JPWO2006049085A1 - 静電チャック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
プラズマによる除電は、図12に模式的に示すように、チャック用電極4A,4Bをグランド電位に接続した後、プロセス室内にプラズマを発生させ、このプラズマを介して基板Wの除電を行う方法である(例えば下記特許文献1参照)。
そして、絶縁層3の温度上昇による除電は、絶縁層3を昇温してその比抵抗値を低下させ、半導体基板Wの除電を促す手法である。
12 支持台
13 絶縁層
14,14A,14B チャック用電極
15,15A,15B チャック用電位源
16,52 除電用電極
17,27 除電用抵抗
19,49 除電用電位
38 スイッチ
53 付勢部材
62 リフトピン(除電用電極)
63 昇降ユニット
図1は、本発明の第1の実施の形態による静電チャック装置11の構成を示す概略図である。本実施の形態の静電チャック装置11は、主として、半導体基板Wを支持する支持台12と、支持台12の上面に形成された絶縁層(誘電層)13と、絶縁層13を介して半導体基板Wの表面と対向するように支持台12の内部に配置された複数のチャック用電極14A,14Bと、支持台12の表面に臨み半導体基板Wの裏面に接触する除電用電極16とを備えている。
図5は、本発明の第2の実施の形態による静電チャック装置21の概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図6は、本発明の第3の実施の形態による静電チャック装置31の概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図7は、本発明の第4の実施の形態による静電チャック装置41の概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図8は、本発明の第5の実施の形態による静電チャック装置51の概略構成図である。なお、図において上述の第1,第3の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図9は、本発明の第6の実施の形態による静電チャック装置61の概略構成図である。なお、図において上述の第1,第3の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
セス室に臨んでいるため成膜材料が付着したりスパッタによる電極の劣化が発生し、頻繁に再生メンテナンスを行う必要がある等、多くの問題を有している。
[0015]
更に、絶縁層3の温度上昇による除電では、絶縁層3の昇温操作に伴って基板温度も上昇するため、基板Wの種類によっては素子劣化を招くおそれがある。また、絶縁層3の昇温に時間がかかるという問題もある。
[0016]
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、プロセスの種類に関係なく被処理基板の除電処理を適正かつ速やかに行うことができる静電チャック装置を提供することを課題とする。
[課題を解決するための手段]
[0017]
以上の課題を解決するに当たり、本発明の静電チャック装置は、支持台の表面に臨む除電用電極と、除電用電位と、これら除電用電極と除電用電位との間に接続された除電用抵抗とを含む除電回路を備え、上記除電用電極は、支持台の表面に載置される被処理基板の裏面に常に接触する位置に設けられており、上記除電用抵抗は、可変抵抗であることを特徴とする。
[0018]
上記構成の除電回路において、除電用電極は、支持台の上に載置された被処理基板の裏面に常に接触する。除電用電極は除電用抵抗を介して除電用電位(例えばグランド電位)に接続されている。除電用抵抗は、支持台表面の絶縁層よりも低抵抗とするとともに、静電チャック動作時は被処理基板の電位を保持し、静電チャック解除時は被処理基板の電位を除電用電位へ逃がすことができる抵抗値に設定されている。この抵抗値は、静電チャック時の印加電圧やプロセス条件等に応じて適宜設定することができる。
[0019]
本発明によれば、除電用電極が常に被処理基板に接触した状態にあり、また、除電用電極と除電用電位との間に適切な除電用抵抗を介在させているので、被処理基板の除電時にアーク等の異常放電を引き起こすことなく、適正に基板の除電処理を行うことができる。また、チャック用電極をグランド電位に接続した時点で基板の除電作用が得られ、除電効率も高いので除電処理を速やかに行うことが可能となる。
[0020]
除電用電極の形成位置は特に限定されないが、支持台の表面周縁や、チャック用電極の間を介して支持台の表面に臨ませる構成が好適である。また、除電用電極の形態は、支持台表面に薄膜プロセスにて形成した導体膜や、金属突起等、所期の静電チャック機能を損なわない範囲で選定可能である。
[0021]
除電用電位は、グランド電位のほかに、被処理基板に帯電している電荷と異極性の電荷を供給できる所定の電源電位であってもよい。
[0022]
除電用抵抗は、除電用電極から除電用電位に至る抵抗成分で、抵抗素子の介装だけに限らず、配線材料のもつ配線抵抗成分で当該除電用抵抗を構成するようにしてもよい。
[0023]
除電用抵抗を可変抵抗で構成する。この場合、静電チャック時は被処理基板の電位のリークを抑制するために高抵抗側に設定し、除電時は速やかに基板電位を除去するために低抵抗側に設定する。なお、本発明の除電回路として、除電用電極と除電用電位との間を電気的に接続/遮断するスイッチ手段を含んでもよく、この場合、静電チャック時はスイッチをオフとして基板電位のリークを防ぎ、スイッチオンにより基板の除電を速やかに行うことが可能となる。
[発明の効果]
[0024]
以上述べたように、本発明の静電チャック装置によれば、被処理基板の除電処理を適正かつ速やかに行うことができる。従って、被処理基板の残留電荷を原因とする離脱時の搬送ミスや破損を防止でき、スループット及び生産性の向上を図ることができる。
[図面の簡単な説明]
[0025]
[図1]
本発明の第1の実施の形態による静電チャック装置11の概略構成図である。
[図2]
除電用電極16の先端16Aの構成例を示す要部拡大図である。
[図3]
チャック用電極14A,14B間に配置される除電用電極16の一形態を示す図である。
[図4]
チャック用電極14A,14B間に配置される除電用電極16の他の形態を示す図である。
[図5]
本発明の第2の実施の形態による静電チャック装置21の概略構成図である。
[図6]
本発明の第3の実施の形態による静電チャック装置31の概略構成図である。
[図7]
本発明の第4の実施の形態による静電チャック装置41の概略構成図である。
[図8]
本発明の第5の実施の形態による静電チャック装置51の概略構成図である。
[図9]
本発明の第6の実施の形態による静電チャック装置61の概略構成図である。
[図10]
従来の静電チャック装置の概略構成図である。
[図11]
従来の静電チャック装置における基板除電方法を説明する図である。
[図12]
従来の静電チャック装置における他の基板除電方法を説明する図である。
[符号の説明]
[0026]
11,21,31,41,51,61 静電チャック装置
12 支持台
13 絶縁層
14,14A,14B チャック用電極
15,15A,15B チャック用電位源
16,52 除電用電極
27 除電用抵抗
19,49 除電用電位
38 スイッチ
53 付勢部材
62 リフトピン(除電用電極)
63 昇降ユニット
[発明を実施するための最良の形態]
[0027]
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
[0028]
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態による静電チャック装置11の構成を示す概略図である。本実施の形態の静電チャック装置11は、主として、半導体基板Wを支持する支持台12と、支持台12の上面に形成された絶縁層(誘電層)13と、絶縁層13を介して半導体基板Wの表面と対向するように支持台12の内部に配置された複数のチャック用電極14A,14Bと、支持台12の表面に臨み半導体基板Wの裏面に接触する除電用電極16とを備えている。
[0029]
支持台12は、セラミック等の絶縁性材料でなり、図示しない真空チャンバ等のプロ
セス室内部に設置されている。絶縁層13は、本実施の形態ではPBN(パイロリティックボロンナイトライド)、AlN(アルミナイトライド)等で形成されているが、勿論これ以外の絶縁材料で構成することも可能である。なお、絶縁層13は、支持台13の上面の一部領域に限らず、支持台12の上面全域に形成されていてもよい。
[0030]
チャック用電極14A,14Bは、カーボン、アルミニウム、銅等の低抵抗材料で構成されており、一方のチャック用電極14Aは正電位源15Aに接続され、他方のチャック用電極14Bは負電位源15Bに接続されている。これらチャック用電極14A,14Bと電位源15A,15Bとの間にはそれぞれスイッチ18A,18Bが設けられており、半導体基板Wの除電時は、これらスイッチ18A,18Bがグランド電位側に切り替わるように構成されている。
[0031]
除電用電極16は、支持台12の表面に載置される半導体基板Wの裏面に常に接触する位置に設けられている。本実施の形態では、除電用電極16の形成部位は、支持台12の周縁全域でもよいし、支持台12の周縁に沿って複数、等角度位置あるいは不等角度位置に設けられてもよい。
[0032]
ここで図2Aに示すように、除電用電極16の先端16Aは、支持台12の周縁上面部の所定範囲にわたって形成されている。これにより、半導体基板Wの裏面との接触面積を大きくすることができる。また、図2B,Cに示すように、半導体基板Wのサイズ(径)が支持台12の上面サイズよりも大きい場合と小さい場合の何れにおいても、電極先端16Aが基板W裏面に適正に接触するようになる。
[0033]
除電用電極16の形成位置は支持台12の周縁に限らず、例えば図3及び図4に示すように、チャック用電極14A,14B間に除電用電極16が位置するようにしてもよい。この場合、除電用電極16は、支持台12の内部のチャック用電極14A,14Bの間を介して絶縁層13の表面に臨むように形成される。また、除電用電極16の先端の形態としては、図3に示す点状や、図4に示す線状等、何れの形態も適用可能である。なおチャック用電極14A,14Bは、図3では櫛形構造とし、図4では扇形形状とした。
[0034]
除電用電極16の構成材料は特に限定されないが、金属等の低抵抗材料が好ましい。また、除電用電極16の形成形態としては、支持台12の周縁(及びその上面一部)に薄膜プロセスで形成した導体膜や、バルク部品等が適用可能である。本実施の
形態では、銅薄膜で除電用電極16を形成している。
[0035]
そして、この除電用電極16は、除電用抵抗27を介して、除電用電位としてのグランド電位19に接続されている。除電用抵抗27は可変抵抗からなり、静電チャック時においては半導体基板Wに帯電した電荷のリークを抑制し、半導体基板Wの除電時においては半導体基板Wに帯電した電荷をグランド電位へ逃がすことができる抵抗値に設定されている。
[0036]
具体的に、除電用抵抗27は、静電チャック時には半導体基板Wの電位のリークを抑制するために高抵抗値側に設定され、除電時には速やかに基板電位を除去するために低抵抗側に設定されるようになっている。
[0037]
この除電用抵抗27の抵抗値は、チャック電位(電位源15A,15Bへの供給電位)、基板Wとチャック用電極14A,14Bとの間の離間距離、チャック用電極14A,14Bの電極面積、配置数、半導体基板Wに対するプロセス条件等に応じて適宜設定されるが、何れの場合にも、絶縁膜13よりも低抵抗とする必要がある。一例を挙げると、チャック電位が3600Vの場合、チャック時における除電用抵抗27の抵抗値は、1kΩ以上、より好ましくは0.5MΩ程度に設定され、除電時における除電用抵抗27の抵抗値は、これよりも低い値に設定される。
[0038]
なお、これら除電用電極16、除電用抵抗27及びグランド電位19によって、本発明の「除電回路」が構成される。
[0039]
以上のように構成される本実施の形態の静電チャック装置11においては、支持台12の上面に載置した半導体基板Wを吸着保持する場合、スイッチ18A,18Bを正電位源15A、負電位源15Bにそれぞれ切り替え、チャック用電極14A,14Bに所定の正電位及び負電位をそれぞれ印加する。これにより、絶縁層13を介して各チャック用電極14A,14Bと対向する半導体基板W裏面の各領域には、静電誘導によりそれぞれ負電荷及び正電荷が分極し帯電する。その結果、半導体基板Wと支持台12との間に静電的な吸着力が発生し、半導体基板Wが支持台12上に保持される。
[0040]
このとき、除電用電極16が半導体基板Wの裏面に接触しているので、基板電位がグランド電位19側にリークするおそれがあるが、除電用抵抗27を上述のように高抵抗値側に設定することにより、当該リークを抑制することができる。
[0041]
また、除電用電極16が半導体基板Wの裏面に接触しているので、除電用抵抗27
を介してグランド電位19から半導体基板Wへ負電荷の供給が行われ、半導体基板Wの吸着力増大に寄与する。このような効果は、チャック用電極を単極とし半導体基板をマイナスに帯電させる場合に、特に顕著となる。
[0042]
一方、半導体基板Wに対する所定のプロセス(例えば成膜あるいはエッチング)が完了し、半導体基板Wを支持台12から離脱させる際は、半導体基板Wを除電し支持台12との間の吸着力を解除する必要がある。
[0043]
そこで本実施の形態では、スイッチ18A,18Bをそれぞれグランド電位側に切り替えるとともに除電用抵抗27を低抵抗値側に切り替えてチャック用電極14A,14Bを除電した後、半導体基板Wを主に除電用電極16を介して除電する。即ち、スイッチ18A,18Bおよび除電用抵抗27の抵抗値を切り替えるだけで、半導体基板Wの除電が速やかに行われる。その後、リフターピン(図示略)を介して半導体基板Wを上方へリフトし、所定の搬送ロボット(図示略)により次工程へ搬送される。
[0044]
したがって、本実施の形態によれば、半導体基板Wの除電を適正に行うことができるので、半導体基板Wの離脱時における搬送ミスや破損を防止することができる。また、除電回路自体を非常に簡素に構成できるので、静電チャック装置11を低コストに製造することができる。また、除電のための特別な処理操作を必要としないのでプロセスのスループットあるいは生産性を低下させずに、半導体基板Wの離脱操作を行うことができる。
[0045]
更に、除電用電極16が半導体基板Wの裏面に常に接触する形態であり、かつ、除電用電極16とグランド電位との間に除電用抵抗27を介在させているので、半導体基板Wの除電時にアーク等の異常放電の発生を抑えることができる。これにより半導体基板Wの保護を図ることができる。
[0046]
更に、除電用抵抗27を可変抵抗で構成したことにより、半導体基板Wの吸着力をより高めることができるとともに、除電の効率を高め、除電時間の大幅な短縮を図ることができるようになる。また、半導体基板Wに対するプロセスの条件に応じて、除電用抵抗27を適宜調整できるので、プロセス毎に異なる好適なチャック電位を半導体基板Wに対して供給できるようになる。
[0047]
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態による静電チャック装置21の概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0048]
本実施の形態の静電チャック装置21は、支持台12の表面に臨む除電用電極16が、支持台12の周縁だけでなく、支持台12上面の内央部にも配置されている。この支持台12上面の内央部に配置される除電用電極16は、支持台12の内部に配置された複数のチャック用電極14A,14Bの間を介して形成されており、その先端が図3,図4に示したように、電極14A,14B間に点状または線状の形態で、絶縁膜13の上面に露出している。
[0049]
この構成により、半導体基板Wの除電時、基板Wのほぼ全面において均一な除電効果を得ることができ、除電効率の向上と除電時間の短縮化を図ることが可能となる。
[0050]
(第3の実施の形態)
図6は、本発明の第3の実施の形態による静電チャック装置31の概略構成図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0051]
本実施の形態の静電チャック装置31は、除電用抵抗27とグランド電位19との間にスイッチ38を介装して、半導体基板W用の除電回路を構成している。このスイッチ38は、本発明の「スイッチ手段」に対応し、機械式のスイッチ部材やトランジスタ等の電子回路で構成することができる。
[0052]
本実施の形態によれば、除電用電極16と除電用電位(グランド電位)19との間を電気的に接続/遮断するスイッチ38を設けることにより、静電チャック時はスイッチ38をオフとして基板電位のリークを防ぎ、スイッチ38のオンにより基板Wの除電を速やかに行うことが可能となる。これにより、除電用抵抗27の低抵抗化が図れるとともに、例えばRFプラズマ処理など半導体基板Wの帯電電位が重要となるプロセスに対し悪影響を及ぼす可能性を排除できる。また、除電用抵抗27の設置により、除電用電極16と半導体基板Wとの間におけるアークの発生を抑制できる。
[0053]
(第4の実施の形態)
図7は、本発明の第4の実施の形態による静電チャック装置41の概略構成図である
。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0054]
本実施の形態の静電チャック装置41は、支持台12の内部に配置されたチャック用電極14に対してスイッチ18を介して正電位源15が接続される例において、半導体基板Wに帯電する電荷と異符号の電位を供給する正電位源49を除電用電位として除電回路を構成した例を示している。
[0055]
この構成によれば、半導体基板Wの除電時、正電位源49によって半導体基板Wの除電を積極的に行うことが可能となるので、半導体基板Wの除電効率の向上を図ることができるとともに、上述の第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
[0056]
除電用の正電位源49は、半導体基板Wの帯電電位に応じて設定できる。また、この正電位源49を可変電位源で構成すれば、半導体基板Wの種類に応じて最適な除電電位を付与することができる。なお勿論、チャック用電極14に対する供給電位源が負電源の場合は、除電用の電位源49は負電位源で構成される。
[0057]
(第5の実施の形態)
図8は、本発明の第5の実施の形態による静電チャック装置51の概略構成図である。なお、図において上述の第1,第3の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0058]
本実施の形態の静電チャック装置51においては、支持台12の面内複数箇所に形成された貫通孔54に、支持台12の表面に載置された半導体基板Wの裏面に当接する除電用電極52がそれぞれ収容されている。これらの除電用電極52は、それぞれコイルバネ状の付勢部材53を介して、貫通孔54の下端側に取り付けられた接続端子55に接続されている。これらの除電用電極52、付勢部材53および接続端子55はそれぞれ金属等の導電性材料からなる。
[0059]
本実施の形態では、上述の第3の実施の形態と同様に、除電用抵抗27とグランド電位19との間にスイッチ38を介装して半導体基板W用の除電回路を構成している。除電用抵抗27は、上述した除電用電極52に連絡する各々の接続端子55に接続されている。
[0060]
以上のように構成される本実施の形態の静電チャック装置51において、除電用電
極52は、付勢部材53の付勢力を受けて、支持台12の表面に載置された半導体基板Wの裏面に常に接触している。付勢部材53の付勢力は、半導体基板Wの自重よりも十分に低い付勢力に設定されている。従って、チャック用電極14A,14Bによる半導体基板Wのチャック力に影響を与えることはない。
[0061]
本実施の形態の静電チャック装置においても同様に、半導体基板Wに対する静電チャック力の解除時は、スイッチ18A,18Bをグランド電位側に切り替えてチャック用電極14A,14Bを除電するとともに、除電用のスイッチ38を閉成する。この除電用のスイッチ38を閉成することで、半導体基板Wに帯電した電荷は、除電用電極52、付勢部材53、接続端子55、除電用抵抗27およびスイッチ38を介してグランド電位19に流れ、これにより半導体基板Wが除電される。
[0062]
従って、本実施の形態の静電チャック装置51によっても上述の各実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に本実施の形態によれば、接地用電極52が半導体基板Wの裏面に所定の接触圧で常に接触していることから、半導体基板Wとの接触抵抗が小さくなり、半導体基板Wの除電を速やかに行うことができる。また、半導体基板Wに反りやうねり等が生じている場合でも、除電用電極52と半導体基板Wとの間の適切な接触状態を確保することができる。また、除電用抵抗27の設置により、除電用電極52と半導体基板Wとの間におけるアークの発生を抑制できる。
[0063]
(第6の実施の形態)
図9は、本発明の第6の実施の形態による静電チャック装置61の概略構成図である。なお、図において上述の第1,第3の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0064]
本実施の形態の静電チャック装置61においては、支持台12の下方に、半導体基板Wを支持台12上で昇降させるリフト機構が設置されている。このリフト機構はリフトピン62と、このリフトピン62を支持台12の表面に対して垂直方向に昇降させる昇降ユニット63とを備えている。
[0065]
リフトピン62は本発明に係る除電用電極として構成されている。リフトピン62は、支持台12に形成された貫通孔64に収容されており、図示する静電チャック時においては、リフトピン62の先端が半導体基板Wの裏面に当接している。なお、図ではリフトピ
ン62を一本のみ示しているが、勿論これに限られず複数配置されていてもよい。
[0066]
リフトピン62は金属等の導電性材料で構成され、昇降ユニット63の駆動部材63aに固定されている。昇降ユニット63は、繰り返し位置精度の高い電動もしくは圧縮空気シリンダ等で構成されており、駆動部材63aを図中矢印で示すように上下方向に移動させる。リフトピン62は、駆動部材63aの上下移動によって、リフトピン62の先端が支持台12の表面から突出する位置と貫通孔64内に引っ込む位置との間を昇降される。駆動部材63aは支持台12に対して環状の絶縁部材66およびベローズ65を介して取り付けられている。
[0067]
昇降ユニット63の駆動部材63aは金属等の導電性材料で構成されている。リフトピン62はこの駆動部材63aを介して、除電用抵抗27に接続されている。この除電用抵抗27はスイッチ38を介してグランド電位に接続されている。
[0068]
以上のように構成される本実施の形態の静電チャック装置61においては、半導体基板Wの静電チャック時、リフトピン62の先端部が昇降ユニット63によって常に半導体基板Wの裏面に当接する位置に高さ位置制御されている。このとき、昇降ユニット63は上昇トルクを制御する等して、静電チャック作用に影響を与えない範囲でリフトピン62を一定の圧力をもって半導体基板Wの裏面に押圧させてもよい。
[0069]
本実施の形態の静電チャック装置61によっても上述と同様な効果を得ることが可能であり、静電チャック動作の解除時に半導体基板Wの除電を速やかに行うことができる。また、過電流による半導体基板Wの裏面とリフトピン62の先端との間にアークを発生させることもない。
[0070]
なお、上述した各実施の形態では、被処理基板として半導体基板Wを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えばガラス基板や導体基板等も本発明は適用可能である。
Claims (11)
- 支持台の表面で被処理基板を静電的に吸着する静電チャック装置において、
前記支持台の表面に臨む除電用電極と、除電用電位と、これら除電用電極と除電用電位との間に接続された除電用抵抗とを含む除電回路を備えたことを特徴とする静電チャック装置。 - 前記除電用電極は、前記支持台の表面周縁に形成されている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電極は、前記支持台の内部に配置されたチャック用電極の間を介して形成されている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電位は、グランド電位である請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電位は、所定の電源電位である請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用抵抗は、可変抵抗である請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電回路は、前記除電用電極と前記除電用電位との間を電気的に接続/遮断するスイッチ手段を含んでなる請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電極は、前記支持台の表面に載置される被処理基板の裏面に常に接触する位置に設けられている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電極には、当該除電用電極を前記支持台の表面上方へ付勢する付勢部材が設けられている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電極は、前記支持台の表面に複数配置されている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
- 前記除電用電極は、当該除電用電極を前記支持台の表面に対して垂直方向に昇降させる昇降ユニットに接続されている請求の範囲第1項に記載の静電チャック装置。
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