JPH1050813A - 静電チャック面への熱伝達流体の流れのための導管 - Google Patents
静電チャック面への熱伝達流体の流れのための導管Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、静電チャック面への冷却ガス又は
その他の熱伝達流体の流れを促進させるための２種類の
構造（一つの基本構造の範囲内の多くの変形構造を含
む）と、その構造の製作方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 この基本構造は、ＲＦプラズマ環境での
熱伝達ガスの分解、そしてそのような環境での、半導体
基板と、静電チャックの導体ペデスタル部分との間に発
生するアークに関する問題を解決するものである。この
構造は、熱伝達流体流路（３３８）を有する導体層（３
３０）と、前記導体層の一部分に接触し、前記導体層の
一部分を前記熱伝達流体流路から隔離するように働く誘
電体インサート（３２０）と、前記導体層の少なくとも
一部の上に積層し、前記導体層からの前記熱伝達流体流
路に接続された少なくとも一つの開口（３３２）を備え
る誘電体層（３２２）と、を備えている。
その他の熱伝達流体の流れを促進させるための２種類の
構造（一つの基本構造の範囲内の多くの変形構造を含
む）と、その構造の製作方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 この基本構造は、ＲＦプラズマ環境での
熱伝達ガスの分解、そしてそのような環境での、半導体
基板と、静電チャックの導体ペデスタル部分との間に発
生するアークに関する問題を解決するものである。この
構造は、熱伝達流体流路（３３８）を有する導体層（３
３０）と、前記導体層の一部分に接触し、前記導体層の
一部分を前記熱伝達流体流路から隔離するように働く誘
電体インサート（３２０）と、前記導体層の少なくとも
一部の上に積層し、前記導体層からの前記熱伝達流体流
路に接続された少なくとも一つの開口（３３２）を備え
る誘電体層（３２２）と、を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックの上
面への熱伝達流体の流れのための導管として機能する誘
電体構造に関する。この誘電体構造は普通、静電チャッ
クの上面を形成する誘電体層の少なくとも一部と組み合
わせて使用される。誘電体構造は、静電チヤックの上面
に支持されるシリコーンウエーハ等のワークピースの下
面を冷却するために、静電チャックを通ってその表面に
送られる熱伝達流体の分解を阻止する。また、誘電構造
体は、静電チャック内の熱伝達流体開口に半導体処理プ
ラズマが進入するのを阻止する。
面への熱伝達流体の流れのための導管として機能する誘
電体構造に関する。この誘電体構造は普通、静電チャッ
クの上面を形成する誘電体層の少なくとも一部と組み合
わせて使用される。誘電体構造は、静電チヤックの上面
に支持されるシリコーンウエーハ等のワークピースの下
面を冷却するために、静電チャックを通ってその表面に
送られる熱伝達流体の分解を阻止する。また、誘電構造
体は、静電チャック内の熱伝達流体開口に半導体処理プ
ラズマが進入するのを阻止する。
【０００２】
【従来の技術】１９９４年９月２７日に発行され、引用
によりここに合体した、Collins 他の米国特許第５，３
５０，４７９号明細書には、プラズマ反応チャンバ内で
処理する物品（通常は半導体基板）を保持する静電チャ
ックが記載されている。この静電チャックは、静電チャ
ックの上面が、その上に支持される物品の下面に接触す
るようにして、静電チャックの上面に冷却ガスを分配さ
せるシステムを有する、誘電体材料層で被覆された金属
ペデスタルを含む。このガス分配システムは、静電チャ
ックの上面へ全体的に形成された複数の交差溝を含み、
溝の交差部を貫通する小さなガス分配孔を有する。
によりここに合体した、Collins 他の米国特許第５，３
５０，４７９号明細書には、プラズマ反応チャンバ内で
処理する物品（通常は半導体基板）を保持する静電チャ
ックが記載されている。この静電チャックは、静電チャ
ックの上面が、その上に支持される物品の下面に接触す
るようにして、静電チャックの上面に冷却ガスを分配さ
せるシステムを有する、誘電体材料層で被覆された金属
ペデスタルを含む。このガス分配システムは、静電チャ
ックの上面へ全体的に形成された複数の交差溝を含み、
溝の交差部を貫通する小さなガス分配孔を有する。
【０００３】静電チャックの寿命は、熱伝達ガスの分配
を容易にするために用いるガス分配孔により影響を受け
る。特に、半導体基板の直上から高いパワーのＲＦフィ
ールドと高密度プラズマに静電チャックがさらされる
と、アークやグロー放電が原因で冷却ガスが分解してし
まう恐れがある。更に、静電チャックの誘電体上面に支
持される半導体基板と、静電チャックのペデスタルを形
成するアルミニウムの下地導電層との間に直接的な直線
経路があるので、この経路に沿ってアークが発生する場
合がある。半導体基板面でのアークやグロー放電により
半導体基板は損傷し得る。その上、ガス分配孔の内部で
のアークやグロー放電により、誘電体層及び下地アルミ
ニウム層が劣化する。
を容易にするために用いるガス分配孔により影響を受け
る。特に、半導体基板の直上から高いパワーのＲＦフィ
ールドと高密度プラズマに静電チャックがさらされる
と、アークやグロー放電が原因で冷却ガスが分解してし
まう恐れがある。更に、静電チャックの誘電体上面に支
持される半導体基板と、静電チャックのペデスタルを形
成するアルミニウムの下地導電層との間に直接的な直線
経路があるので、この経路に沿ってアークが発生する場
合がある。半導体基板面でのアークやグロー放電により
半導体基板は損傷し得る。その上、ガス分配孔の内部で
のアークやグロー放電により、誘電体層及び下地アルミ
ニウム層が劣化する。
【０００４】半導体基板からアルミニウム層に至る直線
経路を横断して発生するアークの可能性を減らすため
に、Collins 他は、誘電体層の下地のアルミニウム層
を、ガス分配孔に直に隣接するところを切り込む（切り
落とす）べきである、と勧めている。これはアーク発生
を減少させるが、導体である静電チャックを、処理プラ
ズマからうまく隔離することができない。
経路を横断して発生するアークの可能性を減らすため
に、Collins 他は、誘電体層の下地のアルミニウム層
を、ガス分配孔に直に隣接するところを切り込む（切り
落とす）べきである、と勧めている。これはアーク発生
を減少させるが、導体である静電チャックを、処理プラ
ズマからうまく隔離することができない。
【０００５】１９９４年５月２４日に発行され、引用に
よりここに合体した、Collins 他の米国特許第５，３１
５，４７３号明細書には、その他の特徴の中で、静電チ
ャックのクランプ力を改良する方法が記載されている。
特に、クランプ力を決める上で不可欠な要因は、誘電体
材料の組成と誘電体層の厚さである。全体的に平坦な誘
電体層を作ることは、未だ実用になっておらず、克服す
べきは空隙の問題である。一般的に、他の要因が一定で
あれば、誘電体層が薄いほど、クランプ力は大きくな
る。しかし、実用上の制限により誘電体層の最終的な厚
さには限度がある。誘電体層の厚さがほぼ１ｍｉｌ以下
の場合、半導体基板と静電チャックの上面との間の空隙
を克服するのに必要な電圧においては、誘電体材料が破
壊されて絶縁特性が失われてしまうことが分かってい
る。
よりここに合体した、Collins 他の米国特許第５，３１
５，４７３号明細書には、その他の特徴の中で、静電チ
ャックのクランプ力を改良する方法が記載されている。
特に、クランプ力を決める上で不可欠な要因は、誘電体
材料の組成と誘電体層の厚さである。全体的に平坦な誘
電体層を作ることは、未だ実用になっておらず、克服す
べきは空隙の問題である。一般的に、他の要因が一定で
あれば、誘電体層が薄いほど、クランプ力は大きくな
る。しかし、実用上の制限により誘電体層の最終的な厚
さには限度がある。誘電体層の厚さがほぼ１ｍｉｌ以下
の場合、半導体基板と静電チャックの上面との間の空隙
を克服するのに必要な電圧においては、誘電体材料が破
壊されて絶縁特性が失われてしまうことが分かってい
る。
【０００６】１９９４年６月１４日に公開され、引用に
よりここに合体した、Collins 他のヨーロッパ特許出願
第９３３０９６０８．３号には、既に引用した米国特許
第５，３５０，４７９号で開示された種類の静電チャッ
クの構成が記載されている。静電チャックのこの構成
は、アルミニウムペデスタルにグリットブラスチング加
工（grit blasting）を施してから、このグリットブラ
スチング加工を施したアルミニウムペデスタル面に、ア
ルミナ又はアルミナ／チタニアなどの誘電体材料を溶射
（例えばプラズマ溶射）する。溶射された誘電体の厚さ
は、好ましい最終的な厚さよりも約１５〜２０ｍｉｌ
（380〜508ミクロン）厚いのが普通である。誘電体材料
を形成した後、研削により、好まし最終的な所望の厚
さ、例えば約７ｍｉｌ（180ミクロン）まで薄くする。
次に、誘電体層の面の上に、熱伝達ガス分配溝のパター
ンを提供するために処理を施す。誘電体層を貫通して貫
通孔を生成し、熱伝達ガス分配溝を、静電チャックのペ
デスタル内のガス分配キャビティに接続する。誘電体層
を形成するのに先立って、ペデスタル内のガス分配キャ
ビティにつながる下側のアルミニウムペデスタルの上面
内に貫通孔を設ける場合がある。その他の例では、アル
ミニウムペデスタルの上面内の貫通孔を、誘電体層の貫
通孔と同時に作成する。
よりここに合体した、Collins 他のヨーロッパ特許出願
第９３３０９６０８．３号には、既に引用した米国特許
第５，３５０，４７９号で開示された種類の静電チャッ
クの構成が記載されている。静電チャックのこの構成
は、アルミニウムペデスタルにグリットブラスチング加
工（grit blasting）を施してから、このグリットブラ
スチング加工を施したアルミニウムペデスタル面に、ア
ルミナ又はアルミナ／チタニアなどの誘電体材料を溶射
（例えばプラズマ溶射）する。溶射された誘電体の厚さ
は、好ましい最終的な厚さよりも約１５〜２０ｍｉｌ
（380〜508ミクロン）厚いのが普通である。誘電体材料
を形成した後、研削により、好まし最終的な所望の厚
さ、例えば約７ｍｉｌ（180ミクロン）まで薄くする。
次に、誘電体層の面の上に、熱伝達ガス分配溝のパター
ンを提供するために処理を施す。誘電体層を貫通して貫
通孔を生成し、熱伝達ガス分配溝を、静電チャックのペ
デスタル内のガス分配キャビティに接続する。誘電体層
を形成するのに先立って、ペデスタル内のガス分配キャ
ビティにつながる下側のアルミニウムペデスタルの上面
内に貫通孔を設ける場合がある。その他の例では、アル
ミニウムペデスタルの上面内の貫通孔を、誘電体層の貫
通孔と同時に作成する。
【０００７】誘電体層の表面内の冷却ガス分配溝は、レ
ーザーマイクロ加工又は研磨ホイールを用いて設けるこ
とができる。誘電体層の貫通孔は、機械的ドリル又はレ
ーザーを用いて形成される。平均的パワーレベルで比較
的短時間で作動するエキシマＵＶレーザー（すなわち、
短波長の高エネルギーレーザー）が好ましい。これによ
り、薄い下地層からのアルミニウム切削粉が、貫通孔の
壁部及び誘電体表面に再堆積することが軽減される。こ
のようなアルミニウムが存在すると、誘電体層を横断し
てアークが発生する原因となる。貫通孔は、静電チャッ
ク面の外辺部周りに配置されることが多い。８インチ
（２００ｍｍ）のシリコンウエーハ静電チャックととも
に用いる静電チャックに関しては、そのような貫通孔の
数は、約１５０〜約３００個の範囲が普通である。貫通
孔の数は、熱伝達負荷の程度と、この負荷を扱うのに必
要とされる熱伝達流体の流量に依存する。通常、貫通孔
は静電チャックの外辺部周りに、リング状構造で構成さ
れる。典型的な貫通孔の直径は、ほぼ０．００７±０．
００１インチ（０．１７５±０．０２５ｍｍ）である。
ーザーマイクロ加工又は研磨ホイールを用いて設けるこ
とができる。誘電体層の貫通孔は、機械的ドリル又はレ
ーザーを用いて形成される。平均的パワーレベルで比較
的短時間で作動するエキシマＵＶレーザー（すなわち、
短波長の高エネルギーレーザー）が好ましい。これによ
り、薄い下地層からのアルミニウム切削粉が、貫通孔の
壁部及び誘電体表面に再堆積することが軽減される。こ
のようなアルミニウムが存在すると、誘電体層を横断し
てアークが発生する原因となる。貫通孔は、静電チャッ
ク面の外辺部周りに配置されることが多い。８インチ
（２００ｍｍ）のシリコンウエーハ静電チャックととも
に用いる静電チャックに関しては、そのような貫通孔の
数は、約１５０〜約３００個の範囲が普通である。貫通
孔の数は、熱伝達負荷の程度と、この負荷を扱うのに必
要とされる熱伝達流体の流量に依存する。通常、貫通孔
は静電チャックの外辺部周りに、リング状構造で構成さ
れる。典型的な貫通孔の直径は、ほぼ０．００７±０．
００１インチ（０．１７５±０．０２５ｍｍ）である。
【０００８】アルミニウムペデスタルに積層する誘電体
層を貫通するマイクロ孔明け加工を行って上記貫通孔を
設けることにより、満足できるガス通路が提供される一
方で、誘電体アルミナコーティングとアルミニウム基板
との間の境界を求めるＲＦプラズマ環境の問題は解決で
きない。下地のアルミニウムは、誘電体層開口の側壁に
働きかけ、その開口内でアークやプラズマグローをもた
らすことが多い。その上、貫通孔を明ける方法によって
は、ガス通路に高アスペクト比（深さ／直径）を採用し
ても、孔の下側部分が金属導体（アルミニウム）になっ
てしまう場合もある。分配孔から機械加工による微小な
切り粉スラリーを除去するのは困難な作業である上に、
孔明け加工中、そして後続する通路洗浄などの製造作業
中、誘電体ガス分配孔を通して、アルミニウム粒子が上
へ移動してしまうので、除去は更に困難になる。加工に
よる切り粉スラリーは、マイクロエレクトロニクス環境
では汚染源となり、孔を一層詰まらせて、熱伝達ガスの
流れを悪化させたり、停止させてしまうかもしれない。
層を貫通するマイクロ孔明け加工を行って上記貫通孔を
設けることにより、満足できるガス通路が提供される一
方で、誘電体アルミナコーティングとアルミニウム基板
との間の境界を求めるＲＦプラズマ環境の問題は解決で
きない。下地のアルミニウムは、誘電体層開口の側壁に
働きかけ、その開口内でアークやプラズマグローをもた
らすことが多い。その上、貫通孔を明ける方法によって
は、ガス通路に高アスペクト比（深さ／直径）を採用し
ても、孔の下側部分が金属導体（アルミニウム）になっ
てしまう場合もある。分配孔から機械加工による微小な
切り粉スラリーを除去するのは困難な作業である上に、
孔明け加工中、そして後続する通路洗浄などの製造作業
中、誘電体ガス分配孔を通して、アルミニウム粒子が上
へ移動してしまうので、除去は更に困難になる。加工に
よる切り粉スラリーは、マイクロエレクトロニクス環境
では汚染源となり、孔を一層詰まらせて、熱伝達ガスの
流れを悪化させたり、停止させてしまうかもしれない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記に鑑み、アークや
グロー放電による冷却ガスの分解を大幅に減らす構造が
必要となっている。更に、半導体基板と、上に半導体基
板を支持する静電チャックの金属ペデスタル部分との間
で発生するアークを大幅に減らす構造も必要になってい
る。
グロー放電による冷却ガスの分解を大幅に減らす構造が
必要となっている。更に、半導体基板と、上に半導体基
板を支持する静電チャックの金属ペデスタル部分との間
で発生するアークを大幅に減らす構造も必要になってい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、静電チャック
面への冷却ガス又はその他の熱伝達流体の流れを促進さ
せる２種類の構造（基本構造の範囲内での多くの変形構
造を含む）の実施態様と、その構造の製作方法を開示す
る。本発明の実施態様は、ＲＦプラズマ環境での熱伝達
ガスの分解に関する問題、そしてそのようなＲＦプラズ
マ環境での、半導体基板と、静電チャックの導体ペデス
タル部分との間に発生するアークに関する問題、という
両問題を解決しようとするものである。
面への冷却ガス又はその他の熱伝達流体の流れを促進さ
せる２種類の構造（基本構造の範囲内での多くの変形構
造を含む）の実施態様と、その構造の製作方法を開示す
る。本発明の実施態様は、ＲＦプラズマ環境での熱伝達
ガスの分解に関する問題、そしてそのようなＲＦプラズ
マ環境での、半導体基板と、静電チャックの導体ペデス
タル部分との間に発生するアークに関する問題、という
両問題を解決しようとするものである。
【００１１】本発明による、熱伝達流体用導管構造の第
１の好ましい実施態様は、少なくとも一つの熱伝達流体
（普通はガス）通路を含む下地導体層と、熱伝達流体用
通路から下地導体層の少なくとも一部に接触して、それ
を隔離するよう働く少なくとも一つの隔離用誘電体イン
サーと、導体層の少なくとも一部及び、ある場合には、
隔離用誘電体インサートの少なくとも一部に積層する誘
電体層と、を含む。積層した誘電体層は、下地導体層と
隔離用誘電体インサートの、熱伝達流体用通路とに接続
した少なくとも一つの開口を備えている。基本的な構造
は、静電チャックの上面として絶縁誘電体層を備えてお
り、静電チャックの誘電体層上面と下地導体層とに共通
する、ＲＦプラズマからの、静電チャックの下地導体層
の隔離についての問題を改善する。
１の好ましい実施態様は、少なくとも一つの熱伝達流体
（普通はガス）通路を含む下地導体層と、熱伝達流体用
通路から下地導体層の少なくとも一部に接触して、それ
を隔離するよう働く少なくとも一つの隔離用誘電体イン
サーと、導体層の少なくとも一部及び、ある場合には、
隔離用誘電体インサートの少なくとも一部に積層する誘
電体層と、を含む。積層した誘電体層は、下地導体層と
隔離用誘電体インサートの、熱伝達流体用通路とに接続
した少なくとも一つの開口を備えている。基本的な構造
は、静電チャックの上面として絶縁誘電体層を備えてお
り、静電チャックの誘電体層上面と下地導体層とに共通
する、ＲＦプラズマからの、静電チャックの下地導体層
の隔離についての問題を改善する。
【００１２】本発明の上記第１の好ましい実施態様のも
のを形成する方法は下記の通りである。熱伝達流体用通
路を含む導体層を提供し、誘電体インサートが導体層と
共働して、流体流路を提供するように、少なくとも一つ
の誘電体インサートを、導体層（普通は、静電チャック
のペデスタル）中の座ぐり穴又はその他のキャビティ内
へ配置し、そして、誘電体材料層を、インサートの表面
及び隣接する露出導体層の表面に形成する。次に、好ま
しい厚さになるまで誘電体層を加工（普通は、研削又は
その他のアブレーディング加工）する一方、誘電体イン
サートの少なくとも一部を任意に露出させる。誘電体イ
ンサートは、積層された誘電体層の加工中に露出される
少なくとも一つのスルーホールを有するのが好ましい。
代替として、誘電体インサートと積層した誘電体層とを
貫通する開口は、誘電体層の加工に続く穴明け加工で形
成することができ、あるいは誘電体層を形成している
間、誘電体層が開口内に侵入するのを防ぐ着脱可能なイ
ンサート又はマスクを使って形成することができる。誘
電体層の加工中にインサートが露出したとしても、誘電
体層によってインサートが固定されないようなインサー
ト形状である場合、誘電体層の材料を、その層内で特定
の深さまで除去することができ、次に、誘電体層に貫通
穴を明けて、インサート内の流体流路と接続することが
でき、ここで、この貫通孔はインサートより小さく、イ
ンサートを誘電体層の下に固定したままにする。誘電体
インサートが何らの通路も持たない場合、誘電体層の貫
通開口と、誘電体インサートの貫通通路を同時に生成す
ることができる。
のを形成する方法は下記の通りである。熱伝達流体用通
路を含む導体層を提供し、誘電体インサートが導体層と
共働して、流体流路を提供するように、少なくとも一つ
の誘電体インサートを、導体層（普通は、静電チャック
のペデスタル）中の座ぐり穴又はその他のキャビティ内
へ配置し、そして、誘電体材料層を、インサートの表面
及び隣接する露出導体層の表面に形成する。次に、好ま
しい厚さになるまで誘電体層を加工（普通は、研削又は
その他のアブレーディング加工）する一方、誘電体イン
サートの少なくとも一部を任意に露出させる。誘電体イ
ンサートは、積層された誘電体層の加工中に露出される
少なくとも一つのスルーホールを有するのが好ましい。
代替として、誘電体インサートと積層した誘電体層とを
貫通する開口は、誘電体層の加工に続く穴明け加工で形
成することができ、あるいは誘電体層を形成している
間、誘電体層が開口内に侵入するのを防ぐ着脱可能なイ
ンサート又はマスクを使って形成することができる。誘
電体層の加工中にインサートが露出したとしても、誘電
体層によってインサートが固定されないようなインサー
ト形状である場合、誘電体層の材料を、その層内で特定
の深さまで除去することができ、次に、誘電体層に貫通
穴を明けて、インサート内の流体流路と接続することが
でき、ここで、この貫通孔はインサートより小さく、イ
ンサートを誘電体層の下に固定したままにする。誘電体
インサートが何らの通路も持たない場合、誘電体層の貫
通開口と、誘電体インサートの貫通通路を同時に生成す
ることができる。
【００１３】本発明の熱伝達流体用導管構造体の第２の
好ましい実施態様は、少なくとも一つの熱伝達流体用通
路を含む下地導体層と、熱伝達流体用通路内に配設さ
れ、下地導体層と協働して、前記通路内へのプラズマの
侵入調節を減らすように、誘電体インサートと熱伝達流
体用通路との間の空隙開口度を調節する少なくとも一つ
の誘電インサートと；導体層の一部に積層する積層誘電
体層と、を含む。積層誘電体層は、下地導体層の熱伝達
流体用通路に接続された少なくとも一つの開口を備え
る。基本的な構造は、静電チャックの上面としての絶縁
誘電体層を備えており、プラズマが下地導体層を求めて
侵入する空隙を調節することにより、ＲＦプラズマに対
する、静電チャックの下地導体層の絶縁性を改良する。
好ましい実施態様は、少なくとも一つの熱伝達流体用通
路を含む下地導体層と、熱伝達流体用通路内に配設さ
れ、下地導体層と協働して、前記通路内へのプラズマの
侵入調節を減らすように、誘電体インサートと熱伝達流
体用通路との間の空隙開口度を調節する少なくとも一つ
の誘電インサートと；導体層の一部に積層する積層誘電
体層と、を含む。積層誘電体層は、下地導体層の熱伝達
流体用通路に接続された少なくとも一つの開口を備え
る。基本的な構造は、静電チャックの上面としての絶縁
誘電体層を備えており、プラズマが下地導体層を求めて
侵入する空隙を調節することにより、ＲＦプラズマに対
する、静電チャックの下地導体層の絶縁性を改良する。
【００１４】本発明の熱伝達流体構造体の上記第２の好
ましい実施態様のものを形成する方法は次の通りであ
る。埋設した熱伝達流体チャネルを有する導体層を提供
し、次に、導体層を貫通する少なくとも一つの開口を生
成して、埋設した熱伝達流体チャネルに接続し、次に、
その開口内に、間隙を保持するマスキングピンを配置
し、誘電体材料層を、導体層表面とマスキングピンに形
成し、マスキングピンを外し、誘電体層と導体層とを貫
通する開口の直下に位置する、埋設した熱伝達流体チャ
ネルの限定された一部分の範囲にボンド材料を塗付し、
誘電体層と導体層の開口を通して、ボンド材料に達する
まで誘電体ピンを挿入し、そして、埋設した熱伝達流体
チャネル中へ誘電体ピンをボンド付けする。
ましい実施態様のものを形成する方法は次の通りであ
る。埋設した熱伝達流体チャネルを有する導体層を提供
し、次に、導体層を貫通する少なくとも一つの開口を生
成して、埋設した熱伝達流体チャネルに接続し、次に、
その開口内に、間隙を保持するマスキングピンを配置
し、誘電体材料層を、導体層表面とマスキングピンに形
成し、マスキングピンを外し、誘電体層と導体層とを貫
通する開口の直下に位置する、埋設した熱伝達流体チャ
ネルの限定された一部分の範囲にボンド材料を塗付し、
誘電体層と導体層の開口を通して、ボンド材料に達する
まで誘電体ピンを挿入し、そして、埋設した熱伝達流体
チャネル中へ誘電体ピンをボンド付けする。
【００１５】普通、導体層はアルミニウムペデスタルで
あり、誘電体インサートはアルミナ等の材料で構成さ
れ、積層誘電体層は、アルミニウムペデスタル及び誘電
体インサート（本発明の実施例によっては、間隙を保持
するマスキングインサート）の表面に、アルミナ又はア
ルミナ・チタニア等の溶射コーティングにより形成され
る。電気的要件に合致し、隣接する流体の化学的条件及
び物理的条件に適合性があり、相対熱膨張係数により、
意図したプラズマ処理環境での多数の熱サイクルへの曝
露後、静電チャックの完全性に問題が生じない限り、こ
こで記載した以外の他の構成材料を使用することができ
る。
あり、誘電体インサートはアルミナ等の材料で構成さ
れ、積層誘電体層は、アルミニウムペデスタル及び誘電
体インサート（本発明の実施例によっては、間隙を保持
するマスキングインサート）の表面に、アルミナ又はア
ルミナ・チタニア等の溶射コーティングにより形成され
る。電気的要件に合致し、隣接する流体の化学的条件及
び物理的条件に適合性があり、相対熱膨張係数により、
意図したプラズマ処理環境での多数の熱サイクルへの曝
露後、静電チャックの完全性に問題が生じない限り、こ
こで記載した以外の他の構成材料を使用することができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は静電チャックの表面への
冷却ガス又はその他の熱伝達流体の流れを容易にする構
造の製作のための方法と構造に関する。この構造は、Ｒ
Ｆプラズマ環境における熱伝達流体の分解の問題と、Ｒ
Ｆプラズマ環境における半導体基板と静電チャックの導
体ペデスタル部分との間のアーク放電の問題の両方を対
象としている。
冷却ガス又はその他の熱伝達流体の流れを容易にする構
造の製作のための方法と構造に関する。この構造は、Ｒ
Ｆプラズマ環境における熱伝達流体の分解の問題と、Ｒ
Ｆプラズマ環境における半導体基板と静電チャックの導
体ペデスタル部分との間のアーク放電の問題の両方を対
象としている。
【００１７】図１に示すように、プラズマ処理チャンバ
ー１００は、処理中にチャンバー１００内において半導
体基板１０４（一般的には、半導体ウェーハ）を所定位
置に静電気によってクランプする静電チャック１０２を
備えている。静電チャック１０２を貫く複数のリフトフ
ィンガー孔１０６があるので、電力を切ってクランプ力
を取り除くと、リフトフィンガー（図示せず）が静電チ
ャック１０２を通ってその上面から半導体ウェーハを持
ち上げることができる。静電チャック１０２はまた、図
２に示すように静電チャック１０２の周囲の近傍で環状
の（普通、導体すなわち金属製の）インサート１１０に
設けた複数のガス流孔２０２を備え、インサート１１０
はその下側から機械加工されたガス流チャネル（gas fl
ow channel）１１２を有する。ガス流口の配列は環状で
なくてもよいが、環状が望ましい。また、静電チャック
１０２内に２個以上の環状インサートを備えることも可
能である。ガス流チャネル１１２は環状金属インサート
１１０を横切ってその上面の近傍の範囲内にまで達し、
流チャネル１１２から誘電体層１１４を分離する薄い金
属層１１３（図２の（Ｃ）に示す）を残している。環状
インサート１１０は静電チャック１０２内において隣接
面にシールされている。
ー１００は、処理中にチャンバー１００内において半導
体基板１０４（一般的には、半導体ウェーハ）を所定位
置に静電気によってクランプする静電チャック１０２を
備えている。静電チャック１０２を貫く複数のリフトフ
ィンガー孔１０６があるので、電力を切ってクランプ力
を取り除くと、リフトフィンガー（図示せず）が静電チ
ャック１０２を通ってその上面から半導体ウェーハを持
ち上げることができる。静電チャック１０２はまた、図
２に示すように静電チャック１０２の周囲の近傍で環状
の（普通、導体すなわち金属製の）インサート１１０に
設けた複数のガス流孔２０２を備え、インサート１１０
はその下側から機械加工されたガス流チャネル（gas fl
ow channel）１１２を有する。ガス流口の配列は環状で
なくてもよいが、環状が望ましい。また、静電チャック
１０２内に２個以上の環状インサートを備えることも可
能である。ガス流チャネル１１２は環状金属インサート
１１０を横切ってその上面の近傍の範囲内にまで達し、
流チャネル１１２から誘電体層１１４を分離する薄い金
属層１１３（図２の（Ｃ）に示す）を残している。環状
インサート１１０は静電チャック１０２内において隣接
面にシールされている。
【００１８】図２の（Ａ）の平面図と、関連する図２の
（Ｂ）の断面図に示すように、複数の貫通孔２０２が誘
電体層１１４を通り、静電チャック１０２の外周の周り
を通るガス流チャネル１１２につながっている。図２の
（Ｂ）に示すように、冷却ガスを静電チャック１０２の
底からガス流チャネル１１２を通って貫通孔２０２から
出て静電チャック１０２の誘電体表面に至る通路１０８
を通して、供給することができる。複数のチャネル（図
示せず）を機械加工により又は別途静電チャック１０２
の誘電体表面１１４に形成し、それらを貫通孔２０２に
交差させると、冷却ガスは貫通孔２０２からチャネルへ
流れ、チャネルが冷却ガスを静電チャック１０２の上面
全体へ分配することができる。
（Ｂ）の断面図に示すように、複数の貫通孔２０２が誘
電体層１１４を通り、静電チャック１０２の外周の周り
を通るガス流チャネル１１２につながっている。図２の
（Ｂ）に示すように、冷却ガスを静電チャック１０２の
底からガス流チャネル１１２を通って貫通孔２０２から
出て静電チャック１０２の誘電体表面に至る通路１０８
を通して、供給することができる。複数のチャネル（図
示せず）を機械加工により又は別途静電チャック１０２
の誘電体表面１１４に形成し、それらを貫通孔２０２に
交差させると、冷却ガスは貫通孔２０２からチャネルへ
流れ、チャネルが冷却ガスを静電チャック１０２の上面
全体へ分配することができる。
【００１９】図２の（Ｃ）は（普通は導体である）イン
サートリング１１０の部分断面斜視図であって、ガス流
チャネル１１２と、熱伝達ガスの通路を提供するため、
ガス流チャネル１１２の屋根（ルーフ）を形成する薄い
（普通は金属である）層１１３を貫いて形成された複数
の孔１１５を更に詳細に示す図である。ガス流チャネル
１１２は環状インサート１１０内を上に向かい、その上
面の近傍の範囲内にまで延び、流チャネル１１２から誘
電体層１１４を分離する薄い金属層１１３を残してい
る。複数の孔１１５は誘電体層１４を被せる前に薄い金
属層１１３を貫いて穿孔し、ガス流路とすることができ
る。代替として、孔１１５は誘電体層１１４を積層した
後、誘電体層１１４と薄い金属層１１３を同時に貫くよ
うに形成してもよい。
サートリング１１０の部分断面斜視図であって、ガス流
チャネル１１２と、熱伝達ガスの通路を提供するため、
ガス流チャネル１１２の屋根（ルーフ）を形成する薄い
（普通は金属である）層１１３を貫いて形成された複数
の孔１１５を更に詳細に示す図である。ガス流チャネル
１１２は環状インサート１１０内を上に向かい、その上
面の近傍の範囲内にまで延び、流チャネル１１２から誘
電体層１１４を分離する薄い金属層１１３を残してい
る。複数の孔１１５は誘電体層１４を被せる前に薄い金
属層１１３を貫いて穿孔し、ガス流路とすることができ
る。代替として、孔１１５は誘電体層１１４を積層した
後、誘電体層１１４と薄い金属層１１３を同時に貫くよ
うに形成してもよい。
【００２０】図４の（Ａ）は、従来技術の熱伝達ガス流
システムの概略断面を示し、ここではインサート４０６
（これは別個のインサートでもよいし、図２の（Ｂ)及
び（Ｃ）に示したようなリング状インサートでもよい）
を静電チャックのペデスタル４００（図１に１０２とし
て示したものと同様のもの）と組み合わせてガス流チャ
ネル４０８を提供する。
システムの概略断面を示し、ここではインサート４０６
（これは別個のインサートでもよいし、図２の（Ｂ)及
び（Ｃ）に示したようなリング状インサートでもよい）
を静電チャックのペデスタル４００（図１に１０２とし
て示したものと同様のもの）と組み合わせてガス流チャ
ネル４０８を提供する。
【００２１】図３の（Ａ）は、本発明の好ましい一実施
形態の概略断面を示す。円筒形の誘電体インサート３０
０には、その外周面にボス３０１が形成されており、ま
た、その底部に上下方向に延びる凹部３０８が形成され
ている。凹部３０８は上端が閉じている。導体層３１０
の上面から導体層３１０の底部に向かって機械加工され
た下側にある長手方向のチャネル３１２を部分的に掘り
下げるソケット孔３１３が穿孔されている。導体層３１
０は、図１に１０２として示した静電チャックのペデス
タルであることが望ましい。ペデスタル３１０には、熱
伝達流体の流れを容易にするため埋設チャネル３１２が
あることが望ましい。ソケット孔３１３は埋設チャネル
３１２に連通するようにペデスタル３１０の上面を貫い
て機械加工されている。誘電体インサート３００を、そ
のボス３０１の底部がソケット孔３１３の側部に載置さ
れるとともに誘電体インサート３００の底部と埋設チャ
ネル３１２との間に隙間が残るように、ソケット孔３１
３に嵌める。そうすると、熱伝達流体（普通は冷却ガ
ス）がガス流チャネル３１２から、誘電体インサート３
００内で上下に延びる凹部３０８に流れ込むことができ
る。
形態の概略断面を示す。円筒形の誘電体インサート３０
０には、その外周面にボス３０１が形成されており、ま
た、その底部に上下方向に延びる凹部３０８が形成され
ている。凹部３０８は上端が閉じている。導体層３１０
の上面から導体層３１０の底部に向かって機械加工され
た下側にある長手方向のチャネル３１２を部分的に掘り
下げるソケット孔３１３が穿孔されている。導体層３１
０は、図１に１０２として示した静電チャックのペデス
タルであることが望ましい。ペデスタル３１０には、熱
伝達流体の流れを容易にするため埋設チャネル３１２が
あることが望ましい。ソケット孔３１３は埋設チャネル
３１２に連通するようにペデスタル３１０の上面を貫い
て機械加工されている。誘電体インサート３００を、そ
のボス３０１の底部がソケット孔３１３の側部に載置さ
れるとともに誘電体インサート３００の底部と埋設チャ
ネル３１２との間に隙間が残るように、ソケット孔３１
３に嵌める。そうすると、熱伝達流体（普通は冷却ガ
ス）がガス流チャネル３１２から、誘電体インサート３
００内で上下に延びる凹部３０８に流れ込むことができ
る。
【００２２】誘電体インサート３００を導体層３１０の
ソケット孔３１３に挿入した後、誘電体層３０２を堆積
又は別の方法によって誘電体インサート３００と導体層
３１０（普通は静電チャック１０２のペデスタル）の両
表面に被覆する。次に誘電体層３０２を図３の（Ａ）の
線３０４まで逆処理（普通は研磨）するが、この位置は
誘電体インサート３００の上下に延びている凹部３０８
の行き止まり端より下にあるので、厚さが薄くなった誘
電体層３０２′となる。そうすると、凹部３０８の上部
が開放されて開口部３０６となり、冷却ガスのような熱
伝達流体がガスチャネル３１２からインサート凹部３０
８を通り、開口部３０６から厚さが薄くなった誘電体層
３０２′の表面へと流れることができる。厚さが薄くな
った誘電体層３０２′の表面をもう一度処理し、その表
面上にガス分配チャネルを形成し、開口部３０６に接続
することができる。環状リング３１０の内側へ向かって
形成された複数のソケット孔３１３に挿入された複数の
誘電体インサート３００が図２の（Ａ）に示すように円
周方向に間隔をあけて開口部２０２に配置されることが
望ましい。
ソケット孔３１３に挿入した後、誘電体層３０２を堆積
又は別の方法によって誘電体インサート３００と導体層
３１０（普通は静電チャック１０２のペデスタル）の両
表面に被覆する。次に誘電体層３０２を図３の（Ａ）の
線３０４まで逆処理（普通は研磨）するが、この位置は
誘電体インサート３００の上下に延びている凹部３０８
の行き止まり端より下にあるので、厚さが薄くなった誘
電体層３０２′となる。そうすると、凹部３０８の上部
が開放されて開口部３０６となり、冷却ガスのような熱
伝達流体がガスチャネル３１２からインサート凹部３０
８を通り、開口部３０６から厚さが薄くなった誘電体層
３０２′の表面へと流れることができる。厚さが薄くな
った誘電体層３０２′の表面をもう一度処理し、その表
面上にガス分配チャネルを形成し、開口部３０６に接続
することができる。環状リング３１０の内側へ向かって
形成された複数のソケット孔３１３に挿入された複数の
誘電体インサート３００が図２の（Ａ）に示すように円
周方向に間隔をあけて開口部２０２に配置されることが
望ましい。
【００２３】図３の（Ｂ）は、本発明の第２の好ましい
実施形態の概略断面図である。この実施形態は予め中心
孔３２８を穿孔されたチューブ状の誘電体インサートス
リーブ３２０を含む。すなわち、スリーブ３２０は軸方
向通路３２８を備えた真円筒である。通路３２８は、図
３の（Ａ）のインサート３００のように、誘電体スリー
ブ３２０を完全に貫通する孔でも、めくら孔（図示せ
ず）でもよい。
実施形態の概略断面図である。この実施形態は予め中心
孔３２８を穿孔されたチューブ状の誘電体インサートス
リーブ３２０を含む。すなわち、スリーブ３２０は軸方
向通路３２８を備えた真円筒である。通路３２８は、図
３の（Ａ）のインサート３００のように、誘電体スリー
ブ３２０を完全に貫通する孔でも、めくら孔（図示せ
ず）でもよい。
【００２４】導体層３３０は、図２の（Ｃ）に示したイ
ンサートリング１１０に類似のインサートリングであっ
てもよい。（図２の（Ｃ）に示した孔１１５に類似の）
第１ソケット孔３３４を導体層３３０を貫いて穿孔し、
その下にある静電チャックのペデスタル３３１内にある
ガス流チャネル３３８に連通させる。第２のソケット孔
３３５を金属層３３０の中へ中間の深さまで穿孔し、ソ
ケット孔３３５の底に環状の棚部３３６を形成する。誘
電体インサートスリーブ３２０をソケット孔３３５に挿
入し、スリーブの下端が棚部３３６に載ることが望まし
い。誘電体インサートスリーブ３２０は必要に応じて金
属層３３０の最上部においてインサートスリーブ３２０
を取り囲んで延びる環状の溶接又はろう付け接合３２６
によって、又はその位置において締まり嵌めによって金
属層３３０の中に保持することができる。
ンサートリング１１０に類似のインサートリングであっ
てもよい。（図２の（Ｃ）に示した孔１１５に類似の）
第１ソケット孔３３４を導体層３３０を貫いて穿孔し、
その下にある静電チャックのペデスタル３３１内にある
ガス流チャネル３３８に連通させる。第２のソケット孔
３３５を金属層３３０の中へ中間の深さまで穿孔し、ソ
ケット孔３３５の底に環状の棚部３３６を形成する。誘
電体インサートスリーブ３２０をソケット孔３３５に挿
入し、スリーブの下端が棚部３３６に載ることが望まし
い。誘電体インサートスリーブ３２０は必要に応じて金
属層３３０の最上部においてインサートスリーブ３２０
を取り囲んで延びる環状の溶接又はろう付け接合３２６
によって、又はその位置において締まり嵌めによって金
属層３３０の中に保持することができる。
【００２５】誘電体インサートスリーブ３２０を導体層
３３０のソケット孔３３５に挿入した後、誘電体層３２
２を堆積又は別の方法によって誘電体インサートスリー
ブ３２０と導体層３３０の両表面に被せる。次に誘電体
層３２２を線３０４まで逆処理すると厚さが薄くなった
誘電体層３２２″ができ、誘電体インサートスリーブ３
２０の上面にインサート３２０と開口部３３２が露出す
る。誘電体インサートスリーブ３２０を所定位置に保持
するために溶接３２６を用いたくない場合、誘電体イン
サートスリーブ３２０が露出しない程度に層３２２の逆
処理を行えばよい。その場合、誘電体層３２２の中へ開
口部３３２を穿孔して誘電体インサートスリーブ３２０
内の開口部３２８に連通しなければならない。
３３０のソケット孔３３５に挿入した後、誘電体層３２
２を堆積又は別の方法によって誘電体インサートスリー
ブ３２０と導体層３３０の両表面に被せる。次に誘電体
層３２２を線３０４まで逆処理すると厚さが薄くなった
誘電体層３２２″ができ、誘電体インサートスリーブ３
２０の上面にインサート３２０と開口部３３２が露出す
る。誘電体インサートスリーブ３２０を所定位置に保持
するために溶接３２６を用いたくない場合、誘電体イン
サートスリーブ３２０が露出しない程度に層３２２の逆
処理を行えばよい。その場合、誘電体層３２２の中へ開
口部３３２を穿孔して誘電体インサートスリーブ３２０
内の開口部３２８に連通しなければならない。
【００２６】普通は、図３の（Ａ）に示す誘電体インサ
ート３００と図３の（Ｂ）に示す誘電体インサートスリ
ーブ３２０を複数のインサート３２０として用い、それ
らを図２の（Ｂ）に示す種類の静電チャック１０２の周
囲に間隔をあけて配置する。複数のインサートは図２の
（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す種類の環状導体の周り
に間隔をあけて配置することができる。
ート３００と図３の（Ｂ）に示す誘電体インサートスリ
ーブ３２０を複数のインサート３２０として用い、それ
らを図２の（Ｂ）に示す種類の静電チャック１０２の周
囲に間隔をあけて配置する。複数のインサートは図２の
（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す種類の環状導体の周り
に間隔をあけて配置することができる。
【００２７】従来技術に対する本発明の基本構造の利点
を明確に説明するため、図４〜図７を参照する。図４の
（Ａ）は従来技術を示し、図４の（Ｂ）〜図７の（Ｅ）
は本発明の好ましい実施形態を示す。図４〜図７は図２
の（Ａ）及び（Ｂ）に示す一般的構造を有する静電チャ
ックの概略断面図である。これらの図は図２の（Ｂ）に
おける導体（普通は金属）インサート１１０に関して示
す場所で見られるものである。図４の（Ｂ）〜図６の
（Ｃ）の断面図においては、下部構造をより明瞭に図示
するため静電チャックの上面を形成する上部誘電体層を
図示せず、下部構造のみを示す。本発明の誘電体インサ
ートが予め穿孔されていて、その位置を保持するのに、
上にある誘電体層に依存する必要がない場合、インサー
トを露出させるように誘電体層を処理し、穿孔済みの孔
を同時に露出させることができる。誘電体インサートを
所定の位置に保持するのに上にある誘電体層に依存する
場合、上にある誘電体層に穿孔して誘電体インサート内
の開口部に連通させる必要がある。誘電体インサートに
ガス流口がない場合、普通は上にある誘電体層の孔と同
時にガス流口を穿孔する。
を明確に説明するため、図４〜図７を参照する。図４の
（Ａ）は従来技術を示し、図４の（Ｂ）〜図７の（Ｅ）
は本発明の好ましい実施形態を示す。図４〜図７は図２
の（Ａ）及び（Ｂ）に示す一般的構造を有する静電チャ
ックの概略断面図である。これらの図は図２の（Ｂ）に
おける導体（普通は金属）インサート１１０に関して示
す場所で見られるものである。図４の（Ｂ）〜図６の
（Ｃ）の断面図においては、下部構造をより明瞭に図示
するため静電チャックの上面を形成する上部誘電体層を
図示せず、下部構造のみを示す。本発明の誘電体インサ
ートが予め穿孔されていて、その位置を保持するのに、
上にある誘電体層に依存する必要がない場合、インサー
トを露出させるように誘電体層を処理し、穿孔済みの孔
を同時に露出させることができる。誘電体インサートを
所定の位置に保持するのに上にある誘電体層に依存する
場合、上にある誘電体層に穿孔して誘電体インサート内
の開口部に連通させる必要がある。誘電体インサートに
ガス流口がない場合、普通は上にある誘電体層の孔と同
時にガス流口を穿孔する。
【００２８】図４の（Ａ）は、表面に第１環状ガス流チ
ャネル４０２を機械加工によって備えたペデスタル４０
０（普通はアルミニウム製）を備えた従来技術の静電チ
ャックの部分断面図を示す。環状チャネル４０２の幅よ
り広い幅の第２環状チャネル４０４が、チャネル４０２
にそれと同心に機械加工されている。この環状ガス流チ
ャネル４０２と上側の環状チャネル４０４の組合せの中
へ、導体（普通はアルミニウム）環状インサート４０６
を嵌め込む。金属インサート４０６は、ペデスタル４０
０とともにガス流チャネル４０８を画成するような形状
である。金属インサート４０６は、オプションとして環
状インサート４０６の長さの周りに間隔をあけて上面４
１２に至るように予め複数個穿孔４１０することができ
る。誘電体層（図示せず）を金属インサート４０６の表
面４１２とペデスタル４００の表面４１４の上に被せ
る。この誘電体層は溶射アルミナ又は溶射アルミナ／チ
タニアから成ることが好ましい。この溶射層の適用は公
知である。溶射工程は、プラズマ溶射、デトネーション
ガン溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、及び火焔溶
射など、いくつかの異なる方法から選ぶことができる。
ャネル４０２を機械加工によって備えたペデスタル４０
０（普通はアルミニウム製）を備えた従来技術の静電チ
ャックの部分断面図を示す。環状チャネル４０２の幅よ
り広い幅の第２環状チャネル４０４が、チャネル４０２
にそれと同心に機械加工されている。この環状ガス流チ
ャネル４０２と上側の環状チャネル４０４の組合せの中
へ、導体（普通はアルミニウム）環状インサート４０６
を嵌め込む。金属インサート４０６は、ペデスタル４０
０とともにガス流チャネル４０８を画成するような形状
である。金属インサート４０６は、オプションとして環
状インサート４０６の長さの周りに間隔をあけて上面４
１２に至るように予め複数個穿孔４１０することができ
る。誘電体層（図示せず）を金属インサート４０６の表
面４１２とペデスタル４００の表面４１４の上に被せ
る。この誘電体層は溶射アルミナ又は溶射アルミナ／チ
タニアから成ることが好ましい。この溶射層の適用は公
知である。溶射工程は、プラズマ溶射、デトネーション
ガン溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、及び火焔溶
射など、いくつかの異なる方法から選ぶことができる。
【００２９】誘電体層を必要な厚さまで処理し、誘電体
層に穿孔して金属インサート４０６内の開口部４１０に
連通させる。金属インサート４０６に孔４１０がない場
合、誘電体層と金属インサートの両方に穿孔し、ガス流
チャネル４０２から静電チャックの誘電体表面へガスが
流れるようにする。
層に穿孔して金属インサート４０６内の開口部４１０に
連通させる。金属インサート４０６に孔４１０がない場
合、誘電体層と金属インサートの両方に穿孔し、ガス流
チャネル４０２から静電チャックの誘電体表面へガスが
流れるようにする。
【００３０】先に説明したように、この静電チャックの
表面に至るガス流チャネル形成方法は、静電チャック誘
電体表面層とその下にある導体層との間のインターフェ
イスを求めるＲＦプラズマ環境の問題に目を向けていな
い。下側にあるアルミニウムはしばしば誘電体層内の開
口部の側壁を上って、開口部内でアークやプラズマ放電
を発生する。
表面に至るガス流チャネル形成方法は、静電チャック誘
電体表面層とその下にある導体層との間のインターフェ
イスを求めるＲＦプラズマ環境の問題に目を向けていな
い。下側にあるアルミニウムはしばしば誘電体層内の開
口部の側壁を上って、開口部内でアークやプラズマ放電
を発生する。
【００３１】図４の（Ｂ）は、本発明の好ましい一実施
形態を示し、ここでは普通はアルミナ製の誘電体インサ
ート４１６が環状金属インサート４０６内に穿孔された
凹部すなわち孔に挿入されている。誘電体インサート４
１６には、ガスを金属インサート４０６のガス流チャネ
ル４０８から表面４１２まで流すための内部流路４１８
がある。誘電体層（図示せず）をペデスタル４００と金
属インサート４０６の表面４１２に積層する。この誘電
体層を必要な厚さにまで処理して誘電体インサート４１
６の内部流路４１８を露出させる。誘電体インサート４
１６はこの状態で静電チャックの誘電体表面の一部にな
るとともに、ガス流路４１８の上部を貫通する可能性の
あるプロセスプラズマから金属インサート４０６を電気
的に絶縁する。この絶縁は、冷却ガスの分解防止に役立
つとともに、静電チャックの表面に保持されている半導
体基板（図示せず）と冷却ガス流路を作るために用いら
れる導体の金属インサート４０６との間のアーク放電防
止にも役立つ。
形態を示し、ここでは普通はアルミナ製の誘電体インサ
ート４１６が環状金属インサート４０６内に穿孔された
凹部すなわち孔に挿入されている。誘電体インサート４
１６には、ガスを金属インサート４０６のガス流チャネ
ル４０８から表面４１２まで流すための内部流路４１８
がある。誘電体層（図示せず）をペデスタル４００と金
属インサート４０６の表面４１２に積層する。この誘電
体層を必要な厚さにまで処理して誘電体インサート４１
６の内部流路４１８を露出させる。誘電体インサート４
１６はこの状態で静電チャックの誘電体表面の一部にな
るとともに、ガス流路４１８の上部を貫通する可能性の
あるプロセスプラズマから金属インサート４０６を電気
的に絶縁する。この絶縁は、冷却ガスの分解防止に役立
つとともに、静電チャックの表面に保持されている半導
体基板（図示せず）と冷却ガス流路を作るために用いら
れる導体の金属インサート４０６との間のアーク放電防
止にも役立つ。
【００３２】本発明の誘電体インサートの開発中に我々
は、静電チャック（図１、図２の（Ａ）、図２の（Ｂ）
及び図７の（Ｃ）〜（Ｆ）に示すが図４の（Ａ）〜図６
の（Ｃ）には示さない）の誘電体上面を作るために溶射
したセラミックコーティングに、堆積した誘電体層へ冷
却の際、サブミクロンサイズの収縮クラックが発生する
ことが重要であることを見い出した。これらサブミクロ
ンサイズのクラックは、誘電体層とその下にある導体構
造との間の熱膨張差に応じてコーティングが大きなクラ
ックを生じたり下側の導体基板面から剥がれたりするこ
となく膨張、すなわち伸張することを可能にする。大き
なクラックができるとプラズマが侵入し下側の導体基板
を損傷し、セラミック誘電体コーティングを下側の導体
基板から剥がれさせる可能性がある。
は、静電チャック（図１、図２の（Ａ）、図２の（Ｂ）
及び図７の（Ｃ）〜（Ｆ）に示すが図４の（Ａ）〜図６
の（Ｃ）には示さない）の誘電体上面を作るために溶射
したセラミックコーティングに、堆積した誘電体層へ冷
却の際、サブミクロンサイズの収縮クラックが発生する
ことが重要であることを見い出した。これらサブミクロ
ンサイズのクラックは、誘電体層とその下にある導体構
造との間の熱膨張差に応じてコーティングが大きなクラ
ックを生じたり下側の導体基板面から剥がれたりするこ
となく膨張、すなわち伸張することを可能にする。大き
なクラックができるとプラズマが侵入し下側の導体基板
を損傷し、セラミック誘電体コーティングを下側の導体
基板から剥がれさせる可能性がある。
【００３３】図４の（Ｃ）は本発明の別の好ましい一実
施形態を示し、ここでは誘電体インサート４２０はアル
ミナのような多孔質誘電体であり、体積多孔性率の範囲
は約１０％〜約６０％であり、孔が相互に連通して誘電
体材料全体にわたって連続通路を形成する。図４の
（Ｃ）に示す誘電体インサート４２０の形状では、誘電
体層（図示せず）を積層した後、インサートが所定位置
に固定されないので、インサートが露出するように誘電
体層を処理せず、一つの孔を誘電体層に明けて多孔質イ
ンサート４２０に連通させる。インサートを通るまっす
ぐな視線を用いず、４２０のような多孔性インサートを
用いてプラズマの侵入抵抗の改善を達成することが望ま
しい。多孔質インサート４２０を伝統的な成型とシンタ
リング（sintering）で製作する場合、成型又はシンタ
リングに用いる粒子のサイズは多孔性のサイズと同程度
であって、ある程度無秩序な方位でボンドされ、通路構
造はまっすぐな視線を避けたものとなる。
施形態を示し、ここでは誘電体インサート４２０はアル
ミナのような多孔質誘電体であり、体積多孔性率の範囲
は約１０％〜約６０％であり、孔が相互に連通して誘電
体材料全体にわたって連続通路を形成する。図４の
（Ｃ）に示す誘電体インサート４２０の形状では、誘電
体層（図示せず）を積層した後、インサートが所定位置
に固定されないので、インサートが露出するように誘電
体層を処理せず、一つの孔を誘電体層に明けて多孔質イ
ンサート４２０に連通させる。インサートを通るまっす
ぐな視線を用いず、４２０のような多孔性インサートを
用いてプラズマの侵入抵抗の改善を達成することが望ま
しい。多孔質インサート４２０を伝統的な成型とシンタ
リング（sintering）で製作する場合、成型又はシンタ
リングに用いる粒子のサイズは多孔性のサイズと同程度
であって、ある程度無秩序な方位でボンドされ、通路構
造はまっすぐな視線を避けたものとなる。
【００３４】本発明の誘電体インサートの他の一つの実
施形態を図５の（Ａ）に示す。この誘電体インサート５
１０にはガス流路５０８に連通する複数の孔５１６があ
る。ペデスタル５００には図４の（Ａ）を参照して説明
した種類の二つの環状チャネル５０２と５０４が機械加
工される。図５の（Ａ）に示すように、環状リングの形
の（普通は金属製の）導体インサート５０６を環状チャ
ネル５０２と５０４に嵌める。導体インサート５０６
は、静電チャックペデスタル５００と組み合わせて使用
するときガス流路５０８を形成するような形状である。
誘電体インサート５１０は金属インサート５０６に嵌合
するような形状である。誘電体インサート５１０の上面
形状はドーム状であるので、誘電体層（図示せず）を積
層し、誘電体層を逆処理（研削又は切除）すると孔５１
６を備えた誘電体インサート５１０の一部が露出すると
ともに孔５１６に隣接するインサート５１０の上面に誘
電体層が積層したままになる。
施形態を図５の（Ａ）に示す。この誘電体インサート５
１０にはガス流路５０８に連通する複数の孔５１６があ
る。ペデスタル５００には図４の（Ａ）を参照して説明
した種類の二つの環状チャネル５０２と５０４が機械加
工される。図５の（Ａ）に示すように、環状リングの形
の（普通は金属製の）導体インサート５０６を環状チャ
ネル５０２と５０４に嵌める。導体インサート５０６
は、静電チャックペデスタル５００と組み合わせて使用
するときガス流路５０８を形成するような形状である。
誘電体インサート５１０は金属インサート５０６に嵌合
するような形状である。誘電体インサート５１０の上面
形状はドーム状であるので、誘電体層（図示せず）を積
層し、誘電体層を逆処理（研削又は切除）すると孔５１
６を備えた誘電体インサート５１０の一部が露出すると
ともに孔５１６に隣接するインサート５１０の上面に誘
電体層が積層したままになる。
【００３５】図５の（Ａ）の誘電体インサートの変形実
施形態を図５の（Ｂ）に示す。この誘電体インサート５
２０は、積層誘電体層（図示せず）を用いてそれを所定
位置に保持する。誘電体層は、インサート５２０の表
面、誘電体インサート５１２、及びペデスタル５１４の
表面に積層される。積層誘電体層を必要な厚さにまで逆
処理する。次に、積層誘電体層と誘電体インサート５２
０に穿孔して誘電体層と誘電体インサート５２０を貫通
するガス流孔を作り、ガス流路５０８に連通させる。
施形態を図５の（Ｂ）に示す。この誘電体インサート５
２０は、積層誘電体層（図示せず）を用いてそれを所定
位置に保持する。誘電体層は、インサート５２０の表
面、誘電体インサート５１２、及びペデスタル５１４の
表面に積層される。積層誘電体層を必要な厚さにまで逆
処理する。次に、積層誘電体層と誘電体インサート５２
０に穿孔して誘電体層と誘電体インサート５２０を貫通
するガス流孔を作り、ガス流路５０８に連通させる。
【００３６】図５の（Ｃ）は、図５の（Ａ）に示した種
類の誘電体インサート５１６に用いる代表的な孔のパタ
ーンを示す。
類の誘電体インサート５１６に用いる代表的な孔のパタ
ーンを示す。
【００３７】他の一連の誘電体インサートの設計を図６
の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。ここでも、図は導体ガス流路
インサートの領域における静電チャックの断面を示す。
図６の（Ａ）〜（Ｃ）において、静電チャックペデスタ
ル６００は断面６０６で示される環状導体インサートを
備えている。ペデスタル６００を機械加工してその上面
に二つの環状チャネル６０２、６０４を設ける。環状チ
ャネル６０２、６０４によって作られた開口部へ導体イ
ンサート６０６を嵌めてガス流路６０８を作る。
の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。ここでも、図は導体ガス流路
インサートの領域における静電チャックの断面を示す。
図６の（Ａ）〜（Ｃ）において、静電チャックペデスタ
ル６００は断面６０６で示される環状導体インサートを
備えている。ペデスタル６００を機械加工してその上面
に二つの環状チャネル６０２、６０４を設ける。環状チ
ャネル６０２、６０４によって作られた開口部へ導体イ
ンサート６０６を嵌めてガス流路６０８を作る。
【００３８】図６の（Ａ）において、本発明の誘電体イ
ンサート６１０は、多孔質誘電体インサート６１８を取
り囲む非多孔質誘電体スリーブ６１６を備える。誘電体
インサート６１０の上面はドーム状であるので、それを
用いて上側の誘電体層（図示せず）を所定位置に保持す
ることができ、上側の誘電体層を逆処理して多孔質誘電
体インサート６１８を露出させることができる。このよ
うにして、熱伝達ガスをチャネル６０８と多孔質誘電体
フィルター６１８を通して流すことができる。非多孔質
誘電体スリーブ６１６は隣接する導体インサート６０６
の表面６１２に対する角度が小さい形状であるので、誘
電体スリーブ６１６と周囲の導体インサート６０６との
間にボイドやキャビティのない隣接被覆を確保すること
ができる。誘電体インサート６１６の表面を粗くして上
に積層する誘電体層を接合し易くする。多孔質誘電体イ
ンサート６１８の構造は多孔質インサート４２０に関し
て説明した構造と同じであることが望ましい。誘電体ス
リーブ６１６は誘電体インサート６１８より引っ張り強
さと伸び率が実質的に大きく、構造がより均質均一な中
実の誘電体材料であることが望ましい。誘電体スリーブ
６１６の構造と特性は、スリーブ６１６と導体インサー
ト６０６の間のより確実な結合を可能にする。これはま
た、誘電体スリーブ６１６と導体インサート６０６にキ
ャビティスペースのできる可能性排除に役立つ。キャビ
テイができると、引続き積層される誘電体コーティング
（図示せず）内に欠陥を生じる。
ンサート６１０は、多孔質誘電体インサート６１８を取
り囲む非多孔質誘電体スリーブ６１６を備える。誘電体
インサート６１０の上面はドーム状であるので、それを
用いて上側の誘電体層（図示せず）を所定位置に保持す
ることができ、上側の誘電体層を逆処理して多孔質誘電
体インサート６１８を露出させることができる。このよ
うにして、熱伝達ガスをチャネル６０８と多孔質誘電体
フィルター６１８を通して流すことができる。非多孔質
誘電体スリーブ６１６は隣接する導体インサート６０６
の表面６１２に対する角度が小さい形状であるので、誘
電体スリーブ６１６と周囲の導体インサート６０６との
間にボイドやキャビティのない隣接被覆を確保すること
ができる。誘電体インサート６１６の表面を粗くして上
に積層する誘電体層を接合し易くする。多孔質誘電体イ
ンサート６１８の構造は多孔質インサート４２０に関し
て説明した構造と同じであることが望ましい。誘電体ス
リーブ６１６は誘電体インサート６１８より引っ張り強
さと伸び率が実質的に大きく、構造がより均質均一な中
実の誘電体材料であることが望ましい。誘電体スリーブ
６１６の構造と特性は、スリーブ６１６と導体インサー
ト６０６の間のより確実な結合を可能にする。これはま
た、誘電体スリーブ６１６と導体インサート６０６にキ
ャビティスペースのできる可能性排除に役立つ。キャビ
テイができると、引続き積層される誘電体コーティング
（図示せず）内に欠陥を生じる。
【００３９】図６の（Ｂ）は、類似の誘電体インサート
６２０を示し、ここでは誘電体インサート６２０全体が
多孔質誘電体である。インサート６２０内の小孔の量と
小孔のサイズは、誘電体インサート６２０内のプラズマ
グローの発生防止という観点において重要である。プラ
ズマグローが発生すると誘電体インサート６２０の表面
上に支持されている半導体基板へのアーク放電を生じる
可能性がある。誘電体インサート６２０の一般的組成と
構造は、誘電体インサート４２０に関して説明したもの
と同じである。
６２０を示し、ここでは誘電体インサート６２０全体が
多孔質誘電体である。インサート６２０内の小孔の量と
小孔のサイズは、誘電体インサート６２０内のプラズマ
グローの発生防止という観点において重要である。プラ
ズマグローが発生すると誘電体インサート６２０の表面
上に支持されている半導体基板へのアーク放電を生じる
可能性がある。誘電体インサート６２０の一般的組成と
構造は、誘電体インサート４２０に関して説明したもの
と同じである。
【００４０】図６の（Ｃ）は、本発明の誘電体インサー
トの更に別の好ましい実施形態を示す。誘電体インサー
ト６３０は、誘電体スリーブ６３６と誘電体センタープ
ラグ６３８とから成り、両者間には環状の間隙６４０が
ある。センタープラグ６３８は、接合剤（ボンド剤）又
は溶融可能なガラスセラミック６４２のようなセラミッ
クボンド剤で所定位置に保持され、これにより、プラグ
６３８がスリーブ６３６に固定される。誘電体センター
プラグ６３８の寸法を調節して、誘電体インサート６３
０を通るガスの流量を調節する。ここでも、静電チャッ
クペデスタル６００、導体インサート６０６、及び誘電
体インサート６３０の表面上に誘電体層（図示せず）が
積層される。続いて、上側の誘電体層を逆処理し、誘電
体インサート６３０の環状開口６４０を露出させるとと
もに、スリーブ６３６の少なくとも一部を上側の誘電体
層の下側で保持したままとする。
トの更に別の好ましい実施形態を示す。誘電体インサー
ト６３０は、誘電体スリーブ６３６と誘電体センタープ
ラグ６３８とから成り、両者間には環状の間隙６４０が
ある。センタープラグ６３８は、接合剤（ボンド剤）又
は溶融可能なガラスセラミック６４２のようなセラミッ
クボンド剤で所定位置に保持され、これにより、プラグ
６３８がスリーブ６３６に固定される。誘電体センター
プラグ６３８の寸法を調節して、誘電体インサート６３
０を通るガスの流量を調節する。ここでも、静電チャッ
クペデスタル６００、導体インサート６０６、及び誘電
体インサート６３０の表面上に誘電体層（図示せず）が
積層される。続いて、上側の誘電体層を逆処理し、誘電
体インサート６３０の環状開口６４０を露出させるとと
もに、スリーブ６３６の少なくとも一部を上側の誘電体
層の下側で保持したままとする。
【００４１】図７の（Ａ）〜（Ｆ）に、良好な製造性が
あるケースを提供する本発明の特に好ましい実施形態を
図示する。
あるケースを提供する本発明の特に好ましい実施形態を
図示する。
【００４２】図７の（Ｆ）を参照すると、最終的には、
誘電体インサート７１８を包含する少なくとも一つの熱
伝達流体流チャネル７０８を、静電チャックペデスタル
７００が含む構造となる。誘電体インサート７１８は、
熱伝達流体流チャネル７０８と誘電体インサート７１８
との間にガス流のための環状開口を備えるような大きさ
である。
誘電体インサート７１８を包含する少なくとも一つの熱
伝達流体流チャネル７０８を、静電チャックペデスタル
７００が含む構造となる。誘電体インサート７１８は、
熱伝達流体流チャネル７０８と誘電体インサート７１８
との間にガス流のための環状開口を備えるような大きさ
である。
【００４３】また、ペデスタル７００に積層する誘電体
表面層７１４も少なくとも一つの開口を有し、その開口
は、熱伝達流体流チャネル７０８の上に直接積層し、層
７１４の開口とインサート７１８との間に環状間隙をも
って誘電体インサート７１８の挿入に供する大きさとさ
れている。従って、熱伝達ガスは、チャネル７０８から
誘電体表面層７１４の表面まで流れることができる。誘
電体インサート７１８は、接着セラミック、又はセラミ
ックボンド７２０によって熱伝達流体流チャネル７０８
の底部に固定される。熱伝達ガスが、誘電体インサート
７１８と開口７１６との間の間隙を介して流れることが
できる限り、誘電体インサート７１８を、誘電表面層７
１４を貫通する開口７１６にセンタリングすることは重
要ではない。
表面層７１４も少なくとも一つの開口を有し、その開口
は、熱伝達流体流チャネル７０８の上に直接積層し、層
７１４の開口とインサート７１８との間に環状間隙をも
って誘電体インサート７１８の挿入に供する大きさとさ
れている。従って、熱伝達ガスは、チャネル７０８から
誘電体表面層７１４の表面まで流れることができる。誘
電体インサート７１８は、接着セラミック、又はセラミ
ックボンド７２０によって熱伝達流体流チャネル７０８
の底部に固定される。熱伝達ガスが、誘電体インサート
７１８と開口７１６との間の間隙を介して流れることが
できる限り、誘電体インサート７１８を、誘電表面層７
１４を貫通する開口７１６にセンタリングすることは重
要ではない。
【００４４】図７の（Ａ）〜（Ｆ）に示す好ましい実施
形態の製作は以下の通りである。図７の（Ａ）に示すよ
うに、少なくとも一つの埋設した熱伝達流体流チャネル
７０８を溶接やろう付け等のよく知られた技法で、ペデ
スタル７００内に設ける。次に、少なくとも一個の穴つ
まり開口７１０を、図７の（Ｂ）に示すように、ペデス
タル７００の表面７０６を貫通して熱伝達流体流チャネ
ル７０８に接続するように穴明けを行う。開口７１０の
直径は、一般に約０．０８０インチ（約２ｍｍ）以上で
あるが、これに限定されるものではない。この直径は重
要なものではないが、選定した直径の公差は、約±０．
００５インチ（±０．１３ｍｍ）以内にすべきである。
形態の製作は以下の通りである。図７の（Ａ）に示すよ
うに、少なくとも一つの埋設した熱伝達流体流チャネル
７０８を溶接やろう付け等のよく知られた技法で、ペデ
スタル７００内に設ける。次に、少なくとも一個の穴つ
まり開口７１０を、図７の（Ｂ）に示すように、ペデス
タル７００の表面７０６を貫通して熱伝達流体流チャネ
ル７０８に接続するように穴明けを行う。開口７１０の
直径は、一般に約０．０８０インチ（約２ｍｍ）以上で
あるが、これに限定されるものではない。この直径は重
要なものではないが、選定した直径の公差は、約±０．
００５インチ（±０．１３ｍｍ）以内にすべきである。
【００４５】次に、開口７１０内に誘電体材料が侵入す
ることなく、積層表面誘電体層７１４を形成することが
できるように、間隙を保持するマスキングピン７１２
を、開口７１０を通して、熱伝達流体流チャネル７０８
中に配置する。これが、開口７１０の直径の公差を注意
深く調節しなければならない理由である。マスキングピ
ン７１２は、アルミナ誘電体コーティング又はアルミナ
・チタニア誘電体コーティングが接着しない材料で作成
するのが好ましい。Teflon（DuPont社の商標）製のマス
キングピン７１２が、良好に働くことが分かった。間隙
を保持するマスキングピン７１２の高さは一般に、直径
の３倍から６倍である場合に、その調整が実用的にな
る。特に、マスキングピン７１２は、（図７の（Ｃ）に
示すような）誘電体コーティング層７１４の形成後、把
持して引き抜く（取り外す）ことができるのに十分な高
さであることが好ましい。しかし、マスキングピン７１
２の高さは、マスキングピン７１２の全径周りで直接接
触する誘電体コーティングの形成を妨げるような影を作
らない高さが好ましい。
ることなく、積層表面誘電体層７１４を形成することが
できるように、間隙を保持するマスキングピン７１２
を、開口７１０を通して、熱伝達流体流チャネル７０８
中に配置する。これが、開口７１０の直径の公差を注意
深く調節しなければならない理由である。マスキングピ
ン７１２は、アルミナ誘電体コーティング又はアルミナ
・チタニア誘電体コーティングが接着しない材料で作成
するのが好ましい。Teflon（DuPont社の商標）製のマス
キングピン７１２が、良好に働くことが分かった。間隙
を保持するマスキングピン７１２の高さは一般に、直径
の３倍から６倍である場合に、その調整が実用的にな
る。特に、マスキングピン７１２は、（図７の（Ｃ）に
示すような）誘電体コーティング層７１４の形成後、把
持して引き抜く（取り外す）ことができるのに十分な高
さであることが好ましい。しかし、マスキングピン７１
２の高さは、マスキングピン７１２の全径周りで直接接
触する誘電体コーティングの形成を妨げるような影を作
らない高さが好ましい。
【００４６】誘電コーティング層７１４は普通、誘電体
層７１４の最終的に望ましい厚さよりも、約１０ｍｉｌ
〜２０ｍｉｌ（０．２５ｍｍ〜０．５０ｍｍ）厚く形成
される。誘電体層７１４を形成してマスキングピン７１
２を外した後、誘電体層７１４は最終厚さまで研磨さ
れ、静電チャックの研磨屑を洗浄する。これは、図７の
（Ｄ）に示すように、表面上の全ての地点が０．００１
インチ（０．０２５ｍｍ）の間隔で設けられた２つの平
行平面以内に位置するものと解釈される、滑らかで、
（少なくとも１．０ｍｉｌ（０．０２５ｍｍ）までの平
面度の）面一な面７２２を有する誘電体層７１４を提供
する。誘電体層７１４を貫通する開口７１６、及びペデ
スタル７００を貫通する開口７１０の直径は、前記のよ
うに、通常約０．０８０インチ（２ｍｍ）以上である。
この直径により、研磨屑のような、あらゆる残留物の除
去が容易になる。これは、より小さな直径の開口を有
し、より掃除が難しい、本発明の別の実施形態での利点
となる。
層７１４の最終的に望ましい厚さよりも、約１０ｍｉｌ
〜２０ｍｉｌ（０．２５ｍｍ〜０．５０ｍｍ）厚く形成
される。誘電体層７１４を形成してマスキングピン７１
２を外した後、誘電体層７１４は最終厚さまで研磨さ
れ、静電チャックの研磨屑を洗浄する。これは、図７の
（Ｄ）に示すように、表面上の全ての地点が０．００１
インチ（０．０２５ｍｍ）の間隔で設けられた２つの平
行平面以内に位置するものと解釈される、滑らかで、
（少なくとも１．０ｍｉｌ（０．０２５ｍｍ）までの平
面度の）面一な面７２２を有する誘電体層７１４を提供
する。誘電体層７１４を貫通する開口７１６、及びペデ
スタル７００を貫通する開口７１０の直径は、前記のよ
うに、通常約０．０８０インチ（２ｍｍ）以上である。
この直径により、研磨屑のような、あらゆる残留物の除
去が容易になる。これは、より小さな直径の開口を有
し、より掃除が難しい、本発明の別の実施形態での利点
となる。
【００４７】所定分量の接着セラミック又はボンドセラ
ミック７２０を、図７の（Ｅ）に示すように、開口７１
６，７１０の直下で、熱伝達流体流チャネル７０８の下
部に堆積させる。接着層７２０の厚さは、表面誘電体層
７１４と誘電体ピン７１８との組み合わせを含む上面の
面一を維持しつつ、様々な長さの誘電体ピン７１８を補
償ができる厚さである。誘電体ピン７１８は、開口７１
６，７１０の穴径より約０．００３インチ〜約０．００
５インチ（約０．０７６ｍｍ〜約０．１０２ｍｍ）小さ
い直径を有する、センターレス研削加工を施したセラミ
ックから製作される。普通、誘電体ピン７１８は、表面
誘電層７１４及びペデスタル７００を貫通し、熱伝達流
体流チャネル７０８の底部７２６までの、穴径深さより
も少なくとも０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）短く切
断される。誘電体ピン７１８を、０．０４０インチ（１
ｍｍ）下回る長さに切断してもよい。
ミック７２０を、図７の（Ｅ）に示すように、開口７１
６，７１０の直下で、熱伝達流体流チャネル７０８の下
部に堆積させる。接着層７２０の厚さは、表面誘電体層
７１４と誘電体ピン７１８との組み合わせを含む上面の
面一を維持しつつ、様々な長さの誘電体ピン７１８を補
償ができる厚さである。誘電体ピン７１８は、開口７１
６，７１０の穴径より約０．００３インチ〜約０．００
５インチ（約０．０７６ｍｍ〜約０．１０２ｍｍ）小さ
い直径を有する、センターレス研削加工を施したセラミ
ックから製作される。普通、誘電体ピン７１８は、表面
誘電層７１４及びペデスタル７００を貫通し、熱伝達流
体流チャネル７０８の底部７２６までの、穴径深さより
も少なくとも０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）短く切
断される。誘電体ピン７１８を、０．０４０インチ（１
ｍｍ）下回る長さに切断してもよい。
【００４８】誘電体ピン７１８は、開口７１６，７１０
を介して、熱伝達流体流チャネル７０８の底部７２６上
の接着剤７２０内に挿入される。前述の面一の上面７２
４が提供されるように、ピン７１８を位置決めするのが
重要であり、このことは、異なる長さの何れのピンをも
補償するように、接着剤７２０に差し込むピン７１８侵
入量を利用して行うことができる。誘電体ピン７１８を
穴開口７１６及び７１６内でセンタリングすることは重
要ではなく、図７の（Ｆ）に示すように、変化があって
よい。普通はガスである熱伝達流体は、誘電体ピン７１
８と、ペデスタル７００の開口７１０及び誘電体層７１
４の開口７１６との間のを貫通する環状開口から流出す
る。
を介して、熱伝達流体流チャネル７０８の底部７２６上
の接着剤７２０内に挿入される。前述の面一の上面７２
４が提供されるように、ピン７１８を位置決めするのが
重要であり、このことは、異なる長さの何れのピンをも
補償するように、接着剤７２０に差し込むピン７１８侵
入量を利用して行うことができる。誘電体ピン７１８を
穴開口７１６及び７１６内でセンタリングすることは重
要ではなく、図７の（Ｆ）に示すように、変化があって
よい。普通はガスである熱伝達流体は、誘電体ピン７１
８と、ペデスタル７００の開口７１０及び誘電体層７１
４の開口７１６との間のを貫通する環状開口から流出す
る。
【００４９】接着剤７１０を用いる代わりに、熱伝達流
体流チャネル７０８の下部表面７１６に、誘電インサー
ト７１８をしまり嵌めしたり、かしめ込んだりする開口
を機械加工する方法がある。しかし、誘電体インサート
の実装が一層難しくなるので、最良の方法とはいえな
い。
体流チャネル７０８の下部表面７１６に、誘電インサー
ト７１８をしまり嵌めしたり、かしめ込んだりする開口
を機械加工する方法がある。しかし、誘電体インサート
の実装が一層難しくなるので、最良の方法とはいえな
い。
【００５０】直径８インチの半導体ウェーハと組み合わ
せて用いられる静電チャックでは、静電チャックの周縁
周りのリングに配置された誘電体インサートを含む、約
１８０個のガス流路があり、導体インサート７００中の
円形開口７１０の直径は、普通約０．０４０インチ〜約
０．４００インチ（約１ｍｍ〜約１０ｍｍ径）の範囲で
あり、誘電体インサートの外径は、キャビティの直径よ
りも約０．００５インチ（０．１２３ｍｍ）小さい。こ
れらの寸法は、使用する熱伝達流体（冷却ガス）の種
類、処理チャンバ内で用いる圧力、静電チャック表面へ
の所望ガス流量によって調節される。
せて用いられる静電チャックでは、静電チャックの周縁
周りのリングに配置された誘電体インサートを含む、約
１８０個のガス流路があり、導体インサート７００中の
円形開口７１０の直径は、普通約０．０４０インチ〜約
０．４００インチ（約１ｍｍ〜約１０ｍｍ径）の範囲で
あり、誘電体インサートの外径は、キャビティの直径よ
りも約０．００５インチ（０．１２３ｍｍ）小さい。こ
れらの寸法は、使用する熱伝達流体（冷却ガス）の種
類、処理チャンバ内で用いる圧力、静電チャック表面へ
の所望ガス流量によって調節される。
【００５１】本発明の実施形態のものを製作するには、
全体としての静電チャックに対して危険ではなく、必要
であれば製作の最終手順まで手直し可能である、簡単な
製造手順を利用する。
全体としての静電チャックに対して危険ではなく、必要
であれば製作の最終手順まで手直し可能である、簡単な
製造手順を利用する。
【００５２】一般的には、本発明のインサート及び本発
明を構成するために用いられる製造技術は公知技術であ
り、材料工学に精通する者のであれば、使用される種々
材料の強さを考慮に入れて、機械の必要性に応じて、調
整することができる。しかし、当該技術に精通する者に
とって本発明をもっと簡単に実用化する上で特に重要
で、ここで説明するいくつかの技術がある。
明を構成するために用いられる製造技術は公知技術であ
り、材料工学に精通する者のであれば、使用される種々
材料の強さを考慮に入れて、機械の必要性に応じて、調
整することができる。しかし、当該技術に精通する者に
とって本発明をもっと簡単に実用化する上で特に重要
で、ここで説明するいくつかの技術がある。
【００５３】先に述べたように、誘電体インサートの好
ましい構成材料は、アルミナ又はアルミナ・チタニアで
ある。その理由は、通常の静電チャックペデスタルがア
ルミニウムで構成されており、ガス流チャネルを備え、
静電チャックに挿入される導体インサートも、アルミニ
ウムで構成されているからである。アルミナ誘電体イン
サートは、直ぐに入手できる材料であるとともに、化学
的適合性がある。静電チャックは、プラズマエッチング
及び化学気相堆積のような処理環境で用いられるので、
チャックは、約−１０℃〜約１５０℃の範囲の処理温度
にさらされる。同一温度で、考慮する材料間に膨張係数
の差がある場合、静電チャックの積層誘電体表面層は先
に述べたように、アルミナ又はアルミナ・チタニアから
作成されるのが好ましく、それによってアルミニウム基
板と積層アルミナ誘電体コーティング又はアルミナ・チ
タニア（通常約５〜２％のチタニア）誘電体コーティン
グとの間の膨張差を補償する、微小クラックが提供され
る。この誘電体層は下地面にコーティングするのが好ま
しい。先に述べたように、アルミナ誘電体層が形成され
るアルミニウム表面は、アルミナ誘電体層のプラズマ溶
射コーティングの前にグリットブラスチング加工を用い
て研削（荒面処理）されるのが普通である。荒面処理は
アルミニウム表面との溶射アルミナ層の機械的結束を提
供する。
ましい構成材料は、アルミナ又はアルミナ・チタニアで
ある。その理由は、通常の静電チャックペデスタルがア
ルミニウムで構成されており、ガス流チャネルを備え、
静電チャックに挿入される導体インサートも、アルミニ
ウムで構成されているからである。アルミナ誘電体イン
サートは、直ぐに入手できる材料であるとともに、化学
的適合性がある。静電チャックは、プラズマエッチング
及び化学気相堆積のような処理環境で用いられるので、
チャックは、約−１０℃〜約１５０℃の範囲の処理温度
にさらされる。同一温度で、考慮する材料間に膨張係数
の差がある場合、静電チャックの積層誘電体表面層は先
に述べたように、アルミナ又はアルミナ・チタニアから
作成されるのが好ましく、それによってアルミニウム基
板と積層アルミナ誘電体コーティング又はアルミナ・チ
タニア（通常約５〜２％のチタニア）誘電体コーティン
グとの間の膨張差を補償する、微小クラックが提供され
る。この誘電体層は下地面にコーティングするのが好ま
しい。先に述べたように、アルミナ誘電体層が形成され
るアルミニウム表面は、アルミナ誘電体層のプラズマ溶
射コーティングの前にグリットブラスチング加工を用い
て研削（荒面処理）されるのが普通である。荒面処理は
アルミニウム表面との溶射アルミナ層の機械的結束を提
供する。
【００５４】アルミニウム表面に大きな影響を与えるグ
リット入射角を制御することによって、及びグリットブ
ラスチング加工中にアルミニウムペデスタルを回転させ
ることによって、溝を設けてアンダーカットされたアル
ミニウム表面に形成した後、誘電体コーティングを機械
的に固定できる方法で、アルミニウム表面をアンダーカ
ットする溝を生成できることが分かった。普通、アルミ
ニウムペデスタルは、グリットブラスチング加工の間、
回転するターンテーブルに固定され、前記ターンテーブ
ルはアルミニウムペデスタルを中心線周りに回転させ
る。アルミニウムペデスタル表面に角度をもって配向さ
れ、アルミニウムペデスタルの外側端部近傍からアルミ
ニウムペデスタルの中心に向かって進むノズルを用い
て、アルミニウムペデスタルの表面に、グリットが与え
られる。グリットブラスト定数によって得られる溝の深
さとピッチを維持するには、ノズルがアルミニウムペデ
スタルの外側端部からアルミニウムペデスタルの中心に
向かって移動するにつれて、ノズル進行速度を増加させ
る必要がある。この方法で作成されたアルミニウムペデ
スタルにプラズマ溶射をすることによって形成したアル
ミナの誘電体コーティングに関して、約２０％の以上の
剥がれ強さの改善が観測された。
リット入射角を制御することによって、及びグリットブ
ラスチング加工中にアルミニウムペデスタルを回転させ
ることによって、溝を設けてアンダーカットされたアル
ミニウム表面に形成した後、誘電体コーティングを機械
的に固定できる方法で、アルミニウム表面をアンダーカ
ットする溝を生成できることが分かった。普通、アルミ
ニウムペデスタルは、グリットブラスチング加工の間、
回転するターンテーブルに固定され、前記ターンテーブ
ルはアルミニウムペデスタルを中心線周りに回転させ
る。アルミニウムペデスタル表面に角度をもって配向さ
れ、アルミニウムペデスタルの外側端部近傍からアルミ
ニウムペデスタルの中心に向かって進むノズルを用い
て、アルミニウムペデスタルの表面に、グリットが与え
られる。グリットブラスト定数によって得られる溝の深
さとピッチを維持するには、ノズルがアルミニウムペデ
スタルの外側端部からアルミニウムペデスタルの中心に
向かって移動するにつれて、ノズル進行速度を増加させ
る必要がある。この方法で作成されたアルミニウムペデ
スタルにプラズマ溶射をすることによって形成したアル
ミナの誘電体コーティングに関して、約２０％の以上の
剥がれ強さの改善が観測された。
【００５５】例えば、アルミニウムペデスタルを毎分約
２０〜３０回転で回転するターンテーブルに固定した。
アルミニウムペデスタルの表面に対するノズルの発生角
は約７０度であった。グリット粒子の大きさは約６０〜
８０メッシュであり、グリットブラスチング加工により
塗料除去で一般に使用される類のノズルを用いた。グリ
ットブラスチング加工後の溝の高さは、約０．００１イ
ンチ（０．０２５ｍｍ）であり、溝のピッチは約０．０
０３インチ（０．０７５ｍｍ）であった。この方法でア
ルミニウムペデスタル表面を形成してから、プラズマ溶
射により、アルミナのコーティングを、約６０℃〜約８
０℃の温度で、アルミニウムペデスタル表面上に形成し
た。アルミナのプラズマ溶射は、アルミニウムペデスタ
ルの表面に対して約８０°〜９０°（垂直近く）の角度
で行われた。プラズマ溶射アルミナコーティングは表面
から飛び出る傾向があるので、アルミニウムペデスタル
表面に対して適切な角度で、コーティングを施すことが
重要である。冷却後、プラズマ溶射アルミナの剥がれ強
さは、ＡＳＴＭ方法を用いて試験され、従来の技法を用
いて得られたアルミニウムペデスタルに比べて、２０％
を超す改善があった。
２０〜３０回転で回転するターンテーブルに固定した。
アルミニウムペデスタルの表面に対するノズルの発生角
は約７０度であった。グリット粒子の大きさは約６０〜
８０メッシュであり、グリットブラスチング加工により
塗料除去で一般に使用される類のノズルを用いた。グリ
ットブラスチング加工後の溝の高さは、約０．００１イ
ンチ（０．０２５ｍｍ）であり、溝のピッチは約０．０
０３インチ（０．０７５ｍｍ）であった。この方法でア
ルミニウムペデスタル表面を形成してから、プラズマ溶
射により、アルミナのコーティングを、約６０℃〜約８
０℃の温度で、アルミニウムペデスタル表面上に形成し
た。アルミナのプラズマ溶射は、アルミニウムペデスタ
ルの表面に対して約８０°〜９０°（垂直近く）の角度
で行われた。プラズマ溶射アルミナコーティングは表面
から飛び出る傾向があるので、アルミニウムペデスタル
表面に対して適切な角度で、コーティングを施すことが
重要である。冷却後、プラズマ溶射アルミナの剥がれ強
さは、ＡＳＴＭ方法を用いて試験され、従来の技法を用
いて得られたアルミニウムペデスタルに比べて、２０％
を超す改善があった。
【００５６】以下は、本発明を用いて最良の結果を得る
ように使用される方法に一般的な推奨事項である。誘電
体インサートが、導体層又は導体インサート内キャビテ
ィ又は開口と近接接触状態にあるように設計され本発明
の実施形態では、普通、この近接接触は、締まり嵌め又
は圧入することで達成される。インサートが破壊しない
ように、圧入中、誘電体インサートの表面に圧力を均等
に加えるよう注意を払わなければならない。誘電体イン
サートの表面に密着するように、そして圧入中にその表
面に対して均等な圧力を加えるように設計した工具を製
作するのが得策であることが分かった。インサートは、
導体インサート内の受入キャビティ内へ容易に入れられ
るように、その下側端部に向けて抜き勾配を付けてもよ
い。アルミナ誘電体インサートは相対的に硬く、鋭いエ
ッジを有するため、アルミニウムに食い込むのに十分な
圧力で、下にあるアルミニウムキャビティにこのエッジ
を押圧することが可能である。しかし、前記のように、
誘電インサートを割れたり、破砕することの無いよう、
圧力を均等に加えられなければならない。
ように使用される方法に一般的な推奨事項である。誘電
体インサートが、導体層又は導体インサート内キャビテ
ィ又は開口と近接接触状態にあるように設計され本発明
の実施形態では、普通、この近接接触は、締まり嵌め又
は圧入することで達成される。インサートが破壊しない
ように、圧入中、誘電体インサートの表面に圧力を均等
に加えるよう注意を払わなければならない。誘電体イン
サートの表面に密着するように、そして圧入中にその表
面に対して均等な圧力を加えるように設計した工具を製
作するのが得策であることが分かった。インサートは、
導体インサート内の受入キャビティ内へ容易に入れられ
るように、その下側端部に向けて抜き勾配を付けてもよ
い。アルミナ誘電体インサートは相対的に硬く、鋭いエ
ッジを有するため、アルミニウムに食い込むのに十分な
圧力で、下にあるアルミニウムキャビティにこのエッジ
を押圧することが可能である。しかし、前記のように、
誘電インサートを割れたり、破砕することの無いよう、
圧力を均等に加えられなければならない。
【００５７】一般的には、固形セラミックの誘電体イン
サートの直径は、半導体基板処理中の温度サイクルの結
果として加えられる圧縮負荷による機械的破壊を避ける
ために、約０．０２０インチ〜約０．４００インチとい
う小ささでなければならない。セラミック誘電体と、静
電チャックの金属構造体との間の熱膨張係数の不一致に
より、温度サイクル中に、前記圧縮負荷が生じる。誘電
体インサートのこの小さい寸法により、締まりばめを用
い、静電チャック内へ入れるインサートに圧縮予荷重を
加えることができる。
サートの直径は、半導体基板処理中の温度サイクルの結
果として加えられる圧縮負荷による機械的破壊を避ける
ために、約０．０２０インチ〜約０．４００インチとい
う小ささでなければならない。セラミック誘電体と、静
電チャックの金属構造体との間の熱膨張係数の不一致に
より、温度サイクル中に、前記圧縮負荷が生じる。誘電
体インサートのこの小さい寸法により、締まりばめを用
い、静電チャック内へ入れるインサートに圧縮予荷重を
加えることができる。
【００５８】誘電体インサートが、導体表面と近接接触
状態にあるべき時、組み合わせ面上に誘電体コーティン
グが施されていると、特にプラズマ溶射誘電体コーティ
ングの場合、接合面にコーティングが流れるのを避ける
ため、インターフェイスは特に近接していることが必要
である。プラズマ溶射コーティングは表面に密構造を形
成することがきできないので、コーティング面に対し
て、約８０°〜約９０°の角度で、コーティングを行う
のが好ましい。最大コーティング密度を得るには、プラ
ズマ溶射誘電体コーティングを行う面に対して直角に行
うのが好ましい。
状態にあるべき時、組み合わせ面上に誘電体コーティン
グが施されていると、特にプラズマ溶射誘電体コーティ
ングの場合、接合面にコーティングが流れるのを避ける
ため、インターフェイスは特に近接していることが必要
である。プラズマ溶射コーティングは表面に密構造を形
成することがきできないので、コーティング面に対し
て、約８０°〜約９０°の角度で、コーティングを行う
のが好ましい。最大コーティング密度を得るには、プラ
ズマ溶射誘電体コーティングを行う面に対して直角に行
うのが好ましい。
【００５９】固形セラミック誘電インサートの場合、イ
ンサートを配置する孔や開口への締まりばめは、圧入で
行う。誘電体インサートと接触する導体材料金属を変形
することによって、圧入を行う。（かしめ）また、誘電
体インサートは、約０．００１インチ（０．０２５ｍ
ｍ）以上の機械加工による締まりばめによってもその位
置に保持することができ、ここではセラミックコーティ
ングを行う前に、後続する操作で受ける力に抗して、誘
電インサートを保持するのに十分な締まりばめを形成す
る誘電インサートと接触する導体金属は、インサートを
搭載することにより切断される。インサートと周囲の導
体材料との間の大きな締め代は、導体層の表面と導体層
内のインサートの上に形成される積層誘電体コーティン
グを安定させるのに役立つ。導体層内にインサートを保
持する締め代が不足すると、積層コーティングの熱膨張
割れ、高バイアス電圧のプラズマ放出への負荷、インサ
ートと導体層との間の連結部に積層する誘電体コーティ
ングの急速な破壊を、促進してしまう。
ンサートを配置する孔や開口への締まりばめは、圧入で
行う。誘電体インサートと接触する導体材料金属を変形
することによって、圧入を行う。（かしめ）また、誘電
体インサートは、約０．００１インチ（０．０２５ｍ
ｍ）以上の機械加工による締まりばめによってもその位
置に保持することができ、ここではセラミックコーティ
ングを行う前に、後続する操作で受ける力に抗して、誘
電インサートを保持するのに十分な締まりばめを形成す
る誘電インサートと接触する導体金属は、インサートを
搭載することにより切断される。インサートと周囲の導
体材料との間の大きな締め代は、導体層の表面と導体層
内のインサートの上に形成される積層誘電体コーティン
グを安定させるのに役立つ。導体層内にインサートを保
持する締め代が不足すると、積層コーティングの熱膨張
割れ、高バイアス電圧のプラズマ放出への負荷、インサ
ートと導体層との間の連結部に積層する誘電体コーティ
ングの急速な破壊を、促進してしまう。
【００６０】本発明の誘電体インサートを（ガス流キャ
ビティを含む）導体インサート内へ嵌合した後で、積層
誘電体層が形成される。インサートの詰まりを防ぐため
に、インサート内のガス流又はガス圧を、積層誘電体層
の形成中に用いてもよい。プラズマ溶射セラミックなど
のプラズマ溶射誘電体層は均質ではない。アルミナの場
合、融解アルミナ粒子が、その層形成面に接触して、冷
却するにつれて収縮する。その接触表面にアルミナが結
合するので、冷却するにつれてクラックないしは割れが
生ずる。この割れは、ミクロン以下の大きさで、表面全
体にわたって相対的に均一に分散している限り、許容で
きる。下地層の熱膨張によって生じた割れは、溶射層が
均質でない限り増殖できない。もしチャックが、セラミ
ック誘電体層が溶射される温度以外の処理温度に曝する
必要がある場合、セラミック誘電体層における不連続性
を制御していくことが必要である。普通、アルミナ誘電
体コーティングは、約４０℃で形成される。アルミニウ
ムに近い線膨張係数を持つ他の誘電体材料であってもよ
い。例えば、約３５体積％〜約４５体積％のガラスや鉱
物の充填材料を含むエンジニアリング熱可塑性樹脂を、
射出成形可能な複合材として使用してもよい。誘電体材
料は、切り欠き部が脆くなく、静電チャックの操作温度
で機能できる限り、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でも
よい。
ビティを含む）導体インサート内へ嵌合した後で、積層
誘電体層が形成される。インサートの詰まりを防ぐため
に、インサート内のガス流又はガス圧を、積層誘電体層
の形成中に用いてもよい。プラズマ溶射セラミックなど
のプラズマ溶射誘電体層は均質ではない。アルミナの場
合、融解アルミナ粒子が、その層形成面に接触して、冷
却するにつれて収縮する。その接触表面にアルミナが結
合するので、冷却するにつれてクラックないしは割れが
生ずる。この割れは、ミクロン以下の大きさで、表面全
体にわたって相対的に均一に分散している限り、許容で
きる。下地層の熱膨張によって生じた割れは、溶射層が
均質でない限り増殖できない。もしチャックが、セラミ
ック誘電体層が溶射される温度以外の処理温度に曝する
必要がある場合、セラミック誘電体層における不連続性
を制御していくことが必要である。普通、アルミナ誘電
体コーティングは、約４０℃で形成される。アルミニウ
ムに近い線膨張係数を持つ他の誘電体材料であってもよ
い。例えば、約３５体積％〜約４５体積％のガラスや鉱
物の充填材料を含むエンジニアリング熱可塑性樹脂を、
射出成形可能な複合材として使用してもよい。誘電体材
料は、切り欠き部が脆くなく、静電チャックの操作温度
で機能できる限り、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でも
よい。
【００６１】アルミナは、ＣＯ2レーザに対して比較的
に透過性があるので、ＣＯ2レーザよりもエキシマーレ
ーザを用いて、積層アルミナ誘電体層を貫通して、開口
を生成するのが好ましい。また、積層セラミック誘電体
層を貫通する開口は、ダイヤモンド又は窒化ホウ素ドリ
ルを用いた機械加工によって生成することもできる。
に透過性があるので、ＣＯ2レーザよりもエキシマーレ
ーザを用いて、積層アルミナ誘電体層を貫通して、開口
を生成するのが好ましい。また、積層セラミック誘電体
層を貫通する開口は、ダイヤモンド又は窒化ホウ素ドリ
ルを用いた機械加工によって生成することもできる。
【００６２】本発明の開示に鑑み、当該技術に精通した
者が、以下に請求する本発明の主題に対応する実施形態
を拡張できるように、前記好ましい実施形態は、本発明
の限定を意図したものではない。
者が、以下に請求する本発明の主題に対応する実施形態
を拡張できるように、前記好ましい実施形態は、本発明
の限定を意図したものではない。
【図１】代表的なプラズマエッチ処理チャンバー内の所
定位置に静電チャックを備えたものを示す図である。
定位置に静電チャックを備えたものを示す図である。
【図２】（Ａ）は、代表的な静電チャックの略図で、周
縁に複数のガス分配孔を備えたものを示す図であり、
（Ｂ）は、図２の（Ａ）の静電チャックの側面図で、冷
却ガス流路を示す図であり、（Ｃ）は、静電チャックの
ペデスタル内に埋設ガス流路を設けるために用いられる
導体リングインサートの部分的斜視断面図である。
縁に複数のガス分配孔を備えたものを示す図であり、
（Ｂ）は、図２の（Ａ）の静電チャックの側面図で、冷
却ガス流路を示す図であり、（Ｃ）は、静電チャックの
ペデスタル内に埋設ガス流路を設けるために用いられる
導体リングインサートの部分的斜視断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の好ましい実施形態を示し、
誘電体インサートの形状がその上にある誘電体層による
保持を可能にし、また、上に積層する誘電体層の処理中
にインサートを貫く通路が露出される予め穿孔されたイ
ンサートを規定することを示している図である。（Ｂ）
は、本発明の第２の実施形態を示し、ここでは誘電体イ
ンサートが、その上に積層した誘電体層によって所定位
置に保持されていること、誘電体層を上に積層した後、
１本の冷却ガス分配孔が、上に積層される誘電体層を貫
いて穿孔され、１本の通路に接続されること、及び、イ
ンサートは上に積層された誘電体層によって所定位置に
保持されること、を示している図である。
誘電体インサートの形状がその上にある誘電体層による
保持を可能にし、また、上に積層する誘電体層の処理中
にインサートを貫く通路が露出される予め穿孔されたイ
ンサートを規定することを示している図である。（Ｂ）
は、本発明の第２の実施形態を示し、ここでは誘電体イ
ンサートが、その上に積層した誘電体層によって所定位
置に保持されていること、誘電体層を上に積層した後、
１本の冷却ガス分配孔が、上に積層される誘電体層を貫
いて穿孔され、１本の通路に接続されること、及び、イ
ンサートは上に積層された誘電体層によって所定位置に
保持されること、を示している図である。
【図４】（Ａ）は、従来技術の冷却ガス分配システムを
示し、ガス流路は導体（普通は金属）製の予め成形され
た環状リングを静電チャックの導体層（普通は静電チャ
ックのペデスタル）に挿入することによって形成される
こと、及び、静電チャックの誘電体表面層（図示せず）
は環状導体リングの表面に積層され、誘電体表面層を貫
いてガス流路に至るガス流口が誘電体層を貫いて穿孔さ
れること、を示す図である。（Ｂ）は、本発明の好まし
い一実施形態を示し、ここでは誘電体インサートが図４
の（Ａ）に関連して説明した種類の金属製ガス流路と組
み合わせて用いられており、誘電体表面層（図示せず）
は静電チャックの表面に積層され、チャックは普通は複
数の誘電体インサートを含む導体である金属製の環状リ
ングを含み、次に誘電体表面層を逆処理して誘電体イン
サート内のガス流孔を露出させることを示す図である。
（Ｃ）は、本発明の第２の好ましい実施形態を示し、こ
こでは誘電体インサートが多孔質のため、下にある金属
製ガス流路からガスがインサート全体を通って流れるよ
うになっており、誘電体表面層（図示せず）は静電チャ
ックの表面に積層され、チャックは複数の誘電体インサ
ートを含む導体である金属製の環状リングを含み、誘電
体表面層は、必要な厚さに処理され、誘電体層を貫いて
多孔性インサートに至る１本の孔が穿孔されることを示
す図である。
示し、ガス流路は導体（普通は金属）製の予め成形され
た環状リングを静電チャックの導体層（普通は静電チャ
ックのペデスタル）に挿入することによって形成される
こと、及び、静電チャックの誘電体表面層（図示せず）
は環状導体リングの表面に積層され、誘電体表面層を貫
いてガス流路に至るガス流口が誘電体層を貫いて穿孔さ
れること、を示す図である。（Ｂ）は、本発明の好まし
い一実施形態を示し、ここでは誘電体インサートが図４
の（Ａ）に関連して説明した種類の金属製ガス流路と組
み合わせて用いられており、誘電体表面層（図示せず）
は静電チャックの表面に積層され、チャックは普通は複
数の誘電体インサートを含む導体である金属製の環状リ
ングを含み、次に誘電体表面層を逆処理して誘電体イン
サート内のガス流孔を露出させることを示す図である。
（Ｃ）は、本発明の第２の好ましい実施形態を示し、こ
こでは誘電体インサートが多孔質のため、下にある金属
製ガス流路からガスがインサート全体を通って流れるよ
うになっており、誘電体表面層（図示せず）は静電チャ
ックの表面に積層され、チャックは複数の誘電体インサ
ートを含む導体である金属製の環状リングを含み、誘電
体表面層は、必要な厚さに処理され、誘電体層を貫いて
多孔性インサートに至る１本の孔が穿孔されることを示
す図である。
【図５】（Ａ）は、金属製ガス流路と組み合わせた本発
明の誘電体インサートを示し、誘電体インサートは複数
の孔を備えていること、及び、誘電体層（図示せず）を
誘電体インサートと金属製ガス流路の上に積層し、逆処
理（通常、削って薄く）して誘電体インサート内の孔を
露出させること、を示す図である。（Ｂ）は、図５の
（Ａ）に示したものに類似の誘電体インサートを示す
が、誘電体インサートには孔がなく、孔はインサート上
に積層された誘電体層（図示せず）を貫くとともに誘電
体インサートをも貫いて穿孔し、下にある金属製ガス流
路に連通させることを示す図である。（Ｃ）は、図５の
（Ａ）と図５の（Ｂ）のインサートに使用可能な３種類
の孔のパターンを示す図である。
明の誘電体インサートを示し、誘電体インサートは複数
の孔を備えていること、及び、誘電体層（図示せず）を
誘電体インサートと金属製ガス流路の上に積層し、逆処
理（通常、削って薄く）して誘電体インサート内の孔を
露出させること、を示す図である。（Ｂ）は、図５の
（Ａ）に示したものに類似の誘電体インサートを示す
が、誘電体インサートには孔がなく、孔はインサート上
に積層された誘電体層（図示せず）を貫くとともに誘電
体インサートをも貫いて穿孔し、下にある金属製ガス流
路に連通させることを示す図である。（Ｃ）は、図５の
（Ａ）と図５の（Ｂ）のインサートに使用可能な３種類
の孔のパターンを示す図である。
【図６】（Ａ）と（ＡＡ）は、それぞれ、冷却ガスが流
通する多孔質のセンターコアを備えた中実の誘電体スリ
ーブを備えた誘電体インサートを示す図である。（Ｂ）
は、冷却ガスが下側のガス流路から全インサートを貫流
するように完全に多孔性である誘電体インサートを示
し、図４の（Ｃ）と極めて類似した図である。（Ｃ）
は、金属製ガス流路に隣接した中実の誘電体スリーブと
センタープラグを含む誘電体インサートを示し、スリー
ブとセンタープラグとの間には環状ガス流間隙があるこ
と、ガス流量は、誘電体センタープラグの寸法を特定
し、環状ガス流間隙の寸法を調節することができるこ
と、を示す図である。
通する多孔質のセンターコアを備えた中実の誘電体スリ
ーブを備えた誘電体インサートを示す図である。（Ｂ）
は、冷却ガスが下側のガス流路から全インサートを貫流
するように完全に多孔性である誘電体インサートを示
し、図４の（Ｃ）と極めて類似した図である。（Ｃ）
は、金属製ガス流路に隣接した中実の誘電体スリーブと
センタープラグを含む誘電体インサートを示し、スリー
ブとセンタープラグとの間には環状ガス流間隙があるこ
と、ガス流量は、誘電体センタープラグの寸法を特定
し、環状ガス流間隙の寸法を調節することができるこ
と、を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｆ）は、容易に製造できる、本発明
の第２実施形態を形成する一つの方法を示す図である。
の第２実施形態を形成する一つの方法を示す図である。
１００…プラズマ処理チャンバー、１０２…静電チャッ
ク、１０４…半導体基板、１０８…通路、１１０…誘電
体、１１２…ガス流チャネル、３００，３２０…誘電体
インサート、３０１…ボス、３０２，３０２′，３２２
…誘電体層、３０６，３３２…開口、３０８…凹部、３
１０，３３０…導体層、３３１…ペデスタル、３３８…
ガス流チャネル、４００…ペデスタル、４０２…ガス流
チャネル、４０４…環状チャネル、４０６…金属インサ
ート、４１２…表面、４１６，５１０，６１０，７１８
…誘電体インサート、４１８…流路、４２０…多孔質イ
ンサート。
ク、１０４…半導体基板、１０８…通路、１１０…誘電
体、１１２…ガス流チャネル、３００，３２０…誘電体
インサート、３０１…ボス、３０２，３０２′，３２２
…誘電体層、３０６，３３２…開口、３０８…凹部、３
１０，３３０…導体層、３３１…ペデスタル、３３８…
ガス流チャネル、４００…ペデスタル、４０２…ガス流
チャネル、４０４…環状チャネル、４０６…金属インサ
ート、４１２…表面、４１６，５１０，６１０，７１８
…誘電体インサート、４１８…流路、４２０…多孔質イ
ンサート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メイデン ダン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス アルトス ヒルズ， ムリエタ レ ーン 12000 (72)発明者 ステガー ロバート ジェイ. アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ボール ストリート 22293 (72)発明者 ウェルドン エドウィン シー. アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス ガトス， スカイヴュー テラス 23613 (72)発明者 リュー ブライアン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， マウンテン ヴュ ー アヴェニュー 1027 (72)発明者 ダイア ティモシー アメリカ合衆国， アリゾナ州， テン ピ， ウェスト ジーニン ドライヴ 167
Claims (51)
- 【請求項１】 静電チャックの上面への熱伝達流体の流
れを促進する構成であって、（ａ）少なくとも一つの熱
伝達流体流路を有する導体層と、（ｂ）前記導体層の少
なくとも一部分に接触し、前記導体層の少なくとも一部
分を、熱伝達流体流路から隔離するように働く、少なく
とも一つの隔離誘電体インサートと、（ｃ）前記導体層
の少なくとも一部の上に積層し、前記下地導体層からの
前記熱伝達流体流路に接続された少なくとも一つの開口
を備える、誘電体層と、を備える構造。 - 【請求項２】 前記積層誘電体層も、前記隔離誘電体イ
ンサートの少なくとも一部に積層する、請求項１に記載
の構造。 - 【請求項３】 前記導体層が、前記静電チャックの本体
又はペデスタル内に配置される、請求項１に記載の構
造。 - 【請求項４】 前記導体層が、前記静電チャックの前記
ペデスタル内に配置されたインサートを備える、請求項
３に記載の構造。 - 【請求項５】 前記導体層が金属製である、請求項１に
記載の構造。 - 【請求項６】 前記インサートが金属製である、請求項
４に記載の構造。 - 【請求項７】 前記誘電体インサートがセラミックであ
る、請求項１に記載の構造。 - 【請求項８】 前記セラミックが、アルミナと、アルミ
ナ・チタニア混合物とから成るグループより選択された
材料を含む、請求項７に記載の構造。 - 【請求項９】 前記誘電体インサートが、エンジニアリ
ング熱可塑性樹脂、エンジニアリング熱硬化性樹脂、充
填材入りエンジニアリング熱可塑性樹脂、充填材入りエ
ンジニアリング熱硬化性樹脂、及びこれらの組み合わせ
から成るグループより選択された材料を含む、請求項１
に記載の構造。 - 【請求項１０】 前記導体層の前記一部と前記誘電体イ
ンサートの前記一部との上に積層する前記誘電体層が、
セラミック組成物、エンジニアリング熱可塑性樹脂、エ
ンジニアリング熱硬化性樹脂、充填材入りエンジニアリ
ング熱可塑性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱硬化
性樹脂、及びこれらの組み合わせから成るグループより
選択された材料を含む、請求項１に記載の構造。 - 【請求項１１】 前記誘電体層は、火炎溶射されたアル
ミナである、請求項１０に記載の構造。 - 【請求項１２】 静電チャックの構成に有効な誘電体イ
ンサートであって、隣接する導体層の少なくとも一部に
ついてプラズマから隔離を可能とする誘電体インサート
において、 前記インサートが挿入される、前記導体層内のキャビテ
ィに適合する形状を有する外側表面と、 前記外側表面の内部に少なくとも一つの流体流れ用の開
口と、を有する誘電体インサート。 - 【請求項１３】 前記インサートが、セラミック組成
物、エンジニアリング熱可塑性樹脂、エンジニアリング
熱硬化性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱可塑性樹
脂、充填材入りエンジニアリング熱硬化性樹脂、及びこ
れらの組み合わせから成るグループより選択された材料
を含む、請求項１２に記載の誘電体インサート。 - 【請求項１４】 最大外側寸法が０．４００インチ（約
１０ｍｍ）である、請求項１２に記載の誘電体インサー
ト。 - 【請求項１５】 請求項１に記載の構造を形成する方法
であって、（ａ）誘電体インサートを中に配置すること
ができる穴又はキャビティを包含する熱伝達流体流路を
備える導体層を提供するステップと、（ｂ）前記誘電体
インサートが、前記導体層と協働して熱伝達流体流路を
提供するよう、前記導体層内の前記キャビティ内に少な
くとも一つの誘電体インサートを配置するステップと、
（ｃ）少なくとも一部の前記導体層の表面の上に、誘電
体層を形成するステップと、を有する方法。 - 【請求項１６】 前記誘電体層も、前記誘電体インサー
トの少なくとも一部の上に形成される、請求項１５に記
載の方法。 - 【請求項１７】 （ｄ）前記誘電体層の表面を加工し
て、前記誘電体層の所望の厚さを提供する追加のステッ
プを含む、請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記誘電体層表面の前記加工により、
前記導体層内の前記熱伝達流体流路に接続する開口を露
出する、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 （ｅ）前記誘電体層を貫通する開口を
生成して、下にある熱伝達流体流路に接続する追加のス
テップを含む、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記導体層が、前記静電チャックの本
体内又はペデスタル内に配置された、請求項１５に記載
の方法。 - 【請求項２１】 前記導体層が、前記静電チャックの前
記ペデスタル内に配置されたインサートを備える、請求
項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 前記導体層が金属製である、請求項２
１に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記誘電体インサートが、セラミック
組成物、エンジニアリング熱可塑性樹脂、エンジニアリ
ング熱硬化性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱可塑
性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱硬化性樹脂、及
びこれらの組み合わせから成るグループより選択された
材料を含む、請求項１５に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記誘電体層が、セラミック組成物、
エンジニアリング熱可塑性樹脂、エンジニアリング熱硬
化性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱可塑性樹脂、
充填材入りエンジニアリング熱硬化性樹脂、及びこれら
の組み合わせから成るグループより選択された材料を含
む、請求項１５に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記誘電体層の表面の平面度が少なく
とも１．０ｍｉｌ（０．０２５ｍｍ）又はそれより小さ
い公差範囲内である、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項２６】 静電チャックの上面への熱伝達流体の
流れを促進する構成であって、（ａ）少なくとも一つの
熱伝達流体流通路を有する導体層と、（ｂ）前記熱伝達
流体流路内に配設され、前記流路と協働して、前記流路
内へプラズマの侵入を減らすように誘電体インサートと
前記流路との間の間隙を調節する少なくとも一つの前記
誘電体インサートと、前記導体層の少なくとも一部の上
に積層し、前記積層する導体層からの前記熱伝達流体流
路に接続された少なくとも一つの開口を備える積層誘電
体層と、を備える構造。 - 【請求項２７】 前記導体層が、前記静電チャックの本
体内又はペデスタル内に配置された、請求項２６に記載
の構造。 - 【請求項２８】 前記導体層が、前記静電チャックの前
記ペデスタル内に配置されたインサートを備える、請求
項２７に記載の構造。 - 【請求項２９】 前記導体層が金属製である、請求項２
６に記載の構造。 - 【請求項３０】 前記インサートが金属製である、請求
項２８に記載の構造。 - 【請求項３１】 前記誘電体インサートがセラミックで
ある、請求項２６に記載の構造。 - 【請求項３２】 前記セラミックが、アルミナと、アル
ミナ・チタニア混合物とから成るグループより選択され
た材料を含む、請求項３１に記載の構造。 - 【請求項３３】 前記誘電体インサートが、エンジニア
リング熱可塑性樹脂、エンジニアリング熱硬化性樹脂、
充填材入りエンジニアリング熱可塑性樹脂、充填材入り
エンジニアリング熱硬化性樹脂、及びこれらの組み合わ
せから成るグループより選択された材料を含む、請求項
２６に記載の構造。 - 【請求項３４】 導体層の前記一部の上に積層する前記
誘電体層が、セラミック組成物、エンジニアリング熱可
塑性樹脂、エンジニアリング熱硬化性樹脂、充填材入り
エンジニアリング熱可塑性樹脂、充填材入りエンジニア
リング熱硬化性樹脂、及びこれらの組み合わせから成る
グループより選択された材料を含む、請求項２６に記載
の構造。 - 【請求項３５】 前記誘電体層は火炎溶射されたアルミ
ナである、請求項３４に記載の構造。 - 【請求項３６】 前記積層誘電体層内の前記開口の直径
が少なくとも０．０６０インチ（１．５２ｍｍ）であ
る、請求項２６に記載の構造。 - 【請求項３７】 前記開口の最大直径は約０．１００イ
ンチ（２．５ｍｍ）であり、前記誘電体インサート最大
外径は前記開口の直径より、約 ０．００１インチ
（０．０２５ｍｍ）を上回ることない大きさだけ、小さ
い、請求項３６に記載の誘電体インサート。 - 【請求項３８】 請求項２６に記載の構造を形成する方
法であって：（ａ）誘電体インサートを中に配置するこ
とができる穴又はキャビティを包含する熱伝達流体流路
を備える導体層を提供するステップと、（ｂ）前記穴又
はキャビティ内へ、間隙を保持するマスキングピンを挿
入するステップと、（ｃ）前記間隙を保持するマスキン
グピンを含め、前記導体層の少なくとも一部の表面の上
に、誘電体層を形成させるステップと、（ｄ）前記間隙
を保持するマスキングピンを外すステップと、（ｅ）前
記誘電体インサートが、前記導体層と協働して熱伝達流
体流路を提供するよう、前記導体層内の前記キャビティ
内に少なくとも一つの誘電体インサートを配設するステ
ップと、を有する方法。 - 【請求項３９】 請求項２６に記載の構造を形成する方
法であって、（ａ）誘電体インサートを中に配置するこ
とができる穴又はキャビティを包含する熱伝達流体流路
を備える導体層を提供するステップと、（ｂ）前記穴又
はキャビティ内へ間隙を保持するマスキングピンを挿入
するステップと、（ｃ）前記間隙を保持するマスキング
ピンを含め、前記導体層の少なくとも一部の表面の上
に、誘電体層を形成するステップと、（ｄ）前記間隙を
保持するマスキングピンを外ステップと、（ｅ）前記熱
伝達流体流路の限定された部分の範囲内に、ボンド材料
を塗付するステップと、（ｆ）前記誘電体インサート
が、前記導体層と協働して熱伝達流体流路を提供するよ
う、前記熱伝達流体流路内で前記誘電体インサートを接
合するようにして、前記導体層内の前記キャビティ内に
少なくとも一つの誘電体インサートを配設するステップ
と、を有する方法。 - 【請求項４０】 （ｄ）前記誘電体層の表面を加工し
て、前記誘電体層の所望の厚さを提供する追加のステッ
プを含む、請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４１】 （ｅ）前記誘電体層を貫通する開口を
生成して、下にある熱伝達流体流路に接続させる追加の
ステップを含む、請求項４０に記載の方法。 - 【請求項４２】 （ｄ−２）前記誘電体層の表面を処理
して、前記誘電体層の所望の厚さを提供する追加のステ
ップ（ｄ−２）を、前記ステップ（ｄ）と前記ステップ
（ｅ）との間に含む、請求項３９に記載の方法。 - 【請求項４３】 前記導体層が、前記静電チャックの本
体内又はペデスタル内に配置された、請求項３８に記載
の方法。 - 【請求項４４】 前記導体層が、前記静電チャックの前
記ペデスタル内に配置されたインサートを備える、請求
項３８に記載の方法。 - 【請求項４５】 前記導体層が金属製である、請求項４
４に記載の方法。 - 【請求項４６】 前記誘電体インサートが、セラミック
組成物、エンジニアリング熱可塑性樹脂、エンジニアリ
ング熱硬化性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱可塑
性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱硬化性樹脂、及
びこれらの組み合わせから成るグループより選択された
材料を含む、請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４７】 前記誘電体層が、セラミック組成物、
エンジニアリング熱可塑性樹脂、エンジニアリング熱硬
化性樹脂、充填材入りエンジニアリング熱可塑性樹脂、
充填材入りエンジニアリング熱硬化性樹脂、及びこれら
の組み合わせから成るグループより選択された材料を含
む、請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４８】 前記誘電体層の表面の平面度が少なく
とも１．０ｍｉｌ（０．０２５ｍｍ）又はそれより小さ
い公差範囲である、請求項３９に記載の方法。 - 【請求項４９】 （ａ）半導体基板保持面を有し、該半
導体基板保持面内に形成された水平チャネルを有する導
体ペデスタルを備え、（ｂ）前記チャネル内に封止さ
れ、ガス分配チャネルの低い方の側と前記水平チャネル
との間に前記ガス分配チャネルを形成する導体インサー
トを備え、複数の垂直孔が、前記導体インサートをその
上側から貫通して前記水平チャネルに接続しており、更
に、（ｃ）前記垂直孔の少なくとも上部分に嵌合され、
垂直に貫通する各ガス流チャネルを有する複数の誘電体
インサートを備え、（ｄ）少なくとも前記導体インサー
トの上に積層し、前記誘電体インサート内の前記ガス流
チャネル頂部を露出させる誘電体層を備えている、静電
チャック。 - 【請求項５０】 前記誘電体インサートが誘電体ピンで
あり、前記誘電体ピンは、前記誘電体ピンが前記流体流
路の少なくとも一つの境界に隣接しつつも接触しないよ
うに、前記導体層の前記流体流路内に配置され、よって
流体は、前記誘電体ピンと、前記流体流路の境界との間
を流れて前記静電チャックの前記上面に至るようになっ
ている、請求項４９に記載の静電チャック。 - 【請求項５１】 （ａ）埋設したガス流チャネルを有す
る導体ペデスタルを備え、（ｂ）前記ペデスタル上面を
貫通し、前記埋設ガス流チャネルに接続する少なくとも
一つの開口を備え、（ｃ）前記ペデスタル上面を貫通す
る前記少なくとも一つの開口内へ挿入される少なくとも
一つの誘電体ピンを備え、前記誘電体ピンが、当該ピン
と、当該ピンが挿入される前記開口との間の間隙をガス
が流れるのを許容する大きさであり、（ｄ）前記導体ペ
デスタルの上に積層し、前記誘電体ピンの上面と、前記
ピント前記ペデスタル開口との間の間隙とを露出させる
誘電体層を備え、前記埋設ガス流チャネルから、前記ペ
デスタルに積層する前記誘電体層の上面までガスを流す
ことができるようになっている、静電チャック。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/639596 | 1996-04-26 | ||
| US08/639,596 US5720818A (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Conduits for flow of heat transfer fluid to the surface of an electrostatic chuck |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050813A true JPH1050813A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3983338B2 JP3983338B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=24564779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11136797A Expired - Lifetime JP3983338B2 (ja) | 1996-04-26 | 1997-04-28 | 静電チャック面への熱伝達流体の流れのための導管 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5720818A (ja) |
| JP (1) | JP3983338B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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