JPH04300137A - Wafer holding device - Google Patents

Wafer holding device

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JPH04300137A
JPH04300137A JP3087343A JP8734391A JPH04300137A JP H04300137 A JPH04300137 A JP H04300137A JP 3087343 A JP3087343 A JP 3087343A JP 8734391 A JP8734391 A JP 8734391A JP H04300137 A JPH04300137 A JP H04300137A
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voltage
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裕介 新居
Ryusuke Ushigoe
牛越 隆介
▲昇▼ 和宏
Kazuhiro Nobori
Kouichi Umemoto
鍠一 梅本
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Abstract

PURPOSE:To provide an electrostatic chuck which can follow up temperature change in a wide range, holds a necessary attraction force and shorten a necessary responsive time for attraction and its cancellation of a wafer. CONSTITUTION:A film electrode 5 is formed on a main face 2a of a ceramic base body 2. A ceramics dielectric layer 4 is formed in such a way to cover the film electrode 5. Temperature of a wafer attraction surface 6 is detected by a temperature detector 9. An electric signal from the temperature detector 9 is sent to an electrostatic chuck control part. Thereby, the most suitable voltage value in accordance with the temperature of the wafer attraction surface is computed and an electric power source part for the chuck is controlled in accordance with an electric signal from the electrostatic chuck control part.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造装置
用のウエハー保持装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer holding device for, for example, semiconductor manufacturing equipment.

【0002】0002

【従来の技術】従来の半導体ウエハー固定技術としては
、メカニカル固定、真空チャック、静電チャックの各方
式が知られており、例えば、半導体ウエハーの搬送用、
露光、成膜、微細加工、洗浄、ダイシング等に使用され
ている。
[Prior Art] Conventional semiconductor wafer fixing techniques include mechanical fixing, vacuum chuck, and electrostatic chuck.
It is used for exposure, film formation, microfabrication, cleaning, dicing, etc.

【0003】CVD 、スパッタ、エピタキシャル等の
成膜プロセスにおける半導体ウエハー加熱、温度制御で
は、半導体ウエハーの温度を均一化できないと、半導体
生産時の歩留り低下の原因になる。この場合、メカニカ
ル固定では、半導体ウエハーの表面の外周にピン又はリ
ングが接触するために、押えシロを必要とするため、成
膜できる面積が減少し、1枚の半導体ウエハーから採れ
る半導体チップ数が減少する。また、ピンやリングがウ
エハーの保持、離脱のために動くときに、パーティクル
が発生するため、不純物混入や成膜不良の原因となる。 また、半導体ウエハー全面が均等に抑えられているわけ
ではないので、半導体ウエハーに反り、歪みが生ずる。 また、いわゆる真空チャックは、スパッタ、CVD 装
置等のような中高真空の条件下では使用できない。これ
らのことから、中高真空の条件下でも使用でき、また半
導体ウエハーを吸着しながら熱処理できる静電チャック
が有望視されている。
[0003] In semiconductor wafer heating and temperature control in film forming processes such as CVD, sputtering, epitaxial, etc., if the temperature of the semiconductor wafer cannot be made uniform, it will cause a decrease in yield during semiconductor production. In this case, mechanical fixing requires a presser foot because the pins or rings come into contact with the outer periphery of the semiconductor wafer surface, which reduces the area that can be deposited and reduces the number of semiconductor chips that can be produced from one semiconductor wafer. Decrease. In addition, particles are generated when the pins and rings move to hold and release the wafer, which causes impurity contamination and defective film formation. Further, since the entire surface of the semiconductor wafer is not evenly suppressed, the semiconductor wafer is warped and distorted. Furthermore, so-called vacuum chucks cannot be used under medium-high vacuum conditions such as in sputtering, CVD equipment, and the like. For these reasons, electrostatic chucks that can be used even under medium-high vacuum conditions and that can heat-treat semiconductor wafers while adsorbing them are viewed as promising.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は、ウエ
ハー吸着面の温度に係わらず、静電チャックに対して一
定の電圧を供給し、半導体ウエハーの保持を行っていた
。また、半導体ウエハーの保持を解除したいときには、
印加電圧を除去したり、吸着時と反対符号の電圧を瞬間
的に印加していた。しかし、誘電体の比誘電率等の特性
は、その温度によって大きく変化するため、これに従っ
てウエハー吸着力も変化する。特に、例えば熱 CVD
装置などにおいては、室温と 200℃以上、時には 
600℃との間で熱上昇と熱降下のサイクルが繰り返さ
れる。こうした広範囲の温度変化に対して、従来の静電
チャックでは対応できなかった。
However, conventionally, semiconductor wafers have been held by supplying a constant voltage to the electrostatic chuck, regardless of the temperature of the wafer suction surface. Also, when you want to release the hold on the semiconductor wafer,
The applied voltage was removed, or a voltage with the opposite sign to that during adsorption was momentarily applied. However, the properties of the dielectric, such as its relative dielectric constant, vary greatly depending on its temperature, and the wafer adsorption force also varies accordingly. In particular, for example thermal CVD
In equipment, etc., the temperature is between room temperature and 200℃ or higher, sometimes
A cycle of heat rise and heat fall is repeated between the temperatures of 600°C and 600°C. Conventional electrostatic chucks were unable to cope with such wide-ranging temperature changes.

【0005】また、静電チャックに電圧を印加しても、
必要な吸着力が実際に発現するまでにはかなりの応答時
間が必要であり、このため半導体生産、処理に要する時
間が長くなっていた。また、静電チャックから半導体ウ
エハーを解除する際にも、同様に応答の遅れが生じてい
た。
[0005] Furthermore, even if a voltage is applied to the electrostatic chuck,
A considerable response time is required before the necessary adsorption force is actually developed, which increases the time required for semiconductor production and processing. Further, when releasing a semiconductor wafer from an electrostatic chuck, a similar delay in response occurs.

【0006】本発明の課題は、広範囲の温度変化に追従
して、必要な吸着力を維持でき、かつウエハーの吸着や
解除に必要な応答時間も短かくすることができるような
、ウエハー保持装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a wafer holding device that can follow a wide range of temperature changes, maintain the necessary adsorption force, and shorten the response time required to adsorb and release the wafer. The goal is to provide the following.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
基体;このセラミックス基体の一方の主面上に形成され
た膜状電極;この膜状電極を覆うように前記一方の主面
上に形成されたセラミックス誘電体層;前記膜状電極と
ウエハーとに反対の極性の電荷を供給する電源部;前記
セラミックス誘電体層のウエハー吸着面の温度を検出す
る温度検出器;及び前記電源部と前記温度検出器とに電
気的に接続された制御部を有するウエハー保持装置であ
って、前記温度検出器からの電気信号を前記制御部へと
送り、制御部において前記ウエハー吸着面の温度に応じ
た最適の電圧値を演算し、この制御部からの電気信号に
よって前記電源部を制御するように構成された、ウエハ
ー保持装置に係るものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides: a ceramic substrate; a membrane electrode formed on one principal surface of the ceramic substrate; a membrane electrode formed on the one principal surface so as to cover the membrane electrode; a ceramic dielectric layer; a power supply section that supplies charges of opposite polarity to the film electrode and the wafer; a temperature detector that detects the temperature of the wafer attraction surface of the ceramic dielectric layer; and the power supply section and the temperature The wafer holding device has a control unit electrically connected to a detector, the electrical signal from the temperature detector being sent to the control unit, and the control unit determining the optimum temperature according to the temperature of the wafer suction surface. The present invention relates to a wafer holding device configured to calculate a voltage value of and control the power supply section using an electric signal from the control section.

【0008】[0008]

【実施例】まず、本発明者が開発した、ヒーター付き静
電チャックについて説明する。図1は、こうした単極型
静電チャックを示す概略断面図である。
[Example] First, an electrostatic chuck with a heater developed by the present inventor will be explained. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing such a monopolar electrostatic chuck.

【0009】例えば円盤状のセラミックス基体2の内部
には抵抗発熱体3が埋設され、この抵抗発熱体3は一例
として螺旋状に巻回されている。抵抗発熱体3の両端部
には、それぞれ電極端子8が接続固定され、各電極端子
8の端面が給電ケーブル10に接合されている。一対の
給電ケーブル10は、それぞれヒーター制御部に接続さ
れており、図示省略したスイッチを作動させることによ
り、抵抗発熱体3を発熱させることができる。円盤状セ
ラミックス基体2は、相対向する主面2a, 2bを有
する。ここで主面とは、他の面よりも相対的に広い面を
いう。
For example, a resistance heating element 3 is buried inside the disc-shaped ceramic base 2, and the resistance heating element 3 is wound in a spiral shape, for example. Electrode terminals 8 are connected and fixed to both ends of the resistance heating element 3, respectively, and the end surface of each electrode terminal 8 is joined to a power supply cable 10. The pair of power supply cables 10 are each connected to a heater control section, and can cause the resistance heating element 3 to generate heat by operating a switch (not shown). The disc-shaped ceramic substrate 2 has principal surfaces 2a and 2b that face each other. The main surface here refers to a surface that is relatively wider than other surfaces.

【0010】円盤状セラミックス基体2の一方の主面2
aに沿って、例えば円形の膜状電極5が形成されている
。 そして、この膜状電極5を覆うように、一方の主面2a
上にセラミックス誘電体層4が形成され、一体化されて
いる。これにより、膜状電極5は、セラミックス基体2
とセラミックス誘電体層4との間に内蔵される。セラミ
ックス基体2の内部には電極端子7が埋設され、この電
極端子7の一端には膜状電極5が接続され、電極端子7
の他端には給電ケーブル12が接続されている。この給
電ケーブル12はチャック用電源部の例えば正極に接続
され、この負極がアース線14に接続される。
One main surface 2 of the disc-shaped ceramic substrate 2
For example, a circular membrane electrode 5 is formed along the line a. Then, one main surface 2a is formed so as to cover this film-like electrode 5.
A ceramic dielectric layer 4 is formed thereon and integrated. Thereby, the membrane electrode 5 is connected to the ceramic base 2.
and the ceramic dielectric layer 4. An electrode terminal 7 is buried inside the ceramic base 2, and a membrane electrode 5 is connected to one end of the electrode terminal 7.
A power supply cable 12 is connected to the other end. This power supply cable 12 is connected to, for example, a positive terminal of a chuck power supply section, and its negative terminal is connected to a ground wire 14.

【0011】ウエハーWを加熱処理する際には、セラミ
ックス誘電体層4のウエハー吸着面6にウエハーWを設
置し、ウエハーWに対してアース線14を接触させる。 そして、膜状電極5に正電荷を蓄積してセラミックス誘
電体層4を分極させる。それと共に、ウエハーWに負電
荷を蓄積させ、セラミックス誘電体層4とウエハーWと
の間のクーロン引力により、ウエハーWをウエハー吸着
面6へと吸着させる。これと共に、抵抗発熱体3を発熱
させてウエハー吸着面6を所定温度に加熱する。
When heat-treating the wafer W, the wafer W is placed on the wafer attraction surface 6 of the ceramic dielectric layer 4, and the ground wire 14 is brought into contact with the wafer W. Then, positive charges are accumulated in the membrane electrode 5 to polarize the ceramic dielectric layer 4. At the same time, negative charges are accumulated on the wafer W, and the wafer W is attracted to the wafer attraction surface 6 by the Coulomb attraction between the ceramic dielectric layer 4 and the wafer W. At the same time, the resistance heating element 3 generates heat to heat the wafer suction surface 6 to a predetermined temperature.

【0012】セラミックス基体2及びセラミックス誘電
体層4中に、温度検出器9が埋設されている。温度検出
器9としては一例として熱電対がある。この温度検出器
9によってウエハー吸着面6の温度を検出し、これを電
気信号として導線11を通してヒーター制御部及び静電
チャック制御部へと送る。この電気信号に応じ、静電チ
ャック制御部において最適な電圧値を演算する。この演
算方法については後述する。そして、この演算結果を導
線13を通してチャック用電源部へと送り、ここで印加
電圧を上記演算結果に応じて変化させる。
A temperature sensor 9 is embedded in the ceramic base 2 and the ceramic dielectric layer 4. An example of the temperature detector 9 is a thermocouple. This temperature detector 9 detects the temperature of the wafer suction surface 6, and sends this as an electric signal to the heater control section and the electrostatic chuck control section through the conductor wire 11. In response to this electrical signal, an optimal voltage value is calculated in the electrostatic chuck control section. This calculation method will be described later. The result of this calculation is then sent to the chuck power supply unit through the conductor 13, where the applied voltage is changed in accordance with the result of the calculation.

【0013】こうしたウエハー保持装置によれば、ウエ
ハーWをウエハー吸着面6へとクーロン力によって全面
で吸着しつつ、同時にウエハー吸着面6を加熱してウエ
ハーを加熱することができる。従って、特に中高真空中
でウエハーWが全面に亘って良好に追従し、均熱化する
ことができ、ウエハーWとウエハー吸着面との間の隙間
によるウエハーWの均熱性の低下が生じない。従って、
ウエハーWの熱処理をウエハー全面に亘って均一に行う
ことができ、例えば半導体製造装置においては、半導体
の歩留り低下を防止することができる。
[0013] According to such a wafer holding device, the wafer W can be attracted to the wafer suction surface 6 on the entire surface by Coulomb force, and at the same time, the wafer suction surface 6 can be heated to heat the wafer. Therefore, the wafer W can follow the entire surface of the wafer W well, especially in a medium-high vacuum, and can be heated uniformly, and the thermal uniformity of the wafer W is not deteriorated due to the gap between the wafer W and the wafer suction surface. Therefore,
The heat treatment of the wafer W can be performed uniformly over the entire surface of the wafer, and for example, in semiconductor manufacturing equipment, a decrease in semiconductor yield can be prevented.

【0014】また、誘電体膜4もセラミックスからなる
ので、誘電体膜4の耐熱性も高く、例えば熱CVD装置
において良好に使用できる。と共に、誘電体膜4は、ウ
エハーの1万回以上のチャックによる摩耗及び変形に対
して耐久性も良好である。
Furthermore, since the dielectric film 4 is also made of ceramics, the dielectric film 4 has high heat resistance and can be used satisfactorily in, for example, a thermal CVD apparatus. In addition, the dielectric film 4 has good durability against wear and deformation caused by chucking the wafer 10,000 times or more.

【0015】更に、セラミックス基体2の内部に抵抗発
熱体3が埋設され、また膜状電極5がセラミックス誘電
体層4とセラミックス基体2との間に内蔵されているの
で、従来の金属ヒーターの場合のような汚染を防止でき
る。また、ウエハーWをウエハー吸着面6へと吸着した
状態で直接加熱するので、間接加熱方式の場合のような
熱効率の悪化の問題は生じない。
Furthermore, since the resistance heating element 3 is embedded inside the ceramic base 2 and the membrane electrode 5 is built in between the ceramic dielectric layer 4 and the ceramic base 2, it is different from the conventional metal heater. This can prevent contamination such as Further, since the wafer W is directly heated while being adsorbed to the wafer adsorption surface 6, the problem of deterioration of thermal efficiency as in the indirect heating method does not occur.

【0016】しかも、温度検出部9においてウエハー吸
着面6の温度を検出し、この検出値に基いて静電チャッ
ク制御部において最適の印加電圧を演算し、これにより
チャック用電源部を制御するので、広範囲の温度変化に
追従して、必要な吸着力を保持でき、かつウエハーの吸
着や解除に必要な応答時間を短かくすることができる。
Moreover, the temperature detection section 9 detects the temperature of the wafer suction surface 6, and based on this detected value, the electrostatic chuck control section calculates the optimum applied voltage, thereby controlling the chuck power supply section. , it is possible to follow a wide range of temperature changes, maintain the necessary adsorption force, and shorten the response time required to adsorb and release the wafer.

【0017】抵抗発熱体3としては、タングステン、モ
リブデン、白金等を使用することが適当である。膜状電
極5としては、タングステン、モリブデン、白金等が好
ましい。図1の例ではウエハー吸着面6を上向きにした
が、ウエハー吸着面6を下向きにしてもよい。
As the resistance heating element 3, it is appropriate to use tungsten, molybdenum, platinum, or the like. The film electrode 5 is preferably made of tungsten, molybdenum, platinum, or the like. In the example of FIG. 1, the wafer suction surface 6 is directed upward, but the wafer suction surface 6 may be directed downward.

【0018】加熱装置1全体の形状は、円形のウエハー
Wを均等に加熱するためには円盤状とするのが好ましい
が、他の形状、例えば四角盤状、六角盤状等としてもよ
い。こうした加熱装置は、エピタキシャル装置、プラズ
マエッチング装置、光エッチング装置等における加熱装
置に対しても適用可能である。更に、ウエハーWとして
は、半導体ウエハーだけでなく、Alウエハー、Feウ
エハー等の導体ウエハーの吸着、加熱処理も可能である
The overall shape of the heating device 1 is preferably disk-shaped in order to uniformly heat the circular wafer W, but other shapes such as a square disk, hexagonal disk, etc. are also possible. Such a heating device can also be applied to a heating device in an epitaxial device, a plasma etching device, a photoetching device, etc. Furthermore, as the wafer W, not only semiconductor wafers but also conductor wafers such as Al wafers and Fe wafers can be adsorbed and heat-treated.

【0019】次いで、静電チャック制御部における、具
体的な制御方法について更に説明する。まず、静電チャ
ック吸着力は、(1) 式で与えられる。 (1)   F=1/2 ・ε′・εO ・ S(V/
d)2ε′: 比誘電率、             
 εO :真空の誘電率、S  : ウエハー吸着部位
の面積   V  : 印加電圧(V)d  : 誘電
体層の厚さ(m)
Next, a specific control method in the electrostatic chuck control section will be further explained. First, the electrostatic chuck attraction force is given by equation (1). (1) F=1/2 ・ε′・εO ・S(V/
d) 2ε': relative dielectric constant,
εO: Dielectric constant of vacuum, S: Area of wafer adsorption site V: Applied voltage (V) d: Thickness of dielectric layer (m)

【0020】また、次の(2),(3) 式が成立する
。 (2)   Q= CV =ε′・εO .(S/d)
 ・V(3)   F=1/2 ・CV2 /dF:吸
着力(N) 、            C:誘電体層
の静電容量(F) Q:電荷量(C) これにより、誘電体層に存在する電荷量に吸着力Fが比
例することがわかる。
Furthermore, the following equations (2) and (3) hold true. (2) Q=CV=ε'・εO. (S/d)
・V(3) F=1/2 ・CV2 /dF: Adsorption force (N), C: Capacitance of dielectric layer (F) Q: Amount of electric charge (C) As a result, the electric charge present in the dielectric layer It can be seen that the adsorption force F is proportional to the amount.

【0021】誘電体層が強誘電体、例えば BaTiO
3 ,PbTiO3等からなる場合は、以下のように制
御する。膜状電極と、吸着すべきウエハーとを一対の対
向電極とみなすと、静電チャックの電気回路は図2に示
すように置き換えられる。
[0021] The dielectric layer is made of a ferroelectric material, for example BaTiO.
3, PbTiO3, etc., it is controlled as follows. If the membrane electrode and the wafer to be attracted are regarded as a pair of opposing electrodes, the electric circuit of the electrostatic chuck can be replaced as shown in FIG.

【0022】今、t=t1 において,瞬間的に直流電
圧Vを印加すると、誘電体層には、図3に示すようにま
ず瞬間的にQ1 まで充電され、引き続き徐々に増加し
て最終値のQ2 に達して一定となる。次に、t2 に
おいて、印加電圧を瞬間的にOに戻すと、電荷はまずQ
1だけ瞬間的に放電し、引き続き徐々に放電してOとな
る。Q1 を瞬時電荷、充電時に時間と共に増大する電
荷を吸収電荷、放電時に時間と共に減少する電荷を残留
電荷と呼ぶ。
Now, when a DC voltage V is instantaneously applied at t=t1, the dielectric layer is first instantaneously charged up to Q1, as shown in FIG. 3, and then gradually increases until the final value is reached. It reaches Q2 and becomes constant. Next, at t2, when the applied voltage is momentarily returned to O, the charge is first Q
1 momentarily discharges, and then gradually discharges to 0. Q1 is called instantaneous charge, charge that increases with time during charging is called absorbed charge, and charge that decreases with time during discharge is called residual charge.

【0023】今、吸収電荷をQC (t) とすると、
充電時の全電荷Q2 は(4) 式で与えられる。 (4)  Q2 =Q1 +QC (t)瞬時電荷Q1
 に対応する静電容量をC1、分極形成後の全電荷Q2
 に対応する静電容量をC2とすると(5) 式が成立
する。 (5)  Q1 =C1V =C1(T) V,Q2 
=C2V = C2(T)VT:温度(℃)。またC1
(T),C2(T) は、C1,C2 が温度Tの関数
であることを示す。
Now, if the absorbed charge is QC (t), then
The total charge Q2 during charging is given by equation (4). (4) Q2 = Q1 +QC (t) Instantaneous charge Q1
C1 is the capacitance corresponding to , and the total charge after polarization is Q2
If the capacitance corresponding to is C2, the following equation (5) holds true. (5) Q1 = C1V = C1(T) V, Q2
=C2V = C2(T)VT: Temperature (°C). Also C1
(T), C2(T) indicates that C1, C2 are functions of temperature T.

【0024】従来は、(3) 式において、Fに目的吸
着力FO を代入し、CにC2 を代入して印加電圧V
を決定していた。このため、図3に示したような動作と
なっていた。そして、吸収電荷は飽和するまでにかなり
の時間を要するので、静電チャックの吸着時のレスポン
スが悪かったのである。
Conventionally, in equation (3), the target adsorption force FO is substituted for F, C2 is substituted for C, and the applied voltage V
had decided. Therefore, the operation was as shown in FIG. 3. Furthermore, since it takes a considerable amount of time for the absorbed charge to become saturated, the response of the electrostatic chuck during adsorption was poor.

【0025】レスポンスを決定するQC (t) は材
料物性で決まり、かつ、温度の関数でもある。一方、瞬
時電荷Q1 も一般的には材料物性で決まり、かつ、温
度の関数である。従って、 (6)  Q1 =C1V = C1(T)・V(7)
  QC (t) = QC (T, t)また残留電
荷 Qd (t) も、同様である。 (8)  Qd (t) = Qd (T, t)(5
) 〜(8) 式の関数は、誘電体層の各温度における
電流の経時変化から実測によって求める。
QC (t), which determines the response, is determined by the physical properties of the material and is also a function of temperature. On the other hand, the instantaneous charge Q1 is also generally determined by the physical properties of the material and is also a function of temperature. Therefore, (6) Q1 = C1V = C1(T)・V(7)
QC (t) = QC (T, t) The same applies to the residual charge Qd (t). (8) Qd (t) = Qd (T, t) (5
) to (8) The functions of the equations are obtained by actual measurement from the change in current over time at each temperature of the dielectric layer.

【0026】静電チャックの吸脱着レスポンスは速けれ
ば速い程良いので、出来るならば、瞬時電荷だけで吸着
力を発現させたい。その為には、初期に高電圧をかける
ことで瞬時電荷量Q2 を得、その後、図4に示すよう
にV2まで電圧を下げれば良い。放電時も印加電圧の極
性を充電時と反対にして高電圧を印加すればレスポンス
は向上する。すなわち、 (9) Q2 =C1 V1  を満たす電圧 V1 を印加すれば良い。
[0026] The faster the adsorption/desorption response of an electrostatic chuck, the better, so if possible, it is desirable to develop the adsorption force using only an instantaneous charge. To do this, it is sufficient to obtain an instantaneous charge amount Q2 by initially applying a high voltage, and then reduce the voltage to V2 as shown in FIG. The response can be improved by applying a high voltage during discharging with the polarity of the applied voltage being opposite to that during charging. That is, it is sufficient to apply a voltage V1 that satisfies (9) Q2 = C1 V1.

【0027】この制御について図6のフロー図を参照し
つつ再説すると、先ずウエハー吸着面の温度を検出し、
(3) 式よりV2を計算する。また、(5) 式にV
2を代入してQ2 を算出する。そして、(9) 式に
Q2、C1を代入してV1を算出する。そしてV1が保
証電圧Vabs (T) よりも小さければ、このV1
の値をチャック用電源部に転送し、図4に示すようなパ
ターンで電圧を印加する。
This control will be explained again with reference to the flowchart of FIG. 6. First, the temperature of the wafer suction surface is detected,
(3) Calculate V2 from the formula. Also, in equation (5), V
Substitute 2 to calculate Q2. Then, V1 is calculated by substituting Q2 and C1 into equation (9). If V1 is smaller than the guaranteed voltage Vabs (T), this V1
The value of is transferred to the chuck power supply unit, and a voltage is applied in a pattern as shown in FIG.

【0028】ただし、V1の値が保証電圧Vabs (
T) 以上となる場合には、図4に示すような運転を行
うと、静電チャックが破損するおそれがある。ここで、
保証電圧Vabs(T) とは、静電チャックの絶縁耐
圧を安全係数 (通常2〜3程度)で除したものであり
、通常印加可能な最大値である。これも温度Tの関数で
あり、予め実測して静電チャック制御部に記憶させる。 この場合には、V1 =Vabs(T)の電圧を印加す
る。これによりQ1 =C1・Vabs(T)を満たす
瞬時電荷Q1 だけ電荷がまず蓄積される。このまま、
Δtの時間だけVabs(T)の電圧を印加する。この
応答時間Δtの値は、(10)式と(7) 式とから求
める。 (10)  Q2 =Q1 +QC (T,t)(10
)式は、(4) 式と同様のものである。
However, the value of V1 is the guaranteed voltage Vabs (
T) In the above case, if the operation shown in FIG. 4 is performed, there is a risk that the electrostatic chuck will be damaged. here,
The guaranteed voltage Vabs (T) is the dielectric strength voltage of the electrostatic chuck divided by a safety factor (usually about 2 to 3), and is usually the maximum value that can be applied. This is also a function of the temperature T, and is actually measured in advance and stored in the electrostatic chuck control section. In this case, a voltage of V1=Vabs(T) is applied. As a result, charges are first accumulated by an instantaneous charge Q1 that satisfies Q1 = C1·Vabs(T). like this,
A voltage of Vabs (T) is applied for a time period of Δt. The value of this response time Δt is obtained from equations (10) and (7). (10) Q2 = Q1 +QC (T, t) (10
) is similar to equation (4).

【0029】こうして得たVabs(T)=V1,Δt
の値をチャック用電源部に転送し、図5に示すパターン
で電圧を印加する。そして、蓄積電荷がQ1 からQ2
 に至る間、またQ2 −Q1 から0に至る間に、Δ
tの応答時間が必要である。こうした図4〜図6に示す
制御を行えば、原理的に最もレスポンスの速い運転を実
現できる。
Vabs (T) thus obtained = V1, Δt
The value of is transferred to the chuck power supply section, and voltage is applied in the pattern shown in FIG. Then, the accumulated charge changes from Q1 to Q2
, and from Q2 −Q1 to 0, Δ
A response time of t is required. By performing the control shown in FIGS. 4 to 6, the fastest response operation can be achieved in principle.

【0030】なお、図6のフロー図に示す制御を一通り
終えると、再び温度を検出して同じ制御を繰り返し行う
。ここで、温度の検出又はサンプリングの間隔は、静電
チャックにおける温度の変化速度から決定すべきことで
ある。通常の半導体装置では、数秒間に1回、温度を検
出すれば充分と考えられる。
Note that once the control shown in the flowchart of FIG. 6 is completed, the temperature is detected again and the same control is repeated. Here, the interval of temperature detection or sampling should be determined from the rate of temperature change in the electrostatic chuck. In a normal semiconductor device, it is considered sufficient to detect the temperature once every few seconds.

【0031】次いで、いわゆるジョンソンーラーベック
効果を利用した静電チャックの制御について述べる。こ
うした誘電体材料としては、常誘電体である CaTi
O3 , SrTiO3、電気絶縁材料であるAl2O
3 , MgO , Si3N4 , AlN , ム
ライト、スピネル、ジルコニアなどが該当する。 このタイプの静電チャック等価回路を図7に示す。
Next, control of an electrostatic chuck using the so-called Johnson-Rahbek effect will be described. Such dielectric materials include CaTi, which is a paraelectric material;
O3, SrTiO3, Al2O which is an electrical insulating material
3, MgO, Si3N4, AlN, mullite, spinel, zirconia, etc. An equivalent circuit of this type of electrostatic chuck is shown in FIG.

【0032】ジョンソン−ラーベック効果を用いた静電
チャックでは、吸着するウエハーと誘電体層との間に極
めて微小な空間が形成され、ここに電荷を蓄積すること
によって吸着力が発現する。従って誘電体層自体の誘電
率よりも、誘電体層の表面状態によって蓄積電荷量(吸
着力)が決まる。誘電体層は主に抵抗Rとして働く。ジ
ョンソン−ラーベック力を利用しても、吸着力は(3)
 式に従う。しかし、前述のように吸着に関与する電荷
蓄積層は、セラミックス層部分にはないので、材料の誘
電率から吸着力を計算しても実際の吸着力とは一致しな
い。 しかしながら、実際にはセラミックス層の蓄積電荷量と
相関があることがわかっているので、(3) 式より、
(11) F=αQ = αCV ,  α=f(V,
T)とおく。飽和吸着力FO と電圧Vの関係を実測し
て、αを求める。この式でCはセラミックス誘電体層の
静電容量である。
In an electrostatic chuck using the Johnson-Rahbek effect, an extremely small space is formed between the wafer to be attracted and the dielectric layer, and the attraction force is developed by accumulating charges in this space. Therefore, the amount of accumulated charge (adsorption force) is determined by the surface condition of the dielectric layer rather than the dielectric constant of the dielectric layer itself. The dielectric layer mainly acts as a resistance R. Even if we use the Johnson-Rahbek force, the adsorption force is (3)
Follow the formula. However, as mentioned above, the charge storage layer involved in adsorption is not present in the ceramic layer, so even if the adsorption force is calculated from the dielectric constant of the material, it does not match the actual adsorption force. However, it is known that there is actually a correlation with the amount of accumulated charge in the ceramic layer, so from equation (3),
(11) F=αQ = αCV, α=f(V,
T). α is determined by actually measuring the relationship between the saturated adsorption force FO and the voltage V. In this equation, C is the capacitance of the ceramic dielectric layer.

【0033】一方、吸着、脱着(解除)時のレスポンス
は、経験的にセラミックス誘電体層の電荷蓄積速度又は
電荷放出速度と相関がある。セラミックス誘電体層の蓄
積電荷Q(t) は、数1
On the other hand, the response during adsorption and desorption (release) is empirically correlated with the charge accumulation rate or charge release rate of the ceramic dielectric layer. The accumulated charge Q(t) of the ceramic dielectric layer is expressed by the formula 1

【数1】 iは電流を示す。[Math 1] i indicates current.

【0034】前述のようにジョンソン−ラ−ベック効果
を用いた静電チャックでは、電荷蓄積層がセラミックス
誘電体層そのものではないため、セラミックス誘電体層
の電化蓄積速度を表わす(12)式のtは、吸着レスポ
ンスそのものを表してはいない。そこで(12)式の時
間tを吸着レスポンスΔtに置き換えるため、係数βを
導入する。 (13) Q(t) =CV(1−exp(−β・Δt
/CR))
As mentioned above, in the electrostatic chuck using the Johnson-Rahbek effect, since the charge storage layer is not the ceramic dielectric layer itself, t of equation (12) expressing the charge storage rate of the ceramic dielectric layer does not represent the adsorption response itself. Therefore, in order to replace the time t in equation (12) with the adsorption response Δt, a coefficient β is introduced. (13) Q(t) =CV(1-exp(-β・Δt
/CR))

【0035】データとしては、セラミックス
誘電体層のC,Rの温度特性(C(T)、R(T) )
を実測する。保証電圧Vabs(T)は、絶縁耐圧の実
測値から決定する。飽和吸着力と印加電圧との関係から
α(V,T)を求める。更に、吸着しスポンスの測定か
らβも決定しておく。そして、目標吸着力FO と、目
標となる応答時間Δtを予め決め、入力しておく。
As data, the temperature characteristics of C and R of the ceramic dielectric layer (C(T), R(T))
Measure. The guaranteed voltage Vabs (T) is determined from the actual measurement value of the dielectric strength voltage. α(V,T) is determined from the relationship between the saturated adsorption force and the applied voltage. Furthermore, β is also determined from adsorption and sponse measurements. Then, the target suction force FO and the target response time Δt are determined and input in advance.

【0036】ここで、従来の吸着、脱着レスポンスにつ
いて、図8を参照しつつ説明しておく。従来は、まず電
圧V2 を印加し、吸着力FがFOに達するまで待たな
ければならなかった。ウエハー脱着時も同様であった。
[0036] Here, conventional adsorption and desorption responses will be explained with reference to FIG. Conventionally, it was necessary to first apply the voltage V2 and wait until the attraction force F reached FO. The same thing happened when the wafer was attached and detached.

【0037】これに対し、本実施例では、図9、図10
に示すように、印加電圧を制御する。具体的には、まず
ウエハー吸着面の温度を測定し、(11)式のFにFO
 を代入してV2 、Qを求める。そして、(13)式
に、目標とするレスポンス時間Δtを代入し、またQ(
t) にQを代入し、V1 を求める。V1 <Vab
s(T)であれば、このV1 の値をチャック用電源部
に転送し、図10に示すパターンて電圧を印加する。ウ
エハー吸着時、脱着時の応答 (レスポンス) 時間は
Δt となる。
In contrast, in this embodiment, FIGS. 9 and 10
Control the applied voltage as shown in . Specifically, first, the temperature of the wafer adsorption surface is measured, and FO is added to F in equation (11).
Substitute and find V2 and Q. Then, the target response time Δt is substituted into equation (13), and Q(
t) Substitute Q for , and find V1. V1 <Vab
If it is s(T), this value of V1 is transferred to the chuck power supply section, and a voltage is applied in the pattern shown in FIG. The response time during wafer adsorption and desorption is Δt.

【0038】V1 がVabs(T)以上である場合に
は、V1 =Vabs(T)と置き、この値をチャック
用電源部に転送する。そして、図10において、V1 
=Vabs(T)として電圧を印加する。この場合には
、応答時間がΔt よりも長くなるが、セラミックス誘
電体層を破壊することなく、これよりも応答時間を短か
くすることは、原理上不可能である。
If V1 is greater than or equal to Vabs(T), set V1 = Vabs(T) and transfer this value to the chuck power supply section. In FIG. 10, V1
=Vabs(T). In this case, the response time becomes longer than Δt, but it is impossible in principle to make the response time shorter than this without destroying the ceramic dielectric layer.

【0039】最後に、制御自体が比較的簡単な簡便法に
ついて述べる。この方法は、あらゆる型の静電チャック
に適用可能である。
Finally, a simple method in which the control itself is relatively simple will be described. This method is applicable to any type of electrostatic chuck.

【0040】まず、図11に示すように、目標吸着力F
O と目標応答時間Δt とを予め設定する。そして、
Δt の時間で吸着力FがFO に達するような印加電
圧V1 を測定する。また、飽和吸着力がFO となる
印加電圧V2 を測定する。V1 が保証電圧Vabs
(T)を超えるときは、V1 =Vabs(T)とおく
。これらの測定を、種々の温度で実施し、図12に示す
ように、V1 の値とV2 の値とを温度Tに対しプロ
ットし、検量線を作成する。そして、実際に静電チャッ
クを使用するときには、検出温度に応じ、図12と検量
線を参照してV1,V2 の値を決定する。そして、こ
れらV1 , V2 , Δtの値をチャック用電源部
の方に転送して、例えば図10に示すように電圧を印加
する。ただし、V1 がVabs(T)を超えるときに
は、V1 =Vabs(T)と置くので、応答時間がΔ
t よりも長くなる。
First, as shown in FIG. 11, the target adsorption force F
O and the target response time Δt are set in advance. and,
The applied voltage V1 is measured so that the adsorption force F reaches FO in a time of Δt. Also, the applied voltage V2 at which the saturated adsorption force becomes FO is measured. V1 is the guaranteed voltage Vabs
(T), set V1 = Vabs(T). These measurements are performed at various temperatures, and as shown in FIG. 12, the values of V1 and V2 are plotted against temperature T to create a calibration curve. When the electrostatic chuck is actually used, the values of V1 and V2 are determined according to the detected temperature with reference to FIG. 12 and the calibration curve. Then, these values of V1, V2, and Δt are transferred to the chuck power supply section, and voltages are applied, for example, as shown in FIG. 10. However, when V1 exceeds Vabs(T), we set V1 = Vabs(T), so the response time is Δ
It will be longer than t.

【0041】図1においては、円盤状のセラミックス基
体2中に抵抗発熱体3を埋設した。しかし、本発明は、
こうしたヒーター内蔵型のものでない、通常の静電チャ
ックに対しても適用できる。
In FIG. 1, a resistance heating element 3 is embedded in a disc-shaped ceramic base 2. However, the present invention
It can also be applied to ordinary electrostatic chucks that do not have a built-in heater type.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、温度検出部においてウ
エハー吸着面の温度を検出し、この検出値に基いて静電
チャック制御部において最適の印加電圧を演算し、これ
によりチャック用電源部を制御するので、広範囲の温度
変化に追従して、必要な吸着力を保持でき、かつウエハ
ーの吸着や解除に必要な応答時間を短かくすることがで
きる。
According to the present invention, the temperature of the wafer suction surface is detected in the temperature detection section, and the optimum applied voltage is calculated in the electrostatic chuck control section based on this detected value. Since the wafer is controlled, it is possible to follow a wide range of temperature changes, maintain the necessary adsorption force, and shorten the response time required to adsorb and release the wafer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るヒーター付き静電チャッ
クを示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an electrostatic chuck with a heater according to an embodiment of the present invention.

【図2】強誘電体を使用した静電チャックの等価回路図
である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of an electrostatic chuck using a ferroelectric material.

【図3】従来の電荷蓄積パターンを示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a conventional charge accumulation pattern.

【図4】本発明による電圧印加及び電荷蓄積のパターン
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing patterns of voltage application and charge accumulation according to the present invention.

【図5】V1 が保証電圧を超える場合の電圧印加及び
電荷蓄積のパターンを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing voltage application and charge accumulation patterns when V1 exceeds the guaranteed voltage.

【図6】強誘電体を使用した静電チャックの制御手順を
示すフロー図である。
FIG. 6 is a flow diagram showing a control procedure for an electrostatic chuck using a ferroelectric material.

【図7】ジョンソン−ラ−ベック効果を利用した静電チ
ャックの等価回路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of an electrostatic chuck using the Johnson-Rahbek effect.

【図8】従来の電圧印加及びレスポンスのパターンを示
すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing conventional voltage application and response patterns.

【図9】ジョンソン−ラ−ベック効果を利用した静電チ
ャックの制御手順を示すフロー図である。
FIG. 9 is a flow diagram showing a control procedure for an electrostatic chuck using the Johnson-Rahbek effect.

【図10】本発明による電圧印加及びレスポンスのパタ
ーンを示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing voltage application and response patterns according to the present invention.

【図11】印加電圧と目標吸着力FO 及び応答時間Δ
tの関係を示すグラフである。
[Figure 11] Applied voltage, target adsorption force FO, and response time Δ
It is a graph showing the relationship between t.

【図12】V1 及びV2 の温度変化のパターンを模
式的に示すグラフである。
FIG. 12 is a graph schematically showing a pattern of temperature changes in V1 and V2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2  円盤状セラミックス基体 2a  一方の主面 3  抵抗発熱体 4  セラミックス誘電体層 5  膜状電極 6  ウエハー吸着面 9  温度検出器 2 Disc-shaped ceramic substrate 2a One main surface 3 Resistance heating element 4 Ceramic dielectric layer 5 Membrane electrode 6 Wafer suction surface 9 Temperature detector

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  セラミックス基体;このセラミックス
基体の一方の主面上に形成された膜状電極;この膜状電
極を覆うように前記一方の主面上に形成されたセラミッ
クス誘電体層;前記膜状電極とウエハーとに反対の極性
の電荷を供給する電源部;前記セラミックス誘電体層の
ウエハー吸着面の温度を検出する温度検出器;及び前記
電源部と前記温度検出器とに電気的に接続された制御部
を有するウエハー保持装置であって、前記温度検出器か
らの電気信号を前記制御部へと送り、制御部において前
記ウエハー吸着面の温度に応じた最適の電圧値を演算し
、この制御部からの電気信号によって前記電源部を制御
するように構成された、ウエハー保持装置。
1. A ceramic substrate; a film-like electrode formed on one main surface of the ceramic substrate; a ceramic dielectric layer formed on the one main surface so as to cover the film-like electrode; the film a power supply unit that supplies charges of opposite polarity to the shaped electrode and the wafer; a temperature detector that detects the temperature of the wafer attraction surface of the ceramic dielectric layer; and an electrical connection to the power supply unit and the temperature detector. The wafer holding device has a control section configured to send an electrical signal from the temperature detector to the control section, and the control section calculates an optimal voltage value according to the temperature of the wafer suction surface. A wafer holding device configured to control the power supply section by an electric signal from a control section.
【請求項2】  前記セラミックス基体中に抵抗発熱体
を埋設し、この抵抗発熱体に電力を供給することによっ
て前記ウエハー吸着面に吸着された前記ウエハーを加熱
できるように構成された、請求項1記載のウエハー保持
装置。
2. The wafer according to claim 1, wherein a resistance heating element is embedded in the ceramic base, and the wafer attracted to the wafer attraction surface can be heated by supplying electric power to the resistance heating element. Wafer holding device as described.
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