JP4150099B2 - 一方向導電カプラ層を有する静電チャック - Google Patents

一方向導電カプラ層を有する静電チャック Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板保持のために用いられる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電チャックは、基板の処理中にシリコンウエハ等の基板の保持に用いられる。代表的な静電チャックは、チャンバの中で支持体に固定可能なベースに付けられた静電的な部材を備える。チャックを用いるには、基板を静電部材の上に配置し、この静電部材の電極に電圧を与え、基板に対する電気的バイアスを電極に与える。プロセスガスをプロセスチャンバに導入し、そして一定のプロセスにおいては、プラズマをプロセスガスから形成する。正反対の静電荷が、静電部材と基板に蓄積され、その結果、静電力引力が発生し、基板が静電力によりチャックに保持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
チャックの静電部材は典型的には、電極を包囲する絶縁体を備え、この絶縁体は、電極をプロセスチャンバの電圧供給ターミナルに接続するコネクタストラップを有している。典型的には、コネクタストラップはチャックのエッジまで延び、チャンバ内の腐食性の環境に曝露される。コネクタストラップを覆っている絶縁体は、ポリイミドのような絶縁ポリマーを備えていることが多く、これは、腐食性の環境（例えば酸素含有プラズマ）では寿命が限られている。そのような腐食性のプロセスでは、電気コネクタストラップ上の絶縁体は曝露に急速に消耗し、この消耗が一点でも絶縁体を貫通すれば、電極とプラズマの間のアーク発生を引き起こすことになり、全体のチャックの交換を必要とすることになる。
【０００４】
この問題の解決策の１つに、１９９４年１１月２日出願のYuh-Jia Suによる米国特許出願第０８／３３３，４５５号、標題「耐腐食性静電チャック」に説明されており、そこでは、保護プラグが、コネクタストラップをカバーするために用いられる。しかし、この保護プラグ被覆も消耗し、汚染物をチャンバの中で形成する。もう一つの解決策は、１９９５年３月２４日出願のShamouilianらによる米国特許出願第０８／４１０，４４９号に記載されており、そこでは、コネクタストラップがその上にある基板で覆われて腐食性の環境から保護されるよう、コネクタストラップをホールを介しチャックのベースの中で挿入する。しかし、コネクタストラップは折り曲げられた状態でホールを介してベースの中で挿入されており、この折り曲がったストラップによって静電部材上に圧力が作用し、静電部材内に層割れないし剥離を引き起こすことがある。また、コネクタストラップとベースのホールとの間にギャップがあることにより、プロセスガスとプラズマがコネクタストラップに接触してしまう。
【０００５】
従来の静電チャックにおいては、チャックのコネクタストラップがチャンバ内の高電圧のターミナルと電気的に接触する点において更なる問題点が生じる。コネクタストラップを電圧ターミナルに接続するための電気コンタクトディスクやこのコンタクトディスクとターミナルとの間のシールを与えるためのワッシャーを始めとする、多数の部品を典型的に備えた高電圧コンタクト組立体を用いて、コンタクト組立体を形成する。高電圧組立体の部品が適正に組み立てられない場合は、電荷がこれらの部品から周囲の導電性のベースまで漏れることがある。そのような電荷のリークによって、基板保持に使われる静電力が変化し、これがチャンバ内で基板の運動やミスアラインメントを生じさせることがある。また、高電圧部品の組立は困難であり、それは、コネクタストラップをチャックのベースの下に配置した後に組立可能となるからである。更に、良好な電気的接触を得るために、電気接触ディスク及びワッシャーの寸法取りは精密に行われるが、このため、これらの製造は高価になる。
【０００６】
もう一つの問題は、比較的薄い電極層に対してコネクタ組立体により作用する圧力によって生じる。良好な電気的接触を実現するため、電圧ターミナルはコネクタストラップの露出部分にしっかりと押しつけられるが、この強力な作用圧力により、電圧供給ターミナルとの接触点では、コネクタストラップの薄い露出接触部分が摩耗される。また、コネクタストラップに強い圧力が作用することにより、ストラップがその折り曲げ部分(bent-over portion)で切れることもある。あるいは、圧力が弱い場合は電気的接触が良好でなくなり、コネクタストラップのインピーダンスが変化するようになり、その結果、静電チャック力が変化しまた非均一となってしまう。
【０００７】
従って、電極に直接に接続し、そこを流れる電荷の漏洩や変動が少なく、損傷や剥離が制限されるような、電気コンタクト組立体を、静電チャック有していることが望ましい。腐食性のガス環境における実質的な耐腐食性をチャックが有していることが更に望ましい。また、高電圧接触部は、最小限の部品で作られ最小限の組み立てでよいことが望ましい。周囲のチャック構造体へ電荷を大きく損失させずに、良好な電荷コンダクタンスを提供する高電圧接触部を有することが、更に望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、電極にチャージするための、静電チャックと電圧供給ターミナル電極との間の信頼性が高く良好な電気的接続を、プロセスチャンバに提供することにより、これらの必要性を満たす。このチャックは静電部材を備え、この静電部材は、(i)電極と、(ii)電気絶縁保持面と、(iii)電極に電気量（チャージ）を導通させるための電気接触面と、を有している。電圧供給ターミナルから接触面へのほぼ一方向にだけ電荷を導通させて電極に電気量を与えるよう、接着剤を備える一方向導通カプラ層を接触面に接着する。このチャックは、安全で高い導通電気接続を与える一方、周囲のチャック構造体への電荷の漏出が低い。
【０００９】
もう一つの特徴としては、本発明は、プロセスチャンバ内で基板を保持するための、静電チャックを組み立てる方法を提供し、これは、チャックに電気量を与えるため電圧供給ターミナルを有している。この方法は、電気絶縁保持面及び露出電気接触面を有する電極を備える静電部材を形成するステップを備える。電圧供給ターミナルから電極の接触面への一方向にだけ電荷を導通させて静電部材の電極に電気量を与えるよう、接着剤を備える一方向導通カプラ層を接触面に接着する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に従った静電チャック２０の一態様を例示する。静電チャック２０は貫通穴２４を有するベース２２を備え、このベース２２は、静電部材２５を支持するに適切である。静電部材２５が、(i)電極３０と、(ii)基板４５を保持するための電気絶縁保持面４０と、(iii)電極３０に電気量を導通させるための電気接触面（電気コンタクト面）４８とを備えている。好ましくは、接触面４８は、電極３０の絶縁体なしの露出部分を備える。電極の露出接触面４８に接着し且つ電気的に結合される接合面５５を備える電気コネクタ５０と、電圧供給ターミナル６５に電気的に接続し且つ接合するターミナル表面６０は、ベース２２の穴２４の中を延びる。一方向導電カプラ層７０は、電気のコネクタ５０を通して、電圧供給ターミナル６５を静電部材２５の接触面４８に電気的に結合し且つ接着し、電圧供給ターミナル６５から静電部材２５の電極への単一方向にだけ電流導通させる。一方向導電カプラ層７０により、導電層７０の面と直交に交差する一方向に、電流が直接電極へ流れるようになり、これを囲む導電ベース２４に流れる電流損失を最小限にできる。
【００１１】
使用中は、静電チャック２０は、プロセスチャンバ８０内の支持体７５に固定される。支持体７５は、支持体７５とチャンバの間に配置される絶縁体フランジ７７を備え、支持体７５を電気的に絶縁する。プロセスチャンバ８０は、基板４５を処理するために適切なエンクロージャを成しており、プラズマ生成プロセスガスをチャンバに導入するガス流入口８２と、ガス副生成物をチャンバ８０から排気するための絞り付き排気部８４とを典型的に有する。図１の中で示された特定の具体例であるプロセスチャンバ８０は、基板４５のプラズマ処理プラズマのために適しているが、このプラズマとはチャック２０の腐食の主な原因となるものである。しかし、本発明の範囲から外れることなくチャック２０を他のプロセスチャンバや非プラズマプロセスに用いてもよい。
【００１２】
チャック２０が支持体７５上に固定されているときは、コネクタ５０のターミナル表面６０は、支持体７５上で電圧供給ターミナル６５に電気的に接続する。第１の電圧供給部８５は、チャック２０の作動のため、電圧供給ターミナル６５へ電圧を提供する。この電圧は、静電部材の電極３０の動作のため、コネクタ５０と一方向導電カプラ層７０を流れる。第１の電圧供給部は、１０ＭΩの抵抗器を介して高電圧読み出し器に接続する約１０００〜３０００ボルトの高電圧ＤＣ源を備える回路を典型的に有している。回路中の１ＭΩの抵抗器は、回路を流れる電流を制限し、また、５００ｐＦのキャパシタが、交流フィルタとして具備される。
【００１３】
第２の電圧供給部９０は、プロセスチャンバ８０の中で支持体７５の導電性の部分に接続される。支持体７５の導電性の部分は、プロセス電極（典型的にプラズマをチャンバ８０中で形成するためのカソード）の機能を果たす。第２の電圧供給部９０は、チャンバ８０内の電気接地面９５に対するバイアスを支持体７５に与え、チャンバ８０に導入されたプロセスガスからプラズマを生成するためのアノードの役目を果たす。第２の電圧供給９０は、絶縁キャパシタと直列のライン電圧のインピーダンスにプロセスチャンバ８０のインピーダンスを整合するＲＦインピーダンスを備える。
【００１４】
チャック２０を動作させるには、プロセスチャンバ８０を排気し、所定の準雰囲気圧に維持する。基板４５はチャック２０の上に置かれ、チャック２０の電極３０は、コネクタ５０及び一方向導電カプラ層７０を介して第１の電圧供給部８５に電圧又は電流を供給することにより、基板４５に対するバイアスが与えられる。その後、プロセスガスがガス流入口８２を通してチャンバ８０内に導入され、第２の電圧供給部９０を作動させてプラズマをプロセスガスから生成する。電極３０に印加された電圧によって、静電荷が電極３０に蓄積するようになり、チャンバ８０の中のプラズマは、反対の極性の電気量を有する種を提供し、これが基板４５に蓄積する。この正反対の静電荷が蓄積すれば、基板４５とチャック２０の電極３０との間に静電引力が発生し、基板４５がチャック２０に静電力により保持されるようになる。基板４５を均一な温度に維持するために、熱移動ガスソース１００を用いて、絶縁静電部材２５の保持面４０のグルーブ１０５に熱移動ガスを供給する。静電力により保持されている基板４５がグルーブ１０５を覆ってこれをシールし、グルーブ１０５からの熱移動ガスの漏出が減じられる。グルーブ１０５の中の熱移動ガスは、基板４５から熱を取り除き、基板４５を基板の処理の間、一定の温度に維持する。典型的に、グルーブ１０５の中に保持された熱移動ガスが基板４５の実質的に全部を冷却することができるよう、グルーブ１０５の間隔、寸法、及び分布が決められる。より典型的には、グルーブ１０５は、電極３０をカバーしている絶縁体層３５の全体に延びるチャンネルと交差するパターンを形成する。
【００１５】
図２に関して、チャックの電極３０は、電圧供給ターミナル６５を介して供給された電荷によって電力が与えられるが、このターミナルは、ベース２２と支持体７５の間の界面で支持体７５上に配置されることが好ましい。典型的に、各電圧供給ターミナル６５は、支持体７５を貫通する穴１７５内に配置された直円のピン部材１７０を有する。ピン部材１７０は、伝導性のターミナルチップ１８０（好ましくは金メッキの銅）で終わっている。高電圧のリード線（図示せず）が第１の電圧供給部８５からピン部材１７０へ伸び、導電ターミナルチップ１８０に電圧を提供する。ベース２２と支持体７５の間の界面は、ベース２２の穴２４を流れるあらゆる熱移動ガスのプロセスチャンバ８０への漏出を防ぐためにシールされている。シールＯリング１９０が、ベース２２と支持体７５の間の界面に配置され、コネクタ５０とベース２２の穴２４の両方に外接するように配置される。ダウエルピン１９２は、コネクタ５０の回転運動を防ぐ。ポリマー又はエラストマーのブッシング１９５が高電圧コンタクト組立体を囲み、高電圧コンタクト組立体を電気的に絶縁する。
【００１６】
少くとも２つの電極３０ａ、３０ｂを有する静電部材２５を備えたバイポ―ラチャック２０の動作が、図３のに示される例において例示される。電極３０ａ及び３０ｂがそれぞれ、露出接触面４８ａ、４８ｂを備えており、これは電極の絶縁体がない部分を露出する。接合面５５ａ、５５ｂを備えた２つの電気コネクタ５０ａ、５０ｂを用いて、電極の露出接触面４８ａ、４８ｂを接合面５５ａ、５５ｂに結合する。ターミナル面６０ａ、６０ｂを用いて、コネクタを電圧供給ターミナル６５ａに電気的に接続する。２つの一方向導電カプラ層７０ａ、７０ｂが、電極３０の接触面５５ａ、５５ｂに接着されこれと電気的に結合する。チャック２０でバイポーラ電極に電力を供給する電圧供給部は、いくつかの代替構成を有することができる。好ましい構成では、電圧供給部は、(i)第１のＤＣ電源８７ａを典型的に有する第１の電気回路ないし電圧源８６ａと、(ii)第２のＤＣ電源８７ｂを有する電圧源８６ｂとを備える。第１の電源８７ａ（第２の電源８７ｂ）は、第１の電極（第２の電極）に、正（負）の電圧を供給し、電極を正（負）の電位に維持する。電極３０ａ、３０ｂの正反対の電位により、プロセスチャンバ８０内でプラズマを用いずとも、正反対の正電荷を電極とチャック２０に保持された基板４５とに与え、基板４５を静電力でチャック２０に保持する。バイポーラ電極の構成は、基板４５にバイアスを与える荷電キャリアとして作用する荷電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。
【００１７】
図２を参照し、先行技術チャックに対して利点を提供する本発明のチャック２０の特徴を説明する。コネクタ５０を電極３０に電気的に結合するために用いられるチャックの一方向導電カプラ層７０は、チャック２０の周囲のベース２２への高電圧電流の損失なしに、信頼できる高電圧の接触を提供する。一方向導電カプラ層７０は、異方的導電材料を備えており、これは、矢印１１２によって例示されるような主軸又は高コンダクタンス軸を有し、これはターミナル表面６０から接合表面５５への直線ｚ軸方向に対してコネクタ５０の縦軸と実質的に並列であり、また、静電部材の露出接触面４８に実質的に直交する。カプラ層７０は、矢印１１４によって例示されるように、コネクタ６０のｘｙ断面平面に平行な（あるいは、電極３０の露出接触面の平面に平行な）二次的な、低コンダクタンスないし不伝導性の平面を、更に備える。好ましくは、一方向導電カプラ層７０は、主の高コンダクタンス方向１１２に少くとも約０．１ミリオームの高い第１のｚ軸伝導度と、ｘｙ平面に沿って少くとも約１×１０8ミリオームの低い第２の伝導度とを備える（導電度：コンダクティビティー）。より好ましくは、一方向導電カプラ層７０は、約０．１〜約５０ミリオームの高い第１の伝導度を主ｚ軸方向に有し、約１ｘ１０8〜約１ｘ１０12ミリオームの低い第２の伝導度をｘｙ低コンダクタンス面に有する。
【００１８】
一方向導電カプラ層７０は、電圧供給ターミナル６５からチャックの電極３０へ必要な電流レベルを実施するに十分高い電流搬送能力を有している。好ましくは、一方向性の導電性材料は、約０．１〜約１００アンペア、更に好ましくは約１〜約５０アンペアの電流搬送能力を備える。約１０００〜約５０００ボルト／ミル(volts/mil.)の絶縁破壊の強度であれば、高電圧の電流のスパーク又はアーク発生を防ぐために望ましい。好ましくは、導電層の絶縁抵抗は、１０10オームを超えるるべきである。また、約１〜約２０、より典型的に４〜１５の誘電率が望ましい。一般に、一方向導電カプラ層７０の誘電率は、その電気的性質によって決定される。電界の存在下では、導電層７０の単位体積当たり分極ベクトル又は電気双極子モーメントが、誘導双極子モーメント、永久双極モーメントのアラインメント又はイオン電荷の移動（マイグレーション）から生じることが可能である。異方的導電層７０では、電界ベクトルは、電荷のための電気変位ベクトルと平行でない。このように、導電層７０は電気的により異方的であり、これは誘電率テンソルとスカラー透磁率によって説明される。
【００１９】
一方向導電カプラ層７０は、高い電圧と電流を電極３０へと方向性をもって導くため、確実で、信頼性が高く、コンダクタンスの高い接触を提供する。一方向導電カプラ層７０は、コネクタ５０の縦軸にほぼ平行なｚ方向に対して主又は高コンダクタンス軸１１２と、コネクタ６０の断面に平行な二次的な低コンダクタンス面１１４とを有する異方的導電材料を備えているため、チャック２０の周囲の導電性の部分への電流の損失は最小あるいは実質的に完全に除去される。また、一方向導電カプラ層７０はコネクタ５０（例えばコネクタの頂層）の部品を形成することができ、あるいは、コネクタ５０全体は、一方向性の導電材料で作製することができる。
【００２０】
好ましい態様では、コネクタ５０の接合面５５を電極３０の露出接触面４８に直接に接着できる接着剤を一方向導電カプラ層７０が備えている。これにより、コネクタ５０が一方向性の導電カプラを介して電極３０に直接電気的に接触できるようになり、コネクタ５０を電極３０の表面に直接的にばね負荷又は押圧する必要を排して、介在層なしに電流の経路が形成される。この組立体により、比較的薄い電極層の摩耗及び損傷が低減される。また、電極３０に与えられる力を低減することにより、静電部材２５の剥離や破壊が排除され、チャックの有用寿命を高める。適切な一方向導電性の接着剤としては、市販のＺ‐ＬＩＮＫ（Ｓｈｅｌｄｈａｌ社、米国ミネソタ州ノースフィールド）が挙げられる。一方向性導電性接着剤は、０．１〜５０ポンド、より典型的に約１〜１０ポンドからの剥離強度を有していることが好ましい。
【００２１】
高電圧コンタクト組立体は、接着導電層７０を介してコネクタ５０を電極３０に接着することにより、加圧成形ステップ１つで作製することができる。静電部材２５は、圧力形成プロセスを用いてポリマー絶縁体層内で、メタル電極層を加圧ラミネーションして、作製される。圧力形成プロセスでは、接着剤ベースの一方向導電カプラ層７０もコネクタ５０の接合面５５に接触し、これに接着される。これにより、コンタクト組立体と静電部材の全体を、一つの圧力‐ラミネーションプロセスステップにおいて組み立てられることが可能となり、製造費用を最小になり、信頼性の高められた電気接続を静電チャックシステムに形成することができるようになる。
【００２２】
ここで、チャック２０の特別な要素及び特徴の説明をする。チャック２０のベース２２（一般にペデスタルとして知られている）は、静電部材２５を支えるために具備され、その形状とサイズは典型的には、熱移動を最大にし広い保持面を提供するよう、基板４５の形とサイズに対応するように決められる。例えば、基板４５がディスク状の場合は、ベース２２は直円柱状に形成されることが好ましい。典型的に、ベース２２はアルミニウム製であり、直径約１００ｍｍ〜３２５ｍｍ、厚さ約１．５ｃｍ〜２ｃｍの円筒状である。ベース２２が支持体７５と基板４５を均等に接触することができ、基板４５と支持体７５の間の有効な熱の移送を可能にするよう、プレートの上面と底面は、プレートの表面粗さが１ミクロン未満となるまで、従来の研磨技術を用いて研磨される。研磨後、プレートをよく洗浄し、研磨くずを取り除く。ベース２２は、貫通して形成される一つ以上の穴２４を有し、この穴の数は静電部材２５の電極への所望の接触の数に対応する。穴２４は、クリアランスが最小又は実質的にゼロとなるよう、コネクタ５０を挿入するに十分大きいサイズが与えられる。好ましくは、穴２４のサイズについて、コネクタ５０が穴２４の中にあるとき、熱移動ガスが穴から実質的に漏れない程度に小さく与えられ、適切なクリアランスは約１２５ミクロン（５ミル）未満、より好ましくは約５０００ミクロン（２０ミル）未満である。
【００２３】
静電部材２５は、一つ以上の電極３０を有する絶縁体３５を備える。絶縁体３５は典型的には、電気絶縁ポリマー材料を備え、これは例えば、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、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コポリマー、セルロース、トリアセテート類、シリコーン及びラバー(polyimide, polyketone, polyetherketone, polysulfone, polycarbonate, polystyrene, nylon, polyvinylchloride, polypropylene, polyetherketones, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, fluoroethylene propylene copolymers, cellulose, tri-acetates, silicone, and rubber)等のポリマー材料が挙げられる。絶縁体は３５また、セラミック材料で形成されてもよく、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化硼素、窒素硼素、ダイヤモンド、酸化珪素、炭化珪素、窒化珪素、酸化チタン、炭化チタン、ジルコニウム硼化物、ジルコニウム炭化物(aluminum oxide, aluminum nitride, boron carbide, boron nitride, diamond, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, titanium oxide, titanium carbide, zirconium boride, zirconium carbide)又はこれらと同等の物及びこれらの混合物が挙げられる。ポリマーコーティング及びセラミックコーティングは、従来の製造方法を使って形成されることができる。
【００２４】
好ましくは、チャック２０が高温プロセスのために用いることができるよう、絶縁体３５は５０℃以上の温度（好ましくは１００℃以上）に耐性を有している。処理中に基板４５に発生した熱がチャック２０を通して消えることができるために、絶縁体３５は高い熱伝導率を有することが好ましく、適切な熱伝導率は少なくとも約０．１０（Ｗａｔｔｓ／ｍ／゜Ｋ）である。熱伝導率の高い粒子フィラー被覆を絶縁体に加えてもよく、フィラーの平均粒径は、熱伝導率と腐食抵抗を増大するため、約１０μｍ未満である。好ましくは、フィラー対絶縁体の体積比が、約１０％〜８０％、より典型的に２０％〜５０％である。加えて、保護コーティング（図示せず）を絶縁体３５の保持面４０に形成し、腐食性のプロセス環境内でチャック２０の化学的な劣化を減らすことができる。
【００２５】
絶縁体３５のサイズは、電極３０を囲むに十分に大きく、電極３０を絶縁するために十分に厚く与えられる。典型的に、絶縁体３５の抵抗率は、１０11Ωｃｍ〜約１０20Ωｃｍ、誘電率は少なくとも約２（更に好ましくは少くとも約３）である。絶縁体３５の全面厚さは、絶縁体３５を形成するために用いられる絶縁材料の抵抗率と誘電率に依存する。例えば、絶縁体３５が約３．５の誘電率を持つとき、絶縁体３５の厚さは典型的には約１０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約３００μｍである。ポリイミド絶縁性の材料は、典型的に少くとも約３．９ボルト／ミル（１００ボルト／ミクロン）、より典型的に少くとも約３９ボルト／ミル（１０００ボルト／ミクロン）の絶縁破壊強度を有する。
【００２６】
静電部材２５の絶縁体３５は絶縁保持面４０を電極の上に形成し、そして、絶縁体３５の電極の下にある部分が剥がされ、静電部材の露出接触面４８を形成する。典型的には、絶縁体３５は、図２に例示されるように２つの層ラミネート構造体を備え、これは下側絶縁体層３５ａと上側絶縁体層３５ｂを備え、その間に電極がはめ込まれる。好ましくは、絶縁層３５ａ、３５ｂは、約５０μｍ〜約１００μｍの実質的に等価な厚さを有する。下側の絶縁体層３５ａは開口を備え、これにより電極５０の一部が露出され、接触面４８が形成される。下側の絶縁体層３５ａの開口のサイズは、クリアランスを最小にするよう、コネクタ５０の接合面５５を挿入するために十分に大きく与えられる。電極３０の露出接触面４８は、約５０〜約４００平方ｍｍ、より好ましくは約７５〜約１５０平方ｍｍの面積を持つ。上側の絶縁体層３５ｂは、基板４５をその上に受容するために、電極３０をカバーして囲み、絶縁保持面４０を形成する。
【００２７】
ラミネート絶縁体３５は、一つ以上の電極３０をそこに備える。モノポーラ電極３０、そして、バイポーラ電極３０ａ、３０ｂは、例えば、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄やこれらの合金等メタル等の導電材料から作られる。電極３０の形とサイズは、基板４５のサイズと形に従って変化する。例えば、基板４５がディスク状の場合は、図中で示されるように、電極も、基板４５と接触して電極の領域を最大にするよう、ディスク状である。電極３０が絶縁体３０の実質的に全体の領域をおおうことが好ましく、電極の全面積は典型的には約５０〜約５００平方ｃｍ、更に典型的には８０〜３８０平方ｃｍ。バイポーラ電極の構成に対し、電極３０ａ、３０ｂの各々の面積は実質的に等しく、チャック２０の上面の全領域の約半分を典型的に備える。従って、各電極の面積は、約５０〜約２５０平方ｃｍ、更に好ましくは１００〜２００平方ｃｍである。典型的には、電極３０の厚さが、約１μｍ〜１００μｍ、より典型的に約１μｍ〜５０μｍである。しかし、特定の電極の構成では、絶縁体３５の周辺端１１０まで延びる熱移動ガスグルーブ１０５のチップを効果的に密封するために更に薄い電極を利用することは有利であり、これはCameronらによる１９９５年１月６日出願の米国特許出願０８／３６９，２３７号、標題"EROSION RESISTANT ELECTROSTATIC CHUCK WITH IMPROVED COOLING SYSTEM,"に開示される如きである。
【００２８】
モノポーラ電極３０、及びバイポーラ電極１３０、１３５は、インターコネクト立体形状を有する連続状又はパターン状であってよく、この間に形成された熱移動ガスグルーブ１０５が、基板４５の加熱又は冷却のために熱移動ガスを保持するために用いられるようにしている。バイポーラ電極３０ａと３０ｂは、電気絶縁ボイドを有する外電極円環により囲まれる内側電極リングを有しているリング電極形状（図示せず）を備えてもよい。典型的には、電極が等静電的なクランプ力を基板４５の上で発生するために、バイポーラ電極３０ａと３０ｂは共面上にあり実質的に等しい面積を有している。別の構成では、バイポーラ電極は、放射方向に延びている電気絶縁ボイドによって切り離された２つの半円の電極（図示せず）を備える。適切なバイポーラ電極の構成は、前述の米国特許出願第０８／４１０，４４９号の中で説明される。
【００２９】
１つの電気のコネクタ５０が、モノポーラ電極３０を第１の電圧供給部８５に電気的に接続するために用いられる。別個のコネクタが、バイポーラ電極３０ａ、３０ｂを第１の電圧源８５にそれぞれ接続するために用いられる。電極のこれら両方のタイプについては、電気コネクタは実質的に同一であり、繰返しを避けるため一方について説明されるだけである。コネクタ５０は、銅又はアルミニウムのような導電性のメタルから組み立てられることができる。コネクタ５０は、電気的に電極３０を電圧供給ターミナル６５に接続するに十分に長い。典型的に、コネクタ５０の長さと幅はそれぞれ、約１ｍｍ〜約２０ｍｍである。コネクタ５０は、一方向導電カプラ層７０を通して電極３０の露出接触面４８へ電気接続させるための、適切な接合面５５を有する。コネクタ５０はまた、電気的に電圧供給ターミナル６５に接続するためターミナル面６０を有する。コネクタ５０のターミナル面６０は、高い電圧のアーク発生を引き起こすことなく電圧供給ターミナル６５を支持体７５に電気的に直接接続するために十分に大きな形状及びサイズが与えられる。好ましくは、ターミナル面６０の面積は、少くともおよそ高電圧ターミナル６５の面積と同じであり、より好ましくは高電圧ターミナル６５と実質的に等しい面積である。端面６０の面積は、典型的には約５０〜約４００平方ｍｍある。ディスク状か方形状の断面を有するターミナル表面６０（半径が５〜１２ｍｍで変動するようにする）であれば、十分な接触面積を提供する。
【００３０】
静電部材２５を製造する方法を説明する。好ましくは、静電部材は、モノポーラ電極３０か３０ａバイポーラ電極３０ａ、３０ｂを有する絶縁体３５ａ、３５ｂの少なくとも２つの層を備えているラミネートとして組み立てられる。このラミネートは、導電層と絶縁体層を備えている多層膜、例えば米国アリゾナ州チャンドラーのRogers Corporationから入手可能な「Ｒ／ＦＬＥＸ １１００」等で作製可能であり、これは、電気伝導性の銅層を厚さ２５〜１２５μｍのポリイミド絶縁体層の上で備える。多層膜の銅層は、エッチング、切削又は穴開けが施され、電極３０が形成される。電極３０又は電極３０ａ、３０ｂを形成するために適切なエッチングプロセスは、(i)多層膜の導電層の上に、電極３０の形状に応じたパターンの保護レジスト層を形成するステップと、(ii)従来のエッチングプロセスを用い、レジストで保護されている多層膜をエッチングするステップとを備える。レジスト層は、デュポン社の「ＲＩＳＴＯＮ」の等のフォトレジスト材料を使って形成されることができる。Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1, Process Technology Chapters 12, 13, and 14, by Stanley Wolf and Richard N Tauber Lattice Press, 1986 の中で説明されたような従来のフォトリソグラフの方法を用いて、レジスト層や導電層パターニングができる。従来のウェット又はドライのケミカルエッチング方法を用いて多層膜をエッチングすることができ、そのことは、Silicon Processing Chapter 16に記載されている。適切なウェットケミカルエッチング方法は、電極層の保護のない部分がエッチングされるまで、塩化第二鉄、過硫酸ナトリウムや酸又は塩基等のエッチャントに多層膜を浸す工程を備える。
【００３１】
導電性の層をエッチングして電極３０を形成した後、第２の絶縁フィルムを導電層に接着し、導電層が上部の絶縁フィルム内に埋め込まれてラミネート静電部材２５が形成される。開口が第２の絶縁フィルムに形成され、導電層の一部を露出して、露出接触面４８を形成する。適切な絶縁フィルムとしては、例えば、デュポン社の「ＫＡＰＴＯＮ」ポリアミド膜、鐘淵化学の「ＡＰＩＱＵＥＯ」、宇部興産の「ＵＰＩＬＥＸ」、日東電工の「ＮＩＴＯＭＩＤ、三菱樹脂の「ＳＵＰＥＲＩＯＲ ＦＩＬＭ」等を挙げることができる。絶縁体ラミネート構造体を組み立てる方法は、前記の米国特許出願第０８／１９９，９１６号でおよそ説明される。
【００３２】
図４を参照し、圧力形成プロセスを用いて、静電部材２５の様々な層相互に接着し、同時にコネクタ５０を一方向性導電性の層３０に接着する。接着に先立ち、電極の露出接触面４８とコネクタの接合面５５（これらは共に一方向性導電カプラ層７０に接着されている）を、約３０〜４５秒間９５°Ｆの温度で過硫酸ナトリウムエッチングを施し洗浄し、水でリンスする。様々な絶縁体と電極層がベース８０の上に配置される。前述のＺ‐ＬＩＮＫ結合材のような、一方向の導電性の材料のディスク状パッドは、切断され、ベース８０の裏から電極３０の露出接触面４８の上へ配置される。それから、予め作製されているコネクタ５０は、穴２４を介してベース２２の中に挿入される。コネクタ５０の接合面５５は一方向導電層７０に接するように置かれ、図４の中で示されるように、コネクタ５０のターミナル面６０はベース２２を介して露出され、ベース‐フィルム組立体２００が形成される。
【００３３】
ベースフィルム組立体２００は、約２５０゜Ｆの温度の窒素雰囲気下に約２時間プレベークされ、残留の湿気が取り除かれる。それから、ベース‐フィルム組立体２００が、圧力形成装置２０５に置かれ、この装置は、絶縁体層３５ａ、３５ｂを強制して相互に接着させる程度に、また、一方向導電層７０をコネクタ５０に接着する程度に十分高い圧力に維持されている。典型的に、圧力形成装置２０５は、約５００〜３０，０００トール（約１０〜５００ｐｓｉ）、より典型的に約１０，０００〜３０，０００トール（２００〜５００ｐｓｉ）の圧力に維持される。圧力感知接着剤を用いて絶縁層（３５ａ、３５ｂ）をベース２２に接着した場合、接着剤が過剰に絞られるのを防止するため、低圧であることが好ましく、この低圧とは典型的に、約５００〜１３，０００トール（１０〜２５ｐｓｉ）である。好ましくは、粗さ約０．２〜０．３ミクロンＲＭＳ未満であるステンレス鋼プレートを、絶縁体層３５ａ、３５ｂの上に配置し、均一で一定の圧力をラミネートの上で印加する平らな保持面４０を提供する。従来の圧力成形プロセスは、Allen J. Kling, Curing Techniques for Composites, Advanced Composites, April, 1985の中でおよそ説明される。
【００３４】
好ましくは、加圧と同時に、ベース‐フィルム組立体２００を加熱し、絶縁フィルム層３５ａ、３０ｂの可とう性が高くなり電極３０に接着するようになる程度に十分高い温度に、また、一方向の導電性の結合層７０がコネクタ５０の接合面５５に接着する程度に高い温度にする。代表的な加熱サイクルとしては、(i)約１５分間、約１２゜Ｆ／分で温度を上昇させ、絶縁フィルムからガスの反応副生成物をデガスし、(ii)絶縁体と一方向導電材料の硬化温度、典型的に約３７５〜３８０゜Ｆの温度に、約５０〜６０分間保持し、そして、(iii)約１２゜Ｆ／分で温度を下げる。
【００３５】
適切な圧力成形装置２０５は、オートクレーブ、プラテンプレス、又は静水圧プレスを有しているる。より均一な圧力をベース‐フィルム組立体２００の上で印加する点から、オートクレーブが好ましい。代表的なオートクレーブは、約１〜１０フィートの範囲の直径を有する耐圧スチールチャンバを備える。二酸化炭素や窒素等の加圧非反応性ガスは、オートクレーブを加圧するために用いられる。適切なオートクレーブは、「ＢＡＲＯＮ ＡＵＴＯＣＬＡＶＥＳ」社（カリフォルニア州サンタフェスプリングス）、「ＡＯＶ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ」社（カリフォルニア州アナハイム）、そして、「ＭＥＬＣＯ ＳＴＥＥＬ」社（カリフォルニア州アツサ）の製品を例示することができる。オートクレーブを使う代わりに、プラテンプレスや静水圧プレスを用いて、絶縁体３５ａ、３５ｂをベース２２に適用してもよい。プラテンプレスが使われる場合は、シリコーン等の圧力分散シートやステンレス鋼プレートが絶縁体３５ａ、３５ｂの上に置かれ、ベース‐フィルム組立体２００へのプラテン圧力が均等に分散される。静水圧プレスを用いる場合は、適切な静水圧成形バッグ内にベース‐フィルム組立体２００を置いて、静水圧プレスを用いてバッグに十分な圧力を与える。
【００３６】
圧力をベース‐フィルム組立体２００に作用させると同時に、図４の中で示されるような真空バッグ組立体２１０を用いて、絶縁層３５ａ、３５ｂとベース８０との間にトラップされたエアを脱気し取り除くことが好ましい。また、トラップされたエアを取り除いてメタル電極３０の酸化を防止することは、望ましいことである。真空バッグ組立体２１０は典型的にはステンレス鋼ベースプレート２１５を備え、これは、フレキシブルなバッグ材料２２０を用いてシールを与えることが可能である。このバッグ材料２２０は典型的には、ナイロン製又はシリコーン製であり、厚さ約２５〜１００μｍである。真空バッグは、米国カリフォルニア州カーソンのAIRTECH International Inc.社、米国カリフォルニア州ノーウォークのBond Line Products社、米国ワシントン州オーバーンのZip-Vac社で製造されているものが適している。真空バッグ２２０を用いるには、ベース‐フィルム組立体２０５をバッグ内に配置し、ファブリックとリリースフィルムの層をベース‐フィルム組立体の上に重ねて、真空バッグ組立体を形成し、反応物副生成ガスの通気を可能にし、また、ベース‐フィルム組立体が容易に真空バッグから分離できるようにする。図４に示されるような一連の適切なファブリック及びリリースフィルム２２５ａ、２２５ｂは：(i)米国デラウエア州ウィルミントンのデュポン社のTEFLONや、米国カリフォルニア州カーソンのAIRTECH社のA4000Pリリースフィルム等のリリースフィルムをベース−フィルム組立体の何れかの側に配置し、(ii)熱可塑性シリコーンシート等の圧力分布適合シート２３０を、上側のリリースフィルム２２５ｂの上に配置し、(iii) AIRWEAVE FR EDGE BLEED（米国カリフォルニア州カーソンのAIRTECH社製）等の多孔通気性ファブリック（ポーラスブリーダーファブリック）２３５を適合シート（コンフォーマーシート）２３０の上に配置し、真空バッグ２１０の脱気を容易にし、また、プロセスで生じた凝縮物を取り除き、そして、(iv)AIRWEAVE SS RESIN ABSORBERやA22C等（米国カリフォルニア州カーソンのAIRTECH社製）の通気シート（ブレサーシート）２４０をブリーダーファブリック２３５の上に配置し、バッグ２１０のまわりに均一な真空圧力を与える。粘着性のシーラントテープ２５０を用いて、真空バッグ２１０をシールする。シールされた真空バッグ２１０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、約２５水銀柱インチ未満の圧力になるまで脱気されるが、この真空ラインは、バッグの中を通過し、ブレサーシート２４０の近くまで伸びている。
【００３７】
本発明の特徴を有する静電チャック２０は、いくつかの利点を有している。コネクタ５０を電極３０に電気的に結合する一方向導電カプラ層７０は、コネクタ５０の縦軸に平行な方向ではコンダクタンスが高く、コネクタ６０の横断面に平行な方向にはコンダクタンスが低い、異方的導電性の材料を提供する。これは、チャック２０の包囲ベース２２へ高圧電流が損失することを低減する、信頼性の高く方向性の高い高電圧接触を提供する。一方向導電カプラ層７０は更に、電圧供給ターミナル６５からチャックの電極３０へ必要な電流を伝達する高電流伝達能力を与える。更に、コネクタ５０が直接に電極３０に接着していることにより、コネクタ５０に電極３０に対するばね負荷や押圧を与える必要性なしに、信頼性高く直接的な高電圧の接触を提供する。このように、コネクタ５０は、電極に害を与えず静電部材２５の構造的整合性を減じない点で有利である。更に、コネクタがベース２２の中を通過し、またチャック２０上に保持された基板４５で覆われ保護されているため、コネクタ組立体はプロセスチャンバ８０内の腐食性の環境に対して実質的に抵抗性を有している。
【００３８】
ここまで特定の好ましい態様に関して本発明を詳細に説明してきたが、他の態様も当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従った静電チャックを有するプロセスチャンバの部分的な断面図である。
【図２】図２は、電極の露出接触面と、一方向導電カプラ層と、電圧供給ターミナルの間の電気的接続を示す詳細な部分的断面図である。
【図３】図３は、本発明に従ったバイポーラ静電チャックの具体例を有するプロセスチャンバの部分的な断面図である。
【図４】図４は、圧力形成装置において静電チャックを組み立てるために用いられる真空バッグ成層の概要の側面断面図である。
【符号の説明】
２０…静電チャック、２２…ベース、２４…穴、２５…静電部材、３０…電極、５０…コネクタ、７０…一方向導電カプラ。

Claims (9)

  1. プロセスチャンバ内で基板を保持するための静電チャックであって、コネクタと、前記コネクタを通して前記静電チャックに電荷を与えるための電圧供給ターミナルを有し、
    前記静電チャックは、絶縁保持面に覆われた電極と、前記電極への電気量を導通させるための電気接触面とを具備する静電部材を有し、
    前記電気接触面に一方向導電カプラが電気的に結合し、前記電圧供給ターミナルから前記電気接触面へのほぼ一方向にだけ電荷を導通させて、前記電極へ電気量を導通させ、
    前記一方向導電カプラは接着剤を備え、前記コネクタを前記電気接触面に接着させる
    静電チャック。
  2. 前記一方向導電カプラが、前記電気接触面と実質的に直交する主導電軸を有する異方導電層を備える請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記一方向導電カプラが、前記電気接触面に実質的に垂直な方向に少なくとも０．１ミリオームの第１の導電度と、前記電気接触面に平行な面に少なくとも１ｘ１０8ミリオームの第２の導電度とを有する請求項２に記載の静電チャック。
  4. 前記一方向導電カプラが、０．１〜１００アンペアの電流を導通させる能力を有する請求項３に記載の静電チャック。
  5. ばねによる負荷又は押圧を前記コネクタに対して付与することなく、前記コネクタが前記一方向導電カプラを介して前記電極に電気的に接触する請求項１から４のいずれかに記載の静電チャック。
  6. プロセスチャンバ内で基板を保持するための静電チャックを作製する方法であって、コネクタと、前記コネクタを通して前記静電チャックに電荷を与えるための電圧供給ターミナルを有し、
    （ａ）絶縁保持面に覆われると共に、電気接触面を有する電極を備える静電部材を形成するステップと、
    （ｂ）接着剤を備える一方向導電カプラを介して、前記コネクタを前記電気接触面に接着させ、前記電圧供給ターミナルから前記コネクタを介して前記電気接触面へのほぼ一方向にだけ電荷を導通させて前記電極へ電気量を導通させる前記一方向導電カプラを、前記電気接触面に電気的に結合するステップとを有する方法。
  7. 前記ステップ（ｂ）が、異方導電材料を前記電気接触面上に形成し、前記電気接触面と実質的に直交する主導電軸を有する一方向導電カプラを形成する工程を有する請求項６に記載の方法。
  8. 前記ステップ（ｂ）において、前記一方向導電カプラが、前記電気接触面に実質的に垂直な方向に少なくとも０．１ミリオームの第１の導電度と、前記電気接触面に平行な面に少なくとも１ｘ１０8ミリオームの第２の導電度とを有する請求項７に記載の方法。
  9. 前記ステップ（ｂ）において、
    (i)前記電気接触面の上に一方向導通材料の層を形成する工程と、
    (ii)前記一方向導通材料層の上に、コネクタのジャンクション面を配置する工程と、
    (iii)前記一方向導通材料層に圧力を与えながら、前記電気接触面と前記ジャンクション面との両方に接着される一方向導電カプラを形成するに十分高い温度に前記一方向導通材料層を加熱する工程と
    を有する請求項６に記載の方法。
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