JP6698168B2 - 粒子性能が改善されたウエハ接触面突起部プロファイル - Google Patents

Description

基板支持チャックは、半導体処理システム内で基板を支持するために広く使用されている。高温物理蒸着（ＰＶＤ）および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの高温半導体処理システムに使用される特定のタイプのチャックは、セラミック静電チャックである。これらのチャックは、処理中に半導体ウエハまたは他の加工物を固定位置に保持するために使用される。このような静電チャックは、セラミックチャック本体内に埋め込まれた１つ以上の電極を含む。

静電チャックは、製造プロセス中に基板を保持および支持し、さらには、基板を機械的にクランプすることなく基板から熱を除去する。静電チャックは、セラミックベース内の電極と、基板を静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成するために電極の電圧によって活性化される、静電チャックの表面層とを含む構造を有する。静電チャックは、表面層から離れて基板を支持する、セラミック材料から作られた複数の突起部または突出部をさらに含み得る。静電チャックの使用中、半導体ウエハなどの基板の裏面は、静電力によって静電チャックの表に保持される。基板は、静電チャックの表では、電極を覆う表面層の材料によって１つ以上の電極から離される。クーロンチャックでは、表面層は電気的に絶縁性であり、一方、ジョンソン・ラーベック静電チャックでは、表面層は弱導電性である。処理中に基板に供給された熱は、突起部との接触熱伝導によっておよび／または冷却ガスによるガス熱伝導によって基板から静電チャックに伝達され得る。接触熱伝導は、一般に、基板からの熱の除去に関してガス熱伝導よりも効率的である。しかしながら、基板と突起部との接触の量を制御することが困難であり得る。

半導体製造工程では、ウエハ表面は可能な限りクリーンであることが要求される。セラミック材料から作製されたチャック本体を使用することの１つの欠点は、支持体の製造中にセラミック材料が比較的平滑な表面を形成するために「ラッピングされる」ことである。このようなラッピングは、支持体の表面に付着し得る粒子を生成する。

これらの粒子を表面から完全に除去することは非常に困難である。さらに、ラッピングプロセスは、チャック本体の表面を破壊し得る。したがって、チャックが使用されるとき、これらの破壊に起因して粒子が連続的に生成され得る。また、ウエハの処理中に、セラミック材料は、ウエハの下側からウエハ酸化物を摩耗させて、プロセス環境への粒子状汚染物のさらなる導入をもたらし得る。チャックの使用中、粒子は、ウエハの下面に付着し、他のプロセスチャンバに運ばれるか、またはウエハ上に作製される回路の欠陥の原因となり得る。セラミック静電チャック上に保持された後、所与のウエハの裏面には数万個の汚染粒子が見つかり得ることが分かっている。

１９８５年１２月２４日公開の特開昭６０−２６１３７７号は、エンボス加工された支持面を有するセラミック静電チャックを開示している。エンボス加工は、ウエハに接触する、セラミック支持体の表面積を減少させる。その結果、ウエハに移る汚染粒子の数が減少する。しかしながら、そのようなエンボス加工された表面は、セラミック材料とウエハの下面とのある程度の接触を保っているしたがって、汚染は、減少するものの、依然として相当ある。

ウエハ接触面、例えば、ウエハ接触面上に支持されている間に基板の下面に生成され付着し得る汚染粒子の量を最小にする、処理中に基板を支持する静電チャックおよび他の物品のような、基板をクランプするのに使用されるウエハ接触面が引き続き必要とされている。

本発明者らは、広範な実験およびモデリングの後、チャック中の基板とウエハ接触面の突起部との相互作用が、突起部に加えられる法線力および剪断力の組み合わせをもたらし得ることを発見した。クランプ中に、変更され縁部を有する、頂部が平坦な突起部と比較して、より大きい量の法線応力および剪断応力が丸められたまたは弧状の突起部に加えられることが分かった。基板と丸められたまたは弧状の突起部との間のチャック力の剪断成分が、突起部の材料の微結晶構造と相互作用して、突起部、基板、またはこれらの両方に損傷を与え、粒子を生成し得ることがさらに分かった。この問題は、突起部を形成する材料の微結晶がチャックのウエハ接触面層に対して実質的に垂直に配置される弧状のまたは丸められた突起部で最も大きくなり得る。

ウエハ接触面の変形例、特に、本明細書で説明されるウエハ接触面を有する静電チャックは、チャック中に基板を支持する静電チャックの表面層より上方に延在する突起部を備えるまたは含む。突起部という用語が、本明細書および特許請求の範囲で使用されているが、メサ、ハンドラ表面、バンプ、エンボス、突出部という用語、または同様の用語を、突起部と交換可能に使用することができる。さらに、縁面の構造および突起部に使用される材料は、リフトピンシールおよびガスシールリングを含むがこれらに限定されない他の静電チャック表面特徴にも使用することができる。

静電チャックの変形例は、セラミックベース内の電極と、基板を静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成するために電極の電圧によって活性化される、静電チャックのセラミックベースの表面層とを備える。静電チャックの表面層は、ウエハ接触面を形成する複数の突起部を備える。突起部は、組成物であって、その形態が柱状または粒状であり、その微細構造が結晶質または非晶質である組成物を備える。突起部は、突起部を取り囲む表面層より上方の平均高さＨまで延在することができ、突起部は、基板の静電クランプ中に突起部上で基板を支持する。突起部の断面は、非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる構造を有する。突起部の非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有する。頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。

ウエハ接触面の変形例は、基板をチャックにクランプするために使用され得る。変形例は、ウエハ接触面によって支持される加工物への汚染を低減するための方法を含み、この方法は、突起部が非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる断面構造を有するチャックの表面上の突起部に隣接するチャックの表面と実質的に平行な、電界などの力を生成することを含む。突起部の非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有する。頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。突起部の縁面は、突起部の頂面と側面との間にあり、楕円の四分円もしくは四分円の部分上または楕円の四分円もしくは四分円の部分内にある縁面プロファイルを有する。この楕円の短軸Ｙは、突起部の平坦面の縁部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値は、±０．０１以上であり、楕円の短軸頂点は、突起部の頂面上にある。Ｙ／２の値は、０．５ミクロン以下である。楕円の長軸Ｘは、突起部の頂面と実質的に平行であり、Ｘ／２の値は、２５ミクロン〜２５０ミクロンである。

ガスシールリングおよびリフトピンシールなどの、基板に接触するウエハ接触面の他の構造の断面も、非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる断面の構造を有することができる。ガスシールリングまたはリフトピンシールの非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有する。頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。

突起部の縁面は、突起部の頂面と側面との間にあり、楕円の四分円もしくは四分円の部分上または楕円の四分円もしくは四分円の部分内にある縁面プロファイルを有する。この楕円の短軸Ｙは、突起部の平坦面の縁部または頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値は、±０．０１以上であり、楕円の短軸頂点は、突起部の頂面上にある。Ｙ／２の値は、０．５ミクロン以下である。楕円の長軸Ｘは、突起部の頂面と実質的に平行であり、Ｘ／２の値は、２５ミクロン〜２５０ミクロンである。

ガスシールリングまたはリフトピンシールなどの、例えば静電チャックとすることができるチャックの他のウエハ接触構造の縁面もまた、これらの構造の頂面と側面との間にあり、楕円の四分円もしくは四分円の部分上または楕円の四分円もしくは四分円の部分内にある縁面プロファイルを有することができる。この楕円の短軸Ｙは、ガスシールリングまたはリフトピンシールの平坦面の縁部または頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値は、±０．０１以上であり、楕円の短軸頂点は、ガスシールまたはリフトピンシールの頂面上にある。Ｙ／２の値は、０．５ミクロン以下である。楕円の長軸Ｘは、ガスシールまたはリフトピンシールの頂面と実質的に平行であり、Ｘ／２の値は、２５ミクロン〜２５０ミクロンである。

突起部、リフトピンシール、またはガスシールの側面は、縁面と表面層とを接続する。突起部、リフトピンシール、またはガスシールリングの非弧状の頂面は、プラトーまたは実質的に平坦な表面であってもよい。

頂部が実質的に平坦であり、縁部が丸い突起部を示し、法線力ベクトルを示す。 約７５トールの力で弧状の突起部にクランプされ、これと相互作用するウエハを示す。 ビーム端点の間隔が１０ミリメートルであるシリコンビームのたわみのグラフを示す。 約７５００トールの高いクランプ力で弧状の突起部にクランプされ、これと相互作用するウエハを示す。 力と、ウエハ接触面積と、柱状構造を有する、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）のような材料から作られた突起部を仕上げるプロセスとを示し、まとめている。例示されている突起部は、（ａ）丸い頂部、（ｂ）縁部丸みを伴う平坦な頂部、および（ｃ）鋭い角部を伴う平坦な頂部を有する。 直径（Ｄ）、プラトー、高さ、縁部の半径または丸めパラメータ、曲率半径または平坦度、中心間の最近傍距離、突起部またはメサの形状（楕円形／長円形、正方形、矩形などであり得る）、および静電チャック表面上の突起部の分布を含む、突起部またはメサの様々な特徴を示す。 本発明の一変形例の非弧状の突起部を示す。 柱状微細構造を有する材料から作られた弧状の突起部を示し、クランプされた基板から突起部および柱状微細構造に加えられた法線力および剪断力を示す。 プラトー頂部および柱状微細構造を有する非弧状の突起部を示し、クランプされた基板（図示せず）によって材料に加えられた法線力を示す。 セラミックベース内の電極と、実質的に平坦な頂面、縁面、および突起部縁部のプロファイルを描く１つ以上の楕円を有する、静電チャックの表面層上の突起部の一変形例とを示す。 セラミックベース内の電極と、実質的に平坦な頂面、表面層に垂直でない縁面、および突起部縁部のプロファイルを描く１つ以上の楕円を有する突起部の別の一変形例とを示す。 静電チャック上の突起部の変形例に見られ得る柱状形態を示す走査型電子顕微鏡写真である。 静電チャック上の突起部の変形例に見られ得る柱状形態を示す別の走査型電子顕微鏡写真である。

様々な組成物および方法が説明されているが、本発明は、説明されている特定の分子、組成、設計、方法、または手順に限定されないことを理解されたい。なぜなら、これらは変更され得るからである。発明を実施するための形態で使用されている用語は、特定の変形例または実施形態のみを説明するためのものであり、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定するものではないことも理解されたい。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されていない限り、複数の言及を含むことにも留意されたい。したがって、例えば、「突起部」への言及は、１つ以上の突起部および当業者に知られているその同等物などへの言及である。他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書で説明されているのと同様または同等の方法および材料は、本発明の実施形態の実施または試験において使用され得る。本明細書で言及されるすべての刊行物の全体は参照により組み込まれる。本明細書中のいかなるものも、本発明が先行発明によるそのような開示に先行する資格がないと認めるものとして解釈されてはならない。「任意選択の」または「任意選択的に」は、その後に記載される事象または状況が起こっても起こらなくてもよいことを意味し、その記載が事象が起こる場合とそれが起こらない場合とを含むことを意味する。本明細書中のすべての数値は、明示されているか否かに関わらず、「約」という用語によって修飾され得る。「約」という用語は、一般に、当業者が記載された値と同等である（すなわち、同じ機能または結果を有する）と考える数の範囲を指す。一部の実施形態では、「約」という用語は、記載された値の±１０％を指し、他の実施形態では、「約」という用語は、記載された値の±２％を指す。組成物および方法は、様々な成分またはステップ「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）がこれに限定されない」を意味すると解釈される）という用語で説明されているが、組成物および方法は、様々な成分およびステップ「から本質的になる」か、または様々な成分およびステップ「からなる」ことも可能であり、このような用語は、本質的に閉じたメンバーグループまたは閉じたメンバーグループを規定するものとして解釈されるべきである。

静電チャックまたは真空チャックとすることができるチャックの表面層上の突起部は等間隔に配置されてもされなくてもよい。チャックのレイアウトに関して、ガスシールおよびリフトピンシールの近くなどに収容する必要があるチャックの既存の特徴が原因で、チャックの特定の領域／場所において突起部面密度、突起部のパターンレイアウト、間隔、またはさらに突起部の直径を変更することが求められ得る状況がある。表面層上の突起部の領域は、「規則的な等間隔の配置」（例えば、六角形のパターンまたは三角形のパターン）を有する突起部を有することができる。部分突起部（例えば、円柱の半分、円柱の１／４、および他の形状の）が、静電チャックの表面に使用されてもよく、本明細書に開示するような縁面プロファイルを有してもよい。突起部の側面は、表面層と縁面プロファイルとを接続する。一部の変形例では、側面の「垂直度」は、表面層から８０度から１７５度まで様々であり得る。例えば、突起部側面１０４０が表面層１０３０に対して本質的に垂直である図１０では、側面１０４０は、表面層１０３０に対して９０°の角度をなす。一方、突起部側面１１４０が表面層１１３０に垂直でない図１１では、側面１１４０は、表面層１１３０に対して９０度超の角度、例えば９０度と１７５度の間の角度をなす。

突起部の非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位の長さＬと、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられる構造とを有する。非弧状の頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。リフトピンシールまたはガスリングシールの場合、これらのシールの非弧状の頂面も、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有し得る。

突起部の形状は限定されない。上から見て、突起部は、例えば円形、楕円形、矩形、または他の多角形としてもよい。突起部の頂部の面積は、基部と比べて小さくても大きくてもよい。基板との突起部の接触面積は、静電チャックの総面積の約１％〜約１０％を含んでもよい。突起部の直径は、約０．７５ミリメートル〜約３ミリメートルであってもよい。対をなす隣り合う突起部間の中心間距離は、約２０ミリメートル未満、または約１０ミリメートル未満、または約８ミリメートル未満、または約６ミリメートル未満、または約４ミリメートル未満、または約２ミリメートル未満であってもよい。一部の変形例では、突起部間の中心間距離は、１ミクロン〜２０ミクロンであってもよい。突起部は、少なくとも１つの部分突起部を含んでもよく、その場合、部分突起部は、ウエハまたは基板接触面構造の少なくとも一部を備える。表面構造は、ガスチャネル、リフトピン、接地ピン、突起部、またはこれらの１つ以上の任意の組み合わせのうちの少なくとも１つから選択されてもよい。突起部の高さは、クランプ中に基板と、突起部と、突起部を取り囲む表面層の部分との間の空間に位置するガスの平均自由行程に実質的に等しくてもよい。一部の変形例では、ウエハｃｉｂｔａｃｔ面における突起部の高さは、実質的に同じであり、５ミクロン〜２０ミクロンの範囲であってもよい。ウエハ接触面の変形例では、ガスシールおよびリフトピンシールの高さおよび断面は、突起部の高さおよび断面と実質的に同じである。

突起部の全部または一部を形成する材料は、突起部が支持する基板よりも軟質であってもよい。例えば、突起部は、物理蒸着された酸窒化アルミニウムから完全に作られてもよいし、アルミナのような下にあるセラミックの酸窒化アルミニウムのオーバートップのコーティングであってもよい。一部の変形例では、突起部を形成する材料は、結晶性を有する微細構造を有し、この材料は非晶質ではない。一部の変形例では、突起部の材料は柱状構造を有する。シリコン基板またはウエハを支持する突起部に使用され得る材料の例として、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、または酸窒化アルミニウムが挙げられるが、これらに限定されない。

一部の変形例では、突起部の組成物は、柱状または粒状の形態を有し、微細構造は、結晶質または非晶質であってもよい。例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって測定されるように、非晶質の（本質的に結晶度ゼロの）ＹＡＧ組成物を作ることができる一方で、ナノメートルおよびミクロンサイズの微結晶を有するイットリア組成物を作ることができる。突起部の微細構造を分析するために走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用することができ、例えば、ＳＥＭは、ＹＡＧとイットリアの両方が柱状形態を有することができることを示すために使用され得る。

Ｘ線回折（ＸＲＤ）は、突起部、ガスシールリング、またはリフトピンシールの材料の構造の特徴を示すために使用され得る。微結晶材料から構成される突起部、ガスシール、またはリフトピンシールは、多結晶材料のＸＲＤ回折図よりもわずかに広いピークを有するＸＲＤ回折図を有し、微結晶サイズは、ウィリアムソン−ホールプロットによって計算され得る。ウエハ接触面または静電チャックの接触面の一部の変形例では、突起部、ガスシール、またはリフトピンシールは、低温物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して形成され、材料は、非晶質マトリックスに埋め込まれた様々な微結晶サイズを有する微結晶構造を有する。一部の変形例では、突起部、ガスシール、またはリフトピンシールは、低温ＰＶＤプロセスを使用して形成され、材料の結晶度は低いかまたはゼロである。突起部、ガスシール、またはリフトピンシールの柱状または粒状の構造もまた、材料のＳＥＭ分析に基づいて測定され得る。

突起部の頂面を特徴付ける表面線は、粗さが測定される基準線（平均表面または平均線）であり得る。この平均線に沿って平均線より上方の突起部の最も高い部分がＨ_ｍａｘであり、最も深い谷がＨ_ｍｉｎである。Ｈ_ｍａｘ−Ｈ_ｍｉｎは、Ｒ_ｍａｘと呼ばれ、平均線からの最大偏差である。Ｒａという用語は、しばしば使用される表面粗さの尺度であり、この平均線からの偏差の絶対値の算術平均である。表面粗さおよび表面プロファイルは、スタイラスプロフィロメータ（先端半径が固定されている）を使用して測定されてもよい。レーザ共焦点顕微鏡などの非接触方法が、突起部および他の静電チャック表面構造の表面粗さ（面積および／または直線）をプロファイルし、評価するために使用されてもよい。場合によっては、２つの代表的な平均線は、突起部の頂面の平面を規定するために使用されてもよい。

ウエハ接触面の変形例における突起部、ガスシール、またはリフトピンシールは、静電チャックのフィールドレベルより上方の平均高さＨを有する、長さＬの実質的に平坦な頂面またはプラトーを有する。これらの構造の頂面は、突起部または他のシール構造の縁部丸みを規定する楕円の長軸に実質的に平行な平面内にある。突起部の縁部丸みを規定する楕円の長軸はまた、静電チャックの表面層またはフィールドと実質的に平行である。表面層またはフィールドレベルより上方の突起部の頂面の平均高さは、縁部丸みを規定する楕円の短軸の最上点と実質的に同じ高さであるか、またはこれよりもわずかに大きくてもよい。

楕円は、２つの直交軸であって、それらに関して楕円が対称である２つの直交軸を有する。これらの軸は、この対称性のために楕円の中心で交差する。これらの２つの軸のうち、楕円上の対蹠点間の最大距離に対応する長い方は長軸と呼ばれる。これらの２つの軸のうちの短い方および楕円における最小距離は、短軸と呼ばれる。

突起部ならびにガスシールおよびリフトピンシールのような他の特徴の断面の縁面プロファイルは、図１０に示すように互いに±１０％以内の Ｘ軸およびＹ軸の値を有する２つの楕円上にあるか、または実質的にこのような２つの楕円内にあってもよい。平坦な頂部および鋭いまたは本質的に直角の角部（断面）を有する突起部は、角部に高い応力を有し、これらの鋭い角部の縁面プロファイルは、図１０および図１１に示す２つの楕円内にも、これらの２つの楕円上にもない。

ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）のエンボスまたは突起部におけるクランプ中のシリコンウエハの変形を分析するために、数値モデル（ＦＥＡ）を使用した。

図２は、弧状の突起部にクランプされ、これと相互作用するウエハを示す。クランプ力が７５トール（１０ｋ Ｎ／ｍ^２）である場合、ウエハには、小さいたわみのみがある（最大変形は、１０ミリメートルの突起部中心間間隔の場合に４０ｎｍである）。この結果は、クランプ中にウエハが突起部にプロファイルに適合できないことを示している。

均一荷重下でのシリコンビームのたわみを計算するために数値モデル（有限要素モデル）を使用した。その結果を図３に示す。数値結果は、分析結果と一致する。ウエハは、７５トールのクランプ力では大きく変形しない。シリコンビームの最大たわみは１７．２ナノメートルである。

チャックが７５００トール（１Ｍ Ｎ／ｍ^２）である非常に高いクランプ力を有すると仮定した場合、最大ウエハたわみは〜４ｕｍである。これらの条件下では、図４に示すように、クランプ中にウエハは弧状の突起部プロファイルに完全に適合することができず、突起部の頂部の〜１ｍｍの直径の領域のみがウエハに接触する。これらの条件下での突起部の周囲のウエハの応力（３００ＭＰａ）は、シリコンの破壊応力（７００ＭＰａ）に近く、粒子生成につながると予想される。

さらなるシミュレーションまたはモデリング研究は、突起部表面が平坦であるかまたはプラトーを有する場合に、突起部表面全体にわたって基板との接触が維持されたことを示唆した。

さらに、モデリングは、国際公開第２００９／０６４９７４号に示唆されているように、基板が平坦な突起部の中心で持ち上げられているようには見えないことを示した。

この例は、シリコンウエハが、丸い頂部（弧状）の突起部のプロファイルに完全に適合することができず、このため、突起部の頂部に高い応力が生じることを示している。静電チャックのクランプ力が７５トール（１０ｋＰａ）である場合、１０ｍｍの中心間間隔を有する、ウエハ接触面の突起部間の最大変形はわずかに４０ｎｍである。分析の結果は、クランプ中に丸い頂部の突起部には法線力だけでなく剪断力も存在することをさらに示した。一方、頂部が平坦な突起部では、法線力のみまたは実質的に法線力のみが存在する。高い応力および剪断力は、突起部に損傷を与え、粒子を生成することがあり、突起部の材料が微結晶質または柱状の形態を有する場合、この損傷はより大きくなる。縁部丸みを有する、頂部が平坦な突起部は、頂部に均一な応力を有し、縁への応力集中は低減される。この研究と、ＹＡＧが低温（２００℃未満）のＰＶＤプロセスを使用して堆積されたときに柱状構造を有するという事実とに基づいて、ＹＡＧエンボスに関して表面粗さＲ_ａが１ミクロン未満でありかつ縁部丸みを有する（Ｙが１ミクロンであり、Ｘが２７５ミクロンであり、Ｌが１４３５ミクロンである図５の下の中心の図参照）、頂部が平坦な突起部は、最少の粒子を生成し、支持されたシリコンウエハの損傷を減少させる。

半導体処理／計測ツールは、プロセスチャンバおよび計測ツールにおいてウエハを固定および操作するためにウエハ固定化技術を利用する。これらの技術は、ウエハの裏側の閉じた体積を真空にすることによってウエハもしくは基板を固定するための真空ベースの力、（ウエハが電極として動作する静電クランプアセンブリに高電圧を印加することによってウエハを固定化もしくは固定する）本質的な静電（ＥＳＣ）力、または他の物理的手段（前のエッジグリップチャック）を含む力を使用することができる。力がウエハ（または他の基板）に加えられて、ウエハが基板接触面に接触するいずれの場合にも、ウエハの裏面からチャックのウエハ接触面にまたは逆にウエハ接触面からウエハに粒子状汚染物が移動する可能性がある。粒子の移動が目下のプロセスおよび／または最終製品に悪影響を与える重要なウエハクランプの用途では、粒子の移動を低減するための一般的で単純な手法は、ウエハチャッククランプ面に直接接触するウエハの面積を制限することであった。これは、図６に示すように、所与の用途の要求を満たすパターンに配置される、メサ間（最近傍）距離Ｒを有する、ある直径（Ｄ）または物理サイズの、チャック表面の隆起領域または表面特徴（メサ、突出部、突起部、エンボス、もしくはバンプ）（楕円形／長円形、正方形、矩形などであってもよい）の分布を形成することによって達成され得る。パターンは、三角形、六角形、四角形、円形などであってもよい。

チャック中の表面間の粒子交換の機会を減らすことで、粒子性能、クランプされる材料の材料特性に対するウエハ接触面の材料特性を改善することができる。接触面特徴の形状／プロファイルも、粒子生成ならびにウエハの裏面および／または表面特徴の損傷にも影響を及ぼし得る。これは、結果的に、移動する粒子の増加およびシステムの早期故障の一因となり得る。

エンボス（突起部）およびクランプされる材料の両方の材料特性（硬度、ヤング率、破壊靭性など）、突起部レイアウト（面密度、パターン）、クランプ力、ならびに突起部自体の外形を考慮することができる。

モデリングおよび調査は、突起部が実質的に平坦な頂部（平坦なプラトー領域）および適切に丸みを付けられたまたは丸められた縁部を有することが重要であり、四角い突起部縁部に力が多く集中する傾向を低減／最小化しながら、クランプされるウエハの有効ウエハ接触面積（有効接触力を減少させる）を最大にすることが可能であることを示している（図５ｂ（「丸められた縁部を伴う平坦な頂部」）および図６参照）。丸みを付けられた突起部縁部は、弾性のウエハまたは基板がクランプ力によって曲がる／たわむときに突起部によって支持されない領域に生じる、クランプ中に突起部の縁部に加えられる力（突起部間／最近傍距離Ｒの関数）の集中を最小にする。丸みを付けられた縁部と共に実質的に平坦な頂面を有する突起部または他のシール構造は、突起部の接触領域全体にわたってより均一な応力プロファイル（均一荷重）をもたらし、ウエハクランプ中に突起部およびウエハ材料の両方の限界応力を超える可能性を低減する。これにより、結果的に、ウエハクランププロセス中に粒子が生成される可能性が最小限に抑えられる。上記の形状を設計することに加えて、ウエハ接触面および縁部のプロファイルの表面粗さは低い（Ｒａ＜１μｍ）。Ｒａ＜１μｍの低い表面粗さを有する、実質的に平坦な頂部のプロファイル（プラトー）および丸みを付けられた縁部を有する、この広範な研究に基づく突起部のプロファイルの一例を図７に示す。図７の例では、縁部プロファイルを描く楕円は、約２７５ミクロンの長軸寸法Ｘと、約１ミクロンの短軸Ｙと、約１４７５ミクロンのプラトー領域の長さＬと、約０．１５ミクロンのデルタ（Δ）とを有する。ガスシールリングまたはリフトピンシールは、同様の断面プロファイルを有してもよい。

例えば静電チャックまたは他のタイプのチャックで利用され得るウエハまたは基板の接触面の変形例では、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。チャックの一部の変形例では、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±（０．０１〜０．００１）の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。

デルタ（Δ）およびＬの値は、共焦点レーザ顕微鏡を使用して測定され得る。この技術は、突起部の中心または最高点から離れた様々な点Ｌにおける突起部の最高点Ｈ_ｍａｘ間の高さの差を測定するために使用され得る。デルタ（Δ）の値は、頂面が（Δ＊１００）／Ｌと±０．０１未満の値との関係を満たすならば、様々であってもよく、特に限定されない。チャックの一部の変形例では、デルタ（Δ）の値は、０．２５未満であってもよい。他の変形例では、デルタの値は、０．０５〜０．２５の範囲であってもよい。デルタ（Δ）の値が小さいほど、突起部に接触する基板からの粒子生成を制限することができるより平坦な頂面が提供される。

この例の調査はまた、実質的に平坦である代わりに、突起部の接触面が、図５ａ（「丸い頂部」）に示すように弧状（凸状）である場合、接触面の弧状の性質（同等の直径、突起部間の間隔、およびクランプ電圧の突起部に対する）は、有効ウエハ接触面積を減少させ（有効力を増加させ）、突起部の応力プロファイルの不均一性を増加させる傾向があることを示した。これは、ウエハが、突起部の頂面に実質的に適合せず（ウエハ／突起部の材料系の弾性特性、突起部間の距離、クランプ力などの関数）、それどころか、（頂部が平坦な突起部と比較して）より小さな面積に力を集中し、突起部の接触ゾーンに対する有効力が増加する傾向にあることから生じる。実質的に平坦な接触面から凸状の接触面になればなるほど、ウエハと突起部との有効接触面積は小さくなる。この場合、ウエハと突起部との境界に加えられる力は、接触領域全体にわたって均一ではなく、それどころか、曲面の頂点を中心とする領域に集中し、これから離れるにつれて低下する。接触力は、頂点で最も高く、完全に垂直であり、これから離れるにつれて低下する（その一方で、図８に示すように、突起部に剪断応力成分を生じる）。

さらに、頂点に加えられる力が、突起部の材料および／またはクランプされるウエハの降伏強度を超える場合、突起部および／またはウエハの損傷が生じ、その結果、無際限の粒子問題となり得る粒子をもたらし得る。突起部の頂点における力は、表面に垂直（図８の下向きの矢印である、突起部の頂部に垂直な矢印）であるが、頂点から離れると、応力の剪断成分（図８の横向きの矢印 ）が存在し、これは、本質的に柱状のコーティングの場合に特に問題となり得、さらには、突起部のコーティングの破壊および弧状の突起部の粒子の増加をもたらし得る。弧状の突起部表面には、図８に示すように柱状構造を有するコーティングの一部を破壊し、粒子性能の低下およびエンボスシステム（突起部システム）の使用可能寿命の低下をもたらし得る剪断応力が生じる。

この例の調査は、接触面が凹状である場合に、有効接触面積が同様に減少し（ウエハは凹状の突起部の中心に接触するように適合せず）、突起部の外縁部の隆起領域の周辺に最大接触力が生じることも示した。凸状または凹状の突起部接触面のどちらも、高性能のウエハ接触面には理想的ではない。四角い（丸みを付けられていない）突起部の場合（図５ｃ参照）、縁部を越えてウエハが支持されず、それが「境界」であるため、局所的により高い接触力が生じる。これは、基板、突起部、またはこれらの両方の組み合わせから粒子を生じさせ得る、縁部の局所的な応力の集中をもたらす。

この例の調査により、エンボスサイズの範囲（１００μｍ〜１０ｍｍ）、形状（正方形、楕円形／卵形）、突起部間の間隔、表面仕上げ（Ｒａ＜１μｍ）について突起部の実質的に平坦な頂面（突起部のプラトー領域の平坦度＜０．０１％）を維持することによって、粒子に影響を及ぼすプロファイル関連の要因を最小化することができることが発見された。

すべての高性能のウエハ接触面にとって重要なことだが（エンボスまたは突起部の材料の硬度がクランプされる材料の硬度と同程度であるエンボスまたは突起部のシステムの場合）、最適化された突起部プロファイルは、柱状微細構造を有するコーティングの場合に、粒子性能を決定する上でさらに重要な役割を果たし得る（より大きな影響を及ぼし得る）。接触面を（縁部に丸みを付けて）実質的に平坦に維持することにより、より均一な荷重（以下の図の下向きの矢印によって示されるようなより大きな法線力）と、図９に例示として柱状微細構造を有する突起部によって示すような突起部での剪断応力の低減または消滅とが保証される。

突起部プロファイル設計は、接触面（除去方法（リソグラフィパターニング＋ビーズブラスト、リソグラフィパターニング＋プラズマまたは化学エッチング）、付加方法（３Ｄ印刷、ＰＥＣＶＤ／ＰＶＤプロセスを使用する物理的マスクにより形成される特徴）のいずれを使用して形成されるにせよ）、付加または除去製造方法を使用して構築されたオーバーコートされた特徴への印加荷重がより均一になるように設計することによって粒子性能を改善することができる。

図１０は、セラミックベース１０２０内の電極１０１０と、静電チャックの図示の部分の基板接触面に基板を静電的にクランプする電荷を形成するために電極の電圧（図示せず）によって活性化される、静電チャックの表面層１０３０とを示す。チャックのウエハ接触面は、突起部の頂面を含む。代表的な突起部１０００を有する静電チャックの表面層１０３０の一部が示されており、突起部は、微細構造が結晶性を有する組成物を備える。図示の突起部は、突起部を取り囲む表面層より上方の平均高さＨまで延在する。その他の突起部、シールリング、およびリフトピンシール（図示せず）は、それらの頂面を実質的に同じ高さに有し、これにより、チャックされる基板は、実質的に平坦に保持される。突起部は、基板の静電クランプ中に突起部上で基板を支持する。図示の突起部の断面は、非弧状プラトー形状の頂面１０６０、縁面１０５０、および側面１０４０によって特徴付けられる構造を有する。突起部の非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位で測定される値Ｌおよび同様にミクロン単位で測定される平坦度パラメータΔによって特徴付けられ得る。長さＬの、突起部の実質的に平坦な頂面またはプラトー領域が、図１０および図１１に示されている。図１０および図１１には、さらに平坦度パラメータが縁面の近くに示されている。ＬおよびΔの両方は、レーザ共焦点顕微鏡によって測定され得る。例えば、レーザ共焦点顕微鏡を使用して、突起部の中心を特定することができ、また突起部の最大高さＨ_ｍａｘを特定することができる。図１０および図１１では、最高点は本質的に突起部の中心にあるように示されているが、最高点は中心になくてもよい。突起部の中心または最高点から対称的に離れると、値Ｌが増加する。突起部の中心または最高点から離れた様々な点で、デルタ（Δ）の値を得る目的で最高点Ｈ_ｍａｘ（または表面層１０３０もしくは１１３０と実質的に平行な、高さＨ_ｍａｘの仮想平面）と突起部の表面（それぞれのＬ／２における）との間の高さの差を測定するために、共焦点レーザ顕微鏡を使用することができる。頂面の長さは、図１１に示すように、表面層と接触する突起部（またはガスシールまたはリフトピンの断面）の基部の直径より小さくてもよい。突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。

突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の縁面１０５０は、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面１０６０と側面１０４０との間にあり、（Δ＊１００）／Ｌの値は、共焦点レーザ顕微鏡によって測定されるとき、±０．０１以上である。また、縁面プロファイルは、楕円の四分円もしくは四分円の部分上または楕円の四分円もしくは四分円の部分内にあってもよい。この楕円の短軸Ｙは、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の平坦面の縁部または頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値は、±０．０１以上であり、楕円の短軸頂点は、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面上にある。Ｙ／２の値は、０．５ミクロン以下である。楕円の長軸Ｘは、突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の頂面および静電チャック表面層１０３０と実質的に平行であり、Ｘ／２の値は、２５ミクロン〜２５０ミクロンである。突起部の側面は、表面層に垂直またはほぼ垂直なものとして示されている。

図１１も同様に、セラミックベース１１２０内の電極１１１０と、静電チャックに基板を静電的にクランプする電荷を形成するために電極の電圧（図示せず）によって活性化される、静電チャックの表面層１１３０とを示す。ウエハ接触面を形成する代表的な突起部１１００を有する静電チャックの表面層１１３０の一部が示されており、突起部は、微細構造が結晶性を有する組成物を備える。図１１は、突起部が、実質的に平坦な頂面１１６０と、縁面１１５０と、縁部プロファイルを描く１つ以上の楕円とを有することを示す。頂面１１６０は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。突起部（またはガスシールもしくはリフトピンシール）の側面１１４０は、表面層に垂直ではなく、側面の「垂直性」が表面層に対して８０度から１７５度まで様々であってもよいことを示している。

ガスシールリングまたはリフトピンシールの断面も、非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる構造を有するこができ、ガスシールリングまたはリフトピンシールの非弧状プラトー形状の頂面は、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有し、頂面は、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有する。ガスシールリングまたはリフトピンシールの縁面は、ガスシールリングまたはリフトピンシールの頂面と側面との間にあってもよく、楕円の四分円もしくは四分円の部分上または楕円の四分円もしくは四分円の部分内にある縁面プロファイルを有してもよく、この楕円の短軸Ｙは、ガスシールリングまたはリフトピンシールの平坦面の縁部または頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値は、±０．０１以上であり、楕円の短軸頂点は、ガスシールリングまたはリフトピンシールの頂面上にあり、Ｙ／２の値は、０．５ミクロン以下である。楕円の長軸Ｘは、ガスシールリングまたはリフトピンシールの頂面（およびチャックの表面層）と実質的に平行であり、Ｘ／２の値は、２５ミクロン〜２５０ミクロンである。ガスシールリングまたはリフトピンシールの側面は、縁面と表面層とを接続する。

図１２は、突起部の変形例、および本明細書で説明したチャックの変形例の基板接触面のシール構造に見られ得る、図９に示したような柱状形態を示す走査型電子顕微鏡写真である。

本発明を、１つ以上の実施態様に関して図示および説明してきたが、本明細書および添付の図面の読解および理解に基づいて、当業者は、同等の変更例および修正例を思いつくであろう。本発明は、そのような修正例および変更例のすべてを含み、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、本発明の特定の特徴または態様が、いくつかの実施態様のうちの１つのみに関して開示されている場合があるが、そのような特徴または態様は、所与のまたは特定の用途に求められ、好適であり得るように他の実施態様の１つ以上の他の特徴または態様と組み合わされてもよい。さらに、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｈａｓ」、「ｗｉｔｈ」という用語、またはこれらの異形が発明を実施するための形態または特許請求の範囲において使用されている場合、このような用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語と同様に包含的であるように意図されている。また、「ｅｘｅｍｐｌａｒｙ」という用語は、最良のものではなく、単に例を意味するように意図されている。本明細書に示されている特徴、層、および／または要素は、簡潔性および理解の容易さのために、互いに特定の寸法および／または向きで示されており、実際の寸法および／または向きは、本明細書に示されているものとは実質的に異なり得ることも理解されたい。

Claims (10)

1. 静電チャックであって、
   セラミックベース内の電極と、
   前記静電チャックに基板を静電的にクランプする電荷を形成するために前記電極の電圧によって活性化される、前記静電チャックの表面層と
   を備え、
   前記静電チャックの前記表面層が、複数の突起部を備え、前記突起部が、組成物であって、その形態が柱状または粒状であり、その微細構造が結晶質または非晶質である組成物を備え、前記突起部が、前記突起部を取り囲む前記表面層より上方の平均高さＨまで延在し、前記突起部が、前記基板の静電クランプ中に前記突起部上で前記基板を支持し、
   前記突起部の断面が、非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる構造を有し、前記突起部の前記非弧状プラトー形状の頂面が、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有し、前記頂面が、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有し、
   前記突起部の前記縁面が、前記突起部の前記頂面と前記側面との間にあり、楕円の四分円上または前記楕円の前記四分円内にある縁面プロファイルを有し、前記楕円の短軸Ｙが、前記突起部の前記頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値が、±０．０１以上であり、前記楕円の前記短軸の頂点が、前記突起部の前記頂面上にあり、Ｙ／２の値が、０．５ミクロン以下であり、
   前記楕円の長軸Ｘが、前記突起部の前記頂面または前記表面層と実質的に平行であり、Ｘ／２の値が、２５ミクロン〜２５０ミクロンであり、
   前記突起部の前記側面が、前記縁面と前記静電チャックの前記表面層とを接続する、
   静電チャック。
2. 前記突起部の側面が、前記表面層と角度をなし、前記角度が、８０度〜１７５度である、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記表面層より上方の平均高さＨまで延在するガスシールリングまたはリフトピンシールをさらに備え、
   前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの断面が、非弧状プラトー形状の頂面、縁面、および側面によって特徴付けられる構造を有し、前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記非弧状プラトー形状の頂面が、ミクロン単位の平坦度パラメータΔによって特徴付けられるミクロン単位の長さＬを有し、前記頂面が、１ミクロン以下の表面粗さＲ_ａおよび±０．０１未満の（Δ＊１００）／Ｌの値を有し、
   前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記縁面が、前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記頂面と前記側面との間にあり、楕円の四分円上または前記楕円の前記四分円内にある縁面プロファイルを有し、前記楕円の短軸Ｙが、前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記頂面の一部と交差し、（Δ＊１００）／Ｌの値が、±０．０１以上であり、前記楕円の前記短軸の頂点が、前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記頂面上にあり、Ｙ／２の値が、０．５ミクロン以下であり、
   前記楕円の長軸Ｘが、前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記頂面と実質的に平行であり、Ｘ／２の値が、２５ミクロン〜２５０ミクロンであり、
   前記ガスシールリングまたは前記リフトピンシールの前記側面が、前記縁面と前記表面層とを接続する、
   請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記突起部が、イットリウム、アルミニウム、またはアルミニウムおよび酸素を含む、請求項１に記載の静電チャック。
5. 前記突起部の高さの範囲が、５ミクロン〜２０ミクロンである、請求項１に記載の静電チャック。
6. Δが、０．２５ミクロン〜０．０５ミクロンの値を有する、請求項１に記載の静電チャック。
7. 前記突起部の中心間距離が、１ミリメートル〜２０ミリメートルである、請求項１に記載の静電チャック。
8. 前記突起部が、セラミックを覆うコーティングを含む、請求項１に記載の静電チャック。
9. 前記突起部が、走査型電子顕微鏡によって測定されるような柱状形態を有する組成物を含む、請求項１に記載の静電チャック。
10. 前記突起部が、Ｘ線回折によって測定されるような結晶形態を有する組成物を含む、請求項１に記載の静電チャック。