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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-02-28
(54)【発明の名称】多孔質プラグを備えた静電チャック
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20250220BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20250220BHJP
H01L 21/3065 20060101ALN20250220BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H02N13/00 D
H01L21/302 101G
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024545945
(86)(22)【出願日】2023-01-06
(85)【翻訳文提出日】2024-09-18
(86)【国際出願番号】 US2023010342
(87)【国際公開番号】W WO2023150006
(87)【国際公開日】2023-08-10
(31)【優先権主張番号】17/592,400
(32)【優先日】2022-02-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】チャーダ， アービンダー
(72)【発明者】
【氏名】神津 智章
【テーマコード（参考）】
5F004
5F131
【Ｆターム（参考）】
5F004AA16
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB25
5F004BB26
5F004BD03
5F004BD04
5F004BD05
5F004BD06
5F131AA02
5F131BA03
5F131BA04
5F131BA19
5F131BA23
5F131CA04
5F131CA17
5F131EA03
5F131EB16
5F131EB22
5F131EB79
5F131EB81
5F131EB82
5F131EB84
(57)【要約】
本書では、静電チャック及びそれを形成するための方法が説明される。静電チャックは、セラミック対セラミック体を有するチャックのセラミック体によって内部に固定されたセラミック多孔質プラグを有する裏面ガス流路を含む。一例では、セラミック多孔質プラグは、セラミック体と共に焼結される。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
静電チャックであって、基板支持面と底面、電極、及び前記基板支持面と前記底面との間に延びるガス流路を有するセラミック体と、
セラミック同士の接合によって前記ガス流路に固定されたセラミック多孔質プラグと、
を含む、静電チャック。
【請求項2】
前記セラミック多孔質プラグが前記セラミック体に焼結されている、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項3】
前記セラミック多孔質プラグが、前記セラミック多孔質プラグに接触する前記セラミック体の一部の粒径と同様の粒径を有する、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項4】
前記セラミック多孔質プラグが、前記セラミック多孔質プラグに接触する前記セラミック体の一部の粒径とは異なる粒径を有する、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項5】
前記セラミック多孔質プラグが、前記セラミック多孔質プラグに接触する前記セラミック体の一部の粒径よりも大きい粒径を有する、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項6】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面と同一平面上にある、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項7】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面から凹んでいる、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項8】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面から突出している、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項9】
接着層によって前記セラミック体の前記底面に固定された上面を有する温度制御ベースであって、前記温度制御ベースが、前記セラミック体内に形成された前記ガス流路と整列したガス供給孔を有し、前記セラミック多孔質プラグの前記底面が、前記セラミック多孔質プラグが前記ガス供給孔及び前記ガス流路から前記接着層を遮蔽するように、前記ガス供給孔内に延びる、温度制御ベースをさらに含む、請求項８に記載の静電チャック。
【請求項10】
前記セラミック多孔質プラグが異なる多孔率の領域をさらに含む、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項11】
前記セラミック多孔質プラグが複合材料から形成されている、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項12】
静電チャックであって、基板支持面と底面、電極、及び前記基板支持面と前記底面との間に延びるガス流路を有するセラミック体と、
前記ガス流路内に配置され、前記セラミック体に焼結されたセラミック多孔質プラグと、
前記セラミック体内に形成されるとともに前記セラミック体の支持面に裏面ガスを流すように構成された前記ガス流路と整列したガス供給孔を有する、温度制御ベースと、
前記温度制御ベースを前記セラミック体の前記底面に固定する接着層と、
を含む、静電チャック。
【請求項13】
前記セラミック多孔質プラグが、前記セラミック多孔質プラグに接触する前記セラミック体の一部の粒径よりも大きい粒径を有する、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項14】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面と同一平面上にある、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項15】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面から凹んでいる、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項16】
前記セラミック多孔質プラグの底面が前記セラミック体の前記底面から突出している、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項17】
前記セラミック多孔質プラグの前記底面が、前記セラミック多孔質プラグが前記ガス供給孔及び前記ガス流路から前記接着層を遮蔽するように、前記温度制御ベースの前記ガス供給孔内に延びる、請求項１６に記載の静電チャック。
【請求項18】
前記セラミック多孔質プラグが異なる多孔率の領域をさらに含む、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項19】
前記セラミック体が、異なる粒径の積層領域を有する、請求項１２に記載の静電チャック。
【請求項20】
静電チャックを製造するための方法であって、セラミック多孔質プラグをセラミック材料のシート内に形成された孔内に少なくとも部分的に配置することであって、前記孔が流体通路となるように構成されている、セラミック多孔質プラグを配置することと、
前記セラミック材料と前記セラミック多孔質プラグとを焼結して、その間にセラミック同士の接合を形成することと
を含む、静電チャックを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本明細書に記載される実装形態は、概して、基板支持アセンブリに関し、より詳細には、接合された多孔質プラグを有する基板支持アセンブリ、及び多孔質プラグを基板支持アセンブリに接合する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］基板支持アセンブリは、処理中に半導体処理システム内で基板を支持するために広く使用されている。ある特定の種類の基板支持アセンブリは、冷却ベースに取り付けられたセラミック静電チャックを含む。静電チャックは、一般に、処理中に基板を静止位置に保持する。静電チャックは、セラミック体内に１つ又は複数の埋め込み電極を含む。電極とセラミック体上に配置された基板との間に電位が印加されると、静電引力が発生し、基板がセラミック体の支持面に対して保持される。発生する力は、基板と電極との間の電位差に起因する容量効果、又は、セラミック体内の電荷が基板近くの表面へ移動することを可能にする、比較的低い抵抗率を有する半導体材料で構成されたセラミック体の場合には、ジョンセン・ラーベック効果を有する場合がある。静電容量及びジョンセン・ラーベック引力を利用した静電チャックは、多くの供給元から市販されている。
【0003】
［０００３］処理中の基板温度を制御するために、裏面ガスは、セラミック体内に形成されたガス流路を通って、基板の下方のセラミック体の支持面に提供される。裏面ガスは、セラミック体と基板との間の間隙領域を満たし、したがって基板と基板支持体との間の熱伝達速度を高める熱伝達媒体を提供する。ガス流路を通って流れる裏面ガスがセラミック体内で発火するのを防ぐために、多孔質セラミックプラグがガス流路に位置決めされる。多孔質プラグは、接着剤を使用してセラミック体に固定される。
【0004】
［０００４］しかしながら、セラミック体へのプラグの挿入は予測不可能である。プラグ挿入の質にばらつきがあると、静電チャックの耐用年数中にプラグをセラミック体に保持する接着剤が侵食され、早期のアーク放電不良及び基板の二次粒子汚染が発生しやすくなる。このばらつきは、プラグを固定するための接着剤を手作業で塗布することによって悪化する。さらに、高温にさらされると、セラミック体、多孔質プラグ及び／又は基板間の、プラズマ、ＣＴＥ不整合及び摩擦により、接着力がさらに弱まる場合がある。ひとたび接着剤が損なわれると、接着剤層から浸食された材料がプロセス汚染物質となり、欠陥を発生させ、製品の歩留まりを低下させるため、基材の汚染は避けられない。さらに、多孔質プラグとセラミック体の接合が損なわれると、静電チャックを冷却ベースに固定している接合層が処理ガス及びその他のガスによって攻撃され、静電チャックの耐用年数が劇的に短くなる。
【0005】
［０００５］したがって、改良された静電チャック及びその製造方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］ここでは、静電チャック及びそれを形成するための方法について説明する。静電チャックは、セラミック多孔質プラグがセラミック同士の接合を用いて固定された裏面ガス流路を有するセラミック体を含む。一例では、セラミック多孔質プラグは、セラミック体と共に焼結される。セラミック多孔質プラグをセラミック体と一緒に焼結することは、主要な例として静電チャックを形成するものとして記載されているが、本明細書に記載の方法は、セラミック多孔質プラグと静電チャック以外のセラミック構造体とを接合して、セラミック構造体の流路内に配置された一体焼結多孔質プラグを有する単一の焼成セラミック体を形成するためにも実施され得る。
【0007】
［０００７］別の例では、静電チャックは、セラミック体と、セラミック体のガス流路内に配置されたセラミック多孔質プラグとを含む。セラミック体は、基板支持面及び底面を有する。セラミック体は、電極と、基板支持面と底面との間に延びるガス流路とを含む。セラミック多孔質プラグは、セラミック－セラミックの接合によってガス流路に固定される。
【0008】
［０００８］別の実施例では、半導体処理チャンバでの使用に適した静電チャックが提供される。静電チャックは、セラミック体とセラミック多孔質プラグとを含む。セラミック体は、基板支持面と底面、電極、及び基板支持面と底面との間に延びるガス流路を含む。セラミック多孔質プラグは、ガス流路内に配置されており、セラミック体に焼結されている。温度制御ベースは、接着剤層によってセラミック体の底面に固定されている。温度制御ベースは、セラミック体内に形成されたガス流路と整列されたガス供給孔を含む。整列されたガス供給孔及びガス流路は、セラミック体の支持面に裏面ガスを流すように構成されている。
【0009】
［０００９］さらに別の例では、静電チャックを製造するための方法が提供される。この方法は、セラミック多孔質プラグをセラミック構造体内に形成された孔内に少なくとも部分的に配置すること（孔は流体通路となるように構成される）；及びセラミック構造体とセラミック多孔質プラグとを焼結して、その間にセラミック同士の接合を形成することを含む。
【0010】
［００１０］一実施例では、セラミック構造体は、静電チャックのセラミック体である。他の例では、セラミック構造体は、プレート、シールド、ライナ、本体、フィルタ、容器又はガス分配プレートなどの構造体であってもよい。
【0011】
［００１１］本開示の上記の特徴を詳しく理解できるように、上記で簡単に要約された実装形態のより詳細な説明が、実装形態を参照することによって得られる。一部の実施態様は、添付の図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容し得るため、添付の図面は、この開示の典型的な実装形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】［００１２］本開示の１つ又は複数の実装形態による、共焼結多孔質プラグを有する基板支持アセンブリを含む処理チャンバの概略図である。
【図2】［００１３］本開示の１つ又は複数の実装形態による、静電チャックのセラミック体と共焼結された多孔質プラグを有する基板支持アセンブリの概略断面図である。
【図4】［００１５］本開示の１つ又は複数の実装形態による、多孔質プラグと共に焼結された静電チャックの一部の断面図である。
【図5】［００１６］本開示の１つ又は複数の実装形態による、多孔質プラグと共に焼結された静電チャックの一部の断面図である。
【図6】［００１７］本開示の１つ又は複数の実装形態による、基板支持アセンブリの温度制御ベースと嵌合している多孔質プラグと共に焼結された静電チャックを説明する基板支持アセンブリの一部の断面図である。
【図7】［００１８］本開示の１つ又は複数の実装形態による、共焼結多孔質プラグを有する静電チャックを形成する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
［００１９］理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実装形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実装形態に有利に組み込まれ得ると想定される。
【0014】
［００２０］図面に示す詳細、スケール、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実装形態の例示に過ぎない。したがって、他の実装形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有し得る。さらに、本開示のさらなる実装形態は、以下に記載された詳細のうちのいくつかがなくても、実施可能である。
【0015】
［００２１］以下の開示は、セラミック多孔質プラグがセラミック同士の接合によって固定されたセラミック体を有する静電チャックについて記載している。また、それを形成するための方法についても説明する。セラミック体とセラミック多孔質プラグとの間のセラミック同士の接合により、セラミック多孔質プラグをセラミック体の裏面ガス流路に固定するための接合材料の使用が不要になる。その結果、静電チャック上で処理される基板の汚染及びチャックの故障モードが減少し、チャックの耐用年数が延びる。このように、セラミック多孔質プラグをセラミック体にセラミック同士の接合することで、チャック間の性能均一性が大幅に向上した、堅牢で信頼性の高い静電チャックが実現する。これらの利点により、所有コストが大幅に削減されるとともに、静電チャックの使用に伴う粒子汚染の減少と平均サービス間隔の延長により、生産歩留まりと生産能力が相乗的に向上する。
【0016】
［００２２］ここで図１を見てみると、基板支持アセンブリ１１０を含む処理チャンバ１００の概略図が、本開示の１つ又は複数の実装形態によって説明されている。基板支持アセンブリ１１０は、温度制御ベース１１４上に配置された静電チャック１１２を含む。静電チャック１１２は、後述するセラミック同士の接合を用いて裏面ガス流路に固定されたセラミック多孔質プラグを有し、これにより上述の利点が得られる。ここで追加的に述べたように、セラミック多孔質プラグは、セラミック同士の接合を用いて、他の種類のセラミック構造体の流体通路に代替的に固定され得る。
【0017】
［００２３］処理チャンバ１００は、処理空間１０４を画定するチャンバ本体１０２を含む。基板支持アセンブリ１１０は、処理空間１０４内に位置決めされる。チャンバ本体１０２は、天井１０６、底壁１０７、及び１つ又は複数のチャンバ壁１０８を含む。天井１０６は、誘電材料で構成され得る。
【0018】
［００２４］基板支持アセンブリ１１０は、概して、温度制御ベース１１４に結合されたシャフト１１６によって、処理チャンバ１００の底壁１０７の上方に支持される。基板支持アセンブリ１１０は、シャフト１１６に留められており、基板支持アセンブリ１１０をシャフト１１６から取り外し、改修し、再びシャフト１１６に留めることができる。シャフト１１６は、温度制御ベース１１４に封止され、そこに配置された様々な導管及び電気リード線を処理チャンバ１００内の処理環境から隔離する。あるいは、静電チャック１１２及び温度制御ベース１１４は、接地プレート又はシャーシに取り付けられた絶縁プレート上に配置されることもある。さらに、接地プレートは、天井１０６、底壁１０７、及び１つ又は複数のチャンバ壁１０８のうちの１つ又は複数に取り付けられてもよい。
【0019】
［００２５］静電チャック１１２は概して円形であるが、他の形状を含んで円形でない基板に対応し得る。例えば、静電チャック１１２は、フラットパネルディスプレイ用ガラスなどのディスプレイガラスの処理に使用される場合、正方形又は長方形の基板を含み得る。静電チャック１１２は、基板、例えば基板１２２、例えば半導体基板を支持するための基板支持面１２０を含む。基板１２２の温度は、静電チャック１１２の温度を制御することにより制御される。温度制御ベース１１４は、温度制御ベース１１４の上面に固定された静電チャック１１２を加熱及び／又は冷却するために利用される加熱及び／又は冷却要素を含む。一例では、温度制御ベース１１４は、熱が静電チャック１１２に伝達され又は静電チャック１１２から引き離されることにより、静電チャック１１２の温度をその上に位置決めされた基板１２２とともに制御し得るような、熱伝達流体を流すための抵抗加熱器及び／又は導管を含み得る。静電チャック１１２と基板１２２との間の熱伝達を促進するために、ガス源１２４によって、基板１２２と静電チャック１１２の基板支持面１２０との間に画定された間隙空間に裏面ガス（例えば、ヘリウム、窒素、アルゴン又は他のガス）が提供され得る。裏面ガスは、基板１２２と基板支持アセンブリ１１０との間の熱伝達を促進する熱伝達媒体を提供するため、処理中、洗浄中、又はその他の所望の場合の基板１２２の温度制御を強化する。
【0020】
［００２６］静電チャック１１２は、１つ又は複数のヒータを含み得る。例えば、ヒータは抵抗加熱器などであり得る。静電チャック１１２は、電源１２５に結合され得る１つ又は複数の電極を含む。静電チャック１１２の電極の少なくとも１つは、基板１２２を静電チャック１１２の基板支持面１２０に固定する静電気力を発生させるために利用される。静電チャック１１２内に配置された任意の他の電極は、プラズマ制御、洗浄、又は他の目的のために利用され得る。
【0021】
［００２７］処理チャンバ１００は、少なくとも誘導コイルアンテナセグメント１３０Ａと導電コイルアンテナセグメント１３０Ｂとをさらに含み、両方とも天井１０６の外側に位置決めされている。誘導コイルアンテナセグメント１３０Ａ及び導電コイルアンテナセグメント１３０Ｂはそれぞれ、ＲＦシグナルを生成する高周波（ＲＦ）源１３２に結合されている。ＲＦ源１３２は、整合ネットワーク１３４を介して誘導コイルアンテナセグメント１３０Ａ及び導電コイルアンテナセグメント１３０Ｂに結合されている。基板支持アセンブリ１１０は、ＲＦシグナルを生成するＲＦ源１３６にも結合されている。ＲＦ源１３６は、整合ネットワーク１３８を介して基板支持アセンブリ１１０に結合されている。１つ又は複数のチャンバ壁１０８は導電性で、電気接地１４０に接続され得る。
【0022】
［００２８］処理チャンバ１００の処理空間１０４内の圧力は、処理チャンバ１００と真空ポンプ１４４との間にあるスロットルバルブ１４２を使用して制御される。１つ又は複数のチャンバ壁１０８の表面の温度は、処理チャンバ１００の１つ又は複数のチャンバ壁１０８に位置する液体含有導管（図示せず）を使用して制御される。
【0023】
［００２９］システムコントローラ２０６は、処理チャンバ１００の様々な構成要素に連結され得、基板処理工程の制御を容易にする。システムコントローラ１５０は、メモリ１５２、中央処理装置（ＣＰＵ）１５４、及びサポート回路（又はＩ／Ｏ）１５６を含む。ＣＰＵに命令するためのソフトウェア命令及びデータが、コード化されてメモリに格納され得る。システムコントローラ１５０は、例えばシステムバスを介して処理チャンバ１００の１つ又は複数の構成要素と通信し得る。システムコントローラ１５０によって読み取り可能なプログラム（又はコンピュータ命令）は、基板上でどのタスクが実行可能であるかを決定する。いくつかの態様では、プログラムは、システムコントローラ１５０によって読み取り可能なソフトウェアである。単一のシステムコントローラ１５０が示されているが、複数のシステムコントローラを本明細書で説明する態様で使用できることを理解されたい。
【0024】
［００３０］１つの動作の一例では、基板１２２は、基板支持アセンブリ１１０の基板支持面１２０上に置かれる。基板１２２と静電チャック１１２の基板支持面１２０との間には、処理中の基板１２２の温度制御を強化するための裏面ガスが提供される。ガス状成分は、ガスパネル１６０から入口ポート１６２を通して処理チャンバ１００に供給され、処理チャンバ１００の処理空間１０４内でガス状混合物を形成する。処理空間１０４内のガス状混合物は、ＲＦ源１３２、１３６からそれぞれ誘導コイルアンテナセグメント１３０Ａ、導電性コイルアンテナセグメント１３０Ｂに、及び基板支持アセンブリ１１０にＲＦ電力を印加することによって、処理チャンバ１００内でプラズマに点火される。さらに、化学反応性イオンがプラズマから放出され、基板１２２に衝突することにより、基板表面から露出した材料が除去される。
【0025】
［００３１］上記で詳述した例示的な処理チャンバ１００は誘導結合エッチ処理チャンバとして図示されているが、処理チャンバ１００は、セラミック体内の多孔質プラグのセラミック同士の接合の使用が所望される別の種類のエッチ処理チャンバ、化学気相堆積チャンバ、物理気相堆積チャンバ、イオン注入チャンバ、又は他の半導体、フラットパネル、又は同様の処理チャンバとして構成されてもよい。
【0026】
［００３２］図２は、接着剤を使用せずに静電チャック１１２のセラミック体２０４に固定されたセラミック多孔質プラグ２０２を有する基板支持アセンブリ１１０の部分断面図である。静電チャック１１２のセラミック体２０４は、セラミック材料、例えばアルミナ、窒化アルミニウム又はその他の好適な材料から製造される。例えば、静電チャック１１２のセラミック体２０４は、低抵抗率のセラミック材料、例えば、約１×Ｅ９～約１×Ｅ１１Ω・ｃｍの間の抵抗率を有する材料から製造され得る。低抵抗率材料の例には、酸化チタン又は酸化クロムをドープしたアルミナ、ドープした酸化アルミニウム、ドープした窒化ホウ素などのセラミックが含まれる。同等の抵抗率の他の材料、例えば窒化アルミニウムも使用され得る。比較的低い抵抗率を有するこのようなセラミック材料は、概して、セラミック体２０４内に埋め込まれたチャック電極２１８に電力が印加されると、基板と静電チャック１１２との間のジョンセン・ラーベック引力を促進する。あるいは、セラミック体２０４は、１×Ｅ１１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するセラミック材料を含み得る。さらに、静電チャック１１２のセラミック体２０４は、酸化アルミニウムから製造され得る。酸化アルミニウムは、高い抵抗率を有し、クーロンモードで使用され得る。
【0027】
［００３３］セラミック体２０４は、セラミックの固体の連続体を形成するために一緒に焼結されるグリーンシート又は層から形成される。図２に描かれた例では、破線は、焼結前に一緒に積層される３つの層２１２、２１４、２１６を示している。セラミック体２０４は任意の数の所望の層から形成され得るため、層の数は単に例示のためのものである。チャック電極２１８（及び存在する他の電極及びヒータ）は、焼結前に、例えば層２１４、２１６の層間に配置され、焼結後、チャック電極２１８がセラミック体２０４を含むセラミックの固体塊に埋め込まれるようにする。
【0028】
［００３４］チャック電極２１８は、銅、グラファイト、タングステン、モリブデンなどの導電性材料から製造される。電極構造体の様々な実装形態には、一対の共平面Ｄ型電極、共平面インターデジタル電極、複数の共軸環状電極、単数の円形電極、又は他の構造体が含まれるが、これらに限定されない。チャック電極２１８は、基板支持アセンブリ１１０に配置されたフィードスルー２２０によって電源１２５に結合されている。電源１２５は、電極２１８を正又は負の電圧で駆動し得る。例えば、電源１２５は、電極２１８を約－１０００ボルト又は約２５００ボルトの電圧で駆動し得る。あるいは、他の負電圧又は他の正電圧を利用することもできる。
【0029】
［００３５］いくつかの例では、層２１２、２１４、２１６のそれぞれは、同じ種類のセラミック材料で構成され得る。例えば、層２１２、２１４、２１６のすべては、同じ粉末サイズを有するセラミック粉末から形成されてもよく、これにより、概して、焼結後の層２１２、２１４、２１６全体にわたって均一な粒径が得られる。別の例では、層２１２、２１４、２１６の１つ又は複数は、異なる種類のセラミック材料で構成されていてもよい。例えば、最上層２１６は、あるサイズの粉末を有するセラミック粉末から形成されてもよく、一方、最下層２１２は、異なるサイズの粉末を有するセラミック粉末から形成されてもよく、これは、概して、焼結後の異なる領域（すなわち、層２１２、２１４、２１６から形成される）において異なる粒径をもたらす。
【0030】
［００３６］セラミック体２０４はまた、複数の裏面ガス流路２０６を含む。裏面ガス流路２０６は、静電チャック１１２の基板支持面１２０に対して開口しているため、上述のように、基板と静電チャックとの間に裏面ガスを供給して熱伝達を高めることができる。静電チャック１１２を通る各裏面ガスチャネルを形成する裏面ガス流路２０６の１つ又は複数は、セラミック体２０４の底面２３８内に形成された孔２０８を含む。孔２０８は、セラミック多孔質プラグ２０２の少なくとも一部を受容する大きさであるため、流路２０６、プラグ２０２及び孔２０８を介して裏面ガス供給チャネルが形成され、基板の下方の領域で基板支持面１２０に裏面ガスを提供して静電チャック１１２と基板との間の熱伝達を高めることができるようになっている。流路２０６と孔２０８との間の移行部は、セラミック多孔質プラグ２０２が孔２０８内に確実に配置されるための段差２１０を形成する。セラミックプラグ２０２の孔２０８と断面は典型的には円形であるが、任意の相補的な形状が利用されてもよい。例えば、セラミックプラグ２０２は、孔２０８の正方形型の嵌合形状に適合する正方形のプロファイルを有してもよい。さらに、図２には裏面ガス供給チャネルが１つだけ図示されているが、同様に構成された複数の裏面ガス供給チャネルが静電チャック１１２の基板支持面１２０全体に分布していることが想定される。
【0031】
［００３７］セラミック多孔質プラグ２０２は、セラミック－セラミックの接合によって孔２０８内に固定される。すなわち、セラミック多孔質プラグ２０２の外径面は、接着剤を使用することなく、焼結プロセスを用いてセラミック体２０４内に形成された孔２０８の内径に直接接合される。例えば、焼結プロセスによって作成されるセラミック同士の接合は、セラミック多孔質プラグ２０２のセラミック材料とセラミック体２０４のセラミック材料とを融合させて、プラグ２０２及び本体２０４の材料を溶融させることなく、圧力と熱との組み合わせを用いて特異な固体塊を形成する。
【0032】
［００３８］多孔質プラグ２０２は、セラミック材料、例えばアルミナ、窒化アルミニウム又はその他の好適な材料から製造される。セラミック多孔質プラグ２０２は、セラミック体２０４の製造に使用されたのと同じ種類の材料から製造され得る。セラミック多孔質プラグ２０２は、同じ粉末サイズを有するセラミック粉末から全体が形成されてもよく、これは概してプラグ２０２全体にわたって均一な粒径をもたらす。いくつかの例では、セラミック多孔質プラグ２０２は、プラグ２０２の異なる領域に異なる種類のセラミック材料を使用して形成され得る。例えば、セラミック多孔質プラグ２０２は、孔２０８の段差２１０に隣接する上部領域２２２と、セラミック体２０４の底面２３８に隣接する下部領域２２４とを含み得る。粉末サイズは、領域２２２、２２４のそれぞれで異なっていてもよく、その結果、領域２２２、２２４のそれぞれでセラミック材料の粒径が異なる。領域２２２、２２４のそれぞれの粉末サイズは、セラミック体２０４を形成する層２１２、２１４、２１６の１つ又は複数に利用される粉末サイズと同じであっても異なっていてもよい。この結果、プラグ２０２の一方又は両方の領域２２２、２２４の粒径は、セラミック体２０４の層２１２、２１４、２１６の１つ又は複数の粒径とは異なる。一例では、プラグ２０２の一方又は両方の領域２２２、２２４の粒径は、セラミック体２０４の層２１２、２１４、２１６の少なくとも１つ以上又はすべての粒径よりも大きい。
【0033】
［００３９］セラミック体２０４内に形成された孔２０８は、温度制御ベース１１４を通って形成されたガス供給孔２３０と整列する。ガス供給孔２３０は、ヘリウム、窒素、アルゴン又は他の適切なガスなどの裏面ガスを提供するガス源１２４に結合されている。
【0034】
［００４０］静電チャック１１２を温度制御ベース１１４に接合する接着層２２６は、裏面ガスがベース１１４内に形成されたガス供給孔２３０からチャック１１２内に形成された流路２０６に流れることを可能にする間隙２２８を含む。接着層２２６は、アクリル系又はシリコン系接着剤、エポキシ、ネオプレン系接着剤、透明アクリル系接着剤のような光学的に透明な接着剤、又は他の適切な接着材料であり得る。
【0035】
［００４１］温度制御ベース１１４は、概して、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属材料や、その他の適切な材料から製造される。さらに、温度制御ベース１１４は、抵抗加熱器、熱電装置、又は熱伝達流体を流すための導管などの、１つ又は複数の熱伝達要素２３２を含む。図２に示す例では、熱伝達要素２３２は、熱伝達流体源２３６から提供される熱伝達流体を流すためのチャネルの形態である。熱伝達流体源２３６は、導管２３４によってチャネル（例えば、熱伝達要素２３２）に結合されている。
【0036】
［００４２］セラミック多孔質プラグ２０２の説明をさらに進めると、多孔質プラグ２０２は、多孔質構造中の細孔が相互に連通して流体が多孔質プラグ２０２を通って流れることを可能にすることを意味する開孔構造を有し得る。いくつかの実装形態では、開孔構造のセルの半分超が相互接続されている。例えば、多孔質プラグ２０２は、温度制御ベース１１４を通って形成されたガス供給孔２３０から静電チャック１１２の基板支持面１２０に加圧ガスが流れるための経路を提供する。セラミック多孔質プラグ２０２を通ってガスが流れることを可能にする通路及び／又は細孔は、多孔質プラグ２０２を含まない設計と比較して、静電チャック１１２と温度制御ベース１１４との間に画定される接着間隙２２８においてプラズマが発火する確率を低減するような大きさにされる。一例では、セラミック多孔質プラグ２０２は、約３０パーセントから約８０パーセントの多孔率を有し得る。あるいは、多孔質プラグは、３０％未満又は８０％超の多孔率を有し得る。
【0037】
［００４３］多孔質プラグ２０２は、任意の適切な形を有し得る。いくつかの実装形態では、多孔質プラグ２０２は円筒形を有する。他の適切な形には、Ｔ字型、テーパー型、長方形型などがある。
【0038】
［００４４］上述のように、多孔質プラグ２０２とセラミック体２０４との間のセラミック同士の接合は、接着剤を使用せずにプラグ２０２をセラミック体２０４に固定することを可能にする。有利なことに、セラミック体２０４と共焼結されたプラグ２０２は、処理ガスからの浸食に非常に強い特異な構造を形成し、耐用年数が著しく長く、多孔質プラグを固定するために接着剤を利用する従来の静電チャックと比較して、処理汚染物質となり生産収率を低下させる可能性のある粒子を排出する可能性がはるかに低い。
【0039】
［００４５］図３は、本開示１１２の１つ又は複数の実装形態による、図２の静電チャック１１２の一部の部分断面分解図である。図３の分解図では、セラミック多孔質プラグ２０２は、静電チャック１１２のセラミック体２０４の底面２３８内に形成された孔２０８に挿入される前の状態で図示されている。一例では、セラミック多孔質プラグ２０２は、完全に形成され、焼結されて、セラミックの固形体を形成し得る。挿入後、セラミック多孔質プラグ２０２とセラミック体２０４は、一緒に焼結されて、セラミックの固形体を形成する。
【0040】
［００４６］別の例では、セラミック多孔質プラグ２０２は、静電チャック１１２のセラミック体２０４の孔２０８に挿入する前に部分的に焼結され得る。挿入後、セラミック多孔質プラグ２０２とセラミック体２０４は、一緒に焼結されて、セラミックの固形体を形成する。
【0041】
［００４７］さらに別の例では、セラミック多孔質プラグ２０２は、静電チャック１１２のセラミック体２０４の孔２０８に挿入する前は完全にグリーンな状態であり得る。挿入後、セラミック多孔質プラグ２０２とセラミック体２０４は、一緒に焼結されて、セラミックの固形体を形成する。
【0042】
［００４８］図３に示すように、セラミック多孔質プラグ２０２は、上面３０２、底面３０６及び側壁３０４を含む。側壁３０４は、セラミック多孔質プラグ２０２の外径であり得る。セラミック多孔質プラグ２０２の断面プロファイルが円形でない実装形態では、１つ又は複数の側壁３０４は、プラグ２０２の上面３０２及び底面３０６を接続するプラグ２０２の外周面を簡潔に確定し、セラミック体２０４内に形成された相補的な形の孔２０８の側壁と嵌合し、一緒に焼結される。
【0043】
［００４９］図４は、本開示の１つ又は複数の実装形態による、セラミック多孔質プラグ２０２と共に焼結された静電チャック１１２の一部の断面図である。図４に示す例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック体２０４の底面２３８と実質的に同一平面上にある。セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、任意の適切な技術によってセラミック体２０４の底面２３８と同一平面上に作製され得る。一例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック体２０４の底面２３８と共平面に研磨される。
【0044】
［００５０］図５は、本開示の別の実装形態による、セラミック多孔質プラグ２０２と共焼結されたセラミック体２０４の一部の断面図である。図５に示す例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック体２０４の底面２３８から凹んでいる。セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、任意の適切な技術によってセラミック体２０４の底面２３８から凹んでいてもよい。一例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック体２０４の底面２３８の下方に機械加工される。別の例では、セラミック多孔質プラグ２０２の高さは、セラミック体２０４内に形成された孔２０８の深さよりも小さい。
【0045】
［００５１］図６は、本開示の別の実装形態による、セラミック多孔質プラグ２０２と共に焼結された静電チャック１１２を説明する基板支持アセンブリ１１０の一部の断面図である。図６では、セラミック多孔質プラグ２０２は、セラミック体２０４の底面２３８から突出している。例えば、セラミック多孔質プラグ２０２は、セラミック体２０４内に形成された孔２０８の深さよりも大きい高さを有し得る。
【0046】
［００５２］図６に示す例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック体２０４の底面２３８から、接着層２２６を遮蔽するのに十分な距離、突出している。このようにして、接着剤層２２６は、多孔質プラグ２０２を通過し得る処理ガス又は他のガスにさらされないように遮蔽される（すなわち、実質的に防止される）。一例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、底面３０６が温度制御ベース１１４の上面２４０と実質的に同一平面上にあるか又はその下に延びるように、セラミック体２０４の底面２３８から距離をおいて突出している。
【0047】
［００５３］図６に示す例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、温度制御ベース１１４の上面２４０の凹部６０２内に延びる。ガス供給孔２３０は、裏面ガスがガス供給孔２３０を通ってプラグ２０２を通り、裏面ガス流路２０６内に容易に流れることができるように、凹部６０２で終端している。セラミック多孔質プラグ２０２が接着層２２６内に形成された間隙２２８を通って凹部６０２内に延びるため、セラミック多孔質プラグ２０２は、ガス供給孔２３０と裏面ガス流路２０６との間を流れるガスから接着層２２６を効果的に遮蔽する。
【0048】
［００５４］図７は、本開示の１つ又は複数の実装形態２０２による、多孔質プラグ２０２と共に焼結されたセラミック構造体を形成する方法７００のフロー図である。方法７００は、セラミック多孔質プラグ２０２をセラミック構造体と共に焼結して単一の焼成セラミック体を形成することを説明しているが、方法７００は、静電チャック１１２を形成するのに特に有利である。方法７００は、セラミック多孔質プラグ２０２と静電チャック以外のセラミック構造体とを接合して、セラミック構造体内の流路と一体化した多孔質プラグを有する単一の焼成セラミック体を形成するために実施され得る。セラミック構造体のいくつかの非限定的な例には、プレート、シールド、ライナ、本体、フィルタ、容器又はガス分配プレートなどが含まれる。
【0049】
［００５５］方法７００は、セラミック多孔質プラグ２０２をセラミック構造体内に形成された孔２０８内に少なくとも部分的に配置することによって動作７０２で開始する。一例では、孔２０８は、焼成セラミック構造体の流体通路となるように構成されている。
【0050】
［００５６］静電チャック１１２を形成するのに利用される方法７００の特定の実装形態は、セラミック多孔質プラグ２０２をセラミック材料のグリーンシート内に形成された孔２０８内に少なくとも部分的に配置することを含む。一例では、孔２０８は、静電チャック１１２の裏面ガス流路となるように構成されている。一例では、孔２０８は、別の種類のセラミック基板内の流路となるように構成されている。
【0051】
［００５７］セラミック多孔質プラグ２０２は、動作７０２でセラミック体２０４の孔２０８内に配置される前に完全に焼結される。あるいは、セラミック多孔質プラグ２０２は、動作７０２で孔２０８内に配置される前に、部分的に焼結されてもよく又は完全に焼結されなくてもよい。
【0052】
［００５８］同様に、セラミック体２０４は、動作７０２で孔２０８内にセラミック多孔質プラグ２０２を受容する前に、部分的に焼結されてもよく又は完全に焼結されなくてもよい。あるいは、セラミック多孔質プラグ２０２は、動作７０２で孔２０８内にセラミック多孔質プラグ２０２を受容する前に、完全に焼結されてもよい。いくつかの例では、動作７０２では、未焼結セラミック多孔質プラグ２０２が、未焼結、部分焼結、又は完全焼結セラミック体２０４の孔２０８内に配置される。いくつかの例では、動作７０２では、部分焼結セラミック多孔質プラグ２０２が、未焼結、部分焼結、又は完全焼結セラミック体２０４の孔２０８内に配置される。さらに他の例では、動作７０２では、完全焼結セラミック多孔質プラグ２０２が、未焼結又は部分焼結セラミック体２０４の孔２０８内に配置される。
【0053】
［００５９］動作７０２では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６がセラミック体２０４の底面２３８と同一平面になるように、又はセラミック体２０４の底面２３８から凹むように、セラミック多孔質プラグ２０２は孔２０８内に完全に配置され得る。あるいは、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６がセラミック体２０４の底面２３８から突出するように、セラミック多孔質プラグ２０２は孔２０８内に配置され得る。いくつかの例では、セラミック多孔質プラグ２０２の底面３０６は、セラミック多孔質プラグ２０２がセラミック体２０４の底面２３８内に形成された凹部６０２と嵌合するほど十分に突出し得る。
【0054】
［００６０］セラミック多孔質プラグ２０２及びセラミック体２０４の一方又は両方は、異なる種類のセラミック材料を含み得る。例えば、セラミック多孔質プラグ２０２及びセラミック体２０４のいずれか一方又は両方は、上述したように、異なるサイズの粉末及び又は異なる種類のセラミック材料で製造され得る。
【0055】
［００６１］方法７００の動作７０４では、多孔質プラグ２０２のセラミック材料及びセラミック構造体は一緒に焼結されて、その間にセラミック同士の接合が形成される。動作７０４では、多孔質プラグ２０２のセラミック材料及びセラミック構造体は一緒に焼結されて、焼成セラミックの連続した固体が形成される。
【0056】
［００６２］静電チャック１１２を形成するために利用される動作７０４は、多孔質プラグ２０２のセラミック材料及びセラミック体２０４を一緒に焼結して、それらの間にセラミック同士の接合を形成することが含まれる。動作７０４では、多孔質プラグ２０２のセラミック材料及びセラミック体２０４は一緒に焼結されて、セラミックの連続した固体が形成される。
【0057】
［００６３］静電チャック及びそれを形成するための方法については上記で説明されており、この方法では、セラミック同士の接合を利用して、静電チャックのセラミック体に多孔質プラグを固定するための接着剤が不要になる。静電チャックの多孔質プラグ及び体が特異なセラミック体となるため、チャックの故障モードが減少し、チャックの耐用年数が延びる。さらに、プラグをチャック体に固定する接着剤がないため、従来の設計に比べて汚染物質の量が大幅に減少し、生産歩留まりが有利に向上する。このように、セラミック多孔質プラグをセラミック体にセラミック同士の接合することで、チャック間の性能均一性が大幅に向上した、堅牢で信頼性の高い静電チャックが実現する。これらの利点により、所有コストが大幅に削減されるとともに、静電チャックの使用に伴う粒子汚染の減少と平均サービス間隔の延長により、生産歩留まりと生産能力が相乗的に向上する。
【0058】
［００６４］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。上述した概要及び具体的な実施形態から自明であるように、本開示の形態が図示され、説明されているが、本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、様々な改変が行われ得る。したがって、図示され、説明されている本開示の形態によって本開示を限定することは意図されていない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】