JPH09275132A - 静電吸着装置，ウエハ脱離方法、及びウエハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウエハ処理終了後に発生する残留吸着力を効果
的に低減できる静電吸着装置を提供する。 【解決手段】ウエハ９の裏面の誘電膜２１内部または周
辺に、圧電体４０または形状記憶体４４を設置し、処理
終了後に外部の信号により誘電体２１の表面よりも突出
させてウエハ９と誘電膜２１間の空隙を増加させる。ま
たは、ウエハ９の受け渡すように設けたプッシャ２７の
少なくとも１個の先端に圧電体５２または形状記憶体を
取り付け、処理終了後他のプッシャ２７に先行してウエ
ハ９に押し当てて剥がす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電吸着装置，ウエ
ハ脱離方法、及びウエハ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平6−326180 号公報に示すように、
静電気を利用して物体を保持する方法は、特に半導体製
造装置のウエハの搬送や各プロセス中のウエハの固定に
使用されている。ウエハの搬送や固定を行う際の保持方
法は、他にクランプを用いた機械的な保持方法等が考え
られるが、静電気力を用いる方が半導体ウエハの保持に
関して有利な点が多い。例えば、ウエハの処理面との機
械的な接触がないために摩耗粉等によりウエハの汚染が
ない、ウエハ裏面全面で吸着するのでウエハの反りを矯
正できエッチング等の微細加工の際に吸着面との接触が
より確実なものとなり、熱伝導性が改善されウエハの温
度制御が容易になる等である。

【０００３】以上に示すよう静電吸着はウエハの保持方
法として有利な点が多いために、特にドライエッチング
やＣＶＤといった装置内のウエハ処理電極として広く適
用されている。しかし、静電吸着装置では誘電膜に蓄え
られた電荷とウエハ裏面近傍で分極した電荷の静電気力
により吸着力を発生しているため、特に、ウエハを引き
剥がす場合、誘電膜に蓄えられた電荷の除電時間が長い
（つまり残留吸着力が大きい）という応答性の問題があ
る。応答性が悪い、すなわち、除電時間が長いとウエハ
を次の処理室へ搬送する次動作までの待ち時間が長くな
るために装置の処理能力を低下するという弊害を生じ
る。また、通常は処理終了後のウエハを電極から取り上
げるために棒状の支持体（以下プッシャと呼ぶ）を電極
内に設けた貫通孔より上下方向に稼働させて行っている
が、残留吸着力に逆らって無理にウエハを引き剥がそう
とするとウエハが割れてしまうという問題を生じる。こ
の傾向は、素子の高集積化に伴うウエハの大口径化が進
むほど深刻となってくる。

【０００４】この様な残留吸着力による弊害に対処する
方法としては、例えば、特開平6−326180 号公報に開示
されている。この開示では、残留吸着力を低く低下させ
るため、導電性のあるプッシャの一端を接地することに
よりウエハ裏面にプッシャが接触したときにウエハ裏面
に蓄えられた電荷を逃がすという方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の除電方
法のみではウエハ裏面を接地することはできても、誘電
膜表面を接地することはできずここに蓄えられた電荷を
取り除くことができないため完全に残留吸着力をなくす
ことは難しい。したがって、最終的にはプッシュの押し
上げ力によりウエハを引き剥がさざるを得ない。このよ
うな状況では、単位面積当たりの残留吸着力が同じであ
ればウエハの径が大きいほど残留吸着力は大きくなって
くるので、将来的にウエハの径が大口径化するにつれて
残留吸着力が大きくなればプッシャによる引き剥がし時
にウエハが割れる可能性が大きくなってくる。

【０００６】本発明の目的は、ウエハ処理終了後のウエ
ハ脱離が早い静電吸着装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はウエハ裏面の前記誘電膜内部または周辺に
少なくとも１個以上の上下運動機構、例えば圧電体もし
くは形状記憶体を埋設し、これら上下運動機構が外部に
設けた制御機器からの制御により変形した際に、誘電膜
の表面よりも突出するようにする。また、ウエハの受け
渡し用に設けられた複数個のプッシャの少なくとも１個
が他のプッシャに先行してウエハ裏面に接触するように
構成する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図にした
がって説明する。

【０００９】図１ないし図３は本発明の第一の実施例で
あり、有磁場マイクロ波プラズマ処理装置に適用した例
を示す。図１は本発明の第一の静電吸着装置の断面図で
あり、図２は上方向から見た図である。まず、図３によ
り装置の構成と動作を簡単に説明する。

【００１０】大気空間３内に石英管１４を設置し、これ
により構成される真空処理室１内に静電吸着装置８を用
いてウエハ９を固定する。静電吸着装置８に本発明の静
電吸着装置を適用している。続いて真空処理室１内に処
理ガス１３を導入する。処理ガスは、導波管４を通って
導入されるマイクロ波５と放電管２の周りに取り付けら
れたコイル６の相互作用によりプラズマ状態７となって
いる。このプラズマにウエハがさらされることにより処
理（ここではエッチング処理）が行われるが、特にイオ
ンの入射を制御してエッチング状態を制御するのが高周
波電源１０である。１１は静電吸着装置用の直流電源、
１２は直流電源のオン・オフを制御するためのスイッチ
である。１５は、余分な処理ガス、及び反応生成物の排
気を表しており、真空ポンプに接続されている（ここに
は図示しない）。

【００１１】引き続き本発明の静電吸着装置８について
図１，図２を用いて詳細に説明する。図１では処理用ウ
エハ９が実際に吸着されている様子を示しているが、本
図ではわかりやすいようにウエハ９を誘電膜表面から浮
かして記載している。本装置の基本構造は、実際にウエ
ハを吸着する誘電膜２１がセラミックス系の接着剤によ
り固定されたアルミ製の上部ブロック３７が、Ｏリング
２４を介してボルト１７によりアルミ製の下部ブロック
３６に固定された構造となっている。この下部ブロック
と上部ブロックの間には冷却溝３１が設けられており、
この図には示していないが外部に接続された冷却装置に
より冷媒が循環しており、処理中のウエハの温度制御を
行っている。前述した誘電膜２１は、抵抗率が１０¹⁰か
ら10¹²Ωcm程度のアルミナ焼結体であり、内部にはタン
グステン製の内電極２３と外電極２２が同心円リング状
に入れられている。これら下部ブロック，上部ブロック
は周囲をカバー１８に覆われた絶縁台３８に納められて
いる。

【００１２】次に静電吸着装置への電源供給について説
明する。誘電膜２１内に設けられた各電極への供給は上
部ブロック，下部ブロック，絶縁台、及びカバーに設け
られた貫通孔に挿入された中空の絶縁ガイド２０によ
り、外部と絶縁を保ちつつ電線３０により行う。なお、
２９はコネクタ２８とカバーの絶縁をとるための絶縁ガ
イドである。本実施例では、内電極にマイナスの電位を
印加し、外電極にはプラスの電位を印加している。実際
の処理中にはプラズマ中のイオンを効果的に引き寄せて
処理を行うために高周波電圧を印加するが、ここでは下
部ブロック３６にブロッキングコンデンサ３９を介して
印加している。このように処理中のウエハにはプラズマ
が入射し温度が上昇するので、レジスト焼けの防止，均
一なエッチング処理の実現のため各ブロックを冷却して
いるが、ウエハの処理は真空中で行われるために熱伝達
率が低く冷却効率が悪い。そこで、本実施例では下部ブ
ロック中には中空のパイプ３２、また誘電膜と上部ブロ
ックに冷却ガス用孔３３を設けておきウエハ裏面に冷却
ガスを流し熱伝達効率を上げている。なお、誘電膜表面
には冷却溝３５が設けてあり、これは冷却ガスのガスた
まりとして作用し、ウエハ裏面にまんべんなくガスを行
き渡るようにする。そのほか、１６は上部ブロックをプ
ラズマから保護するサセプタであり、１９は処理中のウ
エハの温度をモニタするための温度計である。

【００１３】引き続き、処理終了後の動作を説明する。
先に説明した様に処理中のウエハにはプラズマから入射
した電子がチャージアップしているほか、誘電膜中には
印加した直流電圧による分極電荷が、また誘電膜表面に
は表面電荷が存在している。これらの電荷によりウエハ
表面にも誘電膜表面の電荷とは逆の極性の電荷が誘起さ
れ吸着しているが、処理終了後に直流電圧を切ったとし
てもすぐには取り除かれることはなく、残留吸着力が発
生している。この残留吸着力に対抗するために、本実施
例では圧電体４０が誘電膜２１，上部ブロック，下部ブ
ロックを貫通してウエハ裏面に対向している。この圧電
体は押さえ４３により上部ブロックに固定されており、
絶縁ガイド４１に沿って電線４２が静電吸着装置外部に
引き出されている。圧電体は、処理中は表面が誘電膜表
面内にくぼんだ構成になっているが、処理終了後に電圧
を印加されると上方向に変形し誘電膜表面から約１００
μｍ程度突出する構成となっている。したがって、ウエ
ハ処理終了後に圧電体に電圧を印加するとウエハ裏面に
突き上げ力が作用してウエハを効果的に引き剥がすこと
ができる。その後、同心円周方向に４個設けられたプッ
シャ２７の上下運動によりウエハを誘電膜表面から浮上
させて搬送ロボット（図示しない）等によりプッシャを
搬出すればよい。なお、２６，３４はプッシャ２７の動
きを規制するブッシュ、２５はベローズであり直動モー
タ（図示しない）等に接続している。

【００１４】次に、本実施例の圧電体の動作により残留
吸着力が低下する原理について図４を用いて説明する。
図４に処理終了後のウエハと誘電膜の表面の電荷分布の
模式図を示している。誘電膜に存在する電荷は、先に述
べたように膜中に発生している分極電荷と表面に存在す
る真電荷があると考えられるが、本発明の実施例では表
面に蓄えられた真電荷の方が圧倒的に多いと考えられ
る。その理由は、膜の静電容量と空隙の静電容量では空
隙の静電容量の方がかなり大きいためである。本実施例
の実施例では誘電膜の厚みは３００μｍ、誘電膜の表面
仕上げは中心線平均粗さで約１μｍとしているが、容量
は面積と誘電率に比例し、厚みに反比例するために誘電
膜の比誘電率を仮に１０と仮定した場合のそれぞれの容
量を計算すると、空隙の容量の方が約３０倍大きいこと
になる。つまり、残留吸着力の発生原因となっている電
荷は空隙に蓄えられた電荷がなかなか逃げないためであ
ると考えられる。このとき、本発明の実施例に示した機
構により仮に１００μｍ程度浮上させた場合にはギャッ
プの容量が１００分の１になるためにギャップには電荷
が存在することができず誘電膜を通り接地させることに
なる。したがって、残留吸着力が低減されプッシャによ
り押し上げる際にもウエハに無理な力が掛かることはな
い。

【００１５】本発明の実施例では、処理終了後の残留吸
着力を速く低減することができるのでプッシャによりウ
エハを引き剥がす際にウエハを破壊する恐れがない。ま
た、次動作への待ち時間が短縮されるため装置のスルー
プットが改善される。

【００１６】本実施例では、圧電体は１個としたが必ず
しもそうである必要はなく複数個設けてもよい。また、
圧電体を設けた位置は特に限定しなかったが、ウエハ裏
面に覆われる部分であればどこでもよいが、残留吸着力
が大きな場合であってもより簡単に浮上可能であるよう
にウエハの外周付近に配置するのが望ましい。理由は、
圧電体の変形時に発生する力が同一ならばウエハの外周
部分に配置した方がより大きな押し上げトルクを得るこ
とができるためである。また、本実施例に記載の誘電
膜、及び電極は一例であり必ずしもこの様な構成をして
いる必要はなく、その他の構成であってもよい。

【００１７】図５に本発明の第二の実施例のウエハ押し
上げ部の拡大図を示す。本実施例では第一の実施例で用
いた圧電体の代わりに、ばね状の形状記憶体４４により
押し上げピン４５を押す構成となっている。この押し上
げピンは処理中にはウエハの自重により押し下げられて
いるが、処理終了後には図中のヒータ４６により加熱さ
れ上向きの力を発生しウエハを押し上げることができ
る。４７は押し上げピンのガイド、４８はヒータへの給
電線、５０はＯリング、そして４９がヒータとＯリング
を抑えるガイドであり、先端がねじ６２になっており押
さえ５９を固定している。

【００１８】この様に構成された静電吸着装置では本発
明の第一の実施例と同様の効果を期待することができ
る。

【００１９】本実施例では、押し上げビンを形状記憶体
で押し上げる構造としたが、必ずしもこれに限定される
わけではなく、押し上げピンまで含めて形状記憶体で形
成してもよい。

【００２０】また、本発明の第一の実施例、及び第二の
実施例では圧電体、及び押し上げピンのウエハとの接触
部分は特に限定しなかったが、実際の使用に際しては処
理中のウエハの裏面に異物が付着した際に汚染が比較的
問題とならない物質で形成するのが望ましい。例えば、
本実施例では誘電膜の材質にアルミナを使用しているの
で圧電体や押し上げピンは表面にアルミナをコーティン
グしておくことが考えられる。

【００２１】図６には本発明の第三の実施例を示す。本
実施例では、第一の実施例のところで同心円上に４本配
置されたプッシャの１本５１について、その先端に圧電
体５２を取り付けた構造となっている。図７には圧電体
が取り付けられた先端部分の拡大図を示す。本実施例の
詳細を説明すると、まず圧電体５２が中空のプッシャ先
端部５３に接着されており、プッシャ先端部５３は外部
のモータ（図示しない）に接続されたロッド５４に接着
されており、上下に移動可能である。中空のプッシャ先
端部５３の内部には圧電体５２に電圧を供給する導線５
５が挿入されており、これは外部の電源（図示しない）
に接続されている。真空処理室１と外部の真空の封じ切
りはＯリング５６，５７により行う。６１はガイド、６
０はガイドのネジ部、５８はＯリング５６の押さえであ
る。

【００２２】続いて本装置の動作について説明する。処
理中圧電体は誘電膜２１の表面よりも低い位置になって
おり、ウエハ裏面には接触していない。処理終了後、こ
れまで説明したようにウエハには残留吸着力が発生して
いるので、この際に圧電体５２に外部から電圧を印加す
れば圧電体は変形し、誘電膜２１表面よりも突出しよう
とする。この力によりウエハと誘電膜の距離が数十μｍ
に増加し空隙の静電容量が数十分の一となり、蓄えられ
ていた電荷が接地され残留吸着力が弱められる。その
後、プッシャ（本実施例では４本）を同時にウエハを持
ち上げる方向に動作させれば容易にウエハを引き剥がす
ことができる。

【００２３】この様に構成された静電吸着装置では第一
の実施例と同様に、処理終了後の残留吸着力を速く低減
することができるのでプッシャによりウエハを引き剥が
す際にウエハを破壊する恐れがない。また、次動作への
待ち時間が短縮されるため装置のスループットが改善さ
れる。

【００２４】本実施例では、同心円上に配置された４本
のプッシャの１本の先端に圧電体を取り付けた構成とし
ているが、必ずしもこの通りである必要はない。つま
り、圧電体を取り付けるプッシャがより外周方向に変化
していればより容易にウエハの残留吸着力を低減できる
可能性があるほか、必ずしも圧電体の個数が１個である
必要はない。重要なのは、ウエハを押し上げる際に、先
行してウエハと誘電膜間の空隙を増加させることにより
ウエハと誘電膜の間の静電容量を小さくし、除電を促進
させて残留吸着力を小さくするということである。した
がって、本実施例ではプッシャの先端には圧電体を取り
付けているが、形状記憶体を取り付けて同様の動作を行
えば、本実施例と同様の効果を期待することができる。

【００２５】

【発明の効果】処理終了後のウエハの引き剥がしに要す
る時間を短縮できるほか、ウエハを誤って破壊する可能
性を低くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の断面図。

【図２】本発明の第一の実施例を上方向から見た説明
図。

【図３】本発明の第一の実施例を有磁場マイクロ波プラ
ズマ処理装置に適用した例の説明図。

【図４】処理終了後のウエハと誘電膜の表面の電荷分布
の説明図。

【図５】本発明の第二の実施例のウエハ押し上げ部の説
明図。

【図６】本発明の第三の実施例の断面図。

【図７】本発明の第三の実施例の断面図。

【符号の説明】

９…ウエハ、１０…高周波電源、１１…直流電源、１２
…スイッチ、１６…サセプタ、１７…ボルト、１８…カ
バー、１９…温度計、２０，２９，４１…絶縁ガイド、
２１…誘電膜、２２…外電極、２３…内電極、２４…Ｏ
リング、２５…ベローズ、２６，３４…ブッシュ、２７
…プッシャ、２８…コネクタ、３０，４２…電線、３１
…冷媒通路、３２…パイプ、３３…冷却ガス用孔、３６
…下部ブロック、３７…上部ブロック、３８…絶縁台、
４０…圧電体、４３…押さえ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性材料からなる電極と、前記電極の表
   面に積層させた表面の平坦な誘電膜を有し、前記誘電膜
   とウエハの間に電界を発生させ、静電気力によりウエハ
   を吸着固定する静電吸着装置において、前記ウエハ裏面
   であって前記誘電膜内部または周辺には、前記ウエハと
   の間の空隙を増加させる手段を備え、処理終了後のウエ
   ハの脱離の際には前記誘電膜とウエハの間の空隙を増加
   させて静電容量を減少させることにより除電を行うこと
   を特徴とする静電吸着装置。