JP3616474B2 - 静電チャックの製造プロセス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力により基板等を保持するための静電チャックに関する。
【0002】
【従来の技術】
集積回路の製造において、半導体基板を保持し処理中の基板の移動やミスアラインメントを防止するために、チャックが用いられる。静電チャックは、静電引力を用いて基板を保持するものであり、機械的や真空的なチャックに対して種々の利点を有し、機械的なクランプによる応力に関係したクラックを低減することや;基板表面のより大きな部分を利用せしめることや;基板上の腐食粒子の堆積を制限することや;低圧プロセスにおいてチャックの使用を可能にすることを含んでいる。典型的な従来の静電チャック10は、図1に示されるように、導電性の電極11を有しその上に電気絶縁体12を有する。電圧ソース13は、電極11に対して基板14を電気的にバイアスする。絶縁体12は、この中を通る電子の流れを妨げ、反対の静電荷を生じさせて基板14と電極11に蓄積し、基板14をチャック10上に吸引して保持する静電力Fを発生させる。静電力Fは、:
F=1/2・ε・V2/t2・A
で与えられ、ここで、εは絶縁体層14の誘電定数、Vは印加電圧、tは絶縁12の厚さ、Aは電極11の面積である。従って、薄い絶縁体を有し、高い誘電定数εと、絶縁体12及び基板14と接触する電極11の面積が大きくなることが伴うことにより、強力な静電保持力が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の静電チャックの問題点の一つは、チャック上に保持される基板を効率良く均一に冷却する能力に限界があることである。エッチングのプロセス等のプラズマプロセスにチャックが用いられる場合は、基板とチャックの冷却がしばしば必要とされ、その理由は、高エネルギープラズマイオンによる衝突が、基板とチャックへの蓄熱及び熱損傷を引き起こすからである。ある種の従来のチャックは、チャックの絶縁体の下にクーラントを保持しチャック10を冷却する冷却システムを利用する。しかし、これらの冷却システムは充分ではなく、その理由は、基板14からチャック10への熱移動を、上にある絶縁体12が妨げているからである。従って、基板にクーラントを直接接触させることができて、基板からチャックへの熱移動を最大にする冷却システムを備えることが望ましい。
【0004】
従来の静電チャック作製プロセスもまた、種々の不利な点を有する。例えば、従来のプロセスは絶縁体層を電極へ接着する複雑なステップを要求することがあり、また、絶縁体がチャック10を電気的に絶縁するに充分厚くなるまで、電極11上に絶縁材料の層を塗る数多くのステップを要することがある。また、従来のプロセスはしばしば、チャック10によって作用する静電保持力を減少させる、過剰に厚い絶縁体となる結果を生じる。従来のプロセスはまた、しばしば、絶縁体内にクーラントを保持するためのグルーブを機械加工する複雑な機械加工のステップを用い、これが、絶縁体12が荒れたエッジやコーナーを有することになり、この荒れたエッジやコーナーがチャック上に保持された基板14を傷つける。
【0005】
従来のチャック作製プロセスはまた、絶縁体が電極11にきちんと接着していないか、一致していなければ、チャック10の作製中又はチャック10上に保持された基板の作製中に、絶縁体12を電極から離してしまうことにしばしばなる。従来のプロセスではまた、絶縁体12と電極11との間に空気がトラップされることにもなる。絶縁体層が剥離し絶縁体の下に空気がトラップされれば、絶縁体の表面が平坦ではなくなることになり、プロセス中の基板の移動やミスアラインメントを生じて、基板全体の損失を生じることになる。
【0006】
従って、クーラントを基板に直接接触させることができ基板からの熱移動の速度を最大にする有効な冷却手段を静電チャックが有する必要がある。また、薄い絶縁体を与えて静電引力を最大にし;接着剤なしに及び絶縁体の下に空気をとラップさせずに、絶縁体を電極に効果的に接着し;エッジ及びコーナーの荒れが低減した、均一に電極に適合する絶縁体を与える、チャック作製プロセスに対する必要性がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャック及びチャックを製造するプロセスは、これらの必要性を満たす。本発明の静電チャックは、内部に間隔をもって離れた冷却グルーブをもった上表面を有するベースを備え、グルーブは、チャック上に保持された基板を冷却するためのクーラントを保持するように、サイズを与えられ分布されている。実質的に連続な電気絶縁体が、ベースの上面上のグルーブの上に配置され、適合する。ベースは、電気的伝導性を有しチャックの電極として作用することが可能でもよく、又は、電極は絶縁体に埋め込まれていてもよい。その理由は、絶縁体が、冷却グルーブに適合して接着し、グルーブ内のクーラントが基板に直接接触できて、基板からチャックへの熱移動を効果的に促進するからである。
【0008】
絶縁体は自己接着性を有し、接着剤を用いなくともベースに直接接着できるので、チャックは高温のプロセスでも使用可能である。好ましくは、絶縁体フィルムは、ベースに対して少なくとも約30mJ/m2 のぬれ性を有し、更に好ましくは、少なくとも約40mJ/m2 である。また、フィルムの表面を改質してオキサイド、ハイドロオキサイド、ハイドロパーオキシ、フェノール、カルボキシリックアシッド、カルボニル及びプライマリーアミン等の、反応性表面官能基を形成した場合に、絶縁体フィルムのぬれ性は増加が可能である。別の方法として、(i)化学接着により又は(ii)混合若しくはクラスター形成による物理的接着により、ベースに接着する液状の前駆物質もまた用いられることが可能である。
【0009】
電気絶縁体は、絶縁体フィルムに加熱及び/又は圧力をかけることにより、ベースに接着し適合して、絶縁体をベースに適合的に接着させる。更に好ましくは、(i)電気絶縁体の露出面を第1の圧力に維持し、同時に、(ii)ベースと接触するフィルムの接触面を第2の圧力、ここで第2の圧力は第1の圧力よりも低いが、第2の圧力に維持することにより、フィルムの厚さにわたって圧力差がかけられる。好ましくは、第2の圧力は、少なくとも約500Torrであり、更に好ましくは少なくとも約5000Torrであり、第1の圧力よりも低い。圧力差は、絶縁体を強制してベースに適合させ、絶縁体とベースの間にトラップされた空気を取り除くので、有利である。
【0010】
【発明の実施の形態】
図2aに模式的に例示される半導体処理装置25において、本発明に従った静電チャック20の動作を説明する。この発明の動作は装置25に関連して説明されるが、この発明は、この分野の通常の知識を有する者には当然の如く、他の基板処理装置に用いることができ、また、ここに説明された処理装置の範囲に限定されない。例えば、装置25は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から商業的に入手可能な「プレシジョン5000」磁気励起反応性イオンエッチング装置で代表させることができる。装置25は、一般には、導電性の支持体ないしカソード35と、導電性面ないしアノードとを有するプロセスチャンバ30を備えている。本発明の静電チャックの1形態20は、プロセスチャンバ30内で支持体35に固定されている。チャック20は、電極50を覆う電気絶縁体45を備える。電気コネクタ55は、電圧供給ターミナル60を介して電極50を第1の電圧供給機65に接続させる。第1の電圧供給機65は、チャック20の電極50の操作に適するDC電圧を与え、この電圧は、典型的には、1000から3000ボルトまでの範囲にある。この適切な電圧供給機65は、10MΩの抵抗器を介して高電圧読み取りに接続される高電圧DCソースを備える。電圧供給機の1MΩの抵抗器が回路を介して流れる電流を制限し、500pFキャパシタが別の電流フィルターとして与えられている。
【0011】
第2の電圧供給機70が、RFバイアス電圧を与えるために用いられて、チャンバ30においてアノード40に対して支持体35に電気的バイアスを与え、チャンバ30内部に導入されたプロセスガスからプラズマを発生させる。適切な第2の電圧供給機70は、プロセスチャンバ30のインピーダンスを、絶縁キャパシタと直列のライン電圧のインピーダンスと整合させるRFインピーダンスを備える。
【0012】
チャック20の動作のためには、プロセスチャンバ30は大気圧より下の気圧、典型的には約1x10−6から約1x10−9トールの範囲に脱気される。チャック20上に基板75が置かれ、チャック20の電極50は、第1の電圧供給機65によって基板75に対して電気的バイアスが与えられる。その後、第2の電圧供給機70を活性化することにより、チャンバ30内に導入されたプロセスガスからプラズマが発生される。電極50に印加された電圧とチャンバ30内の電気的にチャージされたプラズマ種とが、反対の静電荷を生じて基板75と電極50に蓄積し、基板75をチャック20に保持する静電引力となる。
【0013】
静電チャック20はまた、基板75を冷却するためにクーラントソース90により供給されるヘリウム、アルゴン、窒素又はネオン等のクーラントを内部に保持するための冷却グルーブ85を有する、ベース80を備えていてもよい。冷却グルーブ85はまた、ベース80の上面95内に形成されて絶縁体45がグルーブ85に適合的に接着していてもよく(図示の通り)、又は、冷却グルーブ85は絶縁体45を通って延長していてもよい。基板75がチャック20に保持されているときは、グルーブ85内に保持されているクーラントは基板75に直接接触し、基板75はグルーブ85を覆ってシールし、クーラントの漏出を防止する。クーラントは、基板の処理の間、基板75から熱を除去して基板75を実質的に一定の温度に維持する。典型的には、グルーブ85内に保持されたクーラントが基板75の実質的全体を冷却できるように、冷却グルーブ85はサイズが与えられ配分される。
【0014】
図2bを参照して、2つのバイポーラー電極50a、50bを備えたバイポーラー形態のチャック20の動作を説明する。バイポーラーチャック20の動作のために、第1の電圧供給機65はバイポーラー電極50a、50bのそれぞれを正反対の電気的ポテンシャルに維持する。好ましい電圧供給機は、(i)第1の電極50aを負の電気的ポテンシャルに維持する第1の電圧供給機65と、(ii)第2の電極50bを正の電気的ポテンシャルに維持する第1の電圧供給機70とを備える。電極50a、50bにおける正反対の電気的ポテンシャルは、電極50a、50bに正反対の静電荷を引き起こし、基板75をチャック20に静電気的に保持する。バイポーラー電極の構成は、基板75に電気的バイアスを与えるための電荷キャリアとして作用するチャージされたプラズマ種が存在しない非プラズマプロセスに対して有利である。
【0015】
本発明のチャック20は、多くの別々の構成で作製されることができる。従って、本発明の説明を容易にするために、本発明のチャック20の例示的な構成がまず説明される。図3aから3eまでは、好ましいチャック20の構成を例示する。図3aは、接着剤なしに、電極50を覆って直接接着される実質的に連続したポリマーの電気絶縁体45を備える静電チャック20の1つの形態を示す。電極50は、例えば、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄、タングステン、及びこれらの合金等の、電気伝導性材料製である。図3bは、絶縁体45とこの中に埋め込まれた電極50とが、ベース80に直接接着される、別の形態のチャック20を示す。電極50は、典型的には、上述のような導電性材料を備え、約1μmから約1000μmまで、更に典型的には1μmから50μmまで、特に1から5μmまでの厚さを備える。好ましい構成においては、絶縁体45は、(i)チャック20のベース80上の下絶縁体層45aと、(ii)電極50を覆う上絶縁体層45bとを備える。埋め込まれた電極50の形態は、プラズマプロセスにおいて基板75を保持するに好ましく、その理由は、絶縁体45内部に全体が含まれている電極50が、プロセスチャンバ30において、チャック20とアノード40との間での電気的アークの可能性を減ずるからである。ベース80は、金属等の電気伝導性材料製であってもよく、又は、ポリマーやセラミクス等の非電気伝導性材料製であってもよい。
【0016】
図3c、d及びeに示されるチャック20の形態は、全て、間隔をおいた冷却グルーブ85をもつ上面95を有するベース80を備え、チャック20上に保持される基板を冷却するためのクーラントを保持するように、グルーブ85はサイズが与えられて配分される。典型的には、グルーブ85は、幅が少なくとも約5μm、深さ少なくとも約10μmで、チャック20上に保持された基板75を効率良く冷却するに充分なクーラントを保持する。これらの形態においては、絶縁体45は、ベース80の上面95上の冷却グルーブ85に適合的に接着され、クーラントを内部に保持するため第1のグルーブ85aに略適合する第2のグルーブ85bを形成する。クーラントが第2のグルーブ85に保持されているときは、図3cに示されるように、クーラントが漏出なしに基板75と直接接触できるように、チャック20上に保持された基板75がグルーブ85を覆ってシールする。クーラントが絶縁体45を間に介さずに基板75と直接接触できるように、絶縁体45は、従来からの温度又は圧力感知接着剤を用いてベース80に接着されるか、又は、好ましくは、ベース80に直接接着される。チャック20のベース80のグルーブ85に絶縁体45を接着し適合させる好ましい方法を、以下に説明する。図3d及び3eに示されるチャック20の形態では、内部に単一又は複数の電極50をもつ絶縁体45は、ベース80の冷却グルーブ85直接接着し適合する。電極50は、図3dに示されるように、絶縁体45全体までに実質的に連続的に延長してもよく、又は、図3eに示されるように部分部分に別れて、例えばグルーブ85の間の尾根の中にフィットする導電性要素のパターンを形成していてもよい。
【0017】
好ましくは、冷却グルーブ85は、チャック20上に保持された基板75を実質的に均一に冷却するために、サイズが与えられてベース80の上面95上に配分される、微小なグルーブを備えていてもよい。ベース80とチャック20上に保持された基板75との間のクーラントによって与えられる熱移動速度と実質的に等価な熱移動速度を、グルーブ85内のクーラントが与えるように、微小グルーブは充分小さいことが好ましい。微小グルーブは、グルーブ85内のヘリウム等のクーラントが、大きなサイズのグルーブにヘリウムが維持される場合よりも優れた熱移動速度を示すことを可能にする。典型的には、グルーブは互いに実質的に平行にパターニングされ、更に典型的には、円周上に放射状にベース80の表面にパターニングされている。好ましい冷却グルーブ33のパターニングは、図8a〜8eに示される。グルーブ85はその断面が、U字型、V字型又は長方形であってもよい。
【0018】
第1の電圧供給機65に接続された電圧供給ターミナル60を電気的に連結させる電気コネクタ55を介して、電圧が上述の静電チャックの単一又は複数の電極50a、bに印加される。例えば、チャック20がバイポーラー電極50a、50bを備える場合は、図2bに示されるように、一対の電気コネクタ55a、55bは2つの電圧供給ターミナル60a、60bに電気的に連結し、各電極50a、50bを電圧供給機に別々に接続させる。従来からの電気的コネクタ55の構成は、ベース80内で孔130まで延長する電気的に絶縁された導線110を備え、図2bに示されるように、導線は電圧供給ターミナル60に電気的に連結させる電気接点115を有する。好ましくは、電気コネクタ55は、電極50の縦断的な延長を成し、電気コネクタ55及び電極50は導電性金属のシート等の単一の導電材により形成され、チャック20の作製を容易にする。導線110の長さは、典型的には、約10から約50mmまでであり、更に典型的には、20から40mmまでである。導線110上の電気接点115の面積は、典型的には、少なくとも約50平方cm、更に好ましくは75から150平方cmまでで、接点115は、好ましくは半径約5から12cmまでのディスク形状である。好ましい電気コネクタ55の構成は、カメロンらにより1994年7月19日に出願された米国特許出願通し番号08/278,787号、標題「耐腐食性電気コネクタをもつ静電チャック」に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0019】
本発明のチャック20の作製方法を説明する。
【0020】
ベース
ベース80を有するチャック20の形態では、ベース80は金属、セラミクス又はポリマーから作製され、更に典型的には、従来からの機械加工技術を用いてアルミニウム又はステンレス鋼から作製される。典型的には、チャック20上に保持された基板75の形状及びサイズと合うように、ベース80の形状とサイズは決められる。例えば、半導体基板75(典型的には約127から203mm迄の範囲の直径の円形)に適したベース80は、厚さ約1.5から約1.8cm、直径約100から約300mmの直円柱形状を有する。ベース80の機械加工の後、ベース80の上面及び下面は、ベース80の表面粗さが約1ミクロン未満となるまで研磨されるので、ベース80は基板75と均一に接触できて、基板75、ベース80及び支持体35の間の効率的な熱移動を可能として、基板の過熱を減少させる。研磨の後、プレート160は充分に洗浄されて、研磨くずを除去する。ベース80の上面95の冷却グルーブ85と、ベース80内の孔130は、従来の機械加工技術を用いて機械加工されることが可能である。
【0021】
絶縁体
チャック20の望ましい使い方により、多くの別々の絶縁体45のタイプがチャック20の作製に用いることができる。好ましい絶縁体材料と、電極50又はベース80への絶縁体45の接着法を説明する。好ましくは、絶縁体45は例えば、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリビニルクロライド、ポリプロピレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレンプロピレンコポリマー、セルロース、トリアセテート、シリコーン、ラバー、又はこれらの混合物等の電気的絶縁性のポリマーを備える。基板75と電極50に静電荷が蓄積できるように、絶縁体45は充分に高い誘電破壊強度を有して、電気的にバイアスがかけられた基板75と電極50との間の静電荷の漏出を防止するべきである。好ましくは、絶縁体45の誘電破壊強度は少なくとも約4ボルト/ミクロン、更に好ましくは少なくとも約40ボルト/ミクロンである。チャック20上の絶縁体45の厚さは、この誘電破壊強度と誘電定数の依存する。典型的には、絶縁体45の誘電定数は、約2からであり、更に好ましくは、少なくとも約3である。誘電定数3.5の絶縁体では、適切な厚さは、約1μmから約100μmまで、更に好ましくは約1から50μmまで、最も好ましくは約1から5μmまでである。
【0022】
絶縁体45は、商業的に入手可能なポリマーフィルム、例えば、デラウエア州ウィルミントンのDupond de Nemours Co.により製造される「KAPTON」ポリイミドフィルム;日本の鐘淵化学工業により製造される「APIQUEO」;日本の日東電工により製造される「NITOMID」;日本の三菱樹脂により製造される「SUPERIOR FILM」等である。これらの絶縁体フィルムは、(i)室温でべとつかず高温でべとつく熱活性接着剤、又は、(ii)加圧下でべとつく圧力感知接着剤等の、従来からの接着剤を用いて、ベース又は電極に接着される。適切な接着剤には、メタクリレート等のアクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ、シリコーン含有接着剤、又は、これらの混合物が含まれる。熱活性接着剤層は、はんだこて、エアドライヤ又は電気ヒーター等の熱源をあててフィルムを典型的には少なくとも約300℃の温度に加熱することにより活性化され、接着剤70がべとついて、ベース80にフィルムを接着させる。圧力感知接着剤は、フィルム45に充分な圧力をかけることにより活性化され、フィルムがべとつきベース80にフィルムを接着させるが、この圧力は、典型的には、約10から25psiまで(500から13,000トールまで)である。
【0023】
更に好ましくは、チャック20が高温プロセスに使用可能であるように、絶縁体45は自己接着性で、接着剤を使用せずに電極50又はベース80に直接接着できてもよい。例えば、ベース80又は電極に直接接着可能なポリマーの絶縁体フィルムは、ベース又は電極と比較して高いぬれ性(又は低い表面エネルギー)を有していてもよく、このフィルムのぬれ性は、好ましくは少なくとも約30mJ/m2 、更に好ましくは少なくとも約40mJ/m2 である。適切なフィルムとこれらの金属上のぬれ性は、ポリ(カーボネート)(42mJ/m2 )、ポリ(エチレンテレフタレート)(43mJ/m2 )、ポリ(アクリロニトリル)(44mJ/m2 )、エポキシ樹脂(43mJ/m2 )、ポリ(プロピレンオキサイド)(32mJ/m2 )、ポリ(エチルアクリレート)(35mJ/m2 )、ポリスチレン(33〜36mJ/m2 )、ポリ(ビニルアルコール)(37mJ/m2 )を含んでいる。この他の高いぬれ性のポリマーフィルムは、一般的に、L.H.LEE,J.Polym.Sci.12,719(1968)に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0024】
絶縁体フィルム45のぬれ性は、フィルムの表面、又は、電極50若しくはベース80の表面を改質して、ポリマーフィルムを金属、セラミクス又はポリマー材料に直接接着せしめる電子ドナー又はアクセプターサイト等の反応性表面官能基を形成することにより、増加させることができる。適切な官能基は、オキサイド、ハイドロオキサイド、ハイドロパーオキシ、フェノール、カルボキシリックアシッド、カルボニル及びプライマリーアミンを含む。従来からのポリマーフィルム表面のケミカルエッチング、イオンスパッタリング又はプラズマ処理は、ポリマーフィルム上にこのような官能基を形成することに用いられる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)絶縁体フィルムは、ナフタレン塩を用いてエッチングされて、PTFEフィルム表面に、PTFEフィルムが金属ベースに静電チャックチャックすることを可能とする、不飽和>C=O又は−COOHを形成することが可能である。電子グロー放電法もまた、PTFEフィルムの表面にRO2 官能基を形成することによりPTFEフィルムの接着を改善するために用いられることが可能である。他の例では、ポリエチレンフィルムが改質されて、(i)コロナ放電技術により−OH、RO2R 及びRO3R 基を、又は、(ii)火炎酸化処理により−OH、−C=O及び−COOH基を、フィルム表面に形成してもよい。スチレンフィルムは、スチレンが金属ベースとM−O−C接着を形成するように、酸化により改質された表面であってもよい。また、ポリプロピレンフィルム及びポリ(エチレンテレフタレート)フィルムは、アルゴン又は酸素プラズマスパッタエッチングを用いて改質され、表面酸化及び架橋を生じさせてセラミクスベース及び金属ベースに接着可能なC=O及びC−O官能基を形成してもよい。反応性官能基を形成するその他の方法は、Fundametals of Adhesion,Ed.Lieng−Huang Lee,Plenum Press,1991に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0025】
あるいは、絶縁体フィルム45の化学構造を改質して、ぬれ性を増加させ電極50又はベース80へのフィルムの接着を改良してもよい。高温で使用可能な好ましいポリマー絶縁体は、シャモウリアンらにより同じ日に出願された米国特許出願通し番号 号、標題「共形な絶縁体フィルムを有する静電チャック」に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0026】
絶縁体45を用いる代りに、絶縁体45はまた液状前駆体を用いて形成されてもよく、これは、ベース80上で、スピンコーティングされ、スプレーされ、ディップされ、塗布され、又はシルクスクリーンされて、これに続いて、約200℃から約400℃、更に典型的には225℃から350℃に加熱処理され、静電チャックチャック材を用いずに、ベース80に直接接着される固体の絶縁体フィルム45を形成する。液状前駆体はまた、約1から10ミクロン、更に典型的には1から5ミクロン、最も典型的には約1から約2ミクロンの、厚さを有する薄い絶縁体を形成することができる。液状前駆体とベース80との接着の本質は複雑であり、界面を形成する材料の組み合わせに依存する。例えば、ポリイミド液状前駆体は、金属ベース80に対して、(i)接着していないポリイミドの電子と金属ベース80との化学接着により、又は、(ii)例えば、Fundametals of Adhesion,Ed.Lieng−Huang Lee,Chapter 14:Metal−Polymer Interfacces,Plenum Press,1991、これは参照としてここに併合されるが、ここに記載されるような、2つの材料の混合又はクラスター形成により、接着することが可能である。液状の前駆体は有利であり、その理由は、薄い絶縁体フィルム45の形成を可能にし、基板75とチャック20との間の優れた熱移動と、改善された静電引力を与えるからである。また、チャック20のベース80がその上に冷却グルーブを有している場合は、液状の前駆体は簡単に流れてグルーブ85に適合し、共形な絶縁体45を形成することができる。
【0027】
電気的、高温及び接着の性質に加えて、絶縁体45に望ましい他の特定の性質もある。例えば、熱が絶縁体を介して消失できるよう、絶縁体45が、高い熱伝導度を有することが望ましく、これは、好ましくは、少なくとも約0.10ワット/m/Kである。また、チャック20上に保持された基板75がチャック20の使用中にフィルムを過剰にすりむかないように、絶縁体45は充分な硬さを有していることが望ましい。ダイヤモンド、アルミナ、ジルコニウムボライド、ボロンナイトライド、アルミニウムナイトライド及びガラスセラミクス等のフィラー材料が絶縁体45に添加されて、絶縁体45の熱伝導度、硬さ及び高温能力を向上させてもよい。好ましくは、フィラーは約10μmより小さな平均粒子径を有して、体積比で約10%から80%まで、更に典型的には、約20%から50%までで、絶縁体フィルム45に分散される。
【0028】
保護コーティングもまた、絶縁体45上に塗布でき、腐食又は侵食処理環境下で絶縁体45の化学的分解を減少させる。好ましい保護コーティング及び作製のプロセスは、例えば、Wuらによる1993年2月22日に出願された米国特許出願S/N08/052,018号、標題「集積回路処理装置に用いられるウエハサポート上の誘電材料のための保護コーティング及び同方法」に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0029】
電極
内部に埋め込まれた電極50を有する絶縁体45の作製を説明する。電極50は、銅、ニッケル、アルミニウム、クロム、鉄、タングステン、及びこれらの合金等の導電性材料を備えていてもよい。内部に埋め込まれた電極50を有する絶縁体45を作製する一つの方法は、銅の層等の導電性金属の層を2つの絶縁体フィルム45の間にサンドウィッチして、絶縁体45内に埋め込まれた電極50を形成することである。また、例えば絶縁体45上に酸化クロム接着層を間に介して銅の層をスパッタすることにより、連続的な金属層が気相堆積されてもよい。気相堆積法は有利であり、その理由は、約5,000オングストロームより小さい、更に好ましくは2,500オングストロームより小さい厚さを有する薄い電極50を形成せしめるからである。埋め込まれた電極50を有する絶縁体45を作製する別の方法は多層フィルムを用い、これは導電性の銅又はアルミニウムの層を上に有する絶縁体12を備えている。商業的に入手可能な適切な多層フィルムには、銅の層が上に堆積された、25から125μmまでの厚さのポリイミドフィルムを備える、アリゾナ州チャンドラーのロジャーズ社からの「R/FLEX 1100」が含まれる。第2の絶縁体フィルム45が、多層フィルムの導電性層を覆って接着されて、2つの絶縁体フィルム12の間に導電性の層を埋め込む。この方法に用いられる絶縁体フィルム45は、前述の絶縁体フィルム45のいかなるものを備えていてもよい。
【0030】
パターニングされ又は部分に別れ、絶縁体45に埋め込まれた電極50を作製するためには、更なるプロセスステップが必要である。一つの方法においては、前述の「R/FLEX 1100」フィルム等の多層上の導電性層がエッチングされ、削り取られ、又は切断されて、所望の部分に別れた電極50の構成を成す。電極50の形成には従来からのフォトリソグラフ及びエッチングの方法を用いることができ、例えば、(i)Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1:Process Technology, Chapter 12,13 and 14, by Stanley Wolf and Rechard N.Tauber, Lattice Press, California(1986)、これは参照としてここに併合されるが、ここに一般的に記載されるように、パターニングされたデュポン社製の「RISTON」フォトレジスト層を、従来からのフォトリソグラフの方法を用いて導電性金属層の上に形成し、(ii)従来のウェット又はプラズマエッチング技術を用いて、導電性層の露出部分をエッチングする。典型的なウェットケミカルエッチング法では、多層フィルムは、塩化鉄(III)、過硫酸ナトリウム等のエッチャント又は酸若しくは塩基に浸漬される。VLSI Technology, Second Edition,Chapter 5,by S.M.Sze,McGraw−Hill Publishing Company(1988),これは参照としてここに併合されるが、ここに一般的に記載されるように、典型的なプラズマエッチングプロセスは、塩素、酸素又はSiCl4 のプラズマを用いて、導電層をエッチングする。残留したフォトレジストは、従来からの酸又は酸素ストリッピングプロセスにより除去できる。エッチングの後、上述のごとく、電極50が絶縁体45内部に埋め込まれるように、第2の絶縁体フィルム45がパターニングされた電極50の上に接着される。
【0031】
絶縁体のベースへの接着と適合
電極50を有し又は有しない絶縁体45をベースに適合させる方法を説明する。絶縁体45は、(i)ベース80の上面95全体に実質的に覆うように充分大きなサイズに、前述の如く、ベース80に接着が可能な絶縁体フィルム45を切断し、(ii)切断されたフィルムをベース80上に置き、(iii)ベース80上で、充分に高い温度に絶縁体フィルム45を加熱し、絶縁体フィルム45がベース80に直接接着するようになる。あるいは、ベース80に接着可能な液状のポリマー前駆体をベース80に塗り、その後加熱してフィルムをベース80に接着させる。
【0032】
チャック20の上面が、図3cに示されるように、冷却グルーブ85をその上に有する場合は、絶縁体フィルム45又は液状前駆体がベース80上に塗られ、充分高い温度に加熱されて、絶縁体フィルム45が柔軟になりベース80の上面95上のグルーブ85内を流れるようになって、絶縁体45が冷却グルーブ85に適合する。冷却グルーブ85もまた、フィルムがチャック20に接着される前の、絶縁体フィルム45が切断され、打ち抜きされ、又は加圧されたものであってもよい。あるいは、絶縁体フィルム45はまずベース80に接着され、その後、従来からのウェットケミカル又はプラズマエッチング(例えば、VLSI Technology, Second Edition,Chapter 5,by S.M.Sze,McGraw−Hill Publishing Company(1988),これは参照としてここに併合されるが、ここに一般的に記載されるように、酸素プラズマを用いたもの)を用いてエッチングされて、所望の冷却グルーブの構成を成してもよい。冷却グルーブ85は、所望の深さにも依るが、絶縁体フィルム45の片方又は両方をエッチングしてもよい。
【0033】
圧力形成プロセスを用いて、絶縁体フィルム45をベース80に適合させる好ましい方法を説明する。この方法では、上述の技術の一つにより形成された電極50を内部に有する又は有しない絶縁体フィルム45は、ベース80上に置かれて、図5に示されるように、ベース−フィルム組立体150を成す。そして、ベース−フィルム組立体150は圧力形成装置25内に置かれるが、これは、充分高い圧力に維持されて、絶縁体フィルム45に、力を及ぼし、ベース80の平坦な又はグルーブが形成された上面95に適合させて接着させる。典型的には、圧力形成装置25は約10から約500psiまで(500から30,000トールまで)、更に典型的には、約200psi(10,000トール)の圧力に維持される。圧力感知接着剤を用いて絶縁体フィルム45がベース80に接着される場合は、接着剤が過剰に搾り取られることを防止するために、圧力は低い方が好ましく、この圧力は典型的には約10から25psiまで(500から13,000トールまで)である。従来からの圧力形成プロセスは、Allen J.Kling,Curing Techniques for Composites, April,1985に一般的に記載され、これは参照としてここに併合される。
【0034】
好ましくは、加圧と同時に、ベース−フィルム組立体150は、充分高い温度に加熱されて、絶縁体フィルム45が柔軟になり、ベース80の上面95上の表面粗さの中、ないしは、グルーブ85内を流れるようになる。典型的な加熱サイクルは、(i)約120℃の第1の温度に約30分間、フィルムからガス状反応副生成物のガス放出をさせ、そして、(ii)絶縁体フィルム45のガラス転移点又は結晶化温度に対応した第2の温度に約60分間、フィルム45を柔軟にしてベース80の上面95に適合させることを備える。温度活性接着剤を用いてフィルムがベース80に接着される場合は、温度は接着剤が活性化されるに充分高いべきであり、典型的には少なくとも約300℃である。
【0035】
適切な圧力形成装置は、オートクレーブと、平型プレス又は静水圧プレスを有している。オートクレーブが好ましく、その理由は、これはベース−フィルム組立体150に更に均一に圧力を掛けるからである。典型的なオートクレーブは、約1から10フィートの範囲の直径を有する耐圧スティールチャンバを備える。加圧された、二酸化炭素や窒素等の非反応性ガスが、オートクレーブの加圧に用いられる。適切なオートクレーブには、カリフォルニア州サンタフェスプリングの「BARON AUTOCLAVES」により製造されたもの;カリフォルニア州アナハイムの「AOV INDUSTRIES」により製造されたもの;及び、カリフォルニア州アツサの「MELCO STEEL」により製造されたものが含まれる。オートクレーブの使用に代えて平型プレス又は静水圧プレスが用いられて、フィルムをベース80に適合させてもよい。平型プレスが用いられる場合は、シリコーンシート等の圧力分散シートが電気的絶縁体フィルム45上に置かれて、ベース−フィルム組立体150上に平板状圧力を分散させる。静水圧プレスは、適当な静水圧成形バッグ内にベース−フィルム組立体150を置き、静水圧を用いてバッグに充分な圧力をかけることにより用いられる。
【0036】
ベース−フィルム組立体150に圧力をかけることと同時に、好ましくは、真空バッグ組立体155を用いて、ベース−フィルム組立体150内の空気を脱気して、絶縁体フィルム45とベース80の間にトラップされた空気を除去する。また、トラップされた空気を除去して、絶縁体45内の金属電極50の酸化を防止することが望ましい。真空バッグ組立体155は典型的には、図5に示されるように、フレキシブルなバッギング材料165を用いてシールされることが可能なステンレス鋼のベース板160を備える。バッギング材料165は、典型的には、ナイロン又はシリコーン製で約25から100μmの厚さである。カリフォルニア州カーソンのAIRTECH International Inc.;カリフォルニア州ノーウォークのBond Line Products;並びに、ワシントン州オーバーンのZip−Vac、により製造された真空バッグが適切である。真空バッグ155の使用に際しては、ベース−フィルム組立体150は真空バッグ155内に置かれ、織物とリリースフィルム170の層がベース−フィルム組立体150上に積み重ねられて真空バッグ組立体155を成し、これは、ガス状の反応副生成物を通気せしめ、また、ベース−フィルム組立体150を真空バッグ155から容易に分離せしめる。図6に示されるように、(i)ベース−フィルム組立体150の両サイドに置かれる、デラウエア州ウィルミントンのデュポン社により製造される「TEFLON(trademark)」リリースフィルム、及び、カリフォルニア州カーソンのAirtechにより製造される「A4000P」リリースフィルム等の、リリースフィルム170a、170bと;(ii)上側のリリースフィルム170bの上に置かれて絶縁体フィルム45をグルーブ85内に押込める、熱可塑プラスチックのシリコーンシート等の圧力分散適合シート175と;(iii)適合体シート175上に置かれて、真空バッグ155の脱気を促進し、プロセス中に生成された凝縮物を除去する、共にカリフォルニア州カーソンのAirtechにより製造される「AIRWEAVE SS RESIN ABSORBER」及び「AIRWEAVE FR EDGE BLEED」等の、多孔性の通気孔を有する織物180と;(iv)通気孔を有する織物180の上に置かれて、バッグ155の周囲に均一な真空圧力を与える、カリフォルニア州カーソンのAirtechにより製造される「AIRWEAVE SS RESIN ABSORBER」や「A22C」等の空気供給シート185とを、適切な一連の織物とリリースフィルム170a、170bは含む。真空バッグをシールするためには、粘着性のシーラントテープ190が用いられる。シールされた真空バッグは、真空システムに接続された真空コネクタラインを介して脱気され、この真空ラインはバッグを通過して空気供給シート185の近くで終了する。
【0037】
圧力差プロセス
絶縁体フィルム45の厚さにわたって圧力差をかけて、絶縁体フィルム45に力をかけてベース80の上面95上のグルーブ85に適合させることが、更に望ましい。この圧力差プロセスもまた有利であり、その理由は、絶縁体フィルム45とベース80の間にトラップされた空気を除去するからである。このプロセスでは、絶縁体フィルム45がベース80の上面95と接触する接触面205と反対側の露出面とを有するように、ベース80上に絶縁体フィルム45が置かれる。フィルムの露出面210に第1の圧力がかけられ、フィルムの接触面205に第2の圧力がかけられることにより、絶縁体フィルム45にわたって圧力差がかけられるが、ここで第2の圧力は第1の圧力よりも低い。好ましくは、第2の圧力は少なくとも約500トールだけ、更に好ましくは少なくとも約5000トールだけ第1の圧力よりも低い。好ましくは、第1の圧力は、少なくとも約500トール、更に好ましくは約500トールから約30,000トールまでであり;好ましくは、第2の圧力は約100トールよりも低く、更に好ましくは約10−6トールから約1トールまでである。フィルム45の露出面210を第1の圧力で押し同時にフィルムの接触面を第2の圧力で引くことにより、フィルム45に力を及ぼしてベース80上のグルーブ85に適合させ、ベース上の絶縁体フィルム45の均一で一致し連続的な層を与える。
【0038】
絶縁体フィルム45の厚さにわたって圧力差をかける一つの方法はチャック20を用いるもので、図6に示されるように、チャック20のベース80は複数の穴215を内部に有し、穴215はベース80の表面上のグルーブ85のところで止っている。穴215は、均一な間隔をもち、典型的には、約0.5から10mmまで、更に典型的には約1から約2mmまでの直径を有している。絶縁体フィルム45は、ベース80の上に置かれてベース−フィルム組立体150を成し、これは真空バッグ155内に置かれる。チャンネル220が真空ライン195を介して真空バッグ155を真空システム200に接続し、これがベース80の穴215内の空気を脱気して、ベース80上の絶縁体フィルム45の接触面205を第2の低い圧力に維持する。真空バッグ155をオートクレーブ内に置きオートクレーブを加圧することにより、フィルム45の露出面は第2の高い方の圧力に維持されてもよい。その結果の圧力差が、フィルムをベース80の上面に適合させる。
【0039】
好ましい形態に関して本発明は詳細に説明されてきたが、他の形態も可能である。例えば、電気絶縁体フィルム45は、保護材料、導電材料又は絶縁材料の層を更に備えていてもよい。更に、チャック20は、別の温度プロセス及び圧力プロセスを用いて処理されてもよい。また、これら技術分野の通常の知識を有するものには自明なように、別の方法を用いて絶縁体フィルム45の厚さにわたって圧力差をかけてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、クーラントを基板に直接接触させることができ基板からの熱移動の速度を最大にする有効な冷却手段を静電チャックが提供される。また、薄い絶縁体を与えて静電引力を最大にし;接着剤なしに及び絶縁体の下に空気をとラップさせずに、絶縁体を電極に効果的に接着し;エッジ及びコーナーの荒れが低減した、均一に電極に適合する絶縁体を与える、チャック作製プロセスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、従来技術の静電チャックの側面正面断面の模式図である。
【図2】(a)は、基板処理装置における本発明のモノポーラーチャックの側面正面断面の模式図であり、モノポーラーチャックの動作に適当な電気回路を示し、(b)は、基板処理装置における本発明のバイポーラーチャックの側面正面断面の模式図であり、バイポーラーチャックの動作に適当な電気回路を示す。
【図3】(a)は、本発明のチャックの一つの形態の部分側面正面断面の模式図でありチャックの電極に直接接着し適合する絶縁体を示し、(b)は、本発明のチャックの別の形態の部分側面正面断面の模式図でありチャックのベースに直接接着し適合する電極を内部に有する絶縁体を示し、(c)は、本発明のチャックの別の形態の部分側面正面断面の模式図でありチャックの上面上の冷却グルーブに接着される絶縁体を示し、(d)は、(c)のチャックの別の形態の部分側面正面断面の模式図でありここでは絶縁体はベースに直接接続され連続的な電極を内部に備えており、(e)は、(d)のチャックの別の形態の部分側面正面断面の模式図でありここで絶縁体は部分に別れた電極を内部に有している。
【図4】(a)は、本発明のチャックに対して好ましい冷却グルーブのパターンの上平面模式図であり、(b)は、別の好ましい冷却グルーブパターンの上平面模式図であり、(c)は、別の好ましい冷却グルーブパターンの上平面模式図であり、(d)は、別の好ましい冷却グルーブパターンの上平面模式図であり、(e)は、別の好ましい冷却グルーブパターンの上平面模式図である。
【図5】図5は、チャックの圧力形成のための好ましい真空バッギング組立体の側面正面断面模式図である。
【図6】図6は、チャックの部分断面側面正面模式図でありチャックのベースにおいて穴を介したチャックの絶縁体上の圧力差の適用を例示する。
【符号の説明】
20…静電チャック、30…プロセスチャンバ、40…アノード、50…電極、75…基板、80…ベース、85…グルーブ、95…上面、110…リード線、130…孔。
Claims (9)
- 静電チャックを製造するためのプロセスであって、
(a)ベースの上面の上に電気絶縁体フィルムを配置させるステップと、
(b)該電気絶縁体フィルムに圧力を与え且つ該電気絶縁体フィルムを加熱して、該電気絶縁体フィルムを該ベースの該上面に密着させるステップと、
を有し、
該ベースの該上面にグルーブが具備され、該電気絶縁体フィルムに与えられる圧力が、該電気絶縁体フィルムが該グルーブの形状に対応する形状を有するように形成されるに十分な圧力である、プロセス。 - 該ステップ(b)が更に、(1)該電気絶縁体フィルムを有する該ベースを真空バッグの中に配置し該真空バッグを脱気するステップと、(2)該真空バッグを圧力形成装置の中に配置し該絶縁体フィルムに圧力を与えるステップとを有する、請求項1に記載のプロセス。
- 該電気絶縁体フィルムに圧力を与える際、該電気絶縁体フィルムの厚さ方向に差圧が生じる請求項1又は2に記載のプロセス。
- 該ベース上に配置される該電気絶縁体フィルムが、該ベースと接触し且つ露出面とは反対側にある接触面を有し、該差圧の発生が、(i)該電気絶縁体フィルムの該露出面を第1の圧力に維持すると同時に(ii)該電気絶縁体フィルムの該接触面を、該第1の圧力よりも低い第2の圧力に維持することにより行われる、請求項3に記載のプロセス。
- 該第1の圧力と該第2の圧力について、
(i)該第2の圧力が、該第1の圧力よりも少なくとも約500トール低い;
(ii)該第1の圧力が、少なくとも約500トールである;又は
(iii)該第2の圧力が、約100トール未満である;の条件の少なくとも1つに従う、請求項4に記載のプロセス。 - 該ベースが、該ベースを貫通して該ベースの該上面の該グルーブに到達する1つ以上の穴を備え、該ベースの該穴に接続する真空システムにより、該電気絶縁体フィルムの該接触面が第2の圧力に維持される、請求項4に記載のプロセス。
- 該電気絶縁体フィルムが、接着剤を使用しないで該ベースに直接接着され、該電気絶縁体フィルムが、
(1)高温での濡れ性少なくとも約30mJ/m2であること;
(2)ポリ(カーボネート)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(アクリロニトリル)、エポキシ樹脂、ポリ(プロピレンオキサイド)、ポリ(エチルアクリレート)及びポリスチレンから成る群より選択される高いぬれ性のポリマーであること;
(3)オキサイド、ハイドロオキサイド、ハイドロパーオキシ、フェノール、カルボキシリックアシッド、カルボニル及びプライマリーアミンから成る群より選択される、金属又はセラミクスに接着可能な反応性表面官能基を有するポリマーであること;
(4)金属又はセラミクスに接着可能なポリマー液状前駆体であること;
の条件の少なくとも1つに従う、請求項1に記載のプロセス。 - 該電気絶縁体フィルムが、自身に埋め込まれた電極を備える、請求項1に記載のプロセス。
- 該電極が、
(i)該ベースの該上面上で該グルーブと該グルーブの間に配置される、セグメントに分かれた導電性の層と、
(ii)該グルーブの形状と共形である形状を有する、連続的な導電性の層と、
を備える、請求項8に記載のプロセス。
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