JP2015185552A - 温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板載置面に載置された基板の温度ばらつきを低減すること。
【解決手段】静電チャック基板１０の基板載置面１１ａには、基板Ｗが載置される。静電チャック基板１０は、基板Ｗを加熱する抵抗発熱体１３を有している。静電チャック基板１０は、接着層２０によりベースプレート３０の上面３０ａに接着されている。ベースプレート３０には、その上面３０ａと下面３０ｂの間を貫通する貫通孔３２が形成されている。接着層２０には、ベースプレート３０の貫通孔３２と連通する貫通孔２１が形成されている。ベースプレート３０には、貫通孔３２に挿入され、接着層２０の貫通孔２１に先端４０ａが配置された調整ロッド４０が支持されている。
【選択図】図１

Description

温度調整装置に関する。

半導体素子は、成膜装置（たとえば、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置）やプラズマエッチング装置を用いて製造される。これらの装置は、基板（たとえば、シリコンウェハ）を減圧された処理室内において、基板の温度を調整する温度調整装置を有する場合がある。このような温度調整装置の１つは静電チャックである。静電チャックは、たとえば、ベースプレート（基台）上に接着された静電チャック（ＥＳＣ）基板を有している。静電チャック基板は、基板を吸着するための電極と、被吸着物の温度を制御するための発熱体を内蔵している（たとえば、特許文献１，２参照）。静電チャック基板の上面に吸着された基板の温度は、ベースプレートに形成された管路を流れる冷却液と、静電チャック基板に内蔵された発熱体により調整される。

特開平１１−８２９０号公報 特開２００８−１６６５０９号公報

ところで、静電チャックに内蔵された発熱体において、発熱密度のばらつきを生じる場合がある。このような発熱密度のばらつきは、基板における温度のばらつきを生じさせる。基板温度のばらつきは、たとえばプラズマエッチング装置において、エッチングレートのばらつきを生じさせ、半導体素子の歩留まりを低下させる要因となる。

本発明の一観点による温度調整装置は、上面に載置される基板を加熱する発熱体を有する保持基板と、前記保持基板を支持し、厚さ方向に貫通する複数の第１貫通孔が形成されたベースプレートと、前記ベースプレートの上面に前記保持基板を接着し、前記複数の第１貫通孔のそれぞれと連通する複数の第２貫通孔を有する接着層と、前記第１貫通孔に挿入され、先端を前記第２貫通孔内に配置可能に支持された複数の調整ロッドとを有する。

本発明の一観点によれば、基板載置面に載置された基板の温度ばらつきを低減することができる。

（ａ）は静電チャックの概略断面図、（ｂ）は静電チャックの一部拡大断面図。 温度調整領域の一例を示す静電チャックの概略平面図。 流路及び温度調整ピンの配置を示す概略平面図。

以下、一実施形態を説明する。
なお、参照する添付図面は、部分的に拡大して示している場合があり、寸法，比率などは実際と異なる場合がある。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部のハッチングを省略している。また、図面が煩雑になるのを防ぐために一部の符号を省略することがある。

図１（ａ）に示すように、静電チャックは、静電チャック（ＥＳＣ）基板１０と、接着層２０と、ベースプレート（基台）３０とを有している。ベースプレート３０は、静電チャック基板１０を支持する部材である。

静電チャック基板１０は、基板本体（基体）１１と、基板本体１１に内蔵された静電電極１２及び抵抗発熱体１３を有している。基板本体１１は、互いに対向する基板載置面１１ａ（図において上面）と接着面１１ｂ（図において下面）を有している。基板載置面１１ａと接着面１１ｂは互いに平行である。静電チャック基板１０は、円形板状に形成されている。静電チャック基板１０の大きさ（直径）はたとえば３００ｍｍである。また、静電チャック基板１０の厚さは、たとえば、５ｍｍである。基板本体１１の基板載置面１１ａに基板Ｗが載置される。なお、以下の説明において、基板本体１１を静電チャック基板１０として説明する場合もある。

基板本体１１の材料は、絶縁性を有する材料である。たとえば、基板本体１１の材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミックスや、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの有機材料である。本実施形態では、入手のし易さ、加工のし易さ、プラズマ等に対する耐性が比較的高いなどの点から、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスを使用している。とくに、窒化アルミニウムを使用した場合、その熱伝導率は１５０〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きいため、静電チャック基板１０に吸着した被吸着物の面内の温度差を小さくする上で好ましい。

静電電極１２は、薄膜状に形成された電極である。静電電極１２は、基板本体１１において、基板載置面１１ａの近傍に位置する部分に内設されている。静電電極１２は、図示しない吸着用電源と電気的に接続される。静電電極１２は、吸着用電源から印加される電圧により生じる静電力によって、基板載置面１１ａに基板Ｗを固定する。静電電極１２の材料として、たとえば、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。なお、図では、１つの静電電極１２として示しているが、同一平面上に配置された複数の電極を含む。

抵抗発熱体１３は、基板本体１１において、静電電極１２と、接着面１１ｂとの間に内設されている。複数の抵抗発熱体１３は、基板本体１１内において、基板載置面１１ａと平行な面上に配置されている。各抵抗発熱体１３は静電電極１２と電気的に絶縁されている。

複数の抵抗発熱体１３は、図示しない加熱用電源と電気的に接続される。複数の抵抗発熱体１３は、加熱用電源から印加される電圧に応じて発熱する。複数の抵抗発熱体１３は、複数のゾーンに分けられ、個々に制御される。抵抗発熱体１３の材料として、たとえば、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。このような静電チャック基板１０は、たとえばタングステンを印刷したグリーンシートを積層後、焼成して形成される。

図２に示すように、静電チャック基板１０には、複数のゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４がたとえば同心円状に設定されている。図１（ａ）に示す複数の抵抗発熱体１３は、基板Ｗ全体の温度を均一とするように、ゾーンＺ１〜Ｚ４毎に制御される。

静電チャック基板１０は、接着層２０によりベースプレート３０の上面３０ａに接着されている。接着層２０は、ベースプレート３０の上に静電チャック基板１０を接着する。また、接着層２０は、静電チャック基板１０の熱をベースプレート３０に伝導する。接着層２０の材料としては、熱伝導率の高い材料を選択するのが好ましく、たとえばシリコーン樹脂などを用いることができる。なお、接着層２０の厚さは、たとえば１．０〜１．５ｍｍである。

ベースプレート３０には管路３１が形成されている。管路３１は、冷却媒体を循環させるためのものである。冷却媒体は、たとえば水やガルデンである。たとえば、管路３１は、ベースプレート３０の上面３０ａと平行な面に沿って形成されている。

図３は、管路３１の一例を示す。管路３１は、冷却媒体によりベースプレート３０全体を冷却するように形成されている。冷却媒体は、管路３１の一端の導入部３１ａから管路３１内へ供給され、管路３１の他端の排出部３１ｂから排出される。管路３１、導入部３１ａ及び排出部３１ｂは、冷却機構の一例である。

ベースプレート３０の材料としては、たとえばアルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミックス材との複合材料等を用いることができる。本実施形態では、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好であることなどの点から、アルミニウム又はその合金を使用し、その表面にアルマイト処理（絶縁層形成）を施したものを使用している。なお、ベースプレート３０の厚さは、たとえば３５〜４０ｍｍである。

図１（ａ）に示すように、ベースプレート３０には、上面３０ａと下面３０ｂとの間を貫通する複数の貫通孔３２が形成されている。たとえば、図３に示すように、複数の貫通孔３２は、ベースプレート３０の面内（上面３０ａ、または上面３０ａと平行な面）において、密度が均一となるように形成されている。

図１（ａ）に示すように、接着層２０には、上面２０ａと下面２０ｂの間を貫通し、ベースプレート３０の貫通孔３２と連通する貫通孔２１が形成されている。ベースプレート３０の貫通孔３２には調整ロッド４０が挿入されている。調整ロッド４０は、ベースプレート３０にて支持されている。ベースプレート３０は、調整ロッド４０の先端４０ａを、接着層２０の貫通孔２１内に配置可能に支持する。

次に、ベースプレート３０の貫通孔３２と調整ロッド４０の詳細を説明する。なお、ここで説明する部材については、図１（ａ）において詳細な形状と符号を省略する。
図１（ｂ）に示すように、ベースプレート３０の貫通孔３２は、上面３０ａから下面に向かって延びる支持孔３３と、下面に開口し支持孔３３より拡径された調整孔３４とを有している。調整孔３４の内側面には、ねじ溝（雌ねじ）３４ａが形成されている。接着層２０の貫通孔２１の内径（直径）は、支持孔３３の内径（直径）と等しい。

調整ロッド４０は、先端４０ａ側の挿入部４１と支持部４２とを有している。挿入部４１は、支持孔３３及び接着層２０の貫通孔２１内に挿入される。支持部４２は調整孔３４内に挿入される。支持部４２の外側面には調整孔３４のねじ溝３４ａに螺入可能なねじ山（雄ねじ）４２ａが形成されている。調整ロッド４０（挿入部４１）の直径は、たとえば１〜５ｍｍである。

支持部４２の長さと調整孔３４の深さは、調整ロッド４０の先端４０ａを配置する範囲に応じて設定されている。本実施形態では、接着層２０の貫通孔２１内に調整ロッド４０の先端４０ａが配置されるように設定されている。つまり、調整ロッド４０の移動範囲は、接着層２０の厚さに応じて設定される。

支持部４２の端面４２ｂには、治具挿入部４２ｃが凹設されている。治具挿入部４２ｃは、図示しない治具（たとえば、六角棒スパナや精密ドライバー等）を挿入可能に形成されている。これらの治具を用いて支持部４２、つまり調整ロッド４０を回転させ、調整ロッド４０の先端４０ａの位置を調整することが可能である。

調整ロッド４０は、接着層２０の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材料により形成される。このような調整ロッド４０の材料としては、たとえばアルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミックス材との複合材料等を用いることができる。本実施形態では、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好であることなどの点から、アルミニウム又はその合金が用いられる。

次に、上記の静電チャックの作用を説明する。
静電チャック基板１０の抵抗発熱体１３は、通電によって発熱し、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａに載置された基板Ｗを加熱する。ベースプレート３０は、冷却媒体により冷却される。したがって、静電チャック基板１０の熱は、接着層２０を介してベースプレート３０へ伝達される。抵抗発熱体１３による加熱と、ベースプレート３０による冷却によって、静電チャック基板１０の上面における温度を制御する。

抵抗発熱体１３の形状は、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａに載置された基板Ｗにおいて均一な温度となるように設計されている。しかし、抵抗発熱体１３の形状、たとえば配線パターンの幅や厚さは、製造工程においてばらつきを生じる。このようなばらつきは、抵抗発熱体１３における部分的な抵抗値のばらつき、つまり発熱量の部分的な変化を生じさせる。従って、抵抗発熱体１３における形状のばらつきは、基板載置面１１ａにおける温度の不均一性を招く。たとえば、抵抗発熱体１３のパターン幅が設計値よりも大きいと、パターン幅と設計値の間の差に応じて抵抗値が低くなり、発熱温度が低くなる。同様に、ベースプレート３０において、製造工程において生じる管路３１の形状ばらつきは、基板載置面１１ａにおける温度の不均一性を招く。

調整ロッド４０は、その先端４０ａが接着層２０の貫通孔２１内に配置され、貫通孔２１に沿って移動するようにベースプレート３０に支持されている。調整ロッド４０は、接着層２０の熱伝導率より高い熱伝導率の材料により形成されている。そして、静電チャック基板１０の熱は、ベースプレート３０へと伝達する。したがって、接着層２０の貫通孔２１付近における静電チャック基板１０の温度は、貫通孔２１に配置された調整ロッド４０の熱伝導率と接着層２０の熱伝導率の差に応じた値となる。たとえば、調整ロッド４０の熱伝導率と接着層２０の熱伝導率の差が大きいほど、貫通孔２１とその付近における温度は低くなる。調整ロッド４０による温度は、その調整ロッド４０の外径、貫通孔２１の内径に応じた範囲に影響する。

また、接着層２０の貫通孔２１付近記における静電チャック基板１０の温度は、貫通孔２１に配置された調整ロッド４０の先端４０ａと静電チャック基板１０の接着面１１ｂの間の距離に応じた値となる。調整ロッド４０の先端４０ａが静電チャック基板１０の接着面１１ｂに近いほど、静電チャック基板１０から調整ロッド４０へ熱が効率よく伝達するため、貫通孔２１とその付近における温度は低くなる。

したがって、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの温度を測定し、測定結果に応じて調整ロッド４０の先端４０ａの位置を調整する。温度測定には、接触式温度計(例えば、熱電対を用いた温度計)又は非接触式温度計(例えば、赤外線放射温度計)を用いることができる。これにより、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａにおける発熱密度、発熱密度の分布を調整することができる。これにより、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａに吸着保持した基板Ｗの温度を均一に制御することができる。

また、調整ロッド４０は、ベースプレート３０の上面３０ａと下面３０ｂの間を貫通する貫通孔３２に螺入されている。静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの温度を測定しながらベースプレート３０の下面３０ｂから調整ロッド４０の先端４０ａの位置を調整する。これにより、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの該当する調整ロッド４０付近の温度を容易に変化させることができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）静電チャック基板１０の基板載置面１１ａには、基板Ｗが載置される。静電チャック基板１０は、基板Ｗを加熱する抵抗発熱体１３を有している。静電チャック基板１０は、接着層２０によりベースプレート３０の上面３０ａに接着されている。ベースプレート３０には、その上面３０ａと下面３０ｂの間を貫通する貫通孔３２が形成されている。接着層２０には、ベースプレート３０の貫通孔３２と連通する貫通孔２１が形成されている。ベースプレート３０には、貫通孔３２に挿入され、接着層２０の貫通孔２１に先端４０ａが配置された調整ロッド４０が支持されている。

接着層２０の貫通孔２１付近における静電チャック基板１０の温度は、貫通孔２１に配置された調整ロッド４０の先端４０ａと静電チャック基板１０の接着面１１ｂの間の距離に応じた値となる。調整ロッド４０の先端４０ａが静電チャック基板１０の接着面１１ｂに近いほど、静電チャック基板１０から調整ロッド４０へ熱が効率よく伝達するため、貫通孔２１とその付近における温度は低くなる。したがって、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの温度を測定し、測定結果に応じて調整ロッド４０の先端４０ａの位置を調整する。これにより、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａにおける発熱密度、発熱密度の分布を調整することができる。これにより、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａに吸着保持した基板Ｗの温度を均一に制御することができる。

（２）調整ロッド４０は、ベースプレート３０の上面３０ａと下面３０ｂの間を貫通する貫通孔３２に螺入されている。したがって、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの温度を測定しながらベースプレート３０の下面３０ｂから調整ロッド４０の先端４０ａの位置を調整することで、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａの温度を容易に調整することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態において、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａにおける発熱密度を調整可能であればよく、調整ロッド４０の材料を適宜変更してもよい。上記実施形態では、ベースプレート３０と同じ材料を用いた。これを、ベースプレート３０の熱伝導率より低い熱伝導率の材料を用いてもよい。また、接着層２０の熱伝導率と同程度の熱伝導率の材料、または接着層２０の熱伝導率より低い熱伝導率の材料を用いてもよい。

・上記実施形態に対し、調整ロッド４０を配置する貫通孔２１，３２を形成する位置を適宜変更してもよい。たとえば、温度ばらつきが多い部分に対して、他の部分より調整ロッド４０の配置間隔を狭くするように、つまり、調整ロッド４０の配置密度を、静電チャック基板１０の基板載置面１１ａにおける温度分布に応じて異なるように、調整ロッド４０を配置してもよい。

１０ 静電チャック基板（保持基板）
１１ａ 基板載置面
１２ 静電電極
１３ 抵抗発熱体
２０ 接着層
２１ 貫通孔（第２貫通孔）
３０ ベースプレート
３１ 管路
３２ 貫通孔（第１貫通孔）
４０ 調整ロッド
４０ａ 先端

Claims (6)

1. 上面に載置される基板を加熱する発熱体を有する保持基板と、
   前記保持基板を支持し、厚さ方向に貫通する複数の第１貫通孔が形成されたベースプレートと、
   前記ベースプレートの上面に前記保持基板を接着し、前記複数の第１貫通孔のそれぞれと連通する複数の第２貫通孔を有する接着層と、
   前記第１貫通孔に挿入され、先端を前記第２貫通孔内に配置可能に支持された複数の調整ロッドと、
   を有することを特徴とする温度調整装置。
2. 前記複数の調整ロッドの熱伝導率は、前記接着層の熱伝導率と異なること、を特徴とする請求項１に記載の温度調整装置。
3. 前記複数の調整ロッドは、前記接着層より高い熱伝導率を有すること、を特徴とする請求項１または２に記載の温度調整装置。
4. 前記第１貫通孔は、前記ベースプレートの上面の面内において均一に配置されたこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度調整装置。
5. 前記保持基板は、前記基板が載置される上面と前記発熱体との間に、前記基板を吸着する静電電極を有すること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度調整装置。
6. 前記ベースプレートは、冷却媒体が供給される管路を有すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の温度調整装置。