JPH09107690A

JPH09107690A - 静電チャックの保護方法

Info

Publication number: JPH09107690A
Application number: JP8118087A
Authority: JP
Inventors: Joseph Salfelder; サルフェルダジョセフ; Dennis Grimard; グリマードデニス; John F Cameron; エフ．キャメロンジョン; Chandra Deshpandey; デシュパンディーチャンドラ; Robert Ryan; ライアンロバート; Michael G Chafin; ジー．チャフィンマイケル
Original assignee: Applied Materials Inc; International Business Machines Corp
Current assignee: Applied Materials Inc; International Business Machines Corp
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2016-05-13
Also published as: KR100398818B1; JP3837184B2; KR960043083A; EP0742588A2; EP0742588A3

Abstract

(57)【要約】【課題】静電チャックの耐腐食性を向上して腐食性の
プロセス環境において故障率を低減する方法を提供す
る。【解決手段】本発明に従った静電チャック２０は、概
説的には、(i)電極３０と、(ii)電極を覆う絶縁体とを
備える静電部材２５を備えている。支持体４０の上に静
電部材２５が支持される。外縁エッジ５０を有するシリ
コンウエハ等の基板２５は、静電部材２５の上に静電気
により保持される。静電部材２５の周囲を囲むように配
置されるバリア５５は、基板の外縁エッジ５０に押し付
けられることにより静電部材２５の腐食性環境への暴露
を低減することが可能な第１の接触面６０を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、腐食性のプロセス
条件下で基板を処理するため、基板を保持して位置決め
をするために有用な静電チャックの耐腐食性を向上させ
るための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、基板の処
理のために基板を保持するために静電チャックが用いら
れる。一般に、静電チャックは、電極をカバーする絶縁
体を備えている。典型的には、絶縁体と電極とは、プロ
セスチャンバの中で固定されるようになっている支持体
によって支持される。電極は、電気コネクタによってプ
ロセスチャンバの電源に接続される。電極がチャック上
で支持される基板に対するバイアスが与えられれば、反
対の電荷が電極及び基板に蓄積する結果、チャックに基
板を保持する静電引力が発生する。例えば、Cameron ら
による米国特許出願Ｓ．Ｎ．０８／２７８，７８７号、
Shamouilian らによる米国特許Ｓ．Ｎ．０８／２７６，
７３５号、並びに、Shamouilian らによる米国特許Ｓ．
Ｎ．０８／１８９，５６２号には、静電チャックが概説
的に記載されている。

【０００３】従来からの静電チャックは、チャック上に
保持された基板を冷却するためにクーラントを保持する
ためのクーラントグルーブも有しており、例えば、Sham
ouilian らによる米国特許Ｓ．Ｎ．０８／２７６，７３
５号に記載されているように、クーラントグルーブは絶
縁体の中を伸びている。基板がチャック上に保持されれ
ば、基板がこのクーラントグルーブを覆いシールするた
め、グルーブ内に保持されたクーラントは漏出すること
はない。基板を冷却することにより、基板の加熱を低減
して、その基板からの集積回路チップの収率が高められ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】腐食性のプロセス環境
下では、従来のチャックは、使用不能となることや寿命
が制限されることがある。例えば、チャックの絶縁体が
ポリイミド等のポリマー誘電材料を備えている場合は、
このポリマー誘電体は腐食性のプロセス環境下で腐食さ
れ、チャックの耐用寿命を制限することがある。基板の
エッチングやプロセスチャンバのクリーニング等の様々
な用途に用いられる酸素又はハロゲン含有のガスやプラ
ズマにおいて、ポリマー誘電体の腐食は特に苛酷であ
る。典型的には、ポリマー誘電体のかなりの部分がチャ
ックの上の基板によって覆われ、腐食性の環境から保護
されるが、他方、絶縁体の外縁は腐食性のガスの環境に
暴露され、そして腐食されるだろう。ポリマー絶縁体
は、暴露されればほんの２〜３時間程度（酸素プラズマ
環境への暴露では典型的には２〜３時間）で腐食されて
しまい、また、絶縁体の１つの点で腐食が進めば電極が
露出されることになり、その結果、チャックが短絡して
使用不能になる。基板の処理中にチャックが使用不能に
なれば、基板にダメージを与えることになり、基板上で
処理された有価値の集積回路チップの収率を下げてしま
うことになる。また、ポリマー誘電体が腐食されること
により形成されるポリマー副生成物はしばしば、チャッ
クの上やプロセスチャンバの壁に堆積され、クリーニン
グが困難な硬いポリマー堆積物を形成してしまう。

【０００５】従って、静電チャックの耐腐食性を向上し
て腐食性のプロセス環境において故障率を低減する方法
を提供することが望ましい。また、チャック上に保持さ
れた基板の均一な冷却を可能にして、集積回路の収率、
特に基板外縁からの収率を向上させる方法が望ましい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、このよ
うな要求を満たし、腐食環境下で静電チャックの耐腐食
性を向上させる。本方法は、基板を静電気よりに保持す
る能力を有する静電部材を備える静電チャックを用いる
ものである。この静電部材は、(i)電極と、(ii)電極を
覆う絶縁体とを備える。静電部材の支持には支持体が用
いられる。支持体の上に、静電部材の周囲を囲むよう
に、バリアが配置される。バリアは、基板に押し付けら
れる接触面を有している。基板が、基板の外縁エッジが
バリアの接触面と接するように、静電部材の上に配置さ
れる。チャックの静電部材に電圧が印加され、基板の外
縁エッジをバリアの接触面に押し付けて基板と支持体と
の間にシールを形成し静電部材が腐食環境に暴露される
ことを低減するに充分な、静電引力を発生させて、基板
を静電的に引き付ける。

【０００７】好ましい態様においては、バリアは、支持
体に押し付けられ基板と支持体との間にシールを形成で
きるような第２の接触面を有している。

【０００８】基板を外すことなく、静電力で保持されて
いる基板にバリアの第１の接触面を押し付けることを可
能とする弾性ないし復元性(resilient) の構造体を、バ
リアが備えていてもよい。好ましいバリア構造体は、基
板の外縁エッジに弾性ないし復元性的に押し付けられて
シールを形成することが可能な環状のリップを有するリ
ングを備えている。好ましくは、バリア構造体は、エラ
ストマーで作製されてもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）に示されるように、本
発明に従った静電チャック２０は、概説的には、(i)電
極３０と、(ii)電極を覆う絶縁体とを備える静電部材２
５を備えている。典型的には、腐食性の処理環境、例え
ば酸素プラズマ等を収容するプロセスチャンバ４２の中
で、一般にカソード４１として知られるプロセス電極に
固定されるようになっている支持体４０の上で静電部材
２５が支持される。外縁エッジ５０を有するシリコンウ
エハ等の基板２５は、静電部材２５の上に静電気により
保持される。静電部材２５の周囲を囲むように配置され
るバリア５５は、基板の外縁エッジ５０に押し付けられ
ることにより静電部材２５の腐食性環境への暴露を低減
することが可能な第１の接触面６０を備えている。ま
た、典型的には、バリア５５が基板４５と支持体４０と
の間にシールを形成できるように、バリアは第２の支持
面６５も備えている。適切なバリア５５の構成は、図１
に示されるように、静電気により保持されている基板４
５を外すことなく基板４５に弾性的ないし復元性的に押
し付けられることが可能な環状リップ６８を有するリン
グ６６を備えている。

【００１０】図１（ａ）を参照して、基板のプラズマ処
理に適するプロセスチャンバにおける単一のモノポーラ
ー静電チャック２０の動作を説明する。尚、このプロセ
スチャンバ４２はチャック２０の動作を例示するための
ものであり、本発明の範囲を制限するためのものではな
い。静電チャック２０は、チャック２０の外周のねじに
よって、プロセスチャンバ４２内のカソード４１に固定
されている。チャック２０の電極３０をカソード４１の
電源ないし電圧供給器(voltage supply)の端子８０に電
気的に接続させるために、電気接点７５を有する電気コ
ネクタ７０が用いられる。第１の電源ないし電圧供給器
８５がチャック２０の動作のための電圧を端子８０へ与
える。この第１の電圧供給器８５は、典型的には、約１
０００〜３０００ボルトの高圧ＤＣソースを備え、高圧
ＤＣソースは、１０ＭΩの抵抗器を介して高圧読み出し
に接続される。回路を流れる電流を制限するために１Ｍ
Ωの抵抗器が具備され、また、交流フィルタとして５０
０ｐＦのキャパシタが具備される。

【００１１】カソード４１は、少なくともその一部が、
導電性を有しており典型的にはアルミニウムであり、チ
ャンバ４２内にプラズマを形成するためのプロセス電極
として機能する。カソード４１には、第２の電源ないし
電圧供給器９０が接続され、チャンバ４２内の電気的接
地面９５に対するバイアスをカソード４１に与える。第
２の電圧供給器は、従来から存在するものであり、典型
的には、プロセスチャンバ４２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ようなＲＦインピ
ーダンスを有している。ＲＦインピーダンスは、図１
（ａ）に示されているように、交流フィルタとして機能
する絶縁キャパシタと共に直列に接続されている。

【００１２】チャック２０の動作中、プロセスガスがプ
ロセスガスソース９８からプロセスチャンバ４２内へと
導入され、第２の電圧供給器９０が作動して、プロセス
チャンバ４２内に導入されたプロセスガスからプラズマ
を生成させる。バリア５５の第１の接触面６０に基板４
５の外縁エッジ５０が接触するように、基板４５がチャ
ック２０上に置かれる。第１の電圧供給器８５により電
極３０に基板４５に対するバイアスが与えられれば、荷
電したプラズマ種が基板４５に入射し、基板４５と電極
３０に正反対の電荷が蓄積するため、基板４５をチャッ
ク２０に引き付けてクランプする引力が生じる。この静
電引力は、基板４５をバリア５５に適合するように押し
付けて、静電部材２５のプロセスチャンバ４２内腐食性
ガスに対する暴露を低減する。

【００１３】単一のモノポーラー電極３０に代えて、チ
ャックは図１（ｂ）に示されるように、２つ以上のバイ
ポーラ電極３０ａ、３０ｂを備えていてもよく、これら
は、典型的には、互いに同じ平面を共有し、実質的に等
しい静電引力を発生するように実質的にに等しい表面積
を有している。図１（ｂ）に示されているように、一方
が電極３０ａの１つに接続され他方の電極３０ｂが大地
に（図示の如く）接続されている単一の電圧供給器８５
によって、バイポーラ電極に電力を供給してもよい。２
つの電極３０ａ、３０ｂが正反対の極性に維持される場
合、正反対の静電荷が基板４５に蓄積し、基板４５に電
気的バイアスを与える電荷キャリアとして作用する荷電
プラズマ種を用いなくとも、基板４５はチャック２０に
保持される。従って、バイポーラ電極の構成は、工程中
に荷電プラズマ種が存在しない非プラズマプロセスに有
利である。あるいは、電圧供給器８５は、２つの電圧ソ
ース（図示されず）を備えていてもよい。この場合、電
圧ソースのそれぞれが電極３０ａと３０ｂの一方に別々
に接続され、プラズマステージと非プラズマステージを
有するプロセスに有用である。このような構成は、例え
ば、Shamouilian らによる標題"Electrostatic Chuck w
ith Improved Erosion Resistance"の１９９５年３月２
４日出願の米国特許出願番号０８／４１０，４４９号に
記載されている。

【００１４】また、静電チャック２０は、静電部材２５
にクーラントグルーブ１１０を備えていてもよい。クー
ラントグルーブ１１０は、基板４５を冷却するために熱
を基板４５から吸収するクーラントを中に保持できるよ
う、そのサイズと分布が与えられる。典型的には、クー
ラントグルーブ１１０は、図２に示されているように、
基板４５の中心１１２の下から伸び、また、基板４５の
外周１１６の近隣に位置するグルーブチップ１１４を有
する、放射方向及び円周方向の交差するチャンネルのパ
ターンを形成する。クーラントグルーブチップ１１４と
基板４５の外周との間のギャップは、好ましくは約１０
ｍｍ未満、更に好ましくは約５ｍｍ未満、最も好ましく
は約３ｍｍ未満であり、このことは、米国特許出願０８
／３６９，２３７（または特願平８−８６０）に記載さ
れていると同様である。基板４５がチャック２０上に静
電気により保持されたときは、基板４５はクーラントグ
ルーブ１１０を覆ってシールするため、クーラントがグ
ルーブチップ１１４から漏出しない。図１（ａ）に示さ
れるように、圧縮ヘリウムのタンク等のクーラントソー
ス１１８を用いて、供給ライン１２０を介してクーラン
トグルーブ１１０へクーラントが供給される。

【００１５】バリア５５のための好ましい構成を、以下
に説明する。静電部材２５のプロセスチャンバ４２内の
腐食性ガスへの暴露を低減するために基板４５の周りを
シールするため、基板４５に押し付けられることができ
る第１の接触面６０を有しているならば、バリア５５は
いかなる構成ないし構造を有していてもよい。バリア５
５が基板４５からの熱流を減少させる熱的絶縁体として
作用しない程度に、バリア５５の第１の接触面６０は充
分小さいことが好ましい。第１の接触面６０が大きすぎ
る場合、バリア５５が熱的絶縁体として作用し、基板４
５の外周１１６の温度が接触面６５に近い領域で上昇す
ることが、見出されている。従って、バリアが実質的に
熱を絶縁せずに基板４５の外周１１６が約１００℃未
満、更に好適には約８０℃未満の温度に維持されるよう
に、バリア５５の第１の接触面６０の接触面積は充分小
さいことが好ましい。バリア５５の第１の接触面６０の
接触面積は、約１００ｍｍ² 未満、更に典型的には約３
００ｍｍ² 未満、しばしば約５００ｍｍ² 未満であるこ
とが好ましい。

【００１６】バリア５５の第１の接触面６０は基板４５
の外周１１６の充分近くに配置される事が好ましく、こ
のとき、基板４５が冷却される際にグルーブ１１０内の
クーラントにより、基板４５の外周１１６の温度を基板
４５の中心１１２の温度と実質的に同等に維持すること
が可能となる。ここで、「実質的に同等」とは、基板の
外周１１６と中心１１２の平均温度差が約１０℃未満で
あることを意味し、更に好ましくはこの温度差が７℃未
満、最も好ましくは５℃未満である。典型的には、バリ
ア５５の第１の接触面６０は、基板４５の外周１１６か
ら約１０ｍｍ以内、更に好ましくは約５ｍｍ以内の、基
板４５の外縁エッジ５０と接触する。

【００１７】また、バリア５５は、バリアが基板４５と
支持体４０との間のシールを形成できるように支持体４
０に押し付けられることが可能な第２の接触面も備えて
いる。このバリアの構成により、腐食性の非常に高いプ
ロセス環境に対して有用であることが可能なバリア５５
を迅速に取り出し及び交換することを容易にする。バリ
アが支持体４０にしっかりと接触してこれをシールする
よう、バリア５５の第２の接触面６５の面積は充分大き
く与えられる。典型的には、第２の接触面６５の面積
は、少なくとも約１５０ｍｍ² 、更に好ましくは約２０
０〜４００ｍｍ²である。

【００１８】バリア５５は、静電部材２５により発生す
る静電力の作用によってバリアの第１の接触面６０に適
合してこれをシールすることが可能で、このとき静電力
で保持されている基板４５を押し退けることがない、弾
性的ないし復元性的な構造体を備えている。例えば、添
付の図面に示されている如く、適切なバリア５５の構成
は、静電部材２５の周りに１周して配置され且つ静電力
により保持されている基板４５に対して復元的に押し付
けられることが可能な環状のリップ６８を有する、リン
グ６６を備えている。典型的には、静電部材２５には、
基板４５上の単位面積当たりの静電引力（力／面積）で
少なくとも約５トール、更に典型的には１０〜７０トー
ル、最も典型的には約３０〜約５０トールの静電引力が
作用する。従って、バリア５５は、静電部材２５が基板
４５に作用する静電引力に比べて小さな力によっても基
板に押し付けられるよう充分な復元性を有することによ
り、(i) 基板の移動及び押し退けを防止し、且つ(ii)必
要な場合に、クーラントがクーラントチップ１１４から
漏出することなく基板４５が静電部材２５のクーラント
グルーブ１１０のチップ１１４をシールすることを可能
にする。

【００１９】好ましいチャックの構成２０では、基板４
５の外縁エッジ５０は、静電部材２５を越えて伸びる支
持体４０の外縁１６０の上に張り出している。基板４５
の外縁エッジ５０が張り出していることにより、エネル
ギーの高い（１０００ｅＶを越えるエネルギーを有す
る）プラズマ種の静電部材２５の露出している側への衝
突の見通し範囲が小さくなるため、静電部材２５の耐腐
食性が向上する。図２及び図３（ａ）〜（ｄ）に示され
ているように、好ましいチャックの構成に適したバリア
５５は、(i) 支持体４０上に置かれたリング形状のベー
ス１５０と、(ii)ベース１５０から伸びるアーム１５５
とを備え、アームの少なくとも一部が、基板４５の外縁
エッジ５０に復元性をもって押し付けられることが可能
である。図２、図３（ａ）及び（ｂ）に示されている構
成においては、ベース１５０は、基板４５の下に伸びる
支持体４０の外縁１６０上に置かれている。図３（ｃ）
及び（ｄ）に示されている構成では、カラーレッジ１６
０は、内部にチャンネル１７５を有し、バリア５５のベ
ースには、このチャンネル１７５の中にフィットするよ
うなサイズが与えられている。図３（ｄ）に示されてい
る構成では、チャンネル１７５はカラーレッジの側壁１
８０にあり、ベース１５０には側壁チャンネル１７５に
フィットするようなサイズが与えられている。チャック
２０の使用中に、バリア５５のベース１５０がチャンネ
ル１７５にしっかりと保持されて、バリア５５の移動又
は調心不良（ミスアラインメント）を防止するように、
カラーレッジ１６０にチャンネル１７５がある事が好ま
しい。

【００２０】バリア５５のリップ６８又はアーム１５５
が、リング６６又はベース１５０から外向き且つ上向き
に伸びるカンチレバーとして機能することが好ましい。
この場合、基板４５の外縁エッジ５０へのアーム１５５
の押し付けを実質的に小さな第１の接触面６０の接触面
積で行い、基板４５に適切なシールを与えることができ
るので、このカンチレバーの構成は有利である。例え
ば、図３（ｃ）は、或るカンチレバーの構成を示し、こ
れは、一方の端部でベース１５０に付いている傾斜部材
２００ａを備え、この傾斜部材は、第１の接触面６０で
基板４５に適合的に押し付けられる末端２０５を有して
いる。図３（ａ）は、傾斜部材２００ａから伸びる水平
部材２１０を備えるカンチレバーの構成を示しており、
この水平部材２１０の上面が、基板４５に適合的に押し
付けられる第１の接触面を成す。図３（ｂ）及び（ｃ）
では、カンチレバーアーム１５５は、水平部材２１０の
一方の端部に付いている実質的に垂直な垂直部材２１５
を有しており、この垂直部材２１５は、基板４５に適合
的に押し付けられて第１の接触面６０を形成するエッジ
を有している。

【００２１】本発明のバリア５５は、耐腐食性を著しく
向上させ、チャックの寿命を実質的に長くする。例え
ば、従来技術のチャックは典型的には酸素プラズマ暴露
後約３時間で腐食され使用不能になるのに対し、バリア
５５を有する本発明のチャック２０は、酸素プラズマの
暴露に対して５００時間故障しない耐腐食性を提供し
た。更に、バリア５５は、チャック２０が腐食性のプロ
セス環境で基板４５の保持に用いられた場合に、チャッ
ク２０上のポリマー反応の副生成物の蓄積も実質的に減
少させる。

【００２２】図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されている
ように、チャック２０の周りに円周カラーリング２２５
を用いることにより、チャックの耐腐食性を更に向上差
せることが可能である。前述の米国特許０８／４１０，
４４９号に記載されているように、不活性なマスキング
ガスを静電部材２５の外縁へと向けるマスキングガス組
立体を用いて、チャック２０の耐腐食性を向上すること
も可能である。

【００２３】チャック２０の製造方法を、以下に説明す
る。

【００２４】（支持体）一般には、支持体４０と基板４
５の間の熱移動を最大にするよう、基板の形状及びサイ
ズに従って静電部材２５の支持に用いられる支持体４０
の形状及びサイズが与えられる。例えば、基板４５がデ
ィスク形状の場合は、直円柱状の支持体４０が好まし
い。典型的には、支持体４０は、静電部材２５を受容す
る中心部分と、静電部材２５を越えて伸びる外縁１６０
とを有している。支持体４０の外縁１６０は、支持体４
０がペデスタルに類似するように、支持体４０の中心部
分からの高さが減少するカラーレッジとしての形状であ
ってもよい。外縁１６０又は外縁の外周側壁１８０にチ
ャンネル１７５が形成されてバリア５５を保持すること
が好ましい。

【００２５】支持体４０は、典型的には、アルミニウム
を機械加工したものであり、直円柱形状を有し、その直
径は、典型的には約１２７〜２０３ｍｍの範囲である基
板４５の直径及び約１．５〜２ｃｍの厚さに合うよう、
約１００〜３００ｍｍである。このアルミニウムプレー
トの上面及び下面は、従来のアルミニウム研磨技術を用
いて、プレートの表面粗さが約１ミクロン未満となるま
で研磨される。支持体４０がカソード４１及び支持体４
０条の基板４５に均一に接触して基板４５、支持体４０
及びカソード４１の間に有効に熱移動をさせるために
は、プレートの表面研磨は不可欠である。研磨後、プレ
ートをよく洗浄して研磨くずを除去する。

【００２６】（絶縁体）チャック２０の静電部材２５
は、(i)電極３０と、(ii) 電極をカバーする絶縁体３５
とを備えている。絶縁体３５は典型的には、ポリイミ
ド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォ
ン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ
ビニルクロライド、ポリプロピレン、ポリエーテルサル
フォン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレ
ンプロピレンコポリマー類、セルロース、トリアセテー
ト類、シリコーン、ラバー等の、復元性を有するポリマ
ー誘電材料を備えている。ポリイミド等のポリマーを用
いた場合、ポリイミドの引っ張り弾性モジュラスによっ
て測定されるポリイミドの復元性は、好ましくは約０．
２５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、更に好ましくは約１ＧＰａ
〜約５ＧＰａである。典型的なポリマー絶縁体は、(i)
少なくとも約２、更に好ましくは少なくとも約３の誘電
定数と、(ii)約１０¹³Ωｃｍ〜１０²⁰Ωｃｍの範囲の抵
抗率と、(iii) 少なくとも約１００ volts/mil（３．９
volts/micron）、更に典型的には少なくとも約１００
０ volts/mil（３９ volts/micron）の誘電破壊強度
と、を有している。

【００２７】絶縁体３５は、電極３０を囲うに充分な大
きさのサイズが与えられ、更に好ましくは電極３０を包
囲するに充分な大きさのサイズが与えられる。電極３０
を電気的に絶縁するために要する絶縁体３５の厚さは、
絶縁体３５の形成に用いるポリマーの電気抵抗率及び誘
電定数に従って変化する。静電部材２５のクーラントグ
ルーブ１１０が基板４５によって実質的にシールされる
ように、絶縁体３５は、基板４５に作用する静電クラン
ピング力の下に基板４５に適合するに充分な厚さを有す
るべきである。ポリマーが約３．５の誘電定数を有して
いる場合は、絶縁体３５の厚さは典型的には約１０μｍ
〜約５００μｍ、好ましくは約１００μｍ〜約３００μ
ｍである。

【００２８】基板４５が加熱されているプロセスにおい
てチャック２０を使用可能にするため、ポリマー絶縁体
は、５０℃を越える温度に耐性を有することが好まし
く、また、１００℃を越える温度に耐性を有することが
更に好ましい。また、処理中に基板４５に発生した熱が
チャック２０を介して消失できるよう、ポリマー絶縁体
は高い熱伝導率を有していることが好ましい。充分な熱
移動を与えて基板４５の過熱を防止するため、絶縁体３
５の熱伝導率は、少なくとも約０．１０ Watts/m/Kであ
るべきである。

【００２９】また、絶縁体３５は、熱伝導度及びプラズ
マ腐食に対する耐性を高めるため、ダイヤモンド、アル
ミナ、ジルコニウムボライド、ボロンナイトライド、及
びアルミニウムナイトライド等の熱伝導率の高いフィラ
ー材料を備えていてもよい。好ましくは、このフィラー
材料は、平均粒径が約１０μｍ未満の粉体であってもよ
い。典型的には、フィラーは、約１０％〜８０％体積
比、更に典型的には約２０％〜５０％の体積比で、絶縁
体材料に分散している。

【００３０】（電極）静電部材２５の電極３０は、典型
的には導電性材料製であり、この材料は例えば銅、ニッ
ケル、クロム、アルミニウム、鉄及びこれらの合金を含
むメタル等である。典型的には、電極３０の厚さは、約
０．５μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは約１μｍ〜約
５０μｍであり、電極が薄いほどチャック２０の耐腐食
性を向上させる。電極３０の形状は、基板４５のサイズ
及び形状によって変る。例えば、基板４５がディスク形
状の場合は、電極３０が基板４５と接触する面積を最大
にするため、電極３０もディスク形状である。典型的に
は、電極３０の面積は、約２００〜約４００ｃｍ² 、更
に典型的には２５０〜３５０ｃｍ² である。

【００３１】チャック２０の電極３０は、様々な構成を
とることが可能である。１つの構成では、電極３０は、
図１（ａ）に示されている如くユニポーラ電極３０とし
て動作可能な、単一のコンティニュアスの又はパターニ
ングされた電極である。また別の構成では、電極３０
は、図１（ｂ）に示されている如く２つのバイポーラ電
極３０ａ、３０ｂを備えている。好ましくは、バイポー
ラ電極３０ａ、３０ｂのそれぞれが実質的に等しいサイ
ズ及び形状を有している。

【００３２】好ましくは、電極３０はメタル層等の導電
層として作製され、これには商業的に入手可能な絶縁体
材料の絶縁層３５が埋め込まれている。図２に示されて
いるように、絶縁層３５は、クーラントグルーブ１１０
にクッションを与え且つシールすることを可能にするよ
うな弾性が更に高いポリマー製の上絶縁体層３５ａと、
電極３０の電気的な絶縁性を最適にするような誘電性が
更に高いポリマー製の下絶縁体層３５ｂとを備えていて
もよい。多層絶縁体の好ましい構成は、例えば、前出の
米国特許出願０８／３６９，２３７（または特願平８−
８６０）に記載されている。典型的には、各絶縁体層の
厚さは、約５０μｍ〜約１００μｍである。

【００３３】例えば、これに適した商業的に入手可能な
ポリマーフィルムには、デラウエア州ウィルミントンの
Dupond de Nemours Co．により製造される「ＫＡＰＴＯ
Ｎ」ポリイミドフィルム；日本の鐘淵化学工業により製
造される「ＡＰＩＱＵＥＯ」；日本の宇部興産により製
造される「ＵＰＩＬＥＸ」；日本の日東電工により製造
される「ＮＩＴＯＭＩＤ」；日本の三菱樹脂により製造
される「ＳＵＰＥＲＩＯＲＦＩＬＭ」等である。

【００３４】絶縁体３５の中にグルーブをスタンプし、
プレスし、又はパンチすることにより、多層絶縁体の絶
縁体層の一方又は双方の中にクーラントグルーブ１１０
が刻まれる。好ましくは、グルーブは、上絶縁層３５ａ
のみに刻まれ、グルーブ１１４のチップが基板４５の外
縁エッジ１１６の近くまで伸びている。クーラントグル
ーブ１１０の形成後、多層絶縁体及び電極組立体が中心
に置かれ、チャック２０の支持体４０に接着される。絶
縁層３５ａと３５ｂとを合せて接着するためには、従来
からの接着剤を使用するが、このとき、接着剤とは、
(i) 室温で粘着せず高温で粘着する熱活性型接着剤と、
(ii)圧力下で粘着する圧力感知型接着剤とが含まれる。
適切な接着剤には、例えば、メタクリレート等のアクリ
ル類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリウレタン
類、エポキシ類、シリコーン含有接着剤及びこれらの混
合物が含まれる。

【００３５】絶縁体ラミネートを製作する方法は、１９
９４年２月２日にShamouilianらにより出願された標題
"Electrostatic Chuck with Erosion-Resistant Elect
rodeConnection"の米国特許出願番号０８／１９９，９
１６号に概説的に記載されている。

【００３６】静電部材２５を作製する別の方法として
は、絶縁体層の上に導電性の銅又はアルミニウムの層を
備えた多層膜を用いる方法がある。商業的に入手可能な
適切な多層膜には、例えば、２５〜１２５μｍの厚さの
ポリイミド膜の上に銅の層が堆積されている、アリゾナ
州チャンドラーのロジャーズ社(Rogers Corporation)か
らの「Ｒ／ＦＬＥＸ１１００」膜や、アブレスティク
社(Ablestik Corporation)から入手可能なＡｂｌｅｓｔ
ｉｋブランドのアルミニウム充填ポリイミド膜や、ロー
ル、アニール又は電気堆積の銅箔に直接接着（接着剤な
しで）されたポリイミドを備えたＰａｒａｌｕｘＡＰ
フィルム等が含まれる。第２の絶縁体膜が多層膜の導
電層の上に接着され、２つの絶縁体膜の間に導電層が埋
め込まれることになる。

【００３７】絶縁体３５の中に埋め込まれたパターニン
グ又は節が形成された電極３０を有する静電部材は、前
述の「Ｒ／ＦＬＥＸ１１００」等の導電層を有する多
層膜を選択してこの導電層をエッチング、掘削又は切削
して所望の節が形成された電極の構成を形成することに
より、作製される。電極３０のエッチングには、従来か
らのフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いる
ことが可能であり、これは、例えば、(i) Silicon Proc
essing for the VLSI Era, Volume 1:Process Technolog
y, Chapter 12,13 and 14, by Stanley Wolf and Recha
rd N.Tauber,Lattice Press, California(1986)に概説
的に記載されるように、デラウエア州ウィルミントンの
Dupond de Nemours Co．により製造される「ＲＩＳＴＯ
Ｎ」のパターニングされたフォトレジスト層を導電メタ
ル層の上に形成し、(ii)従来のウェット又はプラズマエ
ッチング技術を用いて、導電性層の露出部分をエッチン
グする。典型的なウェットケミカルエッチング法では、
多層フィルムは、塩化鉄（ＩＩＩ）、過硫酸ナトリウム
等のエッチャント又は酸若しくは塩基に浸漬される。VL
SI Technology, Second Edition,Chapter 5,by S.M.Sz
e,McGraw-Hill Publishing Company(1988) に一般的に
記載されるように、典型的なプラズマエッチングプロセ
スは、塩素、酸素又はＳｉＣｌ₄ のプラズマを用いて、
導電層をエッチングする。残留したフォトレジストは、
従来からの酸又は酸素ストリッピングプロセスにより除
去できる。エッチングの後、上述のごとく、電極３０が
絶縁体３５内部に埋め込まれるように、パターニングさ
れた電極３０の上に第２の絶縁体フィルムが接着され
る。

【００３８】（電気コネクタ）静電部材２５は、電気コ
ネクタ７０を介して端子８０に接続される。好ましく
は、電気コネクタ７０は、支持体のエッジの周囲ではな
く支持体４０の中に伸びているため、処理中は基板４５
が電気コネクタ７０をカバーし、コネクタ７０がチャン
バ４２内の腐食性のプロセスガスへ暴露することを低減
する。前出の米国特許出願番号０８／４１０，４４９号
に好ましい電気コネクタ７０が記載されている。

【００３９】（バリア）好ましくは、バリア５５の少な
くとも一部が、腐食性のプロセスガスによる化学的劣化
及び腐食に実質的に耐性を有する復元性のポリマーで作
製されている。これに適したポリマーは、例えば、ポリ
エチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスチ
レン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、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、並びに、シリコーンが挙げられる。

【００４０】好ましい復元性ポリマーにはエラストマー
が含まれ、これは例えば、天然ゴム（弾性モジュラスが
２５００ｐｓｉ）、ＳＢＲ（２５００ｐｓｉ）、アクリ
レート、ブチル（１０００ｐｓｉ）、クロロスルフォネ
ーテッドポリエチレン、ＥＰＤＭ、エピクロロヒドリ
ン、フルオリナーテッドラバー（２５０ｐｓｉ）、ネオ
プレン（１０００ｐｓｉ）、ニトリル（１５００ｐｓ
ｉ）、ポリブタジエン、ポリイソプレン（２５００ｐｓ
ｉ）、ポリサルファイド（１４００ｐｓｉ）、シリコー
ン及びウレタン（１２００ｐｓｉ）である。報告されて
いるモジュラスの値は、２５０ｐｓｉから２５００ｐｓ
ｉまでの範囲にあり典型的には１０００から２０００ｐ
ｓｉまでの範囲にあるが、これは、３００〜４００％の
伸び率(elongation)において測定されたものであった。
エラストマーについては、Textbook o f Polymer Scienc
e, Third Edition, Fred W. Billmeyer, John Wiley &
Sons,New York, 1984 に一般的に記載されている。商
業的に入手可能な好ましい耐腐食性エラストマーには、
「ＶＩＴＯＮ」等のハロゲン化エラストマー、弗素含有
エラストマー及び「ＣＨＥＭＲＡＺ−５７０」パーフル
オロエラストマーが含まれ、これら両者は、米国ペンシ
ルバニア州カルプスビルのGreene Tweedより入手可能で
ある。あるいは、デラウエア州ウィルミントンのDupond
de Nemours Co．により商業的に入手可能な「ＴＥＦＬ
ＯＮ」が、これに代替可能な材料に含まれる。バリア５
５は、従来からの射出成形や注型を用いて製造可能であ
る。

【００４１】（チャックの動作）図１（ａ）を参照し
て、プロセスチャンバ４２内に基板４５を保持するため
のチャック２０の動作について説明していく。プロセス
を実行するにあたって、プロセスチャンバ４２は約１〜
５００ｍＴｏｒｒの範囲、更に典型的には約１０〜１０
０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力まで脱気される。シリコンウ
エハ等の半導体基板４５が、ロードロックトランスファ
チャンバ（図示されず）からチャンバ４２へ移送され
て、チャンバ４２内のチャック２０の静電部材２５上に
置かれる。プロセスチャンバ４２内にプロセスガスが導
入されるが、プロセスガスのタイプは、基板４５がエッ
チングされるか基板４５上に材料を堆積させるかに応じ
て変る。Silicon Processing for the VLSI Era, Vol.
1, Chapter 16, Dry Etching forVLSI, Lattice Press,
California(1986) に記載されているように、従来から
用いられているエッチャントガスには、例えば、Ｃ
ｌ₂、ＢＣｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃ 及
びこれらの混合物が含まれる。

【００４２】次に、第２の電圧供給器９０が作動し、カ
ソードにチャンバ４２内の接地面９５に関するバイアス
を与え、基板４５のエッチングのためのプラズマをプロ
セスガスから形成する。第１の電圧供給器８５が作動
し、電極３０に基板４５に関するバイアスを与えるに充
分な電圧を、電極３０に与え、基板４５をチャック２０
に保持するに充分な静電力を発生して、基板４５の外縁
エッジ１１６をバリア５５の第１の接触面６０に対して
押し付け基板４５と支持体４０との間にシールを形成
し、チャンバ４２内の腐食性の環境への暴露から静電部
材２５を保護する。

【００４３】プロセス中は、クーラントソース１１８
が、ヘリウムが典型例であるクーラントを静電部材２５
内のクーラントグルーブ１１０へ供給する。基板４５の
下にクーラントが流れることにより、基板４５から熱が
奪われるため、基板の処理の最中は基板全体の温度が実
質的に均一に維持される。

【００４４】本発明の特徴を有する静電チャックは、数
々の利点を有している。バリア５５は、チャンバ４２内
の腐食性プロセスガスへの暴露からチャック２０の静電
部材２５を保護することにより、チャック２０の耐腐食
性を向上させるので、腐食性の環境におけるチャック２
０の耐用寿命が著しく改善される。更に、チャックが腐
食性の環境において基板４５の保持に用いられた場合
は、バリア５５がチャック２０上へのポリマー反応副生
成物の蓄積を実質的に低減する。また、バリア５５が、
基板４５の均一な冷却を可能にする。

【００４５】特定の好ましい態様を参照して本発明を説
明してきたが、いわゆる当業者には別の態様が数多くで
きることがわかるだろう。例えば、バリアの構成５５は
ここに例示されているが、バリア５５は、例えばラバー
リングシール等の、当業者に自明な復元性の構造体を備
えていてもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、静電チャックの耐腐食性が向上し、腐食性のプロセ
ス環境において故障率が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のモノポーラー静電チャック
の動作を表す、プロセスチャンバの構成図であり、
（ｂ）本発明のバイポーラー静電チャックの使用法を表
す、プロセスチャンバの構成図である。

【図２】チャックの周りのバリアを表す、本発明の第１
の実施態様のチャック側面断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施態様のチャック
側面断面図であり、（ｂ）は、本発明の第３の実施態様
のチャック側面断面図であり、（ｃ）は、チャックの周
りのカラーを表す本発明の第４の実施態様のチャックの
側面断面図であり、（ｄ）は、チャックの周りのカラー
を表す本発明の第５の実施態様のチャックの側面断面図
である。

【図４】図２に示されるチャックのバリアの上面図であ
る。

【符号の説明】

２０…静電チャック、２５…静電部材、３０…電極、３
５…絶縁体、４０…支持体、４１…カソード、４２…プ
ロセスチャンバ、５０…外縁エッジ、５５…バリア、６
０…第１の接触面、６５…第２の支持面、６６…リン
グ、６８…環状リップ、７０…コネクタ、７５…接点、
８０…端子、８５…第１の電圧供給器、９０…第２の電
圧供給器、９５…接地面、１１０…クーラントグルー
ブ、１１２…中心、１１４…グルーブチップ、１１６…
外周、１１８…クーラントソース、１５０…ベース、１
５５…アーム、１６０…カラーレッジ、１７５…チャン
ネル、１８０…側壁、２００ａ…傾斜部材、２０５…末
端、２１０…水平部材、２１５…垂直部材、２２５…円
周カラーリング。

フロントページの続き (71)出願人 596070674 インターナショナルビジネスマシーンズ，コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢｕｓｉｎｅｓｓＭａｃｈｉｎｅｓ，Ｃｏｒｐ. アメリカ合衆国，ニューヨーク州，アーモンク，オールドオーチャードロード（番地なし) ＯｌｄＯｒｃｈａｒｄＲｏｒｄＡｒｍｏｎｋ，ＮｅｗＹｏｒｋ (72)発明者ジョセフサルフェルダアメリカ合衆国，ヴァーモント州 05495，ウィリストン，サウスリッジロード６ (72)発明者デニスグリマードアメリカ合衆国，ヴァーモント州 05495，ウィリストン，クリステンコート 17 (72)発明者ジョンエフ．キャメロンアメリカ合衆国，カリフォルニア州 94022，ロスアルトス，コロナドアヴェニュー 91 (72)発明者チャンドラデシュパンディーアメリカ合衆国，カリフォルニア州 94539，フレモント，ワショーコート 44920 (72)発明者ロバートライアンアメリカ合衆国，カリフォルニア州サニーヴェール，オリーブアヴェニュー 1157 (72)発明者マイケルジー．チャフィンアメリカ合衆国，ヴァーモント州 05489，アンダーヒル，アールアール２ボックス 3623

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (i) 基板を静電力により保持することが
可能な静電部材と(ii)静電部材を支持するための支持体
とを備える静電チャックの、腐食性の環境における耐腐
食性を向上させる方法であって、（ａ）基板に押し付けられることが可能な接触面を備え
るバリアが静電部材の周りを囲むように配置するよう、
支持体上にバリアの位置を与えるステップと、（ｂ）基板の外縁エッジがバリアの接触面と接触するよ
う、静電部材の上に基板を置くステップと、（ｃ）静電部材に電圧を印加して、基板の外縁エッジが
バリアの接触面に対して押し付けられるに充分な静電力
で基板を静電力により引き付け、基板と支持体との間に
シールを形成して、静電部材の腐食性の環境への暴露を
低減するステップとを有する方法。
【請求項２】基板を押し退けることなく、静電力で保
持されている基板にバリアの第１の接触面を押し付ける
ことを可能とする弾性ないし復元性の構造体を、バリア
が備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】基板に弾性的に押し付けられることが可
能な環状のリップを有するリングをバリアが備える請求
項２に記載の方法。
【請求項４】ステップ（ｃ）が、静電部材に電圧を印
加して、環状のリップが基板に弾性的且つ適合的にシー
ルするに充分な静電力で基板を引き付ける工程を有する
請求項３に記載の方法。
【請求項５】静電部材が更に、基板の下でクーラント
を保持するための、基板の外縁エッジに近接するチップ
を有するクーラントグルーブを備え、ステップ（ｃ）が、静電部材に電圧を印加して、環状の
リップが基板に弾性的且つ適合的にシールするに充分な
静電力で基板を引き付け、クーラントグルーブのチップ
からクーラントが実質的に漏出しない工程を有する請求
項３に記載の方法。
【請求項６】ステップ（ｃ）において、少なくとも約
５トールの面積当たり静電力（力／面積）で基板を引き
付けるに充分な電圧が静電部材に印加される請求項１に
記載の方法。
【請求項７】基板が中心と外縁とを備え、基板が加熱
されている際に基板の中心と外周との温度差が約１０℃
未満となるように、バリアの接触面は、基板の外縁に充
分近く配置された充分に小さい接触面積を有する請求項
１に記載の方法。
【請求項８】バリアの接触面の接触面積が約１００ｍ
ｍ² 未満である請求項７に記載の方法。
【請求項９】バリアの接触面の実質的全体が基板の外
周から約１０ｍｍ以内で基板と接触する請求項７に記載
の方法。
【請求項１０】支持体の外縁が基板の外縁の下に延伸
し、且つ、バリアが(i) ベースと(ii)ベースから延伸す
るアームとを備え、ステップ（ａ）が、バリアのアームが基板の方へ延伸す
るように、バリアのベースを支持体上に配置する工程を
有する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】支持体が、チャンネルを自身に有する
外縁側壁を備え、ステップ（ａ）が、バリアのアームが基板の方へ延伸す
るように、バリアのベースを支持体のチャンネル内に配
置する工程を有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】基板と支持体との間に適合してシール
を形成することが可能な、弾性的且つ柔軟な材料を、バ
リアが備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】腐食性のプロセスガスによる腐食に対
して実質的に耐性を有するエラストマーをバリアが備え
る請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】バリアがハロゲン化エラストマー製で
ある請求項１３に記載の方法。