JPH0846020A - 耐食性静電チャック - Google Patents

耐食性静電チャック

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JPH0846020A
JPH0846020A JP1432795A JP1432795A JPH0846020A JP H0846020 A JPH0846020 A JP H0846020A JP 1432795 A JP1432795 A JP 1432795A JP 1432795 A JP1432795 A JP 1432795A JP H0846020 A JPH0846020 A JP H0846020A
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insulating layer
guard
substrate
corrosive gas
exposed
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Shamouil Shamouilian
シャモウイリアン シャモウイル
Yoshi Tanase
タナセ ヨシ
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Applied Materials Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 腐食性ガスによる腐食を抑制できる絶縁層を
備える耐食性静電チャックを提供すること。 【構成】 腐食性ガスによる処理中にシリコンウェハ１
８を保持するための耐食性静電チャック１０は、ガード
１４により腐食から保護された電気的な絶縁層１２を備
えている。絶縁層１２は、ウェハ１８により覆われる上
面２０と、露出側面１６を有する。ガード１４は絶縁層
１２の露出側面１６をほぼ囲い、これを腐食性ガスから
保護する。ガード１４は、腐食性ガスに露出された場合
に絶縁層１２が腐食するのと少なくとも同じ速さで腐食
する犠牲材料から作られている。露出側面１６の近傍の
犠牲材料が腐食すると、露出側面１６での腐食性ガスの
濃度が減じられ、絶縁層１２の腐食速度が減じられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、腐食性ガスで処理を行
っている間、半導体基板を保持するための静電チャック
であって、耐食性が改良されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業において、静電チャックは、
処理中にシリコンウェハのような基板を保持するために
静電吸引力を利用している。静電チャックについては、
例えばブリグリア（Briglia ）に対する米国特許第４，
１８４，１８８号明細書、トクダ（Tokuda）に対する米
国特許第４，３９９，０１６号明細書及びアベ（Abe ）
に対する米国特許第４，３８４，９１８号明細書に詳細
に開示されている。
【０００３】典型的な静電チャックは、電気的な絶縁層
により覆われた電極を有するペディスタルを備えてい
る。電荷が電極及び絶縁体に蓄積できるよう、電極に電
気的にバイアスをかけるべく電源が設けられている。蓄
積された電荷は、基板を吸引して絶縁層に対して保持す
る静電力Ｆを発生させる。この力Ｆは次の式で与えられ
る。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、εは絶縁層の比誘電率、Ｖは印加
電圧、ｔは絶縁層の厚さ、Ａは電極として機能する導電
性のペディスタルの面積である。従って、強い静電吸引
力を得るためには、大きな比誘電率εを持つ薄い絶縁層
を有することが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、ポリイミド
やその他の有機重合体が、その高い電圧破壊強度（high
voltage breakdown strength ）及び優れた耐化学性（s
uperior chemical resistance）から、絶縁層として用
いられている。また、基板の背面にポリアミドを適応で
きることは、処理中に基板を冷却するための良好な伝熱
性を考慮したものである。しかしながら、ポリイミドや
その他の有機重合体は、シリコンウェハの処理に用いら
れる酸素、塩素及びフッ素のような腐食性ガスにさらさ
れた場合、直ぐに腐食してしまう。
【０００７】このような腐食性ガスを用いた処理を行っ
ている間、絶縁層の上面はシリコンウェハによりほぼ覆
われ、腐食から保護されている。しかし、絶縁層の細い
側面は腐食性ガスにさらされ、急速に腐食する。そし
て、短い運転サイクルの後、薄い絶縁層は、電子がそこ
を通って流れるのに十分なほど腐食され、チャックの誤
動作やアーク発生の原因となり得る。
【０００８】かかる腐食を遅らせるために、保護コーテ
ィングを絶縁層に付着させることが試みられている。し
かしながら、このようなコーティングは、製造に費用が
かかる可能性があり、全てのタイプの腐食性ガスに対し
ては効果がない。従って、腐食性ガスにより直ぐに腐食
されることがなく、もって静電チャックの有効寿命を増
加させる絶縁層を備える静電チャックが必要とされてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】この必要性は本
発明に従った耐食性静電チャックにより満足される。こ
の静電チャックは、電気的な絶縁層と、この絶縁層を腐
食性ガスから保護するためのガードとを備えている。絶
縁層は上面及び露出側面を有し、ガードは絶縁層の露出
側面を実質的に取り囲む。
【００１０】ガードは、腐食性ガスに露出された場合
に、絶縁層が腐食するのと少なくとも同じ速さで腐食す
る犠牲材料から作られている。例えば、絶縁層がポリイ
ミドから成る場合、犠牲材料もポリイミドとすることが
できる。以下で述べるように、チャックが腐食性ガスに
さらされた際、絶縁層の露出側面の近傍に配置された犠
牲材料は腐食して、絶縁層の側面における腐食性ガスの
濃度を減じ、それによって絶縁層の腐食速度を減じる。
従って、このガードは、どのような腐食性ガスがウェハ
処理中に用いられても、効果がある。
【００１１】典型的には、チャックにより保持された基
板は絶縁層の上面上に配置され、よって絶縁層の側面の
みが露出される。しかし、ガードはまた、基板により覆
われない上面のいかなる部分をも囲むことができる。ま
た、絶縁層を腐食から更に保護するために、ガードは基
板の側面を囲むことが最適である。
【００１２】本発明の利点は、ガードが腐食性環境にお
ける基板の更なる処理を可能とするために迅速に且つ容
易に交換され得ることである。
【００１３】本発明の上記及びその他の特徴、側面及び
利点については、以下の説明、特許請求の範囲及び添付
図面から、より理解されることとなろう。
【００１４】
【実施例】図面を参照して、本発明による装置は、
（ｉ）電気的な絶縁層１２を有する静電チャック１０
と、（ii）絶縁層１２の側面１６を実質的に囲むガード
１４とを備えている。静電チャック１０は絶縁層１２の
上面２０に対して、基板、典型的にはシリコンウェハ１
８を保持する。
【００１５】静電チャック１０のデザインは特定の用途
に応じて変化するものである。例えば、静電チャック１
０は、絶縁層１２により覆われた電極２４を有する非導
電性のペディスタル２２を備えることができる。より典
型的には、チャック１０のペディスタル２２は導電性を
有し、電極２４は絶縁層１２に埋設される。
【００１６】図１に示すように、静電チャック１０は、
腐食性ガスでウェハ１８を処理するための処理チャンバ
２６内のカソード（陰極）２５上に配置されている。ま
た、アノード（陽極）２８がウェハ１８の上方に配置さ
れている。アノード２８はアースとして機能し、これ
は、アノード２８に対してカソード２５を電気的に偏倚
（electrically biasing）させることにより処理チャン
バ２６内で発生されたプラズマを介して静電チャックの
ＤＣ回路を完成させる。
【００１７】電極２４は、例えば銅、ニッケル、クロ
ム、アルミニウム、鉄及びこれらの混合物又は合金のよ
うな導電性材料から作られている。電極２４は、約１μ
ｍ〜１０００μｍ、より好ましくは約１０μｍ〜１００
μｍ、最も好ましくは約２５μｍの厚さを有することが
好適である。
【００１８】絶縁層１２は、電極２４とウェハ１８との
間に配置され、電極２４とウェハ１８との間における電
子の流れを妨げている。絶縁層１２の形状及び寸法は、
処理中にシリコンウェハ１８を冷却するために良好な伝
熱経路を提供するように、且つ、腐食性ガスに対する絶
縁層１２の露出を制限するように、シリコンウェハ１８
の形状及び寸法に一致することが最適である。絶縁層１
２の側面１６のみが露出されるよう、ウェハ１８は絶縁
層１２の上面２０を覆い、腐食から上面２０を保護する
のが好ましい。或いはまた、絶縁層１２は、シリコンウ
ェハ１８の形状と異なる形状とし、及び／又は、シリコ
ンウェハ１８の寸法と異なる寸法としてもよい。
【００１９】典型的には、絶縁層１２の比誘電率は少な
くとも約２であり、より好ましくは少なくとも約３であ
る。絶縁層１２の最適な厚さは、絶縁層１２の比誘電率
が増加するに従って、小さくなる。例えば、約３．５の
比誘電率を有する絶縁層１２は、約１μｍ〜約１００μ
ｍ、より好ましくは約２５μｍ〜約１００μｍの厚さを
有する。絶縁層１２は、ウェハ１８が加熱される処理に
おいてチャック１０を使用するために、１００℃を越え
る温度に耐えるもの、より好ましくは２００℃を越える
温度に耐えるものであることが好適である。また、側面
１６の高さは絶縁層１２の厚さに一致している。
【００２０】絶縁層１２に適当な材料は、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、シリコーン及びゴムを含んでいる。本発明の使用
に適した人工重合体の層１２は、例えば、デラウェア
州、ウィルミントンのデュポン・ドゥ・ヌムール・コー
ポレーションにより製造されたポリイミドフィルム「Ｋ
ＡＰＴＯＮ」、日本国の鐘淵化学工業株式会社により製
造された「ＡＰＩＱＵＥＯ」、日本国の宇部興産株式会
社により製造された「ＵＰＩＬＥＸ」、日本国の日東電
工株式会社により製造された「ＮＩＴＯＭＩＤ」及び日
本国の三菱樹脂株式会社により製造された「ＳＵＰＥＲ
ＩＯＲ ＦＩＬＭ」を含んでいる。
【００２１】また、絶縁層１２は、熱伝導性及び／又は
耐食性を高めるために、充填材（filler materials）を
含めることができる。ダイアモンド、アルミナ、ホウ化
ジルコニウム、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムのよう
な充填材は、これらの材料が高い熱伝導性及び良好な絶
縁特性を有し且つ高温に耐え得るので、好ましい。充填
材は、約１０μｍ以下の平均粒度（average particle s
ize ）を有する粉体であることが好適であり、また、充
填材は、約１０％〜８０％、より典型的には約２０％〜
５０％の体積比でポリマーフィルムに分散されるのが好
適である。
【００２２】また、チャック１０が腐食性の処理環境に
おいて使用される場合に、絶縁層１２を化学的な浸食か
ら更に保護するために、保護コーティング（図示しな
い）を絶縁層１２に塗付してもよい。好ましい保護コー
ティング及びその好ましい製法については、例えばウュ
（Wu）等により１９９３年２月２２日に出願された米国
特許願Ｓ／Ｎ０８／０５２，０１８明細書〔発明の名称
「一体型回路処理装置において用いられるウェハサポー
ト上の絶縁性材料のための保護コーティング及びその形
成方法（PROTECTIVE COATING FOR DIELECTRIC MATERIAL
ON WAFER SUPPORT USED IN INTEGRATED CIRCUIT PROCE
SSING APPARATUS AND METHOD OF FORMINGTHE SAM
E）」〕に詳細に述べられており、その内容については
本明細書で援用することとする。
【００２３】ガード１４は、絶縁層１２の側面１６をほ
ぼ取り囲むように寸法決めされ且つ形作られている。ま
た、ガード１４は、絶縁層１２に対してより良い防蝕性
を提供する一方、ウェハ１８の側面３１が腐食性ガスに
より処理され得るよう、ウェハ１８の側面３１に接する
ことなく、ウェハ１８の側面３１を実質的に取り囲むこ
とが好ましい。図３に示すように、絶縁層１２が円形断
面を有している場合、ガード１４は環状の本体部分を有
し、絶縁層１２の周囲にフィットするよう寸法が定めら
れている。ガード１４は、カソード２５の上面３０に一
致し且つこの上面３０上に配置される下面３４を有して
いる。ガード１４は、カソード２５上に配置された際、
絶縁層１２の上方、好適にはウェハ１８の上方に延びる
ように寸法決めされている。ガード１４は下方に延びる
外側リップ３６を有しており、このリップ３６は、チャ
ック１０の外面３８の回りにフィットしてガード１４を
適所に保持するようになっている。
【００２４】図１に示すように、絶縁層１２の直径はウ
ェハ１８の直径よりも小さくすることができ、絶縁層１
２の上面２０はシリコンウェハ１８により保護される。
また、ガード１４は、絶縁層１２の側面１６を囲むよう
カソード２５とウェハ１８のオーバーラップ部分との間
で延びる延長部４０を有するようにしてもよい。更に、
ガード１４は、絶縁層１２の側面１６を更に保護するた
めに、内側リップ４０の上方に延びるくさび形リング部
分４２を有することもできる。
【００２５】図２に示すように、絶縁層１２の上面２０
はウェハ１８により完全に覆われなくてもよい。この上
面２０の露出部分を保護するために、ガード１４は、上
面２０を実質的に囲むよう上面２０の露出部分の上方に
延びる上部リップ４４を有することができる。
【００２６】ガード１４は、腐食性ガスにさらされた場
合に、絶縁層１２と少なくとも同じ速さで腐食する犠牲
材料から作られている。従って、ガード１４は、絶縁層
１２のために用いられるのと全く同じ材料から作ること
ができる。この犠牲材料は、絶縁層１２に対してより良
い保護を与えるよう、腐食性ガスにさらされた際に絶縁
層１２よりも速く腐食するのが最適である。従って、犠
牲材料の種別は、絶縁層１２に用いられる材料の種別に
応じて変わるものである。例えば、絶縁層１２がポリイ
ミドから作られている場合、犠牲材料はポリイミドから
作ることができ、或はまた、酸素プラズマにさらされる
場合にはポリイミドよりも速く腐食するポリアミドから
作ることができる。絶縁層１２が酸化ケイ素から作られ
ている場合、ガード１４は酸化ケイ素から作ることがで
きる。絶縁層１２がポリイミドから成る場合、ガード１
４に適したポリイミド材料は、デラウェア州、ウィルミ
ントンのデュポン・ドゥ・ヌムール・ケミカル・コーポ
レーション（Dupont de Nemours Chemical Co.）から商
業的に入手できる商標「ＶＥＳＰＥＬ」の名で製造され
ている。また、ガード１４は、繊維強化材（fiber rein
forcement ）又はアルミナやシリカのような無機の充填
材から成るものとすることもできる。このようにして、
ガード１４は、どのような腐食性ガスが処理において用
いられても、絶縁層１２の腐食速度を効果的に減じる。
更に、ガード１４は、過度に腐食された後、容易に交換
できる。
【００２７】この着想は、絶縁層１２の側面１６での腐
食性ガスの濃度を減じるため、絶縁層１２の露出された
側面１６の近傍に、少なくとも絶縁層１２と同じ速さで
腐食する犠牲材料を提供するというものである。従っ
て、ガード１４が絶縁層１２の側面１６の回りをシール
することは必要でない。しかし、ガード１４は、最適な
保護を提供するために、絶縁層の近傍に配置されるべき
である。
【００２８】ガード１４は、犠牲材料を射出成形し、そ
れを所望の寸法及び形状に機械加工することによって作
られる。また、ガード１４は、ポリイミド製の管の切断
部分から機械加工されてもよい。或はまた、他の既知の
製造方法を用いることもできる。
【００２９】作用について説明する。ウェハ１８は絶縁
層１２上に置かれ、電極２４に電圧がかけられ、プラズ
マがチャンバ内で発生されて、絶縁層１２の上面２０に
対してウェハ１８を保持するようにしている。ガード１
４は、カソード２５の上面３０に載置され、絶縁層１２
の側面１６を囲む。腐食性ガスが処理チャンバ２６内に
放出され、ウェハ１８を処理する。ウェハ１８は、絶縁
層１２の上面２０を腐食から保護する一方、ガード１４
は腐食して、絶縁層１２の側面１６の近傍にある腐食性
ガスの濃度を減じ、それにより絶縁層１２の腐食速度を
減じる。処理が完了したならば、ウェハ１８はチャック
１０から取り外される。
【００３０】以上、本発明について、好適な態様に関し
て相当に詳細に説明したが、他の態様も可能である。例
えば、ウェハ１８及び絶縁層１２は矩形断面を有するも
のとすることができ、それに応じてガード１４を絶縁層
１２を囲むよう形作ることができる。従って、特許請求
の範囲は、本明細書における好適な態様の説明により制
限されるべきものではない。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静
電チャックにおける絶縁層の腐食を、腐食性ガスの種類
に拘らず、効果的に防止ないしは抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理チャンバ内に配置され保護ガードを有する
本発明による静電チャックを概略的に示す縦断面図であ
る。
【図２】本発明による静電チャックの第２実施例を示す
縦断面部分図である。
【図３】図１のガードを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…静電チャック、１２…絶縁層、１４…ガード、１
６…絶縁層の側面、１８…ウェハ（基板）、２０…絶縁
層の上面、２２…ペディスタル、２４…電極、２５…カ
ソード、２６…処理チャンバ、２８…アノード、３０…
カソードの上面、３１…ウェハの側面、３４…ガードの
下面、３６…外側リップ、３８…チャックの外面、４０
…内側リップ、４２…くさび形リング部分、４４…上部
リップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨシ タナセ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95008， キャンベル， ダブリュー． リンコン アヴェニュー ナンバーケイ 433

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 腐食性ガスを用いて処理を行っている
    間、基板を保持するための装置において、（ａ）上面
    （top surface ）及び露出側面（exposed side surfac
    e）を有する電気的な絶縁層が設けられた静電チャック
    と、（ｂ）前記腐食性ガスに対して前記絶縁層を保護す
    るよう前記絶縁層の前記露出側面を実質的に囲み、且
    つ、前記腐食性ガスにさらされた場合に前記絶縁層が腐
    食するのと少なくとも同じ速さで腐食する犠牲材料（sa
    crificial material）から作られたガードと、を備える
    基板保持装置。
  2. 【請求項２】 前記犠牲材料は、前記腐食性ガスにさら
    された場合に前記絶縁層よりも速く腐食する、請求項１
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記絶縁層の前記上面上に基板が配置さ
    れ、前記ガードは、前記基板により覆われていない前記
    絶縁層の前記上面のいかなる部分をも実質的に囲む、請
    求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記絶縁層はポリイミドから作られ、前
    記犠牲材料はポリイミドから作られている、請求項１記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 前記絶縁層は円形の水平断面を有し、前
    記ガードは環状である、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ガードは、前記チャックの上面（up
    per surface ）に一致し且つ該上面上に配置される下面
    （bottom surface）を有する、請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記基板における少なくとも１つのオー
    バーラップ部分が前記絶縁層を越えて水平に延び、前記
    ガードはカソードと前記基板の前記オーバーラップ部分
    との間で延びるための延長部を備える、請求項１記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記ガードは前記絶縁層に接しない、請
    求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記絶縁層の前記上面上に基板が配置さ
    れ、前記ガードは前記基板の側面を実質的に囲む、請求
    項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記ガードは前記絶縁層の前記側面に
    接しない、請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記チャック上に前記ガードを保持す
    るために下方に延びるリップを備える、請求項１記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】 前記絶縁層は、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、シ
    リコーン及びゴムから成る群より選ばれる、請求項１記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】 基板をエッチングするのに有効な装置
    において、（ａ）処理チャンバと、（ｂ）前記処理チャ
    ンバ内で前記基板を保持するための請求項１記載の装置
    と、（ｃ）前記処理チャンバ内に腐食性ガスを導入する
    手段と、（ｄ）処理のために前記静電チャック上に基板
    を配置する手段と、（ｅ）処理後、前記静電チャックか
    ら基板を取り外す手段と、を備える装置。
  14. 【請求項１４】 腐食性ガスを用いて処理を行っている
    間、基板を保持するための装置において、（ａ）上面及
    び露出側面を有する電気的な絶縁層が設けられ、且つ、
    水平断面が円形である静電チャックと、（ｂ）前記腐食
    性ガスに対して前記絶縁層を保護するよう前記絶縁層の
    前記露出側面を実質的に囲み、前記腐食性ガスにさらさ
    れた場合に前記絶縁層が腐食するのと少なくとも同じ速
    さで腐食する犠牲材料から作られており、且つ、前記チ
    ャックの上面に一致し且つ該上面上に配置される下端
    （bottom end）を有する、中空の円柱形に形成されたガ
    ードと、を備える基板保持装置。
  15. 【請求項１５】 前記犠牲材料は、前記腐食性ガスにさ
    らされた場合に前記絶縁層よりも速く腐食する、請求項
    １４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記絶縁層の前記上面上に基板が配置
    され、前記ガードは、前記基板により覆われていない前
    記絶縁層の前記上面のいかなる部分をも実質的に囲む、
    請求項１４記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記絶縁層はポリイミドから作られ、
    前記犠牲材料はポリイミドから作られている、請求項１
    ４記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記ガードは前記絶縁層に接しない、
    請求項１４記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記絶縁層の前記上面上に円形の水平
    断面を有する基板が配置され、前記ガードは前記基板の
    側面を実質的に囲む、請求項１４記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記ガードは前記絶縁層の前記側面に
    接しない、請求項１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】 腐食性ガスを用いて処理を行っている
    間、カソードに基板を保持するのに用いられる静電チャ
    ックにおける電気的な絶縁層であって、前記基板が配置
    される上面及び露出側面を有するものの腐食速度（rate
    of corrosion ）を減じるためのガードにおいて、
    （ａ）前記カソードの上面に配置するための環状の本体
    部分と、（ｂ）前記絶縁層の前記露出側面を保護するた
    めに前記本体部分から上方に延びるリング部分と、を備
    え、前記腐食性ガスにさらされた場合に前記絶縁層が腐
    食するのと少なくとも同じ速さで腐食する材料から作ら
    れているガード。
  22. 【請求項２２】 前記基板における少なくとも１つのオ
    ーバーラップ部分が前記絶縁層を越えて水平に延び、前
    記ガードの前記本体部分は前記カソードと前記基板の前
    記オーバーラップ部分との間で延びるための延長部を備
    える、請求項２１記載のガード。
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