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技術 静電チャック装置

出願人 住友大阪セメント株式会社
発明者 早原竜二
出願日 2017年11月15日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2017-220459
公開日 2019年6月13日 (1ヶ月経過) 公開番号 2019-091827
状態 特許登録済
技術分野 ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 仮想内接円 導電薄板 外周部領域 加工成型 導電性セラミック材料 設置孔 ヒータ部材 ヒータエレメント
関連する未来課題
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図面 (10)

課題

ウエハの面内温度差を低減させることが可能な新規な構造の静電チャック装置を提供する。

解決手段

一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、静電チャック部に対し載置面とは反対側に配置され静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、静電チャック部と温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、静電チャック部および温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、貫通孔は、平面視で第2部位の内周側に配置され、第2部位の幅は、第1部位の幅の0.25倍から0.75倍の範囲に含まれる静電チャック装置。

概要

背景

プラズマエッチング装置プラズマCVD装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。

プラズマエッチング装置において、静電チャック装置に固定されたウエハにプラズマを照射すると、ウエハの表面温度が上昇する。この表面温度の上昇を抑えるために、静電チャック装置の温度調節用ベース部に水等の冷却媒体循環させてウエハを下側から冷却しているが、この際、ウエハの面内で温度差が生じうる。

例えば、ウエハの中心部では温度が高くなり、周縁側では温度が低くなる。更に、プラズマエッチング装置の構造や方式の違い等により、プラズマの生成状態が変化するのでウエハの面内で温度差が生じる。また、ウエハに各種の成膜を行う装置にしても成膜条件成膜室内雰囲気制御に影響を受けてウエハの面内で温度差が生じる。

そこで、静電チャック部と温度調節用ベース部との間にヒータ部材を取り付けたヒータ機能付き静電チャック装置が提案されている(特許文献1)。このような静電チャック装置によれば、ウエハの面内において相対的に低温となっている領域を加熱することができるため、ウエハの面内に生じうる温度差を低減することが可能である。

概要

ウエハの面内温度差を低減させることが可能な新規な構造の静電チャック装置を提供する。一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、静電チャック部に対し載置面とは反対側に配置され静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、静電チャック部と温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、静電チャック部および温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、貫通孔は、平面視で第2部位の内周側に配置され、第2部位の幅は、第1部位の幅の0.25倍から0.75倍の範囲に含まれる静電チャック装置。

目的

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ウエハの面内温度差を低減させることが可能な新規な構造の静電チャック装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、前記静電チャック部および前記温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、前記ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、前記第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、前記貫通孔は、平面視で前記第2部位の内周側に配置され、前記第2部位の幅は、前記第1部位の幅の0.25倍から0.75倍の範囲に含まれる静電チャック装置

請求項2

前記第2部位の内周縁の平面視形状は、前記内周縁の仮想内接円と比べ、前記第1部位側に凸である請求項1に記載の静電チャック装置。

請求項3

前記第2部位の幅は、前記第1部位の幅の0.45倍から0.55倍の範囲に含まれる請求項1または2に記載の静電チャック装置。

請求項4

一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、前記静電チャック部および前記温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、前記ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、前記第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、前記貫通孔は、平面視で前記第2部位の内周側に配置され、前記第2部位の内周縁の平面視形状は、前記内周縁の仮想内接円と比べ、前記第1部位側に凸である静電チャック装置。

請求項5

前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の周方向に延在している請求項1から4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。

請求項6

前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の径方向に延在している請求項1から4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。

請求項7

前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の径方向に斜めに交差する方向に延在している請求項1から4のいずれか1項に記載の静電チャック装置。

技術分野

0001

本発明は、静電チャック装置に関する。

背景技術

0002

プラズマエッチング装置プラズマCVD装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。

0003

プラズマエッチング装置において、静電チャック装置に固定されたウエハにプラズマを照射すると、ウエハの表面温度が上昇する。この表面温度の上昇を抑えるために、静電チャック装置の温度調節用ベース部に水等の冷却媒体循環させてウエハを下側から冷却しているが、この際、ウエハの面内で温度差が生じうる。

0004

例えば、ウエハの中心部では温度が高くなり、周縁側では温度が低くなる。更に、プラズマエッチング装置の構造や方式の違い等により、プラズマの生成状態が変化するのでウエハの面内で温度差が生じる。また、ウエハに各種の成膜を行う装置にしても成膜条件成膜室内雰囲気制御に影響を受けてウエハの面内で温度差が生じる。

0005

そこで、静電チャック部と温度調節用ベース部との間にヒータ部材を取り付けたヒータ機能付き静電チャック装置が提案されている(特許文献1)。このような静電チャック装置によれば、ウエハの面内において相対的に低温となっている領域を加熱することができるため、ウエハの面内に生じうる温度差を低減することが可能である。

先行技術

0006

特開2008−300491号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上述のように、静電チャック装置に載置されたウエハは、プラズマやヒータにより加熱されるとともに、温度調節用ベース部により冷却される。しかし、温度調節用ベース部には、例えば、ウエハの載置・離脱に用いるリフトピンが挿入される貫通孔が複数形成されている。温度調節用ベース部において、このような貫通孔が形成された位置では、貫通孔が形成されていない位置と熱の伝わり方が異なる。そのため、ウエハは、温度調節用ベース部の貫通孔と重なる位置において温度差を生じやすかった。

0008

同様に、温度調節用ベース部の形状・設計に起因して、ウエハに温度差を生じやすい位置が複数存在していた。

0009

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ウエハの面内温度差を低減させることが可能な新規な構造の静電チャック装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、前記静電チャック部および前記温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、前記ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、前記第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、前記貫通孔は、平面視で前記第2部位の内周側に配置され、前記第2部位の幅は、前記第1部位の幅の0.25倍から0.75倍の範囲に含まれる静電チャック装置を提供する。

0011

本発明の一態様においては、前記第2部位の内周縁の平面視形状は、前記内周縁の仮想内接円と比べ、前記第1部位側に凸である構成としてもよい。

0012

本発明の一態様においては、前記第2部位の幅は、前記第1部位の幅の0.45倍から0.55倍の範囲に含まれる構成としてもよい。

0013

また、本発明の別の態様は、一主面が板状試料を載置する載置面であり静電吸着用電極を備える静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間、または静電チャック部の内部に層状に配置されたヒータエレメントと、を備え、前記静電チャック部および前記温度調節用ベース部は、厚み方向に連通する複数の貫通孔を有し、前記ヒータエレメントは、帯状に形成された第1部位と、前記第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有し、前記貫通孔は、平面視で前記第2部位の内周側に配置され、前記第2部位の内周縁の平面視形状は、前記内周縁の仮想内接円と比べ、前記第1部位側に凸である静電チャック装置を提供する。

0014

本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の周方向に延在している構成としてもよい。

0015

本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の径方向に延在している構成としてもよい。

0016

本発明の一態様においては、前記ヒータエレメントは、円形領域に配置され、前記第1部位が前記円形領域の径方向に斜めに交差する方向に延在している構成としてもよい。

発明の効果

0017

本発明によれば、ウエハの面内温度差を低減させることが可能な新規な構造の静電チャック装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0018

本実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。
ヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図である。
ヒータエレメントを構成する主ヒータについての説明図である。
ピン挿通孔28の近傍に配置されたヒータ50Aの模式図である。
ヒータ50Bの模式図である。
ヒータ50Cの模式図である。
ヒータ50Aの説明図である。
ヒータ50Dの説明図である。
第2部位の周辺の構成を示す説明図である。

実施例

0019

以下、図1図9を参照しながら、本実施形態に係る静電チャック装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

0020

図1は、本発明の第1実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この形態の静電チャック装置1は、一主面(上面)側を載置面とした円板状の静電チャック部2と、この静電チャック部2の下方に設けられて静電チャック部2を所望の温度に調整する厚みのある円板状の温度調節用ベース部3と、静電チャック部2と温度調節用ベース部3の間に配置されたヒータエレメント5を備えている。

0021

また、静電チャック部2と温度調節用ベース部3とは、静電チャック部2と温度調節用ベース部3の間に設けられた接着剤層8を介して接着されている。

0022

静電チャック部2は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Wを載置する載置面11aとした載置板11と、この載置板11と一体化され該載置板11の底部側を支持する支持板12と、これら載置板11と支持板12との間に設けられた静電吸着用電極(静電吸着用内部電極)13および静電吸着用電極13の周囲を絶縁する絶縁材層14と、を有している。

0023

載置板11および支持板12は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のものであり、酸化アルミニウム炭化ケイ素(Al2O3−SiC)複合焼結体、酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体窒化アルミニウム(AlN)焼結体、酸化イットリウム(Y2O3)焼結体等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性セラミックス焼結体からなる。

0024

載置板11の載置面11aには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部11bが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部11bが板状試料Wを支える。

0025

載置板11、支持板12、静電吸着用電極13および絶縁材層14を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部2の厚みは一例として0.7mm以上かつ5.0mm以下に形成されている。

0026

例えば、静電チャック部2の厚みが0.7mmを下回ると、静電チャック部2の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部2の厚みが5.0mmを上回ると、静電チャック部2の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Wの熱応答性劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Wの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。

0027

静電吸着用電極13は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Wを固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。

0028

静電吸着用電極13は、酸化アルミニウム−炭化タンタル(Al2O3−Ta4C5)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン(Al2O3−W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン(AlN−W)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル(AlN−Ta)導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン(Y2O3−Mo)導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)等の高融点金属により形成されることが好ましい。

0029

静電吸着用電極13の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上かつ100μm以下の厚みを選択することができ、5μm以上かつ20μm以下の厚みがより好ましい。

0030

静電吸着用電極13の厚みが0.1μmを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極13の厚みが100μmを越えると、静電吸着用電極13と載置板11および支持板12との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極13と載置板11および支持板12との接合界面にクラック入り易くなる。

0031

このような厚みの静電吸着用電極13は、スパッタ法蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。

0032

絶縁材層14は、静電吸着用電極13を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極13を保護するとともに、載置板11と支持板12との境界部、すなわち静電吸着用電極13以外の外周部領域接合一体化するものであり、載置板11および支持板12を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。

0033

静電吸着用電極13には、静電吸着用電極13に直流電圧印加するための給電用端子15が接続されている。給電用端子15は、温度調節用ベース部3、接着剤層8、支持板12を厚み方向に貫通する貫通孔16の内部に挿入されている。給電用端子15の外周側には、絶縁性を有する碍子15aが設けられ、この碍子15aにより金属製の温度調節用ベース部3に対し給電用端子15が絶縁されている。

0034

図では、給電用端子15を一体の部材として示しているが、複数の部材が電気的に接続して給電用端子15を構成していてもよい。給電用端子15は、熱膨張係数が互いに異なる温度調節用ベース部3および支持板12に挿入されているため、例えば、温度調節用ベース部3および支持板12に挿入されている部分について、それぞれ異なる材料で構成することとするとよい。

0035

給電用端子15のうち、静電吸着用電極13に接続され、支持板12に挿入されている部分(取出電極)の材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極13および支持板12の熱膨張係数に近似したものが好ましい。例えば、Al2O3−TaCなどの導電性セラミック材料からなる。

0036

給電用端子15のうち、温度調節用ベース部3に挿入されている部分は、例えば、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、コバール合金等の金属材料からなる。

0037

これら2つの部材は、柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤で接続するとよい。

0038

温度調節用ベース部3は、静電チャック部2を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路3Aが形成された水冷ベース等が好適である。

0039

この温度調節用ベース部3を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銅(Cu)、銅合金ステンレス鋼(SUS) 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部3の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。

0040

また、温度調節用ベース部3は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有している。貫通孔について、詳しくは後述する。

0041

温度調節用ベース部3の上面側には、接着層6を介して絶縁板7が接着されている。接着層6はポリイミド樹脂シリコン樹脂エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み5μm〜100μm程度に形成される。絶縁板7はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂薄板、シートあるいはフィルムからなる。

0042

なお、絶縁板7は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またアルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でもよい。

0043

ヒータエレメント5は、図2に示すように、中心部の円環状の領域に配置された第1の主ヒータ5Aと、この第1の主ヒータ5Aを順次取り囲むように円環状の領域に配置された第2の主ヒータ5Bと、第3の主ヒータ5Cと、第4の主ヒータ5Dとからなる。図2に示すように第1〜第4の主ヒータ5A〜5Dが配置されている領域を合計した領域は、円板状の静電チャック部2と同程度の大きさであることが好ましい。図2に示す円環状の領域全体が、本発明の「円形領域」に該当する。

0044

なお、主ヒータ5A、5B、5C、5Dは、図2では平面視単純な円環状に描いたが、各主ヒータ5A、5B、5C、5Dは帯状のヒータを蛇行させて図2に示す円環状の領域を占めるように配置されている。このため、図1に示す断面構造では各主ヒータ5A、5B、5C、5Dを構成する帯状のヒータを個別に描いた。

0045

図3は、ヒータエレメント5を構成する主ヒータ5A、5B、5C、5Dについての説明図である。ここでは、主ヒータ5A、5B、5C、5Dについて代表する符号50を用い、「ヒータ50」として説明する。

0046

ヒータ50は、円形領域に配置される帯状の部材である。ヒータ50は、円弧状を呈する複数の第1部材と、2つの第1部材51を接続する第2部材52と、を有している。

0047

第1部材51は、平面視で円板状を呈する静電チャック部2に対し、静電チャック部2の周方向(図中、符号Aで示す両矢印方向)に延在する。複数の第1部材51は、上述した円形領域において同心円状に複数列配列している。

0048

また、第2部材52は、静電チャック部2の径方向(図中、符号Bで示す両矢印方向)に延在する。なお、第2部材52が延在する「径方向」とは、円形領域の中心を通る直線の延在方向には限定されない。円形領域の中心からの距離が異なる2つの第1部材51を接続するならば、第2部材52の延在方向は、正確に円形領域の半径方向と一致せず、径方向に対して斜めに交差する方向であってもよい。

0049

ヒータ50は、一例として、厚みが0.2mm以下、好ましくは0.1mm程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン(Ti)薄板、タングステン(W)薄板、モリブデン(Mo)薄板等をフォトリソグラフィー法レーザー加工により所望のヒータ形状、例えば帯状の導電薄板を蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。

0050

このようなヒータ50は、静電チャック部2に非磁性金属薄板を接着した後に、静電チャック部2の表面で加工成型することとしてもよく、静電チャック部2とは異なる位置でヒータ50を加工成形したものを、静電チャック部2の表面に転写印刷することとしてもよい。
ヒータ50の構成については、後に詳述する。

0051

図1戻り、ヒータエレメント5は、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂からなる接着層4により支持板12の底面に接着・固定されている。

0052

前述のようにヒータエレメント5は主ヒータ5A、5B、5C、5Dからなるが、これら個々の主ヒータ5A、5B、5C、5Dに給電するための複数本の給電用端子17が設けられている。図2では主ヒータ5A、5B、5C、5Dの概形のみを示しているが、いずれのヒータであっても電源に接続するための導通部が各ヒータの一端側と他端側に設けられるので、主ヒータ5A、5B、5C、5Dに対し2本ずつ、合計8本の給電用端子17が設けられている。

0053

図1では説明の簡略化のために、ヒータエレメント5に接続された給電用端子17を1本のみ描いているが、この給電用端子17は温度調節用ベース部3と絶縁板7とそれらの周囲に存在する接着剤層8をそれらの厚さ方向に部分的に貫通して配置されている。また、給電用端子17の外周面には絶縁用の筒型の碍子18が装着され、温度調節用ベース部3と給電用端子17が絶縁されている。

0054

給電用端子17を構成する材料は先の給電用端子15を構成する材料と同等の材料を用いることができる。

0055

図1では全ての給電用端子17を描いてはいないが、主ヒータ5A、5B、5C、5Dのいずれについても給電用端子17が2本ずつ接続されている。主ヒータ5A、5B、5C、5Dは、それぞれ2本の給電用端子17を介し図示略のスイッチ素子電源装置が接続され通電制御されている。

0056

これらの給電用端子17は、それぞれ温度調節用ベース部3に形成された貫通孔3bに挿入され、更に接続する相手が主ヒータ5A、5B、5C、5Dのいずれかである場合は絶縁板7も貫通して設けられている。

0057

以上説明の構成により、主ヒータ5A、5B、5C、5Dのそれぞれは、スイッチ素子と電源の動作に応じ、個々の通電発熱とが制御されている。

0058

また、ヒータエレメント5(主ヒータ5A、5B、5C、5D)の下面側には温度センサー20が設けられている。図1の構造では温度調節用ベース部3と絶縁板7を厚さ方向に貫通して設置孔21が形成され、これらの設置孔21の最上部に温度センサー20が設置されている。なお、温度センサー20はできるだけヒータエレメント5に近い位置に設置することが望ましいので、図1の構造から更に接着剤層8側に突き出るように設置孔21を延在して形成し、温度センサー20とヒータエレメント5とを近づけることとしてもよい。

0059

温度センサー20は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー20が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等によりヒータエレメント5(主ヒータ5A、5B、5C、5D)の下面に接着されている。

0060

前記蛍光体層は、主ヒータからの発熱に応じて蛍光を発生する材料からなり、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様蛍光材料を選択できるが、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、AlGaAs等の半導体材料酸化マグネシウム等の金属酸化物ルビーサファイア等の鉱物から適宜選択して用いることができる。

0061

主ヒータ5A、5B、5Dに対応する温度センサー20はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であって主ヒータ5A、5B、5Dの下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。

0062

これらの温度センサー20の蛍光から主ヒータ5A〜5Dの温度を測定する温度計測部22は、一例として、図1に示すように温度調節用ベース部3の設置孔21の外側(下側)に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部23と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器24と、励起部23および蛍光検出器24を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部25とから構成されている。

0063

さらに、静電チャック装置1は、温度調節用ベース部3から載置板11までをそれらの厚さ方向に貫通して設けられたピン挿通孔28を有している。このピン挿通孔28には、板状試料離脱用のリフトピンが挿通される。ピン挿通孔28の内周部には筒状の碍子29が設けられている。

0064

さらに、静電チャック装置1は、温度調節用ベース部3から載置板11まで厚さ方向に連通して設けられた不図示のガス穴を有している。ガス穴は、例えばピン挿通孔28と同様の構成を採用することができる。ガス穴には、板状試料を冷却するための冷却ガスが供給される。冷却ガスは、ガス穴を介して載置面11aに供給され、板状試料を冷却する。
静電チャック装置1の基本構成は、以上のような構成となっている。

0065

上述のような静電チャック装置1では、貫通孔(ピン挿通孔28、ガス穴)が設けられた位置は、貫通孔が設けられていない位置よりも加熱されにくい。また、貫通孔が設けられた位置と、貫通孔が設けられていない位置とでは、熱の伝わり方が異なる。そのため、載置面11aに載置された板状試料Wの温度制御をする場合、板状試料Wにおいて貫通孔と重なる部分と、貫通孔と重ならない部分との間で温度差を生じやすかった。

0066

そこで、本実施形態における静電チャック装置1では、ヒータエレメント(ヒータ50)のパターンを工夫することで、ピン挿通孔28、ガス穴などの貫通孔の周辺において生じる板状試料Wの面内温度差を低減している。
以下、複数のヒータ形状を例示して、本願発明を説明する。

0067

(ヒータ50A)
図4は、ピン挿通孔28の近傍に配置されたヒータ50Aの模式図である。図に示すように、ピン挿通孔28を囲むように配置されたヒータ50Aは、帯状かつ直線状に形成された第1部位501と、第1部位501と連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位502と、を有している。

0068

詳しくは、ヒータ50Aは、延在方向において第1部位501、第2部位502、第1部位501の順に連続して接続されている。第2部位502の両側の第1部位501は、共通する中心線に沿って直線状に形成されている。

0069

ピン挿通孔28は、第2部位502の内周側に配置され、周囲を第2部位502で囲まれている。

0070

このようなヒータ50Aにおいては、第2部位502の幅は、第1部位501の幅の0.25倍から0.75倍の範囲に含まれるように形成されている。第2部位502の幅は、第1部位501の幅の0.45倍から0.55倍の範囲に含まれることが好ましい。

0071

ここで、第1部位501の「幅」とは、第1部位501の延在方向に延びる中心線と直交する方向を幅方向としたとき、第1部位501の幅方向での長さを指す。

0072

また、第2部位502の「幅」は、以下のように定める。
まず、第2部位502の両側に配置された第1部位501の幅方向の中心をそれぞれ点P1,P2とする。点P1は、第1部位501の幅方向の線分L1の中点である。点P2は、第2部位502の幅方向の線分L2の中点である。このとき、点P1、P2を結ぶ線分を線分Laとする。

0073

次いで、線分Laと直交し、且つピン挿通孔28(貫通孔)の中心Pを通る線分Lbを想定したとき、線分Lbと第2部位502の周縁部との4つの交点をそれぞれ点Pa,Pb,Pc,Pdとする。

0074

第2部位502について、線分Laから見て一方側に配置されたパターンをパターン502a、他方側に配置されたパターンをパターン502bとしたとき、パターン502a側に配置された点Pa,Pbの間の距離をパターン502aの幅とする。また、パターン502b側に配置された点Pc,Pdの間の距離をパターン502aの幅とする。

0075

第2部位502の「幅」とは、パターン502aの幅(すなわち点Pa、Pb間の距離)と、パターン502bの幅(すなわち点Pc、Pd間の距離)とのそれぞれを指す。

0076

すなわち、本実施形態の静電チャック装置1においては、ヒータ50Aの第2部位502の幅Wa,Wbはそれぞれ、第1部位501の幅WXの0.25倍から0.75倍の範囲に含まれるように形成されている。また、第2部位502の幅Wa,Wbはそれぞれ、第1部位の幅WXの0.45倍から0.55倍の範囲に含まれることが好ましい。
さらに、第2部位502の幅Wa,Wbの合計は、幅WXに略一致することが好ましい。第2部位502では、第1部位501を流れる電流が、パターン502a,502bの2つの経路並列に流れることとなる。幅Wa,Wbの合計が幅WXに略一致する場合、第1部位501を流れる電流が第2部位502に流れこむ際に、第1部位501と第2部位502との接続位置で電気抵抗差が生じ難く、一様な発熱が得られやすい。

0077

ヒータは、帯状の導電薄板に通電した時の抵抗発熱を利用して加熱するものである。第2部位502の幅Wa,Wbが第1部位501の幅WXの0.25倍から0.75倍の範囲に含まれることにより、第2部位502に適切な量の電流を通電させ、所望の発熱とさせやすい。

0078

(ヒータ50B、ヒータ50C)
図5,6は、ピン挿通孔28の近傍に配置されたヒータ50B、ヒータCの模式図である。図5,6に示すように、ピン挿通孔28を囲むように配置されたヒータ50Bは、帯状かつ円弧状に湾曲して形成された第1部位503と、第1部位503と連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位502と、を有している。
また、図5,6では、ヒータ50B,50Cに流れる電流Cを矢印で表している。

0079

図5に示すヒータ50Bは、上述したヒータ50Aと比べ第1部位の形状のみ異なっている。

0080

第2部位502では、第1部位501を流れる電流が、パターン502a,502bの2つの経路に並列に流れることとなる。一方、電流は最短経路を伝わる性質がある。そのため、パターン502aの幅Wcとパターン502bの幅Wdが略等しい場合、ヒータ50Bのように第1部位503が湾曲していると、ヒータに通電させたときに、湾曲する第1部位503の外側(凸側)よりも、第1部位503の内側(凹側)の方が通電しやすい。

0081

これにより、第1部位503、パターン502a、第1部位503の順の電流経路R1を流れる電流Cの量よりも、第1部位503、パターン502b、第1部位503の順の電流経路R2を流れる電流Cの量の方が多くなりやすく、パターン502aよりもパターン502bの方が発熱しやすい。

0082

ヒータ50Bにおいても、上述したヒータ50Aと同様に、第2部位502の幅を第1部位503の幅に対して所定の大きさの範囲とすることで、第2部位502に適切な量の電流を通電させ、所望の発熱とさせやすい。しかし、上述した理由により、第2部位502において、発熱量が不均一となるおそれがある。

0083

対して、図6に示すヒータ50Cでは、帯状かつ円弧状に湾曲して形成された第1部位503と、第1部位503と連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位504と、を有することとしている。図6に示すように、第2部位504では、内周縁504xの位置をずらし、湾曲する第1部位503の外側のパターン504aを、第1部位503の内側のパターン504bよりも太く形成している。すなわち、パターン504aの幅Weが、パターン504bの幅Wfよりも大きくなっている。

0084

このようなヒータ50Cでは、第2部位504において、幅が広いパターン504aのほうが、相対的に幅が狭いパターン504bよりも電気抵抗が小さく、通電しやすい。そのため、ヒータ50Cでは、上述したヒータ50Bで生じていた電流経路R1と電流経路R2との通電量の差を是正し、パターン502aとパターン502bとの発熱量の差を低減することができる。これにより、ヒータ50Cは、第2部位502においても均一な発熱量となる。

0085

(ヒータ50D)
図7,8は、ピン挿通孔28の近傍に配置されたヒータDの説明図である。図7は、上述したヒータ50Aの説明図である。図8は、ヒータ50Dの説明図である。

0086

まず、図7に示すヒータ50Aに通電した場合、電流Cは、ヒータ50Aにおいて最短経路を流れることから、第2部位502の内周縁502xのうち、第1部位501の面する領域AR1には流れにくく、第1部位501に面さない領域AR2には流れやすい。そのため、領域AR1では発熱しにくく、領域AR2では発熱しやすくなり、ピン挿通孔28の周囲で発熱量が異なってしまうおそれが生じる。

0087

これに対し、図8に示すヒータ50Dは、帯状かつ直線状に湾曲して形成された第1部位501と、第1部位501と連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位504と、を有している。ヒータ50Aとヒータ50Dとは、第2部位の構成のみ異なっている。

0088

第2部位504においては、内周縁504xの平面視形状が、内周縁504xの仮想内接円VCと比べ、第1部位501側に凸となっている。図では、内周縁504xにおいて第1部位501側に凸の領域を、符号504zで示している。

0089

ヒータ50Dでは、このような構成とすることにより、内周縁504xの近傍において電流Cが流れにくく発熱しにくい領域を減らし、内周縁504x近傍での発熱量の差を生じにくくすることができる。

0090

なお、内周縁504xの仮想内接円VCと比べ、第1部位501側に凸という関係を満たせば、第2部位504の幅が第1部位501の幅の0.25倍から0.75倍の範囲でなくても、上述した効果が得られる。

0091

また、内周縁504xの仮想内接円VCと比べ、第1部位501側に凸という関係を満たせば、内周縁504xの平面視形状は特に制限は無い。例えば、図8に示した形状の他、多角形楕円形であってもよい。

0092

さらに、第2部位504の幅が一定となるように、第2部位504の外周縁504yの平面視形状は、内周縁504xの平面視形状に倣った形とするとよい。

0093

上述したヒータ50A〜50Dのように、帯状に形成された第1部位と、第1部位に連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位と、を有する構成は、図3に示したヒータ50において第1部材51に採用してもよく、第2部材52に採用してもよい。

0094

通常のヒータエレメントは、円弧状の第1部材51がヒータエレメントの総面積の大半を占める。そのため、ヒータエレメント5において、第1部材51が、上述した閉環状の第2部位を有する場合、第2部位の形成位置の自由度が高く、ヒータエレメントの設計が容易であり、構成が簡単となる。

0095

また、ヒータエレメント5において、上述した円形領域の径方向と斜めに交差する第2部材52が、閉環状の第2部位を有する場合、設計の自由度を高めることができる。

0096

さらに、ヒータエレメント5において、上述した円形領域の径方向に延在する第2部材52が、閉環状の第2部位を有する場合には、ヒータ50A,50Dのように第1部位を直線状に形成することができる。そのため、第1部位が湾曲していることによって生じ得る通電量の差を考慮する必要が無く、第2部位における発熱量の差が生じ難い。

0097

図9は、第2部材52が第2部位を有するヒータエレメントにおける、第2部位の周辺の構成を示す説明図である。図中、符号Dを付した両矢印は、径方向示す。

0098

第2部材52Aは、径方向に延在している。第2部材52Aは、帯状かつ直線状に形成された第1部位521Aと、第1部位521Aと連続し帯状かつ閉環状に形成された第2部位522Aと、を有している。

0099

第2部材52Aの周囲には、2つの第1部材51と、隣り合う2つの第1部材51を接続する第2部材52と、を有するヒータ50Xが径方向に複数(図では、第2部材52Aの両側に3つずつ、計6つ)配列している。複数のヒータ50Xは、図9表示範囲外で互いに接続され1本のヒータエレメントを構成していてもよい。

0100

このような構成のヒータエレメントとすることにより、ピン挿通孔28の周囲に効率的にヒータパターンを形成し、載置面11a上の位置の違いによる温度差を低減することができる。

0101

以上のようなヒータ50A〜50Dを有する静電チャック装置1では、板状部材の面内温度差を低減させることが可能となる。

0102

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

0103

1…静電チャック装置、2…静電チャック部、3…温度調節用ベース部、3b,16…貫通孔、5…ヒータエレメント、11a…載置面、13…静電吸着用電極、50,50A,50B,50C,50D,50X…ヒータ、501,503,521A…第1部位、502,504,522A…第2部位、502x,504x…内周縁、AR1,AR2…領域、VC…仮想内接円、W…板状試料、Wa,Wb,Wc,Wd,We,Wf,WX…幅

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