(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持チャックの支持表面から空間的に離れて製造対象物を支持する空間支持装置において、
前記支持チャックの支持表面上に積層された磁性体からなる複数のスライディングポケットと、
前記支持表面から空間的に離れて前記製造対象物の伸縮に従い適応して前記製造対象物を支持するため、前記スライディングポケットの内部にそれぞれフローティング結合されるよう前記スライディングポケットの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性を有する対応部位が設けられているスライディングパッドと、
を備えることを特徴とする空間支持装置。
【請求項２】
前記スライディングポケットは、前記スライディングパッドが外部に抜けないようにするため前記スライディングパッドの一部を受容する内部空間が形成され磁性体からなるポケットボディーと、前記スライディングパッドの下部と非接触であるように磁性体からなり、前記スライディングパッドが前記ポケットボディーと一方向に結合または分離されるように設けられているベースカバーとを各々有することを特徴とする請求項１に記載の空間支持装置。
【請求項３】
前記スライディングパッドは、前記ポケットボディーの内部空間で自由に移動可能であり、前記ポケットボディー及び前記ベースカバーと接触しないように前記ポケットボディー及び前記ベースカバーの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性を有する対応部位が設けられているスライディングボディーと、前記スライディングボディーの表面上の一部に設置された支持メンバーとを有することを特徴とする請求項２に記載の空間支持装置。
【請求項４】
前記スライディングポケット及び前記スライディングボディーの対応部位は同一極性の磁性体で形成されることを特徴とする請求項３に記載の空間支持装置。
【請求項５】
前記スライディングパッドは逆Ｔ形状を有することを特徴とする請求項３に記載の空間支持装置。
【請求項６】
前記ポケットボディーの下部と前記ベースカバーとは前記支持チャックの支持表面から所定の深さに固定されることを特徴とする請求項３に記載の空間支持装置。
【請求項７】
前記支持チャックは静電力により前記製造対象物を前記支持メンバーを通じて吸着するための静電チャックであることを特徴とする請求項３に記載の空間支持装置。
【請求項８】
前記製造対象物は複数の半導体素子を一挙に製造するために用いられる半導体ウェーハであることを特徴とする請求項３に記載の空間支持装置。
【請求項９】
支持チャックの支持表面から空間的に離れて製造対象物を支持する空間支持装置の製造方法において、
前記支持チャックの支持表面上に磁性体からなる複数のスライディングポケットを積層する段階と、
前記支持表面から空間的に離れて前記製造対象物の伸縮に従い適応して前記製造対象物を支持するスライディングパッドにおいて、前記スライディングポケットの内部にそれぞれフローティング結合するために、前記スライディングポケットの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性を有する対応部位を形成する段階と、
を含むことを特徴とする空間支持装置の製造方法。
【請求項１０】
支持チャックの支持表面から空間的に離れて製造対象物を支持する空間支持装置の製造方法において、
前記支持チャックのボディー上部に複数の受容溝を設け、スライディングポケットのベースカバーを前記受容溝に押入し、スライディングパッドが内部にフローティング状態で結合されたポケットボディーを前記受容溝に押入することを特徴とする空間支持装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハなどのような平板状の作業対象物を吸着して支持する支持チャックに関するもので、特に支持チャックに設置される空間支持装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体製品は、競争力確保のため安い費用、ならびに高品質のため必須的に製品の高集積化が要求される。このような高集積化のためには、トランジスタ素子のゲート酸化膜の厚さ及びチャンネルの長さを薄く且つ短くする作業などを含むスケールダウンが伴い、それに従って半導体製造工程及び工程システムも多様な形態に発展しつつある。
【０００３】
半導体製造工程中で蒸着工程とは、製造対象物の半導体ウェーハの表面をガスまたは所定材料で直接または間接的に覆う作業をいう。このような蒸着工程において塗布される膜質の状態はプロセスチャンバの温度と圧力などの雰囲気、触媒ガス、ならびに反応ガスなどのパラメータにより主に決定される。また、食刻工程においても食刻される膜質の状態は前記パラメータに主に依存するものと知られている。
【０００４】
蒸着工程システム及び食刻工程システムにおいてウェーハなどの基板は均一な膜の製造のため反応チャンバ内で固定的に支持されることが必要である。ゆえに、基板支持チャックが半導体工程システム内で基板を支持するため幅広く用いられる。高温物理的気相蒸着(PVD)のような高温半導体工程装置内で用いられる特別なタイプのチャックはセラミック静電チャックである。このチャックは半導体ウェーハなどのような製造対象物をプロセス中に固定的な位置に保持するために用いられる。このような静電チャックはセラミックチャックボディー内に内装された一つ以上の電極を含む。セラミック材質は典型的なアルミニウムナイトライドまたはチタニウムオキシドのようなメタルオキシドでドーピングされたアルミナ、ならびに類似した抵抗特性を有し少しだけ異なるセラミック材質である。この形態のセラミックは高温で部分的に導電性がある。
【０００５】
前記電極にチャッキング電圧が印加されると、セラミック材質の高温での導電性質に起因してウェーハはジョンソンラーベック効果(Johnsen-Rahbek effect)により支持チャックの表面上に吸着する。このようなチャックは１９９２年５月２６日付で特許許与された米国特許第５,１１１,１２１号に開示されている。
【０００６】
セラミックで製造された静電チャックを使用する場合において、不合理な点の一つは製造工程で汚染源となるパーティクルが生じることである。ウェーハの裏面とセラミックチャックの表面との間に静電吸着により摩擦が発生すると、セラミック静電チャックで多量のパーティクルが作られ、前記パーティクルはウェーハの裏面に付着して製造工程のハード欠陥(hard defect)を誘発させる。
【０００７】
このような汚染パーティクルがウェーハの裏面に付着することを減らすための先行技術の一つは、１９９８年１０月２０日付で米国で特許許与された特許第５,８２５,６０７号に開示されている。この特許の図面のうち一部は以下に説明する図７及び図８に示す。
【０００８】
即ち、図７及び図８に示すように、セラミックの静電チャック１０４の表面１０２に設置された絶縁領域１１３と該絶縁領域１１３上に積層されたスペーシングマスク１１２とからなるウェーハ空間マスク１００によりウェーハ１１６は前記静電チャック１０４の表面１０２から離隔されて支持される。従って、パーティクル１１０は前記ウェーハ１１６の裏面に付着するのが難しくなる。
【０００９】
このような従来技術はウェーハの裏面に付着する汚染パーティクルの量を減らし、静電チャックの上部で支持されたウェーハを通じて流れる電流漏洩を減らし得るという効果があるが、温度に従い膨張または収縮するウェーハを固定的に支持することにより、やはりスペーシングマスク１１２の上部とウェーハの裏面との間に摩擦がある。前記摩擦により上述の特許は又別のハード性欠陥を誘発させるという問題点がある。
【００１０】
このようなハード性欠陥の発生は以下の説明により一層明らかになる。多量の半導体素子を一挙に製造するために用いられるウェーハは蒸着及び食刻工程を経ながら熱的ストレスを受ける。前記熱的ストレスは高温工程を経たウェーハが高温工程のチャンバに移動するか、または低温工程を経たウェーハが高温工程のチャンバに移動するとき、ウェーハが収縮と膨張を反復するに従い現れる。ここで、ウェーハの熱膨張係数と静電チャックまたは静電チャックの上部に設置された空間マスクの熱膨張係数とは互いに異なる。それで、ウェーハの裏面と静電チャックの表面上部または空間マスクの支持上部との間には膨張と収縮による摩擦が発生する。このような現象は連続的な温度変化をもつインサイチュ(in-situ)工程を行うマルチチャンバではもっと甚だしくなる。
【００１１】
つまり、ウェーハをホールディングするチャックとウェーハの裏面との間には収縮及び膨張による摩擦が発生して、ウェーハバックサイドスクラッチ、ウェーハバックサイドパーティクル及び静電チャックの基板パーティクルを誘発する可能性がある。従って、工程不良が増大し、静電チャックのライフタイム減少の問題が招来される。さらに、熱的ストレスにより発生するウェーハ変形はマイクロ構造の半導体素子の製品性能及び信頼性に深刻に影響を与える。
【００１２】
上述のように従来の製造対象物支持チャックの構造では製造対象物を支持する部位が固定されているため、製造対象物の熱膨張と収縮に適応しないという問題点があり、よって、摩擦に起因するハード欠陥は工程システムの信頼性を低下させる要因となってきた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、製造対象物の熱膨張及び収縮による摩擦を最小化することができる空間支持装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、ウェーハなどのような製造対象物を支持チャックで固定支持して工程を進行する際に発生するハード欠陥を最小化し得る空間支持装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明のまた他の目的は、製造対象物の熱膨張または熱収縮に起因して発生するストレスを最大に緩和させながら製造対象物に適応して支持することができる空間支持装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ウェーハの裏面に付着するパーティクルを最大に抑制することができる空間支持装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ウェーハのホールディングのときにウェーハが受ける物理的ストレスを最大限に抑制することができる空間支持装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明の請求項１記載の空間支持装置は、支持チャックの支持表面から空間的に離れて製造対象物を支持する空間支持装置であり、前記支持チャックの支持表面上に積層された磁性体からなる複数のスライディングポケットと、前記支持表面から空間的に離れて前記製造対象物の伸縮に従い適応して前記製造対象物を支持するためスライディングポケット内にそれぞれフローティング結合されるよう前記スライディングポケットの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性を有する対応部位が設けられているスライディングパッドとを備える。
【００１６】
また、請求項２記載の手段を採用することにより、各スライディングポケットは、前記スライディングパッドが外部に抜けないようにするため前記スライディングパッドの一部を収容する内部空間が形成され磁性体からなるポケットボディーと、前記スライディングパッドの下部と非接触であるように磁性体からなり、前記スライディングパッドが前記ポケットボディーと一方向に結合または分離されるようにするために設置されているベースカバーとを有する。
【００１７】
さらに、請求項３記載の手段を採用することにより、前記スライディングパッドは、前記ポケットボディーの内部空間で自由に移動可能で、前記ポケットボディー及びベースカバーと接触しないように前記ポケットボディー及びベースカバーの対応部位の磁性体極性と同一な極性をもつ対応部位を有するスライディングボディーと、前記スライディングボディーの上部表面の一部に設置された支持メンバーとを有する。
【００１８】
そして、本発明の請求項９記載の空間支持装置の製造方法は、支持チャックの支持表面上に磁性体からなる複数のスライディングポケットを積層する段階と、支持表面から空間的に離れて製造対象物の伸縮に従い適応して前記製造対象物を支持するスライディングパッドにおいて、前記スライディングポケット内にそれぞれフローティング結合するために、前記スライディングポケットの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性を有する対応部位を形成する段階とを含む。
このような構成によると、ウェーハの裏面にパーティクルが付着せず、ウェーハの膨張と収縮に従い適応して密着し支持をし、ウェーハ変形に影響する物理的ストレスを最小化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。図面において、同一乃至類似した機能を行う構成要素は同一な符号を付する。
図１は本発明の実施例による支持チャックの平面図で、図２及び図３は図１のウェーハ空間支持装置の平面図及び断面図である。
【００２０】
図示したように、支持チャック１０４の支持表面１０２から空間的に離れて製造対象物を支持するためのウェーハ空間支持装置１０は、支持チャック１０４、例えば静電チャック上に放射線状をなしながら複数設置される。図面では放射線状にウェーハ空間支持装置１０が配列されているが、思案の異なった場合には他の形状に配列してもよい。前記ウェーハ空間支持装置１０の拡大平面を示した図２と、前記ウェーハ空間支持装置１０を切断線Ｘ−Ｘ'に沿って切った断面図を示した図３とを参照すると、前記ウェーハ空間支持装置１０は前記支持チャック１０４の前記支持表面１０２上に積層された複数のスライディングポケット１２と、前記支持表面１０２から空間的に離れて前記製造対象物の伸縮に従い適応して前記製造対象物を支持するためスライディングポケット内にそれぞれフローティング結合されているスライディングパッド１４とを含む。前記スライディングポケット１２及び前記スライディングパッド１４は強磁性体、例えば鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、または鉄とニッケルの合金のパーマロイ、或いはこれらの合金で製造される。
【００２１】
図４は図１のウェーハ空間支持装置１０の斜視図で、図５及び図６は図４のＡ−Ａ'切断線及びＢ−Ｂ'切断線に沿ってそれぞれ切断した断面図である。図３に示したように、各スライディングポケット１２は前記スライディングパッド１４が外部に抜けないようにするため前記スライディングパッドの一部を受容する内部空間が形成され磁性体からなるポケットボディー１２ａと、前記スライディングパッド１４の下部と非接触であるように磁性体からなり前記スライディングパッドが前記ポケットボディーと一方向に結合及び分離されるようにするために設置されているベースカバー１２ｂとから構成される。
【００２２】
前記スライディングパッド１４は前記ポケットボディーの内部空間で自由に移動可能であり、前記ポケットボディー及びベースカバーとは接触しないように前記ポケットボディー及びベースカバーの対応部位の磁性体極性と同一な磁性体極性をもつ対応部位を有するスライディングボディー１４ａと、スライディングボディーの表面上の一部に設置された支持メンバー１４ｂとから構成される。
【００２３】
図５に示すように、前記スライディングポケット１２と前記スライディングボディー１４ａの対応部位は相互反発力により非接触状態で結合されるように同一極性の磁性体で形成され、前記スライディングパッド１４は逆Ｔ形状を有する。図５及び図３に示すように、前記ポケットボディー１２ａの下部と前記ベースカバー１２ｂとはセラミックのチャックボディー１０８内に電極１０６を有する前記支持チャック１０４の支持表面１０２から一定深さに固定されている。
【００２４】
前記支持チャック１０４のチャックボディー１０８には通常の静電チャックまたは新しく作ったチャックを使用し、前記チャックボディー１０８の上部には前記スライディングポケット１２０を受容できる溝が製作される。前記チャックボディー１０８の材質は静電チャックの材質と同一または類似した熱膨張係数を有する材質であることが好ましい。前記スライディングポケット１２０のベースカバー１２ｂがそれぞれ前記溝に押入され、スライディングパッド１４が内部に結合されたポケットボディー１２ａが前記溝にそれぞれ押入される。よって、前記ポケットボディー１２ａと前記ベースカバー１２ｂとが一体となってスライディングポケット１２を形成し、前記スライディングパッド１４は図４に示すように結合された状態になる。前記支持メンバー１４ｂは磁性のない絶縁材料で作られる。
【００２５】
前記ウェーハ空間支持装置１０は用途に従い製作された静電チャックに装着できるようにするか、または静電チャックの製作初期から適用して固定型に製作することができる。本発明は現在使用されるウェーハ支持装置にすべて使用できるし、蒸着チャンバ用チャック、食刻チャンバ用チャック、写真工程用チャック、拡散工程用チャック、CMP用チャックなどを備えた工程システムに採用できる。
【００２６】
以下、支持チャックを静電力により前記製造対象物を支持メンバーを通じて吸着するための静電チャックとし、前記製造対象物を複数の半導体素子を一挙に製造するため用いられる半導体ウェーハとして例を挙げ、前記ウェーハ空間支持装置１０の工程進行時の作用を説明する。
【００２７】
まず、高温を受けて膨張したウェーハが低温のチャンバにローディングされる場合、低温のチャンバ内の静電チャック１０４は前記ウェーハの温度に比べ相対的に低温である。前記静電チャック１０４の電極１０６に一定した電圧が印加されると、静電力により前記ウェーハの裏面は複数の前記支持メンバー１４ｂに静電吸着される。時間が経過するに従い前記ウェーハの温度は下降するため、前記ウェーハは収縮する。よって、前記支持メンバー１４ｂは吸着力の強さを変化させずに図２の矢印方向中の一つの方向に移動する。図面において上方向が前記静電チャック１０４の中心方向であるとすれば、上記の場合には上方の矢印方向に前記支持メンバー１４ｂが移動する。このとき、前記スライディングボディー１４ａは同一極性の磁性体反発力によりフローティングされた状態であるため、ポケットボディー１２ａのどの部位とも接触せずに移動する。つまり、下部の摩擦が存在せず、前記支持メンバー１４ｂの上部も前記ウェーハの収縮方向にそのまま移動するので、摩擦が発生しない。従って、汚染パーティクルが生成されず、ウェーハの裏面のスクラッチもない。実施する工程が完了した後には次の工程を実施するため前記支持メンバー１４ｂは元の位置に戻る。即ち、ウェーハがアンローディングされた後にはウェーハの収縮力が作用しないので、磁性体の反発力によりゼロポジションに自動で復帰する。
【００２８】
一方、低温状態のウェーハが高温のチャンバにローディングされる場合、高温のチャンバ内の前記静電チャック１０４は前記ウェーハの温度に比べ相対的に高温である。前記静電チャック１０４の電極１０６に一定した電圧が印加されると、静電力により前記ウェーハの裏面は複数の前記支持メンバー１４ｂに静電吸着される。時間が経過するに従い前記ウェーハの温度は上昇するので、前記ウェーハは膨張する。よって、前記支持メンバー１４ｂは吸着力の強さを変化させずに図２の矢印方向中の一つの方向に移動する。図面において下方向が前記静電チャック１０４の外周方向であれば、上記の場合には下方の矢印方向に前記支持メンバー１４ｂが移動する。このとき、前記スライディングボディー１４ａは同一極性の磁性体反発力によりフローティングされた状態であるので、ポケットボディー１２ａのどの部位とも接触せずに移動する。つまり、下部の摩擦が存在せず、前記支持メンバー１４ｂの上部も前記ウェーハの収縮方向にそってそのまま移動するので摩擦が発生しない。従って、この場合にも汚染パーティクルが生成されずウェーハの裏面のスクラッチもない。
つまり、静電チャックの上部表面と空間離隔された支持部が前記ウェーハの膨張または収縮に流動的に対応してウェーハを支持するので、摩擦が防止または最少化される。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面をもって説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で本発明の実施例を多様に変形または変更できることは本発明が属する分野の当業者には明らかなものであり、前記変形及び変更もやはり本発明の範囲に属するといえる。例えば、思案の異なった場合にスライディングポケット及びスライディングパッドの形状をボール形状に変更するか、またはスライディングポケット及びパッドを永久磁性体で製造する代わりに、電磁石に変更して下部の摩擦なしにフローティングさせることができるのは勿論のことである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ウェーハの裏面にパーティクルが付着することを防止または最小化し、ウェーハの膨張と収縮に従い適応して密着支持を行い、ウェーハ変形に影響を与えるハード欠陥及びウェーハの物理的ストレスを防止または最小化し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による支持チャックを示す平面図である。
【図２】本発明の実施例によるウェーハ空間支持装置を示す平面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ'切断線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例によるウェーハ空間支持装置を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ'切断線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ'切断線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図７】従来のウェーハ空間マスクを示す断面図である。
【図８】従来のウェーハ空間マスクを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  ウェーハ空間支持装置
１２  スライディングポケット
１４  スライディングパッド
１０２  支持表面
１０４  支持チャック
【図１】
0004113712.tif 000002
【図２】
0004113712.tif 000003
【図３】
0004113712.tif 000004
【図４】
0004113712.tif 000005
【図５】
0004113712.tif 000006
【図６】
0004113712.tif 000007
【図７】
0004113712.tif 000008
【図８】
0004113712.tif 000009