JPH09102536A - 静電吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマの有無に関わらずスイッチのオン・オ
フによってウエハの吸着脱離を行うことができ、温度制
御性がよく、ウエハ処理面に異物が付着することが少な
く、かつ、スループットのよい静電吸着装置を提供す
る。 【解決手段】導電性の電極１に貫通孔を設け、この孔に
ピン電極７をその表面が電極よりも高くなるように電気
的絶縁を保ちつつ取り付ける。電極１とピン電極７の表
面に誘電膜５を表面が平坦となるように形成する。そし
て、電極１とピン電極７間に直流電圧８を印加しウエハ
６を静電気的に吸着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力を利用し
て被搬送物を吸着する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電気力を利用して被搬送物を保持する
方法は、特に半導体装置製造用のウエハの搬送や各プロ
セス中のウエハの固定に使用されている。ウエハの搬送
や固定を行う際の保持方法は、他にクランプ等を用いた
機械的な保持方法が考えられるが、静電気力を用いる方
が半導体ウエハの保持に関して有利な点が多い。例え
ば、ウエハの処理面との機械的な接触部分がないために
摩耗粉等によるウエハの汚染がない、ウエハ裏面全面で
吸着させればウエハのそり等を矯正するのでエッチング
等の微細加工の際に加工精度が確保される、吸着面との
接触がより確実なものとなり熱伝導性が改善されウエハ
の温度制御が容易になる等である。

【０００３】ウエハの処理中の固定用に使用される静電
吸着装置の回路構成は、通常モノポールと呼ばれるよう
に、単極の電極を内蔵した誘電体に直流電圧を印加し、
電極にかかる電圧の導通を処理中のプラズマを介して接
地する方法が良く利用されている。しかし、この方式で
はプラズマがない状態ではウエハの固定を行うことがで
きないため、いくつかの問題がある。例えば、ドライエ
ッチングプロセスではイオンや電子，ラジカルがウエハ
に入射してくるために温度が上昇するので、エッチング
特性を改善するためにウエハの裏面にガスを流して冷却
することが行われているが、先ほどの方法ではプラズマ
がない状態ではウエハの吸着を行うことができないため
処理開始直後に冷却を行えずレジスト焼けを生じる。ま
た、処理終了後プラズマを切ってしまうとウエハは導通
を取ることができずウエハに蓄えられた電荷が残り残留
吸着力が発生し、次動作へ移れないという問題もある。
さらに、残留吸着力を取り除くために除電用のガスを流
す等の対策を施すと、これに要する時間が装置のスルー
プットの低下を引き起こすという問題もある。

【０００４】そこで、ウエハに印加する直流電圧に対し
て電気的な回路を構成して吸着力を発生させる方法が考
案されている。従来、単極型の静電吸着装置をエッチン
グ装置のウエハの固定用として用いた場合の接地用の回
路構成は、ウエハの端部に導電体を押し付けて接地する
方法や、ウエハ表面周辺部にリング状の接地電極を接触
させる方法が提案されている。その例は、特開平5−183
043 号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エッチング等の処理の
際のウエハの固定用の静電吸着装置は、誘電体内部に単
極の電極を埋設して直流電圧成分を印加し、処理用のプ
ラズマの電気導電性とチャンバを介して接地し回路を構
成する方法が構造も簡単であり広く行われている。しか
し、この方法ではプラズマがない状態ではウエハの固定
を行うことができないので、処理開始直後にはウエハの
裏面に冷却ガスを流して冷却することができず処理開始
の温度制御性が悪化する、エッチング処理終了後にウエ
ハは回路的に浮いた状態となりウエハに蓄えられた電荷
を逃がすことができず残留吸着力が大きい、エッチング
処理終了後にウエハに蓄えられた電荷を取り除くために
除電ガスを導入すると、それに要する時間が装置のスル
ープットを悪化させるといった問題がある。

【０００６】そこで、プラズマの有無に関わらないチャ
ッキングの方法が必要となるが、その方法はウエハの処
理面の外周，ウエハの任意の裏面，ウエハの側面のいず
れかに導電性の部材を接触させて接地電位を与える方法
が考えられる。

【０００７】しかし、特開平5−183043 号公報の場合の
ように、ウエハの処理面の外周部または任意の裏面また
は側面のいずれかに接地電極を接触させる方法では、接
触部で発生する微少な摩耗粉が素子破壊を引き起こし、
歩留まりの低下を引き起こす問題がある。

【０００８】本発明の目的は、プラズマの有無に関係な
くウエハの吸着保持を行うことができ、脱離時に残留吸
着力が早く低下する静電吸着装置を提供することにあ
る。また、このときウエハの処理面に異物が発生するこ
とがない静電吸着装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は貫通孔を設けた第一の電極内に、電気的に
絶縁された状態で第二の導電性電極をその表面が第一の
導電性電極から突出するかまたはくぼんだ状態で挿入す
る。そして、これらの表面に溶射，蒸着法等により誘電
膜を表面が平坦になるように形成し、第一の電極と第二
の電極間に電圧を印加する。また、誘電膜を表面に形成
した第一の導電性電極の表面に貫通孔を設け、ここに絶
縁性材料からなる絶縁筒を取り付け、この絶縁筒の中に
表面が誘電膜の表面よりも高くなるように導電性の弾性
体を介して接触端子を挿入し、この接触端子と第一の導
電性電極間に電圧を印加する。さらに、導電性材料から
なる第一の導電性電極に設けられた貫通孔内部に絶縁筒
を挿入し、この内部に誘電性材料からなる第二の電極を
その表面が第一の導電性電極に平坦になるように挿入す
る。そして、これら第一及び第二の電極間に電圧を印加
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に従っ
て説明する。

【００１１】図１は本発明の第一の実施例の断面図であ
り、以下図に従って説明する。１はアルミニウム製の電
極であり、貫通孔が１個設けられている。貫通孔１８内
にはアルミナ製の中空の絶縁筒２が埋め込まれている。
絶縁筒２の内部にはアルミニウム製のピン電極７が挿入
されている。ピン電極７は、その先端面１１が、電極１
の表面１２よりも突出するようにしてある。その後、電
極表面１２と、ピン電極７の先端面１１上に溶射法によ
りアルミナに酸化チタンを含有させた誘電膜５を形成す
る。当然このような過程で構成された誘電膜は、厚みが
均一とはならずにピン電極の部分で高くなるので、最終
的に全体の面が平坦になるように研磨処理を施す。その
結果、誘電膜の厚みは、電極１の上部では厚く、ピン電
極７の上部では薄い構造となっている。次に、電極１に
は一端が接地９された直流電源８が接続し、ピン電極７
にはスイッチ１０を介して直流電源８と直列に接続す
る。そして、スイッチ１０のオン・オフにより電極１と
ピン電極７の間に電位差を与えることができ、誘電膜上
のウエハ６を静電気的に吸着できる。このとき電極１と
ピン電極７の間に電圧を印加すると、ピン電極の誘電膜
に対向する端面の面積は電極１の面積に比べて小さいが
ピン電極の上部の厚みを十分小さくすればピン電極７の
上部の膜の抵抗を小さくすることができる。従って、印
加電圧のほとんどは電極１上に印加されるので一様に吸
着することができる。

【００１２】この様に構成された静電吸着装置におい
て、外部のスイッチのオン・オフにより任意にウエハを
吸着脱離することが可能となり、取り扱いの容易な静電
吸着装置を提供することができる。また、ウエハ処理面
上やウエハ外周部に機械接触する機構がないので異物が
処理面に付着しにくくなり、より歩留まりのよい装置を
提供することができる。

【００１３】本実施例では、電極１の材質はアルミニウ
ムを使用したが、導電性のある材料であればその他の材
質であってもよい。また、誘電膜５の材質は本実施例で
はアルミナに酸化チタンを含有させたものを使用してい
るが、誘電性のある材質であればその他の材料を使用し
てもよい。例えば、炭化ケイ素，酸化カルシウム，窒化
アルミ等のセラミックスであってもよいし、高分子材料
を使用することも考えられる。また、セラミックを誘電
膜として使用する際の製膜方法として本実施例では溶射
を適用しているが、その他蒸着，ＣＶＤ等の方法により
形成することも可能である。さらに、本実施例ではピン
電極７を電極１から電気的に絶縁する方法としてアルミ
ナ製の中空の絶縁筒２なるものを使用しているが、必ず
しもこの様な構成とする必要はなく、例えば貫通孔の内
壁に絶縁性の膜を形成する等の方法により絶縁すること
も可能である。

【００１４】図２は本発明の第二の実施例の断面図であ
る。貫通孔１８が設けられた電極１の表面には表面が平
坦な誘電膜１９が第一の実施例と同様の製膜法により形
成されている。貫通孔１８内にはアルミナ製の中空の絶
縁筒１４が挿入されている。ここで絶縁筒１４の貫通孔
１８への取り付けは、接着剤を使用しているが、これに
限らず、例えば、はめあいやねじこみによって行っても
よい。または、電極１に誘電膜１９を付ける前に絶縁筒
を取り付け、ここに誘電膜１９を取り付けて固定しても
よい。絶縁筒１４には、ウエハ６を支持する面とは反対
側の端部に電気回路と接続するためのコネクタ１５が取
り付けられている。そして絶縁筒１４の内部にはステン
レス製のコイルばね１６が入れられている。そしてコネ
クタ１５との反対側の端部には誘電膜表面２０よりも表
面が高くなるようにアルミニウム製の接触端子１７がコ
イルばね１６に支持された状態で挿入されている。ここ
で、コイルばねのばね定数は接触端子の重量とウエハの
重量が作用した際に、接触端子のウエハと接触する面が
誘電膜表面２０よりも高くなっている量以上に沈み込む
程度とする。コネクタ１５と電極１の間に直流電源８に
より電圧を印加すると、誘電膜１９と接触端子１７の間
に電位差が発生しウエハ６を静電気的に吸着することが
できる。図中の９はこれまでと同様に接地を意味し、１
０は直流電圧のオン・オフを行うためのスイッチであ
る。

【００１５】この様に構成された静電吸着装置で、外部
のスイッチのオン・オフにより任意にウエハを吸着脱離
することが可能となり、取り扱いの容易な静電吸着装置
を提供することができる。また、ウエハの処理面または
側面には何も接触していないので、異物の影響を最小限
に抑えることができる。

【００１６】本実施例では接触端子１７を支持するため
に用いたコイルばね１６は導電性を有しており、電極１
と接触端子間に電位差を与える役割も兼ねている。従っ
てこれらの機能を有していれば必ずしもコイルばねであ
る必要はなく、例えば、導電性のばねを使用してもよ
い。また接触端子の材質には導電性を持たせるためにア
ルミニウムを使用したが、その他低抵抗率の炭化ケイ素
等の半導電性材料により構成することも可能である。こ
の場合には、接触端子にも電荷を蓄えることができるの
でウエハ裏面に絶縁膜が付いていても吸着力の低下を抑
えることができる。

【００１７】図３は本発明の第三の実施例であり、図２
に示した接触端子１７の代わりに、導電性材料からなる
電極２１の表面に誘電膜２２を付けたものを絶縁筒１４
に挿入している。ここで、誘電膜２２の材質は電極１上
の誘電膜１９と同一とし、誘電膜２２の厚みは電極１の
表面に付けた誘電膜１９の厚みよりも小さくしている。
これは、コネクタ１５と電極１の間に電圧を印加した際
に、電圧が誘電膜１９に大きくかかるように誘電膜２２
の抵抗を小さくするためである。また誘電膜２２の材質
は電極１に付けた誘電膜１９の材質と異なってもよい
が、このときは前述したように誘電膜２２の抵抗値が誘
電膜１９の抵抗よりも小さくなるようにすることが望ま
しい。

【００１８】この様に構成された静電吸着装置では、第
３の実施例と同様の効果の他、電極２１に付けられた誘
電膜２２の抵抗値は電極１の誘電膜の抵抗値よりも小さ
いので、印加した電圧の大半は電極１上の誘電膜にかか
り大きな吸着力を得ることができる。また、電極２１上
の誘電膜にも電荷を蓄えることができるので、ウエハに
絶縁膜が付いていても吸着力の低下を抑えることができ
る。

【００１９】図４は本発明の第四の実施例を示す図であ
り、本発明の第二の実施例の接触端子１７の代わりにウ
エハの裏面と接触する面に曲率付き接触端子４を用いて
導通を取った構成となっている。この曲率付き接触端子
４の材質は導電性材料，半導電性材料，誘電性材料のい
ずれであってもよく、吸着対象によって適宜決定すれば
よい。また、曲率付きの導電性端子の表面に薄く誘電膜
を形成したものであってもよい。

【００２０】この様に構成された静電吸着装置では第二
の実施例と同様の効果の他、ウエハの吸着を繰り返して
も接触状態、つまり導通状態が常に一定となるので吸着
力の再現性のよりよい静電吸着装置を得ることができ
る。

【００２１】図５は本発明の第五の実施例を示す図であ
り、本発明の第二の実施例の接触端子１７の代わりに、
導電性材料（本実施例ではアルミニウム）からなる支持
部材２３に、先端の曲率３をコイルばねの押し付け圧力
によりウエハの裏面についている絶縁性の膜を突き破る
程度（５μｍ以下）に小さくした導通針１３を取り付け
た構成となっている。この導通針の材質は、例えば、導
電性のダイヤモンド等が考えられるがこれに限定される
ものではない。

【００２２】この様に構成された静電吸着装置では第３
の実施例と同様の効果の他、ウエハの裏面に付いた絶縁
性の膜を突き破って導通を取ることができるので、膜種
によらず安定した吸着力を得ることができる。

【００２３】図６は本発明の第六の実施例を示す図であ
り、前述した本発明の第二から第五までの実施例で、電
極となる電極棒２５を絶縁筒１４の内部に挿入して固定
し、そのウエハと接触する側の端面２４を誘電膜の表面
と平坦としたものである。電極棒の材質は導電性材料
（例えばアルミニウム等），半導電性材料（例えば炭化
ケイ素等の低抵抗セラミックス等），誘電性材料（アル
ミナ等）のいずれであってもよく適宜決定すればよい。

【００２４】この様に構成された静電吸着装置でも本発
明の第三の実施例と同様に、外部のスイッチのオン・オ
フにより任意にウエハを吸着脱離することが可能とな
り、取り扱いの容易な静電吸着装置を提供することがで
きる。また、ウエハの処理面やウエハの外周部に機械的
な接触をする部分がないのでウエハ処理面に異物が付着
しにくいという効果を有する。特に、接触端子の材質と
して半導電性材料や誘電性の材料を用いた場合には、接
触端子にも電荷を蓄えることができ、この部分でも吸着
できるのでウエハ裏面に絶縁膜が付いていても吸着力の
低下を抑えることができる。

【００２５】図７は本発明の第七の実施例を示す図であ
る。本実施例では、前述した第六の実施例に示す電極棒
２５の代わりに、電極棒３１のウエハと接触する端面に
誘電体２６をその表面が誘電膜の表面と平坦となるよう
に誘電性の材料を付けた構成となっている。ここでは、
電極棒３１と電極２７に電圧を印加した際に誘電膜に電
圧が効果的に印加されるように誘電膜の厚みを誘電膜の
厚みよりも小さくし、電極棒の誘電膜の抵抗値を誘電膜
の抵抗値よりも小さくしているが、この厚みは実際に使
用する際に適宜決定すればよい。

【００２６】この様に構成された静電吸着装置でも、第
六の実施例と同様の効果を期待することができる。

【００２７】これまで電極２７に対して電気的な接点を
与える電極２１の個数は１個の場合を説明したが必ずし
もこれに限定されることはなく、複数個あってもよい。
また、電極２１の電極１に対する位置については言及し
ていないが、これは例えば電極２７内に設けられる冷却
用の冷媒の通路との関係等により適宜決定すればよい。

【００２８】図８は本発明の第八の実施例の断面図であ
り、図９はウエハの支持面方向から見た図である。２７
は導電性材料（ここではアルミニウム製）からなる電極
１であり、これまでの電極２７とは異なり表面には誘電
膜は取り付けられておらず、表面はウエハを支持するた
めに平坦に仕上げられている。電極２７には貫通孔２８
が同心円上に４個等間隔で設けられている。この貫通孔
２８には絶縁性材料からなる中空の絶縁筒２９が挿入さ
れており、この内部には誘電性材料からなる電極棒３０
が納められている。これら電極２７と絶縁筒２９，電極
棒３０のウエハ吸着面側はできるだけ平坦になるように
する。そして、電極２７と電極棒３０にはスイッチ１０
を介して直流電源８が接続されている。従って、電極２
９と電極棒３０の間に電位差を与えれば電極棒３０に電
荷が蓄えられウエハを吸着することができる。

【００２９】この様に構成された静電吸着装置で、前述
した実施例と同様に、プラズマの有無に関わらずスイッ
チの切り替えによりウエハの吸着脱離を制御できるので
操作性のよい静電吸着装置を提供できるほか、ウエハの
接触する面の大部分には誘電膜が存在しないので、電極
を冷却装置（図示しない）により冷却する必要があると
きには非常に熱伝導性のよい装置となる。また、ウエハ
の接触している面の大部分は導電性であるためにウエハ
に蓄えられた電荷の除電も早くすることができ、応答性
のよい静電吸着装置を提供することができる。

【００３０】本実施例では、絶縁筒内に誘電性材料を設
けたが、ウエハとの接触面に電荷が蓄えられる構造なら
その他の構造でもよい。例えば、導電性材料からなる電
極の端面に誘電膜を付けたものであってもよい。また、
本実施例では誘電体を４個としたが吸着力に応じて決定
すればよく、より多くてもよいし少なくてもよい。さら
に誘電体を同心円上に配置したが、特に限定されるもの
でなく例えば冷却溝（図示しない）の配置等に応じて適
宜決めればよい。

【００３１】これまで、電極１と電極２１間に直流電源
を接続した実施例を説明してきたが、交流電源を接続し
てもよい。また、交流電源成分上に直流成分を乗せた電
源であってもよい。また、本実施例では、直流電源の一
方を接地した例を説明しているが、必ずしも接地である
必要はなくフローティング状態にしてもよく実際の使用
に応じて適宜決定すればよい。

【００３２】また、これまで説明した実施例では特に明
記していないが、電極１や電極２１にウエハの温度制御
用の冷媒を流すための溝を設ければ温度制御性の優れた
静電吸着装置、及びそれを利用した装置を提供すること
ができる。さらに、ウエハを実際に吸着する面に対して
ウエハの冷却効率を上げるための冷却ガス流通用溝を設
け、ここにヘリウム等の冷却ガスを流せばより効率の良
いウエハの冷却を実現することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、外部に設けられたスイ
ッチのオン・オフによりウエハを任意に吸着脱離可能と
なるので、取り扱いの容易な静電吸着装置を提供でき
る。また、本発明の静電吸着装置によれば、ウエハの裏
面に絶縁膜が存在する場合であっても再現性よくウエハ
の吸着脱離可能となる。さらに、ウエハの処理面やウエ
ハの外周部には機械的な接触がないので異物が処理面に
付着しにくい。その他、ウエハを支持する電極の大部分
を熱伝導性のよい、導電性材料から構成すれば温度制御
性，応答性のよい静電吸着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例の断面図。

【図２】第二の実施例の断面図。

【図３】第三の実施例の断面図。

【図４】第四の実施例の断面図。

【図５】第五の実施例の断面図。

【図６】第六の実施例の断面図。

【図７】第七の実施例の断面図。

【図８】第八の実施例の断面図。

【図９】第九の実施例をウエハ吸着面方向から見た平面
図。

【符号の説明】

１…電極、２…絶縁筒、５…誘電膜、６…ウエハ、７…
ピン電極、８…直流電源、９…接地、１０…スイッチ、
１１…ピン電極の先端面、１２…電極の表面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１個の貫通孔を設けた第一の導
   電性電極を有し、前記貫通孔内には第二の導電性電極が
   前記第一の導電性電極とは電気的に絶縁されつつ端部が
   突出するように挿入され、前記第一の導電性電極及び前
   記第二の導電性電極の表面に平坦な誘電膜を形成し、前
   記第一の導電性電極及び前記第二の導電性電極間に電位
   差を与えることを特徴とする静電吸着装置。
2. 【請求項２】表面に平坦な誘電膜を有する第一の導電性
   電極に、前記誘電膜及び前記第一の導電性電極を貫通す
   る貫通孔を設け、前記貫通孔には中空の絶縁性材料より
   なる絶縁筒を挿入し、前記貫通孔の内部に導電性の弾性
   部材により支持されかつ前記貫通孔に沿って移動可能な
   第二の電極を挿入し、前記第一の導電性電極及び前記第
   二の導電性電極間に電位差を与えることを特徴とする静
   電吸着装置。
3. 【請求項３】表面に平坦な誘電膜を有する第一の導電性
   電極に、前記誘電膜及び前記第一の導電性電極を貫通す
   る貫通孔を設け、前記貫通孔には中空の絶縁性材料より
   なる絶縁筒を挿入し、前記貫通孔内部にその端面が前記
   誘電膜の表面と平坦になるように第二の電極を挿入し、
   前記第一の電極及び前記第二の電極に電位差を与えるこ
   とを特徴とする静電吸着装置。
4. 【請求項４】平坦な表面を有する第一の導電性電極に貫
   通孔を用意し、前記貫通孔には中空の絶縁筒を挿入し、
   前記絶縁筒内には誘電性材料からなる第二の電極を端面
   が第一の電極の表面と平坦になるように挿入し、前記第
   一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することを特
   徴とする静電吸着装置。