JP2023527691A - ガス流特徴部を有する静電チャック、及び関連する方法 - Google Patents

ガス流特徴部を有する静電チャック、及び関連する方法 Download PDF

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Abstract

ワークピース処理ステップ中にワークピースを支持するのに使用するために設計された静電チャックについて記載し、静電チャックはガス流システムを含む。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、ワークピースの処理ステップ中にワークピースを支持するために使用される静電チャックの分野にあり、静電チャックはガス流システムを含む。
静電チャック（略して単に「チャック」とも呼ばれる）は、半導体及びマイクロ電子デバイスの処理に使用される。チャックは、半導体ウエハ又はマイクロ電子デバイス基板などのワークピースを定位置に保持して、ワークピースの表面にプロセスを実行する。特に、静電チャックは、ワークピースとチャックとの間に静電吸着力を生成することによって、ワークピースをチャックの上面に固定する。電圧がチャック内に含有される電極に印加されて、ワークピース及びチャックに反対の極性の電荷を誘起する。
チャックは、チャックが働くことを可能にする、又は性能を改善する様々な構造、デバイス、及び設計を含む。一般に、チャックは、ワークピースを支持する平坦な上面と、チャック及び支持されたワークピースの静電荷を制御するための電極、導電性コーティング、及び接地接続部などの電子部品と、チャックに対するワークピースの位置を支持又は変更するために使用される測定プローブ及び可動ピンを含み得る様々な他の「デバイス」とを含む。
いくつかのタイプの静電チャックアセンブリに含まれ得る任意選択の特徴部は、チャックの上面（「基板支持面」）の導電層である。導電層は、ワークピースの底面に接触し、それによってワークピースと電気接地との間の電気的接続を提供する。ワークピースの処理中、ワークピースに静電荷が誘起される。処理ステップが完了した後に電荷が残り、チャックとワークピースとの間に残留静電吸着を引き起こし、そして、チャックからワークピースを所望により取り外す（例えば、持ち上げる）ときに、処理後にワークピースがチャックに「粘着」する可能性がある。導電層は、チャックに対してワークピースに蓄積し得る残留静電荷を散逸させて、チャックからのワークピースの取り外しを容易にするために使用することができる。
チャックの別の典型的な特徴部は、チャックの上面の上方に非常に短い距離だけ延在して、ワークピースをチャック表面の上方の短い距離で支持し、ワークピースの下面とチャックの上面との間に空間を形成する小さな突起のパターンである。
静電チャックのさらに別の典型的な特徴部は、処理ステップの間又は後にワークピースから熱を除去するために、冷却ガスがチャックを通ってチャックの上面に、かつ上面とワークピースとの間の空間に流れることを可能にする冷却システムである。ワークピースは、半導体処理ステップにおいてチャックによって支持されている間に温度上昇を経験する可能性がある。冷却システム及び冷却ガスは、ワークピースから熱を除去し、ワークピースの温度を制御するのに有用である場合がある。
静電チャックを使用してワークピースを処理するステップの後、ワークピースをチャックの上面から持ち上げることによってワークピースを取り外す必要がある。しかしながら、処理ステップを完了した後、様々な力がチャックに対してワークピースに作用し続ける可能性がある。静電気力がワークピース内に存在し続け、ワークピースのチャックへの残留吸着を引き起こす可能性がある。また、ワークピースの上面とワークピースの下面との間に圧力差が存在する可能性がある。ワークピース上面は、典型的にはほぼ真空圧力（１又は２Ｔｏｒｒ未満）である処理チャンバの内部に曝される。ワークピースの下面は、静電チャックの上面より上の空間（「ガス流空間」と呼ばれることもある）に曝され、この空間は、典型的には、処理ステップの終了時にその空間に含有される冷却ガスの存在のためにわずかに高い圧力（例えば、最大５０Ｔｏｒｒ）にある。静電気力又は圧力の差は、例えばワークピースをチャックから持ち上げることによってワークピースがチャックから取り外されるときに、ワークピースの急激な移動（例えば、「バウンシング」）を引き起こす可能性がある。
チャックとワークピースとの間の残留静電気力を排除するために、静電チャックは、ワークピースから残留静電荷を迅速に除去する電荷散逸特徴部を有することができる。この特徴部は、電気接地への接続部を有する、チャックの上面に導電性コーティングを含む。
圧力差の影響を低減するために、ワークピースをチャックから取り外す前に、ワークピースの下方の空間に含有される冷却ガスの量を、典型的には、チャックの周囲のガス流空間から逃がすことができる。このプロセスは、残留冷却ガスの「通気」又は「ブリードアウト」と呼ばれることがある。しかしながら、ガス流空間の寸法が非常に小さく、圧力差が非常に小さいため、通気ステップはゆっくりと行われる。現在の静電チャック設計は、圧力差を通気によって実質的に等しくするために比較的長い期間（「通気期間」）、例えば２、３秒から数秒（ｆｒｏｍ ａ ｆｅｗ ｔｏ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｅｃｏｎｄｓ）の範囲の通気期間を必要とする可能性がある。この時間量は、プロセス全体を減速させることによって半導体製造ステップ又はプロセスのスループットに影響を及ぼすのに十分な長さであると考えられる。通気期間の時間の長さを大幅に短縮することは、プロセスの効率及びスループットを改善する方法であろう。
本出願人は、静電チャックの設計を研究して、残留冷却ガスをワークピースの下方から排気するのに必要な時間量を短縮して、処理ステップ後にワークピースをチャックからより早く取り外すことを可能にする新しい設計を検討した。出願人は、チャックの周囲から離れて位置することが多い、ワークピースの下方の比較的大きな開放空間に含有されるガスが、逃げるのが非常に遅くなり得ることを推測した。これらのより大きな開放空間は、使用中にチャックの動作を実行する静電チャックの様々な「デバイス」のいずれかを収容するチャックの開放部分（別名「開口部」又は「通路」）である。デバイスの例には、センサ（例えば、温度センサ、圧力センサ、他の電子センサ）、チャックによって支持されたワークピースを上昇又は下降させるように機能する垂直移動可能ピン、接地接続部（例えば、「グランドピン」）などの電子構造などが含まれる。そのような各デバイスは、ベースの開口部を通って垂直に延在する。開口部は、通常、デバイスによって充填されない開口部の上側部分に空間の開放容積を含む。「ポケット」と呼ばれることもある開口部内の非充填空間は、処理ステップ後、低圧の残留冷却ガスを含有する。その残留冷却ガスは、通気ステップ中にワークピースの下方の空間から逃げるのが遅くなる可能性がある。
本明細書によれば、出願人は、静電チャックアセンブリのデバイスを含有する、静電チャックのベース層の開口部に接続するガス流導管を含む冷却システムを含む静電チャック構造を特定した。導管と開口部との間のガス流システムにおける接続は、通気期間の時間量を短縮するための、通気ステップ中のガス流の改善を含む、ガス流システムの空間の間のガス流の改善を可能にする。
一態様では、本開示は静電チャックアセンブリに関する。静電チャックアセンブリは、ベース層を含み、ベース層を含む静電チャックアセンブリの使用を含み、ベース層は、ベース層上面及びベース層下面；ベース層を通って延在し、静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部；ベース層の領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管；並びにベース層に入り、ガス流導管に接続するガス流入口を含む。
別の態様では、本開示は、ワークピースを処理する方法に関する。本方法は、ベース層を含む静電チャックアセンブリの使用を含み、ベース層は、ベース層上面及びベース層下面；ベース層を通って延在し、静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部；ベースの領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管；並びにベースに入り、ガス流導管に接続するガス流入口を含む。アセンブリはまた、ベース層の上に配置されたセラミック層を含む。セラミック層は、セラミック層上面と、セラミック層下面と、セラミック層下面とセラミック層上面との間に延在する複数のガス流通気孔であって、ガス流導管と流体連通する、ガス流通気孔と、セラミック層を通って延在し、ベース層デバイス開口部に接続され、デバイスの一部を含有するように適合されたセラミック層デバイス開口部とを含む。本方法は、セラミック層上面上にワークピースを支持することと、ガスをガス流入口に流入させ、ガス流導管を通して流すこととをさらに含む。
本明細書で使用される場合、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「下部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、及び「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」という用語は、これらの用語の従来の意味と一致し、含まれる図の主題を説明するときのこれらの用語の使用と一致する意味を有する。
従来技術の静電チャックアセンブリの側面断面概略図である。 静電チャックアセンブリの従来技術のベースの上面図である。 本明細書の静電チャックアセンブリの側面断面概略図である。 本明細書に記載される静電チャックアセンブリのベースの上面図である。 記載される方法の例示的なステップを示す図である。 記載される方法の例示的なステップを示す図である。 記載される方法の例示的なステップを示す図である。
以下の説明は、静電チャック（別名「チャック」）として有用な新規かつ本発明のアセンブリ、その前駆体、及び関連する方法に関する。新規アセンブリは、新規ガス流システムを含む。ガス流システムは、チャックから熱を除去して、ワークピースを処理するステップの間又は後に、チャック又はチャックによって支持されたワークピースの温度に影響を与える、又は温度を制御するための冷却システムとして使用することができる。
記載されるチャックは、前駆体又はその一部を含む静電チャックアセンブリを形成するために互いに組み立てられた複数の異なる層を含む多層構造とすることができる。アセンブリは、静電チャックアセンブリに典型的で、処理中にチャックがワークピース（例えば、半導体基板、マイクロ電子デバイス、半導体ウエハ、それらの前駆体）を支持することを可能にする様々な特徴部を含み、静電吸着力が、チャックの上面でワークピースを定位置に保持する。静電チャックに用いられる例示的なワークピースには、半導体ウエハ、フラットスクリーンディスプレイ、太陽電池、レチクル、フォトマスクなどが含まれる。ワークピースは、直径１００ミリメートルの円形ウエハ、直径２００ミリメートルのウエハ、直径３００ミリメートルのウエハ、又は直径４５０ミリメートルのウエハの面積以上の面積を有してもよい。
チャックは、処理中にワークピースを支持するように適合された上面（「ワークピース支持面」）を含む。上面は、典型的には、円周部を画定し、表面及び多層チャックの両方の直径も画定する円形縁部を有する円形の表面領域を有する。
チャックはまた、チャックが機能するために必要又は任意選択であるいくつかの他の層、デバイス、構造、又は特徴部を含む。これらには、チャックとワークピースとの間に静電吸着を生成して、処理中にワークピースを定位置に保持する電極層、接地層などの接地デバイスと、処理ステップ中に圧力、温度、又は電気的特性を測定するための測定装置、及び突起又は導電性表面コーティングなどの表面構造などが含まれる。
多層構造の１つの層は、アセンブリの上側部分にあるセラミック層（別名、誘電体層）である。セラミック層は、アセンブリの最上層であってもよく、そして、任意選択でセラミック層の上面に設置され得る導電性コーティングや突起など以外のチャックの上面を含んでもよい。上面の導電性コーティングは、同様に多層アセンブリに含まれる任意選択の接地層や接地ピンなどを介して電気接地に接続することができる。セラミック層は、とりわけ、アルミナ、窒化アルミニウム、石英、又はＳｉＯ２（ガラス）などの有用なセラミック材料で作製することができる。セラミック層は、単一の（一体的な）材料層で作製されてもよく、又は代替的に、所望により、２種以上の異なる材料、例えば異なる材料の複数の層で作製されてもよい。セラミック層（セラミック材料の１つ又は複数の層を有する）の合計厚さは、任意の有効厚さ、例えば１～１０ミリメートル、例えば１～５ミリメートルの範囲の厚さとすることができる。
セラミック層は、とりわけ、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼、アルミナなどのセラミック、金属マトリックス複合材などの、典型的には金属から作製されたベース層（略して「ベース」）によって下方で支持される。
典型的には、セラミック層とベースとの間には、接合層（例えば、ポリマー接着剤）、電極、接地層、電極及び他の層が電気的に機能することを可能にする絶縁層、又は追加の回路のうちの１つ又は複数がある。
アセンブリは、アセンブリに対して垂直に延在し、アセンブリの１つ又は複数の層を通って垂直に形成された開口部（「通路」とも呼ばれる）を通過する１つ又は複数のデバイスを含む。アセンブリを通る開口部には、典型的には、セラミック層の垂直開口部によって画定される部分と、ベースの垂直開口部によって画定される整列部分と、デバイスの位置においてベースとセラミック層との間に存在する任意の他の層を通過する整列開口部とを含む。デバイス（例えば、下側部分）の一部は、ベースの開口部によって画定される開口部の部分に含有され、デバイス（例えば、上側部分）の一部は、セラミック層の開口部によって画定される開口部の部分に含有される。デバイス又はデバイスの一部は、開口部又は開口部の一部の空間を完全に充填するサイズ及び形状の特徴部を有してもよく、例えば、デバイスの断面サイズ及び形状は、開口部のサイズ及び形状と同じであってもよい。しかしながら、一般に、デバイスは、開口部のいくらかの空間を充填せずに残しながら、開口部内に嵌合するサイズ又は形状を有してもよい。この空間は、開口部の「非充填部分」又は「ポケット」と呼ばれる場合がある。
アセンブリはまた、チャックによって支持されたワークピースとの熱接触を含むように、冷却ガスをアセンブリを通して循環させ、冷却ガスが支持されたワークピースから熱エネルギーを除去することを可能にする冷却システム（又は、より一般的には「ガス流システム」）を含む。ガス流システムは、ベースに形成され、垂直に（例えば、上から、「上面図」から）見て、ベースの領域に対して水平に延在するガス流導管を含む。ガス流システムはまた、冷却ガスがベースに、典型的にはベースの下面に入ることを可能にするガス流入口をベース内に含む。ガス流入口は、ベースに形成されたガス流導管と接続する。セラミック層がベース層の上方に配置された状態で、ベースのガス流導管は、セラミック層内に形成され、セラミック層を通過する複数のガス流通気孔に接続する。これらのガス流通気孔は、セラミック層の下面から垂直にセラミック層の上面まで通過して、冷却ガスがベースのガス流導管からガス流通気孔を通ってセラミック層の上面に流れることを可能にする。
ベースの一部であるガス流導管又はその一部は、ベースの任意の有用な位置に、かつベースの領域に対して任意の有用なパターンであってもよい。有用なガス流導管の一例は、ベースの上面に、例えばベースの上面でベースの材料を除去することによって形成されたトレンチ又は「チャネル」の形態で形成され、表面の下方でベースの厚さ内に延在する深さを有する導管とすることができる。チャネルの形態のガス流導管は、表面において、かつ表面の下方の深さまで、ベースの上面に位置する。典型的には、チャネルの形態のガス流導管は、ベース上面で少量のベースの材料を浅い深さまで除去することによって表面に形成された、複数のセグメント化された細長い三次元開口部又は「溝」のパターンを含むことができる。
ガス流導管は、ベースの表面に対して（垂直に見て）水平に延在する複数の接続された導管セグメントのパターンとして形成することができ、パターンは、導管を介してベースの領域にわたって冷却ガスを分配して、セラミック層のガス流通気孔に冷却ガスを分配するのに有効である。ガス流導管セグメントの１つの例示的なパターンは、円形ベースの中心に中心を有する１つ又は複数の円形セグメントと、各々が円形セグメントと円形セグメントの内側、すなわちベースの中心により近い位置との間に延在する、１つ又は複数のほぼ直線状又は直線状の「スポーク」セグメントとを含む「スポークアンドホイール」パターン又はその近似である。
チャネルは、チャネル底部及びチャネル側壁（断面において湾曲、直線状、又は他の形状のいずれか、又はそのように形成され得る）における、並びにベース上面の平面による上側領域におけるベースの構造によって画定される。ベースが多層静電チャックアセンブリのベース層として組み立てられると、チャネルの上側領域は、ベースの上に位置する隣接する層の下側平面によって、例えば、接着接合層を含み得るセラミック層の下側平面によって覆われる。ガス流導管のこの例では、上側隣接層の下側平面は、導管の上側領域を画定する。
チャネル深さは、チャネルを通る冷却ガスの所望の流れを可能にするのに有用な任意のもの、例えば０．５～２ミリメートルの範囲の深さであってもよい。チャネルの幅寸法は、チャネルを通る冷却ガスの所望の流れを可能にするのに有用な任意の幅、例えば０．５～２ミリメートルの範囲の深さであってもよい。
代替的に、上側隣接層によって覆われた露出開口部を含むベースの表面にあるチャネルの形態のガス流導管の代わりに、ガス流導管をベース内に封入することができる。封入されたガス流導管は、ガス流導管の位置（パターン）及びサイズに関してガス流チャネルとそれ以外は同様であってもよいが、上面ではなくベースの表面の下方に位置することができる。
２つの異なる多層チャックアセンブリ設計の例が、図１Ａ及び図２Ａに概略的に側面断面図で示されている。各アセンブリ１００は、水平に延在するベース１１０と、水平に延在するセラミック層１２０とを含む。他の任意選択の層又は構造、例えば、とりわけ、接着剤（「接合」）層、電極層、接地層、上面の導電性コーティング又は突起も含まれ得るが、図示されていない。
ガス流システムは、アセンブリを通って延在し、ガス流導管１３２に接続されたガス流入口１３０を含み、各々はベース１１０の一部として形成されている。ガス流導管１３２は、図示のように、ベース１１０の上面１１２にあるガス流チャネルの形態である。（代替の実施形態では、ガス流導管は、表面１１２の下方に位置してもよい。）ガス流導管１３２は、ベース１１０の領域にわたって水平に延在し、セラミック層１２０に形成された垂直ガス流通気孔１２４に接続する。セラミック層１２０の上面１２６は、突起（図示せず）を含有し、任意選択で、チャックアセンブリの性能を向上させるための、導電層（図示せず）などの他の表面特徴部を含有してもよい。ワークピース（例えば、シリコンウエハ）１５０は、上面１２６によって支持され、突起（図示せず）によって上面１２６との接触から分離される。ガス流空間１２８は、ウエハ１５０の下面とセラミック層１２０の上面１２６との間に位置し、セラミック層１２０のガス流通気孔１２４に接続される。
使用中、冷却ガスは、ベース１１０の下方からガス流入口１３０に入り、ベース１１０のガス流導管１３２を通過し、次いで垂直ガス流通気孔１２４に入ることができる。次いで、冷却ガスは、ガス流通気孔１２４からガス流空間１２８に流入し、ワークピース１５０に接触する。所望により、冷却ガスは逆方向に流れることもできる。
さらに図１Ａ及び図２Ａを参照すると、デバイス開口部１４０は、ベース１１０を通って垂直に延在する下側デバイス開口部分１４２と、セラミック層１２０を通って垂直に延在する上側デバイス開口部分１４４とを含む。デバイス１５２（本明細書に記載）は、開口部１４０内に位置する。上側デバイス開口部１４４内に位置するデバイス１５２の少なくとも上側部分は、通路の全容積を完全には充填しない形状を有する。ワークピース１５０がアセンブリ１００の上面によって支持されているとき、開口部１４０とデバイス１５２の表面との間、及びワークピース１５０の下面の下方に開放空間（非充填空間又は「ポケット」）１３４が存在する。
特に図１Ａを参照すると、アセンブリ１００は、ガス流導管１３２から隔離され、ガス流導管１３２に直接接続されていないポケット１３４を含む。ベース１１０のガス流導管１３２は、開口部１４０（及びポケット１３４）に直接接続しない、すなわちベースの位置で接続しない。開口部１４０（及びポケット１３４）と導管１３２との間の接続は、ガスが導管１３２からセラミック層１２０のガス流通気孔１２４を通って流れ、次いでガス流空間１２８を通って開口部１４０に到達することを必要とする間接的な接続経路である。図１Ｂは、アセンブリ１００のベース１１０の上面図（すなわち、セラミック層１２０及びワークピース１５０が取り外された、１Ａのアセンブリ１００の上面図）であり、図１Ａのベース１１０のガス流導管１３２がベースの位置で開口部１４０に直接接続しないことも示す。図１Ｂに示すように、ベース１１０は、ベース上面１１２と、デバイス開口部１４０（プローブ１５２は図示せず）と、ガス流導管１３２とを含む。表面１１２又はその下方に位置するガス流導管１３２は、円形セグメント１３２（ｂ）と、ベース１１０のほぼ中心の位置から円形セグメント１３２（ｂ）まで延在する「スポーク」セグメント１３２（ａ）とを含む、複数の接続されたセグメントを含む。図１Ａのアセンブリ１００は、ガス流導管１３２と開口部１４０との間の直接接続を含まないため、図１Ａのアセンブリ１００は、本開示のアセンブリ又はベースの例ではない。
本明細書で上述したように、「ポケット」と呼ばれることもある、図１Ａ及び図１Ｂの開口部１４０などの、通路内の非充填空間は、チャックアセンブリによって支持されたワークピースで実行される処理ステップ後に残留冷却ガスを含有する。その残留ガスは、通気ステップ中にガス流システムから逃げるのが遅くなる可能性があり、その結果、ワークピースがチャックから所望により取り外されるときにワークピースの上面と下面との間に圧力差が生じる。本開示の例示的なアセンブリによれば、図２Ａのアセンブリ１００などのベースアセンブリは、ベース１１０のガス流導管１３２と通路１４４との間の直接接続（例えば、導管セグメント１３２（ｃ）の形態）を含み、すなわち、導管１３２は、ベース１１０の位置で通路１４４に直接接続する。
図２Ｂは、図２Ａのアセンブリ１００のベース１１０の上面図であり、ベース１１０のガス流導管１３２がベースの位置で通路１４４に直接接続することも示す。図２Ｂは、ワークピース１５０及びセラミック層１２０が存在しないベース１１０を示す。図２Ｂに示すように、ベース１１０は、ベース上面１１２と、デバイス開口部１４０（プローブ１５２は図示せず）と、ガス流導管１３２とを含む。表面１１２又はその下方に位置するガス流導管１３２は、円形セグメント１３２（ｂ）と、ベース１１０の領域の中心から円形セグメント１３２（ｂ）まで延在する「スポーク」セグメント１３２（ａ）と、デバイス開口部１４０のうちの１つに隣接し、それと流体連通するセグメント１３２（ｃ）とを含む、複数の接続されたセグメントを含む。図２Ｂに示すように、ガス流入口１３０は、スポークセグメント１３２（ａ）のうちの１つの内部で、アセンブリの領域の中心付近に位置する。代替的に、ガス流入口１３０は、デバイス開口部１４０の一部としてセグメント１３２（ｃ）に、又は円形セグメント１３２（ｂ）の一部としてなど、所望に応じて異なる位置にあってもよい。
図２Ａ及び図２Ｂのアセンブリ１００は、使用中に、冷却ガスがベース１２０の導管１３２からポケット１３４を通って、ガス流空間１２８に直接流れることができるように適合されている。デバイス開口部１４０（ポケット１３４を含む）を通る流れに対する抵抗が低減された、冷却ガスの流れの改善がもたらされ、一般に望ましい場合がある。しかしながら、より具体的な潜在的な利点として、導管１３２とポケット１３４との間に直接冷却ガスの流れを可能にするガス流導管はまた、ポケット１３４の通気を改善することができ、好ましくは、デバイス１００のガス流システムから残留冷却ガスを通気するステップに必要な時間量を短縮することができる。
ポケット１３４は、現在の静電チャックアセンブリ設計では通気ステップ中にガス流空間１２８から非常にゆっくりと放出される、ある量の残留冷却ガスを含有することになる。本出願人の新しい設計によれば、処理ステップ後にポケット１３４内に存在する残留冷却ガスは、チャックのガス流システムから導管１３２及び入口１３０を通ってより迅速に放出することができる。通気ステップ中にガス流空間１２８のみを通って流れる残留ガス（最終的にアセンブリ１００の周囲から放出される）に加えて、又はその代わりに、残留冷却ガスは、代替的に又は追加的に、ガス流入口１３０（ここではガス流出口として機能する）を通過することによって、導管１３２を通って流れ、ベース１１０を出ることができる。結果として、代替のガス流システム又は導管設計を含むチャックを使用する場合、具体的には、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示すような、デバイス開口部に直接接続する導管セグメントを含まないガス流システム設計を含むチャックを使用する場合、必要とされる通気期間に関して、通気期間を短縮することができる。
記載されるチャックアセンブリは、静電チャックの使用を伴う様々な公知の処理ステップのいずれかを使用してワークピースを処理するのに有用な機器及びプロセスで使用することができる。記載されるチャック及び関連する方法は、半導体ウエハ処理に特に有用であり得るが、他のプロセスにも使用することができる。静電チャックが使用され得る機器及びシステムの例には、ビームラインイオン注入装置、プラズマドーピングイオン注入装置、プラズマ浸漬イオン注入システム、フラッドイオン注入装置、集束プラズマシステム、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、及び化学蒸着システムが含まれる。本明細書に記載の様々な静電チャックアセンブリは、ウエハ処理システムの一部としての静電チャックシステム環境において印加電圧源（ＡＣ又はＤＣ）で動作するように構成される。
記載される静電チャックアセンブリを含有するシステム又は機器を使用する例示的な方法によれば、半導体ウエハなどのワークピースが、静電チャックの上面で支持される。チャックアセンブリの電極を帯電させて、チャックとワークピースとの間に静電吸着を生成する。図３Ａ（図２Ａと同じ数字表示を用いる）を参照すると、例示的なチャックアセンブリ１００は、ワークピース１５０がチャック上面に吸着されるように作動する電極（図示せず）を含む。ワークピース１５０に対して、粒子又はイオン１７０（例えば、イオン注入のため）をワークピース１５０の上面に向けて加速するステップなどのプロセスが実行される。効率的な注入又は別の種類の処理を可能にするために、チャック１００及びワークピース１５０を含有する処理チャンバ内の空間は、真空圧力であってもよい。例えば、ワークピース１５０の上面の圧力は、５、３、２、又は１Ｔｏｒｒ未満であってもよい。
処理ステップにより、ワークピース１５０の温度が上昇する。ワークピース１５０から熱を除去するために、冷却ガス１６０をガス流入口１３０に流入させる。冷却ガス１６０は、導管１３２を通過して通気孔１２４に到達し、別個にポケット１３４に到達する。次いで、冷却ガス１６０は、通気孔１２４及びポケット１３４を通ってガス流空間１２８に流入し、ワークピース１５０の下面に接触する。冷却ガス１６０は、空気、窒素、アルゴン、又は別の不活性ガスなどの任意の有用なガスであってもよい。冷却ガスの圧力及び流量は、ワークピース１５０の温度を所望のレベルに制御するのに有効であってもよい。ワークピースの温度は、ワークピースのタイプ及びワークピースに対して実行されているプロセスのタイプを含む要因に依存する場合がある。一般に、様々なワークピースは摂氏－１００～６００度の範囲であり得る温度で、様々な製造ステップで処理することができる。特定の基板上で実行される特定のタイプのプロセスは、より狭い温度範囲にわたって実行されてもよい。例えば、半導体ウエハのイオン注入プロセスは、摂氏－３０～１００度の範囲の温度を有するワークピースに対して実行することができる。
ガス流空間１２８内の冷却ガス１６０の例示的な圧力は、５～５０Ｔｏｒｒ、例えば１０～３０Ｔｏｒｒの範囲であってもよい。ガス流空間１２８を通過した後、冷却ガス１６０は、矢印１６２で示すように、アセンブリ１００の周囲で逃げる。
処理ステップが完了し、加速された粒子又はイオン１７０の流れが停止した後、冷却ガス１６０の流れも停止する（図３Ｂを参照）。冷却ガス１６０の残留量は、ガス流空間１２８、ポケット１３４、導管１３２、及び入口１３０を含むガス流システム内に約５０Ｔｏｒｒまでの圧力で残留し、残留静電荷により、ワークピース１５０はチャックアセンブリ１００に吸着され続ける。最終的なステップは、チャックアセンブリ１００からワークピース１５０を取り外すことである。しかし、ワークピース１５０を取り外す前に、冷却ガス１６０がガス流空間１２８、ポケット１３４、導管１３２、及び入口１３０から逃げる時間量が許容される。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃ（並びに図２Ａ及び図２Ｂ）のアセンブリ設計によれば、冷却ガス１６０は、矢印１６２で示すように、アセンブリ１００の周囲のポケット１３４から逃げることができ、直接導管１３２を通って入口１３０へと逃げることもできる。残留冷却ガス１６０の量は、ポケット１３４を導管１３２に直接接続する、セグメント１３２（ｃ）を含まない設計と比較して、ガス流導管１３２のセグメント１３２（ｃ）を通過することによってより迅速に逃げることができる。
一定量の冷却ガス１６０がアセンブリ１００のガス流システムから逃げることを可能にする所望の時間量の後に、図３Ｃの矢印１７２によって示されるように、ワークピース１５０をアセンブリ１００から取り外す、例えば持ち上げて離すことができる。
第１の態様では、静電チャックアセンブリはベース層を備え、ベース層は、ベース層上面及びベース層下面；ベース層を通って延在し、静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部；ベース層の領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管；並びにベース層に入り、ガス流導管に接続するガス流入口を含む。
ガス流導管は、ベース層の上面にチャネルを備える、第１の態様に記載の第２の態様。
ベース層の上方に配置されたセラミック層をさらに備え、セラミック層は、セラミック層上面と、セラミック層下面と、セラミック層下面とセラミック層上面との間に延在する複数のガス流通気孔であって、ガス流導管と流体連通する、ガス流通気孔と、セラミック層を通って延在し、ベース層デバイス開口部に接続され、デバイスの一部を含有するように適合されたセラミック層デバイス開口部とを備える、前記態様のいずれかに記載の第３の態様。
セラミック層上面の上方でワークピースを支持し、ワークピースの下面とセラミック層上面との間にガス流層を形成するように適合されたエンボスを、セラミック層上面にさらに備える、前記態様のいずれかに記載の第４の態様。
ガス流導管は、円形導管セグメントと、円形導管セグメントに接続された複数の半径方向導管セグメントとを備える、前記態様のいずれかに記載の第５の態様。
デバイスは、移動を実行し、状態に影響を及ぼし、又は測定を実行するように適合される、前記態様のいずれかに記載の第６の態様。
デバイスは測定デバイスである、前記態様のいずれかに記載の第７の態様。
デバイスは可動プローブである、第１から第６の態様のいずれかに記載の第８の態様。
ガス流導管は、円形導管セグメントと、円形導管セグメントに接続された複数の半径方向導管セグメントとを備え、ベース層は、ベース層を通る少なくとも２つのベース層デバイス開口部を含み、各ベース層デバイス開口部は、可動プローブを含有し、少なくとも２つの半径方向導管セグメントの各々は、ベース層デバイス開口部のうちの１つに接続する、前記態様のいずれかに記載の第９の態様。
ガス流導管は、ベース層デバイス開口部の周囲に延在するガス流導管セグメントを備える、前記態様のいずれかに記載の第１０の態様。
第１１の態様では、ワークピースを処理する方法は、静電チャックアセンブリ上に、ワークピースを支持することであって、静電チャックアセンブリは、ベース層であって、ベース層上面及びベース層下面、ベース層を通って延在し、静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部、ベースの領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管、並びにベース内に入り、ガス流導管に接続されたガス流入口を備えるベース層と、ベース層の上方に配置されたセラミック層であって、セラミック層上面、セラミック層下面、セラミック層下面とセラミック層上面との間に延在し、ガス流導管と流体連通する複数のガス流通気孔、及びセラミック層を通って延在し、ベース層デバイス開口部に接続され、デバイスの一部を含有するように適合されたセラミック層デバイス開口部を備える、セラミック層とを備え、ワークピースは、セラミック層上面で支持される、支持することと、ガスをガス流入口に流入させ、ガス流導管を通過させることとを含む。
静電チャックは電極を備え、方法は、ワークピースを静電チャックアセンブリに静電吸着させるために、ワークピースに電荷を生成し、電極に反対の電荷を生成することを含む、第１１の態様に記載の第１２の態様。
第１１又は第１２の態様に記載の第１３の態様は、ワークピースに向けてイオンを加速させ、ワークピースの表面にイオンを注入させることをさらに含む。
第１１から第１３の態様のいずれかに記載の第１４の態様は、ワークピースの温度を摂氏－３０～１００度の範囲に維持することをさらに含む。
第１１から第１４の態様のいずれかに記載の第１５の態様は、ガス流入口に入るガス流を停止することと、ガス流導管内の残留ガスをガス流導管から通気期間の間通気させることと、通気期間の後に、セラミック層上面からワークピースを取り外すこととをさらに含む。
通気期間が２秒未満である、第１５の態様に記載の第１６の態様。

Claims (16)

  1. ベース層を備える静電チャックアセンブリであって、前記ベース層は、
    ベース層上面及びベース層下面、
    前記ベース層を通って延在し、前記静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部、
    前記ベース層の領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、前記ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管、並びに
    前記ベース層に入り、前記ガス流導管に接続するガス流入口
    を含む、静電チャックアセンブリ。
  2. 前記ガス流導管は、前記ベース層の上面にチャネルを備える、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  3. 前記ベース層の上方に配置されたセラミック層をさらに備え、前記セラミック層は、
    セラミック層上面と、
    セラミック層下面と、
    前記セラミック層下面と前記セラミック層上面との間に延在する複数のガス流通気孔であって、前記ガス流導管と流体連通する、ガス流通気孔と、
    前記セラミック層を通って延在し、前記ベース層デバイス開口部に接続され、前記デバイスの一部を含有するように適合されたセラミック層デバイス開口部と
    を備える、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  4. セラミック層上面の上方でワークピースを支持し、前記ワークピースの下面と前記セラミック層上面との間にガス流層を形成するように適合されたエンボスを、前記セラミック層上面にさらに備える、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  5. 前記ガス流導管は、円形導管セグメントと、前記円形導管セグメントに接続された複数の半径方向導管セグメントとを備える、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  6. 前記デバイスは、移動を実行し、状態に影響を及ぼし、又は測定を実行するように適合される、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  7. 前記デバイスは測定デバイスである、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  8. 前記デバイスは可動プローブである、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  9. 前記ガス流導管は、円形導管セグメントと、前記円形導管セグメントに接続された複数の半径方向導管セグメントとを備え、
    前記ベース層は、前記ベース層を通る少なくとも２つのベース層デバイス開口部を含み、各ベース層デバイス開口部は、可動プローブを含有し、
    前記少なくとも２つの半径方向導管セグメントの各々は、前記ベース層デバイス開口部のうちの１つに接続する、
    請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  10. 前記ガス流導管は、前記ベース層デバイス開口部の周囲に延在するガス流導管セグメントを備える、請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  11. 静電チャックアセンブリ上に、ワークピースを支持することであって、前記静電チャックアセンブリは、
    ベース層であって、
    ベース層上面及びベース層下面、
    前記ベース層を通って延在し、前記静電チャックアセンブリの動作を実行するデバイスの一部を含有するように適合されたベース層デバイス開口部、
    前記ベースの領域にわたって水平に延在するガス流導管であって、前記ベース層デバイス開口部と接続する導管セグメントを備える、ガス流導管、並びに
    前記ベース内に入り、前記ガス流導管に接続されたガス流入口
    を備えるベース層と、
    前記ベース層の上方に配置されたセラミック層であって、
    セラミック層上面、
    セラミック層下面、
    前記セラミック層下面と前記セラミック層上面との間に延在し、前記ガス流導管と流体連通する複数のガス流通気孔、及び
    前記セラミック層を通って延在し、前記ベース層デバイス開口部に接続され、前記デバイスの一部を含有するように適合されたセラミック層デバイス開口部
    を備える、セラミック層と
    を備え、
    前記ワークピースは、前記セラミック層上面で支持される、ワークピースを支持することと、
    ガスを前記ガス流入口に流入させ、前記ガス流導管を通過させることと
    を含む、ワークピースを処理する方法。
  12. 前記静電チャックは電極を備え、前記方法は、前記ワークピースを前記静電チャックアセンブリに静電吸着させるために、前記ワークピースに電荷を生成し、前記電極に反対の電荷を生成することを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記ワークピースの表面に前記イオンを注入するために、前記ワークピースに向かってイオンを加速させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記ワークピースの温度を摂氏－３０～１００度の範囲に維持することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記ガス流入口に入る前記ガス流を停止することと、
    前記ガス流導管内の残留ガスを前記ガス流導管から通気期間にわたって通気させることと、
    前記通気期間の後に、前記セラミック層上面から前記ワークピースを取り外すことと
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記通気期間が２秒未満である、請求項１５に記載の方法。
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