JP2610113B2 - 静電チャック装置 - Google Patents
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- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電チャックに関し、具
体的には、ワークピースと静電チャックの１つまたは複
数の電極との間の静電引力により、ワークピースを支持
する装置に関するものである。
体的には、ワークピースと静電チャックの１つまたは複
数の電極との間の静電引力により、ワークピースを支持
する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】静電チャックに関しては、過去１０年の
間に、広範囲にわたる仕事がなされてきた。１つの例は
米国特許第5,055,964号に記載されているものである。
間に、広範囲にわたる仕事がなされてきた。１つの例は
米国特許第5,055,964号に記載されているものである。
【０００３】電流を切ってもクランプ力が持続するとい
う従来技術での問題を避けるのに使用できるチャックに
ついては、米国特許第5,103,367号に記載されている。
このチャックは交流を使って誘電体の分極を防いでい
る。
う従来技術での問題を避けるのに使用できるチャックに
ついては、米国特許第5,103,367号に記載されている。
このチャックは交流を使って誘電体の分極を防いでい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明による静電チャ
ックにより、プロセス中のウェーハの背面と静電チャッ
ク本体の間に真空アークが形成されるのを抑制する。ま
た、プロセス中のウェーハ電位の変動にかかわらず、絶
縁破壊に対する抵抗を向上する。
ックにより、プロセス中のウェーハの背面と静電チャッ
ク本体の間に真空アークが形成されるのを抑制する。ま
た、プロセス中のウェーハ電位の変動にかかわらず、絶
縁破壊に対する抵抗を向上する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の静電チャックで
は、その電極が、ウェーハの上でプラズマにより誘導さ
れる自己バイアス電位に関してバイアスされるように
し、それにより、プロセス中におけるウェーハ電位の変
動にかかわらず、絶縁破壊に対する抵抗を向上するよう
にする。さらに、導電性の保護環を自己バイアス電位に
おいて介在させることにより、プロセス中のウェーハの
背面およびチャック本体との間に真空アークが形成され
るのを抑制できるようにする。
は、その電極が、ウェーハの上でプラズマにより誘導さ
れる自己バイアス電位に関してバイアスされるように
し、それにより、プロセス中におけるウェーハ電位の変
動にかかわらず、絶縁破壊に対する抵抗を向上するよう
にする。さらに、導電性の保護環を自己バイアス電位に
おいて介在させることにより、プロセス中のウェーハの
背面およびチャック本体との間に真空アークが形成され
るのを抑制できるようにする。
【０００６】
【実施例】図１に、双極の、すなわち、分割された電極
を持つ静電チャックの分解図を示す。チャックのより大
きな部分、すなわち基部電極２００は機械加工によりつ
くられた電極凹部２７０を持ち、第２の電極すなわち環
状電極１００を保持する。チャックを明瞭に示すため
に、環状電極１００が軸５０に沿って配置されている様
子を図示してある。基部電極２００は高くなった中央ハ
ブ２５０を持ち、基部電極２００の環状の縁２２０と共
に頂面２１０を形成している。公知のように、ワークピ
ースの下部表面上の誘導電荷による静電引力、並びに、
電極１００および２００によって形成されたキャパシタ
からワークピースまで延びる外縁電界により、双極チャ
ックは半導体ウェーハあるいはその他のワークピースを
頂面２１０に引きつける。
を持つ静電チャックの分解図を示す。チャックのより大
きな部分、すなわち基部電極２００は機械加工によりつ
くられた電極凹部２７０を持ち、第２の電極すなわち環
状電極１００を保持する。チャックを明瞭に示すため
に、環状電極１００が軸５０に沿って配置されている様
子を図示してある。基部電極２００は高くなった中央ハ
ブ２５０を持ち、基部電極２００の環状の縁２２０と共
に頂面２１０を形成している。公知のように、ワークピ
ースの下部表面上の誘導電荷による静電引力、並びに、
電極１００および２００によって形成されたキャパシタ
からワークピースまで延びる外縁電界により、双極チャ
ックは半導体ウェーハあるいはその他のワークピースを
頂面２１０に引きつける。
【０００７】図１に示すように、環状電極１００は内側
に垂直表面１５５を持ち、対応する中央ハブ２５０の垂
直表面２５５と組み合わせると、両垂直表面の間に内側
の凹部ギャップができる。同様に、相対応する外側表面
１０５と２０５により、外側の凹部ギャップができる。
一貫性のあるクランプ力が持てるように、これらのギャ
ップを高い精度で画定でき、繰り返し作れることが重要
である。電極凹部２７０の底部には２つの開口２３０が
あり、ピンを下からこの開口を通して環状電極１００を
持ち上げ、頂面１１０が基部電極２００の頂面２１０と
同一平面になるようにする。環状電極１００の最初の厚
さは、凹部２７０の底部（酸化された凹部の深さ）と環
状電極１００の底部（即ち環状電極１００の酸化された
厚みが持てるような）との間に、公称厚みが0.0254mm
（0.001インチ）から0.0762mm（0.003インチ）、典型的
には0.0508mm（0.002インチ）の結合ギャップができる
ように作られる。
に垂直表面１５５を持ち、対応する中央ハブ２５０の垂
直表面２５５と組み合わせると、両垂直表面の間に内側
の凹部ギャップができる。同様に、相対応する外側表面
１０５と２０５により、外側の凹部ギャップができる。
一貫性のあるクランプ力が持てるように、これらのギャ
ップを高い精度で画定でき、繰り返し作れることが重要
である。電極凹部２７０の底部には２つの開口２３０が
あり、ピンを下からこの開口を通して環状電極１００を
持ち上げ、頂面１１０が基部電極２００の頂面２１０と
同一平面になるようにする。環状電極１００の最初の厚
さは、凹部２７０の底部（酸化された凹部の深さ）と環
状電極１００の底部（即ち環状電極１００の酸化された
厚みが持てるような）との間に、公称厚みが0.0254mm
（0.001インチ）から0.0762mm（0.003インチ）、典型的
には0.0508mm（0.002インチ）の結合ギャップができる
ように作られる。
【０００８】絶縁の主な要件として、ハード・コートの
陽極酸化、アルミナ、あるいは、他の絶縁体にかかわら
ず、コーティングが可能な限り非多孔性であって、それ
により、絶縁体の破壊電圧が可能な限り高くなるもので
なければならない。絶縁破壊電圧が高くなればなるほど
両電極間のギャップが小さくなり得る。絶縁破壊電圧は
0.0254mm（0.001インチ）あたり少なくとも５００ボル
トあることが望ましい。絶縁体１０２と２０２を適用し
て最終的な厚さを0.0508mm（0.002インチ）にすること
が望ましい。この用途では、多孔度が重要である。プラ
ズマが小孔を通り電極に接触する可能性があると、プラ
ズマを介してアークができるか、電極がプラズマ電位に
至り、その電極を引き離すことが起こり得る。
陽極酸化、アルミナ、あるいは、他の絶縁体にかかわら
ず、コーティングが可能な限り非多孔性であって、それ
により、絶縁体の破壊電圧が可能な限り高くなるもので
なければならない。絶縁破壊電圧が高くなればなるほど
両電極間のギャップが小さくなり得る。絶縁破壊電圧は
0.0254mm（0.001インチ）あたり少なくとも５００ボル
トあることが望ましい。絶縁体１０２と２０２を適用し
て最終的な厚さを0.0508mm（0.002インチ）にすること
が望ましい。この用途では、多孔度が重要である。プラ
ズマが小孔を通り電極に接触する可能性があると、プラ
ズマを介してアークができるか、電極がプラズマ電位に
至り、その電極を引き離すことが起こり得る。
【０００９】環状通路５１５が電極２００の頂面２１０
の外側部分の周囲に延びてガス配給溝を形成し、ガス
（例えばヘリウム）を両電極の頂面とウェーハの背面の
すきまに供給し、機械的な接触よりも大きな熱伝導が２
つの表面の間に与えられるようにしている。当業者には
明らかなように、チャックとウェーハの間の圧力を、チ
ャンバの公称圧力（0.5m Torr〜2 Torr）よりはるかに
大きな公称値（例えば10Torr）に保持する方法は、環状
通路５１５と周囲の真空との間の短い通路という障害物
「インピーダンス」を介して外側に向けてガスを流す方
法である。環状通路５１５の内側の圧力は、オームの法
則にならって表現すれば、ウェーハと基部電極２００と
の間の非常に狭い通り道というインピーダンスに流れを
掛けた値に等しい。したがって、表面の粗さ、およびチ
ャックとウェーハ６００（図２参照）との間の引力によ
ってきまる「インピーダンス」が与えられたとき、所望
の範囲の圧力を保つのに十分な所定のガス量を流すこと
が重要であることがわかる。
の外側部分の周囲に延びてガス配給溝を形成し、ガス
（例えばヘリウム）を両電極の頂面とウェーハの背面の
すきまに供給し、機械的な接触よりも大きな熱伝導が２
つの表面の間に与えられるようにしている。当業者には
明らかなように、チャックとウェーハの間の圧力を、チ
ャンバの公称圧力（0.5m Torr〜2 Torr）よりはるかに
大きな公称値（例えば10Torr）に保持する方法は、環状
通路５１５と周囲の真空との間の短い通路という障害物
「インピーダンス」を介して外側に向けてガスを流す方
法である。環状通路５１５の内側の圧力は、オームの法
則にならって表現すれば、ウェーハと基部電極２００と
の間の非常に狭い通り道というインピーダンスに流れを
掛けた値に等しい。したがって、表面の粗さ、およびチ
ャックとウェーハ６００（図２参照）との間の引力によ
ってきまる「インピーダンス」が与えられたとき、所望
の範囲の圧力を保つのに十分な所定のガス量を流すこと
が重要であることがわかる。
【００１０】誘電性の環３００が下向きに配置され、そ
の頂面は把持電極の頂面２１０と同一平面になってい
て、チャックからワークピースの外側のプラズマに放射
状に通ずる外縁の無線周波数（以下ＲＦと略す）電界を
形作る役をしている。
の頂面は把持電極の頂面２１０と同一平面になってい
て、チャックからワークピースの外側のプラズマに放射
状に通ずる外縁の無線周波数（以下ＲＦと略す）電界を
形作る役をしている。
【００１１】図２に、電極１００および２００がウェー
ハ電位に関してバイアスされている、本発明の実施例の
１部の断面図を、部分的に描写図、部分的に図式図で示
す。
ハ電位に関してバイアスされている、本発明の実施例の
１部の断面図を、部分的に描写図、部分的に図式図で示
す。
【００１２】ウェーハ６００はプラズマと接触し、した
がって、時平均で、プラズマ電位Ｖpよりはるかに低い
自己バイアス電位Ｖsbにある。基部の正確な電圧は具体
的な装置の詳細な寸法と形状に依存する。プラズマ内で
電子雲を保つために、時平均プラズマ電位は装置内で常
に最高である。真空チャンバの壁は通常接地され、チャ
ックの電圧は、プラズマと壁との間の壁のキャパシタン
ス、および、プラズマとウェーハとの間のウェーハのキ
ャパシタンスの比に依存した中間的な電圧を持つ。チャ
ックは壁よりはるかに小さく、２つのキャパシタを介し
たＲＦ電流は等しくなければならないから、プラズマと
チャックの間の空間電荷層での電圧降下は、壁の空間電
荷層での電圧降下よりもはるかに大きくなければならな
い。（例えばLam Research model 4520のような極めて
対称的な構造を持つチャンバでは、Ｖs bは殆どゼロにな
ることがある。）したがって、ウェーハ上の時平均電圧
Ｖsb（前面、背面ともに実質的に等しくなる）は、典型
的には接地電位より小さい。
がって、時平均で、プラズマ電位Ｖpよりはるかに低い
自己バイアス電位Ｖsbにある。基部の正確な電圧は具体
的な装置の詳細な寸法と形状に依存する。プラズマ内で
電子雲を保つために、時平均プラズマ電位は装置内で常
に最高である。真空チャンバの壁は通常接地され、チャ
ックの電圧は、プラズマと壁との間の壁のキャパシタン
ス、および、プラズマとウェーハとの間のウェーハのキ
ャパシタンスの比に依存した中間的な電圧を持つ。チャ
ックは壁よりはるかに小さく、２つのキャパシタを介し
たＲＦ電流は等しくなければならないから、プラズマと
チャックの間の空間電荷層での電圧降下は、壁の空間電
荷層での電圧降下よりもはるかに大きくなければならな
い。（例えばLam Research model 4520のような極めて
対称的な構造を持つチャンバでは、Ｖs bは殆どゼロにな
ることがある。）したがって、ウェーハ上の時平均電圧
Ｖsb（前面、背面ともに実質的に等しくなる）は、典型
的には接地電位より小さい。
【００１３】チャックの２つの電極は、Ｖsbの上および
下のある電位でバイアスされる。図２の右側の誘電性の
環３００は、プラズマと接触している導電性要素３１０
を通す１つまたは複数のホールを持ち、自己バイアス電
位における基準を与える役をしている。導電性要素３１
０は、プラズマの化学的特性により、黒鉛、ドープした
ＳｉあるいはＳｉＣ等の腐食しにくい物質でつくるのが
望ましい。導電性要素３１０はＶsbを渡すだけで少量の
電流しか使わないので、導電性が高くなくてもよい。誘
電性の環３００の物質はアルミナ、石英、あるいは、耐
久性のある他の誘電物質でよい。電極１００および２０
０がＶsbに対して対称的にバイアスするように、バイア
ス源２３５が端子２３６で参照される。１つの例では、
プラズマ電圧は＋１００Ｖ，ウェーハ６００上の自己バ
イアス電圧はマイナス３００Ｖ，電極１００と２００の
間の電圧は６００Ｖ，電極１００と２００の上の電圧は
それぞれ０Ｖとマイナス６００Ｖである。あるプロセス
では、プロセス中にＶsbが変動し得るので、バイアスが
自動参照および自動調整できることは本発明の優れた特
徴である。当業者には明らかなように、バイアス電圧は
必要に応じ非対称にすることもできる。例えば、縁の上
のガス封印は電圧の関数であるので、ある用途において
は、縁の上の電圧を高めることが有利な方法である場合
がある。
下のある電位でバイアスされる。図２の右側の誘電性の
環３００は、プラズマと接触している導電性要素３１０
を通す１つまたは複数のホールを持ち、自己バイアス電
位における基準を与える役をしている。導電性要素３１
０は、プラズマの化学的特性により、黒鉛、ドープした
ＳｉあるいはＳｉＣ等の腐食しにくい物質でつくるのが
望ましい。導電性要素３１０はＶsbを渡すだけで少量の
電流しか使わないので、導電性が高くなくてもよい。誘
電性の環３００の物質はアルミナ、石英、あるいは、耐
久性のある他の誘電物質でよい。電極１００および２０
０がＶsbに対して対称的にバイアスするように、バイア
ス源２３５が端子２３６で参照される。１つの例では、
プラズマ電圧は＋１００Ｖ，ウェーハ６００上の自己バ
イアス電圧はマイナス３００Ｖ，電極１００と２００の
間の電圧は６００Ｖ，電極１００と２００の上の電圧は
それぞれ０Ｖとマイナス６００Ｖである。あるプロセス
では、プロセス中にＶsbが変動し得るので、バイアスが
自動参照および自動調整できることは本発明の優れた特
徴である。当業者には明らかなように、バイアス電圧は
必要に応じ非対称にすることもできる。例えば、縁の上
のガス封印は電圧の関数であるので、ある用途において
は、縁の上の電圧を高めることが有利な方法である場合
がある。
【００１４】図２の左側にＤＣ電圧とＲＦ電力の電気的
接続を示す。ＤＣ電圧は公称６００ボルトであり、電極
２００と１００の間に印加される。用途により、電圧は
殆ど０ボルトから約８００ボルトまでの間の広い範囲に
わたる。ＲＦ接続は、直径200mmのチャックに対し、13.
56MHzで公称１０００ワットである。ＲＦ周波数と電力
は、チャックを載せるチャンバの製造者によって決めら
れ、エッチング・ガスのタイプ、エッチングされる物
質、ウェーハの大きさ、およびチャンバの大きさによっ
て変わる。ＲＦ電力はゼネレータ６３０から、２つのボ
ックス６１０と６２０に供給される。ボックス６１０と
６２０はそれぞれ電極１００と２００に接続された、通
常のインピーダンス整合と電力配給のサブ装置を表す。
通常のＤＣ電源２３５は、図３に示すように低域通過フ
ィルタによって分離されていて、ＤＣバイアスを供給す
る。当業者には明らかなように、ＲＦ電力は、電極２０
０の上方でプラズマに結合されている電力と、電極１０
０の上方でプラズマに結合されている電力との間の平衡
をとるために、いくつかの異なる点に供給することがで
きる。例えば、電極２００に単一の供給を行い、ギャッ
プ１１２を介して電極１００に容量結合をする方法、あ
るいは、電極のどちらか一方に直接接続させ、電極のも
う１つにはインピーダンス整合および電力平衡装置を接
続させる方法、あるいは、電極２００および／または電
極１００をいくつかの点で接続する方法がある。ＲＦ電
力の供給を、電極２００と電極１００の間の余分なキャ
パシタンスを補償し、プラズマの中に結合された電力を
２つの電極にとって等しくするために使うか、あるい
は、供給を意図的に不均衡にして、チャンバの寸法のち
がいの効果を補償し、ある部分により大きい電力を供給
してエッチングの均一性を保つようにすることもできよ
う。
接続を示す。ＤＣ電圧は公称６００ボルトであり、電極
２００と１００の間に印加される。用途により、電圧は
殆ど０ボルトから約８００ボルトまでの間の広い範囲に
わたる。ＲＦ接続は、直径200mmのチャックに対し、13.
56MHzで公称１０００ワットである。ＲＦ周波数と電力
は、チャックを載せるチャンバの製造者によって決めら
れ、エッチング・ガスのタイプ、エッチングされる物
質、ウェーハの大きさ、およびチャンバの大きさによっ
て変わる。ＲＦ電力はゼネレータ６３０から、２つのボ
ックス６１０と６２０に供給される。ボックス６１０と
６２０はそれぞれ電極１００と２００に接続された、通
常のインピーダンス整合と電力配給のサブ装置を表す。
通常のＤＣ電源２３５は、図３に示すように低域通過フ
ィルタによって分離されていて、ＤＣバイアスを供給す
る。当業者には明らかなように、ＲＦ電力は、電極２０
０の上方でプラズマに結合されている電力と、電極１０
０の上方でプラズマに結合されている電力との間の平衡
をとるために、いくつかの異なる点に供給することがで
きる。例えば、電極２００に単一の供給を行い、ギャッ
プ１１２を介して電極１００に容量結合をする方法、あ
るいは、電極のどちらか一方に直接接続させ、電極のも
う１つにはインピーダンス整合および電力平衡装置を接
続させる方法、あるいは、電極２００および／または電
極１００をいくつかの点で接続する方法がある。ＲＦ電
力の供給を、電極２００と電極１００の間の余分なキャ
パシタンスを補償し、プラズマの中に結合された電力を
２つの電極にとって等しくするために使うか、あるい
は、供給を意図的に不均衡にして、チャンバの寸法のち
がいの効果を補償し、ある部分により大きい電力を供給
してエッチングの均一性を保つようにすることもできよ
う。
【００１５】図４に、感知ピン２６２がプラズマに露出
され、また、基部２６０と接触し、基部２６０が自己バ
イアス電位になっている１つの実施例を示す。感知ピン
２６２は、プラズマの化学的特性により、黒鉛、ドープ
されたＳｉあるいはＳｉＣ等の腐食しにくい物質でつく
られる。感知ピン２６２は、プラズマ電位を渡すだけで
少量の電流しか使わないので、導電性が高くなくてもよ
い。感知ピンは用途の応じ、都合のよい数だけ使うこと
ができる。ＤＣとＲＦ電力の接続は、図２に示したよう
に行われる。
され、また、基部２６０と接触し、基部２６０が自己バ
イアス電位になっている１つの実施例を示す。感知ピン
２６２は、プラズマの化学的特性により、黒鉛、ドープ
されたＳｉあるいはＳｉＣ等の腐食しにくい物質でつく
られる。感知ピン２６２は、プラズマ電位を渡すだけで
少量の電流しか使わないので、導電性が高くなくてもよ
い。感知ピンは用途の応じ、都合のよい数だけ使うこと
ができる。ＤＣとＲＦ電力の接続は、図２に示したよう
に行われる。
【００１６】図４に示した実施例では、浮動保護環２６
５は薄い誘電物質のコーティング（電極１００および２
００をコーティングしているのと同じアルミナでコーテ
ィングすることが望ましい）によって、プラズマ、電極
２００、ウェーハ６００、および、プラズマに蓄えられ
たエネルギから絶縁されている。保護環２６５はＶsbに
近い電位にある。基部２６０の垂直部分において、保護
環２６５がない場合には、電極２００の角２２２および
ウェーハ６００の角６０２における高い電界によって引
き起こされる真空アーク（電極２００、および、ウェー
ハ６００またはプラズマの間の真空を介してのアーク放
電）が存在する。プラズマは電子に富み、電極２００上
のアルミナ絶縁は多孔性であるので、電子が小孔を通し
てアルミニウム電極の表面に浸透し放電開始を起こり易
くする。熱電子の放射と瞬間電界が放電の発生に寄与す
る。保護環２６５の主たる目的は、両電極の周辺におい
て等電位になる中間領域を作ることによって、ウェーハ
６００の背面の角、および／または、角領域のプラズマ
と電極２００との間の放電を防ぐことにある。これがで
きるのは、保護環２６５が導電性であり、電極２００と
保護環２６５（Ｖsbの値またはＶsbに近い値を持つ）と
の間のキャパシタンスにかかる電位を降下させ、放電が
起こる可能性を減らし、電極の角と表面の間の通り道を
物理的に遮断することにより、放電を起こす電子が流れ
ないようにできるからである。
５は薄い誘電物質のコーティング（電極１００および２
００をコーティングしているのと同じアルミナでコーテ
ィングすることが望ましい）によって、プラズマ、電極
２００、ウェーハ６００、および、プラズマに蓄えられ
たエネルギから絶縁されている。保護環２６５はＶsbに
近い電位にある。基部２６０の垂直部分において、保護
環２６５がない場合には、電極２００の角２２２および
ウェーハ６００の角６０２における高い電界によって引
き起こされる真空アーク（電極２００、および、ウェー
ハ６００またはプラズマの間の真空を介してのアーク放
電）が存在する。プラズマは電子に富み、電極２００上
のアルミナ絶縁は多孔性であるので、電子が小孔を通し
てアルミニウム電極の表面に浸透し放電開始を起こり易
くする。熱電子の放射と瞬間電界が放電の発生に寄与す
る。保護環２６５の主たる目的は、両電極の周辺におい
て等電位になる中間領域を作ることによって、ウェーハ
６００の背面の角、および／または、角領域のプラズマ
と電極２００との間の放電を防ぐことにある。これがで
きるのは、保護環２６５が導電性であり、電極２００と
保護環２６５（Ｖsbの値またはＶsbに近い値を持つ）と
の間のキャパシタンスにかかる電位を降下させ、放電が
起こる可能性を減らし、電極の角と表面の間の通り道を
物理的に遮断することにより、放電を起こす電子が流れ
ないようにできるからである。
【００１７】さらに基部２６０の保護環２６５は、ウェ
ーハ６００の底部とその垂直距離が近く（名目的には接
触している）、したがって、電極２００に接触するプラ
ズマの量を減らし、電極２００の寿命を延ばす。熱伝導
ガスが、環状通路５１５から保護環２６５とウェーハ６
００との間の非常に狭い空間を通って真空に向けて流れ
出るので、当業者が予測するように、通常、ガス放電装
置の中で起こるように、ガスが電子とイオンの源にな
り、その領域での絶縁破壊の危険を増すはたらきをす
る。
ーハ６００の底部とその垂直距離が近く（名目的には接
触している）、したがって、電極２００に接触するプラ
ズマの量を減らし、電極２００の寿命を延ばす。熱伝導
ガスが、環状通路５１５から保護環２６５とウェーハ６
００との間の非常に狭い空間を通って真空に向けて流れ
出るので、当業者が予測するように、通常、ガス放電装
置の中で起こるように、ガスが電子とイオンの源にな
り、その領域での絶縁破壊の危険を増すはたらきをす
る。
【００１８】この配列には、電極２００と保護環２６５
の間に生ずる第２のキャパシタにより、保護環２６５の
上方部分でのウェーハ６００へのＲＦ結合が、電極２０
０の上方でのＲＦ結合にくらべて減少するという欠点が
ある。さらに、ウェーハ６００が保護環２６５の全領域
に延び、また、誘電物質の電界形成環３０２の上方にウ
ェーハ６００が意図的に張り出しているので、この部分
でのＲＦ電力がさらに減少する。この張り出し部は保護
環２６５のプラズマへの露出を減少させるが、結合が減
るという犠牲を伴う。具体化として望ましいのは、保護
環２６５の幅は1〜1.5mmで、電界形成環３０２上方のウ
ェーハ６００の張り出しは2mmである。さらに、電界形
成環３０２は外縁ＲＦ電界がプラズマの中に流れるよう
に形作るはたらきをするので、ウェーハの縁でのエッチ
ングの均一性が向上する。電界形成環３０２に適した物
質はアルミナまたは石英である。電界形成環３０２の水
平方向の寸法は、接地電位あるいは他の低い電位からの
オフセットを供することによってウェーハの上方の電界
を形作るように定められ、そうすることにより、ウェー
ハ上方の電界が、エッチングされる表面に対して垂直に
なるようにする。電界形成環３０２の厚さは、電界形成
環３０２上方でのプラズマへの結合をウェーハ６００上
方での結合にくらべて減らし、したがって、その領域で
のプラズマが弱く励起され、電界形成環３０２が非常に
ゆっくりエッチングされるように定められる。電界形成
環の物質は腐食しにくいということのみでなく、プロセ
ス中に、電界形成環をエッチングした結果の反応生成物
が非干渉性であるということによって選ばれる。周波数
に依存するウェーハの導電性に起因して、周波数依存の
結合がウェーハのエッジ部に存在する。１０13／ｃｍ3
のドーパント濃度を有する程度に軽くドープされた典型
的な基板では、ウェーハは４００ＫＨｚで非常に高いＲ
Ｆ導電率を持ち、１３.５ＭＨｚでは中程度の導電率を
持ち、４０ＭＨｚでは低い導電率を持つ。
の間に生ずる第２のキャパシタにより、保護環２６５の
上方部分でのウェーハ６００へのＲＦ結合が、電極２０
０の上方でのＲＦ結合にくらべて減少するという欠点が
ある。さらに、ウェーハ６００が保護環２６５の全領域
に延び、また、誘電物質の電界形成環３０２の上方にウ
ェーハ６００が意図的に張り出しているので、この部分
でのＲＦ電力がさらに減少する。この張り出し部は保護
環２６５のプラズマへの露出を減少させるが、結合が減
るという犠牲を伴う。具体化として望ましいのは、保護
環２６５の幅は1〜1.5mmで、電界形成環３０２上方のウ
ェーハ６００の張り出しは2mmである。さらに、電界形
成環３０２は外縁ＲＦ電界がプラズマの中に流れるよう
に形作るはたらきをするので、ウェーハの縁でのエッチ
ングの均一性が向上する。電界形成環３０２に適した物
質はアルミナまたは石英である。電界形成環３０２の水
平方向の寸法は、接地電位あるいは他の低い電位からの
オフセットを供することによってウェーハの上方の電界
を形作るように定められ、そうすることにより、ウェー
ハ上方の電界が、エッチングされる表面に対して垂直に
なるようにする。電界形成環３０２の厚さは、電界形成
環３０２上方でのプラズマへの結合をウェーハ６００上
方での結合にくらべて減らし、したがって、その領域で
のプラズマが弱く励起され、電界形成環３０２が非常に
ゆっくりエッチングされるように定められる。電界形成
環の物質は腐食しにくいということのみでなく、プロセ
ス中に、電界形成環をエッチングした結果の反応生成物
が非干渉性であるということによって選ばれる。周波数
に依存するウェーハの導電性に起因して、周波数依存の
結合がウェーハのエッジ部に存在する。１０13／ｃｍ3
のドーパント濃度を有する程度に軽くドープされた典型
的な基板では、ウェーハは４００ＫＨｚで非常に高いＲ
Ｆ導電率を持ち、１３.５ＭＨｚでは中程度の導電率を
持ち、４０ＭＨｚでは低い導電率を持つ。
【００１９】図５に、電極１００および２００が電気的
に結合されていない別の実施例を示す。この実施例で
は、絶縁環１１１（実施例として、アルミナ、窒化硼
素、または比較的高い熱特性を持つ他の絶縁体で形成さ
れている）が、両電極の結合を解くのに十分な垂直方向
の厚さを持っている。実施例の200mmのチャックに対し
ては、両電極間のキャパシタンスは500pF以下であるこ
とが望ましい。絶縁環１１１の形状は単純な環状ではな
く、半径の内側の部分が高い形状のものである。コスト
をかけてもこのような方法を採用する理由は、電極１０
０と２００の間のキャパシタンスを減じ、ＲＦ電力配分
を調整するためである。
に結合されていない別の実施例を示す。この実施例で
は、絶縁環１１１（実施例として、アルミナ、窒化硼
素、または比較的高い熱特性を持つ他の絶縁体で形成さ
れている）が、両電極の結合を解くのに十分な垂直方向
の厚さを持っている。実施例の200mmのチャックに対し
ては、両電極間のキャパシタンスは500pF以下であるこ
とが望ましい。絶縁環１１１の形状は単純な環状ではな
く、半径の内側の部分が高い形状のものである。コスト
をかけてもこのような方法を採用する理由は、電極１０
０と２００の間のキャパシタンスを減じ、ＲＦ電力配分
を調整するためである。
【００２０】両電極間の半径方向のギャップは、ワーク
ピースをよく掴むための外縁電界を強くするためには比
較的小さく（0.508mm（0.020インチ））すべきである
が、ギャップを小さくするとキャパシタンスが増える。
絶縁環１１１が表面まで延びていないのは、外縁電界か
らの上述の制約と、セラミックの熱伝導率がアルミニウ
ムの熱伝導率よりはるかに小さいという理由による。し
たがって、セラミックが表面まで延びている場合には、
半径方向に温度の不連続が起こり得る。当業者には明ら
かなように、最終的な寸法は、結合されたＲＦ電力の半
径方向の差異、温度差、および、ウェーハのクランプ力
に対するプロセスの感度を含む、通常の工学上のトレー
ドオフに依存する。この実施例では、絶縁環１１１の厚
さは主部分で3.175mm（0.125インチ）の厚さ、内側部分
で8.636mm（0.340インチ）の厚さであった。電極１００
の内径での公称の厚さは3.175mm（0.125インチ）であっ
た。この実施例では、図１の実施例で示した外側の縁２
１０を欠いており、ガスを供給する環状通路５１５は電
極１００の中にあることに留意されたい。この実施例
は、図２あるいは図４に示したものと同様の保護環２１
５、形成環３００、および、感知電極２６２も持ってい
る。
ピースをよく掴むための外縁電界を強くするためには比
較的小さく（0.508mm（0.020インチ））すべきである
が、ギャップを小さくするとキャパシタンスが増える。
絶縁環１１１が表面まで延びていないのは、外縁電界か
らの上述の制約と、セラミックの熱伝導率がアルミニウ
ムの熱伝導率よりはるかに小さいという理由による。し
たがって、セラミックが表面まで延びている場合には、
半径方向に温度の不連続が起こり得る。当業者には明ら
かなように、最終的な寸法は、結合されたＲＦ電力の半
径方向の差異、温度差、および、ウェーハのクランプ力
に対するプロセスの感度を含む、通常の工学上のトレー
ドオフに依存する。この実施例では、絶縁環１１１の厚
さは主部分で3.175mm（0.125インチ）の厚さ、内側部分
で8.636mm（0.340インチ）の厚さであった。電極１００
の内径での公称の厚さは3.175mm（0.125インチ）であっ
た。この実施例では、図１の実施例で示した外側の縁２
１０を欠いており、ガスを供給する環状通路５１５は電
極１００の中にあることに留意されたい。この実施例
は、図２あるいは図４に示したものと同様の保護環２１
５、形成環３００、および、感知電極２６２も持ってい
る。
【００２１】図５のボックス６１５は図６に示す結合回
路を表している。ＤＣ電源６３５はＲＦチョークにより
分離され、通常の方法でグラウンドに容量分路され、電
極１００および２００に、容量結合器と共に並列に接続
されている。容量結合器には、小さな固定キャパシタＣ
２が可変キャパシタＣ３と並列になっている。可変キャ
パシタＣ３は、電極２００の上のプラズマとは異なる影
響を電極１００の上のプラズマに与えるチャンバの形状
を反映した非均一な電界によって起こされるプラズマ生
成の半径方向の変動を調整し補償するために使用され
る。周波数に依存したウェーハの導電率により、この装
置はより高い周波数においてより良く機能する。
路を表している。ＤＣ電源６３５はＲＦチョークにより
分離され、通常の方法でグラウンドに容量分路され、電
極１００および２００に、容量結合器と共に並列に接続
されている。容量結合器には、小さな固定キャパシタＣ
２が可変キャパシタＣ３と並列になっている。可変キャ
パシタＣ３は、電極２００の上のプラズマとは異なる影
響を電極１００の上のプラズマに与えるチャンバの形状
を反映した非均一な電界によって起こされるプラズマ生
成の半径方向の変動を調整し補償するために使用され
る。周波数に依存したウェーハの導電率により、この装
置はより高い周波数においてより良く機能する。
【００２２】米国特許第4,554,611号に記載されている
ような従来の技術のチャックにおいては、初期のチャッ
クに使われた非常に高い電圧と誘電物質により誘電物質
中の移動イオンが捕獲され誘電物質が分極するので、誘
電物質とウェーハとを組み合わせると、ウェーハをはず
す前にＤＣ引力電圧を切った後、かなりの減衰時間があ
った。米国特許第5,103,367号に記載の装置では、引き
つけ合う電極間にＡＣ励振を使用して電界を繰り返しゼ
ロに戻し、存在する可能性のある移動イオンによる執拗
な分極形成を阻止することにより、上記の問題を軽減し
ている。本発明にＡＣ励振を使用した場合には、ガス圧
力からの力の平衡をとっている値以下に電圧が降下した
時に、冷却ガスの圧力によって、ウェーハがチャックか
らはじけあがってしまう。ウェーハを200mmとしガス圧
力を10 Torrとした場合、ガス圧力の平衡をとるのに必
要な電圧は２００〜３００Ｖである。
ような従来の技術のチャックにおいては、初期のチャッ
クに使われた非常に高い電圧と誘電物質により誘電物質
中の移動イオンが捕獲され誘電物質が分極するので、誘
電物質とウェーハとを組み合わせると、ウェーハをはず
す前にＤＣ引力電圧を切った後、かなりの減衰時間があ
った。米国特許第5,103,367号に記載の装置では、引き
つけ合う電極間にＡＣ励振を使用して電界を繰り返しゼ
ロに戻し、存在する可能性のある移動イオンによる執拗
な分極形成を阻止することにより、上記の問題を軽減し
ている。本発明にＡＣ励振を使用した場合には、ガス圧
力からの力の平衡をとっている値以下に電圧が降下した
時に、冷却ガスの圧力によって、ウェーハがチャックか
らはじけあがってしまう。ウェーハを200mmとしガス圧
力を10 Torrとした場合、ガス圧力の平衡をとるのに必
要な電圧は２００〜３００Ｖである。
【００２３】本発明の装置においては、クランプ力の保
持が問題ではなく、より大きな関心事は、両電極とウェ
ーハの間の誘電体の絶縁破壊である。本発明で使用され
る非常に薄い誘電体では、誘電体の厚さと絶縁破壊の危
険性との間に微妙なバランスがある。公知のように、ク
ランプ力は（Ｖ／ｄ）2に比例する。ここでＶは電圧で
あり、ｄは誘電体の厚さである。したがって、厚さを２
倍にし、同じクランプ力を維持し絶縁破壊抵抗を増さな
いようにするには、電圧も２倍にしなければならない。
技術の教示することに反し、ＲＦ電圧とクランプ力電圧
を組み合わせると、ウェーハと電極の間に誘電体の絶縁
破壊が起き得ることがわかっている。従来の技術、すな
わち、非常に高い電圧とそれに対応する強い誘電体を使
うか、また、ＲＦを使ったとしてもクランプ力電圧と同
じ絶縁領域を介してＲＦを供給しない装置では、問題に
ならなかった。
持が問題ではなく、より大きな関心事は、両電極とウェ
ーハの間の誘電体の絶縁破壊である。本発明で使用され
る非常に薄い誘電体では、誘電体の厚さと絶縁破壊の危
険性との間に微妙なバランスがある。公知のように、ク
ランプ力は（Ｖ／ｄ）2に比例する。ここでＶは電圧で
あり、ｄは誘電体の厚さである。したがって、厚さを２
倍にし、同じクランプ力を維持し絶縁破壊抵抗を増さな
いようにするには、電圧も２倍にしなければならない。
技術の教示することに反し、ＲＦ電圧とクランプ力電圧
を組み合わせると、ウェーハと電極の間に誘電体の絶縁
破壊が起き得ることがわかっている。従来の技術、すな
わち、非常に高い電圧とそれに対応する強い誘電体を使
うか、また、ＲＦを使ったとしてもクランプ力電圧と同
じ絶縁領域を介してＲＦを供給しない装置では、問題に
ならなかった。
【００２４】当業者には明らかなように、ＲＦ電圧がＤ
Ｃクランプ力電圧に重ねられるので、ハード・コート絶
縁上の応力は周波数に依存する。ある用途においては、
電極とウェーハとの間のキャパシタンスにかかるＲＦ電
圧（∝１/ωC）は、ＤＣクランプ力電圧に加わると、絶
縁体の破壊電圧を超えることがある。この危険性が最も
高いのは、プラズマが４００ＫＨｚで励振される周波数
の低い装置（例えばLam System 4520）においてであ
る。本発明を使用した装置において、例えば、基部とウ
ェーハの間のキャパシタンスが約6,000pFである場合、
４００ＫＨｚのＲＦ電圧信号と公称２〜３ＡのＲＦ電流
により、絶縁体にかかる２００〜４００ＶのＲＦ電圧が
作られる。
Ｃクランプ力電圧に重ねられるので、ハード・コート絶
縁上の応力は周波数に依存する。ある用途においては、
電極とウェーハとの間のキャパシタンスにかかるＲＦ電
圧（∝１/ωC）は、ＤＣクランプ力電圧に加わると、絶
縁体の破壊電圧を超えることがある。この危険性が最も
高いのは、プラズマが４００ＫＨｚで励振される周波数
の低い装置（例えばLam System 4520）においてであ
る。本発明を使用した装置において、例えば、基部とウ
ェーハの間のキャパシタンスが約6,000pFである場合、
４００ＫＨｚのＲＦ電圧信号と公称２〜３ＡのＲＦ電流
により、絶縁体にかかる２００〜４００ＶのＲＦ電圧が
作られる。
【００２５】前述の米国特許第5,103,367号は、本発明
とは根本的に異なる、１つの望ましいＲＦ実施例を教示
している。図８において、ＲＦ適用の望ましい実施例と
して薄膜絶縁体が開示されている。ＲＦがどのようにチ
ャックを通ってプラズマの中に供給されるか、すなわ
ち、電極との直接接触を通してか、あるいは、ＲＦ参照
電極を介しての容量結合によるのか、については何も教
示していない。また、上記の米国特許の装置において
は、ウェーハの外側のＲＦ参照電極の広範な領域がある
ことにより、ウェーハの上方よりもウェーハの外側でプ
ラズマがより強く励振されることを意味し、これは、Ｒ
Ｆ参照電極の腐食を大きく増し、エッチング工程に干渉
をするという不都合な点がある。
とは根本的に異なる、１つの望ましいＲＦ実施例を教示
している。図８において、ＲＦ適用の望ましい実施例と
して薄膜絶縁体が開示されている。ＲＦがどのようにチ
ャックを通ってプラズマの中に供給されるか、すなわ
ち、電極との直接接触を通してか、あるいは、ＲＦ参照
電極を介しての容量結合によるのか、については何も教
示していない。また、上記の米国特許の装置において
は、ウェーハの外側のＲＦ参照電極の広範な領域がある
ことにより、ウェーハの上方よりもウェーハの外側でプ
ラズマがより強く励振されることを意味し、これは、Ｒ
Ｆ参照電極の腐食を大きく増し、エッチング工程に干渉
をするという不都合な点がある。
【００２６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静電引力に
より、ワークピース半径を有するワークピースを保持す
る静電チャック装置であって、ハード・コートのアルミ
ナでコーティングした少なくとも２つの円転対称な同心
円のアルミニウム電極を有し、該電極が合わさって１つ
の平坦なクランプ平面を形成し、上記アルミニウム電極
の少なくとも１つがその中にガス供給手段を備えてお
り、さらに該装置において、上記の少なくとも２つの電
極の外側の電極が上記ワークピース半径よりもオフセッ
トの距離分だけ小さい外側半径の電極を有し、上記外側
電極が、上記ワークピースより張り出し部分だけ小さい
内側半径を持つ誘電性の環で囲まれ、上記誘電性の環は
その頂面が上記クランプ平面と実質的に同一平面にあ
り、さらに上記誘電性の環が、該環の中に埋め込まれ且
つ上記プラズマに露出した少なくとも１つのプローブ部
材を有し、それにより、上記プローブ部材が上記プラズ
マにより特性基準電位に維持され、上記装置がさらに上
記特性基準電位に関して上記２つの電極をバイアスする
ために上記プローブ部材と上記２つの電極とに接続され
たバイアス手段を有し、それにより、上記特性基準電位
に関して上記２つの電極がそれぞれのバイアス電位に維
持されるようにしたことを特徴とする静電チャック装
置。 （２）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状であ
り該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央部
材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２の
電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極がそ
の間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウム
電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が、上記界
面に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚み
を持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることを
さらに特徴とする、上記（１）に記載の静電チャック装
置。 （３）ガスが、上記外側電極の上記頂面の上の配給溝か
ら半径に沿って外側に向かって上記ワークピースおよび
上記誘電性の環の間を流れることをさらに特徴とする、
上記（１）または（２）に記載の静電チャック装置。 （４）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材および
上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出た
外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極の
間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外側
領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（２）に記載の静電チャック装置。 （５）プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静電引力に
より、所定のワークピース半径を有するワークピースを
保持する静電チャック装置であって、ハード・コートの
アルミナでコーティングした少なくとも２つの円転対称
な同心円のアルミニウム電極を有し、該電極が合わさっ
て１つの平坦なクランプ平面を形成し、上記アルミニウ
ム電極の少なくとも１つがその中にガス供給手段を備え
ており、さらに該装置において、上記の少なくとも２つ
の電極の外側の電極が上記ワークピース半径よりも保護
環のはばだけ小さい外側半径の電極を有し、上記外側電
極が上記ワークピースより張り出し部分だけ小さい内側
半径を持つ導電性保護環で囲まれ、上記保護環はその頂
面が上記クランプ平面と実質的に同一平面にあり上記外
側電極から誘電物質によって分離され、上記導電性の保
護環が、該保護環から延びプラズマに露出されている少
なくとも１つの感知ピンを持ち、それにより、上記感知
ピンが上記プラズマにより特性基準電位に維持され、上
記装置がさらに上記特性基準電位に関して上記２つの電
極をバイアスするために上記感知ピンと上記２つの電極
に接続されたバイアス手段を有し、それにより、上記特
性基準電位に関して上記２つの電極がそれぞれのバイア
ス電位に維持されるようにした静電チャック装置。 （６）ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのアルミニウ
ム電極に供給され該電極から上記ワークピースに結合さ
れ、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合され、そこ
から上記外側電極の半径より大きな半径部分のワークピ
ース部分に容量結合されていることをさらに特徴とす
る、上記（５）に記載の静電チャック装置。 （７）環状の誘電性電界形成環が、上記保護環から半径
に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の外側半径
に実質的に等しい電界形状のための内側半径を有し、そ
れにより、上記ワークピースが上記環状誘電性電界形成
環と重なることをさらに特徴とする、上記（５）に記載
の静電チャック装置。 （８）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状であ
り該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央部
材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２の
電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極がそ
の間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウム
電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が上記界面
に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚みを
持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることをさ
らに特徴とする、請求項６に記載の静電チャック装置。 （９）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材および
上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出た
外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極の
間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外側
領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（８）に記載の静電チャック装置。 （１０）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状で
あり該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央
部材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２
の電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極が
その間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウ
ム電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が上記界
面に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚み
を持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることを
さらに特徴とする、上記（７）に記載の静電チャック装
置。 （１１）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材およ
び上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出
た外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極
の間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外
側領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（１０）に記載の静電チャック装置。
の事項を開示する。 （１）プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静電引力に
より、ワークピース半径を有するワークピースを保持す
る静電チャック装置であって、ハード・コートのアルミ
ナでコーティングした少なくとも２つの円転対称な同心
円のアルミニウム電極を有し、該電極が合わさって１つ
の平坦なクランプ平面を形成し、上記アルミニウム電極
の少なくとも１つがその中にガス供給手段を備えてお
り、さらに該装置において、上記の少なくとも２つの電
極の外側の電極が上記ワークピース半径よりもオフセッ
トの距離分だけ小さい外側半径の電極を有し、上記外側
電極が、上記ワークピースより張り出し部分だけ小さい
内側半径を持つ誘電性の環で囲まれ、上記誘電性の環は
その頂面が上記クランプ平面と実質的に同一平面にあ
り、さらに上記誘電性の環が、該環の中に埋め込まれ且
つ上記プラズマに露出した少なくとも１つのプローブ部
材を有し、それにより、上記プローブ部材が上記プラズ
マにより特性基準電位に維持され、上記装置がさらに上
記特性基準電位に関して上記２つの電極をバイアスする
ために上記プローブ部材と上記２つの電極とに接続され
たバイアス手段を有し、それにより、上記特性基準電位
に関して上記２つの電極がそれぞれのバイアス電位に維
持されるようにしたことを特徴とする静電チャック装
置。 （２）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状であ
り該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央部
材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２の
電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極がそ
の間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウム
電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が、上記界
面に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚み
を持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることを
さらに特徴とする、上記（１）に記載の静電チャック装
置。 （３）ガスが、上記外側電極の上記頂面の上の配給溝か
ら半径に沿って外側に向かって上記ワークピースおよび
上記誘電性の環の間を流れることをさらに特徴とする、
上記（１）または（２）に記載の静電チャック装置。 （４）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材および
上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出た
外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極の
間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外側
領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（２）に記載の静電チャック装置。 （５）プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静電引力に
より、所定のワークピース半径を有するワークピースを
保持する静電チャック装置であって、ハード・コートの
アルミナでコーティングした少なくとも２つの円転対称
な同心円のアルミニウム電極を有し、該電極が合わさっ
て１つの平坦なクランプ平面を形成し、上記アルミニウ
ム電極の少なくとも１つがその中にガス供給手段を備え
ており、さらに該装置において、上記の少なくとも２つ
の電極の外側の電極が上記ワークピース半径よりも保護
環のはばだけ小さい外側半径の電極を有し、上記外側電
極が上記ワークピースより張り出し部分だけ小さい内側
半径を持つ導電性保護環で囲まれ、上記保護環はその頂
面が上記クランプ平面と実質的に同一平面にあり上記外
側電極から誘電物質によって分離され、上記導電性の保
護環が、該保護環から延びプラズマに露出されている少
なくとも１つの感知ピンを持ち、それにより、上記感知
ピンが上記プラズマにより特性基準電位に維持され、上
記装置がさらに上記特性基準電位に関して上記２つの電
極をバイアスするために上記感知ピンと上記２つの電極
に接続されたバイアス手段を有し、それにより、上記特
性基準電位に関して上記２つの電極がそれぞれのバイア
ス電位に維持されるようにした静電チャック装置。 （６）ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのアルミニウ
ム電極に供給され該電極から上記ワークピースに結合さ
れ、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合され、そこ
から上記外側電極の半径より大きな半径部分のワークピ
ース部分に容量結合されていることをさらに特徴とす
る、上記（５）に記載の静電チャック装置。 （７）環状の誘電性電界形成環が、上記保護環から半径
に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の外側半径
に実質的に等しい電界形状のための内側半径を有し、そ
れにより、上記ワークピースが上記環状誘電性電界形成
環と重なることをさらに特徴とする、上記（５）に記載
の静電チャック装置。 （８）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状であ
り該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央部
材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２の
電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極がそ
の間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウム
電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が上記界面
に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚みを
持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることをさ
らに特徴とする、請求項６に記載の静電チャック装置。 （９）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材および
上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出た
外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極の
間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外側
領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（８）に記載の静電チャック装置。 （１０）上記のアルミニウム電極の第１の電極が環状で
あり該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出た中央
部材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面である第２
の電極の凹部で支持され、上記第１および第２の電極が
その間に１つの界面を有し、ＲＦ電力が上記アルミニウ
ム電極に直接接続され、上記アルミニウム電極が上記界
面に隣接する半径方向に沿った領域にあって十分な厚み
を持つ環状の絶縁性部材によって分離されていることを
さらに特徴とする、上記（７）に記載の静電チャック装
置。 （１１）上記第２の電極が上記の突き出た中央部材およ
び上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある突き出
た外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上記電極
の間の内側界面および外側界面に隣接する内側および外
側領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特徴とす
る、上記（１０）に記載の静電チャック装置。
【００２７】
【発明の効果】従来技術には、引きつけ合う電極間にＡ
Ｃ励振を使用して電界を繰り返しゼロに戻し、移動イオ
ンによる誘電体の分極を防ぎ、電流を切ってもクランプ
力が持続するという問題を軽減する装置があった。本発
明では、静電チャックの電極が、ウェーハ上のプラズマ
によって誘導された自己バイアス電位に関してバイアス
され、それにより、プロセス中におけるウェーハ電位の
変動があっても、絶縁破壊に対する向上した抵抗が得ら
れるようにしたものである。さらに、導電性の保護環を
自己バイアス電位において介在させ、ウェーハとそのウ
ェーハに最も近い電極との間に等電位領域を画定し、そ
れにより、プロセス中のウェーハの背面と静電チャック
本体の間に真空アークが形成されるのを抑制できるよう
にしたものである。以上の構成により、真空環境で、Ｄ
Ｃ電位の静電引力によりワークピースを保持する静電チ
ャック装置を提供するものである。
Ｃ励振を使用して電界を繰り返しゼロに戻し、移動イオ
ンによる誘電体の分極を防ぎ、電流を切ってもクランプ
力が持続するという問題を軽減する装置があった。本発
明では、静電チャックの電極が、ウェーハ上のプラズマ
によって誘導された自己バイアス電位に関してバイアス
され、それにより、プロセス中におけるウェーハ電位の
変動があっても、絶縁破壊に対する向上した抵抗が得ら
れるようにしたものである。さらに、導電性の保護環を
自己バイアス電位において介在させ、ウェーハとそのウ
ェーハに最も近い電極との間に等電位領域を画定し、そ
れにより、プロセス中のウェーハの背面と静電チャック
本体の間に真空アークが形成されるのを抑制できるよう
にしたものである。以上の構成により、真空環境で、Ｄ
Ｃ電位の静電引力によりワークピースを保持する静電チ
ャック装置を提供するものである。
【図１】本発明実施例の斜視図。
【図２】図１で示した本発明実施例の１部分の断面図。
【図３】本発明で使用する電源の略回路図。
【図４】本発明の別の実施例の断面図。
【図５】本発明のもう１つ別の実施例の断面図。
【図６】本発明で使用する結合回路。
５０ 軸 １００ 環状電極 １０２、２０２ 絶縁体 １１０、２１０ 頂面 １１１ 絶縁環 １０５、２０５ 外側表面 １５５、２５５ 垂直表面 ２００ 基部電極 ２２０ 環状の縁 ２２２ 電極２００の角 ２３０ 開口 ２３５、６３５ ＤＣ電源 ２３７ 低域通過フィルタ ２５０ 中央ハブ ２６０ 浮動基部 ２６２ 感知ピン ２６５ 浮動保護環 ２７０ 電極凹部 ３００ 誘電性の環 ３０２ 電界形成環 ３１０ 導電性要素 ５１５ 環状通路即ちガス配給溝 ６００ ウェーハ ６０２ ウェーハ６００の角 ６１０、６２０ インピーダンス整合及び
電力配給装置 ６３０ ゼネレータ
電力配給装置 ６３０ ゼネレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ハワード・ケラー アメリカ合衆国12550ニューヨーク州ニ ューバーグ、オデル・サークル 28ビー (72)発明者 ジョセフ・スキナー・ローガン アメリカ合衆国02835ロードアイランド 州ジェームスタウン、シーサイド・ドラ イブ 149 (72)発明者 ロバート・イーライ・トムキン アメリカ合衆国12569ニューヨーク州プ レザント・バレー、ホワイトフォード・ ドライブ 243 (72)発明者 ロバート・ピーター・ウェストフィール ド・ジュニア アメリカ合衆国12549ニューヨーク州モ ンゴメリー、ワシントン・アベニュー 90
Claims (11)
- 【請求項１】 プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静
電引力により、ワークピース半径を有するワークピース
を保持する静電チャック装置であって、ハード・コート
のアルミナでコーティングした少なくとも２つの円転対
称な同心円のアルミニウム電極を有し、該電極が合わさ
って１つの平坦なクランプ平面を形成し、上記アルミニ
ウム電極の少なくとも１つがその中にガス供給手段を備
えており、さらに該装置において、 上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が上記ワーク
ピース半径よりもオフセットの距離分だけ小さい外側半
径の電極を有し、 上記外側電極が、上記ワークピースより張り出し部分だ
け小さい内側半径を持つ誘電性の環で囲まれ、上記誘電
性の環はその頂面が上記クランプ平面と実質的に同一平
面にあり、さらに上記誘電性の環が、該環の中に埋め込
まれ且つ上記プラズマに露出した少なくとも１つのプロ
ーブ部材を有し、それにより、上記プローブ部材が上記
プラズマにより特性基準電位に維持され、 上記装置がさらに上記特性基準電位に関して上記２つの
電極をバイアスするために上記プローブ部材と上記２つ
の電極とに接続されたバイアス手段を有し、それによ
り、上記特性基準電位に関して上記２つの電極がそれぞ
れのバイアス電位に維持されるようにしたことを特徴と
する静電チャック装置。 - 【請求項２】 上記のアルミニウム電極の第１の電極が
環状であり該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出
た中央部材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面であ
る第２の電極の凹部で支持され、上記第１および第２の
電極がその間に１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記アルミニウム電極に直接接続され、 上記アルミニウム電極が、上記界面に隣接する半径方向
に沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶縁性部
材によって分離されていることをさらに特徴とする、請
求項１に記載の静電チャック装置。 - 【請求項３】 ガスが、上記外側電極の上記頂面の上の
配給溝から半径に沿って外側に向かって上記ワークピー
スおよび上記誘電性の環の間を流れることをさらに特徴
とする、請求項１または２に記載の静電チャック装置。 - 【請求項４】 上記第２の電極が上記の突き出た中央部
材および上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある
突き出た外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上
記電極の間の内側界面および外側界面に隣接する内側お
よび外側領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特
徴とする、請求項２に記載の静電チャック装置。 - 【請求項５】 プラズマを含む真空環境でＤＣ電位の静
電引力により、所定のワークピース半径を有するワーク
ピースを保持する静電チャック装置であって、ハード・
コートのアルミナでコーティングした少なくとも２つの
円転対称な同心円のアルミニウム電極を有し、該電極が
合わさって１つの平坦なクランプ平面を形成し、上記ア
ルミニウム電極の少なくとも１つがその中にガス供給手
段を備えており、さらに該装置において、 上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が上記ワーク
ピース半径よりも保護環のはばだけ小さい外側半径の電
極を有し、 上記外側電極が上記ワークピースより張り出し部分だけ
小さい内側半径を持つ導電性保護環で囲まれ、上記保護
環はその頂面が上記クランプ平面と実質的に同一平面に
あり上記外側電極から誘電物質によって分離され、 上記導電性の保護環が、該保護環から延びプラズマに露
出されている少なくとも１つの感知ピンを持ち、それに
より、上記感知ピンが上記プラズマにより特性基準電位
に維持され、 上記装置がさらに上記特性基準電位に関して上記２つの
電極をバイアスするために上記感知ピンと上記２つの電
極に接続されたバイアス手段を有し、それにより、上記
特性基準電位に関して上記２つの電極がそれぞれのバイ
アス電位に維持されるようにした静電チャック装置。 - 【請求項６】 ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのア
ルミニウム電極に供給され該電極から上記ワークピース
に結合され、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合さ
れ、そこから上記外側電極の半径より大きな半径部分の
ワークピース部分に容量結合されていることをさらに特
徴とする、請求項５に記載の静電チャック装置。 - 【請求項７】 環状の誘電性電界形成環が、上記保護環
から半径に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の
外側半径に実質的に等しい電界形状のための内側半径を
有し、それにより、上記ワークピースが上記環状誘電性
電界形成環と重なることをさらに特徴とする、請求項５
に記載の静電チャック装置。 - 【請求項８】 上記のアルミニウム電極の第１の電極が
環状であり該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出
た中央部材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面であ
る第２の電極の凹部で支持され、上記第１および第２の
電極がその間に１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記アルミニウム電極に直接接続され、 上記アルミニウム電極が上記界面に隣接する半径方向に
沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶縁性部材
によって分離されていることをさらに特徴とする、請求
項６に記載の静電チャック装置。 - 【請求項９】 上記第２の電極が上記の突き出た中央部
材および上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある
突き出た外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上
記電極の間の内側界面および外側界面に隣接する内側お
よび外側領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特
徴とする、請求項８に記載の静電チャック装置。 - 【請求項１０】上記のアルミニウム電極の第１の電極が
環状であり該電極は、上記の第１の電極の内部に突き出
た中央部材を持ち上記第１の電極の頂面と同一平面であ
る第２の電極の凹部で支持され、上記第１および第２の
電極がその間に１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記アルミニウム電極に直接接続され、 上記アルミニウム電極が上記界面に隣接する半径方向に
沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶縁性部材
によって分離されていることをさらに特徴とする、請求
項７に記載の静電チャック装置。 - 【請求項１１】上記第２の電極が上記の突き出た中央部
材および上記の第１の電極の上記頂面と同一平面にある
突き出た外側縁を持ち、且つ上記環状の絶縁性部材が上
記電極の間の内側界面および外側界面に隣接する内側お
よび外側領域で上記の十分な厚みを持つことをさらに特
徴とする、請求項１０に記載の静電チャック装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/169,903 US5467249A (en) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | Electrostatic chuck with reference electrode |
| US169903 | 1993-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201960A JPH07201960A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2610113B2 true JP2610113B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=22617689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP0660500B1 (ja) |
| JP (1) | JP2610113B2 (ja) |
| DE (1) | DE69411873T2 (ja) |
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1998
- 1998-10-01 US US09/165,285 patent/USRE37541E1/en not_active Expired - Lifetime
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| KR20190048113A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 세메스 주식회사 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
| US11244847B2 (en) | 2017-10-30 | 2022-02-08 | Semes Co., Ltd. | Substrate treating apparatus and substrate treating method |
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