JPH11233601A - 静電吸着装置及びそれを用いた試料処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウエハ脱離時にウエハが割れたりずれてしまう
ことなく、常にほぼ同じ除電時間でウエハの搬送を行
う。 【解決手段】ウエハを脱離する際にプッシャにかかる力
の検出手段を備え、検出手段からの信号をもとにウエハ
支持体の移動速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電吸着装置及びそ
れを用いた試料処理装置に係り、特に、半導体製造装置
内においてウエハの搬送時や処理時のウエハの固定に用
いられ、静電気力を利用したウエハの保持に好適な静電
吸着装置及びそれを用いた試料処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電気を利用して物体を保持する方法
は、特に半導体製造装置のウエハの搬送や各プロセス中
のウエハの固定に使用されている。ウエハの搬送や固定
を行う際の保持方法としては、他にクランプを用いた機
械的な保持方法等が考えられるが、静電気力を用いる方
が半導体ウエハの保持に関して有利な点が多い。例え
ば、ウエハの処理面との機械的な接触がないために摩耗
粉等によるウエハの汚染がない、ウエハ裏面全面で吸着
するのでウエハの反りを矯正できエッチング等の微細加
工の際に吸着面との接触がより確実なものとなり、熱伝
導性が改善されウエハの温度制御が容易になる等であ
る。

【０００３】以上に示すように静電吸着はウエハの保持
方法として有利な点が多いために、特にドライエッチャ
やCVDといった装置内のウエハ処理電極として広く適用
されている。しかし、静電吸着装置では誘電膜に蓄えら
れた電荷とウエハ裏面近傍で分極した電荷の静電気力に
より吸着力を発生しているために、特にウエハを引き剥
がす場合において誘電膜に蓄えられた電荷の除電時間が
長い（つまり残留吸着力が大きい）という応答性の問題
がある。応答性が悪い、すなわち除電時間が長いとウエ
ハを次の処理室へ搬送する次動作までの待ち時間が長く
なるために装置の処理能力が低下するという弊害を生じ
る。また、通常は処理終了後のウエハを電極から取り上
げるために棒状のウエハ支持体（以下プッシャと呼ぶ）
を電極内に設けた貫通穴より上下方向に稼働させて行っ
ているが、残留吸着力に逆らって無理にウエハを引き剥
がそうとするとウエハが割れてしまうという問題を生ず
る。この傾向は、素子の高集積化にともなうウエハの大
口径化が進むほど深刻となってくる。

【０００４】この様な残留吸着力による弊害に対処する
方法としては、例えば特開平6-252253号公報に開示され
ている。この開示例では、発生している残留吸着力より
弱い力を付与する脱離力付与手段と付与する脱離力の検
出手段を設け、残留吸着力が消失後直ちにウエハを脱離
する方法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
はあらかじめ設定した値まで残留吸着力が低減した時点
でウエハを引き剥がすために、ウエハが割れたりずれた
りすることは防止することができるが、非常に大きな残
留吸着力が発生してしまった場合などは搬送までに非常
に長時間を要したり、各処理毎に発生した残留吸着力の
除電時間が異なる場合には各処理後との時間が変化して
しまうという問題がある。この様な状況では、次の処理
へ移行できなかったり、次の処理とのタイミングが合わ
ず処理効率が低下してしまうという問題が発生する。

【０００６】本発明の目的は、ウエハ処理終了後のウエ
ハ脱離時にウエハが割れたりずれてしまうことがなく、
常にほぼ同じ除電時間でウエハの搬送が行える静電吸着
装置及びそれを用いた試料処理装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、静電吸着
終了後にウエハを脱離する際にプッシャかかる力の検出
手段を備え、検出手段からの信号をもとに前記ウエハ支
持体の移動速度を制御することにより達成できる。ま
た、ウエハ積載時のウエハ外周の外の領域に、少なくと
も誘電膜表面より突出したガイドを備えることにより、
より確実にウエハのズレ防止を達成できる。さらに、ウ
エハをウエハ支持体により脱離する際に発生する力が事
前に設定した値を超えた場合には、ウエハ支持体を停止
した状態でウエハを吸着中に電極に印加したのとは極性
の異なる電圧を印加することにより達成できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図にした
がって説明する。

【０００９】図1に本発明の第一の実施例を示す。この
図は静電チャック９を積載したフランジ８が処理装置の
チャンバ壁７に固定された状態を示している。図中１２
は真空を封じきるOリングである。本実施例の静電チャ
ック９はアルミナ製の誘電膜３の内部に同芯状にタング
ステン製の外電極１と内電極２を内蔵したダイポール方
式の静電チャックである。この誘電膜３はアルミ製のブ
ロック１１上にセラミクス系の接着剤で固定されてお
り、セラミクス製の絶縁部材１０によりフランジ８と電
気的に絶縁されつつ固定されている。ウエハ４は、外電
極１と内電極２に直流電圧を印加することにより静電気
的に吸着されるが、本実施例では外電極１に対してはス
イッチ１３を介してマイナスの直流電源１７に、内電極
２に対してはスイッチ１４を介してプラスの直流電源１
８に接続している。吸着終了後にはスイッチの切り替え
により内電極と外電極に同時に接地電位を与えて誘電膜
とウエハの間に蓄えられた電荷の除電をおこなう。な
お、図中１５と１６は各電極と直流電源を接続するリー
ド線である。そして除電終了後、ウエハ支持体５の上昇
動作によりウエハ４を誘電膜３から引き剥がす。本実施
例ではウエハ支持体５は同心円上に４本、等間隔で設け
てある。このウエハ支持体は、誘電膜３とブロック１
１、絶縁部材１０を貫通し、チャンバ外の支持板１９に
固定されている。ここで、ウヘハ支持体５の昇降運動時
に真空漏れを起こさないようにベローズ２０により真空
が保たれている。この支持板１９は荷重計６を介したラ
ックギア２１に接続されており、フランジ８に据え付け
られた固定カバー３６に設けられたモータ固定台２２に
固定されたパルスモータ２３のピニオンギア２４の回転
運動により昇降運動をおこなう。なお２５は支持板１９
の昇降をスムーズにする直動軸受であり、３５はガイド
棒である。本実施例に適用した荷重計６はひずみゲージ
式のロードセルであり、出力する信号はアンプ２６によ
り増幅され、信号処理回路２７により残留吸着力に換算
される。また、本実施例では得られた値をパルスモータ
２３の回転を制御するコントローラ２８にフィードバッ
クし、ウエハ支持体５の昇降運動を制御している。以下
に具体的な制御方法を説明する。

【００１０】除電が完全に終了していれば荷重計６には
残留吸着力は観測されないが、除電時間が不十分な場合
には図２に示すような残留吸着力が観測される。図中で
ウエハ支持体が上昇開始してからと、ウエハが誘電膜か
ら引き剥がされた後も力が発生しているのは、本実施例
でウエハ支持体をベローズに取り付けているためであ
り、ベローズの弾性力によるものである。したがって、
残留吸着力はベローズの弾性力成分に重畳して観測され
ることになる。アンプで増幅された図２のような信号が
信号処理回路に送られると、この信号をもとにパルスモ
ータのコントローラを制御する。つまり、信号処理回路
２７には、予めウエハ支持体の昇降速度が残留吸着力に
応じて最適となるようプログラムがなされている。本実
施例では、図２中のレベル１までは昇降速度は６cm/s、
レベル２までは３cm/s、レベル３では１cm/sに設定して
いる。

【００１１】この様に構成された静電吸着装置では残留
吸着力がある程度残った場合でも、ウエハを引き剥がす
ときの昇降速度を制御可能であるためにウエハのズレを
最小限に抑えることができ、装置の稼働率の低下を最小
限に抑えることが可能となる。

【００１２】本実施例で説明した静電吸着装置は直流電
圧を印加する電極を２個有するダイポール方式であった
が、必ずしもそうである必要はなく、プラズマとチャン
バを介して吸着するモノポール方式の静電吸着装置でも
同様の効果を期待することができる。また、静電吸着装
置の２個の電極に印加する直流電源の極性は反対であっ
てもよいし、いずれか一方の電極のみに直流電圧を印加
し、もう一方は接地する回路構成であってもよい。さら
に、本実施例では発生した残留吸着力の大きさを３つの
レベルにわけて、ウエハ支持体の上昇速度も３段階に制
御しているが必ずしもこの様にする必要はなく、状況に
応じて適宜調整すればよい。

【００１３】図３、図４には本発明の第二の実施例を示
す。図３は第二の実施例の断面図であり、図４は実際に
ウエハを引き剥がしたときの斜視図である。本実施例で
は第一の実施例の静電吸着装置の誘電膜外周部分に、誘
電膜表面よりも高さのあるガイド２９を設けている。ま
た、このガイドの内筒端部のウエハの開口部分には傾斜
３０が付けられている。したがって、第一の実施例で示
したように残留吸着力が発生していた場合にウエハ支持
体によりウエハを引き剥がして若干のズレが発生した場
合であってもガイドの傾斜部でウエハのズレが矯正され
るので大きくズレてしまうことが防止できる。

【００１４】図５には本発明の第三の実施例を示す。本
実施例では外電極１と内電極２にそれぞれスイッチ３
１、３２を介して正負両方の極性の直流電源３３、３４
を接続している。そして、吸着中には外電極にはマイナ
ス、内電極にはプラスの電圧を印加する。吸着終了後に
は、第一の実施例と同様にウエハ支持体の上昇速度を制
御しながらウエハを引き剥がそうとするが、ウエハ裏面
に酸化膜等が付くなどして残留吸着力が大きい場合に
は、信号処理装置の命令によりウエハ支持体の上昇を停
止し、スイッチの切り替えにより吸着中とは逆の極性の
直流電圧を印加し残留吸着力を低下させウエハを引き剥
がすことができる。この様に構成された静電吸着装置で
は、残留吸着力が非常に大きい場合でもウエハを破損す
ることなく引き剥がすことができ、稼働率のよい処理装
置を提供することができる。

【００１５】

【発明の効果】ウエハ処理終了後のウエハ脱離時にウエ
ハが割れたりずれてしまうことがなく、常にほぼ同じ除
電時間でウエハの搬送が行える静電吸着装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電吸着装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】図１の装置において測定された残留吸着力の測
定例を示す図である。

【図３】本発明の静電吸着装置の第二の実施例を示す断
面図である。

【図４】図３の装置の斜視図である。

【図５】本発明の静電吸着装置の第三の実施例を示す断
面図である。

【符号の説明】 １…外電極、２…内電極、３…誘電膜、４…ウエハ、５
…ウエハ支持体、６…荷重計、７…チャンバ壁、８…フ
ランジ、９…静電チャック、１０…絶縁部材、１１…ブ
ロック、１２…Oリング、１３…スイッチ、１４…スイ
ッチ、１５…リード線、１６…リード線、１７…マイナ
ス直流電源、１８…プラス直流電源、１９…支持板、２
０…ベローズ、２１…ラックギア、２２…モータ固定
台、２３…パルスモータ、２４…ピニオンギア、２５…
直動軸受、２６…アンプ、２７…信号処理回路、２８…
コントローラ、２９…ガイド、３０…傾斜、３１…スイ
ッチ、３２…スイッチ、３３…直流電源、３４…直流電
源、３５…ガイド棒、３６…固定カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 高橋 主人 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性材料からなる電極と、該電極表面に
   積層させた誘電膜とを有し、該誘電膜とウエハとの間に
   電界を発生させ、静電気力によって前記ウエハを吸着固
   定するとともに、前記電極および前記誘電膜に設けられ
   た貫通穴に沿って移動可能な少なくとも３本以上のウエ
   ハ支持体を備え、該ウエハ支持体により前記ウエハを前
   記誘電膜表面への配置及び脱離をおこなう静電吸着装置
   において、前記ウエハ支持体には前記ウエハを脱離させ
   る際にかかる力の検出手段を備え、該検出手段からの信
   号をもとに前記ウエハ支持体の移動速度を制御する手段
   を設けたことを特徴とする静電吸着装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の静電吸着装置において、
   前記ウエハ配置時のウエハ外周の外の領域に、少なくと
   も誘電膜表面より突出したガイドを備えたことを特徴と
   する静電吸着装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の静電吸着装置において、
   前記ウエハを前記ウエハ支持体により脱離する際に発生
   する力が事前に設定した値を超えた場合には、前記ウエ
   ハ支持体を停止した状態で前記ウエハを吸着中に電極に
   印加したのとは極性の異なる電圧を印加しウエハを脱離
   することを特徴とする静電吸着装置。
4. 【請求項４】請求項１から３に記載の静電吸着装置を備
   えたことを特徴とする試料処理装置。