JP2011505789A - 静電チャックおよび形成方法 - Google Patents

Abstract

絶縁層と、絶縁層の上にある導電層と、導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を有する誘電体層と、誘電体層の細孔に存在する硬化されたポリマー溶浸材とを備える、静電チャック。

Description

本開示は静電チャック（ＥＳＣ）に関し、特に、フラットパネルディスプレイの加工に用いるための静電チャックに関する。

チャックは、化学蒸着、物理蒸着、またはエッチングのために使用されるチャンバなどの高温および腐蝕加工チャンバ内にウエハおよび基板を所定の位置に支持および保持するために使用される。チャックのいくつかの主要タイプが開発されている。機械的チャックは、機械的ホルダーを使用することによってウエハを支持表面上に安定化する。機械的チャックは、不均一な力がウエハに加えられることにより工作物の変形をしばしば生じさせるという点で、欠点がある。したがって、ウエハはしばしば欠け、あるいは他の方法で損傷され、収率が低下する。真空チャックはウエハとチャックとの間の圧力をチャンバの圧力より低くすることによって作動し、それによってウエハを保持する。真空チャックによって加えられる力は機械的チャックによって加えられる力よりも均一であるが、改良された可撓性が望ましい。この点に関して、半導体製造プロセスの間のチャンバ内の圧力は低い傾向があり、必ずしも十分な力を加えることができない。

最近、静電チャック（ＥＳＣ）が加工チャンバ内に工作物を保持するために使用されている。静電チャックは、工作物と、静電チャックの本体に埋め込むことができる電極との間の電圧の差を利用することによって作用し、機械的チャックよりも均一な力を加えることができる。

一般に、ＥＳＣの２つのタイプ、すなわち、単極タイプおよび二極タイプが存在する。単極、または平行プレートＥＳＣは単一電極を備え、第２の「電極」を形成して、チャッキング表面上の所定の位置に基板を保持するために必要な引力を提供するために、加工チャンバ内で使用されるプラズマに依拠する。二極、または統合電極ＥＳＣは、チャック本体内に反対の極性の２つの電極を備え、工作物を所定の位置に保持するために、２つの電極の間に発生する電界に依拠する。

さらに、ＥＳＣにおいて、ウエハのチャッキングは、クーロン力またはジョンセン・ラーベク（Ｊｏｈｎｓｅｎ−Ｒａｈｂｅｋ）（ＪＲ）効果を用いて達成されうる。ＪＲ効果を用いるチャックは、特に、半導性または導電性である工作物において、電極と工作物との間の抵抗層を使用する。抵抗層は、運転中に抵抗層中の電荷を移動させるために、特定の抵抗率、典型的に約１０^１０Ω−ｃｍ未満を有する。すなわち、ＪＲ効果ＥＳＣの運転中、抵抗層内の電荷がチャックの表面に移動し、工作物からの電荷が下面に向かって移動し、それによって、必要な静電引力を発生する。対照的に、クーロン効果を利用するＥＳＣは、コンデンサの本質的に１つのプレートとしての埋め込み電極およびコンデンサの第２のプレートとしての工作物（またはプラズマ）、およびプレート間の誘電体材料に依拠する。電圧が工作物と電極との間に印加されるとき、工作物はチャックの表面に引き付けられる。

ＥＳＣの改良にもかかわらず、様々な産業が改良された性能を要求し続け、例えば、それらの産業は、より大きな、より大型の基板および工作物を加工することを要求し続けている。特に、ガラス産業および特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）産業は急速に、より大きなサイズのディスプレイを製造するようになっている。実際、最近、２メートル×２メートルを超える寸法を有するチャックが要求されている。このような、一般に、高温および腐蝕加工環境内でのより大きな工作物の加工への移行により、加工の間に使用されるＥＳＣにさらなる要求が課される。

第１の態様によれば、静電チャックは、絶縁層と、絶縁層の上にある導電層と、導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を有する誘電体層と、誘電体層の細孔に存在する硬化されたポリマー溶浸材とを備える。

別の態様によれば、静電チャックを形成する方法は、絶縁層を提供する工程と、絶縁層の上にある導電材料を含む導電層を形成する工程と、導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を有する誘電体層を形成する工程とを含む。この方法は、誘電体層に、液体ポリマー前駆物質を含む溶浸材を溶浸させる工程と、溶浸材を硬化させ、その結果、硬化されたポリマーが細孔に存在するようにする工程とによって継続する。

さらに別の態様によれば、電子デバイスを形成する方法は、使用面を画定する静電チャックを提供する工程を含み、静電チャックは、（ｉ）絶縁層と、（ｉｉ）絶縁層の上にある導電層と、（ｉｉｉ）導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を有する誘電体層と、（ｉｖ）誘電体層の細孔に存在する硬化されたポリマー溶浸材とを備える。この方法は、使用面の上にある工作物を提供する工程と、静電チャックと工作物との間に電圧を印加して、使用面に近接して工作物を維持する工程と、工作物を加工して電子デバイスを形成する工程とをさらに必要とする。

本開示は、添付した図面を参照することによってよりよく理解することができ、その多数の特徴および利点は当業者に明白であろう。

実施形態による静電チャックの断面図である。 実施形態による熱噴霧された層の形態を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。 実施形態による構成層の構造を示す。 １つの実施形態による静電チャックの断面図である。 エッチ条件に付された溶浸材の残留を示すグラフである。

異なった図面における同じ参照符号の使用は、同様なまたは同一の品目を示す。

図１を参照すると、いくつかの構成層を有する静電チャック１０２が示される。静電チャック１０２は、いくつかの層を支持する、ベース１０４、絶縁層１０６、導電層１０８、および誘電体層１１０を備える。ベース１０４は、上にある層の機械的支持のために提供され、上にある層の形成に伴う加工温度に耐えうる、剛性、靭性、および強度などの適切な機械的特性を提供する材料のいくつかのクラスのいずれか一つから選択されてもよい。特定の実施形態は、鉄、ニッケルまたはアルミニウム合金などの金属合金を利用する。アルミニウム合金が特に適している。

図１に示された実施形態はベースを備えるが、自立静電チャックは、このような構造物を省くことができる。しかしながら、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）産業において利用される大きなサイズの静電チャックに関しては、上にある層の形成のために適切な機械的テンプレートを提供するために、一般にベースが利用される。

絶縁層はセラミック系であってもよく、典型的に、漏れ電流として知られている、上にある導電層１０８からベース１０４への電荷の移動を抑えるために高い抵抗率の値を示す。本明細書において用いられるとき、「ベース」組成物の説明は一般に、層の少なくとも５０重量パーセント、典型的にはさらに、６０重量パーセント超、例えばさらに、７０または８０重量パーセント超を占めるベース材料を指す。実施形態によって、絶縁層は１０^１１Ω−ｃｍ以上、例えば約１０^１３Ω−ｃｍ以上の体積抵抗率を有することができる。絶縁層は約１００ミクロン超、例えば約２００ミクロン超の平均厚さを有することができる。典型的に、絶縁層の厚さは制限され、例えば１５００ミクロン未満である。絶縁層を形成するためのセラミックベースは様々な金属酸化物セラミック、例えばアルミニウム含有酸化物、ケイ素含有酸化物、ジルコニウム含有酸化物、チタン含有酸化物、イットリウム含有酸化物、およびそれらの組合せまたは複合酸化物を含有することができる。より具体的には、実施形態は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、チタネート、およびシリケート（ただし、典型的にシリカＳｉＯ_２ではない）からなる群から選択される材料を利用することができる。

本発明の実施形態によれば、絶縁層は堆積コーティングである。堆積コーティングには薄膜コーティングおよび厚膜コーティングがある。薄膜コーティングは一般に、固体基板上への原子単位でのまたは分子単位での、もしくはイオン堆積による材料の堆積を含む。薄膜コーティングは一般に、約１ミクロン未満の公称厚さを有するコーティングを意味し、最も典型的に、物理蒸着コーティング（ＰＶＤコーティング）、および化学蒸着コーティング（ＣＶＤコーティング）、および原子層堆積（ＡＬＤ）のかなり広いカテゴリーが含まれる。

堆積コーティングには一般に厚膜および薄膜コーティングの両方があるが、本願においての実施形態は、特に、構成層の質量および厚さ要求条件が与えられる場合、熱噴霧コーティングなどの厚膜コーティングの利点を利用することができる。熱噴霧には、火炎溶射、プラズマアーク噴霧、電気アーク噴霧、デトネーションガン噴霧、および高速オキシ／燃料噴霧などがある。特定の実施形態は、火炎溶射技術、特に、Ｒｏｋｉｄｅ（登録商標）火炎溶射噴霧装置を利用するＲｏｋｉｄｅ（登録商標）方法を利用する火炎溶射技術を用いて層を堆積することによって形成されている。この特定の方法において、ロッドの形状に形成されたセラミック材料が一定かつ制御された供給量においてＲｏｋｉｄｅ（登録商標）噴霧装置に供給される。セラミックロッドは噴霧装置内で、酸素およびアセチレン源から発生する火炎との接触によって、融解され、微粒化され、基板表面上に高速（例えば約１７０ｍ／ｓ）で噴霧される。セラミックロッドの特定の組成物は、誘電特性および抵抗率の特性に基づいて選択されうる。Ｒｏｋｉｄｅ（登録商標）方法によると、完全溶融粒子が基板の表面上に噴霧され、噴霧装置は、完全溶融されるまで粒子が噴霧装置から射出しないように構成される。粒子の運動エネルギーおよび高熱塊は、基板に達するまで溶融状態を維持する。

さらに、絶縁層は多孔性であってもよく、特に連続多孔性、例えば約２体積％〜１０体積％の範囲内の多孔性を有しうる。熱噴霧された絶縁層の特定の場合において、この多孔性は、熱噴霧方法に特徴的であるスプラット形成物によって画定される場合がある。特に、細孔は連続的であり、かつスプラット形成物の間に延在しうる。この点に関して、約５体積％の多孔性を有する、熱噴霧されたアルミナ層のＳＥＭ写真を示す図２が参照される。図から分かるように、細孔はスプラット形成物の間に画定され、細孔はスプラットのラインに沿って延在する溝を通って連続的である。

また、導電層１０８は、上に記載されたような堆積コーティングでありうる。特定の実施形態は、印刷または噴霧（例えば、熱噴霧）などの厚膜堆積プロセスを必要とする。上述のように、熱噴霧プロセスに関して、プラズマ噴霧またはワイヤーガン噴霧を利用してもよい。下にある熱噴霧された絶縁層に関連させて、導電層１０８が熱噴霧されることも望ましい。

導電層１０８は一般に、絶縁層１０６に比べて薄い。１つの実施形態によれば、導電層１０８は約１００ミクロン以下の平均厚さ、例えば約７５ミクロン以下、いくつかの場合約５０ミクロン以下の平均厚さを有する。１つの特定の実施形態において、導電層１０８は約１０ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内の平均厚さを有する。

導電層１０８を形成するために適した材料に関連して、一般に導電層１０８は導電材料、特に無機材料、例えば導電性金属、または金属合金から形成される。適した金属には、チタン、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、鉄、ケイ素、アルミニウム、貴金属およびそれらの組合せまたは合金などの高温金属が挙げられる。１つの特定の実施形態において、導電層１０８はモリブデン、タングステンまたはそれらの組合せを含有する。さらに、特定の実施形態は約２５重量％以上の金属、例えば約５０重量％以上の金属を有する導電層１０８を利用する。別の実施形態によれば、導電層１０８は約７５重量％以上の金属、例えば約９０重量％以上の金属を含有し、さらに場合によっては、導電層１０８は完全に金属から製造される。金属の前述の説明には、元素の金属および金属合金を含める。

導電層１０８は複合材料であってもよく、それ故に、導電材料の他に、導電層１０８は定着剤を含有することができる。このような定着剤は無機材料でありうる。特に適した定着剤には、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化鉄、酸化ケイ素、チタン酸バリウム、酸化タンタル、酸化バリウム、またはそれらの複合酸化物など、酸化物ベースの材料が挙げられる。１つの特定の実施形態によれば、適した定着剤は、基底層および／または上にある層の材料種を含有する。

定着剤は一般に、約７５体積％未満の量で導電層１０８内に存在する。定着剤の量はより少なくてもよく、その結果、導電層１０８は、約５０体積％以下、例えば約２５体積％を含有する。１つの実施形態において、導電層１０８は、定着剤材料が導体材料（例えば、金属）と同時に提供される熱噴霧方法によって形成される。１つの特定の実施形態において、導電層１０８は、導体材料および定着剤を含有する複合粉末組成物を利用する噴霧方法によって形成される。

導電層１０８の電気的特性については、１つの実施形態による導電層１０８のシート抵抗は約１０^６Ω以下、例えば約１０^４Ω以下である。別の実施形態によれば、導電層１０８のシート抵抗は約１０^１Ω〜約１０^６Ωの範囲内である。

導電層１０８をさらに参照すると、それは一般に、絶縁層１５３または絶縁層１０６の上に共形的に堆積された、連続した層である。１つの実施形態によって、導電層１０８は、材料の実質的に連続した層である。明確にするために、「実質的に連続した（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）」の説明は、工作物を引き付けるために用いられる表面の大部分が導電表面によって覆われていることを意味し、それは、大体、誘電体の厚さ以下のサイズの細孔をその中に有してもよい。すなわち、小さな孔が層中に存在することができる。このような孔は、例えば高いパーセンテージの定着剤を用いる実施形態に見られるが、チャッキング力にあまり影響を与えない。

あるいは、導電層１０８は２つの単離された領域を形成して、それぞれ、図１Ｇに示されたようなカソード領域１０８ａおよびアノード領域１０８ｂを形成することができる。さらに、導電層１０８は、層中に層を通って延在する特徴１９３をもつパターンを備えることができ、このような特徴は、冷却孔、脱チャッキング、電気的接触等を容易にするための貫通孔を備えることができる。特に、導電層１０８はこのような特徴に適した間隔１９５を提供するためにパターン化されうる。１つの実施形態によれば、このような間隔は一般に約０．５ｍｍ超、例えば約１．０ｍｍ超、またはさらに、約２．０ｍｍ超である。

導電層１０８は、絶縁層１０６の端縁に達する前に終結するように構成されうるが、この構成は誘電特性を維持するために有利である場合がある。それ故、導電層１０８をチャックの端縁から離隔することができ、その結果、スペース１９１はチャックの端縁と導電層との間に延在し、導電層１０８の外面の周りに延在する。このスペースの平均幅は一般に約０．５ｍｍ超、例えば約１．０ｍｍ超、またはさらに約２．０ｍｍ超であってもよい。

誘電体層に戻ると、誘電体層はセラミック系であってもよい。このようなセラミック系材料には、アルミニウム含有酸化物、ケイ素含有酸化物、ジルコニウム含有酸化物、イットリウム含有酸化物、および絶縁チタン系酸化物などの金属酸化物がある。特に、誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、チタネート、およびシリケート（シリカを除く）からなる群から選択されてもよい。誘電体層は、厚さ約５０ミクロン以上、例えば約１００ミクロン以上、または２００ミクロン以上を有する厚膜の形態でありうる。特定の実施形態は、約５００ミクロンの最大厚さを有する。特定の特徴によれば、誘電体層は多孔性であり、連続多孔性を形成する細孔を有する。すなわち、誘電体層は、誘電体層の本体の内部に、しばしばその全体にわたり延在する細孔の網目を有し、誘電体材料の外部細孔からアクセス可能である。誘電体層の多孔性のレベルは、約１体積％以上、しばしば、約２体積％以上など、変動しうる。適した多孔性の範囲は、約２体積％〜１０体積％の範囲内でありうる。誘電体層中の細孔の細孔径は特に微小であり、一般にナノメートル範囲である。例えば、誘電体層は約２００ｎｍ以下、例えば約１００ｎｍ以下の平均細孔径を有してもよい。

一般に、最適なチャッキング特性は、高い誘電率（高ｋ材料）を有する誘電体材料を利用することによって達成されうる。それ故、誘電率ｋは一般に、約５以上、例えば約１０以上である。実施形態は、さらに高い誘電率、例えば約１５以上、または約２０以上を利用してもよい。さらに、本明細書の実施形態は、単位厚さ当りの耐電圧が１０Ｖ／マイクロメートルより大きい、特定の場合には１２Ｖ／マイクロメートルより大きい、１５Ｖ／マイクロメートルより大きい、さらに、２０Ｖ／マイクロメートルより大きい誘電体層を提供する。

本発明の実施形態によれば、誘電体層は、絶縁層のように、堆積コーティングである。堆積コーティングには薄膜コーティングおよび厚膜コーティングがある。しかしながら、本明細書の実施形態は一般的には、構成層の質量および厚さ要求条件が与えられる場合、熱噴霧コーティングなどの厚膜コーティングを利用する。熱噴霧には、火炎溶射、プラズマアーク噴霧、電気アーク噴霧、デトネーションガン噴霧、および高速オキシ／燃料噴霧などがある。特定の実施形態は、火炎溶射技術、特に、上に記載されたようなＲｏｋｉｄｅ（登録商標）方法を利用する火炎溶射技術を利用して層を堆積することによって形成されている。

絶縁層と一緒に上に記載されたように、熱噴霧された誘電体層は、特定のスプラット形成物を有することを特徴とすることができ、再び、図２が参照される。熱噴霧された誘電体層の場合、細孔はスプラット形成物の間に存在し、個々のスプラット形成物の間のスプラットのラインに沿っておよびスプラット自体の亀裂によって互いに連続的である。

特定の発展形態によれば、静電チャック１０２は溶浸プロセスを実施される。特に、静電チャック本体は、液体キャリア中に提供されたオリゴマーまたはモノマー組成物などの低粘度ポリマー前駆物質による溶浸を実施される。特定の特徴によれば、ポリマー前駆物質は望ましくは低粘度を有し、少なくとも誘電体層、場合により絶縁層の連続的な微細な多孔性への湿潤および高い浸透度を可能にする。実際の研究に基づいて、ポリマー前駆物質は多孔性の少なくとも５０体積％、例えば少なくとも６５体積％浸透する。上述のように、実施形態は、２００ｎｍ未満、例えば１００ｎｍ未満の平均細孔径を有する、特に微細な多孔構造を有してもよい。したがって、ポリマー前駆物質の粘度は典型的に１０００センチポアズ（ｃＰ）以下である。一般に、ポリマー前駆物質は、５００ｃＰ以下、例えば２００ｃＰ以下の粘度を有する。確かに、特定の実施例は、１００ｃＰ未満、さらに、５０ｃＰ未満の粘度を有する。以下に提供された実施例によって用いられたポリマー前駆物質は、約１０〜３０ｃＰの粘度を有する。

さらに、液体ポリマー前駆物質から形成された溶浸材は溶剤が揮発または気化、および硬化した時に望ましくは低収縮であることが望ましい。典型的に、液体前駆物質状態から固体硬化状態への収縮は２０体積％以下、例えば１５体積％以下、または１０体積％以下であることが望ましい。収縮率の低減によって、連続的な多孔構造物の充填度の改良を助け、最小限の開放および未充填スペースを残す。浸透効率および収縮に基づいて、典型的に細孔体積の少なくとも４０体積％、例えば少なくとも５０体積％が硬化されたポリマー溶浸材で充填される。少なくとも約６０体積％、特定の実施形態において、少なくとも６５体積％または７０体積％など、強化された充填が達成される場合がある。明快にするために、誘電体層について上に提供された多孔性の情報は、溶浸材の含有量を無視した、すなわち、溶浸前の細孔体積のパーセンテージに相当することが指摘される。誘電体材料と、硬化されたポリマー溶浸材とを組合せた組合せのために調整された細孔体積のパーセンテージは、当然ながらより低い。例えば、細孔体積の６０％の装填レベルで溶浸材に溶浸された４体積％の多孔性を有する誘電体層は、１．６体積％の合計または複合多孔性を有する。前述の内容は明確にするためにだけ提供され、別記しない限り、細孔体積のパーセンテージは、溶浸前の、形成されただけの層を指す。したがって、誘電体層の場合、細孔体積のパーセンテージの値は、誘電セラミック材料に対するものであり、誘電体層の多孔性全体に対するものではない。同様に、絶縁層の場合、細孔体積のパーセンテージの値は、絶縁セラミック材料に対するものであり、絶縁層の多孔性全体に対するものではない。

液体ポリマー前駆物質は、アクリレート、ウレタンおよび選択されたエポキシ樹脂など、様々なポリマーの群から選択されてもよい。特定の実施形態は、低粘度メチルアクリレートを利用する。ポリマー前駆物質は化学線によってまたは熱硬化されてもよいが、化学線が達し得ない液体ポリマー前駆物質の内部領域の完全硬化を可能にするために熱硬化が望ましい。

溶浸は、単にコーティングによって、例えば噴霧またはブラッシング、あるいは他の方法で静電チャックを液体ポリマー前駆物質に浸漬することによって開始されてもよい。継続的な加工は典型的に、このようにコートされるかまたは浸漬された静電チャックに真空を引き、それによって細孔の浸透をさらに強化する工程を含む。真空環境は、誘電体層中の閉じ込められたガスの除去を改良することができる。真空の使用は、例えば真空チャンバ内で、このようにコートされた静電チャックを加熱する間に、硬化前に、または硬化と同時に行われてもよい。浸透を強化するための低圧力真空環境と大気圧との間のサイクルといった複数のポンピングサイクルを実施することができる。典型的な真空圧力は約０．２５ａｔｍ未満、例えば０．１ａｔｍ未満である。

熱硬化の場合、典型的な熱硬化温度は一般に４０℃を超え、例えば５０℃〜２５０℃の範囲内である。熱硬化停止時間は、５時間以上の範囲でありうる。典型的に、望ましい硬化は４０時間までに達成される。典型的な硬化時間は１０時間〜３０時間に及ぶ。特定の硬化剤およびポリマー系に応じて、硬化の間に酸素を排気して、反応速度をさらに改良し、前駆物質の完全硬化を促進してもよい。酸素分圧は一般に０．０５ａｔｍ未満、例えば０．０２ａｔｍ未満に維持される。

図４を参照すると、特定の実施形態による静電チャックの断面図が示される。チャックは、ベース２０４と、ベース２０４の上にある絶縁層２０６とを備える。静電チャックは、絶縁層２０６の上にある導電層２０８と、導電層２０８の上にある誘電体層２１０とをさらに備える。同様に示されるように、工作物３０２は、静電チャック２０２の使用面２４１にチャックされている。このような工作物は、ガラス、特にディスプレイ用に加工されているガラス板などの絶縁工作物でありうる。

図４をさらに参照すると、直流源３１７が接地される。特に、直流源３１７が導電層２０８に接続され、導電層２０５と工作物３０２との間にコンデンサを作るために必要なバイアスを提供する。チャッキング力は、チャッキング表面上に所定の位置に工作物３０２を保持するための引力を発生するために、加工チャンバ内でプラズマまたは他の電荷供給源、例えばイオンまたは電子銃を利用して、工作物の表面への必要な導電路を提供することを必要とすることは理解されよう。

図２は層の断面図を示すが、導電層２０８と冷却水路との間の接点を、ここに設けられた静電チャック内に提供することができることは理解されよう。一般に、冷却水路は、静電チャックを通る冷却ガスの通路を工作物の裏面に設けることによって工作物の冷却を可能にする。このような冷却水路は、ＥＳＣの層を通して、例えば基板から上面まで延在することができる。一般に、冷却ガスは、ヘリウムなどの高い熱伝導率の非反応性ガスを含有する。

また、本開示は、本明細書の実施形態に記載されたような静電チャックを用いて電子デバイスを形成する方法を提供する。ここで、図４に示されたチャックされた工作物集成体が加工チャンバ内に提供される。工作物は一般に、無機材料を含有することができ、特に、シリケート系ガラスなどのガラス相から主に形成される。１つの実施形態によれば、工作物は、ビデオディスプレイとしての最終用途用の表示パネルである。このようなビデオディスプレイには、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセントディスプレイ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を利用するディスプレイ等が挙げられる。他の工作物には、シリコンベースのウエハなどの半導体ウエハが挙げられる。

一般に、工作物は大きくてもよく、場合によっては、長さおよび幅の寸法が約０．２５ｍ以上、例えば約０．５ｍ以上、またはさらに約１．０ｍ以上の、矩形形状（正方形を含める）を有しうる。静電チャックは同じようなサイズであってもよく、確かに略矩形輪郭の使用面を有し、３ｍ^２以上の表面積を有する。

工作物の加工には化学処理、例えばフォトリソグラフィおよび化学処理などが挙げられ、より詳しくは、マスキング、エッチング、または堆積プロセスもしくはこのような全てのプロセスの組合せが挙げられる。１つの実施形態において、工作物の加工には、エッチング、例えばプラズマエッチングプロセスがある。別の実施形態によれば、工作物の加工には、薄膜堆積プロセス、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、特にプラズマアシストＣＶＤプロセスなどの蒸着プロセスを利用する薄膜堆積プロセスがある。

１つの実施形態によれば、工作物の加工は、工作物上にトランジスタなどの電子デバイスを形成する工程を含み、より詳しくは、工作物の加工は、ＴＦＴなど、一連のトランジスタ、または一連の配列のトランジスタを形成する工程を含む。それ故、工作物は、複数のマスキング、堆積およびエッチングプロセスを受けることができる。さらに、このようなプロセスは、金属、半導体、および絶縁材料の堆積などを含めることができる。

一般に、このような加工は減圧下において行われ、１つの実施形態によれば、工作物の加工は約０．５ａｔｍ以下、例えば約０．３ａｔｍ以下、または約０．１ａｔｍ以下の圧力において行われる。

基礎にした以下の実施例はクーポン試料に基づいており、本発明の概念を示す。市販の試料は、使用のために必要な特徴を有する完成静電チャックの形態であることは理解されよう。

比較例１ 溶浸のない比較用試料
４つの４ｃｍ角の６０６１アルミニウム正方形をグリットブラストし、約５００ｕｍの厚さまで酸化アルミニウムをプラズマ噴霧し、約５％の多孔性をもたらし、次いで約５０ｕｍの厚さまで上にタングステンをプラズマ噴霧した。

試料を試験するためにタングステンとベースアルミニウムとの間に絶えず増加するＤＣ電圧を印加し、電流をモニタした。電流が２ｍＡを超える時に破壊が起こると思われた。

破壊電圧は変化し、平均値は４．９ｋＶだけである。

実施例２ 溶浸のある試料
３つの試料を実施例１の場合と同様に作製したが、以下の追加がある。噴霧後にＨＬ−１２６アクリレートモノマー（Ｐｏｔｔｓｔｏｗｎ，ＰＡのＰｅｒｍａｂｏｎｄ ＬＬＣから入手した）を表面上に塗装した。十分な量を適用し、その結果、表面は、１分ほど経過した後も十分に湿潤状態にみえ、液体を細孔に浸み込ませることができた。試料を真空炉内に入れ、数サイクルの排気の後に、アルゴンでバックフィルを行った。これは２つの目的に役立った。すなわち、ＨＬ−１２６を細孔内にさらに送り込み、酸素（モノマーの硬化を抑制する）を炉から取り除いた。

試料を約２時間１２０℃において硬化させた。次に、それらを炉から取り出し、タングステンへの電気的接触ができるようにタングステンの上の領域をきれいに磨いた。次に、１０ｋＶの最大印加電圧で、試料を比較例１と同様に試験した。

どの場合にも破壊が起こらず、平均破壊電圧が１０ｋＶを超えることを示した。

実施例３ 付加的な特性決定
溶浸法の重要な性質は、溶浸材がプラズマガスによって除去されないということである。溶浸材はエッチ条件下に長時間あっても無傷のままであるということは予想外であった。

４〜５％の多孔性を生じるプロセスを用いて１００ｕｍの厚さまで一組のクーポンに酸化イットリウムをプラズマ噴霧した。上の実施例２に記載されたようにそれらにＨＬ−１２６を溶浸した。

クーポンをＭａｒｃｈ ＰＭ−６００プラズマアッシャー（Ｍａｒｃｈ Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．，Ｃｏｎｃｏｒｄ，ＣＡ）内で、３００Ｗ、２５０ミリトールにおいて酸素で長時間エッチした。溶浸材の量は、その蛍光強度をモニタすることによって定量された。

図５は、短い初期過渡状態（表面からのＨＬ−１２６の除去に相当する）の後、溶浸材が長時間コーティングの細孔に残ることを示す。

溶浸材の予想外の残留は、（蛍光の初期減量によって示されるように比較的容易にエッチする）溶浸材の材料特性によるものではなく、むしろ、プラズマ噴霧コーティングの細孔構造によって決定されると考えられる。細孔は非常に微細で曲がりくねっているので、プラズマガスは、アルミナ層の本体中に広がる硬化された溶浸材に浸透して溶浸材を攻撃することができない。

実施例４ メチルアクリレート溶浸材とエポキシ溶浸材との比較
イットリアおよびアルミナの両方のコーティングをアルミニウム基板上に形成し、ポリマー溶浸材をさらに評価する。イットリアコーティングは、以下の条件下で１７〜６０ミクロンの範囲内の粒度を有するイットリア原材料を利用して形成された：６００Ａのトーチ電流、２５ｓｌｍのアルゴン流、３．５ｓｌｍの水素流、３５ｓｌｍのヘリウム流、１００ｍｍのスタンドオフおよび２０ｇ／分の供給量。同様に、アルミナコーティングは、以下の条件下で１５〜３８ミクロンの範囲内の粒度を有する原材料から形成された：６００Ａのトーチ電流、３５ｓｌｍのアルゴン流、１３ｓｌｍの水素流、０ｓｌｍのヘリウム流、１１０ｍｍのスタンドオフおよび２０ｇ／分の供給量。

次に、様々なコートされた基板にコーティングプロセスを実施した。ここで、メチルアクリレートＨＬ１２６液体をイットリアおよびアルミナコーティング上に適用した。真空を試料全体に引き、表面が湿潤したままになる（コーティング中への完全な溶浸を示す）まで適用および真空プロセスを繰り返した。メチルアクリレートを２．５時間にわたり不活性環境内で１４０℃で硬化させ、コーティング面上の過剰メチルアクリレートを除去した。

エポキシコーティングを行うために、イットリアおよびアルミナでコートされた試料を４０℃に予備加熱し、エポキシ液体をコーティング面上に適用した。真空を試料全体の上に引き、表面が湿潤したままになる（コーティング中への完全な溶浸を示す）まで適用／真空プロセスを繰り返した。エポキシを４８時間の間、不活性環境内で６０℃で硬化させ、硬化後に過剰なエポキシを除去した。ポリマー溶浸材の特性を以下の表２に記載する。

次に、このようにコートおよび溶浸された試料を以下の表３に記載したように特性決定した。

コーティング厚の値は、渦電流分析に基づいている。コーティングの多孔性は画像分析によって測定された。耐電圧および抵抗率はそれぞれ、ＡＳＴＭ Ｄ３７５５およびＡＳＴＭ Ｄ２５７によって測定された。

上に記載したように、メチルアクリレートおよびエポキシ試料の両方が、著しく強化された耐電圧を特徴とする、基板の性能の顕著な改良を示した。しかしながら、より低い温度において硬化されたエポキシ試料は基板の反りの低減を示し、それ故に、特定の適用について望ましい場合があることが指摘される。さらに、試験が、室温において溶剤型の溶浸材、特にＤｉｃｈｔｏｌ １５３２で行われた。溶剤型の硬化された溶浸材は一般に、溶剤の揮発に伴った著しい硬化収縮があることが見出された。このような溶浸材は、アクリレートおよびエポキシなどの熱硬化された溶浸材と比較して耐電圧の中程度の改良しかもたらさないことが見出された。したがって、熱硬化性溶浸材は特定の用途のために特に有用である場合がある。

本明細書の開示に基づいて明らかであるように、連続多孔性を形成する細孔を有する少なくとも１つの多孔層を有する静電チャックの特定の実施形態が得られる。その層、一般に少なくとも誘電体層は、層の絶縁破壊特性を驚くほど改良する硬化されたポリマー溶浸材を含有する。前述の方法は、適切な誘電機能性のために１００％の緻密層に焦点を合わせる従来技術の方法とは全く対照的である。一切の特定の理論に縛られることを望まないが、連続多孔性に残っている硬化された溶浸材は内部細孔表面に沿う電荷流を低減し、多孔性誘電体材料の不十分な誘電特性に寄与すると考えられる。

さらに、実施形態が実証するように、多孔層の使用時には、硬化されたポリマー溶浸材で溶浸された時でも、例えば、層と下にあるベースとの間の熱膨張の不整合によるなどの誘導歪みに基づいた不良の影響を受けることがそれほどないため、機械的頑強性が向上することが見出された。

本発明は特定の実施形態に関連して説明および記載されたが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な改良および代用が可能であるので、示された詳細に限定することを意図しない。例えば、付加的なまたは等価の代用物を提供することができ、付加的なまたは等価の製造工程を使用することができる。それ故、本明細書に開示された本発明のさらなる改良および均等物は、通例の実験だけを用いて当業者に見出されるかもしれないが、かかる全ての改良および均等物は、以下の特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲内にあると考えられる。

Claims (52)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の上にある導電層と、
   前記導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を含む誘電体層と、
   前記誘電体層の前記細孔の少なくとも一部に存在する硬化されたポリマー溶浸材とを含む、静電チャック。
2. 前記誘電体層が１体積％以上の多孔性を有する、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記誘電体層が２体積％以上の多孔性を有する、請求項２に記載の静電チャック。
4. 前記誘電体層が約２体積％〜１０体積％の範囲内の多孔性を有する、請求項１に記載の静電チャック。
5. 前記誘電体層が２００ｎｍ以下の平均細孔径を有する、請求項１、２、３、または４のいずれか一項に記載の静電チャック。
6. 前記平均細孔径が１００ｎｍ以下である、請求項５に記載の静電チャック。
7. 前記誘電体層が、スプラット形成物を有する熱噴霧された層で構成され、前記細孔が連続的であり、前記スプラット形成物の間に、または前記スプラット形成物中に存在する亀裂を通して延在する、請求項１、２、３、４、５または６のいずれか一項に記載の静電チャック。
8. 前記誘電体層が約５以上の誘電率を有する、請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか一項に記載の静電チャック。
9. 前記誘電体層が、アルミニウム含有酸化物、ケイ素含有酸化物、ジルコニウム含有酸化物、チタン含有酸化物、イットリウム含有酸化物、およびそれらの組合せまたは複合酸化物からなる群から選択される誘電体材料を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか一項に記載の静電チャック。
10. 前記誘電体材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、チタネートおよびシリケートからなる群から選択される、請求項９に記載の静電チャック。
11. 前記誘電体層が約１００ミクロン以上の平均厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０のいずれか一項に記載の静電チャック。
12. 前記誘電体層が約１０^１１Ω−ｃｍ以上の体積抵抗率を有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１のいずれか一項に記載の静電チャック。
13. 前記絶縁層と上にある導電層と誘電体層とを支持するベースをさらに含み、前記ベースが金属または金属合金を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のいずれか一項に記載の静電チャック。
14. 前記絶縁層が、アルミニウム含有酸化物、ケイ素含有酸化物、ジルコニウム含有酸化物、チタン含有酸化物、イットリウム含有酸化物およびそれらの組合せまたは複合酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか一項に記載の静電チャック。
15. 前記材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、チタネート、およびシリケート、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の静電チャック。
16. 前記絶縁層が、連続多孔性を形成する細孔を含み、前記絶縁層が、約２体積％〜１０体積％の範囲内の多孔性を有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５のいずれか一項に記載の静電チャック。
17. 前記絶縁層が、スプラット形成物を有する熱噴霧された層で構成され、前記細孔が連続的であり、前記スプラット形成物の間に、または前記スプラット形成物中に存在する亀裂を通して延在する、請求項１６に記載の静電チャック。
18. 前記絶縁層が、約５０〜１５００ミクロンの範囲内の平均厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７のいずれか一項に記載の静電チャック。
19. 前記導電層が１０^６Ω以下のシート抵抗を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８のいずれか一項に記載の静電チャック。
20. 前記導電層が、チタン、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ケイ素、およびアルミニウム、貴金属およびそれらの組合せおよび金属合金からなる金属の群から選択される金属を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９のいずれか一項に記載の静電チャック。
21. 前記導電層が約１００ミクロン以下の平均厚さを有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０のいずれか一項に記載の静電チャック。
22. 約３ｍ^２以上の表面積を有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０または２１のいずれか一項に記載の静電チャック。
23. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、アクリレート、ウレタン、およびエポキシ樹脂からなる群から選択される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１または２２のいずれか一項に記載の静電チャック。
24. 前記硬化されたポリマー溶浸材がエポキシ樹脂を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２または２３のいずれか一項に記載の静電チャック。
25. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、熱硬化されたポリマーを含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３または２４のいずれか一項に記載の静電チャック。
26. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、硬化した時に２０体積％以下の体積収縮をさらに有する、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５のいずれか一項に記載の静電チャック。
27. 前記誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が１０Ｖ／マイクロメートルより大きい、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６のいずれか一項に記載の静電チャック。
28. 前記誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が１２Ｖ／マイクロメートルより大きい、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６または２７のいずれか一項に記載の静電チャック。
29. 前記誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が１５Ｖ／マイクロメートルより大きい、請求項２８に記載の静電チャック。
30. 前記誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が２０Ｖ／マイクロメートルより大きい、請求項２９に記載の静電チャック。
31. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、前記誘電体層の全細孔体積の少なくとも４０体積％を占める、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０のいずれか一項に記載の静電チャック。
32. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、前記誘電体層の全細孔体積の少なくとも５０体積％を占める、請求項３１に記載の静電チャック。
33. 絶縁層と、
    前記絶縁層の上にある導電層と、
    前記導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を含み、誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が１０Ｖ／マイクロメートルより大きい誘電体層とを含む、静電チャック。
34. 絶縁層と、
    前記絶縁層の上にある導電層と、
    前記導電層の上にある誘電体層であって、２体積％以上の多孔性を有し、誘電体層の、単位厚さ当りの耐電圧が１０Ｖ／マイクロメートルより大きい誘電体層とを含む、静電チャック。
35. 絶縁層を提供する工程と、
    前記絶縁層の上にある導電材料を含む導電層を形成する工程と、
    前記導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を含む誘電体層を形成する工程と、
    前記誘電体層に、液体ポリマー前駆物質を含む溶浸材を溶浸させる工程と、
    前記溶浸材を硬化させ、その結果、硬化されたポリマーが前記細孔の少なくとも一部に存在するようにする工程とを含む、静電チャックを形成する方法。
36. 前記硬化されたポリマー溶浸材が、アクリレート、ウレタン、およびエポキシ樹脂からなる群から選択される、請求項３５に記載の方法。
37. 硬化されたポリマー溶浸材がエポキシ樹脂を含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記液体ポリマー前駆物質が５００ｃＰ以下の粘度を有する、請求項３５、３６、または３７のいずれか一項に記載の方法。
39. 前記液体ポリマー前駆物質が１００ｃＰ以下の粘度を有する、請求項３８に記載の方法。
40. 硬化が、０．２５ａｔｍ以下の酸素の分圧を有する真空下で行われる、請求項３５、３６、３７、３８または３９のいずれか一項に記載の方法。
41. 硬化が、少なくとも５０℃の温度において熱によって行われる、請求項３５、３６、３７、３８、３９または４０のいずれか一項に記載の方法。
42. 溶浸が、前記誘電体層を真空に暴露する工程を含む、請求項３５、３６、３７、３８、３９、４０または４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記誘電体層が、硬化の間に前記真空に暴露される、請求項４２に記載の方法。
44. 前記誘電体層が、複数の真空サイクルに暴露され、各真空サイクルが、０．２５ａｔｍ以下の真空圧力を有し、後に、圧力の上昇がある、請求項４２に記載の方法。
45. 前記真空が０．２５ａｔｍ以下の圧力を有する、請求項４２に記載の方法。
46. 前記絶縁層が、連続多孔性を形成する細孔を含有する、請求項３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４または４５のいずれか一項に記載の方法であって、硬化により、硬化されたポリマーが前記絶縁層の前記細孔に存在するように、前記絶縁層に、前記液体ポリマー前駆物質を含む溶浸材を溶浸させる工程をさらに含む方法。
47. 使用面を画定する静電チャックを提供する工程であって、前記静電チャックが（ｉ）絶縁層と、（ｉｉ）前記絶縁層の上にある導電層と、（ｉｉｉ）前記導電層の上にある誘電体層であって、連続多孔性を形成する細孔を有する誘電体層と、（ｉｖ）前記誘電体層の前記細孔に存在する硬化されたポリマー溶浸材とを含む工程と、
    前記使用面の上にある工作物を提供する工程と、
    前記静電チャックと前記工作物との間に電圧を印加して、前記使用面に近接して前記工作物を維持する工程と、
    前記工作物を加工して電子デバイスを形成する工程とを含む、電子デバイスを形成する方法。
48. 加工が、約０．３ａｔｍ以下の低圧力環境において前記工作物を加工する工程を含む、請求項４７に記載の方法。
49. 加工がエッチングプロセスを含む、請求項４７または４８に記載の方法。
50. 加工が蒸着プロセスを含む、請求項４７、４８または４９のいずれか一項に記載の方法。
51. 前記工作物が主にガラスで構成される、請求項４７、４８、４９または５０のいずれか一項に記載の方法。
52. 前記工作物がディスプレイ構成要素である、請求項４７、４８、４９、５０または５１のいずれか一項に記載の方法。

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