JPH1169855A

JPH1169855A - 静電チャックにおける被吸着物の離脱方法及び静電チャック

Info

Publication number: JPH1169855A
Application number: JP22396197A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Mabuchi; 博嗣馬渕; Hitoshi Wada; 等和田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-03-09
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: JP4282100B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静電力にて吸着固定された被吸着物を短時間
で確実に離脱させることが可能な静電チャックにおける
被吸着物の離脱方法及び静電チャックを提供すること。【解決手段】制御部３の制御に基づいて電源２が静電
チャック本体１へ所定の電圧を印加することによりウエ
ハＳを吸着固定し、プロセス終了後、吸着電圧の印加を
停止し、制御部３の制御によりエアシリンダ６を操作し
てリフトピン５を上昇させる。そして吸着時とは極性が
逆である電圧を電源２が静電チャック本体１へ所定時間
印加し、位置検出器6aからの検出信号に基づいてウエハ
Ｓが離脱したか否かを制御部３において判断する。ウエ
ハＳが離脱していない場合は、制御部３の制御によって
電源２が静電チャック本体１へ前回とは極性が逆である
電圧を印加する。ウエハＳが離脱した場合、又は離脱の
ための電圧印加が所定回行われた場合は電圧印加を終了
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、静電チャックにて
吸着保持された半導体ウエハ等の被吸着物を離脱させる
方法及びその実施に使用する静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造において、半導体ウエ
ハに対してエッチング、ＣＶＤ等のプロセスを施す場
合、半導体ウエハを固定保持するために一般に静電チャ
ックが使用されている。静電チャックは、メカニカルチ
ャックに比べ、ウエハの反りを矯正することができる、
ウエハの温度を容易に制御することができる、等の長所
を有する。

【０００３】静電チャック本体１は、図８にその概略を
示す如く、電極1bとその外表面に被覆された絶縁膜1aと
で構成されている。例えば、静電チャック本体１をプラ
ズマ処理装置内に設置し、正の電位を与えた場合、プラ
ズマ処理中においては、ウエハＳはプラズマを介して接
地されるので、電極1bとウエハＳとの間に電位差が生じ
る。この電位差により絶縁膜1aには誘電分極現象が起こ
り、静電チャック本体１表面には正の電荷が励起され、
ウエハＳとの間の静電気力（クーロン力）による吸着力
でウエハＳは静電チャック本体１に吸着固定される。こ
の吸着力は、エッチング等のプロセスが終了し、電圧の
印加を停止しても、ウエハに電荷が残るために残存す
る。従ってウエハを離脱させるには、この電荷が完全に
放電される必要があり、時間がかかるという問題があ
る。

【０００４】そこで従来から種々の離脱方法が提案され
ている。例えば、吸着時の電圧とは極性が逆である電圧
を印加する方法、交流電圧を印加する方法（特開昭62−
153034号公報、実公平５-28773号公報）、及び減衰する
交番電圧を印加する方法 (特開昭62-44332号公報) 等で
ある。また離脱時にウエハをリフトピンで押し上げる方
法も実際に行われている。さらに処理が終了する前に吸
着のための電圧印加を停止する方法も開示されている
（特開平３−236255号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら逆電圧、
交流電圧、又は減衰交番電圧を印加する各方法において
は確実に離脱させることは困難である。交流電圧を印加
しても、ウエハが離脱される確率があまり高くならない
理由については明らかではないが、以下のように考える
ことができる。一定の逆電圧を印加した際の残留吸着力
は、印加電圧等の条件により異なるが、基本的には図９
に示す如く変化する。即ち吸着力は急激に低下し、そし
て再度上昇を始める。しかしながら50Ｈｚ又は60Ｈｚの
交流電圧を印加した場合、残留吸着力の変化が電圧の変
化に追随することができず、残留吸着力が十分に低下し
得ないためであると考えることができる。

【０００６】またリフトピンによる押し上げを併用する
ことも行われているが、ウエハのサイズ、表面に形成さ
れている膜の種類及び厚み等が異なるウエハの種類、又
は処理の条件等によっては、残留吸着力が大きいことが
あり、その残留吸着力がリフトピンによる押し上げ力を
上回ると、ウエハの離脱が行えない。またリフトピンに
よる押し上げ力を過度に大きくすると、残留吸着力が大
きい場合、ウエハを損傷することがある。プロセスが終
了する前に電圧印加を停止する方法は、プロセス終了直
前の固定状態を不安定にするという問題がある。

【０００７】図９において、吸着のために印加した電圧
を 800Ｖとし、離脱のために印加した電圧を−200 Ｖと
する。またリフトピンによる押し上げ力を併記する。上
述した如く、逆電圧を印加すると、吸着力は急激に低下
し、ある時間で極小値に達し、そして再度上昇し、飽和
する。吸着力の下降時に、吸着力がリフトピンによる押
し上げ力を下回り、この状態が充分に継続した場合ウエ
ハは離脱する。しかしながら吸着力の下降が不十分であ
ったり、持続時間が短かったりした場合は、逆電圧によ
ってウエハが逆電荷に帯電し再度吸着される。

【０００８】そこで逆電圧の値を大きく設定したり、逆
電圧の印加時間を短く設定したりという工夫がなされて
いるが、残留吸着力はウエハの種類、処理条件により変
化するため、逆電圧の値、及び印加時間を適正に設定す
ることは困難であり、確実にウエハが離脱するとは限ら
ない。ウエハの種類、処理条件によっては、ウエハが離
脱する確率は５割を少し上回る程度であるのが現状であ
る。

【０００９】本発明は、斯かる知見に鑑みてなされたも
のであり、被吸着物を損傷することなく、静電力により
吸着固定された被吸着物を短時間で確実に離脱させるこ
とが可能な静電チャックにおける被吸着物の離脱方法及
びその実施に使用する静電チャックを提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
静電チャックに吸着電圧を印加することにより静電吸着
保持された被吸着物を離脱させる方法において、前記静
電チャックに離脱電圧を所定時間印加する工程と、前記
離脱電圧の印加中に前記被吸着物の離脱状態を検出する
検出工程と、該検出工程において前記被吸着物の離脱が
検出されていない場合は、前記離脱電圧の極性を反転す
る工程とを含み、極性反転後は、以上の離脱処理工程を
繰り返し、前記検出工程において前記被吸着物の離脱が
検出された場合は、前記離脱処理工程を終了することを
特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明は、静電力により被吸
着物を吸着保持する静電チャックにおいて、静電チャッ
ク本体に電圧を印加する印加手段と、該印加手段が印加
する電圧の極性を反転する反転手段と、前記被吸着物の
着脱状態を検出する検出手段と、該検出手段からの検出
信号に基づいて前記印加手段による電圧印加を停止させ
る手段とを備えることを特徴とする。

【００１２】離脱電圧（初回の離脱電圧は吸着電圧と逆
の極性の電圧）を印加した場合、吸着力が降下し極小値
に達した後に、被吸着物にも逆の電荷が生じて再吸着さ
れることがある。本発明では、１回の逆電圧の印加によ
って吸着力が極小値に達しても離脱しなかった場合に、
さらに初回の離脱電圧とは逆極性の離脱電圧を所定時間
印加して、吸着力が低下し極小値に達する機会を付与す
る。そして被吸着物の着脱状態を検出しながらこのよう
な機会の付与（離脱工程）を自動的に複数回実施するこ
とが可能であるので、離脱成功率が大幅に向上し得る。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、吸着電圧印加を停止した後に、前記被吸着
物を前記静電チャックから離脱させる方向へ所定の力を
加える工程を含むことを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記被吸着物との接触表面に対し出没可能
に前記静電チャック本体に内設されたピンと、該ピンの
出没を操作する手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】吸着力がピンによる押し上げ力を下回った
ときに、被吸着物が離脱する可能性があり、この時間が
長く、また回数が多いほど被吸着物は確実に静電チャッ
クから離脱する。従って帯電している電荷が完全に放電
される前に被吸着物を離脱させることができ、これによ
り離脱に要する時間を短縮することができる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
おいて、離脱電圧の印加回数を計数する計数工程を含
み、該計数工程における印加回数が所定値に達した場合
は、前記離脱電圧の印加を終了することを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項４、又は５
記載の発明において、印加電圧の最大反転回数を予め設
定することを特徴とする。

【００１８】静電チャック本体に印加される電圧の極性
反転回数が有限であるので、処理を所定時間内に強制的
に終了させることができる。強制終了後は、オペレータ
がその後の処理を指示するようになしてある。適宜設定
された回数を実施しても離脱されない場合は、同一条件
の処理をそれ以上繰り返しても離脱されないことが多
く、また静電チャック表面に、例えばプロセスガスの分
解生成物、又は反応生成物等の不純物が付着、堆積して
いる等の、トラブルが生じている可能性がある。従って
これ以上離脱処理を続行するか否か、また続行する場合
は離脱条件を変更するか否かについては、オペレータに
よって判断することが望ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に
係る静電チャックにおける被吸着物の離脱方法を実施す
る静電チャックを示す模式図であり、例えばプラズマ処
理装置等の装置内に設けられている。図中１は被吸着物
であるウエハＳを固定するための静電チャック本体であ
り、電極1bの外表面が絶縁膜1aにて被覆されてなる。静
電チャック本体１には電極1bへ所定の電圧を所定時間印
加するための電源２が接続されており、電圧の極性、値
及び印加時間は、制御部３の制御に基づいて変更可能に
なしてある。

【００２０】静電チャック本体１には、その厚み方向
（図では上下方向）に貫通する孔1bが数カ所に設けられ
ており、各孔1cには支持板４にて支持されたリフトピン
５が突入可能に設置されている。支持板４はエアシリン
ダ６に接続されており、これによって上下動せしめられ
るようになっている。エアシリンダ６にはリフトピン５
の位置を検出するための、例えばリミットスイッチで構
成される位置検出器6aが取り付けられており、その検出
信号は制御部３へ与えられるようになしてある。エアシ
リンダ６によるリフトピン５の上下動も制御部３にて制
御するようになしてある。

【００２１】制御部３は、図２に示す如く、位置検出器
6aからの検出信号が与えられるリフトピン位置入力部31
と、電源２の電圧を設定する電圧設定部34と、エアシリ
ンダ６の動作を制御するエアシリンダ制御部37と、カウ
ンタ35と、リフトピン位置入力部31及びカウンタ35の出
力信号を受けて、電圧設定部34及びエアシリンダ制御部
37へ制御信号を出力する判断部32とを備える。さらに予
め定めたステップに基づくプログラムを設定するため
に、電圧値、印加時間、電圧極性の最大反転回数等のデ
ータに関するキー入力信号が与えられるキー入力部38
と、これにより与えられたデータを記憶するメモリ36と
を備える。

【００２２】図３は本発明方法を説明するためのフロー
チャートである。予めメモリ36に記憶されている吸着の
ための電圧を、電源２が電極1bへ印加するように、判断
部32が、電圧設定部34を制御することにより、ウエハＳ
が静電チャック本体１に吸着固定される（ステップＳ
１）。静電チャックが備えられた処理装置における所定
のプロセス時間が経過した後、判断部32は、電圧の印加
を停止させ（ステップＳ２）、リフトピン５を上昇させ
るべくエアシリンダ制御部37からエアシリンダ６へ制御
信号を出力させる（ステップＳ３）。そして吸着時とは
極性が逆である離脱電圧が所定時間、電極1bへ印加され
るように、判断部32がカウンタ35の出力信号に基づいて
電圧設定部34を制御し（ステップＳ４）、リフトピン位
置入力部31を介して与えられる位置検出器6aからの検出
信号に基づいて判断部32が、ウエハＳが離脱したか否か
を判断する（ステップＳ５）。

【００２３】ウエハＳが離脱されていないと判断された
場合は、所定の印加時間が経過するまで（ステップＳ
６）、この確認を行い、所定時間が経過したときは、離
脱電圧の印加が、予めメモリ36に記憶された所定回数行
われたか否かを判断し（ステップＳ７）、ＮＯである場
合は、ステップＳ４へ戻り、さらに前回とは極性が逆で
ある離脱電圧を印加させる。ステップＳ７においてＹＥ
Ｓである場合は離脱電圧の印加を終了する。またステッ
プＳ５においてウエハＳが離脱したと判断された場合
は、離脱処理を終了する。なお上述の離脱電圧の印加時
間は、吸着力が極小値にいたる時間より長く、設定する
必要がある。

【００２４】本発明方法を実施した場合の、ウエハＳ、
静電チャック本体１間の吸着力は、図４に示すように変
化すると考えられる。吸着時の電圧とは逆の電圧を印加
する第１回離脱工程を実施すると、吸着力は急激に下降
し、極小値に達した後上昇を始める。そして、ある時間
で吸着力は飽和し、略一定となる。さらに第２回離脱工
程を実施すると、同様に吸着力は急激に下降し、極小値
に達した後上昇を始め、吸着力は略一定となる。第３
回、第４回離脱工程も同様である。

【００２５】従ってリフトピン５による押し上げ力を吸
着力の極小値よりも大きく、しかもウエハを損傷しない
範囲で適当な値に設定しておくことにより、言い換えれ
ば吸着力がリフトピン５による押し上げ力を適宜時間下
回るように電圧を設定することにより、この間にウエハ
Ｓを離脱させることができる。しかしながら実際にはウ
エハＳ又はその他の条件によっては、吸着力がリフトピ
ン５による押し上げ力以下に下降しなかったり、吸着力
がリフトピン５による押し上げ力を下回った場合でも、
ウエハＳが離脱しないことがあるが、離脱工程を複数回
実施することにより、その確率を高めることができる。
またウエハＳの離脱が検出された場合は、設定された離
脱工程が残っていても、それを中断するので、離脱され
たウエハＳが再吸着されることはない。

【００２６】さらに離脱工程１回当たりの逆電圧の印加
時間を、吸着力が再上昇し飽和にいたる時間よりも短く
設定すると、さらに離脱する確率が向上することが繰り
返し行った実験により分かった。

【００２７】１回当たりの印加時間を、上述したように
設定した際に、離脱確率がさらに向上する理由について
は正確には分かっていないが、以下のように考えること
ができる。離脱工程１回当たりの逆電圧の印加時間を、
吸着力が飽和にいたる時間より短く設定すると、ウエハ
Ｓと静電チャック本体１間の吸着力は、図５に示す如く
変化すると考えられる。即ち第１回離脱工程終了時の吸
着力Ｆｍ１よりも第２回離脱工程終了時の吸着力Ｆｍ２
の方が小さくなる。以下同様にＦｍ１＞Ｆｍ２＞Ｆｍ３
＞Ｆｍ４となる。但し、この値は収束し、やがてＦｍ
（ｎ）＝Ｆｍ（ｎ＋１）となると考えられる。従って吸
着力の極小値Ｆｓ（ｎ）も、順次小さくなり、同様に、
やがて飽和すると考えられる。吸着力の極小値が小さく
なることにより、リフトピンの押し上げ力が吸着力を上
回る確率が高くなり、また上回る時間が長くなると考え
られる。以上より、離脱確率が向上すると考えることが
できる。

【００２８】

【実施例】プラズマエッチング装置において、そのタイ
ムチャートを図６に示す本発明方法と、図７に示す従来
方法とを用い、1000枚のウエハＳに対して連続ランニン
グテストを実施した結果について述べる。ウエハＳは、
両面に２μm の熱酸化膜が形成されたＳｉウエハであ
り、サイズは８インチである。

【００２９】エッチングのための条件は以下の通りであ
る。マイクロ波パワー１３００ＷＲＦパワー６００Ｗ反応ガス：ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍ室内圧力５０ｍＴｏｒｒ静電チャック（ＥＳＣ）電圧６００Ｖエッチング処理時間２分

【００３０】図６に示す如く本発明方法では、離脱工程
の最大値を４回に設定してある。また図７に示す如く従
来方法では、離脱工程は１回である。いずれの場合も吸
着時の電圧は 600Ｖとし、離脱工程での電圧は± 200Ｖ
とし、１回当たりの印加時間は５sec.に設定してある。
リフトピン押し上げ力は1.５kgf/cm²である。結果を表
１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１より明らかな如く、吸着力がリフトピ
ン５による押し上げ力を下回る機会が１回しかない従来
方法では、離脱成功率は約６割であったが、この機会が
４回まで得られる本発明方法では約９割にまで上昇し
た。いずれの場合もウエハに損傷は見られなかった。

【００３３】離脱工程での電圧値は、吸着時の電圧及び
ウエハＳのサイズ、又は処理条件により適宜に設定す
る。また離脱工程の回数についても所望する離脱成功率
が達成されるように適宜設定すればよいが、４、５回以
下に設定することが望ましい。これは、数多く行った実
験によると、離脱工程を４、５回繰り返しても離脱され
ないウエハは、同条件では回数を多くしても離脱されな
いことが多い。またこのような場合は、静電チャック本
体１の表面に不純物の付着、堆積等のトラブルが生じて
いる可能性があり、オペレータの判断に委ねることが好
ましいからである。

【００３４】離脱工程１回当たりの逆電圧印加時間は、
吸着力の時間変化が追随することができる程度の時間で
あり、しかも吸着力が極小値にいたるまでの時間よりも
長く設定すればよいが、前述の理由により、吸着力が再
度上昇して飽和にいたるまでの時間よりも短く設定する
方が望ましい。最低な電圧値、離脱工程１回当たりの印
加時間、及び最適なリフトピンの押し上げ力は、ウエハ
のサイズ、ウエハ上に形成されている薄膜の状態、又は
ウエハの処理条件等の条件により異なる。しかし、一般
に同一条件の処理が連続して行われるので、その同一条
件の処理を行う前に、予め図９に示されるような逆電圧
を印加した際のその条件における吸着力の時間変化を求
めるか、過去の当該条件での処理における実績から、吸
着力の極小値、極小値にいたるまでの時間、及び飽和に
いたるまでの時間等を考慮して電圧値、印加時間、及び
押し上げ力の各値を設定することが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明に係る静電チャック
における被吸着物の離脱方法は、被吸着物が離脱するま
で逆電圧を印加する離脱工程を複数回自動的に繰り返す
ことにより、１回の逆電圧印加では低い離脱成功確率
を、被吸着物を損傷することなく大幅に上昇させること
ができる。また本発明に係る静電チャックは、被吸着物
の離脱を検出する手段を備え、被吸着物が離脱するまで
複数回の離脱工程を自動的に実施することができる等、
本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャックを示す模式図であ
る。

【図２】図１に示す制御部の構成図である。

【図３】本発明方法を説明するためのフローチャートで
ある。

【図４】本発明方法による吸着力の変化を示す図であ
る。

【図５】本発明方法による吸着力の変化の他の例を示す
図である。

【図６】本発明方法の実施条件を説明するタイムチャー
トである。

【図７】従来方法の実施条件を説明するタイムチャート
である。

【図８】静電吸着の原理を説明する図である。

【図９】従来方法による吸着力の変化を示す図である。

【符号の説明】

１静電チャック本体２電源３制御部５リフトピン６エアシリンダ 6a 位置検出器Ｓウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電チャックに吸着電圧を印加すること
により静電吸着保持された被吸着物を離脱させる方法に
おいて、前記静電チャックに離脱電圧を所定時間印加する工程
と、前記離脱電圧の印加中に前記被吸着物の離脱状態を検出
する検出工程と、該検出工程において前記被吸着物の離脱が検出されてい
ない場合は、前記離脱電圧の極性を反転する工程とを含
み、極性反転後は、以上の離脱処理工程を繰り返し、前記検出工程において前記被吸着物の離脱が検出された
場合は、前記離脱処理工程を終了することを特徴とする
静電チャックにおける被吸着物の離脱方法。
【請求項２】吸着電圧印加を停止した後に、前記被吸
着物を前記静電チャックから離脱させる方向へ所定の力
を加える工程を含むことを特徴とする請求項１記載の静
電チャックにおける被吸着物の離脱方法。
【請求項３】離脱電圧の印加回数を計数する計数工程
を含み、該計数工程における印加回数が所定値に達した
場合は、前記離脱電圧の印加を終了することを特徴とす
る請求項１又は２記載の静電チャックにおける被吸着物
の離脱方法。
【請求項４】静電力により被吸着物を吸着保持する静
電チャックにおいて、静電チャック本体に電圧を印加す
る印加手段と、該印加手段が印加する電圧の極性を反転
する反転手段と、前記被吸着物の着脱状態を検出する検
出手段と、該検出手段からの検出信号に基づいて前記印
加手段による電圧印加を停止させる手段とを備えること
を特徴とする静電チャック。
【請求項５】前記被吸着物との接触表面に対し出没可
能に前記静電チャック本体に内設されたピンと、該ピン
の出没を操作する手段とを備えることを特徴とする請求
項４記載の静電チャック。
【請求項６】前記反転手段による電圧極性反転の最大
回数を設定する手段を備えることを特徴とする請求項４
又は５記載の静電チャック。