JP4354983B2 - 基板処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの処理ステーションを有する、基板特に半導体ウエハを処理する設備、特に真空プロセス設備に関する。本発明はまた、このタイプの設備用の処理ステーションと、基板を保持及び／又は搬送するこのタイプの設備用のフレームと、このフレームにクランプされるフィルムと、真空プロセス設備内において基板特に、半導体ウエハを処理する方法に関する。

集積回路製造用の半導体ウエハは、通常、真空プロセス設備内において処理されており、これらの設備は、例えば、ＣＶＤ（化学気相成長）又はＰＶＤ（物理気相成長）プロセスにより、真空チャンバ内において、ウエハをエッチング又はコーティングする１つ又は複数の処理ステーションを有している。このような状況においては、処理の際に、ウエハをチャンバ内の機械的に安定した位置に保持すると共に、ウエハの温度を監視することによって、特に、ウエハに印加されたプロセス熱を発散できるようにすることが重要である。さもなければ、ウエハが過剰に加熱され、この結果、ウエハが損傷又は破壊してしまうリスクを有することになるからである。

生産性を向上させるべく、益々大きなウエハが使用されるようになっており、３００ｍｍの直径を有するものが使用されるケースもある。将来的には、更に大きな直径のものが使用される可能性が高い。このように基板の表面積が大きく、厚さが薄いと（通常、０．８ｍｍ以下）、わずかな力で基板が損傷又は破壊される可能性があるため、処理の際のウエハの保持と、真空プロセス設備におけるウエハの搬送の両面において、更なる機械的要件が課されることになる。温度の監視能力を改善するべく、厚さが２００μｍ以下場合によっては、わずかに、５０〜７５μｍになるまで、ウエハの背面を部分的に研磨し、次いで、この研磨したウエハの背面上に、真空プロセス設備内において金属被覆を施しているが、このような薄い基板の場合には、保持及び搬送に課される要件は、更に厳しいものになる。

同時に、例えば、スパッタリングプロセスにおいて発生するプロセス熱を良好に発散させるようにしなければならない。これは、基板が薄い場合には、その熱容量が小さいために、１５０℃を超える温度に短時間で到達し、この結果、ウエハ上の既存のレイヤシステムが損傷してしまう可能性があるためである。また、これを下回る温度に加熱される場合にも、基板上に堆積されたレイヤ内に内部熱応力が生じるリスクを有しており、冷却の際に、この応力によって、それらのレイヤが変形することになる。真空チャンバ内においては、熱の伝達を主に熱放射によって実現しなければならないため、プロセス熱を発散させるのは困難である。

Ｖａｒｉａｎ社の米国特許第４，６８０，０６１号及び第４，７４３，５７０号明細書には、真空チャンバ内においてウエハの温度を制御する方法が開示されている。すなわち、ウエハを、その円周上において、複数のクリップにより、キャリアディスクの開口部内に保持する。そして、冷却するべく、冷却要素の平坦な表面に隣接する位置に、このウエハを移動させ、冷却要素とウエハの背面間の狭い間隙内にアルゴンを導入することにより、この背面ガス内における熱伝導によって、ウエハから冷却要素への熱の伝達を強化するようにしている。

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社の米国特許６，４７７，７８７Ｂ２号明細書は、同一チャンバ内における基板の加熱と冷却の方法に関するものであり、この結果、別個の冷却チャンバを不要にしている。冷却メカニズムは、冷却プレートを有しており、この冷却プレートの上部に、例えば、内側に向いた搬送フィンガや複数の吊りピンを有する搬送リングなどの搬送メカニズムによって基板を搬送可能である。そして、この冷却プレートと基板間におけるガスの流れにより、冷却能力を改善することができる。

しかしながら、これらの文献に開示されている機械的な搬送及び保持装置は、保持力がウエハに不均等に分散し、この結果、機械的なストレスが生じるため、薄くかつ面積の大きな基板には、あまり適していない。すなわち、特定のガス圧を上回ると、円周において又は、点状で保持されたウエハが、変形し始めるため、背面ガスの最大圧力と、従って、熱の最大伝達能力が、制限されているのである。これは、薄い基板の場合に、有効な冷却を実現できないことを意味している。

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社の米国特許第５，８８０，９２４号明細書は、チャックのローディング及びアンローディング時間を短縮することにより、基板を定位置に堅固に保持及び迅速にリリース可能な静電チャックについて記述している。このために、このチャックは、上部に基板が配置される誘電体レイヤと、この誘電体レイヤ内に埋め込まれた充電電極と、この充電電極から絶縁されるように構成され、基板を誘電体レイヤの表面に接触接続する放電電極と、を有している。

Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社の米国特許第６，２３８，１６０Ｂ１号明細書は、処理チャンバ内において、半導体ウエハを搬送し静電気によってチャックする方法について記述しており、この場合には、静電気グリッパアームが使用されている。このグリッパアームは、搬送の際に、ウエハを帯電し、静電力によって保持する。この方式の場合には、ウエハが、同時に部分的に事前帯電され、この結果、静電チャック上のチャック動作が簡単になり、チャンバ内のガスプラズマやウエハの接触接続用の充電電極を回避できるという利点を有している。チャック上にウエハをチャックした状態で、ウエハとチャック間の空間内に導入された背面ガス、例えばヘリウムを使用することにより、ウエハの温度を制御することも可能である。

この静電チャックによれば、基板の保持能力が改善される。具体的には、基板の変形を伴うことなしに、高圧の背面ガスを使用可能であり、この結果、プロセス熱の発散能力を改善することができる。

しかしながら、このチャックは、その製造方法が複雑であり、かつ、頻繁に保守する必要がある。具体的には、基板を接触接続するコンポーネントを定期的に交換しなければならない。又、機械的にデリケートな基板をチャック表面から取り外す操作も非常に重要である。通常、この操作は、離隔したピンによって行われているが、チャックの放電が不十分な場合には、基板が損傷又は破壊される可能性がある。

前述の技術分野に属し、単純な構造を備え、保守が容易であって、損傷又は破壊のリスクを伴うことなしに、薄くかつ／又は面積の大きい機械的にデリケートな基板を処理可能な設備を提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。本発明によれば、基板を保持及び／又は搬送するべく、設備は、内部にクランプされたキャリアを有する少なくとも１つのフレームを有しており、基板を大きな面積でキャリアに固定することができる。

この大きな面積による固定手段は、基板をエッジ又は離隔したポイントでのみ保持している保持構成を使用する場合とは異なり、基板がキャリア上に堅固に保持され、この結果、機械的に安定することを意味している。又、処理の際に、基板は、キャリア上に留まることが可能であり、これは、損傷が生じる可能性が高い複雑なクランプ又はリリース操作が不要であり、かつ、この設備の構造が単純であることを意味している。従って、好ましくは、処理の前に、基板をキャリアに固定し、搬送及び処理動作の際には、この状態でそのまま維持し、処理が完了した後に、設備の外部において、基板をキャリアから取り外すことになる。キャリアを有するフレームは、通常、設備の外に搬送されるため、必要に応じて、容易に検査及び保守又は交換を行うことができる。

本発明は、半導体ウエハの処理に限定されるものではなく、例えば、ガラスやプラスチックに基づいた特に面積が大きくかつ／又は薄い様々な工作物に使用可能である。このため、本発明は、後に個々に分割される電子部品や太陽電池を処理するのに特に適している。

基板は、好ましくは、真空に適合した剥離可能な接着剤によってキャリアの平坦な第１主表面上に接着接合される。この結果、キャリアへの大きな面積による固定が実現する。この接着剤としては、良好な熱伝導性を備え、結果的に最適な熱の発散をもたらすものが好ましい。

有利には、少なくとも１つの処理ステーションは、静電チャック装置あるいは、これを省略して、静電チャックともいう装置を有している。すなわち、チャック電極が、平坦な外部表面を備えており、この電極の外部表面に平行に隣接してキャリアを配置可能である。このキャリア上における大きな面積による固定と、チャック上における大きな面積による保持の組み合わせにより、基板の極めて安定した機械的な支持と、従って、熱の良好な発散が実現する。平坦な外部表面の面積は、基板の主表面に少なくとも対応していることが好ましい。但し、例えば、円形のウエハ上に単一の四角形の半導体コンポーネントを製造する場合などの特定のケースにおいては、基板の有用な面積が、基板の主表面の合計表面積を下回る場合がある。このような場合には、基板のすべてではなく、技術的な理由から縮小されたその有用な表面積のみをチャック上に保持できるように、平坦な外部表面を選択することができる。

このフレーム内にクランプされたキャリアに対する基板の安定した固定は、冷却を必要としない処理ステーションの場合にも有利である。

キャリアは、非導電性の誘電体材料から構成されており、好ましくは、一方の面に導電性レイヤを備えている。フレームは、少なくとも局部的に導電性を有しており、キャリアは、その導電性レイヤがこのフレームの導電性領域に接触接続するように、フレーム内においてクランプされている。このキャリアの導電性レイヤは、誘電体材料及びチャック電極と共に、静電チャック装置を形成しており、この導電性レイヤとチャック電極は、いわば、プレートタイプのコンデンサの２つのプレートを形成している。導電性レイヤがチャック電極と対向しないように、すなわち、導電性レイヤが基板に接触接続するように、キャリアを配置すれば、キャリアの誘電体材料により、この平行プレートフィールド内における吸着力が増大することになる。

このように、電極と、フレーム内においてクランプされたキャリアによって形成された静電チャックは、単純な構成を備えている。そして、通常、静電チャック装置の一部がキャリアと共に設備の外部に搬送されるという事実により、チャック装置の保守作業が容易になっている。これは、この極めて保守の必要な部分を、必要に応じて、定期的に検査及び交換できるためである。一方、設備内に留まる部分（すなわち、チャック電極）については、基板の処理の際に、その前面に配置されているキャリアによって保護されており、従って、この部分の保守の必要性は小さい。

フレームの導電性領域と、この領域によるキャリアの導電性レイヤとの接触接続により、チャック装置の第２プレートを容易に接続可能であり、フレーム上の接触場所に接触接続させるだけでよい。

あるいは、この代わりに、キャリア材料の選択肢としては、半導体特性を備えた弱くドーピングされた誘電体材料であってもよい。この結果、前述のクーロン吸着が、ジョンソン−ラーベック吸着と呼ばれるものによって置き換えられることになり、これは、相対的に短い有効プレート間隔のために、格段に強力である。但し、このドーピングされた誘電体材料の半導体動作は、多くの場合に、高温においてのみ生じ、かつ、発生する漏れ電流を補償するべく継続的な充電電流が必要であることから、装置の構造が複雑化することになる。

基板を取り外すには、有利には、キャリアの導電性レイヤをチャック電極と短絡させればよい。キャリアフィルムの作用により、基板に作用し得る局所的に残留した力が存在しないため、損傷のリスクなしに、安全に基板を取り外すことができる。

キャリアを、真空に適合した熱的に安定したフィルムから形成すると共に、導電性レイヤを、蒸着による金属被覆又は導電性ポリマーから形成することが好ましい。このフィルムに適した材料の一例が、ポリイミドであり、このタイプのフィルムは、廉価である。又、機械的に安定させるべく、既に研磨処理の際に、ウエハをキャリアフィルムに固定している場合があるが、このような場合には、適切なフィルム材料を選択することにより、ウエハを新しい保持装置に固定し直すことなしに、同一のキャリアを後続のコーティングにも使用できるようになる。

あるいは、この代わりに、その他の非導電性の誘電体材料（例：セラミックやガラス）から、キャリアを製造することも可能である。

フィルムは、厚さが５０〜２００μｍであるのが有利であり（好ましくは、約１００μｍ）、金属被覆は、厚さが０．０３〜０．５μｍであるのが有利である（好ましくは、約０．１μｍ）。このようなフィルムの厚さによれば、フィルムの高度な機械的安定性と耐久性が実現する。そして、なおかつ、同時に、このキャリアの断面は、フィルム材料を誘電体として使用した場合に高い吸着力を生成すると共に、材料及び製造コストを低レベルに維持できるように十分に小さい。前述の厚さの金属被覆は、低コストで実現可能であり、かつ、本発明による静電チャック内で使用するのに良好な電気特性を備えている。具体的には、この種の導電性レイヤの高い導電性によれば、チャックを短時間だけスイッチオフした後に残留する可能性のある残留電荷がすべて消去されることになる。

当然のことながら、フィルム又は金属被覆の厚さは、特定のアプリケーションに対してすなわち、具体的には、基板の寸法、機械的な条件、又は処理の予想される効果に対して、適合させることが可能である。又、例えば、特定の基板用にフィルム材料から製造されたキャリアと、例えば、その他の基板用にガラスから製造されたキャリアを含む異なるキャリアを、問題を伴うことなしに、同一の設備内において使用することも可能である。

基板の処理、例えばエッチングの際に高周波を使用する場合には、高周波電極を有するベースボディ上にチャック電極を構築可能であり、このチャック電極は、高周波電極から電気的に絶縁されている。このチャック電極は、好ましくは、高周波電極を貫通する絶縁リードスルーによって接触接続されている。そして、この場合には、静電チャックは、フローティング状態であること、すなわち、高周波源又は接地電位のいずれにも接続されていないことが有利である。この結果、高周波電圧を簡便な方法で使用することによって、キャリアに固定され、チャックによって保持されている基板を処理可能である。

導電性レイヤがチャック電極に対向するようにキャリアをチャック電極の前面に配置する場合には、チャック電極とキャリアの間に位置するように誘電体をチャック電極の前面に配置する。この結果、高誘電率ε_rを有する薄い誘電体を選択することにより、キャリアの材料とは無関係に、高い吸着力を実現可能である。特に好適な誘電体としては、高誘電率ε_r≒１０を有する酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃のプレートである。

あるいは、この代わりに、前述のように、キャリア材料によってチャック電極と導電レイヤ間の誘電体が形成されるように、キャリアをチャック電極の前面に配置することも可能である。この結果、相対的に単純で安価な構造の設備が実現することになるが、通常、経済的に実用的なキャリア材料の誘電率は低いため、吸着力は低下することになる。但し、この方式によって実現可能な力は、多くのアプリケーションにおいて十分なものである。

処理ステーションは、有利には、フレームとチャック電極間に電圧を印加する電圧源を有しており、特に、２００〜１５００Ｖ、好ましくは５００〜１０００ＶのＤＣ電圧を生成可能である。この結果、フレームとキャリアの導電性レイヤ間の導電性接続により、帯電と放電のための基板の直接的な接触接続やガスプラズマを必要とすることなしに、単純な方法で静電チャック装置を形成可能である。標準的なキャリア断面をもつ場合には、前述の電圧により、半導体ウエハの処理に適した接触圧力が生成される。

チャック電極は、異なる極性を有する複数の領域を有することができる。この結果、対向電極又は対向プレートを必要としない双極又は多極静電チャック装置を形成可能である。従って、この場合には、基本的に、キャリアの導電性レイヤと、これに対応する電気的接触接続は不要である。但し、一般に、双極又は多極チャック装置によって実現可能な吸着力は、単極構造に比べて、小さくなっている。

処理ステーションは、好ましくは、チャック電極とキャリアの間の空間内にガスを供給するガス供給手段を有しており、１００Ｐａを上回るガス圧を生成可能であることが好ましい。この結果、背面ガスを通じた熱伝導による熱の効果的な発散が可能である。従来技術によってエッジでクランプされた基板の場合に実現可能なガス圧には、上限が存在している。これは、この上限を超過すると、円周のみでクランプされている基板が、背面ガスの圧力によって過剰に曲がるためである。一例として、大きくかつ薄い半導体ウエハの場合に到達可能なガス圧は、約２０Ｐａであり、これは、効果的な冷却には不十分である。静電チャックを有するソリューションと、キャリアに対する大きな面積による基板の固定により、格段に高い圧力の背面ガスと、従って、基板からの格段に改善された熱の発散が可能になる。

特定の処理段階において、例えば、チャック電極の平坦な外部表面の温度を適切に制御することにより、チャックされている基板を加熱することも可能である。また、加熱を背面ガスによって加速させることも可能である。最後に、基板の温度制御が不要な処理段階も存在している。ただし、これらの場合にも、本発明によるチャック装置によれば、基板が安定的に保持されると共に、処理の完了後に、チャック装置から容易に取り外すことが可能である。

本発明による設備は、内部にクランプされたキャリア及び基板と共にフレームを第１処理ステーションから第２処理ステーションに搬送する複数の処理ステーション及び手段例えば真空ロボットを有するようにできる。一例として、このタイプの設備は、垂直に配置されたフレームが、このフレームの主表面に軸が平行な円形の経路に沿って移動するスター形の構造であってよい。又、水平に配置されたフレームを有するクラスタタイプの構造も可能である。基板を有するフレームは、その特定の目的に応じて、処理ステーション内に載置されるか、又は処理の際に保持される。この結果、処理と搬送が、同時に、又は別個に実行される。導電体又は復路導電体としてプラズマが不要であるという事実により、本発明によるチャック装置は、内部にプラズマが生成されない純粋な冷却ステーションにも使用可能である。このタイプの冷却ステーションは、引き続いて基板の処理が行われる２つのステーション間に位置した設備内に配置可能である。

以下の詳細な説明と全請求項を参照することにより、本発明の更なる有利な実施形態及び特徴の組み合わせについて理解することができよう。

以下、添付図面を使用して、代表的な実施形態について説明する。

なお、これらの添付図面においては、基本的に、同一の参照符号によって同様の部分を表す。

図１は、本発明による処理ステーションの第１実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図である。なお、わかりやすくするべく、この図示のコンポーネントの長さの比率は、実際に使用されるものとは対応していない。これは、以下の図面にも、当てはまる。面積が大きくかつ薄い基板１３０が固定されたキャリアフィルム１２０が、フレーム１１０内にクランプされている。基板１３０は、例えば、直径が３００ｍｍであって、厚さが２００μｍの円形の薄い半導体ウエハである。

フレーム１１０は、基板１３０を、フレーム１１０内にクランプされているキャリアフィルム１２０に、その全体表面によって固定できるような寸法になっている。この固定は、後から容易に剥離可能な、真空に対応した（有利には、熱伝導性を有する）接着剤により、基板１３０の下面１３１とキャリアフィルム１２０の上部主表面１２１間において実現されている。フレーム１１０は、環状の底部部分１１１と、この底部部分に着脱可能に接続された対応する環状の上部部分１１２から構成されている。そして、この底部部分１１１と上部部分１１２の間に、キャリアフィルム１２０がクランプされている。このクランピングは、純粋に圧力によるクランピングによって実現することも可能であり、あるいは、これに加えて（又は、この代わりに）、キャリアフィルム１２０の周囲に沿った位置に開口部を設け、これを通じてフレーム１１０の対応するピンが係合するようにすることも可能である。

フレーム１１０の底部部分１１１と上部部分１１２は、いずれも、導電性の金属から製造されている。キャリアフィルム１２０は、ポリイミドから製造されており、この厚さは、１００μｍである。そして、このキャリアフィルム１２０の上部主表面１２１上には、フレーム１１０の上部部分１１２が電気的に接触接続する厚さが０．１μｍの金属被覆１２２が蒸着されている。

内部にクランプされたキャリアフィルム１２０を有するフレーム１１０を金属電極１４０の平坦な上部外部表面１４１に隣接して配置し、電極１４０の上部外部表面１４１から短い距離を有し、これに平行になるように、キャリアフィルム１２０の下部主表面１２３を位置決めする。この電極１４０の前面におけるフレーム１１０の位置決めは、有利には、フレーム１１０用のガイドによって実現される（図示せず）。電極１４０の上部外部表面１４１の表面積と形状は、キャリアフィルム１２０に対して接着接合される基板１３０の表面積と形状に実質的に対応しているが、この電極１４０と共に、更に小さな（又は、更に大きな）面積の基板を定位置に安定して保持することも可能である。

この電極１４０は、その対称軸の領域にガス供給手段１４２を備えており、これを通じて、キャリアフィルム１２０と電極１４０の外部表面１４１の間の空間に背面ガスを供給可能である。このために、ガス源がガス供給手段１４２に接続されている（これについては周知であり、図示しないが、例えば、アルゴンなどのガスを、圧力を制御しつつ放出する）。

金属電極１４０と、導電性の金属被覆１２２に電気的に接続されているフレーム１１０間には、金属被覆１２２と電極１４０の外部表面１４１間に、例えば、７００ＶのＤＣ電圧を生成する電圧源１５０が接続されている。フレーム１１０と、従って、金属被覆１２２は、接地電位に位置しており、外部表面１４１は、７００Ｖの電位に保持されている。この結果、キャリアフィルム１２０の金属被覆１２２と電極１４０の外部表面１４１間に静電吸着力が生成され、固定された基板１３０を有するキャリアフィルム１２０が電極１４０上に加圧されることになる。この場合に、単位面積当たりに作用する力Ｆ／Ａは、次の公知の式に対応している。

Ｆ／Ａ＝１／２ε₀ε_rＵ²／ｄ²

ここで、Ｕは、印加電圧を表し、ｄは、誘電体の厚さを表している。図示の構成において、フィルムの厚さがｄ＝１００μｍであって、電圧がＵ＝７００Ｖであり、キャリアフィルム１２０の誘電率がε_r＝２．５であれば、結果的に生成される接触圧力ｐ＝Ｆ／Ａは、約５４０Ｐａとなる。背面ガスの圧力は、基板１３０を有するキャリアフィルム１２０が、ガス圧によって電極１４０から離れることのように、この静電チャックの接触圧力を超過してはならない。従って、この図示の例においては、例えば、最大約５００Ｐａの背面ガス圧を選択可能であり、この結果、基板からチャックへの非常に良好な熱伝達が実現する。この種の圧力における背面ガスのｋ値は、少なくとも５０Ｗ／ｍ²Ｋであり、この熱伝達は、結果的に次の表のような状況となる。

熱負荷を０．３Ｗ／ｃｍ²、電極表面の温度を２１℃と仮定した安定状態条件下において、ウエハ温度は、結果的に、ちょうど８３℃となる。

これを、基板の過剰な曲がりのために２０Ｐａの圧力でしか背面ガスを使用することができないチャックなしの次の状況と比較しよう。

低いガス圧のために、背面ガスのｋ値は、最大で１０Ｗ／ｍ²Ｋである。そして、同一の０．３Ｗ／ｃｍ²の熱負荷と同一の２１℃の表面温度による安定状態条件下において、ウエハ温度は、結果的に、３２３℃となる。この結果、既存のレイヤ構造が破壊されると共に、新しく形成されたレイヤ内にも内部熱応力が生じることになり、基板は、損傷するか、又は破壊されることになろう。

スイッチ１５１によってフレーム１１０を外部表面１４１と短絡することにより、両方のコンポーネントを接地電位に設定可能である。この結果、基板１３０を有するキャリアフィルム１２０を障害なく電極１４０から取り外すことができる。

図２は、本発明による処理ステーションの第２実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図であり、この場合には、電極と、フレーム内にクランプされているキャリアの間に誘電体が配置されている。なお、この第２実施形態の大部分は、図１に示されている第１実施形態に対応している。

面積の大きな薄い基板２３０が固定されているキャリアフィルム２２０が、フレーム２１０内にクランプされている。又、この場合にも、基板２３０の下面２３１は、キャリアフィルム２２０の上部主表面２２１に接着接合されている。フレーム２１０は、第１実施形態のフレーム１１０に対応しており、環状の底部部分２１１と、この底部部分に着脱可能に結合された対応する環状の上部部分２１２から構成され、このフレームの２つの部分の間に、キャリアフィルム１２０がクランプされている。

この第２実施形態と第１実施形態の第１の相違点は、キャリアフィルム２２０の下部主表面２２３上に、金属被覆２２２が蒸着されているという事実にある。すなわち、フレーム２１０内において、キャリアフィルム２２０が反対の向きにクランプされている。金属被覆２２２は、フレームの底部部分２１１と接触接続しており、この場合にも、このフレームは、導電性の金属から製造されている。

内部にクランプされたキャリアフィルム２２０を有するフレーム２１０は、誘電体プレート２４３に隣接して配置されており、この誘電体プレートは、金属電極２４０の上端に位置している。この誘電体プレート２４３は、酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃から構成されており、これは、高い誘電率ε_r≒１０を備え、厚さは、約１００μｍである。そして、金属被覆２２２を有するキャリアフィルム２２０の下部主表面２２３が、この誘電体プレート２４３の上部主表面２４４から短い距離を有し、これに平行に位置決めされている。

この誘電体プレート２４３の、従って、電極２４０の上部主表面２４４の表面積と形状は、この場合にも、キャリアフィルム２２０に接着接合されている基板２３０の表面積と形状に少なくとも対応している。又、この場合にも、電極２４０は、その対称軸の領域内にガス供給手段２４２を備えており、このガス供給手段を通じて、キャリアフィルム２２０と誘電体プレート２４３の上部主表面２４４の間の空間に背面ガスを供給可能である。

電圧源２５０が金属電極１４０とフレーム２１０間に接続されており、このフレームは、導電性の金属被覆２２２に接続されている。この場合にも、この電圧源は、金属被覆２２２と電極２４０間に、例えば、７００ＶのＤＣ電圧を生成し、フレーム２１０と、従って、金属被覆２２２は、この場合にも、接地電位に位置しており、電極２４０は、７００Ｖの電位に保持されている。この結果、キャリアフィルム２２０の金属被覆２２２と電極１４０間に静電吸着力が生成され、これにより、固定された基板を有するキャリアフィルムが電極１４０上に加圧されることになる。誘電体の厚さが同一であるとすれば、第１実施形態と比べ、前述の式による単位面積当たりに作用する力Ｆ／Ａは、誘電体プレート２４３の相対的に高い誘電率ε_rのために、約３倍に増大する。従って、同一の電圧で、結果的に、約１６００Ｐａの接触圧力が生成されることになり、この結果、必要に応じて、基板の温度制御能力を更に改善するべく、背面ガス圧を増大させることができる。

この場合にも、スイッチ２５１によってフレーム２１０を電極２４０と短絡することにより、両方のコンポーネントが接地電位に設定され、基板２３０を有するキャリアフィルム２２０を電極１４０から取り外すことができる。

図３は、本発明による処理ステーションの第３実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図であり、この場合には、高周波源を有している。このタイプの設計は、一例として、基板をエッチングする処理ステーションにおいて使用可能である。フレーム３１０の構造及び構成は、図１に示されている第１実施形態のフレームと同一である。基板３３０が大きな面積で固定されている厚さが１００μｍのポリイミドから製造されたキャリアフィルム３２０が、フレーム３１０内にクランプされている。このフレーム３１０は、環状の底部部分３１１と、この底部部分に着脱可能に接続された対応する環状の上部部分３１２から構成されており、このフレームの２つの部分の間に、キャリアフィルム３２０がクランプされている。このフレーム３１０の底部部分３１１と上部部分３１２は、いずれも、導電性の金属から製造されている。そして、この場合にも、フィルムの上部主表面上には、厚さが０．１μｍの金属被覆３２２が蒸着されており、フレームの上部部分３１２と電気的に接触接続されている。

電極３４０は、高周波電極３４５によって形成されたベースボディを備えており、この高周波電極は、高周波電圧源３６０から供給を受けている。この高周波電極３４５は、その上部面上に、セラミック絶縁体プレート３４６を有しており、この表面積は、高周波電極３４５の断面に対応している。そして、この絶縁体プレート３４６上には、これと同一の表面積を有するチャック電極３４７が配置されている。この場合にも、ガス供給手段３４２が、高周波電極３４５、絶縁体プレート３４６、及びチャック電極３４７を貫通している。そして、キャリアフィルム３２０の下部主表面３２３が、チャック電極３４７の上部外部表面３４１から短い距離を有し、これに平行に位置決めされるように、フレーム３４０が配置されている。

この場合にも、チャック電極３４７と、導電性の金属被覆３２２に電気的に接続されているフレーム３１０の間には、金属被覆３２２とチャック電極３４７の上部外部表面３４１間にＤＣ電圧を生成する電圧源３５０が接続されている。但し、この場合には、第１実施形態とは異なり、金属被覆３２２は、接地電位には位置しておらず、チャック回路はフローティング状態にあって、高周波回路にも、接地電位にも接続されていない。又、チャック電極３４７の接触接続は、高周波電極３４５と絶縁体プレート３４６を貫通する絶縁リードスルー３４８を通じて実現されている。

フレーム３１０の上方には、接地電位に接続され、その断面がフレーム３１０の断面に略対応している環状のシールド３７０が配置されている。この結果、フレーム３１０上に、エッチング処理に使用するパッタリング源に対する暗部が生成される。これは、エッチングによるフレーム３１０の材料の除去と、基板３３０からエッチングされた材料のフレーム３１０上における堆積を防止するためのものである。

この場合にも、スイッチ３５１によってフレーム３１０と外部表面３４１を短絡することにより、両方のコンポーネントを同一の電位に設定可能である。この結果、基板３３０を有するキャリアフィルム３２０を障害なしにチャック電極３４７から取り外すことができる。

図４は、本発明による処理ステーションの第４実施形態の双極電極と保持及び搬送フレームを示す図である。

フレーム４１０の機械的な構造と構成は、図１及び図３に示されている第１及び第３実施形態のフレームと同一である。そして、この場合にも、基板４３０が大きな面積によって固定された厚さが１００μｍのポリイミドのキャリアフィルム４２０が、フレーム４１０内にクランプされている。このフレーム４１０は、環状の底部部分４１１と、この底部部分に着脱可能に接続された対応する環状の上部部分４１２から構成されており、このフレームの２つの部分の間に、キャリアフィルム４２０がクランプされている。

内部にクランプされたキャリアフレーム４２０を有するフレーム４１０は、金属電極４４０の平坦な上部外部表面４４１に隣接して配置され、キャリアフィルム４２０の下部主表面４２３が、電極４４０の上部外部表面４４１から短い距離を有し、これと平行に位置決めされている。電極４４０の上部外部表面４４１の表面積と形状は、キャリアフィルム４２０に接着接合されている基板４３０の表面積と形状に実質的に対応している。

電極４４０の上部外部表面４４１の中央領域内には、上部表面が電極４４０の上部外部表面４４１と同一平面を構成している第２電極４４９が埋め込まれている。この第２電極４４９は、セラミック絶縁体プレート４４６により、電極４４０から電気的に絶縁されている。そして、この第２電極４４９の直径は、電極４４０の直径の略半分になっている。

この場合にも、電極４４０は、その対称軸領域内に、絶縁体プレート４４６及び第２電極４４９を貫通するガス供給手段４４２を備えており、これを通じて、キャリアフィルム４２０と電極４４０の外部表面４４１の間の空間に背面ガスを供給可能である。

金属電極４４０と第２電極４４９間には、この２つの電極４４０、４４９間にＤＣ電圧を生成する電圧源４５０が接続されている。この場合には、第２電極４４９の接触接続は、電極４４０と絶縁体プレート４４６を貫通する絶縁リードスルー４４８によって実現されている。そして、電極４４０は、接地電位に位置しており、第２電極４４９は、７００Ｖの電位に保持されている。この結果、分散電界が生成され、この電界により、フィルム４２０の上部主表面４２１上の金属被覆（並びに、恐らくは、基板４２０）内に静電荷を生成されることになる。そして、極性がそれぞれの隣接する電極の極性とは反対のこれらの静電荷によって吸着力が生じ、この結果、接着接合された基板４３０を有するフィルム４２０が電極４４０上に加圧されることになる。従って、この図示の実施形態は、本発明の環境において、双極静電チャックの原理を実現したものである。フィルム４２０上に蒸着されている金属被覆又は基板４３０を電気的に接触接続する必要はない。

スイッチ４５１によって電極４４０、４４９を互いに短絡することにより、両方のコンポーネントを接地電位に設定可能である。そして、この結果、基板４３０を有するキャリアフィルム４２０を障害なしに電極４４０から取り外すことができる。

なお、この電極の上部外部表面における個々の電極の配置方法は、この図示の環状の形状に限定されてはいない。これら２つの極を、表面に沿って、その他の方法で分散させることが可能であり、一例として、内部電極をスター形に設計可能である。更には、２つを上回る数のサブ電極を有する多極電極を類似の方法で設計することも可能である。実現可能な構成の一例は、この図示の実施形態におけるように、円形の外部表面を環状の形態に分割し、更に、これを二等分することによって、４つの領域を形成する方法である。この場合には、隣接する外部表面が、それぞれのケースにおいて異なる極性を備えるように、電流源に接続されることになる。

図５は、複数の処理ステーションを有する真空プロセス設備を示す図である。８つの処理ステーション５８１〜５８８の配置は、正八角形を形成している。すべての処理ステーションは、その内側に、前述の４つの実施形態の中の１つによる電極５８１ａ〜５８８ａを備えている。なお、この同一の設備内において、異なる電極例えば、単極及び双極電極、又は高周波源を有する電極を使用することも可能である。これらの電極５８１ａ〜５８８ａの上部外部表面は、垂直に配置されており、外側に向いている。

フレーム５１０内にクランプされたキャリアフィルム５２０に接着接合された基板５３０は、搬送ステーション５８１において、この設備内に導入され、処理された後に、再度、この搬送ステーション５８１において、この設備から除去されることになる。この搬送ステーション５１０は、例えば、真空ロックを有している。そして、フレーム５１０は、処理の全体を通じて、垂直に配置された状態で維持される。基板５３０を有するフレーム５１０が電極５８１ａに移動すると、前述の４つの実施形態の中の１つによる電極及び、場合によっては、フレームに電圧が印加され、この結果、フレームは、電極５８１ａ上に堅固に保持されることになる。次いで、このフレームは、スター形の搬送装置内に収容される（図示せず）。この搬送装置を使用することにより、それぞれが各処理ステーション内に配置されている８つのフレームを、時計回りの方向に、次の処理ステーションに同時搬送することができる。

この搬送の後続の段階は、脱ガスステーション５８２内における第１処理段階であり、この段階においては、すべての処理ステーション５８１〜５８８におけると同様に、フレーム５１０は、処理動作の際に、電極５８２ａ上に堅固に保持される。そして、この次の段階は、冷却ステーション５８３によるものである。本発明によれば、保持装置内における基板の電気的な接触接続にプラズマが不要であるため、電極５８３ａ上に保持されている基板を容易に冷却可能である。そして、この次の段階が、エッチングステーション５８４によるものであり、この後段に、冷却ステーション５８５による段階が続いている。そして、最後に、３つの連続的なスパッタリングステーション５８６、５８７、５８８が位置しており、この後に、搬送ステーション５８１において、この設備から、処理済の基板５３０が除去されることになる。

なお、この装置の様々な構成要素について示されている寸法は、一例としてのみ、理解されたい。これらは、特定の電気的及び機械的な要件に対して適合可能である。特に、これは、電極及びそのコンポーネント部品、フレーム、及びその内部にクランプされているフィルムの面積と厚さについて当てはまる。材料も、意図する使用法に基づいて様々に選択可能である。一例として、基板のキャリアとしては、ポリイミド以外のプラスチックのフィルムや、フィルムの代わりに、セラミック、ガラス、又はその他の誘電材料からなる小さなプレートをフレーム内にクランプすることも可能である。

又、直流源として示されている電圧も、特定のアプリケーション並びに電極及び誘電体の寸法に適合させることが可能であり、この結果、基板を十分に冷却可能な背面ガスの圧力を実現することができる。

大きな影響を及ぼす選択肢は、誘電体の材料（第１、第３、及び第４実施形態におけるフィルム、又は第２実施形態における誘電体プレート）の適合におけるものである。すなわち、非導電性の誘電体材料の代わりに、弱くドーピングされた誘電体材料を使用すると、「半導体性を有する誘電体」が得られる。この場合には、電極の表面から誘電体に電荷がシフトすることによって、２つの互いに吸引する「プレート」間の有効距離が短縮され、この結果、電気的な絶縁性を有する誘電体と比べて、同一の電圧において、格段に大きな接触圧力が生成されることになる。結果的に、クーロン吸引の代わりに、ジョンソン−ラーベック吸引と呼ばれるものが得られるのである。但し、非導電性の誘電体と比べた場合に、このタイプのドーピングされた誘電体の欠点は、この半導体効果が、多くの場合に、本発明による設備が実際に回避することを目的としている相対的に高い温度においてのみ発生するという点にある。又、これに加えて、吸引が維持されるように、特定の連続した充電電流を給供することも必要である。

なお、この図示の真空プロセス設備は、一例に過ぎない。これよりも多数（又は、少数）の処理ステーションをリングの形態で配置することも可能であり、あるいは、処理ステーションを順番に一列に配置することも可能である。又、水平に配置されたキャリア上において基板を搬送する設備に対して、本発明による装置を使用してローディングすることも可能である（例：周知の中央ハンドリングステーションを有するクラスタ形態）。

要約すると、本発明は、構造が単純であり、保守が容易であって、薄くかつ／又は大きな面積の機械的にデリケートな基板を、損傷又は破壊のリスクを伴うことなしに、処理することが可能な基板を処理する設備を提供するものであるということができる。

本発明による処理ステーションの第１実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図である。 本発明による処理ステーションの第２実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図であり、この場合には、電極と、フレーム内にクランプされたキャリアの間に誘電体が配置されている。 本発明による処理ステーションの第３実施形態の単極電極と保持及び搬送フレームを示す図であり、この場合には、高周波源を有している。 本発明による処理ステーションの第４実施形態の双極電極と保持及び搬送フレームを示す図である。 複数の処理ステーションを有する真空プロセス設備を示す図である。

Claims (19)

1. 少なくとも１つの処理ステーション（５８２〜５８８）を備える、基板（１３０，２３０，３３０，４３０，５３０）を処理する設備であって、
   前記少なくとも１つの処理ステーション（５８２〜５８８）は、平坦な外部表面（１４１，２４４，３４１，４４１）を備えるチャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）を有しており、
   前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０，５３０）は、非導電性の誘電体材料から構成されるとともに一方の面に導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）を備えるキャリア（１２０，２２０，３２０，４２０，５２０）に、前記基板の表面全体によって固定でき、
   前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０，５３０）を保持、搬送又は保持及び搬送するべく、前記設備は、内部にクランプされた前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０，５２０）を有する少なくとも１つのフレーム（１１０，２１０，３１０，４１０，５１０）を有しており、
   前記誘電体材料と前記チャック電極とともに前記キャリアの前記導電性レイヤが静電チャックを形成するように、前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０，５２０）は、前記チャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）の前記外部表面（１４１，２４４，３４１，４４１）と平行に隣接して位置決めできる、
   ことを特徴とする設備。
2. 前記フレーム（１１０，２１０，３１０）の少なくとも１つの領域が導電性を有しており、
   前記キャリア（１２０，２２０，３２０）は、前記キャリア（１２０，２２０，３２０）の前記導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）が前記フレーム（１１０，２１０，３１０）の前記導電性領域に電気的に接続されるように、前記フレーム（１１０，２１０，３１０）内にクランプされている、
   ことを特徴とする請求項１記載の設備。
3. 前記キャリア（１２０，２２０，３２０）は、真空に適合した熱的に安定したフィルムによって形成されており、
   前記導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）は、蒸着された金属被覆又は導電性ポリマーによって形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の設備。
4. 前記フィルム（１２０，２２０，３２０）は、５０〜２００μｍの厚さを有し、
   前記金属被覆（１２２，２２２，３２２）は、０．０３〜０．５μｍの厚さを有する、
   ことを特徴とする請求項３記載の設備。
5. 前記チャック電極（３４７）は、高周波電極（３４５）を有するベースボディ上に構築されており、
   前記チャック電極（３４７）は、前記高周波電極（３４５）から電気的に絶縁されており、前記チャック電極（３４０）と電気的に接続するために、前記高周波電極（３４５）を貫通する絶縁リードスルー（３４８）を備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の設備。
6. 前記チャック電極（２４０）は、前記キャリア（２２０）が前記チャック電極（２４０）の前記外部表面（２４４）に平行に隣接して位置決めされた場合に前記チャック電極（２４０）と前記キャリア（２２０）の間に位置するように配置された誘電体プレート（２４３）を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の設備。
7. 前記処理ステーション（５８２〜５８８）は、前記フレーム（１１０，２１０，３１０）と前記チャック電極（１４０，２４０，３４０）間に電圧を印加する電圧源（１５０，２５０，３５０）を有しており、２００〜１５００ＶのＤＣ電圧を生成可能であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の設備。
8. 前記チャック電極（４４０）は、異なる極性の複数の領域を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の設備。
9. 前記処理ステーション（５８２〜５８８）は、前記チャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）と前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）の間の中間にある空間内にガスを供給するガス供給手段（１４２，２４２，３４２，４４２）を有しており、１００Ｐａを上回るガス圧を生成可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の設備。
10. 内部にキャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）をクランプするべく設計され、
    前記内部にクランプされたキャリア（１２０，２２０，３２０）の導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）と前記導電性領域を通じて電気的に接続できるように、少なくとも１つの領域で導電性を有している、
    ことを特徴とする前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０）を保持、搬送又は保持及び搬送する請求項１〜９のいずれか１項に記載の設備用のフレーム。
11. 真空プロセス設備内において基板（１３０，２３０，３３０，４３０）を処理する方法であって、
    ａ）前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０）は、保持、搬送又は保持及び搬送されるべく、フレーム（１１０，２１０，３１０，４１０）内にクランプされ、非導電性の誘電体材料から構成されるとともに一方の面に導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）を備えるキャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）に、前記基板の表面全体によって固定され、
    ｂ）前記誘電体材料と前記チャック電極とともに前記キャリアの前記導電性レイヤが静電チャックを形成するように、前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０，５２０）は、前記チャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）の平坦な外部表面（１４１，２４４，３４１，４４１）と平行に隣接して位置決めできる、
    ことを特徴とする方法。
12. 前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０）は、真空に対応した剥離可能な接着剤によって、前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）の第１の平坦な主表面（１２１，２２１，３２１，４２１）の上に接着接合されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記チャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）が、前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）の第２の平坦な主表面（１２３，２２３，３２３，４２３）に平行に隣接する外部表面（１４１，２４４，３４１，４４１）を有するように構成されており、前記第２の平坦な主表面（１２３，２２３，３２３，４２３）は、前記第１の平坦な主表面（１２１，２２１，３２１，４２１）の反対側に位置していることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記キャリア（１２０，３２０，４２０）の前記第１の主表面（１２１，３２１，４２１）には、導電性レイヤ（１２２，３２２，４２２）を備えることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記チャック電極（３４７）は、高周波電極（３４５）によって形成されたベースボディ上に構築されており、
    前記チャック電極（３４７）は、前記高周波電極（３４５）から電気的に絶縁されており、絶縁リードスルー（３４８）によって、前記チャック電極（３４７）と前記フレーム（３１０）間に電圧が印加されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記キャリア（２２０）の前記第２主表面（２２３）には、導電性レイヤ（２２２）を備え、前記チャック電極（２４０）と前記キャリア（２２０）の前記第２の平坦な主表面（２２３）の間には、誘電体（２４３）が配置されていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
17. 前記フレーム（１１０，２１０，３１０）と前記チャック電極（１４０，２４０，３４０）間に電圧が印加されることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記基板（１３０，２３０，３３０，４３０）の温度を制御するべく、ガスを、前記キャリア（１２０，２２０，３２０，４２０）と前記チャック電極（１４０，２４０，３４０，４４０）の前記平坦な外部表面（１４１，２４４，３４１，４４１）の間の中間にある空間内に導入することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記基板（１３０，２３０，３３０）を取り外すべく、前記キャリア（１２０，２２０，３２０）の前記導電性レイヤ（１２２，２２２，３２２）を前記チャック電極（１４０，２４０，３４０）と短絡させることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。

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