WO2018016384A1 - 静電チャックヒータ - Google Patents

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央史 竹林
夏樹 平田
長谷川　真也
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Definitions

  • a ceramic heater for heating a wafer is employed.
  • a so-called multi-zone heater is known as such a ceramic heater. This is because each inner heater and outer heater made of a refractory metal is embedded in a ceramic substrate in an inner zone and an outer zone, and power is supplied to each heater independently. Is independently controlled (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve such a problem, and has as its main object to sufficiently achieve soaking in a multi-zone heater type electrostatic chuck heater.
  • the electrostatic chuck heater of the present invention is An electrostatic chuck in which an electrostatic electrode is embedded in a ceramic sintered body; A small zone forming region having a plurality of small zones provided in the ceramic sintered body or in a heater holding body integrated with the ceramic sintered body, to which small heater electrodes are wired; A power source in which a plurality of the small heater electrodes are connected in parallel; A small zone control device that performs control so that desired power is supplied to each small heater electrode by using an output ratio with respect to the supplyable output corresponding to each small heater electrode; With The resistance value of the small heater electrode wired in the small zone including the cool spot among the plurality of small heater electrodes is set lower than that of the other small heater electrodes.
  • a small zone forming region is provided in the ceramic sintered body in which the electrostatic electrode is embedded or in the heater holder integrated with the ceramic sintered body.
  • the small zone forming region has a plurality of small zones to which small heater electrodes are wired.
  • the plurality of small heater electrodes are connected in parallel to the power source.
  • the electric power supplied to each small heater electrode is supplied from the power source using the output ratio with respect to the supplyable output corresponding to each small heater electrode. Examples of such an output ratio include a ratio ⁇ / T (duty ratio) of a time ⁇ when the switch is on with respect to a certain time T when a constant voltage power source is connected to the heater via the switch. .
  • the resistance value of the small heater electrode wired in the small zone including the cool spot is set lower than that of the other small heater electrodes. Since the plurality of small heater electrodes are connected in parallel to the power source, the amount of heat that can be generated by each small heater electrode increases as the resistance value decreases.
  • the small heater electrode in the zone including the cool spot cannot supply power exceeding the upper limit of the output ratio, but the resistance value is lower than the small heater electrode in other zones, so the amount of heat generated even at the same output ratio Becomes larger. Therefore, it is possible to secure a margin of power that can be input to each small heater in a state where the temperature of the zone including the cool spot is the same as or substantially the same as the temperature of the zone not including the cool spot. Therefore, in the multi-zone heater type electrostatic chuck heater, it is possible to sufficiently achieve soaking with respect to the soaking of heat due to various disturbances.
  • the small heater electrode wired in the small zone including the cool spot is made of a material having a wider line width or lower resistivity than the other small heater electrodes. May be. Even with the same electrode material, the resistance value decreases as the line width increases. Further, even if the line width is the same, the resistance value is lowered if a material having a low resistivity is used. Therefore, the present invention can be easily realized by doing so.
  • the small zone including the cool spot may be a small zone provided with a vertical through hole or a bottomed hole.
  • the vertical through-holes and bottomed holes are portions that cannot be wired, so they tend to be cool spots.
  • the vertical through hole include a lift pin insertion hole for lifting the wafer and a gas supply hole for feeding He gas to the back surface of the wafer.
  • a hole for inserting a power supply rod for supplying power to the electrostatic electrode or the heater electrode from the back surface of the electrostatic chuck heater, or a wafer from the back surface of the electrostatic chuck heater for example, a hole for inserting the temperature sensor toward the vicinity of the mounting surface may be used.
  • the electrostatic chuck heater of the present invention is provided in the ceramic sintered body or in the heater holder, and has a large zone formed with a large number of large zones where large zone electrodes are wired smaller than the number of the small zones.
  • An area and a large zone control device that controls power supply to each large zone electrode may be provided.
  • the soaking of the wafer placed on the electrostatic chuck is basically performed by controlling the large zone electrode, and further soaking of the wafer is performed by controlling the small zone electrode. , Soaking can be performed finely.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus 10.
  • the perspective view which shows the internal structure of the seat heater 30.
  • FIG. Explanatory drawing which shows the electrical connection of the correction
  • FIG. Explanatory drawing which shows a temperature profile.
  • the electrostatic chuck heater 20 includes an electrostatic chuck 22, a sheet heater 30, and a support base 60.
  • the lower surface of the electrostatic chuck 22 and the upper surface 30 a of the sheet heater 30 are bonded to each other via the first bonding sheet 81.
  • the upper surface of the support base 60 and the lower surface 30 b of the sheet heater 30 are bonded to each other via the second bonding sheet 82.
  • Examples of the bonding sheets 81 and 82 include a sheet having an acrylic resin layer on both sides of a polypropylene core, a sheet having a silicone resin layer on both sides of a polyimide core, and a sheet of an epoxy resin alone. .
  • the electrostatic chuck 22 is a disk-shaped member, in which an electrostatic electrode 24 is embedded in a ceramic sintered body 26.
  • the ceramic sintered body 26 include an aluminum nitride sintered body and an alumina sintered body.
  • the upper surface of the electrostatic chuck 22 is a wafer placement surface 22a on which the wafer W is placed.
  • the thickness of the ceramic sintered body 26 is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 4 mm.
  • the sheet heater 30 is a disk-shaped member, and includes a heat-resistant resin sheet 32 with a correction heater electrode 34, a jumper wire 36, a ground electrode 40, and a reference heater electrode 44 built therein.
  • Examples of the material of the resin sheet 32 include polyimide resin and liquid crystal polymer.
  • the seat heater 30 has a first electrode region A1 to a fourth electrode region A4 (see FIG. 2) parallel to the upper surface 30a of the seat heater 30 and having different heights.
  • the lift pin insertion hole 28 described above penetrates from the upper surface 30a to the lower surface 30b of the seat heater 30 in the vertical direction.
  • the first electrode region A1 is divided into a number of zones Z1 (for example, 100 zones or 300 zones).
  • the correction heater electrode 34 is wired so as to reach the entire zone Z1 from one end 34a to the other end 34b in the manner of one stroke.
  • a virtual line indicated by a dotted line is drawn in the first electrode region A1, and a portion surrounded by the virtual line is defined as a zone Z1.
  • the correction heater electrode 34 is shown only in one zone Z1, but the same correction heater electrode 34 is also provided in the other zone Z1.
  • the correction heater electrode 34 is wired so as to bypass the lift pin insertion hole 28.
  • the outer shape of the seat heater 30 is indicated by a one-dot chain line.
  • a plurality of correction heater electrodes 34 that fall within the projection area when one zone Z2 is projected onto the first electrode area A1 will be described as belonging to the same group.
  • One end 34a of the correction heater electrode 34 belonging to one set penetrates the one end 36a of the jumper wire 36 in the zone Z2 corresponding to the set in the vertical direction between the first electrode region A1 and the second electrode region A2. They are connected via vias 35 (see FIG. 1).
  • the other end 36b of the jumper wire 36 is drawn to the outer peripheral region 38 provided in the zone Z2.
  • the other ends 36 b of the jumper wires 36 connected to the correction heater electrodes 34 belonging to the same group are arranged together in one outer peripheral region 38.
  • the support base 60 has a plurality of types of through holes 64 to 67 that penetrate the support base 60 in the vertical direction.
  • the through hole 64 is a hole for exposing the power supply terminal 25 of the electrostatic electrode 24 to the outside.
  • the through-hole 65 is a hole for exposing a land group (jumper land 46a and ground land 46b, see FIG. 2) provided in the region X of the lower surface 30b of the seat heater 30 to the outside.
  • the through holes 66 and 67 are for exposing the reference lands 50a and 50b of the reference heater electrode 44 to the outside. Electrically insulating cylinders 66a and 67a are inserted into the through holes 66 and 67, respectively.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes an electrostatic chuck power source 72, a correction heater power source 74, a reference heater power source 76, and an RF power source 79.
  • the electrostatic chuck power source 72 is a DC power source and is connected to the power supply terminal 25 of the electrostatic electrode 24 via a power supply rod 73 inserted into the through hole 64.
  • the correction heater power source 74 is a DC power source, and jumper lands 46 a and ground lands 46 b of the correction heater electrode 34 through a connection flexible printed circuit board (connection FPC) 75 that is a metal wiring assembly inserted into the through hole 65. It is connected to the. Specifically, the jumper lands 46a and the ground lands 46b belonging to the same set shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an electrical connection between the correction heater electrode 34 and the reference heater electrode 44
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a temperature profile. 3 and 4, for convenience of explanation, the electrostatic chuck heater 20 will be described as including five correction heater electrodes 341 to 345 as the correction heater electrode 34 and one reference heater electrode 44.
  • the current of the reference heater electrode 44 is set and the duty ratios of the correction heater electrodes 341 to 345 are set so that the temperature differences at the plurality of measurement points fall within a predetermined allowable range.
  • the reference heater control device 96 controls the current set in this way to flow from the reference heater power supply 76 to the reference heater electrode 44.
  • the correction heater control device 86 controls the current to flow from the correction heater power supply 74 to each of the correction heater electrodes 341 to 345 using the duty ratio set corresponding to each of the correction heater electrodes 341 to 345.
  • FIG. 4 illustrates the case where the duty ratios of the correction heater electrodes 341 to 345 are all the same value (n%), but these duty ratios are the temperatures of the zones where the correction heater electrodes 341 to 345 are wired. Are set to have the same temperature, they are not necessarily the same value, and may all be different values.
  • the correction heater electrode 343 in the zone including the cool spot cannot supply power exceeding the upper limit of the duty ratio, but the correction heater electrodes 341 and 342 in the other zones. , 344, and 345, the resistance value is lower, so the amount of heat generated is larger even with the same duty ratio. Therefore, the temperature of the zone including the cool spot is the same as or almost the same as the temperature of the zone not including the cool spot. Therefore, the temperature of the zone including the cool spot is the same as or almost the same as the temperature of the zone not including the cool spot. Thus, it is possible to secure a margin of power that can be input to each small heater. Therefore, in the multi-zone heater type electrostatic chuck heater 20, it is possible to sufficiently achieve soaking with respect to soaking of heat due to various disturbances.
  • a temperature sensor when performing temperature control of the wafer W, a temperature sensor is provided at a position immediately above each zone Z1 in the wafer mounting surface 22a so that the temperature detected from each temperature sensor becomes the target temperature.
  • the duty ratio of each correction heater electrode 34 may be controlled.
  • the zone including the lift pin insertion hole 28 is exemplified as the zone including the cool spot, but is not particularly limited thereto.
  • the zone including the cool spot may be a zone including a gas supply hole for passing through the vertical direction of the electrostatic chuck heater 20 and feeding He gas to the back surface of the wafer W.
  • it may be a zone including a bottomed hole in the vertical direction. Examples of such a bottomed hole include a hole for inserting a power feeding rod 73 for supplying power to the electrostatic electrode 24 from the back surface of the electrostatic chuck heater 20.
  • the resistance value of the reference heater electrode 44 is not particularly mentioned.
  • the resistance value of the heater wire of the insertion hole bypass portion 441 is increased and compared with other portions even when the same current flows. Therefore, the heat generation amount may be designed to be large. In this way, the soaking control of the wafer W by the reference heater electrode 44 can be performed with a certain degree of accuracy. For this reason, it is possible to perform the heat equalization control of the wafer W using both the reference heater electrode 44 and the correction heater electrodes 34 and 341 to 345 with higher accuracy.
  • the present invention can be used as a component of a semiconductor manufacturing apparatus.

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Abstract

静電チャックヒータは、静電チャックと、小ヒータ電極が配線された小ゾーンを複数有する小ゾーン形成領域と、複数の小ヒータ電極が並列接続された電源と、各小ヒータ電極に対応した供給可能な出力に対する出力割合を利用して所望の電力が各小ヒータ電極へ供給されるように制御する小ゾーン制御装置と、を備えている。複数の小ヒータ電極のうちクールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極の抵抗値は、他の小ヒータ電極に比べて低く設定されている。

Description

静電チャックヒータ
　本発明は、静電チャックヒータに関する。
　半導体製造装置においては、ウエハを加熱するためのセラミックヒータが採用されている。こうしたセラミックヒータとしては、いわゆる多ゾーンヒータが知られている。これは、セラミック基体中に、高融点金属からなる内周側ヒータと外周側ヒータとを内側ゾーンと外側ゾーンとにそれぞれ埋設し、各ヒータにそれぞれ独立して電力を供給することにより、各ヒータの発熱を独立して制御するものである（例えば特許文献１参照）。
特開２００７－８８４８４号公報
　こうした多ゾーンヒータの各ヒータの発熱を独立して制御するにあたり、各ヒータを個別で電力制御することが考えられる。その場合、クールスポットを含むゾーンのヒータの発熱量を他のゾーンのヒータに比べて多くすることで、全体の均熱化を図る必要がある。しかしながら、投入可能な電力はヒータの抵抗値、電源容量の制約より上限があるため、投入可能電力の上限を超えてクールスポットを含むゾーンのヒータに電力を与えることができない。そのため、クールスポットを含むゾーンのヒータの発熱量が不足して均熱化が十分に達成できないことがあった。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、多ゾーンヒータ型の静電チャックヒータにおいて均熱化を十分に達成することを主目的とする。
　本発明の静電チャックヒータは、
　セラミックス焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
　前記セラミックス焼結体の内部又は前記セラミックス焼結体に一体化されたヒータ保持体の内部に設けられ、小ヒータ電極が配線された小ゾーンを複数有する小ゾーン形成領域と、
　複数の前記小ヒータ電極が並列接続された電源と、
　各小ヒータ電極に対応した供給可能な出力に対する出力割合を利用して所望の電力が各小ヒータ電極へ供給されるように制御する小ゾーン制御装置と、
　を備え、
　複数の前記小ヒータ電極のうちクールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極の抵抗値は、他の小ヒータ電極に比べて低く設定されたものである。
　この静電チャックヒータでは、静電電極が埋設されたセラミックス焼結体の内部かそのセラミックス焼結体に一体化されたヒータ保持体の内部に、小ゾーン形成領域が設けられている。小ゾーン形成領域は、小ヒータ電極が配線された小ゾーンを複数有している。また、複数の小ヒータ電極は電源に並列接続されている。各小ヒータ電極へ供給される電力は、各小ヒータ電極に対応した供給可能な出力に対する出力割合を利用して電源から供給される。こうした出力割合としては、例えば、電圧一定の電源がスイッチを介してヒータに繋がれている場合、ある時間Ｔに対するスイッチがオンとなっている時間τの比τ／Ｔ（デューティ比）が挙げられる。ここで、クールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極の抵抗値は、他の小ヒータ電極に比べて低く設定されている。複数の小ヒータ電極は電源に並列接続されているため、各小ヒータ電極の発熱可能量は抵抗値が低いほど大きくなる。クールスポットを含むゾーンの小ヒータ電極は、出力割合の上限を超えて電力を供給することはできないが、他のゾーンの小ヒータ電極よりも抵抗値が低いため同じ出力割合であっても発熱量が大きくなる。そのため、クールスポットを含むゾーンの温度をクールスポットを含まないゾーンの温度と同じかほぼ同じにした状態で各小ヒータへの投入可能電力のマージンを確保することができる。したがって、多ゾーンヒータ型の静電チャックヒータにおいて様々な外乱による均熱崩れに対し均熱化を十分に達成することができる。
　本発明の静電チャックヒータにおいて、前記クールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極は、他の小ヒータ電極に比べて線幅が広くなっているか抵抗率の低い材料が用いられるようにしてもよい。同じ電極材料であっても線幅が広くなれば抵抗値が低くなる。また、同じ線幅であっても抵抗率の低い材料を用いれば抵抗値が低くなる。したがって、このようにすれば本発明を容易に実現することができる。
　本発明の静電チャックヒータにおいて、前記クールスポットを含む小ゾーンは、上下方向の貫通穴又は有底穴が設けられた小ゾーンとしてもよい。小ヒータ電極のうち上下方向の貫通穴や有底穴は配線できない部分であるため、クールスポットになりやすい。上下方向の貫通穴としては、例えば、ウエハを持ち上げるためのリフトピンの挿通穴や、ウエハの裏面にＨｅガスを送り込むためのガス供給穴などが挙げられる。また、上下方向の有底穴としては、例えば、静電電極又はヒータ電極に電力を供給するための給電棒を静電チャックヒータの裏面から差し込むための穴や、静電チャックヒータの裏面からウエハ載置面の近傍に向かって温度センサを差し込むための穴などが挙げられる。
　本発明の静電チャックヒータは、前記セラミックス焼結体の内部又は前記ヒータ保持体の内部に設けられ、大ゾーン電極が配線された大ゾーンを前記小ゾーンの数よりも少ない数有する大ゾーン形成領域と、各大ゾーン電極への電力供給を制御する大ゾーン制御装置と、を備えていてもよい。こうすれば、静電チャックに載置されるウエハの均熱化については基本的に大ゾーン電極を制御することにより行い、更なるウエハの均熱化を小ゾーン電極を制御することにより行うため、均熱化をきめ細かく行うことができる。
プラズマ処理装置１０の概略構成を示す断面図。 シートヒータ３０の内部構造を示す斜視図。 補正ヒータ電極３４及び基準ヒータ電極４４の電気的接続を示す説明図。 温度プロファイルを示す説明図。
　本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はプラズマ処理装置１０の概略構成を示す断面図、図２はシートヒータ３０の内部構造を示す斜視図である。
　半導体製造装置であるプラズマ処理装置１０は、図１に示すように、真空チャンバ１２と、シャワーヘッド１４と、静電チャックヒータ２０とを備えている。真空チャンバ１２は、アルミニウム合金等によりボックス状に形成された容器である。シャワーヘッド１４は、真空チャンバ１２の天井面に設けられている。シャワーヘッド１４は、ガス導入管１６から供給されるプロセスガスを多数のガス噴射孔１８から真空チャンバ１２の内部へ放出する。また、シャワーヘッド１４は、プラズマ生成用のカソード板としての役割を果たす。静電チャックヒータ２０は、ウエハＷをウエハ載置面２２ａに吸着保持する装置である。以下、静電チャックヒータ２０について詳細に説明する。
　静電チャックヒータ２０は、静電チャック２２、シートヒータ３０及び支持台６０を備えている。静電チャック２２の下面とシートヒータ３０の上面３０ａとは第１ボンディングシート８１を介して互いに接着されている。支持台６０の上面とシートヒータ３０の下面３０ｂとは第２ボンディングシート８２を介して互いに接着されている。各ボンディングシート８１，８２としては、ポリプロピレン製の芯材の両面にアクリル樹脂層を備えたシート、ポリイミド製の芯材の両面にシリコーン樹脂層を備えたシート、エポキシ樹脂単独のシートなどが挙げられる。静電チャックヒータ２０には、リフトピン挿通穴２８が上下方向に貫通するように複数（例えば３つ）設けられている。リフトピン挿通穴２８にはウエハをリフトアップするリフトピン（図示せず）が静電チャックヒータ２０の下面側から上下動可能に挿通される。
　静電チャック２２は、円板状の部材であり、セラミックス焼結体２６に静電電極２４が埋設されたものである。セラミックス焼結体２６としては、例えば窒化アルミニウム焼結体やアルミナ焼結体などが挙げられる。静電チャック２２の上面は、ウエハＷを載置するウエハ載置面２２ａとなっている。セラミックス焼結体２６の厚みは、特に限定するものではないが、０．５～４ｍｍが好ましい。
　シートヒータ３０は、円板状の部材であり、耐熱性の樹脂シート３２に、補正ヒータ電極３４、ジャンパ線３６、グランド電極４０及び基準ヒータ電極４４を内蔵したものである。樹脂シート３２の材質としては、例えばポリイミド樹脂や液晶ポリマーなどが挙げられる。シートヒータ３０は、シートヒータ３０の上面３０ａに平行で高さの異なる第１電極領域Ａ１～第４電極領域Ａ４（図２参照）を有している。上述したリフトピン挿通穴２８は、このシートヒータ３０の上面３０ａから下面３０ｂまでを上下方向に貫通している。
　第１電極領域Ａ１は、多数のゾーンＺ１（例えば１００ゾーンとか３００ゾーン）に分けられている。各ゾーンＺ１には、補正ヒータ電極３４が一筆書きの要領で一端３４ａから他端３４ｂまでそのゾーンＺ１の全体に行き渡るように配線されている。図２では、第１電極領域Ａ１に点線で示す仮想線を引き、その仮想線で囲まれた部分をゾーンＺ１とした。この図２では、便宜上、１つのゾーンＺ１のみに補正ヒータ電極３４を示したが、他のゾーンＺ１にも同様の補正ヒータ電極３４が設けられている。リフトピン挿通穴２８が配置されるゾーンＺ１では、補正ヒータ電極３４はそのリフトピン挿通穴２８を迂回するように配線されている。シートヒータ３０の外形を一点鎖線で示した。
　第２電極領域Ａ２には、複数の補正ヒータ電極３４のそれぞれに給電するジャンパ線３６が設けられている。そのため、ジャンパ線３６の数は補正ヒータ電極３４の数と一致する。第２電極領域Ａ２は、ゾーンＺ１の数よりも少ない数（例えば６ゾーンとか８ゾーン）のゾーンＺ２に分けられている。図２では、第２電極領域Ａ２に点線で示す仮想線を引き、その仮想線で囲まれた部分をゾーンＺ２とした。この図２では、便宜上、１つのゾーンＺ２のみにジャンパ線３６（一部）を示したが、他のゾーンＺ２にも同様のジャンパ線３６が設けられている。本実施形態では、一つのゾーンＺ２を第１電極領域Ａ１に投影したときの投影領域の中に入る複数の補正ヒータ電極３４を、同じ組に属するものとして説明する。一つの組に属する補正ヒータ電極３４の一端３４ａは、その組に対応するゾーンＺ２内のジャンパ線３６の一端３６ａに、第１電極領域Ａ１と第２電極領域Ａ２との間を上下方向に貫くビア３５（図１参照）を介して接続されている。そのジャンパ線３６の他端３６ｂはそのゾーンＺ２に設けられた外周領域３８まで引き出されている。その結果、同じ組に属する補正ヒータ電極３４に接続されたジャンパ線３６の他端３６ｂは、一つの外周領域３８にまとめて配置されている。その外周領域３８をシートヒータ３０の下面３０ｂに投影した領域Ｘ内には、各ジャンパ線３６の他端３６ｂとビア４１（図１参照）を介して接続されるジャンパランド４６ａが並んで配置されている。言い換えると、複数のジャンパランド４６ａは、２つ以上がひと組となって同じ領域Ｘに外部に露出するように配置されている。なお、補正ヒータ電極３４の比抵抗はジャンパ線３６の比抵抗以上とするのが好ましい。
　第３電極領域Ａ３には、複数の補正ヒータ電極３４に共通のグランド電極４０が設けられている。各補正ヒータ電極３４は、第１電極領域Ａ１から第２電極領域Ａ２を経て第３電極領域Ａ３に至るビア４２（図１参照）を介してグランド電極４０に接続されている。また、グランド電極４０は、外周から外側にはみ出した突起４０ａを有している。この突起４０ａは、各外周領域３８の切欠３９と向かい合う位置に設けられている。この突起４０ａは、シートヒータ３０の下面３０ｂに設けられたグランドランド４６ｂにビア４３（図１参照）を介して接続されている。グランドランド４６ｂは、シートヒータ３０の下面３０ｂの領域Ｘ内にジャンパランド４６ａと共に設けられている。
　第４電極領域Ａ４は、第１電極領域Ａ１に設けられた補正ヒータ電極３４の総数よりも少ない数（例えば４ゾーンとか６ゾーン）のゾーンＺ４に分けられている。各ゾーンＺ４には、補正ヒータ電極３４より高出力の基準ヒータ電極４４が一筆書きの要領で一端４４ａから他端４４ｂまでそのゾーンＺ４の全体に行き渡るように配線されている。リフトピン挿通穴２８を含むるゾーンＺ４では、基準ヒータ電極４４は挿通穴迂回部４４１を有している。挿通穴迂回部４４１は、リフトピン挿通穴２８を迂回するように配線されている部分である。図２では、第４電極領域Ａ４に点線で示す仮想線を引き、その仮想線で囲まれた部分をゾーンＺ４とした。この図２では、便宜上、１つのゾーンＺ４のみに基準ヒータ電極４４を示したが、他のゾーンＺ４にも同様の基準ヒータ電極４４が設けられている。各基準ヒータ電極４４の両端４４ａ，４４ｂは、第４電極領域Ａ４からシートヒータ３０の下面３０ｂに至る図示しないビアを介してシートヒータ３０の下面３０ｂに設けられた一対の基準ランド５０ａ，５０ｂに接続されている。
　支持台６０は、図１に示すように、Ａｌ又はＡｌ合金などの金属で作製された円板状の部材であり、内部に冷媒流路６２が設けられている。冷媒流路６２の入口６２ａと出口６２ｂには、冷媒の温度を調整するチラー７０が接続されている。冷媒は、チラー７０から冷媒流路６２の入口６２ａに供給されると、支持台６０の全体に行き渡るように設けられた冷媒流路６２を通過し、冷媒流路６２の出口６２ｂからチラー７０へ戻され、チラー７０内で設定温度に冷やされたあと再び冷媒流路６２の入口６２ａに供給される。支持台６０は、支持台６０を上下方向に貫通する複数種類の貫通孔６４～６７を有している。貫通孔６４は、静電電極２４の給電端子２５を外部に露出するための孔である。貫通孔６５は、シートヒータ３０の下面３０ｂの領域Ｘに設けられたランド群（ジャンパランド４６ａとグランドランド４６ｂ、図２参照）を外部に露出するための孔である。貫通孔６６，６７は、基準ヒータ電極４４の基準ランド５０ａ，５０ｂをそれぞれ外部に露出するものである。貫通孔６６，６７には、電気絶縁筒６６ａ，６７ａが挿入されている。
　プラズマ処理装置１０は、更に、静電チャック電源７２、補正ヒータ電源７４、基準ヒータ電源７６及びＲＦ電源７９を備えている。静電チャック電源７２は、直流電源であり、貫通孔６４に挿入された給電棒７３を介して静電電極２４の給電端子２５に接続されている。補正ヒータ電源７４は、直流電源であり、貫通孔６５に挿入された金属配線集合体である接続用フレキシブルプリント基板（接続用ＦＰＣ）７５を介して補正ヒータ電極３４のジャンパランド４６ａ及びグランドランド４６ｂに接続されている。具体的には、図２に示す同じ組に属するジャンパランド４６ａ及びグランドランド４６ｂは、同じ領域Ｘに並べて設けられているため、一つの接続用ＦＰＣ７５を介して接続されている。接続用ＦＰＣ７５は、樹脂皮膜で覆われた金属配線７５ａ，７５ｂを帯状に束ねたケーブルであり、領域Ｘと対向する端部は各金属配線７５ａ，７５ｂが露出している。金属配線７５ａは、ジャンパランド４６ａを補正ヒータ電源７４のプラス極に接続するための導線であり、金属配線７５ｂは、グランドランド４６ｂを補正ヒータ電源７４のマイナス極に接続するための導線である。基準ヒータ電源７６は、交流電源であり、貫通孔６６に挿入されたケーブル端子７７を介して基準ヒータ電極４４の一方の基準ランド５０ａに接続されると共に、貫通孔６７に挿入されたケーブル端子７８を介して基準ヒータ電極４４の他方の基準ランド５０ｂに接続されている。ＲＦ電源７９は、プラズマ生成用の電源であり、アノード板として機能する支持台６０に高周波電力を供給するように接続されている。なお、カソード板として機能するシャワーヘッド１４は可変抵抗を介して接地されている。
　ここで、シートヒータ３０の各ゾーンＺ１に配線された補正ヒータ電極３４及び各ゾーンＺ４に配線された基準ヒータ電極４４の制御について説明する。図３は、補正ヒータ電極３４及び基準ヒータ電極４４の電気的接続を示す説明図、図４は、温度プロファイルの一例を示す説明図である。図３及び図４では、説明の便宜上、静電チャックヒータ２０が補正ヒータ電極３４として５つの補正ヒータ電極３４１～３４５を備え、１つの基準ヒータ電極４４を備えているものとして説明する。
　基準ヒータ電極４４は、基準ヒータ制御装置９６を介して交流電源である基準ヒータ電源７６に接続されている。基準ヒータ制御装置９６は、基準ヒータ電源７６の電流を制御することにより、基準ヒータ電極４４の発熱量を調整してウエハ載置面２２ａに載置されたウエハＷの温度を制御する。基準ヒータ電極４４のうちリフトピン挿通穴２８を迂回している挿通穴迂回部４４１（図２参照）は他の部分に比べて配線密度が低いため、クールスポットになりやすい。この挿通穴迂回部４４１は、図３では、基準ヒータ電極４４のうち、１点鎖線の四角形の領域（クールスポットを含むゾーン）に囲まれた部分とした。
　複数の補正ヒータ電極３４１～３４５は、直流電源である補正ヒータ電源７４に並列接続されている。補正ヒータ電源７４から補正ヒータ電極３４１～３４５に分岐する分岐線には、補正ヒータ電極３４１～３４５のそれぞれに対応してソリッドステートリレー（ＳＳＲ）９１～９５が配置されている。ＳＳＲ９１～９５は、それぞれ信号源９１ａ～９５ａに接続されている。信号源９１ａ～９５ａは、補正ヒータ制御装置８６に接続されている。信号源９１ａ～９５ａは、補正ヒータ制御装置８６から入力したデューティ比に応じて、対応するＳＳＲ９１～９５へオンオフ信号であるパルス信号を出力する。図３の吹き出しに示すように、パルス信号のパルス幅τをパルス周期Ｔで割った値τ／Ｔがデューティ比であり、デューティ比の上限値は装置性能等に応じた値（例えば１（１００％）とか０．７５（７５％））に設定されているものとする。デューティ比は各補正ヒータ電極３４１～３４５に対応して個別に設定される。補正ヒータ電極３４１～３４５は、運転時の外乱（構造上の特異点やプラズマ入熱）によって均熱崩れが生じたときの温度補正や実際のウエハ温度を目標温度に一致させるための温度補正に用いられる。ここで、補正ヒータ電極３４１～３４５のうち補正ヒータ電極３４３の配線されたゾーンのみ、リフトピン挿通穴２８が挿通しているゾーン、つまりクールスポットを含むゾーンであるとする。このゾーンに配線された補正ヒータ電極３４３の抵抗値は、他の補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５に比べて低い値に設定されている。補正ヒータ電極３４１～３４５に同じ電圧が印加された場合、発熱量は抵抗値に反比例することから補正ヒータ電極３４３の発熱量が最も大きくなる。こうした補正ヒータ電極３４３は、他の補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５に比べて、例えば線幅が広くなっているか抵抗率の低い材料が用いられており、それによって抵抗値が低くなっている。
　さて、ウエハＷの面内で温度を均熱にするにあたっては、まず、プラズマ発生条件を設定し、その条件でプラズマを発生させたときのウエハＷの温度分布を赤外線サーモグラフィで測定する。そして、複数の測定点における温度差が予め定められた許容範囲に収まるように基準ヒータ電極４４の電流を設定すると共に補正ヒータ電極３４１～３４５のそれぞれのデューティ比を設定する。基準ヒータ制御装置９６は、このように設定された電流が基準ヒータ電源７６から基準ヒータ電極４４に流れるように制御する。補正ヒータ制御装置８６は、各補正ヒータ電極３４１～３４５に対応して設定されたデューティ比を利用して補正ヒータ電源７４から各補正ヒータ電極３４１～３４５へ電流が流れるように制御する。
　このときのウエハＷの面内の温度分布の一例を図４に示す。基準ヒータ電極４４のみを用いて制御すると、図４の点線の温度分布線に示されるように、挿通穴迂回部４４１の周辺で温度低下が見られる。補正ヒータ電極３４１～３４５のみを用いてデューティ比をすべてｎ％に設定すると、図４の破線の温度分布線に示されるように、クールスポットを含むゾーンの補正ヒータ電極３４３の抵抗値Ｒ２が他の補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５の抵抗値Ｒ１より低いため、補正ヒータ電極３４３の周辺で温度上昇が見られる。そして、基準ヒータ電極４４と補正ヒータ電極３４１～３４５の両方を用いて制御すると、図４の実線の温度分布線に示されるように、ウエハＷの面内の温度が一定になり、良好な均熱化が図られる。
　ここで、各補正ヒータ電極３４１～３４５に同じ電圧Ｅが印加され、各デューティ比が１００％に設定されているとすると、補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５の発熱量Ｐ１はＰ１＝Ｅ2／Ｒ１、補正ヒータ電極３４３の発熱量Ｐ２はＰ２＝Ｅ2／Ｒ２となる。抵抗値Ｒ２は抵抗値Ｒ１より低いため（Ｒ２＜Ｒ１）、発熱量Ｐ２は発熱量Ｐ１より高くなる（Ｐ２＞Ｐ１）。デューティ比の設定範囲が０～１００％だとすると、補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５の発熱量の設定範囲は０～Ｐ１、補正ヒータ電極３４３の発熱量の設定範囲は０～Ｐ２となり、後者の方が広範囲で発熱量の調整ひいては温度調整が可能なことがわかる。
　なお、図４では、補正ヒータ電極３４１～３４５のデューティ比がすべて同じ値（ｎ％）の場合を例示したが、これらのデューティ比は各補正ヒータ電極３４１～３４５の配線されているゾーンの温度が同じ温度になるように設定されるため、必ずしもすべて同じ値になるとは限らず、すべて異なる値になることもある。
　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の静電チャック２２が本発明の静電チャックに相当し、補正ヒータ電極３４，３４１～３４５が小ヒータ電極に相当し、第１電極領域Ａ１が小ゾーン形成領域に相当し、補正ヒータ電源７４が電源に相当し、補正ヒータ制御装置８６が小ゾーン制御装置する。また、シートヒータ３０がヒータ保持体に相当し、基準ヒータ電極４４が大ゾーン電極に相当し、第４電極領域Ａ４が大ゾーン形成領域に相当し、基準ヒータ制御装置９６が大ゾーン制御装置に相当する。
　以上説明した静電チャックヒータ２０によれば、クールスポットを含むゾーンの補正ヒータ電極３４３は、デューティ比の上限を超えて電力を供給することはできないが、他のゾーンの補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５よりも抵抗値が低いため同じデューティ比であっても発熱量が大きくなる。そのため、クールスポットを含むゾーンの温度をクールスポットを含まないゾーンの温度と同じかほぼ同じにそのため、クールスポットを含むゾーンの温度をクールスポットを含まないゾーンの温度と同じかほぼ同じにした状態で各小ヒータへの投入可能電力のマージンを確保することができる。したがって、多ゾーンヒータ型の静電チャックヒータ２０において様々な外乱による均熱崩れに対し均熱化を十分に達成することができる。
　また、補正ヒータ電極３４３は、他の補正ヒータ電極３４１，３４２，３４４，３４５に比べて線幅が広くなっているか抵抗率の低い材料が用いられている。同じ電極材料であっても線幅が広くなれば抵抗値が低くなる。また、同じ線幅であっても抵抗率の低い材料を用いれば抵抗値が低くなる。
　更に、第１電極領域Ａ１のうちクールスポットを含むゾーンとしてリフトピン挿通穴２８が設けられたゾーンを例示したが、リフトピン挿通穴２８は配線できない部分であるためクールスポットになりやすい。
　更にまた、静電チャック２２に載置されるウエハＷの均熱化については基本的に基準ヒータ電極４４を制御することにより行い、更なるウエハＷの均熱化を補正ヒータ電極３４１～３４５を制御することにより行うため、均熱化をきめ細かく行うことができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態において、ウエハＷの温度制御を行うにあたり、ウエハ載置面２２ａのうち各ゾーンＺ１の直上位置に温度センサを設け、各温度センサから検出される温度が目標温度となるように各補正ヒータ電極３４のデューティ比を制御してもよい。
　上述した実施形態では、クールスポットを含むゾーンとして、リフトピン挿通穴２８を含むゾーンを例示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、クールスポットを含むゾーンは、静電チャックヒータ２０の上下方向を貫通しウエハＷの裏面にＨｅガスを送り込むためのガス供給穴を含むゾーンであってもよい。あるいは、上下方向の有底穴を含むゾーンであってもよい。こうした有底穴としては、静電電極２４に電力を供給するための給電棒７３を静電チャックヒータ２０の裏面から差し込むための穴などが挙げられる。
　上述した実施形態では、基準ヒータ電極４４の抵抗値について特に言及しなかったが、挿通穴迂回部４４１のヒータ線については抵抗値を大きくして、同じ電流が流れたときでも他の部分と比べて発熱量が大きくなるように設計してもよい。こうすれば、基準ヒータ電極４４によるウエハＷの均熱制御をある程度精度よく行うことができる。そのため、基準ヒータ電極４４と補正ヒータ電極３４，３４１～３４５の両方を用いたウエハＷの均熱制御をより精度よく行うことができる。
　上述した実施形態では、静電電極２４が埋設されたセラミックス焼結体２６とは別のシートヒータ３０の内部に補正ヒータ電極３４を形成する領域を設けたが、補正ヒータ電極３４を形成する領域をセラミックス焼結体２６の内部に設けてもよい。基準ヒータ電極４４についても同様である。
　本出願は、２０１６年７月１９日に出願された日本国特許出願第２０１６－１４１３２９号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、半導体製造装置の部品として利用可能である。
１０　プラズマ処理装置、１２　真空チャンバ、１４　シャワーヘッド、１６　ガス導入管、１８　ガス噴射孔、２０　静電チャックヒータ、２２　静電チャック、２２ａ　ウエハ載置面、２４　静電電極、２５　給電端子、２６　セラミックス焼結体、２８　リフトピン挿通穴、３０　シートヒータ、３０ａ　上面、３０ｂ　下面、３２　樹脂シート、３４，３４１～３４５　補正ヒータ電極、３４ａ　一端、３４ｂ　他端、３５　ビア、３６　ジャンパ線、３６ａ　一端、３６ｂ　他端、３８　外周領域、３９　切欠、４０　グランド電極、４０ａ　突起、４１～４３　ビア、４４　基準ヒータ電極、４４ａ　一端、４４ｂ　他端、４６ａ　ジャンパランド、４６ｂ　グランドランド、５０ａ，５０ｂ　基準ランド、６０　支持台、６２　冷媒流路、６２ａ　入口、６２ｂ　出口、６４～６７　貫通孔、６６ａ，６７ａ　電気絶縁筒、７０　チラー、７２　静電チャック電源、７３　給電棒、７４　補正ヒータ電源、７５　接続用ＦＰＣ、７５ａ　金属配線、７５ｂ　金属配線、７６　基準ヒータ電源、７７，７８　ケーブル端子、７９　ＲＦ電源、８１　第１ボンディングシート、８２　第２ボンディングシート、８６　補正ヒータ制御装置、９１～９５　ＳＳＲ、９１ａ～９５ａ　信号源、９６　基準ヒータ制御装置、４４１　挿通穴迂回部、 Ａ１～Ａ４　第１電極領域～第４電極領域、Ｚ１～Ｚ４　ゾーン。

Claims (4)

  1. 　セラミックス焼結体に静電電極が埋設された静電チャックと、
    　前記セラミックス焼結体の内部又は前記セラミックス焼結体に一体化されたヒータ保持体の内部に設けられ、小ヒータ電極が配線された小ゾーンを複数有する小ゾーン形成領域と、
    　複数の前記小ヒータ電極が並列接続された電源と、
    　各小ヒータ電極に対応した供給可能な出力に対する出力割合を利用して所望の電力が各小ヒータ電極へ供給されるように制御する小ゾーン制御装置と、
    　を備え、
    　複数の前記小ヒータ電極のうちクールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極の抵抗値は、他の小ヒータ電極に比べて低く設定されている、
    　静電チャックヒータ。
  2. 　前記クールスポットを含む小ゾーンに配線された小ヒータ電極は、他の小ヒータ電極に比べて線幅が広くなっているか抵抗率の低い材料が用いられている、
    　請求項１に記載の静電チャックヒータ。
  3. 　前記クールスポットを含む小ゾーンは、上下方向の貫通穴又は有底穴が設けられた小ゾーンである、
    　請求項１又は２に記載の静電チャックヒータ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の静電チャックヒータであって、
    　前記セラミックス焼結体の内部又は前記ヒータ保持体の内部に設けられ、大ゾーン電極が配線された大ゾーンを前記小ゾーンの数よりも少ない数有する大ゾーン形成領域と、
    　各大ゾーン電極への電力供給を制御する大ゾーン制御装置と、
    　を備えた静電チャックヒータ。
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