JP7350339B2 - クリーニング装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体製造装置の真空処理室内における異物を除去するためのクリーニング装置に関し、詳しくは、吸着電極を絶縁体の内部に備えて、静電吸着力により異物を吸着して除去することができるクリーニング装置に関する。

例えば、イオン注入装置やエッチング装置、ＣＶＤ装置やリソグラフィー装置など、各種の半導体製造プロセスで用いられる半導体製造装置の真空処理室内には、半導体の製造過程で発生した様々な異物が付着あるいは浮遊している。その一例として、シリコンウエハからの欠片やレジストの残留物、プラズマや機械的な摩擦により発生した真空処理室内の構成部材に由来するダストや塵、その他、ウエハの搬送により外部から持ち込まれたパーティクル等が挙げられる（本明細書では、これらを総称して異物と言う）。

このような異物が真空処理室内に堆積すると、例えば、シリコンウエハ等のような被処理物を吸着固定する静電チャックを使用する場合において、静電チャックの吸着面と被処理物との間に異物が介在し、静電チャックと被処理物との接触が不十分となって、静電チャックによる被処理物の冷却性能が低下してしまう問題がある。また、被処理物の裏面側の異物の存在により、被処理物の位置精度に狂いが生じ、例えばリソグラフィー装置では焦点距離が合わないといった問題も発生してしまう。更には、被処理物の表面（主面）側に異物が付着することで、配線不良等の不具合が発生してしまうおそれがある。

そのため、半導体製造装置は定期的にクリーニングが施されて、真空処理室内の異物を除去し、それらが堆積しないようにするのが通常である。ところが、このようなクリーニングは、専ら手作業が中心であり、それ故、新たに人為的な汚染を引き起こす可能性を否定することはできない。また、クリーニングに際して、真空処理室内の真空を解除しなければならず、半導体製造装置の再立ち上げにおいて、必要な真空度にするのにその都度数時間程度掛かってしまうことから、経済的ではない。

そこで、真空処理室の真空を解除せずに、異物を除去するためのクリーニング装置がいくつか提案されている。例えば、特許文献１には、コロナチャージ等を行って帯電させたダミーウエハを半導体製造装置の真空処理室内に搬送して、ダミーウエハの静電力でダスト（異物）を吸着するダスト吸着用ウエハが開示されている。また、特許文献２には、コロナ法による電気エレクトレット化や熱エレクトレット化により電気分極させたポリエチレンテレフタレート等のクリーニングシートをクリーニング用ウエハに貼り付けて、半導体製造装置の真空処理室内に搬送して、異物を除去するクリーニング装置が開示されている。更に、特許文献３には、半導体製造装置のウエハステージに突出部を介して粘着性のポリマーからなるクリーニングウエハが載置されるようにして、突出部が圧縮されて押し潰されたときに、粘着性のクリーニングウエハによってウエハステージ上の異物を回収するクリーニング装置が開示されている。

しかしながら、これら従来のクリーニング装置は、粘着性のクリーニングポリマーを使用するものだと、使用するごとに粘着剤を交換する必要がありランニングコストがかかる。一方で、コロナチャージ等によりダミーウエハを帯電させるものだと、既存の設備に、帯電させるための設備を組み込む必要が出てくる。

特開２０００－２６０６７１号公報 特開２００２－２８５９４号公報 特許第５９５６６３７号公報

ところで、本発明者らは、表面を帯電させて真空処理室内の異物を静電的に吸着して除去するクリーニング装置について検討を行ったところ、大気圧下で帯電させて得られた静電吸着力は、真空状態に持ち込むことで劇的に減少してしまうという実験結果が得られた。つまり、従来のクリーニング装置のように、大気圧下で静電吸着力を発現させたダミーウエハ等を真空処理室内に搬送しても、実際には、真空処理室内での異物の吸着性能が十分に発揮されていないことが考えられる。

そこで、本発明者らは、更なる検討を重ねた結果、外部からの操作が可能な遠隔操作型の制御スイッチを用いて、真空状態にあるクリーニング装置を帯電させて静電吸着力を発現させることができるようにすることで、真空処理室内での異物の吸着の実効性が高められるようになることを見出し、本発明を完成させた。

したがって、本発明の目的は、静電吸着力の減少を抑えて真空処理室内の異物を除去することができるクリーニング装置を提供することにある。

すなわち、本発明は、半導体製造装置の真空処理室内における異物を除去するためのクリーニング装置であって、一対の電極からなる吸着電極が絶縁体の内部に設けられた異物吸着部と、制御スイッチをオンにして前記吸着電極を帯電させ、前記絶縁体の表面に静電吸着力を発現させて異物を吸着可能にする吸着制御部とを備えており、前記吸着制御部の制御スイッチが外部操作可能な遠隔操作型のスイッチであり、真空状態で閉ざされた真空閉空間内の該クリーニング装置に対して制御スイッチをオンにすることで、真空状態で発現させた静電吸着力により真空処理室内の異物を除去することができることを特徴とするクリーニング装置である。

本発明におけるクリーニング装置は、一対の電極からなる吸着電極が絶縁体の内部に設けられた異物吸着部と、制御スイッチをオンにして吸着電極を帯電させ、絶縁体の表面に静電吸着力を発現させて異物を吸着可能にするための吸着制御部とを備えており、吸着制御部の制御スイッチとしては、外部操作可能な遠隔操作型のスイッチを用いるようにする。

この遠隔操作型の制御スイッチについては、外部操作が可能であって、真空状態で閉ざされた真空閉空間内のクリーニング装置に対して、真空を切らずに真空状態を維持したまま、吸着制御部の回路接点をオンにすることができるもの（すなわちリード線を有さずに無線で電気的な接続を制御することができるもの）であればよく、例えば、タイマーが内蔵されて所定の時間が経過した後にスイッチがオン／オフするタイマー式スイッチをはじめ、外部からのレーザー光を感知して動作するレーザー感知式スイッチ、磁力で動作するリードスイッチ等を挙げることができ、これらの２以上を組み合わせて用いてもよく、他のスイッチとこれらのスイッチとを組み合わせて用いるようにしてもよい。

ここで、真空状態で閉ざされた真空閉空間としては、異物を除去する対象である半導体製造装置の真空処理室がこれに該当し、それ以外としては、例えば、真空処理室に併設されたものであって、シリコンウエハ等のような被処理物を搬送ロボットで供給するための中間搬送室等を挙げることができる。

また、吸着制御部には、異物吸着部の吸着電極を帯電させて、絶縁体の表面に静電吸着力を発現させるための電源を内蔵させるようにしてもよく、あるいは、外部電源を利用して一旦コンデンサ等に電荷を蓄えさせるようにするなど、電気エネルギーを蓄積できる蓄電素子を内蔵させて、電源を内蔵させないようにすることもできる。

このうち、電源を内蔵する場合については、例えば、吸着制御部が、電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路を作動させるための電池と、昇圧回路からの高電圧出力により吸着電極を帯電させるための電圧印加スイッチとを備えるようにして、この電圧印加スイッチが前述した遠隔操作型の制御スイッチを構成するのがよい。このようにすることで、クリーニング装置を真空閉空間内に配して電圧印加スイッチをオンにすれば、真空状態で静電吸着力を発現させることができる。その際、昇圧回路と吸着電極との間にダイオードを有するようにしてもよい。これにより、昇圧回路からの高電圧出力による吸着電極の帯電が整流作用により維持されるため、昇圧回路の出力を常に維持しておく必要がなくなる。

一方、電源を内蔵しない場合には、例えば、吸着制御部が、外部電源との接続端子と、この接続端子に接続された外部電源の電圧により充電されて電荷が蓄えられるコンデンサと、コンデンサに蓄えられた電荷を放電して吸着電極を帯電させるための放電スイッチとを備えるようにして、この放電スイッチが前述した遠隔操作型の制御スイッチを構成するのがよい。このようにすることで、大気圧下で外部電源に接続してコンデンサを充電した上で、該クリーニング装置を真空閉空間内に配して放電スイッチをオンにすれば、真空状態で静電吸着力を発現させることができる。また、電源を内蔵するかわりに、コンデンサ等の蓄電素子を内蔵させることにより、吸着制御部をより小型にできることから、例えばクリーニング装置自体の封止をより確実に行うことができる点でも好都合である。

更に、吸着制御部には、帯電した吸着電極の電荷を逃がすためのＧＮＤ端子と、吸着電極とＧＮＤ端子との間を接続するＧＮＤスイッチとを備えるようにしてもよい。真空処理室内の異物を吸着した後、このＧＮＤスイッチをオンにしてＧＮＤ端子から電荷を逃がすことで、異物吸着部の絶縁体の表面から異物を容易に取り除くことができるようになる。

ここで、異物吸着部の絶縁体の表面から異物を取り除くのは、半導体製造装置の真空処理室からクリーニング装置を搬出した後であればよく、例えば、クリーニング装置を前述の中間搬送室に移して、真空を維持したままＧＮＤスイッチをオンにして、ＧＮＤ端子から電荷を逃がすようにしてもよく、中間搬送室からクリーニング装置を搬出して、大気下でＧＮＤスイッチをオンにするようにしてもよい。真空下でＧＮＤスイッチをオンすることができるようにするためには、このＧＮＤスイッチについても、上述したような外部操作可能な遠隔操作型のスイッチで構成すればよい。

また、本発明におけるクリーニング装置の異物吸着部については、一対の電極からなる吸着電極が絶縁体の内部に設けられて、この絶縁体の表面に発生した静電吸着力により、半導体製造装置の真空処理室内の異物を吸着することができるものであればよい。ここで、真空処理室内でプラス帯電した異物とマイナス帯電した異物との両方に対応するために、吸着電極は一対の電極からなるようにして、一方がプラス側、他方がマイナス側に帯電するようにする。

この異物吸着部は、その形状やサイズ等については特に制限されないが、異物を除去する対象の半導体製造装置が取り扱うウエハやガラス基板等の被処理物の形状等に揃えるようにするのが望ましい。また、その材質や形成手段等についても特に制限されず、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート（PET）、フッ素樹脂等からなる２つの樹脂フィルムの間に、金属箔により形成された所定の形状の吸着電極が挟み込まれるようにして、これらが積層した樹脂製の絶縁体により異物吸着部を形成してもよく、２つのグリーンシートの一方に、所定の形状の吸着電極となるように金属層を形成して、これらを重ねて焼成したセラミックス製の絶縁体により異物吸着部を形成してもよく、これら以外の方法や材料等により異物吸着部を形成するようにしてもよい。

更に、本発明におけるクリーニング装置は、異物吸着部及び吸着制御部が、ウエハやガラス基板のような半導体製造装置での被処理物を模した形状の基体部と一体的に設けられるようにしてもよい。これにより、被処理物の搬入手段や搬入経路を利用して、クリーニング装置を容易に真空処理室内に搬入することができる。その際、異物吸着部の絶縁体の表面が真空処理室内のウエハ載置台側に対向するように、基体部の裏面に異物吸着部を配することで、ウエハ載置台上の異物を除去するのに効果的である。また、ウエハ載置台側とは反対の真空処理室内の処理空間側に異物吸着部の絶縁体の表面を向けるように、基体部の表面に異物吸着部を配することで、真空処理室内の処理空間に漂うような異物を除去することが可能である。

ここで、異物吸着部の絶縁体の表面を真空処理室内のウエハ載置台側に対向させるように、基体部の裏面に異物吸着部を配する場合には、異物吸着部における絶縁体の表面とウエハ載置台との間を互いに離間させるための突起部を設けるようにしてもよい。これにより、異物吸着部の絶縁体とウエハ載置台との間に異物が挟み込まれて、異物を砕いてしまったり、異物によって異物吸着部の絶縁体やウエハ載置台の表面に傷をつけてしまうおそれを排除することができる。

また、このような突起部を設けた上で、異物吸着部の絶縁体の表面には、粘着性を有した粘着層を備えるようにしてもよい。これにより、一旦吸着した異物をより確実に捕捉することができ、例えばクリーニング装置の搬送途中で異物を落下させてしまうなど、吸着した異物による再汚染のおそれを排除することができる。ここで、粘着層としては、例えば高純度シリコーン系粘着剤等を塗布して形成することができるが、真空処理室内で何らかのガスが発生するおそれが少ないもの（デガスの少ないもの）を用いるようにするのが望ましい。

本発明において、異物を除去する対象の半導体製造装置については特に制限はなく、半導体製造プロセスとして被処理物を真空下で処理する真空処理室を備えたものであれば適用可能であるが、なかでも、好適には、被処理物を静電吸着力により吸着保持する静電チャックを使用したものである。このような半導体製造装置としては、例えば、イオン注入装置、イオンドーピング装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置、ステッパー装置、リソグラフィー装置、液晶基板製造装置、ウエハ検査装置を挙げることができる。また、除去する異物としては、冒頭で述べたとおりであり、半導体製造プロセスで発生した、或いは混入した真空処理室内での様々なものが対象となる。

本発明のクリーニング装置によれば、外部からの操作が可能な遠隔操作型の制御スイッチを用いて、真空状態にあるクリーニング装置を帯電させて静電吸着力を発現させることができることから、大気圧下で発生させた静電吸着力が真空状態で劇的に減少してしまうような問題がなく、実効性を高めて真空処理室内の異物を除去することができるようになる。

図１は、本発明に係るクリーニング装置の説明図であり、図１（ａ）は平面図（表面）を示し、図１（ｂ）は断面図（Ｘ－Ｘ’）を示し、図１（ｃ）は平面図（裏面）を示している。 図２は、真空処理室内でのクリーニング装置の使用形態を示した説明図である。 図３は、クリーニング装置の変形例に基づく使用形態を示した説明図である。 図４は、吸着制御部を形成する吸着制御回路の第一の例を示した説明図である。 図５は、第一の例の吸着制御回路に外部電源を接続してコンデンサを充電する様子を示した説明図である。 図６は、第一の例の吸着制御回路においてコンデンサを放電して吸着電極を帯電させる様子を示した説明図である。 図７は、コンデンサから吸着電極への電荷の移動について計算するための説明図であり、図７（ａ）は外部電源を接続した状態を示し、図７（ｂ）は外部電源を切り離してコンデンサと吸着電極とを接続した状態を示す。 図８は、第一の例の吸着制御回路においてＧＮＤ端子をＧＮＤに接続して吸着電極の電荷を逃がす様子を示した説明図である。 図９は、吸着制御部を形成する吸着制御回路の第二の例を示した説明図である。 図１０は、吸着制御部を形成する吸着制御回路の第三の例を示した説明図である。 図１１は、吸着制御部を形成する吸着制御回路の第四の例を示した説明図である。 図１２は、試験例１で使用した試験装置を説明するための模式図である。 図１３は、試験例１での測定条件及び圧力条件の概要を説明するための模式図である。 図１４は、試験例１における吸着力の測定結果を示すグラフである。 図１５は、試験例２で使用した試験装置を説明するための模式図である。 図１６は、試験例２での測定条件及び圧力条件の概要を説明するための模式図である。 図１７は、試験例２における表面電位の測定結果を示すグラフである（大気圧維持条件の場合）。 図１８は、試験例２における表面電位の測定結果を示すグラフである（真空経由条件の場合）。

以下、本発明についてより詳しく説明する。
図１には、本発明に係るクリーニング装置の一例が示されている。このクリーニング装置は、図１（ｂ）の断面図で示したように、シリコンウエハやアルミナ等からなる円板状の基体部１の一方の面（裏面）に異物吸着部４が設けられ、もう一方の面（表面）に吸着制御部５が設けられている。また、基体部１の裏面には、異物吸着部４の外側において、基体部１を円周方向に略４等分する位置に４つの突起部６が備え付けられている。

このうち、異物吸着部４は、図１（ｂ）の断面図や図１（ｃ）の平面図（裏面）で示されるように、互いに貼り合わされて絶縁体を構成する２枚の円形ポリイミドフィルム２の間において、銅箔からなる一対の半円状の吸着電極3a、3bが介在してなる。また、吸着制御部５については、これらの吸着電極3a、3bを帯電させて静電吸着力を発現させる吸着制御回路を有してなり、図１（ａ）の平面図（吸着制御部５の表面）で示されるように、後述する外部電源との接続端子となる入力端子7a、7bと、帯電した吸着電極3a、3bの電荷を逃がすためのＧＮＤ端子８とを備えている。そして、これら異物吸着部４及び吸着制御部５は、それぞれボンディングシートによって基体部１に接合される。なお、この図１では半円状の吸着電極3a、3bの例を示したが、吸着電極3a、3bの形状はこれに制限されずに、例えば櫛歯型の吸着電極3a、3b等を用いるようにしてもよい。

また、図２には、図１に係るクリーニング装置の真空処理室内での使用形態が示されている。すなわち、異物吸着部４を形成する絶縁体の表面（ポリイミドフィルム２の表面）を真空処理室内の静電チャック等のウエハ載置台３１と対向するように配することで、ウエハ載置台上の異物を除去することができる。その際、突起部６を設けたことから、異物吸着部４とウエハ載置台との間が距離ｄで互いに離間し、これらの間に異物が挟み込まれて異物を砕いてしまったり、異物によって異物吸着部４やウエハ載置台の表面に傷をつけてしまうおそれもない。

更に、図３には、上記クリーニング装置の変形例に基づく使用形態が示されている。すなわち、この図３に示したように、ウエハ載置台３１とは反対の真空処理室内の処理空間側に向けて異物吸着部４を設けて、異物を除去するようにしてもよい。

ここで、吸着制御部５を形成する吸着制御回路について、図４～図８には、第一の例が示されている。この第一の例に係る吸着制御回路は、図４に示されるように、外部電源（図示外）との接続端子となる入力端子7a、7bと、外部電源の電圧により充電されて電荷が蓄えられるコンデンサ９と、このコンデンサ９に蓄えられた電荷を放電して吸着電極３（3a、3b）を帯電させるための放電スイッチ10a、10bとを備える。また、入力端子7aとコンデンサ９との間、及び、入力端子7bとコンデンサ９との間には、それぞれダイード11a、11bが設けられている。これによって、真空処理室内の圧力が易放電領域を通過するような場合でも、コンデンサ９から入力端子7a、7b側に向けて電流が流れることはなく、吸着電極３を帯電させる前にコンデンサ９が放電するのを防ぐことができる。更には、この吸着制御回路には、帯電した吸着電極３（3a、3b）の電荷を逃がすためのＧＮＤ端子８と、吸着電極３とＧＮＤ端子８との間を接続するＧＮＤスイッチ12a、12bとを備えている。

このうち、放電スイッチ10a、10bは、それぞれ外部操作が可能な遠隔操作型のスイッチ（制御スイッチ）であり、タイマー式スイッチ、レーザー感知式スイッチ、磁力で動作するリードスイッチ等を挙げることができる。なかでも、この図４の吸着制御回路における放電スイッチ10a、10bには、コンデンサ９と吸着電極３との間での伝導電流が通電するため、少なくとも１ｋＶ程度の電圧に耐え得る高耐圧仕様のものを用いる必要があり、現時点でこのような仕様のものが入手しやすいことから、好ましくはリードスイッチであるのがよい。具体的には、Ｓｔａｎｄｅｘ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製商品名ＫＳＫ－１Ａ８３－１００１５０等の市販品を例示することができる。なお、ＧＮＤスイッチ12a、12bについても同様に高耐圧仕様のものを用いるようにすればよい。

そして、図４の吸着制御回路を備えたクリーニング装置を用いて、半導体製造装置の真空処理室内の異物を除去するにあたり、先ずは、図５に示したように、大気圧下で外部電源１３の出力端子13a、13bを入力端子7a、7bにそれぞれ接続して、コンデンサ９を充電する。その際、外部電源１３として高圧電源を用いるようにするのがよく、好ましくは、Ｖ＋の出力端子13aから（＋）１～５ｋＶ程度、Ｖ－の出力端子13bから（－）１～５ｋＶ程度の高電圧が入力されるようにするのがよい。

コンデンサ９を充電した後は、外部電源１３から切り離したクリーニング装置を真空閉空間内に移動させる。次いで、図６に示したように、外部操作によって放電スイッチ10a、10bをそれぞれオンにすることで、コンデンサ９を放電して吸着電極３を帯電させる。この外部操作にあたって、例えば、リードスイッチを用いる場合には、半導体製造装置の真空処理室や搬送ロボットを使用する中間搬送室等の真空閉空間内もしくは、磁力を妨げないガラス製ビューポート等を介して外部に磁石等を取り付けておくようにすればよく、具体的には、中間搬送室内の壁面や中間搬送室と真空処理室とを結ぶ真空処理室の入り口等に磁石等を設けておき、クリーニング装置が真空状態で配置されたときに、放電スイッチ10a、10bの回路を閉ざすことができるようにしておけばよい。また、レーザー感知式スイッチの場合には、中間搬送室や真空処理室等の真空閉空間のいずれかにレーザー照射窓を設けておくようにすればよく、タイマー式スイッチであれば、真空処理室内にクリーニング装置が配されるタイミングを見計らってタイマーを設定しておけばよい。

コンデンサ９については、一対の吸着電極３（3a、3b）をコンデンサと見立ててその静電容量をＣ_ＥＳＣとし、コンデンサ９の静電容量をＣ_Ｃとすれば、コンデンサ９の静電容量Ｃ_Ｃは吸着電極３の静電容量をＣ_ＥＳＣよりも大きくなるようにするのがよく、好ましくは、コンデンサ９の静電容量Ｃ_Ｃが吸着電極３の静電容量Ｃ_ＥＳＣの１０倍以上（Ｃ_Ｃ≧１０×Ｃ_ＥＳＣ）となるようにするのがよい。これによって、計算上では、外部電源１３の出力電圧の９割以上の電圧を吸着電極３にかけることができ、吸着電極３（3a、3b）を帯電させた後は、特に、リードスイッチ10a、10bをオンの状態で維持する必要もない。吸着電極３を帯電させる上では、コンデンサ９の静電容量Ｃ_Ｃはできるだけ大きいものであればよく、その上限を規定するのは難しいが、コンデンサ９の静電容量Ｃ_Ｃをある程度以上の大きさにしても吸着電極３にかかる電圧の増加量は少なくなり、効果が飽和することから、静電容量Ｃ_Ｃが静電容量Ｃ_ＥＳＣの５０倍程度のコンデンサ９を用いれば十分であると言える。

このような関係について、図７（ａ）に示したように、外部電源１３と接続してコンデンサ９を充電させた状態における吸着制御回路の電圧をＶ_ｉ、コンデンサ９の電荷をＱ_ｃｉ、コンデンサ９の静電容量をＣ_Ｃ、吸着電極３の静電容量をＣ_ＥＳＣとし、また、図７（ｂ）に示したように、外部電源１３を切り離した上で、コンデンサ９と吸着電極３とを接続して吸着電極３を帯電させた状態での吸着制御回路の電圧をＶ_ｆ、コンデンサ９の電荷をＱ_ｃｆ、吸着電極３の電荷をＱ_ＥＳＣとすれば、これらは次のように表すことができる。すなわち、電荷の総量はコンデンサ９と吸着電極３の接続の前後で変わらないことから、下記式（１）が成り立つ。
Ｑ_ｃｉ＝Ｑ_ｃｆ＋Ｑ_ＥＳＣ ・・・（１）
また、静電容量の関係式Ｑ＝ＣＶを用いて上記式（１）を書き換えると、下記式（２）及び（３）で表すことができる。
Ｃ_ＣＶ_ｉ＝Ｃ_ＣＶ_ｆ＋Ｃ_ＥＳＣＶ_ｆ ・・・（２）
Ｖ_ｆ＝〔Ｃ_Ｃ／(Ｃ_Ｃ＋Ｃ_ＥＳＣ)〕Ｖ_ｉ ・・・（３）

ここで、静電容量Ｃ_Ｃが吸着電極３の静電容量Ｃ_ＥＳＣの１０倍のコンデンサ９を使う場合を想定すると、上記式（３）に基づく計算では、下記式（４）のとおり、吸着電極３に掛かる電圧は外部電源１３の電圧の約０．９１倍となることが分かる。
Ｖ_ｆ＝〔１０Ｃ_ＥＳＣ／(１０Ｃ_ＥＳＣ＋Ｃ_ＥＳＣ)〕Ｖ_ｉ＝(１０／１１)Ｖ_ｉ＝０．９１Ｖ_ｉ ・・・（４）
一方で、実際に静電容量Ｃ_Ｃが吸着電極３の静電容量Ｃ_ＥＳＣの約１１倍のコンデンサ９を使って、コンデンサ９から吸着電極３に放電した場合の吸着電極３の表面電位を調べたところ、コンデンサ９を介さずに吸着電極３を直接外部電源１３に接続したときの吸着電極３の表面電位の約０．７倍になることを確認した。コンデンサ９を介した場合の表面電位の低下について、その理由としては電荷の漏れや抵抗によるロス等が考えられるが、上記（４）の計算結果を踏まえると、ほぼ想定したとおりに、コンデンサ９からの放電により吸着電極３を帯電させることができると言える。

吸着電極３を帯電させて、異物吸着部４を成す絶縁体の表面に静電吸着力を発現させたクリーニング装置を半導体製造装置の真空処理室内に配して異物を吸着した後は、異物を吸着した状態でクリーニング装置を真空処理室の外部に取り出す。そして、図８に示したように、ＧＮＤ端子８をＧＮＤ（大地）に接地すると共に、ＧＮＤスイッチ12a、12b及びリードスイッチ10a、10bをそれぞれオンにすることで、吸着電極３に帯電した電荷を逃がして静電吸着力を解除し、異物吸着部４に吸着した異物を取り除く。その際、例えば中間搬送室等のような真空下でクリーニング装置の静電吸着力を解除するようにしてもよく、大気圧下でクリーニング装置の静電吸着力を解除するようにしてもよい。異物を取り除いたクリーニング装置は、当然のことながら再び真空処理室内の異物の除去に使用することができる。

また、吸着制御部５を形成する吸着制御回路については、図９に示した第二の例のように構成することもできる。この第二の例に係る吸着制御回路は、コンデンサ９と吸着電極３とを接続する放電スイッチがスイッチング回路で形成されている点で第一の例と相違する。すなわち、この第二の例では、コンデンサ９に蓄えられた電荷を放電して吸着電極３を帯電させるための放電スイッチが、ソリッドステートリレー14a、14bと、これらソリッドステートリレー14a、14bを作動させるための電池15a、15bと、これらの電池とソリッドステートリレーとを接続するための回路スイッチ16a、16bとを有したスイッチング回路からなり、このうち回路スイッチ16a、16bとして、例えば、タイマー式スイッチ、レーザー感知式スイッチ、磁力で動作するリードスイッチ等の外部操作が可能な遠隔操作型のスイッチを用いるようにする。

ここで、ソリッドステートリレー14a、14bは可動接点部分がない無接点リレーであるため、電子回路の働きによりオン／オフを電子的に行うことができる。つまり、ソリッドステートリレー14a、14bにはコンデンサ９と吸着電極３との間での伝導電流が通電するため、第一の例で述べたような高耐圧仕様のものを用いるようにすればよく、外部操作が可能な遠隔操作型の回路スイッチ16a、16bについては高耐圧である必要はなく、汎用的なものを用いることができるようになる。このようなソリッドステートリレーとして、具体的には、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製商品名ＡＱＶ２５８Ａ等の市販品を挙げることができる。

この第二の例に係る吸着制御回路は、スイッチング回路によって放電スイッチを構成する点以外は第一の例と同様である。すなわち、外部電源との接続による大気圧下でのコンデンサ９の充電、真空閉空間内でのコンデンサ９の放電による吸着電極３の帯電、真空処理室内の異物を吸着した後の静電吸着力の解除等については、第一の例で説明した内容と同様にして行うことができる。

また、吸着制御部５を形成する吸着制御回路は、図１０に示した第三の例のように構成することもできる。この第三の例では、吸着制御部が静電吸着力を発現させるための電源を内蔵する点で先の第一、第二の例とは異なる。すなわち、この第三の例に係る吸着制御回路は、電圧を昇圧する昇圧回路１７と、昇圧回路１７を作動させる電池１８と、昇圧回路１７からの高電圧出力により吸着電極３を帯電させるための電圧印加スイッチ１９とを備えている。

ここで、電圧印加スイッチ１９としては、外部操作が可能な遠隔操作型のスイッチ（制御スイッチ）を用いるようにし、例えば、タイマー式スイッチ、レーザー感知式スイッチ、磁力で動作するリードスイッチ等を挙げることができるが、好ましくはリードスイッチである。但し、この場合には、電池１８と昇圧回路１７とを繋ぐためのスイッチであることから、特に高耐圧仕様のものを用いる必要はない。また、昇圧回路１７については、吸着電極３を帯電させて静電吸着力を発現させる上で、Ｖ＋の出力端子17aから（＋）１～５ｋＶ程度、Ｖ－の出力端子17bから（－）１～５ｋＶ程度の高電圧を出力できるものであるのがよい。このような昇圧回路１７としては特に制限はなく、コッククロフト・ウォルトン回路等のような公知のものを用いることができる。

図１０に示したような電源内蔵型の吸着制御回路を備えたクリーニング装置を用いて、半導体製造装置の真空処理室内の異物を除去するにあたっては、クリーニング装置を中間搬送室や真空処理室等の真空閉空間内に配して、真空状態で電圧印加スイッチ１９をオンにする。これにより、異物吸着部４を成す絶縁体の表面に静電吸着力が発現するため、クリーニング装置を半導体製造装置の真空処理室内に配して異物を吸着する。真空処理室内の異物の吸着を終えた後には、異物を吸着した状態でクリーニング装置を真空処理室の外部に取り出し、電圧印加スイッチ１９をオフにすることで、静電吸着力を解除して異物吸着部４から異物を取り除く。この電圧印加スイッチ１９をオフにするのは真空状態であってもよく、大気圧状態であってもよい。

更に、吸着制御部５を形成する吸着制御回路は、図１１に示した第四の例のように構成することもできる。この第四の例は、先の第三の例と同様に吸着制御部が電源を内蔵するものであるが、昇圧回路１７と吸着電極３との間にダイオード20a、20bを設けている点、及び、帯電した吸着電極３の電荷を逃がすためのＧＮＤ端子２１と、吸着電極３とＧＮＤ端子２１との間を接続するＧＮＤスイッチ22a、22bとを設けている点で相違する。すなわち、ダイオード20a、20bを設けたことで、昇圧回路１７からの高電圧出力による吸着電極３の帯電が整流作用により維持されるため、吸着電極３を帯電させた後は、電圧印加スイッチ１９をオンの状態で維持し続ける必要がなくなる。また、ＧＮＤ端子２１を設けたことで、真空処理室内の異物の吸着を終えた後には、ＧＮＤスイッチ22a、22bをオンにすることで、吸着電極３に帯電した電荷を逃がして静電吸着力を解除し、異物吸着部４に吸着した異物を取り除くことができる。これら以外については第三の例の場合と同様である。

（試験例１）
真空処理室内で発現する静電吸着力を比較するために、大気圧下で吸着電極を帯電させた場合の静電吸着力と、真空下で吸着電極を帯電させた場合の静電吸着力について、次のようにして吸着力を測定する試験を行った。図１２には、この試験で使用した試験装置が示されており、図示外のロータリーポンプと接続した真空チャンバー２３内に試験用クリーニング装置を配しており、試験用クリーニング装置の上方には、５０ｍｍ×４８ｍｍサイズ（24cm²）に切り出したシリコンウエハ２４が取り付けられたロードセル２５が設けられている。試験用クリーニング装置は、約１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚さ約５ｍｍのアルミ製ベース（基体部）１の上面に異物吸着部４を備えており、反対側のアルミ製ベース１の下面には両面テープ２６が貼られて、真空チャンバー２３の内壁底面部に固定されている。なお、シリコンウエハ２４については、破損を防ぐために（ウエハの割れや欠けによる真空チャンバー内の汚染を防ぐために）、試験用クリーニング装置に対向する面とは反対側にポリイミド製の保護フィルムを貼着した。

この試験用クリーニング装置を準備するにあたり、先ず、厚さ約１０μｍの銅箔が積層した厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを用意し、銅箔部分をエッチングして、約５８ｍｍ×１１０ｍｍの２つの角型電極が対向した吸着電極を形成した。次いで、厚さ約１０μｍのボンディングシートを用いて、銅箔エッチング後のポリイミドフィルムと厚さ５０μｍのポリイミドフィルムとを貼り合わせた後、吸着電極３の外周に沿って約１２０ｍｍ×１２０ｍｍのサイズに切り出すことで、２枚のポリイミドフィルムからなる絶縁体の内部に吸着電極を備えた異物吸着部４を作製した。また、この異物吸着部４の吸着電極３を形成する一対の角型電極3a、3bには、それぞれシリコーンケーブル27a、27bを繋いで、その先端を真空チャンバー２３の外部に引き出し、それぞれにリードスイッチ（Standex Electronics社製商品名KSK-1A83-100150）28a、28bを接続した。なお、これらシリコーンケーブル27a、27bは円筒状の金属部品（図示外）に通して、該金属部品を真空チャンバーに差し込み、その隙間はＯリングで密封するようにした。

上記のようにして準備した試験装置を用いて、大気圧下で吸着電極を帯電させる場合について、先ずは、（１）予め、試験用クリーニング装置のリードスイッチ28a、28bをＧＮＤに接続してスイッチをオンにし、吸着電極３の帯電を除去（リセット）した上で、再度リードスイッチ28a、28bをオフにした。次いで、（２）リードスイッチ28a、28bの入力端子側に図示外の高電圧電源を接続して、リードスイッチ28a、28bをオンにして吸着電極３（3a、3b）に直流±４００Ｖを印加し、これを１０秒間維持した（リードスイッチを10秒間オンにした）。次に、（３）リードスイッチ28a、28bをオフにした後（電圧印加終了後）、高電圧電源のスイッチをオフにしてから（リードスイッチがオンのまま高電圧電源をオフにすると、帯電が抜けてしまうためであり、また、リードスイッチをオフにした後、電源オンのまま切り離すと、リードスイッチの電源に繋がっていた側に帯電が残ってしまうため）、リードスイッチ28a、28bと高電圧電源とを切り離した。そして、（４）リードスイッチ28a、28bをオフにしてから２分後、図示外のロータリーポンプを稼働して真空引きを開始したところ、およそ３分後には真空チャンバー２３内の圧力は４０～５０Ｐａ程度まで減圧された。そこで、（５）リードスイッチ28a、28bをオフにしてから５分後、ロードセル２５を下降させて、試験用クリーニング装置の異物吸着部４にシリコンウエハ２４を載置した。次いで、（６）リードスイッチ28a、28bをオフにしてから５分３０秒後、ロードセル２５を上昇させてシリコンウエハ２４を引き上げ、吸着力を測定した。

一方の真空下で吸着電極を帯電させる場合については、先にチャンバー２３内を真空状態にした上で、上記と同様に吸着力の測定を行った。すなわち、先ず、（４）ロータリーポンプを稼働して真空チャンバー２３内の圧力を４０Ｐａ程度まで減圧した後、（１）リードスイッチ28a、28bをＧＮＤに接続してスイッチをオンにして吸着電極３の帯電を除去した上で、再度リードスイッチ28a、28bをオフにし、（２）リードスイッチ28a、28bの入力端子側に図示外の高電圧電源を接続して、リードスイッチ28a、28bをオンにして吸着電極３（3a、3b）に直流±４００Ｖを印加し、これを１０秒間維持した。次に、（３）リードスイッチ28a、28bをオフにした後、高電圧電源のスイッチをオフにしてから、リードスイッチ28a、28bと高電圧電源とを切り離した。そして、（５）リードスイッチ28a、28bをオフにしてから５分後、ロードセル２５を下降させて、試験用クリーニング装置の異物吸着部４にシリコンウエハ２４を載置し、（６）リードスイッチ28a、28bをオフにしてから５分３０秒後、ロードセル２５を上昇させてシリコンウエハ２４を引き上げ、吸着力を測定した。

図１３には、大気圧下で発生させた静電吸着力と真空下で発生させた静電吸着力とを比較する上での測定条件及び圧力条件の概要を示している。また、図１４には、これらの測定結果が示されている。吸着力の測定は、大気圧下、真空下ともに、それぞれ２回ずつ行っており、図１４では、シリコンウエハ（Siウエハ）の単位面積あたりの吸着力を平均値で示している。このグラフから分かるように、真空下で発生させた静電吸着力の方が、大気圧下で発生させた静電吸着力に比べて遥かに優れた結果（6～7倍）を示した。ちなみに、図１４では、真空下で吸着電極を帯電させる場合の手順のうち、（２）の高電圧電源への接続を行わずに吸着力を測定したときの値を併せて示している。

（試験例２）
吸着電極を帯電させたときの表面電位について、大気圧で維持する大気圧維持条件の場合と、大気圧から真空にして再び大気圧に戻す真空経由条件の場合とを比較するために、次のようにして表面電位を測定する試験を行った。なお、使用した表面電位測定装置（春日電機社製KSD-3000）の都合上、真空下で表面電位を測定することができなかったため、ここでは上記のような条件を採用した。

図１５には、この試験で使用した試験装置が示されている。先ず、試験用クリーニング装置は、約１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚さ約５ｍｍのアルミ製ベース（基体部）１の下面側に異物吸着部４を備えており、この異物吸着部４は試験例１の場合と同様にして作製したものである。また、異物吸着部４の吸着電極３を形成する一対の角型電極3a、3bには、それぞれシリコーンケーブル27a、27bを繋いで、その先端にはリードスイッチ（Standex Electronics社製商品名KSK-1A83-100150）28a、28bを接続して、試験例１の場合と同様であるが、この試験例２では、後述するように、リードスイッチ28a、28bを含めて真空チャンバー２３内に配することから、シリコーンケーブル27a、27bとリードスイッチ28a、28bとを接続した部分のはんだや剥き出しの導線はＥＶＡ樹脂でポッティングして絶縁処理２９を施している。更に、アルミ製ベース１の下面側周辺部にはアルミ製のスペーサー（突起部）３０を設けており、真空チャンバー２３内に試験用クリーニング装置を設置した際に、真空チャンバー２３の内壁底面部と異物吸着部４との間に約５ｍｍの距離ｄが空くようにしている。

上記のようにして準備した試験例２に係るクリーニング装置を用いて、吸着電極を帯電させたときの表面電位を以下のようにして測定した。
先ず、クリーニング装置を終始大気圧で維持する場合について、（１）リードスイッチ28a、28bの入力端子側に図示外の高電圧電源を接続し、リードスイッチ28a、28bをオンにして吸着電極３（3a、3b）に直流±３．５ｋＶを印加して、この電圧印加の状態で異物吸着部４の表面電位を測定した〔測定(ｉ)〕。次に、（２）リードスイッチ28a、28bをオフにすると共に、高電圧電源をオフにしてから、リードスイッチ28a、28bから高電圧電源を切り離し、リードスイッチをオフにした直後の異物吸着部４の表面電位を測定した〔測定(ii)〕。次に、（３）この試験用クリーニング装置を図示外のロータリーポンプと接続した真空チャンバー２３内に入れて、大気圧状態のままで５分間待機した。最後に、（４）試験用クリーニング装置を真空チャンバー２３から取り出し、（２）でリードスイッチ28a、28bをオフにしてから１０分経過したタイミングで異物吸着部４の表面電位を測定した〔測定(iii)〕。

一方、大気圧状態のクリーニング装置を一旦真空状態にした後、再び大気圧に戻す場合については、先の（３）において、試験用クリーニング装置を真空チャンバー２３内に入れて５分間ロータリーポンプを稼働させるようにした以外は上記（１）～（４）と同様にした。すなわち、（１）高電圧電源を接続して吸着電極３（3a、3b）に直流±３．５ｋＶを印加した状態で異物吸着部４の表面電位を測定し〔測定(ｉ)〕、次いで、（２）リードスイッチ28a、28bをオフにした直後の異物吸着部４の表面電位を測定し〔測定(ii)〕、次に、（３）試験用クリーニング装置を真空チャンバー２３内に入れてロータリーポンプを稼働させ、５分間減圧して真空チャンバー２３内の圧力が４０Ｐａ程度の真空になった後、（４）再び真空チャンバー２３内を大気圧に戻して、試験用クリーニング装置を真空チャンバー２３から取り出し、（２）でリードスイッチ28a、28bをオフにしてから１０分経過したタイミングで異物吸着部４の表面電位を測定した〔測定(iii)〕。

図１６には、圧力環境を変化させたときの表面電位を比較する上での測定条件及び圧力条件の概要を示している。また、図１７及び図１８には、これらの測定結果が示されている。このうち、図１７は、クリーニング装置を終始大気圧で維持した大気圧維持条件での表面電位の測定結果であり、いずれにおいてもほぼ同程度の表面電位を示し、特に、リードスイッチをオフにして１０分経過後の表面電位は、電圧印加状態での約９２％に相当する高い値を示した。これに対して、図１８は、真空経由条件での結果であり、リードスイッチをオフにして１０分経過後の表面電位は、電圧印加状態での約１４％に相当する値まで低下していた。

図１８に示されるような表面電位低下の原因は、大気圧から真空への環境変化によるものと、真空から大気圧への環境変化によるものとの２通りが挙げられるが、先の試験例１の結果を考慮すると、少なくとも大気圧から真空への環境変化の場合にも表面電位が低下していることが考えられる。つまり、これらの試験例から分かるように、大気圧下で帯電させて得られた静電吸着力は、真空状態に持ち込まれることで劇的に減少してしまう（この理由については現時点で十分に明らかになっていない）。なお、この試験例２における表面電位は、吸着電極における一対の角型電極3a、3bでの表面電位の差を表す。

１：基体部、２：ポリイミドフィルム、３：吸着電極、４：異物吸着部、５：吸着制御部、６：突起部、７：入力端子（接続端子）、８：ＧＮＤ端子、９：コンデンサ、１０：放電スイッチ、１１：ダイオード、１２：ＧＮＤスイッチ、１３：外部電源、１４：ソリッドステートリレー、１５：電池、１６：回路スイッチ、１７：昇圧回路、１８：電池、１９：電圧印加スイッチ、２０：ダイオード、２１：ＧＮＤ端子、２２：ＧＮＤスイッチ、２３：真空チャンバー、２４：シリコンウエハ、２５：ロードセル、２６：両面テープ、２７：シリコーンケーブル、２８：リードスイッチ、２９：絶縁処理、３０：スペーサー、３１：ウエハ載置台。

Claims (11)

1. 半導体製造装置の真空処理室内における異物を除去するためのクリーニング装置であって、
   一対の電極からなる吸着電極が絶縁体の内部に設けられた異物吸着部と、制御スイッチをオンにして前記吸着電極を帯電させ、前記絶縁体の表面に静電吸着力を発現させて異物を吸着可能にする吸着制御部とを備えており、
   前記吸着制御部の制御スイッチが外部操作可能な遠隔操作型のスイッチであり、真空状態で閉ざされた真空閉空間内の該クリーニング装置に対して制御スイッチをオンにすることで、真空状態で発現させた静電吸着力により真空処理室内の異物を除去することができることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記吸着制御部が、外部電源との接続端子と、外部電源の電圧により充電されて電荷が蓄えられるコンデンサと、コンデンサに蓄えられた電荷を放電して吸着電極を帯電させるための放電スイッチとを備えていると共に、該放電スイッチが前記制御スイッチを構成し、
   大気圧下で前記接続端子に外部電源を接続して前記コンデンサを充電した上で、該クリーニング装置を真空閉空間内に配して前記放電スイッチをオンにすることで、真空状態で静電吸着力を発現させる請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記放電スイッチが、磁力で動作するリードスイッチであり、該リードスイッチにはコンデンサと吸着電極との間での伝導電流が通電する請求項２に記載のクリーニング装置。
4. 前記放電スイッチが、ソリッドステートリレーと、ソリッドステートリレーを作動させる電池と、これらを接続する回路スイッチとを有したスイッチング回路からなり、該回路スイッチが、タイマー式スイッチ、レーザー感知式スイッチ、及び磁力で動作するリードスイッチからなる群から選ばれたいずれかの遠隔操作型スイッチである請求項２に記載のクリーニング装置。
5. 前記吸着制御部が、電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路を作動させる電池と、昇圧回路からの高電圧出力により吸着電極を帯電させるための電圧印加スイッチとを備えていると共に、該電圧印加スイッチが前記制御スイッチを構成し、
   該クリーニング装置を真空閉空間内に配して電圧印加スイッチをオンにすることで、真空状態で静電吸着力を発現させる請求項１に記載のクリーニング装置。
6. 前記電圧印加スイッチが、タイマー式スイッチ、レーザー感知式スイッチ、及び磁力で動作するリードスイッチからなる群から選ばれたいずれかの遠隔操作型スイッチである請求項５に記載のクリーニング装置。
7. 前記吸着制御部が、昇圧回路と吸着電極との間にダイオードを有して、昇圧回路からの高電圧出力による吸着電極の帯電が整流作用により維持される請求項５又は６に記載のクリーニング装置。
8. 前記吸着制御部が、帯電した吸着電極の電荷を逃がすためのＧＮＤ端子と、吸着電極とＧＮＤ端子との間を接続するＧＮＤスイッチとを備えており、真空処理室内の異物を吸着した後、ＧＮＤスイッチをオンにすることで、異物吸着部の絶縁体の表面から異物を取り除くことができる請求項１～７のいずれかに記載のクリーニング装置。
9. 前記異物吸着部及び吸着制御部が、半導体製造装置での被処理物を模した形状の基体部と一体的に設けられており、該基体部の一方の面に前記異物吸着部が設けられ、該基体部の他方の面に前記吸着制御部が設けられて、前記異物吸着部の絶縁体を半導体製造装置の真空処理室内のウエハ載置台と対向するように配して、ウエハ載置台上の異物を除去する請求項１～８のいずれかに記載のクリーニング装置。
10. 前記異物吸着部における絶縁体の表面とウエハ載置台との間が互いに離間するための突起部を更に備える請求項９に記載のクリーニング装置。
11. 前記異物吸着部における絶縁体の表面が、粘着性を有した粘着層を備える請求項１０に記載のクリーニング装置。

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