KR20120115257A - 정전 척 장치 - Google Patents

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도시유키 마카베
마모루 고사카이
다카시 사토우
가즈노리 이시무라
류우지 하야하라
히토시 고우노
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스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 정전 척부와, 이 정전 척부를 둘러싸도록 마련된 환상의 포커스 링부와, 이들 정전 척부 및 포커스 링부를 냉각하는 냉각 베이스부에 의해 구성되고, 포커스 링부는 환상의 포커스 링과, 환상의 열전도 시트와, 환상의 세라믹 링과, 비자성체의 히터와, 이 히터에 급전하는 전극부를 구비하여 이루어지는 정전 척 장치를 제공한다.

Description

정전 척 장치 {ELECTROSTATIC CHUCK APPARATUS}
본 발명은 정전(靜電) 척(chuck) 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 전극에 고주파를 인가하여 플라스마를 생성하고, 이 플라스마에 의해 반도체 웨이퍼 등의 판 모양 시료에 플라스마 에칭 등의 플라스마 처리를 실시하는 고주파 방전방식의 플라스마 처리장치에 이용하는데 바람직한 정전 척 장치에 관한 것이다.
본원은 2009년 12월 10일에 일본에 출원된 특원2009-280672호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, IC, LSI, VLSI 등의 반도체 디바이스 혹은 액정 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display : FPD) 등의 제조 프로세스에서의 에칭, 퇴적, 산화, 스패터링 등의 처리에서는 처리가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 행하게 하기 위해서 플라스마가 많이 이용되고 있다.
예를 들면, 실리콘 웨이퍼를 이용한 반도체 디바이스의 에칭공정에서는 고주파 방전방식의 플라스마 에칭장치가 이용되고 있다.
그런데, 이 플라스마 에칭장치에서는 실리콘 웨이퍼의 중앙부에서의 에칭 특성과, 이 실리콘 웨이퍼의 외주부에서의 에칭 특성이 다른 현상이 발생한다.
그래서, 이 실리콘 웨이퍼의 에칭 특성을 면 내에서 균일화하기 위해서, 이 실리콘 웨이퍼를 둘러싸도록, 이 실리콘 웨이퍼의 외측에 환상의 포커스 링을 배치하는 것이 행해지고 있다.
그렇지만, 포커스 링을 이용한 경우에도, 실리콘 웨이퍼에 플라스마 에칭을 실시하는 경우에, 실리콘 웨이퍼의 중앙부와 외주부와의 사이에 온도차가 생기고, 이 온도차에 의해 실리콘 웨이퍼의 중앙부에서의 에칭 레이트와, 외주부에서의 에칭 레이트에 차이가 발생한다.
이와 같은 경우, 실리콘 웨이퍼의 면 내에서의 에칭결과가 불균일한 상태가 되며, 따라서, 이 에칭에 의한 면 내 가공형상의 불균일에 의해, 얻어진 반도체 디바이스의 특성의 수율이 저하된다고 하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 포커스 링의 내부의 표면 근방에 온도검지기를 이 표면에 도출시키지 않고 배치한 구성의 마그네트론 타입의 플라스마 에칭처리장치가 제안되어 있다(특허문헌 1).
이 플라스마 에칭처리장치에서는 온도검지기에 의해 포커스 링의 온도를 상시 검출하여, 포커스 링의 온도제어를 행함으로써, 포커스 링의 온도를 실리콘 웨이퍼와 동일한 온도로 유지하도록 제어한다. 따라서, 실리콘 웨이퍼상과 포커스 링상에서의 래디컬(radical)한 표면반응의 차이를 억제하고, 실리콘 웨이퍼의 면 내의 에칭 레이트의 변동을 억제하여, 에칭의 균일성을 개선하고 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2002-164323호 공보
그런데, 상술한 종래의 포커스 링에 온도검지기를 마련한 플라스마 에칭처리장치에서는, 플라스마를 실리콘 웨이퍼에 조사했을 경우, 이 플라스마 조사에 의한 포커스 링의 표면에서의 온도상승속도가 실리콘 웨이퍼의 면 내에서의 온도상승속도보다 늦어지기 때문에, 플라스마 조사의 초기 단계에서는 포커스 링의 표면온도가 실리콘 웨이퍼의 표면온도보다 낮게 억제된다. 또, 플라스마 조사의 최종 단계에서는, 반대로, 포커스 링의 표면온도가 실리콘 웨이퍼의 표면온도보다 높아져 버리기 때문에, 포커스 링과 실리콘 웨이퍼와의 사이에 온도차가 발생하게 되어, 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 면 내 온도도 안정되지 않게 된다고 하는 문제점이 있었다.
또, 이 플라스마 에칭처리장치에서는, 플라스마 조사시에 냉각기를 이용하여 포커스 링을 냉각하는 것도 가능하지만, 이 경우, 포커스 링의 플라스마 조사에 의한 온도상승을 냉각기에 의해 조정하는 것이 어렵고, 포커스 링의 표면온도를 정밀도 좋게 조정하는 것은 어렵다.
이와 같이, 포커스 링에 온도검지기를 마련한 경우에도, 실리콘 웨이퍼의 면 내에서의 에칭결과가 불균일한 상태가 되므로, 이 에칭에 의한 면 내 가공형상의 불균일에 의해, 얻어진 반도체 디바이스의 특성의 수율이 저하된다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 포커스 링의 표면온도의 조정이 어렵기 때문에, 이 포커스 링의 표면온도가 실리콘 웨이퍼의 표면온도보다 낮은 경우에는, 이 포커스 링상에 퇴적물이 퇴적하기 쉬워진다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 플라스마 에칭장치 등의 처리장치에 적용했을 경우에, 실리콘 웨이퍼 등의 판 모양 시료를 둘러싸도록 마련된 포커스 링부의 온도를 조정함으로써, 처리중의 포커스 링부의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 판 모양 시료의 외주부의 온도를 안정화할 수 있으며, 따라서 판 모양 시료의 면 내에서의 에칭 특성을 균일화할 수 있어, 포커스 링상에 퇴적물이 퇴적하는 것을 방지할 수 있는 정전 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 정전 척부를 둘러싸도록 마련된 환상의 포커스 링부를, 포커스 링과, 세라믹판과, 비자성체로 이루어진 히터부와, 이 히터부에 급전하는 전극부를 구비한 구성으로 하면, 이 포커스 링부의 온도를 조정함으로써, 처리중의 포커스 링부의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 실리콘 웨이퍼 등의 판 모양 시료의 외주부의 온도를 안정화할 수 있으며, 따라서 판 모양 시료의 면 내에서의 에칭 특성을 균일화할 수 있고, 또, 포커스 링상에 퇴적물이 퇴적하는 것을 방지할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 관한 정전 척 장치는 이하의 형태를 포함한다.
<1> 일주면(一主面)을 판 모양 시료를 얹어 놓는 재치면(載置面)으로 함과 아울러 정전흡착용 내부 전극을 내장한 정전 척부와, 상기 정전 척부를 둘러싸도록 마련된 환상의 포커스 링부와, 상기 정전 척부의 다른 일주면 측에 마련되고, 상기 정전 척부 및 상기 포커스 링부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하며, 상기 포커스 링부는 포커스 링과, 이 포커스 링과 상기 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 세라믹판과, 이 세라믹판과 상기 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 비자성체로 이루어진 히터부와, 이 히터부에 급전하는 전극부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
<2> 상기 세라믹판은 환상의 세라믹판, 환상의 세라믹판을 둘레방향으로 분할하여 이루어지는 복수 개의 세라믹편 및 환상의 세라믹판을 반경방향으로 분할하여 이루어지는 복수 개의 환상 세라믹편 중 어느 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 <1>에 기재한 정전 척 장치.
<3> 상기 히터부는 시트 모양의 히터부인 것을 특징으로 하는 상기 <1> 또는 <2>에 기재한 정전 척 장치.
<4> 상기 히터부는 상기 세라믹판에 제1 절연성 접착제층에 의해 고정되고, 상기 냉각 베이스부에 제2 절연성 접착제층에 의해 고정되며, 또한, 이들 제1 절연성 접착제층 및 제2 절연성 접착제층에 의해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<5> 상기 냉각 베이스부와 상기 히터부와의 사이에, 절연성의 세라믹막 또는 절연성의 유기필름을 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<6> 상기 포커스 링부에 온도측정수단을 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<7> 상기 히터부는 전기전도율이 0.5×106S/m 이상 또한 20×106S/m 이하, 열팽창율이 0.1×10-6/K 이상 또한 100×10-6/K 이하인 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <6> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<8> 상기 히터부는 티탄 또는 티탄합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <7> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<9> 상기 세라믹판은 절연성을 가지고, 또한 열전도율이 1W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <8> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
<10> 상기 히터부와 상기 냉각 베이스부와의 사이의 열전달율은 400W/㎡K 이상 또한 10000W/㎡K 이하인 것을 특징으로 하는 상기 <1> 내지 <9> 중 어느 하나에 기재한 정전 척 장치.
본 발명의 정전 척 장치에 의하면, 정전 척부를 둘러싸도록 환상의 포커스 링부를 마련하고, 이 포커스 링부를 포커스 링과, 이 포커스 링과 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 세라믹판과, 이 세라믹판과 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 비자성체로 이루어진 히터와, 이 히터에 급전하는 전극에 의해 구성한 것으로, 히터에 의해 포커스 링부의 온도를 조정함으로써, 처리중의 포커스 링부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼 등의 판 모양 시료의 외주부의 온도를 안정화할 수 있으며, 따라서 판 모양 시료의 면 내에서의 에칭 특성을 균일화할 수 있다.
또, 포커스 링의 표면온도를 정밀도 좋게 조정할 수 있으므로, 이 포커스 링의 표면온도와 판 모양 시료의 표면온도와의 사이의 온도차를 없앨 수 있고, 이 포커스 링상에 퇴적물이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치의 세라믹 링의 형상의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치의 세라믹 링의 형상의 다른 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치의 세라믹 링의 형상의 또 다른 일례를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 정전 척 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.
또한, 이하의 각 실시형태는 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해서 구체적으로 설명하는 것이며, 특히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 정전 척 장치를 나타내는 단면도이며, 이 정전 척 장치(1)는 정전 척부(2)와, 이 정전 척부(2)를 둘러싸도록 마련된 환상의 포커스 링부(3)와, 이들 정전 척부(2) 및 포커스 링부(3)를 냉각하는 냉각 베이스부(4)에 의해 구성되어 있다.
정전 척부(2)는 상면(일주면)을 반도체 웨이퍼 등의 판 모양 시료(W)를 얹어 놓기 위한 재치면으로 이루어진 원형 모양의 유전층(誘電層)(11)과, 이 유전층(11)의 하면(다른 일주면) 측에 대향 배치되어 유전층(11)과 동일지름의 원형 모양의 절연층(12)과, 이들 유전층(11)과 절연층(12)과의 사이에 끼워 지지되어 유전층(11) 및 절연층(12)보다 지름이 작은 원형 모양의 정전흡착용 내부 전극(13)과, 이 정전흡착용 내부 전극(13)의 외주 측에 이것을 둘러싸도록 마련된 환상의 절연재층(14)과, 이 정전흡착용 내부 전극(13)의 하면 중앙부에 접속되어 직류전압을 인가하는 급전용 단자(15)와, 이 급전용 단자(15)의 주위를 덮음으로써 외부와 절연하는 원통형의 절연애자(絶緣碍子)(16)에 의해 구성되어 있다.
유전층(11) 및 절연층(12)은 모두 내열성을 가지는 세라믹스가 바람직하고, 이 세라믹스로서는 질화 알루미늄(AlN), 산화 알류미늄(Al2O3), 질화 규소(Si3N4), 산화 지르코늄(ZrO2), 사이알론(sialon), 질화 붕소(BN), 탄화 규소(SiC)로부터 선택된 1종으로 이루어진 세라믹스 혹은 2종 이상을 포함하는 복합 세라믹스가 바람직하다.
특히, 유전층(11)은 상면(11a) 측이 정전흡착면이 되기 때문에, 특히 유전율이 높은 재질로서, 정전흡착하는 판 모양 시료(W)에 대해서 불순물이 되지 않는 것을 선택하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 4중량%이상 또한 20중량% 이하의 탄화 규소를 포함하며, 잔부를 산화 알류미늄으로 하는 탄화 규소-산화 알류미늄 복합 소결물체가 바람직하다.
정전흡착용 내부 전극(13)은 두께가 10㎛ ~ 50㎛ 정도의 도전성을 가지는 평판 모양의 세라믹스가 이용된다. 이 정전흡착용 내부 전극(13)의, 정전 척 장치(1)의 사용 온도하에서의 체적 고유저항값은 1.0×106Ω·㎝ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0×104Ω·㎝ 이하이다.
이 정전흡착용 내부 전극(13)을 구성하는 도전성 세라믹스로서는 탄화 규소(SiC)-산화 알류미늄(Al2O3) 복합 소결물체, 질화 탄탈(TaN)-산화 알류미늄(Al2O3) 복합 소결물체, 탄화 탄탈(TaC)-산화 알류미늄(Al2O3) 복합 소결물체, 탄화 몰리브덴(Mo2C)-산화 알류미늄(Al2O3) 복합 소결물체 등을 들 수 있다.
절연재층(14)은 유전층(11) 및 절연층(12)을 접합 일체화하기 위한 것이며, 또, 정전흡착용 내부 전극(13)을 플라스마로부터 보호하기 위한 것이다. 이 절연재층(14)을 구성하는 재료로서는 유전층(11) 및 절연층(12)과 주성분이 동일한 절연성 재료가 바람직하고, 예를 들면, 유전층(11) 및 절연층(12)이 탄화 규소-산화 알류미늄 복합 소결물체에 의해 구성되어 있는 경우에는, 산화 알류미늄(Al2O3)으로 하는 것이 바람직하다.
포커스 링부(3)는 내경이 정전 척부(2)의 지름보다 약간 크고 또한 외경이 냉각 베이스부(4)의 외경보다 약간 큰 환상의 판재로 이루어진 포커스 링(21)과, 이 포커스 링(21)의 하면에 접착되고, 내경이 포커스 링(21)의 내경과 동일하며 또한 외경이 포커스 링(21)의 외경보다 작은 환상의 열전도 시트(22)와, 이 열전도 시트(22)의 하면에 접착되어 내경 및 외경이 열전도 시트(22)와 대략 동일한 환상의 세라믹 링(세라믹판)(23)과, 이 세라믹 링(23)의 하면에 시트 모양의(제1) 절연성 접착제층(24)을 통하여 접착되어 비자성체로 이루어진 히터(25)와, 이 히터(25)의 하면에 접합되어 히터(25)에 급전하는 히터 전극(26)과, 이 히터 전극(26)의 주위를 덮음으로써 외부와 절연하는 원통형의 히터 애자(27)에 의해 구성되어 있다.
이 포커스 링부(3)는 (제2) 절연성 접착제층(28)을 통하여 냉각 베이스부(4)에 접착·고정되어 있다.
이 포커스 링(21)은 플라스마 에칭 등의 처리공정에서 판 모양 시료(W)와 동일한 온도가 되도록 제어되는 것으로, 그 재질은, 예를 들면, 산화막 에칭에 이용되는 경우, 다결정 실리콘, 탄화 규소 등이 바람직하게 이용된다.
열전도 시트(22)는 온도제어되어 있는 세라믹 링(23)으로부터의 열을 포커스 링(21)에 전달하기 위한 것으로, 열전도율이 높은 시트 모양인 것 등이 바람직하게 이용된다.
이 열전도 시트(22)가 포커스 링(21)과 세라믹 링(23)과의 사이의 열전도를 양호하게 계속 유지하기 위해서는, 이 열전도 시트(22)를 포커스 링(21)과 세라믹 링(23)과의 사이에 개재시켰을 경우의 열전달율이 500W/㎡K 이상일 필요가 있다.
여기서, 열전달율이 500W/㎡K 미만인 경우, 고주파 인가시의 포커스 링(21)의 온도상승의 영향이 크게 되어, 히터(25) 및 냉각 베이스부(4)에 의한 포커스 링(21)의 온도제어를 할 수 없게 되므로, 바람직하지 않다.
세라믹 링(23)은, 예를 들면, 산화 알류미늄(Al2O3), 석영 등으로 이루어진 절연성을 가지는 환상의 세라믹판이며, 그 열전도율은 1W/mK 이상이다.
이 열전도율이 1W/mK 미만이면, 히터(25)로부터의 열을 열전도 시트(22)를 통하여 포커스 링(21)에 신속하게 전달하지 못하여, 포커스 링(21)의 표면온도와 정전 척부(2)의 표면온도와의 사이에 온도차가 발생한다. 따라서, 정전 척부(2)에 얹어 놓인 판 모양 시료(W)의 표면온도가 안정되지 않게 되며, 그 결과, 각종 처리가 실시된 판 모양 시료(W)의 면 내 특성을 균일화할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
이 세라믹 링(23)은, 도 2에 나타내는 환상인 것 외에, 환상의 세라믹판을 둘레방향으로 복수 개에 분할한 원호상의 세라믹편, 예를 들면, 도 3에 나타내는 원호상의 세라믹편(23a ~ 23d)을 환상으로 조합해도 되고, 혹은, 환상의 세라믹판을 반경방향으로 복수 개에 분할한 환상의 세라믹편, 예를 들면, 도 4에 나타내는 환상의 세라믹편(23e, 23f)을 동심원 모양으로 조합해도 된다.
절연성 접착제층(24, 28)은 -20℃ ~ 150℃의 온도범위에서 내열성을 가지는 접착제가 바람직하게 이용되며, 예를 들면, 실리콘 수지, 알루미나나 질화 알루미늄 등의 필러를 함유하는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등이 바람직하다. 특히, 산소계 플라스마를 이용하는 경우에는, 산소계 플라스마에 대해서 내플라스마성이 뛰어난 실리콘 수지가 바람직하다.
이 절연성 접착제층(24, 28)은 동일한 재료라도 되고, 서로 다른 재료라도 된다. 또, 형상도 시트 모양의 접착재라도 되고, 열이나 자외선 조사에 의해 경화하는 액상의 접착제 등이라도 된다. 요점은, 접착의 대상이 되는 부재의 재료 조성이나 형상에 맞추어 적절히 선택 사용하면 된다.
구체적으로는, 예를 들면, 절연성 접착제층(24)은 시트 모양의 에폭시 수지가 바람직하고, 절연성 접착제층(28)은 실리콘 수지가 바람직하다.
히터(25)는 세라믹 링(23)을 통하여 포커스 링(21)의 온도를 임의의 온도상승속도로 소정의 온도까지 가열함으로써, 포커스 링(21)의 온도를 판 모양 시료(W)와 동일한 온도로 제어하는 것이다. 히터(25)로서의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는, 그 전기전도율은 0.5×106S/m 이상 또한 20×106S/m 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.9×106S/m 이상 또한 5×106S/m 이하이다.
또, 히터(25)는 온도상승 및 강온(降溫)을 반복한 경우에도, 세라믹 링(23)이나 냉각 베이스부(4)로부터 박리하지 않는 것이 필요하기 때문에, 그 열팽창율은 0.1×10-6/K 이상 또한 100×10-6/K 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1×10-6/K 이상 또한 20×10-6/K 이하, 더욱 바람직하게는 4×10-6/K 이상 또한 10×10-6/K 이하이다.
이 히터(25)는 고주파(RF)를 이용한 플라스마 처리장치에 적용했을 경우, 고주파(RF)가 인가되었을 때에 고주파(RF)에 의해 히터 자체가 자기(自己) 발열하지 않기 위해서는 비자성재료일 필요가 있으며, 시트 모양의 비자성재료로 이루어진 도전체가 바람직하게 이용된다. 이와 같은 도전체로서는, 예를 들면, 티탄박, 티탄합금박 등을 들 수 있다.
이 히터(25)의 두께는 200㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 120㎛ 이하이다.
이 히터(25)의 두께를 200㎛ 이하로 한 것에 의해, 이 히터(25)를 절연성 접착제층(28)을 통하여 냉각 베이스부(4)에 접착·고정했을 때에, 세라믹 링(23)으로부터 냉각 베이스부(4)까지의 절연성 접착제층(28)의 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, 이 절연성 접착제층(28)의 노출한 단면(端面)에서 플라스마에 노출되는 면적을 작게 할 수 있으며, 그 결과, 플라스마를 조사했을 때의 플라스마에 의한 절연성 접착제층(28)의 손상을 경감할 수 있다.
이 히터(25)는 절연성 접착제층(24)을 통하여 세라믹 링(23)의 하면에 접착됨과 아울러, 절연성 접착제층(28)을 통하여 냉각 베이스부(4)에 접착·고정되며, 또한, 이 히터(25)가 냉각 베이스부(4)에 접촉하지 않고, 이들 사이의 간격을 양호하게 유지한 상태에서 유지됨과 아울러, 이 간격에 절연성 접착제가 충전되어 있다. 따라서, 세라믹 링(23) 및 냉각 베이스부(4) 각각과의 사이의 절연성을 양호하게 유지할 수 있어, 이들 절연성 접착제층(24, 28)에 의해 히터(25)의 열응력을 저감할 수 있다.
냉각 베이스부(4)는 정전 척부(2) 및 포커스 링부(3)의 하측에 마련되어, 이들 정전 척부(2) 및 포커스 링부(3)의 온도를 소망의 온도로 제어함과 아울러, 고주파 발생용 전극을 겸비한 것이다. 이 냉각 베이스부(4)는 알루미늄 등의 열전도성이 좋은 금속에 의해 구성되며, 그 내부에는 물이나 유기용매 등의 냉각용 매체를 순환시키는 유로(31)가 형성되고, 상기의 유전층(11)의 상면(11a)에 얹어 놓이는 판 모양 시료(W)의 온도를 소망의 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다.
이 냉각 베이스부(4) 중 히터(25)의 하측에 형성된 관통구멍(32)에는 히터 전극(26) 및 히터 애자(27)가 고정되고, 또, 이 냉각 베이스부(4)의 중앙부에 형성된 관통구멍(33)에는 급전용 단자(15) 및 절연 애자(16)가 고정되며, 또한, 냉각 베이스부(4)의 중심축에 대해 관통구멍(32)과 반대 측의 관통구멍(34)에는 세라믹 링(23)으로부터 방사되는 광을 수광함으로써 세라믹 링(23)의 온도를 직접 측정하는 광온도계(온도측정수단)(35)가 고정되어 있다.
이 광온도계(35)는 히터(25)의 온도를 직접 측정하는 구성이라도 되고, 포커스 링(21)의 온도를 직접 측정하는 구성이라도 된다.
이 광온도계(35)에는 온도 콘트롤러(36) 및 히터 전원(37)이 직렬로 접속되며, 이 히터 전원(37)은 히터 전극(26)에 접속되어 있다.
여기서, 세라믹 링(23)의 온도를 알고 싶은 경우에, 이 광온도계(35)가 이 세라믹 링(23)으로부터 방사된 광을 검출하면, 이 광의 파장 대역으로부터 세라믹 링(23)의 온도를 직접 알 수 있다.
여기에서는, 광온도계(35)가 이 광에 대응한 온도의 값을 전기신호로 변환하여, 온도 콘트롤러(36)에 출력한다. 온도 콘트롤러(36)에서는 광온도계(35)로부터의 전기신호에 근거하여 히터(25)에 인가하는 전력을 제어하는 제어신호를 히터 전원(37)에 출력한다. 히터 전원(37)에서는 온도 콘트롤러(36)로부터 출력되는 제어신호에 근거하여 히터(25)에 제어된 전력을 인가하고, 이 히터(25)로부터 방사되는 열량을 제어한다.
따라서, 히터(25)에 의해, 포커스 링(21)을 세라믹 링(23)을 통하여 임의의 온도상승속도에서 소정의 온도까지 가열할 수 있어, 이 온도를 유지할 수 있다. 또, 포커스 링(21)의 온도가 플라스마에 의해 상승한 경우에는, 히터(25)의 출력을 조정함으로써, 포커스 링부(3)의 온도상승을 억제하며, 따라서, 이 포커스 링부(3)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
이 냉각 베이스부(4)와 세라믹 링(23)과의 간격은 절연성 접착제층(24)과 히터(25)와 절연성 접착제층(28)과의 합, 즉, 100㎛ ~ 500㎛이다.
이와 같이, 절연성 접착제층(24)과 히터(25)와 절연성 접착제층(28)을 층 모양으로 겹침으로써, 냉각 베이스부(4)와 세라믹 링(23)과의 간격을 지극히 좁게 할 수 있고, 따라서, 세라믹 링(23)을 통하여 포커스 링(21)의 온도를 소정의 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
이 냉각 베이스부(4)와 히터(25)와의 사이의 열전달율은 400W/㎡K 이상 또한 10000W/㎡K 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1000W/㎡K 이상 또한 4000W/㎡K 이하이다.
냉각 베이스부(4)와 히터(25)와의 사이의 열전달율을 상기의 범위로 함으로써, 히터(25)에 소정의 전류를 흘렸을 경우의 세라믹 링(23)의 온도상승속도 및 냉각속도와, 정전 척부(2)의 온도상승속도 및 냉각속도를 대략 일치시킬 수 있고, 따라서, 포커스 링(21)의 온도상승속도 및 냉각속도를 정전 척부(2)의 온도상승속도 및 냉각속도에 대략 일치시킬 수 있다.
이상에 의해, 히터(25)를 이용하여 포커스 링(21)의 온도를 조정할 수 있어, 처리중의 포커스 링(21)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼 등의 판 모양 시료(W)의 외주부의 온도를 안정화할 수 있으며, 따라서, 판 모양 시료(W)의 면 내에서의 에칭 특성을 균일화할 수 있다.
또, 포커스 링(21)의 표면온도를 정밀도 좋게 조정할 수 있으므로, 이 포커스 링(21)의 표면온도와 정전 척부(2)에 얹어 놓이는 판 모양 시료(W)의 표면온도와의 사이의 온도차를 없앨 수 있고, 따라서, 이 포커스 링(21)상에 퇴적물이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 정전 척 장치에 의하면, 히터(25)를 세라믹 링(23)과 냉각 베이스부(4)와의 사이에 마련함으로써, 히터(25)의 발열시의 세라믹 링(23)에 대한 응력을 경감할 수 있다. 또, 히터(25)를 세라믹스 중에 매립하지 않는 구성이기 때문에, 제조공정을 간단화할 수 있어, 제조비용도 저감할 수 있다.
히터(25)를 비자성체로 함으로써, 이 히터(25)에 고주파가 인가된 경우에도 고주파에 의한 발열의 우려가 없다. 따라서, 고주파 인가시에도 자기 발열을 회피할 수 있다.
히터(25)를 절연성 접착제층(24, 28)을 통하여 세라믹 링(23) 및 냉각 베이스부(4)에 고정함으로써, 세라믹 링(23)과 냉각 베이스부(4)와의 사이에 절연성 접착제층(24, 28)이 존재하게 되어, 히터(25)의 열팽창에 의한 열응력을 완화함과 아울러, 세라믹 링(23) 및 냉각 베이스부(4)의 열팽창에 의한 열응력도 완화할 수 있다.
또한, 냉각 베이스부(4)의 관통구멍(34)에 세라믹 링(23)의 온도를 직접 측정하는 광온도계(35)를 고정함으로써, 세라믹 링(23)의 열이 광온도계(35)를 경유하여 냉각 베이스부(4)로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
또, 광온도계(35)에 의해 세라믹 링(23)의 온도를 직접 측정하므로, 히터(25)로부터의 발열의 영향을 받을 우려가 없어져, 세라믹 링(23) 자체의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 냉각 베이스부(4)와 히터(25)와의 사이의 절연성을 높이기 위해서, 냉각 베이스부(4)와 히터(25)와의 사이에 절연성의 세라믹막 또는 절연성의 유기필름을 마련해도 된다.
또, 포커스 링(21)과 세라믹 링(23)과의 사이에 열전도 시트(22)를 마련했지만, 열전도 시트(22) 대신에 헬륨 가스 등을 흘리는 구성으로 해도 된다.
또, 광온도계(35)에 의해 온도를 직접 측정하는 대상으로서는, 세라믹 링(23)에 한정되지 않고, 포커스 링(21) 또는 열전도 시트(22)의 온도를 직접 측정하는 것으로 해도 된다.
도 5는 본 실시형태의 정전 척 장치의 변형예를 나타내는 단면도이며, 이 정전 척 장치(41)가 상기의 정전 척 장치(1)와 다른 점은, 냉각 베이스부를, 정전 척부(2)를 냉각하기 위한 두께가 있는 원판 모양의 냉각 베이스부(42)와, 포커스 링부(3)를 냉각하기 위해서 냉각 베이스부(42)를 둘러싸도록 마련된 두께가 있는 환상의 냉각 베이스부(43)로 분할한 점이며, 그 외의 점에 대해서는, 상기의 정전 척 장치(1)과 완전히 동일하다.
이 정전 척 장치(41)에 의하면, 정전 척부(2)를 냉각하기 위한 두께의 냉각 베이스부(42)와, 포커스 링부(3)를 냉각하기 위한 냉각 베이스부(43)를 마련함으로써, 냉각 베이스부(42)에 의해 정전 척부(2)를, 냉각 베이스부(43)에 의해 포커스 링부(3)를, 각각 단독으로 냉각할 수 있어, 정전 척부(2) 및 포커스 링부(3) 각각의 온도제어성을 높일 수 있다.
1 정전 척 장치 2 정전 척부
3 포커스 링부 4 냉각 베이스부
11 유전층 11a 상면
12 절연층 13 정전흡착용 내부 전극
14 절연재층 15 급전용 단자
16 절연 애자 21 포커스 링
22 열전도 시트 23 세라믹 링(세라믹판)
24 (제1)절연성 접착제층 25 히터
26 히터 전극 27 히터 애자
28 (제2)절연성 접착제층 31 유로
32 ~ 34 관통구멍 35 광온도계(온도측정수단)
36 온도 콘트롤러 37 히터 전원
41 정전 척 장치 42, 43 냉각 베이스부

Claims (10)

  1. 일주면(一主面)을 판 모양 시료를 얹어 놓는 재치면(載置面)으로 함과 아울러 정전(靜電)흡착용 내부 전극을 내장한 정전 척(chuck)부와,
    상기 정전 척부를 둘러싸도록 마련된 환상의 포커스 링부와,
    상기 정전 척부의 다른 일주면 측에 마련되고, 상기 정전 척부 및 상기 포커스 링부를 냉각하는 냉각 베이스부를 구비하며,
    상기 포커스 링부는 포커스 링과, 이 포커스 링과 상기 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 세라믹판과, 이 세라믹판과 상기 냉각 베이스부와의 사이에 마련된 비자성체로 이루어진 히터부와, 이 히터부에 급전하는 전극부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹판은 환상의 세라믹판, 환상의 세라믹판을 둘레방향으로 분할하여 이루어지는 복수 개의 세라믹편 및 환상의 세라믹판을 반경방향으로 분할하여 이루어지는 복수 개의 환상 세라믹편 중 어느 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 히터부는 시트 모양의 히터부인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 세라믹판에 제1 절연성 접착제층에 의해 고정되고, 상기 냉각 베이스부에 제2 절연성 접착제층에 의해 고정되며, 또한, 이들 제1 절연성 접착제층 및 제2 절연성 접착제층에 의해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 베이스부와 상기 히터부와의 사이에, 절연성의 세라믹막 또는 절연성의 유기필름을 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 링부에 온도측정수단을 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터부는 전기전도율이 0.5×106S/m 이상 또한 20×106S/m 이하, 열팽창율이 0.1×10-6/K 이상 또한 100×10-6/K 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터부는 티탄 또는 티탄합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹판은 절연성을 가지고, 또한 열전도율이 1W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터부와 상기 냉각 베이스부와의 사이의 열전달율은 400W/㎡K 이상 또한 10000W/㎡K 이하인 것을 특징으로 하는 정전 척 장치.
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