JP4153309B2 - デチャックの音響検出及びその装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、基板のデチャック（dechucking）の完了を検出する方法及びそのための装置に関する。本発明は、真空チャンバ内のプラズマ処理等の処理中における半導体ウエハのデチャックを検出するのに有用である。デチャックの完了を検出するための装置は、半導体ウエハ又はフラットパネルディスプレイ基板等の基板を上昇させるためのリフトピン機構に組み込まれうる。

発明の背景
プラズマエッチング、イオン注入、スパッタリング、瞬時熱プロセス（rapid thermal processing；ＲＴＰ）、フォトリソグラフィ、化学気相成長（ＣＶＤ）及びフラットパネルディスプレイ製造プロセス等の半導体処理のための様々なタイプの装置が存在し、その中でエッチング、レジスト剥離、パッシベーション（passivation）、デポジション等が行われる。このようなシステムでは、リフトピン機構によって基板を搬送及び／又は支持する必要がある。そのようなリフトピン機構は、熱的、化学的、光学的及びその他の基板処理で搬送中に基板を一時的に支持するために用いられうる。

プラズマの発生は、このような様々な半導体製造プロセスに用いられる。プラズマ発生装置は、本願と同じ出願人による米国特許第4,340,462号に開示されたタイプ等の平行平板反応室、本願と同じ出願人による米国特許第5,200,232号に開示されたタイプ等の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）システム、及び本願と同じ出願人による米国特許第同4,948,458号に開示されたタイプ等の誘導結合プラズマシステムを含む。このようなプラズマ処理システムでは、従来では、プラズマ処理チャンバの一部の内部にある基板ホルダ上で処理すべき基板を支持する。さらに、従来では、機械的及び／又は静電気的クランピング機構（mechanical and/or electrostatic clamping mechanisms）によって基板ホルダ上に基板を保持する。機械的クランピングシステムの一例は、米国特許第4,615,755号に開示され、静電チャッキング（ＥＳＣ）装置の一例は、米国特許第4,554,611号に開示されている。

基板処理チャンバ内にウエハ等の基板を搬送するために、従来では、米国特許第4,431,473号、同4,790,258号、同4,842,683号及び同5,215,619号に開示されたタイプ等のロボットアーム及びリフトピン機構を利用する。基板ホルダ上のウエハを下降させるために、従来では、米国特許第4,431,473号に開示されたタイプ等のリフトピン機構を用いており、この機構では、４つのリフトピンがウエハの形態で基板と同心の円形パターンで配置される。

米国特許第5,948,986号は、基板をESC上に静電気的にクランプする前に基板の有無を監視するための音波を利用する技術を開示している。米国特許第6,182,510 B1号は、ピントランスデューサー（pin transducers）等のリフトピンを用いてウエハに音波が伝達されるなどの、その処理中にウエハ温度を測定する音波を利用する装置を開示している。米国特許第5,872,694号は、ウエハ内のそり（warpage）を求めて、ＥＳＣに最適なクランピング電圧（clamping voltage）を与えるための装置を開示している。一旦、ウエハの処理が完了すると、ウエハを安全に移動させることができるように、ウエハをデチャックし、及び／又は、いつクランピング力（clamping forces）が十分にゆるくなった（released）かを決定するための様々な技術が提案されている。例えば、米国特許第5,117,121号、同5,491,603号、同5,790,365号、同5,818,682号、同5,900,062号、同5,956,837号、同6,057,244号を参照されたい。

ウエハのデチャックがいつ完了したかを監視／予測するための技術が提案されているが、このような技術は、基板上のクランピング力が、ピン又は他の搬送機構を上昇させることによってチャック表面から基板を移動させることができるのに十分に減少されるのがいつであるかを、適切に決定し得ない。したがって、基板がクランピング面からのその搬送ができるのに十分にデチャックされた（dechucked）のがいつであるかを決定するより正確な技術が技術的に必要とされている。

発明の要約
本発明は、静電チャックのデチャックを検出するための方法及び装置を提供する。本装置は、その支持面上に半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む基板支持体と、前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響信号発生器と、前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出するように構成された検出器と、を備え、前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板全体が静電気的にクランプされていないときに前記検出器によって検出される。好適な実施の形態によれば、前記基板支持体は、該基板支持体と接触するリフトピンを含み、前記音響信号発生器は、前記半導体基板と接触する該リフトピンの少なくとも１つを通して音響信号を伝達する。前記基板支持体は、前記基板上に材料の層を堆積するためにプラズマエッチングチャンバ又はＣＶＤチャンバ等の真空チャンバ内に配置されうる。

好適な実施の詳細な説明
シリコンウエハ等の半導体基板が基板支持体に静電気的にクランプされる半導体プロセスでは、クランピング力が十分に減少するまで、支持体から基板を移動させることを遅らせるのが望ましい。クランピング力が十分に減少する前に基板を移動させると、基板にダメージを与えてしまう、及び／又は、基板を上昇させたり下降させたりするために用いられるリフトピンによって基板がＥＳＣから外れて、基板が処理されるチャンバ内の望ましくない位置に飛び出すことになり得る。本発明は、基板が十分にデチャックされて、その安全な移動が可能であるのはいつであるかを決定することができる技術を提供する。

ＥＳＣを用いた基板をクランピングする間は、基板の裏面近くの薄い半導体層（thin semi-conductive layer）に埋め込まれた１つ又は複数の高電圧電極が、静電クランピング力を発生させるために用いられうる。例えば、十分な電圧（直流で約１０００ボルト）が電極に与えられ、次に、高電圧電極上の電荷に作用する基板下面上の電荷を生成する電界を作り出す。その結果、基板とＥＳＣとの間に正味の引力（net attractive force）が生じる。例えば、プラズマエッチング、デポジション等の処理が完了すると、基板は、次の基板が同様に処理されうるように、チャンバの外に搬送される必要がある。そうするためには、リフトピン機構等の装置によって基板が上昇させられる前に、基板とＥＳＣとの間のクランピング力をしきい値よりも下げる必要がある。

本発明は、十分なデチャックがいつ起こるのかを見積もるために、経験的な判定（empirical determination）を頼りにするデチャック技術を改善するものである。しかしながら、基板タイプ間の相違及び／又は長期に渡るＥＳＣ性能のシフト間の相違によって、いつ十分なデチャックが起こったのかを決定することが不正確になりうる。本発明は、基板をＥＳＣから移動させるのが安全なのはいつであるかをより正確に決定するために、基板からのフィードバックを利用する方法を提供することによって、このような問題を解決する。本発明に係る好適な方法は、基板の状態を監視して、基板を移動させるのが安全なのはいつであるかを決定するために音響信号を用いる。

第１の好適な実施の形態によれば、音響信号は基板に送られ、音響検出器等の検出器が基板から反射された音響信号を監視するために用いられる。基板チャック本体に基板がクランプされているときと、基板とチャック本体との間のクランピング力が所定のしきい値より下に下降したときとでは、反射した音響信号が、異なる振る舞いをする（behave differently）ので、クランピング力が基板を安全に移動させるのに十分な程度に減少されるのがいつであるかを検出することができる。

基板に音響信号を与える技術の１つは、基板に音響信号を結合させる（couple）リフトピン機構の１つ又は複数のリフトピンを用いることである。音波の周波数は、基板の機械的な共振周波数と適合するように選択されうる。基板がＥＳＣから完全にデチャックされていない限りは、基板とＥＳＣとは結合システム（coupling system）を形成するからである。結合システムの質量の方が大きいため、その共振周波数は、基板自体の共振周波数よりもかなり低くなる。この結合効果（coupling effect）によって、リフトピン又はピンによって伝えられた音波は、基板によって吸収されず、その代わりに反射される。これに対し、基板がＥＳＣから十分にデカップリングされる（decoupled）と、供給された音波は、基板の機械的な“固有振動数”に共振して、基板に吸収される。

リフトピンのベースにある音響検出装置は、音波の振幅を監視するために用いられうる。吸収が起こると、振幅は共振増幅（resonant amplification）によってかなり高くなる。従って、振幅の増加が感知されると、“リフト”信号がコントローラからピンリフト機構に送られることによって、リフトピンがＥＳＣから基板を上昇させる。搬送機構のロボットアームは、次に、チャンバから基板を取り除くために用いられうる。

図１は、本発明に係る音響監視機構を組み込んだ構成を示す図である。この構成は、リフトピン台（lift pin pedestal）１４のシャフト１２に取り付けられた音響送信器／受信器１０を含む。リフトピン台１４は、チャック本体１８の開口部内に延びるリフトピン１６を含む。チャック本体は、チャック本体１８の上面に基板２０を静電気的にクランプするために、その上部にＥＳＣを含む。空気圧駆動式シリンダ（pneumatically actuated cylinder）２２は、シャフト１２を垂直に移動させることによって、基板２０を昇降させるのに効果的である。バルブ２６が開いているときには、加圧ガス（pressurized gas）がライン２４を通ってシリンダ２２に供給される。例えば、コントローラ３０は、送信器／受信器からのフィードバック信号を監視して、基板が十分にデチャックされて、ピンリフト機構によってその安全な移動が可能であるときに対応するしきい値を超えて共振増幅が増加したことを送信器／受信器が示したときに、リフトピン１６を上昇させるバルブ２６を作動するために用いられうる。

上記の例示的な実施の形態は、本発明を制限するものではなく、あらゆる点において一例として示したものである。従って、本発明は、当業者によってここに含まれる説明から導き出せる詳細な実施において様々なバリエーション（variations）が可能である。このようなバリエーションは全て、特許請求の範囲によって定められた本発明の範囲及び思想を逸脱しない範囲で考えられる。
図面の簡単な説明
本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点は、図面に関連した詳細な説明を参照すれば容易に理解できるであろう。

図１は、本発明に係る音響監視機構を組み込んだリフトピン機構を示す図である。

Claims (18)

1. 静電チャックのデチャックを検出するための装置であって、
   その支持面上に半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックと当該静電チャックと接触するリフトピンとを含む基板支持体と、
   前記半導体基板と接触する前記リフトピンの少なくとも１つを介して前記半導体基板に音波を伝達するように構成された音波発生器と、
   前記音波の振幅に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出するように構成された検出器と、
   を備え、
   前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板全体が静電気的にクランプされていないときに前記検出器によって検出されることを特徴とする装置。
2. 静電チャックのデチャックを検出するための装置であって、
   その支持面上に半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む基板支持体と、
   前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響発生器と、
   前記音響信号に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出するように構成された検出器と、
   を備え、
   前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板全体が静電気的にクランプされていないときに前記検出器によって検出され、
   前記音響信号発生器は、前記半導体基板の機械的な共振周波数で音波を出力し、前記第２状態は、前記基板による前記音波の吸収の増加を前記検出器が検出したときに検出されることを特徴とする装置。
3. ピンリフト機構とコントローラとを更に備え、該コントローラは、前記第２状態を示す前記検出器からの出力信号を受信し、前記第２状態が検出されたときに前記基板を上昇させる前記リフトピン機構を作動させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記リフトピン機構は、空気作動式であり、前記コントローラは、リフトピン台に取り付けられたシャフトを上昇させる空気圧シリンダに加圧ガスを供給するバルブを操作することによって、前記リフトピン機構を作動させることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記基板支持体は、プラズマエッチングチャンバ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記基板支持体は、ＣＶＤチャンバ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記基板支持体は、開口部を有し、この開口部を通して伝熱ガスが前記基板と前記支持面との間に供給されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 静電チャックのデチャックを検出するための装置であって、
   その支持面上に半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む基板支持体と、
   前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響発生器と、
   前記音響信号に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出するように構成された検出器と、
   を備え、
   前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板全体が静電気的にクランプされていないときに前記検出器によって検出され、
   前記半導体基板は、シリコンウエハであり、前記第２状態は、前記音響信号発生器によって発生された音波が前記ウエハによって吸収されたときに検出されることを特徴とする装置。
9. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
   基板支持体上に半導体基板を支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
   前記半導体基板をリフトピンと接触させる工程と、
   前記半導体基板に音波を伝達するように構成された音波発生器を用いて音波を発生する工程と、
   前記音波の振幅に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
   前記音波は、前記半導体基板と接触する前記リフトピンの少なくとも１つを介して伝達され、
   前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板が前記支持面に接触し、かつ、しきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないときに検出されることを特徴とする方法。
10. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
    基板支持体上に半導体基板を支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
    前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響信号発生器を用いて音響信号を発生する工程と、
    前記音響信号に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
    該第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板がしきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないときに検出され、
    前記音響信号発生器は、前記半導体基板の機械的な共振周波数で音波を出力し、前記第２状態は、前記基板による前記音波の吸収の増加を前記検出器が検出したときに検出されることを特徴とする方法。
11. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
    基板支持体上に半導体基板を支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
    前記半導体基板をリフトピンと接触させる工程と、
    前記半導体基板に音波を伝達するように構成された音波発生器を用いて音波を発生する工程と、
    前記音波の振幅に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
    前記音波は、前記半導体基板と接触する前記リフトピンの少なくとも１つを介して伝達され、
    前記第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板がしきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないときに検出され、
    前記基板支持体は、ピンリフト機構を備え、コントローラが、前記第２状態を示す前記検出器からの出力信号を受信し、前記第２状態が検出されたときに前記基板を上昇させる前記リフトピン機構を作動させることを特徴とする方法。
12. 前記リフトピン機構は、空気作動式であり、前記コントローラは、リフトピン台に取り付けられたシャフトを上昇させる空気圧シリンダに加圧ガスを供給するバルブを操作することによって、前記リフトピン機構を作動させることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板支持体は、プラズマエッチングチャンバ内に配置され、前記第２状態は、前記半導体基板上の層をエッチングした後に検出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記基板支持体は、ＣＶＤチャンバ内に配置され、前記第２状態は、前記半導体基板上に層を堆積した後に検出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 前記基板支持体は、前記支持面に開口部を有し、伝熱ガスがこの開口部を通して前記基板と前記支持面との間の空間に供給されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
    基板支持体上に半導体基板を支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
    前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響信号発生器を用いて音響信号を発生する工程と、
    前記音響信号に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
    該第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板がしきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないときに検出され、
    前記基板支持体は、ピンリフト機構を備え、コントローラが、前記第２状態を示す前記検出器からの出力信号を受信し、前記第２状態が検出されたときに前記基板を上昇させる前記リフトピン機構を作動させ、
    前記半導体基板は、シリコンウエハであり、前記第２状態は、前記音響信号発生器によって発生された音波が前記ウエハによって吸収されたときに検出されることを特徴とする方法。
17. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
    基板支持体上に半導体基板を支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該半導体基板を静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
    前記半導体基板に音響信号を伝達するように構成された音響信号発生器を用いて音響信号を発生する工程と、
    前記音響信号に従って前記半導体基板の第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
    該第１状態は前記半導体基板が静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記半導体基板がしきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないときに検出され、
    前記基板支持体は、ピンリフト機構を備え、コントローラが、前記第２状態を示す前記検出器からの出力信号を受信し、前記第２状態が検出されたときに前記基板を上昇させる前記リフトピン機構を作動させ、
    前記第２状態は、前記音響信号発生器によって発生した音波が前記半導体基板によって吸収されたときに検出されることを特徴とする方法。
18. 静電チャックのデチャックを検出する方法であって、
    基板支持体上にシリコンウエハを支持する工程であって、該基板支持体がその支持面上に該シリコンウエハを静電気的にクランプするように構成された静電チャックを含む工程と、
    前記シリコンウエハに音響信号を伝達するように構成された音響信号発生器を用いて音響信号を発生する工程と、
    前記音響信号に従って前記シリコンウエハの第１状態と第２状態とを検出する工程と、を含み、
    該第１状態は前記シリコンウエハが静電気的にクランプされているときに検出され、前記第２状態は前記音響信号発生器で発生した音波が前記シリコンウエハに吸収されて前記シリコンウエハがしきいクランピング力を超えて静電気的にクランプされていないことを示すときに検出されることを特徴とする方法。

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