JP2017530545A - 静電チャックのためのガス効率の向上 - Google Patents

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Abstract

ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの部分は、静電チャックに供給される。ガスの部分は、圧縮機を介して再循環される。ガスの第２部分の圧力は、増加される。ガスの第２部分は、ガス貯蔵装置に貯蔵される。

Description

優先権の主張
本出願は、２０１４年９月１２日に出願され「静電チャックのためのガス効率の向上」と題された先の米国仮特許出願第６２／０４９，９６３号及び２０１４年１０月３１日に出願され「静電チャックのためのガス効率の向上」と題された米国特許非仮出願第１４／５２９，９８５号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に援用される。
分野
本発明の実施形態は、電子デバイス製造の分野に関し、特に、静電チャックにガスを提供することに関する。
背景
一般的に、プラズマ処理システムでは、光子、イオン、及び他のプラズマ粒子が、ウェハに衝突し、ウェハを加熱する。プラズマ処理のために、ウェハは、処理チャンバ内の静電チャック上に配置される。典型的には、Ｅチャックとウェハとの間の熱伝達を高めるために、ウェハの裏面にガス（例えば、ヘリウム）が使用される。抵抗の少ないガスを導入するために、チャック内には溝がフライス加工される。チャック上の溝に入るガスは、ウェハの下に拡散し、ウェハの下でチャンバ内に漏れる可能性がある。
典型的には、チャック上の研磨された外側シールバンドとウェハの裏側の表面との間の良好なシールのために、わずかな量のヘリウム裏面ガスのみが（例えば、約０．５標準立方センチメートール毎分（ＳＣＣＭ）の流量で）チャックを通過する。（約１９．５ＳＣＣＭの流量の）裏面のヘリウムの大部分は、真空システム内のオリフィスを通って廃棄（除去）される。これは、裏面の高価な熱伝達ガスを使用する効率的な方法ではない。
現在、政府の規制及びヘリウムの増加したコストのために、多くの製造業者が静電チャックの裏面ガスとしてヘリウム以外のガス（例えば、窒素及びアルゴン）を使用している。窒素及びアルゴンは、いくつかのプラズマツールにとって容認できない電気イオン化ポテンシャル及び熱特性に重大な制限を有する。
更に、特定のプラズマ条件でのアルゴン及び窒素の裏面ガスは、導電路及びアークの問題を有する。これらの問題は、プラズマ処理設計を著しく制限し、製造コストを増大させる欠陥（例えば、穴、マーク、他の欠陥）の発生及びウェハの損傷を招く。
概要
静電チャック（ｅチャック）用のガスの効率を高める方法及び装置が記載されている。ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。
一実施形態では、ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。ガスの第２部分の圧力は、圧縮機によって増加される。ガスの第２部分は、ガス貯蔵装置に貯蔵される。
一実施形態では、ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせである。
一実施形態では、ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスの第２部分は、第１時間間隔の間、オリフィスを介して真空ラインに供給される。ガスの第２部分は、再循環ラインに供給され、第２時間間隔の間、圧縮機を通して送られる。
一実施形態では、ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスの第１部分に対する圧力設定点が決定される。較正曲線が得られる。ｅチャックへの圧力設定点のために供給されるガスの第１部分の流量は、総流量と較正曲線からのその圧力での流量との間の差に基づいて計算される。ｅチャックへ供給されるガスの第１部分は、ガス圧力と、ＥＳＣの外側シールバンドとウェハ裏面との間のシールとに基づいて制御される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。
一実施形態では、流れの第１部分が閉じられた状態で、入口を通してガスが受け入れられる。較正曲線を生成するために、第２部分のみを通って流れる間の複数の圧力値でのガスの流れが測定される。ガスの第１部分は、較正曲線を用いて推定された流速でｅチャックに供給される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。
一実施形態では、ガスは、入口を通して受け入れられる。ガスの第１部分は、ｅチャックに供給される。ガスが入口を通して供給されているかどうかが判定される。ガスが入口に供給される場合、トリガー信号が圧縮機に送信される。ガスの第２部分は、圧縮機を介して再循環される。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。圧縮機は、第２出口に結合され、ガスの第２部分の圧力を増加させる。ガス貯蔵装置は、ガスの第２部分を貯蔵するために圧縮機に結合される。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせである。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。コントローラは、第１時間間隔の間、オリフィスを通して真空ラインにガスの第２部分を供給するように制御し、第１出口における流れを計算する第１構成を有する。コントローラは、第２時間間隔の間、ガスの第２部分を再循環させるのを制御する第２構成を有する。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。コントローラは、ガスの第１部分の圧力設定値を決定する第３構成を有する。コントローラは、ガスのための較正曲線を得る第４構成を有する。コントローラは、圧力設定点に対する較正曲線に基づいて、ｅチャックに供給されるガスの第１部分の流量を推定する第５構成を有する。コントローラは、推定された流量に基づいてガスの第１部分を制御する第６構成を有する。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。コントローラは、較正曲線を生成するために複数の圧力値でガスの流れを測定するのを制御する第７構成を有する。ガスの第１部分は、較正曲線を用いてｅチャックに供給される。
一実施形態では、ｅチャック用のガスの効率を高めるシステムは、ガスを受け入れる入口を含む。第１出口は、ガスの第１部分をｅチャックに供給するために入口に結合される。第２出口は、第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる。コントローラは、入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合される。コントローラは、ガスが入口を通って供給されるかどうかを判定するのを制御する第８構成を有する。コントローラは、ガスが入口に供給される場合に、圧縮機へのトリガー信号の送信するのを制御する第９構成を有する。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、ガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、ガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程と、圧縮機によってガスの第２部分の圧力を増加させる工程と、ガスの第２部分をガス貯蔵装置に貯蔵する工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、ガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、第１時間間隔の間、オリフィスを介してガスの第２部分を真空ラインに供給する工程と、第２時間間隔の間、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、ガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、ガスの第１部分のための圧力設定点を決定する工程と、ガスの較正曲線を得る工程と、較正曲線に基づいて圧力設定点に対するｅチャックにおけるガスの第１部分の流量を推定する工程と、推定された流量に基づいてガスの第１部分を制御する工程と、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、較正曲線を生成するために複数の圧力値でガスの流れを測定する工程と、較正曲線を使用して決定された流量でガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
一実施形態では、持続性マシン可読媒体は、データ処理システムによって実行されたときに、入口を通してガスを受け入れる工程と、ガスの第１部分をｅチャックに供給する工程と、ガスが入口を通って供給されているかどうかを判定する工程と、ガスが入口に供給されている場合に、圧縮機にトリガー信号を送信する工程と、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む。
本発明の実施形態の他の構成は、添付図面及び以下の詳細な説明から明らかであろう。
本明細書で説明されるような実施形態は、例として示されており、同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面の図に限定されない。
本発明の一実施形態に係る静電チャック用のガス使用効率を高める装置を示す。 本発明の一実施形態に係るｅチャック用のガス使用効率を高める方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る静電チャック用のガスの効率を高める装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、弁を周期的に開閉するために提供される電気信号を示す例示的なグラフを示す。 本発明の一実施形態に係る、静電チャックにおける裏面ガス用の較正曲線を生成する方法のフローチャートである。 ガス圧力に対する漏れ速度を示すグラフを示す。 本発明の一実施形態に係る、静電チャック用のガスの効率を高める方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、静電チャック用のガスの効率を高める方法のフローチャートである。 静電チャック用のガスの効率を高めるための１以上の方法を実行する処理チャンバシステムの一実施形態のブロック図を示す。 本発明の一実施形態に係る、ｅチャック用のガスの効率を高める統合システムを示すブロック図である。 本明細書で説明する方法を実行するためのデータ処理システムの例示的な一実施形態のブロック図を示す。
詳細な説明
以下の説明では、本発明の１以上の実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細（例えば、特定の材料、化学物質、要素の寸法など）が示される。しかしながら、当業者には、本発明の１以上の実施形態が、これらの特定の詳細なしに実施され得ることは明らかであろう。他の例では、半導体製造プロセス、技術、材料、設備などは、この説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために詳細には記載されていない。当業者であれば、含まれる説明によって、過度の実験をすることなく適切な機能を実現することができるであろう。
本発明の特定の例示的な実施形態が記載され、添付図面に図示されているが、そのような実施形態は単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、当業者にとって改変は起こり得るので、本発明は、図示され記載される特定の構成及び配置に限定されないことを理解すべきである。
本明細書を通して、「１つの実施形態」、「別の一実施形態」、又は「一実施形態」は、その実施形態に関連して説明される特定の構成、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通した様々な箇所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という表現の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているわけではない。更に、特定の構成、構造、又は特性は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
更に、本発明の態様は、単一の開示された実施形態のすべての構成よりも少ないものである。したがって、詳細な説明の後に続く特許請求の範囲は、本発明の別の実施形態としてそのままで有効である各請求項によって、この詳細な説明に明確に組み込まれる。本発明をいくつかの実施形態に関して説明したが、当業者は、本発明が記載された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で改変及び変更して実施できることを認識するであろう。したがって、この説明は、限定するものではなく例示的なものとみなされるべきである。
静電チャック（ｅチャック）におけるガス使用の効率を高める方法及び装置が記載されている。ガスは入口を介して受け入れられる。ガスの部分は、ｅチャックに供給される。真空ラインに廃棄される代わりに、ガスの残りの部分は、オリフィスを通って圧縮機へ、入口及びガス貯蔵装置の少なくとも１つへ戻され再循環される。
ガスの第１部分をｅチャックに供給し、圧縮機を介してガスの第２部分を入口に戻して再循環させることは、ｅチャックのための裏面ガス使用の効率を少なくとも約４０倍増加させることによる長所を提供する。ＢＳＧの約９５パーセント（％）超が、入口に戻って再循環され、常に真空システム内のオリフィスを介して廃棄されているわけではない。裏面ガスの使用量は無視できる量に減少し、製造コストを節約しながらヘリウムガスを有利に使用することができる。
更に、本明細書に記載されるようなｅチャックにおけるガス使用の効率を高める方法及び装置は、既存のプラズマ処理ハードウェアを有利に使用することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る静電チャック用のガス使用効率を高めるための装置１００を示す。ガス供給システム１１１は、少なくとも２つの出口を有するサーボ装置１０６を含む。
別の実施形態では、サーボ装置１０６は、ガス流を所定の設定点に調整するために、圧力検出負帰還、流量検出負帰還、又はその両方を使用する自動装置である。出口１２１はｅチャック１０８に結合され、出口１２２は制御弁１０７に結合される。ガス１０１は、ガス供給システム１１１の入口を介して圧力サーボ装置１０６に送られる。ガス１０１は熱伝達ガス、又はｅチャックに供給される他のガスである。一実施形態では、ガス１０１は、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせである。ガス１０１の部分１０２は、ガスサーボ装置１０６の出口１２１を介して静電チャック（ｅチャック）１０８に供給される。一実施形態では、部分１０２の圧力は、ｅチャック１０８における圧力設定点に一致するように調整される。一実施形態では、ｅチャック１０８における圧力設定点は、約６トール〜約３０トールである。出口１２２を介して制御弁１０７に供給されるガス１０１の部分１０３は、図１に示されるように、再循環ライン１０４を通ってガス供給システム１１１の入口に戻って再循環される。一実施形態では、ガス１０１の再循環された部分１０３の圧力は、圧縮機（図示せず）によって増加される。一実施形態では、ガスの再循環された部分１０３の圧力は、部分１０２が入口における圧力と一致する圧力を有するように増加される。一実施形態では、入口における圧力は、約１０ｐｓｉ〜約２５ｐｓｉである。より具体的な実施形態では、入口における圧力は、約１５ｐｓｉである。一実施形態では、圧縮機によって圧縮された後のガス１０１の再循環された部分１０３は、将来の使用のためにガス貯蔵装置（図示せず）に貯蔵される。
一実施形態では、第１時間間隔の間、真空ポンプライン１０５を使用して廃棄するために、オリフィスを通ってガス１０１の部分１０３を向けるために、制御弁１０７が開かれる。最初の部分の漏れ速度が、その区間で計算される。一実施形態では、制御弁１０７は、真空ポンプライン１０５内のガスの損失を制限するために、第１時間間隔よりも長い第２時間間隔の間、ガス１０１の部分１０３を再循環ライン１０４に向けるように閉じられる。一実施形態では、廃棄の頻度が調整され、その結果、大部分のガスが再循環ラインにフィードバックされる。
ｅチャック１０８は、導電性ベース１１２上に絶縁部１１３を含む。電極１１４は、絶縁部１１３内に埋め込まれて、ウェハ１０９をクランプするための吸引力を生成する。一実施形態では、絶縁部１１３は、電子デバイス製造分野の当業者に知られている、セラミックス、ポリイミド、又は任意の他の誘電材料である。一実施形態では、導電性ベース１１２は、電子デバイス製造分野の当業者に知られている、アルミニウム、他の耐久性金属、他の導電性材料、又はそれらの任意の組み合わせである。
図１は１つの電極１１４を示しているが、バイポーラｅチャック用に絶縁部１１３内に一対の同一平面電極を埋め込むことができる。絶縁部１１３は、ワークピース１０９を支持するための上面を有する。ワークピース１０９は、チャッキング電圧が印加されると、チャック１０６の上面に向かって引き寄せられ、静電的にクランプされる。
一実施形態では、ワークピース１０９は、半導体ウェハ（例えば、シリコン、ゲルマニウム、又は任意の他の半導体ウェハ）である。少なくともいくつかの実施形態では、ワークピース１０９は、集積回路、パッシブな（例えば、コンデンサ、インダクタ）及びアクティブな（例えば、トランジスタ、光検出器、レーザ、ダイオード）マイクロ電子デバイスのいずれかを作るための任意の材料を含む。ワークピース１０９は、そのようなアクティブ及びパッシブマイクロ電子デバイスを、それらの上に形成された１以上の導電層から分離する絶縁（例えば、誘電体）材料を含むことができる。一実施形態では、ワークピース１０９は、１以上の誘電体層（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、サファイア、及び他の誘電材料）を含むシリコン（「Ｓｉ」）基板である。一実施形態では、ワークピース１０９は、１以上の層を含むウェハ積層体である。ワークピース１０９の１以上の層は、導電性、半導電性、絶縁性、又はそれらの任意の組み合わせの層を含むことができる。
少なくとも１つの冷却チャネル（例えば、冷却チャネル１１５）が、ｅチャック１０８を貫通して形成され、ガス供給システム１１１からのガス１０９の部分１０２をワークピース１０９の裏面とチャック１０８の上面との間の隙間空間１１６に供給する。一実施形態では、ワークピース１０９の裏面全域に亘るガスの均一な分布を確実にするために、静電チャック１０８の上面にガス分配溝（図示せず）が設けられる。当業者であれば、任意のパターン及び配置のガス分配溝（ならびに溝の使用が全くない）は、本発明の実施形態の範囲内にあることを理解するであろう。一実施形態では、ｅチャック１０８での適切な熱伝達を提供するための裏側ガスの圧力は、約６トール〜約３０トールであり、より具体的な実施形態では、約１２トールである。
図２は、本発明の一実施形態に係るｅチャックのガス使用効率を高める方法２００のフローチャートである。操作２０１では、熱伝達ガスが入口を通して受け入れられる。操作２０２では、ガスの第１部分がｅチャックに供給される。操作２０３では、図１に関して上述したように、ガスの第２部分が、オリフィスを通して圧縮機に、入口及びガス貯蔵装置の少なくとも１つに再循環される。
図３Ａは、本発明の一実施形態に係る静電チャックのためのガスの効率を高めるための装置３００を示す図である。装置３００は、加圧ガス３３１を受け入れるための入口３０１及び入口弁３０２を含む。加圧ガス３３１は、例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせを含む。入口弁３０２を開くと、ガス３３１の流れは、流量計３０３、制御弁３０４、及び圧力センサ３０５を含む流量制御部へと通過する。一実施形態では、弁３０２は空気遮断弁である。一実施形態では、圧力センサ３０５は、バラトロンマノメータ、又は電子デバイス製造分野の当業者に知られている任意の他のガス圧力測定デバイスである。
流量制御部において、圧力センサ３０５は、ガス流３３１の実際の圧力を測定する。測定された圧力は、所定の圧力設定点と比較され、測定された圧力が所定の圧力設定点に一致しない場合、制御弁３０４の開度は、実際の圧力と圧力設定点とが一致するように調整される。制御弁３０４は、ソレノイド制御弁、又は当業者に知られている気体の圧力を調節する任意の他の制御弁とすることができる。ガス３３１の流れは、流量計３０３によって監視される。流量計３０３は、当業者に知られているガス流を測定するための質量流量計（例えば、ＭＫＳ Ｍａｓｓ−Ｆｌｏ（商標名）メータ又は任意の他の流量計）とすることができる。流量計３０３は、裏面のウェハ冷却用に使用される特定のガスに対して較正される。一実施形態では、流量計３０３は、所定の流量設定点に対するガス３３１の流量を測定及び制御する質量流量コントローラである。流れ制御部の下流で、ガス３３１の部分３０７は、弁アセンブリ３０６を介して静電チャック３０８に向けられる。一実施形態では、ガス３３１の部分３１７は、オリフィス３０９を通過し、再循環ラインを介して入口弁３０２へと戻される。別の一実施形態では、再循環ラインの前にオリフィスが存在しないように、オリフィス３０９が真空弁３１１と真空ポンプ３１６との間に配置される。この実施形態では、ガス３３１の部分３１７は、再循環ラインを介して入口弁３０２に直接戻される。一実施形態では、弁アセンブリ３０６は、制御弁を含む。
一般的に、制御弁は、設定点と実際のパラメータ値とを比較するコントローラから受け取った信号に応答して開閉することによって、ガスパラメータ（例えば、流量、圧力）を制御するために使用され、実際のパラメータ値は、そのようなパラメータの変化を監視するセンサによって提供される。制御弁の開閉は、典型的には、電気信号又は空気圧信号に基づく電気、油圧又は空気圧アクチュエータによって自動的に行われる。一実施形態では、弁アセンブリ３０６は、制御弁に結合された質量流量コントローラを含み、所定の流量設定点に対するガス３３１の部分３０７の流量を測定及び制御する。一実施形態では、部分３０７の所定の流量設定点は、約０．２ＳＣＣＭ〜約２ＳＣＣＭの適切な範囲内にあり、より具体的な実施形態では、約０．５ＳＣＣＭである。
別の一実施形態では、弁アセンブリ３０６は、制御弁に結合された圧力コントローラを含む。圧力コントローラは、ｅチャック３０８に入るガス部分３０７の圧力を調整するように配置される。実際の圧力測定値が設定点の値よりも低い場合、圧力コントローラは制御弁を開き、ｅチャックに入るガスの量を増加させる。弁が開くと、ガス部分３０７は、ｅチャックに入るので、圧力が上昇して設定点の値を満たすように上昇する。実際の圧力測定値が設定値よりも高い場合、圧力コントローラは、弁を閉じて、ｅチャック３０８に入るガス部分３０７の量を減少させる。弁が閉じると、ｅチャック３０８に入るガスが少なくなるので、設定点の値を満たすように圧力が低下する。
再循環ラインは、制御弁３１２を含む。制御弁３１２は、部分３１７を圧縮機３１３に向けるために開く。ガス３３１の部分３１７の圧力は、上述のように圧縮機によって増加される。一実施形態では、トリガー信号３１５が送信されて圧縮機をオンにする。再循環ラインにガスがあることを示すために、トリガー信号が圧縮機に送られる。ガス３３１の圧縮された部分３１７は、ガス貯蔵装置３１４に貯蔵される。ガスは、ガス貯蔵装置３１４から弁３３２を通って入口弁３０２に戻される。一実施形態では、ガス３３１の部分３１７は、オリフィス３０９を通って真空ポンプ３１６に接続された真空ラインへと向けられる。一実施形態では、真空ラインは、ガスの部分３１７を真空ポンプ３１６に供給するために開く制御弁を含み、これによってオリフィス３０９を介したガス部分３１７の真空への制御された「ブリード（放出）」が提供される。一実施形態では、オリフィス３０９は、固定オリフィスである。別の一実施形態では、オリフィス３０９は、調整可能なオリフィスである。
一般的に、ブリードの目的は、圧力制御システムが「デッドエンド」しないことを保証することである。ウェハを通過する漏れは典型的には非常に低いので、制御されたブリードは、圧力設定点へのより迅速な応答のために追加の圧力解放を提供する。オリフィス３０９のサイズは、流量計３０３によって測定されるガス流量の範囲に依存する。典型的には、流量計によって測定されるガス流量が多いほど、オリフィスのサイズは大きくなる。
一実施形態では、ガス３３１の部分３１７は、第１時間間隔の間、真空ライン上に廃棄するためにオリフィスを通して供給され、第２時間間隔の間、再循環ラインに供給され、入口へと戻る。一実施形態では、ガスの損失を制限するために、再循環ラインが開放される時間間隔よりも短い時間間隔の間に廃棄ラインが開放される。一実施形態では、弁３１１を閉じ、弁３１２を開くために電気信号が送信され、再循環ラインを通してガスが入口に戻される。一実施形態では、弁３１２を閉じ、弁３１１を開くために電気信号が送信され、電気信号が閉じ弁３１２に送られ、弁３１１が開放されて、廃棄真空ラインを通してガスを送り込む。
図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る、弁３１１及び３１２を周期的に開閉するために提供される電気信号を示す例示的なグラフ３１０を示す。グラフ３１０は、時間３２１に対する電気信号の振幅３２２を示すグラフである。例えば、曲線３２３は、時間間隔３２４の間に弁３１１を開き、時間間隔３２５の間に弁３１１を閉じる信号を表す。例えば、曲線３２６は、時間間隔３２４の間に弁３１２を閉じ、時間間隔３２５の間に弁３１２を開く信号を表す。一実施形態では、時間間隔３２５は時間間隔３２４より長い。別の一実施形態では、時間間隔３２５は時間間隔３２４より短い。別の一実施形態では、時間間隔３２５は時間間隔３２４と同様である。一実施形態では、ガスを廃棄するために真空ラインが開かれる時間間隔３２４は、約３秒以下である。一実施形態では、再循環ラインが開かれる時間間隔３２５は、約３秒より長い。より具体的な実施形態では、時間間隔３２５は、約６０秒である。
図４Ａは、本発明の一実施形態に係る静電チャックにおける裏面ガス用の較正曲線を生成する方法４００のフローチャートである。操作４０１では、ガスが入口を通して供給される。ガスは、上記のガスのうちの１つである。操作４０２では、ガスが固定オリフィスを通って真空ラインに向けられるとき、オリフィスを通るガスの流量が複数の圧力値で測定される。一実施形態では、ガスの流量は、流量計（例えば、図３に示される流量計３０３）を使用して測定される。ｅチャックに入るガスの圧力値は、圧力センサ（例えば、圧力センサ３０５）を用いて測定される。オリフィスを通って真空ラインへと通過するガスの部分の流量は、オリフィスの大きさによって決定される。この実施形態では、ｅチャックにおけるガスの部分の流量（漏れ速度）は、測定された流量と、オリフィスを通って真空ラインへと通過するガスの流量との間の差として計算される。別の一実施形態では、漏れ速度は、弁アセンブリ（例えば、弁アセンブリ３０６）を使用して採取された複数の圧力値で測定される。操作４０３では、圧力値の関数としての漏れ速度を示す較正曲線が生成される。操作４０４では、較正曲線が、データ処理システムのメモリに記憶される。
図４Ｂは、ガス圧力４１１に対する漏れ速度４１２を示すグラフ４１０を示す。ガスに対する較正曲線４１３は、図４Ａに関して上述したように、複数の圧力値で流量を測定することによって生成される。所定の圧力設定点に対する漏れ速度の値は、較正曲線を使用して推定される。図４Ｂに示されるように、曲線４１３によれば、圧力設定点４１４に対する漏れ速度値は値４１５である。
図５は、本発明の一実施形態に係る、静電チャック用のガスの効率を高める方法５００のフローチャートである。操作５０１では、静電チャックにおけるガスの圧力設定点が決定される。圧力設定点は、ｅチャックで所望の熱伝達が達成される裏面ガス圧力である。ｅチャックにおけるガスの圧力設定点は、例えば、データ処理システムのメモリに記憶されたプラズマ処理レシピから決定することができる。操作５０２では、ガスに対する較正曲線が決定される。一実施形態では、ガスに対する較正曲線は、データ処理システムのメモリから検索される。操作５０３では、上述したように、較正曲線及び圧力設定点を使用して、ｅチャックにおけるガスの流量（漏れ速度）が推定される。操作５０４では、上述したように、入口を通してガスが受け入れられる。操作５０５では、上述したように、ガスの第１部分がｅチャックに供給される。操作５０６では、上述したように、ガスの第２部分がオリフィスを通って真空ラインに供給される。操作５０７では、ｅチャックにおけるガスの流量（漏れ速度）が推定流量と一致するかどうかが判定される。漏れ速度は、弁アセンブリ（例えば、図３に示される弁アセンブリ３０６）を使用して測定することができる。測定された漏れ速度が推定された漏れ速度と一致しない場合、方法５００は、操作５０６に戻る。測定された漏れ速度が、推定された漏れ速度と一致した場合、漏れ速度は安定化され、操作５０８では、上述したように、ガスの第２部分が再循環ラインに供給される。操作５０９では、トリガー信号が圧縮機によって受信されるかどうかが判定される。トリガー信号は、再循環ラインにガスがあることを示すために圧縮機に送信される。トリガー信号が圧縮機によって受信された場合、操作５１０では、上述したように、圧縮機は、再循環ライン内のガスの圧力を増加させるためにオンになる。トリガー信号が圧縮機によって受信されない場合、方法５００は操作５０４に戻る。操作５１１では、上述したように、圧縮された第２ガス部分は、ガス貯蔵装置に貯蔵される。
図６は、本発明の一実施形態に係る静電チャック用のガスの効率を高める方法６００のフローチャートである。操作６０１では、上述したように、入口を通してガスが受け入れられる。操作６０２では、上述したように、オリフィスを通して真空ラインにガスを向ける弁（例えば、弁３１１）が、第１時間間隔の間、開かれる。操作６０３では、ｅチャックにおけるガスの流量（漏れ速度）が推定される。漏れ速度は、図４Ａ及び図４Ｂに関して上述したように、複数の圧力値でガス流量を測定して較正曲線を得ることによって推定することができる。操作６０４では、上述したように、真空ラインへの弁が、第２時間間隔の間、閉じられる。操作６０５では、上述したように、ガスの第１部分が、推定された漏れ速度でｅチャックに供給される。操作６０６では、上述したように、ガスの第２部分は、入口に戻され再循環される。操作６０７では、ｅチャックにおける漏れ速度がチェックされる必要があるかどうか判定される。ｅチャックにおける漏れ速度がチェックされる必要がある場合、方法６００は操作６０３に戻る。ｅチャックにおける漏れ速度がチェックされる必要がない場合、方法６００は、上述したように、ガスの第２部分を入口へ戻して再循環されることを含む操作６０８を続ける。
図７は、上述したように、静電チャック用のガスの効率を高めるための１以上の方法を実行するための処理チャンバシステム７００の一実施形態のブロック図を示す。図７に示されるように、システム７００は、温度制御された静電チャック台７０２を含む処理チャンバ７０１を有する。ワークピース７０３は、静電チャック台７０２上に配置される。ワークピース７０３は、上述のワークピースのうちの１つを表す。ワークピース７０３は、開口部７１８を通してロードされ、温度制御された静電チャック７０２にクランプされる。一実施形態では、ガス７０４は、ＥＳＣ７０２とワークピース７０３との間を通過する。ガス７０４は、上述のガスのうちの１つを表す。ＤＣ電極７０８は、上述したように、静電チャック７０２内に埋め込まれている。ＤＣ電源７２４は、ＤＣ電極７０８に接続されている。ガス供給システム７１７からガス７０４を供給するために、複数の冷却チャネル７０９が形成されている。ガス供給システムは、図１及び図３に示したシステムのうちの１つを表す。
プラズマ７０７は、高周波電界を用いて１以上の処理ガス７１６から生成される。図９に示されるように、圧力制御システム７２３は、処理チャンバ７０１に圧力を提供し、ＤＣバイアス電源７０４は、ＤＣバイアス電圧をＤＣ電極７０８に供給する。図７に示されるように、チャンバ７０１は、ＲＦソース電源７０６と、２つのＲＦバイアス電源７２０、７２１とに結合され、プラズマ７０７を生成する。ＲＦバイアス電源７２０、７２１のうちの少なくとも１つがＥＳＣ７０２に印加され、ワークピースの近くに指向性電界を生成する。チャンバ７０１は、排気口７１０を介して排気される。排気口７１０は、真空ポンプシステム（図示せず）に接続され、チャンバ内で処理中に生成される揮発性化合物を排出する。図７に示されるように、処理ガス７１６は、質量流量コントローラ７２５を介してチャンバ７０１に供給される。プラズマ電力がチャンバ７０１に印加されると、プラズマ７０７がワークピース７０３の上の処理領域に形成される。プラズマバイアス電力７２０がＲＦ整合器７１９を介してチャック７０２に結合され、プラズマを励起する。プラズマバイアス電力７２０は、典型的には、約２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数を有する。二重周波数バイアス電力を供給するために、例えば、約２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで動作するプラズマバイアス電源７２１を供給することもできる。プラズマソース電源７０６は、プラズマ発生要素７０５（例えば、シャワーヘッド）に結合され、プラズマを励起するための高周波源ソース電力を提供する。プラズマソース電源７０２は、典型的には、プラズマバイアス電源７２０よりも高い周波数を有し、特定の一実施形態では、６０ＭＨｚ帯域内にある。一実施形態では、プラズマチャンバ７０１は、容量結合プラズマチャンバである。別の一実施形態では、プラズマチャンバ７０１は、誘導結合プラズマチャンバである。
図７に示されるように、システム７００は、本明細書で説明されるように、１以上の方法を実行するためにチャンバ７０１に結合されたコントローラ７１１を含む。コントローラ９０１は、プロセッサ７１２と、プロセッサ７１２に結合された温度コントローラ７１３と、プロセッサ７１２に結合されたメモリ７１４と、プロセッサ７１２に結合された入出力デバイス７１５とを含む。一実施形態では、メモリ７１４は、上述したように、ｅチャックにおけるガスの漏れ速度を決定するための較正曲線を記憶するように構成される。コントローラ９１１は、ソフトウェアでもハードウェアでもよく、あるいはその両方の組み合わせでもよい。処理システム７００は、例えば、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）によって製造されたチャンバが挙げられるが、これに限定されない、当該技術分野で知られている高性能半導体処理チャンバのうちの任意のタイプとすることができる。他の市販の半導体チャンバを使用して、本明細書に記載されるような方法を実施してもよい。
図８は、本発明の一実施形態に係る、ｅチャック用のガスの効率を高める統合システム８００を示すブロック図である。システム８００は、複数のサブシステム（例えば、サブシステム８０１及びサブシステム８０２）を含む。サブシステムのそれぞれは、複数の処理チャンバ（例えば、チャンバ８０３）を含む。チャンバ８０３は、図７に示されるような処理チャンバ、又は任意の他の処理チャンバとすることができる。処理チャンバの各々は、ｅチャック（例えば、ｅチャック８０４）を含む。ｅチャック８０４は、本明細書で説明されるようなｅチャックのうちの１つを表す。ガスは、ガス供給システム（例えば、ガス供給システム８０５）によってｅチャックのそれぞれに供給される。ガス供給システム８０５は、図１に示されるガス供給システム１１１、又は本明細書で説明されるようなｅチャックのためのガス使用の効率を高める任意の他のガス供給システムを表す。各ガス供給システムは、ガスを受け入れる入口（例えば、入口８０６）を有する。各ガス供給システムは、本明細書に記載されている、受け取ったガスの一部分を対応するｅチャックに供給するための出口を有する。各ガス供給システムは、上述したように、再循環ライン（例えば、再循環ライン８０９）を介してガスの一部分を再循環させて入口に戻す出口８０７を有する。圧縮機８１１は、本明細書で説明されるように、再循環ラインのそれぞれに結合され、ガスの再循環された部分の圧力を増加させる。ガス貯蔵装置８１２は、本明細書で説明されるように、加圧ガスを貯蔵するために圧縮機８１１に結合される。加圧ガス８１３は、貯蔵装置からガス供給システム（例えば、システム８０５）の各々の入口に戻される。コントローラ８１４は、本明細書に記載された方法を実行するための、ガス供給入口、出口、圧縮機、及びガス貯蔵装置の各々を制御するために結合される。
図９は、本明細書で説明される方法を実行するためのデータ処理システム９００の例示的な実施形態のブロック図を示す。データ処理システム処理９００は、図１〜図８に関して本明細書で説明されるように、コントローラ７１１、コントローラ８１４、又は静電チャック用のガスの効率を増加させるのを制御する任意の他のデータ処理システムを表す。代替実施形態では、データ処理システムは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内の他のマシンに接続（例えば、ネットワーク接続）されていてもよい。データ処理システムは、クライアント−サーバネットワーク環境内のサーバ又はクライアントマシンの能力において、又はピアツーピア（又は分散型）ネットワーク環境内のピアマシンとして操作することができる。
データ処理システムは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、又はそのデータ処理システムによって取られる操作を特定する命令のセット（シーケンシャル又はそれ以外）を実行することができる任意のマシンとすることができる。更に、単一のデータ処理システムのみが示されているが、用語「データ処理システム」はまた、本明細書内で議論された任意の１以上の方法を実行する命令のセット（又は複数のセット）を個々に又は共同で実行するデータ処理システムの任意の集合を含むと解釈すべきである。
例示的なデータ処理システム９００は、プロセッサ９０２、メインメモリ９０４（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）（例えば、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ９０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び二次メモリ９１８（例えば、データ記憶装置）を含み、これらはバス９３０を介して互いに通信する。
プロセッサ９０２は、１以上の汎用処理装置（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置、又は他の処理装置）を表す。より具体的には、プロセッサ９０２は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実行するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実行するプロセッサとすることができる。プロセッサ９０２は、１以上の特殊目的処理装置（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなど）とすることも可能である。プロセッサ９０２は、図１〜図８に関して本明細書で説明される操作を実行するための処理ロジック９２６を制御するように構成される。
コンピュータシステム９００は更に、ネットワークインタフェースデバイス９０８を含むことができる。コンピュータシステム９００は、ビデオディスプレイユニット９１０、英数字入力デバイス９１２（例えば、キーボード）、カーソルコントロールデバイス９１４（例えば、マウス）、及び信号生成装置９１６（例えば、スピーカ）を含むこともできる。
二次メモリ９１８は、本明細書に記載の１以上の方法又は機能の何れかを具現化する１以上の命令セット（例えば、ソフトウェア９２２）を格納するマシンアクセス可能な記憶媒体（又は、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）９２１を含むことができる。ソフトウェア９２２はまた、データ処理システム９００、メインメモリ９０４及びプロセッサ９０２（これらもまたマシン可読記憶媒体を構成している）によるその実行中に、メインメモリ９０４内及び／又はプロセッサ９０２内に、完全に又は少なくとも部分的に常駐することもできる。ソフトウェア９２２は更に、ネットワークインタフェースデバイス９０８を介してネットワーク９２０上で送信又は受信されることができる。
マシンアクセス可能な記憶媒体９２１は、例示的な一実施形態では単一の媒体であることが示されているが、用語「マシン可読記憶媒体」は、１以上の命令セットを格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むように解釈されるべきである。用語「マシン可読記憶媒体」はまた、マシンによる実行用命令セットを格納又はエンコードすることができ、本発明の１以上の方法の何れかをマシンに実行させる任意の媒体を含むようにも解釈されるべきである。したがって、用語「マシン可読記憶媒体」は、固体メモリ、及び光・磁気メディアを含むが、これらに限定されないように解釈されるべきである。
前述の明細書では、本発明の実施形態をその特定の例示的な実施形態を参照して説明してきた。添付の特許請求の範囲に記載されるように、本発明の実施形態のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。

Claims (15)

  1. 静電チャック用の裏面ガスの効率を高める方法であって、
    入口を通してガスを受け入れる工程と、
    ガスの第１部分を静電チャックに供給する工程と、
    圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む方法。
  2. 圧縮機によってガスの第２部分の圧力を増加させる工程と、
    ガスの第２部分をガス貯蔵装置に貯蔵する工程とを含む、請求項１記載の方法。
  3. ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせである、請求項１記載の方法。
  4. 第１時間間隔の間、オリフィスを介してガスの第２部分を真空ラインに供給する工程を含み、第２時間間隔の間、ガスの第２部分は、再循環ラインに供給される、請求項１記載の方法。
  5. 静電チャックにおけるガスの圧力設定点を決定する工程と、
    ガスの較正曲線を得る工程と、
    較正曲線に基づいて圧力設定点に対するガスの第１部分の流量を推定する工程と、
    推定された流量に基づいてガスの第１部分を制御する工程とを含む、請求項１記載の方法。
  6. 静電チャック用のガスの効率を高めるシステムであって、
    ガスを受け入れる入口と、
    ガスの第１部分を静電チャックに供給するために入口に結合された第１出口と、
    第１出口に結合され、圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる第２出口と、
    入口、第１出口、及び第２出口のうちの少なくとも１つを制御するように結合されたコントローラとを含むシステム。
  7. ガスの第２部分の圧力を増加させるために第２出口に結合された圧縮機と、
    ガスの第２部分を貯蔵するために圧縮機に結合されたガス貯蔵装置とを含む、請求項６記載のシステム。
  8. ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、他の不活性ガス、窒素、又はそれらの任意の組み合わせである、請求項６記載のシステム。
  9. コントローラは、第１時間間隔の間、オリフィスを介してガスの第２部分を真空ラインに供給するのを制御するための第１構成を有し、コントローラは、第２時間間隔の間、ガスの第２部分を循環させるのを制御するための第２構成を有する、請求項６記載のシステム。
  10. コントローラは、静電チャックにおけるガスの圧力設定点を決定するための第３構成を有し、コントローラは、ガスの較正曲線を得るための第４構成を有し、コントローラは、較正曲線に基づいて圧力設定点に対する静電チャックにおける流速を推定するための第５構成を有し、コントローラは、推定された流量に基づいてガスの第１部分を制御するための第６構成を有する、請求項６記載のシステム。
  11. データ処理システムによって実行されたときに、
    入口を通してガスを受け入れる工程と、
    ガスの第１部分を静電チャックに供給する工程と、
    圧縮機を介してガスの第２部分を再循環させる工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる実行可能なプログラム命令を含む持続性マシン可読媒体。
  12. データ処理システムによって実行されたときに、
    圧縮機によってガスの第２部分の圧力を増加させる工程と、
    ガスの第２部分をガス貯蔵装置に貯蔵する工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる命令を含む、請求項１１記載の持続性マシン可読媒体。
  13. データ処理システムによって実行されたときに、
    第１時間間隔の間、オリフィスを介してガスの第２部分を真空ラインに供給する工程であって、第２時間間隔の間、ガスの第２部分は、再循環ラインに供給される工程を含む操作をデータ処理システムに実行させる命令を含む、請求項１１記載の持続性マシン可読媒体。
  14. データ処理システムによって実行されたときに、
    ガスの第１部分のための圧力設定点を決定する工程と、
    ガスの較正曲線を得る工程と、
    較正曲線に基づいて圧力設定点に対するガスの第１部分の流量を推定する工程と、
    推定された流量に基づいてガスの第１部分を制御する工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる命令を含む、請求項１１記載の持続性マシン可読媒体。
  15. データ処理システムによって実行されたときに、
    ガスが入口を通って供給されているかどうかを判定する工程と、
    ガスが入口を通って供給されている場合に、圧縮機にトリガー信号を送信する工程とを含む操作をデータ処理システムに実行させる命令を含む、請求項１１記載の持続性マシン可読媒体。
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