(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を静電吸着するための吸着面を有する吸着部と、複数の平面状電極と、を具備し、大気圧中から真空中まで連続的に使用可能な試料搬送固定兼用の静電チャックユニットであって、
前記吸着部は、素材がアルミナ焼結体からなり、その体積抵抗率が室温で１０９Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍであり、
前記吸着面は、凸部突起を有し、
前記複数の平面状電極に異なる極性の電圧が印加されるように電気回路的に並列にコンデンサーを接続したことを特徴とする静電チャックユニット。
【請求項２】
前記請求項１に記載した静電チャックユニットにおいて、前記コンデンサーは前記吸着部の下部に位置するプレートに内蔵したことを特徴とする静電チャックユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてシリコンウエハやガラス基板等の試料を加工する半導体製造装置で使用される静電チャックユニットの構造およびその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造工程では、減圧環境下で試料を加工する工程が多い。この場合の半導体製造装置への試料の搬入、加工、及び搬出手順は、大気圧下で試料搬送機構に試料を保持させ、ロードロックチャンバー内で大気圧から加工プロセスチャンバに近い真空圧力領域まで減圧される。その後試料は減圧下のロードロックチャンバーから処理室である加工プロセスチャンバー内に搬入され所定の位置に固定され、所定の加工プロセスを実施する。加工プロセス終了後、試料は加工プロセスチャンバーからロードロックチャンバーに搬出され、真空から大気圧に戻され半導体製造装置外に搬出される。
【０００３】
このような半導体製造装置において、ロードロックチャンバー内で試料を大気圧下から必要な減圧環境下まで、連続して保持可能な試料搬送機構が必要となるが、この条件を満たす一例として、特願２０００−３８７８４号や、その断面の概略図を示した図１のような搬送／固定兼用静電チャックがある。図１は従来の搬送／固定兼用静電チャックの概略断面図を示し、図２はその動作を説明するためのチャンバー模式図である。半導体製造装置の総部品点数を減らすため、一枚の静電チャックで半導体製造装置内の搬送と加工プロセス時の固定の両方が兼用可能な構造を取っている。つまり、静電チャックには２系統の電源から接続される電極端子２２、２３が設けられている。ロードロックチャンバー２７内では、搬送用電源ケーブル３０を介して電源３１より電圧が印可され試料を吸着し、加工プロセスチャンバー２５内に移送される。ロードロックチャンバーと加工プロセスチャンバー間が隔壁２６によって縁切りされるため連続的に吸着可能とするために、加工プロセスチャンバーの所定位置において、静電チャックの他方の電極端子２２に別系統の電源２８と接続された固定用電源ケーブル２９が接続され電圧が印可されかつ、一方の搬送用電源ケーブル３０は切り離されて静電チャックの受け渡しが完了する。その後加工プロセスチャンバーが隔壁によって隔離２６され、真空度が上げられ試料が処理される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
搬送／固定用静電チャック２４がロードロックチャンバー２７から加工チャンバー２５へ移動するに伴い静電チャックの搬送用電源ケーブル３０、加工チャンバー内の固定用電源ケーブル２９も同時に移動するような構造としなければならない。
また搬送用電源３１から固定用電源２８の切り替えのための電源切り替えシーケンス等の制御が必要となる。このため装置全体の構造が複雑となり高価にならざるを得なかった。特に処理チャンバーがトランスファーチャンバーに対して放射状に複数配置されるマルチチャンバーシステムにおいては静電チャックを搬送と固定の両方に使用するには搬送系が複雑になりすぎて困難な状況となっている。
また従来の方式においては静電チャック自体にも搬送用電極端子２３と固定用電極端子２２を配置しなければならずそのために電極パターン設計の自由度が無くなり設計が複雑となる。しかも電極端子は電極パターンの占有面積を小さくするので電極端子が無い場合と比較して全面積あたりの静電吸着力が低下することとなり最悪移動の際の振動などで試料が静電チャックからずれる可能性があった。このために強い吸着力が要求されていたが逆に電圧切断後の残留する静電吸着力も大きく試料を容易に離脱させることが困難で逆電圧を加えたり、リフトピンで突き上げたりしなければならずこのため装置全体の製作費が高くなる傾向にあった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、減圧下での試料加工プロセスを持つ半導体製造装置において、簡単でしかも安価な方法で大気圧から真空中まで連続的に使用可能な試料搬送固定兼用静電チャックユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１は、試料を静電吸着するための吸着面を有する吸着部と、複数の平面状電極と、を具備し、大気圧中から真空中まで連続的に使用可能な試料搬送固定兼用の静電チャックユニットであって、前記吸着部は、素材がアルミナ焼結体からなり、その体積抵抗率が室温で１０９Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍであり、前記吸着面は、凸部突起を有し、前記複数の平面状電極に異なる極性の電圧が印加されるように電気回路的に並列にコンデンサーを接続したことを特徴としている。本発明によれば、図４に示した概略電気回路のように配線され、静電チャック電極と電気回路的に並列にコンデンサーを接続している。このとき電源１１ａ、１１ｂの配線９をスイッチ８で切断しても給電時に充電されたコンデンサー１２が放電することによって静電チャック（吸着部）の平面状電極３に給電されることになる。こうすればコンデンサー１２に蓄えられた電荷がなくなるまで静電チャック１（吸着部）への給電が続くため静電吸着力を長時間残留させられる。よって従来のようなケーブル類を搬送／固定兼用静電チャック２４の移動とともに移動させるような必要は一切必要ない。
【０００８】
また、前記静電チャック（吸着部）は素材がアルミナ焼結体からなり、その体積抵抗率が室温で１０９〜１０１２Ωｃｍであることを特徴としている。本発明によれば、試料を静電チャック（吸着部）から離脱させる場合はすみやかに行える。その結果、試料離脱のために特別な装置を必要とせず、装置全体の設計が複雑でなくそのため製作費を削減することが可能となる。
【０００９】
請求項２では、前記コンデンサーは静電チャック（吸着部）の下部に位置するプレートに内蔵したことを特徴としている。本発明によれば、図３に示したように静電チャック（吸着部）の下部に位置するプレートにコンデンサー１２を内蔵した構造とした。こうすることによりコンデンサーを取り付ける設計の自由度が増す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例について図４、図５、及び図６に基づいて具体的に説明する。本発明に使用する静電チャック（吸着部）は素材がアルミナ焼結体からなり、その体積抵抗率が室温で１０９〜１０１２Ωｃｍの範囲のものとし、吸着電圧切断後の電圧放電特性において時定数が小さいものを用いる。その吸着面は凸部突起２ａ、外周部突起２ｂ、凹部４が設けてある。
【００１１】
静電チャック１（吸着部）の電極パターンは後述するコンデンサー配置用パターンを気にすることなく自由に設計する。その後コンデンサー配置用のパターン別途設計するが必要なコンデンサーの個数分だけ直列または並列にコンデンサー配置パターンを設計する。なおこのコンデンサーの配置パターンは電気回路的に電極パターンと並列になるよう設計する。電極パターンはそのまま平面状電極３を形成する。静電チャック（吸着部）にコンデンサー１２を内蔵する場合は図６に示すように静電チャック（吸着部）の吸着面とは反対側の裏面に配置され、端子７と電気的に接続される。
【００１２】
実際の静電チャック（吸着部）の製造においてはテープ成形されたアルミナ素材を何枚か積層し決められた厚みのところで上記電極パターンを金属スクリーン印刷し再度アルミナ素材を積層、そしてコンデンサー配置パターンを金属スクリーン印刷その後上記電極パターンとコンデンサー配置パターンを電気的に接続するためのビアーホールを作成、その後再度積層、焼成といった手順で静電チャック（吸着部）は製作される。ここで使用するコンデンサーは積層セラミックの表面実装タイプの小型のものがよくこれらは所定の個数だけコンデンサー配置パターンに半田付けされ静電チャック（吸着部）裏面の所定の場所に固定される。
【００１３】
また、図３に示すようにコンデンサー１２は静電チャック１（吸着部）の下部に接合層６を介して接合されるプレート５に配置される場合もある。プレートに内蔵することによりコンデンサーの静電容量を大きくできたり、変更が容易にできる。次に実際の搬送を例にとって図４の概略電気回路図で動作説明をする。ロードロックチャンバーで電源１１ａ、１１ｂから電圧が供給され試料を吸着した静電チャック（吸着部）は加工プロセスチャンバーへ送るために電源電圧がスイッチ８により切断されるがその電極と電気回路的に接続されたコンデンサー１２のため静電チャック（吸着部）の平面状電極３の電圧はすぐにはゼロにならない。そのため試料は静電チャック（吸着部）に吸着されたまま加工プロセスチャンバーまで図示しない搬送装置で搬送できる。
【００１４】
加工プロセスチャンバー内では再度試料吸着のための電源１１ａ、１１ｂより電圧供給が行なわれ試料は処理される。加工プロセス終了後、同様な手段でロ−ドロックチャンバーに戻すことができる。試料を静電チャック（吸着部）から離脱させる場合は電源を切断後スイッチボックス１３を閉じコンデンサー１２に余分に蓄積された電荷を放電させればよい。スイッチボックス内には必要に応じて負荷抵抗が挿入されている。特に本発明に用いた静電チャック（吸着部）はその体積抵抗率が室温で１０９〜１０１２Ωｃｍの範囲のもので吸着電圧切断後の平面状電極間の電圧放電特性において時定数が小さいためすばやく減衰する。それに応じて静電吸着力は急速に減衰し試料の離脱は容易に行われる。体積抵抗率の下限を１０９Ωｃｍとしたのはこれより下がると試料１０及び平面状電極３間に流れる電流が非常に大きくなり、電源の負荷が大きくなりすぎたり、加工プロセス自体に影響を与える場合があるからである。上限値を１０１２Ωｃｍとしたのはこれ以上大きいと平面状電極間を短絡しても時定数が大きすぎるため試料を離脱したいときに離脱に時間がかかりすぎるからである。
【００１５】
本発明に用いた静電チャック（吸着部）素材はアルミナを主成分とするが焼成前に体積抵抗率の管理しても焼成後においては体積抵抗率のばらつきがある。体積抵抗率のばらつきは残留する静電吸着力の減衰スピードに直接影響をあたえるためそのまま残留する静電吸着力のばらつきとなっていた。
【００１６】
しかしこの減衰特性は図３に示したスイッチボックス１３内に図示しない調整用コンデンサー挿入することである程度調整できることとなるため製品の特性公差を広げることができる。
【００１７】
実施例を示す。
以下の条件でコンデンサーの有無による電圧印可停止（切断）後３０秒後の残留する静電吸着力の大きさを比較する。吸着力の評価は試料を真空中で横方向に引っ張り摩擦力として計測した。
静電チャック（吸着部）の体積抵抗率    １０１１Ωｃｍ
静電チャック（吸着部）の誘電層の厚さ  １ｍｍ
静電チャック（吸着部）の表面粗さ      Ｒａ０．２μｍ
コンデンサーの静電容量                １μＦ
電源電圧                              ±５００Ｖ
電圧印可時間                          ６０秒
試料                                  ８インチシリコンウェハ
（結果）
コンデンサーなしのとき  １ｇｆ／ｃｍ２以下
コンデンサーありのとき  ４ｋｇｆ／ｃｍ２以上
上記の結果のようにシリコンウェハのような電導性がある試料は電源を切断するとすぐに静電吸着力がなくなる。これに対して本発明を利用すれば電源切断後搬送するのに十分な時間静電吸着をさせておくことができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
本発明は、半導体製造装置に用いられる試料の搬送固定兼用の静電チャックユニットでありこれを用いて搬送系を設計すると設計が簡素化され安価に搬送系の製作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の搬送用静電チャックの例
【図２】従来の静電チャック搬送の発明の例
【図３】本発明の概略構成図
【図４】本発明の概略電気回路図
【図５】本発明にかかる静電チャック（吸着部）の表面該略図
【図６】本発明にかかる静電チャック（吸着部）の裏面該略図
【符号の説明】
１…静電チャック（吸着部）
２ａ…吸着面凸部突起
２ｂ…吸着面外周部突起
３…平面状電極
４…吸着面凹部
５…プレート
６…静電チャック（吸着部）／プレート接合層
７…端子
８…スイッチ
９…配線
１０…試料
１１ａ…電源１
１１ｂ…電源２
１２…コンデンサー
１３…スイッチボックス
２１…平面状電極１
２２…固定用電極端子
２３…搬送用電極端子
２４…搬送／固定兼用静電チャック
２５…加工プロセスチャンバー
２６…隔壁
２７…ロードロックチャンバー
２８…固定用電源
２９…固定用電源ケーブル
３０…搬送用電源ケーブル
３１…搬送用電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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