JPH08203991A - 多電極静電チャック - Google Patents

多電極静電チャック

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JPH08203991A
JPH08203991A JP18018095A JP18018095A JPH08203991A JP H08203991 A JPH08203991 A JP H08203991A JP 18018095 A JP18018095 A JP 18018095A JP 18018095 A JP18018095 A JP 18018095A JP H08203991 A JPH08203991 A JP H08203991A
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シャモウィリアン シャモウィル
Samuel Broydo
ブロイド サミュエル
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ビラン マヌーチャー
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 チャックの迅速な取付け取り外し、チャック
と支持体間の良好な熱伝達を可能にすると共に、基板の
堆積する腐食汚染物質の形成を最小にする固定装置を提
供する。 【構成】 基板４２を処理時に保持するための多極静電
チャック２０は、第１電極２２、第２電極２４、下部２
６ａ、中央部２６ｂ、及び上部２６ｃを有する絶縁体２
６とを備える。処理チャンバー４１は支持体４４にチャ
ック２０を載置するのに適した底面２８を持ち、基板４
２を保持する上面３０を有する。第１、第２電極は単極
または双極の構造でもよい。作業中、チャックは、その
底面が支持体の上に載置され、その第１電極が支持体に
対して電位差を与えられると、第１静電力がチャックを
支持体の上に保持する。又その第２電極が、その上に載
置された基板に対して電位差を与えられると、第２静電
力が基板をチャックに保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハ等のよ
うな基板の処理時に基板を保持する静電チャックに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業においては、基板の処理時に
基板を支持体に保持するために静電チャックが使用され
る。静電チャックは、通常、ベ−スと、ベ−スの上の電
気絶縁層と、電気絶縁層に埋め込まれた単一の電極とを
備える。使用中、チャックは処理チャンバ内の支持体に
固定され、基板はチャックの上に置かれる。
【０００３】チャック内の電極には電圧源によって基板
に対して電位差がかけられる。相反する静電荷がチャッ
クの電極と基板に蓄積するが、絶縁層が両者の間の電荷
の流れを妨げる。静電荷の蓄積によって生じる静電力
は、基板を処理する間、基板をチャックに保持する。
【０００４】静電チャックは、例えば Brigliaの米国特
許第 4,184,188号、Tsukada の米国特許第4,399,016
号、Abe の米国特許第4,384,918 号、Shamouilian 他に
よる１９９４年１月３１日出願の米国特許出願番号 08/
189,662 、発明の名称「静電チャック」、および Watan
abe 他の「アルミナ静電チャックの静電力と吸収電
流」、Japanese Journal of Applied Physics, 31 (199
2), 2145〜 2150 ペ−ジ（これらはすべてここに引用に
より本明細書の一部とする）に一般的に説明されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】静電チャックを処理チ
ャンバ内の支持体に固定する従来の方法には、ねじ、ク
ランプ、および接着結合層の使用が含まれる。しかし、
従来の固定方法にはいくつかの難点がある。第１に、ね
じやクランプではチャックを迅速に交換することができ
ない。通常、静電チャックは、酸素、塩素、及び弗素の
プラズマを含むような腐食性の処理雰囲気で使用される
場合、頻繁な交換が必要となる。その理由は、腐食性雰
囲気中でチャック上の電極と絶縁層が腐食するからであ
る。チャックが支持体にねじ止めされたりクランプされ
ると、チャックの迅速な取り外しや交換ができない。
【０００６】更に、チャックの固定に使用されるねじや
クランプが腐食性雰囲気中で腐食して、チャックの迅速
な交換を一層難しくする。また、腐食した部品は汚染粒
子を形成し、それが基板上に堆積して基板を汚染する。
このような汚染は、基板が完全に処理されるまで発見さ
れないことが多く、その額は５万ドルを超え、歩留まり
の低下と処理コストの増加をもたらす。
【０００７】クランプやねじを使ってチャックを支持体
に固定する場合のもう一つの問題は、スクリューやクラ
ンプによって加えられる不均一な圧力により、しばし
ば、チャックと支持体の接触が不均一になることであ
る。チャックと支持体との間の境界面の不均一な接触が
境界面を通る熱伝達を妨げるので基板処理中に、チャッ
ク上の基板が過熱する。
【０００８】従って、チャックの迅速な取付け取外し、
チャックと支持体間の良好な熱伝達を可能にするととも
に、基板に堆積する腐食汚染物質の形成を最小にする固
定装置、すなわちチャックを支持体に保持する装置が要
求される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の静電チャックは
これらの要求を満足させるものである。この静電チャッ
クは、（ａ）第１電極および第２電極と、（ｂ）下部、
中間部、および上部を有する絶縁体とから成る。絶縁体
の下部は第１電極の下方にあって、処理チャンバ内の支
持体上にチャックを載置するのに適した底面を持つ。絶
縁体の中間部は第１電極および第２電極の間にある。絶
縁体の上部は第２電極の上にあって、基板を保持する上
面を有する。
【００１０】作動中、静電チャックはその底面が支持体
の上に載るように、処理チャンバ内の支持体上に置か
れ、チャックの上面に基板が置かれる。第１電圧が第１
電極に印加されると、チャックは第１静電力により支持
体上に保持される。第２電圧が第２電極に印加される
と、基板が第２静電力によりチャックに保持される。
【００１１】絶縁体の少なくとも一方の面、すなわち底
面か上面のいずれか、またはその両面に、間隔をあけた
複数の溝を持つことが望ましい。溝は、チャック上に載
置された基板を冷却する冷却剤を保てるような寸法で分
布している。
【００１２】通常、基板は円板形であるので、通常、チ
ャックは真円柱形である。通常、チャックの第１電極お
よび第２電極は平面で、更に一般的には円板形である。
第１電極および第２電極は、単極電極でもよいし双極電
極でもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】図２において、本発明による静電
チャック２０は、一般的に（i ）第１電極２２と、（i
i）第２電極２４と、（iii ）絶縁体２６と、から構成
される。絶縁体２６は第１電極２２の下方に下部２６ａ
を、第１電極および第２電極２２、２４の間に中間部２
６ｂを、第２電極２４上に上部２６ｃを有する。また、
チャック２０は底面２８と上面３０を持つ。
【００１４】ここで、本発明のチャック２０の作動を図
１に関連して説明する。図１に示す形式のチャックは単
極の第１電極２２を持つが、代わりに、チャックは図２
（ｂ）に示すような双極電極２２ａ、２２ｂ、例えば B
rigliaの米国特許第4,184,188 号、Abe の米国特許第4,
384,918 号、および Tsukada他の特許（これらはすべて
ここに引用により本明細書の一部とする）に開示された
双極電極を有することもできる。
【００１５】図１には処理チャンバ４１を有し、シリコ
ンウェーハなどの基板４２を処理するために使用できる
代表的な装置４０を示す。ここに示した装置４０の実施
例は基板４２のプラズマ処理に適しており、チャック２
０の作動を説明するために提示されたものである。装置
４０を、本発明の範囲を限定するものと解釈してはなら
ない。
【００１６】例えば、チャック２０は非プラズマ装置の
ような他の処理装置にも使用することができる。
【００１７】装置４０は、一般的に（i ）支持体４４
と、（ii）本発明による静電チャック２０と、（iii ）
外部第１電気回路４６と、（iv）外部第２電気回路４８
とを備える。
【００１８】オプションとして、装置４０を基板４２の
プラズマ処理に使用する場合、処理チャンバ４１は電気
的接地面５０も有する。第３電気回路５２は、支持体４
４と電気的接地面５０との間にプラズマを形成するた
め、支持体４４に高周波電力を供給する。
【００１９】更に、以下に説明するように、第４電気回
路（図示せず）を使用して支持体４４に直流電圧を供給
し、第１電極２２に対して支持体４４に電位差をかける
ことができる。基板４２を一定温度に保つために基板４
２から熱を除去する必要があるときは、冷却剤源５４が
使用される。
【００２０】処理チャンバ４１内の支持体４４は、通
常、導電性部分を有し、その導電性部分は装置４０内の
プラズマ処理用の処理電極として働く。支持体４４の導
電性部分は、通常、導電性金属、例えばアルミニウム、
銅、ニッケル、クロム、鉄、およびそれらの合金から作
られる。支持体４４は、静電チャック２０を保持する寸
法と形状の上面６０を有する。上面６０は実質的に平坦
でもよいし、面内に、チャック２０を冷却する冷却剤を
保つ寸法で間隔をあけた溝（図示せず）を設けることも
できる。
【００２１】図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、チ
ャック２０の第１と第２の電極２２、２４は、それぞれ
第１電気回路と第２電気回路４６、４８へ電気的に接続
される。第１コネクタ７０ａはチャック２０の第１電極
２２を第１電気回路４６へ電気的に接続し、第２コネク
タ７０ｂは第２電極２４を第２電気回路４８へ電気的に
接続する。第１電気回路と第２電気回路４６、４８は、
チャック２０の第１電極および第２電極２２、２４へ電
圧を供給する電圧源として機能する。
【００２２】基板４２を処理するために、チャック２０
はその底面２８が支持体４４の上面６０に接するように
支持体４４の上に載置され、基板４２はチャック２０の
上面３０の上に載置される。処理ガスが装置４０の処理
チャンバに導かれ、処理ガスからプラズマが発生する。
【００２３】チャック２０を支持体４４に固定するため
に、第１電気回路４６と第３電気回路５２に通電する。
第１電気回路４６により第１電極２２に印加された電圧
は、第３電気回路５２と任意の第４電気回路（図示せ
ず）によって支持体４４に印加された電圧とともに働い
て、間の絶縁層２６ａに隣接する第１電極２２と支持体
４４とに相反する静電荷を蓄積させる。この相反する静
電荷はチャック２０を支持体４４に固定する誘引性の静
電力となる。静電固定装置は、単に電気回路の通電を止
めるだけでチャック２０の迅速な交換が可能となるので
有利である。また、チャックは、プラズマに曝されて腐
食するねじやクランプなどの部品を持たないので、基板
の腐食汚染を抑制する。
【００２４】基板４２は、第２電気回路４８に通電する
ことによりチャック２０に固定される。第３電気回路５
２は装置４０の電気的接地面５０に対して支持体４４に
電位差をかけるので、荷電プラズマ核種(species) は基
板４２の方向に誘引されて基板４２に衝突する。基板４
２に衝突する荷電核種は第２電極２４に印加された電圧
と協同して、相反する静電荷を、間の絶縁層２６ｃに隣
接する基板４２と第２電極２６とに蓄積させる。相反す
る静電荷は基板４２をチャック２０に保持する静電力と
なる。このような方法で、基板を接地することなく、第
２電極２４に対して基板４２に電位差をかける。
【００２５】第１電気回路と第２電気回路４６、４８
は、チャック２０、電極２２、２４および基板４２の大
きさに従って変わる。これらの回路は、第１電極２２と
第２電極２４に十分な電圧が印加される限り、チャック
２０を陰極１４に保持し、基板４２をチャック２０に保
持するようにそれぞれ変更できる。適切な第１電気回路
と第２電気回路４６、４８は、１０ＭΩの抵抗を介して
高電圧リードアウト（readout ）に接続される高圧直流
電源、すなわち１０００〜３０００ボルトの電源を備え
ている。回路内の１オームの抵抗器が回路を流れる電流
を制限し、５００ｐＦのコンデンサが交流フィルタとし
て設けられている。
【００２６】図１に示すように、第３の電圧源５２は従
来方式の回路であって、一般に、装置４０のインピーダ
ンスをライン電圧のインピーダンスに整合させる無線周
波インピーダンスを、絶縁コンデンサ−と直列に備えて
いる。第４の電圧源（図示せず）は支持体４４に直流電
圧を供給して、チャック２０の第１電極２２に対して支
持体４４に電位差をかけるために使用される。第４電圧
源（図示せず）は、通常、従来方式の直流電圧源であ
る。
【００２７】図２（ｂ）に示すように、電極２２、２４
のいずれか一方が一対の電極から成る双極電極構造の場
合、一対の電極の各々に電圧が印加されるので、一対の
電極は反対の両極性に保たれる。双極電極構成は、基板
や支持体に電位差をかけることなく、基板４２または支
持体４４への静電荷の蓄積を可能にする。図２（ｂ）に
示す双極の第１電極２２ａ、２２ｂは、電位差を持たせ
る電圧を支持体４４に印加せずにチャックを支持体４４
に保持するために、使用することができる。双極電極構
成は、基板４２に電位差をかけるためのチェンジキャリ
ヤとして働く荷電プラズマ核種が存在しない非プラズマ
工程でチャック２０を使用する際、第２電極２４として
も有利な場合がある。チャック２０を取り外して交換す
るには、第１電気回路と第２電気回路の通電を止めて基
板４２をチャック２０から取り外すが、一旦回路の通電
が停止されると、ねじやクランプを取り外したり弛める
必要もなく、チャック２０を処理チャンバ４１から取り
外すことができる。
【００２８】チャック ここでチャック２０の性質を詳細に検討する。一般にチ
ャック２０は、チャック２０と基板４２の間の熱伝達面
を最大にするため、また基板４２を保持する広い表面を
提供するために、基板４２の形状と寸法に対応した形状
と寸法を有する。例えば、基板４２が円板形の場合は真
円柱形のチャック２０が好ましい。通常、真円柱チャッ
ク２０の直径は、通常約１２７ｍｍ乃至約２０３ｍｍま
で（５乃至８インチまで）の基板直径に合うように、約
１００ｍｍ乃至約３００ｍｍまでである。通常、チャッ
クの高さは約１．４７５乃至１．７２５ｍｍである。そ
の他に、チャック２０は基板４２と異なる形状であって
もよいし、基板４２と異なる大きさであっても良い。
【００２９】先に検討したように、チャック２０は、
（i ）第１電極２２と、（ii）第２電極２４と、（iii
）絶縁体２６とから構成される。チャック２０のこれ
ら各部部について以下に説明する。
【００３０】電極 チャック２０の第１電極および第２電極２２、２４の形
状と寸法は、チャック２０と基板４２の形状と寸法に従
って変わる。例えば、図に示すようにチャック２０が円
柱形の場合、第１電極と第２電極２２、２４は、支持体
４４および基板４２のそれぞれに接触する電極面積を最
大にするよう、ほぼ円板形にすることができる。第１電
極と第２電極２２、２４は単一平面導電要素として形成
され、連続体であるか、または図２および図３に示す第
１電極２２のように、特徴（features）パターンに加工
される。電極２２、２４が突起パターンを持つときは、
突起の間に基板４２を冷却する冷却剤を保持できる溝が
形成される。
【００３１】第１電極と第２電極２２、２４のいずれか
一方は、図２（ｂ）に示すように、一対の電極から成る
双極電極構造を持つことができる。従来の双極電極２２
ａ、２２ｂの構造、例えば Brigliaの米国特許第 4,18
4,188号、Abe の米国特許第 4,384,918号、および Tsuk
ada他の特許に開示された双極構造が適当であり、これ
らはすべてここに引用により本明細書の一部とする。通
常、電極２２ａ、２２ｂのような双極構造の各電極は、
一対の電極が相反する極性に保たれるように、他方の電
極の電圧源とは別の電圧源に接続される。通常、双電極
構造２２ａ、２２ｂは単一平面導電要素を形成する。通
常、一対の電極２２ａ、２２ｂのそれぞれの面積は実質
的に等しいので、その下にある支持体４４中に等価の反
対電荷が蓄積される。
【００３２】第１電極と第２電極２２、２４は、それぞ
れ導電性金属、例えば銅、ニッケル、クロム、アルミニ
ウム、鉄、およびそれらの合金で作られる。通常、第１
電極２２の厚さは約１μｍ乃至約１００μｍである。必
要に応じて、第１電極が絶縁体２６およびその上の第２
電極２４とを支持するベ−ス部材としての役割を果たす
場合、第１電極２２の厚さを約５０μｍ乃至約１００μ
ｍとする。通常、第２電極２４の厚さは約１μｍ乃至１
００μｍで、ごく一般的には約１μｍ乃至３０μｍであ
る。
【００３３】絶縁体 チャック２０の絶縁体２６は通常、（i ）底面２８を有
する下部２６ａと、（ii）電極２２と２４を分離する中
間部２６ｂと、（iii ）第２電極の上にあって、上面３
０を有する上部２６ｃとから構成される。
【００３４】絶縁体２６の上面３０には、間隔をあけた
溝８０を設け、それらの溝８０は、基板４２を冷却する
冷却剤源５４からの冷却剤を保持できる寸法、分布であ
ることが望ましい。溝８０は、第２電極２４の突起の間
にある交差チャンネルパターンで形成することができ
る。これに代わる溝パターンは、先に引用した Shamoui
lian他の米国特許「静電チャック」に記載されている。
チャック２０を冷却する冷却剤を保持するために、必要
に応じて、絶縁体２６の底面２８にも間隔をあけた溝
（図示せず）を設けることができる。
【００３５】絶縁体２６の全体厚さと絶縁体２６の各部
２６ａ、２６ｂ、２６ｃの厚さは、絶縁体２６の形成に
用いる絶縁材料の固有抵抗と誘電率に従って変化する。
絶縁材料の固有抵抗が増すにつれて、必要な厚さは反比
例して減少する。通常、絶縁材料の固有抵抗は約１０13
Ωｃｍ乃至１０20Ωｃｍの範囲であり、誘電率は少なく
とも約２、更に好ましくは約３である。絶縁材料の誘電
率が約３．５であれば、各部２６ａ、２６ｂ、２６ｃの
適切な厚さは約１μｍ乃至約１００μｍで、ごく一般的
には約２５μｍ乃至約１００μｍである。
【００３６】絶縁材料は、基板４２の加熱工程でチャッ
ク２０を使用できるように、５０℃を超える温度に耐え
ることが望ましく、また１００℃を超える温度に耐える
ことが更に望ましい。絶縁材料の絶縁破壊強度は、絶縁
材料を通る電子の流れを防ぐようにするためにできるだ
け大きくなければならない。通常、絶縁材料としてポリ
イミドを使用する場合、絶縁材料の絶縁破壊強度は少な
くとも約１００ボルト／ミル（３．９ボルト／ミクロ
ン）、ごく一般的には少なくとも約１０００ボルト／ミ
ル（３９ボルト／ミクロン）である。
【００３７】絶縁材料は、処理中に基板４２で発生する
熱がチャック２０を通って消散できるように、高い熱伝
導率を持つのが最も望ましい。絶縁体２６の熱伝導率
は、基板４２の過熱を防ぐのに十分な熱伝達を許容すべ
く、少なくとも約０．１ワット／ｍ／°Ｋでなければな
らない。
【００３８】絶縁体２６の適切な絶縁材料は、ポリイミ
ド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォ
ン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ
塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエチレン・テレフタレート、フルオロエチレン
・プロピレン共重合体、セルロース、トリアセテート、
シリコン、およびゴムなどの合成ポリマ−である。
【００３９】絶縁材料の中に、熱伝導率および／または
耐腐食性を増すための充填剤を入れることもできる。ダ
イヤモンド、アルミナ、ホウ化ジルコニウム、窒化ホウ
素、および窒化アルミニウムといった充填剤が望ましい
理由は、これらの材料が高い熱伝導率と良好な絶縁特性
を持つとともに高温に耐えられるからである。充填剤は
平均粒子サイズ約１０μｍ未満の粉末であることが望ま
しく、また絶縁材料の中に、約１０％乃至８０％、ごく
一般的には約２０％乃至５０％の体積比で分散すること
が望ましい。
【００４０】更に、チャック２０を腐食性処理雰囲気で
使用する場合、絶縁体２６を化学的劣化から守るため
に、絶縁体２６の上面３０に保護皮膜（図示せず）を塗
布することができる。好ましい保護皮膜とそれらの製作
工程は、例えば１９９３年２月２２日出願の Wu 他の米
国特許出願第08/052,018号、発明の名称「ＩＣ処理装置
に使用されるウェーハ支持体上の誘電材料の保護皮膜と
その形成法」に更に詳しく説明されており、これはここ
に引用により本明細書の一部とする。
【００４１】コネクタ チャック２０は、第１電極および第２電極２２、２４を
それぞれ第１電圧源と第２電圧源４６、４８に接続する
第１コネクタと第２コネクタ７０ａ、７０ｂも有してい
る。第１コネクタと第２コネクタ７０ａ、７０ｂは任意
の従来型電気接続装置から構成できる。例えば、第１コ
ネクタと第２コネクタ７０ａ、７０ｂは導電性ワイヤか
ら構成できる。
【００４２】第１コネクタと第２コネクタ７０ａ、７０
ｂは、チャック２０の迅速な取付けと交換ができるよう
係脱可能な構成であることが望ましい。係脱可能な好ま
しいコネクタは、図４（ａ）と図４（ｂ）に示すよう
に、チャック２０の孔８４、８６を通って延在してい
る。これらの構成において、両コネクタ７０ａ、７０ｂ
は、第１電極と第２電極２２、２４に接着されて下方に
延びる剛性導電部材９０ａ、９０ｂを有している。一対
の弾性導電部材９２ａ、９２ｂが、第１電気回路と第２
電気回路４６、４８に電気的に接続されて、支持体４４
に取り付けられている。弾性導電部材９２ａ、９２ｂは
それぞれ第１コネクタ７０ａ、７０ｂと垂直方向に整合
されている。チャック２０が支持体４４の上に配置され
ると、剛性導電部材９０ａ、９０ｂが弾性導電部材９２
ａ、９２ｂに押しつけられ、そのことにより電圧源４
６、４８は両電極２２、２４にそれぞれ電気的に接続さ
れる。
【００４３】剛性導電部材９０ａ、９０ｂは、通常、ス
タッドまたはロッドを有する。剛性導電部材９０ａ、９
０ｂの長さは、絶縁体２６の厚さと絶縁体２６内の下部
電極２４の位置に従って変わる。通常、剛性導電部材９
０ａ、９０ｂは、長さが約５ｍｍ未満で、直径は約５ｍ
ｍ乃至２０ｍｍである。
【００４４】弾性導電部材９２ａ、９２ｂは、電気コネ
クタとしての働きに適した形状で構成した任意の可撓性
導電材料から構成することができる。この弾性部材は、
プラズマ処理雰囲気の腐食に耐える弾性導電材料で作る
ことが望ましい。適切な材料はアルミニウム合金または
燐青銅といった合金を含む。例えば、弾性導電部材９２
ａ、９２ｂは、図４（ａ）に示すようにマイクロスプリ
ングから構成できる。マイクロスプリングを使用すると
きは、スプリング９２ａ、９２ｂを剛性導電部材９０
ａ、９０ｂに確実に電気接続するために、接触パッド９
４ａ、９４ｂをマイクロスプリングの上に配置する。通
常、スプリングの長さは約５ｍｍ未満で、導電性接着剤
を使って支持体４４に固定されている。接触パッド９４
ａ、９４ｂは厚さ約１〜５ｍｍ、直径約１０ｍｍの円板
で、これも導電性接着剤でスプリングに接着されてい
る。
【００４５】支持体４４内の弾性導電部材９２ａ、９２
ｂの別の構造を図４（ｂ）に示す。この構造では、導電
部材９２ａ、９２ｂは可撓性のタブ９６ａ、９６ｂから
構成される。タブは支持体４４に取り付けられた第１固
定部分９８ａ、９８ｂと、剛性導電部材９０ａ、９０ｂ
に確実に電気接触するように成された第２延長部分１０
０ａ、１００ｂを有する。
【００４６】製造工程 本発明による静電チャック２０の好ましい製造工程を下
記に説明する。
【００４７】図２（ａ）、（ｂ）に示す形式のチャック
２０においては、第１電極２２の厚さは上部電極２４の
厚さより大きいのでチャック２０のベ−スの役割を果た
している。第１電極２２はアルミ板製であり、厚さ約５
０〜１００ミル（１．２〜２．５ｍｍ）、直径５〜８イ
ンチ（１２７〜２０３ｍｍ）の真円柱形に切り出され
る。アルミ板の底面と上面２８、３０は、板の表面粗さ
が約１μｍ未満になるまで、従来方式のアルミ研磨技術
を用いて研磨される。板の表面研磨は、板の底面と上面
２８、３０が支持体４４と基板４２にそれぞれ一様に接
触するようにするためには不可欠である。これによっ
て、基板４２、チャック２０、および支持体４４の間の
効率的な熱伝達が可能となる。研磨後、研磨屑を除去す
るために板を完全に洗浄する。
【００４８】絶縁体２６の下部と中間部２６ａ、２６ｂ
は、第１電極２２の両側に絶縁材料をコーティングする
ことによって形成される。適切な絶縁材料は、デラウェ
ア州Wilmington の DuPont de Nemours Electronics C
o.から市販されているポリイミドである「ＰＹＲＡＬＩ
Ｎ」である。絶縁材料は、スピンコーティング、ディッ
プコーティング、スプレー、塗布、または先に引用した
Shamouilian他の米国特許出願第 08/189,662 号、発明
の名称「静電チャック」に開示された加圧成形法を使っ
て電極２４にコーティングすることができる。絶縁材料
を電極２４の一方の側にスピンコーティングして４００
℃の温度まで加熱することによって硬化させ、その工程
を電極２４の他方の側に対して反復することが望まし
い。絶縁材料がポリイミドの場合、ポリイミドを電極２
４の両側に約５０ミクロンの厚さにコ−ティングする。
【００４９】パターン化された上部電極２４は絶縁層２
６ｂの上に形成される。上部電極２４は、例えば電気メ
ッキ法、化学的蒸着法、および物理的蒸着法を含む様々
な技術で形成することができる。電極層を形成する好ま
しい方法は、下記ステップを含むマルチステップ電気メ
ッキ工程を備える：すなわち（i ）絶縁層２６ｂに「シ
ード（seed）」となるクロム層をスパッタ堆積するステ
ップ、（ii）スパッタリングしたクロムをパターン化さ
れたレジスト層でコーティングするステップ、（iii ）
レジスト層をパターン加工するステップ、（iv）レジス
トによってコーティングされないクロムシード層の部分
に銅のような金属を電気メッキするステップ、である。
マルチステップ電気メッキ工程を以下に説明する。
【００５０】電気メッキ工程の第１ステップでは、クロ
ム層が絶縁層２６ｂの上にスパッタリングされて、後か
ら堆積される電気メッキ層の核の成長(nucleating grow
th)のための「シード」層を提供する。クロム層は、通
常、約１００〜２００ミクロンの厚さにスパッタリング
される。従来のクロムスパッタリング技術、例えば米国
特許第4,131,530 号、米国特許第4,022,947 号、米国特
許第 4,392,992号、および J. A. Thortonの「プラスチ
ック類への堆積」Society of Vacuum Coaters第１８回
全米会議（１９７５年４月７日〜９日フロリダ州 Key B
iscayne ）の議事録８〜２６頁に一般的に開示された技
術が適当である。
【００５１】次のステップでは、レジスト層、例えばデ
ラウェア州 Wilmington の DuPontde Nemours Chemical
Co. で製造されたフォトレジスト「ＲＩＳＴＯＮ」が
クロム「シード」層の上に塗布される。フォトレジスト
層を、第２電極２４の望ましい構造に対応したパターン
に加工するために、フォトリソグラフ法、例えばAbe他
の米国特許第 4,952,528号、Schnur他の米国特許第 5,0
79,600号、および Das他の米国特許第 5,221,422号（こ
れらはすべてここに引用により本明細書の一部とする）
に説明された方法が使用される。好ましい第２電極２４
のパターンを図３に示す。パターン化されたレジスト層
は、電気メッキ工程中、レジスト塗布部分への電気メッ
キ金属の堆積を妨げる。
【００５２】電気メッキ工程においては、レジスト塗布
層が電気メッキされ、パターン化された第２電極２４が
レジスト塗布部分の間に形成される。電気メッキによる
約１０ミクロンの厚さの銅で電極２４を形成することが
望ましい。従来の銅メッキ技術、例えば Sonnenberg 他
の米国特許第 5,252,196号、Bernards他の米国特許第5,
004,525号、Luce他の米国特許第 4,898,647号、および
Miljkovicの米国特許第4,948,474 号に開示された技術
が適しており、これらはすべてここに引用により本明細
書の一部とする。
【００５３】パターン化された第２電極２４をチャック
２０の上に形成した後、残存レジストと残存クロムをチ
ャック２０からエッチングする。残存レジストはウェッ
トケミカルエッチング法かプラズマエッチング法によっ
て除去する。適切なウェットケミカルエッチング法で
は、８０℃に加熱されたＮ−メチルパイロリドン(N-met
hyl-pyrolidone) 溶液にチャック２０を約１０分間浸漬
する。他の方法としては、プラズマエッチング技術、例
えば Irving 他の米国特許第 3,837,856号、Neisius 他
の米国特許第 4,786,578号、および Fujimura 他の米国
特許第 4,938,839号（これらはすべてここに引用により
本明細書の一部とする）に一般的に開示された酸素プラ
ズマ利用技術も、残存レジストのエッチングに使用でき
る。残存レジストの除去後、残存クロムは、ウェットケ
ミカルエッチング工程、例えばチャック２０を過硫酸ナ
トリウムの溶液に浸漬した後に過マンガン酸カリウムの
溶液に浸漬して除去する。
【００５４】パターン化された上部（第２）電極２４を
形成する他の方法は次の工程から成る：すなわち（i ）
上記に開示された電気メッキ、化学的、物理的蒸着技術
を含む適切な金属堆積技術を用い、連続した金属層を絶
縁層２６ａ、２６ｂ、２６ｃに堆積させる工程、（ii）
上記に引用した従来方式のレジストパターン化技術を使
って、パターン化されたレジスト層を連続金属層の上に
形成する工程、（iii）ウェットケミカルまたはリアク
ティブ・イオン・エッチングプロセスによって、レジス
ト塗布部分の間に露出する金属層の部分をエッチングす
る工程、である。パターン化された第２電極２４を形成
する適切な金属エッチングプロセスは、Franco他の米国
特許第 3,615,951号、Douglas の米国特許第 5,100,499
号、Hall他の米国特許第 5,167,748号、Catheyの米国特
許第 5,185,058号、 Shinoharaの米国特許第 5,200,032
号、Cheng の米国特許第 5,215,619号、および Kadomur
a他の米国許第 5,221,430号（これらはすべてここに引
用により本明細書の一部とする）に一般的に説明されて
いる。エッチング後、チャック２０上の残存レジストは
上記のウェットケミカル法またはドライエッチング法を
用いて除去される。
【００５５】次に、図２に示すように、第２電極２４の
上にポリイミドをスピンコーティングすることによっ
て、第２電極２４の上に絶縁体２６の上部２６ｃが形成
されて第２電極２４とチャック２０の側面を包むポリイ
ミド層を形成する。粘性のあるポリイミドが第２電極２
４の突起の間のチャンネルに流入して、チャック２０の
上面３０に複数の溝８０を形成する。溝８０は、通常、
数ミクロンの深さであるが、チャック２０上の基板４２
を冷却する冷却剤を保つには十分な深さである。ポリイ
ミドを４００℃に加熱してこのポリイミド皮膜を硬化さ
せる。第２電極２４を包む絶縁層２６ｃの厚さは約５０
ミクロンが適切である。
【００５６】代替的に、図１に示すタイプのチャック２
０のように、第２電極２４が平らな円板形の場合、ポリ
イミド層２６ｃの溝８０は次の方法で形成できる：すな
わち（i ）上記の従来方式のレジストパターン化技術を
使って、パターン化されたレジスト層を絶縁層２６ａの
上に形成する工程、（ii）プラズマエッチングプロセス
を使って、レジスト塗布絶縁層２６ｃの溝８０をエッチ
ングする工程、である。適切なプラズマエッチングプロ
セスは、例えば Cheng他の米国特許第 5,215,619号、お
よび Wang の米国特許第 4,574,177号に一般的に開示さ
れており、これらはすべてここに引用により本明細書の
一部とする。プラズマエッチング後、チャック２０上の
残存レジストは、先に説明したように、ウェットケミカ
ルまたドライエッチング法によってエッチングすること
ができる。より深い溝８０を望むときは、上記のよう
に、パターン化された上部電極２６の上の溝８０を深く
するためにプラズマエッチングを用いることもできる。
また、溝パターンはチャック２０の底面２８上にエッチ
ングし、溝８０に保持されたヘリウムで底面２８を冷却
することができる。
【００５７】チャック２０上に電極２２、２４と絶縁体
２６を形成した後、第１と第２のスタッド９０ａ、９０
ｂを挿入する開口部を設けるため、また溝８０に冷却用
ガスを流す通路を設けるため、第１孔と第２孔８４、８
６と冷却剤孔８２がチャック２０の底面２８から絶縁層
２６ｂ、２６ｃを貫通してエッチングする。冷却剤孔８
２はチャック２０全体を貫通してエッチングする。第１
孔８４は第１電極２２を露出させるように下部絶縁層２
６ｃのみを貫通してエッチングする。第２孔８６のエッ
チングは、第２電極２４が露出するまで、下部絶縁層２
６ｃ、下部電極２４、および絶縁層２６ｂを貫通してエ
ッチングする。絶縁層２６ａ、２６ｂ、２６ｃを通る孔
８４と８６の部分は、レーザーエッチングプロセス、例
えば Tessier他の米国特許第 5,221,426号、Gotoの米国
特許第 5,185,295号、Woolhouseの米国特許第 4,236,29
6号、および Schulte他の米国特許第 4,388,517号と第
4,448,636号（これらはすべてここに引用により本明細
書の一部とする）に一般的に説明されているプロセスを
使ってエッチングすることが望ましい。金属電極層を貫
通する孔８４、８６の部分は、従来の金属用ウェットケ
ミカルエッチング剤を使ってエッチングすることが望ま
しい。エッチング工程の間、チャック２０を保護するた
め、ポリ塩化ビニールのテープでチャック２０の上面３
０の周辺を覆っておく。
【００５８】孔８４、８６をエッチングした後、第１ス
タッドと第２スタッド９０ａ、９０ｂを孔８４、８６を
通してチャック２０に挿入し、導電性接着剤を使ってそ
れぞれ上部と下部の電極２２、２４に接着する。スタッ
ド９０ａ、９０ｂは、孔８４、８６に挿入するのに、ま
た電極２２、２４をそれぞれ回路４６、４８に接続する
のに適した形状と寸法を持っている。
【００５９】次に、スプリング９２ａ、９２ｂと接触パ
ッド９４ａ、９４ｂを、導電性接着剤を使って相互に接
着すると共に、支持体４４に接着し、チャック２０の製
作を完了する。
【００６０】本発明をいくつかの好ましい形式について
かなり詳しく説明したが、当業者にとっては、他の様々
な形式は自明のことであろう。例えば、第１電極と第２
電極２２、２４は、ともにパターン化することができ
る。また、絶縁層２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、本明細書
で説明、図示した連続層ではなく、非連続層にすること
もできる。従って、添付の請求項の精神と範囲は、当然
のことながら、本明細書に記載される好ましい形式の記
述に限定されない。
【００６１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、チャックの迅速な取付け取り外し、チャッ
クと支持体間の良好な熱伝達を可能にすることができ、
基板の堆積する腐食汚染物質の形成を最小にする固定装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックを含む処理チャンバの部
分断面概略側面図である。
【図２】本発明の静電チャックの別の形式の断面概略側
面図であり、分図（ｂ）は絶縁体の中の双極電極を示
す。
【図３】チャックの上面の平面図である。
【図４】図２のチャックの部分断面概略側面図である。
【符号の説明】
２０…静電チャック、２２…第１電極、２２ａ、２２ｂ
…双極電極、２４…第２電極、２６…絶縁体、２６ａ…
絶縁体の下部、２６ｂ…絶縁体の中間部、２６ｃ…絶縁
体の上部、２８…チャックの底面、３０…チャックの上
面、４０…装置、４１…処理チャンバ、４２…基板、４
４…支持体、４６…外部第１電気回路、４８…外部第２
電気回路、５０…電気的接地面、５２…第３電気回路、
５４…冷却剤源、６０…上面、７０ａ…第１コネクタ、
７０ｂ…第２コネクタ、８０…溝、８２…冷却剤孔、８
４、８６…孔、９０ａ、９０ｂ…剛性導電部材（スタッ
ド）、９２ａ、９２ｂ…弾性導電部材（スプリング）、
９４ａ、９４ｂ…接触パッド、９６ａ、９６ｂ…可撓性
タブ、９８ａ、９８ｂ…第１固定部分、１００ａ、１０
０ｂ…第２延長部分。
フロントページの続き (72)発明者 サミュエル ブロイド アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94022， ロス アルトス ヒルズ， プ リシマ ロード 26496 (72)発明者 マヌーチャー ビラン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95030， ロス ガトス， フェイヴル リッジ ロード 18836

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理チャンバー内の支持体の上に基板を
    保持する静電チャックであって、 （ａ）第１電極および第２電極と、 （ｂ）(i) 該第１電極の下方にあり、該処理チャンバー
    の該支持体の上に載置するのに適した底面を持つ下部
    と、(ii)該第１電極と該第２電極の間にある中央部と、
    (iii) 該第２電極の上方にあり、上に基板を保持するの
    に適した上面を持つ上部とを有する絶縁体と、を備え、 該チャックが該処理チャンバー内の支持体の上に載置さ
    れて第１電圧が該第１電極に印加されると、第１静電力
    が該チャックを該支持体の上に保持すると共に、 基板が該チャックの上面に載置されて第２電圧が該第２
    電極に印加されると、第２静電力が該基板を該チャック
    に保持する、チャック。
  2. 【請求項２】 該絶縁体の少なくとも一面が、その面内
    に該チャックの上の該基板を冷却する冷却剤を保つよう
    な寸法と分布で間隔をあけた溝を有する、請求項１記載
    のチャック。
  3. 【請求項３】 該絶縁体は約１０13Ωｃｍ乃至１０20Ω
    ｃｍの固有抵抗を有する、請求項１記載のチャック。
  4. 【請求項４】 該第１電極は単極電極を備える、請求項
    １記載のチャック。
  5. 【請求項５】 該第１電極は双極電極を備える、請求項
    １記載のチャック。
  6. 【請求項６】 該絶縁体の該下部、中央部、および上部
    の厚さは、それぞれ、約１μｍ乃至約１００μｍであ
    る、請求項１記載のチャック。
  7. 【請求項７】 該チャックは約１００ｍｍ乃至約３００
    ｍｍの直径の真円柱形である、請求項１記載のチャッ
    ク。
  8. 【請求項８】 該第１電極および該第２電極は実質的に
    平面である、請求項７記載のチャック。
  9. 【請求項９】 該第１双極電極は一対の電極を備え、ま
    た該第１電圧が該一対の電極を相反する電気的極性に保
    つ、請求項１のチャック。
  10. 【請求項１０】 該チャックは、該第１電極と該第２電
    極を該第１電圧源と該第２電圧源に電気的に接続するた
    めの係脱可能な(disengageable) 電気コネクタアセンブ
    リを備える、請求項１記載のチャック。
  11. 【請求項１１】 該係脱可能な電気コネクタアセンブリ
    は、それぞれ、剛性電気コネクタと弾性電気コネクタを
    備える、請求項１０記載のチャック。
  12. 【請求項１２】 該剛性電気コネクタは該チャックに取
    り付けられて電極に電気的に接続されると共に、該弾性
    電気コネクタは該チャンバー内の該支持体に取り付けら
    れて電圧源に電気的に接続され、また、該チャックを該
    支持体上に載置したとき、該剛性電気コネクタが該弾性
    電気コネクタに接触することによって、該電極を該電圧
    源に電気的に接続する、請求項１１記載のチャック。
  13. 【請求項１３】 該弾性電気コネクタは、該支持体に取
    り付けられて該電圧源に電気的に接続された第１部分
    と、該剛性電気コネクタに弾発的かつ電気的に接触する
    ようにした第２部分とを有する可撓性の部材を備える、
    請求項１２記載のチャック。
  14. 【請求項１４】 該弾性電気コネクタは （ａ）該チャンバー内の該支持体に取り付けられた導電
    性スプリングと、 （ｂ）該スプリングの上の導電性接触パッドと、を備え
    る、請求項１２記載のチャック。
  15. 【請求項１５】 処理チャンバー内の支持体の上に基板
    を保持する静電チャックであって、 （ａ）間隔をあけた第１電極および第２電極が内部に埋
    め込まれた絶縁体であって、該処理チャンバーの該支持
    体の上に載置されるのに適した底面と、上に基板を保持
    するのに適した上面とを有する絶縁体と、 （ｂ）該絶縁体の中の該第１電極および該第２電極に電
    気的に接続された、該電極を電圧源に接続するための係
    脱可能な電気コネクタと、を備え、 該チャックが処理チャンバー内の支持体の上に載置され
    て該第１電極が該支持体に対して電位差を与えられる
    と、第１静電力が該チャックを該支持体の上に保持する
    と共に、 基板が該チャックの上面に載置されて該第２電極が該基
    板に対して電位差を与えられると、第２静電力が該基板
    を該チャックに保持する、チャック。
  16. 【請求項１６】 基板を処理する処理チャンバーであっ
    て、 （ａ）導電部分を有する支持体と、 （ｂ）該支持体の上のチャックであって、該チャックを
    該支持体に静電的に保持する第１電極と、基板を該チャ
    ックに静電的に保持する第２電極とを有するチャック
    と、を備える処理チャンバー。
  17. 【請求項１７】 該チャックは、更に、（１）該第１電
    極の下方にあり、該処理チャンバーの該支持体の上に載
    置されるのに適した底面を持つ下部と、（２）該第１電
    極および該第２電極の間にある中央部と、（３）該第２
    電極の上方にあり、上に該基板を保持するのに適した上
    面を持つ上部とを有する絶縁体を備え、 該チャック
    は、該第１電極に第１電圧を印加することによって、該
    支持体に静電的に保持されると共に、 該基板は、該第２電極に第２電圧を印加することによっ
    て、該チャックに静電的に保持される、請求項１６記載
    の処理チャンバー。
  18. 【請求項１８】 該チャックの上の該絶縁体の少なくと
    も一面が、その面内に、該チャックを冷却する冷却剤を
    保つような寸法と分布で間隔をあけた溝を有する、請求
    項１７記載の処理チャンバー。
  19. 【請求項１９】 該絶縁体は約１０13Ωｃｍ乃至１０20
    Ωｃｍの固有抵抗を有する、請求項１７記載の処理チャ
    ンバー。
  20. 【請求項２０】 該チャックは約１００ｍｍ乃至約３０
    ０ｍｍの直径の真円柱形である、請求項１７の処理チャ
    ンバー。
  21. 【請求項２１】 該チャックは、該第１電極および該第
    ２電極を電圧源に電気的に接続できる係脱可能な電気コ
    ネクタを備える、請求項１７記載の処理チャンバー。
  22. 【請求項２２】 多極チャックの使用方法であって、 （ａ）請求項１の多極チャックを処理チャンバー内の支
    持体の上に載置するステップと、 （ｂ）基板を該チャックの上に載置するステップと、 （ｃ）該チャックを該支持体の上に保持するため、第１
    電圧を該第１電極に印加して該電極と該支持体の間に第
    １静電力を発生させるステップと、 （ｄ）該基板を該チャックに保持するため、第２電圧を
    該第２電極に印加して該電極と該基板の間に第２静電力
    を発生させるステップと、を備える多極チャックの使用
    方法。
  23. 【請求項２３】 該チャックの該絶縁体の少なくとも一
    面が、その面内に、間隔をあけた溝を有すると共に、該
    チャックを冷却するため該溝の中に冷却剤を保つステッ
    プを含む、請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 係脱可能な電気コネクタを使用して、
    該チャックの中の該電極を電圧源に電気的に接続するス
    テップを含む、請求項２２記載の方法。
  25. 【請求項２５】 処理チャンバー内の支持体に静電的に
    固定されたチャックの取り外し方法であって、該チャッ
    クは内部に電極を有し、該支持体は導電部分を有し、該
    チャックはその内部の該電極に印加された電圧によって
    該支持体に静電的に固定されており、該チャック内の該
    電極に印加された該電圧の印加を止めるステップを備え
    る、チャックの取り外し方法。
  26. 【請求項２６】 該チャック内の該電極は単極電極を備
    える、請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 該チャック内の該電極は双極電極を備
    える、請求項２５記載の方法。
  28. 【請求項２８】 該チャックは、更に、該チャック内の
    該電極に該電圧を供給するための係脱可能な電気コネク
    タを備えた、請求項２５記載の方法。
  29. 【請求項２９】 電圧源を使用して処理チャンバー内の
    支持体の上に基板を保持するための迅速に取外し可能な
    静電チャックであって、 ａ）上に基板を支持するように成した第１面と、該処理
    チャンバー内の該支持体の上に載置されるように成した
    ほぼ対向する第２面とを有する絶縁体と、 ｂ）該絶縁体の中の、間隔をあけた第１電極構造および
    第２電極構造と、 ｃ）該支持体に対して該第１電極構造に電位差を与える
    ことによってチャックを該支持体に保持する第１静電力
    を発生させるとともに、該チャックの上に載置された基
    板に対して該第２電極構造に電位差を与えることによっ
    て該基板を該チャックに保持する第２静電力を発生させ
    るため、該第１電極および該第２電極構造を電圧源に接
    続するように成した電気コネクタと、を備え、 もって、該チャックを該支持体から迅速に取外し可能に
    する、チャック。
  30. 【請求項３０】 該第１電極構造が少なくとも一対の電
    極を含む、請求項２９記載の静電チャック。
  31. 【請求項３１】 該一対の電極を相反する極性に保つた
    めに該一対の電極の各々を電圧源に接続する、請求項３
    ０記載の静電チャック。
  32. 【請求項３２】 該一対の電極を相反する極性に保つた
    めに該一対の電極の各々を電圧源に接続する、請求項３
    ０の静電チャック。
  33. 【請求項３３】 該第１電極構造は単一平面導電要素を
    備える、請求項２９記載の静電チャック。
  34. 【請求項３４】 該第１電極構造は単一平面導電要素を
    備え、また、該絶縁体の該第２面に係合する該基板の部
    分は平面である、請求項２９記載の静電チャック。
  35. 【請求項３５】 該チャックは、該第１電極および該第
    ２電極を該電圧源に電気的に接続するための係脱可能な
    電気コネクタアセンブリを備える、請求項１記載のチャ
    ック。
  36. 【請求項３６】 該係脱可能な電気コネクタアセンブリ
    は、それぞれ、剛性電気コネクタと弾性電気コネクタを
    備える、請求項１０記載のチャック。
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