JP3101954B2

JP3101954B2 - 静電チャックの制御装置

Info

Publication number: JP3101954B2
Application number: JP41605890A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎; 雅樹牛尾; 仁阿多利
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JPH04230051A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造装置など
において、シリコンなどのウェハを固定、搬送するため
に用いられる静電チャックの制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造装置において、シ
リコンウェハを固定、搬送するために、静電チャックが
用いられていた。特に、電子ビーム描画装置、ドライエ
ッチング装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置など、真空中で
シリコンウェハを固定、搬送する場合は、真空チャック
が使えないため、静電チャックが有効であった。

【０００３】このような静電チャックの構造は、図５に
示すように、絶縁体１に内部電極２を備え、該内部電極
２に通電するための導入端子３を具備していた。そし
て、表面絶縁層1aの上面にシリコンウェハなどの被吸着
物（不図示）を置き、内部電極２と被吸着物間に直流電
圧を印加すると、内部電極２と被吸着物間における絶縁
体１に分極現象が起こり、この静電気力によってシリコ
ンウェハなどの被吸着物を吸着保持するようになってい
た。

【０００４】また、このような静電チャックには、単極
型と双極型の二種類があった。単極型の場合は、図６に
示すように、内部電極２と被吸着物４の間に直流電圧５
を印加するため、効率は良いが被吸着物４にアースを取
る必要があり、用途が限定されてしまう。一方、双極型
の場合は、図７に示すように、内部電極２を二つ以上に
分割し、それぞれの間に直流電圧５を印加するため、や
や吸着効率は劣るが、被吸着物に電圧を印加する必要が
ないため、取扱が簡便であるという特徴をもっていた。

【０００５】また、上記絶縁体１としては、たとえば特
開昭59-129779 号公報に示されるように樹脂を用いたも
のが一般的であったが、近年、アルミナなどのセラミッ
クスを用いることが考えられていた（特開昭60-261377
号、特開昭62-264638 号公報等参照）。さらに、静電チ
ャックの吸着力は、誘電分極現象による分極電荷の量に
よって決まることから、より吸着力を高めるために、チ
タン酸カルシウム（TiCaO ₃）またはチタン酸バリウム
（BaTiO ₃）などの誘電率の大きいセラミックスを用い
て静電チャックを構成することを、本出願人は既に提案
した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、静電
チャックの吸着力は分極電荷の量によって定まるが、こ
の分極電荷量は、印加電圧との間でヒステリシス（履歴
現象）ループを描くことが知られている。即ち、図８に
示すように、印加電圧の変化に伴って、分極電荷量はＯ
からＣまで変化するが、この後印加電圧を減少させても
分極電荷量はもとの経路Ｂ−Ｏを通らずに、Ｂ−Ｄのよ
うに変化する。つまり、印加電圧を０にしても分極電荷
量は０にならず残ってしまうのである。これが残留吸着
力となって現れ、印加電圧を切っても被吸着物が離脱し
にくいという問題点があった。

【０００７】さらに、上記のようにヒステリシスループ
を描くことから、一定の電圧を印加しても分極電荷量す
なわち吸着力が一定とならず、吸着力の再現性にも劣っ
ていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、絶縁
体の内部に備えた電極に直流電圧を印加する静電チャッ
クに対し、吸着前および離脱時に、作動電圧と異なる極
性の電圧を短時間印加する手段を備えて、静電チャック
の制御装置を構成したものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、吸着前に作動電圧と異なる極
性の直流電圧を短時間印加することによって、吸着力を
安定させることができる。また、離脱時に作動電圧と異
なる極性の直流電圧を短時間印加することによって、絶
縁体の残留電荷をなくし、被吸着物を確実に離脱させる
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図によって説明す
る。図１、図２は、本発明の静電チャックの制御装置を
シーケンス制御図で表したものである。図１は静電チャ
ックの吸着、離脱時に自動制御を行うリレー電源制御側
であり、図２は実際に静電チャックの印加電圧を制御す
る静電チャック電源制御側である。

【００１１】また、本発明の制御装置で用いる静電チャ
ックは、図５に示すように、樹脂、セラミックスなどか
らなる絶縁体１に内部電極２を埋設し、この内部電極２
に通電するための導入端子３を備えている。

【００１２】ここで、本発明の制御装置の作動を説明す
る。まず、図１の吸着スイッチを押すと、リレーR1によ
り吸着スイッチ側がロックされ、同時に図２の静電チャ
ック電源用接点R1も接続される。図２において、あらか
じめ接点R3は静電チャックに逆接続されているため、こ
の時点で、静電チャックには作動電圧と異なる極性の逆
電圧が印加されることになる。また、このとき、図１に
おいて、表示灯SL2 が作動して、逆電圧印加中であるこ
とを表示し、タイマーTLR1に通電される。

【００１３】そして、0.5 秒後に上記タイマーTLR1が作
動し、リレーR3により、図２中の接点R3は正接続に切り
替わって、この後静電チャックには正電圧が供給され
る。また、図１において、表示灯SL2 は消え、代わりに
表示灯SL1 が作動して、吸着中であることを表示する。

【００１４】この後、被吸着物を離脱させる場合は、図
１における離脱スイッチを押すと、リレーR2により離脱
スイッチ側がロックされ、同時に吸着スイッチ側の接点
R2が切れて、タイマーTLR1への通電が遮断されるため、
各接点TLR1が初期状態に戻り、リレーR3も初期状態に戻
る。そのため、図２において、接点R3が初期の逆接続状
態にもどり、静電チャックには逆電圧が印加されること
になる。また、このとき、図１において、表示灯SL1 が
消え、代わりに表示灯SL2 が作動して、逆電圧印加中で
あることを表示する。さらに、このときタイマーTLR2に
も通電される。

【００１５】そして、0.5 秒後に、上記タイマーTLR2が
作動して、図１に示す接点TLR2が切れ、リレー駆動用の
電源が遮断されるため、すべての接点が初期状態に戻
る。そのため、図２において、接点R1も切れて、静電チ
ャックへの印加電圧は０となる。

【００１６】このように、本発明によれば、吸着前に0.
5 秒間の逆電圧を印加することによって、分極電荷を初
期状態に復帰させて、吸着力が安定する。また、離脱時
にも0.5 秒間の逆電圧を印加することで、残留電荷をな
くし、容易に吸着物を離脱させることができる。なお、
逆電圧を印加する時間は、図１におけるタイマーTLR1、
TLR2の設定時間を変えることで、自由に変化させること
ができるが、本発明者等が種々実験の結果、0.1 〜10秒
としておけば良好に作動した。逆電圧印加時間が0.1 秒
より短いと、残留電荷の除去が充分でなく、また、急激
に接点が切り替わるため、チャタリングを生じて回路が
正常に作動しなかった。一方、逆電圧印加時間が10秒よ
り長いと、逆向きの電荷が発生して被吸着物が離脱でき
なかった。

【００１７】また、図２に示すように、静電チャックの
供給電源に１ＭΩ程度の抵抗を挿入しておくと、接点R1
が切れた時点で、静電チャック内部に残る分極電荷をよ
り完全に除去することができる。また、この抵抗の代わ
りに電圧計を挿入すると、印加電圧の状態を確認するこ
ともできる。さらに、大きな電圧を切り換える接点に
は、接点保護回路を組み込むこともできる。また、離脱
時の逆電圧は、減衰させばがら印加してもよい。このよ
うに、図１、図２には、最も基本的な回路を示したが、
本願発明の範囲を逸脱しない範囲で、自由に回路を設定
すればよい。

【００１８】なお、本発明の制御装置は、単極型、双極
型いずれの静電チャックにも適用でき、絶縁体の材質と
して、樹脂、アルミナセラミックス、あるいは強誘電体
セラミックスなど、さまざまな材質を用いたものに適用
することができる。特に、チタン酸バリウム、チタン酸
カルシウムなど、比誘電率50以上の強誘電体セラミック
スを用いた静電チャックが、最も効果的であった。

【００１９】実験例ここで、実際に静電チャック制御装置の効果を調べるた
めに、各種の実験を試みた。静電チャックとして、チタ
ン酸カルシウム（CaTiO ₃）系セラミックスからなる絶
縁体１の内部に、銀（Ag）からなる内部電極２を備え、
直径４インチの円盤状で、表面絶縁層1aの厚みは 0.4mm
とし、内部電極２は静電チャックの周囲より２mm入り込
んだ位置まで形成した、単極型のものを用意した。

【００２０】まず、比較実験として、この静電チャック
にシリコンウェハを吸着しておいて、離脱時に、内部電
極２とシリコンウェハ間を短絡させてみたが、シリコン
ウェハは吸着されたままであり、ほとんど効果はなかっ
た。

【００２１】次の比較実験として、シリコンウェハの離
脱時のみに、逆方向への直流電圧印加を試みた。ただ
し、逆方向への直流電圧を印加し続けると、逆方向の誘
電分極現象が生じるため、逆電圧印加時間は0.5 秒とし
た。その結果、シリコンウェハの離脱は容易になり、優
れた効果があることがわかった。しかし、何度も実験を
繰り返したときの、印加電圧と吸着力の関係を図３に示
すように、吸着力の再現性が低い点は解消されなかっ
た。

【００２２】そこで、本発明の制御装置を用いて、離脱
時だけでなく、吸着時の直前にも0.5 秒の逆電圧印加を
試みたところ、印加電圧と吸着力の関係を図４に示すよ
うに、再現性が高く、しかも大きい吸着力が得られた。
これは、電源を切った後も絶縁体１中にわずかに残って
いた分極電荷が、吸着時直前の逆電圧印加によって矯正
されるためであると考えられる。

【００２３】なお、上記実験例では、チタン酸カルシウ
ム系セラミックスからなる静電チャックを用いたが、チ
タン酸バリウム系セラミックスを用いたものや、アルミ
ナなどのセラミックス、あるいは樹脂などを用いたもの
であっても同様の結果であった。また、上記実験例で
は、単極型の静電チャックを用いたが、双極型でも同様
の結果であった。即ち、本発明の静電チャック制御装置
は、さまざまな静電チャックに適用することができる。

【００２４】

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、絶縁体の
内部に備えた電極に直流電圧を印加する静電チャックに
対し、吸着前および離脱時に、作動電圧と異なる極性の
電圧を短時間印加する手段を備えて、静電チャックの制
御装置を構成したことによって、吸着力が安定して、再
現性に優れ、かつ容易に吸着物を離脱することができる
ため、静電チャックの利用性を高め、特に半導体製造装
置等に好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例に係る静電チャック制御装置のリ
レー電源制御側のシーケンス制御図である。

【図２】本発明実施例に係る静電チャック制御装置の静
電チャック電源制御側のシーケンス制御図である。

【図３】比較例における、静電チャックの印加電圧と吸
着力の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の制御装置を用いた静電チャックの、印
加電圧と吸着力の関係を示すグラフである。

【図５】一般的な静電チャックの構造を示す、一部破断
斜視図である。

【図６】単極型の静電チャックを示す概略図である。

【図７】双極型の静電チャックを示す概略図である。

【図８】従来の静電チャックにおける、印加電圧と分極
電荷量の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１：絶縁体 1a：表面絶縁層２：内部電極３：導通端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−114437（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−255039（ＪＰ，Ａ) 特開平１−181544（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68 B23Q 3/15

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体中に備えた電極に直流電圧を印加し
て物体を吸着する静電チャックに対し、吸着前および離
脱時に、作動電圧と異なる極性の電圧を短時間印加する
手段を備えたことを特徴とする静電チャックの制御装
置。