WO2024034054A1

WO2024034054A1 - ウエハ載置台

Info

Publication number: WO2024034054A1
Application number: PCT/JP2022/030570
Authority: WO
Inventors: 博哉杉本; 征樹石川
Original assignee: 日本碍子株式会社
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-15
Also published as: JP7478905B1; TW202407869A; KR20240022435A; US20240057223A1

Abstract

ウエハ載置台（１０）は、ウエハ載置面（２０ａ）を有するセラミック基材（２０）と、セラミック基材（２０）に埋設されたヒータ電極（３０）と、ヒータ電極（３０）とは別の層に設けられた平面形状の上方ジャンパ層（４０）と、上方ジャンパ層（４０）とヒータ電極（３０）の一端とを接続する内部ビア（４２）と、上方ジャンパ層（４０）に接続された給電ビア（４６）と、を備える。上方ジャンパ層（４０）における内部ビア（４２）と給電ビア（４６）との中心間距離は５０ｍｍ以上である。

Description

ウエハ載置台

　本発明は、ウエハ載置台に関する。

　従来、内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とがセラミック基体の同一の平面に存在しているセラミックヒータが知られている。例えば、特許文献１には、こうしたセラミックヒータにおいて、外周側抵抗発熱体の一端は、セラミック基体の別の平面に設けられて内周側抵抗発熱体と立体交差する第１の導電面を介して一対の外周側給電端子の一方に接続され、外周側抵抗発熱体の他端は、セラミック基体の別の平面に設けられて内周側抵抗発熱体と立体交差する第２の導電面を介して一対の外周側給電端子の他方に接続されたものが開示されている。第１及び第２の導電面は平面形状のジャンパ層である。

特開２０１５－１８７０４号公報

　しかしながら、第１の導電面のうち外周側抵抗発熱体の一端が接続された接続部と外周側給電端子が接続された接続部との距離が近いと、両方の接続部間の最短ルート及びその近傍の電流密度が高くなり、局所的に発熱することがあった。この点は、第２の導電面も同様である。こうした局所的な発熱は、ウエハの温度制御に悪影響を与えるため好ましくない。

　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ジャンパ層の局所的な発熱を抑制することを主目的とする。

［１］本発明のウエハ載置台は、
　ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
　前記セラミック基材に埋設された抵抗発熱体と、
　前記抵抗発熱体とは別の層に設けられた平面形状のジャンパ層と、
　前記ジャンパ層と前記抵抗発熱体の一端とを接続する内部ビアと、
　前記ジャンパ層に接続された給電ビアと、
　を備え、
　前記ジャンパ層における前記内部ビアと前記給電ビアとの中心間距離は５０ｍｍ以上である。

　このウエハ載置台は、ジャンパ層における内部ビアと給電ビアとの中心間距離は５０ｍｍ以上である。この場合、電流は内部ビアと給電ビアとの最短ルートのほかその最短ルートの両側で比較的大きく湾曲したルートにも流れるため、最短ルートやその近傍の電流密度が高くなるのを抑えることができる。また、中心間距離が比較的長いため、発熱が分散しやすい。

［２］上述したウエハ載置台（前記［１］に記載のウエハ載置台）は、前記ジャンパ層において前記内部ビアと前記給電ビアとの間には前記内部ビアと前記給電ビアとの最短ルートを遮る高抵抗領域が設けられていてもよい。高抵抗領域が設けられている場合には、電流は高抵抗領域以外の領域を流れるため、内部ビアと給電ビアとの最短ルートやその近傍の電流密度が高くなるのを抑えることができる。

［３］上述したウエハ載置台（前記［２］に記載のウエハ載置台）において、前記高抵抗領域は、前記ジャンパ層に設けられたスリットであってもよい。こうすれば、電流はスリットを流れることができないため、内部ビアと給電ビアとの最短ルート及びその近傍の電流密度が高くなるのを抑えやすくなる。

［４］上述したウエハ載置台（前記［２］又は［３］に記載のウエハ載置台）において、前記高抵抗領域は、前記内部ビアの外形と前記給電ビアの外形のそれぞれに接する２本の接線と交差するように設けられていてもよい。こうした２本の接線で囲まれた領域は比較的電流が流れやすく発熱しやすいが、ここでは、２本の接線と交差するように高抵抗領域が設けられているため、局所的な発熱を抑制しやすくなる。

［５］上述したウエハ載置台（前記［２］～［４］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記高抵抗領域は、前記内部ビア及び前記給電ビアのうちの一方を中心とする円弧状の領域であってもよい。こうすれば、電流は円弧状の領域を避けて大きく迂回して流れるようになるため、局所的な発熱を抑制しやすくなる。

［６］上述したウエハ載置台（前記［１］～［５］のいずれかに記載のウエハ載置台）において、前記抵抗発熱体は、前記セラミック基材のゾーンごとに設けられていてもよく、前記ジャンパ層は、前記セラミック基材内に多段に設けられていてもよい。

ウエハ載置台１０の平面図。図１のＡ－Ａ断面図。ウエハ載置台１０を第３セラミック層２３の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。ウエハ載置台１０を第２セラミック層２２の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。ウエハ載置台１０を第１セラミック層２１の上面で切断したときの切断面を上からみた断面図。給電部同士の中心間距離Ｘとセラミック基材の表面温度との関係を表すグラフ。内部ビア４２と給電ビア４６との間を流れる電流の模式図。ウエハ載置台１０の製造工程図。スリット４０ａを備えた上方ジャンパ層４０の平面図。スリット４０ａ及びその周辺の平面図。スリット４０ｂ及びその周辺の平面図。スリット４０ｃ及びその周辺の平面図。

　本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はウエハ載置台１０の平面図、図２は図１のＡ－Ａ断面図、図３～図５はウエハ載置台１０を水平方向に切断したときの切断面を上からみた断面図である。以下の説明において、上下、左右、前後を用いることがあるが、上下、左右、前後は相対的な位置関係に過ぎない。

　ウエハ載置台１０は、セラミック基材２０に、ヒータ電極３０、上方ジャンパ層４０及び下方ジャンパ層５０が埋設されたものである。

　セラミック基材２０は、セラミック製の円板であり、ウエハを載置するためのウエハ載置面２０ａを上面に有する。セラミックとしては、例えばアルミナや窒化アルミニウムなどが挙げられる。セラミック基材２０は、多層構造体であり、本実施形態では、図２に示すように、下方から上方に向かって第１～第４セラミック層２１～２４が積層されたものである。

　ヒータ電極３０は、第３セラミック層２３の上面に設けられている。ヒータ電極３０は、ゾーンごとに設けられている。ゾーンは、第３セラミック層２３を平面視したときの円形状を複数（本実施形態では４つ）の扇形に分割したものである。ヒータ電極３０は、扇形のゾーンの全体にわたって抵抗発熱体を外周端３２から中心端３４まで一筆書きの要領で配線したものである。ヒータ電極３０は、金属とセラミックとの混合材料で形成されている。金属としては、例えばＲｕ，Ｗ，Ｍｏなどが挙げられるが、セラミック基材２０と熱膨張係数が近いものが好ましい。セラミックとしては、セラミック基材２０と同じ材料を用いる。ヒータ電極３０はこのような混合材料で形成されているため、ヒータ電極３０とセラミック基材２０との熱膨張差によって両者の間にクラックが入ることなどを防止することができる。

　上方ジャンパ層４０は、平面形状であり、第２セラミック層２２の上面に設けられている。上方ジャンパ層４０は、４つのヒータ電極３０のそれぞれに対応して扇形に形成されている。上方ジャンパ層４０は、対応するヒータ電極３０の外周端３２と導電性の内部ビア４２を介して接続されている。内部ビア４２は、第３セラミック層２３を上下方向に貫通している。内部ビア４２の上端は、ヒータ電極３０の外周端３２に接続され、内部ビア４２の下端は、上方ジャンパ層４０に接続されている。上方ジャンパ層４０には、導電性の給電ビア４６の上端が接続されている。給電ビア４６は、上方柱状部材４６ａと下方柱状部材４６ｂとを上下方向に連結したものである。上方柱状部材４６ａは、第２セラミック層２２を上下方向に貫通し、下方柱状部材４６ｂは、第１セラミック層２１を上下方向に貫通している。給電ビア４６の下端は、セラミック基材２０の下面に露出している。内部ビア４２及び給電ビア４６は、例えばヒータ電極３０と同じ材料で形成されていてもよい。上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との中心間距離Ｌ１は、５０ｍｍ以上である。

　下方ジャンパ層５０は、平面形状であり、第１セラミック層２１の上面に設けられている。下方ジャンパ層５０は、４つのヒータ電極３０のそれぞれに対応して扇形に形成されている。下方ジャンパ層５０は、対応するヒータ電極３０の中心端３４と導電性の内部ビア５４を介して接続されている。内部ビア５４は、第２及び第３セラミック層２２，２３を上下方向に貫通している。内部ビア５４は、上方柱状部材５４ａと下方柱状部材５４ｂとを上下方向に連結したものである。上方柱状部材５４ａは、第３セラミック層２３を上下方向に貫通し、下方柱状部材５４ｂは、第２セラミック層２２を上下方向に貫通している。内部ビア５４の上端は、ヒータ電極３０の中心端３４に接続され、内部ビア５４の下端は、下方ジャンパ層５０に接続されている。下方ジャンパ層５０には、導電性の給電ビア５６の上端が接続されている。給電ビア５６は、第１セラミック層２１を上下方向に貫通している。給電ビア５６の下端は、セラミック基材２０の下面に露出している。下方ジャンパ層５０には、給電ビア４６と接触しないように切欠５８が設けられている。内部ビア５４及び給電ビア５６は、例えばヒータ電極３０と同じ材料で形成されていてもよい。下方ジャンパ層５０における内部ビア５４と給電ビア５６との中心間距離Ｌ２は、５０ｍｍ以上である。

　中心間距離Ｌ１，Ｌ２を設定するにあたり、直径３００ｍｍ、厚さ４．３ｍｍのセラミック基材に、直径２９５ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍの円板電極（ジャンパ層に相当）を埋設したものをモデルに用いた。円板電極の埋設位置は、セラミック基材の裏面から１．１ｍｍとした。円形電極の裏面の中心位置に直径１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの第１給電部を配置し、中心位置から半径方向に距離（中心間距離）Ｘｍｍ隔てた位置に直径１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの第２給電部を配置した。円板電極の体積抵抗率は２．５×１０^-5Ωｃｍ、第１及び第２給電部の体積抵抗率も２．５×１０^-5Ωｃｍとした。そして、セラミック基材の裏面の温度を１０℃に保持した状態で、第１給電部と第２給電部との間に直流電流を流したときの給電部同士の中心間距離Ｘとセラミック基材の表面温度との関係を求めた。電流は１０Ａ，１５Ａ，２０Ａとした。その結果を図６のグラフに示す。グラフからわかるように、いずれの電流値においても、中心間距離Ｘが５０ｍｍ以上のときにセラミック基材の表面温度が収束し安定した。この結果を踏まえて、本実施形態では中心間距離Ｌ１，Ｌ２を５０ｍｍ以上とした。

　図７Ａに示すように、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との中心間距離Ｌ１が５０ｍｍ以上の場合には、電流はその最短ルートのほかその最短ルートの両側で比較的大きく湾曲したルートにも流れるため、最短ルートやその近傍の電流密度が高くなるのを抑えることができる。また、中心間距離Ｌ１が長いため、発熱が分散しやすい。これに対して、図７Ｂに示すように、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との中心間距離Ｌ１が短い（例えば１０ｍｍ）場合には、電流はその最短ルート及びその近傍に集中して流れやすくなる。また、中心間距離Ｌ１が短いため、発熱が分散しにくい。この点は、下方ジャンパ層５０における内部ビア５４と給電ビア５６との中心間距離Ｌ２も同様である。

　次に、ウエハ載置台１０の製造例を図８を用いて説明する。図８はウエハ載置台１０の製造工程図である。まず、４枚の円板状のセラミックグリーンシートＧＳを作製する。セラミックグリーンシートＧＳはテープ成形法によって作製される。

　１枚目のセラミックグリーンシートＧＳについては、下方柱状部材４６ｂや給電ビア５６に相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部１４６ｂ，１５６を形成する（図８Ａ参照）。その後、そのセラミックグリーンシートＧＳの上面に下方ジャンパ層５０と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷して下方ジャンパ前駆体１５０を形成し、第１シート１２１を得る（図８Ｂ参照）。

　２枚目のセラミックグリーンシートＧＳについては、上方柱状部材４６ａや下方柱状部材５４ｂに相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部１４６ａ，１５４ｂを形成する（図８Ａ参照）。その後、そのセラミックグリーンシートＧＳの上面に上方ジャンパ層４０と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷して上方ジャンパ前駆体１４０を形成し、第２シート１２２を得る（図８Ｂ参照）。

　３枚目のセラミックグリーンシートＧＳについては、内部ビア４２や上方柱状部材５４ａに相当する位置に貫通穴を形成し、その貫通穴に導電ペーストを充填してペースト充填部１４２，１５４ａを形成する（図８Ａ参照）。その後、そのセラミックグリーンシートＧＳの上面にヒータ電極３０と同じパターンとなるように導電ペーストを印刷してヒータ電極前駆体１３０を形成し、第３シート１２３を得る（図８Ｂ参照）。

　４枚目のセラミックグリーンシートＧＳについては、それをそのまま第４シート１２４として用いる（図８Ａ参照）。

　そして、第１～第４シート１２１～１２４をこの順に下から積層して積層体１１０とする（図８Ｃ参照）。この積層体１１０を焼成することにより、ウエハ載置台１０を得る。

　次に、ウエハ載置台１０の使用例について説明する。ヒータ電極３０ごとにヒータ電源（図示せず）を接続する。具体的には、ヒータ電源の一対の給電端子の一方（プラス極）をヒータ電極３０の給電ビア４６に接続し、ヒータ電源の一対の給電端子の他方（マイナス極）をヒータ電極３０の給電ビア５６に接続する。そして、ウエハ載置面２０ａにウエハを載置し、ヒータ電極３０ごとに個別に電力を供給してウエハを加熱する。このとき、ウエハ全体が同じ温度になるように電力を供給する。この状態でウエハに処理を施す。

　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセラミック基材２０が本発明のセラミック基材に相当し、ヒータ電極３０がヒータ電極に相当する。また、上方ジャンパ層４０がジャンパ層に相当し、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との中心間距離Ｌ１が５０ｍｍ以上となっている。また、下方ジャンパ層５０がジャンパ層に相当し、下方ジャンパ層５０における内部ビア５４と給電ビア５６との中心間距離Ｌ２が５０ｍｍ以上となっている。

　以上説明した本実施形態のウエハ載置台１０では、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との中心間距離Ｌ１が５０ｍｍ以上である。そのため、電流は、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との最短ルートのほかその最短ルートの両側で比較的大きく湾曲したルートにも流れる。これにより、最短ルートやその近傍の電流密度が高くなるのを抑えることができる。また、中心間距離Ｌ１が長いため、発熱が分散しやすい。この点は、下方ジャンパ層５０における内部ビア５４と給電ビア５６も同様である。したがって、上方ジャンパ層４０や下方ジャンパ層５０の局所的な発熱を抑制することができる。

　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

　例えば、上述した実施形態において、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との最短ルートの中心間距離Ｌ１を５０ｍｍ以上にするのに代えて又は加えて、図９及び図１０に示すように、上方ジャンパ層４０において、内部ビア４２と給電ビア４６との間に、内部ビア４２と給電ビア４６との最短ルート（図１０の１点鎖線）を遮る円弧状のスリット４０ａを設けてもよい。なお、図９及び図１０では、最短ルートの中心間距離Ｌ１は５０ｍｍ未満（例えば１０ｍｍとか２０ｍｍ）とした。スリット４０ａは、高抵抗領域の一例であり、内部ビア４２の外形と給電ビア４６の外形のそれぞれに接する２本の接線（図１０の２点鎖線）と交差するように設けられている。また、スリット４０ａは、給電ビア４６を中心とする円弧状（ここでは半円状）の環状領域である。この場合、図１０に示すように、電流は、スリット４０ａ以外の領域を流れる（点線矢印参照）。そのため、内部ビア４２と給電ビア４６との最短ルートやその近傍の電流密度が高くなるのを抑えることができる。したがって、上方ジャンパ層４０の局所的な発熱を抑制することができる。なお、スリット４０ａは、上方ジャンパ層４０を上下方向に貫通する領域であるが、スリット４０ａの代わりに、上方ジャンパ層４０を薄くした薄肉領域を高抵抗領域として設けてもよい。また、下方ジャンパ層５０においても内部ビア５４と給電ビア５６との間に同様の高抵抗領域（スリットなど）を設けてもよい。

　スリット４０ａの代わりに、図１１及び図１２に示すスリット４０ｂ，４０ｃを採用してもよい。図１１のスリット４０ｂは、長方形であり、内部ビア４２と給電ビア５６との最短ルート（図１１の１点鎖線）を遮るように上方ジャンパ層４０に設けられている。また、スリット４０ｂは、内部ビア４２の外形と給電ビア５６の外形のそれぞれに接する２本の接線（図１１の２点鎖線）と交差するように設けられている。こうしたスリット４０ｂを採用してもスリット４０ａと同様の効果が得られる。但し、円弧状のスリット４０ａの方が、長方形状のスリット４０ｂに比べて、電流はより大きく迂回しやすいため好ましい。図１２のスリット４０ｃも、長方形であり、内部ビア４２と給電ビア５６との最短ルート（図１２の１点鎖線）を遮るように上方ジャンパ層４０に設けられている。但し、スリット４０ｃは、内部ビア４２の外形と給電ビア５６の外形のそれぞれに接する２本の接線（図１２の２点鎖線）と交差していない。こうしたスリット４０ｃを採用してもスリット４０ａと概ね同様の効果が得られるが、スリット４０ｃは２本の接線と交差していないため、スリット４０ａ，４０ｂの方が効果を顕著に得ることができる。なお、高抵抗領域を設ける場合であっても、上方ジャンパ層４０における内部ビア４２と給電ビア４６との最短ルートの中心間距離Ｌ１を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。同様に、高抵抗領域を設ける場合であっても、下方ジャンパ層５０における内部ビア５４と給電ビア５６との最短ルートの中心間距離Ｌ２を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。

　上述した実施形態において、セラミック基材２０はウエハ載置面２０ａに近い位置に静電チャック電極を内蔵していてもよい。静電チャック電極は、直流電源に接続される。ウエハ載置面２０ａに載置されるウエハは、静電チャック電極に直流電圧を印加することにより、ウエハ載置面２０ａに吸着され固定される。セラミック基材２０はプラズマ発生用のＲＦ電極を内蔵していてもよい。

　上述した実施形態において、ウエハ載置台１０は、ウエハ載置台１０を上下方向に貫通する穴を複数有していてもよい。こうした穴としては、ウエハ載置面２０ａに開口する複数のガス穴やウエハ載置面２０ａに対してウエハを上下させるリフトピンを挿通させるためのリフトピン穴がある。

　上述した実施形態において、ウエハ載置面２０ａの外周縁に沿ってシールバンドを設け、シールバンドの内側の領域に複数の小突起（扁平な円形突起）を設けてもよい。この場合、シールバンドの頂面と複数の小突起の頂面とは同一平面になるようにする。ウエハは、シールバンドの頂面と複数の小突起の頂面とによって支持される。

　上述した実施形態では、セラミック基材２０を作製するにあたり、セラミックグリーンシートＧＳを利用したが、特にこれに限定されない。例えば、セラミック粉末を押し固めたセラミック成形体を利用してもよいし、モールドキャスト法で作製したセラミック成形体を利用してもよいし、これらを組み合わせてもよい。

　本発明は、ウエハに各種処理を施すのに利用可能である。

１０　ウエハ載置台、２０　セラミック基材、２０ａ　ウエハ載置面、２１～２４　第１～第４セラミック層、３０　ヒータ電極、３２　外周端、３４　中心端、４０　上方ジャンパ層、４０ａ～４０ｃ　スリット、４２　内部ビア、４６　給電ビア、４６ａ　上方柱状部材、４６ｂ　下方柱状部材、５０　下方ジャンパ層、５４　内部ビア、５４ａ　上方柱状部材、５４ｂ　下方柱状部材、５６　給電ビア、５８　切欠、１１０　積層体、１２１～１２４　第１～第４シート、１３０　ヒータ電極前駆体、１４０　上方ジャンパ前駆体、１４２　ペースト充填部、１４６ａ　ペースト充填部、１４６ｂ　ペースト充填部、１５０　下方ジャンパ前駆体、Ｌ１，Ｌ２　中心間距離。

Claims

　ウエハ載置面を有するセラミック基材と、
　前記セラミック基材に埋設された抵抗発熱体と、
　前記抵抗発熱体とは別の層に設けられた平面形状のジャンパ層と、
　前記ジャンパ層と前記抵抗発熱体の一端とを接続する内部ビアと、
　前記ジャンパ層に接続された給電ビアと、
　を備え、
　前記ジャンパ層における前記内部ビアと前記給電ビアとの中心間距離は５０ｍｍ以上である、
　ウエハ載置台。
　前記ジャンパ層において前記内部ビアと前記給電ビアとの間には前記内部ビアと前記給電ビアとの最短ルートを遮る高抵抗領域が設けられている、
　請求項１に記載のウエハ載置台。
　前記高抵抗領域は、前記ジャンパ層に設けられたスリットである、
　請求項２に記載のウエハ載置台。
　前記高抵抗領域は、前記内部ビアの外形と前記給電ビアの外形のそれぞれに接する２本の接線と交差するように設けられている、
　請求項２又は３に記載のウエハ載置台。
　前記高抵抗領域は、前記内部ビア及び前記給電ビアのうちの一方を中心とする円弧状の領域である、
　請求項２又は３に記載のウエハ載置台。