JPH0922936A - 静電保持システム - Google Patents

静電保持システム

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JPH0922936A
JPH0922936A JP24821895A JP24821895A JPH0922936A JP H0922936 A JPH0922936 A JP H0922936A JP 24821895 A JP24821895 A JP 24821895A JP 24821895 A JP24821895 A JP 24821895A JP H0922936 A JPH0922936 A JP H0922936A
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electrostatic
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Shamouil Shamouillian
シャモウィリアン シャモウィル
Birang Manoocher
ビラン マヌーチャー
John F Cameron
エフ． キャメロン ジョン
Chandra Deshpandey
ディスパンディ チャンダラ
Goldspiel Alan
ゴールドスピル アラン
Northrup Ron
ナーザーアップ ロン
Semyon Sherstinsky
シャースティンスカイ セムヨン
Sasson Somekh
ソメクー サッソン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プロセスチャンバ内で基板を保持するために用
いられる静電チャックの提供。 【解決手段】チャック２０はベース２５に据え付けるの
に適しており、かつ少なくとも２つの電極５０ａ，５０
ｂを有する静電部材３３を備える。モノポーラ状態位置
又はバイポーラ状態位置において作動することのできる
スイッチングシステムと結合して２つの電極チャック２
０が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、プロセスチャンバ内で基板を保
持するために用いられる静電チャックに関するものであ
る。
【０００２】静電チャックを備える静電保持システム
は、例えばシリコンウェハーのような半導体基板を、そ
の基板の処理中に保持するために使用されている。典型
的な静電チャックはベース上に静電部材（ｅｌｅｃｔｒ
ｏｓｔａｔｉｃ ｍｅｍｂｅｒ）を含み、当該ベースは
プロセスチャンバ内でサポートに対して固定され得る。
通常、静電部材は基板を冷却するために冷却材を保持す
る冷却溝を有している。静電チャックを使用するには、
基板が静電部材上に配置され、静電部材はその基板に対
してある電圧で電気的にバイアスがかけられる。プロセ
スガスがプロセスチャンバ内へ導入され、一定の処理に
おいて、プロセスガスからプラズマが形成される。反対
の静電荷が静電部材と基板とに蓄積され、結果として静
電引力が生じて、チャックに対して基板を静電的に保持
する。静電的に保持された基板は、チャック内の冷却溝
を覆い、密閉して、冷却材がほとんど冷却溝から漏出し
ないようにする。
【０００３】従来の静電チャックには、一定の限界が有
る。単一のモノポーラ電極（ａ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｎ
ｏｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を有するモノポー
ラチャック（ｍｏｎｏｐｏｌａｒ ｃｈｕｃｋ）は、プ
ラズマステージ（ｐｌａｓｍａ ｓｔａｇｅ）の処理中
だけ基板を静電的に保持する。通常、正の電位がチャッ
ク上のモノポーラ電極に印加され、基板はチャンバ内の
帯電したプラズマ種により負の電位で維持されて、静電
荷が基板をチャックに静電的に保持するようにしてい
る。しかしながら、無プラズマステージ（ｎｏｎ−ｐｌ
ａｓｍａ ｓｔａｇｅ）の処理中、基板はチャックに確
実に保持されず、移動可能、すなわちミスアライメント
となり得る状態となり、更に／又は、チャック上の溝を
効率的に密閉せず、冷却材を漏出させる原因となる。
【０００４】プラズマ及び無プラズマ処理（ｂｏｔｈ
ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ｎｏｎ−ｐｌａｓｍａ ｐｒｏ
ｃｅｓｓｅｓ）のために、２つ以上の電極を有するバイ
ポーラ電極チャック（ｂｉｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｄｅ ｃｈｕｃｋ）は基板を静電的に保持することがで
きる。バイポーラチャック（ｂｉｐｏｌａｒ ｃｈｕｃ
ｋ）は、電極の１つに対して正の電位を、他の電極に対
して負の電位を印加することで作用される。しかしなが
ら、帯電したプラズマ種が基板に衝突するプラズマ処理
においてバイポーラチャックが使用されるとき、各電極
における電流と各電極に印加される電圧とを釣り合せる
ために複雑な回路が必要となる。その複雑な回路は可変
電源を必要とするが、それは帯電したプラズマ種を負電
位の数百Ｖ又は電気的接地のいずれかで基板を維持する
ことを許容する。その複雑な電気回路はチャックを製作
かつ維持するためにより割高となっている。
【０００５】同じ電極面積を有するモノポーラ電極によ
って与えられる静電把持力の約１／４しかバイポーラ電
極は提供しないので、従来のバイポーラ電極チャックは
また不便である。低い静電力になってしまうのは、静電
把持力が電極面積の２乗に比例し、かつ各バイポーラ電
極は単一のモノポーラ電極面積の半分しか有しないから
である。静電把持力を最大にすることは、基板全体の損
失となり得る処理中の基板の移動を減少させるのに有益
である。また、より大きな静電把持力によって、高圧の
冷却材が漏出することなく冷却溝内に保持可能となり、
それにより基板温度のより優れた制御を許容する。
【０００６】本発明が提供する静電チャックは、複雑な
回路構成を使用することなく無プラズマ及びプラズマ処
理に使用可能で、異なる処理ステージに対して静電把持
力を最大にし得る。１つの態様において、電圧源を有す
るプロセスチャンバ内に基板を保持するのに適した、静
電保持システム及び静電チャックを本発明は提供する。
静電保持システムは、（ａ）少なくとも一対の電極を備
える静電部材と、（ｂ）電極を電圧源に電気的に接続す
るスイッチであって、（ｉ）モノポーラ電極として電極
を作動させるために電圧を電極に供給するモノポーラ状
態位置（ｍｏｎｏｐｏｌａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、
（ｉｉ）バイポーラ電極として電極を作動させるために
電圧を電極に供給するバイポーラ状態位置（ｂｉｐｏｌ
ａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）とを有するスイッチとを備え
る。
【０００７】他の態様において、本発明はプラズマステ
ージ及び無プラズマステージを備える処理中にプロセス
チャンバ内で基板を保持する方法を提供し、その方法
は、（ａ）プロセスチャンバ内で少なくとも２つの電極
を備える静電部材を固定するステップと、（ｂ）静電部
材上に基板を配置するステップと、（ｃ）モノポーラ電
極として電極を作動させるために電極に第１電圧（ｆｉ
ｒｓｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を印加することにより、プラ
ズマ処理ステージ中の静電部材に基板を静電的に保持す
るステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）の前後に、バイポ
ーラ電極として電極を作動させるために電極に第２電圧
（ｓｅｃｏｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ）を印加することによ
り、無プラズマ処理ステージ中の静電部材に基板を静電
的に保持するステップとを備える。
【０００８】本発明の上記及び他の特徴、態様、利点が
以下の記述、付随する請求項、添付図面に関連してより
よく理解されるようになるだろう。
【０００９】本発明に従って静電チャック２０を備えた
静電保持システム１０の作動が図１に示される実施例に
より明らかにされている。静電チャック２０は、貫通穴
３０ａ，３０ｂを有するベース２５を備えている。内部
に少なくとも２つの電極５０ａ）５０ｂを有する静電部
材３３は、ベース２５により支持されている。通常、
（ｉ）電極５０ａ，５０ｂを取り囲んでいる下部絶縁層
３５ａ及び上部絶縁層３５ｂと、（ｉｉ）上部に基板４
５を受容するための上面４０とを有する絶縁体３５を静
電部材３３は備えている。図２に示されるように、電気
リード６０ａ，６０ｂを備える電気コネクタ５５ａ，５
５ｂはベース２５の穴３０ａ，３０ｂを貫通して延び、
電気接触子６５ａ，６５ｂで終結して電圧源端子７０
ａ，７０ｂに電極とをそれぞれ電気的に接続する。それ
の使用中、静電チャック２０はプロセスチャンバ８０内
のサポート７５上で固定されている。プロセスチャンバ
８０は電気的に接地面９５を含み、それは基板４５のプ
ラズマ処理の囲いを形成する。プロセスチャンバ８０は
プラズマ形成プロセスガスを導入するガス導入口８２
と、プロセスチャンバ８０からの反応プラズマとガス生
成物とを排気する減圧排気フイーチャー（ｔｈｒｏｔｔ
ｌｅｄ ｅｘｈａｕｓｔ）８４とを通常は含む。プロセ
スチャンバ８０内のサポート７５は絶縁体フランジ７７
を有しており、それは接地面９５からサポートを電気的
に絶縁するために、サポート７５と接地面９５との間に
配置されている。プラズマがチャック２０の腐食につい
て主要な原因であるとき、図１に示されるプロセスチャ
ンバ８０の特殊な実施例は基板４５のプラズマ処理に適
している。しかしながら、本発明は、本発明の範囲を逸
脱することなく他のプロセスチャンバや他のプロセスで
使用され得る。
【００１０】チャック２０を作動させるために、チャッ
ク２０はサポート７５に固定され、チャック２０の電気
接触子６５ａ，６５ｂはサポート７５上の電圧源端子７
０ａ，７０ｂに電気的に係合する。プロセスチャンバ８
０は所定圧力で排気かつ維持される。それから基板４５
はチャック２０上に配置され、そして基板４５を静電チ
ャック２０に保持するために第１電圧源８５を使用し
て、静電チャック２０の電極５０ａ，５０ｂが作動され
る。その後、プロセスガスはガス導入口８２を通ってチ
ャンバ８０内へ導入され、そして第２電圧源９０を起動
させることにより、処理の幾つかのステージでプラズマ
が形成される。
【００１１】本発明の静電保持システム１０によって、
チャック２０の使用がプラズマステージ及び無プラズマ
ステージを有する処理において可能となる。スイッチン
グシステムはスイッチ１４０を使用し、プラズマステー
ジ中にはモノポーラ電極として、また無プラズマステー
ジ中にはバイポーラ電極として電極５０ａ，５０ｂを作
動させるようにしている。スイッチ１４０は３つの状態
位置、すなわち（ｉ）モノポーラ状態位置（ｍｏｎｏｐ
ｏｌａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、（ｉｉ）バイポーラ状
態位置（ｂｉｐｏｌａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、そして
（ｉｉｉ）開回路状態位置（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有する。モノポーラ状態位置で
は、スイッチは両電極５０ａ，５０ｂを第１電圧源８５
に接続し、それにより両電極５０ａ，５０ｂを同一の電
位に維持して、両電極は単一のモノポーラ電極として役
立つ。同時に、サポート７５を電気的にバイアスするた
めに第２電圧源９０は作動され、チャンバ８０内でプラ
ズマを形成する。帯電したプラズマ種は基板４５に衝突
し、電極５０ａ，５０ｂの電位とは反対の電位で基板４
５を維持する。反対の電位は、反対の静電荷を基板４５
と電極５０ａ，５０ｂとに蓄積させて、それにより結果
として静電引力が生じ、基板４５を静電チャック２０に
保持する。
【００１２】バイポーラ状態位置において、スイッチ１
４０は第１電極５０ａを第１電圧源８５に接続して上記
電極を第１電位で維持するようにし、そして第２電極５
０ｂをサポート７５に接続する。通常、バイポーラ作動
中、第２電圧源９０は作動されず、サポート７５は電気
的に接地されている。例えば、第１電極５０ａは第１電
圧源８５により正の電位に維持され、第２電極５０ｂは
反対の電位、又は電気的な接地で維持されている。その
方法では、切り替え可能なシステムによって電極５０
ａ，５０ｂは無プラズマステージの処理中、反対の電位
で維持されて、バイポーラ電極として電極５０ａ，５０
ｂを作動するようにする。
【００１３】スイッチ１４０の開回路状態位置（ｏｐｅ
ｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）が使用される
のは、モノポーラ作動状態位置とバイポーラ作動状態位
置との間において電極５０ａ，５０ｂを遷移するためで
ある。処理がプラズマステージから無プラズマステージ
へ遷移する時、プロセスチャンバ８０内のプラズマは瞬
時に排気されることができず、第２電圧源９０を停止さ
せた後の短い期間、帯電した幾らかの残留プラズマ種が
チャンバ８０内に存在する。したがって、プラズマステ
ージと無プラズマステージとの間で、スイッチ１４０は
開回路状態位置に設定され、そこにおいて電位は電極５
０ａ，５０ｂに何等維持されない。電極５０ａ，５０ｂ
のモノポーラ作動状態位置とバイポーラ作動状態位置と
の間の遷移を開回路状態位置は遅らせたり、安定化させ
たりする。
【００１４】通常、第１電圧源８５は高圧直流電源８７
と交流フィルタ８９とを含んでいる。通常、高圧直流電
源８７は直流電圧を約１０００Ｖから３０００Ｖまでの
範囲にわたって、そしてより好ましくは約２０００Ｖか
ら供給する。適当な第１電圧源８５は約１０００Ｖから
３０００Ｖまでの直流電源を備え、１ＭＱの抵抗器を介
在して、高電圧読みだし部と接続される回路を通常は含
む。その回路の１ＭＱの抵抗器は回路に流れる電流を制
限し、そして５００ｐＦのキャパシタは交流電流フィル
タとして提供される。
【００１５】第２電圧源９０はプロセスチャンバ８０内
のサポート７５に接続されている。チャンバ８０内でプ
ラズマを形成するために、少なくともサポート７５の一
部分は通常導電性でありそして処理電極（ｐｒｏｃｅｓ
ｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）あるいは陰極として機能して
いる。チャンバ８０内で電気的接地面９５に対してサポ
ート７５を電気的にバイアスさせるために第２電圧源９
０が設けられ、チャンバ８０内へ導入されるプロセスガ
スからプラズマを形成する。第２電圧源９０は、絶縁キ
ャパシタ（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）
と直列にして、プロセスチャンバ８０のインピーダンス
を線間電圧のインピーダンスに整合させる高周波インピ
ーダンスを一般に備える。
【００１６】切り替え可能なシステムが有利なのは、プ
ラズマステージと無プラズマステージとを備える処理の
場合である。無プラズマステージの処理の間、例えば、
基板４５が処理温度まで加熱されているとき、切り替え
可能なシステムは静電チャック２０をバイポーラ状態位
置で使用されるようにし、そのとき１つの電極５０ａが
帯電し、残りの電極５０ｂが電気的に接地され、プラズ
マを使用することなく基板４５を静電的に保持する。プ
ラズマステージの処理中、切り替え可能なシステムは静
電チャック２０をモノポーラ状態位置で作動可能にし、
それは増加した静電把持力を生じて基板４５の移動又は
ミスアライメントを防止するようにする。
【００１７】チャックの作動中、絶縁体３５の上面４０
にある冷却溝１０５に冷却材を供給する冷却材源１００
を使用して、チャック上に保持された基板４５は冷却さ
れる。チャック２０上に保持された基板４５は溝１０５
を覆い、密閉して冷却材の漏出を防ぐ。溝１０５内の冷
却材は基板４５からの熱を除去し、基板の処理中に一定
の温度で基板の温度を維持する。通常、絶縁体３５上の
冷却溝１０５は間隔を開けて配置され、一定の大きさを
有し、そして分配されて、冷却溝１０５内に保持された
冷却材は基板４５全体をほとんど冷却できるようにして
いる。通常、冷却溝１０５は、絶縁体３５及び電極５０
ａ，５０ｂの全体を通じて広がる流路と交差するパター
ンを形成する。冷却溝１０５は第１及び第２電極５０
ａ，５０ｂ間にある電気絶縁空隙（ｅｌｅｃｔｒｉｃａ
ｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｖｏｉｄｓ）５２内で形成さ
れて、それらがお互い電極を電気的に絶縁し、反対の静
電的極性で電極を維持するようにするのがより好まし
い。電極５０ａ，５０ｂ及び電気絶縁空隙５２は、それ
らの間である大きさを有して形成されて、電気絶縁空隙
５２がチャック２０上の基板を冷却する冷却材を収容す
るための冷却溝１０５として役立つ。
【００１８】さてチャック２０の特殊な態様が論じられ
るだろう。
【００１９】チャック２０のべ一ス２５は、静電部材３
３を支持して基板４５の形状及び大きさに対応して通常
作られており、熱伝達を最大化したり、広い保持表面を
提供したりするようにする。例えば、もし基板４５が円
板形状であるならば、直円柱形状のベース２５が好まし
い。通常、ベース２５はアルミニウムからできていて、
そして直径約１００ｍｍから２２５ｍｍまで、かつ厚さ
約１．５ｃｍから２ｃｍまでの円柱形状を有する。プレ
ートの表面粗さが１ミクロン以下になるまで、従来の研
磨技術を用いて平板の頂面及び底面は研磨されて、ベー
ス２５は均一にサポート７５と基板４５とに接触するこ
とができて、基板４５とサポート７５との間の効率的な
熱移動をもたらす。研磨後、プレートは研磨屑を取り除
くため完全に清浄化される。
【００２０】図２に示されるように、ベース２５は貫通
穴３０ａ，３０ｂを有しており、各穴はスロット部１０
１を有し、また拡大した端ぐり部１０３がスロット部１
０１から広がっている。穴３０ａ，３０ｂを通った、電
気リード６０ａ，６０ｂ又は電気リード６０及び一体電
気接触子６５ａ，６５ｂとを最小の間隙若しくはほとん
ど間隙なく挿入する位に、穴３０ａ，３０ｂは十分大き
く作られる。好ましくは、コネクタ５５の電気リードが
穴３０ａ，３０ｂ内にあるとき、その穴からのガスの漏
出がほとんどない位、穴３０ａ，３０ｂは十分に小さく
作られて、適当な間隙が約５ｍｍ以下である。
【００２１】静電部材３３は、内部に電極５０ａ，５０
ｂを有する絶縁体３５を備える。絶縁体３５は電気絶縁
性の高分子材料を、例えばポリイミド、ポリケトン、ポ
リエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ
ｅ）、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（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ
ｓ）、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共重合体、セルロー
ス、トリアセテート、シリコーン、そしてゴムを通常備
える。絶縁体３５は５０℃を超えた温度に耐性のあるの
が好ましく、しかも温度１００℃を超える温度に耐性の
あればより好ましくて、チャック２０は高温処理に使用
されるようになる。また、好ましくは、処理中に基板４
５で発生した熱がチャック２０を通じて散逸可能となる
ように、絶縁体３５は高い熱伝導率を有して、適当な熱
伝導率は少なくとも０．１０Ｗ／ｍ／Ｋである。絶縁体
３５は、高い熱伝導率を有した、例えばダイヤモンド、
アルミナ、ホウ酸ジルコニウム、窒化ホウ素、そして窒
化アルミニウムの、平均粒径約１０μｍ以下の粉末状充
填材を分散させて、熱伝導や耐腐食性を増加させるよう
にする。好ましくは、絶縁体に対する充填材の体積比率
は約１０％から８０％までで、２０％から５０％までが
より典型的である。更に、チャック２０が腐食性又は侵
食性の処理環境で使用されるときには化学的退化から絶
縁体３５を保護するために、保護層（図示せず）が絶縁
体３５の上面４０上に適用されることがある。
【００２２】絶縁体３５は十分に大きく作られ、電極５
０ａ，５０ｂをその中で取り囲む。通常、絶縁体３５は
約１０１３Ωｃｍから１０２０Ωｃｍまでの範囲の抵抗
率、また少なくとも約２の比誘電率、しかもより好まし
くは少なくとも約３の比誘電率を有する。絶縁体３５の
全体の厚さは、絶縁体３５を形成するために用いられる
絶縁材料の電気抵抗率及び比誘電率によって決まる。例
えば、絶縁体３５が約３．５の比誘電率を有していると
き、絶縁体３５の厚さは通常約１０μｍから約５００μ
ｍの厚さまで、より好ましくは約１００μｍから約３０
０μｍの厚さまでである。ポリイミド絶縁材料は通常少
なくとも約１００ｖｏｌｔｓ／ｍｉｌ（３．９ｖｏｌｔ
ｓ／ｍｉｃｒｏｎ）、そしてより典型的には少なくとも
約１０００ｖｏｌｔｓ／ｍｉｌ（３９ｖｏｌｔｓ／ｍｉ
ｃｒｏｎ）の絶縁破壊強さを有する。通常、図１に示さ
れるように、絶縁体３５は、下部絶縁層３５ａと上部絶
縁層３５ｂとを備えた２層の積層構造を備え、それらの
間に電極が埋め込まれている。絶縁層３５ａ，３５ｂ
は、厚さ約５０μｍから約６０μｍの厚さまでと実質上
等価な厚さを有しているのが好ましい。
【００２３】電極５０ａ，５０ｂは例えば銅、ニッケ
ル、クロム、アルミニウム、鉄のような金属やそれらの
合金のような導電性材料から作られる。電極５０ａ，５
０ｂの形状、大きさ、及び数は基板４５と接触したま
ま、電極の面積を最大にするように選び出される。例え
ば、電極５０ａ，５０ｂは円板形状の基板４５に対して
は円板形状のものである。好ましくは、電極５０ａ，５
０ｂは絶縁体３５の全面を実質上覆い、電極５０ａ，５
０ｂの合計面積が約５０から約５００ｃｍ２までが一般
的であって、８０から３８０ｃｍ２までがより一般的で
ある。２つの電極５０ａ，５０ｂの各面積はほとんど等
しくそしてチャック２０の上面の全面積の２分の１を通
常備えているのが好ましい。したがって、２つの電極に
関して、各電極５０ａ，５０ｂの面積は約５０から約２
５０ｃｍ２までが好ましく、しかも１００から２００ｃ
ｍ２までであればより好ましい。通常、電極５０の厚さ
は約１μｍから１００μｍまでで、そして約１μｍから
５０μｍまでがより一般的である。しかしながら、幾つ
かのバイポーラの配置では、約１μｍ未満、より好まし
くは０．５μｍ未満の厚さといったより薄い電極を利用
することは、絶縁体３５の周縁部にある冷却溝１０５の
先端部（ｔｉｐｓ）１０７を密閉するようにするために
都合がよい。
【００２４】電極５０ａ，５０ｂは連続的であっても又
は相互に連結されたフィーチャー（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎ
ｅｃｔｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ）でパターン形成されて
もよく、チャック２０上に保持された基板４５を冷却す
る冷却材を保持するために、上記フィーチャー間に冷却
溝１０５が形成され得るように上記フィーチャーはある
大きさで作られる。冷却溝１０５が絶縁体３５の至る所
に広がるように絶縁空隙５２の上に横たわる絶縁体を刻
むことによって、冷却溝１０５は電極間の絶縁空隙５２
の中に形成されて、又は電極５０ａ，５０ｂ間にある冷
却溝１０５を形成するために、絶縁体が絶縁空隙５２の
中へ後退できる（ｒｅｃｅｄｅ）。電極の至る所に刻ま
れる付加的な冷却溝を必要とすることなく、電極５０
ａ，５０ｂ間の絶縁空隙５２を利用して冷却材を保持す
ることを上記配置は可能にしており、それによって電極
５０ａ，５０ｂの有効静電力を最大化している。例え
ば、図３は内部電極リング５０ａと外部電極リング５０
ｂとを備える２重リング電極配置をそれらの間にある電
気絶縁空隙５２と共に示している。２つの電極５０ａ，
５０ｂ間にある電気絶縁空隙５２は冷却溝１０５を形成
するために使用されて、電極面積の最大化をもたらす。
好ましくは、電極５０ａ，５０ｂは同一平面上にあり、
実質的に等しい面積を有し、上記電極は基板４５上に等
しい静電把持力を発生させる。
【００２５】好ましい配置では、電極５０ａ，５０ｂ及
びそれらの間にある絶縁空隙５２は、チャック２０に保
持された基板４５の周辺部２３５を、冷却溝１０５の先
端部１０７に収容された冷却材が冷却できるように、少
なくとも電気絶縁空隙５２の一部は絶縁体３５の周縁部
１１０に位置されるような大きさを持って形成されると
共に配置されている。例えば、図４に示される電極の配
置では、冷却材が冷却溝１０５に収容されているとき、
冷却溝の先端部１０７の冷却材は冷却溝１０５から漏出
せずに基板４５の周辺部を冷却する位、絶縁体３５の周
縁部１１０に十分に密接して配置されている環状の溝を
備える電気絶縁空隙５２を形成するように、電極５０
ａ，５０ｂがある形状・大きさを持って作られている。
図４では、第１電極５０ｂは３つの外部環状電極を備
え、かつ第２電極５０ａは単一の固い内部円形を備えて
いる。基板４５がチャック２０に保持されているとき、
基板４５は電極５０ａ，５０ｂの上に横たわっている絶
縁体３５の一部によって形成されるリッジ（ｒｉｄｇｅ
ｓ）を押しつけ、冷却溝１０５を密閉し、冷却材は冷却
溝１０５から漏出しない。したがって冷却溝１０５から
漏出せずに冷却材が均等にそして基板４５の周辺部２３
５の近くに分配することができる。
【００２６】図５に示されるように、多重電極チャック
２０に関する他の好ましい配置は、２つの半円電極５０
ａ，５０ｂを備えており、それらは絶縁体３５を横切っ
て半径方向へ伸びた、少なくとも１つの電気絶縁空隙５
２によって分離されている。半径方向へ伸びた絶縁空隙
５２は、絶縁体３５の周縁部１１０の近くに伸びている
冷却溝１０５を形成するために用いられる。絶縁体３５
の周縁部１１０の近くに伸びている溝の先端部１０７を
有する、追加的に半径方向に伸びている冷却溝１０５
を、チャック２０はまた含むことができる。冷却溝の先
端部１０７は絶縁体３５の周縁部１１０の近くに配置さ
れて、周縁部１１０と共に間隙１０９を画成している。
冷却溝１０５の先端にある冷却材は、基板４５の周辺部
２３５での温度を基板４５の中央での温度と実質的に等
しくなるように維持し、そして基板４５の周辺部２３５
と中央部２３７との間の平均温度差が約１０℃未満であ
ることが好ましい。冷却材は基板４５の全体が一定の温
度で実質上維持されていることが最も好ましい。
【００２７】同種の２つの電気コネクタ５５ａ，５５ｂ
は、各電極５０ａ，５０ｂを第１電圧源８５と電気的に
独立して接続するために使用される。上記コネクタは実
質上同一で、各々は（ｉ）ベース２５の穴３０を通って
伸びる電気リード６０ａ，６０ｂと、（ｉｉ）電気接触
子６５ａ，６５ｂとを備えている。電気リード６０ａ，
６０ｂは銅やアルミニウムのような導電性金属から作製
され、電気リード６０ａ，６０ｂの長さは１０から５０
ｍｍまでが一般的で、しかも２０から４０ｍｍまでがよ
り典型的である。電気リード６０ａ，６０ｂの幅は２か
ら１０ｍｍまでが典型的で、４から７ｍｍまでがより典
型的である。好ましくは、電気リード６０ａ，６０ｂ、
電極５０ａ，５０ｂ、そして電気接触子６５ａ，６５ｂ
は、上記電気コネクタが電極の一体延長部（ｉｎｔｅｇ
ｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）であるように、単一の単
体（ｕｎｉｔａｒｙ）導電性部材、例えば金属板から製
作されている。このバージョンは、電圧源端子と接触す
るための複数の構成部品を製作したり、組み立てたりす
る必要はないから有利である。通常、導電性金属の一様
な板は切り出されて、電極５０ａ，５０ｂと電気コネク
タ５５とを形成する。電気リード６０ａ，６０ｂと一体
となっている電気接触子６５ａ，６５ｂは、高電圧のア
ークを引き起こすことなくサポート７５上の電圧源端子
７０ａ，７０ｂを電気的に直接係合させるように十分な
大きさでもって形作られている。リード６０ａ，６０ｂ
と一体となった電気接触子６５ａ，６５ｂの面積は、少
なくともおよそ高電圧端子７０ａ，７０ｂの面積である
ことが好ましく、しかも高電圧端子７０ａ，７０ｂの面
積と実質上等しいことがより好ましい。各電気接触子６
５ａ，６５ｂの面積は約５０ｍｍ２であることが好まし
く、そして少なくとも約１００ｍｍ２であることがより
好ましい。電気接触子６５ａ，６５ｂの面積は５０から
４００ｍｍ２までが一般的であり、しかも約７５から１
５０ｍｍ２までがより一般的である。通常、十分な接触
面積を提供するために、電気接触子６５ａ，６５ｂは円
板形状で、かつ約５ｍｍから１２ｍｍまでの範囲の半径
を有する。
【００２８】次に、静電部材３３を製作する方法が記述
されるだろう。静電部材３３は内部に電極５０ａ，５０
ｂを有する絶縁体３５を備えると共に、電極５０ａ，５
０ｂと一体となった電気コネクタ５５ａ，５５ｂを有す
る層として製作されるのが好ましい。多層膜から上記層
を製作する適切な方法は、絶縁層と導電層とを備えてお
り、例えばＲｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ア
リゾナ州 Ｃｈａｎｄｌｅｒ）製の”Ｒ／ＦＬＥＸ １
１００”膜のようなものであって、それは厚さ２５から
１２５μｍまでのポリイミド絶縁層上に導電性の銅層を
備えている。多層膜の銅層はエッチング、経路設定（ｒ
ｏｕｔｅｄ）、又は研磨されて電極５０ａ，５０ｂ及び
一体となった電気コネクタ５５ａ，５５ｂを形成する。
【００２９】電極５０ａ，５０ｂ及び一体式電気コネク
タ（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎ
ｎｅｃｔｏｒｓ）５５ａ，５５ｂを形成するのに適した
エッチング処理は、（ｉ）電極５０ａ，５０ｂと電気コ
ネクタ５５ａ，５５ｂとの形状に合わせて形作られた保
護レジスト層を多層膜の導電層にわたって形成するステ
ップ、（ｉｉ）従来のエッチング処理を使用してレジス
トによって保護された多層膜をエッチングするステップ
を備える。レジスト層はＤｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕ
ｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（デラウェア州 Ｗｉ
ｌｍｉｎｇｔｏｎ）製の”ＲＩＳＴＯＮ”のようなフォ
トレジスト材料を使用して形成することができ、電極層
に適用することができる。従来のフォトリソグラフィー
の方法は、本明細書において参照文献で取り入れている
Ｓｔａｎｌｅｙ Ｗｏｌｆ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｎ．Ｔａ
ｕｂｅｒ：ＶＬＳＩ時代のシリコン処理、第１巻：処理
技術、１２，１３及び１４章、Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅ
ｓｓ（１９８６）に述べられているもののように、導電
層上のレジスト層をパターン形成するために使用するこ
とができる。従来の湿式若しくは乾式の化学エッチング
方法は、多層膜をエッチングするのに使用される。適当
な湿式化学エッチング方法は、電極層の未保護部分はエ
ッチングされるまで、塩化第二鉄、過硫酸ナトリウム又
は酸若しくは塩基のようなエッチャント中へ多層膜を浸
すことを備える。適当な乾式のエッチング処理は、本明
細書に参照文献として取り入れられている上記シリコン
処理１６章で述べられている。
【００３０】電極５０ａ，５０ｂ及び一体式電気コネク
タ５５ａ，５５ｂを形成するために導電層をエッチング
した後、第２絶縁膜が導電層の上にわたって接着され
て、導電層は絶縁体３５内へ埋め込まれて積層された静
電部材３３を形成する。適当な絶縁膜は、例えばＤｕＰ
ｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ
ｏ．（デラウェア州 Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）製の”Ｋ
ＡＰＴＯＮ”、鐘淵化学工業（日本）製の”ＡＰＩＱＵ
ＥＯ”、宇部興産（日本）製の”ＵＰＩＬＥＸ”、日東
電工（日本）製の”ＮＩＴＯＭＩＤ”、そして三菱樹脂
（日本）製の”ＳＵＰＥＲ ＩＯ ＦＩＬＭ”を含む。
【００３１】電極５０ａ，５０ｂの一体延長部（ｉｎｔ
ｅｇｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）である電気コネクタ
５５ａ，５５ｂを形成するために、静電部材３３から電
気コネクタ５５ａ，５５ｂを型打、打抜き、又は押出し
することにより、静電部材積層品（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔ
ａｔｉｃ ｍｅｍｂｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅ）が切り出
される。電気コネクタ５５ａ，５５ｂの電気リード６０
ａ，６０ｂ及び電気接触子６５ａ，６５ｂが、パターン
形成された冷却溝１０５の１つの中に配置されるよう
に、電気コネクタ５５ａ，５５ｂは切り出されるのか好
ましい。電気コネクタを冷却溝１０５の一区分内に配置
することによって、電極５０ａ，５０ｂ、一体式電気コ
ネクタ５５ａ，５５ｂ、そして冷却溝１０５を単一のス
テップで製作できるようになる。電気コネクタ５５ａ，
５５ｂを切り出した後、電気接触子６５ａ又は６５ｂを
形成する下層の導電層を露出させるために絶縁層を剥ぎ
取ることで、電気コネクタ５５ａ，５５ｂ上の残りの絶
縁体は取り除かれる。図６に示されるように、絶縁され
た電気リード６０ａ，６０ｂと電気接触子６５ａ，６５
ｂとが後にベース２５の穴を貫通し、電気接触子６５
ａ，６５ｂはベース２５の下に配置されるようになる。
それから静電部材３３と静電チャック２０のベース２５
とを、例えばポリイミドのような従来の圧力又は温度感
知接着剤を用いて接着させている。その後、電気接触子
６５ａ，６５ｂは、静電チャック２０のベース２５上の
支持部材７５に接着される。
【００３２】電圧源端子 図２に示されるように、電圧源端子７０ａ，７０ｂはサ
ポート７５上の、ベース２５とサポート７５との間にあ
る境界面に置かれる。通常、電圧源端子７０ａ，７０ｂ
の各々はサポート７５を貫通した穴１７５に配置された
スプリング駆動の直円のピン部材１７０を含んでいる。
ピン部材１７０は、好ましくは、金メッキされた銅であ
る導電性端子１８０で終結している。高電圧リード１８
５は第１電圧源８５からピン部材１７０を通って伸び、
導電性端子１８０と接触する。スプリングはピン部材１
７０と接触してサポート７５の穴１７５に配置され、ピ
ン部材１７０を上方に付勢して電極５０ａ，５０ｂの電
気接触子６５ａ，６５ｂと接触させる。
【００３３】ベース２５とサポート７５との間の境界面
は密閉され、ベース２５の穴３０ａ，３０ｂを通るあら
ゆる冷却材が、処理室８０内へ漏れるのを防止するよう
にする。２つのシールリング１９０ａ，１９０ｂを備え
るシール部材はベース２５とサポート７５との間の境界
面に配置されている。第１シールリング１９０ａはベー
ス２５の下方にあって、電気接触子６５ａ，６５ｂ及び
ベース２５の穴３０ａ，３０ｂの両方の周囲に配置され
ている。第２シールリング１９０ｂは、サポート７５の
供給穴（ｓｕｐｐｌｙ ｂｏｒｅ）１７５の付近に、し
かも電気接触子６５ａ，６５ｂを整列させて配置されて
いる。２つのシールリング１９０ａ，１９０ｂはＯリン
グシールを備えているのが好ましい。
【００３４】本発明の特徴を有している静電チャック２
０はいくつかの都合のよいところを有する。静電チャッ
ク２０をバイポーラ状態位置又はモノポーラ状態位置で
作動させることにより、静電保持システム１０は静電チ
ャック２０をプラズマ処理及び無プラズマ処理で使用可
能にする。プラズマステージの処理の間、静電保持シス
テム１０は静電チャック２０をモノポーラ状態位置で作
動させるようにするが、それは静電把持力を増加させて
基板４５の移動すなわちミスアライメントを防止するよ
うにしている。これらの理由のため本発明の静電チャッ
ク２０は従来の静電チャックに優る、著しい進歩であ
る。
【００３５】本発明はいくつかの好ましいバージョンを
参照してかなり詳細に述べられたが、多くの他のバージ
ョンは当業者にとっては自明である。したがって、追加
される請求項の趣旨と範囲は本明細書に含まれる好まし
いバージョンに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電保持システムの作動を示すプロセ
スチャンバの概略側断面図である。
【図２】プロセスチャンバ内のサポート上にある、本発
明の静電チャックの実施例の部分側断面図であって、ベ
ースを通って伸びて、サポート上の電圧源端子と合わさ
っている電気コネクタを示している。
【図３】電極間に冷却溝を備えた２重リング電極配置を
有する静電チャックの上面図である。
【図４】静電チャックの別バージョンの上面図であっ
て、チャックの周縁部において電極間に冷却溝をもった
多重リング電極配置を有している。
【図５】２つの半円の電極を有する静電チャックの別バ
ージョンの上面図であって、上記電極間に半径方向の冷
却溝を備えている。
【図６】電気コネクタを具備した電気接触子をベースの
下に有する図２の静電チャックの底面図である。
【符号の説明】
１０・・・静電保持システム、２０・・・静電チャッ
ク、２５・・・ベース、３０ａ，３０ｂ・・・貫通穴、
３３・・・静電部材、３５・・・絶縁層、３５ａ・・・
下部絶縁層、３５ｂ・・・上部絶縁層、４０・・・上
面、４５・・・基板、５０ａ，５０ｂ・・・電極、５２
・・・電気絶縁空隙、５５ａ，５５ｂ・・・電気コネク
タ、６０ａ，６０ｂ・・・電気リード、６５ａ，６５ｂ
・・・電気接触子、７０ａ，７０ｂ・・・電圧源端子、
７５・・・サポート、７７・・・絶縁体フランジ、８０
・・・プロセスチャンバ、８２・・・ガス導入口、８４
・・・減圧排気フィーチャー、８５・・・第１電圧源、
８７・・・高圧直流電源、８９・・・交流フィルタ、９
０・・・第２電圧源、９５・・・接地面、１００・・・
冷却材源、１０１・・・スロット部、１０３・・・端ぐ
り部、１０５・・・冷却溝、１０７・・・先端部、１１
０・・・周縁部、１４０・・・スイッチ、１７０・・・
ピン部材、１７５・・・供給穴、１８０・・・導電性端
子、１８５，１８５ａ，１８５ｂ・・・高電圧リード、
１９０ａ，１９０ｂ・・・シールリング、２３５・・・
周辺部、２３７・・・中央部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 95036， ロス ガトス， フェイヴル リッジ ロード 18836 (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 チャンダラ ディスパンディ 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 アラン ゴールドスピル アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95076， ワトソンヴィレ， アプトス リッジ サークル 820 (72)発明者 ロン ナーザーアップ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95124， サン ノゼ， ドライズデール ドライヴ 5698 (72)発明者 セムヨン シャースティンスカイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94121， サン フランシスコ， 32番 アヴェニュー 742 (72)発明者 サッソン ソメクー 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， ム ーディ ロード 25625

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧源を有するプロセスチャンバ内に基
    板を保持するための静電保持システムであって、 （ａ）少なくとも一対の電極を備える静電部材と、 （ｂ）前記電極を前記電圧源に電気的にするスイッチで
    あって、 （ｉ）モノポーラ電極（ｍｏｎｏｐｏｌａｒ ｅｌｅｃ
    ｔｒｏｄｅ）として前記電極を作動させるために電圧を
    前記電極に供給するモノポーラ状態位置と、（ｉｉ）バ
    イポーラ電極（ｂｉｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）
    として前記電極を作動させるために電圧を前記電極に供
    給するバイポーラ状態位置と、を有するスイッチと、を
    備える静電保持システム。
  2. 【請求項２】 前記スイッチは、前記電極を開回路（ｏ
    ｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）に接続するために開回路状態
    位置を更に備える請求項１記載の静電保持システム。
  3. 【請求項３】 前記プロセスチャンバ内の前記電圧源は
    単一の電圧源を備え、前記モノポーラ状態位置で前記ス
    イッチは前記電極を前記電圧源と電気的に接続し、並び
    に前記バイポーラ状態位置で前記スイッチは少なくとも
    １つの電極を接地及び他の１つの電極を前記電圧源と電
    気的に接続する請求項１又は請求項２記載の静電保持シ
    ステム。
  4. 【請求項４】 静電部材はベースによって支持されてお
    り、静電部材内の前記電極は、前記チャンバ内の前記電
    圧源と、前記ベースを貫通して配置される電気コネクタ
    を介して電気的に接続されて、基板が前記チャック上に
    保持されるときには、前記電気コネクタが前記基板によ
    り実質的に覆われると共にそれによって腐食を減じるよ
    うになる請求項１，２又は３記載の静電保持システム。
  5. 【請求項５】 前記一対の電極は電気絶縁空隙（ｅｌｅ
    ｃｔｒｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｖｏｉｄ）によ
    り互いに電気的に絶縁されており、前記絶縁空隙が前記
    基板を冷却するための冷却材を保持する冷却溝を形成で
    きるように前記電極が一定の大きさで作られ、形成され
    ている請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電保持シ
    ステム。
  6. 【請求項６】 請求項１の静電保持システムを使用する
    方法であって、 （ａ）前記静電部材上に基板を載置するステップと、 （ｂ）プラズマ処理段階中に前記基板を静電的に保持す
    るために前記モノポーラポジシションに前記スイッチを
    作動させるステップと、 （ｃ）ステップ（ｂ）の前後に、無プラズマ処理段階
    （ｎｏｎ−ｐｌａｓｍａｐｒｏｃｅｓｓ ｓｔａｇｅ）
    中に前記基板を静電的に保持するために前記バイポーラ
    ポジシションに前記スイッチを作動させるステップと、
    を備える静電保持システムを使用する方法。
  7. 【請求項７】 前記モノポーラ状態位置では、第１電圧
    が前記電極に印加されて実質的に同一極性を有する静電
    荷が前記電極に蓄積されるようになり、前記バイポーラ
    状態位置では、第２電圧が前記電極に印加されて反対極
    性を有する静電荷が前記電極に蓄積されるようになる請
    求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 プラズマ及び無プラズマ段階を備える処
    理中にプロセスチャンバ内で基板を保持する方法であっ
    て、 （ａ）前記プロセスチャンバ内で少なくとも２つの電極
    を備える静電部材を固定するステップと、 （ｂ）前記静電部材上に基板を載置するステップと、 （ｃ）前記電極をモノポーラ電極として作動させるよう
    に第１電圧を前記電極に印加することにより、プラズマ
    処理段階中に前記静電部材に前記基板を静電的に保持す
    るステップと、 （ｄ） ステップ（ｅ）の前後に、前記電極をバイポー
    ラ電極として作動させるように第２電圧を前記電極に印
    加することにより、無プラズマ処理段階中に前記静電部
    材に前記基板を静電的に保持するステップと、を備える
    方法。
  9. 【請求項９】 前記プラズマステージ処理及び無プラズ
    マステージ処理の間の移行中、前記電極は開回路状態位
    置に接続される請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ３つの状態位置切り替えスイッチが前
    記電極と接続されており、前記スイッチは、 （ｉ）前記電極に前記第１電圧を供給するモノポーラ状
    態位置と、 （ｉｉ）前記電極に前記第２電圧を供給するバイポーラ
    状態位置と、 （ｉｉｉ）前記電極を開回路に接続する開回路状態位置
    と、を有する請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１電圧は、少なくとも約５００
    Ｖ、しかもより好ましくは約５００Ｖから約５０００Ｖ
    までの直流電圧を備える請求項８記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２電圧は下記、すなわち （ｉ）前記電極のうちの１つ及び前記第２電極の電気的
    グランドに印加された少なくとも約５００Ｖの直流電圧 （ｉｉ）１つの電極に印加された第１電位を有する直流
    電圧、及び、他の電極に印加された第２電位を有する直
    流電圧のうち少なくとも１つを備える請求項８記載の方
    法。
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