(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（i）基板を静電力により保持することが可能な静電部材と（ii）静電部材を支持するための支持体とを備える静電チャックの、腐食性の環境における耐腐食性を向上させる方法であって、
（ａ）基板を押し退けることなく、静電力で保持されている基板が押し付けられることが可能な接触面を有する弾性ないし復元性の構造体を備えるバリアを、静電部材の周りを囲むように支持体上に配置するステップと、
（ｂ）基板の外縁エッジがバリアの接触面と接触するよう、静電部材の上に基板を置くステップと、
（ｃ）静電部材に電圧を印加して、基板の外縁エッジがバリアの接触面に対して押し付けられるに充分な静電力で基板を静電力により引き付け、基板と支持体との間にシールを形成して、静電部材の腐食性の環境への暴露を低減するステップと
を有する方法。
【請求項２】
基板に弾性的に押し付けられることが可能な環状のリップを有するリングをバリアが備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｃ）が、静電部材に電圧を印加して、環状のリップが基板に弾性的且つ適合的にシールするに充分な静電力で基板を引き付ける工程を有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
静電部材が更に、基板の下でクーラントを保持するための、基板の外縁エッジに近接するチップを有するクーラントグルーブを備え、
ステップ（ｃ）が、静電部材に電圧を印加して、環状のリップが基板に弾性的且つ適合的にシールするに充分な静電力で基板を引き付け、クーラントグルーブのチップからクーラントが実質的に漏出しない工程を有する請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｃ）において、少なくとも約５トールの面積当たり静電力（力／面積）で基板を引き付けるに充分な電圧が静電部材に印加される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基板が中心と外縁とを備え、基板が加熱されている際に基板の中心と外周との温度差が約１０℃未満となるように、バリアの接触面は、基板の外縁に充分近く配置された充分に小さい接触面積を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
バリアの接触面の接触面積が約１００ｍｍ２未満である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
バリアの接触面の実質的全体が基板の外周から約１０ｍｍ以内で基板と接触する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
支持体の外縁が基板の外縁の下に延伸し、且つ、バリアが（i）ベースと（ii）ベースから延伸するアームとを備え、
ステップ（ａ）が、バリアのアームが基板の方へ延伸するように、バリアのベースを支持体上に配置する工程を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
支持体が、チャンネルを自身に有する外縁側壁を備え、
ステップ（ａ）が、バリアのアームが基板の法へ延伸するように、バリアのベースを支持体のチャンネル内に配置する工程を有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基板と支持体との間に適合してシールを形成することが可能な、弾性的且つ柔軟な材料を、バリアが備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
腐食性のプロセスガスによる腐食に対して実質的に耐性を有するエラストマーをバリアが備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
バリアがハロゲン化エラストマー製である請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性のプロセス条件下で基板を処理するため、基板を保持して位置決めをするために有用な静電チャックの耐腐食性を向上させるための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、基板の処理のために基板を保持するために静電チャックが用いられる。一般に、静電チャックは、電極をカバーする絶縁体を備えている。典型的には、絶縁体と電極とは、プロセスチャンバの中で固定されるようになっている支持体によって支持される。電極は、電気コネクタによってプロセスチャンバの電源に接続される。電極がチャック上で支持される基板に対するバイアスが与えられれば、反対の電荷が電極及び基板に蓄積する結果、チャックに基板を保持する静電引力が発生する。例えば、Cameron らによる米国特許出願Ｓ．Ｎ．０８／２７８，７８７号、Shamouilian らによる米国特許Ｓ．Ｎ．０８／２７６，７３５号、並びに、Shamouilian らによる米国特許Ｓ．Ｎ．０８／１８９，５６２号には、静電チャックが概説的に記載されている。
【０００３】
従来からの静電チャックは、チャック上に保持された基板を冷却するためにクーラントを保持するためのクーラントグルーブも有しており、例えば、Shamouilian らによる米国特許Ｓ．Ｎ．０８／２７６，７３５号に記載されているように、クーラントグルーブは絶縁体の中を伸びている。基板がチャック上に保持されれば、基板がこのクーラントグルーブを覆いシールするため、グルーブ内に保持されたクーラントは漏出することはない。基板を冷却することにより、基板の加熱を低減して、その基板からの集積回路チップの収率が高められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
腐食性のプロセス環境下では、従来のチャックは、使用不能となることや寿命が制限されることがある。例えば、チャックの絶縁体がポリイミド等のポリマー誘電材料を備えている場合は、このポリマー誘電体は腐食性のプロセス環境下で腐食され、チャックの耐用寿命を制限することがある。基板のエッチングやプロセスチャンバのクリーニング等の様々な用途に用いられる酸素又はハロゲン含有のガスやプラズマにおいて、ポリマー誘電体の腐食は特に苛酷である。典型的には、ポリマー誘電体のかなりの部分がチャックの上の基板によって覆われ、腐食性の環境から保護されるが、他方、絶縁体の外縁は腐食性のガスの環境に暴露され、そして腐食されるだろう。ポリマー絶縁体は、暴露されればほんの２〜３時間程度（酸素プラズマ環境への暴露では典型的には２〜３時間）で腐食されてしまい、また、絶縁体の１つの点で腐食が進めば電極が露出されることになり、その結果、チャックが短絡して使用不能になる。基板の処理中にチャックが使用不能になれば、基板にダメージを与えることになり、基板上で処理された有価値の集積回路チップの収率を下げてしまうことになる。また、ポリマー誘電体が腐食されることにより形成されるポリマー副生成物はしばしば、チャックの上やプロセスチャンバの壁に堆積され、クリーニングが困難な硬いポリマー堆積物を形成してしまう。
【０００５】
従って、静電チャックの耐腐食性を向上して腐食性のプロセス環境において故障率を低減する方法を提供することが望ましい。また、チャック上に保持された基板の均一な冷却を可能にして、集積回路の収率、特に基板外縁からの収率を向上させる方法が望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、このような要求を満たし、腐食環境下で静電チャックの耐腐食性を向上させる。本方法は、基板を静電気よりに保持する能力を有する静電部材を備える静電チャックを用いるものである。この静電部材は、（ｉ）電極と、（ｉｉ）電極を覆う絶縁体とを備える。静電部材の支持には支持体が用いられる。支持体の上に、静電部材の周囲を囲むように、バリアが配置される。バリアは、基板を押し退けることなく、静電力で保持されている基板が押し付けられることが可能な接触面を有する弾性ないし復元性の構造体を備えている。基板が、基板の外縁エッジがバリアの接触面と接するように、静電部材の上に配置される。チャックの静電部材に電圧が印加され、基板の外縁エッジをバリアの接触面に押し付けて基板と支持体との間にシールを形成し静電部材が腐食環境に暴露されることを低減するに充分な、静電引力を発生させて、基板を静電的に引き付ける。
【０００７】
好ましい態様においては、バリアは、支持体に押し付けられ基板と支持体との間にシールを形成できるような第２の接触面を有している。
【０００８】
好ましいバリア構造体は、基板の外縁エッジに弾性ないし復元性的に押し付けられてシールを形成することが可能な環状のリップを有するリングを備えている。好ましくは、バリア構造体は、エラストマーで作製されてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）に示されるように、本発明に従った静電チャック２０は、概説的には、(i)電極３０と、(ii)電極を覆う絶縁体とを備える静電部材２５を備えている。典型的には、腐食性の処理環境、例えば酸素プラズマ等を収容するプロセスチャンバ４２の中で、一般にカソード４１として知られるプロセス電極に固定されるようになっている支持体４０の上で静電部材２５が支持される。外縁エッジ５０を有するシリコンウエハ等の基板２５は、静電部材２５の上に静電気により保持される。静電部材２５の周囲を囲むように配置されるバリア５５は、基板の外縁エッジ５０に押し付けられることにより静電部材２５の腐食性環境への暴露を低減することが可能な第１の接触面６０を備えている。また、典型的には、バリア５５が基板４５と支持体４０との間にシールを形成できるように、バリアは第２の支持面６５も備えている。適切なバリア５５の構成は、図１に示されるように、静電気により保持されている基板４５を外すことなく基板４５に弾性的ないし復元性的に押し付けられることが可能な環状リップ６８を有するリング６６を備えている。
【００１０】
図１（ａ）を参照して、基板のプラズマ処理に適するプロセスチャンバにおける単一のモノポーラー静電チャック２０の動作を説明する。尚、このプロセスチャンバ４２はチャック２０の動作を例示するためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。静電チャック２０は、チャック２０の外周のねじによって、プロセスチャンバ４２内のカソード４１に固定されている。チャック２０の電極３０をカソード４１の電源ないし電圧供給器(voltage supply)の端子８０に電気的に接続させるために、電気接点７５を有する電気コネクタ７０が用いられる。第１の電源ないし電圧供給器８５がチャック２０の動作のための電圧を端子８０へ与える。この第１の電圧供給器８５は、典型的には、約１０００〜３０００ボルトの高圧ＤＣソースを備え、高圧ＤＣソースは、１０ＭΩの抵抗器を介して高圧読み出しに接続される。回路を流れる電流を制限するために１ＭΩの抵抗器が具備され、また、交流フィルタとして５００ｐＦのキャパシタが具備される。
【００１１】
カソード４１は、少なくともその一部が、導電性を有しており典型的にはアルミニウムであり、チャンバ４２内にプラズマを形成するためのプロセス電極として機能する。カソード４１には、第２の電源ないし電圧供給器９０が接続され、チャンバ４２内の電気的接地面９５に対するバイアスをカソード４１に与える。第２の電圧供給器は、従来から存在するものであり、典型的には、プロセスチャンバ４２のインピーダンスをライン電圧のインピーダンスに整合させるようなＲＦインピーダンスを有している。ＲＦインピーダンスは、図１（ａ）に示されているように、交流フィルタとして機能する絶縁キャパシタと共に直列に接続されている。
【００１２】
チャック２０の動作中、プロセスガスがプロセスガスソース９８からプロセスチャンバ４２内へと導入され、第２の電圧供給器９０が作動して、プロセスチャンバ４２内に導入されたプロセスガスからプラズマを生成させる。バリア５５の第１の接触面６０に基板４５の外縁エッジ５０が接触するように、基板４５がチャック２０上に置かれる。第１の電圧供給器８５により電極３０に基板４５に対するバイアスが与えられれば、荷電したプラズマ種が基板４５に入射し、基板４５と電極３０に正反対の電荷が蓄積するため、基板４５をチャック２０に引き付けてクランプする引力が生じる。この静電引力は、基板４５をバリア５５に適合するように押し付けて、静電部材２５のプロセスチャンバ４２内腐食性ガスに対する暴露を低減する。
【００１３】
単一のモノポーラー電極３０に代えて、チャックは図１（ｂ）に示されるように、２つ以上のバイポーラ電極３０ａ、３０ｂを備えていてもよく、これらは、典型的には、互いに同じ平面を共有し、実質的に等しい静電引力を発生するように実質的にに等しい表面積を有している。図１（ｂ）に示されているように、一方が電極３０ａの１つに接続され他方の電極３０ｂが大地に（図示の如く）接続されている単一の電圧供給器８５によって、バイポーラ電極に電力を供給してもよい。２つの電極３０ａ、３０ｂが正反対の極性に維持される場合、正反対の静電荷が基板４５に蓄積し、基板４５に電気的バイアスを与える電荷キャリアとして作用する荷電プラズマ種を用いなくとも、基板４５はチャック２０に保持される。従って、バイポーラ電極の構成は、工程中に荷電プラズマ種が存在しない非プラズマプロセスに有利である。あるいは、電圧供給器８５は、２つの電圧ソース（図示されず）を備えていてもよい。この場合、電圧ソースのそれぞれが電極３０ａと３０ｂの一方に別々に接続され、プラズマステージと非プラズマステージを有するプロセスに有用である。このような構成は、例えば、Shamouilian らによる標題"Electrostatic Chuck with Improved Erosion Resistance"の１９９５年３月２４日出願の米国特許出願番号０８／４１０，４４９号に記載されている。
【００１４】
また、静電チャック２０は、静電部材２５にクーラントグルーブ１１０を備えていてもよい。クーラントグルーブ１１０は、基板４５を冷却するために熱を基板４５から吸収するクーラントを中に保持できるよう、そのサイズと分布が与えられる。典型的には、クーラントグルーブ１１０は、図２に示されているように、基板４５の中心１１２の下から伸び、また、基板４５の外周１１６の近隣に位置するグルーブチップ１１４を有する、放射方向及び円周方向の交差するチャンネルのパターンを形成する。クーラントグルーブチップ１１４と基板４５の外周との間のギャップは、好ましくは約１０ｍｍ未満、更に好ましくは約５ｍｍ未満、最も好ましくは約３ｍｍ未満であり、このことは、米国特許出願０８／３６９，２３７（または特願平８−８６０）に記載されていると同様である。基板４５がチャック２０上に静電気により保持されたときは、基板４５はクーラントグルーブ１１０を覆ってシールするため、クーラントがグルーブチップ１１４から漏出しない。図１（ａ）に示されるように、圧縮ヘリウムのタンク等のクーラントソース１１８を用いて、供給ライン１２０を介してクーラントグルーブ１１０へクーラントが供給される。
【００１５】
バリア５５のための好ましい構成を、以下に説明する。静電部材２５のプロセスチャンバ４２内の腐食性ガスへの暴露を低減するために基板４５の周りをシールするため、基板４５に押し付けられることができる第１の接触面６０を有しているならば、バリア５５はいかなる構成ないし構造を有していてもよい。バリア５５が基板４５からの熱流を減少させる熱的絶縁体として作用しない程度に、バリア５５の第１の接触面６０は充分小さいことが好ましい。第１の接触面６０が大きすぎる場合、バリア５５が熱的絶縁体として作用し、基板４５の外周１１６の温度が接触面６５に近い領域で上昇することが、見出されている。従って、バリアが実質的に熱を絶縁せずに基板４５の外周１１６が約１００℃未満、更に好適には約８０℃未満の温度に維持されるように、バリア５５の第１の接触面６０の接触面積は充分小さいことが好ましい。バリア５５の第１の接触面６０の接触面積は、約１００ｍｍ2 未満、更に典型的には約３００ｍｍ2 未満、しばしば約５００ｍｍ2 未満であることが好ましい。
【００１６】
バリア５５の第１の接触面６０は基板４５の外周１１６の充分近くに配置される事が好ましく、このとき、基板４５が冷却される際にグルーブ１１０内のクーラントにより、基板４５の外周１１６の温度を基板４５の中心１１２の温度と実質的に同等に維持することが可能となる。ここで、「実質的に同等」とは、基板の外周１１６と中心１１２の平均温度差が約１０℃未満であることを意味し、更に好ましくはこの温度差が７℃未満、最も好ましくは５℃未満である。典型的には、バリア５５の第１の接触面６０は、基板４５の外周１１６から約１０ｍｍ以内、更に好ましくは約５ｍｍ以内の、基板４５の外縁エッジ５０と接触する。
【００１７】
また、バリア５５は、バリアが基板４５と支持体４０との間のシールを形成できるように支持体４０に押し付けられることが可能な第２の接触面も備えている。このバリアの構成により、腐食性の非常に高いプロセス環境に対して有用であることが可能なバリア５５を迅速に取り出し及び交換することを容易にする。バリアが支持体４０にしっかりと接触してこれをシールするよう、バリア５５の第２の接触面６５の面積は充分大きく与えられる。典型的には、第２の接触面６５の面積は、少なくとも約１５０ｍｍ2 、更に好ましくは約２００〜４００ｍｍ2 である。
【００１８】
バリア５５は、静電部材２５により発生する静電力の作用によってバリアの第１の接触面６０に適合してこれをシールすることが可能で、このとき静電力で保持されている基板４５を押し退けることがない、弾性的ないし復元性的な構造体を備えている。例えば、添付の図面に示されている如く、適切なバリア５５の構成は、静電部材２５の周りに１周して配置され且つ静電力により保持されている基板４５に対して復元的に押し付けられることが可能な環状のリップ６８を有する、リング６６を備えている。典型的には、静電部材２５には、基板４５上の単位面積当たりの静電引力（力／面積）で少なくとも約５トール、更に典型的には１０〜７０トール、最も典型的には約３０〜約５０トールの静電引力が作用する。従って、バリア５５は、静電部材２５が基板４５に作用する静電引力に比べて小さな力によっても基板に押し付けられるよう充分な復元性を有することにより、(i) 基板の移動及び押し退けを防止し、且つ(ii)必要な場合に、クーラントがクーラントチップ１１４から漏出することなく基板４５が静電部材２５のクーラントグルーブ１１０のチップ１１４をシールすることを可能にする。
【００１９】
好ましいチャックの構成２０では、基板４５の外縁エッジ５０は、静電部材２５を越えて伸びる支持体４０の外縁１６０の上に張り出している。基板４５の外縁エッジ５０が張り出していることにより、エネルギーの高い（１０００ｅＶを越えるエネルギーを有する）プラズマ種の静電部材２５の露出している側への衝突の見通し範囲が小さくなるため、静電部材２５の耐腐食性が向上する。図２及び図３（ａ）〜（ｄ）に示されているように、好ましいチャックの構成に適したバリア５５は、(i) 支持体４０上に置かれたリング形状のベース１５０と、(ii)ベース１５０から伸びるアーム１５５とを備え、アームの少なくとも一部が、基板４５の外縁エッジ５０に復元性をもって押し付けられることが可能である。図２、図３（ａ）及び（ｂ）に示されている構成においては、ベース１５０は、基板４５の下に伸びる支持体４０の外縁１６０上に置かれている。図３（ｃ）及び（ｄ）に示されている構成では、カラーレッジ１６０は、内部にチャンネル１７５を有し、バリア５５のベースには、このチャンネル１７５の中にフィットするようなサイズが与えられている。図３（ｄ）に示されている構成では、チャンネル１７５はカラーレッジの側壁１８０にあり、ベース１５０には側壁チャンネル１７５にフィットするようなサイズが与えられている。チャック２０の使用中に、バリア５５のベース１５０がチャンネル１７５にしっかりと保持されて、バリア５５の移動又は調心不良（ミスアラインメント）を防止するように、カラーレッジ１６０にチャンネル１７５がある事が好ましい。
【００２０】
バリア５５のリップ６８又はアーム１５５が、リング６６又はベース１５０から外向き且つ上向きに伸びるカンチレバーとして機能することが好ましい。この場合、基板４５の外縁エッジ５０へのアーム１５５の押し付けを実質的に小さな第１の接触面６０の接触面積で行い、基板４５に適切なシールを与えることができるので、このカンチレバーの構成は有利である。例えば、図３（ｃ）は、或るカンチレバーの構成を示し、これは、一方の端部でベース１５０に付いている傾斜部材２００ａを備え、この傾斜部材は、第１の接触面６０で基板４５に適合的に押し付けられる末端２０５を有している。図３（ａ）は、傾斜部材２００ａから伸びる水平部材２１０を備えるカンチレバーの構成を示しており、この水平部材２１０の上面が、基板４５に適合的に押し付けられる第１の接触面を成す。図３（ｂ）及び（ｃ）では、カンチレバーアーム１５５は、水平部材２１０の一方の端部に付いている実質的に垂直な垂直部材２１５を有しており、この垂直部材２１５は、基板４５に適合的に押し付けられて第１の接触面６０を形成するエッジを有している。
【００２１】
本発明のバリア５５は、耐腐食性を著しく向上させ、チャックの寿命を実質的に長くする。例えば、従来技術のチャックは典型的には酸素プラズマ暴露後約３時間で腐食され使用不能になるのに対し、バリア５５を有する本発明のチャック２０は、酸素プラズマの暴露に対して５００時間故障しない耐腐食性を提供した。更に、バリア５５は、チャック２０が腐食性のプロセス環境で基板４５の保持に用いられた場合に、チャック２０上のポリマー反応の副生成物の蓄積も実質的に減少させる。
【００２２】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されているように、チャック２０の周りに円周カラーリング２２５を用いることにより、チャックの耐腐食性を更に向上差せることが可能である。前述の米国特許０８／４１０，４４９号に記載されているように、不活性なマスキングガスを静電部材２５の外縁へと向けるマスキングガス組立体を用いて、チャック２０の耐腐食性を向上することも可能である。
【００２３】
チャック２０の製造方法を、以下に説明する。
【００２４】
（支持体）
一般には、支持体４０と基板４５の間の熱移動を最大にするよう、基板の形状及びサイズに従って静電部材２５の支持に用いられる支持体４０の形状及びサイズが与えられる。例えば、基板４５がディスク形状の場合は、直円柱状の支持体４０が好ましい。典型的には、支持体４０は、静電部材２５を受容する中心部分と、静電部材２５を越えて伸びる外縁１６０とを有している。支持体４０の外縁１６０は、支持体４０がペデスタルに類似するように、支持体４０の中心部分からの高さが減少するカラーレッジとしての形状であってもよい。外縁１６０又は外縁の外周側壁１８０にチャンネル１７５が形成されてバリア５５を保持することが好ましい。
【００２５】
支持体４０は、典型的には、アルミニウムを機械加工したものであり、直円柱形状を有し、その直径は、典型的には約１２７〜２０３ｍｍの範囲である基板４５の直径及び約１．５〜２ｃｍの厚さに合うよう、約１００〜３００ｍｍである。このアルミニウムプレートの上面及び下面は、従来のアルミニウム研磨技術を用いて、プレートの表面粗さが約１ミクロン未満となるまで研磨される。支持体４０がカソード４１及び支持体４０条の基板４５に均一に接触して基板４５、支持体４０及びカソード４１の間に有効に熱移動をさせるためには、プレートの表面研磨は不可欠である。研磨後、プレートをよく洗浄して研磨くずを除去する。
【００２６】
（絶縁体）
チャック２０の静電部材２５は、(i)電極３０と、(ii) 電極をカバーする絶縁体３５とを備えている。絶縁体３５は典型的には、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリビニルクロライド、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、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コポリマー類、セルロース、トリアセテート類、シリコーン、ラバー等の、復元性を有するポリマー誘電材料を備えている。ポリイミド等のポリマーを用いた場合、ポリイミドの引っ張り弾性モジュラスによって測定されるポリイミドの復元性は、好ましくは約０．２５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、更に好ましくは約１ＧＰａ〜約５ＧＰａである。典型的なポリマー絶縁体は、(i) 少なくとも約２、更に好ましくは少なくとも約３の誘電定数と、(ii)約１０13Ωｃｍ〜１０20Ωｃｍの範囲の抵抗率と、(iii) 少なくとも約１００ volts/mil（３．９ volts/micron）、更に典型的には少なくとも約１０００ volts/mil（３９ volts/micron）の誘電破壊強度と、を有している。
【００２７】
絶縁体３５は、電極３０を囲うに充分な大きさのサイズが与えられ、更に好ましくは電極３０を包囲するに充分な大きさのサイズが与えられる。電極３０を電気的に絶縁するために要する絶縁体３５の厚さは、絶縁体３５の形成に用いるポリマーの電気抵抗率及び誘電定数に従って変化する。静電部材２５のクーラントグルーブ１１０が基板４５によって実質的にシールされるように、絶縁体３５は、基板４５に作用する静電クランピング力の下に基板４５に適合するに充分な厚さを有するべきである。ポリマーが約３．５の誘電定数を有している場合は、絶縁体３５の厚さは典型的には約１０μｍ〜約５００μｍ、好ましくは約１００μｍ〜約３００μｍである。
【００２８】
基板４５が加熱されているプロセスにおいてチャック２０を使用可能にするため、ポリマー絶縁体は、５０℃を越える温度に耐性を有することが好ましく、また、１００℃を越える温度に耐性を有することが更に好ましい。また、処理中に基板４５に発生した熱がチャック２０を介して消失できるよう、ポリマー絶縁体は高い熱伝導率を有していることが好ましい。充分な熱移動を与えて基板４５の過熱を防止するため、絶縁体３５の熱伝導率は、少なくとも約０．１０ Watts/m/Kであるべきである。
【００２９】
また、絶縁体３５は、熱伝導度及びプラズマ腐食に対する耐性を高めるため、ダイヤモンド、アルミナ、ジルコニウムボライド、ボロンナイトライド、及びアルミニウムナイトライド等の熱伝導率の高いフィラー材料を備えていてもよい。好ましくは、このフィラー材料は、平均粒径が約１０μｍ未満の粉体であってもよい。典型的には、フィラーは、約１０％〜８０％体積比、更に典型的には約２０％〜５０％の体積比で、絶縁体材料に分散している。
【００３０】
（電極）
静電部材２５の電極３０は、典型的には導電性材料製であり、この材料は例えば銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄及びこれらの合金を含むメタル等である。典型的には、電極３０の厚さは、約０．５μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは約１μｍ〜約５０μｍであり、電極が薄いほどチャック２０の耐腐食性を向上させる。電極３０の形状は、基板４５のサイズ及び形状によって変る。例えば、基板４５がディスク形状の場合は、電極３０が基板４５と接触する面積を最大にするため、電極３０もディスク形状である。典型的には、電極３０の面積は、約２００〜約４００ｃｍ2 、更に典型的には２５０〜３５０ｃｍ2 である。
【００３１】
チャック２０の電極３０は、様々な構成をとることが可能である。１つの構成では、電極３０は、図１（ａ）に示されている如くユニポーラ電極３０として動作可能な、単一のコンティニュアスの又はパターニングされた電極である。また別の構成では、電極３０は、図１（ｂ）に示されている如く２つのバイポーラ電極３０ａ、３０ｂを備えている。好ましくは、バイポーラ電極３０ａ、３０ｂのそれぞれが実質的に等しいサイズ及び形状を有している。
【００３２】
好ましくは、電極３０はメタル層等の導電層として作製され、これには商業的に入手可能な絶縁体材料の絶縁層３５が埋め込まれている。図２に示されているように、絶縁層３５は、クーラントグルーブ１１０にクッションを与え且つシールすることを可能にするような弾性が更に高いポリマー製の上絶縁体層３５ａと、電極３０の電気的な絶縁性を最適にするような誘電性が更に高いポリマー製の下絶縁体層３５ｂとを備えていてもよい。多層絶縁体の好ましい構成は、例えば、前出の米国特許出願０８／３６９，２３７（または特願平８−８６０）に記載されている。典型的には、各絶縁体層の厚さは、約５０μｍ〜約１００μｍである。
【００３３】
例えば、これに適した商業的に入手可能なポリマーフィルムには、デラウエア州ウィルミントンのDupond de Nemours Co．により製造される「ＫＡＰＴＯＮ」ポリイミドフィルム；日本の鐘淵化学工業により製造される「ＡＰＩＱＵＥＯ」；日本の宇部興産により製造される「ＵＰＩＬＥＸ」；日本の日東電工により製造される「ＮＩＴＯＭＩＤ」；日本の三菱樹脂により製造される「ＳＵＰＥＲＩＯＲ  ＦＩＬＭ」等である。
【００３４】
絶縁体３５の中にグルーブをスタンプし、プレスし、又はパンチすることにより、多層絶縁体の絶縁体層の一方又は双方の中にクーラントグルーブ１１０が刻まれる。好ましくは、グルーブは、上絶縁層３５ａのみに刻まれ、グルーブ１１４のチップが基板４５の外縁エッジ１１６の近くまで伸びている。クーラントグルーブ１１０の形成後、多層絶縁体及び電極組立体が中心に置かれ、チャック２０の支持体４０に接着される。絶縁層３５ａと３５ｂとを合せて接着するためには、従来からの接着剤を使用するが、このとき、接着剤とは、(i) 室温で粘着せず高温で粘着する熱活性型接着剤と、(ii)圧力下で粘着する圧力感知型接着剤とが含まれる。適切な接着剤には、例えば、メタクリレート等のアクリル類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリウレタン類、エポキシ類、シリコーン含有接着剤及びこれらの混合物が含まれる。
【００３５】
絶縁体ラミネートを製作する方法は、１９９４年２月２日にShamouilianらにより出願された標題 "Electrostatic Chuck with Erosion-Resistant Electrode Connection"の米国特許出願番号０８／１９９，９１６号に概説的に記載されている。
【００３６】
静電部材２５を作製する別の方法としては、絶縁体層の上に導電性の銅又はアルミニウムの層を備えた多層膜を用いる方法がある。商業的に入手可能な適切な多層膜には、例えば、２５〜１２５μｍの厚さのポリイミド膜の上に銅の層が堆積されている、アリゾナ州チャンドラーのロジャーズ社(Rogers Corporation)からの「Ｒ／ＦＬＥＸ  １１００」膜や、アブレスティク社(Ablestik Corporation)から入手可能なＡｂｌｅｓｔｉｋブランドのアルミニウム充填ポリイミド膜や、ロール、アニール又は電気堆積の銅箔に直接接着（接着剤なしで）されたポリイミドを備えたＰａｒａｌｕｘ  ＡＰ  フィルム等が含まれる。第２の絶縁体膜が多層膜の導電層の上に接着され、２つの絶縁体膜の間に導電層が埋め込まれることになる。
【００３７】
絶縁体３５の中に埋め込まれたパターニング又は節が形成された電極３０を有する静電部材は、前述の「Ｒ／ＦＬＥＸ  １１００」等の導電層を有する多層膜を選択してこの導電層をエッチング、掘削又は切削して所望の節が形成された電極の構成を形成することにより、作製される。電極３０のエッチングには、従来からのフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いることが可能であり、これは、例えば、(i) Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1:Process Technology, Chapter 12,13 and 14, by Stanley Wolf and Rechard N.Tauber, Lattice Press, California(1986)に概説的に記載されるように、デラウエア州ウィルミントンのDupond de Nemours Co．により製造される「ＲＩＳＴＯＮ」のパターニングされたフォトレジスト層を導電メタル層の上に形成し、(ii)従来のウェット又はプラズマエッチング技術を用いて、導電性層の露出部分をエッチングする。典型的なウェットケミカルエッチング法では、多層フィルムは、塩化鉄（ＩＩＩ）、過硫酸ナトリウム等のエッチャント又は酸若しくは塩基に浸漬される。VLSI Technology, Second Edition,Chapter 5,by S.M.Sze,McGraw-Hill Publishing Company(1988) に一般的に記載されるように、典型的なプラズマエッチングプロセスは、塩素、酸素又はＳｉＣｌ4 のプラズマを用いて、導電層をエッチングする。残留したフォトレジストは、従来からの酸又は酸素ストリッピングプロセスにより除去できる。エッチングの後、上述のごとく、電極３０が絶縁体３５内部に埋め込まれるように、パターニングされた電極３０の上に第２の絶縁体フィルムが接着される。
【００３８】
（電気コネクタ）
静電部材２５は、電気コネクタ７０を介して端子８０に接続される。好ましくは、電気コネクタ７０は、支持体のエッジの周囲ではなく支持体４０の中に伸びているため、処理中は基板４５が電気コネクタ７０をカバーし、コネクタ７０がチャンバ４２内の腐食性のプロセスガスへ暴露することを低減する。前出の米国特許出願番号０８／４１０，４４９号に好ましい電気コネクタ７０が記載されている。
【００３９】
（バリア）
好ましくは、バリア５５の少なくとも一部が、腐食性のプロセスガスによる化学的劣化及び腐食に実質的に耐性を有する復元性のポリマーで作製されている。これに適したポリマーは、例えば、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、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 コポリマー 、並びに、シリコーンが挙げられる。
【００４０】
好ましい復元性ポリマーにはエラストマーが含まれ、これは例えば、天然ゴム（弾性モジュラスが２５００ｐｓｉ）、ＳＢＲ（２５００ｐｓｉ）、アクリレート、ブチル（１０００ｐｓｉ）、クロロスルフォネーテッドポリエチレン、ＥＰＤＭ、エピクロロヒドリン、フルオリナーテッドラバー（２５０ｐｓｉ）、ネオプレン（１０００ｐｓｉ）、ニトリル（１５００ｐｓｉ）、ポリブタジエン、ポリイソプレン（２５００ｐｓｉ）、ポリサルファイド（１４００ｐｓｉ）、シリコーン及びウレタン（１２００ｐｓｉ）である。報告されているモジュラスの値は、２５０ｐｓｉから２５００ｐｓｉまでの範囲にあり典型的には１０００から２０００ｐｓｉまでの範囲にあるが、これは、３００〜４００％の伸び率(elongation)において測定されたものであった。エラストマーについては、Textbook of Polymer Science, Third Edition, Fred W. Billmeyer, John Wiley & Sons, New York, 1984  に一般的に記載されている。商業的に入手可能な好ましい耐腐食性エラストマーには、「ＶＩＴＯＮ」等のハロゲン化エラストマー、弗素含有エラストマー及び「ＣＨＥＭＲＡＺ−５７０」パーフルオロエラストマーが含まれ、これら両者は、米国ペンシルバニア州カルプスビルのGreene Tweedより入手可能である。あるいは、デラウエア州ウィルミントンのDupond de Nemours Co．により商業的に入手可能な「ＴＥＦＬＯＮ」が、これに代替可能な材料に含まれる。バリア５５は、従来からの射出成形や注型を用いて製造可能である。
【００４１】
（チャックの動作）
図１（ａ）を参照して、プロセスチャンバ４２内に基板４５を保持するためのチャック２０の動作について説明していく。プロセスを実行するにあたって、プロセスチャンバ４２は約１〜５００ｍＴｏｒｒの範囲、更に典型的には約１０〜１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力まで脱気される。シリコンウエハ等の半導体基板４５が、ロードロックトランスファチャンバ（図示されず）からチャンバ４２へ移送されて、チャンバ４２内のチャック２０の静電部材２５上に置かれる。プロセスチャンバ４２内にプロセスガスが導入されるが、プロセスガスのタイプは、基板４５がエッチングされるか基板４５上に材料を堆積させるかに応じて変る。Silicon Processing for the VLSI Era, Vol.1, Chapter 16, Dry Etching for VLSI, Lattice Press, California(1986) に記載されているように、従来から用いられているエッチャントガスには、例えば、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4、ＣＦ4、ＮＦ3 及びこれらの混合物が含まれる。
【００４２】
次に、第２の電圧供給器９０が作動し、カソードにチャンバ４２内の接地面９５に関するバイアスを与え、基板４５のエッチングのためのプラズマをプロセスガスから形成する。第１の電圧供給器８５が作動し、電極３０に基板４５に関するバイアスを与えるに充分な電圧を、電極３０に与え、基板４５をチャック２０に保持するに充分な静電力を発生して、基板４５の外縁エッジ１１６をバリア５５の第１の接触面６０に対して押し付け基板４５と支持体４０との間にシールを形成し、チャンバ４２内の腐食性の環境への暴露から静電部材２５を保護する。
【００４３】
プロセス中は、クーラントソース１１８が、ヘリウムが典型例であるクーラントを静電部材２５内のクーラントグルーブ１１０へ供給する。基板４５の下にクーラントが流れることにより、基板４５から熱が奪われるため、基板の処理の最中は基板全体の温度が実質的に均一に維持される。
【００４４】
本発明の特徴を有する静電チャックは、数々の利点を有している。バリア５５は、チャンバ４２内の腐食性プロセスガスへの暴露からチャック２０の静電部材２５を保護することにより、チャック２０の耐腐食性を向上させるので、腐食性の環境におけるチャック２０の耐用寿命が著しく改善される。更に、チャックが腐食性の環境において基板４５の保持に用いられた場合は、バリア５５がチャック２０上へのポリマー反応副生成物の蓄積を実質的に低減する。また、バリア５５が、基板４５の均一な冷却を可能にする。
【００４５】
特定の好ましい態様を参照して本発明を説明してきたが、いわゆる当業者には別の態様が数多くできることがわかるだろう。例えば、バリアの構成５５はここに例示されているが、バリア５５は、例えばラバーリングシール等の、当業者に自明な復元性の構造体を備えていてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、静電チャックの耐腐食性が向上し、腐食性のプロセス環境において故障率が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のモノポーラー静電チャックの動作を表す、プロセスチャンバの構成図であり、（ｂ）本発明のバイポーラー静電チャックの使用法を表す、プロセスチャンバの構成図である。
【図２】チャックの周りのバリアを表す、本発明の第１の実施態様のチャック側面断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施態様のチャック側面断面図であり、（ｂ）は、本発明の第３の実施態様のチャック側面断面図であり、（ｃ）は、チャックの周りのカラーを表す本発明の第４の実施態様のチャックの側面断面図であり、（ｄ）は、チャックの周りのカラーを表す本発明の第５の実施態様のチャックの側面断面図である。
【図４】図２に示されるチャックのバリアの上面図である。
【符号の説明】
２０…静電チャック、２５…静電部材、３０…電極、３５…絶縁体、４０…支持体、４１…カソード、４２…プロセスチャンバ、５０…外縁エッジ、５５…バリア、６０…第１の接触面、６５…第２の支持面、６６…リング、６８…環状リップ、７０…コネクタ、７５…接点、８０…端子、８５…第１の電圧供給器、９０…第２の電圧供給器、９５…接地面、１１０…クーラントグルーブ、１１２…中心、１１４…グルーブチップ、１１６…外周、１１８…クーラントソース、１５０…ベース、１５５…アーム、１６０…カラーレッジ、１７５…チャンネル、１８０…側壁、２００ａ…傾斜部材、２０５…末端、２１０…水平部材、２１５…垂直部材、２２５…円周カラーリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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