JPH10154745A

JPH10154745A - 静電吸着装置

Info

Publication number: JPH10154745A
Application number: JP8314489A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Sugano; 誠一郎菅野; 健 ▲吉▼岡; Takeshi Yoshioka; Saburo Kanai; 三郎金井; Nushito Takahashi; 主人高橋; Yoichi Ito; 陽一伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】残留吸着力の消失の早い応答性の良い静電吸着
装置と、その製造方法、及びそれを備えたウエハ処理装
置を提供する。【解決手段】静電吸着装置の誘電体膜を、抵抗率の異な
る誘電体膜を積層した構造とする。また、実際にウエハ
に接触する最上段の誘電体膜は溶射法により付けるか、
またはあらかじめ積層構造となるようにグリーンシート
を一体で成形し焼成する。

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に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】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
る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（特公平
7−19831号公報）。

【０００３】以上に示すように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、特にドライエッチャ
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体膜に蓄
えられた電荷とウエハ裏面近く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に、特にウエハを引
き剥がす場合において誘電体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、装置の処理能力が低下するという
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穴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
生ずる。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、例えば特公平7−19831 号公報に開示さ
れている。この開示例では、残留吸着力を速く低下させ
るため、誘電体膜である酸化物の酸素、または窒加物の
窒素を化学量論的組成よりも少なくして抵抗率を１０¹³
Ωcm以下に抑え、表面間に蓄えられた電荷の除電をスム
ーズにするという方法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の誘電体
膜を有する静電吸着装置では、抵抗率が小さいために絶
縁耐圧も低いという問題がある。絶縁耐圧が低いと、結
果的に誘電体膜とウエハ間に印加できる電圧を低くせざ
るを得ず、期待するような吸着力を得られない。もし、
絶縁耐圧を越えて電圧を印加した場合、絶縁破壊を引き
起こす。

【０００６】また、絶縁耐圧を確保するために誘電体膜
の厚みを大きくすると、ウエハの冷却と高周波電圧印加
の点で問題が発生する。つまり、処理中のウエハは誘電
体膜を付けられた金属のブロック内を流れる冷媒により
冷却されているが、厚みが大きいと冷却効率が悪くなり
レジスト焼けや再現性の悪化といった問題を引き起こ
す。また、ドライエッチング処理に静電吸着装置を使用
する場合には、プラズマを効果的にウエハに引き込むた
めに高周波電圧を印加してバイアス電位を与えることが
行われているが、誘電体膜の厚みが大きいとインピーダ
ンスが大きくなり高周波電圧が効果的にかからないとい
った問題を引き起こす。

【０００７】本発明の第一の目的は、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であ
る。また、本発明の第二の目的は応答性の良い静電吸着
装置の誘電体膜の製法を提供することである。さらに、
本発明の第三の目的は、スループットの良いウエハ処理
装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、静電
吸着装置の誘電体膜を抵抗率の異なる複数の誘電体膜を
積層した構造とすることにより達成できる。

【０００９】上記第二の目的は、被吸着物を吸着保持す
る最上段の誘電体膜を溶射により形成することにより達
成できる。また、抵抗率の異なる複数の誘電体膜を一体
で形成後、焼結法により焼成することにより達成でき
る。

【００１０】上記第三の目的は、ウエハを吸着保持する
静電吸着装置を備えたウエハ処理装置において、静電吸
着装置の誘電体膜を抵抗率の異なる複数の誘電体膜を積
層した構造とし、脱離時の応答性の良い静電吸着装置と
することにより達成できる。

【００１１】

【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。

【００１２】図１，図２に本発明の第一の実施例を示
す。図１は本発明の第一の実施例の静電吸着装置の断面
図であり、図２は本発明の第一の実施例の静電吸着装置
を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。

【００１３】まず、図２により装置の構成と動作を簡単
に説明する。大気空間４６内に石英管１５を設置し、こ
れにより構成される真空処理室４７内に静電吸着装置４
８を用いてウエハ４をベース２２に固定する。この静電
吸着装置４８に本発明の静電吸着装置を適用している
が、詳細は後述する。続いて真空処理室４７内に処理ガ
ス２３を導入する。処理ガスは、マイクロ波発生装置１
４により作られ、導波管１２を通って導入されるマイク
ロ波１３とマイクロ波共鳴箱５０の周りに取り付けられ
たコイル１６，１７の相互作用によりプラズマ１１状態
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２０である。図中その他の番号を説明す
ると、７は静電吸着装置用の直流電源、６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。１９は直
流電源を高周波から保護するコイル、２１は高周波電源
２０への直流電流の流れ込みを防止するブロッキングコ
ンデンサである。１８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)。

【００１４】引き続き本発明の静電吸着装置４８につい
て図１を用いて詳細に説明する。本装置は、アルミブロ
ック３の上に第一の誘電体膜２が付けられ、その上に第
二の誘電体膜１が付けられた構造となっている。この第
一の誘電体膜２は厚みが250μｍで抵抗率が１０¹¹Ωcm
であり、第二の誘電体膜１は厚みが５０μｍで抵抗率が
１０¹⁰Ωcmである。アルミブロック３は、一端が接地８
された外部に設けられた直流電源７と導線５を介して接
続されている。なお、６はアルミブロックへの直流電圧
のオン・オフを行うためのスイッチであり、オフ時には
アルミブロックに接地９電位を与えることができる。

【００１５】ウエハ４を実際に吸着する際の手順として
は、まず図２中の真空処理室内にプラズマ１１を発生さ
せ、その後アルミブロック３に直流電圧を印加する。す
ると、導電性を有するプラズマ１１が接地１０されたチ
ャンバ等に接することにより直流電源７を含む直流回路
が形成され、アルミブロックとウエハ間に電位差が発生
し、第一及び第二の誘電体膜１，２、及び第二の誘電体
膜２とウエハ間の空間に電荷が蓄えられ、クーロン力、
すなわち静電吸着力が発生する。

【００１６】図３には、第二の誘電体膜を有しない場合
の誘電体膜とウエハの吸着の界面の説明図を示す。誘電
体膜の表面は通常１μｍ程度に研磨されており、巨視的
には平坦ではあるが、微視的に見るとウエハとの真実接
触部２５の面積は極めて小さく、実際には接触していな
いためギャップ２４が存在している。この図では縦方向
の粗さを強調して書いている。また、図３中には各部の
抵抗成分と容量成分も記入してあり、図４にはこの模式
図の等価回路を示す。この等価回路中の記号の説明をす
ると、３０は実際にはウエハが膜と接触していない誘電
体膜部の抵抗であり、容量成分３１を有している。ま
た、３３は実際にウエハと接触している誘電体膜部の抵
抗であり、容量成分３２を有しており、これらは誘電体
膜の表面２６の表面抵抗２９と直列に接続している。表
面抵抗２９の両端には並列にギャップの抵抗成分２７と
容量成分２８が接続されている。誘電体膜の下端（アル
ミブロック３）には一端が接地８された直流電源７が接
続されており、ウエハ４にはプラズマ１１を介して接地
電位１０が与えられている。

【００１７】この等価回路の過渡応答特性を計算により
求めると、図５に示すように誘電体膜の抵抗３０に対す
る表面の抵抗２９の大小が非常に応答性に影響すること
が分かる。その原因は、吸着力の発生原因となる電荷の
多くがウエハ裏面と誘電体膜表面間の容量成分２８に蓄
えられたものであり、表面抵抗２９が大きい場合には表
面抵抗を介して除電されるべき２８に蓄えられた電荷の
放電時定数が大きいためである。逆に、表面抵抗２９が
小さい場合には２８に蓄えられた電荷の放電時定数が小
さくなり、除電時間は短くなる。

【００１８】そこで、先に示した第一の実施例のように
第一の誘電体膜２の上部に第二の誘電体膜１を付けるこ
とにより誘電体膜の表面抵抗を低く抑え、除電時間を短
縮させることができ、静電吸着装置の吸着，除電の応答
性を向上することができる。その結果、本実施例の静電
吸着装置を利用した半導体製造装置においては、ウエハ
の搬送時間を短縮することができ、装置のスループット
を向上させることができる。また、残留吸着力が発生し
ないために通常ウエハの搬送用のピンでウエハを裏面か
ら押し上げる際などにウエハを破損してしまうといった
問題を未然に防止することができる。

【００１９】本実施例では誘電体膜の厚みは第一層目を
２５０μｍ、第二層目を５０μｍとしたが、必ずしもこ
の値である必要はないが、おおよその値は第一層目は１
００μｍから１mm程度、第二層目は２０μｍから２００
μｍ程度とするのが好ましい。

【００２０】図６には、本発明の第二の実施例を示す。
本実施例の静電吸着装置の誘電体膜の構造を説明する。
５１はアルミブロックであり、その表面には抵抗率が１
０¹⁰Ωcmで厚みが２５０μｍの第一の誘電体膜５２が付
けられている。この第一の誘電体膜の表面には、抵抗率
が１０¹¹Ωcmで厚みが５０μｍの第二の誘電体膜５３が
付けられている。そして、アルミブロック５１には第一
の実施例と同様に一端が接地された直流電源が接続され
ており、プラズマを介して直流回路が構成されている。

【００２１】この様に構成された静電吸着装置では、第
一の実施例とは特性が異なるが、第二の誘電体膜のみで
構成された誘電体膜と比較してよりよい特性を期待する
ことができる。つまり、図４に示す等価回路において、
表面抵抗２９の値が大きくなったことになるため、ギャ
ップの容量成分に印加される電圧が大きくなり、蓄えら
れる電荷量も大きくなるためより大きな吸着力を期待す
ることができる。ただし、電荷の量が大きくなったにも
かかわらず表面抵抗２９の値も大きくなったので、電荷
の放電時定数は第一の実施例に比べて大きい、すなわち
除電時間は若干長くなることは避けられない。したがっ
て、吸着力をより大きく確保したい場合などには第二の
実施例の方がより適切である。

【００２２】この様に構成された静電吸着装置を利用し
た半導体製造装置においては、第一の実施例の場合に期
待できる効果の他、大きな吸着力を期待することができ
る。

【００２３】図７には本発明の第３の実施例である、第
一及び第二の実施例の静電吸着装置の誘電体膜の製造方
法を示す。３４は誘電体膜が付けられるアルミブロック
であるが、まずその表面に金属３５、例えばニッケル等
を溶射する。目的は静電吸着装置全体が熱の入射を受け
て温度が上昇したときに、アルミブロック３４とその上
に付けられた誘電体膜間の熱膨張係数が異なることに起
因する剥がれや割れを防止するためである。

【００２４】次に金属３５の溶射膜上に、アルミナの粉
末に金属酸化物を添加した第一の誘電体膜３６を数百μ
ｍ溶射する。本実施例の誘電体膜ではこの第一の誘電体
膜の抵抗率は常温、直流２００Ｖ印加時に約１０¹¹Ωcm
の固有抵抗率を有している。ここで、金属酸化物の添付
する割合により得られる誘電体膜の抵抗率を変化させる
ことができる。次にこの第一の誘電体膜を研磨して膜厚
を所望の厚みにする。本実施例では２５０μｍである。
その後更に、第一の誘電体膜の表面３７に第一の誘電体
膜よりも添加した金属酸化物の量がより多い、すなわち
より抵抗率の低い第二の誘電体膜３８を溶射する。続い
て、第一の誘電体膜の時と同様に研磨して所望の厚みと
すると同時に表面を適切な研磨面とする。本実施例で
は、厚みが５０μｍ、表面粗さは中心線平均粗さで約１
μｍとしている。

【００２５】本実施例では誘電体膜の抵抗率を変化させ
る方法として金属酸化物を添加しているが、その他に溶
射膜を冷却する際の還元性のガス、例えば水素ガス等の
濃度や流量を変化させる方法があり、いずれの方法であ
っても良い。また、本実施例では第一の誘電体膜を研磨
して面内で膜厚を一定にしているが、これは吸着力の面
内均一性やリーク電流の面内均一性を向上させるためで
あり、必要不可欠であるというわけではない。さらに、
本実施例の誘電体膜の主成分はアルミナであるが、その
他、例えば炭化珪素等々のセラミックスを主成分として
も良い。

【００２６】以上の手順にしたがった静電吸着装置の誘
電体膜の製法によれば、吸着，除電の応答性の非常によ
い静電吸着装置の製造方法を提供することができる。

【００２７】図８には本発明の第四の実施例であり、第
一及び第二の実施例の電極の第三の実施例とは異なる誘
電体膜の製法を示す。まずアルミブロック４０の上にセ
ラミックス系の接着剤４１により、焼結法で作成された
第一の誘電体膜４２を接着する。この第一の誘電体膜は
厚みが２５０μｍで、抵抗率は２００Ｖ印加時に約１０
¹¹Ωcmである。続いて、第一の誘電体膜の表面４３上に
第二の誘電体膜４４を溶射により付ける。第二の誘電体
膜の抵抗率は、２００Ｖ印加時に１０¹⁰Ωcmである。次
に、第二の誘電体膜４４を研磨して所望の厚みとすると
同時に表面を適切な研磨面４５とする。本実施例では、
厚みが５０μｍ、表面粗さは中心線平均粗さで約１μｍ
としている。

【００２８】以上の手法にしたがえば第三の実施例と同
様に、吸着，除電の応答性の非常によい静電吸着装置の
製造方法を提供することができる。

【００２９】図９には本発明の第五の実施例であり、第
一及び第二の実施例の電極の第三及び第四の実施例とは
異なる誘電体膜の製法を示す。まず、焼成後の抵抗率が
10¹¹Ωcmとなるようなアルミナに金属酸化物を混入した
第一のグリーンシート５４の上に、焼成後の抵抗率が１
０¹⁰Ωcmとなるようなアルミナに金属酸化物を混入した
第二のグリーンシート５５を層状に積載し一体で形成す
る。その後、焼結法により一体焼成し、最終的に下側の
誘電体膜の厚みが２５０μｍ、上部の誘電体膜の厚みが
５０μｍとなるように研磨する。続いて、アルミブロッ
ク４９上にセラミックス系の接着剤等で固定すれば良
い。

【００３０】以上の手法にしたがえば第三、第四の実施
例と同様に、吸着，除電の応答性の非常によい静電吸着
装置の製造方法を提供することができる。

【００３１】以上、第三，第四、及び第五の実施例で
は、特に第一の誘電体膜と第二の誘電体膜の材質の違い
については言及していないが、本発明では誘電体膜の抵
抗率の大小が問題であるので、同じであっても異なって
いてもどちらでもよい。

【００３２】また、第三，第四、及び第五の実施例は第
一の実施例、すなわち上部の誘電体膜の抵抗率が下部の
誘電体膜の抵抗率よりも低い場合について説明したが、
第二の実施例の様にそれとは逆の場合であっても同様の
製法により静電吸着装置の誘電体膜を製造できることは
明らかである。

【００３３】また、本発明の実施例の説明としてはいわ
ゆるモノポール型と呼ばれる静電吸着装置で説明を進め
たが、通常双極型と呼ばれるような電極を２個有する静
電吸着装置にも同様の考えに基づき適用可能である。そ
の場合には第一の実施例のところで説明したようなプラ
ズマを介した直流回路を形成しなくともウエハの吸着・
脱離を行うことができるという利点がある。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、静電吸着装置の誘電体
膜を抵抗率の異なる複数の誘電体膜を積層した構造とし
ているため耐圧を十分確保した上で、十分な吸着，除電
の応答性を有する静電吸着装置を提供することができ
る。また、本発明によれば実際にウエハを吸着する最上
段の誘電体膜を溶射法により付けるか、またはあらかじ
め積層構造となるようにグリーンシートを一体で成形し
焼成することにより製造することができる。さらに、本
発明の静電吸着装置を備えたウエハ処理装置では、装置
のスループットが向上するほか、処理終了後にウエハを
プッシャ等で押し上げる際にウエハを破損するといった
ようなことがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の説明図。

【図２】本発明の第一の実施例を適用したプラズマ処理
装置の説明図。

【図３】ウエハと誘電体膜の接触界面の説明図。

【図４】静電吸着装置の等価回路図。

【図５】表面抵抗と時定数の関係の説明図。

【図６】本発明の第二の実施例の説明図。

【図７】本発明の第三の実施例の説明図。

【図８】本発明の第四の実施例の説明図。

【図９】本発明の第五の実施例の説明図。

【符号の説明】

１…第二の誘電体膜、２…第一の誘電体膜、３…アルミ
ブロック、４…ウエハ、５…導線、６…スイッチ、７…
直流電源、８，９，１０…接地、１１…プラズマ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋主人山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者伊藤陽一山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から電圧を印加可能な電極を少なくと
も１個含み、前記電極の少なくとも表面には誘電体膜が
付けられ、前記誘電体膜の表面に設置された被吸着物と
前記電極間に電位差を与え、前記被吸着物を静電的に吸
着保持する静電吸着装置において、前記誘電体膜は抵抗
率の異なる複数の誘電体膜が積層された構造を有するこ
とを特徴とする静電吸着装置。