(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックの表面に捕捉電圧によって電気的に密着しているウエハを解放する方法であって、
上記捕捉電圧を解除し、
上記ウエハを掴んで、上記静電チャックの表面から持ち上げる腕部が備えられ、
上記解除後のある期間、上記ウエハの第２の領域を上記静電チャックの表面に密着させたまま、上記腕部によって、上記ウエハの第１の領域を上記静電チャックの表面から第１の距離だけ持ち上げ、
上記期間中、所定の条件をモニタし、
上記所定の条件が満たされると、上記腕部によって、上記第２の領域を上記静電チャックの表面から持ち上げる方法。
【請求項２】
上記所定の条件をモニタする際、
上記ウエハと上記静電チャックとの間で測定した電気容量が閾値と比べ良好であるかどうかを決定する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記所定の条件をモニタする際、
交流（ＡＣ）電圧を供給して、上記ウエハと上記静電チャックとの間の電気容量を測定し、
測定した電気容量を閾値と比較する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記所定の条件をモニタする際、
上記期間が所定の有効期間より長いかどうかを決定する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記第１の距離が、約０．１ｍｍより大きく、かつ、約５ｍｍ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記捕捉電圧が、直流（ＤＣ）電圧である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記捕捉電圧が、交流（ＡＣ）電圧である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記ＡＣ電圧が、上記ウエハを上記静電チャックの表面に密着させるほぼ一定の力を発生させる多相ＡＣ電圧である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記第１の領域が、上記ウエハの外縁領域に対応する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記第２の領域が、上記ウエハの中央領域に対応する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ウエハを処理するためのシステムであって、
上記ウエハと静電チャックの表面との間に静電捕捉力を発生させるように作動可能な、１つ以上の電極を有する上記静電チャックと、
捕捉電圧を１つ以上の上記電極に供給する電源と、
第１の期間中、上記ウエハの第２の領域を上記静電チャックの表面に密着させたまま、上記ウエハの第１の領域を上記静電チャックの表面から第１の距離だけ持ち上げ、さらに、所定の条件が満たされると、上記ウエハ全体を上記静電チャックの表面から持ち上げる上記ウエハを掴む腕部を備えた持ち上げアセンブリと、
上記所定の条件をモニタし、上記所定の条件が満たされると、上記ウエハ全体を上記静電チャックの表面から持ち上げるように、制御信号を上記持ち上げアセンブリに供給するコントローラと、を備えているシステム。
【請求項１２】
上記静電チャックの表面が、平坦なプレートを備えている請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記コントローラが、上記ウエハと上記静電チャックとの間で測定した電気容量が閾値と比べ良好であるかどうかを決定することによって、上記所定の条件をモニタする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
上記コントローラが、上記第１の期間から測定した期間が所定の有効期間より長いかどうかを決定することによって、上記所定の条件をモニタする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
静電チャックの表面に捕捉電圧によって電気的に密着している半導体ウエハを解放する方法であって、
上記捕捉電圧を解除し、
上記解除後のある期間、上記ウエハの第２の領域を上記静電チャックの表面に密着させたまま、上記ウエハの第１の領域を上記静電チャックの表面から機械的に持ち上げる腕部が備えられ、
上記期間中、上記ウエハと上記静電チャックとの間の電気容量をモニタし、
上記電気容量が閾値レベルと比べ良好であれば、上記腕部によって、上記ウエハの第２の領域を上記静電チャックの表面から持ち上げて、上記ウエハを上記静電チャックから完全に取り外す方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、概して半導体処理システムに関し、さらに具体的には静電チャックからウエハを解放するための方法およびシステムに関する。
【０００２】
〔背景技術〕
エッチング、ＣＶＤ、イオン注入などのプラズマ系または真空系半導体プロセスでは、静電チャックがずいぶん以前から使用されてきた。典型的な静電チャックは、例えば、導電性電極の上に配置された誘電層を備え、半導体ウエハは静電チャックの表面上に載置される。半導体処理時に通常、捕捉電圧がウエハと上記電極との間に印加され、この結果、ウエハを静電チャックの表面に密着させる静電力が発生する。
【０００３】
しかしながら、多数の応用例において、チャックの表面からウエハを解放する、あるいは、剥がすことが課題となっている。例えば、捕捉電圧をオフした後であっても、ウエハは通常チャックの表面にかなり長い時間「吸着」しており、典型的なウエハ持ち上げ機構を用いてウエハを適切に取り外すことは不可能である。従来の１つの解決策では、ウエハを表面から一気に持ち上げる典型的なウエハ持ち上げ機構を用いると、ウエハはチャックの表面から「跳ね」てしまう。この「跳ね」の発生には、ウエハがチャックから解放されるだけではなく、ウエハが持ち上げ機構から外れてしまうほどの力がともなう。この結果、ウエハは最終的に地面に落下して、修正ができないほどの破損または不具合を生じかねない。
【０００４】
したがって、本技術分野では、静電チャックからウエハを適切に取り外すことができる解放システムおよび方法に対する需要が存在する。
【０００５】
〔発明の概要〕
以下の記載は、本発明の一部の態様について基本的な理解をしてもらうために、発明の要点を簡潔に提示するものである。本概要は、本発明全体についての概略を説明するものではない。また、本発明の鍵となる要素や必須の要素を特定することを意図するものではなく、本発明の技術的範囲について記載することを意図するものでもない。本概要の目的は、本発明の発想を、後述のさらに詳細な説明の前置きとして簡潔に提示することである。
【０００６】
本発明の一実施形態は、静電チャックの表面に捕捉電圧によって電気的に密着している半導体ウエハを解放する方法に関する。本方法では、捕捉電圧を解除する。この解除後のある期間、ウエハの第２の領域を静電チャックの表面に密着させたまま、ウエハの第１の領域を静電チャックの表面から第１の距離だけ持ち上げる。この期間中、所定の条件をモニタする。所定の条件が満たされると、第２の領域を静電チャックの表面から持ち上げる。
【０００７】
以下の記載および添付の図面では、本発明の例示としてのいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、これらの実施形態は、本発明の原理を採用可能な各種態様を示唆するものである。本発明のその他の目的、効果、および新規な特徴については、図面を参照する、本発明の以下の詳細な説明から自ずと理解できるはずである。
【０００８】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の１つの態様に係る静電式捕捉システムのシステムレベルのブロック図である。
【０００９】
図２は、本発明のもう１つの態様に係る、ウエハを捕捉および解放する方法を示している。
【００１０】
図３は、本発明のもう１つの態様に係る静電チャックについて、捕捉電圧、捕捉力、ウエハの第１の領域と表面との間の距離、および電気容量の各波形を、時間の関数として示す１組のグラフである。
【００１１】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明のもう１つの態様に係る、解放の各段階におけるウエハおよび静電チャックを示す断面図である。
【００１２】
〔詳細な説明〕
本発明は、静電チャックを使用する、ウエハを解放するためのシステムおよび方法に関する。このチャックは、例えば、クーロン力型チャックまたはジョンセン−ラーベック（Ｊ−Ｒ）力型チャックのいずれかであればよい。これに応じて、次に、本発明について図面を参照しながら説明する。なお、この記載および図面全体において、類似の部材を指し示す場合には類似の参照番号を使用する。これらの態様の説明は単なる例示であって、限定的な意味で解釈するべきではないことは言うまでもない。以下の記載では、説明を目的として、本発明をよく理解できるように、多数の特定の詳細事項について記載する。ただし、これらの特定の詳細事項を用いなくても本発明が実施され得ることは、当業者にとって明らかである。
【００１３】
本発明は、ウエハ（例えば半導体基板）を解放するためのシステムおよび方法を提供することによって、先行技術の課題を解決する。このシステムまたは方法によれば、所定の条件が満たされるまで、ウエハの一部だけが静電チャックの表面から持ち上げられる。所定の条件が満たされると、ウエハはチャックの表面から完全に取り外される。このように、ウエハは「跳ね」力を抑制した状態でチャックから徐々に取り外され、こうすることによって、落下するウエハの個数が削減され、なおかつ、システムの好ましいスループットが維持される。
【００１４】
次に図面を参照すると、図１は、本発明の態様に係る捕捉システム１００のブロック図である。本捕捉システムは、導電性ベース１０４および薄膜誘電部１０６で構成される静電チャック１０２を有する。動作中、ウエハ１０８は、導電性ベース１０４に印加される捕捉電圧Ｖによって、誘電部１０６の表面１１０に選択的に密着する。この捕捉電圧Ｖによって、ウエハ１０８を誘電部表面１１０に密着させる静電力が発生する。
【００１５】
この機能性を促進するために、コントローラ１１２が電圧電源１１４に制御信号を供給し、電圧電源１１４は捕捉電圧Ｖを静電チャック１０２に選択的に印加する。コントローラ１１２は、ウエハ１０８をさまざまな距離だけ持ち上げて、ウエハ１０８を誘電部表面１１０から取り外す持ち上げアセンブリ１１６を制御するようにも作動可能である。ウエハ１０８を取り外す第１の時刻において、コントローラ１１２は、持ち上げアセンブリ１１６に対して、ウエハ１０８を誘電部表面１１０からほんのわずか持ち上げるように命令する。ウエハが誘電部表面１１０からわずかに持ち上げられている間、コントローラ１１２は所定の条件をモニタする。この所定の条件が満たされると、コントローラ１１２は、持ち上げアセンブリ１１６に対して、ウエハ１０８を誘電部表面１１０から完全に取り外すように命令する。
【００１６】
一実施形態では、持ち上げアセンブリ１１６は機械式持ち上げアセンブリを備えていてもよい。例としては、誘電部表面１１０から可動な態様で延びる一群のピンや、ウエハ１０８を掴み誘電部表面１１０から移動させる腕部などがあげられる。別の実施形態では、持ち上げアセンブリ１１６は、例えば、ウエハ１０８を持ち上げる静電力を発生させる静電式持ち上げアセンブリ、ウエハ１０８を持ち上げる磁気力を発生させる磁気式持ち上げアセンブリ、またはウエハ１０８を持ち上げるように構成された加圧ガス供給源などを備えていてもよい。
【００１７】
以上で一例としての捕捉システム１００について説明したので、次に、本発明に係る１つの方法２００を示す図２のフローチャートを参照して、さらに詳細な機能性について説明する。多数の実施形態において、捕捉システム１００は、この方法２００を実施するために、ソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアの適切な組み合わせを、ここに記載するその他の機能性とともに含んでいる。ここでは、方法を一連の動作またはイベントとして図示および記載するが、一部のステップは、ここに図示および記載する順序以外に、本発明にしたがって別の順序で実行されても、および／または、他のステップと同時に実行されてもよいのであって、したがって、本発明がこのような動作またはイベントの記載の順序によって限定されないことは理解できよう。さらに、本発明に係る方法を実行するために、図示するステップすべてが必要とされないこともある。また、上記方法が、ここに図示および記載するシステムと関連付けて実行されても、また、図示していない他のシステムと関連付けて実行されてもよいことは理解できよう。
【００１８】
図２において、動作２０２に先立って捕捉電圧が投入され、ウエハをチャックに密着させ、各種処理動作がウエハに対して実施される。動作２０２において、捕捉電圧の解除が開始される。動作２０４では、この解除後のある期間、ウエハの第２の領域を静電チャックの表面に密着させたまま、ウエハの第１の領域が静電チャックの表面から持ち上げられる。動作２０６では、この期間中、所定の条件が測定される。この所定の条件は、例をあげれば、チャックとウエハとの間で測定する電気容量、または捕捉電圧の解除時点に測定が開始される有効期間に関連していてもよい。動作２０８では、所定の条件が満たされると、第２の領域が静電チャックの表面から持ち上げられる。例えば、測定した電気容量が閾値より大きければ、あるいは、上記期間が有効期間より長ければ、ウエハは静電チャックの表面から完全に取り外される。
【００１９】
一例として、図３は、図２の方法に対応する１組の波形図を示している。理解しやすいように、この例は、１５０ｍｍの直径および０．２ｍｍの誘電部１０６（例えばアルミナ層）を有する平坦プレート式静電チャックを用いることを前提として議論する。
【００２０】
タイミング図の「能動的補足（ACTIVE CLAMPING）」と記された領域では、約±２０００Ｖの捕捉電圧Ｖが印加され、こうすることによって、ウエハを誘電体表面に密着させる約２５０Ｔｏｒｒの静電捕捉力を発生させる。捕捉電圧は直流（ＤＣ）電圧であっても、交流（ＡＣ）電圧であってもよい。ＡＣ電圧を使用するのであれば、多相電圧（例えば３相または６相）が用いられることが多い。ウエハが能動的に捕捉され固定されている間に、イオン注入、プラズマ系半導体処理または真空系半導体処理、さらにその他の処理を、ウエハに対して実施してもよい。
【００２１】
時刻３０２において、捕捉電圧は解除される。図示された実施形態では、捕捉電圧の解除とは約０Ｖに対応するが、能動的な捕捉を行う電圧値に比べて十分に小さな別の電圧値に対応していてもよい。この解除される電圧は、実施態様に応じて、正の電圧であっても、または負の電圧であってもよい。捕捉電圧が解除された結果、捕捉力は、参照番号３０４で示すように、時間の経過とともに減少する傾向を示す。ただし、ウエハおよび静電捕捉部は、残留電荷で帯電したＲＣ回路として作用するので、捕捉力は直ちにゼロにはならずに、徐々に（例えば指数的に）減少する。
【００２２】
領域２０４／２０６では、参照番号３０６によって図示されているように、ウエハは静電チャックの表面から第１の距離だけ持ち上げられる。一部の実施形態では、第１の距離は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍまたは０．５ｍｍ〜２ｍｍであればよい。特定の一実施形態では、第１の距離は約０．７５ｍｍである。いずれの場合においても、２０４／２０６では静電吸着力（捕捉力）がウエハとチャックとの間に残存している可能性があるので、ウエハの第２の領域を誘電体表面に密着させたまま、ウエハの第１の領域のみが誘電体表面から剥がされる。
【００２３】
持ち上げアセンブリがウエハをこの第１の距離だけ持ち上げると、コントローラは、いつウエハをチャックから完全に取り外せば適切であるのかを示唆する所定の条件をモニタする。例えば、図３では、所定の条件が時刻３０８において満たされる。こうすることによって、時刻３０８において、コントローラは、持ち上げアセンブリに対してウエハを表面から第２の距離まで移動させるように、あるいは、その他の態様でウエハを静電チャックから完全に取り外すように命令する。図３の例では、ウエハは、時刻３１０において第２の距離まで持ち上げられ、静電チャックから完全に取り外される。
【００２４】
好適な実施形態では、コントローラは、低周波ＡＣ信号を供給してウエハとチャックとの間の電気容量を測定することによって、所定の条件をモニタする。コントローラは測定した電気容量を閾値レベルと比較する。測定した電気容量が閾値レベルより大きければ、コントローラは、捕捉力が十分に低くウエハをチャックから安全に取り外すことができると仮定する。一実施形態では、この信号は、電極とＧＮＤとの間の電気容量をモニタするための１２８ＨｚのＡＣ信号である。ウエハが捕捉された状態であれば、信号は１２０００スケールカウント（scaled counts）であってもよい。また、ウエハが捕捉されていない状態であれば、信号は６０００スケールカウント（scaled counts）まで低下してもよい。
【００２５】
別の一実施形態では、コントローラは、有効期間が経過するのを待つことによって状態をモニタする。この有効期間は、捕捉電圧が解除される時刻３０２に測定が開始されることが多い。例えば、コントローラは、捕捉電圧を解除してから１０００ｍｓを超える時間が経過したと決定すると、持ち上げアセンブリに対してウエハをチャックから取り外すように命令する。有効期間を使用すればいくつかの利点はあるものの、ウエハとチャックとの間の電気容量を測定する方が、異なるウエハ間の差異および異なるプロセス間の差異が自動的に考慮されるので、より好ましい。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｃは、ウエハ１０８が時間の経過とともに静電チャック１０２から取り外される様子を図示する断面図を示す。図４Ａは、ウエハ１０８の裏面が静電チャックの１０２の誘電部表面１１０にほぼ密着している時点を示している。この断面は、捕捉電圧が投入されている時点、または解除された直後を示す代表的な例である。したがって、静電力線４０２は、ウエハ１０８がこの時点では静電チャック１０２に引きつけられていることを示している。
【００２７】
図４Ｂは、持ち上げアセンブリがウエハ１０８の外縁領域４０４をチャックの誘電部表面１１０から第１の距離４０６だけ持ち上げた直後を示している。この断面は、ウエハ１０８の外縁領域４０４を接触して持ち上げるピンまたは手指を有する持ち上げ装置に関連するものだと考えてもよい。図示されているように、この時点では、ウエハの中央領域４１０における静電力４０２は、持ち上げ装置に起因する力４０８より大きい。したがって、外縁領域４０４は第１の距離４０６まで持ち上げられるが、中央領域４１０は誘電部表面１１０に密着したままである。図示していない各種実施形態では、外縁領域４０４の代わりに中央領域４１０（または他の領域）が、この時点で第１の距離４０６まで持ち上げられてもよい。所定の条件は、前述のように、この期間中モニタされる。
【００２８】
最後に、図４Ｃでは、所定の条件が満たされ、ウエハ１０８が静電チャックの誘電部表面１１０から完全に取り外される。このように、１つの例では、ウエハは、誘電部表面１１０から完全に取り外される第２の距離４１２まで持ち上げられてもよい。
【００２９】
本発明は、好適な実施形態または実施形態に関連して図示および記載してきたが、当該技術分野の当業者がこの明細書および添付の図面を読んで理解すれば、等価的な変更および修正に思いつき得ることは自明である。特に上述した部品（アセンブリ、デバイス、回路など）によって実現される各種機能について、このような部品について記載するために使用される用語（「手段」への言及を含む）は、記載の部品の指定された機能をここに図示した例としての本発明の実施形態において実施する開示の構造とは構造的に等価でなくても、特に明記しないかぎり、該機能を実施する任意の部品に対応する（つまり機能的に等価）ものとする。さらに、本発明のある特定の特徴が、複数個ある実施形態のうちの１つだけとの関連において開示されていることもあるが、このような特徴は、任意のまたは特定の適用にとって望ましいおよび好適となるように、それ以外の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の１つの態様に係る静電式捕捉システムのシステムレベルのブロック図である。
【図２】本発明のもう１つの態様に係る、ウエハを捕捉および解放する方法を示している。
【図３】本発明のもう１つの態様に係る静電チャックについて、捕捉電圧、捕捉力、ウエハの第１の領域と表面との間の距離、および電気容量の各波形を、時間の関数として示す１組のグラフである。
【図４Ａ】本発明のもう１つの態様に係る、解放の各段階におけるウエハおよび静電チャックを示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明のもう１つの態様に係る、解放の各段階におけるウエハおよび静電チャックを示す断面図である。
【図４Ｃ】本発明のもう１つの態様に係る、解放の各段階におけるウエハおよび静電チャックを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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