JP3005461B2 - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシアル装
置やエッチング装置などに使用され半導体基板（以下単
にウェハと記す）を静電吸着によって保持する静電チャ
ックに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、例えば、プラズマエッチング装置
においては、プラズマ処理中のウェハの保持には、ウェ
ハ周辺部をクランプによって機械的に押さえる方法と、
ウェハ裏面と保持台間を静電力によって吸着させる静電
吸着による方法がある。この静電吸着方法によるウェハ
の保持は、ウェハと保持台との密着性が高いため、ウェ
ハを冷却する冷却効率が高いことと、ウェハの周辺を押
さえる必要がないため、ウェハ全面をエッチングできチ
ップ収集数を増加させることもできることから、近年、
静電吸着方法によるウェハの保持に移行しつつある。
【０００３】図３は従来の静電チャックの一例を示す模
式断面図である。従来、この種の静電チャックは、例え
ば、図３に示すように、絶縁体に埋設される電極６に直
流電源７より電圧を印加されウェハ１０を吸着保持する
保持台５と、この保持台５からの吸着保持を解放された
ウェハ１０を突き上げたり下降したりする複数のリフト
ピン９と、リフトピン９を上下させる昇降機構とを備え
ている。
【０００４】この静電チャックで保持されたウェハ１０
を取外すには、直流電源７の供給電圧を切り除電シーケ
ンスを行ない、帯電したウェハ１０の裏面の電荷を除去
する。このとき、例えば、図示していない高周波電源か
らの高周波電源の投入電力を下げながら除電放電をおこ
なうこともある。また、ウェハ１０の保持面からの離脱
をより確実にするために、吸着物や電極間に印加時の極
性と反対の極性の電圧を印加し電荷を徐々に除去する等
の方法もある。
【０００５】このように除電をおこなった後、二点鎖線
で示すように、３ないしは４本程度のリフトピン９を同
時に上昇させ、ウェハ１０を保持台５から引離し、搬送
装置の一種であるフォーク１１をウェハ下に挿入し、リ
フトピン９を下降させ、ウェハ１０をフォーク１１にウ
ェハ１０を移載し反応室外へ搬出させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静電チ
ャックでは、除電作業を行なうものの、ウェハの裏面状
態や蓄積される電荷量の異なりや、あるいは、ウェハ処
理を重ねる毎に反応室内の雰囲気や壁面の状態が変化に
より、必ずしも除電が完全に行なわれず、ウェハ全面ま
たはウェハ面内で局所的に吸着力が存在し、保持台の保
持面からウェハを円滑に離脱させることができない。こ
のため、ウェハが離脱時にはね上がったり、フォークに
移載されなかったり、ウェハが振動により位置ずれを生
じ落下し、破損や搬送不良を起こすという問題があっ
た。
【０００７】さらに、近年、ウェハの口径が８インチ、
１２インチという大口径化に伴ない、離脱時には、リフ
トピンとウェハとの接触点にかかる力が大きくなり、ウ
ェハの破損や搬送不良の問題が頻繁に発生する。
【０００８】従って、本発明の目的は、電荷が残留しウ
ェハの保持面への残留吸着力が存在しても、円滑に保持
面からウェハを離脱することができる静電チャックを提
供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、静電気
で半導体基板を吸着保持する保持台と、前記半導体基板
を突き上げたり下降したりする複数のリフトピンとを備
える静電チャックにおいて、前記半導体基板の周辺部を
突き上げるように該半導体基板の周辺部に対応する前記
保持台に配置される複数の離脱用ピンと、前記離脱ピン
の先端部を構成する接触子の後端部と接触し前記半導体
基板との接触圧力を検出する圧力センサと、前記半導体
基板の弾性変形許容範囲内で前記離脱用ピンのそれぞれ
を独立してステップ状に突き上げる離脱駆動機構と、前
記半導体基板の周辺部と当接する前記離脱ピンのそれぞ
れの接触圧力が均一にさせるために前記離脱駆動機構の
それぞれを選択して作動させる制御装置とを備える静電
チャックである。また、前記離脱駆動機構は、電歪素子
をスタック状に積み上げた機構であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【００１１】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形
態における静電チャックを説明するための構成を示す模
式断面図およびＡ部とＢ部を拡大して示す図である。こ
の静電チャックは、図１（ａ）に示すように、ウェハ１
０の周辺部を突き上げるようにウェハ１０の周辺部に対
応する保持台５に配置される複数の離脱用ピン１と、ウ
ェハ１０の弾性変形範囲内で離脱用ピン１をステップ状
に突き上げる離脱駆動機構２と、これらの離脱駆動機構
２のそれぞれを選択し作動させる制御装置３とを設けた
ことである。それ以外は従来例と同じである。
【００１２】離脱用ピン１はウェハ１０を均等に押し上
げられるように同一円周上に、例えば、４本から１０本
程度設けられている。また、これら離脱用ピン１はリフ
トピン９の外側に配設されている。さらに、離脱用ピン
１をステップ状に突上げる離脱駆動機構２は、離脱用ピ
ン１の後端を押す電歪素子を積み重ねたスタック状のも
のである。そして、電歪素子スタックである離脱駆動機
構２の一面は離脱用ピン１の後端と接触し、他の面は離
脱駆動機構２を収納する容器の底部と接触しスプリング
の反発力で押さえられている。すなわち、この離脱駆動
機構２の電歪素子に電圧が印加されない限り離脱用ピン
１の先端面は、保持台５の保持面と同一かあるいはやや
引込んでいる状態となる。
【００１３】制御部３は、離脱駆動機構２を構成する電
歪素子に電圧を印加する駆動電源３ｂと、どの離脱駆動
機構２を作動させるか選択する選択スイッチ３ａとを備
えている。すなわち、この選択スイッテ３ａにより離脱
駆動機構２を選択して作動させ、脱着時にウェハ１０に
かかる力をウェハ面内でより均一にさせている。さら
に、ウェハ１０の全面に残留吸着力がある場合でも、リ
フトピンが３本程度の時に比較し、これら離脱用ピン１
とウェハ１０との接点にかかる力を数分の１程度にする
ことができる。このことは、ウェハ１０への局所的な力
の集中によるそりの発生やそれによるはね返りの問題を
解消している。
【００１４】離脱駆動機構２を構成する電歪素子スタッ
クは、例えば、５つの電歪素子を積み重ねてあり、一つ
の電歪素子に電圧を印加すると、０．１ｍｍ程度離脱用
ピン１を上昇させる。すなわち、５つの電歪素子に同時
に電圧を印加すれば、離脱用ピン１を０．５ｍｍ上昇さ
せることができる。また、最大上昇限度を０．５ｍｍに
した理由は、口径６インチのウェハを割れを起さずに弾
性変形をさせる許容値が０．６ｍｍ程度であり、突き上
げ量を弾性変形の許容範囲内に留め、突き上げ最大値と
して０．５ｍｍにした。勿論、口径の大きい８インチあ
るいは１０インチになれば、最大上昇させてもウェハは
変形するものの破損には至らないことは明らかである。
【００１５】次に、図１を再度参照してウェハの離脱動
作を説明する。ここで、説明を理解し易いように、離脱
用ピン１が同一円周上に４本配置されているものと仮定
する。まず、ウェハ１０の半径方向に対向する２本の離
脱用ピン１の離脱駆動機構２を動作させ、０．１ｍｍ程
度上昇させる。この時、残留吸着力が弱い位置にある離
脱用ピン１は、図１（ｂ）のようにウェハ１０を容易に
保持台５より押し上げることができる。一方、図１
（ｃ）のように、ウェハ１０が保持台５より離脱しない
場合があるが、次のステップ動作に移る。
【００１６】次に、ウェハ１０が離脱するか否かに関わ
らず、上昇した離脱用ピン１と９０度なす半径方向で対
向する２本の離脱用ピン１を０．１ｍｍ程度上昇させ
る。そして、保持台５からウェハ１０が離脱するか否か
にかかわらず、最初に０．１ｍｍ上昇させた離脱用ピン
１をさらに０．１ｍｍ上昇させる。このように、０．１
ｍｍづつそれぞれの離脱用ピン１を上昇させ、最大０．
５ｍｍまで離脱用ピン１を上昇させれば、電荷の残留状
態である場合でもでも、ウェハ１０を保持台５より離脱
させることができる。この０．５ｍｍ上昇させることに
より確実にウェハが離脱できる事実は、幾度かの実験で
得られている。そして、従来と同様に、リフトピン９を
上昇させ、フォーク１１をウェハ１０と保持台５との間
に差し込み、リフトピン９の下降によりウェハ１０をフ
ォーク１１に移載する。
【００１７】図２は本発明の他の実施における静電チャ
ックを説明するための離脱用ピンを示す断面図である。
この静電チャックは、図２に示すように、各々の離脱用
ピン１にウェハ１０と接触しその接触圧力を検出する圧
力センサ４を設けたことである。それ以外は、前述の実
施の形態の静電チャックと同じである。
【００１８】この圧力センサ４は、離脱用ピン１の先端
部に入れられスプリング４ｂの反発力で離脱用ピン１か
ら先端を突出する接触子４ａの後端と接触している。す
なわち、図１に示すように、離脱用ピン１がウェハ１０
と接触したとき、電荷の残留吸着力を検知しこの電荷の
残留吸着力が無くなったとき、ウェハ１０が保持台５か
ら離脱したことを検知するために設けられたものであ
る。
【００１９】例えば、この残留電荷による一本の離脱用
ピン１に対する吸着力が５０ｇ／ｃｍ2 であったと仮定
すれば、前述の０．１ｍｍ毎に検知する圧力センサ４の
値は、図１（ｃ）のような場合は、５０ｇ／ｃｍ2 程度
である。しかし、離脱用ピン１の上昇を続けると、図１
（ｂ）に示すように、保持台５から離脱する。もし、こ
のとき、対向する離脱ピン１もウェハ１０を保持台５か
ら離脱していれば、圧力センサ４はウェハ１０の重量に
よる圧力値を示す筈である。また、対向している離脱用
ピン１がウェハ１０を保持台５より離脱していなけれ
ば、図１（ｂ）のように離脱の状態でも、圧力値は、例
えば、中間の２５ｇ／ｃｍ2 程度を示す筈である。
【００２０】このように圧力センサ４によって得られた
吸着力の強さに応じて離脱用ピン１の上昇を適宜に制御
してやれば、前述の実施の形態における静電チャックの
ように、全ての離脱用ピン１を０．５ｍｍまで上昇させ
ない内に、ウェハ１０を保持台５より離脱したかを確認
することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェハの
周辺部に保持台から離脱させるための複数の離脱用ピン
を配置し、ウェハの弾性変形範囲内で離脱用ピンをステ
ップ状にウェハを突き上げる離脱駆動機構と、これらの
離脱駆動機構を任意に選択し作動させる制御部とを設け
ることによって、ウェハの周辺部を均等に僅かづつ突き
上げて保持台から離脱させることができるので、ウェハ
のはね返りによるウェハの落下やそれによる破損や移載
不良が無くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における静電チャックを
説明するための構成を示す模式断面図およびＡ部とＢ部
を拡大して示す図である。
【図２】本発明の他の実施における静電チャックを説明
するための離脱用ピンを示す断面図である。
【図３】従来の静電チャックの一例を示す模式断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 離脱用ピン ２ 離脱駆動機構 ３ 制御装置 ３ａ 選択スイッチ ３ｂ 駆動電源 ４ 圧力スイッチ ４ａ 接触子 ４ｂ スプリング ５ 保持台 ６ 電極 ７ 直流電源 ８ 昇降機構 ９ リフトピン １０ ウェハ １１ フォーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−69096（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177141（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206546（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−51539（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102282（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−352435（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−78641（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 静電気で半導体基板を吸着保持する保持
    台と、前記半導体基板を突き上げたり下降したりする複
    数のリフトピンとを備える静電チャックにおいて、前記
    半導体基板の周辺部を突き上げるように該半導体基板の
    周辺部に対応する前記保持台に配置される複数の離脱用
    ピンと、前記離脱ピンの先端部を構成する接触子の後端
    部と接触し前記半導体基板との接触圧力を検出する圧力
    センサと、前記半導体基板の弾性変形許容範囲内で前記
    離脱用ピンのそれぞれを独立してステップ状に突き上げ
    る離脱駆動機構と、前記半導体基板の周辺部と当接する
    前記離脱ピンのそれぞれの接触圧力が均一にさせるため
    に前記離脱駆動機構のそれぞれを選択して作動させる制
    御装置とを備えることを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項２】 前記離脱駆動機構は、電歪素子をスタッ
    ク状に積み上げた機構であることを特徴とする請求項１
    記載の静電チャック。
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