JPH04240747A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に、基板処理工程における基板のステージ上
への固着及び該ステージ上からの離脱を行う方法に関す
る。

【０００２】上記基板処理工程では、処理前に基板をス
テージに固着させ、処理後に基板をステージから離脱さ
せる作業を必要とする場合が多い。その場合、基板処理
工程の作業を安定に進めるためには、基板の固着・離脱
が基板に悪影響を与えることなく容易に行い得るもので
あることを必要とする。

【０００３】

【従来の技術】上記基板処理工程において基板を固着さ
せる従来のステージには、基板を機械的に支持するもの
、基板を真空引きで吸着する真空チャック、基板を静電
力で吸着する静電チャック、などがある。

【０００４】機械的に支持するものは、構成部材が動い
て発塵が多いため、防塵が必要な工程には不向きである
。真空チャックは、基板処理の雰囲気が真空である場合
に使用できない。

【０００５】静電チャックは、動く構成部材を必要とせ
ず、然も真空中で使用できるものである。図５は従来の
静電チャックを説明するための模式側面図（ａ）　〜（
ｅ）　である。

【０００６】先ず図５（ａ），（ｂ）　を参照して、こ
の静電チャック１は、基板Ｓを載せる領域に２極に分割
された平面電極２ａ，２ｂ　を有しその上に絶縁層３が
設けられており、図５（ａ）　のように、平面電極２ａ
，２ｂ　の２極間に例えば２ＫＶ程度の直流電圧を印加
することにより、上記絶縁層３が誘電分極４を起こして
絶縁層３表面にそれぞれ正負の電荷が誘起され、その静
電力により基板Ｓを吸着して固着する。

【０００７】そして固着された基板Ｓの離脱は、図５（
ｂ）　のように、印加している直流電圧を除去すること
により、上記静電力を消失させて行う。しかしながら、
長時間の固着や連続的な使用をすると、上記印加電圧を
除去しても誘電分極４が暫時残って静電力が速やかに消
失しなくなり、基板Ｓの離脱が困難になる。

【０００８】この困難を解決するものとして、図５（ｃ
）　のように、絶縁層３を低抵抗の絶縁物層３Ａに変え
た静電チャック１Ａがある。この低抵抗化は、静電チャ
ック１の場合に暫時残る誘電分極４を速やかに中和させ
て基板Ｓの離脱を容易にさせる。しかし、基板Ｓが導電
性を有する場合には、基板Ｓを固着している間、基板Ｓ
中をかなり大きな電流が流れる不都合がある。

【０００９】この不都合は、図５（ｄ）　のように、基
板Ｓの静電チャック１Ａに接する面にＳｉＯ２，　Ｓｉ
３Ｎ４，ＰＳＧ　などの絶縁膜５を有して基板Ｓを固着
する場合には発生しない。しかしながらその場合には、
絶縁膜５中を流れる微小電流により絶縁膜５が破壊され
て正孔や電子が捕獲され易い準位　（トラップ）　６が
形成され、絶縁膜５内に正孔や電子がトラップされて固
定電荷６が蓄積される。絶縁膜５がＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ
４　の場合は固定電荷６が主に正電荷である。このため
、図５（ｅ）　のように、基板Ｓを離脱しようとして印
加電圧を除去しても、今度は固定電荷６による静電力が
発生して離脱が困難となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、半導
体装置製造の基板処理工程における基板のステージ上へ
の固着及び該ステージ上からの離脱を行う方法に関して
、動く構成部材を必要とせず且つ真空中で使用できるよ
うに静電力を利用し、然も、基板中に大きな電流が流れ
ることなく固着し得て且つ離脱を容易にさせることを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の第１実施
例を示す模式側面図（ａａ），（ａｂ）　と第２実施例
を示す模式側面図（ｂａ），（ｂｂ）である。

【００１２】上記目的を達成するために、本発明による
第１の方法においては、図１（ａａ），（ａｂ）　を参
照して、基板Ｓはステージ１１に接する側の面に絶縁膜
５を形成しておき、ステージ１１は、基板Ｓを載せる領
域に平面電極１２を有するものを用い、基板Ｓのステー
ジ１１上への固着は、内部に固定される電荷６を基板Ｓ
の絶縁膜５内に蓄積してから、図５（ａａ）のように、
基板Ｓをステージ１１上に載せることによって行い、基
板Ｓのステージ１１からの離脱は、図１（ａｂ）のよう
に、絶縁膜５内に蓄積された固定電荷６の極性と同極性
の電圧を平面電極１２に印加して行うことを特徴として
いる。

【００１３】この方法において、ステージ１１は、平面
電極１２上に抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層１３
を設けること、また、基板Ｓにおける固定電荷６の絶縁
膜５への蓄積は、２極に分割された平面電極と、該平面
電極上に設けた抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層と
を有する電荷蓄積装置を別途に用意し、基板Ｓを該電荷
蓄積装置上に載せて絶縁膜５を該絶縁物層に接触させ、
前記平面電極の２極間に電圧を印加して行うことが望ま
しく、基板Ｓのステージ１１上への固着の際に、基板Ｓ
の絶縁膜５内に蓄積された固定電荷の極性と逆極性の電
圧を、ステージ１１の平面電極１２に印加することがよ
り効果的である。

【００１４】また、本発明による第２の方法においては
、図１（ｂａ），（ｂｂ）　を参照して、基板Ｓはステ
ージ３１に接する側の面に絶縁膜５を形成しておき、ス
テージ３１は、基板Ｓを載せる領域に、２極に分割され
た平面電極３２ａ，３２ｂ　と、平面電極３２ａ，３２
ｂ　上に設けた抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層３
３とを有するものを用い、基板Ｓのステージ３１上への
固着は、図１（ｂａ）のように、基板Ｓをステージ３１
上に載せ、平面電極３２ａ，３２ｂ　の２極間に電圧を
印加することによって行い、基板Ｓのステージ３１から
の離脱は、図１（ｂｂ）のように、平面電極３２ａ，３
２ｂ　の２極に同一極性の電圧を印加して行うことを特
徴としている。

【００１５】

【作用】上記第１の方法は、先に図５（ｅ）　の説明で
離脱を困難にした固定電荷６を逆手にとって利用したも
のである。即ち、基板Ｓの絶縁膜５に蓄積した固定電荷
６は、図１（ａａ）のように、ステージ１１の表面に逆
極性の電荷を誘起して吸引的な静電力を生じさせ基板Ｓ
を固着させる。従って、ステージ１１の平面電極１２に
上記逆極性の電圧を印加すると基板Ｓの固着力が更に増
大する。この固着においては、平面電極１２に電圧が印
加されても絶縁膜５の存在により基板Ｓ中に大きな電流
が流れることはない。そして離脱の際は、図１（ａｂ）
のように、平面電極１２に固定電荷６の極性と同極性の
電圧を印加することにより、上記吸引的な静電力が直ち
に反発的な静電力に切り替わって基板Ｓの離脱を容易に
させる。

【００１６】ステージ１１は、平面電極１２を露出させ
ていても良いが、上記絶縁物層１３を設けることにより
取扱い中の安全が確保できる。絶縁物層１３は、抵抗率
が１０１４Ωｃｍ以下であるため、表面の電荷の変化が
平面電極１２の電圧印加に即応して基板Ｓの離脱を困難
にさせることはない。

【００１７】絶縁膜５に固定電荷６の蓄積を行う上記電
荷蓄積装置は、先に図５（ｃ）　で説明した静電チャッ
ク１Ａに類似するものであり、図５（ｄ）　で説明した
メカニズムにより絶縁膜５に固定電荷６を蓄積すること
ができる。 そしてその蓄積の際に、絶縁膜５の存在により基板Ｓ中
に大きな電流が流れることはない。

【００１８】以上のことからこの第１の方法は、動く構
成部材を必要とせず且つ真空中で使用できるように静電
力を利用し、然も、基板中に大きな電流が流れることな
く固着し得て且つ離脱を容易にさせるものである。

【００１９】また上記第２の方法は、先に説明した図５
（ｄ）　の場合と同様になるようにして基板Ｓを固着し
、その場合に生ずる図５（ｅ）　で説明した離脱困難の
問題を第１の方法における離脱のやり方を適用して解決
したものである。そこでは、図１（ｂａ），（ｂｂ）　
の平面電極３２ａ，３２ｂ　及び絶縁物層３３が図５（
ｄ），（ｅ）　の平面電極２ａ，２ｂ　及び絶縁物層３
Ａに対応する。

【００２０】従ってこの第２の方法も、動く構成部材を
必要とせず且つ真空中で使用できるように静電力を利用
し、然も、基板中に大きな電流が流れることなく固着し
得て且つ離脱を容易にさせるものである。

【００２１】なお、絶縁膜５は、上記第１及び第２の方
法を行うために形成するものであるが、他の工程の都合
で予め形成されているならばそれをそのまま利用するこ
とができる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例について図１〜図４を用
いて説明する。図１は前述のように第１実施例を示す模
式側面図（ａａ），（ａｂ）　と第２実施例を示す模式
側面図（ｂａ），（ｂｂ）　であり、図２は第１実施例
に用いるステージの平面図（ａ）　と側面図（ｂ）　で
あり、図３は第１実施例に用いる電荷蓄積装置の平面図
（ａ）　と側面図（ｂ）　であり、図４は第２実施例に
用いるステージの平面図（ａ）　と側面図（ｂ）である
。

【００２３】第１実施例は、前述した第１の方法による
ものである。即ち、図１（ａａ），（ａｂ）　を参照し
て、基板Ｓは、直径６インチのＳｉウエーハであり、ス
テージ１１に接する面にＳｉＯ２　（厚さ　４００ｎｍ
）　の絶縁膜５を形成しておく。ステージ１１は、基板
Ｓを載せる領域に平面電極１２を有し、平面電極１２上
に抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層１３を設けたも
のを用いる。

【００２４】ステージ１１の詳細は図２に示され、平面
電極１２はアルミニウムまたはタングステンなどの金属
からなり外径が　１５０ｍｍφの円形であり、絶縁物層
１３は抵抗率１０１２ΩｃｍのＡｌ２Ｏ３　セラミック
からなり厚さが　０．５ｍｍである。平面電極１２の下
は絶縁物層１３と同じＡｌ２Ｏ３　セラミックからなる
絶縁層１４であり、その下はアルミニウムからなる台座
１５である。

【００２５】そして、基板Ｓのステージ１１上への固着
は、図３に示す電荷蓄積装置２１を用いて基板Ｓの絶縁
膜５に固定電荷６を蓄積してから、図１（ａａ）のよう
に、基板Ｓをステージ１１上に載せることによって行う
。この固着のメカニズムは先に説明した通りであり、基
板Ｓは十分な力で吸着した。また、平面電極１２に−５
００Ｖの電圧を印加したところ、更に大きな吸着力が得
られた。

【００２６】電荷蓄積装置２１は、図３を参照して、２
極に分割された平面電極２２ａ，２２ｂ　と、その上に
設けた抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層２３とを有
するものである。平面電極２２ａ，２２ｂは、アルミニ
ウムまたはタングステンなどの金属からなり両者を含ん
で外径が　１５０ｍｍφの円形であり、同心円状に分離
された４個の電極が並んでその内側から１番目と３番目
、また２番目と４番目が接続されて２２ａ，２２ｂの２
極に分割されている。絶縁物層２３は、抵抗率１０１２
ΩｃｍのＡｌ２Ｏ３　セラミックからなり厚さが　０．
５ｍｍである。平面電極２２ａ，２２ｂ　の下は絶縁物
層２３と同じＡｌ２Ｏ３　セラミックからなる絶縁層２
４であり、その下はアルミニウムからなる台座２５であ
る。

【００２７】電荷蓄積装置２１による固定電荷６の絶縁
膜５への蓄積は、基板Ｓを載せて絶縁膜５を絶縁物層２
３に接触させ、平板電極２２ａ，２２ｂ　の２極に＋１
ＫＶと−１ＫＶの電圧を印加して行う。印加時間は５分
である。この電荷蓄積の後に絶縁膜５上の電界を測定し
て、正の電界が観測され、固定電荷６として正電荷が蓄
積されたことを確認した。

【００２８】上述のようにして固着した基板Ｓの離脱は
、図１（ａｂ）のように、平面電極１２に固定電荷６の
極性と同極性である正の電圧を印加して行う。印加する
電圧は＋５００Ｖ〜１０００Ｖ　程度で良い。基板Ｓは
ステージ１１から反発力を受け容易に離脱し得るように
なる。

【００２９】なお、上述の説明から理解されるように、
ステージ１１は、絶縁物層１２を設けないで基板Ｓが平
面電極１２上に直接載せられるものであっても良い。次
に、第２実施例は、前述した第２の方法によるものであ
り、基板の固着が先に述べた図５（ｄ）　の場合に準じ
ているため特に基板の離脱に関して評価するようにした
ものである。

【００３０】即ち、図１（ｂａ），（ｂｂ）　を参照し
て、基板Ｓは、直径６インチのＳｉウエーハであり、ス
テージ３１に接する面にＳｉＯ２　（厚さ　４００ｎｍ
）　の絶縁膜５を形成しておく。ステージ３１は、基板
Ｓを載せる領域に、２極に分割された平面電極３２ａ，
３２ｂ　と、平面電極３２ａ，３２ｂ　上に設けた抵抗
率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層３３とを有するものを
用いる。

【００３１】ステージ３１の詳細は図４に示され、平面
電極３２ａ，３２ｂ　は、アルミニウムまたはタングス
テンなどの金属からなり両者を含んで外径が　１５０ｍ
ｍφの円形であり、同心円状に分離された４個の電極が
並んでその内側から１番目と３番目、また２番目と４番
目が接続されて３２ａ，３２ｂ　の２極に分割されてい
る。絶縁物層３３は抵抗率１０１２Ωｃｍの　Ａｌ２Ｏ
３セラミックからなり厚さが０．５ｍｍである。平面電
極３２ａ，３２ｂ　の下は絶縁物層３３と同じＡｌ２Ｏ
３　セラミックからなる絶縁層３４であり、その下はア
ルミニウムからなる台座３５である。また、基板Ｓの離
脱を評価するためのものとして、表面に載せた基板Ｓに
向けて裏面側から窒素ガスを送出するガス送出孔３６を
設けてある。

【００３２】そしてステージ３１は、基板Ｓの離脱を評
価するために、真空引きできるチャンバの中に配置する
。 基板Ｓのステージ３１上への固着は、図１（ｂａ）のよ
うに、基板Ｓをステージ３１上に載せ、平板電極３２ａ
，３２ｂ　の２極に＋１ＫＶと−１ＫＶの電圧を印加し
て行う。この固着は先に説明した図５（ｄ）　の場合と
同様になるものであり、絶縁膜５には正の固定電荷６が
蓄積される。このため、上記印加電圧を除去しても、図
５（ｅ）　で述べたように基板Ｓの離脱が困難である。

【００３３】そこで基板Ｓのステージ３１からの離脱は
、図１（ｂｂ）のように、平板電極３２ａ，３２ｂ　の
両方に正の電圧を印加して行う。この離脱は第１実施例
の場合の離脱と同様になるものである。

【００３４】そして第２実施例では、基板Ｓの離脱を評
価するために、基板Ｓをステージ３１上に上記条件で固
着して直ちに上記チャンバを高真空にし、固着時間が５
分経過したところで離脱評価を行う実験を次のように繰
り返し行った。 〔実験その１〕離脱のための正電圧印加を行わずにガス
送出口３６からガスを送出して基板Ｓの離脱有り無しを
見る。その結果は次の通りである。

【００３５】１回目：送出ガス圧を５０Ｔｏｒｒにして
離脱無し。 ２回目：送出ガス圧を５１Ｔｏｒｒにして離脱有り。 ３回目：送出ガス圧を６４Ｔｏｒｒにして離脱無し。

【００３６】４回目：送出ガス圧を４０Ｔｏｒｒにして
離脱有り。 このことは、上記正電圧印加無しでは離脱が困難である
ことを示している。 〔実験その２〕離脱のための正電圧印加　（＋１０００
Ｖ　印加）　を行いながらガス送出口３６からガスを送
出して基板Ｓの離脱有り無しを見る。その結果は次の通
りである。

【００３７】１回目：送出ガス圧を１４Ｔｏｒｒにして
離脱有り。 ２回目：送出ガス圧を１２Ｔｏｒｒにして離脱有り。 ３回目：送出ガス圧を　６Ｔｏｒｒにして離脱有り。

【００３８】４回目：送出ガス圧を　５Ｔｏｒｒにして
離脱有り。 ３回目：送出ガス圧を　２Ｔｏｒｒにして離脱有り。 ４回目：送出ガス圧を１４Ｔｏｒｒにして離脱有り。

【００３９】このことは、上記正電圧印加を行うことに
より離脱が容易になることを示している。また、比較の
ため基板Ｓに絶縁膜５を設けないで〔実験その１〕と同
様な実験を行った。その実験は６回繰り返したが、各回
とも送出ガス圧を　２Ｔｏｒｒにして離脱有りであった
。しかしながら、絶縁膜５を無くすることは、先に述べ
たように、固着の際に基板Ｓ中にかなり大きな電流が流
れるので望ましくない。

【００４０】なお、第１実施例のステージ１１の絶縁物
層１３または第２実施例のステージ３１の絶縁物層３３
は、耐圧正を確保するために抵抗率の下限を１０８　Ω
ｃｍ程度に抑えるのが望ましい。特にステージ１１また
は３１を平行平板型のエッチング装置などに用いて直接
交流電圧を印加する場合には、上記抵抗率が上記下限よ
りも小さくなると基板Ｓに渦電流が流れて基板Ｓに形成
した素子を破壊する恐れがあるからである。

【００４１】そして、以上の説明から理解されるように
本発明は、基板Ｓの材質、絶縁膜５の材質や厚さ、また
、ステージ１１，３１　や電荷蓄積装置２１の各部の材
質や寸法が、実施例に限定されるものではない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体装置製造の基板処理工程における基板のステージ上
への固着及び該ステージ上からの離脱を行う方法に関し
て、動く構成部材を必要とせず且つ真空中で使用できる
ように静電力を利用し、然も、基板中に大きな電流が流
れることなく固着し得て且つ離脱を容易にさせることが
できて、上記基板処理工程の作業を安定に進めることを
可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　第１実施例を示す模式側面図（ａａ），（
ａｂ）　と第２実施例を示す模式側面図（ｂａ），（ｂ
ｂ）　である。

【図２】　　第１実施例に用いるステージの平面図（ａ
）　と側面図（ｂ）である。

【図３】　　第１実施例に用いる電荷蓄積装置の平面図
（ａ）　と側面図（ｂ）　である。

【図４】　　第２実施例に用いるステージの平面図（ａ
）　と側面図（ｂ）である。

【図５】　　従来の静電チャックを説明するための模式
側面図（ａ）　〜（ｅ）　である。

【符号の説明】

１，１Ａ　　静電チャック １１，　３１　　ステージ ２１　　電荷蓄積装置 ２ａ，２ｂ，　１２，　２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２
ｂ　　　平面電極３　　絶縁層 ３Ａ，　１３，　２３，　３３　　絶縁物層１４，　２
４，　３４　　絶縁層 １５，　２５，　３５　　台座 ３６　　ガス送出口 ４　　誘電分極 ５　　基板の絶縁膜 ６　　固定電荷 Ｓ　　基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体装置製造の基板処理工程におけ
   る基板のステージ上への固着及び該ステージ上からの離
   脱を行うに際して、基板（Ｓ）　は、ステージ（１１）
   に接する側の面に絶縁膜（５）　を形成しておき、ステ
   ージ（１１）は、基板（Ｓ）　を載せる領域に平面電極
   （１２）を有するものを用い、該基板（Ｓ）　の該ステ
   ージ（１１）上への固着は、内部に固定される電荷（６
   ）　を該基板（Ｓ）　の前記絶縁膜（５）内に蓄積して
   から、該基板（Ｓ）　を該ステージ（１１）上に載せる
   ことによって行い、該基板（Ｓ）　の該ステージ（１１
   ）からの離脱は、該絶縁膜内（５）　に蓄積された固定
   電荷（６）　の極性と同極性の電圧を前記平面電極（１
   ２）に印加して行うことを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
2. 【請求項２】　　前記ステージ（１１）は、前記平面電
   極（１２）上に抵抗率１０１４Ωｃｍ以下の絶縁物層（
   １３）を設けることを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記基板（Ｓ）　における前記固定電
   荷（６）　の前記絶縁膜（５）　への蓄積は、２極に分
   割された平面電極（２２ａ，２２ｂ）　と、該平面電極
   （２２ａ，２２ｂ）　上に設けた抵抗率１０１４Ωｃｍ
   以下の絶縁物層（２３）とを有する電荷蓄積装置（２１
   ）を別途に用意し、該基板（Ｓ）　を該電荷蓄積装置（
   ２１）上に載せて該絶縁膜（５）　を該絶縁物層（２３
   ）に接触させ、前記平面電極（２２ａ，２２ｂ）　の２
   極間に電圧を印加して行うことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記基板（Ｓ）　の前記ステージ（１
   １）上への固着の際に、該基板（Ｓ）　の前記絶縁膜（
   ５）　内に蓄積された固定電荷（６）　の極性と逆極性
   の電圧を、該ステージ（１１）の前記平面電極（１２）
   に印加することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記
   載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】　　半導体装置製造の基板処理工程におけ
   る基板のステージ上への固着及び該ステージ上からの離
   脱を行うに際して、基板（Ｓ）　は、ステージ（３１）
   に接する側の面に絶縁膜（５）　を形成しておき、ステ
   ージ（３１）は、基板（Ｓ）　を載せる領域に、２極に
   分割された平面電極（３２ａ，　３２ｂ）と、該平面電
   極（３２ａ，３２ｂ）　上に設けた抵抗率１０１４Ωｃ
   ｍ以下の絶縁物層（３３）とを有するものを用い、該基
   板（Ｓ）　の該ステージ（３１）上への固着は、該基板
   （Ｓ）　を該ステージ（３１）上に載せ、前記平面電極
   （３２ａ，３２ｂ）　の２極間に電圧を印加することに
   よって行い、該基板（Ｓ）　の該ステージ（３１）から
   の離脱は、前記平面電極（３２ａ，３２ｂ）　の２極に
   同一極性の電圧を印加して行うことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。