JP2004040046A - 処理装置及び静電チャックの脱離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静電チャックから被処理体（被吸着体）を脱離させるにあたり、脱離異常の発生を防ぐと共に、当該脱離に要する時間の短縮化を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】少なくとも裏面部が導体または半導体からなる被処理体Ｗに対して所定の処理を行うための処理容器の処理容器内に設けられ、チャック電極４６に電圧を印加することにより被処理体Ｗを静電吸着する載置台４に静電吸着された前記被処理体Ｗの裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を供給し、載置台４から脱離するようにする。この場合、電荷が素早く動き回れる被処理体Ｗの、その裏面部に発生している電荷が速やかに打ち消されるので、被処理体Ｗを脱離させる適切なタイミングを作り出すことができ、被処理体Ｗの脱離異常が抑えられる。また除電がスムーズに行えるので高いスループットを維持することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックを有する載置台に被処理体を載置して例えば真空処理を行う処理装置及び静電チャックの脱離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程の中には、例えばエッチングやＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜処理等のように基板の処理を真空雰囲気にて行うものが多数あり、このような処理を行う真空処理装置に用いられる基板の載置台には一般に静電チャックが用いられている。
【０００３】
この静電チェックの一例について図４を参照しながら説明する。図中１は半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗの載置台であり、載置台支持部１１の上面に静電チャック１２と、この静電チャック１２の側方を囲むように設けられるリング体１３とを設けた構成とされている。この静電チャック１２は導電性を有するシート状のチャック電極１４の表裏を例えばポリイミド等からなる誘電体１５にて挟んだ構成とされており、直流電源１６からチャック電極１４に直流電圧（チャック電圧）を印加することで生じるクーロン力によりウエハＷを吸着保持できるようになっている。
【０００４】
また載置台１の内部には、静電チャック１２からウエハＷを脱離させるための支持ピン１７（周方向に沿って３本存在する）が突没自在に設けられており、例えばウエハＷに対する処理が終了し、静電チャック１２からウエハＷを脱離させようとするときには、スイッチ部ＳＷＡの接続をアース側に切り替え、チャック電極１４へのチャック電圧例えば正電圧の印加を停止すると共に静電チャック１２の表面部に存在する電荷の除去を行って当該表面部におけるウエハＷへの吸着力を弱め、しかる後支持ピン１７を上昇させて、ウエハＷを静電チャック１２の表面部から脱離させる。このときスイッチＳＷＢを閉じると、ウエハＷ側の残留電荷の一部は支持ピン１７を介してアースに逃がされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにウエハＷを静電チャック１２から脱離させるときには当該静電チャック１２の表面部の除電が行われているが、ウエハＷの反り、絶縁層１５のうねり等の要因により、電荷が強く引き合う部位がウエハＷと静電チャック１２（絶縁層１５）の表面部に局在し、除電が十分行われないことがあった。係る状態でウエハＷの脱離を行うと、支持ピン１７がウエハＷを静電チャック１２から強制的に剥がすこととなり、その結果例えばウエハＷの片側が跳ね上がってしまったり、支持ピン１７から落下してしまうといった脱離異常の問題が生じていた。更には、この手法にて除電を確実に行わせようとすると、長い時間が必要であり、スループットが低下してしまう場合がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、静電チャックから被処理体（被吸着体）を脱離させるにあたり、脱離異常の発生を防ぐと共に、脱離に要する時間の短縮化を図ることができる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、少なくとも裏面部が導体または半導体からなる被処理体に対して所定の処理を行うための処理容器と、
この処理容器内に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する載置台と、
前記被処理体を載置台から脱離させる脱離部材と、
載置台に静電吸着されているときに被処理体の裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を当該被処理体の裏面部に供給するための電荷供給部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
導体または半導体内は電荷が自由に動き回れるので被処理体の裏面部に逆電荷を供給することにより、この供給された逆電荷が被処理体の裏面部を素早く動き回わり、局所的に集まっている電荷を速やかに打ち消すことができる。このため逆電荷の供給制御が容易となり、被処理体を脱離させる適切なタイミングを作り出すことができるので被処理体の脱離異常が抑えられる。また除電がスムーズに行えるので高いスループットを維持することができる。
【０００９】
本発明の処理装置では例えば前記脱離部材を介して前記電荷供給部からの電荷を被処理体に供給することができる。更にまた、載置台の残留電荷を監視する残留電荷監視手段と、この残留電荷監視手段により検出される残留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回った後、被処理体が載置台から脱離するように脱離部材を制御する制御部と、を備えた構成であってもよく、あるいは逆電荷を被処理体に供給してから予め設定した時間経過後に被処理体が載置台から脱離するように脱離部材を制御する制御部と、を備えた構成であってもよい。
【００１０】
本発明の静電チャックの脱離方法は、チャック電極を備えた静電チャックに静電吸着され、少なくとも裏面部が導体または半導体からなる被吸着体を当該静電チャックから脱離させる静電チャックの脱離方法において、
チャック電極への電圧の印加を停止する工程と、
その後、静電チャックに静電吸着されている被処理体の裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を当該被処理体に供給する工程と、
次いで脱離部材が被吸着体を静電チャックから脱離させる工程と、を含むことを特徴とする。また静電チャック上の被処理体に脱離部材を接触させる工程を含み、この脱離部材を介して電荷供給部からの電荷を被処理体に供給するようにしてもよい。更にまた、例えば静電チャックの残留電荷を監視し、当該残留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回った後に被処理体を静電チャックから脱離させてもよく、逆電荷を被処理体に供給してから予め設定した時間経過後に被処理体を静電チャックから脱離させるようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る処理装置を、真空処理装置であるエッチング装置に適用した実施の形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本実施の形態に係る処理装置の全体構造を示す縦断面図である。図中２は処理容器をなす真空チャンバであり、例えばアルミニウムにより気密構造をなすように形成されており、接地されている。この真空チャンバ２内には上部電極を兼用し、接地されたガスシャワーヘッド３と、下部電極を兼ねる載置台４とが対向して設けられており、底面には例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどからなる真空排気手段２１と連通する真空排気路である排気管２２が接続されている。また真空チャンバ２の側壁部には被処理体例えばウエハＷを搬入出するための開口部２３が形成されており、ゲートバルブＧにより開閉自在とされている。この側壁部の外方には開口部２３を上下に挟む位置に、例えば夫々リング状をなす永久磁石２４、２５が設けられている。
【００１２】
ガスシャワーヘッド３は、載置台４上のウエハＷに対向する位置に多数の孔部３１が形成され、上部のガス供給管３２から送られる処理ガスを当該孔部３１を介してウエハＷの表面へ均一に供給するように構成されている。
【００１３】
また載置台４は例えばアルミニウムからなり、真空チャンバ２に対して絶縁部材４１ａにより絶縁された円柱状の本体部４１と、この本体部４１の上面に設けられた静電チャック４２と、この静電チャック４２の周囲を囲むリング状の導電部材である導電リング４３と、この導電リング４３と本体部４１との間に設けられたリング状の絶縁部材である絶縁リング４３ａとを備えた構成とされている。載置台４の例えば本体部４１には、コンデンサＣ１及びコイルＬ１を介して高周波電源４０が接続されている。なお導電リング４３はウエハＷの周縁及びその近傍の濃いプラズマを拡散させ、プラズマの均一性を高める役割を果たすものである。また載置台４の側壁部には、排気時においてウエハＷの周方向に均一な排気流を形成するためのバッフル板４４が設けられている。
【００１４】
静電チャック４２は例えばポリイミド、アルミナ、あるいは窒化アルミニウムなどからなる誘電体４５内に箔状のチャック電極４６を設けてなり、チャック電極４６は、スイッチ部ＳＷ１を介して直流電源４７とアースとの間で切り換え接続できるように構成されている。なお、誘電体４５の表面とチャック電極４６との距離は例えば０．２５ｍｍ程度である。
【００１５】
また前記載置台４の内部には、外部の図示しない搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行うための脱離部材例えば昇降部材である昇降ピン５１が複数例えば３本突没自在に設けられており、この昇降ピン５１は連結部材５２を介して駆動機構５３により昇降できるように構成されている。５４は昇降ピン５１の貫通孔と大気側との間の気密を保持するベローズである。なお、昇降ピン５１、連結部材５２および駆動機構５３には、例えばアルミニウム、ステンレスなどの導体から選択される材質が用いられる。
【００１６】
更に前記昇降部材には、載置台４に静電吸着されているウエハＷの裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を当該昇降ピン５１を介してウエハＷに供給するための電荷供給部６が接続されている。この電荷供給部６は、抵抗６１および直流電源６２とを備えており、スイッチ部ＳＷ２の切り替えにより直流電源６２およびアースとの切り替え接続が可能なように構成されている。
【００１７】
また静電チャック４２と直流電源４７とを結ぶ回路の途中には残留電荷監視手段である残留電荷モニタ７が接続されており、静電チャック４２の除電を行う際に、その進行具合を把握できるように構成されている。この残留電荷モニタ７は、例えばスイッチ部ＳＷ１を直列に接続したときに流れる電荷量を記憶しておき、スイッチ部ＳＷ１をアース側に切り替えたときに流れる電荷量および前記した電荷供給部６の供給する電荷量を差し引くことにより、静電チャック４２に残留している電荷を求めるものである。
【００１８】
なお図中８は制御部であり、この制御部８は駆動機構５３の動作、スイッチ部ＳＷ１、ＳＷ２の切り替え動作などを制御する機能を有する。
【００１９】
次いで本実施の形態の作用について説明する。先ずゲートバルブＧを開き、図示しない隣接する、例えば真空雰囲気になっているロードロック室から図示しない搬送アームにより被処理体、この例では半導体ウエハであるシリコンウエハＷを真空チャンバ２内に搬入し、昇降ピン５１との協働動作により載置台４の上につまり静電チャック４２の上に載置される。そしてスイッチＳＷ１を直流電源４７側に切り替えて静電チャック４２をオンにし、ウエハＷを載置台４の表面に吸着する。
【００２０】
ウエハＷが載置台４に吸着された後、真空チャンバ２内はゲートバルブＧを閉じて例えば一旦排気管２２を介して真空引きが行われ、次いでガスシャワーヘッド３から処理ガスをウエハＷに供給して内部圧力が例えば３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ（約４〜１３．３Ｐａ）に維持されるように調節を行う。そして高周波電源４０により下部電極をなす載置台４と上部電極をなすガスシャワーヘッド３との間に高周波電圧を印加して、処理ガスをプラズマ化すると共に磁石２４、２５によりプラズマを高密度化し、ウエハＷ表面の例えばシリコン酸化膜をエッチングする。そしてエッチングが終了すると、高周波電源４０を停止すると共に、静電チャック４２からウエハＷを脱離させる工程へと移行する。
【００２１】
ここで静電チャック４２からウエハＷを脱離させる工程について図２を用いて説明する。先ずスイッチ部ＳＷ１をアース側に切り替えて静電チャック４２の除電が行われ、そして図２のステップＳ１に示すように、駆動機構５３により昇降ピン５１の上昇を開始する。次いで図２のステップＳ２に示すように、例えば予め設定した昇降量になると昇降ピン５１の上昇動作を停止する。この場合、昇降ピン５１の先端がある程度の接触圧でウエハＷに押し付けられて確実に接触する昇降量を予め試験を行って決めておくのが好ましい。なお昇降ピン５１の上昇動作を停止するタイミングは前記したものに限られず、例えば圧力センサを用いて所定の接触圧になるまで上昇させるようにしてもよく、あるいは例えばタイマを用いて予め設定した時間上昇するようにしてもよい。
【００２２】
更に図２のステップＳ３に示すように、スイッチ部ＳＷ２を直流電源６２側に切り替えてウエハＷへ逆電荷の供給を開始する。即ち、チャック電極４６に正の電荷が注入されたことによりウエハＷの裏面部に発生した負の電荷の逆の電荷である正の電荷を昇降ピン５１を介してウエハＷに供給する。これによりウエハＷの裏面側に残留している負電荷が、注入された正電荷に中和される。このとき図２のステップＳ４に示すように、残留電荷モニタ７により残留電荷を監視し、この残留電荷が予め決めておいた設定値になると、図２のステップＳ５に示すように、駆動機構５３により昇降ピン５１を再び上昇させ、ウエハＷを突き上げるようにして載置台４から脱離させる。ここで前記した残留電荷の設定値とは、ウエハＷの裏面部の負の電荷が完全に中和されるか、あるいは昇降ピン５１で突き上げても脱離異常が生じない程度の吸着力を残す程度に除電されたときの残留電荷あるいは、後述するようにウエハＷの裏面部に僅かに正の電荷が溜まって静電チャック４２との間で微小な斥力が発生するレベルをいう。
【００２３】
ここでウエハＷを脱離する際の電気的なメカニズムについて図３の模式図を用いて説明する。先ず図３（ａ）に示すように、チャック電極４６に正電圧が印加されると、誘電体４５表面（静電チャック４２表面）は正電荷を帯びる。このメカニズムは完全に把握されていないが、絶縁体であれば分極化が起こり、また誘電体４５内に僅かな低抵抗体が含まれている場合にはチャック電極４６の正電荷が表面まで移動して正電荷を帯びると考えられる。ウエハＷの裏面、静電チャック４２の表面は微視的にみると研磨精度の限界から実際には凹凸が形成されており、そのためウエハＷと静電チャック４２とが接触あるいは極めて接近している部位（吸着部位）においてウエハＷ側では負の電荷が集まっている。そして静電チャック４２の正電荷とウエハＷの負電荷が互いに引き合うクーロン力（引力）が作用してウエハＷは静電チャック４２に静電吸着されている。そして前記したようにウエハＷのエッチングが終わるとアースを介して静電チャック４２の除電が行われるが、残留電荷が残っているので静電吸着力は弱くなっているものの電気的には図３（ａ）と同様の状態になっている。
【００２４】
一方、図３（ｂ）に示すように、電荷供給部６から昇降ピン５１を介してウエハＷに正の電荷を徐々に注入すると、この正の電荷は半導体であるウエハＷの内部を自由に動き回る。そして吸着部位に集まっている負の電荷に引き寄せられて吸着部位に集まることにより、当該負電荷を電気的に中和するように作用する。このためウエハＷの負電荷は注入された正の電荷に打ち消され、また引き合う相手がいなくなった静電チャック４２の正の電荷は、チャック電極４６に接続されたアースから逃げて残留電荷が減っていく。そのため静電チャック４２とウエハＷとの間に作用する静電吸着力が弱められる。
【００２５】
以上のように本実施の形態によれば、半導体ウエハＷに逆電荷を供給することにより、静電吸着力を弱めてウエハＷを脱離することができる。即ち、ウエハＷは半導体であるのでその内部を電荷が自由に動き回ることができ、そのため静電吸着時には吸着部位に負の電荷が集中しており、また逆電荷の注入時には当該負電荷の集中している箇所に注入電荷が流れ込む。このため中和量（打ち消す負電荷量）と注入量とが対応するので逆電荷の注入制御が容易であり、更にはウエハＷの脱離に適切なタイミングを作り出すことができる。その結果、ウエハＷの脱離動作が安定し、ウエハＷが昇降ピン５１から落下したり位置ずれなどの脱離異常を抑えることができる。更にまた、微小な電流でも中和量と注入量とが対応するので除電がスムーズに行われ、このためスループットの向上を図ることができる。
【００２６】
これに対し静電チャック４２に逆電荷を注入して残留電荷を打ち消すようにする場合には、静電吸着時に誘電体４５の内部がどのような分極状態になのか明確に把握されておらず、更には逆電荷を注入しても、その電荷が誘電体４５内を移動して吸着部位までたどり着く保証がない。また注入した電荷以外にも結晶内から出てくる電荷が存在する可能性もある。吸着部位の正の電荷を打ち消さなければ脱離異常を起こさずにウエハＷを脱離することが困難である。このような理由から徐々に電荷を注入してもなかなか脱離しない。一方単位時間あたりの電荷供給量（電流）を大きくすると電気的に中和される状態を直ぐに過ぎて表面に負の電荷が溜まり、ウエハＷを再度吸着してしまう。このように静電チャック４２に逆電荷を供給する場合には、逆電荷の供給制御が難しい問題がある。
【００２７】
また本発明においては、逆電荷の供給方法は上述のもの限られず、例えば残留電荷モニタ７で検出される残留電荷の単位時間あたりの変化量に応じて、つまり変化量が大きいときは例えば電圧を下げて逆電荷の供給量を小さくし、また変化量が小さいときは逆電荷の供給量を大きくするといった制御（フィードバック制御）を行ってもよい。この場合、各処理毎に残留電荷量がばらついていても、その残留電荷に見合う微小電荷を供給できるので短時間で静電吸着力を弱めることができ、かつ上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には例えばパルスジェネレータを用いてパルス状に逆電荷を供給するようにしてもよい。
【００２８】
更に本発明においては、逆電荷を供給して完全にウエハＷの吸着部位に集まっている負の電荷を完全に打ち消した後、更に逆電荷の供給を続けるようにしてもよい。この場合、ウエハＷが正電荷を帯びるので静電チャック４２の正電荷との間で互いに反発するクーロン力（斥力）が作用し、昇降ピン５１の押し上げ力を要せずウエハＷを脱離することができる。なお逆電荷の供給量が多すぎると斥力が強く作用してウエハＷが所定の載置位置から外れてしまう場合があるので、予め試験を行って逆電荷の供給を停止するタイミング（残留電荷の設定値）を決めておくのが好ましい。
【００２９】
更にまた、本発明においては、昇降部材の昇降ピン５１を介して電荷を供給する手法に限られず、例えば電荷供給用の例えば低抵抗の電荷供給部材を別途設けるようにしてもよい。このような構成であっても上述と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また更に本発明においては、逆電荷の供給を停止して脱離動作へ移行するタイミングは、残留電荷モニタ７によるものに限定されず、例えば予め測定しておいた時間になると脱離動作が開始されるように例えばタイマーを設けた構成としてもよい。
【００３１】
更に本発明においては、被処理体は半導体ウエハＷに限られず、少なくとも裏面側が導体また半導体である被処理体にも適用することができる。また上述の例では、処理の一例としてエッチングを挙げているが、ＣＶＤやアッシング、スパッタ処理などの処理を行う場合にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、静電チャックから被処理体（被吸着体）を脱離させるにあたり、脱離異常の発生を防ぐとともに、脱離に要する時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理装置の実施の形態における全体構成を示す縦断面図である。
【図２】前記実施の形態の作用を説明するための工程図である。
【図３】前記実施の形態の作用を説明するため、被処理体と静電チャック内部の電気的な状態を示す説明図である。
【図４】従来の技術に係る処理装置の載置台を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｗ　　　ウエハ
ＳＷ１，ＳＷ２　スイッチ部
２　　　真空チャンバ
２１　　上部電極
２２　　排気管
３　　　ガスシャワーヘッド
３３　　高周波電源
４　　　載置台
４１　　本体部
４２　　静電チャック
４５　　誘電体
４６　　チャック電極
５１　　昇降ピン
５３　　昇降機構
６　　　電荷供給部
７　　　残留電荷モニタ
８　　　制御部

Claims (8)

1. 少なくとも裏面部が導体または半導体からなる被処理体に対して所定の処理を行うための処理容器と、
   この処理容器内に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する載置台と、
   前記被処理体を載置台から脱離させる脱離部材と、
   載置台に静電吸着されているときに被処理体の裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を当該被処理体の裏面部に供給するための電荷供給部と、を備えたことを特徴とする処理装置。
2. 前記脱離部材を介して前記電荷供給部からの電荷を被処理体に供給することを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 載置台の残留電荷を監視する残留電荷監視手段と、この残留電荷監視手段により検出される残留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回った後、被処理体が載置台から脱離するように脱離部材を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
4. 逆電荷を被処理体に供給してから予め設定した時間経過後に被処理体が載置台から脱離するように脱離部材を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
5. チャック電極を備えた静電チャックに静電吸着され、少なくとも裏面部が導体または半導体からなる被吸着体を当該静電チャックから脱離させる静電チャックの脱離方法において、
   チャック電極への電圧の印加を停止する工程と、
   その後、静電チャックに静電吸着されている被処理体の裏面部に発生している電荷とは逆の電荷を当該被処理体に供給する工程と、
   次いで脱離部材が被吸着体を静電チャックから脱離させる工程と、を含むことを特徴とする静電チャックの脱離方法。
6. 静電チャック上の被処理体に脱離部材を接触させる工程を含み、この脱離部材を介して電荷供給部からの電荷を被処理体に供給することを特徴とする請求項５記載の静電チャックの脱離方法。
7. 静電チャックの残留電荷を監視し、当該残留電荷の検出値が予め定めたレベルを下回った後に被処理体を静電チャックから脱離させることを特徴とする請求項５又は６記載の静電チャックの脱離方法。
8. 逆電荷を被処理体に供給してから予め設定した時間経過後に被処理体を静電チャックから脱離させることを特徴とする請求項５又は６記載の静電チャックの脱離方法。

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