(57)【要約】【課題】温度応答性を改善した熱容量の小さいウエハステージを提供する。【解決手段】表面に溝を形成した円板を貼り合わせて、貼り合わせた２枚の円板間に冷媒溝を形成した基体５１、および該基体表面に形成した誘電体膜２６を備え、真空チャンバ内において、前記誘電体膜上に半導体ウエハ９を載置して保持する静電チャック５０と、前記静電チャックを断熱部材を介して真空チャンバ内で保持する絶縁部材４９と、前記２枚の円板間に形成された前記冷媒溝８２に冷媒を供給する配管５８を備え、前記配管５８は、該配管による冷媒の流れが、前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝が形成された平面に平行な方向に取り付けた。【選択図】    図１
2008251681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に溝を形成した円板を貼り合わせて、貼り合わせた２枚の円板間に冷媒溝を形成した基体、および該基体表面に形成した誘電体膜を備え、真空チャンバ内において、前記誘電体膜上に半導体ウエハを載置して保持する静電チャックと、
前記静電チャックを断熱部材を介して真空チャンバ内で保持する絶縁部材と、
前記２枚の円板間に形成された前記冷媒溝に冷媒を供給する配管を備え、
前記配管は、該配管による冷媒の流れが、前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝が形成された平面に平行な方向に取り付けたことを特徴とするウエハステージ。
【請求項２】
請求項１記載のウエハステージにおいて、
それぞれ異なる温度の冷媒をそれぞれバルブを介して供給する複数の温度調節器を備え、  前記バルブを切り換えることにより、前記冷媒溝に異なる温度の冷媒を供給することを特徴とするウエハステージ。
【請求項３】
請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記基体は複数の冷媒溝および各冷媒溝毎にそれぞれ備えられた温度調節器を有し、各温度調節器を制御することにより複数の冷媒溝に供給する冷媒の温度を個別に調整することを特徴とするウエハステージ。
【請求項４】
請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記静電チャックは、内部に複数のヒータおよび各ヒータ毎に電源を有し、該電源の出力を調整することにより、静電チャック表面温度分布を調整することを特徴とするウエハステージ。
【請求項５】
請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記絶縁部材は静電チャックを複数のピン状の断熱部材を介して真空チャンバ内で保持することを特徴とするウエハステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハステージに係り、特に処理中に、載置したウエハの温度を適切に管理することのできるウエハステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハに加工される回路パターンは、半導体素子の高集積化にともない微細化の一途を辿り、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。このような状況では、加工処理中の半導体ウエハ（以下、ウエハ）の温度管理が極めて重要な課題となる。
【０００３】
例えば、プラズマを用いてウエハをエッチングする場合には、通常、ウエハに高周波バイアス電圧を印加し、発生した電界でイオンを加速してウエハに引き込むことにより異方性形状のエッチングを実現している。このときウエハには入熱をともなうため、温度が上昇する。
【０００４】
このウエハ温度の上昇はエッチング結果に影響する。例えば、半導体デバイスの電極となるポリシリコンのエッチングでは、最終的に得られる線幅はエッチングに際して発生する反応生成物の再付着に大きく影響されるが、この反応生成物の付着率はウエハ温度により変化する。
【０００５】
すなわち、処理中のウエハの温度管理が十分でないと、所望のエッチング形状が得られないだけでなく、再現性が悪く面内ばらつきの大きなエッチング結果となる。
【０００６】
また、最近では素子の電気特性向上のため、微細化するだけでなくデバイス構造も複雑化してきており、異なる種類の材料が多層に積み上げられたいわゆる多層膜構造が増えてきている。例えば、反射防止膜とポリシリコンの積層膜などがこれにあたる。
【０００７】
多層膜構造では材料毎に適正な処理温度が異なるほか、面内で均一な結果を得るためのウエハ面内の温度分布が異なる。一方、製造コストを低減するためには一貫処理することが必要となる。
【０００８】
そこで一貫処理するためには、膜毎に処理ガスの種類、圧力、プラズマ条件を変えるだけでなく、処理温度や温度分布を調整しながら処理することが必要になるが、この温度や温度分布を変更するに要する時間は極力短い方がよい。
【０００９】
以上のことから、プラズマ処理中のウエハ面内温度分布を自在に、ムラなくかつ応答性よく変更することが望ましい。
【００１０】
ウエハの平均的な温度分布を管理するためには、ウエハステージ（ウエハ載置台）を構成する静電チャックの温度をチラー（温度調節器）から排出される冷媒で一定温度に温調し、ウエハと静電チャック間にヘリウムなどの伝熱性ガスを導入して熱伝達を確保して管理するのが一般的である。
【００１１】
図４は，従来の静電チャックを備えたウエハステージを説明する図、図５は、従来の静電チャックにおける冷媒溝を説明する図である。図４において、２は図示しない真空チャンバにウエハステージを固定するためのベースフランジであり、ベースフランジの中心に設けた貫通孔１６内を上下方向に可動なシャフト２０が導入されている。このシャフトの大気側はベローズ２１構造をしており、真空側を大気側から封じ切っている。このベローズの大気側の端面（下側端面）は図示しない駆動機構と接続されており、この駆動機構によりシャフト２０は上下方向に駆動される。
【００１２】
シャフト２０の真空側端面には円板状のベース２２が接続され、ベース２２上には、ベース２２と静電チャック２３間を電気的に絶縁するためのＰＴＦＥ（Poly Tetra Flouro Ethylene）製の絶縁部材２４が設けてある。
【００１３】
静電チャック２３は凸状のチタン製基材２５の表面にアルミナ２６を溶射した構成となっている。すなわち、基材そのものが直流電圧を印加する電極となるいわゆる単極型の静電チャックとなっている。また、基材の内部にはチラー５６により温度調節され冷媒が循環可能なように冷媒溝２７が形成されている。チラーから排出された冷媒は配管２８を通り真空チャンバ内に導入されている。配管のうち、真空チャンバ内の配管部は静電チャックの上下動作に支障がないようにフレキシブル構造となっている。ベースと絶縁部材には貫通穴が設けてあり、この貫通穴内にはスリーブ３０が埋設してあり、冷媒が真空中に漏れ出さない構造となっている。
【００１４】
図５は冷媒溝位置の断面を上からみた状態を示す。３１は冷媒入り口、３２は冷媒もどり口となる。なお、冷媒の流れる順序、つまり冷媒を外側の溝から内側の溝に流すか、その逆に流すかは必要とされる温度分布に応じて適宜決定されるべきものである。
【００１５】
静電チャック２３は外周をネジ３３により絶縁部材２４に固定されている。また、ベース２２と絶縁部材２４に設けた貫通穴３４にはプラグ３５を絶縁材で電気的に絶縁しつつ埋設する。ウエハ９に高周波バイアス電圧を印加するための高周波電源１０および静電チャックを動作させるための直流電源１１は、前記プラグ３５を介して基材に供給される。
【００１６】
シャフトの内部には絶縁パイプ３６を内蔵してあり、絶縁パイプ３６の中には装置の外部に設置されたヘリウムタンク３８と接続する配管３７を導入している。３９はヘリウムガスの流量を調節するマスフローコントローラ、４０は圧力計である。ヘリウム配管３７の真空側先端は、ベース２２、絶縁部材２４および静電チャックの中心を貫通するように設けた絶縁物４２に形成された貫通穴４１に接続してある。
【００１７】
圧力計４０の信号にもとづいてヘリウムの流量を調節することにより、静電チャック２３の表面とウエハ９の裏面間に圧力を調節したヘリウムガスを導入することができ、ウエハと静電チャック間の熱伝達率を制御することができる。なお、図４において、４３、４４はカバー、４５は石英カバー、４６はアルミナカバーである。４７はベースフランジに固定されたウエハ搬送用のプッシャピンであり、静電チャックの上下動作によりウェハを静電チャックから着脱することができる。
【００１８】
４８はウエハの温度測定用の蛍光温度計であり、ベース、絶縁部材、静電チャックを貫通する貫通孔を通りウエハ裏面に先端が接触する。この温度計を用いて処理中のウエハ温度を監視することができる。
【００１９】
以上の構成により、プラズマを発生させた状態で、直流電源１１により直流電圧を基材２５に印加し、ウエハ裏面にヘリウムガスを導入し、さらに高周波電源１０によりバイアス電圧を印加することにより、プラズマからの入熱によりウエハが過度に加熱されることなく温度調節しながらエッチング処理をおこなうことができる。
【００２０】
また、このように形成された静電チャックは、静電チャックの熱容量だけでなく、静電チャックを固定するボルトおよび絶縁部材などの熱容量、さらにはチラーに内蔵される冷媒あるいは冷媒の配管の熱容量が比較的大きいために、プラズマからの入熱が大きい場合でもウエハの温度が急激に上昇することがなく、ウエハ温度を安定化することができる。
【００２１】
一方、ウエハに温度分布を付与するために、静電チャック内に設けた独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させて温度分布を持たせる方式、ウエハ温度を静電チャック内あるいは近接して配置したヒータに投入する電力を調節してウエハ温度分布を調節する方式が考案されている。また、ウエハに温度分布を与えながら応答性を改善する試みとしては、独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させて応答性よく温度分布を調節する方法も提案されている。例えば、特許文献１には、一台のチラーユニットから排出された冷媒を分岐し、分岐した冷媒の温度を流路切替切ユニットあるいは加熱ユニットの動作により各冷媒通路に供給する冷媒毎に迅速に変更する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２８６７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前記従来技術によれば、静電チャックや冷媒の熱容量が大きいため、プラズマからの入熱量が大きい場合にもウエハ温度が急激に上昇することはない。このため、ウエハ温度が安定するメリットはある。しかし、条件に応じてウエハ温度を応答性よく変化させることには不向きである。
【００２３】
また、前記従来技術では、チラーから排出された冷媒（通常、毎分３リットルから１０リットル程度の流量）を静電チャックの裏面側から供給しているが、特に冷媒の入り口付近では冷媒の流路がほぼ直角に曲がるために乱流の度合いが強く、冷媒と基材表面間の熱伝達率が大きくなる傾向がある。その結果、冷媒入り口直上付近のウエハ温度が低くなり、温度ムラが発生する場合がある。この傾向は特に冷媒流量が大きいほど、また、プラズマからの入熱量が大きいほど顕著となりやすい。この温度ムラは、温度に敏感な材料ではエッチング結果のばらつきの原因となる。
【００２４】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、温度応答性を改善した熱容量の小さいウエハステージを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００２６】
表面に溝を形成した円板を貼り合わせて、貼り合わせた２枚の円板間に冷媒溝を形成した基体、および該基体表面に形成した誘電体膜を備え、真空チャンバ内において、前記誘電体膜上に半導体ウエハを載置して保持する静電チャックと、前記静電チャックを断熱部材を介して真空チャンバ内で保持する絶縁部材と、前記２枚の円板間に形成された前記冷媒溝に冷媒を供給する配管を備え、前記配管は、該配管による冷媒の流れが、前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝が形成された平面に平行な方向に取り付けた。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、以上の構成を備えるため、温度応答性を改善した熱容量の小さいウエハステージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１ないし３は本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図１はウエハステージの詳細を説明する図、図２はウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を説明する図、図３はウエハステージを搭載したプラズマ処理装置を示す図である。
【００２９】
図３に示すように、プラズマ処理装置は、真空チャンバ３上部に石英窓１４を設置し、真空処理室１内にウエハステージ８を用いてウエハ９を固定する。このウエハステージ８に、図１に示す静電チャックを適用することになる。
【００３０】
プラズマ処理に際しては、まず、真空処理室１内に処理ガス１３を導入する。処理ガスは、マイクロ波発振器１９で発生し導波管４を介して導入されるマイクロ波５および真空チャンバ３の周りに取り付けられたコイル６による磁場との相互作用によりプラズマ状態７となる。このプラズマにウエハを晒すことにより処理（ここではエッチング処理）が進行する。ここで、静電チャックにコンデンサ１８を介して高周波電源１０を印加することにより、ウエハに入射するイオンを制御してエッチングすることができる。また、静電チャックには吸着用の電源として直流電源１１が印加される。なお、１７は高周波電圧が直流電源に印加されるのを防止するコイルである。１２は真空ポンプであり、バルブ１５の開度調節により処理室内の圧力を適正な値に調節する。
【００３１】
次に、図１，２を参照してウエハステージの詳細を説明する。なお、図１，２において図４，５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、ウエハ温度を応答性よく、しかも面内で温度ムラが発生することなく変更することができるように、静電チャックの熱容量は極力小さくし、かつ静電チャック５０を絶縁部材４９から極力熱的に絶縁した構成としている。例えば、従来技術では静電チャックの厚みは３０ｍから６０ｍｍ程度を標準としているが、本実施形態では１２ｍｍまで薄くしている。
【００３３】
また、基材５１の材質はチタンであるが、薄い基材の内部に冷媒溝を形成するための工夫がなされている。すなわち、本実施形態では、厚み約７ｍの下円板５２と厚み約５ｍの上円板５３のそれぞれに予め冷媒溝８２となる溝を加工しておき、これら２枚の円板をブレージング加工により一体化して基材を製作し、その表面に従来と同様にアルミナを溶射して静電チャックを構成としている。
【００３４】
これにより、従来の静電チャックに比して熱容量を１／３から１／６に低減することができる。また、この静電チャックの絶縁部材への固定は、極力断熱するために熱伝導率の小さなジルコニア製のボルト５４で固定する。また、静電チャックと絶縁部材との直接接触も極力抑えるため、静電チャックは周方向に４箇所設けたジルコニア製のピン５５により支持する。
【００３５】
また、前述のように、冷媒の入り口付近の直上ではウエハ温度が低くなりやすい。本実施形態のように静電チャックの厚みを薄くした場合には、冷媒溝の上面から静電チャック表面までの距離も短くなるため、この傾向がより顕著になる。
【００３６】
そこで、本実施形態では冷媒の入り口およびもどり口における乱流の発生を低減するため、冷媒を静電チャックの側面側から導入する構成としている。
【００３７】
図２に静電チャックの冷媒溝部断面を示す。図に示すように、冷媒を側面から導入するため、配管ネジ５７を円板（上円板５３あるいは下円板５２）の側面に前記冷媒溝に沿って設け、この配管ネジに配管５８を接続する。これにより、配管５８を、該配管による冷媒の流れが前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝に取り付けることができる。
【００３８】
また、配管５８は、チラーから排出された冷媒が静電チャック近傍で急激に流れの向きを変えると乱流の度合いが変化する。このため、これを防止する目的で配管５８はらせん状にしてある。これにより、チラーから配管５８を通り、静電チャックに至るまでの流れを一定にすることができる。なお、図中には示していないが、冷媒の排出側の配管も、入り口側と同様の構成としている。
【００３９】
さらに、本実施形態では静電チャックの温度を短時間で切り替えることができるように、第１のチラー５９と第２のチラー６０を備えており、バルブ６１、６２、６３、６４を切り替えることにより異なる温度に設定した冷媒を任意に循環させることができる。すなわち、バルブ６１，６２を開放し、バルブ６３，６４を閉じたとき第１のチラー５９に設定された温度の冷媒が静電チャックを循環し、逆にバルブ６３，６４を開放し、バルブ６１，６２を閉じたとき第２のチラー６０に設定された温度の冷媒が静電チャックを循環する。
【００４０】
図６は、温度の応答特性を比較して示す図である。図６において、特性６１は、従来のウエハステージにおいて、静電チャックの温度を１０℃で一定に保った状態から、チラーの設定温度を３０℃に変更した場合における静電チャック表面の温度の変化を示し、特性６２は、１０℃に設定している第１のチラーから冷媒を供給して静電チャックの温度を１０℃で一定に保った状態から、予め３０℃に設定している第２のチラーからの冷媒に切り替えた場合の静電チャック表面の温度の変化を示している。
【００４１】
バルブ切り替えの操作に際しては、、まずバルブ６１を閉じて冷媒の排出を停止し、次にバルブ６２を閉じ冷媒の戻りを停止する。ついでバルブ６４を開放して冷媒が第２のチラーに循環可能にし、最後にバルブ６３を開けて冷媒を排出する。
【００４２】
この操作を短時間内に行うことによりチラー間の冷媒の移動を最小限に抑え、かつ冷媒配管に過大な圧力が作用することを防止することができる。しかし、実際には、バルブの開閉タイミング、あるいはチラー設定温度の違いによる冷媒の粘度の違いによる流量差等により、冷媒がチラー間を若干移動することは避けられない。チラー間の移動により冷媒の内蔵量差が発生した場合には、チラー間に設けたバイパスライン６５を用いて冷媒を移動させることにより、冷媒不足などの不要なトラブルを未然に防止することができる。
【００４３】
図６に示すように、従来の静電チャックはその熱容量が大きいだけでなく、チラーのタンクに蓄えられている冷媒そのものの熱容量も大きいため、３０分後にようやく２９．８℃まで到達することがわかる。これに対して、第実施形態の静電チャックでは５分後には３０℃に到達しており、従来技術に比して格段に応答性がよいことがわかる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、静電チャックの熱容量を極力小さくすることができ、かつ静電チャックを保持する部材（絶縁部材４９）との熱的な絶縁に優れ、更に異なる設定温度のチラーから排出される冷媒を任意に選択できる。このため、速やかに静電チャックの温度を変更することができる。したがって、異なる温度でウエハを処理する必要がある場合、待ち時間を少なくすることができ、スループットを向上することができる。
【００４５】
また、本実施形態ではチラーから排出された冷媒を、らせん状の配管を介して静電チャック位置まで導入し、更に静電チャックの側面から導入する。このため、冷媒入り口付近における冷媒と基材間の局所的な熱伝達率の上昇を抑えることができ、処理中のウエハ面内の温度ムラの発生を防止することが可能となる。これによりエッチングむらなどを抑制することができる。
【００４６】
本実施形態ではチラーの設定温度を１０℃から３０℃に変更する場合に、切り替え後のチラーである第２のチラーの設定温度を３０℃に設定していたが、必ずしも目標の設定温度に設定しなければならないわけではない。本実施形態のように１０℃から３０℃に設定変更をしたい場合において、例えば第２のチラー設定温度を４０℃と目標よりも高く設定しておき、切り替え直後はチラーに蓄えられた高い温度の冷媒を循環させることでより高速に３０℃に近づけ、その後徐々に温度を３０℃に近づけるようにすれば、より応答性よく温度を変更することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態では温度を上昇させる場合を例に説明したが、必ずしもこれに限るわけではなく、温度を下げる場合にも同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、静電チャックの誘電体膜としてはアルミナの溶射膜を利用した。この誘電体膜は製造工程が比較的簡便であり、製造コストを抑えることができる利点がある。吸着力の発生方式は、直流電圧の印加によるリーク電流がほとんどない、いわゆるクーロン型の吸着特性を示し、吸着力の値は安定しているが吸着力自体は比較的小さめである。なお、前記吸着膜としては、アルミナに金属酸化物、例えばチタニアを数％添加し、抵抗率を１×１０１０Ωｃｍ前後に抑えた、いわゆるジョンソン・ラーペック型の誘電体膜であってもよい。このタイプでは、電圧を印加することにより数μＡから数ｍＡ程度のリーク電流が流れ、この電流がウエハと静電チャック表面にチャージして吸着力が発生し、クーロン型に比べて大きな吸着力が得られる利点がある。
【００４９】
いずれの吸着力発生方式を採用するかは、例えばウエハ裏面に導入するヘリウムガスの使用圧力などによって決定すればよい。また、誘電体膜の主たる材料として本実施形態ではアルミナを採用したが、必ずしもこれに限るわけではなく、その他のセラミックス材料も適用可能である。
【００５０】
また、誘電体膜は溶射により成膜するだけでなく、焼結体膜を基材にはり合わせたものを使用することができる。溶射膜は焼結体膜に比べて製造コストが低い利点があるが、製法の特性上、焼結体に比べると気孔率が大きいために耐電圧が焼結体に比べて低くなりがちである。したがって、大きな高周波バイアス電圧を印加することによりウエハに大きなＶｐｐ（ピーク間電圧）が発生し、耐電圧が重要になる場合には焼結体の膜を採用した方が有利である。
【００５１】
また、本実施形態では静電チャックの構造はチタン基材そのものが電極の役割を果たす単極型のものを採用した。この方式は構造が単純であり、製造コストを抑えることができる利点があるが、プラズマの有無によりウエハの吸着、除電が左右されるため、プラズマ処理においてシーケンス上の制約がある。この制約が問題となるようなプロセス、例えば非常に温度に敏感な処理を行う必要があり、プラズマ開始直後からウエハ温度制御を厳密に管理する必要がある場合などには、直流電圧を印加する電極を２個内蔵したいわゆる双極型の静電チャックを採用することも可能である。いずれの方式の静電チャックを採用するかは前述したように、例えばプロセス対象の温度管理などを勘案して適宜決定すればよい。
【００５２】
また、本実施形態では、基材５１は２枚のチタン製の円板５２，５３板をブレージングにより貼り合わせることにより製作したが、接着材などを利用することも可能である。また、冷媒溝を形成する際に、２枚の板の双方に冷媒溝を形成したがかならずしも双方である必要はなく、いずれか一方のみであってもよい。この場合、製作が容易になり製造コストを抑えることができる。
【００５３】
さらに、本実施形態では温度計として蛍光温度計を使用したが、測定する温度領域に応じて例えば放射温度計やシース熱電対を使用することも可能である。また、測定する位置も１箇所に限らない。例えば半径方向に３箇所測定すればより詳細なウエハ温度分布情報を得ることができる。また、ウエハ温度のモニタ結果を用いてチラーの設定温度を変更するほか、冷却用のヘリウムガス圧を調節することにより、ウエハ温度をフィードバック制御することも可能である。
【００５４】
図７ないし１０は、第２の実施形態を説明する図であり、図７はウエハステージの詳細を説明する図、図８はウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を示す図、図９は静電チャックを裏面から見た図、図１０には冷媒の配管の接続部の構造を示す図である。なお、これらの図においては、図１で説明したウエハ搬送用のプッシャピン、高周波バイアス用電源、直流電源などは図示を省略している。
【００５５】
本実施形態では、静電チャック温度を例えば１０℃から３０℃に変更するというように平均的なウエハ温度を応答性よく変更できるほか、ウエハ面内に積極的に温度分布を付与することが可能である。
【００５６】
このような機能は、例えば、エッチング処理中にウエハから発生する反応生成物の濃度分布がエッチング結果の面内分布に強く影響を及ぼすような処理において、ウエハ温度を調節することによりウエハに再付着する反応生成物の量を調節しようとする場合に有効である。このため、本実施形態では第１の実施形態に示す冷媒溝に相当する第１の冷媒溝６６の内径側に独立した第２の冷媒溝６７を形成する。また、前記第２の冷媒溝６７には前記第１および第２のチラーとは独立した第３および第４のチラー６８、６９を接続する。そして、これらのチラーを用いて第１の冷媒溝に循環させたものとは異なる温度に設定した冷媒を第２の冷媒溝に循環させる。
【００５７】
第３，第４チラー６８、６９は、第１，第２のチラー５９、６０とは異なる温度に設定をすることができ、バルブ７０、７１、７２、７３を第１の実施形態の場合と同様に切り替えることにより、第２の冷媒溝の温度を任意に設定することができる。
【００５８】
なお、第２の冷媒溝に対する冷媒は、第１の冷媒溝が存在することにより静電チャックの側面側から導入することができない。このため、静電チャックの下面側より斜めに導入する構成としている。
【００５９】
図７に示すように、らせん状の配管７４を介して静電チャックの下側から上方向に冷媒を送る。配管７４の静電チャック側の終端は図１０に示すように、静電チャック裏面の導入口と迎合するように楕円状の排出口をしている。この排出口の周りには冷媒が漏れるのを防止するためのＯリングを固定するＯリング固定溝７５が設けてあり、ネジ穴７６部を貫通するネジを介して静電チャックの裏面に固定する。
【００６０】
このため、第１の実施形態と同様に冷媒の入り口付近での冷媒流れが急激に変化することを抑制することができ、この部分での冷媒と冷媒溝間の熱伝達率が極端に大きくなることによる温度ムラの発生を抑制することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、熱容量の小さな静電チャックを、これを固定するための絶縁部材に極力熱的に絶縁した状態で固定し、さらに静電チャックの内部に独立した２系統の冷媒溝を内蔵させ、これらの冷媒溝に冷媒溝毎に異なる温度の冷媒を供給する。この際、冷媒を斜め方向から第２の冷媒溝に導入・排出するため冷媒溝の入り口および出口付近で冷媒の流れを急変させることなく循環させることができる。このため、面内温度を応答性よくかつ温度ムラがない状態で任意温度分布に設定することができる。したがって、静電チャックを一定温度に保った場合に反応性生物の分布等により不均一な処理結果となるような場合においても、温度分布を調節することにより均一な処理を行うことが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では第１の冷媒溝、第２の冷媒溝のそれぞれに２台のチラーを接続したが必ずしも２台である必要はなく、例えば一台のチラーから排出される冷媒を分岐して第１、第２の冷媒溝に循環させ、温度分布を付与する必要があるときだけ、設定温度の異なるもう一台のチラーから排出される冷媒を第１または第２の冷媒溝に循環させることも
可能である。この場合、加熱・冷却能力は第２の実施形態に比して小さくなるが、必要なチラーの台数が少なくてすむため、装置コストを低減することができるとともに設置面積を低減することができる。
【００６３】
図１１は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。本実施形態は、第２の実施形態と同様にウエハ面内の温度分布を任意に設定可能とすること目的としている。しかし、この例では、独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させるかわりに、誘電体膜の内部の中央付近、中間付近、外周付近に独立した３系統のヒータ７７、７８、７９を内蔵した点で相違している。また、前記３系統のヒータにはそれぞれ独立にした直流電源８０を接続して電力を供給している。８１は高周波バイアス電圧がヒータ用の直流電源にまわりこむのを防止するフィルタユニットである。実際には、ヒータ毎に直流電源とフィルタが必要になるが、図を簡略化するために省略している。
【００６４】
静電チャックの冷却は、第１の実施形態と同様に内部に形成した１系統の冷媒溝に冷媒を循環させる方式であり、本実施形態においても冷媒の導入は温度ムラが発生しないように側面側から導入している。
【００６５】
このような構成において、各ヒータに投入する電力を制御すれば、ヒータの存在する半径領域ごとに静電チャックの温度を応答性を調節しながら加熱することができるため、静電チャック表面の温度分布を適切に調節することが可能となる。このため、第１の実施形態が備える効果に加え、応答性をより改善することができる。また、第２の実施形態と同様に静電チャックの温度分布を任意に調節することができるため、生産性の高い処理装置を提供することが可能となる。なお、静電チャックに内蔵したヒータを３系統としたが、これに限定されるものではない。また、ヒータに印加する電圧は交流電圧であってもよい。
【００６６】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、（１）静電チャックの基材となる２枚の板の少なくとも一方にあらかじめ冷媒溝を形成し、これら２枚の板をブレージング（ろう付け）等により張り合わせて基材を形成し、この基材の表面に溶射法によりセラミックスの誘電体膜を形成するか、焼結体の誘電体膜を接着する。これにより温度応答性を改善した熱容量の小さい静電チャックを備えたウエハステージを提供することができる。
【００６７】
（２）静電チャックを固定する絶縁部材との間にジルコニア等の熱伝導率の小さな材質からなるピンを挟み込んで熱的な接触を極力抑えながら、静電チャックの外周部をジルコニア等の熱伝導率の小さな材料製のネジを用いて絶縁部材に固定する。これにより、静電チャックの温度応答性を静電チャックを固定するための構造物により悪化されることを抑制することができる。すなわち断熱性のよい固定方法で固定されたウエハステージを提供することができる。
【００６８】
（３）静電チャックを冷却するためのチラーから排出された冷媒を、静電チャックの下面方向から、らせん状の配管を介して静電チャックの側面近傍まで送り込み、静電チャック内部に形成した冷媒溝の存在する平面とほぼ水平な面から導入できるように、静電チャックの側面に導入口および排出口を形成した。これにより、静電チャックを冷却するために導入する冷媒に起因する、ウエハ面内の局所的な温度ムラの発生がないウエハステージを提供することができる。
【００６９】
（４）静電チャックを備えたウエハステージに対し、異なる温度に設定した独立した２台のチラーをバルブを介して接続し、静電チャックの温度を変更する際にはバルブの切り替え操作により循環させる冷媒の温度を変更する。これにより、静電チャック、ひいてはウエハの温度を温度ムラなく応答性よく変更可能なウエハステージを提供することができる。（５）静電チャックの内部に独立した複数系統の冷媒溝を設け、各冷媒溝毎に循環させる温度を調節し、あるいは、静電チャックの内部に独立して電力を供給することができる複数系統のヒータを内蔵し、各ヒータ毎に供給する電力を調節する。これにより、静電チャックの温度分布、ひいてはウエハの温度分布を温度ムラなく応答性よく変更可能なウエハステージを提供することができる。
【００７０】
このように、熱容量を極力小さくした静電チャックを、これを固定する部材から極力断熱して固定することができるので、例えばチラーなどの温度調節装置を用いて冷却・加熱する際に実質的な熱容量を小さくて済み、温度の応答性にすぐれたウエハステージを提供することができる。
【００７１】
また、静電チャックを冷却するためにチラーから排出した冷媒の導入を、静電チャック内部に設けた冷媒溝が形成された平面にほぼ平行な方向から導入することができるため、冷媒導入付近での極端な乱流発生を低減することができ、局所的な熱伝達率向上によるウエハ面内の温度ムラが発生しないウエハステージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施形態にかかるウエハステージの詳細を説明する図である。
【図２】ウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を説明する図である。
【図３】ウエハ載置台を搭載したプラズマ処理装置を示す図である。
【図４】従来の静電チャックを備えたウエハステージを説明する図である。
【図５】従来の静電チャックにおける冷媒溝を説明する図である。
【図６】温度の応答特性を比較して示す図である。
【図７】第２の実施形態にかかるウエハステージの詳細を説明する図である。
【図８】ウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を示す図である。
【図９】静電チャックを裏面から見た図である。
【図１０】冷媒の配管の接続部の構造を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  真空処理室
２  ベースフランジ
３  真空チャンバ
４  導波管
５  マイクロ波  
６  コイル
７  プラズマ
８  ウエハステージ
９  ウエハ
１０  高周波電源
１１  直流電源
１２  真空ポンプ
１３  処理ガス
１４  石英窓
１５  バルブ
１６  貫通穴
１７  コイル
１８  コンデンサ
１９  マイクロ波発振器
２０  シャフト
２１  ベローズ
２２  ベース
２３  静電チャック
２４  絶縁部材
２５  基材
２６  アルミナ
２７  冷媒溝
２８，２９  配管
３０  スリーブ
３１  冷媒入り口
３２  冷媒もどり口
３３  ネジ
３４  絶縁材
３５  プラグ
３６  絶縁パイプ
３７  配管  
３８  ヘリウムタンク
３９  マスフローコントローラ
４０  圧力計
４１  貫通孔
４２  絶縁材
４３，４４  カバー
４５  石英カバー
４６  アルミナカバー
４７  プッシャピン
４８  蛍光温度計
４９  絶縁部材
５０  静電チャック
５１  基材  
５２  下円板
５３  上円板
５４  ジルコニア製ボルト
５５  ジルコニア製ピン
５６  チラー
５７  配管ネジ
５８  配管
５９  第１のチラー
６０  第２のチラー
６１〜６４  バルブ
６５  バイパスライン
６６  第１の冷媒溝
６７  第２の冷媒溝
６８  第３のチラー
６９  第４のチラー
７０〜７３  バルブ  
７４  配管
７５  ０リング固定溝
７６  ネジ穴
７７〜７９  ヒータ
８０  直流電源
８１  フィルタユニット
８２  冷媒溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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