JP2003347395A - 処理装置及び静電チャックの脱離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 処理装置に設けられる静電チャックから被処
理体（被吸着体）を脱離させるにあたり、脱離異常の発
生を防ぐとともに、当該脱離に要する時間の短縮化を図
ること。 【解決手段】 真空チャンバ２内に設けられる静電チャ
ックの電極板４１に、電力供給停止後における電極板４
１近傍の残留電荷を監視するための残留電荷モニタ４５
を接続する。静電チャックの吸着面には孔部が形成され
ており、その内部には４本の支持ピン５３が突没自在に
設けられている。支持ピン５３は圧電素子６１により振
動するように構成され、ウエハを吸着面から脱離させる
際には、予め振動させた支持ピン５３をウエハ裏面に接
触させ、係る状態のまま残留電荷が所定のレベルになる
までウエハを振動させる。脱離異常が起こらないレベル
まで除電が行われたら支持ピン５３を更に上昇させてウ
エハを吸着面から引き離す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックを有
する載置台に被処理体を載置して例えば真空処理を行う
処理装置及び静電チャックの脱離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程の中には、例
えばエッチングやＣＶＤ（chemical vapor depositio
n）による成膜処理等のように基板の処理を真空雰囲気
にて行うものが多数あり、このような処理を行う真空処
理装置に用いられる基板の載置台には一般に静電チャッ
クが用いられている。

【０００３】この静電チェックの一例について図６を参
照しながら説明する。図中１は半導体ウエハ（以下ウエ
ハという）Ｗの載置台であり、載置台支持部１１の上面
に静電チャック１２と、この静電チャック１２の側方を
囲むように設けられるリング体１３とを設けた構成とさ
れている。この静電チャック１２は導電性を有するシー
ト状のチャック電極１４の表裏を誘電体である例えばポ
リイミド等からなる絶縁層１５にて挟んだ構成とされて
おり、直流電源１６からチャック電極１４に直流電圧
（チャック電圧）を印加することで生じるクーロン力に
よりウエハＷを吸着保持できるようになっている。

【０００４】また載置台１の内部には、静電チャック１
２からウエハＷを脱離させるための支持ピン１７（周方
向に沿って３本存在する）が突没自在に設けられてお
り、例えばウエハＷに対する処理が終了し、静電チャッ
ク１２からウエハＷを脱離させようとするときには、ス
イッチ部ＳＷＡの接続をアース側に切り替え、チャック
電極１４へのチャック電圧例えば正電圧の印加を停止す
ると共に静電チャック１２の表面部に存在する電荷の除
去を行って当該表面部におけるウエハＷへの吸着力を弱
め、しかる後支持ピン１７を上昇させて、ウエハＷを静
電チャック１２の表面部から脱離させる。このときスイ
ッチＳＷＢを閉じると、ウエハＷ側の残留電荷の一部は
支持ピン１７を介してアースに逃がされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにウエハＷ
を静電チャック１２から脱離させるときには当該静電チ
ャック１２の表面部の除電が行われているが、ウエハＷ
の反り、絶縁層１５のうねり等の要因により、電荷が強
く引き合う部位がウエハＷと静電チャック１２（絶縁層
１５）の表面部に局在し、除電が十分行われないことが
あった。係る状態でウエハＷの脱離を行うと、支持ピン
１７がウエハＷを静電チャック１２から強制的に剥がす
こととなり、その結果例えばウエハＷの片側が跳ね上が
ってしまったり、支持ピン１７から落下してしまうとい
った脱離異常の問題が生じていた。また上記の手法で除
電を確実に行わせようとすると、長い時間が必要であ
り、スループットが低下してしまう。

【０００６】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、静電チャックから被処理体
（被吸着体）を脱離させるにあたり、脱離異常の発生を
防ぐとともに、当該脱離に要する時間の短縮化を図るこ
とができる技術を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る処理装置
は、被処理体に対して所定の処理を行うための処理容器
と、この処理容器内に設けられ、チャック電極に電圧を
印加することにより被処理体を静電吸着する載置台と、
前記被処理体を裏面側から突き上げて載置台から脱離さ
せる昇降部材と、この昇降部材を振動させ、当該昇降部
材に接触する被処理体を振動させるための振動供給手段
と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】このような構成によれば、チャック電極へ
の電圧印加を停止した後、昇降部材を上昇させながら被
処理体と載置台との接触部位に残留する電荷の拡散、除
電及び被吸着体の脱離という一連の工程をほぼ同時に行
うことができる。このため静電チャックにおける脱離異
常を防ぎつつ、脱離時間についても大幅に短縮すること
ができる。

【０００９】また、載置台に載置されている被処理体に
昇降部材を接触させた状態で、当該昇降部材の上昇を停
止させ、被処理体を振動させて除電した後、被処理体が
載置台から脱離するように昇降部材を上昇させる制御部
を備えた構成としてもよい。この構成においては、載置
台の表面部の残留電荷を監視する残留電荷監視手段を設
け、制御部が前記残留電荷監視手段により検出される残
留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回ったときに被
処理体が載置台から脱離するように昇降部材を上昇させ
ることで、より最適なタイミングで脱離を行うことがで
きる。

【００１０】なお上記の振動供給手段としては、例えば
昇降部材に埋め込んだ圧電素子を用いることが好まし
く、その設置個所は例えば昇降部材が複数の支持ピンと
その支持体とで構成されるものであるときには、支持
体、支持ピンのいずれの内部であってもよい。また振動
供給手段は昇降部材に備えられるものには限定されず、
例えば昇降部材に接して振動させるものであってもよ
い。

【００１１】また本発明に係る静電チャックの脱離方法
は、静電チャックを有する載置台に静電吸着された被吸
着体を昇降部材により当該被吸着体の裏面側から突き上
げて載置台から脱離させる方法において、静電チャック
のチャック電極に対するチャック用の電圧印加を停止す
る工程と、その後、昇降部材を振動させ、当該昇降部材
に接触する被吸着体を振動させる工程と、次いで昇降部
材を上昇させ、被吸着体を載置台から脱離させる工程
と、を含むことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る処理装置の実施の形
態について、図１及び図２を参照しながら説明する。図
１は本実施の形態に係る処理装置の全体構造を示す縦断
面図である。図中２は処理容器をなす真空チャンバであ
り、例えばアルミニウムにより気密構造をなすように形
成されており、接地されている。この真空チャンバ２内
にはガスシャワーヘッドを兼ねる上部電極２１と、下部
電極を兼ねる載置台３とが対向して設けられており、底
面には図示しない真空ポンプと連通する排気口２０が形
成されている。また真空チャンバ２の側壁部には被処理
体（被吸着体）であるウエハ（シリコンウエハ）Ｗを搬
入出するための開口部２２、２３が形成されており、夫
々ゲートバルブＧにより開閉自在とされている。この側
壁部の外方には開口部２２、２３を上下に挟む位置に、
例えば夫々リング状をなす永久磁石２４、２５が設けら
れている。

【００１３】上部電極２１は、底面に多数の孔部２６が
形成されると共に上面には図示しないガス供給源から延
びるガス供給管２７が接続されており、このガス供給管
２７から供給される処理ガスは、上部電極２１内に形成
される処理ガス流路２８にて拡散し、孔部２６を介して
載置台３表面部に載置されたウエハＷの表面へと向かう
ように構成されている。また上部電極２１は接地されて
いる。

【００１４】次いで本実施の形態の要部をなす載置台３
について詳細に説明する。載置台３は例えば円柱状に形
成され、載置台支持部３１の上面に静電チャック４と、
この静電チャック４の周囲を囲むリング体３２とを設け
た構成とされている。この載置台３の例えば載置台支持
部３１には、コンデンサＣ１及びコイルＬ１を介してバ
イアス用高周波を印加するための高周波電源３３が接続
されている。

【００１５】また載置台３の側壁部には、排気時におい
てウエハＷの周方向に均一な排気流を形成するためのバ
ッフル板３４が設けられている。このバッフル板３４は
載置台３から真空チャンバ２の内壁面近傍へと延びるリ
ング状の板状部材である。

【００１６】静電チャック４は例えばタングステンより
なるシート状のチャック電極４１と、このチャック電極
４１の表裏面を挟むように設けられる誘電体例えばポリ
イミドよりなる絶縁層４２とで構成され、この絶縁層４
２の表面部（上面）４３は、ウエハＷを吸着保持すると
共に吸着時においてウエハＷを概ね水平に維持できるよ
うに形成されている。即ち、この載置部３は静電チャッ
ク４が組み合わせて設けられた構成となっている。

【００１７】チャック電極４１は、スイッチ部ＳＷ１を
介して直流電源４４とアースとの間で切り替え接続でき
るように構成されており、スイッチ部ＳＷ１にて接続を
切り替えることで、ウエハＷの吸着を行うときには直流
電源４４からチャック電極４１へ直流電界の印加を行
い、ウエハＷの吸着を解除するときには静電チャック４
近傍の電荷をアースに逃がすようになっている。また、
チャック電極４１と直流電源４４とを結ぶ配線の途中に
は残留電荷監視手段である残留電荷モニタ４５が設けら
れており、後述する静電チャック４の除電を行う際にそ
の進行具合を制御部７にて把握できる構成とされてい
る。この残留電荷モニタ４５は、例えばスイッチ部ＳＷ
１を直列に接続したときに流れる電荷量を記憶してお
き、スイッチ部ＳＷ１をアース側に切り替えたときに流
れる電荷量を差し引くことにより、静電チャック４に残
留している電荷を求めるものである。

【００１８】載置台３の内部には、外部の搬送アームと
の間でウエハＷの受け渡しを行うための昇降部材５が設
けられており、処理の終了後においてウエハＷを静電チ
ャック４の表面部４３から引き離すための脱離手段を構
成している。この昇降部材５は、例えば軸部５１の上部
に設けられた連結部材５２の上に、鉛直方向に延びる複
数例えば４本の支持ピン５３を設けた構成とされてお
り、例えばエアシリンダーやボールネジ機構などからな
る駆動機構５４が軸部５１を昇降させることで、支持ピ
ン５３の先端が例えば表面部４３に形成される孔部５５
を介して突没するようになっている。支持ピン５３は、
例えば図２の平面図に示すようにウエハＷを当該ウエハ
Ｗと静電チャック４との夫々の中心が重なるように載置
した場合において、この中心５６から等間隔且つ周方向
に沿うような位置に設けられており、また各支持ピン５
３は先端の高さが等しくなるように揃えられているた
め、上昇時には表面部４３に載置されたウエハＷを水平
姿勢のまま持ち上げることができる。

【００１９】この昇降部材５は、静電チャック４による
吸着解除後における除電手段を兼ねるものであり、詳細
は後述するが例えば軸部５１の上端部に設けた圧電素子
６１により支持ピン５３を振動させ、係る状態でウエハ
Ｗと接触させることで静電チャック４及びウエハＷ双方
の除電を促す構成とされている。圧電素子６１はコンデ
ンサＣ２及びコイルＬ２を介して交流電源６２に接続さ
れている。また載置台支持部３１及び圧電素子６１は夫
々共通の抵抗Ｒ１及びスイッチ部ＳＷ２を介して接地さ
れている。なおスイッチ部ＳＷ１、ＳＷ２の切り替えは
制御部７によりコントロールされるようになっている。

【００２０】次いで本実施の形態の作用について説明す
る。先ず昇降部材５を下降させた状態でゲートバルブＧ
を開くと、開口部２２（または２３）を介して図示しな
い搬送アームが真空チャンバ１内に進入し、支持ピン５
３（昇降部材５）との協働作業によりウエハＷが静電チ
ャック４の表面部４３に載置される。そして搬送アーム
が退出してゲートバルブＧを閉じた後、排気口２０を介
して真空チャンバ２内の真空引きを行って、例えば内部
圧力が１０^-2〜１０^-3Ｐａに維持されるように調節を行
う。このとき制御部７ではチャック電極４１に直流電界
が印加されるようにスイッチ部ＳＷ１の切り替えを行
い、ウエハＷはクーロン力により表面部４３に保持され
る。

【００２１】そしてウエハＷに向けて処理ガス例えばＣ
4Ｆ8ガスの供給を行うと共に、下部電極をなす載置台３
に高周波電源３３から高周波電圧を印加して、プラズマ
を高密度化し、ウエハＷ表面の例えばシリコン酸化膜を
エッチングする。またこのとき、高周波電源３３からは
バイアス用の高周波電圧の印加が行われる。エッチング
が終了した後、静電チャック４からウエハＷを脱離させ
る工程へと移行する。以下、この工程について図３の工
程図と図４の作用説明図（縦断面図）とを併せ見ながら
説明していく。

【００２２】先ずスイッチ部ＳＷ１をアース側に切り替
えると共にスイッチ部ＳＷ２を閉じ、静電チャック４の
除電を開始すると、圧電素子６１に対しては電力供給が
開始されて圧電素子６１が発振し、昇降部材５が振動す
る（ステップＳ１）。このとき昇降部材５の高さは図４
(a)に示すように、支持ピン５３の先端が載置台３の内
部に埋没する位置であり、圧電素子６１は予め設定され
た振動周波数にて振動させられる。この振動周波数の値
は、ウエハのサイズ、種類またはウエハ表面に形成され
る膜の種類、或いは後述するウエハＷと支持ピン５３と
の接触圧力などによっても変わるが、概ねウエハＷが吸
着面から動くことがなく除電のみが進行する程度の範囲
で設定される。

【００２３】そしてステップＳ２に示すように駆動機構
５４により昇降部材５を上昇させると、制御部７ではウ
エハＷと支持ピン５３とが接触したか否かの判断が行わ
れ（ステップＳ３）、接触したと判断されるまで例えば
支持ピン５３を予め設定した昇降量となるように昇降さ
せるまで、昇降部材５を継続して上昇させる（ステップ
Ｓ４）。そしてウエハＷと支持ピン５３とが所定の接触
圧で接触すると（予め設定した昇降量になると）、制御
部７ではステップＳ５に示すように昇降部材５の上昇を
停止し、圧電素子６１による振動のみを継続する。従っ
て図４(b)に示すようにウエハＷの表面は支持ピン５３
を介して振動することとなり、その結果、後に詳述する
メカニズムにより表面部４３近傍の残留電荷が徐々に放
電されていく。

【００２４】ところで制御部７では例えばウエハＷと支
持ピン５３とが接触する前から残留電荷モニタ４５によ
り除電の進行状況を監視し、所定の除電レベルに達した
か否かの判断を行っており（ステップＳ６）、当該レベ
ルに達するまでは圧電素子６１への電力供給を継続して
放電を行い（ステップＳ７）、当該レベルに達したなら
ば一時停止していた駆動機構５４を再び作動させ、昇降
部材５を更に上昇させる（ステップＳ８）。このステッ
プＳ６の判断基準は、除電が完全に行われたか、或いは
昇降手段５を上昇させても「発明が解決しようとする課
題」にて述べたような脱離異常が生じない程度の吸着力
しか有さないレベルまで、当該領域の除電（放電）がな
されたかである。

【００２５】こうして昇降部材５が所定の高さまで上昇
すると駆動機構５４は停止し、これに伴い圧電素子６１
への電力供給を停止することでステップＳ９に示すよう
に支持ピン５３の振動が停止する（図４(c)）。しかる
後搬入時と逆の順序でウエハＷが真空チャンバ２から搬
出される。

【００２６】ここで除電のメカニズムについて述べてお
くと、静電チャック４の表面部４３及びウエハＷの裏面
側は、微視的に捉えれば図５に示すように両者共に凹凸
を有しており、この両者の凹凸が接近する接近部位１０
０の近傍では電荷（例えばウエハ側の負電荷と静電チャ
ック側の正電荷と）の結合力が強く、ここに多くの電荷
が集まって強い吸着力を生じていると考えられる。従っ
てウエハＷに振動を与え、接近部位１００の間隔を僅か
（例えばウエハＷが脱離して跳ねることがない程度）に
広げて、当該領域における静電容量を小さくすればシリ
コンウエハは半導体であることから、クーロン力の束縛
から解放された負電荷はウエハＷ内を自由に動き回れる
ようになり、その結果負電荷は抵抗の低い方向に向かう
ため、大部分はガス空間を介して真空チャンバ２側に向
かい、一部が載置台３（支持ピン５３や載置台支持部３
１等）からアースに向かうものと思われる。

【００２７】以上のように本実施の形態によれば、静電
チャック４に吸着したウエハＷを脱離させるための昇降
部材５に圧電素子６１を設け、支持ピン５３を介してウ
エハＷを振動させるようにしているため、昇降部材５を
上昇させると共に表面部４３の近傍に局在する残留電荷
を分散して速やかに除電（放電）を行うことができるた
め、脱離異常を防ぎつつ、短時間で脱離することができ
る。また４本の支持ピン５３を振動させているため、ウ
エハＷの全面に概ね均一な振動を与えることができ、均
一な除電を行うことができる。更に、ウエハＷの振動は
支持ピン５３を介してピンポイントで行われているた
め、例えば載置台３の表面全体で振動を与える場合に比
べて、振動に要するエネルギーが少なくて済むという利
点もある。

【００２８】また、本実施の形態では除電を行うにあた
って、残留電荷モニタ４５により除電の進行状況を確認
するようにしているため、適切なタイミングで脱離作業
に移行することができる。更にまた除電の開始に際して
は、予め支持ピン５３を振動させているため、振動の開
始（接触時）から終了（脱離時）までほぼ一貫して同様
の条件を維持しながら除電を行うことができる。また、
圧電素子６１における振動周波数については常に一定で
ある必要はなく、例えばウエハＷと支持ピン５３との接
触圧力に応じて徐々に変化させるようにしてもよく、い
ずれの手法によっても除電時間の短縮に有効である。

【００２９】なお以上において、除電から脱離作業へ移
行するタイミングは、残留電荷モニタ４５によるものに
限定されず、例えば予め測定しておいた時間になると脱
離作業が開始されるようにタイマーを設けた構成として
もよい。また、上述実施の形態に示したルートとは別個
に、除電専用の低抵抗のアース線を設け、これにより除
電を促進する構成としてもよい。圧電素子６１の設置個
所は、上述実施の形態の箇所に限られず、例えば支持ピ
ン５３の先端部或いはその近傍であってもよい。圧電素
子６１を支持ピン５３の先端に設ける場合には、当該先
端部の表面を絶縁膜にてコーティングすることが好まし
い。更にまた、脱離作業を行うにあたっては、真空チャ
ンバ２内の雰囲気が除電の促進に有利な雰囲気となるよ
うに調節してもよく、この場合には例えば真空チャンバ
２内に供給するパージガスの種類、圧力または流量、或
いは当該雰囲気の温度などを調節することが可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、静電チャ
ックから被処理体（被吸着体）を脱離させるにあたり、
脱離異常の発生を防ぐとともに、当該脱離に要する時間
の短縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る処理装置の実施の形態にお
ける全体構成を示す縦断面図である。

【図２】上記処理装置におけるウエハ及び静電チャック
と支持ピンとの位置関係を示す概略平面図である。

【図３】本実施の形態の作用を説明するための工程図で
ある。

【図４】本実施の形態の作用を説明するため、前記工程
図と対応させて載置台（下部電極）近傍の様子を表した
作用説明図である。

【図５】本実施の形態における効果を説明するための説
明図である。

【図６】従来の技術に係る処理装置の載置台を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ部 ２ 真空チャンバ ２１ 上部電極 ３ 載置台 ３３ 高周波電源 ４ 静電チャック ４１ チャック電極 ４３ 表面部 ４５ 残留電荷モニタ ５ 昇降部材 ５３ 支持ピン ５４ 駆動機構 ６１ 圧電素子 ６２ 交流電源 ７ 制御部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に対して所定の処理を行うため
   の処理容器と、 この処理容器内に設けられ、チャック電極に電圧を印加
   することにより被処理体を静電吸着する載置台と、 前記被処理体を裏面側から突き上げて載置台から脱離さ
   せる昇降部材と、 この昇降部材を振動させ、当該昇降部材に接触する被処
   理体を振動させるための振動供給手段と、を備えたこと
   を特徴とする処理装置。
2. 【請求項２】 載置台に載置されている被処理体に昇降
   部材を接触させた状態で、当該昇降部材の上昇を停止さ
   せ、被処理体を振動させて除電した後、被処理体が載置
   台から脱離するように昇降部材を上昇させる制御部を備
   えたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 【請求項３】 載置台の表面部の残留電荷を監視する残
   留電荷監視手段を備え、制御部は前記残留電荷監視手段
   により検出される残留電荷の検出値が予め定めたレベル
   を下回ったときに被処理体が載置台から脱離するように
   昇降部材を上昇させることを特徴とする請求項２記載の
   処理装置。
4. 【請求項４】 振動供給手段は、昇降部材に設けられた
   圧電素子であることを特徴とする請求項１、２または３
   記載の処理装置。
5. 【請求項５】 静電チャックを有する載置台に静電吸着
   された被吸着体を昇降部材により当該被吸着体の裏面側
   から突き上げて載置台から脱離させる方法において、 静電チャックのチャック電極に対するチャック用の電圧
   印加を停止する工程と、 その後、昇降部材を振動させ、当該昇降部材に接触する
   被吸着体を振動させる工程と、 次いで昇降部材を上昇させ、被吸着体を載置台から脱離
   させる工程と、を含むことを特徴とする静電チャックの
   脱離方法。
6. 【請求項６】 載置台に載置されている被処理体に昇降
   部材を接触させた状態で、当該昇降部材の上昇を停止さ
   せ、被吸着体を振動させて除電した後、被吸着体が載置
   台から脱離するように昇降部材を上昇させることを特徴
   とする請求項５記載の静電チャックの脱離方法。
7. 【請求項７】 載置台の表面部の残留電荷を監視し、当
   該残留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回ったとき
   に被吸着体が載置台から脱離するように昇降部材を上昇
   させる工程を含むことを特徴とする請求項６記載の静電
   チャックの脱離方法。