JP2610112B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

静電チャック装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電チャックに関し、具
体的には、ワークピースと静電チャックの１つまたは複
数の電極との間の静電引力により、ワークピースを支持
する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】静電チャックに関しては、過去１０年の
間に、広範囲にわたる仕事がなされてきた。１つの例は
米国特許第5,055,964号に記載されているものである。
【０００３】電流を切ってもクランプ力が持続するとい
う従来技術での問題を避けるのに使用できるチャックに
ついては、米国特許第5,103,367号に記載されている。
このチャックは交流を使って誘電体の分極を防いでい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明による静電チャ
ックにより、処理中のウェーハの背面と静電チャック本
体の間に真空アークが形成されるのを抑制できるように
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の真空アーク形成の
抑制は、ウェーハ上のプラズマによって誘導される自己
バイアス電位の近くで導電性の保護環を介在させ、これ
により、最も近い電極とウェーハとの間に等電位領域を
画定し、その電極とウェーハとの間の電圧を容量分割す
ることにより行う。
【０００６】
【実施例】図１に、双極の、すなわち、分割された電極
を持つ静電チャックの分解図を示す。チャックのより大
きな部分、すなわち基部電極２００は機械加工によりつ
くられた電極凹部２７０を持ち、第２の電極すなわち環
状電極１００を保持する。チャックを明瞭に示すため
に、環状電極１００が軸５０に沿って配置されている様
子を図示してある。基部電極２００は高くなった中央ハ
ブ２５０を持ち、基部電極２００の環状の縁２２０と共
に頂面２１０を形成している。公知のように、ワークピ
ースの下部表面上の誘導電荷による静電引力、並びに、
電極１００および２００によって形成されたキャパシタ
からワークピースまで延びる外縁電界により、双極チャ
ックは半導体ウェーハあるいはその他のワークピースを
頂面２１０に引きつける。
【０００７】図１に示すように、環状電極１００は内側
に垂直表面１５５を持ち、対応する中央ハブ２５０の垂
直表面２５５と組み合わせると、両垂直表面の間に内側
の凹部ギャップができる。同様に、相対応する外側表面
１０５と２０５により、外側の凹部ギャップができる。
一貫性のあるクランプ力が持てるように、これらのギャ
ップを高い精度で画定でき、繰り返し作れることが重要
である。電極凹部２７０の底部には２つの開口２３０が
あり、ピンを下からこの開口を通して環状電極１００を
持ち上げ、頂面１１０が基部電極２００の頂面２１０と
同一平面になるようにする。環状電極１００の最初の厚
さは、凹部２７０の底部（酸化された凹部の深さ）と環
状電極１００の底部（即ち環状電極１００の酸化された
厚さが持てるような）との間に、公称厚みが0.0254mm
(0.001インチ)から0.0762mm(0.003インチ)、典型的には
0.0508mm(0.002インチ)の結合ギャップができるように
作られる。
【０００８】絶縁の主な要件としては、ハード・コート
の陽極酸化、アルミナ、あるいは、他の絶縁体にかかわ
らず、コーティングが可能な限り非多孔性であって、そ
れにより、絶縁体の破壊電圧が可能な限り高くなるもの
でなければならない。絶縁破壊電圧が高くなればなるほ
ど両電極間のギャップが小さくなり得る。絶縁破壊電圧
は0.0254mm(0.001インチ)あたり少なくとも５００ボル
トあることが望ましい。絶縁体１０２と２０２を適用し
て最終的な厚さを0.0508mm(0.002インチ)にすることが
望ましい。この用途では、多孔度が重要である。プラズ
マが小孔を通り電極に接触する可能性があると、プラズ
マを介してアークができるか、電極がプラズマ電位に至
り、その電極を引き離すことが起こり得る。
【０００９】環状通路５１５が電極２００の頂面２１０
の外側部分の周囲に延びてガス配給溝を形成し、ガス
（例えばヘリウム）を両電極の頂面とウェーハの背面の
すきまに供給し、機械的な接触よりも大きな熱伝導が２
つの表面の間に与えられるようにしている。当業者には
明らかなように、チャックとウェーハの間の圧力を、チ
ャンバの公称圧力（0.5m Torr〜2 Torr）よりはるかに
大きな公称値（例えば10Torr）に保持する方法は、環状
通路５１５と周囲の真空との間の短い通路という障害物
「インピーダンス」を介して外側に向けてガスを流す方
法である。環状通路５１５の内側の圧力は、オームの法
則にならって表現すれば、ウェーハと基部電極２００と
の間の非常に狭い通り道というインピーダンスに流れを
掛けた値に等しい。したがって、表面の粗さ、およびチ
ャックとウェーハ６００（図２参照）との間の引力によ
ってきまる「インピーダンス」が与えられたとき、所望
の範囲の圧力を保つのに十分な所定のガス量を流すこと
が重要であることがわかる。
【００１０】下方に向いている保護環３００は、把持電
極の頂面２１０と同一平面になる頂面を有する薄い導電
性部材２６５を持っている。また、保護環３００は環状
の電界形成環３０２（図２参照）を持っていて、チャッ
クからワークピースの外側のプラズマに放射状に通じる
外縁の無線周波数（以下ＲＦと略す）電界を形作る役を
している。
【００１１】図２に、チャックの電極１００および２０
０が浮動基部２６０によって囲まれた、本発明の実施例
の１部の断面図を、部分的に描写図、部分的に図式図で
示す。チャックは対称的であるので、１面のみ示してあ
る。基部２６０は電極２００から絶縁され、ウェーハ電
位に近い電位Ｖbaseに容量結合することにより浮動して
いる。ウェーハ６００はプラズマと接触し、したがっ
て、時平均で、プラズマ電位Ｖpよりはるかに低い自己
バイアス電位Ｖsbにある。基部の正確な電圧は具体的な
装置の詳細な寸法と形状に依存する。プラズマ内で電子
雲を保つために、時平均プラズマ電位は装置内で常に最
高である。真空チャンバの壁は通常接地され、チャック
の電圧は、プラズマと壁との間の壁のキャパシタンス、
および、プラズマとウェーハとの間のウェーハのキャパ
シタンスの比に依存した中間的な電圧を持つ。チャック
は壁よりはるかに小さく、２つのキャパシタを介したＲ
Ｆ電流は等しくなければならないから、プラズマとチャ
ックの間の空間電荷層での電圧降下は、壁の空間電荷層
での電圧降下よりもはるかに大きくなければならない。
（例えばLam Research model 4520のような極めて対称
的な構造を持つチャンバでは、Ｖsbは殆どゼロになるこ
とがある。）したがって、ウェーハ上の時平均電圧Ｖsb
（前面、背面ともに実質的に等しくなる）は、典型的に
は接地電圧より小さい。
【００１２】チャックの２つの電極は、Ｖsbの上および
下のある電位でバイアスされる。電極をバイアスするに
は、予備的試験または計算をしてバイアス値を決めて行
うか、実時間でプラズマ電圧を測り、その測定された電
圧に関してバイアスするか、どちらかにより行える。
【００１３】図２の左側にＤＣ電圧とＲＦ電力の電気的
接続を示す。ＤＣ電圧は公称６００ボルトであり、電極
２００と１００の間に印加される。用途により、電圧は
殆ど０ボルトから約８００ボルトまでの間の広い範囲に
わたる。ＲＦ接続は、直径200mmのチャックに対し、13.
56MHzで公称１０００ワットである。ＲＦ周波数と電力
は、チャックを載せるチャンバの製造者によって決めら
れ、エッチング・ガスのタイプ、エッチングされる物
質、ウェーハの大きさ、およびチャンバの大きさによっ
て変わる。ＲＦ電力はゼネレータ６３０から、２つのボ
ックス６１０と６２０に供給される。ボックス６１０と
６２０はそれぞれ電極２００と１００に接続された、通
常のインピーダンス整合と電力配給のサブ装置を表す。
通常のＤＣ電源２３５は、図３に示すように低域通過フ
ィルタによって分離されていて、ＤＣバイアスを供給す
る。当業者には明らかなように、ＲＦ電力は、電極２０
０の上方でプラズマに結合されている電力と、電極１０
０の上方でプラズマに結合されている電力との間の平衡
をとるために、いくつかの異なる点に供給することがで
きる。例えば、電極２００に単一の供給を行い、ギャッ
プ１１２を介して電極１００に容量結合をする方法、あ
るいは、電極のどちらか一方に直接接続させ、電極のも
う１つにはインピーダンス整合および電力平衡装置を接
続させる方法、あるいは、電極２００および／または電
極１００をいくつかの点で接続する方法がある。ＲＦ電
力の供給を、電極２００と電極１００の間の余分なキャ
パシタンスを補償し、プラズマの中に結合された電力を
２つの電極にとって等しくするために使うか、あるい
は、供給を意図的に不均衡にして、チャンバの寸法のち
がいの効果を補償し、ある部分により大きい電力を供給
してエッチングの均一性を保つようにすることもできよ
う。
【００１４】図２に示した実施例では、浮動保護環２６
５は薄い誘電物質のコーティング（電極１００および２
００をコーティングしているのと同じアルミナでコーテ
ィングすることが望ましい）によって、プラズマ、電極
２００、ウェーハ６００、および、プラズマに蓄えられ
たエネルギから絶縁されている。保護環２６５はＶsbに
近い電位にある。典型的な装置では、時平均プラズマ電
圧は＋１００Ｖ，対応するウェーハ電位（自己バイアス
電位）はマイナス３００Ｖ，電極１００および２００は
０Ｖおよびマイナス６００Ｖとすることができる。
【００１５】基部２６０の垂直部分において、保護環２
６５がない場合には、電極２００の角２２２およびウェ
ーハ６００の角６０２における高い電界によって引き起
こされる真空アーク（電極２００、および、ウェーハ６
００またはプラズマの間の真空を介してのアーク放電）
が存在する。プラズマは電子に富み、電極２００上のア
ルミナ絶縁は多孔性であるので、電子が小孔を通してア
ルミニウム電極の表面に浸透し放電開始を起こり易くす
る。熱電子の放射と瞬間電界が放電の発生に寄与する。
保護環２６５の主たる目的は、両電極の周辺において等
電位になる中間領域を作ることによって、ウェーハ６０
０の背面の角、および／または、角領域のプラズマと電
極２００との間の放電を防ぐことにある。これができる
のは、保護環２６５が導電性であり、電極２００と保護
環２６５（Ｖsbの値またはＶsbに近い値を持つ）との間
のキャパシタンスにかかる電位を降下させ、放電が起こ
る可能性を減らし、電極の角と表面の間の通り道を物理
的に遮断することにより、放電を起こす電子が流れない
ようにできるからである。
【００１６】さらに基部２６０の保護環２６５は、ウェ
ーハ６００の底部とその垂直距離が近く（名目的には接
触している）、したがって、電極２００に接触するプラ
ズマの量を減らし、電極２００の寿命を延ばす。熱伝導
ガスが、環状通路５１５から保護環２６５とウェーハ６
００との間の非常に狭い空間を通って真空に向けて流れ
出るので、当業者が予測するように、通常、ガス放電装
置の中で起こるように、ガスが電子とイオンの源にな
り、その領域での絶縁破壊の危険を増すはたらきをす
る。
【００１７】この配列には、電極２００と保護環２６５
の間に生ずる第２のキャパシタにより、保護環２６５の
上方部分でのウェーハ６００へのＲＦ結合が、電極２０
０の上方でのＲＦ結合にくらべて減少するという欠点が
ある。さらに、ウェーハ６００が保護環２６５の全領域
に延び、また、誘電物質の電界形成環３０２の上方にウ
ェーハ６００が意図的に張り出しているので、この部分
でのＲＦ電力がさらに減少する。この張り出し部は保護
環２６５のプラズマへの露出を減少させるが、結合が減
るという犠牲を伴う。具体化として望ましいのは、保護
環２６５の幅は1〜1.5mmで、電界形成環３０２上方のウ
ェーハ６００の張り出しは2mmである。さらに、電界形
成環３０２は外縁ＲＦ電界がプラズマの中に流れるよう
に形作るはたらきをするので、ウェーハの縁でのエッチ
ングの均一性が向上する。電界形成環３０２に適した物
質はアルミナまたは石英である。電界形成環３０２の水
平方向の寸法は、接地電位あるいは他の低い電位からの
オフセットを供することによってウェーハの上方の電界
を形作るように定められ、そうすることにより、ウェー
ハ上方の電界が、エッチングされる表面に対して垂直に
なるようにする。電界形成環３０２の厚さは、電界形成
環３０２上方でのプラズマへの結合をウェーハ６００上
方での結合にくらべて減らし、したがって、その領域で
のプラズマが弱く励起され、電界形成環３０２が非常に
ゆっくりエッチングされるように定められる。電界形成
環の物質は腐食しにくいということのみでなく、プロセ
ス中に、電界形成環をエッチングした結果の反応生成物
が非干渉性であるということによって選ばれる。周波数
に依存するウェーハの導電性に起因して、周波数依存の
結合がウェーハのエッジ部に存在する。１０13／ｃｍ3
のドーパント濃度を有する程度に軽くドープされた典型
的な基板では、ウェーハは４００ＫＨｚで非常に高いＲ
Ｆ導電率を持ち、１３.５ＭＨｚでは中程度の導電率を
持ち、４０ＭＨｚでは低い導電率を持つ。
【００１８】図４にバイアスを制御する方法を示す。図
３に示したようにＤＣ電源２３５により電極１００およ
び２００がバイアスされ、ＲＦがゼネレータ６３０から
通常の整合網６１５を介して供給される。結合キャパシ
タ６１９およびダイオード６１８が、低域通過フィルタ
２３７を介して、モニタリング目的のための少量の電力
を、抵抗鎖６１３にわたす。抵抗鎖の上のタップがＤＣ
電源２３５に基準を供給し、電極１００および２００が
その基準に関してバイアスされる。抵抗鎖６１３のＲ１
およびＲ２の比は、必要に応じて対称あるいは非対称形
で、所望のバイアスを供給できるように、最初の較正の
間に経験的にセットされる。
【００１９】図５に、感知ピン２６２がプラズマに露出
され、また、基部２６０と接触し、それにより、基部２
６０が自己バイアス電位になっている別の実施例を示
す。感知ピン２６２は、プラズマの化学的特性により、
黒鉛、ドープされたＳｉあるいはＳｉＣ等の腐食しにく
い物質で作られる。感知ピン２６２はプラズマ電位を渡
すだけで少量の電流しか使わないので、導電性が高くな
くてもよい。感知ピン２６２は用途に応じ、都合のよい
数だけ使うことができる。ＤＣとＲＦ電力の接続は、図
２に示したように行われる。
【００２０】図６に電極１００および２００がＶsbに関
してバイアスされる本発明のもう１つの実施例を示す。
図６の左側に示すように、誘電性の環３００が、プラズ
マと接触している導電性要素３１０を通す１つまたは複
数のホールを持っている。導電性要素３１０は、プラズ
マの化学的特性により、黒鉛、ドープしたＳｉあるいは
ＳｉＣ等の腐食しにくい物質でつくるのが望ましい。導
電性要素３１０は、Ｖsbを渡すだけで少量の電流しか使
わないので、導電性が高くなくてもよい。誘電性の環３
００の物質はアルミナ、石英、あるいは他の耐久性のあ
る誘電物質でよい。バイアス源２３５が、Ｖsbに関して
対称的に、電極１００および２００をバイアスするよう
に参照されている。１つの例では、プラズマ電圧は＋１
００Ｖ、ウェーハ６００上の自己バイアス電圧はマイナ
ス３００Ｖ、電極１００と２００の間の電圧は６００
Ｖ、電極１００と２００の上の電圧はそれぞれ０Ｖとマ
イナス６００Ｖである。あるプロセスでは、プロセス中
にＶsbが変動し得るので、バイアスが自動参照および自
動調整できることは本発明の優れた特徴である。当業者
には明らかなように、バイアス電圧は必要に応じ非対称
にすることもできる。例えば、縁の上のガス封印は電圧
の関数であるので、ある用途においては、縁の上の電圧
を高めることが有利な場合がある。当業者には明らかな
ように、図５に示した実施例を使用して、プラズマ基準
を供給することもできる。
【００２１】図６の右側に、電極１００および２００が
電気的に結合されていない別の実施例を示す。この実施
例では、絶縁環１１１（実施例として、アルミナ、窒化
硼素、または比較的高い熱特性を持つ他の絶縁体で形成
されている）が、両電極の結合を解くのに十分な垂直方
向の厚さを持っている。実施例の200mmのチャックに対
しては、両電極間のキャパシタンスは500pF以下である
ことが望ましい。絶縁環１１１の形状は単純な環状では
なく、半径の内側の部分が高い形状のものである。コス
トをかけてもこのような方法を採用する理由は、電極１
００と２００の間のキャパシタンスを減じ、ＲＦ電力配
分を調整するためである。
【００２２】両電極間の半径方向のギャップは、ワーク
ピースをよく掴むための外縁電界を強くするためには比
較的小さく（0.508mm(0.020インチ)）すべきであるが、
ギャップを小さくするとキャパシタンスが増える。絶縁
環１１１が表面まで延びていないのは、外縁電界からの
上述の制約と、セラミックの熱伝導率がアルミニウムの
熱伝導率よりはるかに小さいという理由による。したが
って、セラミックが表面まで延びている場合には、半径
方向に温度の不連続が起こり得る。当業者には明らかな
ように、最終的な寸法は、結合されたＲＦ電力の半径方
向の差異、温度差、および、ウェーハのクランプ力に対
するプロセスの感度を含む、通常の工学上のトレードオ
フに依存する。この実施例では、絶縁環１１１の厚さは
主部分で3.175mm（0.125インチ）の厚さ、内側部分で8.
636mm（0.340インチ）の厚さであった。電極１００の内
径での公称の厚さは3.175mm（0.125インチ）であった。
【００２３】この実施例では、図１の実施例で示した外
側の縁２１０を欠いており、ガスを供給する環状通路５
１５は電極１００の中にあることに留意されたい。この
実施例は、図５に示したものと同様の保護環３００も持
っている。また、図６の左側に示したような感知電極３
１０も使うことができる。
【００２４】図６のボックス６１５は図７に示す結合回
路を表している。ＤＣ電源６３５はＲＦチョークにより
分離され、通常の方法でグラウンドに容量分路され、電
極１００および２００に、容量結合器と共に並列に接続
されている。容量結合器には、小さな固定キャパシタＣ
２が可変キャパシタＣ３と並列になっている。可変キャ
パシタＣ３は、電極２００の上のプラズマとは異なる影
響を電極１００の上のプラズマに与えるチャンバの形状
を反映した非均一な電界によって起こされるプラズマ生
成の半径方向の変動を調整し補償するために使用され
る。周波数に依存したウェーハの導電率により、この装
置はより高い周波数においてより良く機能する。
【００２５】米国特許第4,554,611号に記載されている
ような従来の技術のチャックにおいては、初期のチャッ
クに使われた非常に高い電圧と誘電物質により誘電物質
中の移動イオンが捕獲され誘電物質が分極するので、誘
電物質とウェーハとを組み合わせると、ウェーハをはず
す前にＤＣ引力電圧を切った後、かなりの減衰時間があ
った。米国特許第5,103,367号に記載の装置では、引き
つけ合う電極間にＡＣ励振を使用して電界を繰り返しゼ
ロに戻し、存在する可能性のある移動イオンによる執拗
な分極形成を阻止することにより、上記の問題を軽減し
ている。本発明にＡＣ励振を使用した場合には、ガス圧
力からの力の平衡をとっている値以下に電圧が降下した
時に、冷却ガスの圧力によって、ウェーハがチャックか
らはじけあがってしまう。ウェーハを200mmとしガス圧
力を10 Torrとした場合、ガス圧力の平衡をとるのに必
要な電圧は２００〜３００Ｖである。
【００２６】本発明の装置においては、クランプ力の保
持が問題ではなく、より大きな関心事は、両電極とウェ
ーハの間の誘電体の絶縁破壊である。本発明で使用され
る非常に薄い誘電体では、誘電体の厚さと絶縁破壊の危
険性との間に微妙なバランスがある。公知のように、ク
ランプ力は（Ｖ／ｄ）2に比例する。ここでＶは電圧で
あり、ｄは誘電体の厚さである。したがって、厚さを２
倍にし、同じクランプ力を維持し絶縁破壊抵抗を増さな
いようにするには、電圧も２倍にしなければならない。
技術の教示することに反し、ＲＦ電圧とクランプ力電圧
を組み合わせると、ウェーハと電極の間に誘電体の絶縁
破壊が起き得ることがわかっている。従来の技術、すな
わち、非常に高い電圧とそれに対応する強い誘電体を使
うか、また、ＲＦを使ったとしてもクランプ力電圧と同
じ絶縁領域を介してＲＦを供給しない装置では、問題に
ならなかった。
【００２７】当業者には明らかなように、ＲＦ電圧がＤ
Ｃクランプ力電圧に重ねられるので、ハード・コート絶
縁上の応力は周波数に依存する。ある用途においては、
電極とウェーハとの間のキャパシタンスにかかるＲＦ電
圧（∝１/ωC）は、ＤＣクランプ力電圧に加わると、絶
縁体の破壊電圧を超えることがある。この危険性が最も
高いのは、プラズマが４００ＫＨｚで励振される周波数
の低い装置（例えばLam System 4520）においてであ
る。本発明を使用した装置において、例えば、基部とウ
ェーハの間のキャパシタンスが約6,000pFである場合、
４００ＫＨｚのＲＦ電圧信号と公称２〜３ＡのＲＦ電流
により、絶縁体にかかる２００〜４００ＶのＲＦ電圧が
作られる。
【００２８】前述の米国特許第5,103,367号は、本発明
とは根本的に異なる、１つの望ましいＲＦ実施例を教示
している。図８において、ＲＦ適用の望ましい実施例と
して薄膜絶縁体が開示されている。ＲＦがどのようにチ
ャックを通ってプラズマの中に供給されるか、すなわ
ち、電極との直接接触を通してか、あるいは、ＲＦ参照
電極を介しての容量結合によるのか、については何も教
示していない。また、上記の米国特許の装置において
は、ウェーハの外側のＲＦ参照電極の広範な領域がある
ことにより、ウェーハの上方よりもウェーハの外側でプ
ラズマがより強く励振されることを意味し、これは、Ｒ
Ｆ参照電極の腐食を大きく増し、エッチング工程に干渉
をするという不都合な点がある。
【００２９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）真空環境でＤＣ電位の静電引力により、ワークピ
ース半径を有するワークピースを保持する静電チャック
装置であって、ハード・コートのアルミナでコーティン
グした少なくとも２つの円転対称な同心円のアルミニウ
ム電極を有し、該電極が合わさって１つの平坦なクラン
プ平面を形成し、上記アルミニウム電極の少なくとも１
つがその中にガス供給手段を備えており、さらに該装置
において、上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が
上記ワークピース半径よりも保護環のはばだけ小さい外
側半径の電極を有し、上記外側電極が、上記ワークピー
スより張り出し部分だけ小さい外側半径を有する導電性
保護環で囲まれ、上記保護環は、その頂面が上記クラン
プ平面と実質的に同一平面にあり、上記外側電極から絶
縁層分離され、且つ上記外側電極および上記ワークピー
スに容量結合しており、それにより、上記保護環は、上
記ワークピースの電位に実質的に等しい等電位領域を上
記ワークピースと上記外側電極との間に確立することに
より、上記ワークピースおよび上記外側電極の間の真空
アークを抑制するようにしたことを特徴とする静電チャ
ック装置。ここで、上記保護環のはばとは、保護環のワ
ークピースに対向している面における半径方向の距離を
いう。 （２）ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのアルミニウ
ム電極に供給され該電極から上記ワークピースに結合さ
れ、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合され、そこ
から上記外側電極の半径より大きな半径部分のワークピ
ース部分に容量結合されていることをさらに特徴とす
る、上記（１）に記載の静電チャック装置。 （３）環状の誘電性電界形成環が、上記保護環から半径
に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の外側半径
に実質的に等しい電界形状のための内側半径を有し、そ
れにより、上記ワークピースが上記環状誘電性電界形成
環と重なることをさらに特徴とする、上記（２）に記載
の静電チャック装置。 （４）上記アルミニウム電極の一方が環状を有し上記ア
ルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、上記両電
極がその間に少なくとも１つの界面を有し、ＲＦ電力が
上記両電極に直接接続され、該ＲＦ電力が上記外側電極
から上記保護環に容量結合され、上記両電極が、上記両
電極の間の上記界面に隣接する半径方向に沿った領域に
あって十分な厚みを持つ環状の絶縁性部材によって分離
されていることをさらに特徴とする、上記（３）に記載
の静電チャック装置。 （５）ガスが、上記外側電極の上記頂面の上の配給溝か
ら半径に沿って外側に向かい上記ワークピースおよび上
記保護環の間を流れることをさらに特徴とする、上記
（１）に記載の静電チャック装置。 （６）ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのアルミニウ
ム電極に供給され、該電極から上記ワークピースに結合
され、且つ上記ＲＦ電力が上記保護環に容量結合され、
そこから、上記外側電極の半径より大きな半径部分のワ
ークピース部分に容量結合されていることをさらに特徴
とする、上記（５）に記載の静電チャック装置。 （７）環状の誘電性電界形成環が、上記保護環から半径
に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の外側半径
に実質的に等しい電界形状のための内側半径を有し、そ
れにより、上記ワークピースが上記環状誘電性電界形成
環と重なることをさらに特徴とする、上記（６）に記載
の静電チャック装置。 （８）上記アルミニウム電極の一方が環状を有し上記ア
ルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、上記両電
極がその間に少なくとも１つの界面を有し、ＲＦ電力が
上記両電極に直接接続され、ＲＦ電力が上記外側電極か
ら上記保護環に容量結合され、上記両電極が、上記両電
極の間の上記界面に隣接する半径方向に沿った領域にあ
って十分な厚みを持つ環状の絶縁性部材によって分離さ
れていることをさらに特徴とする、上記（７）に記載の
静電チャック装置。 （９）真空環境でＤＣ電位の静電引力により、ワークピ
ース半径を有するワークピースを保持する静電チャック
装置であって、ハード・コートのアルミナでコーティン
グした少なくとも２つの円転対称な同心円のアルミニウ
ム電極を有し、該電極が合わさって１つの平坦なクラン
プ平面を形成し、上記アルミニウム電極の少なくとも１
つがその中にガス供給手段を備えており、さらに該装置
において、上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が
上記ワークピース半径よりも保護環のはばだけ小さい外
側半径の電極を有し、上記外側電極が、上記ワークピー
スより張り出し部分だけ小さい外側半径を有する導電性
保護環で囲まれ、上記保護環は、その頂面が上記クラン
プ平面と実質的に同一平面にあって上記外側電極から絶
縁層分離され、上記導電性保護環が該保護環から延びプ
ラズマに露出している少なくとも１つの感知ピンを有し
て上記保護環を上記プラズマ電位に高め、それにより、
上記保護環は、上記プラズマ電位に実質的に等しい等電
位領域を上記ワークピースおよび上記外側電極の間に確
立することにより、上記ワークピースおよび上記外側電
極の間の真空アークを抑制するようにしたことを特徴と
する静電チャック装置。 （１０）ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのアルミニ
ウム電極に供給され該電極から上記ワークピースに結合
され、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合され、そ
こから上記外側電極の半径より大きな半径部分のワーク
ピース部分に容量結合されていることをさらに特徴とす
る、上記（９）に記載の静電チャック装置。 （１１）環状の誘電性電界形成環が、上記保護環から半
径に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の外側半
径に実質的に等しい電界形状のための内側半径を有し、
それにより、上記ワークピースが上記環状誘電性電界形
成環と重なることをさらに特徴とする、上記（１０）に
記載の静電チャック装置。 （１２）上記アルミニウム電極の一方が環状を有し上記
アルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、上記両
電極がその間に少なくとも１つの界面を有し、ＲＦ電力
が上記両電極に直接接続され、該ＲＦ電力が上記外側電
極から上記保護環に容量結合され、上記両電極が、上記
両電極の間の上記界面に隣接する半径方向に沿った領域
にあって十分な厚みを持つ環状の絶縁性部材によって分
離されていることをさらに特徴とする、上記（１１）に
記載の静電チャック装置。
【００３０】
【発明の効果】従来技術には、引きつけ合う電極間にＡ
Ｃ励振を使用して電界を繰り返しゼロに戻し、移動イオ
ンによる誘電体の分極を防ぎ、電流を切ってもクランプ
力が持続するという問題を軽減する装置があった。本発
明は、ウェーハの上のプラズマにより誘導された自己バ
イアス電位の近くで導電性の保護環を介在させ、ウェー
ハと、そのウェーハに最も近い電極との間に等電位領域
を画定し、その電極とウェーハとの間の電圧を容量分割
し、静電チャックが、プロセス中のウェーハの背面と静
電チャック本体との間に真空アークが形成されるのを抑
制できるようにしたものである。これにより、真空環境
で、ＤＣ電位の静電引力によりワークピースを保持する
静電チャック装置を構成するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の斜視図。
【図２】図１で示した本発明実施例の１部の断面図。
【図３】本発明で使用する電源の略回路図。
【図４】図３で示した電源をバイアスする方法を示す略
回路図。
【図５】本発明の別の実施例の断面図。
【図６】本発明のまた別の実施例の断面図。
【図７】本発明で使用するＲＦ結合回路。
【符号の説明】 ５０ 軸 １００ 環状電極 １０２、２０２ 絶縁体 １１０、２１０ 頂面 １１１ 絶縁環 １０５、２０５ 外側表面 １５５、２５５ 垂直表面 ２００ 基部電極 ２２０ 環状の縁 ２２２ 電極２００の角 ２３０ 開口 ２３５、６３５ ＤＣ電源 ２３７ 低域通過フィルタ ２５０ 中央ハブ ２６０ 浮動基部 ２６２ 感知ピン ２６５ 浮動保護環 ２７０ 電極凹部 ３００ 誘電性環 ３０２ 電界形成環 ３１０ 導電性要素または感知電
極 ５１５ 環状通路即ちガス配給溝 ６００ ウェーハ ６０２ ウェーハの角 ６１０、６２０ インピーダンス整合及び
電力配給装置 ６１３ 抵抗鎖 ６１５ 整合網 ６１８ ダイオード ６１９ 結合キャパシタ ６３０ ゼネレータ ６３５ ＤＣ電源
フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ハワード・ケラー アメリカ合衆国12550ニューヨーク州ニ ューバーグ、オデル・サークル 28ビー (72)発明者 ジョセフ・スキナー・ローガン アメリカ合衆国02835ロードアイランド 州ジェームスタウン、シーサイド・ドラ イブ 149 (72)発明者 ロバート・イーライ・トムキン アメリカ合衆国12569ニューヨーク州プ レザント・バレー、 ホワイトフォー ド・ドライブ 243 (72)発明者 ロバート・ピーター・ウェストフィール ド、ジュニア アメリカ合衆国12549ニューヨーク州モ ンゴメリー、ワシントン・アベニュー 90

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空環境でＤＣ電位の静電引力により、
    ワークピース半径を有するワークピースを保持する静電
    チャック装置であって、ハード・コートのアルミナでコ
    ーティングした少なくとも２つの円転対称な同心円のア
    ルミニウム電極を有し、該電極が合わさって１つの平坦
    なクランプ平面を形成し、上記アルミニウム電極の少な
    くとも１つがその中にガス供給手段を備えており、さら
    に該装置において、 上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が上記ワーク
    ピース半径よりも保護環のはばだけ小さい外側半径の電
    極を有し、 上記外側電極が、上記ワークピースより張り出し部分だ
    け小さい外側半径を有する導電性保護環で囲まれ、上記
    保護環は、その頂面が上記クランプ平面と実質的に同一
    平面にあり、上記外側電極から絶縁層分離され、且つ上
    記外側電極および上記ワークピースに容量結合してお
    り、それにより、上記保護環は、上記ワークピースの電
    位に実質的に等しい等電位領域を上記ワークピースと上
    記外側電極との間に確立することにより、上記ワークピ
    ースおよび上記外側電極の間の真空アークを抑制するよ
    うにしたことを特徴とする静電チャック装置。
  2. 【請求項２】 ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのア
    ルミニウム電極に供給され該電極から上記ワークピース
    に結合され、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合さ
    れ、そこから上記外側電極の半径より大きな半径部分の
    ワークピース部分に容量結合されていることをさらに特
    徴とする、請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 【請求項３】 環状の誘電性電界形成環が、上記保護環
    から半径に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の
    外側半径に実質的に等しい電界形状のための内側半径を
    有し、それにより、上記ワークピースが上記環状誘電性
    電界形成環と重なることをさらに特徴とする、請求項２
    に記載の静電チャック装置。
  4. 【請求項４】 上記アルミニウム電極の一方が環状を有
    し上記アルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、
    上記両電極がその間に少なくとも１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記両電極に直接接続され、該ＲＦ電力が上
    記外側電極から上記保護環に容量結合され、 上記両電極が、上記両電極の間の上記界面に隣接する半
    径方向に沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶
    縁性部材によって分離されていることをさらに特徴とす
    る、請求項３に記載の静電チャック装置。
  5. 【請求項５】 ガスが、上記外側電極の上記頂面の上の
    配給溝から半径に沿って外側に向かい上記ワークピース
    および上記保護環の間を流れることをさらに特徴とする
    請求項１に記載の静電チャック装置。
  6. 【請求項６】 ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのア
    ルミニウム電極に供給され、該電極から上記ワークピー
    スに結合され、且つ上記ＲＦ電力が上記保護環に容量結
    合され、そこから、上記外側電極の半径より大きな半径
    部分のワークピース部分に容量結合されていることをさ
    らに特徴とする、請求項５に記載の静電チャック装置。
  7. 【請求項７】 環状の誘電性電界形成環が、上記保護環
    から半径に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の
    外側半径に実質的に等しい電界形状のための内側半径を
    有し、それにより、上記ワークピースが上記環状誘電性
    電界形成環と重なることをさらに特徴とする、請求項６
    に記載の静電チャック装置。
  8. 【請求項８】 上記アルミニウム電極の一方が環状を有
    し上記アルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、
    上記両電極がその間に少なくとも１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記両電極に直接接続され、ＲＦ電力が上記
    外側電極から上記保護環に容量結合され、 上記両電極が、上記両電極の間の上記界面に隣接する半
    径方向に沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶
    縁性部材によって分離されていることをさらに特徴とす
    る、請求項７に記載の静電チャック装置。
  9. 【請求項９】 真空環境でＤＣ電位の静電引力により、
    ワークピース半径を有するワークピースを保持する静電
    チャック装置であって、ハード・コートのアルミナでコ
    ーティングした少なくとも２つの円転対称な同心円のア
    ルミニウム電極を有し、該電極が合わさって１つの平坦
    なクランプ平面を形成し、上記アルミニウム電極の少な
    くとも１つがその中にガス供給手段を備えており、さら
    に該装置において、 上記の少なくとも２つの電極の外側の電極が上記ワーク
    ピース半径よりも保護環のはばだけ小さい外側半径の電
    極を有し、 上記外側電極が、上記ワークピースより張り出し部分だ
    け小さい外側半径を有する導電性保護環で囲まれ、上記
    保護環は、その頂面が上記クランプ平面と実質的に同一
    平面にあって上記外側電極から絶縁層分離され、 上記導電性保護環が該保護環から延びプラズマに露出し
    ている少なくとも１つの感知ピンを有して上記保護環を
    上記プラズマ電位に高め、それにより、上記保護環は、
    上記プラズマ電位に実質的に等しい等電位領域を上記ワ
    ークピースおよび上記外側電極の間に確立することによ
    り、上記ワークピースおよび上記外側電極の間の真空ア
    ークを抑制するようにしたことを特徴とする静電チャッ
    ク装置。
  10. 【請求項１０】ＲＦ電力が、上記の少なくとも２つのア
    ルミニウム電極に供給され該電極から上記ワークピース
    に結合され、且つ該ＲＦ電力が上記保護環に容量結合さ
    れ、そこから上記外側電極の半径より大きな半径部分の
    ワークピース部分に容量結合されていることをさらに特
    徴とする、請求項９に記載の静電チャック装置。
  11. 【請求項１１】環状の誘電性電界形成環が、上記保護環
    から半径に沿って外側に向けて配置され、上記保護環の
    外側半径に実質的に等しい電界形状のための内側半径を
    有し、それにより、上記ワークピースが上記環状誘電性
    電界形成環と重なることをさらに特徴とする、請求項１
    ０に記載の静電チャック装置。
  12. 【請求項１２】上記アルミニウム電極の一方が環状を有
    し上記アルミニウム電極の他方の凹部の中で支持され、
    上記両電極がその間に少なくとも１つの界面を有し、 ＲＦ電力が上記両電極に直接接続され、該ＲＦ電力が上
    記外側電極から上記保護環に容量結合され、 上記両電極が、上記両電極の間の上記界面に隣接する半
    径方向に沿った領域にあって十分な厚みを持つ環状の絶
    縁性部材によって分離されていることをさらに特徴とす
    る請求項１１に記載の静電チャック装置。
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