JPH07130825A - 試料の離脱方法及び該方法に使用する試料保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 試料５０と試料保持部２４との間に所定の圧
力でガスを導入するとともに、試料保持部２４への直流
電圧の印加を停止し、試料５０に蓄積された電荷を放出
させて試料５０を離脱させる試料の離脱方法。 【効果】 吸着力の減少後、ガス圧により押し上げ力を
広く均等に付与して試料５０を離脱させることができ、
また離脱の瞬間にガスをリークさせて押し上げ力を急激
に減少させることができる。したがって試料５０の損傷
や位置ずれに伴う搬送トラブルの発生を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は試料の離脱方法及び該方
法に使用する試料保持装置に関し、より詳細には半導体
装置の製造過程において、試料保持部に静電吸着させて
薄膜形成やドライエッチング処理を施した後、試料を離
脱させる場合に必要とされる試料の離脱方法及び該方法
に使用する試料保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造過程における薄膜形成やドラ
イエッチング工程では、試料を試料台に確実に密接させ
て所定温度にコントロールして処理を施すことが望まし
い。

【０００３】従来、試料を試料台に取り付ける場合、リ
ング状の押さえ板や載置面に設けられた爪状の押さえ治
具等を用いて押し付けることにより、試料周辺部を前記
試料台上に固定していた。しかし、このようなメカニカ
ルな取り付け手段を用いた場合、試料と試料台との密接
度が不十分であるという問題があり、この問題を解決す
るため、近年、静電力による吸着作用を利用し、試料を
試料台全面に密着させる試料保持装置が開発され、普及
してきている。しかしながらこの静電力を利用した試料
保持装置では、処理後に試料を離脱させるのが難いとい
う問題があり、この対策として種々の離脱方法及び離脱
装置が提案されている。例えば、離脱用プラズマを試料
に照射して静電力を消失させる方法、接地されている試
料搬送アームを試料に接触させて静電力を消失させる方
法、吸着時のものとは正負が逆の電圧を試料に印加して
静電力を消失させる方法、試料を持ち上げるリフトピン
機構を用いて強制的に離脱させる方法及びこれらの組み
合わせによる方法等がある。

【０００４】図６はこの種リフトピン機構が組み込まれ
ている試料保持装置を概略的に示した断面図であり、図
中４１はアルミナ等を用いて形成された絶縁リングを示
している。絶縁リング４１上にはアルミ製の下部電極４
２が配設され、下部電極４２には導線４３ａを介してＲ
Ｆ電源４３が接続されている。下部電極４２上には試料
保持部４４が配設されており、試料保持部４４は例えば
セラミックス等から構成される絶縁体４４ａの内部に導
電体層４４ｂが埋設された態様で形成されている。導電
体層４４ｂは導線４５ａを介してＤＣ電源４５に接続さ
れており、下部電極４２における導線４５ａが貫通する
部分には、絶縁筒４２ａが介装されている。また試料保
持部４４内には流路４６が形成され、流路４６には導入
管４６ａ及び導出管４６ｂが接続されており、冷却液が
導入管４６ａより流路４６を循環して導出管４６ｂから
排出されることにより、試料保持部４４が冷却されるよ
うになっている。さらに試料保持部４４には空間部４７
が形成されており、空間部４７内には複数個のリフトピ
ン４８ａを有するリフト台４８ｂが配設され、リフト台
４８ｂ下方には昇降軸４８ｃを介して駆動装置４８ｄが
接続されている。空間部４７上方における試料保持部４
４にはリフトピン４８ａの挿通孔４４ｄが形成されてお
り、駆動装置４８ｄを駆動させると昇降軸４８ｃが上昇
し、試料保持部４４上に載置されている試料５０がリフ
トピン４８ａにより押し上げられるようになっている。

【０００５】試料保持部４４、下部電極４２を絶縁リン
グ４１上に固定するには、アルミナ等のセラミックスで
形成された下部電極押えリング４９を用い、これらのフ
ランジ部４９ａ、４９ｂ、４９ｃの下面と試料保持部４
４のフランジ部４４ｃ、下部電極４２の周縁部上面、絶
縁リング４１の周縁部上面とをそれぞれ接合し、ボルト
止め（図示せず）することにより行なわれている。

【０００６】このように構成された試料保持装置を用
い、試料５０を吸着・保持させる場合、まず試料５０を
試料保持部４４上に載せ、次にＤＣ電源４５をオンにし
て試料保持部４４の導電体層４４ｂに直流電圧を印加す
るとともに、試料５０の上面にプラズマを短時間照射す
る。すると試料保持部４４は正または負に帯電する一
方、試料５０はプラズマを介して接地される結果、試料
５０と試料保持部４４との間に電界が発生する。このた
め、正負の電荷間の静電力により試料５０は試料保持部
４４の表面上に吸着・保持されることとなる。試料５０
を吸着させた後は流路４６に冷却液を循環させ、ＲＦ電
源４３をオンにし、成膜あるいはエッチング等の処理工
程に入る。

【０００７】また、成膜またはエッチング処理後に試料
５０を試料保持部４４から離脱させる場合、まずＤＣ電
源４５、ＲＦ電源４３をオフにし、例えば、プラズマを
照射して試料５０に蓄積されている電荷を逃がしてや
る。次に、駆動装置４８ｄを作動させて昇降軸４８ｃを
上昇させ、リフトピン４８ａにより試料５０を押し上
げ、試料保持部４４から試料５０を離脱させる。この
後、試料搬送アーム（図示せず）を用いて試料５０を把
持し、系外に搬出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した試料の離脱方
法においては、接地させた直後では試料５０中に電荷が
まだ残っており、したがって試料保持部４４による吸着
力が残存している。この残存吸着力は時間経過につれて
減少するが、この減少率は試料５０の特性、処理温度、
印加電圧等により異なっている。

【０００９】そのため、吸着力が残存している状態でリ
フトピン４８ａを用いて試料５０を押し上げた場合、試
料５０の離脱がスムーズに行なわれず、離脱時のショッ
クにより試料５０がリフトピン４８ａ上で跳ねたり揺れ
たりして位置ずれが生じ、搬送アームで試料５０を把持
し得ないトラブルが発生するという課題があった。さら
に残留吸着力が大きい場合、試料５０における複数個の
リフトピン４８ａとの接触部に押し上げ力が集中するた
め、この近傍に損傷が生じるおそれがあるという課題が
あった。また、スムーズに離脱させ得る最短時間（以
下、離脱ポイントと記す）の確認が難しく、かつ試料５
０の種類ごとに離脱ポイントが異なるため、押し上げ開
始のタイミングは安全率を加味して設定する必要があ
り、その結果、装置のスループット（一定時間内におけ
る処理可能な試料枚数）が減少し、処理効率が低下する
という課題があった。

【００１０】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、試料の全面に押し上げ力を均等に付与して離
脱させるとともに、離脱の瞬間に押し上げ力を逃がすこ
とができ、したがって試料の搬送トラブルや損傷を防止
することができ、処理効率を高めることができる試料の
離脱方法及び該方法に使用する試料保持装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る試料の離脱方法は、試料保持部上に静電
吸着させた試料を離脱させる試料の離脱方法において、
前記試料と前記試料保持部との間に所定の圧力でガスを
導入するとともに、前記試料保持部への直流電圧の印加
を停止し、前記試料に蓄積された電荷を放出させて該試
料を離脱させることを特徴としている。

【００１２】また本発明に係る試料保持装置は、導電体
の周囲に絶縁体を備えた試料保持部と、前記導電体に直
流電圧を印加する直流電源とを備え、試料を前記試料保
持部に静電吸着させる試料保持装置において、前記試料
が載置される前記試料保持部上面にガス導入部が形成さ
れ、該ガス導入部にガス供給手段が接続されていること
を特徴としている。

【００１３】

【作用】前記ガス導入部への供給ガスとしてはＡｒ、Ｈ
ｅ等の希ガスが挙げられる。試料に蓄積された電荷をと
ってやるのに離脱プラズマを照射する手段を用いる場
合、前記ガス導入部へ供給したガスは前記試料と試料保
持部の隙間よりリークし、またＡｒガスはＨｅガスに比
べて電離し易く、電荷を前記試料からとり易いため、Ａ
ｒガスを用いる方がより効果的となる。

【００１４】上記試料の離脱方法によれば、試料と試料
保持部との間に所定の圧力でガスを導入するとともに、
前記試料保持部への直流電圧の印加を停止し、前記試料
に蓄積された電荷を放出させて該試料を離脱させるの
で、吸着力の減少後、ガス圧により押し上げ力を広く均
等に付与して前記試料を離脱し得ることとなり、また離
脱の瞬間にガスが前記試料保持部と前記試料との間から
リークして押し上げ力を急激に減少させ得ることとな
る。したがって該試料の損傷や位置ずれを生じさせるこ
とがなく、搬送トラブルの発生も防止されることとな
る。

【００１５】また、上記構成の試料保持装置によれば、
試料が載置される試料保持部上面にガス導入部が形成さ
れ、該ガス導入部にガス供給手段が接続されているの
で、ガス圧により押し上げ力を広く均等に付与して前記
試料を離脱し得ることとなり、また離脱の瞬間にガスが
前記試料保持部と前記試料との間からリークして押し上
げ力が急激に減少し得ることとなる。したがって該試料
の損傷や位置ずれを生じさせることがなく、搬送トラブ
ルも防止されることとなる。また、ガス供給手段に流量
モニタ装置を添設しておけば離脱ポイントが確実に確認
されることとなり、ただちに次工程に移れることとな
り、処理効率を高め得ることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る試料の離脱方法及び該方
法に使用する試料保持装置の実施例を図面に基づいて説
明する。なお、従来例と同一機能を有する構成部品には
同一の符号を付すこととする。図１は実施例に係る試料
保持装置が配設された平行平板型プラズマエッチング装
置を概略的に示した断面図であり、図中１１は処理室を
示している。処理室１１の中央部にはガス導入孔（図示
せず）を有する上部電極１２が配設されており、上部電
極１２にはＲＦ電源１５が接続されている。上部電極１
２はアルミナ等のセラミックによる絶縁リング１３を介
して上部電極保持部１４に固定され、上部電極保持部１
４は処理室１１の上部壁１１ａ内周面に摺動可能に接し
ており、モータ１４ａを用いて上下方向に移動可能とな
っている。また処理室１１の両側壁には試料５０の搬入
孔１６、搬出孔１７が形成され、それぞれ閉塞装置１６
ａ、１７ａを用いて封止されるようになっている。また
処理室１１の下部壁１１ｃには真空ポンプ（図示せず）
に接続された排気管１９が接続されている。

【００１７】一方、処理室１１の下部には上部電極１１
に対向して試料保持部２４が配設され、試料保持部２４
上には試料５０が載置されている。試料保持部２４は導
電体２４ｂの周囲に溶射等の手段により絶縁体層２４ａ
が形成されることにより構成されており、導電体２４ｂ
は導線４５ａを介してＤＣ電源４５に接続されている。
また試料保持部２４内には流路４６が形成され、流路４
６には導入管４６ａ及び導出管４６ｂが接続されてお
り、冷却液が導入管４６ａより流路４６を循環して導出
管４６ｂから排出されることにより、試料保持部２４が
冷却されるようになっている。また試料保持部２４には
空間部４７が形成されており、空間部４７内には複数個
のリフトピン４８ａを有するリフト台４８ｂが配設さ
れ、リフト台４８ｂ下方には昇降軸４８ｃを介して駆動
装置４８ｄが接続されている。空間部４７上方における
試料保持部４４にはリフトピン４８ａの挿通孔４４ｄが
形成されており、駆動装置４８ｄを駆動させると昇降軸
４８ｃが上昇し、試料保持部２４上に載置されている試
料５０がリフトピン４８ａにより押し上げられるように
なっている。

【００１８】さらに、試料保持部２４上面にはガス導入
部２１が形成されており、ガス導入部２１は図２に示す
ように、同心円状に形成された複数個の溝２１ａと放射
状に形成された複数個の溝２１ｂとで構成され、これら
溝２１ａ、２１ｂには挿通孔４４ｄが接続されている。
また空間部２７下方には下部電極４２を貫通してガス導
入管２２ａが接続されており、ガス導入管２２ａの一端
には圧力制御（制御範囲０〜１００Torr程度）及び流量
モニタ（計測範囲０〜１００SCCM程度）装置２２ｃ、バ
ルブ２２ｄが接続され、ガス導入管２２ａの中間箇所に
は圧力計２２ｂが接続されている。これらバルブ２２
ｄ、圧力制御及び流量モニタ装置２２ｃ、圧力計２２
ｂ、ガス導入管２２ａ、空間部４７及び挿通孔４４ｄに
よりガス供給手段２２が構成されており、バルブ２２
ｄ、圧力制御及び流量モニタ装置２２ｃを介して所定圧
力のガスが、ガス導入管２２ａ、空間部４７、挿通孔４
４ｄを通り、ガス導入部２１へ供給されるようになって
いる。

【００１９】従来のものと同様、試料保持部２４と下部
電極４２とは下部電極押えリング４９を用いて絶縁リン
グ４１に固定されており、絶縁リング４１は処理室１１
の下部壁１１ｃに固定されている。そして流路４６に冷
却液を循環させて試料５０を所定温度に設定し、ＲＦ電
源１５、４３をオンして上部電極１２及び下部電極４２
に高周波電力を印加することにより、ガス導入孔から供
給された反応ガスがプラズマ化され、試料５０にエッチ
ング処理がなされるようになっている。

【００２０】このように構成された装置を用い、試料５
０を吸着・保持させる場合、まず試料５０を試料保持部
２４上に載せ、次にＤＣ電源４５をオンにして試料保持
部２４の導電体２４ｂに直流電圧を印加するとともに、
試料５０の上面にプラズマを短時間照射する。すると試
料保持部２４は正または負に帯電する一方、試料５０は
プラズマを介して接地される結果、試料５０と試料保持
部２４との間に電界が発生する。このため、正負の電荷
間の静電力により試料５０は試料保持部２４の表面上に
確実に吸着・保持されることとなる。

【００２１】また、成膜またはエッチング処理後に試料
５０を試料保持部２４から離脱させる場合、まずＤＣ電
源４５をオフにするとともに、ガス供給手段２２を介し
て所定圧力を有するＡｒ、Ｈｅ等のガスをガス導入部２
１に供給し、試料５０下面の多くの箇所に押し上げ力を
均等に付与する。この後、例えばプラズマを照射して、
試料５０に蓄積されている電荷を放出させる。すると、
静電力がしだいに減少してゆき、ガス圧力に比べて残留
吸着力が小さくなった時点で、試料５０が試料保持部２
４から離脱する。この離脱時点は圧力制御及び流量モニ
タ装置２２ｃにおける供給ガス流量の急激な増加または
ガス圧力の低下により確実に確認することができる。こ
の後、駆動装置４８ｄを作動させて昇降軸４８ｃを上昇
させ、リフトピン４８ａにより試料５０を持ち上げ、試
料搬送アーム（図示せず）を用いて試料５０を把持し、
系外に搬出する。

【００２２】以下に実施例の装置を用い、導電体２４ｂ
に４００Ｖの直流電圧を印加して試料５０を試料保持部
２４に吸着させた後、離脱させた場合について説明す
る。離脱条件を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】図３は実施例に係る方法及び装置を用いた
場合における離脱経過を示したグラフであり、（ａ）は
試料保持部の残留電圧、（ｂ）はＡｒ流量、（ｃ）はＡ
ｒ圧力を示している。このグラフから明らかなように、
導電体２４ｂへの直流電圧の印加を停止するとともにガ
ス導入部２１へＡｒガスを供給すると、７秒後にガス流
量が２SCCM程度に少なくなり、かつガスが設定圧力の１
５Torrに保持される。このとき離脱プラズマを照射する
と、照射３秒後に試料保持部２４における残留電圧が３
８Ｖから３Ｖに減少して残留吸着力が弱まり、これと同
時にＡｒ流量が急増し、試料５０が試料保持部２４から
離脱したのを確認することができた。離脱後、試料５０
の損傷はもとより、位置ずれの発生は皆無であった。

【００２５】この結果から明らかなように、実施例に係
る試料の離脱方法では、試料５０と試料保持部２４との
間に所定の圧力でガスを導入するとともに、試料保持部
２４への直流電圧の印加を停止し、試料５０に蓄積され
た電荷を放出させて試料５０を離脱させるので、吸着力
の減少後、ガス圧により押し上げ力を広く均等に付与し
て試料５０を離脱させることができ、また離脱の瞬間に
ガスをリークさせて押し上げ力を急激に減少させること
ができる。したがって試料５０の損傷や位置ずれに伴う
搬送トラブルの発生を防止することができる。

【００２６】また、ガス供給手段２２における流量モニ
タ装置２２ｃを用いて離脱ポイントを素早く確認するこ
とができるため、ただちに次工程に移ることができ、し
たがって処理効率を高めることができる。

【００２７】なお、本実施例では平行平板型プラズマエ
ッチング装置に適用した場合について説明したが、別の
エッチング装置や薄膜形成装置にも適用することができ
る。

【００２８】また、本実施例では試料５０に蓄積された
電荷を放出させるのに脱離プラズマを照射する手段を用
いたが、別の実施例では、接地されている試料搬送アー
ムを試料に接触させて静電力を消失させる方法、吸着時
のものとは正負が逆の電圧を試料に印加して静電力を消
失させる方法等を用いてもよい。

【００２９】また、本実施例ではガス導入部２１にＡｒ
ガスを供給したが、別の実施例ではＨｅガスを用いても
よい。ただし、試料５０に蓄積された電荷を放電させる
のに離脱プラズマを照射する手段を用いる場合、図４に
示したように、Ａｒガスの方が試料保持部２４の残留電
圧が小さく、低いガス押圧力で試料５０をよりスムース
に離脱させることができる。

【００３０】また、本実施例では導電体２４ｂの周囲に
溶射等の手段により絶縁体層２４ａが形成された試料保
持部２４を使用したが、別の実施例では絶縁体中に導電
体層が埋設された態様の試料保持部を用いてもよい。

【００３１】図５は別の実施例に係る試料保持装置を概
略的に示した図であり、（ａ）は試料保持装置の断面
図、（ｂ）は試料保持部の平面図を示している。試料保
持部３４は導電体３４ｂの周囲に溶射等の手段により絶
縁体層３４ａが形成されて構成されており、試料保持部
３４内にはガス流路３１ａが放射状に形成されている。
ガス流路３１ａの一端は空間部４７に接続され、ガス流
路３１ａ上には複数個の孔３１ｂが形成されており、こ
れらガス流路３１ａ、孔３１ｂとによりガス導入部３１
が構成されている。その他の構成及び装置の使用方法は
上記実施例のものと同様であるため、それらの説明をこ
こでは省略する。

【００３２】上記説明から明らかなように、別の実施例
に係る試料保持装置では、ガス流路３１ａがガス溜とな
るため、各孔３１ｂにおけるガスの噴出圧力の均一化を
図ることが容易であり、押し上げ力をより一層均等に付
与して試料５０をスムースに離脱させることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る試料の
離脱方法にあっては、試料と試料保持部との間に所定の
圧力でガスを導入するとともに、前記試料保持部への直
流電圧の印加を停止し、前記試料に蓄積された電荷を放
出させて該試料を離脱させるので、吸着力の減少後、ガ
ス圧により押し上げ力を広く均等に付与して前記試料を
離脱させることができ、また離脱の瞬間にガスを前記試
料保持部と前記試料との間からリークさせて押し上げ力
を急激に減少させることができる。したがって該試料の
損傷や位置ずれが生じるのを防ぐことができ、搬送トラ
ブルの発生も防止することができる。

【００３４】また本発明に係る試料保持装置にあって
は、試料が載置される試料保持部上面にガス導入部が形
成され、該ガス導入部にガス供給手段が接続されている
ので、ガス圧により押し上げ力を広く均等に付与して前
記試料を離脱させることができ、また離脱の瞬間にガス
を前記試料保持部と前記試料との間からリークさせて押
し上げ力を急激に減少させることができる。したがって
該試料の損傷や位置ずれが生じるのを防ぐことができ、
搬送トラブルも防止することができる。また、ガス供給
手段に流量モニタ装置を添設しておけば離脱ポイントを
確実に確認することができ、ただちに次工程に移ること
ができ、処理効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る試料保持装置が配設された平行平
板型プラズマエッチングを概略的に示した断面図であ
る。

【図２】実施例に係る試料保持部の平面図である。

【図３】実施例に係る方法及び装置を用いた場合におけ
る離脱経過を示したグラフであり、（ａ）は試料保持部
の残留電圧、（ｂ）はＡｒ流量、（ｃ）はＡｒ圧力を示
している。

【図４】離脱プラズマを照射した場合、ガス導入部にＡ
ｒまたはＨｅを供給した際における試料保持部の残留電
圧を測定した結果を示したグラフである。

【図５】別の実施例に係る試料保持装置を概略的に示し
た図であり、（ａ）は試料保持装置の断面図、（ｂ）は
試料保持部の平面図を示している。

【図６】従来の試料保持装置を概略的に示した断面図で
ある。

【符号の説明】

２１ ガス導入部 ２２ ガス供給手段 ２４ 試料保持部 ２４ａ 絶縁体層 ２４ｂ 導電体 ４５ ＤＣ電源 ５０ 試料

【手続補正書】

【提出日】平成６年４月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料保持部上に静電吸着させた試料を離
   脱させる試料の離脱方法において、前記試料と前記試料
   保持部との間に所定の圧力でガスを導入するとともに、
   前記試料保持部への直流電圧の印加を停止し、前記試料
   に蓄積された電荷を放出させて該試料を離脱させること
   を特徴とする試料の離脱方法。
2. 【請求項２】 導電体の周囲に絶縁体を備えた試料保持
   部と、前記導電体に直流電圧を印加する直流電源とを備
   え、試料を前記試料保持部に静電吸着させる試料保持装
   置において、前記試料が載置される前記試料保持部上面
   にガス導入部が形成され、該ガス導入部にガス供給手段
   が接続されていることを特徴とする試料保持装置。