JP2013511847A - アーク放電を低減させた静電チャック - Google Patents

Abstract

本明細書では、静電チャックの実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、静電チャックが本体を含むことができ、この本体が、本体の側壁に対して垂直な第１の面、及びこの第１の面と本体の上面の間に配置された階段状の第２の面により定められる切り欠いた上部周縁部と、第１の面に沿って本体を貫いて配置された複数の穴とを有し、前記静電チャックが、本体の下に配置された基部に本体を結合するための、複数の穴の中に配置された複数の留め具と、基板を静電的に保持するための、本体の上面の上方に配置された誘電体部材と、階段状の第２の面と噛み合ってこれらの間に非線形境界面を定める階段状の内側壁を有する、本体の周囲の切り欠いた上部周縁部内に配置された絶縁体リングと、この絶縁体リング上に配置されたエッジリングとをさらに備え、非線形境界面が、エッジリングと留め具の間のアーク放電を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に処理装置に関し、より具体的には静電チャックに関する。

基板支持部上に基板を静電的に保持するために、しばしば静電チャック（ＥＳＣ）が使用される。いくつかの構成では、静電チャック、又は静電チャックを含む基板支持部を利用して、この基板支持部に、ＥＳＣ上に基板を保持するために使用する直流（ＤＣ）に加えて（高周波（ＲＦ）電流又は交流（ＡＣ）などの）バイアス電力が供給される。

発明者らは、静電チャックにＲＦバイアス電力を印加した際に、チャックによってはアーク放電が生じ得ることを発見した。例えば、ＥＳＣの導電性部品間の空隙にわたってアーク放電が生じ得る。

従って、発明者らは、チャック内の導電性部品間のアーク放電を低減又は除去することができる改善された静電チャックを実現した。

本明細書では、静電チャックの実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、静電チャックが本体を含み、この本体が、本体の側壁に対して垂直な第１の面、及びこの第１の面と本体の上面の間に配置された階段状の第２の面により定められる切り欠いた上部周縁部と、この切り欠いた上部周縁部の第１の面に沿って本体を貫いて配置された複数の穴とを有し、前記静電チャックは、本体の下に配置された基部に本体を結合するための、複数の穴のそれぞれ１つの中に配置された複数の留め具と、上部に配置された基板を静電的に保持するための、本体の上面の上方に配置された誘電体部材と、切り欠きの階段状の第２の面と噛み合ってこれらの間に非線形境界面を定める階段状の内側壁を有する、本体の周囲の切り欠いた上部周縁部内に配置された絶縁体リングと、絶縁体リング上に配置されたエッジリングとをさらに備え、静電チャックにＲＦ電力が印加されたときに、非線形境界面が、エッジリングと留め具の間のアーク放電を制限する。本発明のその他の及びさらなる実施形態については以下で説明する。

添付図面に示す本発明の例示的な実施形態を参照することにより、上記で手短に要約し以下でより詳細に説明する本発明の実施形態を理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の代表的な実施形態のみを示すものであり、本発明は他の同等に効果的な実施形態も認めることができるので、これらの添付図面が本発明の範囲を限定すると見なすべきではない。

本発明のいくつかの実施形態による静電チャックの概略側面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１の静電チャックの部分的概略側面図である。

理解を容易にするために、可能な場合、図に共通する同一の要素は同じ参照数字を用いて示している。図は縮尺通りではなく、明確にするために単純化していることがある。１つの実施形態の要素及び特徴を、さらに詳述することなく他の実施形態に有利に組み入れることもできる。

本明細書では、チャックの導電性部品間のアーク放電を有利に低減又は防止する静電チャックの実施形態を提供する。図１は、本発明のいくつかの実施形態による静電チャック（ＥＳＣ）の概略側面図である。図２は、図１の静電チャック（ＥＳＣ）の詳細な概略側面図である。静電チャック１００は、ＤＣ電源１０６により電極１０４に供給されるＤＣ電圧によって上部に基板１０２を保持するために利用される。この静電チャックは、基板の保持を必要とするいずれかの適当な処理過程用に構成されたプロセスチャンバ内に配置することができる。例えば、適当な処理過程は、プラズマ、エッチング、窒化、酸化過程などを含むことができる。本発明の実施形態による修正から有利に恩恵を受けることができる適当な処理装置の例として、以下に限定されるわけではないが、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から販売されている処理装置ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）シリーズのいずれかを含むプラズマ反応器などの処理装置が挙げられる。上述の処理装置は例示にすぎず、本教示に基づいて、他のプラズマ反応器及び（ＣＶＤ反応器又はその他の処理装置などの）非プラズマ装置を好適に修正することもできる。

静電チャック１００は本体１０８を含み、この本体１０８は、上部に配置された基板１０２を静電的に保持するように構成された誘電体部材１２４を支持するための上面１０９を有する。この本体は、段又は切り欠いた上部周縁部１１０を有する。切り欠いた上部周縁部１１０の第１の面１１４に沿って、本体１０８を貫く複数の穴１１２が配置される。第１の面は、静電チャックの中心軸に対して実質的に垂直に（例えば、チャックの支持面に対して実質的に平行に）配置することができる。本体１０８は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性材料を含むことができる。

本体１０８は、本体１０８の下面１０７に近接して配置された１又はそれ以上の伝熱流体導管１１６を含むことができる。この伝熱流体導管１１６を伝熱流体源１１８に結合して、全ての隣接する導管１１６に伝熱流体を供給することができる。導管１１６内に伝熱流体を流して、使用中に静電チャックの温度及び／又は温度プロファイルを制御することができる。

本体１０８は、本体１０８の上面１０９に近接して配置された複数の伝熱ガス導管１２０をさらに含むことができる。導管１２０を相互接続し、（図示のように）単一の伝熱ガス導管１２０に伝熱ガス源１２２を結合できるようにして、全ての隣接する導管１２０に伝熱ガスを供給できるようにすることができる。或いは、導管を相互接続しない場合には、伝熱ガス源１２２を個々の導管１２０に結合することもできる。伝熱ガス源により供給される伝熱ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）などとすることができる。いくつかの実施形態では、伝熱ガス導管１２０が（点線１２１で示すような）誘電体部材１２４の中を延びて、誘電体部材１２４上に配置された基板１０２の裏面に伝熱ガスを供給することができる。或いは、誘電体部材１２４がセラミックなどの多孔性材料を含み、これにより伝熱ガスが誘電体部材１２４に浸透して基板１０２の裏面に接触できるようにしてもよい。

本体１０８の切り欠いた上部周縁部１１０は、本体１０８の側壁１１１に対して垂直な第１の面１１４、及び本体１０８の第１の面１１４と上面１０９の間に配置された階段状の第２の面１１５によって定められる。切り欠いた上部周縁部１１０の第１の面１１４に沿って配置された個々の穴１１２は、これらの中に配置された複数の留め具１２６のそれぞれ１つを収容するのに適したいずれの形状であってもよい。例えば、図１に示すように、個々の穴１１２は、切り欠いた上部周縁部１００の第１の面１１４に近接する第１の部分１１３、及び本体１０８の第１の部分１１３と下面１０７の間に配置された第２の部分１１７を含むことができる。第１の部分１１３の直径を第２の部分１１７よりも大きくして、例えば、（留め具がボルト、ネジなどの場合）各留め具１２６のヘッドを本体１０８の切り欠いた上部周縁部１１０の第１の面１１４よりも下に埋め込むことができるようにするカウンタボアを形成することができる。

複数の留め具１２６の各々は、複数の穴１１２のそれぞれ１つの中に配置されて、本体１０８を、本体１０８の下に配置された基部１２８に結合する。各留め具は、ネジ、ボルト、クランプなどとすることができる。いくつかの実施形態では、留め具がネジである。各留め具は、チタン（Ｔｉ）などを含むことができる。いくつかの実施形態では、留め具がチタン（Ｔｉ）を含む。いくつかの実施形態では、各留め具１２６の周りにワッシャ（図示せず）を配置して、例えば、個々の穴１１２の第１の部分１１３の基部で静止するようにすることができる。このワッシャは、留め具１２６と同じ材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ワッシャがチタン（Ｔｉ）である。

基部１２８は単体構造であってもよく、又は（図示のように）上部部材１３０及び下部部材１３２などの複数の構成部品を含んでもよい。いくつかの実施形態では、下部部材１３２の直径を上部部材１３０よりも大きくし、下部部材１３２上に上部部材１３０を配置してその中心に置くことができる。上部及び下部部材は、同じ材料又は異なる材料から加工することができる。いくつかの実施形態では、上部及び下部部材を、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタンなどの導電性材料から加工することができる。いくつかの実施形態では、下部部材１３２が、セラミック、石英、（ＵＬＴＥＭ（登録商標）などの）ポリエーテルイミドなどを含む。上部部材１３０を下部部材１３２上に載置することもでき、或いは上位部材と下部部材を、例えば接着層によって接着することもできる。いくつかの実施形態では、基部、又は基部の上部部材１３０が、各留め具１２６の一部を受け入れて保持するように構成された複数の第２の穴１３４を含むことができる。個々の第２の穴１３４には、各留め具１２６を保持するためのネジ山を付けることができ、或いは個々の穴１３４内に、各留め具１２６を保持するためのネジ山付き挿入物を挿入することもできる。

ＥＳＣ１００の上部では、本体１０８の上面１０９上に、使用中に基板１０２を静電的に保持するための誘電体部材１２４が配置される。この誘電体部材は、セラミック、窒化アルミニウムなどのいずれかの適当な誘電性材料、或いは誘電体被覆を溶射された導電性又は誘電性材料を含むことができる。誘電体部材１２４は、誘電体部材１２４内に配置された、基板１０２のチャッキングに使用される電極１０４を含むことができる。電極１０４は、図示のように１つの連続片であってもよく、或いは誘電体層１２４内に配置された複数の別個の又は電気的に接続された部分を含んでもよい。いくつかの実施形態では、誘電体部材１２４内に１又はそれ以上のバイアス電極１３６を配置して、基板１０２を処理するために使用するプラズマのイオンエネルギーを制御するための、例えばＲＦ電力などのバイアス電力を供給することができる。電極１０４と同様に、電極１３６も、ＲＦ電力を供給するための１つの単一電極、或いは複数の別個の又は電気的に接続された電極とすることができる。電極１３６は、電極１０４の下方又は上方に配置することができる。電極１３６は、整合ネットワーク又はいずれかの適当なインピーダンス整合システム（図示せず）を介してＲＦ電源１３８に結合することができる。

誘電体部材１２４は、誘電体部材１２４の底部から誘電体部材の周囲に（例えば、本体１０８の上面１０９に隣接して）径方向に延びるリップ部１２５をさらに含むことができる。このリップ部１２５は、本体１０８の上面１０９の周縁部に（例えば、本体の切り欠いた上部周縁部の径方向内縁に）延びることができる。いくつかの実施形態では、リップ部の長さ１２７を約０．０５インチ〜０．５０インチとすることができる。本体１０８を誘電体部材１２４に接着するために、本体１０８の上面１０９と誘電体部材１２４の下面の間に接着層（図示せず）を配置することができる。この接着層は、上述した接着層に使用する材料と同様の材料を含むことができる。発明者らは、接着層を使用した場合、この接着層が、本体１０８の上面１０９の周縁部まで完全に延びなくてもよいことを発見した。従って、リップ部１２５の一部を、接着層によって支持するのではなく空間内に浮かすことができる。発明者らは、リップ部が長過ぎる場合、リップ部の浮いた部分が折れやすくなることをさらに発見した。従って、いくつかの実施形態では、リップ部の長さ１２７を、折れにくいように又は折れないように選択することができる。

ＥＳＣ１００は、本体１０８の周囲の切り欠いた上部周縁部１１０内に配置された絶縁体リング１４０をさらに含む。この絶縁体リング１４０は、石英などを含むことができる。いくつかの実施形態では、絶縁体リング１４０が石英を含む。この絶縁体リングは、切り欠いた上部周縁部１１０の階段状の第２の面１１５と噛み合う階段状の内側壁１４２を有して、これらの間に非線形境界面１４４を定める。非線形境界面１４４は、プラズマのための曲がりくねった経路をネジに加え、プラズマからネジへの見通し線を遮断する。これにより、静電チャック１００にＲＦ電力が印加されたときに、絶縁体リング１４０上に配置されたリング１４６と複数の留め具１２６の間のアーク放電が低減又は防止される。さらに、例えば高密度プラズマによって別様に生じ得るアーク放電を最小化するためにネジを（例えば下向きに）遠ざける。

絶縁体リング１４０の階段状の内側壁１４２は、絶縁体リング１４０から本体１０８の切り欠いた上部周縁部１１０の第１の面１１４へ向かって下向きに延びる第１の部分１４３をさらに含むことができる。この第１の部分１４３は、約０．０２インチ〜１．００インチの長さ１４５を有することができる。階段状の内側壁１４２は、絶縁体リング１４０から本体１０８の切り欠いた上部周縁部１１０の階段状の第２の面１１５に沿って横向きに延びる第２の部分１４７をさらに含むことができる。この第２の部分１４７も、約０．０２インチ〜１．００インチの長さを有することができる。

絶縁体リング１４０は、絶縁体リング１４０の上部内縁の周囲に配置された棚部１４８をさらに含むことができる。絶縁体リング１４０の底面から棚部１４８までの厚みは、棚部１４８が誘電体部材１２４のリップ部１２５と同じ高さ又はこれよりも上に配置されるようなものとすることができる。絶縁体リング１４０の棚部１４８上にはエッジリング１４６を配置することができる。エッジリング１４６は、シリコン（Ｓｉ）などから加工することができる。エッジリング１４６の内縁１５４は、静電チャックの中心軸へ向かって内向きに延びて、誘電体部材１２４のリップ部１２５の上に載ることができる。エッジリング１４６の内縁１５４と誘電体部材１２４の間には、間隙１５５が存在することができる。

エッジリング１４６は、エッジリング１４６の上部内縁の周囲に配置された棚部１５８をさらに含むことができる。基板１０２の周縁部は、エッジリング１４６の棚部１５８内へ延びることができる。しかしながら、通常、棚部１５８は、基板１０２がエッジリング１４６と接触せず、誘電体部材１２４によって完全に支持されるように構成される。

任意に、絶縁体リング１４０の上面１５２上に第２のエッジリング１６８を配置することができる。この第２のエッジリング１６８は、シリコン（Ｓｉ）などから加工することができる。第２のエッジリング１６８は、絶縁体リング１４０をプラズマ及び／又は工程環境による劣化又は損傷から保護することができる。

ＥＳＣ１００の追加構成部品としては、本体１０８及び基部１２８の少なくとも一部を囲む第２の絶縁体リング１７０を挙げることができる。この第２の絶縁体リング１７０は、セラミック、石英、シリコン、シリコンカーバイドのうちの少なくとも１つから加工することができる。この第２の絶縁体リング１７０を基部１２８の下部部材１３２上に載置することができる。第２の絶縁体リング１７０は、本体１０８及び基部１２８の上部部材１３０を外側接地シェル１７２から電気的に絶縁することができる。接地シェル１７２は、第２の絶縁体リング１７０を囲むことができる。

以上、本明細書では、アーク放電を低減させた静電チャックの実施形態を提供した。本発明による静電チャックは、ＥＳＣの導電性部品間のアーク放電を有利に低減又は防止する。

上記の説明は、本発明のいくつかの実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他の及びさらなる実施形態を考案することもできる。

１００ 静電チャック
１０２ 基板
１０４ 電極
１０６ ＤＣ電源
１０７ 下面
１０８ 本体
１０９ 上面
１１０ 上部周縁部
１１１ 側壁
１１２ 穴
１１３ 第１の部分
１１４ 第１の面
１１５ 階段状の第２の面
１１６ 伝熱流体導管
１１７ 第２の部分
１１８ 伝熱流体源
１２０ 伝熱ガス導管
１２１ 点線
１２２ 伝熱ガス
１２４ 誘電体部材
１２５ リップ部
１２６ 留め具
１２７ リップ部の長さ
１２８ 基部
１３０ 上部部材
１３２ 下部部材
１３４ 第２の穴
１３６ バイアス電極
１３８ ＲＦ電源
１４０ 絶縁体リング
１４２ 階段状の内側壁
１４３ 第１の部分
１４４ 非線形境界面
１４５ 第１の部分の長さ
１４６ エッジリング
１４７ 第２の部分
１４８ 棚部
１５２ 絶縁体リングの上面
１５４ エッジリングの内縁
１５５ 間隙
１５８ 棚部
１６８ 第２のエッジリング
１７０ 第２の絶縁体リング
１７２ 外側接地シェル

Claims (15)

1. 本体を備えた静電チャックであって、前記本体が、前記本体の側壁に対して垂直な第１の面、及び前記第１の面と前記本体の上面の間に配置された階段状の第２の面により定められる切り欠いた上部周縁部と、前記切り欠いた上部周縁部の前記第１の面に沿って前記本体を貫いて配置された複数の穴とを有し、前記静電チャックが、
   前記本体を該本体の下に配置された基部に結合するための、前記複数の穴のそれぞれ１つの中に配置された複数の留め具と、
   上部に配置された基板を静電的に保持するための、前記本体の前記上面の上方に配置された誘電体部材と、
   前記切り欠いた上部周縁部の前記階段状の第２の面と噛み合ってこれらの間に非線形境界面を定める階段状の内側壁を有する、前記本体の周囲の前記切り欠いた上部周縁部内に配置された絶縁体リングと、
   前記絶縁体リング上に配置されたエッジリングと、
   をさらに備え、前記静電チャックにＲＦ電力が印加されたときに、前記非線形境界面が、前記エッジリングと前記留め具の間のアーク放電を制限する、
   ことを特徴とする静電チャック。
2. 前記誘電体部材の中に、１又はそれ以上のチャッキング電極がさらに配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記絶縁体リングの階段状の内側壁が、
   前記絶縁体リングから前記本体の前記切り欠いた上部周縁部の前記第１の面へ向かって下向きに延びる第１の部分と、
   前記絶縁体リングから前記本体の前記切り欠いた上部周縁部の前記階段状の第２の面に沿って横向きに延びる第２の部分と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記本体が、
   前記本体の下面に近接して配置された複数の伝熱流体導管、又は、
   前記本体の上面に近接して配置された複数の伝熱ガス導管、
   の少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 前記基部が、
   前記留め具を介して前記本体に結合された上部部材と、
   前記上部部材の下方に配置された下部部材と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
6. 前記上部部材が導電性材料を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の静電チャック。
7. 前記本体及び前記基部を囲む第２の絶縁体リングをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
8. 前記第２の絶縁体リングを囲む接地シェルをさらに備え、前記第２の絶縁体リングが、前記接地シェルを前記本体及び前記基部の少なくとも一部から電気的に絶縁する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の静電チャック。
9. 前記誘電体部材が、前記本体の上面に近接する前記誘電体部材を囲む、前記本体の上面の前記周縁部に延びるリップ部をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
10. 前記エッジリングの内縁が、前記誘電体部材の前記リップ部上に配置される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の静電チャック。
11. 前記エッジリングが、前記絶縁体リングの上部内縁に配置された棚部内に配置される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
12. 前記絶縁体リングの上面上に配置された第２のエッジリングをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の静電チャック。
13. 前記エッジリングが、該エッジリングの上部内縁の周囲に配置された棚部をさらに含み、前記静電チャックの前記誘電体部材上に基板が配置された場合、前記棚部が、前記基板の下に配置されるように構成され、前記棚部が、前記基板が前記静電チャック上に位置する場合、前記基板が前記棚部の上方に配置されるとともに前記エッジリングに接触しないようなサイズを有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
14. 前記本体が導電性材料を含むこと、
    前記絶縁体リングが石英を含むこと、又は、
    前記エッジリングがシリコン（Ｓｉ）を含むこと、
    のうちの１又はそれ以上を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
15. 各留め具がネジを含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電チャック。

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