特許 7522110 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】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】静電チャックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240717BHJP

   H05B 3/74 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H05B3/74

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021527636

(86)(22)【出願日】2020-06-23

(86)【国際出願番号】 JP2020024573

(87)【国際公開番号】W WO2020262368

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2021-10-15

【審判番号】

【審判請求日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】P 2019121489

(32)【優先日】2019-06-28

(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】久野 達也

(72)【発明者】

【氏名】竹林 央史

(72)【発明者】

【氏名】相川 賢一郎

【合議体】

【審判長】瀧内 健夫

【審判官】中野 浩昌

【審判官】松永 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－５１５７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１９１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７０５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６７６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１９８９４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L21/683

H05B 3/74

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
前記静電チャックを冷却する冷却部材と、
前記静電チャックと前記冷却部材との間に設けられ、抵抗発熱体が配線された抵抗発熱体層と前記抵抗発熱体に電力を供給するジャンパ線を有するジャンパ線層とで構成される複数の金属層が多段に埋設されたヒータ層と、
を備え、
前記ヒータ層は、前記金属層同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層を有し、
前記セラミック絶縁層の１層当たりの耐電圧は、ＡＣ２００Ｖ以上である、
静電チャックヒータ。

【請求項2】

セラミック焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
前記静電チャックを冷却する冷却部材と、
前記静電チャックと前記冷却部材との間に設けられ、抵抗発熱体が配線された抵抗発熱体層と前記抵抗発熱体に電力を供給するジャンパ線を有するジャンパ線層とで構成される複数の金属層が多段に埋設されたヒータ層と、
を備え、
前記ヒータ層は、前記金属層同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層を有し、
前記セラミック絶縁層の気孔率は、０．５％以下である、
静電チャックヒータ。

【請求項3】

セラミック焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
前記静電チャックを冷却する冷却部材と、
前記静電チャックと前記冷却部材との間に設けられ、抵抗発熱体が配線された抵抗発熱体層と前記抵抗発熱体に電力を供給するジャンパ線を有するジャンパ線層とで構成される複数の金属層が多段に埋設されたヒータ層と、
を備え、
前記ヒータ層は、前記金属層同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層を有し、
前記セラミック絶縁層は、エアロゾルデポジション膜である、
静電チャックヒータ。

【請求項4】

前記ヒータ層は、前記セラミック絶縁層を３層以上有する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の静電チャックヒータ。

【請求項5】

前記金属層は、エアロゾルデポジション膜である、
請求項１～４のいずれか１項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、半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセスや、洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工においては、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、図３に示すように、セラミック焼結体１２２に静電電極１２４や複数の金属層１２６（抵抗発熱体層を含む）が埋設された静電チャック１２０と、その静電チャック１２０を冷却する冷却部材１３０とを接着層１５０で接着した静電チャックヒータ１１０が知られている。その場合、焼成前にセラミックグリーンシートを用いることになるため、寸法崩れを考慮してグリーンシート１枚の厚みをある程度厚くする必要があり、セラミック焼結体１２２全体の厚みが厚くなるという問題があった。一方、特許文献１には、図４に示すように、セラミック焼結体２２２に静電電極２２４が埋設された静電チャック２２０と、その静電チャック２２０を冷却する冷却部材２３０と、静電チャック２２０と冷却部材２３０との間に設けられたシートヒータ２４０とを備えた静電チャックヒータ２１０も知られている。シートヒータ２４０は、抵抗発熱体層を含む複数の金属層２４２が樹脂シート２４１に多段に埋設されている。シートヒータ２４０は、静電チャック２２０及び冷却部材２３０にそれぞれ接着層２５０を介して接着されている。図４の静電チャックヒータ２１０における静電チャック２２０とシートヒータ２４０とを合わせた厚みは、図３のセラミック焼結体１２２の厚みよりも薄くすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／２９８７６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】

しかしながら、静電チャック２２０と冷却部材２３０との間に設けられたシートヒータ２４０は熱抵抗が大きいため、静電チャック２２０に静電吸着されたウエハにプラズマ入熱等の外部入熱があった場合に迅速に冷却することが難し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、外部入熱に対する処理能力を向上させ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、
セラミック焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
前記静電チャックを冷却する冷却部材と、
前記静電チャックと前記冷却部材との間に設けられ、抵抗発熱体層を含む複数の金属層が多段に埋設されたヒータ層と、
を備え、
前記ヒータ層は、前記金属層同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層を有する、
ものである。

【0007】

この静電チャックヒータでは、ヒータ層は、金属層同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層を有する。セラミック絶縁層の厚さがこの数値範囲内であれば、抵抗発熱体層において通常要求される絶縁耐圧を満足する。また、ヒータ層の全体の厚さが薄くなり、ヒータ層の熱容量が小さくなる。更に、セラミックは樹脂に比べて熱伝導性に優れている。その結果、静電チャックと冷却部材との間に設けられたヒータ層の熱抵抗が小さくなり、静電チャックに静電吸着されたウエハにプラズマ入熱等の外部入熱があった場合に迅速に冷却することができる。このように、本発明の静電チャックヒータによれば、外部入熱に対する処理能力が向上する。

【0008】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記セラミック絶縁層の１層当たりの耐電圧は、ＡＣ２００Ｖ以上であることが好ましい。こうすれば、静電チャックヒータとして使用するときに絶縁破壊が起きるのを十分防止することができる。

【0009】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記セラミック絶縁層の気孔率は、０．５％以下であることが好ましい。こうすれば、単位厚み当たりの耐電圧性能を高くすることができ、耐電圧を担保するために必要なヒータ層の厚みを薄くでき、熱抵抗がより小さくなる。

【0010】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記ヒータ層は、前記セラミック絶縁層を３層以上有することが好ましく５層以上有することがより好ましい。こうすれば、多ゾーンヒータ（静電チャックを複数のゾーンに分割しゾーンごとに抵抗発熱体が配置されたもの）を容易に設計することができる。

【0011】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記セラミック絶縁層は、エアロゾルデポジション（ＡＤ）膜であってもよい。ＡＤは、微細なセラミック粒子の薄い膜を精度よく形成するのに適している。また、ＡＤは、衝撃固化現象でセラミック粒子を成膜することができるため、セラミック粒子を高温で焼結する必要がない。

【0012】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記金属層は、ＡＤ膜、ＣＶＤ膜、ＰＶＤ膜、めっき膜であってもよい。金属層は、印刷等で形成してもよいが、ＡＤ法（プラズマＡＤ法を含む）、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、めっき法などで形成するのが好ましい。これらは、微細な金属粒子の薄い膜を精度よく形成するのに適している。また、これらは、金属粒子を樹脂成分と混合したペーストを使う必要がない。

【0013】

本発明の静電チャックヒータにおいて、前記金属層は、前記抵抗発熱体層に電力を供給するジャンパ線が配線されたジャンパ線層を含んでいてもよい。特に、１つの抵抗発熱体層が複数のゾーンに分割され、ゾーンごとに抵抗発熱体が配置されている場合には、ジャンパ線層を設けることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の静電チャックヒータの縦断面図。

【図2】実験例で試作したサンプルの縦断面図。

【図3】従来の静電チャックヒータの縦断面図。

【図4】従来の静電チャックヒータの縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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は本実施形態の静電チャックヒータの縦断面図である。

【0016】

静電チャックヒータ１０は、図１に示すように、静電チャック２０と、冷却部材３０と、ヒータ層４０とを備えている。静電チャック２０は、円板状のセラミック焼結体２２に静電電極２４が埋設されたものであり、静電電極２４に電圧が印加されると静電チャック２０の上面に載置されたウエハ（図示せず）を静電吸着する。冷却部材３０は、内部に冷媒通路（図示せず）を有する金属製の部材であり、静電チャック２０を冷却するものである。ヒータ層４０は、静電チャック２０と冷却部材３０との間に設けられ、抵抗発熱体層４４ａ，４４ｂやジャンパ線層４６ａ，４６ｂを含む複数の金属層４２が多段に埋設されたものである。ヒータ層４０は、静電チャック２０のウエハ吸着面とは反対側の面に直接形成され、冷却部材３０に接着層５０を介して接着されている。

【0017】

ヒータ層４０は、金属層４２同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層４８を有する。セラミック絶縁層４８は、セラミック粒子を用いてＡＤ法で成膜したＡＤ膜であることが好ましい。ＡＤ膜は溶射膜に比べて絶縁性が高く薄くすることができる。金属層４２は、金属粒子を用いてＡＤ法で成膜したＡＤ膜やＣＶＤ法、ＰＶＤ法、めっき法で形成されたものであることが好ましい。金属層４２としては、上部の抵抗発熱体層４４ａ、上部のジャンパ線層４６ａ、下部のジャンパ線層４６ｂ及び下部の抵抗発熱体層４４ｂが含まれる。上部の抵抗発熱体層４４ａは、多数のゾーンに分割されており、ゾーンごとに抵抗発熱体が配線されている。抵抗発熱体は、一筆書きの要領で一端から他端までそのゾーンの全体に行き渡るように配線されている。下部の抵抗発熱体層４４ｂは、上部の抵抗発熱体層よりも少ない数のゾーンに分割されており、ゾーンごとに抵抗発熱体が配線されている。上部及び下部のジャンパ線層４６ａ，４６ｂは、それぞれ複数のジャンパ線を有している。ジャンパ線は、上部及び下部の抵抗発熱体層４４ａ，４４ｂに含まれる抵抗発熱体のそれぞれにヒータ電源から電力を供給する。

【0018】

以上説明した本実施形態の静電チャックヒータ１０では、ヒータ層４０は、金属層４２同士の間に厚さが２μｍ以上５０μｍ以下のセラミック絶縁層４８を有する。セラミック絶縁層４８の厚さがこの数値範囲内であれば、抵抗発熱体層４４ａ，４４ｂに通常要求される絶縁耐圧を満足する。また、ヒータ層４０の全体の厚さが薄くなり、ヒータ層４０の熱容量が小さくなる。更に、セラミックは樹脂に比べて熱伝導性に優れている。その結果、静電チャック２０と冷却部材３０との間に設けられたヒータ層４０の熱抵抗が小さくなり、静電チャック２０に静電吸着されたウエハにプラズマ入熱等の外部入熱があった場合に迅速に冷却することができる。このように、本実施形態の静電チャックヒータ１０によれば、外部入熱に対する処理能力が向上する。

【0019】

また、セラミック絶縁層４８の１層当たりの耐電圧（絶縁耐圧）は、ＡＣ２００Ｖ以上であることが好ましい。こうすれば、静電チャックヒータ１０として使用するときに絶縁破壊が起きるのを十分防止することができる。

【0020】

更に、セラミック絶縁層４８の気孔率は、０．５％以下であることが好ましい。こうすれば、単位厚み当たりの耐電圧性能を高くすることができ、耐電圧を担保するために必要なヒータ層の厚みを薄くでき、熱抵抗がより小さくなる。

【0021】

更にまた、ヒータ層４０は、セラミック絶縁層４８を３層以上有することが好ましく、５層以上有することがより好ましい。こうすれば、多ゾーンヒータを容易に設計することができる。

【0022】

そしてまた、セラミック絶縁層４８は、ＡＤ膜であることが好ましい。ＡＤは、微細なセラミック粒子の薄い層を精度よく形成するのに適している。また、ＡＤは、衝撃固化現象でセラミック粒子を成膜することができるため、セラミック粒子を高温で焼結する必要がない。

【0023】

そして更に、金属層４２は、抵抗発熱体層４４ａ，４４ｂに電力を供給するジャンパ線が配線されたジャンパ線層４６ａ，４６ｂを含んでいる。特に、１つの抵抗発熱体層が複数のゾーンに分割され、ゾーンごとに抵抗発熱体が配置されている場合には、ジャンパ線層を設けることが好ましい。

【0024】

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。

【実施例】

【0025】

［実験例１－６］
図２に示すように、静電チャック７０とヒータ層８０とを積層したサンプルＳを作製した。静電チャック７０は、直径φ３００ｍｍのアルミナセラミック焼結体７２に静電電極７４を埋設した構造とした。アルミナセラミック焼結体７２のうち静電電極７４を境界にして上側の層を誘電体層７２ａ、下側の層を絶縁層７２ｂと称する。誘電体層７２ａの厚みは０．４［ｍｍ］、絶縁層７２ｂの厚みは０．５［ｍｍ］とした。ヒータ層８０は、内部に金属層８２を６層有する構造とし、金属層８２同士の間にアルミナセラミック製の層間絶縁膜８４を設け、最下層の金属層８２の裏面にアルミナセラミック製の裏面絶縁膜８６を設けた。

【0026】

実験例１－４では、まず、静電チャック７０を作製した。続いて、その静電チャック７０の裏面に金属層８２を１層形成したあとＡＤ法でその金属層８２を覆うように絶縁膜（層間絶縁膜８４）を１層形成した。続いて、絶縁膜の裏面に金属層８２を１層形成したあとＡＤ法でその金属層８２を覆うように絶縁膜を１層形成する作業を繰り返し行うことにより、サンプルＳを作製した。最後の絶縁膜が裏面絶縁膜８６となった。実験例５では、ＡＤ法の代わりに溶射法を採用した以外は実験例１－４と同様にしてサンプルＳを作製した。実験例６では、予め複数のテープ成形体を作製しておき、静電チャック７０の裏面に金属層を１層形成したあと１枚のテープ成形体を積層し、更にテープ成形体の裏面に金属層を形成したあとその金属層を覆うように別のテープ成形体を積層する作業を繰り返し行い、最後に全体を焼結させることにより、サンプルＳを作製した。

【0027】

各実験例について、誘電体層７２ａの厚み、絶縁層７２ｂの厚み、金属層８２の総数、層間絶縁膜８４に関する情報、裏面絶縁膜８６の厚み及びサンプルＳに関する情報を表１にまとめた。層間絶縁膜８４に関する情報としては、材料、層数、製造方法、厚み、耐電圧及び総厚を示した。耐電圧は、層間絶縁膜８４の両側にＡＣの電位差を印加することにより測定した。また、サンプルＳに関する情報としては、合計の厚み、熱抵抗（抜熱性能）及び１ｋＷで５０℃昇温するのに必要な時間（理論値）を示した。なお、表１のサンプル全体の合計厚は、６層分の金属層の厚みを考慮していない値である。

【0028】

【表1】

【0029】

層間絶縁膜８４（ＡＤ膜）の厚さが２μｍ、５０μｍの実験例１，２では、１層あたり通常要求される耐電圧（ＡＣ２００Ｖ以上）を満足した。また、ヒータ層８０の全体の厚さ（層間絶縁膜８４の総厚と裏面絶縁膜８６との和）が０．３ｍｍ以下と薄く、ヒータ層８０の熱容量及び熱抵抗が小さくなり、１ｋＷで５０℃昇温するのに必要な時間も短かった。一方、層間絶縁膜８４（ＡＤ膜）の厚さが１．５μｍの実験例３では、１層あたり通常要求される耐電圧を下回った。また、層間絶縁膜８４（ＡＤ膜）の厚さが６０μｍの実験例４では、割れが発生した。割れの原因は、ＡＤ膜の内部応力が高くなったことによると考えられる。以上のことから、層間絶縁膜８４の厚さは２μｍ以上５０μｍ以下が好ましいことがわかった。

【0030】

層間絶縁膜８４（溶射膜）の厚さが５０μｍの実験例５では、１層あたり通常要求される耐電圧（ＡＣ２００Ｖ以上）を満足した。ヒータ層８０の全体の厚さも０．５ｍｍ以下と薄く、ヒータ層８０の熱容量及び熱抵抗が比較的小さく、１ｋＷで５０℃昇温するのに必要な時間も比較的短かった。但し、その時間はＡＤ膜よりも若干長かった。その原因は、溶射膜の気孔率は数％であり、ＡＤ膜の気孔率（０．５％以下）と比べて高かったことによると考えられる。

【0031】

層間絶縁膜８４としてテープ成形後焼成して得た膜を採用した実験例６では、１層あたり通常要求される耐電圧（ＡＣ２００Ｖ以上）を満足したものの、ヒータ層８０の全体の厚さは１．２５ｍｍと厚く、ヒータ層８０の熱容量及び熱抵抗が大きくなり、１ｋＷで５０℃昇温するのに必要な時間は長くなった。表１には示していないが、テープ成形の代わりに粉末成形を用いた場合も、ヒータ層８０の全体の厚さは３ｍｍと更に厚くなり、１ｋＷで５０℃昇温するのに必要な時間は４０秒を超えた。なお、テープ成形や粉末成形を用いた製法では、焼成歪みによってセラミック内部での埋設位置がバラツクため、層間絶縁膜８４はＡＤ法や溶射法で製作した際よりも更に分厚くする必要がある。これにより、熱容量及び熱抵抗が大きくなる。

【0032】

なお、実験例１，２，５が本発明の実施例に相当し、実験例３，４，６が比較例に相当する。これらの実施例は本発明を何ら限定するものでないことは言うまでもない。

【0033】

本出願は、２０１９年６月２８日に出願された日本国特許出願第２０１９－１２１４８９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】

【0034】

本発明の静電チャックヒータは、例えば、半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセスや、洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工に利用可能である。

【符号の説明】

【0035】

１０ 静電チャックヒータ、２０ 静電チャック、２２ セラミック焼結体、２４ 静電電極、３０ 冷却部材、４０ ヒータ層、４２ 金属層、４４ａ，４４ｂ 抵抗発熱体層、４６ａ，４６ｂ ジャンパ線層、４８ セラミック絶縁層、５０ 接着層、７０ 静電チャック、７２ アルミナセラミック焼結体、７２ａ 誘電体層、７２ｂ 絶縁層、７４ 静電電極、８０ ヒータ層、８２ 金属層、８４ 層間絶縁膜、８６ 裏面絶縁膜、１１０ 静電チャックヒータ、１２０ 静電チャック、１２２ セラミック焼結体、１２４ 静電電極、１２６ 金属層、１３０ 冷却部材、１５０ 接着層、２１０ 静電チャックヒータ、２２０ 静電チャック、２２２ セラミック焼結体、２２４ 静電電極、２３０ 冷却部材、２４０ シートヒータ、２４１ 樹脂シート、２４２ 金属層、２５０ 接着層、Ｓ サンプル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】