JP2000514247A - ウェーハ処理システムにおける半導体ウェーハを着脱するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 上部に実質的に抵抗性の誘電体層を具備した静電チャックにウエハを接着するための方法。この方法では、第一の極性を有する増強電圧を静電チャックの極に与え、これによって実質的に抵抗性の誘電体層の第一領域と第一領域と少なくとも一部分が重なるウェーハの第二領域との間の電位差が増強される。この電位差によりウエハを静電チャックに接着させるための接着力が生成される。この方法は、接着力が所定のレベルにほぼ達したときに増強電圧を終了させる工程をさらに含む。接着力を所定のレベルにほぼ維持するために静電チャックの極に保持電圧を与える工程もさらに含む。この保持電圧は第一の極性を有し、増強電圧の大きさよりも小さい。接着力を実質的に取り除くために静電チャックの極に脱離電圧を与える工程もさらに含み、この脱離電圧は第一の極性とは反対の極性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ウェーハ処理システムにおける半導体ウェーハを着脱するための方法および装置 発明の背景 本発明は半導体デバイスの製造に関する。より詳しくは、本発明は半導体ウェ ーハ処理システムの処理室において静電チャック上に半導体ウェーハを静電気的 に着脱するための方法および装置の改良に関する。 ウェーハ処理システムにおいて静電チャックを使用することが一般に知られて いる。説明のため、図１は例示的なプラズマ処理システム１００を示し、これは 、エッチング、酸化、陽極酸化、化学蒸着法（ＣＶＤ）および半導体ウェーハの 製造に関連する他の方法に使用することができるウェーハ処理システムを代表す る。本発明の利点の理解を容易にするために、本明細書においては、例示的なプ ラズマ処理システム１００について詳細に述べるが、本発明自体はいずれかの特 定の型のウェーハ処理装置に限定されるものではなく、本発明は任意の既知のウ ェーハ処理システムにおける使用に対しても適用できることに留意すべきである 。このウェーハ処理システムとしては蒸着、酸化、陽極酸化、エッチング（ドラ イエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)、磁気強 化反応性イオンエッチング(ＭＥＲＩＥ)、および電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ Ｒ）を含む）などを含むが、これらに限定されるものではない。 示されているように、プラズマ処理システム１００は一般にプラズマ処理室１ ０２、第一の高周波（ＲＦ）電源１０４、および第二の高周波電源１０６を含む 。プラズマ処理室１０２の内部にはシャワーヘッド１１０および静電チャック１ １２を配設することができる。一般にシャワーヘッド１１０は、ソースエッチン グガスをプラズマ処理室１０２のプラズマ領域１０３に散布するために使用され 、石英のような不導電性材料から形成されている。 高周波電源１０４および高周波電源１０６の一方または双方が付勢された場合 、 プラズマ領域１０３内で、ソースエッチングガスからプラズマが形成される。ウ ェーハ１０８は静電チャック１１２の上に配設され、プラズマによって処理され る。静電チャック１１２はアルミニウム合金のような適切な導電性材料から形成 され、単極および二極の形態を含めて任意多数の形態を有することができる。静 電チャック１０２の上部表面には一般に誘電体層１１６が配置されている。静電 チャック１０２とウェーハ１０８の間には、例えばヘリウムのような熱伝達ガス がポート１０９を通じて圧力下でウェーハとチャックとのインターフェースに与 えられ得る。熱伝達ガスはウェーハ１０８と静電チャック１０２との間の熱伝達 媒体として作用し、処理中のウェーハの温度調節が容易となる。 本明細書中で使用されているように、静電チャックが単一の極のみを有する場 合には、静電チャックは単極の形態を有すると言われる。他方、二極チャックは 二つの極を有する。図１の例では、静電チャック１０２はドーナツ形でかつ底部 を備えた形態、すなわち底部の極に埋設され底部の極から静電的に絶縁したトロ イド形の極を有する二極チャックを示す。別の二極チャックの形態も存在し、例 えばこれには浮動したり、接地したり、または絶縁したりすることが可能な第三 の電極を含む。例として図２では、上から見ると極が互いに絡み合っているよう に見える、咬合した櫛形の形態として知られている別の形態を示す。 処理中にウェーハ１０８を静電チャック１０２上にしっかりと締着させるため に、静電力を直流電源１１４によって誘導する。図１の例示的な二極チャック１ ０２に対して、極１１５Ａおよび極１１５Ｂには反対の極性を有する直流電圧で バイアスをかけることができる。例えば極１１５Ａには正のバイアスをかけ、極 １１５Ｂには負のバイアスをかけることができ、その逆も可能である。各々の静 電極における直流電圧によって、極の上部表面とそれに対応して重なるウェーハ 底部表面における領域との間に電位差が生じ、それによりウェーハを静電チャッ クに保持する静電力が生じる。 従来の技術では、誘電体層１１６は実質的に抵抗性の誘電材料から形成されて いるものもある。このような実質的に抵抗性の誘電体層は、これと接続する静電 チャックの極に直流電圧でバイアスがかけられた場合、ジョンソンーラーベック 効果を示す。一般に静電クランプ効果では、チャック表面とチャック表面に接着 されるウェーハとの間のインターフェースにかかる力が増強されなければならな い。単極チャックが使用されている場合、電界は絶縁誘電体層を経て単極の電極 とインターフェース間隙との間でウェーハに与えられる。このような系において 、充電回路はプラズマによって完成される。 単極の形態において、一般に電荷はプラズマが存在する間に与えられたり取り 除かれたりする。またよくあることだが、プラズマによって、プラズマが接触す る表面の間に差動直流バイアスが生じた場合、そのバイアスは間隙に存在する電 界、ゆえに接着力を変化させる（例えば増大させるかまたは減少させる）ように 働き得る。この影響を減らすため、しばしば接着のために与えられる電位を補正 して、電界を所望のレベルに保つ。 二極チャックはプラズマが存在しなくても差動電位差を与えることができるよ うにチャックの電極領域を二つの電極に分割することによって形成される。誘導 電荷が二つの極に再分配され得るようにウェーハは多少導電性があることが望ま しい。更に、二つの極は、それら極によって与えられる電界を等しくするために 、例えば均衡のとれた形態においてそうであるように、面積が等しい。しかしな がら、二極チャックの形態の極によって与えられる電界は、プラズマがオンして いる場合に存在する直流バイアスのために、変更されたり、不均衡になったりす ることもある。この場合、例えば一方の極によって与えられる静電力は二極チャ ックの他方の極によって与えられる静電力よりも大きい。したがって、二極チャ ックの形態においても、バイアスを補正することが望ましい。 ジョンソンーラーベックのチャックは単極の形態であっても二極の形態であっ てもよく、一般的には従来の抵抗の大きい誘電体の代わりに半導体層を用いて構 成されている。従来の抵抗の大きい誘電体層では電位が誘電体層とインターフェ ース間隙とにわたって分圧され、これにより電位の一部分のみがチャックの表面 に生じ、それゆえ電界が可能な最大量以下に実質的に減少し得る可能性がある。 接着力は一般に電界の平方として表されるため更に減少する。 ジョンソンーラーベック誘電体層の両端に電位差が与えられると、電流が流れ る。チャックの装置に関しては、これによって電荷が誘電体ーウェーハのインタ ーフェースに移動することができる。したがって、電界と接着力とは時間の関数 として増加する。この増加は、誘電体の抵抗と充電されつつあるウェーハーチャ ック間のキャパシタンスに比例する時定数で生じる。この過程はジョンソンーラ ーべックのチャックの接着力が強いことはもちろん、同チャックがウェーハを付 着しやすいことの原因にもなっている。 ウェーハの付着が起こるのは、チャックの誘電体上またはウェーハの表面上に 電荷が残り、望ましくない電界や接着力をもたらす場合である。これは直流バイ アスが補正されなかったためか、および／または過度の局部的電界のためにチャ ックの表面やウェーハに電荷が蓄えられたために起こり、インターフェース間隙 を横切って電界放出トンネル（field emission tunneling）を引き起こす。一般 に電荷は、電荷が充電された場合の時定数と同じ時定数でジョンソンーラーベッ クのチャックから徐々に流れ出る。しかしながら、電荷がジョンソンーラーべッ クのチャック上にある、誘電体で被覆されたウェーハの後部に移動する場合、結 果として生じる残留電荷を取り除くことは非常に困難である。このような付着は 空間的不均一によって一層起こり、それによってある領域が付着している一方で 別の領域は離れていたり、その逆のことが潜在的に起こり得る。 図３は極１１５Ａ、極１１５Ｂ、および誘電体層１１６を含め、図１のウェー ハ１０８および静電チャック１１２をより詳細に示す。図３の例において、誘電 体層１１６の実質的に抵抗性の誘電体材料は抵抗成分を有しており、これは図３ では抵抗器３１０によって図示されている。 議論を簡単にするために、ウェーハ１０８を極の上部表面に接着するために極 １１５Ａには正バイアスが、極１１５Ｂには負バイアスがかかっていると仮定す る。このようにバイアスをかけると、二つの極の上に存在する誘電体層１１６の 各領域間の静電位差は一定の時定数を超えて大きくなり始め、これが数分間続く 。 例えば、ウェーハ１０８の底部表面領域３０５は、正バイアスをかけた極１１５ Ａの上に存在しており、負に帯電するようになる。同様に、ウェーハ１０８の底 部表面領域３０７は、負バイアスをかけた極１１５Ｂの上に存在しており、正に 帯電するようになる。前に述べたように、これらの静電位差によりウェーハ上に 静電力が働き、ウェーハが静電チャックに接着される。 しかし、時間が経つと、極からの電荷は実質的に抵抗性の誘電体層１１６（抵 抗器３１０で示した）を横切って誘電体層１１６の上部表面へ向かって移動する ことによって再分配される傾向がある。例によると、正に帯電した極１１５Ａか らの正電荷は上部へ移動し抵抗性誘電体層１１６を通って誘電体層１１６の上部 表面に正バイアスがかかる領域３１２を形成する。同様に、負バイアスがかかっ た極１１５Ｂからの負電荷は抵抗性誘電体総１１６を通って誘電体層１１６の上 部表面に負バイアスがかかる領域３１４を形成する。 図３に関して、このような領域３０５／３１２および３０７／３１４は、間隙 ３０６両端の容量性プレートとして効果的に作用する。電荷が抵抗性誘電体層１ １６を通って上部へ移動し続けるとこれらの容量性プレート間の電位差は大きく なり続ける。処理が続いている間ずっと接着のために加えられた電圧が一定に保 たれた場合、これらの容量プレート間、例えば３０５／３１２領域間または３０ ７／３１４領域間の電位差は非常に高いレベルにまで上昇する可能性がある。こ のようにレベルが非常に高いと、間隙の電界が大きくなりこれによりチャックか らウェーハへの電荷の移動が促進され、それによってチャックとウェーハとの間 の有効な接着力が減少する。 さらに、誘電体層の上部表面に多数の電荷が存在すると処理を完了する際に電 荷を静電チャックから十分取り除くのに必要な時間が大いに増大する。電荷の除 去はウェーハとチャックとの間の静電力を取り除いてウェーハをチャックから脱 離させるために必要である。脱離のための時間がより長くなるのは、誘電体層を 横切って電荷が流れ出すのに必要な時定数の結果として起こる。脱離のための時 間が長くなると、プラズマ処理システムのスループットが減少してしまう。すな わち、単位時間あたりに任意のプラズマ処理装置によって処理されるウェーハの 数が減少する。 前述を考慮すると、チャックの極とその各々の上に存在するウェーハ領域との 間の電位差の過度の増加を防ぐための、およびウェーハ処理システムのスループ ットの改善のために脱離する時間を最小にするための、方法および装置の改良が 必要である。 発明の概要 本発明は、一実施形態において、直流電源を制御するための制御システムに関 し、該直流電源は上部に実質的に抵抗性の誘電体層を具備した静電チャックの極 に直流電圧を与え、ウェーハを静電チャックに接着する。この制御システムは、 直流電源が増強期間に第一の極性を有する増強電圧を出力するように直流電源と 電気接続した制御回路を含む。増強電圧によって、実質的に抵抗性の誘電体層の 第一領域と該第一領域の少なくとも一部分と重なるウェーハの第二領域との間の 電位差が増強される。この電位差によりウェーハを静電チャックに接着するため の接着力が生じる。増強期間は、接着力が所定のレベルに実質的に達した時に終 了する。 この制御システムは、接着力を所定のレベルに実質的に維持するために、直流 電源が保持期間に保持電圧を出力するように直流電源と電気接続した制御回路を 含む。この保持電圧は第一の極性を有し、かつ増強電圧の大きさよりも小さい。 この制御システムは、接着力を実質的に取り除くために、直流電源が脱離期間 に脱離電圧を出力するように直流電圧と電気接続した制御回路を含む。該脱離電 圧は第一の極性と反対の極性を有する。 別の実施形態において、本発明は上部に実質的に抵抗性の誘電体層を具備した 静電チャックにウェーハを接着するための方法に関する。この方法は、第一の極 性を有する増強電圧を静電チャックの極に与えて、実質的に抵抗性の誘電体層の 第一領域と該第一領域の少なくとも一部分と重なるウェーハの第二領域との間の 電位差を増強する工程を含む。この電位差によりウェーハを静電チャックに接着 するための接着力が生じる。 この方法はさらに、接着力が所定のレベルにほぼ達した時に増強電圧を終了す る工程も含む。さらに、静電チャックの極に保持電圧を与えて接着力を所定のレ ベルに実質的に維持する工程も含む。この保持電圧は第一の極性を有し、かつ増 強電圧の大きさよりも小さい。 本発明のこれらの利点および他の利点は、以下の詳細な説明を読み、種々の図 面を調べると明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、例示的なプラズマ処理システムを示し、本発明のウェーハ接着技術と 共に使用するために適合され得るウェーハ処理システムを代表する。 図２は、咬合した形態として知られている二極チャックの形態を示す図である 。 図３は、図１のウェーハおよび静電チャックをより詳細に示す図である。 図４は、本発明の一実施形態による、ウェーハを静電チャックから脱着するた めの工程を示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態による、時間に対するチャックの陽極への直流電 位差入力のプロットを示す図である。 図６は、本発明の増強電圧、保持電圧、および脱離電圧を提供するのに適切な 、本発明の一実施形態による制御回路を有するプラズマ処理システムを示す図で ある。 好適な実施形態の詳細な説明 ここで述べる発明は、チャックの極とそれら極のぞれぞれの上に重なって存在 するウェーハ領域との間の電位差が過度に増大することを防ぐことと、ウェーハ 処理システムのスループットを改善するために脱離時間を最小にすることとに関 する。以下の記述では、本発明の理解を徹底するために多くの特定の詳細が述べ られている。しかしながら、このような特定の詳細の一部または全てがなくても 本発明は実行できるということが当業者には明白である。別の例において、周知 の処理工程については詳細に述べていないが、これは本発明を不必要に難解にし ないためである。 本発明の一態様により、処理の持続期間中、二つの別々の接着のための直流電 圧、すなわち増強電圧と保持電圧とを用いてウェーハは静電チャックに接着され る。最初にウェーハをチャックに接着するために増強電圧が静電極に供給される 。この増強電圧は、電荷が誘電体層を横切って迅速に移動するのを容易にするた めに、比較的大きいことが望ましい。誘電体層はこの層における電位差に依存す る時定数を有する。増強電圧が大きいと、ウェーハを静電チャックに十分に接着 するために必要な時間、すなわちウェーハを十分に冷却するために必要な時間が 最小になって有利である。 十分な接着力が達成されているということが一旦決定されると、増強電圧は保 持電圧に置き換えられることが望ましい。保持電圧は、ウェーハをチャックに適 切に接着し続けるために、すなわちウェーハを適切に冷却し続けるために十分な 大きさを備えていることが望ましく、ウェーハとチャックとの間の静電位の増加 が過度に起こったり、ウェーハが処理中に脱離したりするということがないよう にする。一実施形態において、保持電圧はチャック内に蓄えられる電荷の量を最 小にするための最小の所望レベルに維持されると有利である。 本発明の別の一態様によると、プラズマ処理システムのスループットは脱離時 間、すなわち静電チャックから十分な量の静電荷を取り除いてウェーハをチャッ クから取り外すのに必要な時間を最小にすることによって改善される。一実施形 態において、比較的大きいが増強電圧とは極性が反対の脱離電圧が脱離の期間中 、静電チャックに与えられる。脱離電圧が大きいと、誘電体層を横切って電荷が 逆方向に速く移動することが容易となり、電荷はチャックから迅速に取り除かれ る。このように、脱離時間をウェーハ処理システムのスループットを改善するた めに最小にすると有利である。 本発明についてより詳細に議論するために、図４では本発明の一実施形態によ り、静電チャックにウェーハを脱着するための工程を例証したフローチャートを 示す。以下の議論において、議論を容易にするために二極チャックを用いる。し かしながら、本発明の技術は単極チャックにも適用されることは留意すべきであ る。この単極チャックというのは、単一の極を有し、そのため増強電圧、保持電 圧レベル、および脱離電圧レベルをそれぞれ一つずつしか必要としないチャック を指す。 工程４０２において、ウェーハは従来の前処理の工程における処理のために準 備される。前処理の工程には、例えば処理室の中にウェーハを入れて、静電チャ ック上にウェーハを正確に配設することを含んでもよい。 工程４０４において、初めにウェーハをチャックに接着するために増強電圧が チャックの極に与えられる。一実施形態において、増強電圧は矩形波パルスとし てチャックに与えられる。図１を参照すると、これらの増強電圧は適当なアナロ グまたはディジタル制御回路を用いて直流電源１１４から与えられる。増強電圧 の大きさは、できるだけ短時間でウェーハとチャックとの間に必要な静電接着力 を生成するために、大きいことが望ましい。より好ましくは、増強電圧は接着力 を所望のレベルに維持するのに必要な大きさよりも大きい。この増強電圧は過電 圧による損傷を引き起こさないよう、大きすぎないことが望ましい。必要な静電 接着力の大きさ自体は、数ある中でも、誘電体層の構成、処理法、処理下にある ウェーハの種類、およびウェーハを冷却するための条件次第で変化する。しかし ながら、増強電圧は過度に大きくあってはならない。なぜならば、過度に大きい と望ましくない電荷の移動が起こり、ついにはウェーハとチャックの間のショー トにつながるからである。さらに増強電圧の大きさはチャックの隔離電圧(スタ ンドオフ電圧)、例えばそれを超えると誘電体層１１６への損傷が起こるという しきい値電圧以下に保たれることが望ましい。 チャックが二極である場合、これらの増強電圧は反対の両極性でチャックのそ れらの極に与えられるということは理解されよう。さらに、種々の極の増強電圧 が同じ大きさである必要はない。実際、いくつかの場合では、処理中のウェーハ の直流バイアスを考慮するために、すなわちウェーハの様々な領域とチャックと の間により均一な静電接着力を与えるために、加える増強電圧の大きさを故意に ずらすと有利なことがある。これは直流バイアスを補正するための技術の一例で ある。 増強電圧の正確な大きさとは関係なく、同電圧は所望の接着力に達するまでず っとチャックの極に与え続けられることが望ましい。本発明の一態様によると、 増強電圧の大きさとそれに対応する特定の処理環境に対する増強時間とは、計算 された推定値と経験に基づく観察とを組み合わせることによって正確にすること ができる。たとえば、十分な接着力、すなわちウェーハの十分な冷却が達成され るまで、電源が発生できる最大電圧の小さい方の電圧とウェーハおよび／または チャック表面を損傷させない最大電圧の小さい方の電圧とをチャックの極に与え ることによって、あるいは所定の電圧に対して、増強時間を正確にすることがで きる。 所望の接着力を達成すると、次に工程４０４においてチャックの極に保持電圧 が与えられる。保持電圧は、ウェーハとチャックとの間に必要とされる静電接着 力を十分に維持するために、十分な大きさを有していることが望ましい。望まし くは、保持電圧の大きさはチャックの極とその各々の上に重なって存在するウェ ーハ領域との間の電位差が、ウェーハまたはチャックを損傷するほど過度に大き くならないようにすべきである。これらの保持電圧は残りの処理時間の間チャッ クの極に与えられることが望ましい。 保持電圧の大きさは経験的に確認できる。接着するための電位を最適に印加す ると、接着力が一定かつ十分に得られる。適切な保持電圧に必要な大きさを確認 するための方法の一つは、例えばヘリウムのような熱交換ガスがチャック／ウェ ーハのインターフェースに入り込む流量を監視することである。 流量が過度に高いことは、大量の熱交換ガスがチャック／ウェーハのインター フェースから漏出していることを示している可能性があり、ウェーハの冷却が不 十分になったり、あるいはウェーハとチャックとの間の保持力が不十分になった りすることもあるが、これは静電接着力を増加させること、すなわち保持電圧の 大きさを増加させることによって補正され得る。また代わりに、ウェーハ自体の 温度を監視または推測するために温度プローブを使用してもよい。過度に高いウ ェーハ温度の示度をウェーハとチャックとの間の熱の移動を改善することによっ て、すなわち保持電圧およびそれに付随する静電接着力の大きさを増加させるこ とによって補正することができる。 処理が終わると、静電接着力を実質的に取り除き、ウェーハを静電チャックか ら取り除くことができることが望ましい。工程４０８において、接着力は、チャ ックの極に脱離電圧を与えることによって取り除かれる。任意のチャックの極に 対して、脱離電圧は増強電圧の極性とは反対の極性を有することが望ましい。一 実施形態において、任意の極に対する脱離電圧は増強電圧と実質的に同じ大きさ である（極性は反対であるが）。しかしながら、任意の極に対する脱離電圧の大 きさは増強電圧の大きさより大きくても小さくてもよい。保持電圧の二倍よりも 大きい脱離電圧を与えることも可能である。脱離電圧の大きさは、チャックの極 から静電荷を迅速に取り除き易くするために実行可能な限り大きいことが望まし い。 脱離電圧の正確な大きさとは関係なく、同電圧はウェーハがチャックから十分 に外れるまでチャックの極に与えられることが望ましい。本発明の一態様による と、増強電圧の大きさとそれに対応する特定の処理環境に対する脱離時間とは、 後続の例において経験的に決定される。例としてポップオフ（pop-off、ポンと 外れること）試験が行われ、ここでは様々な脱離電圧が極に与えられ、熱交換ガ スがウェーハをチャックからポップオフすなわちポンと外れるのに必要な時間に ついての測定が行われる。脱離時間はこのポップオフ時間とほぼ同じに設定され てもよいし、またはチャックから電荷が充分に取り除かれたことを確実にするた めに、所定の時聞の分だけ、例えば２秒間だけ、ポップオフ時間を超えてもよい 。脱離電圧および脱離時間は、装置によって、ウェーハによって、および処理の 方法によってさえも（例えばチャックの設計、ウェーハの大きさ、および熱伝達 ガスの圧力などが異なるため）変化し得る。ウェーハと誘電体層との間の間隙の 両端の電位差が実質的にゼロボルトになった時、脱離時間の期間を終了すること が望ましい。 一実施形態において、脱離時間は増強時間よりも非常に短く、例えば、脱離電 圧が反対極性の増強電圧の大きさと実質的に等しい大きさを有しているという、 ある場合には、３３％も短い。脱離時間がより短いことは、脱離の期間中に誘電 体層の両端の電位差が大きいことに起因し、これにより電荷は誘電体層の上部表 面からより迅速に移動する。 工程４１０において、ウェーハは本質的に従来のものである後処理工程を受け ることができる。その後、完成したウェーハはダイズ形に切断され、ＩＣチップ にされる。例えば図１のＩＣチップ１５０のように結果として出来るＩＣチップ は電子デバイス、例えばディジタルコンピュータを含む任意の産業電子デバイス または民生電子デバイスに組み込まれる。 図５は本発明の一実施形態によるチャックの陽極への直流電位差入力対時間の プロットである。議論を簡単にするために、チャックの陰極に対する類似のプロ ットは、図５の平面図の鏡像となるので、ここには含めない。この実施形態にお いて、２００ｍｍのウェーハが等しい面積の複数の電極を具備した二極チャック の上に配置される。同二極チャックは富士通株式会社（日本）製である。ウェー ハとチャックとはＴＣＰ（変成器結合プラズマ）プラズマエッチシステム内に配 設される。同システムはラムリサーチコーポレーション社（Lam Research Corpo ration,カリフォルニア州フレモント）より入手できる。しかしながら、前述の とおり、本明細書中に開示した発明の技術は、プラズマ強化されるものであれ、 あるいはエッチング、蒸着、酸化、陽極酸化などに適合されるものであれ、いか なるウェーハ処理システムにも適用される。 図５に示すように、増強期間Ｔ１の間、約２，５００ボルトの増強電圧が極の 間に与えられる。一実施形態において増強電圧は実質的に矩形波パルスとして与 えられる。増強電圧を創成するための矩形波パルスを発生することは通常のこと であり、例えばＲＣ回路と共にオペアンプ比較器を用いて達成することができる 。約１６秒の増強期間Ｔ１は実験的に特定のエッチング法に適合するように決定 される。これらの値は、前述のように、ウェーハ、システム、および処理方法が 異 なると変更し得るということに留意しなければならない。 一旦十分な静電接着力が達成されると、増強電圧は保持電圧に置き換えられ、 この実施形態では約５００ボルトである。保持電圧は、大きさは小さくなっても 、増強電圧と同じ極性を有していることが望ましい。図５にＴ２として示したよ うに、保持電圧は実質的に全処理継続時間与えられることが望ましい。保持期間 Ｔ２の継続時間は特定の処理の要件に応じて変化する。しかしながら、インター フェース間隙の電荷の移動を減少し、チャックの誘電体にかかる電圧の応力を減 少するように必要な最小電圧であること望ましい。 一旦処理が完了すると、次に脱離電圧が与えられる。図５の例において、脱離 電圧は増強電圧と実質的に同じ大きさ、すなわち約２,５００ボルトであるが、 極性は反対である。一実施形態において、脱離電圧も矩形波パルスとして与えら れる。脱離電圧が比較的大きいと、静電荷がチャックから迅速に取り除かれるの を許容するので有利であり、その結果脱離時間が減少し、プラズマ処理システム のスループットが改善される。脱離電圧の大きさは増強電圧の大きさよりも大き くても小さくてもよいことに留意すべきである。この実験において、脱離時間は 約１０秒である。対照的に、従来の方法ではウェーハをチャックから取り外すの に４０秒を必要とする。 図６は、本発明の一実施形態により、本発明の増強電圧、保持電圧、および脱 離電圧の供給に適した制御回路を具備したプラズマ処理システムを示す。直流電 源１１４は、チャックの極に直流電圧を与えるが、線６０２を介して制御システ ム６００と接続している。ＲＦフィルタ回路６０８は、構造的に通常のものであ るが、静電チャック１１２と直流電源１１４との間に接続され、プラズマ処理の 間チャックが遭遇する高周波のエネルギーから直流電源１１４を保護する。 制御システム６００の内部には、制御回路６１０が設けられ、同回路は電源装 置１１４の出力電圧ならびに出力電圧の持続時間を制御する。制御回路６１０は 特に増強電圧と増強継続時間Ｔ１、保持電圧と保持継続時間Ｔ２、および脱離電 圧と脱離継続時間Ｔ３（図５に示す）を設定する。 バイアス補正回路６１２も具備することができ、これは処理中にプラズマによ ってウェーハ１０８に誘導されるいかなる直流バイアスをも供給する。バイアス 補正回路６１２は制御回路６１０と直流電源１１４との間にを電気接続され、前 述のウェーハの上に誘導された直流バイアスを供給するために直流電源１１４の 出力を適切に調節する。例によると、このようなバイアス補正回路は、誘導され るウェーハのバイアスを考慮することによって極にかかる電位差を実質的に一定 に保つために、中央タップ付き直流電源と共に使用することができる。しかしな がら、直流電源が浮動電源である場合は、このような補正回路バイアスは不必要 であろう。 増強電圧と増強継続時間Ｔ１、保持電圧と保持継続時間Ｔ２、および脱離電圧 と脱離継続時間Ｔ３の設定は、例えばプログラム可能な回路、マイクロプロセッ サー、またはコンピュータのようなディジタル式処理装置によって行われ得る。 制御回路６１０および直流電源１１４によって所望の継続時間に対する前述の電 圧の少なくとも一つを生成することができるように、線６１６を介して、ディジ タル式処理装置６１４から適当な信号が与えられる。 前述のことから理解できるように、本発明では所望の接着のための電界および それに付随する接着力を迅速に得るために高い電圧を長所的に使用している。一 旦所望の接着力が達成されると、電界を所望の最小レベルに維持し、それによっ てインターフェース間隙における過度の電荷の移動を最小限度にするために、本 発明では保持電圧を減少させているので有利である。このようにして、付着（st icking）が大幅に減少される。 さらに、電界を所望の最小レベルに維持した結果、既知の再生可能な量の電荷 がチャックの上に蓄えられる。結果的に、蓄えられた電荷は残っている接着力を 最小にするように計算された方法で取り除かれ得る。加えて、本発明では蓄えら れた電荷を取り除くために高い電圧（極性は反対）を長所的に使用しており、そ れによって残りの付着を最小にすると同時に脱離時間を最小にしてウェーハのス ループットを改善している。 この発明をいくつかの好適な実施形態に関して説明してきたが、一方で本発明 の範囲内に含まれる変更、交換および均等物が存在する。本発明の方法および装 置を実行する代わりの方法が多く存在することについても留意すべきである。そ れゆえ、以下に添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に含まれる このようなすべての変更、交換および均等物を含むものとして解釈されることが 意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ベンジャミン、ニール マーティン ポー ル アメリカ合衆国 94303 カリフォルニア 州 パロアルト グリーン ストリート 216 (72)発明者 ジャーメイン スティーブン ディ. アメリカ合衆国 94555 カリフォルニア 州 フリモント フェアチャイルド コモ ン 34720

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上部に実質的に抵抗性の誘電体層を有する静電チャックにウェーハを接着す るために、前記静電チャックの極に直流電圧を供給する直流電源を制御するため の制御システムであって、 前記直流電源に電気接続されて、増強電圧、保持電圧、および脱離電圧で前記 直流電圧を前記直流電源に出力させる制御回路を含み、 前記増強電圧は、増強期間において第一の極性をし、前記増強電圧によって前 記実質的に抵抗性の誘電体層の第一領域と前記第一領域と少なくとも一部分が重 なる前記ウェーハの第二領域との間の電位差が増強され、前記電位差により前記 ウェーハが前記静電チャックに接着される接着力が生じ、前記増強期間は前記接 着力が所定のレベルにほぼ達すると終了し、 前記保持電圧は、保持期間において前記接着力を前記所定のレベルにほぼ維持 し、前記第一の極性を有し、かつ前記増強電圧よりも電圧の大きさが小さく、 前記脱離電圧は、脱離期間において前記接着力を実質的に取り除き、前記第一 の極性とは反対の極性を有することを特徴とする制御システム。 ２． 前記接着力が処理中に所定のレベルにおいて熱伝達が安定化するのに十分 な前記ウェーハと前記チャックとの間の静電力に該当する請求項１に記載の制御 システム。 ３． 前記脱離電圧の大きさが前記増強電圧の大きさと実質的に等しい請求項１ に記載の制御システム。 ４． 前記静電チャックが二極の静電チャックである請求項１に記載の制御シス テム。 ５． 前記ウェーハ上に誘導された直流バイアスに応答して前記直流電圧を調整 するために前記制御回路に接続されたバイアス補正回路をさらに含む請求項４に 記載の制御。 ６． 前記増強電圧、前記保持電圧、前記脱離電圧のうちの少なくとも一つが、 前記制御回路に接続されたディジタル式処理装置からの信号に応答して生成され る請求項１に記載の制御システム。 ７． 前記増強期間、前記保持期間、および前記脱離期間のうちの少なくとも一 つが、前記ディジタル式処理装置からの信号に応答して生成される請求項６に記 載の制御システム。 ８．前記制御回路がアナログ式制御回路である請求項１に記載の制御システム。 ９． 前記脱離期間が電位差が約０ボルトの時に終了する請求項１に記載の制御 システム。 １０． 前記増強電圧のレベルが実質的に矩形波のパルスによって与えられる請 求項１に記載の制御システム。 １１． 実質的に抵抗性の誘電体層の第一領域と前記第一領域と少なくとも一部 分が重なる前記ウェーハの第二領域との間の電位差が増強されるように前記静電 チャックの極に第一の極性を有する増強電圧を与える工程であって、前記電位差 により前記ウェーハが前記静電チャックに接着される接着力が生じる前記増強電 圧を与える工程と、 前記接着力が所定のレベルにほぼ達した時に前記増強電圧を与える工程を終了 する工程と、 前記接着力を前記所定のレベルに実質的に維持するために前記静電チャックの 前記極に保持電圧を与える工程であって、前記保持電圧は前記第一の極性を有し 、かつ前記増強電圧よりも電圧の大きさが小さい前記保持電圧を与える工程と を含む実質的に抵抗性の誘電体層を上部に有する静電チャックにウェーハを接着 するための方法。 １２． 前記接着力を実質的に取り除くために前記静電チャックの前記極に脱離 電圧を与える工程をさらに含み、前記脱離電圧は前記第一の極性とは反対の極性 を有する請求項１１に記載の方法。 １３． 前記脱離電圧の大きさが前記増強電圧の大きさと実質的に等しい請求項 １２に記載の方法。 １４． 前記増強電圧、前記保持電圧、前記脱離電圧のうちの少なくとも一つが 、前記制御回路に接続されたディジタル式処理装置からの信号に応答して生成さ れる請求項１２に記載の方法。 １５． 前記増強電圧、前記保持電圧、および前記脱離電圧のうちの少なくとも 一つが、前記制御回路に接続されたアナログ式回路からの信号に応答して生成さ れる請求項１２に記載の方法。 １６． 前記増強電圧、前記保持電圧、および前記脱離電圧のうちの少なくとも 一つが、前記ウェーハ上に誘導される直流バイアスに応答して調整される工程を さらに含む請求項１２に記載の方法。 １７． 前記接着力が処理中に所定のレベルにおいて安定な熱伝達を促進するの に十分な前記ウェーハと前記チャックとの間の静電力に該当する請求項１１に記 載の方法。 １８．前記静電チャックが二極の静電チャックである請求項１１に記載の方法。 １９． 前記電位差が約０ボルトの時に脱離電圧を与える前記工程を終了させる ための工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。 ２０． 前記増強電圧が実質的に矩形波のパルスとして与えられる請求項１１に 記載の方法。 ２１． 上部に実質的に抵抗性の誘電体層を有する静電チャックにウェーハを接 着するために、前記静電チャックの極に電圧を供給する直流電源を制御するため の装置であって、 第一制御信号を発生するために前記直流電源に接続される手段を備え、前記直 流電源は前記実質的に抵抗性の誘電体層の第一領域と前記第一領域と少なくとも 一部分が重なる前記ウェーハの第二領域との間の電位差を増強するために、前記 第一制御信号に応答して前記静電チャックの極に第一の極性を有する増強電圧を 供給し、前記電位差により前記ウェーハを前記静電チャックに接着するための接 着力を生成し、 第二制御信号を発生するために前記直流電源に接続される手段を備え、前記直 流電源は前記接着力が所定のレベルにほぼ達した時に、前記第二制御信号に応答 して前記増強電圧を終了させ、 第三制御信号を発生するために前記直流電源に接続される手段を備え、前記直 流電源は前記接着力を所定のレベルにほぼ維持するために、前記第三制御信号に 応答して前記静電チャックの前記極に保持電圧を与え、前記保持電圧は第一の極 性を有し、かつ前記増強電圧の大きさよりも電圧の大きさが小さいことを特徴と する直流電源を制御するための装置。 ２２． 第四制御信号を発生すろために前記直流電源に接続される手段をさらに 備え、前記直流電源は接着力を実質的に取り除くために、前記第四制御信号に応 答して前記静電チャックの前記極に脱離電圧を与え、前記脱離電圧は前記第一の 極性と反対の極性を有する請求項２１に記載の装置。 ２３． 前記脱離電圧の大きさが前記増強電圧の大きさと実質的に等しい請求項 ２２に記載の装置。 ２４． 前記ウェーハの上に誘導された直流バイアスに応答して前記増強電圧、 前記保持電圧、および前記脱離電圧のうちの少なくとも一つを調整するために前 記直流電源と接続される手段をさらに含む請求項２２に記載の装置。 ２５．上部に実質的に抵抗性の誘電体層を備えた静電チャックにウェーハを接着 するための方法であって、 前記ウェーハと前記静電チャックとの間の接着力を所定のレベルに実質的に維 持して前記ウェーハを前記静電チャックに接着するために、第一の極性を有する 保持電圧を前記静電チャックの極に与え、 前記接着力を実質的に取り除くために、第一の極性と反対の極性を有しかつ前 記保持電圧よりも大きい大きさを有する脱離電圧を前記静電チャックの前記極に 与える、 静電チャックにウェーハを接着するための方法。 ２６． 前記脱離電圧の大きさが前記保持電圧の大きさの二倍よりも大きい請求 項２５に記載の方法。