JPH11233605A

JPH11233605A - 静電チャックステージ

Info

Publication number: JPH11233605A
Application number: JP3487798A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Ikeda; 剛敏池田; Takashi Tsukasaki; 尚塚崎; Yuusuke Dobashi; 祐亮土橋; Minoru Hanazaki; 稔花崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】残留吸着力が小さく、安定したウエハ離脱が
でき、耐電圧特性のよい静電チャックステージを得る。【解決手段】電極を円盤状の内電極１６とリング状の
外電極１７とで構成する。両電極１６、１７間の側面に
は絶縁体膜２０を形成しその間の空隙１８にリフトピン
１４を通す。両電極１６、１７に分かれているので側面
への絶縁体膜２０の形成が容易であり信頼性の高い絶縁
が得られる。また電極表面の誘電体膜１９の抵抗率を１
０¹¹〜１０¹²Ωｃｍまたは１０¹⁷Ωｃｍ以上にすること
により残留吸着力が小さくなる。さらにリフトピン１４
の位置を適切に選ぶことによりウエハの片上がり、跳び
上がりを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造において、半導体ウエハを静電気で吸着して固定する
ための静電チャックステージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置やＣＶＤ装置などの半導
体製造装置においては、半導体装置の集積度を高めるた
めに、プラズマを用いた処理が行われている。それらの
製造装置で処理するシリコンなどの半導体ウエハ（以
下、ウエハと称す）がプラズマから受けるエネルギーに
よって加熱されるのを所望の温度に冷却し、かつ温度の
均一性を保ちつつ、固定、保持する方法として、従来使
用されてきたメカニカルクランプに代わって、静電チャ
ックが使用されている。メカニカルクランプは、ステー
ジ上に搭載されたウエハの外周をクランプリングやつめ
で機械的に押さえつける方法である。一方、静電チャッ
クは、金属の電極の表面に誘電体膜を付けたもので、そ
の上にウエハを置き、ウエハと電極板との間に電圧を印
加する事により静電力が発生し、ウエハをステージに吸
着し固定することができるものである。この静電チャッ
クの誘電体膜として、各種セラミックや高分子膜などが
用いられている。静電チャックはウエハの全面に対して
吸着が可能なので、特に大口径ウエハの保持方法として
使用される。また、メカニカルクランプのように、ウエ
ハ処理面と物理的接触をする部分が無いので、製造装置
チャンバ内の低発塵化が図れる。

【０００３】図１５は、例えば特開平４−２５３３５６
号公報に示された従来の静電チャックの断面図であり、
図において、１は静電チャック、２は静電チャック１に
吸着されたウエハ、３はウエハ２を静電チャック１から
離脱させるリフトピン、４はリフトピン３を駆動するモ
ータである。吸着したウエハ２を外すとき、静電チャッ
ク１への印加電圧を解除後、アース電位にしたリフトピ
ン３でウエハ２に残った電荷を逃がして残留吸着力を減
少させ、ウエハ２をリフトピン３で押し上げる。

【０００４】図１６は、例えば特開平６−３３８５５９
号公報に示された従来の静電チャックの断面図であり、
印加電圧解除後も残留吸着力によって、静電チャック１
の表面に吸着しているウエハ２を、一方からリフトピン
３で順に押し上げることにより、ウエハ２が静電チャッ
ク１の表面から剥がれていくように離脱する。

【０００５】また図１７は、例えば特開平５−３１２３
９号公報に示された従来の静電チャックの断面図であ
り、図において、５は金属製の電極、６は電極５に形成
されたリフトピン用穴、７は電極５の表面に付けた誘電
体膜、８はリフトピン用穴６にはめ込まれた円筒形の絶
縁部材である。図１５、図１６に示したように、吸着し
たウエハ２を外すとき、リフトピン３でウエハ２を押し
上げる。このリフトピン３を通すために、電極５にリフ
トピン用穴６を形成し、その穴の表面を絶縁性部材８で
覆って絶縁を施している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電チャック
は、その種類によっては、ウエハを吸着するために印加
している電圧を解除しても、吸着力が直ちに減少、消滅
せずに、残留吸着力がウエハのステージからの離脱を妨
げる場合がある。この残留吸着力が大きいと、離脱時の
ウエハの位置がずれたり、チャンバから確実に搬出でき
ないなど様々な不具合が生じる事があり、半導体製造装
置の処理能力を低下させる原因の一つとなる場合があっ
た。また、静電チャック表面のうねりや凹凸がある場合
には、部分的に吸着力が弱くなったり、冷却のためにウ
エハ裏面に導入する熱伝達促進用のガスがウエハの周囲
から漏れ出る量が多くなることによって、ウエハの温度
の均一性が保てなくなることが知られている。

【０００７】また、極端な温度条件、例えば２００℃以
上の高温雰囲気中などで使用する場合、静電チャック表
面の誘電体膜の種類によっては、それ自身が熱に耐える
ことができなかったり、電極の基材との線膨張係数の差
で割れたり剥がれたりする不具合が発生する場合もあ
る。また、ウエハを静電チャック表面から押し上げて離
脱させる手段として、リフトピンを用いる場合、静電チ
ャックにリフトピンを貫通させるための穴を設ける必要
がある。しかし、誘電体膜をセラミック溶射法で成膜す
る場合、穴の径が小さいと、穴の中に完全な溶射膜が付
かず、静電チャックの電極基材が露出し、電圧を印加し
たときに異常放電が発生する可能性がある。

【０００８】例えば図１５に示した、ウエハをアース電
位にして離脱しやすくした静電チャックでは、ウエハを
アース電位にしたとしても、誘電体膜中で分極したまま
の双極子が、瞬時に元に戻らなかったり、静電チャック
中に電荷が残留するので、残留吸着力は瞬時には、減
少、消滅しない。さらに残留吸着力が大きいままで、リ
フトピンを押し上げると、ウエハの一部が吸着したまま
押し上げられることになり、ウエハが斜めの状態にな
る。ここでは、このような状態を片上がりと呼び、図７
に示す。このような状態になるとウエハは位置ずれを起
こしたり、ステージから脱落してチャンバからウエハを
回収できなくなる。また、ウエハがステージから脱落し
たときに、破壊される場合があり、そのようなときはチ
ャンバーを開放し、中にあるウエハを回収する、もしく
は破損したウエハを取り出すことが必要になり、製造装
置の生産性を下げる原因の一つとなる。

【０００９】また、図１６に示したウエハ離脱方法で
は、ウエハ外周部を押し上げるときに、一方から先に押
し上げても、残留吸着力が大きければウエハは反り返っ
てしまい、剥がれるように離脱しない。更にこの方法で
は、ウエハ外周部を押し上げているので、残留吸着力が
大きいと、ウエハは凹形に変形する。この状態を図８に
示す。この時ウエハには変形による弾性エネルギーが蓄
えられ、更に押し上げようとすると、押し上げ力が残留
吸着力を上回ってウエハが離脱した瞬間に蓄えられてい
た弾性エネルギーが開放され、ウエハが飛び上がる。こ
のときウエハが位置ずれを起こしたり、ステージから脱
落したりし、前述の場合と同じように、装置の生産性を
下げる原因の一つとなる。

【００１０】また、図１７に示したような絶縁性部材を
用いてリフトピン用穴における耐電圧を向上させるもの
では、つぎのような問題が発生する。エッチング装置な
どプラズマを発生させるプロセスを用いる装置では、プ
ラズマが発生することによって、ウエハを介して静電チ
ャックに熱が加えられる。仮に、静電チャックに冷却機
構が備えてあっても、プロセス毎に静電チャックに熱履
歴が加えられる。絶縁部材と電極基材、もしくは誘電体
膜は、それぞれの線膨張係数に違いがあるので、熱履歴
が生じることによって繰り返し応力がかかり、それぞれ
の材料の界面、もしくは溶射された誘電体膜に亀裂が生
じ、電極基材が露出し、それによって、静電チャックの
耐電圧特性が悪くなり、吸着力の低下や、過電流がウエ
ハを貫通することによるデバイスの破壊などが生じる。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、ウエハに対する残留吸着
力の小さい静電チャックステージ、また、安定したウエ
ハ離脱ができる静電チャックステージを得ることを目的
とする。さらに、耐電圧特性の良い、また吸着力が大き
く、ウエハ温度の均一性を保つことができる静電チャッ
クステージを得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る静電チャ
ックステージは、電極表面の静電体膜の抵抗率を１０¹¹
から１０¹²Ωｃｍまたは１０¹⁷Ωｃｍ以上にしたもので
ある。また、ｎ本のリフトピンを配置した円の半径の、
ウエハの半径に対する比率を次の値にしたものである。ｎ＝３のとき、９０％〜１００％ｎ＝４のとき、７５％〜９５％ｎ≧５のとき、６７％〜８７％また、リフトリングの半径のウエハの半径の、ウエハ半
径に対する比率を５８％〜７８％にしたものである。さ
らに、電極が円盤状の内電極とリング状の外電極からな
り、内電極の外周側面および外電極の内周側面を絶縁体
膜で覆うとともに、内外電極間にリフトピンを配置した
ものである。

【００１３】また、電極にモリブデンを、誘電体膜にア
ルミナとチタニアの混合セラミック溶射膜を、そして絶
縁ベースにアルミナを主成分としたセラミック焼結体を
用いたものである。さらに、絶縁ベースの電極側面の平
面度を１０μｍ以下にするとともに、取り付けねじを用
い絶縁ベースの貫通孔を通じて電極を絶縁ベースに取り
付け、取り付けねじを介して電極に電圧を与えるように
したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１、図２はこの
発明の実施の形態１を示す静電チャックステージの断面
図、図３はその平面図であり、図１と図２はそれぞれ図
３のI−I線、II−II線に沿った断面を示す。１１は静電
チャックステージ、１２はウエハを吸着して固定する静
電チャック、１３は静電チャック１２を固定する絶縁ベ
ースとしてのセラミックベース、１５は吸着したウエハ
２を静電チャック１２から離脱させるリフト部材であ
り、４本のリフトピン１４で構成している。また、静電
チャックステージ１１は静電チャック１２、セラミック
ベース１３、リフト部材１５などで構成している。

【００１５】１６は円盤状の内電極、１７は内電極１６
の外周側にこれと空隙１８をおいて設けられた外電極
で、両電極１６、１７の材料としてモリブデンを用いて
いる。１９は両電極１６、１７の上面を覆う誘電体膜
で、アルミナとチタニアとを混合したセラミック溶射膜
からなっている。２０は空隙１８の両側の面、すなわち
内電極１６の外周側面と外電極１７の内周側面を覆う絶
縁体膜で、アルミナセラミックを溶射して両電極１６、
１７の基材が露出しないようにしている。このように静
電チャック１２は、両電極１６、１７とこれらを覆う誘
電体膜１９、絶縁体膜２０からなっている。２３は両電
極１６、１７をセラミックベース１３に取り付ける取り
付けねじ、２１は外電極１７の外周端に設けられた石英
カバーで、ウエハ２で覆われない部分を覆って、プラズ
マに曝されないようにしている。

【００１６】セラミックベース１３にはリフトピン１４
を通すための４つの貫通孔２２があけられており、リフ
トピン１４は内電極１６と外電極１７との間の空隙１８
がなす円周上で等間隔の位置に設けられて、貫通孔２２
と空隙１８を通り、静電チャック１２の上表面に突き出
るようになっている。リフトピン１４は、ウエハ２の半
径の８５％の半径を有する円周上に配置されている。２
４はリフトピン１４を駆動するシリンダ、２５はリフト
ピン１４とシリンダ２４を連結して４本のリフトピン１
４を同時に上下させる連結具、２６はリフトピン１４を
覆ってその貫通部分の気密を保つベローズである。静電
チャック１２の温度を制御するために流す冷媒の流路を
図２中の矢印で示す。２７は内電極１６と外電極１７に
形成された冷媒通路、２８は外電極１７の冷媒通路２７
への冷媒導入口、２９は内電極１６の冷媒通路２７から
の冷媒導出口、３０は両電極１６、１７の冷媒通路２７
間を結ぶ橋渡し流路、３１は静電チャック１２表面とウ
エハ２裏面との間隙へＨｅガスを流すためにセラミック
ベース１３と静電チャック１２を貫通して形成されたＨ
ｅガス導入口である。

【００１７】図４は、図１ないし図３に示した静電チャ
ックステージを備えたエッチング装置の断面図であり、
図において、３２はエッチング処理するためのチャン
バ、３３はウエハ２をチャンバ３２の中へ搬入、搬出さ
せるための搬送アーム、４１は搬送アーム３３に設けら
れたウエハ受けつめ、３４はゲートシャッタ、３５はウ
エハ２をエッチング処理するためのガスを導入する処理
ガス導入口、３６はバルブ、３７はチャンバ３２内を真
空排気するための真空ポンプ、３８は圧力調整弁、３９
は真空計、４０はＨｅガス圧力調整バルブ、４２はアー
ス電極、４３は静電チャック用電源Ａ、４４は静電チャ
ック用電源Ｂ、４５は静電チャック用電源Ａ４３で内電
極１６と外電極１７の両方に電圧を供給する回路に切り
替えるための切替スイッチ、４６はプラズマを発生させ
るためのＲＦ電源、４７はＲＦ電源４６のパワーを効率
よくチャンバ３２側に導入させるためのマッチングボッ
クス、４８は静電チャック電源Ａ３３にＲＦ電源４６か
らパワーが進入するのを防ぐためのフィルタである。

【００１８】次に動作について説明する。図５は、図４
に示したエッチング装置の動作シーケンス図であり、こ
のエッチング装置を用いたウエハ処理（配線エッチン
グ）を例に説明する。まず、ゲートシャッタ３４を開い
て、搬送アーム３３にのせたウエハ２をチャンバ３２の
中に取り付けてある静電チャック１２の真上まで搬送
し、リフトピン１６を押し上げてウエハ２を搬送アーム
３３より受け取り、搬送アーム３３をチャンバ３２外に
移動させ、リフトピン１４をもとの位置に下げて、ウエ
ハ２を静電チャック１２の上に乗せる。次に、ゲートシ
ャッタ３４を閉め、圧力調整弁３８を開け、真空ポンプ
３７でチャンバ３２内を１０^-5Ｔｏｒｒ程度の圧力まで
排気する。

【００１９】しかる後に処理ガス導入口３５からエッチ
ング処理用のガスとして、塩素と三塩化ホウ素の混合ガ
スを１００ｃｃ／分で導入し、圧力調整弁３８を用いて
チャンバ３２内を１００ｍＴｏｒｒ程度のガス圧力に維
持する。切替スイッチ４５が４５ａ側に接続されている
状態で、静電チャック用電源Ａ４３により内電極１６へ
−４００Ｖの電圧を印加するとともに、静電チャック用
電源Ｂ４４により外電極１７へ＋４００Ｖの電圧を印加
してウエハ２を吸着させ、また、あらかじめウエハ２の
裏面と静電チャック１２表面との間隙にＨｅガスを、Ｈ
ｅガス導入口３１から導入し、Ｈｅガス圧力調整バルブ
４０でその圧力を１０Ｔｏｒｒに調整する。続いて、切
替スイッチ４５を４５ｂ側に切り替え、静電チャック用
電源Ａ４３で静電チャック１２の内電極１６と外電極１
７に同時に−４００Ｖの電圧を供給し、ついでＲＦ電源
４６より、マッチングボックス４７を介してウエハ２を
乗せた静電チャック１２に５００ＷのＲＦ電力を供給
し、静電チャック１２とアース電極４２との間にプラズ
マを発生させる。

【００２０】すると、プラズマを介して電気回路が形成
され、ウエハ２は静電チャック１２に吸着される。あら
かじめウエハ２の裏面には、プラズマからの入熱による
過度のウエハ２の温度上昇を防ぐために、１０Ｔｏｒｒ
の圧力のＨｅガスが導入されているので、ウエハ２の温
度を一定に保つことが出来る。プラズマにより導入され
た塩素系のガスの中に発生したイオンやラジカルは、ウ
エハ２をエッチングし、所定の時間の後、処理が終了す
ると、静電チャック１２に印加しているＲＦ電圧を解除
してプラズマを止め、エッチング処理ガスを止め、残留
した処理ガスを排気し、Ｈｅガス圧力調整バルブ４０を
閉じてウエハ２裏面に導入しているＨｅガスを止め、静
電チャック１２にウエハ２の離脱のための電圧印加シー
ケンス（ここでは、離脱シーケンスと呼ぶ）を印加す
る。

【００２１】離脱シーケンスは、まず内電極１６に＋６
００Ｖ、外電極１７に−６００Ｖの電圧を２６秒間印加
した後、それぞれの電極の電圧を逆極性に切り替える、
すなわち内電極１６に−６００Ｖ、外電極１７に＋６０
０Ｖを印加することである。電圧をこのように印加する
ことによって、たとえウエハ２の裏面に酸化膜が付着し
ている場合でも、残留吸着力を効果的に減少させること
できることが実験により分かっている。離脱シーケンス
を印加後、リフトピン１４を押し上げてウエハ２を離脱
させる。ゲートシャッタ３４を開け、搬送アーム３３を
静電チャック１２真上まで移動させ、リフトピン１４を
もとの位置まで下げ、ウエハ２を搬送アーム３３に乗
せ、チャンバ３２外に搬送する。

【００２２】前記のように構成された静電チャック１２
において、誘電体膜１９はアルミナ（Ａｌ₂O₃）とチタ
ニア（ＴｉＯ₂）の混合物をセラミックプラズマ溶射法
で成膜したもので、アルミナとチタニアの混合比を変
え、静電チャック１２の使用温度において、その抵抗率
が１０¹²Ωｃｍ以下、もしくは１０¹⁷Ωｃｍ以上になる
ように調節することによって、ウエハ２が離脱するとき
の残留吸着力を小さくすることができる。図６に誘電体
膜１９の抵抗率と相対残留吸着力の関係の実験結果をし
めす。ここで、相対残留吸着力とは、電圧印加中の静電
チャック１２に発生する吸着力に対する電圧解除後の残
留吸着力の比率を示すものであり、図では１０秒後の吸
着力を示す。このような実験評価から、相対残留吸着力
が大きくなるのは、誘電体膜１９の抵抗率が１０¹²〜１
０¹⁷Ωｃｍであることが分かった。また、誘電体膜１９
の抵抗率が小さくなりすぎると、誘電体膜１９からウエ
ハ２を貫通して流れる電流が大きくなり、ウエハ２上に
構成されるデバイスを破壊する可能性がある。この電流
の許容値はプロセスによって変化するが、一般に１０μ
Ａ／ｃｍ²とすると、誘電体は１０¹¹Ωｃｍ以上である
必要がある。さらに通常のセラミック溶射材料の場合、
目的の使用温度によって抵抗率が変化する。したがっ
て、使用時のステージ温度、すなわちプロス温度におい
て、静電チャック１２の誘電体膜が１０¹¹〜１０¹²Ωｃ
ｍもしくは、１０¹⁷Ωｃｍ以上となるようにする。

【００２３】また、残留吸着力許容値はリフトピン１４
の本数によって変わる。残留吸着力許容値とは、ウエハ
片上がりやウエハ跳ね上がりなどが発生しない残留吸着
力の限界値である。ここで、ウエハ片上がりとは、図７
に示すように、吸着力が許容値以上に残留しているとき
に、リフトピン１４ウエハ２を離脱させようとすると、
ウエハ外周のある部分が静電チャック１２に吸着したま
まウエハ２が斜めに傾いてしまうことを言う。また、ウ
エハ跳ね上がりとは、図８に示すように、やはり残留吸
着力が大きいときに、ウエハ２の外周付近をリフトピン
１４で押し上げようとすると、ウエハ２の中心部分が静
電チャック１２に吸着したまま、大きく凹形に変形し、
さらにリフトピン１４で押し上げようとすると、変形で
蓄積された弾性エネルギーが一気に開放されて、ウエハ
が飛び上がってしまい、ウエハ位置ずれや静電チャック
ステージからの脱落などが発生することを言う。

【００２４】これらの許容値は以下のように計算され
た。ウエハが片上がりしないような残留吸着力を求める
ために、ここでオフセット距離を考える。このオフセッ
ト距離とは、隣り合うリフトピンを直線で結んで形成さ
れる図形の辺と、静電チャック中心との最短距離のこと
を言い、Ｘで表す。また、ここで言うリフトピン半径と
は、静電チャック中心を中心として、リフトピンが配置
されている円周の半径のことを言い、ｒで表す。リフト
ピンが中心寄りに配置されていて、静電チャックに残留
吸着力があれば、ウエハは片上がりする可能性がある。
図９はその説明図である。ここで、静電チャック中心か
らオフセット距離Ｘだけ離れた所にある支点を境に、ウ
エハの浮き上がっている方をＷｕ部、ステージに吸着し
ている方をＷｄ部と言うことにする。

【００２５】片上がりは、支点を中心として、Ｗｄ部の
モーメントがＷｕ部のモーメントより大きいときに発生
する。そこで、Ｗｕ部の重さをＭｕ、支点からＷｕ部の
重心までの距離をＸｍｕ、また、Ｗｄ部の重さをＭｄ、
支点からＷｄ部の重心までの距離をＸｍｄとする。さら
に、このウエハに働いている残留吸着力の単位面積当た
りの大きさをｆ、ウエハが吸着したままの部分の面積を
Ｓｆ、その重心までの距離をＸｓｆとする。Ｗｄ部は全
て静電チャックに吸着されているわけではなく、リフト
ピンが上昇することによって、ある程度剥がれるように
静電チャック表面から離れ、実際に吸着している部分は
少ない。したがって、Ｗｄ部の面積に対する静電チャッ
クに吸着している部分の面積の比を０．２５とした。こ
れは残留吸着力とウエハ内に発生する応力の関係を考
え、ある程度の残留吸着力が存在する条件の下で、リフ
トピンを上昇させたときにウエハが割れなかった経験か
ら推測した数値である。

【００２６】残留吸着力が存在してもモーメントが釣り
合う条件、すなわち、ウエハが片上がりを引き起こさな
い限界の残留吸着力の大きさの条件は、次の（１）式を
満たすことである。Ｍｕ・Ｘｍｕ＝Ｍｄ・Ｘｍｄ＋ｆ・Ｓｆ・Ｘｓｆ（１）この関係は、ウエハの厚さに依存しない。また、ここで
上の式を導く際に使用したオフセット距離Ｘは、リフト
ピン半径とリフトピンの数によって決定される。ｎ本の
リフトピンがリフトピン半径ｒに均等配置されていると
すると、ｒとｎには以下のような関係が成り立つ。ｒ＝ｘ／ｃｏｓ（π／ｎ）（２）これらを考慮して、残留吸着力の許容値を導くと、図１
０の結果を得る。横軸はリフトピン半径のウエハ半径に
対する位置、縦軸が残留吸着力の許容値である。図中
「円形」とあるのは、後述の実施の形態２で説明するよ
うな円形のリフトリングを用いた場合を意味する。これ
を見ると、リフトピン半径が大きくなると、残留吸着力
許容値が大きくなるように思われる。しかし、実際にウ
エハ外周にリフトピンを配置した静電チャックでは、残
留吸着力が大きいと、ウエハ片上がりではなく、次に述
べるウエハ跳ね上がりが発生するようになる。図１１は
これを説明するための図である。

【００２７】ウエハが跳ね上がりしないような残留吸着
力を求める。まず、単純化のためウエハはリフトピンの
様な数個の点で持ち上げられるのではなくて、リフトピ
ン半径によって描かれる円周を同時に押し上げられると
仮定する。また、残留吸着力によってウエハがステージ
に吸着している部分も円形とし、その半径をｒｆとす
る。このとき、ｒｆとｒの比は０．２５を用いた。これ
は前述のＷｄ部とウエハが吸着されている部分の比を求
めたときと同じ方法を用いて求めたものである。ウエハ
が吸着している部分をウエハが固定されていると仮定
し、リフトピンを荷重Ｐで押し上げたときの最大たわみ
ωｍａｘは以下の式で表される。ここで最大たわみωｍ
ａｘとは、静電チャック表面からリフトピン押し上げ位
置までの高さを言う。 ωｍａｘ＝α（ｒ²／Ｅｔ³）Ｐ（３）ここで、αはｒとｒｆから決定される定数で、ｔはウエ
ハの厚さで、一般的な厚さとしてｔ＝０．７２ｍｍを用
いた。Ｅはウエハの縦弾性係数である。この式は、ｒと
ｒｆが決定されていれば、１次の式となり、ばねの歪と
力の式と同意になり、ばね係数ｋを決定することができ
る。すなわちばね係数ｋのばねをωｍａｘだけ変位させ
たときのエネルギーは１／２・ｋ（ωｍａｘ）² （４）である。一方、ウエハが高さｈだけ跳ね上げられるとす
れば、それに必要なエネルギーは、ｍｇｈ（５）で表される。ここでｍはウエハの重さ、ｇは重力加速度
である。

【００２８】ここで、跳ね上げられるときの高さを１ｍ
ｍと設定し、その時の残留吸着力を計算することができ
る。その結果を図１２に示す。これを見ると、跳ね上が
りの残留吸着力はリフトピン半径が小さい方が大きいこ
とがわかる。ウエハの跳ね上がり高さを１ｍｍと設定し
たのは、以下のような理由からである。例えば図４にお
いて、ウエハ搬送中にウエハがずれないように、搬送ア
ーム３３のウエハ受けつめ４１により、ウエハの外周側
にウエハ下面より幾分高い（０．５〜１ｍｍ程度）段を
形成している。ウエハを静電チャックステージから受け
取るとき、ウエハがずれているとウエハがこの段に乗り
上げてしまい、ウエハ搬送エラーとなる。ウエハ受けつ
めの遊びが２ｍｍ程度とする。仮にウエハが跳ね上がっ
たときに静電チャックの面に対して垂直より４５゜の方
向に跳んだとすると、最も大きくずれる。この時の初速
が全てウエハ垂直方向に跳ね上がるために使われるとす
ると、その跳ね上がり高さは約１ｍｍとなる。

【００２９】ウエハ片上がりのときとウエハ跳ね上がり
のときの残留吸着力許容値を合わせて考えると、図１３
となる。ウエハ片上がりの曲線とウエハ跳ね上がりの曲
線とが交わる点が、残留吸着力許容値が最も大きくなる
ポイントである。リフトピンの本数もしくは形状によっ
てその値は変化し、リフトピン本数が最も少ない３本の
時はウエハの最外周部分、４本の時はウエハ半径の８５
％の位置、５本の時はウエハ半径の７７％の位置、そし
て後述の実施の形態２で説明するリフトリングを用いる
時はウエハ半径の６８％の位置である。これらの最適位
置から多少ずれても実用上差しつかえないが、大きくず
れると許容値が低下するので、上記最適位置から±１０
％の範囲内位にするのが好ましい。また、ｎ≧６の場合
でもｎ＝５とあまり変わらないので、ｎ＝５と同様とし
てよい。

【００３０】また、従来の静電チャックにリフトピンを
取り付ける場合、図１５ないし図１７に示すように、静
電チャック自身にリフトピン用穴６を設け、リフトピン
を貫通させていた。とくに電極本体が導電体の静電チャ
ックにリフトピン用穴６をあける場合、セラミックブッ
シュなどの絶縁性部材８で穴の内側を絶縁し、その上で
誘電体膜７を溶射していた。しかし、この方法では、熱
履歴などの要因で絶縁性部材８と誘電体膜７とが剥がれ
てしまい、電極５の素地が露呈し異常放電の原因となっ
ていた。この実施の形態では、内電極１６と外電極１７
を分けることによって、内電極１６と外周側面および外
電極１７の内周側面に容易に絶縁体膜２０（例えばアル
ミナ）を溶射成膜することが出来、セラミックブッシュ
などを用いないので、熱履歴による膜剥がれなどが発生
しにくく、電極素地の露呈などによる異常放電が発生し
ない。

【００３１】前述したように誘電体膜１９はアルミナと
チタニアの混合体である。これは、これら２つの材料を
混合比を変えることによって、目的の抵抗率に調整する
のが容易である。また、誘電体膜１９と内電極１６、外
電極１７との線膨張係数の差を小さくするために、それ
ぞれの電極の基材として、モリブデンを使用する。誘電
体膜１９の線膨張係数は７．９×１０^-6（１／℃）で、
それぞれの電極のそれは５．３×１０^-6（１／℃）であ
る。こうすることによって、熱履歴による電極からの膜
剥がれなどが発生しにくくなる。また、静電チャック１
２を取り付けるのにセラミックベース１３を用いること
によって、静電チャック１２の基材であるモリブデンと
セラミックの線膨張係数の差が小さいので、例えば静電
チャックステージ１１に熱履歴が与えられたり、極端な
温度環境で使用される場合などでは、それらの熱歪の差
によって発生する熱応力は小さくなり、セラミックベー
ス１３が破損したり、歪んだりしない。

【００３２】静電チャック１２の電極部材の表面と裏面
が精度良く加工されていても、その電極部材にセラミッ
ク膜を溶射するときに、溶射の熱によって歪んでしま
う。この時、セラミックベース１３の電極側の面、すな
わち静電チャック取り付け面の平面度を精度良く加工し
ておけば、たとえ溶射によって多少歪んだ静電チャック
１２でも、セラミックベース１３に沿わせるように取り
付けるようにして、その歪を矯正することが出来、従っ
て静電チャック１２表面の平面度を改善することができ
る。静電チャック１２の表面のうねりと吸着力の関係を
実験で調べると、測定長さ５０ｍｍでうねりが９．８μ
ｍのとき得られる吸着力が約７２ｇｆ／ｃｍ²であった
のに対し、うねりが１５μｍのときは約３９ｇｆ／ｃｍ
²に減少した。従って、十分大きな吸着力を得るために
は、静電チャック１２表面のうねりを約１０μｍ程度に
抑える必要がある。静電チャック１２表面の平面度を１
０μｍ以内にするために、セラミックベース１３の取り
付け面の加工精度は、平面度で１０μｍ以下にすること
が必要となる。なお、セラミックベース１３の強度を大
きくするために、厚さは１０ｍｍ以上にするのが好まし
い。

【００３３】そのセラミックベース１３にアルミナ焼結
体を用いることによって線膨張係数の差が小さくなるよ
うに材料を選択しているので、セラミックベース１３に
静電チャック１２の取り付けねじ２３用の貫通孔２２を
開けても、その貫通孔２２から熱応力によって亀裂など
が発生することはなく、簡単に静電チャック１２を取り
付けことが出来、さらにその取り付けねじ２３を介して
静電チャック１２に電圧を供給することによって静電チ
ャック１２の取り付け部分の構造を簡単にすることが出
来る。

【００３４】実施の形態２．図１４はこの発明の実施の
形態２を示す静電チャックステージの断面図であり、吸
着したウエハ２を静電チャック１２から離脱させるリフ
ト部材１５は、リフトピン１４と円形のリフトリング５
１からなる。リフトピン１４は実施の形態１の場合と同
様であるが、リフトリング５１がウエハ２に当接し、リ
フトピン１４がリフトリング５１を押し上げるようにな
っている。リフトリング５１の中心は静電チャック１２
の中心に一致し、その半径（平均半径）はウエハ２の半
径の６８％になっている。それは実施の形態１で図１３
を用いて説明したように最適の値だからである。その他
については実施の形態１の場合と同様であるので説明を
省略する。

【００３５】なお、この発明による静電チャックステー
ジは、上記で示した平行平板型（容量結合型）以外の方
式、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型や誘電
結合型のエッチング装置、あるいはＣＶＤ等の他のプロ
セスの装置でも使用できることは言うまでもない。ま
た、上記で示した２電極型電圧印加方式以外の方式、例
えば単極型電圧印加方等の静電チャックでも使用でき
る。

【００３６】

【発明の効果】この発明に係る静電チャックステージに
よれば、電極表面の静電体膜の抵抗率を１０¹¹から１０
¹²Ωｃｍまたは１０¹⁷Ωｃｍ以上にすることにより、残
留吸着力を小さくすることができ、ウエハの離脱が容易
になる。また、ｎ本のリフトピン配置円の半径あるいは
リフトリングの半径の、ウエハの半径に対する比率を、ｎ＝３のとき、９０％〜１００％ｎ＝４のとき、７５％〜９５％ｎ≧５のとき、６７％〜８７％リフトリングのとき、５８％〜７８％にすることにより、ウエハ片上がりやウエハ跳ね上がり
を防止でき、プロセスの生産性が向上する。さらに、電
極を内電極と外電極で構成し、内電極の外周側面と外電
極の内周側面を絶縁体膜で覆うとともに内外電極間にリ
フトピンを配置することにより、熱履歴に強い絶縁構成
を得ることができ、耐電圧特性が向上する。

【００３７】また、電極、誘電体膜および絶縁ベースに
それぞれモリブデン、アルミナとチタニアの混合セラミ
ック溶射膜、セラミック焼結体を用いることにより、各
部材の線膨張係数の差が小さくなり、熱履歴による亀裂
などの発生の恐れが少なくなって耐電圧特性が向上す
る。さらに、絶縁ベースの平面度を１０μｍ以下にする
とともに、取り付けねじで電極を絶縁ベースに取り付
け、取り付けねじを介して電圧を与えることにより、吸
着力が大きくなり、ウエハ温度の均一性を保つことがで
き、構造を簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示す静電チャック
ステージの断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１を示す静電チャック
ステージの断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１を示す静電チャック
ステージの平面図である。

【図４】図１の静電チャックステージを備えたエッチ
ング装置の断面図である。

【図５】図４のエッチング装置の動作シーケンス図で
ある。

【図６】図１の静電チャックステージにおける誘電体
の抵抗率対残留吸着力を示すグラフである。

【図７】ウエハの片上がりを示す説明図である。

【図８】ウエハの跳ね上がりを示す説明図である。

【図９】ウエハの片上がり条件を求めるための説明図
である。

【図１０】ウエハの片上がりに関する、リフトピン配
置円半径対残留吸着力許容値を示すグラフである。

【図１１】ウエハの跳ね上がり条件を求めるための説
明図である。

【図１２】ウエハの跳ね上がりに関する、リフトピン
配置円半径対残留吸着力許容値を示すグラフである。

【図１３】ウエハの片上がりと跳ね上がりを考えた、
リフトピン配置円半径対残留吸着力許容値を示すグラフ
である。

【図１４】この発明の実施の形態２を示す静電チャッ
クステージの断面図である。

【図１５】従来の静電チャックを示す断面図である。

【図１６】従来の別の静電チャックを示す断面図であ
る。

【図１７】従来のさらに別の静電チャックを示す断面
図である。

【符号の説明】

１１静電チャックステージ、１２静電チャック、１
３セラミックベース、１４リフトピン、１５リフ
ト部材、１６内電極、１７外電極、１８空隙、１
９誘電体膜、２０絶縁体膜、２２貫通孔、２３
取り付けねじ、５１リフトリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花崎稔東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の電極の表面を静電体膜で覆って
構成し、静電力でウエハを吸着する静電チャックを備え
た静電チャックステージにおいて、上記誘電体膜の使用
温度における抵抗率を１０¹¹から１０¹²Ωｃｍまたは１
０¹⁷Ωｃｍ以上にしたことを特徴とする静電チャックス
テージ。
【請求項２】金属製の電極の表面を誘電体で覆って構
成し、静電力でウエハを吸着する静電チャックと、円周
上に等間隔に配置されたｎ本のリフトピンからなり上記
ウエハを押して上記静電チャックから離脱させるリフト
部材とを備えた静電チャックステージにおいて、上記リ
フトピンを配置した円の半径の、上記ウエハの半径に対
する比率を次の値にしたことを特徴とする静電チャック
ステージ。ｎ＝３のとき、９０％〜１００％ｎ＝４のとき、７５％〜９５％ｎ≧５のとき、６７％〜８７％
【請求項３】金属製の電極の表面を誘電体で覆って構
成し、静電力でウエハを吸着する静電チャックと、上記
ウエハに当接するリフトリングおよびこのリフトリング
を押すリフトピンからなり上記ウエハを押して上記静電
チャックから離脱させるリフト部材とを備えた静電チャ
ックステージにおいて、上記リフトリングの半径の、上
記ウエハの半径に対する比率を５８％〜７８％にしたこ
とを特徴とする静電チャックステージ。
【請求項４】電極が円盤状の内電極と、この内電極の
外周側に空隙をおいて配置したリング状の外電極とから
なり、上記内電極の外周側面および上記外電極の内周側
面を絶縁体膜で覆うとともに、上記内電極と外電極との
間にリフトピンを配置したことを特徴とする請求項２ま
たは請求項３記載の静電チャックステージ。
【請求項５】金属製の電極の表面を誘電体膜で覆って
構成し、静電力でウエハを吸着する静電チャックと、上
記電極を固定する絶縁ベースとを備えた静電チャックス
テージにおいて、上記電極の材料としてモリブデンを用
いるとともに、上記誘電体膜の材料としてアルミナとチ
タニアとを混合してなるセラミック溶射膜を用い、絶縁
ベースの材料としてアルミナを主成分としたセラミック
焼結体を用いたことを特徴とする静電チャックステー
ジ。
【請求項６】絶縁ベースの、電極側の面の平面度を１
０μｍ以下に形成するとともに、絶縁ベースに貫通孔を
設けて、取り付けねじを用い上記貫通孔を通じて電極を
上記絶縁ベースに取り付け、上記取り付けねじを介して
上記電極に電圧を与えるようにしたことを特徴とする請
求項５記載の静電チャックステージ。