JP6723660B2 - ウェハ保持装置及びウェハ着脱方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハ保持装置及びウェハ着脱方法に関する。
半導体製造工程では、半導体ウェハを真空容器内で保持するためのウェハ保持装置が用いられ、例えば、静電力を用いる静電チャックが用いられる。真空容器内での処理が終了して半導体ウェハの固定を解除する場合、ウェハに残留する電荷を除去してウェハとチャックの間の静電力を低下させる（特許文献１参照）。
特開２０１０−１０４７７号公報
固定中のウェハとウェハチャックの間には、ガスが溜まることがある。例えば、ウェハの裏面を保護する樹脂膜から放出されるガスや、ウェハの冷却または加熱に用いる伝熱用ガスがウェハとチャックの間に存在しうる。真空容器内でウェハが固定されている場合、ウェハとチャックの間に溜まるガスは、チャックからウェハを離脱させる方向の力をウェハに与える。このような状況下でウェハとチャックの間の吸着力を低下させると、ガスの膨張力によりウェハがチャック上で跳ねてウェハの位置がずれるおそれがある。ウェハの位置ずれが大きい場合、搬送ロボット等を用いて真空容器内からウェハを搬出できなくなるため、ウェハ取出しのために処理装置を停止しなければならない。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェハの固定を解除する際のウェハの位置ずれを低減する技術を提供することにある。
本発明のある態様のウェハ保持装置は、保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられるウェハチャックと、複数の吸着領域のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される制御部と、を備える。制御部は、ウェハの固定を解除する場合、複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とした後に、複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくする。
本発明の別の態様は、ウェハチャックを用いるウェハ着脱方法である。ウェハチャックは、保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられる。この方法は、ウェハの固定を解除する場合、複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とした後に、複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくする。
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、ウェハの固定解除時のウェハの位置ずれを低減できる。
実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。 図１のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。 ウェハ保持装置の構成を概略的に示す断面図である。 ウェハ保持装置の構成を概略的に示す上面図である。 複数の電極構造に印加される電圧の一例を示すグラフである。 変形例に係るウェハ保持装置の構成を概略的に示す上面図である。 変形例に係るウェハ保持装置の構成を概略的に示す上面図である。 変形例に係るウェハ保持装置の構成を概略的に示す上面図である。 別の実施の形態に係るウェハ保持装置の構成を概略的に示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置１０は、実施の形態に係るウェハ保持装置５２が用いられるウェハ処理装置の一例である。
イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物ＷをウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。
イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを該一方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの処理面全体にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。本書では説明の便宜上、設計上のビーム軌道を進むイオンビームＢの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームＢを被処理物Ｗに対し走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。よって、ビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。
イオン注入装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６とを備える。イオン源１２は、イオンビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
ビームライン装置１４は、例えば、上流から順に、質量分析部１８、可変アパチャ２０、ビーム整形部２２、第１ビーム計測器２４、ビーム走査器２６、平行化レンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。
質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出されたイオンビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。
可変アパチャ２０は、開口幅が調整可能なアパチャであり、開口幅を変えることでアパチャを通過するイオンビームＢのビーム電流量を調整する。可変アパチャ２０は、例えば、ビームラインを挟んで上下に配置されるアパチャプレートを有し、アパチャプレートの間隔を変化させることによりビーム電流量を調整してもよい。
ビーム整形部２２は、四重極収束／発散装置（Ｑレンズ）などの収束／発散レンズを備えており、可変アパチャ２０を通過したイオンビームＢを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形部２２は、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）であり、上流側から順に第１四重極レンズ２２ａ、第２四重極レンズ２２ｂ、第３四重極レンズ２２ｃを有する。ビーム整形部２２は、三つのレンズ装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃを用いることにより、ウェハＷに入射するイオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の収束または発散をそれぞれの方向について独立に調整しうる。ビーム整形部２２は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
第１ビーム計測器２４は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、イオンビームの電流を測定するインジェクタフラグファラデーカップである。第１ビーム計測器２４は、ビーム整形部２２により整形されたイオンビームＢのビーム電流を計測できるように構成される。第１ビーム計測器２４は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２４ｂと、ファラデーカップ２４ｂを上下に移動させる駆動部２４ａを有する。図２の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２４ｂを配置した場合、イオンビームＢはファラデーカップ２４ｂにより遮断される。一方、図２の実線で示すように、ファラデーカップ２４ｂをビームライン上から外した場合、イオンビームＢの遮断が解除される。
ビーム走査器２６は、ビームの往復走査を提供するよう構成されており、整形されたイオンビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビーム走査器２６は、ｘ方向に対向して設けられる走査電極対２８を有する。走査電極対２８は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対２８に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームＢをさまざまな角度に偏向させる。こうして、イオンビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図１において矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームＢの複数の軌跡を一点鎖線で示している。
平行化レンズ３０は、走査されたイオンビームＢの進行方向を設計上のビーム軌道と平行にするよう構成されている。平行化レンズ３０は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数のＰレンズ電極３２を有する。Ｐレンズ電極３２は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームＢに作用させて、イオンビームＢの進行方向を平行に揃える。なお、平行化レンズ３０は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。平行化レンズ３０の下流には、イオンビームＢを加速または減速させるためのＡＤ（Accel／Decel）コラム（図示せず）が設けられてもよい。
角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３４は、イオンビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３４は、電界偏向用のＡＥＦ電極対３６を有する。ＡＥＦ電極対３６は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームＢを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３４は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１６に供給する。
注入処理室１６は、図２に示すように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。
ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構５６は、図示されるようにウェハ保持装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２とともに往復運動される。
チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームＢの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の壁面の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン駆動装置５０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
注入処理室１６は、ビームストッパ３８を備える。ビーム軌道上にウェハＷが存在しない場合には、イオンビームＢはビームストッパ３８に入射する。また、注入処理室１６には、イオンビームのビーム電流量やビーム電流密度分布を計測するための第２ビーム計測器４４が設けられる。第２ビーム計測器４４は、サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌと、センターカップ４２を有する。
サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌは、ウェハＷに対してｘ方向にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームＢは、ウェハＷが位置する範囲を超えてオーバースキャンされるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４０Ｒ、４０Ｌに入射する。これにより、イオン注入処理中のビーム電流量を計測する。サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌの計測値は、第２ビーム計測器４４に送られる。
センターカップ４２は、ウェハＷの表面（ウェハ処理面）におけるビーム電流量やビーム電流密度分布を計測するためのものである。センターカップ４２は、可動式となっており、イオン注入時にはウェハ位置から待避され、ウェハＷが照射位置にないときにウェハ位置に挿入される。センターカップ４２は、ｘ方向に移動しながらビーム電流量を計測して、ビーム走査方向のビーム電流密度分布を計測する。センターカップ４２の計測値は、第２ビーム計測器４４に送られる。なお、センターカップ４２は、ビーム走査方向の複数の位置におけるイオン照射量を同時に計測可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んだアレイ状に形成されていてもよい。
図３は、ウェハ保持装置５２の構成を概略的に示す断面図であり、図４は、ウェハ保持装置５２の構成を概略的に示す上面図である。
ウェハ保持装置５２は、ウェハチャック５３と、制御部７０とを備える。ウェハチャック５３は、保持すべきウェハＷと接触するウェハ保持面６０を有し、ウェハ保持面６０上に複数の吸着領域Ｃ１，Ｃ２が設けられる。図４に示す例では、二つの吸着領域Ｃ１，Ｃ２が設けられる。第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２は、ウェハ保持面６０にて重ならないように設定され、それぞれが半円形状を有する。制御部７０は、複数の吸着領域Ｃ１，Ｃ２のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される。
ウェハチャック５３は、複数の電極構造６２ａ，６２ｂと、絶縁体層６４と、ベース部材６６とを含む。絶縁体層６４は、ウェハＷと直接接触する部分であり、ウェハ保持面６０を有する。絶縁体層６４は、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料で構成される。絶縁体層６４は、ベース部材６６に取り付けられており、ベース部材６６により支持される。
複数の電極構造６２ａ，６２ｂは、絶縁体層６４の内部に設けられる。複数の電極構造６２ａ，６２ｂのそれぞれは、ウェハ保持面６０上の吸着領域Ｃ１，Ｃ２に対応する位置に設けられる。図示する例では、第１吸着領域Ｃ１に対応する第１電極構造６２ａと、第２吸着領域Ｃ２に対応する第２電極構造６２ｂが設けられる。
第１電極構造６２ａは、第１電源７２ａに接続される。第１電極構造６２ａは、第１電源７２ａが印加する直流電圧により第１吸着領域Ｃ１に静電吸着力を発生させる。第１電極構造６２ａは、例えば、単一の電極体を有し、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力に基づく吸着力を生じさせる。第１電極構造６２ａは、複数の電極体を有してもよく、複数の電極体に異なる電圧を印加することでグラディエント力に基づく吸着力を生じさせてもよい。
第２電極構造６２ｂは、第２電源７２ｂに接続される。第２電極構造６２ｂは、第２電源７２ｂが印加する直流電圧により第２吸着領域Ｃ２に静電吸着力を発生させる。第２電極構造６２ｂは、第１電極構造６２ａと同様、単一の電極体を有し、クーロン力またはジョンソン・ラーベック力に基づく吸着力を生じさせる。第２電極構造６２ｂは、複数の電極体を有してもよく、複数の電極体に異なる電圧を印加することでグラディエント力に基づく吸着力を生じさせてもよい。
ベース部材６６は、絶縁体層６４の支持構造であり、ステンレス鋼などの金属材料で構成される。ベース部材６６は、図２に示すツイスト角調整機構５６に固定される。ベース部材６６には、冷却水路６８が設けられ、冷却水路６８を通過する水などの流体により冷却される。ベース部材６６は、グランドに接続されている。
制御部７０は、第１電源７２ａおよび第２電源７２ｂの動作を制御することにより、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の吸着力を制御する。制御部７０は、例えば、第１電極構造６２ａに正電圧を印加させ、第２電極構造６２ｂに負電圧を印加させることにより、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の双方に吸着力を発生させる。制御部７０は、複数の吸着領域Ｃ１，Ｃ２の全てに吸着力を発生させることで、ウェハ保持面６０にウェハＷがしっかりと固定された固定状態とする。
制御部７０は、第１電極構造６２ａおよび第２電極構造６２ｂに印加する電圧の絶対値を下げることにより、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の吸着力を低下させる。制御部７０は、第１電極構造６２ａおよび第２電極構造６２ｂの双方にグランド電圧を印加し、ベース部材６６と同電位にすることで、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２に吸着力が生じないようにする。制御部７０は、複数の吸着領域Ｃ１，Ｃ２の全てにおいて吸着力が発生しないようにすることで、ウェハ保持面６０へのウェハＷの固定が解除された固定解除状態とする。
制御部７０は、ウェハＷの固定を解除しようとする場合、上述の固定解除状態とする前に「仮固定状態」とする。仮固定状態とは、複数の吸着領域Ｃ１，Ｃ２のうち一部の吸着領域のみ吸着力を小さくする一方で、残りの吸着領域の吸着力を固定状態のまま維持した状態をいう。制御部７０は、例えば、第１電極構造６２ａに固定状態と同様の正電圧を印加する一方で、第２電極構造６２ｂをグランド電圧にすることで、第１吸着領域Ｃ１のみに吸着力を発生させた第１仮固定状態とする。制御部７０は、逆に、第１電極構造６２ａをグランド電圧にする一方で、第２電極構造６２ｂに固定状態と同様の負電圧を印加することで、第２吸着領域Ｃ２のみに吸着力を発生させた第２仮固定状態とする。
制御部７０は、ウェハＷの固定を解除する前に仮固定状態とすることにより、ウェハチャック５３とウェハＷの間に溜まるガスが外部に排出されるようにする。ウェハＷのウェハ保持面６０と接触する面（裏面）９０には、ウェハ保護用の樹脂層などが設けられることがあり、高真空の注入処理室１６においてガスを放出することがある。この場合、ウェハＷの固定状態を継続すると、ウェハチャック５３とウェハＷの間にはガスが溜まっていく。ウェハＷとウェハチャック５３の間に溜まるガスは、ウェハチャック５３からウェハＷを離脱させる方向の膨張力をウェハＷに与える。ガスが溜まった状態でウェハＷの固定を解除すると、ガスの膨張力によりウェハＷがウェハ保持面６０上で跳ね上がり、ウェハＷの位置が固定状態からずれることがある。ウェハＷの位置ずれが大きいと、ウェハ保持装置５２との間でウェハＷを搬送するためのロボット等がウェハＷを回収できず、ウェハＷの取出しのためにイオン注入装置１０の運転を停止しなければならない。仮に、注入処理室１６を大気暴露してウェハＷを取り出したとすると、その後、注入処理室１６を再度高真空状態として運転可能な状態とするにはかなりの時間を要する。その結果、イオン注入装置１０の生産性を大きく低下させてしまう。そこで、本実施の形態では、固定解除時のウェハＷの跳ね上がりを防ぐため、固定解除前にウェハチャック５３とウェハＷの間のガスを事前に排出するようにする。
図５は、複数の電極構造６２ａ，６２ｂに印加される電圧Ｖａ，Ｖｂの一例を示すグラフであり、固定期間から解除準備期間を経て固定解除期間に移行する際の電圧波形を示す。グラフの実線は、第１電源７２ａにより第１電極構造６２ａに印加される第１電圧Ｖａを示し、グラフの破線は、第２電源７２ｂにより第２電極構造６２ｂに印加される第２電圧Ｖｂを示す。ウェハＷの固定状態では、第１電圧Ｖａ＝Ｖ０であり、第２電圧Ｖｂ＝−Ｖ０である。固定状態で印加される基準電圧Ｖ０の大きさ（絶対値）は、ウェハチャック５３の仕様にもよるが、０．１ｋＶ〜１０ｋＶ程度であり、例えば０．５ｋＶ〜２ｋＶ程度である。
解除準備期間のうちの第１期間Ｔ１では、第１電極構造６２ａに印加する第１電圧Ｖａを基準電圧Ｖ０に維持したまま、第２電極構造６２ｂに印加する第２電圧Ｖｂを０Ｖにする。これにより、第１吸着領域Ｃ１に吸着力を生じさせつつ、第２吸着領域Ｃ２の吸着力を下げた第１仮固定状態とし、ウェハＷと第２吸着領域Ｃ２の間に溜まるガスが外部に排出されるようにする。第１仮固定状態は、ウェハＷと第２吸着領域Ｃ２の間のガスが十分に排出される程度維持されることが好ましい。一方で、第１仮固定状態の維持時間を長くすると、イオン注入装置１０の生産性低下につながる。第１期間Ｔ１の長さは、０．１秒以上１０秒以下とすることが好ましく、例えば、０．５秒以上５秒以下とすることがより好ましい。一例として、第１期間Ｔ１の長さは１秒または２秒程度である。
つづいて、解除準備期間のうちの第２期間Ｔ２では、第２電極構造６２ｂに印加する第２電圧Ｖｂを基準電圧−Ｖ０に戻し、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の双方に吸着力を生じさせる。したがって、第２期間Ｔ２は、固定状態と同じ状態であり、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の双方がウェハ固定時の吸着力に戻される。第２期間Ｔ２は、その後の第３期間Ｔ３へ移行するための移行期間であり、仮固定状態において第１吸着領域Ｃ１と第２吸着領域Ｃ２の双方の吸着力が失われて固定解除状態となることを防ぐための期間である。第２期間Ｔ２は、第２吸着領域Ｃ２に十分な吸着力が発生するまで維持されることが好ましく、０．１秒以上１０秒以下、好ましくは０．５秒以上５秒以下である。一例として、第２期間Ｔ２の長さは１秒または２秒程度である。
次に、解除準備期間のうちの第３期間Ｔ３では、第１電極構造６２ａに印加する第１電圧Ｖａを０Ｖにし、第２電極構造６２ｂに印加する第２電圧Ｖｂを基準電圧−Ｖ０に維持したままとする。これにより、第１吸着領域Ｃ１の吸着力を下げ、第２吸着領域Ｃ２に吸着力を生じさせた第２仮固定状態とし、ウェハＷと第１吸着領域Ｃ１の間に溜まるガスが外部に排出されるようにする。第２仮固定状態は、ウェハＷと第１吸着領域Ｃ１の間のガスが十分に排出される程度まで維持されることが好ましい。第３期間Ｔ３の長さは、０．１秒以上１０秒以下、好ましくは０．５秒以上５秒以下である。一例として、第３期間Ｔ３の長さは１秒または２秒程度である。
第３期間Ｔ３の経過後の固定解除期間では、第１電極構造６２ａに印加する第１電圧Ｖａを０Ｖにしまま、第２電極構造６２ｂに印加する第２電圧Ｖｂを０Ｖにする。これにより、第１吸着領域Ｃ１と第２吸着領域Ｃ２の双方の吸着力を失わせて固定解除状態とする。本実施の形態では、固定解除期間においてウェハチャック５３とウェハＷの間にガスが存在しないか、存在したとしても固定期間と比べて十分に少ないため、ガスの膨張によるウェハＷの跳ね上がりが生じず、生じたとしてもウェハＷの大きな位置ずれは生じにくい。したがって、本実施の形態によれば、固定解除時におけるウェハＷの位置ずれを好適に防止して、ウェハ保持装置５２を用いる装置の生産性低下を抑えることができる。
なお、図５に示す例では、第１仮固定状態とした後に第２仮固定状態としたが、これらの実行順序は問わず、第２仮固定状態とした後に第１仮固定状態としてもよい。
制御部７０は、ウェハ保持装置５２が保持するウェハＷに関連する条件に応じて、上述の第１期間Ｔ１，第２期間Ｔ２および第３期間Ｔ３の時間を変えてもよい。例えば、ウェハＷとウェハチャック５３の間に溜まるガスが多いと想定される場合には、上述の仮固定時間の長さを長めにし、溜まるガスが少ないと想定される場合には、仮固定時間の長さを短くしてもよい。
例えば、ウェハＷの固定時間が長いほどガスの溜まる量が増加するため、ウェハＷの固定時間に応じて仮固定時間の長さを変化させてもよい。また、ウェハＷへのイオン注入処理によりウェハＷが加熱されてウェハ温度が上昇する場合には裏面９０からガスが放出されやすくなるため、ウェハＷへの投入熱量に応じて仮固定時間の長さを変化させてもよい。また、ウェハ保持面６０と接触するウェハＷの裏面９０の材料に応じて、仮固定時間の長さを変化させてもよい。例えば、ガス放出量の多い樹脂材料が用いられる場合には仮固定時間を長くし、ガス放出量の少ない酸化物や窒化物といった無機材料が用いられる場合には仮固定時間を短くしてもよい。その他、ウェハＷの重量や厚さなどに応じて仮固定時間の長さを変えてもよい。
制御部７０は、解除準備期間において、上述の第１仮固定状態と第２仮固定状態とをそれぞれ１回ずつ実行するのではなく、それぞれを２回以上実行してもよい。例えば、第１仮固定状態と第２仮固定状態を交互に繰り返し実行することにより、ウェハＷとウェハチャック５３の間に溜まるガスがより多く抜けるようにしてもよい。また、ウェハＷに関連する条件に応じて溜まるガスが多いと想定される場合には、第１仮固定状態と第２仮固定状態の繰り返し回数を増やすことで、ガスがより効果的に排出されるようにしてもよい。
制御部７０は、解除準備期間において一部の吸着領域の吸着力を低下させる場合に、吸着力を失わせるのではなく、固定状態と比べて小さい吸着力にしてもよい。例えば、第１仮固定状態において、第２電極構造６２ｂに印加する第２電圧Ｖｂの大きさ（絶対値）を固定時の基準電圧Ｖ０の１／１０〜１／２程度にしてもよい。つまり、第１仮固定状態において、第２電圧Ｖｂを０Ｖにしなくてもよい。同様に、第２仮固定状態において、第１電圧Ｖａを０Ｖにしなくてもよく、基準電圧Ｖ０の１／１０〜１／２程度にしてもよい。
制御部７０は、固定状態から仮固定状態に移行させる場合に、電極構造に印加する電圧の大きさ（絶対値）を段階的に小さくすることで、一部の吸着領域の吸着力が段階的に小さくなるようにしてもよい。
制御部７０は、ウェハ保持装置５２が設けられる注入処理室１６の圧力値に応じて、上述の仮固定状態の長さや仮固定状態の電圧、第１仮固定状態と第２仮固定状態の繰り返し回数を変化させてもよい。例えば、上述のウェハＷに関連する条件に応じて想定されるガス放出量に対し、仮固定状態での注入処理室１６の圧力の上昇値が小さければ、ガスが十分に排出されていないとして、仮固定状態の時間を長くしたり、仮固定状態の電圧を下げたり、仮固定状態の実行回数を多くしたりしてもよい。制御部７０は、注入処理室１６の圧力の変化量や変化速度に応じて、仮固定状態の時間や仮固定状態の電圧、仮固定状態の繰り返し回数を調整してもよい。
図６は、変形例に係るウェハ保持装置１５２の構成を概略的に示す上面図である。本変形例では、第１電極構造１６２ａおよび第２電極構造１６２ｂの形状が異なっており、各電極構造１６２ａ，１６２ｂが櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように配置される。したがって、各電極構造１６２ａ，１６２ｂに対応する吸着領域Ｃ１，Ｃ２も櫛歯状に形成される。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の仮固定状態を用いることで、固定解除時のウェハＷの跳ね上がりを防止することができる。
図７は、別の変形例に係るウェハ保持装置２５２の構成を概略的に示す上面図である。本変形例では、図６と同様、第１電極構造２６２ａおよび第２電極構造２６２ｂが櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように配置される。また、第１電極構造２６２ａは、ウェハ保持面２６０の外周に沿って閉ループ状に構成される外周電極部２６２ｒを有する。したがって、第１電極構造２６２ａに対応する第１吸着領域Ｃ１は、ウェハ保持面２６０の外周に沿った閉ループ状の領域を含む。一方、第２電極構造２６２ｂに対応する第２吸着領域Ｃ２は、ウェハ保持面２６０において第１吸着領域Ｃ１の内側に配置される。
本変形例では、第１吸着領域Ｃ１の吸着力を維持したまま第２吸着領域Ｃ２の吸着力を下げる第１仮固定状態とした場合、ウェハ保持面２６０の外周領域が固定されているため、ウェハチャック２５３の外にガスを排出することができない。そこで、本変形例では、第２仮固定状態のみを利用してガスが排出されるようにし、第１仮固定状態を用いなくてもよい。なお、第１仮固定状態とすることで、第２吸着領域Ｃ２から第１吸着領域Ｃ１と第２吸着領域Ｃ２の間の領域にガスを移動させ、その後、第２仮固定状態とすることで、第１吸着領域Ｃ１および第２吸着領域Ｃ２の双方の領域のガスが外部に排出されるようにしてもよい。
図８は、さらに別の変形例に係るウェハ保持装置３５２の構成を概略的に示す上面図である。本変形例では、ウェハチャック３５３に３以上の電極構造が設けられ、具体的には、６個の電極構造３６２ａ，３６２ｂ，３６２ｃ，３６２ｄ，３６２ｅ，３６２ｆが設けられる。各電極構造３６２ａ〜３６２ｆは、扇形状を有し、円形のウェハ保持面３６０を均等に６分割したときの各領域に配置される。各電極構造３６２ａ〜３６２ｆに対応する吸着領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は、扇状に設定される。
本変形例では、各吸着領域Ｃ１〜Ｃ６に吸着力を生じさせるため、隣接する電極構造に異なる極性の電圧が印加される。例えば、第１電極構造３６２ａ、第３電極構造３６２ｃ、第５電極構造３６２ｅには正電圧が印加され、第２電極構造３６２ｂ、第４電極構造３６２ｄ、第６電極構造３６２ｆには負電圧が印加される。
本変形例では、複数の吸着領域Ｃ１〜Ｃ６の一部の吸着力を下げ、残りの吸着領域の吸着力を維持することで仮固定状態とする。また、吸着力を低下させる一部の吸着領域を順番に切り替えていくことにより、複数の吸着領域Ｃ１〜Ｃ６の全てに対してガス抜きがなされるようにする。例えば、第１吸着領域Ｃ１から第６吸着領域Ｃ６に向けて、一つずつ順番に吸着力を下げるようにする。このとき、複数の吸着領域Ｃ１〜Ｃ６の全ての吸着力が同時に下がらないようにして、固定期間から固定解除期間への移行途中にウェハＷの固定が解除され、ウェハＷが跳ね上がるのを防止する。本変形例では、吸着領域が３以上あるため、吸着力を下げる領域を切り替える際、上述の第２期間Ｔ２のような固定状態を間に挟むことなく領域が切り替えされてもよい。
本変形例では、複数の吸着領域Ｃ１〜Ｃ６のうち二以上の領域の吸着力を同時に下げてもよい。このとき、ウェハＷに不均一な吸着力がかかるのを防ぐため、ウェハ保持面６０の中心に対して対称位置にある領域の吸着力を同時に下げるようにしてもよい。例えば、第１吸着領域Ｃ１と第４吸着領域Ｃ４の吸着力のみを同時に下げ、次に、第２吸着領域Ｃ２と第５吸着領域Ｃ５の吸着力のみを同時に下げ、最後に、第３吸着領域Ｃ３と第６吸着領域Ｃ６の吸着力のみを同時に下げるようにしてもよい。
本変形例では、三相交流電圧を印加して各吸着領域Ｃ１〜Ｃ６に吸着力を発生させてもよい。例えば、第１電極構造３６２ａと第４電極構造３６２ｄにＵ相を印加し、第２電極構造３６２ｂと第５電極構造３６２ｅにＶ相を印加し、第３電極構造３６２ｃと第６電極構造３６２ｆにＷ相を印加する。なお、交流電圧を用いる場合には、交流電圧の一周期の変化に起因して吸着力が変化し、電圧が０Ｖとなるタイミングで吸着力が大きく低下しうる。しかしながら、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれで０Ｖとなるタイミングが異なり、全ての吸着領域にて同時に吸着力が低下するわけではないため、ウェハＷをしっかりと固定することができる。
その一方で、交流電圧の印加時に電圧が０Ｖとなるタイミングは極めて短いため、ウェハＷとウェハチャック３５３の間にはガスが溜まりうる。そこで、仮固定状態において、複数の電極構造３６２ａ〜３６２ｆの一部の電圧を０Ｖに固定し、対応する吸着領域において十分にガスが抜け出るようにする。仮固定状態において０Ｖが印加される時間は、固定状態において印加される交流電圧の一周期よりも長い。交流電圧の一周期よりも長い時間にわたって０Ｖを維持することにより、ウェハＷとウェハチャック３５３の間のガスを効果的に排出できる。なお、一部の電極構造に印加する交流電圧の振幅を固定状態のときよりも小さくすることにより仮固定状態を実現してもよい。
図９は、別の実施の形態に係るウェハ保持装置４５２の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態では、ウェハ保持面４６０に溝４７４が設けられ、溝４７４に供給される伝熱用ガスによってウェハＷが冷却または加熱されるように構成される点で上述の実施の形態と相違する。以下、本実施の形態について、上述の実施の形態および変形例との相違点を中心に説明する。
ウェハ保持装置４５２は、ウェハチャック４５３と、制御部４７０とを備える。ウェハチャック４５３は、複数の電極構造４６２ａ，４６２ｂと、絶縁層４６４と、ベース部材４６６とを含む。ベース部材４６６には、冷却水路４６８と、ガス流路４７６とが設けられる。
第１電極構造４６２ａおよび第２電極構造４６２ｂは、例えば、図７に示す変形例と同様に構成される。第１電極構造４６２ａは、ウェハ保持面４６０の外周に沿って閉ループ状に構成される外周電極部を有する。第２電極構造４６２ｂは、第１電極構造４６２ａの外周電極部の内側に設けられる。第１電極構造４６２ａには第１電源４７２ａが接続され、第２電極構造４６２ｂには第２電源４７２ｂが接続される。
ウェハ保持面４６０には、ウェハＷを冷却または加熱するための伝熱用ガスが充填される溝４７４が設けられる。溝４７４は、第１電極構造４６２ａの外周電極部より内側に形成され、例えば、第１電極構造４６２ａと第２電極構造４６２ｂの間の位置に形成される。溝４７４は、ウェハ保持面４６０上にウェハＷが固定された状態で閉空間となるように構成される。特に、第１電極構造４６２ａの外周電極部に対応する外周領域Ｃに吸着力を発生させることで、ウェハチャック４５３の外部に対して溝４７４を密閉させることができる。
溝４７４は、絶縁層４６４およびベース部材４６６に設けられるガス流路４７６と接続されている。ガス流路４７６は、伝熱用ガスを溝４７４に充填させ、溝４７４から伝熱用ガスを排出させる。ガス流路４７６は、給気バルブ４８２を介してガス供給部４７８と接続され、排気バルブ４８４を介してガス排気部４８０と接続される。排気バルブ４８４を閉じて給気バルブ４８２を開けることにより、ガス供給部４７８から溝４７４に伝熱用ガスが供給される。給気バルブ４８２を閉じて排気バルブ４８４を開けることにより、溝４７４からガス流路４７６を通じて伝熱用ガスが排出される。給気バルブ４８２および排気バルブ４８４の動作は、制御部４７０により制御される。
制御部４７０は、第１電極構造４６２ａおよび第２電極構造４６２ｂに直流電圧を印加してウェハＷを固定状態とする。制御部４７０は、ウェハＷが固定された後、給気バルブ４８２を開けることで溝４７４に伝熱用ガスを供給する。その結果、ウェハＷの固定時にはウェハＷとウェハ保持面４６０の間に伝熱用ガスが充填した状態となる。ウェハ保持装置４５２は、高真空の注入処理室１６内に配置されているため、溝４７４に伝熱用ガスが存在する状態でウェハＷの固定を解除してしまうと、伝熱用ガスの膨張によりウェハＷが跳ね上がってしまう。
ウェハＷの固定を解除する前に、伝熱用ガスをガス排気部４８０を通じて外部に排出できれば、ウェハＷの跳ね上がりを防止できるかもしれない。しかしながら、溝４７４の真空度を注入処理室１６と同レベルにするにはかなりの時間を要するため、伝熱用ガスの十分な排気を待ってからウェハＷの固定を解除するとイオン注入装置１０の生産性が大きく低下してしまう。
そこで、本実施の形態では、仮固定状態において外周領域Ｃの吸着力を下げ、ウェハ保持面４６０の外周から伝熱用ガスが外部に排出されるようにする。具体的には、外周領域Ｃに対応する第１電極構造４６２ａの印加電圧を０Ｖにし、外周領域Ｃの内側に位置する第２電極構造の４６２ｂの印加電圧を固定時のままとする。もしくは、外周領域Ｃに対応する第１電極構造４６２ａの印加電圧を固定時の電圧の１／１０〜１／２程度とし、外周領域Ｃの内側に位置する第２電極構造４６２ｂの印加電圧を固定時のままとしてもよい。これにより、ウェハＷを保持しつつ、ウェハＷと溝４７４の間の伝熱用ガスを好適に排出できる。本実施の形態によれば、比較的短い時間で伝熱用ガスの排出を完了し、固定解除時のウェハＷの跳ね上がりを防止できる。これにより、イオン注入装置１０の生産性の低下を抑えることができる。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
上述の実施の形態および変形例では、ウェハ保持装置をイオン注入装置１０に用いる場合について示したが、ウェハ保持装置の応用例は特に限られず、任意の半導体処理装置に上述のウェハ保持装置を用いることができる。特に、真空容器中で上述のウェハ保持装置を用いることにより、真空環境下でのウェハＷの跳ね上がりを好適に防止できる。
５２…ウェハ保持装置、５３…ウェハチャック、６０…ウェハ保持面、６２…電極構造、６４…絶縁体層、６６…ベース部材、７０…制御部、Ｃ１…第１吸着領域、Ｃ２…第２吸着領域、Ｗ…ウェハ。

Claims (19)

  1. 保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、前記ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられるウェハチャックと、
    前記複数の吸着領域のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記ウェハの固定を解除する場合、前記複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とし、前記ウェハと前記一部の吸着領域との間に存在するガスが外部に排出されるように前記仮固定状態を維持した後に、前記複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくすることを特徴とするウェハ保持装置。
  2. 前記制御部は、前記仮固定状態を０．１秒以上１０秒以下の時間にわたって維持することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持装置。
  3. 前記制御部は、前記ウェハに関連する条件に応じて、前記仮固定状態を維持する時間を変えることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ保持装置。
  4. 前記制御部は、前記仮固定状態において、前記一部の吸着領域とは異なる吸着領域をウェハ固定時の吸着力にしたままとすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のウェハ保持装置。
  5. 前記制御部は、前記仮固定状態において、ウェハ固定時より小さい吸着力とする前記一部の吸着領域を順番に切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のウェハ保持装置。
  6. 前記制御部は、前記仮固定状態において、前記複数の吸着領域の全てが同時にウェハ固定時より小さい吸着力となることを避けながら、ウェハ固定時より小さい吸着力とする前記一部の吸着領域を順番に切り替えることを特徴とする請求項５に記載のウェハ保持装置。
  7. 保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、前記ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられるウェハチャックと、
    前記複数の吸着領域のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される制御部と、を備え、
    前記複数の吸着領域は、第１吸着領域と、第２吸着領域とを含み、
    前記制御部は、前記ウェハの固定を解除する場合、前記第１吸着領域をウェハ固定時の吸着力にしたまま前記第２吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする第１仮固定状態とした後に、前記第２吸着領域の吸着力をウェハ固定時の吸着力にしたまま前記第１吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする第２仮固定状態とし、その後に、前記複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくすることを特徴とするウェハ保持装置。
  8. 前記制御部は、前記第１仮固定状態と前記第２仮固定状態とを交互に繰り返し実行することを特徴とする請求項７に記載のウェハ保持装置。
  9. 前記制御部は、前記第１仮固定状態と前記第２仮固定状態との間のタイミングに、前記第１吸着領域および前記第２吸着領域の双方をウェハ固定時の吸着力に戻すことを特徴とする請求項７または８に記載のウェハ保持装置。
  10. 前記制御部は、前記ウェハに関連する条件に応じて、前記第１仮固定状態と前記第２仮固定状態のそれぞれの維持時間および実行回数の少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のウェハ保持装置。
  11. 前記ウェハに関連する条件は、前記ウェハの固定時間、前記ウェハへの投入熱量、前記ウェハの前記ウェハ保持面に接触する面の材料、前記ウェハの重量および前記ウェハの厚さの少なくとも一つに依存することを特徴とする請求項３または１０に記載のウェハ保持装置。
  12. 保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、前記ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられるウェハチャックと、
    前記複数の吸着領域のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される制御部と、を備え、
    前記ウェハチャックは、前記ウェハ保持面を有する絶縁体層と、前記絶縁体層の内部であって前記複数の吸着領域に対応する位置に設けられる複数の電極構造と、を含み、
    前記制御部は、前記ウェハの固定を解除する場合、前記複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とした後に、前記複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくし、
    前記制御部は、各電極構造に印加する電圧の絶対値または振幅をウェハ固定時より小さくすることにより、各電極構造に対応する各吸着領域の吸着力を低減させることを特徴とするウェハ保持装置。
  13. 前記ウェハチャックは、前記絶縁体層を支持するベース部材をさらに含み、
    前記制御部は、各電極構造に印加する電圧を前記ベース部材と同電位とすることにより、各電極構造に対応する各吸着領域の吸着力を低減させることを特徴とする請求項１２に記載のウェハ保持装置。
  14. 前記複数の電極構造には、直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のウェハ保持装置。
  15. 前記複数の電極構造には、交流電圧が印加され、
    前記仮固定状態の維持時間は、前記交流電圧の一周期に要する時間よりも長いことを特徴とする請求項１２または１３に記載のウェハ保持装置。
  16. 保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、前記ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられるウェハチャックと、
    前記複数の吸着領域のそれぞれの吸着力を独立に制御するよう構成される制御部と、を備え、
    前記ウェハ保持面には、前記ウェハの冷却または加熱に用いる伝熱用ガスを充填するための溝が設けられ、
    前記制御部は、前記ウェハの固定を解除する場合、前記複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とし、前記ウェハと前記ウェハ保持面との間に残留する前記伝熱用ガスが外部に排出されるように前記仮固定状態を維持した後に、前記複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくすることを特徴とするウェハ保持装置。
  17. 前記複数の吸着領域の一つは、前記ウェハ保持面の外周に沿った閉ループ状の領域を含むように設けられ、
    前記制御部は、前記仮固定状態において、前記閉ループ状の領域の吸着力をウェハ固定時よりも小さくすることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のウェハ保持装置。
  18. 前記制御部は、前記仮固定状態において、前記閉ループ状の領域より内側に設けられる少なくとも一つの吸着領域をウェハ固定時の吸着力のまま維持することを特徴とする請求項１７に記載のウェハ保持装置。
  19. ウェハチャックを用いるウェハ着脱方法であって、前記ウェハチャックは、保持すべきウェハと接触するウェハ保持面を有し、前記ウェハ保持面上に複数の吸着領域が設けられ、
    当該ウェハ着脱方法は、前記ウェハの固定を解除する場合、前記複数の吸着領域のうち一部の吸着領域の吸着力をウェハ固定時より小さくする仮固定状態とし、前記ウェハと前記一部の吸着領域との間に存在するガスが外部に排出されるように前記仮固定状態を維持した後に、前記複数の吸着領域の全ての吸着力をウェハ固定時より小さくすることを特徴とするウェハ着脱方法。
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