TWI725149B - 靜電夾頭加熱器 - Google Patents

Abstract

靜電夾頭加熱器係在靜電夾頭與支撐座之間配置加熱器線34被埋設於樹脂片32的板式加熱器30。加熱器線34係被設置於樹脂片32的多個區Z1，並由以一筆畫之要領從一端34a至另一端34b遍及區Z1之整體的方式所配線之銅線所構成。

Description

靜電夾頭加熱器

本發明係有關於一種靜電夾頭加熱器。

作為靜電夾頭加熱器，已知在靜電夾頭與底座之間，設置加熱構件被埋設於樹脂片的板式加熱器(參照專利文獻1)。在這種靜電夾頭加熱器，樹脂片作用為對靜電夾頭緩和激烈之膨脹、收縮的緩衝層，可防止在靜電夾頭發生龜裂等。

【先行專利文獻】

【專利文獻】

[專利文獻1]特開2010-40644號公報

可是，在專利文獻1，因為加熱構件係由如鈦或鎢、鉬之電阻比較高的材料所構成，所以若對加熱構件微細地配線，則具有溫度過度上升的問題。因此，需要使加熱構件之配線間隔變寬，於是，加熱構件所存在之部分與不存在之部分的溫差變大，而具有均熱性受損的問題。

本發明係為了解決上述之課題而開發的，其主要目的在於比以往提高晶圓之均熱性。

本發明之靜電夾頭加熱器係在靜電夾頭與支撐座之間配置加熱器線被埋設於樹脂片的板式加熱器， 該加熱器線係被設置於該樹脂片的多個各區，並由以一筆畫之要領從一端至另一端遍及該區之整體的方式所配線之銅線所構成。

在此靜電夾頭加熱器，在樹脂片之多個各區所設置的加熱器線係由銅線所構成。銅係電阻比鈦或鎢、鉬等低。因此，即使對加熱器線微細地進行配線，亦溫度不會過度地上升，而可使配線間隔變窄。結果，在靜電夾頭的晶圓載置面，加熱器線所存在之部分與不存在之部分的溫差變小，而晶圓之均熱性提高。

此外，亦可靜電夾頭係採用靜電電極被埋設於陶瓷燒結體者。支撐座係亦可採用金屬製者，亦可採用在內部具有冷媒流路者。

在本發明之靜電夾頭加熱器，亦可該加熱器線係作成在寬度1mm內被配線50條以下。依此方式，可使加熱器線之配線間隔變成充分地窄，而晶圓之均熱性更提高。加熱器線係在寬度1mm內被配線1條以上即可，但是被配線5條以上較佳。

在本發明之靜電夾頭加熱器，亦可該加熱器線係將厚度作成35μm以下。依此方式，因為可使樹脂片變薄，所以可使靜電夾頭與支撐座之間的熱阻變小。加熱器線之厚度的下限值係無特別限定，但是亦可採用製造極限值(例如4μm)。

在本發明之靜電夾頭加熱器，亦可該板式加熱器 係具有與該板式加熱器之表面平行且高度相異的第1電極區域與第2電極區域，該第1電極區域係被設置該加熱器線之區域，該第2電極區域係被設置複數條對各加熱器線供電之跳線的區域，該跳線係由銅線所構成。依此方式，因為可個別地控制對各靜電電極所供給之電力，所以易達成高的均熱性。又，因為跳線係由電阻(比電阻)小之銅線所構成，所以截面積小亦難發熱。因此，可高密度地布置。例如，亦可跳線係在寬度10mm內將銅線配線9條以上。又，亦可跳線係在寬度10mm內將銅線配線20條以下。

在本發明之靜電夾頭加熱器，亦可該銅線係作成線寬的不均(從寬度最寬之部分的線寬減去寬度最窄之部分的線寬的值)成為4μm以下。若以濕蝕刻製作銅線的形狀，可使銅線之線寬的不均位於4μm以下。依此方式，即使將線間距離的設計值設定成10~數十μm，亦在實際上製作銅線時相鄰線之間不會接觸。

在本發明之靜電夾頭加熱器，該銅線係純度是99.9質量%以上較佳。因為一般銅之純度愈高電阻愈低，所以適合用於本發明之靜電夾頭加熱器之加熱器線或跳線。

20‧‧‧靜電夾頭加熱器

22‧‧‧靜電夾頭

22a‧‧‧晶圓載置面

24‧‧‧靜電電極

26‧‧‧陶瓷燒結體

30‧‧‧板式加熱器

30a‧‧‧上面

30b‧‧‧下面

32‧‧‧樹脂片

34‧‧‧加熱器線

34a‧‧‧一端

34b‧‧‧另一端

36、37‧‧‧跳線

36a‧‧‧一端

36b‧‧‧另一端

37a‧‧‧一端

37b‧‧‧另一端

38‧‧‧外周區域

46b、47b‧‧‧跳線座

60‧‧‧支撐座

62‧‧‧冷媒流路

62a‧‧‧入口

62b‧‧‧出口

70‧‧‧急冷器

75‧‧‧連接用FPC

81‧‧‧第1黏合片

82‧‧‧第2黏合片

Z1、Z2‧‧‧區

A1~A2‧‧‧第1~第2電極區域

第1圖係表示靜電夾頭加熱器20之示意構成的剖面圖。

第2圖係表示板式加熱器30之內部構造的立體圖。

第3圖係被設置於區Z1之加熱器線34的平面圖。

第4圖係加熱器線34的製程圖。

在以下，一面參照圖面，一面說明本發明之適合的實施形態。第1圖係表示靜電夾頭加熱器20之示意構成的剖面圖，第2圖係表示板式加熱器30之內部構造的立體圖，第3圖係被設置於區Z1之加熱器線34的平面圖。

靜電夾頭加熱器20係將晶圓W吸附並固持於晶圓載置面22a的裝置。此靜電夾頭加熱器20包括靜電夾頭22、板式加熱器30以及支撐座60。靜電夾頭22的下面與板式加熱器30的上面30a係經由第1黏合片81彼此黏接。支撐座60的上面與板式加熱器30的下面30b係經由第2黏合片82彼此黏接。作為各黏合片81、82，列舉在聚丙烯製之芯材的雙面具備丙烯酸樹脂層的薄片、聚醯亞胺製之芯材的雙面具備矽樹脂層的薄片、環氧樹脂單獨的薄片等。

靜電夾頭22係圓板狀的構件，是靜電電極24被埋設於陶瓷燒結體26者。作為陶瓷燒結體26，列舉氮化鋁燒結體或鋁燒結體等。靜電夾頭22的上面成為載置晶圓W的晶圓載置面22a。陶瓷燒結體26的厚度係無特別限定，但是0.5~4mm較佳。

板式加熱器30係圓板狀的構件，是在耐熱性之樹脂片32，內建加熱器線34及跳線36、37者，作為樹脂片32的材質，列舉例如聚醯亞胺樹脂或液晶聚合物等。板式加熱器30具有與板式加熱器30的上面30a平行且高度相異的第1電極區域A1與第2電極區域A2(參照第2圖)。

第1電極區域A1係被劃分成多個區Z1(例如100 區或300區)。在各區Z1，以一筆畫之要領從一端34a至另一端34b遍及該區Z1之整體的方式將由銅線所構成之加熱器線34配線成鋸齒狀。在第2圖，在第1電極區域A1畫以虛線所示之虛擬線，將以該虛擬線所包圍之部分作為區Z1。在此第2圖，權宜上，僅在一個區Z1表示加熱器線34，但是在其他的區Z1亦設置相同的加熱器線34。又，以一點鏈線表示板式加熱器30的外形。

第3圖係被設置於一個區Z1之加熱器線34的平面圖。加熱器線34係由高純度(99.9質量%以上)之銅線所構成，在寬度1mm內被配線50條以下較佳。加熱器線34係只要在寬度1mm內被配線1條以上即可，但是亦可被配線5條以上。又，亦可將加熱器線34的線寬設定為10μm以上(20~80μm較佳，40~60μm更佳)，將線間距離設定為10μm以上(20~80μm較佳，40~60μm更佳)。在將加熱器線34的線寬設定為10μm，並將線間距離設定為10μm的情況，可在寬度1mm內配線50條加熱器線34。在將加熱器線34的線寬設定為50μm，並將線間距離設定為50μm的情況，可在寬度1mm內配線10條加熱器線34。在將加熱器線34的線寬設定為100μm，並將線間距離設定為100μm的情況，可在寬度1mm內配線5條加熱器線34。亦可加熱器線34係將厚度作成35μm以下。加熱器線34之厚度的下限值係無特別限定，但是亦可採用製造極限值(例如4μm)。亦可加熱器線34係採用線寬之不均(從寬度最寬之部分的線寬減去寬度最窄之部分的線寬的值)位於4μm以下者。若以濕蝕刻製作加熱器線34的形狀， 可使線寬之不均位於4μm以下。

在第2電極區域A2，如第2圖所示，設置：供電用(+極側)之跳線36，係由與各加熱器線34之一端34a連接的銅線所構成；及接地用(-極側)之跳線37，係由與各加熱器線34之另一端34b連接的銅線所構成。因此，跳線36之線數與跳線37之線數係都與加熱器線34之線數一致。第2電極區域A2係個數(例如6區或8區)被劃分成比區Z1之個數少的區Z2。在第2圖，在第2電極區域A2畫以虛線所示之虛擬線，將以該虛擬線所包圍之部分作為區Z2。在此第2圖，權宜上，僅在一個區Z2表示跳線36、37(一部分)，但是在其他的區Z2亦設置相同的跳線36、37。在本實施形態，把在將一個區Z2投影於第1電極區域A1時之投影區域中所含的複數條加熱器線34當作屬於同一組來說明。屬於一組之加熱器線34的一端34a係經由在上下方向貫穿第1電極區域A1與第2電極區域A2之間之未圖示的通道(via)，與和該組對應的區Z2內之跳線36的一端36a連接。該跳線36的另一端36b係被拉出至被設置於該區Z2的外周區域38。又，該加熱器線34的另一端34b係經由在上下方向貫穿第1電極區域A1與第2電極區域A2之間之未圖示的通道，與相同的區Z2內之跳線37的一端37a連接。該跳線37的另一端37b係被拉出至被設置於該區Z2的外周區域38。結果，與屬於同一組之加熱器線34連接之跳線36、37的另一端36b、37b係被集中地配置於一個外周區域38。在將該外周區域38投影於板式加熱器30之下面30b的區域X內，排列地配置跳線36、37的另一端36b、37b與經由未圖示 之通道所連接的跳線座46b、47b。此跳線座46b、47b亦是銅製。

亦可跳線36係在寬度10mm內銅線被配線9條以上(9條以上20條以下較佳)。亦可跳線36係將厚度作成35μm以下。跳線36之厚度的下限值係無特別限定，但是亦可採用製造極限值(例如4μm)。亦可加跳線36係採用線寬之不均位於4μm以下者。若以濕蝕刻製作跳線36的形狀，可使線寬之不均位於4μm以下的範圍內。跳線37之配線密度或厚度、製作方法等係與跳線36一樣。

支撐座60係如第1圖所示，是由Al或Al合金等之金屬所製作之圓板形的構件，冷媒流路62被設置於內部。在冷媒流路62的入口62a與出口62b，連接調整冷媒之溫度的急冷器70。冷媒係從急冷器70被供給至冷媒流路62的入口62a時，通過被設置成遍及支撐座60之整體的冷媒流路62，從冷媒流路62的出口62b回到急冷器70，在急冷器70內被冷卻至設定溫度後，再被供給至冷媒流路62的入口62a。此外，支撐座60係除此以外，還具有用以使拉升晶圓W之拉升銷進行上下動之未圖示的貫穿孔等。

在靜電電極24，從直流電源經由未圖示之供電棒被供給電力。在加熱器線34，如第2圖所示，經由與跳線座46b、47b連接之連接用軟性印刷基板(連接用FPC)75被供給電力。連接用FPC75係將以樹脂皮膜所包覆之金屬導線束成帶狀的電纜。

其次，說明依此方式所構成之靜電夾頭加熱器20 的使用例。將靜電夾頭加熱器20設定於未圖示之真空室內，並將晶圓W載置於靜電夾頭22的晶圓載置面22a。然後，藉真空泵將真空室內降壓，調整成成為既定真空度，再對靜電夾頭22的靜電電極24施加直流電壓，產生庫倫力或詹森拉貝克(Johnson Rahbek)力，將晶圓W吸附並固定於靜電夾頭22的晶圓載置面22a。接著，將真空室設定成既定壓力(例如數十~數百Pa)之處理氣體環境。在此狀態，產生電漿，對晶圓W之表面蝕刻。在此之間，未圖示之控制器將晶圓W的溫度控制成成為所預定之目標溫度。具體而言，控制器係從測量晶圓W之溫度的測溫感測器(未圖示)輸入檢測信號，以晶圓W之測量溫度成為與目標溫度一致之方式控制對各加熱器線34所供給之電流或在冷媒流路62循環之冷媒的溫度。尤其，控制器係對向各加熱器線34所供給之電流微細地控制成晶圓W之溫度分布不會發生。此外，測溫感測器係亦可被埋設於樹脂片32，亦可與樹脂片32之表面黏接。在此靜電夾頭加熱器20，因為可藉多條加熱器線34各區微細地控制溫度，所以可達成高精度之均熱性。

其次，說明靜電夾頭22之製造方法的一例。首先，準備陶瓷之成形體或燒結體的圓板構件，並將靜電電極24形成於其一側面。靜電電極24係亦可將電極膏進行網印，亦可藉PVD或CVD、電鍍等形成。接著，在該圓板構件中被形成靜電電極24的面，將直徑與圓板構件相同之別的圓板狀成形體積層，作為積層體。對此積層體進行熱壓烘烤，得到被埋設靜電電極24的陶瓷燒結體26。藉研磨或blast等加工此陶瓷 燒結體26調整成所要之形狀、厚度。藉此，得到靜電夾頭22。

說明板式加熱器30之製造方法的一例。首先，準備形成板式加熱器30的上面30a與第1電極區域A1之間的第1樹脂層，再藉周知之光蝕刻將加熱器線34形成於該第1樹脂層之表面。接著，以覆蓋加熱器線34之方式將第2樹脂層疊層，再藉周知之光蝕刻將跳線36、37形成於該第2樹脂層之表面。在此時，將加熱器線34與跳線36、37以電性連接的通道亦被設置成在上下方向貫穿第2樹脂層。然後，以覆蓋跳線36、37之方式將第3樹脂層疊層，再藉周知之光蝕刻將跳線座46b、47b形成於該第3樹脂層之表面。在此時，將跳線36、37與跳線座46b、47b以電性連接的通道亦被設置成在上下方向貫穿第3樹脂層。藉此，得到板式加熱器30。此外，作為第1~第3樹脂層，例如亦可使用聚醯亞胺樹脂，亦可使用液晶聚合物。

此處，在以下，使用第4圖，說明加熱器線34的製造例。首先，將銅箔134黏貼於供氣風扇110的上面整個面，再將光阻劑層140形成於銅箔134的上面整個面，將遮罩蓋在該光阻劑層140，以與加熱器線34之形狀(參照第3圖)相同的形狀殘留的方式形成圖案(參照第4圖(a))。此外，亦可銅箔134係藉真空蒸鍍或濺鍍等所形成。接著，藉濕蝕刻使銅箔134中未被光阻劑層140遮蔽的部分腐蝕，使其溶解於蝕刻液(參照第4圖(b))。最後，以剝離液除去光阻劑層140，而完成加熱器線34(參照第4圖(c))。測量以濕蝕刻所製作之加熱器線34之線寬的不均(從寬度最寬之部分的線寬減去寬度最窄之部分 的線寬的值)。線寬之設計值係採用50μm、100μm、1000μm、2000μm。在第1表表示結果。在任一種設計值，都線寬的不均是4μm以下。作為比較，測量以往之印刷W系金屬膏所製作的加熱器線之線寬的不均時，如第1表所示，線寬的不均是約60μm。但，在將設計值設定成50μm的情況，無法製造加熱器線。此外，跳線36亦藉由以濕蝕刻製作，可使線寬的不均成為4μm以下。

在如以上所說明之靜電夾頭加熱器20，被埋設於樹脂片32之各區Z1的加熱器線34係由銅線所構成。銅係電阻比鈦或鎢、鉬等低。因此，即使將加熱器線34微細地進行配線，溫度亦不會過度上升，而可使線間距離(配線間隔)變窄。結果，在靜電夾頭22的晶圓載置面22a，加熱器線34所存在之部分與不存在之部分的溫差變小，而晶圓W之均熱性提高。

又，若作成在寬度1mm內將加熱器線34配線50條以下，因為可使加熱器線34的配線間隔變成充分的窄，所以晶圓W之均熱性更提高。

進而，若將加熱器線34的厚度作成35μm以下，因為可使樹脂片32變薄，所以可使靜電夾頭22與支撐座60之間的熱阻變小。

進而又，因為跳線36、37亦由電阻(比電阻)小之銅線所構成，所以截面積小亦難發熱。因此，可高密度地布置跳線36、37。例如，亦可跳線36、37係在寬度10mm內將銅線配線9條以上。又，亦可跳線36、37係在寬度10mm內將銅線配線20條以下。

而且又，因為加熱器線34、跳線36、37都線寬的不均是4μm以下，所以即使將線間距離的設計值設定成10~數十μm，亦在實際上製作銅線時相鄰線之間不會接觸。

而且進而又，構成加熱器線34或跳線36、37的銅線係純度是99.9質量%以上。因為一般銅之純度愈高電阻愈低，所以適合用於靜電夾頭加熱器20之加熱器線34或跳線36、37。

此外，本發明係絲毫不限定為上述之實施形態，當然能以屬於本發明之技術性範圍的各種形態實施。

例如，在上述之實施形態，鋸齒狀地形成加熱器線34，但是不是特別地限定為此形狀，只要是能以一筆畫之要領所畫的形狀，任何形狀都可。

在上述之實施形態，作為板式加熱器30之構造，將樹脂層設置於加熱器線34之上，但是亦可作成省略此樹脂層，而加熱器線34露出於板式加熱器30的上面30a。在此情況，以覆蓋加熱器線34之方式配置於第1黏合片81。

在上述之實施形態，供電用之跳線36及接地用之跳線37的雙方設置於相同的第2電極區域A2，但是亦可以在第2電極區域A2與板式加熱器30的下面30b之間成為與第1 及第2電極區域A1、A2平行的方式設置第3電極區域A3，並將一方設置於第2電極區域A2，將另一方設置於第3電極區域A3。

在上述之實施形態，將第1~第2電極區域A1~A2各設置一層，但是亦可將第1~第2電極區域A1~A2之至少一種作成多層(多段)。

本發明係將於2016年3月29日所申請之美國暫時申請第62/314,564號作為優先權主張的基礎，藉引用將其內容之全部包含於本專利說明書。

【工業上的可應用性】

本發明係可利用於例如對晶圓W實施電漿處理的半導體製造裝置。

20‧‧‧靜電夾頭加熱器

22‧‧‧靜電夾頭

22a‧‧‧晶圓載置面

24‧‧‧靜電電極

26‧‧‧陶瓷燒結體

30‧‧‧板式加熱器

30a‧‧‧上面

30b‧‧‧下面

32‧‧‧樹脂片

34‧‧‧加熱器線

36‧‧‧跳線

37‧‧‧跳線

60‧‧‧支撐座

62‧‧‧冷媒流路

62a‧‧‧入口

62b‧‧‧出口

70‧‧‧急冷器

81‧‧‧第1黏合片

82‧‧‧第2黏合片

W‧‧‧晶圓

Claims (5)

1. 一種靜電夾頭加熱器，係在靜電夾頭與支撐座之間配置加熱器線被埋設於樹脂片的板式加熱器，其中該加熱器線係被設置於該樹脂片的多個各區，並由以一筆畫之要領從一端至另一端遍及該區之整體的方式所配線之銅線所構成；該板式加熱器係具有與該板式加熱器之表面平行且高度相異的第1電極區域與第2電極區域，該第1電極區域係被設置該加熱器線之區域，該第2電極區域係被設置複數條對各加熱器線供電之跳線的區域，該跳線係由銅線所構成；該跳線係在寬度10mm內被配線9條以上。
2. 如申請專利範圍第1項之靜電夾頭加熱器，其中該加熱器線係在寬度1mm內被配線50條以下。
3. 如申請專利範圍第1項之靜電夾頭加熱器，其中該加熱器線係厚度是35μm以下。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之靜電夾頭加熱器，其中該銅線係是寬度最寬之部分的線寬減去寬度最窄之部分的線寬的值之不均是4μm以下。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之靜電夾頭加熱器，其中該銅線係純度是99.9質量%以上。

Images