JP2013251353A - 静電チャック、吸着方法及び吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より好適に吸着力の制御を行うことができる静電チャックを提供する。
【解決手段】上面にてウェハＷを保持する静電チャック１は、誘電体からなる基板３と、該基板３の内部に配された第１電極５と、基板３の上面に形成された第２電極７とを備え、基板３は、基板３の上面から突出した複数のピン３ｂと、前記上面において複数のピン３ｂの間に位置する底面とを有し、第２電極７は、前記底面上に形成され、第２電極７は、前記底面上において、複数のピン３ｂに囲まれた領域全体にわたるベタ状部分を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハ等の被吸着物を吸着保持する静電チャック、該静電チャックを用いた吸着方法、前記静電チャックを有する吸着装置に関するものである。

ジョンソン・ラーベック力型乃至はクーロン力型の静電チャックが知られている（例えば特許文献１）。この静電チャックは、セラミックス等の誘電体からなる基板と、該基板に埋設された電極とを有している。そして、電極に電圧が印加され、基板の上面に電荷が生じることにより、基板の上面に被吸着物が吸着される。このような静電チャックは、例えば、薄膜形成装置やエッチング装置において半導体ウェハを保持することに利用されている。

特開２０１０−１２９６７３号公報

静電チャックにおいては、吸着力の制御の応答性の向上など、吸着力の制御性の向上が望まれている。例えば、薄膜形成装置やエッチング装置においては、生産性を向上させるために、ウェハの吸着及び離脱が迅速になされることが望まれている。

しかし、この要請は、必ずしも十分に満足されていなかった。例えば、電極への電圧の印加を停止してから基板上面の電荷が除去されるまでに時間が掛かり、被吸着物を静電チャックから迅速に離脱させることができなかった。

本発明は、より好適に吸着力の制御を行うことができる静電チャック、吸着方法及び吸着装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る静電チャックは、上面にて被吸着物を保持する静電チャックにおいて、誘電体からなる基板と、該基板の内部に配された第１電極と、該基板の上面に形成された第２電極とを備える。

好適には、前記基板は、上面から突出した複数のピンと、上面において前記複数のピンの間に位置する底面とを有し、前記第２電極は、前記底面上に形成されている。

好適には、前記第２電極は、前記底面上において、前記複数のピンに囲まれた領域全体にわたるベタ状部分を有する。

好適には、前記第２電極は、前記底面上において、前記ピンを取り囲む環状部分と、該環状部分同士を電気的に接続する線状部分とを有する。

好適には、前記静電チャックは、前記第２電極の上面に形成された絶縁膜をさらに備える。

好適には、前記静電チャックは、前記第２電極の上面に形成された絶縁膜をさらに備え、前記絶縁膜は、上面で前記被吸着物を保持する。

好適には、前記絶縁膜の厚みは１〜１０μｍオーダーである。

好適には、前記基板は、上面から突出した複数のピンと、上面において前記複数のピンの間に位置する底面とを有し、前記絶縁膜は、前記複数のピン及び前記底面による起伏が当該絶縁膜の上面に現れるようにこれらを覆っている。

好適には、前記第２電極は、前記基板の上面を露出させる複数の隙間が形成されるようにパターニングされている。

好適には、前記第１電極は、第１電圧が印加されることによって、前記被吸着物を吸着し、前記第２電極は、吸着された前記被吸着物を離脱させる際に、前記第１電圧と正負が逆である第２電圧が印加されることによって、前記基板の上面における電荷を前記基板の外部へ移動させる。

本発明の一態様に係る被吸着物の吸着方法は、前記静電チャックの上面に被吸着物を載置する工程と、前記第１電極に第１電圧を印加することによって、前記被吸着物を前記静電チャックで吸着する工程と、前記第２電極に前記第１電圧と正負が逆である第２電圧を印加した後、前記被吸着物を前記静電チャックから離脱させる工程と、を備える。

本発明の一態様に係る被吸着物の吸着装置は、前記静電チャックと、当該静電チャックの前記第１電極に第１電圧を印加する第１電源と、前記静電チャックの前記第２電極に第２電圧を印加する第２電源とを備える。

上記の構成によれば、より好適に吸着力の制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る吸着装置の概略構成を示す断面図。 図１の領域IIの拡大図。 図１の吸着装置の静電チャックにおける第２電極を示す平面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は従来の静電チャック及び第１の実施形態の静電チャックにおける電圧の経時変化を示す図。 図１の吸着装置の電源装置の構成例を説明する等価回路図。 第２の実施形態に係る静電チャックを説明する平面図。 第３の実施形態に係る静電チャックを説明する拡大断面図。

以下に、本発明の実施形態に係る静電チャックを図面を参照して説明する。なお、第２実施形態以降の説明において、既に説明された実施形態の構成と同一若しくは類似する構成については、既に説明された実施形態の符号と同一の符号を付すことがあり、また、説明を省略することがあるものとする。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る吸着装置５１の概略構成を示す断面図である。

吸着装置５１は、ウェハＷを上面１ａにて保持する静電チャック１と、静電チャック１に電圧を印加する電源装置５３とを有している。吸着装置５１は、この他に、例えば、静電チャック１に形成された不図示の穴部に挿通されて、ウェハＷを静電チャック１から離脱させる不図示のリフトピンや、静電チャック１の上面１ａの温度均一化等を目的として静電チャック１に形成された不図示の穴部を介して静電チャック１の上面１ａにガスを供給する不図示のガス供給装置等を有しているが説明は省略する。

静電チャック１は、例えば、ジョンソン・ラーベック力型、且つ、双極方式の静電チャックとして構成されており、基板３と、基板３に埋設された１対の第１電極５とを有している。そして、静電チャック１は、１対の第１電極５の一方に正の電圧が印加され、他方に負の電圧が印加されることにより、上面１ａにウェハＷを吸着する吸着力を生じる

なお、静電チャック１は、いずれの方向が上下方向として利用されてもよいものであるが、本実施形態では、便宜上、図１の紙面上方を上方として、上面等の語を用いるものとする。

基板３は、誘電体により形成されている。誘電体の抵抗率は、１０^１３Ω・ｃｍ未満、より具体的には、例えば、１０^８〜１０^９Ω・ｃｍである。このような誘電体としては、例えば、セラミック焼結体、より具体的には、窒化アルミニウム質焼結体、酸化アルミニウム質焼結体および窒化ケイ素質焼結体が挙げられる。

基板３は、例えば、厚さが概略一定の板状であり、その平面形状は、円形や矩形等の適宜な形状とされてよい。基板３の外形寸法は、静電チャック１の用途に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、平面視における直径は１０^２ｍｍオーダーであり、厚みは１〜１０ｍｍオーダーである。

なお、オーダーは、数値のおよその桁数（及び単位）を示している。例えば、上記において、直径が１０^２ｍｍオーダーであることは、直径が２桁の数字（１００ｍｍ〜９９９ｍｍ）で表わされる程度であることを意味し、厚みが１〜１０ｍｍオーダであることは、厚みが１〜２桁の数字（１ｍｍ〜９９ｍｍ）で表わされる程度であることを意味する。

基板３は、その上面から突出する複数のピン３ｂと、基板３の上面において複数のピン３ｂの間に位置する底面３ｃとを有している。ウェハＷは、複数のピン３ｂの頂面に当接して静電チャック１に保持される。

複数のピン３ｂは、例えば、静電チャック１のウェハＷに対する接触面積を低減することによって、ウェハＷに疵がつくことを抑制したり、塵（パーティクル）が静電チャック１とウェハＷとの間に介在してウェハＷの平行度が損なわれることを抑制したりすることに寄与する。

複数のピン３ｂの形状、寸法及び配置は適宜に設定されてよい。例えば、複数のピン３ｂは、概略円柱状に形成されており、その直径は、例えば、１０〜１０^２μｍオーダーであり、その底面３ｃからの高さは、例えば、１〜１０^２μｍオーダーである。また、例えば、複数のピン３ｂは、概ね格子状等の縦横に配列されており（図３参照）、その間隔は、例えば、１〜１０ｍｍオーダーである。複数のピン３ｂの、基板３の上面全体の面積（複数のピン３ｂの頂面の面積及び底面３ｃの面積の合計）に対する比率は、例えば、１％オーダーであり、好ましくは１〜３％である。

底面３ｃは、例えば、概ね平面状に形成されている。その算術平均粗さは、例えば、１μｍ未満である。ウェハＷが複数のピン３ｂの頂面に当接すると、ウェハＷと底面３ｃとの間には間隙が構成される。なお、当該間隙には、例えば、ヘリウム等のガスが供給される。当該ガスは、ウェハＷにおける、複数のピン３ｂに当接する位置と、底面３ｃに対向する位置との温度差を緩和することに寄与する。

基板３において、第１電極５と底面３ｃとの間の部分の厚みは、種々の観点から適宜に設定される。例えば、当該厚みは、絶縁破壊防止の観点から、ある程度の大きさが必要とされる。その一方で、当該厚みを大きくし過ぎると、第１電極５と複数のピン３ｂの頂面との間の厚みも大きくなり、その結果、吸着力が低下することから、当該厚みは、極力小さくされる。また、基板３の加工精度（例えば焼成による厚みの変化）も考慮される。その結果、例えば、第１電極５と底面３ｃとの間の部分の厚みは、１０^−１〜１ｍｍオーダーであり、好ましくは、１ｍｍ程度である。

１対の第１電極５は、概ね互いに同一の大きさ、形状及び位置（ただし、図１の紙面左右方向において対称の位置）とされている。各第１電極５は、概ね平板状に形成されており、その厚みは、例えば、１０^−１〜１０μｍオーダーである。各第１電極５の平面形状は、例えば、各第１電極５が基板３の概ね半分にわたって広がるように、基板３の平面形状等に応じて適宜に設定されている。例えば、各第１電極５の平面形状は、基板３の平面形状が円形であれば、半円状である。なお、２つの第１電極５は、その大きさ、形状若しくは位置が異なるものとされてもよいし、各第１電極５の平面形状は、櫛歯形状等の適宜に隙間が形成されたパターンとされてもよい。

第１電極５の材料は、例えば、金属である。基板３がセラミック焼結体からなる場合においては、基板３との同時焼成が好適になされる金属であることが好ましい。このような金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）を挙げることができる。

図２は、図１の領域IIの拡大図である。

静電チャック１は、上述した基板３及び第１電極５に加えて、第１電極５に対応させて底面３ｃ上に形成された第２電極７と、第２電極７を覆う絶縁膜９とを有している。

第２電極７は、図２において模式的に示す電荷Ｅの発生及び／又は除去に関して、第１電極５を補助するためのものである。第２電極７は、概ね板状に形成されている。その厚みは、例えば、ピン３ｂの高さ未満の範囲で適宜に設定されてよい。また、第２電極７の材料は、例えば、金属であり、より具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）若しくは上述した第１電極５の材料の好適例である。

図３は、第２電極７の平面形状を部分的に示す平面図である。図３において、ハッチングして示す領域が第２電極７を示している。

第２電極７は、第１電極５に対応するように底面３ｃの全面にわたって形成されている。すなわち、第２電極７は、複数のピン３ｂに囲まれた領域（本実施形態では４つのピン３ｂ間に囲まれた矩形領域）全体にわたるベタ状部分を複数有している。なお、底面３ｃのうち、基板３の外縁付近若しくは各種の穴部の周囲部分等において、第２電極７が設けられていない微小部分があってもよい。底面３ｃの９割以上にわたって第２電極７が形成されており、また、後述する第２の実施形態のように底面３ｃを露出させる意図的なパターニングがなされていない限り、第２電極７は、底面３ｃ全体を覆っているといえる。

別の観点では、第２電極７は、基板３の上面全体を覆うのではなく、基板３の上面を露出させる複数の隙間（ピン３ｂを露出させる第２電極７の穴部）が基板３の上面全体に概ね均等に分散配置されるようにパターニングされている。なお、ここでいう隙間は、あくまで基板３の上面を第２電極から露出させる部分であり、基板３自体の穴部（例えばリフトピンが挿通される穴部）上における第２電極７の穴部は含まない。

図２に戻って、絶縁膜９は、第２電極７からの放電の抑制等に寄与するものである。絶縁膜９は、第２電極７の全面を覆っており、その平面形状は、第２電極７と同様である。絶縁膜９の厚みは、例えば、概ね一定であり、また、当該厚みと第２電極７の厚みとの合計が複数のピン３ｂの高さを超えない範囲で適宜に設定される。例えば、絶縁膜９の厚みは、１〜１０μｍオーダー、好ましくは１μｍオーダーである。絶縁膜９の材料は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。有機材料としては、例えば、ポリイミド樹脂等が挙げられる。無機材料としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）及び窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を挙げることができる。

ウェハＷは、例えば、シリコン等の半導体からなるウェハ本体Ｗａと、ウェハ本体Ｗａの材料が酸化された材料（例えば酸化珪素）からなる酸化膜Ｗｂとを有している。酸化膜Ｗｂは、ウェハＷが高温の酸化雰囲気下で処理されることにより形成され、その厚みは、例えば、１ｎｍ〜１μｍオーダーである。

次に、静電チャック１の作用を説明する。

まず、参考までに、第２電極７が設けられていない場合（従来の静電チャック）における作用を説明する。

まず、静電チャックの上面にウェハＷが載置される。すなわち、ピン３ｂの頂面にウェハＷが当接する。

次に、１対の第１電極５に互いに極性（正負）が逆の電圧を印加する。この電圧印加により、一方の第１電極５からウェハＷを介して他方の第１電極５へ電流が流れる。この際、第１電極５からピン３ｂの頂面へ移動した電荷Ｅは、図２において示すように、極性が逆の電荷Ｅと酸化膜Ｗｂを挟んで対向し、互いに引き付け合う。これにより、静電チャック１は吸着力を生じる。

その後、１対の第１電極５を接地し、若しくは、１対の第１電極５に対して吸着時とは極性が逆の電圧を印加すると、ピン３ｂの頂面付近の電荷Ｅは、第１電極５へ移動し、除去される。これにより、静電チャック１の吸着力は消去される。

その後、ウェハＷは、不図示のリフトピンによって基板３から離脱される。

このように、ジョンソン・ラーベック力型の静電チャックにおいては、第１電極５において生じた電荷Ｅがピン３ｂの頂面へ移動することにより、ウェハ本体Ｗａの電荷Ｅと静電チャックの電荷Ｅとは、ウェハ本体Ｗａと第１電極５との距離よりも短い距離（酸化膜Ｗｂの厚み）で対向する。その結果、第１電極５において生じた電荷Ｅが第１電極５に留まる場合に比較して、大きな吸着力を得ることができる。

しかし、その一方で、吸着力の発生及び消去においては、電荷Ｅが第１電極５とピン３ｂの頂面との間を移動する時間が必要になることから、応答性が低くなる。特に、吸着力の消去に要する時間は長くなりやすい。これは、酸化膜Ｗｂは、電圧が低くなると抵抗が大きくなるバリスタ特性を示し、このため、電荷Ｅの除去に伴って電圧が降下すると、電流が流れにくくなることからである。

本実施形態の静電チャック１においては、ウェハＷの載置後、吸着力を発生させるときに、第２電極７に電圧を印加する。第２電極７は、第１電極５よりもピン３ｂの頂面に近い位置に設けられていることから、電荷Ｅの移動時間を短くし、ひいては、吸着力の発生に要する時間を短くすることができる。

また、本実施形態の静電チャック１においては、吸着力を消去する際に、図２において矢印ｙ１で示すように、ピン３ｂの頂面付近の電荷Ｅを第２電極７へ逃がす。第２電極７は、第１電極５よりもピン３ｂの頂面に近い位置に設けられていることから、電荷Ｅの移動時間を短くし、ひいては、吸着力の消去に要する時間を短くすることができる。

ここで、第２電極７は、基板３に埋設されていないことから、第１電極５に比較して、絶縁破壊を生じやすい。また、絶縁破壊は、繰り返し長時間にわたって電圧が印加されるほど生じやすい。そこで、第１電極５に代えて第２電極７を設けるのではなく、第１電極５に加えて第２電極７を設け、被処理物の加工などのために吸着力を保持している間は第１電極５を用いて第２電極７による絶縁破壊を抑制しつつ、吸着力の発生及び消去の際に第２電極７を用いて吸着力を速く制御することができる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、そのような第１電極５及び第２電極７の使用例を説明するための図である。図４（ａ）は、第２電極７が設けられていない静電チャック（従来技術）における電圧の経時変化の例を示し、図４（ｂ）は、本実施形態の静電チャックにおける電圧の経時変化の例を示している。これらの図において、横軸は時間であり、縦軸は電圧若しくは電位である。

図４（ａ）において、実線Ｌ１１は、第１電極５に印加される電圧を示し、点線Ｌ１３は、ピン３ｂの頂面における電位を示している。

図４（ａ）の例では、ｔ＝０から第１電極５に対する電圧の印加を開始し、電圧が一定の値に達すると、電圧をその値に保持し、その後、電圧の印加を停止している。ピン３ｂの頂面における電位は、この電圧の変化に応じて、上昇し、一定に保持され、降下している。すなわち、吸着力が発生し、保持され、消去されている。

ただし、上述したように、第１電極５に印加される電圧の変化に対して、ピン３ｂの頂面における電位の変化は遅れる。特に、酸化膜Ｗｂのバリスタ特性に起因して、ピン３ｂの頂面における電位の降下は、第１電極５の電圧の降下に対して大幅に遅れる。

図４（ｂ）において、実線Ｌ２１は、第１電極５に印加される電圧を示し、１点鎖線Ｌ２５は、第２電極７に印加される電圧を示し、点線Ｌ２３は、ピン３ｂの頂面における電位を示している。

この例では、第１電極５に印加される電圧は、図４（ａ）と同様である。ただし、第２電極７には、第１電極５への電圧の印加開始と同時に、第１電極５に印加される電圧と同一の極性の電圧の印加が開始される。当該電圧印加は、一時的に行われるものであり、ピン３ｂの頂面における電位が一定に保持されている間は停止する。また、第２電極７には、第１電極５の電圧の降下開始と同時に、第１電極５に印加される電圧と逆の極性の電圧（逆電圧）の印加が開始される。当該電圧印加は、一時的に行なわれるものであり、ピン３ｂの頂面における電位が速く降下するように制御され、電位が降下した後は停止する。

その結果、ピン３ｂの頂面における電圧の上昇及び降下が速やかに行われ、ひいては、吸着力の発生及び消去が速やかに行われる。すなわち、吸着力の制御の応答性が向上する。その一方で、ピン３ｂの頂面における電位が一定に保持されている間は、第１電極５への電圧印加によって吸着力を生じさせていることから、絶縁破壊は抑制される。

図５は、図４（ｂ）に例示した動作を実現する電源装置５３の構成例を説明する等価回路図である。

図５において点線で囲まれたブロックは、紙面上方側から順に、ウェハＷ、静電チャック１及び電源装置５３を表わしている。１点鎖線ＲＬを境界にして、図５の紙面左側の部分及び紙面右側の部分それぞれは、各第１電極５に対応する部分を表わしている。当該部分同士は、印加される電圧の極性が逆であることを除いて、互いに同一の構成である。

ウェハＷにおいて、各第１電極５に対応する部分は、互いに直列に接続されたウェハ側キャパシタ１０１及びウェハ側バリスタ１０３、並びに、これらに並列に接続されたウェハ側抵抗１０５によって表される。なお、ウェハ側キャパシタ１０１は、ウェハＷ内のキャパシタだけでなく、ウェハＷと静電チャック１との間隙によって構成されるキャパシタを含むものとする。また、ウェハ側抵抗１０５は、ウェハＷ内の抵抗だけでなく、ウェハＷと静電チャック１との接触抵抗を含むものとする。２組のウェハ側キャパシタ１０１、ウェハ側バリスタ１０３及びウェハ側抵抗１０５は、ウェハＷ内において互いに接続されている。

静電チャック１において、第１ブロック１０７は、基板３の、第１電極５とピン３ｂの頂面との間の部分を表わしており、第２ブロック１０９は、基板３の、第２電極７とピン３ｂの頂面との間の部分を表わしている。第１ブロック１０７は、互いに並列に接続された第１キャパシタ１１１及び第１抵抗１１３により表わされ、第２ブロック１０９は、互いに並列に接続された第２キャパシタ１１５及び第２抵抗１１７により表わされる。第１ブロック１０７及び第２ブロック１０９は、ウェハＷに対して互いに並列に接続されていると捉えることができる。

既に述べたように、第２電極７は、第１電極５よりもピン３ｂの頂面に近いことから、第１抵抗１１３の抵抗値は、第２抵抗１１７の抵抗値よりも大きい。

電源装置５３は、第１電極５（第１ブロック１０７）に電圧を印加するための第１電源５５と、第２電極７（第２ブロック１０９）に電圧を印加するための第２電源５７とを有している。これら電源は、例えば、商用電源から供給された電力を適宜な直流電圧の電力に変換して各電極に供給する。

なお、第１電源５５及び第２電源５７は、これら電源の機能により、若しくは、これら電源と電極との間に介在する適宜なスイッチ装置により、電極に印加する電圧の極性を逆転させることが可能であるが、図５では、一方の極性の電圧を印加するときの状態に基づいて等価回路図が示されている。

既に述べたように、１対の第１電源５５は、互いに逆の極性の電圧を１対の第１電極５に印加する。また、１対の第２電源５７も、互いに逆の極性の電圧を１対の第２電極７に印加する。なお、図５では、吸着力の消去時において、第２電源５７によって、吸着時の電圧（図５では第１電源５５の電圧）とは極性が逆の電圧が印加される状態に基づいて等価回路図が示されている。

第１電極５と第１電源５５との間には、第１電極５の接続先を、第１電源５５と基準電位部（例えば大地若しくは吸着装置５１の筐体）との間で切り換える第１スイッチ５９が設けられている。第１スイッチ５９は、例えば、トランジスタにより構成されている。第１スイッチ５９により第１電極５と第１電源５５とが接続されることにより、第１電源５５から第１電極５に電圧が印加され、また、その接続が遮断されて第１電極５が接地されることにより、第１電極５及びその周辺の電荷は除去される。

第２電極７と第２電源５７との間には、第２電極７と第２電源５７とを接続及び遮断する第２スイッチ６１が設けられている。第２スイッチ６１は、例えば、トランジスタにより構成されている。第２スイッチ６１で第２電極７及び第２電源５７を接続することにより、第２電源５７から第２電極７への電圧印加が許容され、その接続が遮断されることにより、第２電極７への電圧印加が禁止される。

電源装置５３は、吸着力の消去時に、第２電極７への逆電圧の印加が適切になされるように、第２電極７の電圧を制御するコントローラ６３を備えている。コントローラ６３は、例えば、ＯＰアンプを含んで構成され、ＰＩＤ制御によって第２電極７の電圧を制御するように、適宜な電圧を第２電極７に印加可能である。これにより、例えば、ピン３ｂの頂面の電位が基準電位を逆の極性側へ超えてしまうオーバーシュートの発生を抑制できる。なお、コントローラ６３は、第１スイッチ５９及び第２スイッチ６１等の各種スイッチの制御も行ってよい。

コントローラ６３に含まれるＯＰアンプは、耐圧が比較的低い。例えば、第１電極５又は第２電極７に印加される電圧は１ｋＶ程度であるのに対して、ＯＰアンプの耐圧は４００Ｖ程度である。そこで、電源装置５３は、吸着力の消去時においては、まず、第２電源５７により第２電極７に逆電圧を印加し、電荷の除去がある程度進行した後に、第２電源５７に代わってコントローラ６３により第２電極７の電圧を制御する。

具体的には、コントローラ６３と第２電極７との間には、これらを接続及び遮断するコントローラ側スイッチ６５が設けられている。また、第２電極７の電圧は、コントローラ側抵抗６７によって分圧されてコントローラ６３に入力されている。

吸着力の消去時においては、まず、第１スイッチ５９がＯＦＦされ、これにより第１電源５５による第１電極５への電圧印加が停止され、また、第２スイッチ６１がＯＮされ、これにより第２電源５７による第２電極７に対する逆電圧の印加が開始される。そして、コントローラ６３は、電荷の除去に伴って第２電極７の電圧が所定の電圧（例えば３００Ｖ）を下回ったことを検知すると、第２スイッチ６１をＯＦＦして第２電源５７による第２電極７への逆電圧の印加を停止し、また、コントローラ側スイッチ６５をＯＮして、第２電極７の電圧を制御する。そして、コントローラ６３は、例えば、０±５０Ｖ程度の範囲に第２電極７の電圧が収まるように制御を行う。

ウェハ側キャパシタ１０１に蓄えられる電荷Ｅの量は、ウェハＷの材質、ウェハＷに対する加工の種類、ウェハＷの温度等によって変動する。そこで、電源装置５３は、ウェハ側キャパシタ１０１に蓄えられている電荷Ｅの量を推定するために、第１電源５５及び第２電源５７から流れる電流を計測して積算する積分器７１を有している。

ウェハ側キャパシタ１０１の容量は、第１キャパシタ１１１の容量及び第２キャパシタ１１５の容量よりも大きい（例えば、ウェハ側キャパシタ１０１の容量が１０^２ｎＦオーダーであるのに対して、第１キャパシタ１１１の容量は１ｎＦオーダー）。従って、積分器７１により計測された電気量は、ウェハ側キャパシタ１０１に蓄えられた若しくはウェハ側キャパシタ１０１から除去された電荷の量と同等とみなすことができる。

具体的には、積分器７１は、第１電源５５及び第２電源５７と、基準電位部との間に設けられている。そして、積分器７１は、吸着力の発生時において第１電源５５及び第２電源５７により電圧が印加されているときは、双方の電源から流れる電流を積算し、吸着力の維持時において第１電源５５により電圧が印加されているときは、第１電源５５から流れる電流を積算する。この吸着力の発生から維持にわたって電流が積算されて得られた電気量は、ウェハ側キャパシタ１０１に蓄えられた電気量とみなすことができる。また、積分器７１は、吸着力の消去時において第２電源５７により逆電圧が印加されているときは、第２電源５７から流れる電流を積算する。この積算により得られた電気量は、第２電源５７によりウェハ側キャパシタ１０１から除去された電気量とみなすことができる。

コントローラ６３は、積分器７１により検出された電気量に基づいて、ピン３ｂの頂面に残っている電気量を推定し、当該電気量を０にするように、第２電極７の電圧制御を行う。

以上に説明した静電チャック１は、適宜な方法で製造されてよい。

例えば、基板３及び第１電極５は、従来の静電チャックの製造方法と同様の製造方法により製造されてよい。例えば、まず、第１電極５となる導電ペーストが配置されたセラミックグリーンシートの積層体を焼成する。そして、その焼成された積層体に対してサンドブラスト等によって複数のピン３ｂ及び底面３ｃを形成し、第１電極５が埋設された基板３を得る。なお、複数のピン３ｂの形成後、基板３の上面に対して適宜な研磨加工が行われてもよい。

第２電極７及び絶縁膜９は、上記のように形成された基板３に対して、公知の薄膜形成法等によって形成されてよい。薄膜形成法は、例えば、物理蒸着法や化学蒸着法である。物理蒸着法は、例えば、スパッタリング法やイオンプレーティング法である。複数のピン３ｂを露出させるためのパターニングは、予めマスク（例えばフォトレジスト）が形成されてから薄膜が形成されることによってなされてもよいし、薄膜が形成されてからマスクを介してエッチングが行われることによりなされてもよい。エッチングは、第２電極７と絶縁膜９とで別個に行われてもよいし、共に行われてもよい。

ここで、仮に、第２電極７が基板３に埋設されるとすると、その加工精度等の観点から第２電極７の埋設深さを小さくすることは困難である。しかし、本実施形態では、第２電極７は、基板３に埋設されるのではなく、基板３上に設けられて、薄膜形成法により形成される絶縁膜９により覆われる。従って、絶縁膜９は、１〜１０μｍオーダー、さらには、１μｍオーダーとされることが可能である。

以上のとおり、本実施形態では、上面にてウェハＷを保持する静電チャック１は、誘電体からなる基板３と、該基板３の内部に配された第１電極５と、該基板３の上面に形成された第２電極７とを備えている。

従って、第２電極７は、基板３に埋設されておらず、ウェハＷの極力近くに位置する。そして、このような第２電極７により、静電チャック１とウェハＷとの界面付近への電荷の移動及び／又は該界面付近からの電荷の除去を行うことにより、吸着力の制御性、特に制御の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態では、基板３は、上面から突出した複数のピン３ｂと、上面において複数のピン３ｂの間に位置する底面３ｃとを有し、第２電極７は、底面３ｃ上に形成されている。別の観点では、第２電極７は、基板３の上面を露出させる複数の隙間（ピン３ｂを露出させる穴部）が形成されるようにパターニングされている。

従って、複数のピン３ｂの位置においては、第１電極５とウェハＷとの間に第２電極７が介在しないことから、第２電極７に電圧を印加せずに第１電極５に対する電圧印加のみにより吸着力を発揮しているときにおいて、複数のピン３ｂに保持されるべき電荷Ｅが第２電極７から逃げてしまうことが抑制され、複数のピン３ｂにおける吸着力が高く維持される。また、第２電極７（及び絶縁膜９）の厚みをピン３ｂの高さよりも小さくすることにより、ピン３ｂをウェハＷに当接させ、静電チャック１の吸着力を高く維持することができる。

また、本実施形態では、第２電極７は、底面３ｃ上において、複数のピンに囲まれた領域（本実施形態では４つのピンに囲まれた矩形領域）全体にわたるベタ状部分を有する。

従って、第２電極７による電荷Ｅの除去等を広い面積にわたって行うことができ、ひいては、制御の応答性が向上する。また、底面３ｃにおける電荷の除去を漏れなく行うことができる。

また、本実施形態では、静電チャック１は、第２電極７の上面に形成された絶縁膜９をさらに備えている。

従って、第２電極７からの放電を抑制することができる。また、適宜な誘電率の材料により絶縁膜９を形成すれば、第１電極５若しくは第２電極７に対する電圧印加によって、第２電極７の配置位置においても電荷Ｅを絶縁膜９に保持し、吸着力が得られることが期待される。

また、本実施形態では、静電チャック１を用いたウェハＷの吸着方法は、静電チャック１の上面にウェハＷを載置する工程と、第１電極５に第１電圧（図４（ｂ）において実線Ｌ２１で示す電圧）を印加することによって、ウェハＷを静電チャック１で吸着する工程と、第２電極７に第１電圧と正負が逆である第２電圧（図４（ｂ）において１点鎖線Ｌ２５で示す電圧のうち紙面右側の部分）を印加した後、ウェハＷを静電チャック１から離脱させる工程と、を備える。

従って、ウェハＷと基板３との界面に近い第２電極７に逆電圧を印加して電荷を除去することから、速やかに電荷を除去することができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る静電チャック２０１を説明する図３に相当する平面図である。

第２の実施形態に係る静電チャック２０１は、第２電極２０７の平面形状のみが第１の実施形態と相違する。具体的には、第２電極２０７は、底面３ｃ上において、ピン３ｂを取り囲む環状部分２０７ａと、該環状部分２０７ａ同士を電気的に接続する線状部分２０７ｂとを有している。

環状部分２０７ａは、例えば、一定の幅でピン３ｂを囲んでおり、本実施形態では、ピン３ｂが円形であることに対応して、内縁及び外縁は円形である。なお、環状部分２０７ａの内縁は、ピン３ｂの外縁に密着する（ピン３ｂの外縁と同一形状である）ことが好ましいが、外縁については、ピン３ｂの外縁とは異なる形状とされてもよい。環状部分２０７ａの幅は、加工精度等に起因して断線するおそれがない程度以上あればよく、適宜に設定されてよい。

線状部分２０７ｂは、例えば、互いに平行な複数の直線が構成されるように設けられている。なお、これらの複数の直線に対して直交する複数の直線が構成されたり、及び／又は、これら複数の直線に対して斜めに交差する複数の直線（対角線方向に延びる直線）が構成されたりしてもよい。線状部分２０７ｂの幅は、例えば、概ね一定であり、また、加工精度等に起因して断線するおそれがない程度以上であればよい。

なお、絶縁膜９の平面形状は、第２電極２０７を覆う限りにおいて、適宜な形状とされてよい。例えば、第２電極２０７と同様の形状とされてもよいし、第１の実施形態と同様に底面３ｃの全面を覆う形状とされてもよいし、その他の形状とされてもよい。

以上のとおり、第２の実施形態では、静電チャック１は、誘電体からなる基板３と、該基板３の内部に配された第１電極５と、該基板３の上面に形成された第２電極２０７とを備えていることから、第１の実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、吸着力の制御性が向上する。

第１の実施形態では、第２電極７をベタ状電極とすることによって、底面３ｃの広い範囲を第２電極７により覆い、これにより、電荷Ｅの除去を基板３の上面全体にわたって速やかに行うことができるようにした。一方、第２の実施形態では、環状部分２０７ａ及び線状部分２０７ｂを設けることにより、制御の応答性を維持しつつ、吸着力を向上させることができる。

具体的には、環状部分２０７ａがピン３ｂを囲んでいることから、ピン３ｂへの電荷Ｅの移動及びピン３ｂからの電荷Ｅの除去は、第１の実施形態と同様に速やかに行われる。その一方で、環状部分２０７ａと電源装置５３とを線状部分２０７ｂで接続し、底面３ｃの一部を第２電極２０７から露出させていることから、この露出領域においては、第１電極５に電圧を印加することによって吸着力が生じる。第２電極７が設けられない従来の静電チャックにおいては、吸着力の３割程度を底面３ｃにおいて得ているが、第２の実施形態では、これに近い吸着力を得ることが期待される。

＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態に係る静電チャック３０１を説明する図２に相当する拡大断面図である。

第３の実施形態は、第２電極３０７がピン３ｂ上においても形成されており、また、絶縁膜３０９がピン３ｂ上においても第２電極３０７を覆っている点が第１及び第２の実施形態と相違し、その他は、概ね第１及び第２の実施形態と同様である。

なお、第２電極３０７の平面形状は、例えば、第１の実施形態の第２電極７においてピン３ｂを覆う部分を追加した形状（ピン３ｂ及び底面３ｃの全面を覆う形状）であってもよいし、第２の実施形態の第２電極２０７においてピン３ｂを覆う部分を追加した形状であってもよい。

また、絶縁膜３０９の平面形状は、第２電極３０７を覆う限りにおいて、適宜な形状とされてよい。例えば、絶縁膜３０９の平面形状は、第２電極３０７と同様の形状とされてもよいし、ピン３ｂ及び底面３ｃの全面を覆う形状とされてもよいし、その他の適宜な形状とされてもよい。

本実施形態においては、絶縁膜３０９の材料は、その抵抗率が１０^１３Ω・ｃｍ未満、好適には、１０^８〜１０^９Ω・ｃｍとなるものとされている。換言すれば、絶縁膜３０９の材料は、抵抗率が基板３の抵抗率と同様のものとされている。このような材料としては、ＤＬＣ及び窒化珪素を挙げることができる。

絶縁膜３０９の厚みは、概ね一定であってもよいし、位置に応じて変化してもよい。絶縁膜３０９は、その厚みが変化する場合、例えば、ピン３ｂの頂面における厚みが底面３ｃにおける厚みよりも大きくなるように形成される。このような厚みの異なる絶縁膜３０９は、例えば、基板３の底面３ｃ及びピン３ｂを覆う薄膜の形成と、ピン３ｂの頂面のみを覆う薄膜の形成との２回の成膜を行うことにより実現される（いずれの成膜が先であってもよい。）。

また、絶縁膜３０９の厚みは、第１の実施形態の絶縁膜９と同様に、当該厚みと第２電極３０７の厚みとの合計が複数のピン３ｂの高さを超えない大きさであってもよいし、これよりも大きな厚みであってもよい。

ただし、本実施形態では、絶縁膜９の厚さが変化したり、ピン３ｂに対して相対的に厚い部分が形成されたりする場合においても、絶縁膜９は、ピン３ｂ及び底面３ｃによる起伏が当該絶縁膜９の上面に現れるように厚さが設定される。また、絶縁膜３０９の厚みは、例えば、最大の厚みが１〜１０μｍオーダーである。

第３の実施形態においては、ウェハＷは、ピン３ｂ上において絶縁膜３０９に当接する。そして、第１電極５及び／又は第２電極３０７に電圧が印加された場合、これら電極において発生した電荷Ｅは、絶縁膜３０９へ移動し、ウェハ本体Ｗａにおける極性が逆の電荷Ｅと酸化膜Ｗｂを挟んで対向する。

以上のとおり、第３の実施形態では、静電チャック３０１は、誘電体からなる基板３と、該基板３の内部に配された第１電極５と、該基板３の上面に形成された第２電極３０７とを備えていることから、第１の実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、吸着力の制御性が向上する。

また、第３の実施形態では、静電チャック３０１は、第２電極３０７の上面に形成された絶縁膜３０９をさらに備え、絶縁膜３０９は、上面でウェハＷを保持する。

従って、第２電極３０７の放電が抑制されるだけでなく、第２電極３０７を絶縁膜３０９の厚みで静電チャック１とウェハＷとの界面に近づけ、吸着力の制御の応答性を向上させることができる。

また、第３の実施形態では、絶縁膜３０９の厚みは１〜１０μｍオーダーである。

従って、第２電極３０７を１〜１０μｍオーダーで静電チャック１とウェハＷとの界面に近づけることができ、上述の制御の応答性向上の効果が顕著となる。なお、第２電極３０７を基板３に埋設した場合においては、既に述べたように、基板３の加工精度等の点から、第２電極３０７の埋設深さをこのようなオーダーとすることは困難であり、ひいては、このようなオーダーの距離で第２電極３０７をウェハＷに近づけることは困難である。

また、第３の実施形態では、基板３は、上面から突出した複数のピン３ｂと、上面において複数のピン３ｂの間に位置する底面３ｃとを有し、絶縁膜３０９は、複数のピン３ｂ及び底面３ｃによる起伏が当該絶縁膜３０９の上面に現れるようにこれらを覆っている。

従って、絶縁膜３０９をウェハＷに当接させる態様でありながら、絶縁膜３０９が設けられない場合と同様に、ピン３ｂによる種々の効果を得ることができる。例えば、ウェハＷに疵がつくことが抑制される。なお、基板３の上面の起伏が絶縁膜３０９の上面に現れているということは、絶縁膜３０９が比較的薄いものであることを間接的に示している。すなわち、上述した第２電極３０７を静電チャック１とウェハＷとの界面に近づけることによる制御の応答性の向上の効果が顕著になることも期待される。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

静電チャックは、ジョンソン・ラーベック力型のものに限定されず、クーロン力型のものであってもよい。なお、クーロン力型の静電チャックの構成は、基板を構成する材料がジョンソン・ラーベック力型のものと違う以外は、概ねジョンソン・ラーベック力型の静電チャックの構成と同様でよい。なお、クーロン力型の静電チャックの基板を構成する材料は、抵抗率が１０^１４Ω・ｃｍ以上の誘電体とされる。クーロン力型の静電チャックにおいては、例えば、第２電極が基板の上面に設けられることにより、基板の上面において残ってしまった分極を速やかに無くすことができ、吸着力の制御性を向上させることができる。

また、静電チャックは、双極方式のものに限定されず、単極方式のものであってもよい。なお、単極方式の場合、静電チャックの構成及び電源装置の構成は、双極方式の場合における、一方の第１電極に対応する部分の構成と概ね同様でよい。

基板は、上面にピンを有さないものであってもよい。この場合において、第２電極は、ベタ状電極とされてもよいし、複数の隙間が基板の上面に分散配置される（図３若しくは図６参照）ようにパターニングされていてもよい。なお、第２電極がベタ状電極である場合は、第３の実施形態と同様に、電荷の保持に寄与する材料からなる絶縁膜が第２電極を覆っていることが好ましい。第２電極がパターニングされている場合には、第１及び第２の実施形態と同様に、（電荷の保持に寄与する絶縁膜が無くても）第２電極の隙間において第１電極に電圧を印加することによる吸着力が確保される。

基板にピンがあり、また、第２電極が底面のみに設けられる場合（第１及び第２の実施形態参照）においても、第２電極の厚み、若しくは、第２電極及び絶縁膜の合計の厚みは、ピンの高さよりも大きくてもよい。ただし、ピンの高さが第２電極等の厚みよりも大きく、ピンが被吸着物に当接した方が、第１電極に電圧を印加することによる吸着力は大きい。

第２電極の平面形状は、実施形態に例示したものに限定されず、適宜に設定されてよい。例えば、第２電極の平面形状は、櫛歯状とされたり、複数の同心円状とされたりしてもよい。また、第２電極の、基板の上面を露出させる隙間は、孔部に限定されず、切り欠きであってもよい。例えば、第２電極が櫛歯状に形成されている場合は、複数の隙間は複数の切り欠きにより形成される。

第２電極を覆う絶縁膜は設けられなくてもよい。例えば、第１及び第２の実施形態においては、ピンが被吸着物に当接することにより、第２電極は、被吸着物から離れて、適宜なガスの雰囲気下に置かれているから、その隙間の大きさ、ガスの種類、印加される電圧等によっては、絶縁膜を設けなくても放電のおそれは低い。また、実施形態のウェハのように、被吸着物に絶縁性の被膜（酸化膜Ｗｂ参照）が形成されている場合においては、第２電極が被吸着物に当接してしまっても構わない。

被吸着物（ウェハ）は、酸化膜を有さないものであってもよい。逆に、窒化膜等の他の絶縁膜を有するものであってもよい。被吸着物の本体部分は、半導体に限定されず、絶縁体であってもよい。

第２電極は、吸着力の発生及び消去の双方において利用される必要はなく、例えば、消去のみにおいて利用されてもよい。また、被吸着物に対する加工内容に応じて、一時的に吸着力を高くしたりすることに利用されてもよい。第２電極が吸着力の消去に利用される場合において、吸着力の消去時に、第２電極は、逆電圧が印加されずに、接地されるだけであってもよい。また、第１電極は、吸着力の消去時に、逆電圧が印加されてもよい。

第２電極への電圧印加のタイミング、時間長さ、その電圧値は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、第２電極への電圧開始時は、第１電極への電圧開始時に対して適宜にずらされてもよいし、第２電極への逆電圧開始時は、第１電極への電圧降下開始時に対して適宜にずらされてもよい。また、例えば、第２電極に印加される電圧の大きさは、第１電極に印加される電圧よりも大きくされてもよいし、小さくされてもよい。また、第１及び第２電極に印加される電圧の上昇若しくは降下の変化は、段階的に変化してもよい。

１…静電チャック、３…基板、５…第１電極、７…第２電極、Ｗ…ウェハ（被吸着物）。

Claims (12)

1. 上面にて被吸着物を保持する静電チャックにおいて、
   誘電体からなる基板と、該基板の内部に配された第１電極と、該基板の上面に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする静電チャック。
2. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、
   前記基板は、上面から突出した複数のピンと、上面において前記複数のピンの間に位置する底面とを有し、
   前記第２電極は、前記底面上に形成されていることを特徴とする静電チャック。
3. 請求項２に記載の静電チャックにおいて、
   前記第２電極は、前記底面上において、前記複数のピンに囲まれた領域全体にわたるベタ状部分を有することを特徴とする静電チャック。
4. 請求項２に記載の静電チャックにおいて、
   前記第２電極は、前記底面上において、前記ピンを取り囲む環状部分と、該環状部分同士を電気的に接続する線状部分とを有することを特徴とする静電チャック。
5. 請求項２に記載の静電チャックにおいて、
   前記第２電極の上面に形成された絶縁膜をさらに備えたことを特徴とする静電チャック。
6. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、
   前記第２電極の上面に形成された絶縁膜をさらに備え、前記絶縁膜は、上面で前記被吸着物を保持することを特徴とする静電チャック。
7. 請求項６に記載の静電チャックにおいて、
   前記絶縁膜の厚みは１〜１０μｍオーダーであることを特徴とする静電チャック。
8. 請求項６に記載の静電チャックにおいて、
   前記基板は、上面から突出した複数のピンと、上面において前記複数のピンの間に位置する底面とを有し、
   前記絶縁膜は、前記複数のピン及び前記底面による起伏が前記絶縁膜の上面に現れるようにこれらを覆っていることを特徴とする静電チャック。
9. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、
   前記第２電極は、前記基板の上面を露出させる複数の隙間が形成されるようにパターニングされていることを特徴とする静電チャック。
10. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、
    前記第１電極は、第１電圧が印加されることによって、前記被吸着物を吸着し、
    前記第２電極は、吸着された前記被吸着物を離脱させる際に、前記第１電圧と正負が逆である第２電圧が印加されることによって、前記基板の上面における電荷を前記基板の外部へ移動させることを特徴とする静電チャック。
11. 請求項１に記載の静電チャックを用いた前記被吸着物の吸着方法であって、
    前記静電チャックの上面に被吸着物を載置する工程と、
    前記第１電極に第１電圧を印加することによって、前記被吸着物を前記静電チャックで吸着する工程と、
    前記第２電極に前記第１電圧と正負が逆である第２電圧を印加した後、前記被吸着物を前記静電チャックから離脱させる工程と、を備えたことを特徴とする吸着方法。
12. 請求項１に記載の静電チャックと、前記静電チャックの前記第１電極に第１電圧を印加する第１電源と、前記静電チャックの前記第２電極に第２電圧を印加する第２電源とを備えたことを特徴とする吸着装置。

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