JP6202111B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

静電チャック装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6202111B2
JP6202111B2 JP2015562234A JP2015562234A JP6202111B2 JP 6202111 B2 JP6202111 B2 JP 6202111B2 JP 2015562234 A JP2015562234 A JP 2015562234A JP 2015562234 A JP2015562234 A JP 2015562234A JP 6202111 B2 JP6202111 B2 JP 6202111B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
temperature
electrostatic chuck
sub
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015562234A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016080502A1 (ja
Inventor
小坂井　守
守 小坂井
三浦　幸夫
幸夫 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Osaka Cement Co Ltd filed Critical Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Publication of JPWO2016080502A1 publication Critical patent/JPWO2016080502A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6202111B2 publication Critical patent/JP6202111B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Description

本発明は、ヒータエレメントを設けた静電チャック装置、また静電チャック装置、静電チャック制御装置、プログラムおよび静電チャック制御方法に関する。
本願は、２０１４年１１月２０日に、日本に出願された特願２０１４−２３５７３７号、２０１４年１１月２０日に、日本に出願された特願２０１４−２３５４５４号、２０１５年３月１８日に、日本に出願された特願２０１５−０５４５７３号、及び２０１５年３月１８日に、日本に出願された特願２０１５−０５４９８５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。
プラズマエッチング装置において、静電チャック装置に固定されたウエハにプラズマを照射すると、ウエハの表面温度が上昇する。この表面温度の上昇を抑えるために、静電チャック装置の温度調節用ベース部に水等の冷却媒体を循環させてウエハを下側から冷却する。しかしながら、この冷却状態によって、ウエハの面内で温度分布が発生する。例えば、ウエハの中心部では温度が高くなり、周縁側では温度が低くなる。更に、プラズマエッチング装置の構造や方式の違い等により、プラズマの生成状態が変化する。このプラズマ生成状態の変化に伴い、ウエハの面内温度分布に差が生じる。また、ウエハに各種の成膜を行う装置にしても、成膜条件や成膜室内の雰囲気制御に影響を受けてウエハ面内に温度分布が生じる。
そこで、静電チャック部と温度調節用ベース部との間にヒータ部材を取り付けたヒータ機能付き静電チャック装置が提案されている（特許文献１）。
このヒータ機能付き静電チャック装置は、ウエハ内に局所的に温度分布を作ることができる。そのため、ウエハの面内温度分布を膜堆積速度やプラズマエッチング速度に合わせて適宜設定できる。ウエハの面内温度分布を設定することにより、ウエハ上へのパターン形成などの局所的な膜形成や局所的なプラズマエッチングを効率良く行なうことができる。
プラズマを利用したエッチング装置あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置などにおいて、静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic chuck）を用いた静電チャック装置が用いられる。
静電チャック装置は、シリコンウエハ等の板状試料を載置する載置面および静電吸着用電極を有する静電チャック部を備え、当該静電チャック用電極に電荷を発生させて静電吸着力で当該板状試料を当該載置面に固定する。また、静電チャック装置は、ヒータを備えることがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００８−３００４９１号公報 特開平１１−１６３１０９号公報
近年プラズマエッチング装置では、半導体装置の配線の微細化などに伴い従来よりもエッチングレートの均一性がより厳しく求められてきている。プラズマエッチングによるエッチング速度は、プラズマの密度、ウエハ表面温度、エッチングガスの濃度分布などに影響を受ける。プラズマ密度やエッチングガス濃度はウエハ面内で分布を有するため、ウエハ表面温度の均一性に加え、ウエハ面内温度分布の調節のより精度の良い制御が必要とされる。
また、多種類の膜のエッチングに対応し、エッチング温度の変更を短時間で行い、シャープな面内温度分布を形成することも求められている。これらを実現するためには、ヒータへの電力供給量を増やし、温度調節用ベース部の制御温度と静電チャック装置の吸着面との温度差を大きくする必要がある。しかしながら、温度調節用ベース部の制御温度と吸着面との温度差の増加に伴い、ウエハ上の同一円周上の温度均一性は劣化する傾向にある。
この対策として、従来、同心円状に複数のヒータを配置して温度制御すること、同心円状の径方向へのヒータの分割数を増やすことでウエハ面内の温度制御性、均熱性の改善を図ることができる。
ところが、ヒータの分割数が増加すると、ウエハ面内温度分布を付与した状態および昇降温時の温度調節の難易度は増加する問題がある。またヒータの分割数が増加すると、それに伴い静電チャック装置の構成が複雑化する。
本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、本発明は、複数に分割したヒータを備えた構造であっても、各ヒータで加熱するゾーンの均一な温度制御を簡便な構成で可能とする静電チャック装置の提供、およびヒータを用いた温度制御を精度良く行うことができる静電チャック装置、静電チャック制御装置、プログラムおよび静電チャック制御方法を提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決する手段として、以下の構成を有する。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置された高周波発生用電極と、前記高周波発生用電極に接続された高周波電源と、前記高周波発生用電極と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置された複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記高周波発生用電極と前記第１ヒータエレメントとの間に層状に配置されたガード電極と、を備える。
この構成によれば、高周波発生用電極から発生する高周波をガード電極が遮断する。そのため、第１ヒータエレメントを構成するヒータ電源が高周波により影響を受けることを抑制することができる。また、第１ヒータエレメント用の高周波カットフィルタを除去することができる。すなわち、静電チャック装置の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置の作製コストの低減に寄与する。
本発明の一態様に係る静電チャック装置において、前記第１ヒータエレメントと前記ガード電極との間、または前記第１ヒータエレメントと前記温度調節用ベース部の間に、層状に配置された複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントをさらに備える構成を採用できる。
この構成によれば、ガード電極に加えて、ガード電極側に配置される第１のヒータエレメントまたは第２のヒータエレメントも、高周波発生用電極から生じた高周波を遮断する。したがって、温度調整用ベース部側に配置される第１のヒータエレメントまたは第２のヒータエレメントが高周波の影響を受けることをより抑制できる。すなわち、このヒータのヒータ電源に高周波がノイズとして漏洩し、ヒータ電源の動作ないし性能が害される恐れをさらに低減することができる。
また、この構成によれば、複数の主ヒータに分割された各ゾーンの温度分布を個別に制御できるとともに、各ゾーン内の温度調節をサブヒータにより微調整できる。このため、板状試料を保持している際、プラズマの生成状態や成膜条件の変動により板状試料に部分的な温度分布が生じようとしても、サブヒータによる温度の微調整により温度分布を抑制することができる。このため、エッチング装置や成膜装置に適用した場合、エッチングレートの均一性向上に寄与し、局所的なエッチングレートの制御、成膜の安定性向上に寄与する。
本発明の一態様に係る静電チャック装置において、前記ガード電極が、その円周方向に延在する第１の伝熱障壁を有する構成を採用できる。
この構成によれば、ガード電極を介して面内方向に熱が伝導することを抑制し、領域毎の温度制御性をより高めることができる。静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。そのため、ガード電極の径方向を熱的に分離することでより静電チャック装置の温度制御性を高めることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置において、前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記円形領域において同心状に配置され、前記ガード電極の前記第１の伝熱障壁は前記円形領域の径方向で隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域と平面的に重なって設けられている構成を採用できる。
この構成によれば、各主ヒータ及びサブヒータにより温度制御される領域に合せて、金属板の面内方向の伝熱を阻害することができる。すなわち静電チャック装置１の領域毎の温度制御性をより高めることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置において、前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記円形領域において同心円環状に配置され、前記高周波発生用電極は、その円周方向に延在する第２の伝熱障壁を有し、前記第２の伝熱障壁は、円環領域の径方向で隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域と平面的に重なって設けられている構成を採用できる。
この構成によれば、高周波発生用電極を介して面内方向に熱が伝導することを抑制し、領域毎の温度制御性をより高めることができる。高周波発生用電極の径方向を熱的に分離することでより静電チャック装置の温度制御性を高めることができる。また、電気的には電極内の電位を均一に保つことができるため、プラズマ密度への影響も少なくすることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置における前記高周波発生用電極の形成材料を、非磁性の金属材料とする構成を採用できる。
高周波発生用電極の形成材料を非磁性金属で形成することで、静電チャック装置を高周波雰囲気中で用いても高周波発生用電極が高周波により自己発熱しない。したがって、高周波雰囲気中であっても、板状試料の面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置における前記高周波発生用電極の形成材料を、熱膨張率が４×１０−６／Ｋ以上、１０×１０−６／Ｋ以下とする構成を採用できる。
熱膨張率が当該範囲であれば、熱膨張率差により静電チャック部との接合界面の剥離および静電チャック部のクラック等が生じることをより抑制することができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置における前記高周波発生用電極は、厚みが２０μｍ以上、１０００μｍ以下である構成を採用できる。
高周波発生用電極の厚みが当該範囲であれば、高周波発生用電極の厚みに起因する発熱ムラ、電界のムラを生じ、プラズマの均一性に影響を及ぼすことはなく、高周波発生用電極の熱容量が大きくなりすぎることがなく、板状試料への熱応答性を高めることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記主ヒータの単位面積あたりの発熱量よりも前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が小さく設定されている構成を採用できる。
各ゾーン内の温度調節を主ヒータより単位面積あたりの発熱量を小さくしたサブヒータにより行うことで、サブヒータが温度を微調整するために過剰に加熱してしまうことを抑制し、温度分布をより精密に制御することができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置され、前記温度調節用ベース部に対し絶縁された高周波発生用電極と、前記高周波発生用電極に接続された高周波電源と、前記静電チャック部と前記高周波発生用電極との間に、層状に配置された複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記高周波発生用電極と前記温度調節用ベース部との間に、配置された複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、前記高周波発生用電極と前記第２ヒータエレメントとの間に配置された金属板とを備える。
複数の主ヒータに分割された各ゾーンの温度分布を個別に制御できるとともに、各ゾーン内の温度調節をサブヒータにより微調整できる。このため、板状試料を保持している際、プラズマの生成状態や成膜条件の変動により板状試料に部分的な温度分布が生じようとしても、サブヒータによる温度の微調整により温度分布を抑制することができる。このため、エッチング装置や成膜装置に適用した場合、エッチングレートの均一性向上に寄与し、局所的なエッチングレートの制御、成膜の安定性向上に寄与する。
また、多種類の膜のエッチングに対応し、エッチング温度の変更を短時間で行い、シャープな面内温度分布を形成するために、温度調節用ベース部の制御温度と静電チャック装置の吸着面との温度差を大きくとっていたとしても、板状試料の面内温度分布の均一性向上に寄与し、均熱性の改善に寄与する。
さらに、複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントは、高周波発生用電極との間に金属板を有する。そのため、第２のヒータエレメントが、高周波の影響を受けることを抑制できる。このため、第２のヒータエレメントを介して高周波電流がサブヒータ用の電源へ漏洩することを防止することができる。すなわち、本発明の一態様に係る静電チャック装置は、サブヒータのための高周波カットフィルタを除去することができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記温度調節用ベース部が、金属材料を形成材料とし、前記金属板と前記温度調節用ベース部が電気的に接続された構成を採用できる。
金属板と温度調節用ベース部が電気的に接続されているため、金属板を接地するための配線等を設ける必要が無くより簡便な静電チャック装置を実現することができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記主ヒータの単位面積あたりの発熱量よりも前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が小さく設定された構成を採用できる。
この構成によれば、各ゾーン内の温度調節を主ヒータより単位面積あたりの発熱量を小さくしたサブヒータにより行うことができる。サブヒータが温度を微調整するために過剰に加熱してしまうことを抑制し、温度分布をより精密に制御することができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、前記第１のヒータエレメントと前記第２のヒータエレメントが、それらの円周方向もしくは径方向に複数に分割され、前記第１のヒータエレメントの分割数よりも前記第２のヒータエレメントの分割数が多くされている構成を採用できる。
この構成によれば、温度の微調節が可能なサブヒータの数が主ヒータよりも多い。そのため、主ヒータが加熱する領域よりも小さい領域毎の温度微調節が可能となり、板状試料の局所的温度微調整が可能となる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記円形領域において同心状に配置され、前記金属板が、その円周方向に延在する複数の第１の伝熱障壁を有する構成を採用できる。
この構成によれば、金属板を介して面内方向に熱が伝導することを抑制し、領域毎の温度制御性をより高めることができる。静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。そのため、金属板の径方向を熱的に分離することでより静電チャック装置の温度制御性を高めることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、前記金属板が、隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域及び隣り合う前記複数のサブヒータの間の領域と、平面的に重なって設けられた複数の第１の伝熱障壁を有する構成を採用できる。
この構成によれば、各主ヒータ及びサブヒータにより温度制御される領域に合せて、金属板の面内方向の伝熱を阻害することができる。すなわち静電チャック装置の領域毎の温度制御性をより高めることができる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、前記高周波発生用電極が、隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域及び隣り合う前記複数のサブヒータの間の領域と、平面的に重なって設けられた複数の第２の伝熱障壁を有する構成を採用できる。
この構成によれば、各主ヒータ及びサブヒータにより温度制御される領域に合せて、高周波発生用電極の面内方向の伝熱を阻害することができる。すなわち静電チャック装置の領域毎の温度制御性をより高めることができる。
本発明において、前記主ヒータの前記温度調節用ベース部側に、前記主ヒータの温度を測定する温度センサーが主ヒータに絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置されている温度センサーが設けられた構成を採用できる。
また、前記温度センサーの一面が絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置され、他の面が前記温度調節用ベース部に接触していない構成を採用できる。
この構成によれば、主ヒータの温度を前記温度調節用ベースの温度の影響が少ない状態で温度センサーで計測しながら板状試料の温度制御ができるので、板状試料の温度を制御する際のオーバーシュートを回避でき、板状試料の温度を正確に調整できる。
本発明の一態様に係る静電チャック装置は、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置された複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記温度調節用ベース部と前記第１のヒータエレメントとの間あるいは前記第１のヒータエレメントと前記静電チャック部との間に層状に配置された複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントを備え、前記主ヒータの単位面積あたりの発熱量よりも前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が小さく設定されたことを特徴とする。
複数の主ヒータに分割された各ゾーンの温度分布を個別に制御できるとともに、各ゾーン内の温度調節を主ヒータより単位面積当たりの発熱量を小さくしたサブヒータにより微調整できる。このため、板状試料を保持している際、プラズマの生成状態や成膜条件の変動により板状試料に部分的な温度分布が生じようとしても、サブヒータによる温度の微調整により温度分布を抑制することができる。このため、エッチング装置や成膜装置に適用した場合、エッチングレートの均一性向上に寄与し、局所的なエッチングレートの制御、成膜の安定性向上に寄与する。
また、多種類の膜のエッチングに対応し、エッチング温度の変更を短時間で行い、シャープな面内温度分布を形成するために温度調節用ベース部の制御温度と静電チャック装置の吸着面との温度差を大きくとっていたとしても、板状試料の面内温度分布の均一性向上に寄与し、均熱性の改善に寄与する。
本発明において、前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形に配置され、前記第１のヒータエレメントと前記第２のヒータエレメントが、それらの円周方向もしくは径方向に複数に分割されて前記主ヒータまたは前記サブヒータが形成され、前記第１のヒータエレメントの分割数よりも前記第２のヒータエレメントの分割数が多くされた構成を採用できる。
温度の微調節が可能なサブヒータの数が主ヒータよりも多いので、主ヒータが加熱する領域よりも小さい領域毎の温度微調節が可能となり、板状試料の局所的温度微調整が可能となる。
本発明において、前記主ヒータの前記温度調節用ベース部側に、前記主ヒータの温度を測定する温度センサーが主ヒータに絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置されている温度センサーが設けられた構成を採用できる。
また、前記温度センサーの一面が絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置され、他の面が前記温度調節用ベース部に接触していない構成を採用できる。
この構成によれば、主ヒータの温度を前記温度調節用ベースの温度の影響が少ない状態で温度センサーで計測しながら板状試料の温度制御ができるので、板状試料の温度を制御する際のオーバーシュートを回避でき、板状試料の温度を正確に調整できる。
本発明において、前記温度調節用ベース部の前記静電チャック部側に前記第１ヒータエレメントと前記第２のヒータエレメントが複数の耐熱性絶縁板を介し積層され、前記絶縁板に設けられたコンタクトホールと前記温度調節用ベース部に設けられた貫通孔を介し前記主ヒータあるいは前記サブヒータに接続する給電用端子が設けられた構成を採用できる。
第１のヒータエレメントと第２のヒータエレメントを耐熱性絶縁板を介し積層することで静電チャック部と温度調節用ベース部との間にこれらヒータエレメントの積層構造を実現することができる。第１のヒータエレメントと第２のヒータエレメントに対する給電は、温度調節用ベース部と絶縁板を貫通した給電用端子により行うことができる。
本発明において、前記第２のヒータエレメントと前記温度調節用ベース部との間に絶縁板が設けられ、該絶縁板の前記温度調節用ベース部側の面に沿って前記第２のヒータエレメントの各サブヒータに接続される配線層が形成された構成を採用できる。
第２のヒータエレメントを複数のサブヒータに分割した構造であっても絶縁板に沿って設けた配線層を利用して個々のサブヒータに個別通電できる回路を構成できるので、個々のサブヒータに対する通電制御を行うことができ、複数のサブヒータのそれぞれに対応した細かい領域毎の温度制御を実現できる。
本発明において、前記温度調節用ベース部と前記静電チャック部との間に前記静電チャック部側から順に第１のヒータエレメントと第２のヒータエレメントが絶縁板を介し積層された構成を採用できる。
複数のサブヒータを主ヒータと温度調節用ベース部の間に設けた場合、温度調節用ベース部が板状試料の温度上昇を抑えようとする効果を複数のサブヒータにより局所的に微調整でき、板状試料の面内温度分布の均一性向上に寄与する。
本発明において、前記温度調節用ベース部と前記静電チャック部との間に前記静電チャック部側から順に第２のヒータエレメントと第１のヒータエレメントが絶縁板を介し積層された構成を採用できる。
複数のサブヒータを主ヒータと静電チャック部の間に設けた場合、微調整の効くサブヒータを板状試料に近い位置に設けることとなるので、複数のサブヒータによる局所的な微細温度調節が可能となり、板状試料の局所的温度微調整を可能とする。
また本発明の一態様として、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調整用ベース部と、前記静電チャック部の吸着面の温度を単独もしくは複数の主ヒータ調整領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記第１のヒータエレメントの前記主ヒータ調整領域より多いサブヒータ調整領域の温度を調整する複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、前記サブヒータに印加する電圧を制御する制御部と、を備える静電チャック装置である。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、前記サブヒータに印加する電圧としてパルス電圧を用いる、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、前記第２のヒータエレメントの複数の前記サブヒータについて、巡回的に割り振られた同一の長さの期間のうちで、前記第２のヒータエレメントの各サブヒータに印加するパルス電圧の時間幅を制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、前記サブヒータに印加する電圧としてＤＣ電圧を用いる、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、前記第２のヒータエレメントの複数の前記サブヒータについて、前記サブヒータに印加する電圧の大きさを制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、前記主ヒータに印加する電圧を制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記静電チャック部と前記温度調整用ベース部との温度差がある状況において、前記制御部は、前記主ヒータについては冷却工程以外では常に電圧を印加し、前記各サブヒータについては間欠的に電圧を印加し得る、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、各主ヒータを分割する様に配された各サブヒータに印加する電圧の大きさを前記主ヒータに印加する電圧、電流、または電力の大きさに基づいて制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記制御部は、各主ヒータを分割する様に配された各サブヒータに印加する電圧の大きさを、少なくとも前記主ヒータに対応する温度検出結果と前記温度調整用ベース部のチラーに対応する温度検出結果との温度差に基づいて制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記サブヒータに印加する電圧を制御するために用いられる情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報に基づいて、前記サブヒータに印加する電圧を制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記記憶部は、前記サブヒータにより温度調整を行う温度域のうちの一部に対応する情報を記憶し、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報および前記主ヒータに印加する電圧、電流、または電力の大きさに基づいて、前記サブヒータに印加する電圧を制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記記憶部は、前記サブヒータにより温度調整を行う温度域のうちの一部に対応する情報を記憶し、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報および少なくとも前記主ヒータに対応する温度検出結果と前記温度調整用ベース部のチラーに対応する温度検出結果との温度差に基づいて、前記サブヒータに印加する電圧を制御する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記第１のヒータエレメントは、それぞれ独立した温度制御が可能な複数の前記主ヒータ調整領域の温度を調整する、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記サブヒータは、前記第１のヒータエレメントの各主ヒータ調整領域を分割する様に層状に配されている、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が、前記主ヒータに対して１／５以下である、構成が用いられてもよい。
一態様として、静電チャック装置において、前記第２のヒータエレメントは、単層もしくは複数の層よりなる、構成が用いられてもよい。
一態様として、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調整用ベース部と、前記静電チャック部の吸着面の温度を単独もしくは複数の主ヒータ調整領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記第１のヒータエレメントの前記主ヒータ調整領域より多いサブヒータ調整領域の温度を調整する複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、を備える静電チャック装置における前記サブヒータに印加する電圧を制御する制御部を備える、静電チャック制御装置である。
一態様として、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調整用ベース部と、前記静電チャック部の吸着面の温度を単独もしくは複数の主ヒータ調整領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記第１のヒータエレメントの前記主ヒータ調整領域より多いサブヒータ調整領域の温度を調整する複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、を備える静電チャック装置を制御するプログラムであって、前記サブヒータに印加する電圧としてパルス電圧を用いて 前記サブヒータに印加する電圧を制御するステップ、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
一態様として、第１のヒータエレメントを構成する単独もしくは複数の主ヒータが、静電チャック部の吸着面の温度を単独もしくは複数の主ヒータ調整領域で調整し、第２のヒータエレメントを構成する複数のサブヒータが、前記第１のヒータエレメントの前記主ヒータ調整領域より多いサブヒータ調整領域の温度を調整し、制御部が、前記サブヒータに印加する電圧を制御する、静電チャック制御方法である。
一態様として、主ヒータの主ヒータ調整領域を分割する様に配されたサブヒータに印加される電圧の大きさを、前記主ヒータに印加する電圧、電流、または電力の大きさに基づいて制御する、静電チャック制御方法である。
一態様として、主ヒータの主ヒータ調整領域を分割する様に配されたサブヒータに印加される電圧の大きさを、少なくとも前記主ヒータに対応する温度検出結果と温度調整用ベース部のチラーの温度検出結果との温度差に基づいて制御する、静電チャック制御方法である。
一態様として、主ヒータの主ヒータ調整領域を分割する様に配されたサブヒータの温度調整において、前記サブヒータへの供給電力は、パルス電圧の印加時間と電圧値により調整され、前記印加時間は、前記主ヒータによる温度により制御し、前記電圧値は、前記主ヒータの印加電力、もしくは、少なくとも前記主ヒータに対応する温度検出結果と温度調整用ベース部のチラーの温度検出結果との温度差により、制御する静電チャック制御方法である。
一態様として、静電チャック部の吸着面の温度を単独もしくは複数の主ヒータ調整領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、前記第１のヒータエレメントの前記主ヒータ調整領域より多いサブヒータ調整領域の温度を調整する複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、を備える静電チャック装置において、前記サブヒータへの巡回的パルス電圧の印加において、ＤＣ電源と前記サブヒータとの間と、前記サブヒータとアースとの間と、の一方もしくは両方に、スイッチング素子を配し、前記サブヒータに所定のパルス電圧を印加する、静電チャック制御方法である。
本発明の静電チャック装置のある態様によれば、高周波発生用電極から発生する高周波をガード電極が遮断し、主ヒータへの影響を抑制できる。したがって、主ヒータに接続されるヒータ電源が高周波により影響を受けることを抑制し、主ヒータの高周波カットフィルタを除去することができる。すなわち、静電チャック装置の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置の作製コストの低減に寄与する。
また本発明の静電チャック装置のある態様によれば、複数の主ヒータにより分割された各ゾーンの温度分布を個別に制御できるとともに、各ゾーン内の温度調節を主ヒータより単位面積当たりの発熱量を小さくしたサブヒータにより微調整できる。
このため、板状試料を保持している際、プラズマの生成状態や成膜条件の変動により板状試料に部分的な温度分布が生じようとしても、サブヒータによる温度の微調整により温度分布を抑制することができる。このため、本発明の静電チャック装置により板状試料を保持しながらエッチングあるいは成膜処理を行うと、エッチングレートの均一性向上に寄与し、局所的なエッチングレートの制御、成膜の安定性向上に寄与する。
また複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、高周波発生用電極との間には金属板を有する。そのため、第２のヒータエレメントが、高周波の影響を受けない。すなわち、第２のヒータエレメントを介して高周波電流がサブヒータ用の電源へ漏洩することを防止することができ、サブヒータのための高周波カットフィルタを除去することができる。
また本発明のある態様によれば、静電チャック装置においてヒータを用いた温度制御を精度良く行うことができる。
本発明に係る第１実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 本発明に係る第１実施形態の静電チャック装置に設けられる主ヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 本発明に係る第１実施形態の静電チャック装置に設けられるガード電極のパターンの一例を示す平面図。 本発明に係る第２実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 本発明に係る第２実施形態の静電チャック装置が支持した板状試料の表面温度分布をサーモカメラで調べている状態を示す説明図。 本発明に係る第２実施形態の静電チャック装置に設けられるサブヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 本発明に係る第３実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 同静電チャック装置に設けられる主ヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置に設けられるサブヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置に設けられる金属板のパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置に設けられる金属板のパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置が支持した板状試料の表面温度分布をサーモカメラで調べている状態を示す説明図。 本発明に係る第４実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 同静電チャック装置に設けられる主ヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置に設けられるサブヒータエレメントのパターンの一例を示す平面図。 同静電チャック装置が支持した板状試料の表面温度分布をサーモカメラで調べている状態を示す説明図。 本発明に係る第５実施形態の静電チャック装置を示す断面図。 本発明の一実施形態（第６実施形態）に係る静電チャック装置の概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る静電チャック装置におけるヒータなどの配置を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る主ヒータおよびサブヒータにより温度を調整する領域（温度調整領域）の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るサブヒータを制御する回路の一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は本発明の一実施形態に係るサブヒータを制御するパルス電圧の例を示す図である。 本発明の一実施形態（第７実施形態）に係る静電チャック装置の概略的な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態（第８実施形態）に係る静電チャック装置の概略的な構成を示すブロック図である。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。この形態の静電チャック装置１は、一主面（上面）側を載置面とした円板状の静電チャック部２と、この静電チャック部２の下方に設けられて静電チャック部２を所望の温度に調整する厚みのある円板状の温度調節用ベース部３と、静電チャック部２と温度調節用ベース部３の間に介挿された高周波発生用電極４と、高周波発生用電極に接続された高周波電源（図視略）と、高周波発生用電極４と温度調節用ベース部３との間に層状に配置された複数の主ヒータからなる第１ヒータエレメント５と、高周波発生用電極４と第１ヒータエレメント５との間に層状に配置されたガード電極７０を有する。
また静電チャック装置１は、高周波発生用電極４を静電チャック部２の底面側に貼り付ける接着層４Ａと、ガード電極７０を高周波発生用電極４に貼り付ける接着層７０Ａと、第１ヒータエレメント５を温度調節用ベース部３で電気的に分離する絶縁板１０と、これらの周囲を覆って形成された接着剤層１１を備えて構成される。さらに、静電チャック装置１は、高周波発生用電極４に給電用端子４１を介して接続された図示略の高周波電源を備えて構成される。
静電チャック部２は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面２１ａとした載置板２１と、この載置板２１と一体化され該載置板２１の底部側を支持する支持板２２と、これら載置板２１と支持板２２との間に設けられた静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）２３および静電吸着用電極２３の周囲を絶縁する絶縁材層２４と、支持板２２を貫通するように設けられ静電吸着用電極２３に直流電圧を印加するための取出電極端子２５Ａにより構成されている。
載置板２１および支持板２２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のものであり、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）焼結体等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性のセラミックス焼結体からなる。
載置板２１の載置面２１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部２１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部２１ｂが板状試料Ｗを支える。
載置板２１、支持板２２、静電吸着用電極２３および絶縁材層２４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部２の厚みは一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に形成されている。
例えば、静電チャック部２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化する。すなわち、静電チャック部の横方向の熱伝達が増加し、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。
静電吸着用電極２３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極２３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ２Ｏ３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ２Ｏ３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。
静電吸着用電極２３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。
静電吸着用電極２３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極２３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極２３と載置板２１および支持板２２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極２３と載置板２１および支持板２２との接合界面に剥離もしくはクラックが入り易くなる。
このような厚みの静電吸着用電極２３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層２４は、静電吸着用電極２３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極２３を保護するとともに、載置板２１と支持板２２との境界部、すなわち静電吸着用電極２３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板２１および支持板２２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
取出電極端子２５Ａは、静電吸着用電極２３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、この取出電極端子２５Ａの材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極２３および支持板２２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５などの導電性セラミック材料からなる。
なお、取出電極端子２５Ａは導電性接着部２５Ｂと後述する給電用端子２５Ｃに接続されている。導電性接着部２５Ｂは柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤からなり、給電端子２５Ｃはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料からなる。
給電用端子２５Ｃの外周側には、絶縁性を有する碍子２５ａが設けられ、この碍子２５ａにより金属製の温度調節用ベース部３に対し給電用端子２５Ｃが絶縁されている。取出電極端子２５Ａは支持板２２に接合一体化され、さらに、載置板２１と支持板２２は、静電吸着用電極２３および絶縁材層２４により接合一体化されて静電チャック部２が構成されている。
給電用端子２５Ｃは後に詳述する温度調節用ベース部３の貫通孔３ｂを貫通するように設けられている。
温度調節用ベース部３は、静電チャック部２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部３としては、例えば、その内部に水を循環させる流路３Ａが形成された水冷ベース等が好適である。
この温度調節用ベース部３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
本実施形態の構造では、温度調節用ベース部３の上面側に、絶縁板１０と、第１ヒータエレメント５と、ガード電極７０と、高周波発生電極４と、静電チャック部２の底面側とを収容可能な大きさの凹部３ａが形成されている。この凹部３ａ内に底部側から順に接着層１０Ａ、絶縁板１０、第１のヒータエレメント５、ガード電極７０、接着層７０Ａ，高周波発生用電極４、接着層４Ａ、支持板２２の底部側が収容され、凹部３ａを埋めるように形成された接着剤層１１によりこれらが一体化されている。
絶縁板１０は、凹部３ａの上面に接着層１０Ａにより接着されている。この接着層１０Ａはポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板１０はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。接着層４Ａ、７０Ａは耐熱性を有するシート型の接着剤層からなり、接着層１０Ａと同等の材料からなる。
なお、絶縁板１０は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またアルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でも良い。
高周波発生用電極４は、装置内にプラズマを発生させるために高周波を発生させるためのものである。例えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置では、高周波発生電源から高周波電力を高周波発生用電極４に印加することで、対向する対向電極との間に放電を生じさせ、ガスをプラズマ化することができる。
高周波発生用電極４は、支持板２２の底面側に接着層４Ａを介して接着されている。高周波発生用電極４には、給電用端子４１を介して接続された図示略の高周波電源が接続され、高周波電力を高周波発生用電極４に印加できる構成となっている。給電用端子４１は、温度調節用ベース部３との絶縁性を保つために、碍子４１ａで被覆されている。
高周波発生用電極４の形成材料は、非磁性の金属材料とすることが好ましい。高周波発生用電極４の形成材料を非磁性金属で形成することで、静電チャック装置１を高周波雰囲気中で用いても高周波発生用電極４が、高周波により自己発熱することを抑制することができる。したがって、高周波雰囲気中であっても、板状試料の面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となる。
高周波発生用電極４の形成材料は、熱膨張率が４×１０−６／Ｋ以上、１０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。
熱膨張率が当該範囲であれば、熱膨張率差により静電チャック部と高周波発生用電極４との接合界面の剥離が生じることをより抑制することができる。
接合界面に剥離が発生した箇所と、発生していない箇所では静電チャック部と高周波発生用電極間の熱伝達性に差が生じ、静電チャック部面内の均熱性を維持することが難しくなる。
高周波発生用電極４の厚みは、２０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。高周波発生用電極４の厚みが厚すぎると、熱容量が大きくなりすぎ、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化する。また高周波発生用電極４の厚みが薄すぎると、高周波発生用電極の発熱ムラ、電界のムラを生じ、プラズマの均一性に影響を及ぼす。
第１のヒータエレメント５は、高周波発生用電極４と温度調節用ベース部３との間に層状に配置されている。
第１のヒータエレメント５は、図２に示すように、中心部の円環状の領域に配置された第１の主ヒータ５Ａと、この第１の主ヒータ５Ａを順次取り囲むように円環状の領域に配置された第２の主ヒータ５Ｂと、第３の主ヒータ５Ｃと、第４の主ヒータ５Ｄとからなる。図２に示すように第１〜第４の主ヒータ５Ａ〜５Ｄが配置されている領域は、円板状の静電チャック部２と同程度の大きさであることが好ましい。
なお、主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、図２では平面視単純な円環状に描いたが、各主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは帯状のヒータを蛇行させて図２に示す円環状の領域を占めるように配置されている。このため、図１に示す断面構造では各主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを構成する帯状のヒータを個別に描いた。また第１のヒータエレメント５をその径方向に４つに分割して４つの主ヒータ５Ａ〜５Ｄからなる構造としたが、第１のヒータエレメント５の分割数は４に限らず、任意の数でよい。
主ヒータ５Ａ〜５Ｄは、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。
これらの主ヒータ５Ａ〜５Ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有する絶縁板１０を介して、温度調節用ベース部３上に固定されている。
第１のヒータエレメント５は主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄからなるが、これら個々の主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに給電するための複数本の給電用端子５１が設けられ、主ヒータを加熱するためのヒータ電源（正極）に接続されている。図２では主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの概形のみを示しているが、いずれのヒータであっても電源に接続するための導通部が各ヒータの一端側と他端側に設けられる。そのため、主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに対し２本ずつ、合計８本の給電用端子５１が設けられている。
図１では説明の簡略化のために、最外周の主ヒータ５Ｄに対し接続された給電用端子５１を１本描いている。この給電用端子５１は、温度調節用ベース部３と絶縁板１０をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように配置されている。また、給電用端子５１の外周面には絶縁用の筒型の碍子５１ａが装着され、温度調節用ベース部３と給電用端子５１が絶縁されている。さらに給電端子５１は、接着部５１ｂを介して第１のヒータエレメント５と接着されている。
給電用端子５１を構成する材料は先の給電用端子２５Ｃを構成する材料と同等の材料を用いることができる。
ガード電極７０は、第１ヒータエレメント５と高周波発生用電極４との間に設けられる。そのため、高周波発生用電極４から生じた高周波を遮断できる。すなわち、第１ヒータエレメント５を構成する主ヒータへの高周波の影響を抑制することができる。したがって、主ヒータに電力を供給するヒータ電源に、高周波がノイズとして印加されることを抑制し、ヒータ電源の動作ないし性能が害される恐れを低減する。
また、ガード電極７０が高周波を遮断するため、第１ヒータエレメント５を構成する主ヒータに高周波カットフィルタを設ける必要がない。すなわち、静電チャック装置１の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置１の作製コストを低減することができる。
ガード電極７０は、高周波発生用電極４の底面側に接着層７０Ａを介して、接着されている。ガード電極７０には、通電用端子７１を介して外部に接地されている。通電用端子７１は、温度調節用ベース部３との絶縁性を保つために、碍子７１ａで被覆されている。
ガード電極７０は、高周波発生用電極４から発生した高周波を遮断する。ガード電極は、その面内方向の熱伝導を阻害する伝熱障壁を有することが好ましい。伝熱障壁は、ガード電極に設けた切込、溝等でもよく、これらの内部を熱伝導性の悪い（ガード電極を構成する材料より熱伝導性が悪い）樹脂等で充填してもよい。以下、一例として切込の場合を基に説明する。図３は、本発明の第１実施形態の静電チャック装置１に用いられるガード電極７０を平面視した図である。
図３に示すように、ガード電極７０は、第１のヒータエレメント５が配置された面に沿って円形領域に配置され、その円形領域の円周方向に延在する複数の切込（第１の伝熱障壁）を有している。またガード電極７０の切込は、第１のヒータエレメント５を構成する複数の主ヒータ５Ａ〜５Ｄが、円形領域において同心状に配置されている場合、円形領域の径方向で隣り合う複数の主ヒータ５Ａ〜５Ｄの間の領域と平面的に重なって設けられていることが好ましい。
ガード電極７０が、その円周方向に延在する複数の切込を有することで、ガード電極内の円周方向の均熱性を高めることができる。静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。そのため、ガード電極７０の径方向を熱的に分離することでより板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。
また主ヒータの加熱領域に合せてガード電極７０に切込を設けることで、主ヒータ５Ａ〜５Ｄにより加えられた熱が、ガード電極７０の熱伝導によって径方向へ広がることをより抑制できる。すなわち、より板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。
図３に示すように、ガード電極７０に伝熱障壁を有している場合でも、ガード電極７０は部分的に接続されており、電気的に一体であることが好ましい。電気的に一体化していることで、ガード電極７０の電位を一定に保つことができる。そのため、プラズマ密度への影響も少なくすることができる。
このような伝熱障壁は、高周波発生用電極４に設けてもよい。また高周波発生電極４及びガード電極７０の両方に設けてもよい。高周波発生用電極４が、その円周方向に延在する複数の伝熱障壁（第２の伝熱障壁）を有することで、高周波発生用電極４内の円周方向の均熱性を高めることができる。上述のように、静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。そのため、高周波発生用電極４の径方向を熱的に分離することでより板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。
また主ヒータの加熱領域に合せて高周波発生用電極４に伝熱障壁を設けることで、主ヒータ５Ａ〜５Ｄにより加えられた熱が、高周波発生用電極４の熱伝導によって径方向へ広がることをより抑制できる。すなわち、より板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。
ガード電極７０の形成材料は、高周波を遮断できる金属材料であればよいが、非磁性の金属材料とすることが好ましい。ガード電極７０の形成材料を非磁性金属で形成することで、高周波発生用電極４から生じる高周波により、ガード電極７０が発熱することを抑制することができる。したがって、高周波雰囲気中であっても、板状試料の面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となる。
ガード電極７０の形成材料は、熱膨張率が４×１０−６／Ｋ以上、１０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。
熱膨張率が当該範囲であれば、熱膨張率差により高周波発生用電極４との接合界面の剥離等が生じることをより抑制することができる。接合界面に剥離が生じると、剥離が発生した箇所と、発生していない箇所で熱伝達性に差が生じ、面内の均熱性を維持することが難しくなる。
ガード電極７０の厚みは、２０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。ガード電極７０の厚みが厚すぎると、熱容量が大きくなりすぎ、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化する。またガード電極７０の厚みが薄すぎると、十分な高周波遮蔽性が得られないとともに、発熱等の問題を生じる。
主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの下面側には温度センサー３０が設けられている。図１の構造では温度センサー３０の温度調節用ベース部３をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設置孔３１が形成され、これらの設置孔３１の最上部、主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄのいずれかに近接する位置にそれぞれ温度センサー３０が設置されている。
なお、温度センサー３０はできるだけ主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに近い位置に設置することが望ましい。
また、温度センサー３０は、温度調節用ベースの温度の影響を受けないため、温度センサーの一方の面を絶縁層を介してヒータ側に接着し、他の面は冷却ベースに接していないもしくは、ヒータと温度センサー３０の熱伝達率に比較して温度センサー３０が十分に小さい（1/5以下 より好ましくは1/10）ことが望ましい。
温度センサー３０は、一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー３０が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等により主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの下面に接着されている。
蛍光体層は、主ヒータからの発熱に応じて蛍光を発生する材料からなり、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できるが、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに対応する温度センサー３０はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であって主ヒータ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。
これらの温度センサー３０の蛍光から主ヒータ５Ａ〜５Ｄの温度を測定する温度計測部３２は、一例として、図１に示すように温度調節用ベース部３の設置孔３１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部３３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器３４と、励起部３３および蛍光検出器３４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部３５とから構成されている。
ところで、図１に符号３８で示すものは温度調節用ベース部３から載置板２３までをそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設けられたピン挿通孔であり、このピン挿通孔３８に板状試料離脱用のリフトピンが設けられる。ピン挿通孔３８の外周部には筒状の碍子３８ａが設けられている。
前記構造の静電チャック装置１において、第１のヒータエレメント５と温度調節用ベース部３との間の熱伝達率は４０００Ｗ／ｍ２Ｋより小さく２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいことが好ましい。
熱伝達率が２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいならば、第１のヒータエレメント５と温度調節用ベース部３との間の熱応答性を高くすることができ、静電チャック装置１の温度制御を行う場合に応答性の良好な温度制御が可能となる。
なお、熱伝達率は４０００Ｗ／ｍ２Ｋより大きい場合、ヒータ部から温度調整ベースへの熱流出が大きくなり、搭載物（板状試料）Ｗを所定の温度まで昇温するのに過度の電力をヒータに供給する必要があり好ましくない。
以上の説明のように構成された静電チャック装置１は、給電用端子２５Ｃから静電チャック部２の静電吸着用電極２３に通電して静電吸着力を発生させ、載置面２１ａの突起部２１ｂ上に板状試料Ｗを吸着して使用することができる。
また、温度調節用ベース部３に冷媒を循環させて板状試料Ｗを冷却できるとともに、主ヒータ５Ａ〜５Ｄの各々に給電用端子５１を介し電源から通電することで主ヒータ５Ａ〜５Ｄを個々に発熱させ、板状試料Ｗを加温することで温度制御することができる。
静電チャック装置１は、上記構成を用いることで、複数に分割したヒータを備えた構造であっても各ヒータで加熱するゾーンの均一な温度制御を簡便な構成で実現することができる。また、その構成により第１のヒータエレメント５用の高周波カットフィルタが不要となり、静電チャック装置１の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置１の作製コストを低減することができる。
「第２実施形態」
図４は、本発明の第２実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。この形態の静電チャック装置１０１は、第１ヒータエレメント５と温度調節用ベース部３の間に第２のヒータエレメントを備える点が異なる。また第２のヒータエレメントを設けることに付随して、絶縁板７、８、絶縁板７、８の間に介在した配線層９、絶縁板７を温度調節用ベース部３に接着する接着層７Ａが配設されている。
第２のヒータエレメント６は、図５では、第１のヒータエレメント５と温度調節用ベース部３との間に層状に配置されている。一方で、第１ヒータエレメント５とガード電極７０の間に配置してもよい。いずれの場合でも、ガード電極７０が、高周波発生用電極４から発生する高周波を遮断する。したがって、第１ヒータエレメントを構成する主ヒータおよび第２ヒータエレメントを構成するサブヒータに高周波がノイズとして印加されることを抑制し、ヒータ電源の動作ないし性能が害される恐れを低減する。したがって、主ヒータ及びサブヒータ用に高周波カットフィルタを設ける必要がない。そのため、静電チャック装置１０１の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置１０１の作製コストを低減することができる。
第２のヒータエレメント６は、図５に示すように中心部の円環状の領域に配置された第１のサブヒータ６Ａと、この第１のサブヒータ６Ａを順次取り囲むように円環状の領域に形成された第２のサブヒータ６Ｂと、第３のサブヒータ６Ｃと、第４のサブヒータ６Ｄとからなる。
第１のサブヒータ６Ａは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６ａを複数（図５の構成の場合２つ）組み合わせて円環状に形成され、第２のサブヒータ６Ｂは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６ｂを複数（図５の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第３のサブヒータ６Ｃは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６ｃを複数（図５の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第４のサブヒータ６Ｄは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６ｄを複数（図５の構成の場合８つ）組み合わせて円環状に形成されている。
ヒータ分割体６ａ〜６ｄは、主ヒータ５Ａ〜５Ｄよりも薄い非磁性金属薄板、例えばモリブデン（Ｍｏ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、ニオブ（Ｎｂ）薄板、チタン（Ｔｉ）薄板、銅（Ｃｕ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を扇形環状体形状に加工することで得られる。
これらのヒータ分割体６ａ〜６ｄは、主ヒータ５Ａ〜５Ｄの単位面積あたりの発熱量より低い発熱量を示す構成であることが好ましく、主ヒータ５Ａ〜５Ｄより薄い構造あるいは発熱量の低い材料から構成されていることが好ましい。一例として、主ヒータを厚み１００μｍのＴｉ薄板から構成した場合、サブヒータを厚さ５μｍのＭｏ薄板から構成することができる。
これらのヒータ分割体６ａ〜６ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂等からなる図示略の接着剤層により絶縁板８の上面に接着・固定されている。
なお、本実施形態ではサブヒータ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを２分割、４分割あるいは８分割構造としたが、分割数は任意で良く、分割した場合の形状も任意でよい。
静電チャック装置１０１のように、第２のヒータエレメント６を有する場合、ガード電極７０に形成される第１伝熱障壁及び高周波発生用電極４に形成される第２の伝熱障壁は、隣り合う複数の主ヒータ間の領域および隣り合う複数のサブヒータ間の領域と、平面的に重なるように設けられていることが好ましい。
次に、サブヒータ６Ａ〜６Ｄを構成するヒータ分割体とそれらに個々に給電するための構造について説明する。
サブヒータ６Ａ〜６Ｄは、平面視すると図５に示すように各サブヒータ６Ａ〜６Ｄをそれらの周方向に個々に分割した複数のヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの集合構造とされている。ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにそれぞれ給電するために、本実施形態では絶縁板７の上面側に銅などの低抵抗材料からなる配線層９が設けられている。
配線層９は個々に分岐された複数の配線体９ａからなり各配線体９ａはヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに接続されている。
図４において配線体９ａは絶縁板７の上面側にその中央部側から周縁側に延在するように複数配置され、各配線体９ａの一端側が絶縁板８の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部８ｂを介しヒータ分割体のいずれかに接続されている。また、各配線体９ａの他端側が絶縁板７の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部７ｂを介し給電用端子６１に接続されている。この給電用端子６１は温度調節用ベース部３の貫通孔３ｂに沿って温度調節用ベース部３をその厚さ方向に貫通し、絶縁板７に達するように形成されたもので、給電用端子６１の外周側には絶縁用の碍子６１ａが設けられ、温度調節用ベース部３に対し絶縁されている。
ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはサブヒータ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄの周方向に複数形成されているので、これらに接続するための給電用端子６１が相互干渉しないように給電用端子６１を温度調節用ベース部３の周方向に対し離間された位置に配置され、これらヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが個々に個別の配線体９ａを用いて接続されている。
なお、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに対し個々に給電するためにこれらに対しそれぞれ２本の給電用端子６１が接続されているが、図４の断面構造では一部のみ示し、他の配線体９ａの接続構造は適宜記載を略している。
ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれについても給電用端子６１が２本ずつ接続され、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれに対し２本の給電用端子６１を介しスイッチ素子と電源装置が接続されている。
以上説明の構成により、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれに対し、スイッチ素子と電源の動作に応じて通電発熱制御ができるようになっている。スイッチング素子と電源の動作については、第１のヒータエレメント５と抵抗体の数が異なることに伴うスイッチング素子、正極、負極の数が異なるのみで、同様の構成で動作させることができる。
なお、サブヒータ６Ａ〜６Ｄの給電用端子６１の数は、ヒータパターンおよびスイッチ素子の配置によりヒータ分割体の数の２倍より減じることができる。
板状試料Ｗをエッチング装置あるいは成膜装置に供給してプラズマ雰囲気や成膜雰囲気に晒すと、板状試料Ｗにはプラズマの生成状態あるいは成膜室内の温度分布等に応じて温度差が生じる。
板状試料Ｗの表面の温度分布を例えば図６に示すようにサーモカメラ２００で撮影してサーモグラフで分析し、板状試料Ｗにおいて温度の低い領域を生じているならば、該当する領域のヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに通電し加温することで、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの個々の領域の上方に対応する板状試料Ｗの各ゾーンの表面温度を局所的に上昇させ、板状試料Ｗの表面温度を均一化することができる。
加温する際の温度制御はヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの個々に通電する際の印加電圧制御、電圧印加時間制御、電流値制御等で行うことができる。
上述の構造において、第２のヒータエレメント６を複数のヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに分割し、個々に通電発熱制御ができるように構成したので、吸着した板状試料Ｗに温度分布が生じようとした場合であっても温度の低いゾーンに対応する位置のヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれかに通電し発熱させることで板状試料Ｗの温度の低いゾーンの温度を上昇させて温度分布を均一化できる。
このため、プラズマエッチングあるいは成膜などのために静電チャック装置１０１により板状試料Ｗを保持している場合、ヒータ分割体６ａ〜６ｄの個別温度制御により板状試料Ｗの表面温度を均一化することにより、均一なエッチングあるいは均一な成膜を行うことができる。
また、主ヒータ５Ａ〜５Ｄに対し、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの単位面積当たりの発熱量を小さくすることで、温度微調整用のヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに対する通電量を小さくすることができる。更に、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの通電量を小さくできることから、例えば、ヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに対する通電電流をパルス電流とすることで電力供給量を削減できる。
前述の構造において、主ヒータ５Ａ〜５Ｄの厚みとヒータ分割体６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの厚みは製造時に自由に選択できるので、各ヒータ、各配線に応じた耐電圧を個別に設定することができ、各ヒータ、各配線に個別の望ましい耐電圧値を設定できる。例えば一例としてＴｉ薄板からなる主ヒータの厚みを１００μｍ、Ｍｏ薄板からなるヒータ分割体の厚みを５μｍに設定することにより、ヒータ分割体の単位面積あたりの発熱量を主ヒータの１／５以下に調整することができる。勿論、構成材料とヒータ厚の他に、供給電圧の調整によって主ヒータとヒータ分割体の発熱量の調節を行ってもよい。
ところで、第２実施形態の構造では第１のヒータエレメント５をその径方向に４つに分割して４つの主ヒータ５Ａ〜５Ｄからなる構造としたが、第１のヒータエレメント５の分割数は４に限らず、任意の数でよい。また、第２のヒータエレメント６について径方向に４つに分割して４つのサブヒータ６Ａ〜６Ｄから構成し、更に第１のサブヒータ６Ａを２分割、第２のサブヒータ６Ｂを４分割、第３のサブヒータ６Ｃを４分割、第４のサブヒータ６Ｄを８分割構造としたが、第２のヒータエレメント６の径方向への分割数は任意の数で良く、各サブヒータの分割数も任意の数でよい。ただし、サブヒータにより局所的な温度微調整を行う観点から、第１のヒータエレメント５の分割数より第２のヒータエレメント６の分割数が多い方が好ましい。
本実施形態において第２のヒータエレメント６について１層構造としたが、第２のヒータエレメント６は２層以上の多層構造でも差し支えない。また、本実施形態において第１のヒータエレメント５と第２のヒータエレメント６を平面視円環状に重なる領域に配置したが、平面視で重なる領域から多少ずれた位置に配置しても良い。例えば、第１のヒータエレメント５を構成する複数の主ヒータ設置領域（円環状の設置領域）の間に形成されている僅かな間隙を平面視で埋めるように第２のヒータエレメントの複数のサブヒータを配置し、複数の主ヒータ間の隙間領域を複数のサブヒータで埋めるように配置することも可能である。勿論、第２のサブヒータを２層以上配置した場合に各層の配置領域を平面視でずらすことで、主ヒータ間の間隙を埋める構造を採用しても良い。
静電チャック装置１０１は、上記構成を用いることで、複数に分割したヒータを備えた構造であっても各ヒータで加熱するゾーンの均一な温度制御をすることができる静電チャック装置１０１を提供することができる。また、ガード電極７０により第１のヒータエレメント５及び第２のヒータエレメント６を構成する主ヒータ及びサブヒータ用の高周波カットフィルタが不要となり、静電チャック装置１０１の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置１０１の作製コストを低減することができる。
「第３実施形態」
図７は、本発明の第３実施形態の静電チャック装置を示す断面図である。この形態の静電チャック装置５０１は、一主面（上面）側を載置面とした円板状の静電チャック部５０２と、この静電チャック部５０２の下方に設けられて静電チャック部５０２を所望の温度に調整する厚みのある円板状の温度調節用ベース部５０３と、静電チャック部５０２と温度調節用ベース部５０３の間に介挿された層状構造の高周波発生用電極５５０と、静電チャック部５０２と高周波発生用電極５５０の間に介挿された層状構造の第１のヒータエレメント５０５と、高周波発生用電極５５０と温度調節用ベース部５０３との間に介挿された層状構造の第２のヒータエレメント５０６と、高周波発生用電極５５０と第２ヒータエレメントの間に介挿された金属板５５１を備えている。また静電チャック装置５０１は、静電チャック部５０２の底面側と、第１のヒータエレメント５０５の周囲を覆って形成された接着剤層５０９Ｂを備えて構成される。
静電チャック部５０２は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面５１１ａとした載置板５１１と、この載置板５１１と一体化され該載置板５１１の底部側を支持する支持板５１２と、これら載置板５１１と支持板５１２との間に設けられた静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）５１３および静電吸着用電極５１３の周囲を絶縁する絶縁材層５１４と、支持板５１２を貫通するように設けられ静電吸着用電極５１３に直流電圧を印加するための取出電極端子５１５Ａにより構成されている。
載置板５１１および支持板５１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のものである。これらは、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）焼結体等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性のセラミックス焼結体からなる。
載置板５１１の載置面５１１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部５１１ｂが複数所定の間隔で形成されている。これらの突起部５１１ｂは、板状試料Ｗを支持する。
載置板５１１、支持板５１２、静電吸着用電極５１３および絶縁材層５１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部５０２の厚みは一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に形成されている。
例えば、静電チャック部５０２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部５０２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部５０２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部５０２の熱容量が大きくなる。そのため、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部５０２の横方向の熱伝達が増加する。そのため、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。
静電吸着用電極５１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられる。用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極５１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ２Ｏ３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ２Ｏ３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。
静電吸着用電極５１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。
静電吸着用電極５１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極５１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極５１３と載置板５１１および支持板５１２との接合界面の剥離およびクラックが入り易くなる。これは、静電吸着用電極５１３と載置板５１１および支持板５１２との間の熱膨張率差に起因すると考えられる。
このような厚みの静電吸着用電極５１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層５１４は、静電吸着用電極５１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極５１３を保護するとともに、載置板５１１と支持板５１２との境界部、すなわち静電吸着用電極５１３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板５１１および支持板５１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
取出電極端子５１５Ａは、静電吸着用電極５１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のものである。取出電極端子５１５Ａの材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極５１３および支持板５１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５などの導電性セラミック材料からなる。
取出電極端子５１５Ａは導電性接着部５１５Ｂと後述する給電用端子５１５Ｃに接続されている。導電性接着部５１５Ｂは柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤からなる。
給電端子５１５Ｃはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料からなる。
給電用端子５１５Ｃの外周側には、絶縁性を有する碍子５１５ａが設けられ、この碍子５１５ａにより金属製の温度調節用ベース部５０３に対し給電用端子５１５Ｃが絶縁されている。取出電極端子５１５Ａは支持板５１２に接合一体化され、さらに、載置板５１１と支持板５１２は、静電吸着用電極５１３および絶縁材層５１４により接合一体化されて静電チャック部５０２が構成されている。
給電用端子５１５Ｃは後に詳述する温度調節用ベース部５０３の貫通孔５０３ｂを貫通するように設けられている。
温度調節用ベース部５０３は、静電チャック部５０２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。温度調節用ベース部５０３は、その内部に水等を循環させる流路５０３Ａが形成されている。
温度調節用ベース部５０３は、金属材料を形成材料とする。この金属材料は、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部５０３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
温度調節用ベース部５０３の流路５０３Ａに対し静電チャック部５０２側に形成された凹部５０３ａには、開口部５０３Ｂが形成されている。その開口部５０３Ｂ内には、後述する第２のヒータエレメント５０６が配置されている。
高周波発生用電極５５０は、装置内にプラズマを発生させるために高周波を発生させるためのものである。例えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置では、高周波発生電源から高周波電力を高周波発生用電極５５０に印加することで、対向する対向電極との間に放電を生じさせ、ガスをプラズマ化することができる。
高周波発生用電極５５０は、静電チャック部５０２と温度調節用ベース部５０３の間に介挿されている。高周波発生用電極５５０には、給電用端子５５２を介して接続された図示略の高周波電源が接続され、高周波電力を高周波発生用電極５５０に印加できる構成となっている。給電用端子５５２は、温度調節用ベース部５０３との絶縁性を保つために、碍子５５２ａで被覆されている。
高周波発生用電極５５０は、金属材料からなり、その周囲が絶縁層５５３で覆われている。
絶縁層５５３により、温度調節用ベース部５０３と絶縁されている。すなわち、高周波発生用電極５５０に印加された電圧が、外部に漏洩することを防ぐことができる。
高周波発生用電極５５０の形成材料を非磁性金属で形成することが好ましい。非磁性金属を用いることで、静電チャック装置５０１を高周波雰囲気中で用いても高周波発生用電極５５０が、高周波により自己発熱することを抑制することができる。したがって、高周波雰囲気中であっても、板状試料の面内温度を所望の一定温度または一定の温度パターンに維持することが容易となる。
高周波発生用電極５５０の厚みは、２０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。高周波発生用電極５５０の厚みが厚すぎると、熱容量が大きくなりすぎ、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化する。また高周波発生用電極５５０の厚みが薄すぎると、高周波発生用電極の発熱ムラ、電界のムラを生じ、プラズマの均一性に影響を及ぼす。
第１のヒータエレメント５０５は、高周波発生電極５５０を被覆する絶縁層５５３上に、接着層５０９Ａを介して接着されている。接着層５０９Ａは、接着剤層５０９Ｂと同様の接着性樹脂からなり、シート状またはフィルム状のものを用いることができる。また、支持板５１２の底面側に接着層５０９Ａを介して接着してもよい。
第１のヒータエレメント５０５は、図８に示すように、中心部の円環状の領域に配置された第１の主ヒータ５０５Ａと、この第１の主ヒータ５０５Ａを順次取り囲むように円環状の領域に配置された第２の主ヒータ５０５Ｂと、第３の主ヒータ５０５Ｃと、第４の主ヒータ５０５Ｄとからなる。図８に示すように第１〜第４の主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄが配置されている領域は、円板状の静電チャック部５０２と同程度の大きさであることが好ましい。
なお、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄは、図８では平面視単純な円環状に描いたが、各主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄは帯状のヒータを蛇行させて図８に示す円環状の領域を占めるように配置されている。このため、図７に示す断面構造では各主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄを構成する帯状のヒータを個別に描いた。
主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄは、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。
これらの主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂等からなる接着層５０９Ａにより支持板５１２の底面に接着・固定されている。
第２のヒータエレメント５０６は、温度調節用ベース部５０３の凹部５０３ａ内に形成された開口部５０３Ｂ内に配設されている。開口部５０３Ｂは、温度調節用ベース部５０３の凹部５０３ａと、その凹部５０３ａの上部に設けられた金属板５５１によって形成される。開口部５０３Ｂには、流路５０３Ａ側から、絶縁板５０７、配線層５０４、絶縁板５０８、第２のヒータエレメント５０６が順に積層され、これらの周囲を絶縁部５１０が覆うように形成されている。金属板５５１は、温度調節用ベース部５０３と同様の構成材料からなるものを用いることができる。
絶縁板５０７は開口部５０３Ｂの流路５０３Ａ側の面に接着層５０７Ａにより接着されている。この接着層５０７Ａは接着層５０９Ａと同様のものを用いることができる。接着層５０７Ａは例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板５０７、５０８はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。
なお、絶縁板５０７、５０８は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またアルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でも良い。
一例として絶縁板５０７の上面に配線層５０４が形成され、絶縁板５０８の上面に第２のヒータエレメント５０６が形成され、これらの周囲を絶縁部５１０で覆うことで図７に示す積層構造が実現されている。絶縁部５１０は、第２のヒータエレメント５０６と温度調節用ベース部５０３が電気的に接続されるのを避けるために設けられている。
第２のヒータエレメント５０６は、図９に示すように中心部の円環状の領域に配置された第１のサブヒータ５０６Ａと、この第１のサブヒータ５０６Ａを順次取り囲むように円環状の領域に形成された第２のサブヒータ５０６Ｂと、第３のサブヒータ５０６Ｃと、第４のサブヒータ５０６Ｄとからなる。第１のサブヒータ５０６Ａは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体５０６ａを複数（図９の構成の場合２つ）組み合わせて円環状に形成され、第２のサブヒータ５０６Ｂは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体５０６ｂを複数（図９の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第３のサブヒータ５０６Ｃは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体５０６ｃを複数（図９の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第４のサブヒータ５０６Ｄは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体５０６ｄを複数（図９の構成の場合８つ）組み合わせて円環状に形成されている。
ヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄは、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄよりも薄い非磁性金属薄板、例えばモリブデン（Ｍｏ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、ニオブ（Ｎｂ）薄板、チタン（Ｔｉ）薄板、銅（Ｃｕ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を扇形環状体形状に加工することで得られる。
これらのヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄは、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄの単位面積あたりの発熱量より低い発熱量を示す構成であることが好ましく、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄより薄い構造あるいは発熱量の低い材料から構成されていることが好ましい。一例として、主ヒータを厚み１００μｍのＴｉ薄板から構成した場合、サブヒータを厚さ５μｍのＭｏ薄板から構成することができる。
これらのヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂等からなる図示略の接着剤層により絶縁板５０８の上面に接着・固定されている。
なお、本実施形態ではサブヒータ５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、５０６Ｄを２分割、４分割あるいは８分割構造としたが、分割数は任意で良く、分割した場合の形状も任意でよい。
金属板５５１は、複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメント５０６と、高周波発生用電極５５０との間に設けられる。金属板５５１が接地されることにより、第２のヒータエレメント５０６が、高周波の影響を受けることを抑制できる。したがって、第２のヒータエレメント５０６を介して高周波電流がサブヒータ用の電源へ漏洩することを防止することができ、サブヒータのための高周波カットフィルタを除去することができる。
すなわち、静電チャック装置５０１の構成が複雑になることを避け、静電チャック装置５０１の作製コストを低減することができる。また、高周波がヒータへの供給電源にノイズとして漏洩し、ヒータ電源の動作ないし性能が害される恐れもない。さらに、温度調節用ベース部５０３内部に配置された第２のヒータエレメント５０６が、高周波により発熱することも抑制でき、温度分布の微調整をより精密に行うことができる。
また金属板５５１と温度調節用ベース部５０３は、電気的に接続されていることが好ましい。
金属板５５１と温度調節用ベース部５０３を接合して一体化してもよい。金属板５５１と温度調節用ベース部５０３が電気的に接続すれば、温度調節用ベース部５０３を接地するだけで、高周波発生用電極５５０から生じた高周波を、金属板５５１を介して温度調節用ベース部５０３から除去することができる。したがって、静電チャック装置５０１の構成が複雑になることをより避けることができる。
金属板５５１は、その面内方向の伝熱が阻害される伝熱障壁（第１の伝熱障壁）を有していることが好ましい。具体的には、図１０に示すように、その円周方向に延在する複数の切込、溝およびこれらの内部に熱伝導性の悪い（金属板を構成する金属より熱伝導性の悪い）樹脂等を埋め込む構成を有することが好ましい。熱伝導性の悪い樹脂としては、例えばポリイミド樹脂等を用いることができる。
静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。金属板が面内方向に伝熱できると、制御された温度分布を緩和してしまう。そのため、金属板５５１に、円周方向に延在する複数の伝熱障壁を設けることで、金属板の面内方向への伝熱を阻害することができる。またこの切込は、熱伝導性の悪い樹脂等で埋めてもよい。熱伝導性の悪い樹脂としては、例えばポリイミド樹脂等を用いることができる。
また円周方向に延在する伝熱障壁は、図１０に示すように、円周方向の全周に渡って設けられていないことが好ましい。すなわち、金属板５５１は、電気的に分離されていない１枚の板からなることが好ましい。金属板５５１が１枚の板からなれば、金属板５５１のいずれか１点で接地すれば、金属板５５１全体を接地することができる。したがって、静電チャック装置５０１の構成が複雑になることをより避けることができる。
また金属板５５１は、図１１に示すように、隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域及び隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域と、平面的に重なって設けられた伝熱障壁を有することがさらに好ましい。金属板を５５１にこのような伝熱障壁を設けることで、各主ヒータ及びサブヒータにより温度制御される領域に合せて、金属板の面内方向の伝熱を阻害することができる。すなわち静電チャック装置５０１の領域毎の温度制御性をより高めることができる。
このような伝熱障壁は、高周波発生用電極５５０に設けてもよい。また高周波発生電極５５０及び金属板５５１の両方に設けてもよい。高周波発生用電極５５０が、その円周方向に延在する複数の伝熱障壁（第２の伝熱障壁）を有することで、高周波発生用電極５５０内の円周方向の均熱性を高めることができる。上述のように、静電チャック装置では、面内方向のうち、同心円方向（周方向）への熱伝導は許容されうる。一方で、径方向の熱伝導は均熱性の阻害要因となり得る。そのため、高周波発生用電極５５０の径方向を熱的に分離することでより板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。
また主ヒータの加熱領域及びサブヒータの加熱領域に合せて高周波発生用電極５５０に伝熱障壁を設けることで、主ヒータ及びサブヒータにより加えられた熱が、高周波発生用電極５５０の熱伝導によって径方向へ広がることをより抑制できる。すなわち、より板状試料の領域毎の温度制御を精度よく行うことができる。高周波発生用電極５５０も、電気的に分離されていない一枚の板からなることが好ましい。
また本実施形態の構造では、温度調節用ベース部５０３を構成する金属板５５１の上面側に第１のヒータエレメント５０５と静電チャック部５０２の底部側とを収容可能な大きさの凹部５０３ａが形成されている。この凹部を埋めるように形成された接着剤層５０９Ｂにより、高周波発生用電極５５０と、第１のヒータエレメント５０５及び静電チャック部５０２が一体化されている。接着剤層５０９Ｂは、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有する接着性樹脂を用いることができる。
次いで、第１のヒータエレメント５０５に給電するための構造について説明する。
第１のヒータエレメント５０５は主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄからなるが、これら個々の主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄに給電するための複数本の給電用端子５１７が設けられている。図８では主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの概形のみを示しているが、いずれのヒータであっても電源に接続するための導通部が各ヒータの一端側と他端側に設けられるので、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄに対し２本ずつ、合計８本の給電用端子５１７が設けられている。
図７では説明の簡略化のために、最外周の主ヒータ５０５Ｄに対し接続された給電用端子５１７を１本のみ描いているが、この給電用端子５１７は、温度調節用ベース部５０３、絶縁板５０７、５０８、サブヒータ５０６Ｄ、絶縁部５１０、金属板５５１及び高周波発生用電極５５０をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように配置されている。また、給電用端子５１７の外周面には絶縁用の筒型の碍子５１８が装着され、温度調節用ベース部５０３と給電用端子５１７が絶縁されている。さらに給電端子５１７は、接着部５０９ｂを介して第１のヒータエレメント５０５と接着されている。
給電用端子５１７を構成する材料は先の給電用端子５１５Ｃを構成する材料と同等の材料を用いることができる。
図７では全ての給電用端子５１７を描いてはいないが、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄのいずれについても給電用端子５１７が２本ずつ接続され、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの個々に対し２本の給電用端子５１７を介し電源装置が接続されて通電制御ができるようになっている。
これらの給電用端子５１７はそれぞれ温度調節用ベース部５０３に形成された貫通孔５０３ｂを貫通するように設けられ、更に接続する相手が主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの何れかである場合は絶縁板５０７、５０８も貫通するように設けられている。
以上説明の構成により、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄのそれぞれに対し、スイッチ素子と電源の動作に応じ主ヒータ個々の通電発熱制御ができるようになっている。
また、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの下面側には温度センサー５２０が設けられている。図７の構造では温度調節用ベース部５０３、絶縁板５０７、５０８、サブヒータ５０６Ｄ及び高周波発生用電極５５０をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設置孔５２１が形成されている。これらの設置孔５２１の最上部、主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄのいずれかに近接する位置にそれぞれ温度センサー５２０が設置されている。なお、温度センサー５２０はできるだけ主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄに近い位置に設置することが望ましいので、図７の構造では主ヒータ側に突き出るように突出部５２０ａが形成され、この突出部５２０ａの内側に温度センサー５２０が設けられている。
温度センサー５２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー５２０が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等により主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの下面に接着されている。
前記蛍光体層は、主ヒータからの発熱に応じて蛍光を発生する材料からなり、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できるが、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄに対応する温度センサー５２０はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であって主ヒータ５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄの下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。
これらの温度センサー５２０の蛍光から主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄの温度を測定する温度計測部５２２は、一例として、図７に示すように温度調節用ベース部５０３の設置孔５２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部５２３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器５２４と、励起部５２３および蛍光検出器５２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部５２５とから構成されている。
ところで、図７に符号５２８で示すものは温度調節用ベース部５０３から載置板５１１までをそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設けられたピン挿通孔であり、このピン挿通孔５２８に板状試料離脱用のリフトピンが設けられる。ピン挿通孔５２８の外周部には筒状の碍子５２９が設けられている。
次に、サブヒータ５０６Ａ〜５０６Ｄを構成するヒータ分割体とそれらに個々に給電するための構造について説明する。
サブヒータ５０６Ａ〜５０６Ｄは、平面視すると図９に示すように各サブヒータ５０６Ａ〜５０６Ｄをそれらの周方向に個々に分割した複数のヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの集合構造とされている。ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄにそれぞれ給電するために、本実施形態では絶縁板５０７の上面側に銅などの低抵抗材料からなる配線層５０４が設けられている。
配線層５０４は個々に分岐された複数の配線体５０４ａからなり各配線体５０４ａはヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのいずれかに接続されている。
図７において配線体５０４ａは絶縁板５０７の上面側にその中央部側から周縁側に延在するように複数配置され、各配線体５０４ａの一端側が絶縁板５０８の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部５０８ｂを介しヒータ分割体のいずれかに接続されている。また、各配線体５０４ａの他端側が絶縁板５０７の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部５０７ｂを介し給電用端子５２６に接続されている。この給電用端子５２６は温度調節用ベース部５０３の貫通孔５０３ｂに沿って温度調節用ベース部５０３をその厚さ方向に貫通し、絶縁板５０７に達するように形成されたもので、給電用端子５２６の外周側には絶縁用の碍子５２７が設けられ、温度調節用ベース部５０３に対し絶縁されている。
ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄはサブヒータ５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、５０６Ｄの周方向に複数形成されているので、これらに接続するための給電用端子５２６が相互干渉しないように給電用端子５２６を温度調節用ベース部５０３の周方向に対し離間された位置に配置され、これらヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄが個々に個別の配線体５０４ａを用いて接続されている。
なお、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄに対し個々に給電するためにこれらに対しそれぞれ２本の給電用端子５２６が接続されているが、図７の断面構造では一部のみ示し、他の配線体５０４ａの接続構造は適宜記載を略している。
ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのいずれについても給電用端子５２６が２本ずつ接続され、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのそれぞれに対し２本の給電用端子５２６を介しスイッチ素子と電源装置が接続されている。
以上説明の構成により、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのそれぞれに対し、スイッチ素子と電源の動作に応じて通電発熱制御ができるようになっている。
なお、サブヒータ５０６Ａ〜５０６Ｄの給電用端子５２６の数は、ヒータパターンおよびスイッチ素子の配置によりヒータ分割体の数の２倍より減じることができる。
前記構造の静電チャック装置５０１において、第１のヒータエレメント５０５と温度調節用ベース部５０３との間の熱伝達率は４０００Ｗ／ｍ２Ｋより小さく２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいことが好ましい。
熱伝達率が２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいならば、第１のヒータエレメント５０５と温度調節用ベース部５０３との間の熱応答性を高くすることができ、静電チャック装置５０２の温度制御を行う場合に応答性の良好な温度制御が可能となる。
なお、熱伝達率は４０００Ｗ／ｍ２Ｋより大きい場合、ヒータ部から温度調整ベースへの熱流出が大きくなり、搭載物（板状試料）Ｗを所定の温度まで昇温するのに過度の電力をヒータに供給する必要があり好ましくない。
以上説明のように構成された静電チャック装置５０１は、給電用端子５１５Ｃから静電チャック部５０２の静電吸着用電極５１３に通電して静電吸着力を発生させ、載置面５１１ａの突起部５１１ｂ上に板状試料Ｗを吸着して使用することができる。
また、温度調節用ベース部５０３に冷媒を循環させて板状試料Ｗを冷却できるとともに、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄの各々に給電用端子５１７を介し電源から通電することで主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄを個々に発熱させ、板状試料Ｗを加温することで温度制御することができる。また、ヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄに個別に通電することでこれらのヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄに対応した領域の温度を微調節できる。
板状試料Ｗをエッチング装置あるいは成膜装置に供給してプラズマ雰囲気や成膜雰囲気に晒すと、板状試料Ｗにはプラズマの生成状態あるいは成膜室内の温度分布等に応じて温度差が生じる。
板状試料Ｗの表面の温度分布を例えば図１２に示すようにサーモカメラ５３０で撮影してサーモグラフで分析し、板状試料Ｗにおいて温度の低い領域を生じているならば、該当する領域のヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのいずれかに通電し加温することで、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの個々の領域の上方に対応する板状試料Ｗの各ゾーンの表面温度を局所的に上昇させ、板状試料Ｗの表面温度を均一化することができる。
加温する際の温度制御はヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの個々に通電する際の印加電圧制御、電圧印加時間制御、電流値制御等で行うことができる。
上述の構造において、第２のヒータエレメント５０６を複数のヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄに分割し、個々に通電発熱制御ができるように構成したので、吸着した板状試料Ｗに温度分布が生じようとした場合であっても温度の低いゾーンに対応する位置のヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄのいずれかに通電し発熱させることで板状試料Ｗの温度の低いゾーンの温度を上昇させて温度分布を均一化できる。
このため、プラズマエッチングあるいは成膜などのために静電チャック装置５０１により板状試料Ｗを保持している場合、ヒータ分割体５０６ａ〜５０６ｄの個別温度制御により板状試料Ｗの表面温度を均一化することにより、均一なエッチングあるいは均一な成膜を行うことができる。
また、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄに対し、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの単位面積当たりの発熱量を小さくすることで、温度微調整用のヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄに対する通電量を小さくすることができる。更に、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの通電量を小さくできることから、例えば、ヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄに対する通電電流をパルス電流とすることで電力供給量を削減できる。
前述の構造において、主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄの厚みとヒータ分割体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄの厚みは製造時に自由に選択できるので、各ヒータ、各配線に応じた耐電圧を個別に設定することができ、各ヒータ、各配線に個別の望ましい耐電圧値を設定できる。例えば一例としてＴｉ薄板からなる主ヒータの厚みを１００μｍ、Ｍｏ薄板からなるヒータ分割体の厚みを５μｍに設定することにより、ヒータ分割体の単位面積あたりの発熱量を主ヒータの１／５以下に調整することができる。勿論、構成材料とヒータ厚の他に、供給電圧の調整によって主ヒータとヒータ分割体の発熱量の調節を行ってもよい。
ところで、第３実施形態の構造では第１のヒータエレメント５０５をその径方向に４つに分割して４つの主ヒータ５０５Ａ〜５０５Ｄからなる構造としたが、第１のヒータエレメント５０５の分割数は４に限らず、任意の数でよい。また、第２のヒータエレメント５０６について径方向に４つに分割して４つのサブヒータ５０６Ａ〜５０６Ｄから構成し、更に第１のサブヒータ５０６Ａを２分割、第２のサブヒータ５０６Ｂを４分割、第３のサブヒータ５０６Ｃを４分割、第４のサブヒータ５０６Ｄを８分割構造としたが、第２のヒータエレメント５０６の径方向への分割数は任意の数で良く、各サブヒータの分割数も任意の数でよい。ただし、サブヒータにより局所的な温度微調整を行う観点から、第１のヒータエレメント５０５の分割数より第２のヒータエレメント５０６の分割数が多い方が好ましい。
本実施形態において第２のヒータエレメント５０６について１層構造としたが、第２のヒータエレメント５０６は２層以上の多層構造でも差し支えない。また、本実施形態において第１のヒータエレメント５０５と第２のヒータエレメント５０６を平面視円環状に重なる領域に配置したが、平面視で重なる領域から多少ずれた位置に配置しても良い。例えば、第１のヒータエレメント５０５を構成する複数の主ヒータ設置領域（円環状の設置領域）の間に形成されている僅かな間隙を平面視で埋めるように第２のヒータエレメントの複数のサブヒータを配置し、複数の主ヒータ間の隙間領域を複数のサブヒータで埋めるように配置することも可能である。勿論、第２のサブヒータを２層以上配置した場合に各層の配置領域を平面視でずらすことで、主ヒータ間の間隙を埋める構造を採用しても良い。
「第４実施形態」
図１３は、本発明の第４実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この形態の静電チャック装置６０１は、一主面（上面）側を載置面とした円板状の静電チャック部６０２と、この静電チャック部６０２の下方に設けられて静電チャック部６０２を所望の温度に調整する厚みのある円板状の温度調節用ベース部６０３と、静電チャック部６０２と温度調節用ベース部６０３の間に介挿された層状構造の第１のヒータエレメント６０５および第２のヒータエレメント６０６を備えている。また、静電チャック装置６０１は、静電チャック部６０２と温度調節用ベース部６０３の間に、前記ヒータエレメント６０６と積層するように介在された２枚の絶縁板６０７、６０８と、絶縁板６０７、６０８の間に介在された配線層６０４と、前記ヒータエレメント６０５を静電チャック部６０２の底面側に貼り付ける接着層６０９と、これらの周囲を覆って形成された接着剤層６１０を備えて構成される。
静電チャック部６０２は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Ｗを載置する載置面６１１ａとした載置板６１１と、この載置板６１１と一体化され該載置板６１１の底部側を支持する支持板６１２と、これら載置板６１１と支持板６１２との間に設けられた静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）６１３および静電吸着用電極６１３の周囲を絶縁する絶縁材層６１４と、支持板６１２を貫通するように設けられ静電吸着用電極６１３に直流電圧を印加するための取出電極端子６１５Ａにより構成されている。
載置板６１１および支持板６１２は、重ね合わせた面の形状を同じくする円板状のものであり、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）複合焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）焼結体等の機械的な強度を有し、かつ腐食性ガスおよびそのプラズマに対する耐久性を有する絶縁性のセラミックス焼結体からなる。
載置板６１１の載置面６１１ａには、直径が板状試料の厚みより小さい突起部６１１ｂが複数所定の間隔で形成され、これらの突起部６１１ｂが板状試料Ｗを支える。
載置板６１１、支持板６１２、静電吸着用電極６１３および絶縁材層６１４を含めた全体の厚み、即ち、静電チャック部６０２の厚みは一例として０．７ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に形成されている。
例えば、静電チャック部６０２の厚みが０．７ｍｍを下回ると、静電チャック部６０２の機械的強度を確保することが難しくなる。静電チャック部６０２の厚みが５．０ｍｍを上回ると、静電チャック部６０２の熱容量が大きくなり、載置される板状試料Ｗの熱応答性が劣化し、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Ｗの面内温度を所望の温度パターンに維持することが難しくなる。なお、ここで説明した各部の厚さは一例であって、前記範囲に限るものではない。
静電吸着用電極６１３は、電荷を発生させて静電吸着力で板状試料Ｗを固定するための静電チャック用電極として用いられるもので、その用途によって、その形状や、大きさが適宜調整される。
静電吸着用電極６１３は、酸化アルミニウム−炭化タンタル（Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン（Ａｌ２Ｏ３−Ｗ）導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン（ＡｌＮ−Ｗ）導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル（ＡｌＮ−Ｔａ）導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン（Ｙ２Ｏ３−Ｍｏ）導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属により形成されることが好ましい。
静電吸着用電極６１３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚みを選択することができ、５μｍ以上かつ２０μｍ以下の厚みがより好ましい。
静電吸着用電極６１３の厚みが０．１μｍを下回ると、充分な導電性を確保することが難しくなる。静電吸着用電極６１３の厚みが１００μｍを越えると、静電吸着用電極６１３と載置板６１１および支持板６１２との間の熱膨張率差に起因し、静電吸着用電極６１３と載置板６１１および支持板６１２との接合界面にクラックが入り易くなる。
このような厚みの静電吸着用電極６１３は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
絶縁材層６１４は、静電吸着用電極６１３を囲繞して腐食性ガスおよびそのプラズマから静電吸着用電極６１３を保護するとともに、載置板６１１と支持板６１２との境界部、すなわち静電吸着用電極６１３以外の外周部領域を接合一体化するものであり、載置板６１１および支持板６１２を構成する材料と同一組成または主成分が同一の絶縁材料により構成されている。
取出電極端子６１５Ａは、静電吸着用電極６１３に直流電圧を印加するために設けられた棒状のもので、この取出電極端子６１５Ａの材料としては、耐熱性に優れた導電性材料であれば特に制限されるものではないが、熱膨張係数が静電吸着用電極６１３および支持板６１２の熱膨張係数に近似したものが好ましく、例えば、Ａｌ２Ｏ３−Ｔａ４Ｃ５などの導電性セラミック材料からなる。
なお、取出電極端子６１５Ａは導電性接着部６１５Ｂと後述する給電用端子６１５Ｃに接続されている。導電性接着部６１５Ｂは柔軟性と耐電性を有するシリコン系の導電性接着剤からなり、給電端子６１５Ｃはタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバール合金等の金属材料からなる。
給電用端子６１５Ｃの外周側には、絶縁性を有する碍子６１５ａが設けられ、この碍子６１５ａにより金属製の温度調節用ベース部６０３に対し給電用端子６１５Ｃが絶縁されている。取出電極端子６１５Ａは支持板６１２に接合一体化され、さらに、載置板６１１と支持板６１２は、静電吸着用電極６１３および絶縁材層６１４により接合一体化されて静電チャック部６０２が構成されている。
給電用端子６１５Ｃは後に詳述するヒータエレメント６０６と２層構造の絶縁板６０７、６０８を貫通し、温度調節用ベース部６０３の貫通孔６０３ｂを貫通するように設けられている。
温度調節用ベース部６０３は、静電チャック部６０２を所望の温度に調整するためのもので、厚みのある円板状のものである。この温度調節用ベース部６０３としては、例えば、その内部に水を循環させる流路６０３Ａが形成された水冷ベース等が好適である。
この温度調節用ベース部６０３を構成する材料としては、熱伝導性、導電性、加工性に優れた金属、またはこれらの金属を含む複合材であれば特に制限はなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ） 等が好適に用いられる。この温度調節用ベース部６０３の少なくともプラズマに曝される面は、アルマイト処理が施されているか、あるいはアルミナ等の絶縁膜が成膜されていることが好ましい。
本実施形態の構造では、温度調節用ベース部６０３の上面側に２層構造のヒータエレメント６０５、６０６と２層構造の絶縁板６０７、６０８と静電チャック部６０２の底部側とを収容可能な大きさの凹部６０３ａが形成されている。この凹部６０３ａ内に底部側から順にシート型の接着層６０７Ａ、絶縁板６０７、配線層６０４、絶縁板６０８、第２のヒータエレメント６０６、第１のヒータエレメント６０５、接着層６０９、支持板６１２の底部側が収容され、凹部６０３ａを埋めるように形成された接着材層６１０によりこれらが一体化されている。
絶縁板６０７は凹部６０３ａの上面に接着層６０７Ａにより接着されている。この接着層６０７Ａはポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性、および、絶縁性を有するシート状またはフィルム状の接着性樹脂からなる。接着層は例えば厚み５〜１００μｍ程度に形成される。絶縁板６０７、６０８はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性を有する樹脂の薄板、シートあるいはフィルムからなる。接着層６０９は耐熱性を有するシート型の接着剤層からなり、接着層６０７Ａと同等の材料からなる。
なお、絶縁板６０７、６０８は、樹脂シートに代え、絶縁性のセラミック板でもよく、またアルミナ等の絶縁性を有する溶射膜でも良い。
一例として絶縁板６０７の上面に配線層６０４が形成され、絶縁板６０８の上面に第２のヒータエレメント６０６が形成され、支持板６１２の底面側に第１のヒータエレメント６０５が接着され、絶縁板６０７、６０８が積層され、これらの周囲が接着材層６１０で覆われることで図１３に示す積層構造が実現されている。
第１のヒータエレメント６０５は、図１４に示すように、中心部の円環状の領域に配置された第１の主ヒータ６０５Ａと、この第１の主ヒータ６０５Ａを順次取り囲むように円環状の領域に配置された第２の主ヒータ６０５Ｂと、第３の主ヒータ６０５Ｃと、第４の主ヒータ６０５Ｄとからなる。図１４に示すように第１〜第４の主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄが配置されている領域は、円板状の静電チャック部６０２と同程度の大きさであることが好ましい。
なお、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄは、図１４では平面視単純な円環状に描いたが、各主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄは帯状のヒータを蛇行させて図１４に示す円環状の領域を占めるように配置されている。このため、図１３に示す断面構造では各主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄを構成する帯状のヒータを個別に描いた。
主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄは、一例として、厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ程度の一定の厚みを有する非磁性金属薄板、例えばチタン（Ｔｉ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、モリブデン（Ｍｏ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を円環状に加工することで得られる。
これらの主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂等からなる接着層６０９により支持板６１２の底面に接着・固定されている。
第２のヒータエレメント６０６は、図１５に示すように中心部の円環状の領域に配置された第１のサブヒータ６０６Ａと、この第１のサブヒータ６０６Ａを順次取り囲むように円環状の領域に形成された第２のサブヒータ６０６Ｂと、第３のサブヒータ６０６Ｃと、第４のサブヒータ６０６Ｄとからなる。第１のサブヒータ６０６Ａは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６０６ａを複数（図１５の構成の場合２つ）組み合わせて円環状に形成され、第２のサブヒータ６０６Ｂは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６０６ｂを複数（図１５の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第３のサブヒータ６０６Ｃは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６０６ｃを複数（図１５の構成の場合４つ）組み合わせて円環状に形成されている。第４のサブヒータ６０６Ｄは、扇形環状体形状の領域に配置されたヒータ分割体６０６ｄを複数（図１５の構成の場合８つ）組み合わせて円環状に形成されている。
ヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄは、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄよりも薄い非磁性金属薄板、例えばモリブデン（Ｍｏ）薄板、タングステン（Ｗ）薄板、ニオブ（Ｎｂ）薄板、チタン（Ｔｉ）薄板、銅（Ｃｕ）薄板等をフォトリソグラフィー法により所望のヒータ形状、例えば帯状のヒータを蛇行させた形状の全体輪郭を扇形環状体形状に加工することで得られる。これらのヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄは、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの単位面積あたりの発熱量より低い発熱量を示す構成であることが必要であり、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄより薄い構造あるいは発熱量の低い材料から構成されている。一例として、主ヒータを厚み１００μｍのＴｉ薄板から構成した場合、サブヒータを厚さ５μｍのＭｏ薄板から構成することができる。
これらのヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄは、厚みの均一な耐熱性および絶縁性を有するシート状またはフィルム状のシリコン樹脂またはアクリル樹脂等からなる図示略の接着剤層により絶縁板６０８の上面に接着・固定されている。
なお、本実施形態ではサブヒータ６０６Ａ、６０６Ｂ、６０６Ｃ、６０６Ｄを２分割、４分割あるいは８分割構造としたが、分割数は任意で良く、分割した場合の形状も任意でよい。
前述のように第１のヒータエレメント６０５は主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄからなるが、これら個々の主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄに給電するための複数本の給電用端子６１７が設けられている。図１４では主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄの概形のみを示しているが、いずれのヒータであっても電源に接続するための導通部が各ヒータの一端側と他端側に設けられるので、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄに対し２本ずつ、合計８本の給電用端子６１７が設けられている。
図１３では説明の簡略化のために、最外周の主ヒータ６０５Ｄに対し接続された給電用端子６１７を１本のみ描いているが、この給電用端子６１７は温度調節用ベース部６０３と絶縁板６０７、６０８とサブヒータ６０６Ｄとそれらの周囲に存在する接着材層６１０をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように配置されている。また、給電用端子６１７の外周面には絶縁用の筒型の碍子６１８が装着され、温度調節用ベース部６０３と給電用端子６１７が絶縁されている。
給電用端子６１７を構成する材料は先の給電用端子６１５Ｃを構成する材料と同等の材料を用いることができる。
図１３では全ての給電用端子６１７を描いてはいないが、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄのいずれについても給電用端子６１７が２本ずつ接続され、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄの個々に対し２本の給電用端子６１７を介し図示略のスイッチ素子と電源装置が接続されて通電制御ができるようになっている。
これらの給電用端子６１７はそれぞれ温度調節用ベース部６０３に形成された貫通孔６０３ｂを貫通するように設けられ、更に接続する相手が主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄの何れかである場合は絶縁板６０７、６０８も貫通するように設けられている。
以上説明の構成により、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄのそれぞれに対し、電源の動作に応じ主ヒータ個々の通電発熱制御ができるようになっている。
また、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄの下面側には温度センサー６２０が設けられている。図１３の構造では温度調節用ベース部６０３と絶縁板６０７、６０８とサブヒータ６０６Ｄとそれらの周囲に存在する接着材層６１０をそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設置孔６２１が形成され、これらの設置孔６２１の最上部、主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄのいずれかに近接する位置にそれぞれ温度センサー６２０が設置されている。なお、温度センサー６２０はできるだけ主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄに近い位置に設置することが望ましいので、図１３の構造では絶縁板６０７の一部に主ヒータ側に突き出るように突出部６０７ａが形成され、この突出部６０７ａの内側に温度センサー６２０が設けられている。
温度センサー６２０は一例として石英ガラス等からなる直方体形状の透光体の上面側に蛍光体層が形成された蛍光発光型の温度センサーであり、この温度センサー６２０が透光性および耐熱性を有するシリコン樹脂系接着剤等により主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄの下面に接着されている。
前記蛍光体層は、主ヒータからの発熱に応じて蛍光を発生する材料からなり、発熱に応じて蛍光を発生する材料であれば多種多様の蛍光材料を選択できるが、一例として、発光に適したエネルギー順位を有する希土類元素が添加された蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体材料、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビーやサファイア等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｄに対応する温度センサー６２０はそれぞれ給電用端子などと干渉しない位置であって主ヒータ６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｄの下面周方向の任意の位置にそれぞれ設けられている。
これらの温度センサー６２０の蛍光から主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの温度を測定する温度計測部６２２は、一例として、図１３に示すように温度調節用ベース部６０３の設置孔６２１の外側（下側）に前記蛍光体層に対し励起光を照射する励起部６２３と、蛍光体層から発せられた蛍光を検出する蛍光検出器６２４と、励起部６２３および蛍光検出器６２４を制御するとともに前記蛍光に基づき主ヒータの温度を算出する制御部６２５とから構成されている。
ところで、図１３に符号６２８で示すものは温度調整用ベース部６０３から載置板６１１までをそれらの厚さ方向に部分的に貫通するように設けられたピン挿通孔であり、このピン挿通孔６２８に板状試料離脱用のリフトピンが設けられる。ピン挿通孔６２８の外周部には筒状の碍子６２９が設けられている。
次に、サブヒータ６０６Ａ〜６０６Ｄを構成するヒータ分割体とそれらに個々に給電するための構造について説明する。
サブヒータ６０６Ａ〜６０６Ｄは、平面視すると図１５に示すように各サブヒータ６０６Ａ〜６０６Ｄをそれらの周方向に個々に分割した複数のヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの集合構造とされている。ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄにそれぞれ給電するために、本実施形態では絶縁板６０７の上面側に銅などの低抵抗材料からなる配線層６０４が設けられている。
配線層６０４は個々に分岐された複数の配線体６０４ａからなり各配線体６０４ａはヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのいずれかに接続されている。
図１３において配線体６０４ａは絶縁板６０７の上面側にその中央部側から周縁側に延在するように複数配置され、各配線体６０４ａの一端側が絶縁板６０８の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部６０８ｂを介しヒータ分割体のいずれかに接続されている。また、各配線体６０４ａの他端側が絶縁板６０７の一部に形成されているコンタクトホールに形成された溶接部等の導通部６０７ｂを介し給電用端子６２６に接続されている。この給電用端子６２６は温度調節用ベース部６０３の貫通孔６０３ｂに沿って温度調節用ベース部６０３をその厚さ方向に貫通し、絶縁板６０７に達するように形成されたもので、給電用端子６２６の外周側には絶縁用の碍子６２７が設けられ、温度調節用ベース部６０３に対し絶縁されている。
ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄはサブヒータ６０６Ａ、６０６Ｂ、６０６Ｃ、６０６Ｄの周方向に複数形成されているので、これらに接続するための給電用端子６２６が相互干渉しないように給電用端子６２６を温度調節用ベース部６０３の周方向に対し離間された位置に配置され、これらヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄが個々に個別の配線体６０４ａを用いて接続されている。
なお、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄに対し個々に給電するためにこれらに対しそれぞれ２本の給電用端子６２６が接続されているが、図１３の断面構造では一部のみ示し、他の配線体６０４ａの接続構造は適宜記載を略している。
ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのいずれについても給電用端子６２６が２本ずつ接続され、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのそれぞれに対し２本の給電用端子６２６を介しスイッチ素子と電源装置が接続されている。
以上説明の構成により、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのそれぞれに対し、スイッチ素子と電源の動作に応じて通電発熱制御ができるようになっている。
なお、サブヒータ６０６Ａ〜６０６Ｄの給電用端子６２６の数は、ヒータパターンおよびスイッチ素子の配置によりヒータ分割体の数の２倍より減じることができる。
前記構造の静電チャック装置６０１において、第１のヒータエレメント６０５と温度調節用ベース部６０３との間の熱伝達率は４０００Ｗ／ｍ２Ｋより小さく２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいことが好ましい。
熱伝達率が２００Ｗ／ｍ２Ｋより大きいならば、第１のヒータエレメント６０５と温度調節用ベース部６０３との間の熱応答性を高くすることができ、静電チャック装置６０２の温度制御を行う場合に応答性の良好な温度制御が可能となる。
以上説明のように構成された静電チャック装置６０１は、給電用端子６１５Ｃから静電チャック部６０２の静電吸着用電極６１３に通電して静電吸着力を発生させ、載置面６１１ａの突起部６１１ｂ上に板状試料Ｗを吸着して使用することができる。
また、温度調節用ベース部６０３に冷媒を循環させて板状試料Ｗを冷却できるとともに、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの各々に給電用端子６１７を介し電源から通電することで主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄを個々に発熱させ、板状試料Ｗを加温することで温度制御することができる。また、ヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄに個別に通電することでこれらのヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄに対応した領域の温度を微調節できる。
板状試料Ｗをエッチング装置あるいは成膜装置に供給してプラズマ雰囲気や成膜雰囲気に晒すと、板状試料Ｗにはプラズマの生成状態あるいは成膜室内の温度分布等に応じて温度差が生じる。
板状試料Ｗの表面の温度分布を例えば図１６に示すようにサーモカメラ６３０で撮影してサーモグラフで分析し、板状試料Ｗにおいて温度の低い領域を生じているならば、該当する領域のヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのいずれかに通電し加温することで、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの個々の領域の上方に対応する板状試料Ｗの各ゾーンの表面温度を局所的に上昇させ、板状試料Ｗの表面温度を均一化することができる。
加温する際の温度制御はヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの個々に通電する際の印加電圧制御、電圧印加時間制御、電流値制御等で行うことができる。
上述の構造において、第２のヒータエレメント６０６を複数のヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄに分割し、個々に通電発熱制御ができるように構成したので、吸着した板状試料Ｗに温度分布が生じようとした場合であっても温度の低いゾーンに対応する位置のヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄのいずれかに通電し発熱させることで板状試料Ｗの温度の低いゾーンの温度を上昇させて温度分布を均一化できる。
このため、プラズマエッチングあるいは成膜などのために静電チャック装置１により板状試料Ｗを保持している場合、ヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄの個別温度制御により板状試料Ｗの表面温度を均一化することにより、均一なエッチングあるいは均一な成膜を行うことができる。
また、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄに対し、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの単位面積当たりの発熱量を小さくしているので、温度微調整用のヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄに対する通電量を小さくすることができる。更に、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの通電量を小さくできることから、例えば、ヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄに対する通電電流をパルス電流とすることで電力供給量を削減できる。
前述の構造において、主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの厚みとヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの厚みは製造時に自由に選択できるので、各ヒータ、各配線に応じた耐電圧を個別に設定することができ、各ヒータ、各配線に個別の望ましい耐電圧値を設定できる。例えば一例としてＴｉ薄板からなる主ヒータの厚みを１００μｍ、Ｍｏ薄板からなるヒータ分割体の厚みを５μｍに設定することにより、ヒータ分割体の単位面積あたりの発熱量を主ヒータの１／５以下に調整することができる。勿論、構成材料とヒータ厚の他に、供給電圧の調整によって主ヒータとヒータ分割体の発熱量の調節を行ってもよい。
ところで、第４実施形態の構造では第１のヒータエレメント６０５をその径方向に４つに分割して４つの主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄからなる構造としたが、第１のヒータエレメント６０５の分割数は４に限らず、任意の数でよい。また、第２のヒータエレメント６０６について径方向に４つに分割して４つのサブヒータ６０６Ａ〜６０６Ｄから構成し、更に第１のサブヒータ６０６Ａを２分割、第２のサブヒータ６０６Ｂを４分割、第３のサブヒータ６０６Ｃを４分割、第４のサブヒータ６０６Ｄを８分割構造としたが、第２のヒータエレメント６０６の径方向への分割数は任意の数で良く、各サブヒータの分割数も任意の数でよい。ただし、サブヒータにより局所的な温度微調整を行う観点から、第１のヒータエレメント６０５の分割数より第２のヒータエレメント６０６の分割数が多い方が好ましい。
本実施形態において第２のヒータエレメント６０６について１層構造としたが、第２のヒータエレメント６０６は２層以上の多層構造でも差し支えない。また、本実施形態において第１のヒータエレメント６０５と第２のヒータエレメント６０６を平面視円環状に重なる領域に配置したが、平面視で重なる領域から多少ずれた位置に配置しても良い。例えば、第１のヒータエレメント６０５を構成する複数の主ヒータ設置領域（円環状の設置領域）の間に形成されている僅かな間隙を平面視で埋めるように第２のヒータエレメントの複数のサブヒータを配置し、複数の主ヒータ間の隙間領域を複数のサブヒータで埋めるように配置することも可能である。勿論、第２のサブヒータを２層以上配置した場合に各層の配置領域を平面視でずらすことで、主ヒータ間の間隙を埋める構造を採用しても良い。
「第５実施形態」
図１７は、本発明に係る第５実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この実施形態の静電チャック装置６３１は、第４実施形態の静電チャック装置６０１に対し主ヒータとサブヒータの上下関係を逆にした構造を有する。
静電チャック装置６３１は、静電チャック部６０２と、静電チャック部６０２の下方に設けられた温度調節用ベース部６０３と、静電チャック部６０２と温度調節用ベース部６０３の間に介挿されたヒータエレメント６０５、６０６を備えている点については、先の第４実施形態の静電チャック装置６０１と同等であるが、第２のヒータエレメント６０６が第１のヒータエレメント６０５と静電チャック部６０２の間に設けられている点が異なる。
静電チャック装置６３１は、静電チャック部６０２と温度調節用ベース部６０３の間に前記ヒータエレメント６０５、６０６と積層するように介在された２枚の絶縁板６３７、６３８、接着層６３９および接着層６０９と、絶縁板６３７と絶縁板６３８の間に介在された配線層６０４とこれらの周囲を覆って形成された接着剤層６１０を備えている。なお、静電チャック部６０２の構造は第４実施形態の構造と同等である。
第５実施形態の構造において、温度調節用ベース部６０３の凹部６０３ａ内に底部側から順に接着層６０９、第１のヒータエレメント６０５、絶縁板６３７、配線層６０４、絶縁板６３８、第２のヒータエレメント６０６、接着層６３９、支持板６１２の底部側が収容され、凹部６０３ａを埋めるように形成された接着材層６１０によりこれらが一体化されている。
第１のヒータエレメント６０５は、第４実施形態の構造と同じように第１の主ヒータ６０５Ａと第２の主ヒータ６０５Ｂと第３の主ヒータ６０５Ｃと第４の主ヒータ６０５Ｄからなる。
第２のヒータエレメント６０６は、第４実施形態の構造と同じように第１のサブヒータ６０６Ａと第２のサブヒータ６０５Ｂと第３のサブヒータ６０５Ｃと第４のサブヒータ６０６Ｄからなる。第１のサブヒータ６０６Ａは２つのヒータ分割体６０６ａからなり、第２のサブヒータ６０６Ｂは４つのヒータ分割体６０６ｂからなり、第３のサブヒータ６０６Ｃは４つのヒータ分割体６０６ｃからなり、第４のサブヒータ６０６Ｄは８つのヒータ分割体６０６ｄからなる。
第１の主ヒータ６０５Ａと第２の主ヒータ５６０Ｂと第３の主ヒータ６０５Ｃと第４の主ヒータ６０５Ｄにそれぞれに接続される複数の給電用端子６４８は、碍子６４９を伴って温度調節用ベース部６０３をその厚さ方向に貫通するように設けられ、接着層６０９に形成されたコンタクトホールに形成されている溶接部などの導通部６０９ｂを介し主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄに接続されている。
ヒータ分割体６０６ａ〜６０６ｄにそれぞれ接続される複数の給電用端子６４６は、碍子６４７を伴って温度調節用ベース部６０３と接着層６０９と接着材層６１０をそれらの厚さ方向に貫通するように設けられ、絶縁板６３７に形成されたコンタクトホールに形成されている溶接部などの導通部６３７ｂを介し絶縁板６３８に形成された配線層６０４に接続されている。配線層６０４は絶縁板６３８の上面側に形成され、絶縁板６３８に形成したコンタクトホールに形成されている溶接部等の導通部６３８ｂを介しヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの何れかに接続されている。
また、この実施形態において主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの何れかの位置の下方側に温度調節用ベース部６０３をそれらの厚さ方向に貫通する設置孔６４１が形成され、この設置孔６４１の上部であって、接着層６０９の下面側に主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄのいずれかに近接するように温度センサー６２０が設けられている。
以上説明した第１のヒータエレメント６０５と第２のヒータエレメント６０６の上下関係が第４実施形態の構造と逆転されており、それに関連して給電用端子６４６、６４８の構造が異なり、絶縁板６３７、６３８の構造が異なり、温度センサー６２０の設置位置が異なること以外について、第５実施形態の構造は、第４の実施形態の構造と同様である。
第５実施形態の構造では、静電チャック部６０２に近い側に単位面積あたりの発熱量が小さい、例えば１／５以下の発熱量の第２のヒータエレメント６０６が設置され、静電チャック部６０２から離れた温度調節用ベース部６０３に近い側に第１のヒータエレメント６０５が設置されている。
第５実施形態の構造においても、発熱量の大きい主ヒータ６０５Ａ〜６０５Ｄの発熱により板状試料Ｗを均一加熱するとともに、仮に板状試料Ｗに温度分布を生じようとした場合、発熱量の小さいヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄの何れかに通電して板状試料Ｗの温度制御を行い、板状試料Ｗの表面温度の均一性を保つことができる。
この実施形態では発熱量の小さいヒータ分割体６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄを板状試料Ｗに近い位置に配置しているので、発熱量の小さいヒータ分割体を利用し、より局所的な温度制御ができる。
その他の作用効果については、先に説明した第４実施形態の構造から得られる作用効果と同様である。
＜第６実施形態＞
図１８は、本発明の一実施形態（第６実施形態）に係る静電チャック装置１００１の概略的な構成を示すブロック図である。
静電チャック装置１００１は、温度調整用ベース部１２０１（図１９に示される。）と、静電チャック部１２１１（図１９に示される。）と、主ヒータ１０１１と、サブヒータ１０１２と、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、第１のヒータエレメントの各主ヒータ１０１１の温調器（主ヒータ温調器１０４１）と、主ヒータ１０１１の電源の電流・電圧制御部１０４２と、サブヒータ１０１２の温調器（サブヒータ温調器１０４３）と、サブヒータ１０１２のＤＣ電源の電圧制御部１０４４と、外部温度計測部１０５１と、計測データ記録部１０５２と、パルスタイム演算部１０５３と、パルスタイム調整部１０５４を備える。
図１９は、本発明の一実施形態に係る静電チャック装置１００１におけるヒータなどの配置を概略的に示す図である。
本実施形態に係る静電チャック装置１００１では、下方から上方に向かって、温度調整用ベース部１２０１、サブヒータ１０１２、主ヒータ１０１１、静電チャック部１２１１の順で、層状に配置される。静電チャック部１２１１の上方の面には板状試料であるウエハ１２２１が載置される。
なお、他の構成例として、サブヒータ１０１２は、主ヒータ１０１１より上方で静電チャック部１２１１より下方に配置されてもよい。
ここで、静電チャック部１２１１は、一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備える。
また、温度調整用ベース部１２０１は、静電チャック部１２１１に対し載置面とは反対側に配置され静電チャック部１２１１を冷却する。
図２０は、本発明の一実施形態に係る主ヒータ１０１１およびサブヒータ１０１２により温度を調整する領域（温度調整領域）の一例を示す図である。
本実施形態では、第１のヒータエレメント１３０１は、全体としては円状の形状を有しており、径方向で、図２０において（１）〜（３）で示される３個の円状の領域（温度調整領域）に分割されている。これら３個の領域のそれぞれごとに、主ヒータ１０１１を備える。
本実施形態では、第２のヒータエレメント１３１１は、全体としては円状の形状を有しており、径方向で、外側の領域と、内側の領域に分割されている。外側の領域は、周方向で、図２０において（１）〜（６）で示される６個の領域（温度調整領域）に分割されている。内側の領域は、中心部分と、それを囲む円状の領域に分割されており、この円状の領域は、周方向で、図２０において（７）〜（９）で示される３個の領域（温度調整領域）に分割されている。これら９個の領域（温度調整領域）のそれぞれごとに、サブヒータ１０１２を備える。なお、本実施形態では、中心部分には、サブヒータ１０１２を備えない。
このように、本実施形態では、第１のヒータエレメント１３０１および第２のヒータエレメント１３１１は、上下で２個のゾーンを構成する。第１のヒータエレメント１３０１のゾーンは３個に分割されており、第２のヒータエレメント１３１１のゾーンは内側が４個（１個はサブヒータがない。）に分割されており外側が６個に分割されている。
本実施形態では、第１のヒータエレメント１３０１は、主ヒータ１０１１により、それぞれ独立した温度制御が可能な複数の温度調整領域における（１）〜（３）の温度を調整する。
本実施形態では、サブヒータ１０１２は、第１のヒータエレメント１３０１の各温度調整領域を分割する様に配され（図２０の例では、第２のヒータエレメント１３１１における（１）〜（９））、層状に配されている。
本実施形態では、各サブヒータ１０１２の単位面積あたりの発熱量が、主ヒータ１０１１に対して１／５以下である。
なお、第１のヒータエレメント１３０１は、単層でなくてもよく、複数の層でもよい。第２のヒータエレメント１３１１は、単層でなくてもよく、複数の層でもよい。
温度調整用ベース部１２０１は、冷媒である。温度調整用ベース部１２０１は、例えば、水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の熱媒体を循環させる流路を用いて冷却する。
静電チャック部１２１１は、ウエハ１２２１を載置し、静電吸着する。
第１のヒータエレメント１３０１は、単独もしくは複数の領域に分割された単数もしくは複数の主ヒータ１０１１より構成する。
第１のヒータエレメント１３０１は、静電チャック部１２１１の吸着面の温度を単独もしくは複数の領域（温度調整領域）で調整する単独もしくは複数の主ヒータ１０１１からなる。主ヒータ１０１１は、交流もしくは直流電流により制御される。主ヒータ１０１１は、これにより印加される電圧に応じて発熱する。
第２のヒータエレメント１３１１は、複数のサブヒータ１０１２よりなり、各サブヒータ１０１２への電力供給により、主ヒータ１０１１のみでの領域より多くの領域の温度調整を行う。サブヒータ１０１２は、直流（ＤＣ）のパルス電流により制御される。サブヒータ１０１２は、これにより印加される電圧（パルス電圧）に応じて発熱する。
主ヒータ１０１１とサブヒータ１０１２とは別体のヒータである。
ここで、本実施形態では、図２０に示される第１のヒータエレメント１３０１における領域（１）〜（３）のすべてが、第１のヒータエレメント１３０１により温度を調整する領域（第１のヒータエレメント調整領域）に相当する。また、図２０に示される第１のヒータエレメント１３０１における領域（１）〜（３）のそれぞれが、第１のヒータエレメント１３０１におけるそれぞれのヒータ（この例では、３個の主ヒータ１０１１のそれぞれ）ごとにより温度を調整する領域（主ヒータ調整領域）に相当する。
また、本実施形態では、図２０に示される第２のヒータエレメント１３１１における領域（１）〜（９）のすべてが、第２のヒータエレメント１３１１により温度を調整する領域（第２のヒータエレメント調整領域）に相当する。また、図２０に示される第２のヒータエレメント１３１１における領域（１）〜（９）のそれぞれが、第２のヒータエレメント１３１１におけるそれぞれのヒータ（この例では、９個のサブヒータ１０１２のそれぞれ）ごとにより温度を調整する領域（サブヒータ調整領域）に相当する。
これらに関し、第１のヒータエレメント１３０１における１個の領域（１）が、第２のヒータエレメント１３１１における６個の領域（１）〜（６）に分割されている。また、第１のヒータエレメント１３０１における１個の領域（２）が、第２のヒータエレメント１３１１における３個の領域（７）〜（９）に分割されている。
これにより、第１のヒータエレメント１３０１における１個の領域（１）について主ヒータ１０１１により温度を調整するとともに、第２のヒータエレメント１３１１における６個の領域（１）〜（６）のそれぞれごとにサブヒータ１０１２により温度を調整することが可能である。また、第１のヒータエレメント１３０１における１個の領域（２）について主ヒータ１０１１により温度を調整するとともに、第２のヒータエレメント１３１１における３個の領域（７）〜（９）のそれぞれごとにサブヒータ１０１２により温度を調整することが可能である。
冷媒温度センサ１０２１は、温度調整用ベース部１２０１自体もしくはその近傍に設置され、温度調整用ベース部１２０１の温度を検出するセンサである。一例として、冷媒温度センサ１０２１は、温度調整用ベース部１２０１のチラーもしくはその近傍に設置され、当該チラーの温度を検出する。
温度演算部１０２２は、冷媒温度センサ１０２１から出力される温度検出結果に応じた信号に基づいて、温度を演算する。
静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１は、静電チャック（ＥＳＣ）内に設置され、温度を検出するセンサである。この温度は、主ヒータ１０１１およびサブヒータ１０１２により影響され得る。この温度は、少なくとも主ヒータ１０１１に対応する温度となる。
温度演算部１０３２は、温度センサ１０３１から出力される温度検出結果に応じた信号に基づいて、温度を演算する。
主ヒータ温調器１０４１は、２個の温度演算部１０２２、１０３２により演算された温度に基づいて、主ヒータ１０１１による温度調整を行うための情報を生成して出力する。
主ヒータ電源の電流・電圧制御部１０４２は、主ヒータ温調器１０４１により出力された情報に基づいて、主ヒータ１０１１の電源の電流・電圧（一方もしくは両方）を制御する。
サブヒータ温調器１０４３は、主ヒータ温調器１０４１により出力された情報に基づいて、サブヒータ１０１２による温度調整を行うための情報を生成して出力する。主ヒータ温調器１０４１から出力される情報と、サブヒータ温調器１０４３から出力される情報との関係は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１０４４は、サブヒータ温調器１０４３から出力される情報に基づいて、パルスタイム調整部１０５４を制御することで、サブヒータ１０１２のＤＣ電源の電圧の値を制御する。
外部温度計測部１０５１は、それぞれのサブヒータ１０１２ごとの温度調整領域に関する温度を計測する。この計測データとしては、例えば、サーモカメラで静電チャック部１２１１の上方から温度検出したデータ（サーモデータ）に基づくデータを用いることができる。また、この計測データは、例えば、事前に収集されて記録される。なお、温度としては、所定の時間における平均値が用いられてもよい。また、温度としては、静電チャック部１２１１の温度に限られず、静電チャック部１２１１の上方の面に載置されたウエハ１２２１の温度が用いられてもよい。
計測データ記録部１０５２は、外部温度計測部１０５１により得られた計測データを記録（記憶）する。
パルスタイム演算部１０５３は、計測データ記録部１０５２に記録された計測データに基づいてパルスタイム（例えば、それぞれのサブヒータ１０１２ごとのパルスタイム）を演算し、演算したパルスタイムの情報を出力する。この演算の仕方（例えば、式など）は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
パルスタイム調整部１０５４は、サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１０４４により制御されてパルス信号（例えば、パルス電流）の電圧値を調整するとともに、パルスタイム演算部１０５３から出力された情報に基づいて当該パルス信号のパルスタイム（パルス幅）を調整する。
この場合、パルスタイム調整部１０５４は、さらに計測データ記録部１０５２に記録された情報（例えば、計測時の温度の情報）をパルスタイム演算部１０５３を介して取得して、当該情報を用いて、電圧の値を演算してもよい。パルス信号の電圧値の調整の仕方およびパルスタイムの調整の仕方は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶される。
電圧値およびパルスタイムが調整されたパルス信号は、サブヒータ１０１２に印加される。
ここで、本実施形態では、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する制御部の機能が、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、サブヒータ温調器１０４３と、サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１０４４と、計測データ記録部１０５２と、パルスタイム演算部１０５３と、パルスタイム調整部１０５４の機能を用いて構成されている。なお、制御部の構成としては、本実施形態のものに限られず、例えば、必要な機能を実現する１個の処理部もしくは２個以上の処理部から構成される。
本実施形態では、前記制御部は、サブヒータ１０１２に印加する電圧としてパルス電圧を用いる。
本実施形態では、前記制御部は、サブヒータ１０１２に印加する電圧としてＤＣ（直流）電圧を用いる。
本実施形態では、前記制御部は、第２のヒータエレメント１３１１の複数の領域（温度調整領域）について、サブヒータ１０１２に印加する電圧の大きさ（電圧値）を制御する。
本実施形態では、前記制御部は、主ヒータ１０１１に印加する電圧を制御する。
本実施形態では、一例として、前記制御部は、各主ヒータ１０１１を分割する様に配されたサブヒータ１０１２に印加する電圧の大きさを主ヒータ１０１１に印加する電圧の大きさに基づいて制御する。例えば、前記制御部は、主ヒータ１０１１に印加する電圧の大きさに基づいて、当該主ヒータ１０１１の温度調整領域に含まれる分割領域（温度調整領域）のサブヒータ１０１２に印加する電圧の大きさを連動させるように制御する。連動としては、比例などが用いられる。なお、主ヒータ１０１１に印加する電圧の代わりに、電流または電力が用いられてもよい。
本実施形態では、他の一例として、前記制御部は、各主ヒータ１０１１を分割する様に配されたサブヒータ１０１２に印加する電圧の大きさを、主ヒータ１０１１に関する温度検出結果（少なくとも主ヒータ１０１１に対応する温度検出結果）とチラー温度（温度調整用ベース部１２０１のチラーに対応する温度検出結果）との温度差に基づいて制御する。例えば、前記制御部は、主ヒータ１０１１に関する温度検出結果とチラー温度との温度差に基づいて、当該主ヒータ１０１１の温度調整領域に含まれる分割領域（温度調整領域）のサブヒータ１０１２に印加する電圧の大きさを連動させるように制御する。連動としては、比例などが用いられる。なお、主ヒータ１０１１に関する温度検出結果としては、本実施形態では、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１による温度検出結果が用いられる。また、チラー温度としては、本実施形態では、冷媒温度センサ１０２１による温度検出結果の温度が用いられる。
本実施形態では、静電チャック部１２１１と温度調整用ベース部１２０１との温度差がある状況において、前記制御部は、主ヒータ１０１１については冷却工程以外では常に電圧を印加し、サブヒータ１０１２については間欠的に電圧を印加し得る。
具体的には、静電チャック部１２１１の温度と温度調整用ベース部１２０１の温度との差が一定（例えば、２度もしくは５度など）もしくは一定以上となるようにする。一例として、前記制御部は、２個の温度センサ（静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１および冷媒温度センサ１０２１）による温度検出結果に基づいて、静電チャック部１２１１の温度と温度調整用ベース部１２０１の温度との差を検出し、当該差が所定値となるように、主ヒータ１０１１に印加する電圧を制御する。他の一例として、前記制御部は、最大出力に対して所定の割合（例えば、２％など）となるように、主ヒータ１０１１に印加する電圧を制御してもよい。
このような構成では、主ヒータ１０１１の発熱により静電チャック部１２１１の温度を調整することができ、この際に、静電チャック部１２１１の温度が温度調整用ベース部１２０１の温度よりも高くなり、その温度分布にムラ（例えば、層状の面におけるムラ）が生じ得る。
そこで、サブヒータ１０１２の発熱により、そのムラを補償するように、温度を調整する。静電チャック部１２１１の温度の調整は、例えば、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１による温度検出結果に基づいて行われてもよい。
なお、主ヒータ１０１１の発熱以外に、プラズマによる入熱についても、静電チャック部１２１１の温度に影響し得るため、この影響が考慮されてもよい。
本実施形態では、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御するために用いられる情報（本実施形態では、計測データ）を記憶する記憶部（本実施形態では、計測データ記録部１０５２）を備える。そして、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報に基づいて、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する。
ここで、一例として、あらかじめ、想定されるすべての温度状況について計測データを収集して、サブヒータ１０１２に印加する電圧（パルス幅および電圧値）を事前に決めて記憶しておくことも可能であるが、通常は、データ量が多くなる。このため、他の例として、あらかじめ、想定されるすべての温度状況のうちの一部の温度状況について計測データを収集して、サブヒータ１０１２に印加する電圧（パルス幅および電圧値）を事前に決めて記憶しておき、事前に決められていない温度状況については、事前に記憶したデータおよび制御時の温度状況に基づいて、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する、ことも可能である。
具体的には、一構成例として、前記記憶部は、サブヒータ１０１２により温度調整を行う温度域のうちの一部に対応する情報を記憶し、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報および主ヒータ１０１１に印加する電圧の大きさに基づいて、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する。なお、主ヒータ１０１１に印加する電圧の代わりに、電流または電力が用いられてもよい。他の一構成例として、前記記憶部は、サブヒータ１０１２により温度調整を行う温度域のうちの一部に対応する情報を記憶し、前記制御部は、前記記憶部に記憶される情報および主ヒータ１０１１に関する温度検出結果（少なくとも主ヒータ１０１１に対応する温度検出結果）とチラー温度（温度調整用ベース部１２０１のチラーに対応する温度検出結果）との温度差に基づいて、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する。
図２１は、本発明の一実施形態に係るサブヒータ１０１２を制御する回路の一例を示す図である。図２１の例では、９個の抵抗体Ｒ１〜Ｒ９からなる９個のサブヒータ１０１２が備えられる場合を示す。
図２１に示される回路では、第１のＤＣ電源１４０１と３個の抵抗体Ｒ１〜Ｒ３との間にスイッチング素子１４１１（＋側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子１４１１には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ１〜Ｒ３は並列である。
同様に、第２のＤＣ電源１４２１と３個の抵抗体Ｒ４〜Ｒ６との間にスイッチング素子１４３１（＋側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子１４３１には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ４〜Ｒ６は並列である。
同様に、第３のＤＣ電源１４４１と３個の抵抗体Ｒ７〜Ｒ９との間にスイッチング素子１４５１（＋側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子１４５１には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ７〜Ｒ９は並列である。
図２１に示される回路では、第１のアース１４０２（接地）と３個の抵抗体Ｒ１、Ｒ４、Ｒ７との間にスイッチング素子１４１２（−側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子１４１２には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ１、Ｒ４、Ｒ７は並列である。
同様に、第２のアース１４２２（接地）と３個の抵抗体Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８との間にスイッチング素子１４３２（−側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子４３２には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８は並列である。
同様に、第３のアース１４４２（接地）と３個の抵抗体Ｒ３、Ｒ６、Ｒ９との間にスイッチング素子１４５２（−側スイッチング素子）が接続されている。スイッチング素子１４５２には、制御回路が接続されている。３個の抵抗体Ｒ３、Ｒ６、Ｒ９は並列である。
ここで、＋側のスイッチング素子１４１１、１４３１、１４５１においては、例えば、トランジスタが用いられる場合には、ベース端子に制御回路が接続され、コレクタ端子にＤＣ電源１４０１、１４２１、１４４１が接続され、エミッタ端子に抵抗体Ｒ１〜Ｒ９が接続される。
また、−側のスイッチング素子１４１２、１４３２、１４５２においては、例えば、トランジスタが用いられる場合には、ベース端子に制御回路が接続され、コレクタ端子にアース１４０２、１４２２、１４４２が接続され、エミッタ端子に抵抗体Ｒ１〜Ｒ９が接続される。
なお、スイッチング素子としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）などが用いられてもよい。
図２１に示される回路では、第１のＤＣ電源１４０１に対応するスイッチング素子１４１１と第１のアース１４０２に対応するスイッチング素子１４１２をオンにすると抵抗体Ｒ１のみに電流が流れてオンになり、第１のＤＣ電源１４０１に対応するスイッチング素子１４１１と第２のアース１４２２に対応するスイッチング素子１４３２をオンにすると抵抗体Ｒ２のみに電流が流れてオンになり、第１のＤＣ電源１４０１に対応するスイッチング素子１４１１と第３のアース１４４２に対応するスイッチング素子１４５２をオンにすると抵抗体Ｒ３のみに電流が流れてオンになる。同様に、他の抵抗体Ｒ４〜Ｒ９についても、スイッチングの状態に応じて、１個の抵抗体のみをオンにすることができる。
なお、本実施形態では、ＤＣ電源１４０１、１４２１、１４４１とサブヒータ１０１２（抵抗Ｒ１〜Ｒ９）との間と、サブヒータ１０１２（抵抗Ｒ１〜Ｒ９）とアース１４０２、１４２２、１４４２との間との両方に、スイッチング素子１４１１、１４３１、１４５１、１４１２、１４３２、１４４２を配した。他の構成例として、これらの一方のみに、スイッチング素子を配することも可能である。
また、他の構成例として、各スイッチング素子１４１１、１４３１、１４５１、１４１２、１４３２、１４５２と抵抗体Ｒ１〜Ｒ９との間に、高周波カットフィルタを備えて、ＤＣ電源１４０１、１４０２、１４２１、１４２２、１４４１、１４４２およびスイッチング素子１４１１、１４１２、１４３１、１４３２、１４５１、１４５２を保護してもよい。
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係るサブヒータ１０１２を制御するパルス電圧の例を示す図である。
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）に示されるグラフでは、横軸は時間を表し、縦軸はサブヒータ１０１２に印加する制御電圧（Ｖ）の値を表す。
図２２（Ａ）は、主ヒータ１０１１の出力が１００％であるときの例である。図２２（Ｂ）は、主ヒータ１０１１の出力が５０％であるときの例である。図２２（Ｃ）は、主ヒータ１０１１の出力が２％であるときの例である。
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）の例では、所定の期間に相当する１サイクルにおいて、３個のサブヒータ１０１２に順次パルス電圧を印加する。これにより、３サイクルで９個のサブヒータ１０１２（１番目のサブヒータ、２番目のサブヒータ、・・・、９番目のサブヒータ）に順次パルス電圧を印加する。
このパルス電圧は、オフ状態に相当する所定の低電圧値（本例では、ゼロ）とオン状態に相当する所定の高電圧値（本例では、制御可能な所定の電圧値）とで切り替えられるパルスの電圧である。オフ状態ではヒータ（該当する温度調整領域のヒータ）がオフとなり、オン状態ではヒータ（該当する温度調整領域のヒータ）がオンとなる。オン状態の期間が長いとヒータ（該当する温度調整領域のヒータ）の発熱量が大きくなり、オン状態の期間が短いとヒータ（該当する温度調整領域のヒータ）の発熱量が小さくなる。
本実施形態では、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）に示されるようなサイクル単位のパルス電圧の制御と同様な制御を、連続的に繰り返して行うことで、例えば、静電チャック装置１００１の円状の載置面（図２０に示される円状の面）における主ヒータ１０１１による温度調整にムラ（非均一性）があっても、それぞれの分割領域（温度調整領域）のサブヒータ１０１２による温度調整により、当該ムラを低減することができ、温度調整の均一性を確保することができる。
本実施形態では、パルスタイム演算部１０５３において、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに、パルス電流（それに応じたパルス電圧）のパルス幅（時間的な幅であり、印加時間）を演算することで、パルス幅を調整することが可能である。複数のサブヒータ１０１２のパルス電圧のパルス幅は、例えば、それぞれ独立に異なっていてもよく、もしくは、一部が同一であってもよい。
本実施形態では、サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１０４４において、サブヒータ１０１２のＤＣ電源の電圧の値を制御することで、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに、パルス電流（それに応じたパルス電圧）のレベル（例えば、パルス電圧の値）を調整することが可能である。複数のサブヒータ１０１２のパルス電圧の値は、例えば、それぞれ独立に異なっていてもよく、もしくは、一部が同一であってもよい。
なお、 図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）の例では、３個ずつのサブヒータ１０１２の組み合わせについて、それぞれのサブヒータ１０１２のパルス電圧のパルス幅を異ならせており、また、すべてのサブヒータ１０１２についてまとめてパルス電圧の値を同じレベルに制御している。
このように、本実施形態では、前記制御部は、第２のヒータエレメント１３１１の複数の領域（温度制御領域）について、巡回的に割り振られた同一の長さの期間のうちで、第２のヒータエレメント１３１１の各温度調整領域のサブヒータ１０１２に印加するパルス電圧の時間幅（パルス幅）を制御する。
ここで、１サイクルの長さとしては、任意の長さが用いられてもよい。
また、１サイクルで制御されるサブヒータ１０１２の数としては、任意の数が用いられてもよい。
また、本実施形態では、１サイクルで制御される複数のサブヒータ１０１２の数で当該１サイクルを等分して、それぞれのサブヒータ１０１２に同じ長さの期間を割り当てて、その期間の中でパルス幅を調整した。他の構成例として、１サイクルで制御される複数のサブヒータ１０１２について、それぞれのサブヒータ１０１２に任意の期間（等分でなくてもよい期間）を割り当てて、その期間の中でパルス幅を調整してもよい。この場合、例えば、パルス電圧の値を大きくする代わりに、パルス電圧のパルス幅を長くすることで、サブヒータ１０１２の発熱量を同じにしたまま、必要な電力量を低減させることが可能である。
以上のように、本実施形態に係る静電チャック装置１００１では、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに印加するパルス電圧のパルス幅および電圧値を制御することで、主ヒータ１０１１およびサブヒータ１０１２を用いた温度制御を精度良く行うことができる。本実施形態では、例えば、パルス電圧のパルス幅については計測データに基づいて制御することが可能であり、パルス電圧の電圧値については温度状況に基づいて制御することが可能である。
他の構成例として、パルス電圧のパルス幅について、さらに温度状況が用いられて制御されてもよい。また、他の構成例として、パルス電圧の電圧値について、さらに計測データが用いられて制御されてもよい。
なお、本実施形態では、ある主ヒータ１０１１の温度調整領域を複数の温度調整領域に分割して、それぞれの分割領域ごとにサブヒータ１０１２を備えた。他の構成例として、ある主ヒータ１０１１の温度調整領域を複数の温度調整領域に分割して、１個の分割領域にはサブヒータを備えずに、他のそれぞれの分割領域ごとにサブヒータ１０１２を備える構成が用いられてもよい。つまり、１個の分割領域についてはサブヒータにより温度を調整しなくても、全体として温度を調整することが可能である。
また、主ヒータ１０１１の数、それぞれの主ヒータ１０１１の温度調整領域、サブヒータ１０１２の数、それぞれのサブヒータ１０１２の温度調整領域としては、様々な構成が用いられてもよい。
＜第７実施形態＞
図２３は、本発明の一実施形態（第７実施形態）に係る静電チャック装置（説明の便宜上、静電チャック装置１００１Ａという。）の概略的な構成を示すブロック図である。第６実施形態に係る図１８に示されるものと同様な構成部については、同じ符号を付してある。
静電チャック装置１００１Ａは、温度調整用ベース部１２０１（図１９に示されるものと同様である。）と、静電チャック部１２１１（図１９に示されるものと同様である。）と、主ヒータ１０１１と、サブヒータ１０１２と、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、主ヒータ電源の電流・電圧制御部１０４２と、サブヒータ温調器１１０１と、外部温度計測部１１１１と、計測データ記録部１１１２と、電圧演算部１１１３と、サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１１１４を備える。
ここで、主ヒータ１０１１と、サブヒータ１０１２と、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、主ヒータ電源の電流・電圧制御部１０４２については、第６実施形態に係る図１８に示されるものと同様である。
サブヒータ温調器１１０１は、主ヒータ温調器１０４１により出力された情報に基づいて、サブヒータ１０１２による温度調整を行うための情報を生成して出力する。主ヒータ温調器１０４１から出力される情報と、サブヒータ温調器１１０１から出力される情報との関係は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
外部温度計測部１１１１は、第６実施形態の場合と同様に、それぞれのサブヒータ１０１２ごとの温度調整領域に関する温度を計測する。
計測データ記録部１１１２は、第６実施形態の場合と同様に、外部温度計測部１１１１により得られた計測データを記録（記憶）する。
電圧演算部１１１３は、サブヒータ温調器１１０１から出力された情報に基づいて電圧の値を演算し、演算した電圧の値の情報をサブヒータＤＣ電源の電圧制御部１１１４に出力する。この場合、電圧演算部１１１３は、さらに計測データ記録部１１１２に記録された情報（例えば、計測時の温度の情報）を用いて、電圧の値を演算してもよい。この演算の仕方（例えば、式など）は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１１１４は、電圧演算部１１１３から出力された情報に基づいて、パルス信号（例えば、パルス電流）の電圧値を調整するとともに、当該パルス信号のパルスタイム（パルス幅）を設定する。パルス信号の電圧値の調整の仕方は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶される。また、本実施形態では、すべてのサブヒータ１０１２について同じパルスタイムが設定される。
このパルス信号は、サブヒータ１０１２に印加される。
ここで、本実施形態では、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する制御部の機能が、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、サブヒータ温調器１１０１と、計測データ記録部１１１２と、電圧演算部１１１３と、サブヒータＤＣ電源の電圧制御部１１１４の機能を用いて構成されている。なお、制御部の構成としては、本実施形態のものに限られず、例えば、必要な機能を実現する１個の処理部もしくは２個以上の処理部から構成される。
本実施形態では、電圧演算部１１１３において、サブヒータ１０１２のＤＣ電源の電圧の値を演算することで、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに、パルス電流（それに応じたパルス電圧）のレベル（例えば、パルス電圧の値）を調整することが可能である。
なお、本実施形態では、パルスタイム（パルス幅）については、一定のものを用いている。
以上のように、本実施形態に係る静電チャック装置１００１Ａでは、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに印加するパルス電圧の電圧値を制御することで、主ヒータ１０１１およびサブヒータ１０１２を用いた温度制御を精度良く行うことができる。本実施形態では、例えば、パルス電圧のパルス幅については一定とし、パルス電圧の電圧値については温度状況に基づいて制御することが可能である。
他の構成例として、パルス電圧の電圧値について、さらに計測データが用いられて制御されてもよい。
＜第８実施形態＞
図２４は、本発明の一実施形態（第８実施形態）に係る静電チャック装置（説明の便宜上、静電チャック装置１００１Ｂという。）の概略的な構成を示すブロック図である。第６実施形態に係る図１８に示されるものと同様な構成部については、同じ符号を付してある。
静電チャック装置１００１Ｂは、温度調整用ベース部１２０１（図１９に示されるものと同様である。）と、静電チャック部１２１１（図１９に示されるものと同様である。）と、主ヒータ１０１１と、サブヒータ１０１２と、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、主ヒータ電源の電流・電圧制御部１０４２と、サブヒータ温調器１１５１と、外部温度計測部１１６１と、計測データ記録部１１６２と、パルスタイム演算部１１６３と、サブヒータＤＣ電源のパルスタイム制御部１１６４を備える。
ここで、主ヒータ１０１１と、サブヒータ１０１２と、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、主ヒータ電源の電流・電圧制御部１０４２については、第６実施形態に係る図１８に示されるものと同様である。
サブヒータ温調器１１５１は、主ヒータ温調器１０４１により出力された情報に基づいて、サブヒータ１０１２による温度調整を行うための情報を生成して出力する。主ヒータ温調器１０４１から出力される情報と、サブヒータ温調器１１５１から出力される情報との関係は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
外部温度計測部１１６１は、第６実施形態の場合と同様に、それぞれのサブヒータ１０１２ごとの温度調整領域に関する温度を計測する。
計測データ記録部１１６２は、第６実施形態の場合と同様に、外部温度計測部１１６１により得られた計測データを記録（記憶）する。
パルスタイム演算部１１６３は、計測データ記録部１１６２に記録された計測データおよびサブヒータ温調器１１５１から出力された情報に基づいてパルスタイム（例えば、それぞれのサブヒータ１０１２ごとのパルスタイム）を演算し、演算したパルスタイムの情報を出力する。この演算の仕方（例えば、式など）は、例えば、あらかじめ、設定されて記憶されている。
サブヒータＤＣ電源のパルスタイム制御部１１６４は、パルスタイム演算部１１６３から出力された情報に基づいてパルス信号のパルスタイム（パルス幅）を調整する。また、本実施形態では、すべてのサブヒータ１０１２について同じ電圧値（パルス信号の電圧値）が設定される。
このパルス信号は、サブヒータ１０１２に印加される。
ここで、本実施形態では、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する制御部の機能が、冷媒温度センサ１０２１と、温度演算部１０２２と、静電チャック（ＥＳＣ）内の温度センサ１０３１と、温度演算部１０３２と、主ヒータ温調器１０４１と、サブヒータ温調器１１５１と、計測データ記録部１１６２と、パルスタイム演算部１１６３と、サブヒータＤＣ電源のパルスタイム制御部１１６４の機能を用いて構成されている。なお、制御部の構成としては、本実施形態のものに限られず、例えば、必要な機能を実現する１個の処理部もしくは２個以上の処理部から構成される。
本実施形態では、パルスタイム演算部１１６３において、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに、パルス電流（それに応じたパルス電圧）のパルス幅（時間的な幅）を演算することで、パルス幅を調整することが可能である。複数のサブヒータ１０１２のパルス電圧のパルス幅は、例えば、それぞれ独立に異なっていてもよく、もしくは、一部が同一であってもよい。
なお、本実施形態では、パルス信号の電圧値については、一定のものを用いている。
以上のように、本実施形態に係る静電チャック装置１００１Ｂでは、それぞれのサブヒータ１０１２ごとに印加するパルス電圧のパルス幅を制御することで、主ヒータ１０１１およびサブヒータ１０１２を用いた温度制御を精度良く行うことができる。本実施形態では、例えば、パルス電圧のパルス幅については計測データおよび温度状況に基づいて制御することが可能であり、パルス電圧の電圧値については一定とする。
＜以上の第６実施形態〜第８実施形態について＞
ここで、以上の実施形態に係る静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂにおける一部の機能を別体とした静電チャック制御装置を構成することも可能である。
一例として、静電チャック制御装置は、静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂ（静電チャック部１２１１の吸着面の温度を単独もしくは複数の領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータ１０１１からなる第１のヒータエレメント１３０１と、第１のヒータエレメント１３０１の領域より多い領域の温度を調整する複数のサブヒータ１０１２からなる第２のヒータエレメント１３１１と、を備える静電チャック装置）におけるサブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する制御部を備える。
また、以上の実施形態に係る静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂにおいて行われる制御の方法を静電チャック制御方法として実施することも可能である。
一例として、静電チャック制御方法では、第１のヒータエレメント１３０１を構成する単独もしくは複数の主ヒータ１０１１が、静電チャック部１２１１の吸着面の温度を単独もしくは複数の領域で調整し、第２のヒータエレメント１３１１を構成する複数のサブヒータ１０１２が、第１のヒータエレメント１３０１の領域より多い領域の温度を調整し、制御部が、サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御する。
一例として、静電チャック制御方法では、主ヒータ１０１１の領域を分割する様に配されたサブヒータ１０１２に印加される電圧の大きさを、主ヒータ１０１１に印加する電圧の大きさに基づいて制御する。なお、主ヒータ１０１１に印加する電圧の代わりに、電流または電力が用いられてもよい。
一例として、静電チャック制御方法では、主ヒータ１０１１の領域を分割する様に配されたサブヒータ１０１２に印加される電圧の大きさを、少なくとも主ヒータ１０１１に対応する温度検出結果と温度調整用ベース部１２０１のチラーの温度検出結果との温度差に基づいて制御する。
一例として、静電チャック制御方法では、主ヒータ１０１１の領域を分割する様に配されたサブヒータ１０１２の温度調整において、サブヒータ１０１２への供給電力は、パルス電圧の印加時間（パルス幅）と電圧値により調整され、印加時間（パルス幅）は、主ヒータ１０１１による温度により制御し、電圧値は、主ヒータ１０１１の印加電力、もしくは、少なくとも主ヒータ１０１１に対応する検出温度と温度調整用ベース部１２０１のチラーの温度検出結果との温度差により、制御する。
一例として、静電チャック制御方法では、第２のヒータエレメント１３１１の各分割されたサブヒータ１０１２への巡回的パルス電圧の印加において、ＤＣ電源（図２１の例では、ＤＣ電源１４０１、１４２１、１４４１）とサブヒータ１０１２との間と、サブヒータ１０１２とアース（図２１の例では、アース１４０２、１４２２、１４４２）との間と、の一方もしくは両方に、スイッチング素子（図２１の例では、スイッチング素子１４１１、１４３１、１４５１、１４１２、１４３２、１４５２）を配し、各分割されたサブヒータ１０１２に所定のパルス電圧を印加する。
なお、静電チャック制御方法において、制御部の機能（または制御部の機能および他の機能）を静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂの本体とは別体の装置（例えば、静電チャック制御装置）に備えてもよい。
また、以上の実施形態に係る静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂにおいて行われる制御を実現するプログラムを実施することも可能である。
一例として、静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂ（静電チャック部１２１１の吸着面の温度を単独もしくは複数の領域で調整する単独もしくは複数の主ヒータ１０１１からなる第１のヒータエレメント１３０１と、第１のヒータエレメント１３０１の領域より多い領域の温度を調整する複数のサブヒータ１０１２からなる第２のヒータエレメント１３１１と、を備える静電チャック装置）を制御するプログラムであって、サブヒータ１０１２に印加する電圧としてパルス電圧を用いて サブヒータ１０１２に印加する電圧を制御するステップ、をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することが可能である。
また、他の様々なステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することが可能である。
なお、このようなプログラムを、静電チャック装置１００１、１００１Ａ、１００１Ｂの本体とは別体の装置（例えば、静電チャック制御装置）を構成するコンピュータにおいて実行してもよい。
このように、以上に示した実施形態に係る各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより実行することにより、処理を行ってもよい。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティング・システム（ＯＳ：Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
Ｗ…板状試料、１、１０１…静電チャック装置、２…静電チャック部、３…温度調節用ベース部、３ａ…凹部、３ｂ…貫通孔、４…高周波発生用電極、５…第１のヒータエレメント、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…主ヒータ、６…第２のヒータエレメント、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…サブヒータ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…ヒータ分割体、７、８、１０…絶縁板、８ｂ…導電部、９…配線層、９ａ…配線体、４Ａ、７Ａ…接着層、１１…接着剤層、２１…載置板、２１ａ…載置面、２２…支持板、２３…静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）、２４…絶縁材層、２５Ａ…取出電極端子、２５Ｂ…導電性接着部、２５Ｃ…給電用端子、３０…温度センサー、３０ａ…突起部、３１…設置孔、３２…温度計測部、３３…励起部、３４…蛍光検出器、３５…制御部、３８…ピン挿通孔、４１、５１、６１…給電用端子、７１…通電用端子、２５ａ、３８ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ…碍子、７０…ガード電極、８０…ヒータ部、２００……サーモカメラ。
Ｗ…板状試料、５０１…静電チャック装置、５０２…静電チャック部、５０３…温度調節用ベース部、５０３ａ…凹部、５０３Ａ…流路、５０３ｂ…貫通孔、５０３Ｂ…開口部、５０４…配線層、５０４ａ…配線体、５０５…第１のヒータエレメント、５０５Ａ、５０５Ｂ、５０５Ｃ、５０５Ｄ…主ヒータ、５０６…第２のヒータエレメント、５０６Ａ、５０６Ｂ、５０６Ｃ、５０６Ｄ…サブヒータ、５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、５０６ｄ…ヒータ分割体、５０７、５０８…絶縁板、５０９Ａ…接着層、５０７ｂ、５０８ｂ、５０９ｂ…導通部、５０９Ｂ…接着材層、５１０…絶縁部、５１１…載置板、５１１ａ…載置面、５１１ｂ…突起部、５１２…支持板、５１３…静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）、５１４…絶縁材層、５１５Ａ…取出電極端子、５１５Ｂ…導電性接着部、５１５Ｃ…給電用端子、５１５ａ…碍子、５１７…給電用端子、５１８…碍子、５２０…温度センサー、５２０ａ…突出部、５２１…設置孔、５２２…温度計測部、５２３…励起部、５２４…蛍光検出器、５２５…制御部、５２６…給電用端子、５２７…碍子、５２８…ピン挿通孔、５２９…碍子、５３０…サーモカメラ、５５０…高周波発生用電極、５５１…金属板、５５２…給電用端子、５５２ａ…碍子、５５３…絶縁層。
Ｗ…板状試料、６０１…静電チャック装置、６０２…静電チャック部、６０３…温度調節用ベース部、６０３ａ…凹部、６０３ｂ…貫通孔、６０４…配線層、６０５…第１のヒータエレメント、６０５Ａ、６０５Ｂ、６０５Ｃ、６０５Ｄ…主ヒータ、６０６…第２のヒータエレメント、６０６Ａ、６０６Ｂ、６０６Ｃ、６０６Ｄ…サブヒータ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄ…ヒータ分割体、６０７、６０８…絶縁板、６０９…接着層、６０７ｂ、６０８ｂ、６０９ｂ…導通部、６１０…接着材層、６１１…載置板、６１１ａ…載置面、６１３…静電吸着用電極（静電吸着用内部電極）、６１５Ａ…取出電極端子、６１５Ｂ…導電性接着部、６１５Ｃ…給電用端子、６１５ａ…碍子、６１７…給電用端子、６１８…碍子、６２０…温度センサー、６２１…設置孔、６２２…温度計測部、６２６…給電用端子、６２７…碍子、６３０…サーモカメラ、６３７、６３８…絶縁板、６３７ｂ、６３８ｂ…導通部、６３９…接着層、６４６、６４８…給電用端子、６４７、６４９…碍子。
１００１…静電チャック装置、１０１１…主ヒータ、１０１２…サブヒータ、１０２１…冷媒温度センサ、１０２２、１０３２…温度演算部、１０３１…温度センサ、１０４１…主ヒータ温調器、１０４２…電流・電圧制御部、１０４３、１１０１、１１５１…サブヒータ温調器、１０４４、１１１４…電圧制御部、１０５１、１１１１、１１６１…外部温度計測部、１０５２、１１１２、１１６２…計測データ記録部、１０５３、１１６３…パルスタイム演算部、１０５４…パルスタイム調整部、１２０１…温度調整用ベース部、１２１１…静電チャック部、１２２１…ウエハ、１３０１…第１のヒータエレメント、１３１１…第２のヒータエレメント、１４０１、１４２１、１４４１…ＤＣ電源、１４０２、１４２２、１４４２…アース、１４１１、１４１２、１４３１、１４３２、１４５１、１４５２…スイッチング素子、Ｒ１〜Ｒ９…抵抗体（ヒータ）、１１１３…電圧演算部、１１６４…パルスタイム制御部

Claims (17)

  1. 一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、
    前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、
    前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置された高周波発生用電極と、
    前記高周波発生用電極に接続された高周波電源と、
    前記高周波発生用電極と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置された複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、
    前記高周波発生用電極と前記第１のヒータエレメントとの間に層状に配置されたガード電極と、を備え、
    前記ガード電極は、その円周方向に延在する第１の伝熱障壁を有する、静電チャック装置。
  2. 前記第１のヒータエレメントと前記ガード電極との間、または前記第１のヒータエレメントと前記温度調節用ベース部の間に、
    層状に配置された複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 前記主ヒータの単位面積あたりの発熱量よりも前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が小さく設定されている請求項２に記載の静電チャック装置。
  4. 前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記第１のヒータエレメントが配置された面に沿って円形領域において同心円環状に配置され、
    前記第１の伝熱障壁は、前記円形領域の径方向で隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域と平面的に重なって設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  5. 前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記第１のヒータエレメントが配置された面に沿って円形領域において同心円環状に配置され、
    前記高周波発生用電極は、その円周方向に延在する第２の伝熱障壁を有し、
    前記第２の伝熱障壁は、前記円形領域の径方向で隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域と平面的に重なって設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  6. 前記高周波発生用電極の形成材料は、非磁性の金属材料である請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  7. 前記高周波発生用電極の形成材料は、熱膨張率が４×１０−６／Ｋ以上、１０×１０−６／Ｋ以下である請求項１から６のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  8. 前記高周波発生用電極は、厚みが２０μｍ以上、１０００μｍ以下である請求項１から７のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  9. 一主面に板状試料を載置する載置面を有するとともに静電吸着用電極を備えた静電チャック部と、
    前記静電チャック部に対し前記載置面とは反対側に配置され前記静電チャック部を冷却する温度調節用ベース部と、
    前記静電チャック部と前記温度調節用ベース部との間に層状に配置され、
    前記温度調節用ベース部に対し絶縁された高周波発生用電極と、
    前記高周波発生用電極に接続された高周波電源と、
    前記静電チャック部と前記高周波発生用電極との間に、層状に配置された複数の主ヒータからなる第１のヒータエレメントと、
    前記高周波発生用電極と前記温度調節用ベース部との間に、配置された複数のサブヒータからなる第２のヒータエレメントと、
    前記高周波発生用電極と前記第２のヒータエレメントとの間に配置された金属板とを備える静電チャック装置。
  10. 前記温度調節用ベース部が、金属材料を形成材料とし、
    前記金属板と前記温度調節用ベース部が電気的に接続されている請求項９に記載の静電チャック装置。
  11. 前記主ヒータの単位面積あたりの発熱量よりも前記サブヒータの単位面積あたりの発熱量が小さく設定されている請求項９または１０に記載の静電チャック装置。
  12. 前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、前記第１のヒータエレメントと前記第２のヒータエレメントが、それらの円周方向もしくは径方向に複数に分割され、前記第１のヒータエレメントの分割数よりも前記第２のヒータエレメントの分割数が多くされている請求項９〜１１のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  13. 前記第１のヒータエレメントを構成する前記複数の主ヒータは、前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域において同心状に配置され、
    前記金属板が、その円周方向に延在する複数の第１の伝熱障壁を有する請求項９〜１２のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  14. 前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、
    前記金属板が、隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域及び隣り合う前記複数のサブヒータの間の領域と、平面的に重なって設けられた複数の第１の伝熱障壁を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  15. 前記第１のヒータエレメントおよび前記第２のヒータエレメントがいずれも配置された面に沿って円形領域に配置され、
    前記高周波発生用電極が、隣り合う前記複数の主ヒータの間の領域及び隣り合う前記複数のサブヒータの間の領域と、平面的に重なって設けられた複数の第２の伝熱障壁を有することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  16. 前記主ヒータの前記温度調節用ベース部側に、前記主ヒータの温度を測定する温度センサーが主ヒータに絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置されている請求項９〜１５のいずれか１項に記載の静電チャック装置。
  17. 前記温度センサーの一面が絶縁材を介して接触もしくは主ヒータと同一面に設置された測温部に設置され、他の面が前記温度調節用ベース部に接触していないことを特徴とする請求項１６に記載の静電チャック装置。
JP2015562234A 2014-11-20 2015-11-19 静電チャック装置 Active JP6202111B2 (ja)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014235454 2014-11-20
JP2014235737 2014-11-20
JP2014235737 2014-11-20
JP2014235454 2014-11-20
JP2015054573 2015-03-18
JP2015054985 2015-03-18
JP2015054985 2015-03-18
JP2015054573 2015-03-18
PCT/JP2015/082609 WO2016080502A1 (ja) 2014-11-20 2015-11-19 静電チャック装置

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017100328A Division JP6586975B2 (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置
JP2017100327A Division JP2017163157A (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016080502A1 JPWO2016080502A1 (ja) 2017-04-27
JP6202111B2 true JP6202111B2 (ja) 2017-09-27

Family

ID=56014034

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015562234A Active JP6202111B2 (ja) 2014-11-20 2015-11-19 静電チャック装置
JP2017100327A Pending JP2017163157A (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置
JP2017100328A Active JP6586975B2 (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017100327A Pending JP2017163157A (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置
JP2017100328A Active JP6586975B2 (ja) 2014-11-20 2017-05-19 静電チャック装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10475687B2 (ja)
JP (3) JP6202111B2 (ja)
KR (1) KR102233925B1 (ja)
CN (1) CN107004626B (ja)
WO (1) WO2016080502A1 (ja)

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10582570B2 (en) * 2016-01-22 2020-03-03 Applied Materials, Inc. Sensor system for multi-zone electrostatic chuck
US20170358431A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-14 Applied Materials, Inc. Systems and methods for controlling a voltage waveform at a substrate during plasma processing
JP6688172B2 (ja) * 2016-06-24 2020-04-28 東京エレクトロン株式会社 基板処理システムおよび方法
JP6397588B2 (ja) * 2016-07-19 2018-09-26 日本碍子株式会社 静電チャックヒータ
JP6666809B2 (ja) * 2016-08-08 2020-03-18 新光電気工業株式会社 基板固定装置及びその製造方法
JP2018056333A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 日本発條株式会社 基板載置台、および基板載置台の作製方法
JP6698502B2 (ja) * 2016-11-21 2020-05-27 東京エレクトロン株式会社 載置台及びプラズマ処理装置
KR101871067B1 (ko) * 2016-11-30 2018-06-25 세메스 주식회사 기판을 지지하는 척 모듈 및 이를 구비하는 프로브 스테이션
JP7016347B2 (ja) 2017-03-02 2022-02-04 日本碍子株式会社 ウエハ加熱装置
JP6754890B2 (ja) * 2017-03-06 2020-09-16 日本碍子株式会社 ウエハ支持台
JP7030420B2 (ja) * 2017-04-10 2022-03-07 日本特殊陶業株式会社 保持装置
CN107690206B (zh) * 2017-08-21 2021-05-04 宁波柔碳电子科技有限公司 一种加热电极结构和加热装置
US11664261B2 (en) * 2017-09-29 2023-05-30 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Electrostatic chuck device
JP7238780B2 (ja) 2017-09-29 2023-03-14 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
US11236422B2 (en) 2017-11-17 2022-02-01 Lam Research Corporation Multi zone substrate support for ALD film property correction and tunability
CN111712910B (zh) 2018-02-16 2023-11-07 日本特殊陶业株式会社 保持装置
US11848177B2 (en) * 2018-02-23 2023-12-19 Lam Research Corporation Multi-plate electrostatic chucks with ceramic baseplates
US10633742B2 (en) * 2018-05-07 2020-04-28 Lam Research Foundation Use of voltage and current measurements to control dual zone ceramic pedestals
US11024522B2 (en) 2018-05-24 2021-06-01 Applied Materials, Inc. Virtual sensor for spatially resolved wafer temperature control
JP6773917B2 (ja) * 2018-07-04 2020-10-21 日本碍子株式会社 ウエハ支持台
CN112368415B (zh) 2018-07-05 2024-03-22 朗姆研究公司 衬底处理系统中的衬底支撑件的动态温度控制
US10872747B2 (en) 2018-08-08 2020-12-22 Lam Research Corporation Controlling showerhead heating via resistive thermal measurements
US11183400B2 (en) 2018-08-08 2021-11-23 Lam Research Corporation Progressive heating of components of substrate processing systems using TCR element-based heaters
US11133211B2 (en) * 2018-08-22 2021-09-28 Lam Research Corporation Ceramic baseplate with channels having non-square corners
KR20200023988A (ko) * 2018-08-27 2020-03-06 삼성전자주식회사 정전 척 및 상기 정전 척을 탑재한 웨이퍼 식각 장치
CN110896045B (zh) * 2018-09-12 2022-12-30 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种升举顶针组件，静电夹盘及其所在的处理装置
JP7455536B2 (ja) * 2018-09-18 2024-03-26 日本特殊陶業株式会社 保持装置の製造方法
JP7008602B2 (ja) * 2018-09-27 2022-01-25 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および温度制御方法
JP7329917B2 (ja) * 2018-11-30 2023-08-21 新光電気工業株式会社 基板固定装置
JP7299756B2 (ja) * 2019-05-24 2023-06-28 日本特殊陶業株式会社 保持装置
JP7071946B2 (ja) * 2019-06-21 2022-05-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2022540767A (ja) * 2019-06-24 2022-09-20 ラム リサーチ コーポレーション マルチゾーン台座の温度制御
JP7214868B2 (ja) * 2019-06-28 2023-01-30 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
JP2021012928A (ja) * 2019-07-04 2021-02-04 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
CN110600419A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 上海华力微电子有限公司 一种静电吸盘及其使用方法
CN110752171B (zh) * 2019-11-01 2022-07-29 长江存储科技有限责任公司 晶圆弯曲度调整装置及方法
JP7411431B2 (ja) * 2020-01-31 2024-01-11 新光電気工業株式会社 静電チャック、基板固定装置
JP7202326B2 (ja) * 2020-03-11 2023-01-11 日本碍子株式会社 セラミックヒータ
CN111446198B (zh) * 2020-03-23 2023-05-16 北京北方华创微电子装备有限公司 静电卡盘及其控制方法
CN115461856A (zh) 2020-04-29 2022-12-09 应用材料公司 用于均匀性改善的加热器盖板
WO2022006468A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 Ultima Genomics, Inc. Methods and systems for nucleic acid analysis
JP7449799B2 (ja) * 2020-07-09 2024-03-14 東京エレクトロン株式会社 載置台の温度調整方法及び検査装置
US20220102184A1 (en) 2020-09-28 2022-03-31 Toto Ltd. Electrostatic chuck and semiconductor manufacturing apparatus
US20220102182A1 (en) 2020-09-28 2022-03-31 Toto Ltd. Electrostatic chuck and semiconductor manufacturing apparatus
US11756820B2 (en) 2020-09-28 2023-09-12 Toto Ltd. Electrostatic chuck and semiconductor manufacturing apparatus
US11776836B2 (en) 2020-09-28 2023-10-03 Toto Ltd. Electrostatic chuck and semiconductor manufacturing apparatus
JP7296351B2 (ja) * 2020-10-02 2023-06-22 日本碍子株式会社 セラミックヒータ
US20220122817A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 Applied Materials, Inc. Semiconductor substrate support power transmission components
JP2023546200A (ja) * 2020-10-20 2023-11-01 ラム リサーチ コーポレーション コールドエッジ低温静電チャック
KR102242122B1 (ko) * 2020-12-15 2021-04-20 세메스 주식회사 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법
JP7060771B1 (ja) * 2021-02-04 2022-04-26 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材
WO2022168368A1 (ja) * 2021-02-04 2022-08-11 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材及びその製法
WO2022209619A1 (ja) * 2021-04-01 2022-10-06 日本碍子株式会社 ウエハ支持台及びｒｆロッド
CN117043925A (zh) * 2021-04-01 2023-11-10 日本碍子株式会社 晶片支撑台及rf棒
JP7213592B1 (ja) 2021-08-19 2023-01-27 アダプティブ プラズマ テクノロジー コーポレーション 多重加熱領域構造の静電チャック
CN114496889A (zh) * 2022-01-21 2022-05-13 北京北方华创微电子装备有限公司 静电卡盘装置和温度控制方法
JPWO2023175690A1 (ja) 2022-03-14 2023-09-21
CN117642847A (zh) * 2022-06-23 2024-03-01 株式会社日立高新技术 等离子处理装置
WO2024000284A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04 沈阳芯源微电子设备股份有限公司 温度补偿系统、半导体设备和温度补偿方法
CN116403943A (zh) * 2023-04-21 2023-07-07 江苏微导纳米科技股份有限公司 一种加热盘及其制造方法、一种半导体设备

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62133721A (ja) * 1985-12-05 1987-06-16 Anelva Corp 基体ホルダ−
JPH07106319A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Hitachi Electron Eng Co Ltd Ｃｖｄ反応炉の加熱装置の電磁遮蔽方法
US5729423A (en) * 1994-01-31 1998-03-17 Applied Materials, Inc. Puncture resistant electrostatic chuck
JPH10204645A (ja) * 1997-01-17 1998-08-04 Hitachi Electron Eng Co Ltd 下部電極
JPH11163109A (ja) 1997-12-01 1999-06-18 Kyocera Corp ウエハ保持装置
JP2000031253A (ja) * 1998-07-10 2000-01-28 Komatsu Ltd 基板処理装置及び方法
JP2001007189A (ja) * 1999-06-24 2001-01-12 Shin Etsu Chem Co Ltd 静電チャック及びその製造方法
US6606234B1 (en) 2000-09-05 2003-08-12 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Electrostatic chuck and method for forming an electrostatic chuck having porous regions for fluid flow
JP2002313899A (ja) 2001-04-11 2002-10-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 基板保持構造体および基板処理装置
US6875927B2 (en) * 2002-03-08 2005-04-05 Applied Materials, Inc. High temperature DC chucking and RF biasing cable with high voltage isolation for biasable electrostatic chuck applications
US6718246B2 (en) 2002-04-24 2004-04-06 Caterpillar Inc Automatic implement control for spreading material with a work machine
US7204912B2 (en) * 2002-09-30 2007-04-17 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for an improved bellows shield in a plasma processing system
JP4247739B2 (ja) * 2003-07-09 2009-04-02 Ｔｏｔｏ株式会社 静電チャックによるガラス基板の吸着方法および静電チャック
US20080035306A1 (en) * 2006-08-08 2008-02-14 White John M Heating and cooling of substrate support
JP5018244B2 (ja) 2007-05-30 2012-09-05 住友大阪セメント株式会社 静電チャック
TWI459851B (zh) * 2007-09-10 2014-11-01 Ngk Insulators Ltd heating equipment
JP5239988B2 (ja) * 2009-03-24 2013-07-17 東京エレクトロン株式会社 載置台構造及び処理装置
US8637794B2 (en) 2009-10-21 2014-01-28 Lam Research Corporation Heating plate with planar heating zones for semiconductor processing
JP5496630B2 (ja) * 2009-12-10 2014-05-21 東京エレクトロン株式会社 静電チャック装置
JP2011187637A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体製造装置
JP5026549B2 (ja) 2010-04-08 2012-09-12 シャープ株式会社 加熱制御システム、それを備えた成膜装置、および温度制御方法
JP6052169B2 (ja) * 2011-04-27 2016-12-27 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
BR112014004907A2 (pt) 2011-08-30 2017-03-28 Watlow Electric Mfg método e sistema para controlar uma matriz térmica
JP5879879B2 (ja) 2011-09-29 2016-03-08 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
US9324589B2 (en) * 2012-02-28 2016-04-26 Lam Research Corporation Multiplexed heater array using AC drive for semiconductor processing
JP6014513B2 (ja) * 2012-08-29 2016-10-25 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング装置及び制御方法
US10049948B2 (en) * 2012-11-30 2018-08-14 Lam Research Corporation Power switching system for ESC with array of thermal control elements
US8941969B2 (en) * 2012-12-21 2015-01-27 Applied Materials, Inc. Single-body electrostatic chuck
US20150087144A1 (en) * 2013-09-26 2015-03-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Apparatus and method of manufacturing metal gate semiconductor device
JP6335341B2 (ja) * 2014-07-23 2018-05-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 可変型温度制御式基板支持アセンブリ
US10008399B2 (en) * 2015-05-19 2018-06-26 Applied Materials, Inc. Electrostatic puck assembly with metal bonded backing plate for high temperature processes
JP6183567B1 (ja) * 2016-05-13 2017-08-23 Toto株式会社 静電チャック
JP6910227B2 (ja) * 2017-07-14 2021-07-28 株式会社ディスコ 静電チャック

Also Published As

Publication number Publication date
JP6586975B2 (ja) 2019-10-09
US10475687B2 (en) 2019-11-12
JP2017157855A (ja) 2017-09-07
US20190088517A1 (en) 2019-03-21
CN107004626A (zh) 2017-08-01
JP2017163157A (ja) 2017-09-14
KR102233925B1 (ko) 2021-03-30
WO2016080502A1 (ja) 2016-05-26
KR20170088352A (ko) 2017-08-01
CN107004626B (zh) 2019-02-05
JPWO2016080502A1 (ja) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6586975B2 (ja) 静電チャック装置
JP6108051B1 (ja) 静電チャック装置
TWI721952B (zh) 具有獨立隔離的加熱器區域的晶圓載體
EP2752085B1 (en) Method of manufacturing a high definition heater system
JP6196095B2 (ja) 静電チャック
JP6686879B2 (ja) 静電チャック装置
JP6239894B2 (ja) 静電チャック
JP2010153490A (ja) 基板温調固定装置
WO2019131115A1 (ja) 静電チャック装置
JP2016184645A (ja) 静電チャック装置
US20200273736A1 (en) Electrostatic chuck device
JP6278277B2 (ja) 静電チャック装置
KR102636538B1 (ko) 정전 척 장치
KR101814554B1 (ko) 에지전극이 내장된 정전척 및 그 제조방법
JP6158634B2 (ja) 静電チャック
JP7189715B2 (ja) 静電チャック

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170227

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20170227

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20170315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170321

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170519

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170814

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6202111

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150