JPH04367246A - 静電吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導体または半導体の試料
の保持装置に係り、特に、静電吸着力によって半導体ウ
エハ等を真空あるいは減圧雰囲気中において保持する保
持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハを静電吸着力によっ
て保持する装置として、例えば、特開昭６３−９５６４
４　号公報、東陶機器（株）技術資料に示されるように
、電極の少なくとも表面に絶縁膜を設け、この絶縁膜は
、体積固有抵抗の高い絶縁材料に導体，半導体、あるい
は低抵抗体材料を混合した絶縁膜で形成され、さらに絶
縁膜上の保持面に凹部と凸部よりなる段差が設けられて
いるものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の回
路パターンの微細化に伴い、製造工程の真空あるいは減
圧雰囲気中で、ウエハへの異物付着を防止して、平坦化
固定する保持装置，加熱・冷却のための密着固定する保
持装置、およびウエハ裏面を保持できるハンドリング装
置が要求されている。

【０００４】この要求に対し、従来技術では、保持面に
凹凸が設けられているので保持ウエハへの異物付着が低
減でき、また保持面あるいはウエハ面に異物付着がある
場合でも平坦化が妨げられにくいという利点がある。

【０００５】しかし、その反面、元来単位面積当りの保
持力が小さいため、保持面に凹凸を設けることによりさ
らに保持力が小さくなるという問題点があった。

【０００６】また、保持力を増加させるために低抵抗材
料を混入して抵抗率を小さくした絶縁膜を使用するため
、ウエハを保持するとき、東陶機器（株）技術資料“Ｔ
ＯＴＯ搬送用セラミック静電チャック”５−２項に示す
ように、ウエハや装置に大きな電流が流れるという問題
点があった。ウエハに大電流が流れるとウエハ表面に形
成された素子回路が破壊する。また装置に大電流を流す
ためには、大型の高電圧発生装置が必要となる。

【０００７】本発明の目的は、真空あるいは減圧雰囲気
中で半導体ウエハを大きい保持力で保持することができ
、保持時のウエハへの異物付着を防止でき、さらにウエ
ハ保持面あるいはウエハへ付着異物があってもウエハを
平坦化固定保持でき、そのとき、保持ウエハや装置を流
れる電流が小さくて済む半導体ウエハの保持装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は電極の少
なくとも表面に誘電体層を設け、保持すべき物体と電極
との間に前記誘電体層を挟んで電圧を印加することによ
って、前記物体を誘電体層上の保持面に吸着保持する静
電吸着装置において、前記誘電体層を、電極の保持面側
の表面に独立して設けられる、例えば、ＳｉＣから成る
複数の突起で形成することにより達成される。

【０００９】

【作用】本発明の静電吸着装置は、誘電体層を、例えば
、α型のＳｉＣなどの誘電体で形成する。このα型Ｓｉ
Ｃの比誘電率は数百から数千に達するので、比誘電率が
数十程度の絶縁膜を用いた従来の装置と比較して、大き
い吸着力を発生することができる。

【００１０】また本発明の静電吸着装置は、誘電体層を
複数の突起で形成する。突起先端の小さい面積でウエハ
と装置が接触するので、吸着装置の接触によるウエハへ
の異物転写（付着）が低減される。またウエハと保持装
書との間に異物が存在しても、その大部分は複数の突起
の間の凹部に入り込むので、ウエハは平坦に保持固定さ
れる。

【００１１】また、本発明の静電吸着装置は、誘電体層
を、電極の表面に実質的に独立して設けられる突起で形
成する。このときウエハや装置を流れる電流の流路の断
面積は突起先端の保持面積のと概略等しく、電流値は突
起先端の保持面積に概略比例するので、突起先端保持面
の合計面積が小さい本発明の装置の前記電流値は小さい
値となる。絶縁膜の表面に浅い凹凸を設ける従来の装置
の場合には、接触面積が小さくなっても、電流が流れる
流路の断面積は小さくならないので、ウエハや装置を流
れる電流値は凹凸がない場合と概略等しいままである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１ないし図３は本発明の装置の一実施例
を示すもので、これらの図において、１は吸着保持すべ
き半導体ウエハのような、導体あるいは半導体の物体を
示す。３は電極であり、電極上に突起２Ｂから成る誘電
体部２が備えられている。誘電体部２をなす突起２Ｂの
先端には、物体１を吸着保持する保持面２Ａが備えられ
ている。

【００１４】また、ウエハと導通する導通部４が設けら
れており、この導通部は周囲環境のアース電位に接地さ
れている。電極３と導通部４とは、導線８，９および切
り替りスイッチ７を介して、電圧発生装置６の両極に接
続されている。切り替えスイッチ７は、物体１をハンド
本体２に保持する場合には、電極３と導通部４との間に
電圧が印加されるように電圧発生装置側の接点７Ｂに接
続され、物体１をハンド本体から解放する場合には、電
極３が周囲環境のアース電位と等電位になるようにアー
ス側の接点７Ｃに接続されるように構成されている。

【００１５】次に、上述した本発明の装置の一実施例に
ついて、その動作を説明する。

【００１６】まず物体１を吸着装置に保持するときの動
作について説明する。

【００１７】図１において、切り替えスイッチ７Ａを接
点７Ｂ側に接続すると、電極３と導通部４との間に電圧
が印加される。物体１は導体あるいは半導体材料から成
っているので、物体１の電位は導通部４と等電位となり
、物体１と電極３との間に電位差が生じ、物体１と電極
３との間に下記の示す吸着力Ｆが働く。

【００１８】

【数１】

【００１９】式（１）で表される力は、まさに、平行平
板コンデンサの電極間に働く吸引力に等しい。この吸着
力Ｆにより、物体１は電極３上に、誘電体部２を介して
吸着保持される。このとき、誘電体部２を構成する誘電
体を、例えば、α型ＳｉＣで形成するとき、その比誘電
率（＝ε１／ε０）は数百ないし数千に達するので、比
誘電率が数十程度の絶縁膜を用いる従来の装置と比較し
て、式（１）において、誘電体の厚さｄを例えば十倍に
しても、まだ従来の十倍程度以上の吸着力を発生するこ
とができる。

【００２０】図３は従来装置と本発明の装置の発生吸着
力を実験により比較した結果である。ｄ＝０．１５ｍｍ
　の酸化チタン含有アルミナ膜を使用した従来装置と比
較して、本発明の装置では、ｄ＝５ｍｍのＳｉＣ膜にお
いて従来装置の５．２　倍の吸着力を発生することがで
きた。

【００２１】次に物体１を吸着装置に保持した状態で物
体１への異物付着を防止する動作、および物体１を平坦
に保って保持する動作について説明する。

【００２２】半導体製造工程において、ウエハ表側はも
ちろん裏側についても０．１μｍ　程度の異物の付着が
問題点となる。ハンドリング装置，保持装置などの接触
によるウエハへのこのような極微小異物の付着は不可避
であり、現状装置におけるその付着量は、概略ウエハへ
の装置の接触面積に比例している。本発明の装置では、
接触部は突起２Ｂの先端の小面積の保持面２Ａに限られ
るので、ウエハなどの物体１への付着異物量は少ない。

【００２３】また、半導体製造工程におけるウエハ上へ
の回路パターンの露光プロセスでは、吸光作業中のウエ
ハは面精度１μｍ以下、近い将来には０．１μｍ　程度
の平坦度に保って固定保持される必要がある。このとき
ウエハと吸着装置との接触面に挟まれる異物は、ウエハ
の平坦度を悪化させる原因となる。本発明の装置では、
保持面が突起２Ｂの先端の小面積の保持面２Ａに限られ
るので、異物がウエハなどの物体１と保持面２Ａとのす
きまに挟まってウエハなどの物体１の平坦度が悪化する
確率は小さい。

【００２４】最後に物体１を吸着装置に保持した状態に
おけるウエハや装置に流れる電流を敢減する動作につい
て説明する。

【００２５】絶縁膜の保持面表面に浅い凹凸を設ける従
来の装置では、絶縁膜の膜抵抗は凹凸がない場合とほぼ
同じであり、ウエハや装置を流れる電流値は凹凸がない
場合と概略等しい。本発明の装置では、誘電体部２を電
極３の表面に独立して設けられる突起２Ｂで形成する。 このときウエハや装置を流れる電流は突起先端の保持面
２Ａの面積の合計に概略比例するので、保持面２Ａの合
計面積が小さい本発明の場合の電流値は小さい値となる
。

【００２６】本実施例では、真空あるいは減圧雰囲気中
で半導体ウエハを大きい保持力で保持することができ、
保持時のウエハへの異物の付着を防止でき、さらにウエ
ハ保持面あるいはウエハへ付着異物があってもウエハを
平坦化固定保持でき、そのとき、保持ウエハや装置を流
れる電流が小さくて済む半導体ウエハの保持装置を提供
することにある。

【００２７】本実施例では、誘電体部を、例えば、α型
ＳｉＣなどで形成するので、真空中あるいは減圧雰囲気
中において大きな保持力でウエハなどの物体を保持でき
る。また、誘電体部を複数の突起で形成するので、吸着
装置の接触による物体への異物付着が低減され、また異
物があってもウエハは平坦に保持固定される。また誘電
体部を、電極表面に実質的に独立して設けられる突起で
形成するので、ウエハ保持時のウエハや装置を流れる電
流を小さく保つことができる。

【００２８】図４は本発明の装置の第二の実施例を示す
。この実施例は、電極３の保持２側の表面の内、突起２
Ｂに覆われていない表面が絶縁膜２３で覆われている場
合である。

【００２９】本実施例によれば、例えば、物体１を保持
するとき、導電性あるいは半導電性の異物が突起２Ｂの
間の凹部２７に入り込んでも、この異物を通して電極３
と物体１とが電気的に導通することがない。

【００３０】図５は本発明の装置の第三の実施例を示す
。この実施例は、誘電体部２が、誘電体で形成され、電
極に接する側の部分で互いにその一部あるいは全部がつ
ながる複数の突起から成る場合である。

【００３１】本実施例によれば、突起２Ｂが互いにつな
がっているので、突起２Ｂが電極３から脱離しにくいと
いう利点がある。また、突起２Ｂをつなぐ部分で保持面
２Ａ側の電極３の表面を覆うことにより、凹部２７に導
電性あるいは半導電性の異物が入り込んでも、物体１と
電極３とが電気的に導通することがない。

【００３２】図６ないし図９は本発明の第四ないし第七
の実施例を示す。この実施例は本発明の装置の製造方法
の一例を示している。誘電体部２は誘電体セラミクスで
形成され、電極３は導電性あるいは半導電体セラミクス
で形成され、この誘電体セラミクスから成る誘電体部２
と導電性あるいは半導電性セラミクス３から成る電極３
が、焼結前に図７に示すよう接合され、一体として焼結
される。図８あるいは図９に示す形状を形成するための
溝加工は焼結前あるいは焼結後のいずれかにおいて行わ
れる。このとき、図８に示すように、誘電体部２の厚さ
よりわずかに浅い溝を加工することにより、電極面側で
つながった突起２Ｂが形成される。逆に、誘電体部２の
厚さより深い溝を加工することにより、互いに独立した
突起２Ｂが形成される。

【００３３】本実施例によれば誘電体部２と電極３と一
体に焼結されるセラミクスで形成されるので、誘電体部
２と電極３との接合強度が大きく、誘電体部２に深い溝
を加工することが可能となる。焼結後の誘電体セラミク
スを金属電極あるいは導電製セラミクス電極に接着する
場合には、図８，図９に示すような溝加工は困難である
。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、誘電体部を例えばα型
ＳｉＣなどで形成するので、真空中あるいは減圧雰囲気
中において大きな保持力でウエハなどの物体を保持でき
る。また、誘電体部を複数の突起で形成するので、吸着
装置の接触による物体への異物付着が低減され、異物が
あってもウエハは平坦に保持固定される。また誘電体部
を、電極表面に実質的に独立して設けられる突起で形成
するので、ウエハ保持時のウエハや装置を流れる電流を
小さく保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施例を示す平面図。

【図２】図１の縦断面図。

【図３】本発明の装置の効果の説明図。

【図４】本発明の第二の実施例を示す縦断面図。

【図５】本発明の第三の実施例を示す縦断面図。

【図６】第四の実施例として本発明の装置の製造方法の
一例を示す縦断面図。

【図７】第五の実施例として本発明の装置の製造方法の
一例を示す縦断面図。

【図８】第六の実施例として本発明の装置の製造方法の
一例を示す縦断面図。

【図９】第七の実施例として本発明の装置の製造方法の
一例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…物体、２…誘電体部、２Ａ…保持面、２Ｂ…突起、
３…電極、４…導通部、６…電圧発生装置、７…切り替
えスイッチ、８，９…導線、１０…接地、１１…絶縁体
、２７…凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極の少なくとも表面に誘電体層を設け、
   保持すべき物体と電極との間に前記誘電体層を挟んで電
   力を印加することによって、前記物体を誘電体層上に保
   持面に吸着保持する静電吸着装置において、前記誘電体
   層は、前記電極の保持面側の表面に独立して設けられる
   複数の突起から成ることを特徴とする静電吸着装置。