JP2004508728A - 多孔領域を有する静電チャック - Google Patents
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Abstract
静電チャックは、チャック面と裏面とを有するチャック本体と、チャック本体内の電極と、裏面とチャック面との間を流体的に通じさせる少なくとも１つの管路とを有する。管路は、チャック本体と一体化される多孔領域を有する。作動中、多孔領域を通ってチャック面まで熱伝導流体を流通させることによって、静電チャックによって支えられるウェハーの温度を制御または調整することができる。多孔領域はプラズマの通過およびアーク放電を防止するか、またはこれらを最小限に抑制する。多孔領域を有する静電チャックの製造方法についても記載した。
Description
【０００１】
関連出願
本願は、２０００年９月５日に提出された米国特許出願第０９／６５５，３２４号の継続出願であり、これに対する優先権を主張する。上記出願の教示全体が、参照により本願に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
ウェハー製造は、しばしばウェハー温度の正確な制御を必要とする。例えば、蒸着またはエッチングなどのプラズマ施工中、一般に熱伝導ガスによって、ウェハーから熱が取り除かれる。最も一般的には、使用される熱伝導ガスはヘリウムである。
【０００３】
従来の１つのやり方において、ウェハーはその上面の周囲から機械的に締め付けられ、ヘリウムの圧力がウェハーの下面から加えられる。この技法では、ウェハーが非均一になり且つ撓んでしまう可能性がある。
【０００４】
他のやり方としては、静電ウェハー保持に依るものが挙げられる。ウェハー、または例えばフラットパネル・ディスプレイ等の他の工作物をチャック面に固定するために、処理中にクーロン型およびジョンソン・ラーベック型の静電チャックが使用される。この場合、静電チャックの多くは、電極と、この電極とチャック面との間の絶縁層または半導体材料層と、裏面からチャック面までヘリウムガスを通すための貫通孔とを有するような設計であるのが有用である。
【０００５】
静電力は、チャック面全体に均等に分散でき、それによってウェハーの撓みを改善することができるが、プラズマはヘリウム用の貫通孔を通過し、時にはプラズマ自体が消滅してしまう。さらに、チャックの裏面と電極との間の直線経路を通じてヘリウム・アーク放電が生じてしまう可能性もある。
【０００６】
利用可能な１つの設計においては、導電性チャック台座に熱伝導流体通路が設けられ、導電性チャック台座は一般的にはアルミニウム金属から製造され、且つアルミナまたはアルミナ／チタンなどのセラミック材料を吹付けコーティングすることによって形成される誘電層が重ねられる。この通路には、導電性台座を経路から絶縁することができる多孔性の誘電挿入体を設けられる。このような設計は、ＲＦ（高周波）プラズマ環境におけるヘリウムのアーク放電および絶縁破壊に関する問題に対処するものであるが、通路内に挿入体を固定するために機械的手段を利用している。例えば、挿入体は、誘電スリーブ内に保持されるか、圧入または締まりばめによって通路内部で固定される。このためには慎重な機械加工が必要とされる。また、アルミニウムと多孔性誘電面とを組合せたものに誘電層を吹付けコーティングする間、および誘電層を通る熱伝導ガス用溝を形成する間にも注意が必要である。チャックの製造または操作中における誘電層の望ましくないクラッキングの防止も厄介な問題である。
【０００７】
従って、上記問題を最小限に抑えまたはこれを克服する静電チャックおよびこのような静電チャックを製造するための方法が必要とされる。
【０００８】
発明の要約
本発明は、静電チャックおよび静電チャックを製造するための方法に関する。本発明の静電チャックは、裏面およびチャック面を有するチャック本体を有する。また、静電チャックは、前記チャック本体内に電極を有する。さらに、静電チャックは、裏面とチャック面とを流体に通じさせるために少なくとも１つの管路を有する。管路の少なくとも一部には、チャック本体と一体化される多孔領域が設けられる。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、チャック本体はセラミック体である。別の実施形態において、多孔領域は、セラミック体の化学組成と本質的に同じ化学組成である。さらに別の実施形態においては、多孔領域は裏面からチャック面まで延びる。
【００１０】
静電チャックを製造するための１つの方法は、静電チャック本体の未処理本体（素地）を形成する工程を具備する。未処理本体は、除去可能な粒子を含む少なくとも１つの領域を有する。さらに、この方法は、静電チャック本体を形成するために未処理本体を加熱して粒子を取り除くことによって、静電チャック本体に多孔領域を形成する工程を具備する。粒子は、例えば加熱によってまたは分解化学薬品による処理によって取り除くことができる。
【００１１】
静電チャックを製造するための別の方法は、静電チャック本体の未処理本体に少なくとも１つの未処理領域を形成する工程を具備する。この未処理領域は、未処理本体の焼き締め後に多孔性となる。さらに、この方法は、未処理本体を焼き締めすることによって、少なくとも１つの多孔領域を含むセラミック製静電チャック本体を形成する工程を具備する。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、未処理領域は焼結助剤を含む。本発明の別の実施形態において、未処理領域は、未処理本体の焼き締め中に分解することによって気孔を残して静電チャック本体の多孔領域を形成する高分子成分を有する。
【００１３】
本発明は多くの利点を有する。例えば、本発明の静電チャックの電極はチャック本体内にあるので、プラズマ環境から充分に隔離される。熱伝導流体をチャック面まで流通させるための管路内の多孔領域は、管路へのプラズマの通過およびプラズマの消滅の可能性を最小限に抑える。また、多孔領域は、直線経路上にない溝と気孔とを相互に通じさせることによって、アーク放電の問題を最小限に抑える。同時に、多孔領域のコンダクタンスのおかげで、静電チャック上に載置される工作物の温度に影響を与えるのに充分な量の熱伝導流体を気孔および溝に流すことができる。さらに、多孔領域は、慎重な機械加工を必要とするスリーブなどの機械的手段または締まりばめまたは圧入によって所定の位置に保持されるのではなく、チャック本体と一体である。また、本発明は、本発明の静電チャックを単純に製造する方法も提供する。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明の特徴およびその他の詳細を、本発明の各段階としてあるいは本発明の部分の組合せとして、添付図面を参照しながら以下にさらに明確に説明し、且つクレームにおいて指摘する。異なる図面に示した同じ参照番号は同一の物品または同等の物品を表す。本発明の特定の実施形態は、本発明を限定するものではなく例示として示されていることが分かるだろう。本発明の原理的な特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく様々な実施形態において採用できる。
【００１５】
本発明は、静電チャックおよび静電チャックの製造方法に関するものである。
【００１６】
図１は、静電チャック１０として示される本発明の１つの実施形態の断面図である。静電チャック１０は、例えば、クーロン型またはジョンソン・ラーベック型とすることができるが、後者の方が好ましい。静電チャック１０はチャック本体１２とこのチャック本体１２内の電極とを備える。
【００１７】
電極１４は、箔状部材、板状部材、有孔箔状部材または有孔板状部材、メッシュ状部材、スクリーン印刷層であってもよいし、あるいは静電チャックに一体化するのに適するその他の構成であってもよい。電極１４は、チャック電極、プラズマ発生電極またはその両方として使用することができる。電極がチャック電極としてのみ作動する場合、電極の厚みは約１０μｍ（マイクロメートルまたはミクロン）〜約５０μｍの範囲であるのが好ましい。また、一般的に、プラズマ発生電極の厚みは、この電極に加えられる無線周波数（ＲＦ）に耐えるのに充分な厚みである。プラズマ発生電極の厚みは、約５０μｍ〜約１ｍｍ（ミリメートル）の範囲であるのが好ましい。また、メッシュ電極は、適切な例において、ワイヤ直径が約１２５μｍであって、メッシュ間隔が１インチ当たりワイヤ５０本である。１つの実施形態において、電極１４は、１９９９年１２月９日に提出された米国仮特許出願第６０／１６９，８５９号「フラットフィルム電極を有する静電チャック」において説明されているようなフラットフィルム電極である。この仮特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。当業者には公知なように、単極式電極構成も双極式電極構成も使用できる。
【００１８】
電極１４は、適切な金属から、または金属を組合せたもの（すなわち、合金）から製造される。好適な実施形態において、電極１４は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）またはモリブデンとタングステンとを組合せたものから形成される。Ｍｏ電極、Ｗ電極またはＭｏ−Ｗ電極は、任意で、ニッケルおよびコバルトなどの付加的金属、または焼結活性剤など他の成分を含む。電極１４の製造に適する他の金属としては、タンタル、プラチナ、ハフニウム、ロジウム、バナジウムおよびこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。１つの実施形態において、電極材料はグラファイトである。
【００１９】
チャック本体１２は、電極１４の上面１８に誘電層１６を備え、電極１４の下面２２に基材２０を含む。本発明の１つの実施形態において、電極１４はチャック本体１２内に完全に一体的に埋め込まれる。別の実施形態において、電極１４は、誘電層１６と基材２０との間に挟まれる。接合部または継目（図示せず）は誘電層１６を基材２０に接合する。周囲環境を電極１４と相互作用させないようにする接合部または継目が望ましい。本発明の１つの実施形態において、接合部または継目は適切なろう付け材料を使用することによって形成される。別の実施形態において、接合部または継目を形成するために使用されるろう付け材料は、電極１４としても機能する。あるいは、誘電層１６と基材２０との間に接合部または継目がない場合もある。
【００２０】
１つの実施形態において、誘電層１６の厚みは約１０μｍ〜約５ｍｍの範囲である。別の実施形態において、誘電層１６の絶縁抵抗は、チャックの使用温度において、１０１３Ω・ｃｍより大きい。これは、クーロン型静電チャックを用いた場合に特に適している。さらに別の実施形態において、誘電層１６の絶縁抵抗は、チャックの使用温度において、約１０８〜約１０１３Ω・ｃｍの範囲であり、これはジョンソン・ラーベック型静電チャックを用いた場合に特に適している。
【００２１】
チャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０を製造するために使用できる材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化アルミニウム−酸化チタン（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化イットリウムまたはイットリア（Ｙ２Ｏ３）、アルミン酸イットリウム（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９）およびこれらを任意に組合せたものを含むが、これらに限定されるものではない。なお、ＡｌＮが好ましい。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２の化学組成は均一である。あるいは、チャック本体１２は異なる材料から構成してもよい。例えば、基材２０の化学組成は誘電層１６の化学組成と異なってもよい。
【００２２】
また、チャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０は、付加的な成分、例えば焼結助剤、結合剤および当業者には公知のその他の材料を有してもよい。付加的成分の例としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、カルシウム塩および酸化物、例えばフッ化カルシウム（すなわちＣａＦ２）、塩化カルシウム（すなわちＣａＣｌ２）、酸化カルシウム（すなわちＣａＯ）、炭酸カルシウム（すなわちＣａＣＯ３）、硝酸カルシウム（すなわちＣａ（ＮＯ３）２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびこれらを任意に組合せたものが挙げられ、さらにイットリウム・アルミニウムと酸素とを含む化合物（例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたもの）等、セラミック材と付加的成分との間の反応によって形成される二次相が挙げられるが、これらに限定されるものではない。イットリウム・アルミニウムおよび酸素を含む化合物は、本願においてはアルミン酸イットリウムとも呼ばれる。１つの実施形態において、ＡＩＮ製のチャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０は、Ａｌ２Ｏ３、酸窒化アルミニウム（例えばＡＬＯＮ）、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたものも有してもよい。
【００２３】
静電チャック１０は、任意で、加熱素子（図示せず）をさらに有してもよい。埋め込み加熱素子を含む静電チャックの１つの適切な構成が、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５７，９６８号「静電チャック、サセプタおよび製造方法」において説明されており、当該米国特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。
【００２４】
静電チャック１０は、裏面２４およびチャック面２６を有する。チャック面２６は、任意で、突起２８および溝３０を備える。例えば突出する窪みまたは突起を備えるような表面パターンは、工作物３２とチャック面２６との間の接触面積を大幅に減少させて、熱伝導流体が工作物３２の下を循環できるようにする。また、例えば耐食性を強化するために、チャック面２６を任意でコーティングすることができる。チャック面２６に施すことができるコーティングとしては、パイロリティックＢＮ、イットリア、アルミン酸イットリウム、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、ダイアモンド、および例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法によって施されるコーティング等、ダイアモンドの様なコーティングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、厚みが約１マイクロメートル（μｍ）〜約１００μｍの範囲のコーティングなど薄いコーティングが好ましい。
【００２５】
作動中、電気コネクタ３４を通じて電力が供給される。電気コネクタ３４は、当業者には公知の手段によって電極１４に取り付けられる。例えば、電気コネクタ３４を電極１４にろう付けすることができる。本発明の１つの実施形態において、接触プラグ（図示せず）が電極と同時焼結され、且つ電気コネクタ３４に接合される。導電性が良くＲＦインピーダンスが低く簡単に電極１４に接合できる接点および（または）電気コネクタが好ましい。本発明の１つの実施形態において、電気コネクタ３４は、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５７，９６８号「静電チャック、サセプタおよび製造方法」において説明されるような電気接点を電極１４部分に有し、当該米国特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。
【００２６】
静電チャック１０は、また、一般に工作物３２をチャック面２６から上げ下げするために使用されるリフトピンを収める１つまたはそれ以上のリフトピン孔３６を備える。一般的に、リフトピン孔３６は、裏面２４から基材２０、電極１４、誘電層１６を通ってチャック面２６まで延びる。電極１４は、リフトピン孔３６と整合しつつ好ましくはリフトピン孔３６よりも直径が大きい開口を有し、これによりリフトピンが電極１４と接するのが防止される。一般的に、リフトピン孔３６の数はチャックの設計およびその用途に依存する。
【００２７】
静電チャック１０は、裏面２４とチャック面２６との間で流体的に通じる管路３８を少なくとも１つ有する。一般的に、管路３８は、裏面２４から基材２０、電極１４、誘電層１６を通ってチャック面２６まで延びる。管路３８を通じさせるために、電極１４は、管路３８と整合し且つ好ましくは管路３８よりも直径が大きい開口を有し、これにより管路３８を流れる熱伝導ガスが電極１４と接するのが防止される。管路３８の断面は、例えば、円形、楕円形、環状またはその他の適切な形状である。
【００２８】
管路３８の断面の形状または寸法のいずれかまたはその両方は、静電チャック１０の厚み方向全長に亘って本質的に一定である。あるいは、管路３８の断面の形状または寸法のいずれかまたはその両方を裏面２４とチャック面２６との間で変えてもよい。
【００２９】
管路３８には、チャック本体１２内に一体化される多孔ゾーンまたは多孔領域４０が設けられる。多孔領域４０は、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２、ＳｉＣ等のセラミック材料を有する。さらに、多孔領域４０は、例えば添加剤、焼結助剤または結合剤等の１つまたはそれ以上の成分を任意に有してもよい。付加的成分の例としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、カルシウム塩、および酸化物、例えばフッ化カルシウム（すなわちＣａＦ２）、塩化カルシウム（すなわちＣａＣｌ２）、酸化カルシウム（すなわちＣａＯ）、炭酸カルシウム（すなわちＣａＣＯ３）、硝酸カルシウム（すなわちＣａ（ＮＯ３）２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびこれらを任意に組合せたものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、多孔領域４０は、セラミック材料と付加的成分との間の反応によって形成される反応生成物（本願においては二次相とも呼ばれる）を有してもよい。好適な実施形態において、多孔領域４０は、ＡｌＮおよび例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたもの等のアルミン酸イットリウムを有する。また、多孔領域４０は、Ａｌ２Ｏ３または酸窒化アルミニウム、例えばＡｌＯＮを有してもよい。別の実施形態において、多孔領域４０は、ＡｌＮおよびＹ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮまたはこれらを組合せたものを含む。多孔領域４０は、誘電層１６またはチャック本体１２を製造するために使用されるのと同じ材料から製造することができる。
【００３０】
一般的に、多孔領域４０は、チャック面に必要なガスが流れるようにするために充分な気孔率を有する。また、管路３８へのプラズマ通過を抑制するために充分に小さい気孔が好ましい。さらに、工作物３２の裏側（静電チャック１０に載っている側）と、電極１４と、静電チャック１０を支えるカソード台座４２との間で直接視界が通じることのないような気孔が望ましい。
【００３１】
用いられる気孔率および平均気孔サイズを、各チャックの設計および（または）用途に応じて変えてもよい。１つの実施形態においては、多孔領域４０の気孔率は、約１０％〜約６０％の範囲であり、約３０％〜約５０％の範囲であるのが好ましい。別の実施形態においては、平均気孔サイズは、約５μｍ〜約５００μｍの範囲であり、約２０μｍ〜約１００μｍの範囲であるのが好ましい。
【００３２】
多孔領域４０は、チャック本体に一体化されるか、またはチャック本体に一体的に接合される。本願において使用される場合、「一体化される」または「一体的に接合される」という用語は、多孔領域４０がチャック本体１２の一部であることを意味する。例えば、多孔領域４０とチャック本体１２との間の境界面は、隙間、継目、結合部またはその他の欠損を呈しない。好適な実施形態においては、多孔領域４０は、周囲のチャック本体１２に拡散接合される。別の好適な実施形態においては、多孔領域４０は、周囲のチャック本体１２に化学的に接合される。また、多孔領域４０を、周囲のチャック本体１２に焼結してもよい。
【００３３】
本発明の好適な実施形態において、多孔領域４０を含む複数の管路３８が使用される。多孔領域４０の数、寸法および配列を、各チャックの設計および（または）用途に応じて変えてもよい。また、多孔領域４０は、同じ気孔率を持つ必要はない。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２のほとんどまたは全ては多孔性である。あるいは、誘電層のほとんどまたは全てが多孔性であってもよい。
【００３４】
１つの実施形態においては、全ての多孔領域４０は同じ形状を有する。別の実施形態においては、全ての多孔領域は同じ寸法を有する。さらに別の実施形態においては、静電チャック１０は、異なる形状を有する多孔領域を有する。多孔領域４０の適切な断面形状のいくつを図３に示した。
【００３５】
好適な実施形態において、多孔領域４０は、例えば円筒形等の多孔プラグである。例えば各チャックの設計および（または）用途に応じて、多孔プラグの数、寸法および配列を変えてもよい。１つの実施形態において、多孔プラグの直径は、約０．５ミリメートル（ｍｍ）〜約２０ｍｍの範囲である。別の好適な実施形態においては、静電チャック１０は、１個〜約１００個の多孔プラグを有し、約２０個〜約５０個の多孔プラグを有するのが好ましい。
【００３６】
別の好適な実施形態においては、静電チャック１０は、同心リング状である多孔領域４０を有する。さらに別の実施形態においては、チャック面において露出する１つのリング状の多孔領域の表面積は、別のリング状の多孔領域の表面積より大きい。さらに別の実施形態においては、表面積が大きい方のリング状の多孔領域の気孔率は、表面積が小さい方のリング状の多孔領域の気孔率より小さい。
【００３７】
多孔領域４０は、工作物３２（特に静電チャック１０に載っている工作物３２の側）から電極１４およびカソード台座４２へ直接視界が通じることが防止されることが望ましい。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２に一体的に接合される多孔領域４０は、図１に示したように裏面２４からチャック面２６まで延びる。その代わりに、同じくチャック本体１２に一体的に接合される多孔領域４０は、管路３８を通って部分的に延びる。
【００３８】
図３Ａは、静電チャック４４として示される本発明の１つの実施形態の断面図である。静電チャック４４は、裏面２４とチャック面２６との間を流体的に通じさせるために管路３８を有する。管路３８には、裏面２４において露出するように多孔領域４０が設けられる。多孔領域４０は、多孔プラグの形状であり、基材２０に一体的に接合される。多孔領域４０は、裏面２４から管路３８を通ってチャック面２６に向かって（且つチャック面２６に達しないように）部分的に延びる。また、管路３８は、多孔材料を有さず且つ多孔領域４０からチャック面２６まで延びる開口４６を有する。多孔領域４０の気孔率およびその他の気孔関係の特性、多孔領域４０のの数および体積、開口４６の直径および数は、用途および熱伝導流体の好適な体積流量に応じてチャックの設計毎に変えることができる要素である。
【００３９】
図３Ｂは、静電チャック４８として示した本発明の別の実施形態の断面図である。静電チャック４８は、裏面２４において露出するように多孔領域４０を有する。多孔領域４０は、基材２０に一体的に接合される。多孔領域は、裏面２４からある程度の距離だけチャック面２６に向かって（且つチャック面２６に達しないように）部分的に延びる。多孔領域４０の断面は、例えば、楕円形、環状または図２に示した形状等、他の適切な形状とすることができる。あるいは、裏面２４からチャック面２６に向かって（且つチャック面まで達しないように）延びる裏面２４からのチャック本体の体積全体またはそのほとんどを多孔性にしてもよい。また、静電チャック４８は、多孔材料を有さず且つ多孔領域４０からチャック面２６まで延びる開口４６を有する。上述したように、多孔領域の気孔率およびその他の気孔関係の特性、多孔領域の数および体積、開口４６の直径および数は、用途および熱伝導流体の好ましい体積流量に応じてチャックの設計毎に変えることができる要素である。
【００４０】
さらに別の実施形態（図示せず）において、多孔領域は、チャック面に露出し、チャック本体の誘電層に一体的に接合される。多孔領域はチャック面からチャック本体を通って裏面に向かって（且つ裏面まで達しないように）延びる。例えば、多孔領域はチャック面から電極を通って延びる。そして、熱伝導流体を通すための１つまたはそれ以上の開口が多孔領域から裏面まで延びる。
【００４１】
裏面とチャック面との間で管路を通って部分的に延び且つチャック本体に一体的に接合される多孔領域を、例えば裏面およびチャック面の両方から離すなど、管路内の他の区間に配置してもよい。さらに、裏面からチャック面まで延びる多孔領域と管路を通って部分的に延びる多孔領域とを兼ね備える静電チャックを製造することもできる。
【００４２】
図１に示した静電チャック１０の作動中、熱伝導流体は裏面２４から多孔領域４０を通ってチャック面まで流通せしめられる。同様に、それぞれ図３Ａおよび３Ｂに示した静電チャック４４および４８の場合、熱伝導流体は、裏面２４から多孔領域４０、開口４６を通ってチャック面２６まで流通せしめられる。
【００４３】
熱伝導流体は、チャック面２６から放出されると、溝２２を通って任意に循環し、これにより工作物３２の温度を調整する。熱伝導流体は、図示していないが供給源から供給され、例えばカソード台座４２の開口を通って多孔領域４０まで流通せしめられる。熱伝導流体は、管組織、配管、レギュレータ、付属品、バルブ、プレナム・リザーバ、これらを任意に組合せたもの、または当業者には公知の適切な他の手段を通って多孔領域４０に供給せしめられることができる。
【００４４】
熱伝導流体の例としては、ヘリウム、アルゴンまたはその他の不活性ガス、並びに静電チャックが使用される特定の運転状態、環境、および条件において不活性なガス、およびその混合ガスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。熱伝導流体は、工作物の温度を好ましく調整するのに適する温度とされる。当業者には公知なように、例えば、熱交換器で熱伝導流体を加熱または冷却することによって、または極低温流体を使用することによって、好ましい温度範囲内にある熱伝導流体をチャック１０に供給することができる。また、管路３８に送られる熱伝導流体の圧力を、当業者には公知なように制御することができる。熱伝導流体は、チャック面２６から放出される熱伝導流体の流れが工作物３２に加えられる静電力および静電チャックの作動を妨害しないような圧力で供給されることが好ましい。
【００４５】
上述したように、例えば、多孔領域の気孔率、気孔サイズおよび体積などの設計パラメータは、好ましい体積流量を得られるように選択される。好ましいガス・コンダクタンスは、多孔領域４０の気孔のサイズおよび気孔率に応じて左右される。なお、ガス・コンダクタンスは、所定の圧力のときに流れることができるガスの体積である。例えば、小さい多孔プラグのガス・コンダクタンスと等しくなるように、大きい多孔領域の気孔率を調節することができる。
【００４６】
また、本発明は、静電チャックを生産するための方法に関するものである。
【００４７】
本発明の生産方法の１つの実施形態の諸段階を図４Ａ〜４Ｅに示す。図４Ａに示したように、未処理チャック本体の第一部分５０は凹部５２を有する。本願において使用される場合、「未処理」とは、セラミック前駆物質を事前焼き締めした状態を意味する。未処理チャック本体は、例えば、焼き締めるとセラミック体を形成する粉末またはスラリーなど前駆物質の締め固められた（例えばコールド・プレスされた）非焼き締め体である。好適な実施形態において、第一部分５０は、ＡｌＮ粉末を締め固めることによって形成される。使用可能なその他の適切な材料としては、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２またはＳｉＣ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、アルミン酸イットリウム、またはこれらを任意に組合せたものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４８】
プラグ５４は、図４Ｂに示したように凹部５２に配置される。プラグ５４は、上述したように、適切であればどのような形状であってもよい。未処理本体には複数のプラグ５４を組み込むことができる。任意に、プラグ５４は、プラグ５４周りに同時に焼結される高密度のスリーブで包囲されている。
【００４９】
１つの実施形態において、プラグ５４は、予め生産された多孔プラグ、例えば既に焼き締めおよび（または）熱処理を受けた多孔プラグであり、凹部５２に挿入される。あるいは、プラグ５４は、凹部５２に詰めることのできる未処理形態であってもよい。例えば、その未処理形態のプラグ５４は凹部５２に詰められる粉末であってもよいし、凹部５２にぴったりとはまるように成形されたコールド・プレスされた未処理ペレットであってもよい。プラグ５４が未処理形態である場合、当業者には公知なように、未処理の第一部分の収縮と共に焼き締め中の収縮が見込まれる。未処理形態の場合、プラグ５４は焼き締め時に、または別の処理工程（例えば熱処理中またはソーキング中）において、または以下に説明する薬品による処理によって多孔性にせしめられる。
【００５０】
未処理形態のプラグ５４を形成するために使用できる適切な材料としては、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２またはＳｉＣが挙げられるが、これらに限定されるものではない。特に、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、アルミン酸イットリウムまたはこれらを組合せたものが好ましい。未処理本体と未処理形態のプラグ５４とを同じ材料を使用して形成してもよい。
【００５１】
１つの実施形態において、プラグ５４は、未処理形態において、除去可能な粒子を有する。除去可能な粒子は、粉末、ビーズ、顆粒、球状、切断ファイバー、フィラメントの形態、またはその他の適切な形状である。当業者には公知なように、等しいサイズを有する粒子を使用してもよい。使用される量、形状および粒度は、粒子が取り除かれたときに多孔領域の気孔率および気孔サイズが、上述したような好ましい気孔率および好ましい気孔サイズとなるように選択される。
【００５２】
除去可能な粒子としては、静電チャックの製造において使用される温度で分解または消散する化合物が考えられる。例えば、除去可能な粒子としては、例えば熱処理、ソーキング、焼結または加熱プレス中に、分解または消散する有機化合物、重合体、錯塩、有機金属化合物およびその他の不安定な物質が考えられる。望ましくない排出物を生じないクリーンに燃える不安定化合物が好ましい。特に好ましいのは、アクリル酸またはメタアクリル酸の重合体、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である。ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、酢酸セルロース、硬化エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂は、未処理本体に含有させることのできるその他の材料の例である。また、共重合体、三元重合体並びにその架橋変性を使用してもよい。
【００５３】
別の実施形態において、除去可能な粒子は、化学薬品による処理によって取り除かれる。例えば、未処理形態のプラグ５４は、好ましくは未処理本体の焼き締め後、適切な化学薬品、例えばＨＦおよびＨＮＯ３の混合物によるエッチングによって除去できる金属粒子を有する。例えばモリブデン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）、ロジウム（Ｒｈ）、バナジウム（Ｖ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびその他の超硬合金またはこれらの合金等の金属の連続相を使用することが好ましい。
【００５４】
また、未処理形態のプラグ５４は、１つまたはそれ以上の付加的成分を有してもよい。好適な実施形態においては、未処理形態のプラグ５４は、結合剤および（または）焼結助剤として作用する１つまたはそれ以上の成分を含有する。未処理状態において含有される付加的成分としては、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮ、これらを組合せたもの、並びに一般的に使用されるその他の焼結助剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。別の好適な実施形態においては、付加的成分は、焼結中に液相を形成する。あるいは、未処理形態のプラグ５４は焼結助剤および（または）結合剤を含有しなくてもよい。
【００５５】
また、未処理形態のプラグ５４は、焼き締めによって上述したような多孔領域を生じる粗粉末から形成されてもよい。
【００５６】
本発明の１つの実施形態において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、例えば珪酸アルミニウムまたは珪酸マグネシウム等のケイ酸塩、炭素（酸素還元のために必要な炭素量を超える）など焼結抑制剤、またはその他の適切な焼結抑制剤を、未処理本体の所望の領域に付加してもよい。焼結抑制剤は、その領域での完全焼き締めを防止し、焼き締め状態のとき不完全に焼き締められた領域が気孔を形成する。
【００５７】
図４Ｃに示したように、電極１４は、未処理チャック本体の未処理の第一部分５０上に配置される。電極１４は、例えばメッシュ電極であり、この場合、メッシュ開口をプラグ５４の周りに同心状に配列する。あるいは、電極１４は、スクリーン印刷層、箔状部材または板状部材であってもよく、この場合、これら電極材料にはプラグ５４と同心でその直径より大きい開口部が設けられ、これにより電極材料がプラグ５４に接するのが防止される。また、プラグ５４の周りに同時に焼結される高密度のスリーブが使用される場合、スリーブはプラグ５４と電極１４との間の防壁として作用するので、電極１４への穿孔を単純に行うことができるようになる。
【００５８】
そして、未処理チャック本体の第二部分５６が電極の上に重ねられる。第二部分５６は誘電物質を有する。第一部分５０を形成するのに適するセラミック前駆物質および付加的成分は、第二部分５６を形成するためにも使用できる。好適な実施形態において、第一部分５０および第二部分は両方とも同じ組成である。
【００５９】
結果として得られる組立体は、例えば、多孔領域４０（この場合には多孔プラグ）を有する高密度の構造を得るために焼結することによって焼き締められる。多孔領域４０は、図４Ｄに示したように、チャック本体１２に一体的に接合される。焼結は、圧力をかけない（常圧焼結）ものでも加熱プレスによるものでもよい。焼結温度は、静電チャックの製造に使用されるそれぞれの材料によって決まる。ＡｌＮ締め固め粉末の場合、焼結温度は約１５００℃〜２０００℃の範囲である。焼結が加圧下で行なわれる場合、圧力は、約１０ＭＰａ（メガパスカル）〜約４０ＭＰａの範囲とされる。本発明の１つの実施形態において、プラグと同時に焼結される高密度なスリーブが上述したように使用され、それによって、加熱プレス中にプラグが崩壊してしまう可能性を低減する。
【００６０】
焼結は、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５８，２７８号「高純度低抵抗静電チャック」において説明されるように不活性環境で行なわれる。当該米国特許出願の内容全体が参照により本願に組み込まれる。当業者には公知の熱処理工程を行ってもよい。
【００６１】
多孔領域４０の端は、例えば機械加工して図４Ｅに示した静電チャック１０を形成することによって、裏面２４およびチャック面２６において露出する。
【００６２】
例えば、裏面２６から部分的に延びる多孔領域またはプラグを有する静電チャックを得るための方法は、図４Ａおよび４Ｂに示される工程を有する。次に、プラグ５４を有する未処理チャック本体の第一部分５０が、例えば上述した方法によって焼き締められ、その後、電極１４および第二部分５６が上に重ねられる。結果として得られる組立体は、例えば加熱プレスまたは常圧焼結などの条件に曝され、その結果第二部分が焼き締められる。チャック面２６から多孔領域４０まで延びる開口は、例えば機械加工によって形成される。あるいは、焼き締め前に未処理形態の第二部分５６に挿入されるピンを焼き締め後に取り除いて、所望の開口を残すようにしてもよい。多孔プラグ４０の端は上述したように裏面２４において露出される。
【００６３】
静電チャックを生産するための別の方法は、多孔プラグを高密度なチャック本体に一体化する工程を有する。チャック本体および多孔プラグは、例えば上述の材料から上述の方法によって別個に製造される。本発明の１つの実施形態において、多孔プラグ自体は、不安定物質を有する未処理形態のプラグを焼き締めることによって製造される。プラグは、上述した結合剤等を有するかこれによってコーティングされる。ＡｌＮチャック本体およびＡｌＮ多孔プラグの場合、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９およびこれらを組合せたものが好ましい。Ａｌ２Ｏ３またはＡｌの酸窒化物を結合剤として使用してもよい。多孔領域に対する結合剤の量は、一般的に、約０．５重量％〜約１０重量％の範囲である。高純度の静電チャックが好ましい場合には、プラグをチャック本体に接合するために必要な最小限の結合剤を用いることが好ましい。
【００６４】
そして、多孔プラグとチャック本体との間で拡散接合するために充分な温度まで加熱することによって、多孔プラグが周囲のチャック本体と一体化される。あるいは、結合剤を軟化するまたは液化するのに充分な高さの温度にして、それによって多孔プラグをチャック本体に接合してもよい。
【００６５】
例証
例１：不安定物質をベースとする技法による多孔プラグの製造
焼結助剤として３重量％のＹ２Ｏ３を含有する噴霧乾燥されたＡｌＮ粉末８０ｇが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）２０ｇ、すなわち２０重量％のＰＭＭＡと乾式混合させた。ＰＭＭＡは、直径約５０μｍの球形ビーズの形態とした。次に、上記混合物を２１０ＭＰａでコールド・プレスして、直径約１２．５ｍｍ（０．５インチ）および長さ２２ｍｍ（０．８６インチ）の「未処理」の数個の円筒形プラグを形成させた。また、「未処理」の多孔プラグ前駆物質の第二群を、５０μｍのＰＭＭＡの重量比が３０％であることを除いて同様に組合せた。さらに、「未処理」の多孔プラグ前駆物質の第三群を、ＰＭＭＡビーズのサイズが約１００μｍ（−１２０／＋１７０メッシュ）でありＰＭＭＡ重量比が３０％であることを除いて同様に組合せた。未処理本体から結合剤を取り除くために、未処理プラグ前駆物質の各群をオーブンに入れ、０．４℃／分の加熱速度で６００℃まで空気雰囲気中において過熱し、６００℃に１時間保持し、そして室温にまで冷却した。その後、焼結多孔プラグを得るために、これらプラグを窒素雰囲気中において１８５０℃に１時間程焼結した。
【００６６】
各群から作られる１つの多孔プラグは、水銀気孔率測定法によって特徴付けられた。その結果を表１に示した。
【表１】
【００６７】
表１から分かるように、気孔率２７％〜４２％のＡｌＮをベースとする多孔プラグが得られた。
【００６８】
例２：多孔プラグの一体化および特性
加熱プレスされた高純度のＡｌＮの直径７５ｍｍの本体に、１２０°間隔を開けて配置された大きさの等しい三つの孔を機械加工によって形成した。例３から得られる３つのＡｌＮ多孔プラグを、その外径がＡｌＮ本体の孔の直径に合致するように加工した。次に、ＡｌＮ本体の各孔に１つの多孔プラグを挿入した。この組立体を炉の中で１８５０℃まで加熱し、１８５０℃で１時間曝し、その後室温にまで冷却した。検査時に、３つの多孔プラグ全てがＡｌＮ本体に融合したことが分かった。プラグが適切なコンダクタンスを有することを確認するために多孔プラグに空気を通した。
【００６９】
プラグをＡｌＮ本体に接合し且つＡｌＮ本体の抵抗を調節するために、ＡｌＮ本体において同様な別の多孔プラグの組立体に関して同じ実験を繰り返した。組立体を、１７５０℃で４時間アルゴンの中で熱処理した後、室温にまで冷却した。この場合にも、多孔プラグはＡｌＮ本体に接合されており、適切な（ガス）コンダクタンスを備えていた。さらに、ＡｌＮ本体の抵抗は（室温で５００Ｖ／ｍｍの電界で測定して）５×１０１０Ω・ｃｍであった。
【００７０】
均等物
本発明については、特に本発明の好適な実施形態に関して図示し且つ説明したが、特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく形態および細部に様々な変更を加えることができることは、当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の１つの実施形態における静電チャックの垂直断面図である。
【図２】
図２Ａ〜２Ｆは、本発明の静電チャックの水平断面図である。
【図３】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の別の実施形態における静電チャックの垂直断面図である。
【図４】
図４Ａ〜４Ｂは、本発明の１つの方法によって使用される工程の概略図である。
関連出願
本願は、２０００年９月５日に提出された米国特許出願第０９／６５５，３２４号の継続出願であり、これに対する優先権を主張する。上記出願の教示全体が、参照により本願に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
ウェハー製造は、しばしばウェハー温度の正確な制御を必要とする。例えば、蒸着またはエッチングなどのプラズマ施工中、一般に熱伝導ガスによって、ウェハーから熱が取り除かれる。最も一般的には、使用される熱伝導ガスはヘリウムである。
【０００３】
従来の１つのやり方において、ウェハーはその上面の周囲から機械的に締め付けられ、ヘリウムの圧力がウェハーの下面から加えられる。この技法では、ウェハーが非均一になり且つ撓んでしまう可能性がある。
【０００４】
他のやり方としては、静電ウェハー保持に依るものが挙げられる。ウェハー、または例えばフラットパネル・ディスプレイ等の他の工作物をチャック面に固定するために、処理中にクーロン型およびジョンソン・ラーベック型の静電チャックが使用される。この場合、静電チャックの多くは、電極と、この電極とチャック面との間の絶縁層または半導体材料層と、裏面からチャック面までヘリウムガスを通すための貫通孔とを有するような設計であるのが有用である。
【０００５】
静電力は、チャック面全体に均等に分散でき、それによってウェハーの撓みを改善することができるが、プラズマはヘリウム用の貫通孔を通過し、時にはプラズマ自体が消滅してしまう。さらに、チャックの裏面と電極との間の直線経路を通じてヘリウム・アーク放電が生じてしまう可能性もある。
【０００６】
利用可能な１つの設計においては、導電性チャック台座に熱伝導流体通路が設けられ、導電性チャック台座は一般的にはアルミニウム金属から製造され、且つアルミナまたはアルミナ／チタンなどのセラミック材料を吹付けコーティングすることによって形成される誘電層が重ねられる。この通路には、導電性台座を経路から絶縁することができる多孔性の誘電挿入体を設けられる。このような設計は、ＲＦ（高周波）プラズマ環境におけるヘリウムのアーク放電および絶縁破壊に関する問題に対処するものであるが、通路内に挿入体を固定するために機械的手段を利用している。例えば、挿入体は、誘電スリーブ内に保持されるか、圧入または締まりばめによって通路内部で固定される。このためには慎重な機械加工が必要とされる。また、アルミニウムと多孔性誘電面とを組合せたものに誘電層を吹付けコーティングする間、および誘電層を通る熱伝導ガス用溝を形成する間にも注意が必要である。チャックの製造または操作中における誘電層の望ましくないクラッキングの防止も厄介な問題である。
【０００７】
従って、上記問題を最小限に抑えまたはこれを克服する静電チャックおよびこのような静電チャックを製造するための方法が必要とされる。
【０００８】
発明の要約
本発明は、静電チャックおよび静電チャックを製造するための方法に関する。本発明の静電チャックは、裏面およびチャック面を有するチャック本体を有する。また、静電チャックは、前記チャック本体内に電極を有する。さらに、静電チャックは、裏面とチャック面とを流体に通じさせるために少なくとも１つの管路を有する。管路の少なくとも一部には、チャック本体と一体化される多孔領域が設けられる。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、チャック本体はセラミック体である。別の実施形態において、多孔領域は、セラミック体の化学組成と本質的に同じ化学組成である。さらに別の実施形態においては、多孔領域は裏面からチャック面まで延びる。
【００１０】
静電チャックを製造するための１つの方法は、静電チャック本体の未処理本体（素地）を形成する工程を具備する。未処理本体は、除去可能な粒子を含む少なくとも１つの領域を有する。さらに、この方法は、静電チャック本体を形成するために未処理本体を加熱して粒子を取り除くことによって、静電チャック本体に多孔領域を形成する工程を具備する。粒子は、例えば加熱によってまたは分解化学薬品による処理によって取り除くことができる。
【００１１】
静電チャックを製造するための別の方法は、静電チャック本体の未処理本体に少なくとも１つの未処理領域を形成する工程を具備する。この未処理領域は、未処理本体の焼き締め後に多孔性となる。さらに、この方法は、未処理本体を焼き締めすることによって、少なくとも１つの多孔領域を含むセラミック製静電チャック本体を形成する工程を具備する。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、未処理領域は焼結助剤を含む。本発明の別の実施形態において、未処理領域は、未処理本体の焼き締め中に分解することによって気孔を残して静電チャック本体の多孔領域を形成する高分子成分を有する。
【００１３】
本発明は多くの利点を有する。例えば、本発明の静電チャックの電極はチャック本体内にあるので、プラズマ環境から充分に隔離される。熱伝導流体をチャック面まで流通させるための管路内の多孔領域は、管路へのプラズマの通過およびプラズマの消滅の可能性を最小限に抑える。また、多孔領域は、直線経路上にない溝と気孔とを相互に通じさせることによって、アーク放電の問題を最小限に抑える。同時に、多孔領域のコンダクタンスのおかげで、静電チャック上に載置される工作物の温度に影響を与えるのに充分な量の熱伝導流体を気孔および溝に流すことができる。さらに、多孔領域は、慎重な機械加工を必要とするスリーブなどの機械的手段または締まりばめまたは圧入によって所定の位置に保持されるのではなく、チャック本体と一体である。また、本発明は、本発明の静電チャックを単純に製造する方法も提供する。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明の特徴およびその他の詳細を、本発明の各段階としてあるいは本発明の部分の組合せとして、添付図面を参照しながら以下にさらに明確に説明し、且つクレームにおいて指摘する。異なる図面に示した同じ参照番号は同一の物品または同等の物品を表す。本発明の特定の実施形態は、本発明を限定するものではなく例示として示されていることが分かるだろう。本発明の原理的な特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく様々な実施形態において採用できる。
【００１５】
本発明は、静電チャックおよび静電チャックの製造方法に関するものである。
【００１６】
図１は、静電チャック１０として示される本発明の１つの実施形態の断面図である。静電チャック１０は、例えば、クーロン型またはジョンソン・ラーベック型とすることができるが、後者の方が好ましい。静電チャック１０はチャック本体１２とこのチャック本体１２内の電極とを備える。
【００１７】
電極１４は、箔状部材、板状部材、有孔箔状部材または有孔板状部材、メッシュ状部材、スクリーン印刷層であってもよいし、あるいは静電チャックに一体化するのに適するその他の構成であってもよい。電極１４は、チャック電極、プラズマ発生電極またはその両方として使用することができる。電極がチャック電極としてのみ作動する場合、電極の厚みは約１０μｍ（マイクロメートルまたはミクロン）〜約５０μｍの範囲であるのが好ましい。また、一般的に、プラズマ発生電極の厚みは、この電極に加えられる無線周波数（ＲＦ）に耐えるのに充分な厚みである。プラズマ発生電極の厚みは、約５０μｍ〜約１ｍｍ（ミリメートル）の範囲であるのが好ましい。また、メッシュ電極は、適切な例において、ワイヤ直径が約１２５μｍであって、メッシュ間隔が１インチ当たりワイヤ５０本である。１つの実施形態において、電極１４は、１９９９年１２月９日に提出された米国仮特許出願第６０／１６９，８５９号「フラットフィルム電極を有する静電チャック」において説明されているようなフラットフィルム電極である。この仮特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。当業者には公知なように、単極式電極構成も双極式電極構成も使用できる。
【００１８】
電極１４は、適切な金属から、または金属を組合せたもの（すなわち、合金）から製造される。好適な実施形態において、電極１４は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）またはモリブデンとタングステンとを組合せたものから形成される。Ｍｏ電極、Ｗ電極またはＭｏ−Ｗ電極は、任意で、ニッケルおよびコバルトなどの付加的金属、または焼結活性剤など他の成分を含む。電極１４の製造に適する他の金属としては、タンタル、プラチナ、ハフニウム、ロジウム、バナジウムおよびこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。１つの実施形態において、電極材料はグラファイトである。
【００１９】
チャック本体１２は、電極１４の上面１８に誘電層１６を備え、電極１４の下面２２に基材２０を含む。本発明の１つの実施形態において、電極１４はチャック本体１２内に完全に一体的に埋め込まれる。別の実施形態において、電極１４は、誘電層１６と基材２０との間に挟まれる。接合部または継目（図示せず）は誘電層１６を基材２０に接合する。周囲環境を電極１４と相互作用させないようにする接合部または継目が望ましい。本発明の１つの実施形態において、接合部または継目は適切なろう付け材料を使用することによって形成される。別の実施形態において、接合部または継目を形成するために使用されるろう付け材料は、電極１４としても機能する。あるいは、誘電層１６と基材２０との間に接合部または継目がない場合もある。
【００２０】
１つの実施形態において、誘電層１６の厚みは約１０μｍ〜約５ｍｍの範囲である。別の実施形態において、誘電層１６の絶縁抵抗は、チャックの使用温度において、１０１３Ω・ｃｍより大きい。これは、クーロン型静電チャックを用いた場合に特に適している。さらに別の実施形態において、誘電層１６の絶縁抵抗は、チャックの使用温度において、約１０８〜約１０１３Ω・ｃｍの範囲であり、これはジョンソン・ラーベック型静電チャックを用いた場合に特に適している。
【００２１】
チャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０を製造するために使用できる材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化アルミニウム−酸化チタン（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化イットリウムまたはイットリア（Ｙ２Ｏ３）、アルミン酸イットリウム（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９）およびこれらを任意に組合せたものを含むが、これらに限定されるものではない。なお、ＡｌＮが好ましい。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２の化学組成は均一である。あるいは、チャック本体１２は異なる材料から構成してもよい。例えば、基材２０の化学組成は誘電層１６の化学組成と異なってもよい。
【００２２】
また、チャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０は、付加的な成分、例えば焼結助剤、結合剤および当業者には公知のその他の材料を有してもよい。付加的成分の例としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、カルシウム塩および酸化物、例えばフッ化カルシウム（すなわちＣａＦ２）、塩化カルシウム（すなわちＣａＣｌ２）、酸化カルシウム（すなわちＣａＯ）、炭酸カルシウム（すなわちＣａＣＯ３）、硝酸カルシウム（すなわちＣａ（ＮＯ３）２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびこれらを任意に組合せたものが挙げられ、さらにイットリウム・アルミニウムと酸素とを含む化合物（例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたもの）等、セラミック材と付加的成分との間の反応によって形成される二次相が挙げられるが、これらに限定されるものではない。イットリウム・アルミニウムおよび酸素を含む化合物は、本願においてはアルミン酸イットリウムとも呼ばれる。１つの実施形態において、ＡＩＮ製のチャック本体１２、誘電層１６および（または）基材２０は、Ａｌ２Ｏ３、酸窒化アルミニウム（例えばＡＬＯＮ）、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたものも有してもよい。
【００２３】
静電チャック１０は、任意で、加熱素子（図示せず）をさらに有してもよい。埋め込み加熱素子を含む静電チャックの１つの適切な構成が、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５７，９６８号「静電チャック、サセプタおよび製造方法」において説明されており、当該米国特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。
【００２４】
静電チャック１０は、裏面２４およびチャック面２６を有する。チャック面２６は、任意で、突起２８および溝３０を備える。例えば突出する窪みまたは突起を備えるような表面パターンは、工作物３２とチャック面２６との間の接触面積を大幅に減少させて、熱伝導流体が工作物３２の下を循環できるようにする。また、例えば耐食性を強化するために、チャック面２６を任意でコーティングすることができる。チャック面２６に施すことができるコーティングとしては、パイロリティックＢＮ、イットリア、アルミン酸イットリウム、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、ダイアモンド、および例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法によって施されるコーティング等、ダイアモンドの様なコーティングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、厚みが約１マイクロメートル（μｍ）〜約１００μｍの範囲のコーティングなど薄いコーティングが好ましい。
【００２５】
作動中、電気コネクタ３４を通じて電力が供給される。電気コネクタ３４は、当業者には公知の手段によって電極１４に取り付けられる。例えば、電気コネクタ３４を電極１４にろう付けすることができる。本発明の１つの実施形態において、接触プラグ（図示せず）が電極と同時焼結され、且つ電気コネクタ３４に接合される。導電性が良くＲＦインピーダンスが低く簡単に電極１４に接合できる接点および（または）電気コネクタが好ましい。本発明の１つの実施形態において、電気コネクタ３４は、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５７，９６８号「静電チャック、サセプタおよび製造方法」において説明されるような電気接点を電極１４部分に有し、当該米国特許出願の内容全体は参照することで本願の一部を構成する。
【００２６】
静電チャック１０は、また、一般に工作物３２をチャック面２６から上げ下げするために使用されるリフトピンを収める１つまたはそれ以上のリフトピン孔３６を備える。一般的に、リフトピン孔３６は、裏面２４から基材２０、電極１４、誘電層１６を通ってチャック面２６まで延びる。電極１４は、リフトピン孔３６と整合しつつ好ましくはリフトピン孔３６よりも直径が大きい開口を有し、これによりリフトピンが電極１４と接するのが防止される。一般的に、リフトピン孔３６の数はチャックの設計およびその用途に依存する。
【００２７】
静電チャック１０は、裏面２４とチャック面２６との間で流体的に通じる管路３８を少なくとも１つ有する。一般的に、管路３８は、裏面２４から基材２０、電極１４、誘電層１６を通ってチャック面２６まで延びる。管路３８を通じさせるために、電極１４は、管路３８と整合し且つ好ましくは管路３８よりも直径が大きい開口を有し、これにより管路３８を流れる熱伝導ガスが電極１４と接するのが防止される。管路３８の断面は、例えば、円形、楕円形、環状またはその他の適切な形状である。
【００２８】
管路３８の断面の形状または寸法のいずれかまたはその両方は、静電チャック１０の厚み方向全長に亘って本質的に一定である。あるいは、管路３８の断面の形状または寸法のいずれかまたはその両方を裏面２４とチャック面２６との間で変えてもよい。
【００２９】
管路３８には、チャック本体１２内に一体化される多孔ゾーンまたは多孔領域４０が設けられる。多孔領域４０は、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２、ＳｉＣ等のセラミック材料を有する。さらに、多孔領域４０は、例えば添加剤、焼結助剤または結合剤等の１つまたはそれ以上の成分を任意に有してもよい。付加的成分の例としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、カルシウム塩、および酸化物、例えばフッ化カルシウム（すなわちＣａＦ２）、塩化カルシウム（すなわちＣａＣｌ２）、酸化カルシウム（すなわちＣａＯ）、炭酸カルシウム（すなわちＣａＣＯ３）、硝酸カルシウム（すなわちＣａ（ＮＯ３）２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）およびこれらを任意に組合せたものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、多孔領域４０は、セラミック材料と付加的成分との間の反応によって形成される反応生成物（本願においては二次相とも呼ばれる）を有してもよい。好適な実施形態において、多孔領域４０は、ＡｌＮおよび例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９またはこれらを組合せたもの等のアルミン酸イットリウムを有する。また、多孔領域４０は、Ａｌ２Ｏ３または酸窒化アルミニウム、例えばＡｌＯＮを有してもよい。別の実施形態において、多孔領域４０は、ＡｌＮおよびＹ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮまたはこれらを組合せたものを含む。多孔領域４０は、誘電層１６またはチャック本体１２を製造するために使用されるのと同じ材料から製造することができる。
【００３０】
一般的に、多孔領域４０は、チャック面に必要なガスが流れるようにするために充分な気孔率を有する。また、管路３８へのプラズマ通過を抑制するために充分に小さい気孔が好ましい。さらに、工作物３２の裏側（静電チャック１０に載っている側）と、電極１４と、静電チャック１０を支えるカソード台座４２との間で直接視界が通じることのないような気孔が望ましい。
【００３１】
用いられる気孔率および平均気孔サイズを、各チャックの設計および（または）用途に応じて変えてもよい。１つの実施形態においては、多孔領域４０の気孔率は、約１０％〜約６０％の範囲であり、約３０％〜約５０％の範囲であるのが好ましい。別の実施形態においては、平均気孔サイズは、約５μｍ〜約５００μｍの範囲であり、約２０μｍ〜約１００μｍの範囲であるのが好ましい。
【００３２】
多孔領域４０は、チャック本体に一体化されるか、またはチャック本体に一体的に接合される。本願において使用される場合、「一体化される」または「一体的に接合される」という用語は、多孔領域４０がチャック本体１２の一部であることを意味する。例えば、多孔領域４０とチャック本体１２との間の境界面は、隙間、継目、結合部またはその他の欠損を呈しない。好適な実施形態においては、多孔領域４０は、周囲のチャック本体１２に拡散接合される。別の好適な実施形態においては、多孔領域４０は、周囲のチャック本体１２に化学的に接合される。また、多孔領域４０を、周囲のチャック本体１２に焼結してもよい。
【００３３】
本発明の好適な実施形態において、多孔領域４０を含む複数の管路３８が使用される。多孔領域４０の数、寸法および配列を、各チャックの設計および（または）用途に応じて変えてもよい。また、多孔領域４０は、同じ気孔率を持つ必要はない。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２のほとんどまたは全ては多孔性である。あるいは、誘電層のほとんどまたは全てが多孔性であってもよい。
【００３４】
１つの実施形態においては、全ての多孔領域４０は同じ形状を有する。別の実施形態においては、全ての多孔領域は同じ寸法を有する。さらに別の実施形態においては、静電チャック１０は、異なる形状を有する多孔領域を有する。多孔領域４０の適切な断面形状のいくつを図３に示した。
【００３５】
好適な実施形態において、多孔領域４０は、例えば円筒形等の多孔プラグである。例えば各チャックの設計および（または）用途に応じて、多孔プラグの数、寸法および配列を変えてもよい。１つの実施形態において、多孔プラグの直径は、約０．５ミリメートル（ｍｍ）〜約２０ｍｍの範囲である。別の好適な実施形態においては、静電チャック１０は、１個〜約１００個の多孔プラグを有し、約２０個〜約５０個の多孔プラグを有するのが好ましい。
【００３６】
別の好適な実施形態においては、静電チャック１０は、同心リング状である多孔領域４０を有する。さらに別の実施形態においては、チャック面において露出する１つのリング状の多孔領域の表面積は、別のリング状の多孔領域の表面積より大きい。さらに別の実施形態においては、表面積が大きい方のリング状の多孔領域の気孔率は、表面積が小さい方のリング状の多孔領域の気孔率より小さい。
【００３７】
多孔領域４０は、工作物３２（特に静電チャック１０に載っている工作物３２の側）から電極１４およびカソード台座４２へ直接視界が通じることが防止されることが望ましい。本発明の１つの実施形態において、チャック本体１２に一体的に接合される多孔領域４０は、図１に示したように裏面２４からチャック面２６まで延びる。その代わりに、同じくチャック本体１２に一体的に接合される多孔領域４０は、管路３８を通って部分的に延びる。
【００３８】
図３Ａは、静電チャック４４として示される本発明の１つの実施形態の断面図である。静電チャック４４は、裏面２４とチャック面２６との間を流体的に通じさせるために管路３８を有する。管路３８には、裏面２４において露出するように多孔領域４０が設けられる。多孔領域４０は、多孔プラグの形状であり、基材２０に一体的に接合される。多孔領域４０は、裏面２４から管路３８を通ってチャック面２６に向かって（且つチャック面２６に達しないように）部分的に延びる。また、管路３８は、多孔材料を有さず且つ多孔領域４０からチャック面２６まで延びる開口４６を有する。多孔領域４０の気孔率およびその他の気孔関係の特性、多孔領域４０のの数および体積、開口４６の直径および数は、用途および熱伝導流体の好適な体積流量に応じてチャックの設計毎に変えることができる要素である。
【００３９】
図３Ｂは、静電チャック４８として示した本発明の別の実施形態の断面図である。静電チャック４８は、裏面２４において露出するように多孔領域４０を有する。多孔領域４０は、基材２０に一体的に接合される。多孔領域は、裏面２４からある程度の距離だけチャック面２６に向かって（且つチャック面２６に達しないように）部分的に延びる。多孔領域４０の断面は、例えば、楕円形、環状または図２に示した形状等、他の適切な形状とすることができる。あるいは、裏面２４からチャック面２６に向かって（且つチャック面まで達しないように）延びる裏面２４からのチャック本体の体積全体またはそのほとんどを多孔性にしてもよい。また、静電チャック４８は、多孔材料を有さず且つ多孔領域４０からチャック面２６まで延びる開口４６を有する。上述したように、多孔領域の気孔率およびその他の気孔関係の特性、多孔領域の数および体積、開口４６の直径および数は、用途および熱伝導流体の好ましい体積流量に応じてチャックの設計毎に変えることができる要素である。
【００４０】
さらに別の実施形態（図示せず）において、多孔領域は、チャック面に露出し、チャック本体の誘電層に一体的に接合される。多孔領域はチャック面からチャック本体を通って裏面に向かって（且つ裏面まで達しないように）延びる。例えば、多孔領域はチャック面から電極を通って延びる。そして、熱伝導流体を通すための１つまたはそれ以上の開口が多孔領域から裏面まで延びる。
【００４１】
裏面とチャック面との間で管路を通って部分的に延び且つチャック本体に一体的に接合される多孔領域を、例えば裏面およびチャック面の両方から離すなど、管路内の他の区間に配置してもよい。さらに、裏面からチャック面まで延びる多孔領域と管路を通って部分的に延びる多孔領域とを兼ね備える静電チャックを製造することもできる。
【００４２】
図１に示した静電チャック１０の作動中、熱伝導流体は裏面２４から多孔領域４０を通ってチャック面まで流通せしめられる。同様に、それぞれ図３Ａおよび３Ｂに示した静電チャック４４および４８の場合、熱伝導流体は、裏面２４から多孔領域４０、開口４６を通ってチャック面２６まで流通せしめられる。
【００４３】
熱伝導流体は、チャック面２６から放出されると、溝２２を通って任意に循環し、これにより工作物３２の温度を調整する。熱伝導流体は、図示していないが供給源から供給され、例えばカソード台座４２の開口を通って多孔領域４０まで流通せしめられる。熱伝導流体は、管組織、配管、レギュレータ、付属品、バルブ、プレナム・リザーバ、これらを任意に組合せたもの、または当業者には公知の適切な他の手段を通って多孔領域４０に供給せしめられることができる。
【００４４】
熱伝導流体の例としては、ヘリウム、アルゴンまたはその他の不活性ガス、並びに静電チャックが使用される特定の運転状態、環境、および条件において不活性なガス、およびその混合ガスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。熱伝導流体は、工作物の温度を好ましく調整するのに適する温度とされる。当業者には公知なように、例えば、熱交換器で熱伝導流体を加熱または冷却することによって、または極低温流体を使用することによって、好ましい温度範囲内にある熱伝導流体をチャック１０に供給することができる。また、管路３８に送られる熱伝導流体の圧力を、当業者には公知なように制御することができる。熱伝導流体は、チャック面２６から放出される熱伝導流体の流れが工作物３２に加えられる静電力および静電チャックの作動を妨害しないような圧力で供給されることが好ましい。
【００４５】
上述したように、例えば、多孔領域の気孔率、気孔サイズおよび体積などの設計パラメータは、好ましい体積流量を得られるように選択される。好ましいガス・コンダクタンスは、多孔領域４０の気孔のサイズおよび気孔率に応じて左右される。なお、ガス・コンダクタンスは、所定の圧力のときに流れることができるガスの体積である。例えば、小さい多孔プラグのガス・コンダクタンスと等しくなるように、大きい多孔領域の気孔率を調節することができる。
【００４６】
また、本発明は、静電チャックを生産するための方法に関するものである。
【００４７】
本発明の生産方法の１つの実施形態の諸段階を図４Ａ〜４Ｅに示す。図４Ａに示したように、未処理チャック本体の第一部分５０は凹部５２を有する。本願において使用される場合、「未処理」とは、セラミック前駆物質を事前焼き締めした状態を意味する。未処理チャック本体は、例えば、焼き締めるとセラミック体を形成する粉末またはスラリーなど前駆物質の締め固められた（例えばコールド・プレスされた）非焼き締め体である。好適な実施形態において、第一部分５０は、ＡｌＮ粉末を締め固めることによって形成される。使用可能なその他の適切な材料としては、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２またはＳｉＣ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、アルミン酸イットリウム、またはこれらを任意に組合せたものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４８】
プラグ５４は、図４Ｂに示したように凹部５２に配置される。プラグ５４は、上述したように、適切であればどのような形状であってもよい。未処理本体には複数のプラグ５４を組み込むことができる。任意に、プラグ５４は、プラグ５４周りに同時に焼結される高密度のスリーブで包囲されている。
【００４９】
１つの実施形態において、プラグ５４は、予め生産された多孔プラグ、例えば既に焼き締めおよび（または）熱処理を受けた多孔プラグであり、凹部５２に挿入される。あるいは、プラグ５４は、凹部５２に詰めることのできる未処理形態であってもよい。例えば、その未処理形態のプラグ５４は凹部５２に詰められる粉末であってもよいし、凹部５２にぴったりとはまるように成形されたコールド・プレスされた未処理ペレットであってもよい。プラグ５４が未処理形態である場合、当業者には公知なように、未処理の第一部分の収縮と共に焼き締め中の収縮が見込まれる。未処理形態の場合、プラグ５４は焼き締め時に、または別の処理工程（例えば熱処理中またはソーキング中）において、または以下に説明する薬品による処理によって多孔性にせしめられる。
【００５０】
未処理形態のプラグ５４を形成するために使用できる適切な材料としては、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２またはＳｉＣが挙げられるが、これらに限定されるものではない。特に、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、アルミン酸イットリウムまたはこれらを組合せたものが好ましい。未処理本体と未処理形態のプラグ５４とを同じ材料を使用して形成してもよい。
【００５１】
１つの実施形態において、プラグ５４は、未処理形態において、除去可能な粒子を有する。除去可能な粒子は、粉末、ビーズ、顆粒、球状、切断ファイバー、フィラメントの形態、またはその他の適切な形状である。当業者には公知なように、等しいサイズを有する粒子を使用してもよい。使用される量、形状および粒度は、粒子が取り除かれたときに多孔領域の気孔率および気孔サイズが、上述したような好ましい気孔率および好ましい気孔サイズとなるように選択される。
【００５２】
除去可能な粒子としては、静電チャックの製造において使用される温度で分解または消散する化合物が考えられる。例えば、除去可能な粒子としては、例えば熱処理、ソーキング、焼結または加熱プレス中に、分解または消散する有機化合物、重合体、錯塩、有機金属化合物およびその他の不安定な物質が考えられる。望ましくない排出物を生じないクリーンに燃える不安定化合物が好ましい。特に好ましいのは、アクリル酸またはメタアクリル酸の重合体、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である。ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、酢酸セルロース、硬化エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂は、未処理本体に含有させることのできるその他の材料の例である。また、共重合体、三元重合体並びにその架橋変性を使用してもよい。
【００５３】
別の実施形態において、除去可能な粒子は、化学薬品による処理によって取り除かれる。例えば、未処理形態のプラグ５４は、好ましくは未処理本体の焼き締め後、適切な化学薬品、例えばＨＦおよびＨＮＯ３の混合物によるエッチングによって除去できる金属粒子を有する。例えばモリブデン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）、ロジウム（Ｒｈ）、バナジウム（Ｖ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびその他の超硬合金またはこれらの合金等の金属の連続相を使用することが好ましい。
【００５４】
また、未処理形態のプラグ５４は、１つまたはそれ以上の付加的成分を有してもよい。好適な実施形態においては、未処理形態のプラグ５４は、結合剤および（または）焼結助剤として作用する１つまたはそれ以上の成分を含有する。未処理状態において含有される付加的成分としては、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＣａＣｌ２、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢＮ、これらを組合せたもの、並びに一般的に使用されるその他の焼結助剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。別の好適な実施形態においては、付加的成分は、焼結中に液相を形成する。あるいは、未処理形態のプラグ５４は焼結助剤および（または）結合剤を含有しなくてもよい。
【００５５】
また、未処理形態のプラグ５４は、焼き締めによって上述したような多孔領域を生じる粗粉末から形成されてもよい。
【００５６】
本発明の１つの実施形態において、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、例えば珪酸アルミニウムまたは珪酸マグネシウム等のケイ酸塩、炭素（酸素還元のために必要な炭素量を超える）など焼結抑制剤、またはその他の適切な焼結抑制剤を、未処理本体の所望の領域に付加してもよい。焼結抑制剤は、その領域での完全焼き締めを防止し、焼き締め状態のとき不完全に焼き締められた領域が気孔を形成する。
【００５７】
図４Ｃに示したように、電極１４は、未処理チャック本体の未処理の第一部分５０上に配置される。電極１４は、例えばメッシュ電極であり、この場合、メッシュ開口をプラグ５４の周りに同心状に配列する。あるいは、電極１４は、スクリーン印刷層、箔状部材または板状部材であってもよく、この場合、これら電極材料にはプラグ５４と同心でその直径より大きい開口部が設けられ、これにより電極材料がプラグ５４に接するのが防止される。また、プラグ５４の周りに同時に焼結される高密度のスリーブが使用される場合、スリーブはプラグ５４と電極１４との間の防壁として作用するので、電極１４への穿孔を単純に行うことができるようになる。
【００５８】
そして、未処理チャック本体の第二部分５６が電極の上に重ねられる。第二部分５６は誘電物質を有する。第一部分５０を形成するのに適するセラミック前駆物質および付加的成分は、第二部分５６を形成するためにも使用できる。好適な実施形態において、第一部分５０および第二部分は両方とも同じ組成である。
【００５９】
結果として得られる組立体は、例えば、多孔領域４０（この場合には多孔プラグ）を有する高密度の構造を得るために焼結することによって焼き締められる。多孔領域４０は、図４Ｄに示したように、チャック本体１２に一体的に接合される。焼結は、圧力をかけない（常圧焼結）ものでも加熱プレスによるものでもよい。焼結温度は、静電チャックの製造に使用されるそれぞれの材料によって決まる。ＡｌＮ締め固め粉末の場合、焼結温度は約１５００℃〜２０００℃の範囲である。焼結が加圧下で行なわれる場合、圧力は、約１０ＭＰａ（メガパスカル）〜約４０ＭＰａの範囲とされる。本発明の１つの実施形態において、プラグと同時に焼結される高密度なスリーブが上述したように使用され、それによって、加熱プレス中にプラグが崩壊してしまう可能性を低減する。
【００６０】
焼結は、１９９９年１２月９日に提出された米国特許出願第０９／４５８，２７８号「高純度低抵抗静電チャック」において説明されるように不活性環境で行なわれる。当該米国特許出願の内容全体が参照により本願に組み込まれる。当業者には公知の熱処理工程を行ってもよい。
【００６１】
多孔領域４０の端は、例えば機械加工して図４Ｅに示した静電チャック１０を形成することによって、裏面２４およびチャック面２６において露出する。
【００６２】
例えば、裏面２６から部分的に延びる多孔領域またはプラグを有する静電チャックを得るための方法は、図４Ａおよび４Ｂに示される工程を有する。次に、プラグ５４を有する未処理チャック本体の第一部分５０が、例えば上述した方法によって焼き締められ、その後、電極１４および第二部分５６が上に重ねられる。結果として得られる組立体は、例えば加熱プレスまたは常圧焼結などの条件に曝され、その結果第二部分が焼き締められる。チャック面２６から多孔領域４０まで延びる開口は、例えば機械加工によって形成される。あるいは、焼き締め前に未処理形態の第二部分５６に挿入されるピンを焼き締め後に取り除いて、所望の開口を残すようにしてもよい。多孔プラグ４０の端は上述したように裏面２４において露出される。
【００６３】
静電チャックを生産するための別の方法は、多孔プラグを高密度なチャック本体に一体化する工程を有する。チャック本体および多孔プラグは、例えば上述の材料から上述の方法によって別個に製造される。本発明の１つの実施形態において、多孔プラグ自体は、不安定物質を有する未処理形態のプラグを焼き締めることによって製造される。プラグは、上述した結合剤等を有するかこれによってコーティングされる。ＡｌＮチャック本体およびＡｌＮ多孔プラグの場合、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３、Ａｌ２Ｙ４Ｏ９およびこれらを組合せたものが好ましい。Ａｌ２Ｏ３またはＡｌの酸窒化物を結合剤として使用してもよい。多孔領域に対する結合剤の量は、一般的に、約０．５重量％〜約１０重量％の範囲である。高純度の静電チャックが好ましい場合には、プラグをチャック本体に接合するために必要な最小限の結合剤を用いることが好ましい。
【００６４】
そして、多孔プラグとチャック本体との間で拡散接合するために充分な温度まで加熱することによって、多孔プラグが周囲のチャック本体と一体化される。あるいは、結合剤を軟化するまたは液化するのに充分な高さの温度にして、それによって多孔プラグをチャック本体に接合してもよい。
【００６５】
例証
例１：不安定物質をベースとする技法による多孔プラグの製造
焼結助剤として３重量％のＹ２Ｏ３を含有する噴霧乾燥されたＡｌＮ粉末８０ｇが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）２０ｇ、すなわち２０重量％のＰＭＭＡと乾式混合させた。ＰＭＭＡは、直径約５０μｍの球形ビーズの形態とした。次に、上記混合物を２１０ＭＰａでコールド・プレスして、直径約１２．５ｍｍ（０．５インチ）および長さ２２ｍｍ（０．８６インチ）の「未処理」の数個の円筒形プラグを形成させた。また、「未処理」の多孔プラグ前駆物質の第二群を、５０μｍのＰＭＭＡの重量比が３０％であることを除いて同様に組合せた。さらに、「未処理」の多孔プラグ前駆物質の第三群を、ＰＭＭＡビーズのサイズが約１００μｍ（−１２０／＋１７０メッシュ）でありＰＭＭＡ重量比が３０％であることを除いて同様に組合せた。未処理本体から結合剤を取り除くために、未処理プラグ前駆物質の各群をオーブンに入れ、０．４℃／分の加熱速度で６００℃まで空気雰囲気中において過熱し、６００℃に１時間保持し、そして室温にまで冷却した。その後、焼結多孔プラグを得るために、これらプラグを窒素雰囲気中において１８５０℃に１時間程焼結した。
【００６６】
各群から作られる１つの多孔プラグは、水銀気孔率測定法によって特徴付けられた。その結果を表１に示した。
【表１】
表１から分かるように、気孔率２７％〜４２％のＡｌＮをベースとする多孔プラグが得られた。
【００６８】
例２：多孔プラグの一体化および特性
加熱プレスされた高純度のＡｌＮの直径７５ｍｍの本体に、１２０°間隔を開けて配置された大きさの等しい三つの孔を機械加工によって形成した。例３から得られる３つのＡｌＮ多孔プラグを、その外径がＡｌＮ本体の孔の直径に合致するように加工した。次に、ＡｌＮ本体の各孔に１つの多孔プラグを挿入した。この組立体を炉の中で１８５０℃まで加熱し、１８５０℃で１時間曝し、その後室温にまで冷却した。検査時に、３つの多孔プラグ全てがＡｌＮ本体に融合したことが分かった。プラグが適切なコンダクタンスを有することを確認するために多孔プラグに空気を通した。
【００６９】
プラグをＡｌＮ本体に接合し且つＡｌＮ本体の抵抗を調節するために、ＡｌＮ本体において同様な別の多孔プラグの組立体に関して同じ実験を繰り返した。組立体を、１７５０℃で４時間アルゴンの中で熱処理した後、室温にまで冷却した。この場合にも、多孔プラグはＡｌＮ本体に接合されており、適切な（ガス）コンダクタンスを備えていた。さらに、ＡｌＮ本体の抵抗は（室温で５００Ｖ／ｍｍの電界で測定して）５×１０１０Ω・ｃｍであった。
【００７０】
均等物
本発明については、特に本発明の好適な実施形態に関して図示し且つ説明したが、特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく形態および細部に様々な変更を加えることができることは、当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の１つの実施形態における静電チャックの垂直断面図である。
【図２】
図２Ａ〜２Ｆは、本発明の静電チャックの水平断面図である。
【図３】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の別の実施形態における静電チャックの垂直断面図である。
【図４】
図４Ａ〜４Ｂは、本発明の１つの方法によって使用される工程の概略図である。
Claims (46)
- ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極と、
ｃ） 前記裏面と前記チャック面との間を流体的に通じさせる少なくとも１つの管路とを備え、該管路に前記チャック本体と一体化される多孔領域が設けられる静電チャック。 - 前記チャック本体がセラミック製チャック本体である請求項１に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が該静電チャックの前記裏面から前記チャック面まで延びる請求項２に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が前記管路を通って部分的に延びる請求項２に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が前記裏面に露出する請求項３に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が前記チャック面に露出する請求項３に記載の静電チャック。
- 前記チャック本体の化学組成と前記多孔領域の化学組成とが本質的に同一である請求項２に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が結合成分を含む請求項７に記載の静電チャック。
- 前記結合成分がアルミン酸イットリウムまたはイットリアを含む請求項８に記載の静電チャック。
- 前記アルミン酸イットリウムがＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＡｌＯ３およびＡｌ２Ｙ４Ｏ９のうちの少なくとも一つを含む請求項９に記載の静電チャック。
- 前記セラミック製チャック本体が結合成分を含む請求項８に記載の静電チャック。
- 前記電極が上面および下面を有し、前記チャック本体が、
ａ） 前記上面と前記チャック面との間の第一誘電層と、
ｂ） 前記下面と前記裏面との間の基材とを有し、
前記多孔領域が前記第一誘電層または前記基材のうちの一方またはその両方に一体的に接合される請求項１に記載の静電チャック。 - 前記誘電層が約１０μｍ〜約５ｍｍの範囲にある請求項１２に記載の静電チャック。
- 前記セラミック製チャック本体および前記多孔領域が、窒化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３およびアルミン酸イットリウムのうちの少なくとも一つを含む請求項１に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域の気孔率が約１０〜約６０％である請求項１に記載の静電チャック。
- 少なくとも２つの多孔領域があり、該少なくとも二つの多孔領域の気孔率が異なる請求項１５に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が円筒形である請求項１に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が少なくとも１つのリング状である請求項１に記載の静電チャック。
- 前記多孔領域が同心リング状である請求項１に記載の静電チャック。
- 前記チャック面における第一リングの表面積が第二リングの表面積より大きく、前記第一リングの気孔率が前記第二リングの気孔率より小さい請求項１９に記載の静電チャック。
- リフトピン孔をさらに有する請求項１に記載の静電チャック。
- ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記裏面から前記チャック面まで延びる少なくとも１つの多孔性流体通過可能領域とを備える静電チャック。 - ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極とを備え、
前記チャック本体が、本体裏面と前記チャック面との間を流体的に通じさせるための多孔構造を有する静電チャック。 - ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極とを備え、
前記チャック本体が、前記チャック本体と一体化され且つ前記裏面から前記チャック面まで延びる少なくとも１つの多孔領域を有する静電チャック。 - ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極とを備え、
前記チャック本体が、前記チャック本体と一体化され且つ前記裏面において露出する少なくとも１つの多孔領域と、前記多孔領域と前記チャック面との間の少なくとも１つの管路とを有する静電チャック。 - ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極とを備え、
前記チャック本体が、前記チャック本体と一体化され且つ前記裏面において露出する少なくとも１つの多孔領域と、前記多孔領域と前記チャック面との間の少なくとも２つの管路とを有する静電チャック。 - ａ） 裏面とチャック面とを有するチャック本体と、
ｂ） 前記チャック本体内の電極とを備え、
前記チャック本体が、前記チャック本体と一体化され且つ前記チャック面において露出する少なくとも１つの多孔領域と、前記多孔領域と前記裏面との間の少なくとも１つの管路を有する静電チャック。 - 前記多孔領域が前記電極を通って延びる請求項２７に記載の静電チャック。
- 多孔領域を含む静電チャックにおいて、該静電チャックの前記多孔領域と非多孔領域との間の一体的接合を具備する改良。
- ａ） 静電チャック本体の未処理本体を形成する工程であって、前記未処理本体が除去可能な粒子を含む少なくとも１つの領域を有する、工程と、
ｂ） 前記静電チャック本体を形成するために前記未処理本体を加熱する工程と、
ｃ） 前記粒子を取り除いて、前記静電チャック本体に多孔領域を形成する工程とを具備する静電チャックの生産方法。 - 前記除去可能な粒子が加熱によって取り除かれる請求項３０に記載の生産方法。
- 前記除去可能な粒子が分解化学薬品による処理によって取り除かれる請求項３０に記載の生産方法。
- 前記除去可能な粒子が超硬合金である請求項３０に記載の生産方法。
- ａ） 静電チャック本体の未処理本体に該未処理本体の焼き締め後に多孔質となる少なくとも１つの未処理領域を形成する工程と、
ｂ） 前記未処理本体を焼き締めて、セラミック製静電チャック本体を形成する工程とを具備し、前記セラミック製静電チャック本体が少なくとも１つの多孔領域を有する静電チャックの生産方法。 - 前記形成された未処理領域が焼結助剤を含む請求項３４に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域が、Ｙ２Ｏ３、ハロゲン化カルシウム、酸化カルシウム、硝酸カルシウム、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＢＮのうちの少なくとも１つの焼結助剤を含む請求項３５に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域がＹ２Ｏ３を含む請求項３６に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域が重合体成分を含み、該重合対成分は該未処理本体の焼き締め中に分解され、それによって気孔が残されて前記静電チャック本体の多孔領域が形成される請求項３４に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域が、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、ビニル樹脂、酢酸セルロース、硬化エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、共重合体、三元重合体およびこれらの架橋変性のうちの少なくとも１つの重合体を含む請求項３８に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域が、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３およびアルミン酸イットリウムのうちの少なくとも１つを含む請求項３４に記載の生産方法。
- 前記形成された未処理領域が、少なくとも１つの事前焼き締め部分を含む請求項３４に記載の生産方法。
- 前記未処理本体が常圧焼結によって焼き締められる請求項３４に記載の生産方法。
- 前記未処理本体が加熱プレスによって焼き締められる請求項３４に記載の生産方法。
- ａ） 静電チャックの高密度なセラミック本体に少なくとも１つの多孔プラグを形成する工程を具備し、前記多孔プラグが結合剤を含み、
ｂ） 前記多孔プラグを加熱して、前記多孔プラグを前記静電チャックの前記高密度なセラミック本体と一体化する工程をさらに具備する静電チャックの生産方法。 - ウェハーの工程温度を調整する調整方法であり、
ａ） ウェハーをセラミック製静電チャックのチャック面で支える工程を具備し、前記静電チャックが該静電チャックの裏面から前記チャック面まで延びる多孔管路を有し、
ｂ） 前記多孔管路を通って前記チャック面まで熱伝導流体を流通させて、ウェハーの処理温度を調整する工程をさらに具備する調整方法。 - ウェハーの工程温度を調整する調整方法であり、
ａ） ウェハーを静電チャックのチャック面で支える工程を具備し、前記静電チャックが前記裏面から前記チャック面まで延びる管路を有し、該管路に多孔領域が設けられ、
ｂ） 前記管路を通って前記チャック面まで熱伝導流体を流通させて、ウェハーの処理温度を調整する工程をさらに具備する調整方法。
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