JPH10321711A

JPH10321711A - チャック用の圧力動作されるシーリングダイアフラム

Info

Publication number: JPH10321711A
Application number: JP10078261A
Authority: JP
Inventors: Harald Herchen; ハーシェンハラルド
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1998-12-04
Also published as: TW419775B; KR19980071438A; US5870271A; EP0860861A1

Abstract

(57)【要約】【課題】浸食性の処理ガス環境での浸食からチャック
を保護すると共に、基板の下からの熱伝達ガスの洩れを
削減するチャック用の圧力作動式シールダイヤフラムを
得ることを目的とする。【解決手段】シール構造又はアセンブリ２０を使用し
て、周縁部５０を持つ基板４５を保持及び支持するチャ
ック３０のまわりにシールを形成する。作動式位置調節
可能シールダイヤフラム１６５が基板の周縁部に沿って
配置される。ダイヤフラムは、基板４５の周縁部に押し
付けられたときにシールを形成できるコンフォーマルシ
ール面１７０を持つ。ダイヤフラムアクチュエータ１７
５は、シールダイヤフラムを、（ｉ）ダイヤフラムのコ
ンフォーマルシール面が、チャックに保持される基板か
ら間隔をあけてそれらの間に隙間１９０を形成する第１
非シール位置から、（ｉｉ）ダイヤフラムのコンフォー
マルシール面が基板の周縁部を押え付けてそれとシール
を形成する第２シール位置１８５まで作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チャック、特に、
基板の保持に使用される静電チャックの周囲にシールを
形成するために使用されるシール構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造では、処理の間、チャッ
クを使って半導体基板を保持して基板の動きや芯ずれを
防止する。静電引力を使用して基板を保持する静電チャ
ックは、機械クランプによって生じる応力関連クラック
の削減、基板表面の利用部分の拡大、基板に堆積する腐
食粒子の形成の削減、及び低圧プロセスにおけるチャッ
クの使用を可能にすることを含め、機械及び真空チャッ
クに対していくつかの利点を持つ。典型的な静電チャッ
クは、電気絶縁体で覆われた導電電極を含む。電圧源
は、電極に対して電気的バイアスを基板に加える。絶縁
体は、通過する電子の流れを妨げて反対の静電荷を基板
と電極に蓄積させることによって、基板をチャックに誘
引、保持する静電力を発生させる。静電チャックは、例
えばCameron他による米国特許出願第08/278,787号、Sha
mouilian他による第08/276,735号、及びShamouilian他
による第08/189,562号に総合的に記載され、それらはす
べて、引用によって本明細書に組み込まれている。

【０００３】従来のチャックに伴う一つの問題は、浸食
性プロセス環境における、その限られた寿命である。通
常の静電チャックは、薄い高分子絶縁層に覆われた金属
電極を備えている。薄い高分子層は基板と電極間の静電
引力を最大にする。しかしながら、絶縁層がポリイミド
等のポリマーを含むときは、ポリマー絶縁体が浸食性プ
ロセス環境によって急速に浸食されて、チャックの有効
寿命を制限する場合がある。ポリマー絶縁体の浸食は、
酸素又はハロゲン含有ガスとプラズマ中で特に激しくな
るが、この環境は、例えば基板のエッチング、基板への
材料の堆積、及び処理チャンバと基板の洗浄等の様々な
仕事に使用される。ポリマー絶縁体の大部分はチャック
に保持された基板によって覆われているので、浸食性環
境から保護されているが、絶縁体の外周は浸食性ガス環
境に曝されて浸食される。露出したポリマー絶縁体は数
時間（通常２〜３時間の酸素プラズマ環境への暴露）で
浸食され、絶縁体上のたった一点を通る浸食が電極を露
出させて短絡やチャック故障の原因となる。処理中のチ
ャックの故障は基板を損傷させ、基板上に形成される貴
重な集積回路チップの歩留りを減少させる。また、ポリ
マーの浸食中に形成される高分子の副生成物はチャック
や処理チャンバの壁にしばしば堆積して、洗浄が難しい
硬質高分子堆積物を形成する。かくして、チャックの露
出部分、特にチャックの上のポリマー絶縁体層の浸食を
削減することが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チャックの露出部分の
浸食を削減するために、いくつもの技術が開発された。
１９９５年３月２４日出願の通常に譲渡された米国特許
出願第08/410,449号（引用によって本明細書に組み込ま
れている）に記載された一つの解決法では、不活性又は
無反応性「マスキング」ガスの流れがチャックの外周絶
縁体部分に向けられる。マスキングガスは、周囲のガス
環境の腐食的影響から外周絶縁体を保護する。しかしな
がら、マスキングガスの濃度は、基板端部に隣接する反
応性処理ガス種(species)の濃度を変える場合があり、
それによって基板の周縁部における処理、すなわちエッ
チング又は堆積の速度が変化する。また、チャンバ内の
処理ガスの圧力がマスキングガス圧力の１／１０を超え
るときは、濃度勾配によるマスキングガスの上流拡散が
マスキングガスの有効性を減少させる。従って、マスキ
ングガス法は、ある種の基板製造プロセスでは望ましく
ない。

【０００５】別の浸食低減方法は、絶縁体の周縁部のま
わりに連続的に延びて基板の端部に対するシールを形成
するバリヤ・リングを使用する。適切なバリヤ・リング
構造は、１９９５年５月１１日出願の米国特許出願第08
/439,010号（引用によって本明細書に組み込まれてい
る）に開示され、基板の下のサポート上に着座するベー
スと、ベースから延びるアームとを有するエラストマー
リングを備えている。静電引力が基板に加えられると、
基板は下方に動いてバリヤ・リングのアームの上部を押
え付け、腐食性処理ガスへのチャックの絶縁体の露出を
削減するシールを形成する。しかしながら、バリヤ・リ
ングは、全プロセスサイクルの間、基板に押し付けられ
て、チャックの電極に加えられ電圧を止めない限りチャ
ックから解放できない。チャック電極への電圧の停止は
基板を静電引力から解放するので、処理中に基板を移動
させる恐れがある。処理中の基板の動きは、特に基板を
チャックの特定方位に合わせることが必要なプロセスで
は望ましくない。

【０００６】バリヤ・リングは、高度に腐食性のプロセ
ス環境でも問題があり、この場合、バリヤ・リングの基
板に接触する部分が基板に固着して（腐食性プロセス環
境での腐食による）、処理が完了した後の基板の取り外
しを困難にする。緩慢な解放や固着した基板は、ロボッ
トリフトアームが基板を持ち上げてチャックから外そう
とするときに基板を損傷させることがある。ロボットア
ームの速度を落として基板の時たまの固着を補償するこ
とは、基板の処理時間を増加させてプロセスのスループ
ットを減少させる。また、バリヤ・リングの固着部分
が、基板の歩留りを更に低減する望ましくない汚染物質
を基板上に残す。

【０００７】従来のバリヤ・リング構造に伴う別の問題
は、一貫した公差の厳しい高さ寸法（基板の全周縁部に
沿って均一な圧力を加えるために必要）を有するバリヤ
・リングを製作する場合、特にバリヤ・リングが軟質ポ
リマーから製作される場合の困難から生じる。従来の高
分子バリヤ・シールは通常、２５０ミクロン（１０ｍｉ
ｌ）以上だけ変化する高さ変動を持つ。これらの高さ変
動は、チャックの絶縁体と反応してそれを浸食する腐食
性ガスの侵入を許す、バリヤ・リングと基板の間の隙間
となる。上記隙間を減らすために、チャック電極が通電
されて基板がチャックに静電的に誘引されたときに、上
に重なる基板の端部によるアームの圧縮を許すために必
要とするよりわずかに大きい高さでバリヤ・リングのア
ームが製作される。バリヤ・リングの「余剰高さ」が大
きいほど、リングの様々な部分の高さ変動の許容度を、
基板まわりの連続的シールに悪影響を与えることなく、
大きくできる。しかしながら、バリヤ・リングの大きな
高さは、製造公差の限界による高さの変動と相俟って、
チャックに基板を保持する静電力に対抗する基板への上
向きの力を発生させ、それが処理中の基板の動きの可能
性を増大させる。これは、静電引力の減少をもたらすバ
イポーラチャック等の静電チャックと、比較的低い動作
電圧（２０００ボルト以下）で作動することが要求され
るチャックに特有の問題である。バリヤの選択された部
分が過度に高いと、バリヤ・リングが上記チャックの表
面から基板全体を持ち上げる場合がある。また、バリヤ
・シールの大きな高さは、シールの過度の圧縮による基
板に対する固着の問題を更に増大させる。

【０００８】従来の静電チャックに伴う更に別の問題
は、チャックに保持される基板の加熱又は冷却用の熱伝
達流体の保持に使用されるチャック表面上の熱伝達流体
溝の使用から起こる。上記熱伝達流体溝の適切な構成
は、通常的に譲渡されたShamouilian他による米国特許
出願第08/276,735号（引用によって本明細書に組み込ま
れている）に記載される。基板がチャックに保持される
と、基板は溝を覆いシールして、溝の中に保持された熱
伝達流体の漏れを減らす。基板は通常、溝の中に保持さ
れた熱伝達ガスを使って冷却されて基板の過熱を減ら
し、集積回路チップの歩留りを特に基板の周縁部で向上
させる。しかしながら、熱伝達ガスは、しばしば基板の
周縁部の下から漏出して、基板の外周部の過熱をもたら
す。また、漏洩ガスが基板の端部における処理ガスの組
成に悪影響を与える場合がある。かくして、基板の端部
からの熱伝達ガスの洩れを削減するシール構造を持つこ
とが望ましい。

【０００９】従って、浸食性の処理ガス環境での浸食か
らチャックを保護すると共に、基板の下からの熱伝達ガ
スの洩れを削減するためのシール構造を持つことが望ま
しい。また、基板の処理時にシール構造を作動又は作動
解除できるようにすることも望ましい。更に、基板への
固着と基板上の汚染物質の形成なしに、チャックからの
基板の迅速な交換と取り外しを可能とするシール構造で
あることが望ましい。また、浸食性の処理ガスがチャッ
クに到達して浸食できる隙間を形成することなく、構造
が実質上絶縁体の端部全体をシールすることも望まし
い。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のシール構造は、
浸食性環境における浸食からチャックをシールして保護
する。シール構造はまた、基板の処理中の作動又は作動
解除が可能で基板の迅速な交換と取り外しを許し、基板
の固着を減少させる。本発明の一実施形態では、シール
構造は、周縁部を有する基板を保持できるチャックのま
わりにシールを形成する。作動式の、位置調節可能なシ
ールダイヤフラムは、基板の周縁部に沿って配置され
る。シールダイヤフラムは、基板の周縁部に押し付けら
れたときにシールを形成できるコンフォーマル(conform
al)シール面を持つ。ダイヤフラムアクチュエータを設
けて、シールダイヤフラムを、（ｉ）ダイヤフラムのコ
ンフォーマルシール面が、チャックに保持される基板か
ら間隔を空けて、基板との間に隙間を形成する第１非シ
ール位置から、（ｉｉ）ダイヤフラムのコンフォーマル
シール面が基板の周縁部を押え付けてそれとシールを形
成する第２シール位置まで作動させる。シール構造のダ
イヤフラムアクチュエータは、電気的、磁気的、電磁
的、又はガスによるコントローラアセンブリを備えてい
る。ダイヤフラムアクチュエータは、（ｉ）位置調節可
能なシールダイヤフラムの下の１つ以上のガス開口部
と、（ｉｉ）ガス開口部のガス圧力を調整して、基板が
チャックに保持された後、シールダイヤフラムを非シー
ル位置とシール位置の間で移動させるためのガスコント
ローラとを備えたガス流量又はガス圧力の作動手段を備
えることが望ましい。ガスコントローラは、質量流量コ
ントローラ又はガス圧力レギュレータを備えることがで
きる。

【００１１】好ましい実施形態では、本発明は、腐食性
ガス環境における静電チャックの腐食を削減するための
ガス圧力作動式シールアセンブリを備えている。追従性
(compliant)の平らな環状膜が基板の周縁部の下に延び
て、１つ以上のガス開口部の上を覆っている。膜は、基
板の周縁部の下に連続して延びるコンフォーマルシール
面を持つ。ガス圧力コントローラを設けて、膜の下のガ
ス開口部内に保持されるガスの圧力を下記の値に調整す
る。すなわち（ｉ）シール部材が非シール位置、すなわ
ちダイヤフラムのコンフォーマルシール面が、静電的に
保持される基板から間隔を空けて、基板との間に隙間を
形成する位置にある第１圧力と、（ｉｉ）追従性の膜が
第２シール位置、すなわち膜が撓んでそのコンフォーマ
ル面を基板の周縁部に押し付けて、静電的に保持される
基板の周縁部とシールを形成する位置にある第２圧力と
である。第２圧力は第１圧力より高く、基板をチャック
から取り外すことなく、またチャックの下の溝に保持さ
れた熱伝達流体を漏出させることなく、膜のコンフォー
マル面を基板に押し付けできることが望ましい。

【００１２】別の実施形態では、本発明は腐食性処理ガ
スを含む処理チャンバ内で基板を保持するための耐蝕静
電チャックアセンブリを備えている。アセンブリは、周
縁部を有する基板を静電的に保持するための静電チャッ
クを備えている。追従性の環状ダイヤフラムが基板の周
縁部のまわりに延びて、その環状ダイヤフラムを覆うコ
ンフォーマルシール面を持つ。少なくとも一つのガス開
口部がダイヤフラムの下に存在する。ガス開口部を介し
てガス圧力を加えることよって、ダイヤフラムが撓んで
コンフォーマルシール面を基板に押し付ける。

【００１３】プロセスゾーンでチャックのまわりにシー
ルを形成する方法は、ガス圧力作動式シールダイヤフラ
ムを基板の周縁部に沿って配置することから成る。ダイ
ヤフラムは、一つ以上のガス開口部の上を覆い、基板の
周縁部の下に連続して延びるコンフォーマルシール面を
備えている。ダイヤフラムの下のガス開口部を介してガ
ス圧力を加えることよって、ダイヤフラムの少なくとも
一部が動いて、基板とシールを形成するようにそのコン
フォーマルシール面を基板の周縁部に押し付ける。

【００１４】方法の別の実施形態は、浸食環境での静電
チャックの耐浸食性を高めるのに役立つ。チャックは、
（ｉ）基板を静電的に保持できる絶縁電極、及び（ｉ
ｉ）ガス圧力を提供するためのガス開口部を備えた、絶
縁電極を支持するためのサポートを備えている。この方
法では、環状シールダイヤフラムはサポート上のガス開
口部を覆うように配置されるので、ダイヤフラムは絶縁
電極のまわりに円周方向に配置される。シールダイヤフ
ラムは、基板とシールを形成できるコンフォーマルシー
ル面を持つ。基板は絶縁電極の上に置かれ、絶縁電極に
加わる電圧が基板を静電的に誘引するので、基板の周縁
部はシールダイヤフラムの上に配置されてそれらの間に
隙間を形成する。シールダイヤフラムの下のガス開口部
を通るガスの圧力を調整することによって、ダイヤフラ
ムのコンフォーマルシール面を基板の周縁部へ押し付け
て、浸食環境に対する静電チャックの露出を減らすシー
ルを形成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のこれらとその他の特徴、
局面、及び利点は、以下の説明、付帯の特許請求の範
囲、及び発明の図解例を提供する添付の図面に関してよ
り良く理解されるだろう。

【００１６】本発明のシール構造２０は、基板ホルダ又
はチャック３０を浸食環境の浸食から保護し、基板の迅
速な取付けと取り外しを可能とし、基板ホルダの実質上
全端部をシールし、基板の処理中に作動又は作動解除が
可能である。本明細書では、シール構造２０を静電チャ
ック３０の腐食の削減に関連して説明しているが、当然
のことながら、構造２０は、機械及び真空チャックを含
め、任意のチャック又は基板ホルダのまわりのシールの
形成に使用可能であり、本発明の範囲を、静電チャック
に限定すべきではない。図１に概略図示するように、シ
ール構造２０は、絶縁体４０の層によって覆われる１つ
以上の電極３５から成る静電チャック３０のまわりにシ
ールを形成するのに役立つ。電極３５は、後述するよう
に、電圧が電極に加えられると基板４５を静電的に保持
できる。絶縁体４０は電極３５を覆って、電極をプロセ
ス環境から電気的に絶縁する。周縁部５０を持つシリコ
ンウェーハ等の基板４５は、チャック３０に静電的に保
持される。

【００１７】本発明による静電チャック３０のまわりの
シール構造２０の動作を、図１と２に概略図示する半導
体処理装置５５に関連して説明する。シール構造２０の
動作を装置５５に関連して説明するが、当業者に自明な
ように、本発明は他の基板処理装置にも使用可能であ
り、本明細書に記載する処理装置に限定すべきではな
い。例えば、装置５５はカリフォルニア州Santa Clara
のApplied Materials, Inc.（アプライドマテリアルズ
社）から市販で入手可能な磁気強化反応性イオンエッチ
ング装置、すなわち物理的気相堆積装置の「ＰＲＥＣＩ
ＳＩＯＮ５０００」を想定できる。図１に示すよう
に、静電チャック３０は、基板４５処理用の容器を形成
する処理チャンバ６５内のサポート６０上に固定され
る。処理チャンバ６５は通常、処理ガスをチャンバに導
入するための処理ガス源７０、及び気体副生成物をチャ
ンバから排気するためのスロットル式排気装置７５を含
む。図１に示すこの処理チャンバ６５の実施例は基板の
プラズマ処理に好適だが、本発明は、発明の範囲から逸
脱することなく、他の処理チャンバやプロセスに使用で
きる。

【００１８】通常、静電チャック３０は更に、電極３５
と絶縁体４０とを支持するために役立つ、貫通ボア８５
を持つベース８０を備えている。電気コネクタ９０は、
電極を電圧源に接続する。電気コネクタ９０は、（ｉ）
ベース８０のボア８５を通って延びる電気リード９５、
及び（ｉｉ）ベースとサポート６０間のインターフェー
スで電圧源ターミナル１０５を電気的に接続する電気コ
ンタクト１００を備えている。第１電圧源１１０は、チ
ャック３０を作動させるための電圧源ターミナル１０５
に電圧を提供する。第１電圧源１１０は通常、（ｉ）１
０ＭΩの抵抗を介して高圧リードアウトに接続される約
１０００ないし３０００ボルトの高圧ＤＣ電源、（ｉ
ｉ）回路を通って流れる回路リミット電流中の１ＭΩの
抵抗、及び（ｉｉｉ）交流フィルタとして働く５００ｐ
Ｆコンデンサを備えた回路を含む。第２電圧源１１５
は、処理チャンバ６５内のサポート６０に接続される。
サポート６０の少なくとも一部は通常、導電性で、チャ
ンバ６５内でプラズマを形成するための、通常はカソー
ドの処理電極２５として機能する。第２電圧源１１５
は、サポート６０をチャンバ６５内の電気的接地面１２
０に対して電気的にバイアスして、チャンバ内の処理ガ
スから形成されるプラズマを発生及び／又は付勢する電
場を形成する。絶縁フランジ１２５は、サポート６０と
接地面１２０の間に配置されて、サポート６０を接地面
から電気的に絶縁する。第２電圧源１１５は一般に、処
理チャンバ６５のインピーダンスをライン電圧のインピ
ーダンスにマッチングさせるＲＦインピーダンスを、絶
縁コンデンサと直列に備えている。

【００１９】チャック３０を作動させるには、処理チャ
ンバ６５が減圧排気されて、大気圧以下の圧力に保たれ
る。基板４５がチャック３０の上に置かれ、チャック３
０の電極３５が第１電圧源１１０によって、基板に対し
て電気的にバイアスされる。その後、処理ガスがガス入
口７０を介してチャンバ６５に導入され、第２電圧源１
１５を作動させるか、又はインダクタコイル（図示せ
ず）等の別のプラズマ発生器源を使って処理ガスからプ
ラズマが形成される。電極３５に加わる電圧によって静
電荷が電極に蓄積して、モノポーラチャックでは、チャ
ンバ６５内のプラズマが、基板４５に蓄積する反対極性
を持つ帯電種を提供する。蓄積した反対の静電荷は基板
４５をチャック３０に静電的に保持する静電引力とな
る。

【００２０】バイポーラ電極３５ａ、３５ｂを備えたチ
ャック３０の別の実施形態を図２に示す。この実施形態
では、絶縁体４０は、バイポーラ電極として働くように
寸法形状を定められた複数の電極３５ａ、３５ｂを覆
う。第１電圧源１１０は、電極３５ａ、３５ｂに差分電
圧を提供する。好ましい構成では、第１電圧源１１０
は、第１電極３５ａに負電圧を提供すると共に第２電極
３５ｂに正電圧を提供して両電極を互いに差分電位に保
つ２つのＤＣ電源を備える。電極３５ａ、３５ｂの反対
電位が電極と基板内に反対の静電荷を誘起させることに
よって、基板がチャック３０に静電的に保持される。バ
イポーラ電極構成は、基板４５を電気的にバイアスする
ための電荷キャリヤとして働く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。

【００２１】チャック３０に保持される基板４５の温度
を調整するには、熱伝達流体源１４０を使って熱伝達流
体を絶縁体４０の溝１４５に供給する。チャック３０に
保持される基板４５は、絶縁体４０を覆ってその形状に
適合し、溝１４５の外周をシールして熱伝達流体の漏出
を防止する。溝１４５内の熱伝達流体を使って基板４５
を加熱、冷却して基板の温度を調整し、処理の間、基板
を一定温度に維持することができる。通常、溝１４５
は、複合絶縁体４０を一部又は完全に通って延びる交差
チャンネルのパターンを形成する。基板４５下の熱伝達
流体は、基板と絶縁体４０の間の隙間に流入して、基板
と保持面の間の気体伝導による熱結合と熱伝達の向上を
もたらす。通常、冷却剤溝１４５は、基板４５の中心の
下から延びる半径方向と円周方向の交差チャンネルのパ
ターンを形成し、溝の先端は基板の周縁部５０の近くに
配置される。冷却剤溝先端と基板４５の周縁部５０の間
の隙間は約１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは約
５ｍｍ以下、最も好ましくは約３ｍｍ以下であり、これ
はCameron他による１９９５年１月６日出願の同時係属
中の米国特許出願第08/369,273号、発明の名称「改善さ
れた冷却システムを持つ耐浸食性静電チャック」（引用
によって本明細書に組み込まれている）に記載されてい
る。

【００２２】熱伝達流体は、熱を基板４５に伝達できる
か、熱を基板から除去できる任意の流体又は気体でよ
い。熱伝達流体を使って基板４５を冷却、加熱して、基
板上の均一な温度を獲得できる。基板４５の冷却が必要
なときは、チャック３０が基板よりも低い温度に保たれ
ているので、熱伝達流体は熱を基板からチャック３０に
伝達できる。反対に、基板４５を加熱しなければならな
いときは、チャック３０が基板より高い温度に保たれる
ので、熱伝達流体は熱をチャックから基板に伝達でき
る。熱伝達流体は、漏洩する熱伝達流体が基板４５上で
実行されるプロセスに悪影響を与えないように、チャン
バ内のプロセス環境に対して実質上反応しない無反応性
ガスから成ることが望ましい。無反応性ガスはまた、チ
ャック３０の製作に使用される材料、特にその無反応性
ガスと接触する絶縁体４０に対しても無反応性でなけれ
ばならない。例えば、ポリイミド等の高分子材料を使っ
て絶縁体を製作するときは、ポリイミドを浸食する反応
性ガス、例えば（ｉ）酸素、たたは（ｉｉ）ＣＦ₄やＣ₂
Ｆ₆等のハロゲン含有ガスを避けなければならない。熱
伝達流体は、基板４５とチャック３０の間に最適な熱伝
達をもたらすように高い熱伝導率を持つことが望まし
い。高い熱伝導率を持つ好ましい無反応性熱伝達流体
は、ヘリウム、アルゴン、窒素等から成る。ほぼ室温で
のアルゴンの熱伝導率は約４３×１０^-6、窒素は約６２
×１０^-6、ヘリウムは約３６０×１０^-6ｃａｌ／（ｓｅ
ｃ）（ｃｍ²）( ℃／ｃｍ）である。圧縮ヘリウムのタ
ンク等の熱伝達流体源１４０を使って、熱伝達流体を供
給ライン１５５を介して溝１４５に供給する。

【００２３】図１に示すように、本発明のシール構造２
０は、基板４５の周縁部５０沿いにそれに隣接して円周
方向に配置された作動式の位置調節可能なシールダイヤ
フラム１６５を備えている。シールダイヤフラム１６５
は、基板４５の周縁部５０に押し付けられたときに、基
板４５とシールを形成できるコンフォーマル性シール面
１７０を持つ。ダイヤフラムアクチュエータ１７５等の
作動手段は、シールダイヤフラム１６５を作動させる
か、又はダイヤフラムの位置を（ｉ）ダイヤフラムのコ
ンフォーマルシール面１７０が基板４５から間隔をあけ
てそれらの間に隙間１９０を形成する（図１、図３
（ａ）、図４（ｂ）に示す）非シール位置１８０から、
（ｉｉ）ダイヤフラムのコンフォーマルシール面が基板
の周縁部５０に押し付けられてそれとシールを形成する
（図１、図３（ｂ）、図４（ａ）に示す）シール位置１
８５に調節する。シール位置１８５では、シールダイヤ
フラム１６５は、浸食性プロセス環境に対するチャック
の露出を制限することによってチャック３０の腐食を削
減すると共に、チャックの下に保持される熱伝達流体の
プロセス環境への漏れを減少させる。シールダイヤフラ
ム１６５はまた、チャックが浸食性プロセス環境での基
板４５の保持に使用されたときに、チャック３０への高
分子反応副生成物の蓄積を実質上削減できる。また、シ
ールダイヤフラム１６５は基板４５の周縁部の下からの
熱伝達流体の漏れも減少させる。

【００２４】位置調節可能なシールダイヤフラム１６５
の重要な利点は、基板４５をチャック３０に保持したま
ま基板をチャック３０から解放せずに、ダイヤフラムを
非シール位置１８０からシール位置１８５まで作動及び
作動解除する能力である。従来技術のバリヤシールは通
常、全処理サイクルの間、基板４５と接触したままだ
が、それはチャック３０に基板が静電的に保持されてい
る全期間、バリヤシールが、静電的に誘引された基板に
よって圧縮されるからである。処理の間、チャックの作
動を解除してバリヤシールを解放することは望ましくな
いが、その理由は、これによって基板が静電チャックか
ら解放されて基板の動きや芯ずれを生じる可能性がある
からである。また、従来技術のバリヤシールは、静電チ
ャックのスイッチが切られて静電荷がチャックの電極か
ら完全に放電された場合でも、通常、基板に接触してい
る。それと対照的に、本発明の位置調節可能シールダイ
ヤフラム１６５は、基板を静電チャック３０から解放す
ることなく、作動を解除して脱力することができる。こ
れは基板の処理時の基板４５に対するシールダイヤフラ
ム１６５の固着を減少させるので、全体的なスループッ
トを増加させる。更に、ダイヤフラム１６５のシール機
能をオンオフする能力は、処理チャンバ６５内に浸食性
環境が形成された基板処理段階の間だけ、ダイヤフラム
を選択的に使用してチャック３０の周辺をシールするこ
とを可能にする。これは、基板４５に対するシールダイ
ヤフラム１６５の固着を更に減らし、シールダイヤフラ
ムの寿命を、従来のバリヤシールに対して５〜１０倍だ
け延長する。更に、計算によれば、シールダイヤフラム
の作動に要する力は、従来のバリヤシールの圧縮に要す
る約１０〜１３Ｎの力に比べて、約１〜２Ｎ以下であっ
た。要求される力の低下が、更に、本発明のシールダイ
ヤフラムのシールダイヤフラムのシールの信頼性を高め
る。

【００２５】図１に示す実施形態では、位置調節可能シ
ールダイヤフラム１６５は、シールダイヤフラムを非シ
ール位置からシール位置に位置変更するように働く電気
的又は電磁的なアセンブリ等のアクチュエータ１７５を
使って、第１非シール位置１８０から第２シール位置１
８５まで移動又は作動される。例えば、薄い金属含有構
造から製作されるシールダイヤフラム１６５は、チャッ
ク３０の本体に隣接するか、その上又はその内部に配置
された電磁アクチュエータ１７５を使って、第１位置１
８０から第２位置１８５まで移動させることができる。
電磁アクチュエータ１７５は、コイルに包まれた強磁性
体コアを備え、コイルは、電流がコイルを通して加えら
れたときに生じる磁場がシールダイヤフラム１６５を非
シール位置１８０からシール位置１８５までとその逆方
向に誘引又は反発させるようにチャック３０に対して配
置される。スイッチ手段１９５を使って電磁アクチュエ
ータ１７５を作動及び作動解除できるので、チャック３
０の作動時に、非シール位置１８０からシール位置１８
５までとその逆方向のバリヤシールの動きを可能にす
る。

【００２６】別の実施形態では、位置調節可能シールダ
イヤフラム１６５は、図２に示すように、ガス圧力作動
式である。シールダイヤフラム１６５は、撓んでコンフ
ォーマルシール面１７０を基板４５に押し付けて基板の
まわりにシールを形成するだけの追従性があり、またガ
ス圧力の付与又は解除によって最初の形状に戻るだけ弾
力のある任意の構造を持つ。この実施形態では、位置調
節可能シールダイヤフラム１６５は、チャック３０の外
周まわりに配置された１つ以上のガス開口部２０５を覆
うかキャッピングする追従性の、平らな環状膜を備えて
いる。通常、ガス開口部２０５は約１ないし約１００
個、より一般的には約２ないし２０個の開口を持つ。ガ
ス開口部２０５は、処理チャンバ６５の外側の、熱伝達
流体源１４０等のガス源からガス圧力を供給する、チャ
ック３０の本体のガスチャンネルに接続される。非シー
ル位置では、シールダイヤフラム１６５の膜は、シール
ダイヤフラムと基板４５の突出した周縁部５０の間に隙
間を形成するガス開口部２０５の上に着座する。ガス圧
力が追従性の膜の下に加えられると、膜は上方に持ち上
がって、屈曲、すなわちガス開口部２０５から膨張する
ことによって、コンフォーマルシール面１７０を基板４
５の端部５０に押し付けて、それらの間にシールを形成
する。

【００２７】位置調節可能シールダイヤフラム１６５を
第１非シール位置から第２シール位置まで作動又は切り
換えるために、ガス圧力アクチュエータ１７５が設けら
れる。アクチュエータ１７５は、基板４５が静電チャッ
ク３０に静電的に保持された後でガス開口部２０５を通
るガスの流れを提供する作動手段を備えている。アクチ
ュエータ手段は、図１に示すように、ガス開口部２０５
のガス流及び／又は圧力を調節して、ガス圧力を（ｉ）
シール部材がシール位置にある第１の流量又は圧力か
ら、（ｉｉ）シールダイヤフラム１６５が屈曲してその
コンフォーマル面を基板４５の周縁部５０に押し付けて
それらの間にシールを形成する第２の流量又は圧力まで
調整するためのガスコントローラアセンブリを備えてい
る。ガスコントローラ２０８は、開口部２０５のガス圧
力又は流量を、第１低位圧力から、静電的に保持された
基板４５にシールダイヤフラムを押し付け可能な第２高
位圧力まで調節又は調整できる。その外、ガス圧力コン
トローラ２０８はガス圧力又は流量を、シールダイヤフ
ラム１６５が基板にシールされる第１高位圧力から、シ
ールを解除するかシールダイヤフラムを基板から離間さ
せる第２低位圧力に調節できる。図２に示すように、適
切なガスコントローラアセンブリは、カリフォルニア
州、TorranceのUnit Instrumentsから市販されるＵｎｉ
ｔ２６５等の質量流量コントローラ２１０から構成で
きる。ガスコントローラアセンブリは、圧力センサ、ス
ロットルバルブ、及び従来型圧力制御回路から成る、通
常は閉ループコントローラのガス圧力レギュレータ２１
５から構成してもよい。

【００２８】基板４５の離脱を避けるために、あるいは
基板の下の溝１４５からの熱伝達流体の漏れを避けるた
めに、ガスの圧力又は流量を、チャック３０の絶縁電極
によって加えられる静電力／面積（単位面積当りの力）
よりも小さくなるように調整される。電極が基板４５に
対して、少なくとも約５ｔｏｒｒ、より一般的には１０
ないし７０ｔｏｒｒの静電引力／面積を作用するとき
は、シールダイヤフラム１６５の作動に適した適当な第
２高位ガス圧力は約７０ｔｏｒｒより小さく、より一般
的には１０ないし５０ｔｏｒｒである。更に、ガス圧力
が基板４５の下に加えられたときは、シールダイヤフラ
ム１６５によって作用する力は、静電引力とガス圧力の
間の差によって与えられる正味の力よりも小さくなけれ
ばならない。

【００２９】図２によれば、基板４５の周縁部５０は、
チャック３０のまわりに延びるサポート６０の外周２２
０から突出している。基板４５の突出した周縁部５０
は、静電部材２５の露出側に対する高エネルギーのプラ
ズマ種（１０００ｅＶを超えるエネルギーを持つ）の視
線インパクト(line-of-sight impact)を削減することに
よって、チャック３０の浸食抵抗を増加させる。シール
ダイヤフラム１６５は、チャック３０のまわりに延びる
環状棚(collar ledge)２２５を備えたサポート６０の外
周２２０に着座する。環状棚２２５は、部分開口トレン
チ２３５を内部に形成する壁２３０を備えている。シー
ルダイヤフラム１６５はトレンチ２３５にはまり、トレ
ンチ内に終端を持つガス開口部２０５を覆うように構成
されている。環状棚２２５の部分開口トレンチ２３５
は、シールダイヤフラム１６５をトレンチ内に確実に配
置させることによって、チャック３０の使用時にシール
ダイヤフラム１６５の動きや芯ずれを防止する。シール
ダイヤフラム１６５の下にガス圧力を加えると、ダイヤ
フラムが撓む、又は盛上がることによって、コンフォー
マルシール面１７０が基板４５を押し付ける。基板４５
は加えられた静電力によって保持されるので、基板は実
質上固定したままで、ダイヤフラム１６５が基板を押え
付けてチャック３０の周縁部５０に沿ってシールを形成
し、基板の周縁部５０の下からの熱伝達流体の漏れを削
減する。シール面１７０によって形成されるシールは、
電極２５を周囲の浸食性プロセス環境から完全に隔離す
るバリヤも提供する。ガス圧力を下げるか停止すると、
シールダイヤフラム１６５はへたるか収縮して、ダイヤ
フラムと基板４５の間に隙間を形成する。

【００３０】図３（ａ）と図３（ｂ）に示す好ましい実
施形態では、ガス開口部２０５が、熱伝達流体を基板４
５の下の領域に提供するガス供給ライン１５５に接続さ
れることによって、単一ガス供給源１４０が、基板の下
への熱伝達流体の提供と、シールダイヤフラム１６５を
作動させるガス圧力の供給の両機能を果たすことができ
る。この実施形態では、ガス供給ライン１５５は、チャ
ック３０の表面まで延びて熱伝達流体を基板４５の下に
提供する第１ガスチャンネル２５０と、シールダイヤフ
ラム１６５の下のガス入口２０５の一方に終端を持つ第
２ガスチャンネル２５５とに分岐する。その他、第２ガ
スチャンネル２５５は、ガス開口部２０５をチャンネル
（図示せず）に沿って等間隔に配置した状態で、チャッ
ク３０の全周にわたって延びる連続したチューブ状コン
ジット（conduit）を備えてもよいし、またガス供給源
によって供給されるガスリザーバから各ガス開口部（こ
れも図示せず）に延びる離散型ダクトを備えてもよい。

【００３１】この実施形態では、シールダイヤフラム１
６５は、チャック３０の外周上又はチャック３０に沿っ
て配置された突出カラー・リング間に延びる可撓部材か
ら構成される。可撓部材は、（ｉ）ガス開口部２０５を
覆って棚２２５の内部側壁を押え付けて、可撓部材の下
に加わるガス圧力の漏れを減らす部分シールを形成する
キャップ部分２６０と、（ｉｉ）湾曲点又は支点２７０
内に保持されてそれによって支持されるピボット部分２
６５とを備えている。ピボット点２７０は、棚２２５の
基面上の上方に延びるリム２７５と、チャックを囲むカ
ラー・リング２８５の底面上の段部(raised ledge)２８
０とによって画成される。カラー・リング２８５は通
常、セラミックアルミナ、シリカ、又はクォーツリング
等の非導電性リングである。上方に延びるリム２７５と
段部２８０とは、可撓部材のピボット部分２６５を挟ん
で湾曲点２７０を形成する。ガス開口部２０５を介して
ガス圧力を加えることによって、可撓部材がピボット点
２７０のまわりに湾曲して、可撓部材のコンフォーマル
シール面１７０がシール位置１８５で基板４５に接触し
てそれに対するシールを形成するまで、可撓部材のシー
ル部分２６０を持ち上げる。ガス圧力の解除によって、
非シール位置１８０で可撓部材の弾性が棚２２５の基面
に部材を復帰させる。

【００３２】図４（ａ）と図４（ｂ）に示す別の構成で
は、正のガス圧力を加える代わりに、ガス開口部２０５
を使って負のガス圧力を加える。例えば、ガス開口部を
介して、シールダイヤフラム１６５をガス開口部の方に
引くか吸い込む低圧の真空が加えられる。この構成で
は、ガス開口部２０５は、真空チューブ２９０を介して
従来型の真空又は低圧ガスポンプ２８８に接続される。
アクチュエータは、スロットルバルブ２９５等の、ガス
開口部でのガス圧力を低減するための手段を備えてい
る。アクチュエータは、例えば基板がチャック３０に静
電的に保持される前又は後にバルブ２９５を開くことに
よって作動して、圧力を第１高位圧力から第２低位圧力
に低下させることにより、シールダイヤフラム１６５を
シール位置１８５から非シール位置１８０までとその逆
方向に移動させる。図４ａに示すシール位置１８５で
は、シールダイヤフラム１６５の膜は、基板４５を押え
付けるコンフォーマル面１７０を持つ頂点を備えた曲面
部材から成る。ガス開口部２０５を介してチャンバ６５
内に減圧ガス圧力が加えられると、シールダイヤフラム
１６５は直線状に伸びるか、ガス入口２０５の方向に内
方に湾曲する。ポンプによって加えられるガス圧力は、
スロットルバルブ２９５を用いて制御可能で、適当な圧
力は約５ｔｏｒｒ以下、より好ましくは約１×１０^-3ｔ
ｏｒｒ以下である。

【００３３】「チャックの製造」ここで、本発明の静電
チャック３０とシールダイヤフラム１６５の製造方法を
説明する。図３（ａ）と図３（ｂ）に従って概略的に説
明すると、絶縁電極を支持するために使用されるチャッ
ク３０のベース８０は、ベースと基板の間の熱伝達面を
最大にするように基板４５の形状寸法に従って形状寸法
が決められる。例えば、基板４５が円盤状の場合、直円
筒形のベース８０が望ましい。通常、ベース８０は絶縁
電極を受ける中央部分と、絶縁電極を超えて延びる外周
２２０とを持つ。外周２２０は、ベースの中央部分から
一定の高さにある環状棚２２５として形成されることが
望ましい。トレンチ２３５は、シールダイヤフラム１６
５を保持するために外周２２０に形成されることが望ま
しい。

【００３４】ベース８０は通常、アルミニウムから機械
加工され、直円筒形で、直径は通常、約１２７ないし２
０３ｍｍ（５〜８インチ）、厚さ約１．５〜２ｃｍの基
板４５の直径に合わせて約１００ないし３００ｍｍであ
る。アルミニウムプレートの上、下面は、プレートの表
面粗さが約１ミクロン以下になるまで、従来のアルミニ
ウム研削技術を使って研削される。プレートの表面研削
は、ベース８０が基板４５に均一に接触して基板４５、
ベース８０、及びサポート６０の間の効率的な熱伝達を
許すために不可欠である。研削の後、プレートは研削屑
を除去するために完全に洗浄される。適切な機械又は真
空チャックは、基板をチャックに保持するための、チャ
ック表面のクランプ又は真空ポートを含む。

【００３５】静電チャック３０は、（ｉ）電極３５（又
は電極３５ａ、３５ｂ）、及び（ｉｉ）電極を覆う絶縁
体４０を備えている。絶縁体４０は通常、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔ
ｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、及びそれらの混合体ならびに
同等物質等の誘電セラミック材料、又はポリイミド、ポ
リケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリ
カーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニ
ール、ポリプロピレン、ポリエーテルスルフォン、ポリ
エチレン・テレフタレート、フルオロエチレン・プロピ
レン共重合体、セルロース、トリアセテート、シリコ
ン、及びゴム等の弾性高分子誘電材料を含む。ポリイミ
ド等のポリマーが使用されるとき、ポリイミドの弾性
（ポリイミドの引張り弾性係数で測定）は、約０．２５
ないし約１０ＧＰａが好ましく、より好ましくは約１な
いし約５ＧＰａである。代表的な高分子絶縁体は、
（ｉ）少なくとも約２で、より好ましくは少なくとも約
３の誘電率、（ｉｉ）約１０１３Ωｃｍから１０２０Ω
ｃｍまでの範囲の固有抵抗、及び（ｉｉｉ）少なくとも
約１００Ｖ／ｍｉｌ（３．９ボルト／ミクロン）、より
一般的には少なくとも約１０００Ｖ／ｍｉｌ（３９ボル
ト／ミクロン）の絶縁破壊強度を持つ。

【００３６】絶縁体４０は、電極３５（又は電極３５
ａ、３５ｂ）を覆うか、より好ましくはそれを取り囲む
だけの大きさを持つ。電極３５の電気的絶縁が要求され
る絶縁体４０の厚さは、絶縁体の形成に用いられるポリ
マーの電気抵抗と誘電率によって変わる。絶縁体４０
は、その冷却剤溝１４５が基板によって実質上シールさ
れるように、基板に加わる静電クランプ力の下で基板４
５にコンフォーマルするだけの厚さを持たなければなら
ない。ポリマーが約３．５の誘電率を持つときは、絶縁
体４０は通常、約１０μｍないし約５００μｍ、好まし
くは約１００μｍないし約３００μｍの厚さである。

【００３７】絶縁体４０は、基板４５が加熱されるプロ
セスでチャック３０を使用できるように５０℃を超える
温度、より好ましくは１００℃を超える温度に耐えるこ
とが望ましい。また、絶縁体４０は、処理中に基板４５
に発生する熱がチャック３０を介して消散できるよう
に、高い熱伝導率を持つことが望ましい。絶縁体４０の
熱伝導率は、基板４５の過熱を排除するだけの熱伝達を
許すために、少なくとも約０．１０Ｗ／ｍ／Ｋでなけれ
ばならない。

【００３８】絶縁体４０は、窒化珪素、ムライト、ダイ
ヤモンド、アルミナ、硼化ジルコニウム、窒化ボロン、
窒化アルミニウム、及びそれらの混合物、ならびに同等
物質等の高熱伝導率のセラミック材料から、従来のセラ
ミック処理方法を使用して製作してもよい。その他、高
熱伝導率充填材を絶縁体４０に加えてもよく、充填材は
通常、平均粒子サイズ約１０μｍ以下の粉末の形で、絶
縁体中に約１０％ないし８０％、より一般的には約２０
％ないし５０％の体積比で分散される。

【００３９】電極３５（又は電極３５ａ、３５ｂ）は、
例えば銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄、及び
それらの合金を含む金属等の導電性材料から製作され
る。通常、電極３５の厚さは約０．５μｍないし１００
μｍ、より好ましくは約１μｍないし５０μｍで、薄い
電極の方がチャック３０に対する浸食抵抗が高くなる。
電極３５の形状は、基板４５の寸法形状によって変わ
る。例えば、基板４５が円盤状の場合、基板４５と接触
する電極３５の面積を最大にするために電極３５も円盤
状になる。通常、電極３５は約２００ないし約４００ｃ
ｍ²、より一般的には２５０ないし３５０ｃｍ²の面積を
持つ。電極３５は、図１に示すように、モノポーラ電極
３５として作動可能な単体連続シート又はパターン加工
電極でよい。別の構成では、電極３５は、図２に示すよ
うに、２つ以上のバイポーラ電極３５ａ、３５ｂから成
り、それぞれ、実質上同一の寸法と形状を持つ。

【００４０】電極３５は、市販の絶縁材料から成る絶縁
層４０内に埋め込まれた、金属層等の導電層として製作
されることが望ましい。絶縁層４０は、クッションと共
に冷却剤溝１４５のシールを許容するより弾力のある高
分子層から成る上部絶縁層と、電極３５の最適な電気的
絶縁を与えるためのより誘電性の高いポリマーから成る
下部絶縁層とを備えている。好ましい多層絶縁構造は、
例えば前述の米国特許出願第08/369,237号に記載されて
いる。通常、各絶縁層の厚さは約５０μｍないし約１０
０μｍである。好適な市販の絶縁ポリマーフィルムは、
例えば、デラウェア州 Wilmington の DuPont de Nemou
rs Co. 製のポリイミドフィルム「ＫＡＰＴＯＮ」、日
本の Kanegafuchi Chemical Indus.製の「ＡＰＩＱＵＥ
Ｏ」、日本の Ube Indus. Ltd. 製の「ＵＰＩＬＥ
Ｘ」、日本の Nitto Electric Indus.Co.製の「ＮＩＴ
ＯＭＩＤ」、日本の Mitsubishi Plastics Indus. Ltd.
製の「ＳＵＰＥＲＩＯＲＦＩＬＭ」を含む。

【００４１】冷却剤溝１４５は、絶縁体が通る溝をスタ
ンピング、プレス加工、又はパンチングすることによっ
て、多層の絶縁体の片方又は両方の絶縁層を通してカッ
トされる。溝１４５は、溝の先端が基板４５の周縁部５
０に近接して延びる状態で、上部絶縁層だけを通してカ
ットすることが望ましい。冷却剤溝１４５の形成後、多
層絶縁体４０と電極アセンブリとは、チャック３０のベ
ース８０の中心に置かれて接着される。従来の接着剤を
使って絶縁層を互いに接着するが、接着剤は、（ｉ）室
温で非粘着性で、高温で粘着性の熱作動接着剤、又は
（ｉｉ）加圧下で粘着性のある感圧接着剤を含む。適切
な接着剤は、例えばメタアクリレート、ポリエステル、
ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ、シリコン含有接
着剤、及びこれらの混合体等のアクリルを含む。絶縁体
の積層を製作する方法は、Shamouilian 他による、１９
９４年２月２日出願の米国特許出願第08/199,916号、発
明の名称「耐浸食性電極接続を持つ静電チャック」に総
合的に記載されている。

【００４２】絶縁電極を製作する別の方法は、導電性の
銅又はアルミニウム層に覆われた絶縁層４０から成る多
層フィルムを使用する。適切な市販の多層フィルムは、
例えば、アリゾナ州 Chandler の Rogers Corporation
からの、銅層が上に堆積した厚さ２５μｍないし１２５
μｍのポリイミドフィルムから成る「Ｒ／ＦＬＥＸ１１
００」、Ablestik Corporationから入手可能なAblestik
ブランドのアルミニウム充填ポリイミドフィルム、及び
圧延、アニール、又は電着された銅箔に直接接合（接着
剤なし）されたポリイミドから成るＰａｒａｌｕｘ（登
録商標）ＡＰフィルムを含む。パターン加工又はセグメ
ント化した電極３５が絶縁体４０の上に形成され、この
電極３５は、導電層をエッチング、ルーティング(routi
ng) 、又はミリング（フライス）加工して所望のセグメ
ント化電極構造を形成することによって製作される。従
来のフォトリソグラフィ法とエッチング法を使って電極
３５をエッチングすることもできるが、それは例えば、
（ｉ）従来のフォトリソグラフィ法を使って導電金属層
上に、DuPont de Nemours Chemical Co.製の「ＲＩＳＴ
ＯＮ」のパターン加工フォトレジスト層を形成すること
（これは、Stanley Wolf と Richard N. Tauber 著、La
ttice Press, California (1986)発行の「ＶＬＳＩ時代
のシリコン処理、第１巻：プロセステクノロジー」の第
１２、１３、１４章に総合的に記載され、引用によって
本明細書に組み込まれている）、及び（ｉｉ）従来の湿
式又はプラズマエッチング技術を使って導電層の露出部
分をエッチングすることによる。典型的な湿式ケミカル
エッチング法では、多層フィルムは塩化第２鉄、過硫酸
ナトリウム等のエッチング液、あるいは酸又はアルカリ
中に浸積される。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のプラズマを使って導
電層をエッチングするが、これは S.M. Sze 著、 McGra
w-Hill Publishing Company (1988)発行「ＶＬＳＩテク
ノロジー、第２版」の第５章に総合的に記載され、引用
によって本明細書に組み込まれている。残りのフォトレ
ジストは、従来の酸又は酸素プラズマ・ストリッピング
プロセスを使って除去される。エッチングの後、第２絶
縁フィルムがパターン加工電極３５の上に接着されて電
極が絶縁耐４０内に埋め込まれるが、これは前述の通り
である。

【００４３】絶縁電極は、電気コネクタ９０を介して端
子１０５に接続される。電気コネクタ９０は、サポート
端部５０のまわりでなく、サポート６０を貫通して延び
ることによって、処理中、基板４５が電気コネクタを覆
ってチャンバ内の浸食性処理ガスへのコネクタの露出を
減少させることが望ましい。好ましい電気コネクタは、
前述の米国特許出願第 08/410,449 号に記載されてい
る。

【００４４】「シールダイヤフラムの製造」シールダイ
ヤフラム１６５は、図５（ａ）と図５（ｂ）に示すよう
な平らな環状膜２００から成り、ガス開口部２０５から
のガス圧力によって働く力が、膜をして基板４５とのシ
ールを形成させる程大きなサイズの面積を持つ。通常、
膜２００は、約５０ｃｍ²以下、より一般的には約１０
ｃｍ²ないし約３０ｃｍ²の面積を有する。２０ｃｍ³か
ら約５ｃｍ³のシールダイヤフラムの体積の削減は、高
価な耐浸食性材料からのシールの製作コストを、従来の
バリヤ・シールに対して少なくとも５０％だけ削減す
る。膜２００は平担又は平面のリング、より好ましくは
円筒の平担な環状部分として形成され、約１ｃｍの厚さ
を持つ。好ましい構成では、膜２００はコンフォーマル
シール面１７０から成る上面を持つ直立ニップル２４０
を備えてもよい。この構造は、基板４５に接触してそれ
を押え付けるための、ニップルの頂部の小さな接触面積
を提供する。

【００４５】シールダイヤフラム１６５のコンフォーマ
ルシール面１７０は、熱伝達流体の漏出を実質上許さな
いか、又は電極２５に隣接する絶縁体４０の内部への浸
食性処理ガスの到達を許さない程に追従性があることが
望ましい。シールダイヤフラム１６５のシール面１７０
の表面積は、シールダイヤフラムが基板４５からの熱流
を削減する熱絶縁体として働かない程に小さくなければ
ならない。シール面１７０の面積が大きすぎると、シー
ルダイヤフラム１６５は熱絶縁体として働いて、接触面
６５に近い領域で基板４５の外周５０の温度を上昇させ
ることが発見された。かくして、シール面１７０の接触
面積は、基板４５の外周５０を約１００℃以下、より好
ましくは約８０℃以下に保つだけ小さくすることが望ま
しい。シール面１７０の接触面積は、約３０ｃｍ²以
下、より一般的には約２０ｃｍ²以下であることが望ま
しい。

【００４６】シールダイヤフラム１６５のコンフォーマ
ルシール面１７０は、基板の冷却時に溝１４５内の冷却
剤が基板中心の温度に実質上等しい基板周縁部５０の温
度を保つように、基板４５の周縁部５０の充分近くに配
置されることが望ましい。「実質上等しい」とは、周縁
部５０と基板４５の中心部の平均温度の差が約１０℃以
下、より好ましくは約７℃以下、最も好ましくは約５℃
以下であることを意味する。通常、シールダイヤフラム
１６５のシール面１７０は、基板の周縁部から約１０ｃ
ｍ以内、より好ましくは５ｃｍ以内で基板４５の周縁部
５０に接触する。

【００４７】シールダイヤフラム１６５全体、又はダイ
ヤフラムの追従性の膜２００部分は、ポリイミド、ポリ
ケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリカ
ーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニー
ル、ポリプロピレン、ポリエーテルスルフォン、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
ン共重合体、セルロース、トリアセテート、シリコン、
及びゴム等、追従性の弾性高分子材料から製作されるこ
とが望ましい。ポリマーは静電クランプ圧力の下でわず
かに変形して基板の形状に適合し、それらの間にシール
を形成するだけの弾力がなければならない。ポリマーは
化学的劣化と、浸食性処理ガスによる浸食に対して実質
上の耐性があることも望ましい。好ましいポリマーは、
例えば天然ゴム（２５００ｐｓｉの弾性係数を持つ）、
「ＳＢＲ」（２５００ｐｓｉ）、ブチルアクリレート
（１０００ｐｓｉ）、クロロスルフォン化ポリエチレ
ン、「ＥＰＤＭ」、エピクロロヒドリン、フッ素化ゴム
（２５０ｐｓｉ）、ネオプレン（１０００ｐｓｉ）、ニ
トリル（１５００ｐｓｉ）、ポリブタジエン、ポリイソ
プレン（２５００ｐｓｉ）、ポリスルフィド（１４００
ｐｓｉ）、シリコン、及びウレタン（１２００ｐｓｉ）
等のエラストマーを含む。報告された弾性係数は２５０
ないし２５００ｐｓｉ、より一般的には１０００ないし
２０００ｐｓｉの範囲だが、これは伸び３００〜４００
％で測定された。エラストマーについては、Fred W. Bi
llmeyer 著、John Wiley & Sons, New York (1984)発行
の「ポリマーサイエンスのテキストブック」第３版に総
合的に記載されており、引用によって本明細書に組み込
まれている。好ましい市販の耐浸食性エラストマーは、
フッ素含有エラストマーの「ＶＩＴＯＮ」と、ペルフル
オロエラストマー(perfluoroelastomers) の「ＣＨＥＭ
ＲＡＺ−５７０」等のハロゲン化エラストマーを含み、
共にペンシルバニア州 Culpsville の Greene Tweed か
ら市販されている。別の材料は、デラウェア州 Wilming
ton の DuPont de Nemoursから市販されるフルオロポリ
マーの「ＫＡＬＲＥＺ」を含む。加圧ダイカスト、射出
成形、又は鋳造法等の従来の製作方法を使ってシールダ
イヤフラム１６５を形成できる。

【００４８】「チャックの動作」図１を参照して、シー
ル構造２０と、処理チャンバ６５内で基板４５を保持す
るための静電チャック３０の動作を説明する。処理チャ
ンバ６５は、約１ないし約５００ｍＴｏｒｒ、より好ま
しくは約１０ないし約１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に
減圧排気される。シリコンウェーハ等の半導体基板４５
が、ロードロック移動チャンバ（図示せず）からチャン
バ６５に移動され、チャック３０の絶縁体４０の上に置
かれる。処理ガスが処理チャンバ６５に導入されるが、
処理ガスのタイプは、基板４５がエッチングされるか洗
浄されるか、又は材料を基板に堆積させるかによって変
化する。例えば、従来のエッチングガスは、例えばＣｌ
₂、ＢＣｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＣＦ₄、ＮＦ₃、及び
これらの混合体を含み、これはS. Wolf とR. N. Tauber
著、Lattice Press, Sunset Beach, Calfornia (1986)
発行の「ＶＬＳＩ時代のシリコン処理」第１巻、第１
６章：「ＶＬＳＩ用の乾式エッチング」に記載され、引
用によって本明細書に組み込まれている。

【００４９】第２電圧源１１５を作動させ、サポート６
０をチャンバ６５内の接地面１２０に対して電気的にバ
イアスして、処理ガスからプラズマを形成する。その
後、第１電圧源１１０がチャック３０の電極３５に電圧
を加え、電極を基板４５に対して電気的にバイアスし
て、基板４５を静電的に誘引してチャック３０に保持す
る。

【００５０】コンフォーマルシール面１７０を持つガス
圧力作動式シールダイヤフラム１６５は、基板の周縁部
の下に配置され、１つ以上のガス開口部２０５を覆う。
その後、ガスコントローラがガス開口部２０５を介して
４ｔｏｒｒのガス圧力を加える。ガス圧力は、チャック
３０の溝１４５に接続された熱伝達流体源１４０からの
ヘリウム等の熱伝達流体を用いて加えられる。基板４５
の下の熱伝達流体の流れが熱を基板から除去して、処理
の間、基板全体にわたって実質上均一な温度を保つ。更
に、ガス開口部２０５のガス圧力は、シールダイヤフラ
ム１６５を、非シール位置１８０からシール位置１８５
まで作動させる。ガス圧力はシールダイヤフラム１６５
を撓ませて基板４５の方向に曲げて、ダイヤフラムのコ
ンフォーマル面を基板の周縁部に押し付けて基板とサポ
ート６０の間にシールを形成する。シールダイヤフラム
１６５の作動に用いられるガスの圧力は、基板４５の下
の熱伝達ガスの圧力と同一なので、基板に働く静電引力
よりも低い単一圧力がシールダイヤフラム１６５に加え
られる。これがチャックからの基板の離脱を防ぎ、基板
の下からの熱伝達流体の漏れを削減し、基板の動きと芯
ずれを防止する。

【００５１】本発明の静電チャックアセンブリと関連シ
ールダイヤフラムはいくつもの利点を持つ。シールダイ
ヤフラム１６５は、チャックの静電部材２５を処理チャ
ンバ６５内の浸食性処理ガスへの暴露から保護すること
によって、チャック３０の耐浸食性を高める作動可能で
位置調節可能なシールをチャックのまわりに形成する。
電極２５の露出は、絶縁体のたった一つのピンホールで
も、電極とプラズマ間にアークを発生させ、チャック３
０全体の交換を必要とする場合がある。静電部材と外部
プロセス環境の間にシールを設けることによって、シー
ルダイヤフラム１６５は、電極２５を覆う絶縁体４０の
浸食と、結果としての破局的な故障と破壊を減少させ
る。また、シールダイヤフラム１６５によって形成され
るシールは、浸食性処理ガスがチャックの部分と反応し
たときに形成されるチャック３０上の高分子反応副生成
物の蓄積を削減する。これは、特にチャックの処理にし
ばしば使用される高度に浸食性又は腐食性のプロセス環
境内で、チャック３０の有効寿命を大幅に増加させ、チ
ャックの洗浄を減少させる。

【００５２】シールダイヤフラム１６５の別の重要な利
点は、基板４５の単一処理サイクルの間に、ダイヤフラ
ムを非シール位置１８０からシール位置１８５まで作動
及び作動解除する能力である。基板がチャック３０に静
電的に保持される全処理サイクルの間、通常、基板４５
との接触を保つ従来技術のシールとは異なり、このガス
圧力又は電気機械作動式シール構造２０は、基板が実際
に静電チャックから解放される前に、シールダイヤフラ
ム１６５の作動解除と脱力を許容する。これは、基板４
５へのダイヤフラム１６５の固着を減少させ、スループ
ットを増加させる。更に、ダイヤフラム１６５のシール
機能をオンオフする能力は、ダイヤフラムを選択的に使
用して、処理チャンバ内で浸食性環境が維持される基板
４５処理の段階で、チャック３０の外周２２０にシール
を形成することを許容すると共に、非浸食性処理段階
で、外周をシールしないかシールを解除することを許容
する。

【００５３】更に他の利点は、ダイヤフラムを基板４５
とのシール位置に撓ませ、移動させるためにシールダイ
ヤフラムに付加されるガス又は電磁的圧力が、極めて公
差の厳しいシールバリヤに対するニーズを減少させるの
で、シールダイヤフラム１６５は、公差をゆるめて製造
できることである。更に、弾力的で追従性の高分子材料
から製作された膜から成るシールダイヤフラム１６５の
構成は、ガス圧力の付加によって可撓性の追従性ポリマ
ーが伸張して、限界的な寸法決定なしにシールを形成で
きるので、製作の許容度を広げる。更に、高分子膜から
成るシールダイヤフラムの好ましい構成は、基板の小部
分だけにコンフォーマル的に接触することによって、基
板に接触するダイヤフラムの熱バリヤ効果を削減してよ
り均一な基板の温度制御をもたらすので、別の利点を生
じる。

【００５４】ある好ましい形態に関して本発明をかなり
詳細に説明したが、当然のことながら当業者には他の多
くの形態が自明であろう。例えば、本明細書では図解の
シールダイヤフラム構造とアクチュエータを説明した
が、シールダイヤフラム１６５は、当業者には自明な任
意の弾性構造、例えば同等のチューブ状や長方形や三角
形の構造を備えることができる。また、シールダイヤフ
ラム１６５を、静電源、光起電源、又は放射線源等の他
のエネルギーアクチュエータ源を使用して作動させるこ
ともできる。従って、付帯の特許請求の範囲の精神と範
囲を、本明細書に含まれる好ましい形態に限定してはな
らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモノポーラ静電チャックアセンブリの
まわりの作動式位置調節可能なシールダイヤフラムの動
作を示す処理チャンバの概略図である。

【図２】本発明のバイポーラ静電チャックアセンブリを
囲む別の実施形態によるシールダイヤフラムの動作を示
す処理チャンバの概略図である。

【図３】シールダイヤフラムを示す概略側断面図であ
り、（ａ）は、非シール位置にある別の実施形態による
シールダイヤフラムの概略側断面図、（ｂ）は、シール
位置にある図３（ａ）のシールダイヤフラムの概略側断
面図である。

【図４】シールダイヤフラムを示す概略側断面図であ
り、（ａ）は、シール位置にある別の実施形態によるシ
ールダイヤフラムの概略側断面図、（ｂ）は、非シール
位置にある図４（ａ）のシールダイヤフラムの概略側断
面図である。

【図５】シールダイヤフラムを示す図であり、（ａ）は
図３（ａ）のシールダイヤフラムの斜視図、（ｂ）は図
３（ａ）のシールダイヤフラムの部分断面図である。

【符号の説明】

２０…シール構造、２５…静電部材、３０…（静電）チ
ャック、３５…電極、３５ａ、３５ｂ…バイポーラ電
極、４０…絶縁体、４５…基板、５０…周縁部、５５…
半導体処理装置、６０…サポート、６５…処理チャン
バ、７０…処理ガス源、７５…スロットル式排気装置、
８０…ベース、８５…貫通ボア、９０…電気コネクタ、
９５…電気リード、１００…電気コンタクト、１０５…
電圧源ターミナル、１１０…第１電圧源、１１５…第２
電圧源、１２０…接地面、１２５…絶縁フランジ、１４
５…冷却剤溝、１５５…供給ライン、１６５…シールダ
イヤフラム、１７０…コンフォーマル性シール面、１７
５…ダイヤフラムアクチュエータ、１８０…非シール位
置、１８５…シール位置、１９０…隙間、１９５…スイ
ッチ手段、２００…膜、２０５…ガス開口部、２０８…
ガス圧力コントローラ、２２０…外周、２２５…環状
棚、２３５…部分開口トレンチ、２４０…直立ニップ
ル、２５０…第１ガスチャンネル、２５５…第２ガスチ
ャンネル、２６５…ピボット部分、２７０…ピボット点
（支点）、２７５…リム、２８０…段部、２８５…カラ
ー・リング、２８８…低圧ガスポンプ、２９０…真空チ
ューブ、２９５…スロットルバルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を支持及び保持するチャックのまわ
りにシールを形成するシールアセンブリであって、
（ａ）前記基板の周縁部に沿って配設され、コンフォー
マルシール面を有するシールダイヤフラムと、及び
（ｂ）前記シールダイヤフラムが前記基板から間隔を空
けて、前記基板との間に隙間を形成する非シール位置
と、前記ダイヤフラムの前記コンフォーマルシール面が
前記基板の前記周縁部とシールを形成するシール位置と
の間で、前記シールダイヤフラムを作動させるためのダ
イヤフラムアクチュエータとを備えることを特徴とする
シールアセンブリ。
【請求項２】前記ダイヤフラムアクチュエータは、電
気的、磁気的、又は電磁的なアセンブリを備えることを
特徴とする請求項１に記載のシールアセンブリ。
【請求項３】前記ダイヤフラムアセンブリは、（ｉ）
前記シールダイヤフラム下の一つ以上のガス開口部、及
び（ｉｉ）前記ガス開口部のガス圧力を調整することに
よって、前記シールダイヤフラムを前記非シール位置と
前記シール位置との間で移動させるためのガスコントロ
ーラを備えることを特徴とする請求項１に記載のシール
アセンブリ。
【請求項４】前記チャックは、前記基板の下に熱伝達
流体を保持するための溝を有する静電チャックを備え、
前記ガスコントローラは、前記ガス開口部の前記ガス圧
力を調節して、前記溝から熱伝達流体の過剰な漏れなし
に前記基板とのシールを形成するだけの力で、前記シー
ルダイヤフラムの前記コンフォーマル面を前記基板に押
し付けることを特徴とする請求項３に記載のシールアセ
ンブリ。
【請求項５】前記シールダイヤフラムは、前記ガス開
口部を覆うコンフォーマル膜を備え、前記ガスコントロ
ーラは、前記ガス開口部のガス圧力を、前記シール部材
が前記非シール位置にある第１圧力から、前記コンフォ
ーマル膜が撓んでそのコンフォーマル面を前記基板に押
し付ける第２圧力まで調節するガス圧力コントローラを
備えることを特徴とする請求項３に記載のシールアセン
ブリ。
【請求項６】前記シールダイヤフラムは、（ｉ）前記
ガス開口部を覆うキャップ部分、及び（ｉｉ）一点で保
持される湾曲部分を有する可撓部材を備え、前記ガス開
口部を介して加えられる前記ガス圧力の調節によって前
記可撓部材が湾曲して、前記基板に接するように前記キ
ャップを持ち上げることを特徴とする請求項３に記載の
シールアセンブリ。
【請求項７】前記シールダイヤフラムは、浸食性処理
ガスによる浸食に実質上耐性のあるポリマーから作られ
たコンフォーマル膜を備えることを特徴とする請求項１
に記載のシールアセンブリ。
【請求項８】プロセスゾーン内に基板を支持及び保持
するチャックのまわりにシールを形成する方法であっ
て、（ａ）前記基板の前記周縁部下に延びるシール面を
有するシールダイヤフラムを提供する工程と、及び
（ｂ）前記シール面が前記基板から間隔を空けて、前記
基板との間に隙間を形成する非シール位置と、前記シー
ル面が前記基板の前記周縁部とシールを形成するシール
位置との間で前記シールダイヤフラムを作動させる工程
とを有する方法。
【請求項９】前記シールダイヤフラムは、電気的又は
磁気的な力にによって作動されることを特徴とする請求
項８に記載の方法。
【請求項１０】前記シールダイヤフラムは、一つ以上
のガス開口部を覆い、前記シールダイヤフラムは、前記
ガス開口部を通るガス圧力を印加することによって作動
することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】前記シールダイヤフラムは、前記ガス
開口部を覆うキャップ部分と、一点で保持される湾曲部
分とを有する可撓部材とを備え、ガス圧力は、前記ガス
開口部を介して印加されることによって、前記可撓部材
が湾曲して前記コンフォーマル面を前記基板に押し付け
ることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】前記チャックは、前記基板の下に熱伝
達流体を保持するための溝を有する静電チャックを備
え、また充分なガス圧力が前記ガス開口部に印加され、
前記溝からの熱伝達流体の過剰な漏れなしに、前記シー
ルダイヤフラムの前記コンフォーマル面を基板の周縁部
に押し付けることを特徴とする請求項１０又は１１に記
載の方法。