(57)【要約】【課題】クランプ用の単相交流の方形波電圧を用いて、ウエハを静電チャックにクランプさせる方法を提供する。【解決手段】この方法では、少なくとも部分的にウエハの慣性応答時間に基づいて、静電チャック150用に、クランプ用の単相方形波電圧を決定する。次に、ウエハを静電チャック150上に置き、ウエハと静電チャック150の間にギャップを定める。次に、決定されたクランプ用の単相方形波電圧を印加して、ウエハを静電チャック150に対して一般に所定の距離でクランプさせるが、静電荷量を一般に蓄積させないようにして、ウエハを早くクランプから解除させるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを静電チャックにクランプさせるための方法であって、
前記静電チャック用に、少なくとも部分的に、前記ウエハの慣性応答時間に基づいて、クランプ用の単相方形波電圧を決定し、
前記ウエハを前記静電チャック上に置き、前記ウエハと前記静電チャックの間にギャップを形成させ、
前記静電チャックに前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧を印加して、前記ウエハを前記静電チャックに静電的にクランプさせ、
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧の印加を止めて、前記静電チャックから前記ウエハのクランプを解除する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧は、前記静電チャックに関係する１つ又は複数の電極に印加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記静電チャックは、誘電層を有するフラットプレートの静電チャック面を有し、前記ウエハを前記静電チャック上に置く際、前記ウエハを前記誘電層上に置くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記静電チャックは、複数の微細構造を有するＭＥＭＳベースの静電チャック面を有し、前記ウエハを前記静電チャック上に置く際、前記ウエハを前記複数の微細構造上に置くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の微細構造は、前記ウエハを置けるように実質的に均一な表面を与え、前記ギャップは前記静電チャックにわたって均一であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記静電チャックを通って、前記ウエハ上に冷却ガスの背面圧力を加え、前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧は、さらに前記冷却ガスの背面圧力に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧は、上昇時間、パルス幅、パルス繰返し数を有する波形によって定められ、この波形は、前記静電チャックに関係するＲＣ時定数、前記ウエハ、前記ウエハの慣性応答時間、及び前記冷却ガスの背面圧力の関数であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記クランプ用の単相方形波電圧を決定する際、さらに、前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧の上昇時間を決定し、この際、前記上昇時間は前記ウエハの慣性応答時間よりもほぼ低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧が０ボルトになる時、前記ウエハを前記静電チャックから離れるように移動させ、この際、前記移動は、前記ウエハと前記静電チャックの間のギャップの１０分の１よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、処理能力の仕様を満足する、必要とされるクランプ解除時間よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、前記ウエハの慣性応答時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、前記ウエハの慣性応答時間と比べて、約１０倍又はこれ以上長いことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ウエハをクランプさせるためのシステムであって、
静電チャックを有し、該静電チャックは、この表面と前記ウエハの間に静電的なクランプ力を与えるように操作可能な１つ又は複数の電極を有し、前記静電チャックはさらに、ＲＣ時定数と前記クランプ力と対向する反発力とを有し、前記ウエハの慣性応答時間によって所定のエスケープ距離を定め、前記慣性応答時間はさらに、前記静電チャックの前記ＲＣ時定数と関係し、さらに、
前記１つ又は複数の電極にクランプ用の単相方形波電圧を与えるように構成された電源を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記クランプ用の単相方形波電圧の上昇時間は、前記ウエハの慣性応答時間よりもわずかに低いことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記クランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、処理能力の仕様を満足する、必要とされるクランプ解除時間よりも短いことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記クランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、前記ウエハの慣性応答時間よりも長いことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記決定されたクランプ用の単相方形波電圧のパルス幅は、前記ウエハの慣性応答時間と比べて、約１０倍又はこれ以上長いことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面は、フラットプレートを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記表面は、複数のＭＥＭＳ微細構造を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記静電チャックの表面と前記ウエハの間に、前記反発力に役立つ冷却ガスの背面圧力を与えるように操作可能な冷却ガス供給部を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体の処理システムに関するものであり、より具体的には、クランプ用の単相交流の方形波電圧を印加することによって、ウエハを静電チャックにクランプするための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００３年８月１８日に米国で出願された、“ＭＥＭＳベースの多極性の静電チャック”に関する特許文献１に関係し、この特許文献１は、本明細書に参考として包含されている。また、本発明は、２００３年９月１２日に米国で出願された、“ミクロ機械加工された表面を有するＪ−Ｒ静電チャック上で、クランプ用の単相交流の方形波電圧を印加して、静電力の働きを遅らせることにより、半導体ウエハをクランプしたり、クランプを解除すること”に関する特許文献２にも関係する。
【０００３】
長い間、エッチング、ＣＶＤ、イオン注入のような、プラズマ又は真空を用いる半導体処理では、静電チャック（ＥＳＣｓ：electrostatic chucks）が用いられている。エッジの非除外や、ウエハの温度制御を含む、ＥＳＣｓの特性は、半導体基板やウエハ、例えばシリコンウエハを処理するのに大変価値があることが解かっている。例えば、典型的なＥＳＣは、伝導性の電極の上に位置する誘電層を含み、ＥＳＣの表面上に半導体ウエハを配置している（例えば、誘電層の表面上にウエハを配置する）。半導体の処理（例えば、プラズマ処理）中、典型的にウエハと電極の間にクランプ電圧を印加して、静電力によってチャック面に対してウエハをクランプさせている。さらに、ヘリウムのようなガスを導入して、ウエハと誘電層の間に背面圧力を加えることによって、ウエハを冷却することができる。また、ウエハと誘電層の間の背面圧力を調整することで、ウエハの温度を制御することができる。
【０００４】
しかしながら、多くのＥＳＣの分野で、チャックからウエハのクランプを解除すること、又はチャックに固着したウエハを解除することが関心事となっている。例えば、クランプ電圧が止められた後では、典型的に、ウエハはかなりの時間の間、チャック面に対して“固着”され、この際、ウエハは、一般的にウエハを持ち上げるための機械（例えば、誘電層の表面からウエハを持ち上げるように操作可能な、ＥＳＣから突き出るピン等）によって取り外すことができなくなる。このウエハのクランプを解除することに関する問題は、処理能力を減少させ得る。従来、クランプ電圧によって誘導された残留電荷が、誘電層上や、ウエハの表面上に残って、望ましくない電場やクランプ力を導く時に、ウエハのクランプを解除することに関する問題が生じると信じられている。電荷の移動モデルでは、クランプ中の電荷の移動と蓄積によって残留電荷が生じており、誘電体表面及び／又はウエハの背面（例えば、ウエハの表面が絶縁層を含む時）に電荷が蓄積する。
【０００５】
ＲＣ時定数は、例えば、典型的にウエハをクランプしたり、クランプを解除するために、夫々、必要とされる時間の量に相当する、電荷／非電荷時間を特徴付けるために用いられている。この時定数は、誘電層の体積抵抗値にウエハと誘電体表面の間のギャップキャパシタンスを乗算した結果から決定される。即ち、次のようになる。
【数１】
2007505500.tif 000003
【０００６】
この際、Ｒdieは、誘電層（die：dielectric layer）の抵抗であり、Ｃgapは、ウエハとチャック面の間のギャップのキャパシタンスであり、ρ（dielectric）は、誘電層の体積抵抗値であり、ε0は、自由空間の誘電率であり、εrは、ギャップの誘電率であり、ｄ（dielectric）は、誘電層の厚さであり、gapは、誘電体表面とウエハ表面の間の距離である。具体例を示すと、典型的なフラットプレートのＥＳＣの場合、ρ（dielectric）＝１０15Ω-ｃｍ、ε0＝８．８５×１０-14Ｆ/ｃｍ、εr＝１、ｄ（dielectric）＝０．２ｍｍ、gap＝３μｍであると仮定すると、ＲＣ＝５９００秒となる。これは、かなり長い電荷／非電荷時間であり、クランプが５９００秒よりも長いと、クランプ解除時間もまた少なくとも約５９００秒続くことを意味する。
【０００７】
従来、ＥＳＣｓを用いる際に生じるウエハのクランプを解除することに関する問題を低減させるため、様々な技術が開示されてきた。例えば、ある通常の技術では、ＥＳＣからウエハを取り外す前に、逆の電圧を印加して、残留する引き付け力を削減させるものがある。しかしながら、この逆の電圧は、典型的にクランプ電圧よりも１．５から２倍高く、クランプ解除時間は依然として一般的にかなり長くなっていた。他の通常の技術では、低周波数の正弦波の交流電圧を印加して、制御された大きさと相のサイン波の場を生じさせるものがある。しかしながら、このような低周波数の正弦波の交流電圧は、典型的に低いクランプ力と、かなり長い残留クランプ時間を提供している。
【０００８】
ウエハのクランプを解除することに関する他の通常の技術には、残留する静電荷の保持効果を打ち消して、ウエハの解放を可能とするため、電極に印加される反対の極性の直流駆動電圧の値を決定することを含むものがある。しかしながら、一般的に、この技術はかなり複雑なタイミング回路を含み、ウエハの慣性効果、冷却ガスからの背面圧力、静電チャックの全ＲＣ時定数を最適化させるものではなかった。
【０００９】
従って、従来、ウエハの慣性効果とともに、静電チャックの物理的及び電気的な特性を最適化させる、クランプ及びクランプを解除するためのシステムと方法が求められていた。
【特許文献１】米国特許出願第１０/６４２,９３９号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０/６６１,１８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決するように、クランプ及びクランプを解除するためのシステムと方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、本発明の幾つかの特徴の基本的な理解が得られるように、本発明の簡略化された要約について説明する。但し、この要約は、本発明を広範囲に概観するものではない。また、これは、本発明の要所や重大な要素を特定したり、本発明の範囲を定めるものでもない。この目的は、以下においてより詳しく説明される内容の序文として、本発明の幾つかのコンセプトを簡略された形態で提供することにある。
【００１２】
従来技術の問題を克服するため、本発明では、単相交流の方形波電圧を静電チャック（ＥＳＣ）に印加するが、この際、方形波電圧の極性は、例えば、クランプされる半導体ウエハの慣性応答時間よりも早く切換えられる。また、本発明は、様々な通常の静電チャックと比べて、比較的に簡単で低コストな装置を利用する。また、幾つかの通常の技術では、出切るだけ早く残留電荷を取り除こうと試みているのとは反対に、本発明の方法とシステムでは、第一段階で残留電荷が生じることを一般に防ぐように構成されている。この方法は、“ウエハの慣性制限（inertial confinement）”として参照することができ、単一の極性又は複数の極性の電極ＥＳＣに対して及ぼすことができる、クランプ用の単相交流の方形波電圧を用いている。さらに、印加される電圧のパルス幅とパルス上昇時間を調整することで、クランプ解除時間を最小にすることができる。
【００１３】
本発明に係る１つの特徴では、この方法は、フラットプレートのＥＳＣｓと、ＭＥＭＳベースのＥＳＣｓのいずれにも用いることができ、この際、半導体ウエハは、ウエハの慣性制限機械を介して、クランプされたり、クランプを外される。単相交流の方形波信号の上昇時間、パルス幅、パルス繰返し数（prf：pulse repetition frequency）のようなパラメータを制御することで、電圧の切換えの際、少なくとも部分的に、ウエハの慣性質量によって、半導体ウエハを信頼性のあるようにクランプすることができる。さらに、本発明の他の特徴では、クランプ電圧が止められた後、ほぼ瞬間的にウエハをクランプから解除できるが、これは、少なくとも部分的に、ウエハの背面及び／又は誘電性の表面に対して電荷が移動して蓄積することをかなり防げるように、クランプ時のパルス幅が十分に小さいことによる。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴によると、ＥＳＣは様々なタイプの電極パターンを含むことができ、これには、例えば、プラズマ環境システム用の簡単な単極構造や、又は真空の環境システム用の簡単なＤ字形状の双極子構造が含まれる。さらに、本発明は、複雑な電極パターンや複雑な信号タイミング制御用の機器を必要としない。
【００１５】
上記目的や関連する目的を達成するため、本発明は、以下において詳述され、また、特に添付した特許請求の範囲に記載されるような特徴を有する。以下の説明と、添付された図は、本発明の実施形態について詳細に例示している。しかしながら、これら実施形態は、本発明の基本を実施できる幾つかの様々な手段の説明に過ぎない。本発明に関する他の目的、長所及び新たな特徴は、添付した図を参照して、以下の詳細な説明から理解することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、静電チャック（ＥＳＣ）を用いて、ウエハをクランプしたり、クランプを解除するためのシステムと方法に関する。以下、添付した図を参照して、本発明について説明するが、全体を通して同様の部品を参照する時は、同様の参照番号を用いるものとする。但し、以下の様々な特徴に関する記載は、説明上なされたものに過ぎず、本発明の範囲を限定させるものではないことを理解されたい。以下の記載では、説明を行うため、本発明の完全な理解を得られるように、多くの特徴について詳述されている。しかしながら、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これら特徴を含むことなく、本発明を実施することは可能であることを理解するであろう。
【００１７】
本発明は、所定の方形波電圧を静電チャックに印加して、選択的にウエハをクランプさせるように、ウエハ（例えば、半導体の基板）をクランプしたり、クランプを解除するためのシステムと方法を提供することによって、従来技術の問題点を克服する。本発明の実施形態の一例では、所定の方形波電圧は、ウエハの慣性（イナーシャ）特性、静電チャックの電気特性、及び、ウエハとＥＳＣの間の冷却ガスに関する背面圧力の関数である。
【００１８】
図１を参照すると、例としてクランプシステム１００のブロックダイアグラムが示されているが、このクランプシステムには、選択的にウエハ１１０をクランプするために、静電チャック１０５が含まれている。また、例えば、ＥＳＣ１０５に電圧Ｖを選択的に供給できるように操作可能な電圧源１１５があり、この電圧は、ウエハ１１０をＥＳＣの誘電層１２５の表面１２０に対して選択的に、静電気によってクランプさせたり、クランプを外せるように操作可能となっている。本発明の実施形態の一例では、この電圧源１１５は、クランプ用の単相交流の方形波電圧ＶをＥＳＣ１０５に対して供給するように操作可能となっている。クランプ用の単相交流の方形波電圧Ｖを供給することで、例えば、ウエハ１１０のクランプを解除するための時間を最小にできるが、この際、方形波に関するパルス幅とパルス上昇時間は、クランプを解除するための時間を制御するために操作可能となるが、このことは以下において詳述される。システム１００は、例えば、ウエハ１１０に対して背面のガス圧力Ｐ（これはまた、冷却ガスの背面圧力Ｆgasとしても参照される）を供給するように操作可能なガス供給部１３０をさらに有している。このガス供給部１３０は、例えば、ＥＳＣ１０５の表面１２０とウエハ１１０の間に、ヘリウムのような冷却ガス（図示せず）を供給するように操作可能となっている。さらに、例えば、冷却ガスの圧力Ｐを制御するように操作可能な制御器１３５が含まれ、この圧力制御は、さらにＥＳＣ１０５とウエハ１１０の間の熱伝達量を制御するように操作可能となっている。この制御器１３５は、例えば、電圧源１１５（例えば、電源）によるクランプ用の電圧ＶをＥＳＣ１０５に印加することを制御するように操作可能となっている。
【００１９】
様々な問題を克服するように、ウエハ１１０を効果的にクランプしたり、クランプを解除するため、ＥＳＣ１０５に対してクランプ用の方形波電圧Ｖが供給されている。例えば、ＥＳＣ１０５に印加されるクランプ用の方形波電圧Ｖは、ウエハ１１０上で静電気によるクランプ力Ｆescを誘導するように操作可能であって、ウエハをＥＳＣの表面１２０に対して引き寄せるようにする。しかしながら、クランプ電圧Ｖの極性が反転される時間の際（例えば、クランプ用の方形波電圧が０ボルトになる時）、冷却ガスの背面圧力Ｆgasがクランプ力Ｆescを超えて、ウエハ１１０がＥＳＣ１０５の表面１２０から加速して離れることが起こり得る。ウエハ１１０は、冷却ガスの背面圧力Ｆgas、及び／又は、他の力、例えば、ＥＳＣの上部が下がる場合の重力（図示せず）等によって定められる反発力により、ＥＳＣ１０５から距離ｘで離れるように移動することがある。しかしながら、ウエハ１１０は、無限速度ｖで移動することはできず、ウエハ１１０の移動は、この慣性質量によって限定される。ニュートンの第２法則、Ｆ＝ｍａで述べられているように、例えば、クランプ力Ｆescと背面圧力Ｆgasの合計である力Ｆは、ウエハ１１０の慣性質量ｍに対してウエハの加速度を掛け合わせたものに等しく、この際、この加速度は、速度と距離の微分、即ち、ａ＝ｄｖ／ｄｔ＝ｄ2ｘ／ｄｔ2として定められる。
【００２０】
本発明の特徴の１つでは、ウエハ１１０の位置は、時間ｔの関数として定めることができ、この際、ウエハが失われない（例えば、ウエハがＥＳＣ１０５の近くの領域に制限される）ための最小の時間ｄｔを決定することができる。クランプ力Ｆescと冷却ガスの背面圧力Ｆgasは、例えば、クランプ電圧Ｖが０ボルトを超えて変化すると、クランプ電圧は時間ｔの関数である上昇時間を有するので、その結果、ウエハ１１０とＥＳＣ１０５の表面１２０との間で冷却ガスの体積が膨張したり圧縮するにつれて、背面圧力が時間とともに変化するように操作できることに注目すべきである。
【００２１】
数学的には、ＥＳＣの慣性制限の力は、次の数式で表現することができる。つまり、ウエハ１１０の運動は、一般にニュートンの第２法則、Ｆ＝ｍａに関し、この際、Ｆはウエハ上に働く力である。例えば、この力は、ガスの背面圧力Ｆgas（ｘ，ｔ）とクランプ力Ｆesc（ｘ，ｔ）の合計として表現することができ、この際、Ｆは、距離ｘと時間ｔの関数なので、次のようになる。
【数２】
2007505500.tif 000004
【００２２】
最初、ウエハ１１０が移動しない時、ガスの背面圧力Ｆgasとクランプ力Ｆescの双方とも一般に一定であり、このため、静的なガスの背面圧力Ｆgas（０）は、次のようになる。
【数３】
2007505500.tif 000005
【００２３】
この際、Ｐは、ウエハを望ましいように冷却するために加えられるガスの背面圧力（トル、Torrで示している）であり、ＲWは、ウエハの半径である。さらに、静的なクランプ力Ｆesc（０）は、次のように定めることができる。
【数４】
2007505500.tif 000006
【００２４】
この際、ε0は、自由空間の誘電率であり（例えば、ε0＝８．８５×１０-12Ｆ／ｍ）、ｋは、絶縁性の誘電層１２５の誘電率であり、ｄは、誘電層の厚さであり、gapは、ＥＳＣ１０５の表面とウエハ１１０の表面の間（例えば、冷却ガスによって占められる）の静的なギャップの長さ（図示せず）であり、Ｖ0は、印加されたクランプ電圧である。静的なギャップの長さgapは、例えば、ＥＳＣ１０５の表面１２０の表面あらさと関連させることができる。
【００２５】
印加されたクランプ用の単相方形波電圧Ｖが０ボルトに一致した時、例えば、ウエハ１１０がクランプ力Ｆescを失って、ＥＳＣ１０５の表面１２０から離れるように動き始めることができ、ガスの背面圧力Ｆgasは、距離ｘと時間ｔの関数として、次のように定めることができる。
【数５】
2007505500.tif 000007
【００２６】
また、クランプ力ＦESCもまたｘとｔの関数となる。
【数６】
2007505500.tif 000008
【００２７】
この際、Ｖ（ｔ）は、ウエハ１０５とＥＳＣ１０５と関連する電極１４０を横切るクランプ電圧である。あるいは、Ｖ（ｔ）は、ＥＳＣ１０５と関連する２つ又は複数の電極１４０の間のクランプ電圧である。さらに、Ｖ（ｔ）は、例えば、もはや一定ではなく、システム１００と関連するＲＣ時定数に従って指数関数的に変化してもよく、この際、Ｒは、ウエハ１０５の抵抗であり、Ｃは、ウエハと電極１４０の間のキャパシタンスである。
【００２８】
従って、クランプ電圧Ｖ（ｔ）は、次のように表現することができる。
【数７】
2007505500.tif 000009
【００２９】
数５と数６を数２に組み合わせることで、ウエハ１１０の慣性制限の力は、微分の数式として表現することができる。
【数８】
2007505500.tif 000010
【００３０】
微分の数式８は、例えば、マスソフト・エンジニアリング・アンド・エデュケーション、インコーポレーテッドから供給されているマスキャドのような、コンピュータを用いた微分の数式の計算手段を用いることで、例えば、典型的な１５０ｍｍのウエハ用に、ウエハ１１０の位置ｘ（ｔ）について算出して、解くことができる。位置ｘ（ｔ）が得られると、さらに、速度ｖ（ｔ）＝ｄｘ／ｄｔと、加速度ａ（ｔ）＝ｄ2ｘ／ｄｔ2を得ることができる。
【００３１】
図２のＡ−Ｄを参照すると、図１に示した標準的なフラットプレートのＥＳＣ１０５に対して印加される、クランプ用の単相方形波電圧Ｖについて例示されている。クランプ用の単相交流の方形波電圧信号の上昇時間、パルス幅、パルス繰返し数（prf）のようなパラメータを制御することで、電圧の切換えを行う際、少なくとも部分的に、ウエハの慣性質量によって、ウエハ１１０を信頼性のあるようにクランプすることができる。図２のＡは、例えば、図１に示したウエハ１１０と電極１４０を横切るように印加したクランプ電圧Ｖ0と電圧Ｖ（ｔ）を例示している。図２のＡに例示したクランプ用の方形波電圧Ｖは、一般的に、クランプ力Ｆescを定め、また図２のＢは、ｘ（ｔ）について解いた結果を示しているが、この際、最大のｘ（例えば、ウエハの移動する最大の距離）と、ｘを０（例えば、ウエハの最初の位置）に戻すのに要する時間について決定することができる。ウエハが離れた時とこの最初の位置に戻った時の間で経過した時間は、例えば、ウエハのインパクト時間として定めることができる。図２のＣとＤでは、ウエハの速度ｖ（ｔ）と加速度ａ（ｔ）について、夫々、参照上、例示している。
【００３２】
具体例を示すと、図２のＡ−Ｄのグラフでは、１５０ｍｍの直径と、０．２ｍｍの絶縁性の誘電層１２５（例えば、アルミナ層）を有する、図１に示したフラットプレートのＥＳＣ１０５を用いており、ウエハ１１０とＥＳＣ１０５の間の約３μｍのギャップは、約２００トルのガスの背面圧力Pを用いて保たれている。約±２０００ボルトのクランプ電圧Vを印加すると、約２５０トルの静的なクランプ力が与えられる。キャパシタンスCは約３．４ｎFであり、抵抗Ｒは約２０Ωであるとすると、ＲＣ時定数は、ＲＣ＝６．８×１０-8秒として定めることができる。
【００３３】
本発明に係る他の実施形態では、図１のＥＳＣ１０５をＭＥＭＳベースとして、本発明に従うように用いることができる。図３を参照すると、ＭＥＭＳベースのＥＳＣ１５０の平面図を例示しており、この際、ＥＳＣの表面１５５は、複数の微細構造（マイクロストラクチャー）１６０を含んでいる。この複数の微細構造１６０は、例えば、ウエハ（図示せず）とＥＳＣ１５０の表面１５５の間のギャップを一貫して保つように操作可能である。また同様に、単相交流の方形波電圧信号の上昇時間、パルス幅、パルス繰返し数のようなパラメータを制御することで、電圧の切換えを行う際、少なくとも部分的に、ウエハの慣性質量によって、ウエハを信頼性のあるようにクランプすることができる。しかしながら、ＭＥＭＳベースのＥＳＣ１５０を用いることで、図１に示した標準的なフラットプレートのＥＳＣ１０５と比べて、一般にクランプ電圧Ｖがかなり低くなる。
【００３４】
図４のＡ−Ｄのグラフでは、例として、本発明に従って、図３に示したＭＥＭＳベースのＥＳＣ１５０用の、クランプ電圧Ｖ、ウエハの位置ｘ、速度ｖ、及び加速度ａの波形を、夫々、時間の関数として例示している。具体例を示すと、ＭＥＭＳベースのＥＳＣ１５０は、１５０ｍｍの直径を有し、ウエハ（図示せず）とＥＳＣの間の約１μｍのギャップは、約２００トルの背面圧力Pを用いて保たれ、約±１１２ボルトのクランプ電圧Vを用いて、約４００トルの静的なクランプ力を与えている。例えば、キャパシタンスCは、約７８．２ｎFであり、抵抗Ｒは、約２０Ωだとすると、ＲＣ時定数は、ＲＣ＝１．５６×１０-6秒として定めることができる。
【００３５】
再度、図２のＡと図４のＡを参照して、本発明に係る他の特徴について説明すると、クランプ電圧Ｖのパルス幅は、一般に大きな範囲を有することができる。パルス幅の下方限界は、例えば、上述したウエハのインパクト時間よりも長いことが好ましい。さらに、他の例では、パルス幅は、好ましくはウエハのインパクト時間よりも１０倍大きく、ＥＳＣ用により信頼性の高いファクターを提供できるようにする。例えば、上述した標準的なものとＭＥＭＳベースのＥＳＣ用の最短のパルス幅は、夫々、約１．３μ秒と１１μ秒である。また、パルス幅の上方限界は、例えば、特定のクランプ電圧下では、クランプを解除するための時間は、クランプを行うための時間と比例するため、ＥＳＣ用の処理量の特徴と関連して、予め定められたクランプを解除するための時間によって定められる。例えば、クランプを解除するための時間が０．５秒よりも短いことが望ましい場合には、上述した標準的なＥＳＣの例のパルス幅の範囲は、約３００ｋＨｚから１Ｈｚのパルス繰返し数に対応して、約１．３μ秒から約０．５秒までとなる。また、上述したＭＥＭＳベースのＥＳＣの例に従うパルス幅の範囲は、約４０ｋＨｚから１Ｈｚのprfに対応して、約１１μ秒から０．５秒までとなる。
【００３６】
本発明に係る他の特徴では、図１に示したシステム１００に関係するＲＣ時定数について確固とした限界が存在しない。例えば、Ｒは、シリコンウエハの抵抗であり、一般にゆるやかな範囲で変化することができる。例えば、図３に示したＭＥＭＳベースのＥＳＣ１５０では、キャパシタンスCは、表面１５５とウエハ（図示せず）の間のギャップによって直接的に定めることができ、この際、クランプ力Ｆescは、さらにギャップによって直接的に定めることができる。しかしながら、標準的なフラットプレートのＥＳＣでは、キャパシタンスCとクランプ力Ｆescの双方とも、一般に、図１に示した誘電層１２５とギャップとの組み合わせによって定めることができる。一例を示すと、ＲＣ時定数は、できる限り小さく保つ必要があるが、しかしながら、ＲＣ時定数は一般に、ウエハの抵抗Ｒとチャック面の状況によって限定される。一般に、ＲＣ時定数が短くなると、ウエハの移動量ｘが小さくなり、また、ウエハのインパクト時間が小さくなる。同様に、ＲＣ時定数が長くなると、ウエハの移動量ｘが大きくなり、また、ウエハのインパクト時間が大きくなる。但し、ＲＣ時定数が大きくなり過ぎる場合、例えば、ウエハ１１０がＥＳＣ１０５から離れ過ぎる距離（例えば、“エスケープ距離”）を移動するような場合には、ウエハ１１０は静電力によって回復することができなくなり、この結果、ウエハは、ＥＳＣから“解除される”ことになる。また、他の例では、ＲＣ時定数は、クランプ用の単相方形波電圧の上昇時間に影響を及ぼす。
【００３７】
上述した例から理解できるように、標準的なフラットプレートのＥＳＣは、一般により許容差があり、クランプ電圧Ｖが極性を切換えて、０ボルトに一致する時、７×１０-10ｍ（０．０００７μｍ）のウエハの移動量ｘと１．２×１０-6秒のウエハのインパクト時間が示される。この距離は、３μｍの平均的な静的ギャップと比較すると、無視できると考えることができる。ＭＥＭＳベースのＥＳＣの例では、比較的に許容差が低く、キャパシタンスＣが約１段階も大きいため、１×１０-7ｍ（０．１μｍ）のウエハの移動量ｘと１．２×１０-5秒のウエハのインパクト時間が示される。しかしながら、標準的なＥＳＣに対するＭＥＭＳベースのＥＳＣの長所として、ＭＥＭＳベースのＥＳＣの場合には、ＥＳＣとウエハの間のギャップを上手く制御することができるので、より小さなギャップとより低めのクランプ電圧Ｖ（又は、同じ電圧下でより大きなクランプ力）が可能になる。例えば、より小さなクランプ電圧Ｖでは、有害な放電のリスクを低下させ、また、ＥＳＣを汚すおそれのある粒子を形成するリスクを低下させる。
【００３８】
他の例では、ＲＣ時定数の上方限界は、ギャップがガスの冷却性に対して大きな影響を及ぼすため、ウエハの移動量ｘは最初のギャップの１０分の１よりも小さくなるようにする。しかしながら、パルス幅は大きな範囲で変化できるため、ウエハの移動によるインパクトを最小にするように、より長いパルス幅（より低いパルス繰返し数）を選択することができる。好ましくは、標準的なＥＳＣとＭＥＭＳベースのＥＳＣの夫々で、最大の移動量ｘが約０．５μｍと０．１１μｍに対して、パルス幅は０．１秒よりも小さく、クランプ用の方形波電圧の上昇時間は２μ秒よりも小さくなるようにする。パルス幅が重大でない場合、０．１ｍ秒から０．１秒のprfが、一般に早いクランプを解除するための時間を提供する。
【００３９】
本発明に関する他の特徴では、図１と３に示したＥＳＣは、さらに様々なタイプの電極パターンを含むことができ、例えば、プラズマ環境のシステム用に簡単な単極構造や、又は真空の環境のシステム用に簡単なＤ字形状の双極子構造を含むことができる。さらに本発明は、複雑な電極パターンや複雑な信号タイミング制御用の機器を必要としない。また、クランプ電圧Ｖが止められた後、ほぼ瞬間的にウエハのクランプを解除できるが、これは、少なくとも部分的に、ウエハの誘電性の表面及び／又は背面に対して電荷が移動して蓄積することを防げるように、クランプ時のパルス幅を十分に短くすることによる。
【００４０】
以上、一連の動作又は事象として、例示的な方法を図示し、かつ説明したが、本発明は、このような動作又は事象の図示された順番に限定されることはなく、幾つかのステップは、本発明に従うように、図示し、かつ説明したものとは別に、異なる順番で行われたり、及び／又は、他のステップと同時に行われてもよいことを理解されたい。さらに、本発明に従うように方法を実行するため、全ての図示されたステップが求められなくてもよい。さらに、この方法は、図示し、説明したシステムと関連するとともに、図示されていない他のシステムと関連するように実行されてもよいことを理解されたい。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の一例に従って、半導体ウエハを静電チャックにクランプさせる方法２００が例示されている。この場合、ステップ２０５から開始して、少なくとも部分的にウエハの慣性応答時間に基づいて、クランプ用の単相方形波電圧が決定される。ステップ２１０では、静電チャックのクランプ面上にウエハが置かれる。このクランプ面は、例えば、フラットプレートの静電チャック面や、チャック面から突出する複数の微細構造を含むＭＥＭＳベースの静電チャック面でもよい。ステップ２１５では、決定されたクランプ用の単相方形波電圧がＥＳＣに印加されて、一般にＥＳＣに対してウエハをクランプさせる。この決定されたクランプ電圧は、例えば、ＥＳＣとウエハの間に静電力を一般に誘導するように操作可能であり、ウエハをＥＳＣの表面に対して引き寄せる。そして、ステップ２２０では、クランプ用の単相方形波電圧が止められて、ＥＳＣからウエハのクランプを解除する。このクランプ解除時間は、例えば、ステップ２０５で行われたクランプ電圧の決定に基づいて最小にされる。
【００４２】
以上、本発明に係る好適な実施形態を参照して、本発明について図示して、説明したが、本明細書と添付された図を参照することによって、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明と同等となるように変更や修正を行うことは可能であることを理解されたい。特に、上述した部品（アセンブリ、装置、回路等）によって行われる様々な機能に関して、このような部品を説明するために用いられた用語（“手段”の参照も含む）は、特に記載がない限り、例示的に示した本発明の実施形態で機能する開示された構造と構造的に等価でなくとも、上述した部品の特定の機能を実行することができる（即ち、機能的に等価である）任意の部品にも相当することができる。さらに、様々な実施形態のうち、１つについてだけ本発明の特定の特徴について開示したが、このような特徴は、任意の、又は特定の分野において望ましく、長所となれば、他の実施形態の１つ又は複数の他の特徴と組み合わすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの特徴に従って、静電チャックのシステムレベルのブロックダイアグラムを例示した図である。
【図２】本発明の他の特徴に従って、標準的なＥＳＣ用に、クランプ電圧、ウエハの位置、速度、及び加速度の波形を時間の関数としてグラフ状にＡ〜Ｄに分けて例示した図である。
【図３】本発明の他の特徴に従って、ＭＥＭＳベースのＥＳＣを例示した図である。
【図４】本発明の他の特徴に従って、ＭＥＭＳベースのＥＳＣ用に、クランプ電圧、ウエハの位置、速度、及び加速度の波形を時間の関数としてグラフ状にＡ〜Ｄに分けて例示した図である。
【図５】本発明の他の特徴に従って、ウエハをクランプしたり、クランプを解除するための方法を例示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００              クランプシステム
１０５              静電チャック（フラットプレートのＥＳＣ）
１１０              ウエハ
１１５              電圧源（電源）
１２０              表面
１２５              誘電層
１３０              ガス供給部
１３５              制御器
１４０              電極
１５０              静電チャック（ＭＥＭＳベースのＥＳＣ）
１５５              表面
１６０              微細構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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