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JP7516147B2 - Retaining device - Google Patents
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Description

本開示は、保持装置に関する。 This disclosure relates to a holding device.

半導体を製造する際にウェハを保持する保持装置として、例えば静電チャックが用いられる。静電チャックは、吸着面を有するセラミックス部材と、セラミックス部材の内部に設けられたチャック電極と、を備えており、チャック電極に電圧が印加されることにより発生する静電引力を利用して、セラミックス部材の吸着面にウェハを吸着して保持する。 For example, an electrostatic chuck is used as a holding device for holding a wafer during semiconductor manufacturing. The electrostatic chuck is equipped with a ceramic member having an adsorption surface and a chuck electrode provided inside the ceramic member, and uses electrostatic attraction generated by applying a voltage to the chuck electrode to adsorb and hold the wafer on the adsorption surface of the ceramic member.

静電チャックの吸着面に保持されたウェハの温度が所望の温度にならないと、ウェハに対する各処理(成膜、エッチング等)の精度が低下するおそれがある。このため、静電チャックはウェハの温度を制御する必要があり、例えば、セラミックス部材の内部に複数のヒータ電極が設けられる。各ヒータ電極に電圧が印加されると、各ヒータ電極が発熱することによってセラミックス部材が加熱され、これにより、セラミックス部材の吸着面温度(吸着面に保持されたウェハの温度)が所望の温度に近づくように制御される。 If the temperature of the wafer held on the adsorption surface of the electrostatic chuck does not reach the desired temperature, the accuracy of each process on the wafer (film formation, etching, etc.) may decrease. For this reason, the electrostatic chuck needs to control the temperature of the wafer, and for example, multiple heater electrodes are provided inside the ceramic member. When a voltage is applied to each heater electrode, the heater electrodes generate heat and heat the ceramic member, and this controls the adsorption surface temperature of the ceramic member (the temperature of the wafer held on the adsorption surface) to approach the desired temperature.

例えば、特開2019-220595号公報(下記特許文献1)の図2に記載の静電チャックでは、セラミックス部材の内部に複数のヒータ電極層が配設されている。ヒータ電極層は、セラミックス部材の内部においてチャック電極よりも下方に配置されている。ヒータ電極層の直下には、ヒータ電極層の温度を測定するためのサーミスタが設けられているため、サーミスタによってヒータ電極層の温度を測定し、測定された温度に基づいて吸着面の温度を制御する。 For example, in the electrostatic chuck shown in FIG. 2 of JP 2019-220595 A (Patent Document 1 below), multiple heater electrode layers are disposed inside a ceramic member. The heater electrode layers are disposed inside the ceramic member below the chuck electrodes. A thermistor for measuring the temperature of the heater electrode layer is provided directly below the heater electrode layer, so that the temperature of the heater electrode layer is measured by the thermistor, and the temperature of the chucking surface is controlled based on the measured temperature.

特開2019-220595号公報JP 2019-220595 A

しかしながら、ベース部材に冷媒流路が設けられており、例えばサーミスタの設置箇所が冷媒流路とヒータ電極層の間にある場合には、冷媒流路による冷却の影響を強く受けるため、サーミスタの検知温度が低くなりやすい。このように、サーミスタの設置箇所によってはサーミスタの検知温度とセラミックス部材の吸着面温度との誤差が大きくなり、セラミックス部材の吸着面の温度を所望の温度に近づけることができなかった。 However, if a refrigerant flow path is provided in the base member, and the thermistor is installed, for example, between the refrigerant flow path and the heater electrode layer, the thermistor is strongly affected by the cooling caused by the refrigerant flow path, and the temperature detected by the thermistor is likely to be low. Thus, depending on the location of the thermistor, the error between the temperature detected by the thermistor and the temperature of the adsorption surface of the ceramic member becomes large, and it is not possible to bring the temperature of the adsorption surface of the ceramic member close to the desired temperature.

本開示の保持装置は、第1の方向に対して略直交する表面および裏面を有する保持基板と、前記裏面側に配されかつ前記保持基板を冷却可能なベース部材と、を備え、前記保持基板の前記表面上に対象物を保持する保持装置であって、前記保持基板は、絶縁体と、前記絶縁体の内部または前記裏面に配された発熱体を有するヒータ部材と、前記絶縁体の内部に配された複数の測温素子と、を備え、前記複数の測温素子は、第1の測温素子と、前記第1の方向において、前記第1の測温素子よりも前記表面側に配された第2の測温素子と、を含む、保持装置である。 The holding device disclosed herein is a holding device that includes a holding substrate having a front surface and a back surface that are substantially perpendicular to a first direction, and a base member that is arranged on the back surface side and is capable of cooling the holding substrate, and that holds an object on the front surface of the holding substrate, the holding substrate including an insulator, a heater member having a heating element arranged inside the insulator or on the back surface, and a plurality of temperature measuring elements arranged inside the insulator, the plurality of temperature measuring elements including a first temperature measuring element and a second temperature measuring element arranged on the front surface side of the first temperature measuring element in the first direction.

本開示によれば、保持基板の表面温度をより所望の温度に近づけることができる。 According to the present disclosure, the surface temperature of the holding substrate can be brought closer to the desired temperature.

図1は、実施形態の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a part of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention. 図2は、実施形態の静電チャックを厚み方向に破断しその一部を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the electrostatic chuck according to the embodiment, taken in a thickness direction.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。
(1)本開示の保持装置は、第1の方向に対して略直交する表面および裏面を有する保持基板と、前記裏面側に配されかつ前記保持基板を冷却可能なベース部材と、を備え、前記保持基板の前記表面上に対象物を保持する保持装置であって、前記保持基板は、絶縁体と、前記絶縁体の内部または前記裏面に配された発熱体を有するヒータ部材と、前記絶縁体の内部に配された複数の測温素子と、を備え、前記複数の測温素子は、第1の測温素子と、前記第1の方向において、前記第1の測温素子よりも前記表面側に配された第2の測温素子と、を含む、保持装置である。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1) A holding device disclosed herein comprises a holding substrate having a front and back surfaces that are approximately perpendicular to a first direction, and a base member arranged on the back surface side and capable of cooling the holding substrate, and holds an object on the front surface of the holding substrate, wherein the holding substrate comprises an insulator, a heater member having a heating element arranged inside the insulator or on the back surface, and a plurality of temperature measuring elements arranged inside the insulator, and the plurality of temperature measuring elements include a first temperature measuring element and a second temperature measuring element arranged on the front surface side of the first temperature measuring element in the first direction.

保持基板は、第1の方向において同じ高さであっても、抜熱が大きい箇所と小さい箇所(例えばベース部材による冷却効果が大きい箇所と小さい箇所)を有している。そのため、抜熱が大きい箇所と小さい箇所にそれぞれ第1の測温素子と第2の測温素子とを配置すると、保持基板の表面温度が同じでも測温素子の測温結果が異なる現象が起こり得る。例えば、抜熱が小さい箇所に第1の測温素子を配するとともに抜熱が大きい箇所に第2の測温素子を配するようにすれば、第1の測温素子の測温結果と第2の測温素子の測温結果とを近づけることができる。このように抜熱の程度に応じて第1の方向における測温素子の位置を適宜変更することにより、複数の測温素子間における測温結果のばらつきを低減できる。したがって、測温素子の測温結果に基づいて保持基板の表面温度を容易に導出可能となり、保持基板の表面温度をより所望の温度に近づけることができる。 Even if the holding substrate is at the same height in the first direction, it has areas where heat dissipation is large and areas where it is small (for example, areas where the cooling effect of the base member is large and areas where it is small). Therefore, if the first temperature measuring element and the second temperature measuring element are arranged at the areas where heat dissipation is large and small, respectively, a phenomenon may occur in which the temperature measurement results of the temperature measuring elements differ even if the surface temperature of the holding substrate is the same. For example, if the first temperature measuring element is arranged at the area where heat dissipation is small and the second temperature measuring element is arranged at the area where heat dissipation is large, the temperature measurement result of the first temperature measuring element and the temperature measurement result of the second temperature measuring element can be made closer to each other. In this way, by appropriately changing the position of the temperature measuring element in the first direction according to the degree of heat dissipation, the variation in the temperature measurement results between the multiple temperature measuring elements can be reduced. Therefore, the surface temperature of the holding substrate can be easily derived based on the temperature measurement results of the temperature measuring elements, and the surface temperature of the holding substrate can be made closer to the desired temperature.

(2)前記複数の測温素子は、前記第1の方向において前記ヒータ部材より前記裏面側に配されており、前記裏面から前記ヒータ部材までの距離をD1とし、前記裏面から前記ベース部材に最も近い前記測温素子までの距離をD2とした場合に、D2>D1×(1/3)を満たすことが好ましい。
保持基板のうちヒータ部材よりベース部材側の領域は冷却されやすいため、抜熱の影響を受けやすい。そこで、保持基板の裏面から測温素子までの距離を上記のように設定することにより、測温素子をベース部材からできるだけ遠ざけることができ、抜熱の影響を受けにくくできる。
(2) The multiple temperature measuring elements are arranged on the back surface side of the heater member in the first direction, and when the distance from the back surface to the heater member is D1 and the distance from the back surface to the temperature measuring element closest to the base member is D2, it is preferable that D2 > D1 × (1/3) is satisfied.
The area of the holding substrate closer to the base member than the heater member is easily cooled, and is therefore susceptible to the effects of heat dissipation. Therefore, by setting the distance from the back surface of the holding substrate to the temperature measuring element as described above, the temperature measuring element can be placed as far away from the base member as possible, making it less susceptible to the effects of heat dissipation.

(3)前記保持基板は板状をなし、前記第1の方向に前記ベース部材と接合されており、前記ベース部材は、冷媒が流れる冷媒流路を有し、前記第1の測温素子は、前記第1の方向において、前記ベース部材のうち前記冷媒流路が設けられていない領域と前記ヒータ部材との間に配されており、前記第2の測温素子は、前記第1の方向において、前記ベース部材のうち前記冷媒流路が設けられている領域と前記ヒータ部材との間に配されていることが好ましい。
冷媒流路の直上等、抜熱が大きい箇所では測温素子をベース部材からできるだけ遠ざけるように配し、抜熱が小さい箇所では測温素子をベース部材にできるだけ近づけるように配することが好ましい。そこで、ベース部材のうち冷媒流路が設けられていない領域とヒータ部材との間に第1の測温素子が配され、ベース部材のうち冷媒流路が設けられている領域とヒータ部材との間に第2の測温素子が配されるようにすれば、測温結果のばらつきを低減できる。
(3) It is preferable that the holding substrate is plate-shaped and joined to the base member in the first direction, the base member has a refrigerant flow path through which a refrigerant flows, the first temperature measuring element is arranged in the first direction between an area of the base member where the refrigerant flow path is not provided and the heater member, and the second temperature measuring element is arranged in the first direction between an area of the base member where the refrigerant flow path is provided and the heater member.
It is preferable to arrange the temperature measuring element as far away as possible from the base member in places where heat is removed greatly, such as directly above the refrigerant flow path, and to arrange the temperature measuring element as close as possible to the base member in places where heat is removed little. Therefore, if the first temperature measuring element is arranged between the heater member and the region of the base member where the refrigerant flow path is not provided, and the second temperature measuring element is arranged between the heater member and the region of the base member where the refrigerant flow path is provided, the variation in the temperature measurement results can be reduced.

[本開示の実施形態の詳細]
本開示の保持装置の具体例を、以下の図面を参照しつつ説明する。なお、本開示は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。静電チャック10が請求項の「保持基板」に対応し、上下方向が請求項の「第1の方向」に対応する。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Specific examples of the holding device of the present disclosure will be described with reference to the following drawings. Note that the present disclosure is not limited to these examples, but is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims as defined by the claims. The electrostatic chuck 10 corresponds to the "holding substrate" in the claims, and the up-down direction corresponds to the "first direction" in the claims.

<静電チャック>
本開示の保持装置は、半導体ウェハ、ガラス基板など(以下「ウェハ80」という)を吸着保持できる静電チャック10である。静電チャック10は、図2に示すように、図示上方に向けられたチャック面21にて加熱対象(ワーク)であるウェハ80を吸着できるものであり、(例えば直径300mm×厚み3mmの)円盤状のセラミック基板20と、(例えば直径340mm×厚み20mmの)円盤状のベース部材60とが、ボンド材70によって接合されたものである。チャック面21が請求項の「表面」に対応し、ウェハ80が請求項の「対象物」に対応し、セラミック基板20が請求項の「保持基板」に対応する。
<Electrostatic chuck>
The holding device of the present disclosure is an electrostatic chuck 10 capable of adsorbing and holding a semiconductor wafer, a glass substrate, or the like (hereinafter referred to as a "wafer 80"). As shown in Fig. 2, the electrostatic chuck 10 is capable of adsorbing a wafer 80, which is a heating target (workpiece), on a chuck surface 21 facing upward in the figure, and is formed by bonding a disk-shaped ceramic substrate 20 (e.g., 300 mm in diameter x 3 mm in thickness) to a disk-shaped base member 60 (e.g., 340 mm in diameter x 20 mm in thickness) with a bonding material 70. The chuck surface 21 corresponds to the "surface" in the claims, the wafer 80 corresponds to the "target" in the claims, and the ceramic substrate 20 corresponds to the "holding substrate" in the claims.

静電チャック10は、減圧されたチャンバー内でプラズマを用いてエッチングなどを行うプロセスでウェハ80を載置するテーブルとして使用される。静電チャック10には、セラミック基板20とベース部材60の双方を厚さ方向に貫くピン挿通孔11が形成されている。このピン挿通孔11には図示しないリフトピンが挿通されており、このリフトピンを移動させることでウェハ80をチャック面21から離間させることができる。 The electrostatic chuck 10 is used as a table on which the wafer 80 is placed in a process in which etching or the like is performed using plasma in a reduced pressure chamber. The electrostatic chuck 10 has a pin insertion hole 11 formed therein that penetrates both the ceramic substrate 20 and the base member 60 in the thickness direction. A lift pin (not shown) is inserted into this pin insertion hole 11, and the wafer 80 can be separated from the chuck surface 21 by moving this lift pin.

<セラミック基板>
セラミック基板20は、セラミックからなる絶縁体30と、絶縁体30の内部に配されたヒータ電極40と、絶縁体30の内部においてヒータ電極40とチャック面21との間に配されたチャック電極50と、を有する。ヒータ電極40とチャック電極50はセラミック基板20の厚さ方向に並んで配置され、チャック面21に近い側にチャック電極50が位置し、チャック面21と反対側に位置する裏面22に近い側にヒータ電極40が位置している。ヒータ電極40が請求項の「ヒータ部材」に対応し、セラミック基板20の裏面22が請求項の「裏面」に対応する。
<Ceramic substrate>
The ceramic substrate 20 has an insulator 30 made of ceramic, a heater electrode 40 disposed inside the insulator 30, and a chuck electrode 50 disposed inside the insulator 30 between the heater electrode 40 and the chuck surface 21. The heater electrode 40 and the chuck electrode 50 are arranged side by side in the thickness direction of the ceramic substrate 20, with the chuck electrode 50 located on the side closer to the chuck surface 21 and the heater electrode 40 located on the side closer to the back surface 22 located opposite the chuck surface 21. The heater electrode 40 corresponds to a "heater member" in the claims, and the back surface 22 of the ceramic substrate 20 corresponds to a "back surface" in the claims.

以下においてはセラミック基板20のチャック面21および裏面22と直交する軸線の方向を上下方向として説明する。ここで、直交とは、軸線と上面34が90°の角度で交わる場合のみならず、85から90°の角度で交わる場合も含むものとする。 In the following description, the direction of the axis perpendicular to the chuck surface 21 and the back surface 22 of the ceramic substrate 20 is defined as the up-down direction. Here, perpendicular includes not only the case where the axis intersects with the top surface 34 at an angle of 90 degrees, but also the case where the axis intersects with the top surface 34 at an angle of 85 to 90 degrees.

チャック電極50には、図示しない端子が接続されている。端子はベース部材60を上下方向に貫通する形態で配置されている。端子は図示しない電源に接続されており、電源からの電力は端子を通じてチャック電極50に供給可能とされている。 A terminal (not shown) is connected to the chuck electrode 50. The terminal is arranged so as to penetrate the base member 60 in the vertical direction. The terminal is connected to a power source (not shown), and power from the power source can be supplied to the chuck electrode 50 through the terminal.

<絶縁体>
絶縁体30は、複数のセラミック層が積層されたものである。絶縁体30の上面34は、図2に示すように、セラミック基板20のチャック面21より下方に位置している。絶縁体30は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、またはアルミナと炭化珪素の複合材などを主成分とする焼結体である。絶縁体30の熱膨張係数は、6から8ppm/℃の範囲(例えば7.6ppm/℃)であり、その熱伝導率は、18W/m・Kである。
<Insulator>
The insulator 30 is a laminate of a plurality of ceramic layers. As shown in Fig. 2, an upper surface 34 of the insulator 30 is located below the chuck surface 21 of the ceramic substrate 20. The insulator 30 is a sintered body mainly composed of alumina, aluminum nitride, yttria, or a composite material of alumina and silicon carbide. The thermal expansion coefficient of the insulator 30 is in the range of 6 to 8 ppm/°C (e.g., 7.6 ppm/°C), and the thermal conductivity is 18 W/m·K.

<チャック電極>
チャック電極50は、タングステン、モリブデン、またはこれらの合金を主成分として構成されている。チャック電極50は、電圧を印加することで静電吸着力を発現するものである。静電吸着力の種類としては、クーロン力、ジョンセン・ラーベック力、またはグラディエント力などを用いることができる。本開示のチャック電極50としては、導体ペーストを印刷した導体層が焼結したメタライズを使用しているものの、金属箔、金属メッシュなどを使用してもよい。
<Chuck electrode>
The chuck electrode 50 is mainly composed of tungsten, molybdenum, or an alloy thereof. The chuck electrode 50 exerts an electrostatic adsorption force by applying a voltage. The electrostatic adsorption force may be a Coulomb force, a Johnsen-Rahbek force, or a gradient force. The chuck electrode 50 of the present disclosure uses a metallization in which a conductor layer formed by printing a conductor paste and sintering the conductor layer, but may also use a metal foil, a metal mesh, or the like.

<ヒータ電極>
絶縁体30の内部には、ヒータ電極40を構成する複数の発熱体41が配されている。発熱体41は、タングステン、モリブデン、またはこれらの合金、またはこれらの炭化物を主成分として構成されている。発熱体41は、図示しない内部配線、ビア、端子などを介して電源に接続されており、電源からの電力がヒータ電極40に供給可能とされている。
<Heater electrode>
A plurality of heating elements 41 constituting the heater electrode 40 are disposed inside the insulator 30. The heating elements 41 are mainly composed of tungsten, molybdenum, an alloy thereof, or a carbide thereof. The heating elements 41 are connected to a power source via internal wiring, vias, terminals, etc. (not shown), so that power from the power source can be supplied to the heater electrode 40.

本開示のヒータ電極40は絶縁体30の内部に配されているものの、セラミック基板20の裏面22や絶縁体30とは別体のヒータ部材(ポリイミドヒータ)の内部に配されているものでもよい。本開示の発熱体41としては、導体ペーストを印刷した導体層が焼結したメタライズを使用しているものの、金属箔、金属メッシュなどを使用してもよい。 The heater electrode 40 of the present disclosure is disposed inside the insulator 30, but may also be disposed inside a heater member (polyimide heater) separate from the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 or the insulator 30. The heating element 41 of the present disclosure uses a metallization formed by sintering a conductor layer printed with a conductor paste, but metal foil, metal mesh, etc. may also be used.

<ベース部材>
ベース部材60は、セラミック基板20の下側に配されている。ベース部材60は、アルミニウム、アルミニウム合金、金属とセラミックスの複合体(Al-SiC)、またはセラミックス(SiC)を主成分として構成されている。ベース部材60は、セラミック基板20の全体を載置できるように、セラミック基板20より大径とされている。セラミック基板20は板状をなし、上下方向にベース部材60に接合されている。
<Base member>
The base member 60 is disposed below the ceramic substrate 20. The base member 60 is mainly composed of aluminum, an aluminum alloy, a composite of metal and ceramics (Al-SiC), or ceramics (SiC). The base member 60 has a larger diameter than the ceramic substrate 20 so that the entire ceramic substrate 20 can be placed thereon. The ceramic substrate 20 is plate-shaped and is joined to the base member 60 in the up-down direction.

ベース部材60は、冷媒を流す冷媒流路61を有しており、セラミック基板20を冷却可能である。ベース部材60とボンド材70の内部には、内部接続端子67とベース配線64と外部接続端子68とを収容するための内部孔63が上下方向に貫通して設けられている。すなわち、内部孔63は、ベース部材60の貫通孔とボンド材70の貫通孔とによって構成されている。ベース部材60の熱膨張係数は、5から9ppm/℃の範囲(例えば6.9ppm/℃)で、熱伝導率は、180W/m・Kであり、絶縁体30と比べて高い熱伝導性を有している。 The base member 60 has a refrigerant flow path 61 through which a refrigerant flows, and is capable of cooling the ceramic substrate 20. An internal hole 63 for accommodating an internal connection terminal 67, a base wiring 64, and an external connection terminal 68 is provided penetrating vertically inside the base member 60 and the bonding material 70. That is, the internal hole 63 is composed of a through hole in the base member 60 and a through hole in the bonding material 70. The base member 60 has a thermal expansion coefficient in the range of 5 to 9 ppm/°C (for example, 6.9 ppm/°C), a thermal conductivity of 180 W/m·K, and a higher thermal conductivity than the insulator 30.

内部接続端子67は内部孔63のうちボンド材70の貫通孔を含む上端側に設けられ、外部接続端子68は内部孔63の下端側に設けられている。内部接続端子67と外部接続端子68はベース配線64によって電気的に接続されている。外部接続端子68は図示しない電源に接続されており、電源からの電力は外部接続端子68、ベース配線64、内部接続端子67、および電極線95を通じてサーミスタ90に供給可能とされている。 The internal connection terminal 67 is provided at the upper end side of the internal hole 63 including the through hole of the bonding material 70, and the external connection terminal 68 is provided at the lower end side of the internal hole 63. The internal connection terminal 67 and the external connection terminal 68 are electrically connected by the base wiring 64. The external connection terminal 68 is connected to a power source (not shown), and power from the power source can be supplied to the thermistor 90 through the external connection terminal 68, the base wiring 64, the internal connection terminal 67, and the electrode wire 95.

<ボンド材>
ベース部材60の上面62とセラミック基板20の裏面22との間には、ボンド材70が配置されている。ボンド材70は、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂を主成分として構成されている。本開示のボンド材70は、ペースト状やシート状のシリコーン接着剤を使用したものである。ボンド材70は、セラミック基板20とベース部材60を接着する役割以外に、セラミック基板20とベース部材60との間の熱伝導を行う役割と、セラミック基板20とベース部材60の熱膨張に起因する応力を緩和する役割と、を果たしている。したがって、内部孔63の位置ではボンド材70の貫通孔によりセラミック基板20とベース部材60の間の熱のやり取りができない。
<Bonding material>
A bond material 70 is disposed between the upper surface 62 of the base member 60 and the rear surface 22 of the ceramic substrate 20. The bond material 70 is mainly composed of silicone resin or epoxy resin. The bond material 70 of the present disclosure uses a silicone adhesive in a paste or sheet form. The bond material 70 not only serves to bond the ceramic substrate 20 and the base member 60, but also serves to conduct heat between the ceramic substrate 20 and the base member 60 and to relieve stress caused by thermal expansion of the ceramic substrate 20 and the base member 60. Therefore, at the position of the internal hole 63, heat cannot be exchanged between the ceramic substrate 20 and the base member 60 due to the through hole of the bond material 70.

<サーミスタ>
静電チャック10は、温度によって自身の抵抗値が変化するサーミスタ90を備え、サーミスタ90によって絶縁体30の上面34の温度を測定する。サーミスタ90が請求項の「測温素子」に対応し、「測温素子」としては、サーミスタ90以外に、白金測温抵抗体等を用いることができる。サーミスタ90は、図2に示すように、サーミスタ焼結体94と、サーミスタ焼結体94から延びる白金からなる一対の電極線95から構成されている。一方の電極線95がプラス側であり、他方の電極線95がマイナス側である。
<Thermistor>
The electrostatic chuck 10 includes a thermistor 90 whose resistance value changes with temperature, and measures the temperature of the upper surface 34 of the insulator 30 by the thermistor 90. The thermistor 90 corresponds to a "temperature measuring element" in the claims, and a platinum resistance temperature measuring element or the like can be used as the "temperature measuring element" in addition to the thermistor 90. As shown in Fig. 2, the thermistor 90 is composed of a thermistor sintered body 94 and a pair of electrode wires 95 made of platinum extending from the thermistor sintered body 94. One electrode wire 95 is a positive side, and the other electrode wire 95 is a negative side.

サーミスタ90は、上下方向においてセラミック基板20の裏面22とヒータ電極40との間に位置している。絶縁体30は、サーミスタ90を収容するための凹部31を備えている。凹部31は、セラミック基板20の裏面22から上方に凹む形態とされている。サーミスタ90は、凹部31の底面(上面)32に取り付けられた状態で凹部31に樹脂33が埋め込まれることで樹脂封止されている。樹脂33の下面は、セラミック基板20の裏面22と面一をなす配置とされている。したがって、樹脂33とボンド材70は隙間のない状態で互いに接合されている。 The thermistor 90 is located between the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 and the heater electrode 40 in the vertical direction. The insulator 30 has a recess 31 for accommodating the thermistor 90. The recess 31 is recessed upward from the rear surface 22 of the ceramic substrate 20. The thermistor 90 is attached to the bottom surface (upper surface) 32 of the recess 31, and resin 33 is embedded in the recess 31 to be resin-sealed. The lower surface of the resin 33 is arranged to be flush with the rear surface 22 of the ceramic substrate 20. Therefore, the resin 33 and the bonding material 70 are joined to each other without any gaps.

本開示のサーミスタ90は、第1のサーミスタ91と、第2のサーミスタ92と、第3のサーミスタ93と、を含む。第2のサーミスタ92は、冷媒流路61の直上に位置している。第3のサーミスタ93は、内部接続端子67の近傍に位置している。各サーミスタ91、92、93は、セラミック基板20の裏面22と平行な配置で水平方向に並んでおり、第1のサーミスタ91は、水平方向において第2のサーミスタ92と第3のサーミスタ93の間に位置している。 The thermistor 90 of the present disclosure includes a first thermistor 91, a second thermistor 92, and a third thermistor 93. The second thermistor 92 is located directly above the refrigerant flow path 61. The third thermistor 93 is located near the internal connection terminal 67. The thermistors 91, 92, and 93 are aligned horizontally in a parallel arrangement with the rear surface 22 of the ceramic substrate 20, and the first thermistor 91 is located between the second thermistor 92 and the third thermistor 93 in the horizontal direction.

ベース部材60における第2のサーミスタ92の下方には冷媒流路61が形成されておらず、第1のサーミスタ91は、上下方向において、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられていない領域65とヒータ電極40との間に配されている。一方、第2のサーミスタ92は、上下方向において、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられている領域66とヒータ電極40との間に配されている。第1のサーミスタ91は、水平方向において、第3のサーミスタ93よりも内部接続端子67から離れて位置している。 The refrigerant flow path 61 is not formed below the second thermistor 92 in the base member 60, and the first thermistor 91 is disposed between the heater electrode 40 and an area 65 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is not provided. On the other hand, the second thermistor 92 is disposed between the heater electrode 40 and an area 66 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is provided. The first thermistor 91 is located farther from the internal connection terminal 67 than the third thermistor 93 in the horizontal direction.

ベース部材60における冷媒流路61の周辺部は、冷媒流路61によって抜熱が大きい箇所とされ、他の部分と比べて低温になりやすい。第2のサーミスタ92は、水平方向において、第1のサーミスタ91よりも冷媒流路61に近い位置に配されているため、仮に第1のサーミスタ91と同じ高さにあるとした場合、第1のサーミスタ91よりも低温になりやすい。 The area around the refrigerant flow path 61 in the base member 60 is a location where heat is removed more by the refrigerant flow path 61, and is likely to become colder than other areas. The second thermistor 92 is disposed closer to the refrigerant flow path 61 in the horizontal direction than the first thermistor 91, and therefore is likely to become colder than the first thermistor 91 if it were at the same height as the first thermistor 91.

また、ベース部材60における内部接続端子67の周辺部は、ボンド材70に貫通孔が形成されて、セラミック基板20とベース部材60の間の熱のやり取りができず、内部孔63の空気層が熱を伝えにくいため、抜熱が小さい箇所とされ、他の部分と比べて高温になりやすい。第3のサーミスタ93は、水平方向において、第1のサーミスタ91よりも内部接続端子67に近い位置に配されているため、仮に第1のサーミスタ91と同じ高さにあるとした場合、第1のサーミスタ91よりも高温になりやすい。 In addition, the area around the internal connection terminal 67 in the base member 60 has a through hole formed in the bonding material 70, which prevents heat from being exchanged between the ceramic substrate 20 and the base member 60, and the air layer in the internal hole 63 does not easily transfer heat, so this area has low heat dissipation and is prone to becoming hotter than other areas. The third thermistor 93 is positioned closer to the internal connection terminal 67 in the horizontal direction than the first thermistor 91, so if it were at the same height as the first thermistor 91, it would be prone to becoming hotter than the first thermistor 91.

本開示の各サーミスタ91、92、93は、上下方向において、互いに異なる位置に配されている。第2のサーミスタ92は、上下方向において、第1のサーミスタ91よりもセラミック基板20のチャック面21側に位置している。このようにすると、第2のサーミスタ92の抜熱の程度が弱くなるため、他の部分と比べて低温になることを抑制できる。また、第3のサーミスタ93は、上下方向において、第1のサーミスタ91よりもセラミック基板20の裏面22側に位置している。このようにすると、第3のサーミスタ93の抜熱の程度が強くなるため、他の部分と比べて高温になることを抑制できる。 The thermistors 91, 92, and 93 of the present disclosure are arranged at different positions in the vertical direction. The second thermistor 92 is located closer to the chuck surface 21 of the ceramic substrate 20 than the first thermistor 91 in the vertical direction. In this way, the second thermistor 92 has a weaker degree of heat dissipation, so that it is possible to prevent the temperature from becoming lower than other parts. Furthermore, the third thermistor 93 is located closer to the back surface 22 of the ceramic substrate 20 than the first thermistor 91 in the vertical direction. In this way, the third thermistor 93 has a stronger degree of heat dissipation, so that it is possible to prevent the temperature from becoming higher than other parts.

各サーミスタ91、92、93は、上下方向においてヒータ電極40よりもセラミック基板20の裏面22側に配されている。セラミック基板20の裏面22からヒータ電極40までの距離をD1とし、セラミック基板20の裏面22からベース部材60に最も近い第3のサーミスタ93までの距離をD2とした場合に、D2>D1×(1/3)の関係式を満たす。第1のサーミスタ91と第2のサーミスタ92は第3のサーミスタ93よりもセラミック基板20のチャック面21側に位置しているから、第1のサーミスタ91と第2のサーミスタ92についても上記の関係式を満たすことになる。上記の関係式により、各サーミスタ91、92、93をベース部材60からできるだけ離れた位置に配することができ、ベース部材60による抜熱の影響を少なくできる。 Each of the thermistors 91, 92, and 93 is disposed closer to the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 than the heater electrode 40 in the vertical direction. If the distance from the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 to the heater electrode 40 is D1, and the distance from the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 to the third thermistor 93 closest to the base member 60 is D2, then the relational expression D2>D1×(1/3) is satisfied. Since the first thermistor 91 and the second thermistor 92 are located closer to the chuck surface 21 of the ceramic substrate 20 than the third thermistor 93, the first thermistor 91 and the second thermistor 92 also satisfy the above relational expression. According to the above relational expression, each of the thermistors 91, 92, and 93 can be disposed as far away as possible from the base member 60, and the effect of heat extraction by the base member 60 can be reduced.

<本実施形態の効果>
以上のように本実施形態の静電チャック10は、上下方向に対して略直交するチャック面21および裏面22を有するセラミック基板20と、裏面22側に配されかつセラミック基板20を冷却可能なベース部材60と、を備え、セラミック基板20のチャック面21上にウェハ80を保持する静電チャック10であって、セラミック基板20は、絶縁体30と、絶縁体30の内部または裏面22に配された発熱体41を有するヒータ電極40と、絶縁体30の内部に配された複数のサーミスタ90と、を備え、複数のサーミスタ90は、第1のサーミスタ91と、上下方向において、第1のサーミスタ91よりもチャック面21側に配された第2のサーミスタ92と、を含む、静電チャック10である。
<Effects of this embodiment>
As described above, the electrostatic chuck 10 of the present embodiment is an electrostatic chuck 10 comprising: a ceramic substrate 20 having a chuck surface 21 and a back surface 22 that are substantially perpendicular to the up-down direction; and a base member 60 that is disposed on the back surface 22 side and is capable of cooling the ceramic substrate 20. The electrostatic chuck 10 holds a wafer 80 on the chuck surface 21 of the ceramic substrate 20. The ceramic substrate 20 is provided with an insulator 30, a heater electrode 40 having a heating element 41 that is disposed inside the insulator 30 or on the back surface 22, and a plurality of thermistors 90 that are disposed inside the insulator 30. The plurality of thermistors 90 include a first thermistor 91 and a second thermistor 92 that is disposed closer to the chuck surface 21 side than the first thermistor 91 in the up-down direction.

セラミック基板20は、上下方向において同じ高さであっても、抜熱が大きい箇所と小さい箇所(例えばベース部材60による冷却効果が大きい箇所と小さい箇所)を有している。そのため、抜熱が大きい箇所と小さい箇所にそれぞれ第1のサーミスタ91と第2のサーミスタ92とを配置すると、セラミック基板20の表面温度が同じでもサーミスタ90の測温結果が異なる現象が起こり得る。例えば、抜熱が小さい箇所に第1のサーミスタ91を配するとともに抜熱が大きい箇所に第2のサーミスタ92を配するようにすれば、第1のサーミスタ91の測温結果と第2のサーミスタ92の測温結果とを近づけることができる。このように抜熱の程度に応じて上下方向におけるサーミスタ90の位置を適宜変更することにより、複数のサーミスタ91、92、93間における測温結果のばらつきを低減できる。したがって、サーミスタ90の測温結果に基づいてセラミック基板20の表面温度を容易に導出可能となり、セラミック基板20の表面温度をより所望の温度に近づけることができる。 Even if the ceramic substrate 20 is at the same height in the vertical direction, it has areas where heat dissipation is large and areas where it is small (for example, areas where the cooling effect of the base member 60 is large and areas where it is small). Therefore, if the first thermistor 91 and the second thermistor 92 are arranged at the areas where heat dissipation is large and small, respectively, a phenomenon may occur in which the temperature measurement results of the thermistor 90 differ even if the surface temperature of the ceramic substrate 20 is the same. For example, if the first thermistor 91 is arranged at an area where heat dissipation is small and the second thermistor 92 is arranged at an area where heat dissipation is large, the temperature measurement results of the first thermistor 91 and the temperature measurement results of the second thermistor 92 can be made closer to each other. In this way, by appropriately changing the position of the thermistor 90 in the vertical direction according to the degree of heat dissipation, the variation in the temperature measurement results between the multiple thermistors 91, 92, and 93 can be reduced. Therefore, the surface temperature of the ceramic substrate 20 can be easily derived based on the temperature measurement results of the thermistor 90, and the surface temperature of the ceramic substrate 20 can be made closer to the desired temperature.

複数のサーミスタ91、92、93は、上下方向においてヒータ電極40より裏面22側に配されており、裏面22からヒータ電極40までの距離をD1とし、裏面22からベース部材60に最も近い第3のサーミスタ93までの距離をD2とした場合に、D2>D1×(1/3)を満たすことが好ましい。
セラミック基板20のうちヒータ電極40よりベース部材60側の領域は冷却されやすいため、抜熱の影響を受けやすい。そこで、セラミック基板20の裏面22からサーミスタ90までの距離を上記のように設定することにより、サーミスタ90をベース部材60からできるだけ遠ざけることができ、抜熱の影響を受けにくくできる。
The multiple thermistors 91, 92, 93 are arranged on the back surface 22 side of the heater electrode 40 in the vertical direction, and when the distance from the back surface 22 to the heater electrode 40 is D1 and the distance from the back surface 22 to the third thermistor 93 that is closest to the base member 60 is D2, it is preferable that D2 > D1 × (1/3) is satisfied.
The region of the ceramic substrate 20 closer to the base member 60 than the heater electrode 40 is easily cooled, and is therefore susceptible to the effects of heat dissipation. Therefore, by setting the distance from the rear surface 22 of the ceramic substrate 20 to the thermistor 90 as described above, the thermistor 90 can be located as far away from the base member 60 as possible, and the region can be made less susceptible to the effects of heat dissipation.

セラミック基板20は板状をなし、上下方向にベース部材60と接合されており、ベース部材60は、冷媒が流れる冷媒流路61を有し、第1のサーミスタ91は、上下方向において、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられていない領域65とヒータ電極40との間に配されており、第2のサーミスタ92は、上下方向において、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられている領域66とヒータ電極40との間に配されていることが好ましい。
冷媒流路61の直上等、抜熱が大きい箇所ではサーミスタ90をベース部材60からできるだけ遠ざけるように配し、抜熱が小さい箇所ではサーミスタ90をベース部材60にできるだけ近づけるように配することが好ましい。そこで、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられていない領域65とヒータ電極40との間に第1のサーミスタ91が配され、ベース部材60のうち冷媒流路61が設けられている領域66とヒータ電極40との間に第2のサーミスタ92が配されるようにすれば、測温結果のばらつきを低減できる。
The ceramic substrate 20 is plate-shaped and is joined to a base member 60 in the vertical direction. The base member 60 has a refrigerant flow path 61 through which a refrigerant flows. The first thermistor 91 is preferably arranged in the vertical direction between a region 65 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is not provided and the heater electrode 40, and the second thermistor 92 is preferably arranged in the vertical direction between a region 66 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is provided and the heater electrode 40.
It is preferable to arrange the thermistor 90 as far away as possible from the base member 60 in locations where heat dissipation is large, such as directly above the refrigerant flow path 61, and to arrange the thermistor 90 as close as possible to the base member 60 in locations where heat dissipation is small. Therefore, if the first thermistor 91 is arranged between the heater electrode 40 and an area 65 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is not provided, and the second thermistor 92 is arranged between the heater electrode 40 and an area 66 of the base member 60 where the refrigerant flow path 61 is provided, the variation in the temperature measurement results can be reduced.

<他の実施形態>
(1)上記実施形態ではチャック電極50によってウェハ80を保持する静電チャック10を例示したが、クランプなどによって対象物を物理的に保持する保持装置でもよい。
<Other embodiments>
(1) In the above embodiment, the electrostatic chuck 10 is used to hold the wafer 80 by the chuck electrode 50. However, the present invention may be applied to a holding device that physically holds an object by means of a clamp or the like.

(2)上記実施形態ではサーミスタ90の配置としてD2>D1×(1/3)の関係式を満たすものを例示したが、D2>D1×(1/4)の関係式を満たすものでもよい。 (2) In the above embodiment, the arrangement of the thermistor 90 is exemplified as one that satisfies the relationship D2>D1×(1/3), but it may also be one that satisfies the relationship D2>D1×(1/4).

(3)上記実施形態では抜熱が大きくなる要因として冷媒流路61による冷却を例示したが、冷却用フィンで空冷することによる冷却でもよい。 (3) In the above embodiment, cooling by the refrigerant flow path 61 was given as an example of a factor that increases heat removal, but cooling by air cooling with cooling fins may also be used.

(4)上記実施形態では抜熱が小さくなる要因として内部孔63の空気層を例示したが、内部孔63以外の空気層でもよい。 (4) In the above embodiment, the air layer in the internal hole 63 is given as an example of a factor that reduces heat dissipation, but an air layer other than the internal hole 63 may also be used.

(5)上記実施形態では冷媒流路61と内部接続端子67の配置によってサーミスタ90の高さを決めているが、シミュレーションによってベース部材60の温度分布を見てからサーミスタ90の高さを決めてもよい。また、抜熱の具合を実際に測定することによってサーミスタ90の高さを決めてもよい。 (5) In the above embodiment, the height of the thermistor 90 is determined by the arrangement of the refrigerant flow path 61 and the internal connection terminal 67. However, the height of the thermistor 90 may be determined by observing the temperature distribution of the base member 60 through a simulation. In addition, the height of the thermistor 90 may be determined by actually measuring the degree of heat dissipation.

(6)上記実施形態ではサーミスタ90がヒータ電極40よりも下方に位置しているものを例示したが、サーミスタ90がヒータ電極40とチャック電極50の間に位置しているものでもよい。ヒータ電極40より上方にサーミスタ90を配置すると、ベース部材60による抜熱の影響を受けにくくなり、温度のばらつきをより低減できる。このため、サーミスタ90の高さを変えることで測温結果を微調整できる。 (6) In the above embodiment, the thermistor 90 is positioned below the heater electrode 40, but the thermistor 90 may be positioned between the heater electrode 40 and the chuck electrode 50. By positioning the thermistor 90 above the heater electrode 40, it is less susceptible to the effect of heat dissipation by the base member 60, and temperature variation can be further reduced. Therefore, the temperature measurement result can be fine-tuned by changing the height of the thermistor 90.

(7)上記実施形態ではサーミスタ90の高さによって測温結果の微調整を行っているが、サーミスタ90の高さとともに水平方向(XY方向)の位置を変えることで測温結果の微調整を行ってもよい。 (7) In the above embodiment, the temperature measurement result is fine-tuned by changing the height of the thermistor 90. However, the temperature measurement result may also be fine-tuned by changing the position of the thermistor 90 in the horizontal direction (XY direction) as well as the height of the thermistor 90.

10…静電チャック(保持装置) 11…ピン挿通孔
20…セラミック基板(保持基板) 21…チャック面(表面) 22…裏面
30…絶縁体 31…凹部 32…底面 33…樹脂 34…上面
40…ヒータ電極(ヒータ部材) 41…発熱体
50…チャック電極
60…ベース部材 61…冷媒流路 62…上面 63…内部孔 64…ベース配線 65…冷媒流路が設けられていない領域 66…冷媒流路が設けられている領域 67…内部接続端子 68…外部接続端子
70…ボンド材
80…ウェハ(対象物)
90…サーミスタ(測温素子) 91…第1のサーミスタ(第1の測温素子) 92…第2のサーミスタ(第2の測温素子) 93…第3のサーミスタ(第3の測温素子) 94…サーミスタ焼結体 95…電極線
D1…裏面からヒータ電極までの距離 D2…裏面から第3のサーミスタまでの距離
10: electrostatic chuck (holding device) 11: pin insertion hole 20: ceramic substrate (holding substrate) 21: chuck surface (front surface) 22: back surface 30: insulator 31: recess 32: bottom surface 33: resin 34: top surface 40: heater electrode (heater member) 41: heating element 50: chuck electrode 60: base member 61: coolant flow path 62: top surface 63: internal hole 64: base wiring 65: area where coolant flow path is not provided 66: area where coolant flow path is provided 67: internal connection terminal 68: external connection terminal 70: bonding material 80: wafer (target object)
90: Thermistor (temperature measuring element) 91: First thermistor (first temperature measuring element) 92: Second thermistor (second temperature measuring element) 93: Third thermistor (third temperature measuring element) 94: Thermistor sintered body 95: Electrode wire D1: Distance from the back surface to the heater electrode D2: Distance from the back surface to the third thermistor

Claims (3)

第1の方向に対して略直交する表面および裏面を有する保持基板と、
前記裏面側に配されかつ前記保持基板を冷却可能なベース部材と、を備え、前記保持基板の前記表面上に対象物を保持する保持装置であって、
前記保持基板は、絶縁体と、前記絶縁体の内部または前記裏面に配された発熱体を有するヒータ部材と、前記絶縁体の内部に配された複数の測温素子と、を備え、
前記複数の測温素子は、第1の測温素子と、前記第1の方向において、前記第1の測温素子よりも前記表面側に配された第2の測温素子と、を含み、
前記保持基板は板状をなし、前記第1の方向に前記ベース部材と接合されており、
前記ベース部材は、冷媒が流れる冷媒流路を有し、
前記第1の測温素子は、前記第1の方向において、前記ベース部材のうち前記冷媒流路が設けられていない領域と前記ヒータ部材との間に配されており、
前記第2の測温素子は、前記第1の方向において、前記ベース部材のうち前記冷媒流路が設けられている領域と前記ヒータ部材との間に配されている、保持装置。
a holding substrate having a front surface and a back surface substantially perpendicular to a first direction;
a base member disposed on the rear surface side and capable of cooling the holding substrate; and a holding device for holding an object on the front surface of the holding substrate,
the holding substrate includes an insulator, a heater member having a heating element disposed inside the insulator or on the back surface thereof, and a plurality of temperature measuring elements disposed inside the insulator;
the plurality of temperature measuring elements include a first temperature measuring element and a second temperature measuring element arranged closer to the front surface than the first temperature measuring element in the first direction;
the holding substrate is plate-shaped and joined to the base member in the first direction,
The base member has a coolant flow path through which a coolant flows,
the first temperature measuring element is disposed between a region of the base member in which the refrigerant flow path is not provided and the heater member in the first direction;
A holding device , wherein the second temperature measuring element is disposed between a region of the base member in which the refrigerant flow path is provided and the heater member in the first direction .
第1の方向に対して略直交する表面および裏面を有する保持基板と、
前記第1の方向に貫通して設けられた貫通孔を有し、前記裏面側に配されかつ前記保持基板を冷却可能なベース部材と、
前記ベース部材の前記貫通孔に連なる貫通孔を有し、前記保持基板と前記ベース部材とを接合するボンド材と、を備え、前記保持基板の前記表面上に対象物を保持する保持装置であって、
前記保持基板は、絶縁体と、前記絶縁体の内部または前記裏面に配された発熱体を有するヒータ部材と、前記絶縁体の内部に配された複数の測温素子と、を備え、
前記複数の測温素子は、第3の測温素子と、前記第1の方向において、前記第3の測温素子よりも前記表面側に配された第1の測温素子と、を含み、
前記ベース部材の前記貫通孔と前記ボンド材の前記貫通孔とによって内部孔が構成され、
前記第3の測温素子は、前記第1の方向に直交する方向において、前記第1の測温素子よりも前記内部孔に近い位置に配されている、保持装置。
a holding substrate having a front surface and a back surface substantially perpendicular to a first direction;
a base member having a through hole penetrating in the first direction, the base member being disposed on the rear surface side and capable of cooling the holding substrate;
A holding device that holds an object on the surface of the holding substrate, the holding device comprising : a through hole that is connected to the through hole of the base member; and a bonding material that bonds the holding substrate and the base member, the holding device comprising:
the holding substrate includes an insulator, a heater member having a heating element disposed inside the insulator or on the back surface thereof, and a plurality of temperature measuring elements disposed inside the insulator;
the plurality of temperature measuring elements include a third temperature measuring element and a first temperature measuring element arranged closer to the front surface than the third temperature measuring element in the first direction;
an internal hole is formed by the through hole of the base member and the through hole of the bonding material;
A holding device , wherein the third temperature measuring element is arranged at a position closer to the internal hole than the first temperature measuring element in a direction perpendicular to the first direction.
前記複数の測温素子は、前記第1の方向において前記ヒータ部材より前記裏面側に配されており、
前記裏面から前記ヒータ部材までの距離をD1とし、前記裏面から前記ベース部材に最も近い前記測温素子までの距離をD2とした場合に、D2>D1×(1/3)を満たす、請求項1または請求項2に記載の保持装置。
the plurality of temperature measuring elements are disposed on the rear surface side of the heater member in the first direction,
The holding device of claim 1 or claim 2, wherein when the distance from the back surface to the heater member is D1 and the distance from the back surface to the temperature measuring element closest to the base member is D2, D2 > D1 x (1/3) is satisfied.
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