JPH10303287A - 静電チャック装置及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱離時に静電力が“０”になる静電チャック
装置を提供する。 【解決手段】 絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄに残留する
分極は、基準抵抗１０を流れる電流によって生ずる電圧
をアンプ１３，１４を介して積分器２０に取り込むこと
によって、積分器２０における積分値として把握されて
いる。ゲート１６を選択的にオン、オフすることによっ
て、積分してはならない電流による電圧が積分器２０に
入力されることは回避される。積分器２０の積分値は、
ウェーハ２の脱離時に制御アンプ２１及びリレー２２を
介して電源１１ａへと与えられる。電源１１ａは、積分
値に応じた電圧を静電チャック３に印加する。積分値に
反映される絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄの残留分極は、
消去に適した電圧を印加され完全に消去される。分極の
消去によって絶縁膜２ｄと絶縁膜３ａｄ，３ｂｄとの間
の静電力はなくなり、脱離がスムーズに行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャック装置
及び半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来技術に従う単極の静電チ
ャック及びこれに用いられる電源系の構成を示す回路図
である。図１７は、図１６に例示される電源系のタイミ
ングチャートを示す波形図である。

【０００３】図１６に示される反応室（チャンバー）１
内には、ウェーハ２を吸着する静電チャック３が備えら
れている。静電チャック３には、高周波（ＲＦ）電源６
からの高周波電圧と、静電チャック電源１１０からの高
圧の直流電圧とが印加される。

【０００４】静電チャック３の表面には、ＴｉＮ（窒化
チタン）等の高誘電率を有する絶縁膜３ｄが蒸着されて
いる。静電チャック電源１１０から直流電圧が静電チャ
ック３へと印加された際には、絶縁膜３ｄと、ウェーハ
２に備わる絶縁膜（酸化膜）２ｄとに分極が生じる。す
ると、絶縁膜２ｄ，３ｄ間に静電力（クーロン力）が生
じ、ウェーハ２は静電チャック３に吸着される。即ち、
静電チャック電源１１０からの直流電圧は、図１７に示
されるように、ウェーハ２の本吸着時には静電チャック
３の静電力を得るために印加される。

【０００５】一方、図１７に示されるように、高周波電
源６からの高周波電圧は、ウェーハ２の本吸着時にプラ
ズマエッチングを行うために印加される。本吸着時に
は、静電チャック電源１１０から印加される電圧の絶対
値は、５００〜６００ボルト程度である。プラズマエッ
チングが終了した後にウェーハ２を静電チャック３から
脱離させる際には、絶縁膜２ｄ，３ｄの間に働いていた
クーロン力を低減させなければならない。このために、
図１７に示されるように、静電チャック電源１１０の出
力電圧を本吸着時とは逆向きに静電チャック３へと与え
る。これによって絶縁膜２ｄ，３ｄの分極は小さくな
り、ウェーハ２が静電チャック３へと吸着される力は弱
まる。この状態にて静電チャック３に備わる突き上げピ
ンＰを用い、ウェーハ２を図中の両矢印の方向にてメカ
ニカルに静電チャック３から脱離させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】絶縁膜２ｄの厚さには
バラツキがあるために、絶縁膜２ｄの等価絶縁抵抗及び
容量は個々のウェーハ２毎に異なっている。従って、図
１７に示される高周波電源６からの高周波電圧のパター
ンを電圧値、印加時間に関して様々に異ならせて数多く
用意しておき、最適なものをウェーハ２毎に選定する必
要があるという問題点がある。

【０００７】また、最適なパターンを選んでも、絶縁膜
２ｄ，３ｄの分極を完全に消去することは困難であっ
た。分極の残留が大きい時には必然的にクーロン力も大
きくなり、突き上げピンＰによってウェーハ２を脱離さ
せる際に、ピンＰによってウェーハ２を破損するという
問題点があった。更に、ピンＰを稼動させる図示を省略
された機構に付着したプラズマエッチング後の反応生成
物が剥がれてしまい、ウェーハ２に付着してしまうとい
う問題点があった。

【０００８】そこで、脱離時に単発の電圧を印加する図
１７の構成の代わりに、振動しながら減衰する電圧を脱
離時に静電チャック電源１１０によって与える構成が採
用された。図１８は、静電チャック電源１１０が正負の
値を交互にとりながら減衰する電圧を与える例のタイミ
ングチャートを示す波形図である。このように振動しつ
つ減衰する電圧を静電チャック３へと与えることによっ
て、絶縁膜２ｄ，３ｄの分極を効果的に小さくすること
ができる。

【０００９】しかし、図１８の例を用いた場合にも、絶
縁膜２ｄ，３ｄの分極を完全に消去することは困難であ
った。従って、上記問題点は完全には解消されなかっ
た。

【００１０】本発明は、以上の問題点に鑑み、脱離時に
誘電体膜の分極が完全に消去される静電チャック装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の静電チ
ャック装置は、主面に誘電体膜を有する半導体基板がク
ーロン力によって吸着される吸着台と、前記誘電体膜の
分極を検知する検知手段と、前記検知手段からの情報に
応ずる分極消去用電圧を前記誘電体膜に印加する電源と
を備える。

【００１２】請求項２に記載の静電チャック装置は、請
求項１に記載の静電チャック装置であって、前記検知手
段は、前記分極の向きを検知し、前記電源は、前記分極
消去用電圧の向きを、前記分極の前記向きに応じて反転
する。

【００１３】請求項３に記載の静電チャック装置は、請
求項２に記載の静電チャック装置であって、前記検知手
段は更に、前記分極の量を検知し、前記電源は、前記分
極の前記量に応じて前記分極消去用電圧の絶対値を決定
する。

【００１４】請求項４に記載の静電チャック装置は、請
求項３に記載の静電チャック装置であって、前記分極の
前記向き及び前記量は、前記吸着台内の電荷量を検知す
ることによって検知される。

【００１５】請求項５に記載の静電チャック装置は、請
求項４に記載の静電チャック装置であって、前記電荷量
は、前記吸着台における電荷の移動量を積分することに
よって検知される。

【００１６】請求項６に記載の静電チャック装置は、請
求項３に記載の静電チャック装置であって、前記電源
は、前記主面の第１及び第２の部分の間に測定用電圧を
印加し、前記検知手段は、前記測定用電圧によって前記
誘電体膜を流れる電流量を検知し、前記電源は、前記分
極消去用電圧の前記絶対値を決定することを、前記電流
量に応じて行う。

【００１７】請求項７に記載の静電チャック装置は、請
求項１に記載の静電チャック装置であって、前記検知手
段は、前記分極の量を検知し、前記電源は、高周波電圧
である前記分極消去用電圧の振幅を、前記分極の前記量
に応じて変化させる。

【００１８】請求項８に記載の半導体装置は、請求項
１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項
６または請求項７に記載の静電チャック装置に備わる前
記吸着台によって吸着されているときに前記半導体基板
にエッチングを施されたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本発明は、ウェーハを静電チャックから
脱離させる時に吸着力を完全に除去するために、絶縁膜
に残留する分極に応じて電源から与えられる電圧を制御
して分極を消去をする。以下、従来の技術と同一の構成
には同一の参照符号を付して説明を行う。

【００２０】図１は、本実施の形態に従う、双極型の静
電チャック装置の構造を例示する模式図である。図２
は、図１に例示される静電チャック装置のタイミングチ
ャートを示す波形図である。縦軸は、図面に向かって上
側がプラス側であり、下側がマイナス側である。各々の
波形図にて表されている一点鎖線は、電圧等が“０”で
あることを表している。また、各々の波形の左側には、
各々波形に関する図１の回路の参照符号が付されてい
る。例えば、図２（Ａ）は静電チャック電源１１ａから
出力される電圧の波形を例示している。

【００２１】図１の反応室（チャンバー）１内には、静
電チャック３として総称される静電チャック３ａ，３ｂ
が備えられている。静電チャック３ａ，３ｂには、高周
波（ＲＦ）カットフィルタ９ａ，９ｂをそれぞれ介し
て、直流電圧を与える静電チャック電源１１ａ，１１ｂ
がそれぞれ接続されている。静電チャック電源１１ａ，
１１ｂは、静電チャック電源１１として総称される。
尚、静電チャック電源１１ｂと高周波カットフィルタ９
ｂとの間には、スイッチである直流リレー８が設けられ
ている。ウェーハ２を搬送するために用いられるロボッ
トパン４は、除電時に放電経路が形成されるように、先
端に取り付けられているツメが接地に落とされている。

【００２２】静電チャック３ａ，３ｂと高周波カットフ
ィルタ９ａ，９ｂとのそれぞれの間には、高周波（Ｒ
Ｆ）整合器５を介して高周波（ＲＦ）電源６が接続され
ている。高周波電源６を直接静電チャック３に接続する
と、インピーダンス整合がとれない。そこで、高周波整
合器５を高周波電源６と静電チャック３との間に設けて
インピーダンス整合をとっている。高周波カットフィル
タ９は、高周波電源６からの高周波電圧が静電チャック
電源１１にまわり込まないように設けられている。

【００２３】静電チャック３ａと高周波カットフィルタ
９ａとの間には、高周波整合器５が直接接続されてい
る。一方、静電チャック３ｂと高周波カットフィルタ９
ｂとの間には、高周波整合器５が同軸スイッチ７を介し
て接続されている。

【００２４】まず、図２（Ｄ），（Ｅ）にそれぞれ例示
されるように、仮吸着の期間には同軸スイッチ７をオ
フ、直流リレー８をオンした状態にて、静電チャック３
ａ，３ｂに静電チャック電源１１ａ，１１ｂそれぞれか
ら電圧を与える。このとき、図２（Ａ），（Ｂ）にそれ
ぞれ例示されるように、静電チャック電源１１ａ，１１
ｂから与えられる電圧は正負が逆（逆特性）である。図
３は、互いに逆特性の電圧を与えられている静電チャッ
ク３とウェーハ２とにおける電荷の分布の様子を例示す
る模式的な断面図である。図４は、逆特性の電圧を与え
られ双極の静電チャックとして作用しているときの静電
チャック３に関する等価回路を例示する回路図である。

【００２５】図３に例示されるように、静電チャック３
ａ，３ｂのウェーハ２が吸着される側の表面には、Ｔｉ
Ｎ等の高誘電率を有する絶縁膜３ａｄ，３ｂｄがそれぞ
れ蒸着されている。また、ウェーハ２の静電チャック３
側の表面には、絶縁膜（酸化膜）２ｄが形成されてい
る。静電チャック電源１１から直流電圧が静電チャック
３に印加された際には、静電チャック３へと電荷が移動
し、絶縁膜２ｄ，３ａｄ，ｂｄには分極が生じる。する
と、絶縁膜２ｄと絶縁膜３ａｄ，３ｂｄとの間に静電力
（クーロン力）が生じ、ウェーハ２は静電チャック３に
吸着される。ウェーハ２の仮吸着はこのように行われ
る。

【００２６】電極たる静電チャック３ａ，３ｂに印加さ
れる逆特性の電圧は非常に大きいため、絶縁膜２ｄ中を
静電チャック３ｂから静電チャック３ａへと図中の矢印
のように電流が流れる。このことは、図４に例示される
等価回路のうち静電チャック３の等価インピーダンスを
表すコンデンサＣｃが充電されると、静電チャック３の
等価インピーダンスを表す抵抗Ｒｃと、静電チャック３
とウェーハ２との間の接触抵抗Ｒｇと、絶縁膜２ｄの抵
抗Ｒｗとを電流が流れることに相当している。

【００２７】電圧と電流との関係は絶縁膜２ｄの抵抗値
に依存し、電圧は一定の値にて静電チャック３に印加さ
れるため、電流値を把握することによって絶縁膜２ｄの
抵抗Ｒｗの抵抗値を把握できる。

【００２８】図１に例示されるように、高周波カットフ
ィルタ９ａを構成するコイルとコンデンサとの間には、
抵抗値Ｒｓを有する基準抵抗１０が設けられている。こ
の基準抵抗１０にかかる電圧を把握することによって、
抵抗値Ｒｓから絶縁膜２ｄを流れる電流値が把握され、
ひいては絶縁膜２ｄの抵抗Ｒｗの抵抗値が把握される。
抵抗Ｒｗの抵抗値を静電チャック電源１１ａにフィード
バックして静電チャック電源１１ａの電圧を設定するこ
とによって、図２に例示される脱離時にウェーハ２毎に
適切に絶縁膜２ｄの分極を消去する電圧を印加すること
が可能となる。

【００２９】また、図４に例示されるコンデンサＣｃに
蓄積されている電荷の量は、図３に例示されるように静
電チャック３及びウェーハ２の分極を決定する。コンデ
ンサＣｃに蓄積されている電荷の量は、図１の基準抵抗
１０を図２（Ｆ）に例示されるように流れる電流を同図
（Ｈ）に例示されるように積分することによって、把握
することが可能である。従って、コンデンサＣｃに蓄積
されている電荷の量の把握によって、ウェーハ２及び静
電チャック３間の静電力が把握される。

【００３０】基準抵抗１０を用いて抵抗Ｒｗの抵抗値と
コンデンサＣｃでの蓄積電荷量とを把握し、これらを静
電チャック電源１１ａにフィードバックする方法につい
ては、後に詳細に説明を行うものとする。

【００３１】図２に例示されるように、仮吸着の後に本
吸着を行う。本吸着の際には、図２（Ｅ）の直流リレー
８はオフし、図２（Ｄ）の同軸スイッチ７はオンする。
このような接続の状態によって、図１に例示される静電
チャック３ａ，３ｂは、静電チャック電源１１ａからの
直流電圧及び高周波電源６からの高周波電圧が合成され
た電圧が共通に与えられ、単極の静電チャックとして動
作する。

【００３２】図５は、静電チャック電源１１ａ及び高周
波電源６から共通に電圧を供給される静電チャック３及
びこれに本吸着されているウェーハ２を例示する模式的
な断面図である。図６は、図５の状態での静電チャック
３及びウェーハ２の等価回路を例示する回路図である。

【００３３】静電チャック電源１１ａから与えられる直
流電圧によってウェーハ２が静電チャック３に本吸着さ
れている間に、図２（Ｃ）に例示されるように高周波電
源６をオンする。高周波電源６からの高周波電圧によっ
て、酸化膜２ｄの反対側のウェーハ２の表面にプラズマ
エッチングが施される。高周波電源６からの高周波電圧
によって図６に例示される等価回路に印加される電圧Ｅ
は時々刻々変化するが、非常に周波数が高いために、静
電チャック３のコンデンサＣｃにおける電流の流入及び
流出は無視でき、コンデンサＣｃの蓄積電荷量はほとん
ど影響を受けない。従って、図２（Ｈ）に例示されるよ
うに、本吸着の初期に静電チャック電源１１ａの立ち下
がりによって充電された電荷は、プラズマエッチングの
終了後である本吸着の終期にまで維持される。

【００３４】本吸着が終了すると、図２（Ｄ），（Ｅ）
にそれぞれ例示されるように同軸スイッチ７をオフ、直
流リレー８をオンする。このような接続の変更によっ
て、静電チャック３ａ，３ｂにはそれぞれ、仮吸着時と
同様に再び静電チャック電源１１ａ，１１ｂによって負
及び正の定電圧が与えられる（図２（Ａ），（Ｂ））。
このようにして、図１に例示されるウェーハ２を静電チ
ャック３に吸着させたまま保持しておく。保持の後に、
ウェーハ２を静電チャック３から脱離させる操作に移行
する。脱離時には、図２（Ｄ），（Ｅ）にそれぞれ例示
されるように同軸スイッチ７をオン、直流リレー８をオ
フして、静電チャック電源１１ａの電圧を静電チャック
３ａ，３ｂに共通に与える。

【００３５】ウェーハ２を静電チャック３から脱離させ
る際には、静電チャック電源１１ａから与えられる電圧
を絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄに残留する分極に応じて
調節し、分極を消去するに適した大きさ及び向きとする
ことによって、効率的な消去が可能となる。しかし、絶
縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄは絶縁抵抗の大きな誘電体で
あり、これらに残留する分極を直接的に測定することは
困難である。

【００３６】そこで、絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄに残
留する分極に関係する、静電チャック３に蓄積されてい
る電荷量（充電量）を用いることが考えられる。ここ
で、充電量Ｑ、容量Ｃ、電圧Ｖ及び電流Ｉの間には、
「Ｑ＝ＣＶ＝∫Ｉｄｔ」という関係が成り立つ。この式
から、電圧Ｖ及び電流Ｉのいずれか一方が把握されれば
充電量Ｑが推測できることがわかる。

【００３７】そこで本発明においては、充電量を直接的
に把握することよりも簡易である、静電チャック３を出
入りした電流を積分して充電量を間接的に把握すること
を行う。詳細には、静電チャック３にて流入又は流出す
る電流を積分することによって、静電チャック３におけ
る充電量を推測する。この推測される充電量に基づき、
静電チャック電源１１ａ脱離用の電圧を決定する。

【００３８】静電チャック電源１１ａを静電チャック３
における充電量に応じて制御する、図１に例示される回
路構成について説明を行う。充電量を求めるための電流
値は、基準抵抗１０を流れる電流によって決定される、
基準抵抗１０の両端の電圧差を検出することによって間
接的に把握される。基準抵抗１０の両端の電圧差を検出
する必要と、静電チャック電源１１ａから与えられる電
圧が高いことに起因する絶縁の必要とに鑑み、絶縁アン
プ１３が備えられている。絶縁アンプ１３の入力部は、
フローティングによって専用の電源を必要とする。絶縁
アンプ１３の出力側には更にアンプ１４が備えられてお
り、基準抵抗１０を流れる微弱な電流を増幅する。アン
プ１４の出力端子は、２つのゲート１５，１６それぞれ
を介してサンプリングホールド１８及び積分器２０のそ
れぞれの入力端子に共通に接続されている。ゲート１
５，１６は、図２（Ｉ），（Ｊ）にそれぞれ例示される
信号が“Ｈ”の時にアンプ１４の出力をそれぞれ導通す
る。まず、ゲート１６側について以下に説明を行う。

【００３９】ゲート１６が設けられておらず、積分器２
０が常にアンプ１４の出力を積分する場合を想定する。
この場合には、逆特性の電圧を印加されている静電チャ
ック３ａ，３ｂにウェーハ２が吸着されている時（例え
ば仮吸着時）に絶縁膜２ｄを流れる電流が積分器２０に
よって積分されてしまう。しかし、この電流は静電チャ
ック３ｂ、絶縁膜２ｄ及び静電チャック３ａを単に通過
するだけであり、静電チャック３ａ，３ｂにおける充電
には関与しない。従って、このような電流が積分される
ことをゲート１６を設けることによって回避することが
可能となる。

【００４０】ゲート１６は、図２（Ａ），（Ｂ），
（Ｊ）に例示されるように、静電チャック電源１１ａ，
１１ｂから出力される電圧が変化する際に“Ｈ”となる
サンプリングパルスによってオン、オフを決定される。
出力される電圧が変化するときとは即ち、静電チャック
３における充電量が変化することによって基準抵抗１０
を図２（Ｆ）に例示されるように電流が過渡的に流れる
ときである。従って、ゲート１６は、基準抵抗１０を電
流が過渡的に流れる時のみアンプ１４の出力を積分器２
０に入力し、定常的な電流と積分器２０とを遮断する。
入力と遮断とを適切に行うために、ゲート１６をオンさ
せるパルスが“Ｈ”に立ち上がっている期間は、図２
（Ａ），（Ｂ），（Ｊ）に例示されているように、図６
に例示される静電チャック３及びウェーハ２の等価回路
の時定数程度にすれば良い。

【００４１】図１の積分器２０は、アンプ１４の出力の
正負及び絶対値に応じて積分を行う。詳細には、静電チ
ャック３へと静電チャック電源１１ａから電流が流れて
いることをアンプ１４の出力が示しているときには出力
の分だけ加算を行い、電流が逆に流れていることが示さ
れている場合には減算を行う。以上のような構成によっ
て、図２（Ｈ）に例示されるように、静電チャック３に
蓄積されている電荷量が積分器２０にて模擬的に得られ
る。

【００４２】脱離時には、図２（Ａ）に例示されるよう
に、静電チャック電源１１ａからの電圧はパルス状に与
えられる。ゲート１７は図２（Ｈ），（Ｋ）に例示され
るように、脱離時の最中であって、静電チャック電源１
１ａからのパルス状の電圧によって静電チャック３にて
電荷の移動が起こっている時のみオンする。従って、積
分器２０の出力は、静電チャック３にて充電又は放電が
生じている時のみ、ゲート１７及び抵抗を介して制御ア
ンプ２１へと与えられる。制御アンプ２１の出力は、自
動切替用リレー２２によって選択的に静電チャック電源
１１ａへと与えられる一方、自身の入力端子へと抵抗を
介して帰還されている。

【００４３】自動切替用リレー２２は、制御信号及びア
ンプ２１の出力のうちのいずれか一方を静電チャック電
源１１ａに与える。図２（Ｌ）に例示されるように、自
動切替用リレー２２は仮吸着時から保持時迄は制御信号
側に接続されており、静電チャック電源１１ａはこの期
間は制御信号に基づいて電圧を出力する。脱離時におい
ては、自動切替用リレー２２は静電チャック電源１１ａ
から出力される電圧の最初の立ち上がりの前に、制御ア
ンプ２１の出力側に切り替わる。

【００４４】静電チャック電源１１ａは、制御アンプ２
１を介して与えられる積分器２０における積分値に応じ
て、出力される電圧の正負及び絶対値を決定する。詳細
には静電チャック電源１１ａは、制御アンプ２１の出力
が積分値が正であることを表している場合には負の電圧
を、積分値が負であることを表している場合には正の電
圧を出力する。更に静電チャック電源１１ａは、出力す
る電圧の絶対値の大小を、積分値の絶対値の大小に応じ
てそれぞれ決定する。静電チャック電源１１ａから与え
られる電圧は、各々のパルスが立ち上がっている間は各
々のパルスの立ち上げ時の向き及び絶対値を維持し続
け、この後に立ち下がる。即ち、電圧のパルスは矩形状
となる。

【００４５】積分値と静電チャック３における充電量と
は一致しており、以上のような電圧の出力によって、絶
縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄには分極を打ち消す方向に電
圧が印加され、分極が反転する。分極の大きさは、積分
値の絶対値の大小に応じて電圧の大小が決定されている
ことによって、反転後には小さくなる。分極の反転及び
縮小化は、図２（Ｈ）に例示される電荷の積分値に反映
されている。分極の反転積分値が反転し、これによって
制御アンプ２１の出力が変わため、結果的に静電チャッ
ク１１ａから出力される電圧の正負（向き）も図２
（Ａ）に例示されるようにパルス毎に交互に反転する。

【００４６】以上のようにして、正負が交互に反転され
絶対値が次第に小さくなる電圧の印加によって絶縁膜２
ｄ，３ａｄ，３ｂｄの分極は次第に小さくなり、ついに
は完全に消去される。

【００４７】図７は、図１に例示される回路の特性を模
式的に示すブロック図である。静電チャック電源１１ａ
から与えられる電圧は、図６に例示される等価回路のイ
ンピーダンス１／Ｚに応じて電流という情報に変換され
る。電流は基準抵抗１０において電圧に変換され、アン
プ１３，１４の増幅率Ｋ２にて増幅される。増幅された
電圧はゲート１６を介して、積分定数が１／Ｓの積分器
２０へと与えられる。積分器２０からの出力は、増幅率
Ｋ３の制御アンプ２１にて増幅される。

【００４８】以上のような各々の回路の特性値によって
静電チャック３に充電されている電荷Ｑが把握され、図
７において点線にて囲まれている部分に例示されるよう
に、電荷Ｑから静電チャック電源１１ａが印加すべき電
圧Ｖが判明する。自動切替用リレー２２を制御信号から
制御アンプ２１側へと切り替えた際には、制御アンプ２
１の出力に応じて静電チャック電源１１ａの増幅率Ｋ１
が調整され、印加されるべき電圧Ｖが出力される。

【００４９】次に、静電チャック電源１１ａから出力さ
れる電圧を、図４に例示される絶縁膜２ｄの抵抗Ｒｗの
抵抗値に応じて制御する構成について説明を行う。図１
に例示されるゲート１５は、図２（Ｉ）に例示されるよ
うに、仮吸着の期間であって静電チャック３における充
電が完了した時（図２（Ｈ）参照）にオンされる。ゲー
ト１５のオンに同期して、アンプ１４の出力は図２
（Ｇ）に例示されるようにサンプリングホールド回路１
８へと入力される。サンプリングホールド回路１８は、
ゲート１５がオフした後にもアンプ１４の出力を保持す
る。

【００５０】尚、基準抵抗１０及び絶縁膜２ｄを充電完
了後の仮吸着時に流れる電流はおおよそ１ｍＡ以下とな
るため、検出の確実のためには、基準抵抗１０の抵抗値
Ｒｓは１ｋΩ程度であることが好ましい。静電チャック
３にて充電又は放電が行われる際に流れる電流は数ｍＡ
程度であり、抵抗値Ｒｓを１ｋΩ程度すれば脱離時等に
おいても十分である。

【００５１】静電チャック３において充電が完了した時
には、絶縁膜２ｄを流れる電流と基準抵抗１０を流れる
電流とは一致している。このときの電流値は、抵抗Ｒｗ
の抵抗値によって決定されている。従って、アンプ１４
の出力を保持するサンプリングホールド回路１８によっ
て抵抗Ｒｗの抵抗値が把握されていることになる。

【００５２】サンプリングホールド回路１８の出力は図
１に例示されるように分岐され、一方はＡ／Ｄ変換器１
９へと、他方は制御アンプ２１へと入力される。Ａ／Ｄ
変換器１９の出力はモニタ２３へと入力され、使用者は
ウェーハ２に備わる酸化膜２ｄの抵抗Ｒｗの抵抗値をモ
ニタ２３によって知ることができる。

【００５３】一方、サンプリングホールド回路１８から
制御アンプ２１へと入力される電圧値は、制御アンプ２
１のゲインを制御することに用いられる。詳細には、絶
縁膜２ｄを流れる電流値は抵抗Ｒｗの抵抗値が大きいと
小さくなるため、サンプリングホールド回路１８から出
力される電圧値が大きいときにはゲインを小さく、小さ
いときには大きくなるように制御する。抵抗値Ｒｗが大
きいときには絶縁膜２ｄの分極は消去されにくいので、
以上のようなゲインの制御によって、分極の消去され難
さに応じた電圧が静電チャック電源１１ａから出力され
ることになる。

【００５４】このようなゲインの制御は、図７に例示さ
れる制御アンプ２１の増幅率Ｋ３を等価インピーダンス
１／Ｚに応じて変更することに相当する。増幅率Ｋ３の
変更によって、結果的に静電チャック電源１１ａの増幅
率Ｋ１が調節される。

【００５５】以上のようにして、図１に例示される絶縁
膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄは静電チャック電源１１ａによ
って分極の消去に適した電圧を印加され、脱離の際にウ
ェーハ２と静電チャック３との間に静電力が残量するこ
とが回避される。ウェーハ２の静電チャック３からの脱
離は突き上げピン等のメカニカルな補助無しに行われ、
従来のようにウェーハ２が破損されることはない。これ
によって、破損されたウェーハ２に施したプラズマエッ
チングが無駄になることが回避される。また、突き上げ
ピン等を稼動させる機器が不要となることによって、ウ
ェーハ２にプラズマエッチング時の生成物が付着する心
配もない。

【００５６】更に、種類が異なるウェーハをプラズマエ
ッチングする毎に静電チャック電源１１ａの電圧のパタ
ーンを用意して選定しなければならなかった従来の装置
に比べると、絶縁膜２ｄの抵抗値Ｒｗがそのまま反映さ
れる本発明の装置の方が分極の消去に優れるうえ、使用
者の煩わしさが省かれるという利点がある。

【００５７】また、絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄの分極
を間接的に把握するために用いられる図１の基準抵抗１
０及び積分器２０等の回路は、図示されているように反
応室１と静電チャック電源１１ａとの間に設けられる。
従って、従来の双極型の静電チャック３を備えるプラズ
マエッチング装置を用意し、これに新たに必要となる回
路部分を取り付けるだけで本発明の装置を得ることが可
能である。従来の装置を利用できるために、本発明のプ
ラズマエッチング装置は安価に得られる。

【００５８】尚、ゲート１７をオン、オフするパルス
は、上述の説明においては図２（Ｋ）に例示されるよう
に断続的に“Ｈ”になる。しかし、図８（Ｂ）に例示さ
れるように、静電チャック電源１１ａから脱離用のパル
ス状の電圧が与えられている間ずっと“Ｈ”に立ち上が
っているパルスを用いても良い。図８は、脱離時に立ち
上がったままのパルスによってゲート１７を制御する構
成のタイミングを例示する波形図である。図８（Ａ）に
は静電チャック電源１１ａから出力される電圧が、図８
（Ｂ）にはゲート１７を制御するパルスが、図８（Ｃ）
には積分器２０における積分値（静電チャック３におけ
る充電量）がそれぞれ示されている。ゲート１７を制御
するパルスが“Ｈ”に立ち上がっている間には、ゲート
１６を制御するパルスも“Ｈ”に立ち上がる。この場合
には、積分器２０の積分値に応じて電圧を逐次変更する
ように、静電チャック電源１１ａを構成する。

【００５９】この場合においては、図８（Ｃ）に例示さ
れる積分器２０の積分値に反映される絶縁膜２ｄ，３ａ
ｄ，３ｂｄの分極は、正弦的に振動しつつ次第に減衰し
ながら消去される。

【００６０】実施の形態２．本実施の形態においては、
図１に例示される実施の形態１の回路の具体的な構成及
び変形例を説明する。詳細には、図１に例示されるアン
プ１４の出力側からゲート１７の入力側の回路、即ち静
電チャック３に充電されている電荷を推定するために用
いられる回路に関する。以下、既に説明の行われたもの
と同一の構成、構造には同一の参照符号を付し、説明は
省略する。

【００６１】まず、図１に例示される積分器２０をアン
プによって得るアナログ的な回路構成を説明する。図９
は、積分器２０を構成するアンプ３４を備える回路を例
示する回路図である。アンプ３４の反転入力端子は、抵
抗を介してゲート１６の電流端子に接続されている。非
反転入力端子は、ドリフトを補正するために、オフセッ
ト調整用の可変抵抗に接続されている。出力端子は、ゲ
ート１７の電流端子に接続されている一方、コンデンサ
を介して反転入力端子へと接続され帰還がかけられてい
る。コンデンサを用いて帰還をかけ、アンプによって積
分回路を構成する方法は周知であるので、詳しい説明は
省略する。

【００６２】次に、図９に例示されるアンプ１４の出力
側からゲート１７の入力側の回路をディジタル的な回路
に置換した変形例について説明を行う。図１０は、本実
施の形態に従うディジタル的な積分回路を例示する回路
図である。アンプ１４の出力は電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）
変換器３０及び極性判定器３１に共通に入力されてい
る。極性判定器３０は、アンプ１４の出力の正負を判断
し、これを可逆カウンタ３２に伝達する。電圧／周波数
変換器３０は、アンプ１４の出力の絶対値に応じたカウ
ントパルスを出力する。

【００６３】変換器３０の出力は、図９に例示されるゲ
ート１６を制御する図２（Ｊ）のパルスを一方の入力端
子に入力されるＮＡＮＤゲート１６ｂの他方の入力端子
に入力される。ＮＡＮＤゲート１６ｂの出力端子は可逆
カウンタ３２に接続されており、ゲート１６と同じタイ
ミングで変換器３０の出力の可逆カウンタ３２への入力
が制御される。

【００６４】以上のような構成によって、可逆カウンタ
３２におけるカウント値は、図２（Ｊ）のパルスが
“Ｈ”の期間のみ、基準抵抗１０を流れる電流に応じて
変化する。このようにして、図９に例示されるアナログ
的な積分回路と同様に動作するディジタル的な積分回路
が得られる。可逆カウンタ３２のディジタル的な出力は
Ｄ／Ａ変換器３３によってアナログ的な出力に変換さ
れ、ゲート１７を介して図１に例示される制御アンプ２
１に入力される。

【００６５】実施の形態３．実施の形態１の例において
は、図２（Ａ）に例示されるように、静電チャック電源
１１ａから出力される次第に小さくなるパルス電圧を用
いて脱離を行う。しかし、図１に例示される高周波電源
６を用いて脱離を行っても良い。この場合、図１の例に
おいては静電チャック電源１１ａを制御するために用い
られている自動切替用リレー２２を高周波電源６に取付
け、高周波電源６から出力される高周波電圧の振幅を積
分器２０における積分値に応じて変える必要がある。図
１１は、高周波電源６から出力される電圧の振幅を調整
する構成を例示する回路図である。

【００６６】実施の形態１の例においては図２（Ｃ）に
例示されるように出力される高周波電圧は、本実施の形
態においては図１２に例示されるように出力される。図
１２は、本実施の形態における静電チャック電源１１ａ
及び高周波電源６各々からの出力電圧を例示する波形図
である。図示は省略しているが、ゲート１６，１７を制
御する各々の信号は、脱離時には、高周波電源６から高
周波電圧が出力されている間“Ｈ”に立ち上がる。即
ち、脱離時には、高周波電源６から高周波電圧が出力さ
れている間中ゲート１６，１７は導通している。

【００６７】静電チャック電源１１ａの出力電圧は、脱
離時には“０”にされる。高周波電源６の出力電圧は、
本吸着の際のプラズマエッチング用に一定の振幅で振動
した後、脱離時には積分器２０の積分値に応じて次第に
振幅が減衰していく。このような高周波電圧の印加によ
って、絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄにおいては図１３に
例示されるようにヒステリシスの除去がなされる。図１
３は、ヒステリシスの除去の様子を示す模式図である。
細線にて例示されているヒステリシスは、図中の矢印に
て示されるように徐々に除去されていく。このようにし
て分極が消去され、脱離が行われる。

【００６８】図１１のプラズマエッチング装置は、ウェ
ーハ２が静電チャック３よりも下側に位置するフェイス
ダウン方式である。フェイスダウン方式は、ゴミが落下
してウェーハ２に付着することを回避できるという点で
優れる。しかし、高周波電源６からの高周波電圧によっ
て絶縁膜２ｄ，３ａｄ，３ｂｄの分極が消去された際
に、ウェーハ２が反応室１の底部へと落下してしまうお
それがある。

【００６９】そこで、図１４に例示されるように、静電
チャック３に落下保持ヅメ４０を取付け、分極の消去に
よって静電チャック３から脱離したウェーハ２を保持さ
せる。図１４は、落下保持ヅメ４０を取付けられた静電
チャック３の構造を例示する斜視図である。図１５は、
落下保持ヅメ４０によって保持されているウェーハ２を
例示する模式的な断面図である。ウェーハ２は落下保持
ヅメ４０によって保持された後、図１１に例示されるロ
ボットパン４によって受け取られる。ロボットパン４に
よる受取りの際には、図示されない機械的手段によって
落下保持ヅメ４０をウェーハ２の反対へと反らして曲
げ、ウェーハ２の保持を解く。

【００７０】実施の形態４．実施の形態１〜実施の形態
３においては、ウェーハ２にプラズマエッチングを施す
際に静電チャック３にて吸着を行う例が説明されてい
る。しかし、プラズマエッチングのみに限定されるもの
ではなく、例えば写真製版技術等を施す際にウェーハ２
を本発明の静電チャック３によって固定することも可能
である。

【００７１】従来では写真製版技術等を施す際には、真
空によって生ずる吸着力によってウェーハ２の固定を行
っていた。この場合には、真空である部分へと吸い込ま
れることによってウェーハ２に反りが生じ、これによっ
て写真製版技術の際に焦点のズレが生ずるという問題点
があった。

【００７２】しかし、本発明の静電チャック３を用いる
場合には、ウェーハ２が吸着される絶縁膜３ａｄ，３ｂ
ｄは図１に例示されるように平坦であり、ウェーハ２に
反りが生ずることはない。従って、確実に焦点を合わせ
ることができ、デフォーカス等の不具合は生じない。

【００７３】

【発明の効果】請求項１に記載の構成によれば、誘電体
膜中の実際の分極に応じて分極消去用電圧が誘電体膜に
印加される。これによって誘電体膜の分極が確実に消去
され、半導体基板が静電チャック装置から容易に脱離さ
れる。半導体基板を静電チャック装置から物理的に脱離
させる従来の手段が不要となり、半導体基板の破壊が回
避される。

【００７４】請求項２に記載の構成によれば、分極の向
きを打ち消す向きに分極消去用電圧を誘電体膜に常に印
加することが可能となる。更に、請求項３に記載の構成
によれば、分極の量に応じた分極消去用電圧が誘電体膜
に印加される。これらの構成によって分極の消去が適切
に行われ、半導体基板の脱離が早々に行われる。従っ
て、半導体基板の加工の効率が上がる。

【００７５】請求項４に記載の構成によれば、誘電体膜
の分極が間接的に検知される。誘電体膜の分極を直接検
知することは非常に困難であるため、請求項２及び請求
項３に記載の構成を簡易に実現することが可能となる。

【００７６】請求項５に記載の構成によれば、電源と吸
着台との間に検知手段を設ければ良く、静電チャック装
置が備えられる反応室等の内部に検知手段を設ける必要
がなくなる。反応室外部に検知手段を設けるという改良
で済み、従来の装置をそのまま利用できる。従って、本
願発明は低コストにて実現される。

【００７７】請求項６に記載の構成によれば、測定用電
圧と電流量との関係を決定する誘電体膜の抵抗値に応じ
て分極消去用電圧が印加される。これによって、分極の
消去が種々の半導体基板に対して各々適切に行われる。

【００７８】請求項７に記載の構成によれば、分極の量
に応じた高周波電圧である分極消去電圧が印加され、分
極の消去が適切に行われる。

【００７９】請求項８に記載の構成によれば、半導体装
置は、請求項１〜請求項６のうちのいずれかの構成を用
いるエッチングが施された後に吸着台から脱離される。
エッチングを施した半導体基板が破損して無駄になるこ
とが回避されるのでエッチングの作業が無駄にならず、
半導体装置は低価格にて提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１に従う静電チャック装置の構成
の一例を示す回路図である。

【図２】 図１に例示される静電チャック装置に関する
タイミングチャートの一例を示す波形図である。

【図３】 実施の形態１に従う静電チャック装置の構成
の一例を示す断面図である。

【図４】 図３の静電チャック装置に関する等価回路を
例示する回路図である。

【図５】 実施の形態１に従う静電チャック装置の構成
の一例を示す断面図である。

【図６】 図５の静電チャック装置に関する等価回路を
例示する回路図である。

【図７】 実施の形態１に従う静電チャック装置の構成
の一例を示すブロック図である。

【図８】 図１に例示される静電チャック装置に関する
タイミングチャートの他例を示す波形図である。

【図９】 実施の形態２に従う静電チャック装置の構成
の一例を示す回路図である。

【図１０】 実施の形態２に従う静電チャック装置の構
成の他例を示す回路図である。

【図１１】 実施の形態３に従う静電チャック装置の構
成の一例を示す回路図である。

【図１２】 実施の形態３に従う静電チャック装置に関
するタイミングチャートの一例を示す波形図である。

【図１３】 ヒステリシスの消去の一例を示す模式図で
ある。

【図１４】 実施の形態３に従う静電チャック装置の構
成の他例を示す斜視図である。

【図１５】 実施の形態３に従う静電チャック装置の構
成の他例を示す断面図である。

【図１６】 従来の静電チャック装置を示す回路図であ
る。

【図１７】 従来の静電チャック装置に関するタイミン
グチャートの一例を示す波形図である。

【図１８】 従来の静電チャック装置に関するタイミン
グチャートの他例を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 反応室、２ ウェーハ、２ｄ，３ａｄ，３ｂｄ 絶
縁膜、３，３ａ，３ｂ静電チャック、４ ロボットパ
ン、５ 高周波整合器、６ 高周波電源、７同軸スイッ
チ、８ 直流リレー、９ａ，９ｂ 高周波カットフィル
ター、１０基準抵抗、１１，１１ａ，１１ｂ 静電チャ
ック電源、１３ 絶縁アンプ、１４アンプ、１５〜１７
ゲート、１８ サンプリングホールド回路、１９ Ａ
／Ｄ変換器、２０ 積分器、２１ 制御アンプ、２２
自動切替用リレー。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主面に誘電体膜を有する半導体基板がク
   ーロン力によって吸着される吸着台と、 前記誘電体膜の分極を検知する検知手段と、 前記検知手段からの情報に応ずる分極消去用電圧を前記
   誘電体膜に印加する電源とを備える、静電チャック装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記検知手段は、前記分極の向きを検知し、 前記電源は、前記分極消去用電圧の向きを、前記分極の
   前記向きに応じて反転する、静電チャック装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記検知手段は更に、前記分極の量を検知し、 前記電源は、前記分極の前記量に応じて前記分極消去用
   電圧の絶対値を決定する、静電チャック装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記分極の前記向き及び前記量は、前記吸着台内の電荷
   量を検知することによって検知される、静電チャック装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記電荷量は、前記吸着台における電荷の移動量を積分
   することによって検知される、静電チャック装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記電源は、前記主面の第１及び第２の部分の間に測定
   用電圧を印加し、 前記検知手段は、前記測定用電圧によって前記誘電体膜
   を流れる電流量を検知し、 前記電源は、前記分極消去用電圧の前記絶対値を決定す
   ることを、前記電流量に応じて行う、静電チャック装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の静電チャック装置であ
   って、 前記検知手段は、前記分極の量を検知し、 前記電源は、高周波電圧である前記分極消去用電圧の振
   幅を、前記分極の前記量に応じて変化させる、静電チャ
   ック装置。
8. 【請求項８】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４、請求項５、請求項６または請求項７に記載の静電チ
   ャック装置に備わる前記吸着台によって吸着されている
   ときに前記半導体基板にエッチングを施された、半導体
   装置。