JP6607859B2 - 静電クランプを製造する方法、静電クランプ及び静電クランプシステム - Google Patents

Description

本発明は基板処理に関し、より詳しくは基板を保持するための静電クランプに関する。

静電クランプのような基板ホルダは多くの製造プロセス、例えば半導体製造、太陽電池製造、及びその他のコンポーネントの製造に広く使用されている。多くの基板ホルダが基板を所望の温度で処理するために基板の加熱や基板の冷却に供されている。静電クランプは、４００℃以上のような高温で動作するとき、複数の異なる故障メカニズムを示す。一例を挙げると、静電クランプの誘電体部分内に存在する金属元素が誘電体部分から浸出され、半導体ウェハなどの隣接する基板に侵入するときに望ましくない金属汚染が起こり得る。

別の故障メカニズムとして、静電クランプのクランプ電極内の金属材料が流動性になるとエレクトロマイグレーションが起こり得る。

これらの考慮すべき事項及びその他の事項に対して本発明の改良が必要とされている。

この概要は、以下で詳細に説明される概念を選択的に簡略的に示すものである。この概要は、特許請求される要旨における重要な特徴又は必須の特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される要旨の範囲を決定する際の補助を意図するものでもない。

一実施形態において、静電クランプを製造する方法は、絶縁本体を形成するステップと、前記絶縁本体の上に電極を形成するステップと、前記電極の上に積層を堆積するステップとを含み、前記積層は原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて堆積された酸化アルミニウム層を備える。

別の実施形態において、静電クランプは、絶縁本体と、前記絶縁本体の上に配置された電極と、１０マイクロメートル以下の厚さを有するアモルファス酸化アルミニウム層及び少なくとも一つの追加の絶縁層を備える積層とを備える。

他の実施形態において、静電クランプシステムは、絶縁本体と、前記絶縁本体の上に配置された金属材料よりなる電極と、１００マイクロメートル以下の全厚を有する絶縁材料を備え且つ１０マイクロメートル以下の厚さを有するアモルファス酸化アルミニウム層を含む積層と、前記絶縁本体を加熱するように構成されたヒータとを含み、前記静電クランプは、前記金属材料が前記積層を通って拡散することなく５００℃以上で動作するように構成されている。

本発明の実施形態による静電クランプシステムを示す。 本発明の様々な実施形態による組立て静電クランプの一部分の側断面図を示す。 本発明の様々な追加の実施形態による組立て静電クランプの一部分の側断面図を示す。 図３Ａは積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｂは別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｃは更に別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｄは他の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｅは更に他の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｆは更に他の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｇは追加の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｈは比較参照サンプルの二次イオン質量分光分析の結果を示す。図３Ｉは別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。 例示的なプロセスフローを示す。

本発明は現在の静電クランプに見られるいくつかの問題を解消する耐拡散性静電クランプを提供する。本発明の実施形態では、静電クランプの電極と静電クランプで保持される基板との間に拡散抵抗積層が設けられる。拡散抵抗積層は、動作中における、さもなければ基板を汚染するかもしれない静電クランプからの金属の浸出を抑制することができる。拡散抵抗積層は、動作中にクランプ金属電極に引き起こされるエレクトロマイグレーションよって起こり得る静電クランプのクランプ力の低下を防止することもできる。

様々な実施形態では、耐拡散性の積層は少なくとも一つの層からなり、特定の実施形態では、積層は複数の層からなる。積層は静電クランプと基板との間での電界の発生をサポートするために電気的に絶縁性にし得る。いくつかの実施形態では、積層の各層は電気的に絶縁性である。いくつかの実施形態では、積層の少なくとも一つの層は原子層堆積（ＡＬＤ）で形成することができる。原子層堆積で形成される前記少なくとも一つの層（ＡＬＤ層）は静電クランプ内に存在し得る金属に対して高い耐拡散性を提供する。本実施形態と整合する耐拡散性ＡＬＤ層に適した材料は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。

原子層堆積（ＡＬＤ）は化学気相堆積（ＣＶＤ）に関連する堆積方法である。ＡＬＤでは、一定量の物質を堆積する単一の全堆積サイクルを達成するために、別個の前駆物質を用いた複数の別個の反応（例えば、２つの別個の反応の場合には半サイクル）が連続的に行われる。酸化アルミニウムのような２元化合物の堆積中に、形成すべき層が２つの異なる半サイクルの反復によって堆積される。各半サイクル後に、第１の前駆物質により供給された一定量の反応種が基板表面上に残される。必ずしも必要ないが、理想的には、第１の種の単一単分子層が第１の半サイクル後に生成され得る。第１の種の単分子層の各種は次の半サイクルで供給される第２の前駆物質の種と反応し得る。各半サイクルにおいて、反応種の供給後に、堆積物質の未反応種を除去するためにパージを実行することができる。従って、１サイクル中に反応する物質の総量は各反応物質の単分子層に等しい。このように、各サイクルは他のサイクルと同量の物質を生成することができる。従って、広いプロセスウィンドウ内において、堆積層の全厚は実行したサイクル数によってのみ決まる。更に、このような層のマイクロ構造は交互の成分物質単層、例えば層Ａ、層Ｂ、層Ａ、層Ｂなどで特徴づけられる。

次に図につき説明すると、図１には本発明の実施形態に従って構成された静電クランプシステム１００が示される。静電クランプシステム１００は処理のために基板１０４を支持し保持する静電クランプ１０２を含む。静電クランプシステム１００は電極１０８に電圧を供給するように構成された電源１０６を含む。その結果、電界Ｅが発生され、基板１０４をクランプし得る。静電クランプ１０２は単一の電極を有するものとして示されているが、いくつかの実施形態では静電クランプ１０２は複数の電極を含んでもよく、異なる実施形態では、従来の静電クランプと同様にＤＣ電圧又はＡＣ電圧で動作させてもよい。

静電クランプ１０２は基部１１０を含み、基部１１０はいくつかの実施形態では金属材料としてもよい。様々な実施形態では、基部１１０はヒータ１１２を含んでもよい。ヒータ１１２は、処理中静電クランプ１０２及び従って基板１０４を加熱するように設計される。いくつかの実施形態では、ヒータは４００℃以上、５００℃以上、例えば６００℃又は８００℃の基板温度を発生するように設計してもよい。他の実施形態では、静電クランプ１０２は静電クランプの外部のヒータ又は静電クランプに付着されたヒータで加熱されてもよい。

図１には示されていないが、静電クランプシステム１００は、従来の静電クランプと同様に、基板１０４と静電クランプとの間の熱伝導を提供するために静電クランプ１０２内のガス分配システム（図示せず）にガスを供給するガス源を含んでもよい。

静電クランプ１０２は基部に隣接して絶縁本体１１４も含む。いくつかの実施形態では、絶縁本体はアルミナ製である。絶縁本体１１４の少なくとも一部分の上に積層１１６が配置され、積層１１６は一つ以上の絶縁層を含み得る。積層１１６は、電極１０８が絶縁本体１１４と積層１１６との間に配置されるように、電極１０８も覆うことができる。静電クランプシステム１００の動作中、電極１０８により発生される電界Ｅとヒータ１１２により発生される高温の組み合わせが電極１０８からの金属種の拡散を促す力を及ぼし得る。金属種のこの移動を阻止又は低減するために、積層１１６は高い耐拡散性をもたらす少なくとも一つの層を含む。以下で検討する特定の実施形態では、前記少なくとも一つの層は原子層堆積で形成される。

図２Ａは一実施形態による静電クランプ１０２の一部分の拡大図を示す。この実施形態では、積層１１６は複数の層を含む。図に示すように、電極１０８及び絶縁本体１１４の一部分の上に層２０２が配置される。その層２０２の上に追加の層２０４が配置され、更にその層２０４の上に他の層２０６が配置され、この層２０６が基板１０４に隣接する。この層２０６の上に、基板１０４を支持するように機能し得るとともに基板１０４と静電クランプ１０２との間に背面ガスが供給される領域を画定し得る表面特徴部２０８を形成してもよい。

様々な実施形態では、層２０２、層２０４及び層２０６は絶縁体である。いくつかの実施形態では、層２０２はＡＬＤで形成され、従来の静電クランプと比較して、電極１０８からの材料の拡散に対して高い耐性をもたらす。特定の実施形態では、層２０２はＡＬＤで形成されるが、層２０４及び層２０６は他のプロセス、例えば物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）又はプラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）で形成される。しかしながら、実施形態はこの文脈で限定されない。いくつかの実施形態では、積層１１６の全厚は４０マイクロメートル〜２００マイクロメートルとしてもよい。

いくつかの実施形態では、層２０２はＡＬＤで形成されるＡｌ_２Ｏ_３である。具体的には、層２０２は、０．５マイクロメートル（５００ナノメートル）〜１０マイクロメートルの範囲の厚さを有するＡｌ_２Ｏ_３層（本明細書では「酸化アルミニウム」とも称する）である。様々な実施形態では、ＡＬＤで形成される酸化アルミニウムは堆積時にアモルファス層になり得る。上述したように、ＡＬＤで形成されるアモルファス酸化アルミニウム層はピンホールのない微細構造を有し、層を貫通する種の拡散に対して抵抗を示す。更に、酸化アルミニウムは静電クランプに対して一般に用いられる８００℃以下のような使用温度においてアモルファスのままであり得る。実施形態はこの文脈で限定されない。いくつかの実施形態では、ＡＬＤで形成されたＡｌ_２Ｏ_３の他の特性はＡｌ_２Ｏ_３内のアルミニウム及び酸素以外に更なる元素が存在しないことであり、通常の化学気相堆積又は物理気相堆積などの他の技術により成長されたＡｌ_２Ｏ_３内には更なる元素が存在し得る。

静電クランプ１０２において、ＡＬＤで形成されるＡｌ_２Ｏ_３物質からなる層２０２の一実施形態は複数の役目を果たし得る。第１に、層２０２は電極１０８からの下部金属の外方拡散を阻止する拡散バリアとして作用し得る。第２に、層２０２は高い絶縁耐力の膜として作用し、静電クランプ用途において適切に機能する誘電体に必要とされる電圧スタンドオフの大部分をもたらす。いくつかの実施形態では、電源１０６のような電圧源は２００〜１０００ボルトの電圧を電極１０８（及び図示されてない他の電極）に発生し得る。図に示すように、（誘電体）積層１１６は、１０００Ｖの電位にし得る電極１０８と基板１０４との間に介挿される。ＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３の絶縁耐力は１マイクロメートルにつき１０００Ｖの高さであることが報告されている。従って、ＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３層（層２０２）の厚さが１マイクロメートル以上である実施形態では、層２０４及び層２０６の絶縁耐力を考慮しなくても、層２０２は１０００Ｖまでの電圧に対して絶縁破壊に対する十分な耐性を提供することができ、それらの全厚は１５０〜２００マイクロメートルまでの範囲とし得る。

追加の実施形態では、層２０２はＡＬＤで形成されるＡｌ_２Ｏ_３層であるが、層２０４はＰＶＤで形成される酸窒化アルミニウム（ＡＬＯＮ）であり、層２０６はＰＥＣＶＤにより形成される窒化シリコン層である。他の実施形態では、それぞれＰＶＤにより形成されるＡＬＯＮ層及びＰＥＶＤにより形成される窒化シリコン層とし得る層２０４及び層２０６を繰り返し堆積して、層２０４、層２０６、層２０４、層２０６などの一連の層を形成してもよい。言い換えれば、酸窒化アルミニウム層とし得る層２０４、及び窒化シリコンとし得る層２０６は層２０２の上に形成されるオーバレイヤ積層と見なせる。このオーバレイヤ積層は積層の全厚が所望の量になるまで少なくとも２回堆積してもよい。これは１００〜２００マイクロメートルの全厚の積層１１６を構築するのに有用であり、個々の各層の厚さは非常に小さく、例えば１マイクロメートル又は１０マイクロメートルのオーダである。実施形態はこの文脈で限定されない。ＰＶＤ ＡＬＯＮの使用により誘電体厚を増加して、９以上のような高い誘電率を維持しながら積層１１６の総合絶縁耐力を増大することができる。更に、ＰＶＤ ＡＬＯＮの使用により高い純度（>９９．９５％）を維持することもできる。窒化シリコンの使用はドライエッチングプロセスでパターン化し得る接触表面を提供することができ、よって表面特徴部２０８で示すようなエンボス並びに基板１０４を静電クランプ１０２に引き付けたときガスシールとして作用し得る他の特徴部の生成が容易になる。更に、窒化シリコン、例えばＰＥＣＶＤ窒化シリコンの使用は、基板１０４に面する超高純度表面（＞９９．９９５％）を提供する。

追加の実施形態では、複数の層の代わりに、単一の絶縁層を層２０２の上に配置してもよい。例えば、一実施形態では、１００マイクロメートル未満の厚さを有する単一の絶縁層を、ＡＬＤで形成される１マイクロメートルの厚さを有する酸化アルミニウムからなる層２０２の上に配置してもよい。他の実施形態では、層２０２はＡＬＤで形成される１マイクロメートルの厚さを有する酸化アルミニウムで構成し、この層を基板１０４に隣接する最外側層として配置し、層２０２と電極１０８との間に少なくとも一つの絶縁層を配置してもよい。例えば、前記少なくとも一つの絶縁層は５０〜２００マイクロメートルの厚さを有し、静電クランプに使用される任意の通常の絶縁材料からなるものとしてもよい。この構成の利点は、層２０２が電極１０８からのみならず、電極上の静電クランプの絶縁層の厚さの大部分を形成するために使用される通常の絶縁材料からの不所望の種の拡散を阻止するのに有効であり得ることにある。

いくつかの実施形態では、積層１１６はモノリシック誘電体材料を使用する従来の静電クランプよりも低い電圧状態及び低い絶縁耐力状態の下で静電クランプ１０２の動作を容易にし得る。例えば、静電クランプ１０２の特定の実施形態では、積層１１６は７５マイクロメートル以下の厚さ、例えば４０〜７５マイクロメートルの厚さを有し、静電クランプ１０２は５００Ｖ ＡＣ未満の電圧源１０６からの印加電圧の下で動作し得る。図２Ｂは静電クランプ１０２の一変形例を示し、この例では積層１１６は層２２２として示すようなアモルファス酸化アルミニウムの層からなる。層２２２は電極１０８上に直接形成されたオーバレイヤ積層２２４の上に配置される。層２２２は、例えばＡＬＤで形成され、場合により０．５マイクロメート〜５マイクロメートルの厚さを有し得る。実施形態はこの文脈で限定されない。オーバレイヤ積層２２４は、酸化アルミニウム以外の絶縁材料、例えば窒化シリコン又は酸窒化アルミニウムの２以上の層からなるものとしてもよい。オーバレイヤ積層２２４は化学気相堆積、物理気相堆積、プラズマエンハンス物理気相堆積、又はその他の技術によって堆積してもよい。一つの特定の例では、層２２２の厚さは１マイクロメートルから２マイクロメートルの範囲とし得る。層２２２がこの厚さの範囲であり且つＡＬＤで堆積される酸化アルミニウムからなると仮定すると、層２２２はその両面間に１０００Ｖ以上の電圧が印加されるまで絶縁破壊に耐え得る。この例では、オーバレイヤ積層２２４の存在は絶縁破壊に対する更なる抵抗を与えるため、積層１１６はその両面間に１０００Ｖより大きい電圧が印加されるまで破壊されない。ＡＬＤを用いて１ミクロン厚の酸化アルミニウム層を設ける利点は、静電クランプ１０２は過度に厚い積層を形成する必要なしに最大で１０００Ｖ以上の電圧まで動作可能になることにある。例えば、オーバレイヤ積層２２４が酸窒化アルミニウム又は窒化シリコン又はその２つの組み合わせからなる場合には、積層１１６は１００マイクロメートル未満、例えば４０〜７５マイクロメートルの全厚を有するものを形成してもよい。この全厚は基板を適切にクランプするために必要なキャパシタンスを発生させるのに十分であると同時に、最大で１０００Ｖ以上の電圧まで絶縁破壊に対する耐力を与えるのに十分である。同時に、これらの静電クランプ特性は、ＡＬＤを用いて過度に厚い層を堆積する必要なしに実現することができる。ＡＬＤプロセスは通常の物理気相堆積又は化学気相堆積プロセスに比較して所定の層厚を堆積するのに比較的大きな時間及びコストを必要とし得る。

他の実施形態では、電極１０８はＡＬＤで形成してもよく、特定の実施形態ではプラチナ電極（Ｐｔ）としてもよい。このような電極は静電クランプ１０２の高温での動作と適合する電極層を提供するのみならず、いくつかの実施形態ではアルミナとし得る絶縁本体１１４の背面に至るビア導体も提供し得る。

図２Ａ及び図２Ｂにより例示される実施形態は、多くの場合、固体絶縁物を電極に接着することによってもしくは電極上にプラズマスプレー層を堆積することによって電極上に絶縁層を形成することにより製造される従来の静電クランプと相違する。しかしながら、絶縁層を製造するこれらの方法は、特に静電クランプが４００℃以上のような高温で動作するとき、電極金属材料の拡散に対して適切な抵抗を与えない静電クランプ構造をもたらし得る。これはこのような絶縁層中の欠陥又は他の非理想的な特性の結果であり、このような欠陥又は非理想的特性が従来の静電クランプに形成されるこのような絶縁層を貫通する拡散をもたらす。

これに対し、本発明者等は、静電クランプの電極の被覆層としてＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３層を使用すると、通常の方法で堆積された層と比較して拡散バリア特性が大幅に向上することを発見した。異なる実施形態では、電極からの種の外方拡散を抑止するためにＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３層をクランプ電極上に直接堆積してもよく、またクランプ電極上に直接形成される絶縁層の上に堆積してもよい。後者の場合には、ＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３層は電極からの種の外方拡散のみならず、絶縁層内に存在し得る金属又は他の汚染物質の外方拡散を抑止することができる。

特に、このようなＡＬＤ堆積Ａｌ_２Ｏ_３層は欠陥がなく、その薄膜部分が従来の方法で堆積された層より数桁よい拡散バリア特性をもたらすことが観察された。例えば、本発明者等は、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層で電極が被覆された静電クランプでは、Ｚｎ，Ｃｕ及びＰｂ等の金属汚染が拡散バリアなしで製造された静電クランプと比較して約３桁減少することを見出した。更に、上述した従来の薄膜堆積技術で堆積されたＳｉ_３Ｎ_４，ＳｉＯ_２等の他の拡散バリア層で電極が被覆された静電クランプと比較して金属汚染が２桁減少した。

従って、様々な実施形態は、静電クランプの高温動作を容易にするためにＡＬＤで堆積されたアモルファスアルミナ層を使用してもよい。特に、アモルファスアルミナ層を静電クランプの電極とクランプ表面との間の積層内に配置することによって、電極の金属物質が積層を通って拡散することなく静電クランプを５００℃以上で動作させることができる。上述したように、このような拡散は静電クランプで保持された基板の汚染をもたらし、加えて静電クランプにより与えられるクランプ力などのクランプ特性及び積層の絶縁耐力の悪化をもたらし得る。

ＡＬＤを用いて製造されるＡｌ_２Ｏ_３層の金属汚染物質の拡散防止効果を研究するために、一連の様々な拡散バリア積層候補をガラス絶縁基板上に堆積した。ガラス絶縁基板は通常の静電クランプで見られる既知の絶縁材料からなるものとした。ガラス絶縁基板は１×１０^１７／ｃｍ^３〜１×１０^１８／ｃｍ^３の範囲内の濃度の低レベルの銅及び鉄不純物を含有することがわかった。ガラス絶縁基板上に堆積された拡散バリア積層は、ＡＬＤを用いて製造された２００〜３００ｎｍ厚のＡｌ_２Ｏ_３層と、ＡＬＤを用いて製造された２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層と、ＰＥＣＶＤで製造された２００ｎｍ又は２マイクロメートル厚の窒化シリコン層の種々の組み合わせを含む少なくとも一つの層を含んでいる。Ａｌ_２Ｏ_３層を有するすべての積層では、Ａｌ_２Ｏ_３層は基板に隣接して形成したが、窒化シリコン層を有するすべての積層では、窒化シリコン層は空気と界面を形成する最外側層として形成した。

表１は、このように形成した拡散バリア積層マトリックスの概観を示す。ガラス基板上に積層を形成し、その積層を５５０℃で２４時間加熱処理した後に組成分析を実行した。組成分析は二次イオン質量分光分析法（ＳＩＭＳ）により実行した。ＳＩＭＳは対象物内の種々の元素の組成プロファイリングを対象物表面からの深さの関数として実行する技術であり、対象物は基板、層又は一群の層とし得る。
［表１］

ＳＩＭＳ分析の結果は図３Ａ〜図３Ｉに示され、以下のように要約することができる。特に、酸化タンタル及び酸化アルミニウムの公称厚さは２００ｎｍであったが、ＳＩＭＳ分析の結果は、これらの層の各々は３００ｎｍに近い厚さを有することを示している。しかしながら、これらの層はそれにもかかわらず図３では「２００ｎｍ厚」と見なされ、また以下の議論では「公称２００ｎｍ厚」と称されている。ＡＬＤで形成されたＡｌ_２Ｏ_３層を含んだ積層が製造されたとき、追加の層の有無にかかわらず、銅及び鉄の拡散が抑制された。言い換えれば、積層内の銅又は鉄信号の量が支持基板内と比較して大幅に減少した。ＡＬＤ Ａｌ_２Ｏ_３層が積層内に存在しなかったとき、２マイクロメートル厚の窒化シリコン層は鉄拡散の抑制に有効であったが、銅拡散の抑制には有効でなかったため、窒化シリコン層内の銅濃度は基板内の銅濃度と同程度であった。ＡＬＤで製造された２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層は銅又は鉄拡散の抑制に有効でなかった。２マイクロメートル厚の窒化シリコン層と２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層の二重層も銅拡散の抑制に有効でなかった。

図３Ｈは、対照（基板）試料の二次イオン質量分光分析の結果を示し、基板内に存在する銅と鉄のレベルを示す。この図は拡散バリア層のない基板内のシリコン（曲線４７８）、アルミニウム（曲線４７２）、鉄（曲線４７４）及び銅（曲線４７６）の信号レベルを示す。

図３Ａに戻り説明すると、ＡＬＤを用いて製造された単一の２００〜３００ｎｍ厚のＡｌ_２Ｏ_３層からなる積層の二次イオン質量分光分析の結果が示され、３００ｎｍより大きい深さに存在するアルミニウム及びシリコン信号は基板を表す。図に示されるように、ガラス絶縁基板からの銅拡散と鉄拡散の両方が阻止される。種々の元素に対して、データは所定の元素ごとに生信号のカウントとして又は濃度としてプロットされている。特に、曲線４０２はアルミニウムを示し、その信号レベルは約０．３マイクロメートルの深さで低下し、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層と支持基板との界面を示す。支持ガラス基板内のアルミニウム信号は処理前のガラス基板内のアルミニウムの濃度を示す。同様に図に示されるように、ガラス基板はシリコン（曲線４０８）、銅（曲線４０６）、鉄（曲線４０４）、及びタンタル（曲線４０９）を含む。基板内の銅及び鉄の濃度は基板内では１×１０^１８の範囲内（濃度を示す）であり、これは基板内のこれらの金属元素の相対原子濃度は１０ｐｐｍ範囲内であることを示す。０．３マイクロメートル深さ未満の領域内で測定された銅及び鉄濃度はＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層内のそれらのそれぞれの濃度を表す。図に示されるように、銅及び鉄の濃度は両方とも１×１０^１６の範囲内であり、これらの元素の近似検出限界に相当し、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層内への銅又は鉄の拡散はほとんどないことを示す。

図３Ｂは、ＡＬＤを用いて製造された公称２００ｎｍ厚のＴａ_２０_５層からなる別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。この場合には、銅と鉄が公称２００ｎｍ厚のＴａ_２０_５層を通って拡散する。曲線４１９はタンタルを表し、その信号レベルはＡＬＤを用いて製造されたＴａ_２０_５層とシリコン（曲線４１８）、銅（曲線４１６）、鉄（曲線４１４）、及びアルミニウム（曲線４１２）を含む支持ガラス基板との間の界面を示す約０．３マイクロメートルの深さで低下する。図に示されるように、０．３マイクロメートル未満の深さのときの信号で示される酸化タンタル層内の銅及び鉄の濃度は、０．３マイクロメートルより大きい深さに対する信号で示される基板内の銅及び鉄のそれぞれの濃度とほぼ同じである。これは、酸化タンタル層は２４時間に亘る５５０℃での高温処理の間基板からの銅及び鉄の拡散を抑制しないことを示している。

図３Ｃは、ＰＥＣＶＤにより製造された２００ｎｍ厚の単一の窒化シリコン層からなる更に別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。この例では、窒化シリコン層内に存在するシリコンが曲線４２８で示され、この曲線は窒化シリコン層と基板との界面に対応する０．２マイクロメートルの深さで低下する。銅（曲線４２６）はシリコン層を通って拡散し、鉄（曲線４２４）もそれより低い程度で拡散する。アルミニウム（曲線４２２）も窒化シリコン層内に拡散すると見てとれる。

図３Ｄは、ＰＥＣＶＤにより製造された単一の２マイクロメートル厚の窒化シリコン層からなる他の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示し、シリコンが曲線４３８で、及び窒素が曲線４３９で示されている。この例では、銅はバリア層を通って拡散するが、鉄の拡散は抑制される。銅（曲線４３６）はシリコン層の全体に拡散するため、窒化シリコン膜内の銅濃度のレベルは基板内と同じになる。窒化シリコン膜内の２マイクロメートル未満の深さにおける低レベルの鉄信号（曲線４３４）は鉄拡散が抑制されていることを示す。小量のアルミニウム（曲線４３２）も基板に近い窒化シリコン層の少なくとも下部領域内に拡散すると見てとれる。窒素（曲線４３９）は窒化シリコン層の一部である。

図３Ｅは、ＡＬＤを用いて製造された公称２００ｎｍ厚のＡｌ_２Ｏ_３層からなる更に別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示し、この層はアルミニウム曲線４４２の平坦部分４４３で示される。この層は基板に隣接し、その位置はアルミニウム曲線４４２の部分４４１とシリコン曲線４４８の部分４４７で示される。窒素曲線４４９及びシリコン曲線４４８の平坦部分４４５で示されるように、ＰＥＣＶＤで製造された２マイクロメートル厚の窒化シリコン層が公称２００ｎｍ厚のＡｌ_２Ｏ_３層の上に配置される。この場合には銅（曲線４４６）及び鉄（曲線４４４）の拡散が有効に抑制される。

図３Ｆは、ＡＬＤを用いて製造された２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層からなる更に別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示し、この層は曲線４５２で示される。窒素曲線４５９及びシリコン曲線４５８で示されるように、ＰＥＣＶＤで製造された２マイクロメートル厚の窒化シリコン層が公称２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層の上に配置される。この場合には鉄拡散（曲線４５４）は抑制されるが、銅（曲線４５６）は積層の全体に拡散する。

図３Ｇは、ＡＬＤを用いて製造された公称２００ｎｍ厚のＡｌ_２Ｏ_３層と、ＡＬＤを用いて製造された２００ｎｍ厚のＴａ_２Ｏ_５層と、シリコン曲線４６８及び窒素曲線４６９で示されるＰＥＣＶＤで製造された２マイクロメートル厚の窒化シリコン層とからなる追加の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。ＳＩＭＳデータは丁度１．７マイクロメートルの深さまで収集され、基板に近い酸化アルミニウム層又は酸化タンタル層を反映していない。しかしながら、銅（曲線４６６）及び鉄（曲線４６４）の拡散は、窒化シリコン層内の低いカウントレベルで証明されるように、抑圧される。

図３Ｉは、ＡＬＤを用いて製造された公称２００ｎｍ厚のＡｌ_２０_３層（アルミニウム曲線４８２の平坦部４８３で示される）と、ＡＬＤを用いて製造された公称２００ｎｍ厚のＴａ_２０_５層（タンタル曲線４８９の平坦部４８７で示される）からなる別の積層の二次イオン質量分光分析の結果を示す。これらの層はシリコン曲線４８８で示される基板の上に配置される。この場合も、銅（曲線４８６）及び鉄（曲線４８４）の拡散は抑制されるため、銅及び鉄は積層内に拡散しない。

図４は、本発明の実施形態による静電クランプを製造するプロセス５００に含まれる例示的な処理を示す。ブロック５０２において、静電クランプの絶縁本体が形成される。絶縁本体は金属ブロックのような基部の上に形成してもよい。基部はヒータを内蔵しても、静電クランプを加熱するために使用されるヒータに結合してもよい。絶縁本体は場合によってアルミナなどのセラミックで構成してもよい。ブロック５０４において、絶縁本体の上に電極が形成される。電極は金属材料、例えばいくつかの例ではタングステン、モリブデン、又はプラチナで構成してもよい。いくつかの変形例では、電極は絶縁本体上に配置された複数の電極としてもよい。ブロック５０６において、アモルファス酸化アルミニウム層が電極の上に原子層堆積によって堆積される。酸化アルミニウム層はいくつかの実施形態では５００ｎｍ〜１０マイクロメートルの厚さにしてもよい。酸化アルミニウム層は電極のみならず電極で覆われない絶縁本体の露出部分も封入するように共形的に堆積してもよい。

ブロック５０８において、オーバレイヤ積層がアモルファス酸化アルミニウム層の上に堆積される。オーバレイヤ積層は窒化シリコン又は酸窒化アルミニウムなどの単一の絶縁層を含んでもよい。オーバレイヤ積層は、先に堆積された絶縁層と異なる絶縁層が連続的に堆積された複数の絶縁層を含んでもよい。いくつかの例では、オーバレイヤ積層は４０マイクロメートル〜２００マイクロメートルの全厚を有してもよい。オーバレイヤ積層は化学気相堆積のような一つだけの堆積プロセスにより製造してもよく、また異なる複数の堆積プロセスを用いて製造してもよい。例えば、オーバレイヤ積層の一部分を形成する酸窒化アルミニウムは物理気相堆積により堆積してもよいが、オーバレイヤ積層の別の部分を形成する窒化シリコン層はプラズマエンハンスド化学気相成長により堆積する。

プロセス５００の一変形例では、オーバレイ積層が電極の上に直接堆積され、酸化アルミニウム層がオーバレイヤ積層の上に堆積されるように、ブロック５０８はブロック５０６の前に実行してもよい。

上述した実施形態は、例えば１００℃〜７００℃の温度のような高温度での静電クランプの動作のために配備されるが、本発明の実施形態は加熱されていない静電クランプの動作中に種の不所望の拡散も抑制し得ることが意図されている。

要するに、本発明の実施形態は、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層を含む改良された静電クランプを提供し、このＡｌ_２Ｏ_３層はクランプ電極とクランプすべき基板との間に配置される。ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層は様々な実施形態において５０〜２００マイクロメートルの全厚を有する電気絶縁材料の積層の一部分を形成してもよい。異なる実施形態において、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層は、クランプ電極に隣接して配置されてもよく、他の絶縁材料の上に配置され、最外側の層を形成するようにしてもよく、また絶縁層の積層内に配置され、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層とクランプ電極との間に一つの絶縁層が配置され、ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層とクランプすべき基板との間に別の絶縁層が配置されるようにしてもよい。ＡＬＤを用いて製造されたＡｌ_２Ｏ_３層は、クランプ電極、絶縁層又は他の静電クランプコンポーネントからの不所望の種の拡散を阻止するために拡散バリアを提供するのに加えて、絶縁層の目標破壊強度を容易に達成することができるため、静電クランプの動作中に電極に電圧が印加されるとき絶縁積層が破壊することはない。

本発明は、本明細書に記載した特定の実施形態により範囲が限定されない。実際、本明細書で記載した実施形態に加えて、他の様々な実施形態及び変更例も上述の説明及び添付図面から当業者に明らかであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は、本発明の範囲内にあることを意図する。さらに、本明細書は、特定目的のための特定環境における特定実施の文脈で説明したが、当業者であれば、その有用性はそれらに限定されるこ0とはなく、また本発明は任意の多くの目的のために任意の多くの環境において有益に実施されることを理解できるであろう。従って、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神を考慮して解釈すべきである。

Claims (15)

1. 絶縁本体を形成するステップと、
   前記絶縁本体の上に電極を形成するステップと、
   前記電極の上に、原子層堆積を用いて堆積された酸化アルミニウム層を備える積層を堆積するステップと、
   を備える、静電クランプを製造する方法。
2. 前記酸化アルミニウム層は、５００ナノメートル〜１０マイクロメートルの厚さを有する、請求項１記載の方法。
3. 前記積層を堆積するステップは、
   前記電極の上に前記酸化アルミニウム層を堆積するステップと、
   前記酸化アルミニウム層の上に、４０マイクロメートル〜２００マイクロメートルの厚さを有する少なくとも一つの絶縁層を堆積するステップと、
   を備える、請求項１記載の方法。
4. 前記積層を堆積するステップは、
   前記電極の上に、４０マイクロメートル〜２００マイクロメートルの厚さを有する少なくとも一つの絶縁層を形成するステップと、
   前記少なくとも一つの絶縁層の上に前記酸化アルミニウム層を堆積するステップと、
   を備える、請求項１記載の方法。
5. 前記少なくとも一つの絶縁層を堆積するステップは、
   前記酸化アルミニウム層の上に酸窒化アルミニウム層を堆積するステップと、
   前記酸窒化アルミニウム層の上に窒化シリコン層を堆積するステップと、
   を備える、請求項３記載の方法。
6. 前記積層を７５マイクロメートル以下の厚さで堆積するステップを備える、請求項１記載の方法。
7. 前記酸化アルミニウム層をアモルファス層として堆積するステップを備える、請求項１記載の方法。
8. 前記電極は原子層堆積により形成されたプラチナ電極である、請求項１記載の方法。
9. 絶縁本体と、
   前記絶縁本体の上に配置された電極と、
   原子層堆積を用いて堆積された１０マイクロメートル以下の厚さを有するアモルファス酸化アルミニウム層及び少なくとも一つの追加の絶縁層を備える積層と、
   を備える、静電クランプ。
10. 前記アモルファス酸化アルミニウム層は５００ナノメートル〜１０マイクロメートルの厚さを有する、請求項９記載の静電クランプ。
11. 前記積層は４０マイクロメートル〜２００マイクロメートルの厚さを有する、請求項９記載の静電クランプ。
12. 前記積層は、
    前記電極に隣接して配置された酸化アルミニウム層と、
    前記酸化アルミニウム層の上に配置された少なくとも一つの追加の絶縁層と、
    を備える、請求項１１記載の静電クランプ。
13. 前記積層は、前記電極に隣接して配置された少なくとも一つの追加の絶縁層と、
    前記少なくとも一つの追加の絶縁層の上に配置された前記酸化アルミニウム層と、
    を備える、請求項１１記載の静電クランプ。
14. 絶縁本体と、
    前記絶縁本体の上に配置された金属材料よりなる電極と、
    １００マイクロメートル以下の全厚を有する絶縁材料を備え、且つ原子層堆積を用いて堆積された１０マイクロメートル以下の厚さを有するアモルファス酸化アルミニウム層を含む積層と、
    前記絶縁本体を加熱するように構成されたヒータと、
    を備え、静電クランプは、前記金属材料が前記積層を通って拡散することなく５００℃以上で動作するように構成された、静電クランプシステム。
15. 前記積層は、
    前記電極に隣接して配置された、５マイクロメートル未満の厚さを有する酸化アルミニウム層と、
    前記酸化アルミニウム層の上に配置された少なくとも一つの追加の絶縁層と、
    を備え、前記積層の全厚は４０マイクロメートルより大きい、請求項１４記載の静電クランプシステム。