JPH01310554A - 半導体ウエハ処理装置のウエハ保持機構 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ処理装置のプロセス処理室内に
装備して室外より搬入された半導体ウェハを所定位置に
保持するウェハ保持機構に関する。

［従来の技術］ 半導体ウェハに対してエツチング、ＣＶＤ、アッシング
などのプロセス処理を施す頭記した半導体ウェハ処理装
置では、プロセス処理室が真空圧に保持されていおり、
この減圧下で使用するウェハ保持機構として従来より一
般に静電チャックが採用されている。

この静電チャックは、周知のようにチャック面に対向し
てチャック本体内に絶縁された分割電極を組み込んだ構
造であり、この雪掻間への電圧印加により発生する電荷
のクーロン力により半導体ウェハ（以下「ロエハ」と呼
称する）をチャック面に吸着保持するものであり、プロ
セス処理室の室外に配備したウェハ搬送機構との間でウ
ェハの受は渡しを行う。

ところで、ウェハ処理後に静電チャックに保持されてい
るウェハをウェハ搬送機構のトレーに受は渡すに際には
、を極への電圧印加を停止してウェハの吸着を解除する
わけであるが、この場合に電極への電圧印加を停止した
だけでは静電チャックの絶縁層に残存している電荷によ
る吸着力が作用してウェハを瞬時に離脱させることがで
きず、また残留電荷の自然消失を待ってウェハを離脱さ
せるようにすると、ウェハが離脱されるまでの待ち時間
が長くなり、ウニ搬送機構への受は渡し工程のスループ
ットが低下する。

このための対策として、従来では静電チャックに吸着さ
れているウェハを電圧印加停止後に強制離脱させる手段
として、電極への電圧印加停止後にウェハの背面側から
ウェハの板面に向けて窒素などの不活性ガスをブローし
、静電チャックの残留電荷による吸着力に抗してウェハ
をチャック面から強制離脱させる方法が実施されている
。

ここで前記したガスブローによるウェハ離脱方式を採用
した従来のウェハ保持機構を第３図に示す０図において
、１はプロセス処理室、２．３はプロセス処理室１に接
続した裔真空排気ポンプ。

粗引き真空排気ポンプ４は図示されてないハンドリング
機構の操作によりプロセス処理室１の真空バルブ（図示
せず）を通じてウェハ５を室内に搬出入させろウェハ搬
送８１構のウェハ搭載用トレー、６が静電チャックであ
る。ここで静電チャック６はチャック保持具７の先端部
に下向きに取付は支持されており、かつチャック支持具
７はベローズ８を介して上下可動に支承した上で、室外
に引出した軸部が図示されてない昇降駆動機構に伝動結
合されてし・る、一方、前記チャック支持具７．静電チ
ャック６を貫通してその中央部には室外に通じるガス導
入通路９が穿孔されており、かつ該ガス導入通路９が絞
り弁１０．電磁弁１１を介してブローガス源１２に接続
されている。

次に上記の構成による静電チャックとウェハ搬送機構と
の間で行うウェハ受は渡し動作を説明する。まず室外か
らプロセス処理室１に搬入したウェハ５を静電チャック
６に受は渡す場合には、まずウェハ５を搭載したトレー
４が静電チャック６と対向する真下の位置まで移動する
と、静電チャック６がチャック保持具７とともに下降操
作され、ここで静電チャック６のチャック面がウェハ５
に接したところで静電チャック６の分割電場６ａと６ｂ
との間に電圧を印加してウェハ５をチャック面に吸着す
る。またウェハ吸着後は静電チャック６が定位置に上昇
復帰し、またトレー４はハンドリング機構の操作で室外
に退避するやそしてウェハ５を静電チャック６に保持し
た状態で所定のウェハ処理が行われる。なお、このウェ
ハ処理過程ではプロセス処理室１は高真空状態に保持さ
れている。

一方、処理後にウェハ５を室外に搬出する場合には、前
記と同様にまずトレー４を静電チャック５との対向位置
に移動し、次いで静電チャック６をウェハ受は渡し位置
まで下降させた後に、電極への電圧印加を停止するとと
もに、さらに電磁弁１１を開放して不活性ガスを背後か
らウェハ５に閏けてブローする。これにより残留電荷に
より静電チャック６に吸着保持されているウェハ５は、
室内の真空圧とブローガス圧との差圧で静電チャック６
のチャック面から強制離脱してトレー４に受は渡される
。その後にトレー４はウェハ５を搭載したまま室外に後
退移動する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記したガスブローによるウェハの離脱方式
では、静電チャック６からウェハ５を離脱させる度に外
部より供給したブローガスがプロセス処理室１内に流れ
出て拡敞することになる。

一方、プロセス処理室１はウェハ処理の面から常に高真
空状態に維持する必要があり、したがってガスブローに
伴う室内の圧力変動を少なくするにばあらかしめプロセ
ス処理室１の内容積を大きくしておくか、あるいは排気
能力の大きな高真空排気ポンプ２．粗引き真空排気ポン
プ３を設備する必要があり、いずれの場合もコスト面で
不利である。しかもウェハ５の中心とブローガスを吹付
ける位置との間に僅かなずれがあると、ガス流により静
電チャック６から離脱したウェハ５の姿勢が傾いてトレ
ー４への受は渡し位置が不安定となる他、さらにガスブ
ローに伴いウェハ５ないしその周辺部材の塵埃をまき上
げてウェハ５の処理面を塵埃で汚損させるなどの問題も
派生する。

なお、前記したガスブローによるウェハ離脱方式の他に
、純機械的な機構でウェハ５を静電チャック６より強制
的に離脱させる方式も一部で試みられているが、その離
脱機構が複雑化する他、特にＣＶＤ処理の場合にはウェ
ハ周辺に露呈する離脱機構にも生成膜が付着堆積して離
脱機構のロックを引き起こすトラブルが多発する。

本発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、静電
チャックに吸着保持されているウェハをチャック面から
離脱させる際に、従来方式のように外部から導入したブ
ローガスをプロセス処理室内に拡散させることなく、か
つ先記した機械的離脱方式のような復雑な機構を必要と
せず、籠易な機構でトラブルの発生なしにウェハを静電
チャックから確実に離脱して相手側のウェハ搬送機構に
精度よく受は渡しできるようにした半導体ウェハ処理装
置のウェハ保持機構を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明のウェハ保持機構に
おいては、先端に静電チャックを取付けたチャック保持
具と、該チャック保持具の内部にプロセス処理室と隔離
して形成したシリンダと、咳シリンダ内に収容し、かつ
そのピストンロッドの先端を静電チャックの貫通穴を通
してチャック面に臨ませたウェハ離脱操作用ピストンと
を具備し、前記シリンダに対し外部よりピストンへ加圧
。

真空圧を選択的に加えてピストンロッドを静電チャック
のチャック面より出没操作するよう構成するものとする
。

〔作用〕

上記において、チャック保持具の内部に形成したシリン
ダにおけるピストン背後側の空間はチャック保持具に穿
孔して室外に開口する吸排気孔。

および三方切換弁を介して加圧気体源、および真空排気
ポンプに接続され、これに対してピストンを隔てた反対
側（ピストンロッド側）の空間はチャック保持具に穿孔
した通気孔を通じて室外の大気側に開放している。また
前記のピストン、ピストンロッド、および吸排気孔０通
気孔に対して要所に気密シールを施し、プロセス処理室
内との間を気密に遮へい隔離するようにしている。

かかる構成で、シリンダのピストン背後側を真空排気ポ
ンプに接続して排気すれば、真空圧と大気圧との差圧に
よりピストンが後退移動してピストンロッドを静電チャ
ックの内部に引き込む、逆に外部より加圧気体を導入す
れば、ピストンが前進移動してピストンロッドが静電チ
ャックのチャック面より前方に突き出るようになる。

したがって静電チャックにウェハを吸着保持した状態で
、電極への電圧印加を停止するとともに、前記のように
シリンダへ加圧気体を導入することによりピストンロッ
ドがウェハを背後から突き出し、残留電荷による静電吸
着力に抗してウェハが強制的にチャック面から離脱され
る。しかもこのウェハ離脱操作の過程で外部からシリン
ダに導入した気体はシリンダからプロセス処理室内に流
出。

拡散することがなく、またシリンダ、ピストン等の離脱
機構は全てチャック保持具の内部に構成されていてプロ
セス処理室内へ直接露呈してなく、したがってＣＶＤ処
理に伴って生成した成膜が離脱機構の可動部に付着堆積
するなどのトラブル発生のおそれはない。

〔実施例〕

第１図、第２図はそれぞれ静電チャックへのウェハの吸
着１Ｍ脱状態を示した本発明実施例の構成図であり、第
３図に対応する同一部材には同じ符号が付しである。

すなわち、ウェハ保持機構の基本的な構成は第３図と同
様であり、静電チャック６がチャック保持具７の先端部
に取付けてプロセス処理室１内に配備されている。ここ
でチャック保持具７の中央内部にはウェハ離脱操作用ピ
ストン１３を収容したシリンダ１４がプロセス処理室１
と隔離して形成されており、かつピストン１３より下方
に伸びた小径軸として成るピストンロッド１５が静電チ
ャック６を貫通した穴を通じてウェハ５を吸着するチャ
ック面に臨むよう設けである。なおピストン１３の下面
倒にはピストン１３を上方に付勢する圧縮ばね１６が介
装されている。

一方、前記シリンダ１４に連通して、ピストン１３の背
後側の空間にはチャック保持具７の軸部に穿孔して室外
に開口する吸排気孔１７が、またピストン１３を隔てた
反対側（ピストンロッド側）の空間には同じくチャック
保持具７の軸部に穿孔して室外の大気側に開放した通気
孔１８が開口している。

なお図示されてないが、静電チャック６とチャック保持
具７との間の接合面、ピストン１３とシリンダ１４との
間の摺動面、およびピストンロッド１５と該ロッドが嵌
挿した静電チャック６の貫通穴との間の摺動面にはそれ
ぞれＯリングなどの気密シールが設けである。さらに前
記した吸排気孔１７は三方切換弁１９を介して加圧気体
ｍ２ｏ、および粗引き真空排気ポンプ３に接続配管され
ている。

次に前記構成による動作について説明する。まずプロセ
ス処理室１の室外より搬入したウェハ５を静電チャック
６に吸着保持させるローディング工程では、第１図のよ
うに三方切換弁１９を粗引き真空排気ポンプ３に接続し
てシリンダ１４のピストン背後側を真空に排気しておく
、これによりピストン１３の上面に真空圧、下面には通
気孔１８を通じて大気圧が加わるので、ピストン１３は
真空圧と大気圧との差圧により上方に移動し、ピストン
ロッド１５は静電チャック６の内部に引っ込んでいる。

この状態で第３図で述べた受は渡し操作を行うことによ
り、ウェハ搬送機構のトレー４に搭載したウェハ５が静
電チャック６のチャック面に吸着保持される。

一方、ウェハ処理後にウェハ５を室外に搬出するアンロ
ード工程では、静電チャック６を下降してトレー４に接
近させた状態で、静電チャック６の電極への電圧印加を
停止するとともに、続いて第２図に示すように三方切換
弁１９を加圧気体源２０側に切換える。これにより加圧
気体が吸排気孔１７を通してシリンダ１４に導入され、
ピストン１３の上面に気体圧が加わる。したがってピス
トン１３は気体圧を受けて下方に移動し、ピストンロッ
ド１５の先端が静電チャック６のチャック面より突き出
すようになる。この結果、いままで残留電荷により静電
チャック６に吸着保持されていたウェハ５は、静を吸着
力に抗してチャック面から図示矢印Ｐのように強制的に
離脱し、その下方に待機しているトレー４に受は渡され
る。なお、ウェハ受は渡しが済めば、静電チャック６を
再び上昇させるとともに、三方切換弁１９を粗引き真空
排気ポンプ３側に切換えてピストンロッド１５を静電チ
ャック６の内部に引き込む。これにより一連の受は渡し
動作が終了する。

また、前記において、ピストンロッド１５の突出しスト
ローク、ピストン１３の移動速度、および静電チャック
６とこれに対向して待機位置するトレー４との間の距離
を常に一定条件に保つことにより、ウェハ５の位置ずれ
を引き起こすことなく、高い精度で確実に受は渡しを遂
行できる。

なお、図示実施例において、シリンダ１４に組み込んだ
圧縮ばね１６はピストンロッド１５の引き込み動作を確
実にするために設けたものであって省略することも可能
である。その他にシリンダ１４でピストン１３を移動操
作するための加圧、真空圧配管系は図示例に限定される
ものではな（、加圧気体。

ないし大気が真空圧に保持されているプロセス処理室１
内に流入されないことを条件に様々な形式で実施するこ
とが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によるウェハ保持４ａ横は、以上説明したように
構成されているので、欠配の効果を奏する。

すなわち、先端に静電チャックを取付けたチャック保持
具と、該チャック保持具内に形成したシリンダと、該シ
リンダ内に収容し、かつそのピストンロッドの先端を静
電チャックの貫通穴を通してチャック面に臨ませたウェ
ハ離脱操作用ピストンとを具備し、前記シリンダに対し
外部よりピストンへ加圧、真空圧を選択的に加えてピス
トンロッドを静電チャックのチャック面より出没操作す
るように構成したことにより、 （１）静電チャックの電圧印加停止後に静電チャックか
らウェハを強制離脱させるに際して、従来のガスブロ一
方式で見られるようなプロセス処理室の真空圧に影響を
及ぼすことがない。

（２）ウェハ離脱に関与する機構がチャック保持具の内
部に構成されていて、プロセス処理室内に露呈すること
がないので、ＣＶＤ処理の場合でも成膜の付着、堆積に
よる機構のトラブル発生のおそれがなく、かつこの機構
との干渉なしに静電チャックの交換作業が容易に行える
。

（３）ピストンロンドの押し出し操作でウェハを離脱さ
せるようにしたので、位置ずれなしにウェハを確実に離
脱して相手側のウェハ搬送機構へ精度よく受は渡しする
ことができる。

などの利点が得られ、これにより信鎖性の高い半導体ウ
ェハ処理装置のウェハ保持機構を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ静電チャックへのウェハ吸着
、離脱状態を示す本発明実施例の構成図、第３図は従来
におけるウェハ保持機構の構成図である。各図において
、 １：プロセス処理室、２：高真空排気ポンプ、３：粗引
き真空排気ポンプ、４：トレー、５：半導体ウェハ、６
：静電チャック、７：チャック保持具、１３：ピストン
、１４ニジリンダ、１５：ピストンロンド、１９：三方
切換弁、２０：加圧気体源。 穿１邑 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空圧に保持されたプロセス処理室内に静電チャ
   ックを配備し、室外より一枚ずつ搬入された半導体ウェ
   ハを前記静電チャックに吸着保持してウェハ処理を行う
   半導体ウェハ処理装置のウェハ保持機構において、先端
   に静電チャックを取付けたチャック保持具と、該チャッ
   ク保持具の内部にプロセス処理室と隔離して形成したシ
   リンダと、該シリンダ内に収容し、かつそのピストンロ
   ッドの先端を静電チャックの貫通穴を通してチャック面
   に臨ませたウェハ離脱操作用ピストンとを具備し、前記
   シリンダに対し外部よりピストンへ加圧、真空圧を選択
   的に加えてピストンロッドを静電チャックのチャック面
   より出没操作するように構成したことを特徴とする半導
   体ウェハ処理装置のウェハ保持機構。