(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの位置を維持するように動作可能な静電クランプであって、
中央領域と、そこに規定される環状領域とを有するクランピングプレートであって、上記環状領域は上記中央領域の外周の周りに配置される、クランピングプレートと、
上記クランピングプレートの上記中央領域において規定され、加圧ガス供給部と流体連通を有する複数のガス供給オリフィスであって、上記加圧ガス供給部は、上記複数のガス供給オリフィスを介して、上記クランピングプレートの上記中央領域と上記ワークピースとの間に緩衝ガスを供給するように構成され、上記クランピングプレートの上記中央領域は、平坦であり、かつ、該中央領域から外側への構造を有していない、複数のガス供給オリフィスと、
上記クランピングプレートにおける上記中央領域および上記環状領域のうちの１つ以上において規定される１つ以上のガス帰還オリフィスであって、真空源と流体連通を有し、上記緩衝ガスのための排出路を規定する、１つ以上のガス帰還オリフィスと、
上記クランピングプレートの上記環状領域に配置されるシールであって、上記緩衝ガスが上記中央領域から、上記環状領域に対して外側の環境へ漏れるのを防ぐように構成されており、複数の同心円状の排気溝を備え、上記複数の同心円状の排気溝のそれぞれが、真空源と流体連通を有し、上記複数の同心円状の排気溝は、上記クランピングプレートの中央から、より外側に設けられた上記排気溝に、より真空度の高い真空がかけられ、上記同心円状の排気溝は、上記クランピングプレートの中に延伸し、ガスの流れが上記環状領域を超えて伸びることを防止するシールと、
少なくとも上記中央領域に接触し、第１電位源と電気的に接続される１つ以上の電極とを備える、静電クランプ。
【請求項２】
上記クランピングプレートの上記中央領域は、対応する所定の気孔率を有する多孔性プレートを備え、上記所定の気孔率は、上記多孔性プレートのバルク材体積に対する空隙体積の比率によって規定される、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項３】
上記多孔性プレートは、多孔性炭素および多孔性炭化珪素のうちの１つ以上を備える、請求項２に記載の静電クランプ。
【請求項４】
上記多孔性プレートは多孔性グラファイトを含む、請求項３に記載の静電クランプ。
【請求項５】
上記多孔性プレートの上記所定の気孔率は、５％から７５％の範囲である、請求項２に記載の静電クランプ。
【請求項６】
上記複数のガス供給オリフィスは、上記クランピングプレートの上記中央領域の周りに、均一に分散される、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項７】
上記複数のガス供給オリフィスは、上記クランピングプレートの上記中央領域において規定される複数の穴、スリット、または溝を備える、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項８】
上記複数のガス供給オリフィスは、上記クランピングプレートの上記中央領域において規定される複数の穴を備える、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項９】
上記クランピングプレートは、上記環状領域に対応する第１平面と、上記中央領域に対応する第２平面とを有し、上記第２平面は上記第１平面よりも凹んでいる、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１０】
上記環状領域は、エラストマー物質を含む、請求項９に記載の静電クランプ。
【請求項１１】
上記第２平面は、上記第１平面よりも１０マイクロメータ凹んでいる、請求項１０に記載の静電クランプ。
【請求項１２】
３つの真空源と流体連通を有する３つの同心円状の差動排気溝を備える、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１３】
上記１つ以上の電極は、上記中央領域に対応し、上記第１電位源に電気的に接続される第１電極と、上記環状領域に対応し、第２電位源と電気的に接続される第２電極とを含む、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１４】
上記１つ以上のガス帰還オリフィスは、上記中央領域と上記シールとの間に配置される上記クランピングプレートにおいて１つ以上の溝を備える、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１５】
上記クランピングプレートは、上記環状領域の外周の周りに配置される２つ以上のピンをさらに備え、２つ以上の上記ピンは、上記ワークピースの外周と任意に結合するように構成される、請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１６】
ワークピースの位置を維持するように動作可能な静電クランプであって、
中央領域と、上記中央領域の外周の周りに配置される環状領域とを有するクランピングプレートであって、上記中央領域は、対応する所定の気孔率を有する多孔性プレートを備え、上記所定の気孔率は、多孔性プレートにおけるバルク材体積に対する空隙体積の比率によって規定され、上記多孔性プレートの気孔は、上記クランピングプレートの上記中央領域において複数のガス供給オリフィスを規定し、
上記複数のガス供給オリフィスは加圧ガス供給部と流体連通を有し、上記加圧ガス供給部は、上記複数のガス供給オリフィスを介して、上記クランピングプレートの上記中央領域と上記ワークピースとの間に緩衝ガスを供給するように構成され、上記クランピングプレートの上記中央領域は、平坦であり、かつ、該中央領域から外側への構造を有していない、クランピングプレートと、
上記クランピングプレートの上記中央領域と上記環状領域のうちの１つ以上において規定される１つ以上のガス帰還オリフィスであって、真空源と流体連通を有し、上記緩衝ガスのための排出路を規定する、１つ以上のガス帰還オリフィスと、
上記クランピングプレートの上記環状領域に配置されるシールであって、上記緩衝ガスが上記中央領域から、上記環状領域に対して外側の環境へ漏れるのを防ぐように構成され、複数の同心円状の排気溝を備え、上記複数の同心円状の排気溝のそれぞれが、真空源と流体連通を有し、上記複数の同心円状の排気溝は、上記クランピングプレートの中央から、より外側に設けられた上記排気溝に、より真空度の高い真空がかけられ、上記同心円状の排気溝は、上記クランピングプレートの中に延伸し、ガスの流れが上記環状領域を超えて伸びることを防止するシールと、
少なくとも上記中央領域に接触する１つ以上の電極であって、第１電位源に電気的に接続される１つ以上の電極とを備える、静電クランプ。
【請求項１７】
ワークピースをクランプするための方法であって、
中央領域と、該中央領域に設けられる環状領域とを備え、少なくとも上記中央領域に第１電極が接触し、上記中央領域は、平坦であり、かつ、該中央領域から外側への構造を有していないクランピングプレートを設ける工程と、
上記クランピングプレートの上に上記ワークピースを配置する工程であって、上記ワークピースの外周領域は、上記クランピングプレートの上記環状領域の上に位置する工程と、
第１ガス圧力にて、上記クランピングプレートの上記中央領域において規定される複数のガス供給オリフィスを介して緩衝ガスを供給する工程であって、上記緩衝ガスは、第１押し出し力で上記ワークピースを上記クランピングプレートから押し出し、上記ワークピースと、上記クランピングプレートにおける少なくとも上記中央領域との間に、摩擦のない界面を形成する工程と、
第１電位源を第１電極に印加する工程であって、第１引力で上記ワークピースを上記クランピングプレートに引き寄せる工程と、
上記環状領域に複数の排気溝を配置する工程であって、上記クランピングプレートの中央から、より外側に設けられた上記排気溝に、より真空度の高い真空をかけ、ガスの流れが上記環状領域を超えて伸びることを防止する工程と、
上記第１ガス圧力および上記第１電位源を制御する工程であって、上記第１押し出し力および上記第１引力は均等化される工程とを含む、方法。
【請求項１８】
上記第１電位源を上記第１電極に印加する工程では、上記環状領域と上記ワークピースとの間にシールが形成される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体クランピングシステムに関し、より具体的には静電クランプおよびワークピースをクランプする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電クランプまたはチャック（ＥＳＣ）は、半導体産業において、イオン注入、エッチング、化学蒸着（ＣＶＤ）等のプラズマ半導体処理または真空半導体処理を行う際にワークピースまたは基板をクランプするために頻繁に用いられる。ＥＳＣのクランプ能力は、そのワークピース温度制御に加えて、シリコンウェハ等の半導体基板またはウェハを処理するに際して非常に有益なものであると認められている。典型的なＥＳＣは、例えば、導電性電極の上に配置される誘電層を備え、半導体ウェハは、ＥＳＣの表面に配置される（例えば、該半導体ウェハは、誘電層の表面に配置される）。典型的な構成としては、半導体処理（例えばイオン注入）を行っている間、クランプ電圧がウェハと電極の間に印加されるが、このとき、ウェハは静電気力によってチャック表面に向けてクランプされている。
【０００３】
従来のＥＳＣの中には、処理中にワークピースを冷却するために、背面ガス冷却をさらに用いる構成のものもある。このような例では、ワークピースと１つ以上のＥＳＣ凹面部との間のギャップ内に冷却ガスが静的に存在し、該冷却ガスの圧力は、上記ギャップ内でのガスの熱伝道係数に概ね比例する。したがって、冷却率を向上させ、所望の熱性能を得るために、より高い背面冷却ガスの静圧が通常必要になる。したがって、ワークピースの適切なクランピングを維持するためには、クランピング力またはＥＳＣへの印加電圧をより大きいものにして、上記の高い背面冷却ガスの圧力の印加により生じた力を適切に相殺する必要がある。高出力イオン注入の場合（例えば２．５ｋＷ）、適切な冷却を行うために上記ガス圧力は実質的に高く設定され、この実質的に高いガス圧力を相殺するために上記クランピング力を適切に増加する必要がある。また、いくつかのイオン注入システムにおいて見られるように、走査処理されるワークピースの場合、ワークピースを振動させる際に高い重力加速度が発生し得るので、ワークピースとＥＳＣ間の十分な接触を維持するためには、はるかに高いクランピング力が必要となる。しかしながら、ワークピース全体においてクランピング力を増加させると、例えば粒子汚染の悪化等、マイナスの効果を生じ得る。これは、増加したクランプ圧力が、ワークピースの表面に渡って、ＥＳＣとワークピースとの間に摩擦力を発生させる可能性があるからであり、これによりワークピースの素子形成領域における粒子汚染の発生率を高めてしまうからである。
【０００４】
このため、粒子汚染を抑制しつつ、また、効率よくワークピースを処理するための所望の温度均一性とクランプ圧力を実現しつつ、ワークピースを拘束することが可能なクランプが、当該分野では必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、従来技術の有する課題を解決するために、半導体処理システムにおいてワークピースをクランプするためのシステム、装置、および方法を提供する。本発明のいくつかの態様の基本的な理解を促すために、以下に本発明の簡略的な概要を示す。本概要は、本発明の外延を概括するものではない。本発明の主要な要素または必須の要素を特定するためのものではなく、また、本発明の範囲を線引きするためのものでもない。本概要は、後述のより詳細な説明の前置きとして、より簡潔な形態で本発明のいくつかの概念を示すことを目的とする。
【０００６】
本発明は、概して、半導体処理においてワークピースをクランプするための静電クランプと、ワークピースをクランプする方法とに関する。本発明の１つの例示的態様によれば、静電クランプは、ワークピース用のクランピング表面を有するクランピングプレートを備える。例えば、クランピングプレートは、中央領域と、該中央領域内に設けられている環状領域とを有し、上記環状領域は、一般に、上記中央領域の外周の周りに配置される。例えば、上記クランピングプレートの上記中央領域は、一般に、平坦であり、外側に向かって伸びるような構造を全く有さない。１つ以上の電極が、上記クランピングプレートの上記中央領域に備えられている。上記１つ以上の電極は、第１電位源にさらに電気的に接続され、上記第１電位源は、上記クランピングプレートに向けて上記ワークピースを任意に引きつけるように動作可能である。
【０００７】
一実施例によれば、複数のガス供給オリフィスが、上記クランピングプレートの上記中央領域において設けられ、上記複数のガス供給オリフィスは、加圧ガス供給部と流体連通している。上記加圧ガス供給部は、例えば、上記複数のガス供給オリフィスをガスが通過するようにすることで、上記クランピング表面と、上記クランピングプレートの上記中央領域における上記ワークピースとの間に緩衝ガスを供給するように構成されている。本発明の一実施例によれば、上記クランピングプレートの上記中央領域は、所定の気孔率を有する多孔性プレートを備え、上記複数のガス供給オリフィスは、一般に、上記多孔プレートの上記所定の気孔率によって設けられる。上記多孔プレートは例えば、多孔性炭素物質および多孔性炭化珪素物質のうちの１つ以上を含んでもよく、上記多孔性プレートの上記気孔率により、上記中央領域からのガスは、略均一に分配するように流れる。
【０００８】
上記クランピングプレートの上記中央領域および環状領域のうちの１つ以上において、１つ以上のガス帰還オリフィスを更に設ける。上記１つ以上のガス帰還オリフィスは例えば、真空源と流体連通し、一般に、上記緩衝ガスのための排出路を設ける。上記１つ以上のガス帰還オリフィスは例えば、上記中央領域およびシールの間に配置される上記クランピングプレートにおいて１つ以上の溝を有していてもよく、これにより上記緩衝ガスの帰還路または排出路を設ける。これにより、通常、上記ガスが中央領域内を流れ易くなる。
【０００９】
上記クランピングプレートの上記環状領域において、シールをさらに備え、上記シールは、上記緩衝ガスが上記中央領域から、上記環状領域に対して外側の環境へ漏れるのを概ね防ぐように構成されている。上記シールは例えば、上記クランピングプレートの第１面から上記クランピングプレートの第２面まで伸びるエラストマーシールであってもよい。または、上記シールは、上記環状領域の上記クランピング表面に、略同心円状の差動排気溝を１つ以上備えてもよい。例えば、上記１つ以上の同心円状の差動排気溝は、それぞれ、１つ以上備えられた真空源のそれぞれと流体連通をし、各真空源により生ずる各圧力は、対応する差動排気溝が上記中央領域から離れるにつれ、より小さく設定される構成としてもよい。
【００１０】
本発明の上記クランピングプレートは、２つ以上のピンを上記環状領域の外周の近辺にさらに備えてもよく、上記２つ以上のノッチは、ワークピースの外周と任意に結合するように構成されている。上記２つ以上のピンは、一般に、上記ワークピースを拘束して、上記ワークピースが横に動かないようにする。
【００１１】
さらに他の例示的態様は、ワークピースをクランプする方法であって、上記のクランピングプレートのようなクランピングプレートを使用する方法を提供する。上記方法は例えば、上記ワークピースの外周領域は、上記クランピングプレートの上記環状領域の上に位置するように上記クランピングプレートの上に上記ワークピースを配置する工程を含む。緩衝ガスは、上記クランピングプレートの上記中央領域に設けられた複数のガス供給オリフィスを介して第１ガス圧力にて供給され、これにより、上記緩衝ガスは、第１押し出し力で上記ワークピースをクランピングプレートから略押し返す。これによって、上記ワークピースと、上記クランピングプレートの少なくとも上記中央領域との間にほぼ摩擦のない界面が得られる。
【００１２】
第１電位源はさらに、上記第１電極に印加され、第１引力で上記ワークピースを上記クランピングプレートに略引きつける。例えば、上記第１ガス圧力および第１電位源は、上記第１押し出し力および第１引力は略等しいように、さらに制御されてもよい。これによって、上記ワークピースは概ね、緩衝ガスの上で「浮いている」状態にあり、上記ワークピースと上記静電クランプとが接触するのを略回避することができる。
【００１３】
したがって、上記および関連する目的を達成するために、本発明は、以下に十分に記載された特徴で、特に請求項において記載された特徴を備える。以下の説明および添付の図面に、本発明の実施形態の幾つかを例示し、詳細に示す。しかしながらこれらの実施形態は、本発明の原理が用いられる様々な状態のうちの数例を示すものに過ぎない。本発明の他の目的、有利な点、および新規な特徴は、図面を参照して検討すれば、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の１つの例示的態様に係る静電チャックの分解透視図である。
【図２】本発明の他の態様に係る、図１の静電チャックの断面図である。
【図３】図２の静電チャックの一部の拡大断面図である。
【図４】本発明のさらに他の態様に係る例示的静電チャックの概略断面図である。
【図５】本発明の静電チャックを備える例示的システムのブロック図である。
【図６】本発明のさらに他の態様に係る例示的冷却プレートの上面図である。
【図７】本発明に係るワークピースをクランプするための例示的方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は概ね、背面粒子汚染をさらに低下させつつ、クランピングおよび熱均一性の向上を実現する静電クランプまたはチャック（ＥＳＣ）に関する。ここで、本発明について図面を参照して説明するが、本明細書を通して、同様の参照番号は同様の要素に対して用いられ得る。これらの態様は単に説明を行うためのものであり、発明を限定するものとして解釈してはならないことを理解されたい。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すため、多数の具体的な構成を示す。しかしながら、当業者にとって、本発明がこれら具体的構成がなくとも実施し得ることは明白であろう。
【００１６】
まず、図面を参照されたい。図１は、「ＥＳＣ」とも称される静電クランプ１００の一例の分解透視図を示す。ワークピースを迅速にイオンビーム（図示せず）に対して１つ以上の方向に移動させるような半導体処理（例えば、イオン注入等）において、ＥＳＣ１００を使って、静電力を介して上記ワークピース１０２を実質的にクランプする（図２の断面図を参照）ことが可能である。上記ワークピース１０２は、シリコンウェハまたは他の基板等の半導体基板を備えてもよい。図１に示すＥＳＣ１００は例えば、クランピングプレート１０４、第１電極１０６、および冷却プレート１０８とを備え、上記クランピングプレート、第１電極、および冷却プレートは、作動可能なように組み立てられて、ＥＳＣを形成する。ＥＳＣ１００はさらに、第２電極１１０またはさらに他の電極を備えてもよく、本発明は、電極の数について、特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の１つの態様によると、上記クランピングプレート１０４は、環状領域１１２と、そこに設けられる中央領域１１４とを備え、環状領域は、一般に、上記中央領域の外周１１６の周りに配置される。上記環状領域１１２は、該環状領域１１２に対応する第１表面を含み、１つの例において上記第１表面は、図２の断面に示す上記ワークピース１０２と概ね接触するように構成されている。上記第１表面１１８は、例えば、静電クランプ時に上記ワークピース１０２の表面１２０の周辺領域１１２の周辺と接触するように構成されている。例えば、ワークピース１０２の表面１２０の周辺領域１２２は、半導体装置が一般には形成されない領域である上記ワークピースの除外ゾーン１２４に対応するものであってもよい。図２に示すように、上記クランピングプレート１０４の環状領域１１２に対応する上記第１表面１１８は、例えば、除外ゾーン１２４における上記ワークピース１０２の表面１２０と部分的に、または全体的に接触する。図２に例示するＥＳＣ１００の部分１２９をさらに図３で示す。図３において、上記第１表面１１８は概ね、ＥＳＣの外周１１６の近辺で上記ワークピース１０２と接触するものとして示されている。または、図示しないが、上記第１表面１１８は部分的に、または全体的に、上記ワークピース１０２の表面１２０における除外ゾーン１２４および／または活性領域１２６と接触する。ここで上記活性領域とは、ワークピース１０２の正面１２７上において、半導体装置（図示せず）が形成される領域である。
【００１８】
本発明の他の例示的態様によると、再び図２に示すように、クランピングプレート１０４の中央領域１１４は、ワークピース１０２の活性領域１２６に対応する第２表面を含んでいる。図３に示し、図４でさらに詳しく例示するクランピングプレート１０４の第２表面１２８は、概ね所定の距離分だけ第１表面１１８より凹んでいる。これにより、概ねクランピングプレートの第２表面とワークピース１０２の表面１２０との間にギャップ１３０を生じさせる。
【００１９】
例えば、第２表面１２８は、概ね第１表面１１８より凹んでいる（例えば、約０から３０ミクロンのギャップ１３０分凹んでいる）。具体的な例を挙げると、概ね、第２表面１２８は、約１０ミクロン分だけ、第１層１１６の第１表面１１８より凹んでいる。したがって、ワークピース１０２がＥＳＣ１００に配置されると、環状領域１１２の作用によって、中央領域１１４を外部環境１３１（例えば、真空チェンバー、処理チェンバー等）から概ね隔離することが可能である。実施形態の一例によれば、クランピングプレート１０４の環状領域１１２は、エラストマー物質（例えば、エラストマーシール）からなり、上記エラストマー物質は、概ね第１表面１１８を形成する。このようにして、エラストマー物質は、ワークピース１０２とクランピングプレート１０４との間にシールを形成し、これにより中央領域１１４は、外部環境１３１から概ね隔離される。
【００２０】
さらに他の例では、第２表面１２８は、概ね第１表面１１８と同一平面上にある（例えば、図４に示すギャップ１３０がゼロである）。さらに、一般に、ギャップ１３０の値は、例えば第２表面１２８にかかるガスの圧力と、ワークピース１０２にかかる静電力とに基づいて選択される。後述するように、ワークピースをクランピングプレート１０４の上に「浮かせる」ために、ガス圧力と静電力との間で均衡が保たれることが概ね望ましい。
【００２１】
さらに他の例によると、本発明は、図１に示すクランピングプレート１０４の外周１１６における差動排気を含み、環状領域１１２に１つ以上差動排気溝（図示せず）を同心円状に設け、クランピングプレートの中央からより外側に設けられた差動排気溝により真空度の高い真空（例えばより低い圧力）をかける。例えば、第１表面１１８および第２表面１２８は概ね同一平面上にあってもよく、差動排気溝は、例えば概ねクランピングプレート１０４の中に達するまで延伸するような構成としてもよい。この場合、当業者には理解される事項ではあるが、これによってＥＳＣからのガスの流れが、クランピングプレートの外周１１６を越えて外部環境１３１まで伸びることを実質的に防止することができる。
【００２２】
他の実施例によれば、クランピングプレート１０４の環状領域１１２および中央領域１１４は、Ｊ−Ｒ型物質（例えば、チタニウムでドープされたアルミナ、酸化セリウムでドープされた窒化アルミニウム等）を含む。Ｊ−Ｒ物質（例えば、１×１０８から１×１０１２ Ohm-cmの範囲の体積抵抗率を有する半導体誘電物質）は、Ｊ−Ｒ型ＥＳＣにおけるドープされない物質よりも好ましい。これは、クランピングプレート１０４が実質的に厚くてもよく（例えば、０．５ｍｍ以上の厚さ）、有効なクランピング力を生成する際に、機械加工、研磨、またはその他の技術によって以降の薄型化を必要としないからである。または、クランピングプレート１０４の環状領域１１２および中央領域１１４は、非Ｊ−Ｒ物質を含む構成としてもよく、この場合、ＥＳＣ１００はＪ−Ｒ型またはクーロン型クランプであると考えることができる。
【００２３】
図４は、図２に例示したＥＳＣ１００の部分１２９の略図１３２を示す図であり、本発明のいくつかの創作的態様をさらに示している。図４に示すように、一実施例によれば、クランピングプレート１０４の環状領域１１２は、第１保護層１３６がその上に設けられている第１誘電層１３４を有し、第１表面１１８は、概ね、該第１保護層の上面１３８となる。一実施例では、第１誘電層１３４は、チタニアでドープされたアルミナ、および酸化セリウムでドープされた窒化アルミニウム、またはこれらの混合物などの、ドープされた誘電物質を含む。第１保護層１３６は、例えば、第１誘電層の上に形成された二酸化珪素（ＳｉＯ２）層を含む。または、第１保護層１３６は、第１誘電層１３４の上に形成されたポリイミド（ＰＩ）または他の高分子を含む。
【００２４】
同様に、クランピングプレート１０４の中央領域１１４は、例えば第２保護層１４２がその上に形成された第２誘電層１４０を含み、第２表面１２８は概ね、第２保護層の上面１４４によって形成される。第１誘電層１３４および第２誘電層１４０は、同じ物質からなってもよいし、異なる物質からなっていてもよい。同様に、第１保護層１３６および第２保護層１４２は、同じ物質からなってもよいし、異なる物質からなっていてもよい。一実施例において、第１誘電層１３４および第２誘電層１４０は、同一のセラミック基板からなり、第１保護層１３６および第２保護層１４２は、第１および第２誘電層が形成された後に、上記第１および第２誘電層の上に形成される。
【００２５】
一実施例によれば、図２に示すＥＳＣ１００の第１電極１０６は、中央領域１１４に対応して設けられ、第２電極１１０は環状領域１１２に対応して設けられ、第１電極および第２電極は、一般に、互いから電気的に絶縁されている。第１電極１０６および第２電極１１０のうちの１つ以上は例えば、銀、金、チタン、タングステン、他の導電性金属または物質のうち１つないし複数の材料からなる。ＥＳＣ１００における第１電極１０６および第２電極１１０は、図５に示すように、かつ、後述するように、第１電圧源１４６（例えば第１電位源）および第２電圧源１４８（例えば第２電位）にそれぞれ電気的に接続される構成であってもよい。
【００２６】
本発明によると、図１に示すように、クランピングプレート１０４はさらに、中央領域１１４に設けられる複数のガス供給オリフィス１５０を備え、再び図５に示すように、上記複数のガス供給オリフィスは、加圧ガス源または加圧ガス供給部１５２と流体連通している。図１に示す複数のガス供給オリフィス１５０は、例えば、図５に示すガス供給部１５２を介して、ワークピース１０２のクランピング表面（例えば第２表面１２８）と、クランピングプレート１０４の中央領域における表面１２０との間に、緩衝ガス（図示せず）を供給するように構成される。
【００２７】
図１に示す複数のガス供給オリフィス１５０は、例えば、一般に、（図４に示すように）クランピングプレート１０４の中央領域１１４の第２誘電層１４０の気孔率によって設けられる。例えば、クランピングプレート１０４における少なくとも中央領域１１４は、所定の気孔率φを有する多孔性プレート１５４を備える。本実施例では、図４に示す第２誘電層１４０は、多孔性プレート１５４を備える。したがって、図１に示す複数のガス供給オリフィス１５０は、一般に、多孔性プレート１５４の所定の気孔率によって設けられる。一実施例によれば、多孔性プレート１５４は、多孔性炭素および多孔性炭化珪素物質のうちの１つ以上を備える。他の実施例では、多孔性プレート１５４は、多孔性グラファイト物質を備える。他の実施例によれば、多孔性プレート１５４の所定の気孔率φは、一般に、空隙（ＶＶ）体積の、バルク材（ＶＢ）体積に対する比率として求められるが、この関係は以下の通りである。
【００２８】
φ＝ＶＶ／ＶＢ            （１）
所定の気孔率φは、ゼロから１の範囲、つまり０％から１００％までの範囲の気孔率を有し得る。１つの具体例では、多孔性プレート１５４の所定の気孔率φは、約５％から約７５％までの範囲内に選択される。構造的一体性と、多孔性プレート１５４の通気性とは、一般に、選択された材料の種類と、その材料の気孔率とに依存するので、ガスを十分に通すことができ、ワークピースを支持／クランピングすることができるのであれば、多孔性プレートの材料の種類や気孔率φについては特に限定されない。さらに、図４に示す少なくとも第２保護層１４２はさらに、例えば、第２誘電層１４０上に形成された多孔性物質を含んでいてよい。また、複数のガス供給オリフィス１５０は、クランピングプレート１０４の中央領域１１４の近辺に均一に分配されてもよい。例えば、図５に示すガス供給部１５２と流体連通している複数のガス供給オリフィス１５０は、クランピングプレート１０４の中央領域１１４における複数の穴、スリット、リング、溝、または他の開口部（図示せず）を含んでいてもよく、これら穴、スリット、リング、溝、または他の開口部は、機械加工により形成されたものでよいし、他の方法で形成されたものであってもよい。つまり、複数のガス供給オリフィス１５０の構成や配列については、ガス供給部１５２からの緩衝ガスの流れを最適化するように決定すればよい。
【００２９】
さらに他の態様によれば、１つ以上のガス帰還オリフィス１５６を、クランピングプレート１０４における中央領域１１４および環状領域１１２のうちの１つまたは両方に設けてもよい。上記１つ以上のガス帰還オリフィス１５６は例えば、図５に示すように、真空源１５８と流体連通している。図３および図４に示す１つ以上のガス帰還オリフィス１５６は例えば、図３および図４に示すように、環状領域１１２と中央領域１１４との間の界面１６２の周りに設けられる１つ以上の溝もしくは穴１６０を備えてもよく、これによってＥＳＣ１００を通過する緩衝ガス（図示せず）のための排出路を設けることができる。
【００３０】
環状領域１１２には例えば、ワークピース１０２の表面１２０の周辺領域１２２とＥＳＣ１００との間に実質的シール１６４を設けることがさらに可能であり、これにより、緩衝ガスは概ね、環状領域、中央領域１１４、およびワークピースによって画定される空間１６５の範囲内に維持される。複数のガス供給オリフィス１５０から出て、１つ以上のガス帰還オリフィス１５６から出て行く緩衝ガスの圧力および流量を（例えば、図５に示すガス源１５２および真空源１５８を介して）制御することによって、クランピングプレート１０４は、ＥＳＣ１００からワークピース１０２を概ね押し返すための第１力を得ることが可能である。このため、複数のガス供給オリフィス１５０からの緩衝ガスの圧力および流量は、図５に示す第１電圧源１４６および第２電圧源１４８を介して第１電極１０６および第２電極１１０に印加される電位により生ずる静電気力に対して概ね対抗し得る。よって、このような力の対抗または均衡により、ワークピース１０２と、クランピングプレート１０４における少なくとも中央領域１１４との間に、略摩擦のない界面を実現することが可能である。さらに、複数のガス供給オリフィス１５０から出て、１つ以上のガス帰還オリフィス１５６を通過する（例えば、図５に示すガス源１５２および真空源１５８を通過する）緩衝ガスの圧力および流量を制御するようにすれば、ワークピース１０２とＥＳＣ１００との間の熱伝達はまた、緩衝ガスの流量および温度に基づいて制御することができる。
【００３１】
一実施例では、１つ以上のガス帰還オリフィス１５６は、約２ミリメートル以下の直径を有するが、本発明は、他の様々なサイズの穴による構成もその範囲に含めるものである。例えば、上記ガス帰還オリフィス１５６は、約５００ミクロンの直径を有してもよい。ガス帰還オリフィスのサイズは、圧力および流速に基づいて変更されてもよく、よって、ＥＳＣ１００の用途に合わせて、最適なものを選択すればよい。
【００３２】
これに代わる形態の１つとして、図１に示す１つ以上のガス帰還オリフィス１５６は、１つ以上のスリット（図示せず）を備え、上記１つ以上のスリットは概ね、環状領域１２２と中央領域１１４との間の界面１６２に沿って、所定距離（図示せず）だけ延伸されている構成としてもよい。例えば、上記１つ以上のスリットは、直線形またはアーチ形のスリットを含んでもよい。１つ以上のアーチ形スリットの半径幅は、ＥＳＣ１００の半径１６６に沿って延伸している状態で、環状領域１１２と中央領域１１４との間で測定が行われる場合、約２ミリメートル以下であってもよい。上記１つ以上の細長スリットの幅は例えば、その半径幅よりも実質的に大きくてもよい。
【００３３】
本発明のさらに他の例示的態様によると、図１〜４に示すＥＳＣ１００の冷却プレート１０８は、図４に示すように、クランピングプレート１０４の背面１６８に対応して設けられ、クランピングプレート１０４はさらに、図１に示す第１電極１０６と冷却プレート１０８との間に形成される第１絶縁層１７０と、第２電極１１０と冷却プレートとの間に形成される第２絶縁層１７２とを備える。第１絶縁層１７０と第２絶縁層１７２のうちの１つ以上は例えば、誘電物質からなり、上記誘電物質は、アルミナ、窒化アルミニウム、または他の絶縁物質のうちの１つ以上からなってもよい。
【００３４】
図６に示す本発明の他の例示的態様によれば、冷却プレート１０８は、１つ以上の冷却チャンネル１７４を備えている。上記１つ以上の冷却チャンネル１７４は例えば、半導体処理時に、クランピングプレート１０４と冷却プレート１０８との間、および／または、ＥＳＣ１００の冷却を行うための冷却プレートを介して、水等の冷却液（図示せず）を流すように構成されている。図６に冷却プレート１０８の前面１７６を例示するが、冷却プレートの前面は、一般に、例えば図４に示すクランピングプレート１０４の背面１６８に対して界面をなす。図６には、冷却チャンネル１７４の少なくとも一部の所定パターン１７８を示す。なお、所定パターン１７８は図示されるものとは異なってもよく、本発明は、そのようなパターンを全てその範囲に含むものである。
【００３５】
図６に示すように、冷却プレート１０８の前面１７６に設けられた１つ以上の冷却チャンネル１７４は、複数の略同心円状チャンネル１８０を含む。一般に、略同心円状チャンネル１８０は、複数の放射状通路１８２を介して相互連結されている。ここに例示した上記複数の同心円状チャンネル１８０および放射状通路１８２によれば、例えば、冷却液中の気泡発生を概ね抑制しながら冷却液を流すことを可能にするという効果を一般に奏する。
【００３６】
本発明の図１〜４に例示したＥＳＣ１００はこのため、ワークピース１０２のクランプおよび冷却を可能にするが、これらの構成によれば、中央領域１１４にかかる静電気力と、ワークピースおよび中央領域の間の空間１６５におけるガスの流れにより生ずるガス圧力との間で、力の均衡が得られる。本発明の他の態様の一例によれば、中央領域１１４は図１に示すように略平坦であり、概ね、ワークピース１０２の表面１２０に向けて伸びる（および／または表面１２０と接触する）構造を有していない。または、中央領域１１４は、第２表面１２８上に分布された１つ以上のメサ（mesa）またはドット（図示せず）を備えていてもよく、これにより、例えば図２に示すワークピース１０２が、第２表面に「着地する」こと、つまり第２表面に接触することを概ね防止している。例えば、上記１つ以上のメサまたはドットは、第２誘電層１４０および第２保護層１４２のうちの少なくともどちらか一方に設けられていてもよい。
【００３７】
本発明のさらに他の例示的態様によると、クランピングプレート１４０は、外周１８８の近辺に配置される複数のピン、栓、または他の特徴１８６をさらに含み、ワークピースを取り扱う、および／または、処理する間、複数のピンがワークピース１０２の周辺領域１２２と接触するように構成される。例えば、３つ以上のピン１８６は概ね、クランピングプレート１０４の外周１８８の近辺の第１表面１１８に対して垂直に伸びており、これにより、ワークピースの走査中に、ピンによってワークピース１０２の横の動きを概ね防止することができる。ピン１８６の配置は、例えば、緩衝ガスが供給されたときのワークピース１０２の位置を維持するように選ばれる。
【００３８】
図５は、静電クランピングシステム１９０を例示する図である。ＥＳＣ１００は、第１電圧源１４６（例えば、第１電源）、第２電圧源１４８、緩衝ガス源１５２、帰還ガスまたは真空源１５８、およびコントローラ１９２に、可動可能な状態で接続されている。例えば、静電クランピングと体積内の緩衝ガスの圧力との間の力の実質的な均衡を得るためにガス源１５２および真空源１５８をさらに制御しつつ、ワークピース１０２のＥＳＣ１００への引きつけと、中央領域１１４、環状領域１１２（例えばシール）、およびワークピース１０２の間で画定される体積１６５内での背面ガスの密閉とを行うように、図４に示す中央領域１１４に印加される第１電位１４６を制御することが可能である。本実施例では、第２電極に電力を供給するために第２電圧源１４８が設けられているが、第２電極が省略される場合はこのような第２電圧源を省略してもよい。同様に、追加の電極（図示せず）のために、追加の電圧源（図示せず）を制御する構成にしてもよいことは、当業者は理解するであろう。
【００３９】
本発明の他の態様として、図７に、静電チャックを介してワークピースをクランプするための方法３００を例示する。本明細書においては一連の処理または事象として方法の一例が示されているが、いくつかの工程を本明細書に示され説明されるものとは異なる順で、かつ／または他の工程と同時に行っても本発明から逸脱しないので、本発明はここに例示する処理または事象の順番に限定されるものではないということが理解できるであろう。さらに、本発明に係る方法を実行するにおいて、上述の工程の全てが必ずしも必要とされるわけではない。さらに、上記方法は、本明細書に示され説明されているシステムにより実施されてもよいし、本明細書に示されていない他のシステムにより実行してもよいということが理解できるであろう。
【００４０】
図７に示すように、方法３００は、まず工程３０２から開始される。工程３０２においては、図１〜４のＥＳＣ１００等の静電チャックが設けられる。工程３０２において設けられるＥＳＣは例えばクランピングプレートを備え、上記クランピングプレートには中央領域と環状領域とが設けられている。また、第１電極が、少なくとも中央領域に対応する。クランピングプレートは、中央領域に設けられた複数のガス供給オリフィスと、１つ以上のガス帰還オリフィスとをさらに備える。
【００４１】
工程３０４において、ワークピースをクランピングプレートの上に配置する。ここで、例えば、ワークピースの周辺領域を、クランピングプレートの環状領域と接触させるようにしてもよい。工程３０６において、緩衝ガス供給部によって第１ガス圧力で複数のガス供給オリフィスを介して緩衝ガスを供給し、これにより、緩衝ガスは第１押し出し力でクランピングプレートからワークピースを概ね押し返す。一般に、力の量と、ワークピースおよびクランピングプレートの間の熱伝達は、緩衝ガス圧力に依存する。工程３０８において、第１電位を第１電極に印加し、これにより第１引力で（例えば、第１クランピング力で）、ワークピースをクランピングプレートに概ね引きつける。
【００４２】
工程３１０では、第１電位および緩衝ガス圧力が制御され、第１電位により第１力でワークピースをクランピングプレートに概ね引きつけ、緩衝ガス圧力により対向または押し返す力を概ね与える。一実施例では、第１引力および第１押し返し力とを処理３１０の制御によって均等化する。これにより、ワークピースと、クランピングプレートの少なくとも中央領域との間に概ね摩擦のない界面を得ることができる。
【００４３】
一実施例によれば、工程３０６における第１電極に印加される第１電位により生ずる第１引力として、クランピングプレートに対するワークピースの位置を概ね維持するには十分であり、緩衝ガスが外部環境に漏れることを防ぐためにワークピースと環状領域との間に実質的なシールを設けるには十分な第１引力を生じさせる。他の実施例では、緩衝ガスが外部環境に漏れることを防ぐために、差動排気溝はワークピースとクランピングプレートとの間にシールを設けている。
【００４４】
したがって、本発明は、粒子汚染をさらに低下させつつ、熱均一性を向上させる静電チャックを提供する。本発明を、幾つかの好ましい実施形態を用いて示して説明してきたが、当業者が本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、均等物的な改変および変更に想達するであろう。特に、上記構成要素（アセンブリ、装置、回路等）によって実行される様々な機能について、このような構成要素を説明するために用いられる用語（「手段」を示すものも含む）は、特に説明がない限り、本発明についてここで示される例示的実施形態における機能を実行するものとして開示されている構造と構造的に均等でなくても、上記構成要素の特定の機能を実行する任意の構成要素（すなわち、機能的に均等であるもの）に対応することを意図している。さらに、いくつかの実施形態のうちの１つのみから本発明の特定の特徴を開示してきたが、任意かつ具体的な用途に合わせて好ましく、または適宜、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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