JP2017507484A - 静電チャックおよびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
静電チャックは、セラミックの構造要素と、そのセラミックの構造要素の上に配置される少なくとも１つの電極と、その少なくとも１つの電極の上部に配置される表面誘電体層であって、基板を静電チャックに静電的にクランプするための電荷を形成するように前記電極における電圧によって活性化される表面誘電体層とを含む。その表面誘電体層は、（ｉ）少なくとも１つの電極の上部に配置される、約５μｍ未満の厚さのアモルファスアルミナの絶縁体層と、（ｉｉ）その絶縁体層の上部に配置される誘電体層の積層体とを含み、その誘電体層の積層体は、（ａ）酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層と、（ｂ）酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層とを含む。
Description
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年２月７日付で出願された米国仮特許出願第６１／９３７，１３５号明細書の利益を主張するものであり、この仮特許出願の全教示は、参照によって本願に組み込まれる。
本願は、２０１４年２月７日付で出願された米国仮特許出願第６１／９３７，１３５号明細書の利益を主張するものであり、この仮特許出願の全教示は、参照によって本願に組み込まれる。
静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ：ＥＳＣ）は、半導体製造工業において、イオン注入、エッチング、化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）などのようなプラズマベースまたは真空ベースの半導体加工プロセスの間、加工品または基板を支持表面上の固定位置にクランプするためによく用いられる。このＥＳＣの静電クランプ能力と、加工品の温度制御および高温操作（すなわち約４００℃〜約７５０℃の範囲内、例えば約５００℃の温度における操作）とは、半導体の基板、加工品、またはシリコンウエハのようなウエハの加工処理においてきわめて重要であることが分かっている。
静電チャックは、一般的に、セラミック（例えばアルミナなど）体のような絶縁体を含み、この絶縁体はチャック力を発生させるための埋め込み型電極を有する。電極は、通常、セラミック体を２部品から形成し、電極を一方の部品の上に被覆し、続いて、２つの部品を接着剤によって一緒に接合することによって埋め込まれる。しかし、高温接着剤といえども、約２５０℃より高い温度においては通常その機能が低下する。
従って、この問題点を減じ、または取り除く改良型チャック設計の必要性が存在する。
本発明は、一般的に、絶縁体の上に誘電体層が堆積される静電チャックに関する。
一実施形態において、静電チャックが、セラミックの構造要素と、そのセラミックの構造要素の上に配置される少なくとも１つの電極と、その少なくとも１つの電極の上部に配置される表面誘電体層であって、基板を静電チャックに静電的にクランプするための電荷を形成するように電極における電圧によって活性化される表面誘電体層とを含む。表面誘電体層は、（ｉ）少なくとも１つの電極の上部に配置される、約５μｍ未満の厚さのアモルファスアルミナの絶縁体層と、（ｉｉ）その絶縁体層の上部に配置される誘電体層の積層体とを含む。誘電体層の積層体は、（ａ）酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層と、（ｂ）酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層とを含む。
いくつかの実施形態において、セラミックの構造要素がアルミナを含むことができる。他のいくつかの実施形態においては、セラミックの構造要素が窒化アルミニウムを含むことができる。さらに別の実施形態においては、セラミックの構造要素が窒化ケイ素を含むことができる。特定のいくつかの実施形態においては、電極が、アルミニウム、チタン、モリブデン、銀、白金、金、ニッケル、タングステン、クロム、バナジウム、ルテニウム、鉄、パラジウム、Ｋｏｖａｒ（登録商標）（Ｋｏｖａｒ（登録商標）は、米国ペンシルバニア州Ｗｙｏｍｉｓｓｉｎｇ市のＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の関連会社のＣＲＳ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ，Ｉｎｃ．社の米国登録商標である）または他のニッケル−コバルト−鉄合金、マンガン、および、窒化チタンのような窒化物の少なくともいずれかを含む。この少なくとも１つの電極は、約０．５μｍ未満の厚さ、例えば約０．２５μｍ未満の厚さを含むことができる。静電チャックはさらにヒータを含むことができる。ヒータは、セラミックの構造要素の背面側に堆積されかつ封入される抵抗発熱体を含むことができる。静電チャックは、さらに少なくとも１つの埋め込み型温度センサを含むことができる。
表面誘電体層は約１μｍ〜約２５０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態においては、アモルファスアルミナの絶縁体層を、原子層堆積法によって少なくとも１つの電極の上部に堆積する。絶縁体層は、約０．５μｍ〜約２μｍの範囲の厚さ、例えば約１μｍの厚さを有することができる。特定のいくつかの実施形態においては、誘電体層の積層体が、絶縁体層の上部に堆積される第１誘電体層と、第１誘電体層の上部に堆積される第２誘電体層と、第２誘電体層の上部に堆積される第３誘電体層とを含むことができ、その場合、第１誘電体層は酸化ケイ素を含み、第２誘電体層は酸窒化アルミニウムを含み、第３誘電体層は酸化ケイ素を含む。これらの特定の実施形態においては、第１誘電体層の厚さは約１０μｍ〜約５０μｍの範囲、例えば約２０μｍとすることができ、第２誘電体層の厚さは約１μｍ〜約２０μｍの範囲、例えば約１０μｍとすることができ、第３誘電体層の厚さは約１０μｍ〜約５０μｍの範囲、例えば約２０μｍとすることができる。いくつかの実施形態においては、表面誘電体層が、イットリアおよびジルコニアの少なくともいずれかを含むことができる。他のいくつかの実施形態においては、表面誘電体層が窒化ケイ素を含むことができる。
いくつかの実施形態においては、誘電体層の積層体が、絶縁体層の上部に配置される第１誘電体層と、第１誘電体層の上部に配置される第２誘電体層とを含むことができ、その場合、第１誘電体層は酸窒化アルミニウムを含み、第２誘電体層は酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む。これらの特定の実施形態においては、第１誘電体層の厚さは約１０μｍとすることができ、第２誘電体層は約４０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有することができる。この静電チャックの基板接触表面は複数の突出部を含むことができ、この突出部は、この複数の突出部を取り囲む静電チャックの基板接触表面の部分を超える高さに延びている。この複数の突出部は約３μｍ〜約１５μｍの間の高さ、例えば約６μｍ〜約８μｍの間の高さを含むことができる。この複数の突出部は、エッチング加工された突出部または堆積された突出部の少なくともいずれかを含むことができる。この複数の突出部の少なくとも１つの突出部は、原子層堆積法によって堆積されたアルミナのような、下部に位置する突出部の上部の基板接触表面被膜を含むことができる。
他のいくつかの実施形態においては、静電チャックが、原子層堆積法によって堆積されたアモルファスアルミナの拡散バリア層であって、誘電体層の積層体の上部に配置される拡散バリア層を含むことができる。この拡散バリア層は約０．２μｍ〜約１μｍの範囲の厚さを有することができる。複数の突出部、例えば酸化ケイ素を含む突出部を、拡散バリア層の上部に堆積することができる。
いくつかの実施形態においては、アモルファスアルミナの絶縁体層が、少なくとも約２００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力、例えば約２００Ｖ／μｍ〜約４００Ｖ／μｍ、または少なくとも約５００Ｖ／μｍ、または少なくとも約８００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有することができる。酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層は、少なくとも約５０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有することができる。酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層は、少なくとも約７０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有する酸化ケイ素を含むことができ、かつ、少なくとも約７０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有する酸窒化ケイ素を含むことができる。
別の実施形態においては、表面誘電体層を１つ以上の電気絶縁層から構成できる。少なくとも１つの電気絶縁層を、原子層堆積法の薄膜堆積技法によって堆積できる。いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの電気絶縁層を、薄膜堆積技法、例えば、化学蒸着法、プラズマ強化化学蒸着法、物理蒸着法、電子ビーム堆積法、スプレー被膜法、大気圧プラズマ堆積法、高圧プラズマ堆積法、電気化学堆積法、スパッタ堆積法、およびこれらの任意の組み合わせによって堆積できる。表面誘電体層は、アルミナ、酸窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、遷移金属酸化物、遷移金属酸窒化物、レアアース酸化物、レアアース酸窒化物、およびこれらの任意の組み合わせのような材料から構成できる。表面誘電体層は、多結晶薄膜、アモルファス薄膜および準結晶薄膜からなる群から選択される材料の１つ以上の種類から構成できる。表面誘電体層はコンフォーマルとすることができる。表面誘電体層は、１μｍ〜２５０μｍの間の厚さ、例えば、１０μｍ〜７０μｍの間または２５μｍ〜５０μｍの間の厚さを有することができる。表面誘電体層は、表面誘電体層の頂面および底面の間に印加される５００Ｖを超えるピーク電圧、例えば１０００Ｖより高いピーク電圧を保持する能力を有することができる。表面誘電体層は−１５０℃〜＋７５０℃の温度において安定であるとすることができる。表面誘電体層は、次の機能、すなわち、（１）高力誘電体バリア、（２）本質的に金属汚染が低くかつ低粒子源の誘電体層、（３）プラズマエッチングの抵抗表面、および（４）摩耗抵抗表面の少なくともいずれかを遂行できる。
いくつかの実施形態においては、静電チャックが、ガス孔、ガス流路、リフトピン孔および接地ピン孔の少なくともいずれかに丸められた端部を含むことができる。この静電チャックの基板接触表面は、原子層堆積法による堆積アルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素およびケイ素富化酸化物の少なくともいずれかを含むことができる。アモルファスアルミナの絶縁体層は、約２容積％未満の気孔率、例えば、約１容積％未満、さらに約０．５容積％未満の気孔率を含むことができる。アモルファスアルミナの絶縁体層は、式ＡｌｘＯｙのアルミナを含むことができるが、この場合、ｘは１．８〜２．２の範囲内、ｙは２．６〜３．４の範囲内である。酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層は、式ＡｌＯｘＮｙの酸窒化アルミニウムを含むことができるが、この場合、ｘは１．４〜１．８の範囲内、ｙは０．２〜０．５の範囲内である。酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層は、式ＳｉＯｘの酸化ケイ素を含むことができるが、この場合、ｘは１．８〜２．４の範囲内である。酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層は、式ＳｉＯｘＮｙの酸窒化ケイ素を含むことができるが、この場合、ｘは１．６〜２．０の範囲内、ｙは０．１〜０．５の範囲内である。
さらに別の実施形態においては、静電チャックの作製方法が、セラミックの構造要素の上に少なくとも１つの電極を配置するステップと、この少なくとも１つの電極の上部に表面誘電体層を堆積するステップとを含み、その場合、この表面誘電体層は、基板を静電チャックに静電的にクランプする電荷を形成するように、電極における電圧によって活性化される。電極とセラミックの構造要素と表面誘電体層とについては前記の通りである。
本発明は、半導体基板の高温加工処理を可能にするというような多くの利点を有する。
以上述べた内容は、添付の図面に表現される本発明の例示的実施形態に関する以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。図面においては、同じ参照符号は、種々の図面を通して同じ部品を指示する。図面は、必ずしもスケールどおりではなく、本発明の実施形態を図解するために強調されている部分がある。
本発明を、具体的に示しかつその例示的な実施形態を参照して説明したが、当業者は、本明細書において、添付の請求項によって包括される本発明の範囲から離れることなく、形態および詳細における種々の変更がなされ得ることを理解するであろう。
種々の組成物および方法について記述したが、本発明は、記述された特定の分子、組成物、設計、方法または実施要綱に限定されないことが理解されるべきである。これらは変化し得るのである。また、本明細書において使用する用語法は、特定の単一または複数の実施形態を記述するためのみのものであり、添付の請求項のみによって限定される本発明の範囲を制限するようには意図されていないことが理解されるべきである。
また、本明細書および添付の請求項において使用する場合、文脈がそうでない旨明確に規定しない限り、単数形の冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数への言及をも含むことを注記しなければならない。従って、例えば、単数冠詞「ａ」を伴う「表面誘電体層（ａ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）」への言及は、１つ以上の表面誘電体層および当業者には既知のその等価物への言及であり、その他同様である。本明細書において使用するすべての技術的および科学的用語は、そうでない旨規定されない限り、当業者が普通に理解するのと同じ意味を有する。本明細書に記述する方法および材料に類似または等価の方法および材料は、本発明の実施形態の実践または試験に用いることができる。本明細書に述べるすべての公刊物は参照によってその全体が本願に組み込まれる。本明細書における記述内容はいずれも、先行発明のせいで、本発明がこのような開示に先行する資格はないことを容認するものと解釈されるべきではない。「任意選択肢として（の）（ｏｐｔｉｏｎａｌまたはｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」の語は、その後に記述される事象または状況が生起しても生起しなくてもよいこと、および、その記述が、事象が生起する例および事象が生起しない例を含むことを意味する。本明細書におけるすべての数値は、明示的な指示の有無に拘わらず、「約（ａｂｏｕｔ）」の語によって修飾できる。「約」の語は、一般的に、当業者が、引用されている値に等価である（すなわち同じ機能または結果を有する）と見做す範囲の数のことを言う。いくつかの実施形態においては、「約」の語は、言及される値の±１０％のことを言い、別の実施形態においては、言及される値の±２％のことを言う。組成物および方法は、種々の構成要素またはステップを「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と言う語（これは「・・・を含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、 ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ・・・）」を意味すると解釈される）で記述されるが、一方、その組成物および方法を、種々の構成要素またはステップ「から本質的に構成する（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」または「から構成する（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」ことも可能であり、このような用語は、本質的に閉鎖型の構成要素群を規定すると解釈されるべきである。
図１Ａおよび１Ｂに示す一実施形態において、静電チャック１００は次の各項、すなわち、セラミックの構造要素１と、そのセラミックの構造要素１の上に配置される少なくとも１つの電極４（図１Ｂにおいて６個の電極４として示される）と、その少なくとも１つの電極４の上部に堆積される図１Ａに示す表面誘電体層２とを含む。この場合、表面誘電体層２は、基板（図示されていない）を静電チャック１００に静電的にクランプするための電荷を形成するように、電極４における電圧によって活性化される。静電チャック１００は、さらにヒータ線３およびガス流路５を含む。
図１Ａに戻ると、セラミックの構造要素１を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などのようなさまざまなセラミック材料から作製できる。一実施形態においては、セラミックの構造要素を、約９６％〜約９９．８％純粋アルミナの範囲のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、例えば、９７％より高いアルミナ、または９９．５％より高いアルミナから作製し、欠陥および応力点を除去するために約１０００℃より高い温度で焼きなまし、かつ前面側および背面側を研磨する。セラミック構造要素１は、約３００ｍｍの直径と、約２ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の厚さ、例えば、約４ｍｍ〜約１２ｍｍの範囲または約６ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の厚さ、例えば約１０ｍｍの厚さとを有するディスクとすることができる。セラミックの構造要素１の側面は、図１Ａに示すように、約３０°〜約６０°の範囲、例えば、約４０°〜約５０°または約４３°〜約４７°の範囲の角度、例えば約４５°の角度に面取りすることができる。
図１Ｂに戻ると、静電チャック１００は、リフトピン孔６と、接地ピン孔７と、電極ピン８と、ガス孔９とをさらに含む。少なくとも１つの電極４は、複数の電極、例えば、１電極、２電極、３電極、４電極、５電極、６電極（図１Ｂに示される）、７電極、８電極、９電極または１０電極とすることができる。電極４は、さまざまな金属、例えば、アルミニウム、チタン、モリブデン、銀、白金、金、ニッケル、タングステン、クロム、バナジウム、ルテニウム、鉄、パラジウム、Ｋｏｖａｒ（登録商標）または他のニッケル−コバルト−鉄合金、またはマンガン、または窒化チタンのような窒化物から作製できる。一実施形態においては、電極４はニッケル製である。電極４の厚さは、約５μｍ〜約１０ｎｍの範囲、例えば、約２μｍ〜約５０ｎｍの範囲または約１μｍ〜約２００ｎｍの範囲とすることができる。一実施形態において、電極４の厚さは約１μｍであり、他の実施形態においては、電極４の厚さは、約０．５μｍ未満または約０．２５μｍ未満である。電極４は、さまざまな技法によって絶縁体１の上に配置できる。この技法としては、例えば、スクリーン印刷法、直接描画法、エッチングが付随するプラズマ堆積法、機械的パターニングが付随するプラズマ堆積法、パターニングが付随する電気堆積法、レーザ堆積法、電気メッキ、およびパターニングが付随する原子層堆積法がある。
図１Ａに再度戻ると、電極４の上部に堆積される表面誘電体層２は、種々の材料、およびいくつかの材料層の組み合わせから作製できる。材料の選択は、材料に対する次のような要件によって決定される。すなわち、１）高い比誘電率（すなわち約４〜約５０の範囲の比誘電率）、２）電極４およびセラミックの構造要素１に適応するのに適した熱膨張係数、３）低粒子発生、４）印加電圧をホールドオフするのに十分な高耐電圧のための電極４の良好な電気的封止性、５）ガラスコーティングの場合に通常生じる汚染のような金属汚染が生じないこと（この要件は、被膜内の元素が相対的に動き易くなる高温において特に重要である）、６）電極４の上部においてコンフォーマルであり、高密度であり、かつピンホールまたは他の欠陥が相対的に存在しない表面誘電体層２（これは、例えばＡＬＤ堆積アモルファスアルミナを用いて実現することができる）、７）耐プラズマエッチング性表面、および８）耐摩耗性表面、のような要件である。これらの要件の範囲内で、表面誘電体層２を、例えば、アルミナ、イットリア、ジルコニア、酸窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ：ＡｌＯＮ）、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、遷移金属酸化物、遷移金属酸窒化物、レアアース酸化物、またはレアアース酸窒化物の１つ以上から作製できる。表面誘電体層２は、多結晶薄膜、アモルファス薄膜または準結晶薄膜とすることができる。また、表面誘電体層２は、単層、あるいは誘電体層の積層体、例えば、２層、３層、４層、５層、６層、７層または８層の積層体とすることができる。表面誘電体層２の厚さは、約１μｍ〜約２５０μｍの範囲内、例えば、約１０μｍ〜約７０μｍの範囲または約２５μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さとすることができる。表面誘電体層２の厚さは、次のような状況から、部分的には表面誘電体層の有効比誘電率によって決定される。すなわち、低比誘電率を有する表面誘電体層は、十分な絶縁破壊強さを提供するためにより厚くする必要があるであろうが、より厚い表面誘電体層の熱膨張（例えば約−１５０℃〜約７５０℃の範囲の温度における）は、電極４およびセラミック構造要素１に適応するにはより困難な問題になるであろう、という状況である。十分なチャック力を提供するために、表面誘電体層は、表面誘電体層２の頂面および底面の間に印加される、５００Ｖより高い、例えば約１０００ＶのピークＤＣ電位差を保持する必要がある。
表面誘電体層２は、さまざまな薄膜堆積技法によって電極４の上部に堆積できる。薄膜堆積技法としては、例えば、原子層堆積法（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着法、物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）、電子ビーム堆積法、スプレー被膜法、大気圧プラズマ堆積法、高圧プラズマ堆積法、電気化学堆積法、およびスパッタ堆積法などがある。具体的な薄膜堆積技法は、いくつかの薄膜堆積技法が特定の材料の堆積に特に適しているという点から、材料の選択によって決定できる。例えば、酸化ケイ素は通常ＣＶＤによって堆積され、ＡｌＯＮは通常ＰＶＤによって堆積され、アルミナはＡＬＤによって堆積でき、イットリアはＰＶＤによって堆積できる。
表面誘電体層２は、上記の薄膜堆積技法のいずれかによって堆積される単一の電気絶縁層とすることが可能である。一実施形態において、表面誘電体層２は、原子層堆積法によって電極４の上部に堆積されるアルミナの絶縁体層である。アルミナの原子層堆積法は、以下に詳述するように、通常、被膜処理するべき基板を、加熱されたリアクタ内において約２００℃〜約３００℃の範囲の温度に加熱するステップと、最初に水（Ｈ２Ｏ）を、次にトリメチルアルミニウム（ｔｒｉ−ｍｅｔｈｙｌ ａｌｕｍｉｎｕｍ：ＴＭＡ）を交互にリアクタ内に導入するステップとを含む。Ｈ２ＯおよびＴＭＡは、反応してアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の単一の原子層を生成する。このサイクルを、アルミナの層が所望の厚さに成長するまで繰り返すが、この繰り返し数は何１０００サイクルにもなり、例えば、（１つの原子層の厚さが約１オングストロームの場合）約１μｍの厚さのアルミナの層を成長させるためには、１０，０００サイクルが必要である。また、１μｍのアルミナ層をＡＬＤによって成長させるためには長い時間（例えば約３３時間）が必要である。図２Ａに示すように、ＡＬＤ成長アルミナの層が、静電チャック２００の運転の間、表面誘電体層２を横断する電位差に耐える程の十分な厚さを有する場合には、ＡＬＤ成長アルミナの単一層２１０に、静電チャック２００の電極４およびセラミック構造要素１の上部の表面誘電体層２の全体を形成させることが可能である。しかし、この場合、必要な厚さは数μｍ程度になる可能性があり、これは、ＡＬＤに必要な時間の長さから見て、いくつかの製造環境においては、容易に実際的とは言えないであろう。従って、比較的厚い誘電体層の場合には、図２Ｂに示すように、ＡＬＤ成長アルミナの層に、電極４およびセラミック構造要素１の上部の絶縁体層２２０を形成させ、さらに、その絶縁体層２２０の上部に堆積される誘電体層の積層体を含むことが一般的に望ましい。特に、この誘電体層の積層体は、ＡＬＤ成長アルミナのみから構成される等価厚さの場合より短時間で、所要の厚さに形成できるタイプのものとすることができる。図２Ｂに示すように、この誘電体層の積層体は、絶縁体層２２０の上部に堆積される第１誘電体層２３０と、第１誘電体層の上部に堆積される第２誘電体層２４０と、第２誘電体層の上部に堆積される第３誘電体層２５０とを含むことができ、その場合、第１誘電体層２３０は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ、ｘ＝約２）を含み、第２誘電体層２４０は酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）を含み、第３誘電体層は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ、ｘ＝約２）を含む。この特定の実施形態においては、第１誘電体層２３０の厚さは、約１０μｍ〜約５０μｍの範囲、例えば約２０μｍとすることができ、第２誘電体層２４０の厚さは、約１μｍ〜約２０μｍの範囲、例えば約１０μｍとすることができ、第３誘電体層２５０の厚さは、約１０μｍ〜約５０μｍの範囲、例えば約２０μｍとすることができる。第３誘電体層は窒化ケイ素または酸化アルミニウムを含むことも可能である。さらに、例えば、拡散バリア層として機能し得るアルミナの別の層を、誘電体層の積層体の上部に堆積できる。代わりの方式として、誘電体層の積層体を、電極４と誘電体層の積層体との間の絶縁体層なしに、電極４の上部に堆積することが可能である。この場合、任意選択肢として、例えば、ＡＬＤ成長アルミナの別の層を続けて誘電体層の積層体の上部に堆積できる。これは、拡散バリア層として機能することができる。
図３は、少なくとも１つの電極上部の絶縁体層と、その絶縁体層上部の２つの誘電体層の積層体とを含む表面誘電体層を有する、本発明の一実施形態による静電チャックの模式図である。この静電チャックは、セラミックの構造要素１と、１つ以上の外部ヒータ線１０および内部ヒータ線１１とを含む。ヒータ線１０および１１は、スクリーン印刷可能であり、薄膜ガラスコーティングのような絶縁体で被膜処理できる。電極４は、高温においてその誘電体を通る拡散率が低い材料から作製するべきである。特に、電極４は、さまざまな金属、例えば、アルミニウム、チタン、モリブデン、銀、白金、金、ニッケル、タングステン、クロム、バナジウム、ルテニウム、鉄、パラジウム、Ｋｏｖａｒ（登録商標）または他のニッケル−コバルト−鉄合金、またはマンガン、または窒化チタンのような窒化物から作製できる。電極４の厚さは、約０．５μｍ未満、例えば約０．２５μｍ未満とすることができる。一実施形態において、電極４を約０．５μｍ厚さのニッケルのような導体から形成できる。電極４は、ＡＬＤ堆積アモルファスアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の上掛け絶縁体層２２０で被膜処理される。絶縁体層２２０の厚さは、約５μｍまで、例えば約０．５μｍ〜約２μｍの間、例えば約１μｍとすることができる。絶縁体層２２０の上部に、第１誘電体層２６０および第２誘電体層２７０を含む誘電体層の積層体を設ける。この実施形態においては、第１誘電体層２６０は、例えば約１０μｍの厚さとすることができる酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）から形成され、第２誘電体層２７０は、例えば約４０μｍ〜約５０μｍの間の厚さとすることができる酸化ケイ素または酸窒化ケイ素から形成される。第１誘電体層２６０は、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）の物理蒸着（ＰＶＤ）によって形成でき、第２誘電体層２７０は、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素の化学蒸着（ＣＶＤ）によって形成できる。いくつかの実施形態においては、アモルファスアルミナの絶縁体層２２０は、式ＡｌｘＯｙ（但し、ｘは１．８〜２．２の範囲内、ｙは２．６〜３．４の範囲内である）のアルミナを含み、これは原子層堆積法によって堆積することができ、第１誘電体層２６０は、式ＡｌＯｘＮｙ（但し、ｘは１．４〜１．８の範囲内、ｙは０．２〜０．５の範囲内である）の酸窒化アルミニウムを含み、これは物理蒸着法によって堆積することができ、第２誘電体層２７０は、式ＳｉＯｘ（但し、ｘは１．８〜２．４の範囲内である）の酸化ケイ素を含み、これは化学蒸着法によって堆積することができ、および／または、第２誘電体層２７０は、式ＳｉＯｘＮｙ（但し、ｘは１．６〜２．０の範囲内、ｙは０．１〜０．５の範囲内である）の酸窒化ケイ素を含み、これは化学蒸着法によって堆積することができる。表１は、本発明の一実施形態による実験用静電チャックにおける前記の材料の組成であって、５ｋｅＶの電子ビームエネルギーを用いてエネルギー分散Ｘ線分光分析（ｅｎｅｒｇｙ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）によって測定した材料組成を示す。
図３の実施形態においては、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）から形成される第１誘電体層２６０が、アモルファスアルミナ層２２０の熱膨張係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）を、その上の酸化物層（第２誘電体層２７０）に適応させるように機能するという利点を提供できる。さらに、第１誘電体層２６０のＡｌＯＮは高い比誘電率を提供でき、これは大きなクランプ力の発生に寄与する。酸化ケイ素または酸窒化ケイ素から形成される第２誘電体層２７０は、頑丈な熱特性を有する良好な絶縁体であって、電極４と被クランプ基板との間の空間を提供する絶縁体として機能する利点を提供する。第２誘電体層２７０は、突出部（または浮き出し模様）１８を含むことができるが、これは、第２誘電体層２７０の周囲領域を超える高さに延び出ている。この突出部１８は第２誘電体層２７０のエッチング加工によって形成できる。突出部１８の高さは、約３μｍ〜約１５μｍの範囲、例えば約６μｍ〜約８μｍの範囲とすることができる。この静電チャックは、突出部１８の上部に、ＡＬＤ堆積されるアモルファスアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成できる拡散バリア層２８０を含むことができる。層２８０は、拡散バリアとしての機能に加えて、（例えば高温においては基板に溶着する可能性がある酸化物層２７０と比較して、）基板に対するより良好な高温接触の提供に資することができる。拡散バリア層２８０の厚さは、約０．２μｍ〜約１μｍの範囲とすることができる。本明細書においては、種々の層を、基本的に絶縁体層あるいは拡散バリア層であるとして記述しているが、そのように特定された層は、絶縁体および拡散バリアのいずれかまたは両者の機能を担い得ることが理解されるべきである。例えば、絶縁体層２２０は、絶縁体層および拡散バリアの両者として機能できる。拡散バリアの目的は、とりわけ、金属汚染が、静電チャックによってクランプされている半導体ウエハのような基板に達することを防止する点にある。いくつかの場合には、拡散バリア層を、例えば、約０．２μｍ以下、または、約１０ｎｍ未満のような薄い厚さにすることができる。
図３の実施形態は、突出部１８を、第２誘電体層２７０に含まれているとして示すが、突出部１８については、さまざまに異なる可能な構成がある。本発明のいくつかの実施形態に従って、静電チャックの基板接触表面１９が突出部を含むことができ、その突出部は、突出部を取り囲む静電チャックの基板接触表面の部分を超える高さに延びている。この突出部は、エッチング加工および堆積法を含むさまざまに異なる可能な方法によって形成できる。例えば、突出部１８を下部に位置する層に形成することができ、その後、原子層堆積法によって堆積されるアルミナの拡散バリアのような被膜２８０を、下部に位置する突出部１８の上部に形成することができる。別の例では、原子層堆積法によって堆積されるアルミナの平板層のような下部に位置する平板層を形成し、続いてその平板層の頂部に突出部を堆積することによって、突出部を形成できる。例えば、原子層堆積法によって堆積されるアルミナの平板型拡散バリアの頂部に、例えば８〜１０μｍの高さの酸化ケイ素の突出部を堆積できる。静電チャックの基板接触表面１９は、さまざまに異なる可能な材料、例えば、原子層堆積法によって堆積されるアルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素およびケイ素富化酸化物の少なくともいずれかを含むことができる。
本発明の実施形態に従って、セラミックの構造要素１上の物理的形体は、絶縁体層２２０のＡＬＤ堆積アモルファスアルミナを成膜する前に、丸められた端部を生成するように処理される。これには、例えば、ガス孔、ガス流路、リフトピン孔および接地ピン孔が含まれ得る。このような形体は、ＡＬＤ堆積絶縁体層２２０の成膜前に、丸められた端部を生成するようにラッピング処理できる。
本発明の実施形態に従って、ＡＬＤ堆積アモルファスアルミナの層、例えば絶縁体層２２０および拡散バリア層２８０を、ピンホール欠陥をほとんどまたは全く含まず、かつ非常に高密度の低欠陥または無欠陥のアルミナ層とすることができる。ＡＬＤ堆積アモルファスアルミナ層の気孔率は、例えば、約２容積％未満、約１容積％未満または約０．５容積％未満のように低くすることが可能である。この気孔率は、アルミナの全容積（空隙空間および固体アルミナの両者を含む）の百分率としての空隙空間の容積として測定される値である。さらに、絶縁体層２２０のＡＬＤ堆積アモルファスアルミナは、高い絶縁耐力、例えば、少なくとも約２００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力、例えば約２００Ｖ／μｍ〜約４００Ｖ／μｍ、または少なくとも約５００Ｖ／μｍ、または少なくとも約８００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を提供できる。この絶縁耐力は、ＡＬＤ堆積アルミナが実質的にピンホール欠陥を含まないことを意味している。ピンホール欠陥は、低い絶縁耐力をもたらし、アークを発生させるからである。上記の絶縁耐力の値は、通常の試験法より大きな試験用電極を用いて測定したものとすることができる。通常の試験法は、絶縁体層２２０の表面上の試験電極として、約１／４インチ直径のボールを、電極４を接地して使用する。上記の絶縁耐力は、その代わりとして、絶縁体層２２０の平均表面積、例えば絶縁体層２２０の全表面積の上部全域に及ぶさらに大きな試験電極を用いて測定することができる。本明細書に記載する絶縁耐力は室温において測定されるが、それは、高温においても、ほぼ同じ値とすることができる。表２は、図３の静電チャックの層２２０、２６０および２７０の材料特性の表である。ここで、「ＡＬＤ Ａｌ２Ｏ３」は絶縁体層２２０に対応し、「ＰＶＤ ＡｌＯＮ」は第１誘電体層２６０に対応し、「ＰＥＣＶＤ ＳｉＯｘ」および「ＰＥＣＶＤ ＳｉＯｘＮｙ」は、第２誘電体層２７０用の可能な選択肢に対応する。
焼きなまし処理した絶縁体２２０（「ＡＬＤ Ａｌ２Ｏ３」）の絶縁破壊の強さは、２８９Ｖ／μｍと測定され、一般的に前記の範囲内に納まっている。焼きなまし処理した第１誘電体層２６０（「ＰＶＤ ＡｌＯＮ」）の絶縁破壊の強さは、５９Ｖ／μｍと測定され、一般的に少なくとも５０Ｖ／μｍであると言える。焼きなまし処理した第２誘電体層２７０の絶縁破壊の強さは、酸化ケイ素（ＰＥＣＶＤ ＳｉＯｘ）の場合、８２Ｖ／μｍと測定され、一般的に約７０Ｖ／μｍより高いと言え、焼きなまし処理した第２誘電体層２７０の絶縁破壊の強さは、酸窒化ケイ素（ＰＥＣＶＤ ＳｉＯｘＮｙ）の場合、７９Ｖ／μｍと測定され、一般的に約７０Ｖ／μｍより高いと言える。
ここで図１Ａおよび１Ｂに戻ると、静電チャック１００は、セラミックの構造要素１の前面側にまたはその近傍に構成されるガス流路５であって、背面側への１つ以上の貫通孔９を含むガス流路５の系統をも含むことができる。このガス流路５の系統によって、静電的にクランプされる加工品または基板（図示されていない）との伝導および／または対流による熱エネルギー交換を提供するために、ガス（例えば、窒素、アルゴンまたは他のガス）を、ガス流路５に供給できる。ガス流路５は、図１Ｂに示すような放射型パターンまたは星形パターン、軸方向パターン、ハニカムパターン、らせんパターンあるいは直線パターンにすることができるパターンに配置される。ガス流路５の断面形状は、角が丸められた長方形、正方形、半円形、楕円形および引き伸ばされた三角形の１つ以上とすることができる。ガス流路５の断面積は約０．１ｍｍ２〜５ｍｍ２の間とすることができる。流路の表面は、電気絶縁性の被膜で、あるいは代替方式として導電性の被膜で被膜処理できる。図１Ｂに示すように、ガス流路５には、セラミックの構造要素１の背面側に結合される１つ以上のガス供給孔９が設けられる。ガス供給孔９は、取り付け支柱１４の中に一体的に成形される（図１Ｃ参照）が、この取り付け支柱１４は、セラミックの構造要素１の中にろう付けするかまたはねじ込むことができる。取り付け支柱１４は次のような機能を有する。すなわち、（１）セラミックの構造要素１を静電チャックアセンブリのベースに固定すること、（２）セラミックの構造要素１と静電チャックアセンブリのベースとの間の熱伝導を最小化すること、および（３）静電チャックアセンブリのベースからのセラミックの構造要素の前面におけるガス流路へのガスの供給を可能にすること、である。
ここで図１Ｂに戻ると、セラミックの構造要素１は、さらに、リフトピンの隙間を可能にするための種々の位置における貫通孔６と、孔の中に装着される１つ以上の埋め込み型温度センサ（図示されていない）であって、背面側から装入されてセラミック構造要素の前面側の表面の近傍に達する温度センサとを含んでいる。この温度センサは、セメント接合、ガラス接合、ねじ込み固定、締り嵌め、ろう付けおよび接着の各技法の１つ以上によって所定位置に保持される。この埋め込み型温度センサは、抵抗温度検出器（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＲＴＤ）、熱電対、サーミスタおよびシリコンバンドギャップ温度センサの１つ以上とすることができる。セラミックの構造要素１は、さらにガスシールリング（図示されていない）をも含むことができる。このシールリングは、静電チャックの周囲およびリフトピン孔の回りのセラミック構造要素の前面における連続的なガスシールを提供するものである。
図１Ｃに戻ると、静電チャック１００は、外部ヒータ域１０および内部ヒータ域１１から構成される抵抗ヒータと、外部温度センサ１２と、内部温度センサ１３と、取り付け支柱１４と、ヒータピン１５とをさらに含む。ヒータ域１０および１１は、セラミック構造要素１の背面側に堆積されかつ封止される。外部ヒータ域および内部ヒータ域の温度は、それぞれ、外部および内部の埋め込み型温度センサ１２および１３によって測定される。埋め込み型温度センサ１２および１３は、セラミック構造要素１の背面側から穿孔されてセラミック構造要素１の前面側の表面の近傍に達する孔の中に装着される。この場合、埋め込み型温度センサ１２および１３は、セメント接合、ガラス接合、ねじ込み固定、締り嵌め、ろう付けおよび接着の各技法の１つ以上によって所定位置に保持される。外部ヒータ域１０および内部ヒータ域１１の温度は、それぞれ、外部ヒータ線１０および内部ヒータ線１１の温度依存性の抵抗を測定することによっても監視できる。
堆積誘電体静電チャック（Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ：ＤＤＥＳＣ）の製造方法
ＤＤＥＳＣは、通常、直径約３００ｍｍ、厚さ約１０ｍｍのアルミナのディスクであるセラミックの構造要素の回りに構成され、このディスクの側面は通常約４５°の角度に面取りされる。このアルミナは、通常、９６％または９９．８％の純粋Ａｌ２Ｏ３の材料から作製され、その中にいくつかの形体が機械加工されている。このいくつかの形体は、（１）電気接点用の貫通孔として、（２）リフトピンを通すための貫通孔として、電気接点の支柱装着用のメクラ孔として、背面側から前面側にガスを供給するための貫通孔として、および、ガス流路の役割を果たす前面側の溝のパターンとして機能する。
このセラミックの構造要素を、清浄化して、空気中において約９００℃で少なくとも１時間、焼きなまし処理する。この場合、温度傾斜率は単に約１００℃／時間（加熱および冷却用として）とする。
セラミック構造要素の背面側にヒータを装着するが、これは、通常、伝導性金属のヒータ線を堆積する直接描画法によって行われる。金属は、銀または白金あるいは同類のもののいずれかである。ヒータ線は、（１）電気的遮蔽および（２）機械的遮蔽を可能にするように、薄膜ガラスコーティングによって封止する。代わりの方式として、ヒータを、後で、例えば、ＡＬＤ、ＰＶＤまたはＣＶＤのような薄膜堆積技法によって、絶縁体層で封止することも可能である。ヒータは、通常、２つ以上の別個のヒータループから構成される。このヒータループをヒータ域とも呼称するが、それには個別に電力供給する。
セラミックの構造要素の上に電気接続を形成する。それぞれのヒータ域（通常２つ以上のヒータ域）ごとに２つのコネクタと、それぞれの電極（通常６個の電極）ごとに１つのコネクタと、それぞれの取り付け支柱（通常６個の取り付け支柱）ごとに１つのコネクタとが存在する。接続は、通常、すべて、Ｋｏｖａｒ（登録商標）のピンから作製し、管理雰囲気内において約９００℃で同時にろう付けする。接続を確保する他の方法、例えば、セメント接合、ねじ結合の利用、ガラス接合、締り嵌めまたは拡散接合も可能である。
本発明の実施形態においては、接続の形成は、強力な機械的接続の提供に加えて、次の要件をも必要とする。すなわち、（１）ヒータの電気接続は、ヒータ線に対して低抵抗率を有する必要があること、および、（２）取り付け支柱は、ガス供給の通過ラインとして機能するので、機械的な取り付けの提供に加えて、漏れのない密封シール性を有する必要があることである。
セラミック構造要素の前面側は、平滑かつ平坦な前面側表面とするためにラッピング処理する。この段階で、前面側は、周囲のアルミナの構造要素と同じレベルにある６個の小さいＫｏｖａｒ（登録商標）ピンの頭部のみを示している。さらに、前面側は、３個のリフトピン孔（貫通孔）と、ガス流路用の溝とを示す。ガス流路の頂部の角部は、ガス流路の断面形状の適切な半径を形成するように丸めなければならない。
セラミック構造要素の背面側は、封止されたヒータであって、この時点では、突き出ているＫｏｖａｒ（登録商標）コネクタに電気接続されたヒータを有する。さらに、電極接続用として突き出ている６個のＫｏｖａｒ（登録商標）ピンと、６個のＫｏｖａｒ（登録商標）取り付け支柱とが設けられる。セラミック構造要素の背面側は、さらに、埋め込み型温度センサ装着用として利用されるいくつかの開放型メクラ孔をも有する。
このセラミックアセンブリを化学浴内で清浄化して、前面側を、厚さ約１μｍの金属膜（通常、ニッケル、白金、ニッケル−クロム、モリブデンまたは銀）で被膜処理し、この金属膜を、フォトマスキングおよびエッチングによって、等しい寸法の数個（通常６個）の電極形状にパターン化する。電極の方位および形状は、各電極が電極コネクタピンの１つと接触するが、各電極は相互に電気的に絶縁されるように、従って、セラミック構造要素の背面側に対する電気接続を有する６個の別個の金属電極が設けられるように決定される。
このセラミックアセンブリを化学浴内で清浄化し、約３００℃の温度で焼きなまし処理して金属を焼きなますと共に、あらゆる揮発性成分の脱ガスを可能にする。
背面側のヒータと、電気コネクタと、前面側にける曝露金属電極とを含むこのセラミックアセンブリを、１μｍのアルミナの原子層堆積法（ＡＬＤ）被膜処理にかける。ＡＬＤ堆積法は、高度にコンフォーマルかつ非常に高密度の被膜であってほとんどピンホールのない被膜を生成し、かつ、全アセンブリ（前面側、背面側、孔、側面など）を封止する。ＡＬＤ被膜処理は、通常、加熱されたリアクタ（例えば、約２５０℃のリアクタ表面と、約２５０℃のセラミックアセンブリとを有する）内で２００℃〜３００℃の間の温度において行われ、１μｍ厚さのアルミナ膜を生成するために、通常約１０，０００回のガス堆積サイクルが必要である。この堆積サイクルは、水（Ｈ２Ｏ）の０．０１５秒間のパルス注入と、５〜１０秒間の待機と、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の０．０１５秒間のパルス注入と、５〜１０秒間の待機とを１サイクルとして、これを交互に所定回数繰り返すのである。
このＡＬＤ被膜処理アセンブリに対して、前面側において、誘電体材料の追加的な被膜処理を施す。これは、高い絶縁破壊強さを有する誘電体バリアを生成するためである。この誘電体被膜は１つ以上の層から構成できるが、この各層は、高い絶縁耐力と、良好に適応した熱膨張係数および界面の粘着係数とを有する材料から入念に選択される。一例として、この誘電体被膜の積層体を、２０μｍの酸化ケイ素と、１０μｍの酸窒化アルミニウムと、２０μｍの酸化ケイ素とから構成できる。代わりの方式として、この誘電体被膜の積層体を、１０μｍの酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）と、４０〜５０μｍの酸化ケイ素または酸窒化ケイ素とから構成できる。この被膜は、種々の薄膜堆積方法、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、電子ビーム堆積法、スプレー被膜法または大気圧プラズマ堆積法によって成膜できる。
浮き出し模様およびガスシールリングの構造は、誘電体の積層体の頂部に、他の文献に記載されているように形成される。これについては、ＰＣＴ出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３４６６７号明細書（２０１０年１１月１８日付国際公開第２０１０／１３２６４０Ａ２号パンフレットとして公刊されている）と、ＰＣＴ出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０３７７１２号明細書（２０１１年１２月１日付国際公開第２０１１／１４９９１８Ａ２号パンフレットとして公刊されている）と、ＰＣＴ出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５０８４１号明細書（２０１２年３月１５日付国際公開第２０１２／０３３９２２Ａ２号パンフレットとして公刊されている）とを参照されたい。浮き出し模様は、さまざまな材料、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ、ｘ＝約２）、窒化ケイ素または酸化アルミニウムなどの材料から作製でき、誘電体の積層体の頂部層の材料からエッチング加工するか、あるいは、本明細書に記載する他の技法によって作製できる。ＡＬＤ被膜処理アルミナの１μｍ厚さの拡散バリア層は、誘電体被膜の積層体の上部に堆積できる。
温度センサは、アセンブリの背面側におけるメクラ孔の中にセメント接合する。温度センサは、例えば、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）または熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ：ＴＣ）とすることができる。
静電チャックアセンブリは、熱遮蔽、取り付け用具、電気配線およびガス供給系統を保持するベース構造に取り付けられ、かくしてＤＤＥＳＣが完成する。
本発明を、１つ以上の実施態様について提示しかつ記述したが、当業者には、本明細書および添付の図面の読解と理解とに基づいて、等価の代替方式および変形態が思い浮かぶであろう。本発明は、このような変形態および代替方式をすべて含んでおり、その範囲は以下の請求項によってのみ限定される。さらに、本発明の特定の特徴または態様を、いくつかの実施態様の内のただ１つについて開示したが、このような特徴または態様は、任意の所与の用途または特定の用途において望ましくかつ有利である状況に応じて、他の実施態様の１つ以上の他の特徴または態様と組み合わせることができる。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ／ｈａｓ）」、「含む／有する／備えた（ｗｉｔｈ）」またはこれらの変形の語が明細書および請求項のいずれかにおいて用いられる限り、これらの用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の意味を包含していることが意図されている。また、「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」の語は、必ずしも最良のものではなく、単なる例を示す。さらにまた、本明細書に表現する特徴および／または要素は、簡単化と理解の容易さとのために特定の寸法および／または相互の方位を有するように表現されていること、従って、実際の寸法および／または方位は、本明細書における表現とはかなり異なる場合があり得ることが認められるべきである。
本発明を、その特定の実施形態を参照してかなり詳細に記述したが、他の実施形態も可能である。従って、添付の請求項の本質および範囲は、この明細書の範囲内に含まれる記述および実施形態に限定されるべきではない。
本明細書に引用したすべての特許、公刊された特許出願および参考文献の教示は、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。
Claims (68)
- セラミックの構造要素と、
前記セラミックの構造要素の上に配置される少なくとも１つの電極と、
前記少なくとも１つの電極の上部に配置される表面誘電体層であって、基板を静電チャックに静電的にクランプするための電荷を形成するように前記電極における電圧によって活性化される表面層と、
を含む静電チャックであって、前記表面誘電体層は、
（ｉ）前記少なくとも１つの電極の上部に配置される、約５μｍ未満の厚さのアモルファスアルミナの絶縁体層と、
（ｉｉ）前記絶縁体層の上部に配置される誘電体層の積層体と、
を含み、前記誘電体層の積層体は、
（ａ）酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層と、
（ｂ）酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層と、
を含む、静電チャック。 - 前記表面誘電体層が約１μｍ〜約２５０μｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が窒化ケイ素の層を含む、請求項１または２に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が酸窒化ケイ素の層を含む、請求項１または２に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が１つ以上の電気絶縁層から構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 少なくとも１つの電気絶縁層が、原子層堆積法の薄膜堆積技法によって堆積される、請求項５に記載の静電チャック。
- 少なくとも１つの電気絶縁層が、化学蒸着法、プラズマ強化化学蒸着法、物理蒸着法、電子ビーム堆積法、スプレー被膜法、大気圧プラズマ堆積法、高圧プラズマ堆積法、電気化学堆積法およびスパッタ堆積法からなる群から選択される薄膜堆積技法によって堆積される、請求項５に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が、アルミナ、酸窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、遷移金属酸化物、遷移金属酸窒化物、レアアース酸化物およびレアアース酸窒化物からなる群から選択される材料から構成される、請求項５に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が、多結晶薄膜、アモルファス薄膜および準結晶薄膜からなる群から選択される材料の１つ以上の種類から構成される、請求項５に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層がコンフォーマルである、請求項５に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が１μｍ〜２５０μｍの間の厚さを有する、請求項５に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が１０μｍ〜７０μｍの間の厚さを有する、請求項１１に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が２５μｍ〜５０μｍの間の厚さを有する、請求項１２に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が、前記表面誘電体層の頂面および底面の間に印加される５００Ｖを超えるピーク電圧を保持する能力を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が、前記表面誘電体層の頂面および底面の間に印加される１０００Ｖを超えるピーク電圧を保持する能力を有する、請求項１４に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が−１５０℃〜＋７５０℃の温度において安定である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が、次の機能、すなわち、（１）高力誘電体バリア、（２）本質的に金属汚染が低くかつ低粒子源の誘電体層、（３）プラズマエッチングの抵抗表面、および（４）摩耗抵抗表面の少なくともいずれか１つを遂行する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が、原子層堆積法によって前記少なくとも１つの電極の上部に堆積される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層が、約０．５μｍ〜約２μｍの範囲の厚さを有する、請求項１８に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層の厚さが約１μｍである、請求項１９に記載の静電チャック。
- 前記誘電体層の積層体が、
ｉ）前記絶縁体層の上部に堆積される第１誘電体層であって、酸化ケイ素を含む第１誘電体層と、
ｉｉ）前記第１誘電体層の上部に第２誘電体層として堆積される少なくとも１つの誘電体層であって、酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層と、
ｉｉｉ）前記第２誘電体層の上部に第３誘電体層として堆積される少なくとも１つの誘電体層であり、酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層であって、酸化ケイ素を含む第３誘電体層と、
を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の静電チャック。 - 前記第１誘電体層が約１０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する、請求項２１に記載の静電チャック。
- 前記第１誘電体層の厚さが約２０μｍである、請求項２２に記載の静電チャック。
- 前記第２誘電体層が約１μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さを有する、請求項２１に記載の静電チャック。
- 前記第２誘電体層の厚さが約１０μｍである、請求項２４に記載の静電チャック。
- 前記第３誘電体層が約１０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する、請求項２１に記載の静電チャック。
- 前記第３誘電体層の厚さが約２０μｍである、請求項２６に記載の静電チャック。
- 前記セラミックの構造要素がアルミナを含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記セラミックの構造要素が窒化アルミニウムを含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記セラミックの構造要素が窒化ケイ素を含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記少なくとも１つの電極が、アルミニウム、チタン、モリブデン、銀、白金、金、ニッケル、タングステン、クロム、バナジウム、ルテニウム、鉄、パラジウム、ニッケル−コバルト−鉄合金、マンガンおよび窒化物の少なくともいずれか１つを含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記少なくとも１つの電極が窒化チタンを含む、請求項３１に記載の静電チャック。
- 前記少なくとも１つの電極が約０．５μｍ未満の厚さを含む、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記少なくとも１つの電極が約０．２５μｍ未満の厚さを含む、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層がイットリアおよびジルコニアの少なくともいずれかを含む、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記表面誘電体層が窒化ケイ素を含む、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記誘電体層の積層体が、
ｉ）酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層であって、前記絶縁体層の上部に配置される第１誘電体層である少なくとも１つの誘電体層と、
ｉｉ）酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む少なくとも１つの誘電体層であって、前記第１誘電体層の上部に配置される第２誘電体層である少なくとも１つの誘電体層と、
を含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の静電チャック。 - 前記第１誘電体層の厚さが約１０μｍである、請求項３７に記載の静電チャック。
- 前記第２誘電体層が約４０μｍ〜約５０μｍの範囲の厚さを有する、請求項３７または３８に記載の静電チャック。
- 前記静電チャックの基板接触表面が複数の突出部を含み、前記突出部は、前記複数の突出部を取り囲む前記静電チャックの基板接触表面の部分を超える高さに延びている、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記複数の突出部が約３μｍ〜約１５μｍの間の高さを含む、請求項４０に記載の静電チャック。
- 前記複数の突出部が約６μｍ〜約８μｍの間の高さを含む、請求項４１に記載の静電チャック。
- 前記複数の突出部が、エッチング加工された突出部または堆積された突出部の少なくともいずれかを含む、請求項４０に記載の静電チャック。
- 前記複数の突出部の少なくとも１つの突出部が、下部に位置する突出部の上部の基板接触表面被膜を含む、請求項４０に記載の静電チャック。
- 前記基板接触表面被膜が、原子層堆積法によって堆積されるアルミナを含む、請求項４４に記載の静電チャック。
- 原子層堆積法によって堆積されたアモルファスアルミナの拡散バリア層であって、前記誘電体層の積層体の上部に配置される拡散バリア層をさらに含む、請求項１〜４５のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記拡散バリア層が約０．２μｍ〜約１μｍの範囲の厚さを有する、請求項４６に記載の静電チャック。
- 前記拡散バリア層の上部に堆積された複数の突出部をさらに含む、請求項４６に記載の静電チャック。
- 前記拡散バリア層の上部に堆積された複数の突出部が酸化ケイ素を含む、請求項４８に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が少なくとも約２００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有する、請求項１〜４９のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が約２００Ｖ／μｍ〜約４００Ｖ／μｍの間の最小絶縁耐力を有する、請求項５０に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が少なくとも約５００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有する、請求項５０に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が少なくとも約８００Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を有する、請求項５０に記載の静電チャック。
- 酸窒化アルミニウムを含む前記少なくとも１つの誘電体層が少なくとも約５０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を含む、請求項１〜５３のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む前記少なくとも１つの誘電体層が、少なくとも約７０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を含む酸化ケイ素を含む、請求項１〜５４のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む前記少なくとも１つの誘電体層が、少なくとも約７０Ｖ／μｍの最小絶縁耐力を含む酸窒化ケイ素を含む、請求項１〜５５のいずれか一項に記載の静電チャック。
- ヒータをさらに含む、請求項１〜５６のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記ヒータが、前記セラミックの構造要素の背面側に堆積されかつ封入される抵抗発熱体を含む、請求項５７に記載の静電チャック。
- 少なくとも１つの埋め込み型温度センサをさらに含む、請求項５７または５８に記載の静電チャック。
- ガス孔、ガス流路、リフトピン孔および接地ピン孔の少なくともいずれか１つに丸められた端部を含む、請求項１〜５９のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電チャックの基板接触表面が、原子層堆積法による堆積アルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素およびケイ素富化酸化物の少なくともいずれか１つを含む、請求項１〜６０のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が約２容積％未満の気孔率を含む、請求項１〜６１のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が約１容積％未満の気孔率を含む、請求項１〜６２のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が約０．５容積％未満の気孔率を含む、請求項１〜６３のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記アモルファスアルミナの絶縁体層が、式ＡｌｘＯｙのアルミナを含み、この場合、ｘは１．８〜２．２の範囲内、ｙは２．６〜３．４の範囲内である、請求項１〜６４のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 酸窒化アルミニウムを含む前記少なくとも１つの誘電体層が、式ＡｌＯｘＮｙの酸窒化アルミニウムを含み、この場合、ｘは１．４〜１．８の範囲内、ｙは０．２〜０．５の範囲内である、請求項１〜６５のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む前記少なくとも１つの誘電体層が、式ＳｉＯｘの酸化ケイ素を含み、この場合、ｘは１．８〜２．４の範囲内である、請求項１〜６６のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 酸化ケイ素および酸窒化ケイ素の少なくともいずれかを含む前記少なくとも１つの誘電体層が、式ＳｉＯｘＮｙの酸窒化ケイ素を含み、この場合、ｘは１．６〜２．０の範囲内、ｙは０．１〜０．５の範囲内である、請求項１〜６７のいずれか一項に記載の静電チャック。
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