JP2018523926A - チャック面から汚染を除去するための方法 - Google Patents

Abstract

ウエハチャックの支持面を除染するための方法は、汚染物を除去するチャックの領域上で、名目上平坦な接触面を有する処置ツールを軽く通過させるステップを伴う。処置ツールおよびチャック面は、ほぼ同じ硬度を持ち得る。処理する表面に順応可能となるように処置ツールが束縛され得る。処置ツールが平面に接触するとき、その接触範囲は円形、輪形、または環形となり得る。圧力を加えると、処置ツールはチャックを擦り減らしてしまうことになり、それは、ここでは回避すべき、または少なくとも最小限に抑えるべきものである。したがって、本発明者らは、表面の高度輪郭、および表面粗さの設計に利用されるものと同一の処置ツールが、加える圧力を抑えることで、研磨デブリや他の汚染物を当該表面から除去するためにも利用可能であることを見い出した。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本特許文献は、発明者Ｅｄｗａｒｄ Ｇｒａｔｒｉｘの名前において２０１５年８月１４日に出願された、“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｃｈｕｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ”と題する米国仮特許出願第６２／２０５，３４９号明細書の利益を主張する。認められる場合、この仮特許出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

米国連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
該当なし。

本発明は、ウエハハンドリングツールのｉｎ−ｓｉｔｕでのクリーニングおよび汚染除去に関する問題を解決することにより、ツールの可用性レベルを向上させ、交差汚染の可能性を抑えることを可能にするものである。

半導体プロセスには、装置の歩留まりに影響を及ぼす普遍的問題である微粒子状およびフィルム状の汚染が、微粒子量を抑える継続的な発展があるとはいえ、本来的に付きまとう。資本設備特有のツールおよびその表面は、何万回、何十万回と反復利用されるため、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの必要性は極めて大きい。粒子およびフィルム、またはエネルギー性衝撃（典型的にはプラズマ衝撃、イオン衝撃、電子衝撃）が原因で変質した損傷層が汚染物となり得る。

これらのツールのクリーニングには、汚染物を優先的に除去する機械的かつ／または化学的な処理が適用されることが多い。加えて、後の処理における汚染物の影響を制限する、半導体ウエハ用スクラバなどの予防措置も存在する。除染が最も困難とされる表面の１つが、ウエハを扱うウエハチャックの表面である。ウエハチャックとは、ウエハを保持するクランプツールであり、ウエハおよび／またはチャックから粒子を剥離させる最大の要因である擦過および他の摩擦処理に曝される。

ウエハハンドリングツール、そして特にピンチャックは、水性または乾式の化学処理を定期的に利用可能な化学的雰囲気中のものではなく、むしろ清浄かつ乾燥した条件下で運用され、幾度も交換されるかまたは定期的なスケジュールでメンテナンスを受けるものであるため、ｉｎ−ｓｉｔｕでのクリーニングおよび除染が極めて困難である。

ピンチャックは、処理対象の基板（例えば、Ｓｉウエハ）を載置する表面に複数のピンを有する剛体から成る。

これらの装置のピンの用途は、チャックと基板との接触を最小限にすることである。接触が最小であれば、汚染が抑えられ、平坦度を高く維持する能力も向上する。耐用年数および精密度を最大化するために、ピン先端は使用による摩耗が少ないものとする必要がある。また、スライドによる基板の着脱が容易であり、かつピン上で基板が平坦に載置されるよう、ピン先端は低摩擦性を示すことも求められる。更に、ピン先端には金属汚染が見られてはならない。

様々な形状のピンが存在しており、それらはバール、メサ、バンプ、プラウドランド、プラウドリングなど、様々な名称で呼ばれている。

ピンチャックは、その性質上、支承面積が非常に小さいため（典型的には２％未満）、発泡体、パッドスクラバ、またはブラシなどの機械的手段では、ピンまたはメサ部分が接触媒体を掻き分けてしまうため有効ではない。

本発明は、これらの問題に対処し、解決策を提供する。

チャック（ウエハチャックなど）の少なくとも支持面を除染するための方法は、汚染物を除去するチャックの領域上で、接触面を有する処置ツールを軽く通過させるステップを伴う。処置ツールおよびチャック面は、ほぼ同じ硬度を持ち得る。処理する表面に順応可能となるように、処置ツールの束縛は最小限となり得る。処置ツールが平面に接触する際、その接触範囲は円形、輪形、または環形となり得る。加える圧力が高ければ、処置ツールはチャックを擦り減らしてしまうことになり、それは、ここでは回避すべき、または少なくとも最小限に抑えるべきものである。したがって、本発明者らは、表面の高度または輪郭、および表面粗さの設計に利用されるものと同一の処置ツールが、加える圧力を抑えることで、研磨デブリおよび他の汚染物を当該表面から除去するためにも利用可能であることを見い出した。

処置ツールの接触面、即ち処置面は、名目上または外見上は平坦であり得るが、実際には、処置面が僅かなトロイド形を帯びるように、縁が隆起していることを特徴とし得る。

図１は、ピンチャックにクランプされた、光学的に平坦な基板（シリコンウエハなど）の表面上の一領域を示す干渉計マップである。下方の丸で囲まれた範囲はクリーニング前、上方の丸で囲まれた範囲はクリーニング後である。 図２は、ピンチャックにクランプされた、光学的に平坦な基板（シリコンウエハなど）の表面上の一領域を示す干渉計マップである。上方の楕円内の範囲は、負荷が３７グラムのツールを用いて処置されており、下方の楕円領域内の範囲は、負荷が１８７グラムのツールを用いて処置されている。 図３Ａは、チャック面に処置ツールを物理接触させて行う、デブリ除去処置前のウエハチャックの表面高度を示す干渉計マップである。 図３Ｂは、図３Ａに示す弦に沿った表面高度線を示す。 図４Ａは、チャック面に処置ツールを物理接触させて行う、デブリ除去処置後のウエハチャックの表面高度を示す干渉計マップである。 図４Ｂは、図４Ａに示す弦に沿った表面高度線を示す。

本発明によれば、チャック（ウエハチャックなど）の少なくとも支持面を除染するための方法は、汚染物を除去するチャックの領域上で、平坦な接触面を有する処置ツールを軽く通過させるステップを伴う。チャック支持面は、ピンまたはメサを特徴とし得る。チャックの他の範囲は、陥凹を含み得る。チャックに接触する処置ツールの平面は、輪形または環形、好ましくはトロイド形となり得る。処置ツールは、固定具へと連結、または固定具によって支持され得るものであり、この連結または支持は、球継手など、束縛が最小であるものとなり得る。処置ツールは、チャックと同様の硬度、または少なくとも処理（除染）対象の表面と同様の硬度を持ち得る。処置ツールとチャックが生み出す接触圧は、除染処理中にチャック素材の高度または粗さが著しく変化するような圧力よりも低いレベルに維持される。処置ツールのサイズ、実効直径、または断面は、チャックの直径を下回る。この処置ツールのサイズは非常に小さくすることができ、その場合、真空シール用の範囲またはウエハ支持ピン間の範囲など、チャックの陥凹範囲を処置ツールが処理することが可能となる。

以下の実施例を参照しながら、本発明を更に説明する。

実施例１：クリーニング対プロファイリング
本実施例では、本発明の処置ツールのクリーニングモードにおける利用と、それに対するプロファイリングモードにおける利用との違いについて実証する。本実施例は、図１および図２を参照するものである。

図１は、「クリーニング」モードにおける処置ツールの表面高度に対する影響を示す干渉計「マップ」である。処置ツールおよび処理する表面は、両者がほぼ同じ硬度を持ち、各々は反応結合ＳｉＣ（ＲＢＳＣ）から製造される。処理する表面はピンチャックであり、このピンチャック上に光学的に平坦なウエハをクランプし、干渉計において撮像することによって分析される。マップ右側の目盛りは、明度の変化で高度の変化を示している。

図１において、下方の楕円形範囲はクリーニング前、上方の楕円形範囲はクリーニング後である。ピンチャック上およびウエハの下側の汚染は、白のハイポイントとして認められる。デブリは、ウエハの下側でピン先端に付着しており、クリーニングされていない下方の楕円範囲内に認められる。上方の楕円範囲は、ピンチャックがツールによる１００サイクルの処置を経てクリーニングされ、基板と物理接触している箇所を示している。

上方の楕円形範囲内に白いスポットが存在しないのは、クリーニング作業がこのデブリを除去したことを示している。しかしながら、楕円領域内の範囲が外側の範囲とほぼ同じ灰色の陰影を帯びていることが、クリーニング処置がピン先端の高度を変化させておらず、ピン素材を除去していないことを示している。

処置ツールは、直径が２７ｍｍである。外見上、処置ツールは平坦な接触面を有するディスクであるが、実際には僅かながらトロイド形をしているため、平面との接触時には、その接触範囲はディスクのそれではなく円または環となる。（トロイド形を形成するための変形は極めて軽微なものであり、「平坦」から１ミクロン未満の寸法差異も含まれ得る。）３７グラムの死荷重負荷が処置ツールに加えられる。ツールは、処置対象の表面上を、３０ｍｍ／秒の速度で移動する。処置された表面上の各点は、ツールによって１００回の処理（１００サイクルのクリーニング）が施されている。

以下、この図１を図２と比較する。図２は、ピンチャックにクランプされた、光学的に平坦な基板（シリコンウエハなど）の表面上の一領域を示す干渉計マップである。上部分（上方の楕円内の範囲）は、３７グラムのツールによる１００サイクルの処置が施されているが、測定可能な変化は見られないが、一方、下部分（下方の楕円内の範囲）には、１８７グラム負荷のツールによる１００サイクルの処置が施され、基板と物理接触している。上方の楕円領域内の範囲は外側の範囲とほぼ同じ灰色の陰影を帯びており、この場合も、クリーニング処置がピン先端の高度を変化させていないことを示している。明確な対照として、下方の楕円領域内の範囲は、下方の楕円領域外の範囲よりも遥かに暗いと同時に上方の楕円領域内の範囲よりも暗く、高度に変化があった、即ち、高度が低下したことを示している。このことは、これらの条件下で運用された処置ツールがウエハチャックを掘り下げ、そこから素材を除去したことを示すものである。

したがって、本実施例は、処置する表面とほぼ同じ硬度の処置ツールが当該表面から素材を除去する前に、一定の閾値圧力に到達する必要があることを実証している。また、本実施例は、（ワークピースの素材の除去による表面高度の変化に関する）プロファイリングに利用される処置ツールは、ワークピース素材を除去することのないデブリのクリーニングにも利用可能であり、かかるクリーニングは処置ツールに加えられる負荷（死荷重）を軽減することで達成可能であるとも示している。

実施例２：ウエハチャック面のクリーニング
本実施例は、ウエハチャックの表面からデブリを除去するために、本発明の処置ツールが「クリーニング」モードでどう利用され得るかを実証するものであり、図３および図４が参照される。

図３Ａは、ウエハチャックにクランプされた、本質的には光学的に平坦であるウエハの高倍率表面トポグラフィを示す干渉計マップを示すものである。ウエハチャックは、その上面に機械加工された、画像の外縁近くの浅い円状溝を特徴とする。この図３Ａ内の白い弦は、図３Ｂの表面高度プロットを生み出す、表面高度測定装置の走査を示す。この特定のウエハチャックは、摩耗特性のテストに供されているため、通常利用におけるピンチャックの典型的摩耗である溝が生成されている。結果、摩耗溝の領域には多少のデブリが残存し、ウエハチャックを汚染している。矢印３１は、機械加工された溝から離れた、弦中央でのウエハチャック面の表面高度を示している。矢印３３は、機械加工された溝のより低い高度を示している。矢印３５は、機械加工された溝の両端で隣接するピークまたは「隆起」のペアの一方を示している。これらのピークはデブリに相当し、デブリが溝近傍に優先的に堆積することを示唆している。

次いで、このウエハチャック支持面を、「クリーニングモード」、即ち、実施例１でクリーニングに関して説明したのと同様の条件下で処置ツールを用いて処置した。図４Ａおよび図４Ｂは、このクリーニング処置後に得られた干渉計マップ、および同様の弦に沿った高度線を示すものである。矢印４１は、機械加工された溝から離れた、弦中央でのウエハチャック面の表面高度を示している。矢印４３は、機械加工された溝のより低い高度を示している。矢印４５は、円状溝のすぐ外側の高度を示している。ピークまたは隆起は顕著に縮小しており、ウエハチャック面のバランスから際立って高くはなっていない。このことは、まさに機械加工された溝の内外の領域から、デブリが大幅に除去されたことを示唆している。

したがって、本実施例は、チャック素材の除去によるチャックの輪郭の変形を伴わずにウエハチャックの表面からデブリを除去するために、この処置ツールが利用可能であることを示している。

以上の論考の大半は、半導体ウエハをチャックするための物品および装置に焦点を当てたものであるが、当業者であれば、例えば、ある表面を所望の形状または平坦度に仕上げ、かつ／または一定程度の質感（粗さ／平滑度）を持たせる必要がある他の分野または産業においてなど、本発明の出願で開示した技術および物品が有用となるであろう、他の関連用途も認識されよう。

本発明の一実施形態によれば、ウエハハンドリングツールとほぼ同じ硬度の素材を用いた強度の機械的接触により、当該表面から汚染物を除去することが提案される。硬度を同様にする目的は、軟質なツールの摩耗、または硬質な素材によるウエハハンドリングチャックの摩耗による、微粒子の生成を最小化するためである。

加えて、平坦度に関する、そしてピンまたはメサに対する厳密な調整を伴うウエハハンドリングツールが存在することから、本ツールは、固有の表面平坦度に順応し、その平坦度を損なわない方法で当該表面上を移動可能となるように、輪形、環形、またはトロイド形とすることが提案される。

２つの素材をただ擦り合わせるのではなく、最小限の圧力で軽く進行するように荷重を制御することが独自の特性となる。これは即ち、汚染物またはデブリを除去するには十分な圧力が加えられるが、チャックの平坦度または粗さを著しく変化させるほどの圧力は加えられないことを意味する。

当業者であれば、添付の各請求項で定義される本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本明細書で説明した本発明に対する種々の修正がなされ得ることは理解されよう。

Claims (16)

1. チャックの支持面から汚染を除去するための方法において、
   （ａ）前記支持面上を軽く接触通過するように構成される処置面を備える処置ツールを提供するステップであって、前記処置面が平面に接触するとき、接触の範囲が円、輪、または環となるように前記処置面が形成される、ステップと、
   （ｂ）前記支持面に前記平面を接触させるステップと、
   （ｃ）汚染のある前記チャック支持面の少なくとも一部分上で前記処置ツールを移動させるステップであって、少なくとも前記移動中は、前記支持面に対して前記処置ツールによって加えられる力が軽い圧力レベルに維持される、ステップと、
   （ｄ）前記汚染された表面上で前記汚染を除去するのに十分な通過時間または通過回数にわたって前記移動を継続するステップと
   を含み、
   （ｅ）前記支持面の直径が前記処置面のサイズを上回る
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記処置ツールの束縛を最小限にして、これにより前記処置ツールが前記ウエハチャックの前記支持面に順応可能となることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記処置ツールと前記支持面との間の接触範囲が環状に形成されることを特徴とする方法。
4. チャックの支持面から汚染を除去するための方法において、
   （ａ）前記支持面上を接触通過するように構成される表面を備える処置ツールを提供するステップであって、前記処置ツール表面が平面に接触するとき、接触の範囲が円、輪、または環の形となるように前記処置ツール表面が形成される、ステップと、
   （ｂ）前記支持面に前記処置ツール表面を接触させるステップと、
   （ｃ）汚染のある前記チャック支持面の少なくとも一部分上で前記処置ツールを移動させるステップであって、少なくとも前記移動中は、前記支持面に対して前記処置ツールによって加えられる力が軽い圧力レベルに維持される、ステップと、
   （ｄ）前記汚染された表面上で前記汚染を除去するのに十分な通過時間または通過回数にわたって前記移動を継続するステップと
   を含み、
   （ｅ）前記支持面の直径が前記処置ツールのサイズを上回り、
   （ｆ）更に、前記処置ツールの前記表面と前記チャックの前記支持面がほぼ同じ硬度を持つ
   ことを特徴とする方法。
5. チャックの支持面から汚染を除去するための方法において、
   （ａ）前記支持面上を接触通過するように構成される表面を備える処置ツールを提供するステップであって、前記処置ツール表面と平面との接触範囲が円形、輪形、または環形となるように前記処置ツール表面が構成される、ステップと、
   （ｂ）前記支持面に前記処置ツール表面を接触させるステップと、
   （ｃ）汚染のある前記チャック支持面の少なくとも一部分上で前記処置ツールを移動させるステップであって、少なくとも前記移動中は、前記支持面に対して前記処置ツールによって加えられる力が軽い圧力レベルに維持される、ステップと、
   （ｄ）前記汚染された表面上で前記汚染を除去するのに十分な通過時間または通過回数にわたって前記移動を継続するステップと
   を含み、
   （ｅ）前記支持面の直径が前記平面のサイズを上回り、
   （ｆ）更に、前記処置ツールが小さな断面を有し、これにより前記処置ツールが前記チャックの前記支持面に比べて陥凹した前記チャック上の範囲を処理可能となる
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、１つの陥凹範囲が真空シールのための輪形領域を含むことを特徴とする方法。
7. 請求項５に記載の方法において、前記チャックの前記支持面が前記チャックの表面上に分布する複数のピンを含み、前記チャックの陥凹範囲が隣接するピン間の領域を含むことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記処置ツールの束縛を最小限にして、これにより前記処置ツールが前記ウエハチャックの前記支持面に順応可能となることを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法において、前記処置ツールが前記ウエハチャックの前記支持面に順応するべく自由であることを特徴とする方法。
10. 請求項７に記載の方法において、加えられる圧力が前記チャックおよびツールの浸食を最小化するような仕方で前記処置ツールが保持されることを特徴とする方法。
11. 請求項７に記載の方法において、前記処置ツールと前記支持面との間の接触範囲が環状に形成されることを特徴とする方法。
12. 請求項１、４、または５の何れか１項に記載の方法において、前記処置ツールの前記表面がトロイド状に形成されることを特徴とする方法。
13. 請求項１、４、または５の何れか１項に記載の方法において、前記処置ツール上の負荷が、死荷重負荷が５〜５０グラムで直径が２７ｍｍの処置ツールの負荷に等しいことを特徴とする方法。
14. 請求項１、４、または５の何れか１項に記載の方法において、前記処置ツールが前記支持面上を５〜３０ｍｍ／秒の範囲の速度で移動することを特徴とする方法。
15. 請求項１、４、または５の何れか１項に記載の方法において、前記処置ツールがＳｉＣを含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１、４、または５の何れか１項に記載の方法において、前記処置ツールが反応結合ＳｉＣを含むことを特徴とする方法。

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