(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内で基板を保持し、且つ、基板を一様な温度に維持するための静電チャックであって、
（ａ）ｉ）電極を覆う絶縁体、及び
ｉｉ）前記基板を支持可能であり、平らであると共に外周部を有する接触面を含む静電部材と、
（ｂ）伝熱流体を前記接触面の前記外周部に供給するための前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有する第１の導管及び第２の導管を含む複数の導管であって、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有する複数の導管と、を備え、
前記静電部材の前記電極への電圧の印加により、前記接触面上に前記基板が保持されて、（１）伝熱流体が漏れ出すリーク部、及び（２）伝熱流体が漏れ出さないシール部を持つ外周部が画成され、更に、
（ｃ）伝熱流体を保持する伝熱流体リザーバを有し、第１の導管及び第２の導管を通して伝熱流体を流すための流量レギュレータであって、前記静電チャック上に保持される前記基板を一様な温度に維持すべく、（ｉ）前記第１の導管を通る第１の伝熱流体の流量、及び（ｉｉ）前記第２の導管を通り前記第１の流量より大きな第２の伝熱流体の流量を与え、且つ、前記第２の導管は前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置し、前記第１の導管は前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置する流量レギュレータを備える、静電チャック。
【請求項２】
前記静電部材の前記外周部の前記第２の導管に供給する前記第２の伝熱流体の流量を高めるために、前記流量レギュレータの伝熱流体リザーバは、前記全ての導管にわたって広がっている、請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記伝熱流体リザーバは圧力ＰLからこれよりも高圧の圧力ＰHの範囲に伝熱流体を保持する寸法及び構成とされ、
（ａ）前記圧力ＰHは、前記複数の導管を通る伝熱流体の流れにより、静電的に保持される前記基板が移動されないよう選ばれ、
（ｂ）前記圧力ＰLは、前記第１の導管への第１の伝熱流体の流量を減らさずに、前記第２の導管に、第２の伝熱流体の流量を供給するよう選ばれる、請求項１記載の静電チャック。
【請求項４】
前記圧力ＰLは１３３Ｐａであり、前記圧力ＰHは９．３ＫＰａである、請求項３記載の静電チャック。
【請求項５】
前記伝熱流体リザーバの体積は５０cm3〜１５０cm3の範囲にある、請求項１記載の静電チャック。
【請求項６】
前記導管の前記第１端部は１ｍｍより小さい直径を有する、請求項１記載の静電チャック。
【請求項７】
前記導管の前記第２端部は少なくとも１．５ｍｍの直径を有する、請求項１記載の静電チャック。
【請求項８】
前記第２の伝熱流体の流量は前記第１の伝熱流体の流量より少なくとも２×１０−３Ｌ/ｍｉｎ大きい、請求項１記載の静電チャック。
【請求項９】
前記流量レギュレータは、前記基板を横切る温度差が１０℃より小さくなるように、前記第１の導管及び第２の導管に異なる流量の伝熱流体を流す、請求項１記載の静電チャック。
【請求項１０】
前記接触面は、前記静電部材により生成される静電気力の印加下で、前記基板を支持可能な弾性材料を備える、請求項１記載の静電部材。
【請求項１１】
前記接触面はポリイミドを備える、請求項１０記載の静電部材。
【請求項１２】
さらに前記静電部材を支持するためのサポートを備え、前記サポート内には前記伝熱流体リザーバが形成され、前記複数の導管は前記リザーバから前記静電部材の前記接触面まで延びる、請求項１記載の静電部材。
【請求項１３】
前記伝熱流体リザーバは前記静電部材内に形成され、前記複数の導管は前記リザーバから前記静電部材の前記接触面まで延びる、請求項１記載の静電チャック。
【請求項１４】
基板を保持し、且つ、前記基板にわたって一様な温度を維持するための静電部材であって、
（ａ）電極と、
（ｂ）前記電極を覆う絶縁体であって、前記基板を支持可能な平らな接触面を有する絶縁体と、
（ｃ）前記接触面上に前記基板を静電的に保持して、（ｉ）伝熱流体が漏れ出すリーク部、及び（ｉｉ）伝熱流体が漏れ出さないシール部、を含む外周部を画成すべく前記電極に電圧をかけるための電気的コネクタと、
（ｄ）伝熱流体を前記接触面に供給するための第１の導管及び第２の導管を含む複数の導管であって、前記第２の導管は前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置し、前記第１の導管は前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置しており、伝熱流体を前記接触面の前記外周部に供給するための前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有する、複数の導管と、
（ｅ）前記複数の導管に伝熱流体を供給するための、前記絶縁体の前記接触面の下方の伝熱流体リザーバであって、前記チャックに保持される前記基板にわたって一様な温度を維持すべく、
ｉ）前記伝熱流体リザーバが全ての前記導管を横切って広がっていること、及び
ｉｉ）前記伝熱流体リザーバが、伝熱流体を保持し、前記第１の導管を通る第１の伝熱流体の流量、及び、前記第２の導管を通り前記第１の流量より大きな第２の伝熱流体の流量を与える、という特性ｉ）又はii）のうち少なくとも一つを有する伝熱流体リザーバと、を備える、静電部材。
【請求項１５】
前記伝熱流体リザーバは圧力ＰLからこれよりも高圧の圧力ＰHの範囲に伝熱流体を保持する寸法及び構成とされ、
（ａ）前記圧力ＰHは、前記導管を通る伝熱流体の流れにより、静電的に保持される前記基板が移動されないよう選ばれ、
（ｂ）前記圧力ＰLは、前記第１の導管への第１の伝熱流体の流量を減らさずに、前記第２の導管に、第２の伝熱流体の流量を供給するよう選ばれる、請求項１４記載の静電部材。
【請求項１６】
前記静電部材を支持するためのサポートをさらに備え、前記伝熱流体リザーバは前記サポートに設置されている、請求項１４記載の静電チャック。
【請求項１７】
前記電極は電極セグメントを備え、前記伝熱流体リザーバは前記電極セグメント間に配置される溝を備える、請求項１４記載の静電部材。
【請求項１８】
前記絶縁体の前記接触面は、前記静電部材により生成される静電気力の印加下で前記基板を支持可能な材料からなる連続した単体の弾性層を備える、請求項１５記載の静電部材。
【請求項１９】
前記接触面はポリイミドを備える、請求項１７記載の静電部材。
【請求項２０】
基板を保持し、且つ、前記基板にわたって一様な温度に維持するための静電チャックであって、
（ａ）基板を保持するための静電部材であって、
ｉ）電極を覆う絶縁体、
ｉｉ）前記基板を支持可能な平らで連続するとともに外周部を有する接触面、及び
ｉｉｉ）前記基板下に伝熱流体を保持するための溝であって、前記接触面の前記外周部に先端部を有する溝、を備える静電部材と、
（ｂ）前記静電部材を支持するためのサポートであって、（ｉ）伝熱流体を保持するための伝熱流体リザーバ、及び（ｉｉ）前記リザーバから前記溝の先端部まで延びる前記接触面の前記外周部に伝熱流体を供給するための第１の導管及び第２の導管を含む複数の導管を備えるサポートと、を備え、
前記接触面の前記外周部は、伝熱流体が漏れ出すリーク部、及び前記伝熱流体が漏れ出さないシール部を備え、
前記第２の導管は前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置し、前記第１の導管は前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置し、
前記複数の導管は、前記溝の前記先端部で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有しており、
前記伝熱流体リザーバは、前記チャックに保持される前記基板にわたって一様な温度を維持すべく、（ｉ）前記第１の導管を通る第１の伝熱流体の流量、及び（２）前記第２の導管を通り前記第１の流量より大きな第２の伝熱流体の流量を与える圧力で伝熱流体を保持する寸法及び構成とされている、静電チャック。
【請求項２１】
前記静電部材の前記溝は、相互に接続された溝からなる円周状及び放射状のパターンを備える、請求項２０記載の静電チャック。
【請求項２２】
基板を保持し、且つ、前記基板にわたって一様な温度を維持するための静電チャックであって、
（ａ）電極を含み、前記基板を支持可能な平らな接触面を有する絶縁体を含む静電部材と、
（ｂ）前記静電部材を支持するためのサポートであって、（ｉ）伝熱流体を保持するための伝熱流体リザーバ、及び（ｉｉ）前記リザーバから前記接触面まで延びる伝熱流体を前記接触面に供給するための先細り状の複数の導管であって、前記接触面に第１端部、及び伝熱流体リザーバに第２端部を有し、前記第１端部が前記第２端部より小さい直径を有している複数の導管、を備えるサポートとを備え、
前記電極への電圧の印加により、前記絶縁体の前記接触面上に前記基板が保持され、（ｉ）伝熱流体が漏れ出すリーク部、及び（ｉｉ）伝熱流体が漏れ出さないシール部を含む外周部が画成され、
前記複数の導管は、第１の導管及び第２の導管を有すると共に、前記第２の導管は前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置し、前記第１の導管は前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置し、
前記チャック上に保持される前記基板にわたって一様な温度を維持するために、前記伝熱流体リザーバが、（ｉ）前記第１の導管に対して第１の伝熱流体の流量、（ｉｉ）前記第２の導管に対しては第１の伝熱流体の流量より大きい第２の伝熱流体の流量の伝熱流体を与える、静電チャック。
【請求項２３】
前記伝熱流体リザーバは、すべての前記導管を横切って延びる、請求項２２記載の静電チャック。
【請求項２４】
前記導管の前記第１端部は１ｍｍより小さい直径を有する、請求項２３記載の静電チャック。
【請求項２５】
前記導管の前記第２端部は少なくとも１．５ｍｍの直径を有する、請求項２３記載の静電チャック。
【請求項２６】
静電部材の複数の導管を経て供給される伝熱流体を用いて、前記静電部材上に基板を保持し、且つ、前記基板にわたって一様な温度を維持する方法であって、
（ａ）前記静電部材上に前記基板を静電的に保持して、（ｉ）間隙を有するリーク部、及び（ｉｉ）間隙のないシール部を備える外周部を画成するステップと、
（ｂ）第１の導管及び第２の導管を含む前記複数の導管を通して異なる流量で伝熱流体を流し、前記複数の導管は、伝熱流体を前記接触面の前記外周部に供給するための前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有しており、前記リーク部を通る伝熱流体の漏れを相殺して前記チャック上に保持される前記基板にわたって一様な温度を維持すべく、（ｉ）前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置する前記第１の導管を通る第１の流量、及び（ｉｉ）前記第１の流量より大きい、前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置する前記第２の導管を通る第２の流量を供給するステップと、を備える、方法。
【請求項２７】
前記伝熱流体は非反応性ガスを備える、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記非反応性ガスは、ヘリウム、アルゴン又は窒素からなる群より選ばれる、請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記第２流量は前記第１流量より少なくとも２×１０−３Ｌ/ｍｉｎ大きい、請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記第１流量は０Ｌ/ｍｉｎ〜１×１０−３Ｌ/ｍｉｎの範囲にある、請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記第２流量は１×１０−３Ｌ/ｍｉｎ〜１０×１０−３Ｌ/ｍｉｎの範囲にある、請求項２６記載の方法。
【請求項３２】
前記伝熱流体を流すステップにおいて、前記静電部材の前記外周部の前記第２の導管に第２の伝熱流体の流量を与えるような高い圧力Ｐで伝熱流体リザーバ内で伝熱流体を維持する、請求項２６記載の方法。
【請求項３３】
前記リザーバの前記伝熱流体の前記圧力Ｐは圧力ＰLからこれよりも高圧の圧力ＰHの範囲にあり、
（ｉ）前記圧力ＰHは、前記基板下の伝熱流体の流れにより、静電的に保持される前記基板が移動されないよう選ばれ、
（ｉｉ）前記圧力ＰLは、前記第１の導管への第１の伝熱流体の流量を減らすことなく、前記第２の導管へより高い第２の伝熱流体の流量を供給するよう選ばれる、請求３２記載の方法。
【請求項３４】
前記圧力ＰLは１３３Ｐａであり、前記圧力ＰHは６．７ＫＰａである、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記基板にわたる温度が等しくなるように前記静電部材の中央部の前記導管を通して伝熱流体を流すステップをさらに備える、請求項２６記載の方法。
【請求項３６】
前記伝熱流体を流すステップは、前記基板の表面にわたる温度差が１０℃より小さくなるよう前記第１の流量及び前記第２の流量の伝熱流体を流すことを備える、請求項２６記載の方法。
【請求項３７】
（ｉ）接触面、及び（ｉｉ）前記接触面にわたって複数の位置で伝熱流体を供給するための複数の導管を有する静電部材を備える電極チャックの上に保持される基板にわたって一様な温度を維持する方法であって、
（ａ）前記静電部材上に前記基板を静電的に保持して、（ｉ）間隙を有するリーク部、及び（ｉｉ）間隙のないシール部を備える外周部を画成するステップと、
（ｂ）第１の導管及び第２の導管を含む前記導管を通して異なる流量で伝熱流体を流し、前記複数の導管は、伝熱流体を前記接触面の前記外周部に供給するための前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有しており、前記リーク部を通る伝熱流体の漏れを相殺して前記チャック上に保持される前記基板にわたって一様な温度を維持すべく、（ｉ）前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置する前記第１の導管を通る第１の流量、及び（ｉｉ）前記第１の流量より大きい、前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置する前記第２の導管を通る第２の流量を供給するステップと、を備え、前記伝熱流体は前記接触面に対して非反応であり、熱伝導性を有している、方法。
【請求項３８】
基板を保持し且つ基板にわたって一様な温度を維持するための静電チャックであって、
（ａ）サポートと、
（ｂ）（ｉ）電極に対する電圧の印加下で前記基板を保持することの可能な絶縁された電極積層板を備えると共に、（ｉｉ）外周部を有する前記サポート上の静電部材と、
（ｃ）前記基板にわたって一様な温度を維持するための複数の導管であって、前記基板下に伝熱流体を供給すべく、前記サポート及び前記静電部材を通して延びており、伝熱流体を前記接触面に供給するための前記静電部材の前記外周部の前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有する複数の導管とを備える、静電チャック。
【請求項３９】
処理チャンバ内で基板を保持し、且つ、基板を一様な温度に維持するための静電チャックであって、
（ａ）ｉ）電極を覆う絶縁体、及び
ｉｉ）前記基板を支持可能であり、平らであると共に外周部を有する接触面を含む静電部材と、
（ｂ）前記静電部材に設けられており、前記基板の周縁部に位置するように配置された先端部を有する溝と、
（ｃ）伝熱流体を前記接触面の前記外周部に供給するための前記接触面で終端する第１端部と伝熱流体リザーバで終端する第２端部とを有する第１の導管及び第２の導管を含む複数の導管であって、前記第１端部は前記第２端部より小さい直径を有する複数の導管と、を備え、
前記静電部材の前記電極への電圧の印加により、前記接触面上に前記基板が保持されて、（１）伝熱流体が漏れ出すリーク部、及び（２）伝熱流体が漏れ出さないシール部を持つ外周部が画成され、更に、
（ｄ）伝熱流体を保持する伝熱流体リザーバを有し、第１の導管及び第２の導管を通して伝熱流体を流すための流量レギュレータであって、前記静電チャック上に保持される前記基板を一様な温度に維持すべく、（ｉ）前記第１の導管を通る第１の伝熱流体の流量、及び（ｉｉ）前記第２の導管を通り前記第１の流量より大きな第２の伝熱流体の流量を与え、且つ、前記第２の導管は前記第１の導管よりも前記外周部における前記リーク部の近くに位置し、前記第１の導管は前記第２の導管よりも前記外周部における前記シール部の近くに位置する流量レギュレータを備えており、
前記静電部材に保持される前記基板は、前記溝を覆うと共に前記溝の前記先端部をシールして、当該先端部からの伝熱流体の漏れを低減する、静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の処理を行っている間、基板を保持し、基板にわたってほぼ一様な温度を維持し、且つ、腐食処理環境中での静電チャックの寿命を長くするための静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この出願は、１９９４年２月２８日に出願された米国特許願第０８／２０３，１１１号明細書［発明の名称「静電チャック」］の一部継続出願であり、且つ、１９９５年５月２４日に出願された米国特許出願第０８／４４９，１３５号明細書に関連するものであり、これらの両方が本明細書において援用されている。
【０００３】
半導体製造プロセスにおいて、基板を処理すべく基板を保持するのに静電チャックが使用されている。静電チャックは、真空チャックを使用して基板を保持する差圧が不十分な真空処理環境において特に有用である。典型的な静電チャックは、処理チャンバ内に固定されるようになっているサポートにより支持される静電部材を備えている。静電部材は、電気的に絶縁された電極を備えている。処理チャンバ内には、電気コネクタが電極を電圧供給源に電気的に接続している。電極がチャック上に保持された基板に対して電気的にバイアスをかけられる場合、電極および基板の内部には対立する（opposing）静電荷が蓄積し、基板をチャックに保持する静電引力を生じさせる。静電チャックは、例えばキャメロン（Chameron）等による米国特許願第０８／２７８，７８７号明細書、シャモウイリアン（Shamouilian）等による第０８／２７６，７３５号明細書、及びシャモウイリアン（Shamouilian）等による第０８／１８９，５６２号明細書に一般に開示され、このすべてが本明細書において援用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な静電チャックは、チャック上に保持された基板にわたって温度を調整するための温度制御システムを有することもできる。しかしながら、一般的な温度制御システムは、基板にわたって、特に基板の周縁部あるいは縁部で、一様な温度を維持しないことが多い。基板の部分における極度の高温により、基板上に形成される集積回路チップに損傷が与えられ、低温により基板が不均一に処理され得る。
【０００５】
一般の典型的な温度制御システムは、チャックの単一の中央孔を経て基板下にヘリウムのような伝熱流体を導入することにより作動する。その単一の中央孔は、開いたトラフあるいは相互接続された溝パターンのような基板下にある凹んだキャビティにヘリウムを供給して基板下にヘリウムを分配するのに使用されることが多い。トラフあるいはパターン化された溝（patterned groove）は、チャックの周縁部まで達せられず、トラフの縁部あるいは溝先端部と、静電部材上に保持される基板の周縁部との間に１０mm〜２０mmを越える比較的大きなエッジギャップを形成することが多い。その大きなエッジギャップは、伝熱流体が処理環境内へ漏れ出さないよう、上に位置する基板の周縁部をトラフあるいは溝を覆ってシールさせるべく設けられている。しかしながら、伝熱流体は、エッジギャップの上に位置する基板の周縁部下に収容（hold）されないので、基板周縁部の温度は、基板中央部に比較して有効に制御されず、基板にわたって不均一な温度にする。
【０００６】
逆に、トラフの縁部あるいは溝先端部をチャックの周縁部まで延ばすことは、他の問題を引き起こすことになる。トラフの縁部あるいは溝先端部と、上に位置する基板周縁部との間の小さい間隙は、トラフの縁部あるいは溝先端部の部分でヘリウムの過剰な漏れを起こし得る。上に位置する基板周縁部の部分の同時に起こる（accompanying）温度制御の低下が原因となって、基板が過熱点（hot spot）あるいは冷点（cold spot）を示し、基板上に形成される集積回路の歩留まりが低減することになる。
【０００７】
一般のチャックの別の制約は、チャック１１の静電部材１０の構造、典型的には図１に示すように２つの高分子絶縁層１３ａ，１３ｂの間に挟まれた銅電極層１２を備えた構造に起因している。高分子層１３ａ，１３ｂは、電極１２を電気的に絶縁してシールすべく、銅電極１２の縁部を越えて静電部材の外周部１４で重なっている。典型的には、高分子層のオーバーラップ部は、隆起した電極１２の円周回りに約０．５mm〜２mm、より典型的には１．２５mm〜１．５０mm幅の低い環状の段差１５を形成する。環状の段差１５は静電チャック１１に対していくつかの有害な影響を有している。第１に、電極１２の円周部を越えた基板１７の周縁部１６には、環状の段差１５により静電部材１０の外周部１４のわずかな部分が接触するにすぎない。その結果、外周部１４近くの溝の先端部１８から、基板１７の極度な過熱に寄与するヘリウム漏れの確率が高くなる。第２の影響は、電極１２の円周部を処理環境から隔離させる高分子絶縁体１０の比較的小さな幅により、チャック１１の故障率が一層高くなり得ることであり、これは、小さな絶縁部１９が腐食処理環境により急速に腐食され、電極１２を露出してチャック１１の短絡をもたらすためである。絶縁部１９の腐食は、例えば基板をエッチングしたり、処理チャンバを洗浄したりするような種々の用途に使用される酸素、ハロゲン含有ガス、及びプラズマで特に急速に起こる。基板処理中のチャックの故障は、基板に損傷を与える場合があり、短絡されたチャックを頻繁に交換することを必要とする。
【０００８】
従って、基板から集積回路チップの歩留まりを一層高くすべく、基板、特に基板の周縁部、にわたってほぼ一様な温度を維持することのできる温度制御システムを持った静電チャックを有することが望ましい。また、耐食性が改善され且つ故障率が低減される静電チャックを有することが望ましい。
【０００９】
本発明は、基板にわたってほぼ一様な温度を維持し、且つ、腐食処理環境において改善された耐食性を有することのできる静電チャックを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
静電チャックの一態様は、（i）電極を覆う絶縁体、（ii）基板に適合可能なほぼ平らなコンフォーマル接触面、及び（iii）接触面で終端する、伝熱流体を接触面に供給するための導管を含む静電部材を備えている。静電部材の電極に電圧を印加することにより、基板がコンフォーマル接触面上に静電的に保持され、（１）伝熱流体が漏れ出すリーク部と、（２）伝熱流体が実質的に漏れ出さないシール部とを有する外周部が画成される。静電部材の導管を通して異なる流量の伝熱流体を流すための流量レギュレータが設けられ、チャック上に保持される基板にわたってほぼ一様な温度を維持すべく、（i）静電部材の外周部のシール部近傍の導管を通る第１の伝熱流体の流量、及び（ii）第１の流量より大きい、リーク部近傍の導管を通る第２の伝熱流体の流量を供給する。
【００１１】
流量レギュレータは、静電部材の外周部のリーク部近傍の導管に、より大きい第２の伝熱流体の流量を供給すべく、（i）リザーバが静電部材近傍に配置されていること、（ii）リザーバが全ての導管を横切って広がっていること、及び（iii）リザーバが、処理チャンバ内の圧力に対して十分高い圧力の十分な体積の伝熱流体を保持する寸法及び構成とされていること、という特性（ｉ）〜（ｉｉｉ）のうち少なくとも一つを有する伝熱流体リザーバを含むのが好ましい。伝熱流体リザーバは、約ＰL〜約ＰHの範囲の圧力で伝熱流体を保持する寸法及び構成とされ、（i）圧力ＰHは、導管を通る伝熱流体の流れにより、静電的に保持された基板が移動されないよう十分低く、（ii）圧力ＰLは、シール部近傍の導管へのより小さい第１の伝熱流体の流量を実質的に減らさずに、外周部のリーク部近傍の導管に、より高い第２の伝熱流体の流量を供給すべく十分高いものであるのが好ましい。
【００１２】
チャックに保持される基板にわたって一様な温度を維持するための別の有用な態様では、静電チャックは、静電部材を上にもったサポートを備えている。静電部材は、電極に対する電圧の印加下で基板を保持することの可能な絶縁された電極積層板（insulated electrode laminate）を備えている。基板下に伝熱流体を供給するための複数の導管が、サポート及び静電部材を通って延び、導管の少なくともいくつかは静電部材の外周部近くで終端している。静電部材の外周部における多数の導管は、基板外周部下の多数の源で伝熱流体を分配し、基板の温度制御を改善する。
【００１３】
静電チャックの別の態様は、実質的に耐食性を有し、腐食処理環境において基板を保持するのに有用である。この態様では、チャックは、静電部材を上にもったサポートを備えている。静電部材は、（i）第１絶縁層、（ii）第１絶縁層上の電極、及び（iii）電極を電気的に絶縁すべく、電極上にあり且つ電極の周縁部回りで第１絶縁層と融合する（merge）第２絶縁層とを含む積層板を備えている。積層板は、基板に接触するための接触面を有し、接触面は、静電部材の全幅にわたりほぼ平らであり、基板が静電的に接触面に保持される場合に、平らな接触面が基板と連続して接触し、広範囲にわたり電極を腐食処理環境から隔離して耐食性を大きくする。サポートは凹部をもった上面を含み、第１絶縁層上の電極は、積層板がほぼ平らな接触面を作るように、第１の絶縁層上の電極は実質的にその凹部を塞ぐ寸法とされることが好ましい。
【００１４】
本発明の上記及びその他の特徴、側面及び利点については、以下の説明、特許請求の範囲及び本発明の説明の例（illustrative example）を与える添付図面から、より理解されることとなろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２及び図３を参照して、基板３０を処理するのに適当な処理チャンバ２５における本発明の静電チャックの動作（operation）を一般に説明する。本明細書で示される処理チャンバ２５の好適な実施形態は、基板３０のプラズマ処理に適当なものであり、チャック２０の動作を説明するためだけに与えられるもので、本発明の特許請求の範囲を限定するよう使用されるものではない。
【００１６】
図２を参照すると、静電チャック２０は、（i）絶縁体４５で覆われた単一の電極４０、及び（ii）基板３０に適合させることの可能なほぼ平らなコンフォーマル接触面５０を有する静電部材３５を備えている。チャック２０を動作すべく適当な電圧をかけるために、電気コネクタ５５が、電極４０をチャンバ２５の電圧供給端子６０に接続している。端子６０に接続される第１の電源（voltage supply）６５は典型的には約１０００volts〜３０００voltsの高電圧直流源を備え、これは、１MΩの抵抗器を通して高電圧読出し器（high voltage readout）に接続されている。回路を通って流れる電流を制限すべく１MΩの抵抗器がその回路内に設けられ、５００pFのコンデンサが交流電流フィルタとして設けられている。
【００１７】
典型的には、静電部材３５は、静電部材３５に構造的な剛性（structural rigidity）を与えるサポート７０によって支持され、、陰極８０として一般に知られる処理チャンバ内の処理電極に固定されるよう設計されている。処理チャンバ２５内の陰極８０には第２の電源９０が接続されている。陰極８０の少なくとも一部は、導電性を有するもの、典型的にはアルミニウムであり、チャンバ２５内の電気的接地面９５に対して負のバイアス電極として機能する。図２に示されるように、第２の電源９０は一般的なものであり、これは、隔離コンデンサ（isolation capacitor）と直列にした、処理チャンバ２５のインピーダンスを線間電圧（line voltage）のインピーダンスに整合させるＲＦインピーダンスを備える回路により陰極８０に電気的にバイアスを与える。
【００１８】
チャック２０を作動させるために、処理チャンバ２５は、約１mTorr〜約５００mTorrの範囲の圧力まで、より典型的には約１０mTorr〜１００mTorrまで真空排気される。シリコンウェハのような半導体基板３０は、ロードロック移送チャンバ（図示せず）からチャンバ２５へ移送され、静電部材３５のコンフォーマル接触面５０上に配置される。基板３０上でエッチングあるいは堆積する材料のための処理ガスがチャンバ２５内に導入される。適当な処理ガスは、カリフォルニア州、サンセットビーチ、ラティスプレス（Lattice Press）、エス・ウルフ（S.Wolf）及びアール・エヌ・トーバ（R.N.Tauber）、「ＶＬＳＩ時代のためのシリコンプロセッシング」第１巻（１９８６）に一般に記述され、これは本明細書において援用されている。プラズマは、第２の電源９０をチャンバ２５の接地面９５に対して陰極８０に電気的バイアスがかかるよう作動（activate）することにより処理ガスから生成される。
【００１９】
単極電極４０に印加される電圧は電極４０内に静電荷が蓄積する原因となり、チャンバ２５内のプラズマは、基板３０に蓄積する対立極性をもった電気的荷電種を与える。蓄積された対立静電荷は、基板３０とチャック２０の電極４０との間に静電引力を生じさせることになり、基板３０をチャック２０に静電的に保持する。
【００２０】
図３に示されるように、単一電極４０に代えて、チャック２０の静電部材３５は、２つの双極電極４０ａ，４０ｂを備えてもよい。双極電極４０ａ，４０ｂは、典型的には相互に同一平面上にあり、等しい静電気力を発生させるべくほぼ等しい面積を有している。チャック２０の双極電極に電力を供給する第１電源６５は、いくつかの代わるべき構成を有してもよい。好適な構成では、第１電源６５は第１及び第２電源６５ａ，６５ｂを備え、これらは、第１及び第２電極４０ａ，４０ｂに負及び正の電圧を供給して電極４０ａ，４０ｂをそれぞれ負及び正の電位に維持する。対立する電位は、電極４０ａ，４０ｂ、及びチャック２０に保持される基板３０に対立する静電荷を誘起し、処理チャンバ２５においてプラズマを使用せずに、基板３０が静電的にチャック２０に保持されることとなる。双極電極の構造（configuration）は、基板に電気的にバイアスを与えるための荷電キャリアとして機能する荷電プラズマ種の存在しない非プラズマ処理に有効である。
【００２１】
チャック２０は、基板３０にわたって一様な温度を維持すべく、基板３０下に伝熱流体、典型的にはヘリウムを供給するために静電部材３５の接触面５０で終端する複数の導管１０５を更に備えている。単極電極４０、あるいは双極電極４０ａ，４０ｂが、基板３０及び電極４０に対立する静電荷を与えるよう作動される場合に、基板３０は、静電部材３５のコンフォーマル接触面５０に引き付けられて、そのコンフォーマル接触面５０を押し付ける。典型的には、微視的レベルで、基板３０のわずかな部分が接触面５０に実際に接触するにすぎない。基板３０下の伝熱流体は、基板３０と接触面５０との間の微視的間隙の中に流れ込み、基板３０と接触面５０との間のガス伝導（gas conduction）により熱結合（thermal coupling）が起こり、基板３０及び接触面５０の非接触部分の間で熱移動が促進される。基板３０は、接触面５０を押し付けて、（i）伝熱流体がその外周部１１０の間隙１２５の間から処理環境１２０へ漏れ出すリーク部１１５、及び（ii）その外周部１１０に実質的に間隙のない且つ伝熱流体が実質的に漏れ出さない非リーク部（non-leaking portion）あるいはシール部１３０を有する外周部を画成する。
【００２２】
伝熱流体は、基板３０に熱を移しあるいは基板３０から熱を除去することの可能な如何なる液体あるいは気体であってもよい。伝熱流体は、その伝熱流体をリークさせることにより基板３０上で行われる処理に深刻な影響が与えられないようにチャンバ２５内の処理環境に実質的に反応しない非反応性ガスを備えることが好ましい。また、非反応性ガスは、チャック２０を作製するのに用いられる材料、特に非反応性ガスと接触するコンフォーマル接触面５０に反応すべきではない。例えば、コンフォーマル接触面５０を作製するのにポリイミドのような高分子材料が用いられ、（i）酸素、あるいは（ii）ＣＦ4あるいはＣＦ6等のハロゲン含有ガス、のようなポリイミドを腐食する反応性ガスは避けるべきである。伝熱流体は、基板３０とチャック２０との間で最適な伝熱速度を与えるべく高い熱伝導性をもっていることが好ましい。処理環境及びコンフォーマル接触面に対して反応せず且つ高い熱伝導性を有する好適な伝熱流体は、ヘリウム、アルゴン、窒素及びその他同種のものを備えるのが好ましい。アルゴンの室温付近での熱伝導性は、cal／（sec）（cm2）（℃/cm）の単位で約４３×１０-6であり、窒素は約６２×１０-6であり、そしてヘリウムは約３６０×１０-6である。
【００２３】
伝熱流体は、基板３０上で一様な温度を達成させるべく基板３０を冷却あるいは加熱するのに使用され得る。基板の冷却が必要とされる場合、チャック２０は、伝熱流体が基板３０からチャック２０へ熱を移し得るよう基板３０より低温に維持される。また、基板が加熱される必要がある場合、チャック２０は、伝熱流体がチャック２０から基板３０へ熱を移し得るように基板３０より高温に維持される。
【００２４】
本発明の静電チャック２０は、静電部材３５の外周部１１０のリーク部１１５からの伝熱流体の漏れを相殺すべく、導管１０５を通して異なる流量で伝熱流体を流すことの可能な流量レギュレータ１３５を用いることにより、基板３０の温度制御を改善するものである。これは、リーク部１１５の上に位置する基板３０の部分上で、「過熱点」あるいは「冷点」の発生を減らし、基板３０を一様な温度に維持させる。流量レギュレータ１３５は、外周部１１０の非リーク部への伝熱流体の流量を減らさずに、（i）静電部材３５の外周部１１０のシール部１３０近傍の導管１０５を通る低い体積の第１の伝熱流体流量、及び（ii）リーク部１１５近傍の導管１０５を通る高い体積の第２の伝熱流体流量を供給する。外周部１１０のリーク部１１５近傍の導管１０５への第２の伝熱流体流量は、シール部１３０近傍の導管１０５への第１の伝熱流体の流量より少なくとも約２sccm大きいことが好ましく、少なくとも約５sccm大きいことがより好ましい。典型的には、第１の流量は約０sccm〜約１sccmの範囲にあり、第２の流量は約１sccm〜約１０sccmの範囲にある。
【００２５】
次に、典型的な伝熱流体の流量レギュレータの構造１３５について説明する。流量レギュレータ１３５の一態様は、静電部材３５の下方のサポート７０に形成される伝熱流体リザーバ１４０を含み、リザーバ１４０の長さ（length）は、導管１０５と伝熱流体リザーバ１４０との間に短い流路を与えるべく、導管１０５のすべてを横切って延びている。複数の導管１０５、典型的には約５０〜約５００の導管、より典型的には１００〜２００の導管は、伝熱流体リザーバ１４０から静電部材３５の接触面５０まで延びている。図４（ａ）に示されるように、導管１０５は、基板３０の中央部１５５の中央部導管１０５ｂのみならず、基板３０の周縁部１５０近くの周縁部導管１０５ａを含んでいる。典型的には、周縁部導管１０５ａは、基板３０の周縁部１５０から約１０ｍｍ以内に、より好ましくは５ｍｍ以内に配置される。周縁部導管１０５ａ及び中央部導管１０５ｂは均等に離隔して配置され且つ接触面５０のほぼ全体にわたって分配されて、基板３０下に複数の伝熱流体源を与える。複数の伝熱流体源は、伝熱流体を基板３０下に一様に分配させる。図４（ｂ），図５（ｂ）及び図６（ｂ）には、周縁部導管１０５ａ及び中央部導管１０５ｂの適切な分布が示されている。
【００２６】
導管１０５ａ，１０５ｂは、接触面５０に第１端部１４５を有し、リザーバ１４０に第２端部を有している。導管１０５は先細り状であり、その第１端部１４５は第２端部１６０より小さい直径を有していることが好ましい。導管１０５の先細り（tapering）は、リザーバ１４０から導管１０５に伝熱流体の流量を最適に制御する。第１端部１４５の小さな直径は、その小さな寸法により接触面５０の外周部１１０のリーク部１１５への伝熱流体の過剰な流出を阻止する。比較的大きな直径の第２端部１６０は、流体の導管１０５内への流体の流出を阻止（impede）あるいは閉塞（obstruct）せずに、リザーバ１４０から導管１０５内へ伝熱流体を進入させる。また、より大きい第２端部１６０からより小さい第１端部１４５までの導管１０５の先細りは、伝熱流体が導管１０５を通過する場合に、伝熱流体の速度を増加させる。高速の伝熱流体は、接触面５０の外周部１１０のリーク部１１５まで速い速度で移動し、それによって伝熱流体を基板３０に急速に供給し、基板３０のより有効な温度制御を行う。このようにして（in this manner）、先細り状の導管１０５は、近傍に位置する伝熱流体リザーバ１４０と協働して、外周部１１０のリーク部１１５に急速に十分な流量の伝熱流体を供給し、外周部１１０のシール部１３０への伝熱流体の流量を減らさずに、基板３０にわたって一様な温度を維持するのである。従って、導管１０５の第１端部１４５は、約１mmより小さい直径を有することが好ましく、約０．５mmより小さいことがより好ましく、第１端部１４５の直径は、約０．２５mm〜約０．５mmの範囲にあることが最も好ましい。第２端部１６０の直径は、少なくとも１．５mmであることが好ましく、約１．５mm〜約２．５mmの範囲にあることがより好ましい。
【００２７】
図２，図３に示されるように、供給ライン１６５を経てリザーバ１４０に接続された圧縮ヘリウムタンクのような伝熱流体源１６２が、リザーバ１４０内の伝熱流体を処理チャンバ２５内の圧力に対して高圧Ｐに維持すべく使用される。圧力Ｐは、低圧ＰLから高圧ＰHまでの範囲にあることが好ましい。高圧ＰHは、導管１０５を通る伝熱流体の流れにより、静電的に保持された基板３０が移動されることがないように十分低くなるように選ばれる。典型的には、静電部材３５は、基板３０上で少なくとも約５Torr、より典型的には約１０Torr〜約１００Torr、そして最も典型的には２０Torr〜６０Torrの単位面積当たりの静電引力を及ぼす。従って、伝熱流体は、（i）基板３０が移動されあるいは取り除かれる（dislodging）のを阻止し、且つ、（ii）外周部１１０からの伝熱流体のリークを減らすべく基板３０に静電部材３５の外周部１１０を少なくとも部分的にシールさせるよう、基板３０上の静電部材３５により及ぼされる静電吸引圧より低い圧力で導管１０５の第１端部１４５から流出すべきである。従って、圧力ＰHは、約１００Torrより低いことが好ましく、約６０Torrより低いことがより好ましい。低圧ＰLは、実質的にシール部１３０近傍の導管１０５への伝熱流体流量を減らさずに、外周部１１０のリーク部１１５近傍の導管１０５に、シール部１３０近傍の導管１０５への伝熱流体流量より高い伝熱流体の流量を供給すべく十分高くなるように選ばれる。低圧ＰLは、少なくとも約１００Torrであることが好ましく、より典型的には少なくとも約２０Torrである。従って、リザーバ内の伝熱流体は、約１０Torr〜約１００Torr、より好ましくは２０Torr〜６０Torrの範囲ΔＰをもった圧力Ｐで維持されることが最も好ましい。
【００２８】
伝熱流体リザーバ１４０は、「コンデンサのような」伝熱流体の圧力源を導管１０５近傍に備え、シール部１３０への伝熱流体流量を実質的に減らさずに外周部１１０のリーク部１１５に高い伝熱流体流量を供給し、基板３０にわたってほぼ一様な温度を維持する。導管１０５とリザーバ１４０との間の短い流路、圧力をかけた伝熱流体リザーバ１４０、及び導管１０５の先細り形状は、静電部材３５の外周部１１０のリーク部１１５に高い流量の伝熱流体を急速に伝達させて、基板３０を一様な温度に維持する。
【００２９】
流量レギュレータ１３５は、基板３０の表面にわたってあるいは基板３０の周縁部１５０と中央部１５５との間で、典型的には約１０℃より小さい、多くは約５℃より小さい温度差に維持することにより従来技術より顕著な利点を与えている。例えば、約４００℃の温度で処理される基板は、流量レギュレータ１３５を使用して約１００℃より低い温度まで、より典型的には約８０℃より低い温度までは一様に冷却され得る。
【００３０】
図５（ａ），５（ｂ）に示されるチャック２０の態様は、静電部材３５に溝１７０を含み、溝１７０の先端部１７５は、基板３０の周縁部１５０の近くに配置されている。この態様では、周辺部導管１０５ａの第１端部１４５は、伝熱流体を接触面５０の外周部１１０に供給すべく溝先端部１７５で終端し、基板外周部１５０がほぼ一様な温度に維持される。溝１７０は、典型的には伝熱流体を基板３０下に分配すべく円周状及び放射状に交差するチャンネルのパターンを形成している。溝先端部１７５と基板３０の周縁部１５０との間の距離は７mmより小さくことが好ましく、約１mm〜約５mmであるのがより好ましく、そして約３mmより小さいことが最も好ましい。基板３０が静電的にチャック２０に保持される場合、基板３０は溝１７０を覆い実質的に溝先端部１７５をシールして、溝先端部１７５からの伝熱流体の漏れを低減する。
【００３１】
図６（ａ），６（ｂ）に示されるチャックの態様では、伝熱流体リザーバ１４０は静電部材３５に形成されるチャンネル１８０を備えている。弾性接触層（resilient contact layer）１８５がチャンネル１８０を覆ってシールする。弾性接触層１８５は、加えられた静電気力下で基板３０に適合させることができ、静電部材３５の幅全体にわたってほぼ平らになっている。この態様では、導管１０５は、伝熱流体リザーバチャンネル１８０から接触層１８５を通って延び、伝熱流体を基板３０下に供給すべく接触層１８５の接触面５０で終端している。
【００３２】
腐食処理環境で用いられるチャック２０に有用な本発明の別の態様では、チャック２０の耐食性は、その全幅にわたってほぼ平らな接触面５０をもった静電部材３５を用いて増加され得る。連続した平らな静電部材３５は、基板３０と連続的に接触し、広範囲にわたって腐食処理環境から電極４０を隔離させる。図７に示される態様では、静電部材３５を支持するサポート７０は、座ぐり凹部１９５をもった上面１９０を含んでいる。凹部１９５は、静電部材３５の電極４０がその中に嵌まり得る寸法とされ、典型的には電極４０の直径より約０．１mm〜０．２mm大きい直径、及び電極４０の厚さにほぼ等しい、典型的には約０．０４０mm深さを有している。静電部材３５は、（i）凹部１９５をもったサポート７０の上面１９０上の第１絶縁層４５ａ、（ii）第１絶縁層４５ａ上の電極４０、及び（iii）電極４０を覆う第２絶縁層４５ｂを形成することにより、積層絶縁電極として構成されている。電極４０をその上にもった第１絶縁層４５ａは、凹部１９５をほぼ塞ぐ寸法の結合厚を有し、第２絶縁層４５ｂが電極４０上に形成される場合に、積層板の接触面５０は、電極４０の外径２００を越えて基板３０と連続的に接触する連続した単体の平らな表面を形成する。連続した接触面５０はヘリウム漏れを低減し、電極４０と腐食処理環境との間に従来の絶縁障壁長の約３０倍以上の約１．５mmの幅をもった絶縁障壁を与え、それによって広範囲にわたり腐食処理環境から電極４０を隔離させてチャック２０の有効寿命を延ばしている。
【００３３】
また、チャック２０の耐食性は、不活性なマスクガスを静電部材３５の外周部１１０上に向けるマスキングガスアセンブリ（図示せず）を用いて向上させることができ、このことは、１９９５年３月２４日にシャムイリアン（Shamouilian）等によって出願された米国特許出願第０８／４１０，４４９号明細書［発明の名称「改良された耐食性をもった静電チャック」］に開示され、これは本明細書において援用されている。また、耐食性は、防護壁を用いて向上されることが可能であり、防護壁は、静電部材３５回りに円周状に配置され、基板３０及びサポート７０を押し付け、基板３０とサポート７０との間にシールを作って腐食環境への静電部材３５の露出を減らす。このことは、１９９５年５月１１日にサルフェルダ（Salfelder）等により出願された米国特許出願第０８／４３９，０１０号明細書［発明の名称「静電チャックのための静電シール」］に開示され、これは本明細書において援用されている。
【００３４】
次に、本発明の種々の態様の静電チャック２０を製造する方法について説明する。
【００３５】
図４（ａ），図４（ｂ）に示される静電チャック２０の態様は、静電部材３５を支持するためのサポート７０を含んでいる。典型的には、サポート７０は、サポート７０と基板３０との間の伝熱面を最大にすべく基板３０の形状・寸法に応じた形状・寸法とされている。例えば、約１２５mm〜約２００mm（５ inches〜８ inches）の直径をもった円盤状の基板に対しては、約１００mm〜３００mmの直径をもった真円柱状のサポートが好適である。サポート７０は、典型的には、約１．５cm〜２cmの厚さをもったアルミニウム基板のような金属から加工される。基板３０、静電部材３５及びサポート７０間で滑らかな伝熱面を与えるべくサポート７０の表面を約１μmの粗さまで研削するのに、一般的な研削技術が用いられている。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように、サポート７０の伝熱流体リザーバ１４０は、すべての導管１０５を横切って延びるように、深さ約３mm〜５mm、及び直径約１２０mm〜１９０mmまでサポート７０の背面に中空の座ぐりキャビティを形成し、そのキャビティを覆うようにプレートを固定することにより形成することができる。典型的には、伝熱流体リザーバ１４０の壁は、伝熱流体をリザーバ１４０内の高圧Ｐに維持すべく十分に強固な外枠（enclosure）を与え、少なくとも約５mm〜１０mmの厚さを有している。プレート内には、伝熱流体をリザーバ１４０内に導入するための伝熱流体ガス導入口２１０が形成されている。複数の導管１０５はサポートの上部を貫いて加工される。図４（ｂ）に示されるように、導管は典型的には約５０〜約５００、より典型的には１００〜２００の導管を備え、導管１０５の多くはサポート７０の外端部近傍に配置されている。
【００３７】
サポート７０上の静電部材３５は、（i）電極４０、及び（ii）その電極４０を覆う絶縁体４５を備えている。静電部材３５の電極４０は、典型的には、例えば、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄及びそれらの合金を含む金属のような導電性材料から作られている。典型的には、電極４０の厚さは、約０．５μm〜１００μm、より典型的には約１μm〜５０μmである。電極４０の形状は、基板３０の寸法及び形状に応じて変化する。例えば、基板３０が円盤状である場合、基板３０と接触する電極４０の面積を最大にするために電極４０も円盤状となっている。典型的には、電極４０は約２００sqmm〜約４００sqmm、より典型的には約２５０sqmm〜約３５０sqmmの面積を有している。典型的には、電極４０は、連続したあるいはパターン化された金属層である。
【００３８】
絶縁体４５は、電極４０を覆うべく、より好ましくは電極４０を包囲すべく十分に大きな寸法とされ、絶縁体の上面は、静電部材３５の接触面５０を形成している。絶縁体４５は、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、フルオロエチレンプロピレン共重合体、セルロース、トリアセテート、シリコン、及びゴムのような弾性高分子絶縁材料であることが好ましい。弾性高分子絶縁層４０は、基板３０の周縁部１５０の少なくとも一部に、静電部材３５の接触面５０とシールを形成させる緩衝接触面を与え、それによって基板３０下方からの伝熱流体の漏れを低減している。ポリイミドのような高分子が使用される場合、ポリイミドの弾性は、ポリイミドの引張弾性係数（tensile elastic modulus）で測定すると、典型的には約０．２５GPa〜約１０GPaで、より典型的には約１GPa〜約５GPaである。
【００３９】
電極４０を電気的に絶縁させるのに必要とされる絶縁体４５の厚さは、絶縁体４５を形成するのに使用される高分子の電気抵抗及び誘電率に応じて変化する。また、絶縁体４５は、基板３０上に加えられる静電クランプ力下で、接触面５０を基板３０に適合させるべく十分な厚さを有するべきである。典型的な高分子絶縁体は、（i）少なくとも約２、より好ましくは少なくとも約３の誘電率、（ii）約１０13Ωcm〜１０20Ωcmの範囲の抵抗、及び（iii）少なくとも約１００volts／mil（３．９volts／μm）、より典型的には少なくとも約１０００volts／mil（３９volts／μm）の絶縁破壊強さを有している。高分子が約３．５の誘電率を有する場合、絶縁体は典型的には、約１０μm〜約５００μmの厚さ、好ましくは約１００μm〜約３００μmの厚さである。
【００４０】
絶縁体４５は、チャック２０が基板３０が加熱される処理で使用され得るよう、５０℃以上の温度まで耐性があることが好ましく、１００℃以上の温度に耐性があることがより好ましい。また、処理中に基板３０で生成される熱がチャック２０を通って散逸し得るように、高分子絶縁体４５は高い熱伝導性を有することが好ましい。十分な熱移動により基板３０の過熱が排除されるよう、絶縁体４５の熱伝導性は、少なくとも約０．１０Watts／m／°Kであるべきである。絶縁体４５は、熱伝導性及びプラズマ腐食耐性を大きくするためにダイアモンド、アルミナ、ホウ化ジルコニウム、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムのような高い熱伝導性をもった充填材（filter material）も含んでいる。充填材は、約１０μmより小さい平均粒度を有する粒体であることが好ましい。典型的には、充填材は、約１０％〜８０％、より典型的には約２０％〜５０％の体積比で絶縁材料中に分散されている。
【００４１】
静電部材３５を製造する一つの方法は、積層構造を形成するために、市販の２枚の絶縁層４５ａ，４５ｂの間に挟まれた金属層のような導電層を使用することである。市販の適当な絶縁性高分子膜は、例えば、デラウェラ州、ウィルミントンのデュポン・ド・ヌムール・コーポレーションにより製造されたポリイミドフィルム「ＫＡＰＴＯＮ」、日本国の鐘淵化学株式会社により製造された「ＡＰＩＱＥＯ」、日本国の宇部興産株式会社により製造された「ＵＰＩＬＥＸ」、日本国の日東電工株式会社により製造された「ＮＩＴＯＭＩＤ」及び日本国の三菱樹脂株式会社により製造された「ＳＵＰＥＲＩＯＲ  ＦＩＬＭ」を含んでいる。典型的には、各絶縁層の厚さは、約５０μm〜約１００μmである。絶縁層４５ａ，４５ｂを電極４０に固着させるために、（i）室温で粘着性がなく（non-tacky）高温で粘着性がある（tacky）熱活性接着剤、あるいは（ii）圧力下で粘着性のある感圧接着剤のような一般的な接着剤が使用される。適当な接着剤は、例えば、メタクリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ、シリコン含有接着剤、及びそれらの混合物等のポリアクリレートを含んでいる。静電部材積層板の製法については、シャモウイリアン（Shamouilian）らにより１９９４年２月２２日に出願された米国特許願第０８／１９９，９１６号明細書［発明の名称「耐食性電極結合をもった静電チャック」］に一般的に開示されている。
【００４２】
静電部材積層板４５は、導管１０５の第１端部１４５に対する所望の直径に応じた約０．２５ｍｍ〜約０．５ｍｍの直径を持つ穴を作るのに穴あけ加工あるいはプレス加工される。それから、穴あけされた静電部材積層板４５は、サポート７０上の中心に置かれ、積層板４５における穴は、伝熱流体リザーバ１４０と接触面５０との間に連続した導管１０５を作るべくサポート７０における穴と位置合わせされる。それから、チャンバ２５内の腐食処理ガスに対するコネクタの露出を低減すべく処理中に基板３０が電気コネクタ５５を覆うように、静電部材３５の電気コネクタ５５が、サポート７０を通して延ばされる。好適な電気コネクタ５５は、シャモウイリアン（Shamouilian）らにより１９９５年３月２４日に出願された前述の米国特許願第０８／４１０，４４９号明細書［発明の名称「改良された耐食性をもった静電チャック」］に開示され、これは、本明細書において援用されている。
【００４３】
図５（ａ）に示されるチャック２０の静電部材３５の態様は、上に導電性を有する銅あるいはアルミニウムの層をもつ絶縁層４５ａを備える多層膜を用いて作製することができる。市販の適当な多層膜は、例えば、アリゾナ州、チャンドラのロジャース・コーポレーションからの２５μm〜１２５μm厚のポリイミド膜でその上に銅層が堆積されたものを備える「Ｒ／ＦＬＥＸ  １１００」膜、アブレスティック・コーポレーションから入手可能なアブレスティック銘柄のアルミニウム充填ポリイミド膜、及びパララックス（登録商標）ＡＰ膜であって、圧延され、アニールされ、あるいは電気溶着された銅箔に直接結合されたポリイミドを備えるものを含んでいる。図５（ａ）に示されるように、溝１７０は、パターン化されたあるいはセグメント化された電極４０の間にその溝１７０を形成すべく、導電層をエッチング、ルーティング（routing）あるいは圧延することにより電極４０のセグメントの間に挿入される。例えば、一般的なフォトリソグラフエッチング法は、（i）本明細書において援用されている、ラティス・プレスの、スタンレイ・ウルフ及びリチャード・エヌ・トーバによる「ＶＬＳＩ時代のシリコンプロセッシング：プロセステクノロジー」第１巻第１２章から第１４章までに一般に記述されているように、導電性金属層上に、デュポン・ド・ヌムール・コーポレーションにより製造された「ＲＩＳＴＯＮ」のパターン化されたフォトレジスト層を一般的なフォトリソグラフ法を利用して形成し、（ii）一般的な湿式あるいはプラズマエッチング技術を用いて導電層の露出部をエッチングすることにより電極３０をエッチングするのに利用することができる。典型的な湿式化学エッチング法においては、多層膜は、塩化第二鉄、過塩素酸ナトリウムのようなエッチング溶液、又は酸若しくは塩基の中に浸される。典型的なプラズマエッチングプロセスは、塩素、酸素、あるいは四塩化ケイ素を使用し、これは一般に、１９８８年マクグローヒル出版会社、エス・エム・スゼ（S.M.Sze）による「ＶＬＳＩテクノロジー第２版」第５章に記述され、これは本明細書において援用されている。残留したフォトレジストは、一般的な酸あるいは酸素の剥離工程を用いて除去され得る。エッチングをした後、第２の絶縁膜４５ｂが、静電部材３５を形成する絶縁体の内部に電極４０を埋設すべく電極４０の上に接着される。それから、図５（ｂ）に示すように、溝１７０が、多層絶縁体の一方あるいは両方の絶縁層４５ａ，４５ｂを通して溝１７０を打ち抜き加工（stamping）、プレス加工あるいは穴あけ加工（punching）することにより切り取られる。溝あけした静電部材３５は、溝の先端１７５が周縁部の導管１０５ａの上方に配置されるようにサポート７０上の中心に置かれる。
【００４４】
図６（ａ）に示されるチャックの態様は、上述したように、多層膜を用いて静電部材３５を形成することにより作製される。セグメント化された電極４０を作るために多層膜の導電層をエッチングした後、積層構造を形成するために、第２の絶縁膜４０ｂが電極４０の上に固着される。それからリザーバチャンネル１８０が積層構造を貫いて穴あけ加工される。その後、静電部材３５内に伝熱流体リザーバ１４０を形成するために、パンチ加工された導管１０５を持つ第３の弾性ポリイミド膜１８５がリザーバチャンネル１８０の上方に固着される。
【００４５】
流量レギュレータ１３５を有する本発明の静電チャック２０は、従来技術のチャック以上に、基板３０にわたって顕著に改善された温度均一性を提供するものである。例えば、タングステンエッチ処理で基板を冷却するための本発明のプロトタイプテストにより、基板３０の全体の温度が約１０℃低下し且つ基板３０の周縁部の温度が約８０℃から約６０−６５℃に低下した。また、基板３０の中央部１５５とその周縁部１５０との間の温度勾配が、１５−２０℃から６−１０℃に低下した。反復及び許容し得る工程結果がチャック２０を用いて得られた。
【００４６】
更に、本発明のプロトタイプについての試験結果から、従来技術において過度とみなされていた、外周部１１０のリーク部１１５からの伝熱流体の漏れが、本発明の静電チャックを用いて有害（detrimental）でないことが明らかである。本発明のチャック２０は、リーク部１１５の近傍で十分な熱伝導性を与え、高圧の伝熱流体を十分に供給し、リーク部１１５からの伝熱流体のリークを相殺するのに十分大きい流量を与える。これに対して、従来のチャックの外周部からの約０．２sccm〜１sccmの伝熱流体のリークは基板の過熱を招くことが多い。本発明のチャック２０においては９Torr圧における２sccm〜５sccmの漏れの存在は、基板３０上で検出できる過熱効果を示さなかった。また、リークされる外周部１１０のリーク部における外側導管１０５を塞ぐと、約１０倍、即ち、０．４sccm〜０．６sccm漏れが減少したが、基板外周部の過熱が起こるということが決定された。従って、リークギャップ１１５を塞ぐことは、過熱問題に対して、本発明のチャックほどに有効な解決を与えるものとはならない。
【００４７】
本発明は、ある好適な態様を参照してかなり詳細に記述されたが、他の多くの態様は、当業者に明らかであるはずである。例えば、図示した流量レギュレータ１３５の形態が本明細書において記述されているが、流量レギュレータ１３５は、通常の当業者の一人に明らかであろう如何なる構成を備えてもよい。従って、本明細書における精神及び特許請求の範囲は、本明細書に含まれる好適な態様の記述に限定されるべきものではない。
【００４８】
【発明の効果】
以上のことから、本発明は、静電チャックの分野で顕著な利点を示すことが理解されるであろう。特に、本発明の静電チャック２０は、基板３５の全面、特に基板３０の周縁部にわたって、より効率的な温度制御、外周部１１０での改善された熱移動及び接触、及び向上された有用製品寿命を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】腐食環境で高分子絶縁体が急速に腐食する電極回りの環状の段差を示す従来の静電チャックを示す概ほぼ的な部分側断面図である。
【図２】本発明の単極静電チャックの動作を示す処理チャンバの部分側断面図である。
【図３】本発明の双極静電チャックの動作を示す処理チャンバの部分側断面図である。
【図４】（ａ）流量レギュレータをサポートに備えるチャックの態様を示す側断面図である。（ｂ）図４（ａ）に示されるチャックの平面図である。
【図５】（ａ）本発明のチャックの別の態様を示す部分側断面図である。（ｂ）図５（ａ）に示されるチャックの平面図である。
【図６】（ａ）本発明のチャックの別の態様を示す部分側断面図である。（ｂ）図６（ａ）に示されるチャックの平面図である。
【図７】本発明の耐食性チャックの部分側断面図である。
【符号の説明】
２０…静電チャック、２５…処理チャンバ、３０…基板、３５…静電部材、４０，４０ａ，４０ｂ…電極、４５…絶縁体、４５ａ…第１絶縁層、４５ｂ…第２絶縁層、５０…接触面、５５…電気的コネクタ、７０…サポート、１０５，１０５ａ，１０５ｂ…導管、１１０…外周部、１１５…リーク部、１３０…シール部、１３５…流量レギュレータ、１４０…伝熱流体リザーバ、１４５…第１端部、１６０…第２端部、１７０…溝、１７５…先端部、１８５…弾性層、１９０…上面、１９５…凹部。
【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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