JP2000509552A

JP2000509552A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2000509552A
Application number: JP9529650A
Authority: JP
Inventors: イー．ベイツ，ハーバート
Original assignee: サフィコンインコーポレイテッド
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2000-07-25
Also published as: EP0900475A1; US5754391A; EP0900475A4; CA2254051A1; WO1997044891A1

Abstract

(57)【要約】本発明の静電ウェーハ保持チャック（１０）は、単結晶酸化アルミニウムより形成される第１および第２の誘電体板（１４）および（２０）と、第１誘電体板（１４）内に形成される凹部（１４Ａ）内に配置される少なくとも一つの電極（１６）を備える。第２誘電体板（２０）は、その頂部ウェーハ支持表面（２０Ａ）に流体分配網（２８）が形成される。流体分配網（２８）は、熱伝達媒体をウェーハ（Ｗ）の後面に導く。第１誘電体板（１４）と第２誘電体板（２０）が組み立てられるとき、第１誘電体板（１４）は第２誘電体板（２０）に隣接して配置され、モノリシックな密封静電チャック（１０）を形成するように拡散的に一緒に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】静電チャック［産業上の利用分野］本発明は半導体基板をチャックに固定する方法および装置に関し、特定すると半導体基板をチャックに静電的にクランピングするための方法および装置に関する。［発明の背景］集積回路の製造においては、半導体ウェーハを処理し加工するために多数の十分に確立されたプロセスが使用されている。従来の処理技術とともにウェーハをクランピングするための装置を使用できる。これらのプロセスとして、例えば化学的蒸着、イオン注入、イオンビームミリングおよび反応性イオンエッチング等がある。一つの例は、従来形式のイオン注入システムであるが、このシステムは所望のドーパントをイオン化するイオン源を含み、そしてこのイオン源は規定のエネルギのイオンビームを形成するように加速される。イオンビームはターゲットウェーハの上部表面に向けられる。ビーム内のエネルギッシュなイオンは半導体物質の内部内に侵入し、半導体物質の結晶格子内に埋め込まれ、所望の導電性の領域を形成する。このイオン注入プロセスは、普通、ウェーハ処理アセンブリを覆う高真空、気密の処理チャンバ内で遂行される。従来形式のイオン注入システムの重要な特徴は、ウェーハ処理アセンブリに半導体ウェーハを固定ないしクランプピングすることである。このクランピングの特徴は、ウェーハをウェーハ処理（ハンドリング）アセンブリの比較的冷いプラテン表面に堅固にかつしっかりとクランプすることによってウェーハの冷却を容易にしながら、ウェーハを選択された位置に適正に位置づけることである。ウェーハの冷却は、主たる目的が単位時間当り処理されるウェーハに関して高スループットの注入システムを得ようとする商業的半導体処理において特に重要である。このような高スループットのシステムを得る一つの方法は、比較的高電流のイオンビームを使用して、比較的短い時間期間でウェーハに注入を行うことである。しかしながら、高電流注入装置の使用は比較的多量の熱を発生し、この熱が、ウェーハ内に規定の限界を超えて不純物の制御されない拡散をもたらし、パターン化されたホトレジスト層の劣化をもたらす。かくして、普通、最大のウェーハ温度を制限するためにウェーハを冷却するためクランピング機構と協働する構造体を提供することが必要である。ウェーハをウェーハ処理アセンブリにクランピングして冷却するための種々の技術が開発されており、技術的に周知である。一つの周知の技術に従うと、ウェーハは、ウェーハの外周部分と係合する周囲クランピングリングによりウェーハ処理アセンブリのプラテン表面にクランプされる。ウェーハの全部表面が、ついでイオン注入のために露出される。この形式のクランピングアセンブリの欠点は、リングがウェーハの外周の一部をカバーし、それによりその部分がイ才ン源により注入されるのを防ぐことである。他の欠点は、周囲クランピングにより、全ウェーハ表面積にわたりウェーハと平坦な金属プラテンとの物理的接触が得られないことである。これは、クランピング力が周縁部にのみ加わり全ウェーハ表面に均一に加わらず、ウェーハをプラテン表面に平坦に引き寄せないからである。ウェーハをプラテンに均一にクランピングすることの一つの利点は、ウェーハのより効率的な冷却を可能にすることである。しかしながら、これらの従来の形態の多くのものにおいて、半導体ウェーハとプラテン表面との間の接触が乏しいため熱伝達が不十分である。従来形式の周囲クランプの他の欠点は、有効ウェーハの一部を隠すことで全ウェーハ収量が減じ、浪費費用および生産費用が増すことである。さらに他の欠点は、周囲リングクランプが望ましくないウェーハの応力を生じさせ、これがウェーハ内に微少亀裂を生じさせることがあることである。ウェーハ内の微少亀裂の存在は、ウェーハ上に形成される集積回路の動作特性に影響を及ぼすことがあり、それによりウェーハの一部、実際には全ウェーハそれ自体を使用不可能にすることがある。周囲クランピングリングの必要性を除去し平坦なプラテン表面の使用を可能にするウェーハクランピング技術は、遠心クランピングである。遠心クランピングにおいては、半導体ウェーハは周知の回転機械により回転軸線の周りに回転される。プラテン表面は普通回転軸線に関してある角度に配向されているから，遠心力がウエハをプラテン表面に押圧する。このシステムの欠点は、回転機械が比較的複雑で複雑で高価であり、したがってシステムの全費用を増すことである。半導体ウェーハをクランピングするための他の周知の技術は、静電チャック（ＥＳＣ）の使用を含む。ＥＳＣは設計が種々変わるけれども、すべて同じ物理的原理、すなわちプラテン表面と半導体ウェーハ間に静電力を生じさせるという原理に基づく。代表的ＥＳＧは、基台上に取り付けられ電気絶縁性誘電物質により覆った導電性電極を含む。半導体ウェーハは、絶縁物質の頂部上に座着される。電極は、電荷が電極と絶縁物質内に累積されるように電圧源により電気的に偏倚される。そのとき、印加電圧は、ウェーハの後面上に等価で反対の電荷を誘起する。この累積された電荷は静電力を発生し、この静電力がウェーハを絶縁物質に吸引しクランピングする。クランピング力を決定するクランピング電荷の量は、他にもあるが誘電物質の厚さと物質の誘電定数に依存する。従来形式のＥＳＣの利点は、クランピング電圧／力を縁部だけでなく全ウェーハ表面に掛けることによってウェーハをウェーハ処理アセンブリのプラテン表面に実質的に平坦に引き付けることが可能であることである。これによりウェーハのより有効で効率的な冷却が可能となり、それに付随してリングクランプのような従来形式の機械的クランプおよび冷却構造体を使用するときに生ずることがある微少亀裂を避けることが可能となる。ＥＳＧの他の利点は、ウェーハの頂部表面と係合する構造体を使用しないということである。これは、全ウェーハ表面が処理のために利用可能であるから、全ウェーハ収量を増す。絶縁層は、普通ポリイミドおよびその他の有機重合体から構成される。これは、高電圧破壊耐久性のためと化学的耐久性が優れているためである。さらに、ポリイミドが基板の後面に順応する能力のため、処理中ウェーハの冷却に十分の熱伝達が許容される。ポリイミドおよびその他の有機重合体の欠点は、それらが、半導体ウェーハの処理において普通使用されるホスフェン、酸素、塩素および弗素のような腐食性ガスに曝されるときに迅速に反応することである。従来形式のＥＳＣに関する重要な問題は、誘電物質が長時間にわたり分極化され、永久磁石として働く傾向があり、予定された解放時間後も長くまでウェーハをプラテン表面にクランピングすることである。これらの残留静電力は、誘電物質の恒久的な分極から、誘電体内に位置する緩速可動イオンから、あるいはさらに一般的にはウェーハが絶縁層を有するときに誘電体表面またはウェーハ後面に捕捉される電荷から起こり得る。ウェーハのプラテン表面への望ましくない長期に亘るクランピングは、ウェーハの処理時間を増し、それに付随してウェーハ製造プロセスに不信頼性の要因を導入することとなる。従来形式のＥＳＣの上述およびその他の欠陥を考慮に入れて、本発明の目的は、プラテン表面に対する望ましくないウェーハクランピングの発生を減ずる静電チャック（ＥＳＣ）を提供することである。本発明の他の目的は、ウェーハの比較的高効率の冷却を可能にするＥＳＣを提供することである。本発明のさらに他の目的は、時間を経ても分極化されることのないＥＳＣを提供することである。本発明のさらに他の目的は、一部は自ずから、一部は図面および以下に続く説明から明らかであろう。［発明の概要］本発明は、以下の教示に従う静電チャックおよびそれを製造する方法を提供することによって上述およびその他の目的を達成する。本発明の静電ウェーハ保持チャックは、単結晶酸化アルミニウムより形成された第１および第２の誘電体板と、第１誘電体板に形成される凹部内に配置される少なくとも一つの電極とを備える。単結晶物質は、好ましくは、外部的に印加される静電界の方向に自由に整列できる極性分子を含まないのが好ましい。さらに詳述すると、好ましい単結晶物質は、極性分子を含まないか、単結晶格子構造体の一部に束縛されるまたはその一部を構成する分子のような動きが限定された極性分子を含む。したがって、物質は、長時間にわたり極性化されることなく、予定された解放時間にてウェーハを反復的に勝つ迅速に解放する。本発明の静電チャックは、第１および第２誘電体板が拡散的に一緒に結合されるとき実質的にモノリシックな密封チャックを形成する。本発明の一側面に従うと、第２誘電体板は、流体分配網が形成された頂部支持表面を有する。流体分配網は、熱伝達流体をウェーハの後面に導く。本発明の好ましい実施形態に従うと、第２誘電体板に形成される流体分配網は、ガス分配器と、ガス分配器と流体的に連通する複数の半径方向において外方に延びるガス通路とを含む。分配網はさらに、ガス分配器と外方に延びるガス通路を囲みそれと連通する半径方向外方の輪状のガス通路を含む。本発明の他の側面に従うと、第１および第２の誘電体板が組み立てられるとき、第１誘電体板は、第２誘電体板の底部表面が第１誘電体板の頂部表面の少なくとも周囲頂部と親密に接触するように、第２誘電体板と隣接して配置される。本発明の１実施形態に従うと、第１および第２誘電体板は、モノリシックな密封静電チャックを形成するように拡散的に一緒に結合される。本発明の他の側面に従うと、単結晶誘電体板は各々Ｃ軸を有しており、そしてこれらのＣ軸は、静電チャックが構成されるとき、相互にほぼ平行であり、ほぼ１度〜５度、好ましくは１度より小さい挟角を形成するように整列される。本発明の他の側面に従うと、第１誘電体板は、頂部および底部表面間に延びる第１の流体マニホルドと電気用通路とを備え、第２誘電体板は第２の流体マニホルドを備える。本発明の実施形態に従うと、第１および第２流体マニホルドは、両板が組み立てられるとき中心流体マニホルドを形成するように整列する。本発明はさらに、密封静電チャックを製造する方法であって、（１）凹部が形成された単結晶物質より成る第１の誘電体板を提供し、（２）複数のガス通路が形成された単結晶物質より成る第２の誘電体板を提供し、（３）第１誘電体板に隣接して第２誘電体板を配置し、（４）前記第１および第２誘電体板を約１９００℃〜約２０５０℃の範囲の高められた温度に加熱して、第１および第２の誘電体板を一緒に拡散的に結合する諸ステップを含む。本発明の他の側面に従うと、本発明の方法は、第１誘電体板の凹部に電極を配置するステップを含む。本発明の一般的および多くの特定の目的は、一部は明らかであり一部は図面および以下に続く説明から明らかであろう。［図面の簡単な説明］図１は本発明の静電チャックの断面図である。図２は図１の静電チャックの底部単結晶誘電体板の上面図である。図３は図１の静電チャックのガス分配網を示す頂部単結晶誘電体板の上面図である。［発明の実施の形態］発明の上述およびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して行った以下の説明から明らかであろう。図面において、類似の参照記号は全図を通じて同じ部材を指すものとする。図１−３は、本発明の静電チャック１０を示している。例示の静電チャックは、底部誘電体板１４，頂部誘電体板２０，好ましくは頂部誘電体板と下部誘電体板１４，２０間に配置された電極１６と、加工体Ｗを備える。加工体は、好ましくは、チャックの頂部誘電体板２０またはその他の部分の頂部上に座着されるのがよい。ガス源２６が、頂部誘電体板１４と底部誘電体板２０の流体通路２８，３８により形成される中央流体マニホルド２９に結合される。電源２６が、適当な電気リード３０を介して電極１６に結合される。加工体Ｗは、普通、イオン注入、化学的蒸着のような周知の処理技術による処理のために位置づけ配置された集積回路、フラットパネル液晶ディスプレイ、またはウェーハの先駆体である。例示の静電チャック１０は、加工体を、イオン注入装置の処理チャンバのような処理チャンバに出入れするように移送するのに採用されるか、処理中加工体Ｗを静電的にクランピングするのに役立つ。静電チャック１０はさらに、追って詳述されるように、処理中または処理後加工体を冷却するのを助けるため熱制御構造体を採用する。例示の静電チャック１０は、普通従来形式の静電チャックと関連する問題を克服する簡単で精密な解決策を包含している。従来形式のチャックでの一つの共通の問題は、処理の完了の際のようにチャックから加工体を解放することが望まれるとき、加工体Ｗとチャックアセンブリ例えば絶縁性（誘電体）物質から電荷を除去することの難しさである。これらのＥＳＣに関する他の共通の問題は、誘電体物質が時間の経過とともに分極化され、殆ど恒久「磁石」のように働き（実際にはエレクトレット）、予定された解放時間の後も長く加工体をチャックアセンブリにクランプする傾向があることである。電力の休止の後においてさえ静電チャックに残存するこれらの残留力は、ウェーハが絶縁層を有するとき、誘電体の恒久的分極、誘電物質の内側に位置する緩速可動性イオン、またはより一般的には誘電体回路またはウェーハ後面に捕捉される電荷から起こり得る。加工体の静電チャックへの望ましくない連続的クランピングにより製造プロセスに導入される不確実性は、注入装置、特に高スループットイオン注入装置に問題を生ずる。本発明の静電チャックは、時間を経ても分極化されることのない静電チャックを提供することによってこれらの懸念を解決する。本発明の好ましい実施形態に従うと、本発明の静電チャックは、追って説明されるように実質的に単方向性の結晶格子の一部内に束縛される、またはその一部を形成する極性分子をもつ基板を形成するように高純度の単結晶誘電体物質より形成される１対の誘電体板を利用することによって、この問題を解決する。図１を参照して説明すると、静電チャック１０は、凹部１４Ａを有する底部誘電体板１４を備え、この凹部に電極１６が座着される。凹部１４Ａは、好ましくは、凹部１４Ａの床部１４Ｃから上方に延びる中央ハブ部分１４Ｂを有する。ハブ部分１４Ｂは、１具体例においては、電極１６の内部に形成された中央穿孔に座着するように構成される。例示される底部誘電体板１４はさらに、板の底面１４Ｄと頂面１４Ｅとの間に延びる流体通路２８と、凹部１４Ａの床部１４Ｃ上に一端部にて解放する電気用孔３４とを備える。例示の電気用孔は、対応する電気的リード例えば電気リード３０が電極１６の後面１６Ａと接触することを可能にする貫通通路を形成している。頂部誘体電板２０は、好ましくは底部誘電体板１４と隣接しそれと同じ広がりで配置されるのがよい。誘電体板２０は、両誘電体板２０が一緒に取り付けられるとき流体通路２８と整列する中心流体通路３８を備え、単一の中心流体マニホルド２９を形成する。誘電体板２０の頂面２０Ａには、流体分配網４０が形成されている。例示の分配網４０は、複数の半径方向外方に延びるチャンネル４４と流体的に連通する中心流体ハブ４２を備えており、そしてこの複数の半径方向外方に延びるチャンネル４４は、周囲に位置する輪状の流体チャンネル４６で終端している。例示の分配網４０は、加工体Ｗの効率的かつ均一な冷却または加熱を可能にする。中心流体ハブ４２は、熱伝達流体を中心流体マニホルド２９から各個々の半径方向外方に延びる流体チャンネル４４に分配することによって流体分配路として機能する。かくして、網４０は、ヘリウム、アルゴンまたは任意の適当な液体のような熱伝達流体を加工体Ｗの後面の選択された部分の周りに分配し、ウェーハと静電チャック１０との間に有効な熱伝達を行なわせる。例示の流体分配網４０は、チャンネル間隔対チャンネル幅に関して選択された比を有しており、そしてこの比は、加工体Ｗの後面の周りに熱伝達媒体を分配するに十分大きく、同時に誘電体板２０の頂面２０Ａの表面積の相当の部分を占めないように比較的小さくなされる。例示の流体チャンネル４４は、熱伝達流体と加工体Ｗとの間の熱伝達能力を最大化するように選ばれる。これらの流体チャンネルは、レーザ加工および超音波研磨加工のような研磨加工を含む既知の加工技術により形成できる。流体チャンネル４４の特定のパターンおよび配置とチャンネルの特定の数および寸法は、熱伝達流体／ウェーハＷ間の熱伝達を最大化するように当業者により選択または決定できる。流体チャンネル４４のような流体分配網４０の部材の特定の配置は、誘電体板の寸法や、ウェーハの寸法や、所望の最大ウェーハ温度や、伝達媒体の形式やウェーハの処理環境のようなファクタに従って変えることができる。技術に精通したものであれば、上述のファクタや当業者に周知のその他のファクタを研究して、過度の実験を伴うことなく流体分配網の適当な形態を決定することができるであろう。好ましい具体例においては、約１５５ｍｍの直径を有する頂部および下部誘電体板を利用して、半径方向に延びる流体チャンネル４４の数は約６〜約１０の範囲とし得る。技術に精通したものであれば、ウェーハＷの冷却を行うために他の形態も採用できることが認められよう。チャンネルは好ましくは、約１．５ｍｍ〜約４ｍｍの幅、最も好ましくは約２ｍｍの幅と、約０．０４ｍｍ〜約０．１０ｍｍの深さ、最も好ましくは約０．０５ｍｍの深さを有するのがよい。頂部誘電体板２０は好ましくは、約０．２５ｍｍの厚さを有し、底部誘電体板は好ましくは、約２．５ｍｍ〜約６．０ｍｍの厚さを有するのがよい。底部誘電体板１４に形成される輪状の凹部１４Ａは、約０．０２５ｍｍの深さである。底部誘電体板１４の肩部分１５は、好ましくは約１ｍｍ〜約２ｍｍの厚さを有するのがよい。頂部誘電体板は、好ましくは、適当な静電力がウェーハＷと頂部誘電体板２０との間に発生することを可能にするため比較的薄いのがよい。底部誘電体板１４は好ましくは、加工体Ｗに対する機械的支持を提供しかつ好ましくは約０．２０ｍｍ厚の電極１６を座着させるため比較的厚いのがよい。底部誘電体板１４の高められた頂部部分１４Ｅは高められた周囲肩部１５と中心ハブ１４とを含んでいるが、この高められた頂部部分１４Ｅと頂部誘電体板２０の後面２０Ｂとは、好ましくは従来形式の研磨技術により平坦かつ平滑表面に研磨されるのがよい。本発明は、単結晶誘電体物質の頂部および下部誘電体板１４，２０を形成することによって従来形式の静電チャックと関連する望ましくない矛盾を孕んだクランピングの問題を克服するものである。単結晶誘電物質は好ましくは、外部から印加される電磁界の方向に自由に整列できる極性物質を含まないのがよい。それゆえ、好ましい単結晶誘電物質は、極性分子を含まないか、単結晶格子内に束縛される分予のような動きが抑制された極性分子を含むのがよい。好ましい誘電物質はまた、比較的高い破壊電界強度を有する、すなわち好ましい誘電物質は、内部的に破壊することなく比較的高い電圧に抗し得る。誘電物質はまた、高温度動作環境で使用できるのがよく、したがって高められた温度で良好な誘電特性を示すのがよい。単結晶誘電物質は、ダイアモンド、窒化硼素、石英、酸化マグネシウムを含んでよく、そして好ましくは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）がよい。本発明の単結晶酸化アルミニウムは、LaBelle,Jrの米国特許第3,591,348号、L aBelle,Jr.等の米国特許第3,687,633号、Baileyの来国特許第3,826,625号および LaBelle,Jr.の米国特許第3,953,174号に記述されるプロセスのような従来形式の製造プロセスにより形成してよい。それゆえ、これらの教示も参照されたい。頂部および底部誘電体板１４，２０は、好ましくは、互いにほぼ平行な選択された結晶配向を各々有する単結晶誘電体物質より成るのがよい。さらに詳述すると、各板１４，２０を構成する物質の結晶配向は、互いに交叉方向で、その間に比較的小さな角度を形成するが、本質的には平衡である。例えば、単結晶誘電物質は、＜１１２０＞結晶方向にある表面法線を含むＡ平面物質から構成してよい。この物質はまた、＜０００１＞方向にありかつ普通板の平面内にありそれと平行なＣ軸を含む。頂部および底部の誘電体板１４，２０のＣ軸は、好ましくは相互に交叉しかつ約５度より小さくそしてより好ましくは約１度より小さい角度を形成するのがよい。Ｃ軸のこの好ましい配向は、板が結合されるとき、板が高められた接合温度から適当な処理温度例えば室温に冷却されるときに、頂部および底部板間の接合の破断の発生を減ずる。本発明の静電チャック１０は下記のように組み立てられる。頂部および下部誘電体板２０，１４は、周知の技術にしたがって単結晶誘電物質から作り、適当な寸法の電極凹部および流体通路および電気用通路を有するように加工する。頂部誘電体板はさらに、流体分配網４０を含むように周知の方法で加工する。電極１６は、選択された寸法を有し凹部１４Ａ内に配置されるように形成する。頂部誘電体板２０を、ついで底部誘電体板の頂面上に配置し、ついで流体通路２８，３８が中心流体マニホルド２９を形成するように整列させる。静電チャック１０はついで、頂部および下部誘電体板２０，１４および電極の軸線方向の逐次の組立体を高真空下で約１９００℃〜約２０００℃間の、そして最も好ましくは約１９００℃および１９５０℃間の高められた温度にて加熱し、同時に頂部誘電体板２０の研磨された底部表面２０Ｂを底部誘電体板１４の頂部表面１４Ｅと親密に接触させるように圧力を加えることによって密閉封止構造体に形成する。静電チャック組立体の高温度加熱は、頂部誘電体板と下部誘電体板の表面の相互の拡散を促進し、これらの部品間に単結晶誘電体物質の全誘電体強度を有する気密封止部を生じさせる。静電チャック１０の拡散結合にはの高温度を要するため、電極１６は、好ましくは、比較的高い融点、すなわち単結晶誘電体物質の拡散接合温度を超える、例えば約１９００℃を超える融点を有する導電性物質から作るのが好ましい。適当な金属としては超耐熱金属が挙げられる。電極１６は好ましくは、約０．１０ないし約０．２０ｍｍの範囲の厚さを有するのがよい。電源２６を、電気的リードを封止電極１６の後面に溶接することによって電極１６と接続状態に配置する。しかして、この電極後面は電源の適当な極性に接続される。熱伝達流体１を含む流体源２２を、適当な流体導管を介して整列された流体通路２８，３８により形成される流体マニホルド２９と流体的に連通状態にあるように配置する。流体導管は、好ましくは底部誘電体板１４の底面１４Ｄにろう付けされた金属管より成るのがよい。金属管は好ましくは、単結晶誘電体物質例えば酸化アルミニウムの熱膨張計数に綿密に整合した熱膨張係数を有する金属合金より成るのがよい。この金属管はついで、流体源２２と例示の静電チャック１０間に気密で機械的に信頼性のある流体結合を与えるため、ステンレススチールのようなより高い膨張物質より成る管にろう付けしてよい。動作について説明すると、加工体Ｗを頂部誘電体板２０の頂面２０Ａ上に置く。電源２６により電気リード３０を介して電極１６に供給される電圧の印加により静電荷を発生する。印加された電圧は、ウェーハの後面に等価で反対の電荷を生じ、それによりウェーハを誘電体板２０の頂面２０に静電的にクランピングする。クランピング力の大きさを決定する特定の電荷量は、誘電体物質の厚さ、誘電体物質の誘電定数、ウェーハと誘電体との間の真空ギャップの間隔およびクランピング電圧に依存して変わる。ついで、ウェーハを既知の処理技術にしたがって処理する。一例として、これらの処理技術中、ウェーハＷを選択された高められた温度に加熱してよい。理想的には、半導体ウェーハＷは、半導体ウェーハ上に普通形成されるホトレジストの破壊を防ぐため１００℃以下の温度に維持される。半導体ウェーハの温度を制御するために、上述の流体導管により整列された流体通路２８，３８に結合された流体源２２により、ヘリウムのような選択された熱伝達流体を供給する。供給された流体は、ハブガス分配器４２により半径方向において外方に延びる流体通路４４に分配される。熱伝達流体は、ウェーハＷから静電チャックおよび冷却流体へと対流的に熱を伝達する。流体はついで、周囲通路４６に移送され、ここから適当な排出構造体により除去される。ウェーハと流体間および静電チャック表面間に起こる熱伝達は、半導体ウェーハＷの温度を臨界温度以下に維持するのを助ける。処理が完了すると、電源２６はターンオフされ、電極１６への電力の印加を断つ。これにより、半導体ウェーハＷは静電チャック２０から実質的に瞬間的に解放される。それゆえ、本発明の静電チャック１０は、予定された解放時点にてウェーハＷを容易に解放する。代わりに、半導体ウェーハＷは、処理中印加された電圧に類似の大きさを有するが反対の極性を有する脱チャック電圧の印加により静電チャック１０から解放できる。図１に例示される静電チャックは、単極または双極設計としてよい。例示の単極設計においては、静電チャック１０は普通イオン注入プロセス中のみ採用される。何故ならば、供給されるイオンプラズマストリームは、電源２６により電極に供給されウェーハ表面に累積するエネルギを放電するのに役立つからである。逆に、例示の電極１６は、半円形電極として形成される２枚の分離し電気的に隔絶された電極から形成し、双極設計を形成してよい。この設計においては、第１の電極は電源２６の正極に結合され、他方の電極は電源の負極に接続される。この電気的構成は、電極を接地電位に維持する。それゆえ、双極設計は、注入プロセス前または後に使用できる。電源２６は、特定の処理環境に依存してＡＣまたはＤＣ電源のいずれとしてもよい。かくして、例えば低スループットのエッチングシステムやプラズマ付着システムの場合、普通、半導体ウェーハＷを静電チャック１０に静電的にクランピングするのにＤＣクランピング電圧を使用する。高スループットのイオン注入システムの場合、半導体ウェーハＷを静電的にクランプする静電荷を発生するのに双極性多層ＡＣ電源が使用される。本発明の有意な利点は、単結晶誘電体物質より成る本発明の静電チャックが、半導体ウェーハを実質的に予定された時点に解放することである。酸化アルミニウムのような単結晶誘電体物質は、この迅速な解放動作を可能にする。何故ならば、誘電物質の自由分子（もし存在すれば）は印加される電界と整列できないからである。本発明は、上述の説明から明らかであるものもあるが、上述の目的を有効に達成することが明らかであろう。本発明の技術思想から逸脱することなく、上述の構成にある種の変更をなし得ることは明らかであるから、上の説明に包含され添付図面に示されるすべての内容は、例示として解釈されるべきものであり、限定的意味において解釈されるべきものでないことをはっきりと理解されたい。

Claims

【特許請求の範囲】１．第１の表面と相対する第２の表面とを有し該第１表面に凹部が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成された第１の誘電体板と、該第１誘電体板の第１表面に形成される凹部内に配置された少なくとも一つの電極と、第１のウェーハ支持表面と相対する第２の表面とを有し該第１ウェーハ支持表面に流体分配網が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成される第２の誘電体板とを備え、前記第１誘電体板が、第２誘電体板の前記第２表面が前記第１誘電体板の前記第１表面の少なくとも周囲部分と親密に接触するように、前記第２誘電体板と隣接して配置され、前記第１および第２誘電体板を形成する前記単結晶酸化アルミニウム物質が各々Ｃ軸を有していて、前記静電チャックが構成されるとき、該Ｃ軸線が、相互に関してほぼ平行であり、約５度より小さい挟角を形成するように整列されることを特徴とする静電ウェーハ保持チャック。２．前記第１および第２誘電体板を形成する前記単結晶酸化アルミニウム物質のＣ軸間に形成される前記挟角が、約１度〜約５度の間である請求項１記載の静電ウェーハ保持チャック。３．前記第１および第２誘電体板が、モノリシック、密封チャックを形成するように拡散結合されている請求項１記載の静電ウェーハ保持チャック。４．前記第２誘電体板の前記第１表面に形成される前記流体分配網が、流体分配器と、該流体分配網と流体的に連通している複数の外方に延びる流体通路とを含む請求項１記載の静電ウェーハ保持チャック。５．前記流体分配網がさらに、前記流体分配器と前記外方に延びる流体通路を囲む外部流体チャンネルを含み、該外部流体チャンネルが前記外方に延びる流体通路と流体により連通している請求項４記載の静電ウェーハ保持チャック。６．前記第１誘電体板がさらに、該第１誘電体板の前記第１および第２表面間に延びる第１の流体マニホルドと、前記第１誘電体板の前記第１および第２表面間に延び前記凹部上に開放する第１の電気用通路を備える請求項１の記載の静電ウェーハ保持チャック。７．前記第２誘電体板が、該第２誘電体板の前記第１および第２表面間に延びる第２の流体マニホルドを備え、前記誘電体板が相互に隣接して配置されるとき、前記第１および第２マニホルドが整列され、熱伝達流体を前記流体分配網に供給するための流体管路を形成する請求項６記載の静電ウェーハ保持チャック。８．第１の表面と相対する第２表面とを有し該第１表面に凹部が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成された第１の誘電体板と、前記第１誘電体板の前記第１表面に形成される凹部内に配置された電極と、第１のウェーハ支持表面と相対する第２の表面とを有し該第１ウェーハ支持表面に流体分配網が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成される第２の誘電体板とを備え、前記第２誘電体板が、該第２誘電体板の前記第２表面が前記第１誘電体板の前記第１表面の周囲部分と親密に接触するように、前記第１誘電体板と隣接して配置され、前記第１および第２誘電体板を形成する前記単結晶酸化アルミニウム物質が各々Ｃ軸を有していて、前記静電チャックが構成されるとき、該Ｃ軸が、相互に関してほぼ平行であり、約５度より小さい挟角を形成するように整列され、そしてさらに前記第１および第２誘電体板に結合され、熱伝達流体を前記流体分配網に導入するための流体導入手段と、前記電極に結合され、それに電圧を供給するための電圧手段とを備えること特徴とする静電チャック装置。９．前記第１および第２誘電体板が、モノリシック、気密チャックを形成するように拡散的に結合される請求項８記載の静電チャック装置。１０．第１の表面と相対する第２の表面とを有し該第１表面に電極凹部が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成された第１の誘電体板を提供し、第１のウェーハ支持表面と相対する第２の表面とを有し該第１ウェーハ支持表面に流体分配網が形成された単結晶物質より形成される第２の誘電体板を提供し、そしてその際、前記第１および第２誘電体板の前記第１結晶物質が各々Ｃ軸線を有していて、前記静電チャックが構成されるとき、該Ｃ軸線が、相互に関してほぼ平行であり、約５度より小さい挟角を形成するようにし、前記第２誘電体板を、該第２誘電体板の前記第２表面が前記第１誘電体板の前記第１表面の周囲部分と親密に接触するように、前記第１誘電体板と隣接して配置し、前記第１および第２誘電体板を約１９００℃〜約２０００℃間の範囲の温度に加熱し、前記第２誘電体板の前記第２表面を前記第１誘電体板の前記第１表面に拡散的に接合する諸ステップを含むことを特徴とする静電チャック製造方法。１１．前記の配置するステップ前に、前記第１誘電体板の前記第１表面の前記凹部に電極を配置するステップを含む請求項１０記載の静電チャック製造方法。１２．前記単結晶物質が単結晶酸化アルミニウムより成る請求項１０記載の静電チャック製造方法。１３．前記第１誘電体板の前記第１および第２表面間に延びる第１流体マニホルドを形成し、前記第１誘電体板の第１および第２表面間に延び、前記凹部上に開放する電気用通路を形成し、前記第２誘電体板の前記第１および第２表面間に延びる第２の流体マニホルドを形成する諸ステップを含み、前記第１および第２流体マニホルドが、整列されるとき、熱伝達流体を前記流体分配網に供給するための流体管路を形成する請求項１０の静電チャック製造方法。１４．第１の表面と相対する第２表面とを有し該第１表面に凹部が形成された単結晶酸化アルミニウムより形成された第１の誘電体板と、第１誘電体板の第１表面に形成される凹部内に配置された少なくとも一つの電極と、第１のウェーハ支持表面と相対する第２の表面とを有する単結晶酸化アルミニウムより形成される第２の誘電体板とを備え、前記第１および第２誘電体板を形成する前記単結晶酸化アルミニウム物質が各々Ｃ軸線を有していて、前記静電チャックが構成されるとき、該Ｃ軸が、相互に関してほぼ平行であり、約５度より小さい挟角を形成するように整列されることを特徴とする静電ウェーハ保持チャック。１５．前記第２誘電体板の前記ウェーハ支持表面に流体分配網が形成されている請求項１４記載の静電ウェーハ保持チャック。１６．前記第１および第２誘電体板に結合され、熱伝達流体を前記流体分配網に導入するための流体導入手段と、前記電極に結合され、該電極に電圧を供給するための電圧手段とを備える請求項１５記載の静電ウェーハ保持チャック。１７．第１の表面と相対する第２の表面とを有し該第１表面に電極凹部が形成された単結晶物質より形成された第１の誘電体板を提供し、第１のウェーハ支持表面と相対する第２の表面とを有し単結晶物質より形成される第２の誘電体板を提供し、そしてその際、前記第１および第２誘電体板の前記単一結晶物質が各々Ｃ軸を有していて、前記静電チャックが構成されるとき、該Ｃ軸が、相互に関してほぼ平行であり、約５度より小さい挟角を形成するようにし、前記第２誘電体板を、該第２誘電体板の前記第２表面が前記第１誘電体板の前記第１表面の周囲部分と接触するように、前記第１誘電体板と隣接して配置し、第１および第２誘電体板を高められた温度に加熱し、前記第２誘電体板の前記第２表面を前記第１誘電体板の前記第１表面に結合する諸ステップを含むことを特徴とする静電チャック製造方法。