JP5973841B2

JP5973841B2 - 静電チャックのガス制御装置およびガス制御方法

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Publication number: JP5973841B2
Application number: JP2012183161A
Authority: JP
Inventors: 要三輪
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: JP2014041903A

Description

本発明は、静電チャックのガス制御装置およびガス制御方法に関する。

静電力によって被保持物（例えば、半導体のウェハ）を吸着して保持する静電チャックが知られている。例えば、被保持物を加工する装置（例えば、エッチング装置）において、静電チャックは、真空のチャンバー内に配置されて被保持物を保持する。この際、静電チャックと被保持物との間に形成される空間に熱伝達用の熱媒体ガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ））を充満させて、静電チャックに備え付けられた電熱体または冷却水等の熱を熱媒体ガスを介して被保持物に伝達することで、被保持物の表面上の温度を効率良く調整する技術が知られている。

従来、静電チャックが被保持物と対向する面の形状において、静電チャックが被保持物を保持する際に、静電チャックと被保持物との空間を複数の空間に分けるシールバンドを形成して、それぞれの空間に異なる圧力の熱媒体ガスを供給する方法がある。しかし、この方法では、シールバンド付近において、被保持物の表面における温度分布が不均一となり、被保持物に対する十分な加工精度が得られない場合があった。そのため、静電チャックのシールバンドに複数の切り欠きを形成することで、被保持物におけるシールバンド付近の温度分布を均一に保つ技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１６５７３号公報特開２００３−１６８７２５号公報特開平７−３３５７３１号公報特開平４−２８７３４４号公報

しかし、上記従来の技術では、静電チャックを使用すると、シールバンドにおける被保持物と接触する接触面の状態が変化することで、被保持物とシールバンドの接触面との隙間から漏れるガスの流量が変化して、被保持物と静電チャックとが形成するそれぞれの空間のガス圧力が変化する。そのため、静電チャックが保持した被保持物の表面における温度を均一に近づけるのに改善の余地があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、被保持物の表面における温度を均一に近づけることを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、被保持物を保持する保持面の外縁に形成されている凸状の外周突出部と、前記外周突出部より内側に形成されている凸状の内周突出部と、前記内周突出部よりも内側に形成される第１の領域と、前記外周突出部と前記内周突出部との間に形成される第２の領域と、吸着電極と、を有する静電チャックと前記被保持物との間に流れるガスを制御する静電チャックのガス制御装置において、
前記第１の領域に連通する内側流路に内側流路ガスを供給する内側ガス供給手段と、
前記第２の領域に連通する外側流路に外側流路ガスを供給する外側ガス供給手段と、
前記内側流路における内側流路ガスの流量値である内側ガス流量値を推定する内側ガス流量推定手段と、
供給される内側流路ガスの圧力値をあらかじめ定められた所定値に維持するように調整する内側ガス調整手段と、
前記内側ガス流量推定手段により推定された前記内側ガス流量値に基づいて前記外側流路に供給される外側流路ガスの圧力値または流量値を調整する外側ガス調整手段と、
を備えることを特徴とする。
この静電チャックのガス制御装置では、静電チャックを使用することで、外周突出部における被保持物との接触面の状態が変化しても、被保持物と第１の領域とで形成された空間におけるガス圧力の変動を効果的に抑制することができる。そのため、被保持物と第１の領域とで形成された空間に充満したガスによる熱伝導率の変化を抑制できるので、被保持物の温度分布が均一に近づくことで被保持物の加工精度を上昇させ、被保持物の加工不良の数を少なくできる。また、被保持物と第２の領域とで形成された空間から被保持物と外周突出部における被保持物と接触面との隙間を介して外部に流出するガスの漏れ量が増加し、流出するガス流量と所定の流量との比較によって静電チャックの寿命を決定する場合に、当該漏れ量が増加しても被保持物と第１の領域とで形成された空間のガス圧力の変動を効果的に抑制できるので静電チャックの寿命を長くすることができる。

（２）上記形態の静電チャックのガス制御装置において、前記外側ガス調整手段は、前記内側ガス流量値があらかじめ定められた所定値となるように、前記外側流路ガスの圧力値または流量値を調整する。
この静電チャックのガス制御装置では、被保持物と第１の領域とで形成された空間におけるガス圧力はあらかじめ定められた所定の圧力値と等しくなり、安定制御することができる。

（３）上記形態の静電チャックのガス制御装置において、前記外側ガス調整手段は、前記内側ガス流量値が前記所定値よりも大きい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を上げ、前記内側ガス流量値が前記所定値よりも小さい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を下げ、前記内側ガス流量値が前記所定値と等しい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を維持しても良い。
この静電チャックの制御装置では、被保持物と第１の領域とで形成された空間におけるガス圧力はあらかじめ定められた所定の圧力値と等しくなり、安定制御することができる。

（４）上記形態の静電チャックのガス制御装置において、推定された前記内側流路におけるガスの流れの向きである内側ガス流れ方向が前記内側流路から前記第１の領域へと流れる方向である場合に、前記内側ガス流量値は正の値とし、推定された前記内側ガス流れ方向が前記第１の領域から前記内側流路へと流れる方向である場合に、前記内側ガス流量値は負の値とすると、前記外側ガス調整手段は、前記内側ガス流量値が正の値の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を上げ、前記内側ガス流量値が負の値の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を下げ、前記内側ガス流量値が０の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を維持しても良い。
この静電チャックの制御装置では、被保持物と第１の領域とで形成された空間におけるガス圧力はあらかじめ定められた所定の圧力値と等しくなり、安定制御することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、被保持物を吸着して保持する保持装置および保持方法、半導体製造装置および半導体搬送装置、被保持物の搬送装置および搬送方法、静電チャックといった保持装置に制御したガスを供給するガス制御装置およびガス制御方法等の形態で使用することができる。

本発明の実施形態における半導体製造装置１０の構成を示す説明図である。静電チャック２００の外観構成を示す説明図である。静電チャック２００の詳細構成を示す説明図である。制御部１００が静電チャック２００に供給するガス制御の流れを示すフローチャートである。静電チャック２００および供給装置３００におけるガスの流れの概要を示す説明図である。静電チャック２００および供給装置３００におけるガスの流れの概要を示す説明図である。静電チャック２００および供給装置３００におけるガスの流れの概要を示す説明図である。変形例における制御部１００が静電チャック２００に供給するガス制御の流れを示すフローチャートである。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の実施形態における半導体製造装置１０の構成を示す説明図である。半導体製造装置１０は、被保持物９０の加工を行なう装置である。本実施形態では、被保持物９０は、円板状の誘電体であるシリコン製のウェハである。

半導体製造装置１０は、制御部１００と、静電チャック２００と、供給装置３００と、吸着電極駆動部１１０と、熱媒体ガス供給部（ガス供給部）１２０と、電熱体駆動部１３０と、冷却水供給部１４０と、を備える。

半導体製造装置１０の制御部１００は、吸着電極駆動部１１０、ガス供給部１２０、電熱体駆動部１３０、および冷却水供給部１４０の各部の動作を制御する。本実施形態では、制御部１００の機能は、コンピュータプログラムに基づいてＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が動作することによって実現される。他の実施形態において、制御部１００の一部または全部の機能は、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）がその回路構成に基づいて動作することによって実現されても良い。

半導体製造装置１０の供給装置３００は、静電チャック２００を固定して、静電チャック２００と、吸着電極駆動部１１０、ガス供給部１２０、電熱体駆動部１３０、および冷却水供給部１４０と、を接続して静電チャック２００に各種供給を行う装置である。

本実施形態では、静電チャック２００は、吸着電極駆動部１１０から電力の供給を受けることによって、誘電体である被保持物９０を静電力で吸着可能に構成されている。静電チャック２００の構成の詳細については後述する。

本実施形態では、静電チャック２００は、ガス供給部１２０から熱伝達用の熱媒体ガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ）。以下、単に「ガス」とも呼ぶ）の供給を受けることによって、被保持物９０との間に形成される空間にガスを充満できるように構成されている。本実施形態では、ガス供給部１２０によって静電チャック２００に供給されるガスは、静電チャック２００の熱を被保持物９０に伝達させるためのガスである。静電チャック２００におけるガスを供給するための構成の詳細については後述する。

本実施形態では、静電チャック２００は、電熱体駆動部１３０から電力の供給を受けることによって発熱可能に構成されている。静電チャック２００の内部には、導電性材料を用いた電熱体が形成されている。静電チャック２００は、被保持物９０との間に充満したガスを介して被保持物９０を加熱することができる。

本実施形態では、静電チャック２００は、冷却水供給部１４０から冷却水の供給を受けることによって冷却可能に構成されている。静電チャック２００の内部には、冷却水が流れる冷却水路が形成されている。静電チャック２００は、被保持物９０との間に充満したガスを介して被保持物９０を冷却することができる。

図２は、静電チャック２００の外観構成を示す説明図である。図３は、静電チャック２００の詳細構成を示す説明図である。図３には、図２におけるＡ−Ａ断面を示している。
図３には、静電チャック２００に被保持物９０が吸着した状態を示している。

図３に示すように、静電チャック２００は、セラミック材料で形成された基部２０５と、冷却板２９０と、を備えている。基部２０５と冷却板２９０とは、接着剤の層である接着層２９２によって接着されている。図２および図３に示すように、静電チャック２００は、円盤状の形状に形成されており、基部２０５は、外径が被保持物９０よりも小さい円盤状の形状であり、冷却板２９０は、外径が被保持物９０よりも大きい円盤状の形状である。

基部２０５は、絶縁性セラミック材料を一体焼成して形成されている。基部２０５の内部には、導電性材料を用いた導体パターンが形成されている。

本実施形態では、基部２０５に用いられる絶縁性セラミック材料の主成分は、酸化アルミニウム（アルミナ）（Ａｌ_２Ｏ_３）である。他の実施形態において、絶縁性セラミック材料の主成分は、酸化イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、またはガラスセラミック（例えば、アルミナとホウケイ酸ガラスとの混合物）であっても良い。

本実施形態では、基部２０５に用いられる導電性材料の主成分は、タングステン（Ｗ）である。他の実施形態において、導電性材料の主成分は、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、銀（Ａｇ）、または銅（Ｃｕ）であっても良いし、これら導電性金属の合金や、導電性炭化ケイ素（ＳｉＣ）であっても良い。

静電チャック２００の基部２０５の内部には、被保持物９０を吸着する吸着電極２１０と、基部２０５の温度を上昇させるための電熱体２３０と、が形成されている。吸着電極２１０および電熱体２３０は、基部２０５の材料であるセラミックを積層する際に導電体材料を含有する導電体ペーストを基部２０５の内部にスクリーン印刷することによって形成され、本実施形態では薄い円盤状に形成されている。吸着電極２１０は、基部２０５において電熱体２３０よりも被保持物９０を吸着する側に配置されている。なお、本実施形態では吸着電極２１０および電熱体２３０の形状は、円盤状としたが、他の実施形態では、異なる形状であっても良い。

静電チャック２００の基部２０５は、被保持物９０を保持する際に被保持物９０と対向する基準面２２０と、基準面２２０上に複数形成された突起部２２５と、基準面２２０上に形成された内周シールバンド２５０と、基準面２２０上に内周シールバンド２５０の外側に形成された外周シールバンド２６０と、を有する。図２に示すように、基準面２２０は、略正円の平面である。

基部２０５の突起部２２５は、基準面２２０上に形成された複数の円柱状の突起である。突起部２２５は、静電チャック２００が被保持物９０を保持する際に、被保持物９０と接触する。各突起部２２５は、基準面２２０からの高さが内周シールバンド２５０および外周シールバンド２６０の高さになるように形成されている。

図２に示すように、基部２０５の内周シールバンド２５０は、静電チャック２００における直径Ｌ１よりも内周部分の領域ＡＲ１を囲む線上に沿って基準面２２０から突出して形成されている。内周シールバンド２５０は、基準面２２０から高さＨ１になるように形成されている。なお、内周シールバンド２５０は、本発明における内周突出部に相当する。

内周シールバンド２５０は、静電チャック２００が被保持物９０を保持する際に、被保持物９０に対向して内周接触面２５２で接触する。内周接触面２５２の外周方向における中央部分２５３から内周方向と基準面２２０とによってインナーゾーン２７０を形成する。なお、内周接触面２５２は、基準面２２０と平行な平面になるように形成されており、ミクロ的に見ればある程度の粗さがあるのでインナーゾーン２７０は完全に密閉された空間ではない。インナーゾーン２７０は、本発明における内側空間に相当する。

また、図３に示すように、基部２０５の内部には、内側流路２７５と、インナートンネル２７７と、複数の小さな孔２７９（図２では図示していない）と、が形成されている。内側流路２７５は、冷却板２９０の内部にも形成されており、インナートンネル２７７に連通する。本実施形態では、内側流路２７５は、静電チャック２００に１箇所形成されているが、他の実施形態では、２箇所以上形成されていても良い。

インナートンネル２７７は、基部２０５の内部に形成された基準面２２０の中心を中心とするドーナツ状の空間であり、内側流路２７５と連通している。インナートンネル２７７は、内側流路２７５を通過したガスを複数の孔２７９へと分岐させるために形成された空間である。孔２７９は、インナートンネル２７７とインナーゾーン２７０とを接続する穴状の空間であり、基部２０５に複数形成されている。内側流路２７５を通過したガスは、インナートンネル２７７および孔２７９を通過して、インナーゾーン２７０に充満する。

基部２０５の外周シールバンド２６０は、静電チャック２００における直径（Ｌ１＋Ｌ２）よりも内周部分の領域ＡＲ２を囲む線上に沿って基準面２２０から突出して形成されている。領域ＡＲ２は、静電チャック２００における直径（Ｌ１＋Ｌ２）の内周部分の領域なので、領域ＡＲ１を包含する領域である。なお、領域ＡＲ２が領域ＡＲ１を包含するとは、領域ＡＲ２が領域ＡＲ１よりも大きい領域であることを意味し、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２が同じ領域である場合を含まない。また、領域ＡＲ１から領域ＡＲ２を差し引いた領域、すなわち、内周シールバンド２５０と外周シールバンド２６０とに挟まれる領域を領域ＡＲ３とも呼ぶ。領域ＡＲ１および領域ＡＲ３は、本発明における第１の領域および第２の領域に相当する。

本実施形態では、距離Ｌ２が直径Ｌ１の１０分の１の長さとなるように形成されている。外周シールバンド２６０は、基準面２２０から高さが内周シールバンド２５０と同じ高さＨ１になるように形成されている。本実施形態では、内周シールバンド２５０および外周シールバンド２６０の高さＨ１は、直径（Ｌ１＋Ｌ２）の２万分の１の長さとなるように形成されている。なお、外周シールバンド２６０は、本発明における外周突出部に相当する。

外周シールバンド２６０は、静電チャック２００が被保持物９０を保持する際に、被保持物９０に対向して外周接触面２６２で接触する。外周接触面２６２の円周方向における外縁２６６から内周接触面２５２の中央部分２５３までと基準面２２０とによってアウターゾーン２８０を形成する。なお、外周接触面２６２は、基準面２２０と平行な面になるように形成されており、ミクロ的に見ればある程度の粗さがあるのでアウターゾーン２８０は完全に密閉された空間ではない。アウターゾーン２８０は、本発明における外側空間に相当する。

また、図３に示すように、基部２０５の内部には、外側流路２８５と、アウタートンネル２８７と、複数の小さな孔２８９（図２では図示していない）と、が形成されている。外側流路２８５は、冷却板２９０の内部にも形成されており、アウタートンネル２８７に連通する。本実施形態では、外側流路２８５は、静電チャック２００に１箇所形成されているが、他の実施形態では、２箇所以上形成されていても良い。

アウタートンネル２８７は、基部２０５の内部に形成された基準面２２０の中心を中心とするドーナツ状の空間であり、外側流路２８５と連通している。アウタートンネル２８７は、外側流路２８５を通過したガスを複数の孔２８９へと分岐させるために形成された空間である。孔２８９は、アウタートンネル２８７とアウターゾーン２８０とを接続する穴状の空間であり、基部２０５に複数形成されている。外側流路２８５を通過したガスは、アウタートンネル２８７および孔２８９を通過して、アウターゾーン２８０に充満する。

基部２０５の吸着電極２１０は、基準面２２０と平行な面において、基準面２２０における中心と、吸着電極２１０の中心と、電熱体２３０の中心とが重なるように形成されている。すなわち、基部２０５と吸着電極２１０と電熱体２３０とにおける中心は同じである。

静電チャック２００の冷却板２９０には、冷却板２９０を冷却するためのフッ素系不活性液体が流れる冷却水路２４０が形成されている。静電チャック２００の冷却水路２４０は、冷却板２９０の内部に円周方向に沿って複数形成されている。なお、他の実施形態では、冷却板２９０の内部に円周方向に沿って形成された冷却水路２４０の数は複数でなくても良いし、冷却水路２４０の形状も円周方向に沿った形状に限られず種々変形可能である。

図３に示すように、供給装置３００は、ボルト４１０によって冷却板２９０と固定されることで、静電チャック２００と固定されている。供給装置３００は、インナーゾーン２７０にガスを供給するインナーガス装置３７０と、オリフィス３１０と、アウターゾーン２８０にガスを供給するアウターガス装置３８０と、Ｏリング３０５と、を備えている。なお、インナーガス装置３７０およびアウターガス装置３８０は、本発明における内側ガス供給手段および外側ガス供給手段に相当する。

また、供給装置３００は、インナーガス装置３７０と静電チャック２００の内側流路２７５とを連通するインナーガス流路３７５と、アウターガス装置３８０と静電チャック２００の外側流路２８５とを連通するアウターガス流路３８５と、インナーガス流路３７５から外部にガスを排出する逃がし流路３１５と、を有している。

供給装置３００のインナーガス装置３７０は、ガス供給部１２０と接続しており、制御部１００からの信号に基づいて供給するガスの圧力を任意のガス圧力Ｐｓに維持するように調整してインナーガス流路３７５にガスを供給する装置である。インナーガス装置３７０が供給したガスは、静電チャック２００のインナーゾーン２７０に流入、または、逃がし流路３１５を通ってオリフィス３１０を介して外部に排出される。供給装置３００のオリフィス３１０は、逃がし流路３１５を通って外部に排出されるガス流量を測定する流量測定器を有している。オリフィス３１０は、測定した流量についての情報を制御部１００に送信する。逃がし流路３１５のガス圧力はガス圧力Ｐｓとほぼ等しい。なお、制御部１００およびインナーガス装置３７０は、本発明における内側ガス調整手段に相当する。

供給装置３００のアウターガス装置３８０は、インナーガス装置３７０と同様に、ガス供給部１２０と接続しており、制御部１００からの信号に基づいて供給するガスの圧力および流量を調整してインナーガス流路３７５にガスを供給する装置である。本実施形態では、アウターガス装置３８０は、供給圧力Ｐｘでアウターガス流路３８５にガスを供給する。アウターガス装置３８０が供給したガスは、すべて静電チャック２００の外側流路２８５を介してアウターゾーン２８０に流入する。なお、制御部１００およびアウターガス装置３８０は、本発明における外側ガス調整手段に相当する。

供給装置３００のＯリング３０５は、インナーガス流路３７５と内側流路２７５との接続部およびアウターガス流路３８５と外側流路２８５との接続部を流れるガスが外部に漏れないようにシールしている。他の実施形態では、Ｏリング３０５以外のパッキン等のシール部材を採用しても良いし、本実施形態の態様に限定されずに種々変形可能である。

図４は、制御部１００が静電チャック２００に供給するガス制御の流れを示すフローチャートである。制御部１００は、オリフィス３１０で検出したガス流量に基づいて、内側流路２７５におけるガス流量が０になるように、アウターガス装置３８０が静電チャック２００のアウターゾーン２８０に供給するガスの供給圧力Ｐｘを調整する。なお、制御部１００およびオリフィス３１０は、本発明における内側ガス流量推定手段に相当する。

初めに、制御部１００は、静電チャック２００に被保持物９０を吸着させていない状態で、電熱体駆動部１３０によって電熱体２３０を加熱し、冷却水供給部１４０によって冷却水路２４０に冷却水を流し、静電チャック２００の基部２０５の温度を安定させる（ステップＳ４１０）。本実施形態では、静電チャック２００は、真空となっているチャンバー内に配置される。

次に、静電チャック２００は被保持物９０を吸着する（ステップＳ４２０）。制御部１００は、吸着電極駆動部１１０から供給された電力によって静電チャック２００の吸着電極２１０に電圧を印加させ、被保持物９０を静電チャック２００に静電力によって吸着する。

次に、静電チャック２００に被保持物９０が吸着されると、制御部１００は、ガス供給部１２０によってインナーガス装置３７０にインナーゾーン２７０へとガスを供給させる。インナーガス装置３７０は、インナーゾーン２７０に被保持物９０の温度や被保持物９０の加工内容に基づいてあらかじめ設定されたガス圧力Ｐｓで内側流路２７５を介してガスを供給する（ステップＳ４３０）。なお、インナーガス装置３７０がインナーガス流路３７５に供給するガス流量をインナーガス流量Ｑｉｎとする。本実施形態では、インナーガス装置３７０は、一定のガス圧力Ｐｓでガスを供給し続けるが、他の実施形態では、インナーガス装置３７０は、加工中にガス圧力Ｐｓを制御して変更しても良い。

次に、制御部１００は、ガス供給部１２０によってアウターガス装置３８０にアウターゾーン２８０へとガスを供給させる。アウターガス装置３８０は、アウターゾーン２８０に供給圧力Ｐｘを初期圧力Ｐ０として外側流路２８５を介してガスを供給する（ステップＳ４４０）。初期圧力Ｐ０は、制御部１００によって変更可能である。なお、インナーガス装置３７０がインナーガス流路３７５に供給するガス流量をアウターガス流量Ｑｏｕｔとする。

所定の時間が経過すると、インナーゾーン２７０およびアウターゾーン２８０にガスが充満する。なお、被保持物９０と内周接触面２５２との間および被保持物９０と外周接触面２６２との間には隙間があるため、当該隙間を通じてガスが流入または流出する。

制御部１００は、オリフィス３１０を通過するオリフィスガス流量Ｑｏｆを検出する（ステップＳ４５０）。制御部１００は、オリフィスガス流量Ｑｏｆを常時検出しており、検出したオリフィスガス流量Ｑｏｆとインナーガス流量Ｑｉｎとを比較する（ステップＳ４６０）。

図５ないし図７は、静電チャック２００および供給装置３００におけるガスの流れの概要を示す説明図である。図５には、オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎよりも大きい場合において、静電チャック２００および供給装置３００の内部におけるガスの流れの向きを示している。図５に示すように、インナーガス装置３７０からインナーガス流路３７５へと供給されたインナーガス流量Ｑｉｎは、すべてオリフィス３１０を通って外部へと排出される。アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されたアウターガス流量Ｑｏｕｔのうち一部は、アウターゾーン２８０から被保持物９０と外周シールバンド２６０の外周接触面２６２との隙間を介してチャンバー内へと漏れる。また、アウターガス流量Ｑｏｕｔのうち残りは、アウターゾーン２８０から被保持物９０と内周シールバンド２５０の内周接触面２５２との隙間を通り、内側流路２７５およびインナーガス流路３７５を介してオリフィス３１０を通って外部へと排出される。オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎよりも大きい場合（ステップＳ４６０：Ｑｏｆ＞Ｑｉｎ）、すなわち、インナーゾーン２７０から内側流路２７５への向きにガスが流れる場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを減少させる（ステップＳ４６２）。なお、内側流路２７５からインナーゾーン２７０への向きにガスが流れる場合に、内側流路２７５を流れるガス流量を正の値とし、インナーゾーン２７０から内側流路２７５への向きにガスが流れる場合に、内側流路２７５を流れるガス流量を負の値とする。このときに、制御部１００は、内側流路２７５を流れるガス流量が負の値の場合に、供給圧力Ｐｘを減少させるとも言い換えることができる。

図６には、オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎよりも小さい場合において、静電チャック２００および供給装置３００の内部におけるガスの流れの向きを示している。図６に示すように、インナーガス装置３７０からインナーガス流路３７５へと供給されたインナーガス流量Ｑｉｎのうち一部は、オリフィス３１０を通って外部へと排出される。また、インナーガス流量Ｑｉｎのうち残りは、インナーゾーン２７０から被保持物９０と内周接触面２５２との隙間を通り、アウターゾーン２８０を通り、被保持物９０と外周接触面２６２との隙間からチャンバー内へと漏れる。アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されたアウターガス流量Ｑｏｕｔは、アウターゾーン２８０から被保持物９０と外周接触面２６２との隙間を介してチャンバー内へと漏れる。オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎよりも小さい場合（ステップＳ４６０：Ｑｏｆ＜Ｑｉｎ）、すなわち、内側流路２７５からインナーゾーン２７０への向きにガスが流れる場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを上昇させる（ステップＳ４６４）。なお、制御部１００は、内側流路２７５を流れるガス流量が正の値の場合に、供給圧力Ｐｘを上昇させるとも言い換えることができる。

図７には、オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎと同じ場合において、静電チャック２００および供給装置３００の内部におけるガスの流れの向きを示している。図７に示すように、インナーガス装置３７０からインナーガス流路３７５へと供給されたインナーガス流量Ｑｉｎは、オリフィス３１０を通って外部へと排出される。アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されたアウターガス流量Ｑｏｕｔは、アウターゾーン２８０から被保持物９０と外周接触面２６２との隙間からチャンバー内へと漏れる。オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎと同じ場合、インナーゾーン２７０は、一定のガス圧力、すなわち、インナーガス装置３７０が供給する一定のガス圧力Ｐｓに保たれており、被保持物９０と内周接触面２５２との間において、インナーゾーン２７０への流入とアウターゾーン２８０への流入とが平衡状態に保たれているため、ガスの流れは無い。オリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎと同じ場合（ステップＳ４６０：Ｑｏｆ＝Ｑｉｎ）、すなわち、内側流路２７５からインナーゾーン２７０へとガスが流れない場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを変化させずに一定に保つ（ステップＳ４６６）。なお、制御部１００は、内側流路２７５を流れるガス流量が０の場合に、供給圧力Ｐｘを維持させるとも言い換えることができる。

制御部１００は、供給圧力Ｐｘを調整した後（ステップＳ４６０：Ｑｏｆ＞Ｑｉｎ，Ｑｏｆ＜Ｑｉｎ，Ｑｏｆ＝Ｑｉｎ）、再びオリフィス３１０を通過するガス流量を検出する（ステップＳ４５０）。

以上説明したように、静電チャック２００は、基準面２２０上の外縁に形成されて突出した外周シールバンド２６０と、基準面２２０上の外周シールバンド２６０よりも内側に形成された内周シールバンド２５０と、を備える。静電チャック２００において、内周シールバンド２５０の内側には領域ＡＲ１が形成され、内周シールバンド２５０と外周シールバンド２６０との間には領域ＡＲ３が形成される。静電チャック２００を固定した供給装置３００において、インナーガス装置３７０は、領域ＡＲ１に内側流路２７５を介してガスを供給し、アウターガス装置３８０は、領域ＡＲ３に外側流路２８５を介してガスを供給する。制御部１００は、内側流路２７５を通過するガス流量を推定するために、オリフィス３１０を通過するオリフィスガス流量Ｑｏｆを検出する。制御部１００は、検出されたガス流量に基づいてアウターガス装置３８０が供給するガスの供給圧力Ｐｘを調整するので、領域ＡＲ１おけるガス圧力の変動を制御することができる。本実施形態によれば、静電チャック２００を使用することで、外周接触面２６２の状態が変化、例えば、外周接触面２６２の面粗度が変化することにより被保持物９０と内周接触面２５２との隙間から漏れるガス流量が変化しても、インナーゾーン２７０におけるガス圧力の変動を効果的に抑制することができる。そのため、インナーゾーン２７０に充満したガスによる熱伝導率の変化を抑制できるので、被保持物９０の温度分布が均一に近づくことで被保持物９０の加工精度を上昇させ、被保持物９０の加工不良の数を少なくできる。また、従来において、アウターゾーン２８０から被保持物９０と外周接触面２６２との隙間を介して外部に流出するガスの漏れ量が増加し、流出するガス流量と所定の流量との比較によって静電チャック２００の寿命を決定する場合があったが、当該漏れ量が増加してもインナーゾーン２７０のガス圧力の変動を効果的に抑制できるので静電チャック２００の寿命を長くすることができる。

また、本実施形態の制御方法では、内側流路２７５を介して外部に排出されるガス流量を検出し、内側流路２７５を通過するガス流量が０、すなわち、インナーガス装置３７０から供給されたインナーガス流量Ｑｉｎがすべてオリフィス３１０を通過して排出されるように、制御部１００が供給圧力Ｐｘを調整する。本実施形態によれば、インナーゾーン２７０におけるガス圧力はインナーガス装置３７０の設定したガス圧力Ｐｓと等しくなり、安定制御することができる。

また、本実施形態の制御方法では、内側流路２７５におけるガス流量（内側ガス流量）の向きが内側流路２７５から領域ＡＲ１へと流れる場合に、内側ガス流量の値を正の値とし、内側ガス流量の向きが領域ＡＲ１から内側流路２７５へと流れる場合に、内側ガス流量の値を負の値とする。その場合に、制御部１００は、内側ガス流量が正の値のとき、アウターガス装置３８０から供給されるガスの供給圧力Ｐｘを増加させ、内側ガス流量が負の値のとき、供給圧力Ｐｘを減少させる。また、内側ガス流量の値が０のとき、供給圧力Ｐｘを維持する。本実施形態によれば、インナーゾーン２７０におけるガス圧力はインナーガス装置３７０の設定したガス圧力Ｐｓと等しくなり、安定制御することができる。

また、本実施形態の制御方法では、オリフィス３１０は、内側流路２７５と接続して外部にガスを排出する逃がし流路３１５に形成され、逃がし流路３１５を通って外部に排出されるガス流量を測定する。供給圧力Ｐｘは、測定されるオリフィス３１０を通過するガス流量に基づいて調整される。本実施形態によれば、インナーゾーン２７０におけるガス圧力はインナーガス装置３７０の設定したガス圧力Ｐｓと等しくなり、安定制御することができる。

また、本実施形態の制御方法では、静電チャック２００における外周シールバンド２６０の中心から外周シールバンド２６０の内周側面２６４までの距離は（Ｌ１／２）である。内周シールバンド２５０の内周側面２５４から外周シールバンド２６０の内周側面２６４までの距離Ｌ２は、距離（Ｌ１／２）の５分の１であり、５分の１より小さいとより好ましい。本実施形態によれば、インナーゾーン２７０の基準面２２０における面積がアウターゾーン２８０の基準面２２０における面積と比べて大きいため、被保持物９０は、基準面２２０と対向する面においてより広い範囲においてガス圧力の変動が抑制されたガスと接触して、被保持物９０のより広い範囲で温度分布を均一に近づけることができる。

また、本実施形態の制御方法では、静電チャック２００における外周シールバンド２６０の中心から外周シールバンド２６０の内周側面２６４までの距離は（Ｌ１＋Ｌ２）／２である。内周シールバンド２５０および外周シールバンド２６０の基準面２２０からの高さＨ１は、距離（Ｌ１＋Ｌ２）／２の１万分の１である。本実施形態によれば、静電チャック２００の基準面２２０の面積に比べて内周シールバンド２５０および外周シールバンド２６０の高さＨ１が小さいのでインナーゾーン２７０およびアウターゾーン２８０の容積が小さい。そのため、インナーゾーン２７０およびアウターゾーン２８０に短時間でガスを充満させることができ、被保持物９０の加工時間を短くすることができる。また、インナーゾーン２７０におけるガス圧力を制御する場合に、供給圧力Ｐｘの変化に基づいて迅速にガス圧力の変動を抑制することができ、被保持物９０の温度分布を迅速に均一に近づけることができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
図８は、変形例における制御部１００が静電チャック２００に供給するガス制御の流れを示すフローチャートである。図８に示すフローチャートでは、上記実施形態における図４に示すフローチャートのオリフィスガス流量Ｑｏｆとインナーガス流量Ｑｉｎとにおける比較（ステップＳ５６０）が異なり、他のフローについては図４に示すフローと同様である。上記実施形態では、オリフィスガス流量Ｑｏｆとインナーガス流量Ｑｉｎとの大小関係に基づいてアウターガス装置３８０が供給するガスの供給圧力Ｐｘを調整したが、この変形例では、内側流路２７５を流れるガス流量が予め定められた所定値Ｘよりも大きいか小さいかで判断されて、供給圧力Ｐｘが調整される。すなわち、インナーガス流量Ｑｉｎからオリフィスガス流量Ｑｏｆを差し引いたガス流量値Ｑｄが所定値Ｘよりも大きいか小さいかによって判断されて、供給圧力Ｐｘが調整される。

ガス流量値Ｑｄが所定値Ｘよりも小さい場合（ステップＳ５６０：Ｑｄ＜Ｘ）、すなわち、インナーゾーン２７０から内側流路２７５への向きに流れるガス流量が所定値Ｘよりも大きい場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを減少させる（ステップＳ５６２）。

ガス流量値Ｑｄが所定値Ｘよりも大きい場合（ステップＳ５６０：Ｑｄ＞Ｘ）、すなわち、インナーゾーン２７０から内側流路２７５への向きに流れるガス流量が所定値Ｘよりも小さい場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを上昇させる（ステップＳ５６２）。

ガス流量値Ｑｄが所定値Ｘと同じ場合、（ステップＳ５６０：Ｑｄ＝Ｘ）、すなわち、インナーゾーン２７０から内側流路２７５への向きに流れるガス流量が所定値Ｘである場合、制御部１００は、アウターガス装置３８０からアウターガス流路３８５へと供給されるガスの供給圧力Ｐｘを変化させずに一定に保つ（ステップＳ５６６）。

この変形例の実施形態では、制御部１００は、ガス流量値Ｑｄが所定値Ｘよりも小さい場合に供給圧力Ｐｘを減少させ、ガス流量値Ｑｄが所定値Ｘよりも大きい場合に供給圧力Ｐｘを上昇させ、ガス流量値Ｑｄと所定値Ｘとが等しい場合に供給圧力Ｐｘを一定に保つ。そのため、この変形例の実施形態では、予め定められた所定値Ｘの値との比較によって供給圧力Ｐｘを制御するので、簡便な制御によって、インナーゾーン２７０におけるガス圧力の変動を制御することができる。

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、制御部１００は、インナーガス装置３７０から供給されたインナーガス流量Ｑｉｎとオリフィス３１０を通過して排出されるオリフィスガス流量Ｑｏｆとが同じになるように供給圧力Ｐｘを制御しているが、インナーガス流量Ｑｉｎとオリフィスガス流量Ｑｏｆとが同じになる態様に限定されず、供給圧力Ｐｘの制御については種々変形可能である。例えば、制御部１００は、オリフィス３１０を通過して排出されるオリフィスガス流量Ｑｏｆがインナーガス流量Ｑｉｎに流量ΔＱ（±ΔＱ）を加えた範囲になるように、供給圧力Ｐｘを制御しても良い。具体的には、制御部１００は、オリフィスガス流量Ｑｏｆが流量（Ｑｉｎ＋ΔＱ）よりも大きい場合に供給圧力Ｐｘを上昇させ、オリフィスガス流量Ｑｏｆが流量（Ｑｉｎ−ΔＱ）よりも小さい場合に供給圧力Ｐｘを減少させ、オリフィスガス流量Ｑｏｆが流量（Ｑｉｎ±ΔＱ）である場合に供給圧力Ｐｘを維持させる。この変形例の実施形態では、供給圧力Ｐｘを制御する基となるインナーガス装置３７０からインナーゾーン２７０に流れるガス流量が０ではなく、一定の幅を持っているため、内側ガス流量値の微妙な変化に対して供給圧力Ｐｘを制御する必要がない。そのため、簡便な制御によって、インナーゾーン２７０におけるガス圧力の変動を制御することができる。なお、この変形例の実施形態では、制御部１００は、オリフィス３１０におけるオリフィスガス流量Ｑｏｆを検出して供給圧力Ｐｘを制御したが、検出および制御するのは、ガスの流量値であっても圧力値であっても良い。

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、静電チャック２００の内側流路２７５に接続している逃がし流路３１５において、オリフィス３１０がオリフィスガス流量Ｑｏｆを検出して供給圧力Ｐｘを調整する態様としたが、供給圧力Ｐｘを調整するために検出されるガスの流れに相関する値は、上記実施例の態様に限定されない。例えば、内側流路２７５に圧力測定器を配置して、内側流路２７５のガス圧力を検出し、圧力測定器が検出する検出圧力Ｐと内側流路２７５に供給されるインナーガス装置３７０が設定されたガス圧力Ｐｓとが同じ圧力に近づくように供給圧力Ｐｘを調整しても良い。また、内側流路２７５に配置された圧力測定器が検出した検出圧力Ｐが内側流路２７５に供給されるガス圧力Ｐｓよりも小さい場合に供給圧力Ｐｘを増加させ、検出圧力Ｐがガス圧力Ｐｓよりも大きい場合に供給圧力Ｐｘを減少させる態様としても良い。また、検出するのはガスの圧力に限定されず、ガス流量の値であっても良い。

また、上記実施形態では、逃がし流路３１５およびオリフィス３１０が供給装置３００に配置される態様としたが、逃がし流路３１５およびオリフィス３１０の配置については種々変形可能である。例えば、逃がし流路３１５およびオリフィス３１０が静電チャック２００の内部に形成され、静電チャック２００の内部で内側流路２７５におけるガス流量およびガス圧力といったガスの流れに相関する値を取得する態様としても良い。

また、インナーガス装置３７０およびアウターガス装置３８０の配置についても種々変形可能である。インナーガス装置３７０およびアウターガス装置３８０は、例えば、１つのガスタンクから配管および開閉弁によって分岐して、内側流路２７５および外側流路２８５へとガスを供給する態様としても良い。

上記実施形態では、インナーゾーン２７０にあらかじめ設定された一定のガス圧力Ｐｓでガスを供給する態様としたが、インナーゾーン２７０に供給するガスのガス圧力Ｐｓは種々変形可能である。ガス圧力Ｐｓは変動しても良いし、供給圧力Ｐｘとの相関によって調整されるガス圧力としても良い。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態では、静電チャック２００に形成された内側流路２７５および外側流路２８５の数を各々１つとしたが、数および配置については種々変形可能である。被保持物９０に応じて、内側流路２７５および外側流路２８５の数は各々複数であって、その配置が、例えば、静電チャック２００の中心に対して対称な構成であっても良い。また、内側流路２７５と外側流路２８５との数および配置が異なっていても良い。

また、上記実施形態では、静電チャック２００における内周シールバンド２５０と外周シールバンド２６０とは、同心円状に形成される態様としたが、内周シールバンド２５０と外周シールバンド２６０との位置関係については、種々変形可能である。例えば、内側流路２７５および外側流路２８５の数、配置、半導体製造装置１０の重力向きに対する角度および被保持物９０の形状に応じて、内周シールバンド２５０と外周シールバンド２６０との位置態様は、種々変形可能であり、例えば、一部つながっている態様としても良い。また、突起部２２５の配置についても、上記実施形態の配置に限定されず、種々変形可能である。

また、上記実施形態では、静電チャック２００の各種寸法に対して具体的な数値（例えば、直径Ｌ１、距離Ｌ２、高さＨ１）を例示したが、各種寸法は種々変形可能である。例えば、静電チャック２００において、アウターゾーン２８０からチャンバー内へのガスの漏れ量を減少させるために、外周シールバンド２６０の高さを内周シールバンド２５０および突起部２２５よりも高くする態様としても良い。逆に外周シールバンド２６０または突起部２２５の高さを高くする態様としても良いし、基準面２２０上に突起部２２５が形成されない静電チャック２００としても良い。また、静電チャック２００において、被保持物９０と対向する面における直径Ｌ１および距離Ｌ２についても、上記実施形態の寸法関係に限定されず、種々変形可能である。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態では、静電チャック２００は、電熱体２３０および冷却水路２４０を内部に有する態様としたが、電熱体２３０および冷却水路２４０の配置については、種々変形可能である。例えば、静電チャック２００の内部に、電熱体２３０が形成されない態様としても良いし、冷却水路２４０が形成されない態様としても良い。また、静電チャック２００の外部に電熱体２３０が配置される態様であっても良いし、被保持物９０を加熱するために電熱体２３０以外の構成であっても良い。同様に、被保持物９０を冷却するために冷却水路２４０以外の構成であっても良い。

また、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。

１０…半導体製造装置
９０…被保持物
１００…制御部
１１０…吸着電極駆動部
１２０…ガス供給部
１３０…電熱体駆動部
１４０…冷却水供給部
２００…静電チャック
２０５…基部
２１０…吸着電極
２２０…基準面
２２５…突起部
２３０…電熱体
２４０…冷却水路
２５０…内周シールバンド
２５２…内周接触面
２５４…内周側面
２６０…外周シールバンド
２６２…外周接触面
２６４…内周側面
２６６…外縁
２７０…インナーゾーン
２７５…内側流路
２７７…インナートンネル
２７９…孔
２８０…アウターゾーン
２８５…外側流路
２８７…アウタートンネル
２８９…孔
２９０…冷却板
２９２…接着層
３００…供給装置
３０５…Ｏリング
３１０…オリフィス
３１５…逃がし流路
３７０…インナーガス装置
３７５…インナーガス流路
３８０…アウターガス装置
３８５…アウターガス流路
４１０…ボルト
Ｐｓ…インナーガス供給設定圧力
Ｐｘ…アウターガス供給圧力
Ｐ０…アウターガス供給圧力Ｐｘの初期圧力
Ｌ１…直径
Ｌ２…距離
Ｈ１…高さ
ＡＲ１…領域
ＡＲ２…領域
ＡＲ３…領域
ΔＱ…流量
Ｑｉｎ…インナーガス流量
Ｑｏｕｔ…アウターガス流量
Ｑｏｆ…オリフィスガス流量
Ｑｄ…ガス流量値

Claims

被保持物を保持する保持面の外縁に形成されている凸状の外周突出部と、前記外周突出部より内側に形成されている凸状の内周突出部と、前記内周突出部よりも内側に形成される第１の領域と、前記外周突出部と前記内周突出部との間に形成される第２の領域と、吸着電極と、を有する静電チャックと前記被保持物との間に流れるガスを制御する静電チャックのガス制御装置において、
前記第１の領域に連通する内側流路に内側流路ガスを供給する内側ガス供給手段と、
前記第２の領域に連通する外側流路に外側流路ガスを供給する外側ガス供給手段と、
前記内側流路における内側流路ガスの流量値である内側ガス流量値を推定する内側ガス流量推定手段と、
供給される内側流路ガスの圧力値をあらかじめ定められた所定値に維持するように調整する内側ガス調整手段と、
前記内側ガス流量推定手段により推定された前記内側ガス流量値に基づいて前記外側流路に供給される外側流路ガスの圧力値または流量値を調整する外側ガス調整手段と、
を備え、
前記外側ガス調整手段は、前記内側ガス流量値があらかじめ定められた所定値となるように、前記外側流路ガスの圧力値または流量値を調整することを特徴とする、静電チャックのガス制御装置。
請求項１に記載の静電チャックのガス制御装置において、
前記外側ガス調整手段は、
前記内側ガス流量値が前記所定値よりも大きい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を上げ、
前記内側ガス流量値が前記所定値よりも小さい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を下げ、
前記内側ガス流量値が前記所定値と等しい場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を維持することを特徴とする、静電チャックのガス制御装置。
請求項２に記載の静電チャックのガス制御装置において、
推定された前記内側流路におけるガスの流れの向きである内側ガス流れ方向が前記内側流路から前記第１の領域へと流れる方向である場合に、前記内側ガス流量値は正の値とし、推定された前記内側ガス流れ方向が前記第１の領域から前記内側流路へと流れる方向である場合に、前記内側ガス流量値は負の値とすると、
前記外側ガス調整手段は、
前記内側ガス流量値が正の値の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を上げ、
前記内側ガス流量値が負の値の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を下げ、
前記内側ガス流量値が０の場合に、前記外側ガスの圧力値または流量値を維持することを特徴とする、静電チャックのガス制御装置。
被保持物を保持する保持面の外縁に形成されている凸状の外周突出部と、前記外周突出部より内側に形成される凸状の内周突出部と、前記内周突出部よりも内側に形成される第１の領域と、前記外周突出部と前記内周突出部との間に形成される第２の領域と、吸着電極と、を有する静電チャックと前記被保持物との間に流れるガスを制御する静電チャックのガス制御方法において、
前記第１の領域に連通する内側流路に内側流路ガスを供給するステップ１と、
前記第２の領域に連通する外側流路に外側流路ガスを供給するステップ２と、
供給される内側流路ガスの圧力値をあらかじめ定められた所定値に維持するステップ３と、
前記内側流路における内側流路ガスの流量値である内側ガス流量値を推定するステップ４と、
前記ステップ４により推定された前記内側ガス流量値に基づいて、前記内側ガス流量値があらかじめ定められた所定値となるように、前記外側流路に供給される外側流路ガスの圧力値または流量値を調整するステップ５と、
を備えることを特徴とする、静電チャックのガス制御方法。