JPH04162448A - 静電チャック装置を備えた真空処理装置 - 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１ 本発明は、静電チャック装置、特にＩＣ，ＬＳＩなどの
半導体素子の製造工程などにおいて使用され、被処理物
を吸着保持するのに好適な静電チャック装置を備えた真
空処理装置に関する。

［従来の技術１ 半導体分野においては素子の高性能化が年々進んでおり
、特に、高集積化、高速化の進展はすさまじいものがあ
る。高集積素子の回路パターン幅は０．５μｍに近付（
反面、チップ面積は逆に大きくなりつつある。高集積素
子を低コストで製造すべく、ウェーハ面積も大きくされ
、集積度が４Ｍｂｉｔから１６Ｍｂｉｔと高（なるにつ
れてウェーハも６インチサイズから８インチサイズへの
移行が進行しつつある。チップ面積の拡大、ウェーハ面
積の拡大、および回路パターンの微細化は、ウェーハ表
面のゴミを究極まで少なくすることを製造装置に要求し
ている。

上述の要求に応え、ウェーハの表面や側面に非接触状態
でウェーハを吸着保持することができる静電チャック装
置が知られている。

このものは誘電体中に電極を単数あるいは複数個配設し
、単数の場合は該電極と装置のアースとの間、複数の場
合は、該電極間に例えば１０００ｖ以上の高電圧を印加
し、電荷を局在化させることにより、被吸着体であるウ
ェーハとの間の静電的引力でウェーハを吸着固定するよ
うにしたものである（例えば、特公昭５７−４４７４７
号参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、かかる従来の静電チャック装置にあって
は、被処理物の処理終了後、電圧の印加を停止しても、
被処理物および静電チャック装置の誘電体の帯電や分極
が短時間では消滅せず、吸着力が残留することから、被
処理物を静電チャック装置から離脱させるのに長時間を
要するという問題があった。特に、表面に酸化膜などの
絶縁膜が付けられたウェーハにおいては、この問題が顕
著である。このため、例えば、ドライエツチング装置に
よる生産性の低下が余儀なくされている。

そこで、被処理物の帯電を速やかに放散させるために、
静電チャック装置への電圧の印加停止後、静電チャック
装置の電極へ、吸着時とは逆の電位を印加する方法（特
開昭６０−１１５２２６号公報参照）も試みられたが、
この方法では放電の速さは得られるものの逆電位により
逆の極性に電荷が蓄積され、再び吸着状態となることか
ら、ウェーハ離脱のタイミングをとるのが難しく、十分
な効果を挙げるには至っていない。

けだし、吸着力がウェーハの離脱が可能な所定値よりも
小さくなるまでの時間は、ウェーハの種類による物性の
相違や、吸着面の粗さ等の影響を受けるため、単に逆電
位印加からの経過時間でもって判断するのが困難だから
である。

本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、被処理物
の例えばリフター等による離脱可否の判断を容易に行う
ことができその離脱を短時間内で可能とした静電チャッ
ク装置を備えた真空処理装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は被処理物を吸着保
持する静電チャック装置が設けられた処理容器と、該処
理容器に設けられ、前記静電チャック装置上の被処理物
の変位を検出可能な光学的検出手段と、該光学的検出手
段による検出の結果を用い、少なくとも前記静電チャッ
ク装置への所定の極性による電力供給前における被処理
物の光学的変位状態と、前記静電チャック装置への前記
所定の極性による電力供給の停止後における被処理物の
光学的変位状態とを比較する手段と、該比較手段による
比較の結果、両者が所定の関係になったとき被処理物の
離脱を開始させる手段とを有することを特徴とする。

ここで光学的変位状態とは、被処理物表面の少なくとも
１点以上の位置の任意に設けられた原点からの距離を光
学的に測定した値である。

［作　用］ 本発明によれば、真空処理装置において、静電チャック
装置に吸着保持される被処理物の変位が光学的検出手段
により検出される。

すなわち、被処理物が静電チャック装置へ載置され、電
力が供給される前の被処理物の光学的変位状態と、所定
の極性による電力が供給され吸着状態にある被処理物に
対し所定の処理が終了した後、上述の所定の極性による
電力供給が停止された後における被処理物の光学的変位
状態とが比較される。なんとなれば、所定の極性による
電力供給が停止されると、静電チャック装置の誘電体の
帯電や分極が消滅され、吸着力が低下していく。

一方、吸着力が低下していくと、被処理物の変位は元の
状態に向かい復帰する。

従って、この復帰の変位状態が元の変位状態と所定の関
係になったかを検知することにより、吸着力の低下を容
易に知ることができ、その最小範囲内において被処理物
に損傷を与えることな（して静電チャック装置からの脱
離の開始が行なわれる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明にかかる静電チャック装置を備えた真空
処理装置としての反応性イオンエツチング装置の基本的
構成を示す断面図である。

第１図において、１は静電チャック装置を示し、２はア
ルミナなどのセラミックスからなる誘電体層であり、内
部に環状の電極３および４が同心に設けられている。電
極３は直流の高圧定電圧電源である静電チャック用電源
５の正電位と、電極４はその負電位とにそれぞれオン・
オフスイッチ６を介して接続され、直流電圧が印加され
得るようになっている。

誘電体層２の表面には図には示さないが適当な面積の誘
電体表面を残して凹部として複数の同心円状のガス導入
溝が形成されており、合溝は半径方向の直線状溝によっ
て連通されている。

８は陰極ブロックを示し、陰極ブロック８の上面には静
電チャック装置１が配設されている。静電チャック装置
１には、被処理物としての被エツチング材であるウェー
ハ９を着脱するためのウェーハ昇降装置ｌＯのウェーハ
受はアーム１１が出入りする開口部１２が設けである。

陰極ブロック８は冷媒入口から、冷媒、例えば水、ブラ
イン、フッ素系冷媒（３Ｍ社製のフロリナートなど）な
どを導入し、陰極ブロック８内に設けた冷媒通路に流す
ことによって所定の温度に冷却される。

そして、静電チャック装置１には不図示の貫通孔が設け
てあり、この貫通孔は陰極ブロック８に設けられた冷媒
ガス通路に連通しており、ここからヘリウムなどの冷媒
ガスがウェーハ９裏面に導入される。導入された冷媒ガ
スは直線状溝および同心円状の冷媒ガス導入溝によって
ウェーハ９の裏面全体に行き渡り、ウェーハ９の熱を静
電チャック装置１の表面へ放散、伝達し、ウェーハ９を
冷却する。

さらに、静電チャック装置１が配設された陰極ブロック
８が反応容器１３内に配設される。反応容器１３は接地
電位にされている。

陰極ブロック８は反応容器１３に取付けられたウェーハ
昇降装置ｌＯの支持体を兼ねる絶縁体１４によって反応
容器１３と絶縁されている。反応容器１３と陰極ブロッ
ク８との間に高周波電源１５によって高周波電力が印加
されることにより、反応容器１３内に導入された反応ガ
スのガスプラズマが発生し、このガスプラズマ中の反応
活性種がエツチングに寄与する。

本例においては、ターボポンプやメカニカルポンプによ
って反応容器１３内を高真空に排気した後、反応ガス入
口１６から酸素などの反応ガス、またはこの反応ガスと
共に不活性ガスを、それぞれ流量制御バルブを介して反
応容器１３内に導入する。

さらに、反応容器１３の土壁には、光学的検出手段の一
部を構成する投光器１７および受光センサ１８が設けら
れている。

投光器１７は光源としての点光源を備えていればよく、
発光ダイオード、半導体レーザ、ガスレーザなどを用い
ることができる。

第２図に一例として示すように、光源として半導体レー
ザ１７Ａを用い、これから出た光を凹レンズ１７Ｂおよ
び凸レンズ１７Ｇによって被処理物であるウェーハ９の
表面にほぼ焦点を結ぶようにする。

一方、受光センサ１８は受光する光の強度を検知し得る
ものであればよく、例えばフォトトランジスタなどを用
いることができる。

ウェーハ９の表面で反射された光は凸レンズ１８Ｃ９凹
レンズ１８Ｂによってフォトトランジスタ１８Ａに導か
れる。

上述のように、受光器１８は光の強度の変化を検知し得
るものであればよいから、投光器１７からのウェーハ９
への入射角θ１と受光センサ１８の検出角θ２とは必ず
しも等しくする必要はない。

１９は制御用コンピュータであり、上述のイオンエツチ
ング装置および静電チャック装置１の制御の他に、光学
的検出手段やウェーハ昇降装置１０の制御手順を含むプ
ログラムが内蔵されている。

上記構成になる本実施例のイオンエツチング装置を用い
て被処理物としてウェーハ９のイオンエツチング処理を
行う場合につき、その−例を第３図のタイムチャートを
用いて以下説明する。

まず、制御用コンピュータ１９の指令によりウェーハ昇
降装置ｌＯが作動しウェーハ受はアーム１１が上昇する
。そして、不図示のウェーハ導入装置により反応容器１
３内にウェーハ９を導入し、ウェーハ受はアームｌｌ上
に載置する。そして、ウェーハ昇降装置１０を下降させ
ウェーハ９を静電チャック装置１に載置する。

今、この静電チャック装置１へのウェーハ９の載置完了
時点なｔ。とすると、このｔ０時点で投光器１７がオン
され、ウェーハ９からの反射光の強度が受光センサ１８
により検出される。このｔ。時点ではウェーハ９に何等
の外力が作用しておらず、受光センサ１８の出力電圧は
最大値■１を示す。換言すると、最大値■１を示すよう
に投光器１７による焦点、あるいは受光センサ１８の感
度などが自動的、あるいは手動でもって調節される。

そして、ｔｏ時点から所定時間経過後のｔ１時点にスイ
ッチ６がオンされ静電チャック用電源５から静電チャッ
ク装置１に直流電圧が印加される。

なお、このｔ３時点は静電チャック装置１に吸着力が発
生するには多少の時間が必要であることを考慮すると、
時点ｔ０と同時あるいは若干前であっても差支えない。

静電チャック装置１に次第に吸着力が発生してくるとウ
ェーハ９は誘電体層２の表面に吸着され変位する。する
と、ウェーハ９の表面は投光器１７からの光の焦点位置
から外れ、その結果、受光センサ１８の出力電圧も低下
する。この出力電圧が最小値ｖ２を示す時点ｔ２におい
て、反応ガスの導入を行うと共に、陰極ブロック８に高
周波電源１５から高周波電力が印加され、ウェーハ９に
対しエッチ７　　ングが行なわれる。

ウェーハ９のエツチングの進行状況を検出している不図
示のエツチング終点検出装置の検出に応じて、エツチン
グ完了のｔ３時点で反応容器１３への反応ガスの導入お
よび陰極ブロック８への高周波電力の印加が停止される
と同時に、スイッチ６がオフされ、電極３への正電圧お
よび電極４への負電圧の印加という所定の極性による電
力供給が停止される。

しかして、この時点ｔ３から受光センサ１８Ａの出力電
圧Ｖが制御用コンピュータ１９によって監視され、この
電圧Ｖが前述の出力電圧Ｖ、および■２に対し所定の関
係となった時点ｔ４に上述のウェーハ昇降装置１０のウ
ェーハ受はアーム１１を上昇させる。

ここに電圧■の所定の関係とは、以下の式を満す関係で
あることが好ましい。

ここで、時点ｔ３から受光センサ１８Ａの出力電圧■を
監視するということは、静電チャック装置１の吸着力を
監視するということを意味する。すなわち、静電チャッ
ク装置１への電力供給が停止されると、残留電荷の減少
に伴い吸着力が低下していき、これに応じて吸着されて
いたウェーハ９が元の光学的変位状態に戻ることになる
。このウェーハ９の光学的変位状態が吸着力の減少によ
り変化していくと、ウェーハ９の表面が前述の投光器１
７からの光の焦点位置に近づくことになり、その結果、
受光センサ１８の出力電圧Ｖが増大していくのである。

この出力電圧■は制御用コンピュータ１９に所定時間毎
に取込まれ、上述の式の関係を満した時点ｔ４において
ウェーハ昇降装置１０に指令が送られる。

この時点ｔ４においては、静電吸着力は所定値以下に低
下しているのでウェーハ受はアーム１１の上昇を行って
も、ウェーハ９を容易に静電チャック装置１から脱離す
ることができる。

上述の式の関係を満す条件の下に、５００枚のウェーハ
につき、吸着、脱離実験を１０回毎繰返したが、１枚の
ウェーハについても誤作動および破損等は生じなかった
。

なお、上述の実施例においては、七〇において投光器１
７からの光はウェーハ上で焦点を結ぶように設定したが
、逆に例えばウェー八表面より先（裏面の先）に焦点を
結ばせてもよい。その場合には、受光センサの出力は、
ウェーハ吸着により高（なり、吸着力低下により低くな
り、元に戻るようになる。すなわち、本発明においては
受光センサの出力がウェーハ吸着により変化し、吸着力
低下によりまた元に戻るということが本質的な点である
。

さらに、上述の実施例においては、静電チャック装置の
吸着停止を行うに際し、単に所定の極性による電力供給
を停止する例につき説明したが、これに限られることな
く、例えば、静電チャック装着の電極に逆極性による電
力供給を行うようにしてもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、短時間で被処理
物を脱離することができ、かつ、電圧でもって脱離可否
の判断を行うことができ、その判断が容易となる。

さらに、電流測定によらず電圧測定により脱離可否を判
断するので、ノイズに対し強く、信頼性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、 第２図は光学的検出手段の一実施例を示す側面１・・・
静電チャック装置、 ２・・・誘電体層、 ３．４・・・電極、 ５・・・静電チャック用電源、 ６・・・スイッチ、 ８・・・陰極ブロック、 １１・・・ウェーハ受はアーム、 １５・・・高周波電源、 １７・・・投光器、 １８・・・受光センサ、 ２０・・・制御用コンピュータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被処理物を吸着保持する静電チャック装置が設けら
   れた処理容器と、 該処理容器に設けられ、前記静電チャック装置上の被処
   理物の変位を検出可能な光学的検出手段と、 該光学的検出手段による検出の結果を用い、少なくとも
   前記静電チャック装置への所定の極性による電力供給前
   における被処理物の光学的変位状態と、前記静電チャッ
   ク装置への前記所定の極性による電力供給の停止後にお
   ける被処理物の光学的変位状態とを比較する手段と、 該比較手段による比較の結果、両者が所定の関係になっ
   たとき被処理物の離脱を開始させる手段とを有すること
   を特徴とする静電チャック装置を備えた真空処理装置。