TW201703581A - 陶瓷加熱器及靜電夾頭 - Google Patents

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Abstract

提供一種能將陶瓷加熱器的面內溫度均勻化之陶瓷加熱器及靜電夾頭。 陶瓷加熱器9具備在平面視圖中以能將陶瓷基板19在複數個加熱區23之每一者獨立地加熱的方式配置於各加熱區23之各區發熱體25。於具有孔部區域A之加熱區23中，區發熱體25具備：並列部分63a，其並列配置有線狀的發熱圖案61；及折返部65a，其以朝孔部區域A延伸的發熱圖案61不會與孔部區域A重疊的方式，與鄰接且並列配置之其他發熱圖案61連接而折返。

Description

陶瓷加熱器及靜電夾頭
本發明係關於一種能加熱例如半導體晶圓之陶瓷加熱器、及使用於例如半導體晶圓之固定、半導體晶圓的平面度之矯正、半導體晶圓的搬送等之靜電夾頭。
自昔以來，於半導體製造裝置中，對半導體晶圓(例如矽晶圓)進行乾式蝕刻(例如電漿蝕刻)等處理。為了提高此乾式蝕刻的精度，需要預先確實地將半導體晶圓固定，因此作為固定半導體晶圓的固定手段，提出了一種藉由靜電引力將半導體晶圓固定的靜電夾頭。
具體而言，於靜電夾頭中，例如被構成為，於陶瓷基板(陶瓷絕緣板)之內部具有吸附用電極，使用對吸附用電極施加電壓時產生的靜電引力，使半導體晶圓吸附於陶瓷基板之上面(第1主面：吸附面)。此靜電夾頭係藉由將基底基板(金屬基底)接合於陶瓷基板之下面(第2主面：接合面)而構成。
並且，亦知有一種靜電夾頭，其具有調節(加熱或冷卻)被吸附於吸附面之半導體晶圓的溫度的功能。例如，亦知一種於陶瓷基板內配置發熱體(例如，線狀的發熱圖案)，藉由此發熱體加熱陶瓷基板，進而對吸 附面上的半導體晶圓進行加熱之技術。此外，還知一種於金屬基底設置供冷卻用流體流動之冷卻流道，藉由此冷卻用流體對陶瓷基板進行冷卻的技術。
於此種靜電夾頭中，通常形成有昇降銷孔或氣孔等，該昇降銷孔係供用以輔助半導體晶圓之裝卸的昇降銷配置，該氣孔係用以朝半導體晶圓與靜電夾頭的吸附面之間供給傳熱用之氣體(背面氣體)。
此外，近年來，為了精密地進行靜電夾頭等的加熱，還開發出一種將陶瓷基板劃分成複數個加熱區(加熱器區)的陶瓷加熱器。具體而言，還提出一種附有多區加熱器之陶瓷加熱器(參照專利文獻1、2)，其於各加熱區分別配置能獨立地加熱各加熱區的發熱體(區發熱體)，以提高陶瓷基板之溫度調節功能。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開2002-93677號公報
專利文獻2 日本特開2005-166354號公報
然而，例如在使用於靜電夾頭之陶瓷加熱器中，於加熱區之範圍內(即區發熱體的形成範圍)形成昇降銷孔或氣孔等貫通孔之情況，如第13(a)圖所示，加熱各加熱區P1的區發熱體P2(因而，構成區發熱體P2之發熱圖案P3)，需要避開貫通孔P4而形成。詳細而言， 並列配置之發熱圖案P3中避開貫通孔P4而形成之發熱圖案P3a，係靠近鄰接配置的其他發熱圖案P3b而配置。
因此，於貫通孔P4之周圍，並列配置之發熱圖案P3a的間隔(間距)變小，故在此間隔變小的區域及其周邊，其溫度有時變得比其他部分高。
亦即，在例如某加熱區P1內形成貫通孔P4之情況，即使以與無貫通孔P4之其他加熱區P1相同的條件進行加熱(例如，對各區發熱體P2供給相同的電壓、電流之情況)，如第13(b)圖所示，仍存在有在陶瓷加熱器之平面方向上的溫度(面內溫度)變得不均之問題。
此外，即使於不是在陶瓷基板而是於金屬基底設置貫通孔之情況，在將此貫通孔投影於陶瓷基板之投影區域中，由於金屬基底所進行的冷卻不充分，因此有時仍要避開此投影區域而設置發熱圖案。此情況下，也存在有上述陶瓷加熱器的面內溫度變得不均之同樣的問題。
本發明係鑑於上述問題而完成，其目的在於提供一種能將陶瓷加熱器的面內溫度均勻化之陶瓷加熱器及靜電夾頭。
(1)本發明之第1態樣的陶瓷加熱器，係一板狀陶瓷加熱器，該板狀陶瓷加熱器具有陶瓷基板、或於陶瓷基板上層積有基底基板而成之層積體，且於上述陶瓷基板之內部具備發熱體，並於上述陶瓷基板具備有孔部；或者，該板狀陶瓷加熱器係於上述層積體中在上述 陶瓷基板具備孔部、或於上述基底基板具備有貫通孔，該陶瓷加熱器之特徵在於：於自厚度方向觀察上述陶瓷加熱器時，上述發熱體係由各區發熱體所構成，該各區發熱體係以可將上述陶瓷基板在複數個加熱區之每一者獨立地加熱之方式配置於各加熱區，且於上述加熱區內配置有與上述孔部或上述貫通孔對應的孔部區域；上述區發熱體具備：並列部分，其並列配置有線狀之發熱圖案；及折返部，其以朝上述孔部區域延伸的上述發熱圖案不會與上述孔部區域重疊的方式，與鄰接且並列配置之其他發熱圖案連接而折返。
於本第1態樣中，於自厚度方向觀察陶瓷加熱器時(以下有時也稱為俯視)，區發熱體具備並列配置有線狀的發熱圖案之並列部分、及以發熱圖案折返的方式構成之折返部。此折返部係以朝孔部區域延伸的發熱圖案不會與孔部區域重疊的方式與鄰接且並列配置之其他發熱圖案連接而折返的部分(被彎曲的部分)。
當具有孔部或貫通孔等孔部區域時，由於構造或材料等與周圍的陶瓷部分等不同，因此溫度分佈也與周圍不同，陶瓷加熱器之平面方向的溫度(面內溫度)容易變得不均勻。因此，於本第1態樣中，以發熱圖案不會與設置在加熱區之孔部區域重疊的方式設置折返部。
亦即，於本第1態樣中，朝孔部區域延伸之發熱圖案，係利用折返部與並列配置之其他(鄰接)的發熱圖案連接，因此，也就是發熱圖案係以不會與孔部區 域重疊的方式在孔部區域前被彎曲而折返，因此可避免像先前技術那樣造成並列之發熱圖案間的間隔(間距)變小。
藉此，可抑制孔部區域附近之溫度較其周圍區域過度地上昇，因此可將陶瓷加熱器之面內溫度均勻化。
例如，於本第1態樣中，即使將具有孔部區域之加熱區及無孔部區域的加熱區藉由各區發熱體且以同樣的條件加熱之情況，各加熱區的溫度仍同樣地變化，因此可獲得能容易地將陶瓷加熱器之面內溫度均勻化的顯著功效。
此外，像先前那樣地使貫通孔迂迴而形成發熱圖案之情況，與無貫通孔之加熱區的區發熱體比較，發熱圖案變長。藉此，區發熱體之電阻值變大，兩區發熱體間之電阻值的差異(差)變大。
相對於此，如本第1態樣，於發熱圖案設置折返部之情況，其與先前技術比較，可減小與無孔部區域之加熱區的區發熱體的發熱圖案之長度的差。藉此，可減小兩區發熱體間之電阻值的差。
因此，於例如在圓周方向上以等間距(中心角相同)設定有複數個加熱區的陶瓷加熱器中，於對各區發熱體施加同樣的電力(例如既定的電壓或電流)之情況，可容易使每單位時間之溫度上昇成為相同程度。
亦即，於控制各區發熱體中之發熱狀態的情況，例如關於施加的電壓，如周知，係調整PID之控制 參數(通常藉由試誤法進行調整)以使單位時間的溫度上昇一致，但若區發熱體的電阻值差大，則控制參數之調整並不容易。相對於此，於本第1態樣中，由於可減小各區發熱體間的電阻值差，因此具有控制參數之調整容易(即，可改善溫度控制性)的優點。
在此，孔部區域係指在平面視圖中存在有孔部或貫通孔的區域(朝陶瓷加熱器之厚度方向投影的投影區域)(以下相同)。再者，作為配置於加熱區內的孔部區域，可列舉將其一部分或全部配置於加熱區內的情況。
此外，「發熱圖案不會與孔部區域重疊之方式」，係指於發熱圖案之延伸方向的一方具有孔部區域，且於若將此發熱圖案延長則會與孔部區域重疊之情況下，使發熱圖案不與孔部區域重疊。
(2)本發明之第2態樣的陶瓷加熱器，係一板狀陶瓷加熱器，該板狀陶瓷加熱器具有陶瓷基板、或於陶瓷基板上層積有基底基板而成之層積體，於上述陶瓷基板之內部具備發熱體，並且於上述陶瓷基板具備有孔部，或者，該板狀陶瓷加熱器係於上述層積體中在上述陶瓷基板具備孔部、或於上述基底基板具備有貫通孔；該陶瓷加熱器之特徵在於：於自厚度方向觀察上述陶瓷加熱器時，上述發熱體係由各區發熱體所構成，該各區發熱體係以可將上述陶瓷基板在複數個加熱區之每一者獨立地加熱之方式配置於各加熱區，且於鄰接之上述加熱區的區發熱體之間配置有與上述孔部或上述貫通孔對應的孔部區域，上述區發熱體具有並列有線狀發熱圖案 的並列部分，上述並列配置之發熱圖案係以朝鄰接之上述加熱區側延伸的方式配置，並以在上述鄰接之加熱區側折返的方式配置，再者，上述並列配置之發熱圖案中朝上述孔部區域延伸且在不會與上述孔部區域重疊的位置折返之發熱圖案的第1折返部之至少一部分，係位於較朝不會與上述孔部區域重疊之方向延伸且折返的發熱圖案的第2折返部、或朝不會與上述孔部區域重疊之方向延伸的端部，更靠朝與鄰接之上述加熱區相反之方向退後的位置。
於本第2態樣中，於自厚度方向觀察陶瓷加熱器時(在平面視圖中)，於鄰接之加熱區的區發熱體之間配置有孔部區域。此外，區發熱體之並列配置之發熱圖案，係以朝鄰接之加熱區側延伸的方式配置，並具有第1折返部及第2折返部或端部(即朝不會與孔部區域重疊的方向延伸之端部)。
其中，第1折返部及第2折返部或上述端部，其折返之位置或配置的位置不同。亦即，第1折返部之至少一部分，係位於較第2折返部更靠朝與鄰接之加熱區相反的方向退後之位置。或者，第1折返部之至少一部分，係位於較上述端部更靠朝與鄰接的加熱區相反之方向退後的位置。即，第1折返部係位於較第2折返部或上述端部更靠本身之加熱區的內側(折返而返回之側)。
當具有孔部或貫通孔等孔部區域時，由於構造及材料等與周圍之陶瓷部分等不同，因此，溫度分佈 也與周圍不同，陶瓷加熱器之面內溫度容易變得不均勻。因此，於本第2態樣中，首先，第一、以發熱圖案不會與孔部區域重疊之方式設置有第1折返部。
亦即，於本第2態樣中，朝孔部區域延伸之發熱圖案，係利用第1折返部，以不會與孔部區域重疊之方式在孔部區域前彎曲且被折返，因此可避免發熱圖案間的間隔(間距)變小。
藉此，可抑制孔部區域及其附近的溫度，較其周圍的區域過度地上昇，因此可將陶瓷加熱器的面內溫度均勻化。
此外，於將孔部區域設置在鄰接之加熱區的區發熱體之間的情況，若予以擴大而使整體跨越區發熱體間，恐有區發熱體間之間隙的溫度過度降低的顧慮。
相對於此，於本第2態樣中，於將孔部區域設置在鄰接之加熱區的區發熱體之間的情況，以位於較朝不會與孔部區域重疊的方向延伸且折返的第2折返部或朝不會與孔部區域重疊之方向延伸的端部，更靠朝與鄰接的加熱區相反之方向退後的位置的方式，設置朝孔部區域延伸且折返之第1折返部的至少一部分。
亦即，以不會與孔部區域重疊(即避開孔部區域)而朝加熱區之內側凹陷的方式配置第1折返部的至少一部分。藉此，即使於將孔部區域設置在區發熱體之間的情況，也不需要過度擴大區發熱體間，因此，根據這點，也具有能將陶瓷加熱器之面內溫度均勻化的功效。
並且，於本第2態樣中，於將孔部區域設置在區發熱體之間的情況，以與其對應的方式形成(配置)發熱圖案，因此與在加熱區內設置有孔部區域整體之情況比較，可減少區發熱體之發熱圖案的配置變化。例如，可減少發熱圖案之長度差。因此，與無孔部區域的加熱區比較，可減小區發熱體的電阻值差，因此，如上述，具有容易進行控制參數的調整之優點。
尤其是，於以避開孔部區域的方式形成隔於孔部區域的兩側之區發熱體之情況、亦即調節兩區發熱體之發熱圖案的長度之情況，與僅使一區發熱體變形之情況比較，可極大地減小兩區發熱體間的電阻值差。亦即，可藉由兩區發熱體之微小變形來避開孔部區域，因此可進一步減小兩區發熱體間的電阻值差。藉此，可更容易進行控制參數的調整。
在此，「不會與孔部區域重疊的方向」，係指於加熱區與其他加熱區鄰接，且在區發熱體之間配置有與孔部或貫通孔對應的孔部區域之情況，即使將發熱圖案朝鄰接的其他加熱區側延長，也不會與孔部區域重疊的方向。
(3)本發明之第3態樣的陶瓷加熱器，其特徵在於：上述發熱圖案中在上述孔部區域側折返之折返部，係被設為沿上述孔部區域之外周的形狀。
例如，於孔部區域為圓形之情況，發熱圖案之折返部，係可採用沿圓形之外周的例如相似形狀之圓弧等形狀。
藉此，具有可進一步將面內溫度均勻化的優點。
(4)本發明之第4態樣的靜電夾頭，係具備有上述第1~第3態樣之任一者的陶瓷加熱器，該靜電夾頭之特徵在於：上述基底基板係金屬基底，於上述陶瓷基板具備有吸附被吸附物之吸附用電極。
本第4態樣係例示靜電夾頭的構成。
(5)本發明之第5態樣的靜電夾頭，其特徵在於：於上述基底基板具備供冷卻用流體流動之冷卻流道。
由於本第5態樣係於基底基板具有冷卻流道，因此可對陶瓷基板(因而，被吸附物)進行冷卻。
<其次，對本發明之各構成進行說明>
作為陶瓷加熱器及靜電夾頭的外形形狀，在平面視圖中可採用圓形。
作為孔部，可採用貫通孔或(開口於陶瓷加熱器之厚度方向的任一表面)之凹部。例如可採用於厚度方向貫通陶瓷基板、基底基板、靜電夾頭的貫通孔、陶瓷基板之表面的凹部(例如基底基板側的凹部)。此外，作為孔部，可列舉昇降銷孔、氣孔、對吸附用電極或區發熱體的供電用孔。
作為層積體，可採用將金屬板(金屬基底)等接合於陶瓷基板的構成。
作為加熱區，於自厚度方向觀察陶瓷加熱器時(平面視圖中)，可採用配置為環狀且於圓周方向配置有複數個者。此外，可採用在平面視圖中以相同間距配置者。並且，可採用在平面視圖中呈同心狀且配置有複數列者。
作為發熱圖案，可採用於並列部分被平行配置者。
作為構成發熱體(因而，區發熱體、發熱圖案)、吸附用電極之導體的材料，並無特別限制，但於藉由同時燒成技法形成這些導體及陶瓷基板之情況，導體中的金屬粉末，需要為較陶瓷基板之燒成溫度高的熔點。
例如，於陶瓷基板是由所謂之高溫燒成陶瓷(例如氧化鋁等)構成的情況，作為導體中的金屬粉末，可選擇鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、錳(Mn)等及其等的合金。於陶瓷基板由所謂之低溫燒成陶瓷(例如玻璃陶瓷等)構成的情況，作為導體中的金屬粉末，可選擇銅(Cu)或銀(Ag)等及其等的合金。此外，於陶瓷基板由高介電係數陶瓷(例如鈦酸鋇等)構成的情況，可選擇鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、鈀(Pd)、白金(Pt)等及其合金。
再者，區發熱體、吸附用電極，係使用包含金屬粉末的導體糊，藉由先前周知之技法、例如印刷法等進行塗布之後，藉由燒成而形成。
作為構成陶瓷基板(由複數個陶瓷層構成的情況下，為各陶瓷層)之材料，可列舉以氧化鋁、氧化釔(yttria)、氮化鋁、氮化硼、碳化矽、氮化矽等高溫燒成陶瓷作為主成分之燒結體等。此外，根據用途，也可選擇以如在硼矽酸系玻璃或硼矽酸鉛系玻璃中添加了氧化鋁等無機陶瓷填料之玻璃陶瓷那樣的低溫燒成陶瓷作為主成分之燒結體，也可選擇以鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鍶等介電體陶瓷作為主成分之燒結體。
再者，於半導體製造中之乾式蝕刻等各處理中，採用有各種使用電漿的技術，於使用電漿之處理中，多會採用鹵素氣體等腐蝕性氣體。因此，對於曝露在腐蝕性氣體或電漿的靜電夾頭，要求其具有高耐腐蝕性。因此，較佳為，上述陶瓷基板係由對腐蝕性氣體或電漿具有耐腐蝕性的材料、例如以氧化鋁或三氧化二釔作為主成分之材料所構成。
作為靜電夾頭，可採用藉由黏著劑層將板狀金屬基底接合於與陶瓷基板之第1主面(吸附被吸附物側的面)相反側的第2主面側的構成。此外，作為陶瓷基板，當將複數個陶瓷層層積而形成時，由於可容易在內部形成各種的構造，故而較適宜。再者，使用於靜電夾頭之陶瓷基板，係具有電絕緣性的陶瓷絕緣板。
作為基底基板，可列舉金屬基底。於使用金屬基底之情況，作為其材料，可列舉出銅、鋁、鐵、鈦等。此外，於以黏著劑層與陶瓷基板接合之情況，作為此黏著劑的材料，較佳為使陶瓷基板與金屬基底接合的力大的材料，例如，可選擇銦等之金屬材料、矽樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂等樹脂材料。然而，由於陶瓷基板之熱膨脹係數與金屬基底的熱膨脹係數的差大，因此，更佳可為，黏著劑係由具有作為緩衝材料之功能的能彈性變形之樹脂材料構成。
作為流動於冷卻流道的流體，可列舉氟系惰性流體。
1、81、111、131、151‧‧‧靜電夾頭
3‧‧‧半導體晶圓
9、83、83、113、127、133、153‧‧‧陶瓷加熱器
11‧‧‧金屬基底
15‧‧‧昇降銷孔
17‧‧‧冷卻流道
19、85、115‧‧‧陶瓷基板
21‧‧‧吸附用電極
23、23a、23b、91、91a、91b、135a、135b、155a、155b‧‧‧加熱區
25、25a、25b、93、93a、93b、137a、137b、157a、157b‧‧‧區發熱體
61、61a、61b、95、95a、95b、139a、139b、159b‧‧‧發熱圖案
63a、63b、63a1、63a2、63a3、63a4、63a5、63a6、97a、97b‧‧‧並列部分
65a、65b、99a、99b、101a、141a、141b、143a、143b、161b‧‧‧折返部
103b、163b‧‧‧端部
A‧‧‧孔部區域
第1圖為顯示將實施例1之靜電夾頭局部剖切的立體圖。
第2圖為放大顯示將實施例1之靜電夾頭在厚度方向剖開之一部分的說明圖。
第3圖為顯示實施例1之陶瓷加熱器的加熱區之配置的俯視圖。
第4圖為顯示實施例1之陶瓷加熱器的區發熱體之一部分的俯視圖。
第5(a)圖為顯示實驗例1之陶瓷加熱器的區發熱體之俯視圖，第5(b)圖為顯示實驗例1之加熱區的發熱狀態之說明圖。
第6圖為顯示實驗例2之陶瓷加熱器的溫度上昇的變化之曲線圖。
第7圖為顯示實施例2之陶瓷加熱器的加熱區之配置的俯視圖。
第8圖為顯示實施例2之陶瓷加熱器的區發熱體之一部分的俯視圖。
第9(a)圖為顯示實驗例3之陶瓷加熱器的區發熱體之俯視圖，第9(b)圖為顯示實驗例3之加熱區的發熱狀態之說明圖。
第10圖為顯示實驗例4之陶瓷加熱器的溫度上昇之變化的曲線圖。
第11(a)圖為顯示實施例3之靜電夾頭的區發熱體之一部分的俯視圖，第11(b)圖為顯示將此靜電夾頭在厚度方向剖開之一部分的剖視圖，第11(c)圖為顯示將此變形例之靜電夾頭在厚度方向剖開之一部分的剖視圖。
第12(a)圖為顯示實施例4之靜電夾頭的區發熱體之一部分的俯視圖，第12(b)圖為顯示實施例5之靜電夾頭的區發熱體之一部分的俯視圖。
第13(a)圖為顯示習知例之陶瓷加熱器的區發熱體之俯視圖，第13(b)圖為顯示先前例之加熱區的發熱狀態之說明圖。
以下，針對用以實施本發明之形態(實施例)進行說明。
[實施例1]
在此，例如以能吸附保持半導體晶圓的靜電夾頭為例進行說明。
a)首先，針對本實施例1之靜電夾頭的構造進行說明。
如第1圖所示，本實施例之靜電夾頭1，係以第1圖之上側吸附半導體晶圓3的裝置，且是經由例如由銦構成之接合層13(參照第2圖)將具有第1主面(吸附面)5及第2主面7的圓盤狀之陶瓷加熱器9、與圓盤狀的金屬基底(冷卻板)11接合而成者(層積體)。
此外，於靜電夾頭1上的複數個部位，以在厚度方向貫穿靜電夾頭1的方式設置有供昇降銷(未圖示) 插入的昇降銷孔15。此貫通孔即昇降銷孔15，也可作為為了冷卻半導體晶圓3而朝吸附面5側供給的冷卻用氣體之流道(冷卻用氣孔)使用。再者，冷卻用氣孔，也可與昇降銷孔分別設置。作為冷卻用氣體，例如可使用氦氣、氮氣等之非活性氣體等。
並且，於金屬基底11設置有為了冷卻陶瓷加熱器9(因而，半導體晶圓3)，而供冷卻用流體流動的冷卻流道17。再者，金屬基底11係由鋁或鋁合金構成的金屬製，作為冷卻用流體，例如可使用氟化液或純水等冷卻用液體等。
b)其次，針對陶瓷加熱器9之內部構造進行說明。
如第2圖所示，陶瓷加熱器9係由具備後述之發熱體等的陶瓷基板19所構成。
上述陶瓷基板19係層積有複數個陶瓷層(未圖示)者，且是以氧化鋁作為主成分之氧化鋁質燒結體。再者，氧化鋁質燒結體係絕緣體(介電質)。
於此陶瓷基板19上且於吸附面5之(第2圖的)下方，設置有後述之一對吸附用電極21。並且，於吸附用電極21之下方設置有配置於後述之複數個加熱區23的區發熱體25。
此外，於陶瓷基板19之內部設置有介層孔(via)27及內部導電層29，於設置在陶瓷基板19之第2主面7側的孔部、即凹部31，設置有金屬化層33及內部連接端子35。藉此，吸附用電極21或區發熱體25， 經由介層孔27、內部導電層29、金屬化層33、及內部連接端子35等，被連接於供電用端子銷37。再者，第2圖中，省略對吸附用電極21供電的構成。
其中，凹部31係與在厚度方向貫通金屬基底11的貫通孔39連通，藉由凹部31及貫通孔39，構成了第2圖之上方被封閉的連通部41。再者，端子銷37被配置於此連通部41。
再者，昇降銷孔15係於軸向將在厚度方向貫通陶瓷基板19的第1貫通孔15a、及在厚度方向貫通金屬基底11的第2貫通孔15b連通之貫通孔。
以下，針對陶瓷加熱器9之各構成更詳細地進行說明。
<吸附用電極21>
吸附用電極21係例如由平面形狀為半圓狀的一對電極21a、21b(參照第1圖)所構成。此吸附用電極21，係在使用靜電夾頭1之情況下，對兩電極21a、21b之間施加直流高電壓，藉此產生吸附半導體晶圓3之靜電引力(吸附力)，且利用此吸附力吸附及固定半導體晶圓3者。再者，關於吸附用電極21，除此之外，還可採用周知之各種構成。
<加熱區23>
如第3圖所示，於陶瓷加熱器9(因而，陶瓷基板19)上，以能分別加熱(因而，溫度調節)陶瓷加熱器9之平面方向上的各區域的方式，在平面視圖中設定有複數個加熱區23。
具體而言，在平面視圖中自中心朝徑向外側(外周側)設定有第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8加熱區部51、52、53、54、55、56、57、58之8個加熱區部。亦即，設定有分別由加熱區23構成的第1~第8加熱區部51~58。
其中，在平面視圖中，包含軸中心的中心之第1加熱區部51係圓形，配置於第1加熱區部51之外周側的第2~第8加熱區部52~58，係具有既定寬度之圓環狀，且這些皆被配置成同心狀。
此外，第2加熱區部52，係以成為相同中心角(等間距)之方式被劃分成6個加熱區23，第3加熱區部53係以等間距被劃分成12個加熱區23，第4加熱區部54係以等間距被劃分成20個加熱區23，第5加熱區部55係以等間距被劃分成24個加熱區23，第6加熱區部56係以等間距被劃分成30個加熱區23，第7加熱區部57係以等間距被劃分成36個加熱區23，第8加熱區部58係以等間距被劃分成32個加熱區23。
因此，第2~第8加熱區部52~58之各加熱區23的形狀，係成為彎曲之既定寬度的圓弧狀(既定寬度的扇狀)之區域。惟，第1加熱區部51，係由單一加熱區23所構成，其形狀為圓形。再者，第3圖之虛線顯示各加熱區23之邊界。
在此，3個部位之昇降銷孔15，係與孔部區域A(參照第4圖)對應，此昇降銷孔15，係分別設置於第7加熱區部57之3個部位的加熱區23。亦即，各昇降銷孔15，係以中心角成為120度之方式等間距地設置。
<區發熱體25>
如第4圖所示，於第1~第8加熱區部51~58之各加熱區23，分別配置有由線狀(詳細為既定寬度的帶狀)的發熱圖案61構成之區發熱體25。
此區發熱體25，係由當被施加電壓而流動電流時會發熱的金屬材料(W等)所構成。
亦即，區發熱體25，係以可將加熱區23內儘可能均勻地加熱之方式，藉由發熱圖案61蛇行而與加熱區23大致上同樣地被配置為大致扇形。換言之，區發熱體25，係以將帶狀之扇形加熱區23內的大致整體隔開既定間隔而覆蓋的方式配置。
詳細而言，於加熱區23內，在無屬於貫通孔(孔部區域A)之昇降銷孔15的加熱區23b中(參照第4圖之右圖)，線狀之發熱圖案61b，係呈以陶瓷加熱器9之軸中心作為中心的圓弧狀且呈同心狀並列(平行)地配置。此外，於線狀之發熱圖案61b的並列部分63b的端部(圓周方向的端部)，以朝同圖之左或為右方向返回的方式在折返部65b折彎而形成為蛇行狀。
另一方面，在具有孔部區域A的加熱區23a中(參照第4圖左圖)，發熱圖案61a基本上也與無孔部區域A的加熱區23b同樣地形成，但孔部區域A及其周圍的配置不同。
具體而言，具有孔部區域A之加熱區23a的區發熱體25a，係具有並列(平行)配置有發熱圖案61a的 部分(並列部分63a：63a1~63a6)、及在孔部區域A之附近連接鄰接的並列部分63a的端部彼此(並列部分63a2與63a3、及63a4與63a5)之折返部65a。亦即，此折返部65a，係以形成朝孔部區域A延伸的並列部分63a(並列部分63a3及63a4)之一部分的發熱圖案61a，不會與孔部區域A重疊之方式，被彎曲而連接於發熱圖案61a的部分，該發熱圖案61a係形成鄰接且並列配置的並列部分63a(並列部分63a2及63a5)。
詳細而言，形成朝圓周方向延伸之並列部分63a(並列部分63a1~63a6)中的、當直接延伸時會與孔部區域A重疊的並列部分63a(並列部分63a3及63a4)之發熱圖案61a，係在到達孔部區域A之前被彎曲(例如被彎曲成直線狀或曲線狀)，並連接於鄰接的並列部分63a(並列部分63a2及63a5)。
此外，由於在平面視圖中孔部區域A為圓形，因此上述折返部65a，係沿孔部區域A之外形形狀被彎曲為圓弧狀。
再者，具有孔部區域A的加熱區23a之發熱圖案61a的長度，係較無孔部區域A的發熱圖案61b略短，因此具有孔部區域A之加熱區23a的區發熱體25a的電阻值，係較無孔部區域A的加熱區23b之區發熱體25b略小，但也可調節為相同的長度。
c)其次，針對本實施例1之靜電夾頭1的製造方法，簡單地進行說明。
(1)作為陶瓷基板19之原料，將作為主成分之Al2O3：92重量%、MgO：1重量%、CaO：1重量%、SiO2：6重量%的各粉末混合，以球磨機(ball mill)濕式粉碎50~80小時後，進行脫水乾燥。
(2)其次，在此粉末中添加溶劑等，以球磨機進行混合，作成漿料。
(3)接著，將此漿料減壓脫泡後使之呈平板狀流出而逐漸冷卻，使溶劑散發而形成(與各陶瓷層對應之)各氧化鋁生胚片(green sheet)。
然後，對各氧化鋁生胚片，在必要部位上開設會成為昇降銷孔15或凹部31等的空間，又開設會成為介層孔27的通孔。
(4)此外，於上述氧化鋁生胚片用的原料粉末中混入鎢粉末，作成泥漿狀，而作為金屬化墨水。
(5)然後，為了形成吸附用電極21、區發熱體25、內部導電層29，使用上述金屬化墨水，在與各電極或發熱體的形成部位對應的氧化鋁生胚片上，藉由通常之網版印刷法印刷各圖案。再者，為了形成介層孔83，對通孔填充金屬化墨水。
(6)接著，將各氧化鋁生胚片，以形成有昇降銷孔15等必要之空間的方式進行對位，且熱壓合，而形成層積板。
(7)接著，將經熱壓合之層積板切割成既定的圓板形狀。
(8)接著，將經切割之生胚片，於還原氣體氛圍下，且於1400~1600℃的範圍(例如，1550℃)內進行5小時燒成(主燒成)，而製造氧化鋁質燒結體。
(9)然後，於燒結之後，適宜地削去必要部位而進行尺寸調整。藉此，製成陶瓷基板19。
(10)接著，於陶瓷基板19設置金屬化層33、內部連接端子35。
(11)然後，例如使用銦將陶瓷基板19(即陶瓷加熱器9)與金屬基底11接合而一體化。藉此，完成靜電夾頭1。
d)其次，就本實施例1之功效進行說明。
本實施例1中，於平面視圖中，在具有孔部區域A的加熱區23a中，以不會與孔部區域A重疊的方式在發熱圖案61a設置有折返部65a。亦即，朝孔部區域A延伸之發熱圖案61a，係於折返部65a朝向鄰接且並列配置的其他發熱圖案61a彎曲而連接。
藉此，可避免像先前那樣並列配置之發熱圖案61a間的間隔(間距)變小的情況。因此，可抑制孔部區域A附近的溫度，較其周圍之區域過度地上昇，因而可將陶瓷加熱器9之面內溫度均勻化。
藉此，即使於藉由各區發熱體25a、25b且以同樣的條件對具有孔部區域A之加熱區23a及無孔部區域A的加熱區23b進行加熱之情況，各加熱區23a、23b的溫度仍同樣地變化，因此可獲得能容易將陶瓷加熱器9之面內溫度均勻化的顯著功效。
此外，本實施例1中，如上述，於發熱圖案61a設置折返部65a，因此與先前技術比較，具有孔部區域A的加熱區23a之區發熱體25a與無孔部區域A的加熱區23b之區發熱體25b的各發熱圖案61a、61b之間的長度差小，藉此，可減小兩區發熱體25a、25b之間的電阻值的差。
因此，於以等間距在圓周方向設定有複數個加熱區23的陶瓷加熱器9中，於同樣地對各區發熱體25供給電極之情況，可容易使每單位時間的溫度上昇成為相同的程度。
亦即，於本實施例1中，可減小各區發熱體25之間的電阻值差，因此，具有控制參數的調整容易(即能改善溫度控制性)之優點。
並且，本實施例1中，發熱圖案61中，在孔部區域A側折返之折返部65a係設為沿孔部區域A的圓之外周的形狀(圓弧)，因此具有能進一步將面內溫度均勻化的優點。
e)接著，對確認了本實施例1之功效的實驗例進行說明。
<實驗例1>
於本實驗例1中，如第5(a)圖所示，於上述實施例1之陶瓷加熱器的第7加熱區部中，在對排列配置於圓周方向的3個加熱區之區發熱體施加既定的電壓之情況下，藉由電腦模擬對周圍之溫度是如何變化之情況進行了調查。
使用於實驗的模型，基本上係與上述實施例1同樣的構成，於3個加熱區中，於同圖左側之加熱區設置貫通孔(孔部區域A)，且於其他2個加熱區不設置孔部區域A。
詳細而言，作為陶瓷加熱器，設定下述的構成。再者，發熱圖案之配置，係與實施例1同樣(參照第5(a)圖)
陶瓷基板的材料：氧化鋁
區發熱體的材料：W
加熱區的寬度、中心角：寬度68mm~80mm、中心角10°
區發熱體的寬度、中心角：寬度69mm~79mm、中心角10°
(再者，區發熱體的中心線，係自加熱區的寬度偏移1mm)
發熱圖案的線寬：0.4mm
孔部區域(貫通孔)的直徑：4.4mm
此外，作為加熱條件，設定了下述條件。
對區發熱體的施加電壓：20V
施加時間：40秒
並且，第5(b)圖顯示藉由以上述條件對上述模型進行加熱的情況下之溫度的狀態。
如第5(b)圖所示，可知具有實施例1之構成者，其孔部區域A之周邊及各加熱區中的溫度差小，可將陶瓷加熱器的面內溫度適當地均勻化。
再者，對上述第13(b)圖所示的比較例，也以同樣的條件進行了加熱，但如第13(b)圖所示，可知各加熱區的溫度差大，不能將陶瓷加熱器的面內溫度適當地均勻化。再者，比較例的模型，係於設置有孔部區域A之加熱區中，除了以避開孔部區域A的方式設置之發熱圖案的配置外，其餘皆與上述實驗例1之模型相同。
<實驗例2>
本實驗例2係對無孔部區域A(貫通孔)之加熱區、及具有孔部區域A(貫通孔)的加熱區之溫度的上昇程度進行了調查者。
具體而言，於上述實驗例1之模型中，對將既定電壓(例如20V)施加於各加熱區之各區發熱體的情況下之溫度變化進行了調查。
再者，溫度的測量位置，係設為各加熱區之相同的位置(例如角部：例如第5(a)圖之右上角)。
第6圖顯示其結果。由第6圖明顯可知，於實施例1之模型的情況，於無孔部區域A的加熱區及具有孔部區域A的加熱區中，溫度上昇大致相同，且於大致相同時間達到同樣的溫度。
[實施例2]
其次，對實施例2進行說明，但省略與上述實施例1同樣之部位的說明。
再者，對與實施例1同樣的構件，使用相同的元件編號。
a)首先，對本實施例2之靜電夾頭的構成進行說明。
如第7圖所示，本實施例2之靜電夾頭81，係與實施例1同樣，陶瓷加熱器83(因而，陶瓷基板85)被接合於金屬基底11者。
其中，與上述實施例1同樣，於陶瓷加熱器83上設定有由1或複數個加熱區23所構成的第1~第8加熱區部51~58。
但昇降銷孔15係與實施例1不同，其不設於加熱區23內，而是於第7加熱區部57內，且在鄰接於圓周方向的加熱區23之間以等間距(120度)設置。
亦即，如第8圖所示，於鄰接之一加熱區91(第1加熱區91a)的區發熱體93(第1區發熱體93a)與另一加熱區91(第2加熱區91b)的區發熱體93(第2區發熱體93b)之間，設置有屬於貫通孔的昇降銷孔15之圓形孔部區域A。
此外，在平面視圖中，於各加熱區91之內部，分別由既定寬度之線狀發熱圖案95(第1發熱圖案95a、第2發熱圖案95b)所構成的各區發熱體93，係配合各加熱區91之形狀分別配置為大致扇形。
其中，第1區發熱體93a係具有並列有第1發熱圖案95a的並列部分97a(並列部分97a1~97a6)。此外，在第1發熱圖案95a中，並列配置之並列部分97a係以朝鄰接之第2加熱區91b側延伸的方式配置，並且以在鄰接之第2加熱區91b側(相反側)折返的方式配置。
詳細而言，並列配置之並列部分97a中，朝孔部區域A延伸之在徑向(同圖上下方向)上的中央側之2條並列部分97a3及97a4，係以不會與孔部區域A重疊且在第1折返部99a折返之方式連接。此外，徑向之兩側的各2條並列部分97a(並列部分97a1與97a2、及97a5與97a6)，係朝不會與孔部區域A重疊的方向延伸，且於加熱區91之邊界前，以在第2折返部101a折返的方式連接。
而且，第1折返部99a係位於較第2折返部101a，更靠朝與鄰接之第2加熱區91b相反的方向(即第1加熱區91a的內側：同圖左側)退後之位置。
另一方面，第2區發熱體93b，具有並列有第2發熱圖案95b之並列部分97b(並列部分97b1~97b6)。此外，第2發熱圖案97b中，並列配置之並列部分97b係以朝鄰接之第1加熱區91a側延伸的方式配置，並且以於鄰接之第1加熱區91a側(相反側)折返的方式配置。
詳細而言，並列配置之並列部分97b中，朝孔部區域A延伸之在徑向上的中央側之2條並列部分97b3及97b4，係以不會與孔部區域A重疊的方式，在第1折返部99b折返，且分別連接於(同圖之上下的)並列部分97b2及97b5。此外，徑向之兩側的並列部分97b1及97b6，係朝不會與孔部區域A重疊的方向延伸，其端部103b到達加熱區91之邊界前。
而且，第1折返部99b之一部分，係位於較朝不會與孔部區域A重疊的方向延伸之端部103b，更靠朝與鄰接的第1加熱區91a相反之方向(即第2加熱區91b之內側：同圖右側)退後之位置。
亦即，第1、第2區發熱體93a、93b之兩者，皆於包夾孔部區域A之部分，以與無孔部區域A的其他加熱區91相比而朝各加熱區91之內側凹陷的方式形成有各發熱圖案95(即變形而形成)。
再者，第1折返部99a、99b，係以成為與孔部區域A的圓形相似之形狀的方式彎曲為圓弧狀。
本實施例1中，也與上述實施例1相同，可獲得容易將面內溫度均勻化，並容易進行控制參數之設定的功效。
尤其是，本實施例2中，於鄰接之加熱區91的區發熱體93之間，變更各發熱圖案95之配置(與無孔部區域A的加熱區91比較)而設置孔部區域A，因此，各區發熱體93間之電阻值差小，從而具有溫度控制性更優異的優點。
b)其次，就與本實施例2相關之實驗例進行說明。
<實驗例3>
本實驗例3中，除了與上述實施例2同樣地構成孔部區域A或區發熱體外，使用與上述實驗例1同樣的模型，且以相同的條件進行了實驗。
詳細而言，作為陶瓷加熱器，係設定與上述實驗例1同樣的構成。再者，發熱圖案之配置，係與實施例2相同(參照第9(a)圖所示之陶瓷加熱器)。
此外，加熱條件也與實驗例1相同。
第9(b)圖顯示以上述條件對上述模型進行加熱之情況下的溫度的狀態。
如第9(b)圖所示，可知具備實施例2之構成者，其孔部區域A之周邊及各加熱區的溫度差小，能將陶瓷加熱器之面內溫度適當地均勻化。
<實驗例4>
本實驗例4係與上述實驗例2同樣，對無孔部區域A(貫通孔)之加熱區及具有孔部區域A(貫通孔)的加熱區的溫度之上昇程度進行了調查。
具體而言，於上述實驗例3之模型中，對將既定電壓(例如20V)施加於各加熱區之各區發熱體的情況下之溫度的變化進行了調查。
再者，溫度之測量位置，係設為各加熱區之相同的位置(例如角部：例如第9(a)圖之右上角)。
第10圖顯示其結果。由第10圖明顯可知，於本實施例2之模型之情況，於無孔部區域A之加熱區及具有孔部區域A的加熱區中，溫度上昇大致相同，且於大致相同時間內達到同樣的溫度。
[實施例3]
其次，對實施例3進行說明，但省略與上述實施例1同樣之部位的說明。
再者，對與實施例1同樣的構件，使用相同的元件編號。
如第11(a)、(b)圖所示，本實施例3之靜電夾頭111，係於陶瓷加熱器113(因而，陶瓷基板115)的第2主面117側設置有凹部119，且以連通於此凹部119之方式設置有貫通金屬基底121的貫通孔123。
並且，藉由上述凹部119及貫通孔123構成了連通孔125，此連通孔125之投影區域、即將該第11(b)圖之連通孔125投影於同圖上方(吸附面側)所得的第11(a)圖所示之圓形區域，係設定作為孔部區域A。
並且，於陶瓷加熱器113之內部，且在平面視圖中，於此孔部區域A之周圍，以避開孔部區域A的方式形成有與上述實施例1同樣的區發熱體25。
本實施例3中，連通孔125雖不是像實施例1那樣的貫通靜電夾頭之貫通孔，但可獲得與上述實施例1同樣的功效。
再者，作為本實施例3之變形例，可採用第11(c)圖所示之構成。
於此變形例之情況下，沒有於陶瓷加熱器127形成凹部，僅於金屬基底121形成有貫通孔123，此貫通孔123之投影區域係被設定作為孔部區域A。
根據此變形例，也可獲得與實施例1同樣的功效。
[實施例4]
其次，就實施例4進行說明，但省略與上述實施例2同樣之部位的說明。
再者，對與實施例2同樣的構件，係使用相同的元件編號。
如第12(a)圖所示，於本實施例4之靜電夾頭131的陶瓷加熱器133中，在平面視圖中於第1加熱區135a之第1區發熱體137a與第2加熱區135b的第2區發熱體137b之間設定有孔部區域A。
第1、第2區發熱體137a、137b，係左右對稱，第1、第2區發熱體137a、137b之第1、第2發熱圖案139a、139b，為了避開孔部區域A，係以朝第1、第2加熱區135a、135b的各者的內側凹陷之方式蛇行而形成。
詳細而言，第1、第2發熱圖案139a、139b之第1折返部141a、141b(即，當朝鄰接之第2加熱區135b側延伸時會與孔部區域A重疊，因此以不會與孔部區域A重疊的方式折返之部分)，係以位於較同圖之上下方向兩側的第2折返部143a、143b(即，即使朝鄰接之第2加熱區135b側延長，也不會與孔部區域A重疊的折返部分)，靠第1、第2加熱區135a、135b的各者的內側(分別為同圖左側或右側)的方式配置。
再者，第1折返部141a、141b之形狀，不與孔部區域A的圓形相似，僅僅為折返成U字狀之形狀。
於本實施例4中，也可獲得與上述實施例2同樣的功效。
[實施例5]
其次，針對實施例5進行說明，但省略與上述實施例2同樣之部位的說明。
再者，對與實施例2同樣的構件，係使用相同的元件編號。
如第12(b)圖所示，於本實施例5之靜電夾頭151的陶瓷加熱器153中，在平面視圖中於第1加熱區155a之第1區發熱體157a與第2加熱區155b的第2區發熱體157b之間設定有孔部區域A。
本實施例5中，與實施例2不同，僅鄰接之一第2區發熱體157b，係為了避開孔部區域A，而與實施例2大致相同地變形，鄰接之另一第1區發熱體157a則與無孔部區域A的加熱區之區發熱體同樣。
詳細而言，第2發熱圖案159b之第1折返部161b(即，當延長時會與孔部區域A重疊，因此以不會與孔部區域A重疊的方式被折返的部分)，係以位於較同圖之上下方向兩側的第2發熱圖案159b的端部163b(即，即使延長也不會與孔部區域A重疊的部分)，靠第2加熱區155b之內側(同圖右側)的方式配置。
本實施例5中，也可獲得與上述實施例2大致同樣的功效。
再者，本發明完全不受上述實施例等限制，只要於不超出本發明的範圍內，即可以各種的形態實施。
(1)例如，上述各實施例中，以接合有陶瓷加熱器與金屬基底的靜電夾頭為例進行了說明，但本發明即使於單獨之陶瓷加熱器的情況下也可適用，且可將陶瓷基板之中心部的面內溫度適宜地均勻化。
(2)此外，可適當地將各實施例之構成與其他實施例的構成組合。
15‧‧‧昇降銷孔
23(23a、23b)‧‧‧加熱區
25(25a、25b)‧‧‧區發熱體
61(61a、61b)‧‧‧發熱圖案
63a、63b、63a1、63a2、63a3、63a4、63a5、63a6‧‧‧並列部分
65a、65b‧‧‧折返部
A‧‧‧孔部區域

Claims (6)

  1. 一種陶瓷加熱器，係一板狀陶瓷加熱器，該板狀陶瓷加熱器具有陶瓷基板、或於陶瓷基板上層積有基底基板而成之層積體，並且於上述陶瓷基板之內部具備發熱體，於上述陶瓷基板具備有孔部；或者，該板狀陶瓷加熱器係於上述層積體中在上述陶瓷基板具備孔部、或於上述基底基板具備有貫通孔，該陶瓷加熱器之特徵在於：於自厚度方向觀察上述陶瓷加熱器時，上述發熱體係由各區發熱體所構成，該各區發熱體係以可將上述陶瓷基板在複數個加熱區之每一者獨立地加熱之方式配置於各加熱區，且於上述加熱區內配置有與上述孔部或上述貫通孔對應的孔部區域，上述區發熱體具備：並列部分，其並列配置有線狀之發熱圖案；及折返部，其以朝上述孔部區域延伸的上述發熱圖案不會與上述孔部區域重疊的方式，與鄰接且並列配置之其他發熱圖案連接而折返。
  2. 如請求項1之陶瓷加熱器，其中上述發熱圖案中在上述孔部區域側折返之折返部，係被設為沿上述孔部區域之外周的形狀。
  3. 一種陶瓷加熱器，係一板狀陶瓷加熱器，該板狀陶瓷加熱器具有陶瓷基板、或於陶瓷基板上層積有基底基板而成之層積體， 於上述陶瓷基板之內部具備發熱體，並且於上述陶瓷基板具備有孔部，或者，該板狀陶瓷加熱器係於上述層積體中在上述陶瓷基板具備孔部、或於上述基底基板具備有貫通孔，該陶瓷加熱器之特徵在於：於自厚度方向觀察上述陶瓷加熱器時，上述發熱體係由各區發熱體所構成，該各區發熱體係以可將上述陶瓷基板在複數個加熱區之每一者獨立地加熱之方式配置於各加熱區，且於鄰接之上述加熱區的區發熱體之間配置有與上述孔部或上述貫通孔對應的孔部區域，上述區發熱體具有並列有線狀發熱圖案的並列部分，上述並列配置之發熱圖案，係以朝鄰接之上述加熱區側延伸的方式配置，並以在上述鄰接之加熱區側折返的方式配置，再者，上述並列配置之發熱圖案中朝上述孔部區域延伸且在不會與上述孔部區域重疊的位置折返之發熱圖案的第1折返部之至少一部分，係位於較朝不會與上述孔部區域重疊之方向延伸且折返的發熱圖案的第2折返部、或朝不會與上述孔部區域重疊之方向延伸的端部，更靠朝與鄰接之上述加熱區相反之方向退後的位置。
  4. 如請求項2之陶瓷加熱器，其中上述發熱圖案中在上述孔部區域側折返之折返部，係被設為沿上述孔部區域之外周的形狀。
  5. 一種靜電夾頭，係具備有如請求項1至4中任一項之陶瓷加熱器，該靜電夾頭之特徵在於：上述基底基板係金屬基底，於上述陶瓷基板具備有吸附被吸附物之吸附用電極。
  6. 如請求項5之靜電夾頭，其中於上述基底基板具備有供冷卻用流體流動之冷卻流道。
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