WO2017073230A1 - ヒータユニット - Google Patents

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WO2017073230A1
WO2017073230A1 PCT/JP2016/078575 JP2016078575W WO2017073230A1 WO 2017073230 A1 WO2017073230 A1 WO 2017073230A1 JP 2016078575 W JP2016078575 W JP 2016078575W WO 2017073230 A1 WO2017073230 A1 WO 2017073230A1
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heater unit
groove
heater
lid
base material
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年彦 花待
尚哉 相川
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日本発條株式会社
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    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
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    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits

Definitions

  • the present invention relates to a heater unit.
  • the present invention relates to a heater unit used in a semiconductor manufacturing apparatus.
  • a functional element such as a transistor element, a wiring, a resistance element, or a capacitive element is formed by forming and processing a thin film on a semiconductor substrate.
  • a method for forming a thin film on a semiconductor substrate a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, or an atomic layer deposition method (ALD) is used. Such a method is used.
  • a method for processing the thin film a method such as an ion reactive etching (RIE) method is used.
  • RIE ion reactive etching
  • a surface treatment process such as plasma treatment is performed in addition to the thin film formation and processing.
  • a stage for supporting a semiconductor substrate is provided in an apparatus used in the film forming, processing, and surface treatment steps.
  • the stage not only simply supports the semiconductor substrate, but also has a function of adjusting the temperature of the semiconductor substrate according to each processing step.
  • the stage is provided with a heating mechanism.
  • a ceramic heater made of metal or ceramics is widely used as a heating mechanism.
  • the film quality, processed shape, and surface state change sensitively depending on the substrate temperature. Therefore, high uniformity in the surface is required for the heater unit.
  • the semiconductor device used in the above process has different chamber structures and electrode structures depending on the characteristics required for each process. Due to the difference in structure, the in-plane uniformity of the substrate temperature deteriorates due to the heat radiation from the substrate placed in the chamber to the chamber atmosphere and the heat radiation transmitted from the substrate to the stage on which the substrate is placed. End up. Further, in an apparatus using plasma, the in-plane uniformity of the substrate temperature is deteriorated due to the influence of the plasma density in the chamber.
  • the heating resistor (heater unit) arranged in the heater unit is divided into a plurality of zones.
  • a technique for improving the in-plane uniformity of the substrate temperature by independently controlling the heater unit is disclosed.
  • the heater units described in Patent Document 1 and Patent Document 2 since the concave portion is provided in the base material between adjacent zones, the adjacent zones are thermally insulated.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 the recesses between adjacent zones are connected to the space in the chamber (or the atmosphere outside the chamber). Therefore, the thermal insulation efficiency between adjacent zones is affected by the space temperature (or the atmospheric temperature) in the chamber. As a result, since the heat insulation efficiency between adjacent zones changes depending on the space temperature (or the atmospheric temperature) in the chamber, it is difficult to obtain a stable heat insulation effect that does not depend on the use environment. In addition, if the distribution of the heated gas existing in the chamber is biased, the in-plane uniformity of the substrate temperature is deteriorated.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a heater unit having high in-plane temperature uniformity.
  • a heater unit corresponds to a first heater unit, a second heater unit that is controlled independently of the first heater unit, and a space between the first heater unit and the second heater unit.
  • a base member provided with a groove in the region; and a lid portion disposed at an opening end of the groove and providing a closed space together with the groove.
  • the closed space may be a vacuum.
  • the closed space may be filled with gas.
  • the closed space may be filled with a substance having a lower thermal conductivity than the base material.
  • a region where the insulating layer is removed may be provided between the first heater portion and the second heater portion.
  • the groove may be provided in a ring shape in a plan view of the base material, and the lid portion may be in a ring shape.
  • the heater unit according to the present invention can provide a heater unit with high in-plane temperature uniformity.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. It is a top view which shows the whole structure of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 8.
  • the heater unit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the heater unit of the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments described below.
  • the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
  • the description will be made using the terms “upper” or “lower”, and the upper and lower parts respectively indicate directions when the heater unit is used (when the apparatus is mounted).
  • the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, and the like of each part in comparison with actual aspects for the sake of clarity of explanation, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is not limited. It is not limited.
  • the heater unit according to the first embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently.
  • the heater unit according to the first embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the first embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 1 is a top view showing an overall configuration of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
  • the heater unit 10 according to the first embodiment includes a cover part 110, a base material 120, a lid part 130, a heater part 140, and an insulating layer 150.
  • the heater unit 140 includes a first heater unit 142, a second heater unit 144, and a third heater unit 146 that are independently controlled.
  • the first heater unit 142, the second heater unit 144, and the third heater unit 146 are not particularly distinguished, they are referred to as the heater unit 140.
  • the base 120 has a first groove 123 provided between the first heater part 142 and the second heater part 144, and a second groove provided between the second heater part 144 and the third heater part 146.
  • the groove 125 is provided.
  • the first heater unit 142, the second heater unit 144, and the third heater unit 146 are connected to different heater controllers via external connection terminals 1421, 1441, and 1461, respectively.
  • the heater unit 10 is surrounded by a chamber 15.
  • the chamber 15 is connected to the cover part 110 and isolates the space inside the chamber and the atmosphere outside the chamber.
  • a part of the cover part 110 is disposed inside the chamber 15, and the other part is disposed outside the chamber 15.
  • the cover part 110 has a hollow structure.
  • the inside of the cover part 110 is exposed to the atmosphere.
  • the outside of the cover part 110 is exposed to the space in the chamber.
  • the chamber 15 and the cover part 110 may be fixed by welding or the like, and may be detachably connected via a metal gasket, a resin O-ring, or the like.
  • the base material 120 is disposed on the cover part 110.
  • the base 120 is provided with the first groove 123 in a corresponding region between the first heater part 142 and the second heater part 144, and the second heater part 144, the third heater part 146, A second groove 125 is provided in a corresponding region between the two.
  • the first groove 123 and the second groove 125 have an open end on the upper surface side of the base material 120 (the lid portion 130 side of the base material 120), and the lower surface side of the base material 120 (the cover portion 110 of the base material 120). It is a recessed part which has a bottom part in the side.
  • the depth of the first groove 123 and the second groove 125 with respect to the base material 120 is 5 mm or more from the surface of the substrate 120 (the thickness of the substrate 120 minus 5 mm or less).
  • the first groove 123 is provided between the first zone 122 and the second zone 124 of the substrate 120
  • the second groove 125 is provided between the second zone 124 and the third zone 126. It can also be said that it is provided.
  • the lid 130 is disposed on the base material 120. That is, the lid 130 is disposed on the opening end side of the first groove 123 and the second groove 125.
  • the lid portion 130 has a flat plate shape and is disposed so as to close at least the open ends of the first groove 123 and the second groove 125. That is, the lid 130 forms a closed space together with the first groove 123 or the second groove 125.
  • the lid 130 is brazed to the substrate 120 via a brazing material such as indium (In), tin (Sn), and an alloy containing these. These brazing materials are disposed on the upper surface of the substrate 120 in a region excluding the first groove 123 and the second groove 125.
  • the brazing material is provided with a sufficient offset with respect to the first groove 123 and the second groove 125 so that the brazing material does not enter the first groove 123 and the second groove 125. It may be disposed on the upper surface of the material 120.
  • the insulating layer 150 is disposed above the lid portion 130.
  • the heater part 140 is disposed between the lid part 130 and the insulating layer 150. That is, the heater part 140 is covered with the lid part 130 and the insulating layer 150. In other words, it can be said that the heater part 140 is covered with the lid part 130 having a flat upper surface and the insulating layer 150 having a concave part on the lower surface.
  • the inside of the first groove 123 and the inside of the second groove 125 is a vacuum or a reduced pressure atmosphere. Since the inside of each groove is a vacuum or a reduced pressure atmosphere, heat exchange between the first zone 122 and the second zone 124 of the substrate 120 and between the second zone 124 and the third zone 126 becomes difficult. Therefore, these zones are efficiently insulated.
  • the lid portion 130 is disposed on the base material 120 in the environment of the vacuum or the reduced pressure atmosphere in the above brazing process. That's fine.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the gas may be filled in the first groove 123 and the second groove 125.
  • the first groove 123 and the second groove 125 may be filled with a substance (filler) having a lower thermal conductivity than the base material 120.
  • the substance to be filled may be a solid such as a resin material or a liquid such as oil.
  • a material such as aluminum (Al), titanium (Ti), stainless steel (SUS), or the like can be used.
  • the substrate 120 a metal substrate or a semiconductor substrate can be used.
  • the metal substrate an Al substrate, a Ti substrate, a SUS substrate, or the like can be used.
  • the semiconductor substrate a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, or the like can be used.
  • the thermal conductivity of the substrate 120 is preferably 100 W / mK or more.
  • Al is used as the base material 120.
  • the lid 130 Ti, SUS, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used.
  • the lid 130 can be made of a material having a lower thermal conductivity than that of the base 120 and can be appropriately selected according to the thermal conductivity of the material used for the base 120.
  • the lid 130 can be made of a material having a lower thermal conductivity than that of the insulating layer 150, and can be appropriately selected depending on the thermal conductivity of the material used for the insulating layer 150.
  • SUS is used as the lid 130.
  • the thickness of the SUS is preferably 1 mm or less in order to reduce the influence of heat exchange between different zones.
  • the lid portion 130 may be a material having pores.
  • the lid 130 may be a porous material.
  • the lid portion 130 having a pore content of 1% or more and 20% or less can be used.
  • the pore content of the lid 130 is 10% or more and 20% or less.
  • a porous material that transmits gas may be used as long as a vacuum or a reduced-pressure atmosphere within the first groove 123 and the second groove 125 can be maintained.
  • a porous material that transmits gas may be used as long as the filler can be maintained.
  • the thermal conductivity of the porous SUS is smaller than the thermal conductivity of the bulk of SUS (about 16.7 W / mK).
  • the thermal conductivity of porous SUS is 2 W / mK or more and 16 W / mK or less.
  • said heat conductivity is a value in the case of 25 degreeC measured by the laser flash method.
  • Porous SUS can be formed by, for example, a cold spray method.
  • the lid portion 130 in order to braze the plate-like lid portion 130 to the base material 120, after forming a porous plate-like SUS (lid portion 130) on a member different from the base material 120, the lid portion 130 is used as the base material. Braze to 120.
  • the cold spray method is a method of forming a film by causing a material to collide with a base material in a solid state in a supersonic flow together with an inert gas without melting or gasifying the material.
  • the lid 130 in order to adjust the thickness of SUS, the lid 130 can be obtained by forming the SUS by a cold spray method and then thinning the SUS to a desired thickness by grinding.
  • SUS By forming SUS by a cold spray method, a porous SUS layer as described above can be realized. By adjusting the formation conditions of the cold spray method, the content of pores in the porous SUS layer can be adjusted. SUS may be formed by a method other than the cold spray method.
  • SUS was formed using a cold spray method to form a porous SUS, but in addition to the cold spray method, plasma spraying, flame spraying, arc spraying, high-speed flame spraying (HVOF: High Velocity Oxygen Fuel, Alternatively, the lid 130 can be formed by a method such as HVAF: High Velocity Air Fuel) or warm spray.
  • HVAF High Velocity Air Fuel
  • sputtering, brazing, and diffusion bonding can be used.
  • the heater unit 140 can use a conductor that generates Joule heat by an electric current.
  • a refractory metal such as tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), or platinum (Pt) can be used.
  • the heater unit 140 is not limited to the above refractory metal, but includes an alloy containing iron (Fe), chromium (Cr), and Al, an alloy containing nickel (Ni) and Cr, SiC, molybdenum silicide, and carbon.
  • a non-metallic body such as (C) can be used.
  • W is used as the heater unit 140.
  • the insulating layer 150 is disposed to suppress the heater unit 140 from being electrically connected to other members. That is, a material that sufficiently insulates the heater portion 140 from other members can be used.
  • a material that sufficiently insulates the heater portion 140 from other members can be used.
  • Al 2 O 3 aluminum nitride (AlN), SiO 2 , silicon nitride (SiN), or the like can be used. In this embodiment, Al 2 O 3 is used as the insulating layer 150.
  • the opening end of the first groove 123 and the opening end of the second groove 125 are closed by the lid 130, so that an unintended member in the manufacturing process is the first. It is possible to prevent the groove 123 and the second groove 125 from entering.
  • the heater part 140 and the insulating layer 150 are formed on the substrate 120, a part of the material of the heater part 140 and a part of the material of the insulating layer 150 are inside the first groove 123 and the second groove 125. It can be prevented from entering.
  • the heat insulation efficiency between zones defined by the grooves provided in the base material is deteriorated.
  • the deterioration of the heat insulation efficiency between zones can be suppressed.
  • the first groove 123 and the second groove 125 are uniformly maintained in the plane of the base material 120 or are filled with gas and filler, the heat insulation performance between the zones is improved. In-plane variation can be reduced.
  • FIG. 2 illustrates a structure in which the heater part 140 is sandwiched between the lid part 130 and the insulating layer 150.
  • the structure is not limited to this structure.
  • the heater unit 140 may be embedded in the insulating layer 150.
  • FIG. 2 illustrates the structure in which the base 120 and the lid 130 are in contact with each other, other layers may be disposed between the base 120 and the lid 130. In this case, the pattern may be formed in the other layer, and the pattern may not be formed.
  • FIG. 2 illustrates a structure in which the lid 130 and the insulating layer 150 are in contact with each other, but another layer may be disposed between the lid 130 and the insulating layer 150.
  • the heater unit 10 of the first embodiment since the closed space is configured by the first groove 123 and the lid portion 130, the space between the first zone 122 and the second zone 124 is high. A heat insulating effect is obtained. Similarly, since the closed space is configured by the second groove 125 and the lid 130, a high heat insulating effect between the second zone 124 and the third zone 126 can be obtained.
  • the heat insulation effect by the groove in which the closed space is configured does not depend on the use environment. Therefore, since the controllability of the temperature of each zone can be improved, a heater unit that has high in-plane temperature uniformity or can intentionally make a temperature difference for each zone where the heater is installed is provided. be able to. As described above, since the heater unit 10 of the first embodiment can intentionally provide a temperature difference for each zone, the temperature of each zone can be accurately controlled according to the use environment.
  • the closed space is a vacuum
  • a higher heat insulation effect between different zones can be obtained.
  • the higher heat insulation effect between different zones is acquired also by the structure with which the said closed space is filled with gas or a filler.
  • the first zone 122, the second zone 124, and the third zone 126 corresponding to the three heater portions of the first heater portion 142, the second heater portion 144, and the third heater portion 146, respectively.
  • the configuration in which the two grooves of the first groove 123 and the second groove 125 are provided in the base material 120 is illustrated, but the configuration is not limited thereto.
  • the number of grooves provided in the substrate 120 may be set as appropriate according to the number of zones to be separated.
  • channel 125 illustrated the circular structure in planar view, it is not limited to this structure.
  • the shape of the first groove 123 and the second groove 125 can be designed according to the shape of each heater part.
  • the shape of the first groove 123 and the second groove 125 may be a rectangle or a polygon other than a rectangle.
  • the plurality of zones may be divided into various shapes other than the above.
  • the plurality of zones may be zones in which the base material 120 is divided into four parts vertically and horizontally with respect to the center of the base material 120.
  • the heater unit according to the second embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently, as in the first embodiment.
  • the heater unit according to the second embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the second embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
  • the insulating layer 150 of the heater unit 20 is provided with a third groove 153 in a region corresponding to the first groove 123, and a fourth groove in a region corresponding to the second groove 125. It differs from the heater unit 10 in that 155 is provided. That is, in the heater unit 20, the third groove 153 is provided between the insulating layer 150 covering the first heater portion 142 and the insulating layer 150 covering the second heater portion 144, and covers the second heater portion 144. A fourth groove 155 is provided between the insulating layer 150 and the insulating layer 150 covering the third heater portion 146.
  • the third groove 153 and the fourth groove 155 have all the insulating layer 150 removed in the thickness direction of the insulating layer 150, and the lid portion 130 is formed by the third groove 153 and the fourth groove 155. Is exposed.
  • the third groove 153 is provided in the same region as the first groove 123
  • the fourth groove 155 is provided in the same region as the second groove 125. That is, in plan view, the first groove 123 and the third groove 153 overlap each other, and the second groove 125 and the fourth groove 155 overlap each other.
  • the heater unit 20 of the second embodiment since the third groove 153 is provided in the insulating layer 150, the heat generated in the first heater portion 142 is generated in the region of the second heater portion 144. It becomes difficult to be transmitted to. That is, interference between the first heater unit 142 and the second heater unit 144 can be suppressed. Similarly, since the fourth groove 155 is provided in the insulating layer 150, interference between the second heater portion 144 and the third heater portion 146 can be suppressed. As a result, since the temperature controllability of each zone can be improved, a heater unit with high in-plane temperature uniformity can be provided.
  • the third groove 153 and the fourth groove 155 exemplify a structure in which the insulating layer 150 is completely removed in the thickness direction of the insulating layer 150, but the present invention is not limited to this structure.
  • the insulating layer 150 may be partially removed from the third groove 153 and / or the fourth groove 155 in the thickness direction of the insulating layer 150. That is, even if the third groove 153 and / or the fourth groove 155 is a bottomed hole provided in the insulating layer 150 (a shape in which a part of the insulating layer remains at the bottom of the groove). Good.
  • the third groove 153 is provided in the same region as the first groove 123, and the fourth groove 155 is illustrated in the same region as the second groove 125. It is not limited to this structure.
  • the third groove 153 is provided at least between the first heater part 142 and the second heater part 144, and the fourth groove 155 is provided at least between the second heater part 144 and the third heater part 146. As long as it is not necessarily provided in the same region as the first groove 123 and the second groove 125.
  • the heater unit according to the third embodiment of the present invention is divided into a plurality of zones as in the first embodiment, and has a heater unit that is independently controlled.
  • the heater unit according to the third embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the third embodiment is not limited to that used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
  • the heater unit 30 is different from the heater unit 10 in that the heater unit 140 is embedded in the base material 120.
  • the first heater part 142 is embedded in the first zone 122 of the base material 120
  • the second heater part 144 is embedded in the second zone 124
  • the third heater part 146 is embedded in the third zone 126.
  • first heater part 142 the second heater part 144, and the third heater part 146 are embedded in the base material 120, respectively
  • the structure is not limited thereto.
  • the surfaces of the first heater part 142, the second heater part 144, and the third heater part 146 may be exposed from the base material 120, and each heater part may be in contact with the lid part 130.
  • each of the first heater unit 142, the second heater unit 144, and the third heater unit 146 is embedded in the base material 120, and A high heat insulating effect between different zones can be obtained by providing a groove constituting a closed space between them. Since the heat insulation effect obtained by the groove in which the closed space is formed does not depend on the use environment, the temperature controllability of each zone can be improved. Therefore, it is possible to provide a heater unit that has high in-plane temperature uniformity or can intentionally provide a temperature difference for each zone in which the heater is installed.
  • the heater unit according to the fourth embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently, as in the first embodiment.
  • the heater unit according to the fourth embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the fourth embodiment is not limited to that used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
  • the heater unit 40 is different from the heater unit 10 in that the heater unit 40 further includes an electrostatic chuck portion 160 (ESC; ElectroStatic Chuck) on the insulating layer 150.
  • ESC ElectroStatic Chuck
  • the electrostatic chuck portion 160 is attached to the base material 120 via the insulating layer 150.
  • the electrostatic chuck 160 is bonded to the insulating layer 150 via an adhesive.
  • the electrostatic chuck is a mechanism in which a dielectric layer is provided on a stage, a voltage is applied between the stage and the processing substrate, and the processing substrate is attracted by a force generated between the two. Since the electrostatic chuck does not use a mechanical holder, the entire surface of the processing substrate can be uniformly formed or processed.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and furthermore, the entire surface of the processing substrate can be uniformly formed or processed.
  • a substrate holding mechanism such as a mechanical clamp
  • heat of the processing substrate is transmitted to the mechanical clamp through a contact portion between the mechanical clamp and the processing substrate.
  • the temperature of the processing substrate in the vicinity of the contact location decreases, and the in-plane uniformity of the substrate temperature decreases.
  • the electrostatic chuck it is possible to suppress the above-described decrease in in-plane uniformity of the substrate temperature.
  • the heater unit according to the fifth embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently, as in the first embodiment.
  • the heater unit according to the fifth embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the fifth embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention.
  • the heater unit 50 is different from the heater unit 20 in that it further includes an electrostatic chuck portion 160 on the insulating layer 150 provided with the third groove 153 and the fourth groove 155. .
  • the electrostatic chuck 160 is bonded to the insulating layer 150 via an adhesive.
  • the opening ends of the third groove 153 and the fourth groove 155 are not closed, and the space inside each groove and the space in the chamber 15 are connected, but in the heater unit 50,
  • the third groove 153 and the fourth groove 155 constitute a closed space together with the electrostatic chuck portion 160.
  • the inside of the third groove 153 and the inside of the fourth groove 155 are in a vacuum or a reduced pressure atmosphere. Interference among the first heater part 142, the second heater part 144, and the third heater part 146 can be suppressed by the inside of each groove being a vacuum or a reduced pressure atmosphere.
  • the third groove 153 and the fourth groove 155 may be filled with a gas, or a substance (filler) having a lower thermal conductivity than the base material 120 may be filled.
  • the heater unit 50 of the fifth embodiment since the closed space is configured by the third groove 153 and the electrostatic chuck portion 160, the first heater portion 142, the second heater portion 144, Can be suppressed. Similarly, since the closed space is constituted by the fourth groove 155 and the electrostatic chuck portion 160, interference between the second heater portion 144 and the third heater portion 146 can be suppressed. As a result, the temperature controllability of each zone can be improved. Therefore, it is possible to provide a heater unit that has high in-plane temperature uniformity or can intentionally provide a temperature difference for each zone in which the heater is installed. Further, by holding the processing substrate using an electrostatic chuck, it is possible to suppress the above-described decrease in in-plane uniformity of the substrate temperature.
  • the heater unit according to the sixth embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently, as in the first embodiment.
  • the heater unit according to the sixth embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the sixth embodiment is not limited to that used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the heater unit 60 is different from the heater unit 30 in that it further includes an electrostatic chuck portion 160 on the lid portion 130. The electrostatic chuck 160 is bonded to the lid 130 via an adhesive.
  • the base material 120 and the electrostatic chuck part 160 are bonded using an adhesive. There is a need.
  • a part of the adhesive enters the first groove 123 and the second groove 125. If the adhesive is formed inside the first groove 123 and the second groove 125, there is a problem that the heat insulation efficiency between the zones deteriorates.
  • the electrostatic chuck portion 160 is bonded to the upper surface of the lid portion 130 that closes the open ends of the first groove 123 and the second groove 125. It is possible to prevent the adhesive from entering into. As a result, it is possible to suppress the deterioration of heat insulation efficiency between zones, and provide a heater unit that has high in-plane temperature uniformity or can intentionally create a temperature difference for each zone where a heater is installed. can do.
  • the heater unit according to the seventh embodiment of the present invention includes a heater unit that is divided into a plurality of zones and controlled independently, as in the first embodiment.
  • the heater unit according to the seventh embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the heater unit according to the seventh embodiment is not limited to that used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat the substrate.
  • FIG. 8 is a top view showing the overall configuration of the heater unit according to one embodiment of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
  • the heater unit 70 is similar to the heater unit 10, in the description of the heater unit 70, the description of the same structure as the heater unit 10 is omitted, and different points will be mainly described.
  • the heater unit 70 includes a first lid portion 133 disposed between the first heater portion 142 and the second heater portion 144, and a space between the second heater portion 144 and the third heater portion 146. And a second lid portion 135 disposed on the surface. That is, in the heater unit 70, the first groove 123 and the second groove 125 are provided in a ring shape in a plan view of the substrate 120. Moreover, the 1st cover part 133 and the 2nd cover part 135 are ring-shaped. The first lid part 133 is disposed so as to overlap the first groove 123 in plan view. The second lid portion 135 is arranged so as to overlap the second groove 125 in plan view.
  • the seventh embodiment is an embodiment in which the lid 130 of the first embodiment is replaced with a first lid 133 and a second lid 135, and the cross-sectional shapes of the first groove 123 and the second groove 125 are changed. .
  • both the first groove 123 and the second groove 125 have an opening width near the surface of the base material 120 that is larger than other portions, and the first groove 123 has a larger opening width.
  • a lid part 133 and a second lid part 135 are arranged.
  • the opening width of the first groove 123 and the second groove 125 in the vicinity of the surface of the substrate 120 is larger than the width of the first lid portion 133 and the second lid portion 135.
  • the upper surfaces of the first lid portion 133 and the second lid portion 135 and the upper surface of the base material 120 are substantially the same plane.
  • the 1st cover part 133 and the 2nd cover part 135 are brazed to the base material 120 via brazing materials, such as In, Sn, and an alloy containing these, for example.
  • the lower surfaces of the first lid 133 and the second lid 135 are brazed to the base material 120.
  • the first lid portion 133 and the second lid portion 135 the same material as that of the lid portion 130 can be used.
  • the upper surface of the first lid portion 133 and the upper surface of the second lid portion 135 may protrude above the upper surface of the base material 120, and conversely, the inner side (base) of the base material 120 relative to the upper surface of the base material 120. It may be located below the upper surface of the material 120.
  • the 1st cover part 133 and the 2nd cover part 135 may be brazed to the base material 120 by the side surface of each cover part, or both the lower surface and side surface of each cover part.
  • an electrostatic chuck portion may be disposed on the insulating layer 150.
  • the heater unit 70 of the seventh embodiment not only can the material cost of the lid portion closing the opening ends of the first groove 123 and the second groove 125 be reduced, but also the base material 120. Alignment of the first lid part 133 and the second lid part 135 with respect to can be facilitated, and the height of the heater unit 70 can be reduced.
  • heater unit 15: chamber, 110: cover part, 120: base material, 122: first zone, 123: first groove, 124: second zone, 125: second groove, 126: third zone, 130: lid part, 133: first lid part, 135: second lid part, 140: heater part, 142: first heater part, 144: second heater part 146: third heater section 150: insulating layer 153: third groove 155: fourth groove 160: electrostatic chuck section 1421, 1441, 1461: external connection terminal

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Abstract

温度の面内均一性が高いヒータユニットが提供される。ヒータユニットは、第１ヒータ部と、第１ヒータ部とは独立して制御される第２ヒータ部と、第１ヒータ部と第２ヒータ部との間に対応する領域に溝が設けられた基材と、溝の開口端に配置され、溝と共に閉空間を提供する蓋部と、を有する。また、第１ヒータ部及び第２ヒータ部を覆う絶縁層と、絶縁層を介して基材に取り付けられた静電チャックと、をさらに有していてもよい。蓋部及び溝によって提供される閉空間は真空であってもよい。

Description

ヒータユニット
　本発明はヒータユニットに関する。特に、本発明は半導体製造装置に用いるヒータユニットに関する。
　半導体装置の製造工程では、半導体基板上に薄膜を成膜及び加工することでトランジスタ素子、配線、抵抗素子、容量素子等の機能素子が形成される。半導体基板上に薄膜を形成する方法としては、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法が用いられる。また、薄膜を加工する方法としてはイオン反応性エッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの方法が用いられる。また、半導体装置の製造工程では、薄膜の成膜及び加工の他にもプラズマ処理等の表面処理の工程が行われる。
　上記の成膜、加工、及び表面処理の工程に用いられる装置には、半導体基板を支持するステージが設けられている。当該ステージは、単に半導体基板を支持するだけでなく、各処理工程に応じて半導体基板の温度を調節する機能を備えている。上記のように温度を調節するために、ステージには加熱機構が設けられている。特に、上記の半導体装置においては加熱機構として金属やセラミックスで構成されたセラミックヒータ（ヒータユニット）が広く用いられている。
　上記の成膜、加工及び表面処理の工程において、基板の温度によって膜質、加工形状及び表面状態が敏感に変化する。したがって、上記のヒータユニットに対して温度の高い面内均一性が要求される。上記の工程に用いられる半導体装置は、各々の工程に要求される特徴に応じて異なるチャンバ構造や電極構造を有している。これらの構造の違いによって、チャンバ内に載置された基板からチャンバ雰囲気内への放熱、及び基板から基板を載置するステージに伝達する放熱による影響で基板温度の面内均一性が悪化してしまう。また、プラズマを用いる装置においては、チャンバ内のプラズマ密度の影響で基板温度の面内均一性が悪化してしまう。
　上記の基板温度の面内均一性の悪化を改善するために、例えば、特許文献１及び特許文献２では、ヒータユニットに配置された発熱抵抗体（ヒータ部）を複数のゾーンに分け、各々のヒータ部を独立して制御することで、基板温度の面内均一性を改善する技術が開示されている。特許文献１及び特許文献２に記載されたヒータユニットでは、隣接するゾーン間の基材に凹部が設けられているため、隣接するゾーン間は断熱されている。
特開２００６－２４４３３号公報 特開２００８－２５１７０７号公報
　しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示すように、隣接するゾーン間の凹部はチャンバ内の空間（又は、チャンバ外の大気）とつながっている。しったがって、隣接するゾーン間の断熱効率はチャンバ内の空間温度（又は、大気温度）の影響を受ける。その結果、隣接するゾーン間の断熱効率がチャンバ内の空間温度（又は、大気温度）によって変化してしまうため、使用環境に依存しない安定した断熱効果を得ることが困難である。また、チャンバ内に存在する加熱されたガスの分布が偏ると、基板温度の面内均一性が悪化する。
　本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、温度の面内均一性が高いヒータユニットを提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態によるヒータユニットは、第１ヒータ部と、第１ヒータ部とは独立して制御される第２ヒータ部と、第１ヒータ部と第２ヒータ部との間に対応する領域に溝が設けられた基材と、溝の開口端に配置され、溝と共に閉空間を提供する蓋部と、を有する。
　また、閉空間は真空であってもよい。
　また、閉空間はガスが充填されていてもよい。
　また、閉空間は基材より熱伝導率が低い物質が充填されていてもよい。
　また、第１ヒータ部及び第２ヒータ部を覆う絶縁層と、絶縁層を介して基材に取り付けられた静電チャックと、をさらに有してもよい。
　また、第１ヒータ部と第２ヒータ部との間に、絶縁層が除去された領域が設けられていてもよい。
　また、溝は、基材の平面視においてリング状に設けられ、蓋部は、リング形状であってもよい。
　本発明に係るヒータユニットによれば、温度の面内均一性が高いヒータユニットを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。 図１のＡ－Ａ’断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。 図８のＡ－Ａ’断面図である。
　以下、図面を参照して本発明に係るヒータユニットについて説明する。但し、本発明のヒータユニットは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上方又は下方はそれぞれヒータユニットの使用時（装置装着時）における向きを示す。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
〈第１実施形態〉
　図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係るヒータユニットの全体構成について説明する。本発明の第１実施形態に係るヒータユニットは、複数のゾーンに分割して独立して制御されるヒータ部を有する。また、第１実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第１実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット１０の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。図２は、図１のＡ－Ａ’断面図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るヒータユニット１０は、カバー部１１０、基材１２０、蓋部１３０、ヒータ部１４０、及び絶縁層１５０を有する。ヒータ部１４０は、それぞれ独立して制御される第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６を含む。ここで、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６を特に区別しないときはヒータ部１４０という。基材１２０には第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との間に設けられた第１の溝１２３、及び第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との間に設けられた第２の溝１２５が設けられている。第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６は、それぞれ外部接続端子１４２１、１４４１、及び１４６１を介して、異なるヒータコントローラに接続されている。
　図２に示すように、ヒータユニット１０はチャンバ１５によって囲まれている。チャンバ１５は、カバー部１１０に接続されており、チャンバ内の空間とチャンバ外の大気とを隔離している。カバー部１１０は、その一部がチャンバ１５内部に配置され、その他の一部がチャンバ１５外部に配置されている。カバー部１１０は中空構造を有している。カバー部１１０の内部は大気に露出されている。カバー部１１０の外部はチャンバ内の空間に露出されている。チャンバ１５とカバー部１１０とは、溶接等により固定されていてもよく、金属製ガスケットや樹脂製Ｏリングなどを介して脱着可能に接続されていてもよい。
　基材１２０はカバー部１１０上に配置されている。上記のように基材１２０には、第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との間に対応する領域に第１の溝１２３が設けられ、第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との間に対応する領域に第２の溝１２５が設けられている。第１の溝１２３及び第２の溝１２５は、基材１２０の上面側（基材１２０の蓋部１３０側）に開口端を有し、基材１２０の下面側（基材１２０のカバー部１１０側）に底部を有する凹部である。第１の溝１２３及び第２の溝１２５の基材１２０に対する深さは基板１２０の表面から５ｍｍ以上（基板１２０の板厚マイナス５ｍｍ以下）である。ここで、第１の溝１２３は基材１２０の第１ゾーン１２２と第２ゾーン１２４との間に設けられており、第２の溝１２５は第２ゾーン１２４と第３ゾーン１２６との間に設けられている、ということもできる。
　蓋部１３０は基材１２０上に配置されている。つまり、蓋部１３０は第１の溝１２３及び第２の溝１２５の開口端側に配置されている。蓋部１３０は平板形状を有しており、少なくとも第１の溝１２３及び第２の溝１２５の各々の開口端を塞ぐように配置されている。つまり、蓋部１３０は第１の溝１２３又は第２の溝１２５と共に閉空間を構成する。蓋部１３０は、例えばインジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。これらのろう材は基材１２０の上面において、第１の溝１２３及び第２の溝１２５を除く領域に配置されている。ここで、ろう材が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に入り込まないように、ろう材は第１の溝１２３及び第２の溝１２５に対して十分なオフセットを設けられて基材１２０の上面に配置されてもよい。
　絶縁層１５０は蓋部１３０の上方に配置されている。ヒータ部１４０は蓋部１３０と絶縁層１５０との間に配置されている。つまり、ヒータ部１４０は蓋部１３０及び絶縁層１５０によって覆われている。換言すると、ヒータ部１４０は、上面が平坦な蓋部１３０と下面に凹部が設けられた絶縁層１５０とによって覆われている、ということもできる。
　ここで、第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部は真空又は減圧雰囲気である。各々の溝の内部が真空又は減圧雰囲気であることで、基材１２０の第１ゾーン１２２と第２ゾーン１２４との間、第２ゾーン１２４と第３ゾーン１２６との間で熱交換されにくくなるため、これらのゾーンは効率よく断熱される。第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部を真空又は減圧雰囲気にするためには、上記のろう付け工程において、真空又は減圧雰囲気の環境下で基材１２０上に蓋部１３０を配置すればよい。
　上記では、第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部が真空又は減圧雰囲気である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部にガスが充填されていてもよい。又は、第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部に基材１２０より熱伝導率が低い物質（充填材）が充填されていてもよい。充填される物質は樹脂材料などの固体であってもよく、オイルなどの液体であってもよい。これらの構成であっても、第１の溝１２３及び第２の溝１２５はチャンバ１５内の空間温度による影響を受けにくくすることができるため、使用環境に依存しない安定した断熱効果が得られる。
［ヒータユニット１０の各構成部品の材料］
　カバー部１１０としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）などの材料を用いることができる。基材１２０としては、金属基材又は半導体基材を用いることができる。金属基材としては、Ａｌ基材、Ｔｉ基材、ＳＵＳ基材などを用いることができる。半導体基材としては、シリコン（Ｓｉ）基材、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基材、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）基材などを用いることができる。基材１２０の熱伝導率は、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上であるとよい。本実施形態では、基材１２０としてＡｌを用いている。
　蓋部１３０としては、Ｔｉ、ＳＵＳ、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などを用いることができる。蓋部１３０は基材１２０よりも熱伝導率が低い材料を用いることができ、基材１２０に用いられる材料の熱伝導率に応じて適宜選択することができる。また、蓋部１３０は絶縁層１５０よりも熱伝導率が低い材料を用いることができ、絶縁層１５０に用いられる材料の熱伝導率に応じて適宜選択することができる。本実施形態では、蓋部１３０としてＳＵＳを用いている。
　蓋部１３０としてＳＵＳを用いた場合、異なるゾーン間の熱交換による影響を小さくするため、ＳＵＳの厚さは１ｍｍ以下とするとよい。ここで、熱伝導率が低い蓋部１３０を実現するために、蓋部１３０が気孔を有する材料であってもよい。換言すると、蓋部１３０は多孔質（ポーラス）な材料であってもよい。蓋部１３０としてポーラスな材料を用いる場合、気孔の含有率が１％以上２０％以下の蓋部１３０を用いることができる。好ましくは蓋部１３０の気孔の含有率は１０％以上２０％以下であるとよい。なお、蓋部１３０としてポーラスな材料を用いる場合、ガスを透過しない材料を用いることが好ましい。ただし、第１の溝１２３内部及び第２の溝１２５内部における真空又は減圧雰囲気を維持できる範囲であれば、ガスを透過するポーラスな材料を用いてもよい。また、上記溝の内部にガスや充填材が充填されている場合についても、当該充填材を維持できる範囲であれば、ガスを透過するポーラスな材料を用いてもよい。ここで、例えば蓋部１３０としてポーラスなＳＵＳを用いた場合、ポーラスなＳＵＳの熱伝導率はＳＵＳのバルクの熱伝導率（約１６．７Ｗ／ｍＫ）よりも小さくなる。具体的には、ポーラスなＳＵＳの熱伝導率は２Ｗ／ｍＫ以上１６Ｗ／ｍＫ以下である。なお、上記の熱伝導率はレーザフラッシュ法によって測定された２５℃のときの値である。
　ポーラスなＳＵＳは、例えばコールドスプレー法で形成することができる。ここでは、板状の蓋部１３０を基材１２０にろう付けするため、基材１２０とは異なる部材上にポーラスな板状のＳＵＳ（蓋部１３０）を形成した後に、蓋部１３０を基材１２０にろう付けする。コールドスプレー法とは、材料を溶融またはガス化させることなく、不活性ガスと共に超音速流で固相状態のまま基材に衝突させることで皮膜を形成する方法である。例えば、ＳＵＳの厚さを調節するために、ＳＵＳをコールドスプレー法で形成した後に研削によって所望の厚さまで薄膜化することで蓋部１３０を得ることができる。ＳＵＳをコールドスプレー法で形成することで、上記に示すようなポーラスなＳＵＳの層を実現することができる。コールドスプレー法の形成条件を調整することで、ポーラスなＳＵＳの層に対する気孔の含有率を調整することができる。また、ＳＵＳはコールドスプレー法以外の方法で形成してもよい。
　上記では、ポーラスなＳＵＳを形成するためにコールドスプレー法を用いてＳＵＳを形成したが、コールドスプレー法以外にも、プラズマ溶射、フレーム溶射、アーク溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ：Ｈｉｇｈ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｆｕｅｌ、又はＨＶＡＦ：Ｈｉｇｈ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ａｉｒ　Ｆｕｅｌ）、ウォームスプレー等の方法で蓋部１３０を形成することができる。一方、気孔を有さない又は気孔の含有率が１％以下のＳＵＳを形成する場合は、スパッタリング法、ろう付け、及び拡散接合等の方法を用いることができる。
　ヒータ部１４０は、電流によってジュール熱を発生する導電体を用いることができる。ヒータ部１４０としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）などの高融点金属を用いることができる。ただし、ヒータ部１４０は上記の高融点金属以外にも、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、及びＡｌを含む合金や、ニッケル（Ｎｉ）及びＣｒを含む合金や、ＳｉＣ、モリブデンシリサイド、及びカーボン（Ｃ）などの非金属体を用いることができる。本実施形態では、ヒータ部１４０としてＷを用いている。
　絶縁層１５０は、ヒータ部１４０が他の部材と電気的に接続されることを抑制するために配置される。つまり、ヒータ部１４０を他の部材から十分に絶縁性させる材料を用いることができる。絶縁層１５０としては、Ａｌ2Ｏ3、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＳｉＯ2、窒化シリコン（ＳｉＮ）などを用いることができる。本実施形態では、絶縁層１５０としてＡｌ2Ｏ3を用いている。
　図２に示すヒータユニット１０のように、第１の溝１２３の開口端及び第２の溝１２５の開口端が蓋部１３０で塞がれていることで、製造工程において意図しない部材が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に入り込むことを防ぐことができる。例えば、基材１２０上にヒータ部１４０及び絶縁層１５０を形成する場合、ヒータ部１４０の材料の一部や絶縁層１５０の材料の一部が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に入り込むことを防ぐことができる。また、ヒータ部１４０及び絶縁層１５０を基材１２０に接着する接着剤の一部が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に形成されることを防ぐことができる。意図しない部材が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に形成されてしまうと、基材に設けられた溝によって規定されたゾーン間の断熱効率が悪化してしまう。しかし、ヒータユニット１０の構造によると、ゾーン間の断熱効率の悪化を抑制することができる。また、第１の溝１２３及び第２の溝１２５には、基材１２０の面内において均一に真空が保たれる、又は、ガス、充填材が充填されているため、ゾーン間の断熱性能の面内ばらつきを低減することができる。
　図２では、蓋部１３０及び絶縁層１５０によってヒータ部１４０が挟持された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、絶縁層１５０の内部にヒータ部１４０が埋め込まれていてもよい。
　また、図２では、基材１２０と蓋部１３０とが接している構造を例示したが、基材１２０と蓋部１３０との間に他の層が配置されていてもよい。この場合、他の層にはパターンが形成されていてもよく、パターンが形成されていなくてもよい。同様に、図２では、蓋部１３０と絶縁層１５０とが接している構造を例示したが、蓋部１３０と絶縁層１５０との間に他の層が配置されていてもよい。
　以上のように、第１実施形態のヒータユニット１０によると、第１の溝１２３及び蓋部１３０によって閉空間が構成されていることで、第１ゾーン１２２と第２ゾーン１２４との間の高い断熱効果が得られる。同様に、第２の溝１２５及び蓋部１３０によって閉空間が構成されることで、第２ゾーン１２４と第３ゾーン１２６との間の高い断熱効果が得られる。上記の閉空間が構成された溝による断熱効果は使用環境に依存しない。したがって、各ゾーンの温度の制御性を高めることができるため、温度の面内均一性が高い、またはヒータが設置されたゾーン毎に意図的に温度差をつけることが可能なヒータユニットを提供することができる。上記のように、第１実施形態のヒータユニット１０はゾーン毎に意図的に温度差をつけることが可能であるため、使用環境に応じて各ゾーンの温度を正確にコントロールすることができる。
　また、当該閉空間が真空であることで、異なるゾーン間のより高い断熱効果が得られる。また、当該閉空間がガスや充填材によって充填されている構成によっても、異なるゾーン間のより高い断熱効果が得られる。
　なお、第１実施形態では、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６の３つのヒータ部にそれぞれ対応する第１ゾーン１２２、第２ゾーン１２４、及び第３ゾーン１２６を分離するために、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の２つの溝が基材１２０に設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。基材１２０に設けられる溝の数は、分離したいゾーンの数に応じて適宜設定すればよい。また、第１の溝１２３及び第２の溝１２５が平面視において円形の構成を例示したが、この構成に限定されない。第１の溝１２３及び第２の溝１２５の形状は各ヒータ部の形状に応じて設計することができる。例えば、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の形状は矩形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよい。また、第２ゾーン１２４が第１ゾーン１２２を囲み、第３ゾーン１２６が第１ゾーン１２２及び第２ゾーン１２４を囲む構成を例示したが、この構成に限定されない。複数のゾーンは上記以外の多様な形状に分割されていてもよい。例えば、複数のゾーンは基材１２０の中心を基準に上下左右に基材１２０を４分割されたゾーンであってもよい。
〈第２実施形態〉
　図３を用いて、本発明の第２実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第２実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第２実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第２実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット２０の構成］
　第２実施形態のヒータユニット２０の上面図は第１実施形態のヒータユニット１０と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット２０の断面図はヒータユニット１０の断面図と類似しているため、ヒータユニット２０の説明において、ヒータユニット１０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。なお、ヒータユニット２０の蓋部１３０は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。
　図３は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図３に示すように、ヒータユニット２０の絶縁層１５０には、第１の溝１２３に対応する領域に第３の溝１５３が設けられ、第２の溝１２５に対応する領域に第４の溝１５５が設けられている点において、ヒータユニット１０とは相違する。つまり、ヒータユニット２０では、第１ヒータ部１４２を覆う絶縁層１５０と第２ヒータ部１４４を覆う絶縁層１５０との間に第３の溝１５３が設けられており、第２ヒータ部１４４を覆う絶縁層１５０と第３ヒータ部１４６を覆う絶縁層１５０との間に第４の溝１５５が設けられている。
　図３では、第３の溝１５３及び第４の溝１５５は、絶縁層１５０の厚さ方向に絶縁層１５０が全て除去されており、第３の溝１５３及び第４の溝１５５によって蓋部１３０が露出されている。また、第３の溝１５３は第１の溝１２３と同じ領域に設けられており、第４の溝１５５は第２の溝１２５と同じ領域に設けられている。つまり、平面視において、第１の溝１２３と第３の溝１５３とは重畳しており、第２の溝１２５と第４の溝１５５とは重畳している。
　以上のように、第２実施形態のヒータユニット２０によると、絶縁層１５０に第３の溝１５３が設けられていることで、第１ヒータ部１４２で発生した熱が第２ヒータ部１４４の領域に伝わりにくくなる。つまり、第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との干渉を抑制することができる。同様に、絶縁層１５０に第４の溝１５５が設けられていることで、第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との干渉を抑制することができる。その結果、各ゾーンの温度制御性を高めることができるため、温度の面内均一性が高いヒータユニットを提供することができる。
　なお、第２実施形態では、第３の溝１５３及び第４の溝１５５が、絶縁層１５０の厚さ方向に絶縁層１５０が全て除去された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第３の溝１５３及び第４の溝１５５の両方又はいずれか一方が、絶縁層１５０の厚さ方向に絶縁層１５０が一部だけ除去されていてもよい。つまり、第３の溝１５３及び第４の溝１５５の両方又はいずれか一方が、絶縁層１５０に設けられた有底孔（溝の底部に絶縁層が一部残っている形状）であってもよい。
　また、第２実施形態では、第３の溝１５３は第１の溝１２３と同じ領域に設けられ、第４の溝１５５は第２の溝１２５と同じ領域に設けられた構造を例示したが、この構造に限定されない。第３の溝１５３は少なくとも第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との間に設けられ、第４の溝１５５は少なくとも第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との間に設けられていればよく、必ずしも第１の溝１２３及び第２の溝１２５と同じ領域に設けられていなくてもよい。
〈第３実施形態〉
　図４を用いて、本発明の第３実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第３実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第３実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第３実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット３０の構成］
　第３実施形態のヒータユニット３０の上面図は第１実施形態のヒータユニット１０と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット３０の断面図はヒータユニット１０の断面図と類似しているため、ヒータユニット３０の説明において、ヒータユニット１０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。なお、ヒータユニット３０の蓋部１３０は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。
　図４は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図４に示すように、ヒータユニット３０では、ヒータ部１４０が基材１２０に埋め込まれている点において、ヒータユニット１０とは相違する。具体的には、ヒータユニット３０では、第１ヒータ部１４２が基材１２０の第１ゾーン１２２に埋め込まれており、第２ヒータ部１４４が第２ゾーン１２４に埋め込まれており、第３ヒータ部１４６が第３ゾーン１２６に埋め込まれている。
　図４では、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６がそれぞれ基材１２０に埋め込まれた構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６の各々の表面が基材１２０から露出されており、各ヒータ部が蓋部１３０と接触していてもよい。
　以上のように、第３実施形態のヒータユニット３０によると、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６の各々が基材１２０に埋め込まれており、各ヒータ部の間に閉空間を構成する溝が設けられていることで、異なるゾーン間の高い断熱効果が得られる。上記の閉空間が構成された溝によって得られる断熱効果は使用環境に依存しないため、各ゾーンの温度制御性を高めることができる。したがって、温度の面内均一性が高い、またはヒータが設置されたゾーン毎に意図的に温度差をつけることが可能なヒータユニットを提供することができる。
〈第４実施形態〉
　図５を用いて、本発明の第４実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第４実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第４実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第４実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット４０の構成］
　第４実施形態のヒータユニット４０の上面図は第１実施形態のヒータユニット１０と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット４０の断面図はヒータユニット１０の断面図と類似しているため、ヒータユニット４０の説明において、ヒータユニット１０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。なお、ヒータユニット４０の蓋部１３０は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。
　図５は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図５に示すように、ヒータユニット４０は、絶縁層１５０上に静電チャック部１６０（ＥＳＣ；ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃ　Ｃｈｕｃｋ）をさらに有する点において、ヒータユニット１０とは相違する。ここで、静電チャック部１６０は絶縁層１５０を介して基材１２０に取り付けられている、ということもできる。静電チャック部１６０は接着剤を介して絶縁層１５０に接着されている。静電チャックとは、ステージの上に誘電層を設け、ステージと処理基板との間に電圧を印加し、両者の間に発生した力によって処理基板を吸着する機構である。静電チャックは、機械的な保持具を使用しないために処理基板全面を均一に成膜又は加工することができる。
　以上のように、第４実施形態のヒータユニット４０によると、第１実施形態と同様の効果が得られ、さらに、処理基板の全面を均一に成膜又は加工することができる。また、例えばメカクランプなどの基板保持機構を用いて処理基板を保持する場合、メカクランプと処理基板との接触箇所を介して処理基板の熱がメカクランプに伝達される。その結果、接触箇所付近の処理基板の温度が低下し、基板温度の面内均一性が低下してしまう。しかし、静電チャックを用いて処理基板を保持することで、上記の基板温度の面内均一性の低下を抑制することができる。
〈第５実施形態〉
　図６を用いて、本発明の第５実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第５実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第５実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第５実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット５０の構成］
　第５実施形態のヒータユニット５０の上面図は第１実施形態のヒータユニット１０と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット５０の断面図は図３に示すヒータユニット２０の断面図と類似しているため、ヒータユニット５０の説明において、ヒータユニット２０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。なお、ヒータユニット５０の蓋部１３０は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。
　図６は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図６に示すように、ヒータユニット５０は、第３の溝１５３及び第４の溝１５５が設けられた絶縁層１５０上に静電チャック部１６０をさらに有する点において、ヒータユニット２０とは相違する。静電チャック部１６０は接着剤を介して絶縁層１５０に接着されている。ヒータユニット２０では、第３の溝１５３及び第４の溝１５５はそれぞれ開口端が閉じておらず、それぞれの溝の内部の空間とチャンバ１５の空間とがつながっていたが、ヒータユニット５０では、第３の溝１５３及び第４の溝１５５は静電チャック部１６０と共に閉空間を構成している。
　ここで、第３の溝１５３内部及び第４の溝１５５内部は真空又は減圧雰囲気である。各々の溝の内部が真空又は減圧雰囲気であることで、第１ヒータ部１４２、第２ヒータ部１４４、及び第３ヒータ部１４６の間の干渉を抑制することができる。また、第３の溝１５３内部及び第４の溝１５５内部にガスが充填されていてもよく、基材１２０より熱伝導率が低い物質（充填材）が充填されていてもよい。
　以上のように、第５実施形態のヒータユニット５０によると、第３の溝１５３及び静電チャック部１６０によって閉空間が構成されていることで、第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との間の干渉を抑制することができる。同様に、第４の溝１５５及び静電チャック部１６０によって閉空間が構成されていることで、第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との間の干渉を抑制することができる。その結果、各ゾーンの温度制御性を高めることができる。したがって、温度の面内均一性が高い、またはヒータが設置されたゾーン毎に意図的に温度差をつけることが可能なヒータユニットを提供することができる。また、静電チャックを用いて処理基板を保持することで、上記の基板温度の面内均一性の低下を抑制することができる。
〈第６実施形態〉
　図７を用いて、本発明の第６実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第６実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第６実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第６実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット６０の構成］
　第６実施形態のヒータユニット６０の上面図は第１実施形態のヒータユニット１０と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット６０の断面図は、図４に示すヒータユニット３０の断面図と類似しているため、ヒータユニット６０の説明において、ヒータユニット３０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。なお、ヒータユニット６０の蓋部１３０は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。
　図７は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図７に示すように、ヒータユニット６０は、蓋部１３０上に静電チャック部１６０をさらに有する点において、ヒータユニット３０とは相違する。静電チャック部１６０は接着剤を介して蓋部１３０に接着されている。
　ここで、静電チャック部１６０を第１の溝１２３及び第２の溝１２５が設けられた基材１２０に直接取り付ける場合、接着剤を用いて基材１２０と静電チャック部１６０とを接着する必要がある。基材１２０と静電チャック部１６０とを直接接着すると、接着剤の一部が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に入り込んでしまう。接着剤が第１の溝１２３及び第２の溝１２５の内部に形成されてしまうと、ゾーン間の断熱効率が悪化してしまうという問題がある。
　ヒータユニット６０の構造によると、静電チャック部１６０は、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の開口端を塞ぐ蓋部１３０の上面に接着されるため、基板に設けられた溝の内部に接着剤が入り込むことを防ぐことができる。これによって、ゾーン間の断熱効率の悪化を抑制することができ、温度の面内均一性が高い、またはヒータが設置されたゾーン毎に意図的に温度差をつけることが可能なヒータユニットを提供することができる。
〈第７実施形態〉
　図８及び図９を用いて、本発明の第７実施形態に係るヒータユニットの断面構造について説明する。本発明の第７実施形態に係るヒータユニットは、第１実施形態と同様に複数のゾーンに分割され、独立して制御されるヒータ部を有する。また、第７実施形態に係るヒータユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第７実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱する必要がある装置に対して使用することができる。
［ヒータユニット７０の構成］
　図８は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。図９は、図８のＡ－Ａ’断面図である。また、ヒータユニット７０はヒータユニット１０と類似しているため、ヒータユニット７０の説明において、ヒータユニット１０と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。
　図８に示すように、ヒータユニット７０は第１ヒータ部１４２と第２ヒータ部１４４との間に配置された第１蓋部１３３と、第２ヒータ部１４４と第３ヒータ部１４６との間に配置された第２蓋部１３５と、を有する。つまり、ヒータユニット７０において、第１の溝１２３、第２の溝１２５は基材１２０の平面視においてリング状に設けられている。また、第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５はリング形状である。第１蓋部１３３は、平面視において第１の溝１２３と重畳するように配置されている。また、第２蓋部１３５は平面視において第２の溝１２５と重畳するように配置されている。第７実施形態は、第１実施形態の蓋部１３０を第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５に置き換え、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の断面形状を変更した実施形態である。
　図９に示すように、第１の溝１２３及び第２の溝１２５は共に基材１２０の表面付近の開口幅が他の箇所よりも大きくなっており、開口幅が大きくなった領域に第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５が配置されている。ここで、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の基材１２０の表面付近の開口幅は第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５の幅よりも大きい。また、第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５の上面と基材１２０の上面とは略同一平面である。第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５は、例えばＩｎ、Ｓｎ、及びこれらを含む合金などのろう材を介して基材１２０にろう付けされている。ここでは、第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５の下面側が基材１２０にろう付けされている。第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５としては、蓋部１３０と同様の材料を用いることができる。
　なお、第１蓋部１３３の上面及び第２蓋部１３５の上面は基材１２０の上面よりも上方に突出していてもよく、逆に基材１２０の上面よりも基材１２０の内部側（基材１２０の上面よりも下方）に位置していてもよい。また、第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５は、各々の蓋部の側面又は各々の蓋部の下面及び側面の両方で基材１２０にろう付けされていてもよい。また、第４実施形態に示すように、絶縁層１５０上に静電チャック部が配置されていてもよい。
　以上のように、第７実施形態のヒータユニット７０によると、第１の溝１２３及び第２の溝１２５の開口端部を塞ぐ蓋部の材料費を低減することができるだけでなく、基材１２０に対する第１蓋部１３３及び第２蓋部１３５のアライメントを容易にし、ヒータユニット７０の高さを低減することができる。
　なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０：ヒータユニット、　　１５：チャンバ、　　１１０：カバー部、　　１２０：基材、　　１２２：第１ゾーン、　　１２３：第１の溝、　　１２４：第２ゾーン、　　１２５：第２の溝、　　１２６：第３ゾーン、　　１３０：蓋部、　　１３３：第１蓋部、　　１３５：第２蓋部、　　１４０：ヒータ部、　　１４２：第１ヒータ部、　　１４４：第２ヒータ部、　　１４６：第３ヒータ部、　　１５０：絶縁層、　　１５３：第３の溝、　　１５５：第４の溝、　　１６０：静電チャック部、　　１４２１、１４４１、１４６１：外部接続端子

Claims (7)

  1. 　第１ヒータ部と、
    　前記第１ヒータ部とは独立して制御される第２ヒータ部と、
    　前記第１ヒータ部と前記第２ヒータ部との間に対応する領域に溝が設けられた基材と、
    　前記溝の開口端に配置され、前記溝と共に閉空間を提供する蓋部と、
    を有することを特徴とするヒータユニット。
  2. 　前記閉空間は、真空であることを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
  3. 　前記閉空間は、ガスが充填されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
  4. 　前記閉空間は、前記基材より熱伝導率が低い物質が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
  5. 　前記第１ヒータ部及び前記第２ヒータ部を覆う絶縁層と、
    　前記絶縁層を介して前記基材に取り付けられた静電チャックと、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
  6. 　前記第１ヒータ部と前記第２ヒータ部との間に、前記絶縁層が除去された領域が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のヒータユニット。
  7. 　前記溝は、前記基材の平面視においてリング状に設けられ、
    　前記蓋部は、リング形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
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