JP7169920B2 - 静電吸着装置及び除電方法 - Google Patents
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Description
本開示は、静電吸着装置及び除電方法に関する。
特許文献１には、電極を内包し、前記電極への直流電圧の印加により、被吸着物が静電気力によって吸着される誘電体と、前記被吸着物の温度を測定するための温度測定手段と、前記温度測定手段が測定した前記被吸着物の温度プロファイルをモニタし、モニタした前記温度プロファイルに基づいて、前記被吸着物と前記誘電体との吸着状態を判別する吸着状態判別手段とを備える、静電吸着装置が開示されている。
本開示にかかる技術は、基板を載置する載置台に設けられた静電チャックに対して、適切な除電を行う。
本開示の一態様は、誘電体内に電極とヒータを内蔵した静電チャックを有する静電吸着装置であって、前記電極に直流電力を供給する直流電源を有する直流電源部と、前記直流電源と前記電極との間の電力供給路に接続された第１の除電回路と、前記第１の除電回路と前記電極との間の前記電力供給路に接続された第２の除電回路とを有し、前記第１の除電回路は、前記電極とアース側とを電圧降下用抵抗部材を介して接続、遮断可能な第１の接地リレーを有し、前記第２の除電回路は、前記第１の除電回路と前記第２の除電回路の間を接続、遮断可能な隔離リレーと、前記隔離リレーと前記電極との間の前記電力供給路に接続され、前記電極とアース側とを抵抗部材を介することなく接続、遮断可能な第２の接地リレーを有している、静電吸着装置。
本開示によれば、基板を載置する載置台に設けられた静電チャックに対して適切な除電を行うことができる。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）等の基板を載置台の所定の位置に保持する構造として、静電チャックと呼ばれる静電気力を利用した吸着部材が用いられている。静電気力を用いて基板を吸着保持するので、真空中でも利用可能であることなどから、成膜装置やプラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置に利用されている。
特許文献１に記載の静電チャックは、載置台に設けられた誘電体と一対の電極とから構成されており、誘電体は、セラミック、樹脂等の絶縁性材料から構成されている。そして前記した一対の電極に各々極性の異なった直流電圧を印加することで基板の裏面と誘電体の載置面に発生する静電気力によって、基板は吸着される。これら電極は誘電体の内部に埋め込まれており、さらに誘電体内には基板を所定の温度に加熱するためのヒータが内蔵されている。
ウェハを載置台から搬送する際には、静電チャックによる吸着を解除するため、電極に対する直流電圧の印加を停止し、さらに残留電荷を除去するため、特許文献１に記載の静電チャックは、直流電源からの給電線への電力供給のオン／オフを切り替え、給電スイッチがオンのとき直流電源側に接続され、オフのときにはアース側に接続して給電部内において接地されるようになっている。
しかしながら、給電スイッチをオフにしてアース側に接続して接地しても、ウェハが吸着されることがあった。発明者らがその原因を調査、検討したところ、誘電体内に内蔵されているヒータからの漏れ電流による影響であることが分かった。すなわち、ヒータが作動しているときには、ヒータから漏れ電流が誘電体内に流れ、誘電体の固有抵抗を介して電極が帯電し、それによって静電気力が発生してウェハが吸着されるのであった。給電部内のアース側には、電源保護のために電圧降下用の抵抗が設けられているので、誘電体内の残留電荷は完全にはアース側へと放出されず、電極のチャージアップを招来していた。
そこで、本開示にかかる技術は、誘電体内にヒータを内蔵する静電チャックなどの静電吸着装置において、当該ヒータから漏れ電流が流れても、適切に除電を行って電極のチャージアップを防止して電源停止時においてウェハが吸着されることを防止する。
以下、本実施形態にかかる静電吸着装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜成膜装置＞
図１は、本実施形態にかかる静電吸着装置が適用された成膜装置１の構成の概略を模式的に示した側面断面の説明図である。図示されているように、成膜装置１は、処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えば、アルミニウムから構成されており、接地電位に接続されている。処理容器１０内には空間Ｓが形成されている。処理容器１０の底部の排気口１０ａには、空間Ｓを減圧するための排気装置１１が、アダプタ１２を介して接続されている。また、処理容器１０の側壁には、ウェハＷの搬送用の開口１０ｂが形成されており、当該開口１０ｂを開閉するためのゲートバルブ１３が設けられている。
図１は、本実施形態にかかる静電吸着装置が適用された成膜装置１の構成の概略を模式的に示した側面断面の説明図である。図示されているように、成膜装置１は、処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えば、アルミニウムから構成されており、接地電位に接続されている。処理容器１０内には空間Ｓが形成されている。処理容器１０の底部の排気口１０ａには、空間Ｓを減圧するための排気装置１１が、アダプタ１２を介して接続されている。また、処理容器１０の側壁には、ウェハＷの搬送用の開口１０ｂが形成されており、当該開口１０ｂを開閉するためのゲートバルブ１３が設けられている。
処理容器１０内には、ウェハＷを載置する載置台１５が設けられている。載置台１５は、静電吸着装置５０を有している。静電吸着装置５０の構成の詳細については後述する。
載置台１５は、支軸１６を介して載置台駆動機構１７に接続されている。これによって載置台１５は、回転自在であり、また上下動自在である。
処理容器１０内には、旋回自在なガス供給ヘッド１８が設けられている。ガス供給ヘッド１８は、支軸１９を介してヘッド駆動機構２０に接続されている。これによってガス供給ヘッド１８は、載置台１５上のウェハＷを覆う位置にて、ウェハＷに対してガス供給源２１からの所定のガス、たとえば酸化ガスを供給することができる。また搬送機構（図示せず）によって載置台１５との間でウェハＷを受け渡しする際には、ガス供給ヘッド１８は旋回して当該搬送機構と干渉しない位置に移動することができる。
載置台１５の上方には、金属ターゲット３０、３２が設けられている。金属ターゲット３０、３２は、成膜すべき金属酸化層の種別に応じて、任意に選択され得る。各金属ターゲット３０、３２は、ホルダ３１、３３よって保持されている。金属ターゲット３０，３２は、ホルダ３１、３３を介して、各々直流電源３４、３５と接続されている。
処理容器１０内の上部における金属ターゲット３０、３２の間には、ガス供給部３８が設けられており、載置台１５に向けて所定のガス、例えばアルゴンガスが、ガス供給源３９から供給可能である。
＜静電吸着装置＞
静電吸着装置５０は、図２に示したように、誘電体、例えば窒化アルミニウムなどのセラミックからなる静電チャック５１を有している。また静電吸着装置５０は、静電チャック５１に対して、直流電力を供給する直流電源部６０を有している。直流電源部６０は、直流電源６１と、第１の除電回路６２とを有している。さらに静電吸着装置５０は、中間接地装置７０を有し、この中間接地装置７０は、第２の除電回路７１を有している。
静電吸着装置５０は、図２に示したように、誘電体、例えば窒化アルミニウムなどのセラミックからなる静電チャック５１を有している。また静電吸着装置５０は、静電チャック５１に対して、直流電力を供給する直流電源部６０を有している。直流電源部６０は、直流電源６１と、第１の除電回路６２とを有している。さらに静電吸着装置５０は、中間接地装置７０を有し、この中間接地装置７０は、第２の除電回路７１を有している。
静電チャック５１の上面には、ウェハＷとの間で微小な距離を維持してウェハＷを直接支持するためのパッド５１ａが設けられている。
静電チャック５１の内部には、一対の電極５２、５３が設けられている。すなわち、静電チャック５１はいわゆる双極型の電極を有する静電チャックとして構成されている。そして静電チャック５１内における電極５２、５３の下側には、電源（図示せず）からの電力の供給によって発熱するヒータ５４、５５が設けられている。
直流電源部６０の直流電源６１は、陽極側端子６１ａと陰極側端子６１ｂを有している。陽極側端子６１ａには、外部へ出力するための外部端子６２ａが電気的に接続されている。陽極側端子６１ａと外部端子６２ａとの間には、電圧降下用抵抗Ｒ１を介して、接地リレー６３の一端部が接続されており、さらに接地リレー６３の他端部は、アース側に接続されている。陰極側端子６１ｂには、外部へ出力するための外部端子６２ｂが接続されている。陰極側端子６１ｂと外部端子６２ｂとの間には、電圧降下用抵抗Ｒ２を介して、接地リレー６４の一端部が接続されており、さら接地リレー６４の他端部は、アース側に接続されている。これら他端部がアース側に接続されている接地リレー６３、６４、及び接地リレー６３、６４の一端部側に設けられた電圧降下用抵抗Ｒ１、Ｒ２が第１の除電回路６２を構成している。
中間接地装置７０内の第２の除電回路７１は、直流電源部６０の外部端子６２ａに一端部側が接続される隔離リレー７３と、直流電源部６０の外部端子６２ｂに一端部側が接続される隔離リレー７４とを有している。隔離リレー７３の他端部側は、電力供給路としての導電路７５を介して静電チャック５１内の電極５２と電気的に接続されている。隔離リレー７４の他端部側は、電力供給路としての導電路７６を介して静電チャック５１内の電極５３と電気的に接続されている。
中間接地装置７０内の第２の除電回路７１において、隔離リレー７３と電極５２との間における導電路７５には、接地リレー７７の一端部側が接続され、当該接地リレー７７の他端部側は、アース側に接続されている。また隔離リレー７４と電極５３との間における導電路７６には、接地リレー７８の一端部側が接続され、当該接地リレー７８の他端部側は、アース側に接続されている。これら、接地リレー７７系のアース側への導電路、接地リレー７８系のアース側への導電路には、抵抗部材は格別設けられておらず、これら導電路の固有抵抗は、極力抑えられている。
前記した直流電源部６０における直流電源６１のＯＮ－ＯＦＦ、また第１の除電回路６２における接地リレー６３、６４の接続、遮断、すなわちＯＮ－ＯＦＦ、また中間接地装置７０内の第２の除電回路７１における隔離リレー７３、７４の接続、遮断、すなわちＯＮ－ＯＦＦ、そして第２の除電回路７１における接地リレー７３、７４の接続、遮断すなわちＯＮ－ＯＦＦは、制御装置８０によって制御される。このような制御は、コンピュータ制御による制御によってなされるが、各リレーのＯＮ－ＯＦＦ自体は、ソレノイド等を使用した専用のメカニカルリレーを用いてハードウェア的に制御するようにしてもよい。もちろんそのようなハードウェア的な制御に限らず、電子的に制御するようにしてもよい。
＜除電方法＞
本実施の形態にかかる静電吸着装置５０は以上の構成を有し、次にこの静電吸着装置５０を用いた除電方法の一例について説明する。
本実施の形態にかかる静電吸着装置５０は以上の構成を有し、次にこの静電吸着装置５０を用いた除電方法の一例について説明する。
図２に示したように、従来は静電チャック５１内に内蔵されているヒータ５４、５５によって、図示のように、各ヒータ５４、５５と電極５２、５３との間、並びに電極５２、５３と静電チャック５１の表面との間に、抵抗、コンデンサからなる等価回路が存在する。そのため、電極５２、５３と直流電源６１との間が遮断されても、ヒータ５４、５５からの漏れ電流によって、ヒータ５４、５５と電極及び静電チャック５１の表面との間の固有抵抗によって、静電チャック５１がチャージアップされ、静電チャック５１の表面に、電極５２側はプラスの電荷、電極５３側はマイナスの電荷が集まり、その結果、ウェハＷとの間で静電気力が働いて、ウェハＷの吸着が解除できないことがあった。
しかしながら実施の形態にかかる静電吸着装置５０によれば、そのようなヒータ５４，５５からの漏れ電流があった場合でも、静電チャック５１のチャージアップを防止することができる。以下、そのシーケンスの一例について説明する。
まず図３は、静電チャック５１が作動状態にある様子を示している。すなわち、図３に示したように、直流電源部６０における第１の除電回路６２において、接地リレー６３、６４は、開放状態（遮断状態）とする。そして中間接地装置７０内の第２の除電回路７１においては、隔離リレー７３、７４を閉鎖状態（接続状態）とし、接地リレー７７、７８は開放状態（遮断状態）とする。
この状態で直流電源部６０の直流電源６１をＯＮにすると、隔離リレー７３から導電路７５を介して電極５２に直流電流が流れ、プラスの電荷が電極５２に集まる。これによって、電極５２上方の静電チャック５１表面にプラスの電荷が集まる。一方、陰極側については、導電路７６を介して電極５３上方の静電チャック５１表面にマイナスの電荷が集まる。このようにして、静電チャック５１表面に領域を分けてプラスの電荷とマイナスの電荷が集まって、ジョンソン－ラーベック力によってウェハＷは静電チャック５１に吸着される。
次に、静電チャック５１の稼働状態を解除する場合、すなわち停止する場合には、まず直流電源部６０の直流電源６１をＯＦＦにする。そしてそれと同時に、図４に示したように、まず中間接地装置７０内の第２の除電回路７１において、隔離リレー７３、７４はそのまま閉鎖状態（接続状態）とし、また接地リレー７７、７８もそのまま開放状態（遮断状態）とする。一方、直流電源部６０における第１の除電回路６２においては、接地リレー６３、６４を閉鎖状態（接続状態）とする。
これによって第１の除電回路による第１の除電ステップが行なわれ、電極５２のプラスの電荷は、導電路７５を経て、隔離リレー７３から第１の除電回路の接地リレー６３を経てアース側に流れる。また電極５３のマイナスの電荷も、導電路７６を経て、隔離リレー７３から第１の除電回路の接地リレー６４を経てアース側に流れる。
この第１の除電回路の接地リレー６３、６４を介して電荷を放出する工程を所定時間行った後、第２の除電回路７１による第２の除電ステップが行なわれる。すなわち、図５に示したように、第１の除電回路における接地リレー６３、６４はそのまま閉鎖状態（接続状態）とする。一方、中間接地装置７０内の第２の除電回路７１においては、隔離リレー７３、７４を開放状態（遮断状態）とし、接地リレー７７、７８は閉鎖状態（接続状態）とする。これによって第２の除電回路７１による第２の除電ステップが行なわれる。
すなわち、直流電源部６０における第１の除電回路６２においては、直流電源部６０内の残留電荷は、接地リレー６３、６４を介してアース側へと放出される。一方、中間接地装置７０内の第２の除電回路７１においては、隔離リレー７３、７４が開放状態（遮断状態）であるから、直流電源部６０と中間接地装置７０とは完全に隔離される。
そして中間接地装置７０の第２の除電回路７１においては、接地リレー７７、７８は閉鎖状態（接続状態）であり、接地リレー７７、７８系の導電路には、格別抵抗素子が設けられていないため、電荷が非常に流れやすくなっている。そのため、接地リレー７７、７８と電気的に接続されている導電路７５、７６に電荷が流れた場合には、速やかに、接地リレー７７、７８からアース側に逃がすことができる。
したがって、たとえば静電チャック５１中にヒータ５４，５５からの漏れ電流が流れても、そのときの電荷を速やかに、接地リレー７７、７８を介してアース側に逃がすことができる。それゆえヒータ５４，５５からの漏れ電流に起因する静電チャック５１のチャージアップは防止される。
前記実施の形態では、第２の除電回路７１は中間接地装置７０内に設けられているから、中間接地装置７０を直流電源部６０から切り離し、例えば電圧の異なった他の直流電源を有する直流電源部に接続することで、同様に前記したような第２の除電ステップを実行することができる。したがって、前記実施の形態にかかる静電吸着装置５０は汎用性が高い。もちろん第２の除電回路７１は、直流電源部６０内に設けてもよい。
また以上のような除電のシーケンス、すなわち第１の除電ステップを行ない、所定時間経過後、第２の除電ステップを実行するというシーケンスは、制御装置８０によって行われていたが、この制御はたとえば予め設定されたプログラムに基づいてなされてもよい。また当該所定時間は、直流電源６１の種類、静電チャック５１の材質、電極５２、５３の配置、ヒータ５４、５５の種類、配置等に基づいて、設定される。さらにまた前記プログラムは、制御装置８０内のプログラム格納部（図示せず）に格納されているが、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御装置８０にインストールされたものであってもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）誘電体内に電極とヒータを内蔵した静電チャックを有する静電吸着装置であって、
前記電極に直流電力を供給する直流電源を有する直流電源部と、
前記直流電源と前記電極との間の電力供給路に接続された第１の除電回路と、
前記第１の除電回路と前記電極との間の前記電力供給路に接続された第２の除電回路とを有し、
前記第１の除電回路は、前記電極とアース側とを電圧降下用抵抗部材を介して接続、遮断可能な第１の接地リレーを有し、
前記第２の除電回路は、前記第１の除電回路と前記第２の除電回路の間を接続、遮断可能な隔離リレーと、前記隔離リレーと前記電極との間の前記電力供給路に接続され、前記電極とアース側とを抵抗部材を介することなく接続、遮断可能な第２の接地リレーを有している、静電吸着装置。
（２）前記第１の除電回路は、前記直流電源部に設けられている、（１）に記載の静電吸着装置。
（３）前記第２の除電回路は、前記直流電源部と前記電極との間に設けられた中間接地装置に設けられている、（１）または（２）のいずれかに記載の静電吸着装置。
（４）前記第１の接地リレー、第２の接地リレー及び前記隔離リレーの接続、遮断を制御する制御装置を有する（１）～（３）のいずれか一項に記載の静電吸着装置。
（５）（１）～（４）のいずれかに記載の静電吸着装置を用いた静電チャックの除電方法であって、
前記電極への直流電力の供給を停止と同時またその後に、前記静電チャックの電荷を、前記第１の除電回路によって除電する第１の除電工程と、
前記第１の除電工程の後、前記第１の除電回路を前記電力供給路から隔離し、当該隔離と同時、また所定時間経過後に、前記第２の除電回路によって前記静電チャックの電荷を除電する第２の除電工程と、を有する。
（１）誘電体内に電極とヒータを内蔵した静電チャックを有する静電吸着装置であって、
前記電極に直流電力を供給する直流電源を有する直流電源部と、
前記直流電源と前記電極との間の電力供給路に接続された第１の除電回路と、
前記第１の除電回路と前記電極との間の前記電力供給路に接続された第２の除電回路とを有し、
前記第１の除電回路は、前記電極とアース側とを電圧降下用抵抗部材を介して接続、遮断可能な第１の接地リレーを有し、
前記第２の除電回路は、前記第１の除電回路と前記第２の除電回路の間を接続、遮断可能な隔離リレーと、前記隔離リレーと前記電極との間の前記電力供給路に接続され、前記電極とアース側とを抵抗部材を介することなく接続、遮断可能な第２の接地リレーを有している、静電吸着装置。
（２）前記第１の除電回路は、前記直流電源部に設けられている、（１）に記載の静電吸着装置。
（３）前記第２の除電回路は、前記直流電源部と前記電極との間に設けられた中間接地装置に設けられている、（１）または（２）のいずれかに記載の静電吸着装置。
（４）前記第１の接地リレー、第２の接地リレー及び前記隔離リレーの接続、遮断を制御する制御装置を有する（１）～（３）のいずれか一項に記載の静電吸着装置。
（５）（１）～（４）のいずれかに記載の静電吸着装置を用いた静電チャックの除電方法であって、
前記電極への直流電力の供給を停止と同時またその後に、前記静電チャックの電荷を、前記第１の除電回路によって除電する第１の除電工程と、
前記第１の除電工程の後、前記第１の除電回路を前記電力供給路から隔離し、当該隔離と同時、また所定時間経過後に、前記第２の除電回路によって前記静電チャックの電荷を除電する第２の除電工程と、を有する。
１ 成膜装置
１０ 処理容器
１０ａ 排気口
１０ｂ 開口
１１ 排気装置
１２ アダプタ
１３ ゲートバルブ
１５ 載置台
１７ 載置台駆動機構
１８ ガス供給ヘッド
２０ ヘッド駆動機構
３０、３２ 金属ターゲット
３１、３３ ホルダ
３８ ガス供給部
３９ ガス供給源
５０ 静電吸着装置
５１ 静電チャック
５２、５３ 電極
６０ 直流電源部
６１ 直流電源
６２ 第１の除電回路
６３、６４ 接地リレー
７０ 中間接地装置
７１ 第２の除電回路
７３、７４ 隔離リレー
７５、７６ 導電路
７７、７８ 接地リレー
８０ 制御装置
Ｒ１、Ｒ２ 電圧降下用抵抗
Ｓ 空間
Ｗ ウェハ
１０ 処理容器
１０ａ 排気口
１０ｂ 開口
１１ 排気装置
１２ アダプタ
１３ ゲートバルブ
１５ 載置台
１７ 載置台駆動機構
１８ ガス供給ヘッド
２０ ヘッド駆動機構
３０、３２ 金属ターゲット
３１、３３ ホルダ
３８ ガス供給部
３９ ガス供給源
５０ 静電吸着装置
５１ 静電チャック
５２、５３ 電極
６０ 直流電源部
６１ 直流電源
６２ 第１の除電回路
６３、６４ 接地リレー
７０ 中間接地装置
７１ 第２の除電回路
７３、７４ 隔離リレー
７５、７６ 導電路
７７、７８ 接地リレー
８０ 制御装置
Ｒ１、Ｒ２ 電圧降下用抵抗
Ｓ 空間
Ｗ ウェハ
Claims (5)
- 誘電体内に電極とヒータを内蔵した静電チャックを有する静電吸着装置であって、
前記電極に直流電力を供給する直流電源を有する直流電源部と、
前記直流電源と前記電極との間の電力供給路に接続された第１の除電回路と、
前記第１の除電回路と前記電極との間の前記電力供給路に接続された第２の除電回路とを有し、
前記第１の除電回路は、前記電極とアース側とを電圧降下用抵抗部材を介して接続、遮断可能な第１の接地リレーを有し、
前記第２の除電回路は、前記第１の除電回路と前記第２の除電回路の間を接続、遮断可能な隔離リレーと、前記隔離リレーと前記電極との間の前記電力供給路に接続され、前記電極とアース側とを抵抗部材を介することなく接続、遮断可能な第２の接地リレーを有している、静電吸着装置。 - 前記第１の除電回路は、前記直流電源部に設けられている、請求項１に記載の静電吸着装置。
- 前記第２の除電回路は、前記直流電源部と前記電極との間に設けられた中間接地装置に設けられている、請求項１または２のいずれか一項に記載の静電吸着装置。
- 前記第１の接地リレー、第２の接地リレー及び前記隔離リレーの接続、遮断を制御する制御装置を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の静電吸着装置。
- 請求項１～４のいずれか一項に記載の静電吸着装置を用いた静電チャックの除電方法であって、
前記電極への直流電力の供給を停止と同時またその後に、前記静電チャックの電荷を、前記第１の除電回路によって除電する第１の除電工程と、
前記第１の除電工程の後、前記第１の除電回路を前記電力供給路から隔離し、当該隔離と同時、また所定時間経過後に、前記第２の除電回路によって前記静電チャックの電荷を除電する第２の除電工程と、を有する。
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Patent Citations (4)
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