特許 6239894 静電チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239894

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20171120BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-164286(P2013-164286)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-35448(P2015-35448A)

(43)【公開日】2015年2月19日

【審査請求日】2016年3月2日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】三輪 要

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３１７７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５２４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１０３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４０４５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ベース部と、
該金属ベース部上に配置され、静電引力によって被吸着物を吸着する吸着用電極を有し、かつ、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低いセラミック吸着部とを備え、
前記金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却部と、前記金属ベース部と前記セラミック吸着部との積層方向において前記冷却部よりも前記セラミック吸着部側に配置された第１ヒータ部とが設けられており、
前記セラミック吸着部には、該セラミック吸着部に形成された複数の領域の温度をそれぞれ調整可能に構成された第２ヒータ部が設けられ、
前記冷却部と前記第１ヒータ部との間に、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低い断熱部が配置されており、
前記冷却部を第１冷却部としたときに、前記金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する第２冷却部が前記第１ヒータ部よりも前記セラミック吸着部側に配置されていることを特徴とする記載の静電チャック。

【請求項2】

前記断熱部は、前記積層方向に直交する方向において、前記第１ヒータ部より外径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。

【請求項3】

前記断熱部は、前記金属ベース部と同じ材料からなり、前記金属ベース部よりも気孔率が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。

【請求項4】

前記第１ヒータ部を発熱させ、該第１ヒータ部が所定温度に到達した後、前記第２ヒータ部を発熱させるよう構成されていると共に、前記第２ヒータ部の発熱時に前記各領域に投入される電力量が異なるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電チャック。

【請求項5】

前記第１ヒータ部の発熱時に投入される電力量は、前記第２ヒータ部の発熱時に投入される電力量よりも大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電チャック。

【請求項6】

前記第１ヒータ部の発熱時に投入される電力量は、前記第２ヒータ部の発熱時に投入される電力量よりも小さくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正等に用いられる静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチング等の加工精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そのため、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載の静電チャックでは、セラミック絶縁板（セラミック吸着部）内に吸着用電極を有しており、その吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。この静電チャックは、セラミック絶縁板の下面に金属ベース部を接合することによって構成されている。

【0004】

近年、半導体ウェハの加工を好適に行うために、静電チャックに半導体ウェハの温度を調整する機能を持たせた技術が知られている。例えば、特許文献２には、セラミック絶縁板内にヒータ電極を設けた静電チャックが開示されている。このような構成の静電チャックでは、ヒータ電極でセラミック絶縁板を加熱することにより、セラミック絶縁板の吸着面に吸着された半導体ウェハを加熱することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２０５５１０号公報

【特許文献2】特開２００４−７１６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、前記特許文献２のような構成の静電チャックでは、金属等に比べて熱伝導率が低いセラミックからなるセラミック絶縁板内にヒータ電極を設けている。そのため、ヒータ電極による加熱の際に、セラミック絶縁板の吸着面に温度ムラ（平面方向における温度ばらつき）が生じ、さらにはセラミック絶縁板の吸着面に吸着された半導体ウェハにも温度ムラが生じる場合がある。そして、このような場合、半導体ウェハに対するドライエッチング等の処理にばらつきが生じるおそれがある。また、一方で、半導体ウェハに対するドライエッチング等の処理において、反応ガス濃度やプラズマ密度等により、その処理にばらつきが生じるという問題もある。

【0007】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、被吸着物の均熱化を図りながら、被吸着物の局所的な温度調整が可能であり、さらに昇温特性に優れた静電チャックを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の静電チャックは、金属ベース部と、該金属ベース部上に配置され、静電引力によって被吸着物を吸着する吸着用電極を有し、かつ、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低いセラミック吸着部とを備え、前記金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却部と、前記金属ベース部と前記セラミック吸着部との積層方向において前記冷却部よりも前記セラミック吸着部側に配置された第１ヒータ部とが設けられており、前記セラミック吸着部には、該セラミック吸着部に形成された複数の領域の温度をそれぞれ調整可能に構成された第２ヒータ部が設けられ、前記冷却部と前記第１ヒータ部との間に、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低い断熱部が配置されており、前記冷却部を第１冷却部としたときに、前記金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する第２冷却部が前記第１ヒータ部よりも前記セラミック吸着部側に配置されていることを特徴とする。

【0009】

前記静電チャックにおいて、金属ベース部には、冷却部と第１ヒータ部とが設けられている。そのため、第１ヒータ部を発熱させることにより、熱伝導率の高い金属ベース部を通じて、静電チャック全体を均一に加熱することができる。これにより、セラミック吸着部に吸着された半導体ウェハ等の被吸着物の均熱化を図り、ドライエッチング等の処理における加工精度を向上させることができる。また、冷却部の冷媒流路に冷媒を流通させることにより、静電チャック全体の温度の安定化を図ることもできる。

【0010】

また、セラミック吸着部には、複数の領域の温度をそれぞれ調整可能に構成された第２ヒータ部が設けられている。そのため、セラミック吸着部の各領域の温度調整を精度良く行うことができる。これにより、セラミック吸着部に吸着された半導体ウェハ等の被吸着物の局所的な温度調整が可能となり、ドライエッチング等の処理にばらつきが生じることを抑制することができる。

【0011】

例えば、セラミック吸着部に温度ムラが発生してドライエッチング等の処理にばらつきが生じる場合には、温度のばらつきが小さくなるように、各領域の温度を調整することができる。一方、反応ガス濃度やプラズマ密度等によってドライエッチング等の処理にばらつきが生じる場合には、逆に領域間に温度差をつけて処理のばらつきが小さくなるように、各領域の温度を調整することができる。

【0012】

また、前述したように、静電チャックは、金属ベース部に設けられた第１ヒータ部とセラミック吸着部に設けられた第２ヒータ部との２つのヒータ部を備えている。そのため、静電チャック（セラミック吸着部）を介して被吸着物を加熱する際に、この２つのヒータ部を用いることにより、被吸着物を迅速に加熱することができ、昇温特性を高めることができる。

【0013】

また、前述したように、静電チャックは、冷却部と第１ヒータ部との間に、金属ベース部よりも熱伝導率が低い断熱部が配置されている。
そのため、静電チャックを介して例えば半導体ウェハを加熱する際に、第１ヒータ部から冷却部への熱の伝達を抑制することができ、第１ヒータ部を効率よく発熱させることができる。これにより、例えば半導体ウェハを迅速に加熱することができ、昇温特性を高めることができる。
そして、例えば半導体ウェハに対するドライエッチング等の処理において、例えば半導体ウェハを異なる温度に制御する際、制御する温度の差が大きい場合であっても、例えば半導体ウェハの温度制御を容易に行うことができる。すなわち、制御する温度に差をつけることが可能となる。
しかも、静電チャックは、冷却部を第１冷却部としたときに、金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する第２冷却部が第１ヒータ部よりもセラミック吸着部側に配置されている。
このように、本発明によれば、被吸着物の均熱化を図りながら、被吸着物の局所的な温度調整が可能であり、さらに昇温特性に優れた静電チャックを提供することができる。
なお、前記静電チャックにおいて、金属ベース部、セラミック吸着部のそれぞれの熱伝導率とは、金属ベース部、セラミック吸着部を主に構成する材料の熱伝導率を示す。
また、前記断熱部は、前記積層方向に直交する方向において、前記第１ヒータ部より外径が大きいように構成されていてもよい。
また、前記断熱部は、前記金属ベース部と同じ材料からなり、前記金属ベース部よりも気孔率が高いように構成されていてもよい。

【0014】

また、前記第１ヒータ部を発熱させ、該第１ヒータ部が所定温度に到達した後、前記第２ヒータ部を発熱させるよう構成されていると共に、前記第２ヒータ部の発熱時に前記各領域に投入される電力量が異なるよう構成されていてもよい。この場合には、第１ヒータ部によって被吸着物を十分に均熱化した後、第２ヒータ部によって被吸着物の局所的な温度調整を精度良く行うことができる。

【0015】

また、前記第１ヒータ部の発熱時に投入される電力量は、前記第２ヒータ部の発熱時に投入される電力量よりも大きくなるよう構成されていてもよい。この場合には、金属ベース部に設けられた第１ヒータ部を主として用い、セラミック吸着部に設けられた第２ヒータ部を補助的に用いることができる。これにより、第１ヒータ部による被吸着物の均熱化という効果を十分に得ながら、第２ヒータ部による被吸着物の局所的な温度調整が可能となる。

【0016】

また、前記第１ヒータ部の発熱時に投入される電力量は、前記第２ヒータ部の発熱時に投入される電力量よりも小さくなるよう構成されていてもよい。この場合には、第２ヒータ部によるセラミック吸着部の各領域の温度調整や被吸着物の局所的な温度調整をより一層精度良く行うことができる。特に、セラミック吸着部の領域間に温度差をつけようとする場合に非常に有効である。

【0017】

また、前記セラミック吸着部を構成する主要な材料（導電部分以外の絶縁材料）としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素等の高温焼成セラミックを主成分とする焼結体等が挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等の誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。

【0018】

なお、半導体製造におけるドライエッチング等の各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用される。プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガス等の腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。したがって、セラミック吸着部は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。

【0019】

また、前記セラミック吸着部は、複数のセラミック層を積層して構成することができる。この場合には、セラミック吸着部内に各種の構造（例えば、吸着用電極、第２ヒータ部等）を容易に形成することができる。

【0020】

また、前記吸着用電極は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布した後、焼成することで形成することができる。
また、前記金属ベース部を構成する主要な材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。

【0021】

また、前記金属ベース部と前記セラミック吸着部とは、例えば、接着層等によって接合することができる。接着層を構成する材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂材料や、インジウム等の金属材料を選択することができる。特に、例えば１００℃以上の耐熱性を有する各種の樹脂製の接着剤が好ましい。

【0022】

また、セラミック材料からなるセラミック吸着部と金属材料からなる金属ベース部とは、熱膨張率の差が大きい。そのため、両者の間に配置される接着層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能（柔軟）な樹脂材料からなることが特に好ましい。

【0023】

また、セラミック吸着部に吸着される被吸着物としては、例えば、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態１における、静電チャックの一部断面を示す斜視図である。

【図2】実施形態１における、静電チャックの断面図である。

【図3】実施形態１における、第２ヒータ部（ヒータ電極）の配置状態を示す説明図である。

【図4】実施形態１における、第１ヒータ部（シースヒータ）の配置状態を示す説明図である。

【図5】実施形態２における、静電チャックの断面図である。

【図6】実施形態３における、静電チャックの断面図である。

【図7】その他の実施形態における、静電チャックの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（実施形態１）
本発明の実施形態について、図面と共に説明する。
図１〜図４に示すように、本実施形態の静電チャック１は、金属ベース部３と、金属ベース部３上に配置され、静電引力によって被吸着物（半導体ウェハ）８を吸着する吸着用電極２１を有し、かつ、金属ベース部３よりも熱伝導率が低いセラミック吸着部２とを備えている。

【0026】

同図に示すように、金属ベース部３には、冷媒を流通させる冷媒流路３１１を有する冷却部３１と、金属ベース部３とセラミック吸着部２との積層方向Ｘにおいて冷却部３１よりもセラミック吸着部２側に配置された第１ヒータ部３３とが設けられている。セラミック吸着部２には、セラミック吸着部２に形成された複数の領域（中心部２３１、外周部２３２）の温度をそれぞれ調整可能に構成された第２ヒータ部２２が設けられている。以下、これを詳説する。

【0027】

図１に示すように、静電チャック１は、被吸着物である半導体ウェハ８を吸着保持するためのものであり、金属ベース部３と、金属ベース部３上に配置されたセラミック吸着部２とを備えている。金属ベース部３とセラミック吸着部２とは、両者の間に配置されたシリコーン樹脂からなる接着層４１によって接合されている。以下、本実施形態では、金属ベース部３とセラミック吸着部２との積層方向Ｘの一方側（セラミック吸着部２側）を上側、他方側（金属ベース部３側）を下側として説明する。

【0028】

図２に示すように、円形板状のセラミック吸着部２の上面は、半導体ウェハ８を吸着する吸着面２０１である。また、セラミック吸着部２は、絶縁性を有する複数のセラミック層（図示略）を積層して構成されている。各セラミック層は、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体からなる。また、セラミック吸着部２（後述の吸着用電極２１等を除く絶縁部分）は、金属ベース部３（後述の第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ）よりも熱伝導率が低い。なお、セラミック吸着部２の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、金属ベース部３の熱伝導率は、１５５Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0029】

また、セラミック吸着部２の内部には、平面形状が半円状の一対の吸着用電極２１が配設されている。吸着用電極２１は、両者の間に直流高電圧を印加して静電引力を発生させ、この静電引力によって半導体ウェハ８をセラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着して固定する。また、吸着用電極２１は、電極用電源（図示略）に接続されている。また、吸着用電極２１は、タングステンからなる。

【0030】

また、セラミック吸着部２の内部には、第２ヒータ部２２が配設されている。第２ヒータ部２２は、２つのヒータ電極２２１、２２２により構成されている。また、第２ヒータ部２２は、積層方向Ｘにおいて、吸着用電極２１よりも金属ベース部３側に配置されている。

【0031】

図３に示すように、セラミック吸着部２は、中心部２３１と外周部２３２との２つの領域を有している。中心部２３１及び外周部２３２には、それぞれヒータ電極２２１、２２２が配設されている。ヒータ電極２２１、２２２は、それぞれ独立して温度制御が可能に構成されている。すなわち、第２ヒータ部２２は、２つのヒータ電極２２１、２２２によって、中心部２３１及び外周部２３２の各領域の温度を調整可能に構成されている。

【0032】

図２に示すように、金属ベース部３は、積層方向Ｘにおいて、それぞれ円形板状の第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂをセラミック吸着部２側から順に積層して構成されている。第１ベース層３ａ及び第２ベース層３ｂは、アルミニウムを主成分とする材料からなる。

【0033】

第１ベース層３ａには、第１ヒータ部３３が設けられている。また、第２ベース層３ｂには、冷却部３１が設けられている。第１ヒータ部３３は、積層方向Ｘにおいて、冷却部３１よりもセラミック吸着部２側に配置されている。

【0034】

第１ベース層３ａの下面には、第１ヒータ部３３を構成するシースヒータ３３１を収容する収容溝部３０１が形成されている。収容溝部３０１は、第１ベース層３ａの下面全体にわたって渦巻き状に形成されている。収容溝部３０１内には、シースヒータ３３１が配置されている。

【0035】

図４に示すように、発熱体である長尺のシースヒータ３３１は、収容溝部３０１に沿って渦巻き状に配置されている。また、シースヒータ３３１は、第１ベース層３ａに対してろう付けにより接合されている。また、シースヒータ３３１は、ヒータ用電源（図示略）に接続されている。

【0036】

図２に示すように、第２ベース層３ｂの内部には、冷却部３１を構成する冷媒流路３１１が設けられている。冷媒流路３１１内には、例えば、フッ素化液、純水等の冷媒を流通させることができるよう構成されている。冷媒流路３１１には、冷媒を導入する導入部３１２と冷媒を排出する排出部３１３とが設けられている。

【0037】

図１に示すように、セラミック吸着部２及び金属ベース部３の内部には、半導体ウェハ８を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給する通路である冷却用ガス供給路５１が設けられている。セラミック吸着部２の吸着面２０１には、冷却用ガス供給路５１が開口してなる複数の冷却用開口部５２や、その冷却用開口部５２から供給された冷却用ガスが吸着面２０１全体に広がるように形成された環状の冷却用溝５３が設けられている。

【0038】

次に、静電チャック１の製造方法について、簡単に説明する。
セラミック吸着部２を作製するに当たっては、セラミック吸着部２を構成するセラミック層となる複数のアルミナグリーンシートを成形した。そして、複数のアルミナグリーンシートに対して、冷却用ガス供給路５１等の冷却ガスの流路となる空間等を必要な箇所に形成した。また、アルミナグリーンシート上の必要な箇所に、吸着用電極２１及び第２ヒータ部２２（ヒータ電極２２１、２２２）を形成するためのスラリー状の電極材料を例えばスクリーン印刷法等により印刷した。

【0039】

次いで、複数のアルミナグリーンシートを熱圧着し、所定の形状（円形板状）にカットすることにより、中間積層体を作製した。そして、この中間積層体を、還元雰囲気中において、１４００〜１６００℃の温度で所定時間焼成した。これにより、複数のセラミック層により構成されたセラミック吸着部２を作製した。

【0040】

また、金属ベース部３を作製するに当たっては、金属ベース部３を構成する第１ベース層３ａ及び第２ベース層３ｂを作製した。このとき、第１ベース層３ａには、収容溝部３０１を切削加工しておいた。また、第２ベース層３ｂには、冷却部３１を構成する冷媒流路３１１を形成しておいた。

【0041】

次いで、第１ベース層３ａの収容溝部３０１内に、第１ヒータ部３３を構成するシースヒータ３３１を嵌め込んで配置した後、第１ベース層３ａ及び第２ベース層３ｂをろう付けにより接合した。これにより、金属ベース部３を作製した。

【0042】

次いで、セラミック吸着部２と金属ベース部３との間にシリコーン樹脂からなる接着剤を介在させ、両者を積層した。これにより、セラミック吸着部２と金属ベース部３とを接着層４１によって接合した。以上により、静電チャック１を作製した。

【0043】

次に、静電チャック１を用いた半導体ウェハ８の温度制御について、簡単に説明する。
ここでは、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を異なる温度（１０℃、６０℃）に制御する場合について説明する。

【0044】

例えば、半導体ウェハ８を昇温させる場合（６０℃に制御する場合）には、第１ヒータ部３３を発熱させ（設定温度５５℃）、金属ベース部３を通じて静電チャック１全体を均一に加熱する。その後、第２ヒータ部２２を発熱させ（設定温度５５〜６０℃）、セラミック吸着部２の各領域（中心部２３１、外周部２３２）の温度調整を行う。

【0045】

なお、第１ヒータ部３３の発熱時に投入される電力量は全体の約９９％である。また、第２ヒータ部２２の発熱時に各領域（中心部２３１、外周部２３２）に投入される電力量、すなわちヒータ電極２２１に投入される電力量は全体の０．５％であり、ヒータ電極２２２に投入される電力量は全体の０．５％である。

【0046】

そして、このとき、第１冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒（設定温度１０℃）を流通させ、静電チャック１全体の温度の安定化を図る。これにより、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を加熱し、所定の温度（６０℃）に制御する。

【0047】

一方、半導体ウェハ８を降温させる場合（１０℃に制御する場合）には、第１ヒータ部３３及び第２ヒータ部２２の発熱を停止する。そして、冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒（設定温度１０℃）を流通させる。これにより、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を冷却し、所定の温度（１０℃）に制御する。

【0048】

次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１において、金属ベース部３には、冷却部３１と第１ヒータ部３３とが設けられている。そのため、第１ヒータ部３３を発熱させることにより、熱伝導率の高い金属ベース部３を通じて、静電チャック１全体を均一に加熱することができる。これにより、セラミック吸着部２に吸着された半導体ウェハ８の均熱化を図り、ドライエッチング等の処理における加工精度を向上させることができる。また、冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒を流通させることにより、静電チャック１全体の温度の安定化を図ることもできる。

【0049】

また、セラミック吸着部２には、複数の領域（中心部２３１、外周部２３２）の温度をそれぞれ調整可能に構成された第２ヒータ部２２が設けられている。そのため、セラミック吸着部２の各領域の温度調整を精度良く行うことができる。これにより、セラミック吸着部２に吸着された半導体ウェハ８の局所的な温度調整が可能となり、ドライエッチング等の処理にばらつきが生じることを抑制することができる。

【0050】

例えば、セラミック吸着部２に温度ムラが発生してドライエッチング等の処理にばらつきが生じる場合には、温度のばらつきが小さくなるように、各領域の温度を調整することができる。一方、反応ガス濃度やプラズマ密度等によってドライエッチング等の処理にばらつきが生じる場合には、逆に領域間に温度差をつけて処理のばらつきが小さくなるように、各領域の温度を調整することができる。

【0051】

また、前述したように、静電チャック１は、金属ベース部３に設けられた第１ヒータ部３３とセラミック吸着部２に設けられた第２ヒータ部２２との２つのヒータ部を備えている。そのため、静電チャック１（セラミック吸着部２）を介して半導体ウェハ８を加熱する際に、この２つのヒータ部（第１ヒータ部３３、第２ヒータ部２２）を用いることにより、半導体ウェハ８を迅速に加熱することができ、昇温特性を高めることができる。

【0052】

また、本実施形態において、第１ヒータ部３３を発熱させ、第１ヒータ部３３が所定温度に到達した後、第２ヒータ部２２を発熱させるよう構成されていると共に、第２ヒータ部２２の発熱時に各領域（中心部２３１、外周部２３２）に投入される電力量が異なるよう構成されている。そのため、第１ヒータ部３３によって半導体ウェハ８を十分に均熱化した後、第２ヒータ部２２によって半導体ウェハ８の局所的な温度調整を精度良く行うことができる。

【0053】

また、第１ヒータ部３３の発熱時に投入される電力量は、第２ヒータ部２２の発熱時に投入される電力量よりも大きくなるよう構成されている。そのため、金属ベース部３に設けられた第１ヒータ部３３を主として用い、セラミック吸着部２に設けられた第２ヒータ部２２を補助的に用いることができる。これにより、第１ヒータ部３３による半導体ウェハ８の均熱化という効果を十分に得ながら、第２ヒータ部２２による半導体ウェハ８の局所的な温度調整が可能となる。

【0054】

このように、本実施形態によれば、被吸着物である半導体ウェハ８の均熱化を図りながら、半導体ウェハ８の局所的な温度調整が可能であり、さらに昇温特性に優れた静電チャック１を提供することができる。

【0055】

（実施形態２）
本実施形態は、図５に示すように、金属ベース部３に断熱部３４を設けた例である。
同図に示すように、積層方向Ｘにおいて、冷却部３１と第１ヒータ部３３との間には、金属ベース部３よりも熱伝導率が低い断熱部３４が配置されている。断熱部３４は、金属ベース部３に対してろう付けにより接合されている。以下、これを詳説する。

【0056】

同図に示すように、金属ベース部３は、円形板状の第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ、第３ベース層３ｃをセラミック吸着部２側から順に積層して構成されている。第１ベース層３ａの基本的な構成は、前述の実施形態１の第１ベース層３ａ（図２参照）と同様である。また、第３ベース層３ｃの基本的な構成は、前述の実施形態１の第２ベース層３ｂ（図２参照）と同様である。

【0057】

第２ベース層３ｂの下面には、断熱部３４を収容する収容凹部３０２が形成されている。収容凹部３０２内には、円形板状の断熱部３４が配置されている。断熱部３４は、第２ベース層３ｂに対してろう付けにより接合されている。

【0058】

また、断熱部３４は、金属ベース部３内に埋設されている。具体的には、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理において、チャンバー内を真空雰囲気にした場合に、その真空雰囲気に接する箇所において断熱部３４が金属ベース部３から露出していない状態である。

【0059】

同図に示すように、断熱部３４は、積層方向Ｘにおいて、冷却部３１（冷媒流路３１１）と第１ヒータ部３３（シースヒータ３３１）との間に配置されている。また、断熱部３４は、積層方向Ｘに直交する方向（径方向）において、第１ヒータ部３３（シースヒータ３３１が配設されている領域）よりも外径が大きい。

【0060】

また、断熱部３４は、金属ベース部３と同様に、アルミニウムを主成分とする材料からなる。また、断熱部３４は、ポーラス体であり、金属ベース部３（第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ、第３ベース層３ｃ）よりも気孔率が高く、熱伝導率が低い。なお、断熱部３４の気孔率は９０％であり、熱伝導率は１６Ｗ／ｍ・Ｋである。また、金属ベース部３の気孔率はほぼ０％であり、熱伝導率は１５５Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0061】

なお、断熱部３４としては、緻密なバルク体を用いることもできる。また、断熱部３４を構成する材料としては、例えば、ステンレス、チタン、コンスタンタン、モネルメタル、ニクロム等を用いることもできる。その他の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。

【0062】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１において、金属ベース部３における冷却部３１と第１ヒータ部３３との間には、金属ベース部３よりも熱伝導率が低い断熱部３４が配置されている。そのため、静電チャック１（セラミック吸着部２）を介して半導体ウェハ８を加熱する際に、第１ヒータ部３３から冷却部３１への熱の伝達（第１ヒータ部３３の熱の逃げ）を抑制することができ、第１ヒータ部３３を効率よく発熱させることができる。これにより、半導体ウェハ８を迅速に加熱することができ、昇温特性を高めることができる。

【0063】

そして、例えば、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理において、半導体ウェハ８を異なる温度に制御する際、制御する温度の差が大きい場合であっても、半導体ウェハ８の温度制御を容易に行うことができる。すなわち、制御する温度に差をつけることが可能となる。

【0064】

また、断熱部３４は、積層方向Ｘに直交する方向において、第１ヒータ部３３よりも外径が大きい部分が存在している。そのため、断熱部３４によって、第１ヒータ部３３から冷却部３１への熱の伝達（第１ヒータ部３３の熱の逃げ）をより一層抑制することができる。

【0065】

また、断熱部３４は、金属ベース部３内に埋設されている。そのため、本実施形態のように、断熱部３４がポーラス体であっても使用することができる。また、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理に用いられる反応性ガスによる断熱部３４の腐食を防止することができる。

【0066】

また、断熱部３４は、金属ベース部３と同じ材料からなり、かつ、金属ベース部３よりも気孔率が高い。そのため、断熱部３４を金属ベース部３（第２ベース層３ｂ）に対してろう付けにより接合しやすくなる。また、断熱部３４の気孔率を金属ベース部３よりも小さくするだけで、断熱部３４の熱伝導率を金属ベース部３よりも低くすることができる。その他の作用効果は、前述の実施形態１と同様である。

【0067】

（実施形態３）
本実施形態は、図６に示すように、金属ベース部３に２つの冷却部を設けた例である。
同図に示すように、金属ベース部３には、前述の実施形態１の冷却部３１（以下、本実施形態において第１冷却部３１という）の他に、冷媒を流通させる冷媒流路３２１を有すると共に、積層方向Ｘにおいて第１冷却部３１よりもセラミック吸着部２側に配置された第２冷却部３２が設けられている。以下、これを詳説する。

【0068】

同図に示すように、第１ベース層３ａの内部には、第２冷却部３２を構成する冷媒流路３２１が設けられている。冷媒流路３２１内には、例えば、フッ素化液、純水等の冷媒を流通させることができるよう構成されている。冷媒流路３２１には、冷媒を導入する導入部３２２と冷媒を排出する排出部３２３とが設けられている。

【0069】

また、第２冷却部３２は、積層方向Ｘにおいて、第１ヒータ部３３よりも上側（セラミック吸着部２側）に配置されている。また、第１冷却部３１は、積層方向Ｘにおいて、第１ヒータ部３３より下側に配置されている。すなわち、第１ヒータ部３３は、積層方向Ｘにおいて、第１冷却部３１と第２冷却部３２との間に配置されている。その他の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。

【0070】

次に、静電チャック１を用いた半導体ウェハ８の温度制御について、簡単に説明する。
ここでは、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を異なる温度（１０℃、６０℃）に制御する場合について説明する。

【0071】

例えば、半導体ウェハ８を昇温させる場合（６０℃に制御する場合）には、第１ヒータ部３３を発熱させ（設定温度５５℃）、金属ベース部３を通じて静電チャック１全体を均一に加熱する。その後、第２ヒータ部２２を発熱させ（設定温度５５〜６０℃）、セラミック吸着部２の各領域（中心部２３１、外周部２３２）の温度調整を行う。なお、第１ヒータ部３３及び第２ヒータ部２２の発熱時に投入される電力量は、実施形態１と同様である。

【0072】

そして、このとき、第１冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒（設定温度５０℃）を流通させ、静電チャック１全体の温度の安定化を図る。また、第２冷却部３２の冷媒流路３２１には、冷媒を流通させない。これにより、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を加熱し、所定の温度（６０℃）に制御する。

【0073】

一方、半導体ウェハ８を降温させる場合（１０℃に制御する場合）には、第１ヒータ部３３及び第２ヒータ部２２の発熱を停止する。また、第１冷却部３１の冷媒流路３１１には、冷媒を流通させない。そして、第２冷却部３２の冷媒流路３２１に冷媒（設定温度１０℃）を流通させる。これにより、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を冷却し、所定の温度（１０℃）に制御する。

【0074】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１において、金属ベース部３には、第１冷却部３１と第２冷却部３２とが設けられている。そのため、セラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着された半導体ウェハ８を昇温させる場合には、第１ヒータ部３３を発熱させ、第１冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒を流通させる。これにより、静電チャック１の熱引きを適度に行い、静電チャック１全体の温度の安定化を図ることができる。

【0075】

このとき、第１冷却部３１の冷媒流路３１１に流通させる冷媒の温度（５０℃）を第１ヒータ部３３の設定温度（５５℃）に近づけることで、第１ヒータ部３３から第１冷却部３１への熱の伝達（第１ヒータ部３３の熱の逃げ）を抑制することができ、第１ヒータ部３３を効率よく発熱させることができる。これにより、半導体ウェハ８を迅速に加熱することができ、昇温特性を向上させることができる。さらに、第２冷却部３２の冷媒流路３２１に冷媒を流通させないようにすることで、前述の昇温特性向上効果をさらに高めることができる。

【0076】

一方、半導体ウェハ８を降温させる場合には、第１ヒータ部３３の発熱を停止させ、第２冷却部３２の冷媒流路３２１に冷媒を流通させる。これにより、半導体ウェハ８を迅速に冷却することができ、降温特性を向上させることができる。さらに、第１冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒を流通させないようにすることで、前述の降温特性向上効果をさらに高めることができる。

【0077】

よって、例えば、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理において、半導体ウェハ８を異なる温度に制御し、それぞれの温度で処理を行う場合であっても、半導体ウェハ８の温度制御を容易かつ迅速に行うことができる。すなわち、制御する温度の差が大きい場合であっても、半導体ウェハ８を所望の温度に容易に制御することができる。また、その温度制御（昇温、降温）を迅速に行うことができる。

【0078】

また、第１冷却部３１の冷媒流路３１１を流通する冷媒の温度（５０℃）は、第２冷却部３２の冷媒流路３２１を流通する冷媒の温度（１０℃）よりも高い。そのため、第１冷却部３１による昇温特性向上効果と第２冷却部３２による降温性向上効果とを共に十分に得ることができ、温度制御特性をさらに向上させることができる。

【0079】

また、第１ヒータ部３３の発熱時には、第１冷却部３１の冷媒流路３１１を流通する冷媒の流量が第２冷却部３２の冷媒流路３２１を流通する冷媒の流量よりも多くなるよう構成されていると共に、第１ヒータ部３３の発熱停止時には、第２冷却部３２の冷媒流路３２１を流通する冷媒の流量が第１冷却部３１の冷媒流路３１１を流通する冷媒の流量よりも多くなるよう構成されている。そのため、第１ヒータ部３３の発熱時において、第１冷却部３１による昇温特性向上効果をより一層高めることができると共に、第１ヒータ部３３の発熱停止時において、第２冷却部３２による降温特性向上効果をより一層高めることができる。その他の作用効果は、前述の実施形態１と同様である。

【0080】

なお、本発明は、前述の実施形態１〜３に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、第１ヒータ部３３の発熱時に投入される電力量は、第２ヒータ部２２の発熱時に投入される電力量よりも小さくなるよう構成されていてもよい。この場合には、第２ヒータ部２２によるセラミック吸着部２の各領域の温度調整や半導体ウェハ８の局所的な温度調整をより一層精度良く行うことができる。特に、セラミック吸着部２の領域間に温度差をつけようとする場合に非常に有効である。

【0081】

また、図７に示すように、前述の実施形態２の断熱部３４と前述の実施形態３の第２冷却部３２との両方を備えた構成とすることもできる。

【符号の説明】

【0082】

１…静電チャック
２…セラミック吸着部
２１…吸着用電極
２２…第２ヒータ部
３…金属ベース部
３１…冷却部
３１１…冷媒流路
３３…第１ヒータ部
８…被吸着物（半導体ウェハ）
Ｘ…積層方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】