JPH02144934A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマＣＶＤなどの半導体製造装置によ
りウェーハ基板に膜を形成する際に、真空中で静電力に
より吸着面にウェーハ基板を吸着。

保持する静電チャックに関する。

〔従来の技術〕

ウェーハ基板面に膜を形成する成膜プロセスでは、ごみ
の発生が最も嫌われる。機械的な保持機構では必ず可動
部があり、ごみの発生を避けることは不可能である。ま
た、真空中であるため、通常のリンク機構や、潤滑剤を
必要とするベアリングを使用することはできない。さら
に、膜形成のために真空容器内でプラズマを発生させる
１例えばプラズマＣＶＤ装置の場合には、Ｘ空容器内部
の電界や磁界を乱さない形状の保持装置とする必要があ
る。膜形成が蒸着をこより行われあるいは膜のエツチン
グを行う装置ではその処理自体に悪影響を及ぼさない構
成や形状のものでなければならない。

このような、機械的保持機構の有する不可避の難点を解
決するものとして、外形構造が著しく単純化されかつ電
圧の印加のみにより吸着力を発生させてウェーハ基板を
吸着、保持する静電チャックが広く用いられてきている
。第３図（図を見易くするため、ハツチングを一部省略
する）にこの静電チャックの構造原理を示す。

静電チャックは同図（ａ）に示すように、通常半円形の
板状電極１，２を同一平面内に間隔をおいて配し、アル
ミナセラミックスのような絶縁体３内に一体に封止して
全体を円板状に形成したものであり、電極１，２ζこそ
れぞれ形成された導出部ｌａ。

２ａにスイッチ１９を介して直流電源６の両出力端子が
接続される。吸着面４は平坦度が１μｍ程度の平面をな
し、電極１，２と吸着面４との間隔すなわち電極上面の
絶縁層の厚さｄは極力薄く作られ、実際にはｄはＯ，ｉ
ｍｌ程度である。同図（ｂ）は、スイッチ１９を閉じて
ウェーハ基板５を吸着面４（こ吸着した状態を示す。こ
こで、直流電源６の出力端子間電圧をｖ、を極１，２と
基板５との対向面積をそれぞれ同じ面積Ｓ、絶縁体３の
誘電率をｅとすると、ウェーハ基板５と電極１，２の関
与こ働（引力Ｆは、 Ｆ＝工ｉ　（”’−）”　８　Ｘ□　　　　　（、）ｄ となる。上式の最後の×２は電極１，２の２枚分を示し
ている。この式から分るように、吸着面の吸引力は吸着
面の電界強度の自乗に比例する。

このように、静電チャックは形状が著しく単純に形成さ
れ、かつウェーハ基板を吸着面に全面密着状態に保持で
きるため、ウェーハ基板の冷却装置としても活用でき、
ウェーハ基板の保持装置として極めて好適な性質を具備
している。

しかし、この静電チャックにもいろいろの問題点かあす
る。その１つが吸着されたウェーハ基板の脱着の間電で
ある。静電チャックは電圧印加を停止しても、吸着され
たウェーハ基板はただちには脱着しない。これは、電極
上面の絶縁層内ｌこ残存する真電荷や、ウェーハ基板表
面と吸着面との間の分子間引力、特にウェーハ基板表面
に数原子の層で吸着した水の分子（真空中でも容易に消
失しない）を媒介とした分子間引力が原因である。しか
し必要時にすみやかに脱着することはプロセスにおいて
常に要求されており、効果的な脱着の手段として従来機
械的な力を加える構成のものが極々工夫されている。第
４図にかかる静電チャックの一構成例を示す。

半円形の板状電極１，２は１つの円板を等分に２分割し
て形成され、背面側にそれぞれ導出部１ｃ、２ｃが接合
された状態で一平面内に間隔をおいて配され、アルミナ
セラミックスのような絶縁体３中に封止されている。さ
らに、絶縁体３の背面側１こソレノイド９と、ソレノイ
ド９の中心軸上に配されたプランジャ７と、プランジャ
７１こ対して上向きの力を与えるばね８とを備えた電磁
石が配され、ウェーハ基板を吸着、保持する必要のある
時間中はソレノイド９を励磁してプランジャ７を下方へ
吸引し、プランジャ７の先端を吸着面４から引込めてお
き、ウェーハ基板への成膜後にウェーハ基板を脱着させ
る必要が生じたときにソレノイド９の励磁を解除して、
ばね８の力によりプランジャ７の先端でウェーハ基板を
押すこと（こよりウェーハ基板を吸着面４から剥離させ
るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、機械的にウェーハ基板を剥離させる従来の
静電チャックにおける問題点は次の通りである。すなわ
ち、まず、ウェーハ基板に部分的な強い力をかけると、
ウェーハ基板の歪みにより、基板面の膜や基板自身に損
傷が生じる恐れがある。

しかし脱着は速やかに行われなければならないから、損
傷されたウェーハが良品中に混入する恐れがある。つぎ
に、ウェーハ基板と吸着面との間の残存吸着力はウェー
ハ基板によってまちまちであり、プランジャによって脱
着しないものもあれば、グランジャを作動させなくても
脱着する程度に残存吸着力が小さいものもある。このよ
うな、残存吸着力の大きなばらつきが頻繁に起こる場合
（こは、機械構造的な手段でこれに対応しようとすると
複雑な剥離機構を必要とし、自動成膜フロセスの場合に
は剥離機構の自動化も公費となるため、自動化された全
体装置形成のため救命的な負担となる。

第３に、機械的な可動部があるためダスト源となる可能
性がある。そして、以上の問題点すべてが、成膜プロセ
スの自動化を妨げる大きな要因をなしていた。

この発明の目的は、機械構造的剥離機構の有する前述の
ような問題点に鑑み、ウェーハ基板に部分的な強い力を
加えたり、案内部やリンク機樋中の連結部のような摺動
部が存在する可動部を用いたりすることなく、簡単な構
造で剥離を確実にかつ速やかに行いつる剥離機構を備え
た靜電チャッりを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、静電力
により吸着面にウェーハ基板を吸着、保持する静電チャ
ックを、前記静電チャックの吸着面に垂直方向の撮動を
与えて線面に表面波を発生させる超音波振動子を備えた
構造とするものとする。

〔作用〕

超音波振動子としては抛々のものが可能であるが、例え
ばボルト締めランジュバン型超音波振動子（圧電素子板
を２つの金属ブロックの間に挾んで中心軸にボルトを通
し、圧電素子板を両側の金属ブロックを介して電圧印加
時の収縮量相当の圧縮歪みを生じるようｉこ締めあげ、
圧電素子板両端面に圧電素子板の固有振動周波数に等し
い周波数の高周波電圧を印加して超音波振動を発生させ
る振動子）を用いる場合には、一方の金属ブロックの外
部端面が円板状静電チャックの中央部に接触するように
他方の金属ブロック側で支持し、圧電素子板の両端面に
高周波電圧を印加すると、振動子を軸方向に伝わった縦
波により、静電チャックの吸着面に同心状の表面振動を
引き起こす。この表面振動による、半径方向に波状の表
面変形により吸着面とウェーハ基板との間に全面にわた
り斥力が働（とともに、第２図に示すようＩこ、ひの振
動により吸着面とウェーハ基板との間に波状の空洞Ａが
生じ、強い残存吸着力の要因をなしていた。

例えば水の分子層１８が飛散し、ウェーハ基板が瞬時に
脱着可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。この実施例では、超
音波振動子はランジュバン型超音波振動子として形成さ
れ、中心にスタッド１３が通る孔が形成された圧電素子
円板１１．１２と電極板１６゜１７とを交互に重ねてス
タッド１３を通し、中心にめねじが形成された金属ブロ
ック１５．１６をそれぞれスタッド１３の両側からねじ
込んで締めあげることにより超音波振動子が形成されて
いる。

この締めあげは圧！素子円板に電圧印加時の収縮量相当
の圧縮歪みが生ずるように行う。これは伸びに対して機
械的強度の弱い圧電素子が電圧印加停止時に収縮状態か
ら解放されて元の自然長に戻るときの慣性による伸びを
防止するために行うものである。振動子をこのように構
成し、金属ブロック１５から突き出たスタット部分を静
電チャックの絶縁体３にねじ込んで金属ブロック１５の
端面を絶縁体３の面に接触させ、背面側中央に超音波振
動子を備えた静電チャックを構成する。ここで、金属ブ
ロック１５が接触する絶縁坏３の部分は、超音波振動が
吸着面に十分伝達されるよう、厚さを薄く形成する。こ
のように構成された静電チャックを金属ブロック１４の
下面側から支持し、電極１６．１７間に高周波電源２０
から高岡Ｖ電圧を供給すると、この電圧は圧電素子円板
１２の両端面と、金属ブロック１４．スタッド１３．金
属ブロック１５を介して圧電素子円板１１の両端面にも
印加され、を源周波数で振動する。この電源周波数は圧
電素子円板１１．１２の固有振動数に等しく設定される
から、振動子の軸方向に振幅の大きい振動が発生し、こ
の振動が円板状静電チャックに垂直に加わり、吸着面４
が同心状に、かつ半径方向に波状に変形する表面波を発
生させる。

これにより、吸着面４に吸着、保持されていたウェーハ
基板は吸着面から全面にわたり斥力を受けるとともに残
存吸着力の要因をなしていた。ウェーハ基板と吸着面と
の間の分子層も除去されて瞬時に吸着面から脱着される
。

なお、以上の実施例では、超音波振動子として圧電素子
を用いるボルト締めランジュバン型超音波振動子を用い
ているが、例えば磁歪振動子や電磁式振動子などの振動
子を用いたり、金属ブロック１５を静電チャックζこ接
触させず、静電チャックから離して超音波振動子を配置
するとともに金属ブロック１５の上端面にホーンを設け
、このホーンから発射される超音波を音波レンズにより
集音させ、静電チャック背面中央に向けて集中的に送波
するようにしても、本発明の目的に適う静電チャックを
構成しうることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、静電力により吸
着面にウェーハ基板を吸着、保持する静電チャックを、
前記静電チャックの吸着面に垂直方向の振動を与えて該
面に表面波を発生させる超音波振動子を備えた構成とし
たので、超音波振動子に電圧を印加するのみで超音波周
波数の速さで繰り返す斥力がウェーハ基板全面に作用し
、かつ残存吸着力の要因をなしていた。吸着面とウェー
ハ基板との間の分子層が効果的に飛散するため、ウェー
ハ基板は確実かつ瞬時に剥離、脱着される。

また、かかる静電チャックの構成は、静電チャックの有
する単純な形状を妨げることなく行うことができるから
、７ラズマＣＶＤにおける電磁界や、蒸着、エツチング
時の処理などに悪影響を及ぼすことなくプロセスを進行
させることかできる。そして、ウェーハ基板の脱着は、
静電チャック吸着面ｉこ垂直方向の弐面変形のみにより
行われるからごみが発生することはなく、膜質が低下す
る恐れもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による静電チャックの構成を
示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図
である。第２図は本発明の静電チャックにおけるウェー
ハ基板脱着の機構を示す説明図であり、（ａ）はウェー
ハ基板吸着時のウェーハ基板と静電チャック吸着面との
間の残存吸着力の要因を示す図、（ｂ）はウェーハ基板
脱着の瞬時を示す図である。第３図は静電チャックの構
造原理を示す説明図であって％（ａ）は静電チャックの
構成を示す図、（ｂ）はウェーハ基板の吸着状態を示す
図である。第４図は従来の静電チャックの構成例を示す
図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図であ
る。 ４・・・吸着面、５・・・ウェーハ基板、１０・・・超
音波振動子。 （ａ） 第１ｖ！Ｊ 第２図 （Ｇ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）静電力により吸着面にウェーハ基板を吸着、保持す
   る静電チャックにおいて、前記静電チャックの吸着面に
   垂直方向の振動を与えて該面に表面波を発生させる超音
   波振動子を備えたことを特徴とする静電チャック。