JP6860564B2 - 堆積された表面フィーチャを有する基板支持アセンブリ - Google Patents

堆積された表面フィーチャを有する基板支持アセンブリ Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、一般に、堆積された表面フィーチャを備えたプラズマ耐性保護層を有する静電チャック等の基板支持アセンブリに関する。
背景
半導体産業では、デバイスは絶えず減少するサイズの構造を製造する多数の製造プロセスにより製造される。いくつかの製造プロセス（例えば、プラズマエッチングプロセス及びプラズマクリーニングプロセス等）は、プラズマの高速流に静電チャック（ＥＳＣ）（例えば、ウェハ処理中のＥＳＣのエッジ及びチャンバ洗浄中の全ＥＳＣ）等の基板支持体を暴露し、基板をエッチング又はクリーニングする。プラズマは高い腐食性を有する場合があり、処理チャンバ及びプラズマに暴露される他の表面を腐食する可能性がある。
ＥＳＣは、典型的には、表面フィーチャを有し、この表面フィーチャは、ＥＳＣの表面上にポジマスクを配置し、次に、ポジマスクを介してＥＳＣの露出部分をビードブラストすることにより形成される。ポジマスクは、ウェハ上に残るパターンの正確なコピーを含むマスクである。ビードブラストプロセスは、ＥＳＣ表面に鋭いエッジ及びクラッキングを生じさせる。更に、形成された表面フィーチャ間の空間（バレーと呼ばれる）は高い粗さを有し、粒子及び熱膨張中に破損する可能性のあるピークを捕獲するトラップを提供する。捕獲された粒子及び破損したピークは、処理中に保持されるウェハの背面に粒子汚染を起こす可能性がある。
一実施形態では、静電チャックは、熱伝導ベースと、熱伝導ベースに接合されたセラミック体とを含み、セラミック体は埋設電極を有する。保護セラミックコーティングが、セラミック体の表面を覆う。複数の堆積された楕円形メサは、セラミック体の表面上に分布している。楕円形メサの各々は、丸いエッジを有する。
一実施形態では、静電チャックを製造する方法は、静電チャックのセラミック体の表面を研磨して研磨された表面を製造することを含む。更に、この方法は、セラミック体の研磨された表面上に保護セラミックコーティングを堆積して、コーティングされたセラミック体を製造することを含む。更に、この方法は、コーティングされたセラミック体上に複数の楕円形の穴（例えば、円形の穴）を含むマスクを配置することを含む。更に、この方法は、マスクの複数の楕円形の穴を介してセラミック材料を堆積して、コーティングされたセラミック体上に複数の楕円形メサを形成することを含み、複数の楕円形のメサ（例えば、円形メサ）は丸いエッジを有する。次いで、マスクが除去され、複数の楕円形メサが研磨される。
一実施形態では、静電チャックの表面上への楕円形メサの堆積のための円形マスクは、マスクが配置される静電チャックの第２の直径よりも小さい第１の直径を有する本体を含む。更に、円形マスクは、本体に複数の楕円形貫通穴を含み、楕円形貫通穴は、約１：２〜約２：１のアスペクト比を有する。楕円形の穴の少なくとも１は、フレア状の上端部及びフレア状の下端部を有し、フレア状の上端部は、静電チャック上に楕円形の穴を介して粒子を通して静電チャック上に楕円形メサを形成し、フレア状の下端部は楕円形メサがマスクに接触することを防止する。
本発明は、同様の参照番号が同様の要素を示す添付図面の図において、限定としてではなく例として示されている。本開示における「一の（a）」又は「一の（ｏｎｅ）」実施形態への異なる参照は必ずしも同じ実施形態に限定されず、そのような参照は少なくとも１を意味することに留意すべきである。
処理チャンバの一実施形態の断面側面図である。 静電チャックの表面上の楕円形のメサの例示的パターンの平面図を示す。 図２Ａの静電チャックの垂直断面図を示す。 〜 本発明の実施形態による例示的メサの側面プロファイルを示す。 静電チャックの一実施形態の断面側面図である。 静電チャックの製造方法の一実施形態を示す。 〜 静電チャックの表面上に丸いエッジを備えた円形のメサを形成するためのマスクを介したセラミック材料の堆積を示す。 一実施形態による、静電チャックのセラミック体上にメサ及びリングを形成するために用いられるマスクの上面図を示す。
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、丸いエッジを備え、堆積されたメサを有する基板支持アセンブリ（例えば、静電チャック）を提供する。また、実施形態は、基板支持アセンブリのセラミック体上に形成された保護セラミックコーティングを有する基板支持アセンブリを提供する。保護セラミックコーティングは、セラミック体の保護のためにプラズマ腐食耐性を提供することができる。メサは保護セラミックコーティングの上に堆積することができ、また、プラズマ腐食耐性を有することができる。
一実施形態において、静電チャックは、熱伝導ベース（例えば、金属又は金属合金ベース）及び熱伝導ベースに結合されたセラミック体（例えば、静電パック）を含む。保護層として作用する保護セラミックコーティングはセラミック体の表面を覆い、多数の楕円形（例えば、円形）メサが保護セラミックコーティング上に配置される。一実施形態において、静電チャックは、まず、セラミック体上に保護セラミックコーティングを堆積し、次いで、マスクの穴を介してセラミック体上に楕円形メサを堆積することにより製造される。本明細書で使用される場合、用語「メサ」は、急な側面と、平坦な又は緩やかに傾斜した上面を有する基板上の突起を意味する。
特に、本明細書の実施形態に記載される静電チャック及び他の基板支持体はメサを有し、このメサはネガマスクを介した堆積により製造される。ネガマスクは、静電チャック上に形成されるべきパターンの正反対のものを含むマスクである。即ち、ネガマスクは、静電チャック上にフィーチャを形成するための空隙を有する。対照的に、メサは、伝統的には、ポジマスク（静電チャック上に転写されるべきパターンの正確なコピーを含むマスク）を介して静電チャックの表面をビードブラストすることにより静電チャックの表面上に形成される。ビードブラストプロセスにより形成されたメサは、静電チャックにより支持されたウェハの背面でチッピングを生じ、粒子汚染を起こす可能性がある鋭いエッジを有する。しかしながら、本明細書に記載された実施形態により堆積されるメサは、チッピングを生じさせにくい丸いエッジ（例えば、トップハットプロファイル）を有する。
更に、静電チャック内にメサを生成するために伝統的に使用されるビードブラストプロセスによれば、生成されたメサ間の領域（バレー）が高い表面粗さを有することになる。高い表面粗さはパーティクルのトラップとして作用する可能性があり、このパーティクルは後に処理中に支持されたウェハの背面に放出される可能性がある。更に、バレーの粗い表面の局部的なピークは、熱サイクル中にクラッキングが生じ、破損する可能性がある。これは、粒子汚染物質の追加的な供給源として作用するおそれがある。しかしながら、本明細書に記載された実施形態では、静電パックの表面は、メサの堆積前に研磨される。従って、堆積されたメサ間のバレーは、非常に低い表面粗さ（例えば、約４〜１０マイクロインチ）を有し、背面の粒子汚染を更に低減する。
更に、本明細書の実施形態に記載される静電チャックは、静電チャックの保護層として作用するブランケット保護セラミックコーティングを含む。保護セラミックコーティングは静電チャックの表面を覆い、静電チャックの表面が研磨された後に静電チャック上に堆積される。保護セラミックコーティングは非常にコンフォーマルであり、研磨された静電チャックとほぼ同じ表面粗さを有する。保護セラミックコーティング及び保護セラミックコーティング上に堆積されるメサは、各々、プラズマ耐性材料（例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）等）であってもよい。従って、静電チャック上に形成されたメサを含む静電チャックは、塩素、フッ素及び水素ベースのプラズマに耐性を有することができる。
図１は、内部に基板支持アセンブリ１４８が配置された半導体処理チャンバ１００の一実施形態の断面図である。本明細書で説明される実施形態によれば、基板支持アセンブリ１４８は、丸いエッジを備え、堆積されたメサを有する静電パック１６６を有する静電チャック１５０を含む。
処理チャンバ１００は、内部容積１０６を囲むチャンバ本体１０２と蓋１０４を含む。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般に、側壁１０８及び底部１１０を含む。外側ライナ１１６が側壁１０８に隣接して配置され、チャンバ本体１０２を保護することができる。外側ライナ１１６は、プラズマ又はハロゲン含有ガスに耐性を有する材料で製造され、及び／又は、コーティングされることができる。一実施形態では、外側ライナ１１６は、酸化アルミニウムから製造される。別の実施形態では、外側ライナ１１６は、イットリア、イットリウム合金又はその酸化物から製造されるか、又は、コーティングされる。
排気ポート１２６がチャンバ本体１０２内に画定され、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を排気し、調節するために用いられる１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
蓋１０４は、チャンバ本体１０２の側壁１０８上で支持することができる。蓋１０４は処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするように開口することができ、閉じている間、処理チャンバ１００にシールを提供することができる。ガスパネル１５８が処理チャンバ１００に結合され、蓋１０４の一部であるガス分配アセンブリ１３０を介して内部容積１０６にプロセス、及び／又は、クリーニングガスを提供することができる。処理チャンバに流入させることができる処理ガスの例は、ハロゲン含有ガス（とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｃｌ２及びＳｉＦ４等）及び他のガス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ等）を含む。特に、処理ガスは、塩素系プラズマ、フッ素系プラズマ、及び／又は、水素系プラズマを生成するために使用することができ、これは腐食性がかなり高い。ガス分配アセンブリ１３０は、ガス分配アセンブリ１３０の下流表面に複数の開口１３２を有し、ガス流を基板支持アセンブリ１４８により支持される基板１４４（例えば、ウェハ）の表面に向けることができる。追加的に又は代替的に、ガス分配アセンブリ１３０は、ガスがセラミックガスノズルを介して供給される中心穴を有することができる。
基板支持アセンブリ１４８は、ガス分配アセンブリ１３０の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に、基板１４４を保持する。内側ライナ１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周囲でコーティングされてもよい。内側ライナ１１８は、外側ライナ１１６に関して論じられたような耐ハロゲン含有ガス材料であってもよい。一実施形態では、内側ライナ１１８は、外側ライナ１１６と同じ材料で製造することができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、ペデスタル１５２を支持するマウンティングプレート１６２と、静電チャック１５０を含む。マウンティングプレート１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合されてもよく、ユーティリティー（例えば、流体、電力線、センサリード等）を熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６に送る経路を含む。
静電パック１６６は、チャッキング電源１８２により制御される１以上のクランプ電極（チャッキング電極とも呼ばれる）１８０を含むセラミック体であってもよい。一実施形態では、静電パック１６６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で構成される。代替的に、静電パック１６６は、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等で構成することができる。更に、電極１８０（又は静電パック１６６に配置された他の電極）は、整合回路１８８を介して、１又は複数の高周波（ＲＦ）電源１８４、１８６に結合されてもよく、処理チャンバ１００内で処理、及び／又は、他のガスから形成されたプラズマを維持する。１以上のＲＦ電源１８４、１８６は、一般に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び約１０，０００ワットまでの電力を有するＲＦ信号を生成することができる。
静電パック１６６の上面は、静電パック１６６上に堆積される保護セラミックコーティング１３６により覆われる。一実施形態では、保護セラミックコーティングは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、ＹＡＧ）コーティングである。代替的に、保護セラミックコーティングは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３（イットリア）、又はＡｌＯＮ（アルミニウムオキシナイトライド）であってもよい。更に、静電パック１６６の上面は、上面に堆積された複数のメサ、及び／又は、他の表面フィーチャを含む。メサ、及び／又は、他の表面フィーチャは、保護セラミックコーティング１４６がその上に堆積される前又は後に、静電パック１６６の表面上に堆積されてもよい。
更に、静電パック１６６は１以上のガス経路（例えば、静電パック１６６に穿孔された穴）を含む。動作中、背面ガス（例えば、Ｈｅ）を制御された圧力でガス経路内に供給し、静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を向上してもよい。
熱伝導ベース１６４は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成される金属ベースであってもよい。代替的には、熱伝導ベース１６４は、セラミック体の熱膨張係数と一致するようにＳｉＣで浸透されたアルミニウム−シリコン合金等のセラミックの複合体で製造されてもよい。熱伝導ベース１６４は、良好な強度及び耐久性並びに熱伝達特性を提供すべきである。一実施形態では、熱伝導ベース１６４は、２００ワット／メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）を超える熱伝導率を有する。
熱伝導ベース１６４、及び／又は、静電パック１６６は、１又は複数の埋設加熱素子１７６、埋設熱アイソレータ１７４、及び／又は、コンジット１６８、１７０を含み、基板支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる。コンジット１６８、１７０を流体源１７２に流体的に結合し、コンジット１６８、１７０を介して温度調節流体を循環させることができる。一実施形態では、埋設熱アイソレータ１７４は、コンジット１６８、１７０の間に配置することができる。１以上の埋設加熱要素１７６は、ヒータ電源１７８により調節することができる。コンジット１６８、１７０及び１又は複数の埋設加熱要素１７６は、熱伝導ベース１６４の温度を制御するために用いられ、これにより、静電パック１６６及び処理中の基板１４４を加熱／冷却することができる。静電パック１６６及び熱伝導ベース１６４の温度は、複数の温度センサ１９０、１９２を使用してモニタすることができ、温度センサ１９０、１９２はコントローラ１９５を用いてモニタすることができる。
図２Ａは、静電パック２００の表面２１２上の楕円形メサ２０２の例示的パターンの平面図を示す。説明のために、１６個のメサのみが示されている。しかしながら、静電パック２００の表面上には、数百又は数千のメサが形成されていてもよい。図２Ｂは、図２Ａの中心線３−３に沿った図２Ａの静電パックの垂直断面図を示す。静電パック２００は、１以上の埋設電極２５０を含む。静電パック２００は、静電チャック（例えば、図１の静電チャック１５０等）の最上部の構成要素である場合もある。静電パック２００は、その上に位置する支持された基板２４４の形状及びサイズと実質的に一致し得る環状周縁部を有するディスク状の形状を有する。一実施形態では、静電パック２００は、図１の静電パック１６６に対応する。
図２Ａに示される例において、楕円形メサ２０２は、静電パック２００の表面２１２上の同心円２０４、２０６に沿って配置されて示されている。しかしながら、静電パック２００の表面２１２に分布されたメサ２０２のいなかるパターンも可能である。一実施形態では、楕円形メサ２０２は円形である。代替的に、楕円形メサ２０２は、長円形であってもよく、又は他の楕円形であってもよい。
メサ２０２は、２〜２００ミクロン（μｍ）の間の厚さ及び０．５〜５ｍｍの間の平面における寸法（例えば、直径）を有する個々のパッドとして形成される。一実施形態では、メサ２０２は、２〜２０ミクロンの厚さと、約０．５〜３ｍｍの直径を有する。一実施形態では、メサ２０２は、約３〜１６ミクロンの厚さと、約０．５〜２ｍｍの直径を有する。一実施形態では、メサは約１０ミクロンの厚さと、約１ｍｍの直径を有する。一実施形態では、メサは約１０〜１２ミクロンの厚さと、約２ｍｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、メサは均一な形状及びサイズを有する。代替的に、様々なメサが、異なる形状、及び／又は、異なるサイズを有してもよい。楕円形メサ２０２の側壁は、垂直であっても傾斜していてもよい。特に、メサ２０２の各々は、メサ２０２が基板２４４に接触する丸いエッジを有する。これによって、メサ２０２のチッピングを最小にし、基板２４４の背面の粒子汚染を低減することができる。更に、丸いエッジは、チャッキングに起因する基板２４４の背面のスクラッチングを減少させ、又は、消滅させることができる。代替的に、メサ２０２は面取りされたエッジを有していてもよい。
メサ２２０のいくつかの例示的な側面プロファイルが、図３Ａ〜図３Ｄに示されている。図示のように、図３Ａ〜図３Ｄの例示的な側面プロファイルの各々において、メサのエッジは丸い。図３Ａ〜図３Ｂの側面プロファイルは、トップハットプロファイルの変形例である。
再び図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、メサ２０２は、高密度でコンフォーマルなセラミック層を形成する堆積プロセス（例えば、イオンアシスト堆積（ＩＡＤ）等）により形成された堆積メサである。メサ２０２の堆積は、図５を参照して説明される。図示の実施形態では、メサ２０２は、最初に表面２１２上に保護セラミックコーティングを堆積することなく、静電パック２００の表面２１２上に直接堆積された。しかしながら、楕円形メサ２０２の堆積の前又は後に、保護セラミックコーティングを堆積してもよい。メサ２０２の平均表面粗さは、約２〜１２マイクロインチであってもよい。一実施形態では、メサ２０２の平均表面粗さは約４〜８マイクロインチである。
一実施形態では、メサ２０２はＹＡＧで形成される。一実施形態において、メサは、イットリウム、アルミニウム及び酸素を含むアモルファスセラミック（例えば、アモルファス形態のＹＡＧ）で構成される。アモルファスセラミックは、少なくとも８重量％のイットリウムを含むことができる。一実施形態では、アモルファスセラミックは、約８〜２０重量％のイットリウム、２０〜３２重量％のアルミニウム及び６０〜７０重量％の酸素を含む。一実施形態では、アモルファスセラミックは、約９〜１０重量％のイットリウム、約２５〜２６重量％のアルミニウム、及び約６５〜６６重量％の酸素を含む。代替的な実施形態では、メサ２０２は、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、又はＡｌＯＮであってもよい。
更に、静電パック２００の表面２１２は、静電パック２００の外周２２０におけるリング２１８の形態で隆起したリップを含む。リング２１８は、楕円形メサ２０２と同じ又はほぼ同じである厚さ及び材料組成を有することができる。リング２１８は、メサ２０２が形成されるのと同時に堆積により形成することができる。また、リング２１８は、リング２１８が基板２４４に接触する丸いエッジを有することができる。代替的に、リング２１８は面取りされたエッジを有していてもよく、丸くも面取りもされていないエッジを有していてもよい。一実施形態では、リング２１８の内側エッジは丸く、リング２１８の外側エッジは丸くない。
楕円形メサ２０２及びリング２１８の頂部は、支持基板２４４の背面に接触する。楕円形メサ２０２は、基板２４４の背面と静電パック２００の表面２１２との接触面積を最小化し、チャッキング及びデチャッキング操作を容易にする。また、ガス（例えば、Ｈｅ等）を基板と静電チャック２００との間の領域に圧送し、基板２４４と静電チャック２００との間の熱伝達を容易にすることもできる。リング２１８は、ガスが静電チャック２００と基板２４４の間の空間から逃げることを防止するシーリングリングとして作用することができる。
図４は、一実施形態による、静電チャック４００の断面側面図を示す。静電チャック４００は、ボンド４５２（例えば、シリコンボンド等）により静電パック４０２に結合された熱伝導ベース４６４（例えば、金属ベース）を含む。ボンド４５２は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）ボンドであってもよい。静電パック４０２は、１以上の埋設電極を備えた実質的にディスク形状の誘電セラミック体であってもよい。静電パック４０２は、バルク焼結セラミック（例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等）であってもよい。静電パック４０２は、１以上の埋設電極４３６、及び／又は、抵抗加熱要素４３８（例えば、内側抵抗加熱要素及び外側抵抗加熱要素）を含むことができる。石英リング４４６又は他の保護リングが、静電チャック４００の部分を囲み、覆ってもよい。基板４４４は、静電チャック４００上に下降し、１以上の電極４３６に信号を供給することにより静電気力を介して所定位置に保持されることができる。
熱伝導ベース４６４は、静電パック４０２に物理的支持を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、熱伝導ベース４６４は、温度制御を提供するようにも構成される。熱伝導ベース４６４は、熱伝導性材料、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼等の金属で製造することができる。熱伝導ベース４６４は、１以上の熱交換器（例えば、埋設加熱要素、チャネルを通って冷却及び加熱流体を循環させて熱交換を提供する流体チャネル、又はそれらの組み合わせ）を含むことができる。図１において、熱伝導ベース４６４は、コンジット４７０（例えば、内側コンジット及び外側コンジット）とも呼ばれる複数の流体チャンネルを含み、これらを介して流体が流れ、熱伝導ベース４６４と静電チャック４００の他の要素と基板４４４の間の熱エネルギー交換により、熱伝導ベース４６４、静電チャック４００及び基板４４４を加熱又は冷却することができる。熱伝導ベース４６４の温度は温度センサを用いてモニタすることができる。
更に、一実施形態では、静電チャック１５０は、静電パック４０２の表面の欠陥（例えば、マイクロクラック、小孔、ピンホール等）を充填する、及び／又は、カバーするセラミックコーティング４９６を含む。セラミックコーティング４９６は、カバーセラミックコーティング又はブランケットセラミックコーティングと呼ぶことができ、静電パック４０２の表面全体を覆うことができる。代替的に、静電チャック１５０はセラミックコーティング４９６を含まなくてもよい。一実施形態では、セラミックコーティング４９６は静電パック４０２と同一のセラミックで構成することができる。従って、静電パック４０２がＡｌＮである場合、カバーセラミックコーティング４９６もまたＡｌＮである。代替的に、静電パック４０２がＡｌ２Ｏ３である場合、セラミックコーティング４９６もＡｌ２Ｏ３である。代替的に、セラミックコーティングは、第２のセラミックコーティング４９４（以下で説明する）と同じ材料で構成されてもよい。一実施形態では、セラミックコーティング４９６は、１ミクロン未満から数十ミクロンの厚さを有する。
セラミックコーティング４９６が約５ミクロンまでの深さを有する可能性がある小孔を充填するように堆積されると、セラミックコーティング４９６は最初は少なくとも５ミクロンの厚さを有する可能性がある。しかしながら、セラミックコーティング４９６は、１ミクロン以下の厚さまで研磨することができる。いくつかの例では、セラミックコーティング４９６は、実質的に研磨されて除去され、これにより、セラミックコーティング４９６が充填された静電パック４０２の小孔内にのみ残るようにしてもよい。セラミックコーティング４９６は、２〜１２マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）に研磨することができる。一実施形態では、セラミックコーティング４９６は、約４〜８マイクロインチの表面粗さに研磨される。カバーセラミックコーティングを用いない場合、静電パック４０２の表面は、２〜１２マイクロインチの表面粗さに研磨されてもよい。
一実施形態では、セラミックコーティング４９６（又は静電パック４０２）は、約４〜８マイクロインチの平均表面粗さに研磨される。粒子汚染を最小限にし、粒界をシールするために、より低い表面粗さが望ましい。一般に、表面粗さが小さいほど、発生する粒子汚染はより少ない。更に、セラミックコーティング４９４、及び／又は、静電パック４０２内の粒界をシールすることにより、セラミックコーティング４９４、及び／又は、静電パック４０２は、より耐腐食性になる。しかしながら、表面粗さが小さいほど、セラミックコーティング４９４、及び／又は、メサ４９２のその後の堆積のために存在する核生成サイトの数が増える。更に、表面粗さを低下させることにより、静電パック４０２上の次のコーティングとの接着強度が低下する。従って、セラミックコーティング４９６、及び／又は、静電パック４０２の表面が約４マイクロインチ未満に研磨されると、性能が低下することが予想外に発見された。
更に、静電チャック４００はセラミックコーティング４９４を含み、これは実施形態では保護セラミックコーティングである。セラミックコーティング４９４はセラミックコーティング４９６の上に配置されてもよく、又は、カバーセラミックコーティングが堆積されない場合、静電パック４０２上に配置されてもよい。セラミックコーティング４９４は、腐食性ケミストリ（例えば、水素系プラズマ、塩素系プラズマ及びフッ素系プラズマ等）から静電パック４０２を保護する。セラミックコーティング４９４は、数ミクロンから数百ミクロンの厚さを有することができる。
一実施形態では、セラミックコーティング４９４は、約５〜３０ミクロンの厚さを有する。セラミックコーティング４９４は高度にコンフォーマルなコーティングであってもよく、セラミックコーティング４９６、及び／又は、静電パック４０２の表面粗さに実質的に一致する表面粗さを有してもよい。セラミックコーティング４９６が堆積され、研磨された場合、セラミックコーティング４９４から小孔、ピンホール、マイクロクラック等を実質的になくすことができる。セラミックコーティング４９４は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、及びＡｌＯＮであってもよい。一実施形態では、セラミックコーティング４９４は、少なくとも８重量％のイットリウムを有するアモルファスＹＡＧである。一実施形態では、セラミックコーティング４９４は、約９ギガパスカル（ＧＰａ）のビッカース硬さ（５Ｋｇｆ）を有する。更に、セラミックコーティング４９４は、一実施形態では、約４．５５ｇ／ｃｍ３の密度、約２８０ＭＰａの曲げ強度、約２．０ＭＰａ・ｍ１／２の破壊抵抗性、約１６０ＭＰａのヤング率、約８．２×１０-６／Ｋ（２０〜９００℃）の熱膨張係数、約１２．９Ｗ／ｍＫの熱伝導率、室温で１０１４Ω・ｃｍより大きい体積抵抗率、及び、約０．２〜０．３の摩擦係数を有する。
上記で簡単に述べたように、セラミックコーティング４９４及びメサ４９２の構造は、粗さに関連する多くの核生成サイトに起因して、静電パック４０２、及び／又は、セラミックコーティング４９６の粗さに少なくとも部分的に依存する。静電パック４０２、及び／又は、セラミックコーティング４９６の表面粗さが約３マイクロインチ未満である場合、セラミックコーティング４９４が堆積される表面は、非常に多くの核生成サイトを有する。この多数の核生成サイトは、完全なアモルファスの構造をもたらす。しかしながら、セラミックコーティング４９４を約４〜８マイクロインチの表面粗さを有する表面上に堆積することにより、セラミックコーティング４９４は、純粋なアモルファス構造ではなく、多くの垂直繊維を有するアモルファス構造として成長し又は堆積される。
一実施形態では、メサ４９２及びリング４９３が、セラミックコーティング４９４上に堆積される。このような実施形態では、メサ４９２を、セラミックコーティング４９４と同じ材料で構成することができる。代替的には、メサ４９２及びリング４９３をセラミックコーティング４９４の前に堆積してもよい（従って、セラミックコーティング４９４の下にあってもよい）。このような実施形態では、メサ４９２及びリング４９３は、静電パック４０２と同じ材料であるか、又は、セラミックコーティング４９４と同じ材料であってもよい。いくつかの実施形態では、メサは約３〜１５ミクロンの高さ（一実施形態では約１０〜１５）であり、直径約０．５〜３ｍｍである。
静電チャック４００が使用後に改修される場合、セラミックコーティング４９４の厚さは、実施形態では少なくとも２０ミクロン、一実施形態では約２０〜３０ミクロンである可能性がある。静電チャック４００を改修するため、メサ４９２を研削により除去し、セラミックコーティング４９４の一部を研削により更に除去することができる。研削の間に除去される材料の量は、静電チャック４００の表面の湾曲の量に依存する可能性がある。例えば、メサが８ミクロンの厚さであり、静電チャック４００に５ミクロンの湾曲がある場合、静電チャック４００の表面から約１５ミクロンを除去し、メサ４９２を完全に除去し、５ミクロンの湾曲を除去することができる。実施形態において、少なくとも２０ミクロンの厚さは、下にある静電パック４０２が改修中に研削されないことを確実にすることができる。メサ及び湾曲が研削により除去されると、新しいセラミックコーティングがセラミックコーティング４９４の残りの部分に施され、本明細書で説明されるように新しいメサ４９２、及び／又は、他の表面フィーチャを新しいセラミックコーティングの上に形成することができる。
図５は、静電チャックを製造するためのプロセス５００の一実施形態を示す。プロセス５００は、本明細書の実施形態に記載された静電チャック（例えば、図４の静電チャック４００等）のいずれをも製造するために実行することができる。プロセス５００のブロック５０５において、初期のセラミックコーティング（カバーセラミックコーティングと呼ばれる）を静電チャックのセラミック体上に堆積し、セラミック体内の小孔、ピンホール、マイクロクラッキング等を充填する。カバーセラミックコーティングは、セラミック体と同じ材料で形成されてもよい。例えば、セラミック体及びカバーセラミックコーティングの両方は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３であってもよい。代替的に、カバーセラミックコーティングは、続いて堆積される保護セラミックコーティングと同じ材料で形成されてもよい。例えば、カバーセラミックコーティングと保護セラミックコーティングの両方は、ＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＡｌＯＮであってもよい。
一実施形態において、カバーセラミックコーティングは、イオンアシスト堆積（ＩＡＤ）により堆積される。例示的なＩＡＤ法は、イオンボンバードメント（例えば、蒸発（例えば、活性化反応性蒸発（ＡＲＥ））とイオンボンバードメントの存在下でのスパッタリングを一体化し、本明細書に記載のコーティングを形成する堆積プロセスを含む。例示的なＩＡＤプロセスは、電子ビームＩＡＤ（ＥＢ−ＩＡＤ）である。カバーセラミックコーティングを堆積するために用いることができる他のコンフォーマルで高密度の堆積プロセスは、低圧プラズマスプレー（ＬＰＰＳ）、プラズマスプレー物理気相堆積（ＰＳ−ＰＶＤ）、プラズマスプレー化学気相堆積（ＰＳ−ＣＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、又は、これらの組み合わせを含む。他のコンフォーマル堆積技術を用いることもできる。
ＩＡＤを用いてカバーセラミックコーティングを堆積する場合、カバーセラミックコーティングは、高エネルギー粒子（例えば、イオン等）の存在下で堆積材料の蓄積によりセラミック体上に形成される。堆積材料は、原子、イオン、ラジカル等を含むことができる。エネルギー粒子は、薄膜保護層が形成される際に、薄膜保護層に衝突して圧縮することができる。材料源は堆積材料のフラックスを提供する一方、エネルギー粒子源はエネルギー粒子のフラックスを提供し、その両方はＩＡＤプロセスを通してセラミック体に衝突する。エネルギー粒子源は、酸素又は他のイオン源であってもよい。また、エネルギー粒子源は、粒子生成源（例えば、プラズマ、反応性ガス、又は、堆積材料を提供する材料源）から来る不活性ラジカル、中性原子及びナノサイズ粒子のような他のタイプのエネルギー粒子を提供することができる。
堆積材料を提供するために用いられる材料源（例えば、ターゲット本体）は、カバーセラミックコーティングが構成されるのと同じセラミックに対応するバルク焼結セラミックであってもよい。他のターゲット材料を使用することもできる（例えば、粉末、焼成粉末、プリフォーム材料（例えば、グリーン体のプレス又はホットプレスにより形成されるもの）又は機械加工された物体（例えば溶融材料））。
ＩＡＤは、１又は複数のプラズマ又はビーム（例えば、電子ビーム）を利用して、材料及びエネルギーイオン源を提供することができる。また、反応性種をプラズマ耐性コーティングの堆積中に提供することができる。一実施形態では、エネルギー粒子は、非反応性種（例えば、Ａｒ）又は反応性種（例えば、Ｏ）の少なくとも１を含む。また、更なる実施形態では、反応性種（例えば、ＣＯ及びハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ等）等）をプラズマ耐性コーティングの形成中に導入することができる。ＩＡＤプロセスでは、エネルギー粒子を、他の堆積パラメータとは無関係に、エネルギーイオン（又は他の粒子）源により制御することができる。エネルギーイオンフラックスのエネルギー（例えば、速度）、密度及び入射角に応じて、セラミックコーティングの組成、構造、結晶配向及び粒度を操作することができる。調整可能な追加のパラメータは、作動距離及び入射角である。
コーティング後の熱処理を用いて、コーティング特性の向上を達成することができる。例えば、アモルファスコーティングをより高い耐侵食性を有する結晶性コーティングに変換するために用いることができる。別の例は、反応ゾーン又は遷移層の形成により、コーティングと基板の接着強度を改善することである。
ＩＡＤ堆積カバーセラミックコーティングは、比較的低い膜応力（例えば、プラズマ溶射又はスパッタリングにより生じる膜応力と比較して）を有することができる。比較的低いフィルム応力は、セラミック体を非常に平坦に保ち、直径１２インチの本体のセラミック体全体に亘って約５０ミクロン未満の湾曲という結果を生じさせることができる。更に、ＩＡＤ堆積カバーセラミックコーティングは、１％未満の多孔性を有し、いくつかの実施形態では、約０．１％未満の多孔性を有することができる。従って、ＩＡＤ堆積カバーセラミックコーティングは、高密度な構造である。更に、ＩＡＤ堆積カバーセラミックコーティングは、低いクラック密度及びセラミック体に対する高い接着性を有することができる。
セラミック体は、前述した静電パックであってもよい。セラミック体は、埋設電極、及び／又は、埋設加熱要素を形成するような処理を受けていてもよい。セラミック体の下面は、シリコンボンドにより熱伝導性ベースに接合されてもよい。代替的な実施形態では、ブロック５０５のオペレーションは実行されない。
ブロック５１０において、セラミック体の表面は研磨され、約２〜１２マイクロインチの表面粗さを有する研磨面を形成する。一実施形態では、セラミック体の表面は、約４〜８マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）に研磨される。研磨は、初期のセラミックコーティングを減少させることができ、及び／又は、小孔、ピンホール等に充填された初期セラミックコーティングの一部を除き、初期セラミックコーティングをほぼ完全に除去することができる。
ブロック５２０において、セラミックコーティング（例えば、保護セラミックコーティング）が、セラミック体の研磨された表面上に（例えば、初期セラミックコーティング上に）堆積又は成長する。一実施形態では、セラミックコーティングは、ＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ又はＡｌＯＮである。セラミックコーティングは、ブロック５０５を参照して説明された堆積技術のいずれかにより堆積することができるコンフォーマルコーティングであってもよい。例えば、セラミックコーティングは、ＩＡＤ（例えば、ＥＢ−ＩＡＤ等）を実行することにより堆積することができる。セラミックコーティングは、数百ミクロンまでの厚さに堆積することができる。一実施形態では、セラミックコーティングは、約５〜３０ミクロンの厚さに堆積される。一実施形態では、セラミックコーティングは、約５〜１０ミクロンの厚さに堆積される。一実施形態では、セラミックコーティングは、約２０〜３０ミクロンの厚さに堆積される。
ブロック５２０において、ネガマスクがコーティングされたセラミック体上に配置される。ネガマスクは、ディスク状の形状を有する円形マスクであってもよい。ネガマスクは、セラミック体の直径より僅かに小さい直径を有することができる。更に、ネガマスクは、多数の貫通穴を含むことができ、各貫通穴は、セラミック体上に形成されるメサのネガである。ネガマスクについては、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７を参照して以下に詳細に説明する。一実施形態において、ネガマスクは、接着剤によりセラミック体に結合される（例えば、セラミック体に接着される）。代替的に、ネガマスクは、機械的なホルダによりセラミック体の所定の位置に保持されてもよい。
ブロック５２５において、セラミック材料はネガマスクの穴を介して堆積され、丸いエッジを備えたメサを形成する。更に、セラミック材料は、セラミック体の周縁部でセラミック体の露出部分上に堆積され、その上にリングを形成することができる。リングは、メサと同時に形成されてもよい。メサ及びリングは、コンフォーマルで、高密度であってもよく、上記ブロック５０５を参照して説明された堆積技術のいずれかにより堆積してもよい。例えば、メサ及びリングは、ＩＡＤ（例えば、ＥＢ−ＩＡＤ等）を用いて堆積してもよい。
一実施形態では、マスクの穴は、フレア状に広がった上端部及びフレア状の下端部を有する。フレア状の上端部は、材料を穴に流入させて堆積速度を高めるための漏斗として作用する。フレア状の下端部は、穴のアスペクト比（例えば、１：２〜２：１のアスペクト比）と共に、堆積されるメサ、及び／又は、堆積されるリングの形状を制御するように作用することができる。例えば、フレア状の下端部と組み合わされたアスペクト比は、堆積されるメサが丸いエッジ、及び／又は、トップハットプロファイルを有することを可能にする。更に、フレア状の下端部は、メサが穴の壁に接触することを防止する。これにより、メサがマスクに結合すること、及び、マスクがセラミック体に結合することを防ぐことができる。
一実施形態において、リングの内側エッジは丸いが、リングの外側エッジは丸くない。これは、ネガマスクの形状により、リングの内側エッジは堆積中に丸められるが、マスクのいかなる部分もリングの外側エッジにおいて堆積形状を制御しないからである。代替的に、リングのエッジが丸くなくてもよい。
ブロック５３０において、マスクがセラミック体から除去される。ブロック５３５において、メサ及びリングが研磨される。メサを研磨するためにソフト研磨プロセスを実行することができる。ソフト研磨は、少なくとも部分的にメサの壁及びメサの頂部を研磨することができる。
方法５００では、保護セラミックコーティングを、メサ及びリングの堆積前に堆積した。しかしながら、代替的な実施形態では、メサ及びリングを保護セラミックコーティング前に堆積することができ、保護セラミックコーティングをメサ上に堆積することができる。保護セラミックコーティングは、高度にコンフォーマルであってもよく、従って、メサ及びリングの上で保護セラミックコーティングが堆積した後であっても、メサ及びリングの形状は変更されない可能性がある。
図６Ａ〜図６Ｃは、静電チャック６４０の表面上に丸いエッジを備えた円形メサを形成するためのマスク６１０を介したセラミック材料の堆積を示す。マスク６１５は複数の穴６１５を含む。一実施形態では、マスクの厚さは約１〜３ｍｍである。一実施形態では、マスクの厚さは約２ｍｍである。一実施形態では、穴は約０．５〜３ｍｍの直径を有する円形穴である。一実施形態では、穴は約０．５〜２ｍｍの直径を有する。一実施形態では、穴は約１ｍｍの直径を有する。一実施形態では、穴は等しい大きさである。代替的に、穴は異なる直径を有してもよい。一実施形態では、穴は、１：２〜２：１のアスペクト比（幅の高さに対する比）を有する。
図示されるように、いくつかの実施形態では、穴はフレア状の上端部６２０とフレア状の下端部６２５を有する。フレア状の端部は、穴の最も狭い領域での穴の直径よりも約３０〜７０％大きい直径を有することができる（例えば、保持中に垂直にセンタリングされる）。一実施形態では、フレア状の端部は、最も狭い領域での穴の直径よりも約５０％大きい直径を有する。上端部及び下端部は、同じ形状及びサイズのフレアを有することができる。代替的に、上端部は、下端部のフレアとは異なるサイズ、及び／又は、形状のフレアを有することができる。
マスク６１０は静電チャック６４０上に配置され、静電チャックはその表面上に堆積された保護セラミック層６３５を含む。図６Ａでは、丸いエッジを備えた小さなメサ６３０が堆積された。図６Ｂでは、堆積は継続し、小さなメサ６３０が丸いエッジを備えた大きなメサ６３１となった。図６Ｃでは、堆積が継続して完了し、メサ６３２は最終サイズに達した。特に、メサ６３２はフレア状の下端部６２５により穴６１５の壁に接触しない。
図７は、一実施形態による、静電チャックのセラミック体７０５上にメサ及びリングを形成するために用いられるマスク７１０の平面図を示す。図示のように、マスク７１０は、セラミック体７０５の第２の直径よりも小さい第１の直径を有するネガマスクである。従って、堆積プロセスにより、マスク７１０により覆われていないセラミック体であるセラミック体の周縁部にリングを形成することができる。更に、マスク７１０は多くの穴７１５を含む。堆積プロセスにより、メサが穴７１５の各々に形成される。
上記の説明は、本発明のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、多数の特定の詳細（例えば、特定のシステム、コンポーネント、方法等）を述べている。しかしながら、当業者には、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施することができることは明らかであろう。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の要素又は方法は詳細には記載されず、又は、単純なブロック図形式で示されている。従って、記載された特定の詳細は単なる例示である。特定の実施形態はこれらの例示的な詳細を変えることができ、依然として本発明の範囲内にあると考えられる。
本明細書を通して、「一（ｏｎｅ）実施形態」又は「一（ａ）実施形態」は、実施形態に関連して説明した特定のフィーチャ、構造又は特性が少なくとも１の実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じて「一（ｏｎｅ）実施形態」又は「一（ａ）実施形態」という表現が出た場合、必ずしも全て同じ実施形態を指しているとは限らない。更に、「又は」という用語は、排他的な「又は」ではなく包括的な「又は」を意味することを意図している。「約」又は「およそ」という用語が本明細書で用いられる場合、提示される名目値が±１０％以内で正確であること意味する。
本明細書の方法のオペレーションは特定の順序で示され説明されているが、各方法のオペレーションの順序は変えられてもよく、これによって、特定のオペレーションを逆の順序で実行し、又は、特定のオペレーション、特に少なくともその一部を他のオペレーションと並行して実行することができる。別の実施形態では、個別オペレーションのインストラクション又はサブオペレーションは、間欠的、及び／又は、交互の方法であってもよい。一実施形態では、複数の金属ボンディングオペレーションが単一ステップとして実行される。
上記の説明は例示的なものであり、限定的でないことを意図していると理解すべきである。上記の説明を読み、理解すれば、当業者には他の多くの実施形態は明らかである。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、このような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに決定されるべきである。

Claims (14)

  1. 静電チャックであって、
    埋設電極を含むセラミック体と、
    セラミック体の表面上の第１セラミックコーティングであって、セラミック体内の小孔を充填する第１セラミックコーティングと、
    第１セラミックコーティング上の第２セラミックコーティングと、
    第２セラミックコーティング上の複数の楕円形メサを備え、複数の楕円形のメサは丸いエッジを有する静電チャック。
  2. セラミック体は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３を含み、
    セラミックコーティングは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、及びＡｌＯＮからなる群からの材料を含み、
    複数の楕円形メサの各々は前記材料を含む請求項１記載の静電チャック。
  3. 複数の楕円形メサは複数の円形メサを含む請求項１記載の静電チャック。
  4. セラミックコーティングは約５〜３０ミクロンの厚さを有し、
    複数の円形メサは、約０．５〜２．０ｍｍの直径及び約２〜２０ミクロンの厚さを有する請求項３記載の静電チャック。
  5. 第１セラミックコーティングはセラミック体と同一材料を含む請求項１記載の静電チャック。
  6. セラミックコーティングは約４〜１０マイクロインチの平均表面粗さを有する請求項１記載の静電チャック。
  7. セラミックコーティングは、イットリウム、アルミニウム及び酸素を含むアモルファスセラミックを含み、アモルファスセラミックの少なくとも８％がイットリウムである請求
    項１記載の静電チャック。
  8. 研磨する前に静電チャックのセラミック体上に第１セラミックコーティングを堆積させる工程であって、第１セラミックコーティングはセラミック体内の小孔を充填している工程と、
    第１セラミックコーティングを研磨して、研磨された表面を形成する工程と、
    研磨された表面上に第２セラミックコーティングを堆積し、コーティングされたセラミック体を製造する工程と、
    複数の楕円形の穴を含むマスクをコーティングされたセラミック体上に配置する工程と、
    マスクの複数の楕円形の穴を介してセラミック材料を堆積し、コーティングされたセラミック体上に複数の楕円形メサを形成する工程であって、複数の楕円形メサは丸いエッジを有する工程と、
    コーティングされたセラミック体からマスクを除去する工程と、
    複数の楕円形メサを研磨する工程を含む方法。
  9. 第１セラミックコーティングはセラミック体と同一材料を含む請求項８記載の方法。
  10. セラミック体はＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３を含み、
    セラミックコーティングは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、及びＡｌＯＮからなる群からの材料を含み、
    複数の楕円形メサの各々は前記材料を含む請求項８記載の方法。
  11. セラミックコーティングは、イットリウム、アルミニウム及び酸素を含むアモルファスセラミックを含み、アモルファスセラミックの少なくとも８％がイットリウムである請求項８記載の方法。
  12. マスクの複数の楕円形の穴は、上端部及び下端部がフレア状に広がった複数の円形の穴である請求項８記載の方法。
  13. 複数の楕円形メサは、直径が約０．５〜２．０ｍｍであり、厚さが約２〜２０ミクロンの複数の円形メサである請求項１２記載の方法。
  14. セラミック体の表面を研磨する工程は、表面を約４〜１０マイクロインチの平均表面粗さに研磨する工程を含む請求項８記載の方法。
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