(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内において、熱移動流体がその中を通って静電チャックの上面に流れるのを許容する流体流動導管構造を含む静電チャックであって、
（ａ）流体流動通路を少なくとも１つ備える導電層を含む静電チャックと、
（ｂ）前記導電層を覆う少なくとも１つの誘電層であって、前記誘電層を貫通する少なくとも１つの開口を含み、前記開口はその下の導電層の前記少なくとも１つの流体流動通路と連絡している、前記誘電層とを含み、
前記下にある導電層は、前記導電層を覆う前記誘電層の厚さが、前記誘電層をその下の導電層中の流体流動通路に向けて貫通する開口の周縁を囲む領域において、前記開口の周縁を囲む領域以外の領域におけると比較して、より大きくなるように構成されている、
プラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項２】
前記導電層が、前記静電チャックのペデスタルの環状のキャビティ内に嵌合する環状インサートを含む請求項１に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項３】
前記導電層が、アルミニウムと、銅と、真ちゅうと、モリブデンと、ニオブとから成る群から選択される請求項１に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項４】
前記導電層がアルミニウムである請求項３に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項５】
前記誘電層が、セラミックとポリイミドとから成る群より選択される請求項１に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項６】
前記セラミックが、９９．５質量％のアルミナと、アルミナと二酸化チタンの混合物とから選択される請求項５に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項７】
前記アルミナと二酸化チタンの混合物における二酸化チタンの質量パーセンテージが、０．５質量％〜５．０質量％である請求項６に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項８】
前記開口の周縁を囲む前記誘電層の厚さが、０．１３ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲にある請求項１に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項９】
前記開口の周縁を囲む前記誘電層の厚さが、少なくとも０．２０ｍｍである請求項８に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項１０】
前記誘電層の下側にある前記導電層の厚さが、前記誘電層を貫通する前記開口の周縁を囲む領域において、０．１３ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲にある請求項８に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項１１】
前記誘電層の下側にある前記導電層の厚さが、前記誘電層を貫通する前記開口の周縁を囲む領域において、０．３０ｍｍ〜０．６４ｍｍの範囲にある請求項１０に記載のプラズマ処理チャンバ内の静電チャック。
【請求項１２】
静電チャックの上表面に熱移動流体を供給するための構造を形成する方法であって、前記方法は、
（ａ）導電層の上表面に第１の開口を少なくとも１つ有する流体流動通路を少なくとも１つ含む導電層を含む静電チャックペデスタルを与えるステップであって、前記導電層の上表面と前記静電チャックの上表面との間の距離を、前記第１の開口の周縁を囲む領域においてより大きくする、前記ステップと、
（ｂ）前記導電層の上表面に誘電材料の層を適用して、前記誘電材料の層が平坦な誘電層を与えるようにするステップと、
（ｃ）前記第１の開口を覆う前記誘電材料を貫通する第２の開口を形成して、前記第２の開口を前記第１の開口と前記誘電材料を貫通して連絡させ、前記導電層内の流体流動通路へと導くようにするステップを含む、
静電チャックの上表面に熱移動流体を供給するための構造を形成する方法。
【請求項１３】
静電チャックの上表面に熱移動流体を供給するための構造を形成する方法であって、前記方法は、
（ａ）流体流動通路を少なくとも１つ含む導電層を与えるステップであって、前記通路を覆う導電層の厚さは、後のステップで前記導電層に形成される開口の周縁を囲む領域においてより小さくする、前記ステップと、
（ｂ）前記静電チャックの上表面上に誘電材料の層を適用して前記誘電材料の層が平坦な誘電上表面を与えるステップと、
（ｃ）前記流体流動通路にアクセスするための、前記誘電材料の層と前記導電層を貫通する開口を形成するステップを含む、
静電チャックの上表面に熱移動流体を供給するための構造を形成する方法。
【請求項１４】
前記ステップ（Ｃ）を実施する前に、前記誘電層の表面を平坦にする処理を行う、請求項１２に記載のプラズマ処理チャンバ内で用いることができる静電チャックを形成する方法。
【請求項１５】
前記ステップ（Ｃ）を実施する前に、前記誘電層の表面を平坦にする処理を行う、請求項１３に記載のプラズマ処理チャンバ内で用いることができる静電チャックを形成する方法。
【請求項１６】
静電チャックの上表面に熱移動流体の流動を与える構造体であって、少なくとも１つの流体流動通路を有する導電層を備え、前記通路は前記導電層の上表面に少なくとも１つの開口を有し、前記導電層の上表面と前記静電チャックの上表面との間の距離は、前記少なくとも１つの開口を囲む周縁の領域でより大きくなり、かつ前記導電層の厚さは前記開口を囲む周縁領域においてより小さくなる、
静電チャックの上表面に熱移動流体の流動を与える構造体。
【請求項１７】
前記導電層の前記上表面を誘電層が覆い、前記誘電層は、前記誘電層を貫通して前記少なくとも１つの導電層開口と前記導電層の上表面において連絡する誘電層開口を少なくとも１つ含み、前記導電層の上表面と前記誘電層の上表面との間の距離は、前記誘電層の上表面における前記誘電層開口の周縁でより大きくなる、請求項１６に記載の静電チャックの上表面に熱移動流体の流動を与える構造体。
【請求項１８】
基板表面とその下の静電チャック表面との間のアーク発生、又は静電チャック内部のアーク発生を低減する方法であって、前記方法は、
（ａ）流体流動通路を少なくとも１つ備える導電層を与えるステップであって、前記流体流動通路は、前記導電層の上表面に少なくとも１つの開口を有する、前記ステップと、
（ｂ）前記導電層の上表面と前記静電チャックの上表面との間の距離が、前記少なくとも１つの開口の周縁の領域でより大きくなり、且つ前記導電層の厚さが前記開口の周縁の領域でより小さくなるように、前記導電層を構成するステップ、とを有する
アーク発生低減方法。
【請求項１９】
基板表面とその下の静電チャック表面との間のアーク発生、又は静電チャック内部のアーク発生を低減する方法であって、
（ａ）流体流動通路を少なくとも１つ備える導電層を与えるステップであって、前記流体流動通路は、前記導電層の上表面に開口を少なくとも１つ有する、前記ステップと、
（ｂ）前記導電層の前記上表面を覆う誘電層を形成するステップであって、前記誘電層は、前記誘電層を貫通して前記導電層の上表面の開口と連絡する開口を少なくとも１つ含む、前記ステップと、
（ｃ）前記導電層又は誘電層を、前記導電層の前記上表面と前記誘電層の前記上表面との間の距離が、前記誘電層の前記上表面の前記少なくとも１つの開口の周縁の領域でより大きくなり、且つ前記導電層の厚さが前記開口の周縁を囲む領域でより小さくなるように構成するステップ、とを含む
アーク発生低減方法。
【請求項２０】
プラズマ環境下で用いる静電チャックであって、前記静電チャックは、熱移動流体がその中を通って静電チャックの上表面に流れるのを許容する流体流動導管構造を含み、前記静電チャックは、
（ａ）複数の流体流動通路を含む導電インサートであって、各通路は前記導電インサートの上表面に開口を少なくとも１つ有し、導電インサートは前記静電チャックの下部を構成する導電ペデスタルの上表面上に存在するリセスに挿入され、前記導電インサートは、導電インサート上に適用された誘電層の厚さがその下にある導電インサート中の開口の周縁を囲む領域において、前記導電層を覆う誘電層の前記開口の周縁を囲む領域以外の領域における厚さと比較して、より大きくなるように構成されている、前記導電インサートと、
（ｂ）前記導電インサートを含んで、導電ペデスタルを覆う少なくとも１つの誘電層であって、前記誘電層は、前記誘電層を貫通する少なくとも１つの開口を有し、前記少なくとも一つの開口はその下にある導電インサート中の対応する前記少なくとも１つの開口と連絡している前記誘電層、を含む
プラズマ環境下で用いる静電チャック。
【請求項２１】
プラズマ処理チャンバ内において、処理中の基板とその下の静電チャックの表面との間のプラズマアーキングを減少させるか、又は前記静電チャック内の流体流動通路内のプラズマアーキングを減少させる方法であって、前記方法は、
（ａ）複数の流体流動通路を有する導電インサートを与えるステップであって、各通路は前記導電インサートの上表面に流体流動通路開口を少なくとも１つ有し、前記導電インサートは静電チャックの下部を構成する導電ペデスタルの上表面にあるリセスに挿入される、前記ステップと、
（ｂ）前記導電ペデスタルの上表面を前記導電インサートを含んで覆って適用された少なくとも１つの誘電層が、誘電層を貫通して前記その下にある導電インサート中の流体流動通路に導く誘電開口の周縁を囲む領域において、流体流動通路開口に導く誘電開口の周縁を囲んでいない領域における前記誘電層の厚さと較べて、より厚くなるように前記導電インサートを構成するステップを含む
プラズマ処理チャンバ内においてプラズマアーキングを減少させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックの表面に熱移動流体の流れを与える静電チャック構造体に関する。この構造体は、ガスフローチャンネルを含む導電性の下層と、誘電材料の上層とを備えている。この構造体は、静電チャック上に載置されたシリコンウエハ等のワークピースの底面を冷却するための、静電チャックの中を通ってこの表面に送られる熱移動流体の絶縁破壊を防止することに有用である。この構造体は更に、半導体処理用のプラズマが、静電チャックの熱移動流体開口に侵入することを防止することに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
１９９４年９月２７日に発行されたCollinsらの米国特許第５,３５０,４７９号には、プラズマ反応チャンバ内で処理される目的物を保持するための静電チャックが開示されている。この静電チャックは、誘電材料の層でコーティングされた金属ペデスタルを備えており、この金属ペデスタルは、静電チャックの上表面とこの表面上に支持された目的物との間に冷却用ガスを通過させ分配するための、冷却ガス分配システムを有している。このガス分配システムは、静電チャックの上面全面にわたって形成された複数の交差するグルーブを備えており、グルーブの交差部を通る小さなガス分配ホール（穴）が設けられている。
【０００３】
静電チャックの寿命は、熱移動ガスの流動を促進するために用いられるガス分配穴の存在に影響される。特に、静電チャックが、ワークピースのすぐ上方の高出力のＲＦ電界及び高密度のプラズマに曝露されれば、アーク発生（アーキング）やグロー放電により、冷却ガスが絶縁破壊する可能性がある。更に、静電チャックの上側の誘電体表面上に支持された目的物（代表的には半導体基板である）と静電チャックのペデスタルを形成する下側導電層（アルミニウム等）との間には、照準線があるので、穴を通過する冷却ガスの絶縁破壊を引き起こすような電界内の不連続性を最小限にするようにガス分配穴のサイズを選択しても、前記の照準線に沿ってアーキングが生ずる場合がある。半導体基板の表面でのアーキング、もしくはグロー放電により基板が損失することがある。ガス分配穴内でのアーキングやグロー放電により、静電チャック自身の誘電層やアルミニウム層が劣化する。
【０００４】
Collinsらは、半導体基板からアルミニウム層への照準線にわたるアーキングの可能性を低くするために、誘電層の下のアルミニウム層をガス分配穴に密接した誘電層の下で破断（切削）することを推奨している。
【０００５】
１９９４年５月２４日に発行されたCollinsらの米国特許第５,３１５,４７３号には、静電チャックの締付け力を高める方法が、その他の特徴と共に開示されている。特に、誘電材料の組成と、誘電層の厚さは重要な要件の一つである。一般に、その他の全ての要因が一定であるとすると、誘電層が薄い程、クランプ力は大きくなる。しかし、誘電層の厚さの減少を制限するような実質的な制約がある。厚さが約１ｍｉｌ（約２５．４μｍ）未満の誘電層の場合、処理中の目的物とその下のプラットフォームとの間のエアギャップに打ち克つに要する電圧を印加すれば、誘電材料の絶縁が破壊しその絶縁特性が失われてしまうことが見出された。
【０００６】
１９９４年６月１４日に公開されたCollins らの欧州特許出願第９３３０９６０８．３号には、上述の米国特許第５,３５０,４７９号に開示されている種類の静電チャックの構造体が記載されている。ここで静電チャックの製造は、アルミニウムのペデスタルにビードブラスト法による処理を行い、その後、ビードブラストされた表面に噴射処理（例えばアルミナやアルミナ／チタン等の誘電材料のプラズマ噴射など）を行う工程を有している。代表的には、噴射された厚さは、最終的に希望する厚さよりも厚くなっており、例えば１５〜２０ｍｉｌ（３８０〜５０８ミクロン）となっている。誘電材料の吹付け後、最終的に希望する厚さ、例えば７ｍｉｌ（１８０ミクロン）の厚さの層へと再研磨される。次に、誘電層の上面を加工して、この層の表面にわたる冷却ガス分配グルーブのパターンと、下側のアルミニウムペデスタル内の冷却ガス分配キャビティに接続する誘電層貫通孔とを設ける。場合によっては、誘電層を形成する前に、下側のアルミニウムペデスタル内にガス分配用キャビティを設け、別の場合には、誘電層貫通孔と同時に、アルミニウムペデスタル内にガス分配用キャビティを設ける。代表的には、冷却ガス分配グルーブはレーザーを用いて形成する。この誘電層貫通孔は、機械式ドリルやレーザーを用いドリルを行って形成する。貫通穴用の好ましいレーザーは、比較的低い時間平均電力レベルで動作するエキサイマーＵＶ（紫外線）レーザー（すなわち波長が短く、高エネルギのレーザー）である。これによって、下側薄層からのドリルされたアルミニウムが、貫通孔の壁や誘電体の表面に再堆積することが低減される。このようなアルミニウムがあると、誘電層にアーキングが生ずる場合がある。貫通孔は静電チャックの表面の外周の回りに設けられる場合が多い。８インチのシリコンウエハ用静電チャックの場合、約１８０個の上記の孔が設けられ、これらが静電チャックの外周の回りにリング状の構造を形成する。各孔の直径は約０．００７±０．００１インチ（０．１７５±０．０２５ｍｍ）である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウムペデスタルの上側のコンポジット誘電体にマイクロドリルを行って前述の貫通孔を設ければ満足できるガス流路が得られるものの、これは、誘電アルミナ被覆とアルミニウム基板との間の界面を捜すＲＦプラズマ環境に対処するものではない。その上、レーザーによるドリルのプロセスは、ドリルの進展とともに誘電層の下のアルミニウムを磨耗させてしまい、その磨耗粉が凝固し、または内孔の中に堆積し、穴のセラミック表面を覆ってしまう。このようなメカニズムがあるため、ガス流路用にアスペクト比（深さ／直径）を高くしても、穴の少なくとも下部は金属の導体（アルミニウム）になってしまう。機械加工にともなう微細なチップ粉を分配穴から除去することは困難な作業であり、ドリル中に誘電性のガス分配穴を通って移動するアルミニウム粒子と複合体を形成してしまう。機械加工による微細チップ粉が存在することにより、超微細エレクトロニクス環境の汚染源となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却ガスその他の熱移動流体の静電チャックの表面への流れを促進する基本的な構造体と、この構造体を製作する好ましい方法とを提供する。この基本構造体は、静電チャックの誘電表面層とその下側の導電層との間の界面を捜すＲＦプラズマ環境の課題に対処するものである。
【０００９】
基本的な流体流動導管構造体は、少なくとも一種類の流体（代表的にはガス）の通路を収容する下側の導電層と、下側の導電層内の流体流動通路に接続する誘電層の中を通る開口又は通路を少なくとも１つ有する少なくとも１つの上側誘電層とを有しており、構造体全体に流体流動通路を与えている。この下側の導電層の構造では、誘電層の厚さが、誘電層の中から下側の導電層のガス流体流動通路へと至る開口又流体流動通通路で著しく増加する（ガス流動通路を有しない静電チャックの上側表面領域の誘電層の厚さと比較して）。導電層は、アルミニウムと、銅と、真ちゅうと、モリブデンと、ニオブとから成る群から選択されてもよい。誘電層は、セラミックとポリイミドとから成る群より選択されてもよい。
【００１０】
より具体的には、（ａ）少なくとも１つの流体流動通路を有する導電層であって、導電層は導電層の上面に第１の開口を少なくとも１つ有し、導電層の上面と前記静電チャックの上面との間の距離は、少なくとも１つの第１の開口の近傍の領域でより大きくなる、導電層と、（ｂ）前記導電層の上側にある誘電層であって、誘電層は、導電層の中の第１の開口と接続する誘電層の表面からの第２の開口を少なくとも１つ有して、流体流動通路から誘電層の表面までの流体の流体流動通路を形成する、誘電層とを備えていてもよい。また、第１の開口の上側にある誘電層の厚さが、５ｍｉｌないし約０．１３ｍｍよりも大きいことを特徴としてもよい。また、第１の開口の上側にある誘電層の厚さが、少なくとも８ｍｉｌないし０．２０ｍｍであってもよく、約５０ｍｉｌないし約１．３ｍｍよりも小さくてもよい。また、誘電層の下側にあり且つ第１の開口の近傍にある導電層の厚さが、約５０ｍｉｌないし約１．３ｍｍよりも小さくてもよく、約５ｍｉｌ〜約５０ｍｉｌの範囲ないし約０．１３ｍｍ〜約１．３ｍｍの範囲にあってもよい。また、この誘電層の下側にあり且つ第１の開口の近傍にある導電層の厚さが、約１２ｍｉｌ〜約２５ｍｉｌの範囲ないし約０．３０ｍｍ〜約０．６４ｍｍの範囲にあってもよい。
【００１１】
基本構造体を形成する好ましい方法は次の通りである。即ち、流体流動通路を有する少なくとも１つの導電層を与え；少なくとも１つのグルーブ又は窪みを、流体流動通路の上に位置するように、導電層の表面に形成し；導電層の表面上に誘電材料の層を形成し；静電チャックの上面全体を平坦（フラット）且つ平滑にすることが必要な場合は、誘電材料層を処理し；下側の導電層内の流体流動通路と接続するように誘電層に開口又は流体流動通路を形成する。
【００１２】
代表的には、導電層は静電チャックのアルミニウムペデスタルであり、上側の誘電層はアルミニウムペデスタルの表面上にアルミナ、またはアルミナ／チタンをスプレーコーティングすることによって形成される。しかし、電気的な事項に関する要求が満たされ、且つ、予定するプラズマ処理環境の中で複数のサイクル経た後に相対的熱膨張率が静電チャックの状態に問題を生じさせない限り、その他の材料の構造体を用いてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は静電チャックの表面に冷却ガスを分配する基本構造体と、この構造体を形成する方法に関するものである。この基本構造体は静電チャックの誘電表面とその下側の導電層との間の界面を捜すＲＦプラズマ環境の問題に対処するものである。特に、本発明は、熱移動流体分配チャンネルを有する下側の導電層の構造的な構成を、熱移動（冷却）流体分配チャンネルへと導きこれに接続される開口を有する上側の誘電層と組合わせて、改良することに関するものである。本発明の改良により、静電チャックの表面の表面とワークピースとの間のアーキングもしくはグロー放電により冷却ガスが絶縁破壊する可能性が著しく減少する。従って、静電チャックの作動寿命は延長され、一方、グローアーキングによる半導体基板の損失は減少される。
【００１４】
図１を参照すると、プラズマ処理チャンバ１００は、処理中にワークピース１０４（代表的には半導体ウエハ）をチャンバ１００内の所定位置に静電により固定する静電チャック１０２を有している。静電チャック１０２は、リフトフィンガ１１７を有するリフトフィンガ開口１０６を備えており、リフトフィンガは、電力をオフ（切）にしてクランプ力がなくなったとき、半導体ウエハを、静電チャック１０２の上表面から持ち上げて離すことができる。静電チャック１０２はまた、静電チャック１０２のペデスタル２０４の表面に機械加工されたチャンネル１１６内に着座した静電チャック１０２の周辺部近くにある環状の金属インサート１１０を含んでいる。インサート１１０はペデスタル２０４の表面のチャンネル１１６と連係して（図２Ｂ参照）、図２Ａに示すように静電チャック１０２の周囲全体に亘ってガスチャンネル１１２を形成している。ガスチャンネル１１２は、環状の金属インサート１１０をその底部からその上表面に密接した近傍まで横切るため、図３（ａ）に示した金属薄層１１８が誘電層１１４をガスチャンネル１１２から分離する状態を留める。
【００１５】
静電チャック１０２の上面図である図２（ａ）に示されているように、静電チャック１０２の上表面は、誘電層１１４によって覆われている。冷却ガスがチャンネル１１２を通って静電チャック１０２の上表面へと流れることができるためには、上側の誘電層１１４と金属薄層１１８とを通る開口ないし流路２０２を形成することが必要である。
【００１６】
静電チャック１０２内のガスチャンネル１１２の概略的な拡大横断面図が図３（ａ）に示されており、ここでは上層の誘電層１１４と通路２０２は省かれている。ガスチャンネル１１２は、従来技術で知られているように、インサート１１０をペデスタル２０４内に溶接、またはブレージングすることにより形成することができる。静電チャックペデスタル２０４の表面３０２上に誘電層１１４（図示せず）を形成した後、図２（ａ）および２（ｂ）に示した流路２０２を形成する必要がある。Collins らの欧州特許出願第９３３０９６０８．３号を参照して従来の技術で記載したように、このような流路はエキサイマ紫外線レーザーを使用して形成することが推奨されるが、通路は機械式ドリルによって形成してもよい。
【００１７】
通路２０２の形成プロセスで、誘電層１１４を通る通路２０２の形成中に金属材料（代表的にはアルミニウムである）の薄層１１８が通路の側壁まで流れ込むことが稀ではないことが判明している。通路２０２の側壁にこの導電層が存在することにより、静電チャック１０２のペデスタル２０２の表面と上側のワークピース１０４との間にアーキングの経路が生じてしまう。更に、ワークピース１０４のチャック１０２の表面への接着がいずれかの部位で弱くなった場合、プロセス用プラズマがワークピース１０４の表面の下にプラズマ経路を形成し、冷却ガス通路がグロー放電を開始して、双方ともに高圧直流バイアスがかけられ、ＲＦ電力が給電されているワークピース１０４から静電チャック１０２までＲＦ電流の低インピーダンス経路が生ずる。通常はＲＦ電流は、誘電層１１４を静電チャック１０２のペデスタル２０４からワークピース１０４へと流れる変位電流である。しかし、ヘリウムなどの冷却ガスが通路２０２内で絶縁破壊し始め、グロー放電路が生ずると、大きい電流が通路２０２の周囲に引き込まれる。このような事態が生じた後は、誘電層１１４内で誘電材料の融解が認められている。静電チャックのコストは５，０００〜１０，０００米ドルのオーダーであり、ワークピースの価値は一般に４倍にも達するので、処理中に静電チャックまたはワークピースが損失することは経済的に重大な打撃である。
【００１８】
通路２０２内のインピーダンスを高めるために誘電層１１４の厚さを厚くすると、静電チャックのクランプ力が低下する結果になる。誘電層１１４内の厚さの増大を相殺するために高圧直流電流を高めると、通路２０２内で冷却ガスが絶縁破壊する可能性が高くなる。
【００１９】
前節で述べた問題点を克服するため、本発明は、通路２０２の中間領域で誘電層１１４の厚さを増す一方、静電チャック１０２の残りの表面領域の厚さを標準の厚さに留めるような、誘電層の新規の構造体を提供するものである。更に、静電チャック１０２に必要な、平坦な表面全体が保持される。一般的なルールとして、静電チャック１０２の表面の平坦さの変動はワークピース１０４の表面形状の高さの変動よりも大きくてはならない。代表的には静電チャックの表面は少なくとも１．０ｍｉｌ（０．０２５ｍｍ）以内の平坦さである必要がある。１．０ｍｉｌの平坦さとは、表面上の全ての部位が０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）の間隔を隔てた平行面内にあることを意味する。平坦さは、数（約２−５）ミクロン（約０．１ｍｉｌ−０．２ｍｉｌ）であることが好ましい。
【００２０】
図３（ｂ）は金属薄層１１８内に環状グルーブ又は窪み３０４を形成した後の、図３（ａ）に示したような静電チャック１０２の金属ペデスタル２０４の概略図である。グルーブ又は窪み３０４の形状は重要であるとは考えられておらず、図示した実施例は本発明の例示であるにすぎない。グルーブ又は窪み３０４を設けることによって、通路２０２がそこを通って形成される領域にある誘電層１１４の厚さを増すことが可能になる。図３（ｃ）は、表面３０２上に誘電層１１４を被覆した金属ペデスタル２０４の概略的な横断面図である。
【００２１】
ペデスタル２０４の表面にグルーブ又は窪み３０４が存在することで静電チャック１０２の表面の平坦性が許容されなくなり、また、誘電層２１４を被覆する工程が数ｍｉｌ以内でしか制御できないので、誘電層１１４を（代表的には研磨またはその他の削磨技術で）図３（ｄ）に示すような平坦な表面になるように加工する必要がある。誘電層１１４の加工の後、誘電層１１４を通る厚さｔ1 と、金属薄層１１８を通る厚さｔ2 を有する通路２０２が形成される。厚さｔ1 は、グルーブ又は窪み３０４がない場合の厚さよりも大幅に厚いので、誘電層１１４の中の通路２０２の側壁を上に移動する、層１１８からの導電性金属は、通路２０２の下部３０５に閉じ込められ、通路２０２の下部３０５に存在するこのようなあらゆる金属の上にある誘電層１１４の付加的な厚さを与えることとなる。
【００２２】
本発明の構造体に付加されるオプションとして、図３（ｆ）に示すように通路２０２の上にある誘電層１１４の上表面に浅いチャンネル３０６が形成される。この浅いチャンネルは代表的には、エキサイマレーザーを使用して形成され、通路２０２の上部ｔ3 を構成する誘電層１１４の下部３０５まで通路２０２の側壁を上昇してきた層１１８から発する金属の除去を補助する。
【００２３】
本発明の構造体を有する静電チャックの累積故障の調査が、層の厚さｔ3 に関して遂行された。図４は厚さｔ1 又はｔ3に関する累積故障のグラフを示しており、データは最も厚い被覆層から最も薄い被覆層の順に配列してある。ｔ1 又はｔ3 が約８〜８．５ｍｉｌ（０．２０ｍｍ〜０．２１６ｍｍ）未満の場合には、累積故障は予想以上に増大する。ｔ1 が約５．５ｍｉｌ（０．１４ｍｍ）またはそれ未満の場合は、累積故障は１００％に達した。
【００２４】
この調査は、プラズマ作用環境での故障を正確に予測するために開発された方法を用いて、ベンチスケールで行われた。真ちゅうの平坦片の形態の高圧プローブがガス流開口に置かれ、プローブに５００Ｖの試験電圧が印加された（他方の電極は、静電チャックペデスタルである）。プローブとペデスタルとの間にアーク放電が生じた場合に故障であると見なされた。６００個以上のガス流開口２００が検査された。
【００２５】
このデータは、図２および図３に示した種類の直径６インチ（１５０ｍｍ）の静電チャックのデータである。グルーブ３０４の加工後の金属薄層１１８の厚さｔ2 は約２０ｍｉｌであった。浅い環状グルーブ３０４は約０．００５インチ（５ｍｉｌ、０．１３ｍｍ）から約０．０９インチ（９ｍｉｌ、０．２３ｍｍ）の範囲の深さに加工された。
【００２６】
９９．５質量％のアルミナの誘電層１１４が、ペデスタル２０４の表面３０２上にプラズマスプレーされた（この試験はアルミナの誘電層を有する静電チャックで実施されたが、アルミナと二酸化チタンの混合物を備える誘電層が動作の信頼性が高いことが判明している。代表的には、二酸化チタンの含有率は約０．５質量％〜約５．０質量％であり、好ましくは、二酸化チタンの含有率は約２質量％である）。アルミナをプラズマスプレーで被覆することは従来技術で知られている。明らかに問題を生ずることがある金属の片のような介在物が誘電金属に含まれていないことが重要である。形成された誘電層１１４は、ペデスタル２０４の表面３０２上に共形にコーティングされたものである。代表的には、コーティングは希望の厚さよりも約１０ｍｉｌ（０．０１０インチ、０．２５ｍｍ）だけ厚く被覆され、セラミック研磨方法および公知の装置を使用して所望の厚さに再研磨された。そして、浅いグルーブ３０４の上側の誘電層１１４の厚さｔ1 は、約１１〜１３ｍｉｌ（０．０１１〜０．０１３インチ、０．２８ｍｍ〜０．５０ｍｍ）となり、ペデスタル２０４の表面３０２の上層の誘電層１１４の厚さは約４〜８ｍｉｌ（０．００４〜０．００８インチ、０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ）の範囲となった。表面は前述したように０．００１インチの平坦さまで平坦化された。
【００２７】
次に、ガスチャンネル１１２へと接続する約１８０個の等間隔を隔てたガス通路（穴）２０２が、静電チャックのペデスタルの環状のキャビティ内に嵌合する環状インサート１１０に沿ってｔ1 およびｔ2 を貫いて形成された。前述のような静電チャックのベンチスケール試験が行われた。
【００２８】
ベンチスケールの試験の結果、高密度プラズマ作用条件下での静電チャックの動作と正確に相関することが判明した。高密度プラズマ（すなわち密度１０11ｃｍ-3より大きい）は従来の容量性ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）機械のプラズマよりも、静電チャックの動作に対して困難であることが判明した。それは、非常に低いプラズマインピーダンスとプラズマ内の非常に薄いシースとの組合わせであり、このため、アーキングが生じた場合は。プラズマが微細（サブミリメートル）な構造体に容易に浸透しそして高いＲＦ電流が支持される。
【００２９】
印加されたＲＦバイアス電流は、アーキングの可能性に大きく影響する。アーキングを低減するために本発明の構造体と方法を用いることによって、アーキングを生じずにＲＦ電力を約１４００Ｗ〜３ｋＷを越えるように上昇させることが可能であった。代表的には、プラズマは数ミリトルの圧力でのＳｉＨ4 ／Ｏ2 のプラズマであるが、Ａｒ／Ｏ2 のプラズマもアーキングに関しては同様の作用を示す。ワークピースは代表的にはシリコンウエハであり、その温度は重要ではなく、室温〜約４００℃までのどの温度でもよい。冷却ガスは約４トールのヘリウムである（静圧であることが不可欠である。約１ｓｃｃｍ未満の漏れがあるが、これはアーキングの要因ではない。）。ヘリウムは絶縁破壊電圧が低いので、冷却ガスとしては特に問題がある。しかし、ヘリウムの熱伝導率は、可燃性でプラズマ化学反応を妨害する水素を除いて、ガスの中では最良である。高圧直流電圧は代表的には、−１２００Ｖまたは＋８００Ｖである。直流バイアス電圧は約３００Ｖから４００Ｖであると思われる（アースに対して負）。正の高圧直流電圧はチャックの信頼性がやや高く、それはアルミニウムｖｓシリコンからの電子の電界放射が容易であるからであると考えられるが、そのメカニズムは未だ実証されていない。
【００３０】
上記の実施例は本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、専門家は上述の開示内容から特許請求の範囲の案件と対応して本発明を拡大して実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明によれば、静電チャック上に載置されたシリコンウエハ等のワークピースの底面を冷却するための、静電チャックの中を通ってこの表面に送られる熱移動流体の絶縁破壊が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理チャンバ内の所定位置に置かれた静電チャックを備えた代表的なプラズマエッチング処理チャンバを示す断面図である。
【図２】（ａ）は、静電チャックの周囲縁部の周囲に配列されたガス分配穴または孔を設けた代表的な静電チャックの概略図であり、（ｂ）は、冷却ガスの通路を含む導電性インサートを含む、（ａ）に示した静電チャックの概略的な横断面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ｂ）に示した冷却ガスの通路の一部の概略的な拡大横断面図であり、（ｂ）は、冷却ガス通路インサートの表面に冷却ガス通路の上に位置するグルーブ又は窪みを形成した後の図３（ａ）に示した概略的な横断面図であり、（ｃ）は、前述のグルーブ又は窪みを含む静電チャックの表面上に誘電材料を施した後の、図３（ｂ）に示した概略的な横断面図であり、（ｄ）は、平滑な静電チャック上表面を得るために誘電材料層を加工した後の、図３（ｃ）に示した概略的な横断面図であり、（ｅ）は、静電チャックの上表面から静電チャックのペデスタルに設けられたガス通路までの通路を形成するため、上層の誘電材料層と、下側の導電材料層の双方を貫通して通路を形成した後の、図３（ｄ）に示した概略的な横断面図であり、（ｆ）は、ガス通路の上層に位置する誘電層表面に誘電層を貫いて浅いチャンネルを形成した後の、図３（ｅ）に示した概略的な横断面図である。
【図４】データは０．００８インチ（８ｍｉｌ、０．２０ｍｍ）以上の厚さの誘電層の劇的な向上を示すために、最も厚い被覆層から最も薄い被覆層の順に示す、ガス通路の領域内の誘電層の厚さとガス流開口のベンチスケール試験中の累積故障との相関を示したグラフである。
【符号の説明】
１００…プラズマ処理チャンバ、１０２…静電チャック、１０４…ワークピース、１０６…リフトフィンガ開口、１１０…環状金属インサート、１１２…ガスチャンネル、１１４…誘電層、１１６…チャンネル、１１８…金属薄層、２０２…通路、２０４…ペデスタル、３０２…静電チャック表面、３０４…窪み、３０５…通路下部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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