(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、鉛、リチウム、水銀、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、リン、カリウム、ルビジウム、スカンジウム、セレン、ケイ素、銀、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、タンタル、テルル、タリウム、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、イットリウム、亜鉛、及びジルコニウムをいずれも１００万分の１（ｐｐｍ）未満しか含有しない、低濃度の前記金属のイオンを有する高純度のポリアリールエーテルケトン部材と、
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材内に埋設され、静電チャック内に組み込まれる前に形成されたプレフォーム電極と、
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材が熱可塑性結合された基板台とを備える多層静電チャック。
【請求項２】
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材は互いに熱可塑性結合された第１及び第２の層を備える請求項１記載の多層静電チャック。
【請求項３】
前記第１層は基板台に熱可塑性結合される請求項２記載の多層静電チャック。
【請求項４】
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材は、電源により励起される酸素ガスを含むプラズマエッチング環境に耐性があり、前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材は、表面積が１０．３ｃｍ２であり、１００％酸素ガスを備えるプラズマエッチング環境に１００時間曝露した後の質量損失が０．１４ｇ／ｃｍ２未満である請求項３記載の多層静電チャック。
【請求項５】
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材は、アルカリ、芳香族炭化水素、アルコール及び水素化炭化水素に耐性がある請求項３記載の多層静電チャック。
【請求項６】
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材は、２００℃を超える温度の処理環境で連続操作するようになされている請求項３記載の多層静電チャック。
【請求項７】
前記高純度のポリアリールエーテルケトン部材の表面をプラズマ処理して、プラズマ耐性を向上させる請求項６記載の多層静電チャック。
【請求項８】
基板支持台と、
前記基板支持台に熱可塑性結合された第１表面を有する第１ポリアリールエーテルケトン層と、
基板を支持するように構成された第２表面を有する第２ポリアリールエーテルケトン層と、
前記第１ポリアリールエーテルケトン層の第２表面と、前記第２ポリアリールエーテルケトン層の第１表面との間に埋設された電極部材とを備える静電チャックアセンブリであって、
前記第１及び第２のポリアリールエーテルケトン層が互いに熱可塑性結合されており、アルミニウム、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、鉛、リチウム、水銀、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、リン、カリウム、ルビジウム、スカンジウム、セレン、ケイ素、銀、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、タンタル、テルル、タリウム、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、イットリウム、亜鉛、及びジルコニウムをいずれも１００万分の１（ｐｐｍ）未満しか含有しない静電チャックアセンブリ。
【請求項９】
前記第１及び第２のポリアリールエーテルケトン層は、電源によって励起される酸素ガスを含むプラズマ環境で表面処理を施されている請求項８記載の静電チャックアセンブリ。
【請求項１０】
前記静電チャックアセンブリは、２００℃以上の熱環境で連続使用するようになされている請求項９記載の静電チャックアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１及び第２のポリアリールエーテルケトン層は、アルカリ、芳香族炭化水素、アルコール、及び水素化炭化水素に耐性がある請求項１０記載の多層静電チャックアセンブリ。
【請求項１２】
静電チャック内に組み込まれる前に形成されたプレフォーム電極を第１高純度ポリアリールエーテルケトン層と第２高純度ポリアリールエーテルケトン層との間に配置するステップであって、前記第１及び第２の高純度ポリアリールエーテルケトン層は、アルミニウム、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、鉛、リチウム、水銀、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、リン、カリウム、ルビジウム、スカンジウム、セレン、ケイ素、銀、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、タンタル、テルル、タリウム、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、イットリウム、亜鉛、及びジルコニウムをいずれも１００万分の１（ｐｐｍ）未満しか含有しない配置するステップと、
前記第１及び第２の高純度ポリアリールエーテルケトン層を互いに熱可塑性結合するステップと、
前記第１高純度ポリアリールエーテルケトン層を基板支持台に熱可塑性結合するステップとを備える静電チャックアセンブリを製作する方法。
【請求項１３】
前記静電チャックアセンブリを電源によって励起される酸素を備えるプラズマ環境に曝露することによって、前記第１及び第２の高純度ポリアリールエーテルケトン層の表面を洗浄するステップをさらに備える請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記静電チャックアセンブリは、２００℃以上の熱環境で連続使用するようになされている請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は一般的に、処理環境内で基板を保持するための静電チャックに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
基板処理アプリケーションにおいて、基板を保持して処理中に基板の動き又は位置ずれを防止するためにチャックが使用される。静電チャックは静電気の吸引力を利用して、基板を適所に保持する。静電チャックの使用は、機械的チャックや真空チャックよりも、基板の応力関連の割れが少ないこと、処理チャンバ内の汚染が少ないこと、及び低真空環境に基板を保持できるなどの利点のために広く受け入れられている。
【０００３】
典型的な静電チャックは、電気絶縁体内に埋設された導電性の電極を含む。電圧源は基板を電極に対して電気的にバイアスする。絶縁体はそれを通る電子の流れを防ぐので、逆極性の静電荷が基板と電極に蓄積する。こうして静電力が発生して、基板をチャックに吸引して保持する。
【０００４】
一般的な静電チャックは、絶縁層の間に銅電極を挟むためにポリイミドを使用して製作される多層構造である。ポリイミドは、高温安定性（他の有機ポリマーと比較して）、優れた誘電挙動、及び優れた機械的特性など望ましい特性を有する熱硬化性材料である。しかし、電極を絶縁するためにポリイミドを使用すると、一定の基板製作プロセスにおいてはチャックの寿命を制限する。ポリイミド及び同様なポリマーは一定のプロセスガス及びプラズマに対する耐食性が低い。様々な基板処理操作で使用される酸素含有ガスやプラズマは、特に静電チャック上のポリイミド層に有害である。これらの処理中、プロセスガスにより絶縁体が腐食する可能性があり、結果的に電極が露出すると、処理中にチャックが故障し、基板全体を損失して多大な費用となる。
【０００５】
加えて、基板が破損して、又は欠けて先の尖った破片になると、基板の破片はポリイミド膜を簡単に貫くことができ、チャックの電極が露出する。基板の破片は基板の裏側からポリイミド膜に移動することもできる。絶縁体に１箇所でもピンホールができて電極が露出すると、電極とプラズマの間に異常放電が発生し、チャック全体の交換が必要になる可能性がある。
【０００６】
さらに、前述の静電チャックを製造するプロセスには、感圧性又は感熱性の接着剤の使用と、手間を要する回路のビルドアップが必要である。例えば、導電性の銅の層を有するポリイミド膜を設けることがある。銅の層はエッチング、ルーティング又は切削して電極を形成することがある。エッチングの後、感圧性又は感熱性の接着剤を使用して、ポリイミド膜の第２層を電極層に接着することがある。さらにこの多層積層体を、感圧性又は感熱性の接着剤を使用して、チャックのベースに接着させる。このプロセスは多くの工程と長時間の製作時間を要して複雑なばかりか、接着層は一定の処理チャンバ内の処理条件により悪影響を受けることもある。この結果、層が剥離することがあり、チャック全体の交換を要することになる。
【０００７】
そのため、改良した静電チャック及びこれの単純化した製造方法のニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明のある実施形態では、多層静電チャックは、静電チャック内で誘電体として作用する、低濃度の金属イオンを有する高純度のポリアリールエーテルケトン部材と、高純度のポリアリールエーテルケトン部材内に埋設されたプレフォーム電極とを備える。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、静電チャックアセンブリは、基板支持台と、基板支持台に熱可塑性結合した第１表面を有する第１ポリアリールエーテルケトン層と、基板を支持するように構成された第２表面を有する第２ポリアリールエーテルケトン層と、第１ポリアリールエーテルケトン層の第２表面と第２ポリアリールエーテルケトン層の第１表面との間に埋設された電極部材とを備え、前記第１及び第２ポリアリールエーテルケトン層は互いに熱可塑性結合される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、静電チャックアセンブリを製作する方法は、第１の高純度ポリアリールエーテルケトン層と第２の高純度ポリアリールエーテルケトン層との間にプレフォーム電極を配置するステップと、第１及び第２の高純度ポリアリールエーテルケトン層を互いに熱可塑性結合するステップと、第１ポリアリールエーテルケトン層を基板支持台に熱可塑性結合するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上記挙げた本発明の構成を詳細に理解できるように、上記簡単にまとめた本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行い、実施形態のいくつかは添付図面に図示されている。ただし、添付図面は本発明の代表的な実施形態を図示するのみであり、そのため、本発明は他にも同様に効果的な実施形態を含み得ることから、本発明の範囲を限定すると解釈されないことに留意すべきである。
【００１２】
【図１】本発明による静電チャックアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図２】静電チャックアセンブリを利用できる例示的な処理チャンバの概略断面図である。
【図３】例示的な処理チャンバを利用できる例示的なクラスターツールの概略上平面図である。
【詳細な説明】
【００１３】
本発明は、一般的に処理空間に基板を保持するための高効率静電チャックを提供する。高効率静電チャックは、２層の高純度の熱可塑性膜の間に埋設する電極を含む。具体的には、高純度の熱可塑性膜は、その中に極めて低レベルの金属イオンが存在する高純度のポリアリールエーテルケトンであってもよい。高純度のポリアリールエーテルケトンは、現在静電チャックで使用されているポリイミド膜と比較して、優れた耐摩耗性、高温耐性、プラズマ耐性、腐食性化学薬品耐性、電気安定性及び強度を有する。本発明は、単純化した高効率静電チャックの製造方法も提供する。
【００１４】
図１は、本発明による静電チャックアセンブリ１００の実施形態の概略断面図である。静電チャックアセンブリ１００は、基板支持台１１０の頂部に静電チャック１１２を含む。静電チャック１１２は基板支持台１１０に結合された誘電部材１２０を備える。誘電部材１２０内に電極１２２が埋設されている。電極１２２は様々な幾何学形状に予め構成してもよく、単極でも双極でもよい。ある実施形態では、誘電部材１２０は、基板支持台１１０に結合されて、その上にプレフォーム電極１２２が構成される第１誘電層１２４を備えてもよい。第２誘電層１１４を電極１２２及び第１誘電層１２４の頂部に構成して、それに結合してもよい。
【００１５】
基板支持台１１０は、導電性の延長部１１６が延伸して、電力を電極１２２に接続できる電気接触面１１８を備えた開口１１１を含んでもよい。約２００Ｖから約２，０００Ｖまでの範囲にわたる高電圧を電極１２２に印加して、絶縁誘電膜の分極を形成し、第２誘電層１１４の表面に静電気を発生させ、この静電気のクーロン力によって基板を支持台１１０に吸引して保持する。
【００１６】
第２誘電層１１４の表面に保持される基板の熱伝達を改善するために、導管１２８から誘電層１１４の表面に熱伝達ガスを送出してもよい。導管１２８は誘電層１１４の表面にあるガス誘導路（図示せず）につなげてもよい。ガス誘導路は様々な幾何学的形状をとってもよい。基板の処理中に、熱伝達ガスを導管１２８からガス誘導路に送出してもよい。
【００１７】
静電チャック１１２の第１誘電層１２４と第２誘電層１１４はともに、その中に極めて低レベルの金属イオンが存在する高純度のポリアリールエーテルケトンなど、高純度の熱可塑性膜から作ってもよい。この状況において、高純度とは、含有される次の金属がそれぞれ１００万分の１（ｐｐｍ）未満であると定義する。アルミニウム、アンチモン、砒素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、ホウ素、カドミウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、インジウム、鉄、鉛、リチウム、水銀、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、リン、カリウム、ルビジウム、スカンジウム、セレン、ケイ素、銀、ナトリウム、ストロンチウム、硫黄、タンタル、テルル、タリウム、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、イットリウム、亜鉛、及びジルコニウム。
【００１８】
高純度のポリアリールエーテルケトンは従来の熱可塑性ポリイミド膜と比較して優れた強度と突き刺し抵抗を有する。前述したように、基板の粒子は、ウエハの裏側又はウエハの破損により静電チャック１１２の表面に移動することがある。第１誘電層１２４の貫入の結果、電極１２２とチャンバ内のプラズマとの間に異常放電が発生することがある。そのため、誘電層に高純度のポリアリールエーテルケトンを使用すると、基板の粒子による貫入からの保護を提供することによって静電チャック１１２の寿命を大幅に延ばす。
【００１９】
加えて、高純度のポリアリールエーテルケトンは優れた高温耐性を有するので、静電チャック１１２を２００℃を超える温度の処理環境で使用することができる。高純度のポリアリールエーテルケトンは、アルカリ、芳香族炭化水素、アルコール、及び水素化炭化水素を含め、多様な化学的な環境に対して優れた化学薬品耐性も示す。
【００２０】
高純度のポリアリールエーテルケトンは優れたプラズマ耐性も有する。例えば、１００％の酸素（Ｏ２）ガスを用いるプレ洗浄エッチプラズマは、１０．３ｃｍ２の板にプラズマエッチングを１００時間行っても質量損失は０．１４ｇ／ｃｍ２未満である。この特徴により、ポリイミド膜から作る静電チャックの洗浄に必要とされるようにチャンバを開けてチャンバを汚染物質に暴露する必要なく、静電チャック１１２の表面を事前処理及び洗浄してチャッキングパラメータを最適にできる。
【００２１】
高純度のポリアリールエーテルケトンは多数の高度に腐食性のガスに対する耐性もある。例えば、追加の保護被覆を施す必要なく、塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、及びトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）などの腐食性ガスを有する処理環境で静電チャック１１２を使用してもよい。
【００２２】
本発明での使用に適した高純度のポリアリールエーテルケトンの例は、英国ランカシャーに所在するビクトレックス社（Ｖｉｃｔｒｅｘ  ｐｌｃ）が製造する超高純度のＶＩＣＴＲＥＸ  ＵＨＰ  ＰＥＥＫポリアリールエーテルケトン（ＵＨＰ  ＰＥＥＫ）である。
【００２３】
図１の静電チャック１１２はさらに、高純度のポリアリールエーテルケトンを使用することから、従来のポリイミド膜に比べて製造が単純で容易な点も有利である。第１誘電層１２４及び第２誘電層１１４の形成に高純度のポリアリールエーテルケトンを使用するある利点は、材料の熱可塑性の特徴による。前述したように、ポリイミドを使用して多層積層体の静電チャックを生成するには、第１誘電層の頂部に銅回路をビルドアップして、感圧性又は感熱性の接着剤で積層体の頂部に第２誘電層を接着する必要がある。対して、本発明による製造方法の実施形態は、ビルドアップステップ又は接着ステップが必要ない。
【００２４】
本発明の方法によると、銅電極などの電極１２２をプレフォームして、第１誘電層１２４と第２誘電層１１４との間に埋設できる。このアセンブリをさらに押圧して熱可塑性結合すると、静電チャック１１２が形成できる。静電チャック１１２をさらに押圧して基板支持台１１０に熱可塑性結合する。そのため、ポリイミド層を使用するときのように、電極回路のビルドアップと感圧性又は感熱性の接着剤による層の接着の必要はない。そのため、本発明の静電チャックアセンブリ１１０の実施形態を製造するプロセスは単純化でき、ポリイミド膜を使用して製造する従来のチャックアセンブリと比較してより信頼性の高い部品を提供するとともに、歩留まりを改善する。
【００２５】
図２は、静電チャックアセンブリ１００を利用できる例示的な処理チャンバ２００の概略断面図である。図示する例示的な処理チャンバはプラズマエッチングに適するであろう。ただし、本発明の静電チャックアセンブリ１００は、化学蒸着法、物理蒸着法及びイオン衝撃など他のプロセスを行う他のチャンバで使用してもよい。
【００２６】
処理チャンバ２００は、大略的に側壁２３５と天井２４５と底部２５０とを備え、そこに静電チャックアセンブリ１００を置くことができる。静電チャックアセンブリ１００は、前述したように、基板２２５を支持して保持する。複数のノズル２８５を有するガス供給２８０によって、プロセスガス源２８３から送出されるガスを処理チャンバ２００に導入してもよい。ノズル２８５を通るガスの流れは１又は複数のガスバルブ２８４によって制御してもよい。高周波（ＲＦ）又はマイクロ波エネルギーなどの、電磁エネルギーをガスに与えることによって、ガスを励起してプラズマを形成してもよい。図２に図示する処理チャンバ２００では、アンテナ電源２９０からチャンバ２００の天井２４５に隣接する誘導体アンテナ２９５にＲＦ電圧を印加することによってガスを誘導励起することができる。任意で、電極電圧源２１０から静電チャックアセンブリ１００の電極１２２にＲＦ電圧を印加して、対向する天井２４５を電気的に接地することによって、ガスを容量励起してもよい。基板２２５の温度は熱伝達ガス源２３０から供給される熱伝達ガスで制御してもよい。消費されたガスと副産物は、真空ポンプ２１２とスロットルバルブ２１５とを含んでもよい排気システム２２０を通してチャンバ２００から排気してもよい。
【００２７】
図３は、例示的な処理チャンバ２００を利用できる例示的なクラスターツール３００の概略上平面図である。処理チャンバ２００は、電気、配管及び他のサポート機能を収容して、これらの機能を処理チャンバ２００に提供するクラスターツール３００に装着できる。クラスターツール３００は、真空を破ることなく、また基板をクラスターツール３００の外側の湿気や他の汚染物質に暴露することなく、基板２２５をそのチャンバ２００〜２０４間で搬送する能力を有することができる。クラスターツール３００は、ロードロックチャンバ２０６と処理チャンバ２００〜２０４に連結された搬送チャンバ２０５を含む。ロードロックチャンバ２０６は、システムの外側の周囲環境と、搬送チャンバ２０５及び処理チャンバ２００〜２０４内の真空環境との間で基板２２５を搬送させることを可能にする。ロードロックチャンバ２０６は、１又は複数の基板２２５を保持する１又は複数の真空排気可能な領域を含んでもよい。真空排気可能な領域は、基板２２５をクラスターツール３００に投入している間は真空引きし、クラスターツール３００から基板２２５が出ている間は開放する。搬送チャンバ２０５は、ロードロックチャンバ２０６と処理チャンバ２００〜２０４との間で基板２２５を搬送するようになされた搬送ロボット２０７を内部に配設してもよい。図３には５つの処理チャンバを図示しているが、クラスターツール３００は適した任意の数の処理チャンバを有することができる。
【００２８】
以上の説明は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本範囲を逸脱することなくさらに他にも本発明の実施形態を考えることもでき、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
0005634878.tif 000002
【図２】
0005634878.tif 000003
【図３】
0005634878.tif 000004