(57)【要約】本発明は、単相方形波交流クランプ電圧を用いて、Ｊ−Ｒ型静電チャックにウエハをクランプする方法及びシステムを提供する。この方法は、ウエハ、静電チャック及び漏洩性誘電体層の表面形状に関連した最小残留クランプ力に基づいて単相方形波クランプ電圧を決定する。ウエハは、静電チャック上に配置され、前記決定された単相方形波クランプ電圧を静電チャックに印加してウエハを静電チャックにクランプし、最小残留クランプ力が、前記クランプ電圧の極性切換え中、維持される。前記表面形状の決定は、ウエハと静電チャックとの間に第１ギャップと第２ギャップを定め、第１、第２ギャップのそれぞれに関連したＲＣ時定数の差が、前記クランプ電圧の極性切換え中、前記最小残留クランプ力が維持されるように与えられる。前記方形波クランプ電圧を取り除く際の脱着時間が、方形波クランプ電圧のパルス幅に対応するように減じられる。【選択図】図３
2007505504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏洩性誘電体層を有するＪ−Ｒ型静電チャックに背面絶縁体を有する半導体ウエハをクランプするための方法であって、
少なくとも部分的に、前記ウエハ、前記静電チャック、および前記漏洩性誘電体層の表面形状に関連した最小の残留クランプ力に基づいて、前記静電チャックのために単相方形波クランプ電圧を決定し、
前記静電チャック上にウエハを配置し、
前記決定された単相方形波クランプ電圧を前記静電チャックに印加して、前記ウエハを前記静電チャックに静電クランプする、各ステップを有し、
前記単相方形波クランプ電圧の極性切換え中、少なくとも前記最小の残留クランプ力が、維持されて、前記ウエハが前記静電チャックにクランプされ続けることを特徴とする方法。
【請求項２】
漏洩性誘電体層の表面形状は、前記ウエハと前記静電チャックの間に第１ギャップと第２ギャップを含み、前記第１ギャップと第２ギャップのそれぞれに関連したＲＣ時定数を有し、前記第１ギャップと第２ギャップのそれぞれに関連した前記ＲＣ時定数の差は、前記決定された単相方形波クランプ電圧の極性切換え中、少なくとも前記最小の残留クランプ力を維持するようにすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２ギャップは、前記漏洩性誘電体層の本来の表面あらさに関係し、前記第１ギャップは、前記第２ギャップよりも大きいことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１ギャップの大きさは、前記第２ギャップの少なくとも２倍であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１ギャップの大きさは、前記第２ギャップの少なくとも３倍であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記第１ギャップは、約４ミクロンであり、前記第２ギャップは、約１ミクロンであることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１ギャップは、漏洩性誘電体層を通常の機械加工または微細機械加工により、前記漏洩性誘電体層に形成されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記単相方形波クランプ電圧を決定するステップは、パルス幅とパルス振幅によって定められる波形を決定し、前記波形は、前記第１ギャップおよび前記第２ギャップのそれぞれに関連するＲＣ時定数の関数であることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記パルス振幅は、少なくとも最小の残留クランプ力が、前記ウエハと前記静電チャックとの間に生じるように決定されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記決定された単相方形波クランプ電圧のパルス振幅は、約±３００ボルトよりも小さいことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記決定された単相方形波クランプ電圧を停止するステップを更に含み、前記ウエハを前記静電チャックから脱着させ、この脱着時間は、前記決定した波形のパルス幅に関係することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記決定された波形のパルス幅は、処理能力の仕様を満足させる必要な脱着時間よりも短いことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記決定された波形のパルスは、約１秒より小さいことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記漏洩性誘電体層の表面形状を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記表面形状を決定するステップは、１つ以上のアイランド高さおよびアイランド面積比を決定することを含んでいる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記静電チャックを介してウエハの背面に冷却ガスの背圧を加えるステップを更に含み、前記決定された単相方形波クランプ電圧は、前記冷却ガスの背圧に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
背面絶縁体を有するウエハをクランプするためのシステムであって、
静電クランプ力を与えるように作動可能な１つ以上の電極と漏洩性誘電体層を含み、この誘電体層が、この層の表面から突出する複数のアイランドを有し、前記ウエハは、第１ギャップが前記誘電体層の表面とウエハとの間に定められ、第２ギャップが前記複数のアイランドの頂部表面とウエハとの間に定められ、前記第１、第２ギャップは、前記誘電体層に関連してそれぞれに関連する各ＲＣ時定数を定めるように構成されたＪ−Ｒ型静電チャックと、
前記１つ以上の電極に単相方形波クランプ電圧を供給し、このクランプ電圧のパルス振幅が、前記第１、第２ギャップのそれぞれのＲＣ時定数に関連しており、前記静電チャックが、少なくとも部分的に前記それぞれのＲＣ時定数により前記単相方形波クランプ電圧の極性の切換え中、最小の残留クランプを維持するように作動可能な電源と、含むことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記第２ギャップは、前記漏洩性誘電体層の本来の表面あらさによって定められることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記漏洩性誘電体層の前記表面あらさは、約１ミクロンまたはそれ以下であることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１ギャップの大きさは、前記第２ギャップの少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１ギャップの大きさは、前記第２ギャップの少なくとも３倍であることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１ギャップは、約４ミクロンであり、前記第２ギャップは、約１ミクロンであることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数のアイランドは、漏洩性誘電体層を、複数回、通常の機械加工または微細機械加工することにより形成され、前記漏洩性誘電体層の一部分が取り除かれ、そこに前記ウエハと前記漏洩性誘電体層の表面との間に第１ギャップを形成することを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２４】
前記複数のアイランドは、前記漏洩性誘電体をビードブラスト法によって形成されることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記単相方形波クランプ電圧のパルス振幅は、前記ウエハに少なくとも最小の残留クランプ力を与えるように作動可能であることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２６】
前記単相方形波クランプ電圧のパルス幅は、処理能力の仕様を満足させる必要な脱着時間よりも短いことを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２７】
さらに、冷却ガス供給源を含み、この冷却ガス供給源は、前記静電チャックとウエハとの間に冷却ガスの背圧を与え、前記冷却ガスの背圧は、前記最小残留クランプ力に関連していることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体処理システムに関し、より特定すると、単相方形波交流クランプ電圧を印加することにより、ジャンセン−ラーベック(johnsen-Rahbek)型静電チャックにウエハをクランプするための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャック（ＥＳＣｓ）は、長い間、エッチング、ＣＶＤ、及びイオン注入等のプラズマまたは真空を用いる半導体処理に利用されてきた。非エッジ除外(non-edge exclusion)及びウエハ温度制御を含むＥＳＣの能力は、シリコンウエハ等の半導体基板またはウエハを処理するのに大変役立つことがわかってきた。一般的なＥＳＣは、たとえば、導電性電極上に配置される誘電体層を含み、このＥＳＣの表面上に半導体ウエハが配置される（たとえば、ウエハは、誘電体層の表面上に配置される。）。半導体処理（たとえば、プラズマ処理）中、クランプ電圧は、ウエハ及び電極の間に印加され、ウエハは、静電力によってチャック表面にクランプされる。更に、ウエハは、ヘリウム等のガスを導き、かつウエハと誘電体層の間の背圧を加えることによって冷却することができる。ウエハの温度は、ウエハと誘電体層との間の背圧を調整することによって制御することができる。
【０００３】
しかし、ウエハをチャック表面から脱着または固着させないことは、多くのＥＳＣ利用においての関心事である。たとえば、クランプ電圧がターンオフされた後、ウエハは、クランチ表面にかなりの時間、固着し、このウエハを一般的なウエハリフト機構（たとえば、誘電体層の表面からウエハを持ち上げるのに使用する、ＥＳＣから突き出されるピン）によって取り除くことができない。このウエハの脱着の問題は、処理能力を減少させる。ウエハの脱着現象は、ウエハの表面上または誘電体層上に残るクランプ電圧によって残留電荷が誘導されるとき、望ましくない電界及びクランプ力を導くために起こると考えられている。電荷の表面移動モデルによれば、残留電荷は、電荷移動及びクランプ中の電荷の蓄積によって残留電荷が生じ、これらの電荷は、誘電体表面および／またはウエハ裏面（たとえば、ウエハ表面が絶縁層からなるとき）に蓄積する。
【０００４】
ＲＣ時定数は、たとえば、ウエハを吸着及び脱着する煮に必要とされる時間に相当する充電／放電時間を特徴づけるために用いることができる。この時定数は、誘電体層の体積抵抗に、ウエハと誘電体表面との間のギャップ容量を乗算した値によって決定される。即ち、
ＲＣ＝ＲdieＣgap＝ρ（誘電体）εoεr d(誘電体）／gap        （式１）
ここで、Ｒdieは誘電体層の抵抗、Ｃgapはウエハとチャック表面との間のギャップ容量、ρ（誘電体）は誘電体層の体積抵抗、εoは自由空間の誘電率、εrはギャップの誘電率、d(誘電体）は誘電体層の厚さ、gapは誘電体とウエハ表面との間の距離である。たとえば、一般的な平板型ＥＳＣに対して、ρ（誘電体）は１０15Ω-ｃｍ、εoは8.85×10-14Ｆ／ｃｍ、εrは１、d(誘電体）＝0.2ｍｍ、及びgap＝３μｍであるとすると、ＲＣ＝5900秒となる。これは、かなり長い充電／放電時間であり、クランプが5900秒以上であると、脱着時間は、おおよそ5900秒続くことになる。
【０００５】
ＥＳＣを用いる際に起こるウエハ脱着現象を減少させるために、多くの技術が、これまで開示されてきた。たとえば、１つの従来の技術は、ウエハがＥＳＣから脱着される前に逆電圧を加えて、残留する吸着力を取り除くことを含む。しかし、この逆電圧は、一般的にクランプ電圧の１．５から２倍高い電圧であり、脱着時間も一般的に長い。別の従来技術では、制御された振幅と位相の制限は、電界を生じさせるために低周波の正弦波交流電圧を与えることを含んでいる。しかし、このような低周波の正弦波交流電圧は、一般的に、かなり長い残留クランプ時間とともに、低クランプ力を生じさせる。
【０００６】
ジャンセン−ラーベック（Ｊ−Ｒ）効果型のＥＳＣｓは、脱着現象を最小化するために開発されてきたが、この場合、残留電荷がより早く放電することができるように「漏洩性の」誘電体が用いられる。たとえば、誘電体の抵抗Ｒdieが約１０9Ω-ｃｍに調整できるなら、式１と上記の条件を用いることによって、吸着及び脱着時間は、約0.0059秒に減少することができる。Ｊ−Ｒ型ＥＳＣｓは、たとえば、生のシリコンウエハに対する脱着の減少を最小限にするのに効果的であることがわかってきた。しかし、上記両方の実験およびモデルから、脱着現象は、背面絶縁体を有するウエハに対して有効であることを示している。
【０００７】
背面絶縁体を有するウエハに対して、一般的な脱着時間は、少なくとも部分的に、背面絶縁体の厚さ、背面絶縁体の体積抵抗、及びチャックの表面状態によって、５〜５０秒の間である。図１は、たとえば、従来技術のＪ−Ｒ型ＥＳＣに対する、脱着時間（ＲＣ時定数）対背面絶縁層の厚さを示すグラフ１０である。グラフ１０は、ウエハと誘電体との間の例示的なギャップが、１μｍ（曲線15）及び4.5μｍ（曲線20）である場合を示す。図からわかるように、ギャップが変化することにより、背面絶縁層が約２ｋオングストロームであるとき、たとえば、脱着時間は、約４〜２０秒の範囲とすることができる。このように大きなウエハの脱着時間は、処理時間及び処理能力が問題となるときにコスト高となる。
【０００８】
Ｊ−Ｒ型ＥＳＣｓにおけるウエハ脱着問題は、少なくとも部分的に、電荷の移動及びウエハの背面絶縁体表面に電荷が蓄積することによって一般的に生じる。脱着時間は、式１で示すように、充電／放電の時定数によって特徴付けられる。また、脱着時間は、一般的に、ＥＳＣのクランク時間に比例する。しかし、現在のところ、背面絶縁体を有するシリコンウエハに対して、Ｊ−Ｒ型ＥＳＣｓの脱着問題に対する有効な解法が見出しえない。
【０００９】
それゆえ、背面絶縁体を有する半導体ウエハ及びＥＳＣの物理的及び電気的特性を考慮する、改良された吸着及び脱着を行うＪ−Ｒ型ＥＳＣｓシステム及び方法を必要としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の基本的な構成を理解するために、単純化した本発明の要約を以下に示す。この要約は、本発明の拡張する概要ではない。これは、本発明の重要な要素を識別しかつ正確に概説するものでもない。この目的は、後に記載する詳細な説明の序文として、本発明のいくつかの概念を単純化した形で示すことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、背面絶縁層を有する半導体ウエハを吸着及び脱着するために、単相正弦波交流電圧をジャンセン−ラーベック（Ｊ−Ｒ）型静電チャック（ＥＳＣ）に印加することによって従来技術の難問を克服する。この場合、方形波電圧の極性は、たとえば、少なくとも部分的にＥＳＣの表面形状およびチャックに関連する最小の残留クランプ力に基づいて決定されかつ制御される。本発明は、種々の従来の静電チャックと比較して、比較的単純かつ安価な装置を用いる。できるだけ早く残留電荷を除去しようとするいくつかの従来の技術に対向して、本発明の方法及びシステムは、残留電荷が第１の個所に発生するのを防止するように設計される。
【００１２】
本発明の１つの例示的構成によれば、この方法は、力を遅延させることに言及しており、Ｊ−Ｒ型ＥＳＣに印加される方形波の単相交流クランプ電圧を決定するステップを含む。脱着時間は、ＥＳＣの表面形状を調整するとともに、印加電圧のパルス幅及びパルス振幅を調整することによって最小化することができる。微細加工されたＪ−Ｒ型ＥＳＣを使用して、ウエハとＥＳＣとの間のギャップの差が用いられる。そして、ＥＳＣの表面形状が正確に制御され調整される。さらに、クランプ電圧の波形の正確な決定が可能になる。
【００１３】
本発明の別の例示的な構成によれば、ウエハは、少なくとも部分的にウエハの誘電体の前面および／または裏面に電荷の移動及び蓄積が生じないほど十分短い時間で、クランプ動作中のパルス幅により、クランプ電圧がターンオフされるとほぼ同時に脱着することができる。本発明の別の例示的な構成によれば、このＥＳＣは、たとえば、プラズマ環境システム用の単純な単極構造または真空環境システム用のＤ形状の双極子構造を有する、種々の形式の電極パターンを含んでいる。更に、本発明は、複雑な電極パターンまたは複合の信号タイミング制御電子機器を必要としない。
【００１４】
前述の及びこれに関連した目的を達成するために、本発明は、以下に詳細に記載されかつ特許請求の範囲に特に示された特徴を含んでいる。以下の記載及び添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を詳細に示している。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理を用いる種々の方法の一部を示しているにすぎない。本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、図面を参照して、本発明の詳細な記載から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、ジャンセン−ラーベック（Ｊ−Ｒ）型静電チャック（ＥＳＣ）を用いて、背面絶縁層を有するウエハを吸着及び脱着するための方法及びシステムを指向する。この静電チャックに決定された単相方形波交流クランプ電圧が印加され、選択的にウエハをクランプする。したがって、本発明は、図面に関連して以下で説明され、ここで同一の参照符号は、全体を通して同一の部材に対して使用される。これらの構成の記載は、単に説明的なもので、これらの構成によって限定されるものではない。当業者であれば、本発明は、これらの特定物でなくても実施できることが明らかであろう。
【００１６】
従来、Ｊ−Ｒ型ＥＳＣｓは、生の半導体ウエハの静電クランプに関連する脱着の問題を最小化するために開発されてきた。ＥＳＣの誘電体層の表面上に漏洩性の誘電体材料からなる誘電体層を用いることにより、この誘電体層に蓄積される静電荷は、当然、誘電体層から漏洩または放電することができる。これにより、脱着時間を短くする。しかし、この現象及び理論は、ともに、背面絶縁層（たとえば、Ｓi 2Ｏ）を有するウエハをクランプするとき、ウエハの脱着時間がかなり長くなり、この長い脱着時間は、ウエハ上の絶縁層で移動かつ蓄積する残留電荷を除去することに寄与する。
【００１７】
本発明は、単相方形波クランプ電圧を用いて、比較的単純でかつ安価にウエハの吸着及び脱着を行う方法及びシステムを提供することにより、背面絶縁層を有するウエハを脱着するための従来の難問を解決する。図面を参照すると、図２は、例示的なクランプシステム１００のブロック図を図示する。ここで、クランプシステムは、背面絶縁層１１２を有するウエハ１１０を選択的にクランプするためのＪ−Ｒ型の静電チャック１０５を含んでいる。システム１００は、例えば、ＥＳＣ１０５の１つまたはそれ以上の電極１１７に電位Ｖを選択的に供給するように操作可能な電源１１５を含んでいる。この電位Ｖは、ＥＳＣとウエハ１１０との間に静電クランプ力Ｆescを導いて、ＥＳＣの表面１２０にウエハ１１０を選択的に静電力でクランプするように使用できる。ＥＳＣ１０５は、例えば、更に、漏洩性の誘電体層１２５を含み、この誘電体層は、所定の速度で静電荷を放電させるように操作可能である。
【００１８】
システム１００は、たとえば、更に、背面ガス圧力Ｐ（冷却用のガス背圧力Ｆgas）をウエハ１１０に供給するように使用できるガス供給源１３０を更に含んでいる。ガス供給源１３０は、ＥＳＣ１０５の表面１２０とウエハ１１０との間に、例えば、ヘリウム等の冷却ガス(図示略)を供給するように動作可能である。このシステム１００は、更に、コントローラ１３５を含み、このコントローラは、冷却ガスの圧力を制御するように使用され、圧力の制御は、たとえば、ＥＳＣ１０５とウエハ１１０との間の熱伝達量を制御する。コントローラ１３５は、電圧源１１５（例えば、電源）を制御することによりＥＳＣ１０５にクランプ電圧Ｖの供給を制御する。
【００１９】
電圧源１１５は、本発明の１つの例示的な構成によれば、ＥＳＣ１０５に単相方形波交流クランプ電圧Ｖを供給するように作動する。この方形波クランプ電圧は、パルス幅、パルス反復周波数（prf）、及びパルス振幅によって定められる。脱着時間は、上述の式１に示すように、充電／放電ＲＣ時定数によって特徴付けられる。この脱着時間は、ＥＳＣ１０５のクランプ時間にほぼ比例する。しかし、本発明によれば、単相方形波交流信号をクランプ電圧Ｖとして印加し、このクランプ電圧は、かなり短いパルス幅を有し、ウエハ１１０上の絶縁層１１２の背面１３６上に、残留電荷が移動及び蓄積するための時間がほとんど生じない。これにより、上述した脱着の問題を解消する。言い換えれば、脱着時間は、クランプ電圧のパルス幅で減少させることができる。それゆえ、パルス幅（例えば、パルス反復周波数）を調整することによって、脱着時間は、実行される半導体処理の処理能力の仕様書を満足させるのに十分短くなるように決定しかつ選択することができる。
【００２０】
ＥＳＣ１０５に単相方形波クランプ電圧Ｖを供給する際に、クランプ電圧Ｖは、極性を切り替え（例えば、電圧パルスの上昇時間によって特徴付けられるように、時間に対する電荷率に関して、クランプ電圧Ｖが０Ｖになる）、そして、静電クランプ力Ｆが、ゼロに落ちることができ、その結果、ＥＳＣが逆さまに向くと、ウエハ１１０は、ガス背圧Ｆgasまたは重力(図示略)等の他の力により、クランプ力を失うことができる。本発明は、ウエハ１１０をクランプし、かつクランプ電圧Ｖが０Ｖになるとき、ウエハとこのウエハを横切るＥＳＣとの間のギャップ差を与えることにより、ウエハ間に静電的なクランプ力Ｆescをバランスさせるのに有益である。
【００２１】
従って、本発明の１つの例示的な構成に関して、Ｊ−Ｒ型ＥＳＣ１０５に「力の遅延」を生じさせることができ、その結果、背面絶縁層を有するウエハに関連した吸着及び脱着の問題を解決する。「力の遅延」は、例えば、単極または多極の電荷を有するＪ−Ｒ型ＥＳＣ１０５のいずれかの１つ以上の電極に印加される、単相方形波交流クランプ電圧Ｖを用いる。このクランプ電圧は、例えば、チャック表面１２０の表面形状に従って、クランプ電圧のパルス幅及びパルス振幅を加えることにより、ウエハ１１０を可能な限りクランプしかつ脱着するために使用できる。「力の遅延」を用いて、チャック表面１２０の非均一な形状によって、ウエハ１１０上にゼロでない平均的なクランプ力Ｆesc が、極性の切り替え（電圧が０ボルトになるとき）中に働く。チャック表面１２０とウエハとの間のギャップは、実質的に変化する。
【００２２】
例えば、例示的なＥＳＣ１０５の一部が図３において、断面で示されている。このチャック表面１２０は、誘電体層１２５とウエハ１１０との間のギャップ間隔gap1,gap2....
gapNを変えることを含む。この可変ギャップ間隔は、例えば、表面１２０間の各点Ｎでの電圧Ｖ1，Ｖ2，....ＶNから生じるＲＣ時定数または遅れを生じさせる。全体のウエハ１１０間に働く純粋のクランプ力（例えば、最小残留クランプ力）は、計算することができ、この生じたクランプ力は、、少なくとも部分的にクランプ電圧により、極性の切換え中はゼロではなく、ウエハ間に異なるＲＣの時間遅れを有する。従って、単相方形波交流クランプ電圧Ｖのパルス幅、パルス反復周波数（prf）及びパルス振幅等のパラメータを制御することにより、また、チャック表面１２０の形状を制御することにより、ウエハ１１０は、極性の切換え中、少なくとも部分的に最小残留クランプ力によって確実にクランプされる。
【００２３】
電圧極性の切換え中、最小残留クランプ力は、ＥＳＣ１０５の表面形状を制御することにより、本発明の別の例示的構成に従って最適化される。例えば、漏洩性誘電体層１２５の表面１４０は、微細加工され、この微細加工されたクランプ表面１２０は、ギャップ距離において大きな差を与える。こうして、ＲＣ時定数により大きな差を与える。代わりに、漏洩性誘電体層１２５は、他の通常の機械加工を用いて加工され、これにより、ギャップ距離におけるより大きい差を与える。
【００２４】
本発明の別の例示的な構成によれば、図４は、微細加工された表面１５５を含む例示的なＥＳＣ１５０の平面図を示している。このＥＳＣ１５０の表面１５５は、例えば、複数の微細構造またはアイランド１６０を含み、複数のアイランドは、漏洩性誘電体層１２５の表面から外側に伸びている。複数のアイランド１６０は、例えば、円形アイランドとして図示されるが、複数のアイランドは、いずれの形状でもよく、例えば、四角形、矩形、同軸リング等であっても良い。このような形状は、全て本発明の範囲内にあるものと考えられる。電圧切換え中の最小残留クランプ力たとえば、方形波クランプ電圧Ｖのパルス振幅及びＥＳＣ表面１５５の表面形状を調整することにより確実に制御される。漏洩性誘電体層１２５に関連したアイランド高さ及びアイランド面積比を調整することを制限しない。
【００２５】
図５は、微細加工されたＥＳＣ１５０の断面図を示す。このＥＳＣは、図４に示したような複数のアイランド１６０を含んでいる。例えば、図５の微細加工された表面１５５は、第１ギャップ（gap1）および第２ギャップ（gap2）を示しており、第１ギャップは、漏洩性誘電体層１２５内に形成されるアイランド１６０の高さに基づき、第２ギャップは、アイランドの頂部表面の表面状態によって定められる。アイランドの高さ（例えば、約３μｍの高さ）は、例えば、誘電体層１２５の全体の厚さＴ（例えば、約１ｍｍ）に対比して省くことができる。それゆえ、アイランド１６０に関連した体積抵抗Ｒ1は、頂部表面の体積抵抗Ｒ2にほぼ等しいと考えられる。しかし、gap1の容量Ｃ1は、ギャップ距離における距離によりgap2の容量Ｃ2よりもかなり小さくすることができる。この例では、対応するＲＣ時定数は、
ＲＣ1  ＝  ρεo d(誘電体）／gap1  ＝0.066秒        （式２）
及び
ＲＣ2  ＝  ρεo d(誘電体）／gap2  ＝0.266秒        （式３）
ここで、ρ（誘電体）は誘電体層の体積抵抗（例えば、ρ（誘電体）＝３×１０9Ω-ｃｍ）、εoは自由空間の誘電率（例えば、εo＝8.85×１０-14Ｆ／cm）、及び、d(誘電体）は誘電体層の厚さである。上記例の目的のために、d(誘電体）＝１mm、gap1＝４μｍ、gap2＝１μｍである。
【００２６】
一例によれば、gap1の大きさは、gap2の少なくとも２倍であり、ギャップ間の距離の差は、ギャップの容量の差に相当する。別の例によれば、gap1の大きさは、gap2の少なくとも３倍である。かなり大きなギャップ差（例えば、gap1＝４μｍ、gap2＝１μｍ）は、ギャップ間にかなり大きな容量の差を生じ、これにより、かなり大きくかつ有益なＲＣ時定数の差を与える。
【００２７】
図６は、上記例における電極、gap1、およびgap2のそれぞれに加えるクランプ電圧の例示的な波形を示しており、Ｖ0が印加されるクランプ電圧で、完全な方形波パルスであるとすると、Ｖ1とＶ2は、ＲＣ1及びＲＣ2の各時定数により遅延する。このクランプ電圧Ｖは、時間ｔの関数であり、例えば、以下の（式４）によって示す量に指数関数的に遅延する。
Ｖ（ｔ）＝  Ｖ0（１−２e-t/RC）                        (式４）
図６に示すように、Ｖ0が極性を切換えるとき、例示的なクランプ電圧Ｖ1（ｔ）及びＶ2（ｔ）は、異なる時間遅れを有してゼロボルトとなる。
【００２８】
図７は、上記例示のクランプ力Ｆ1（ｔ）及びＦ2（ｔ）、及び全体のクランプ力Ｆtotを図示しており、これらのクランプ力は、（式５）（式６）によって計算される。
Ｆ1（ｔ）＝  （Ａ1／２）εo[Ｖ1（ｔ）/ gap1]2        （式５）
及び
Ｆ2（ｔ）＝  （Ａ2／２）εo[Ｖ2（ｔ）/ gap2]2        （式６）
ここで、Ａ1は、チャック表面全体−複数のアイランドによって囲まれた領域であり、Ａ2は、アイランド表面積である。全体のクランプ力は、その結果、Ｆ（ｔ）＝Ｆ1（ｔ）＋Ｆ2（ｔ）である。
【００２９】
本発明の別の例示的構成によれば、最小の残留クランプ力は、ウエハがＥＳＣにクランプされたままで留まるときの最小のクランプ力で定められる。図７に図示されているように、例示的な６インチ（１５０ｍｍ）直径のシリコンウエハがクランプされる。この場合、全体の最小残留クランプ圧力（例えば、ウエハの面積上に加わる最小残留クランプ力）は、電圧Ｖの極性が切り換わるとき、上記条件の下で約１００トルまで上がることが可能である。その結果、最小の残留クランプ圧力（例えば、単位面積あたりの最小の残留クランプ力）は、アイランド高さ（例えば、ＲＣ時定数に関連する）及び面積比（例えば、力成分に関連する）等の表面形状を制御するとともに、電圧Ｖ0の切換え中、電圧Ｖ0のパルス新婦区を調整することによって確実に制御することができる。例えば、電圧Ｖ0の振幅が±３００，４００、及び５００Ｖであるとき、チャック表面に対するアイランドの面積比が０．１で、gap1＝４μｍ、gap2＝１μｍある場合、電圧Ｖ0の極性が切換る間の最小残留クランプ圧力は、それぞれ、９４、１７０、及び２６０トルである。
【００３０】
代わりに、電圧Ｖ0が約±３００ボルトで、アイランド面積比が０．１、gap1＝４μｍ、gap2が１、0.8及び0.5μｍである場合、電圧Ｖ0の極性が切換る間の最小残留クランプ圧力は、それぞれ、９４、１４０、及び１７０トルである。また別の例では、電圧Ｖ0が約±３００ボルトで、gap1＝４μｍ、gap2＝１μｍ、さらに、アイランド面積比が0.05、０．１、及び0.2である場合、電圧Ｖ0の極性が切換る間の最小残留クランプ圧力は、それぞれ、６０、９４、及び１１０トルである。上記例で見られるように、クランプ電圧及び漏洩性誘電体層の表面形状は、スイッチで極性が切換わる間ウエハをクランプし続けるように、ＥＳＣを調整する能力を与えることができる。
【００３１】
本発明の別の例示的な構成によれば、クランプ電圧Ｖのパルス振幅は、必要とされる最小残留クランプ力を導くのに十分高くしなければならない。また、クランプ電圧は、確実なクランプ動作及び冷却動作を達成するのに必要な背面ガス圧力より高くすべきである。例えば、±３００のクランプ電圧が、最小１００トルのクランプ圧力を達成するのに必要とされる場合、約１秒よりも小さいかまたは等しいパルス幅調整することによって、着脱時間を約１秒よりも小さくまたは等しくなるように制御することができる。交流信号のパルス立ち上がり時間は、変えることができるが、できるだけ短くすべきである。従って、１つの例では、５マイクロ秒またはそれより短い立上り時間が、適切な処理の制御を提供する。そして、このような電圧供給は、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ技術のいずれかを用いて、市場において容易に見出すことができる。
【００３２】
本発明の別の例示的な構成によれば、図２に示すＥＳＣ１０５は、種々の形式の電極パターンを含むことができ、この電極パターンは、例えば、プラズマ環境システム用の単純な単一極構造または真空環境システム用の単純なＤ形状の双極子構造を含む。さらに、本発明は、複雑な電極パターンあるいは、多数の信号によるタイミング制御用の電子機器を必要としない。少なくとも部分的に、ウエハ１１０の漏洩性誘電体層１２５および／または絶縁層１１２に、電荷が移動しかつ電荷が蓄積するのを制限または妨げることができるように、クランプ中のパルス幅を十分短くすることによって、ウエハ１１０は、クランプ電圧Ｖがターンオフした後、ほぼ同時に脱着することができる。
【００３３】
図８において、Ｊ−Ｒ型静電チャックに半導体ウエハをクランプするための方法２００が、本発明の例示的な構成に従って図示されている。例示的な方法が、一連の動作または事象として、ここに図示されかつ記載されているが、本発明は、このような動作または事象の図示された手順によって制限される物ではなく、いくつかのステップは、ここで、本発明に従って図示されかつ記載したものとは異なり、異なる手順および／または他のステップと同時に起こり得ることを理解してほしい。さらに、全く説明していないステップも、本発明に従う方法に包含し得るように要求することが可能である。さらに、これらの方法は、ここで図示しかつ記載されたシステムに関連して、また、説明しない他のシステムとも関連して包含させることができる。
【００３４】
動作２０５から始めると、単相方形波クランプ電圧は、少なくとも一部分がＥＳＣの表面形状に基づいて決定される。ＥＳＣの表面形状は、例えば、これに関連する漏洩性誘電体層の表面形状によって定められる。このクランプ電圧は、ウエハおよび静電チャックに関連した最小残留クランプ力に基づいて決定される。
【００３５】
動作２１０において、ウエハは、漏洩性誘電体層上に配置される。この表面、例えば、漏洩性誘電体層の粗い表面、または誘電体層から伸びる複数の微細構造またはアイランドからなる微細加工された漏洩性誘電体層表面からビードブラスト法等を用いて構成することができる。動作２１５において、決定された単相方形波クランプ電圧がＥＳＣに印加され、ウエハは、このＥＳＣにクランプされる。決定されたクランプ電圧は、例えば、ＥＳＣとウエハとの間の静電クランプ力を導くように作動可能である。例えば、少なくとも際小の残留クランプ力は、印加された単相方形波クランプ電圧の極性切り換え中も維持される。ここで、ウエハは静電チャックにクランプされ続けるが、静電荷が、ウエハの絶縁層上を移動したりまたは蓄積することを防止する。
【００３６】
動作２２０において、例えば、単相方形波クランプ電圧の供給が停止され、ＥＳＣからウエハを脱着させる。この脱着時間は、動作２０５で実行されるクランプ電圧の決定により最小化される。
【００３７】
本発明を或る用途及び実施に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施形態においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
【００３８】
更に、本発明の特定の特徴が幾つかの実施形態のただ一つに対して開示されてきたが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来例のＪ−Ｒ型静電チャックに対する、例示的な脱着時間と背面絶縁体の厚さとを説明するグラフである。
【図２】本発明の例示的な1つの構成に従う、システムレベルのブロック図である。
【図３】本発明の別の構成に従う荒い漏洩性の誘電体層を含む例示的なＥＳＣの一部断面図である。
【図４】本発明の別の構成に従う微細加工された漏洩性の誘電体層を含む例示的なＥＳＣの平面図である。
【図５】本発明の更に別の構成に従う微細加工された漏洩性誘電体層を含む例示的なＥＳＣの部分断面図である。
【図６】本発明の別の構成に従う例示的なＥＳＣ用の時間の関数であるクランプ電圧の波形を示すグラフである。
【図７】本発明の別の構成に従う例示的なＥＳＣ用の時間の関数である、クランプ力及び全体のクランプ圧力の波形を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の別の例示的な構成に従うウエハを吸着および脱着するための例示的な方法を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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