JP2017518649A - 処理のために基板を支持する静電キャリア - Google Patents

Abstract

種々のプロセスを通して処理するために基板を支持するための静電キャリアが説明される。キャリアは、上側及び底側を有し且つ静電力を使用して誘電体プレートの上側において基板に取り付けられるように構成された誘電体プレートを有し、ベースプレートが誘電体プレートの裏側に連結される。電極が、ベースプレート上に形成され、誘電体プレートの上側と平行にベースプレートにわたって延在する。電極は、静電気帯電を有するように構成され、第１の帯電の電極が第２の帯電の電極の近くに配置されるように形成される。コネクタが、ベースプレートを通って電極まで延在し、電極を静電気帯電の電源に接続する。【選択図】図１Ｂ

Description

半導体チップ及び微小チップ（ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈｉｐ）は、通常、ウエハ、通常、シリコンウエハから始まって形成される。ウエハは、通常、円形で直径が約３００ｍｍであるが、他のウエハ形状も時々使用される。チップは、プラズマ堆積、気相堆積、フォトリソグラフィー、並びに研磨、機械加工、及び穿孔などの機械的なプロセスを含み得る、様々な異なる処理チャンバを使用してウエハの表面上に形成される。ウエハ上に形成される回路及び他の構成要素は、通常、非常に薄く、ウエハの厚さのほんの小さい部分のみを作り上げている。

半導体チップ及び微小チップをより小さく作るために、その上に能動回路が形成されるところの基板を形成するウエハの厚さを低減させる努力がなされている。ウエハの厚さを低減させる１つの方法は、回路がウエハの前側に形成された後で、裏側を研磨することである。別の１つの方法は、最初からより薄いウエハを使用することである。残念なことに、薄いウエハは容易に歪み、容易に壊れてしまう。歪み及び破壊を妨げるために、接着剤を使用して、厚いウエハが最初にガラス基板又はシリコン基板に接合される。接合の後で、ウエハの前側が、通常、機械的な研磨によってより薄くされる。その後、回路及び他の構成要素が、ウエハの前側に形成される。その後、最終的に薄くされたウエハが、基板から剥離される。

種々のプロセスを通して処理するために基板を支持するための静電キャリアが説明される。キャリアは、上側及び底側を有し且つ静電力を使用して誘電体プレートの上側において基板に取り付けられるように構成された誘電体プレートを有し、ベースプレートが誘電体プレートの裏側に連結される。電極が、ベースプレート上に形成され、誘電体プレートの上側と平行にベースプレートにわたって延在する。電極は、静電気帯電を有するように構成され、第１の帯電の電極が第２の帯電の電極の近くに配置されるように形成される。コネクタが、ベースプレートを通って電極まで延在し、電極を静電気帯電の電源に接続する。

本発明の実施形態は、限定を目的としない例示的な実施例として添付図面で示される。

本発明の一実施形態による、静電基板キャリアの断面図である。 本発明の一実施形態による、静電基板キャリアの分解等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアの断面図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアの分解等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアの断面図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアの分解等角図である。 本発明の第４の一実施形態による、静電基板キャリアの断面図である。 本発明の第４の一実施形態による、静電基板キャリアの分解等角図である。 本発明の一実施形態による、基板及び基板キャリアを固定させるためのチャックアセンブリを含むプラズマエッチシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第２の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の第３の一実施形態による、静電基板キャリアを製造し且つ使用する一工程段階の等角図である。 本発明の一実施形態による、本明細書で説明される基板キャリアの何れかと共に使用されるのに適切な電極パターンの平面図である。 本発明の一実施形態による、本明細書で説明される基板キャリアの何れかと共に使用されるのに適切な第２の電極パターンの平面図である。 本発明の一実施形態による、本明細書で説明される基板キャリアの何れかと共に使用されるのに適切な第３の電極パターンの平面図である。 本発明の一実施形態による、本明細書で説明される基板キャリアの何れかと共に使用されるのに適切な第４の電極パターンの拡大されたセクションを含む平面図である。 本発明の一実施形態による、本明細書で説明される基板キャリアの何れかと共に使用されるのに適切な第５の電極パターンの拡大されたセクションを含む平面図である。 本発明の一実施形態による、基板及び基板キャリア上の静電力の側面断面図である。

以下の説明では、数多くの詳細が説明されるが、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者に明らかである。ある場合では、本発明を不明瞭にすることを避けるために、周知の方法及び装置については、詳示せず、ブロック図で示している。本明細書全体を通じて、「ある１つの実施形態」、「１つの実施形態」への参照は、該実施形態と関連して記載される特定の特徴、構造、機能、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な場所で見られる「ある１つの実施形態」又は「１つの実施形態」という語句は、必ずしも本発明の同じ実施形態を参照するものではない。更に、特定の特徴、構造、機能、又は特性は、１以上の実施形態において、任意の適切な方法で結合され得る。例えば、第１の実施形態は、第２の実施形態と結合されて、２つの実施形態に関連する特定の特徴、構造、機能、又は特性は、相互に排他的なものではない場合がある。

本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」という単数形は、文脈において明らかに示されている場合を除き、複数形を含むことを企図している。本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、関連付けられた列挙項目の１以上の任意の且つ全ての潜在的な組み合わせを指し、包含することも理解されるだろう。

「連結され」及び「接続され」という用語は、それらの派生形と共に、構成要素間の機能的又は構造的な関係性を説明するために、本明細書で使用され得る。これらの用語は、互いに同義語であることが企図されないことが理解されるべきである。むしろ、特定の実施形態では、「接続され」は、２以上の要素が互いに直接的に、物理的、光学的、又は電気的に接触していることを示すために使用され得る。「連結され」は、２以上の要素が（それらの間に介在する他の要素を伴って）互いに直接的に又は間接的に、物理的、光学的、又は電気的に接触していること、及び／又は２以上の要素が互いに協働若しくは相互作用する（例えば、影響を及ぼす関係のように）ことを示すために使用される。

「上方（ｏｖｅｒ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」、及び「上（ｏｎ）」という用語は、本明細書で使用される際に、それらの物理的な関係性が特筆すべきものであるところの、他の構成要素又は層に対する１つの構成要素又は材料層の相対的な位置関係を指す。例えば、材料層の文脈では、別の１つの層の上方又は下に配置された１つの層は、他の層と直接的に接触しており又は１以上の介在する層を有し得る。更に、２つの層の間に配置された１つの層は、２つの層と直接的に接触しており又は１以上の介在する層を有し得る。対照的に、第２の層の「上の」第１の層は、第２の層と直接的に接触している。類似の区別が、構成要素アセンブリの文脈でも行われ得る。

本説明は、半導体又はシリコンウエハを支持するための半導体キャリア又はシリコンキャリアの文脈において提示されるが、本発明はそれらに限定されるものではない。ウエハキャリアは、ガリウムヒ素、ニオブ酸リチウム、ガラス及びセラミックなどのアモルファス誘電体を含む、様々な異なる他のタイプの基板を支持するために使用され得る。したがって、ウエハキャリアは、様々な目的に適合され得る基板キャリアである。

薄いウエハと静電的に接合されるウエハキャリアが製造され得る。静電的な接合は、ウエハをキャリアに固定する静電気帯電を中性化することによって、電気的に解除され得る。これは、接着剤の接合を解除するときにもたらされ得る、応力、汚染、及び潜在的な損傷を避ける。静電的なウエハキャリアは、埋め込まれた導電性電極を有する固い誘電体基板を使用して作られ得る。電極は、幅及びフィンガの間の間隙が変動する、互いに噛み合った（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）メッシュを形成する。キャリアの厚さは、およそ１ｍｍであり、直径はウエハよりも少し大きく、例えば、およそ３０１ｍｍであり得る。

使用される際に、ウエハは、先ず、ウエハキャリア上に配置される。その後、キャリアは、埋め込まれた電極の両端子間に高電圧を印加することを通して、制御ユニットによって帯電される。印加された電圧は、ウエハとキャリアの間に局所的なバイポーラ静電引力を生成し、ウエハとキャリアの静電的に接合された積み重ね（ｓｔａｃｋ）をもたらす。そのようなウエハキャリアは、任意の更なる電圧の印加なしに、十日を超える十分に長い期間の接合を維持することができる。接合された積み重ねは、あたかも単一ウエハであるかのように取り扱われ、任意の関連する半導体又は微小（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）処理ステップを経験し得る。この取り扱いは、真空チャック又は静電チャックによって、様々な処理チャンバの中へ且つ外へ搬送されることを含み得る。

概して、ウエハとキャリアの間の静電接合強度は、導電性材料に対して最も強く、絶縁材料に対して最も弱い。しかし、電極配置及び帯電アルゴリズムは、十分な接合を可能にする材料の各々の種類に対して、本明細書で説明されるように最適化され得る。接合の耐久性は、高静電容量シート材料をキャリアの中へ組み込み、キャリアによって蓄えられる帯電量を増加させることによって、増加され得る。

ウエハキャリアは、様々な異なる方法で強化され得る。一実施例として、疎水性コーティングが、キャリアの外面に塗布され、液体が接合インターフェースに入らないことを保証し得る。液体は、静電気帯電を中性化し得る。例えば、疎水性コーティングは、湿式化学適合性（ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を必要とする用途で使用され得る。

細密に研磨された窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、又は類似のセラミック誘電体基板が使用されて、平坦を維持しボイド（ｖｏｉｄ）を妨げ得る。例えば、窒化アルミニウムは、高誘電率並びに非常に優れた化学抵抗性及び熱抵抗性を有する。これは、研磨によってウエハを薄くする場合などの、強い張力及びせん断力に接合されたウエハが晒されるような用途において特に有用である。ＡＩＮセラミック誘電体は、ＰＶＤ（プラズマ気相堆積）、ＣＶＤ（化学気相堆積）、及びエッチ処理などの、温度に対して非常に敏感なプロセスに、接合されたウエハが晒されるような用途において有用な、優れた熱伝導性も提供する。

ウエハキャリア内に埋め込まれ得る、様々な異なる電極配置及び電極形状が本明細書で説明される。電極は、種々の用途に対して強い接合強度及び帯電搬送パラメータ（ｃｈａｒｇｅ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を提供するように最適化され得る。電極は、ポリイミド、酸化物、窒化物などの更なるコーティング、又は層及びコーティングの任意の他の組み合わせを有する、ウエハに対して最適化され得る。ガラス及びエポキシなどの絶縁材料が接合に対して使用される場合に、異なる最適化が用いられ得る。ウエハは、シリコン、ニオブ酸リチウム、ガリウムヒ素、又は任意の様々な他の材料から作られ得る。キャリアは、他のタイプの基板を支持するためにも使用され得る。キャリアの特定のデザイン及び形状が、種々のタイプの基板に適するように適合され得る。

図１Ａは、一実施形態によるウエハキャリアの一部分の断面図である。キャリアはウエハキャリアと呼ばれるが、本発明はそれに限定されるものではない。キャリアは、様々な異なるタイプの基板を静電的に引き付け、且つ、支持するために使用され得る。このウエハキャリアは、全てが窒化アルミニウムの二要素本体を有する。窒化アルミニウムは、高誘電率及び低熱膨張係数を有するセラミック材料である。ウエハキャリアは、上側セラミック本体１０２及び下側ベースプレート１０４を有する。一連の電極１０６は、ベースプレート上に形成され、コネクタ１０８が電極を外部の電源に接続する。

上側の誘電体プレート１０２は、電極１０６によって生成された電界を使用して、（図示せぬ）シリコン又は他のタイプのウエハに静電的に取り付けられるように構成される。ベースプレートは、誘電体プレートに固定され、両者は通常円形であり、ほぼ同じサイズを有する。上述のように、プレートは、該プレートが支持するように設計されているウエハと、ほぼ同じサイズを有する。３００ｍｍのウエハに対して、プレートは約３０５ｍｍであり得る。４５０ｍｍのウエハに対して、プレートは約４５５ｍｍであり得る。

図１Ｂは、図１Ａの二要素ウエハキャリアの分解等角図である。上述のように、上側の誘電体プレートは滑らかな上面を有するように示されており、そのキャリア面は研磨され得る。その後、任意選択的に（図示せぬ）隆起が上面の上方に形成され、上側プレートとウエハとの間の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を提供する。上面の特定の構成及び形状が、このウエハキャリアが支持するところの様々な異なるウエハに適するように適合され得る。

ベースプレート１０４は、セラミックベースプレート１０４の上方に形成された、電極１０６の２つの組を有する。電極の２つの異なる組は逆の帯電を有し、それによって、第１の電極が正の帯電を有し、第２の電極が負の帯電を有し、その逆もあり得る。示されているように、電極は、一方の極のための長いフィンガ１１０Ａ及び他方の極のための長いフィンガ１１０Ｂにおいて延在する。電極面をわたってフィンガの２つの組が交互に延在し、それによって、ウエハは、誘電体プレート１０２の面にわたる正の電界と負の電界との間の変動を経験する。したがって、電極のこれらのフィンガは、ベースプレートの面にわたって互いに噛み合っている。

電極を有するベースプレートは上側プレートに接合され、それによって、電極は、上側プレートに接近し、隣接しさえする。その後、電極は、上側プレート内で静電界を誘導することができる。上側プレートは薄く作られ、それによって、静電界は、上側プレートを通して、二要素キャリアによって支持されるウエハへ印加され得る。電極は、それらが保護されるところの２つのピース内に埋め込まれる。電極は、ベースプレートを通してベースプレートの下部からベースプレートの上部の電極へ至るコネクタ１０８を介して、アクセス可能である。

図２Ａは、上側の誘電体プレート２０２が図１Ａのようにセラミックであるところのウエハキャリアに対する代替的な構成を示しているが、ベースプレートは、共にサンドウィッチされる２つの異なる材料から形成された２つの異なるピースから形成されている。ベースプレート２０４は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はポリイミドなどの誘電体材料の第１のピースから形成された上側部分２２２、及びベアシリコン又はガラスなどの誘電体非導電性材料の第２のピースから形成された底側部分２２４を有する。電極２０６のパターンは、ベースプレート上に形成される。示されている実施例では、電極がベースプレートの上側部分２２２に形成され、コネクタ２０８が、ベースプレートの両方のピースを通して、電極を外部の電源に接続する。これは、電極が、キャリアに支持されるウエハにでき得る限り近付くことを可能にする。

図２Ｂは、図２Ａのウエハキャリアの３つの部分の分解等角図である。示されているように、上側の誘電体プレート２０２は、窒化アルミニウムなどのセラミックから形成されるが、それに限定されるものではない。ベースプレートの上側部分２２２は、シリコン、ポリイミド、又はガラスなどのアモルファス材料から形成される。電極、すなわち正の電極２１０Ａ及び負の電極２１０Ｂの両方は、ベースプレートの上側部分の上方に形成される。電極パターンは、図１Ｂのものと同じであるが、他のパターンがこの実施形態及び任意の他の実施形態で使用されてもよい。これらは、スピンコーティング、めっき、スクリーン印刷、又は任意の他の方法で形成され得る。

その後、底側ピース２２４は、上側ピースに接合され、単一のベースプレート２０４を形成し、その後、それは誘電体プレート２０２に固定される。これは、図２Ａの断面図で示されているサンドウィッチ構造を形成する。代替的に、ＡＩＮ上側プレートは、ベースプレート及び電極の上方に配置され得る。図２Ａの例示的なウエハキャリアは、ベースプレートの上側プレートがシリコン又はポリイミド材料から形成されるので、構築するのがより容易になり得る。これは、電極をベースプレートに付けるために、標準的な半導体処理技術が使用されることを可能にする。標準的な半導体処理を行った後で、セラミックベースプレートが、ベースプレート及び電極の上方に取り付けられ又は形成され、支持されるべきウエハに取り付けられ得る。

図３Ａは、ウエハキャリアの別の１つの代替的な実施態様の側面断面図である。誘電体プレート３０２は、ベースプレート３０４によって支持される。ベースプレートは、４つのピースから作られる。ベースプレートの上側プレート３２２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリイミド、又は図２Ａの実施例のような任意の様々な他の材料から形成され得る。ベースプレートの上側部分は、電極３０６を支持する。ベースプレートの底側部分３２４も、ベアシリコン又はガラス材料から形成され得る。コンデンサ部分３２６が、ベースプレートの上側ピース及びベースプレートの下部ピースの間に組み込まれる。この組み込まれたコンデンサは、ウエハキャリアが、より長い時間において静電気帯電を有することを可能にする。

この構造を使用して、電極３０６の静電気帯電は、更なる電荷を電極に印加することなしに、数日の間ウエハを支持することができるだろう。図３Ａの電極は、誘電体プレートの下方に形成され、ベースプレートを通るコネクタ３０８によって外部電源に接続される。

図３Ｂは、図３Ａのウエハキャリアの分解等角図である。ここで、ベースプレート３０４のピース３０２、３２２、３２６、３２４の各々が示されている。誘電体上側プレート３０２は、電極３１０Ａ及び３１０Ｂを有するポリマー上側ピース、コンデンサピース３２６、並びに下部ピース３２４を含む、ベースプレート３０４の上方に取り付けられ又は堆積される。

図４Ａは、キャリアウエハの更なる代替的な実施態様を、部分断面側面図として示している。セラミック上側プレート４０２が、ベースプレート４０４に取り付けられる。ベースプレートは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はポリイミドのピースから形成された上側部分４２２を含む。電極４０６は、ベースプレートの上側部分上に形成された。これらは、ベースプレートがウエハキャリアの誘電体プレートに取り付けられたときに、誘電体プレートと接触又は近接する。電極は、外部電源に対するコネクタ４０８によって電力供給される。

図３Ａの実施例のように、図４Ａの断面図も、組み込まれたコンデンサ４２６を含む。しかし、この場合に、組み込まれたコンデンサは、ベースプレートのポリマー上側部分又は上側部分４２２とベースプレートの底側部分４２８との間でサンドウィッチされる。図３Ａの実施例のようなベアシリコン又はガラスプレートは存在しない。

図４Ｂは、ベースプレート４０４の３つのピースを示す分解等角図である。正の電極４１０Ａ及び負の電極４１０Ｂは、ベースプレートの上側部分の上方に形成される。図１Ｂ、図２Ｂ、及び図３Ｂの実施例のように、正の電極４１０Ａは、ウエハキャリアのベースプレートの上側部分上の表面にわたる円弧から延在する平行なフィンガを有する大きな周縁円弧の形態に形作られている。同様に、負の電極４１０Ｂも、上側プレートの周縁に延在する。示されているように、正に帯電した電極は、上側プレートの周縁の半分の周りで延在し、一方、負に帯電した電極は、上側プレートの周縁の他の半分の周りで延在する。その後、両方の電極は、上側プレートの表面にわたって延在する電極の平行なフィンガと接続する。これらのフィンガは、適所で交互に配置され、それによって、正の電極のフィンガは負の電極の２つのフィンガの間にあり、またその逆でもある。電極の交互のフィンガは、以下でより詳細に説明されるように、静電的にウエハを保持するための重要な利点を有する。

図１Ａから図４Ａまでの電極は、ベースプレートの表面にわたる極において互いに噛み合い、且つ、交互になっている電極の平行な配線として示されている。電極は、様々な他の形状において形成され得る。電極の特定の形状は、任意の特定の実施態様に適するように適合され得る。様々な異なる電極の形状が、本明細書で説明される。これらの形状の任意の１以上は、本明細書で示される異なる構造のうちの何れかに適合され、望ましい完全なキャリアウエハデザインを達成し得る。

図５は、低温化学気相堆積のため又は様々な他の目的のためにプラズマエッチに対して使用され得る、ウエハ処理システム５００の概略図である。該システムは、本発明の一実施形態による、チャックアセンブリ５４２を含む。処理システム５００は、全てが米国カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ社によって製造されている、Ｅｎａｂｌｅｒ（米国登録商標）、ＤＰＳＩＩ、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ（米国登録商標）Ｇ３、Ｅ‐ＭＡＸ（登録商標）、Ａｘｉｏｎ、Ｏｒｉｏｎ、又はＭｅｓａＣＩＰチャンバなどの、当業界で知られている任意のタイプのチャンバであり得るが、それらに限定されるものではない。他の購入可能な処理チャンバが、同様に、本明細書で説明されるチャックアセンブリを利用し得る。例示的な実施形態が、プラズマエッチシステムの文脈で説明される一方で、本明細書で説明されるチャックアセンブリは、他の製造プロセスを実行するために使用される他の処理システム（例えば、プラズマ堆積システムなど）にも適合され得る。

処理システム５００は、接地されたチャンバ５０５を含む。処理ガスが、チャンバに連結されたガス源５２９から流量コントローラ５４９を通ってチャンバ５０５の内部へ供給される。チャンバ５０５は、高容量真空ポンプスタック５５５に連結された排気バルブ５５１を介して排気される。プラズマ出力がチャンバ５０５に印加されたときに、プラズマが、加工対象物５１０の上方の処理領域内に生成される。プラズマバイアス電力５２５が、チャックアセンブリ５４２の中へ接続され、プラズマに電圧を印加する。プラズマバイアス電力５２５は、２ＭＨｚから６０ＭＨｚまでの範囲内にあり得る。プラズマバイアス電力５２５は、出力導管５２８を介して（図示せぬ）下側電極に接続されている。第２のプラズマソース電力５３０又は同じソースのブランチが、プラズマ生成要素５３５に接続され、高周波数ソース電力を提供し、誘導的に又は容量的にプラズマに電圧を印加する。プラズマソース電力５３０は、５００ＭＨｚと５８０ＭＨｚとの間などの、プラズマバイアス電力５２５よりも高い周波数を有し、例えば、５６２ＭＨｚの帯域であり得る。

加工対象物５１０が、開口部５１５を通して積み込まれ、チャンバ内のチャックアセンブリ５４２に固定される。キャリアに接合された半導体ウエハなどの加工対象物５１０は、任意のタイプのウエハ、基板、又は本明細書で説明される任意の様々なウエハキャリア及びその変形例に接合された他の材料であり得る。加工対象物５１０は、誘電体層５４５の上面、又はチャックアセンブリの冷却ベースアセンブリ５４４の上方に配置されたチャックアセンブリのパック上に配置される。（図示せぬ）クランプ電極が、誘電体層５４３内に埋め込まれる。クランプ電極は、静電力を提供してウエハを誘電体パック５４５に固定し、電源５７９によって駆動される。

システムコントローラ５７０は、様々な異なるシステムに接続され、チャンバ内の製造プロセスを制御する。コントローラ５７０は、温度制御アルゴリズム（例えば、温度フィードバック制御）を実行する温度コントローラ５７５を含み、ソフトウェア若しくはハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの両方の組み合わせの何れかであり得る。システムコントローラ５７０は、中央処理装置５７２、メモリ５７３、及び入力／出力インターフェース５７４も含む。温度コントローラは、チャックのセンサ５４３から読める温度を受信する。温度センサは、冷却チャネルに近接し、ウエハに近接し、又はチャックの誘電体材料内に配置され得る。温度コントローラ５７５は、感知された１以上の温度を使用して、チャックアセンブリ５４２と、加熱器電源５７６及び熱交換器５７７などのプラズマチャンバ５０５の外部にあるヒートソース及び／又はヒートシンクとの間の熱伝達率に影響を与える制御信号を出力する。加熱器電源は、電流を提供して、チャックアセンブリ５４２内の（図示せぬ）１以上の加熱器を駆動する。

システムは、温度フィードバックループに基づいて制御される流れを有する、制御された熱伝達流体ループ５４１も含み得る。例示的な実施形態では、温度コントローラ５７５が、熱交換器（ＨＴＸ）／冷却装置５７７に接続される。熱伝達流体は、熱伝達流体ループ５４１のバルブ５８１によって制御される速度において、該バルブを通って流れる。熱伝達流体は、チャンクアセンブリ５４２内の導管を通って流れ、その後、ＨＴＸ５７７に戻る。熱伝達流体の温度は、ＨＴＸによって低減され、その後、流体は、ループを通ってチャックアセンブリに戻される。

ＨＴＸ５７７とチャックアセンブリ５４２内の流体導管との間にあるバルブ５８１（又は他の流量制御装置）は、温度コントローラ５７５によって制御され、流体ループへの熱伝達流体の流量を制御し得る。温度コントローラ５７５、温度センサ５４３、及びバルブ５８１は、全て個別の構成要素として示されているが、それらは、構造及び動作を単純化するために結合され得る。実施形態では、熱伝達流体が流体導管から戻った後で、熱交換器が、熱伝達流体の温度を感知し、流体の温度及びチャンバ５０５の動作状態に対する望ましい温度に基づいて、熱伝達流体を冷却する。電気加熱器が、チャックアセンブリ内で使用されて、熱をチャックアセンブリに加える。

圧縮されたガス供給又はポンプ及びガスリザーバなどの裏側のガス源５７８が、流量メータ５８５又は他のタイプのバルブを通してチャックアセンブリに連結される。裏側のガスは、チャンバの処理に影響を与えることなしに、ウエハとパックとの間の熱伝導を提供する、アルゴン又は任意のガスであり得る。ガス源は、システムが接続されるところのシステムコントローラ５７０の制御の下で、チャンクアセンブリのガス出口を通ってガスをウエハの裏側へ送り込む。

図６Ａから図６Ｄは、図１Ａの実施例に対して示されたキャリアウエハを構築する一実施例を示している。図６Ａでは、窒化アルミニウムプレートなどのセラミックプレート６０２が、固い基板及び絶縁体のように機械加工されている。プレートは、プレートがウエハを支持するように設計されたところのウエハに適するように適合された外側面を有する。通常、ウエハは、直径がおよそ３００ｍｍであり、したがって、セラミックプレートは、同様なサイズであるか又はわずかにそれより大きい。プレートは、非常に薄く、セラミック材料の性質及び構造に応じて、例えば、１ｍｍであり得る。

図６Ｂでは、セラミックプレート６０２が、銅、チタニウム、アルミニウム、又は他の導電性材料でめっきされ、電極６０４Ａ、６０４Ｂを形成する。種々の金属を含む様々な異なる材料が、望ましい特性に応じて使用され得る。図６Ｂの実施例では、電極が、正の電極を形成する銅の第１の半円６０４Ａ及び負の電極を形成する銅の第２の半円６０４Ｂとして形成される。ある実施形態では、銅が先ずセラミック上にめっきされ、その後、従来の金属パターニング技術を使用してパターニングされる。本明細書で説明された電極の形状の任意の１以上が、金属をパターニングすることによって形成され得る。

図６Ｃでは、更なるパターニングが行われた。これは、例えば、図１Ｂで又は任意の他の望ましい形状で示されるように、互いに噛み合った電極を形成するために使用され得る。示されている実施例では、接触点６０６が、セラミックプレートに付けられ、電極が外部の電源に接続されて、電極に電荷を印加することを可能にする。

図６Ｄでは、セラミックプレートなどの上側の誘電体プレート６０８が、図６Ｃのベースプレート６０２上に接合されている。この完成したウエハキャリアは、デバイスウエハ６１２を完成したウエハキャリア６１０に静電的に取り付けるために使用され得る。外部の電源コントローラ６１４が使用されて、電極に静電荷を印加し得る。これは、矢印６１６によって示されているように、デバイスウエハをウエハキャリア上に引き下ろす。

図７Ａから図７Ｇは、デバイスウエハキャリアを形成するための代替的なプロセスを示している。図７Ａでは、シリコンウエハ７０２が、窒化アルミニウムプレートの代わりに最初の開始点として使用される。図６Ａのセラミックプレート６０２と同様に、このシリコンウエハ７０２は、シリコンウエハ７０２がデバイスウエハを支持するところのデバイスウエハと、ほぼ同じサイズであるか又はそれよりもわずかに大きい。シリコンの代わりに、ポリイミドガラス強化基板、ガラス基板、又は更にセラミック基板などの様々な他の材料が使用され得る。シリコンウエハは、０．７ｍｍの薄さであり得るが、ウエハの特定の厚さは、任意の特定の実施態様に適するように適合され得る。

図７Ｂでは、ウエハが、レーザ又は機械的な穿孔によって穿孔される。これは、電気的なコネクタのための接触点７０６を形成する。電極は、これらのコネクタに接続され得る。

図７Ｃでは、例えば、スパッタリング、電気めっき、プラズマ気相堆積、又は任意の様々な他の技術によって、アルミニウム、銅、チタニウム、他の金属、又は導電性材料がシリコンウエハの上方に付けられる。図７Ｄでは、シリコンウエハの上方に形成された金属層７０４がパターニングされ、少なくとも２つの電極７０８Ａ、７０８Ｂを形成する。これらの電極は、左側及び右側へと示され、又は本明細書の他の実施形態で説明されたようなより複雑な形状として示されるようにパターニングされ得る。

図７Ｅでは、プラズマ気相堆積スパッタリングが使用され、窒化アルミニウム又は別の誘電体材料の上側層７１４を、電極の上方に付けてもよい。図７Ｆでは、誘電体７０２の上面７１４が研磨されて、表面形状を形成し得る。その後、ウエハキャリア７１０が、シリコンベースプレート７０２、電極７０８Ａ，７０８Ｂ、及び上側の誘電体層７１４を用いて形成される。図７Ｇでは、デバイスウエハ７２０が、コントローラ７２２を使用して完成したウエハキャリアに取り付けられ、接触点７０６を介して静電力を電極に加え得る。これは、矢印７２４によって示されるように、ウエハを誘電体プレートに向けて引き下ろし、ウエハが取り付けられ得る。

図８Ａから図８Ｆは、図１Ａから図４Ａまでの任意の１以上のウエハキャリアを製造するための、更なる代替的なプロセスの流れを示している。このウエハキャリアは、上述されたような様々な異なる材料の複数の層又はピースから形成され得る。ある実施形態では、接着接合、又はボルト、リベット、若しくはネジなどの機械的なファスナを使用して、上側の誘電体プレートが、ベースプレートの上方に取り付けられる。しかし、図８Ａから図８Ｆまでの実施例では、上側の誘電体プレートが、化学気相堆積によってベースプレートの上方に形成される。

図８Ａでは、最初のベースプレート８０２が使用される。このプレートは、セラミック、ポリイミド、シリコン化合物、ベアシリコン、ガラス、又は任意の様々な他の材料から作られ得る。プレートは、先ず、レーザ穿孔、ミリング、又はエッチングによって準備され、一連の接触孔８０４を形成する。図８Ｂでは、ベースプレート８０２の上面が、二酸化ケイ素などの誘電体材料で覆われる。これは、例えば、ＴＥＯＳ（テトラオルトケイ酸塩）又は任意の様々な他の材料の、化学気相堆積を使用して行われ得る。

図８Ｃでは、その後、ベースプレートの上面が、金属層８０８で覆われる。チタニウム又は銅のプラズマ気相堆積が、それと共に使用され得る。代替的に、ＥＣＰ（電気機械銅めっき）が使用されて、誘電体層８０６の上方に金属層８０８が堆積され得る。この層は、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの任意の望ましい方式の研磨によって仕上げられ得る。

図８Ｄは、金属層の上方に形成されたフォトレジストマスク８１０を示している。このフォトレジストマスクは、その後、デベロップされ（ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ）、湿式エッチングされ、望ましい電極のパターンを形成する。図８Ｄの例示的な断面図では、電極が、ベースプレートの上側にわたる一連の直線的な配線として現れている。しかし、上面図から見た特定の形状は、かなり複雑なものになり得る。本明細書で説明される任意の電極パターンは、フォトリソグラフィーによって形成され得る。

図８Ｅでは、更なる化学気相堆積が使用されて、フォトレジストが除去された後に、銅電極パターンの配線の間に誘電体８１２の層が付けられる。誘電体は、電極の両端子間に電荷が印加されたときに、電極の各々を互いから電気的に孤立させる。図８Ｆでは、窒化アルミニウムのプラズマ気相堆積によって、電極の上方に上側の誘電体層８１４が形成される。図８Ａから図８Ｆで示された製造は、ウエハキャリアが、従来の半導体処理技術を使用して、従来のプラズマエッチチャンバ内で形成されることを可能にする。

支持されるウエハの性質及びウエハに加えられる力に応じて、様々な異なる電極の形状が使用され得る。図９は、ベースプレート９０２が、ベースプレートの上側円形面の一端から円形ベースプレートの他端への直径によって二等分されている、単純な電極の形状を示している。第１の電極９０４は、ベースプレートの上面の円の一方の半分を占め、第２の電極９０６は、他方の半分を占めている。これは、一方の電極が正の帯電を有し、他方の電極が負の帯電を有することをもたらす。電極の間にはスペース９０８が存在し、それは、静電エネルギーが２つの電極に印加された後で、電極がそれらの帯電を有することを可能にする。この単純なデザインは、様々な物理的攪乱にもかかわらずデバイスウエハを支持するのに十分である。

図１０は、ベースプレート１００２が第１の電極１００４及び第２の電極１００６を有するところの、より複雑な形状を示している。ベースプレート１００２は、未だ、半分に分割されているが、電極は、半円の円弧の経路を形成し、それらは、ベースプレート１００８の中心の周りで同心状になっている。第１の電極の円弧は、第２の電極の円弧によって取り囲まれ、それによって、ベースプレート１００２の周縁端からベースプレートの中心へ向かって、電極の円弧が正から負へと交互になって進んでいる。これらの同心状の半円弧は、ベースプレートの全体表面を覆い、交互の半円として互いに噛み合っている。

図１１は、上側プレート１１０２が２つの電極１１０４と１１０６を有するところの、代替的な実施形態を示している。図２Ｂの実施例のように、電極は、ベースプレートの一方の側からベースプレートの他方の側へわたり、ベースプレートを横断する平行なフィンガを形成する、互いに噛み合った配線として配置されている。しかし、図１１の実施例では、円形のベースプレートが、再び、二等分され、又は２つの半円へと半分に分割されている。一方の半円では、互いに噛み合った電極が、第１の方向において配置されており、他方の半円では、互いに噛み合った電極が、第１の方向に対して９０度の垂直な方向において延在する。図１１で示されているように、円形のベースプレートの左半分は、シート上で示されているように水平な電極を有し、ベースプレート１１０２の右半分は、垂直な電極を有している。これは、正の電極と負の電極との間の交互の配置が、プレート表面にわたってより効果的になることを可能にする。加えて、方向における変化は、ウエハキャリアをわたるウエハの水平な移動に対して更に抵抗する。ページで示されているように、水平な電極は、ウエハのページの上下への移動に抵抗し、一方、垂直な電極は、横から横へのウエハの移動に抵抗する。電極の方向の交互の配列は、ウエハキャリアをわたるウエハの任意の移動に対するより大きな抵抗を提供する。

図１２は、電極の方向における垂直な変化が、非常に細かいピッチの電極パターンへ広げられたところの、ペースプレート１２０２の一部分を示している。図１２の実施例では、ベースプレート１２０２の上側の円形状の面が、矩形ブロックの格子へと分割されている。各ブロックは、水平な又は垂直な方向の何れかにおいて配置された、電極の細かいパターンを有している。各ブロックは、正又は負のいずれかである。シーケンス内のブロックは、方向、極性、又はそれらの両方において交互である。

示されているように、ベースプレートの一端に近い一部分は、第１のブロック１２０４、第２のブロック１２０６、及び第３のブロック１２０８の垂直なシーケンス又はコラムを有している。これらのブロックは、全て、水平な電極１２１０であるが、極性において交互になっている。次のコラムでは、３つのブロック１２１２、１２１４、及び１２１６が、垂直な電極を有し、帯電においても交互である。垂直な電極のこれらのブロックは、水平な電極のブロックに隣接し、すぐ隣に配置されている。電極のパターン内のブロックの全体の表面にわたる、水平な電極と垂直な電極との間の交互のパターンは、ウエハ上の移動力に対する抵抗が、より細かいパターンで生成されることを可能にする。これは、そのような移動力に対抗してウエハ上に拘束されるキャリアの能力を高める。

図１２の電極のパターンが、例えば、図１Ｂのものよりも細かくなっているように、本明細書で示される他のパターンの何れも、特定の実施態様に応じて、より細かく又はより粗く作られ得る。本明細書で説明されるフォトリソグラフィー技術を使用して、銅、チタニウム、モリブデン、又は他のタイプの電極の非常に細かいパターンが形成され得る。

図１３は、本明細書で説明される直線的な又は円弧形状の電極の何れかに適用され得る、電極の更なる変形例を示している。各電極１３０２は、電極の直線的な広がりから異なる方向へ延伸するところの、一連のスパー（ｓｐｕｒ）又はスタブ（ｓｔｕｂ）を有する。これらのスパーは、上向き１３０６及び下向き１３０４の両方へ延在する。同様に、反対の極性を有する最も近い次の電極１３１０は、下向きに延在するスパー１３１２及び上向きに延在するスパー１３１４を有する。上側の電極の下向きに延在するスパー１３１２は、下側の電極１３０２の上向きに延在するスパー１３０６の間に延在する。

結果として、直線的な電極１３０２、１３１０の交互に配置された極性に加えて、スパー１３１２は、同様に極性において交互に配置されたスパー１３１２、１３０６のより複雑な互いに噛み合ったパターンを提示する。これらのスパーは、直線的な電極の主要な配線に垂直な方向又は角度方向の何れかにおいて延在し得る。例示的な実施例では、スパーが垂直な方向から約３０度だけオフセットされるが、直線的な電極からのスパーの特定の角度は、任意の特定の実施態様に適するように適合され得る。この互いに噛み合ったスパーのパターンは、静電的なウエハキャリアが、それが支持するウエハに対して加えられる力に抵抗することを可能にする、正及び負の帯電における更なる変形例を生成する。

図１４は、ウエハ１４０２を支持するウエハキャリア１４０４を示している。この単純化された断面図では、ウエハキャリアが、正の電極１４０６と負の電極１４０８を有している。正の電極１４０６は、ウエハにおいて負に帯電した領域１４１０を生成し、ウエハをウエハキャリア上に固定する。同様に、負に帯電した電極１４０８は、ウエハにおいて正に帯電した領域１４１２を生成する。大きな矢印１４１４によって示されているように、大きな移動力がウエハの端部に加えられ、ウエハをウエハキャリアから離れるように移動させるならば、この力は、正の電極１４０６とウエハの負の領域１４１０によって表される静電気帯電によって抵抗を受ける。図で示されているように、ウエハが左側の方向へ移動される際に、逆向きの力１４１６が、反対方向において生成される。この逆向きの力は、電極とウエハの逆に帯電した領域との間の、矢印１４２０によって示されている、引力によるものである。

更に、負の電極１４０８とウエハ１４０２の負に帯電した領域１４１０との間に反発力１４２２が存在する。キャリアとウエハとの間の反発力と同様にウエハキャリアとウエハとの間の引力が、ウエハをその元の位置へと戻すように押し、移動力を有するウエハを元に戻すのに役立つ。ウエハの正の領域と負の領域の数を増加させることによって、元に戻す反発力１４２２の数を増やすことができる。各領域の帯電の量は増やされないが、領域の数と結果としての反発力が増加される。したがって、ベースプレートの全体の表面にわたる細かいパターンは、例えば、図９で示されたような二分割された半円のパターンよりも効果的に、移動力１４１４に反発するのに役立つ。

上記の説明は、限定ではなく例示を意図するものであることを理解されたい。例えば、図面中のフロー図には、本発明のある実施形態で実施される工程の具体的な順番が示されているが、そのような順番が要求されている訳ではない（例えば、代替的な実施形態においては工程は異なる順番で実施されたり、ある工程が組み合わされたり、ある工程が重複したりし得る）ことは、理解されるべきである。更に、上記の記載を読み且つ理解すれば、多くの他の実施形態が、当業者にとって明らかになるだろう。本発明は具体的な例示的実施形態に関連して記載されてきたが、本発明は記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲の中で、修正及び変更を伴って実施され得ることは認識されよう。したがって、本発明の範囲は、権利が付与されるべき添付の特許請求の範囲と共にその均等物の完全な範囲を参照して、決定されるべきである。

Claims (15)

1. 処理のために基板を支持するキャリアであって、
   上側と底側を有する誘電体プレートであって、静電力を使用して前記プレートの上側において基板に取り付けられるように構成された、誘電体プレート、
   前記誘電体プレートの底側に連結されたベースプレート、
   前記ベースプレート上に形成され、前記誘電体プレートの前記上側と平行に前記ベースプレートにわたって延在する電極であって、静電気帯電を有するように構成され、第１の帯電の電極が第２の帯電の電極の近くに配置されるように形成された、電極、及び
   前記ベースプレートを通って前記電極まで延在し、前記電極を静電気帯電の電源に接続するコネクタを備える、キャリア。
2. 前記ベースプレートがセラミックディスクを備え、前記電極が、前記セラミックと隣接するように前記セラミックの上方に形成される、請求項１に記載のキャリア。
3. 前記ベースプレートが、セラミック底側プレート及びポリマー上側プレートを備え、前記電極が、前記ポリマー上側プレート上に形成される、請求項１に記載のキャリア。
4. 前記ベースプレートが、アモルファス底側プレート及びポリマー上側プレートを備え、前記電極が、前記ポリマー上側プレート上に形成される、請求項１に記載のキャリア。
5. 前記アモルファス底側プレートがガラスから形成され、前記ポリマー上側プレートがシリコンから形成される、請求項４に記載のキャリア。
6. 前記底側プレートと前記上側プレートとの間に組み込まれたコンデンサを更に備える、請求項４に記載のキャリア。
7. 前記電極が、正の帯電と負の帯電の互いに噛み合った平行な配線を形成する、請求項１に記載のキャリア。
8. 前記平行な配線が前記平行な配線から延在するスパーを含み、１つの電極の前記スパーが、前記１つの電極の何れかの側にある別の１つの電極の前記スパーの間に延在する、請求項７に記載のキャリア。
9. 前記スパーが、垂直からオフセットされた角度において、前記平行な配線から延在する、請求項８に記載のキャリア。
10. 処理のために基板を支持するキャリアを作る方法であって、
    基板の上方に導電層を堆積させること、
    前記導電層を正及び負の電極へとパターニングすること、
    前記導電層及び前記基板の上方に誘電体層を堆積させること、及び
    前記誘電体層の上方にセラミック層を堆積させることを含む、方法。
11. 前記導電層を堆積させる前に、前記基板の上方に誘電体層を堆積させることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記導電層を堆積させることが、化学気相堆積によって金属層を付けること及び化学機械研磨によって前記金属層を研磨することを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記導電層をパターニングすることが、フォトレジストを付けること、前記フォトレジストをパターニングすること、及び前記導電層をエッチングしてパターンを形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記セラミック層を堆積させることが、化学気相堆積によって窒化アルミニウムを堆積させることを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記窒化アルミニウムを研磨することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
    

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