JP2014511561A - 摩擦電気帯電が抑制された静電クランプ - Google Patents

Abstract

基板が取り外される前に、基板に蓄積された電荷をより効率的に取り除くことができるエラストマーのクランプが開示される。現在、注入後の基板から電荷を取り除くのに使用されている唯一の機構が、リフトピン及びグランドピンである。本開示では、最上層の誘電体層に埋め込まれた導電領域を有する静電チャック、例えば、シーリングリングに環状の導電領域を有する静電クランプについて説明する。この場合、取り外しの間に基板が向く方向に関係なく、基板の少なくとも一部分が、ワークピース支持台の誘電体層上の導電領域に接触することになる。導電領域は、誘電体層に設けられる導電ビアを使用してグランドと接続されてもよい。ある実施形態では、これらの導電ビアは、基板の背面にガスを供給するのに使用される管である。
【選択図】図３

Description

本開示は、基板の扱い方に関し、より詳細には、基板を扱う装置及び方法に関する。

電子デバイスは、様々な処理が施される基板から形成される場合がある。処理の一例としては、元の基板の電気的性質を変更するべく、不純物又はドーパントの導入が挙げられる。例えば、不純物又はドーパントとしての帯電イオンが、シリコンウエハのような基板に導入されて、基板の電気的特性が変更される。基板に不純物を導入するプロセスの一つとして、イオン注入工程が挙げられる。

イオン注入機は、イオン注入、又は、その他の基板の改質を実行するのに使用される。従来のイオン注入機のブロック図が図１に示されている。従来のイオン注入機は、電源１０１によってバイアスされてもよいイオンソース１０２を備える。システムは、コントローラ１２０によって制御されてもよい。オペレータは、ユーザーインターフェースシステム１２２を介してコントローラ１２０と通信を行う。イオンソース１０２は、典型的には、ソースハウジング（図示せず）として知られる真空チャンバに収容される。イオン注入機システム１００はまた、イオンビーム１０が通過する、一連のビーム線構成要素を備える。一連のビーム線構成要素には、例えば、引き出し電力１０４、９０°マグネット分析器１０６、第１減速（Ｄ１）ステージ１０８、７０°マグネットコリメータ１１０、及び、第２減速（Ｄ２）ステージ１１２が含まれる。光線を操作する一連の光学レンズと同様に、一連のビーム線構成要素は、ワークピース支持台１１６に配置される基板１１４又はウエハに向かってイオンビーム１０を操作し収束させる。

装置の動作時には、基板搬送ロボット（図示せず）が、基板１１４をワークピース支持台１１６に配置する。ワークピース支持台１１６は、時にロプラット（ｒｏｐｌａｔ）と称される装置によって、１以上の方向に移動可能である（例えば、平行移動、回転及び傾斜）。イオンソース１０２で生成されたイオンは、引き出し電力１０４によって引き出される。引き出されたイオンは、ビーム線構成要素に沿ってビーム状に輸送され、基板１１４に注入される。イオン注入が完了すると、基板搬送ロボットは、基板１１４をワークピース支持台１１６及びイオン注入機１００から取り除く。

図２Ａ及び図２Ｂには、イオン注入工程の間に、基板１１４を支持するワークピース支持台１１６のブロック図が示されている。図２Ａに示すように、ワークピース支持台１１６は、シーリングリング２０２、及び、基板１１４に接する複数のエンボス部２０４を有してもよい。シーリングリングは、幅が約０．２５インチ、高さが約５ミクロンの環状のリングであってもよい。エンボス部２０４は、直径約１ミリ、高さ約５ミクロンであってもよい。加えて、ワークピース支持台１１６は、少なくとも１つの冷却領域２０６を有してもよい。注入工程の間、冷却ガスが冷却領域２０６に供給されて、基板１１４が過熱するのを防いでいる。ワークピース支持台１１６は、冷却ガスを冷却領域２０６に供給するガスチャネル及び管を有してもよい。ワークピース支持台１１６は更に、矢印で示した方向に基板１１４をワークピース支持台１１６から離れる方向に移動させる複数のリフトピン２０８を有してもよい。リフトピン２０８は、図２Ｂに示すように、ワークピース支持台１１６内に格納されてもよい。ワークピースは、通常の状態では、複数のグランドピン２０５と接している。

ワークピース支持台１１６は、円筒状の形状を有してもよく、円形の上面がディスク形状の基板を把持してもよい。無論、その他の形状も可能である。基板１１４効率的に所定の位置に配置するべく、多くのワークピース支持台では、静電力を利用している。ワークピース支持台１１６の上側に強い静電力を生成するべく、支持台は、静電クランプ又は静電チャックとして機能し、機械的な固定装置を使用することなく、基板１１４を所定の場所に保持することができる。イオン注入後に基板を固定装置から取り外す動作が必要ないことから、機械的な締め付けによるウェハの破損を回避することができ、汚染を最小限にし、または、サイクル時間を改善させることができる。このような静電クランプには、基板を所定の場所に保持するのに、クーロン力を利用するものと、ジョンソン・ラーベック（Johnsen-Rahbek）力を利用するものの２種類が存在する。

図２Ａに示すように、ワークピース支持台１１６は、複数の層によって構成される。第１層又は最上層２１０は、基板１１４に接して、短絡させずに電界を生成する必要があることから、電気的な絶縁材料又は半導体材料から形成されている。ある実施形態では、この層は、約４ミリの厚みを有する。クーロン力を利用する実施形態では、典型的には結晶又は非結晶誘電体材料を使用して形成される最上層２１０の抵抗値は、１０^１４Ω−ｃｍより大きい。ジョンソン・ラーベック力を使用する実施形態では、半導体材料から形成される最上層の体積抵抗率は、典型的には、１０^９〜１０^１２Ω−ｃｍの範囲である。この範囲の抵抗値を有する材料であって、何れかの力を生成するのに好適な材料を称するのに"非導電"という言葉を使用している。クーロン力は、一定の電圧源（ＤＣ）又は交流電圧（ＡＣ）によって生成することができる。

この最上層の直ぐ下に、静電場を生成する電極を含む導電層２１２が設けられる。この導電層２１２は、銀のような導電材料を使用して形成される。プリント回路基板に所望の形状及び大きさの電極を形成するのと同様に、この層がパターニングされる。この導電層２１２の下には、下部分２２０から導電層２１２を分離するのに使用される第２絶縁層２１４が設けられる。

下部分２２０は、好ましくは、ワークピース支持台１１６の全体的な温度を許容範囲に維持するべく、高い熱伝導率を有する金属又は合金から形成される。多くのアプリケーションにおいて、この下部分２２０には、アルミニウムが使用されている。複合材料又はセラミックスのようなマトリックス材料を含むその他の材料を使用してもよい。

最初に、リフトピン２０８が下がる。そして、基板搬送ロボット２５０が、ワークピース支持台１１６上の所定の位置に基板１１４を移動させる。次いで、リフトピン２０８は、（図２Ａに示す）上昇位置へと作動されて、基板搬送ロボット２５０から基板１１４を受け取ってもよい。その後で、基板搬送ロボット２５０は、ワークピース支持台１１６から離れて、リフトピン２０８がワークピース支持台１１６内に収容されて、図２Ｂに示すように、ワークピース支持台１１６のシーリングリング２０２及びエンボス部２０４が基板１１４に接してもよい。（使用される場合）グランドピン２０５が、基板１１４に接してもよい。そして、リフトピン２０８が収容された状態で、注入工程が実行されてもよい。注入工程の後、静電力でワークピース支持台１１６上に保持されていた基板１１４がクランプ状態から解放される。そして、リフトピン２０８を上昇位置まで伸ばして、基板１１４を上昇させ、図２Ａに示すように、ワークピース支持台１１６のエンボス部２０４及びシーリングリング２０２から基板１１４を離してもよい。ある実施形態形態では、リフトピン２０８は絶縁性を有してもよく、基板１１４に残る電荷を取り除かなくてもよい。別の実施形態では、リフトピンは、例えば、金属で形成されて、導電性を有してもよい。そして、基板搬送ロボット２５０は基板１１４の下に配置されて、注入が終了した基板１１４を上昇位置に回収する。その後、リフトピン２０８を下げて、ロボット２５０を作動させて、基板１１４を注入機から取り出してもよい。

ワークピース支持台１１６から基板１１４を取り除く工程において、従来のイオン注入機１００で次のような状態が発生する可能性がある。基板１１４をワークピース支持台１１６にクランプする及び取り外すというサイクルを何回か繰り返しているうちに、ワークピース支持台１１６にクランプされている基板１１４の面に損傷が生じる場合がある。この損傷は、基板１１４の表面及びワークピース支持台１１６の最上層２１０に蓄積された電荷の放電によって生じると考えられる。帯電した電荷は、グランドピン２０５に放電（アーク）されるか、直接ワークピース支持台１１６の表面に放電される。

基板１１４は、前もって、金属リフトピン２０８又はグランウンドピン２０５に接触させることにより、接地されている。また、基板１１４は、前もって、プラズマフラッドガン（ＰＦＧ）を使用して接地されている。リフトピン２０８又はグランドピン２０５と帯電している基板１１４の領域との間の接触面積が小さいこと及び接触時間が短いことにより、リフトピン２０８及びグランドピン２０５が、基板１１４から効率的に電荷を流すことできない。また、グランドピンは、基板１１４の背面に損傷を与える場合があり、取り外す一連の動作中に接触状態を保てない場合がある。このように、基板１１４が処理されている間又はクランプされている間は、グランウンドピン２０５により基板１１４は良好に接地されるが、摩擦電気帯電が発生するウェハの取り外し工程の間には良好に接地されない場合がある。基板１１４をワークピース支持台１１６から取り外すのに、リフトピン２０８を使用することができる。このリフトピン２０８は、導電金属であってもよく、取り外す工程の間にも基板１１４を良好に接地することができる。しかしながら、金属リフトピン２０８は、粒子状の金属による汚染を引き起こす可能性があり、また、取り外しの間に基板１１４の背面を傷付ける場合がある。したがって、基板を汚染すること及び基板表面を傷つけることを防ぐべく、エラストマーで形成されたリフトピン２０８を使用することが考えられるが、エラストマーで形成されたリフトピンは絶縁性を有するため、取り外し工程の間に基板１１４を接地することができない。

以上のように、基板を汚染及び損傷することなく、電荷を取り除くことができる改良された弾性クランプが求められている。

本開示の装置及び方法は、上記の従来技術の問題を解決する。基板が取り外される前に、基板に蓄積された電荷をより効率的に取り除くことができるエラストマーのクランプが開示される。現在、注入後の基板から電荷を取り除くのに使用されている唯一の機構が、リフトピン及びグランドピンである。本開示では、最上層の誘電体層に埋め込まれた導電領域を有する静電クランプ、例えば、シーリングリングに環状の導電領域を有する静電チャックについて説明する。この場合、取り外しの間に基板が向く方向に関係なく、基板の少なくとも一部分が、ワークピース支持台の誘電体層上の導電領域に接触することになる。導電領域は、誘電体層に設けられる導電ビアを使用してグランドと接続されてもよい。ある実施形態では、これらの導電ビアは、基板の背面にガスを供給するのに使用される管である。

本開示の完全な理解を提供するべく、添付の図面を参照して説明するが、図面において同様な要素には同様な参照番号が付与されている。これら図面は、本開示を限定していると解釈されるべきではなく、例示している。

典型的なイオン注入システムを示した図である。 伸びた状態のリフトピンが示された基板を支持するワークピース支持台を示したブロック図である。 縮められた状態のリフトピンが示された基板を支持するワークピース支持台を示したブロック図である。 静電クランプの一実施形態を示した上面図である。 図３の実施形態の断面図である。 図４の拡大図である。 静電クランプの第２実施形態の上面図である。 静電クランプの別の実施形態の上面図である。 静電クランプの別の実施形態の断面図である。

本開示は、処理された基板を扱う装置及び方法の複数の実施形態について記載する。説明を簡潔及び簡易にするために、本開示では、ビームラインイオン注入機で処理される基板を扱う装置及び方法に注目して説明する。しかしながら、当業者であれば、本開示をその他の種類の処理システムに等しく適用可能であることは理解でき、例えば、プラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）システムシステム、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）システム、フラッドイオン注入機、フォーカスプラズマシステム、プラズマシースを変調するシステム、エッチングシステム、光学ベースの処理システム、及び、化学気相成長（ＣＶＤ）システム等に適用可能である。本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態の範囲に限定されない。

以下に開示される実施形態は、基板及び静電クランプの最上層に対して接地のための信頼性の高い低抵抗の経路を提供する。基板が静電クランプからどのように解放されるか及び解放される方向に関係なく、基板の一部分はグランドに接触する。基板の背面から十分に放電させることにより、基板が静電クランプに"張り付いて"、基板が破損する頻度を減らすことができる。

図３に示すように、クランプ３００は、外側環状リング又はシーリングリング３０１を有する。例えば、シーリングリング３０１は、約０．２５インチの幅を有してもよい。図には示していないが、クランプ３００の上面には凹凸が形成されていてもよい。リフトピン３０５は、基板の処理が完了した後に、基板をクランプ３００から持ち上げるのに使用される。基板に更なる接地を提供するべく金属ピン３０２を使用してもよい。その他の実施形態では、金属ピン３０２を設けなくてもよい。

流体管３１０は、基板の背面側にガスを供給するのに使用される。流体管３１０は、図４に示すように、クランプ３００を貫通して、ガスソース３３０に接続されている。すなわち、流体管３１０は、最上層３０４、導電層３０６、絶縁層３０８及び下側部分３２０を貫通してもよい。別の実施形態では、流体管３１０は、底部以外の位置でクランプ３００の外に出てもよく、上記の層の全てを貫通しなくてもよい。流体管３１０の側壁は、導電材料で形成されており、非導電性最上層３０４及び絶縁層３０８においても同様に、流体管３１０の側壁は導電体で形成されている。更に、流体管３１０の側壁に使用される導電体は、導電層３０６における導電体とは電気的に絶縁される。言い換えると、一の層から別の層へと移動しても、流体管３１０の側壁同士は電気的に接続されるが、これら側壁が貫通する層とは電気的に絶縁される。このような導電性側壁は、当技術分野で知られる、プリント回路基板のような既存の技術を使用して形成されてもよい。流体管３１０の側壁は、典型的には接地されている下側部分３２０に電気的に接続されてもよい。別の実施形態では、側壁は、別の接地点と電気的に接続される。このようにして、クランプ３００の最上層３０４を接地接続することが可能となり、接地接続はクランプ３００内に埋め込まれる。

図３に示すように、複数の流体管３１０を、シーリングリング３０１と同心円であり小さな半径を有する環に沿って配置してもよい。一実施形態では、最上面に位置する導電性リング３４０を使用して、複数の流体管３１０の側壁を互いに接続してもよい。この導電性リング３４０は、複数の流体管３１０の側壁に接続される。ある実施形態では、導電性リング３４０は、複数の流体管３１０の全てに接続される。

図２Ｂに示すように、基板１１４が処理される間及び基板１１４が取り外される間、シーリングリング３０１は基板１１４に接触する。したがって、シーリングリング３１０に、１以上の接地コンタクトを設けることが重要である。図３に示す実施形態では、第２導電性リング又は導電性シーリングリング３４５が、シーリングリング３０１上に形成され、１以上の管を介して導電性リング３４０に接続される。ある実施形態では、管３４７は、クランプ３００の直径にわたって延在するスポークである。ある実施形態では、３つの管３４７が使用されるが、設けられる管の数は特に限定されない。

管３４７は、幾つかの目的で使用される。第１に、複数の管３４７は、導電性リング３４０と導電性シーリングリング３４５との間の冗長経路を提供する。導電性リング３４０又は導電性シーリングリング３４５の何れかが壊れた場合には、管３４７が代わりの電流経路となる。第２に、管３４７は、導電性リング３４０と導電性シーリングリング３４５との間の実効抵抗を下げる。

図５は、導電性リング３４０と導電性シーリングリング３４５との間の電気的接続を示した拡大断面図である。この実施形態では、管３４７は、これら導電性リング３４０及び導電性シーリングリング３４５を共に電気的に接続する。導電性リング３４０、導電性シーリングリング３４５及び管３４７は、純粋なアルミニウム又は高濃度ドープＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のような導電材料又は準導電材料で形成されていてもよい。ＣＶＤ（化学気相成長）又はＰＥ ＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）により、このような材料を最上層３０４上に堆積する又は埋め込んでもよい。一実施形態において、アルミニウムのような金属を、最上層３０４の表面に堆積させてもよい。別の実施形態では、金属導電性材料を使用すると、半導体ウェハの汚染につながる場合がある。したがって、別の実施形態では、窒素でドーピングされたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）のような、非金属導電体を使用してもよい。これら非金属導電体を、ＰＥＣＶＤを使用して堆積してもよい。別の実施形態では、金属導電体を最上層３０４上に堆積させて、非金属導電体を金属導電体の上に堆積させてもよい。このように構成することにより、汚染のリスクを下げ、電気的管の導電性を向上させることができる。

図４は、図３のクランプ３００の断面図である。上記したように、静電クランプ３００の下側部分３２０は、典型的には金属で形成されており、グランドに接続される。ある実施形態では、流体管３１０の側壁は静電クランプ３００の下側部分３２０に接触して、接地される。別の実施形態では、流体管３１０の複数の側壁は、異なる接地源に接続される。

図３には、静電クランプ３００の直径にわたって延在する管３４７が示されている。しかしながら、その他の実施形態も可能である。例えば、管３４７は、図６に示すように、導電性リング３４０から外側に向かって導電性シーリングリング３４５までにのみ延在してもよい。

別の実施形態では、流体管３１０の側壁は、導電性リング３４０を使用することなく、導電性シーリングリング３４５と電気的に接触していてもよい。図７には、流体管３１０それぞれの側壁が、導電性シーリングリング３４５に電気的に接続される実施形態が示されている。その他の実施形態では、複数の側壁のサブセットを、導電性シーリングリング３４５に接続する。

流体管３１０を利用して、クランプ３００の最上層に接地接続を提供するその他の構成を利用してもよく、これについても本開示の範囲に含まれる。

ある実施形態では、導電性シーリングリング３４５は、恒久的にグランドに接続されている。これは、最上層３０４は通常高い抵抗値を有することから、接地された導電性シーリングリング３４５の効果が制限される。しかしながら、ある実施形態では、シーリングリング３４５は、断続的にグランドに接続されてもよい（すなわち、動的な接地接続）。例えば、スイッチ又はその他のデバイスを使用して、電極が動的に静電場を生成している間は、流体管３１０の又は導電性シーリングリング３４５のグランド接続を中断してもよい。言い換えると、シーリングリング３４５とグランドの間に直列にスイッチを設け、スイッチを起動すると、グランドへの接続がイネーブル又はディセーブルされる構成にしてもよい。導電層３０６がアクティブでない時には、接地接続を回復させてもよい。このように改良することで、クランプ３００の最上層３０４の接地が、静電力によるクランプの力に影響を最小にする又は全く与えないようにすることができる。

一実施形態では、最上層３０４の接地のために流体管３１０を使用したが、その他の実施形態が可能である。例えば、図８に示すように、流体管３１０とは異なる導電領域を使用して、最上層３０４に接地を提供する導電経路３６０を形成してもよい。このような領域が、クランプ３００に埋め込まれてもよい。例えば、各層は、層３０４、３０６、３０８それぞれの一領域が導電材料で形成され、組み立てられると、導電体の領域が並び、最上層３０４への導電経路３６０が形成されるように構成されてもよい。これら領域を、接地された下側部分３２０又は別のグランドに接続することができる。ある実施形態では、このような領域が、導電経路３６０がシーリングリング３０１で終端するように配置されてもよい。１以上の領域を使用して、導電性シーリングリング３４５をグランドに接続する導電経路３６０を形成することができる。別の実施形態では、導電経路３６０は、シーリングリング３０１から離れた位置に設けられ、管３４７（図７参照）のような導電性の管を最上層３０４に付加して、導電性シーリングリンク３４５を導電性経路３６０に接続してもよい。更なる別の実施形態では、導電性経路３６０は、クランプ３００の外縁に沿って位置する。

本開示は、上記で説明された特定の実施形態に範囲を限定されない。本開示に対して、上記の実施形態に加えて、その他の実施形態及び変更例が、添付の図面及び上記の説明から当業者に明らかである。したがって、このようなその他の実施形態及び変形例も本開示の範囲に含まれることを意図している。更に、本開示が特定の環境下において特定の目的で特定の実装形態を参照して説明されたが、当業者であれば、利用可能性はこれらに限定されず、本開示をその他の数多くの目的及び環境に実装可能であることは理解できる。

Claims (10)

1. 基板を保持するクランプであって、
   前記基板と接触し、非導電性材料で形成されている最上層と、
   ガスソースと、
   前記クランプに埋め込まれ、前記ガスソースから前記最上層へとガスを搬送する管と、
   前記最上層を囲む導電性の外側環状リングと、
   前記外側環状リングと、導電性材料で形成されている前記管の側壁との間の接続とを備え、
   前記側壁は、グランドと接続されているクランプ。
2. 前記接続は、前記最上層の上に堆積された又は前記最上層に埋め込まれた第１導電材料を含む請求項１に記載のクランプ。
3. 前記接続は更に、前記第１導電材料の上面に堆積される第２材料を含む請求項２に記載のクランプ。
4. 前記第１導電材料を金属を含み、
   前記第２材料は、非金属の導電材料を含む請求項３に記載のクランプ。
5. 前記最上層の下に設けられる下側部分を更に備え、
   前記下側部分は、金属を含み、接地され、
   前記側壁は、前記下側部分と接続されている請求項１から４の何れか一項に記載のクランプ。
6. 環状に配置された複数の流体管と、
   前記最上層に堆積された又は前記最上層に埋め込まれた導電性リングを更に備え、
   前記複数の流体管はそれぞれ、導電性の側壁を有し、
   前記導電性リングは、前記複数の流体管の前記側壁間を接続する請求項１から５の何れか一項に記載のクランプ。
7. 前記導電性リングと前記導電性の外側環状リングとの間の複数の接続を更に備える請求項６に記載のクランプ。
8. 前記複数の接続は、前記最上層の直径に渡って延在する請求項７に記載のクランプ。
9. 非導電性リフトピンを更に備える請求項１から８の何れか一項に記載のクランプ。
10. 前記クランプは、グランドピンを使用しない請求項１から９の何れか一項に記載のクランプ。

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