JPH04206754A

JPH04206754A - 静電吸着装置

Info

Publication number: JPH04206754A
Application number: JP2335669A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hongo; 俊明本郷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、静電吸着装置に関する。

（従来の技術）一般に、半導体製造装置では、被処理体としての半導体
ウェハを吸着保持する手段として、いわゆる真空チャッ
クが広く用いられている。

しかし、例えばイオン注入装置やプラズマエツチング装
置等の真空処理装置においては、半導体ウェハを真空雰
囲気内で保持し、処理する必要があるため、その吸着保
持手段として上記真空チャックを用いることができない
。

そこで、真空内での半導体ウェハの吸着保持手段として
、例えば特開昭５９−７９５４５号公報、同６〇−１９
７３３５号公報、同［１２−２９１４０号公報、同６３
−９５６４４号公報、特公平１−３６７０７号公報、同
１−５２８９９号公報等において静電吸着装置が提案さ
れている。

上記した静電吸着装置のうちの一つは、保持台の吸着面
に第１および第２の吸着部を設け、これら第１および第
２の吸着部の電極間に直流電圧を印加する方式である。

この方式は、半導体ウェハと電極との間に介在させた誘
電体層に誘導分極を生じさせ、この誘導分極によるファ
ンデルワース力によって、半導体ウェハを吸引保持しよ
うとするものである。また、前記した公報には、電極と
半導体ウェハ間、あるいは第１および第２の吸着部の電
極間に、単相交流を印加する方式も記載されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、半導体ウェハと電極間または２電極間に直流
電圧を印加する方式の場合、吸引力は強力であるが、吸
着面となる誘電体層の誘電分極によるファンデルワース
力を利用しているため、電圧印加を停止しても電荷が残
留し、このため被吸着体を吸着保持台から離脱しにくい
という欠点がある。そこで、ガス圧やピストンによって
強制的に離脱させることが提案されているが、ガス圧に
よる方法では真空処理装置内の真空度の低下を招くとい
う問題があり、またピストンによる方法では半導体ウェ
ハに対して異物が付着したり、半導体ウェハが破損する
恐れがある等の問題があった。さらに、直流電圧による
方式では、被吸着体に塵埃等が付着しやすいという欠点
もあった。

一方、直流電圧の代わりに単相交流電圧、例えば５０Ｈ
２等の商用周波数の単相交流を印加する方式では、塵埃
が被吸着体に付着することを少なくてきると共に、電圧
印加を停止すれば被吸着体は即座に吸着保持台から離脱
するという利点がある。

しかしなから、このような単相交流電圧による吸着では
、十分な吸着力が得られないという問題かあり、例えば
イオン注入装置のように、吸着保持台が冷却機構を兼ね
るような場合には、十分な接触面積か得られないために
、冷却能力の低下を招いてしまう。

また、上記単相交流電圧では、印加瞬時電圧か一定周期
で必ず零ボルトになるという欠点を補うために、例えば
５０Ｈｚ等の商用周波数の多相交流電圧を印加すること
も考えられているか、このような多相交流電圧でも十分
な冷却が可能なほどの吸着力は得られていない。

なお、単相もしくは多相交流電圧による方式において、
吸着力を向上させるために電圧値を上げることも行われ
ているが、電圧値を上げると誘電体層の絶縁破壊を招い
てしまうという問題がある。

本発明は、このような従来技術の課題に対処してなされ
たもので、被吸着体の離脱操作を容易に行うことができ
、かつ吸着力の大きな静電吸着装置を提供することを目
的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明の静電吸着装置は、被吸着体と接触すべ
き面が誘電体で構成された支持体と、この支持体に設け
られ、前記誘電体を介して前記被吸着体を吸着する静電
吸引力を形成する複数の電極とを具備する静電吸着装置
において、前記複数の電極に、周波数が１）Ｉｚｚ以下
少なくとも３相の多相交流電圧を印加することを特徴と
するものである。

（作　用）１１（ｚ以下というような低周波数の多相交流電圧によ
る静電吸着においては、電圧の反転周期が遅くなること
によって、誘電分極によるファンデルワース力がある程
度得られるため、第３図に示すように、従来の商用周波
数の交流電圧による吸着力に比べて、大幅な吸着力の向
上を図ることが可能となる。また、直流電圧を印加した
場合のように、完全な誘電分極は起こらず、電圧の反転
によってファンデルワース力はある周期で打ち消される
ため、電圧の印加を停止した後に、被吸着体を容易に離
脱させることができる。よって、本発明の静電吸着装置
においては、吸着力と離脱性の双方を満足させることが
できる。

（実施例）以下、本発明の静電吸着装置の実施例について、図面を
参照して説明する。

この実施例の静電吸着装置は、第１図および第２図に示
すように、アルミナあるいはシリコンゴムのような絶縁
材料からなり、円盤状に形成された支持体例えば装置本
体１を有している。この装置本体１内には、複数の電極
例えば扇状に形成された３つの電極２　ａ　％　２　ｂ
　１２　ｃが、全体としてほぼ円形となるように組み合
わされて配列されている。また、上記装置本体ｌの上面
１ａは、被吸着体例えば半導体ウェハの吸着保持面（支
持面）となり、この吸着保持面１ａと各電極２ａ、２ｂ
。

２Ｃ間には、誘電体層３が介在されている。

上記各電極２　ａ　％　２　ｂ、２Ｃからは、電極端子
４がそれぞれ導出されており、これら電極端子４を介し
て各電極２ａ、２ｂ、２ｃには、電源５　ａ　％５ｂ、
５ｃがそれぞれ接続されている。そして、各電源５ａ、
５ｂ、５ｃからは、周波数が１）Ｉｚ以下で、電極２ａ
、２ｂ、２ｃへ多相交流電圧、例えば互いに位相が１２
０度異なる　３相の交流電圧、周波数例えば０．５Ｈｚ
の３相交流電圧が印加されるよう構成されている。なお
、各電源５　ａｓ　５　ｂｓ５ｃと各電極２ａ、２ｂ、
２ｃとの間には図示しないスイッチが介挿されている。

また、上記装置本体１の下部には、半導体ウェハを冷却
するための冷却ジャケット６が内蔵された冷却構造体７
が設置されており、冷却水導入管６ａから冷却水を上記
冷却ジャケット６内に供給することによって、静電吸着
装置本体１は冷却されるよう構成されている。なお、図
中６ｂは冷却水導出管である。

上記した構成の静電吸着装置は、例えばイオン注入装置
、プラズマエツチング装置、スパッタ装置、その他の真
空処理装置内の搬送保持装置、あるいは大気中における
搬送装置の搬送物（例えば半導体ウェハ）保持部等とし
て使用される。この場合、熱移動を良好にするため、半
導体ウェハの裏面と装置本体ｌの表面間にガス層を形成
するとよい。

次に、上記した静電吸着装置の動作について説明する。

まず、静電吸着装置本体１の上面１ａに半導体ウェハ８
を載置し、図示しないスイッチをオンにすることによっ
て、各電源５　ａｓ　５　ｂ１５　ｃから各電極２ａ、
２ｂ、２ｃに　１Ｈｚ以下の３相の交流電圧を印加する
。

この時、半導体ウェハ８は導電体であるため、半導体ウ
ェハ８には各電極２　ａ　ｓ　２　ｂ　％　２　ｃの平
均電位、すなわちほぼＯＶか発生する。したかって、半
導体ウェハ８と電極２ａ、２ｂ、２ｃとの間には電位差
によるクーロン力か発生する。また、１Ｈｚ以下という
ような低周波数の３相交流電圧を印加し、電圧の反転を
遅くすることによって、上記クーロン力と同時にファン
デルワース力も発生する。よって、第３図に示したよう
に、各種真空処理装置の冷却機構を有する保持装置とし
て十分な吸着力、例えば５０ｇ／ｃシ程度の吸着力を得
ることが可能となる。

また、上述したファンデルワース力は、直流電圧を印加
した場合のように大きくならないため、電圧遮断後１秒
程度で半導体ウェハ８を離脱（アンロード）させること
ができる。第４図に０．５Ｈｚの３相交流電圧を印加し
た場合と遮断した場合の吸着力と半導体ウェハを装置本
体１から離脱させる操作間の時間経過を示す。

第３図から明らかなように、０．５Ｈｚというように１
Ｈｚ以下の３相交流電圧を電極２に印加することによっ
て吸着力が急激に高くなり、上記した第４図の特性と半
導体ウェハの離脱容易性が得られることが分る。

また、電極２　ａ　％　２　ｂ　ｓ　２　ｃ間に３相交
流電圧を印加しているため、被吸着体である半導体ウェ
ハ８への塵埃等の付着も少ない。

ここで、上記構造の静電吸着装置の電極２に５０Ｈｚの
３相交流電圧を印加すると、クーロン力による吸着力か
発生するが、この吸着力は１０ｇ／ｃ−程度であり、例
えば反りか生じている半導体ウェハ８を十分な接触面積
で吸着することはできない。したがって、冷却構造体７
との十分な熱伝導を行うことができず、例えば半導体ウ
ェハ８の冷却不足が発生する。

また、上記構造の静電吸着装置の３つの電極２ａ　ｓ　
２　ｂ　％　２　Ｃに異なる直流電圧を印加した場合、
例えば電極２ａに＋１２００Ｖ　、電極２ｂに−ｅｏｏ
ｖ　。

電極２Ｃに一１０００Ｖの直流電圧をそれぞれ加えた場
合、誘電体層４で誘電分極が発生し、ファンデルワース
力によって４００ｇ／ｃ−程度の強い吸着力が得られる
。しかし、この直流電圧によるファンデルワース力は、
応答時間特性か悪いために電圧遮断後、数分経過しない
と半導体ウェハを離脱させることができなかった。第５
図に直流電圧を印加した場合の吸着力の時間経過を示す
。

上述したように、本実施例の静電吸着装置１においては
、１Ｈｚ以下という低周波数の多相交流電圧を電極に印
加しているため、実質的に電圧が零となる期間がなくな
り、かつクーロン力と共にファンデルワース力が得られ
、良好な吸着力を得ることが可能となる。したがって、
例えば反りが生じているような半導体ウェハ８を十分な
接触面積で吸着することが可能となり、冷却構造体７と
の十分な熱伝導が確保されるため、イオン注入装置等の
真空処理装置における処理用の保持装置として使用する
ことが可能となる。

また、直流電圧を印加した場合のように、ファンデルワ
ース力は大きくならないため、電圧遮断後に僅かな時間
で半導体ウェハ８を離脱させることが可能となり、被吸
着体である半導体ウェハ８の離脱容易性も得ることが可
能となる。

なお、上記実施例では３つの電極２ａ１２ｂ１２ｃに３
相交流電圧を印加するよう構成した例について説明した
が、電極数および多相交流電圧の位相数は３以上であっ
てもよい。また、被吸着体としては半導体ウェハに限ら
ず、導電性のものであれば各種のものを適用可能である
。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、被吸着体の離脱を
容易に行うことができ、かつ吸着力の大きな静電吸着装
置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の静電吸着装置の構成を示す
平面図、第２図は第１図に示す静電吸着装置の正面図、
第３図は多相交流電圧による周波数と吸着力との関係を
示すグラフ、第４図は電極間に低周波数の多相交流電圧
を印加した場合の時間対吸着力の応答性を示すグラフ、
第５図は電極間に直流電圧を印加した場合の時間対吸着
力の応答性を示すグラフである。１・・・・・・装置本体、２ａ〜２Ｃ・・・・・・電極
、３・・・・・・誘電体層、４・・・・・・電極端子、
５ａ〜５Ｃ・・・・・・電源、７・・・・・・冷却構造
体、８・・・・・半導体ウニ／％０出願人　　　　　東
京エレクトロン株式会社代理人　弁理士　須　山　佐　
− （ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被吸着体と接触すべき面が誘電体で構成された支
持体と、この支持体に設けられ、前記誘電体を介して前
記被吸着体を吸着する静電吸引力を形成する複数の電極
とを具備する静電吸着装置において、前記複数の電極に、周波数が１Ｈｚ以下の少なくとも３
相の多相交流電圧を印加することを特徴とする静電吸着
装置。