JPH10209258A - 静電吸着保持方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残留した静電吸着力を除去する。 【解決手段】 ドライエッチング装置２に静電チャック
として組み込まれた静電吸着保持装置３０の誘電体から
成る静電吸着部３１は、下側電極板１２に敷設され、静
電吸着部３１の上面がウエハ１の保持面３２を構成して
いる。下側電極板１２には静電吸着用の直流電源３４と
除電用の交流電源３５とが高周波電源１３に並列に接続
されている。直流電源３４の静電吸着解除後に交流電源
３５の交流電力を静電吸着部３１に印加すると、静電吸
着部３１、ウエハ１の帯電量が強制的に減少されるた
め、静電吸着部、ウエハの残留静電吸着力が除去され
る。 【効果】 静電吸着部、ウエハの残留静電吸着力の除去
によりウエハを静電吸着部から無理せずに剥離できるた
め、ウエハの位置ずれや損傷の発生を未然に防止でき
る。また、短時間で除電できるため、スループットを向
上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電吸着保持装
置、特に、残留静電吸着力の除去技術に関し、例えば、
半導体製造工程において半導体ウエハ（以下、ウエハと
いう。）を保持するのに利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体装置の製造工程において
使用されるドライエッチング装置では、被処理物である
ウエハを電極板に静電吸着保持装置によって吸着させる
ことにより、ウエハに効率良く電力を伝えるとともに、
熱を効率良く伝導させることが実施されている。

【０００３】従来のこの種の静電吸着保持装置は、誘電
体によって形成されて一主面に被保持物を静電吸着する
保持面が形成されている静電吸着部と、この静電吸着部
の保持面と反対側の主面に形成されている電極部と、こ
の電極部に電気的に接続されている直流電源とを備えて
おり、直流電源によって電極部を介して静電吸着部に直
流電力を印加することにより、静電吸着部の保持面で被
保持物を静電吸着するように構成されている。

【０００４】このような静電吸着保持装置がドライエッ
チング装置に組み込まれる場合においては、ウエハを保
持する下側電極板に誘電体から成る静電吸着部が敷設さ
れて下側電極板によって電極部が実質的に構成され、下
側電極板の電気回路に直流電源が接続される。

【０００５】なお、静電吸着保持技術を述べてある例と
しては、株式会社リアライズ社１９９６年発行「半導体
プロセスにおけるチャージングダメージ」の第１３７頁
に記載の「１１．静電チャックを用いたＲＩＥウエハ帯
電とダメージ」がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電吸着保持装置においては、残留静電吸着力の除去に
ついて配慮されていないため、静電吸着保持解除後に被
保持物としてのウエハを静電吸着保持装置から取り外す
際に、残留静電吸着力を外部から除去する必要がある。
そこで、静電吸着保持装置が組み込まれたドライエッチ
ング装置においては、エッチング処理後にプラズマを弱
めに励起させることにより、被保持物としてのウエハお
よび静電吸着保持装置の残留静電吸着力を除去すること
（以下、除電という。）が一般的に実施されている。し
かしながら、このプラズマ励起による除電方法には次の
ような問題点がある。

【０００７】 プラズマ励起による除電方法では完全
に除電することができない場合がある。すなわち、静電
吸着時にウエハのシリコン表面や静電吸着部の表面に帯
電するのは負の電荷であるのに、プラズマ励起によって
発生する電位は負の電位であるため、打ち消す方向と逆
方向になってしまう。また、残留静電吸着力を生む残留
静電気の電荷は、ウエハの裏面構造、裏面状態、温度、
エッチング時間等に依存し、個々のウエハに対応して相
違するため、個々のウエハ毎に除電し難さが発生する。
ちなみに、除電が不完全なままで、ウエハを搬送しよう
とすると、位置ずれやウエハの損傷等のトラブルが引き
起こされる。

【０００８】 プラズマ励起による除電方法は長時間
が必要になるため、ドライエッチング処理全体としての
スループットが低下する。例えば、プラズマ励起による
除電方法の実施時間が約３０秒、エッチング処理時間が
約６０秒、その他の処理（搬送、ガス供給、ガス引き、
圧力の安定化）の時間が約３０秒と想定すると、除電方
法のスループットに占める時間は、２５％にもなってし
まう。

【０００９】 今後、ウエハの大口径化やＳＯＩウエ
ハの使用等に伴って、除電時の残留静電吸着力の多様性
は増加するため、除電の問題は顕在化すると予想され
る。

【００１０】本発明の目的は、効率良く除電することが
できる静電吸着保持技術を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１３】すなわち、誘電体によって形成されている
静電吸着部に直流電力が印加されて発生された静電吸着
力によって被保持物が静電吸着保持される静電吸着保持
方法において、前記静電吸着保持の解除後に、前記静電
吸着保持部に交流電力が印加されて残留静電吸着力が除
去されることを特徴とする。

【００１４】前記した手段によれば、静電吸着解除後
に、交流電力を静電吸着部に印加することにより、静電
吸着部および被保持物の帯電量を強制的に減少させるこ
とができるため、静電吸着部および被保持物の残留静電
吸着力を短時間で除去することができる。

【００１５】静電吸着部および被保持物の残留静電吸着
力を除去することにより、被保持物を静電吸着部から無
理せずに剥離して持ち上げることができるため、被保持
物の位置ずれや損傷の発生を未然に防止することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
静電吸着保持装置が使用されているドライエッチング装
置を示しており、（ａ）は回路図を含む正面断面図、
（ｂ）および（ｃ）は各拡大部分断面図である。図２は
そのシーケンスを示す各線図である。図３はその作用を
説明するための線図である。

【００１７】本実施形態において、本発明に係る静電吸
着保持装置は、半導体装置の製造工場におけるドライエ
ッチング装置２に組み込まれており、その処理室におい
て被処理物としてのウエハ１を下側電極板に密着させる
静電チャックとして構成されている。

【００１８】ドライエッチング装置２は処理室３を形成
したチャンバ４を備えており、処理室３は被処理物であ
るウエハ１よりも大口径の円形中空室に形成されてい
る。チャンバ４の側壁には被処理物であるウエハ１を出
し入れするための出し入れ口５が開設されており、出し
入れ口５はゲート６によって開閉されるように構成され
ている。ウエハ１は搬送ロボット（図示せず）によって
出し入れ口５から処理室３に出し入れされるようになっ
ている。チャンバ４の側壁の他の場所にはガス供給口７
が開設されており、ガス供給口７からはエッチングガス
８が処理室３に適時に供給されるようになっている。

【００１９】処理室３の上部および下部には平行平板電
極を構成する上側電極板１１および下側電極板１２が互
いに平行に敷設されて、絶縁体によって構築された上側
支持体９および下側支持体１０を介してそれぞれ固定さ
れている。平行平板電極である上側電極板１１と下側電
極板１２との間には高周波電力を印加するための高周波
電源１３が介設されており、高周波電源１３と下側電極
板１２との間には、高周波電力の効率を最大にするため
のマッチングボックス１４およびブロッキングコンデン
サ１５がそれぞれ直列に接続されている。

【００２０】下側電極板１２には冷却ガス供給路１６が
開設されており、冷却ガス供給路１６はヘリウム（Ｈ
ｅ）ガス等の冷却ガス（図示せず）１７をウエハ１の裏
面に供給することにより、ウエハ１を冷却するようにな
っている。また、下側電極板１２には挿通孔１８が複数
本、周方向に等間隔に配されて上下方向に貫通するよう
に開設されており、各挿通孔１８には各持ち上げピン１
９が上下方向に挿通されている。これら持ち上げピン１
９はウエハ１を水平に持ち上げ得るように構成されてい
る。さらに、下側支持体１０には排気口２０が開設され
ており、排気口２０には真空ポンプ２１が接続されてい
る。

【００２１】静電吸着保持装置３０は静電吸着部、電極
部、静電吸着用電源としての直流電源および除電用電源
としての交流電源を備えている。ドライエッチング装置
２における静電チャックを構成している本実施形態に係
る静電吸着保持装置３０の静電吸着部３１は、三酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）やポリイミド等の誘電体が使
用されて形成されており、下側電極板１２の上面の上に
敷設されている。静電吸着部３１の上面によってウエハ
１を保持するための保持面３２が構成されている。

【００２２】静電吸着部３１が下側電極板１２の上面に
形成されているため、静電吸着保持装置３０の電極部３
３は下側電極板１２の上面によって実質的に構成された
状態になっている。電極部３３を兼用する下側電極板１
２には、静電吸着用電源としての直流電源３４が高周波
電源１３と並列に接続されており、直流電源３４が直流
電力を静電吸着部３１に下側電極板１２を介して印加す
ることにより、保持面３２において被保持物としてのウ
エハ１を静電吸着するようになっている。直流電源３４
は印加する直流電力を変更調節し得るように構成されて
いる。

【００２３】本実施形態において、電極部３３を兼用す
る下側電極板１２には、除電用電源としての交流電源３
５が高周波電源１３と並列に接続されており、交流電源
３５はコントローラ３６に制御されて交流電力を静電吸
着部３１に下側電極板１２を介して印加することによ
り、静電吸着部３１やウエハ１の残留静電吸着力を後述
する作用によって除去するようになっている。コントロ
ーラ３６は交流電源３５を予め設定されたシーケンスを
もって制御することにより、交流電源３５に所定の周波
数および電圧をもった交流電力を発生させるように構成
されている。

【００２４】次に、前記構成に係るドライエッチング装
置２の作用を説明することにより、前記構成に係る静電
吸着保持装置３０による本発明の一実施形態である静電
吸着保持方法を説明する。

【００２５】ウエハ１が処理室３に出し入れ口５から搬
入されて静電吸着保持装置３０の上に載置されると、ガ
ス供給口７からエッチングガス８が処理室３に供給され
るとともに、処理室３が真空ポンプ２１によって所定の
圧力に圧力制御される。この間の処理時間は、例えば、
図２（ａ）に示されているように３０秒間と仮定する。

【００２６】次いで、高周波電源１３によって高周波電
力が図２（ａ）に示されているように３０秒間、上側電
極板１１と下側電極板１２との間に印加される。この高
周波電力によって上側電極板１１と下側電極板１２との
間にプラズマ（図示せず）が励起され、エッチングガス
の化学反応によって所望のエッチング処理がウエハ１に
施される。

【００２７】このエッチング処理の期間中に、図２
（ｂ）に示されているように、直流電源３４によって直
流電力が下側電極板１２に同時に印加される。この下側
電極板１２への直流電力の印加に伴って、図１（ｂ）に
示されているように、誘電体によって形成された静電吸
着部３１に負の静電気が発生するため、ウエハ１は静電
吸着部３１の保持面３２に静電吸着されて保持された状
態になる。

【００２８】このようにしてウエハ１が静電吸着部３１
の保持面３２に静電吸着されると、ウエハ１は下側電極
板１２に押接された状態になるため、ウエハ１には下側
電極板１２の高周波電力が効率良く伝わるとともに、下
側電極板１２の熱が効率良く伝導する状態になる。その
結果、ウエハ１に対するエッチング処理はきわめて効率
良く施されることなる。

【００２９】図２（ａ）および（ｂ）に示されているよ
うに、所定の時間が経過すると、高周波電源１３による
高周波電力の印加および直流電源３４による直流電力の
印加は停止される。直流電源３４による直流電力の印加
が停止されても、誘電体によって形成された静電吸着部
３１の負の静電気は放電しないため、静電吸着部３１は
図１（ｂ）に示されているように帯電した状態のままに
なる。静電吸着部３１が帯電した状態のままであると、
静電吸着力が残留した状態になるため、ウエハ１は静電
吸着部３１から持ち上げピン１９によって持ち上げるこ
とができない。ウエハ１を持ち上げピン１９によって静
電吸着部３１から無理に剥離して持ち上げると、ウエハ
１の位置ずれが発生したり、甚だしい場合にはウエハ１
が損傷されてしまう。

【００３０】そこで、図２（ｃ）に示されているよう
に、除電用電源としての交流電源３５による交流電力が
静電吸着部３１に下側電極板１２を通じて、５秒間程度
の短時間だけ印加される。この際、交流電力の周波数は
１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に、交流電力の電圧は５
０Ｖ〜５００Ｖの範囲に設定することが好ましい。特
に、交流電力の電圧は図３に示されているように次第に
低減させて行くことが好ましい。

【００３１】例えば、図１（ｂ）に示されている状態に
帯電した静電吸着部３１に除電のための交流電圧が印加
され、図１（ｃ）に示されているように、下側電極板１
２が正の電位になると、静電吸着部３１およびウエハ１
の帯電状態は図１（ｂ）の状態と逆転した状態になる。
この逆転に際して、静電吸着部３１およびウエハ１の静
電気は揺さぶられて放電する状態になるため、その帯電
量は減少する。次いで、下側電極板１２が負の電位にな
ると、静電吸着部３１およびウエハ１の帯電状態は再逆
転するため、その帯電量はさらに減少する。

【００３２】このようにして静電吸着部３１およびウエ
ハ１の帯電量が次第に減少されて行くと、図３に示され
ているように、静電吸着力は交流電力の印加時間の経過
に伴って強制的に次第に減少されて行くことになる。特
に、交流電力の電圧が次第に低減されて行くと、交流電
力の印加自体によって静電吸着部３１およびウエハ１に
帯電される帯電量も次第に減少して行くため、静電吸着
力は図３に示されているように効果的に低減されること
になる。

【００３３】ちなみに、交流電力の周波数が１ｋＨｚ未
満であると、静電気の分極が起こり難いため効果が少な
く、また、周期が長くなることにより、前記した静電気
の逆転回数が不足して放電量が減少するため、その分、
静電吸着力の減少に時間がかかることになる。また、交
流電力の周波数が１００ｋＨｚを超えると、プラズマが
励起されてしまうため、静電吸着部３１およびウエハ１
が再チャージアップしてしまう。したがって、除電のた
めの交流電力の周波数は１ｋＨｚ以上から１００ｋＨｚ
以下の範囲に設定することが好ましい。

【００３４】また、静電吸着保持装置３０の静電吸着時
における直流電源３４の動作電圧が５００Ｖ〜１ｋＶで
あるので、交流電源３５による交流電力の電圧が５００
Ｖを超えると、静電吸着部３１およびウエハ１が再チャ
ージアップしてしまう。そこで、交流電源３５による交
流電力の電圧は、５００Ｖ以下に設定することが好まし
い。除電のための交流電力の電圧の下限を５０Ｖとした
のは、５０Ｖでの帯電量は微量であるため、ウエハ１を
静電吸着部３１から持ち上げピン１９によって強制的に
剥離させても、ウエハ１が位置ずれを起こしたり損傷し
たりする弊害は発生しないからである。但し、交流電力
印加による静電吸着力の除去動作の初期から、交流電圧
を５０Ｖに設定しても除電効果は低い。５００Ｖ以下の
数百Ｖから次第に低減させて行き、５０Ｖで終了するよ
うに設定することによって、除電時間を最も短縮するこ
とができる。

【００３５】ところで、図２（ｄ）に示されているよう
に、高周波電源１３によってエッチング処理時の電圧よ
りも低い電圧の高周波を上側電極板１１と下側電極板１
２との間に印加してプラズマ雰囲気を形成することによ
って除電する従来の除電方法においては、除電効果が低
いため、除電するのに３０秒と長時間が浪費されてしま
う。これに対して、本実施形態においては、図２（ｃ）
に示されているように、５秒と短時間で除電することが
できるため、その分、ドライエッチング処理全体として
のスループットが向上されることになる。

【００３６】以上のようにして静電吸着部３１およびウ
エハ１が完全に除電された後に、持ち上げピン１９が上
昇されることにより、ウエハ１は静電吸着部３１から剥
離されて持ち上げられる。この際、真空ポンプ２１によ
って処理室３が真空排気されて清浄化される。静電吸着
部３１から持ち上げられたウエハ１は、出し入れ口５か
ら挿入されたハンドリング装置（図示せず）に受け取ら
れて、出し入れ口５から処理室３の外部へ搬出される。

【００３７】なお、図２（ａ）に示されているように、
除電後の真空排気処理に要する時間は１５秒、ウエハ搬
送に要する時間は１５秒である。ちなみに、本実施形態
におけるドライエッチング処理全体の処理時間は、３０
秒＋３０秒＋５秒＋３０秒で、合計９５秒間となる。こ
れに対して、従来例におけるドライエッチング処理全体
の処理時間は、３０秒＋３０秒＋３０秒＋３０秒で、合
計１２０秒間となる。したがって、本実施形態によるス
ループットの向上効果は、約２０％ということになる。

【００３８】前記実施形態によれば次の効果が得られ
る。 直流電源３４の静電吸着解除後に、除電用電源とし
ての交流電源３５による交流電力を静電吸着部３１に印
加することにより、静電吸着部３１およびウエハ１の帯
電量を強制的に減少させることができるため、静電吸着
部３１およびウエハ１の残留静電吸着力を除去すること
ができる。

【００３９】 静電吸着部３１およびウエハ１の残留
静電吸着力を除去することにより、ウエハ１を持ち上げ
ピン１９によって静電吸着部３１から無理にせずに剥離
して持ち上げることができるため、ウエハ１の位置ずれ
や損傷の発生を未然に防止することができる。

【００４０】 静電吸着部３１およびウエハ１の残留
静電吸着力を短時間で除去することにより、直流電源３
４の静電吸着解除後に短時間で、ドライエッチング済の
ウエハ１を処理室３から搬出することができるため、ド
ライエッチング処理全体としてのスループットを高める
ことができる。

【００４１】 除電のための交流電力の周波数を１ｋ
Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲に、交流電力の電圧を５０Ｖ
〜５００Ｖの範囲に設定するとともに、交流電力の電圧
を次第に低減させて行くことにより、静電吸着部３１お
よびウエハ１の帯電量をきわめて効果的に減少させるこ
とができるため、静電吸着部３１およびウエハ１の残留
静電吸着力をより一層短時間で除去することができる。

【００４２】 前記により、除電を気にせずに直流
電源３４による静電吸着力を強力に設定することができ
るため、ウエハ１を静電吸着部３１すなわち下側電極板
１２に強力に押接させることができ、その結果、ウエハ
１に下側電極板１２の高周波電力が効率良く伝わるとと
もに、下側電極板１２の熱が効率良く伝導する状態にな
り、ウエハ１に対するエッチング処理をきわめて効率良
く実行させることができる。

【００４３】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４４】例えば、除電のための交流電力の静電吸着
部への印加は、除電用電源である交流電源３５を専用的
に設けて実行するに限らず、静電吸着保持装置３０の直
流電源３４や、ドライエッチング装置の高周波電源１３
を兼用することによって印加するように構成してもよ
い。

【００４５】静電吸着部は三酸化アルミニウムやポリイ
ミドによって形成するに限らず、炭化珪素やセラミック
誘電体等の他の誘電体によって形成してもよい。

【００４６】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるドライ
エッチング装置の静電吸着保持装置に適用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではなく、静電
気によって吸着可能な物品を保持する静電吸着保持装置
全般に適用することができる。特に、本発明に係る静電
吸着保持装置は、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置、イオン打ち
込み装置等の真空中でウエハを静電吸着して保持したり
搬送する静電吸着保持装置に利用して優れた効果を発揮
する。

【００４７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４８】静電吸着解除後に、除電のための交流電力
を静電吸着部に印加することにより、静電吸着部および
被保持物の帯電量を強制的に減少させることができるた
め、静電吸着部および被保持物の残留静電吸着力を除去
することができる。

【００４９】静電吸着部および被保持物の残留静電吸着
力を除去することにより、被保持物を静電吸着部から無
理せずに剥離して持ち上げることができるため、被保持
物の位置ずれや損傷の発生を未然に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である静電吸着保持装置が
使用されているドライエッチング装置を示しており、
（ａ）は回路図を含む正面断面図、（ｂ）および（ｃ）
は各拡大部分断面図である。

【図２】そのシーケンスを示す各線図である。

【図３】その作用を説明するための線図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被保持物）、２…ドライエッチング装置、
３…処理室、４…チャンバ、５…出し入れ口、６…ゲー
ト、７…ガス供給口、８…エッチングガス、９…上側支
持体、１０…下側支持体、１１…上側電極板、１２…下
側電極板、１３…高周波電源、１４…マッチングボック
ス、１５…ブロッキングコンデンサ、１６…冷却ガス供
給路、１７…冷却ガス、１８…挿通孔、１９…持ち上げ
ピン、２０…排気口、２１…真空ポンプ、３０…静電吸
着保持装置、３１…静電吸着部、３２…保持面、３３…
電極部、３４…直流電源（静電吸着用電源）、３５…交
流電源（除電用電源）、３６…コントローラ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体によって形成されている静電吸着
   部に直流電力が印加されて発生された静電吸着力によっ
   て被保持物が静電吸着保持される静電吸着保持方法にお
   いて、 前記静電吸着保持の解除後に、前記静電吸着保持部に交
   流電力が印加されて残留静電吸着力が除去されることを
   特徴とする静電吸着保持方法。
2. 【請求項２】 前記交流電力の電圧が、５０Ｖ〜５００
   Ｖに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
   静電吸着保持方法。
3. 【請求項３】 前記交流電力の電圧が、次第に減少され
   て行くことを特徴とする請求項１または２に記載の静電
   吸着保持方法。
4. 【請求項４】 前記交流電力の周波数が、１ｋＨｚ〜１
   ００ｋＨｚに設定されていることを特徴とする請求項
   １、２または３に記載の静電吸着保持方法。
5. 【請求項５】 誘電体によって形成されている静電吸着
   部に直流電力が印加されて発生された静電吸着力によっ
   て被保持物が静電吸着保持される静電吸着保持装置にお
   いて、 前記静電吸着保持の解除後に前記静電吸着保持部に交流
   電力を印加する除電用電源を備えていることを特徴とす
   る静電吸着保持装置。