JP6741461B2 - 加熱部材及び複合加熱部材 - Google Patents
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Description
本第2局面は、断熱部の好適な形状を例示したものである。
本第3局面では、溝は、搭載面から複数の発熱体を分離する位置にまで形成されているので、断熱性が高いという利点がある。つまり、各発熱体によって周囲が加熱された場合でも、その熱は断熱部によって効果的に遮断されるので、各発熱体が配置された部分を容易に所望の温度に調節できる。
本第4局面では、発熱部が厚み方向に複数配置されているので、セラミック基板の幅が狭い場合でも、十分な発熱量を確保できる。なお、厚み方向に複数発熱部を配置する場合には、各発熱部は一体となっていても別体となっていてもよい。
本第5局面では、各リング吸着電極によって、フォーカスリングを十分に吸着することができる。なお、フォーカスリングが複数の場合には、各リング吸着電極によってそれぞれ各フォーカスリングを吸着することができる。
本第6局面では、セラミック基板に例えば金属製の接合基板が接合されているので、セラミック基板の温度を低下させる熱引き等を行うことができる。
本第7局面では、セラミック基板は断熱部(即ち間隙)によって分離されているので、断熱部によって分離された(各発熱体を有する)領域では、それぞれ効果的に温度を調節できる。
(8)本発明の第8局面では、接合基板は、加熱部材を冷却する冷媒の流路を備えている。
(9)本発明の第9局面は、第1〜第8局面の加熱部材を備えるとともに、加熱部材の平面視での中心側に、通電により発熱する中央発熱部を有する中央加熱部材を備えた複合加熱部材である。
(10)本発明の第10局面では、中央加熱部材は、中央発熱部を備えた中央セラミック基板と、中央セラミック基板に接合された中央接合基板と、を備えている。
この構成によって、被加工物を吸着して保持することができる。
この構成によって、被加工物を好適に冷却することが可能である。
本第13局面は、複合加熱部材の好適な構成を例示したものである。
・セラミック基板、中央セラミック基板は、セラミックを主成分(50質量%以上)とする基板(板状の部材)である。このセラミックの材料としては、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム(イットリア)等が挙げられる。
・発熱部(従って発熱体)、中央発熱部は、通電によって発熱する抵抗発熱体である。この発熱体の材料としては、タングステン、タングステンカーバイド、モリブデン、モリブデンカーバイド、タンタル、白金等が挙げられる。
・接合基板、中央接合基板は、それぞれセラミック基板、中央セラミック基板に接合される板材である。その材料としては、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどの金属、それらの金属の合金、セラミックと金属の複合材料(例えばAl−SiC)などを挙げることができる。
ここでは、第1実施形態として、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
[1−1.全体構成]
まず、第1実施形態の静電チャックの全体構造について説明する。
この静電チャック1は、厚み方向(図2の上下方向)から見た平面視で、円盤形状の中央加熱部材5と、中央加熱部材5の外周を囲むように配置された円環形状の外周加熱部材7とを備えている。つまり、外周加熱部材7の中心側に中央加熱部材5が配置されている。
7とは、その底面(図2の下方)にて、取付部材(図2参照)9にそれぞれ固定されている。
[1−2.中央加熱部材]
まず、中央加熱部材5の構成について説明する。
<中央セラミックヒータ>
図2に模式的に示すように、中央セラミックヒータ11(従って中央セラミック基板29)は、その第2主面B1側が、例えばインジウム等の接着剤からなる中央接合層15により、中央金属ベース13の第3主面C1側に接合されている。
縁体(誘電体)である。
このうち、中央吸着電極25は、例えば平面形状が半円状の一対の電極25a、25b(図1参照)から構成されている。この中央吸着電極25とは、静電チャック1を使用する場合には、両電極25a、25bの間に、直流高電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ3を吸着する静電引力(吸着力)を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ3を吸着して固定するものである。なお、中央吸着電極25については、これ以外に、周知の各種の構成(単極性や双極性の電極など)を採用できる。
この中央発熱体35は、中央セラミック基板29の平面方向において区分された各加熱ゾーン(図示せず)をそれぞれ加熱(従って温度調節)できるように、同一平面上に複数配置されている。なお、加熱ゾーンは、平面視で、同心状に複数列設けられるととともに、周方向にも複数設けられている。
<中央金属ベース>
中央金属ベース13は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製である。中央金属ベース13には、前記中央冷却路31やリフトピン孔33以外に、複数の貫通孔44(図6参照)が形成されている。この貫通孔44には、中央吸着電極25に給電するための接続端子41(図6参照)や中央発熱体35に給電するための接続端子43(図6参照)等が配置される。
[1−3.外周加熱部材]
次に、外周加熱部材7の構成について説明する。
図2及び図3に示すように、外周セラミックヒータ19は、平面視で円環形状であり、外周発熱部51等を備えた外周セラミック基板53から構成されている。
外周セラミック基板53の内部には、外周発熱部51を構成する一対の発熱体55、57(即ち内側発熱体55及び外側発熱体57)が配置されている。この一対の発熱体55、57は、電圧が印加されて電流が流れると発熱する金属材料(タングステン等)からなる抵抗発熱体である。
図3に示すように、内側発熱体55は、平面視で、中心側に配置された円環形状の部材
であり、その一対の端部55a、55b間に電力が供給されることによって、独自に温度が調節できるようになっている。
図2に示すように、外周金属ベース21は、平面視で、外周セラミックヒータ19と同様な円環形状であり、外周セラミックヒータ19と同軸に接合されている。
図4及び図5に示すように、フォーカスリング(即ちFリング)17は、例えば水晶やシリコンから構成された円環形状の部材であり、内側Fリング71と外側Fリング73とから構成されている。内側Fリング71と外側Fリング73とは、平面視で円環形状の部材であり、円環形状の間隙75を介して、外周加熱部材7と同軸に配置されている。
、この内側凸部71bによって内側Fリング71の位置決めがなされている。
[1−4.電気的構成]
次に、静電チャック1の電気的な構成(電力を供給する構成)について説明する。
ライズ層89にそれぞれ接続端子41、43、81が接合されている。
[1−5.製造方法]
次に、本第1実施形態の静電チャック1の製造方法について、簡単に説明する。
まず、中央加熱部材5の製造方法を説明する。
(1)中央セラミック基板29の原料として、主成分であるAl2O3:92重量%、MgO:1重量%、CaO:1重量%、SiO2:6重量%の各粉末を混合して、ボールミルで、50〜80時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、(各セラミック層に対応する)各アルミナグリーンシートを形成する。なお、各アルミナグリーンシートには、必要な箇所にスルーホール等の孔をあける加工を行う。
(5)そして、中央吸着電極25、中央発熱部27等を形成するために、前記メタライズインクを用いて、中央吸着電極25、中央発熱部27等の形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア83を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(7)次に、熱圧着した各積層シートを、それぞれ所定の形状(即ち円板形状)にカットする。
(9)そして、焼成後に、アルミナ質焼結体に対して、例えば第1主面A1側の加工など必要な加工を行って、中央セラミック基板29を作製する。
(11)その後、中央金属ベース13と中央セラミック基板29とを接合して一体化して、中央加熱部材5を作製する。
次に、外周加熱部材7の製造方法について説明するが、基本的には、中央加熱部材5と同様であるので、簡単に説明する。
(2)次に、この粉末に溶剤等を加え、ボールミルで混合して、スラリーとする。
法のアルミナグリーンシートも形成する。なお、各アルミナグリーンシートには、必要な箇所にスルーホール等の孔をあける加工を行う。
(5)そして、外周発熱部51等を形成するために、前記メタライズインクを用いて、外周発熱部51等の形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。
(7)次に、熱圧着した各積層シートを、それぞれ所定の形状(即ち円環形状)にカットする。
なお、焼成後に、アルミナ質焼結体に、断熱部59となる溝を形成してもよい。
(10)その後、外周金属ベース21と外周セラミック基板53とを接合して一体化して、外周加熱部材7を作製する。
[1−6.効果]
次に、本第1実施形態の効果について説明する。
さらに、第1実施形態では、外周金属ベース21には、外周冷却路65が設けられているので、この外周冷却路65に冷媒を流すことによって、外周セラミックヒータ19に対する熱引きを行うことができる。
[1−7.特許請求の範囲との対応関係]
第1実施形態の、外周セラミック基板53、外周発熱部51、 フォーカスリング17、外周加熱部材7、内側発熱体55及び外側発熱体57、断熱部59、外周金属ベース21、中央発熱部27、中央加熱部材5、中央セラミック基板29、中央金属ベース13、静電チャック1は、それぞれ、本発明の、セラミック基板、発熱部、フォーカスリング、加熱部材、発熱体、断熱部、接合基板、中央発熱部、中央加熱部材、中央セラミック基板、中央接合基板、複合加熱部材の一例に相当する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第1実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
外周加熱部材93は、外周金属ベース21の上面(第3主面C2)側に外周セラミックヒータ95が接合されたものである。
また、本第2実施形態では、外周吸着電極99を備えているので、内側Fリング71と外側Fリング73とを強固に保持することができる。
[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第2実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第2実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
図8に示すように、本第3実施形態の静電チャック111は、第2実施形態と同様に、中央加熱部材5の外周側に外周加熱部材113を備えている。
外周セラミックヒータ115は、内周側の内側ヒータ部117と、内側ヒータ部117より外周側の中間ヒータ部119と、中間ヒータ部119より外周側の外側ヒータ部121とから構成されている。そして、内側ヒータ部117と中間ヒータ部119とは内側断熱部123によって分離され、中間ヒータ部119と外側ヒータ部121とは外側断熱部125によって分離されている。
このうち、内側ヒータ部117は、前記第2実施形態と同様に、上面側(図8(a)上方)に一対の内側吸着電極131(131a、131b)を備え、下面側に内側発熱体133を備えている。なお、一対の内側吸着電極131a、131bの間には、第1実施形態と同様なガス供給孔135が設けてある(他のヒータ部119、121も同様)。
外側ヒータ部121は、内側ヒータ部117とほぼ同様な構成であり、その内部に、一対の内側吸着電極147(147a、147b)や外側発熱体149等を備えている。
そして、内側ヒータ部117の上面である搭載面117aには、内側Fリング153が載置され、中間ヒータ部119の上面である搭載面119aには、中間Fリング155が搭載され、外側ヒータ部121の上面である搭載面121aには、外側Fリング157が搭載されている。
このうち、内側Fリング153には、第1実施形態と同様に、その下面153aから下方に突出する位置決め用の内側凸部153bが設けられている。また、上面153cと内周面153dとの角部には、第1実施形態と同様な内側凹部153eも設けられている。
また、内側Fリング153と中間Fリング155との間には、空間である内側間隙159が設けられており、この内側間隙159と内側断熱部123とは連通している。なお、内側間隙159の縦断面の形状は、クランク状に2か所で屈曲している。
、外側間隙161の縦断面の形状も、クランク状に2か所で屈曲している。
また、本第3実施形態では、内側発熱体133と中間発熱体141と外側発熱体149との発熱状態をそれぞれ制御することによって、例えば図8(b)、(c)に示すように、外周加熱部材113の第1主面A2の温度を調節できる。
なお、本第3実施形態では、内側ヒータ部117と中間ヒータ部119と外側ヒータ部121とは、内側断熱部123と外側断熱部125とによって完全に分離されているが、外周金属ベース21の表面には表面絶縁層67が形成されているので、金属部分は外部に露出していない。
[4.第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明するが、第3実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第3実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
本第4実施形態では、内側断熱部175と外側断熱部177とは溝であるので、溝の底面と第2主面B2との間のセラミック部分に内部配線層を設けることができる。よって、配線が容易であるという利点がある。
[5.第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明するが、第3実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第3実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
なお、内側発熱体189の上方の搭載面195aに内側Fリング153が載置され、中間発熱体191の上方の搭載面195bに中間Fリング155が載置され、外側発熱体193の上方の搭載面195cに外側Fリング157が載置される。
[6.第6実施形態]
次に、第6実施形態について説明するが、第3実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第3実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
本第6実施形態は、第3実施形態と同様な効果を奏する。
[7.第7実施形態]
次に、第7実施形態について説明するが、第3実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第3実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
図10及び図11に示すように、第7実施形態の静電チャック211の外周加熱部材212は、第3実施形態と同様に、外周金属ベース21の上面(図11上方)に外周セラミックヒータ213が接合されており、外周セラミックヒータ213は、内側ヒータ部215と中間ヒータ部217と外側ヒータ部219とを備えている。
つまり、図10にて実線で示す部分の両断熱部221、223では、図11(a)に示すように、各ヒータ部215〜219は、両断熱部221、223によって完全に分離されている。一方、図10にて破線で示す部分の両断熱部221、223では、図11(b)に示すように、各ヒータ部215〜219は、その上部が溝状の両断熱部221、223によって分離されているが、下部は一体の連通部225となって接続されている。
また、本第7実施形態では、各ヒータ部215〜219の一部が連通部225を介して連通しているので、この連通部225に接続端子81を配置することにより、内側発熱体133、中間発熱体141、外側発熱体149に、それぞれ給電することができる。
[8.第8実施形態]
次に、第8実施形態について説明するが、第6実施形態と同様な内容の説明は省略又は簡易化して説明する。なお、第6実施形態と同様な構成には、同様な番号を付す。
図12(a)に示すように、第8実施形態の静電チャック231は、第6実施形態と同様に、外周セラミックヒータ233には、内側ヒータ部235と中間ヒータ部237と外側ヒータ部239とを備えるとともに、内側断熱部205と外側断熱部207とを備えている。
特に、本第8実施形態では、各発熱体241〜245は、図12(b)に示すように、上層247と下層249との2層構造となっており、上層247と下層249とは連続した構造となっている。
特に本第8実施形態では、各発熱体241〜245を、上下2層となるように配線することができるので、各ヒータ部235〜239の幅が狭い場合でも、必要な抵抗値を確保でき、よって、十分に加熱を行うことができるという利点がある。
[9.その他の実施形態]
尚、本発明は前記実施形態や実験例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
5、261…中央加熱部材
7、93、113、173、212、263…外周加熱部材
11…中央セラミックヒータ
13、265…中央金属ベース
17、279…フォーカスリング
19、95、115、183、203、213、233、251、271…外周セラミックヒータ
21、267…外周金属ベース
25…中央吸着電極
27…中央発熱部
29…中央セラミック基板
51、180…外周発熱部
53、97…外周セラミック基板
55、133、189、241、253、273…内側発熱体
57、149、193、245、255、275…外側発熱体
59、101、277…断熱部
99…外周吸着電極
123、175、185、205、221…内側断熱部
125、177、187、207、223…外側断熱部
141、191、141、243…中間発熱体
Claims (13)
- 環状のセラミック基板と、該セラミック基板の周方向に沿って配置された、通電により発熱する発熱部と、を備えるとともに、
前記セラミック基板の厚み方向の一方に、プラズマ加工の際に用いられるフォーカスリングを搭載する搭載面を有する、環状の加熱部材において、
前記発熱部は、前記セラミック基板の内部及び前記搭載面と反対側の表面の少なくとも一方に配置されるとともに、前記加熱部材の内周側から外周側に沿って配置されて個別に温度調節が可能な複数の発熱体からなり、
前記セラミック基板には、平面視での前記複数の発熱体の間に、前記セラミック基板よりも断熱性の高い断熱部を備え、
前記断熱部の少なくとも一部は、前記複数の発熱体よりも前記搭載面側に設けられることを特徴とする加熱部材。 - 前記断熱部は、前記周方向に沿って配置された溝及びトンネルのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の加熱部材。
- 前記断熱部が前記溝である場合に、前記溝は、前記搭載面から前記複数の発熱体を分離する位置にまで形成されていることを特徴とする請求項2に記載の加熱部材。
- 前記発熱部は、前記セラミック基板の厚み方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の加熱部材。
- 前記セラミック基板は、前記内周側から前記外周側に沿って前記フォーカスリングを吸着する複数のリング吸着電極を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の加熱部材。
- 前記セラミック基板の前記搭載面と反対側の表面に、接合基板が接合層によって接合されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の加熱部材。
- 前記断熱部は、前記搭載面から前記接合層に到るように設けられていることを特徴とする請求項6に記載の加熱部材。
- 前記接合基板は、前記加熱部材を冷却する冷媒の流路を備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の加熱部材。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の加熱部材を備えるとともに、該加熱部材の平面視での中心側に、通電により発熱する中央発熱部を有し、被加工物を加熱する中央加熱部材を備えたことを特徴とする複合加熱部材。
- 前記中央加熱部材は、前記中央発熱部を備えた中央セラミック基板と、該中央セラミック基板に接合された中央接合基板と、を備えたことを特徴とする請求項9に記載の複合加熱部材。
- 前記中央セラミック基板は、前記被加工物を吸着する吸着電極を備えたことを特徴とする請求項10に記載の複合加熱部材。
- 前記中央接合基板は、前記被加工物を冷却する冷媒の流路を備えたことを特徴とする請求項10又は11に記載の複合加熱部材。
- 前記加熱部材と前記中央加熱部材とが、一体に構成されていることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の複合加熱部材。
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