(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理の間，ワークピースを保持する装置であって，
ワークピースを受け入れるための，電気的に絶縁したクランピング表面を画成する誘電性要素，および複数のシール電極を含むプラテン組立体と，
ワークピースと前記クランピング表面との間の領域にガスを与えるガス源と，
ワークピースまたは前記クランピング表面において，ガスを送るための移動する波を形成するために，時間とともに変化する電圧を前記シール電極に適用する電源と，
を含む保持装置。
【請求項２】
前記シール電極は，前記クランピング表面の周囲または周囲近傍で，前記クランピング表面の下に位置する，少なくとも三つのシール電極を含む，請求項１に記載の保持装置。
【請求項３】
前記電圧はワークピースにおいて，内側に移動する波を形成し，
ガスは，前記内側に移動する波により，前記クランピング表面の周囲から内側に向かって送られる，請求項２に記載の保持装置。
【請求項４】
前記シール電極は同中心のリングを含む，請求項１に記載の保持装置。
【請求項５】
前記プラテン組立体はさらに，一つ以上のクランピング電圧に応答して，前記クランピング表面上の固定した位置に，ワークピースを静電的にクランプするための，一つ以上のクランピング電極を含む，請求項１に記載の保持装置。
【請求項６】
前記一つ以上のクランピング電極は前記シール電極の内側に位置する，請求項５に記載の保持装置。
【請求項７】
前記シール電極は，前記クランピング表面上の固定した位置に，ワークピースを静電的にクランプする，請求項１に記載の保持装置。
【請求項８】
前記シール電極は，複数の同中心のリングを含む，請求項１に記載の保持装置。
【請求項９】
ワークピースにおいて移動する波は，ワークピースと前記クランピング表面との間で，移動するポケットを画成する，請求項３に記載の保持装置。
【請求項１０】
前記電源は，ワークピースの引き付けと開放との間で交互に起り，かつ前記移動する波を形成する位相をもつ電圧を発生する，請求項３に記載の保持装置。
【請求項１１】
前記プラテン組立体は半導体ウエハをクランプする形状をもつ，請求項１に記載の保持装置。
【請求項１２】
前記電源は，連続して繰り返す，引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分を，それぞれ含む電圧を発生し，前記電圧は，前記引き付け電圧部分および前記非引き付け電圧部分が，電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相をもつ，請求項１に記載の保持装置。
【請求項１３】
前記シール電極は前記誘電性要素の層の間に位置する，請求項１に記載の保持装置。
【請求項１４】
処理の間，半導体ウエハをクランプするプラテン組立体であって，
半導体ウエハを受け入れるためのクランピング表面を画成する誘電性要素と，
半導体ウエハと前記クランピング表面との間の領域に，ガスを導入する導管と，
一つ以上のクランピング電圧に応答して，半導体ウエハを前記クランピング表面に静電的にクランプするための，一つ以上のクランピング電極と，
半導体ウエハにおいて，電圧に応答して内側に移動する波を形成するための，前記クランピング表面の周囲または周囲近傍にある複数のシール電極と，
を含み，
ガスは，前記内側に移動する波により，前記クランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる，ところのプラテン組立体。
【請求項１５】
前記シール電極は同中心のリングを含む，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項１６】
前記一つ以上のクランピング組立体は前記シール電極の内側に位置する，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項１７】
半導体ウエハにおける移動する波は，半導体ウエハと前記クランピング表面との間に移動するポケットを画成する，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項１８】
前記電圧は，連続して繰り返す，引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分を含み，前記電圧は，前記引き付け電圧部分および前記非引き付け電圧部分が，シール電極からシール電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相をもつ，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項１９】
前記電圧のそれぞれは，連続して繰り返す，ゼロ電圧部分およびゼロでない電圧部分を含み，前記電圧は，前記ゼロ電圧部分および前記ゼロでない電圧部分がシール電極からシール電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相をもつ，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項２０】
前記シール電極は前記誘電性要素の層の間に位置する，請求項１４に記載のプラテン組立体。
【請求項２１】
処理の間，半導体ウエハをクランプするプラテン組立体であって，
半導体ウエハを受け入れるためのクランピング表面を画成する誘電性要素と，
半導体ウエハと前記クランピング表面との間の領域に，ガスを導入する導管と，
半導体ウエハを前記クランピング表面に静電的にクランプし，適用される電極電圧に応答して，半導体ウエハにおいて，内側に移動する波を形成するための，複数の電極と，
を含み，ガスは，前記内側に移動する波により，前記クランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる，ところのプラテン組立体。
【請求項２２】
前記電極は複数の同中心のリングを含む，請求項２１に記載のプラテン組立体。
【請求項２３】
前記電極電圧のそれぞれは，連続して繰り返す，引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分を含み，前記電極電圧は，前記引き付け電圧部分と前記非引き付け電圧部分が，電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相をもつ，請求項２１に記載のプラテン組立体。
【請求項２４】
前記電極電圧の非引き付け電圧部分はゼロ電圧部分である，請求項２３に記載のプラテン組立体。
【請求項２５】
前記電極電圧のそれぞれは，連続して繰り返す，ゼロ電圧部分およびゼロでない電圧部分を含み，前記電極電圧は，前記ゼロ電圧部分および前記ゼロでない電圧部分が電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相をもつ，請求項２１に記載のプラテン組立体。
【請求項２６】
前記電極は前記誘電性要素の層の間に位置する，請求項２１に記載のプラテン組立体。
【請求項２７】
処理の間，ワークピースをクランプする方法であって，
電気的に絶縁したクランピング表面，および複数のシール電極を含み，前記クランピング表面の下に位置する電極を画成する誘電性要素を含むプラテン組立体を設ける工程と，
前記クランピング表面上にワークピースと取り付ける工程と，
ワークピースと前記クランピング表面との間の領域に，ガスを導入する工程と，
ワークピースまたは前記クランピング表面において，ガスを送るための移動する波を形成するために，時間とともに変化する電圧を前記シール電極に適用する工程と，
を含む，方法。
【請求項２８】
プラテン組立体を設ける工程は，前記クランピング表面の周囲または周囲近傍に，少なくとも三つの電極を設ける工程を含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
電圧を適用する工程は，ワークピースにおいて，内側に移動する波を形成することを含み，ガスは，前記内側に移動する波により，前記クランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる，請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記プラテン組立体を設ける工程は，さらに，前記クランピング表面の下に位置する一つ以上のクランピング電極を供給することを含み，さらに前記クランピング表面上の固定した位置にワークピースを静電的にクランプするために，クランピング電圧を前記クランピング電極に適用する工程を含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
電圧を前記シール電極に適用する工程は，連続して繰り返す，引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分を，それぞれ含む電圧を適用すること，ならびに前記引き付け電圧部分および前記非引き付け電圧部分が，電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相を前記電圧にもたせることを含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
電圧を前記シール電極に適用する工程は，連続して繰り返す，ゼロ電圧部分およびゼロでない電圧部分をそれぞれ含む電圧を適用すること，ならびに前記ゼロ電圧部分および前記ゼロでない電圧部分が電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成する位相を前記電圧にもたせることを含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
処理の間，ワークピースを保持する装置であって，
ワークピースを受け入れるための，電気的に絶縁したクランピング表面を画成する誘電性要素，および複数のシール電極を含むプラテン組立体と，
ワークピースと前記クランピング表面との間の領域にガスを与えるガス源と，
ワークピースまたは前記クランピング表面において，ガスを送るための移動する波を形成するために，時間とともに変化する電圧を前記シール電極に適用する電源と，
を含む保持装置。
【請求項３４】
処理の間，半導体ウエハをクランピングする装置であって，  ワークピースを受け入れるための，電気的に絶縁したクランピング表面を画成する誘電性要素と，前記クランピング表面の下に位置する複数のシール電極を含むプラテン組立体であって，さらに，半導体ウエハと前記クランピング表面との間の領域にガス導入するための導管を含み，前記電極が前記クランピング表面の周囲または周囲近傍に，三つ以上の，同中心となるシール電極を含む，ところのプラテン組立体と，
半導体ウエハと前記クランピング表面との間で，熱エネルギーの伝導を行うために，半導体ウエハと前記クランピング表面との間の領域にガスを与えるための導管に結合したガス源と，
半導体ウエハにおいて，内側に向かって移動する波を形成するために，電圧を前記シール電極に適用するための電源と，
含み，
ガスは，前記内側に移動する波により前記クランピング表面の周囲から内側に移動し，前記電源は，引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分をそれぞれ含む電圧を発生し，前記電圧は，前記引き付け電圧部分および非引き付け電圧部分が電極から電極に移動し，ガス送りの方向を移動する方向を画成する位相をもつ，ところのクランピング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は，真空処理チェンバーにおいて，半導体ウエハのようなワークピースを静電的にクランプする装置に関し，ワークピースとクランピング表面との間にガスを保持するための静電シールを含む静電クランピング装置に関する。装置は特に，使用を限定するのではないがイオン注入システムにおいて有用である。
【０００２】
集積回路の製造において，既に確立した多数のプロセスは真空中で半導体ウエハにイオンビームを適用することに関する。これらのプロセス，たとえば，イオン注入，イオンビームミリング（milling）および反応性イオンエッチングを含む。それぞれの場合，イオンビームはイオン源で発生され，ターゲットウエハへと加速される。イオン注入は，伝導性を変える不純物を半導体ウエハに導入するための標準的な技術となっている。所望の不純物材がイオン源でイオン化され，イオンは所望のエネルギーをもつイオンビームを形成するために加速され，イオンビームはウエハ表面に向けられる。ビーム内のエネルギーをもつイオンは，半導体材料のバルク内に侵入し，所望の導電性の領域を形成するために，半導体材料の結晶格子に埋め込まれる。
【０００３】
ウエハ取り付けサイトは，イオン注入システムの重要な要素である。ウエハ取り付けサイトはイオン注入のために固定した位置に半導体ウエハをしっかりとクランプし，多くの場合，ウエハを冷却することが必要となる。さらに，イオン注入後ウエハを交換するための手段が提供されなければならない。市販の半導体処理において，単位時間当たりのウエハの処理に関し，高いスループットを達成することが重要な課題である。高いスループットを達成する一つの方法は，注入処理が短時間で完了するように，高電流のイオンビームを使用することである。しかし，高電流のイオンビームにより，多くの熱が発生する。この熱は，ウエハにおいて所期の制限を越えて，制御できない不純物の拡散をもたらすとともに，パターン化されたフォトレジスト層の劣化をもたらす。したがって，半導体の最大の温度を約100℃に制限するために,ウエハを冷却することが必要で，最大の半導体温度を100℃以下に制限することは将来必要となろう。
【０００４】
ターゲット取り付けサイトに，半導体ウエハをクランプするための多くの技術が従来より知られている。一つの既知の技術は静電力を使用することに関するものである。誘電層が半導体ウエハと伝導性支持プレートとの間に位置する。半導体ウエハと支持プレートとの間に電圧が適用され，ウエハは静電力により誘電層に対しクランプされる。静電ウエハクランプは，G. A. Wardlyによる"Electrostatic Wafer Chuck for Electron Beam Microfabrication"，Rev. Sci, Instrum.，第44巻，第10号，1972年10月，第1506-1509頁，McGintyによる1976年11月23日に発行された米国特許第3,993,509号に記載されている。ウエハから熱を除去するために，熱伝導性材料を利用する静電ウエハクランプ構が，Lewinらによる1985年2月26日に発行された米国特許第4,502,094号，Wardらによる1987年5月12日に発行された米国特許第4,665,463号，Brigliaによる1980年1月15日に発行された米国特許第4,184,188号に開示されている。Bligliaパテントは熱伝導性で，電気的に絶縁性をもつRTVシリコーンの層をもつ支持プレートを開示する。静電ウエハクランプもまた，Tojoらによる1984年10月30日に発行された米国特許第4,480,284号，Levinによる1985年11月19日に発行された米国特許第4,554,611号，Wickerらによる1988年2月9日に発行された米国特許第4,724,510号およびEckesらによる1983年10月25日に発行された米国特許第4,412,133号に開示されている。
【０００５】
十分に満足にいく性能を発揮する静電ウエハクランプが，Frutigerによる1995年9月19日に発行された米国特許第4,452,177号に開示されている。六相の静電ウエハクランプが六つの扇形の電極をもつプラテンを含む。六つの異なる位相をもつ電圧が電極に適用され，プラテンの向か合った電極に適用される電圧は位相外の二分の一サイクルとなっている。適用電圧は好適に双極方形波である。
【０００６】
上記のように，ウエハ冷却は典型的にイオン注入の間必要とされる。ガス伝導技術は，真空中で，ウエハを冷却するために使用されている。半導体ウエハとクランピング表面との間の領域に導入される冷却ガスがウエハと熱シンクとの間に熱的結合を与える。静電ウエハは前記した米国特許第5,452,17号に開示されている。
【０００７】
ガス伝導冷却を採用するウエハクランプは典型的に，ウエハとクランピング表面との間の領域に冷却ガスを保持する手段を採用し，これによりガスが真空チェンバーに漏れることを防止する。この漏れは冷却高率を下げ，真空チェンバーを汚染するものである。
【０００８】
いくつかの従来技術が冷却ガスを保持するために使用されてきた。一つのアプローチは，前記第5,452,177号に例示されているように，クランピング表面の周囲にOリングまたはリップシールのような周囲シールを使用する。シール面はウエハの周囲で接触し，ウエハに対してシールを行う。しかし，周囲シールは，クランピング表面において露出することから容易に損傷を受ける。周囲シールは，容易に効果を失い，プロセスチェンバーにおいて不可避の粒子状物質で，やがて汚染されるようになる。パーティクルはウエハを擦るシールにより発生する。シリコンウエハそれ自身の粗い背面はシールを破ることになろう。シールが破られないとしても，弾性シールは，水素，ヘリウムおよびより軽いガスには浸透的である。さらに，弾性シールは，輻射および/または問題となる化学物質のような過酷な処理環境のため，圧縮永久ひずみや劣化を受ける。
【０００９】
冷却ガスを保持する他のアプローチは面積シールを使用するもので，ここでは，ウエハは仕上げられたプラテン表面に対して静電的にクランプされるが，プラテンとウエハの間に最小のクリアランスが与えられ，ガス漏れが制限される。平坦で，非常に仕上げられたクランピング表面に対してウエハを静電的にクランプすることにより形成される面積シールが周囲シールよりも，ダメージを受け難い。しかし，面積シールは，ウエハとクランピング表面との間の空間を増加させる，捕獲したパーティクルのため，多少漏れが生じやすい。このような欠点はウエハの柔軟性により多少，軽減され，ウエハのエッジは，中心に向かう捕獲されたパーティクルにもかかわらず，周囲にそってシールできる。しかし，十分な冷却のためにガス圧の増加が必要となり，これにより，クランピング表面にクランプされたウエハを保持するために，クランプ電圧の増加が必要となる。典型的に冷却ガス圧が増加すると，漏れ率も増加する。
【００１０】
冷却ガスの，真空チェンバーへの漏れを制限する他の技術は，クランピング表面の周囲に環状溝を利用する。溝は真空ポンプに連結され，冷却ガスは，真空チェンバーへの漏れの前に除去される。Morleyによる，1986年8月5日に発行した米国特許第4,603,466号を参照。このアプローチは，静電ウエハクランプの場合，クランピング力を減少させ，環状溝の領域における冷却を悪くする欠点をもつ。
【００１１】
静電ウエハクランプの周囲からのガス漏れが生じるという上記した問題は，二つの空間が形成されるが密接した，任意の形状をもつ表面の間でのガス漏れに関する，より一般的なシールの問題の一例である。シール問題の他の例は，シャフトが壁を通り，より高い圧力領域からより低い圧力領域へ伸長するシャフトシールの場合である。表面同士相対的に移動することから，接着剤のような永久的なシールは行えない。静電ウエハクランプの場合，ウエハは処理後除去される。シャフトシールの場合，シャフトは，取り付けられるシールに対して可動となるものである。
【００１２】
したがって，間隔はあけられているが密接している表面の間のガス漏れを制限する改良技術が必要となっている。
【００１３】
発明の要約
本発明の第一の態様において，処理の間，半導体ウエハのようなワークピースを保持する装置が提供される。プラテン組立体は，ワークピースを受け入れる，電気的に絶縁したクランピング表面を画成する誘電性要素，および複数のシール電極を含む。シール電極は，クランピング表面の周囲，または周囲近傍で，少なくとも三つのシール電極を含む。ガス源はワークピースとクランピング表面との間の領域に，典型的にワークピースとクランピング表面との間で熱エネルギーの伝導を行うガスを与える。電源がガスを送るためにシール電極に電圧を適用する。
【００１４】
シール電極はクランピング表面の周囲で，または周囲の近傍で，同中心のリングを含んでもよい。シール電極に適用される電圧は，ワークピースで，内側に移動する波を形成することができる。ガスは，内側に移動する波によいクランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる。ワークピースでの移動する波は，ワークピースとクランピング表面との間で移動するポケットを画成する。移動するポケット内のガスは，移動するポケットとともに内側に送られる。
【００１５】
電源は好適に，ワークピースの引き付けと開放との間で交互に起こす電圧を発生する。異なるシール電極に適用される電圧は，移動する波を形成するように位相をもつ。電圧はそれぞれ，連続して繰り返される，引き付ける電圧部分および非引き付け電圧部分を含み，引き付ける電圧部分および非引き付け電圧部分が電極から電極に移動し，ガス送りの方向を画成するように，位相をもつことができる。
【００１６】
一実施例において，電極はさらに，一つ以上のクランピング電圧に応答して，クランピング表面の所定の位置に，ワークピースを静電的にクランプする一つ以上のクランピング電極を含む。クランピング電極はシール電極の内側に位置させることができる。他の実施例において，複数のシール電極が，クランピング表面上の固定の位置にワークピースを静電的にクランプする。
【００１７】
本発明の他の態様にしたがって，処理の間，半導体ウエハをクランプするためのプラテン組立体が提供される。プラテン組立体は，半導体ウエハを受け入れるクランピング表面を画成する誘電性要素，半導体ウエハとクランピング表面の間の領域にガスを導入する導管，一つ以上のクランピング電圧に応答してクランピング表面に，半導体ウエハを静電的にクランプする，一つ以上のクランピング電極，および適用される電極電圧に応答して，半導体ウエハにおいて，内側に移動する波を形成するための，クランピング表面の周囲，または周囲近傍にある複数のシール電極を含む。ガスは，内側に移動する波によりクランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる。
【００１８】
本発明の他の態様にしたがって，処理の間，半導体ウエハをクランプするためのプラテン組立体が提供される。プラテン組立体は半導体ウエハを受け入れるためのクランピング表面を画成する誘電性要素，半導体ウエハとクランピング表面との間の領域にガスを導入する導管，および半導体ウエハをクランピング表面に静電的にクランプし，適用される電極電圧に応答して半導体ウエハにおいて，内側に移動する波を形成するための複数の電極を含む。ガスは，内側に移動する波によりクランピング表面の周囲から内側に離れるように送られる。
【００１９】
さらに，本発明の他の態様にしたがって，処理中にワークピースをクランプする方法が提供される。本発明は，電気的に絶縁したクランピング表面を画成する誘電性要素，および複数のシール電極を含むプラテン組立体を設ける工程を含む。シール電極はクランピング表面の周囲，または周囲近傍に少なくとも三つのシール電極を含むことができる。本方法はさらに，ワークピースをクランピング表面に取り付けること，ワークピースとクランピング表面との間にガスを導入すること，およびガスを送るために，電圧をシール電極に適用することを含む。
【００２０】
本発明をよりよく理解するために，ここに添付の図面が参照されている。
【００２１】
詳細な説明
本発明にしたがった静電装置の第一の実施例が図１に略示されている。上述したように，装置は，静電シールとして，または静電真空ポンプとして動作できるものである。静電装置10が，表面14を有する伝導性要素12，表面18を有する誘電性要素16，および三つ以上のシール電極20，22および24を含む。電極20，22および24は誘電性要素16の表面に隣接して位置し，表面18から電気的に絶縁されている。図１の実施例において，伝導性要素12は柔軟で，誘電性要素16は比較的硬いものである。
【００２２】
一実施例において，電極20，22および24は誘電性要素16に埋め込まれ，表面18から電気的に絶縁されている。他の実施例において，誘電性要素18は層構造をもち，電極20，22および24は層の間に位置する。電極層20，22および24は層の一つの表面に付着（deposit）される。それぞ，電極20，22および24は，誘電性要素16が電極20，22および24に関して，実質的に固定した位置で維持されるように誘電性要素16に物理的に連結される。
【００２３】
電極20，22および24は表面18に平行に伸長でき，所望の形状をもつこともできる。一例として，電極は，図９に示されているように，同中心のリングであり，一平面にある。他の例として，電極は，同じ直径をもつ同中心となったリングであり，図１６Aおよび１６Bに示されているように，円筒状形状をもつ。
【００２４】
表面14および18（平坦なものでも，平坦でないものでもよい）は，小さな間隙30により分離されてもよく，物理的に接触していてもよい。ガスが表面14と18との間の間隙30内にある。表面14および18が物理的に接している場合であっても，表面は，ガスを含む微細な空隙をもつ。或る応用例では，ガスは加熱または冷却のために，表面間に導入することができる。他の応用例では，漏れの結果として存在する。本発明の誘電装置がないと，ガスは間隙を通り，表面14と18との間の微細な空隙を通って，より高い圧力領域からより低い圧力領域に流れ，または漏れることになる。
【００２５】
適切な電圧を，電極20，22および24に適用することにより，移動する波32が柔軟な伝導性要素12において生成される。移動する波32は，誘電性要素16から持ち上がったまたは離れた伝導性要素12の領域であり，誘電性要素16と接し，またはほとんど接する伝導性要素12の領域と境をもつ。移動する波32は，上述したように伝導性要素12の柔軟性から，かつ伝導性要素12に適用される静電力によりもたらされる。移動する波32は，表面14と18との間で，ガスを送る移動するポケット34を画成し，これにより圧力差が生じる。移動する波32は表面14と18との間のガスに圧縮波を生じさせる。ガス送りの方向は，平面14および18にほぼ平行で，電極20，22および24に適用されるシール電圧の位相により決定される方向36である。
【００２６】
誘電装置の動作に適した電圧波形のセットの第一の例が図２に示されている。電圧40が電極20に適用され，電圧42が電極22に適用され，電圧44が電極24に適用される。図２に示されているように，各電圧は，連続して繰り返すゼロ電圧部分，+V電圧部分，および‐V電圧部分を有する。+Vおよび‐V電圧は，伝導性要素12と誘電性要素16との間で静電的な引き付けを生じさせるのに十分なものである。電圧は，静電的な引き付けのない，ゼロ電圧部分をもつことにより，静電クランピング装置に典型的に適用されるものと異なっている。したがって，電圧は各電極において，静電引き付けの期間と静電引き付けのない期間を形成する。図２にさらに示されているように，電圧40，42および44は，ゼロ電圧部分が，電極か20から電極22へ，電極24へ連続して繰り返しながら空間的に移動するように位相をもつ。特に，ゼロ電圧は時間T0の間，電極20に適用され，ゼロ電圧は時間T1の間，電極22に適用され，ゼロ電圧は時間T2の間，電極24に適用される。この連続は，たとえば，時間T3，T4およびT5の間で示されているように，繰り返される。電圧の周波数は，伝導性要素12の厚さおよび柔軟性に基づいて選択され，たとえば，シリコンウエハでは，20Hzから40Hzの範囲とすることができる。図２の例において，電圧40，42および44の合計は，各瞬間でゼロであり，したがって伝導性要素12の帯電が避けられる。
【００２７】
図３A‐３Cにおいて，静電装置の動作が図示されている。図３A，図３Bおよび図３Cは図２の時間T0，T1，およびT2に，それぞれ対応する。図３Aに示されているように，電極20と向かい合った伝導性要素12の一部が電極20（V＝0）により引き付けられず，電極22と向かい合った伝導性要素12の一部が電極22（V＝‐V）により引き付けられ，電極24と向かい合った伝導性要素12の一部が電極24（V＝＋V）により引き付けられる。伝導性要素12の柔軟性の特徴のため，表面14および18は，電極22および24に近接接触し，空間またはポケット50が電極20に近接した表面14と18との間に形成される。図３Bに示されている時間T1の間，電極20および24と向かい合う伝導性要素12の部分が電極20および24により引き付けられ，電極22と向か合う伝導性要素12の部分が電極22により引き付けられる。その結果，ポケット50は電極20に近接した位置（図３A）から，電極22に近接した位置（図３B）に移動する。図３Cに示されている時間T2の間，電極20および22と向かい合う伝導性要素12の部分が電極20および22により引き付けられ，電極24と向か合う伝導性要素12の部分が電極24により引き付けられない。したがって，ポケット50は電極24に近接した位置に移動する。
【００２８】
図３A‐３Cに図示されている動作は，時間T0からT2の間，左から右に移動する柔軟な伝導性要素12における波としてみることができる。このプロセスが繰り返され，他の波が時間T3からT5の間，左から右に移動し，このことが続く。伝導性要素12の移動する波は，当該移動するポケット50の方向に，伝導性要素12と誘電性要素16との間の領域にあるガスを送る，移動するポケット50を画成する。その結果，圧力勾配または圧力差が，静電シールを横切って左から右へと生じる。
【００２９】
本発明の静電装置は，静電シールとして，または静電真空ポンプとして機能することができる。装置が静電シールとして機能するとき，移動する波によるガス送りの方向は，シールを通るガス漏れの方向とは反対になる。装置はガスを一つの方向から他の方向へ送ることから，ガスを特定の容積から除去する真空ポンプとして利用することができる。したがって，ここでは静電シールとして記述されているが，装置は，静電真空ポンプとして機能することができることは理解されよう。
【００３０】
本発明の静電シールは，二つの表面の間の間隙を通して，ガス流またはガス漏れを制限する，利用可能なシールである。表面は，任意の表面輪郭をもつことができる。静電シールは，圧力差がシールにわたって存在するところで有用である。能動的な静電シールは，不所望の漏れの方向とは反対の方向にガスを送る。静電ウエハのクランプおよびシャフトのシールの応用例については下述する。
【００３１】
図１ないし図３Cに示された静電シールの有効性は，伝導性要素12の厚さ，柔軟性，および伝導性，電極20，22および24の幅および間隔の種々のパラメータ，ならびに電圧のパラメータ（振幅，波形および周波数を含む）に依存することは理解されよう。たとえば，電極の幅および間隔は伝導性要素12に厚さおよび柔軟性に基づいて選択される。さらに，電圧の周波数は，伝導性要素12の機械的時定数と両立すべきである。伝導性要素の厚さおよび柔軟性は上述したように，移動する波の形成を可能にすべきものである。
【００３２】
静電シールの動作に適した電圧波形のセットの例が図４に示されている。電圧60，62および64が電極20，22および24に，それぞれ適用される。各電圧は+Vと‐Vとの間で変化する。電圧は，ゼロ電圧の部分（伝導性要素12が引き付けられないところ）が電極20から，電極22へ，電極24へ移動する位相をもつ。電圧60，62および64は図３Aないし図３Cに示され，また上記したように，伝導性要素12における移動する波を形成する。電圧の合計は図４の例のように，各瞬間で，ゼロには維持されない。
【００３３】
静電シールの動作に適した電圧波形のセットの例が図５に示されている。電圧70，72および74が電極20，22および24に，それぞれ適用される。電圧70，72および74は，図３Aないし図３Cに関連して記述されているように伝導性要素12における，移動する波を形成する。図５の例において，電圧の合計は各瞬間で，ゼロに維持されるが，三つの波形は異なっている。
【００３４】
電圧は図２，４および５に示されたパルス列に限定されない。修正された正弦波電圧波形80が図６に示されている。この波形は正弦波82とそれに続くゼロ電圧部分84を含む。電極20，22および24に適用される波形は図２に示され，また上述の位相をもつことができる。
【００３５】
図２，および図４ないし図６に示された波形は，伝導性要素12が誘電性要素16に引き付けられない，ゼロ電圧の部分を含む。伝導性要素12が実質的に静電力により引き付けられない，ゼロ電圧部分または低電圧部分を，電圧波形が含むことができることは理解されよう。さらに，電極20，22および24への電圧接続を逆転させると，静電シールは図１において，ガスを右から左に送ることができる。
【００３６】
静電シールの第二の実施例が図７に示されている。静電シール110は，表面114を有する伝導性要素112，表面118を有する柔軟な誘電性要素116，ならびに表面118に隣接して位置し，表面118に電気的に絶縁された電極120，122および124を含む。表面114および118は小さな間隙130だけ離れても，また物理的に接触してもよい。図２および図４ないし図６の例により示された電圧のセットの一つが，電極120，122および124に適用されてもよい。
【００３７】
静電シール110は，移動する波が，伝導性要素112ではなく柔軟な誘電性要素116において形成されることを除いて，図１に示された静電シール10と同様に動作する。静電シール110の動作は，図８Aないし図８Cに示されている。電極120，122および124に適用される電圧は，ゼロ，+Vおよび‐Vで示されている。図８Aに示されているように，ゼロ電位は時間T0の間，電極120に適用され，ポケット150は誘電性要素116と電極120に隣接した伝導性要素112の部分の間に形成される。図８Bに示されているように，ゼロ電位は時間T1の間，電極122に適用され，ポケット150は電極122に隣接して形成される。図８Cに示されているように，ゼロ電位は時間T2の間，電極124に適用され，ポケット150は電極124に隣接して形成される。したがって，ポケット150は連続した時間T0，T1およびT2で静電シールにおいて，左から右に移動する。表面114と118との間の間隙は，移動する波150により送られる。移動する波150は柔軟な誘電性要素116において波を画成する。
【００３８】
図７に示されている柔軟な誘電性要素はDelrinのようなエンジニアリングプラスチックであってもよい。撓みはガス圧に基づくが，弛緩した位置から引き付け位置へは0.0001から0.001インチの範囲にあってもよい。最大の変位は，表面間のガスの平均自由行程よりも小さくあるべきである。電極と誘電性層は層分離または亀裂を伴うことなく，湾曲に十分適応できる程度に柔軟でなければならない。このことは，これらの層を僅かな厚さに蒸着することにより達成される。たとえば，窒化チタニウムの電極層が炭化ケイ素の誘電性層により覆われてもよい。誘電性層は，強度および硬度が高くあるべきで，また欠陥のないスムーズなものであるべきであり，低摩擦係数をもつものである。
【００３９】
静電シールを組み込む静電ウエハクランプの第一の例が図９および図１０に示されている。静電ウエハクランプは，プラテン組立体200，電源202，ガス源204，およびクランピング制御回路208を含む。プラテン組立体200は，真空処理の間，半導体ウエハ210のようなワークピースを静電的にクランプする。クランピング制御回路208は，クランピング表面212にウエハ210を静電クランプするために，プラテン組立体200に電圧を供給する。ガス源は，処理の間，ウエハ210とクランピング表面212との間にガスを供給する。ガスは通常，ウエハ210を冷却するために，ウエハ210とクランピング表面212との間で，熱エネルギーの伝導を行う冷却ガスである。しかし，応用例として，ガスはウエハ210を加熱するために使用することができる。電源202はウエハ210とクランピング表面212との間の冷却ガスを静電的にシールするために，プラテン組立体200に電圧を供給する。静電ウエハクランプは典型的に，イオン注入システムにおいて使用されるが，他のウエハ処理システムにも利用することができる。
【００４０】
プラテン組立体200はプラテンベース220と，プラテン基板220の上面に取り付けられる絶縁基板222を含む。プラテンベース220と絶縁基板222はほぼ円形であり，ウエハ持ち上げ機構（図示せず）のため，およびガス源24からの冷却ガスの導入のための，中央開口部224をもつことができる。六つの扇形のクランピング電極230，232，234，236，238および240は基板222の上面および誘電性絶縁体244との間に位置する。誘電性絶縁体244は六つの電極に対応する六つの区画に形成されてもよい。クランピング電極230，232，234，236，238および240は，ウエハ210のクランピングが所望のときに，クランピング電圧を供給するクランピング制御回路208に結合されている。クランピング電圧は好適に，六つの異なる位相（0°，60°，120°，180°，240°および300°）をもつ双極方形波である。プラテン組立体の向かい合った電極に適用される電極の位相は，位相外れの，二分の一サイクル，または180°である。六位相静電ウエハクランピング装置の構成および動作は，上記米国特許第5,452,177号に詳説されている（ここに参考に組み込まれる）。
【００４１】
プラテン組立体200はさらに，シール電極260，262および264を含む。シール電極260，262および264は，クランピング表面212の周囲または周囲近傍に位置し，クランピンク表面から電気的に絶縁されている，同中心のリングであってもよい。図９の例において，シール電極260，262および262は，図１０に示されているように，絶縁基板222と誘電性絶縁体244との間に位置する。各シール電極の幅は，半導体ウエハの硬さ，静電シールの動作中の柔軟性に基づき選択される。一例において，シール電極260，262および264は同中心リングに構成され，それぞれは約八分の一インチから四分の一インチの範囲の幅を有し，1000ボルトでの動作のために，約0.060から0.10インチの電極間の間隔を有する。電極間の間隔が大きくなると，高電圧での動作が必要となり，間隔が小さくなると，低電圧を使用することができる。
【００４２】
電源202はシール電圧を，電極260，262および264に与える。図２および図４‐６の例により示されている電圧波形のセットの一つを利用することができる。好適に，図２または図５に示された電圧波形は，電圧の合計が常にゼロであり，波形の変化が最小であることから，利用することができる。これら電圧波形は各瞬間で合計ゼロとなり，ウエハ210のクランピングを最小にする。適切な電圧波形は，シリコン半導体ウエハの動作に対して，900から1100ボルトの範囲の振幅，および20から40Hzの範囲の周波数を有する。
【００４３】
動作において，半導体ウエハ210はクランピング電極230，232，234，236，238および240の動作により，クランピング表面212に静電的にクランプされる。ガス源204からの冷却ガスが，中央開口部224を通り，ウエハ210とクランピング表面212との間の領域に導入される。冷却ガスの圧力は典型的に，イオン注入に対して，1torrから100torrの範囲にある。冷却ガスはウエハ210と誘電性絶縁体244との間で，熱エネルギーの伝導を行う。シール電極260，262および264，ならびに電源202により形成される静電シールは下述するように，ウエハ210の周囲で冷却ガスのもれを防止する。
【００４４】
図９のプラテン組立体200の周囲静電シールの動作が図１１Aないし１１Cに示されている。図１１Aないし図１１Cの例において，図２に示された電圧波形40，42および44はシール電極260，262および264に，それぞれ適用される。図１１A（図２の時間T0に対応する）に示されているように，ゼロ電圧が，電極260に適用され，電圧‐Vが電極262に適用され，電圧+Vが電極264に適用される。したがって，電極260および264に隣接したウエハ210の部分はクランピング表面212に引き付けられ，ポケット270は電極262に隣接して形成される。図１１C（図２の時間T2に対応する）に示されているように，電圧‐Vが電極260に適用され，電圧+Vが電極262に適用され，ゼロ電圧が電極264に適用される。電極260および261に隣接したウエハ200の部分がクランピング表面に引き付けられ，ポケット270は電極264に隣接して形成される。電極260，262および264は同中心リングであり（図９），正味の効果は，ウエハ210において，円形で放射方向内側に向かう波の形成を形成する。内側に移動する波は，冷却ガスを放射方向内側に送るポケット270を画成し，これにより，冷却ガスが，プラテン組立体の周囲からの漏れが制限される。
【００４５】
プラテン組立体200の静電シールは，クランピング表面をシール表面のように使用し，冷却ガス流をウエハ210の中心に向ける有効なシールである。内側に移動する圧縮波は，ガス分子がもつモーメントが漏れとは反対の方向にあることから，ウエハのエッジにおける漏れ率をより減少させる。同じモーメントがウエハ210の背後に存在し得るどのパーティクルにも作用し，エッジでのよりクリーンなシールを可能にすると信じられている。その結果，ある漏れ率に対して，従来技術の静電ウエハクランプにおいて可能なものより高いガス圧がウエハの背後において達成できる。静電シールが，一つ以上の従来のシール技術と組み合わせて使用できることは理解されよう。
【００４６】
シール電極260，262および264が，常に三つの電極のうちの二つに電圧が適用されることから，クランピング表面212にウエハ210をクランプすることに寄与することは分かるであろう。シール電極に適用される電圧は，ウエハ210の静電クランピングを達成する。さらに，三つ以上のシール電極がシールを強化し，冷却ガスの漏れを減少させるために使用できることは理解されよう。
【００４７】
静電シールを組み込む静電ウエハクランプの第二の実施例が図１２に示されている。静電ウエハクランプは，プラテン組立体300，シール電源202およびガス源204を含む。プラテン組立体300は複数のシール電極を含む。プラテン組立体300は，クランピング電極が付加的なシール電極で置き換えられたことを除き，図９および図１０に示され，上述したようにプラテン組立体200と同じ構成をもつことができる。特に，プラテン組立体300には，シール電極310，312，314，316，318および320が設けられている。電極310，312，314，316，318および320は同中心のリングであり，電極320は円形で，中心にある電極である。電極320は冷却ガスの導入のために，開口部324を有してもよい。図１２の構成が例示であり，実際上のプラテン組立体が，多数のシール電極を含み得ることは理解されよう。図１２の実施例において，全体のクランピング表面はシール電極を含む。シール電極は，ウエハクランピングおよび静電シールの二重の機能を達成する。シール電極がクランピング機能を達成することから，図９に示されたようなクランピング制御回路が不要である。
【００４８】
図２および図４ないし図６に例示された電圧のセットの一つがプラテン組立体300とともに利用できる。前述したように，図２および図５は，電圧の合計が常にゼロで，ウエハの帯電が最小化されることから，好適である。図２および図１２において，電圧４０はシール電極310および316に結合され，電圧42がシール電極312および318に結合され，電圧44は電極314および320に結合され得る。
【００４９】
プラテン組立体300の動作は，上述した図１１Aないし１１Cに示された動作に対応する。図１１Aないし１１Cに示された動作は，三つのシール電極の各セットに対して繰り返される。その結果，半導体ウエハにおける移動する波が，ウエハの外周から中心に向かって，放射方向にガスを送る。プラテン組立体は複数の電極をもつことから，二つ以上の移動する波が半導体ウエハにおいて同時に生じる。これは，各移動する波がプラテン組立体の中心に向かってガスを送ることから，静電シールの性能を強化する。
【００５０】
上述したように，静電シールは，適切な電圧が適用される三つ以上のシール電極を利用することができる。多数のシール電極が，上記のようにシール性能を高める。電圧の合計が常にゼロであることを確実にするために，たくさんの三つのシール電極が利用されるべきである。各電圧が三番目のシール電極ごとに結合される。図２に示されているように，電圧40は電極1，4，7等に結合され，電圧42は電極2，5，8等に結合され，電極44は電極3，6，9等に結合される。ワークピースのクランピングが問題ではない場合，三つまたはそれ以上の多数の電極が使用できる。逆にいうならば，ワークピースの帯電が問題でる場合，多数の三つのシール電極および適切な電圧波形は帯電を防止するために使用できる。
【００５１】
四つの電極をもつ静電シールの動作が，図１３Aないし１３Dに略示されている。図を簡単にするため，シール電極350，352，354，および356ならびに柔軟な伝導性シート360のみが示されている。図２のように，電圧40が電極350および356に結合され，電圧42は電極352に結合され，電圧44は電極354に結合される。図１３Aないし１３Dは，図２の時間T0‐T3に対応する。二つの移動するポケット362および364が，四つの電極静電シールの動作の間，何度か同時に存在する。
【００５２】
六電極静電シールの動作は，図１４Aないし１４Dに略示されている。図を簡単にするために，シール電極380，382，384，386，388および390ならびに柔軟な伝導性シート392のみが示されている。図２のように，電圧40が電極380および386に結合され，電圧42は電極382および388に結合され，電圧44は電極384および390に結合される。図示のように，この構成は，導電性要素392において，同時に二つの移動するポケット394および396を形成し，これにより，シールの有効性が強化される。六電極構成は，図１２に示され，上述のプラテン組立体300に対応する。
【００５３】
本発明にしたがった静電面シールの例が図１５に示されている。誘電性要素450が図１５に拡大図で示されているように，基板452および絶縁体454を含む。動作する静電シールにおいて，誘電性絶縁体454は基板452に固定される。矩形のシール電極460，462，464および466が基板452と誘電性絶縁体454との間に位置する。シール電極460，462，464および466は同中心で，ポート470を囲む。ポート470は，ガス送りの方向に依存して，ガスを導入し，ガスを排気するために使用できる。図２および図４ないし図６に例示の電圧のセットの一つが電極460，462，464および466に適用できる。誘電性要素450は上述したように，移動するポケットでガス送りを実行するために，導電性要素（図１５には図示せず）と共に動作する。ガス送りの方向は，電極460，462，464および466に適用される電圧の位相に依存して，ポート470に，またはそこから離れる向きである。
【００５４】
シール電極460，462，464および466は好適に，閉じたループであるが，角が鋭くないように形状付けられなければならない。図１５に示されたタイプの面シールは，四角形，円形，楕円，菱形，三角形，五角形，六角形，または任意の形状のような種々の異なる電極形状を利用できる。それぞれの場合，電極は好適に，一連の閉じたループを形成し，その閉じたループの電極は，大きな寸法のものが小さな寸法のものを取り囲むようになったものである。上記したように，伝導性要素または誘電性要素は柔軟なものでよい。
【００５５】
上記の静電シールは，平坦または平坦に近い形状をもつ。しかし，本発明の静電シールは，平坦な形状に限定されない。より一般的には，静電シールは伝導性要素および誘電性要素を含む，その一方は柔軟で，接近はしているが間隔をあけた，または一定になった表面を有する。表面は所望の等高線をもってもよい。シールはさらに，誘電性表面に近接した配置され，典型的には，誘電性要素に取り付けられた三つ以上の電極を含む。
【００５６】
本発明にしたがった平坦でない静電シールの例が図１６Aないし１６Cに示されている。シャフトシール500が，伝導性シャフト502，およびシャフト502に取り付けられた，円筒状の誘電性要素504を含む。誘電性要素504は円筒状基板510および基板510内に位置する円筒状誘電性絶縁体512を含む。シール電極520，522，524，526および528が基板510と誘電性絶縁体512との間に位置する。シール電極520，522，524，526および528は等しい半径をもち，軸線にそって間隔があけられたリングである。図２および図４ないし図６に例示された電圧のセットの一つがシール電極に適用され得る。
【００５７】
シフトシールは，壁または他のバリヤーを通過し，高圧の領域から低圧の領域に伸びることができる。シャフト502は誘電性要素504に対して，回転および/または往復移動することができる。本発明の有効な静電シールはシャフトにそったガスの漏れを制限し，低シール磨耗として特徴づけられる。
【００５８】
シャフトシール500の動作は図１７に示されている。電極520，522，524，526，528および530に適用される電圧は，円筒状要素504において軸線方向に移動する波を生じさせる。移動する波は，矢印544の方向に移動するポケット540および542を画成する。移動するポケット540および542はシャフト502に対して軸線方向にガスを送り，したがってガス送りの方向と反対の方向へのガスの漏れが制限できる。
【００５９】
本発明の好適な実施例が示され，記述されてきたが，特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正をなしうることは当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明にしたがった静電装置の第一の実施例の略示側面図である。
【図２】図２は，図１の静電装置の実施例に適用できる電圧波形の第一の例を示す。
【図３】図３A‐３Cは，図１の静電装置の動作を示す。
【図４】図４は，図１の静電装置の動作に適した電圧波形の第二の例を示す。
【図５】図５は，図１の静電装置の動作に適した電圧波形の第三の例を示す。
【図６】図６は，図１の静電装置の動作に適した電圧波形の第四の例を示す。
【図７】図７は，静電装置の第二の実施例の略示図である。
【図８】図８A‐８Cは，図６の静電装置の動作を示す。
【図９】図９は，本発明にしたがった静電シールを組み込む静電ウエハクランプの第一の実施例の平面図である。
【図１０】図１０は，図９の静電ウエハクランプの部分断面図である。
【図１１】図１１A‐１１Cは，図９のウエハクランプにおける静電シールの動作を示す。
【図１２】図１２は，本発明にしたがった静電シールを組み込む静電ウエハクランプの第二の実施例の平面図である。
【図１３】図１３A‐１３Dは，四つの電極をもつ静電装置の動作を示す略示図である。
【図１４】図１４A‐１４Dは，六つの電極をもつ静電装置の動作を示す略示図である。
【図１５】図１５は，本発明にしたがった矩形の静電面シールの拡大斜視図である。
【図１６】図１６は，本発明にしたがった静電シャフトのシールを示す。
【図１７】図１７は，図１６A‐１６Cの静電シャフトのシールを示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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