特許 7429228 静電チャックヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-30

(45)【発行日】2024-02-07

(54)【発明の名称】静電チャックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/12 20060101AFI20240131BHJP

   C04B 35/111 20060101ALI20240131BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240131BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20240131BHJP

   H05B 3/74 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

H05B3/12 A

C04B35/111

H01L21/68 R

H02N13/00 D

H05B3/74

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021518827

(86)(22)【出願日】2020-09-15

(86)【国際出願番号】 JP2020034909

(87)【国際公開番号】W WO2021054322

(87)【国際公開日】2021-03-25

【審査請求日】2021-04-05

【審判番号】

【審判請求日】2022-10-31

(31)【優先権主張番号】P 2019169348

(32)【優先日】2019-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】相川 賢一郎

(72)【発明者】

【氏名】赤塚 祐司

(72)【発明者】

【氏名】竹林 央史

(72)【発明者】

【氏名】安藤 孝浩

【合議体】

【審判長】鈴木 充

【審判官】間中 耕治

【審判官】槙原 進

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２８３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３７４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０４２９５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H05B 3/00 - 3/86

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミナ基板の上面にウエハ載置面が設けられ、前記ウエハ載置面側から静電電極、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体及び前記抵抗発熱体に給電する多段のジャンパ線がこの順に前記アルミナ基板に埋設されると共に、給電端子が前記アルミナ基板の下面に露出するように前記アルミナ基板に埋設され、前記抵抗発熱体と前記ジャンパ線とを上下方向に連結する発熱体連結ビア及び前記ジャンパ線へ給電するために外部へ取り出すビアであって前記ジャンパ線と前記給電端子とを上下方向に連結する給電ビアを備えた静電チャックヒータであって、
前記発熱体連結ビア及び前記給電ビアは、金属ルテニウムを８０重量％以上９５重量％以下、フィラー成分を５重量％以上２０重量％以下含み、前記アルミナ基板との熱膨張係数差が０．３～０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る、
静電チャックヒータ。

【請求項2】

前記静電電極、前記抵抗発熱体及び前記ジャンパ線は、金属ルテニウムを１０重量％以上９５重量％以下含み、前記アルミナ基板との熱膨張係数差が±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る、
請求項１に記載の静電チャックヒータ。

【請求項3】

前記静電電極、前記抵抗発熱体及び前記ジャンパ線の金属ルテニウムの割合は、２０重量％以上９５重量％以下である、
請求項２に記載の静電チャックヒータ。

【請求項4】

前記静電電極、前記抵抗発熱体及び前記ジャンパ線は、金属ルテニウム以外にフィラー成分を含む、
請求項２又は３に記載の静電チャックヒータ。

【請求項5】

前記フィラー成分は、アルミナ及び／又はジルコニアである、
請求項１又は４に記載の静電チャックヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャックヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体ウエハを加工するにあたり、ウエハを吸着保持する静電チャックヒータが使用される。こうした静電チャックヒータとして、特許文献１に示すように、セラミックス焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、複数の抵抗発熱体を有する樹脂シートであって一方の面が静電チャックに樹脂接着されたシートヒータと、を備えたものが知られている。シートヒータは、複数の抵抗発熱体のそれぞれに給電するジャンパ線、抵抗発熱体とジャンパ線とを上下方向に連結する発熱体連結ビア、ジャンパ線へ給電するために外部へ取り出す給電ビアなども備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／０２９８７６号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうした静電チャックヒータにおいて、樹脂シートでは耐熱性や抜熱能力が十分得られないことから、セラミック焼結体に電極が埋設された構造に変更したいという要望があった。特に、セラミックとしてアルミナを用いる場合、アルミナとビアとの間でクラックが入りやすいという問題があった。

【0005】

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、アルミナ基板に静電電極、抵抗発熱体、ジャンパ線及びビアを内蔵する静電チャックヒータにおいて、クラックの発生を抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の静電チャックヒータは、
アルミナ基板の上面にウエハ載置面が設けられ、前記ウエハ載置面側から静電電極、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体及び前記抵抗発熱体に給電する多段のジャンパ線がこの順に前記アルミナ基板に埋設され、前記抵抗発熱体と前記ジャンパ線とを上下方向に連結する発熱体連結ビア及び前記ジャンパ線へ給電するために外部へ取り出す給電ビアを備えた静電チャックヒータであって、
前記発熱体連結ビア及び前記給電ビアは、金属ルテニウムを１０重量％以上９５重量％以下含み、前記アルミナ基板との熱膨張係数差が±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る、
ものである。

【0007】

この静電チャックヒータでは、アルミナ基板に埋設された発熱体連結ビア及び給電ビアは発熱量を下げるためにサイズを大きくして抵抗を下げることがあるが、そうした場合にアルミナ基板とビアとの熱膨張差による残留応力が大きいとクラックが発生しやすい。ここでは、ビアは、金属ルテニウムを１０重量％以上９５重量％以下（好ましくは２０重量％以上９５重量％以下）含む。アルミナの熱膨張係数は４０～８００℃で７．９ｐｐｍ／Ｋ、金属ルテニウムの熱膨張係数は４０～８００℃で７．２ｐｐｍ／Ｋである。また、ビアとアルミナ基板との熱膨張係数差は±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る。そのため、アルミナ基板とビアとの熱膨張差は非常に小さい。したがって、製造時や使用時においてクラックの発生を抑制することができる。

【0008】

なお、４０～８００℃の熱膨張係数は、４０℃から８００℃にしたときの１ｍあたりの膨張量（単位：μｍ）を温度差７６０℃（あるいはＫ）で割った値である（以下同じ）。

【0009】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記発熱体連結ビア及び前記給電ビアは、金属ルテニウム以外にフィラー成分を含んでいてもよい。フィラー成分としては、アルミナ及び／又はジルコニアが好ましい。アルミナは、母材（アルミナ基板）と同じ材料であるため、発熱体連結ビアと母材との界面強度が改善される。ジルコニアは、熱膨張係数がアルミナよりも大きいため、少量のジルコニア添加で発熱体連結ビアの熱膨張係数をアルミナ基板の熱膨張係数に合わせることができる。フィラー成分としてアルミナとジルコニアの両方を添加した場合、両方の効果が得られる。

【0010】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記静電電極、前記抵抗発熱体及び前記ジャンパ線も、金属ルテニウムを１０重量％以上９５重量％以下（好ましくは２０重量％以上９５重量％以下）含み、アルミナ基板との熱膨張係数差が±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入るようにしてもよい。こうすれば、静電電極、抵抗発熱体、ジャンパ線及びビアはいずれもアルミナとの熱膨張差が非常に小さくなる。したがって、製造時や使用時においてクラックの発生を一層抑制することができる。この場合、前記静電電極、前記抵抗発熱体及び前記ジャンパ線は、金属ルテニウム以外にフィラー成分を含んでいてもよい。フィラー成分としては、アルミナ及び／又はジルコニアが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】静電チャックヒータ１０の縦断面図。

【図2】別の静電チャックヒータ６０の断面図。

【図3】第２給電端子３２に外部端子４０を接続する場合の説明図。

【図4】第２給電端子３２に外部端子４０を接続する場合の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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は静電チャックヒータの縦断面図である。

【0013】

静電チャックヒータ１０は、図１に示すように、アルミナ基板１２の上面にウエハ載置面１２ａが設けられ、ウエハ載置面１２ａ側から静電電極１４（ＥＳＣ電極）、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体１６及び抵抗発熱体１６に給電する多段（ここでは２段）のジャンパ線１８がこの順にアルミナ基板１２に埋設されている。アルミナ基板１２には、抵抗発熱体１６とジャンパ線１８とを上下方向に連結する発熱体連結ビア２０及びジャンパ線１８へ給電するために外部へ取り出す給電ビア２２が設けられている。

【0014】

発熱体連結ビア２０及び給電ビア２２は、金属ルテニウムを含んでいる。金属ルテニウムの含有量は１０重量％以上９５重量％以下が好ましい。金属ルテニウムの含有量は、ビア２０，２２の直上の発熱を抑えることを考慮すると、２０重量％以上９５重量％以下がより好ましく、６０重量％以上９５重量％以下が更に好ましい。ビア２０，２２とアルミナ基板１２との熱膨張係数差は±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る。発熱体連結ビア２０及び給電ビア２２は、金属ルテニウム以外にフィラー成分を含んでいてもよい。フィラー成分としては、アルミナ及び／又はジルコニアが好ましい。アルミナの熱膨張係数は、上述したとおり金属ルテニウムよりも僅かに高い。そのため、アルミナは、ビア２０，２２の熱膨張係数をよりアルミナに近づけたい場合のフィラー成分として有用である。アルミナは、絶縁物質であるため、ビア２０，２２の抵抗率を高くしたい場合のフィラー成分としても有用である。ジルコニアの熱膨張係数は、４０～８００℃で１０．５ｐｐｍ／Ｋである。そのため、ジルコニアは、ビア２０，２２の熱膨張係数を高くしたい場合のフィラー成分として有用である。つまり、ジルコニアは、ビア２０，２２に少量添加するだけでビア２０，２２の熱膨張係数を高くすることができる。更に、ジルコニアは、高温でも金属ルテニウムと反応しないか反応し難いため、金属ルテニウムの抵抗率への影響が小さく、この点でもフィラー成分として好ましい。

【0015】

静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８も、金属ルテニウムを含んでいることが好ましい。金属ルテニウムの含有量は１０重量％以上９５重量％以下が好ましく、２０重量％以上９５重量％以下がより好ましく、６０重量％以上９５重量％以下が更に好ましい。静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８とアルミナ基板１２との熱膨張係数差は±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る。静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８は、金属ルテニウム以外にフィラー成分を含んでいてもよい。フィラー成分としては、アルミナ及び／又はジルコニアが好ましい。アルミナの熱膨張係数は、上述したとおり金属ルテニウムよりも僅かに高い。そのため、アルミナは、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８の熱膨張係数をよりアルミナに近づけたい場合のフィラー成分として有用である。アルミナは、絶縁物質であるため、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８の電気抵抗を高くしたい場合のフィラー成分としても有用である。例えば、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８へ添加するアルミナの量を調整することにより、熱膨張係数をほとんど変化させることなく抵抗率を容易に調整することができる。ジルコニアの熱膨張係数は、４０～８００℃で１０．５ｐｐｍ／Ｋである。そのため、ジルコニアは、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８の熱膨張係数を高くしたい場合のフィラー成分として有用である。つまり、ジルコニアは、これらの部材に少量添加するだけでこれらの部材の熱膨張係数を高くすることができる。更に、ジルコニアは、高温でも金属ルテニウムと反応しないか反応し難いため、金属ルテニウムの抵抗率への影響が小さく、この点でもフィラー成分として好ましい。

【0016】

以上詳述した静電チャックヒータ１０では、アルミナ基板１２に埋設された発熱体連結ビア２０及び給電ビア２２は発熱量を下げるためにサイズを大きくして抵抗を下げることがあるが、そうした場合にアルミナ基板１２とビア２０，２２との熱膨張差による残留応力が大きいとクラックが発生しやすい。ここでは、ビア２０，２２は、金属ルテニウムを含んでいる。アルミナの熱膨張係数は４０～８００℃で７．９ｐｐｍ／Ｋ、金属ルテニウムの熱膨張係数は４０～８００℃で７．２ｐｐｍ／Ｋである。また、ビア２０，２２とアルミナ基板１２との熱膨張係数差は±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入る。そのため、アルミナ基板１２とビア２０，２２との熱膨張差は非常に小さい。したがって、製造時や使用時においてクラックの発生を抑制することができる。

【0017】

また、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８も、金属ルテニウムを含んでいるため、静電電極１４、抵抗発熱体１６、ジャンパ線１８及びビア２０，２２はいずれもアルミナとの熱膨張差が非常に小さくなる。したがって、製造時や使用時においてクラックの発生を一層抑制することができる。

【0018】

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。

【0019】

例えば、上述した実施形態において、図２に示す静電チャックヒータ６０のように、金属ルテニウムを含む第１及び第２給電端子３１，３２をアルミナ基板１２に埋設してもよい。図２において静電チャックヒータ１０と同じ構成要素については同じ符号を付した。第１及び第２給電端子３１，３２は、静電チャックヒータ６０を製造する際にアルミナ基板１２に埋設される。第１及び第２給電端子３１，３２の上面は給電ビア２２の下面に当接されている。第１給電端子３１は、第１給電端子３１の下面がアルミナ基板１２の下面と一致するように設けられている。第２給電端子３２は、第２給電端子３２の下面がアルミナ基板１２の下面に設けられた有底筒状穴１２ｂの底面と一致するように設けられている。いずれの給電端子３１，３２も、金属ルテニウムを含むため、アルミナ基板１２と給電端子３１，３２との熱膨張差は非常に小さい。したがって、製造時や使用時において給電端子に起因するクラックの発生を抑制することができる。なお、第１及び第２給電端子３１，３２の金属ルテニウムの含有量は１０重量％以上９５重量％以下が好ましく、２０重量％以上９５重量％以下がより好ましく、６０重量％以上９５重量％以下が更に好ましい。また、第１及び第２給電端子３１，３２とアルミナ基板１２との熱膨張係数差は±０．６ｐｐｍ／Ｋの範囲に入ることが好ましい。これらの給電端子３１，３２に外部端子を接続する場合について、第２給電端子３２を用いて図３及び図４を用いて説明する。図３では、第２給電端子３２の下面に嵌合穴３２ａを設け、その嵌合穴３２ａに外部端子４０の先端部４０ａを嵌め合わせて、第２給電端子３２と外部端子４０とを接続する。図４では、第２給電端子３２の下面に外部端子４０の上面４０ｂを押し当てて、第２給電端子３２と外部端子４０とを接続する。なお、第１給電端子３１と外部端子との接続についても、同様に行うことができる。このようにすれば、給電端子３１，３２を給電ビア２２にロウ接合する作業が不要になるため、製造コストが安価になる。第１及び第２給電端子３１，３２は、金属ルテニウムのほかに上述したフィラー成分を含んでいてもよい。

【0020】

上述した実施形態において、発熱体連結ビア２０及び給電ビア２２の主成分を金属ルテニウムとしてもよい。また、静電電極１４、抵抗発熱体１６及びジャンパ線１８の主成分を金属ルテニウムとしてもよい。なお、「主成分」とは、５０体積％以上の体積割合を占める成分又は全成分のうち最も体積割合の高い成分のことをいう。

【実施例】

【0021】

実験例１～１０として、図１の静電チャックヒータ１０を作製した。静電チャックヒータ１０は、直径３００ｍｍ、厚さ４ｍｍのアルミナ基板１２に、直径２９０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの静電電極１４と、内周側及び外周側の抵抗発熱体１６と、幅５ｍｍのリボン状のジャンパ線１８と、直径１．２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのビア２０，２２とが埋設されたものとした。内周側の抵抗発熱体１６は、アルミナ基板１２と同心円の直径２００ｍｍの円形領域に一筆書きの要領で配線されたものとし、外周側の抵抗発熱体１６は、円形領域の外側の環状領域に一筆書きの要領で配線されたものとした。静電電極１４の材料は炭化タングステン、抵抗発熱体１６の材料は金属ルテニウム、ジャンパ線１８の材料は金属ルテニウムとした。また、ビア２０，２２に用いるフィラー成分の材料は、アルミナか、ジルコニアか、アルミナとジルコニアの両方とした。実験例１～１０では、発熱体連結ビア２０及び給電ビア２２の材料としてそれぞれ表１に示す材料を用いた以外は、すべて同じ条件で静電チャックヒータ１０を作製した。実験例１～１０のビアの４０～８００℃における熱膨張係数（ＣＴＥ）を表１に示す

【0022】

実験例１～１０について断面研磨したあとＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察することによりアルミナ基板１２内の割れの有無を調べた。割れがなかった場合、静電チャックヒータ１０を個別に真空チャンバ内に設置し、予め定めた基準点が６０℃になったときのウエハ載置面１２ａの温度分布をチャンバ外部から赤外線放射温度計（ＩＲカメラ）で測定し、ビア２０，２２の直上におけるウエハ載置面１２ａの温度と基準点の温度との差（＝表１の発熱［℃］）を求めた。その結果を表１に示す。

【0023】

【表1】

【0024】

表１からわかるように、実験例１～７では、ビア２０，２２の直上点の発熱を２．０［℃］以下に抑えることができると共に、割れも発生しなかった。特に、実験例２～７では、ビア２０，２２の直上点の発熱を１．８［℃］以下に抑えることができ、実験例４～７では、ビア２０，２２の直上点の発熱を１．０［℃］以下に抑えることができた。これに対して、実験例８では、ジルコニアの添加量が多すぎてビア２０，２２とアルミナ基板１２とのＣＴＥ差が大きくなったため、割れが発生した。実験例９，１０では、アルミナの添加量が少なすぎてビア２０，２２とアルミナ基板とのＣＴＥ差が大きくなったため、割れが発生した。実験例１０では、フィラー成分を添加せずビア２０，２２とアルミナ基板とのＣＴＥ差が大きくなったため、割れが発生した。実験例１～７が本発明の実施例に相当し、実験例８～１０が比較例に相当する。なお、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。

【0025】

本出願は、２０１９年９月１８日に出願された日本国特許出願第２０１９－１６９３４８号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本発明は、例えば半導体ウエハを加工する技術に利用可能である。

【符号の説明】

【0027】

１０，６０ 静電チャックヒータ、１２ アルミナ基板、１２ａ ウエハ載置面、１２ｂ 有底筒状穴、１４ 静電電極、１６ 抵抗発熱体、１８ ジャンパ線、２０ 発熱体連結ビア、２２ 給電ビア、３１ 第１給電端子、３２ 第２給電端子、３２ａ 嵌合穴、４０ 外部端子、４０ａ 先端部、４０ｂ 上面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】