JP2614421B2 - 静電チャック装置の製造方法 - Google Patents
静電チャック装置の製造方法Info
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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。
本発明は、上記特許に記載のチャックに対する改良であ
る。ウェーハに関する作業に関しては、ＩＢＭ Technic
al Disclosure Bulletin 19巻6号（1976年11月）に「ガ
ス冷却」という論文がある。米国特許第3,993,123号に
は、隣接する表面の間の熱をガスを使って伝導する記載
があり、この記載によれば、公称同一平面の２つの表面
の不規則面の間にガスが存在し、インピーダンスの小さ
い供給領域からガスが拡散して、すきまに浸透する。ガ
ス圧は公称大気圧であって、したがって、ガスの平均自
由行路の等値、および両表面の間の平均距離によって特
徴づけられる遷移値よりも高い。
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。
本発明は、上記特許に記載のチャックに対する改良であ
る。ウェーハに関する作業に関しては、ＩＢＭ Technic
al Disclosure Bulletin 19巻6号（1976年11月）に「ガ
ス冷却」という論文がある。米国特許第3,993,123号に
は、隣接する表面の間の熱をガスを使って伝導する記載
があり、この記載によれば、公称同一平面の２つの表面
の不規則面の間にガスが存在し、インピーダンスの小さ
い供給領域からガスが拡散して、すきまに浸透する。ガ
ス圧は公称大気圧であって、したがって、ガスの平均自
由行路の等値、および両表面の間の平均距離によって特
徴づけられる遷移値よりも高い。
【０００３】もう１つの問題は、半導体ウェーハを支持
する平面を製造し、その平面に冷却ガスの流路を形成す
ることであり、且つ、上記特許第3,993,123号に記載さ
れているような双極チャックの２つの電極の間の誘電性
コーティングを介して起こる絶縁破壊を回避するように
することである。
する平面を製造し、その平面に冷却ガスの流路を形成す
ることであり、且つ、上記特許第3,993,123号に記載さ
れているような双極チャックの２つの電極の間の誘電性
コーティングを介して起こる絶縁破壊を回避するように
することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、静電チャッ
クにおいて、２つの電極間の絶縁破壊電圧が高い構造を
提供するものである。
クにおいて、２つの電極間の絶縁破壊電圧が高い構造を
提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、静電チャック
の製造方法に関する。要素部品が機械加工され、部分的
に陽極酸化されて、ウェーハに接触しない表面部品に硬
性の絶縁表面を形成し、次に、アセンブリを行い、その
後、ワークピースに隣接する頂面を機械加工して電極の
角に丸みを持たせることで電極の間の放電が抑えられ
る。
の製造方法に関する。要素部品が機械加工され、部分的
に陽極酸化されて、ウェーハに接触しない表面部品に硬
性の絶縁表面を形成し、次に、アセンブリを行い、その
後、ワークピースに隣接する頂面を機械加工して電極の
角に丸みを持たせることで電極の間の放電が抑えられ
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】本発明は、良質の絶縁物質の薄い２つの層
の間に形成された電極の間の小さいギャップを使用する
ことにより、ワークピースに対する高いクランプ力を提
供し、且つ、上記米国特許第5,055,964号のチャックの
全表面が可能な限り平面であるという利点を維持するこ
とを目的とする。
の間に形成された電極の間の小さいギャップを使用する
ことにより、ワークピースに対する高いクランプ力を提
供し、且つ、上記米国特許第5,055,964号のチャックの
全表面が可能な限り平面であるという利点を維持するこ
とを目的とする。
【０００８】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
厚さが持てるような）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
厚さが持てるような）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。
【０００９】図２は、電極凹部２７０を含む基部電極２
００の断面図である。環状電極１００を基部電極２００
の上に示す。凹部２７０の中に、頂部丸み（radius）２
５６が中央ハブ表面２５０と垂直表面２５５との間に機
械加工されている。本発明の実施例では、この表面の曲
率半径は0.381mm（0.015インチ）である。これに対応す
る、垂直表面２５５と底部表面２６５の間の底部の角２
５８の曲率半径は1.524mm（0.060インチ）である。これ
らの丸みはカーバイド、セラミック、あるいはダイアモ
ンドの要具を用いた、数値制御された旋盤で機械加工す
ることが望ましい。対応する電極１００の頂部の丸み２
５６’、および底部の丸み２５８’の曲率半径は、それ
ぞれ0.381mm（0.015インチ）および2.286mm（0.090イン
チ）である。
００の断面図である。環状電極１００を基部電極２００
の上に示す。凹部２７０の中に、頂部丸み（radius）２
５６が中央ハブ表面２５０と垂直表面２５５との間に機
械加工されている。本発明の実施例では、この表面の曲
率半径は0.381mm（0.015インチ）である。これに対応す
る、垂直表面２５５と底部表面２６５の間の底部の角２
５８の曲率半径は1.524mm（0.060インチ）である。これ
らの丸みはカーバイド、セラミック、あるいはダイアモ
ンドの要具を用いた、数値制御された旋盤で機械加工す
ることが望ましい。対応する電極１００の頂部の丸み２
５６’、および底部の丸み２５８’の曲率半径は、それ
ぞれ0.381mm（0.015インチ）および2.286mm（0.090イン
チ）である。
【００１０】電極１００および２００の頂面の最終的な
切削は公称0.0508mm（0.002インチ）の切削深さの断面
操作精度で作ることが望ましく、また、ワークピースの
回転速度は、高品質の絶縁コーティングの形成がしやす
いように、公称25.4ミクロン（2マイクロインチ）仕上
がりの、なめらかな表面が作れるものが望ましい。電極
１００の全表面も最終的に、頂面が上記の標準になるよ
うに機械加工される。
切削は公称0.0508mm（0.002インチ）の切削深さの断面
操作精度で作ることが望ましく、また、ワークピースの
回転速度は、高品質の絶縁コーティングの形成がしやす
いように、公称25.4ミクロン（2マイクロインチ）仕上
がりの、なめらかな表面が作れるものが望ましい。電極
１００の全表面も最終的に、頂面が上記の標準になるよ
うに機械加工される。
【００１１】電極１００および２００はそれぞれ酸化表
面層を有している。これは、アルミライト（Alumilite
（Aluminum Company of America社の登録商標））のよ
うなプロセスで形成され、丈夫で密度の高いコーティン
グを形成し、最低限ミル規格の規格番号 MIL-A-8625 Ty
pe III Class 1 の要求仕様を満たすものである。参照
しやすいようにこの種のコーティングはハード・コート
酸化物と称す。アルミニウム合金６０６１ーＴ６が基部
の材料として望ましい。
面層を有している。これは、アルミライト（Alumilite
（Aluminum Company of America社の登録商標））のよ
うなプロセスで形成され、丈夫で密度の高いコーティン
グを形成し、最低限ミル規格の規格番号 MIL-A-8625 Ty
pe III Class 1 の要求仕様を満たすものである。参照
しやすいようにこの種のコーティングはハード・コート
酸化物と称す。アルミニウム合金６０６１ーＴ６が基部
の材料として望ましい。
【００１２】丈夫で密度の高い酸化物を作るには、上記
物質を広くサンプリングしてテストを行い、満足すべき
ビレットを見つけることが重要であることが分かった。
当業者には明らかなように、処理ステップ、製造後のエ
イジング、結晶粒の大きさ、および化学的組成のすべて
が酸化物コーティングの質に影響を与える。最も単純な
選択方法は、テストピースを単に陽極酸化することであ
る。
物質を広くサンプリングしてテストを行い、満足すべき
ビレットを見つけることが重要であることが分かった。
当業者には明らかなように、処理ステップ、製造後のエ
イジング、結晶粒の大きさ、および化学的組成のすべて
が酸化物コーティングの質に影響を与える。最も単純な
選択方法は、テストピースを単に陽極酸化することであ
る。
【００１３】絶縁の主な要件としては、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。上述したように、絶縁体を適用
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。
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。上述したように、絶縁体を適用
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。
【００１４】図３に本発明のチャックの詳細、すなわ
ち、電極１００および２００の頂面が、アセンブリの
後、最終的な大きさになるように機械加工される様子を
示す。この方法は上記米国特許第5,055,964号に記載の
方法の改良であり、詳細は以下に述べる。図示した領域
はチャックの中央に近い電極１００および２００の間の
接合部である。図３（Ａ）は、最初の陽極酸化のステッ
プ（このとき、頂面１１０および２１０はマスクされ
て、陽極酸化されない）の後に、電極１００および２０
０が位置合わせされ、接着された様子を拡大して示す。
垂直表面２５５および１５５は、凹部２７０および電極
１００の底部と同様に、陽極酸化されている。底部の陽
極酸化ステップはオプションで、使用する絶縁体の質と
許容できる電流漏れの程度に依存する。以下に述べる位
置合わせを行った後、両電極は絶縁エポキシ２５４（例
えばＨ７０Ｓ）で接着される。図３（Ａ）に示すよう
に、両電極の最終的な頂面になる頂面の線２１０’の上
までエポキシが充填される。
ち、電極１００および２００の頂面が、アセンブリの
後、最終的な大きさになるように機械加工される様子を
示す。この方法は上記米国特許第5,055,964号に記載の
方法の改良であり、詳細は以下に述べる。図示した領域
はチャックの中央に近い電極１００および２００の間の
接合部である。図３（Ａ）は、最初の陽極酸化のステッ
プ（このとき、頂面１１０および２１０はマスクされ
て、陽極酸化されない）の後に、電極１００および２０
０が位置合わせされ、接着された様子を拡大して示す。
垂直表面２５５および１５５は、凹部２７０および電極
１００の底部と同様に、陽極酸化されている。底部の陽
極酸化ステップはオプションで、使用する絶縁体の質と
許容できる電流漏れの程度に依存する。以下に述べる位
置合わせを行った後、両電極は絶縁エポキシ２５４（例
えばＨ７０Ｓ）で接着される。図３（Ａ）に示すよう
に、両電極の最終的な頂面になる頂面の線２１０’の上
までエポキシが充填される。
【００１５】図３（Ｂ）に示すように、両電極の頂面
が、最終の仕上げが101.6ミクロン（4マイクロインチ）
（実際的には50.8ミクロン（2マイクロインチ）に近
い）になるように機械加工され、丸み２５６および２５
６’も機械加工されている。機械加工ステップでは、先
ず陽極酸化コーティングにダイアモンド・スクライブで
刻みを付け、次にプランジ・カットを行う。プランジ・
カットは、おおよそ丸み２５６／２５６’の大きさのツ
ールをエポキシに突っ込み、このツールを電極１００の
外周に沿って動かす。実施例では、半径２５６は0.762m
m（0.030インチ）であった。当業者であっても、コーテ
ィングを機械加工で除去することは思いつかないであろ
う。コーティングはもろく、機械加工でなめらかになら
ずに砕けてしまうので、陽極酸化されたハード・コート
を機械加工すると、その結果、表面が粗くなることが分
かっているからである。新たななめらかな表面を作るた
めに機械加工をさらに内側に延ばすことはできるが、垂
直表面内部に水平段差ができてしまう。これは、過分な
機械加工によることと、酸化物がアルミニウム中に成長
して酸化物が形成されるからである。このような段差
は、その段差のところで高い電界強度ができ、それに伴
い電流漏れを起こす危険が増えるので、勿論望ましくな
い。さらに、新しいエポキシと古いエポキシとの間の界
面が段差の垂直位置にできる。新しいエポキシと古いエ
ポキシとの間の接着は、１つのエポキシのかたまりの内
部の接着よりも均一でないので、上記の界面は電流漏れ
にたいする抵抗が低い。少なくとも最小量のアルミニウ
ムが除去されるので、丸みにはある段差即ち鋭い変化が
形成されるのはやむをえない。半径２５６と２５６’
は、２つの機械加工プロセスで２つの要具を用いて、異
なるように作ることもでき、その結果、段差を垂直方向
のある距離だけ離すことができる。さらに、当業者には
明らかなように、機械加工工程でアルミニウムの粒子が
生じ、これが、エポキシの中に留まり絶縁破壊を起こす
弱点の原因になる。アルミニウム粒子は手で除くか、お
よび／または、丸み２５６と２５６’を機械加工した後
にエポキシだけを除く２回目のプランジ・カットを行
い、これにより、残っているアルミニウム粒子を除き、
また、古いエポキシと新しいエポキシとの間の接合部を
低くして、その結果、接合部が、新しい陽極酸化部と新
しい陽極酸化部との間の不連続部分と同じ高さにならな
いようにする。
が、最終の仕上げが101.6ミクロン（4マイクロインチ）
（実際的には50.8ミクロン（2マイクロインチ）に近
い）になるように機械加工され、丸み２５６および２５
６’も機械加工されている。機械加工ステップでは、先
ず陽極酸化コーティングにダイアモンド・スクライブで
刻みを付け、次にプランジ・カットを行う。プランジ・
カットは、おおよそ丸み２５６／２５６’の大きさのツ
ールをエポキシに突っ込み、このツールを電極１００の
外周に沿って動かす。実施例では、半径２５６は0.762m
m（0.030インチ）であった。当業者であっても、コーテ
ィングを機械加工で除去することは思いつかないであろ
う。コーティングはもろく、機械加工でなめらかになら
ずに砕けてしまうので、陽極酸化されたハード・コート
を機械加工すると、その結果、表面が粗くなることが分
かっているからである。新たななめらかな表面を作るた
めに機械加工をさらに内側に延ばすことはできるが、垂
直表面内部に水平段差ができてしまう。これは、過分な
機械加工によることと、酸化物がアルミニウム中に成長
して酸化物が形成されるからである。このような段差
は、その段差のところで高い電界強度ができ、それに伴
い電流漏れを起こす危険が増えるので、勿論望ましくな
い。さらに、新しいエポキシと古いエポキシとの間の界
面が段差の垂直位置にできる。新しいエポキシと古いエ
ポキシとの間の接着は、１つのエポキシのかたまりの内
部の接着よりも均一でないので、上記の界面は電流漏れ
にたいする抵抗が低い。少なくとも最小量のアルミニウ
ムが除去されるので、丸みにはある段差即ち鋭い変化が
形成されるのはやむをえない。半径２５６と２５６’
は、２つの機械加工プロセスで２つの要具を用いて、異
なるように作ることもでき、その結果、段差を垂直方向
のある距離だけ離すことができる。さらに、当業者には
明らかなように、機械加工工程でアルミニウムの粒子が
生じ、これが、エポキシの中に留まり絶縁破壊を起こす
弱点の原因になる。アルミニウム粒子は手で除くか、お
よび／または、丸み２５６と２５６’を機械加工した後
にエポキシだけを除く２回目のプランジ・カットを行
い、これにより、残っているアルミニウム粒子を除き、
また、古いエポキシと新しいエポキシとの間の接合部を
低くして、その結果、接合部が、新しい陽極酸化部と新
しい陽極酸化部との間の不連続部分と同じ高さにならな
いようにする。
【００１６】製造ステップは以下の通りである。 １. 電極１００および２００の外側寸法を粗く機械加
工する。 ２. 凹部２７０を機械加工で仕上げる。電極２００
に、ジグで中央ドエルピンをつくる。 ３. 垂直表面１５５と２５５、および電極１００の底
部を機械加工で仕上げる。電極１００および２００に、
ジグでドエルピンが通る穴をつくる。 ４. 凹部２７０の垂直表面１５５と２５５、および電
極１００の底部を陽極酸化する。電極１００と２００の
頂面はマスクする。 ５. プランジ・カットする領域の底部にダイアモンド
・スクライブの先端で刻みを付ける。陽極酸化された表
面をポリイミドでコーティングする。ダイアモンド・ス
クライブで刻みをつけた線の上方の陽極酸化されたハー
ドコートを必要に応じて機械加工で除去する。 ６. ドエルピン位置合わせ（１マイクロアンプ以下の
手法）を用いて電極１００および２００を接着する。 ７. 丸み２５６と２５６’を機械加工でプランジ・カ
ットする。頂面２１０’およびチャックの外側表面全て
を機械加工で仕上げる。 ８. 表面２１０’およびチャックの外側表面を陽極酸
化する。 ９. プランジ・カットされた丸みを熱伝導性の絶縁エ
ポキシ２５４’で密封する。
工する。 ２. 凹部２７０を機械加工で仕上げる。電極２００
に、ジグで中央ドエルピンをつくる。 ３. 垂直表面１５５と２５５、および電極１００の底
部を機械加工で仕上げる。電極１００および２００に、
ジグでドエルピンが通る穴をつくる。 ４. 凹部２７０の垂直表面１５５と２５５、および電
極１００の底部を陽極酸化する。電極１００と２００の
頂面はマスクする。 ５. プランジ・カットする領域の底部にダイアモンド
・スクライブの先端で刻みを付ける。陽極酸化された表
面をポリイミドでコーティングする。ダイアモンド・ス
クライブで刻みをつけた線の上方の陽極酸化されたハー
ドコートを必要に応じて機械加工で除去する。 ６. ドエルピン位置合わせ（１マイクロアンプ以下の
手法）を用いて電極１００および２００を接着する。 ７. 丸み２５６と２５６’を機械加工でプランジ・カ
ットする。頂面２１０’およびチャックの外側表面全て
を機械加工で仕上げる。 ８. 表面２１０’およびチャックの外側表面を陽極酸
化する。 ９. プランジ・カットされた丸みを熱伝導性の絶縁エ
ポキシ２５４’で密封する。
【００１７】任意のステップとして、温度が２０℃以上
になるなら、両電極の間にポリイミドのシートを挿入し
てもよい。
になるなら、両電極の間にポリイミドのシートを挿入し
てもよい。
【００１８】環状電極１００の厚さは凹部２７０の公称
の深さより小さくし、接着工程後の底部の両表面の間に
公称0.0508mm（0.002インチ）のギャップが作られる。
このギャップの均一性は、プラズマを持続させるようＲ
Ｆ電力がチャックを介して供給される、プラズマによっ
て引き起こされるエッチング工程に関連する。ＲＦは通
常、底部ギャップを介して電極１００の領域において容
量結合しているので、このキャパシタのインピーダンス
のために、この領域ではより少ないＲＦが供給され、エ
ッチング工程がＲＦの量に高度に敏感である場合、この
領域でのエッチング工程も影響される。工程によりそれ
ぞれＲＦ電力に対する敏感性が異なるが、当業者であれ
ば、工程の敏感性を測定することは容易であろう。ＲＦ
を印加しない工程で使用されるチャックは上記の考慮に
よる影響は受けず、従って、より大きなギャップを持つ
ことができる。あるいは、電極１００および２００の各
々に適切な適応回路を介してＲＦ電力を直接供給する別
の方法もある。
の深さより小さくし、接着工程後の底部の両表面の間に
公称0.0508mm（0.002インチ）のギャップが作られる。
このギャップの均一性は、プラズマを持続させるようＲ
Ｆ電力がチャックを介して供給される、プラズマによっ
て引き起こされるエッチング工程に関連する。ＲＦは通
常、底部ギャップを介して電極１００の領域において容
量結合しているので、このキャパシタのインピーダンス
のために、この領域ではより少ないＲＦが供給され、エ
ッチング工程がＲＦの量に高度に敏感である場合、この
領域でのエッチング工程も影響される。工程によりそれ
ぞれＲＦ電力に対する敏感性が異なるが、当業者であれ
ば、工程の敏感性を測定することは容易であろう。ＲＦ
を印加しない工程で使用されるチャックは上記の考慮に
よる影響は受けず、従って、より大きなギャップを持つ
ことができる。あるいは、電極１００および２００の各
々に適切な適応回路を介してＲＦ電力を直接供給する別
の方法もある。
【００１９】図４に、本発明によるチャックの部分で、
ワークピースをガス冷却するための冷却ガスの流路の詳
細の断面図を、部分的に描写図で部分的に図式図で示
す。図４の右に示すように、ガス（例えばヘリウムまた
はアルゴン）が、冷却ガス流路５１０を通り、電極２０
０を通って上がり、電極２００の縁のまわりを通る環状
通路即ちガス配給溝５１５に達する。熱伝導性のガスが
環状のガス配給溝５１５から放射状に拡散し、両表面の
間のすきまの中の圧力とガス配給溝５１５の中のガス圧
とが等しくなった時に拡散は止む。ガスが出口まで沿っ
て流れる内部にはインピーダンスとなる通路がないの
で、ガス圧の降下はなく、従って、ガス圧は必然的に均
一である。
ワークピースをガス冷却するための冷却ガスの流路の詳
細の断面図を、部分的に描写図で部分的に図式図で示
す。図４の右に示すように、ガス（例えばヘリウムまた
はアルゴン）が、冷却ガス流路５１０を通り、電極２０
０を通って上がり、電極２００の縁のまわりを通る環状
通路即ちガス配給溝５１５に達する。熱伝導性のガスが
環状のガス配給溝５１５から放射状に拡散し、両表面の
間のすきまの中の圧力とガス配給溝５１５の中のガス圧
とが等しくなった時に拡散は止む。ガスが出口まで沿っ
て流れる内部にはインピーダンスとなる通路がないの
で、ガス圧の降下はなく、従って、ガス圧は必然的に均
一である。
【００２０】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10 Tor
r）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６００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６
００（図４参照）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。上記の、ガス流を維持してガス圧を確立する手
法は、ガス流を妨げるＯリングシール、あるいは、他の
弾性シールを使う、例えば米国特許第5,103,367号にあ
る従来技術とは根本的に異なる。この種のシールは、そ
の外側エッジ部分がプラズマによる攻撃を受けやすい。
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10 Tor
r）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６００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６
００（図４参照）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。上記の、ガス流を維持してガス圧を確立する手
法は、ガス流を妨げるＯリングシール、あるいは、他の
弾性シールを使う、例えば米国特許第5,103,367号にあ
る従来技術とは根本的に異なる。この種のシールは、そ
の外側エッジ部分がプラズマによる攻撃を受けやすい。
【００２１】米国特許第4,512,931号には、機械的クラ
ンプを用い、ガス圧を等しくできるほどにガスが自由に
流れることができる、少なくともウェーハと同じ厚さ
（0.508mm以上（0.020インチ））のガスチャンバを持つ
チャックの記載がある。密封は、ガスチャンバを画定す
るチャックの外側エッジ部の高くなったリップに対して
大きな力でウェーハを押さえつける機械的クランプによ
って得られる。クランプがエッジ部だけに適用されるの
で、クランプ領域におけるクランプ圧力は、静電チャッ
クの中の引力よりは、少なくともクランプ領域の割合だ
け大きい。静電チャックに対するクランプ圧力が20 Tor
r（チャックからウェーハを押し上げる冷却ガスの圧
力）の場合、全クランプ力は20 Torr × Atotal（A
totalはチャックの全領域を表す）である。機械的にク
ランプされたチャックが減少したクランプ領域Ac lampの
上で同じクランプ力を適用するには、クランプ領域での
圧力は、20Torr(Atotal/Aclamp)でなければならない。
例えば、直径200mmのチャックでリップの幅が5mmの場
合、Atotal = π1002mm2、 Aclamp = π(1002 - 952)mm
2、そして、 Atotal/Aclamp = 10.3である。このような
機械的にクランプされたチャックは静電チャックよりも
少なくとも１０倍のクランプ圧力を発揮するべきであ
り、密封は圧力に従って単調に増える関数であるので、
従って、それに応じて良い密封ができる。
ンプを用い、ガス圧を等しくできるほどにガスが自由に
流れることができる、少なくともウェーハと同じ厚さ
（0.508mm以上（0.020インチ））のガスチャンバを持つ
チャックの記載がある。密封は、ガスチャンバを画定す
るチャックの外側エッジ部の高くなったリップに対して
大きな力でウェーハを押さえつける機械的クランプによ
って得られる。クランプがエッジ部だけに適用されるの
で、クランプ領域におけるクランプ圧力は、静電チャッ
クの中の引力よりは、少なくともクランプ領域の割合だ
け大きい。静電チャックに対するクランプ圧力が20 Tor
r（チャックからウェーハを押し上げる冷却ガスの圧
力）の場合、全クランプ力は20 Torr × Atotal（A
totalはチャックの全領域を表す）である。機械的にク
ランプされたチャックが減少したクランプ領域Ac lampの
上で同じクランプ力を適用するには、クランプ領域での
圧力は、20Torr(Atotal/Aclamp)でなければならない。
例えば、直径200mmのチャックでリップの幅が5mmの場
合、Atotal = π1002mm2、 Aclamp = π(1002 - 952)mm
2、そして、 Atotal/Aclamp = 10.3である。このような
機械的にクランプされたチャックは静電チャックよりも
少なくとも１０倍のクランプ圧力を発揮するべきであ
り、密封は圧力に従って単調に増える関数であるので、
従って、それに応じて良い密封ができる。
【００２２】実施例では、公称長さ9.525mm（0.375イン
チ）の流路５１０の直径は0.762mm（0.030インチ）で、
その下の流路の直径は3.175mm（0.125インチ）である。
流路５１０はグロー放電を持続させるようなものであっ
てはならず、したがって、通常の隔壁あるいは他の手段
を用いてパッシェンの法則を満たさないようにし、グロ
ー放電が発生しないようにするべきである。長いガス流
路は、例えば石英の管あるいは絶縁された管を用いて、
チャックと結合しないようにし、場合によっては、余計
なガス量を減らすために、テフロンの細管を詰めるよう
にすべきである。
チ）の流路５１０の直径は0.762mm（0.030インチ）で、
その下の流路の直径は3.175mm（0.125インチ）である。
流路５１０はグロー放電を持続させるようなものであっ
てはならず、したがって、通常の隔壁あるいは他の手段
を用いてパッシェンの法則を満たさないようにし、グロ
ー放電が発生しないようにするべきである。長いガス流
路は、例えば石英の管あるいは絶縁された管を用いて、
チャックと結合しないようにし、場合によっては、余計
なガス量を減らすために、テフロンの細管を詰めるよう
にすべきである。
【００２３】ガス配給溝５１５は公称深さが0.508mm
（0.020インチ）で、電極２００の頂面２２０に接する
ところでの曲率半径が0.254mm（0.010インチ）、電極２
００の底部に接するところでの曲率半径が0.508mm（0.0
20インチ）である。ガス配給溝５１５と流路５１０とが
交叉するところは、必要に応じて丸みをつけても良い。
（0.020インチ）で、電極２００の頂面２２０に接する
ところでの曲率半径が0.254mm（0.010インチ）、電極２
００の底部に接するところでの曲率半径が0.508mm（0.0
20インチ）である。ガス配給溝５１５と流路５１０とが
交叉するところは、必要に応じて丸みをつけても良い。
【００２４】１連の環状溝を接続してインピーダンスの
少ない放射状の溝を形成する構成に比べて、上記の構
成、すなわち、周辺に沿った、インピーダンスの少ない
ガス配給溝を通してガスを環状に配給し、拡散によって
ガスを放射状に配給するようにした本発明の構成の利点
は、前者の場合、溝が交叉するところに鋭い角部が形成
され、ウェーハにあたる冷却ガスを通して、上記の角で
の高い電界によって、放電が発生する危険があることで
ある。当業者には明らかなように、冷却ガスの流路には
他の構成があることは公知のことである。例えば、中央
開口を用いて供給口とし、ガスを放射状に真空の中に流
す方法もある。しかし、この方法には、半径によってガ
ス圧が異なり、したがって、冷却効率が変動するという
欠点がある。
少ない放射状の溝を形成する構成に比べて、上記の構
成、すなわち、周辺に沿った、インピーダンスの少ない
ガス配給溝を通してガスを環状に配給し、拡散によって
ガスを放射状に配給するようにした本発明の構成の利点
は、前者の場合、溝が交叉するところに鋭い角部が形成
され、ウェーハにあたる冷却ガスを通して、上記の角で
の高い電界によって、放電が発生する危険があることで
ある。当業者には明らかなように、冷却ガスの流路には
他の構成があることは公知のことである。例えば、中央
開口を用いて供給口とし、ガスを放射状に真空の中に流
す方法もある。しかし、この方法には、半径によってガ
ス圧が異なり、したがって、冷却効率が変動するという
欠点がある。
【００２５】ガス圧は、平均自由行路が表面２１０とウ
ェーハ６００の背面との間の平均距離よりかなり小さく
するようにすることが望ましい。高圧状況と称せられる
この条件の下では、ガス膜の熱伝導率は、約1 Torrから
大気圧にいたる広い範囲の圧力に殆ど影響されない。低
圧状況の下で平均自由行路が上記の平均距離に等しいか
より大きい場合、熱伝導率は圧力に対して指数関数的に
減少する。低圧状況下での操作については米国特許第4,
909,314号に記載がある。上記の特許で使用している用
語とは対照的に、本発明で使用している用語は標準的な
用法であり、「伝導」とは質量の流れを伴わない、粒子
の衝突の繰り返しによる熱伝導を意味し、「対流」と
は、通常、正味の質量の流れを伴い、エネルギーを持っ
た粒子が１つの場所から別の場所に運動することによる
熱伝導を意味する。したがって、低圧状況の下では、熱
伝導は対流によるものであり、熱せられたウェーハから
エネルギーを得た粒子が、衝突を伴わずに冷たい基部に
移動し、基部に衝突したときにエネルギーを放出する。
ェーハ６００の背面との間の平均距離よりかなり小さく
するようにすることが望ましい。高圧状況と称せられる
この条件の下では、ガス膜の熱伝導率は、約1 Torrから
大気圧にいたる広い範囲の圧力に殆ど影響されない。低
圧状況の下で平均自由行路が上記の平均距離に等しいか
より大きい場合、熱伝導率は圧力に対して指数関数的に
減少する。低圧状況下での操作については米国特許第4,
909,314号に記載がある。上記の特許で使用している用
語とは対照的に、本発明で使用している用語は標準的な
用法であり、「伝導」とは質量の流れを伴わない、粒子
の衝突の繰り返しによる熱伝導を意味し、「対流」と
は、通常、正味の質量の流れを伴い、エネルギーを持っ
た粒子が１つの場所から別の場所に運動することによる
熱伝導を意味する。したがって、低圧状況の下では、熱
伝導は対流によるものであり、熱せられたウェーハから
エネルギーを得た粒子が、衝突を伴わずに冷たい基部に
移動し、基部に衝突したときにエネルギーを放出する。
【００２６】図４で、開口５５０は冷却流体（例えば
水）の流路を表し、流体はこの図の紙面に垂直に流れ
る。冷却水の使用は任意で、チャックによってワークピ
ースから除かねばならない熱に依存する。図４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８
００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２
００と１００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、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２００の上方でプラズマに結合されている電
力と、電極１００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との間
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。
水）の流路を表し、流体はこの図の紙面に垂直に流れ
る。冷却水の使用は任意で、チャックによってワークピ
ースから除かねばならない熱に依存する。図４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８
００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２
００と１００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、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２００の上方でプラズマに結合されている電
力と、電極１００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との間
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。
【００２７】チャックの用途は半導体ウェーハに限られ
ず、他の多くの材料にも使うことができる。ウェーハや
他のワークピースを掴んで移動するマテリアル・ハンド
リング装置に使うことができる。
ず、他の多くの材料にも使うことができる。ウェーハや
他のワークピースを掴んで移動するマテリアル・ハンド
リング装置に使うことができる。
【００２８】チャックのクランプ力を強化する任意のス
テップは、酸化物が形成された後、アセンブリの前また
は後に行う研磨ステップである。チャックが花崗岩ブロ
ックの表面、または他の非導電性の、不純物のない滑ら
かな表面の上に置かれ、455グラムないし2,270グラム
（1ないし5ポンド）の圧力で押さえる。上記のブロック
に載せたチャックを２分間ラビングした結果、ガス漏れ
率が２倍以上改善された。クランプ力はウェーハをチャ
ックからはずすのに必要なガス圧を測ることで容易に測
定できる。最初のクランプ力が満足できるレベルであれ
ば、チャックの電極に印加する電圧は減らすことがで
き、絶縁物質にかかる応力も減り、寿命も長くできる。
テップは、酸化物が形成された後、アセンブリの前また
は後に行う研磨ステップである。チャックが花崗岩ブロ
ックの表面、または他の非導電性の、不純物のない滑ら
かな表面の上に置かれ、455グラムないし2,270グラム
（1ないし5ポンド）の圧力で押さえる。上記のブロック
に載せたチャックを２分間ラビングした結果、ガス漏れ
率が２倍以上改善された。クランプ力はウェーハをチャ
ックからはずすのに必要なガス圧を測ることで容易に測
定できる。最初のクランプ力が満足できるレベルであれ
ば、チャックの電極に印加する電圧は減らすことがで
き、絶縁物質にかかる応力も減り、寿命も長くできる。
【００２９】接着剤として公称厚さ0.0254mmないし0.05
08mm（0.001ないし0.002インチ）に充填されたエポキシ
系のものを使用した場合、温度が２０℃以上のときに、
電極１００と２００との間にかなりの漏れ電流があるこ
とが分かった。アルミナおよび窒化物硼素のような典型
的な充填剤は双方とも良い絶縁物質であるので、これは
意外であった。この漏れは、陽極酸化工程の後に残った
移動イオンが酸化物コーティングを通して流れ、徐々に
コーティングを弱めることによって起こるものである。
したがって、有機コーティング、または、イオン移動の
低いエポキシを使って、移動イオンの流れを遮断するこ
とが望ましい。厚さ0.0254mm（0.001インチ）のポリイ
ミドの膜を電極１００と２００との間に挿入して、垂直
表面と電極１００の下部に沿って発生する漏れ電流を減
らすことができる。この手法をとった場合、温度１００
℃で、漏れ電流が10μA以上であったものを1μA以下に
減らすことができた。電極をポリイミド樹脂のような有
機物質に浸漬する方法も使うことができる。
08mm（0.001ないし0.002インチ）に充填されたエポキシ
系のものを使用した場合、温度が２０℃以上のときに、
電極１００と２００との間にかなりの漏れ電流があるこ
とが分かった。アルミナおよび窒化物硼素のような典型
的な充填剤は双方とも良い絶縁物質であるので、これは
意外であった。この漏れは、陽極酸化工程の後に残った
移動イオンが酸化物コーティングを通して流れ、徐々に
コーティングを弱めることによって起こるものである。
したがって、有機コーティング、または、イオン移動の
低いエポキシを使って、移動イオンの流れを遮断するこ
とが望ましい。厚さ0.0254mm（0.001インチ）のポリイ
ミドの膜を電極１００と２００との間に挿入して、垂直
表面と電極１００の下部に沿って発生する漏れ電流を減
らすことができる。この手法をとった場合、温度１００
℃で、漏れ電流が10μA以上であったものを1μA以下に
減らすことができた。電極をポリイミド樹脂のような有
機物質に浸漬する方法も使うことができる。
【００３０】容量結合によってＲＦ電力が環状電極１０
０に供給されていた前述の実施例とは対照的に、図５
に、電極１００および２００が電気的にデカップリング
されている別の実施例を示す。図５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、両電極をデカップリングするのに十分な垂直方向の
厚さを持っている。図４の実施例では、環の内側および
外側のエッジにおいて２つの段差があった。実施例の20
0mm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１００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。
０に供給されていた前述の実施例とは対照的に、図５
に、電極１００および２００が電気的にデカップリング
されている別の実施例を示す。図５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、両電極をデカップリングするのに十分な垂直方向の
厚さを持っている。図４の実施例では、環の内側および
外側のエッジにおいて２つの段差があった。実施例の20
0mm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１００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。
【００３１】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(0.02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。
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(0.02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。
【００３２】この実施例では、図１の実施例で示した外
側の縁２１０を欠いており、ガスを供給する環状通路５
１５は電極１００の中にあることに留意されたい。ま
た、この実施例には、絶縁性の電界形成環３００があ
り、電界線をウェーハに対し垂直に維持できるようにし
ている。ボックス６１５は図６に示す結合回路を表して
おり、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Ｃ２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Ｃ
３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。
側の縁２１０を欠いており、ガスを供給する環状通路５
１５は電極１００の中にあることに留意されたい。ま
た、この実施例には、絶縁性の電界形成環３００があ
り、電界線をウェーハに対し垂直に維持できるようにし
ている。ボックス６１５は図６に示す結合回路を表して
おり、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Ｃ２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Ｃ
３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。
【００３３】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）静電引力によってワークピースを保持する静電チ
ャックを製造する方法であって、アルミニウム合金で基
部電極を機械加工により製作し、第２の電極を受ける電
極凹部を上記基部電極の頂面に機械加工して、上記電極
凹部が、内側および外側の凹部側面と上記頂面から凹部
の深さ分だけ下方の凹部底面とを有し、該凹部底面は第
２の曲率半径を持つ第２の遷移領域により上記凹部の両
側面に接続しており、それにより、凹部横軸距離を画定
するステップと、上記凹部横軸距離に関連させた第２の
横軸距離と、上記内側凹部側面に対応させた第２の内側
側面、及び、上記の外側凹部側面に対応させた第２の外
側側面と、並びに、上記凹部の深さに関連させた第２の
厚さとを以て、上記第２の電極を上記凹部に合致するよ
うに機械加工するステップと、上記基部電極および上記
第２電極が接合される部分の双方を少なくとも酸化アル
ミニウムの電極厚さで酸化し、それにより、上記基部電
極が酸化された凹部横軸距離と酸化された凹部深さとを
持つ酸化された凹部を持ち、上記第２の電極が酸化され
た第２の横軸距離と酸化された第２の厚さを持つように
し、さらに、上記の酸化アルミニウムの厚さと上記凹部
横軸距離と上記第２の横軸距離とが互いに関連して、上
記基部電極と上記第２の電極がアセンブルされたとき、
該両電極の間に内側および外側の凹部ギャップが形成さ
れるようにするステップと、上記の凹部側面および上記
第２の電極の側面の少なくとも１つを結合剤でコーティ
ングするステップと、上記基部および第２電極をアセン
ブルし、熱伝導性の電気絶縁エポキシで接着するステッ
プと、上記基部および第２電極の双方の頂面を機械加工
するステップと、上記両頂面の間で、かつ、上記内側の
凹部側面と上記第２の内側側面との間の遷移半径を内側
の溝の深さまで同時に機械加工するステップと、上記両
頂面の間で、かつ、上記外側の凹部側面と上記第２の外
側側面との間の遷移半径を外側の溝の深さまで同時に機
械加工するステップと、陽極酸化された全ての表面を機
械加工で仕上げるステップと、まだ陽極酸化されていな
い全ての表面を陽極酸化するステップと、上記基部およ
び第２の電極の間の溝を熱伝導性の電気絶縁エポキシで
充填するステップと、を有する製造方法。 （２）上記内側の溝の深さの下方および上記外側の溝の
深さの下方の上記絶縁エポキシを機械加工することによ
って、上記内側凹部側面と上記第２の内側側面との間、
および、上記外側凹部側面と上記第２の外側側面との間
からアルミニウム粒子を除去する付加的ステップをさら
に有し、そうすることにより、上記遷移半径と上記外側
凹部側面と上記第２の外側側面とが交叉する遷移領域の
下方に新しいエポキシ頂面を形成し、上記アルミニウム
粒子を除去し且つ上部と下部のエポキシ充填部材の間の
界面が上記遷移領域から転置されるようにしたことを特
徴とする、上記（１）に記載の方法。 （３）上記基部および第２電極をアセンブルするステッ
プが有機絶縁膜片を上記基部および第２電極の間の上記
内側および外側の凹部ギャップに挿入するステップを含
み、上記結合剤により上記絶縁膜と上記基部および第２
電極とを結合することを特徴とする、上記（１）に記載
の方法。 （４）上記基部および第２の電極を機械加工するステッ
プが、上記基部および第２電極の少なくとも１つの頂面
に、放射状のガス配給溝を作らずに、少なくとも１つの
環状のガス配給溝を機械加工によって作るステップを含
み、それにより、クランプ平面に沿ったガス流にインピ
ーダンスの低い放射状流路がないようにし、さらに、上
記環状のガス配給溝が上記静電チャックの半径よりイン
ピーダンス距離だけ小さい半径を有し、それにより、作
動の際に、上記冷却ガスが上記クランプ平面と上記ワー
クピースとの間のすきまを通って内に向かって放射状に
拡散し、上記インピーダンス距離に沿った上記クランプ
平面と上記ワークピースとの間のすきまによって形成さ
れたインピーダンスを通って上記冷却ガスが外に向かっ
て放射状に流れることにより、上記ガス供給溝の中で上
記冷却ガス圧が維持できるようにしたことを特徴とす
る、上記（１又は２）に記載の方法。 （５）上記基部および第２の電極の間に容量結合された
ＲＦ電力を所定の閾量以下に下げるのに十分なデカップ
リング厚さを持つデカップリング絶縁体を収めるために
上記第２電極の底部を機械加工するステップと、上記基
部および第２の電極をＲＦ電力源に接続するための端子
を形成するステップとをさらに有する、上記（１ないし
３のいずれか１つ）に記載の方法。
の事項を開示する。 （１）静電引力によってワークピースを保持する静電チ
ャックを製造する方法であって、アルミニウム合金で基
部電極を機械加工により製作し、第２の電極を受ける電
極凹部を上記基部電極の頂面に機械加工して、上記電極
凹部が、内側および外側の凹部側面と上記頂面から凹部
の深さ分だけ下方の凹部底面とを有し、該凹部底面は第
２の曲率半径を持つ第２の遷移領域により上記凹部の両
側面に接続しており、それにより、凹部横軸距離を画定
するステップと、上記凹部横軸距離に関連させた第２の
横軸距離と、上記内側凹部側面に対応させた第２の内側
側面、及び、上記の外側凹部側面に対応させた第２の外
側側面と、並びに、上記凹部の深さに関連させた第２の
厚さとを以て、上記第２の電極を上記凹部に合致するよ
うに機械加工するステップと、上記基部電極および上記
第２電極が接合される部分の双方を少なくとも酸化アル
ミニウムの電極厚さで酸化し、それにより、上記基部電
極が酸化された凹部横軸距離と酸化された凹部深さとを
持つ酸化された凹部を持ち、上記第２の電極が酸化され
た第２の横軸距離と酸化された第２の厚さを持つように
し、さらに、上記の酸化アルミニウムの厚さと上記凹部
横軸距離と上記第２の横軸距離とが互いに関連して、上
記基部電極と上記第２の電極がアセンブルされたとき、
該両電極の間に内側および外側の凹部ギャップが形成さ
れるようにするステップと、上記の凹部側面および上記
第２の電極の側面の少なくとも１つを結合剤でコーティ
ングするステップと、上記基部および第２電極をアセン
ブルし、熱伝導性の電気絶縁エポキシで接着するステッ
プと、上記基部および第２電極の双方の頂面を機械加工
するステップと、上記両頂面の間で、かつ、上記内側の
凹部側面と上記第２の内側側面との間の遷移半径を内側
の溝の深さまで同時に機械加工するステップと、上記両
頂面の間で、かつ、上記外側の凹部側面と上記第２の外
側側面との間の遷移半径を外側の溝の深さまで同時に機
械加工するステップと、陽極酸化された全ての表面を機
械加工で仕上げるステップと、まだ陽極酸化されていな
い全ての表面を陽極酸化するステップと、上記基部およ
び第２の電極の間の溝を熱伝導性の電気絶縁エポキシで
充填するステップと、を有する製造方法。 （２）上記内側の溝の深さの下方および上記外側の溝の
深さの下方の上記絶縁エポキシを機械加工することによ
って、上記内側凹部側面と上記第２の内側側面との間、
および、上記外側凹部側面と上記第２の外側側面との間
からアルミニウム粒子を除去する付加的ステップをさら
に有し、そうすることにより、上記遷移半径と上記外側
凹部側面と上記第２の外側側面とが交叉する遷移領域の
下方に新しいエポキシ頂面を形成し、上記アルミニウム
粒子を除去し且つ上部と下部のエポキシ充填部材の間の
界面が上記遷移領域から転置されるようにしたことを特
徴とする、上記（１）に記載の方法。 （３）上記基部および第２電極をアセンブルするステッ
プが有機絶縁膜片を上記基部および第２電極の間の上記
内側および外側の凹部ギャップに挿入するステップを含
み、上記結合剤により上記絶縁膜と上記基部および第２
電極とを結合することを特徴とする、上記（１）に記載
の方法。 （４）上記基部および第２の電極を機械加工するステッ
プが、上記基部および第２電極の少なくとも１つの頂面
に、放射状のガス配給溝を作らずに、少なくとも１つの
環状のガス配給溝を機械加工によって作るステップを含
み、それにより、クランプ平面に沿ったガス流にインピ
ーダンスの低い放射状流路がないようにし、さらに、上
記環状のガス配給溝が上記静電チャックの半径よりイン
ピーダンス距離だけ小さい半径を有し、それにより、作
動の際に、上記冷却ガスが上記クランプ平面と上記ワー
クピースとの間のすきまを通って内に向かって放射状に
拡散し、上記インピーダンス距離に沿った上記クランプ
平面と上記ワークピースとの間のすきまによって形成さ
れたインピーダンスを通って上記冷却ガスが外に向かっ
て放射状に流れることにより、上記ガス供給溝の中で上
記冷却ガス圧が維持できるようにしたことを特徴とす
る、上記（１又は２）に記載の方法。 （５）上記基部および第２の電極の間に容量結合された
ＲＦ電力を所定の閾量以下に下げるのに十分なデカップ
リング厚さを持つデカップリング絶縁体を収めるために
上記第２電極の底部を機械加工するステップと、上記基
部および第２の電極をＲＦ電力源に接続するための端子
を形成するステップとをさらに有する、上記（１ないし
３のいずれか１つ）に記載の方法。
【００３４】
【発明の効果】本発明の静電チャックは、その電極がウ
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、プロセス中にウェーハ電位の
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が、さらに、電極の、特にワ
ークピースに隣接する頂面などの角を機械加工して丸み
を持たせたことで、電極間の放電を抑え、高い絶縁破壊
電圧を達成したものである。
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、プロセス中にウェーハ電位の
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が、さらに、電極の、特にワ
ークピースに隣接する頂面などの角を機械加工して丸み
を持たせたことで、電極間の放電を抑え、高い絶縁破壊
電圧を達成したものである。
【図１】本発明によるチャックの拡大斜視図。
【図２】図１に示したチャックの１部分の断面図。
【図３】本発明のチャックのアセンブリのステップを示
す。
す。
【図４】図１に示したチャックのガス冷却機構部分の詳
細断面図。
細断面図。
【図５】本発明の別の実施例の断面図。
【図６】本発明で使用するＲＦ結合回路。
５０ 軸 １００ 環状電極 １０２、２０２ 絶縁体 １１０、２１０、２１０’ 頂面 １１１ 絶縁環 １０５、２０５ 外側表面 １５５、２５５ 垂直表面 ２００ 基部電極 ２１０ 基部電極の外側の縁 ２２０ 環状の縁 ２３０ 開口 ２３５、６３５ ＤＣ電源 ２５０ 中央ハブ ２５４、２５４’ エポキシ ２５６、２５６’ 頂部の丸み ２５８、２５８’ 底部の丸みまたは角 ２６０ 底部表面 ２７０ 電極凹部 ３００ 電界形成環 ５１０、５１２ 冷却ガス流路 ５１５ 環状通路即ちガス配給溝 ５５０ 冷却流体の開口 ６００ ウェーハ ６１０、６２０ インピーダンス整合及び
電力配給装置 ６１５ 結合回路 ６３０ ゼネレータ
電力配給装置 ６１５ 結合回路 ６３０ ゼネレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (5)
- 【請求項１】 静電引力によってワークピースを保持す
る静電チャックを製造する方法であって、 アルミニウム合金で基部電極を機械加工により製作し、
第２の電極を受ける電極凹部を上記基部電極の頂面に機
械加工して、上記電極凹部が、内側および外側の凹部側
面と上記頂面から凹部の深さ分だけ下方の凹部底面とを
有し、該凹部底面は第２の曲率半径を持つ第２の遷移領
域により上記凹部の両側面に接続しており、それによ
り、凹部横軸距離を画定するステップと、 上記凹部横軸距離に関連させた第２の横軸距離と、上記
内側凹部側面に対応させた第２の内側側面、及び、上記
の外側凹部側面に対応させた第２の外側側面と、並び
に、上記凹部の深さに関連させた第２の厚さとを以て、
上記第２の電極を上記凹部に合致するように機械加工す
るステップと、 上記基部電極および上記第２電極が接合される部分の双
方を少なくとも酸化アルミニウムの電極厚さで酸化し、
それにより、上記基部電極が酸化された凹部横軸距離と
酸化された凹部深さとを持つ酸化された凹部を持ち、上
記第２の電極が酸化された第２の横軸距離と酸化された
第２の厚さを持つようにし、さらに、上記の酸化アルミ
ニウムの厚さと上記凹部横軸距離と上記第２の横軸距離
とが互いに関連して、上記基部電極と上記第２の電極が
アセンブルされたとき、該両電極の間に内側および外側
の凹部ギャップが形成されるようにするステップと、 上記の凹部側面および上記第２の電極の側面の少なくと
も１つを結合剤でコーティングするステップと、 上記基部および第２電極をアセンブルし、熱伝導性の電
気絶縁エポキシで接着するステップと、 上記基部および第２電極の双方の頂面を機械加工するス
テップと、 上記両頂面の間で、かつ、上記内側の凹部側面と上記第
２の内側側面との間の遷移半径を内側の溝の深さまで同
時に機械加工するステップと、 上記両頂面の間で、かつ、上記外側の凹部側面と上記第
２の外側側面との間の遷移半径を外側の溝の深さまで同
時に機械加工するステップと、 陽極酸化された全ての表面を機械加工で仕上げるステッ
プと、 まだ陽極酸化されていない全ての表面を陽極酸化するス
テップと、 上記基部および第２の電極の間の溝を熱伝導性の電気絶
縁エポキシで充填するステップと、 を有する製造方法。 - 【請求項２】 上記内側の溝の深さの下方および上記外
側の溝の深さの下方の上記絶縁エポキシを機械加工する
ことによって、上記内側凹部側面と上記第２の内側側面
との間、および、上記外側凹部側面と上記第２の外側側
面との間からアルミニウム粒子を除去する付加的ステッ
プをさらに有し、そうすることにより、上記遷移半径と
上記外側凹部側面と上記第２の外側側面とが交叉する遷
移領域の下方に新しいエポキシ頂面を形成し、上記アル
ミニウム粒子を除去し且つ上部と下部のエポキシ充填部
材の間の界面が上記遷移領域から転置されるようにした
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 上記基部および第２電極をアセンブルす
るステップが有機絶縁膜片を上記基部および第２電極の
間の上記内側および外側の凹部ギャップに挿入するステ
ップを含み、上記結合剤により上記絶縁膜と上記基部お
よび第２電極とを結合することを特徴とする、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項４】 上記基部および第２の電極を機械加工す
るステップが、上記基部および第２電極の少なくとも１
つの頂面に、放射状のガス配給溝を作らずに、少なくと
も１つの環状のガス配給溝を機械加工によって作るステ
ップを含み、それにより、クランプ平面に沿ったガス流
にインピーダンスの低い放射状流路がないようにし、さ
らに、上記環状のガス配給溝が上記静電チャックの半径
よりインピーダンス距離だけ小さい半径を有し、それに
より、作動の際に、上記冷却ガスが上記クランプ平面と
上記ワークピースとの間のすきまを通って内に向かって
放射状に拡散し、上記インピーダンス距離に沿った上記
クランプ平面と上記ワークピースとの間のすきまによっ
て形成されたインピーダンスを通って上記冷却ガスが外
に向かって放射状に流れることにより、上記ガス供給溝
の中で上記冷却ガス圧が維持できるようにしたことを特
徴とする、請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項５】 上記基部および第２の電極の間に容量結
合されたＲＦ電力を所定の閾量以下に下げるのに十分な
デカップリング厚さを持つデカップリング絶縁体を収め
るために上記第２電極の底部を機械加工するステップ
と、上記基部および第２の電極をＲＦ電力源に接続する
ための端子を形成するステップとをさらに有する、請求
項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/169,910 US5452510A (en) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | Method of making an electrostatic chuck with oxide insulator |
| US169910 | 1993-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201961A JPH07201961A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2614421B2 true JP2614421B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=22617719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26644894A Expired - Fee Related JP2614421B2 (ja) | 1993-12-20 | 1994-10-31 | 静電チャック装置の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5452510A (ja) |
| EP (1) | EP0660388B1 (ja) |
| JP (1) | JP2614421B2 (ja) |
| DE (1) | DE69416656T2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0692156A1 (en) * | 1994-01-31 | 1996-01-17 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck with conformal insulator film |
| DE69500566T2 (de) * | 1994-02-28 | 1998-01-29 | Applied Materials Inc | Elektrostatische Halteplatte |
| US5883778A (en) * | 1994-02-28 | 1999-03-16 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck with fluid flow regulator |
| US5581874A (en) * | 1994-03-28 | 1996-12-10 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a bonding portion |
| US5592358A (en) * | 1994-07-18 | 1997-01-07 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck for magnetic flux processing |
| TW286414B (en) * | 1995-07-10 | 1996-09-21 | Watkins Johnson Co | Electrostatic chuck assembly |
| TW283250B (en) | 1995-07-10 | 1996-08-11 | Watkins Johnson Co | Plasma enhanced chemical processing reactor and method |
| US5764484A (en) * | 1996-11-15 | 1998-06-09 | Olin Corporation | Ground ring for a metal electronic package |
| US6176667B1 (en) | 1996-04-30 | 2001-01-23 | Applied Materials, Inc. | Multideck wafer processing system |
| US5754391A (en) * | 1996-05-17 | 1998-05-19 | Saphikon Inc. | Electrostatic chuck |
| US5748434A (en) * | 1996-06-14 | 1998-05-05 | Applied Materials, Inc. | Shield for an electrostatic chuck |
| US6132517A (en) * | 1997-02-21 | 2000-10-17 | Applied Materials, Inc. | Multiple substrate processing apparatus for enhanced throughput |
| US5986874A (en) * | 1997-06-03 | 1999-11-16 | Watkins-Johnson Company | Electrostatic support assembly having an integral ion focus ring |
| JP4130255B2 (ja) * | 1998-04-08 | 2008-08-06 | キヤノンアネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
| CN100365795C (zh) * | 2003-06-17 | 2008-01-30 | 创意科技股份有限公司 | 双极型静电卡盘 |
| US20050016465A1 (en) * | 2003-07-23 | 2005-01-27 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck having electrode with rounded edge |
| US7264676B2 (en) * | 2003-09-11 | 2007-09-04 | United Microelectronics Corp. | Plasma apparatus and method capable of adaptive impedance matching |
| JP5458050B2 (ja) | 2011-03-30 | 2014-04-02 | 日本碍子株式会社 | 静電チャックの製法 |
| TW201334213A (zh) * | 2011-11-01 | 2013-08-16 | Intevac Inc | 處理太陽能電池晶圓的靜電吸盤 |
| US11229968B2 (en) * | 2011-11-30 | 2022-01-25 | Watlow Electric Manufacturing Company | Semiconductor substrate support with multiple electrodes and method for making same |
| JP5819895B2 (ja) * | 2013-09-05 | 2015-11-24 | 日本碍子株式会社 | 静電チャック |
| KR102450476B1 (ko) | 2018-02-28 | 2022-10-05 | 주식회사 미코세라믹스 | 정전척 히터 및 그 제조 방법 |
| JP7020238B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-02-16 | 住友大阪セメント株式会社 | 静電チャック装置 |
| US20220130705A1 (en) * | 2019-02-22 | 2022-04-28 | Lam Research Corporation | Electrostatic chuck with powder coating |
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