JP2019201207A - 閉ループチャッキング力制御を用いたリアルタイム監視 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマ処理チャンバ内の静電チャック上に配置された加工品にかかるチャッキング力を最小限にする方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、加工品を処理チャンバ内の静電チャックに配置することから開始する。プラズマが処理チャンバの中に与えられる。加工品にかかる撓み力が監視される。最小値のチャッキング電圧が加えられる。最小圧の裏側ガス圧が加えられる。チャッキング電圧および／または裏側ガス圧力は、撓み力が閾値未満になるように調整される。また、チャッキング電圧および裏側ガス圧は同時に引き上げられる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は一般に、超小型電子デバイスを製作するための処理チャンバ内で使用される基板支持体に関する。
高精度の製造、たとえば半導体製造においては、均一品質を向上し欠陥を減らすために、製造作業中に加工品が固定具によって正確に保持される必要がある。一部の製造作業においては、加工品を支持構造体に押し当てて保持するための固定具として基板支持体が使用されることがある。静電力もしくは他の力（クランプ力）がしばしば、１つまたは複数の製造作業中に加工品を基板支持体の加工品支持面に正確に保持するために使用される。これらのタイプの基板支持体は静電チャック（ＥＳＣ）と呼ばれる。
これらの製造作業中に加工品は、欠陥を減らすために、可能な限り小さいクランプ力によって保持され、加工品支持面との接触が最小限でなければならない。しかし、加工品に施される、チャッキング力を変えることのある表面処理、基板支持体の支持面の摩耗および汚染などの製造変動性の故に、また他の環境的影響の故に、製造要員はしばしば、上述の変動性、およびこれらの変動性のチャッキング力に対する影響を阻止するために、ある安全係数を得るための目標クランプ力を増加させて十分なクランプ力が加わることを確保することになる。
半導体製造業界で使用される大多数の基板支持体では、必要とされるよりも大きいクランプ力をかけること、すなわちオーバチャッキングが多い。オーバチャッキングにより、たとえば、加工品の裏側に穴が生じる、基板支持体の部品が加工品にめり込む、加工品における膜応力が増加する、かつ／または加工品の処理面の品質問題を引き起こすおそれのある微粒子が生じることによって、加工品が損傷することになる。たとえば、大量生産操業では、平均の表側総欠陥は、２５ｎｍ以上のサイズの微粒子がウエハ当たり約３〜４個の間で変動した。分析では、これらの欠陥の８０〜９０％が、ＥＳＣによるＳｉ、Ａｌ、またはＯを含む微粒子であることが示された。加工品裏側の微粒子試験結果は、標準の１８００Ｖチャッキング／チャッキング解除１サイクルで、加工品の裏側にサイズが０．５μｍ以上の約８０００〜２４０００個の欠陥が生じ得ることを示す。これらの欠陥の中で、約３５％が引っ掻き傷、約５０％が引っ掻きにより発生した埋込みシリコン微粒子、また約１５％がＥＳＣおよび／または加工品からのＳｉ、Ｓｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ遊離微粒子である。これらの遊離欠陥の一部は、大きいチャッキング力によるチャッキング中およびチャッキング解除中の加工品の上昇／下降の動きにより、加工品の表面に落ちる可能性がある。
製造許容値がますます厳しくなり、コストを低減する必要性がより重要になるにつれて、より広い範囲の製造変動性に対処し、上で論じた製造欠陥を低減するためのより一定の、予測可能なクランプ力が得られる新規の手法が必要とされている。
したがって、処理中に加工品を支持するための装置および方法の改善が必要とされている。
本明細書で開示される実施形態は、プラズマ処理チャンバ内の静電チャックに配置された加工品にかかるチャッキング力を最小限にする方法を含む。この方法は、加工品を処理チャンバ内の静電チャックに配置することから開始する。プラズマが処理チャンバの中に与えられる。加工品にかかる撓み力が監視される。最小値のチャッキング電圧が加えられる。最小圧の裏側ガス圧が加えられる。チャッキング電圧および／または裏側ガス圧力は、撓み力が閾値未満になるように調整される。また、チャッキング電圧および裏側ガス圧は同時に引き上げられる。
本発明の実施形態の上記に列挙された特徴が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約された本発明の実施形態について、添付の図面にその一部が示されている実施形態を参照することによって、より具体的な説明が得られよう。しかし、本発明の実施形態では、その他の同様に効果的な実施形態も認めることができるので、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
基板支持体が組み込まれている例示的なプラズマ処理チャンバの概略側面図である。 センサアセンブリが裏側ガス貫通孔内に取り付けられている基板支持体の部分断面等角図である。 センサアセンブリがリフトピン内に取り付けられている基板支持体の部分断面透視図である。 センサアセンブリの様々な場所を示す基板支持体の上面図である。 加工品が上に配置されている基板支持体の部分断面図である。 基板支持体上に配置された加工品にかかる力を最小限にする方法を示す流れ図である。 図６の方法を示す図である。
さらなる特徴および利点が、以下の「発明を実施するための形態」で論述され、一部は、その説明により当業者には容易に明らかになり、あるいは、以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲、および添付の図面を含めて、本明細書に記載の実施形態を実践することによって理解されよう。
上記の一般的な説明も以下の詳細な説明も、例示的なものにすぎず、特許請求の範囲の性質および特性を理解するための概要または枠組みを与えるものであることを理解されたい。添付の図面は、さらなる理解が得られるように含まれており、また本明細書に組み込まれ、その一部を構成している。図面は１つまたは複数の実施形態を示し、明細書と共に様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。
次に、添付の図面にその例が図示されている実施形態を詳細に参照する。図面には、実施形態の全部ではなく一部が示されている。実のところ、その概念は多くの異なる形で具現化することができ、本明細書において限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が当該の法的要件を満たすように提示されている。可能なときにはいつも、同様の参照番号が同様の構成要素または部品を指示するのに使用される。
本明細書で開示される実施形態には、１つまたは複数のセンサハウジングおよび撓みセンサを含むセンサアセンブリが含まれる。このセンサアセンブリは、裏側ガスを用いて構成される静電チャック、または他の、処理中に加工品を処理チャンバ内で保持するのに適しているアセンブリなどの基板支持アセンブリ内に配置されるように構成される。たとえば、センサアセンブリは、既存の裏側ガス送出孔、または静電チャックの他の孔の中に配置することができる。撓みセンサは、静電チャック上に配置された加工品にかかる力のバランスを決定するための、加工品の撓みのリアルタイム測定値を与えることができる。撓みセンサを使用してチャッキング力を決定することによって、加工品チャッキング／チャッキング解除プロセスは、裏側加工品欠陥、およびこれにより発生する微粒子を低減／除去するチャッキング力を最小限にするように最適化することができる。たとえば、チャッキング／チャッキング解除中にチャッキング電圧を裏側のＨｅの流れ圧力と共に同時に引き上げ、引き下げることによって、プロセスは、加工品を保持するのに適切なチャッキング力を最小限にし、これにより、裏側加工品引っ掻き傷、およびそれによる微粒子発生が最小限になる。
図１は、センサアセンブリ１９０の一実施形態を示す。図１は、基板支持アセンブリ１７０が組み込まれている例示的なプラズマ処理チャンバ１００の概略図を示す。基板支持アセンブリ１７０は、その中にセンサアセンブリ１９０が配置されている。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ１００は、スパッタエッチ処理チャンバまたはプラズマエッチシステムである。しかし、物理的気相成長（すなわち、スパッタリング）チャンバ、化学的気相成長チャンバ、エッチングチャンバ、選択的除去処理チャンバ（ＳＲＰ）、または他の真空処理チャンバなど、他のタイプの処理チャンバもまた、本明細書に記載の実施形態を実践するのに使用されてよい。
プラズマ処理チャンバ１００は、たとえばシリコンウエハである基板などの加工品１０１の処理中に、チャンバ内部容積１２０内の減圧を維持するように適切に適合させることができる真空チャンバである。プラズマ処理チャンバ１００は、底面１２６を有するチャンバ本体１０６を含み、チャンバ内部容積１２０を密閉する蓋１０４によって覆われる。チャンバ本体１０６および蓋１０４は、アルミニウムなどの金属、または他の適切な材料で作ることができる。
プラズマ処理チャンバ１００は、プラズマ処理チャンバ１００をポンプダウンし排気するために使用されるスロットルバルブ（図示せず）、および真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１４と結合され、流体連結している。プラズマ処理チャンバ１００の内部の圧力は、スロットルバルブおよび／または真空ポンプを調整することによって調節することができる。プラズマ処理チャンバ１００はまた、アルゴン、酸素、塩素、フッ素、または他の、加工品１０１を処理するのに適切なガスなど、１つまたは複数の処理ガスをプラズマ処理チャンバ１００へ供給できる処理ガス供給源１１８と結合され、流体連結している。
ＲＦプラズマ電源１１７は、プロセスガスにエネルギーを与えて、加工品１０１を処理するためのプラズマ１０２を維持することができる。基板支持アセンブリ１７０は、加工品１０１を偏らせて、そこにイオンをプラズマ１０２から引き寄せてもよい。塩素などの処理ガスは、処理ガス供給源１１８からプラズマ処理チャンバ１００の中に導入され、ガス圧は、プラズマ点火に調整される。プラズマ１０２は、ＲＦ電力が送出されると容量性結合によってチャンバ内部容積１２０内で点火される。ＲＦ整合部（図示せず）を調整またはプリセットして、ＲＦプラズマ電源１１７からプラズマ１０２への電力伝達の効率を改善することができる。
基板支持アセンブリ１７０はチャンバ内部容積１２０内に配置される。基板支持アセンブリ１７０は加工品支持面１７２を有し、その上には加工品１０１が処理の間中載っている。基板支持アセンブリ１７０は、真空チャック、静電チャック、サセプタ、ヒータ、または他の、処理中に加工品１０１をプラズマ処理チャンバ１００内に支持するのに適している、基板支持体を含むことができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１７０は静電チャック１２２を含む。基板支持アセンブリ１７０はさらに、冷却プレート１５１および支持ベース１５２を含むことができる。支持ベース１５２は、支持体ハウジング１４９、ベローズアセンブリ１１０、および支持軸１１２を含むことができる。支持軸１１２は、図示の上方の処理位置と下方の加工品移送位置（図示せず）の間で基板支持アセンブリ１７０の垂直移動を行うことができるリフト機構１１３と結合することができる。ベローズアセンブリ１１０は、支持軸１１２のまわりに配置することができ、支持ベース１５２とプラズマ処理チャンバ１００の底面１２６との間に結合されて、プラズマ処理チャンバ１００の内部から真空が失われることを防止しながら基板支持アセンブリ１７０の垂直の動きを可能にする可撓性シールを提供することができる。
基板支持アセンブリ１７０上に配置された加工品１０１の温度調節が、冷却プレート１５１内に配置されている複数の冷却チャネル１６０によって容易になり得る。冷却チャネル１６０は流体供給源１４２と結合され、流体連結しており、この流体供給源は、水などの冷媒流体を供給するが、任意の適切な、ガスまたは液体である冷媒流体が使用されてよい。
基板支持アセンブリ１７０は、ロボット（図示せず）によりプラズマ処理チャンバ１００に出し入れする移送の間中、加工品１０１を加工品支持面１７２の上に間隔をあけて支持するための基板リフト１３０を含むことができる。基板リフト１３０は、軸１１１に連結されたプラットフォーム１０８と整合されたリフトピン１０９を含むことができる。基板支持アセンブリ１７０は、リフトピン１０９が持ち上げられた位置にあるときに、たとえば加工品１０１を支持しているときに、リフトピン１０９を受け入れて通すための貫通孔（図示せず）を含むことができる。基板リフト１３０は、加工品１０１のロボット移送を容易にするためにリフトピン１０９を貫通孔から延ばして加工品支持面１７２の上方の位置に加工品１０１を支持する、第２のリフト機構１３２に結合される。基板リフト１３０はさらに、リフトピン１０９を加工品支持面１７２の下に降下させて、加工品１０１を加工品支持面１７２に置く。
静電チャック１２２はパック１５０を含む。パック１５０は、加熱素子を含むことができる。パック１５０、冷却プレート１５１、および／または静電チャック１２２の他の構成要素の温度は、１つまたは複数の温度監視装置に結合された熱電対などの１つまたは複数の温度センサ（図示せず）を使用して監視することができる。一例では、パック１５０は、温度監視用の少なくとも１つの熱電対に結合される。
パック１５０は、加工品１０１を支持しチャッキングする、すなわちクランプ力（Ｆｃ）を加工品１０１にかける。パック１５０は、クランプ力（Ｆｃ）を発生させるために電極１３４が中に埋め込まれている、電気絶縁用パックベース１６２を含むことができる。
電極１３４は、ＤＣ電源などのチャック電源１４０に電気的に接続される。電極１３４は、加工品１０１をパック１５０の加工品支持面１７２にチャッキングするためのクランプ力（Ｆｃ）を提供する。電極１３４は、金属または金属合金などの任意の適切な導電性材料で作ることができる。電極１３４への電力は、チャック電源１４０に結合された制御システム１９４によって制御することができる。一例では、パック１５０は、加工品１０１をチャッキングするための１つの電極１３４を含む。電極１３４は、パックベース１６２の中に配置された薄い円板または細い線でよい。別の例では、パック１５０は、加工品１０１をチャッキングするための２つ以上の電極１３４を含む。電極１３４はそれぞれ、互いに独立して動作できる薄い半円形または「Ｄ」形のプレートでよい。しかし、１つまたは複数の電極１３４は、環、くさび、細片などを含んでよい、任意の適切な形状を有することができる。
メサ１６８および凹部１６４が、パックベース１６２の加工品支持面１７２に配置される。加工品支持面１７２はさらに、１つまたは複数の溝およびチャネル、または他の幾何形状を含むことができる。加工品１０１は、メサ１６８の上に支持し、凹部１６４の上方に持ち上げることができる。凹部１６４は、ガス供給源１４１と流体連結して、ヘリウム、アルゴン、または他の適切な裏側ガスなどの流体を各メサ１６８の間に供給することができる。裏側ガスは、ガス供給源１４１から凹部１６４まで、パック１５０に形成された１つまたは複数の裏側ガス送出孔１９８を通して送出することができる。裏側ガスは、パック１５０と加工品１０１の間の熱伝達速度を調節する助けとするために、加工品１０１とパック１５０の間に流れることができる。一例では、裏側ガスは、アルゴンなどの不活性ガスを含むことができる。ガス供給源は、約４トル以上など、約１０トル以上の裏側ガス圧力（図５にＦpとして示す）を供給することができる。裏側ガスは加工品１０１に圧力Ｆpを作用させるが、詳細には以下で論じる。
センサアセンブリ１９０は、裏側ガス送出孔１９８もしくは他の適切な貫通孔などの、パック１５０に形成された貫通孔の中、またはリフトピンの空洞の中に配置されてよい。センサアセンブリ１９０は、多孔性であり、裏側ガスなどの流体が流れて通り抜けることができる。たとえば、センサアセンブリ１９０は、流体がセンサアセンブリ１９０を通過できるようにする通路を有することができる。別の実施形態では、センサアセンブリ１９０は凹部１６４の中、または他の適切な場所に取り付けられてよい。
センサアセンブリ１９０は、制御システム１９４と通信することができる。センサアセンブリ１９０は、加工品支持面１７２上の加工品１０１の撓みを測定する。コントローラ１９２は、センサアセンブリ１９０によって測定された撓みに基づいて、加工品１０１にかかっているクランプ力Ｆｃを決定する。こうして、コントローラ１９２は、チャック電源１４０から電極１３４に供給されるクランプ電圧Ｖｃを調整することによって、所望のクランプ力Ｆｃを維持するようにクランプ力Ｆｃを調整することができる。実際のクランプ力の（センサアセンブリ１９０を介した）リアルタイム監視、および電極１３４に供給される電力のリアルタイム調整により所望のクランプ力Ｆｃを維持することによって、静電チャック１２２から受ける加工品１０１の損傷を従来のチャッキング技法と比較して減らすことができる。
有利なことに、パック１５０の動作パラメータは、センサアセンブリ１９０から供給されるデータに依拠するフィードバックループを用いて制御することができる。センサアセンブリ１９０による撓みの測定は、加工品１０１に作用するチャッキング力を最小限にして欠陥および粒子発生を低減するために、加工品１０１にかかるリアルタイムの力を計算するように拡張することができる。
図２は、センサアセンブリ１９０が裏側ガス送出孔１９８の中に取り付けられている図１に示された静電チャック１２２の部分断面図である。当業者には、センサアセンブリ１９０が静電チャック１２２の孔または凹部の中に取り付けられてよいことが理解されよう。１つまたは複数のシナリオでは、静電チャック１２２は、加工品撓みと、静電チャックによって加工品にかかる力とを検出する複数のセンサアセンブリ１９０を有する。センサアセンブリ１９０についてのさらなる説明は、裏側ガス送出孔１９８のうちの１つに配置されているセンサアセンブリ１９０に関するものになる。パック１５０内でセンサアセンブリが中に取り付けられる孔の形状は、円形孔に限定されない。孔は、レーザドリルであける、放電加工（ＥＤＭ）をする、または他の適切な任意の方法で形成することができる。
裏側ガス通路２１８は、裏側ガス送出孔１９８と、裏側ガスをパック１５０の加工品支持面１７２へ供給するために裏側ガス送出孔に連結された移行導管２１０とを含むことができる。センサアセンブリ１９０が裏側ガス送出孔１９８内に配置され、制御システム１９４に配線される実施形態では、センサアセンブリ１９０と制御システム１９４の間の通信結線２８４が、裏側ガス通路２１８を少なくとも一部は通って横切っていくことができる。図３に示される、センサアセンブリ３９６がリフトピンの空洞３２０内に配置され、制御システム１９４に配線される実施形態では、センサアセンブリ３９６と制御システム１９４の間の通信結線２８４が、静電チャック１２２内のリフトピン孔を少なくとも一部は通って横切っていくことができる。センサアセンブリが静電チャック１２２の加工品支持面１７２の孔または凹部の中に配置されているさらに別の実施形態では、センサアセンブリ１９０と制御システム１９４の間の通信結線２８４間の通信結線は、無線でも、基板支持アセンブリ１７０の中を通して配線されてもよい。
センサアセンブリ１９０はセンサ２８０およびセンサハウジング２２０を含む。センサ２８０は、ファブリペローセンサ（ＦＰＳ）または干渉計、または他の、小さい撓みを測定するのに適しているセンサなど、光ファイバベースのセンサでよい。一実施形態では、センサ２８０はＦＰＳである。センサ２８０は、制御システム１９４と通信する。一実施形態では、センサ２８０は、制御システム１９４内のコントローラ１９２に配線された通信接続部２８４を有することができる。別の実施形態では、センサアセンブリ１９０は、制御システム１９４と無線で通信することができる。センサ２８０は、パック１５０上に配置された加工品（図示せず）までの距離を示すメトリックを測定し、そのメトリックを制御システム１９４に、制御システム１９４または他の適切なデバイスによる分析のために、リアルタイムで提供することができる。
センサ２８０は、センサヘッド２８２を有することができる。センサヘッド２８２は、距離測定を行うための信号を放出および受信することができる。センサ２８０は、センサヘッド２８２と加工品（図示せず）などの任意の対象物との間の距離をリアルタイムで測定して相対変位をナノメートル精度で決定できるように、パック１５０内に精密取り付けすることができる。加工品支持面１７２に垂直な垂直線２９８が与えられている。垂直線２９８は説明的なものにすぎず、裏側ガス送出孔１９８、またはパック１５０内の他の孔には必ずしも存在しない。センサ２８０は、センサハウジング２２０が、垂直線２９８の±３度以内で、言い換えれば、加工品支持面１７２の垂線から±３度以内に位置合わせされたセンサヘッド２８２を保持するように、正確に取り付けることができる。センサヘッド２８２の距離は、パック１５０の中のセンサハウジング２２０の位置を調整することによって、メサ１６８の上部より概ね５ｍｍ未満からメサ１６８の上部より約３００ｍｍまで精密に調整することができる。
センサ２８０は、放射を放出する放射放出器と、加工品１０１によって反射された放射の一部を測定する放射検出器とを含むことができる。放射または信号は、たとえば、波長が約６００ナノメートルから約１７００ナノメートルの間の電磁放射でよい。センサ２８０内の放射検出器は、放出された放射信号の復路を測定する。したがって、センサ２８０の角度および位置は、測定に影響を及ぼす可能性がある。センサハウジング２２０は、正確な測定を容易にするために、センサ２８０を精密な位置および配向に保持する。センサハウジング２２０は、センサ２８０の自己位置合わせを可能にすることができる。有利には、センサヘッド２８２は、加工品支持面１７２の上方に向けてまたはそこから下方に、加工品支持面１７２の最上部より概ね５ｍｍ未満から約３０ｍｍまで精密に調整することができる。
図４は、静電チャック１２２などの基板支持体の上面図であり、センサアセンブリ１９０の様々な位置を示す。上で論じたように、センサアセンブリ１９０は、裏側ガス送出孔１９８などの、静電チャック１２２に設けられた既存の孔の中、リフトピン１０９の空洞の中、または静電チャック１２２に形成された孔の中に設置することができる。センサアセンブリ１９０の位置は、静電チャック１２２のパック１５０の既存の構成に基づいて決定することができる。１つまたは複数のセンサアセンブリ４２１〜４２８、１９０は、裏側ガスを有するパック１５０の加工品支持面１７２の全体にわたって設置することができる。センサアセンブリ４２１〜４２８、１９０は、同心の列に、および／またはチャック電極の配置に対応するパック１５０の領域に、置くことができる。たとえば、静電チャック１２２は、同心に配置された複数の個別チャック電極を有することができる。センサアセンブリ４２１〜４２８は、内環群４３０および外環群４４０として配置することができる。センサアセンブリ４２１〜４２８は、ローカライズされたチャッキング力の小さいばらつきをパック１５０に沿って検出することができる。いくつかの実施形態では、多数のセンサアセンブリ４２１〜４２８は、中心位置のセンサアセンブリ１９０をさらに含むことができる。有利なことに、このセンサアセンブリ４２１〜４２８の配置により、過度のチャッキングによる加工品１０１の損傷からの保護の強化のための、加工品１０１の全体についての個別撓み測定値を得ることができる。
図５は、加工品１０１が上に配置されている静電チャック１２２の部分断面図である。パック１５０と、センサアセンブリ１９０に近接している静電チャック１２２のメサ１６８とが図示されている。メサ１６８は、隣り合う１つまたは複数の凹部１６４の間に配置されている。メサ１６８は、加工品１０１を支持するためにパック１５０から上に延びる、様々なサイズの正方形もしくは長方形ブロック、円錐、くさび、ピラミッド、柱、円筒形隆起、もしくは他の突起、またはこれらの組合せを含むことができる。加工品１０１は、上で論じたように、クランプ力Ｆｃで静電チャック１２２に固定することができる。１つの実施形態では、メサ１６８は、加工品１０１に最小限の力を作用させて、加工品１０１の裏側に引っ掻き傷をつけない、または損傷させないように構成される。
隣り合うメサ１６８は、各中心の間隔を距離５６０とすることができる。一実施形態では、距離５６０は約０．３インチから約０．５インチの範囲とすることができる。隣り合うメサ１６８はそれぞれ、約３マイクロメートルから約７００マイクロメートルの高さを有することができる。隣り合うメサ１６８はそれぞれ、約５００マイクロメートルから約５０００マイクロメートルの範囲の幅を有することができる。凹部１６４は、約２ミリメートルから約１０ミリメートルの幅を有することができる。メサ１６８および凹部１６４は、静電チャック１２２が加工品１０１を支持することを、加工品１０１の熱管理も行いながら可能にする。
メサ１６８は、加工品１０１を支持する上面５４２を有する。上面５４２は一般に、静電チャック１２２からのクランプ力Ｆｃがかかっていないときに加工品１０１が載っている基準面５２０を規定する。基準面５２０は、加工品１０１の撓みをセンサ２８０によってそこから測定できる参照点として機能することができる。１つの実施形態では、チャッキング力が加工品１０１に加えられると、正反対の接触圧力がメサ１６８によって加工品１０１に加えられる。
加工品１０１は、クランプ力Ｆｃがかかると静電チャック１２２に固定され得る。クランプ力Ｆｃは、加工品１０１をメサ１６８に向けて引き寄せ、メサ１６８との接触と相俟って、加工品１０１が静電チャック１２２に対して動かないようにする。クランプ力Ｆｃは、静電チャック１２２の加工品支持面１７２の全体にわたって同じではなく、実質的に類似もしていないことさえあり得る。クランプ力Ｆｃのばらつきは、特に、材料の堆積によるパック１５０の変化、洗浄およびエッチングによる腐食、ならびに摩耗に原因があると考えられる。加えて、クランプ力Ｆｃは、区域に分けられた静電チャック構成などにおいて、加工品支持面１７２の全体にわたって意図的に差異化することもできる。
センサ２８０は、基準面５２０に対する加工品１０１の撓みを測定する。クランプ力Ｆcを制御するために、クランプ電圧が静電チャック内の電極１３４に印加される。クランプ電圧は、センサ２８０によって測定された加工品１０１の撓みに応じて変えることができる。クランプ力Ｆｃをかけると、加工品１０１は、凹部１６４の幾何学的平面５１０と整合することができる。撓みは、クランプ力Ｆｃと実質的に一致する合力を表し得る。測定された撓みとクランプ電圧は、測定された撓みが所定の範囲に入るまで調整することができる。たとえば、許容可能な撓みの所定の範囲は、５００ナノメートルから約２μｍの間とすることができる。測定された撓みが約２μｍよりも大きい場合、クランプ電圧は、撓みが５００ナノメートルから約２μｍの間にあるとセンサがリアルタイムで決定するまで、低減させることができる。撓みは、２つ以上の位置に配置されたセンサアセンブリ１９０を用いて測定することができ、それによって、ガス圧と接触圧などの正反対の力とを一致させるためのクランプ電圧の精密な調整が可能になる。
センサ２８０は、加工品１０１の撓みの変化を短い時間間隔で測定することができる。
多数のセンサ２８０が加工品１０１の撓みを監視し、静電チャック１２２に多数のクランプゾーンが備えられる実施形態では、制御システム１９４は、別々のクランプゾーンに設置された個々のセンサ２８０からのデータを使用して、その特定のクランプゾーンにおけるクランプを、正反対の各力を一致させ、クランプ電圧を最小限にするように制御することができる。チャッキング電圧／力が増大すると、ＥＳＣ上およびチャンパ処理環境中により多くの微粒子が発生する。たとえば、１μｍよりも大きい微粒子による欠陥では、８００Ｖのチャッキング電圧でおよそ１３９２個の埋込み微粒子が加工品１０１の裏側面に生じたことが観察された。これらの埋込み微粒子のうち、約２１個の微粒子が１０μｍよりも大きいサイズであった。１０００Ｖのチャッキング電圧では、およそ２２６４個の埋込み微粒子が加工品１０１の裏側面に生じた。１２００Ｖのチャッキング電圧では、およそ３５４６個の埋込み微粒子が加工品１０１の裏側面に生じた。また１８００Ｖのチャッキング電圧では、およそ５５３２個の埋込み微粒子が加工品１０１の表側面に生じた。さらに１８００Ｖでは、１０μｍよりも大きい埋込み微粒子の数がおよそ１４０個にまで増加した。すなわち、埋込み微粒子の数は電圧に対して直線的な関係ではなく、電圧のそれぞれの小さな増加でますます多くの埋込み微粒子が発生する。しかし、さらに著しいのは１０μｍよりも大きい微粒子の数であり、チャッキング電圧の２倍の増加に対し、１０μｍよりも大きい微粒子の数は７倍超に増加した。これらの裏側微粒子／欠陥は、ウエハ処理中またはウエハカセット（すなわち、ＦＯＵＰ）内での裏側ガス漏洩によって、または加工品１０１の上への落下によって、加工品１０１の表側に移転し得る。裏側欠陥はまた、他の半導体プロセスステップで移転することもある。この移転は、ダイおよびフィーチャサイズが縮小するにつれて顕著になり、より大きいサイズの微粒子がフィーチャ間の間隙を橋絡し、場合によってはダイが使用不可になる。
したがって、ＥＳＣからの微粒子を低減／除去するために、ウエハチャッキング／チャッキング解除プロセスでは、加工品１０１にかかるチャッキング力を最小限にする。加工品１０１を過度にチャッキングすることによるシリコン引っ掻き傷が微粒子を発生させるが、この場合チャッキングを最小限にして、遊離微粒子が加工品１０１の表側フィーチャに導入されること、およびそこに欠陥が形成されることを防止することができる。裏側ガスの導入による力を引き上げ、同時にチャッキング電圧による正反対の力を引き上げることによって、加工品１０１にかかるこれらの力のバランスを取ることができ、それにより、加工品１０１は、裏側に引っ掻き傷を生じさせる、または微粒子を表側に導入することなく、ＥＳＣに保持することができる。１つの実施形態では、チャッキング／チャッキング解除ステップ中にＨｅ圧が、ウエハにかかるチャッキング力を最小限にするように、同時に調整される。
静電チャック１２２は、多数のクランプゾーンを備えることができ、センサ２８０を有する多数のセンサアセンブリ１９０を使用して各クランプゾーンを監視することができる。あるいは、静電チャック１２２は、チャッキング力測定デバイスを有してもよい。チャッキング力測定デバイスは、チャッキング電圧と、最終的には加工品１０１に加えられる力の大きさとを制御するために、フィードバックを行うことができる。当業者には、加工品に加えられるリアルタイムの力を供給または定量化するのに適切な任意のデバイスまたはセンサが、加工品の過度のチャッキング、および過度のチャッキングによって生じる欠陥を低減するための、図６に関して以下で説明する方法を実施するのに適していることが理解されよう。
次に、図６および図７について一緒に論じる。図６は、基板支持体上に配置された加工品にかかる力を最小限にするための方法６００である。図７は、図６の方法を示す図である。加工品は、ＥＳＣに向けて加工品を押す１つまたは複数の静電力と、メサに沿った接触圧および加工品をＥＳＣから押し離すガス圧の両方とを受けることができる。方法６００は、これらの力を最小限でバランスさせて、加工品１０１を処理チャンバ内のＥＳＣに保持する。
ウエハを静電チャックによってチャッキングすることは、静的プロセスである（動的なウエハの動きが生じない）。チャッキング力は、２つの正反対の力による抵抗を受ける。第１は、裏側ガス圧の、このガスにさらされるウエハの裏側領域に対する力である。第２の力は、ウエハがｅチャックと接触する領域に対する接触圧である。図７は、加工品にかかるそれぞれの力を示す。ｙ軸７５４は、加工品に加えられる力を示す。ｘ軸７５２は、加工品にかかるこれらの力のタイミングを示す。
方法６００のブロック６１０で、加工品がプラズマ処理チャンバ内の静電チャック上に配置される。図７の第１の時間ブロック７０１は、チャッキング電圧７４０がチャッキング最小電圧７４２に設定され、裏側ガス圧７６０がガス最小圧７６２にあることを示す。加工品は、第２の時間ブロック７０２においてＥＳＣの上に移される。これはまた、最小チャッキング電圧７４２を設定する代わりに、最小力までチャッキング電圧７４０に傾斜をつけることによって実現することもできる。次に裏側ガス圧７６０が、最小ガス圧７６２になる。この最後の手法によって、最小力が加工品に加えられる。
方法６００のブロック６２０で、プラズマが処理チャンバ内に与えられる。これは、図７の第３の時間ブロック７０３に対応する。プラズマは、加工品をチャッキングするときにＥＳＣにグランドを提供する。ここで、ＤＣバイアス補償は、プラズマを与えるときにＥＳＣ上で不能にされてよい。
方法６００のブロック６３０で、加工品にかかる撓み力が監視される。力は、加工品に加わる力を決定するコントローラに応力情報、撓み情報、または他の適切な情報を供給するセンサによって監視することができる。
方法６００のブロック６４０で、チャッキング電圧７４０が最小値７４１にされる。これはまた、最小チャッキング電圧７４１を設定する代わりに、最小力までチャッキング電圧７４０に傾斜をつけることによって実現することもできる。ブロック６５０で、裏側ガス圧７６０が裏側ガス最小圧７６３にされる。ここで、裏側ガス最小圧７６３は、ガス最小圧７６２から増大されていてもいなくてもよい。これは、一部のＥＳＣには最小の裏側ガスの流れが常にあるからである。コントローラは、裏側ガス圧７６０とチャッキング電圧７４０の間の撓み力７８０を監視および維持する。撓み力７８０（裏側ガス圧７６０とチャッキング電圧７４０の間の力の差）は、まだ処理前の加工品をＥＳＣ上に維持するのに適切な、処理に適している撓み力７８０の閾値未満のものでよい。
方法６００のブロック６６０で、チャッキング電圧７４０および／または裏側ガス圧７６０は、撓み力７８０が閾値未満になるように調整される。撓み力７８０は、加工品に下向きにかかる合力である。すなわち、ＥＳＣによって保持される加工品に対して、チャッキング電圧７４０によって供給される力は、裏側ガス圧７６０によって供給される力よりも大きい。１つの実施形態では、撓み力は、ウエハのまわりで撓みが１０ナノメートル〜５μｍなどの、約５０ミリトルから約５０トルの間である。
方法６００のブロック６７０で、チャッキング電圧および裏側ガスは同時に引き上げられる。これは、図７の第４の時間ブロック７０４に対応する。プラズマを与えることと加工品をチャッキングすることの間で、小さな時間遅延が力の引き上げに導入されてもよい。１つの実施形態では、約２００ミリ秒から約１０秒の間の時間遅延が、プラズマを与えることと加工品をチャッキングすることの間に設けられる。
加工品は、図７に示された第５の時間ブロック７０５の間にチャッキングされ処理される。ここでチャッキング電圧７４０は、プラズマにバイアスをかける、加工品を処理する、および／または加工品をＥＳＣに静電的に保持するのに適切なレベル７４９にある。裏側ガス圧７６０は、チャッキング電圧７４０の力と釣り合わせる、かつ撓み力７８０を閾値未満に維持するために、高い圧力７６９に維持される。
したがって、加工品を固定するために用いられるチャッキング力は、常に最小限にされる。低いチャッキング電圧により、引っ掻き傷および引っ掻き傷で発生する微粒子が低減する。方法６００では、裏側ガスが供給された状態で加工品を保持するのにちょうど十分である小さい力で加工品をチャッキングする。ずっと小さい追加チャッキング力の安全マージンがまた、加工品が処理中にＥＳＣによって堅固に保持されることを確実にするために加えられてもよい。裏側冷却ガスが加えられ安定にする。次に、チャックのスキャン中にチャック上の所定の位置に加工品を保持するためだけに十分な追加の力が加えられる。これによりウエハにかかる力が最小限にされて、ウエハの静電クランプによって生じるシリコン損傷が低減する。
チャッキング力および裏側ガス圧の閉ループ制御を設けてチャッキング力を最小限にすることができ、これにより、ウエハ引っ掻き傷および引っ掻き傷で発生する微粒子が著しく低減する。１つまたは複数の撓みセンサ、または他の適切な力センサを含む制御システムは、静電チャックによって加えられるクランプ力を測定および制御する。制御システムは、センサによって測定される撓みを用いて、加工品にかかる力を計算し、静電チャックによって加工品に加えられるクランプ力を調整することができる。制御システムは、クランプ力が、加工品に加えられる目標合計クランプ力に到達し、これを維持するように、静電チャックへのクランプ電圧を調整する。有利なことに、クランプ力は、シリコンウエハを静電チャックに固定するように、かつ実施されるべき製造作業を、加工品にかかる不要な高いクランプ力の結果として生じる加工品損傷を最小限にしながら、可能にするように供給することができる。
この方法は、加工品をチャッキング解除するために拡張される。第６の時間ブロック７０６の間、チャッキング電圧７４０および裏側ガス圧７６０は低減すなわち引き下げられる。裏側ガス圧がガス最小圧７６２まで低減されると、チャッキング電圧７４０の除去の前に小さな遅延が設けられる。第７の時間ブロック７０７において、プラズマはオフにされ、加工品はチャッキング解除される。センサはまた、チャッキング解除ステップで、いつ加工品を取り外すのが、またはリフトピンを上げるのが安全かのリアルタイムフィードバックを与える助けにもなり得る。第８の時間ブロック７０８で、加工品はＥＳＣから取り外され、プラズマ処理チャンバから取り出される。チャッキング作業とチャッキング解除作業は実質的に類似しているが、逆の順序で行われることを理解されたい。
本明細書に論述されていない多くの修正および他の実施形態が、上記の説明および添付の図面において提示された教示の利益を受けてその実施形態に関係する当業者には想起されよう。したがって、本明細書および特許請求の範囲が、開示された特定の実施形態に限定されないこと、ならびに修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれるものであることを理解されたい。諸実施形態は、その実施形態の修正形態および変形形態を、これらが添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るのであれば、包含するものである。特定の用語が本明細書に使用されているが、これらは一般的および説明的な意味で使用されているにすぎず、限定を目的とするものではない。
上記は本開示の諸実施形態を対象としているが、本発明のその他のさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。
７０１ 第１の時間ブロック
７０２ 第２の時間ブロック
７０３ 第３の時間ブロック
７０４ 第４の時間ブロック
７０５ 第５の時間ブロック
７０６ 第６の時間ブロック
７０７ 第７の時間ブロック
７０８ 第８の時間ブロック
７４０ チャッキング電圧
７４１ 最小チャッキング電圧
７４２ チャッキング最小電圧
７４９ 加工品を処理する、および／または加工品をＥＳＣに静電的に保持するのに適切なレベル
７６０ 裏側ガス圧
７６２ 最小ガス圧
７６３ 裏側ガス最小圧
７６９ 高い圧力
７８０ 撓み力

Claims (11)

  1. プラズマ処理チャンバ内の静電チャック上に配置された加工品にかかるチャッキング力を最小限にする方法であって、
    処理チャンバ内の静電チャック上に加工品を配置するステップと、
    前記処理チャンバの中にプラズマを与えるステップと、
    前記加工品にかかる撓み力を監視するステップと、
    最小値のチャッキング電圧を加えるステップと、
    最小圧の裏側ガス圧を加えるステップと、
    前記撓み力が閾値未満になるように前記チャッキング電圧および／または裏側ガス圧を調整するステップと、
    前記チャッキング電圧および前記裏側ガス圧を同時に引き上げるステップとを含む、方法。
  2. チャッキング解除のために前記方法を逆にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記チャッキング電圧力の最小値が前記裏側ガス圧の最小値未満である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記加工品がチャッキングされるときに、前記裏側ガス圧の値が前記チャッキング電圧力の値未満である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記撓み力が約５０ミリトルから約５０トルの間である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記撓み力が約１トル以下である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記プラズマを前記与えるステップと前記加工品を前記チャッキングするステップとの間に小さな時間遅延を導入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記小さな時間遅延が約２００ミリ秒から約１０秒の間である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記チャッキング力および裏側ガス圧の閉ループ制御を設けるステップと、
    前記閉ループ制御に応じて前記チャッキング力を最小限にするステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  10. クランプ力が目標合計クランプ力に到達し維持されるように、前記ＥＳＣへのクランプ電圧を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記最小値の前記チャッキング電圧を加えるステップがさらに、
    最小力を得るように前記チャッキング電圧を選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
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