(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の基体の上面が多数のゾーンに区切られ、一対の端子を備えた発熱体がゾーンごとに前記基体に埋設された円板状ヒータであって、
前記基体の下面に前記発熱体の総数より少ない数の端子集約領域
を備え、
すべての前記発熱体の前記一対の端子は、前記基体の内部を通っていずれかの端子集約領域に配線されており、
前記一対の端子は、プラス極端子とマイナス極端子であり、
前記端子集約領域には、１つのアース集約端子が設けられ、
前記端子集約領域に配線される複数の前記発熱体の前記マイナス極端子は、一括して前記アース集約端子に接続されており、
すべての前記端子集約領域は、前記基体の外周円と同心円となる複数の円上に円弧状に設けられているか、前記複数の円の接線方向に長方形状に設けられている、
円板状ヒータ。
【請求項２】
すべての前記端子集約領域によって形成される図形は、回転対称図形である、
請求項１に記載の円板状ヒータ。
【請求項３】
各端子集約領域内の端子は、１つの実装コネクタ又はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に接続されている、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の円板状ヒータ。
【請求項４】
前記基体は、セラミック基体であり、
前記円板状ヒータは、静電チャックヒータである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の円板状ヒータ。
【請求項５】
前記基体は、樹脂基体であり、
前記円板状ヒータは、シートヒータである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の円板状ヒータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された円板状ヒータと、
前記円板状ヒータの下面に接合され、前記円板状ヒータの各端子集約領域に対向する位置に貫通穴が設けられた冷却板と、
を備え、
前記貫通穴の断面積は前記貫通穴に対向する前記端子集約領域の面積と同等である、
ヒータ冷却板アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板状ヒータ及びヒータ冷却板アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、円板状のセラミックヒータが知られている。例えば、特許文献１には、加熱面を複数ゾーンに分割し、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体をセラミック基体に埋設したセラミックヒータが開示されている。このセラミックヒータでは、抵抗発熱体は、それぞれ独立した入出力端子を有している。また、セラミック基体の下面には、各入出力端子に対向する位置に穴が設けられている。各入出力端子は、この穴を介して引き出し線にろう付け等により接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０３０１４号公報
【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、特許文献１のセラミックヒータでは、セラミック基体の加熱面に載置されるウエハの面内温度を十分に均一することが難しいという問題があった。すなわち、ゾーン数が増えると、それに応じて抵抗発熱体の端子数も増加し、端子数に応じてセラミック基体の下面に設けられる穴の数も増加する。セラミックヒータのうち穴が設けられた部分は、抵抗発熱体を発熱させたときに穴が設けられていない部分と比べて温度差が生じる温度特異点となる。温度特異点が多いとウエハの面内温度を均一に制御することが難しくなる。【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、円板状ヒータの上面全体の温度を均一にすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の円板状ヒータは、
円板状の基体の上面が多数のゾーンに区切られ、一対の端子を備えた発熱体がゾーンごとに前記基体に埋設された円板状ヒータであって、
前記基体の下面に前記発熱体の総数より少ない数の端子集約領域
を備え、
すべての前記発熱体の前記端子は、前記基体の内部を通っていずれかの端子集約領域に配線されている、
ものである。【０００７】
この円板状ヒータでは、ゾーン数の増加に伴って発熱体が増加してその端子数が増加したとしても、端子集約領域の数は端子の総数より少ない。そのため、円板状ヒータの端子集約領域の直上部分は温度特異点となるものの、温度特異点の数を減らすことができる。その結果、発熱体を発熱させたときの円板状ヒータの上面全体の温度を比較的容易に均一にすることができる。【０００８】
本発明の円板状ヒータにおいて、前記端子集約領域は、長方形状の領域としてもよい。こうすれば、長方形状の領域の短辺を端子と同程度の大きさに設定し、長辺をその端子集約領域に集約される端子の数に応じた大きさに設定することができる。そのため、端子集約領域の面積を小さくすることができる。【０００９】
本発明の円板状ヒータにおいて、すべての前記端子集約領域によって形成される図形は、回転対称図形としてもよい。また、すべての前記端子集約領域は、前記基体の同心円上に設けられていてもよい。【００１０】
本発明の円板状ヒータにおいて、各端子集約領域内の端子は、１つの実装コネクタ又はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に接続されていてもよい。実装コネクタやＦＰＣは、１個につき多数の端子と接続可能なため、端子集約領域内の端子の数を増やすことができ、ひいては端子集約領域の数を減らすことができる。【００１１】
本発明の円板状ヒータにおいて、前記基体は、セラミック基体であり、前記円板状ヒータは、静電チャックヒータであってもよい。こうすれば、セラミック基体の上面（ウエハ載置面）に載置されるウエハの均熱制御が容易になる。【００１２】
本発明の円板状ヒータにおいて、前記基体は、樹脂基体であり、前記円板状ヒータは、シートヒータであってもよい。こうすれば、基体がセラミック基体の場合に比べて、円板状ヒータを低温で作製することができる。この場合、シートヒータの上面に静電チャックが接合されていてもよい。こうすれば、静電チャックの上面（ウエハ載置面）に載置されるウエハの均熱制御が容易になる。【００１３】
本発明のヒート冷却板アセンブリは、
上述したいずれかの円板状ヒータと、
前記円板状ヒータの下面に接合され、前記円板状ヒータの各端子集約領域に対向する位置に貫通穴が設けられた冷却板と、
を備え、
前記貫通穴の断面積は前記貫通穴に対向する前記端子集約領域の面積と同等である、
ものである。【００１４】
このヒータ冷却板アセンブリでは、ゾーン数の増加に伴って発熱体が増加してその端子数が増加したとしても、端子集約領域の数は端子の総数より少ない。そのため、円板状ヒータの端子集約領域の直上部分（換言すれば冷却板の貫通穴の直上部分）は温度特異点となるものの、温度特異点の数を減らすことができる。その結果、発熱体を発熱させたときの円板状ヒータの上面全体の温度を比較的容易に均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の静電チャックヒータ１０の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】Ａ視図である。
【図３】Ｂ視図である。
【図４】Ｃ視図である。
【図５】静電チャックヒータ１０の下面図である。
【図６】ヒータ冷却板アセンブリ４０の斜視図である。
【図７】Ａ−Ａ断面図である。
【図８】冷却板５０の下面図である。
【図９】他の実施形態の冷却板５０の下面図である。
【図１０】他の実施形態の冷却板５０の下面図である。
【図１１】他の実施形態の冷却板５０の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本実施形態の静電チャックヒータ１０の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図２はＡ視図、図３はＢ視図、図４はＣ視図、図５は静電チャックヒータ１０の下面図である。
【００１７】
静電チャックヒータ１０は、図１に示すように、円板状のセラミック基体３０に複数の発熱体２０が埋設されたものである。セラミック基体３０は、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックからなる円板を複数枚、ここでは第１層〜第４層３０ａ〜３０ｄを積層し接合したものである。この静電チャックヒータ１０は、ウエハ載置面である上面１２が多数のゾーンに分けられている。セラミック基体３０には、ゾーンごとに、プラス極端子２２及びマイナス極端子２４を備えた発熱体２０が埋設されている。そのため、ゾーンとは、１つの発熱体２０が設けられた領域ということができる。本実施形態では、ゾーンの数は１００を超える。発熱体の材質としては、例えばＭｏ、Ｗ、Ｍｏ系合金、Ｗ系合金、Ｃｕ、Ｔｉなどが挙げられる。この静電チャックヒータ１０は、ウエハ載置面とは反対側の面すなわち下面１４に、発熱体２０の総数より少ない数（ここでは８つ）の端子集約領域１６を備えている。端子集約領域１６内には、多数の端子１８（図５参照）が設けられている。
【００１８】
すべての発熱体２０は端子集約領域１６の数と同数（８つ）のグループに分けられている。本実施形態では、図１に示す１点鎖線によって８つの扇形領域に分け、各扇形領域に属する複数の発熱体２０をグループＧ１，Ｇ２，…とした。各グループに属する発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４は、セラミック基体３０の内部を通って、そのグループに対応する共通の端子集約領域１６内の端子１８に接続されている。同じグループに属する発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４は、共通の端子集約領域１６内で１つの実装コネクタ４４（図７参照）に接続される。各プラス極端子２２は、端子集約領域１６内の端子１８と１対１に接続されている。各マイナス極端子２４も、端子集約領域１６内の端子１８と１対１に接続されている。なお、すべてのマイナス極端子２４を一括して一つのアース集約端子に接続してもよい。この場合、一つのアース集約端子を端子集約領域１６内に設けてもよいし、端子集約領域１６とは別の領域に設けてもよい。また、同じグループに属する発熱体２０のマイナス極端子２４を一括してそのグループの端子集約領域１６内の一つのアース集約端子に接続してもよい。これにより、端子の数を減らすことができ、端子集約領域１６を小さくすることができる。
【００１９】
すべての端子集約領域１６によって形成される図形は、中心点から放射線状に伸びる８つの長方形からなる図形であり、４５°回転するごとに同じ図形に重なる８回回転対称図形である。各端子集約領域１６は、隣り合うグループ同士の間に設けられている。回転対称にすることにより各ゾーンの発熱体パターンを相似な形状にすることができるため、発熱体パターン設計が容易になるとともに、ゾーン毎の温度分布差が小さくなるため、円板状ヒータの上面全体の温度均一性も向上する。
【００２０】
ここで、各層３０ａ〜３０ｄについて説明する。図１（ｂ）に示すように、第１層３０ａには、静電電極３４が埋設されている。図２に示すように、第２層３０ｂの表面には、すべての発熱体２０が設けられている。図３に示すように、第３層３０ｃの表面には、奇数のグループＧ１，Ｇ３，Ｇ５，Ｇ７の各々において、同じグループに属する発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４を共通の端子集約領域１６内の端子１８に導く配線パターンが設けられている。図３では、便宜上、この配線パターンを白抜き矢印で示した。なお、第２層３０ｂ上のグループＧ１〜Ｇ８の発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４は、第２層３０ｂを垂直に貫通するスルーホールを介して、第３層３０ｃ上の端子２２，２４に繋がっている。図４に示すように、第４層３０ｄの表面には、グループＧ２，Ｇ４，Ｇ６，Ｇ８の各々において、同じグループに属する発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４を共通の端子集約領域１６内の端子１８に導く配線パターンが設けられている。図４では、便宜上、この配線パターンを白抜き矢印で示した。なお、第３層３０ｃ上のグループＧ２，Ｇ４，Ｇ６，Ｇ８の発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４は、第３層３０ｃを垂直に貫通するスルーホールを介して、第４層３０ｄ上の端子２２，２４に繋がっている。図５は、静電チャックヒータ１０の下面図である。下面１４には、端子集約領域１６内の端子１８が露出している。
【００２１】
こうした静電チャックヒータ１０は、例えば、周知のゲルキャスト法（例えば特開２０１３−２２９３１０号公報参照）を適用することにより作製することができる。なお、セラミック基体３０や冷却板５０には、静電電極３４に給電する給電棒を挿通するための通路穴が設けられているが、図示を省略した。
【００２２】
次に、静電チャックヒータ１０の使用例について図６〜図８を参照して説明する。図６はヒータ冷却板アセンブリ４０の斜視図、図７はＡ−Ａ断面図（端子集約領域１６の長手方向に沿って切断したときの断面）、図８は冷却板５０の下面図である。
【００２３】
まず、静電チャックヒータ１０のセラミック基体３０に研削加工を施して形状を整える。このとき、セラミック基体３０の外周に段差３２を設ける。次に、静電チャックヒータ１０の下面に、冷却液が流通する冷却用流路５４（図７参照）を備えたアルミ製で円板状の冷却板５０を接合層６０を介して接合する。ここでは、冷却板５０として外周に段差５２を備えたものを例示した。接合層６０の材料としては、例えばシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などを用いることができる。この冷却板５０のうち静電チャックヒータ１０の各端子集約領域１６と対向する位置には、端子集約領域１６と同じか又はほぼ同じサイズ（面積）のスリット（貫通穴）５６が設けられている。冷却板５０のスリット５６に実装コネクタ４４を差し込む。これにより、実装コネクタ４４は、静電チャックヒータ１０の端子集約領域１６内の複数の端子１８に接続される。実装コネクタ４４には、フラットケーブル４６が接続され、そのフラットケーブル４６が冷却板５０のスリット５６から外部へ延び出している。これにより、実装コネクタ４４を介して各発熱体２０に供給する電圧や電流を調節して各ゾーンの温度を制御することができる。なお、静電チャックヒータ１０の上面１２のうち端子集約領域１６の直上部分は、冷却板５０による抜熱がないためヒートスポットになりやすい。そのため、端子集約領域１６の周囲から発熱体２０を離して配置することにより、発熱体２０による加熱を抑えてヒートスポットが発生するのを防止するのが好ましい。
【００２４】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、発熱体２０の数が増えゾーン数が増えると、それに応じて発熱体２０の端子（プラス極端子２２やマイナス極端子２４）の数も増加する。その場合、通常、すべての発熱体２０の端子を静電チャックヒータの下面から露出させ、冷却板に発熱体２０の端子の個数分の貫通穴をあける。静電チャックヒータのうち貫通穴の直上部分は抜熱量が他と異なるため、入熱時に温度特異点（例えばヒートスポット）になる。こうした温度特異点の数が多くなると、均熱制御が困難になる。これに対して、静電チャックヒータ１０では、発熱体２０の端子の個数が増加したとしても、複数の発熱体２０の端子を１つの端子集約領域１６に集めるため、端子集約領域１６の数は発熱体２０の端子の総数より少なくなる。また、冷却板５０に設けるスリット５６の数も同様に少なくなる。そのため、静電チャックヒータ１０の端子集約領域１６の直上部分は抜熱量が他と異なるものの、温度特異点の数を減らすことができるし、冷却板５０に設けるスリット５６の総開口面積を小さくすることもできる。その結果、均熱制御が容易になる。同様にマイナス極端子２４を共有または一括することにより端子の数を減らすことができ、端子集約領域１６を小さくすることができる。これにより、スリット５６の総開口面積を小さくすることができ、均熱制御が容易になる。
【００２５】
また、複数の発熱体２０の端子を端子集約領域１６に集約することで、１端子あたりの接合部の大きさを従来に比べて大幅に小さくすることができる。
【００２６】
更に、端子集約領域１６を長方形状の領域としたため、長方形状の領域の短辺を端子１８と同程度の大きさに設定し、長辺をその端子集約領域１６に集約される端子１８の数に応じた大きさに設定することができる。そのため、端子集約領域１６の面積をより小さくすることができる。
【００２７】
更にまた、実装コネクタ４４は、１個につき多数の端子と接続可能なため、端子集約領域１６内の端子１８の数を増やすことができ、ひいては端子集約領域１６の数を減らすことができる。
【００２８】
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。
【００２９】
例えば、上述した実施形態では、端子集約領域１６に実装コネクタ４４を接続する場合を例示したが、実装コネクタ４４の代わりにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を接合してもよい。接合は、例えば、はんだ、金属ロウ材、導電ペーストなどを利用して行うことができる。実装コネクタ４４でもＦＰＣでも、１個につき、端子集約領域１６内の多数の端子１８と接続することができる。例えば、ＦＰＣの場合、１個につき、最大１２０個程度の端子１８と接続することができる。そのため、端子集約領域１６内の端子１８の数を増やすことができ、ひいては端子集約領域１６の数を減らすことができる。
【００３０】
上述した実施形態では、円板状ヒータとして静電電極３４と発熱体２０が埋設された静電チャックヒータ１０を例示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、セラミック基体３０の代わりに静電電極３４を含まない樹脂基板を用いることにより、円板状のシートヒータを作製してもよい。このシートヒータは、樹脂製であるため、セラミック製の静電チャックヒータ３０を作製する場合に比べて低温で作製することができる。このシートヒータの上面に静電電極３４を埋設したセラミック製の静電チャックを接合し、下面にアルミ製の冷却板を接合して、静電チャックヒータとしてもよい。こうすれば、上述した実施形態と同様の構造を持つシートヒータを利用しているため、静電チャックの上面（ウエハ載置面）に載置されるウエハの均熱制御が容易になる。
【００３１】
上述した実施形態では、発熱体２０のプラス極端子２２とマイナス極端子２４とを結ぶヒータ線の形状は、直線状又は円弧状としたが、一筆書きの要領で結ぶのであれば、どのような形状でもよい。
【００３２】
上述した実施形態では、複数の端子集約領域１６を放射線状に設けたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、端子集約領域１６をセラミック基体３０の中央付近に平行に並ぶように設けてもよい。このときの冷却板５０のスリット１５６を図９に示す。あるいは、端子集約領域１６を、セラミック基体３０の外周円と同心円上に円弧状に設けてもよい。このときの冷却板５０のスリット２５６を図１０に示す。あるいは、端子集約領域１６を、同心円の接線となるように設けてもよい。このときの冷却板５０のスリット３５６を図１１に示す。なお、図９〜図１１でも、スリット１５６，２５６，３５６は端子集約領域１６と対向する位置に設けられている。そのため、図９〜図１１の端子集約領域１６の形状は、スリット１５６，２５６，３５６と同形状である。
【００３３】
上述した実施形態では、発熱体２０の端子としてプラス極端子２２とマイナス極端子２４とを用いたが、これは直流電源を用いる場合であるため、交流電源を用いる場合にはプラス極とマイナス極を区別する必要がない。
【００３４】
上述した実施形態では、発熱体２０を８つの扇形領域に属するグループに分け、グループごとに端子集約領域１６を設けたが、特に扇形領域に分ける必要はなく、どのような形状の領域に分けてもよい。例えば、セラミック基体３０と同心円状の複数の環状領域に分けたり、その環状領域を更に半径方向の線分で分割したりしてもよい。
【００３５】
本出願は、２０１５年１２月２８日に出願された米国仮出願第６２／２７１５８１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】
【００３６】
本発明は、例えば半導体製造装置用部材に利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  静電チャックヒータ、１２  上面、１４  下面、１６  端子集約領域、１８  端子、２０  発熱体、２２  プラス極端子、２４  マイナス極端子、３０  セラミック基体、３０ａ  第１層、３０ｂ  第２層、３０ｃ  第３層、３０ｄ  第４層、３２  段差、３４  静電電極、４０  ヒータ冷却板アセンブリ、４４  実装コネクタ、４６  フラットケーブル、５０  冷却板、５２  段差、５４  冷却用流路、６０  接合層、５６，１５６，２５６，３５６  スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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