KR20170088352A - 정전 척 장치 - Google Patents

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KR20170088352A
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마모루 고사카이
유키오 미우라
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 일 양태에서는, 복수로 분할된 히터를 구비하고, 각 히터로 가열하는 존의 균일한 온도 제어를 간편한 구성으로 가능하게 하는 정전 척 장치의 제공을 목적으로 한다. 본 발명의 정전 척 장치의 일 양태에서는, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 고주파 발생용 전극과, 상기 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원과, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 제1 히터 엘리먼트의 사이에 층 형상으로 배치된 가드 전극을 구비한다.

Description

정전 척 장치{ELECTROSTATIC CHUCK DEVICE}
본 발명은, 히터 엘리먼트를 마련한 정전 척 장치, 또한 정전 척 장치, 정전 척 제어 장치, 프로그램 및 정전 척 제어 방법에 관한 것이다.
본원은, 2014년 11월 20일에 일본에 출원된 특허출원 2014-235737호, 2014년 11월 20일에 출원된 일본 특허출원 2014-235454호, 2015년 3월 18일에 일본에 출원된 특허출원 2015-054573호, 및 2015년 3월 18일에 일본에 출원된 특허출원 2015-054985호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 있어서는, 종래부터, 시료대에 간단하게 웨이퍼를 장착하여 고정함과 함께, 이 웨이퍼를 원하는 온도로 유지하는 장치로서 정전 척 장치가 사용되고 있다.
플라즈마 에칭 장치에 있어서, 정전 척 장치에 고정된 웨이퍼에 플라즈마를 조사하면, 웨이퍼의 표면 온도가 상승한다. 이 표면 온도의 상승을 억제하기 위하여, 정전 척 장치의 온도 조절용 베이스부에 물 등의 냉각 매체를 순환시켜 웨이퍼를 하측으로부터 냉각한다. 그러나 이 냉각 상태에 따라, 웨이퍼의 면내에서 온도 분포가 발생한다. 예를 들면, 웨이퍼의 중심부에서는 온도가 높아지고, 둘레 가장자리측에서는 온도가 낮아진다. 또한, 플라즈마 에칭 장치의 구조나 방식의 차이 등에 따라, 플라즈마의 생성 상태가 변화된다. 이 플라즈마 생성 상태의 변화에 따라, 웨이퍼의 면내 온도 분포에 차가 발생한다. 또, 웨이퍼에 각종 성막을 행하는 장치의 경우에도, 성막 조건이나 성막실 내의 분위기 제어에 영향을 받아 웨이퍼 면내에 온도 분포가 발생한다.
따라서, 정전 척부와 온도 조절용 베이스부의 사이에 히터 부재를 장착한 히터 기능 탑재 정전 척 장치가 제안되고 있다(특허문헌 1).
이 히터 기능 탑재 정전 척 장치는, 웨이퍼 내에 국소적으로 온도 분포를 만들 수 있다. 이로 인하여, 웨이퍼의 면내 온도 분포를 막 퇴적 속도나 플라즈마 에칭 속도에 맞추어 적절히 설정할 수 있다. 웨이퍼의 면내 온도 분포를 설정함으로써, 웨이퍼 상에 대한 패텅 형성 등의 국소적인 막형성이나 국소적인 플라즈마 에칭을 효율적으로 행할 수 있다.
플라즈마를 이용한 에칭 장치 혹은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 등에 있어서, 정전 척(ESC: Electrostatic chuck)을 이용한 정전 척 장치가 이용된다.
정전 척 장치는, 실리콘 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 재치면 및 정전 흡착용 전극을 갖는 정전 척부를 구비하고, 당해 정전 척용 전극에 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 당해 판 형상 시료를 당해 재치면에 고정한다. 또, 정전 척 장치는, 히터를 구비하는 경우가 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2008-300491호 일본 공개특허공보 평11-163109호
최근 플라즈마 에칭 장치에서는, 반도체 장치의 배선의 미세화 등에 따라 종래보다 에칭 레이트의 균일성이 보다 엄격하게 요구되고 있다. 플라즈마 에칭에 의한 에칭 속도는, 플라즈마의 밀도, 웨이퍼 표면 온도, 에칭 가스의 농도 분포 등에 영향을 받는다. 플라즈마 밀도나 에칭 가스 농도는 웨이퍼 면내에서 분포를 갖기 때문에, 웨이퍼 표면 온도의 균일성에 더하여, 웨이퍼 면내 온도 분포 조절의 보다 정밀한 제어가 필요하게 된다.
또, 다종류의 막의 에칭에 대응하여, 에칭 온도의 변경을 단시간에 행하여, 샤프한 면내 온도 분포를 형성하는 것도 요구되고 있다. 이들을 실현하기 위해서는, 히터에 대한 전력 공급량을 증가시켜, 온도 조절용 베이스부의 제어 온도와 정전 척 장치의 흡착면의 온도 차를 크게 할 필요가 있다. 그러나 온도 조절용 베이스부의 제어 온도와 흡착면의 온도 차의 증가에 따라, 웨이퍼 상의 동일 원주 상의 온도 균일성은 열화되는 경향이 있다.
이 대책으로서 종래, 동심 원 형상으로 복수의 히터를 배치하여 온도 제어하거나, 동심 원 형상의 직경 방향으로의 히터의 분할 수를 증가시킴으로써 웨이퍼 면내의 온도 제어성, 열균일성의 개선을 도모할 수 있다.
그러나 히터의 분할 수가 증가하면, 웨이퍼 면내 온도 분포를 부여한 상태 및 승강온 시의 온도 조절의 난이도가 증가하는 문제가 있다. 또 히터의 분할 수가 증가하면, 그에 따라 정전 척 장치의 구성이 복잡화된다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명은, 복수로 분할된 히터를 구비한 구조이더라도, 각 히터로 가열하는 존의 균일한 온도 제어를 간편한 구성으로 가능하게 하는 정전 척 장치의 제공, 및 히터를 이용한 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있는 정전 척 장치, 정전 척 제어 장치, 프로그램 및 정전 척 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하는 수단으로서, 이하의 구성을 갖는다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 일주면(一主面)에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 고주파 발생용 전극과, 상기 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원과, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 제1 히터 엘리먼트의 사이에 층 형상으로 배치된 가드 전극을 구비한다.
이 구성에 의하면, 고주파 발생용 전극으로부터 발생하는 고주파를 가드 전극이 차단한다. 이로 인하여, 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 히터 전원이 고주파에 의하여 영향을 받는 것을 억제할 수 있다. 또, 제1 히터 엘리먼트용 고주파 차단 필터를 제거할 수 있다. 즉, 정전 척 장치의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치의 제작 비용 저감에 기여한다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서, 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 가드 전극의 사이, 또는 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에, 층 형상으로 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 더 구비하는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 가드 전극에 더하여, 가드 전극측에 배치되는 제1 히터 엘리먼트 또는 제2 히터 엘리먼트도, 고주파 발생용 전극으로부터 발생한 고주파를 차단한다. 따라서, 온도 조정용 베이스부측에 배치되는 제1 히터 엘리먼트 또는 제2 히터 엘리먼트가 고주파의 영향을 받는 것을 보다 억제할 수 있다. 즉, 이 히터의 히터 전원에 고주파가 노이즈로서 누설되어, 히터 전원의 동작 내지 성능이 저해될 우려를 더 저감시킬 수 있다.
또, 이 구성에 의하면, 복수의 메인 히터로 분할된 각 존의 온도 분포를 개별적으로 제어할 수 있음과 함께, 각 존 내의 온도 조절을 서브 히터에 의하여 미세 조정할 수 있다. 이로 인하여, 판 형상 시료를 지지하고 있을 때, 플라즈마의 생성 상태나 성막 조건의 변동에 의하여 판 형상 시료에 부분적인 온도 분포가 발생하려고 해도, 서브 히터에 의한 온도의 미세 조정에 의하여 온도 분포를 억제할 수 있다. 이로 인하여, 에칭 장치나 성막 장치에 적용한 경우, 에칭 레이트의 균일성 향상에 기여하여, 국소적인 에칭 레이트의 제어, 성막의 안정성 향상에 기여한다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서, 상기 가드 전극이 그 원주 방향으로 뻗어 있는 제1 전열 장벽을 갖는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 가드 전극을 통하여 면내 방향으로 열이 전도되는 것을 억제하여, 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다. 정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 이로 인하여, 가드 전극의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 정전 척 장치의 온도 제어성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서, 상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 형상으로 배치되고, 상기 가드 전극의 상기 제1 전열 장벽은 상기 원형 영역의 직경 방향에서 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역과 평면적으로 중첩되어 마련되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 각 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 온도 제어되는 영역에 맞추어, 금속판의 면내 방향의 전열을 저해할 수 있다. 즉 정전 척 장치(1)의 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서, 상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 원환 형상으로 배치되고, 상기 고주파 발생용 전극은, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 제2 전열 장벽을 가지며, 상기 제2 전열 장벽은, 원환 영역의 직경 방향에서 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역과 평면적으로 중첩되어 마련되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 고주파 발생용 전극을 통하여 면내 방향으로 열이 전도되는 것을 억제하여, 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다. 고주파 발생용 전극의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 정전 척 장치의 온도 제어성을 높일 수 있다. 또, 전기적으로는 전극 내의 전위를 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 플라즈마 밀도에 대한 영향도 적게 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서의 상기 고주파 발생용 전극의 형성 재료를, 비자성의 금속 재료로 하는 구성을 채용할 수 있다.
고주파 발생용 전극의 형성 재료를 비자성 금속으로 형성함으로써, 정전 척 장치를 고주파 분위기 중에서 이용해도 고주파 발생용 전극이 고주파에 의하여 자기 발열하지 않는다. 따라서, 고주파 분위기 중이더라도, 판 형상 시료의 면내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서의 상기 고주파 발생용 전극의 형성 재료를, 열팽창률 4×10-6/K 이상, 10×10-6/K 이하로 하는 구성을 채용할 수 있다.
열팽창률이 당해 범위이면, 열팽창률 차에 의하여 정전 척부와의 접합 계면의 박리 및 정전 척부의 크랙 등이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치에 있어서의 상기 고주파 발생용 전극은, 두께가 20μm 이상, 1000μm 이하인 구성을 채용할 수 있다.
고주파 발생용 전극의 두께가 당해 범위이면, 고주파 발생용 전극의 두께에 기인하는 발열 불균일, 전계의 불균일을 발생시켜, 플라즈마의 균일성에 영향을 끼치지 않고, 고주파 발생용 전극의 열용량이 너무 커지지 않아, 판 형상 시료에 대한 열응답성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
각 존 내의 온도 조절을 메인 히터보다 단위 면적당 발열량을 작게 한 서브 히터에 의하여 행함으로써, 서브 히터가 온도를 미세 조정하기 때문에 과잉으로 가열하게 되는 것을 억제하고, 온도 분포를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치되어 상기 온도 조절용 베이스부에 대하여 절연된 고주파 발생용 전극과, 상기 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원과, 상기 정전 척부와 상기 고주파 발생용 전극의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트와, 상기 고주파 발생용 전극과 상기 제2 히터 엘리먼트의 사이에 배치된 금속판을 구비한다.
복수의 메인 히터로 분할된 각 존의 온도 분포를 개별적으로 제어할 수 있음과 함께, 각 존 내의 온도 조절을 서브 히터에 의하여 미세 조정할 수 있다. 이로 인하여, 판 형상 시료를 지지하고 있을 때, 플라즈마의 생성 상태나 성막 조건의 변동에 의하여 판 형상 시료에 부분적인 온도 분포가 발생하려고 해도, 서브 히터에 의한 온도의 미세 조정에 의하여 온도 분포를 억제할 수 있다. 이로 인하여, 에칭 장치나 성막 장치에 적용한 경우, 에칭 레이트의 균일성 향상에 기여하여, 국소적인 에칭 레이트의 제어, 성막의 안정성 향상에 기여한다.
또, 다종류의 막의 에칭에 대응하여, 에칭 온도의 변경을 단시간에 행하여, 샤프한 면내 온도 분포를 형성하기 위하여, 온도 조절용 베이스부의 제어 온도와 정전 척 장치의 흡착면의 온도 차를 크게 취하고 있었다고 해도, 판 형상 시료의 면내 온도 분포의 균일성 향상에 기여하여, 열균일성의 개선에 기여한다.
또한, 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트는, 고주파 발생용 전극과의 사이에 금속판을 갖는다. 이로 인하여, 제2 히터 엘리먼트가, 고주파의 영향을 받는 것을 억제할 수 있다. 이로 인하여, 제2 히터 엘리먼트를 통하여 고주파 전류가 서브 히터용 전원으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 서브 히터를 위한 고주파 차단 필터를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 온도 조절용 베이스부가, 금속 재료를 형성 재료로 하고, 상기 금속판과 상기 온도 조절용 베이스부가 전기적으로 접속된 구성을 채용할 수 있다.
금속판과 온도 조절용 베이스부가 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 금속판을 접지하기 위한 배선 등을 마련할 필요가 없어 보다 간편한 정전 척 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정된 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 각 존 내의 온도 조절을 메인 히터보다 단위 면적당 발열량을 작게 한 서브 히터에 의하여 행할 수 있다. 서브 히터가 온도를 미세 조정하기 때문에 과잉으로 가열하게 되는 것을 억제하고, 온도 분포를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가, 그들의 원주 방향 혹은 직경 방향으로 복수로 분할되며, 상기 제1 히터 엘리먼트의 분할 수보다 상기 제2 히터 엘리먼트의 분할 수가 많게 되어 있는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 온도의 미세 조절이 가능한 서브 히터의 수가 메인 히터보다 많다. 이로 인하여, 메인 히터가 가열하는 영역보다 작은 영역마다의 온도 미세 조절이 가능해져, 판 형상 시료의 국소적 온도 미세 조정이 가능하게 된다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 형상으로 배치되고, 상기 금속판이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 전열 장벽을 갖는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 금속판을 통하여 면내 방향으로 열이 전도되는 것을 억제하여, 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다. 정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 이로 인하여, 금속판의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 정전 척 장치의 온도 제어성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 상기 금속판이, 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역 및 인접하는 상기 복수의 서브 히터의 사이의 영역과, 평면적으로 중첩되어 마련된 복수의 제1 전열 장벽을 갖는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 각 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 온도 제어되는 영역에 맞추어, 금속판의 면내 방향의 전열을 저해할 수 있다. 즉 정전 척 장치의 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 상기 고주파 발생용 전극이, 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역 및 인접하는 상기 복수의 서브 히터의 사이의 영역과, 평면적으로 중첩되어 마련된 복수의 제2 전열 장벽을 갖는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 각 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 온도 제어되는 영역에 맞추어, 고주파 발생용 전극의 면내 방향의 전열을 저해할 수 있다. 즉 정전 척 장치의 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 메인 히터의 상기 온도 조절용 베이스부측에, 상기 메인 히터의 온도를 측정하는 온도 센서가 메인 히터에 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되어 있는 온도 센서가 설치된 구성을 채용할 수 있다.
또, 상기 온도 센서의 일면이 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되고, 다른 면이 상기 온도 조절용 베이스부에 접촉하고 있지 않는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 메인 히터의 온도를 상기 온도 조절용 베이스의 온도의 영향이 적은 상태에서 온도 센서로 계측하면서 판 형상 시료의 온도 제어를 할 수 있으므로, 판 형상 시료의 온도를 제어할 때의 오버 슛을 회피할 수 있어, 판 형상 시료의 온도를 정확하게 조정할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 정전 척 장치는, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와, 상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 온도 조절용 베이스부와 상기 제1 히터 엘리먼트의 사이 혹은 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 정전 척부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하고, 상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정된 것을 특징으로 한다.
복수의 메인 히터로 분할된 각 존의 온도 분포를 개별적으로 제어할 수 있음과 함께, 각 존 내의 온도 조절을 메인 히터보다 단위 면적당 발열량을 작게 한 서브 히터에 의하여 미세 조정할 수 있다. 이로 인하여, 판 형상 시료를 지지하고 있을 때, 플라즈마의 생성 상태나 성막 조건의 변동에 의하여 판 형상 시료에 부분적인 온도 분포가 발생하려고 해도, 서브 히터에 의한 온도의 미세 조정에 의하여 온도 분포를 억제할 수 있다. 이로 인하여, 에칭 장치나 성막 장치에 적용한 경우, 에칭 레이트의 균일성 향상에 기여하여, 국소적인 에칭 레이트의 제어, 성막의 안정성 향상에 기여한다.
또, 다종류의 막의 에칭에 대응하여, 에칭 온도의 변경을 단시간에 행하여, 샤프한 면내 온도 분포를 형성하기 위하여 온도 조절용 베이스부의 제어 온도와 정전 척 장치의 흡착면의 온도 차를 크게 취하고 있었다고 해도, 판 형상 시료의 면내 온도 분포의 균일성 향상에 기여하여, 열균일성의 개선에 기여한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형으로 배치되고, 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가, 그들의 원주 방향 혹은 직경 방향으로 복수로 분할되어 상기 메인 히터 또는 상기 서브 히터가 형성되며, 상기 제1 히터 엘리먼트의 분할 수보다 상기 제2 히터 엘리먼트의 분할 수가 많게 된 구성을 채용할 수 있다.
온도의 미세 조절이 가능한 서브 히터의 수가 메인 히터보다 많기 때문에, 메인 히터가 가열하는 영역보다 작은 영역마다의 온도 미세 조절이 가능해지며, 판 형상 시료의 국소적 온도 미세 조정이 가능하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 메인 히터의 상기 온도 조절용 베이스부측에, 상기 메인 히터의 온도를 측정하는 온도 센서가 메인 히터에 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되어 있는 온도 센서가 설치된 구성을 채용할 수 있다.
또, 상기 온도 센서의 일면이 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되고, 다른 면이 상기 온도 조절용 베이스부에 접촉하고 있지 않는 구성을 채용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 메인 히터의 온도를 상기 온도 조절용 베이스의 온도의 영향이 적은 상태에서 온도 센서로 계측하면서 판 형상 시료의 온도 제어를 할 수 있으므로, 판 형상 시료의 온도를 제어할 때의 오버 슛을 회피할 수 있어, 판 형상 시료의 온도를 정확하게 조정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 조절용 베이스부의 상기 정전 척부측에 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가 복수의 내열성 절연판을 통하여 적층되고, 상기 절연판에 마련된 콘택트 홀과 상기 온도 조절용 베이스부에 마련된 관통 구멍을 통하여 상기 메인 히터 혹은 상기 서브 히터에 접속하는 급전용 단자가 마련된 구성을 채용할 수 있다.
제1 히터 엘리먼트와 제2 히터 엘리먼트를 내열성 절연판을 통하여 적층함으로써 정전 척부와 온도 조절용 베이스부의 사이에 이들 히터 엘리먼트의 적층 구조를 실현할 수 있다. 제1 히터 엘리먼트와 제2 히터 엘리먼트에 대한 급전은, 온도 조절용 베이스부와 절연판을 관통한 급전용 단자에 의하여 행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 히터 엘리먼트와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 절연판이 마련되고, 당해 절연판의 상기 온도 조절용 베이스부측의 면을 따라 상기 제2 히터 엘리먼트의 각 서브 히터에 접속되는 배선층이 형성된 구성을 채용할 수 있다.
제2 히터 엘리먼트를 복수의 서브 히터로 분할한 구조이더라도 절연판을 따라 마련한 배선층을 이용하여 개개의 서브 히터에 개별 통전할 수 있는 회로를 구성할 수 있으므로, 개개의 서브 히터에 대한 통전 제어를 행할 수 있어, 복수의 서브 히터의 각각에 대응한 세세한 영역마다의 온도 제어를 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 조절용 베이스부와 상기 정전 척부의 사이에 상기 정전 척부측부터 순서대로 제1 히터 엘리먼트와 제2 히터 엘리먼트가 절연판을 통하여 적층된 구성을 채용할 수 있다.
복수의 서브 히터를 메인 히터와 온도 조절용 베이스부의 사이에 마련한 경우, 온도 조절용 베이스부가 판 형상 시료의 온도 상승을 억제하고자 하는 효과를 복수의 서브 히터에 의하여 국소적으로 미세 조정할 수 있어, 판 형상 시료의 면내 온도 분포의 균일성 향상에 기여한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 조절용 베이스부와 상기 정전 척부의 사이에 상기 정전 척부측부터 순서대로 제2 히터 엘리먼트와 제1 히터 엘리먼트가 절연판을 통하여 적층된 구성을 채용할 수 있다.
복수의 서브 히터를 메인 히터와 정전 척부의 사이에 마련한 경우, 미세 조정의 효과가 있는 서브 히터를 판 형상 시료에 가까운 위치에 마련하는 것이 되므로, 복수의 서브 히터에 의한 국소적인 미세 온도 조절이 가능해져, 판 형상 시료의 국소적 온도 미세 조정을 가능하게 한다.
또 본 발명의 일 양태로서, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와, 상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트와, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는 정전 척 장치이다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 제2 히터 엘리먼트의 복수의 상기 서브 히터에 대하여, 순회적으로 할당된 동일한 길이의 기간 중에, 상기 제2 히터 엘리먼트의 각 서브 히터에 인가하는 펄스 전압의 시간폭을 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 DC 전압을 이용하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 제2 히터 엘리먼트의 복수의 상기 서브 히터에 대하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 메인 히터에 인가하는 전압을 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 정전 척부와 상기 온도 조정용 베이스부의 온도 차가 있는 상황에 있어서, 상기 제어부는, 상기 메인 히터에 대해서는 냉각 공정 이외에는 항상 전압을 인가하고, 상기 각 서브 히터에 대해서는 간헐적으로 전압을 인가할 수 있는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 각 메인 히터를 분할하도록 배치된 각 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제어부는, 각 메인 히터를 분할하도록 배치된 각 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를, 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 상기 온도 조정용 베이스부의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하기 위하여 이용되는 정보를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 기억부는, 상기 서브 히터에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 기억부는, 상기 서브 히터에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 상기 온도 조정용 베이스부의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제1 히터 엘리먼트는, 각각 독립적인 온도 제어가 가능한 복수의 상기 메인 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 서브 히터는, 상기 제1 히터 엘리먼트의 각 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 층 형상으로 배치되어 있는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이, 상기 메인 히터에 대하여 1/5 이하인, 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 정전 척 장치에 있어서 상기 제2 히터 엘리먼트는, 단층 혹은 복수의 층으로 이루어지는 구성이 이용되어도 된다.
일 양태로서, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와, 상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치에 있어서의 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는, 정전 척 제어 장치이다.
일 양태로서, 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와, 상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치를 제어하는 프로그램으로서, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용하여 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 스텝을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이다.
일 양태로서, 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 단독 혹은 복수의 메인 히터가, 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하고, 제2 히터 엘리먼트를 구성하는 복수의 서브 히터가, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하며, 제어부가, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 제어 방법이다.
일 양태로서, 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터에 인가되는 전압의 크기를, 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여 제어하는, 정전 척 제어 방법이다.
일 양태로서, 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터에 인가되는 전압의 크기를, 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 온도 조정용 베이스부의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여 제어하는, 정전 척 제어 방법이다.
일 양태로서, 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터의 온도 조정에 있어서, 상기 서브 히터로의 공급 전력은, 펄스 전압의 인가 시간과 전압값에 의하여 조정되고, 상기 인가 시간은, 상기 메인 히터에 의한 온도에 의하여 제어하며, 상기 전압값은, 상기 메인 히터의 인가 전력, 혹은 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 온도 조정용 베이스부의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 의하여 제어하는, 정전 척 제어 방법이다.
일 양태로서, 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치에 있어서, 상기 서브 히터로의 순회적 펄스 전압의 인가에 있어서, DC 전원과 상기 서브 히터의 사이와, 상기 서브 히터와 어스의 사이 중 한쪽 혹은 양쪽 모두에, 스위칭 소자를 배치하여, 상기 서브 히터에 소정의 펄스 전압을 인가하는, 정전 척 제어 방법이다.
본 발명의 정전 척 장치의 일 양태에 의하면, 고주파 발생용 전극으로부터 발생하는 고주파를 가드 전극이 차단하여, 메인 히터로의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 메인 히터에 접속되는 히터 전원이 고주파에 의하여 영향을 받는 것을 억제하여, 메인 히터의 고주파 차단 필터를 제거할 수 있다. 즉, 정전 척 장치의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치의 제작 비용 저감에 기여한다.
또 본 발명의 정전 척 장치의 일 양태에 의하면, 복수의 메인 히터에 의하여 분할된 각 존의 온도 분포를 개별적으로 제어할 수 있음과 함께, 각 존 내의 온도 조절을 메인 히터보다 단위 면적당 발열량을 작게 한 서브 히터에 의하여 미세 조정할 수 있다.
이로 인하여, 판 형상 시료를 지지하고 있을 때, 플라즈마의 생성 상태나 성막 조건의 변동에 의하여 판 형상 시료에 부분적인 온도 분포가 발생하려고 해도, 서브 히터에 의한 온도의 미세 조정에 의하여 온도 분포를 억제할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 정전 척 장치에 의하여 판 형상 시료를 지지하면서 에칭 혹은 성막 처리를 행하면, 에칭 레이트의 균일성 향상에 기여하여, 국소적인 에칭 레이트의 제어, 성막의 안정성 향상에 기여한다.
또 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트와, 고주파 발생용 전극의 사이에는 금속판을 갖는다. 이로 인하여, 제2 히터 엘리먼트가, 고주파의 영향을 받지 않는다. 즉, 제2 히터 엘리먼트를 통하여 고주파 전류가 서브 히터용 전원으로 누설되는 것을 방지할 수 있어, 서브 히터를 위한 고주파 차단 필터를 제거할 수 있다.
또 본 발명의 일 양태에 의하면, 정전 척 장치에 있어서 히터를 이용한 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 제1 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시형태의 정전 척 장치에 마련되는 메인 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 제1 실시형태의 정전 척 장치에 마련되는 가드 전극의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 제2 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제2 실시형태의 정전 척 장치가 지지한 판 형상 시료의 표면 온도 분포를 서모 카메라로 관찰하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제2 실시형태의 정전 척 장치에 마련되는 서브 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제3 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 동 정전 척 장치에 마련되는 메인 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 9는 동 정전 척 장치에 마련되는 서브 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 10은 동 정전 척 장치에 마련되는 금속판의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 11은 동 정전 척 장치에 마련되는 금속판의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 12는 동 정전 척 장치가 지지한 판 형상 시료의 표면 온도 분포를 서모 카메라로 관찰하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 13은 본 발명에 관한 제4 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 14는 동 정전 척 장치에 마련되는 메인 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 15는 동 정전 척 장치에 마련되는 서브 히터 엘리먼트의 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 16은 동 정전 척 장치가 지지한 판 형상 시료의 표면 온도 분포를 서모 카메라로 관찰하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 17은 본 발명에 관한 제5 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태(제6 실시형태)에 관한 정전 척 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치에 있어서의 히터 등의 배치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시형태에 관한 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 온도를 조정하는 영역(온도 조정 영역)의 일례를 나타내는 도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태에 관한 서브 히터를 제어하는 회로의 일례를 나타내는 도이다.
도 22에 있어서 (A), (B) 및 (C)는 본 발명의 일 실시형태에 관한 서브 히터를 제어하는 펄스 전압의 예를 나타내는 도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시형태(제7 실시형태)에 관한 정전 척 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시형태(제8 실시형태)에 관한 정전 척 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 나타내는 실시형태에 근거하여 설명한다.
또한, 이 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
"제1 실시형태"
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 이 형태의 정전 척 장치(1)는, 일주면(상면)측을 재치면으로 한 원판 형상의 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)의 하방에 마련되어 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하는 두께가 있는 원판 형상의 온도 조절용 베이스부(3)와, 정전 척부(2)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 끼인 고주파 발생용 전극(4)과, 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원(도시하지 않음)과, 고주파 발생용 전극(4)과 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트(5)와, 고주파 발생용 전극(4)과 제1 히터 엘리먼트(5)의 사이에 층 형상으로 배치된 가드 전극(70)을 갖는다.
또 정전 척 장치(1)는, 고주파 발생용 전극(4)을 정전 척부(2)의 바닥면측에 첩부하는 접착층(4A)과, 가드 전극(70)을 고주파 발생용 전극(4)에 첩부하는 접착층(70A)과, 제1 히터 엘리먼트(5)를 온도 조절용 베이스부(3)에서 전기적으로 분리하는 절연판(10)과, 이들 주위를 덮어 형성된 접착제층(11)을 구비하여 구성된다. 또한 정전 척 장치(1)는, 고주파 발생용 전극(4)에 급전용 단자(41)를 통하여 접속된 도시하지 않은 고주파 전원을 구비하여 구성된다.
정전 척부(2)는, 상면을 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(21a)으로 한 재치판(21)과, 이 재치판(21)과 일체화되어 그 재치판(21)의 바닥부측을 지지하는 지지판(22)과, 이들 재치판(21)과 지지판(22)의 사이에 마련된 정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)(23) 및 정전 흡착용 전극(23)의 주위를 절연하는 절연재층(24)과, 지지판(22)을 관통하도록 마련되어 정전 흡착용 전극(23)에 직류 전압을 인가하기 위한 취출 전극 단자(25A)에 의하여 구성되어 있다.
재치판(21) 및 지지판(22)은, 중첩된 면의 형상을 동일하게 한 원판 형상의 것이며, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y2O3) 소결체 등의 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 절연성의 세라믹스 소결체로 이루어진다.
재치판(21)의 재치면(21a)에는, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(21b)가 복수 소정의 간격으로 형성되고, 이들 돌기부(21b)가 판 형상 시료(W)를 지지한다.
재치판(21), 지지판(22), 정전 흡착용 전극(23) 및 절연재층(24)을 포함시킨 전체의 두께, 즉, 정전 척부(2)의 두께는 일례로서 0.7mm 이상 또한 5.0mm 이하로 형성되어 있다.
예를 들면, 정전 척부(2)의 두께가 0.7mm를 하회하면, 정전 척부(2)의 기계적 강도를 확보하는 것이 어려워진다. 정전 척부(2)의 두께가 5.0mm를 상회하면, 정전 척부(2)의 열용량이 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화된다. 즉, 정전 척부의 가로 방향의 열전달이 증가되어, 판 형상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 어려워진다. 또한, 여기에서 설명한 각부의 두께는 일례이며, 상기 범위에 한정하는 것은 아니다.
정전 흡착용 전극(23)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판 형상 시료(W)를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용되는 것이며, 그 용도에 따라 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 전극(23)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
정전 흡착용 전극(23)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 0.1μm 이상 또한 100μm 이하의 두께를 선택할 수 있으며, 5μm 이상 또한 20μm 이하의 두께가 보다 바람직하다.
정전 흡착용 전극(23)의 두께가 0.1μm를 하회하면, 충분한 도전성을 확보하는 것이 어려워진다. 정전 흡착용 전극(23)의 두께가 100μm를 초과하면, 정전 흡착용 전극(23)과, 재치판(21) 및 지지판(22)의 사이의 열팽창률 차에 기인하여, 정전 흡착용 전극(23)과, 재치판(21) 및 지지판(22)의 접합 계면에 박리 혹은 크랙이 발생하기 쉬워진다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 전극(23)은, 스퍼터링법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(24)은, 정전 흡착용 전극(23)을 포위하여 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(23)을 보호함과 함께, 재치판(21)과 지지판(22)의 경계부, 즉 정전 흡착용 전극(23) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이며, 재치판(21) 및 지지판(22)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여 구성되어 있다.
취출 전극 단자(25A)는, 정전 흡착용 전극(23)에 직류 전압을 인가하기 위하여 마련된 봉 형상의 것이며, 이 취출 전극 단자(25A)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(23) 및 지지판(22)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하고, 예를 들면 Al2O3-Ta4C5 등의 도전성 세라믹 재료로 이루어진다.
또한, 취출 전극 단자(25A)는 도전성 접착부(25B)와 후술하는 급전용 단자(25C)에 접속되어 있다. 도전성 접착부(25B)는 유연성과 내전성을 갖는 실리콘계의 도전성 접착제로 이루어지며, 급전 단자(25C)는 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료로 이루어진다.
급전용 단자(25C)의 외주측에는, 절연성을 갖는 애자(25a)가 마련되고, 이 애자(25a)에 의하여 금속제의 온도 조절용 베이스부(3)에 대하여 급전용 단자(25C)가 절연되어 있다. 취출 전극 단자(25A)는 지지판(22)에 접합 일체화되고, 또한 재치판(21)과 지지판(22)은, 정전 흡착용 전극(23) 및 절연재층(24)에 의하여 접합 일체화되어 정전 척부(2)가 구성되어 있다.
급전용 단자(25C)는 추후에 상세하게 설명하는 온도 조절용 베이스부(3)의 관통 구멍(3b)을 관통하도록 마련되어 있다.
온도 조절용 베이스부(3)는, 정전 척부(2)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것이며, 두께가 있는 원판 형상의 것이다. 이 온도 조절용 베이스부(3)로서는, 예를 들면 그 내부에 물을 순환시키는 유로(3A)가 형성된 수랭 베이스 등이 적합하다.
이 온도 조절용 베이스부(3)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다. 이 온도 조절용 베이스부(3)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 구조에서는, 온도 조절용 베이스부(3)의 상면측에 절연판(10)과, 제1 히터 엘리먼트(5)와, 가드 전극(70)과, 고주파 발생 전극(4)과, 정전 척부(2)의 바닥면측을 수용 가능한 크기의 오목부(3a)가 형성되어 있다. 이 오목부(3a) 내에 바닥부측부터 순서대로 접착층(10A), 절연판(10), 제1 히터 엘리먼트(5), 가드 전극(70), 접착층(70A), 고주파 발생용 전극(4), 접착층(4A), 지지판(22)의 바닥부측이 수용되고, 오목부(3a)를 메우도록 형성된 접착제층(11)에 의하여 이들이 일체화되어 있다.
절연판(10)은, 오목부(3a)의 상면에 접착층(10A)에 의하여 접착되어 있다. 이 접착층(10A)은 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성, 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착성 수지로 이루어진다. 접착층은 예를 들면 두께 5~100μm 정도로 형성된다. 절연판(10)은 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 내열성을 갖는 수지의 박판, 시트 혹은 필름으로 이루어진다. 접착층(4A, 70A)은 내열성을 갖는 시트형의 접착제층으로 이루어지며, 접착층(10A)과 동일한 재료로 이루어진다.
또한, 절연판(10)은, 수지 시트 대신에 절연성의 세라믹판이어도 되고, 또 알루미나 등의 절연성을 갖는 용사막(溶射膜)이어도 된다.
고주파 발생용 전극(4)은, 장치 내에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파를 발생시키기 위한 것이다. 예를 들면, 리엑티브 이온 에칭(RIE) 장치에서는, 고주파 발생 전원으로부터 고주파 전력을 고주파 발생용 전극(4)에 인가함으로써, 대향하는 대향 전극과의 사이에 방전을 발생시켜, 가스를 플라즈마화할 수 있다.
고주파 발생용 전극(4)은, 지지판(22)의 바닥면측에 접착층(4A)을 통하여 접착되어 있다. 고주파 발생용 전극(4)에는, 급전용 단자(41)를 통하여 접속된 도시하지 않은 고주파 전원이 접속되고, 고주파 전력을 고주파 발생용 전극(4)에 인가할 수 있는 구성으로 되어 있다. 급전용 단자(41)는, 온도 조절용 베이스부(3)와의 절연성을 유지하기 위하여, 애자(41a)로 피복되어 있다.
고주파 발생용 전극(4)의 형성 재료는, 비자성의 금속 재료로 하는 것이 바람직하다. 고주파 발생용 전극(4)의 형성 재료를 비자성 금속으로 형성함으로써, 정전 척 장치(1)를 고주파 분위기 중에서 이용해도 고주파 발생용 전극(4)이 고주파에 의하여 자기 발열하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 고주파 분위기 중이더라도, 판 형상 시료의 면내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다.
고주파 발생용 전극(4)의 형성 재료는, 열팽창률이 4×10-6/K 이상, 10×10-6/K 이하인 것이 바람직하다.
열팽창률이 당해 범위이면, 열팽창률 차에 의하여 정전 척부와 고주파 발생용 전극(4)의 접합 계면의 박리가 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다.
접합 계면에 박리가 발생한 개소와, 발생하지 않은 개소에서는 정전 척부와 고주파 발생용 전극 간의 열전달성에 차가 발생하여, 정전 척부 면내의 열균일성을 유지하는 것이 어려워진다.
고주파 발생용 전극(4)의 두께는, 20μm 이상, 1000μm 이하인 것이 바람직하다. 고주파 발생용 전극(4)의 두께가 너무 두꺼우면, 열용량이 너무 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화된다. 또 고주파 발생용 전극(4)의 두께가 너무 얇으면, 고주파 발생용 전극의 발열 불균일, 전계의 불균일을 발생시켜 플라즈마의 균일성에 영향을 미친다.
제1 히터 엘리먼트(5)는, 고주파 발생용 전극(4)과 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 층 형상으로 배치되어 있다.
제1 히터 엘리먼트(5)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 메인 히터(5A)와, 이 제1 메인 히터(5A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 배치된 제2 메인 히터(5B)와, 제3 메인 히터(5C)와, 제4 메인 히터(5D)로 이루어진다. 도 2에 나타내는 바와 같이 제1~제4 메인 히터(5A~5D)가 배치되어 있는 영역은, 원판 형상의 정전 척부(2)와 동일한 정도의 크기인 것이 바람직하다.
또한, 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)는, 도 2에서는 평면에서 보았을 때 단순한 원환 형상으로 그렸지만, 각 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)는 띠 형상의 히터를 사행시켜 도 2에 나타내는 원환 형상의 영역을 차지하도록 배치되어 있다. 이로 인하여, 도 1에 나타내는 단면 구조에서는 각 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)를 구성하는 띠 형상의 히터를 개별적으로 그렸다. 또 제1 히터 엘리먼트(5)를 그 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 메인 히터(5A~5D)로 이루어지는 구조로 했지만, 제1 히터 엘리먼트(5)의 분할 수는 4로 한정하지 않으며, 임의의 수여도 된다.
메인 히터(5A~5D)는, 일례로서 두께가 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 정도의 일정한 두께를 갖는 비자성 금속 박판, 예를 들면 타이타늄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브데넘(Mo) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 원환 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이들 메인 히터(5A~5D)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 절연판(10)을 통하여, 온도 조절용 베이스부(3) 상에 고정되어 있다.
제1 히터 엘리먼트(5)는 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)로 이루어지는데, 이들 개개의 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)에 급전하기 위한 복수 개의 급전용 단자(51)가 마련되고, 메인 히터를 가열하기 위한 히터 전원(정극)에 접속되어 있다. 도 2에서는 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)의 개략 형태만을 나타내고 있지만, 어느 히터이더라도 전원에 접속하기 위한 도통부가 각 히터의 일단측과 타단측에 마련된다. 이로 인하여, 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)에 대하여 2개씩, 합계 8개의 급전용 단자(51)가 마련되어 있다.
도 1에서는 설명의 간략화를 위하여, 최외주의 메인 히터(5D)에 대하여 접속된 급전용 단자(51)를 1개 그리고 있다. 이 급전용 단자(51)는, 온도 조절용 베이스부(3)와 절연판(10)을 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 배치되어 있다. 또, 급전용 단자(51)의 외주면에는 절연용의 통형의 애자(51a)가 장착되고, 온도 조절용 베이스부(3)와 급전용 단자(51)가 절연되어 있다. 또한 급전 단자(51)는, 접착부(51b)를 통하여 제1 히터 엘리먼트(5)와 접착되어 있다.
급전용 단자(51)를 구성하는 재료는 상술한 급전용 단자(25C)를 구성하는 재료와 동일한 재료를 이용할 수 있다.
가드 전극(70)은, 제1 히터 엘리먼트(5)와 고주파 발생용 전극(4)의 사이에 마련된다. 이로 인하여, 고주파 발생용 전극(4)으로부터 발생한 고주파를 차단할 수 있다. 즉, 제1 히터 엘리먼트(5)를 구성하는 메인 히터에 대한 고주파의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 메인 히터에 전력을 공급하는 히터 전원에 고주파가 노이즈로서 인가되는 것을 억제하여, 히터 전원의 동작 내지 성능이 저해될 우려를 저감시킨다.
또, 가드 전극(70)이 고주파를 차단하기 때문에, 제1 히터 엘리먼트(5)를 구성하는 메인 히터에 고주파 차단 필터를 마련할 필요가 없다. 즉, 정전 척 장치(1)의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치(1)의 제작 비용을 저감시킬 수 있다.
가드 전극(70)은, 고주파 발생용 전극(4)의 바닥면측에 접착층(70A)을 통하여 접착되어 있다. 가드 전극(70)은, 통전용 단자(71)를 통하여 외부에 접지되어 있다. 통전용 단자(71)는, 온도 조절용 베이스부(3)와의 절연성을 유지하기 위하여, 애자(71a)로 피복되어 있다.
가드 전극(70)은, 고주파 발생용 전극(4)으로부터 발생한 고주파를 차단한다. 가드 전극은, 그 면내 방향의 열전도를 저해하는 전열 장벽을 갖는 것이 바람직하다. 전열 장벽은, 가드 전극에 마련한 노치부, 홈 등이어도 되고, 이들의 내부를 열전도성이 나쁜(가드 전극을 구성하는 재료보다 열전도성이 나쁜) 수지 등으로 충전해도 된다. 이하, 일례로서 노치부인 경우에 근거하여 설명한다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시형태의 정전 척 장치(1)에 이용되는 가드 전극(70)을 평면에서 본 도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가드 전극(70)은, 제1 히터 엘리먼트(5)가 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 그 원형 영역의 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 노치부(제1 전열 장벽)를 갖고 있다. 또 가드 전극(70)의 노치부는, 제1 히터 엘리먼트(5)를 구성하는 복수의 메인 히터(5A~5D)가, 원형 영역에 있어서 동심 형상으로 배치되어 있는 경우, 원형 영역의 직경 방향에서 인접하는 복수의 메인 히터(5A~5D)의 사이의 영역과 평면적으로 중첩되어 마련되어 있는 것이 바람직하다.
가드 전극(70)이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 노치부를 가짐으로써, 가드 전극 내의 원주 방향의 열균일성을 높일 수 있다. 정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 이로 인하여, 가드 전극(70)의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
또 메인 히터의 가열 영역에 맞추어 가드 전극(70)에 노치부를 마련함으로써, 메인 히터(5A~5D)에 의하여 가해진 열이, 가드 전극(70)의 열전도에 의하여 직경 방향으로 확산되는 것을 보다 억제할 수 있다. 즉, 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가드 전극(70)에 전열 장벽을 갖고 있는 경우여도, 가드 전극(70)은 부분적으로 접속되어 있어, 전기적으로 일체인 것이 바람직하다. 전기적으로 일체화되어 있음으로써, 가드 전극(70)의 전위를 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인하여, 플라즈마 밀도에 대한 영향도 적게 할 수 있다.
이와 같은 전열 장벽은, 고주파 발생용 전극(4)에 마련해도 된다. 또 고주파 발생 전극(4) 및 가드 전극(70)의 양쪽 모두에 마련해도 된다. 고주파 발생용 전극(4)이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 전열 장벽(제2 전열 장벽)을 가짐으로써, 고주파 발생용 전극(4) 내의 원주 방향의 열균일성을 높일 수 있다. 상술과 같이, 정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 이로 인하여, 고주파 발생용 전극(4)의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
또 메인 히터의 가열 영역에 맞추어 고주파 발생용 전극(4)에 전열 장벽을 마련함으로써, 메인 히터(5A~5D)에 의하여 가해진 열이, 고주파 발생용 전극(4)의 열전도에 의하여 직경 방향으로 확산되는 것을 보다 억제할 수 있다. 즉, 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
가드 전극(70)의 형성 재료는, 고주파를 차단할 수 있는 금속 재료이면 되는데, 비자성의 금속 재료로 하는 것이 바람직하다. 가드 전극(70)의 형성 재료를 비자성 금속으로 형성함으로써, 고주파 발생용 전극(4)으로부터 발생하는 고주파에 의하여, 가드 전극(70)이 발열되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 고주파 분위기 중이더라도, 판 형상 시료의 면내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다.
가드 전극(70)의 형성 재료는, 열팽창률이 4×10-6/K 이상, 10×10-6/K 이하인 것이 바람직하다.
열팽창률이 당해 범위이면, 열팽창률 차에 의하여 고주파 발생용 전극(4)과의 접합 계면의 박리 등이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다. 접합 계면에 박리가 발생하면, 박리가 발생한 개소와, 발생하지 않은 개소에서 열전달성에 차가 발생하여, 면내의 열균일성을 유지하는 것이 어려워진다.
가드 전극(70)의 두께는, 20μm 이상, 1000μm 이하인 것이 바람직하다. 가드 전극(70)의 두께가 너무 두꺼우면, 열용량이 너무 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화된다. 또 가드 전극(70)의 두께가 너무 얇으면, 충분한 고주파 차폐성이 얻어지지 않음과 함께, 발열 등의 문제를 발생시킨다.
메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)의 하면측에는 온도 센서(30)가 마련되어 있다. 도 1의 구조에서는 온도 센서(30)의 온도 조절용 베이스부(3)를 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 설치 구멍(31)이 형성되고, 이들 설치 구멍(31)의 최상부, 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D) 중 어느 하나에 근접하는 위치에 각각 온도 센서(30)가 설치되어 있다.
또한, 온도 센서(30)는 가능한 한 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)에 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또, 온도 센서(30)는, 온도 조절용 베이스의 온도의 영향을 받지 않기 위하여, 온도 센서의 한쪽의 면을 절연층을 통하여 히터측에 접착하고, 다른 면은 냉각 베이스에 접하고 있지 않거나 혹은, 히터와 온도 센서(30)의 열전달율과 비교하여 온도 센서(30)가 충분히 작은(1/5 이하 보다 바람직하게는 1/10) 것이 바람직하다.
온도 센서(30)는, 일례로서 석영 유리 등으로 이루어지는 직육면체 형상의 투광체의 상면측에 형광체층이 형성된 형광 발광형의 온도 센서이며, 이 온도 센서(30)가 투광성 및 내열성을 갖는 실리콘 수지계 접착제 등에 의하여 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)의 하면에 접착되어 있다.
형광체층은, 메인 히터로부터의 발열에 따라 형광을 발생하는 재료로 이루어지며, 발열에 따라 형광을 발생하는 재료이면 다종 다양한 형광 재료를 선택할 수 있는데, 일례로서 발광에 적합한 에너지 순위를 갖는 희토류 원소가 첨가된 형광 재료, AlGaAs 등의 반도체 재료, 산화 마그네슘 등의 금속 산화물, 루비나 사파이어 등의 광물로부터 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)에 대응하는 온도 센서(30)는 각각 급전용 단자 등과 간섭하지 않는 위치로서 메인 히터(5A, 5B, 5C, 5D)의 하면 둘레 방향의 임의의 위치에 각각 마련되어 있다.
이들 온도 센서(30)의 형광으로부터 메인 히터(5A~5D)의 온도를 측정하는 온도 계측부(32)는, 일례로서 도 1에 나타내는 바와 같이 온도 조절용 베이스부(3)의 설치 구멍(31)의 외측(하측)에 상기 형광체층에 대하여 여기광을 조사하는 여기부(33)와, 형광체층으로부터 발해진 형광을 검출하는 형광 검출기(34)와, 여기부(33) 및 형광 검출기(34)를 제어함과 함께 상기 형광에 근거하여 메인 히터의 온도를 산출하는 제어부(35)로 구성되어 있다.
그러나 도 1에 부호 38로 나타내는 것은 온도 조절용 베이스부(3)부터 재치판(23)까지를 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 마련된 핀 삽통 구멍이며, 이 핀 삽통 구멍(38)에 판 형상 시료 이탈용 리프트 핀이 마련된다. 핀 삽통 구멍(38)의 외주부에는 통 형상의 애자(38a)가 마련되어 있다.
상기 구조의 정전 척 장치(1)에 있어서, 제1 히터 엘리먼트(5)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이의 열전달율은 4000W/m2K보다 작고 200W/m2K보다 큰 것이 바람직하다.
열전달율이 200W/m2K보다 크면, 제1 히터 엘리먼트(5)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이의 열응답성을 높게 할 수 있어, 정전 척 장치(1)의 온도 제어를 행하는 경우에 응답성이 양호한 온도 제어가 가능하게 된다.
또한, 열전달율은 4000W/m2K보다 큰 경우, 히터부로부터 온도 조정 베이스로의 열유출이 커져, 탑재물(판 형상 시료)(W)을 소정의 온도까지 승온하는 데에 과도한 전력을 히터에 공급할 필요가 있어 바람직하지 않다.
이상의 설명과 같이 구성된 정전 척 장치(1)는, 급전용 단자(25C)로부터 정전 척부(2)의 정전 흡착용 전극(23)에 통전시켜 정전 흡착력을 발생시키고, 재치면(21a)의 돌기부(21b) 상에 판 형상 시료(W)를 흡착하여 사용할 수 있다.
또, 온도 조절용 베이스부(3)에 냉매를 순환시켜 판 형상 시료(W)를 냉각할 수 있음과 함께, 메인 히터(5A~5D)의 각각에 급전용 단자(51)를 통하여 전원으로부터 통전시킴으로써 메인 히터(5A~5D)를 개개로 발열시키고, 판 형상 시료(W)를 가온함으로써 온도 제어할 수 있다.
정전 척 장치(1)는, 상기 구성을 이용함으로써, 복수로 분할된 히터를 구비한 구조이더라도 각 히터로 가열하는 존의 균일한 온도 제어를 간편한 구성으로 실현할 수 있다. 또, 그 구성에 의하여 제1 히터 엘리먼트(5)용 고주파 차단 필터가 불필요해져, 정전 척 장치(1)의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치(1)의 제작 비용을 저감시킬 수 있다.
"제2 실시형태"
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 이 형태의 정전 척 장치(101)는, 제1 히터 엘리먼트(5)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 점이 다르다. 또 제2 히터 엘리먼트를 마련하는 것에 부수하여, 절연판(7, 8), 절연판(7, 8)의 사이에 개재한 배선층(9), 절연판(7)을 온도 조절용 베이스부(3)에 접착하는 접착층(7A)이 배치되어 있다.
제2 히터 엘리먼트(6)는, 도 5에서는, 제1 히터 엘리먼트(5)와 온도 조절용 베이스부(3)의 사이에 층 형상으로 배치되어 있다. 한편, 제1 히터 엘리먼트(5)와 가드 전극(70)의 사이에 배치해도 된다. 어느 경우여도, 가드 전극(70)이 고주파 발생용 전극(4)으로부터 발생하는 고주파를 차단한다. 따라서, 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 메인 히터 및 제2 히터 엘리먼트를 구성하는 서브 히터에 고주파가 노이즈로서 인가되는 것을 억제하여, 히터 전원의 동작 내지 성능이 저해될 우려를 저감시킨다. 따라서, 메인 히터 및 서브 히터용으로 고주파 차단 필터를 마련할 필요가 없다. 이로 인하여, 정전 척 장치(101)의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치(101)의 제작 비용을 저감시킬 수 있다.
제2 히터 엘리먼트(6)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 서브 히터(6A)와, 이 제1 서브 히터(6A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 형성된 제2 서브 히터(6B)와, 제3 서브 히터(6C)와, 제4 서브 히터(6D)로 이루어진다.
제1 서브 히터(6A)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(6a)를 복수(도 5의 구성의 경우 2개) 조합하여 원환 형상으로 형성되고, 제2 서브 히터(6B)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(6b)를 복수(도 5의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제3 서브 히터(6C)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(6c)를 복수(도 5의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제4 서브 히터(6D)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(6d)를 복수(도 5의 구성의 경우 8개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다.
히터 분할체(6a~6d)는, 메인 히터(5A~5D)보다 얇은 비자성 금속 박판, 예를 들면 몰리브데넘(Mo) 박판, 텅스텐(W) 박판, 나이오븀(Nb) 박판, 타이타늄(Ti) 박판, 구리(Cu) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 부채형 환형체 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이들 히터 분할체(6a~6d)는, 메인 히터(5A~5D)의 단위 면적당 발열량보다 낮은 발열량을 나타내는 구성인 것이 바람직하고, 메인 히터(5A~5D)보다 얇은 구조 혹은 발열량이 낮은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 일례로서, 메인 히터를 두께 100μm의 Ti 박판으로 구성한 경우, 서브 히터를 두께 5μm의 Mo 박판으로 구성할 수 있다.
이들 히터 분할체(6a~6d)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 도시하지 않은 접착제층에 의하여 절연판(8)의 상면에 접착·고정되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 서브 히터(6A, 6B, 6C, 6D)를 2분할, 4분할 혹은 8분할 구조로 했지만, 분할 수는 임의여도 되고, 분할한 경우의 형상도 임의여도 된다.
정전 척 장치(101)와 같이, 제2 히터 엘리먼트(6)를 갖는 경우, 가드 전극(70)에 형성되는 제1 전열 장벽 및 고주파 발생용 전극(4)에 형성되는 제2 전열 장벽은, 인접하는 복수의 메인 히터 간의 영역 및 인접하는 복수의 서브 히터 간의 영역과, 평면적으로 중첩되도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 서브 히터(6A~6D)를 구성하는 히터 분할체와 그들에 개개로 급전하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
서브 히터(6A~6D)는, 평면에서 보면 도 5에 나타내는 바와 같이 각 서브 히터(6A~6D)를 그들의 둘레 방향으로 개개로 분할한 복수의 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 집합 구조로 되어 있다. 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)에 각각 급전하기 위하여, 본 실시형태에서는 절연판(7)의 상면측에 구리 등의 저저항 재료로 이루어지는 배선층(9)이 마련되어 있다.
배선층(9)은 개개로 분기된 복수의 배선체(9a)로 이루어지며 각 배선체(9a)는 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d) 중 어느 하나에 접속되어 있다.
도 4에 있어서 배선체(9a)는 절연판(7)의 상면측에 그 중앙부측으로부터 둘레 가장자리측으로 뻗어 있도록 복수 배치되고, 각 배선체(9a)의 일단측이 절연판(8)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(8b)를 통하여 히터 분할체 중 어느 하나에 접속되어 있다. 또, 각 배선체(9a)의 타단측이 절연판(7)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(7b)를 통하여 급전용 단자(61)에 접속되어 있다. 이 급전용 단자(61)는 온도 조절용 베이스부(3)의 관통 구멍(3b)을 따라 온도 조절용 베이스부(3)를 그 두께 방향으로 관통하여, 절연판(7)에 달하도록 형성된 것으로, 급전용 단자(61)의 외주측에는 절연용 애자(61a)가 마련되어, 온도 조절용 베이스부(3)에 대하여 절연되어 있다.
히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)는 서브 히터(6A, 6B, 6C, 6D)의 둘레 방향으로 복수 형성되어 있으므로, 이들에 접속하기 위한 급전용 단자(61)가 상호 간섭하지 않도록 급전용 단자(61)를 온도 조절용 베이스부(3)의 둘레 방향에 대하여 이간된 위치에 배치되고, 이들 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)가 개개로 개별의 배선체(9a)를 이용하여 접속되어 있다.
또한, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)에 대하여 개개로 급전하기 위하여 이들에 대하여 각각 2개의 급전용 단자(61)가 접속되어 있지만, 도 4의 단면 구조에서는 일부만 나타내고, 다른 배선체(9a)의 접속 구조는 적절히 기재를 생략하고 있다.
히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d) 중 어느 것에 대해서도 급전용 단자(61)가 2개씩 접속되고, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 각각에 대하여 2개의 급전용 단자(61)를 통하여 스위치 소자와 전원 장치가 접속되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하여, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 각각에 대하여, 스위치 소자와 전원의 동작에 따라 통전 발열 제어를 할 수 있도록 되어 있다. 스위칭 소자와 전원의 동작에 대해서는, 제1 히터 엘리먼트(5)와 저항체의 수가 다른 것에 따른 스위칭 소자, 정극, 부극의 수가 다를 뿐이며, 동일한 구성으로 동작시킬 수 있다.
또한, 서브 히터(6A~6D)의 급전용 단자(61)의 수는, 히터 패턴 및 스위치 소자의 배치에 의하여 히터 분할체의 수의 2배보다 줄일 수 있다.
판 형상 시료(W)를 에칭 장치 혹은 성막 장치에 공급하여 플라즈마 분위기나 성막 분위기에 노출시키면, 판 형상 시료(W)에는 플라즈마의 생성 상태 혹은 성막실 내의 온도 분포 등에 따라 온도 차가 발생한다.
판 형상 시료(W)의 표면의 온도 분포를 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이 서모 카메라(200)로 촬영하여 서모 그래프로 분석하고, 판 형상 시료(W)에 있어서 온도가 낮은 영역을 발생시키고 있으면, 해당하는 영역의 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d) 중 어느 하나에 통전시켜 가온함으로써, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 개개의 영역의 상방에 대응하는 판 형상 시료(W)의 각 존의 표면 온도를 국소적으로 상승시켜, 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화할 수 있다.
가온할 때의 온도 제어는 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 개개에 통전시킬 때의 인가 전압 제어, 전압 인가 시간 제어, 전륫값 제어 등으로 행할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 제2 히터 엘리먼트(6)를 복수의 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)로 분할하고, 개개에 통전 발열 제어를 할 수 있도록 구성했으므로, 흡착된 판 형상 시료(W)에 온도 분포가 발생하려고 한 경우이더라도 온도가 낮은 존에 대응하는 위치의 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d) 중 어느 하나에 통전시켜 발열시킴으로써 판 형상 시료(W)의 온도가 낮은 존의 온도를 상승시켜 온도 분포를 균일화할 수 있다.
이로 인하여, 플라즈마 에칭 혹은 성막 등을 위하여 정전 척 장치(101)에 의하여 판 형상 시료(W)를 지지하고 있는 경우, 히터 분할체(6a~6d)의 개별 온도 제어에 의하여 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화함으로써, 균일한 에칭 혹은 균일한 성막을 행할 수 있다.
또, 메인 히터(5A~5D)에 대하여, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 단위 면적당 발열량을 작게 함으로써, 온도 미세 조정용 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)에 대한 통전량을 작게 할 수 있다. 또한, 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 통전량을 작게 할 수 있는 점에서, 예를 들면 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)에 대한 통전 전류를 펄스 전류로 함으로써 전력 공급량을 절감할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 메인 히터(5A~5D)의 두께와 히터 분할체(6a, 6b, 6c, 6d)의 두께는 제조 시에 자유롭게 선택할 수 있으므로, 각 히터, 각 배선에 따른 내전압을 개별적으로 설정할 수 있어, 각 히터, 각 배선에 개별의 바람직한 내전압값을 설정할 수 있다. 예를 들면 일례로서 Ti 박판으로 이루어지는 메인 히터의 두께를 100μm, Mo 박판으로 이루어지는 히터 분할체의 두께를 5μm로 설정함으로써, 히터 분할체의 단위 면적당 발열량을 메인 히터의 1/5 이하로 조정할 수 있다. 물론, 구성 재료와 히터 두께 외에, 공급 전압의 조정에 의하여 메인 히터와 히터 분할체의 발열량의 조절을 행해도 된다.
그러나 제2 실시형태의 구조에서는 제1 히터 엘리먼트(5)를 그 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 메인 히터(5A~5D)로 이루어지는 구조로 했지만, 제1 히터 엘리먼트(5)의 분할 수는 4로 한정하지 않으며, 임의의 수여도 된다. 또, 제2 히터 엘리먼트(6)에 대하여 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 서브 히터(6A~6D)로 구성하고, 또한 제1 서브 히터(6A)를 2분할, 제2 서브 히터(6B)를 4분할, 제3 서브 히터(6C)를 4분할, 제4 서브 히터(6D)를 8분할 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(6)의 직경 방향으로의 분할 수는 임의의 수여도 되고, 각 서브 히터의 분할 수도 임의의 수여도 된다. 단, 서브 히터에 의하여 국소적인 온도 미세 조정을 행하는 관점에서, 제1 히터 엘리먼트(5)의 분할 수보다 제2 히터 엘리먼트(6)의 분할 수가 많은 것이 바락직하다.
본 실시형태에 있어서 제2 히터 엘리먼트(6)에 대하여 1층 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(6)는 2층 이상의 다층 구조여도 상관 없다. 또, 본 실시형태에 있어서 제1 히터 엘리먼트(5)와 제2 히터 엘리먼트(6)를 평면에서 보았을 때 원환 형상으로 중첩되는 영역에 배치했지만, 평면에서 보았을 때에 중첩되는 영역으로부터 다소 어긋난 위치에 배치해도 된다. 예를 들면, 제1 히터 엘리먼트(5)를 구성하는 복수의 메인 히터 설치 영역(원환 형상의 설치 영역)의 사이에 형성되어 있는 약간의 간극을 평면에서 보았을 때 메우도록 제2 히터 엘리먼트의 복수의 서브 히터를 배치하고, 복수의 메인 히터 간의 간극 영역을 복수의 서브 히터로 메우도록 배치하는 것도 가능하다. 물론, 제2 서브 히터를 2층 이상 배치한 경우에 각층의 배치 영역을 평면에서 보았을 때 어긋나게 함으로써, 메인 히터 간의 간극을 메우는 구조를 채용해도 된다.
정전 척 장치(101)는, 상기 구성을 이용함으로써, 복수로 분할된 히터를 구비한 구조이더라도 각 히터로 가열하는 존의 균일한 온도 제어를 할 수 있는 정전 척 장치(101)를 제공할 수 있다. 또, 가드 전극(70)에 의하여 제1 히터 엘리먼트(5) 및 제2 히터 엘리먼트(6)를 구성하는 메인 히터 및 서브 히터용 고주파 차단 필터가 불필요해져, 정전 척 장치(101)의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치(101)의 제작 비용을 저감시킬 수 있다.
"제3 실시형태"
도 7은, 본 발명의 제3 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다. 이 형태의 정전 척 장치(501)는, 일주면(상면)측을 재치면으로 한 원판 형상의 정전 척부(502)와, 이 정전 척부(502)의 하방에 마련되어 정전 척부(502)를 원하는 온도로 조정하는 두께가 있는 원판 형상의 온도 조절용 베이스부(503)와, 정전 척부(502)와 온도 조절용 베이스부(503)의 사이에 끼인 층 형상 구조의 고주파 발생용 전극(550)과, 정전 척부(502)와 고주파 발생용 전극(550)의 사이에 끼인 층 형상 구조의 제1 히터 엘리먼트(505)와, 고주파 발생용 전극(550)과 온도 조절용 베이스부(503)의 사이에 끼인 층 형상 구조의 제2 히터 엘리먼트(506)와, 고주파 발생용 전극(550)과 제2 히터 엘리먼트의 사이에 끼인 금속판(551)을 구비하고 있다. 또 정전 척 장치(501)는, 정전 척부(502)의 바닥면측과, 제1 히터 엘리먼트(505)의 주위를 덮어 형성된 접착제층(509B)을 구비하여 구성된다.
정전 척부(502)는, 상면을 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(511a)으로 한 재치판(511)과, 이 재치판(511)과 일체화되어 그 재치판(511)의 바닥부측을 지지하는 지지판(512)과, 이들 재치판(511)과 지지판(512)의 사이에 마련된 정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)(513) 및 정전 흡착용 전극(513)의 주위를 절연하는 절연재층(514)과, 지지판(512)을 관통하도록 마련되어 정전 흡착용 전극(513)에 직류 전압을 인가하기 위한 취출 전극 단자(515A)에 의하여 구성되어 있다.
재치판(511) 및 지지판(512)은, 중첩된 면의 형상을 동일하게 한 원판 형상의 것이다. 이들은, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y2O3) 소결체 등의 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 절연성의 세라믹스 소결체로 이루어진다.
재치판(511)의 재치면(511a)에는, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(511b)가 복수 소정의 간격으로 형성되어 있다. 이들 돌기부(511b)는, 판 형상 시료(W)를 지지한다.
재치판(511), 지지판(512), 정전 흡착용 전극(513) 및 절연재층(514)을 포함시킨 전체의 두께, 즉, 정전 척부(502)의 두께는 일례로서 0.7mm 이상 또한 5.0mm 이하로 형성되어 있다.
예를 들면, 정전 척부(502)의 두께가 0.7mm를 하회하면, 정전 척부(502)의 기계적 강도를 확보하는 것이 어려워진다. 정전 척부(502)의 두께가 5.0mm를 상회하면, 정전 척부(502)의 열용량이 커진다. 이로 인하여, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화되고, 정전 척부(502)의 가로 방향의 열전달이 증가한다. 이로 인하여, 판 형상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 어려워진다. 여기에서 설명한 각부의 두께는 일례이며, 상기 범위에 한정하는 것은 아니다.
정전 흡착용 전극(513)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판 형상 시료(W)를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용된다. 용도에 따라, 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 전극(513)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
정전 흡착용 전극(513)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 0.1μm 이상 또한 100μm 이하의 두께를 선택할 수 있고, 5μm 이상 또한 20μm 이하의 두께가 보다 바람직하다.
정전 흡착용 전극(513)의 두께가 0.1μm를 하회하면, 충분한 도전성을 확보하는 것이 어려워진다. 정전 흡착용 전극(513)의 두께가 100μm를 초과하면, 정전 흡착용 전극(513)과, 재치판(511) 및 지지판(512)의 접합 계면의 박리 및 크랙이 발생하기 쉬워진다. 이는, 정전 흡착용 전극(513)과, 재치판(511) 및 지지판(512)의 사이의 열팽창률 차에 기인한다고 생각된다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 전극(513)은, 스퍼터링법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(514)은, 정전 흡착용 전극(513)을 포위하여 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(513)을 보호함과 함께, 재치판(511)과 지지판(512)의 경계부, 즉 정전 흡착용 전극(513) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이며, 재치판(511) 및 지지판(512)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여 구성되어 있다.
취출 전극 단자(515A)는, 정전 흡착용 전극(513)에 직류 전압을 인가하기 위하여 마련된 봉 형상의 것이다. 취출 전극 단자(515A)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(513) 및 지지판(512)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하고, 예를 들면 Al2O3-Ta4C5 등의 도전성 세라믹 재료로 이루어진다.
취출 전극 단자(515A)는 도전성 접착부(515B)와 후술하는 급전용 단자(515C)에 접속되어 있다. 도전성 접착부(515B)는 유연성과 내전성을 갖는 실리콘계의 도전성 접착제로 이루어진다.
급전 단자(515C)는 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료로 이루어진다.
급전용 단자(515C)의 외주측에는, 절연성을 갖는 애자(515a)가 마련되고, 이 애자(515a)에 의하여 금속제의 온도 조절용 베이스부(503)에 대하여 급전용 단자(515C)가 절연되어 있다. 취출 전극 단자(515A)는 지지판(512)에 접합 일체화되고, 또한 재치판(511)과 지지판(512)은, 정전 흡착용 전극(513) 및 절연재층(514)에 의하여 접합 일체화되어 정전 척부(502)가 구성되어 있다.
급전용 단자(515C)는 추후에 상세하게 설명하는 온도 조절용 베이스부(503)의 관통 구멍(503b)을 관통하도록 마련되어 있다.
온도 조절용 베이스부(503)는, 정전 척부(502)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것이며, 두께가 있는 원판 형상의 것이다. 온도 조절용 베이스부(503)는, 그 내부에 물 등을 순환시키는 유로(503A)가 형성되어 있다.
온도 조절용 베이스부(503)는, 금속 재료를 형성 재료로 한다. 이 금속 재료는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재인 것이 바람직하다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다. 이 온도 조절용 베이스부(503)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
온도 조절용 베이스부(503)의 유로(503A)에 대하여 정전 척부(502)측에 형성된 오목부(503a)에는, 개구부(503B)가 형성되어 있다. 그 개구부(503B) 내에는, 후술하는 제2 히터 엘리먼트(506)가 배치되어 있다.
고주파 발생용 전극(550)은, 장치 내에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파를 발생시키기 위한 것이다. 예를 들면, 리엑티브 이온 에칭(RIE) 장치에서는, 고주파 발생 전원으로부터 고주파 전력을 고주파 발생용 전극(550)에 인가함으로써, 대향하는 대향 전극과의 사이에 방전을 발생시켜, 가스를 플라즈마화할 수 있다.
고주파 발생용 전극(550)은, 정전 척부(502)와 온도 조절용 베이스부(503)의 사이에 끼워져 있다. 고주파 발생용 전극(550)에는, 급전용 단자(552)를 통하여 접속된 도시하지 않은 고주파 전원이 접속되고, 고주파 전력을 고주파 발생용 전극(550)에 인가할 수 있는 구성으로 되어 있다. 급전용 단자(552)는, 온도 조절용 베이스부(503)와의 절연성을 유지하기 위하여, 애자(552a)로 피복되어 있다.
고주파 발생용 전극(550)은, 금속 재료로 이루어지며, 그 주위가 절연층(553)으로 덮여 있다.
절연층(553)에 의하여, 온도 조절용 베이스부(503)로 절연되어 있다. 즉, 고주파 발생용 전극(550)에 인가된 전압이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
고주파 발생용 전극(550)의 형성 재료를 비자성 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 비자성 금속을 이용함으로써, 정전 척 장치(501)를 고주파 분위기 중에서 이용해도 고주파 발생용 전극(550)이, 고주파에 의하여 자기 발열하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 고주파 분위기 중이더라도, 판 형상 시료의 면내 온도를 원하는 일정 온도 또는 일정한 온도 패턴으로 유지하는 것이 용이해진다.
고주파 발생용 전극(550)의 두께는, 20μm 이상, 1000μm 이하인 것이 바람직하다. 고주파 발생용 전극(550)의 두께가 너무 두꺼우면, 열용량이 너무 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화된다. 또 고주파 발생용 전극(550)의 두께가 너무 얇으면, 고주파 발생용 전극의 발열 불균일, 전계의 불균일을 발생시켜, 플라즈마의 균일성에 영향을 미친다.
제1 히터 엘리먼트(505)는, 고주파 발생 전극(550)을 피복하는 절연층(553) 상에, 접착층(509A)을 통하여 접착되어 있다. 접착층(509A)은, 접착제층(509B)과 동일한 접착성 수지로 이루어지고, 시트 형상 또는 필름 형상의 것을 이용할 수 있다. 또, 지지판(512)의 바닥면측에 접착층(509A)을 통하여 접착해도 된다.
제1 히터 엘리먼트(505)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 메인 히터(505A)와, 이 제1 메인 히터(505A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 배치된 제2 메인 히터(505B)와, 제3 메인 히터(505C)와, 제4 메인 히터(505D)로 이루어진다. 도 8에 나타내는 바와 같이 제1~제4 메인 히터(505A~505D)가 배치되어 있는 영역은, 원판 형상의 정전 척부(502)와 동일한 정도의 크기인 것이 바람직하다.
또한, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)는, 도 8에서는 평면에서 보았을 때 단순한 원환 형상으로 그렸지만, 각 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)는 띠 형상의 히터를 사행시켜 도 8에 나타내는 원환 형상의 영역을 차지하도록 배치되어 있다. 이로 인하여, 도 7에 나타내는 단면 구조에서는 각 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)를 구성하는 띠 형상의 히터를 개별적으로 그렸다.
메인 히터(505A~505D)는, 일례로서 두께가 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 정도의 일정한 두께를 갖는 비자성 금속 박판, 예를 들면 타이타늄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브데넘(Mo) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 원환 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이들 메인 히터(505A~505D)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 접착층(509A)에 의하여 지지판(512)의 바닥면에 접착·고정되어 있다.
제2 히터 엘리먼트(506)는, 온도 조절용 베이스부(503)의 오목부(503a) 내에 형성된 개구부(503B) 내에 배치되어 있다. 개구부(503B)는, 온도 조절용 베이스부(503)의 오목부(503a)와, 그 오목부(503a)의 상부에 마련된 금속판(551)에 의하여 형성된다. 개구부(503B)에는, 유로(503A)측으로부터, 절연판(507), 배선층(504), 절연판(508), 제2 히터 엘리먼트(506)가 순서대로 적층되고, 이들 주위를 절연부(510)가 덮도록 형성되어 있다. 금속판(551)은, 온도 조절용 베이스부(503)와 동일한 구성 재료로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.
절연판(507)은 개구부(503B)의 유로(503A)측의 면에 접착층(507A)에 의하여 접착되어 있다. 이 접착층(507A)은 접착층(509A)과 동일한 것을 이용할 수 있다. 접착층(507A)은 예를 들면 두께 5~100μm 정도로 형성된다. 절연판(507, 508)은 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 내열성을 갖는 수지의 박판, 시트 혹은 필름으로 이루어진다.
또한, 절연판(507, 508)은, 수지 시트 대신에 절연성의 세라믹판이어도 되고, 또 알루미나 등의 절연성을 갖는 용사막이어도 된다.
일례로서 절연판(507)의 상면에 배선층(504)이 형성되고, 절연판(508)의 상면에 제2 히터 엘리먼트(506)가 형성되며, 이들 주위를 절연부(510)로 덮음으로써 도 7에 나타내는 적층 구조가 실현되어 있다. 절연부(510)는, 제2 히터 엘리먼트(506)와 온도 조절용 베이스부(503)가 전기적으로 접속되는 것을 피하기 위하여 마련되어 있다.
제2 히터 엘리먼트(506)는, 도 9에 나타내는 바와 같이 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 서브 히터(506A)와, 이 제1 서브 히터(506A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 형성된 제2 서브 히터(506B)와, 제3 서브 히터(506C)와, 제4 서브 히터(506D)로 이루어진다. 제1 서브 히터(506A)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(506a)를 복수(도 9의 구성의 경우 2개) 조합하여 원환 형상으로 형성되고, 제2 서브 히터(506B)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(506b)를 복수(도 9의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제3 서브 히터(506C)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(506c)를 복수(도 9의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제4 서브 히터(506D)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(506d)를 복수(도 9의 구성의 경우 8개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다.
히터 분할체(506a~506d)는, 메인 히터(505A~505D)보다 얇은 비자성 금속 박판, 예를 들면 몰리브데넘(Mo) 박판, 텅스텐(W) 박판, 나이오븀(Nb) 박판, 타이타늄(Ti) 박판, 구리(Cu) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 부채형 환형체 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이들 히터 분할체(506a~506d)는, 메인 히터(505A~505D)의 단위 면적당 발열량보다 낮은 발열량을 나타내는 구성인 것이 바람직하고, 메인 히터(505A~505D)보다 얇은 구조 혹은 발열량이 낮은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 일례로서, 메인 히터를 두께 100μm의 Ti 박판으로 구성한 경우, 서브 히터를 두께 5μm의 Mo 박판으로 구성할 수 있다.
이들 히터 분할체(506a~506d)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 도시하지 않은 접착제층에 의하여 절연판(508)의 상면에 접착·고정되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 서브 히터(506A, 506B, 506C, 506D)를 2분할, 4분할 혹은 8분할 구조로 했지만, 분할 수는 임의여도 되고, 분할한 경우의 형상도 임의여도 된다.
금속판(551)은, 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트(506)와, 고주파 발생용 전극(550)의 사이에 마련된다. 금속판(551)이 접지됨으로써, 제2 히터 엘리먼트(506)가 고주파의 영향을 받는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제2 히터 엘리먼트(506)를 통하여 고주파 전류가 서브 히터용 전원으로 누설되는 것을 방지할 수 있어, 서브 히터를 위한 고주파 차단 필터를 제거할 수 있다.
즉, 정전 척 장치(501)의 구성이 복잡해지는 것을 피하여, 정전 척 장치(501)의 제작 비용을 저감시킬 수 있다. 또, 고주파가 히터로의 공급 전원에 노이즈로서 누설되어, 히터 전원의 동작 내지 성능이 저해될 우려도 없다. 또한 온도 조절용 베이스부(503) 내부에 배치된 제2 히터 엘리먼트(506)가, 고주파에 의하여 발열되는 것도 억제할 수 있어, 온도 분포의 미세 조정을 보다 정밀하게 행할 수 있다.
또 금속판(551)과 온도 조절용 베이스부(503)는, 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
금속판(551)과 온도 조절용 베이스부(503)를 접합하여 일체화해도 된다. 금속판(551)과 온도 조절용 베이스부(503)가 전기적으로 접속되면, 온도 조절용 베이스부(503)를 접지하는 것만으로, 고주파 발생용 전극(550)으로부터 발생한 고주파를, 금속판(551)을 통하여 온도 조절용 베이스부(503)로부터 제거할 수 있다. 따라서, 정전 척 장치(501)의 구성이 복잡해지는 것을 보다 피할 수 있다.
금속판(551)은, 그 면내 방향의 전열이 저해되는 전열 장벽(제1 전열 장벽)을 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 노치부, 홈 및 이들 내부에 열전도성이 나쁜(금속판을 구성하는 금속보다 열전도성이 나쁜) 수지 등을 메우는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 열전도성이 나쁜 수지로서는, 예를 들면 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다.
정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 금속판이 면내 방향으로 전열할 수 있으면, 제어된 온도 분포를 완화시키게 된다. 이로 인하여, 금속판(551)에, 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 전열 장벽을 마련함으로써, 금속판의 면내 방향으로의 전열을 저해할 수 있다. 또 이 노치부는, 열전도성이 나쁜 수지 등으로 메워도 된다. 열전도성이 나쁜 수지로서는, 예를 들면 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다.
또 원주 방향으로 뻗어 있는 전열 장벽은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 원주 방향의 전체 둘레를 걸쳐 마련되어 있지 않은 것이 바람직하다. 즉, 금속판(551)은, 전기적으로 분리되어 있지 않은 1매의 판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 금속판(551)이 1매의 판으로 이루어지면, 금속판(551) 중 어느 1점에서 접지하면, 금속판(551) 전체를 접지할 수 있다. 따라서, 정전 척 장치(501)의 구성이 복잡해지는 것을 보다 피할 수 있다.
또 금속판(551)은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역 및 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역과, 평면적으로 중첩되어 마련된 전열 장벽을 갖는 것이 더 바람직하다. 금속판(551)에 이와 같은 전열 장벽을 마련함으로써, 각 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 온도 제어되는 영역에 맞추어, 금속판의 면내 방향의 전열을 저해할 수 있다. 즉 정전 척 장치(501)의 영역마다의 온도 제어성을 보다 높일 수 있다.
이와 같은 전열 장벽은, 고주파 발생용 전극(550)에 마련해도 된다. 또 고주파 발생 전극(550) 및 금속판(551)의 양쪽 모두에 마련해도 된다. 고주파 발생용 전극(550)이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 전열 장벽(제2 전열 장벽)을 가짐으로써, 고주파 발생용 전극(550) 내의 원주 방향의 열균일성을 높일 수 있다. 상술과 같이, 정전 척 장치에서는, 면내 방향 중, 동심원 방향(둘레 방향)으로의 열전도는 허용될 수 있다. 한편, 직경 방향의 열전도는 열균일성의 저해 요인이 될 수 있다. 이로 인하여, 고주파 발생용 전극(550)의 직경 방향을 열적으로 분리함으로써 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
또 메인 히터의 가열 영역 및 서브 히터의 가열 영역에 맞추어 고주파 발생용 전극(550)에 전열 장벽을 마련함으로써, 메인 히터 및 서브 히터에 의하여 가해진 열이, 고주파 발생용 전극(550)의 열전도에 의하여 직경 방향으로 확산되는 것을 보다 억제할 수 있다. 즉, 보다 판 형상 시료의 영역마다의 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 고주파 발생용 전극(550)도 전기적으로 분리되어 있지 않은 1매의 판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또 본 실시형태의 구조에서는, 온도 조절용 베이스부(503)를 구성하는 금속판(551)의 상면측에 제1 히터 엘리먼트(505)와 정전 척부(502)의 바닥부측을 수용 가능한 크기의 오목부(503a)가 형성되어 있다. 이 오목부를 메우도록 형성된 접착제층(509B)에 의하여, 고주파 발생용 전극(550)과, 제1 히터 엘리먼트(505) 및 정전 척부(502)가 일체화되어 있다. 접착제층(509B)은, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성, 및 절연성을 갖는 접착성 수지를 이용할 수 있다.
이어서, 제1 히터 엘리먼트(505)에 급전하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
제1 히터 엘리먼트(505)는 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)로 이루어지는데, 이들 개개의 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)에 급전하기 위한 복수 개의 급전용 단자(517)가 마련되어 있다. 도 8에서는 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 개략 형태만을 나타내고 있지만, 어느 히터이더라도 전원에 접속하기 위한 도통부가 각 히터의 일단측과 타단측에 마련되므로, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)에 대하여 2개씩, 합계 8개의 급전용 단자(517)가 마련되어 있다.
도 7에서는 설명의 간략화를 위하여, 최외주의 메인 히터(505D)에 대하여 접속된 급전용 단자(517)를 1개만 그리고 있지만, 이 급전용 단자(517)는, 온도 조절용 베이스부(503), 절연판(507, 508), 서브 히터(506D), 절연부(510), 금속판(551) 및 고주파 발생용 전극(550)을 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 배치되어 있다. 또, 급전용 단자(517)의 외주면에는 절연용의 통형의 애자(518)가 장착되고, 온도 조절용 베이스부(503)와 급전용 단자(517)가 절연되어 있다. 또한 급전 단자(517)는, 접착부(509b)를 통하여 제1 히터 엘리먼트(505)와 접착되어 있다.
급전용 단자(517)를 구성하는 재료는 상술한 급전용 단자(515C)를 구성하는 재료와 동일한 재료를 이용할 수 있다.
도 7에서는 모든 급전용 단자(517)를 그리고 있지는 않지만, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D) 중 어느 것에 대해서도 급전용 단자(517)가 2개씩 접속되고, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 개개에 대하여 2개의 급전용 단자(517)를 통하여 전원 장치가 접속되어 통전 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
이들 급전용 단자(517)는 각각 온도 조절용 베이스부(503)에 형성된 관통 구멍(503b)을 관통하도록 마련되고, 또한 접속하는 상대가 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D) 중 어느 하나인 경우는 절연판(507, 508)도 관통하도록 마련되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하여, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 각각에 대하여, 스위치 소자와 전원의 동작에 따라 메인 히터 개개의 통전 발열 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
또, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 하면측에는 온도 센서(520)가 마련되어 있다. 도 7의 구조에서는 온도 조절용 베이스부(503), 절연판(507, 508), 서브 히터(506D) 및 고주파 발생용 전극(550)을 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 설치 구멍(521)이 형성되어 있다. 이들 설치 구멍(521)의 최상부, 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D) 중 어느 하나에 근접하는 위치에 각각 온도 센서(520)가 설치되어 있다. 또한, 온도 센서(520)는 가능한 한 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)에 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하기 때문에, 도 7의 구조에서는 메인 히터측으로 돌출되도록 돌출부(520a)가 형성되고, 이 돌출부(520a)의 내측에 온도 센서(520)가 마련되어 있다.
온도 센서(520)는 일례로서 석영 유리 등으로 이루어지는 직육면체 형상의 투광체의 상면측에 형광체층이 형성된 형광 발광형의 온도 센서이며, 이 온도 센서(520)가 투광성 및 내열성을 갖는 실리콘 수지계 접착제 등에 의하여 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 하면에 접착되어 있다.
상기 형광체층은, 메인 히터로부터의 발열에 따라 형광을 발생하는 재료로 이루어지고, 발열에 따라 형광을 발생하는 재료이면 다종 다양한 형광 재료를 선택할 수 있는데, 일례로서 발광에 적합한 에너지 순위를 갖는 희토류 원소가 첨가된 형광 재료, AlGaAs 등의 반도체 재료, 산화 마그네슘 등의 금속 산화물, 루비나 사파이어 등의 광물로부터 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)에 대응하는 온도 센서(520)는 각각 급전용 단자 등과 간섭하지 않는 위치로서 메인 히터(505A, 505B, 505C, 505D)의 하면 둘레 방향의 임의의 위치에 각각 마련되어 있다.
이들 온도 센서(520)의 형광으로부터 메인 히터(505A~505D)의 온도를 측정하는 온도 계측부(522)는, 일례로서 도 7에 나타내는 바와 같이 온도 조절용 베이스부(503)의 설치 구멍(521)의 외측(하측)에 상기 형광체층에 대하여 여기광을 조사하는 여기부(523)와, 형광체층으로부터 발해진 형광을 검출하는 형광 검출기(524)와, 여기부(523) 및 형광 검출기(524)를 제어함과 함께 상기 형광에 근거하여 메인 히터의 온도를 산출하는 제어부(525)로 구성되어 있다.
또한, 도 7에 부호 528로 나타내는 것은 온도 조절용 베이스부(503)부터 재치판(511)까지를 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 마련된 핀 삽통 구멍이며, 이 핀 삽통 구멍(528)에 판 형상 시료 이탈용 리프트 핀이 마련된다. 핀 삽통 구멍(528)의 외주부에는 통 형상의 애자(529)가 마련되어 있다.
다음으로, 서브 히터(506A~506D)를 구성하는 히터 분할체와 그들에 개개로 급전하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
서브 히터(506A~506D)는, 평면에서 보면 도 9에 나타내는 바와 같이 각 서브 히터(506A~506D)를 그들의 둘레 방향으로 개개로 분할한 복수의 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 집합 구조로 되어 있다. 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)에 각각 급전하기 위하여, 본 실시형태에서는 절연판(507)의 상면측에 구리 등의 저저항 재료로 이루어지는 배선층(504)이 마련되어 있다.
배선층(504)은 개개로 분기된 복수의 배선체(504a)로 이루어지며 각 배선체(504a)는 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d) 중 어느 하나에 접속되어 있다.
도 7에 있어서 배선체(504a)는 절연판(507)의 상면측에 그 중앙부측으로부터 둘레 가장자리측으로 뻗어 있도록 복수 배치되고, 각 배선체(504a)의 일단측이 절연판(508)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(508b)를 통하여 히터 분할체 중 어느 하나에 접속되어 있다. 또, 각 배선체(504a)의 타단측이 절연판(507)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(507b)를 통하여 급전용 단자(526)에 접속되어 있다. 이 급전용 단자(526)는 온도 조절용 베이스부(503)의 관통 구멍(503b)을 따라 온도 조절용 베이스부(503)를 그 두께 방향으로 관통하여, 절연판(507)에 달하도록 형성된 것으로, 급전용 단자(526)의 외주측에는 절연용 애자(527)가 마련되어, 온도 조절용 베이스부(503)에 대하여 절연되어 있다.
히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)는 서브 히터(506A, 506B, 506C, 506D)의 둘레 방향으로 복수 형성되어 있으므로, 이들에 접속하기 위한 급전용 단자(526)가 상호 간섭하지 않도록 급전용 단자(526)를 온도 조절용 베이스부(503)의 둘레 방향에 대하여 이간된 위치에 배치하고, 이들 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)가 개개로 개별의 배선체(504a)를 이용하여 접속되어 있다.
또한, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)에 대하여 개개로 급전하기 위하여 이들에 대하여 각각 2개의 급전용 단자(526)가 접속되어 있지만, 도 7의 단면 구조에서는 일부만 나타내고, 다른 배선체(504a)의 접속 구조는 적절히 기재를 생략하고 있다.
히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d) 중 어느 것에 대해서도 급전용 단자(526)가 2개씩 접속되고, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 각각에 대하여 2개의 급전용 단자(526)를 통하여 스위치 소자와 전원 장치가 접속되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하여, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 각각에 대하여, 스위치 소자와 전원의 동작에 따라 통전 발열 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
또한, 서브 히터(506A~506D)의 급전용 단자(526)의 수는, 히터 패턴 및 스위치 소자의 배치에 의하여 히터 분할체의 수의 2배보다 줄일 수 있다.
상기 구조의 정전 척 장치(501)에 있어서, 제1 히터 엘리먼트(505)와 온도 조절용 베이스부(503)의 사이의 열전달율은 4000W/m2K보다 작고 200W/m2K보다 큰 것이 바람직하다.
열전달율이 200W/m2K보다 크면, 제1 히터 엘리먼트(505)와 온도 조절용 베이스부(503)의 사이의 열응답성을 높게 할 수 있어, 정전 척 장치(502)의 온도 제어를 행하는 경우에 응답성이 양호한 온도 제어가 가능하게 된다.
또한, 열전달율은 4000W/m2K보다 큰 경우, 히터부로부터 온도 조정 베이스로의 열유출이 커져, 탑재물(판 형상 시료)(W)을 소정의 온도까지 승온하는 데에 과도한 전력을 히터에 공급할 필요가 있어 바람직하지 않다.
이상 설명과 같이 구성된 정전 척 장치(501)는, 급전용 단자(515C)로부터 정전 척부(502)의 정전 흡착용 전극(513)에 통전시켜 정전 흡착력을 발생시키고, 재치면(511a)의 돌기부(511b) 상에 판 형상 시료(W)를 흡착하여 사용할 수 있다.
또, 온도 조절용 베이스부(503)에 냉매를 순환시켜 판 형상 시료(W)를 냉각할 수 있음과 함께, 메인 히터(505A~505D)의 각각에 급전용 단자(517)를 통하여 전원으로부터 통전시킴으로써 메인 히터(505A~505D)를 개개로 발열시키고, 판 형상 시료(W)를 가온함으로써 온도 제어할 수 있다. 또, 히터 분할체(506a~506d)에 개별적으로 통전시킴으로써 이들 히터 분할체(506a~506d)에 대응한 영역의 온도를 미세 조절할 수 있다.
판 형상 시료(W)를 에칭 장치 혹은 성막 장치에 공급하여 플라즈마 분위기나 성막 분위기에 노출시키면, 판 형상 시료(W)에는 플라즈마의 생성 상태 혹은 성막실 내의 온도 분포 등에 따라 온도 차가 발생한다.
판 형상 시료(W)의 표면의 온도 분포를 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같이 서모 카메라(530)로 촬영하여 서모 그래프로 분석하고, 판 형상 시료(W)에 있어서 온도가 낮은 영역을 발생시키고 있으면, 해당하는 영역의 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d) 중 어느 하나에 통전시켜 가온함으로써, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 개개의 영역의 상방에 대응하는 판 형상 시료(W)의 각 존의 표면 온도를 국소적으로 상승시켜, 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화할 수 있다.
가온할 때의 온도 제어는 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 개개에 통전시킬 때의 인가 전압 제어, 전압 인가 시간 제어, 전륫값 제어 등으로 행할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 제2 히터 엘리먼트(506)를 복수의 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)로 분할하고, 개개에 통전 발열 제어를 할 수 있도록 구성했으므로, 흡착된 판 형상 시료(W)에 온도 분포가 발생하려고 한 경우이더라도 온도가 낮은 존에 대응하는 위치의 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d) 중 어느 하나에 통전시켜 발열시킴으로써 판 형상 시료(W)의 온도가 낮은 존의 온도를 상승시켜 온도 분포를 균일화할 수 있다.
이로 인하여, 플라즈마 에칭 혹은 성막 등을 위하여 정전 척 장치(501)에 의하여 판 형상 시료(W)를 지지하고 있는 경우, 히터 분할체(506a~506d)의 개별 온도 제어에 의하여 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화함으로써, 균일한 에칭 혹은 균일한 성막을 행할 수 있다.
또, 메인 히터(505A~505D)에 대하여, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 단위 면적당 발열량을 작게 함으로써, 온도 미세 조정용 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)에 대한 통전량을 작게 할 수 있다. 또한, 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 통전량을 작게 할 수 있는 점에서, 예를 들면 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)에 대한 통전 전류를 펄스 전류로 함으로써 전력 공급량을 절감할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 메인 히터(505A~505D)의 두께와 히터 분할체(506a, 506b, 506c, 506d)의 두께는 제조 시에 자유롭게 선택할 수 있으므로, 각 히터, 각 배선에 따른 내전압을 개별적으로 설정할 수 있어, 각 히터, 각 배선에 개별의 바람직한 내전압값을 설정할 수 있다. 예를 들면 일례로서 Ti 박판으로 이루어지는 메인 히터의 두께를 100μm, Mo 박판으로 이루어지는 히터 분할체의 두께를 5μm로 설정함으로써, 히터 분할체의 단위 면적당 발열량을 메인 히터의 1/5 이하로 조정할 수 있다. 물론, 구성 재료와 히터 두께 외에, 공급 전압의 조정에 의하여 메인 히터와 히터 분할체의 발열량의 조절을 행해도 된다.
그런데 제3 실시형태의 구조에서는 제1 히터 엘리먼트(505)를 그 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 메인 히터(505A~505D)로 이루어지는 구조로 했지만, 제1 히터 엘리먼트(505)의 분할 수는 4로 한정하지 않고, 임의의 수여도 된다. 또, 제2 히터 엘리먼트(506)에 대하여 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 서브 히터(506A~506D)로 구성하고, 또한 제1 서브 히터(506A)를 2분할, 제2 서브 히터(506B)를 4분할, 제3 서브 히터(506C)를 4분할, 제4 서브 히터(506D)를 8분할 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(506)의 직경 방향으로의 분할 수는 임의의 수여도 되고, 각 서브 히터의 분할 수도 임의의 수여도 된다. 단, 서브 히터에 의하여 국소적인 온도 미세 조정을 행하는 관점에서, 제1 히터 엘리먼트(505)의 분할 수보다 제2 히터 엘리먼트(506)의 분할 수가 많은 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서 제2 히터 엘리먼트(506)에 대하여 1층 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(506)는 2층 이상의 다층 구조여도 상관 없다. 또, 본 실시형태에 있어서 제1 히터 엘리먼트(505)와 제2 히터 엘리먼트(506)를 평면에서 보았을 때 원환 형상으로 중첩되는 영역에 배치했지만, 평면에서 보았을 때 중첩되는 영역으로부터 다소 어긋난 위치에 배치해도 된다. 예를 들면, 제1 히터 엘리먼트(505)를 구성하는 복수의 메인 히터 설치 영역(원환 형상의 설치 영역)의 사이에 형성되어 있는 약간의 간극을 평면에서 보았을 때 메우도록 제2 히터 엘리먼트의 복수의 서브 히터를 배치하고, 복수의 메인 히터 간의 간극 영역을 복수의 서브 히터로 메우도록 배치하는 것도 가능하다. 물론, 제2 서브 히터를 2층 이상 배치한 경우에 각층의 배치 영역을 평면에서 보았을 때 어긋나게 함으로써, 메인 히터 간의 간극을 메우는 구조를 채용해도 된다.
"제4 실시형태"
도 13은, 본 발명의 제4 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이며, 이 형태의 정전 척 장치(601)는, 일주면(상면)측을 재치면으로 한 원판 형상의 정전 척부(602)와, 이 정전 척부(602)의 하방에 마련되어 정전 척부(602)를 원하는 온도로 조정하는 두께가 있는 원판 형상의 온도 조절용 베이스부(603)와, 정전 척부(602)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이에 끼인 층 형상 구조의 제1 히터 엘리먼트(605) 및 제2 히터 엘리먼트(606)를 구비하고 있다. 또, 정전 척 장치(601)는, 정전 척부(602)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이에, 상기 히터 엘리먼트(606)와 적층되도록 개재된 2매의 절연판(607, 608)과, 절연판(607, 608)의 사이에 개재된 배선층(604)과, 상기 히터 엘리먼트(605)를 정전 척부(602)의 바닥면측에 첩부하는 접착층(609)과, 이들 주위를 덮어 형성된 접착제층(610)을 구비하여 구성된다.
정전 척부(602)는, 상면을 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료(W)를 재치하는 재치면(611a)으로 한 재치판(611)과, 이 재치판(611)과 일체화되어 그 재치판(611)의 바닥부측을 지지하는 지지판(612)과, 이들 재치판(611)과 지지판(612)의 사이에 마련된 정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)(613) 및 정전 흡착용 전극(613)의 주위를 절연하는 절연재층(614)과, 지지판(612)을 관통하도록 마련되어 정전 흡착용 전극(613)에 직류 전압을 인가하기 위한 취출 전극 단자(615A)에 의하여 구성되어 있다.
재치판(611) 및 지지판(612)은, 중첩된 면의 형상을 동일하게 한 원판 형상의 것이며, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 복합 소결체, 산화 알루미늄(Al2O3) 소결체, 질화 알루미늄(AlN) 소결체, 산화 이트륨(Y2O3) 소결체 등의 기계적인 강도를 갖고, 또한 부식성 가스 및 그 플라즈마에 대한 내구성을 갖는 절연성의 세라믹스 소결체로 이루어진다.
재치판(611)의 재치면(611a)에는, 직경이 판 형상 시료의 두께보다 작은 돌기부(611b)가 복수 소정의 간격으로 형성되고, 이들 돌기부(611b)가 판 형상 시료(W)를 지지한다.
재치판(611), 지지판(612), 정전 흡착용 전극(613) 및 절연재층(614)을 포함시킨 전체의 두께, 즉, 정전 척부(602)의 두께는 일례로서 0.7mm 이상 또한 5.0mm 이하로 형성되어 있다.
예를 들면, 정전 척부(602)의 두께가 0.7mm를 하회하면, 정전 척부(602)의 기계적 강도를 확보하는 것이 어려워진다. 정전 척부(602)의 두께가 5.0mm를 상회하면, 정전 척부(602)의 열용량이 커져, 재치되는 판 형상 시료(W)의 열응답성이 열화되고, 정전 척부의 가로 방향의 열전달의 증가에 의하여, 판 형상 시료(W)의 면내 온도를 원하는 온도 패턴으로 유지하는 것이 어려워진다. 또한, 여기에서 설명한 각부의 두께는 일례이며, 상기 범위에 한정하는 것은 아니다.
정전 흡착용 전극(613)은, 전하를 발생시켜 정전 흡착력으로 판 형상 시료(W)를 고정하기 위한 정전 척용 전극으로서 이용되는 것으로, 그 용도에 따라 그 형상이나, 크기가 적절히 조정된다.
정전 흡착용 전극(613)은, 산화 알루미늄-탄화 탄탈럼(Al2O3-Ta4C5) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-텅스텐(Al2O3-W) 도전성 복합 소결체, 산화 알루미늄-탄화 규소(Al2O3-SiC) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-텅스텐(AlN-W) 도전성 복합 소결체, 질화 알루미늄-탄탈럼(AlN-Ta) 도전성 복합 소결체, 산화 이트륨-몰리브데넘(Y2O3-Mo) 도전성 복합 소결체 등의 도전성 세라믹스, 혹은 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo) 등의 고융점 금속에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
정전 흡착용 전극(613)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 0.1μm 이상 또한 100μm 이하의 두께를 선택할 수 있고, 5μm 이상 또한 20μm 이하의 두께가 보다 바람직하다.
정전 흡착용 전극(613)의 두께가 0.1μm를 하회하면, 충분한 도전성을 확보하는 것이 어려워진다. 정전 흡착용 전극(613)의 두께가 100μm를 초과하면, 정전 흡착용 전극(613)과, 재치판(611) 및 지지판(612)의 사이의 열팽창률 차에 기인하여, 정전 흡착용 전극(613)과, 재치판(611) 및 지지판(612)의 접합 계면에 크랙이 발생하기 쉬워진다.
이와 같은 두께의 정전 흡착용 전극(613)은, 스퍼터링법이나 증착법 등의 성막법, 혹은 스크린 인쇄법 등의 도공법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다.
절연재층(614)은, 정전 흡착용 전극(613)을 포위하여 부식성 가스 및 그 플라즈마로부터 정전 흡착용 전극(613)을 보호함과 함께, 재치판(611)과 지지판(612)의 경계부, 즉 정전 흡착용 전극(613) 이외의 외주부 영역을 접합 일체화하는 것이며, 재치판(611) 및 지지판(612)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료에 의하여 구성되어 있다.
취출 전극 단자(615A)는, 정전 흡착용 전극(613)에 직류 전압을 인가하기 위하여 마련된 봉 형상의 것으로, 이 취출 전극 단자(615A)의 재료로서는, 내열성이 우수한 도전성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열팽창 계수가 정전 흡착용 전극(613) 및 지지판(612)의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하고, 예를 들면 Al2O3-Ta4C5 등의 도전성 세라믹 재료로 이루어진다.
또한, 취출 전극 단자(615A)는 도전성 접착부(615B)와 후술하는 급전용 단자(615C)에 접속되어 있다. 도전성 접착부(615B)는 유연성과 내전성을 갖는 실리콘계의 도전성 접착제로 이루어지며, 급전 단자(615C)는 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 코바르 합금 등의 금속 재료로 이루어진다.
급전용 단자(615C)의 외주측에는, 절연성을 갖는 애자(615a)가 마련되고, 이 애자(615a)에 의하여 금속제의 온도 조절용 베이스부(603)에 대하여 급전용 단자(615C)가 절연되어 있다. 취출 전극 단자(615A)는 지지판(612)에 접합 일체화되고, 또한 재치판(611)과 지지판(612)은, 정전 흡착용 전극(613) 및 절연재층(614)에 의하여 접합 일체화되어 정전 척부(602)가 구성되어 있다.
급전용 단자(615C)는 추후에 상세하게 설명하는 히터 엘리먼트(606)와 2층 구조의 절연판(607, 608)을 관통하고, 온도 조절용 베이스부(603)의 관통 구멍(603b)을 관통하도록 마련되어 있다.
온도 조절용 베이스부(603)은, 정전 척부(602)를 원하는 온도로 조정하기 위한 것이며, 두께가 있는 원판 형상의 것이다. 이 온도 조절용 베이스부(603)로서는, 예를 들면 그 내부에 물을 순환시키는 유로(603A)가 형성된 수랭 베이스 등이 적합하다.
이 온도 조절용 베이스부(603)를 구성하는 재료로서는, 열전도성, 도전성, 가공성이 우수한 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 복합재이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 스테인리스강(SUS) 등이 적합하게 이용된다. 이 온도 조절용 베이스부(603)의 적어도 플라즈마에 노출되는 면은, 알루마이트 처리가 실시되어 있거나, 혹은 알루미나 등의 절연막이 성막되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 구조에서는, 온도 조절용 베이스부(603)의 상면측에 2층 구조의 히터 엘리먼트(605, 606)와 2층 구조의 절연판(607, 608)과 정전 척부(602)의 바닥부측을 수용 가능한 크기의 오목부(603a)가 형성되어 있다. 이 오목부(603a) 내에 바닥부측부터 순서대로 시트형의 접착층(607A), 절연판(607), 배선층(604), 절연판(608), 제2 히터 엘리먼트(606), 제1 히터 엘리먼트(605), 접착층(609), 지지판(612)의 바닥부측이 수용되고, 오목부(603a)를 메우도록 형성된 접착재층(610)에 의하여 이들이 일체화되어 있다.
절연판(607)은 오목부(603a)의 상면에 접착층(607A)에 의하여 접착되어 있다. 이 접착층(607A)은 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 내열성, 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착성 수지로 이루어진다. 접착층은 예를 들면 두께 5~100μm 정도로 형성된다. 절연판(607, 608)은 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 내열성을 갖는 수지의 박판, 시트 혹은 필름으로 이루어진다. 접착층(609)은 내열성을 갖는 시트형의 접착제층으로 이루어지며, 접착층(607A)과 동일한 재료로 이루어진다.
또한, 절연판(607, 608)은, 수지 시트 대신에 절연성의 세라믹판이어도 되고, 또 알루미나 등의 절연성을 갖는 용사막이어도 된다.
일례로서 절연판(607)의 상면에 배선층(604)이 형성되고, 절연판(608)의 상면에 제2 히터 엘리먼트(606)가 형성되며, 지지판(612)의 바닥면측에 제1 히터 엘리먼트(605)가 접착되고, 절연판(607, 608)이 적층되어, 이들 주위가 접착재층(610)으로 덮임으로써 도 13에 나타내는 적층 구조가 실현되어 있다.
제1 히터 엘리먼트(605)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 메인 히터(605A)와, 이 제1 메인 히터(605A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 배치된 제2 메인 히터(605B)와, 제3 메인 히터(605C)와, 제4 메인 히터(605D)로 이루어진다. 도 14에 나타내는 바와 같이 제1~제4 메인 히터(605A~605D)가 배치되어 있는 영역은, 원판 형상의 정전 척부(602)와 동일한 정도의 크기인 것이 바람직하다.
또한, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)는, 도 14에서는 평면에서 보았을 때 단순한 원환 형상으로 그렸지만, 각 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)는 띠 형상의 히터를 사행시켜 도 14에 나타내는 원환 형상의 영역을 차지하도록 배치되어 있다. 이로 인하여, 도 13에 나타내는 단면 구조에서는 각 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)를 구성하는 띠 형상의 히터를 개별적으로 그렸다.
메인 히터(605A~605D)는, 일례로서 두께가 0.2mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 정도의 일정한 두께를 갖는 비자성 금속 박판, 예를 들면 타이타늄(Ti) 박판, 텅스텐(W) 박판, 몰리브데넘(Mo) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 원환 형상으로 가공함으로써 얻어진다.
이들 메인 히터(605A~605D)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 접착층(609)에 의하여 지지판(612)의 바닥면에 접착·고정되어 있다.
제2 히터 엘리먼트(606)는, 도 15에 나타내는 바와 같이 중심부의 원환 형상의 영역에 배치된 제1 서브 히터(606A)와, 이 제1 서브 히터(606A)를 순차적으로 둘러싸도록 원환 형상의 영역에 형성된 제2 서브 히터(606B)와, 제3 서브 히터(606C)와, 제4 서브 히터(606D)로 이루어진다. 제1 서브 히터(606A)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(606a)를 복수(도 15의 구성의 경우 2개) 조합하여 원환 형상으로 형성되고, 제2 서브 히터(606B)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(606b)를 복수(도 15의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제3 서브 히터(606C)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(606c)를 복수(도 15의 구성의 경우 4개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다. 제4 서브 히터(606D)는, 부채형 환형체 형상의 영역에 배치된 히터 분할체(606d)를 복수(도 15의 구성의 경우 8개) 조합하여 원환 형상으로 형성되어 있다.
히터 분할체(606a~606d)는, 메인 히터(605A~605D)보다 얇은 비자성 금속 박판, 예를 들면 몰리브데넘(Mo) 박판, 텅스텐(W) 박판, 나이오븀(Nb) 박판, 타이타늄(Ti) 박판, 구리(Cu) 박판 등을 포토리소그래피법에 의하여 원하는 히터 형상, 예를 들면 띠 형상의 히터를 사행시킨 형상의 전체 윤곽을 부채형 환형체 형상으로 가공함으로써 얻어진다. 이들 히터 분할체(606a~606d)는, 메인 히터(605A~605D)의 단위 면적당 발열량보다 낮은 발열량을 나타내는 구성인 것이 필요하며, 메인 히터(605A~605D)보다 얇은 구조 혹은 발열량이 낮은 재료로 구성되어 있다. 일례로서, 메인 히터를 두께 100μm의 Ti 박판으로 구성한 경우, 서브 히터를 두께 5μm의 Mo 박판으로 구성할 수 있다.
이들 히터 분할체(606a~606d)는, 두께가 균일한 내열성 및 절연성을 갖는 시트 형상 또는 필름 형상의 실리콘 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 도시하지 않은 접착제층에 의하여 절연판(608)의 상면에 접착·고정되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 서브 히터(606A, 606B, 606C, 606D)를 2분할, 4분할 혹은 8분할 구조로 했지만, 분할 수는 임의여도 되고, 분할한 경우의 형상도 임의여도 된다.
상술한 바와 같이 제1 히터 엘리먼트(605)는 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)로 이루어지는데, 이들 개개의 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)에 급전하기 위한 복수 개의 급전용 단자(617)가 마련되어 있다. 도 14에서는 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)의 개략 형태만을 나타내고 있지만, 어느 히터이더라도 전원에 접속하기 위한 도통부가 각 히터의 일단측과 타단측에 마련되므로, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)에 대하여 2개씩, 합계 8개의 급전용 단자(617)가 마련되어 있다.
도 13에서는 설명의 간략화를 위하여, 최외주의 메인 히터(605D)에 대하여 접속된 급전용 단자(617)를 1개만 그리고 있지만, 이 급전용 단자(617)는 온도 조절용 베이스부(603)와 절연판(607, 608)과 서브 히터(606D)와 그들의 주위에 존재하는 접착재층(610)을 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 배치되어 있다. 또, 급전용 단자(617)의 외주면에는 절연용의 통형의 애자(618)가 장착되고, 온도 조절용 베이스부(603)와 급전용 단자(617)가 절연되어 있다.
급전용 단자(617)를 구성하는 재료는 상술한 급전용 단자(615C)를 구성하는 재료와 동일한 재료를 이용할 수 있다.
도 13에서는 모든 급전용 단자(617)를 그리고 있지는 않지만, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D) 중 어느 것에 대해서도 급전용 단자(617)가 2개씩 접속되고, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)의 개개에 대하여 2개의 급전용 단자(617)를 통하여 도시하지 않은 스위치 소자와 전원 장치가 접속되어 통전 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
이들 급전용 단자(617)는 각각 온도 조절용 베이스부(603)에 형성된 관통 구멍(603b)을 관통하도록 마련되고, 또한 접속하는 상대가 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D) 중 어느 하나인 경우는 절연판(607, 608)도 관통하도록 마련되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하여, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)의 각각에 대하여, 전원의 동작에 따라 메인 히터 개개의 통전 발열 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
또, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)의 하면측에는 온도 센서(620)가 마련되어 있다. 도 13의 구조에서는 온도 조절용 베이스부(603)와 절연판(607, 608)과 서브 히터(606D)와 그들의 주위에 존재하는 접착재층(610)을 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 설치 구멍(621)이 형성되고, 이들 설치 구멍(621)의 최상부, 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D) 중 어느 하나에 근접하는 위치에 각각 온도 센서(620)가 설치되어 있다. 또한, 온도 센서(620)는 가능한 한 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)에 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하기 때문에, 도 13의 구조에서는 절연판(607)의 일부에 메인 히터측에 돌출되도록 돌출부(607a)가 형성되고, 이 돌출부(607a)의 내측에 온도 센서(620)가 마련되어 있다.
온도 센서(620)는 일례로서 석영 유리 등으로 이루어지는 직육면체 형상의 투광체의 상면측에 형광체층이 형성된 형광 발광형의 온도 센서이며, 이 온도 센서(620)가 투광성 및 내열성을 갖는 실리콘 수지계 접착제 등에 의하여 메인 히터(605A, 605B, 605C, 605D)의 하면에 접착되어 있다.
상기 형광체층은, 메인 히터로부터의 발열에 따라 형광을 발생하는 재료로 이루어지며, 발열에 따라 형광을 발생하는 재료이면 다종 다양한 형광 재료를 선택할 수 있는데, 일례로서 발광에 적합한 에너지 순위를 갖는 희토류 원소가 첨가된 형광 재료, AlGaAs 등의 반도체 재료, 산화 마그네슘 등의 금속 산화물, 루비나 사파이어 등의 광물로부터 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
메인 히터(605A, 605B, 605D)에 대응하는 온도 센서(620)는 각각 급전용 단자 등과 간섭하지 않는 위치로서 메인 히터(605A, 605B, 605D)의 하면 둘레 방향의 임의의 위치에 각각 마련되어 있다.
이들 온도 센서(620)의 형광으로부터 메인 히터(605A~605D)의 온도를 측정하는 온도 계측부(622)는, 일례로서 도 13에 나타내는 바와 같이 온도 조절용 베이스부(603)의 설치 구멍(621)의 외측(하측)에 상기 형광체층에 대하여 여기광을 조사하는 여기부(623)와, 형광체층으로부터 발해진 형광을 검출하는 형광 검출기(624)와, 여기부(623) 및 형광 검출기(624)를 제어함과 함께 상기 형광에 근거하여 메인 히터의 온도를 산출하는 제어부(625)로 구성되어 있다.
그러나 도 13에 부호 628로 나타내는 것은 온도 조정용 베이스부(603)부터 재치판(611)까지를 그들의 두께 방향으로 부분적으로 관통하도록 마련된 핀 삽통 구멍이며, 이 핀 삽통 구멍(628)에 판 형상 시료 이탈용 리프트 핀이 마련된다. 핀 삽통 구멍(628)의 외주부에는 통 형상의 애자(629)가 마련되어 있다.
다음으로, 서브 히터(606A~606D)를 구성하는 히터 분할체와 그들에 개개로 급전하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
서브 히터(606A~606D)는, 평면에서 보면 도 15에 나타내는 바와 같이 각 서브 히터(606A~606D)를 그들의 둘레 방향으로 개개로 분할한 복수의 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 집합 구조로 되어 있다. 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)에 각각 급전하기 위하여, 본 실시형태에서는 절연판(607)의 상면측에 구리 등의 저저항 재료로 이루어지는 배선층(604)이 마련되어 있다.
배선층(604)은 개개로 분기된 복수의 배선체(604a)로 이루어지며 각 배선체(604a)는 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 하나에 접속되어 있다.
도 13에 있어서 배선체(604a)는 절연판(607)의 상면측에 그 중앙부측으로부터 둘레 가장자리측으로 뻗어 있도록 복수 배치되고, 각 배선체(604a)의 일단측이 절연판(608)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(608b)를 통하여 히터 분할체 중 어느 하나에 접속되어 있다. 또, 각 배선체(604a)의 타단측이 절연판(607)의 일부에 형성되어 있는 콘택트 홀에 형성된 용접부 등의 도통부(607b)를 통하여 급전용 단자(626)에 접속되어 있다. 이 급전용 단자(626)는 온도 조절용 베이스부(603)의 관통 구멍(603b)을 따라 온도 조절용 베이스부(603)를 그 두께 방향으로 관통하여, 절연판(607)에 달하도록 형성된 것으로, 급전용 단자(626)의 외주측에는 절연용 애자(627)가 마련되어, 온도 조절용 베이스부(603)에 대하여 절연되어 있다.
히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)는 서브 히터(606A, 606B, 606C, 606D)의 둘레 방향으로 복수 형성되어 있으므로, 이들에 접속하기 위한 급전용 단자(626)가 상호 간섭하지 않도록 급전용 단자(626)를 온도 조절용 베이스부(603)의 둘레 방향에 대하여 이간된 위치에 배치하고, 이들 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)가 개개로 개별의 배선체(604a)를 이용하여 접속되어 있다.
또한, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)에 대하여 개개로 급전하기 위하여 이들에 대하여 각각 2개의 급전용 단자(626)가 접속되어 있지만, 도 13의 단면 구조에서는 일부만 나타내고, 다른 배선체(604a)의 접속 구조는 적절히 기재를 생략하고 있다.
히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 것에 대해서도 급전용 단자(626)가 2개씩 접속되고, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 각각에 대하여 2개의 급전용 단자(626)를 통하여 스위치 소자와 전원 장치가 접속되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하여, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 각각에 대하여, 스위치 소자와 전원의 동작에 따라 통전 발열 제어를 할 수 있도록 되어 있다.
또한, 서브 히터(606A~606D)의 급전용 단자(626)의 수는, 히터 패턴 및 스위치 소자의 배치에 의하여 히터 분할체의 수의 2배보다 줄일 수 있다.
상기 구조의 정전 척 장치(601)에 있어서, 제1 히터 엘리먼트(605)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이의 열전달율은 4000W/m2K보다 작고 200W/m2K보다 큰 것이 바람직하다.
열전달율이 200W/m2K보다 크면, 제1 히터 엘리먼트(605)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이의 열응답성을 높게 할 수 있어, 정전 척 장치(602)의 온도 제어를 행하는 경우에 응답성이 양호한 온도 제어가 가능하게 된다.
이상 설명과 같이 구성된 정전 척 장치(601)는, 급전용 단자(615C)로부터 정전 척부(602)의 정전 흡착용 전극(613)에 통전시켜 정전 흡착력을 발생시키고, 재치면(611a)의 돌기부(611b) 상에 판 형상 시료(W)를 흡착하여 사용할 수 있다.
또, 온도 조절용 베이스부(603)에 냉매를 순환시켜 판 형상 시료(W)를 냉각할 수 있음과 함께, 메인 히터(605A~605D)의 각각에 급전용 단자(617)를 통하여 전원으로부터 통전시킴으로써 메인 히터(605A~605D)를 개개로 발열시키고, 판 형상 시료(W)를 가온함으로써 온도 제어할 수 있다. 또, 히터 분할체(606a~606d)에 개별적으로 통전시킴으로써 이들 히터 분할체(606a~606d)에 대응한 영역의 온도를 미세 조절할 수 있다.
판 형상 시료(W)를 에칭 장치 혹은 성막 장치에 공급하여 플라즈마 분위기나 성막 분위기에 노출시키면, 판 형상 시료(W)에는 플라즈마의 생성 상태 혹은 성막실 내의 온도 분포 등에 따라 온도 차가 발생한다.
판 형상 시료(W)의 표면의 온도 분포를 예를 들면 도 16에 나타내는 바와 같이 서모 카메라(630)로 촬영하여 서모 그래프로 분석하고, 판 형상 시료(W)에 있어서 온도가 낮은 영역을 발생시키고 있으면, 해당하는 영역의 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 하나에 통전시켜 가온함으로써, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 개개의 영역의 상방에 대응하는 판 형상 시료(W)의 각 존의 표면 온도를 국소적으로 상승시켜, 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화할 수 있다.
가온할 때의 온도 제어는 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 개개에 통전시킬 때의 인가 전압 제어, 전압 인가 시간 제어, 전륫값 제어 등으로 행할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 제2 히터 엘리먼트(606)를 복수의 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)로 분할하고, 개개에 통전 발열 제어를 할 수 있도록 구성했으므로, 흡착된 판 형상 시료(W)에 온도 분포가 발생하려고 한 경우이더라도 온도가 낮은 존에 대응하는 위치의 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 하나에 통전시켜 발열시킴으로써 판 형상 시료(W)의 온도가 낮은 존의 온도를 상승시켜 온도 분포를 균일화할 수 있다.
이로 인하여, 플라즈마 에칭 혹은 성막 등을 위하여 정전 척 장치(1)에 의하여 판 형상 시료(W)를 지지하고 있는 경우, 히터 분할체(606a~606d)의 개별 온도 제어에 의하여 판 형상 시료(W)의 표면 온도를 균일화함으로써, 균일한 에칭 혹은 균일한 성막을 행할 수 있다.
또, 메인 히터(605A~605D)에 대하여, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 단위 면적당 발열량을 작게 하고 있으므로, 온도 미세 조정용 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)에 대한 통전량을 작게 할 수 있다. 또한, 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 통전량을 작게 할 수 있는 점에서, 예를 들면 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)에 대한 통전 전류를 펄스 전류로 함으로써 전력 공급량을 절감할 수 있다.
상술한 구조에 있어서, 메인 히터(605A~605D)의 두께와 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)의 두께는 제조 시에 자유롭게 선택할 수 있으므로, 각 히터, 각 배선에 따른 내전압을 개별적으로 설정할 수 있고, 각 히터, 각 배선에 개별의 바람직한 내전압값을 설정할 수 있다. 예를 들면 일례로서 Ti 박판으로 이루어지는 메인 히터의 두께를 100m, Mo 박판으로 이루어지는 히터 분할체의 두께를 5μm로 설정함으로써, 히터 분할체의 단위 면적당 발열량을 메인 히터의 1/5 이하로 조정할 수 있다. 물론, 구성 재료와 히터 두께 외에, 공급 전압의 조정에 의하여 메인 히터와 히터 분할체의 발열량의 조절을 행해도 된다.
그러나 제4 실시형태의 구조에서는 제1 히터 엘리먼트(605)를 그 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 메인 히터(605A~605D)로 이루어지는 구조로 했지만, 제1 히터 엘리먼트(605)의 분할 수는 4로 한정하지 않고, 임의의 수여도 된다. 또, 제2 히터 엘리먼트(606)에 대하여 직경 방향으로 4개로 분할하여 4개의 서브 히터(606A~606D)로 구성하고, 또한 제1 서브 히터(606A)를 2분할, 제2 서브 히터(606B)를 4분할, 제3 서브 히터(606C)를 4분할, 제4 서브 히터(606D)를 8분할 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(606)의 직경 방향으로의 분할 수는 임의의 수여도 되고, 각 서브 히터의 분할 수도 임의의 수여도 된다. 단, 서브 히터에 의하여 국소적인 온도 미세 조정을 행하는 관점에서, 제1 히터 엘리먼트(605)의 분할 수보다 제2 히터 엘리먼트(606)의 분할 수가 많은 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서 제2 히터 엘리먼트(606)에 대하여 1층 구조로 했지만, 제2 히터 엘리먼트(606)는 2층 이상의 다층 구조여도 상관 없다. 또, 본 실시형태에 있어서 제1 히터 엘리먼트(605)와 제2 히터 엘리먼트(606)를 평면에서 보았을 때 원환 형상으로 중첩되는 영역에 배치했지만, 평면에서 보았을 때 중첩되는 영역으로부터 다소 어긋난 위치에 배치해도 된다. 예를 들면, 제1 히터 엘리먼트(605)를 구성하는 복수의 메인 히터 설치 영역(원환 형상의 설치 영역)의 사이에 형성되어 있는 약간의 간극을 평면에서 보았을 때 메우도록 제2 히터 엘리먼트의 복수의 서브 히터를 배치하고, 복수의 메인 히터 간의 간극 영역을 복수의 서브 히터로 메우도록 배치하는 것도 가능하다. 물론, 제2 서브 히터를 2층 이상 배치한 경우에 각층의 배치 영역을 평면에서 보았을 때 어긋나게 함으로써, 메인 히터 간의 간극을 메우는 구조를 채용해도 된다.
"제5 실시형태"
도 17은, 본 발명에 관한 제5 실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이며, 이 실시형태의 정전 척 장치(631)는, 제4 실시형태의 정전 척 장치(601)에 대하여 메인 히터와 서브 히터의 상하 관계를 반대로 한 구조를 갖는다.
정전 척 장치(631)는, 정전 척부(602)와, 정전 척부(602)의 하방에 마련된 온도 조절용 베이스부(603)와, 정전 척부(602)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이에 끼인 히터 엘리먼트(605, 606)를 구비하고 있는 점에 대해서는, 상술한 제4 실시형태의 정전 척 장치(601)와 동일하지만, 제2 히터 엘리먼트(606)가 제1 히터 엘리먼트(605)와 정전 척부(602)의 사이에 마련되어 있는 점이 다르다.
정전 척 장치(631)는, 정전 척부(602)와 온도 조절용 베이스부(603)의 사이에 상기 히터 엘리먼트(605, 606)와 적층되도록 개재된 2매의 절연판(637, 638), 접착층(639) 및 접착층(609)과, 절연판(637)과 절연판(638)의 사이에 개재된 배선층(604)과 이들 주위를 덮어 형성된 접착제층(610)을 구비하고 있다. 또한, 정전 척부(602)의 구조는 제4 실시형태의 구조와 동일하다.
제5 실시형태의 구조에 있어서, 온도 조절용 베이스부(603)의 오목부(603a) 내에 바닥부측부터 순서대로 접착층(609), 제1 히터 엘리먼트(605), 절연판(637), 배선층(604), 절연판(638), 제2 히터 엘리먼트(606), 접착층(639), 지지판(612)의 바닥부측이 수용되고, 오목부(603a)를 메우도록 형성된 접착재층(610)에 의하여 이들이 일체화되어 있다.
제1 히터 엘리먼트(605)는, 제4 실시형태의 구조와 동일하도록 제1 메인 히터(605A)와 제2 메인 히터(605B)와 제3 메인 히터(605C)와 제4 메인 히터(605D)로 이루어진다.
제2 히터 엘리먼트(606)는, 제4 실시형태의 구조와 동일하도록 제1 서브 히터(606A)와 제2 서브 히터(605B)와 제3 서브 히터(605C)와 제4 서브 히터(606D)로 이루어진다. 제1 서브 히터(606A)는 2개의 히터 분할체(606a)로 이루어지고, 제2 서브 히터(606B)는 4개의 히터 분할체(606b)로 이루어지며, 제3 서브 히터(606C)는 4개의 히터 분할체(606c)로 이루어지고, 제4 서브 히터(606D)는 8개의 히터 분할체(606d)로 이루어진다.
제1 메인 히터(605A)와 제2 메인 히터(560B)와 제3 메인 히터(605C)와 제4 메인 히터(605D)에 각각에 접속되는 복수의 급전용 단자(648)는, 애자(649)를 따라 온도 조절용 베이스부(603)를 그 두께 방향으로 관통하도록 마련되고, 접착층(609)에 형성된 콘택트 홀에 형성되어 있는 용접부 등의 도통부(609b)를 통하여 메인 히터(605A~605D)에 접속되어 있다.
히터 분할체(606a~606d)에 각각에 접속되는 복수의 급전용 단자(646)는, 애자(647)를 따라 온도 조절용 베이스부(603)와 접착층(609)과 접착재층(610)을 그들의 두께 방향으로 관통하도록 마련되고, 절연판(637)에 형성된 콘택트 홀에 형성되어 있는 용접부 등의 도통부(637b)를 통하여 절연판(638)에 형성된 배선층(604)에 접속되어 있다. 배선층(604)은 절연판(638)의 상면측에 형성되고, 절연판(638)에 형성한 콘택트 홀에 형성되어 있는 용접부 등의 도통부(638b)를 통하여 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 하나에 접속되어 있다.
또, 이 실시형태에 있어서 메인 히터(605A~605D) 중 어느 한 위치의 하방측에 온도 조절용 베이스부(603)를 그들의 두께 방향으로 관통하는 설치 구멍(641)이 형성되고, 이 설치 구멍(641)의 상부로서, 접착층(609)의 하면측에 메인 히터(605A~605D) 중 어느 하나에 근접하도록 온도 센서(620)가 마련되어 있다.
이상 설명한 제1 히터 엘리먼트(605)와 제2 히터 엘리먼트(606)의 상하 관계가 제4 실시형태의 구조와 역전되어 있으며, 거기에 관련하여 급전용 단자(646, 648)의 구조가 다르고, 절연판(637, 638)의 구조가 다르며, 온도 센서(620)의 설치 위치가 다른 것 이외에 대하여, 제5 실시형태의 구조는 제4 실시형태의 구조와 동일하다.
제5 실시형태의 구조에서는, 정전 척부(602)에 가까운 측에 단위 면적당 발열량이 작은, 예를 들면 1/5 이하의 발열량의 제2 히터 엘리먼트(606)가 설치되고, 정전 척부(602)로부터 떨어진 온도 조절용 베이스부(603)에 가까운 측에 제1 히터 엘리먼트(605)가 설치되어 있다.
제5 실시형태의 구조에 있어서도, 발열량이 큰 메인 히터(605A~605D)의 발열에 의하여 판 형상 시료(W)를 균일 가열함과 함께, 만일 판 형상 시료(W)에 온도 분포를 발생시키려고 한 경우, 발열량이 작은 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d) 중 어느 하나에 통전시켜 판 형상 시료(W)의 온도 제어를 행하여, 판 형상 시료(W)의 표면 온도의 균일성을 유지할 수 있다.
이 실시형태에서는 발열량이 작은 히터 분할체(606a, 606b, 606c, 606d)를 판 형상 시료(W)에 가까운 위치에 배치하고 있으므로, 발열량이 작은 히터 분할체를 이용하여, 보다 국소적인 온도 제어를 할 수 있다.
그 외의 작용 효과에 대해서는, 앞서 설명한 제4 실시형태의 구조로부터 얻어지는 작용 효과와 동일하다.
<제6 실시형태>
도 18은, 본 발명의 일 실시형태(제6 실시형태)에 관한 정전 척 장치(1001)의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
정전 척 장치(1001)는, 온도 조정용 베이스부(1201)(도 19에 나타남)와, 정전 척부(1211)(도 19에 나타남)와, 메인 히터(1011)와, 서브 히터(1012)와, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 제1 히터 엘리먼트의 각 메인 히터(1011)의 온도 조절기(메인 히터 온도 조절기(1041))와, 메인 히터(1011)의 전원의 전류·전압 제어부(1042)와, 서브 히터(1012)의 온도 조절기(서브 히터 온도 조절기(1043))와, 서브 히터(1012)의 DC 전원의 전압 제어부(1044)와, 외부 온도 계측부(1051)와, 계측 데이터 기록부(1052)와, 펄스 타임 연산부(1053)와, 펄스 타임 조정부(1054)를 구비한다.
도 19는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001)에 있어서의 히터 등의 배치를 개략적으로 나타내는 도이다.
본 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001)에서는, 하방으로부터 상방을 향하여, 온도 조정용 베이스부(1201), 서브 히터(1012), 메인 히터(1011), 정전 척부(1211)의 순으로 층 형상으로 배치된다. 정전 척부(1211)의 상방의 면에는 판 형상 시료인 웨이퍼(1221)가 재치된다.
또한, 다른 구성예로서 서브 히터(1012)는, 메인 히터(1011)보다 상방이고 정전 척부(1211)보다 하방에 배치되어도 된다.
여기에서, 정전 척부(1211)는 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한다.
또, 온도 조정용 베이스부(1201)는 정전 척부(1211)에 대하여 재치면과는 반대측에 배치되어 정전 척부(1211)를 냉각한다.
도 20은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 메인 히터(1011) 및 서브 히터(1012)에 의하여 온도를 조정하는 영역(온도 조정 영역)의 일례를 나타내는 도이다.
본 실시형태에서는, 제1 히터 엘리먼트(1301)는 전체로서는 원형의 형상을 갖고 있으며, 직경 방향에서 도 20에 있어서 (1)~(3)으로 나타나는 3개의 원 형상의 영역(온도 조정 영역)으로 분할되어 있다. 이들 3개의 영역의 각각마다 메인 히터(1011)를 구비한다.
본 실시형태에서는, 제2 히터 엘리먼트(1311)는 전체로서는 원형의 형상을 갖고 있으며, 직경 방향으로 외측의 영역과 내측의 영역으로 분할되어 있다. 외측의 영역은, 둘레 방향에서 도 20에 있어서 (1)~(6)으로 나타나는 6개의 영역(온도 조정 영역)으로 분할되어 있다. 내측의 영역은 중심 부분과, 그것을 둘러싸는 원 형상의 영역으로 분할되어 있고, 이 원 형상의 영역은 둘레 방향에서 도 20에 있어서 (7)~(9)로 나타나는 3개의 영역(온도 조정 영역)으로 분할되어 있다. 이들 9개의 영역(온도 조정 영역)의 각각마다 서브 히터(1012)를 구비한다. 또한, 본 실시형태에서는, 중심 부분에는 서브 히터(1012)를 구비하지 않는다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 제1 히터 엘리먼트(1301) 및 제2 히터 엘리먼트(1311)는 상하로 2개의 존을 구성한다. 제1 히터 엘리먼트(1301)의 존은 3개로 분할되어 있고, 제2 히터 엘리먼트(1311)의 존은 내측이 4개(1개는 서브 히터가 없음)로 분할되어 있으며 외측이 6개로 분할되어 있다.
본 실시형태에서는, 제1 히터 엘리먼트(1301)는 메인 히터(1011)에 의하여, 각각 독립적인 온도 제어가 가능한 복수의 온도 조정 영역에 있어서의 (1)~(3)의 온도를 조정한다.
본 실시형태에서는, 서브 히터(1012)는 제1 히터 엘리먼트(1301)의 각 온도 조정 영역을 분할하도록 배치되고(도 20의 예에서는, 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 (1)~(9)), 층 형상으로 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 각 서브 히터(1012)의 단위 면적당 발열량이 메인 히터(1011)에 대하여 1/5 이하이다.
또한, 제1 히터 엘리먼트(1301)는, 단층이 아니어도 되고 복수의 층이어도 된다. 제2 히터 엘리먼트(1311)는, 단층이 아니어도 되고 복수의 층이어도 된다.
온도 조정용 베이스부(1201)는 냉매이다. 온도 조정용 베이스부(1201)는, 예를 들면 물, He 가스, N2 가스 등의 열매체를 순환시키는 유로를 이용하여 냉각한다.
정전 척부(1211)는, 웨이퍼(1221)를 재치하여 정전 흡착한다.
제1 히터 엘리먼트(1301)는, 단독 혹은 복수의 영역으로 분할된 단수 혹은 복수의 메인 히터(1011)로 구성한다.
제1 히터 엘리먼트(1301)는, 정전 척부(1211)의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 영역(온도 조정 영역)에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터(1011)로 이루어진다. 메인 히터(1011)는 교류 혹은 직류 전류에 의하여 제어된다. 메인 히터(1011)는 이로 인하여 인가되는 전압에 따라 발열한다.
제2 히터 엘리먼트(1311)는 복수의 서브 히터(1012)로 이루어지고, 각 서브 히터(1012)에 대한 전력 공급에 의하여, 메인 히터(1011)만에 의한 영역보다 많은 영역의 온도 조정을 행한다. 서브 히터(1012)는, 직류(DC)의 펄스 전류에 의하여 제어된다. 서브 히터(1012)는 이로 인하여 인가되는 전압(펄스 전압)에 따라 발열한다.
메인 히터(1011)와 서브 히터(1012)는 별체의 히터이다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 도 20에 나타나는 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 영역 (1)~(3) 모두가, 제1 히터 엘리먼트(1301)에 의하여 온도를 조정하는 영역(제1 히터 엘리먼트 조정 영역)에 상당한다. 또, 도 20에 나타나는 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 영역 (1)~(3)의 각각이 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 각각의 히터(이 예에서는, 3개의 메인 히터(1011)의 각각)별로 온도를 조정하는 영역(메인 히터 조정 영역)에 상당한다.
또, 본 실시형태에서는, 도 20에 나타나는 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 영역 (1)~(9) 모두가, 제2 히터 엘리먼트(1311)에 의하여 온도를 조정하는 영역(제2 히터 엘리먼트 조정 영역)에 상당한다. 또, 도 20에 나타나는 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 영역 (1)~(9)의 각각이 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 각각의 히터(이 예에서는, 9개의 서브 히터(1012)의 각각)별로 온도를 조정하는 영역(서브 히터 조정 영역)에 상당한다.
이들에 관하여, 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 1개의 영역 (1)이 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 6개의 영역 (1)~(6)으로 분할되어 있다. 또, 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 1개의 영역 (2)가 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 3개의 영역 (7)~(9)로 분할되어 있다.
이로써, 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 1개의 영역 (1)에 대하여 메인 히터(1011)에 의하여 온도를 조정함과 함께, 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 6개의 영역 (1)~(6)의 각각마다 서브 히터(1012)에 의하여 온도를 조정하는 것이 가능하다. 또, 제1 히터 엘리먼트(1301)에 있어서의 1개의 영역 (2)에 대하여 메인 히터(1011)에 의하여 온도를 조정함과 함께, 제2 히터 엘리먼트(1311)에 있어서의 3개의 영역 (7)~(9)의 각각마다 서브 히터(1012)에 의하여 온도를 조정하는 것이 가능하다.
냉매 온도 센서(1021)는 온도 조정용 베이스부(1201) 자체 혹은 그 근방에 설치되어, 온도 조정용 베이스부(1201)의 온도를 검출하는 센서이다. 일례로서, 냉매 온도 센서(1021)는 온도 조정용 베이스부(1201)의 칠러 혹은 그 근방에 설치되어, 당해 칠러의 온도를 검출한다.
온도 연산부(1022)는 냉매 온도 센서(1021)로부터 출력되는 온도 검출 결과에 따른 신호에 근거하여 온도를 연산한다.
정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)는 정전 척(ESC) 내에 설치되어, 온도를 검출하는 센서이다. 이 온도는, 메인 히터(1011) 및 서브 히터(1012)에 의하여 영향을 받을 수 있다. 이 온도는 적어도 메인 히터(1011)에 대응하는 온도가 된다.
온도 연산부(1032)는, 온도 센서(1031)로부터 출력되는 온도 검출 결과에 따른 신호에 근거하여 온도를 연산한다.
메인 히터 온도 조절기(1041)는 2개의 온도 연산부(1022, 1032)에 의하여 연산된 온도에 근거하여, 메인 히터(1011)에 의한 온도 조정을 행하기 위한 정보를 생성하여 출력한다.
메인 히터 전원의 전류·전압 제어부(1042)는, 메인 히터 온도 조절기(1041)에 의하여 출력된 정보에 근거하여, 메인 히터(1011)의 전원의 전류·전압(한쪽 혹은 양쪽 모두)을 제어한다.
서브 히터 온도 조절기(1043)는, 메인 히터 온도 조절기(1041)에 의하여 출력된 정보에 근거하여, 서브 히터(1012)에 의한 온도 조정을 행하기 위한 정보를 생성하여 출력한다. 메인 히터 온도 조절기(1041)로부터 출력되는 정보와, 서브 히터 온도 조절기(1043)로부터 출력되는 정보의 관계는, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1044)는, 서브 히터 온도 조절기(1043)로부터 출력되는 정보에 근거하여, 펄스 타임 조정부(1054)를 제어함으로써, 서브 히터(1012)의 DC 전원의 전압의 값을 제어한다.
외부 온도 계측부(1051)는, 각각의 서브 히터(1012)마다의 온도 조정 영역에 관한 온도를 계측한다. 이 계측 데이터로서는, 예를 들면 서모 카메라로 정전 척부(1211)의 상방으로부터 온도 검출한 데이터(서모 데이터)에 근거하는 데이터를 이용할 수 있다. 또, 이 계측 데이터는, 예를 들면 사전에 수집되어 기록된다. 또한, 온도로서는 소정의 시간에 있어서의 평균값이 이용되어도 된다. 또, 온도로서는 정전 척부(1211)의 온도에 한정되지 않고, 정전 척부(1211)의 상방의 면에 재치된 웨이퍼(1221)의 온도가 이용되어도 된다.
계측 데이터 기록부(1052)는, 외부 온도 계측부(1051)에 의하여 얻어진 계측 데이터를 기록(기억)한다.
펄스 타임 연산부(1053)는, 계측 데이터 기록부(1052)에 기록된 계측 데이터에 근거하여 펄스 타임(예를 들면, 각각의 서브 히터(1012)마다의 펄스 타임)을 연산하고, 연산한 펄스 타임의 정보를 출력한다. 이 연산의 방법(예를 들면, 식 등)은, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
펄스 타임 조정부(1054)는, 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1044)에 의하여 제어되어 펄스 신호(예를 들면, 펄스 전류)의 전압값을 조정함과 함께, 펄스 타임 연산부(1053)로부터 출력된 정보에 근거하여 당해 펄스 신호의 펄스 타임(펄스폭)을 조정한다.
이 경우, 펄스 타임 조정부(1054)는, 또한 계측 데이터 기록부(1052)에 기록된 정보(예를 들면, 계측 시의 온도의 정보)를 펄스 타임 연산부(1053)를 통하여 취득하고, 당해 정보를 이용하여 전압의 값을 연산해도 된다. 펄스 신호의 전압값의 조정의 방법 및 펄스 타임의 조정의 방법은, 예를 들면 미리 설정되어 기억된다.
전압값 및 펄스 타임이 조정된 펄스 신호는 서브 히터(1012)에 인가된다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 제어부의 기능이 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 서브 히터 온도 조절기(1043)와, 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1044)와, 계측 데이터 기록부(1052)와, 펄스 타임 연산부(1053)와, 펄스 타임 조정부(1054)의 기능을 이용하여 구성되어 있다. 또한, 제어부의 구성으로서는, 본 실시형태의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 필요한 기능을 실현하는 1개의 처리부 혹은 2개 이상의 처리부로 구성된다.
본 실시형태에서는, 상기 제어부는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용한다.
본 실시형태에서는, 상기 제어부는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압으로서 DC(직류) 전압을 이용한다.
본 실시형태에서는, 상기 제어부는, 제2 히터 엘리먼트(1311)의 복수의 영역(온도 조정 영역)에 대하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압의 크기(전압값)를 제어한다.
본 실시형태에서는, 상기 제어부는, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압을 제어한다.
본 실시형태에서는, 일례로서 상기 제어부는, 각 메인 히터(1011)를 분할하도록 배치된 서브 히터(1012)에 인가하는 전압의 크기를 메인 히터(1011)에 인가하는 전압의 크기에 근거하여 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부는, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압의 크기에 근거하여, 당해 메인 히터(1011)의 온도 조정 영역에 포함되는 분할 영역(온도 조정 영역)의 서브 히터(1012)에 인가하는 전압의 크기를 연동시키도록 제어한다. 연동으로서는, 비례 등이 이용된다. 또한, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압 대신에, 전류 또는 전력이 이용되어도 된다.
본 실시형태에서는, 다른 일례로서 상기 제어부는, 각 메인 히터(1011)를 분할하도록 배치된 서브 히터(1012)에 인가하는 전압의 크기를, 메인 히터(1011)에 관한 온도 검출 결과(적어도 메인 히터(1011)에 대응하는 온도 검출 결과)와 칠러 온도(온도 조정용 베이스부(1201)의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과)의 온도 차에 근거하여 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부는, 메인 히터(1011)에 관한 온도 검출 결과와 칠러 온도의 온도 차에 근거하여, 당해 메인 히터(1011)의 온도 조정 영역에 포함되는 분할 영역(온도 조정 영역)의 서브 히터(1012)에 인가하는 전압의 크기를 연동시키도록 제어한다. 연동으로서는 비례 등이 이용된다. 또한, 메인 히터(1011)에 관한 온도 검출 결과로서는, 본 실시형태에서는, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)에 의한 온도 검출 결과가 이용된다. 또, 칠러 온도로서는, 본 실시형태에서는, 냉매 온도 센서(1021)에 의한 온도 검출 결과의 온도가 이용된다.
본 실시형태에서는, 정전 척부(1211)와 온도 조정용 베이스부(1201)의 온도 차가 있는 상황에 있어서, 상기 제어부는, 메인 히터(1011)에 대해서는 냉각 공정 이외에는 항상 전압을 인가하고, 서브 히터(1012)에 대해서는 간헐적으로 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로는, 정전 척부(1211)의 온도와 온도 조정용 베이스부(1201)의 온도의 차가 일정(예를 들면, 2도 혹은 5도 등) 혹은 일정 이상이 되도록 한다. 일례로서, 상기 제어부는, 2개의 온도 센서(정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031) 및 냉매 온도 센서(1021))에 의한 온도 검출 결과에 근거하여, 정전 척부(1211)의 온도와 온도 조정용 베이스부(1201)의 온도의 차를 검출하고, 당해 차가 소정값이 되도록, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압을 제어한다. 다른 일례로서, 상기 제어부는, 최대 출력에 대하여 소정의 비율(예를 들면, 2% 등)이 되도록, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압을 제어해도 된다.
이와 같은 구성에서는, 메인 히터(1011)의 발열에 의하여 정전 척부(1211)의 온도를 조정할 수 있고, 이때에 정전 척부(1211)의 온도가 온도 조정용 베이스부(1201)의 온도보다 높아져, 그 온도 분포에 불균일(예를 들면, 층 형상의 면에 있어서의 불균일)이 발생할 수 있다.
따라서, 서브 히터(1012)의 발열에 의하여, 그 불균일을 보상하도록, 온도를 조정한다. 정전 척부(1211)의 온도의 조정은, 예를 들면 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)에 의한 온도 검출 결과에 근거하여 행해져도 된다.
또한, 메인 히터(1011)의 발열 이외에, 플라즈마에 의한 입열에 대해서도, 정전 척부(1211)의 온도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이 영향이 고려되어도 된다.
본 실시형태에서는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하기 위하여 이용되는 정보(본 실시형태에서는, 계측 데이터)를 기억하는 기억부(본 실시형태에서는, 계측 데이터 기록부(1052))를 구비한다. 그리고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보에 근거하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어한다.
여기에서, 일례로서 미리 상정되는 모든 온도 상황에 대하여 계측 데이터를 수집하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압(펄스폭 및 전압값)을 사전에 결정하여 기억해 두는 것도 가능하지만, 통상은 데이터량이 많아진다. 이로 인하여, 다른 예로서 미리 상정되는 모든 온도 상황 중 일부의 온도 상황에 대하여 계측 데이터를 수집하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압(펄스폭 및 전압값)을 사전에 결정하여 기억시켜 두고, 사전에 결정되어 있지 않은 온도 상황에 대해서는, 사전에 기억시킨 데이터 및 제어 시의 온도 상황에 근거하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 것도 가능하다.
구체적으로는, 일 구성예로서, 상기 기억부는, 서브 히터(1012)에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 메인 히터(1011)에 인가하는 전압의 크기에 근거하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어한다. 또한, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압 대신에, 전류 또는 전력이 이용되어도 된다. 다른 일 구성예로서, 상기 기억부는, 서브 히터(1012)에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 메인 히터(1011)에 관한 온도 검출 결과(적어도 메인 히터(1011)에 대응하는 온도 검출 결과)와 칠러 온도(온도 조정용 베이스부(1201)의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과)의 온도 차에 근거하여, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어한다.
도 21은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 서브 히터(1012)를 제어하는 회로의 일례를 나타내는 도이다. 도 21의 예에서는, 9개의 저항체(R1~R9)로 이루어지는 9개의 서브 히터(1012)가 구비되는 경우를 나타낸다.
도 21에 나타나는 회로에서는, 제1 DC 전원(1401)과 3개의 저항체(R1~R3)의 사이에 스위칭 소자(1411)(+측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(1411)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R1~R3)는 병렬이다.
마찬가지로, 제2 DC 전원(1421)과 3개의 저항체(R4~R6)의 사이에 스위칭 소자(1431)(+측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(1431)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R4~R6)는 병렬이다.
마찬가지로, 제3 DC 전원(1441)과 3개의 저항체(R7~R9)의 사이에 스위칭 소자(1451)(+측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(1451)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R7~R9)는 병렬이다.
도 21에 나타나는 회로에서는, 제1 어스(1402)(접지)와 3개의 저항체(R1, R4, R7)의 사이에 스위칭 소자(1412)(-측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(1412)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R1, R4, R7)는 병렬이다.
마찬가지로, 제2 어스(1422)(접지)와 3개의 저항체(R2, R5, R8)의 사이에 스위칭 소자(1432)(-측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(432)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R2, R5, R8)는 병렬이다.
마찬가지로, 제3 어스(1422)(접지)와 3개의 저항체(R3, R6, R9)의 사이에 스위칭 소자(1452)(-측 스위칭 소자)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(1452)에는 제어 회로가 접속되어 있다. 3개의 저항체(R3, R6, R9)는 병렬이다.
여기에서, +측의 스위칭 소자(1411, 1431, 1451)에 있어서는, 예를 들면 트랜지스터가 이용되는 경우에는, 베이스 단자에 제어 회로가 접속되고, 콜렉터 단자에 DC 전원(1401, 1421, 1441)이 접속되며, 이미터 단자에 저항체(R1~R9)가 접속된다.
또, -측의 스위칭 소자(1412, 1432, 1452)에 있어서는, 예를 들면 트랜지스터가 이용되는 경우에는, 베이스 단자에 제어 회로가 접속되고, 콜렉터 단자에 어스(1402, 1422, 1442)가 접속되며, 이미터 단자에 저항체(R1~R9)가 접속된다.
또한, 스위칭 소자로서는, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 등이 이용되어도 된다.
도 21에 나타나는 회로에서는, 제1 DC 전원(1401)에 대응하는 스위칭 소자(1411)와 제1 어스(1402)에 대응하는 스위칭 소자(1412)를 온으로 하면 저항체(R1)에만 전류가 흘러 온이 되고, 제1 DC 전원(1401)에 대응하는 스위칭 소자(1411)와 제2 어스(1422)에 대응하는 스위칭 소자(1432)를 온으로 하면 저항체(R2)에만 전류가 흘러 온이 되며, 제1 DC 전원(1401)에 대응하는 스위칭 소자(1411)와 제3 어스(1442)에 대응하는 스위칭 소자(1452)를 온으로 하면 저항체(R3)에만 전류가 흘러 온이 된다. 마찬가지로, 다른 저항체(R4~R9)에 대해서도, 스위칭 상태에 따라, 1개의 저항체만을 온으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, DC 전원(1401, 1421, 1441)과 서브 히터(1012)(저항(R1~R9))의 사이와, 서브 히터(1012)(저항(R1~R9))와 어스(1402, 1422, 1442)의 사이의 양쪽 모두에 스위칭 소자(1411, 1431, 1451, 1412, 1432, 1442)를 배치했다. 다른 구성예로서, 이들의 한쪽에만 스위칭 소자를 배치하는 것도 가능하다.
또, 다른 구성예로서 각 스위칭 소자(1411, 1431, 1451, 1412, 1432, 1452)와 저항체(R1~R9)의 사이에, 고주파 차단 필터를 구비하여, DC 전원(1401, 1402, 1421, 1422, 1441, 1442) 및 스위칭 소자(1411, 1412, 1431, 1432, 1451, 1452)를 보호해도 된다.
도 22(A), 도 22(B) 및 도 22(C)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 서브 히터(1012)를 제어하는 펄스 전압의 예를 나타내는 도이다.
도 22(A), 도 22(B) 및 도 22(C)에 나타나는 그래프에서는, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 서브 히터(1012)에 인가하는 제어 전압(V)의 값을 나타낸다.
도 22(A)는, 메인 히터(1011)의 출력이 100%일 때의 예이다. 도 22(B)는, 메인 히터(1011)의 출력이 50%일 때의 예이다. 도 22(C)는, 메인 히터(1011)의 출력이 2%일 때의 예이다.
도 22(A), 도 22(B) 및 도 22(C)의 예에서는, 소정의 기간에 상당하는 1사이클에 있어서, 3개의 서브 히터(1012)에 순차적으로 펄스 전압을 인가한다. 이로써, 3사이클로 9개의 서브 히터(1012)(1번째 서브 히터, 2번째 서브 히터, 렁?, 9번째 서브 히터)에 순차적으로 펄스 전압을 인가한다.
이 펄스 전압은, 오프 상태에 상당하는 소정의 저전압값(본 예에서는, 제로)과 온 상태에 상당하는 소정의 고전압값(본 예에서는, 제어 가능한 소정의 전압값)으로 전환되는 펄스의 전압이다. 오프 상태에서는 히터(해당하는 온도 조정 영역의 히터)가 오프가 되고, 온 상태에서는 히터(해당하는 온도 조정 영역의 히터)가 온이 된다. 온 상태의 기간이 길면 히터(해당하는 온도 조정 영역의 히터)의 발열량이 커지고, 온 상태의 기간이 짧으면 히터(해당하는 온도 조정 영역의 히터)의 발열량이 작아진다.
본 실시형태에서는, 도 22(A), 도 22(B) 및 도 22(C)에 나타나는 바와 같은 사이클 단위의 펄스 전압의 제어와 동일한 제어를, 연속적으로 반복하여 행함으로써, 예를 들면 정전 척 장치(1001)의 원 형상의 재치면(도 20에 나타나는 원 형상의 면)에 있어서의 메인 히터(1011)에 의한 온도 조정에 불균일(비균일성)이 있어도, 각각의 분할 영역(온도 조정 영역)의 서브 히터(1012)에 의한 온도 조정에 의하여, 당해 불균일을 저감시킬 수 있어, 온도 조정의 균일성을 확보할 수 있다.
본 실시형태에서는, 펄스 타임 연산부(1053)에 있어서, 각각의 서브 히터(1012)마다, 펄스 전류(그에 따른 펄스 전압)의 펄스폭(시간적인 폭이며, 인가 시간)을 연산함으로써, 펄스폭을 조정하는 것이 가능하다. 복수의 서브 히터(1012)의 펄스 전압의 펄스폭은, 예를 들면 각각 독립적으로 달라도 되고 혹은 일부가 동일해도 된다.
본 실시형태에서는, 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1044)에 있어서, 서브 히터(1012)의 DC 전원의 전압의 값을 제어함으로써, 각각의 서브 히터(1012)마다, 펄스 전류(그에 따른 펄스 전압)의 레벨(예를 들면, 펄스 전압의 값)을 조정하는 것이 가능하다. 복수의 서브 히터(1012)의 펄스 전압의 값은, 예를 들면 각각 독립적으로 달라도 되고 혹은 일부가 동일해도 된다.
또한, 도 22(A), 도 22(B) 및 도 22(C)의 예에서는, 3개씩의 서브 히터(1012)의 조합에 대하여, 각각의 서브 히터(1012)의 펄스 전압의 펄스폭을 다르게 하고 있으며, 또, 모든 서브 히터(1012)에 대하여 일괄하여 펄스 전압의 값을 동일한 레벨로 제어하고 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 상기 제어부는, 제2 히터 엘리먼트(1311)의 복수의 영역(온도 제어 영역)에 대하여, 순회적으로 할당된 동일한 길이의 기간 중에, 제2 히터 엘리먼트(1311)의 각 온도 조정 영역의 서브 히터(1012)에 인가하는 펄스 전압의 시간폭(펄스폭)을 제어한다.
여기에서, 1사이클의 길이로서는, 임의의 길이가 이용되어도 된다.
또, 1사이클에서 제어되는 서브 히터(1012)의 수로서는, 임의의 수가 이용되어도 된다.
또, 본 실시형태에서는, 1사이클에서 제어되는 복수의 서브 히터(1012)의 수로 당해 1사이클을 등분하고, 각각의 서브 히터(1012)에 동일한 길이의 기간을 할당하여, 그 기간 중에 펄스폭을 조정했다. 다른 구성예로서, 1사이클에서 제어되는 복수의 서브 히터(1012)에 대하여, 각각의 서브 히터(1012)에 임의의 기간(등분이 아니어도 되는 기간)을 할당하여, 그 기간 중에 펄스폭을 조정해도 된다. 이 경우, 예를 들면 펄스 전압의 값을 크게 하는 대신에, 펄스 전압의 펄스폭을 길게 함으로써, 서브 히터(1012)의 발열량을 동일하게 한 상태로, 필요한 전력량을 저감시키는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001)에서는, 각각의 서브 히터(1012)마다 인가하는 펄스 전압의 펄스폭 및 전압값을 제어함으로써, 메인 히터(1011) 및 서브 히터(1012)를 이용한 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 펄스 전압의 펄스폭에 대해서는 계측 데이터에 근거하여 제어하는 것이 가능하고, 펄스 전압의 전압값에 대해서는 온도 상황에 근거하여 제어하는 것이 가능하다.
다른 구성예로서, 펄스 전압의 펄스폭에 대하여, 또한 온도 상황이 이용되어 제어되어도 된다. 또, 다른 구성예로서 펄스 전압의 전압값에 대하여, 또한 계측 데이터가 이용되어 제어되어도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 소정의 메인 히터(1011)의 온도 조정 영역을 복수의 온도 조정 영역으로 분할하여, 각각의 분할 영역마다 서브 히터(1012)를 구비했다. 다른 구성예로서, 소정의 메인 히터(1011)의 온도 조정 영역을 복수의 온도 조정 영역으로 분할하여, 1개의 분할 영역에는 서브 히터를 구비하지 않고, 다른 각각의 분할 영역마다 서브 히터(1012)를 구비하는 구성이 이용되어도 된다. 즉, 1개의 분할 영역에 대해서는 서브 히터에 의하여 온도를 조정하지 않아도, 전체로서 온도를 조정하는 것이 가능하다.
또, 메인 히터(1011)의 수, 각각의 메인 히터(1011)의 온도 조정 영역, 서브 히터(1012)의 수, 각각의 서브 히터(1012)의 온도 조정 영역으로서는, 다양한 구성이 이용되어도 된다.
<제7 실시형태>
도 23은, 본 발명의 일 실시형태(제7 실시형태)에 관한 정전 척 장치(설명의 편의상, 정전 척 장치(1001A)라고 함)의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 제6 실시형태에 관한 도 18에 나타나는 것과 동일한 구성부에 대해서는, 동일한 부호를 붙였다.
정전 척 장치(1001A)는, 온도 조정용 베이스부(1201)(도 19에 나타나는 것과 동일함)와, 정전 척부(1211)(도 19에 나타나는 것과 동일함)와, 메인 히터(1011)와, 서브 히터(1012)와, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와. 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 메인 히터 전원의 전류·전압 제어부(1042)와, 서브 히터 온도 조절기(1101)와, 외부 온도 계측부(1111)와, 계측 데이터 기록부(1112)와, 전압 연산부(1113)와, 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1114)를 구비한다.
여기에서, 메인 히터(1011)와, 서브 히터(1012)와, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 메인 히터 전원의 전류·전압 제어부(1042)에 대해서는, 제6 실시형태에 관한 도 18에 나타나는 것과 동일하다.
서브 히터 온도 조절기(1101)는, 메인 히터 온도 조절기(1041)에 의하여 출력된 정보에 근거하여, 서브 히터(1012)에 의한 온도 조정을 행하기 위한 정보를 생성하여 출력한다. 메인 히터 온도 조절기(1041)로부터 출력되는 정보와, 서브 히터 온도 조절기(1101)로부터 출력되는 정보의 관계는, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
외부 온도 계측부(1111)는, 제6 실시형태의 경우와 마찬가지로, 각각의 서브 히터(1012)마다의 온도 조정 영역에 관한 온도를 계측한다.
계측 데이터 기록부(1112)는, 제6 실시형태의 경우와 마찬가지로, 외부 온도 계측부(1111)에 의하여 얻어진 계측 데이터를 기록(기억)한다.
전압 연산부(1113)는, 서브 히터 온도 조절기(1101)로부터 출력된 정보에 근거하여 전압의 값을 연산하고, 연산한 전압의 값의 정보를 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1114)에 출력한다. 이 경우, 전압 연산부(1113)는, 또한 계측 데이터 기록부(1112)에 기록된 정보(예를 들면, 계측 시의 온도의 정보)를 이용하여, 전압의 값을 연산해도 된다. 이 연산의 방법(예를 들면, 식 등)은, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1114)는, 전압 연산부(1113)로부터 출력된 정보에 근거하여, 펄스 신호(예를 들면, 펄스 전류)의 전압값을 조정함과 함께, 당해 펄스 신호의 펄스 타임(펄스폭)을 설정한다. 펄스 신호의 전압값의 조정의 방법은, 예를 들면 미리 설정되어 기억된다. 또, 본 실시형태에서는, 모든 서브 히터(1012)에 대하여 동일한 펄스 타임이 설정된다.
이 펄스 신호는, 서브 히터(1012)에 인가된다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 제어부의 기능이, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 서브 히터 온도 조절기(1101)와, 계측 데이터 기록부(1112)와, 전압 연산부(1113)와, 서브 히터 DC 전원의 전압 제어부(1114)의 기능을 이용하여 구성되어 있다. 또한, 제어부의 구성으로서는, 본 실시형태의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 필요한 기능을 실현하는 1개의 처리부 혹은 2개 이상의 처리부로 구성된다.
본 실시형태에서는, 전압 연산부(1113)에 있어서, 서브 히터(1012)의 DC 전원의 전압의 값을 연산함으로써, 각각의 서브 히터(1012)마다, 펄스 전류(그에 따른 펄스 전압)의 레벨(예를 들면, 펄스 전압의 값)을 조정하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 펄스 타임(펄스폭)에 대해서는 일정한 것을 이용하고 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001A)에서는, 각각의 서브 히터(1012)마다 인가하는 펄스 전압의 전압값을 제어함으로써, 메인 히터(1011) 및 서브 히터(1012)를 이용한 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 펄스 전압의 펄스폭에 대해서는 일정하게 하고, 펄스 전압의 전압값에 대해서는 온도 상황에 근거하여 제어하는 것이 가능하다.
다른 구성예로서, 펄스 전압의 전압값에 대하여, 또한 계측 데이터가 이용되어 제어되어도 된다.
<제8 실시형태>
도 24는, 본 발명의 일 실시형태(제8 실시형태)에 관한 정전 척 장치(설명의 편의상, 정전 척 장치(1001B)라고 함)의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 제6 실시형태에 관한 도 18에 나타나는 것과 동일한 구성부에 대해서는, 동일한 부호를 붙였다.
정전 척 장치(1001B)는, 온도 조정용 베이스부(1201)(도 19에 나타나는 것과 동일함)와, 정전 척부(1211)(도 19에 나타나는 것과 동일함)와, 메인 히터(1011)와, 서브 히터(1012)와, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 메인 히터 전원의 전류·전압 제어부(1042)와, 서브 히터 온도 조절기(1151)와, 외부 온도 계측부(1161)와, 계측 데이터 기록부(1162)와, 펄스 타임 연산부(1163)와, 서브 히터 DC 전원의 펄스 타임 제어부(1164)를 구비한다.
여기에서, 메인 히터(1011)와, 서브 히터(1012)와, 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 메인 히터 전원의 전류·전압 제어부(1042)에 대해서는, 제6 실시형태에 관한 도 18에 나타내는 것과 동일하다.
서브 히터 온도 조절기(1151)는, 메인 히터 온도 조절기(1041)에 의하여 출력된 정보에 근거하여, 서브 히터(1012)에 의한 온도 조정을 행하기 위한 정보를 생성하여 출력한다. 메인 히터 온도 조절기(1041)로부터 출력되는 정보와, 서브 히터 온도 조절기(1151)로부터 출력되는 정보의 관계는, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
외부 온도 계측부(1161)는, 제6 실시형태의 경우와 마찬가지로, 각각의 서브 히터(1012)마다의 온도 조정 영역에 관한 온도를 계측한다.
계측 데이터 기록부(1162)는, 제6 실시형태의 경우와 마찬가지로, 외부 온도 계측부(1161)에 의하여 얻어진 계측 데이터를 기록(기억)한다.
펄스 타임 연산부(1163)는, 계측 데이터 기록부(1162)에 기록된 계측 데이터 및 서브 히터 온도 조절기(1151)로부터 출력된 정보에 근거하여 펄스 타임(예를 들면, 각각의 서브 히터(1012)마다 펄스 타임)을 연산하고, 연산한 펄스 타임의 정보를 출력한다. 이 연산의 방법(예를 들면, 식 등)은, 예를 들면 미리 설정되어 기억되어 있다.
서브 히터 DC 전원의 펄스 타임 제어부(1164)는, 펄스 타임 연산부(1163)로부터 출력된 정보에 근거하여 펄스 신호의 펄스 타임(펄스폭)을 조정한다. 또, 본 실시형태에서는, 모든 서브 히터(1012)에 대하여 동일한 전압값(펄스 신호의 전압값)이 설정된다.
이 펄스 신호는 서브 히터(1012)에 인가된다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 제어부의 기능이 냉매 온도 센서(1021)와, 온도 연산부(1022)와, 정전 척(ESC) 내의 온도 센서(1031)와, 온도 연산부(1032)와, 메인 히터 온도 조절기(1041)와, 서브 히터 온도 조절기(1151)와, 계측 데이터 기록부(1162)와, 펄스 타임 연산부(1163)와, 서브 히터 DC 전원의 펄스 타임 제어부(1164)의 기능을 이용하여 구성되어 있다. 또한, 제어부의 구성으로서는, 본 실시형태의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 필요한 기능을 실현하는 1개의 처리부 혹은 2개 이상의 처리부로 구성된다.
본 실시형태에서는, 펄스 타임 연산부(1163)에 있어서, 각각의 서브 히터(1012)마다, 펄스 전류(그에 따른 펄스 전압)의 펄스폭(시간적인 폭)을 연산함으로써, 펄스폭을 조정하는 것이 가능하다. 복수의 서브 히터(1012)의 펄스 전압의 펄스폭은, 예를 들면 각각 독립적으로 달라도 되고 혹은 일부가 동일해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 펄스 신호의 전압값에 대해서는 일정한 것을 이용하고 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001B)에서는, 각각의 서브 히터(1012)마다 인가하는 펄스 전압의 펄스폭을 제어함으로써, 메인 히터(1011) 및 서브 히터(1012)를 이용한 온도 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 펄스 전압의 펄스폭에 대해서는 계측 데이터 및 온도 상황에 근거하여 제어하는 것이 가능하며, 펄스 전압의 전압값에 대해서는 일정하게 한다.
<이상의 제6 실시형태~제8 실시형태에 대하여>
여기에서, 이상의 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)에 있어서의 일부의 기능을 별체로 한 정전 척 제어 장치를 구성하는 것도 가능하다.
일례로서, 정전 척 제어 장치는, 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)(정전 척부(1211)의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터(1011)로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트(1301)와, 제1 히터 엘리먼트(1301)의 영역보다 많은 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터(1012)로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트(1311)를 구비하는 정전 척 장치)에 있어서의 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 구비한다.
또, 이상의 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)에 있어서 행해지는 제어의 방법을 정전 척 제어 방법으로서 실시하는 것도 가능하다.
일례로서, 정전 척 제어 방법에서는, 제1 히터 엘리먼트(1301)를 구성하는 단독 혹은 복수의 메인 히터(1011)가, 정전 척부(1211)의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 영역에서 조정하고, 제2 히터 엘리먼트(1311)를 구성하는 복수의 서브 히터(1012)가, 제1 히터 엘리먼트(1301)의 영역보다 많은 영역의 온도를 조정하며, 제어부가 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어한다.
일례로서, 정전 척 제어 방법에서는, 메인 히터(1011)의 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터(1012)에 인가되는 전압의 크기를, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압의 크기에 근거하여 제어한다. 또한, 메인 히터(1011)에 인가하는 전압 대신에, 전류 또는 전력이 이용되어도 된다.
일례로서, 정전 척 제어 방법에서는, 메인 히터(1011)의 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터(1012)에 인가되는 전압의 크기를, 적어도 메인 히터(1011)에 대응하는 온도 검출 결과와 온도 조정용 베이스부(1201)의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여 제어한다.
일례로서, 정전 척 제어 방법에서는, 메인 히터(1011)의 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터(1012)의 온도 조정에 있어서, 서브 히터(1012)로의 공급 전력은, 펄스 전압의 인가 시간(펄스폭)과 전압값에 의하여 조정되고, 인가 시간(펄스폭)은, 메인 히터(1011)에 의한 온도에 의하여 제어하며, 전압값은, 메인 히터(1011)의 인가 전력, 혹은 적어도 메인 히터(1011)에 대응하는 검출 온도와 온도 조정용 베이스부(1201)의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 의하여 제어한다.
일례로서, 정전 척 제어 방법에서는, 제2 히터 엘리먼트(1311)의 각 분할된 서브 히터(1012)로의 순회적 펄스 전압의 인가에 있어서, DC 전원(도 21의 예에서는, DC 전원(1401, 1421, 1441))과 서브 히터(1012)의 사이와, 서브 히터(1012)와 어스(도 21의 예에서는, 어스(1402, 1422, 1442))의 사이 중 한쪽 혹은 양쪽 모두에, 스위칭 소자(도 21의 예에서는, 스위칭 소자(1411, 1431, 1451, 1412, 1432, 1452))를 배치하여, 각 분할된 서브 히터(1012)에 소정의 펄스 전압을 인가한다.
또한, 정전 척 제어 방법에 있어서, 제어부의 기능(또는 제어부의 기능 및 다른 기능)을 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)의 본체와는 별체의 장치(예를 들면, 정전 척 제어 장치)에 구비해도 된다.
또, 이상의 실시형태에 관한 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)에 있어서 행해지는 제어를 실현하는 프로그램을 실시하는 것도 가능하다.
일례로서, 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)(정전 척부(1211)의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터(1011)로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트(1301)와, 제1 히터 엘리먼트(1301)의 영역보다 많은 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터(1012)로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트(1311)를 구비하는 정전 척 장치)를 제어하는 프로그램으로서, 서브 히터(1012)에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용하여 서브 히터(1012)에 인가하는 전압을 제어하는 스텝을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 실시하는 것이 가능하다.
또, 다른 다양한 스텝을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 실시하는 것이 가능하다.
또한, 이와 같은 프로그램을, 정전 척 장치(1001, 1001A, 1001B)의 본체와는 별체의 장치(예를 들면, 정전 척 제어 장치)를 구성하는 컴퓨터에 있어서 실행해도 된다.
이와 같이, 이상에 나타낸 실시형태에 관한 각 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 독취 가능한 기록 매체에 기록하고, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어 들이게 하여, CPU(Central Processing Unit) 등에 의하여 실행함으로써, 처리를 행해도 된다.
또한, 여기에서 말하는 "컴퓨터 시스템"이란, 오퍼레이팅·시스템(OS: Operating System)이나 주변 기기 등의 하드웨어를 포함하는 것이어도 된다.
또, "컴퓨터 독취 가능한 기록 매체"란, 플렉시블 디스크, 광자기 디스크, ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등의 기입 가능한 불휘발성 메모리, DVD(Digital Versatile Disk) 등의 가반 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다.
또한, "컴퓨터 독취 가능한 기록 매체"란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통하여 프로그램이 송신된 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리(예를 들면 DRAM(Dynamic Random Access Memory))와 같이, 일정 시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함하는 것으로 한다.
또, 상기의 프로그램은, 이 프로그램을 기억 장치 등에 저장한 컴퓨터 시스템으로부터, 전송 매체를 통하여, 혹은 전송 매체 중의 전송파에 의하여 다른 컴퓨터 시스템에 전송되어도 된다. 여기에서, 프로그램을 전송하는 "전송 매체"는, 인터넷 등의 네트워크(통신망)나 전화 회선 등의 통신 회선(통신선)과 같이 정보를 전송하는 기능을 갖는 매체를 말한다.
또, 상기의 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 또한, 상기의 프로그램은, 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현될 수 있는 것, 이른바 차분 파일(차분 프로그램)이어도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명했지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
W…판 형상 시료
1, 101…정전 척 장치
2…정전 척부
3…온도 조절용 베이스부
3a…오목부
3b…관통 구멍
4…고주파 발생용 전극
5…제1 히터 엘리먼트
5A, 5B, 5C, 5D…메인 히터
6…제2 히터 엘리먼트
6A, 6B, 6C, 6D…서브 히터
6a, 6b, 6c, 6d…히터 분할체
7, 8, 10…절연판
8b…도전부
9…배선층
9a…배선체
4A, 7A…접착층
11…접착제층
21…재치판
21a…재치면
22…지지판
23…정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)
24…절연재층
25A…취출 전극 단자
25B…도전성 접착부
25C…급전용 단자
30…온도 센서
30a…돌기부
31…설치 구멍
32…온도 계측부
33…여기부
34…형광 검출기
35…제어부
38…핀 삽통 구멍
41, 51, 61…급전용 단자
71…통전용 단자
25a, 38a, 51a, 61a, 71a…애자
70…가드 전극
80…히터부
200…서모 카메라
W…판 형상 시료
501…정전 척 장치
502…정전 척부
503…온도 조절용 베이스부
503a…오목부
503A…유로
503b…관통 구멍
503B…개구부
504…배선층
504a…배선체
505…제1 히터 엘리먼트
505A, 505B, 505C, 505D…메인 히터
506…제2 히터 엘리먼트
506A, 506B, 506C, 506D…서브 히터
506a, 506b, 506c, 506d…히터 분할체
507, 508…절연판
509A…접착층
507b, 508b, 509b…도통부
509B…접착재층
510…절연부
511…재치판
511a…재치면
511b…돌기부
512…지지판
513…정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)
514…절연재층
515A…취출 전극 단자
515B…도전성 접착부
515C…급전용 단자
515a…애자
517…급전용 단자
518…애자
520…온도 센서
520a…돌출부
521…설치 구멍
522…온도 계측부
523…여기부
524…형광 검출기
525…제어부
526…급전용 단자
527…애자
528…핀 삽통 구멍
529…애자
530…서모 카메라
550…고주파 발생용 전극
551…금속판
552…급전용 단자
552a…애자
553…절연층
W…판 형상 시료
601…정전 척 장치
602…정전 척부
603…온도 조절용 베이스부
603a…오목부
603b…관통 구멍
604…배선층
605…제1 히터 엘리먼트
605A, 605B, 605C, 605D…메인 히터
606…제2 히터 엘리먼트
606A, 606B, 606C, 606D…서브 히터
606b, 606c, 606d…히터 분할체
607, 608…절연판
609…접착층
607b, 608b, 609b…도통부
610…접착재층
611…재치판
611a…재치면
613…정전 흡착용 전극(정전 흡착용 내부 전극)
615A…취출 전극 단자
615B…도전성 접착부
615C…급전용 단자
615a…애자
617…급전용 단자
618…애자
620…온도 센서
621…설치 구멍
622…온도 계측부
626…급전용 단자
627…애자
630…서모 카메라
637, 638…절연판
637b, 638b…도통부
639…접착층
646, 648…급전용 단자
647, 649…애자
1001…정전 척 장치
1011…메인 히터
1012…서브 히터
1021…냉매 온도 센서
1022, 1032…온도 연산부
1031…온도 센서
1041…메인 히터 온도 조절기
1042…전류·전압 제어부
1043, 1101, 1151…서브 히터 온도 조절기
1044, 1114…전압 제어부
1051, 1111, 1161…외부 온도 계측부
1052, 1112, 1162…계측 데이터 기록부
1053, 1163…펄스 타임 연산부
1054…펄스 타임 조정부
1201…온도 조정용 베이스부
1211…정전 척부
1221…웨이퍼
1301…제1 히터 엘리먼트
1311…제2 히터 엘리먼트
1401, 1421, 1441…DC 전원
1402, 1422, 1442…어스
1411, 1412, 1431, 1432, 1451, 1452…스위칭 소자
R1~R9…저항체(히터)
1113…전압 연산부
1164…펄스 타임 제어부

Claims (49)

  1. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와,
    상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와,
    상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 고주파 발생용 전극과,
    상기 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원과,
    상기 고주파 발생용 전극과 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와,
    상기 고주파 발생용 전극과 상기 제1 히터 엘리먼트의 사이에 층 형상으로 배치된 가드 전극을 구비하는 정전 척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 가드 전극의 사이, 또는 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에,
    층 형상으로 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가드 전극은, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 제1 전열 장벽을 갖는 정전 척 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 원환 형상으로 배치되고,
    상기 제1 전열 장벽은, 상기 원환 영역의 직경 방향에서 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역과 평면적으로 중첩되어 마련되어 있는 정전 척 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 원환 형상으로 배치되고,
    상기 고주파 발생용 전극은, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 제2 전열 장벽을 가지며,
    상기 제2 전열 장벽은, 상기 원환 영역의 직경 방향에서 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역과 평면적으로 중첩되어 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 발생용 전극의 형성 재료는, 비자성의 금속 재료인 정전 척 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 발생용 전극의 형성 재료는, 열팽창률이 4×10-6/K 이상, 10×10-6/K 이하인 정전 척 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 발생용 전극은, 두께가 20μm 이상, 1000μm 이하인 정전 척 장치.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정되어 있는 정전 척 장치.
  10. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와,
    상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어,
    상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와,
    상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치되어 상기 온도 조절용 베이스부에 대하여 절연된 고주파 발생용 전극과,
    상기 고주파 발생용 전극에 접속된 고주파 전원과,
    상기 정전 척부와 상기 고주파 발생용 전극의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와,
    상기 고주파 발생용 전극과 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트와,
    상기 고주파 발생용 전극과 상기 제2 히터 엘리먼트의 사이에 배치된 금속판을 구비하는 정전 척 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 온도 조절용 베이스부가 금속 재료를 형성 재료로 하고,
    상기 금속판과 상기 온도 조절용 베이스부가 전기적으로 접속되어 있는 정전 척 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정되어 있는 정전 척 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가, 그들의 원주 방향 혹은 직경 방향으로 복수로 분할되며, 상기 제1 히터 엘리먼트의 분할 수보다 상기 제2 히터 엘리먼트의 분할 수가 많게 되어 있는 정전 척 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 상기 복수의 메인 히터는, 상기 원형 영역에 있어서 동심 형상으로 배치되고,
    상기 금속판이, 그 원주 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 전열 장벽을 갖는 정전 척 장치.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고,
    상기 금속판이, 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역 및 인접하는 상기 복수의 서브 히터의 사이의 영역과, 평면적으로 중첩되어 마련된 복수의 제1 전열 장벽을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고,
    상기 고주파 발생용 전극이, 인접하는 상기 복수의 메인 히터의 사이의 영역 및 인접하는 상기 복수의 서브 히터의 사이의 영역과, 평면적으로 중첩되어 마련된 복수의 제2 전열 장벽을 갖는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 히터의 상기 온도 조절용 베이스부측에, 상기 메인 히터의 온도를 측정하는 온도 센서가 메인 히터에 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되어 있는 정전 척 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 센서의 일면이 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되고, 다른 면이 상기 온도 조절용 베이스부에 접촉하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  19. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와,
    상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조절용 베이스부와,
    상기 정전 척부와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와,
    상기 온도 조절용 베이스부와 상기 제1 히터 엘리먼트의 사이 혹은 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 정전 척부의 사이에 층 형상으로 배치된 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하고,
    상기 메인 히터의 단위 면적당 발열량보다 상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이 작게 설정된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트 및 상기 제2 히터 엘리먼트가 모두 배치된 면을 따라 원형 영역에 배치되고, 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가, 그들의 원주 방향 혹은 직경 방향으로 복수로 분할되며, 상기 제1 히터 엘리먼트의 분할 수보다 상기 제2 히터 엘리먼트의 분할 수가 많게 된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 메인 히터의 상기 온도 조절용 베이스부측에, 상기 메인 히터의 온도를 측정하는 온도 센서가 메인 히터에 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 센서의 일면이 절연재를 통하여 접촉 혹은 메인 히터와 동일면에 설치된 측온부에 설치되고, 다른 면이 상기 온도 조절용 베이스부에 접촉하고 있지 않는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절용 베이스부의 상기 정전 척부측에 상기 제1 히터 엘리먼트와 상기 제2 히터 엘리먼트가 복수의 내열성 절연판을 통하여 적층되고, 상기 절연판에 마련된 콘택트 홀과 상기 온도 조절용 베이스부에 마련된 관통 구멍을 통하여 상기 메인 히터 혹은 상기 서브 히터에 접속하는 급전용 단자가 마련된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 히터 엘리먼트와 상기 온도 조절용 베이스부의 사이에 절연 시트가 마련되고, 당해 절연 시트의 상기 온도 조절용 베이스부측의 면을 따라 상기 제2 히터 엘리먼트에 접속되는 배선층이 형성된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절용 베이스부와 상기 정전 척부의 사이에 상기 정전 척부측부터 순서대로 제1 히터 엘리먼트와 제2 히터 엘리먼트가 절연판을 통하여 적층된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  26. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절용 베이스부와 상기 정전 척부의 사이에 상기 정전 척부측부터 순서대로 제2 히터 엘리먼트와 제1 히터 엘리먼트가 절연판을 통하여 적층된 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  27. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와,
    상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와,
    상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와,
    상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트와,
    상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는 정전 척 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용하는, 정전 척 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 히터 엘리먼트의 복수의 상기 서브 히터에 대하여, 순회적으로 할당된 동일한 길이의 기간 중에, 상기 제2 히터 엘리먼트의 각 서브 히터에 인가하는 펄스 전압의 시간폭을 제어하는, 정전 척 장치.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 DC 전압을 이용하는, 정전 척 장치.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 히터 엘리먼트의 복수의 상기 서브 히터에 대하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를 제어하는, 정전 척 장치.
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 메인 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 정전 척부와 상기 온도 조정용 베이스부의 온도 차가 있는 상황에 있어서, 상기 제어부는, 상기 메인 히터에 대해서는 냉각 공정 이외에는 항상 전압을 인가하고, 상기 각 서브 히터에 대해서는 간헐적으로 전압을 인가할 수 있는, 정전 척 장치.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 제어부는, 각 메인 히터를 분할하도록 배치된 각 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여 제어하는, 정전 척 장치.
  35. 제 32 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 각 메인 히터를 분할하도록 배치된 각 서브 히터에 인가하는 전압의 크기를, 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 상기 온도 조정용 베이스부의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여 제어하는, 정전 척 장치.
  36. 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하기 위하여 이용되는 정보를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 서브 히터에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 장치.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 서브 히터에 의하여 온도 조정을 행하는 온도 영역 중 일부에 대응하는 정보를 기억하고, 상기 제어부는, 상기 기억부에 기억되는 정보 및 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 상기 온도 조정용 베이스부의 칠러에 대응하는 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 장치.
  39. 제 27 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히터 엘리먼트는, 각각 독립적인 온도 제어가 가능한 복수의 상기 메인 히터 조정 영역의 온도를 조정하는, 정전 척 장치.
  40. 제 27 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 히터는, 상기 제1 히터 엘리먼트의 각 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 층 형상으로 배치되어 있는, 정전 척 장치.
  41. 제 27 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 히터의 단위 면적당 발열량이, 상기 메인 히터에 대하여 1/5 이하인, 정전 척 장치.
  42. 제 27 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 히터 엘리먼트는, 단층 혹은 복수의 층으로 이루어지는, 정전 척 장치.
  43. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와, 상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치에 있어서의 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 구비하는, 정전 척 제어 장치.
  44. 일주면에 판 형상 시료를 재치하는 재치면을 가짐과 함께 정전 흡착용 전극을 구비한 정전 척부와, 상기 정전 척부에 대하여 상기 재치면과는 반대측에 배치되어 상기 정전 척부를 냉각하는 온도 조정용 베이스부와, 상기 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치를 제어하는 프로그램으로서, 상기 서브 히터에 인가하는 전압으로서 펄스 전압을 이용하여 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는 스텝을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램.
  45. 제1 히터 엘리먼트를 구성하는 단독 혹은 복수의 메인 히터가, 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하고, 제2 히터 엘리먼트를 구성하는 복수의 서브 히터가, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하며, 제어부가, 상기 서브 히터에 인가하는 전압을 제어하는, 정전 척 제어 방법.
  46. 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터에 인가되는 전압의 크기를, 상기 메인 히터에 인가하는 전압, 전류, 또는 전력의 크기에 근거하여 제어하는, 정전 척 제어 방법.
  47. 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터에 인가되는 전압의 크기를, 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 온도 조정용 베이스부의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 근거하여 제어하는, 정전 척 제어 방법.
  48. 메인 히터의 메인 히터 조정 영역을 분할하도록 배치된 서브 히터의 온도 조정에 있어서,
    상기 서브 히터로의 공급 전력은, 펄스 전압의 인가 시간과 전압값에 의하여 조정되고, 상기 인가 시간은, 상기 메인 히터에 의한 온도에 의하여 제어하며, 상기 전압값은, 상기 메인 히터의 인가 전력, 혹은 적어도 상기 메인 히터에 대응하는 온도 검출 결과와 온도 조정용 베이스부의 칠러의 온도 검출 결과의 온도 차에 의하여 제어하는, 정전 척 제어 방법.
  49. 정전 척부의 흡착면의 온도를 단독 혹은 복수의 메인 히터 조정 영역에서 조정하는 단독 혹은 복수의 메인 히터로 이루어지는 제1 히터 엘리먼트와, 상기 제1 히터 엘리먼트의 상기 메인 히터 조정 영역보다 많은 서브 히터 조정 영역의 온도를 조정하는 복수의 서브 히터로 이루어지는 제2 히터 엘리먼트를 구비하는 정전 척 장치에 있어서, 상기 서브 히터로의 순회적 펄스 전압의 인가에 있어서, DC 전원과 상기 서브 히터의 사이와, 상기 서브 히터와 어스의 사이 중 한쪽 혹은 양쪽 모두에 스위칭 소자를 배치하여, 상기 서브 히터에 소정의 펄스 전압을 인가하는, 정전 척 제어 방법.
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