JPH06244270A - 静電吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】絶縁物で覆われた少なくとも一対の電極間に電
圧を印加して、各対の電極を覆う絶縁物の表面に配置し
た被処理物を静電的に吸着する静電吸着装置において、
吸着時には十分な静電吸着力を保証すると同時に、解着
時には残留電荷を有効に消去すると共に予定の短時間保
持力を維持できようにすることを目的とする。 【構成】静電チャック１自体のもっている静電容量を利
用して抵抗６及びコイル７の直列回路と共にＲＬＣ放電
回路を形成し、電極間電圧を電極間の電位０を基準にし
て、正負交互に減衰振動させるように構成したことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置、ドラ
イエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリン
グ装置等の半導体処理装置に使用される静電吸着装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ
装置、スパッタリング装置、イオン注入装置等の半導体
処理装置に使用される従来の静電吸着装置としては、静
電チャックの電極に直流高電圧を印加することによって
発生する静電的吸着力によって被処理物を吸着させるよ
うにしたものが知られている。例えば特公平１− 52899
号公報には、導電性の物体や表面を薄い絶縁膜で覆った
導電性の物体に対して十分な吸着力を得るために、一対
の平面状の電極の上に絶縁物を介して吸着すべき導電性
の物体を置き、そして一対の平面状の電極間に1000〜50
00Ｖ程度の直流高電圧を印加して導電性の物体を電極上
に静電的に吸着させる静電吸着装置が開示されている。

【０００３】一般に理想的な静電チャックの絶縁膜を考
えると、電極に印加する電圧をゼロにした場合には、静
電吸着力もゼロとなると考えられる。しかし、実際には
絶縁物内には材質中の不純物や粒界等にるキャリアのト
ラップ準位や可動イオンが存在していると考えられ、そ
のため電極に正の電圧を印加した場合には静電気とは別
に絶縁物中に負のキャリア（主に電子や負イオン）が溜
まり易く、逆に電極に負の電圧を印加した場合には正の
キャリア（主に正孔や正イオン）が絶縁物中に溜まり易
くなる。従って、正または負の電圧から単にゼロ電圧に
しただけでは絶縁物中に負または正のキャリアが溜まっ
たままで、この状態はあたかも負または正の電圧がなお
掛かっている状態と等価である。このように電極に同じ
極性の電圧を何度も繰返し長時間印加していると、静電
気とは別に絶縁物中に電極の極性とは逆の極性のキャリ
アが増える可能性があり、このことは等価的に考えると
電極への印加電圧が低くなり、その結果吸着力は低下す
ることになる。すなわち、電極に高電圧を印加しても静
電チャックの吸着面に静電的吸着力が十分に発生しなく
なるため被処理物が吸着しにくくなったり、或いは電極
に対する高電圧の印加を止めても被処理物が静電チャッ
クの吸着面から静電的吸着力の残留量が多いために離れ
にくい等の誤動作が発生していた。

【０００４】このような絶縁物中のキャリアの影響をな
くすためには絶縁物中を電気的に中性にすればよいと考
えられ、この考えに基づいて電極に正負の電圧を交互に
印加する例として特公昭61−4611号公報には、絶縁体で
包囲した一対またはそれ以上の対から成る電極に直流電
圧を印加する際に、物体を一回吸着する毎に電極に印加
する直流電圧の極性を反転させて吸着力の低下を防止す
るようにした静電吸着方法が開示されている。また、特
開平４−213854号公報には、静電チャックの電極に印加
する直流電圧を、吸着開始時には高電圧とし、そして吸
着後は所定の電圧値まで低下させて残留電荷の発生を抑
制するようにした静電吸着装置について開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体処理
装置に用いられる上述のような静電吸着装置において
は、一般にウエハを冷却するために静電チャックを通し
てウエハ下部にヘリウムガスのような冷却ガスが導入さ
れており、その圧力は10Torr前後となっている。このよ
うな状態で突発的な電圧供給停止（例えば停電）が起っ
た場合、通常電源がオフ状態になると、アース接地回路
が働くようになっているので、電荷が瞬時的に消え、吸
着力が短時間でなくなり、その結果、冷却ガスの圧力に
よりウエハは押し上げられ、その後落下して損傷する事
故が起り得るという問題点がある。また、特開平４−21
3854号公報に開示されたような電源を接地している場合
には、プラズマも接地電位部に接しているため、静電チ
ャック電源とプラズマとは電気的に回路を形成すること
になる。通常、電極電位は負の自己バイアス状態となる
ので、静電チャックの負電極側では電源から供給される
負電位と自己バイアスの負電位とが打ち消し合い、静電
吸着力が弱められることになる。このような観点から、
上記誤動作を軽減し、静電チャックの動作の信頼性を向
上させることが要望されているが、従来の静電吸着装置
においては抜本的な解決手段は提案されてないのが実状
である。そこで、本発明は、上記のような従来技術に伴
う問題点を解決して、吸着時には十分な吸着力を保証で
きまた解着時には取り外し難さの伴わない安定かつ信頼
できる吸着操作を行うことのできる静電吸着装置を提供
することを目的としている。

【０００６】

【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、所定の間隔で設けられ、絶縁物で覆われ
た少なくとも一対の電極間に電圧を印加して、各対の電
極を覆う絶縁物の表面に配置した被処理物を静電的に吸
着する静電吸着装置において、各対の電極間に電圧を印
加する電源と、電源のオフ時に各対の電極間に接続さ
れ、ゼロ電位を基準として各対の電極間に印加した電圧
を正負交互に減衰振動させる抵抗及びコイルの直列回路
とを設けたことを特徴としている。好ましくは、電源の
オフ時に各対の電極間に接続される抵抗及びコイルの直
列回路の抵抗及びコイルの値は調整可能であり得る。

【０００７】

【作用】本発明においては、各対の電極間に電圧を印加
する電源のオフ時に各対の電極間に接続され、ゼロ電位
を基準として各対の電極間に印加した電圧を正負交互に
減衰振動させる抵抗及びコイルの直列回路を設けたこと
により、被処理物を静電チャックの吸着面にのせた状態
で、対の電極の電圧を印加した状態からオフ状態にする
瞬間に、抵抗及びコイルの直列回路と静電チャックのも
っている静電容量とから成るＲＬＣ放電回路が形成さ
れ、この放電回路を通して、電極間電圧は、電極間の電
位０を基準にして、正負交互に減衰振動し、それによ
り、電極を覆っている絶縁物中に負正のキャリアが交互
に出てきて電気的に中性となり、その結果、吸着面上で
の静電吸着力は残留しなくなり、被処理物が吸着面から
離れにくいという事態は回避できるようになる。また、
電極に同じ極性の電圧を何度も繰返し長時間印加するこ
とによる静電気とは別に絶縁物中に電極の極性とは逆の
極性のキャリアが増える可能性すなわちヒステリシスに
よる吸着面の状態変化も避けることができるので、被処
理物を外した後の吸着面に、次の被処理物を吸着させる
際も、吸着力の低下を伴わずに被処理物を確実に吸着す
ることができるようになる。さらに、抵抗とコイルの値
を適当に選択することによって電極間電圧の減衰に要す
る時間と、電極間電圧の振動周波数ｆ（自己周波数ｆ＝
β／２π）を適当に選ぶことができるようになる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１には本発明の一実施例による静電
吸着装置の構成を概略的に示し、１は静電チャックで、
図示実施例では所定の間隔を置いて配置された一対の電
極２とこれらの電極２を挾んで覆うように配列した二枚
の絶縁物３とから成っており、各電極２は切換スイッチ
４を介して直流電源５の両端子間に接続されている。直
流電源５と並列に可変抵抗６と可変コイル７との直列回
路が設けられ、この直列回路は切換スイッチ４により直
流電源５の開放時に電極２、２間に接続されるように構
成されている。なお、８は静電チャック１に吸着される
被処理物を示している。このように構成された装置にお
いて被処理物８を静電チャック１の吸着面から外す際
に、切換スイッチ４を直流電源５側から直列回路側へ切
換えた時すなわち電源５の遮断した時、直列回路の可変
抵抗６及び可変コイル７は、静電チャック１における電
極２、２間の容量と共にＲＬＣ回路を形成し、対の電極
２、２間に印加された電圧を、電極間の電位０を基準に
して正負に交互に減衰振動させる働きをする。

【０００９】図２には図１の装置の等価回路を示してい
る。図２の等価回路において、被処理物８を静電チャッ
ク１の吸着面にのせた状態での電極２、２間の容量をＣ
とし、電極２、２間に電圧を印加した時の電位をｖ(t)
とし、ｔ＝０で切換スイッチ４を位置から位置へ切
換えた時の電極２、２間の電圧の変化を求める。このと
き、電荷をｑ(t) とするとＲＬＣ回路におけるｑ(t) の
微分方程式は次式で表される。 この式からｖ(t) は時間と共に減衰振動することがわか
る。このように、本発明においてはＲＬＣ回路を用いて
電極間の電圧を減衰振動させることができる。

【００１０】次に、図２に示す等価回路において切換ス
イッチ４を位置から位置へ切換えた直後の電極間電
圧の挙動のシュミレーションについて説明する。まず、
静電チャック１の吸着面に被処理物８としてシリコンウ
エハをのせて電極２、２間の容量ＣをＬＣメータで測定
したところ、1.0(ｎＦ）であった。電極間に印加する直
流電圧を3.0(ｋＶ）とする。そして可変抵抗６及び可変
コイル７の値Ｒ、Ｌを(1) 式の条件の範囲内で選ぶこと
により、(4) 式から電極間電圧のシュミレーション結果
が得られる。その結果の代表的な例を図３、図４及び図
５に示す。図３はＲ＝10（Ω）、Ｌ＝２（Ｈ）の場合で
あり、図４はＲ＝10（Ω）、Ｌ＝１（Ｈ）の場合であ
り、また、図５はＲ＝１（Ω）、Ｌ＝0.3 （Ｈ）の場合
である。これらのシュミレーション結果からもわかるよ
うに、ＲＬＣ回路を用いることにより、静電チャックの
一対の電極間に印加する電圧を電極間の０電位を基準に
して正負に交互に減衰振動させることができる。

【００１１】ところで、図示実施例では、静電チャック
に一対の電極を設けた場合について説明してきたが、当
然二対または以上の対の電極を備えた電極構造に構成す
ることも可能である。

【００１２】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明において
は、、静電チャック自体のもっている静電容量を利用し
て抵抗及びコイルの直列回路と共にＲＬＣ放電回路を形
成し、電極間電圧を電極間の電位０を基準にして、正負
交互に減衰振動させるように構成しているので、静電チ
ャックに残留している電荷を放電させるのに特別の電源
が必要でないだけでなく、静電チャックに残留している
電荷を有効に取り除いて吸着面上での静電吸着力の残留
を避けることができ、被処理物の取り外し時における吸
着面からの離れにくさを解消でき、しかも蓄積された電
荷による電極間電圧の減衰時間は抵抗を適当に選択する
ことによって自由に設定することができるので、電源が
オフ状態になってもある一定の時間保持力を維持するこ
とができ、被処理物の落下による損傷等の自体を未然に
防ぐことができるようになる。また、ＲＬＣ放電回路に
より静電チャックに残留している電荷を完全に消去でき
るので、吸着動作を繰り返しても吸着力の低下はなく、
常に安定した吸着動作を保証することができるようにな
る。さらに、抵抗とコイルの値を選択することによって
電極間電圧の減衰に要する時間と、電極間電圧の振動周
波数ｆ（自己周波数ｆ＝β／２π）とを選択的に決定す
ることができ、被処理物に応じて最適な吸着動作を得る
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す概略線図。

【図２】 図１の装置の等価回路図。

【図３】 解着時の電極間電圧の挙動の一例を示すシュ
ミレーション図。

【図４】 解着時の電極間電圧の挙動の別の例を示す図
３と同様なシュミレーション図。

【図５】 解着時の電極間電圧の挙動のさらに別の例を
示す図３と同様なシュミレーション図。

【符号の説明】

１：静電チャック ２：電極 ３：絶縁物 ４：切換スイッチ ５：直流電源 ６：可変抵抗 ７：可変コイル ８：被処理物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隔で設けられ、絶縁物で覆われた
   少なくとも一対の電極間に電圧を印加して、各対の電極
   を覆う絶縁物の表面に配置した被処理物を静電的に吸着
   する静電吸着装置において、各対の電極間に電圧を印加
   する電源と、電源のオフ時に各対の電極間に接続され、
   ゼロ電位を基準として各対の電極間に印加した電圧を正
   負交互に減衰振動させる抵抗及びコイルの直列回路とを
   設けたことを特徴とする静電吸着装置。
2. 【請求項２】電源のオフ時に各対の電極間に接続される
   抵抗及びコイルの直列回路の抵抗及びコイルの値が調整
   可能である請求項１に記載の静電吸着装置。