JPH10256360A - 静電チャックの改良型表面形状構造及びその製造方法 - Google Patents

静電チャックの改良型表面形状構造及びその製造方法

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JPH10256360A
JPH10256360A JP9340479A JP34047997A JPH10256360A JP H10256360 A JPH10256360 A JP H10256360A JP 9340479 A JP9340479 A JP 9340479A JP 34047997 A JP34047997 A JP 34047997A JP H10256360 A JPH10256360 A JP H10256360A
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JP9340479A
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Arnold Kholodenko
コロデンコ アーノルド
Alexander Veytser
ヴエッツァー アレキサンダー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークピースを保持するための新規な装置及
びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 装置は、ワークピース支持表面を有する
静電チャックを含む。ワークピース支持表面は突出領域
と非突出領域を有し、突出領域の総計表面積は非突出領
域の総計表面積よりも小さい。装置は、可撓性回路を支
持する表面を有するペディスタルを含む。チャックの表
面形状は、可撓性回路をその表面に付着させ且つ型に従
わせる前にペディスタルの表面を機械加工することによ
り、又は、可撓性回路内の電極の表面を彫刻することに
より、形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の背景] 1.発明の分野 本発明は概略的にはワークピースを保持する静電チャッ
クに関し、より具体的には、ワークピースの底面に沿う
熱移送ガスの配分を改善するための静電チャックの支持
表面の改良型表面形状構造(topographical structur
e)に関するものである。
【0002】2.従来技術の説明 静電チャックは、ワークピースを保持するのに用いら
れ、コンピュータグラフィックスプロッターの用紙保持
から半導体ウエハプロセスチャンバ内での半導体ウエハ
の保持まで様々な適用の範囲にわたる。静電チャックは
種々の構造があるが、それらはすべてチャック内の1以
上の電極に電圧を印加してワークピースと電極とに逆極
性の帯電を誘導する原理に基づいている。逆極性の帯電
の間の静電吸引力がチャックに対してワークピースを引
っぱり、それによりワークピースが保持される。
【0003】半導体ウエハのプロセス機器では、静電チ
ャックはウエハをプロセス中にペディスタルにクランプ
するのに用いられる。ペディスタルはカソード及びヒー
トシンクを形成する。静電チャックは、エッチング、化
学的気相堆積法(CVD)、物理的気相堆積法(PV
D)の適用に用途を見いだされる。より具体的には静電
チャックはペディスタルの支持表面を覆う可撓性回路
(flex circuit)を有する。可撓性回路は導電電極を覆
う誘電体層からなる上部層を含む。電極の下には誘電体
材料からなる底部層がある。上部層と底部層は導電性電
極をカプセル状に包む。“単極”の静電チャックでは、
何らかの内部チャンバ・グラウンド基準に対して相対的
に導電性電極に電圧が印加される。静電力はクランプさ
れるウエハと静電チャックとの間に成立する。電圧が印
加されたとき、ウエハは、電圧源と同一のグラウンド基
準に(ウエハとの導電的な接続によって)される。代わ
りに、クランプされているウエハと基準電極との両方に
形成されるプラズマシースにわたって多少の電圧の降下
が生じるが、ウエハに近接して発生されたプラズマがウ
エハをグラウンドの基準にすることができる。
【0004】ウエハを処理するのに使用される材料とプ
ロセスとは非常に温度に対して敏感である。これらの材
料が、プロセス中のウエハからの僅かな熱移送に起因し
て過大な温度の変動にさらされるならば、ウエハ処理シ
ステムの性能はウエハにダメージを与えることに妥協す
ることとなろう。ウエハとチャックとの間で最適に熱を
移送するため、最大のウエハの表面積を物理的に支持表
面に接触させようとして、非常に大きな静電力が使用さ
れる。しかしながら、ウエハとチャックとの双方の表面
の粗さに起因して、小さな隙間空間がチャックとウエハ
の間に残り、これが最適な熱の移送を妨害する。
【0005】更に、プロセス中にウエハを冷却すること
を達成するために、ヘリウムのような希ガスがウエハと
チャックの支持表面との間に形成された隙間空間にポン
プで送り込まれる。このガスはウエハからチャックへの
熱の移送の媒体として働き、真空にした場合よりも優れ
た熱の移送の特性を持つ。冷却プロセスを更に高めるた
め、チャックは典型的にはペディスタル内の導管によっ
て水冷される。この冷却技術は背面ガス冷却として知ら
れている。
【0006】ヘリウムの隙間空間への分配は浸透性であ
り、隙間空間は互いに接続されていない場合があること
から、多少の空間は全くヘリウムを受け入れない。この
状態は、プロセス中にウエハ全体において不均一な温度
の輪郭を導き、結果的にウエハのダメージになる。ウエ
ハから熱を効果的に且つ均一に伝導して除去することは
製造プロセスの重要なことであるため、均一なヘリウム
の層をウエハとチャックの界面内に確立することは、ウ
エハからの均一な熱の移送に貢献する。斯くして、背面
ガス冷却の技術はこの前提上に基礎をおいて発達した。
【0007】しかしながら、大きな直径(例えば200
mm以上)のウエハを静電的にクランプするのに使用され
る現在の技術の物理的な限界は、ウエハの下の隙間空間
の全てにヘリウムを均一に分配するのに必要な状態を提
供しない。現在のペディスタルの表面形状は、熱移送の
プロセスの有効性を制限している。なぜなら、ペディス
タルの表面形状は略平坦な支持表面を有し、ウエハは略
平坦な下面を有するからである。理想的には、これらの
平坦な表面は欠陥や狂いを有することがなく、ウエハの
下面の100%がペディスタルの支持表面に接触して、
ウエハからペディスタルへの最大の熱の移送を許容す
る。表面形状における変則は、ウエハの一部分がこの支
持表面に接触する状態を作り出す。斯くして、前述の隙
間空間は形成され、熱移送ガスの配分は不規則になり、
ウエハの温度の均一性は乱される。従って、プロセス中
の、温度の不均一は結果的にプロセスの不均一とウエハ
のダメージになるおそれがある。
【0008】それゆえに、ウエハ全面における温度の均
一性を改善し、製造コストがそれほどに追加されること
のない、静電チャックの改良型表面形状構造への要望が
当該技術分野にある。
【0009】
【発明の概要】従来技術に関連したこれまでの問題点
は、静電チャックのワークピース支持表面の独創的な表
面形状とその製造方法とによって解消される。独創的な
表面形状は突出領域と非突出領域とをワークピース支持
表面に形成することによって創作される。突出領域の総
計表面積は非突出領域のそれよりも小さい。使用の際に
は、これらの突出領域は静電的にチャックにクランプさ
れるワークピースの支持を可能とする。加えて、静電チ
ャックは少なくともひとつの熱移送ガスポートをチャッ
クを貫通してワークピース支持表面に延通するように有
する。突出領域は、チャックされたときに、ワークピー
スが熱移送ガスの流れを妨げないように配列される。斯
くして、ガスはウエハの下側全体にわたって均一に浸透
する。
【0010】本発明の第1の実施態様では、静電チャッ
ク内に含まれた彫刻(sculpted)された(又は2回エッ
チングされた)電極によって突出領域が形成される。本
発明の第2の実施態様では、可撓性回路を支持するペデ
ィスタルの表面を機械加工することによって突出領域が
形成される。可撓性回路は下にあるペディスタルの表面
形状に従わされて、突出領域と非突出領域とを有するワ
ークピース支持表面を提供する。本発明の第3の実施態
様では、ペディスタルの支持表面の機械加工とチャック
内の彫刻された電極の形成との組合わせを使用して突出
領域が形成される。
【0011】独創的な表面形状を製造する方法は、銅の
層上に電極パターンをエッチングすることと、銅の層上
に所定の表面形状をエッチングすることと、銅の層を第
1及び第2の誘電体層の間に層状に張り合せて可撓性回
路を形成することと、前記可撓性回路を静電チャックの
ペディスタルの表面に層状に張り合せることとのステッ
プを含む。第2のエッチングによって創作された表面形
状は、突出領域と非突出領域とを含み、突出領域の総計
表面積は非突出領域の総計表面積よりも小さいようにさ
れている。
【0012】独創的な表面形状を製造する他の方法は、
銅の層上に電極パターンをエッチングすることと、銅の
層を第1及び第2の誘電体層の間に層状に張り合せて可
撓性回路を形成することと、静電チャックのペディスタ
ルの表面上に表面形状を機械加工することと、前記屈曲
回路を前記彫刻されたペディスタルの表面に付着させる
こととのステップを含む。機械加工によって創作された
表面形状は、突出領域と非突出領域とを含み、前記突出
領域の総計表面積は前記非突出領域の総計表面積よりも
小さいようにされている。可撓性回路はペディスタルの
表面に付着させられて、その表面形状の型に従わされ
る。
【0013】ワークピースを保持する静電チャックの表
面形状構造を製造する第2の他の方法は、前述のペディ
スタルの表面を機械加工することと、電極に第2のエッ
チングをすることとのステップを組み合わせて表面形状
を創作する。
【0014】本発明は、効率よくウエハを静電チャック
にクランプでき、改善された熱移送特性を与える装置に
対する長年の要望を満たすものである。具体的には、彫
刻された電極及び/又は機械加工されたペディスタルの
表面は、熱移送ガスをウエハの背面に従来可能であった
よりももっと均一な仕方で有利に配分しシールする表面
形状を創作する。特に、相当な均一な量のガスがウエハ
とチャックの非突出表面との間に閉じ込められる。ウエ
ハはチャックの突出領域と周辺のリムとの表面でのみ接
触する。改善された熱移送ガスの配分はプロセス中のウ
エハのより均一な冷却を与え、結果として最終製品のよ
り優れた品質となる。
【0015】本発明の技術は、添付図面に関連した以下
の詳細な説明を考慮することによって容易に理解するこ
とができる。
【0016】
【実施形態の詳細な説明】図1は、半導体ウエハのよう
な処理されるワークピース(被加工物)を高密度プラズ
マチャンバ(図示せず)内のペディスタル102上に支
持し静電的に保持するよう構成された静電チャック10
0の平面図を示す。図2は図1の静電チャックの2−2
線での断面図を示し、半導体ウエハ111が仮想線で示
されている。本発明を十分に理解するため、読者は図1
と図2を同時に参照するべきである。
【0017】プラズマ反応チャンバとそのウエハ処理の
動作を詳細に理解するため、読者は米国特許第4,842,68
3号(1989年6月27日発行)に含まれる図面と詳細な説明
を参照すべきである。なお、その内容は本明細書で援用
する。この米国特許はカリフォルニア州サンタクララの
アプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドによ
り製造されるバイアス式高密度プラズマエッチング反応
チャンバを実例として開示している。
【0018】静電チャック100は、彫刻(sculpted)
された可撓性回路120によって形成された独創的な形
状の表面を含み、その上にウエハ111が載る。具体的
には、チャック100は、可撓性回路120が付着させ
られる表面101を有するペディスタル102を含む。
可撓性回路は、第1の誘電体層114と、導電体層11
2と、第2の誘電体層116とを含む。第1の誘電体層
114は第1の付着層118によってペディスタルの表
面101に取り付けられている。
【0019】より具体的には、可撓性回路120は、従
来のフレキシブルプリント回路の製造技術を用いて製造
されており、材料についてはアリゾナ州のチャンドラー
のRogers Corporation等のフレキシブル回路基板の製造
者から入手可能である。具体的には、均一な厚さ5.0
8mmの銅の導電体層112が、彫刻された電極を形成す
るのに使用される。導電体層112は、所望の電極パタ
ーンの輪郭を描くようにマスクされ、そしてエッチング
(例えばウエットエッチング)されて電極パターンを創
り出す。導電体層112はその後マスクされ、再びエッ
チングされて、電極の片方の表面に所望の表面形状を創
り出す。
【0020】導電体層112はその後、第1の誘電体層
114と第2の誘電体層116との間に埋め込まれる。
導電体層112は第1の誘電体層114の上面に配置さ
れる。その後、第1の積層用の付着層113が導電体層
112を覆うように塗布される。最後に、第2の誘電体
層116が第1の積層用付着層113の上に配置され、
これらの層は一体にプレスされて可撓性回路120を形
成する。その後、第2の積層用の付着層118がペディ
スタルの表面101に塗布される。可撓性回路120は
第2の積層用付着層118を覆うようにしてプレスさ
れ、これによりそれをペディスタル102上に貼り付け
る。第2の誘電体層は、導電体層112内にエッチング
された表面形状デザインの型に従い、彫刻されたウエハ
支持表面107を形成する。
【0021】好ましくは、使用された誘電体材料は、Ro
gersによってUPILEXの商標名で販売されたポリイミド樹
脂のシートである。UPILEXは、日本の山口のUBE Indust
ries, Ltd.の登録商標である。第1の誘電体層114の
好ましい厚さは25.4mmであり、第2の誘電体層11
6の好ましい厚さは50.8mmである。第1及び第2の
積層用付着層113及び118の好ましい厚さは12.
7mmである。
【0022】ペディスタル102には、その外周部にせ
り上がったリム104が設けられている。リム104の
直径は処理されるウエハの直径とほぼ等しくなってい
る。斯くして、可撓性回路120の縁はリム104の輪
郭に従い、ウエハ111は一部分がリムによって支持さ
れる。また、チャックは少なくとも一つのポート108
を含み、熱移送ガスをチャックを通してウエハの底面へ
導くことができるようになっている。ウエハ111がチ
ャック上に配置されたとき、それはただリム104だけ
によって支持される。従って、ウエハの下でウエハ支持
表面107の上に、所定の大きさの空間109が形成さ
れる。電極112に電力が供給されると、それは静電力
を発生させ、それがウエハをウエハ支持表面107に引
っ張る。この静電力はまたクランプ力としても知られて
いる。可撓性回路120の誘電体材料は準可撓性である
ことから、リムのウエハ接触領域103で、比較的しっ
かりしたシールが作られる。従って、ウエハとウエハ支
持表面107で覆われた可撓性回路との間の空間109
は、ウエハ111がチャック100にクランプされたと
き、チャンバの真空からシールされる。
【0023】クランプされたときにウエハが載るウエハ
支持表面107の表面形状を創り出すため、電極112
は好ましくは一連の1以上のリム106,110にエッ
チングで形成され、それらのリムは共通の高さを越えて
せり上がっている。リム106,110は連続である
か、又は、ペディスタル102の半径方向の区画に分割
されている。電極112が特定の表面形状パターンにエ
ッチングされ誘電体層114と116との間にシールさ
れた後、その結果は、ウエハ支持表面107全体にわた
る表面形状がクランプされたウエハ111に追加的な支
持を与えることになる。具体的には、ウエハ111は外
周のリムの接触領域103と、それよりも放射方向内側
の少なくともひとつの他の点(例えばリム106と11
0)とで支持される。
【0024】プロセス中のウエハの冷却を達成するた
め、熱移送ガス、好ましくはヘリウムが、ウエハとウエ
ハ支持表面107との間の空間109に、熱移送ガスポ
ート108を介してポンプで送り込まれる。リム106
と110とが加えられているため、ウエハとウエハ支持
表面107との間の隙間空間は削減されている。従っ
て、ヘリウムに単独でさらされているウエハの表面領域
は非常に大きくなる。これが寄与して、従来技術で得ら
れたものに比べて、より多くのより均一なヘリウムの配
分となる。その結果として、ウエハからペディスタルへ
の熱移送が均一になる。改良された表面形状はウエハの
温度の不均一をウエハ全体にわたって約5℃にまで減少
させることができる。
【0025】独創的な表面形状を構成するための他の方
法は、可撓性回路でそれを覆う前にペディスタルの表面
101を機械加工することによる。図3及び図4につい
て見ると、図1及び図2で描写したのと類似したチャッ
ク構成200が示されており、外周のリム204と、熱
移送ガスポート208と、可撓性回路220とが含まれ
ている。前記した実施形態と同様に、可撓性回路は導電
体層222を含んでおり、これは1以上の箇所225及
び229にてエッチングされ、電極を形成している。導
電体層は、第1の積層用の付着層223を使用して、第
1及び第2の誘電体層224及び226で包まれてお
り、第2の積層用の付着層228を使用して、ペディス
タルの表面201に固着されている。ペディスタル20
2の地形的な構造は、ペディスタルの表面201を機械
加工してウエハを支持する追加的なリム230を作るこ
とにより更に高められている。ペディスタルの表面20
1は特定の表面形状パターンに機械加工されており、こ
れにより、その上に載った可撓性回路がパターンの形状
をとることが許容される。具体的には、約50.8mmの
高さで2.21cmの幅のリムが図4に好ましいパターン
として示されている。高さは、誘電体材料の厚さと使わ
れる電極に応じて変更され得る。幅は、十分な冷却を与
えるべく背面のガスにさらされるウエハの面積の求めら
れる量に応じて変更され得る。エッチングされた電極と
機械加工された支持表面は図3と図4には共に示されて
いるけれども、これらは分離して用いることもできる
し、又は、互いに関連して所望の表面形状を形成し、特
定のガス配分と冷却特性を達成するようにしてもよいこ
とに注意されるべきである。
【0026】また、ウエハの支持表面又は電極は、リブ
(すなわち、放射状に外方に延び、一連の同心円若しく
は区画又はこれらの組合わせ)のパターンとして形成し
てもよい。パターンは、外周リムによって与えられる以
上の、ウエハの追加的な支持を与え、それと同様に、ウ
エハの全面積へのヘリウムの均一な配分と流れに寄与す
る。例えば、もしもウエハが従来の支持表面上に配置さ
れていたとすると、ウエハの湾曲のためにウエハは1以
上のヘリウムポートを閉塞するおそれがある。本発明の
リブは、ウエハをポートの上方に維持し且つ閉塞を避け
ガスの配分を改善するようにパターン化され得る。しか
しながら、本発明の教示に従うと、チャックの支持表面
に物理的に接触しているウエハの面積は、冷却ガスにさ
らされているウエハの面積よりも相当に小さい。
【0027】本発明の教示を備える様々な実施形態を示
し、ここで詳細に説明したが、当業者は容易に他の多く
の変化した実施形態を、それでもなおこれらの教示を組
み入れつつ、案出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱移送ガスの配分を改善するための独創的な表
面形状の第1の実施形態を提供する、彫刻された電極を
備えた静電チャックの平面図である。
【図2】図1の2−2線に沿った、彫刻された電極を備
えた静電チャックの断面図である。
【図3】独創的な表面形状の第2の実施形態を提供す
る、彫刻された支持表面と彫刻された電極を備えた静電
チャックの平面図である。
【図4】図3の4−4線に沿った、静電チャックの断面
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー ヴエッツァー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, マウンテン ヴュー, ロイド ウェイ 1423

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークピースを保持する装置において、 ワークピース支持表面を有する静電チャックであって、
    前記ワークピース支持表面が突出領域と非突出領域とを
    有し、前記突出領域の総計表面積が前記非突出領域の総
    計表面積よりも小さいものである前記静電チャックを備
    える装置。
  2. 【請求項2】 前記静電チャックは更に、前記ワークピ
    ース支持表面の上方に突出する周辺のリムを備える請求
    項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記突出領域は前記周辺のリムの半径方
    向内側に配置されている請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記ワークピース支持表面は少なくとも
    一つの、前記静電チャックを貫通して前記ワークピース
    支持表面に延びる熱移送ガスポートを含んでいる請求項
    1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記突出領域は、ワークピースが前記熱
    移送ガスポートからの熱移送ガスの流れを妨げないよう
    に配置されている請求項1に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記突出領域はワークピースの支持を提
    供するものである請求項1に記載の装置。
  7. 【請求項7】 少なくとも一つの前記突出領域が、前記
    静電チャックに設けられた彫刻された電極によって形成
    されている請求項1に記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記静電チャックは、表面を有するペデ
    ィスタルを含み、少なくとも一つの前記突出領域は、前
    記ペディスタルの前記表面に機械加工によって形成され
    ている請求項1に記載の装置。
  9. 【請求項9】 少なくとも一つの他の突出領域が、前記
    静電チャックに設けられた彫刻された電極によって形成
    されている請求項1に記載の装置。
  10. 【請求項10】 ワークピースを保持する装置におい
    て、 表面を有するペディスタルと、 前記ペディスタルの前記表面上に位置する可撓性回路で
    あって、第1及び第2の誘電体層の間に積層された電極
    を含む前記可撓性回路と、を備え、前記電極は突出領域
    と非突出領域とを有するワークピース支持表面を提供す
    べく彫刻された表面を有し、前記突出領域の総計表面積
    は前記非突出領域の総計表面積よりも小さい、装置。
  11. 【請求項11】 前記ペディスタルは更に周辺のリムを
    備えている請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記突出領域は前記周辺のリムの半径
    方向内側に配置されている請求項11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記ワークピース支持表面は少なくと
    も一つの、前記ペディスタル及び前記可撓性回路を貫通
    し前記ワークピース支持表面に延びる熱移送ガスポート
    を含む請求項12に記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記突出領域は、ワークピースが前記
    ポートからの熱移送ガスの流れを妨げないように配置さ
    れている請求項13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記ペディスタルの前記表面は機械加
    工されて少なくとも一つの前記突出領域を形成している
    請求項10に記載の装置。
  16. 【請求項16】 ワークピースを保持する装置におい
    て、 突出領域と非突出領域とを有する彫刻された表面を有す
    るペディスタルと、 前記ペディスタルの前記表面上に位置する可撓性回路で
    あって、第1及び第2の誘電体層の間に積層された電極
    を含む前記可撓性回路と、を備え、前記可撓性回路は、
    突出領域と非突出領域とを有するワークピース支持表面
    を提供すべく前記彫刻された表面に形状が一致してお
    り、前記突出領域の総計表面積は前記非突出領域の総計
    表面積よりも小さい、装置。
  17. 【請求項17】 前記ペディスタルは更に周辺のリムを
    備えている請求項16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 前記突出領域は前記周辺のリムの半径
    方向内側に配置されている請求項17に記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記ワークピース支持表面は少なくと
    も一つの、前記ペディスタル及び前記可撓性回路を貫通
    して前記ワークピース支持表面に延びる熱移送ガスポー
    トを含む請求項16に記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記突出領域は、ワークピースが前記
    ポートからの熱移送ガスの流れを妨げないように配置さ
    れている請求項19に記載の装置。
  21. 【請求項21】 ワークピースを保持する静電チャック
    の表面形状構造を製造する方法において、 導電体材料の層上に所定の電極パターンを作る第1のエ
    ッチングと、 前記導電体材料の層上に所定の表面形状を作る第2のエ
    ッチングと、 前記導電体材料の層の前記表面形状に一致する表面形状
    を有する可撓性回路を形成するために第1及び第2の誘
    電体層の間に前記導電体材料の層を積層することと、 前記可撓性回路をペディスタルの表面に付着させること
    と、を備え、前記表面形状は突出領域と非突出領域とを
    含み、前記突出領域の総計表面積は前記非突出領域の総
    計表面積よりも小さい、方法。
  22. 【請求項22】 ワークピースを保持する静電チャック
    の表面形状構造を製造する方法において、 突出領域と非突出領域とを有するペディスタルの表面上
    に所定の表面形状を機械加工することと、 前記表面に可撓性回路を付着させることと、を備え、突
    出領域と非突出領域とを有するワークピース保持表面を
    形成すべく前記可撓性回路は前記ペディスタルの前記表
    面の前記表面形状に一致しており、前記突出領域の総計
    表面積は前記非突出領域の総計表面積よりも小さい、方
    法。
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