JPH07506465A

JPH07506465A - ウエハ静電締着装置

Info

Publication number: JPH07506465A
Application number: JP6512157A
Authority: JP
Inventors: フルタイガー，エー・ウィリアム
Original assignee: バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: EP0620953A4; EP0620953B1; DE69316872T2; DE69316872D1; EP0620953A1; JP3330945B2; WO1994011944A1

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】ム」ｌ遠Ｕ ■迂本発明は、半導体ウェハを処理するための装置に関し、特に真空処理チャンバ内で半導体ウェハを静電的に締め付けるための装置に関する。本発明の装置はイオンインプランテーション装置において特に有用であるが、それに限定されるものではない。

五景技街集積回路の製造において、多くの周知工程は真空でイオンビームを半導体ウェハに打ち込む処理を含む。

これらの処理は、例えばイオンインプランテーション、イオンビームミリング及び反応イオンエツチングを含む。各側において、イオンビームはソースで生成されかつターゲットウェハに対しさまざまな角度で方向付けられ加速される。イオンインプランテーションは導電性を変化させる不純物を半導体ウェハ中に導入するための標準的技術になった。所望の不純物原料がイオンソース内でイオン化され、イオンビームは規定のエネルギーのイオンビームを形成するべく加速されかつウェハ表面に方向付けられる。ビーム内の励起イオンは半導体原料のバルク内に浸透し、所望の導電性領域を形成するよう半導体原料の結晶格子内に埋め込まれる。

ターゲットの載置位置はイオンインプランテーション装置の重要部分である。ターゲット載置位置はイオンインプランテーションのための定位置に半導体ウェハをしっかり締着させ、及びほとんどの場合ウェハを冷却するよう要求される。さらに、イオンインプランテーションが完了した後ウェハを交換するための手段が与えられる。ウェハの冷却は、単位時間当たりの処理ウェハ数による高いスループットを実現することが最大の目的であるところの商業的半導体加工処理において特に重要である。高スループツトを達成するための１つの方法は、インプランテーションがより短時間に完了するような高電流イオンビームを使用することである。しかし、高電流イオンビームにより大量の熱が発生しやすい。熱は規定の限界を超えた不純物の非制御拡散およびパターン化されたフォトレジスト層の浸食をもたらす。ウェハ最高温度を約１００℃に制限するためにウェハを冷却する必要がある。

半導体ウェハをターゲット載置位置に締着させるための多くの技術が周知である。従来技術に従い、ウェハはウェハ表面の外周縁に係合する周縁締着リングによりプラテンに対向して締着される。ウェハ表面はイオンインプランテーションに対し開放される。しかし、ウェハの外周縁は、締着リングがイオンインプランテーションを妨害するためその部分だけ集積回路デバイスとして利用できない。他の不利な点は、周縁締着がウェハ表面全体にわたってウェハと従来の平坦金属プラテンとの間の物理的接触を生じさせないという点である。ウェハは熱伝導すべき大部分のプラテン表面に物理的に接触しないので、半導体ウェハの熱伝導率は真空環境内で非常に減少する。ウェハがらの輻射による熱伝導は低電流イオンビームを除いて不十分である。高電流イオンビームの場合、ウェハ領域全体で熱伝導による十分な冷却を確保するのにウェハとプラテンとの間の物理的接触が要求される。

周縁締着により高い熱伝導率を確保するためのさまざまな技術が開示された。ウェハとヒートシンクとの間の熱伝導を最適化するための輪郭ヒートシンク表面が１９８５年８月２０日登録のＨｏ１ｄｅｎによる米国特許第４，５３５．８３５号に開示されている。該ヒートシンク表面は均一な接触圧力配分及び周縁締着ウェハに対するウェハの弾性限界に近づくストレスをもたらす荷重を負わせるように輪郭づけられている。

真空中での熱伝導のための他の従来技術は、半導体ウェハとヒートシンクとの間に熱伝導ポリマーを使用するものである。半導体ウェハとヒートシンクとの間に熱接触を与えるための粘着性不活性ポリマー薄膜は、１９７９年２月１３日に登録されたジョーンズらによる米国特許第４．１３９．０５１号に開示されている。ジョーンズらにより開示されたポリマー薄膜はウェハを処理中に定位置に固定するのに有利な粘着表面を有する。そのような粘着性表面は、イオンビームを照射した後ウェハを簡単に取り外さなければならないような自動処理においては適用不能である。粘着性表面はウェハの破損をもたらし、及び簡単に汚れてしまう。

半導体ウェハとヒートシンクとの間の柔軟な熱伝導層を利用した自動ウェハ締着機構が、Ｆａｒｅｔｒａにより１９８１年８月１１日登録、米国特許第４．２８２．９２４号に開示されている。ウェハはその周縁で、表面上に熱伝導性シリコンラバ一層を有する凸状に屈曲したプラテンと締着される。

ガス輸送の技術もまた真空内でウェハを冷却するために利用される。ガスは空洞またはウェハ裏の微視的間隙内に導入され、ウェハとヒートシンクを熱的に結合する効果を与える。ガスに補助された固体がら固体へ半導体ウェハについての熱伝導力’Ｈｏ１ｄｅｎにより１９８４年７月３日に登録された米国特許第４．４５７．３５９号に開示されている。

周縁締着のすべての周知技術はウェハの無駄な領域を生じさせる。これらの形状のほとんどにおいて、半導体ウェハとプラテン表面間の不十分な接触のため熱伝導が不十分である。さらに、上記米国特許第４．５３５．８３５号及び４．２８２．９２４号に開示された屈曲プラテンはウェハ表面の異なる位置に対しさまざまな角度のイオンビーム入射を該ウェハ面上に導入する。イオンインプランテーションにおいて、入射角度の変化は深刻な問題である。入射イオンの浸透の深さは、周知のチャネリング効果による入射角度の関数である。したがって、イオンインプランテーションにおいて半導体ウェハの表面全体にわたって一定の入射角のイオンビームをウェハ表面上に与えることが所望される。

周縁締着リングに対する要求を排除し、平坦プラテン表面の使用を許すウェハ締着技術は遠心締着である。遠心締着において、ウェハは回転軸の回りに回転する。プラテン表面は、遠心力がプラテン表面に対しウェハを押圧するような回転軸についての角度に方向付けされる。遠心締着及び熱伝導効果のための柔軟性熱伝導ポリマー層を有する平坦プラテン表面を利用する技術がＭｅａｒｓにより１９８９年５月２３日登録、米国特許第４、８３２．７８１号に開示されている。そこに開示された技術は十分に高い冷却効果を与えるものである。しかし、遠心締着を与えるのにウェハを回転させるのは、複雑さを増しかつ実用的であるとは限らない。

半導体ウェハを締着するための他の周知技術は静電気力を使用する。誘電体層が半導体ウェハと伝導支持プレートとの間に配置される。電圧がウェハと支持プレートとの間に印加され、ウェハは静電気力により誘電体層に対して締着される。

ウェハ静電締着はＧ、　Ａ、　Ｗａｒｄｌｙによる”Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｗａｆｅｒ　Ｃｈｕｃｋ　ｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｌｌ、　Ｒｅｖ、　Ｓｃｉ、　Ｉｎｓｔｒｕｍ、。

Ｖｏｌ−４４，Ｎｏ、１０１９７２．ｐｐ、１５０６−１５０９及びＭｃＧｉｎｔｙによる１９７６年１１月２３日登録、米国特許第３．９９３．５０９号に開示されている。ウェハから熱を除去するための熱伝導材を利用するウェハ静電締着についての議論は、Ｌｅｗｉｎらによる１９８５年２月２６日登録米国特許第４．５０２．０９４号、Ｗａｒｄらによる１９８７年５月１２日登録米国特許第４，６６５、４６３号、及びＢｒ１ｇ１ｉａによる１９８０年１月１５日登録米国特許第４．１８４．１８８号に記載されている。Ｂｒｉ、ｇｌｉａの特許は熱伝導性及び電気的絶縁ＲＴＶシリコンの層を有する支持プレートを開示している。ウェハ静電締着はまた、Ｔｏｊｏらによる１９８４年１０月３０日登録米国特許第４．４８０．２８４号、Ｌｅｗｉｎによる１９８５年１１月１９日登録米国特許第４，５５４、６１１号、Ｗｉｃｋｅｒらによる１９８８年２月９日登録米国特許第４、７２４．５１０号、及び’Ｅｃｋｅｓらによる１９８３年１０月２５日登録米国特許第４．４１２．１３３号に開示されている。

５ａｋｉ　ｔａｎｉらによる１９８５年５月２８日登録米国特許第４，５２０、４２１号には、絶縁部材の底面上に電極をそれぞれ有する一対の試料引きつけ部を含む試料支持デバイスが開示されている。一対の試料引きつけ部の間に電圧を印加する時、試料は静電的に上方面に引きつけられる。

電圧はＡＣまたはＤＣである。極性変化電圧を伴う８つの弧状引きつけ部を有する実施例が開示されている。

Ｈｏｒｏｗｉ　ｔ　ｚらによる１９７２年４月７日登録米国特許第５，１０３．３６７号には、少なくとも３つの電極を有する半導体ウェハのための静電気チャックが開示されている。誘電体薄膜内に埋め込まれた２つの電極は、振幅及び位相の制御された正弦渡場を与えるようＡＣ電源により付勢される。電極電圧の相対位相及び振幅はウェハ上の減少電圧をゼロにするよう調節される。一つの実施例において、基板支持表面はサファイヤ（Ａ１２０３）のような薄いセラミック層から成る。

従来のウェハ締着技術を有する装置は、不十分な締着力、電流によるウェハ上のデバイスへのダメージ、半導体ウェハとの電気的接触の困難さ、及び締着電圧が除去された後ウェハがプラテンに張り付いてしまうといった問題を含む。さらに、プラテン表面の大部分の領域は半導体ウェハとの電気的接触のために割り当てられているので、しばしば熱伝導効果は高電流イオンインプランテーション適用に対して不十分である。

例えば、上記米国特許第４．５０２．０９４号である。

本発明の主目的は、被処理体を支持表面へ静電締着するための改良された方法及び装置を与えることである。

本発明の他の目的は、半導体ウェハを静電締着するための改良された方法及び装置を与えることである。

本発明の他の目的は、半導体ウェハの締着に関し信頼性の高い静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、半導体ウェハとの間の高い熱伝導効果をもたらすウェハ静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、比較的高い照射エネルギーを可能にするため真空内で処理する間効果的に半導体ウェハを冷却するための手段を含むウェハ静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、電流を流すことによる半導体ウェハ上のデバイスへのダメージを避けるウェハ静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、実質的にウェハの張り付きを防止するウェハ締着表面を有する静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、締着電圧がオフの時ウェハは取り除かれるところのウェハ静電締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、ウェハの全表面が処理中に同じ角度でさらされるところの半導体ウェハ締着装置を与えることである。

さらに本発明の他の目的は、構造が単純でコストが安い・ウェハ静電締着装置を与えることである。

発刊の皿丞本発明にしたがって、これら及び他の目的並びに長所が被処理体の静電締着のための装置において達成される。被処理体は典型的に半導体ウェハであり、装置は典型的にイオンビームがウェハに照射されるところの真空処理チャンバ内で利用される。装置は、少なくとも２つのプラテンセクションを含むプラテンと、該プラテンセクションに対し位相の異なるＡＣ締着電圧を印加するための手段とを含む。プラテンセクションはお互いに電気的に絶縁される導体電極を含む。それぞれの電極上に配設される誘電体物質はウェハを受け取るための締着表面を画成する。ウェハが静電気力によってしっかり締着面に固定されるように、締着電圧の１位相が各電極に印加される。

好適に、被処理体を静電締着する装置は、製被処理体を受け取るための電気的に絶縁された締着面を有するプラテンと、締着面の下に設置されそこから電気的に絶縁されたｎが２と同じかそれ以上の２ｎ個の導体電極と、及び被処理体の締着が所望のとき各電極へＡＣ電圧を印加するための締着制御手段から成る。電極は締着面の中心に関して対称に配設されている。プラテンの反対側の電極に印加される電圧は２分の１周期位相を異にする。ＡＣ電圧が電極に印加されるとき、製被処理体は締着面上の定位置に静電的に締着される。好適実施例において、プラテンは６個の電極を含み、６つの位相を有する締着電圧が電極に印加される。好適に、締着面は円形であり、半径方向に６つの領域に分割され、それぞれのセクタの下にひとつの電極を有する。締着面は誘電体インシュレータにより画成され、電極は誘電体インシュレータの下面に形成されたメタル層から成る。ＡＣ電圧が電極から除去されるとき締着力がほぼゼロになるように、誘電体インシュレータは好適に非極性である。好適実施例において、誘電体物質はアルミニウム、サファイヤまたはアルミニウム窒化物から成る。

各電極に印加される電圧は、好適に２０Ｈｚから５０　Ｈｚの範囲の基本周波数と、９００■から１２００Ｖピークの範囲の振幅を有する双極方形波から成る。

各電極にＡＣ電圧を印加するための手段は６つの電極に印加するためのＯｏ、６０°、１２０°、１８０°、２４０°及び３００°の位相を有する双極方形波電圧を生成するための手段から成る。電極に印加される該電圧は等しい振幅及び周波数を有するが位相が異なる。方形波締着電圧は常に締着力が被処理体に付勢されることを保証し、それによって被処理体の振動を防ぐ。

好適実施例において、さらにプラテンは電極を支持するための絶縁基板、誘電体インシュレータ及び絶縁基板のための支持プレートを含む。プラテンは被処理体を接地させるための接地リングを含む。

静電締着装置が真空チャンバ内で利用されるとき、好適に装置は被処理体と締着面との間に熱エネルギーを伝導させるべく該被処理体と該締着面との間の領域にガスを導入するための手段を含む。その領域からのガスの散逸を防ぐために、好適に装置は被処理体外縁付近の被処理体と締着面との間の領域をシールするための手段を含む。さらに、好適に装置はプラテンを冷却するための手段を含む。プラテンは支持プレートに冷却液を循環させるための水路を設けることにより冷却される。

Ｅ順Ｆ力■単シＪ慰児本発明の目的、利点及び可能性のより良い理解のために、参照図面をここに掲げる。

ＦＩＧ、　１は締着面上に配置された接触ワイヤを有するウェハ静電締着装置の平面図である。

ＦＩＧ、　２は締着面上方に半導体ウェハが載置されたＦｒｃ、　１のウェハ締着装置の断面図である。

ＦＩＧ、　３は締着面上に半導体ウェハが載置されたＦＩＧ、　１のウェハ締着装置の断面図である。

ＦＩＧ、　４Ａはウェハ、熱伝導誘電体層、伝導プラテン及び締着面上方にはみ出た接触ワイヤの断面部分拡大図である。

ＦＩＧ、　４Ｂはウェハ、熱伝導誘電体層、伝導プラテン及び誘電体層内に圧縮された接触ワイヤの断面部分拡大図である。

ＦＩＧ、　５は好適締着電圧を時間の関数として図示したグラフである。

ＦＩＧ、　６は締着面上に配設された接触ワイヤを有するウェハ静電締着装置の一実施例の平面図である。

ＦＩＧ、７はＦＩＧ、６のウェハ締着装置の部分断面図である。

ＦＩＧ、　８は３位相締着電圧を利用するウェハ静電締着装置の平面図である。

ＦＩＧ、　９はＦＩＧ、　８のウェハ締着装置での使用に適した３位相正弦波締着電圧の位相を図示したグラフである。

ＦＩＧ、　１０は図８のウェハ締着装置の等価回路図である。

ＦＩＧ、　１１はＦＩＧ、　８のウェハ締着装置での使用に適した３位相方形波篩着電圧の位相を図示したグラフである。

ＦＩＧ、　１２は６つの電極を伴うプラテンを有し６位相締着電圧を利用するウェハ静電締着装置の平面図である。

ＦＩＧ、　１３はウェハ締着装置ＦＩＧ、　１２の線１３−１３での断面図である。

ＦＩＧ、　１４ＡはＦＩＧ、　１２のウェハ締着装置の動作のための電圧を生成する締着制御回路の実施例のブロック図である。

ＦＩＧ、　１４ＢはＦＩＧ、　１４Ａの締着制御回路により生成された６つの電圧波形を示したタイミング図である。

ＦＩＧ、　１５は６つの電極を伴うプラテン及び被処理体の接地のための周縁接地リングを有するウェハ静電締着装置の断面図である。

ＦＩＧ、　１６Ａから１６Ｃはそれぞれ、３位相正弦波締着電圧、３位相方形波篩着電圧及び６位相方形波綿着電圧を図示したものである。

ＦＩＧ、　１７はＦＩＧ、１２及び１３に示された締着装置に類似でかつウェハ冷却を有するウェハ静電締着装置の断面図である。

日　−るｔ−の　のノ寅旨本発明の第１実施例に従った、半導体ウェハを静電的に締着（ｃｌａｍｐ）させるための装置が図１−３に示されている。電気的伝導性プラテン１０が、半導体ウェハ１２の機械的な支持を提供する。プラテン１０は典型的にアルミニウムディスクであり、冷却用流体の循環のための通路（図示せず）を設けてもよい。誘電層１４がプラテン１０の表面１６に貼り付けられている。表面１６は典型的に平坦である。誘電層１４は、平坦なウェハ締着表面１８を有する。誘電層１４は軟質な弾性材料であり、好適に後述のような熱伝導性誘電材料である。

伝導ワイヤ２０．２２及び２４が締着表面１８を横切って軽く張られている。ワイヤ２０．２２及び２４は、締着表面１８の平面にほぼ横たわり、少なくとも締着表面１８のやや上方に突き出ている。ワイヤ２０．２２及び２４は、ネジ３２のような適当な接続手段によってフレーム部材３０に固定され、フレーム部材３０との電気的な接触を確実にしている。プラテン１０は、絶縁スタンドオフ２８のような適当な電気的絶縁手段によってフレーム部材３０から電気的に絶縁されている。

図１−３の実施例において、フレーム部材３０はカップ状であり、プラテン１０を取り囲む上向きの壁３４を有する。ワイヤ２０．２２．２４は壁３４の上部表面３６を横切って張られている。壁３４の上部表面３６は、締着表面１８と相対して位置され、ワイヤ２０．２２及び２４が締着表面１８上に位置される。

締着電圧生成器４０が、プラテン１０とフレーム部材３０との間に接続される出力を有する。締着制御信号が締着電圧生成器４０の動作を制御する。締着制御信号が起動状態（ａｃｔｉｖｅ　５ｔａｔｅ）であるとき、後述されるように、締着電圧がプラテン１０とワイヤ２０．２２及び２４との間に印加される。

ウェハ１２は、いかなる適当なウェハハンドリングシステムによっても締着表面１８に位置される。ウェハ１２は、図２において締着表面１８の上方に位置されて示され、図３において表面１８に締着されて示される。好適なウェハハンドリングシステムにおいて、ウェハ１２は、プラテン１０と誘電層１４とを通じて伸長する３個のウェハ支持ピン（図示せず）によって位置される。次いで、これらピンはプラテン１０内に引っ込み、ウェハ１２が締着表面１８上に下げられる。

このタイプのウェハハンドリングシステムは、メアーズら（Ｍｅａｒｓ　ｅｔ　ａｔ）による１９８９年４月４日発行の米国特許第４８１７５５６号に開示されている。

ウェハ１２が誘電層１４の締着表面１８に位置されたとき、締着電圧生成器４０が起動し、ワイヤ２０．２２．２４とプラテン１０との間に締着電圧を応用する。図２に示すように、ワイヤ２０．２２及び２４は、ウェハ１２が適所に確実に締着されているときを除き、少なくとも締着表面１８のやや上方に突き出ている。ワイヤ２０．２２及び２４は、少なくともそれらの長さの部分に沿ってウェハ１２を電気的に接触させる。締着電圧が印加されると、ウェハ１２は、静電力によって締着表面１８に対して確実に引き寄せられ、ワイヤ２０．２２及び２４は弾性誘電層１４に押し付けられる。ウェハ１２、プラテン１０及び誘電層１４は平行板コンデンサを形成する。平行板コンデンサの板の間の電圧の応用が相互に板を引き付ける静電力を生成することは周知である。

誘電層１４は好適に、薄い硬質の表面フィルムを有する軟質な熱伝導高分子層である。軟質な高分子層は好適に熱伝導性粒子を含むシリコンゴムであり、ウェハ上の表面の凹凸の通りになり、低熱抵抗を有する。

表面フィルムは好適に、シリコンゴム層とウェハ及びその他のものとの接着を防ぐ二酸化シリコンである。

シリコンゴム層は好適に、約０．００３インチから０、０１０インチの範囲の厚さを有し、プラテン１ｏの表面の適所に成形され得る。シリコンゴム層及びその製造技術の詳細は、米国特許第４８３２７８１号で提供される。シリコンゴム層は極めて軟質であり、典型的にジュロメータ値５０シヨアＡ又はそれ以下の硬さを有する。

軟質なシリコンゴム層は、確実で低い抵抗の電気的接触を半導体ウェハ１２に与える。ワイヤ２ｏ、２２及び２４は、比較的強く、酸化に抵抗性のある電気的伝導体を形成する。好適な材料がタングステンである。他の適当な材料は、金及びプラチナのような貴金属及びモリブデンを含む。ワイヤの直径は典型的に約ｏ、　ｏ　ｏ　ｏ　ｓインチから０．００３インチの範囲である。ワイヤの好適な直径は約０．　ＯＯ１インチである。

ワイヤの直径は、ウェハ締着動作に関連する荷電電流（ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ）を運ぶため、十分に大きくなければならない。付加的に、ワイヤの直径は、多重（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）締着動作中の耐久性を確実にするのに十分なものでなければならない。しかし、ワイヤの直径は、誘電層を傷つけ又はその熱のパフォーマンス（ｐｅｒｆ　ｏｒｍａｎｃｅ）を低下させるほど大きすぎてはいけない。

薄いワイヤ２０．２２及び２４はウェハ１２に線接触（ｌｉｎｅ　ｃｏｎｔａｃｔ）する。点接触（ｐｏｉｎｔ　ｃｏｎｔａｃｔ）が、自動半導体処理に要求されるような、高信頼であり、ウェハに対する低い抵抗接触を与えないことがわかった。さらに、弾性誘電層１４は、ウェハとの低い抵抗接触を維持するような補助をする。ウェハ１２が締着表面１８に最初に位置され、締着電圧が全く印加されていないとき、ワイヤ２ｏ、２２及び２４は、図４Ａに示すように、少なくとも締着表面１８のやや上方に突き出ている。したがって、ワイヤ２０１２２及び２４は、少なくともそれら長さの部分に沿ってウェハ１２に物理的に接触する。

締着電圧生成器４ｏが起動され、締着電圧が印加されると、ウェハ１２は締着表面１８に対して引き寄せられ、それによって弾性誘電層１４にワイヤ２ｏ、２２及び２４を押し付け、ワイヤ２０，２２及び２４とウェハ１２との間の電気的な接触の長さを維持するか又は増加させる。誘電層１４の弾性はウェハ１２に対するワイヤ２０．２２及び２４を促進し、信頼できる、低い抵抗接触が維持されることを確実にする。ウェハの表面ドーピングの単−極効果及びバルク抵抗表面酸化を無視して、ウェハ１２の重さのみが接触力を与えるのに利用されるならば、ワイヤ２０，２２及び２４とウェハ１２との間の線接触が初期的な接触を確実にする。

ウェハ１２、誘電層１４及びプラテン１０の拡大部分断面図が図４Ｂに示される。ウェハ１２は締着された位置で示されている。ワイヤ２０が弾性誘電層１４に押し付けられていることがわかる。ウェハ１２はワイヤ２０によって著しく変形されず、ワイヤ２０の直径に近似的に等しい幅の非常に小さい領域を除き、ウェハ１２と締着表面１８との間の接触が維持されている。軟質な弾性層１４は、接触がウェハ１２と締着表面１８との間で維持されないような窪みを形成することよりもむしろワイヤ２０の周りや上方へと上がって行くものと信じられている。

図４Ｂに示す形状は、最適に透明で伝導的にコーティングされたガラスのウェハを使用して確認された。図４Ｂに示され上で説明された形状を達成するために、ワイヤの直径と、誘電層１４の厚さとの比は好適に約０．１０から０．３３の範囲である。

図１に示す形状は、ウェハ１２との電気的接触を確立するための３個のワイヤ２０．２２及び２４を使用する。この形状は図１の例で使用され、プラテン１０の中央部分に位置させたウェハ持上機構（図示せず）を除去した。しかし、締着表面１８に位置される１個又はそれ以上の伝導性のより線又はワイヤのいかなる組み合わせも本発明の範囲内に含まれる。単一の接触ワイヤがウェハ１２との線接触を与えることが理解できるであろう。接触ワイヤの個数が増加すると、ウェハ１２への電気的接触の抵抗が減少し、締着力が増加する。

本発明のウェハ静電締着のパフォーマンスは、締着電圧の特性に一部依存する。

ＤＣ締着電圧が信頼的な締着を提供するが、ウェハ１２と締着表面１８との間の相接面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に極性を生じさせ、締着電圧が切られた後にウェハが表面１８に締着される。好適な締着電圧は、少なくとも１０００ボルトのピーク対ピーク振幅と、４４で図５に示されるような、３〇−３００Ｈｚの範囲の周期とを有する双極方形波電圧である。双極方形波締着電圧が、ウェハ１２と締着表面１８との間の相接面で荷電ビルドアップ（ｃｈａｒｇｅｂｕｉｌｄｕｐ）を防ぐ。

付加的に、ワイヤ２０．２２及び２４とウェハ１２との間のアーク　（ａｒｃｉｎｇ）を防ぐために、方形波締着電圧のスイッチ速度を約１０００ボルト毎ミリ秒に制限することが望ましいということがわかった。方形波締着電圧の比較的遅いスイッチ時間が、ウェハ対ワイヤ接触を通じる電流を１−１０ミリアンペアのオーダーの値に減少させる。図５に示され上述したタイプの締着電圧波形を生成するための技術は当業者にとって周知であり、詳細に述べないであろう。方形波締着電圧の波形が締着電圧を生成するために使用される回路に依存することが理解されるであろう。しかし、方形波締着電圧のスイッチ速度が好適に上述のように制限される。例えば、適当な締着電圧が締着又は正弦波の振幅制限によって得られる。

第１実施例の例において、水冷アルミニウムプラテンが、０．００６インチの厚さを有する熱伝導性シリコンコムの絶縁層で被覆された。このゴム層は正確ニ鋳込み（ｃａｓｔ）され、ウェハに面して滑らかで平坦な表面を確実にしていた。

このゴム層の厚さは、ウェハとアルミニウムプラテンとの間の伝熱を最適にするように慎重に制御された。直径０．　ＯＯ１インチのタングステンワイヤが、ゴム層に接してプラテン上に軽く張られた。ワイヤは、透明（ｂｒｉｇｈｔ）なオキシド自由表面（ｏｘｉｄｅ（ｒｅｅ　５ｕｒｆａｃｅ）を得るために在来のクリーニング技術で処理され、ウェハへの電気的接触抵抗を最小にした。この材料と形状との組み合わせは、空気及び真空の両方で使用の５−１０ｔｏｒｒの範囲の締着力を生成するために、１０００−２０００ボルトの範囲の締着電圧を要した。

本発明の第１実施例に従ったウェハ静電締着装置の例が図６及び７に示される。

電気的伝導性プラテン５０が半導体ウェハ５２のための機械的支持を提供する。

誘電層５４がプラテン５０の平坦表面５６に固着される。誘電層５４は平坦なウェハ締着表面５８を有する。誘電層５４は、上述のような弾性の伝熱性シリコンゴムである。ウェハ５２は誘電層５４の外側と重なり合い、入射イオンビームがウェハ平坦の領域での誘電層５４の損傷するのを防ぐ。誘電層５４は表面５６に固着され、プラテン５０の周囲の溝６０内に成形され、使用中に誘電層５４が表面５０に固着されたままであることを更に確実にする。プラテン５０の中央部分にウェハ持上機構（図示せず）のための開口６１が設けられる。

伝導ワイヤ６２．６４及び６６が、締着表面５８を横切って軽く張られ、環状支持リング６８に取り付けられている。ワイヤ６２．６４及び６６は、ワイヤ２０．２２及び２４と関連して上述された特性を有する。リング６８は、ワイヤ６２．６４及び６６を止めておくための間隔をあけたノツチ（ｎｏｔｃｈ）　７０を設けている。ノツチ７０の各々は、図７に示されるように、半円形部分７２を有し、ワイヤ６２．６４及び６６の制御的に曲げることができる。図７に示すとおり、ワイヤ６２．６４及び６６はそれぞれの半円形部分７２の周りで曲げられ、リング６８と環状リング７４との間に機械ネジ７６によって止められる。リング６８及び７４は、絶縁スペーサ７８及び８０によってプラテン５０から電気的に絶縁される。リング７４は、適当な非伝導機械ネジ等によってプラテン５０に機械的に取り付けられている。

動作において、図５に示され上述した締着電圧がワイヤ６２．６４及び６６とプラテン５０との間に印加され、誘電層５４に対してウェハ５２を確実に締着する。

本発明の第２実施例が図８に示される。ウェハ締着装置が、部分９２．９４及び９６に半径方向に分割された伝導性プラテン９０を含む。部分９２．９４及び９６は相互に電気的に絶縁されている。上述した誘電層１４と同一の特性を有する誘電層がプラテン部分９２．９４及び９６の表面に貼り付けられる。上述のワイヤ２０．２２及び２４と同一の特性を有するワイヤ１０２．１０４及び１０６がプラテン９０を横切って伸長され、フレーム部材１０８に電気的に接続されている。３位相綿着電圧生成器１１０が、プラテン部分９２に接続される位相Ａ（φ Ａ）出力と、プラテン部分９６に接続される位相Ｂ（φＢ）と、プラテン部分９４に接続される位相Ｃ（、ＩＣ）出力とを有する。電圧生成器１１０の接地線はフレーム部材１０８に接続される。

３位相ウェハ締着装置の１つの形状に従って、３位相綿着電圧生成器１１０の出力は図９に示すような正弦波である。３位相は、在来の方法で相互に関して１２０°位相される。

誘電層が、上述の米国特許第４８３２７８１号及び誘電層１４に関連して説明されたような熱伝導性シリコンゴムであるとき、図８に示されるウェハ締着装置は高い伝熱効率を提供する。

３位相ウェハ締着装置と同等の回路が図１０に示される。プラテン部分９２．９４及び９６及びウェハは、図１０に示されるようなコンデンサ１３０．１３２及び１３４のＹ字接続形状と同等である。図８に示されるように、ウェハは大地に接続される。ウェハは、大地に接続されるコンデンサ１３０．１３２及び１３４の板に一致する。コンデンサ１３０はウェハとプラテン部分９４との間の容量を表し、コンデンサ１３２はウェハとプラテン部分９２との間の容量を表し、コンデンサ１３４はウェハとプラテン部分９６との間の容量を表す。ウェハ締着装置は、対称的に合致したＹ字接続３位相負荷のように３位相電圧に現れる。３位相Ｙ字形状分布システムが対称的Ｙ字形状負荷であるとき、負荷（ｌ　ｏａｄ）の中心からシステムの中性への中性電流（ｎｅｕｔｒａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ）がゼロであることが、３位相電力分布の場で周知である。この原理は、エフ・ディー・ヘーレら（Ｆ、Ｄ、Ｈｅｈｒｅ　ｅｔ　ａｌ）による電気回路及び機械（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　ＡｎｄＭａｃｈｉｎｅｒｙ）　、ライレイ・アンド・サンプ（日付）、第１５０ページから第１６５ページ、に説明されている。接地線の電流がこのような形状においてゼロである事が、ウェハ締着装置の前後関係で重要である。接地電流（ｇｒｏｕｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ）がゼロであることから、ワイヤ１０２．１０４及び１０６によって与えられるウェハへの接続は締着動作に影響無く除去される。よって、半導体ウェハへ低い抵抗で電気的な接触をさせることに関する困難さは除去される。

図８に示される３位相ウェハ締着装置の他の利点は、一定の締着力が常時提供される。保持力（ｈｏｌｄｉｎｇｆｏｒｃｅ）は個々の位相電圧の２乗の和に比例する。対照的に、単一位相ウェハ静電締着において、締着力がゼロになるたびに締着力がゼロ電圧を横切る。これは実際の問題であることと認められていなかったが、３位相形状は締着電圧のゼロを横切る間、締着力のポテンシャル損失を除去する。さらに、３位相形状は一層のフェイルセーフ（ｆａｉｌ　５ａｆｅ）システムを提供するために使用される。締着電圧が単一位相システムで故障（ｆａｉｌ）すると、高価な半導体ウェハが損傷又は破壊される。３位相ウェハ締着装置において、１つ又はそれ以上の位相が失われると締着力のいくらかが残る。

３位相の締着電圧がモニターされる。１つ又は２つの位相が失われると、動作がウェハに損傷を与えることなく終了される。

上述のように、半導体ウェハへの大地接続は、３位相ウェハ締着装置において除去される。しかし、実際に、ワイヤ１０２．１０４及び１０６又は低い等価抵抗接続の形状のウェハの大地接触を与えることが通常は好適である。ゼロの接地電流が、完璧に合致した負荷に動作する完璧に釣り合った３位相正弦波電圧にのみ生じる。つまり、図１０に示される等価コンデンサ１３０．１３２及び１３４の各々が同一の値でなければならない。実際に、通常、システムにおいて若干の不釣り合いがある。しかし、システムがやや不釣り合いであっても接地電流が非常に小さく、ウェハへのアークの機会が小さい。ワイヤ１０２．１０４及び１０６によって提供される大地接続を使用する他の利点が、入射イオンビームによる荷電ビルドアップ（ｃｈａｒｇｅ　ｂｕｉｌｄｕｐ）を最小にし、半導体ウェハのイオンビーム電流を計測するための手段を提供する。ウェハへのイオンビーム電流をモニターすることが望まれるとき、図８に示すように、抵抗器１０２が接地線と直列に接続される。

３位相正弦波締着電圧が図８のウェハ締着装置に使用されると、適当な締着電圧が３位相ライン入力から直接電圧生成器１１０で導かれる。セットアツプトランスフォーマが、１０００ボルトビーク対ピークのオーダーで、要求される締着電圧振幅を提供するために使用される。リレー（ｒｅｌａい又は他の適当なアナログスイッチが締着電圧を切るために使用される。

図８に示される３位相波綿着装置の他の態様によると、３位相篩着電圧が図１１に示されるような方形波から成ることができる。締着電圧生成器１１０の位相Ａ、位相Ｂ及び位相Ｃ出力は、相対的に相互に方形波振動周期の３分の１だけ位相された方形波である。好適に、３位相方形波綿着電圧のスイッチ比は、図５に示され上述したように、約１０００ボルト毎ミリ秒に制限される。図１１に示すような方形波の使用は、同一の正弦波よりも大きい締着力を提供する。よって、等両線着力が、正弦波と比較して小さい振幅の方形波で得られる。

接地電流が３位相正弦波システムにおいてのみゼロであることから、３位相方形波綿着電圧が使用されると、接地電流はゼロではない。しかし、接地電流の絶対値が単一位相システムの場合よりもずっと小さいので、アークの危険性が減少する。さらに、正弦波又は方形波のいずれかの３位相篩着電圧が使用されると、接地ワイヤ１０２．１０４及び１０６と半導体ウェハとの間の接触抵抗が高いとき、ウェハが信頼的に締着される。

図８の３位相ウェハ締着装置は、ウェハへの電気的接触をさせるためのワイヤ１０２．１０４及び１０６で説明され示された。いかなる技術も３位相形状においてウェハへの電気的な接触をさせるために使用され、このような３位相ウェハ締着形状が本発明の範囲内に含まれることは理解できるであろう。

図８の実施例は３位相システムウェハクラブ装置に関連して説明された。３位相ライン電圧が多くの場合に利用可能であることから、３位相システムが多相締着システムの好適形状である。しかし、２位相綿着システムが許容できるパフォーマンスと、特に相対的に低い締着電圧を提供する。さらに、３位相以上の締着電圧を使用するウェハ静電締着が本発明の範囲内に含まれる。

シリコンゴム誘電層は、図１−３及び図６−８に示されるウェハ静電締着装置において様々な重要な機能を実行する。シリコンゴム層は、ワイヤ２０，２２及び２４及びウェハ１２をプラテン１０のポテンシャルから電気的に絶縁する。０．００６インチの厚さを有するシリコンゴム層が、破損することなくゴム層を横切って２０００ボルトをかけて真空で試験された。シリコンゴム層はまた、ワイヤ２０．２２及び２４に対して分布された圧縮力を与え、電気的接触を確実にするウェハ１２の裏面に長く薄い線接触を確立する。

本発明の静電締着力によって圧縮されるとき、シリコンゴム層が数ワット毎平方センチメータのウェハ冷却容量を示す。しかし、ここで説明されるウェハ静電締着組立体で使用される誘電層は熱伝導性である必要がないことが理解できるであろう。ウェハの冷却が要求されないとき、誘電層は、組立体の締着動作に影響しない熱絶縁体である。

最後に、シリコンゴム層は、ワイヤの直径と幅で近似的に等しい領域を除いてウェハ１２を破壊し又締着表面１８とウェハ１２との間の接触を阻害することなくゴム層によって占有される空間にワイヤ２０．２２及び２４を押し込むことができる弾性的流れ及び圧縮性を示す。

図１−３及び図６−８の実施例は、ウェハへの単一の裏面の低い抵抗の接触を確立するための装置を提供する。１つ又はそれ以上のワイヤの使用が、ウェハの大きさに比例する面積で大きい表面積の電気的接触を確立し、よってウェハのバルク（ｂｕｌｋ）及び接触点における電流集中を最小にする。この接触は、ウェハの導路を確実にする。締着技術は、締着リング又はウェハの正面を隠す他の装置の完全な自由であり、よって、非常に浅い角度の注入が可能である。締着装置は、高電力処理中に平坦な冷却プラテンに対して確実にウェハを保持し、よって、ウェハ表面を横切って処理する一様な注入角度を可能にする。熱伝導性で電気的に絶縁であり軟質でたわみ性のシリコンゴムプラテンと、ウェハとの間に位置される１つ又はそれ以上の細いワイヤを使用する形状は、ワイヤを使用しないプラテンと相対して冷却を実行することにおいて無視でき得る電荷を生成する。ワイヤの各々がウェハの小さい歪みを有する軟質のゴムを圧縮し、ウェハを平坦にする。圧縮されたゴムからの復元力がウェハ表面に対して細いワイヤを押し付け、一層剤性なウェハ表面にワイヤを最適に一致させる。それにより、ワイヤとウェハとの間の電気的な接触が高められる。

静電締着の大きい静電的絶縁及び誘電属性と効率的な熱伝導性を示す。シリコンゴムのたわみ性でほぼ塑性な流れ（ｐｌａｓｔｉｃ　ｆｌｏｗ）は、ゴムがシリコンウェハの表面溝に流れ込み適合させることを確実にし、よって、ウェハとゴムとの間の接触を確実にする。シリコンゴムの誘電力及び誘電率は、ウェハをハンドリングし冷却するために要求される物理的な保持力を達成するのに十分なもの以上である。シリコンゴムの伝熱率を増加させるのに使用される付加的なもの（ａｄｄｉｔｉｖｅ）また、ゴムの誘電率を上昇させ、よって、与えられた印加電圧のための保持力を増加させる。本発明の第２実施例が図１２．１３．１４Ａ及び１４Ｂに示される。ウェハ静電締着装置が、プラテン２００と、加工物の締着が所望されるときに締着電圧をプラテン２００に印加するための締着制御回路２０２とを含む。プラテン２００は、支持板又はプラテンベース２０４と、プラテンベース２０４の上面に取り付けられる絶縁基板２０６とを含む。プラテンベース２０４及び絶縁基板２０６はほぼ円形であり、ウェハ持上機構（図示せず）のための中央開口２０８を有し得る。

６個の等間隔の極板２１０．２１２．２１４．２１６．２１８及び２２０が、絶縁基板２０６の上面とセクタ誘電絶縁体２３０．２３２．２３４．２３６．２３８及び２４０との間にそれぞれ位置される。極板は好適に、それぞれのセクタ誘電絶縁体の下面に形成された薄い金属層である。極板２１０．２１２．２１４．２１６．２１８及び２２０は好適に等しい面積を有し、プラテン２００の中央２２２に関して対称的に配置される。極板は相互に電気的に絶縁され、好適実施例において、図１２に示すようにセクター形状にされる。誘電絶縁体２３０．２３２．２３４．２３６．２３８及び２４０の上面は同一平面内にあり、ウェハ締着表面を画成している。好適に、誘電絶縁体はそれぞれの極板の端部と重なり合い、極板とウェハの間の接触を防いでいる。プラテンベース２０４及び絶縁基板２０６は整列した開口２４８及び２５０がそれぞれ極板の各々の下に設けられている。開口２４８及び２５０は極板の各々への電気的な接続を可能にしている。半導体ウェハ２５６は締着表面２４２の上に位置されて図１３に示されている。締着電圧が以下に詳説するように極板２１０．２１２．２１４．２１６．２１８及び２２０に印加されると、ウェハ２５６は締着表面２４２に対して固定位置に静電的に締着される。

誘電絶縁体２３０．２３２．２３４．２３６．２３８及び２４０は好適に、高誘電力と高誘電率とを有し、締着に使用される周波数及び電圧においてバルク分極（ｂｕｌｋ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を示さない硬質のセラミツり材料である。好適な材料は、アルミナ、サファイア及びアルミニウム窒化物を含む。好適実施例において、誘電絶縁体は、約０．２ｍｍの厚さを有するアルミナから製造される。この厚さは、約１０００ボルトのピーク振幅を有する電圧で信頼的な締着を可能にする。締着表面２４２を画成する誘電絶縁体の上面は、０．００１インチ内の平坦さに研削される。この平坦な締着表面は、在来の研削、研磨及びラップ（ｌａｐｐｉｎｇ）技術を使用して得られる。長期の耐久性を有する硬質（ｈａｒｄ）なウェハ締着表面を提供するアルミナ誘電絶縁体は、極めて清浄（ｃｌｅａｎ）でありウェハスティッキング（ｗＨｆｅｒ　ｓｔｉｃｋｉｎｇ）を起こさない。

極板２１０．２１２．２１４．２１６．２１８及び２２０は好適に、それぞれの誘電絶縁体の下面の金属層の蒸着によって形成される。特に、極板は好適に、高伝導率のチタニウム上の界面活性剤及びモリブデン層のようなアルミナ誘電絶縁体に直接印加される非常に薄いチタニウム層から成る。モリブデンは、アルミナの熱膨張係数にほぼ合致する熱膨張係数を有することから選択される。極板の各々の全部の厚さは典型的に約１μｍのオーダーである。極板が誘電絶縁体の下面に形成されて、極板と絶縁体との間のいかなるエアギャップ（ａｉｒ　ｇａｐ）をも排除することが重要である。

極板と絶縁体との間、又はウェハと絶縁体との間の若干のエアギャップでも締着力の顕著な減少が生じる。

比較的厚い誘電絶縁体は、ウェハのデバイスに損傷を与えるような比較的大きい締着電圧を要する。比較的薄い誘電絶縁体は、構造的な安定性と耐久性とに欠ける。

好適実施例において、別々の誘電絶縁体が極板の各々のために製造され、極板は誘電絶縁体よりも小さい面積を有する。だの実施例において、誘電絶縁体は、必要ならば蒸着によってその下面に形成される多重極板（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を有して、中央開口を有する円形状ディスクのように形成される。この形状は、１００ｍｍ又はそれ以下の直径を有する相対的に小さいプラテンにおいて実用的であり得る。比較的大きい直径のプラテンにおいて、別々の誘電絶縁体は一層容易に製造される。

絶縁基板２０６は、プラテン構造を支持し、エレクトエロードを電気的に絶縁するような顕著な厚さを有する。絶縁基板は好適に、熱膨張係数の合致する誘電絶縁体と同様の材料から製造される。好適実施例において、基板２０６はアルミナから製造される。プラテンベース２０４は典型的に、アルミニウムのような金属から製造される。

誘電絶縁体は、それらの下面に極板を形成し、絶縁基板２０６の上面に接着されている。好適に、デュポン社（ＤｅＰｏｎ　ｔ　Ｃｏｍｐａｎいから入手可能なテフロンＦＥＰフィルムのような熱可塑性テトラフルオロエチレンファスナーが接着材（ａｄｈｅｓ　１ｖｅ）として使用される。熱可塑性ファスナーは、誘電絶縁体と誘電基板２０６との間に位置され、その組立体は真空で約３００′Ｃに加熱される。テトラフルオロエチレンファスナーは溶解し、誘電ぜ伝いと誘電基板２０６との間の確実な接着をする。テトラフルオロエチレン接着技術は非常に清浄（ｃ　Ｉ　ｅａｎ）であり、真空処理中にガス放出を生じない。

プラテン２００の極板に印加される締着電圧は好適に、６個の別々の相（０°、５００．１２０°、１８０°、２４０°及び３００’）を有する双極方形波である。プラテン２００の反対側の極板に印加される電圧の位相は、２分の１サイクル、又は１８０°だけ位相が外れている。よって、極板２１２及び２１８に印加される電圧は２分の１サイクルだけ位相が外れ、極板２１０及び２１６に印加される電圧は２分の１サイクルだけ位相が外れ、極板２１４及び２２０に印加される電圧は２分の１だけ位相が外れる。以下で説明するように、開示した締着装置は、ウェハへの接触を要することなく、ウェハに損傷を与え得る荷電電流を生成することなく、ウェハの信頼的な締着及び非締着を提供する。

６位相方形波電圧は好適に、約９００がら１２００ボルトピークの範囲で、好適な電圧が約１０００ボルトピークの振幅を有する。この電圧の範囲は、締着表面２４２に合致させ、ウェハのいがなる曲率をも克服するのに十分な締着力を提供する。この範囲よりも高い電圧は、ウェハのデバイスに損傷を与え得る。方形波電圧の周波数は約ＩＨｚから３００Ｈｚの範囲であり、好適には約２０がら５０Ｈｚの範囲であり、最も好適な動作周波数は約３０Ｈｚである。より低い周波数は表面電荷（ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒｇｉｎｇ）を生成し、ウェハスティッキングを生じさせる。より高い周波数は、与えられた荷電電流において減少した保持力を提供する。３０Ｈｚの周波数を有する締着電圧において、方形波のスイッチ時間が好適に約３ミリ秒に正弦される。この相対的に低いスイッチ速度は、極板荷電における率を制限し、それによってウェハに損傷を与え得る電圧過渡を制限する。

締着電圧をプラテン２００に印加するための締着制御回路２０２の概略的なブロック図が図１４Ａに示される。締着制御回路２０２が締着制御電圧を生成するだめの適当な回路のただ１つの例であることが理解されるであろう。要求される振幅、周波数及び位相の方形波電圧を生成することのできるいかなる回路も使用される。

締着制御回路２０２は、等しい振幅と周波数との低い電圧の方形波を生成する方形波生成器２６０．２６２及び２６４を含む。周波数は好適に約３０Ｈｚである。出力方形波の位相は１２０°だけ相違する。よって、方形波生成器２６０は基準位相Ｏ°において方形波を生成し、方形波生成器２６２は１２０°の位相で方形波を生成し、方形波生成器２６４は２４０°の位相で方形波を生成する。方形波生成器２６０．２６２及び２６４の出力は、高電圧増幅器２７０．２７２及び２７４にそれぞれ入力される。増幅器２７０．２７２及び２７４はそれぞれの方形波を約１０００ボルトピークに増加させる。

増幅器２７０．２７２及び２７４の出力はそれぞれ高電圧インバータ変圧器２８０．２８２及び２８４に印加される。変圧器２８０．２８２及び２８４は中央のタップ（ｔ　ａｐ）に接地されていて、１８０°、又は２分の１サイクルだけ位相を外した２つの出力電圧を生成する。よって、ライン２９０（＋Ａ）及びライン２９１（−Ａ）の変圧器２８０の出力は、２分の１サイクルだけ位相を外した双極方形波である。同様に、ライン２９２（＋Ｂ）及びライン２９３（−Ｂ）の変圧器２８２の出力は２分の１サイクルだけ位相を外した双極方形波であり、変圧器２８０の出力に関して１２００　だけ位相される。ライン２９４（＋Ｃ）及びライン２９５（−Ｃ）の変圧器２８４の出力は、２分の１サイクルだけ位相を外し、変圧器２８０に関して２４０°だけ位相される。電圧波形＋Ａ、−Ａ、十Ｂ、−Ｂ、＋Ｃ及び−Ｃは図１４Ｂに示される。ライン２９０及び２９１の変圧器２８０の出力はそれぞれ極板２１６及び２１０に接続され、ライン２９２及び２９３の変圧器２８２の出力はそれぞれ極板２１８及び２１２に接続され、ライン２９４及び２９５の変圧器２８４はそれぞれ極板２２０及び２１４に接続される。ウェハ締着装置の変形物において、極板２１８及び２１２への接続が逆にされる。この形状において、ライン２９２は極板２１２に接続され、ライン２９３は極板２１８に接続される。

いくつかの場合において、イオンビームによる荷電ビルドアブを除去し、ウェハ締着装置におけるいかなる不釣り合いをも補償し、ウェハの不完全さを補償するために、ウェハを接地することが望まれ得る。ウェハを接地して組み立てられたウェハ締着装置が図１５に示される。図１３及び１５と同様の素子が同一の符号を有する。プラテン３００は、上述のように、プラテンベース２０４、絶縁基板２０６、極板２１０がら２２０及びセクタ誘電絶縁体２３０から２４０を含む。

伝導性接地リング３０２が、プラテンベース２０４及び絶縁基板２０６の周囲を取り囲む。接地リング３０２はプラテンベース２０４に取り付けられ、締着表面２４２と同一平面上である上面３１０を有する環状壁３０６を含む。ウェハ２５６が表面２４２に締着されると、ウェハの外周が締着リング３０２に接触し、それによってウェハ２５６が接地される。ウェハ２５６との信頼的な接触を確実にするために、バネ負荷接地ピン（ｓｐｒｉｎｇ　１ｏａｄｅｄ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｉｎ）　３１２．３１４等が好適に設けられる。ピン３１２及び３１４は通常、バネ３１６によって表面３１０のほぼ上に偏倚される。ウェハ２５６が静電力によって表面２４２に対して締着されると、ピン３１２．３１４等が下方に押圧され、バネがピンをウェハとの接触を促進し、それによってウェハ２５６との信頼的な接触を確実にする。好適に、３個又はそれ以上の接地ピンが接地リング３０２に使用される。

図１２．１２．１４Ａ、１４Ｂ及び１５に示される静電締着装置の第３実施例が、実際上、６位相締着のように動作する。逆位相をプラテン２００の反対側の極板に提供することによって、ウェハとの電気的接触が締着のために要求されない。説明したような双極方形波締着電圧を使用することによって、締着電圧がウェハに常時印加され、振動が除去される。締着電圧の２つがゼロ電圧を通過するとしても、他の４つの締着電圧が全振幅（ｆｕｌｌ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。

本発明の第３実施例の他の利点は図１６Ａから１６Ｃに図示される。３つのセクター及び３位相正弦波締着電圧を用いるウェハ静電締着において、セクタの各々からウェハに流れるＡＣ容量荷電電流の完全な相殺がある。全荷電電流は、各々１２０°の位相を外した３つの正弦波電流の和によって与えられ、この和は図１６Ａに示されるようにゼロに識別的に等しい。ウェハとの電気的接触がなくても、この相殺手段は、保持力を提供するために、要求されないウェハへの電気的接触のみならず、プラテンに保持されているがウェハの電気的ポテンシャルを常時ゼロに維持させるだろう。

しかし、正弦波締着電圧の使用がウェハ締着装置において最適ではない。方形波電圧が２つの理由において好適である。第１に、与えられたピーク電圧において、平均保持力が方形波締着電圧において正弦波締着電圧よりも大きい。第２に、方形波締着電圧に関して、与えられたセクターの保持力がゼロ又はほぼゼロである時間周期の減少がある。結果として、ウェハの振動が正弦波の使用と比較して大幅に減少される。

不幸にも、方形波電圧が図８に示す３位相篩着装置で使用されると、荷電電流相殺の利点が失われる。荷電が電流スパイク（ｃｕｒｒｅｎｔ　５ｐｉｋｅ）の順列でウェハへ通過し、そしてウェハが効率的な電気的接触によって接地されないと、ウェハの電気的ポテンシャルが図１６Ｂに示すように３位相方形波周波数の３倍で荷電するであろう。ウェハ表面のこのような電圧変位（ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）は、実用的なデバイスにおいて数百ボルトの量であり、ウェハに処理される敏感なデバイスに損傷を与えるか、又は、イオン注入又はプラズマエツチングのような、実行される処理に悪影響を及ぼし得る。

図１２及び１３の６セクタウ工ハ締着装置の荷電電流が図１６Ｃに示される。この場合、セクタの各々からの電流スパイクは、プラテンの反対側のセクタからの逆極性の同時のスパイクによって相殺される。総荷重電流は、したがって、ゼロに相殺される。さらに、６セクタ締着装置において、荷電電流はいかなる任意の入力波形をも相殺する。

上記のように、図１２及び１３のウェハ締着装置の誘電絶縁体２３０．２３２．２３４．２３６及び２３８は好適に、硬質のセラミック材料である。さらに、誘電絶縁体及びウェハは公称的な平坦面を有する。これは、ウェハと誘電絶縁体との相対的に小さい割合の表面積上でウェハと誘電絶縁体の間に物理的な接触をさせる。その結果、締着装置が真空で動作するとき、ウェハ２５６から誘電絶縁体への伝熱が相対的に乏しい。伝導（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）による伝熱（ｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｆｅｒ）が、誘電絶縁体と物理的に接触するウェハ２５６のこれら面積上のみに生じる。

ウェハ冷却がイオン注入システムにおいて要求されることがしばしばであることから、ウェハ冷却を含む本発明の第３実施例の変形物が図１７に示される。図１３及び１７の同様の素子は同一の符号を有する。プラテン４００は、図１３に関連して上述したように、プラテンベース２０４、絶縁基板２０６．６個の極板２１０から２２０及び６個のセクタ誘電絶縁体２３０から２４０を含む。

付加的に、図１７に示すプラテンは、ガスをウェハ２５６と締着表面２４２との間の領域４０２に導入するための手段を含む。ウェハ２５６が締着表面２４２の上に持ち上げられて図１７に示されているが、ウェハ２５６が締はく表面２４２に確実に締着されるならば、空隙（ｖｏｉｄ）が、ウェハの凹凸′及びそり（ｗａｒｐｉｎｇ）　、及び表面の微小変形のため、ウェハと締着表面との間に存在することは理解されるであろう。

ガスが、適当なコンジット（図示せず）及び中央開口２０８を通じて図１７に概略的に示されるガスソース４０４からウェハ２５６と締着表面２４２との間の領域４０２に接続される。

プラテン４００は、プラテンベース２０４及び絶縁基板２０６の周囲を取り囲む環状密封リング４１０を更に含む。環状密封リング４１０は、締着表面２４２と同一平面上にある上面４１４を有する環状壁４１２を含む。エラストマ（ｅ　ｌａｓｔｏｍｅｒ）密封リング４１６が上面４１４の溝に取り付けられている。ウェハ２５６が表面２１２に締着されると、エラストマリング４１６が部分的に圧縮され、その外周で領域４０２を密封する。外周の密閉は、ソース４０４から導入されるガスを真空チャンバ内へ入り込まないようにする。

ガスは典型的に約１．０から４０ｔｏｒｒの圧力の窒素又は他の熱伝導性ガスである。ガスの圧力は、締着表面２４２からウェハ２５６を持ち上げることなく熱伝導を最大にするように選択される。ウェハ２５６と締着表面２４２との間の領域４０２のガスは、ウェハ２５６と締着表面２４２との間で熱エネルギーの伝導をし、ウェハの加熱を制限する。ガス伝導冷却の技術は当業者にとって周知である。

本発明の他の特徴に従って、プラテン４００は、ウェハからプラテンへ伝達される熱エネルギーを除去するための冷却手段を含む。図１７の実施例において、プラテンベース２０４は、水のような冷却液を循環させるための環状通路４２０を設けている。通路４２０は、液体冷却及び循環システム（図示せず）のための入口及び出口を含む。様々な形状が冷却液の循環のために提供されることが当業者によって理解できるであろう。液体冷却システムは、プラテン組立体の余り（ｒｅｍａｉｎｄｅｒ）から密封される。

イオンビームがウェハ２５６に入射されると、熱がウェハで生成される。この熱は、誘電絶縁体２３〇−２４０及び絶縁基板２０６を通じてウェハ２５６からプラテンベース２０４へ伝達される。熱エネルギーは液体冷却システムによってプラテンベース２０４から除去される。ウェハ２５６からプラテンへの熱エネルギーの伝導は、ウェハ２５６と締着表面２４２との間の面積での固体対固体の熱伝導と、ウェハ２５６が締着表面２４２と物理的に接触しないところの面積でのガス伝導によって起こる。

本発明の好適実施例を考慮したものにおいて説明されたが、様々な変更物及び変形物が特許請求の範囲によって定義されたような本発明の範囲を逸脱することなくなされ得ることが当業者によって明白である。

Ｆ／’ｇ、　４ＢＦり・６Ｒｇ−８Ｆ／’ｇ、　Ｉ２Ｆ／’ｇ、　／３特表平７−５０６４６５　ｃ１８）振幅３００Ｆｌり、１５Ｆｊｇ、／７Ｆｉｇ、　１６Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

１．被処理体を静電締着するための装置であって、少なくとも２つのプラテン・セクションを含み、該少なくとも２つのプラテン・セクションが伝導材料から成りかつ互いに電気的に絶縁されているプラテンと、前記少なくとも２つのプラテン・セクション上に配置される誘電体物質であつて、該誘電体物質は被処理体を受け取るための締着面を有するところの誘電体物質と、前記プラテンに多位相締着電圧を印加するための手段であって、前記被処理体が前記締着面上の固定位置に静電的に締着されるように前記多位相締着電圧の１つの位相が前記少なくとも２つのプラテン・セクションのそれぞれに印加されるところの手段と、から成る装置。
２．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記プラテン・セクションは面積が等しく前記誘電体物質と接触する面を含むところの装置。
３．請求の範囲第１項に記載の装置であって、さらに前記被処理体と前記多位相電圧の接地導体との間に接続された伝導手段を含むところの装置。
４．請求の範囲第３項に記載の装置であって、前記導体手段は前記誘電体物質と前記被処理体との間の前記締着面上に配置される少なくとも１つの細いワイヤから成るところの装置。
５．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記誘電体物質は前記少なくとも２つのプラテン・セクションに固定された弾性誘電体層から成るところの装置。
６．請求の範囲第５項に記載の装置であって、前記弾性誘電体層は熱伝導性があるところの装置。
７．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記被処理体は半導体ウエハから成るところの装置。
８．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記締着面は平坦であるところの装置。
９．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記多位相締着電圧の各位相は正弦電圧から成るところの装置。
１０．請求の範囲第１項に記載の装置であって、前記多位相締着電圧の各位相は双極方形波電圧から成るところの装置。
１１．請求の範囲第１０項に記載の装置であって、前記方形波電圧は約１０００Ｖ／ｍｓｅｃまたはそれ以下のスイッチング比を有するところの装置。
１２．半導体ウエハを静電締着するための装置であって、第１、第２及び第３プラテン・セクションを含み、該第１、第２及び第３プラテン・セクションが伝導材料から成りかつ互いに電気的に絶縁されているプラテンと、前記第１、第２及び第３プラテン・セクション上に配置される誘電体物質であって、該誘電体物質は半導体ウエハを受け取るための締着面を有するところの誘電体物質と、前記プラテンに３位相締着電圧を印加するための手段であって、前記半導体ウエハが前記締着面上の固定位置に静電的に締着されるように前記３位相締着電圧の１つの位相が前記第１、第２及び第３プラテン・セクションのそれぞれに印加されるところの手段と、から成る装置。
１３．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記第１、第２及び第３プラテン・セクションは面積が等しく前記誘電体物質と接触する面を有するところの装置。
１４．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記締着面は円形でありかつ半径方向に前記第１、第２及び第３プラテン・セクションに分割されるところの装置。
１５．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、さらに前記被処理体と前記３位相締着電圧の通常の導体との間に接続された伝導手段を含むところの装置。
１６．請求の範囲第１５項に記載の装置であって、前記伝導手段は前記誘電体物質と前記半導体ウエハとの間の前記誘電体物質上に配置された少なくとも１つの細いワイヤから成るところの装置。
１７．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記誘電体物質は前記第１、第２及び第３プラテン・セクションに固定された弾性誘電体層から成るところの装置。
１８．請求の範囲第１７項に記載の装置であって、前記弾性誘電体層は熱伝導性を有するところの装置。
１９．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記締着面は平坦であるところの装置。
２０．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記３位相締着電圧の各位相は正弦電圧から成るところの装置。
２１．請求の範囲第１２項に記載の装置であって、前記３位相締着電圧の各位相は双極方形波電圧から成るところの装置。
２２．請求の範囲第２１項に記載の装置であって、前記双極方形波電圧は約１０００Ｖ／ｍｓｅｃかまたはそれ以下のスイッチング比を有するところの装置。
２３．被処理体を静電締着するための装置であって、被処理体を受けるための円形で電気的に絶縁された締着面と、該締着面の下方に配設されそれと電気的に離隔された６つの伝導電極とを有し、該電極は前記円形締着面の中心に関して対称に配置されるところのプラテンと、被処理体の締着が所望の時前記電極のそれぞれにＡＣ電圧を印加するための締着制御手段であって、前記中心の反対側の電極に印加されたＡＣ電圧は２分の１周期位相を異にし、隣接する電極に印加される電圧は少なくとも６分の１周期位相を異にし、前記被処理体は前記ＡＣ電圧が前記電極に印加されるとき前記締着面上の固定位置に静電的に締着される、ところの締着制御手段と、から成る装置。
２４．請求の範囲第２３項に記載の装置であって、前記円形締着面は半径方向に６つのセクタに分割され、前記電極のひとつは前記締着面の各セクタの下に配設されるところの装置。
２５．請求の範囲第２４項に記載の装置であって、前記締着面は誘電体物質により画成され、前記電極は前記誘電体物質の下方に配設されるメタル層から成るところの装置。
２６．請求の範囲第２４項に記載の装置であって、前記電極は等しい面積を有するところの装置。
２７．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記締着面は平坦であるところの装置。
２８．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記誘電体物質は無極性であるところの装置。
２９．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記誘電体物質はアルミニウム、サファイヤ及びアルミニウム窒化物から成る装置。
３０．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記誘電体物質はアルミニウムから成るところの装置。
３１．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記誘電体物質は熱伝導性を有するところの装置。
３２．請求の範囲第２３項に記載の装置であって、前記各電極に印加される電圧は双極方形波から成るところの装置。
３３．請求の範囲第３２項に記載の装置であって、前記方形波は約１Ｈｚから３００Ｈｚの範囲の基本周波数を有するところの装置。
３４．請求の範囲第２５項に記載の装置であって、前記プラテンはさらに、前記電極及び前記誘電体物質のそれぞれを支持するための絶縁基板及び該絶縁基板を支持するための支持プレートを含むところの装置。
３５．請求の範囲第３４項に記載の装置であって、前記プラテンはさらに前記被処理体に接触するための周縁接地リングを含むところの装置。
３６．請求の範囲第２３項に記載の装置であって、前記被処理体は半導体ウエハから成るところの装置。
３７．請求の範囲第３２項に記載の装置であって、前記各電極にＡＣ電圧を印加するための前記手段はそれぞれ０°、１２０°及び２４０°の位相を有する第１、第２及び第３方形波を生成するための手段と、前記円形締着面の反対側の電極に結合させるべく前記第１、第２及び第３方形波のそれぞれを２つの振幅の等しい反位相の双極方形波に変換するための手段と、から成る装置。
３８．請求の範囲第３２項に記載の装置であって、前記方形波は約２０Ｈｚから５０Ｈｚの範囲の基本周波数を有するところの装置。
３９．請求の範囲第３２項に記載の装置であって、前記方形波は約３０Ｈｚの基本周波数を有するところの装置。
４０．請求の範囲第３９項に記載の装置であって、前記方形波は約３ｍｓｅｃのスイッチング速度を有するところの装置。
４１．請求の範囲第３９項に記載の装置であって、前記双極方形波は約９００Ｖから１２００Ｖの範囲のピーク振幅を有するところの装置。
４２．請求の範囲第２４項に記載の装置であって、前記締着面は前記各電極に対し１つの計６つの誘電体インシュレータにより画成され、前記電極はそれぞれ前記誘電体インシュレータの下面上に形成されたメタル層から成る、ところの装置。
４３．請求の範囲第４２項に記載の装置であって、前記誘電体インシュレータはアルミニウムから成り、前記電極はモリブデン層及び該モリブデン層と前記誘電体インシュレータ層との間の薄いチタン層から成る、ところの装置。
４４．請求の範囲第４３項に記載の装置であって、前記電極は前記誘電体インシュレータの下面上に蒸着されているところの装置。
４５．請求の範囲第４２項に記載の装置であって、前記プラテンはさらに前記誘電体インシュレータ及び前記電極を支持するための絶縁基板から成り、及び下面に形成された電極を有する前記誘電体インシュレータは四フッ化エチレン留め具により前記絶縁基板に接着される、ところの装置。
４６．請求の範囲第２３項に記載の装置であって、さらに前記装置が真空環境で利用される際前記被処理体と前記締着面との間に熱エネルギーを伝導させるべく前記被処理体と前記締着面との間の領域内にガスを導入するための手段を含む、ところの装置。
４７．請求の範囲第４６項に記載の装置であって、さらに前記領域からのガスの散逸を防止するため前記被処理体とその外縁付近の締着面との間の領域を密封するための手段を含む、ところの装置。
４８．請求の範囲第２３項に記載の装置であって、さらに前記プラテンを冷却するための手段を含むところの装置。
４９．請求の範囲第３４項に記載の装置であって、前記支持プレートは冷却液の循環のための水路を含むところの装置。
５０．被処理体を静電締着するための装置であって、被処理体を受けるための絶縁締着面及び該締着面の下に配設されかつそれから絶縁されｎが２またはそれ以上の整数であるところの２ｎ個の伝導電極を有するプラテンであって、前記電極は前記締着面の中心に関して対称に配置されるところのプラテンと、被処理体の締着が所望される際前記各電極にＡＣ電圧を印加するための締着制御手段であって、前記中心の反対側の電極に印加される電圧は２分の１周期位相を異にし、隣接する電極へ印加される電圧は少なくとも１／２ｎ周期位相を異にし、前記ＡＣ電圧が前記電極に印加されるとき被処理対は前記締着面上の固定位置に静電的に締着される、ところの締着制御手段と、から成る装置。
５１．請求の範囲第５０項に記載の装置であって、前記締着面は前記各電極に対し１つの誘電体インシュレータにより画成され、前記電極は前記誘電体インシュレータの下面上に形成されたメタル層から成る、ところの装置。
５２．請求の範囲第５１項に記載の装置であって、前記誘電体インシュレータはアルミニウム、サファイヤ及びアルミニウム窒化物から成る集合から選択された材料から製造されるところの装置。
５３．請求の範囲第５０項に記載の装置であって、前記各電極に印加される電圧は双極方形波から成るところの装置。
５４．請求の範囲第５３項に記載の装置であって、前記方形波は約２０Ｈｚから５０Ｈｚの範囲の基本周波数を有するところの装置。
５５．請求の範囲第５４項に記載の装置であって、前記双極方形波は約９００Ｖから１２００Ｖの範囲のピーク振幅を有するところの装置。
５６．請求の範囲第５１項に記載の装置であって、前記誘電体インシュレータはアルミニウムから成り、前記電極はモリブデン層及び該モリブデン層と前記誘電体インシュレータとの間の薄いチタン層から成る、ところの装置。
５７．請求の範囲第５０項に記載の装置であって、さらに前記装置が真空環境で利用される際前記被処理体と前記締着面との間に熱エネルギーを伝導させるべく前記彼処理体と前記締着面との間の領域内にガスを導入するための手段を含む、ところの装置。
５８．請求の範囲第５７項に記載の装置であって、さらに前記領域からのガスの散逸を防止するため前記被処理体とその外縁付近の締着面との間の領域を密封するための手段を含む、ところの装置。
５９．請求の範囲第５０項に記載の装置であって、さらに前記プラテンを冷却するための手段を含むところの装置。
６０．被処理体を真空チャンバ内で静電締着するための装置であって、被処理体を受けるための円形絶縁締着面を有するプラテンであって、該締着面は６つの誘電体インシュレータにより画成され、さらに前記プラテンは前記誘電体インシュレータの下に配設される６つの電極を含み、前記電極は前記円形締着面に関し対称に配置され、前記プラテンがさらに前記電極及び前記誘電体インシュレータを支持するための絶縁基板を含む、ところのプラテンと、被処理体の締着が所望される際前記各電極にＡＣ電圧を印加するための締着制御手段であって、締着面の反対側の電極に印加されるＡＣ電圧は１／２周期位相を異にし、隣接する電極へ印加される電圧は少なくとも１／６周期位相を異にし、前記ＡＣ電圧が前記電極に印加されるとき被処理対は前記締着面上の固定位置に静電的に締着される、ところの締着制御手段と、前記被処理体と前記締着面との間に熱エネルギー伝導させるべく前記被処理体及び前記締着面との間の領域内にガスを導入するための手段と、前記プラテンを冷却するための手段と、からなる装置。