JP3989564B2 - 耐腐食性電気コネクタを備えた静電チャック - Google Patents

耐腐食性電気コネクタを備えた静電チャック Download PDF

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Description

【０００１】
本発明は、プロセスチャンバ内で基板を保持するために使用される静電チャックに関するものである。
【０００２】
静電チャックを備える静電保持システムは、例えばシリコンウェハーのような半導体基板を、その基板の処理中保持するために使用されている。
【０００３】
代表的な静電チャックはベース上に静電部材（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｍｅｍｂｅｒ）を含み、当該ベースはプロセスチャンバ内でサポートに対して固定され得る。通常、静電部材は基板を冷却するための冷却材を容れる冷却溝を有している。静電チャックを使用するには、基板が静電部材上に配置され、静電部材はその基板に対してある電圧で電気的にバイアスがかけられる。プロセスガスがプロセスチャンバ内へ導入され、一定の処理で、プロセスガスからプラズマが形成される。反対の静電荷が静電部材と基板とに蓄積され、結果として静電引力が生じて、チャックに対して基板を静電的に保持する。静電的に保持された基板は、静電チャック内の冷却溝を覆い、そして密閉して、冷却材がほとんど冷却溝から漏出しないようにする。
【０００４】
１つ以上の埋め込まれた電極を持つた絶縁体を、静電部材は通常備えている。絶縁された電気コネクタストラップはベースの端部にわたって広がっていて、静電部材の電極をプロセスチャンバ内のサポート上の電圧源端子に接続している。通常、電極及びコネクタストラップ上の絶縁体は電気絶縁性の高分子、例えばポリイミドを備える。高分子の使用は幾つかの基板製作工程において、特に、基板のエッチングやチャンバの清浄化処理のような酸素含有ガス及びプラズマを含む処理に対して、チャックの寿命を制限している。上記腐食性の処理において、チャック端部にわたって広がっている電気コネクタストラップ部上の露出した絶縁体が腐食され、そして単一の場所でさえ絶縁体の至る所の腐食は電極とプラズマ間のアークを生じ、チャックの交換を要する。チャックの度重なる交換は不経済であり、そしてもしチャックが基板の処理中に故障するならば、全ての基板が数千ドルの損失で失われる。
【０００５】
従来のチャックにおいて、高電圧接触子組立品は、チャックの電極に電圧を供給するために、電気コネクタストラップを電圧源端子と電気的に接続するために使用される。高電圧接触子組立品は多数の構成部品を通常備えて、例えば、電気コネクタストラップをサポート上の電圧源コネクタと電気的に接続する電気接触子円板と、電気接触子円板と電圧源端子との間にシールを形成する座金とを含む。また、高電圧接触子組立構成品は導電性接着剤を用いて通常接着される。
【０００６】
高電圧接触子組立品は幾つか不都合な点を有している。例えば、電気コネクタストラップと電圧源端子との間の十分な電気接触子を提供するのに正確に必要な大きさになった構成部品が必要であるから、高電圧接触子組立品を形成する電気接触子円板及び座金は、高電圧接触からのアークを引き起こさずに製作するには高価である。また、電気コネクタストラップがチャックのベースの下方に配置された後でのみ、構成部品は組み立てられ得るから、高電圧接触子組立品の構成部品を組み立てることは難しい。複雑な組立工程はチャックの製作費用を増加させる。高電圧接触子の不正確な組み立ては、チャックの予期せぬ故障を引き起こす可能性がある。更に、組立部品を結合させるために用いられる導電性接着剤が高温で不具合を起こし、高電圧接合部を破壊する。
【０００７】
従って、ガスを含む腐食性ガス環境で実質上耐腐食性である静電チャックを有していることが望ましい。チャックの電気コネクタは最小の部品で製作されて、最少の組立工程を要することが更に望ましい。コネクタの構成部品を結合するために使用される導電性接着剤の量を減らすことが更に望ましい。従来の作製装置を用いて安価に製作されることが同様に望ましい。
【０００８】
本発明の静電チャックは上記の要請を満足させている。１つの態様において、本発明は、ベースと、内部に電極を有するベース上の静電部材とを備える静電チャックを提供する。電気コネクタは電極の一体延長部（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）を形成し、そして（ｉ）ベースを貢通して伸びている電気リードと、（ｉｉ）電気リード上の電気接触子とを備えており、上記接触子は、静電チャックを作動させるように、電圧を供給するために用いられる電圧供給端子と直接接触し、かつ電気的に係合するように十分な大きさで作られる。チャックが腐食性プロセスガスを含んだプロセスチャンバ内で基板を保持するために使用されるとき、基板は電気コネクタを覆って、腐食性プロセスガスによる腐食から電気コネクタを実質上保護する。更に、一体となった電極、リード及び接触子はチャックの組立を簡素化し、確実な電極との高電圧接合部を提供する。
【０００９】
チャックの静電部材内の電極は、幾つかの異なる配置を有してる。１つの配置において、電極は、チャックが基板のプラズマ処理中に基板を静電的に保持するようにする単一のモノポーラ電極（ａ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｎｏｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を備えている。もう１つ別の配置では、電極は、電気絶縁空隙（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｖｏｉｄ）によってお互いから電気的に絶縁されている第１及び第２電極を備えており、上記電極は無プラズマ及びプラズマ処理（ｂｏｔｈ ｎｏｎ−ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ｐｌａｓｍａｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）において基板を静電的に保持するためのバイポーラ電極（ｂｉｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）として作動できる。バイポーラチャックは、チャック上の電極を適切な電圧源と電気的に接続する少なくとも２つのコネクタを有している。
【００１０】
もう１つ別の態様においては、本発明は、第１及び第２電極を有するチャックを備えており、それらの間にある電気絶縁空隙がチャック上で保持されている基板を冷却する冷却材を保持する冷却溝としてして使えるように、それらはある大きさで作られかつ配置されている。
【００１１】
本発明の上記及び他の特徴、態様、利点は以下の記述、付随する請求項、添付図面に関連してよりよく理解されるようになるだろう。
【００１２】
本発明に従って静電チャック２０の１つのバージョンの操作が図１ａで示される例で説明される。静電チャック２０はベース２５を備えると共に、そこを貫通した穴３０を有する。静電部材３３は電極５０をその中に有しており、ベース２５によって支持されている。通常、静電部材３３は電極５０を取り囲んでいる
（ｉ）下部絶縁層３５ａ、（ｉｉ）上部絶縁層３５ｂ、及び（ｉｉｉ）上部で基板４５を受容する上面４０を有する絶縁体３５を備えている。電圧源リードとして同じく知られた、電気リードを備える電気コネクタ５５は、電極５０と電気的に接続されている。電気リード６０はベース２５の穴を貫通して伸びて、電圧源端子７０と電気的に合わせている電気接触子６５で端末している。
【００１３】
その使用中、静電チャック２０は、電気的に接地された表面９５を含むプロセスチャンバ８０内にあるサポート７５上で固定され、基板４５のプラズマ処理の囲いを形成する。プロセスチャンバ８０はプラズマ形成プロセスガスを導入するガス導入口８２と、反応プラズマとガス生成物とをプロセスチャンバ８０から排気する減圧排気フィーチャー（ｔｈｒｏｔｔｌｅｄ ｅｘｈａｕｓｔ）８４とを通常は含む。プロセスチャンバ８０内のサポート７５は絶縁体フランジ７７を有しており、それは接地面９５からサポートを電気的に絶縁するためにサポート７５と接地面９５との間に配置されている。プラズマがチャック２０の腐食について主要な原因であるとき、図１ａに示されるプロセスチャンバ８０の特殊な実施例は基板４５のプラズマ処理に適している。しかしながら、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく他のプロセスチャンバや他の処理で使用され得る。
【００１４】
チャック２０がサポート７５上に固定されるときには、チャック２０の接触子６５はサポート７５上の電圧源端子と電気的に係合されている。第１電圧源８５は、チャック２０を作動させる、サポート７５上の電圧源端子７０に電圧を供給している。第１電圧源８５は、１０ＭΩの抵抗器を介在して、高電圧読みだし部と接続された、約１０００から３０００ボルトの直流高電圧源を備える回路を通常は含む。回路中の１ＭΩの抵抗器は回路に流れる電流を制限し、そして５００ｐＦのキャパシターは交流電流フィルターとして提供される。
【００１５】
第２電圧源９０はプロセスチャンバ８０内のサポート７５に接続されている。チャンバ８０内でプラズマを形成するために、少なくともサポート７５の一部分は通常導電性でありそして処理電極（ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）あるいは陰極として機能している。チャンバ８０内の電気的に接地された表面９５に対しサポート７５を電気的にバイアスさせるために第２電圧源９０が設けられ、チャンバ８０内へ導入されるプロセスガスからプラズマを形成する。第２電圧源９０は、プロセスチャンバ８０のインピーダンスを絶縁キャパシタ（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）と直列の線間電圧のインピーダンスに整合させる高周波インピーダンスを一般的に備える。
【００１６】
チャック２０を作動させるために、プロセスチャンバ８０は所定の大気圧未満の圧力で排気、維持される。基板４５はチャック２０上に配置されて、そして第１電圧源８５によって、チャック２０は基板４５に対して電気的にバイアスがかけられる。その後、プロセスガスはガス導入口８２を通ってチャンバ８０内へ導入され、そして第２電圧源９０を起動させることで、プラズマが形成される。電極５０に印加された電圧によって、静電荷は電極５０に蓄積するようになり、チャンバ８０内のプラズマは、基板４５に蓄積する極性とは反対のものを有する、電気的に帯電した種を提供する。蓄積された反対の静電荷は、結果として基板４５とチャック２０内の電極５０との間に静電引力を生じ、基板４５をチャック２０に静電的に保持されるようにする。
【００１７】
チャック２０上に保持された基板４５を冷却するために、冷却材源１００が、絶縁体３５の上面４０にある冷却溝１０５に冷却材を供給するために用いることができる。チャック２０上に保持される基板４５は冷却溝１０５を覆い尽くし、密閉しており、冷却溝１０５から冷却材の漏出を減らす。冷却溝１０５中の冷却材は基板４５からの熱を除去して、基板の処理中に一定の温度で基板４５を維持する。通常、絶縁体３５上の冷却溝１０５は、冷却溝１０５に保持された冷却材が基板４５全体を実質上冷却できるように間隔を開けて配置され、ある大きさで作られ、そして分配されている。以下に述べるように、通常、溝１０５は交差するチャネルのパターンを形成し、上記チャネルは絶縁体３５及び電極５０の全体にわたって伸びている。
【００１８】
チャック２０の耐腐食性は無反応性マスキングガス、例えば不活性ガスを、絶縁体３５の周縁部すなわち周辺部１１０上に導くことで更に強化される。なぜなら絶縁体周縁部１１０は基板４５によって覆われていないので、それはチャンバ８０内の腐食性ガスにさらされる。アルゴン若しくはヘリウムのような無反応性ガスを絶縁体周縁部１１０上に導くことは腐食性ガスにそれが触れるのを制限し、そして絶縁体３５の腐食を減らす。好ましくは、マスキングガスは、ベース２５と一体となっているマスキングガス組立品１１５を用いて絶縁体周縁部１１０上に導かれる。マスキングガス組立品１１５はチャック２０のベース２５の周りに周方向のコラー１２０を備えており、上記コラー１２０は絶縁体３５の周縁部１１０から間隔を開けて置かれて絶縁体３５の周縁部１１０の周りに狭い溝１２５を形成するようにしている。溝１２５にマスキングガスを維持することは、絶縁体周縁部１１０がチャンバ８０における腐食性プロセスガスにさらされるのを減らし、それによって絶縁体周縁部１１０の腐食速度を減じ、そのことはチャック２０の有益な寿命を増加させている。
【００１９】
内部に２つの電極１３０を備えた静電部材３３を有するバイポーラチャック２０の作動が図１ｂに示される例で説明される。チャック２０のバイポーラ電極に電力を供給する第１電圧源８５は、幾つかの他の配置を有することができる。ある好ましい配置では、第１電圧源８５は（ｉ）第１直流電源８７ａを通常含む第１電気回路若しくは電圧源８５ａと、（ｉｉ）第２直流電源を８７ｂを含む第２電気回路若しくは電圧源８５ｂとを備える。第１及び第２電源８７ａ，８７ｂは、それぞれ、負及び正の電圧を第１電極１３０及び第２電極１３５に供給して、静電チャック２０の導電性サポート７５に対して負及び正の電位で電極１３０，１３５を保つようにする。電極１３０，１３５の反対の電位は、電極１３０，１３５内及びチャック２０に保持される基板４５内に反対の静電荷を、プロセスチャンバ８０内でのプラズマを使用せずに誘起して、基板４５がチャック２０に静電的に保持されるようにする。バイポーラ電極の配置は、基板を電気的にバイアスさせるために帯電キャリアとして役立つ、帯電したプラズマ種が１つもない無プラズマプロセス（ｎｏｎ−ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）に対して有利である。
【００２０】
従来技術のチャックより著しく有利な点を提供する、本発明のチャック２０の幾つかの特徴が論じられる。１つの特徴は、コネクタ５５、又は５５ａ，５５ｂの電気リード６０、又は６０ａ，６０ｂの載置を、ベース２５の端部でなくベース２５の穴３０を貫通して備える。電気コネクタ５５，５５ａ，及び５５ｂ並びにリード６０，６０ａ及び６０ｂは実質上同一であって、よって繰り返しを避けるため、それぞれ、以下の記述は電気コネクタ５５及び電気リード６０について言及して、あらゆる上記コネクタ又はリードを意味するようにする。基板４５がチャック２０に保持されているとき、基板４５はチャック２０が備える電気コネクタ５５を実質上完全に覆い、そしてプロセスチャンバ８０内の腐食性プロセスガスと電気コネクタ５５が露出するのを減じるから、コネクタ５５のリード６０を穴３０を貫通して配置することは、チャック２０の耐腐食性を実質上高める。このように減じられた露出は、電気コネクタ５５の腐食に限界を設け、それによってチャック２０の寿命を増す。
【００２１】
本発明のもう１つ別の特徴は、図２で示される例によって明らかなように、電気リード６０を有すると共にリード６０の一体延長部（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）である電気接触子６５を備えた電気コネクタ５５を備える。全ての電気コネクタ５５は、すなわちリード６０及び電気接触子６５は、電極５０の一体延長部を形成するのがより好ましい。”一体延長部”は電気リード６０及び電気接触子６５、又は電気コネクタ５５及び電極５０が単一の導電性部品から作製されるということを意味する。電気接触子６５を電気リード６０の一体延長部として、又は全ての電気コネクタ５５を電極５０の一体延長部として作製することは、複数の構成要素の接触子組立体の製作を除外し、チャック２０の組立を簡単にする。
【００２２】
複数電極又は２つの電極のチャックのバージョンについての幾つかの特徴はまた有利である。これらのバージョンにおいて、チャック２０は複数の電極、通常は第１及び第２電極１３０，１３５を備えると共に、電極１３０，１３５を互いに電気的に絶縁する電気絶縁空隙５２をそれらの間に有して、各電極が反対の静電的な極性で保持されるようにしている。１つの有利な配置において、電極１３０，１３５及びそれらの間にある電気絶縁空隙５２は、電気絶縁空隙５２がチャック２０上の基板４５を冷却する冷却材を保持するための冷却溝１０５として役立つように、ある大きさで作られ、配置される。冷却溝１０５は、絶縁空隙５２の上にある絶縁体３５の至る所を刻むことによって絶縁空隙５２内に形成されて、冷却溝１０５が絶縁体３５の至る所に広がり、すなわち、絶縁体は電極１３０，１３５の間に位置する冷却溝１０５を形成するために絶縁空隙５２の中へ後退するようにする。これらの配置は電極１３０，１３５の間にある絶縁空隙５２の利用を可能にし、上記電極を通って刻まれる付加的な冷却溝を必要とせずに冷却材を保持するようにしており、それによって電極１３０，１３５の有効面積と静電力とを最大にする。例えば、図３は内部電極リング１３０と外部電極リング１３５とを備える２重リング電極配置をそれらの間にある電気絶縁空隙５２と共に示している。電極１３０，１３５間にある電気絶縁空隙５２は冷却溝１０５を形成するために使用されて、電極面積の最大化をもたらす。好ましくは、電極１３０，１３５は同一平面上（ｃｏｐｌａｎａｒ）にありそして実質的にほとんど等しい面積を有して、上記電極は基板４５上に等しい静電把持力を発生させる。
【００２３】
好ましい配置では、電極１３０，１３５及びそれらの間にある絶縁空隙５２は、チャック２０に保持されている基板４５の周囲２３５を冷却溝１０５の先端部１０７に収容されている冷却材が冷却できるような、大きさを持って形成かつ配置されている。少なくとも電気絶縁空隙５２の一部は絶縁体３５の周縁部１１０に位置される。例えば、図４に示される電極の配置では、冷却溝１０５から漏出せずに基板４５の周辺部を冷却するように、絶縁体３５の周縁部１１０に十分に接して配置されている環状の溝を備える電気絶縁空隙５２を形成するように、電極１３０，１３５はある形状・大きさを持って作られている。図４では、第１電極１３５は３つの外部環状電極を備え、かつ第２電極１３０は単一の固い内側円形を備えている。基板４５かチャック２０に保持されているとき、基板４５は電極１３０，１３５の上に横たわっている絶縁体３５の一部分によって形成されるリッジ（ｒｉｄｇｅｓ）を押しつけ、冷却溝１０５を密閉し、冷却材は冷却溝１０５から漏出しない。
【００２４】
図５に示されるように、多重電極チャック２０に関する他の好ましい配置は２つの半円電極１３０，１３５を備えており、それらは絶縁体３５を横切って半径方向へ伸びている少なくとも１つの電気絶縁空隙５２によって分離されている。半径方向へ伸びている絶縁空隙５２は、絶縁体３５の周縁部１１０の近くに伸びている冷却溝１０５を形成するために用いられる。絶縁体３５の周縁部１１０の近くに伸びている溝の先端部１０７を有する、追加的に半径方向に伸びている冷却溝１０５をチャック２０はまた含むことができる。冷却溝の先端部１０７は絶縁体３５の周縁部１１０の近くに配置されて、周縁部１１０と共に、間隙１０９を画成している。冷却溝１０５の先端にある冷却材は基板４５の周辺部２３５の温度を基板４５の中央の温度と実質上等しくなるように維持し、そして基板４５の周辺部２３５と中央部２３７間の平均温度差が約１０℃未満であることが好ましい。冷却材は基板４５の全体が一定の温度で実質上維持されていることが最も好ましい。
【００２５】
さてチャック２０の特殊な態様が論じられるだろう。
【００２６】
チャック２０のベース２５は、ペディスタルとしてまた知られているが、静電部材３３を支持するために提供され、そして基板４５の形状及び大きさに対応して通常作られており、熱伝達を最大化したり、広い保持表面を提供したりするようにする。例えば、もし基板４５が円板形状であるならば、直円柱形状のベース２５が好ましい。通常、ベース２５はアルミニウムからできでいて、そして直径約１００ｍｍから２２５ｍｍまでの、かつ厚さ約１．５ｃｍから２ｃｍまでの円柱形状を有する。プレートの表面粗さが１ミクロン以下になるまで、従来の研磨技術を用いて平板の頂面及び底面は研磨されて、ベース２５は均一にサポート７５と基板４５とに接触することができて、基板４５とサポート７５との間の効率的な熱伝達をもたらす。研磨後、プレートは研磨屑を取り除くため完全に清浄化される。
【００２７】
図２に示されるように、ベース２５は貫通穴３０，又は３０ａ，３０ｂを有して、各穴はスロット１０１を有し、そして拡大した端ぐり部１０３がスロット１０１から広がっている。穴３０，又は３０ａ，３０ｂは、そこを通って電気リード６０又は６０ａ，６０ｂ及び、一体電気接触子６５又は６５ａ，６５ｂとを最小の間隙で若しくはほとんど間隙なく挿入するように、十分小さく作られる。好ましくは、コネクター５５，又は５５ａ，５５ｂの電気リードが穴３０，又は３０ａ，３０ｂ内にあるとき、それらの穴からのガスの漏出がほとんどない位、穴３０，又は３０ａ，３０ｂは十分に小さく作られて、適当な間隙が約５ｍｍ以下である。
【００２８】
静電部材３３は、内部に電極５０又は電極１３０，１３５を有する絶縁体３５を備える。絶縁体３５は電気的絶縁性の高分子材料を、例えばポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｓ）、ポリエーテルスルホン、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共重合体、セルロース、トリアセテート、シリコーン、そしてゴムを通常備える。絶縁体３５は５０℃を超えた温度に耐性のあるのが好ましく、しかも温度１００℃を超える温度に耐性があればより好ましくて、チャック２０は高温処理に使用できるようになる。また、好ましくは、処理中に基板４５で発生した熱がチャック２０を通じて散逸可能となるように絶縁体３５は高い熱伝導率を有して、適当な熱伝導率は少なくとも０．１０Ｗ／ｍ／Ｋである。絶縁体３５は、その中に高い熱伝導率を持った、例えばダイヤモンド、アルミナ、ホウ酸ジルコニウム、窒化ホウ素、そして窒化アルミニウムの平均粒径約１０μｍ以下の粉末状充填材を、内部でさらに分散させ得るようにして、熱伝導や耐腐食性を増加させる。好ましくは、絶縁体に対する充填材の体積比率は約１０％から８０％までで、２０％から５０％までがより典型的である。更に、チャック２０が腐食性又は侵食性の処理環境で使用されるときには化学的退化から絶縁体３５を保護するために、保護層（図示せず）が絶縁体３５の上面４０上に適用されることがある。
【００２９】
絶縁体３５は十分に大きく作られ、電極５０又は電極１３０、１３５をその中で取り囲む。通常、絶縁体３５は約１０１３Ωｃｍから１０２０Ωｃｍまでの範囲の抵抗率、また少なくとも約２の比誘電率、より好ましくは少なくとも約３比誘電率を有する。絶縁体３５の全体の厚さは、絶縁体３５を形成するために用いられる絶縁材料の電気抵抗率及び比誘電率に依存する。例えば、絶縁体３５が約３．５の比誘電率を有しているとき、絶縁体３５の厚さは通常約１０μｍから約５００μｍまでの厚さで、より好ましくは約１００μｍから約３００μｍまでの厚さである。ポリイミド絶縁材料は通常少なくとも約１００ｖｏｌｔｓ／ｍｉｌ（３．９ｖｏｌｔｓ／ｍｉｃｒｏｎ）、そしてより典型的には少なくとも約１０００ｖｏｌｔｓ／ｍｉｌ（３９ｖｏｌｔｓ／ｍｉｃｒｏｎ）の絶縁破壊強さを有する。通常、図１ｂに示されるように、絶縁体３５は、下部絶縁層３５ａと上部絶縁層３５ｂとを備える２層の積層構造を備えていて、それらの間に電極が埋め込まれている。絶縁層３５ａ，３５ｂは、厚さ約５０μｍから約６０μｍまでの厚さと実質上等価な厚さを有するのが好ましい。
【００３０】
単一のモノポーラ電極５０及び多数のバイポーラ電極１３０，１３５は例えば銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄のような金属やそれらの合金のような導電性材料から作られる。電極５０又は１３０，１３５の形状、大きさは基板４５の形状、大きさに応じて変化する。例えば、図面に示すように、もし基板４５が円板形状のものであるならば、電極は基板４５と接触したまま電極面積を最大にするためにまた円板形状である。好ましくは、電極５０又は１３０，１３５は絶縁体３５の全ての面積を実質上覆い、電極の全面積は約５０から約５００ｃｍ２までが一般的であって、８０から３８０ｃｍ２までがより一般的である。バイポーラ電極配置に関しては、２つの電極１３０，１３５の各面積はほとんど等しくそしてチャック２０の上面の全面積の２分の１を通常備えている。したがって、各電極１３０，１３５の各面積は約５０から約２５０ｃｍ２までが好ましく、しかも１００から２００ｃｍ２までであればより好ましい。
【００３１】
通常、電極５０の厚さは約１μｍから１００μｍまでで、しかも約１μｍから５０μｍまでがより一般的である。しかしながら、幾つかのバイポーラ配置では、より薄い電極を利用することは、絶縁体３５の周縁部１１０に広がっている冷却溝１０５の先端部（ｔｉｐｓ）１０７を効率良く密閉するために都合がよい。一般に、電極の上にある絶縁体３５の中央部分が隆起しているのに対して、絶縁体３５の周縁部１１０はそれより低い。したがって、基板４５がチャック２０に保持されているとき、基板４５は絶縁体周縁部１１０と効果的に接触せず、絶縁体周縁部１１０の冷却溝１０５を事実上密閉しない。絶縁体３５中のより薄い電極は、絶縁体中央部分の高さを絶縁体３５の周縁部１１０と比較して低くしており、それによって基板４５を絶縁体３５の周縁部１１０の冷却溝１０５とより効果的に接触、密閉させて、冷却材が溝１０５から漏れないようにする。例えば、２つの半導体電極を有するバイポーラチャック２０では、図５に示されるように、冷却溝１０５は絶縁体３５の周縁部１１０へ伸びている電気絶縁空隙５２で形成される。冷却溝１０５の先端部（ｔｉｐｓ）１０７と絶縁体周縁部１１０との間隙１０９がより効果的に密閉されるのは、より薄い電極が絶縁体３５で使用されるときである。したがって、電極の厚さは好ましくは約１μｍ未満で、０．５μｍ末満であればより好ましい。
【００３２】
モノポーラ電極５０及びバイポーラ電極１３０，１３５は相互連結されたフィーチャー（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ）で連続的であったり、又はパターン形成されたりすることができて、チャック２０上に保持される基板４５を冷却する冷却材を保持するために上記フィーチャー間に冷却溝１０５が形成できるように上記フィーチャーはある大きさで作られる。例えば、図６ａから図６ｃはパターン形成された電極を有するモノポーラチャックを示しており、複数の冷却溝１０５が上記電極フィーチャー（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ）間に存する。
【００３３】
単一の電気コネクタ５５はモノポーラ電極を第１電圧源８５と電気的に接続するために用いられる。別々の電気コネクタはバイポーラ電極１３０，１３５の各々を第１電圧源８５に電気的に別々に接続するために使用される。両方の電極に関して、電気コネクタはほとんど同一であるから、繰り返しを避けるために一度だけ記述されている。電気コネクタ５５は、（ｉ）ベース２５にある穴を貫通して伸びた電気リード６０と、（ｉｉ）電気接触子６５とを備える。電気リード６０は、銅又はアルミニウムのような導電性金属から作製することができ、電極５０とろう付け又は溶接される。電気リード６０は、電極５０を電気接触子６５と電気的に接続するのに十分に長くなっている。電気リード６０の長さは約１０ｍｍから約５０ｍｍまでが一般的で、しかも約２０から約４０ｍｍまでがより一般的である。電気リード６０の幅は約２ｍｍから約１０ｍｍまでが一般的で、そして約４ｍｍから約７ｍｍまでがより一般的である。
【００３４】
図２は、両者が電極５０の一体延長部である電気リード６０及び電気接触子６５を有した電気コネクタ５５を示している。一体式電気コネクタ５５は電気リード６０上の、複数の構成要素電気接触子組立部品の製作、組立を除外する。一体延長部は、電気リード６０、電極５０、及び電気接触子６５が、例えば導電性金属板のような単一の導電性部品から作製されるということを意味する。通常、図６ｂ、６ｃに示されるように、連続した金属板は電極５０及び電気コネクタ５５を形成するために切り取られる。電気リード６０と一体となった電気接触子６５が形成されて、しかもサポート７５上の電圧源端子７０と直接電気的に係合するように十分に大きく作られ、そこを流れる高電圧アークを生じないようにする。好ましくは、電気接触子６５の面積は少なくとも高電圧端子７０の面積であって、しかもより好ましくは、高電圧端子７０の面積と実質上等価である。電気接触子６５の面積は少なくとも５０ｍｍ２であるのが一般的で、しかも少なくとも１００ｍｍ２であるのがより一般的であり、できれば約５０から約４００ｍｍ２までであって、しかもより好ましくは、約７５から約１５０ｍｍ２までである。円板状又は長方形状の電気接触子６５は、半径が約５ｍｍから約１２ｍｍまでの範囲であると共に、十分な接触面積を提供する。
【００３５】
次に、静電部材３３を製作する方法が記述される。静電部材３３は、内部にモノポーラ電極５０又はバイポーラ電極１３０，１３５を有した絶縁体３５を備えると共に、電極と一体となっている電気コネクタ５０又は５５ａ，５５ｂを有した層として製作されるのが好ましい。上記層は絶縁層と導電層とを備える多層膜から、例えば、Ｒｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（アリゾナ州Ｃｈａｎｄｌｅｒ）から市販されている”Ｒ／ＦＬＥＸ １１００”膜のようなものであって、それは厚さ２５から１２５μｍまでのポリイミド絶縁層上に導電性の銅層を備えたものから作製される。多層膜の銅層はエッチング、経路設定（ｒｏｕｔｅｄ）、又は研磨されて、図６ｂ及び６ｃに示されるように電極及び一体式電気コネクタを形成する。
【００３６】
電極５０又は１３０，１３５並びに一体式電気コネクター（ｉｎｔｅｇｒａｌｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ）５０又は５５ａ，５５ｂを形成するのに適したエッチング処理は、（ｉ）電極及び電気コネクターの形状に合わせて形作られた保護レジスト層を、多層膜の導電層にわたって形成するステップと、（ｉｉ）従来のエッチング処理を使用してレジストによって保護されている多層膜をエッチングするステップを備える。レジスト層はＤｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）製の”ＲＩＳＴＯＮ”のようなフォトレジスト材料を使用して形成することができ、電極層に適用される。従来のフォトリソグラフィーの方法は、本明細書において参照文献で取り入れているＳｔａｎｌｅｙ Ｗｏｌｆ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｎ．Ｔａｕｂｅｒ：ＶＬＳＩ時代のシリコン処理、第１巻：処理技術、１２，１３及び１４章、Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅｓｓ（１９８６）に述べられているもののように、導電層上のレジスト層をパターン形成するために使用することができる。従来の湿式若しくは乾式の化学エッチング方法は多層膜をエッチングするのに使用される。適当な湿式化学エッチング方法は、電極層の未保護部分はエッチングされるまで、塩化第二鉄、過硫酸ナトリウム又は酸若しくは塩基のようなエッチャント中へ多層膜を浸すことを備える。適当な乾式のエッチング処理は、本明細書に参照文献として取り入れられている上記シリコン処理１６章で述べられている。
【００３７】
電極５０又は１３０，１３５及び一体式電気コネクター５５又は５５ａ，５５ｂを形成するために導電層をエッチングした後、第２絶縁膜が導電層の上にわたって接着されて、導電層は絶縁体３５内へ埋め込まれて積層された静電部材３３を形成する。適当な絶縁膜は、例えばＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）製の”ＫＡＰＴＯＮ”、鐘淵化学工業（日本）製の”ＡＰＩＱＵＥＯ”、宇部興産（日本）製の”ＵＰＩＬＥＸ”、日東電工（日本）製の”ＮＩＴＯＭＩＤ”、そして三菱樹脂（日本）製の”ＳＵＰＥＲＩＯ ＦＩＬＭ”を含む。
【００３８】
電極５０又は１３０，１３５の一体延長部（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）である電気コネクタ５５又は５５ａ，５５ｂを形成するために、静電部材３３から電気コネクタ５５ａ，５５ｂを型打、打抜き、又は押出しすることにより、静電部材積層品（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｍｅｍｂｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅ）が切り取られる。電気コネクタの電気リード６０又は６０ａ，６０ｂ並びに電気接触子６５又は６５ａ，６５ｂが、パターン形成された冷却溝１０５の１つの中に配置されるように、電気コネクタは切り取られるのが好ましい。電気コネクター５５又は５５ａ，５５ｂを冷却溝１０５の一区分内に配置することによって、電極５０又は１３０，１３５，一体式電気コネクター５５ａ，５５ｂ、及び冷却溝１０５が単一のステップで製作できるようになる。電気コネクタを切り取った後、電気接触子６５ａ又は６５ｂを形成する、下層にある導電層を露出させるために絶縁層を剥ぎ取ることで、残りの絶縁体は取り除かれる。図７ａ及び７ｂに示されるように、絶縁された電気リード６０と電気接触子６５とが後にベース２５の穴３０を貫通し、電気接触子６５はベース２５の下に配置されるようになる。図７ｂのチャックが作製されるとき、電気リード６０は図８に示されるように折り曲げられて、リードをチャック２０が備えるベース２５上の穴を通って伸ばすようにする。電気リード６０を折り曲げることは、電気接触子６５の露出した部分がベース２５から離れて、サポート７５上の電圧源端子の方へ導かれるには必要である。それから静電部材３３は静電チャック２０が備えたベース２５と、例えばポリイミドのような従来の圧力又は温度感知接着剤を用いて接着されている。その後、電気接触子６５ａ，６５ｂは静電チャック２０のベース２５上の支持部品７５に接着される。
【００３９】
電圧源端子７０ａ，７０ｂはサポート７５上のベース２５とサポート７５との間にある境界面に置かれる。図２示されているように、通常、各電圧源端子７０又は７０ａ，７０ｂの各々は、サポート７５を貫通した穴１７５に配置された、スプリング駆動の直円のピン部材１７０を含んでいる。ピン部材１７０は、好ましくは金メッキされた銅である導電性端子１８０内に終結している。高電圧リード１８５は第１電圧源８５からピン部材１７０を介在して伸びて、導電性端子１８０と接触する。スプリングはピン部材１７０と接触してサポート７５の穴１７５に配置され、ピン部材１７０を上方に付勢して電極５０ａ，５０ｂの電気的接触子６５ａ，６５ｂと接触させる。
【００４０】
ベース２５とサポート７５との間の境界面は密閉され、ベース２５の穴３０を通るあらゆる冷却材が処理室８０内へ漏れるのを防止するようにする。２つのシールリング１９０ａ，１９０ｂを備えるシール部材１９０は、ベース２５とサポート７５との間の境界面に配置されている。第１シールリング１９０ａはベース２５の下にあって、電気接触子６５ａ，６５ｂ及びベース２５の穴３０ａ，３０ｂの両方の周囲に配置されている。第２シールリング１９０ｂはサポート７５の供給穴（ｓｕｐｐｌｙ ｂｏｒｅ）１７５の付近に、しかも電気的接触子６５ａ，６５ｂと整列させて配置されている。シールリング部品１９０は２つのＯリングシールを備えているのが好ましい。
【００４１】
本発明の特徴を有している静電チャック２０はいくつかの都合のよいところを有する。まず第一に、電気コネクタ５５又は５５ａ，５５ｂはプロセスチャンバ８０内の腐食環境に対して、実質上耐腐食性であるが、なぜならコネクタはベース２５を通っており、そしてそれによってチャック２０に保持される基板４５によって覆われ、保護されるからである。更に、電気接触子６５又は６５ａ，６５ｂが電極５０又は１３０，１３５の一体延長部であるとき、電気接触子５０を形成する電気接触円板及び座金を備えた高電圧接触組立部品を組立てる必要がない。したがって、一体式電気接触子６５又は６５ａ，６５ｂはチャック２０の製作を容易にし、それ程費用がかからず、かつ実現可能なチャック２０を提供する。
【００４２】
他の有利な点が、チャック２０に関して多電極の変形例によって提供される。まず第一に、電極１３０，１３５間の電気絶縁空隙５２に冷却溝１０５を配置することによって、電極１３０，１３５によって生じる静電把持力を最大にすることが可能となり、そしてチャック２０に保持される基板４５の周囲を効果的に冷却するために、チャック２０の周縁部に冷却溝１０５を配置することが可能となる。上記理由のため、本発明のチャック２０は従来のチャックに優る、著しい進歩である。
【００４３】
本発明はいくつかの好ましいバージョンを参照してかなり詳細に述べられたが、多くの他のバージョンは当業者にとっては自明である。したがって、追加される請求項の趣旨と範囲は本明細書に含まれる好ましいバージョンに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】単一の電極を有する静電チャックの作動を示すプロセスチャンバの概略側断面図である。
【図１ｂ】バイポーラ静電チャックの作動を示すプロセスチャンバの概略側断面図である。
【図２】プロセスチャンバ内のサポート上にある、本発明の静電チャックの変形例の部分側断面図であって、電極と一体となり、サポート上の電圧源端子と直接電気的に合わさっている電気接触子を有する電気コネクタを示している。
【図３】電極間に冷却溝をもった２重リング電極配置を有する静電チャックの上面図である。
【図４】静電チャックの周縁部で、電極間に冷却溝を備えた多重リング電極配置を有している静電チャックの別の変形例の上面図である。
【図５】電極間に半径方向の冷却溝を備えた２つの半円の電極を有する静電チャックの別の変形例の上面図である。
【図６ａ】電極と一体となった電気リードを有する静電チャックの上面図であって、電気リードが冷却溝間の電極の一部から切り取られている。
【図６ｂ】部分的に作製された静電チャックの上面図であって、電極と一体となり、冷却溝に配置された電気コネクタを示している。
【図６ｃ】部分的に作製された図６ｂの静電チャックの別の変形例の上面図である。
【図７ａ】図２ａの静電チャックの底面図であって、ベースの下の電気コネクタ上の電気接触子を示している。
【図７ｂ】図６ｃの静電チャックの底面図であって、電気コネクタのために使用される電気接触子の配向を示している。
【図８】図７ｂの静電チャックの、部分側断面概略図であって、折り曲げられそしてチャックのベースを貫通して伸張した電気リードを示している。
【符号の説明】
２０・・・静電チャック、２５・・・ベース、３０，３０ａ，３０ｂ・・・貫通穴、３３・・・静電部材、３５・・・絶縁層、３５ａ・・・下部絶縁層、３５ｂ・・・上部絶縁層、４０・・・上面、４５・・・基板、５０・・・電極、５２・・・電気絶縁空隙、５５，５５ａ，５５ｂ・・・電気コネクタ、６０，６０ａ，６０ｂ・・・電気リード、６５，６５ａ，６５ｂ・・・電気接触子、７０，７０ａ，７０ｂ・・・電圧源端子、７５・・・サポート、７７・・・絶縁体フランジ、８０・・・プロセスチャンバ、８２・・・ガス導入口、８４・・・減圧排気フィーチャー、８５・・・第１電圧源、８５ａ・・・第１電気回路、８５ｂ・・・第２電気回路、８７ａ，８７ｂ・・・高圧直流電源、９０・・・第２電圧源、９５・・・接地面、１００・・・冷却材源、１０１・・・スロット部、１０３・・・端ぐり部、１０５・・・冷却溝、１０７・・・先端部、１１０・・・周縁部、１１５・・・マスキングガス組立品、１２０・・・コラー、１２５・・・溝、１３０・・・第１電極、１３５・・・第２電極、１７０・・・ピン部材、１７５供給穴、１８０・・・導電性端子、１８５，１８５ａ，１８５ｂ・・・高電圧リード、１９０ａ，１９０ｂ・・・シールリング、２３５・・・周辺部、２３７・・・中央部。

Claims (8)

  1. 静電チャックを帯電させるために電圧源端子を有するプロセスチャンバ内で基板を保持する、パターン形成された冷却溝を備えた静電チャックであって、
    （ａ）ベースと、
    （ｂ）前記ベース上の静電部材であって、前記基板を支持する上面を有し、前記パターン形成された冷却溝を持つ前記静電部材と、
    を備え、
    前記静電部材は、
    絶縁体内で電極部とコネクタ部とを有する単一の導電性部品を備え、前記電極部は前記上面付近で前記絶縁体に覆われ、前記コネクタ部は、（ｉ）前記ベースを貫通して伸びている電気リード、（ｉｉ）前記電圧源端子と直接接触される電気接触子を有し、前記冷却溝のパターン形成において、パターン形成される前記冷却溝の一区分内に配置される前記絶縁体及び前記導電性部品を部分的に切り取ることにより作製されることを特徴とする、静電チャック。
  2. 前記コネクタ部は以下の特徴、すなわち、
    （ａ）前記電気接触子は、前記電圧源端子の面積と同じ接触面積を有すること、
    （ｂ）前記電気接触子は少なくとも５０ｍｍ２の接触面積を有すること、
    （ｃ）前記電気接触子は前記ベースの下方に配置されること、
    （ｄ）前記電気接触子は前記電気リードの一端に形成されること、
    のうち少なくとも１つを有する、請求項１記載の静電チャック。
  3. 前記コネクタ部の前記電気接触子の周りに全周にわたって配置されたＯリングを備えるシールリングを更に備える請求項１記載の静電チャック。
  4. サポートを、前記サポート上の電圧源端子と共に有し、プロセスチャンバ内で基板を保持する方法であって、
    （ａ）ベース上に静電部材を備える静電チャックを選択するステップであって、前記静電部材は、上部に基板を支持する為の上面を有し、パターン形成された冷却溝を備え、
    前記静電部材は、絶縁体内で電極部およびコネクタ部を有する単一の導電性部品を備え、
    前記電極部は前記上面付近で前記絶縁体に覆われ、
    前記コネクタ部は、
    （ｉ）前記ベースを貫通して伸びている電気リード、
    （ｉｉ）前記電圧源端子と直接接触される電気接触子を有し、
    前記冷却溝のパターン形成において、パターン形成される前記冷却溝の一区分内に配置される前記絶縁体及び前記導電性部品を部分的に切り取ることにより作製されることを特徴とする、前記ステップと、
    （ｂ）前記コネクタ部の前記電気接触子が前記サポート上の電圧源端子と直接接触して電気的に接続するように、前記プロセスチャンバ内の前記サポート上に前記静電チャックを配置するステップと、
    （ｃ）基板を前記静電チャック上に静電的に保持するステップと、
    を備える、前記方法。
  5. 基板を支持する為の上面を有し、パターン形成された冷却溝を備え、耐腐食性電気コネクタ部を有する静電チャック形成方法であって、
    （ａ）貰通した穴を有するベースを形成するステップと、
    （ｂ）パターン形成された冷却溝、絶縁体内で電極部及びコネクタ部を有する単一の導電性部品を形成するステップであって、前記コネクタ部は、（ｉ）電気リード、（ｉｉ）電気接触子を備える、前記ステップと、
    （ｃ）絶縁された前記電極部を前記ベース上に配置して、前記コネクタ部の前記電気接触子が前記ベースの下方に露出されるように、前記ベースの穴を貫通して前記コネクタ部の前記電気リードを伸ばすステップと、
    を備え、
    前記ステップ（ｂ）は、前記コネクタ部が、電圧源端子と直接電気的に接続する大きさになるように、パターン形成される前記冷却溝の一区分内に配置される前記絶縁体及び前記導電性部品を切り取る工程を更に含むことを特徴とする、静電チャックを形成する方法。
  6. 耐腐食性電気コネクタ部を有する冷却溝を備えた静電チャックを形成する方法であって、
    （ａ）前記冷却溝まで貫通した穴を有するベースを準備するステップと、
    （ｂ）パターン形成された冷却溝と、絶縁体内で電極部とコネクタ部とを有する単一の導電性部品を形成するステップであって、前記コネクタ部が、（ｉ）電気リード、（ｉｉ）電気接触子を備える、前記ステップと、
    （ｃ）絶縁された前記電極部を前記ベース上に配置して、前記コネクタ部の前記電気接触子が前記ベースの下方に露出されるように、前記ベースの穴を貫通して前記コネクタ部の前記電気リードを伸ばすステップと、
    を備え、
    前記ステップ（ｂ）は、前記コネクタ部が、電圧源端子と直接電気的に接続する大きさになるように、前記冷却溝中に配置される前記絶縁体及び前記導電性部品を部分的に切り取る工程を含むことを特徴とする、静電チャックを形成する方法。
  7. 請求項５又は６に従う静電チャックを形成する方法において、
    前記絶縁体内の前記導電性部品は、二つの絶縁層で挟まれた導電層を備える積層絶縁層で構成され、前記ステップ（ｂ）は、
    （１）前記積層絶縁層を形成する工程と、
    （２）前記電極部と前記コネクタ部を形成するために前記積層絶縁層の一部を切り取る工程と、
    （３）前記導電層を露出させるために絶縁層の一部を取り除くことによって、前記導電性部品から前記コネクタ部を形成して、それによってコネクタ部の電気接触子を形成する工程と、
    を備える、静電チャックを形成する方法。
  8. 請求項７の静電チャックを形成する方法において、
    前記電極部と前記コネクタ部を形成するために前記積層絶縁層の一部を切り取る前記工程は、前記積層絶縁層における前記冷却溝の形成を備えており、前記コネクタ部は、形成される前記冷却溝内に配置されるように形成される、静電チャックを形成する方法。
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