JPH11512692A

JPH11512692A - 真空処理装置における誘電性加工物の静電クランプ方法および装置

Info

Publication number: JPH11512692A
Application number: JP9513742A
Authority: JP
Inventors: シャッフルボサム・ポール・ケビン; バーンズ・マイケル・エス
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1999-11-02
Also published as: IL123843A0; CN1182575C; AU7379796A; IL123843A; WO1997012396A1; US5847918A; EP0852808A1; CN1202275A; CA2233612A1; KR19990063844A

Abstract

(57)【要約】プラズマに曝露された加工物の表面にプラズマを印加し同時に比較的高い電圧を保持器上の電極に印加することによって真空プラズマ処理チャンバ(10)内の保持器(30)に誘電性加工物(32)がクランプされる。この電極はプラズマに曝露されていない加工物の部分に近接して存在し、それによって、(A)この電極がプラズマとは実質的に異なる電圧に維持され、(B)静電荷が曝露された表面にプラズマによって印加され、(C)導電性経路がプラズマを介して静電荷から電極に印加される電圧とは実質的に異なる電位にある端子に達している。単一の電極に印加される直流電圧と保持器に基板をクランプするために曝露面にプラズマによって印加された電荷との電位差によって、十分な静電クランプ力が加工物の厚さ全体にわたって印加される。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称真空処理装置における誘電性加工物の静電クランプ方法および装置関連出願本出願は、「真空処理装置における誘電性加工物の静電クランプ方法および装置」の名称でポール・ケビン・シャッフルボサムとマイケル・エス・バーンズによって1995年９月29日に出願された同時係属出願第536,923号の一部継続出願である。発明の分野本発明は、一般的には真空処理装置に誘電性加工物をクランプさせる方法および装置に関し、より詳細には処理装置においてイオンから電気的に絶縁された電極へ電圧を印加することにより誘電性加工物を静電的にクランプする方法および装置に関する。背景技術真空プラズマ処理装置は、エッチングされたおよび／または材料が堆積された曝露面を有する加工物の搬送用の加工物保持器、すなわちチャックが収容された真空チャンバを含むものである。エッチングおよび堆積は、適切なガスのチャンバへの導入およびそのガスへの高周波電界印可の結果として、とりわけチャンバ内のイオンにより提供される。加工物温度は、ヘリウムなどの不活性ガスを加工物の背面に当てることで制御することができる。典型的にはこの加工物は導電材料（すなわち、金属）、半導体または誘電体から作られる比較的薄い基板である。加工物の背面から押すガスの圧力に対向して決まった場所に加工物を保つためには、加工物をチャックにクランプしなければならない。誘電体基板加工物の真空プラズマ処理は、数フィートレベルの比較的大きい寸法のパネルを有するフラットパネルディスプレイの導入に非常に重要であると想定される。従来、誘電体パネル加工物は金属またはセラミックのクランプ・リングを使って、その端部に近接して加工物の最表面上に押しつけて端部周りの部位に機械的に保持されていた。この従来技術での配置は多数の欠点を有する。すなわち、(1)パネル最表面へのクランプ・リングの押しつけは、パネルから除去されるべき発生した微粒子によるパネルへの破損を起こし易く、チャンバ環境中への汚染と同様に、パネルの割れや欠けのため結果として破損を与える可能性があり、(2)パネル端部の１部がクランプにより覆われ、イオンがクランプと接触している表面に適用されないので、有効なパネル表面積を減らし、(3)パネルが、単にその端部周りに保持されているだけなので、ガスがパネルの背面に供給されると、パネルは真空チャンバ内へ押し上げられ、パネルは曲がって中心が上方へ変形し、基板保持器への不均一な熱転送を起こしてプロセスの性能と制御に影響を与え、(4)端部をクランプすることでは曲げられたパネルを平らにできない。そのため、真空プラズマ処理装置で本来の部位に誘電体基板を保持するために静電チャックを使うことは好ましい。しかしながら、我々が知っているところでは、現在のところ何らかの機械的クランプを使わないで真空プラズマ処理装置の保持器に誘電体基板をクランプできる装置あるいは方法は見当たらない。静電チャックが真空処理チャンバ内の決まった部位での半導体および導体の基板加工物を保持するために従来技術でも成功裏に使われいる。この目的のための静電チャックを用いたデザインの広範囲な典型として、Tojoらの米国特許第4,48 0,284号、Suzukiの米国特許第4,692,836号、Lewinらの米国特許第4,502,094号、 Wickerらの米国特許第4,724,510号、Abeの米国特許第4,384,918号、Brigliaの米国特許第4,184,188号に見いだされる。これらすべての従来技術の静電チャックはクランプされた基板での荷電分離の原則に基づいている。このような荷電分離は、導電体加工物、例えば金属や半導体材料から作られているものにおいて提供することができるが、誘電体材料から成る基板加工物では達成することができない。真空プラズマ処理装置で静電的に保持器に誘電体をクランプすることに対しての従来技術の方法および装置の欠如にもかかわらず、このような静電チャックを提供することは大いに好ましいと思われる。もし真空処理装置での加工物保持器にフラットな誘電体パネル基板加工物の保持機構として静電チャックが開発できたなら、好ましくは次の基準を満たすものであろう；(1)高均一保持力；(2)静電チャックおよびパネルを通しての高い熱伝導性；(3)実質的な耐機械的摩滅性；(4)室温から約400℃の比較的高い温度までの範囲での効率的なクランプ能力；(5)真空適合性、多くの合成樹脂について適正ではない特質；(6)高化学活性の腐食的なプラズマ環境との適合性。従って本発明の目的は、真空チャンバ内の保持器へ誘電性加工物をクランプする新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明の別の目的は、機械的なクランプを使用することなく真空処理チャンバの決まった部位に誘電体基板を保持する改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、保持装置によって加工物から除去される微粒子の可能性を最小にするように真空プラズマ処理チャンバで誘電性加工物を保持する新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、保持またはクランプの具合により加工物の破損の可能性を最小にする方法での真空処理チャンバ内に誘電体基板を保持する新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的によると、保持の具合により、真空処理チャンバ内の部位にある加工物の割れおよび／または欠けを最小にするような新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、フラットパネルディスプレイに使用されるタイプのガラス誘電体基板を、ガスによる圧力が基板背面に作用しても基板温度を制御することにより基板の変形を最小にするように真空処理チャンバの決まった部位で保持する新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、大面積フラットパネルディスプレイで使用されるような誘電体基板の保持について、真空処理チャンバ内で以前に曲げられた基板の曲がりを、まったく曝露されていない基板背面を十分に引っ張ることにより、減らす保持装置の新規および改良された方法および装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的によると、真空チャンバーで加工物に新規および改良された静電チャックを提供することにある。本発明のさらに別の目的は、特に誘電体基板に適合した改良された静電チャックを含めた新規および改良された真空チャンバを提供することにある。発明の説明本発明の１つの態様によると、誘電性加工物が、プラズマに曝露することでプラズマを加工物表面に処理することと同時に比較的高い電圧を保持器上の電極配置に印加することにより真空プラズマ処理チャンバ内の保持器にクランプするものである。電極は物理的に配置され、プラズマに曝露されない加工物の一部分に近接しており、それ故、(1)電極はプラズマとは本質的に異なった電圧であり、( 2)静電荷電が、プラズマによって曝露した表面に印加され、(3)導電経路が、静電荷電から電極に印加された電圧と本質的に異なった電位において端子までプラズマを経て提供されるものである。それにより静電気力が保持器に加工物をクランプするために加工物と保持器の間に展開される。好ましい実施態様によると、単極電極の配置および電圧は直流であることである。保持器の上に基板を保持するための充分な静電クランプ力は、電極に印加された直流電圧とプラズマによって曝露面へ印加された電荷の直流電圧間の電圧の相違によって加工物の厚みを通して適用される。本発明の別の態様によると、誘電性加工物の表面に対して参照電位と本質的に等しい電位を有するガス状イオンを適用する真空プラズマ処理装置チャンバおよびチャンバ内でチャンバの本来の場所に加工物を保持する静電クランプの組み合わせにある。静電クランプは参照電位と本質的に異なった電位に維持された電極を有している。電極が維持する電位とは、電極が、プラズマを誘電性加工物の表面に印加してプラズマにより電荷が印加され表面から端子までプラズマ経由の参照電位での導電経路部を形成する間、加工物表面と関連して置かれることによるものである。それ故、誘電性加工物表面上の電荷は、参照電位とほぼ等しい電位であり、充分な電圧が電極と表面電荷の間で得られる。充分な電圧は、クランプ上の本来の場所に加工物を保持するために電極と基板の間の静電クランプ力を確立するものである。クランプおよび加工物の温度を制御するためにクランプへ液体が供給される。本発明は特に充分に平らな曝露面を有するガラス基板から成る加工物に適用できるものである。好ましい実施態様によると、電極が、基板の背面に面して充分な平面を持ち、基板の曝露面と平行な平面に位置する金属板からなるものである。チャンバ内で電極がイオンとの電気的な接触を阻止するため、加工物（すなわち基板）に面する板の平面部以外の電極の周囲すべてを電気絶縁体が囲んでいる。１つの構成として、単極のような装置を例にとると、電極の平面は露出しており、基板の背面は隣接しているものである。２番目の配置例として、電極の平面は導電体（例えば材料が半導体または半金属である）を含めた保護コーティング材で覆われ、保護コーティングは基板の背面に隣接している面を有するものである。そのため、本発明は真空プラズマ処理装置チャンバ内で誘電体基板の静電チャックを提供し、そこでチャックは保持器の表面上に基板加工物を引っ張る引力として静電気力を使うものである。静電気力は、どの前面または側面の機械的接触の必要なしで、基板の背面全面にわたって、一般的に一様にはたらくものである。本発明の上記およびさらなる目的、特徴および利点は、特に付属する図画と関連してとられる時、以下の特定の実施態様の詳細な説明の考慮の上に明白となる。図画の簡単な説明図１は、本来の場所にガラス、誘電性加工物シートを保持するための静電チャックを含めた真空プラズマ処理装置の概略図であり；図２は、特にガラス、誘電体シートの組み合わせで図１の処理装置に使われるべく適合した単極の静電チャック実施態様の部分側面図であり；図３は、本来の場所に図２で示されているガラス、誘電性加工物シートなしの構造の立面図であり；および図４は、単極の電極上に、半導体または半金属の層を含めて図２に示されてい構造の改良した側面図である。好ましい実施態様の説明図１の図面を参照して、誘電体基板のエッチングまたは誘電体基板上にフィルムを堆積することに使用できるプラズマ処理装置が真空チャンバ10を含めて示されている。それは接地した金属壁および端面を有する円筒状で、しかし好ましくは電気的に接地した直並列な円筒で、矩形の金属、好ましくは陽極処理済みアルミで形成して外面をシールし、側壁12を形成することができるような装置である。真空チャンバ10は同じく矩形の金属、好ましくは陽極処理済みアルミで、底端板16および矩形の上端板構造18を含み、誘電体窓構造19を含んでいる。チャンバ 10のこれらの外面のシールは従来のガスケット（図示せず）によって供給される。プラズマに励起し得る適当なガスが側壁12のポート20を経てガス源（図示せず）からチャンバ10の内部まで供給される。チャンバ10の内部は、典型的には0.5- 100ミリTorrの範囲の圧力に側壁12のポート22に接続された真空ポンプ（図示せず）により真空条件に維持される。真空チャンバ10内のガスは、窓19のすぐ上に取り付けたプレナーコイル24のような適切な電源によってプラズマ条件に励起して、電源26の周波数と共鳴する整合ネットワーク28を経て高周波電源26により励起される。しかしながらプラズマ発生のどんな適当な方法でも使用できることは理解されるべきである。静電チャック30が、絶縁板29によりチャックから電気的に遮断された接地した金属ベース27を含む支持構造上にチャンバ10内にしっかりと取り付けられている。ベース27は底端板16に固定されている。チャック30が、非プラスチックの誘電体、典型的にはフラットパネルディスプレイ用の平面ガラス基板、例えばCornin g Glass Works社,Precision Flat Glass Business,Corning,New Yorkから入手可能であるゼロアルカリに近いbarlaborosiciliciteガラス7059またはゼロアルカリ組成に近いboroaluminosilicateガラスから成る加工物32を選択的に保持するよう特別に設計された。これらのガラス板は1.1mmの公称厚さ、±0.1mm の厚さ公差を持ち、0.02ミクロンのピークツーピークの粗さを持っていて非常に滑らかである。生産されたガラス基板は、わずかに湾曲しているかあるいは波立っていても良い。前述したガラス板は、アニール後は0.00075mm/mmの最大高さ／長さの湾曲比で、0.002-0.003mm/mmの最大高さ／波打ち比と室温における誘電定数として5.84の値を有する。種々の処理工程の後、特に堆積を経た後ではこれらのパラメータはもっと悪化し、結果としてチャンバ10でのプラズマ処理の間に基板シート32を平らにすることがより必要とされる。１つの実施態様として、適切な供給源（図示せず）より導管34を経てヘリウムガスを加工物の背面へ供給することにより加工物32の温度は、25℃-400℃の間に制御される。すなわち、処理チャンバ10でイオンに曝露されなかったガラス基板の表面へ冷却液、例えば、水とエチレングリコールの混合物を、適当な供給源（図示せず）から導管37を経てチャック30まで、供給することによって制御されている。加工物32の背面に当てるヘリウムガスの圧力は、典型的に、5-15 Torrの範囲であり、導管34を通して流れるヘリウムの流量は5-70 sccmの範囲である。ヘリウムは、ガス源から流量コントローラおよび圧力変換器を通してステムおよびＴ字型連結の１つの腕を経て導管34へ流れ、他の腕は制御された開口部を有するオリフィスを通してポンプに接続されている。チャック30は、加工物32の背面が、溝を形成したチャック面の部分を除いて、チャックの平面に隣接するように組み立てられる。チャック30は、加工物の曝露面が平らで、充分にチャックが平らな表面に対し平行な平面になるよう加工物に力を加える。この結果は、加工物32に湾曲または波打ちがあったとしても、チャックに取り付けた時、加工物に導管34を通して流れ出ているヘリウムガスが加工物をチャック30の平らな平表面から離れチャンバ10の上方へ曲げる傾向にもかかわらず、成し遂げられる。チャック30が同様に、ヘリウムガスが、加工物の背面がチャック30の平らな平表面の溝なし部分に隣接するとしても、加工物32の背面の充分な部分と接触できるよう、組み立てられる。チャック30が同様に、高熱伝導路が、導管37を通して流れる冷却液体から基板32にチャックを通して供給されるよう、組み立てられる。図２と図３で示したように、静電チャック30は、金属板36のように形成された電極を１つだけ有する単極装置であり、ローパス高周波遮断フィルタ（図示せず）を含む直流電源38の高電圧端子40に接続している。端子40における電圧は、典型的には数千ボルト例えば5000ボルトで、接地端子42における電源38の電圧に関係し、ハウジング10の金属壁と接続される。端子42、チャンバ10およびチャンバ内のプラズマはすべてほぼ同じＤＣ接地（すなわち、基準）電位にある。電圧電源38が、端子40が接地端子42の電圧と比較して正または負のいずれの電圧でも対応できるよう組み立てられる。典型的に、端子40においての電圧は、加工物32の曝露面に比較的低い移動性陽イオンを引き付けるため端子42に対して負であり、これは、電源38に対する有害効果の可能性を減らすので有利である。それ故、電源38は固定電源であると考えられる。また高周波変調電圧がイオンエネルギー制御および基板背面のヘリウム冷却のためにチャック30に供給される。この高周波電源60の終端に、整合ネットワーク 62および直列の直流ブロックコンデンサ64を経てチャック30の板32に接続する。板36は、好ましくはアルミニウム製で、アウトガスを発生しない材料から作られた（通常はプラスチックでなく好ましくはセラミックスの）誘電絶縁体44によって囲まれる。絶縁体44はチャンバ10内で、電極板36が電気的にイオンと接触することを妨げ、チャンバ内の電極とイオンの間の充分なＤＣ電位差を生ずる。この絶縁体44の終端に、凹部46を有する板として形づくられる。金属板36は、板の周辺端部が絶縁体44のフランジ48の内部壁47に隣接するように凹部46に置かれ、加工物基板32は基板が上面を完全に覆うよう板52と相関して寸法を定められる。導管34を通してヘリウムガスが流れるのを可能にするために、ガラス加工物32 の背面の充分な部分と接触し、間隔を置かれて板36の上面平面を滑らかにし、溝 54(図3)と相互連結して、これらのすべてはそれぞれ液流と関係しており、導管3 4はチャックが導管と溝が接続されている中央部穴55を含むため効果的にチャック30を通して拡張される。加工物32がチャック30の上に決まった場所でクランプされる時、加工物の曝露された平らな上面は上面53に平行な平面で広がる。通路65を含む絶縁体44は、導管37との流動関係で冷却液が通路を通して流れるようにする。熱は、絶縁体44および金属板36が高熱伝導性を持っていて通路と加工物32の間の距離が短いため、加工物基板32から通路65中の冷却液まで容易に伝導する。動作においては、直流電源がその付勢電源（図示せず）から断続されているために、電極36の接続されている直流電源38の電圧がゼロであるときは、上記のようにガラス製の誘電性基板加工物32は電極板36上に置かれる。加工物32が、電極全体が誘電性本体44または加工物32によって完全に囲まれるように電極板36上に置かれると、電源38はその付勢電源に接続される。電荷層58は、チャンバ10の接地電圧に近い基準電位にあるが、徐々に曝露され、このように表面が曝露されるためにガラス製加工物32の頂部表面がチャンバ10内の基準電位にあるイオンと接触する。電源38がその付勢電源に接続されると、変位電流が端子40および電極板 36から加工物32の曝露された頂部層上の電荷層58に、すなわちチャンバ10内のプラズマを通って流れ、チャンバの壁と電源38の接地端子42に達する。この変位電流によって、基板加工物32の厚さ全体にわたって電荷が行き渡る。電源38の電圧は、加工物基板32の厚さ全体にわたる電荷が加工物を横断する引力を発生させて、基板を板36の上部面53に基板をクランプするに十分なほどに高い値である。加工物32に印加されるクランプ圧力Ｐは次の通りである。ここで、Ｆは、引力Ａは、板36の上部面53に接する基板32の面積、 ∈rは、加工物32の誘電率、 ∈oは、自由空間の誘電率、Ｖは、電源38の電圧、ｄは基板加工物32の厚さである。ガラス製誘電体加工物32をクランプする電源38の値は通常は、5000ボルト台であるが、半導体や金属加工物をモノポーラの静電クランプにクランプするに必要な電圧よりかなり高い値である。この理由は、電極板36からのクランプ圧力を加工物32の厚さにわたって加工物の曝露された面の電荷層にまで伝えるには高い電圧が必要とされるからである。通常は、加工物32に印加される圧力は、導管34を流れるヘリウムによって加工物の背面に印加される圧力の約２倍である。図２に示す電極には、基板板36の背面に接している露出された上部金属面が含まれる。電極は、非常に薄い誘電体（例えば0.1mmの厚さ）である保護コーティング59（図4）、または半金属、例えばTiO₂をドープしたAl₂O₃製の電気的導体または半導体を含む材料を含むように変性して、電極の機械的摩耗特性を高めたり、電気的耐圧や板36がプラズマに対して曝露されていることによる漏れ電流を減少されることができる。このようなコーティング59が半金属や半導体の場合、電源38の電圧を変更する必要はないが、このコーティングが薄い誘電性のシートである場合は、電源38の電圧は、コーティングの厚さ、材料の誘電体定数、および必要なクランプ圧力を与えるための耐圧の関数として減少する。導体を含む材料に対する電圧を変更する必要はないが、その理由は、電荷が結局は、加工物基板 32の背面に接している材料の頂部表面に移動するからである。移動時間が増大しても人間には観察できないが、適切な措置を講じれば認識可能である。この移動時間は導体中の抵抗のRC時間定数および誘電性加工物32の容量によって異なる。本発明は、例えば上記と同じタイプのガラス製の非プラスチック製の誘電性基板上に堆積された電界効果素子の処理に用いてもよい。このような場合、誘電性基板32全体に印加される高電圧は、電界効果素子のゲート誘電体にはなんら実質的な悪い影響を与えない。静電クランプ（ESC）電圧は、板36と基板32の間の小さな真空ギャップと基板とさらに、基板表面上に形成された素子の誘電性層の間に容量を基準として分割される。直流電源38の実質的にすべての電圧が基板全体にわたって印加され、そのごく少量が電界効果素子の誘電性層に伝えられるが、その理由は電界効果素子の誘電性層よりも基板の厚さがはるかに大きいからである。誘電定数が約6.5で端子40での電源電圧が-5kVである300nm 厚さの窒化物ゲートおよび厚さ1.1mmの基板32を有する電界効果素子の場合、ゲートに印加される電圧は1.2Vであり、これは非常に小さい値であって電界効果素子を破損することはない。高密度プラズマ・エッチングにおいては、基板32に対するイオン衝撃に起因するチャンバ12内の熱流はかなりのものとなり、実際上の温度制御が必要となる。ヘリウムによる背面冷却がないと、基板32の温度は安定しない。電源60がチャック30に印加するバイアス電力がより高くおよび／または基板32の処理時間がより長い場合は、基板温度は結局は150℃を越えて、基板32の抵抗が突然変化することになる。冷却されると、基板温度は、電源60から板32に供給されるバイアス電力に異なるが10秒から60秒で定常状態に達する。導管34に接続された供給源からの背面ヘリウムなしでチャック30によって基板32をクランプすることは、基板を冷却させるには効果的ではない。モノポーラESCは、背面ヘリウム冷却と併用すれば、大型のガラス製パネルの温度制御には効果がある。チャック30内の基板32からの熱伝導性は、導管34を介して基板背面に印加されるヘリウム圧力によって異なる。冷却されたチャック30に基板32をクランプすることによって、さらに、導管34によって与えられた背面ヘリウム冷却を用いることによって、基板からチャックに対して熱が良好に伝達される。基板32に対するこの能動的な温度制御によって、チャンバ12の高密度プラズマ環境内で必要とされるように、抵抗の突然変化と基板32の制御不能処理変動が防がれる。このモノポーラ静電クランプは、プラズマ環境内での大面積（例えば600x650m m）の誘電性基板などの場合には特に長所となる。このモノポーラ・クランプは頑丈で製造が容易であり、比較的に費用も安い。本発明によるESCを用いて、-5k Vの電圧を有する電源38の端子40によって15Torrの背面ヘリウム圧力に対して最大600x650mmのガラス製基板をクランプすることができる。大面積のガラス製基板を能動的に制御することは、制御不能プロセスや抵抗の突然変化を防ぐためには、高密度プラズマ・エッチングにおいて重要であることが分かった。さらに、モノポーラ・チャック30は、背面ヘリウム冷却と併用すると、32 0x340mmのガラス製基板の温度を効果的そして均一に制御して、このような基板の高密度プラズマ・エッチングを均一なものとすることが分かった。本発明の特定の実施態様に付いて説明、図示してきたが、具体的に図示、説明された実施態様の詳細にわたる変更が、添付クレームに記載される本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく可能であることが明瞭であろう。例えば、本発明による静電モノポーラ・チャックにとって、単一電極を有する必要はない。この電極は、直流電源の１つの電極にすべて接続された間隔をおいて置かれた複数の部品のパターンが任意な複雑なものとなってもよい。例えば、間隔をおいて置かれた２つの電極を有する交差配置電極パターンを電極38の代わりに使用してもよい。これらの交差配置された電極を２つ共、単一の直流電源の例えば-4000Vの同一電圧に接続される。このような構成は単一モノポーラ静電チャックであるが、複雑な電極パターンを持ち、クランプするために誘電性加工物上のプラズマ誘導の電荷を用いている。こうすることによって、既存の交差配置された静電チャックを、本発明を用いる誘電性加工物用のモノポーラ・チャックに変換できる。また、本発明を、別の直流電圧に接続された複雑な電極配置にまで適用して、個々のチャックが別々の電極を有する誘電性加工物用の分離局部モノポーラ静電チャックを提供してもよい。このような例では、局部静電チャックがプラズマ誘導電荷に依存して、誘電性加工物をクランプする。この場合の電圧は極性が同一でも異なっていてもよい。電極電圧が負の場合、プラズマ中の陽イオンは負電圧を有する電極の上の誘電性表面上に蓄積されてクランプ力となる。電極電圧が正であれば、プラズマ中の電子および／または陰イオンが正電圧を有する電極の上の誘電性表面上に蓄積されてクランプ力となる。加工物は誘電性であるので、クランプ・メカニズムは、半導体や金属加工物用の先行技術によるバイポーラ・チャックとはまったく異なる。誘電性加工物の場合、電荷はプラズマから誘電性表面上に蓄積されてクランプ力となる。対照的に、先行技術のバイポーラ・チャックの互いに逆の極性を有する電極の間に伸張する電界線が半導体と金属か鉱物の充電されたキャリアによって結合されて、これら加工物のためのクランプ力を提供する。電極を異なった２つの電圧で使用することによって、異なったクランプ力を誘電性加工物の異なった領域に印加することが可能となる。別々の電極に印加される直流電圧の値を適切に制御して、別々の可変の制御された力を誘電性加工物の別々の空間領域に印加することができる。ある適当な電極構造には、平坦リング電極と同軸でこれに囲まれさらにこれから離れて置かれている中心にある円形ディスク電極が含まれるが、ここでリング電極は中心電極よりも高い直流電圧に設定されている。例えば、中心ディスク電極は-2500から+2800Vであり、リング電極の上にありこれに隣接する誘電性加工物の端部は-5000Vである。この場合、リング電極の上にありこれと隣接する誘電性加工物の端部は、中心電極の上にありこれと隣接する加工物の中心より強くクランプされる。正電圧をリング電極に印加するのは得策ではないが、その理由は、このような電極の場合はその外部周辺の回りにかなりの量の絶縁体を与えて、静電圧電極からプラズマへの接触やアークを防がなければならないからである。このリングを負の直流電圧に保持すると、このような絶縁の必要性は実質的になくなる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１０月３日【補正内容】 24．プラズマに曝露された加工物の表面にプラズマを印加し、それと同時に、比較的高い電圧を保持器の電極に印加する工程であり、電極が、プラズマの電圧とは実質的に異なる高い電圧に維持されるように物理的に配置され、プラズマに曝露されていない加工物の表面に近接して置かれ、それによって、(1)電極がプラズマ電圧とは実質的に異なった電圧に維持され、(2)静電荷が曝露された加工物表面にプラズマによって印加され、(3)導電性経路がプラズマを介して曝露された加工物から電極に印加される電圧とは実質的に異なる電位にある端子まで達しており、静電荷と導電性経路が、誘電性基板と保持器の間に静電力を発生させるように存在する工程と有することを特徴とする、真空プラズマ処理チャンバ内の保持器に誘電性の加工物をクランプする方法。 25．前記電圧が直流であり、電極に印加される直流電圧と保持器に加工物を保持するために曝露面にプラズマによって印加される電荷との電位差によって十分な静電力が加工物の厚さ全体にわたって印加されることを特徴とする請求項24に記載の方法。 26．複数の前記電極が存在し、同一の直流電圧が前記複数の電極に印加されることを特徴とする請求項25に記載の方法。 27．複数の前記電極が存在し、異なった直流電圧が前記複数の電極に印加されることを特徴とする請求項25に記載の方法。 28．前記電圧が同一極性を有することを特徴とする請求項27に記載の方法。 29．前記電圧が異なった極性を有することを特徴とする請求項27に記載の方法。 30．前記複数の電極に印加される前記同一極性の異なった電圧の値を変更する工程をさらに有することを特徴とする請求項27に記載の方法。 31．保持器を介して流体を供給することによって加工物の温度を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項24に記載の方法。 32．前記流体が、イオンに曝露されていない加工物の部分に保持器を介して印加されるガスであり、前記ガスが加工物を保持器から分離させるように湾曲させる傾向を持ち、前記湾曲傾向が静電力によって克服されることを特徴とする請求項31に記載の方法。 33．前記流体が、保持器を冷却するために保持器内を流れ、保持器の冷却によった与えられる熱効果を保持器を介する熱伝導によって加工物に伝達する液体であることを特徴とする請求項31に記載の方法。 34．誘電性基板を含む加工物の曝露された表面に基準電位に実質的に等しい電位を有するガス状イオンを印加する真空プラズマ処理チャンバと；加工物をチャンバ内の本来の位置に保持するチャンバ内の静電クランプであり、前記静電クランプが電極と；基準電位とは実質的に異なった電位に電極を維持する手段であり、電極が前記電位に維持され、さらに、曝露された加工物表面にプラズマが印加されている間に加工物表面を基準として位置付けされ、そのため、曝露表面にプラズマによって印加される電荷が、プラズマを介して曝露表面から基準電位にある端子に至る導電経路の一部を形成し、これによって、前記表面上の電荷が基準電位に実質的に等しい電位に維持され、電極と前記表面上の電荷との間にかなりの電圧が発生し、前記かなりの電圧によって、加工物をクランプ上の本来の位置に保持するために電極と基板の間に静電クランプ力が発生される手段と；加工物の温度を制御するためにクランプを介して流体を供給する手段とを有する静電クランプと；の組み合わせ。 35．基板がガラス製板から成り、曝露された表面が実質的に平坦なガラス面であり、基板が静電クランプにクランプされる背面を持ち、電極が基板の背面に対面し、曝露表面に平行な平面上に位置する実質的に平坦な面を有する金属板を有し、チャンバ内のイオンに電極が電気的に接触しないようにするために、基板の背面に面している金属板の平坦面の部分を除く電極の表面を電気的絶縁物が囲んでいることを特徴とする請求項34に記載の組み合わせ。 36．電極面および前記電極面の反対側にある誘電性板の面が接するように前記電極面が露出していることを特徴とする請求項35に記載の組み合わせ。 37．電極面が保護コーティングによって覆われており、前記保護コーティングが、曝露表面の反対側にある加工物の面と接する面を有することを特徴とする請求項36に記載の組み合わせ。 38．前記保護コーティングが半導体であることを特徴とする請求項37に記載の組み合わせ。 39．前記保護コーティングが半金属であることを特徴とする請求項37に記載の組み合わせ。 40．前記保護コーティングが薄い誘電性層であることを特徴とする請求項37に記載の組み合わせ。 41．曝露表面の反対側にある基板の表面に接するように配置された面を電極が持ち、前記面が、クランプされた加工物の温度を制御するためのガスを加工物に印加するように配置されていることを特徴とする請求項35に記載の組み合わせ。 42．加工物を保持するためのチャンバ内のチャックであり、前記チャックが電極を含むチャックと；プラズマに曝露された加工物の表面にプラズマを印加する手段であり、比較的高い単一極性電圧の電源がチャックの電極に接続されており、電極が、プラズマの電圧とは実質的に異なる高電圧に維持されるように物理的に配置され、さらに、プラズマに曝露されていない基板部分に近接して置かれ、これによって、(1) 電極がプラズマとは実質的に異なる直流電圧に維持され、(2)曝露された加工物にプラズマによって直流静電荷が印加され、(3)プラズマを介して曝露された基板表面から電極に印加される電圧とは実質的に異なる電位にある端子に至る導電経路が存在し、静電荷および導電経路が、加工物とチャックの間に静電力が発生するように存在し、電極に印加される直流電圧と加工物をチャック上に保持するためにプラズマによって曝露面に印加される電荷との電位差によって静電力が基板の厚さ全体にわたって印加される手段と；を有することを特徴とする、誘電性基板を含む加工物を真空プラズマ処理チャンバ内にクランプする装置。 43．複数の前記電極が存在し、同一の直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項42に記載の装置。 44．複数の前記電極が存在し、同一極性の異なった直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項42に記載の装置。 45．複数の前記電極が存在し、異なった極性の異なった直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項42に記載の装置。 46．前記チャックがただ１つの電極を含むことを特徴とする請求項42に記載の装置。 47．前記誘電体の存在の仕方により、さらに前記電圧が直流であり、曝露表面上の電荷に対して十分高電圧であるため、電極と曝露表面上の電荷の間に変位電流が流れることを特徴とする請求項24に記載の方法。 48．前記誘電体の存在の仕方により、さらに前記電圧が直流であり、曝露表面上の電荷に対して十分高電圧であるため、電極と曝露表面上の電荷の間に変位電流が流れることを特徴とする請求項34に記載の組み合わせ。 49．前記誘電体の存在の仕方により、さらに前記電圧が直流であり、曝露表面上の電荷に対して十分高電圧であるため、電極と曝露表面上の電荷の間に変位電流が流れることを特徴とする請求項42に記載の装置。 50．前記電極に印加される電圧が直流であり、プラズマを基準にして負の極性だけを有することを特徴とする請求項24に記載の方法。 51．前記電極に印加される電圧が直流であり、プラズマを基準にして負の極性だけを有することを特徴とする請求項35に記載の組み合わせ。 52．前記電極に印加される電圧が直流であり、プラズマを基準にして負の極性だけを有することを特徴とする請求項42に記載の装置。 53．基板がガラス製であり；加工物が電極にクランプされている間に加工物を処理する工程であり、前記処理工程が、電界効果トランジスタ型素子を加工物上に形成する工程を含み、基板と電圧と形成された電界効果トランジスタ型素子が、電界効果トランジスタ型素子に印加される電圧が、電界効果トランジスタ型素子に損傷を与えないほど十分に低いように存在する工程をさらに有する；ことを特徴とする請求項24に記載の方法。 54．前記加工物処理工程が、抵抗材料を加工物に加えてフラット・パネル・ディスプレイを形成する工程と；曝露表面の反対側の加工物の面に冷却流体を供給することによって前記加工物を処理している間に加工物を冷却する工程であり、前記冷却が抵抗の突然変化を防ぐに十分である工程とを含むことを特徴とする請求項53に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者バーンズ・マイケル・エスアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94111、サンフランシスコ、ロムバードストリート 101 アパートメント 119− Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】１．プラズマに対して曝露された加工物の表面にプラズマを印加し、同時に比較的高い電圧を保持器の電極に印加する工程であり、前記電極は、プラズマの電圧とは実質的に異なる高電圧にあるように物理的に配置され、さらに、プラズマに対して曝露されていない加工物の部分に近接して置かれ、それによって、(1) 前記電極がプラズマの電圧とは実質的に異なった電圧を持ち、(2)静電電荷が曝露された加工物にプラズマによって与えられ、(3)電気的に導電性の経路が、プラズマによって加工物表面から、前記電極に印加された電圧とは実質的に異なる電位にある端子に通じており、前記静電電荷および前記電気的導電性経路が、前記加工物と前記保持器の間に静電力を発生させるようなものである工程を有することを特徴とする、真空プラズマ処理チャンバ内の保持器に誘電性の加工物をクランプする方法。２．前記電圧が直流であり、前記電極に印加される直流電圧と曝露された面に対してプラズマによって印加された電荷の間の電位差によって前記加工物の厚さ全体にわたって十分な静電力が印加され、それによって前記基板を前記保持器にクランプすることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．複数の前記電極が存在し、同じ直流電圧が前記複数の電極に対して印加されることを特徴とする請求項２に記載の方法。４．複数の前記電極が存在し、別々の直流電圧を前記複数の電極に対して印加することを特徴とする請求項２に記載の方法。５．前記電圧が同じ極性であることを特徴とする請求項４に記載の方法。６．前記電圧が異なった極性を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。７．前記複数の電極に印加される前記同一極性の直流電圧の値を変更する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。８．前記保持器によって流体を供給することによって加工物の温度を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。９．前記流体が、イオンに対して曝露されていない加工物の部分に保持器を介して与えられるガスであり、前記付与ガスが、加工物を前記保持器から分離するように湾曲させる傾向を持ち、前記湾曲傾向が静電力によって克服されることを特徴とする請求項８に記載の方法。 10．前記流体が、前記保持器を冷却するために前記保持器中を流れ、保持器の冷却によって与えられる熱効果を、前記保持器を介しての熱伝導によって加工物に伝達する液体であることを特徴とする請求項８に記載の方法。 11．基準電位に実質的に等しい電位を有するガス状イオンを誘電性加工物の曝露表面に印加する真空プラズマ処理チャンバと；前記チャンバ内の本来の位置に加工物を保持するチャンバ内の静電クランプであり、前記静電クランプが、電極と；前記電極を前記基準電位と実質的に異なった電位に維持する手段であり、前記電極が、誘電性加工物表面にプラズマが印加されている間に加工物表面を基準にして位置付けられるようにこの電位に維持され、これによって、プラズマによって曝露表面に印加された電荷が、曝露表面から前記基準電位にある端子までプラズマを介する導電性経路の一部を形成し、これによって前記表面上にある電荷が前記基準電位と実質的に等しい電位に維持され、かなりの電圧が、前記電極と前記表面上の電荷との間に発生し、前記かなりの電圧によって、加工物をクランプ上の本来位置に保持するために前記電極と基板の間に静電クランプ力が発生する手段と；加工物の温度を制御するために前記クランプを通って流体を供給する手段とを有する静電クランプと；の組み合わせ。 12．加工物がガラス製基板板から成っていて、これによって、曝露表面が実質的に平坦な面であり、前記基板が静電クランプにクランプされる背面を持ち、さらに、電極が、加工物の背面に対面し加工物の曝露表面に平行な面上に位置付けされている実質的に平坦な面を有する金属を有し、前記電極がチャンバ内のイオンに電気的に接触することを防ぐために、加工物の背面に対面している金属板の平坦面の部分をのぞき、前記電極の表面を絶縁物が囲っていることを特徴とする請求項11に記載の組み合わせ。 13．電極の面と曝露面の反対側の誘電性板の面が接するように前記電極面が露出していることを特徴とする請求項12に記載の組み合わせ。 14．電極の面が保護コーティングによって覆われており、前記保護コーティングが、曝露面の反対側の加工物の面に接する面を有することを特徴とする請求項 12に記載の組み合わせ。 15．前記保護コーティングが半導体であることを特徴とする請求項14に記載の組み合わせ。 16．前記保護コーティングが半金属であることを特徴とする請求項14に記載の組み合わせ。 17．前記保護コーティングが薄い誘電体の層であることを特徴とする請求項14 に記載の組み合わせ。 18．曝露表面の反対側の加工物の表面に接するように配置された面を前記電極が持ち、前記面が、クランプされた加工物の温度を制御するためのガスを加工物に印加するように配置されていることを特徴とする請求項12に記載の組み合わせ。 19．加工物を保持するためのチャンバ内にある静電チャックであり、前記チャックが、電極と；プラズマに曝露されている加工物の表面にプラズマを印加する手段であり、比較的に高い単一極性の電圧源がチャックの電極に接続されており、前記電極が、プラズマの電圧とは実質的に異なる高い電圧に維持されるように物理的に配置され、さらにプラズマに曝露されていない加工物の部分に近接して置かれ、そのために、(1)前記電極がプラズマの電圧とは実質的に異なる直流電圧に維持され、( 2)プラズマによって直流静電荷が加工物の曝露された表面に印加され、(3)導電経路がプラズマによって加工物表面から電極に印加される電圧とは実質的に異なる電位に維持されている端子に達しており、前記静電荷および導電経路が、加工物とチャックの間に静電力を発生させるように存在し、電極に印加される直流電圧とチャック上に基板を保持するためにプラズマによって曝露面に印加される電荷との電位差によって加工物の厚さ全体にわたって前記静電力が印加される手段と；を有することを特徴とする、真空プラズマ処理チャンバ内に誘電性加工物をクランプする装置。 20．複数の前記電極が存在し、同一の直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項19に記載の装置。 21．複数の前記電極が存在し、同一の極性を有する異なった直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項19に記載の装置。 22．複数の前記電極が存在し、異なった極性を有する異なった直流電圧が前記複数の電極に接続されることを特徴とする請求項19に記載の装置。 23．前記チャックがただ１つの電極を有することを特徴とする請求項19に記載の装置。