JPH06170670A - 静電チャック装置およびその運転方法 - Google Patents

静電チャック装置およびその運転方法

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JPH06170670A
JPH06170670A JP32707592A JP32707592A JPH06170670A JP H06170670 A JPH06170670 A JP H06170670A JP 32707592 A JP32707592 A JP 32707592A JP 32707592 A JP32707592 A JP 32707592A JP H06170670 A JPH06170670 A JP H06170670A
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JP
Japan
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temperature
force
electrostatic chuck
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adsorbed
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JP32707592A
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Kenji Kondo
健治 近藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁物中の吸着面近傍に吸着用電極とヒータと
を埋め込んでなる温度センサ内蔵型静電チャック装置に
おいて、吸着面に吸着・保持されている被吸着物に作用
している吸着力が変化した場合にも、吸着力変化による
被吸着物の温度変化が生じないようにする装置構成と、
この構成による静電チャック装置の運転方法とを提供す
る。 【構成】温度センサ4に加え、吸着力の測定可能な圧力
センサ10を内蔵させた装置構成とする。運転に際して
は、運転の初期状態における吸着力を標準吸着力として
メモリー12に保存し、被吸着物15の処理開始から終
了までの間、逐次吸着力を測定して標準吸着力からの変
化分による温度変化分で温度センサ4の出力信号を補正
してヒータ電源8を制御するか、標準吸着力からの変化
分で吸着用電源9を制御して吸着力を元に戻すようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、吸着面近傍に電極と
ヒータとを埋め込まれた絶縁物の前記吸着面上に被吸着
物を置き、被吸着物と電極間に働く静電力により被吸着
物を吸着面に吸着・保持し、ヒータによって被吸着物の
加熱を行う静電チャック装置であって、かつ被吸着物の
温度を計測する温度センサを内蔵したものの構成と、こ
の構成による静電チャック装置の運転方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】図2に従来のこの種の静電チャック装置
の構造例を示す。静電チャック本体1は、絶縁物1A内
に1対の板状もしくは箔状の吸着用電極2と抵抗加熱材
からなる板状もしくは箔状のヒータ3とを吸着面1B近
傍に埋め込んでなり、吸着用電極2は電圧可調整の吸着
用電源9に、また、ヒータ3は、外部からの制御信号に
よる出力電圧の調整可能なヒータ電源8に接続されてい
る。また、ヒータ3により加熱される被吸着物,ここで
は半導体基板15の温度を計測する温度センサ4は、静
電チャック本体1が取り付けられるチャックホールダ1
8の孔と、チャック本体の絶縁物1Aの孔とを挿通する
細管4Bと、この細管4Bの先端に固定されるセンサ素
子,例えば熱電対4Aとからなり、熱電対4Aが基板1
5の背面に圧着ばね5の弾性力で押圧される。図の符号
16はこの弾性力を加減するための調整ねじであり、1
7は調整ねじ16のねじ込み位置を不動に維持するため
のナットである。
【0003】このような構成において、温度センサ4が
検出した基板温度は温度制御演算部6に送られ、ここで
温度制御演算部6内に予め設定されている基板の所望温
度と比較され、両者の差または比に応じたヒータの電力
制御信号7がヒータ電源8に送られ、ヒータ電源8の出
力電圧が基板20の温度が設定値になるような電圧に調
整される。このように、熱電対4Aは圧着ばね5により
基板背面に押圧されるので、誤差の少ない基板温度計測
を行うことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成される従来の静電チャック装置では、被吸着物(以下
基板とする)の検出温度に誤差を与える静電チャック吸
着面と基板との間の接触熱抵抗が圧着ばねの弾性力でき
まるため、検出温度誤差を小さくするためには、基板が
吸着面から離脱しない範囲内でできるだけ弾性力を大き
くする必要があり、一方、弾性力を大きくすると基板に
局所的な応力を与え、プロセスに影響を与える懸念が生
じる。また、基板の処理過程では、静電チャック本体の
絶縁物の,微少ではあるが、熱変形等に基づく吸着力の
変化を考慮しなければならず、吸着力の変化により吸着
面表面の微小凹凸を介した吸着面と基板との接触面積が
変化すると接触熱抵抗が変化し、基板の温度が変化する
ので、この温度変化も検出してヒータ電源の出力電圧を
変化させなければならないが、静電チャック本体の絶縁
物には熱容量があるので、吸着力変化による温度変化が
はじまってから温度センサが検出可能な温度変化に達す
るまでには時間がかかり、また,この温度変化を検出し
てヒータ電源を制御しても、静電チャック本体の絶縁物
の熱容量により、基板温度が所定値に復帰するのに時間
がかかり、この時間中、基板は所定の温度を外れた温度
で処理されるという問題点があった。この温度変化の発
生を防止するためには、吸着力の変化を小さくするのが
1つの方法であり、このために圧着ばねの弾性力を大き
くすると、前述のように基板に局所的な応力が生じる問
題が生じる。要するに、基板の温度変動を小さくするた
めには圧着ばねの弾性力を大きくすればよいが、基板の
局所的応力の問題が生じ、また、基板保持の確実性にも
問題が生じる。
【0005】この発明の目的は、基板処理中に吸着力の
変化があっても、基板に局所的な応力を生じさせること
なく、従ってまた基板保持の確実性にも問題が生じるこ
となく、基板に温度変化を生じさせないようにすること
のできる静電チャック装置の構成と、この構成による静
電チャック装置の運転方法とを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、冒頭記載の構成による静電チャ
ック装置を、その内蔵する温度センサに加え、吸着面に
吸着・保持された被吸着物に作用している吸着力を、吸
着面表面の微視的凹凸に基づく吸着面と被吸着物との間
隔の,両者の接触開始からの変化から捉える圧力センサ
を内蔵した装置とする。
【0007】そして、この装置を運転するに際し、運転
の初期状態において、被吸着物の吸着前後の圧力センサ
からの圧力信号変化を吸着力基準値として記憶し、以
後、基板処理開始から終了までの間、前記圧力センサか
らの圧力信号で逐次吸着力測定を行い、吸着力基準値と
比較し、温度センサによる温度計測値と実際の温度との
計測誤差に対し、吸着力変化分に見合った補正を行って
ヒータ電源を制御する運転方法をとるか、運転の初期状
態において、被吸着物の吸着前後の圧力センサからの圧
力信号変化を吸着力基準値として記憶し、以後、基板処
理開始から終了までの間、前記圧力センサからの圧力信
号で逐次吸着力測定を行い、吸着力基準値と比較し、吸
着力変化分に見合った吸着電圧補正を行う運転方法をと
るものとする。
【0008】
【作用】このように、基板処理中に吸着力の変化があっ
た場合、この変化と同時に変化の大きさに見合った温度
補正を通常の温度センサによる温度補正に加えて温度セ
ンサにより行うことにより、吸着力の変化分に見合った
温度変化が生じないようにヒータ電源が制御され、基板
は吸着力変化前の温度で処理をつづけられることにな
る。
【0009】なお、吸着力の変化があった時点でヒータ
電源を制御する代わりに、吸着力変化を検出した圧力セ
ンサの信号により吸着用電源を制御して吸着力を元に戻
すことにより温度変化を阻止することができる。なお、
上記圧力センサは、吸着面表面の微視的凹凸の変形量程
度の変形量に応動可能なものであれば種類は問わない
が、例えば、半導体結晶のキャリア移動度が応力を受け
ることによって非常に大きく変化し、かつその変化率
(具体的には抵抗値の変化率/結晶の厚みの変化率)が
広範囲で一定であることを利用して半導体(例えばSiあ
るいはGe)を0.1 〜1mm程度のサイズに仕上げた半導体
ストレンゲージをセンサ素子として用いることができ
る。
【0010】
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。静電チャッ
ク本体1の吸着面1Bに吸着された基板15に作用して
いる吸着力を検出する圧力センサ10は半導体ストレン
ゲージを細い支持棒の下端に固定してなるもので、吸着
用電極2に吸着用電源9を接続していない状態で基板1
5を吸着面1Bに接触させ、この状態で圧力センサ10
の支持棒上部のねじを支持棒下端のセンサ素子が基板1
5の背面に軽く接触するまでねじ込み、この位置にナッ
ト19を用いて固定する。この状態で吸着用電極2に吸
着用電源9から電圧を供給すると、吸着用電極2と基板
15との間に静電力が働き、圧力センサ10から吸着力
に応じた圧力信号が吸着力制御演算部11に送られる。
吸着力制御演算部11には、圧力信号の変化量と基板温
度の変化量との関係が、想定される各種基板処理条件
(例えばECR型プラズマCVD装置に用いられる静電
チャック装置の場合には所望基板温度,マイクロ波電
力,ガス圧力等)の下で予め行った実験結果を用いてプ
ログラム化されており、圧力信号変化量すなわち吸着力
変化に見合った温度変化を吸着力変動信号14として温
度制御演算部20へ、また、圧力信号変化量をそのま
ま、あるいは増幅等の加工を行い、吸着電圧制御信号1
3として吸着用電源9へ出力する。図の符号12はメモ
リーであり、静電チャック装置運転の初期、すなわち基
板処理開始のために各種処理条件が整った状態での吸着
力を圧力センサからの圧力信号で計測し、この圧力信号
を吸着力標準値としてメモリー12に保存する。なお、
温度センサ4は図2と同じくセンサ素子に熱電対を使用
し、圧着ばね5の弾性力は接触熱抵抗を必要最小限とす
る値に設定されている。
【0011】制御系がこのように構成された静電チャッ
ク装置の運転は以下のように行われる。まず、静電チャ
ック本体の運転初期に吸着力を圧力センサを用いて計測
し、このときの圧力信号を吸着力の標準値としてメモリ
ー12に保存する。以後、プロセスの開始から終了まで
吸着力を逐次測定し、吸着力変化に見合った吸着力変動
信号13と吸着電圧制御信号14とをそれぞれ吸着用電
源9と温度制御演算部20とへ出力する。吸着用電源9
は外部からの制御信号により出力電圧を変化させる電圧
調整器を備えており、入力された吸着電圧制御信号14
に従って吸着力を元に戻す電圧を出力する。また、温度
制御演算部20は温度センサ4が検出した検出信号を、
入力した吸着力変動信号13により補正して吸着力変化
に見合った温度補正まで同時に行い、吸着力の変化が温
度変化として現われないようにする。ヒータ電源8は電
圧調整器を備えており、入力された補正信号により、吸
着力の変化が温度変化として現われないような電圧をヒ
ータ3に供給する。
【0012】なお、本実施例では温度センサに熱電対を
用いたが、基板背面の測温部に蛍光塗料を塗布し、この
蛍光塗料に光を当てると、温度により入射光と異なる波
長の光が出ることが知られており、光導入用および光導
出用の2本の光ファイバを用いて温度センサを構成する
ようにすれば、基板に局所的応力を与えることなく吸着
力変化時の基板の温度変化を阻止することができる。
【0013】
【発明の効果】このように、本発明によれば、温度セン
サ内蔵型静電チャックに圧力センサを付加し、静電チャ
ックの吸着力変化を測定することにより、従来のように
局所的応力を基板に与えることなく、基板と温度センサ
間、および基板と静電チャック間の接触熱抵抗を常に一
定に保つことができ、安定な基板加熱が保証される。ま
た、基板を一定温度に保つためのフィードバック信号と
して吸着力変化信号を加えることにより、従来の温度測
定のみのフィードバックよりも追従性に優れた温度制御
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による静電チャック装置構成の一実施例
を示す装置構成図
【図2】従来の温度センサ内蔵型静電チャック装置構成
の一例を示す装置構成図
【符号の説明】 1 静電チャック本体 1A 絶縁物 1B 吸着面 2 吸着用電極(電極) 3 ヒータ 4 温度センサ 6 温度制御演算部 8 ヒータ電源 9 吸着用電源 10 圧力センサ 11 吸着力制御演算部 12 メモリー 13 吸着電圧制御信号 14 吸着力変動信号 15 基板(被吸着物)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸着面近傍に電極とヒータとを埋め込まれ
    た絶縁物の前記吸着面上に被吸着物を置き、被吸着物と
    電極間に働く静電力により被吸着物を吸着面に吸着・保
    持し、ヒータによって被吸着物の加熱を行う静電チャッ
    ク装置であって、かつ被吸着物の温度を計測する温度セ
    ンサを内蔵したものにおいて、前記温度センサに加え、
    吸着面に吸着・保持された被吸着物に作用している吸着
    力を、吸着面表面の微視的凹凸に基づく吸着面と被吸着
    物との間隔の,両者の接触開始からの変化から捉える圧
    力センサを内蔵していることを特徴とする静電チャック
    装置。
  2. 【請求項2】請求項第1項に記載の静電チャック装置の
    運転方法であって、運転の初期状態において、被吸着物
    の吸着前後の圧力センサからの圧力信号変化を吸着力基
    準値として記憶し、以後、基板処理開始から終了までの
    間、前記圧力センサからの圧力信号で逐次吸着力測定を
    行い、吸着力基準値と比較し、温度センサによる温度計
    測値と実際の温度との計測誤差に対し、吸着力変化分に
    見合った補正を行ってヒータ電源を制御することを特徴
    とする静電チャック装置の運転方法。
  3. 【請求項3】請求項第1項に記載の静電チャック装置の
    運転方法であって、運転の初期状態において、被吸着物
    の吸着前後の圧力センサからの圧力信号変化を吸着力基
    準値として記憶し、以後、基板処理開始から終了までの
    間、前記圧力センサからの圧力信号で逐次吸着力測定を
    行い、吸着力基準値と比較し、吸着電圧補正を行うこと
    を特徴とする静電チャック装置の運転方法。
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