JP2011521470A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態によれば、電極と表面層とを含む静電チャックが提供され、表面層は、電極の電圧によって活性化されて、基板を静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成する。表面層は、複数の突起（突起群）を含み、突起群は、突起群を囲む表面層の複数部分の上の、ある高さまで伸びることにより、基板が静電クランプされている間、基板を突起群の上で支持する。突起群は、隣接する突起のペアの中心から中心までの距離として測定される間隔が、表面層の全体にわたって、ほぼ等しくなるように配置される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年５月１９日に出願された米国特許仮出願第６１／０５４２５９号（件名「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ」）、ならびに２００８年９月５日に出願された米国特許仮出願第６１／０９４７００号（件名「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ」）の利益を主張するものである。これらの出願の教示はすべて、参照によって本明細書に組み込まれている。

静電チャックは、製造プロセスの間、基板を保持および支持し、さらに、基板を機械的にクランプすることなく基板から熱を除去する。静電チャックの使用中は、基板（半導体ウェハなど）の裏側が、静電力によって、静電チャックの表面に保持される。基板は、静電チャックの表面にある１つまたは複数の電極からは、電極を覆っている材料の表面層によって隔てられている。クーロン力型静電チャックの場合の表面層は、電気的に絶縁性であるが、ジョンソンラーベック力型静電チャックの場合の表面層は、弱導電性である。静電チャックの表面層は、平坦であってよく、基板の裏側を被覆電極からさらに隔てる１つまたは複数の突起、突出、その他の表面形体があってもよい。処理中に基板に加わる熱は、これらの突起群による接触熱伝導により、かつ／または冷却ガスによるガス熱伝導により、基板から静電チャックに逃がすことが可能である。基板から熱を除去する効率は、一般に、ガス熱伝導より接触熱伝導のほうが高い。しかしながら、基板と突起群との間の接触量を制御することが困難な場合がある。

マイクロエレクトロニクス生産においては、半導体およびメモリ素子の形状がますます小さくなりつつあり、ウェハ、フラットスクリーンディスプレイ、レチクルなどの処理対象基板のサイズがますます大きくなりつつあるため、許容可能な粒子汚染プロセス仕様は、制限が強まりつつある。ウェハは、静電チャックのクランプ面に物理的に接触するか装着されるため、静電チャックに対する粒子の影響は特に重要な問題である。静電チャックの装着面と基板との間に粒子が入り込む可能性が少しでもあると、入り込んだ粒子によって基板が変形するおそれがある。たとえば、ウェハの裏側が平坦な基準面に静電的にクランプされる場合、入り込んだ粒子によってウェハの表側が変形する可能性があり、したがって、ウェハは平坦面に置かれないことになる。米国特許第６８３５４１５号明細書によると、平坦な静電チャックの上に１０ミクロンの粒子があると、レチクル（すなわち、テスト用ウェハ）の表面が半径方向距離で１インチ以上ずれる可能性があることが研究でわかった。粒子によって起こるずれの実際の高さおよび直径は、粒子のサイズ、粒子の硬度、クランプ力、レチクルの硬度など、様々なパラメータに依存する。

基板処理中は、基板の温度制御、基板の最大温度上昇の制限、基板表面全体の温度の均一性の維持、またはこれらの任意の組み合わせを行えることが重要である。熱移動が不十分かつ／または不均一であるために基板表面全体の温度のばらつきが大きすぎると、基板がゆがむ可能性があり、プロセスの化学作用に影響する可能性がある。静電チャックと直接接触する面積が大きいほど、接触熱伝導による熱移動が大きくなる。直接接触する部分の大きさは、基板および静電チャックの接触面の粗度、平面度、および硬度に依存し、さらに、接触面間に加えられる圧力にも依存する。接触面の特性は基板ごとに異なり、また、接触面の特性は時間とともに変化する可能性があるため、静電チャックと基板との間の接触熱伝導性を正確に制御することは困難である。

マイクロエレクトロニクス素子、レチクルマスク、および他のそのような構造物へのダメージを低減もしくは排除すること、ならびに製造歩留まり損失を低減もしくは最小化することのためには、基板の温度、および基板の裏側にある粒子の数を制御することが重要である。静電チャックの突起群の研磨特性、突起群を粗くして多くなった接触面積、および静電チャックの製造時のラッピングおよび研磨作業の効果のすべてが、静電チャックとともに使用中の基板の裏側への粒子の付着に寄与しうる。

本発明の一実施形態によれば、電極と表面層とを含む静電チャックが提供され、表面層は、電極の電圧によって活性化されて、基板を静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成する。表面層は、複数の突起（突起群）を含み、突起群は、突起群を囲む表面層の複数部分の上の、ある高さまで伸びることにより、基板が静電クランプされている間、基板を突起群の上で支持する。突起群は、隣接する突起のペアの中心から中心までの距離として測定される間隔が、表面層の全体にわたって、ほぼ等しくなるように配置される。

さらなる関連実施形態では、突起は、三角形パターンで配置可能である。静電クランプ中に基板が加熱されている場合に、基板の温度および温度分布のうちの少なくとも１つが、基板と、突起群と、突起群を囲む表面層の複数部分との間の空間におけるガスのガス熱伝導によって、ほぼ制御されるように、突起群の高さと接触面積と粗度とのうちの少なくとも１つが設定可能である。突起群のそれぞれの上部面積のうちの約２５％超、または約５０％超、または約７５％超が、静電クランプ中に基板と接触することが可能である。約５０００個未満、または約３０００個未満、または約２５００個未満、または約１５００個未満の付着粒子が、静電チャックの使用の結果として基板の裏側に堆積可能であり、この、静電チャックの使用は、基板を前記静電クランプすることと、基板を静電クランプからクランプ解除することと、基板に対して実行される製造プロセスの間に静電クランプを実行することと、のうちの少なくとも１つを含む。

他の関連実施形態では、突起群は、少なくとも１つの低応力材料から形成可能であり、この低応力材料は、非晶質誘電体材料および多結晶誘電体材料のうちの少なくとも一方を含むことが可能である。突起群は、抵抗率が約１０^１２Ω−ｃｍを超える誘電体材料を含むことが可能である。誘電体材料は、シリコン、シリコンと少なくとも１種類の他の元素との合金、シリコンカーバイド、および非化学量論的シリコンカーバイドのうちの少なくとも１つを含むことが可能である。さらに、突起群は、アルミナおよびアルミニウム窒化物のうちの少なくとも一方を含む誘電体材料を含むことが可能である。突起群は、静電クランプ中にジョンソンラーベック力または部分ハイブリッドジョンソンラーベック力が基板に作用しないような誘電体材料を含むことが可能である。また、突起群は、コンプライアント誘電体材料を含むことが可能であり、静電クランプ中にジョンソンラーベック効果により基板が静電チャック上に保持されるような抵抗率を有する誘電体材料を含むことが可能である。

さらなる関連実施形態では、突起群と基板との接触面積が、静電チャックの全面積の約１％から約１０％を含むことが可能である。突起群は、約０．７５ミリメートルから約１ミリメートルの直径を有することが可能である。隣接する突起のペアの中心から中心までの距離は、約８ミリメートル未満、または約６ミリメートル未満、または約４ミリメートル未満、または約２ミリメートル未満であることが可能である。突起群は、少なくとも１つの、部分突起を含むことが可能であり、この、部分突起は、静電チャックの表面構造物の少なくとも一部分を含み、この表面構造物としては、ガスチャネル、リフトピン、およびグラウンドピンから少なくとも１つが選択可能である。突起群の高さは、静電クランプ中に、基板と、突起群と、突起群を囲む表面層の複数部分との間の空間に位置するガスの平均自由行程とほぼ等しいことが可能である。

他の関連実施形態では、突起群は、少なくとも何らかの機械研磨によって、表面粗度指標が、手磨きのみの同様の突起群に比べて約２５％から約７５％、または約５０％低減されている上部表面を含むことが可能である。突起群は、突起の丸み部分の特徴的な高さが、手磨きのみの同様の突起の対応する高さに比べて低くなるように、かつ、丸み部分の特徴的な長さが、手磨きのみの同様の突起の対応する長さに比べて長くなるように、少なくとも何らかの機械研磨によって修正されたエッジ形状を有することが可能である。丸み部分の特徴的な長さに対する丸み部分の特徴的な高さの比率は、手磨きのみの同様の突起に比べて、約１／２から約１／５、または約１／３から約１／４の割合に低減されることが可能である。粒子サイズ範囲が０．１６μｍ以上である、約５０００個未満または約２０００個未満の付着粒子が、静電チャックの使用の結果として基板の裏側に堆積可能である。さらに、突起群は、突起の丸み部分の特徴的な長さに対する丸み部分の特徴的な高さの比率が、約０．００４０７から約０．００３０６、または約０．００６１１から約０．００２４４４であるように修正されたエッジ形状を有することが可能である。

本発明によるさらなる実施形態では、静電チャックの表面層は、電荷制御表面層を含むことが可能である。電荷制御表面層は、表面抵抗率が約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアであることが可能であり、シリコンカーバイド組成物を含むことが可能である。電荷制御表面層の表面抵抗率は、シリコンカーバイド組成物を作る際に用いるシリコン前駆体ガスおよび炭素前駆体ガスの量を変えることにより、制御可能である。シリコンカーバイド組成物は、シリコンカーバイドまたは非化学量論的シリコンカーバイドを含むことが可能である。電荷制御表面層は、少なくとも１つの突起と、表面コーティング層とを含むことが可能である。電荷制御表面層の形成は、シリコンカーバイド組成物層を誘電体上に一括堆積させ、フォトリソグラフィを用いてシリコンカーバイド組成物層をパターン化し、反応性イオンエッチングを用いてシリコンカーバイド組成物層の複数部分を除去して、少なくとも１つのシリコンカーバイド組成物の突起を残すことにより可能である。また、電荷制御表面層の形成は、ビードブラスチングまたはエッチングを用いて誘電体層をパターン化し、この誘電体層に電荷制御表面層を絶縁保護コーティングすることによっても可能である。電荷制御表面層は、ダイヤモンド様炭素、非晶質シリコン、金属ドープ酸化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むことが可能である。

上述の内容は、以下の、本発明の例示的実施形態のより具体的な説明から明らかであろう。これらの実施形態は添付図面に示されており、添付図面においては、類似の参照符号は、異なる複数の図面を通して同じ要素を参照するものである。図面は、必ずしも正確な縮尺になっておらず、その代わりに、本発明の実施形態を例示することに重点が置かれている。

先行技術による、静電チャックの表面にある突起と突起の間で垂れ下がっている基板の側面断面図である。 本発明の一実施形態による静電チャックの断面図である。 本発明の一実施形態による静電チャックの第１の層および誘電体層の断面図である。 本発明の一実施形態による、静電チャックの表面上で輪郭付けされた誘電体突起の粗面計マップである。 本発明の一実施形態による、静電チャックの表面上の突起群のパターンを示す図である。 静電チャックの突起に荷重が均一にかかる場合（本発明による一実施形態の場合）と、突起のエッジに荷重がかかる場合（先行技術の場合）とを比較した影付き概略図である。 本発明の一実施形態による、ウェハと静電チャック突起群との間の力を、様々な突起直径および中心から中心までのバンプ間隔について計算した結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態による、接触面積を、様々な突起直径および中心から中心までの突起間隔について計算した結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態による、中心から中心までの間隔が４ミリメートルであり、直径が０．７５ミリメートルであることを特徴とする、静電チャック上の突起群を示す図である。 本発明の一実施形態による、静電チャック上の突起の断面輪郭のグラフであって、図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、パッド研磨段階を追加した場合と、追加しない場合とを示している。 本発明の一実施形態による、静電チャック上の突起の断面輪郭のグラフであって、図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、パッド研磨段階を追加した場合と、追加しない場合とを示している。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、本発明の一実施形態による、図９Ａおよび９Ｂの突起の断面輪郭を拡大したグラフである。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、本発明の一実施形態による、図９Ａおよび９Ｂの突起の断面輪郭を拡大したグラフである。 本発明の一実施形態による、電荷制御表面層を含む静電チャックを示す図である。 図１１の実施形態の静電チャックにおける突起群に使用されている表面パターンを示す図である。 図１１の実施形態の基板接触面の概略断面図である。 本発明の一実施形態による、図１１の静電チャックのコーティングの一代替形態を示す図であり、ここでは、電荷制御材料の絶縁保護コーティングを用いている。

以下、本発明の例示的実施形態を説明する。

本件の発明者らが確認したところでは、静電チャッキング中に基板と静電チャックの突起群との間で力のかかり方が不均一であることは、チャック使用の結果として、あるいは、チャックの使用中に、基板の裏側に粒子が付着しうることの一因である。チャッキング時の突起群に対する基板の荷重が不均一であることは、基板と静電チャックとの間の接触熱伝導性にばらつきが生ずることにもつながりうる。基板と突起群との間で力のかかり方が不均一になりうるのは、基板が突起の中心部付近で持ち上がる場合および／または突起間で垂れ下がる場合であり、その結果として、基板と静電チャックとの間の力が、突起の表面全体に分布するのではなく、突起の外側エッジ領域の上に分布する可能性がある。場合によっては、不均一な荷重によって、基板に接触している突起の面積が突起の全面積に満たなくなり、その結果、突起群のうちの小さな領域に力が多く集中する可能性がある。

静電チャック使用の結果として、あるいは、静電チャックの使用中に、基板と突起群との間で力のかかり方が不均一であると、粒子が突起群と相互に関連付けられる可能性がある。本発明の一実施形態によれば、静電チャックと基板との間の力を突起群の面積全体に分散させることにより、かつ、チャックの表面全体にわたって突起群の間隔をほぼ均等にすることにより、それらの粒子を低減もしくは排除することが可能である。本発明の一実施形態による静電チャックでは、ガス熱伝導によって基板温度および基板の温度分布が制御されるように、突起群が高さ、接触面積、および粗度を有することが可能である。本発明の一実施形態によれば、チャッキング中は、各突起の面積の２５％超が基板と接触することが可能である。さらに、基板と突起群との間で荷重が不均一であることによる基板の裏側の付着粒子の数は、５０００個未満であることが可能であり、場合によっては３０００個未満であることが可能であり、さらに場合によっては２５００個未満であることが可能であり、なおさらに場合によっては１５００個未満であることが可能である。粒子の数が少ないほど、基板荷重の分布がより均一であり、突起の中心部におけるウェハの持ち上がりが少なく、突起間のウェハの垂れ下がりが少なく、突起と基板との間の接触力が小さいことになる（接触力が小さければ、突起群と相互に関連付けられる粒子が少なくなる）。そのような粒子の数が少ないほど、製造欠陥の数が少なくなり、静電チャックのガスシールが良好になり、製造歩留まりが高くなる。

本発明の一実施形態によれば、静電チャックが提供され、チャッキングされる基板の裏側と接触する、この静電チャックの表面の全体にわたって、突起群がほぼ等間隔で配置される。突起群の間隔、高さ、および接触面積は、基板を処理するプロセスの間の温度および温度均一性が許容可能なレベルであるように構成される。この突起群構成により、基板と、基板を保持する静電チャックとの間に力が与えられ、この力は、たとえば、この力または接触によって基板の裏側に付着する、突起群と相互に関連付けられた粒子の数が３０００個未満になるように、突起群全体に分散される。突起群は、低応力材料で作製され、この材料は、応力によるひびや割れによって発生する粒子の数を低減し、静電チャックのガスシールからのガス漏れを低減することが可能である。この、静電チャックの突起群構成により、突起群に対する基板の荷重の不均一を低減もしくは排除することが可能であり、粒子を低減すること、基板全体にわたり温度をよりよく制御すること、および基板全体にわたり温度を均一にすること、またはこれらを含む任意の組み合わせが可能である。

本発明の一実施形態によれば、静電チャックが、静電チャックの表面全体に形成された複数の突起を特徴とすることにより、これらの突起群に対する基板の荷重をより均一にしており、突起群または突起群の一部は、静電チャックの表面全体に等間隔で配置されている。たとえば、これらの突起群を、三角形のパターンなど、あるパターンで並べることが可能である。これらの突起群の接触面積は、静電チャックの面積の１％超から約１０％未満の範囲であることが可能である。突起群は、０．７５ミリメートルから１ミリメートルの直径を有するように並べることが可能であり、８ミリメートル未満のほぼ等間隔で配置可能である。そのような静電チャックで保持されるウェハは、突起間の領域で垂れ下がることがほとんどなく、突起の中心部で持ち上がることもほとんどない状態で維持可能であり、これによって、好ましくない粒子の発生を回避できる。本発明による一実施形態は、これらの突起と相互に関連付けられる、基板の裏側の粒子を低減もしくは排除し、基板全体にわたり、温度および温度範囲（または分布）をほぼ均一にする。

本発明の一実施形態によれば、基板と静電チャックの表面との間で力のかかり方が不均一であるために基板の裏側に付着する粒子は、基板の裏側と接触する静電チャックの表面の全体にわたって突起群を等間隔に（または、ほぼ等間隔に）配置することにより、低減もしくは排除することが可能である。静電チャック上のこの突起群の間隔および接触面積は、製造プロセス中の基板からの熱除去が許容可能なレベルであるように構成される。さらに、突起群の間隔および接触面積によって基板と静電チャックとの間に与えられる力が、突起間で基板が垂れ下がらないようにウェハを保持し、荷重を突起全体に分散させ、これによって、基板の裏側で突起と相互に関連付けられる粒子の数を減らす。

図１は、先行技術による基板１００の側面断面図であり、基板１００は、静電チャック１０４の表面１０３にある突起１０１、１０２の間で垂れ下がっている。静電力１０５の圧力下で、基板１００は、突起１０１、１０２の間の領域１０６で下方に垂れ下がり、突起１０１、１０２の中央部１０７で持ち上がっている（図１では、垂れ下がりおよび持ち上がりの程度は、説明のために誇張されている）。基板１００の垂れ下がりおよび持ち上がりの結果として、基板１００と突起のエッジ１０８、１０９との間に高い接触力が発生する可能性があり、これによって、応力の局所領域が生じて、好ましくない粒子が発生する可能性がある。その発生位置は、静電チャック上の突起１０１、１０２の位置および／または形体と相互に関連付けられる場合がある。図１に示すように、チャッキング中は、突起１０１、１０２の間の基板１００の垂れ下がりと、突起１０１、１０２の中央部１０７における基板の可能な持ち上がりとによって、突起１０１、１０２に対する荷重が不均一になって、基板の裏側に粒子が発生する可能性がある。

これに対し、本発明の一実施形態によれば、静電チャッキングされた基板の裏側と接触する、等間隔に配置された突起群は、基板の裏側に対する、突起群と相互に関連付けられる粒子汚染を低減することが可能であり、基板全体の温度を均一にすることが可能であり、チャッキング力を強くすることが可能である。基板の裏側と接触する各突起の面積を適切に選択することにより、突起群のうちの１つまたは複数における基板の持ち上がりを低減または排除すること、突起間の基板の垂れ下がりを低減または排除すること、突起群に対する基板の力のかかり方をより均一にすること、ならびに突起に対する基板の荷重の不均一に起因して突起群に関連付けられる粒子を減らすことが可能である。本発明による一実施形態では、各突起の面積の２５％超がチャッキング中に基板と接触し、別の実施形態では、各突起の面積の５０％超がチャッキング中に基板と接触し、本発明のさらなる実施形態では、各突起の面積の７５％超がチャッキング中に基板と接触する。突起の接触面積の大きさを決定する要因となるのは、プロセス中の基板の平坦度、または突起群と関連付けられる基板裏側の粒子の減少分、またはテスト基板と、突起群上の転写可能なマーキング材料との間のマーキングである。一実施形態では、突起群は、ほぼ円筒形であり、上面の直径が０．５ミリメートル超から１．５ミリメートル未満の範囲である。これらと同等の面積で形状の異なる突起群も使用可能である。

本発明の一実施形態によれば、突起群または突起群の複数部分は、静電チャックの表面全体にわたって等間隔またはほぼ等間隔に配置され、誘電体層内の電極の上にある。突起の間隔は、１つの突起の最上部の中心から隣接する突起の最上部の中心までの距離であってよい。この間隔の取り方は、規則的なパターンであることが可能である。たとえば、一実施形態では、突起群の間隔の取り方が三角形のパターンである。このようにすると、突起群のパターンが正方形である場合に比べて、チャッキングされたウェハなどの基板による単位面積あたりの力が２０〜３０パーセント少なくなる。本発明の一実施形態によれば、ガスチャネル、リフトピン、グラウンドピンなどの表面構造物のそばの突起は、突起の一部分が表面構造物として形成され、別の部分が部分突起として表面構造物から外に延びることにより、他の突起と異なるものであってよい。あるいは、そのような突起は、静電チャックの表面にある他の突起に比べて、小さくても大きくてもよく、異なる形状であってもよい。たとえば、ガスシールのそばにある円筒形の突起は、円筒の一部がガスシールとして形成され、別の部分がガスシールから外に延びていてよい。さらに、ガスチャネル、リフトピン、グラウンドピンなどの表面構造物の位置およびサイズは、突起の間隔が均一になるように変更することが可能であり、そのような表面構造物のそばの突起の、表面構造物との間隔は、突起から表面構造物までの間隔が、突起から突起までの間隔と同じか、それより少なくなるようであってよい。一実施形態では、突起間隔は、中心から中心まで８ミリメートル未満であってよく、別の実施形態では、突起間隔は、中心から中心まで約６ミリメートル以下であってよく、別の実施形態では、突起間隔は、中心から中心まで約４ミリメートル以下であってよく、別の実施形態では、特に、突起の直径が約０．５ミリメートル以下と小さい場合、またはこれと同等の場合に、突起間隔は、中心から中心まで約２ミリメートル以下であってよい。

一般に、突起群と基板との間の接触面積の大きさは、基板から突起群への接触熱伝導の量に影響を及ぼし、さらに、チャッキング中の基板の垂れ下がりおよび持ち上がりの量にも影響を及ぼす。本発明の一実施形態によれば、突起群と基板との接触面積は、ガスシールを含まない、突起群の幾何学的面積で言うと、静電チャックの表面の面積の１％超から約１０％未満の範囲であることが可能である。冷却ガスによるガス熱伝導は、接触熱伝導より制御が容易なので、本発明の別の実施形態では、接触面積が１％超から約４％の範囲であり、本発明のさらなる実施形態では、接触面積が約２％から約４％の範囲である。

米国特許第６１１７２４６号明細書によれば、誘電体であるセラミックから作製された静電チャックボディを使用することの１つの弱点は、支持物の製造中に、セラミック材料が「ラッピング」されて、表面が比較的滑らかになることである。米国特許第６１１７２４６号明細書によれば、そのようなラッピングによって、粒子が支持物の表面に付着し、付着した粒子は、表面から完全に除去するのが非常に困難である。さらに、ラッピングプロセスによって、チャックボディの表面が割れるおそれがある。結果として、チャック使用時に、これらの割れによって粒子が連続的に発生する。同じく米国特許第６１１７２４６号明細書によれば、ウェハプロセス中に、セラミック材料が、ウェハの酸化物をウェハの下側からすり減らす可能性があり、これによって、さらなる粒子汚染がプロセス環境にもたらされる。チャック使用時に、またはチャック使用の結果として、粒子は、ウェハの下側に付着する可能性があり、他のプロセスチャンバに運ばれたり、ウェハ上に作製された回路に欠陥をもたらしたりする可能性がある。米国特許第６１１７２４６号明細書によれば、セラミック静電チャックに保持された後の所与のウェハの裏側には、何万個もの汚染粒子が見つかる可能性がある。

これに対し、本発明の一実施形態によれば、低応力材料を与えるプロセスによって静電チャック上に突起群が形成され、この低応力材料は、割れや寸法変化に対して耐性があるため、粒子の原因を最小化し、突起群の領域に対する基板の荷重をより均一にする。たとえば、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）で作られた非晶質膜から突起群を形成することが可能である。突起群は、非晶質誘電体材料や多結晶誘電体材料などの誘電体材料から形成可能である。誘電体材料は、低応力材料を与えるプロセス（反応性イオンエッチングプロセス、化学エッチングプロセス、ビードブラスチングプロセスなど）によりパターン化できる。応力は、誘電体内で、ウェハに堆積した膜により測定して、ウェハの垂れ下がり、Ｘ線回折、またはラマン分光法により特性化することが可能である。

本発明の一実施形態によれば、静電チャックはクーロン力型静電チャックであり、クーロン力型静電チャックに用いる誘電体は、約１０^１２Ω−ｃｍ超の抵抗率を有するものであってよい。誘電体は、シリコンまたはシリコンと他の元素との合金（たとえば、シリコンカーバイド組成物または非化学量論的シリコンカーバイド組成物）であってよい。誘電体は、アルミニウム（たとえば、アルミナまたはアルミニウム窒化物）を含むことが可能である。本発明によるさらなる実施形態では、静電チャックは、ジョンソンラーベック力型静電チャックである。代替として、静電チャックは、ジョンソンラーベック力型静電チャックでなくてもよく、誘電体は、ジョンソンラーベック（ＪＲ）力または部分ハイブリッドジョンソンラーベック力がウェハまたは基板に作用しないように選択することが可能である。１つまたは複数の突起が、コンプライアント誘電体材料を含むことが可能であり、たとえば、米国特許第６８３５４１５号明細書で開示されている好適なコンプライアント材料のいずれかであることが可能である（米国特許第６８３５４１５号明細書の開示は、そのすべてが参照によって本明細書に組み込まれている）。本発明による一実施形態では、突起群に用いる誘電体は、シリコンカーバイド膜から作られ、このシリコンカーバイド膜は、抵抗率が約１０^８Ω−ｃｍ（約１０^１０Ω／スクエア）であり、内部圧縮膜応力が約４５０ＭＰａ未満（より好ましくは（成膜直後の状態で）約４５０ＭＰａ未満）の範囲である。このシリコンカーバイドの層は、約２〜１０ミクロンの範囲の厚さまで堆積することが好ましい。

本発明による別の実施形態では、突起群に用いる誘電体は、電荷制御表面層材料から作られ、この材料は、抵抗率が約１０^８Ω／スクエアから約１０^１１Ω／スクエアの範囲であり、内部圧縮膜応力が約４５０ＭＰａ未満（より好ましくは（成膜直後の状態で）約４５０ＭＰａ未満）である。この電荷制御層は、約０．１ミクロンから約１０ミクロンの範囲の厚さまで堆積してよく、好ましくは、約１ミクロンから約３ミクロンまで堆積してよい。さらに、突起群に用いる誘電体は、低応力材料（たとえば、内部圧縮膜応力が約４５０ＭＰａ未満の範囲である低応力材料）で形成してから、所望の表面抵抗率を達成するために、ダイヤモンド様炭素（または他の、典型的にはより高い圧縮膜応力を有する材料）の薄膜コーティングで上塗りすることが可能である。

本発明による別の実施形態では、誘電体は、約１０^７〜１０^１２Ω−ｃｍの範囲内に制御された抵抗率を有するセラミック材料またはポリマー材料であってよく、これにより、ウェハなどの加工物を、ジョンソンラーベック効果で静電チャック上に支持および保持することが可能である。

本発明の一実施形態による静電チャックを特徴付けるために、かつ、そのような静電チャック同士を相互比較するために、粒子発生と突起位置とを相互に関連付ける手法を用いることが可能である。一般に、静電チャックの使用中に、静電チャックの突起およびチャネル表面および／または基板の裏側の表面に、望ましくない粒子が蓄積する可能性がある。そのような望ましくない粒子を、本明細書では「付着物」または「粒子付着物」と呼ぶ。静電チャックを処理またはチャッキング／チャッキング解除で使用する前後に、粒子数を測定して比較することが可能である。相関手法には、静電チャック上の突起群の位置と、基板の裏側の、粒子が発生した位置との相関を分析することを含めることが可能である。突起位置と粒子位置との相関度に基づいて、基板と突起群との間に静電力がどのくらい均一にかかっているかを決定することが可能である。静電力が不均一にかかっていると、一般に、突起位置と粒子位置との相関が密になり、かかり方がより均一になると、相関がなくなる。相関手法は、突起群の位置、または突起群の形体を、粒子の位置、粒子の数およびサイズ、粒子サイズの分布、粒子の組成、またはこれらの任意の組み合わせと関連付けることを含んでよい。突起群と関連付けられる粒子の検出は、基板および静電チャックのレーザ表面走査と、処理またはチャッキング／チャッキング解除の後に付着している粒子の数、サイズ、および分布を調べることと、によって可能である。処理（エッチング、イオン打ち込みなど）の繰り返し、基板のチャッキング／チャッキング解除の繰り返し（たとえば、百万回のチャッキング／解除のサイクルの実行）、ポップオフテスト、その他の処理のシミュレーションを行うことにより、静電チャックに対する粒子付着物の数を評価することが可能である。

本発明の一実施形態によれば、冷却ガスなしで６０秒間、真空中でクランプされた後の、直径３００ミリメートルのウェハに対して、基板と突起群との間で力のかかり方が不均一であることにより発生している、静電チャックの突起群と相互に関連付けられる、基板の裏側の粒子の数は、５０００個未満であることが可能であり、場合によっては３０００個未満であることが可能であり、さらに場合によっては２５００個未満であることが可能であり、さらに場合によっては１５００個未満であることが可能である。表面の面積がより大きい（または小さい）基板（たとえば、４５０ｍｍや２００ｍｍのウェハ）については、粒子付着物の数は、基板面積に応じて変倍可能である。粒子の数が少ないほど、基板と突起群との間の力のかかり方が均一になる。力のかかり方が均一であるほど、突起の中央部での基板の持ち上がりが小さくなり、突起間での基板の垂れ下がりが小さくなり、突起のエッジと基板との間の接触力が小さくなり、熱移動のばらつきが少なくなる。突起群と関連付けられる、基板の裏側の粒子の数が少ないほど、製造欠陥の数が少なくなり、製造歩留まりが高くなる。

本発明による一実施形態では、静電チャッキングされたウェハまたは基板と静電チャックの表面の突起群との間でウェハのクランプによる力のかかり方が不均一であることの結果として突起群と相互に関連付けられる、基板の裏側に付着する粒子の総数が減る。基板の裏側に付着する粒子のサイズおよび分布については、たとえば、冷却ガスなしで６０秒間、真空中でクランプされた後の、直径３００ミリメートルのウェハに対して、サイズが０．１２〜０．１６ミクロンの粒子は８００個未満であり、サイズが０．１６〜０．２ミクロンの粒子は５００個未満であり、サイズが０．２〜０．３ミクロンの粒子は５００個未満であり、サイズが０．３００〜０．５ミクロンの粒子は５００個未満であり、サイズが０．５〜１．０ミクロンの粒子は１７５個未満であり、サイズが１〜２ミクロンの粒子は１００個未満であり、サイズが２〜５ミクロンの粒子は５０個未満であり、サイズが５〜１０ミクロンの粒子は２０個未満であり、突起群と関連付けられる付着粒子は、これらのサイズ範囲を全部合わせると、総計で２６４５個未満であることが可能である。本発明の一実施形態によれば、付着粒子の総数を、これらのサイズ範囲のうちの１つまたは複数の分の総和より少なくすることが可能である。たとえば、０．５〜１０ミクロンの付着粒子については、一実施形態において、冷却ガスなしで６０秒間、真空中でクランプされた後の、直径３００ミリメートルのウェハに対して、サイズが０．５〜１．０ミクロンの粒子は１７５個未満であり、サイズが１〜２ミクロンの粒子は１００個未満であり、サイズが２〜５ミクロンの粒子は５０個未満であり、サイズが５〜１０ミクロンの粒子は２０個未満であり、突起群と関連付けられる付着粒子は、これらのサイズ範囲を全部合わせると、総計で３４５個未満であることが可能である。

別の例では、冷却ガスなしで６０秒間、真空中でクランプされた後の、直径３００ミリメートルのウェハに対する分布については、サイズが０．１２〜０．１６ミクロンの粒子は６００個未満であり、サイズが０．１６〜０．２ミクロンの粒子は２７５個未満であり、サイズが０．２〜０．３ミクロンの粒子は３２５個未満であり、サイズが０．３００〜０．５ミクロンの粒子は４５０個未満であり、サイズが０．５〜１．０ミクロンの粒子は３００個未満であり、サイズが１〜２ミクロンの粒子は１２０個未満であり、サイズが２〜５ミクロンの粒子は３０個未満であり、サイズが５〜１０ミクロンの粒子は１０個未満であり、これらのサイズ範囲を全部合わせると、付着粒子は総計で２１１０個未満であることが可能である。本発明の一実施形態によれば、付着粒子の総数を、これらのサイズ範囲のうちの１つまたは複数の分の総和より少なくすることが可能である。たとえば、０．３〜１０ミクロンの付着粒子については、一実施形態において、冷却ガスなしで６０秒間、真空中でクランプされた後の、直径３００ミリメートルのウェハに対して、サイズが０．３００〜０．５ミクロンの粒子は４５０個未満であり、サイズが０．５〜１．０ミクロンの粒子は３００個未満であり、サイズが１〜２ミクロンの粒子は１２０個未満であり、サイズが２〜５ミクロンの粒子は３０個未満であり、サイズが５〜１０ミクロンの粒子は１０個未満であり、突起群と関連付けられる付着粒子は、これらのサイズ範囲を全部合わせると、総計で９１０個未満であることが可能である。基板の裏側の粒子の他のサイズおよび分布を得ることも可能であり、たとえば、０．１６ミクロン超の直径の付着粒子が約５０００個未満であることが可能であり、０．１２ミクロン超の直径の付着粒子が約５０００個未満であることが可能である。

本発明によるさらなる実施形態では、静電チャックの表面層は、電荷制御表面層を含むことが可能である。電荷制御表面層は、表面抵抗率が約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアであることが可能であり、シリコンカーバイド組成物を含むことが可能である。電荷制御表面層の表面抵抗率は、シリコンカーバイド組成物を作る際に用いるシリコン前駆体ガスおよび炭素前駆体ガスの量を変えることにより、制御可能である。シリコンカーバイド組成物は、シリコンカーバイドまたは非化学量論的シリコンカーバイドを含むことが可能である。電荷制御表面層は、少なくとも１つの突起と、表面コーティング層とを含むことが可能である。電荷制御表面層の形成は、シリコンカーバイド組成物層を誘電体上に一括堆積させ、フォトリソグラフィを用いてシリコンカーバイド組成物層をパターン化し、反応性イオンエッチングを用いてシリコンカーバイド組成物層の複数部分を除去して、少なくとも１つのシリコンカーバイド組成物の突起を残すことにより可能である。また、電荷制御表面層の形成は、ビードブラスチングまたはエッチングを用いて誘電体層をパターン化し、この誘電体層に電荷制御表面層を絶縁保護コーティングすることによっても可能である。電荷制御表面層は、ダイヤモンド様炭素、非晶質シリコン、金属ドープ酸化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むことが可能である。

静電チャックの技術分野では、基板の裏側と接触する、静電チャック上の突起群を、メサ、バンプ、ピン、アイランド、表面構造物などと呼ぶ場合がある。本発明の一実施形態によれば、静電チャック上の突起群が、基板の表面全体にわたって圧力をほぼ均一に保つことと、突起群と基板との間の力の分布をほぼ均一に保つことと、を可能にするサイズ、間隔、および組成を有することが可能である。図２は、本発明の一実施形態による静電チャック２０４の断面図である。突起群２０１の上面は、基板２００の裏側と接触しており、突起群２０１が基板２００を支持していることにより、荷重を均一にしており、突起群２０１に関連付けられる粒子のレベルを低減している。突起群２０１は、側壁２１０を有しており、ギャップ２１１で分けられている。静電チャック２０４は、誘電体層２１２を含んでおり、誘電体層２１２の中に突起群２０１を形成することが可能である。代替として、突起群２０１は、誘電体層２１２の表面に堆積した材料の１つまたは複数の層の中に形成可能である。第１の層２１４の中に１つまたは複数の電極２１３が形成されており、これは誘電体２１２に覆われている。第１の層２１４の下に、第１の接着剤層２１５、第２の層２１６、オプションの第２の接着剤層２１７、および冷却液（たとえば、水）と接触する最下層２１８がある。誘電体層２１２は、その周辺部に形成されたガスシール円環２１９を含んでいる。矢印２２０で示されるように基板がプロセスエネルギを受け、矢印２２１で示されるようにエネルギが除去される。

図３は、本発明の一実施形態による静電チャック３０４の第１の層３１４および誘電体層３１２の断面図である。第１の層３１４の中の電極３１３が、誘電体層３１２で覆われている。誘電体層３１２は、ガスシール３１９に加えて、突起群３０１を含んでいる。突起群３０１および誘電体層３１２の形体および寸法は、チャネルまたはギャップ表面の底部３２２、ギャップ間隔３２３、突起上部表面３２４、突起の幅または面積３２５、および突起高さ３２６を含んでいる。

本発明の一実施形態によれば、突起群は、任意の規則的または不規則な形状の三次元の中実または空洞であってよく、力を基板にほぼ均等に分散させて、基板と突起群との間の荷重の不均一に起因する粒子を減らす、任意の規則的な幾何形状パターンまたはその他のパターンで配置されてよい。各突起は、円筒側面、または複数の側面と上面とを有してよい。突起群のエッジは、図２の実施形態のように角張っていてよく、あるいは、基板とチャックとの間で荷重が分散しやすいように輪郭付けされていてもよい。

図４は、本発明の一実施形態による、静電チャックの表面上で輪郭付けされた誘電体突起の粗面計マップである。この突起の輪郭は、エッジに丸みが付いており、これは、たとえば、機械研磨により形成可能である。図４の実施形態では、突起の直径は約５００μｍであり、高さは約６μｍであるが、他の寸法も使用可能である。

図５Ａは、本発明の一実施形態による、静電チャックの表面上の突起群５０１のパターンを示しており、この突起パターンは、基板と突起群５０１との間の力を減らすために用いられている。そのような力を均等に分散させる突起パターンを用いることが可能であり、たとえば、三角形や略六角形のパターンの突起を用いることが可能である。なお、本明細書で用いている「三角形」パターンは、突起群がほぼ等間隔で配置されるような、突起群の、正三角形の規則的な繰り返しパターンを意味するものである（そのようなパターンは、規則的な六角形の頂点を形成する６個の突起の配列の中心に中央突起群がある、略六角形の形状に見える場合もある）。突起群の直径４２７を増やすこと、または突起群５０１の中心同士の間隔４２８を減らすことにより、力を減らすことも可能である。図５Ａの実施形態に示すように、突起群を等間隔の配列として配置することが可能であり、この場合、各突起は、隣接する突起から、中心同士の間隔の寸法４２８を隔てて、ほぼ等間隔に配置される。このような間隔であることにより、図２の実施形態に示すように、基板の裏側の本質的な部分が、図示されない表面粗度を含みうる、突起群の上部と接触し、突起間のギャップ２１１は、ヘリウムなどの裏側冷却用ガスのために残される。これに対し、突起間隔がそのようでない場合には、突起群のうちのわずかな部分（１０％以下）だけが基板と接触することが可能である。本発明の一実施形態によれば、基板は、突起の上部表面の面積の２５％超と接触することが可能である。

図５Ｂは、静電チャックの突起に荷重が均一にかかる場合（本発明による一実施形態の場合）と、突起のエッジに荷重がかかる場合（先行技術の場合）との違いを示す。影は、均一荷重の場合と１０％のエッジへの荷重の場合との両方の、荷重の相対量を示している（必ずしも正確な縮尺ではない）。

本発明の一実施形態によれば、突起群は、表面が低応力であれば、粗い状態でも研磨済み状態でもよい。たとえば、粗い突起表面に発生する高い接触力を減らすために、機械研磨などにより、突起表面を研磨することが可能である。本発明の一実施形態によれば、突起の山から谷までの粗度Ｒ_ａが２ミクロン以下（場合によっては、Ｒ_ａが０．２ミクロン以下）であることが可能である。表面粗度を低くすれば、チャッキング中に、力を基板全体により均一に分布させることが可能である。表面粗度は、静電チャックを使用しても応力が増えたり、突起群に関連付けられる粒子の増加につながったりしないという条件の下で、研磨剤やビードを用いて表面をウェットエッチングおよび／またはブラスチングすることにより、修正可能である。静電チャックの表面仕上げをそのように制御することにより、基板に対する突起群の接触領域を制御すること、ならびに基板と突起群との物理的接触による熱移動を制御することが可能である。粗くした表面と基板との接触量も、静電クランプ電圧の大きさで調節することが可能である。

一般に、半導体ウェハ、レチクル、ソーラーセルなどの基板または加工物は、各種のコーティング、エッチング、リソグラフィ、打ち込みなどのプロセスで使用する間、静電チャックで支持することが可能である。プロセスまたは使用には、基板のチャッキング（吸引）およびチャッキング解除（解放）を含めることが可能である。プロセスまたは使用は、結果として熱を加えるか発生させるプロセスまたは使用を含むことが可能である。いくつかのプロセス、たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、イオンビームエッチング、エッチング、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）などのプロセスでは、基板片は、真空チャンバ内の減圧環境において保持される。使用中（またはプロセス中）は、静電チャックが、たとえば、チャッキングステップにおいて基板を保持し、コーティング、打ち込み、その他の処理にかけ、その後、チャッキング解除ステップにおいて基板を解放することが可能である。これらのステップまたは操作は、繰り返すことが可能である。集積回路の製造におけるいくつかのプロセスでも、真空中で半導体ウェハにイオンビームを当てることが必要である。これらのプロセスは、たとえば、イオン打ち込み、イオンビームミリング、および反応性イオンエッチングを含んでいる。各場合において、イオンビームは、発生源で生成され、ターゲット基板に向けて加速される。高スループットを達成する一方法は、比較的短時間で打ち込みプロセスが完了するように高電流イオンビームを用いることである。しかしながら、高電流イオンビームを用いると、大量の熱が発生する可能性が高い。この熱の結果として、ウェハ内で、示された限界を超える、不純物の制御されない拡散が起こる可能性があり、パターン化されたフォトレジスト層が劣化する可能性がある。

本発明の一実施形態による静電チャックを、プロセス中に使用することにより、基板からの熱除去が許容可能なレベルであることが可能である。一般に、各種の半導体プロセスでは、熱が発生して、基板に移動する。半導体の製造では、基板は、いくつかの素子がその上で同時に組み立てられる半導体ウェハであることが可能である。このことから、プロセス中は、ウェハ全体にわたって、指定された温度および温度範囲（温度分布）を維持することが望ましい。熱除去が許容可能なレベルであれば、プロセス中のウェハ全体の温度および温度範囲（温度分布）は、ほぼ均一になる。本発明の一実施形態によれば、基板温度を約４００℃以下（場合によっては約２５０℃以下、さらに場合によっては約１００℃以下）に制御できる場合は、ウェハ全体での温度分布のばらつきを±２５℃以下にすることが可能である。本発明の一実施形態によれば、基板への熱入力が約１ワット／ｃｍ^２から約８ワット／ｃｍ^２の範囲であることを可能にするプロセスが可能である。温度および温度分布は、基板全体にわたる様々な場所で測定可能であり、基板温度を約１００℃以下（場合によっては約７０℃以下、さらに場合によっては約１０℃以下）に制御できる場合は、ウェハ全体での温度分布のばらつきを±５℃以下にすることが可能である。本発明による別の実施形態では、基板への熱入力が約０．１ワット／ｃｍ^２から約２ワット／ｃｍ^２の範囲であることを可能にするプロセスが可能である。本発明の一実施形態による打ち込み用途では、全熱負荷は、最大で約１５００ワット（約２ｗ／ｃｍ^２）になってもよく、ウェハ温度は、室温から約７０℃上昇してもよく、温度のばらつきが±１５℃になってもよい。本発明による静電チャックのさらなる実施形態を、チャックが４００℃に熱せられるエッチング用途のような高温用途で用いたり、温度が高度に制御される（±０．０１℃）室温用途のような低温用途で用いたりすることが可能である。

一般に、プロセス中の静電チャックは、チャックした基板からの熱のほとんどを、２つの方法で、消散する。１つの方法は、基板と静電チャック誘電体との間のギャップにある冷却ガスを介してのガス熱伝導による方法である。もう１つの方法は、接触熱伝導による方法であって、これは、基板と静電チャックとの境界面における表面間の接触の微視的点間および巨視的点間（たとえば、それぞれ、突起の粗度および突起群）の直接伝導による方法である。静電チャックの全体の熱移動係数は、各層の熱移動係数の逆数の直列和である。静電チャックの表面突起群の接触面の面積が増えると、１００℃超の（たとえば、３００℃から４００℃の温度範囲の）半導体ウェハの温度を制御することが困難になる可能性がある。これは、基板から突起群への接触熱伝導によって半導体ウェハの温度が大幅に低下するためである。接触熱伝導によって移動する熱量は、接触面同士が、またはチャックの突起群と基板の裏側とが直接接触する領域の大きさによって決まる。

静電チャックにおいては、裏側のガス熱伝導は、基板とチャック表面との間の熱エネルギの移動である。熱移動は、チャック本体とウェハとの間のガスの原子または分子による熱の伝導によって起こりうる。裏側のガス伝導が起こるのは、ガスの分子または原子が、熱エネルギを有した状態で基板の裏側を離れ、そのエネルギを静電チャック表面に与えるときである。米国特許第６８３９２１７号明細書によれば、ガス伝導による熱移動の不利点は、使用するガスの圧力での、ガスの平均自由行程の特性距離同士を一致させるために、突起群の面積を、寸法に関して厳密に制御しなければならないことである。さらに、米国特許第６８３９２１７号明細書によれば、真空プロセスの場合にガス漏れが問題になる可能性があり、ガス漏れが起こると、ガス漏れの場所にガスが集中することによって、冷却が不均一になる可能性があり、場合によってプロセスが劣化する可能性がある。所与の冷却能力の場合に、基板と静電チャックとの間のガス圧によって、ウェハが曲がる可能性があり、場合によって、プロセスおよびプロセス歩留まりの妥当性を低下させる可能性がある。

本発明の一実施形態による静電チャックでは、突起群の高さは、裏側冷却に用いられるガスの平均自由行程とほぼ同じであることが好ましい。たとえば、１０ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の裏側冷却ガスの場合、平均自由行程は５ミクロンであり、したがって、突起の高さは、５ミクロンまたは約５ミクロンでなければならない。平均自由行程は、ガスのガス圧および分子直径と、熱伝導の効率が最も良くなる温度とに依存する。突起群の高さは、プロセス温度、圧力、裏側ガス圧、およびチャッキング力を考慮して変更することが可能である。本発明による一実施形態では、突起群の高さは約６ミクロンである。

本発明の一実施形態による静電チャックは、チャックで保持されている基板の下側に冷却ガスを分配するために、オプションで、チャック全体に、またはチャックの周辺部に向かって配置されたガス吸気口やガスチャネルなどを含んでよい。ガスチャネルおよび／またはガス吸気口の大きさ、位置、および形状によって、ガスがギャップ内に分配され、圧力勾配が最小化され、ウェハからチャネルへの熱移動が促進される。基板とチャックとの間の空間に導入されたガスは、熱移動を起こすことにより、ウェハ温度を制御する。それとともに、ガス圧（２〜２０ｔｏｒｒ）は十分低いので、基板を保持する引き付け力またはクランプ力（２５〜３５ｔｏｒｒ）は、深刻なほどには減らない。本発明の一実施形態による静電チャックは、チャックのエッジ付近または外周部に、米国特許第６６０８７４５号明細書で開示されているような１つまたは複数の円環を含むことが可能である。これらの円環は、突起群と同等の高さと、基板と円環エッジとの間のガスシールを与えるのに十分な幅とを有することが可能である。場合によっては、ガスシールをバイパスできるガスの量は、真空室圧力におけるチャックと基板との間のガス圧が１気圧未満であれば、０．２ｓｃｃｍ未満である。

本発明の一実施形態による静電チャックは、静電力により、基板を所定位置で保持することが可能である。基板は、絶縁性誘電体層により、電極と隔てられている。この誘電体の中に１つまたは複数の電極が形成されており、誘電体層で覆われている。（クーロン力型静電チャックの場合は）ＤＣ電圧を電極に印加して、ウェハをチャックにクランプする静電力を発生させることが可能である。交流またはＲＦ電力を電極に印加することが可能な場合もある（たとえば、３０Ｈｚの周波数または別の周波数で交流を印加することが可能である。ＲＦ電力を印加する場合（一般には、スパッタリングまたはエッチングのシステムにおいてのみ）には、自己バイアス電圧またはＤＣバイアス電圧がチャッキング力を与える）。電極に印加された電圧は、静電チャックの絶縁層の接触面上に静電荷を発生させ、これによって、基板の接触面上に、同じ大きさで極性が反対である静電荷が発生する。静電チャックおよび基板の接触面上のこれらの静電荷は、静電チャックと基板との間に静電力を発生させる。この静電力は、基板を静電チャックの誘電体層に当てて、かつ、静電チャック上に突起群があれば突起群に当てて保持する。基板に与えられた熱は、接触熱伝導およびガス熱伝導によって、静電チャックのギャップ面またはチャネル面の底部の（典型的には、冷却水で冷却されている）絶縁層に移動することが可能である。運用時には、３本のリフトピンで支持された、ウェハなどの基板が、静電チャックの突起群の上に落とされ、その後、静電チャック用の電力または電圧がオンにされる。ヘリウムなどの冷却ガスが、圧力制御されたガス源から、ガス吸気口のアレイを通って導入される。ガス吸気口は、マニホールドおよびホースにより、真空ポンプに接続可能である。さらに、ウェハの下でガス圧がより素早く平衡状態になることを可能にするために、中央ガス吸気口を用いることも可能である。これにより、ウェハプロセスを終了してウェハをチャックから取り外す際に、ガス抜き取りを速めることも可能である。ウェハとチャックとの間のギャップが小さい場合には、この目的のために、ガスポートを追加することが必要になる可能性がある。運用時には、基板がチャックにクランプされ、弁が開かれて、ヘリウムなどのガスが、チャック表面の突起群によって支持されている基板の表面の下にあるガス吸気口から導入される。処理の終了時には、たとえば、イオン打ち込みが行われた後に、弁が開かれ、冷却ガスが噴き出し、静電チャックの電力がオフになり、リフトピンが上昇し、エフェクタが挿入され、基板がチャックから取り外される。

本発明の一実施形態によれば、静電チャックは、リフトピンおよびグラウンドピンを含むことが可能である。これらの周囲に、静電チャックのエッジ付近のガスシール円環と同様に、ガスシール面を形成することが可能である。本発明の一実施形態によれば、可能であれば、これらのガスシール構造物を、基板とチャックとの間の力の分布の均一性を促進するように形成することが可能であり、たとえば、突起群の複数部分を前述のように含めることにより、可能である。

本発明の一実施形態による静電チャックとともに用いる基板は、静電チャックで保持される半導体ウェハ、フラットスクリーンディスプレイ、ソーラーセル、レチクル、フォトマスクなどであってよい。これらの基板は、形状に関係なく、直径１００ミリメートルのウェハ、直径２００ミリメートルのウェハ、直径３００ミリメートルのウェハ、または直径４５０ミリメートルのウェハの面積と同等以上の面積を有することが可能である。

一般に、静電チャックは、キャパシタの２つのプレートの間の力とよく似た引き付け力を利用して、ウェハなどの基板を所定位置に保持する。本発明の一実施形態によれば、このクランプ力は、２５〜３５ｔｏｒｒの範囲にあることが可能であり、この範囲には、２６ｔｏｒｒ、３３ｔｏｒｒ、その他の値が含まれる。ウェハが、誘電率εおよび厚さｄの絶縁物によってチャックと隔てられていて、ウェハとチャックとの間に電圧Ｖが印加されているとき、ウェハとチャックとの間には、次のような引き付け力Ｆが発生する。

ただし、Ａは、ウェハおよびチャック電極の共通面積である。所与の電圧に対して大きな引き付け力を得るために、薄い誘電体層を用いて、ウェハとチャック電極とを隔てる距離ｄを最小化することが可能である。したがって、本発明の一実施形態によれば、チャッキング力を得るために、誘電体層は、たとえば、約２５ミクロンから約２５０ミクロンの厚さを有することが可能である。いくつかある検討要素の中でも特に、誘電体層の厚さは、材料の絶縁破壊電圧によって制限され、これによって厚さの限界が小さくなる。誘電体層が薄いほど、大きな力を得ることが可能である。誘電率が高いことも、大きな力を得るためには有利である。ウェハとチャックとの間に存在するギャップが、低圧ガスまたは真空で満たされている場合、誘電率は、本質的に、自由空間の誘電率ε_０である。また、誘電体層は、複数の材料を用いた複式構造であってもよい。たとえば、後で詳述するように、約１００ミクロン厚のアルミナ誘電体に約２ミクロン厚のシリコンカーバイド層をコーティングし、その表面に、やはりシリコンカーバイドの、高さ６ミクロンの突起群を設けることが可能である。

米国特許第６８３５４１５号明細書で開示されているように、ツールの装着面と、ウェハやマスクなどの基板との間に粒子が入り込む可能性が少しでもあると、入り込んだ粒子によってウェハやマスクが変形するおそれがある。たとえば、真空によって、または静電的に、ウェハが平坦な基準面にクランプされる場合、粒子が少しでも入り込んでいると、それによってウェハの表側が変形する可能性があり、したがって、ウェハは平坦面に置かれないことになる。このことは、打ち込みプロセスのばらつきと、潜在的な歩留まり損失とを引き起こす可能性がある。突起群の接触面積を減らすことにより、粒子が入り込む確率を低減することが可能である。

本発明の一実施形態によれば、基板と静電チャックとの間の空間に導入されたガスは、基板温度を制御するのに十分な熱移動を与えることが可能である。それとともに、基板を静電チャックに保持する引き付け力が著しく減少したり、効かなくなったりしないように、ガス圧を十分低く選択することが可能である。ガスの熱伝導性は、ガス分子の平均自由行程がシステムの寸法に比べて小さい限り、本質的にガス圧には依存しない。本発明の一実施形態による、有用な冷却ガスは、水素、ヘリウム、アルゴン、窒素、およびこれらの組み合わせ、および／または他のガスであってよい。裏側ガス圧は、おおよそ、０ｔｏｒｒから２０ｔｏｒｒの範囲内、あるいは、約２ｔｏｒｒから１５ｔｏｒｒの範囲内であってよい。さらに、本発明の一実施形態によれば、裏側ガス圧を調節することにより、チャッキングされた基板の温度をガス熱伝導で制御することが可能である。

図２の実施形態を参照して説明した、本発明の一実施形態によれば、静電チャックは、誘電体層２１２を含むことが可能であり、誘電体層２１２は、１つまたは複数の突起群２０１を含んで、第１の層２１４の上に重なり、第１の層２１４は、絶縁性であって、セラミックまたはセラミック複合体であってよい。第１の層２１４の中に１つまたは複数の電極２１３が埋め込まれており、これらの電極は、誘電体、非晶質誘電体、または低応力誘電体などの材料で覆われている。第１の層２１４および上に重なる誘電体２１２を機械的に支持する、１つまたは複数の追加層を静電チャックに含めることが可能であり、これらの追加層は、熱の除去を支援し、水などの冷却液と接触可能である。誘電体層２１２は、たとえば、低応力シリコン含有誘電体であってよい。低応力誘電体は、たとえば、低温でのＰＥＣＶＤによって、非晶質蒸着されてよい。誘電体層２１２の厚さは、たとえば、約１マイクロメートルから約５０マイクロメートル、または約１マイクロメートルから約１０マイクロメートルであってよい。第１の層２１４は、絶縁性であり、セラミックであってよく、たとえば、アルミナやアルミニウム窒化物であってよい（ただし、これらに限定されない）。第１の層２１４の厚さは、たとえば、約５０マイクロメートルから約２００マイクロメートル、または約１００マイクロメートルから約１５０マイクロメートルであってよい。本明細書に記載のように、誘電体層の厚さでチャッキング力を制御することが可能であり、層を薄くするほど、大きな力が得られる。上述の種類のパターン化された電極２１３を形成する手法が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国特許第４１８４１８８号明細書（Ｂｒｉｇｌｉａ）において教示されている。電極と外部電源との間に、静電チャックの１つまたは複数の層を通る電気的接続（フィードスルー）が設けられている（図示せず）。さらに、静電チャックの１つまたは複数の層を通って誘電体ギャップ表面の底部に対して開いているガス吸気口（図示せず）を形成することも可能である。第１の熱伝導材料または第１の接着剤層２１５を用いて、第１の層２１４と下にある第２の層２１６（セラミックまたは金属であってよい）とを接着することが可能である。第１の接着剤層２１５の熱伝導材料は、接着剤であってよく、たとえば、熱塑性材料、エポキシ材料、または別の、第１の層２１４と第２の層２１６とを接着することが可能な材料であってよい（ただし、これらに限定されない）。第２の層２１６は、機械的支持および熱伝導性を与えることが可能であり、セラミック、金属、その他の好適な材料であってよい。オプションで、第２の熱伝導層または第２の熱伝導性接着剤層２１７が、第２の層２１６と、冷却液と接触する最下層２１８とを接着することが可能である。ギャップ２１１およびオプションのガスチャネルに、乾燥空気、ヘリウム、水素、アルゴン、または窒素などのガスを充填することが可能である。ガスシール２１９が、周囲のチャンバ内へのガス漏れを防ぐのに役立つ。

図３の実施形態を参照すると、この図は、環状ガスシール３１９と、静電チャック全体にわたってほぼ等間隔に配置された突起群のパターンの一部の５個の突起３０１との断面図である。各突起３０１は、接触面の表面が持ち上がったものである。一実施形態では、突起群３０１は、円筒形であり、その直径は、約０．５ミリメートルから１．２５ミリメートルの範囲内、または約０．７５ミリメートルから１ミリメートルの範囲内である。ウェハなどの基板２００（図２の実施形態を参照）が、突起群３０１の（オプションで粗くできる）上面３２４に沿って、誘電体３１２と接触する。図５および８の実施形態の上面図で示された突起群５０１、８０１は円形であるが、突起群３０１、５０１、８０１は、任意の形状であってよく、たとえば、三角形、四角形、または他の、突起群に対する基板の荷重が不均一であることに起因する粒子を減らす形状であってよいことを理解されたい。

本明細書の一実施形態によれば、裏側ガスを収容するために、静電チャックの周辺部に連続的な円環を形成して、基板とチャックとの間にガスシールを与えることが可能である。このガスシールは、チャックと周辺の真空との境界面にある連続的な円環または特徴形状環であってよく、最小のガス漏れでガスをウェハの背後に保持するように働くことが可能である。この円環は、ウェハ装着の許容誤差を吸収するために、直径がウェハより若干小さいことが可能であり、これによって、ウェハを置き間違えてもガスシールは破れない。可能であれば、ガスシール構造物は、基板とチャックとの間の力の分布を均一にする。一実施形態では、ガスシールは、力の分布を均一にするために、突起群の複数部分を含むことが可能である。環状ガスシール、ガス吸気口ガスシール、およびリフトピンガスシールのガス伝導性は、ガスシールを形成する接触面の粗さに依存し、たとえば、円環の表面の粗さと、円環と接するウェハの表面の粗さとに依存する。ガスシール伝導性に影響しうる別の要因は、ガスシールを形成する接触面における硬い粒子の存在である。ガスシールを形成する接触面同士の間のクランプ力の大きさも、ガスシール伝導性に作用する。本発明の一実施形態によれば、低応力誘電体を用いることにより、様々なガスシールに対する粒子や漏れ経路の原因になりうるひびや他の面欠陥が低減または排除される。一実施形態では、たとえば、チャンバ圧が、約１０^−６ｔｏｒｒから約１０^−７ｔｏｒｒであり（ただし、これに限定されない）、たとえば、粗度Ｒ_ａが約１０ナノメートル（ｎｍ）である２００ミリメートルのウェハについて、裏側冷却ガス圧が、４ｔｏｒｒから１５ｔｏｒｒであり（ただし、これに限定されない）、たとえば、ガスシール粗度Ｒ_ａが約２００ｎｍから約３００ｎｍであり（ただし、これに限定されない）、たとえば、電位差が基板と電極との間で１０００ボルトである（ただし、これに限定されない）場合、環状ガスシールは、漏れ率を約０．５ｓｃｃｍ以下にする。

実施例１
この実施例では、本発明の一実施形態による、静電チャックの表面に形成した、三角形パターンの、高さ６ミクロンのバンプ群（突起群）について計算された力について説明する。図８の実施形態に示すように、一例は、突起群８０１を含んでおり、突起群８０１は、中心から中心までの間隔８２７が４ミリメートルであり、直径８２８が０．７５ミリメートルである。図８の実施形態では、突起群８０１は、Ｓｉ源およびＣ源からＰＥＣＶＤによってアルミナ誘電体層の上に蒸着された、１０ミクロン厚のＳｉＣから作製することが可能である。ＳｉＣは、低応力である。ＳｉＣ層を、３０ミクロンのフォトマスクを介する反応性イオンエッチングでエッチングして、突起群を形成することが可能である。ガスシール環は、静電チャックの外周の周囲、ならびに静電チャックのリフトピンホールおよびグラウンドピンホールの周囲に形成可能である。ガス（たとえば、ヘリウムまたは水素または別のガス熱移動用流体）を追加したり除去したりするためのガスポートを、チャック内に形成することが可能である。

図６は、本発明の一実施形態による、ウェハと静電チャック突起群との間の力を、様々な突起直径および中心から中心までのバンプ間隔について計算した結果を示すグラフである。これらの計算値は、荷重が突起表面に均一に分布していることを仮定したものであるが、ウェハの持ち上がりを考慮するためにパーセント荷重を用いて力を計算することも可能である（たとえば、エッジ荷重によって力の割り当てが１０％、２０％、２７％、その他になった場合を計算することも可能である）。計算結果によれば、三角形パターンの突起群の直径が０．７５ｍｍおよび１ｍｍの場合に、基板と突起群との間の力が、同様の突起群の直径が０．２５ｍｍまたは０．５ｍｍの場合より小さくなる。さらにこの結果によれば、突起間隔と力の関係は非線形であり、突起直径と力の関係も非線形である。具体例として、図６を用いて、図８の実施形態の突起群８０１の場合の分散型平均力を、他の突起群の場合の力と比較することが可能である。図８の実施形態の０．７５ｍｍの突起群８０１は、０．５ｍｍの突起群より約５０％大きく、結果として、図６に示すように、分散型平均力は、四角形パターンの、間隔が８ｍｍで直径が０．５ｍｍの突起群の場合（図６に、この力の計算値を×印で示した）の約８分の１である。図８の実施形態の０．７５ｍｍの突起群は、０．５ｍｍの突起群より約５０％大きく、結果として、接触面積が８倍である。図８の実施形態の突起群８０１の場合の接触面積は、４％以下かつ１％超になることが可能である。この範囲であれば、ウェハと突起群との間の平均力は低減され、ウェハの垂れ下がりが少なくなり、一方、２５〜３５ｔｏｒｒのウェハ保持力（クランプ力）が維持され、ウェハの冷却効率には有意の影響がないことが見込まれる。

図７は、本発明の一実施形態による、接触面積を、様々な突起直径および中心から中心までの突起間隔について計算した結果を示すグラフである。矢印は、突起間隔が０．５ｍｍの、四角形パターンの突起群について計算された接触面積が０．３６％であることを示している。

実施例２
この実施例では、本発明の一実施形態による、静電チャックの表面に形成した、三角形パターンの、中心から中心までの突起間隔が８ミリメートルである突起群について説明する。突起群の直径は、０．５ミリメートルであった。静電チャックのプラテン上の突起群は、３つのセクションに分割されており、異なる材料（ＳｉＣ、炭素が欠乏している非化学量論的ＳｉＣ、およびＳｉセクション）から作製されている。個々のセクションは、ＰＥＣＶＤにより、好適な前駆体ガスをアルミナ誘電体層上に堆積させて作製されている。これらのセクションを、３０ミクロンのフォトマスクを介する反応性イオンエッチングでエッチングして、突起群を形成した。ガスシール環は、静電チャックの外周の周囲、ならびに静電チャックのリフトピンホールおよびグラウンドピンホールの周囲に形成することが可能である。ガス（たとえば、ヘリウムまたは水素または別のガス熱移動用流体）を追加したり除去したりするためのガスポートを、チャック内に形成することが可能である。

図９Ａおよび９Ｂは、本発明の一実施形態による、静電チャック上の突起の断面輪郭のグラフであって、図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、機械研磨段階を追加した場合と、追加しない場合とを示している。この実施形態では、突起の上面を機械研磨する追加段階を追加すると、粒子発生が減ることによる予想外の著しい性能向上が得られ、結果として、１）別の突起エッジ形状が得られ、２）表面粗度が大幅に改善されることがわかった。より具体的には、機械研磨を追加しない製造プロセスでは、手磨きのみを行う（たとえば、静電チャックの突起の上面を６００グリットのシリコンペーパーで手磨きする）。本発明の一実施形態による、結果として得られる突起の輪郭を、図９Ａに示す。図からわかるように、上面９２９の輪郭の特徴は、ある程度の粗さがあることである。さらに、このエッジ形状は、丸み部分の高さ寸法９３０が比較的長く、丸み部分の長さ寸法９３１が比較的短い。改善された一実施形態では、突起の手磨きの補足として、（たとえば、機械パッド研磨による）機械研磨を行う。そのような機械パッド研磨は、指定された時間にわたって、指定された圧力で行うことが可能である。さらに、機械研磨は、ラッピングマシンを研磨モードで使用するなどのラッピングを含んでよく、任意の好適な研磨メディア（ダイヤモンドを含む研磨メディアなど）を用いたソフト（またはハード）研磨パッドの使用を含んでよい。本発明の一実施形態による、結果として得られる突起の輪郭を、図９Ｂに示す。図からわかるように、上面９３２の輪郭は、図９Ａの手磨きした突起の粗さ９２９に比べて滑らかである。さらに、図９Ｂの突起の特徴は、エッジ形状が修正されていることであり、丸み部分の高さ寸法９３３が、図９Ａの対応する高さ９３０に比べて短く、丸み部分の長さ寸法９３４が、図９Ｂの対応する高さ９３１に比べて長い。

このように、図９Ｂの実施形態の機械パッド研磨を行うと、手磨きのみを行った突起と比べて、表面粗度が低減され、エッジ形状が修正される。たとえば、一実施形態では、機械パッド研磨を行った図９Ｂの突起の（粗度高さの平均の尺度である）表面粗度指標（Ｒ_ａなど）が、手磨きの突起の場合に比べて約５０％の低減を示す場合がある。これは、たとえば、表面粗度が約１００ｎｍから約５０ｎｍになるような低減である。

図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、本発明の一実施形態による、図９Ａおよび９Ｂの突起の断面輪郭を拡大したグラフである。図からわかるように、図１０Ｂの突起の機械パッド研磨の結果として、図１０Ｂの機械パッド研磨された突起のピーク１０３５は、図１０Ａの手磨きされた突起のピーク１０３６より低く（ただし谷には影響が及んでいない可能性がある）、これによって、全体的な表面粗度指標（Ｒ_ａなど）が低減されている。たとえば、表面粗度Ｒ_ａは、図１０Ａの約０．１０μｍから図１０Ｂの約０．０４μｍに減らすことが可能である。より一般的には、突起の表面を機械パッド研磨することにより、表面粗度指標を約５０％、もしくは２５％から７５％、低減することが可能である。さらに、機械パッド研磨を行うことにより、突起のエッジ形状が修正されることがわかる。たとえば、丸み部分の高さ寸法が、手磨きされた同様の突起の対応する高さに比べて短くなっており、丸み部分の長さ寸法が、手磨きされた同様の突起の対応する長さに比べて長くなっている。たとえば、突起のエッジの丸み部分の特徴的な長さ寸法に対する、丸み部分の特徴的な高さ寸法の比率を、たとえば、３分の１から４分の１に減らすことが可能であり（たとえば、手磨きのみの場合の高さ／長さ０．７８０２μｍ／０．０６３８ｍｍを、機械パッド研磨を行った場合の０．３５２５μｍ／０．１０３５ｍｍと比較すると、比率０．０１２２２を比率０．００３４に減らすことが可能である（すなわち、この場合は、比率が約３．５９分の１に減る））、あるいは、２分の１から５分の１に減らすことが可能である。なお、機械研磨を行わずに、同様に修正されたエッジ形状を得ることも可能である。一実施形態では、丸み部分の高さ寸法が比較的短く、丸み部分の長さ寸法が比較的長いことを特徴とする、図１０Ｂの修正されたエッジ形状のような、修正されたエッジ形状を、丸み部分の長さに対する丸み部分の高さの比率を所望の比率にする任意のエッジ修正手法により達成することが可能である。たとえば、丸み部分の特徴的な長さ寸法に対する、丸み部分の特徴的な高さ寸法の比率を、約０．００４０７から約０．００３０６、もしくは約０．００６１１から約０．００２４４４にすることが可能である。

さらに、本発明の一実施形態による、突起の機械パッド研磨により、静電チャックを基板（半導体ウェハなど）に対して用いる際の裏側粒子の発生を少なくして、静電チャックの性能を向上させることが可能である。たとえば、０．１６μｍ以上の粒子サイズ範囲で発生する付着粒子の数を、５０００個未満または２０００個未満にすることが可能である。そのように裏側粒子の発生を低減できれば、突起群と基板との接触面積が増加しても（たとえば、接触面積が最大で１０倍になったとしても）、熱特性への影響をなくすことが可能である。

図１１は、本発明の一実施形態による、電荷制御表面層を含む静電チャックを示す。この実施形態では、チャック電力を切った後にウェハまたは他の基板がチャック表面に静電的に付着している場合に起こる「ウェハ焼き付き」の可能性を減らすために、表面抵抗率が制御される表面層を用いる。表面層の表面抵抗率が適切な範囲（たとえば、約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲）にあれば、望ましくない静電力につながって最終的にウェハ焼き付きにつながる可能性のある表面電荷保持力が小さくなることが示されている。弱導電性の表面層は、静電チャックと基板との間の静電引き付けに干渉することなく、電荷をグラウンド（図示せず）に逃がす。

図１１の実施形態の静電チャックを、イオン打ち込み装置においてテストしたところ、ウェハ冷却およびクランプ力に関して良好な結果が得られ、粒子の発生が少なく、ウェハへのダメージが最小限に抑えられた。具体的には、イオン打ち込みビームからプラテンに１８００Ｗの電力を印加したことによるプラテンの温度上昇は５０℃未満であり、テスト後にプラテン上で見つかった、０．１２ミクロン超のサイズの付着物は５０００個未満であった。突起群の作製に用いた材料（具体的にはシリコンカーバイドコーティング）およびそのコーティングの固有の制御されたバルク抵抗率により、チャック電圧を切った後のチャック表面には、ウェハが静電的に付着しにくかった。

図１１の実施形態の例では、絶縁体および誘電体の材料としてアルミナセラミックを用いた、直径３００ｍｍのクーロン力型静電チャックの上に、ウェハ接触面を作製した。参照によって内容が本明細書に組み込まれている米国特許第６３８８８６１号明細書で開示されている方法で、六相交流電源を用いて、チャックの充電および放電を行った。具体的には、米国特許第６３８８８６１号明細書での４列６６行目から５列２３行目に記載されているように、チャックは、６個の電極を含み、これらの電極に、６つの異なる位相を有するバイポーラ方形波クランプ電圧を印加した。ただし、他の電源（ＤＣ電源など）、および他のチャック充放電手法を用いることも可能であることを理解されたい。静電チャック表面は、ガス吸気口１１３７と、グラウンドピン通路１１３８と、ガスシール環１１１９と、自身のガスシール環（図１１のリフトピン通路１１３９の外側の淡色の構造物）を含むリフトピン通路１１３９と、チャックの中心部の１１４０にある小さなガス吸気口（図１１には吸気口は表示されていない）と、を含んでいる。詳細図（図１１の差し込み図１１４１）に突起群１１０１を示す。

図１２は、図１１の実施形態の静電チャックにおける突起群１２０１に使用されている表面パターンを示す。突起群１２０１は、三角形パターンとして作製されており、中心から中心までの間隔１２２８が４ｍｍ、直径１２２７が８００ミクロン（０．８ｍｍ）である。突起群１２０１の高さ１３２６（図１３を参照）は、５ミクロンから７ミクロンであり、これは、圧力１５ｔｏｒｒの裏側ガスとの動作に最適とされている。制御される表面抵抗率層は、プラズマ物理気相成長（ＰＡＣＶＤ）プロセスによって作製されるシリコンカーバイドコーティングであったが、他の好適なプロセスを用いても良い。たとえば、この層は、物理気相成長（ＰＶＤ）（ＳｉＣターゲットからのスパッタリング、または炭素反応性ガス内のシリコンターゲットからの反応性スパッタリング）、原子層堆積（ＡＬＤ）、高温ＣＶＤ、または他の薄膜方法を用いて堆積させることも可能である。

突起群１２０１の作製は、シリコンカーバイド組成物（シリコンカーバイドまたは非化学量論的シリコンカーバイドなど）を平坦なアルミナ誘電体１３１２（図１３を参照）の上に一括堆積させ、フォトリソグラフィを用いてシリコンカーバイド組成物をパターン化し、反応性イオンエッチングを用いてシリコンカーバイド組成物の複数部分を除去して突起群１３０１（図１３を参照）を残すことにより行った。シリコンカーバイド組成物（シリコンカーバイドであっても非化学量論的シリコンカーバイドであってもよい）の抵抗率の制御は、シリコンカーバイド組成物の作製と、シリコンカーバイドまたは非化学量論的シリコンカーバイドの表面抵抗率を約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲にすることと、に用いるシリコン前駆体ガスおよび炭素前駆体ガスの量を変えることにより行った。たとえば、シリコンカーバイド組成物の組成を変えることは、プラズマＣＶＤプロセスの反応器に入力されるシリコン含有前駆体ガスおよび炭素含有前駆体ガスの流量または比率を調節することにより可能である。これらの前駆体ガスは、分解して、静電チャック上にコーティングを形成する。このシリコンカーバイドコーティングの組成は、これらの前駆体ガスの相対的な流量または比率によって決まる。コーティングの表面抵抗率は、コーティングの組成を変えることにより、変えることが可能である。

同じ表面抵抗率範囲を有する他の低応力コーティングも、同様に、アルミナ上に堆積させてパターン化することが可能である。たとえば、内部圧縮膜応力が約４５０ＭＰａ未満（より好ましくは（成膜直後の状態で）約４５０ＭＰａ未満）であるコーティングを用いることが可能である。さらに、コーティングは、低応力材料（たとえば、内部圧縮膜応力が約４５０ＭＰａ未満の範囲である低応力材料）で形成してから、所望の表面抵抗率を達成するために、ダイヤモンド様炭素（または他の、典型的にはより高い圧縮膜応力を有する材料）の薄膜コーティングで上塗りすることが可能である。図１３は、図１１の実施形態の基板接触面の概略断面図である。誘電体材料１３１２は、アルミナである。突起１３０１の材料は、シリコンカーバイドであり、これは、高硬度であること、ならびにバルク抵抗率が調節可能であることから選択されている。シリコンカーバイド突起１３０１およびコーティング層１３４２のバルク抵抗率は、約１×１０^８Ω−ｃｍであり、これによって、表面抵抗率は、約１×１０^１０Ω／スクエアである。表面抵抗率が、（炭素がより豊富な非化学量論的シリコンカーバイド組成物を用いてなされた）約１×１０^８Ω／スクエアから（シリコンがより豊富な非化学量論的シリコンカーバイド組成物を用いてなされた）約１×１０^１１Ω／スクエアまでの範囲にあれば、望ましくない静電力につながって最終的にウェハ焼き付きにつながる可能性のある表面電荷保持力が小さくなることが示されている。コーティング層１３４２の厚さは、約０．１ミクロンから約１０ミクロンであることが可能だが、約１ミクロンから約３ミクロンであることが好ましい。図では中心から中心までの間隔１３２８が４ｍｍであるが、他の間隔も可能である。

図１１の実施形態の静電チャックの別の特徴は、チャック平面から、突起群と同じ高さにある、シリコンカーバイドの連続環１１１９（図１１を参照）であり、これは、チャック全体のエッジを丸で囲んでおり、かつ、チャックの中心部にある大きいほうのスルーホールも丸で囲んでいる。これらの環は、表面にウェハが静電的に引き付けられた際に裏側ガスを閉じ込めるように動作する。

図１４は、本発明の一実施形態による、図１１の静電チャックのコーティングの一代替形態を示しており、ここでは、電荷制御材料の絶縁保護コーティング１４４２を用いている。まず、アルミナ誘電体１４１２（電極は図示せず）を、ビードブラスチングまたはエッチング手法によりパターン化して、突起群１４０１、ガスシールなどを形成することが可能である。次に、誘電体１４１２に対して、表面抵抗率が約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲にあるシリコンカーバイドまたは他の電荷制御材料層１４４２を用いて、主に絶縁保護のためのコーティングを行うことが可能である。図１４の実施形態は、有利なことに、図１３の実施形態より製造コストが低くなる可能性がある。図では、突起高さ１４２６が５ミクロンから７ミクロンであり、間隔１４２８が４ｍｍであるが、他の突起高さおよび間隔も可能である。

図１１〜１４の実施形態によれば、電荷制御表面層１３０１／１３４２、１４４２には、約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲の表面抵抗率が好ましい。電荷制御表面層が寄生導電層であると、静電チャックの静電力が基板ではなく電荷制御表面層と結合することになり、望ましくないため、電荷制御表面層は、好ましくは、非寄生導電層でなければならない。電荷制御表面層の表面抵抗率を約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲に保つことにより、静電チャックの静電力は、電荷制御表面層自体ではなく基板と結合される。電荷制御表面層の表面抵抗率がこの範囲より高すぎるか低すぎると、静電チャックのクランプ力が減るリスク、またはチャック表面から逃がされる電荷が不十分であるためにウェハ焼き付きが発生する傾向が強くなるリスクがある。

本発明の一実施形態によれば、シリコンカーバイド組成物以外の材料でも、電荷制御表面層を形成することが可能である。たとえば、ダイヤモンド様炭素、非晶質シリコン、金属ドープ酸化物などの材料を用いることが可能である。好ましくは、電荷制御表面層の表面抵抗率は、使用する材料に関係なく、約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲になければならない。電荷制御表面層に用いる材料は、熱的かつ化学的に安定していなければならず、また、表面抵抗率が適切な範囲になければならない。たとえば、ダイヤモンド様炭素を用いれば、表面抵抗率の範囲を約１×１０^６Ω／スクエアから約１×１０^１０Ω／スクエアにすることが可能であるが、好ましくは、約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲でなければならない。ダイヤモンド様炭素は、一括堆積を行う図１３の製造手法で使用できることが好ましく、薄層の形で使用することが好ましい。一般に、所与のバルク抵抗率材料については、層が薄いほど表面抵抗率が高くなり、層が厚いほど表面抵抗率が低くなる。一般に、適切な表面抵抗率を達成するためには、電荷制御表面層の組成および厚さを調節しなければならない。

本発明の一実施形態によれば、静電チャックを使用することは、チャッキング、チャッキング解除、チャッキングされたウェハの上でのマイクロエレクトロニクス製造プロセスの実行、およびこれらを任意に含む組み合わせを行う動作またはステップを含むことが可能である。

なお、本明細書ならびに添付の特許請求の範囲において用いている単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈による明確な指定が別途ない限り、複数形の参照を含む。したがって、たとえば、「突起（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）」への参照は、当業者その他に知られている１つまたは複数の突起およびそれらの等価物への参照である。別途定義しない限り、本明細書で用いているすべての技術用語および科学用語は、当業者が共通理解している意味と同じ意味である。本発明の実施形態の実践または試験には、本明細書に記載の方法および材料と同様の（または等価な）方法および材料を用いることが可能である。本明細書で言及された公開文献はすべて、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。そうした開示が先行発明であるがゆえに、本願発明者らが、これらに先行する資格がないことを認めるものとして、本明細書に記載の内容が解釈されてはならない。「オプションの（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「オプションで（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、これに続いて記載される事象または状況が起こっても起こらなくてもよいこと、ならびに、その記載は、その事象が起こる場合と起こらない場合とを含んでいることを意味している。本明細書に記載の数値はすべて、明示的に表明されているかどうかにかかわらず、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「ほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」によって修飾可能である。用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「ほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、一般に、当業者であれば列挙された値と等価であると見なすであろう、ある範囲の数値を意味している。いくつかの実施形態では、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「ほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、記載値の±１０％を意味し、他の実施形態では、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「ほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、記載値の±２％を意味する。組成物および方法は、各種の要素またはステップを「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言い方で説明されているが（これは、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ， ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味するものとして解釈される）、組成物および方法は、各種の要素またはステップ「から本質的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」または「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」こともありうる。「から本質的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」または「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」は、本質的に閉じた構成要素群を定義するものとして解釈されなければならない。

本発明の例示的実施形態を参照して本発明を具体的に図示および説明してきたが、当業者であれば理解されるように、これらにおいて、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲を逸脱することなく、形式および細部の様々な変更が可能である。

Claims (39)

1. 静電チャックであって、
   電極と、
   表面層と、を備え、前記表面層は、前記電極の電圧によって活性化されて、基板を前記静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成し、前記表面層は、複数の突起（突起群）を含み、前記突起群は、前記突起群を囲む前記表面層の複数部分の上の、ある高さまで伸びることにより、前記基板が静電クランプされている間、前記基板を前記突起群の上で支持し、前記突起群は、隣接する突起のペアの中心から中心までの距離として測定される間隔が、前記表面層の全体にわたって、ほぼ等しくなるように配置される、
   静電チャック。
2. 前記突起群は、三角形パターンで配置される、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記静電クランプ中に前記基板が加熱されている場合に、前記基板の温度および温度分布のうちの少なくとも１つが、前記基板と、前記突起群と、前記突起群を囲む前記表面層の前記複数部分との間の空間におけるガスのガス熱伝導によって、ほぼ制御されるように、前記突起群の前記高さと接触面積と粗度とのうちの少なくとも１つが設定されている、請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記突起群のそれぞれの上部面積のうちの、約２５％、約５０％、および約７５％からなる群から選択される割合を超える面積が、前記静電クランプ中に前記基板と接触する、請求項１に記載の静電チャック。
5. 約５０００個、約３０００個、約２５００個、および約１５００個からなる群から選択される数より少ない付着粒子が、前記静電チャックの使用の結果として前記基板の裏側に堆積され、前記静電チャックの前記使用は、前記基板を前記静電クランプすることと、前記基板を前記静電クランプからクランプ解除することと、前記基板に対して実行される製造プロセスの間に前記静電クランプを実行することと、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の静電チャック。
6. 前記突起群は、少なくとも１つの低応力材料から形成される、請求項１に記載の静電チャック。
7. 前記低応力材料は、非晶質誘電体材料および多結晶誘電体材料のうちの少なくとも一方を含む、請求項６に記載の静電チャック。
   
8. 前記突起群は、約１０^１２Ω−ｃｍを超える抵抗率を有する誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
9. 前記突起群は、シリコン、シリコンと少なくとも１種類の他の元素との合金、シリコンカーバイド、および非化学量論的シリコンカーバイドのうちの少なくとも１つを含む誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
10. 前記突起群は、アルミナおよびアルミニウム窒化物のうちの少なくとも一方を含む誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
11. 前記突起群は、前記静電クランプ中にジョンソンラーベック力または部分ハイブリッドジョンソンラーベック力が前記基板に作用しないような誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
12. 前記突起群は、コンプライアント誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
13. 前記突起群は、前記静電クランプ中にジョンソンラーベック効果により前記基板が前記静電チャック上に保持されるような抵抗率を有する誘電体材料を含む、請求項１に記載の静電チャック。
14. 前記突起群と前記基板との接触面積が、前記静電チャックの全面積の約１％から約１０％を含む、請求項１に記載の静電チャック。
15. 前記突起群は、直径が約０．７５ミリメートルから約１ミリメートルである、請求項１に記載の静電チャック。
16. 前記隣接する突起のペアの中心から中心までの距離は、約８ミリメートル未満である、請求項１に記載の静電チャック。
17. 前記突起群は、直径が約０．７５ミリメートルから約１ミリメートルであり、前記隣接する突起のペアの中心から中心までの距離は、約８ミリメートル未満である、請求項２に記載の静電チャック。
18. 前記隣接する突起のペアの中心から中心までの距離は、約６ミリメートル、約４ミリメートル、および約２ミリメートルからなる群から選択される距離より短い、請求項１に記載の静電チャック。
19. 前記突起群は、少なくとも１つの、部分突起を含み、前記突起の一部分は、前記静電チャックの表面構造物の少なくとも一部分を含む、請求項１に記載の静電チャック。
20. 前記表面構造物としては、ガスチャネル、リフトピン、およびグラウンドピンから少なくとも１つが選択される、請求項１９に記載の静電チャック。
21. 前記突起群の前記高さは、前記静電クランプ中に、前記基板と、前記突起群と、前記突起群を囲む前記表面層の前記複数部分との間の空間に位置するガスの平均自由行程とほぼ等しい、請求項１に記載の静電チャック。
22. 前記突起群は、少なくとも何らかの機械研磨によって、表面粗度指標が、手磨きのみの同様の突起群に比べて約２５％から約７５％低減されている上部表面を含む、請求項１に記載の静電チャック。
23. 前記表面粗度指標は、約５０％低減される、請求項２２に記載の静電チャック。
24. 前記突起群は、突起の丸み部分の特徴的な高さが、手磨きのみの同様の突起の対応する高さに比べて低くなるように、かつ、丸み部分の特徴的な長さが、手磨きのみの同様の突起の対応する長さに比べて長くなるように、少なくとも何らかの機械研磨によって修正されたエッジ形状を有する、請求項１に記載の静電チャック。
25. 丸み部分の特徴的な前記長さに対する丸み部分の特徴的な前記高さの比率は、手磨きのみの前記同様の突起に比べて、約１／２から約１／５と、約１／３から約１／４とからなる群から選択される割合に低減される、請求項２４に記載の静電チャック。
26. 前記静電チャックの前記使用の結果として、前記基板の裏側に堆積する、粒子サイズ範囲が０．１６μｍ以上である付着粒子が約５０００個未満である、請求項２２に記載の静電チャック。
27. 前記静電チャックの前記使用の結果として、前記基板の裏側に堆積する、粒子サイズ範囲が０．１６μｍ以上である付着粒子が約２０００個未満である、請求項２２に記載の静電チャック。
28. 前記静電チャックの前記使用の結果として、前記基板の裏側に堆積する、粒子サイズ範囲が０．１６μｍ以上である付着粒子が約２０００個未満である、請求項２３に記載の静電チャック。
29. 前記突起群は、突起の丸み部分の特徴的な長さに対する丸み部分の特徴的な高さの比率が、約０．００４０７から約０．００３０６と、約０．００６１１から約０．００２４４４とからなる群から選択される比率に等しいように修正されたエッジ形状を有する、請求項１に記載の静電チャック。
30. 前記表面層は、電荷制御表面層を含む、請求項１に記載の静電チャック。
31. 前記電荷制御表面層は、約１×１０^８Ω／スクエアから約１×１０^１１Ω／スクエアの範囲の表面抵抗率を有する、請求項３０に記載の静電チャック。
32. 前記電荷制御表面層は、シリコンカーバイド組成物を含む、請求項３０に記載の静電チャック。
33. 前記電荷制御表面層の前記表面抵抗率は、前記シリコンカーバイド組成物を作る際に用いられるシリコン前駆体ガスおよび炭素前駆体ガスの量を変えることにより制御される、請求項３２に記載の静電チャック。
34. 前記シリコンカーバイド組成物は、シリコンカーバイドを含む、請求項３２に記載の静電チャック。
35. 前記シリコンカーバイド組成物は、非化学量論的シリコンカーバイドを含む、請求項３２に記載の静電チャック。
36. 前記電荷制御表面層は、少なくとも１つの突起と、表面コーティング層とを含む、請求項３０に記載の静電チャック。
37. 前記電荷制御表面層は、
    シリコンカーバイド組成物層を誘電体上に一括堆積させることと、
    フォトリソグラフィを用いて前記シリコンカーバイド組成物層をパターン化することと、
    反応性イオンエッチングを用いて前記シリコンカーバイド組成物層の複数部分を除去して、少なくとも１つのシリコンカーバイド組成物の突起を残すことと、
    によって形成される、請求項３０に記載の静電チャック。
38. 前記電荷制御表面層は、
    ビードブラスチングまたはエッチングを用いて誘電体層をパターン化することと、
    前記誘電体層に前記電荷制御表面層を絶縁保護コーティングすることと、
    によって形成される、請求項３０に記載の静電チャック。
39. 前記電荷制御表面層は、ダイヤモンド様炭素、非晶質シリコン、金属ドープ酸化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項３０に記載の静電チャック。

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