(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの処理中、半導体ウエハを固定するための静電クランプであって、
ベース部材、
抵抗層、
ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークを含む誘電体層、
半導体ウエハの背面と前記誘電体層の間に配置されるガスギャップ、および、
前記抵抗層と前記誘電体層との間に配置される一対の高電圧電極と少なくとも１つの接地電極を含み、
前記少なくとも１つの接地電極は、前記ガス圧力分配用マイクロ溝に隣接またはその下側に配置されており、
前記接地電極は、前記誘電体層に接して前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークの回りにフィールド自由領域を作り出し、前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークのためのシールドとなることを特徴とする静電クランプ。
【請求項２】
前記ベース部材は、前記抵抗層に隣接して配置され、かつ前記抵抗層は、前記誘電体層に隣接して配置されることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３】
前記ベース部材は、接着性エポキシ材料によって前記抵抗層に接着されていることを特徴とする請求項２記載の静電クランプ。
【請求項４】
前記ベース部材は、アルミナ材料からなることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項５】
前記抵抗層は、非導電材料からなることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項６】
前記非導電材料は、ガラスであることを特徴とする請求項５記載の静電クランプ。
【請求項７】
前記誘電体層は、サファイア、アルミナ及びそれらの組み合せから選択された酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項８】
前記ベース部材は、３００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項９】
前記抵抗層は、２５μｍの厚さであることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１０】
前記誘電体層は、２００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１１】
前記静電クランプは、高真空室内に配置されることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１２】
前記高真空室は、内部圧力を有し、この内部圧力は、１トル以下であることを特徴とする請求項１１記載の静電クランプ。
【請求項１３】
前記ガスギャップは、１μｍの幅またはそれ以下であることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１４】
前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークは、１００μｍまたはそれ以上の幅であり、かつ２００μｍまたはそれ以下の深さであることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１５】
前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークは、１つの周方向のガス圧力分配用マイクロ溝と、このマイクロ溝と流体連通する径方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１６】
前記周方向のガス圧力分配用マイクロ溝は、前記静電クランプの外周縁の１ｍｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の静電クランプ。
【請求項１７】
前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークは、外側の１つのガス圧力分配用マイクロ溝と、このマイクロ溝と流体連通する径方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝とを含んでいることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項１８】
前記外側のガス圧力分配用マイクロ溝は、前記静電クランプの外周縁の３ｍｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項１７記載の静電クランプ。
【請求項１９】
前記外側のガス圧力分配用マイクロ溝は、半円周チャネルを形成することを特徴とする請求項１７記載の静電クランプ。
【請求項２０】
前記誘電体層は、さらに、周方向の１つのガス排出用マイクロ溝を含んでいることを特徴とする請求項１または請求項１５記載の静電クランプ。
【請求項２１】
前記周方向のガス排出用マイクロ溝は、前記静電クランプの外周縁の１ｍｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項２０記載の静電クランプ。
【請求項２２】
前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークは、外側の１つのガス圧力分配用マイクロ溝を含み、前記周方向のガス排出用マイクロ溝は、前記外側のガス圧力分配用マイクロ溝の１ｍｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項２０記載の静電クランプ。
【請求項２３】
前記周方向のガス排出用マイクロ溝は、前記静電クランプの外周縁と前記外側のガス圧力分配用マイクロ溝との間に配置されることを特徴とする請求項２２記載の静電クランプ。
【請求項２４】
前記周方向のガス排出用マイクロ溝は、１００μｍまたはそれ以上の幅で、かつ２００μｍまたはそれ以下の深さであることを特徴とする請求項２０記載の静電クランプ。
【請求項２５】
冷却ガス源を更に含み、前記冷却ガス源は、前記ガスギャップと流体連通していることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項２６】
前記冷却ガス源は、高熱伝導率を有することを特徴とする請求項２５記載の静電クランプ。
【請求項２７】
前記冷却ガス源は、窒素、ネオン、ヘリウム、水素及びそれらの組み合せから選択されることを特徴とする請求項２５記載の静電クランプ。
【請求項２８】
前記ガスギャップは、前記ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークによって定められる均一の熱伝導領域をさらに形成し、
前記均一な熱伝導領域は、この熱伝導領域に流体連通する冷却ガス源を含み、
この冷却ガス源は、前記均一な熱伝導領域を横切る一定のガス圧力を有することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項２９】
前記誘電体層は、サファイア材料からなり、前記半導体ウエハに対面する前記サファイア材料の表面は、磨かれていることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３０】
前記ベース部材が流体で冷却されることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３１】
前記流体は水であることを特徴とする請求項３０記載の静電クランプ。
【請求項３２】
背面プレートを更に含み、この背面プレートが前記ベース部材に隣接配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３３】
前記高電圧電極は、正電極と負電極を含んでいることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３４】
前記高電圧電極は、スイッチング電源に接続され、この電源は、前記半導体ウエハ上に静電クランプ力を作り出す電気信号を供給することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３５】
前記静電クランプ力は、２００トルまたはそれ以上であることを特徴とする請求項３４記載の静電クランプ。
【請求項３６】
前記電気信号は、３キロボルト（ＤＣ）であることを特徴とする請求項３４記載の静電クランプ。
【請求項３７】
前記接地電極は、前記静電クランプの外周縁の１ｍｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３８】
前記接地電極は、前記高電圧電極の３００μｍ以内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項３９】
前記接地電極は、前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークに隣接配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項４０】
前記接地電極は、前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークに隣接したゼロ電界の空間を生じることを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項４１】
前記誘電体層は、前記接地電極から前記ガス圧力分配用マイクロ溝のネットワークを分離することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【請求項４２】
前記誘電体層は、前記周方向のガス排出用マイクロ溝を前記接地電極から分離することを特徴とする請求項２０記載の静電クランプ。
【請求項４３】
前記抵抗層は、前記高電圧電極および前記接地電極を覆いかつ分離することを特徴とする請求項１記載の静電クランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体ウエハを製造するのに用いる装置、特に、抵抗層、マイクロ溝及び誘電体層を含む高機能静電クランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造産業において、いくつかの用途では、従来の複数の静電クランプが備えている以上の高機能の特性を有する静電クランプ（ＥＳＣ）を必要とする。最も挑戦的な要求に対応できる利用として、約200ｍＷ/Kcm2またはそれ以上の熱伝達係数（HTC）と、約１％またはそれ以下のHTC均一性（半導体ウエハのエッジの３ｍｍ以内までの）とを必要としているサイモックス  イオン  シャワー(SIMOX Ion Shower)がある。他の高ＥＳＣの要求条件を有する応用では、シリアル型の高電流イオン注入機のものがあり、この注入機は、約200ｍＷ/Kcm2または以上の熱伝達係数（HTC）「幾分緩和した均一性の要求条件」を必要とし、約１秒またはそれ以下の応答時間および約0.5accmまたはそれ以下のガス漏れ性能を必要とする。
その結果、多くの発明者は、ＥＳＣ設計において、改良が必要であることを認めてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、抵抗層、マイクロ溝及び誘電体層を含む高機能静電クランプを備えることによって、上記要求を満足することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、特定の利益または機能性を制限するものではないが、高機能の静電クランプであり、約200ｍＷ/Kcm2またはそれ以上の熱伝達係数（HTC）、約１％またはそれ以下のHTCの均一性、約１秒またはそれ以下の応答時間、および約0.5accmまたはそれ以下のガス漏れ性能を達成することができる。従って、本発明の静電クランプは、誘電体において、放電を発生することなく、（約100トルまたはそれ以上のガス圧力を背面側に収容するために）約200トルまたはそれ以上の圧力を静電クランプに供給することによって、ＳＩＭＯＸ、シリアル型注入機、及び他の同様な半導体製造の利用によって与えられる技術的挑戦を達成できる。この静電クランプの圧力すなわち力は、エッジに冷却ガスを背面側から与えるために、半導体ウエハのエッジに供給され、ウエハの剥がれが発生するのを避ける。プラズマ放電を避けるために、静電界は、ウエハを越えてはみ出さない。
【０００５】
本発明の１つの実施形態において、静電クランプは、処理中の半導体ウエハを固定するために設けられており、ベース部材、抵抗層、誘電体層、ガスギャップ、一対の高電圧電極及び少なくとも１つの接地電極を含んでいる。誘電体層は、ガス圧力分配用マイクロ溝ネットワークを有し、この溝ネットワークは、１つの周方向のガス圧力分配用マイクロ溝と、このマイクロ溝と流体連通する径方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝とを含んでいる。ガスギャップは、半導体ウエハの背面と誘電体層の間に配置されている。高電圧電極は、抵抗層及び誘電体層間に配置されている。接地電極は、抵抗層と誘電体層との間に配置され、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークのためのシールドを与える。
【０００６】
本発明の他の実施形態によれば、半導体ウエハを処置中、ウエハを固定するための静電クランプが設けられており、この静電クランプは、ベース部材、抵抗層、誘電体層、ガスギャップ、一対の高電圧電極及び少なくとも１つの接地電極を含んでいる。誘電体層は、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークと、１つの周方向のガス排気用マイクロ溝とを含む。ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークは、１つの外側のガス圧力分配用マイクロ溝と、このマイクロ溝と流体連通する径方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝を含む。ガスギャップは、半導体ウエハの背面と誘電体層との間に配置される。高電圧電極は、抵抗層および誘電体層の間に配置される。抵抗層と誘電体層の間に配置される接地電極は、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークのためのシールドを与える。
【０００７】
本発明のこれらの特徴と他の特徴、および利点は、添付する図面とともに本発明における以下の記載からより十分に理解できるであろう。特許請求の範囲は、ここに列挙されたものによって定められるが、本発明の記載によって設定された特定の特徴及び利点だけに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
最初に図１を参照すると、本発明の１つの例示的な実施形態に従って、処理中、半導体ウエハを固定するための静電クランプ１が図示されている。このクランプ１は、ベース部材２、抵抗層４、誘電体層６及び一対の高電圧電極５を含む。高電圧電極５は、抵抗層４と誘電体層６との間に配置されている。アルミナ材料を含むベース部材２は、抵抗層４に隣接して配置され、接着性エポキシ材料３によって接着することができる。抵抗層４は、非導電性材料（例えば、ガラス）からなり、半導体処理装置の設計技術においてよく知られている標準の厚膜スクリーン技術を用いて製造することができる。誘電体層６は、一般的に、サファイア材料からなり、アルミナまたはサファイアとアルミナとの組み合せ等の他の酸化アルミニウム材料から構成することもできる。ベース部材２と誘電体層６は、それぞれ約３００μｍ及び約２００μｍの厚さとすることができる。抵抗層４は、約２５μｍとすることができる。
【０００９】
本発明によれば、静電クランプ１は、ウエハを保持するために用いられて、高真空室内で半導体ウエハ１２を処理することができる。参照番号１５で示された室は、半導体ウエハを処理するために制御された環境を与え、１トル以下の内部圧力を有する。直径が約３００ｍｍで厚さが１.０ｍｍのウエハは、前面１２ａと背面１２ｂを定める。さらに、一般的に、半導体ウエハの処理において、エネルギー源(図示略)は、半導体ウエハ１２の前面１２ａ上に高エネルギーのビームを集束させるように形成するために設けられている。このエネルギービームは、ウエハ１２の直径を横切って均一な方法でウエハ１２の前面１２ａ上に集束することができ、さらに、イオンビーム、電子ビーム、ガスプラズマおよびそれらの組み合せから選択することができる。
【００１０】
本発明は、熱伝導率を与えるように形成され、種々の電位利用の真空環境において、品物の温度を制御するけれども、半導体ウエハを固定する手段、及びイオン注入システムにおいて半導体ウエハを冷却するのに使用されるガスを排出する手段を設けることができる。したがって、本発明は、サイモックスイオンシャワー等のイオン注入システムに関して以下で説明される。
【００１１】
図２を参照すると、本発明に用いるためのイオンシャワー注入システムが概略的に示されている。ここで、均一なエネルギー源２１からのイオン８は、加速器の垂直コラム２３を介してビームライン２４に沿ってエンドステーション２５に向かうように発生する。ここで、イオン８は、半導体ウエハに向けられる。均一なエネルギー源２１は、高電圧源２２に連結されており、均一なエネルギー源２１、加速器コラム２３、ビームライン２４、及びエンドステーション２５は、高真空室１５内に包含される。高真空室１５は、真空ポンプ装置によって高真空に維持される。一般的に、イオンビームがウエハに向かう時、イオン注入システムは、約１×１０-5トルまたはそれ以下の圧力レベルで操作される。
【００１２】
再び図１において、ウエハ１２の背面１２ｂが誘電体層６に面するように、ウエハ１２は、静電クランプ１に対して配置される。ガスギャップ１３は、ウエハ１２の背面１２ｂと誘電体層６との間に形成される。ガスギャップ１３は、１μｍまたはそれ以下の幅、特に、約０．１μｍの幅とすることができる。
【００１３】
図３に示すように、本発明の１つの実施形態によれば、誘電体層６は、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークを含む。この溝ネットワークは、周方向の１つのガス圧力分配用マイクロ溝８ａと、このマイクロ溝８ａと流体連通する径方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝８ｂとを含んでいる。周方向の１つのガスギャップ８ａは、静電クランプ１の外周縁から約１ｍｍ以内に配置され、径方向のガス圧力分配用マイクロ溝８ｂは、静電クランプ１の中心に向けて内方に周方向のガス圧力分配用マイクロ溝８ａから延在している。
【００１４】
図４に図示されている本発明の別の実施形態によれば、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークは、外側のガス圧力分配用マイクロ溝８ｃと周方向の複数のガス圧力分配用マイクロ溝８ｄとを含む。外側のガス圧力分配用マイクロ溝８ｃは、静電クランプ１の外周縁から約３ｍｍ以内に配置されている半円周チャネルを形成する。周方向のマイクロ溝８ｄは、外側のマイクロ溝８ｃと流体連通し、かつ外側のマイクロ溝８ｃから静電クランプ１の中心に向かって内側に伸びている。
【００１５】
さらに図４に示すように、誘電体層６は、静電クランプ１の外周縁から約１ｍｍ以内にかつ外側のガス圧力分配用マイクロ溝８ｃから約１ｍｍ以内に配置される周方向のガス排気用マイクロ溝１０を含んでいる。従って、ガス排気用マイクロ溝１０は、静電クランプ１の外周縁と外側マイクロ溝８ｃとの間に配置される。この周方向のガス排気用マイクロ溝１０は、約１００μｍまたはそれ以上の幅と約２００μｍまたはそれ以下の深さとすることができる。ガス分配用マイクロ溝８a〜８ｄ及びガス排気用マイクロ溝１０は、当業者に良く知られたエッチング技術を用いて、誘電体層６に形成される。
【００１６】
半導体ウエハ１２を吸着させるとき、高エネルギービームが熱エネルギーに変化され、ウエハ１２の温度を上昇させる。半導体ウエハ１２の温度を制御するために、冷却ガス源が、周方向及び外側のガス圧力分配用マイクロ溝８a、８ｃに導かれ、この冷却ガスは、ガスギャップ１３（図１参照）内に流れて充填される。そして、本出願人に譲渡された特許文献１及び特許文献２に記載されているように、これらのマイクロ溝は、ウエハ１２からの熱を静電クランプ１に伝達するための熱伝導を与える。
【特許文献１】米国特許第４，５１４，６３６号明細書
【特許文献１】米国特許第４，２６１，７６２号明細書
【００１７】
上記特許文献は、ガスの冷却条件を教示するための参考として、ここに包含される。冷却ガス源は、約１トルまたはそれ以上の圧力を与えることができ、例えば、窒素、ネオン、ヘリウム、水素及びそれらの組み合せからなる高熱伝導を有するガスとすることができる。冷却ガス源は、ガス供給孔９(図３及び図４を参照）を介して周方向及び外側のマイクロ溝８a、８ｃに、レギュレータ及びリークバルブ(図示略)を介して遠くにあるガス源から導くことができる。静電クランプ１は、更に、ガス供給孔９と流体連通するガス継手(図示略)を含み、クランプ１を貫通するガス供給孔と冷却ガス源と接続する。
【００１８】
ガスギャップ１３は、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワーク、より特定すれば、周方向または外側のガス圧力分配マイクロ溝８a、８ｃによって境界を定めた均一な熱条件の領域を形成する。冷却ガスは、ガスギャップ１３の均一な熱条件領域内のガス圧力が平衡となるまで、最初に、周方向または外側のマイクロ溝８a、８ｃ、そして、径方向のガス分配用マイクロ溝８ｂ、８ｄを通って冷却ガス源から供給される。この定常状態が達成されると、冷却ガスは、周方向のガス分配用マイクロ溝８aとクランプ１の外側縁の間（図３参照）、または外側のガス分配用マイクロ溝８ｃと周方向のガス排気用マイクロ溝１０の間（図４参照）のいずれかにあるガスギャップ１３の領域にのみ冷却ガスの流れが発生する。
【００１９】
ガス排気用マイクロ溝１０は、排気用ポンプ(図示略)と流体連通することができ、このポンプは、排気孔１１（図４参照）を通って高真空室１５から出る、使用済みの冷却ガスを引き出す。平衡圧力が確立された初期の一時的状態の後では、ガスギャップ１３の均一な熱条件領域内に冷却ガスの流れはない。その結果、均一な熱条件領域に隣接する半導体ウエハの大部分を横切るガス圧力は、均一に維持される。それゆえ、一定の熱伝導を与える。ガスギャップ１３内のガス圧力は、約１００トルまたはそれ以上とすることができる。ここで考慮される圧力及びギャップに対して、熱条件は、分子的に自由の状態であり、それゆえ、熱条件は圧力にのみ比例する。
【００２０】
径方向のガス圧力分配用マイクロ溝８ｂ、８ｄは、特定の数、パターン、または長さに制限されない。しかし、ガス圧力分配用マイクロ溝８ａ〜８ｄは、ガスが粘性流の限界となる幅を有する（例えば、100×平均自由行程）。１００トルの水素ガス圧力に対してマイクロ溝８ａ〜８ｄの幅は、約１００μｍ必要である。これは、周方向のガス圧力分配用のマイクロ溝８ａが、静電クランプ１の外周縁の１ｍｍ以内となるようにすることができ、また、外側のマイクロ溝８ｃをクランプの外周縁の３ｍｍ以内となるようにすることができる。最小のエッジ除外の範囲でウエハ１２上の熱条件の均一性を確実にする。
【００２１】
径方向のガス圧力分配用マイクロ溝８ｂ、８ｄは、約１００μｍの幅を有し、高圧ガスの蓄積分が静電クランプの中心により近く運ばれるので、内方に伸びている。このような径方向のマイクロ溝８ｂ、８ｄの約２ｃｍ以内の半導体ウエハの全ての領域を維持することによって、ウエハ１２の全ての点で平衡圧力を確立するための時間は、約１秒またはそれ以下となるであろう。周方向または外側のガス圧力分配用マイクロ溝８ａ、８ｃと、クランプ１の外縁または排気用マイクロ溝１０と、それぞれの間の誘電体部分の伝導率は、約１００μｍのギャップに対して水素ガスの約０．２sccmが、ガス圧力分配用マイクロ溝８ａ〜８ｄ内で１００トルの圧力を達成することが必要とされる。
【００２２】
従って、本発明は、均一で応答性のあるバックサイド型式のガス圧力分配システムを提供する。このため、ガスギャップ１３内の冷却ガスは、分子的に自由な状態に留まり（その結果、伝導率はギャップ溝に無感応である。）、一方、ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワーク内のガスは、粘性流の状態に留まる（ここでは、マイクロ溝に沿う圧力勾配がない）。
【００２３】
ガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークは、ガスギャップ１３に有効な伝導率を与え、その結果、ギャップ１３内のガス圧力が急速に平衡に達する。
【００２４】
ウエハ１２と誘電体層６の間のギャップ１３内のガス圧力を１００トル以上の分子自由状態を維持するために、誘電体層６の表面は、ウエハの表面を越える程度またはレベルにまで磨かれ、一方のウエハの背面１２ｂも磨かれる。磨かれた誘電体層６のすべり面は、０．１μｍまたは同程度のレベルであり、従来技術として良く知られた化学的機械式研磨（ＣＭＰ）技術を用いて製造することができる。
【００２５】
しかし、外側のガス圧力分配用マイクロ溝８ｃと周方向のガス排気用マイクロ溝１０との間、または周方向のガス圧力分配用マイクロ溝８ａとクランプ１の外側エッジとの間にガスの流れがある。これらの点でのガス漏れは、約０．５sccmまたはそれ以下である。これは、ウエハエッジにおいて、高真空室１５（＜１トル）内の圧力を降下させる圧力勾配を導く。これにより、静電クランプ１への伝導率がウエハエッジ近くで非常に低い値に降下することを意味する。ウエハがイオンビーム等の均一なエネルギー源によって均一に熱せられるならば、ウエハエッジにおける加熱及び冷却の不均衡がエッジ加熱に達する。
【００２６】
半導体ウエハの伝導率は、ガスギャップ伝導率よりも高いので、ホットスポットがウエハの中心に向かって伸びることになる。半導体ウエハ上で３ｍｍのエッジ除外領域があるが、温度の影響により低下した熱伝導領域が１ｍｍであるため、この除外領域が広がる。その結果、本出願人に譲渡された特許文献３において、半導体ウエハの冷却されないエッジをシールドするために、リップを設けることによってエッジ加熱を生じさせる基準が作られる。この米国特許出願で開示されたものは、ここに参考文献として包含される。この出願は、本発明の静電クランプ１と組み合わせて使用することができる装置を開示している。
【特許文献３】米国特許出願第１０／２７８，６４０号明細書
【００２７】
ベース部材２の温度は、冷却流体の流れを受け入れるように形作られたチャネル(図示略)を介して、流体（例えば、水）を循環することによって制御することができる。このチャネルは、スパイラル状に、曲がりくねった経路、または一組の相互連結されたチャネルとして形成することができる。これらのチャネルは、１つまたはそれ以上の閉じた導管を形成するために、バッキングプレート(図示略)によって閉じている。このバッキングプレートは、抵抗層４に対向するベースプレートの下側をシールすることができる。また、このバッキングプレート内には、冷却剤の入口及び出口の管継手に接続する複数の開口が設けられている。静電クランプ１は、広範囲の温度条件下で実行できるように形作られているので、チャネルを通って流れる冷却媒体は、液体またはガスのいずれも可能である。
【００２８】
本発明によれば、静電クランプ１は、更に、抵抗層４及び誘電体層６(図１参照）の間に配置されている一対の高電圧電極５を含んでいる。この電極５は、正電極５ａと負電極５ｂ（図５参照）を含み、一対の高電圧電極コネクタ２５ａ、２５ｂを介してスイッチング電源に接続することができる。スイッチング電源は、誘電体層６上に配置されるウエハ１２に静電クランプ力を作り出すために電気信号を供給する。電気信号は、約３キロボルト(直流)とすることができ、クランプ力は、約２００トルまたはそれ以上とすることができる。さらに、静電クランプ１は、クランプ１（図１及び図５を参照）の外周縁の約１ｍｍ以内に配置されている、選択的に１つ以上のフィールドをクランプする接地電極７を含むことができる。接地電極７によって形成される接地ラインは、約５００μｍの幅が必要で、高電圧電極５の約３００μｍ以内に配置される。こうして、クランプ圧力がウエハ１２の外周縁の１ｍｍ以内まで伸びることができる。接地電極７は、接地電極コネクタ２７を含む。接地電極７と高電圧電極５は、標準の厚膜スクリーン技術を用いて作ることができる。
【００２９】
図１及び図５に示すように、接地電極７は、また、抵抗層４と誘電体層６の間で、分配用のマイクロ溝８ａ〜８dに隣接またはその下側に接地電極７によって形成される接地電極ラインを位置決めることによってガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワーク用のシールドとして使用することができる。ここに、接地ラインは、約２００μｍの幅が必要であり、高電圧電極５の約３００μｍ以内に配置される。接地電極７は、分配用のマイクロ溝８ａ〜８dのまわりのフィールド自由領域を作り出す。これにより、マイクロ溝または誘電体層内に放電するのを防止する。フィールド自由領域は、約１００μｍの幅で静電クランプ１によって供給されるクランプ力に影響を与えることがない。
【００３０】
代わりに、ガス圧力分配用マイクロ溝８ａ〜８dは、マイクロ溝の隣に電界増大部分が約３０％となるような寸法とすることができる。放電は、マイクロ溝の底部に充填されるように制限される。その後、マイクロ溝の下側に電界増大部分が約３０％になるであろう。それゆえ、クランプフィールドが約３０％まで減少した場合、誘電体層のブレークダウン（サファイアに対して約１０ＫＶ／ｍｍ）、誘電体層６内にブレークダウンは発生しなし、また、ガス内の放電は、マイクロ溝を充電することに対してだけ制限される。これはクランプ圧力を減少することができ、それゆえ、静電クランプ１の冷却能力が約３０％だけ減少させ、構成を単純化しかつ十分な高冷却能力を与える。
【００３１】
接地電極７は、ガス供給孔９用のシールドを提供することができる。これは、高いガス圧力と長い経路による放電に対する特別の感応領域である。ガス供給孔９の回りに接地電極７を配置することによって、この入口は、約２ｍｍ以上のクランプ圧力を混乱させることなく、ゼロ電界を維持することができる。
【００３２】
図１で更に説明するように、誘電体層６は、ガス分配用のマイクロ溝ネットワーク及びガス排出用マイクロ溝１０を接地電極７から分離する。抵抗層４は、図１で示すように、誘電体層６と境を接し、（即ち、クランプ１の方向から見て下側）に高電圧電極５と接地電極７との間に横たわっている。これは、電極のエッジでの電界増大部分を取り除いて、誘電体層６に、誘電体層の材料のブレークダウンまでその大きさを強くする電界を形成することができる。こうして、達成可能なクランプ圧力を最大にする。サファイア材料に対して、比較的高い比誘電率を与えるこの最大電界は、約１５ＫＶ／ｍｍまたはそれ以上であり、約１気圧に近いクランプ圧力を生じさせることができる。
【００３３】
半導体ウエハの処理において、ウエハをさかさまに配置することが必要となる場合がある。従って、静電クランプ１は、図１に示す方向とは反対側に配置することもできる。
【００３４】
本発明は、容易に理解できるようにするため、本発明を説明することを意図する次の例示が参考となるが、これは本発明の範囲を限定するものではない。
【００３５】
図６は、本発明に従う静電クランプのためのガスリーク流（sccm)対ガスギャップ幅（μｍ）のグラフを示す。周方向のガス分配用マイクロ溝と３００ｍｍの半導体ウエハのエッジとの間の距離は、約１ｍｍであった。窒素ガスは１００トルの圧力で供給された。この値は、静電クランプと半導体ウエハの表面の粗さによる。
【００３６】
本発明は、一般的な実施形態に関して説明してきたが、記載された本発明の技術的思想の範囲内に含まれる種々の変更が作製できることを理解すべきである。従って、本発明は、ここに開示された実施形態に意図するものではなく、特許請求の範囲に記載の構成によって許される範囲を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、半導体ウエハの処理中、半導体ウエハを固定するための本発明に従う静電クランプの部分断面図である。
【図２】図２は、半導体ウエハの処理中、半導体ウエハを固定するための本発明に従う静電クランプのための一例を示す概略ブロック図である。
【図３】図３は、本発明に従うガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワークの平面図である。
【図４】図４は、本発明に従う静電クランプのガス圧力分配用のマイクロ溝ネットワーク及び周方向ガス排出用のマイクロ溝の平面図である。
【図５】図５は、本発明に従う静電クランプの接地電極及び一対の高電圧電極の平面図である。
【図６】図６は、本発明に従う静電クランプのための冷却ガスの流量(sccm)対ギャップ幅（μｍ）を示すグラフである。
【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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