JPH04162443A

JPH04162443A - 静電チャック装置

Info

Publication number: JPH04162443A
Application number: JP2286835A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yanagihara; 健児柳原; Masayuki Numata; 沼田　公志; Shinichi Kawamura; 真一川村
Original assignee: Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1992-06-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、静電チャック装置、特にＩＣ，ＬＳＩなどの
半導体素子の製造工程などにおいて使用され、被処理物
を吸着保持するのに好適な静電チャック装置に関する。

［従来の技術ｌ半導体分野においては素子の高性能化が年々進んでおり
、特に、高集積化、高速化の進展はすさまじいものがあ
る。そして、高集積素子の回路パターン幅は０．５μｍ
に近付く反面、チップ面積は逆に大きくなりつつある。

また、高集積素子を低コストで製造すべ（、ウェーハ面
積も大きくなり、集積度が４　Ｍｂｉｔから１６Ｍｂｉ
ｔと高くなるにつれてウェーハも６インチサイズから８
インチサイズへの移行が進行しつつある。このようなチ
ップ面積の拡大、ウェーハ面積の拡大、および回路パタ
ーンの微細化は、ウェーハ表面のゴミを究極まで少な（
することを製造装置に要求している。

上述の要求に応える装置の１つとして、ウェーハの表面
に非接触状態でウェーハを吸着保持することができる静
電チャック装置が知られている。

このものは誘電体中に電極を単数あるいは複数個配設し
、単数の場合は該電極と装置のアースとの間、複数の場
合は、該電極間に例えば１００ＯＶ以上の高電圧を印加
し、電荷を局在化させることにより、被吸着体であるウ
ェーハとの間の静電的引力でウェーハを吸着固定するよ
うにしたものである（例えば、特公昭５７−４４７４７
号参照）。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、かかる従来の静電チャック装置にあって
は、被処理物の処理終了後、電圧の印加を停止しても、
被処理物および静電チャック装置の誘電体の帯電や分極
が短時間では消滅せず、吸着力が残留することから、被
処理物を静電チャック装置から離脱させるのに長時間を
要するという問題があった。特に、表面に酸化膜などの
絶縁膜が付けられたウェーハにおいては、この問題が顕
著である。このため、例えばドライエツチング装置にお
いては、生産性の低下が余儀なくされている。

そこで、被処理物の帯電を速やかに放散させるために、
静電チャック装置への電圧の印加停止後、静電チャック
装置の電極へ、吸着時とは逆の電位を印加する方法（特
開昭６０−１１５２２６号公報参照）も試みられたが、
この方法では放電の速さは得られるものの逆電位により
逆の極性に電荷が蓄積され、再び吸着状態となることか
ら、ウェーハ離脱のタイミングをとるのが難しく、十分
な効果を挙げるには至っていない。

けだし、吸着力がウェーハの離脱が可能な所定値よりも
小さくなるまでの時間は、ウェーハの種類による物性の
相違や、吸着面の粗さ等の影響を受けるため、単に逆電
位印加からの経過時間でもって判断するのが困難だから
である。

本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、被処理物
の離脱を短時間内で可能としその離脱可否の判断を容易
に行うことのできる静電チャック装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は電極と、該電極を
覆う誘電体層とを具えた静電吸着板と、前記電極に所定
電位の直流電圧を所定時間印加する定電圧電源と、該定
電圧電源による所定時間印加後、前記電極に前記所定電
位と逆電位の直流電圧を印加する定電流電源と、該定電
流電源の電圧を検知する電圧検知手段とを有することを
特徴とする。

［作　用］本発明によれば、静電チャック装置の電極に定電圧電源
より所定電位の直流電圧が印加されることにより静電吸
着力が発生し、被処理物が吸着される。

そして、例えば真空処理装置における被処理物に対する
所定の処理が終了すると、電極に対し上述の所定電位と
逆電位の直流電圧が定電流電源より印加される。すると
、被処理物および静電チャック装置の誘電体の帯電や分
極が消滅され、吸着力が低下していく。一方、電極間に
おける電圧は残留電荷に比例するので、定電流電源を用
いると、電圧は時間の１次関数で減少していくことにな
る。

従って、この減少していく電圧を検知することにより、
吸着力の低下を容易に知ることができ、その最小範囲内
において被処理物に損傷を与えることなくして静電チャ
ック装置からの脱離が可能となる。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明にかかる静電チャック装置を反応性イ
オンエツチング装置に適用したときの基本的構成を示す
断面図である。

第１図において、１は静電吸着板を示し、２はアルミナ
などのセラミックスからなる誘電体層であり、内部に環
状の電極３および４が同心に設けられている。電極３は
直流電源である高圧定電圧電源５の正電位と、電極４は
その負電位とにそれぞれ切換スイッチ６を介して接続さ
れ、直流電圧が印加され得るようになっている。

誘電体層２の表面には不図示の適当な面積の誘電体表面
を残して凹部として複数の同心円状の冷媒ガス導入溝が
形成されており、合溝は半径方向の直線状溝によって連
通されている。

８は陰極ブロックを示し、陰極ブロック８の上面には静
電吸着板１が配設されている。静電吸着板１には、被エ
ツチング材であるウェーハ９を着脱するためのウェーハ
昇降装置１０のウェーハ受はアーム１１が出入りする開
口部１２が設けである。

陰極ブロック８は冷媒入口から、冷媒、例えば水、ブラ
イン、フッ素系冷媒（３Ｍ社製のフロリナートなど）な
どを導入し、陰極ブロック８内に設けた冷媒通路に流す
ことによって所定の温度に冷却される。

そして、静電吸着板１には不図示の貫通孔が設けてあり
、この貫通孔は陰極ブロック８に設けられた冷媒ガス通
路に連通しており、ここからヘリウムなどの冷媒ガスが
ウェーハ９裏面に導入される。導入された冷媒ガスは直
線状溝および同心円状の冷媒ガス導入溝によってウェー
ハ９の裏面全体に行き渡り、ウェーハ９の熱を静電吸着
板１の表面へ放散、伝達し、ウェーハ９を冷却する。

さらに、静電吸着板１が配設された陰極ブロック８は、
反応容器１３内に配設される。反応容器１３は接地電位
にされている。

陰極ブロック８は反応容器１３に取付けられたウェーハ
昇降装置１０の支持体を兼ねる絶縁体１４によって反応
容器１３と絶縁されている。反応容器１３と陰極ブロッ
ク８との間に高周波電源１５によって高周波電力が印加
されることにより、反応容器１３内に導入された反応ガ
スのガスプラズマが発生し、このガスプラズマ中の反応
活性種がエツチングに寄与する。

本例においては、ターボポンプやメカニカルポンプによ
って反応容器１３内を高真空に排気した後、反応ガス入
口１６から酸素などの反応ガス、またはこの反応ガスと
共に不活性ガスを、それぞれ流量制御バルブを介して反
応容器１３内に導入する。

さらに、前述した静電吸着板１の環状電極３および４は
切換スイッチ６を介して直流電圧の定電流電源１７にお
ける負電位および正電位とそれぞれ接続可能とされてい
る。

換言すると、切換スイッチ６が定電圧電源５側から定電
流電源１７側に、切換えられたときには、上述の電極３
および４には逆電位の直流電圧が印加されることになる
。

また、１８は定電流電源１７ひいては静電吸着板１の環
状電極３および４間の電圧を計測する電圧計である。

そして、２０は制御用コンピュータであり、イオンエツ
チング装置および静電チャック装置の制御を司どる。

上記構成になる本実施例のイオンエツチング装置を用い
て被処理物としてウェーハ９のイオンエツチング処理を
行う場合につき、その工順の一例を第２図のタイムチャ
ートを用いて以下説明する。

まず、ウェーハ昇降装置１０が作動しウェーハ受はアー
ム１１が上昇する。そして、不図示のウェーハ導入装置
により反応容器１３内にウェーハ９を導入し、ウェーハ
受はアームｌｌ上に載置する。

今、このウェーハ昇降装置ｌＯのウェーハ受はアーム１
１への載置完了時点をＬＯとすると、このｔ。

時点において、定電圧電源５がオンとされ静電吸着板１
の電極３に切換スイッチ６を介して正電位、および電極
４に負電位の直流電圧が印加される。このようにあらか
じめ電圧を印加してお（のは、静電吸着板１に最大の吸
着力が発生するのに多少の時間を要するからである。静
電吸着板１にいくらか吸着力が発生するｔｏ時点から所
定時間経過時点で、ウェーハ昇降装置ｌＯを下降させウ
ェーハ９を静電吸着板１に載置させる。

そして、電極３への正電圧印加時点から所定時間接の５
１時点で反応ガスの導入を行うと共に、陰極ブロック８
に高周波電源１５から高周波電力が印加され、ウェーハ
９に対しエツチングが行なわれる。

ウェーハ９のエツチングの進行状況を検出している不図
示のエツチング終点検出装置の検出に応じて、エツチン
グ完了のｔ２時点で反応容器１３への反応ガスの導入お
よび陰極ブロック８への高周波電力の印加が停止される
と同時に、切換スイッチ６が切換えられ、電極３への正
電圧および電極４への負電圧の印加に換え、定電流電源
１７から電極３へ負電圧、電極４への正電圧が印加され
る。

しかして、この時点ｔ２から定電流電源１７の電圧、ひ
いては電極３および４間の電圧Ｖが電圧計１８によって
監視され、この電圧■が定電圧電源５の出力電圧ｖ０に
対し所定割合となった時点ｔ３に上述の定電流電源１７
からの印加が停止される。

ここに電圧Ｖは前述のｖｏに対し０．ｌＶ。以下である
ことが好ましく、さらに好ましくは０．０ＩＶｏ以下で
ある。

そして、この時点ｔ３において、静電吸着力は所定値以
下に低下しているのでウェーハ受はアーム１１の上昇が
可能であり、ウェーハ９を容易に静電吸着板１から脱離
することができる。

ここで、第１図に示した静電チャック装置の等価回路を
第３図に示し、静電吸着板１における画電極３および４
間における電圧■、および電流Ｉの変化を示した第４図
を用い、静電吸着力Ｆとの関係を説明する。

前述のように、定電圧電源５により高電圧、例えば１０
０ＯＶが電極３および４間に印加されると、その印加直
後のみ大きな電流■が流れ、静電吸着板１に所定極性の
下に電荷Ｑｅが蓄積されていく。

今、ＣｅおよびＲｅを静電吸着板１のそれぞれ等価容量
および等価抵抗、Ｒｖ＆定電圧電源５の内部抵抗、およ
びＲｉを定電流電源１７の内部抵抗とすれば、定電流電
源１７の内部抵抗Ｒｉは定電圧電源５の内部抵抗Ｒｖが
Ｒｖ侶ωであるのに対し、Ｒｉｃｆ＝Ｏとなる。

従って、前述の如く切換スイッチ６により逆電位の定電
流電源１７に切換えられた後は、静電吸着板１の電極３
および４間の電圧■は、主に静電吸着板１内の等価容量
Ｃｅと局在化した残留電荷Ｑｅとで決まり、Ｑｅ＝ＣｅＶの関係から電圧Ｖは残留電荷Ｑｅに比例する。

また、定電流電源１７を用いると、残留電荷ＱｅはＱｅ＝　　Ｑｅｏ−Ｓ　Ｉｄｔ　　＝　　Ｑｅｏ−Ｉｔ
（Ｑｅｏは、定電流電源に切り替える直前の残留電荷で
ある。）ここで、ｔは時間のパラメータとなる。

上記両式から電圧Ｖは時間の一次関数でもって減少する
ことが理解できる。

従って、前述の如くこの電圧Ｖの定電圧電源５の出力電
圧■。に対する減少割合を監視することにより、残留電
荷Ｑｅの量を知ることができる。例えば、電圧■が０と
なったときは残留電荷Ｑｅも０となる。

そこで、前述のように電圧■がｏ、　ｉｖ、以下になる
ということは、静電吸着力Ｆは電荷Ｑｅの自乗（Ｑｅ”
）に比例することから、電圧Ｖ。時に得られる静電吸着
力の１／１００以下になることに他ならない。

このような条件の下に、５００枚のウェーハにつき、吸
着、脱離実験を４回毎繰返したが、１枚のウェーハにつ
いても誤作動および破損等は生じなかった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、短時間で被処理
物を脱離することができ、かつ、時間の１次関数で変化
する電圧でもって脱離可否の判断を行うことができ、そ
の判断が容易となる。これは従来の単に逆電圧を印加す
る方法が電流曲線によって脱離可否の判断をせざるを得
ない難しさに比べ、極めて容易かつ正確である。

さらに、電流測定によらず電圧測定により脱離可否を判
断するので、ノイズに対し強く、信頼性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第４図および第５図は本発明実施例の静電吸着板の電極
板の電圧■および電流■の変化を示す、それぞれ、タイ
ムチャートである。ｌ・・・静電吸着板、２・・・誘電体層、３．４・・・電極、５・・・定電圧電源、６・・・切換スイッチ、８・・・陰極ブロック、１１・・・ウェーハ受はアーム、１５・・・高周波電源、１７・・・定電流電源、１８・・・電圧計、２０・・・制御用コンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】１）電極と、該電極を覆う誘電体層とを具えた静電吸着
板と、前記電極に所定電位の直流電圧を所定時間印加する定電
圧電源と、該定電圧電源による所定時間印加後、前記電極に前記所
定電位と逆電位の直流電圧を印加する定電流電源と、該定電流電源の電圧を検知する電圧検知手段とを有することを特徴とする静電チャック装置。