JPH10313048A - 一方向導電カプラ層を有する静電チャック - Google Patents

一方向導電カプラ層を有する静電チャック

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JPH10313048A JP10084213A JP8421398A JPH10313048A JP H10313048 A JPH10313048 A JP H10313048A JP 10084213 A JP10084213 A JP 10084213A JP 8421398 A JP8421398 A JP 8421398A JP H10313048 A JPH10313048 A JP H10313048A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全で高い導通電気接続を与える一方、周囲
のチャック構造体への電荷の漏出が低い静電チャック。 【解決手段】 本発明のチャックは静電部材を備え、こ
の静電部材は、(i)電極と、(ii)電気絶縁保持面と、(ii
i)電極に電気量を導くための電気接触面と、を有してい
る。電圧供給ターミナルから接触面へのほぼ一方向にだ
け電荷を導通させて電極に電気量を与えるよう、一方向
導通カプラ層を接触面に接着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板保持のために
用いられる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】静電チャックは、基板の処理中にシリコ
ンウエハ等の基板の保持に用いられる。代表的な静電チ
ャックは、チャンバの中で支持体に固定可能なベースに
付けられた静電的な部材を備える。チャックを用いるに
は、基板を静電部材の上に配置し、この静電部材の電極
に電圧を与え、基板に対する電気的バイアスを電極に与
える。プロセスガスをプロセスチャンバに導入し、そし
て一定のプロセスにおいては、プラズマをプロセスガス
から形成する。正反対の静電荷が、静電部材と基板に蓄
積され、その結果、静電力引力が発生し、基板が静電力
によりチャックに保持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】チャックの静電部材は
典型的には、電極を包囲する絶縁体を備え、この絶縁体
は、電極をプロセスチャンバの電圧供給ターミナルに接
続するコネクタストラップを有している。典型的には、
コネクタストラップはチャックのエッジまで延び、チャ
ンバ内の腐食性の環境に曝露される。コネクタストラッ
プを覆っている絶縁体は、ポリイミドのような絶縁ポリ
マーを備えていることが多く、これは、腐食性の環境
（例えば酸素含有プラズマ）では寿命が限られている。
そのような腐食性のプロセスでは、電気コネクタストラ
ップ上の絶縁体は曝露に急速に消耗し、この消耗が一点
でも絶縁体を貫通すれば、電極とプラズマの間のアーク
発生を引き起こすことになり、全体のチャックの交換を
必要とすることになる。
【０００４】この問題の解決策の１つに、１９９４年１
１月２日出願のYuh-Jia Suによる米国特許出願第０８／
３３３，４５５号、標題「耐腐食性静電チャック」に説
明されており、そこでは、保護プラグが、コネクタスト
ラップをカバーするために用いられる。しかし、この保
護プラグ被覆も消耗し、汚染物をチャンバの中で形成す
る。もう一つの解決策は、１９９５年３月２４日出願の
Shamouilianらによる米国特許出願第０８／４１０，４
４９号に記載されており、そこでは、コネクタストラッ
プがその上にある基板で覆われて腐食性の環境から保護
されるよう、コネクタストラップをホールを介しチャッ
クのベースの中で挿入する。しかし、コネクタストラッ
プは折り曲げられた状態でホールを介してベースの中で
挿入されており、この折り曲がったストラップによって
静電部材上に圧力が作用し、静電部材内に層割れないし
剥離を引き起こすことがある。また、コネクタストラッ
プとベースのホールとの間にギャップがあることによ
り、プロセスガスとプラズマがコネクタストラップに接
触してしまう。
【０００５】従来の静電チャックにおいては、チャック
のコネクタストラップがチャンバ内の高電圧のターミナ
ルと電気的に接触する点において更なる問題点が生じ
る。コネクタストラップを電圧ターミナルに接続するた
めの電気コンタクトディスクやこのコンタクトディスク
とターミナルとの間のシールを与えるためのワッシャー
を始めとする、多数の部品を典型的に備えた高電圧コン
タクト組立体を用いて、コンタクト組立体を形成する。
高電圧組立体の部品が適正に組み立てられない場合は、
電荷がこれらの部品から周囲の導電性のベースまで漏れ
ることがある。そのような電荷のリークによって、基板
保持に使われる静電力が変化し、これがチャンバ内で基
板の運動やミスアラインメントを生じさせることがあ
る。また、高電圧部品の組立は困難であり、それは、コ
ネクタストラップをチャックのベースの下に配置した後
に組立可能となるからである。更に、良好な電気的接触
を得るために、電気接触ディスク及びワッシャーの寸法
取りは精密に行われるが、このため、これらの製造は高
価になる。
【０００６】もう一つの問題は、比較的薄い電極層に対
してコネクタ組立体により作用する圧力によって生じ
る。良好な電気的接触を実現するため、電圧ターミナル
はコネクタストラップの露出部分にしっかりと押しつけ
られるが、この強力な作用圧力により、電圧供給ターミ
ナルとの接触点では、コネクタストラップの薄い露出接
触部分が摩耗される。また、コネクタストラップに強い
圧力が作用することにより、ストラップがその折り曲げ
部分(bent-over portion)で切れることもある。あるい
は、圧力が弱い場合は電気的接触が良好でなくなり、コ
ネクタストラップのインピーダンスが変化するようにな
り、その結果、静電チャック力が変化しまた非均一とな
ってしまう。
【０００７】従って、電極に直接に接続し、そこを流れ
る電荷の漏洩や変動が少なく、損傷や剥離が制限される
ような、電気コンタクト組立体を、静電チャック有して
いることが望ましい。腐食性のガス環境における実質的
な耐腐食性をチャックが有していることが更に望まし
い。また、高電圧接触部は、最小限の部品で作られ最小
限の組み立てでよいにはより望ましい。周囲のチャック
構造体へ電荷を大きく損失させずに、良好な電荷コンダ
クタンスを提供する高電圧接触部を有することが、更に
望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の静電チャック
は、電極にチャージするための、静電チャックと電圧供
給ターミナル電極との間の信頼性が高く良好な電気的接
続を、プロセスチャンバに提供することにより、これら
の必要性を満たす。このチャックは静電部材を備え、こ
の静電部材は、(i)電極と、(ii)電気絶縁保持面と、(ii
i)電極に電気量（チャージ）を導通させるための電気接
触面と、を有している。電圧供給ターミナルから接触面
へのほぼ一方向にだけ電荷を導通させて電極に電気量を
与えるよう、一方向導通カプラ層を接触面に接着する。
このチャックは、安全で高い導通電気接続を与える一
方、周囲のチャック構造体への電荷の漏出が低い。
【０００９】もう一つの特徴としては、本発明は、プロ
セスチャンバ内で基板を保持するための、静電チャック
を組み立てる方法を提供し、これは、チャックに電気量
を与えるため電圧供給ターミナルを有している。この方
法は、電気絶縁保持面及び露出電気接触面を有する電極
を備える静電部材を形成するステップを備える。電圧供
給ターミナルから電極の接触面への一方向にだけ電荷を
導通させて静電部材の電極に電気量を与えるよう、一方
向導通カプラ層を接触面に接着する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に従った静電チャ
ック２０の一態様を例示する。静電チャック２０は貫通
穴２４を有するベース２２を備え、このベース２２は、
静電部材２５を支持するに適切である。静電部材２５
が、(i)電極３０と、(ii)基板４５を保持するための電
気絶縁保持面４０と、(iii)電極３０に電気量を導通さ
せるための電気接触面（電気コンタクト面）４８とを備
えている。好ましくは、接触面４８は、電極３０の絶縁
体なしの露出部分を備える。電極の露出接触面４８に接
着し且つ電気的に結合される接合面５５を備える電気コ
ネクタ５０と、電圧供給ターミナル６５に電気的に接続
し且つ接合するターミナル表面６０は、ベース２２の穴
２４の中を延びる。一方向導電カプラ層７０は、電気の
コネクタ５０を通して、電圧供給ターミナル６５を静電
部材２５の接触面４８に電気的に結合し且つ接着し、電
圧供給ターミナル６５から静電部材２５の電極への単一
方向にだけ電流導通させる。一方向導電カプラ層７０に
より、導電層７０の面と直交に交差する一方向に、電流
が直接電極へ流れるようになり、これを囲む導電ベース
２４に流れる電流損失を最小限にできる。
【００１１】使用中は、静電チャック２０は、プロセス
チャンバ８０内の支持体７５に固定される。支持体７５
は、支持体７５とチャンバの間に配置される絶縁体フラ
ンジ７７を備え、支持体７５を電気的に絶縁する。プロ
セスチャンバ８０は、基板４５を処理するために適切な
エンクロージャを成しており、プラズマ生成プロセスガ
スをチャンバに導入するガス流入口８２と、ガス副生成
物をチャンバ８０から排気するための絞り付き排気部８
４とを典型的に有する。図１の中で示された特定の具体
例であるプロセスチャンバ８０は、基板４５のプラズマ
処理プラズマのために適しているが、このプラズマとは
チャック２０の腐食の主な原因となるものである。しか
し、本発明の範囲から外れることなくチャック２０を他
のプロセスチャンバや非プラズマプロセスに用いてもよ
い。
【００１２】チャック２０が支持体７５上に固定されて
いるときは、コネクタ５０のターミナル表面６０は、支
持体７５上で電圧供給ターミナル６５に電気的に接続す
る。第１の電圧供給部８５は、チャック２０の作動のた
め、電圧供給ターミナル６５へ電圧を提供する。この電
圧は、静電部材の電極３０の動作のため、コネクタ５０
と一方向導電カプラ層７０を流れる。第１の電圧供給部
は、１０ＭΩの抵抗器を介して高電圧読み出し器に接続
する約１０００〜３０００ボルトの高電圧ＤＣ源を備え
る回路を典型的に有している。回路中の１ＭΩの抵抗器
は、回路を流れる電流を制限し、また、５００ｐＦのキ
ャパシタが、交流フィルタとして具備される。
【００１３】第２の電圧供給部９０は、プロセスチャン
バ８０の中で支持体７５の導電性の部分に接続される。
支持体７５の導電性の部分は、プロセス電極（典型的に
プラズマをチャンバ８０中で形成するためのカソード）
の機能を果たす。第２の電圧供給９０は、チャンバ８０
内の電気接地面９５に対するバイアスを支持体７５に与
え、チャンバ８０に導入されたプロセスガスからプラズ
マを生成するためのアノードの役目を果たす。第２の電
圧供給９０は、絶縁キャパシタと直列のライン電圧のイ
ンピーダンスにプロセスチャンバ８０のインピーダンス
を整合するＲＦインピーダンスを備える。
【００１４】チャック２０を動作させるには、プロセス
チャンバ８０を排気し、所定の準雰囲気圧に維持する。
基板４５はチャック２０の上に置かれ、チャック２０の
電極３０は、コネクタ５０及び一方向導電カプラ層７０
を介して第１の電圧供給部８５に電圧又は電流を供給す
ることにより、基板４５に対するバイアスが与えられ
る。その後、プロセスガスがガス流入口８２を通してチ
ャンバ８０内に導入され、第２の電圧供給部９０を作動
させてプラズマをプロセスガスから生成する。電極３０
に印加された電圧によって、静電荷が電極３０に蓄積す
るようになり、チャンバ８０の中のプラズマは、反対の
極性の電気量を有する種を提供し、これが基板４５に蓄
積する。この正反対の静電荷が蓄積すれば、基板４５と
チャック２０の電極３０との間に静電引力が発生し、基
板４５がチャック２０に静電力により保持されるように
なる。基板４５を均一な温度に維持するために、熱移動
ガスソース１００を用いて、絶縁静電部材２５の保持面
４０のグルーブ１０５に熱移動ガスを供給する。静電力
により保持されている基板４５がグルーブ１０５を覆っ
てこれをシールし、グルーブ１０５からの熱移動ガスの
漏出が減じられる。グルーブ１０５の中の熱移動ガス
は、基板４５から熱を取り除き、基板４５を基板の処理
の間、一定の温度に維持する。典型的に、グルーブ１０
５の中に保持された熱移動ガスが基板４５の実質的に全
部を冷却することができるよう、グルーブ１０５の間
隔、寸法、及び分布が決められる。より典型的には、グ
ルーブ１０５は、電極３０をカバーしている絶縁体層３
５の全体に延びるチャンネルと交差するパターンを形成
する。
【００１５】図２に関して、チャックの電極３０は、電
圧供給ターミナル６５を介して供給された電荷によって
電力が与えられるが、このターミナルは、ベース２２と
支持体７５の間の界面で支持体７５上に配置されること
が好ましい。典型的に、各電圧供給ターミナル６５は、
支持体７５を貫通する穴１７５内に配置された直円のピ
ン部材１７０を有する。ピン部材１７０は、伝導性のタ
ーミナルチップ１８０（好ましくは金メッキの銅）で終
わっている。高電圧のリード線（図示せず）が第１の電
圧供給部８５からピン部材１７０へ伸び、導電ターミナ
ルチップ１８０に電圧を提供する。ベース２２と支持体
７５の間の界面は、ベース２２の穴２４を流れるあらゆ
る熱移動ガスのプロセスチャンバ８０への漏出を防ぐた
めにシールされている。シールＯリング１９０が、ベー
ス２２と支持体７５の間の界面に配置され、コネクタ５
０とベース２２の穴２４の両方に外接するように配置さ
れる。ダウエルピン１９２は、コネクタ５０の回転運動
を防ぐ。ポリマー又はエラストマーのブッシング１９５
が高電圧コンタクト組立体を囲み、高電圧コンタクト組
立体を電気的に絶縁する。
【００１６】少くとも２つの電極３０ａ、３０ｂを有す
る静電部材２５を備えたバイポ―ラチャック２０の動作
が、図３のに示される例において例示される。電極３０
ａ及び３０ｂがそれぞれ、露出接触面４８ａ、４８ｂを
備えており、これは電極の絶縁体がない部分を露出す
る。接合面５５ａ、５５ｂを備えた２つの電気コネクタ
５０ａ、５０ｂを用いて、電極の露出接触面４８ａ、４
８ｂを接合面５５ａ、５５ｂに結合する。ターミナル面
６０ａ、６０ｂを用いて、コネクタを電圧供給ターミナ
ル６５ａに電気的に接続する。２つの一方向導電カプラ
層７０ａ、７０ｂが、電極３０の接触面５５ａ、５５ｂ
に接着されこれと電気的に結合する。チャック２０でバ
イポーラ電極に電力を供給する電圧供給部は、いくつか
の代替構成を有することができる。好ましい構成では、
電圧供給部は、(i)第１のＤＣ電源８７ａを典型的に有
する第１の電気回路ないし電圧源８６ａと、(ii)第２の
ＤＣ電源８７ｂを有する電圧源８６ｂとを備える。第１
の電源８７ａ（第２の電源８７ｂ）は、第１の電極（第
２の電極）に、正（負）の電圧を供給し、電極を正
（負）の電位に維持する。電極３０ａ、３０ｂの正反対
の電位により、プロセスチャンバ８０内でプラズマを用
いずとも、正反対の正電荷を電極とチャック２０に保持
された基板４５とに与え、基板４５を静電力でチャック
２０に保持する。バイポーラ電極の構成は、基板４５に
バイアスを与える荷電キャリアとして作用する荷電プラ
ズマ種が存在しない非プラズマプロセスに対して有利で
ある。
【００１７】図２を参照し、先行技術チャックに対して
利点を提供する本発明のチャック２０の特徴を説明す
る。コネクタ５０を電極３０に電気的に結合するために
用いられるチャックの一方向導電カプラ層７０は、チャ
ック２０の周囲のベース２２への高電圧電流の損失なし
に、信頼できる高電圧の接触を提供する。一方向導電カ
プラ層７０は、異方的導電材料を備えており、これは、
矢印１１２によって例示されるような主軸又は高コンダ
クタンス軸を有し、これはターミナル表面６０から接合
表面５５への直線ｚ軸方向に対してコネクタ５０の縦軸
と実質的に並列であり、また、静電部材の露出接触面４
８に実質的に直交する。カプラ層７０は、矢印１１４に
よって例示されるように、コネクタ６０のｘｙ断面平面
に平行な（あるいは、電極３０の露出接触面の平面に平
行な）二次的な、低コンダクタンスないし不伝導性の平
面を、更に備える。好ましくは、一方向導電カプラ層７
０は、主の高コンダクタンス方向１１２に少くとも約
０．１ミリオームの高い第１のｚ軸伝導度と、ｘｙ平面
に沿って少くとも約１×１０8ミリオームの低い第２の
伝導度とを備える（導電度：コンダクティビティー）。
より好ましくは、一方向導電カプラ層７０は、約０．１
〜約５０ミリオームの高い第１の伝導度を主ｚ軸方向に
有し、約１ｘ１０8〜約１ｘ１０12ミリオームの低い第
２の伝導度をｘｙ低コンダクタンス面に有する。
【００１８】一方向導電カプラ層７０は、電圧供給ター
ミナル６５からチャックの電極３０へ必要な電流レベル
を実施するに十分高い電流搬送能力を有している。好ま
しくは、一方向性の導電性材料は、約０．１〜約１００
アンペア、更に好ましくは約１〜約５０アンペアの電流
搬送能力を備える。約１０００〜約５０００ボルト／ミ
ル(volts/mil.)の絶縁破壊の強度であれば、高電圧の電
流のスパーク又はアーク発生を防ぐために望ましい。好
ましくは、導電層の絶縁抵抗は、１０10オームを超える
るべきである。また、約１〜約２０、より典型的に４〜
１５の誘電率が望ましい。一般に、一方向導電カプラ層
７０の誘電率は、その電気的性質によって決定される。
電界の存在下では、導電層７０の単位体積当たり分極ベ
クトル又は電気双極子モーメントが、誘導双極子モーメ
ント、永久双極モーメントのアラインメント又はイオン
電荷の移動（マイグレーション）から生じることが可能
である。異方的導電層７０では、電界ベクトルは、電荷
のための電気変位ベクトルと平行でない。このように、
導電層７０は電気的により異方的であり、これは誘電率
テンソルとスカラー透磁率によって説明される。
【００１９】一方向導電カプラ層７０は、高い電圧と電
流を電極３０へと方向性をもって導くため、確実で、信
頼性が高く、コンダクタンスの高い接触を提供する。一
方向導電カプラ層７０は、コネクタ５０の縦軸にほぼ平
行なｚ方向に対して主又は高コンダクタンス軸１１２
と、コネクタ６０の断面に平行な二次的な低コンダクタ
ンス面１１４とを有する異方的導電材料を備えているた
め、チャック２０の周囲の導電性の部分への電流の損失
は最小あるいは実質的に完全に除去される。また、一方
向導電カプラ層７０はコネクタ５０（例えばコネクタの
頂層）の部品を形成することができ、あるいは、コネク
タ５０全体は、一方向性の導電材料で作製することがで
きる。
【００２０】好ましい態様では、コネクタ５０の接合面
５５を電極３０の露出接触面４８に直接に接着できる接
着剤を一方向導電カプラ層７０が備えている。これによ
り、コネクタ５０が一方向性の導電カプラを介して電極
３０に直接電気的に接触できるようになり、コネクタ５
０を電極３０の表面に直接的にばね負荷又は押圧する必
要を排して、介在層なしに電流の経路が形成される。こ
の組立体により、比較的薄い電極層の摩耗及び損傷が低
減される。また、電極３０に与えられる力を低減するこ
とにより、静電部材２５の剥離や破壊が排除され、チャ
ックの有用寿命を高める。適切な一方向導電性の接着剤
としては、市販のＺ‐ＬＩＮＫ（Ｓｈｅｌｄｈａｌ社、
米国ミネソタ州ノースフィールド）が挙げられる。一方
向性導電性接着剤は、０．１〜５０ポンド、より典型的
に約１〜１０ポンドからの剥離強度を有していることが
好ましい。
【００２１】高電圧コンタクト組立体は、接着導電層７
０を介してコネクタ５０を電極３０に接着することによ
り、加圧成形ステップ１つで作製することができる。静
電部材２５は、圧力形成プロセスを用いてポリマー絶縁
体層内で、メタル電極層を加圧ラミネーションして、作
製される。圧力形成プロセスでは、接着剤ベースの一方
向導電カプラ層７０もコネクタ５０の接合面５５に接触
し、これに接着される。これにより、コンタクト組立体
と静電部材の全体を、一つの圧力‐ラミネーションプロ
セスステップにおいて組み立てられることが可能とな
り、製造費用を最小になり、信頼性の高められた電気接
続を静電チャックシステムに形成することができるよう
になる。
【００２２】ここで、チャック２０の特別な要素及び特
徴の説明をする。チャック２０のベース２２（一般にペ
デスタルとして知られている）は、静電部材２５を支え
るために具備され、その形状とサイズは典型的には、熱
移動を最大にし広い保持面を提供するよう、基板４５の
形とサイズに対応するように決められる。例えば、基板
４５がディスク状の場合は、ベース２２は直円柱状に形
成されることが好ましい。典型的に、ベース２２はアル
ミニウム製であり、直径約１００ｍｍ〜３２５ｍｍ、厚
さ約１．５ｃｍ〜２ｃｍの円筒状である。ベース２２が
支持体７５と基板４５を均等に接触することができ、基
板４５と支持体７５の間の有効な熱の移送を可能にする
よう、プレートの上面と底面は、プレートの表面粗さが
１ミクロン未満となるまで、従来の研磨技術を用いて研
磨される。研磨後、プレートをよく洗浄し、研磨くずを
取り除く。ベース２２は、貫通して形成される一つ以上
の穴２４を有し、この穴の数は静電部材２５の電極への
所望の接触の数に対応する。穴２４は、クリアランスが
最小又は実質的にゼロとなるよう、コネクタ５０を挿入
するに十分大きいサイズが与えられる。好ましくは、穴
２４のサイズについて、コネクタ５０が穴２４の中にあ
るとき、熱移動ガスが穴から実質的に漏れない程度に小
さく与えられ、適切なクリアランスは約１２５ミクロン
（５ミル）未満、より好ましくは約５０００ミクロン
（２０ミル）未満である。
【００２３】静電部材２５は、一つ以上の電極３０を有
する絶縁体３５を備える。絶縁体３５は典型的には、電
気絶縁ポリマー材料を備え、これは例えば、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
セテート類、シリコーン及びラバー(polyimide,polyket
one, polyetherketone, polysulfone, polycarbonate,
polystyrene, nylon, polyvinylchloride, polypropyle
ne, polyetherketones, polyethersulfone, polyethyle
ne terephthalate, fluoroethylene propylene copolym
ers, cellulose, tri-acetates, silicone, and rubbe
r)等のポリマー材料が挙げられる。絶縁体は３５また、
セラミック材料で形成されてもよく、例えば、酸化アル
ミニウム、窒化アルミニウム、炭化硼素、窒素硼素、ダ
イヤモンド、酸化珪素、炭化珪素、窒化珪素、酸化チタ
ン、炭化チタン、ジルコニウム硼化物、ジルコニウム炭
化物(aluminum oxide, aluminum nitride, boron carbi
de, boron nitride, diamond, silicon oxide, silicon
carbide, silicon nitride, titanium oxide,titanium
carbide, zirconium boride, zirconium carbide)又は
これらと同等の物及びこれらの混合物が挙げられる。ポ
リマーコーティング及びセラミックコーティングは、従
来の製造方法を使って形成されることができる。
【００２４】好ましくは、チャック２０が高温プロセス
のために用いることができるよう、絶縁体３５は５０℃
以上の温度（好ましくは１００℃以上）に耐性を有して
いる。処理中に基板４５に発生した熱がチャック２０を
通して消えることができるために、絶縁体３５は高い熱
伝導率を有することが好ましく、適切な熱伝導率は少な
くとも約０．１０（Ｗａｔｔｓ／ｍ／゜Ｋ）である。熱
伝導率の高い粒子フィラー被覆を絶縁体に加えてもよ
く、フィラーの平均粒径は、熱伝導率と腐食抵抗を増大
するため、約１０μｍ未満である。好ましくは、フィラ
ー対絶縁体の体積比が、約１０％〜８０％、より典型的
に２０％〜５０％である。加えて、保護コーティング
（図示せず）を絶縁体３５の保持面４０に形成し、腐食
性のプロセス環境内でチャック２０の化学的な劣化を減
らすことができる。
【００２５】絶縁体３５のサイズは、電極３０を囲むに
十分に大きく、電極３０を絶縁するために十分に厚く与
えられる。典型的に、絶縁体３５の抵抗率は、１０11Ω
ｃｍ〜約１０20Ωｃｍ、誘電率は少なくとも約２（更に
好ましくは少くとも約３）である。絶縁体３５の全面厚
さは、絶縁体３５を形成するために用いられる絶縁材料
の抵抗率と誘電率に依存する。例えば、絶縁体３５が約
３．５の誘電率を持つとき、絶縁体３５の厚さは典型的
には約１０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約１０
０μｍ〜約３００μｍである。ポリイミド絶縁性の材料
は、典型的に少くとも約３．９ボルト／ミル（１００ボ
ルト／ミクロン）、より典型的に少くとも約３９ボルト
／ミル（１０００ボルト／ミクロン）の絶縁破壊強度を
有する。
【００２６】静電部材２５の絶縁体３５は絶縁保持面４
０を電極の上に形成し、そして、絶縁体３５の電極の下
にある部分が剥がされ、静電部材の露出接触面４８を形
成する。典型的には、絶縁体３５は、図２に例示される
ように２つの層ラミネート構造体を備え、これは下側絶
縁体層３５ａと上側絶縁体層３５ｂを備え、その間に電
極がはめ込まれる。好ましくは、絶縁層３５ａ、３５ｂ
は、約５０μｍ〜約１００μｍの実質的に等価な厚さを
有する。下側の絶縁体層３５ａは開口を備え、これによ
り電極５０の一部が露出され、接触面４８が形成され
る。下側の絶縁体層３５ａの開口のサイズは、クリアラ
ンスを最小にするよう、コネクタ５０の接合面５５を挿
入するために十分に大きく与えられる。電極３０の露出
接触面４８は、約５０〜約４００平方ｍｍ、より好まし
くは約７５〜約１５０平方ｍｍの面積を持つ。上側の絶
縁体層３５ｂは、基板４５をその上に受容するために、
電極３０をカバーして囲み、絶縁保持面４０を形成す
る。
【００２７】ラミネート絶縁体３５は、一つ以上の電極
３０をそこに備える。モノポーラ電極３０、そして、バ
イポーラ電極３０ａ、３０ｂは、例えば、銅、ニッケ
ル、クロム、アルミニウム、鉄やこれらの合金等メタル
等の導電材料から作られる。電極３０の形とサイズは、
基板４５のサイズと形に従って変化する。例えば、基板
４５がディスク状の場合は、図中で示されるように、電
極も、基板４５と接触して電極の領域を最大にするよ
う、ディスク状である。電極３０が絶縁体３０の実質的
に全体の領域をおおうことが好ましく、電極の全面積は
典型的には約５０〜約５００平方ｃｍ、更に典型的には
８０〜３８０平方ｃｍ。バイポーラ電極の構成に対し、
電極３０ａ、３０ｂの各々の面積は実質的に等しく、チ
ャック２０の上面の全領域の約半分を典型的に備える。
従って、各電極の面積は、約５０〜約２５０平方ｃｍ、
更に好ましくは１００〜２００平方ｃｍである。典型的
には、電極３０の厚さが、約１μｍ〜１００μｍ、より
典型的に約１μｍ〜５０μｍである。しかし、特定の電
極の構成では、絶縁体３５の周辺端１１０まで延びる熱
移動ガスグルーブ１０５のチップを効果的に密封するた
めに更に薄い電極を利用することは有利であり、これは
Cameronらによる１９９５年１月６日出願の米国特許出
願０８／３６９，２３７号、標題"EROSION RESISTANT E
LECTROSTATIC CHUCK WITH IMPROVED COOLING SYSTEM,"
に開示される如きである。
【００２８】モノポーラ電極３０、及びバイポーラ電極
１３０、１３５は、インターコネクト立体形状を有する
連続状又はパターン状であってよく、この間に形成され
た熱移動ガスグルーブ１０５が、基板４５の加熱又は冷
却のために熱移動ガスを保持するために用いられるよう
にしている。バイポーラ電極３０ａと３０ｂは、電気絶
縁ボイドを有する外電極円環により囲まれる内側電極リ
ングを有しているリング電極形状（図示せず）を備えて
もよい。典型的には、電極が等静電的なクランプ力を基
板４５の上で発生するために、バイポーラ電極３０ａと
３０ｂは共面上にあり実質的に等しい面積を有してい
る。別の構成では、バイポーラ電極は、放射方向に延び
ている電気絶縁ボイドによって切り離された２つの半円
の電極（図示せず）を備える。適切なバイポーラ電極の
構成は、前述の米国特許出願第０８／４１０，４４９号
の中で説明される。
【００２９】１つの電気のコネクタ５０が、モノポーラ
電極３０を第１の電圧供給部８５に電気的に接続するた
めに用いられる。別個のコネクタが、バイポーラ電極３
０ａ、３０ｂを第１の電圧源８５にそれぞれ接続するた
めに用いられる。電極のこれら両方のタイプについて
は、電気コネクタは実質的に同一であり、繰返しを避け
るため一方について説明されるだけである。コネクタ５
０は、銅又はアルミニウムのような導電性のメタルから
組み立てられることができる。コネクタ５０は、電気的
に電極３０を電圧供給ターミナル６５に接続するに十分
に長い。典型的に、コネクタ５０の長さと幅はそれぞ
れ、約１ｍｍ〜約２０ｍｍである。コネクタ５０は、一
方向導電カプラ層７０を通して電極３０の露出接触面４
８へ電気接続させるための、適切な接合面５５を有す
る。コネクタ５０はまた、電気的に電圧供給ターミナル
６５に接続するためターミナル面６０を有する。コネク
タ５０のターミナル面６０は、高い電圧のアーク発生を
引き起こすことなく電圧供給ターミナル６５を支持体７
５に電気的に直接接続するために十分に大きな形状及び
サイズが与えられる。好ましくは、ターミナル面６０の
面積は、少くともおよそ高電圧ターミナル６５の面積と
同じであり、より好ましくは高電圧ターミナル６５と実
質的に等しい面積である。端面６０の面積は、典型的に
は約５０〜約４００平方ｍｍある。ディスク状か方形状
の断面を有するターミナル表面６０（半径が５〜１２ｍ
ｍで変動するようにする）であれば、十分な接触面積を
提供する。
【００３０】静電部材２５を製造する方法を説明する。
好ましくは、静電部材は、モノポーラ電極３０か３０ａ
バイポーラ電極３０ａ、３０ｂを有する絶縁体３５ａ、
３５ｂの少なくとも２つの層を備えているラミネートと
して組み立てられる。このラミネートは、導電層と絶縁
体層を備えている多層膜、例えば米国アリゾナ州チャン
ドラーのRogers Corporationから入手可能な「Ｒ／ＦＬ
ＥＸ １１００」等で作製可能であり、これは、電気伝
導性の銅層を厚さ２５〜１２５μｍのポリイミド絶縁体
層の上で備える。多層膜の銅層は、エッチング、切削又
は穴開けが施され、電極３０が形成される。電極３０又
は電極３０ａ、３０ｂを形成するために適切なエッチン
グプロセスは、(i)多層膜の導電層の上に、電極３０の
形状に応じたパターンの保護レジスト層を形成するステ
ップと、(ii)従来のエッチングプロセスを用い、レジス
トで保護されている多層膜をエッチングするステップと
を備える。レジスト層は、デュポン社の「ＲＩＳＴＯ
Ｎ」の等のフォトレジスト材料を使って形成されること
ができる。Silicon Processing for the VLSI Era, Vol
ume 1, Process Technology Chapters 12, 13, and 14,
by Stanley Wolf andRichard N Tauber Lattice Pres
s, 1986 の中で説明されたような従来のフォトリソグラ
フの方法を用いて、レジスト層や導電層パターニングが
できる。従来のウェット又はドライのケミカルエッチン
グ方法を用いて多層膜をエッチングすることができ、そ
のことは、Silicon Processing Chapter 16に記載され
ている。適切なウェットケミカルエッチング方法は、電
極層の保護のない部分がエッチングされるまで、塩化第
二鉄、過硫酸ナトリウムや酸又は塩基等のエッチャント
に多層膜を浸す工程を備える。
【００３１】導電性の層をエッチングして電極３０を形
成した後、第２の絶縁フィルムを導電層に接着し、導電
層が上部の絶縁フィルム内に埋め込まれてラミネート静
電部材２５が形成される。開口が第２の絶縁フィルムに
形成され、導電層の一部を露出して、露出接触面４８を
形成する。適切な絶縁フィルムとしては、例えば、デュ
ポン社の「ＫＡＰＴＯＮ」ポリアミド膜、鐘淵化学の
「ＡＰＩＱＵＥＯ」、宇部興産の「ＵＰＩＬＥＸ」、日
東電工の「ＮＩＴＯＭＩＤ、三菱樹脂の「ＳＵＰＥＲＩ
ＯＲ ＦＩＬＭ」等を挙げることができる。絶縁体ラミ
ネート構造体を組み立てる方法は、前記の米国特許出願
第０８／１９９，９１６号でおよそ説明される。
【００３２】図４を参照し、圧力形成プロセスを用い
て、静電部材２５の様々な層相互に接着し、同時にコネ
クタ５０を一方向性導電性の層３０に接着する。接着に
先立ち、電極の露出接触面４８とコネクタの接合面５５
（これらは共に一方向性導電カプラ層７０に接着されて
いる）を、、約３０〜４５秒間９５Ｆの温度で過硫酸ナ
トリウムエッチングを施し洗浄し、水でリンスする。様
々な絶縁体と電極層がベース８０の上に配置される。前
述のＺ‐ＬＩＮＫ結合材のような、一方向の導電性の材
料のディスク状パッドは、切断され、ベース８０の裏か
ら電極３０の露出接触面４８の上へ配置される。それか
ら、予め作製されているコネクタ５０は、穴２４を介し
てベース２２の中に挿入される。コネクタ５０の接合面
５５は一方向導電層７０状に置かれ、図４の中で示され
るように、コネクタ５０のターミナル面６０はベース２
２を介して露出され、ベース‐フィルム組立体２００が
形成される。
【００３３】ベースフィルム組立体２００は、約２５０
゜Ｆの温度の窒素雰囲気下に約２時間プレベークされ、
残留の湿気が取り除かれる。それから、ベース‐フィル
ム組立体２００が、圧力形成装置２０５に置かれ、この
装置は、絶縁体層３５ａ、３５ｂを強制して相互に接着
させる程度に、また、一方向導電層７０をコネクタ５０
に接着する程度に十分高い圧力に維持されている。典型
的に、圧力形成装置２０５は、約５００〜３０，０００
トール（約１０〜５００ｐｓｉ）、より典型的に約１
０，０００〜３０，０００トール（２００〜５００ｐｓ
ｉ）の圧力に維持される。圧力感知接着剤を用いて絶縁
層（３５ａ、３５ｂ）をベース２２に接着した場合、接
着剤が過剰に絞られるのを防止するため、低圧であるこ
とが好ましく、この低圧とは典型的に、約５００〜１
３，０００トール（１０〜２５ｐｓｉ）である。好まし
くは、粗さ約０．２〜０．３ミクロンＲＭＳ未満である
ステンレス鋼プレートを、絶縁体層３５ａ、３５ｂの上
に配置し、均一で一定の圧力をラミネートの上で印加す
る平らな保持面４０を提供する。従来の圧力成形プロセ
スは、Allen J. Kling, Curing Techniques for Compos
ites, Advanced Composites, April, 1985の中でおよそ
説明される。
【００３４】好ましくは、加圧と同時に、ベース‐フィ
ルム組立体２００を加熱し、絶縁フィルム層３５ａ、３
０ｂの可とう性が高くなり電極３０に接着するようにな
る程度に十分高い温度に、また、一方向の導電性の結合
層７０がコネクタ５０の接合面５５に接着する程度に高
い温度にする。代表的な加熱サイクルとしては、(i)約
１５分間、約１２゜Ｆ／分で温度を上昇させ、絶縁フィ
ルムからガスの反応副生成物をデガスし、(ii)絶縁体と
一方向導電材料の硬化温度、典型的に約３７５〜３８０
゜Ｆの温度に、約５０〜６０分間保持し、そして、(iii)
約１２゜Ｆ／分で温度を下げる。
【００３５】適切な圧力成形装置２０５は、オートクレ
ーブ、プラテンプレス、又は静水圧プレスを有している
る。より均一な圧力をベース‐フィルム組立体２００の
上で印加する点から、オートクレーブが好ましい。代表
的なオートクレーブは、約１〜１０フィートの範囲の直
径を有する耐圧スチールチャンバを備える。二酸化炭素
や窒素等の加圧非反応性ガスは、オートクレーブを加圧
するために用いられる。適切なオートクレーブは、「Ｂ
ＡＲＯＮ ＡＵＴＯＣＬＡＶＥＳ」社（カリフォルニア
州サンタフェスプリングス）、「ＡＯＶ ＩＮＤＵＳＴ
ＲＩＥＳ」社（カリフォルニア州アナハイム）、そし
て、「ＭＥＬＣＯ ＳＴＥＥＬ」社（カリフォルニア州
アツサ）の製品を例示することができる。オートクレー
ブを使う代わりに、プラテンプレスや静水圧プレスを用
いて、絶縁体３５ａ、３５ｂをベース２２に適用しても
よい。プラテンプレスが使われる場合は、シリコーン等
の圧力分散シートやステンレス鋼プレートが絶縁体３５
ａ、３５ｂの上に置かれ、ベース‐フィルム組立体２０
０へのプラテン圧力が均等に分散される。静水圧プレス
を用いる場合は、適切な静水圧成形バッグ内にベース‐
フィルム組立体２００を置いて、静水圧プレスを用いて
バッグに十分な圧力を与える。
【００３６】圧力をベース‐フィルム組立体２００に作
用させると同時に、図４の中で示されるような真空バッ
グ組立体２１０を用いて、絶縁層３５ａ、３５ｂとベー
ス８０との間にトラップされたエアを脱気し取り除くこ
とが好ましい。また、トラップされたエアを取り除いて
メタル電極３０の酸化を防止することは、望ましいこと
である。真空バッグ組立体２１０は典型的にはステンレ
ス鋼ベースプレート２１５を備え、これは、フレキシブ
ルなバッグ材料２２０を用いてシールを与えることが可
能である。このバッグ材料２２０は典型的には、ナイロ
ン製又はシリコーン製であり、厚さ約２５〜１００μｍ
である。真空バッグは、米国カリフォルニア州カーソン
のAIRTECH International Inc.社、米国カリフォルニア
州ノーウォークのBond Line Products社、米国ワシント
ン州オーバーンのZip-Vac社で製造されているものが適
している。真空バッグ２２０を用いるには、ベース‐フ
ィルム組立体２０５をバッグ内に配置し、ファブリック
とリリースフィルムの層をベース‐フィルム組立体の上
に重ねて、真空バッグ組立体を形成し、反応物副生成ガ
スの通気を可能にし、また、ベース‐フィルム組立体が
容易に真空バッグから分離できるようにする。図４に示
されるような一連の適切なファブリック及びリリースフ
ィルム２２５ａ、２２５ｂは：(i)米国デラウエア州ウ
ィルミントンのデュポン社のTEFLONや、米国カリフォル
ニア州カーソンのAIRTECH社のA4000Pリリースフィルム
等のリリースフィルムをベース−フィルム組立体の何れ
かの側に配置し、(ii)熱可塑性シリコーンシート等の圧
力分布適合シート２３０を、上側のリリースフィルム２
２５ｂの上に配置し、(iii) AIRWEAVE FR EDGE BLEED
（米国カリフォルニア州カーソンのAIRTECH社製）等の
多孔通気性ファブリック（ポーラスブリーダーファブリ
ック）２３５を適合シート（コンフォーマーシート）２
３０の上に配置し、真空バッグ２１０の脱気を容易に
し、また、プロセスで生じた凝縮物を取り除き、そし
て、(iv)AIRWEAVE SS RESIN ABSORBERやA22C等（米国カ
リフォルニア州カーソンのAIRTECH社製）の通気シート
（ブレサーシート）２４０をブリーダーファブリック２
３５の上に配置し、バッグ２１０のまわりに均一な真空
圧力を与える。粘着性のシーラントテープ２５０を用い
て、真空バッグ２１０をシールする。シールされた真空
バッグ２１０は、真空システムに接続された真空コネク
タラインを介して、約２５水銀柱インチ未満の圧力にな
るまで脱気されるが、この真空ラインは、バッグの中を
通過し、ブレサーシート２４０の近くまで伸びている。
【００３７】本発明の特徴を有する静電チャック２０
は、いくつかの利点を有している。コネクタ５０を電極
３０に電気的に結合する一方向導電カプラ層７０は、コ
ネクタ５０の縦軸に平行な方向ではコンダクタンスが高
く、コネクタ６０の横断面に平行な方向にはコンダクタ
ンスが低い、異方的導電性の材料を提供する。これは、
チャック２０の包囲ベース２２へ高圧電流が損失するこ
とを低減する、信頼性の高く方向性の高い高電圧接触を
提供する。一方向導電カプラ層７０は更に、電圧供給タ
ーミナル６５からチャックの電極３０へ必要な電流を伝
達する高電流伝達能力を与える。更に、コネクタ５０が
直接に電極３０に接着していることにより、コネクタ５
０に電極３０に対するばね負荷や押圧を与える必要性な
しに、信頼性高く直接的な高電圧の接触を提供する。こ
のように、コネクタ５０は、電極に害を与えず静電部材
２５の構造的整合性を減じない点で有利である。更に、
コネクタがベース２２の中を通過し、またチャック２０
上に保持された基板４５で覆われ保護されているため、
コネクタ組立体はプロセスチャンバ８０内の腐食性の環
境に対して実質的に抵抗性を有している。
【００３８】ここまで特定の好ましい態様に関して本発
明を詳細に説明してきたが、他の態様も当業者には明ら
かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従った静電チャックを有する
プロセスチャンバの部分的な断面図である。
【図２】図２は、電極の露出接触面と、一方向導電カプ
ラ層と、電圧供給ターミナルの間の電気的接続を示す詳
細な部分的断面図である。
【図３】図３は、本発明に従ったバイポーラ静電チャッ
クの具体例を有するプロセスチャンバの部分的な断面図
である。
【図４】図４は、圧力形成装置において静電チャックを
組み立てるために用いられる真空バッグ成層の概要の側
面断面図である。
【符号の説明】
２０…静電チャック、２２…ベース、２４…穴、２５…
静電部材、３０…電極、５０…コネクタ、７０…一方向
導電カプラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー エム． ヴェイツァー 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 1429 (72)発明者 シャモウイル シャモウイリアン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， リトル フォールズ ドラ イヴ 6536

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセスチャンバ内で基板を保持するた
    めの静電チャックであって、前記静電チャックに電荷を
    与えるための電圧供給ターミナルを有し、 前記静電チャックは、絶縁保持面に覆われた電極と、前
    記電極への電気量を導通させるための電気接触面とを有
    し、 前記電気接触面に一方向導電カプラが電気的に結合し、
    前記電圧供給ターミナルから前記電気接触面へのほぼ一
    方向にだけ電荷を導通させて、前記電極へ電気量を導通
    させる静電チャック。
  2. 【請求項２】 前記一方向導電カプラが、前記電気接触
    面と実質的に直交する主導電軸を有する異方導電層を備
    える請求項１に記載の静電チャック。
  3. 【請求項３】 前記一方向導電カプラが、前記電気接触
    面に実質的に垂直な方向に少なくとも約０．１ミリオー
    ムの第１の導電度と、前記電気接触面に平行な面に少な
    くとも約１ｘ１０8ミリオームの第２の導電度とを有す
    る請求項２に記載の静電チャック。
  4. 【請求項４】 前記一方向導電カプラが、少なくとも約
    ２５アンペアの電流を導通させる能力を有する請求項３
    に記載の静電チャック。
  5. 【請求項５】 前記一方向導電カプラが前記電気接触面
    に接着される請求項１に記載の静電チャック。
  6. 【請求項６】 プロセスチャンバ内で基板を保持する
    ための静電チャックを作製する方法であって、前記静電
    チャックに電荷を与えるための電圧供給ターミナルを有
    し、 （ａ）絶縁保持面に覆われた電極と、電気接触面とを備
    える静電部材を形成するステップと、 （ｂ）前記電圧供給ターミナルから前記電気接触面への
    ほぼ一方向にだけ電荷を導通させて前記電極へ電気量を
    導通させる一方向導電カプラを、前記電気接触面に電気
    的に結合するステップとを有する方法。
  7. 【請求項７】 前記ステップ（ｂ）が、異方導電材料を
    前記電気接触面上に形成し、前記電気接触面と実質的に
    直交する主導電軸を有する一方向導電カプラを形成する
    工程を有する請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ステップ（ｂ）において、前記一方
    向導電カプラが、前記電気接触面に実質的に垂直な方向
    に少なくとも約０．１ミリオームの第１の導電度と、前
    記電気接触面に平行な面に少なくとも約１ｘ１０8ミリ
    オームの第２の導電度とを有する請求項７に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記ステップ（ｂ）において、前記一方
    向導電カプラを前記電気接触面に接着する工程を有する
    請求項６に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ステップ（ｂ）において、 (i)前記電気接触面の上に一方向導通材料の層を形成す
    る工程と、 (ii)前記一方向導通材料層の上に、コネクタのジャンク
    ション面を配置する工程と、 (iii)前記一方向導通材料層に圧力を与えながら、前記
    電気接触面と前記ジャンクション面との両方に接着され
    る一方向導電カプラを形成するに十分高い温度に前記一
    方向導通材料層を加熱する工程とを有する請求項６に記
    載の方法。
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