JP2603417B2 - 絶縁型静電チャックと励起方法 - Google Patents

絶縁型静電チャックと励起方法

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JP2603417B2
JP2603417B2 JP837893A JP837893A JP2603417B2 JP 2603417 B2 JP2603417 B2 JP 2603417B2 JP 837893 A JP837893 A JP 837893A JP 837893 A JP837893 A JP 837893A JP 2603417 B2 JP2603417 B2 JP 2603417B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電チャックに関し、特
に、ＡＣクランプ電圧を使用する静電チャックと、半導
体ウエハ等の部材を、（１）ＡＣクランプ電圧に対する
クランプ力の比が大きく、（２）クランプ電圧が印可さ
れている間のクランプ力の低下が抑制されており、
（３）クランプ電圧が取り除かれると残留クランプ力が
実質的に即座に無くなり、（４）ウエハに実質的に振動
を与えずに、静電チャックによりクランプするための方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】静電クランプやチャックは支持台や電極
などの上に載置されたウエハを保持するために半導体ウ
エハ製造システムで使用されてきた。更に、静電クラン
プを備えたロボットもウエハの装脱着のためにこのよう
なシステムで使用されてきた。
【０００３】既存の静電クランプやチャックはＡＣ（交
流）またはＤＣ（直流）で使用するように設計された単
極の電極を持っている。誘電体によってウエハから絶縁
されたひとつの電極は接地されたＡＣまたはＤＣ電源で
バイアスされている。このウエハは第２の電極として働
き、間に挿入される誘電体と最初の電極とともに平行平
板コンデンサを構成している。プラズマ処理反応器中で
は、プラズマはウエハをシステムのグランドとして参照
している。印加しているクランプ電圧のボルト当たりの
クランプ力は高いが、ウエハとチャックの間に電荷がた
まり、これが様々な問題を引き起こす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】まず、クランプ力Ｆｃ
は瞬時に消すことができない。クランプ電圧が除かれた
あと通常約３０から６０秒の間、大きな残留力が残って
いる。その結果、ウエハを支持台やブレードに移した
り、それらからおろしたりするためにクランプ電圧を取
り除いても、残留クランプ力が衰える迄待つか、ウエハ
を取り外すために余計な力を加えて取り除かねばならな
い。これは、処理能力（スループット）を低下させる残
留クランプ力の減衰を待つか、ウエハを損なう可能性を
とるかの選択になってしまう。
【０００５】さらにまた、ウエハの正味の電荷は、その
ウエハ上に形成された鋭敏な集積回路に損傷を与えるこ
ともある。
【０００６】他の型のクランプは、誘電体の真下に埋め
込まれることでウエハから絶縁されたひと組または複数
組のバイポーラ電極を使用するように設計されている。
ここではＡＣまたはＤＣ励起が使用される。ＡＣ励起ま
たはＤＣ励起のどちらも正味の電荷蓄積無しに、ウエハ
中に電荷分離や分極を生じさせる。しかしながら、ＤＣ
励起装置は、上述のＤＣクランプ電圧を取り除いたとき
の遅れと同様に上述の時間の経過に伴う低い値に至る力
の低下という難点がある。ＡＣ型ではＡＣクランプ電圧
を印加している期間振動が発生する。またアンバランス
なＡＣ型はクランプ力の減衰と、クランプ解除の遅れの
両方の問題がある。図１は典型的なクランプ力Ｆｃの減
衰を示しており、Ｆｃを作る１０００ＶのＤＣクランプ
電圧が継続して印加されているにもかかわらず、この減
衰が起きている。２０から３０秒間にＦｃが最初の値の
約２５％に減衰する事は珍しいことではない。
【０００７】そこで本発明は、時間経過に伴いクランプ
力が低下することのない、クランプの始動と解除を実現
する絶縁型静電チャック及び励起方法を提供することを
目的とする。
【０００８】なお、米国特許４，１８４，１８８では複
数電極ペアの静電ウエハクランプと静電ウエハクランプ
の全般的な原理について述べられている。開示されたク
ランプは、その表面上に互いに平行に挿入された正極と
負極とが組になった複数の電極が配置されたブレードを
有している。誘電体層が正極と負極の電極の上に配置さ
れており、ブレード表面上に多数のコンデンサを形成し
ている。ＤＣ（直流）によって電極が励起されている期
間、各コンデンサペアの正極と負極の電極の間にフリン
ジ静電場が形成される。ウエハがこの電荷が蓄積した電
極上に置かれると、正極と負極の電極の間のフリンジ静
電力がウエハを通り抜け、ウエハ中の負電荷が電極の正
電荷を補償し、ウエハ中の正電荷が負に帯電した電極を
補償するような電荷の分離によってウエハと電極を通り
抜けるクランプ力が生まれる。このクランプ力はウエハ
に働くこの静電気力に直接比例している。
【０００９】また、米国特許４，７３３，６３２は従来
技術の、ひとつの電極ペアを用いたウエハ移送装置の代
表例を公開している。この装置は可動アームと、可動ア
ームに付けられた垂直動作支持部を有するＤＣ静電チャ
ック機構と、この支持部を動かす機構からなっている。
ウエハ移送は移送しようとするウエハの上に静電チャッ
クを位置づけることによって成される。この静電チャッ
クまたはロボットは２つの半円状の電極を持っており、
それらはそれぞれの電極上に形成された絶縁フィルムに
よって互いに電気的に絶縁されており、クランプされる
ウエハの表面の上の周囲にぴったり合うように配置され
ている。（ウエハの周囲は通常加工処理対象とはならな
いので、クランプ表面として利用される）。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は本発明者の１９
９０年９月発行の絶縁型静電ウエハブレードクランプと
いう名称の米国特許４，９６２，４４１の静電クランプ
またはブレードの改良である。本発明者の新規なＡＣ電
圧励起法は、時間経過に伴いクランプ力が低下すること
のない、クランプの始動と解除を提供する。典型的な場
合、このＡＣ電圧励起法は挟み込まれた電極、好ましく
は参照とした特許で述べられているように互いに同じ面
積である電極に適応される。
【００１１】特に、上述のまたはその他の目的を達成す
る本発明は、保持される半導体ウエハのような加工部材
を静電的にクランプする方法で実施され、それは少なく
とも一対の誘電体によって覆われた電極を通して、交流
の方形波を好ましくはスルーレート制限で決る周波数で
印加し、振動が無く、実質的にクランプ力の減衰とクラ
ンプ力の残留無しに支持体に平行に加工部材を保持す
る。好ましくは、残留電荷と残留クランプ力の除去は周
波数を増加させていくクランプ解除段階、すなわち印加
電圧が低下していくと同時に６０Ｈｚ以上に増加させて
いくクランプ解除段階によって促進される。
【００１２】他方、装置的な面では、本発明は、上述の
またはその他の目的を達成する次のものからなる静電ク
ランプによって具体化される。すなわち電気的に共通に
接続された交互電極である、基板上に形成された少なく
とも一対の電極と、その電極と基板を覆う選択されたク
ランプ電圧が印加された時に破損しない十分な厚さを持
つ誘電体物質層と、実質的にウエハの振動が無く、クラ
ンプ力の減衰がなく、クランプ力の残留が無く、クラン
プされる位置にある半導体ウエハのような物を静電的に
クランプするため、交互電極間に選択された周波数で方
形波のような交流を印加する手段とからなる。
【００１３】更に詳しく装置的、そして方法の側面から
みると、各電極に印加される電圧は＋／−５００Ｖから
＋／−１０００Ｖである。印加されるクランプ電圧の周
波数は０．１から６０Ｈｚであり、好ましくは約１Ｈｚ
である。さらに好ましくは、参照している発明者の特許
の装置の特徴が使用される。すなわち、正極と負極の電
極の表面積は同じであり、誘電体物質層の厚さはおよそ
０. ０５０８ｍｍ(2 mils)から０. ３８１ｍｍ(15 mil
s) であり、電極の幅と電極間の距離の比はおよそ３／
１から２／１の範囲内であり、電極の幅は０. ３０４８
ｍｍ(12 mils) から３. ０４８ｍｍ(120 mils)の範囲内
であり、電極間の距離は０. １０１６ｍｍ(4 mils)から
１. ０１６ｍｍ(40 mils) の範囲内である。
【００１４】
【作用】この電極は差動駆動（どちらの側も接地されな
い）され、グランドに対してシステムをバランスし、電
極に蓄積する正味の電荷を低減する。そのため、緩やか
な正弦波の励起電圧、好ましくはスルーレート制限が典
型的には０．１Ｈｚ以上、６０Ｈｚ以下の選ばれた周波
数で印加され、実質的に振動が無く、クランプ時間に実
質的に依存しない最大の保持力を示し、迅速なクランプ
の始動と解除を示す動作が成される。また、迅速なクラ
ンプ解除動作はクランプ圧が減少していくときに、クラ
ンプ電圧の周波数を増加させることによって強められ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係る絶縁型静電チ
ャック及び励起方法を添付図面を参考に説明する。な
お、説明において、同一要素には同一符号を用い、重複
する説明は省略する。
【００１６】１．適用可能なプロセシングシステム ａ）典型的なウエハ支持台 図２はエッチング反応器で使用されるウエハ支持電極台
５を図示している。図示された台５は、ここで参照とし
ている１９８９年６月２７日発行のＣｈｅｎｇ等による
米国特許４，８４２，６８３に一般的に述べられている
ものを改変したものであり、クランプリングまたはフィ
ンガーが本発明を具体化した静電クランプの配列２０で
置き換えられている。この静電クランプ台５は蒸着チャ
ンバーを含む数多くの他のものに応用できる。しかし、
ウエハ１４を適度に冷却するためには大きく均一なクラ
ンプ力が必要であることから、ここではエッチングを例
として用いる。部分的には、この必要性は動力を供給さ
れた支持台５（ＲＦまたはその他のエネルギーが台に供
給される）を使用する事に由来し、その結果、この支持
台が大きなパワー密度を持つようになり、ウエハ１４の
エッチングを容易にする。しかし、通常この支持台５は
液体冷却する必要がある。好ましくは支持台５とウエハ
１４の間の熱伝達は、この支持台５の液体冷却と、この
支持台５の上側のウエハ支持面と支持されるウエハ１４
の界面に導入口６を通して供給される冷却ガスの使用に
よって高められる。それ自体(per se)の熱伝達と図示さ
れたガスによる熱伝達はどちらも高いクランプ力の保持
に必要である。
【００１７】ｂ）典型的なウエハ移送ブレード 図３は、本発明を具体化した静電移送ブレード１９を持
つように改変された複数チャンバー集積回路製造システ
ム１０の概略上面図である。その基本形である非静電ク
ランプシステム１０は１９９０年８月２８日発行の共通
の譲受人であるＭａｙｄｅｎ等による『複数チャンバー
集積回路製造システム』という名称の米国特許４，９５
１，６０１にその詳細が記述してあり、ここではこれを
参照する。
【００１８】図示してあるように複数チャンバー集積回
路製造システム１０は、最初はカセット１５内に入って
いる複数枚のウエハ１４の加工処理のための数台の単葉
ウエハ真空プロセスチャンバー１２を、互いに連結して
いるロードロックチャンバー壁１３上に載置した一般に
多角形をしている真空ロードロックチャンバー１１から
成る。このカセットはチャンバー壁１７に隣接するよう
に配置されている外部カセット昇降器１６に取り付けら
れている。この外部カセット昇降器１６は可動であり、
水平垂直の決められた位置へ移動することができ、処理
前のウエハをロードロックチャンバー１１に装着し、処
理後のウエハをチャンバーから受け取るように移動され
る。垂直位置決め可能な内部ウエハ支持昇降器２４はウ
エハをロードロックチャンバー１１へ、システム１０の
真空を破ることなく様々なプロセスチャンバー１２へ移
送するため、貯蔵する為に用いられる。ウエハ１４の装
脱着は自動制御Ｒθの４節リンク機構(robotic Ｒθ f
our-bar link mechanism) ２６によって成される。この
機構はＲθの動きを静電クランプ２０を使用しているウ
エハ支持ブレード１９に取り付けられ、Ｒθの動きをウ
エハ支持ブレ−ド１９に分け与える。このブレードの動
きは矢印２１で示される可逆な直線運動（Ｒ運動）と矢
印２２で示される可逆な回転運動（θ運動）から成る。
組み合わされたＲθ運動は典型的には疑似正弦的であ
り、ロードロックチャンバーとプロセスチャンバーでは
比較的遅く、チャンバー間では大きな加速（と減速）を
示す。
【００１９】図３のウエハ移送ブレード１９に使用され
る静電クランプの構成は、図２のウエハ支持台５にも使
用でき、逆も可能である。
【００２０】２．クランプ２０の構成 図４では、支持台５と移送ブレード１９に使用されてい
る本発明の静電クランプ２０の全体概略図が図示されて
ある。図４に示されているクランプの構造は長方形であ
り、図３のウエハ移送ブレード１９の構造と同じであ
る。しかしながら、図２の典型的な支持台５に応用され
るように、クランプは典型的には、円のような弓形をし
ている。クランプ２０はセラミック材料Ａｌ2 Ｏ3 のよ
うな非導電材料の支持体３０と、コンデンサアレイ４０
を包み込むＡｌ2 Ｏ3 のような誘電体保護層３２からな
っている。各コンデンサ４０は電極４２と、それに対向
し逆の極性を持つ電極４４と、その間に誘電体を有して
いる。電極４２、４４は誘電体層３０の上面４６に形成
され、交互に配置されて交互極性の交差指電極(interle
aved alternating-polarity fingers)をなす。これらの
電極は銀やアルミ、タングステンのような導電性金属か
らなるが、これに限られるものではない。誘電体物質３
２の保護層(encapsulating layer) は電極４２と４４の
上と間に形成され、平滑な上面３４を形成する。ウエハ
支持台のような基盤あるいはウエハ移送ブレード上に静
電クランプを形成するためには、基盤となる誘電体層３
０は、そのほかの構成材料や層とともに、従来からある
蒸着、マスキング、エッチング技術を用いて、支持台や
ブレードの上面に形成される。
【００２１】図４の大きさの尺度は実物とは異なってい
る。厚さとその他の大きさは見やすい大きさに選んであ
る。また、実際には一組しか使用しない場合もあるが、
典型的な場合として数多くの電極４２、４４の組が使用
されている。
【００２２】このクランプを使うには、ウエハ１４は、
支持台５またはブレード１９の上に配置され、以下に述
べるＡＣ電圧が電極４２、４４に印加されることで、エ
ッチングのようなプロセスのために図２の支持台５に対
してウエハがしっかりと保持されるような、またウエハ
が滑べったり、落ちたりすることなく図３のさまざまな
チャンバー１１、１２の間をブレード１９が行き来でき
るような充分なクランプ力が発生される。
【００２３】図５はクランプに先だってクランプ２０が
ウエハ１４の下に位置しているところを示している。基
板又はウエハ１４はクランプ２０の平らな誘電体表面３
４の上に物理的に載置されている。空気ギャップ５０
（分かりやすいように図５では大きさが誇張されてい
る）がウエハ１４の不均一さやソリのために誘電体表面
３４とウエハ基板との間に存在している。システム１０
の空気または真空環境下では、空気ギャップ５０の誘電
率は１．００に近付く。従って、クランプ電圧が印加さ
れると、電極４２、４４とウエハ１４の間のほとんどの
電圧降下はこの空気ギャップ５０が負うことになる。以
下で詳細に述べるように、このギャップ５０は、移動期
間、特に大きな加速度での移動期間、滑べらないのに充
分な力でウエハ１４をブレード１９に静電的にクランプ
するのに必要と考えられる電圧を保持する。
【００２４】３．ＡＣ電圧クランプ動作 ウエハをクランプするために、方形波交流電流信号が電
極４２、４４とに印加される。図１０はこの目的のため
に使用される５００から１０００Ｖの大きさの方形波交
流電圧を印加するスイッチングアンプ回路６０の簡単な
具体例を示している。＋（５００から１０００）Ｖの入
力がＳ１とＳ２に印加され、−（５００から１０００）
Ｖの入力がＳ３とＳ４に印加される。Ｓ１とＳ３は入力
抵抗器または抵抗性の回路を介して一つの電極４２（ま
たは４４）に接続されており、Ｓ２とＳ４は同様にもう
一つの電極４４（４２）に接続されている。制御器６２
は、Ｓ１、Ｓ４とＳ３、Ｓ２を、図７及び図８に示して
あるように、電極４２と４４に交流方形波電圧信号が効
果的に印加されるように選択された周波数で交互に閉じ
ている。この図４のコンデンサ４０の導電体４２と４４
の交互の励起とその結果としてウエハ１４を挟み込む外
側にふくらんだＡＣ電界４８は、クランプ２０に隣接し
たウエハ表面の交互の電荷分離を起こし、電極４２と４
４の間の電界の大きさの２乗に直接比例する、図９に示
されたクランプ力Ｆc を強める。
【００２５】図９に示されているように、方形の波形、
特に電極における電圧の早い立ち上がりと立ち下がり
が、クランプ力がＶc 2 に比例するにもかかわらず、一
定の最大値に維持されるクランプ力Ｆｃを供給する。こ
の２乗の関係の結果により、典型的な正弦波の波形では
比較的ゆっくりとした立ち上がりと立ち下がりによって
通常、クランプ力は実質的に周期的に増減してしまう。
【００２６】更に、０．１から６０Ｈｚのクランプ周波
数範囲で使用すると、クランプ力の減衰が無く、クラン
プ時とクランプ解除時には瞬時に近い動作で振動の無い
動作が実現されることがわかった。図９は例として時間
Ｔと２Ｔでクランプ電圧が取り除かれた時、６１と６２
で示されるように、クランプ力が即座にゼロに落ちてい
るところを示している。図１１は電源供給／クランプ電
圧をゼロに減らし、また同時に周波数をクランプ動作を
している周波数より極めて高くすることで、瞬時に近い
クランプの解除特性が高められることを示している。図
１１は印加したクランプ電圧（線７３）及び対応するウ
エハ１４への印加電圧（線７５）に対するデジタルサン
プリングオシロスコープの出力を示している。最初に１
Ｈｚで１ＫＶp-p のクランプ電圧が印加される。このチ
ャートの軸の約０．３秒でスタートして約０．５秒以内
に、１Ｈｚ、１ＫＶp-p のクランプ電圧は２５６Ｈｚ、
０Ｖまで周波数が増加し、電極でのクランプ電圧（点７
７、線７３）が０Ｖになる。電極上のネット残留電荷ま
たは電圧は、解除(turn-off)が始まってから０．５秒以
内に実質的に無くなってしまう。同様に、ウエハ上の残
留電圧も実質的に０Ｖとなる（点７９、線７５）。更に
一般的には、好ましい解除の周波数はクランプ周波数よ
り一桁大きく、約１００〜２５０Ｈｚである。
【００２７】図１１はまた本発明のクランプによって提
供される効果的な絶縁をも示している。１Ｈｚで１ＫＶ
p-p(peak-to peak) のクランプ電圧（供給電圧−１Ｋ
Ｖ）が印加されている間、絶縁された電極構造によっ
て、半導体ウエハに印加される電圧はピークの大きさが
約４１Ｖに抑えられるが、これは約３００Ｖの通常の安
全しきい電圧よりかなり低い値である。
【００２８】上述のように０．１Ｈｚより下では時間と
ともにクランプ力が低下するので、周波数の下限がここ
に決められる。約６０Ｈｚより上では（周波数の増加に
伴って増加する）振動が顕著に現れるため、上限は約６
０Ｈｚに決められる。１Ｈｚが好ましい周波数である。
なぜなら、振動は選択された範囲内の低い周波数では存
在しないか、弱められる共鳴周波数の結果として起こる
ものであり、またこの周波数でのクランプ力は、ウエハ
移送時にウエハが滑べらず、かつガス冷却クランプの界
面でウエハからクランプまたはチャックへ適度な熱伝達
が得られるのに必要な最小値よりも約１０倍大きいから
である。
【００２９】４．最適なクランプ構成と材料 ウエハによって占められている領域での静電気的なフリ
ンジ力、すなわちクランプ力を最大にするためにいくつ
かのパラメータが重要になる。第１に、電極４２と４４
に使用される電極材料とその厚さであり、第２に、電極
の幅であり、第３に電極間距離である。
【００３０】誘電体材料を選ぶに当ってはいくつかの要
因を考慮しなければならない。第１に、単位電圧当りの
力は材料の誘電率に直接比例することである。第２に考
慮すべきことは材料の耐電強度(dielectric strength)
であり、これは誘電体材料が絶縁破壊を起こし、導電体
となってしまわない上限の電圧で定義される。第３は、
上述の材料の静止摩擦係数である。第４に考慮すべき点
は誘電体材料の熱的特性である。適当なクランプのない
状態でエッチングのようなウエハ処理プロセスの間、ウ
エハ１４の温度は平均で摂氏４００度以上にまで達す
る。ウエハ１４の大部分で熱エネルギーは誘電体層３２
に吸収されるので、誘電体は溶解したり、クラックが入
ったり、そうでなければ劣化したりすることなく、その
ような温度に耐えられなければならない。ウエハを加熱
する用途では、誘電体材料は高い熱伝導性を持たなけれ
ばならない。
【００３１】一般に、誘電体層３２が薄ければ薄いほ
ど、ウエハ１４によって占められる部分での静電気のフ
リンジ電界は大きくなる。しかしながら、誘電体層の厚
さを減らすことには、実際上の制限がある。厚さがおよ
そ０. ０２５４１ｍｍ(1 mil)かそれ以下の誘電体層で
は、誘電体材料は絶縁破壊を起こし、空気ギャップを越
えるのに必要な電圧で絶縁性が失われてしまうことが分
かった。その結果、電流がウエハを通り抜け、このこと
によってトランジスタがダメージを受ける確率が高くな
る。それゆえ、ここで取り上げた本発明の実施例では、
誘電体層の厚さは薄い側で約０. ０５０８ｍｍ(2 mil
s)、厚い側で約０３８１ｍｍ(15 mils) の範囲と特定さ
れる。当業者には明らかなように、誘電体材料における
技術の進歩によって、誘電体層の厚さの範囲の薄い側は
さらに小さくなる。
【００３２】例として、図示するために選ばれた実施例
では、誘電体層３２はＡｌ2 Ｏ3 で形成されている。Ａ
ｌ2 Ｏ3 は上述の各考慮すべき点での特性から最適な誘
電体材料である。そのほかの可能な材料としてはＡｌ
Ｎ、Ｓｉ3 Ｎ4 とＳｉＯ2 があるがこれに限られるもの
ではない。
【００３３】発明者の関連した米国特許４，９６２，４
４１に述べられているように、静電気力のフリンジを最
大にする電極４２、４４の最適な幅はおよそ３．０４８
ｍｍ(120 mils)と０．３０４８ｍｍ(12 mils) の間であ
ることが見いだされている。各電極間の最適な空間関係
または距離はおよそ１．０１６ｍｍ(40 mils) と０．１
５２４ｍｍ(6 mils)の間であることが見いだされてい
る。ウエハ１４に占められている部分で静電気力の外側
へのふくらみを最大にする電極幅の電極間の空間距離に
対する比は３／１から２／１である。一つの実施例で
は、電極の幅が３．０４８ｍｍ(120 mils)、対応する電
極間距離は１／３の１．０１６ｍｍ(40 mils) で静電気
のフリンジ４８が最大になった。そのほかの実施例で、
電極の幅は２．２８６ｍｍ(90 mils) 、対応する電極間
隔は１／３の０．７６２ｍｍ(30 mils) に選択された
時、静電気のフリンジ電界４８は最大となった。更に別
の実施例では電極の幅は０．３０４８ｍｍ(12 mils) で
あり、電極の間隔は１／３の０．１０１６ｍｍ(4 mils)
の時、静電気のフリンジ電界４８は最大となった。一般
に、ウエハ基板中に充分なフリンジ電界を生じさせるた
めには、電極間隔は誘電体の厚さの数倍であることが必
要である。上に述べた比は全て共通の特性すなわち、電
極４２と４４による導電性の面積と非導電性の面積の相
対比を最大にするものであることが当業者には分かるで
あろう。
【００３４】５．具体例 約７６０Ｖで０．１Ｈｚの周波数のＶｃがウエハを支持
台またはブレードに対し平坦にクランプする。（Ｖc の
この値は以下の代表的なパラメータから得られたもので
ある。ウエハ厚：０. ５０８ｍｍ（0.020 in.)、ウエハ
径：６３. ５ｍｍ(2.5 in.) 、ブレードシリコンのポア
ソン比：０．４２、シリコンの弾性率２. １８×１０6
ｇ／ｍｍ2 (3.1x10 6 lb./in.2 ) 、プレート定数：
（Ｅ ｔ3）／１２（１−ポアソン比）、ウエハとブレ
ード間の空気ギャップ、最悪の場合として０．２５４ｍ
ｍ(0.01 in.)、長方形のブレード面積７６. ２ｍｍ(3.0
in.) ×１１４. ３ｍｍ(4.5 in.) ＝８７０９. ６６ｍ
ｍ2 (13.5 in2 ) ＝８．７×１０-3μｍ2 ）。
【００３５】ａ．ヘリウム冷却チャック 標準の５インチウエハを支持台５にクランプするための
交互嵌合(interdigitated)静電クランプ２０の組み合わ
せ（図３）は、圧力が典型的には４〜６ｔｏｒｒのヘリ
ウムガスを使用し、ウエハと台の間のおよそ０. ０１２
７ｍｍ(0.5 mil) から０. ０２５４ｍｍ(1 mil) のギャ
ップを通るのに必要な熱伝達を得る。このような境界ガ
スなしで、約１０００Ｖ（ピーク間）のＶc は約４から
６ｔｏｒｒのクランプ力Ｆｃを生じ、これは熱伝達があ
り、支持台にウエハが確実にクランプされるのに充分で
ある。しかしながら、最大４から６ｔｏｒｒの境界冷却
ガスの圧力は最小のクランプ力として約１２ｔｏｒｒを
必要とする。厚さが約０.０５０８ｍｍ(2 mils)のＡｌ
2 Ｏ3 誘電体を使用し、台の表面積の５０％が電極で５
０％がガス界面のとき、２ＫＶp-p のクランプ電圧（供
給電圧は＋／−ＫＶ）では１３．６ｔｏｒｒのクランプ
圧力が得られ、これは最大６ｔｏｒｒのガス圧力の時に
必要とされる値１２ｔｏｒｒより充分大きい。また、１
Ｈｚで２ＫＶｐ−ｐのクランプ電圧が印加されている
間、絶縁された電極構成のため、半導体ウエハにかかる
電圧は約８０Ｖに制限され、これは通常約３００Ｖの安
全しきい値電圧よりも充分小さい。
【００３６】ｂ．ウエハ移送ブレード 充分な安全マージンを見込んでクランプ電位差Ｖc ＝１
０００Ｖを使用すると、ウエハのクランプ／平坦化力は
Ｆc ＝１１５９. ６８ｇ(2.56 lb.)＝１１．４ニュート
ン（Ｎ）となる。したがって、０．０１５ｋｇのウエハ
重量でシリコンウエハとアルミニウムブレード誘電体の
間の静止摩擦係数：０. ３に対しては、接線方向の加速
度が２４．８ｇ達するまではウエハは滑べりはじめず、
この値は典型的なアーム１９の加速度の範囲２から３ｇ
に比べかなり大きな安全マージンである。つまり、Ｖｃ
＝１ｋＶp-p＋／−５００Ｖのクランプ電圧によって得
られる１１．４ニュートンのクランプ力Ｆｃは一桁大き
い安全マージンを提供する。
【００３７】本発明についていくつかの特定の実施例を
とりあげて述べてきた。これまで述べてきたことは本発
明の一例であり、本発明を制限するものではない。ここ
に付加した請求項によって定義される本発明の精神と範
囲から離れることなく、当業者は様々な変更を加えるこ
とができる。例えば、上述の交互嵌合電極、間隔、大き
さと比率は最大のクランプ力を得るのに有用であるが、
本発明のＡＣ静電クランプシステムと方法は、単純な２
つの電極構成を含む数多くの他の構成でも使用できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、時間経過に伴いクランプ力が低下することのな
い、クランプの始動と解除が実現する。
【００３９】また、上述した本ＡＣ静電クランプとＡＣ
静電クランプの操作方法は、ウエハ保持台または電極と
ウエハ移送ブレードのいずれに対してもクランプ能力が
改善されていることによって特徴付けられる。その動作
は実質的に振動が無く、クランプ力の減衰が無く、迅速
にクランプ解除し、残留クランプ力も無い。その動作は
単位印可電圧当たり、クランプ面に均一で大きなクラン
プ力を出し、ウエハと支持台の間に均一な熱伝導を与
え、ウエハがウエハ移送チャックの大きな加速や減速動
作の際に滑ったり、離脱するのを防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の絶縁型静電クランプのクランプ力減
衰特性を示す図である。
【図２】本発明の静電ウエハクランプを取り入れたガス
冷却ウエハ支持電極台の部分的な垂直断面図である。
【図３】本発明の静電ウエハ移送ブレードまたはクラン
プを取り入れた半導体ウエハプロセスシステムの概略上
面図である。
【図４】本発明の静電クランプが半導体ウエハをクラン
プしているところを示した上面図である。
【図５】静電的クランプに先だって半導体ウエハを支持
している図２Ａと３の静電クランプの断面図である。
【図６】静電的クランプ操作の間の電気力線が描かれた
図２Ａと３の静電クランプの断面図である。
【図７】典型的なスルーレート制限で、クランプ力Ｆｃ
を作るクランプ電極に印加される方形波の交流を示した
グラフである。
【図８】典型的なスルーレート制限で、クランプ力Ｆｃ
を作るクランプ電極に印加される方形波の交流を示した
グラフである。
【図９】スルーレート制限である図７、図８の方形波の
ＡＣ電圧印加による均一なクランプ力を示したグラフで
ある。
【図１０】典型的なスイッチングアンプの回路図であ
る。
【図１１】本発明に係るクランプの迅速なクランプ解除
法が実施されたところを示すグラフである。
【符号の説明】
５…支持台、６…導入口、１０…複数チャンバ集積回路
製造システム、１１…ロ−ドドックチャンバ、１２…プ
ロセスチャンバ、１３…チャンバ壁、１４…ウエハ、１
５…カセット、１６…外部カセット昇降機、１７…チャ
ンバ壁、１９…ウエハ移送ブレ−ド、２０…クランプ、
２４…ウエハ支持昇降機、２６…４節リンク機構、３０
…支持体、３２…誘電体保護層、４０…コンデンサアレ
イ、４２、４４…電極、４６…上面、４８…ＡＣ電界、
５０…空気電界、６０…スイッチングアンプ回路、６２
…制御器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも上面に非導電材料を有する支
    持体と、上記上面に形成された少なくとも一対の電極
    と、前記一対の電極を絶縁すると共に加工部材が置かれ
    る載置面を形成する誘電体と、前記一対の電極に交流方
    形波電圧を印加する交流電源と、前記交流電源の周波数
    及び電圧の大きさを制御する制御手段と、を用いて上記
    加工部材を上記載置面に静電的にクランプする方法であ
    って、 約０．１Ｈｚより大きな周波数を有し支持体に対して加
    工部材を均一にクランプするのに充分な大きさを有する
    交流方形波電圧を前記一対の電極に印加する工程と、ク
    ランプ電圧の周波数を上げると同時にクランプ電圧の大
    きさを減らすことによってクランプ力の解除を行う工程
    と、を有する方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも非導電材料で覆われた上面を
    有するウエハ支持体と、該上面に形成された少なくとも
    一対の電極と、該一対の電極を絶縁すると共に半導体ウ
    エハが置かれる載置面を形成する誘電体材料層と、該一
    対の電極に交流方形波電圧を印加する交流電源と、を用
    いて前記半導体ウエハを前記載置面に静電的にクランプ
    する方法であって、 差動駆動され、およそ０．１から６０Ｈｚの周波数を有
    すると共に半導体ウエハを支持体にクランプするのに充
    分な大きさを有する交流方形波電圧を前記一対の電極上
    に印加する工程と、クランプ電圧の周波数を上げると同
    時にクランプ電圧の大きさを減らすことによってクラン
    プ力の解除を行う工程と、有する方法。
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