적층한 적층체를 가지며, 상기 세라믹 기판의 내부에 발열체를 구비함과 아울러, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 판 형상의 세라믹 히터, 또는, 상기 적층체 중, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 또는 상기 베이스 기판에 관통 구멍을 구비한 판 형상의 세라믹 히터에 있어서, 상기 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에, 상기 발열체는 상기 세라믹 기판을 복수의 가열 존마다 독립하여 가열 가능하도록, 각 가열 존마다 배치된 각 존 발열체로 구성되고, 또한, 상기 가열 존 내에 상기 구멍부 또는 상기 관통 구멍에 대응하는 구멍부 영역이 배치되어 있으며, 상기 존 발열체는 선 형상의 발열 패턴이 병렬로 배치된 병렬 부분과, 상기 구멍부 영역으로 향하여 연장되는 상기 발열 패턴이 상기 구멍부 영역과 겹치지 않도록 인접하여 병렬 배치된 다른 발열 패턴에 접속하여 되돌려지는 되돌림부를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 제 1 형태에서는 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에(이하, 평면시(平面視)라고 기재하는 일도 있다), 존 발열체는 선 형상의 발열 패턴이 병렬로 배치된 병렬 부분과, 발열 패턴이 되돌려지도록 구성된 되돌림부를 가지고 있다. 이 되돌림부는 구멍부 영역으로 향하여 연장되는 발열 패턴이 구멍부 영역과 겹치지 않도록 인접하여 병렬 배치된 다른 발열 패턴에 접속하도록 되돌려진 부분(구부러진 부분)이다.
구멍부나 관통 구멍 등의 구멍부 영역이 있으면, 주위의 세라믹 부분 등과는 구조나 재료 등이 다르므로, 온도 분포도 주위와는 다르고, 세라믹 히터의 평면 방향에 있어서의 온도(면내 온도)가 불균일하게 되기 쉽다. 그래서 본 제 1 형태에서는 발열 패턴이 가열 존에 설치된 구멍부 영역과 겹치지 않도록 되돌림부를 설치하고 있다.
즉, 본 제 1 형태에서는 구멍부 영역으로 향하여 연장되는 발열 패턴은 되돌림부에서 병렬 배치된 다른(이웃하는) 발열 패턴에 접속되어 있으므로, 즉, 발열 패턴은 구멍부 영역과 겹치지 않도록 구멍부 영역의 바로 앞에서 구부러져 되돌려져 있으므로, 종래와 같이, 병렬한 발열 패턴 사이의 간격(피치)이 작아지는 것을 회피할 수 있다.
이에 따라, 구멍부 영역 근방의 온도가 그 주위의 영역보다 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 세라믹 히터의 면내 온도를 균일화할 수 있다.
예를 들면, 본 제 1 형태에서는 구멍부 영역이 있는 가열 존과 구멍부 영역이 없는 가열 존을 각 존 발열체에 의해서 동일한 조건으로 가열한 경우라도 각 가열 존은 동일하게 온도가 변화하므로, 세라믹 히터의 면내 온도를 용이하게 균일화할 수 있다고 하는 현저한 효과를 나타낸다.
또, 종래와 같이 관통 구멍을 우회시켜서 발열 패턴을 형성한 경우는, 관통 구멍이 없는 가열 존의 존 발열체와 비교해서 발열 패턴이 길어진다. 따라서, 존 발열체의 저항값이 커지고, 양 존 발열체 사이의 저항값의 다름(차이)이 커진다。
그것에 대해서, 본 제 1 형태와 같이, 발열 패턴에 되돌림부를 설치한 경우에는 종래에 비하여 구멍부 영역이 없는 가열 존의 존 발열체의 발열 패턴과의 길이의 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 양 존 발열체 사이의 저항값의 차이를 작게 할 수 있다.
그로 인해, 예를 들면 둘레 방향에 같은 피치(중심각이 같은)로 복수의 가열 존을 설정한 세라믹 히터에 있어서는 각 존 발열체에 동일한 전력(예를 들면 소정의 전압이나 전류)을 인가한 경우에, 단위시간당의 온도 상승을 용이하게 같은 정도로 할 수 있다.
즉, 각 존 발열체에 있어서의 발열 상태를 제어할 경우에는, 예를 들면 인가하는 전압에 관해서, 주지(周知)와 같이, PID의 제어 파라미터를 조정(통상은 시행착오(trialand error)에 의해 조정)하여 단위시간당의 온도 상승을 맞추지만, 존 발열체의 저항값 차이가 크면 제어 파라미터의 조정은 용이하지 않다. 그것에 대해서, 본 제 1 형태에서는 각 존 발열체 사이의 저항값 차이를 작게 할 수 있으므로, 제어 파라미터의 조정이 용이하다(즉 온도제어성을 개선할 수 있다)고 하는 이점이 있다。
여기서, 구멍부 영역이란, 평면시로 구멍부나 관통 구멍이 존재하는 영역(세라믹 히터의 두께 방향으로 투영한 투영 영역)이다(이하 동일). 또한, 가열 존 내에 배치되는 구멍부 영역으로서 그 일부 또는 전체가 가열 존 내에 배치되어 있는 경우를 들 수 있다.
또, 「발열 패턴이, 구멍부 영역과 겹치지 않도록」이란, 발열 패턴이 연장될 방향의 일방에 구멍부 영역이 있으며, 그 발열 패턴을 연장하면 구멍부 영역과 겹치는 경우에, 발열 패턴이 구멍부 영역과 겹치지 않도록 하는 것을 의미하고 있다.
(2) 본 발명의 제 2 형태의 세라믹 히터는 세라믹 기판 또는 세라믹 기판에 베이스 기판을 적층한 적층체를 가지며, 상기 세라믹 기판의 내부에 발열체를 구비함과 아울러, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 판 형상의 세라믹 히터, 또는, 상기 적층체 중, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 또는 상기 베이스 기판에 관통 구멍을 구비한 판 형상의 세라믹 히터에 있어서, 상기 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에, 상기 발열체는 상기 세라믹 기판을 복수의 가열 존마다 독립하여 가열할 수 있도록 각 가열 존마다 배치된 각 존 발열체로 구성되며, 또한, 인접하는 상기 가열 존의 존 발열체 사이에 상기 구멍부 또는 상기 관통 구멍에 대응한 구멍부 영역이 배치되어 있고, 상기 존 발열체는 선 형상의 발열 패턴이 병렬된 병렬 부분을 가지며, 상기 병렬로 배치된 발열 패턴은 인접하는 상기 가열 존측으로 향하여 연장되도록 배치됨과 아울러, 상기 인접하는 가열 존측에서 되돌려지도록 배치되어 있고, 또한, 상기 병렬로 배치된 발열 패턴 중, 상기 구멍부 영역으로 향하여 연장되며, 또한, 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 위치에서 되돌려지는 발열 패턴의 제 1 되돌림부의 적어도 일부는, 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장되어 되돌려지는 발열 패턴의 제 2 되돌림부 또는 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장된 단부보다도 인접하는 상기 가열 존과 반대 방향으로 물러나서 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 제 2 형태에서는 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에(평면시로) 인접하는 가열 존의 존 발열체 사이에 구멍부 영역이 배치되어 있다. 또, 존 발열체의 병렬로 배치된 발열 패턴은 인접하는 가열 존측으로 향하여 연장되도록 배치됨과 아울러, 제 1 되돌림부와 제 2 되돌림부 또는 단부(즉 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장된 단부)를 가지고 있다.
이 중, 제 1 되돌림부와 제 2 되돌림부 또는 상기 단부는 되돌려지는 위치 또는 배치된 위치가 다르다. 즉, 제 1 되돌림부의 적어도 일부는 제 2 되돌림부보다도 인접하는 가열 존과 반대 방향으로 물러나서 위치하고 있다. 또는, 제 1 되돌림부의 적어도 일부는 상기 단부보다도 인접하는 가열 존과 반대 방향으로 물러나서 위치하고 있다. 즉, 제 1 되돌림부는 제 2 되돌림부 또는 상기 단부에 비하여 자신의 가열 존의 내측(되돌려서 돌아가는 측)에 위치하고 있다.
구멍부나 관통 구멍 등의 구멍부 영역이 있으면 주위의 세라믹 부분 등과는 구조나 재료 등이 다르므로 온도 분포도 주위와는 다르고, 세라믹 히터의 면내 온도가 불균일하게 되기 쉽다. 그래서, 본 제 2 형태에서는 우선 첫 번째로, 발열 패턴이 구멍부 영역과 겹치지 않도록 제 1 되돌림부를 설치하고 있다.
즉, 본 제 2 형태에서는 구멍부 영역으로 향하여 연장되는 발열 패턴은 구멍부 영역과 겹치지 않도록 제 1 되돌림부에서, 구멍부 영역의 바로 앞에서 구부러져 되돌려져 있으므로, 발열 패턴 사이의 간격(피치)이 작아지는 것을 회피할 수 있다.
이에 따라, 구멍부 영역 및 그 근방의 온도가 그 주위의 영역보다 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 세라믹 히터의 면내 온도를 균일화할 수 있다.
또, 인접하는 가열 존의 존 발열체 사이에 구멍부 영역을 설치할 경우에, 존 발열체 사이를 전체에 걸쳐서 넓게 하면, 존 발열체 사이의 틈새의 온도가 과도하게 저하할 우려가 있다.
그것에 대해서, 본 제 2 형태에서는 인접하는 가열 존의 존 발열체 사이에 구멍부 영역을 설치할 경우에 있어서, 구멍부 영역으로 향하여 연장되어 되돌려지는 제 1 되돌림부의 적어도 일부를 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장되어 되돌려지는 제 2 되돌림부 또는 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장된 단부보다도 인접하는 가열 존과 반대 방향으로 물러나서 위치하도록 설치하고 있다.
즉, 제 1 되돌림부의 적어도 일부를 구멍부 영역과 겹치지 않도록(즉 구멍부 영역을 피하여) 가열 존의 내측으로 오목하게 들어가도록 배치하고 있다. 이에 따라, 존 발열체 사이에 구멍부 영역을 설치하는 경우라도, 존 발열체 사이를 과도하게 넓게 할 필요가 없으므로, 이 점으로부터도, 세라믹 히터의 면내 온도를 균일화할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 본 제 2 형태에서는 존 발열체 사이에 구멍부 영역을 설치할 경우에는 그것에 대응하도록 발열 패턴을 형성(배치)하므로, 가열 존 내에 구멍부 영역 전체를 설치한 경우에 비하여 존 발열체의 발열 패턴의 배치의 변화를 적게 할 수 있다. 예를 들면 발열 패턴의 길이의 차이를 적게 할 수 있다. 따라서, 구멍부 영역이 없는 가열 존에 비하여 존 발열체의 저항값 차이를 작게 할 수 있으므로, 상술한 바와 같이, 제어 파라미터의 조정이 용이하게 된다고 하는 이점이 있다.
특히, 구멍부 영역을 사이에 둔 양측의 존 발열체를 구멍부 영역을 피하도록 형성할 경우에는, 즉, 양 존 발열체의 발열 패턴의 길이를 조절할 경우에는, 일방의 존 발열체만을 변형하는 경우에 비하여, 양 존 발열체 사이의 저항값 차이를 매우 작게 할 수 있다. 즉, 양 존 발열체의 약간의 변형에 의해서 구멍부 영역을 피할 수 있으므로, 양 존 발열체 사이의 저항값 차이를 한층 작게 할 수 있다. 이에 따라, 한층 제어 파라미터의 조정이 용이하게 된다。
여기서, 「구멍부 영역과 겹치지 않는 방향」이란, 가열 존과 다른 가열 존이 인접하고, 존 발열체 사이에 구멍부 또는 관통 구멍에 대응한 구멍부 영역이 배치되어 있는 경우, 발열 패턴을 인접하는 다른 가열 존측으로 연장해도 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향을 의미하고 있다.
(3) 본 발명의 제 3 형태의 세라믹 히터는 상기 발열 패턴 중, 상기 구멍부 영역측에서 되돌려지는 되돌림부는 상기 구멍부 영역의 외주를 따른 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 구멍부 영역이 원형인 경우에는, 발열 패턴의 되돌림부는 원형의 외주를 따른 예를 들면 상사(相似) 형상인 원호 등의 형상을 채용할 수 있다.
이에 따라, 한층 면내 온도를 균일화할 수 있다고 하는 이점이 있다.
(4) 본 발명의 제 4 형태의 정전척은 상기 제 1∼제 3 형태 중 어느 하나의 세라믹 히터를 구비한 정전척으로서, 상기 베이스 기판은 금속 베이스이며, 상기 세라믹 기판에 피흡착물을 흡착하는 흡착용 전극을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 제 4 형태는 정전척의 구성을 예시하고 있다.
(5) 본 발명의 제 5 형태의 정전척은 상기 베이스 기판에 냉각용 유체가 흐르는 냉각로를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 제 5 형태는 베이스 기판에 냉각로를 가지고 있으므로, 세라믹 기판(따라서 피흡착물)을 냉각하는 것이 가능하다.
＜다음에, 본 발명의 각 구성에 대해서 설명한다＞
ㆍ세라믹 히터 및 정전척의 외형 형상으로서는 평면시로 원형을 채용할 수 있다.
ㆍ구멍부로서는, 관통 구멍 또는(세라믹 히터의 두께 방향의 어느 쪽인가의 표면에 개구하는) 오목부를 채용할 수 있다. 예를 들면 세라믹 기판, 베이스 기판, 정전척을 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍, 세라믹 기판의 표면의 오목부(예를 들면 베이스 기판측의 오목부)를 채용할 수 있다. 또, 구멍부로서는 리프트 핀 구멍, 가스 구멍, 흡착용 전극 또는 존 발열체에 대한 급전용 구멍을 들 수 있다.
ㆍ적층체로서는 세라믹 기판에 금속판(금속 베이스) 등이 접합된 구성을 채용할 수 있다.
ㆍ가열 존으로서는 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우(평면시)에 환 형상으로 배치됨과 아울러, 둘레 방향으로 복수 배치되어 있는 것을 채용할 수 있다. 또, 평면시로 같은 피치로 배치되어 있는 것을 채용할 수 있다. 또한, 평면시로 동심(同心) 형상으로 복수열 배치되어 있는 것을 채용할 수 있다.
ㆍ발열 패턴으로서는 병렬 부분에서 평행으로 배치되어 있는 것을 채용할 수 있다.
ㆍ발열체(따라서 존 발열체, 발열 패턴), 흡착용 전극을 구성하는 도체의 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 동시소성법에 의해서 이들의 도체 및 세라믹 기판을 형성할 경우, 도체 중의 금속 분말은 세라믹 기판의 소성온도보다도 고융점일 필요가 있다.
예를 들면, 세라믹 기판이 이른바 고온소성세라믹(예를 들면 알루미나 등)으로 이루어질 경우에는 도체 중의 금속 분말로서 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴 (Mo), 망간(Mn) 등이나 그들의 합금이 선택 가능하다. 세라믹 기판이 이른바 저온소성세라믹(예를 들면 유리 세라믹 등)으로 이루어질 경우에는 도체 중의 금속 분말로서 구리(Cu) 또는 은(Ag) 등이나 그들의 합금이 선택 가능하다. 또, 세라믹 기판이 고유전율 세라믹(예를 들면 티탄산바륨 등)으로 이루어질 경우에는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등이나 그들의 합금이 선택 가능하다.
또한, 존 발열체, 흡착용 전극은 금속 분말을 포함하는 도체 페이스트를 이용하여 종래 주지의 수법, 예를 들면 인쇄법 등에 의해 도포된 후, 소성하는 것에 의해 형성된다.
ㆍ세라믹 기판(복수의 세라믹층으로 이루어질 경우에는 각 세라믹층)을 구성하는 재료로서는 알루미나, 이트리아(산화 이트륨), 질화 알루미늄, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화 규소 등이라고 하는 고온소성세라믹을 주된 성분으로 하는 소결체 등을 들 수 있다. 또, 용도에 따라서, 붕규산계 유리나 붕규산납계 유리에 알루미나 등의 무기 세라믹 필러를 첨가한 유리 세라믹과 같은 저온소성세라믹을 주된 성분으로 하는 소결체를 선택해도 좋으며, 티탄산바륨, 티탄산납, 티탄산스트론튬 등의 유전체 세라믹을 주된 성분으로 하는 소결체를 선택해도 좋다.
또한, 반도체 제조에 있어서의 드라이 에칭 등의 각 처리에 있어서는 플라스마를 이용한 기술이 다양하게 채용되고, 플라스마를 이용한 처리에 있어서는 할로겐 가스 등의 부식성 가스가 다용(多用)되고 있다. 이로 인해, 부식성 가스나 플라스마에 노출되는 정전척에는 높은 내식성이 요구된다. 따라서, 상기 세라믹 기판은 부식성 가스나 플라스마에 대한 내식성이 있는 재료, 예를 들면, 알루미나나 이트리아를 주된 성분으로 하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
ㆍ정전척으로서는 세라믹 기판의 제 1 주면(피흡착물을 흡착하는 측의 면)과 반대측의 제 2 주면측에 판 형상의 금속 베이스를 접착제층에 의해서 접합한 구성을 채용할 수 있다. 또, 세라믹 기판으로서는 복수의 세라믹층을 적층하여 형성하면, 내부에 각종의 구조를 용이하게 형성할 수 있으므로 매우 적합하다. 또한, 정전척에 이용되는 세라믹 기판은 전기절연성을 가지는 세라믹 절연판이다.
ㆍ베이스 기판으로서는 금속 베이스를 들 수 있다. 금속 베이스를 사용할 경우에는 그 재료로서 구리, 알루미늄, 철, 티탄 등을 들 수 있다. 또, 접착제층으로 세라믹 기판과 접합할 경우에는, 그 접착제의 재료로서 세라믹 기판과 금속 베이스를 접합시키는 힘이 큰 재료인 것이 바람직하고, 예를 들면 인듐 등의 금속재료나, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아미드 수지 등의 수지 재료를 선택할 수 있다. 그러나 세라믹 기판의 열팽창 계수와 금속 베이스의 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에, 접착제는 완충재로서의 기능을 가지는 탄성 변형 가능한 수지 재료로 이루어지는 것이 특히 바람직하다.
ㆍ냉각로에 흘리는 유체로서는, 불소계 불활성 유체를 들 수 있다.
도 1은 실시예 1의 정전척을 일부 파단하여 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시예 1의 정전척을 두께 방향으로 파단한 일부를 확대하여 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시예 1의 세라믹 히터의 가열 존의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 실시예 1의 세라믹 히터의 존 발열체의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 5의 (a)는 실험예 1의 세라믹 히터의 존 발열체를 나타내는 평면도, (b)는 실험예 1에 있어서의 가열 존의 발열 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 실험예 2의 세라믹 히터에 있어서의 온도 상승의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 2의 세라믹 히터의 가열 존의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은 실시예 2의 세라믹 히터의 존 발열체의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 9의 (a)는 실험예 3의 세라믹 히터의 존 발열체를 나타내는 평면도, (b)는 실험예 3에 있어서의 가열 존의 발열 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10은 실험예 4의 세라믹 히터에 있어서의 온도 상승의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11의 (a)는 실시예 3의 정전척의 존 발열체의 일부를 나타내는 평면도, (b)는 그 정전척을 두께 방향으로 파단한 일부를 나타내는 단면도, (c)는 그 변형 예의 정전척을 두께 방향으로 파단한 일부를 나타내는 단면도이다.
도 12의 (a)는 실시예 4의 정전척의 존 발열체의 일부를 나타내는 평면도, (b)는 실시예 5의 정전척의 존 발열체의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 13의 (a)는 종래예의 세라믹 히터의 존 발열체를 나타내는 평면도, (b)는 종래예에 있어서의 가열 존의 발열 상태를 나타내는 설명도이다.
이하에 본 발명을 실시하기 위한 형태(실시예)에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
여기에서는, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 흡착 보유할 수 있는 정전척을 예로 든다.
a) 우선, 본 실시예 1의 정전척의 구조에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 정전척(1)은 도 1의 상측에서 반도체 웨이퍼(3)를 흡착하는 장치이며, 제 1 주면(흡착면, 5) 및 제 2 주면(7)을 가지는 원반 형상의 세라믹 히터(9)와 원반 형상의 금속 베이스(쿨링 플레이트, 11)를, 예를 들면 인듐으로 이루어지는 접합층(13, 도 2 참조)을 통하여 접합한 것(적층체)이다.
또, 정전척(1)에는 리프트 핀(도시하지 않음)이 삽입되는 리프트 핀 구멍 (15)이 정전척(1)을 두께 방향으로 관통하도록 복수 개소에 설치되어 있다. 이 관통 구멍인 리프트 핀 구멍(15)은 반도체 웨이퍼(3)를 냉각하기 위해서 흡착면(5) 측에 공급되는 냉각용 가스의 유로(냉각용 가스 구멍)로서도 이용된다. 또한, 냉각용 가스 구멍은 리프트 핀 구멍(15)과는 따로 설치되어 있어도 좋다. 냉각용 가스로서는, 예를 들면 헬륨 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스 등을 이용할 수 있다.
또한, 금속 베이스(11)에는 세라믹 히터[9, 따라서 반도체 웨이퍼(3)]를 냉각하기 위해 냉각용 유체가 흘러가는 냉각로(17)가 설치되어 있다. 또한, 금속 베이스(11)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 금속제이며, 냉각용 유체로서는, 예를 들면 불소화액(弗素化液) 또는 순수 등의 냉각용 액체 등을 이용할 수 있다.
b) 다음에, 세라믹 히터(9)의 내부 구조에 대해서 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 세라믹 히터(9)는 후술하는 발열체 등을 구비한 세라믹 기판(19)으로 구성되어 있다.
상기 세라믹 기판(19)은 복수의 세라믹층(도시하지 않음)이 적층된 것이며, 알루미나를 주된 성분으로 하는 알루미나질 소결체이다. 또한, 알루미나질 소결체는 절연체(유전체)이다.
이 세라믹 기판(19)에는 흡착면(5)의(도 2의) 하방에 후술하는 1쌍의 흡착용 전극(21)이 설치되어 있다. 또한, 흡착용 전극(21)의 하방에 후술하는 복수의 가열 존(23)에 배치된 존 발열체(25)가 설치되어 있다.
또, 세라믹 기판(19)의 내부에는 비아(27), 내부 도전층(29)이 설치되어 있으며, 세라믹 기판(19)의 제 2 주면(7)측에 설치된 구멍부인 오목부(31)에는 메탈라이즈층(33), 내부 접속단자(35)가 설치되어 있다. 따라서, 흡착용 전극(21)이나 존 발열체(25)는 비아(27), 내부 도전층(29), 메탈라이즈층(33), 내부 접속단자 (35) 등을 통하여 급전용의 단자 핀(37)에 접속되어 있다. 또한, 도 2에서는 흡착용 전극(21)에 급전(給電)하는 구성은 생략되어 있다.
이 중, 오목부(31)는 금속 베이스(11)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍 (39)과 연통하고 있으며, 오목부(31)와 관통 구멍(39)에 의해서, 도 2의 상방이 폐색된 연통부(41)가 구성되어 있다. 또한, 단자 핀(37)은 이 연통부(41)에 배치된다.
또한, 리프트 핀 구멍(15)은 세라믹 기판(19)을 두께 방향으로 관통하는 제 1 관통 구멍(15a)과, 금속 베이스(11)를 두께 방향으로 관통하는 제 2 관통 구멍 (15b)이 축 방향으로 연통한 관통 구멍이다.
이하, 세라믹 히터(9)의 각 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
＜흡착용 전극(21)＞
흡착용 전극(21)은, 예를 들면 평면 형상이 반원 형상인 1쌍의 전극(21a, 21b, 도 1 참조)으로 구성되어 있다. 이 흡착용 전극(21)이란 정전척(1)을 사용할 경우에는 양 전극(21a, 21b)의 사이에 직류 고전압을 인가하고, 이에 따라, 반도체 웨이퍼(3)를 흡착하는 정전 인력(흡착력)을 발생시키며, 이 흡착력을 이용하여 반도체 웨이퍼(3)를 흡착해서 고정하는 것이다. 또한, 흡착용 전극(21)에 대해서는 이 이외에 주지의 각종의 구성을 채용할 수 있다.
＜가열 존(23)＞
도 3에 나타내는 바와 같이, 세라믹 히터[9, 따라서 세라믹 기판(19)]에는 세라믹 히터(9)의 평면 방향에 있어서의 각 영역을 각각 가열(따라서 온도 조절)할 수 있도록, 평면시로 복수의 가열 존(23)이 설정되어 있다.
구체적으로는, 평면시로 중심에서 직경 방향 외측(외주측)으로 향하여 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6, 제 7, 제 8 가열 존부(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58)의 8개의 가열 존부가 설정되어 있다. 즉, 각각 가열 존(23)으로 구성되는 제 1∼제 8 가열 존부(51∼58)가 설정되어 있다.
이 중, 평면시로 축 중심을 포함하는 중심의 제 1 가열 존부(51)는 원형이며, 제 1 가열 존부(51)의 외주측에 배치된 제 2∼제 8 가열 존부(52∼58)는 소정의 폭을 가지는 원환 형상이고, 그들은 동심(同心) 형상으로 배치되어 있다.
또, 제 2 가열 존부(52)는 같은 중심각(같은 피치)이 되도록 6개의 가열 존 (23)으로 구분되고, 제 3 가열 존부(53)는 같은 피치로 12개의 가열 존(23)으로 구분되며, 제 4 가열 존부(54)는 같은 피치로 20개의 가열 존(23)으로 구분되고, 제 5 가열 존부(55)는 같은 피치로 24개의 가열 존(23)으로 구분되며, 제 6 가열 존부 (56)는 같은 피치로 30개의 가열 존(23)으로 구분되고, 제 7 가열 존부(57)는 같은 피치로 36개의 가열 존(23)으로 구분되며, 제 8 가열 존부(58)는 같은 피치로 32개의 가열 존(23)으로 구분되어 있다.
따라서, 제 2∼제 8 가열 존부(52∼58)의 각 가열 존(23)의 형상은 만곡한 소정 폭의 원호 형상(소정 폭의 부채 형상)의 영역으로 되어 있다. 단, 제 1 가열 존부(51)는 단일의 가열 존(23)으로 이루어지고, 그 형상은 원형이다. 또한, 도 3의 파선이 각 가열 존(23)의 경계를 나타내고 있다.
여기서, 3개소의 리프트 핀 구멍(15)은 구멍부 영역(A, 도 4 참조)에 대응하는 것이며, 이 리프트 핀 구멍(15)은 제 7 가열 존부(57)의 3개소의 가열 존(23)에 각각 설치되어 있다. 즉, 각 리프트 핀 구멍(15)은 중심각이 120도가 되도록 같은 피치로 설치되어 있다.
＜존 발열체(25)＞
도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1∼제 8 가열 존부(51∼58)의 각 가열 존 (23)에는 선 형상(상세한 것은 소정 폭의 띠 형상)의 발열 패턴(61)으로 이루어지는 존 발열체(25)가 각각 배치되어 있다.
이 존 발열체(25)는 전압이 인가되어 전류가 흐르면 발열하는 금속재료(W 등)로 이루어진다.
즉, 존 발열체(25)는 가열 존(23) 내를 가능한 한 균등하게 가열할 수 있도록 발열 패턴(61)이 사행(蛇行)함으로써, 가열 존(23)과 거의 동일하게 대략 부채 형상으로 배치되어 있다. 환언하면, 존 발열체(25)는 띠 형상의 부채형의 가열 존 (23) 내의 거의 전체를 소정 간격을 두고 덮도록 배치되어 있다.
상세한 것은 가열 존(23) 내에 관통 구멍[구멍부 영역(A)]인 리프트 핀 구멍 (15)이 없는 가열 존(23b)에 있어서는(도 4의 우측 참조), 선 형상의 발열 패턴 (61b)이 세라믹 히터(9)의 축 중심을 중심으로 한 원호 형상이며 또한 동심 형상으로 병렬(평행)로 배치된다. 또, 선 형상의 발열 패턴(61b)의 병렬 부분(63b)의 단부(원둘레 방향의 단부)에 있어서, 동일 도면의 좌측 또는 우측 방향으로 되돌아가도록 되돌림부(65b)에서 구부러져 사행 형상으로 형성되어 있다.
한편, 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)에 있어서도(도 4 좌측 참조), 발열 패턴(61a)은 기본적으로는 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존(23b)과 동일하게 형성되어 있지만, 구멍부 영역(A) 및 그 주위의 배치가 다르다.
구체적으로는, 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)의 존 발열체(25a)는 발열 패턴(61a)이 병렬(평행)로 배치된 부분(병렬 부분 63a: 63a1∼63a6)과, 구멍부 영역(A)의 근방에서 이웃하는 병렬 부분(63a)의 단부끼리[병렬 부분(63a2와 63a3) 및 (63a4와 63a5)]를 접속하는 되돌림부(65a)를 가진다. 즉, 이 되돌림부(65a)는 구멍부 영역(A)을 향하여 연장되는 병렬 부분[63a, 병렬 부분(63a3 및 63a4)]을 형성하는 일부의 발열 패턴(61a)이 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 인접하여 병렬 배치된 병렬 부분[63a, 병렬 부분(63a2 및 63a5)]을 형성하는 발열 패턴(61a)에 구부러지도록 하여 접속된 부분이다.
상세한 것은, 둘레 방향으로 연장되는 병렬 부분[63a, 병렬 부분(63a1∼63a6)] 중, 그대로 연장되면 구멍부 영역(A)과 겹치는 병렬 부분[63a, 병렬 부분 (63a3 및 63a4)]을 형성하는 발열 패턴(61a)은 구멍부 영역(A)에 도달하는 바로 앞에서 구부러져(예를 들면 직선 형상 또는 곡선 형상으로 구부러져) 인접하는 병렬 부분[63a, 병렬 부분(63a2 및 63a5)]에 접속하고 있다.
또, 평면시로 구멍부 영역(A)은 원형이므로, 상기 되돌림부(65a)는 구멍부 영역(A)의 외형 형상을 따라서 원호 형상으로 만곡하고 있다.
또한, 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)의 발열 패턴(61a)의 길이는 구멍부 영역(A)이 없는 발열 패턴(61b)보다 약간 짧으므로, 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)의 존 발열체(25a)의 저항값은 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존(23b)의 존 발열체(25b)보다 약간 작게 되어 있지만, 같은 길이가 되도록 조절해도 좋다。
c) 다음에, 본 실시예 1의 정전척(1)의 제조 방법에 대해서 간단하게 설명한다.
(1) 세라믹 기판(19)의 원료로서 주된 성분인Al2O3: 92중량％, MgO: 1중량％, CaO: 1중량％, SiO2: 6중량％의 각 분말을 혼합하여 볼 밀(ball mill)로 50∼80시간 습식 분쇄한 후, 탈수 건조한다.
(2) 다음에, 이 분말에 용제 등을 첨가하고, 볼 밀로 혼합하여 슬러리로 한다.
(3) 다음에, 이 슬러리를 감압 탈포(脫泡) 후 평판 형상으로 유출하여 서냉하고, 용제를 발산시켜서(각 세라믹층에 대응한다) 각 알루미나 그린 시트를 형성한다.
그리고 각 알루미나 그린 시트에 대해서, 리프트 핀 구멍(15)이나 오목부 (31) 등이 되는 공간, 또한 비아(27)가 되는 스루홀을 필요 개소에 형성한다.
(4) 또, 상기 알루미나 그린 시트용의 원료 분말 속에 텅스텐 분말을 혼합하여 슬러리 형상으로 해서 메탈라이즈 잉크로 한다.
(5) 그리고 흡착용 전극(21), 존 발열체(25), 내부 도전층(29)을 형성하기 위해 상기 메탈라이즈 잉크를 이용하여 각각의 전극이나 발열체의 형성 개소에 대응한 알루미나 그린 시트 위에 통상의 스크린 인쇄법에 의해 각 패턴을 인쇄한다. 또한, 비아(83)를 형성하기 위해, 스루홀에 대해서 메탈라이즈 잉크를 충전한다.
(6) 다음에, 각 알루미나 그린 시트를 리프트 핀 구멍(15) 등의 필요한 공간이 형성되도록 위치 맞춤하여 열압착해서 적층 시트를 형성한다.
(7) 다음에, 열압착한 적층 시트를 소정의 원판 형상으로 커트한다.
(8) 다음에, 커트한 시트를 환원 분위기에서 1400∼1600℃의 범위(예를 들면, 1550℃)에서 5시간 소성(본 소성)하여 알루미나질 소결체를 제작한다.
(9) 그리고 소성 후에, 적절하게 필요 개소를 깎아 치수를 조정한다. 이에 따라서, 세라믹 기판(19)을 작성한다.
(10) 다음에, 세라믹 기판(19)에 메탈라이즈층(33)이나 내부 접속단자(35)를 설치한다.
(11) 다음에, 예를 들면 인듐을 이용하여 세라믹 기판[19, 즉 세라믹 히터 (9)]과 금속 베이스(11)를 접합하여 일체화한다. 이에 따라, 정전척(1)이 완성된다.
d) 다음에, 본 실시예 1의 효과에 대해서 설명한다.
본 실시예 1에서는 평면시로 구멍부 영역(A)을 가지는 가열 존(23a)에 있어서, 발열 패턴(61a)에는 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 되돌림부(65a)가 설치되어 있다. 즉, 구멍부 영역(A)으로 향하여 연장되는 발열 패턴(61a)은 되돌림부 (65a)에서, 인접하여 병렬 배치된 다른 발열 패턴(61a)으로 향하여 구부러져 접속되어 있다.
이에 따라, 병렬로 배치된 발열 패턴(61a) 사이의 간격(피치)이 종래와 같이 작아지는 것을 회피할 수 있다. 그로 인해, 구멍부 영역(A) 근방의 온도가 그 주위의 영역보다 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 세라믹 히터(9)의 면내 온도를 균일화할 수 있다.
따라서, 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)과 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존(23b)을 각 존 발열체(25a, 25b)에 의해서 동일한 조건으로 가열한 경우라도, 각 가열 존(23a, 23b)은 동일하게 온도가 변화하므로, 세라믹 히터(9)의 면내 온도를 용이하게 균일화할 수 있다고 하는 현저한 효과를 나타낸다.
또, 본 실시예 1에서는 상술한 바와 같이, 발열 패턴(61a)에 되돌림부(65a)를 설치하고 있으므로, 종래에 비하여 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존(23a)의 존 발열체(25a)와 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존(23b)의 존 발열체(25b)의 각 발열 패턴(61a, 61b) 사이의 길이의 차이가 작고, 따라서 양 존 발열체(25a, 25b) 사이의 저항값의 차이를 작게 할 수 있다.
그로 인해, 둘레 방향에 같은 피치로 복수의 가열 존(23)을 설정한 세라믹 히터(9)에 있어서는 각 존 발열체(25)에 동일하게 전극을 공급한 경우에, 단위시간당의 온도 상승을 용이하게 같은 정도로 할 수 있다.
즉, 본 실시예 1에서는 각 존 발열체(25) 사이의 저항값 차이를 작게 할 수 있으므로, 제어 파라미터의 조정이 용이하다(즉 온도 제어성을 개선할 수 있다)고 하는 이점이 있다.
또한, 본 실시예 1에서는 발열 패턴(61) 중, 구멍부 영역(A)측에서 되돌려지는 되돌림부(65a)는 구멍부 영역(A)의 원의 외주를 따른 형상(원호)으로 되어 있으므로, 한층 면내 온도를 균일화할 수 있다고 하는 이점이 있다.
e) 다음에, 본 실시예 1의 효과를 확인한 실험예에 대해서 설명한다.
＜실험예 1＞
본 실험예 1에서는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 실시예 1의 세라믹 히터의 제 7 가열 존부에 있어서, 둘레 방향으로 나열하여 배치된 3개의 가열 존의 존 발열체에 소정의 전압을 인가한 경우에, 주위의 온도가 어떻게 변화하는가를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해서 조사한 것이다.
실험에 이용하는 모델은 기본적으로 상기 실시예 1과 동일한 구성이며, 3개의 가열 존 중, 동일 도면 좌측의 가열 존에 관통 구멍[구멍부 영역(A)]을 설치하고, 다른 2개의 가열 존에는 구멍부 영역(A)을 설치하고 있지 않다.
상세한 것은 세라믹 히터로서 하기의 구성을 설정했다. 또한, 발열 패턴의 배치는 실시예 1과 동일하다[도 5의 (a) 참조]
세라믹 기판의 재료: 알루미나
존 발열체의 재료: W
가열 존의 폭, 중심각: 폭 68㎜∼80㎜, 중심각 10°
존 발열체의 폭, 중심각: 폭 69㎜∼79㎜, 중심각 10°
(또한, 존 발열체의 중심선은 가열 존의 폭보다 1㎜ 오프셋 한다)
발열 패턴의 선 폭: 0.4㎜
구멍부 영역(관통 구멍)의 직경: 4.4㎜
또, 가열 조건으로서 하기의 조건을 설정했다.
존 발열체에 대한 인가 전압: 20V
인가 시간: 40초
그리고, 상술한 모델에 대해서 상술한 조건으로 가열한 경우의 온도 상태를 도 5의 (b)에 나타냈다.
도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 구성을 구비한 것은 구멍부 영역(A)의 주변이나 각 가열 존에 있어서의 온도차가 적고, 세라믹 히터의 면내 온도를 매우 적합하게 균일화할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 도면 13의 (b)에 나타내는 비교예에 대해서도 동일한 조건으로 가열을 실시했지만, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 각 가열 존에 있어서의 온도차가 크고, 세라믹 히터의 면내 온도를 매우 적합하게 균일화할 수 없는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예의 모델은 구멍부 영역(A)을 설치한 가열 존에 있어서, 구멍부 영역(A)을 피하도록 설치된 발열 패턴의 배치 이외는 상기 실험예 1의 모델과 동일하다.
＜실험예 2＞
본 실험예 2는 구멍부 영역(A, 관통 구멍)이 없는 가열 존과 구멍부 영역(A, 관통 구멍)이 있는 가열 존의 온도 상승의 정도를 조사한 것이다.
구체적으로는, 상기 실험예 1의 모델에 있어서, 각 가열 존의 각 존 발열체에 소정 전압(예를 들면 20V)을 인가한 경우의 온도의 변화를 조사한 것이다.
또한, 온도의 측정 위치는 각 가열 존의 동일한 위치[예를 들면 코너부: 예를 들면 도 5의 (a)의 우측 상방 코너]로 했다.
이 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1의 모델의 경우에는 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존과 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존에 있어서, 온도 상승이 거의 동일하고, 거의 동일한 시간에 동일한 온도에 도달하는 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
다음에, 실시예 2에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 1과 같은 개소의 설명은 생략한다.
또한, 실시예 1과 동일한 부재에는 동일한 번호를 사용한다.
a) 우선, 본 실시예 2의 정전척의 구성에 대해서 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 2의 정전척(81)은 실시예 1과 동일하게 세라믹 히터[83, 따라서 세라믹 기판(85)]이 금속 베이스(11)에 접합된 것이다.
이 중, 세라믹 히터(83)에는 상기 실시예 1과 동일하게 1 또는 복수의 가열 존(23)으로 이루어지는 제 1∼제 8 가열 존부(51∼58)가 설정되어 있다.
단, 실시예 1과는 달리, 리프트 핀 구멍(15)은 가열 존(23) 내에 설치되어 있지 않고, 제 7 가열 존부(57)에서 둘레 방향으로 인접하는 가열 존(23) 사이에 같은 피치(120도)로 설치되어 있다.
즉, 도 8에 나타내는 바와 같이, 인접하는 일방의 가열 존[91, 제 1 가열 존 (91a)]의 존 발열체[93, 제 1 존 발열체(93a)]와, 타방의 가열 존[91, 제 2 가열 존(91b)]의 존 발열체[93, 제 2 존 발열체(93b)]의 사이에 관통 구멍의 리프트 핀 구멍(15)인 원형의 구멍부 영역(A)이 설치되어 있다.
또, 각 가열 존(91)의 내부에는 평면시로 각각 소정 폭의 선 형상의 발열 패턴[95, 제 1 발열 패턴(95a), 제 2 발열 패턴(95b)]으로 이루어지는 각 존 발열체 (93)가 각 가열 존(91)의 형상에 맞추어서 각각 대략 부채 형상으로 배치되어 있다.
이 중, 제 1 존 발열체(93a)는 제 1 발열 패턴(95a)이 병렬된 병렬 부분 [97a, 병렬 부분(97a1∼97a6)]을 가진다. 또, 제 1 발열 패턴(95a) 중, 병렬로 배치된 병렬 부분(97a)은 인접하는 제 2 가열 존(91b)측으로 향하여 연장되도록 배치됨과 아울러, 인접하는 제 2 가열 존(91b)측에서(반대측으로) 되돌려지도록 배치되어 있다.
상세한 것은, 병렬로 배치된 병렬 부분(97a) 중, 구멍부 영역(A)으로 향하여 연장되는 직경 방향(동일 도면 상하 방향)에 있어서의 중앙측의 2개의 병렬 부분 (97a3 및 97a4)은 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 제 1 되돌림부(99a)에서 되돌려지도록 접속하고 있다. 또, 직경 방향에 있어서의 양측의 각 2개의 병렬 부분[97a, 병렬 부분(97a1과 97a2 및 97a5와 97a6)]은 구멍부 영역(A)과 겹치지 않는 방향으로 연장되어 가열 존(91)의 경계의 직전에 있어서, 제 2 되돌림부(101a)에서 되돌려지도록 접속하고 있다.
게다가, 제 1 되돌림부(99a)는 제 2 되돌림부(101a)보다도 인접하는 제 2 가열 존(91b)과 반대 방향[즉 제 1 가열 존(91a)의 내측: 동일 도면 좌측)으로 물러나서 위치하고 있다.
한편, 제 2 존 발열체(93b)는 제 2 발열 패턴(95b)이 병렬된 병렬 부분[97b, 병렬 부분(97b1∼97b6)]을 가진다. 또, 제 2 발열 패턴(97b) 중, 병렬로 배치된 병렬 부분(97b)은 인접하는 제 1 가열 존(91a)측으로 향하여 연장되도록 배치됨과 아울러, 인접하는 제 1 가열 존(91a)측에서(반대측으로) 되돌려지도록 배치되어 있다.
상세한 것은, 병렬로 배치된 병렬 부분(97b) 중, 구멍부 영역(A)으로 향하여 연장되는 직경 방향에 있어서의 중앙측의 2개의 병렬 부분(97b3 및 97b4)은 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 제 1 되돌림부(99b)에서 되돌려지고, 각각(동일 도면의 상하의) 병렬 부분(97b2 및 97b5)에 접속하고 있다. 또, 직경 방향에 있어서의 양측의 병렬 부분(97b1 및 97b6)은 구멍부 영역(A)과 겹치지 않는 방향으로 연장되어 그 단부(103b)는 가열 존(91)의 경계의 직전에 이르고 있다.
게다가, 제 1 되돌림부(99b)의 일부는 구멍부 영역(A)과 겹치지 않는 방향으로 연장된 단부(103b)보다도 인접하는 제 1 가열 존(91a)과 반대 방향[즉 제 2 가열 존(91b)의 내측: 동일 도면 우측]으로 물러나서 위치하고 있다.
즉, 제 1, 제 2 존 발열체(93a, 93b)의 양쪽 모두, 구멍부 영역(A)을 사이에 두는 부분에 있어서는, 구멍부 영역(A)이 없는 다른 가열 존(91)에 비하여, 각 가열 존(91)의 내측으로 오목하게 들어가도록 각 발열 패턴(95)이 형성되어 있다(즉 변형하여 형성되어 있다).
또한, 제 1 되돌림부(99a, 99b)는 구멍부 영역(A)의 원형과 상사형이 되도록 원호 형상으로 만곡하고 있다.
본 실시예 2에 있어서도, 상기 실시예 1과 동일하게 면내 온도를 용이하게 균일성있게 할 수 있음과 아울러, 제어 파라미터의 설정이 용이하다고 하는 효과를 나타낸다.
특히, 본 실시예 2에서는 인접하는 가열 존(91)의 존 발열체(93) 사이에서 각 발열 패턴(95)의 배치를[구멍부 영역(A)이 없는 가열 존(91)에 비하여] 변경하여 구멍부 영역(A)을 설치하므로, 각 존 발열체(93) 사이의 저항값 차이가 작고, 한층 온도 제어성이 우수하다고 하는 이점이 있다.
b) 다음에, 본 실시예 2에 관한 실험예에 대해서 설명한다.
＜실험예 3＞
본 실험예 3에서는 상기 실시예 2와 동일하게 구멍부 영역(A)이나 존 발열체를 구성한 이외는, 상기 실험예 1과 동일한 모델을 이용하여 동일한 조건으로 실험을 실시했다.
상세한 것은, 세라믹 히터로서 상기 실험예 1과 동일한 구성을 설정했다. 또한, 발열 패턴의 배치는 실시예 2와 동일하다(도 9의 (a)에 나타내는 세라믹 히터 참조)
또, 가열 조건도 실험예 1과 동일하게 했다.
그리고 상술한 모델에 대해서 상술한 조건으로 가열한 경우의 온도 상태를 도 9의 (b)에 나타냈다.
도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 구성을 구비한 것은 구멍부 영역(A)의 주변이나 각 가열 존에 있어서의 온도차가 적고, 세라믹 히터의 면내 온도를 매우 적합하게 균일화할 수 있는 것을 알 수 있다.
＜실험예 4＞
본 실험예 4는 상기 실험예 2와 동일하게 구멍부 영역(A, 관통 구멍)이 없는 가열 존과 구멍부 영역(A, 관통 구멍)이 있는 가열 존의 온도 상승의 정도를 조사한 것이다.
구체적으로는, 상기 실험예 3의 모델에 있어서, 각 가열 존의 각 존 발열체에 소정 전압(예를 들면 20V)을 인가한 경우의 온도의 변화를 조사한 것이다.
또한, 온도의 측정 위치는 각 가열 존의 동일한 위치(예를 들면 코너부: 예를 들면 도 9의 (a)의 우측 상방 코너)로 했다.
이 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예 2의 모델의 경우에도, 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존과 구멍부 영역(A)이 있는 가열 존에 있어서, 온도 상승이 거의 동일하고, 거의 동일한 시간에 동일한 온도에 도달하는 것을 알 수 있다.
[실시예 3]
다음에, 실시예 3에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 1과 동일한 개소의 설명은 생략한다.
또한, 실시예 1과 동일한 부재에는 동일한 번호를 사용한다.
도 11의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 3의 정전척(111)은 세라믹 히터[113, 따라서 세라믹 기판(115)]의 제 2 주면(117)측에 오목부(119)가 설치되어 있으며, 그 오목부(119)에 연통하도록 금속 베이스(121)를 관통하는 관통 구멍(123)이 설치되어 있다.
그리고 상기 오목부(119) 및 관통 구멍(123)에 의해 연통 구멍(125)이 구성되어 있으며, 이 연통 구멍(125)의 투영 영역, 즉 도 11의 (b)의 연통 구멍(125)을 동일 도면 상방(흡착면측)에 투영한 도 11의 (a)에 나타내는 원형의 영역이 구멍부 영역(A)으로서 설정되어 있다.
그리고 세라믹 히터(113)의 내부에는 평면시로 이 구멍부 영역(A)의 주위에 구멍부 영역(A)을 피하도록 상기 실시예 1과 동일한 존 발열체(25)가 형성되어 있다.
본 실시예 3에서는 연통 구멍(125)은 실시예 1과 같은 정전척을 관통하는 관통 구멍은 아니지만, 상기 실시예 1과 동일한 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시예 3의 변형예로서 도 11의 (c)에 나타내는 구성을 채용할 수 있다.
이 변형예의 경우에는 세라믹 히터(127)에는 오목부가 형성되어 있지 않고, 금속 베이스(121)에만 관통 구멍(123)이 형성되며, 이 관통 구멍(123)의 투영 영역이 구멍부 영역(A)으로서 설정되어 있다.
이 변형예에 의해서, 실시예 1과 동일한 효과를 나타낸다.
[실시예 4]
다음에, 실시예 4에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 2와 동일한 개소의 설명은 생략한다.
또한, 실시예 2와 동일한 부재에는 동일한 번호를 사용한다.
도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 4의 정전척(131)의 세라믹 히터(133)에 있어서는 평면시로 제 1 가열 존(135a)의 제 1 존 발열체(137a)와 제 2 가열 존(135b)의 제 2 존 발열체(137b)의 사이에 구멍부 영역(A)이 설정되어 있다.
제 1, 제 2 존 발열체(137a, 137b)는 좌우 대칭이며, 제 1, 제 2 존 발열체 (137a, 137b)의 제 1, 제 2 발열 패턴(139a, 139b)은 구멍부 영역(A)을 피하기 위해 제 1, 제 2 가열 존(135a, 135b)의 각각의 내측으로 오목하게 들어가도록 사행하여 형성되어 있다.
상세한 것은 제 1, 제 2 발열 패턴(139a, 139b)의 제 1 되돌림부[141a, 141b, 즉, 인접하는 제 2 가열 존(135b)측으로 연장되면 구멍부 영역(A)과 겹치므로 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 되돌려지는 부분]는 동일 도면의 상하 방향 양측의 제 2 되돌림부[143a, 143b, 즉, 인접하는 제 2 가열 존(135b)측으로 연장해도 구멍부 영역(A)과는 겹치지 않는 되돌림부분]보다 제 1, 제 2 가열 존(135a, 135b)의 각각의 내측(각각 동일 도면의 좌측 또는 우측)에 위치하도록 배치되어 있다.
또한, 제 1 되돌림부(141a, 141b)의 형상은 구멍부 영역(A)의 원형과 상사는 아니고, 단지 U자 형상으로 되돌려지는 형상이다.
본 실시예 4에 있어서도 상기 실시예 2와 동일한 효과를 나타낸다.
[실시예 5]
다음에, 실시예 5에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 2와 동일한 개소의 설명은 생략한다.
또한, 실시예 2와 동일한 부재에는 동일한 번호를 사용한다.
도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 5의 정전척(151)의 세라믹 히터(153)에 있어서는 평면시로 제 1 가열 존(155a)의 제 1 존 발열체(157a)와 제 2 가열 존(155b)의 제 2 존 발열체(157b)의 사이에 구멍부 영역(A)이 설정되어 있다.
본 실시예 5에서는 실시예 2와는 달리 인접하는 일방의 제 2 존 발열체 (157b)만이 구멍부 영역(A)을 피하기 위해 실시예 2와 거의 동일하게 변형하고 있으며, 인접하는 타방의 제 1 존 발열체(157a)는 구멍부 영역(A)이 없는 가열 존의 존 발열체와 동일하다.
상세한 것은 제 2 발열 패턴(159b)의 제 1 되돌림부[161b, 즉, 연장되면 구멍부 영역(A)와 겹치므로 구멍부 영역(A)과 겹치지 않도록 되돌려지는 부분]는 동일 도면의 상하 방향 양측의 제 2 발열 패턴(159b)의 단부[163b, 즉, 연장해도 구멍부 영역(A)과는 겹치지 않는 부분]보다 제 2 가열 존(155b)의 내측(동일 도면 우측)에 위치하도록 배치되어 있다.
본 실시예 5에 있어서도 상기 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 상기 실시예 등에 하등 한정되는 것은 아니고, 본 발명을 일탈하지 않는 범위에 있어서 다향한 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
(1) 예를 들면, 상기 각 실시예에서는 세라믹 히터와 금속 베이스를 접합한 정전척을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 세라믹 히터 단독의 경우라도 적용할 수 있으며, 세라믹 기판의 중심부의 면내 온도를 매우 적합하게 균일화할 수 있다.
(2) 또, 각 실시예의 구성을 적절하게 다른 실시예의 구성과 조합해도 좋다.
1, 81, 111, 131, 151: 정전척 3: 반도체 웨이퍼
9, 83, 83, 113, 127, 133, 153: 세라믹 히터
11: 금속 베이스 15: 리프트 핀 구멍
17: 냉각로 19, 85, 115: 세라믹 기판
21: 흡착용 전극
23, 91, 91a, 91b, 135a, 135b, 155a, 155b: 가열 존
25, 25a, 25b, 93, 93a, 93b, 137a, 137b, 157a, 157b: 존 발열체
61, 61a, 61b, 95, 95a, 95b, 139a, 139b, 159b: 발열 패턴
63a, 63b, 97a, 97b: 병렬 부분
65a, 65b, 99a, 99b, 101a, 141a, 141b, 143a, 143b, 161b: 되돌림부
103b, 163b: 단부 A: 구멍부 영역

Claims (6)

  1. 세라믹 기판 또는 세라믹 기판에 베이스 기판을 적층한 적층체를 가지며,
    상기 세라믹 기판의 내부에 발열체를 구비함과 아울러,
    상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 판 형상의 세라믹 히터, 또는,
    상기 적층체 중, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 또는 상기 베이스 기판에 관통 구멍을 구비한 판 형상의 세라믹 히터에 있어서,
    상기 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에,
    상기 발열체는 상기 세라믹 기판을 복수의 가열 존마다 독립하여 가열할 수 있도록 각 가열 존마다 배치된 각 존 발열체로 구성되고,
    또한, 상기 가열 존 내에 상기 구멍부 또는 상기 관통 구멍에 대응하는 구멍부 영역이 배치되어 있으며,
    상기 존 발열체는 선 형상의 발열 패턴이 병렬로 배치된 병렬 부분과, 상기 구멍부 영역으로 향하여 연장되는 상기 발열 패턴이 상기 구멍부 영역과 겹치지 않도록 인접하여 병렬 배치된 다른 발열 패턴에 접속하여 되돌려지는 되돌림부를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열 패턴 중, 상기 구멍부 영역측에서 되돌려지는 되돌림부는 상기 구멍부 영역의 외주를 따른 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  3. 세라믹 기판 또는 세라믹 기판에 베이스 기판을 적층한 적층체를 가지며,
    상기 세라믹 기판의 내부에 발열체를 구비함과 아울러,
    상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 판 형상의 세라믹 히터, 또는,
    상기 적층체 중, 상기 세라믹 기판에 구멍부를 구비한 또는 상기 베이스 기판에 관통 구멍을 구비한 판 형상의 세라믹 히터에 있어서,
    상기 세라믹 히터를 두께 방향에서 본 경우에,
    상기 발열체는 상기 세라믹 기판을 복수의 가열 존마다 독립하여 가열할 수 있도록 각 가열 존마다 배치된 각 존 발열체로 구성되며,
    또한, 인접하는 상기 가열 존의 존 발열체 사이에 상기 구멍부 또는 상기 관통 구멍에 대응한 구멍부 영역이 배치되어 있고,
    상기 존 발열체는 선 형상의 발열 패턴이 병렬된 병렬 부분을 가지며,
    상기 병렬로 배치된 발열 패턴은 인접하는 상기 가열 존측으로 향하여 연장되도록 배치됨과 아울러, 상기 인접하는 가열 존측에서 되돌려지도록 배치되어 있고,
    또한, 상기 병렬로 배치된 발열 패턴 중, 상기 구멍부 영역으로 향하여 연장되고, 또한, 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 위치에서 되돌려지는 발열 패턴의 제 1 되돌림부의 적어도 일부는, 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장되어 되돌려지는 발열 패턴의 제 2 되돌림부 또는 상기 구멍부 영역과 겹치지 않는 방향으로 연장된 단부보다도 인접하는 상기 가열 존과 반대 방향으로 물러나서 위치하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 발열 패턴 중, 상기 구멍부 영역측에서 되돌려지는 되돌림부는 상기 구멍부 영역의 외주를 따른 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  5. 상기 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 히터를 구비한 정전척으로서,
    상기 베이스 기판은 금속 베이스이며, 상기 세라믹 기판에 피흡착물을 흡착하는 흡착용 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 정전척.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스 기판에 냉각용 유체가 흐르는 냉각로를 구비한 것을 특징으로 하는 정전척.
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