(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板をクランプするための静電クランプであって，
絶縁性のベース上に、互いに間隔を置いて形成された導電性の電極の配列を備え、当該電極の配列における各々の電極幅は100μm未満であり，当該電極間の間隔は100μm未満であり、
前記電極の第１グループに接続された電気接点と、前記電極の第２グループに接続された第２電気接点を更に備え、当該第１及び第２グループの電極は、前記電極の配列において、各々互い違いになっていることを特徴とする静電クランプ。
【請求項２】
前記電極幅は50μm未満であることを特徴とする請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項３】
前記電極間の間隔は50μm未満であることを特徴とする請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項４】
前記電極間の間隔は５から20μmそして電極幅が５から20μmであることを特徴とする請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項５】
前記電極の配列は絶縁性の絶縁層に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項６】
前記絶縁層は窒化シリコン，酸化シリコン，酸化アルミニウム，窒化ボロンもしくはそれらの組合せであることを特徴とする請求項５に記載の静電クランプ。
【請求項７】
前記絶縁層は10μm未満の厚さを有することを特徴とする請求項５に記載の静電クランプ。
【請求項８】
前記絶縁層は６から９の範囲の絶縁定数を有することを特徴とする請求項５に記載の静電クランプ。
【請求項９】
前記ベースはガラスで形成され，前記電極の配列はアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電クランプ。
【請求項１０】
絶縁性の基板をクランプするための静電クランプであって，
電極の配列において各々の電極が100μm未満の電極幅と、電極間の間隔をもって、ベース上に形成された電極の配列と、
前記電極の配列を覆う絶縁層と，
前記電極の配列内で互い違いの電極に接続される第１電気接点と，
前記第１電気接点と接続されていない前記電極の配列における残りの電極に接続される第２電気接点と，
１kV未満の電圧を前記第１及び第２電気接点に印加する電圧源を備え、前期電極幅及び間隔は、前記第１及び第２電気接点に印加される１kV未満の電圧が、少なくとも２Torrの背圧に対抗して絶縁性基板をクランプするために十分なクランプ力を与えるように十分小さいことを特徴とする静電クランプ。
【請求項１１】
前記電極間の間隔は100μm未満であることを特徴とする請求項10に記載の静電クランプ。
【請求項１２】
前記電極間の間隔は５から50μmで，前記電極幅は５から50μmであることを特徴とする請求項10に記載の静電クランプ。
【請求項１３】
静電クランプの作成方法であって，
絶縁性の基板上に薄い金属膜を堆積させる工程と，
マイクロリソグラフィーによって前記薄い金属膜をエッチングして、100μm未満の電極の幅と，100μm未満の電極間の間隔とを有する電極の配列を形成する工程と，
電気的な絶縁膜で前記電極を被覆する工程と、
前記電極の配列において互い違いの電極に対して共通の電気接点を接続する工程と，を備えることを特徴とする静電クランプの作成方法。
【請求項１４】
前記金属膜を堆積させる工程はスパッタリングによる前記金属膜を堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項１５】
前記薄い金属膜をエッチングする工程は，
フォトレジストで前記薄い金属膜を被覆する工程と，
マスクを通して前記フォトレジストを露光する工程と，
前記金属膜の露光された金属部分を供給するために，露光されていないフォトレジストを除去する工程と，そして
前記金属膜の残りから前記電極配列を形成するために前記露光された金属部分のエッチングをする工程とを備えることを特徴とする請求項１３に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項１６】
前記電極の配列を形成する工程は前記電極幅が５から50μmである電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項１７】
前記電極の配列を形成する工程は前記電極間の間隔が５から50μmである電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項１８】
前記電極の配列を形成する工程は幅が５から20μm，前記電極間の間隔が５から50μmである電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項１９】
前記絶縁膜で前記電極を被覆する工程は窒化シリコン，窒化ボロン，酸化アルミニウム及び／または二酸化シリコンの層で前記電極を被覆する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項２０】
前記薄い金属膜を堆積させる工程はガラス基板上のアルミニウム，クロミウム，タングステン，モリブデンあるいは金属酸化物の薄膜を堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の静電クランプの作成方法。
【請求項２１】
プロセス中に基板を支持するための静電クランプを有するプロセスチャンバー内で基板を処理する方法であって、
100μm未満の幅と、100μm未満の電極間の間隔の導体を有する電極の配列を含む静電クランプの上方の位置で前記プロセスチャンバーに基板を供給する工程と，
前記クランプの表面上部に対して前記基板を静電気的に引き付けるために当該クランプに対して十分な電圧を供給して当該基板をクランプする工程と，そして
前記基板の露光された面を処理する工程と，
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記基板の下面と前記クランプの上面との間に熱伝達ガスを更に供給する工程を更に備えることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板の上面は前記処理する工程中にプラズマ環境内でエッチングされることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の上面は前記処理する工程中にプラズマ環境内で被覆されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２５】
前記プロセスチャンバーはECRリアクタ，TCPリアクタあるいは平行平板リアクタの一部であることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２６】
前記クランプはバイポーラ静電チャックであり，前記基板はフラットパネルディスプレイの作成で使用するのに適したガラスパネルであることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２７】
前記クランプはバイポーラ静電チャックであり，前記基板は半導体ウエハであることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２８】
前記電極の配列は前記被覆工程において1000ボルト未満のDC電圧が供給されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２９】
ヘリウムガスは前記クランプ内の一つまたは複数の流路を通して前記基板の下面と前記クランプの上面の間の間隔に供給されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は真空プロセスを行なうチャンバー内で基板を保持するための静電クランプに関するものである。特に本発明は絶縁性の基板をクランプするための低電圧静電クランプに関するものである。
発明の背景
真空工プロセスを行なうチャンバーは通常エッチングまたは蒸着用のガスを真空チャンバーに供給し、そのガスに高周波の電荷を加えることにより基板上の材料をエッチングし化学的蒸着(CVD)をするために使用される。例えば、平行平板、結合プラズマ変圧器(transformer coupled plasma:(TCP))、電子サイクロトロン共振(ECR)炉は米国特許4340462、4948458、そして5200232によって既に開示されている。基板は真空チャンバー内のプロセス中はホルダーによって保持される。従来の基板ホルダーは機械的なクランプと静電クランプ(ESC)とを含むものである。機械的なクランプとESC基板ホルダーの例は米国特許5262029そして米国出願番号08/401524、出願日1995年３月10日によって提供される。電極の形態における基板ホルダーは、米国特許番号4579618において開示されているように、高周波数のパワーをチャンバー内に供給することができる。
機械的なクランプは通常、基板を取り囲み、基板の周辺部の上面を押さえつけるクランプリングを採用する。機械的なクランプリングの更なる例としては、米国特許番号4615755、5013400、そして5326725において開示される。これらの公知の機械的なクランプは基板の端部を覆うことにより、処理可能な基板の領域を減少させてしまう。いくつかある機械的なクランプの欠点は、クランプリングが基板の端部に損失を与えたり、粒子を擾乱させ、チャンバー内の基板を汚染することである。機械的なクランプは小さい基板に対しては適しており適用事例も多数あるけれども、フラットパネルディスプレイのような大きい基板でも、そのパネルが、基板と水冷基板ホルダーとの間の熱伝導を上昇させるために使用される加圧ガスの供給により湾曲する傾向が有るときは機械的なクランプを用いて処理される。
フラットパネルディスプレイを作るために使用される基板寸法は約320mm×340mm、360mm×465mm、あるいは600mm×720mm相当であり、厚さは0.7mm若しくは1.1mmである。そのような基板はラップトップコンピュータのスクリーンに用いることができる。フラットパネルディスプレイ工程の議論はY.Kuoによる論文で題号が「薄膜トランジスタプロセスにおけるイオン性エッチング技術」IBM J.Res.Develop.1992年１月V.36No.1において知ることができる。過去において、これらの大きなフラットパネルディスプレイ基板はチャンバー内の処理で機械的なクランプの使用により保持されてきた。しかしながら、機械的なクランプは上述のような欠点を有する。
フラットパネルディスプレイを含む基板と、より小型の基板とは一定のプロセス工程にわたって基板ホルダーにより冷却される。その冷却には、ヘリウムのような不活性ガスを基板ホルダーと基板の裏面との間で適用することによりなされる。例えば、米国特許番号5160152、5238499、5350479そして5534816を参照されたい。冷却ガスは基板ホルダー内で流路(channel)や溝のパターンを典型的に満たし、機械的なクランプ装置により端部に沿ってのみ基板が保持されるとき、中心で上方に湾曲する傾向のある基板に反対側の圧力をかけるものである。この湾曲効果はフラットパネルディスプレイを作るために用いられるタイプである大型基板に関してより明白なものである。パネルの湾曲は基板ホルダーに対して不均一な熱伝達を引き起こし、パネルの処理に悪影響を及ぼすので望ましいものではない。
静電チャックは基板の上面に伸びるクランプリングの使用を回避することが望ましい状況、真空チャンバー内で半導体及び導体基板を保持するために使用される。単極タイプの静電チャックは単一の電極が用いられる。例えば、米国特許番号4665463を参照されたい。２極タイプの静電チャックは絶縁層によって仕切られた２つの電気的負荷のかけられたキャパシタープレート間相互の引力を利用するものである。例えば、米国特許番号4692863及び5055964を参照されたい。静電チャックは通常、電極上に形成された絶縁層を有する電極を含む。絶縁層上に配置される導体若しくは半導体材料の基板は電極に向かって引付けられる。この静電引力は半導体及び導体基板と静電チャックとの間で得られるが、絶縁材料との間では得ることができない。半導体及び導体基板に関して、静電チャックは有益である。静電チャックは基板全体に保持力をはたらかせ、基板の裏側に与えられる冷却ガスの力を打ち消し、基板の湾曲若しくは反りの発生を抑制するからである。
静電チャックの利益はフラットパネルディスプレイの用途に関して特に望ましいものである。しかしながら、フラットパネルディスプレイは通常、ガラスのような、非導電材でできているために、従来の静電チャックは使用することができない。
発明の要約
本発明に関する装置は、先行技術における欠点である、絶縁性の基板に関して使用可能である静電クランプを提供するものである。静電クランプは様々な製造プロセス、エッチング、プラズマCVD、熱CVD、RTP、イオン注入、スパッタリング、レジスト剥離、レジスト被覆、リソグラフィー、基板搬送等で使用することができる。本発明にかかる静電クランプは高電圧ESCシステムに関連した問題を回避して低電圧で動作する。
本発明の一つの観点によると，絶縁性の基板をクランプするための静電クランプは，ベース上に形成された電極の配列で，電極の配列内のそれぞれの電極幅はおよそ100μm未満であり，そして電極間隔はおよそ100μm未満であるものを含む。電源は電極配列内で互い違いの電極に接続される。
他の観点によると，本発明は，絶縁性の基板をクランプするための静電クランプであって，ベース上に形成された電極の配列で，電極配列内でそれぞれの電極が電極幅と電極間の間隔とを有するのものと，電極配列を覆う絶縁層とを含む。第１の電源は、第１の電気的な接点を介して、電極配列内における互い違いの電極に接続され、第２の電源は、第２の電気的な接点を介して、第１の電気的な接点と接続されていない電極配列内の残りの電極に接続される。その電源は反対の極性で１kV未満の大きさの電圧を第１及び第２の電気的接点に印加し，第１及び第２の電気的接点に対して印加される１kV以下は裏面圧の少なくとも２Torrに逆らって絶縁性の基板をクランプするのに十分なクランプ力を与えるために電極幅と間隔は十分小さいものである。
本発明の他の観点によると，静電クランプの作成方法は，電気的に絶縁な基板上に薄い金属膜の成長と，マイクロリソグラフィー技術の使用によって薄い金属膜をエッチングして電極配列を形成し，エッチングによって形成される電極はおよそ100μm未満の幅と，およそ100μm未満の電極間の間隔とを有するものを含む。電極の配列は窒化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化シリコンおよび窒化ボロンのような絶縁膜によって被覆され互い違いの電極は共通の電気的な接点と接続される。
本発明はまた，プロセス中に基板を支持するための静電クランプを有するプロセスチャンバー内で基板を処理する方法を提供する。その方法は、基板をプロセスチャンバーに対して、静電クランプの上方の位置で供給する工程と、そのクランプはおよそ100μm未満の幅とおよそ100μm未満の電極間の間隔を有する電極を含み、クランプの表面上部に対して基板を静電気的に引き付けるためにクランプに対して十分な電気的なパワーを供給して基板をクランプする工程と、そして基板を処理するプロセス工程とを含む。その処理は更に，基板の下面とクランプの上面との間に熱伝達ガスを更に供給する工程を含んでもよい。例えば，基板の上面はプロセス工程中にエッチングあるいは被覆される。プロセスチャンバーはECRリアクタ，TCPリアクタあるいは平行平板リアクタの一部である。クランプはバイポーラ静電チャックであり，基板はフラットパネルディスプレイの作成で使用するのに適したガラスパネルあるいは半導体ウエハである。クランプはクランプ工程の間、50から1000ボルトのDC電圧供給を受けることができる。基板を冷却するためにヘリウムガスはクランプ内の一つまたは複数の流路(channe1)を通過して基板の下面とクランプの上面の間の間隔に供給される。
【図面の簡単な説明】
本発明は添付の図面及び数値を参照することにより詳細に記述されものである。
図１は、本発明にかかる静電クランプで明瞭のために電極線が拡大された平面図であり、
図２は、図１の２−２線に沿って取られた静電クランプ断面の側面図であり、
図３は、10μm幅の電極線と電極間隔が20、50、100、そして200μmである本発明にかかる静電クランプに関する静電圧Torrと印加電圧Voltsのグラフであり、
図４は、10μm幅の電極線と電極間隔が５、10、20、そして40μmである本発明にかかる静電クランプに関する静電圧Torrと印加電圧Voltsのグラフであり、
図５は、形成された電界を示す静電クランプの側面拡大図であり、
図６は、本発明にかかる静電クランプの断面拡大図であり、そして、
図７は、本発明で２種類の電圧が加えられた静電クランプ性能の効果のグラフである。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は図１及び２において示されるような、真空チャンバーのようなプロセスチャンバー内で大型の絶縁性の基板のような基板をクランプするために使用することができる静電クランプ10を提供するものである。絶縁性のオブジェクトは不均一な電界におかれることにより静電的にクランプされる。その不均一な電界は誘電性のオブジェクトを最も電界の高い領域に引付ける傾向の力を発生させる。
本発明にかかる静電クランプ10はガラス、アルミナ等のような絶縁性の材料のベース12と、ベース上で線の間隔を離して形成されるアルミニウム、銅、タングステン等の電気的に伝導な材料の複数の電極14とを含む。好ましくは、ベース12上に形成される電極14のパターンは互い違いの平行な導線からなる２組のパターンが互いにかみ合うように配置されている。しかしながら、他の電極パターン、例えば、同心円パターンあるいは、不規則パターンを用いてもよい。そのパターンはリフターピンホール(不図示)あるいは静電クランプ10の表面に位置する他の特徴によって遮られてしまうこともある。２組の導線に対して反対の極性の電力を与えるために、電気的なコネクタ16、18はベース内の穴を貫通して導線を適切な電源に接続する。その接続は所望の電圧を静電クランプ10に伝達する。電極配列内の互い違いの電極14は一つの電気的な接点16に接続される一方で，反対側の互い違いの電極は他の電気的な接点18に接続される。
図５に示されるように隣接した電極14は電気的な接点16,18に接続される１または，それ以上の電源によって逆の極性に充電される。逆の極性に充電された電極は絶縁性のコーティング24の上部に不均一な電界20を生成する。その不均一な電界20は、静電クランプ10の絶縁性被覆24上に置かれた絶縁性ワークピース22を最も高い電界領域に引き付ける。その最も高い電界領域は通常は逆の極性に充電された電極間に位置する。
従来，シリコンウエハのような半導体あるいは導体基板をクランプするために使用される静電クランプは線幅が約３mmそして線間が約１mmの間隔である。もし，そのような静電クランプが絶縁性の基板を保持するために使用された場合，冷却ガスによって加えられる裏面側の圧力に打ち勝つ必要なクランプ力を発生するのに要する電圧は約5000ボルトである。
既知の静電クランプによって、絶縁性ワークピース上に発生する引き付け力が相対的に弱いのは，従来の製造方法が電極線と電極線間の間隔とを数百ミクロン相当に作るが故である。そのような配置で，数千ボルトは絶縁性の基板22(フラットパネルディスプレイの製造に使用されるタイプのようなもの)を保持するために要求され，静電クランプ10上でその基板を確実に保持するのに数トル気圧が要求される。これらの高電圧は好ましくない幾つかの理由，安全性に関すること，基板上で処理されるデバイスに対する潜在的な損傷，付加される設計の複雑さ，高電力消費と静電クランプの設計及び高電圧の伝達と取り扱いを可能とする電気回路との設計とに関連した高コストを含んでいる。高電圧は静電クランプや処理システム内の不規則性の結果としてアーキングや機能不全を潜在的に引き起こしやすいので好ましくない。
図３は10μmの線幅の電極を有する静電クランプ10に異なった印加電圧をかけた場合に関して絶縁性の基板上に作用する静電圧を示す。図３に示されるように，線幅が10μmに減少すると，ほぼ４トル気圧の静電圧は200μmの電極間隔を有する静電クランプに対してわずか1000ボルトを加えることで作り出すことができる。所望のクランプ力を作り出すのに要求される電圧は図３に示されるように100μm,50μmそして20μmの電極間隔の減少により連続的に減少する。静電クランプ10を動作させるのに必要な電圧は図４に示されるように40μmから20μm,10μmあるいは５μmと電極間隔の減少によってさらに下げることができる。
上記の説明のように，静電クランプによって作り出される引き付け力は，従来の静電クランプより電極線と間隔とを実質的により小さくすることにより顕著に増加させることができる。しかしながら，従来の製造方法は電極線と間隔とを数百ミクロン幅相当に作るものにすぎなかった。従って，密に間隔が配置された多数の導線を有し，そしてフラットパネルディスプレイのような絶縁性の大型基板をクランプするために使用できるクランプに、そのように密な導線を作る犠牲を最小限とする静電クランプを供給するための技術が必要となる。しかしながら，小さな電極線幅と間隔とを有する静電クランプの製造は真空の適合性，高保持力，良好な熱伝導性，そして卓越した機械的な摩擦耐性のため真空プロセスを行うチャンバー内の要求により更に複雑となることに注目するべきである。
半導体ウエハのプロセス技術は絶縁性の基板を有するデバイスの製造に関しては適していない。従って，非常に密な間隔で、極端に小さな電極線を絶縁性の基板あるいはベース上にプラズマ適合材料で広範囲にわたって達成するために，本発明に関する静電クランプ10はフラットパネルディスプレイ(AMLCD)製造技術によって製造される。本発明に関する静電クランプを作る適した方法は，AMLCD製造技術が通常使用されるパターンマイクロリソグラフィー及びエッチングにより上部に電極14が形成された絶縁性の基板あるいはベース12を供給する工程を包含する。
本発明にかかる静電クランプ10の部分断面の拡大図は図６のように例示的に示される。静電クランプ10は望ましくはガラスあるいは石英により形成されるベース12を包含する。金属電極14は以下より詳細に記述される方法によりベース12上に形成される。電極14はアルミニウムやポリシリコンのような電気的に伝導性の材料で形成されることが望ましい。しかしながら，電極は、通常電極に使用される他の金属材料、例えば、Cr、Mo、インジウム−錫−酸化物、あるいはその他の一般的でない金属で形成されてもよい。電極14は摩耗，化学的な攻撃，絶縁破壊から電極を保護し，電極から処理されるべき基板を分離する電気的絶縁膜24によって覆われる。絶縁膜24は窒化シリコン，二酸化シリコン，窒化ボロン，酸化アルミニウム，あるいはそれらの組合せのようなPECVD窒化物から形成されるのが好ましい。しかしながら，他の絶縁材料には，Si01やSi3N4のようなものも使用される。望ましいコーティングとして窒化物の使用は電極14を保護する上部表面の摩擦耐性を静電クランプ10に与え，ワークピースに加えられるクランプ力を改善する高い絶縁定数を有し，高い絶縁破壊電圧を有しているので選択される。
本発明にかかる静電クランプ10は以下のステップ順に従って形成される。１)適切なサイズの露出(bare)した清浄なガラス基板を供給し，２)スパッタリングにより薄い金属膜を基板上に堆積し，３)フォトレジストと共に薄い金属膜を被覆し，４)所望のパターンを有するマスクを通過した紫外線によってフォトレジストを露光し、次いで未露光のレジストを除去し，５)露光された金属をプラズマあるいはウエットケミカルエッチングし，電極配列パターンを後に残し，６)電極パターンから残っているフォトレジストを取り除き，７)電気的絶縁膜で電極パターンを被覆し，８)電気的な接点に互い違いの電極を接続する。本発明にかかる静電クランプが製造されるこのプロセスは例示として示されたものでこれに限定することを意図するものではない。
フラットパネルディスプレイ製造方法に使用するこのプロセスには様々な変形がある。しかしながら，その方法の変形は、薄膜の生成で電極をパターン形成するためのマイクロリソグラフィー技術の使用や，電極及び被覆(coating)層形成のため、薄膜の堆積及びエッチング技術の使用を含むことが好ましい。
本発明にかかる静電クランプの保持力は１)電極線幅が縮小され，２)電極線間隔が縮小され，３)被覆層がより薄くなるにつれて増加する。図３及び４に示されるように，幾十ミクロンの電極線幅と電極線間隔とは数千ボルトの電圧よりむしろ幾十あるいは幾百ボルトの電圧で許容できるクランピング力を与える。
静電クランプ10によって発揮される圧力は絶縁コーティングの絶縁定数(dielectric constant)によっても影響される。図７は10μmの線幅，10μmの線間隔で，１μmの絶縁窒化物被覆を有する電極を備える静電クランプの性能に関し印加電圧の効果を示すものである。図７に示される２つのプロットは絶縁定数６及び９を伴う絶縁コーティングを有する本発明の異なる２つの実施例を表示するものである。グラフより明らかなように，より高い絶縁定数は同一の電圧に関してより高いクランプ力を与える。本発明は望ましい実施形態を参照して詳細に説明されたが、本発明の範囲と趣旨から外れることなく、当業者により様々な変形が施され得ることは理解されるはずである。
【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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【図７】
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