JPH03155647A - 半導体ウエハ保持装置 - 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】 〔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つエバを所定位置
に静電力で吸着固定し、処理後、固定されたウェハに外
力を加えて吸着面から離脱させる半導体ウェハ保持装置
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おり、こ
の減圧下で使用するウェハ保持装置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、この電極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「ウェハ」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
ウニへの受は渡しを行う。

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際には
、電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つてウェハを離脱さ
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、ウェハ搬送機構への受は渡し工程のスルー
ブツトが低下する。

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、次記のようなガスブロー離脱方式、あるいはノ
ックアウトピンの操作によりウェハを静電チャックのチ
ャック面から機械的に強制離脱させる機械的離脱方式が
知られている。

ここで、ガスブロー離脱方式は、静電チャックへの電圧
印加停止後に、静電チャックのチャック面を貫通したガ
ス吹出し穴を通じて外部より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、そのガス動圧によりウェ
ハをチャック面から強制ＭＰ＄４させる方法である。こ
れに対して、機械的離脱方式は、静電チャック側にノッ
クアウトピンを組み込み、電圧印加停止後にノックアウ
トピンを突出し操作してウェハをチャック面から機械的
に強制離脱させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記した従来のガスブロー、あるいは機械的
手段を単独操作するウェハ離脱方式では次記のような問
題点がある。

すなわち、静電チャックへの電圧印加を停止した直後で
は相当量の残留電荷による吸着力が残存している。した
がって、この残留電荷の吸着力に抗してガスブロ一方式
によりウェハを静電チャックのチャック面から強制的に
離脱させるには、外部より多量のブローガスをウェハに
向けて吹きつける必要があり、かつそのブローガスはそ
のままプロセス処理室内に流入して拡散する。しかも、
プロセス処理室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（するにばあらかじめプロセス処理室
の内容積を大きくしてお（か、あるいは排気能力の大き
な真空ポンプ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。しかもウニへ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
より静電チャックから離脱したウェハの姿勢が傾いてウ
ェハ搬送機構のトレーへの受は渡しが不安定となる。

一方、前記した機械的な離脱機構でウェハを静電チャッ
クより強制的に離脱させる方式では、ガスブロ一方式の
ようにガスがプロセス処理室内に拡散することがなく、
かつノックアウトピンの分散本数を増すことにより相手
側トレーへのウェハ受は渡し姿勢の安定化が図れるもの
の、ウェハの板面には局部的にノックアウトピンによる
大きな突出し力が加わるために、ウェハが湾曲するなど
その表面に過大な応力が発生して表面に形成されたパタ
ーン、薄膜などに損傷を与えるおそれがある。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであリ、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
強制離脱させる際に、従来方式のように外部から導入し
たブローガスを多量に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ｊｌＩ脱方式で問題となる
ウェハ表面に形成されているパターン、薄膜の損傷なし
に、ウェハを静電チャックから安全１ｆ！実に強制離脱
して相手側のウェハ搬送トレーに精度よ（受は渡しでき
るようにした半導体ウェハ保持装置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、本発明は、静電チャックの
チャック面に吸着されたウェハに対し、静電チャックへ
の電圧印加停止後に、チャック面とウェハとの間に外部
より不活性ガスを押し込み供給するガスブロー手段と、
ガスブローとほぼ同時操作してウェハをチャック面から
機械的に強制離脱させるノックアウト機構とを備えて構
成するものとする。

ここで、ノックアウト機構は決起のような各手段で構成
される。すなわち、 （１）静電チャックのチャック面を貫通してその周面上
に分散ｋｋ！備した複数本のノックアウトピンと、各ノ
ックアウトピンを背後からのガス加圧操作により一括し
てチャック面よりウェハに向けて突き出すノックアウト
ピン駆動手段とで構成する。

（２）静電チャックのチャック面を貫通してその周面上
に分散配備した複数本のノックアウトピンと、各ノック
アウトピンを背後からのガス加圧操作により一括してチ
ャック面よりウェハに向けて突き出すノックアウトピン
駆動手段とで構成する。

（３）静電チャックに吸着保持されたウェハの上面周縁
部に下端面を対向して静電チャックの外周側に並置配備
され、かつ静電チャックの上昇移動操作によりウェハを
チャック面より離脱させる円筒リングとして構成する。

（作用〕 かかる構成で、静電チャックに吸着保持されたウェハを
、プロセス処運後に静電チャックから強制離脱させるに
は、静電チャックへの電圧印加の停止後に、ガスブロー
手段、およびノックアウト機構をほぼ同じタイミング、
実際にはガスブローに若干遅れてノックアウト機構を作
動させる。

そして、ガスブロー手段によりプロセス室外から供給し
た微量のガスを静電チャックのチャック面とウェハ板面
（ウェハの板面はミクロ的に凹凸面を呈している）との
間に押し込み導入することにより、ガスは静電チャック
のチャック面とウェハ板面との間の微小な隙間に広がっ
て流れ、その外周よりプロセス処理室内にスローリーク
する。

この過程でウェハの全面域にはブローガス圧とプロセス
処理室内の真空圧との差圧が静圧として加わり、この静
圧が静電チャックの残留電荷に抗してウェハをチャック
面から引き離すように作用する。これによりウェハがチ
ャック面から僅かながら浮くようになる。

一方、前記のガスブローに僅か遅れて作動するノックア
ウト機構の動作によりウエノ１が離脱方向に機械的な突
出し力を受けるようになる。これにより、ウェハにはガ
スブローによる離脱力に加えて機械的な突出し動作が作
用することになり、この結果としてウェハが容易に静電
チャックのチャック面から離脱される。

この場合、ウェハ離脱の過程で外部から導入するブロー
ガス量は、ガスブロー単独でウェハを離脱させる従来の
ガスブロー離脱方式と比べて極く微量で済み、プロセス
処理室の圧力変動に殆ど影響を及ぼすことがない、また
、ノックアウト機構を介してウェハの板面に加える機械
的な操作力も、ノックアウトピン単独操作だけでウェハ
を離脱させる従来の機械的離脱方式と比べて僅かな力で
済み、これによりウェハの板面に加わる応力は掻く小で
あり、この応力によってウェハ表面に形成された導体パ
ターン、絶縁薄膜などが損傷を受けるおそれもない。

また、前項で述べたノックアウト機構（１）、　（２）
。

（３）について、　（１）、　＜２）のようにノックア
ウトピンを静電チャックのチャック面の領域に配備する
ことにより、ウェハのプロセス処理過程でノックアウト
ピンがプロセス処理室内に露呈せず、ＣＶＤ処理の場合
でも成膜の付着堆積によるノックアウト機構のトラブル
発生のおそれはない、なお、この場合にノックアウトピ
ンをプロセス処理室に対して気密シールし、ガス加圧側
との間を隔絶しておくことにより、ノックアウトピンを
突出し操作する際に加える駆動ガスがプロセス処理室内
に拡散するのを阻止できる。

また、静電チャックのチャック面を貫通するノックアウ
トピンの代わりに、（３）のようにノックアウト機構を
静電チャックに並置した固定設置の円筒リングとなし、
静電チャックの上昇操作によりウェハの周縁部を円筒リ
ングの端面に突き当てて強制離脱させる構成によれば、
複雑なノックアウトピン、およびその駆動手段が不要で
あり、ウェハ離脱に際してウェハを吸着したまま静電チ
ャックを上昇移動操作するだけで相対的にウェハが円筒
リングの下端面に突き当たって静電チャックから強制離
脱される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１： 第１図ないし第３図において、■はプロセス処理室、２
．３はプロセス処理室ｌに接続した高真空排気ポンプ、
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ｌの真空バルブ（図
示せず）を通じてウェハ５を室内に搬出入するウェハ搬
送機構のウェハ受は渡し用トレー　６は静電チャック、
６ａは静電チャック６の電極、６ｂは電極６ａに電圧を
印加する電源である。また、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ボルトを介して固着されて
おり、かつチャック保持具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連結されている。

一方、前記の静電チャシクロ、チャック保持具７を貫通
してその中央部には先端が静電チャック６のチャック面
に開口するブローガス導入通路９が穿孔されており、か
つ該ガス導入通路９はプロセス処理室の外側で電磁弁、
絞り弁を組合せたガス流量調整器１０を介してガス源１
１に配管接続され、これらでガスブロー手段を構成して
いる。

また、前記のガスブロー手段とは別に、静電チャック６
にはウェハを機械的に離脱させる決起構成のノックアウ
ト機構が併設されている。すなわち、静電チャック６を
上下に貫通してその同上複数箇所には、ピン軸の先端が
静電チャック「のチャック面より出没可能にノックアウ
トピン１２が分散配備しである。ここで、第３図の構造
詳細図に明示されているように、ノックアウトピン１２
の後端はチャック保持具７側に形成した環状溝１３内に
突出し、該溝内で受圧フランジ１４．復帰ばね１５とと
もにベローズ１６を介してプロセス処理室１と隔絶して
気密シールされている。また、前記の環状溝１３はチャ
ック保持具７に穿孔した駆動ガス導入通路１７を通じて
第１図に示したガス源１１に接続され、かつそのガス配
管路には給ガス用電磁弁１８゜および大気側に通じる排
ガス用電磁弁１９が接続されており、これらでノックア
ウトピン１２を背後から突出し操作するガス加圧式の駆
動手段を構成している。

なお、第３図において、静電チャック６のチャック面に
は符号６ｃで示すように例えば格子状に刻まれた浅い凹
溝が形成されている。

次に前記構成によるウェハ保持装置の動作について説明
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
、並びにウェハのプロセス処理工程では、ガス流量調整
器１０の電磁弁を閉じてガスブロー手段を不動作状態に
し、さらにノックアウト機構側では電磁弁１９を大気側
に開放し、ノックアウトピン１２を復帰ばね１５の付勢
で静電チャック６の内方に後退させておく。

この状態で、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とともに図示されてない昇降駆動機構により下降操
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の電極６ａ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。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は高轟空状態に保持されている。

一方、ブロモ；（処理後にウェハ５を室外に搬出するア
ンローディング工程では、まずトレー４を静電チャック
６との対向位置に移動し、次いで静電チャックＧをウェ
ハ受は渡し位置まで下降させた後に、７４極への電圧印
加を停止する。そして、静電チャック６への電圧印加を
停止した直後に、ガスブロー手段に対してガス源１１よ
り流量調整器１０で一定流量に絞られた微階のガスを供
給し、ブローガス導入通路９を通じてガスを静電チャッ
ク６のチャック面とウェハ５との間の微小な隙間に押し
込み導入する。さらにノックアウト機構に対しては、前
記のガスブロー手段の動作に連係して電磁弁１８を開、
電磁弁１９を閉に切換えてガス源１１よりガス導入通路
１７を通じてノックアウトピン１２の前後に駆動ガスを
導入する。

上記の操作により、第２図に示すごと（、一方において
はブローガス導入通路９を通じて押し込み導入されたブ
ローガスが静電チャック６のチャック面とウェハ５との
間の微小な隙間を流れ、その周端からプロセス処理室１
内にスローリークするように流れ、この過程で吸着面全
面に静電吸着力に抗する静圧力（プロセス処理室内の真
空圧とブローガスとの差圧に対応する）が発生する。そ
れと同時にガス導入通路１７に導入された駆動ガスの加
圧力で静電チャック６に分散配備した複数本のノックア
ウトピン１２が復帰ばね１５に抗して下方に一括駆動さ
れ、ビン軸の先端が静電チャック６のチャック面より突
出してウェハ５の板面を下方に押す、この結果、いまま
で残留電荷によって静電チャック６に吸着保持されてい
たウェハ５は、前述のブローガス静圧力とノックアウト
ピンの突出し操作との同時作用を受け、静電吸着力に抗
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。ま
た、ウェハ５の受は渡しが済めば、ガスブロー手段、ノ
ックアウト機構へのガス供給が停止して再び初期状態に
戻り、これで一連のウェハ受は渡し動作が終了する。

なお、前記において、ノックアウトピン１２の突出しス
トロークと移動速度、および静電チャック６とこれに対
向して下方に待機位置するトレー４との距離を常に一定
条件に保つことによって、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が遂行できる
。

実施例２； 第４図ないし第６図は実施例１と異なる本発明の実施例
を示す、すなわち、実施例１ではノックアウトピンをガ
ス加圧操作により一括してチャック面から突出し駆動し
ているのに対し、この実施例では送りねじ、伝動歯車機
構を組合わせた駆動機構でノックアウトピンを一括して
チャック面より出没操作るようにしたものである。

図において、静電チャック６を貫通して同上４箇所に分
散配備したノックアウトピン１２はそれぞれチャック保
持具７に対し上下方向へ可動にガイド支持されており、
かつ第６図に明示されているように各ノックアウトピン
１２ごとに送り用の歯車２０にねし結合されている。な
お、１２ａはノックアウトピン１２の軸上に切つた送り
ねじ、２１はノックアウトピン１２のスライド軸受を示
す、ここで歯車２０を回転拠作すると、歯車２０を送り
ねじのナツトとしてノックアウトピン１２に送りがかか
り、ノックアウトピン１２が静電チャック６のチャック
面から出没することになる。一方、ノックアウトピン１
２とともに同上４箇所に並ぶ前記歯車２０は第５図に示
すように大径のリング歯車２２を介して相互連繋され、
かつ歯車２０の１個が平歯車２３．２４を介して駆動軸
２５に伝動結合されており、さらに駆動軸２５がチャッ
ク保持具７より外部に引出して駆動モータ２６に連結さ
れている。

かかる構成により、静電チャック６からウェハ５を強制
離脱させる際に、ガスブローに連繋して駆動モータ２６
を始動することにより、先記した伝動歯車機構、および
送りねじ機構を介して４本のノックアウトピン１２が連
動して静電チャック６のチャック面より突出してウエノ
１５が強制離脱されることになる。

ところで、この実施例のようにノックアウトピン１２の
駆動手段として、送りねじ、伝動歯車機構。

駆動モータを組合わせた駆動機構を採用した構成では、
駆動モータ２６の回転数制御によりウェハ離脱時におけ
るノックアウトピン１２の突出しストローク、突出し速
度を自由に調節して半導体ウェハ５のサイズなどに対応
して最適な条件を設定できる。また、前記の駆動モータ
２６にサーボモータを採用すれば、ノックアウトピン１
２の突出し速度。

ストローク量の制御がより一層容易となり、ノックアウ
トピン１２の突出しによるウェハ５に与える衝撃を最小
限に抑えてウェハの配線パターン、薄膜に与えるダメー
ジを安全に回避できる。

実施例３： 第７図、第８図はさらに異なる本発明の実施例を示すも
のである。この実施例と前記実施例１゜２との相違点は
、ノックアウト機構について、静電チャックを貫通して
配備したノックアウトピンを設ける代わりに、静電チャ
ック６を包囲するように外周側に並置してプロセス処理
室１の内部に符号２７で示す円筒リングを設けたもので
あり、その他はガスブロー手段を含めて前述した実施例
と基本的に同様な構成である。ここで、円筒リング２７
はプロセス処理室１のケースに取付けられ、その下端面
が静電チャック６に吸着保持されているウェハ５の上面
周縁部と対面するような位置に定めて配備されている。

そして、ウェハのアンローディング工程では、静電チャ
ック６への電圧印加停止直後に、実施例！（第１図〜第
３図）で述べた実施例と同様にブローガスを静電チャッ
ク６のチャック面とウェハ５との間の隙間に押し込み導
入させて残留電荷による静電吸着力に対向する静圧を発
生させたるとともに、ウェハ５を吸着したまま静電チャ
ック６をチャック保持具７と一緒に第７図の位置から第
８図に位置へ向けて図示されてない昇降駆動機構の操作
により矢印Ｑ方向へ上昇移動させる。これにより、ウェ
ハ５は円筒リング２７と相対的に移動してウェハ５の周
縁部がリングの下端面に突き当たり、ブローガスの静圧
力と相俟っ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。

この実施例は先記した実施例１．２と比べてノックアウ
ト機構が簡単な構造となる。なお、ウェハの離脱位置（
静電チャック６が上昇移動）で静電チャック６とトレー
４との間のウェハ受は渡し距離を短くするには、ウェハ
搬送機構のトレー４を上昇、下降可能なシステム構成と
して構成するのがよい。

〔発明の効果〕

本発明によるウェハ保持装置は、以上説明したように構
成されているので次の効果を奏する。

すなわち、静電チャックのチャック面に吸着されたウェ
ハに対し、静電チャックへの電圧印加停止後に、チャッ
ク面とウェハとの間に外部より不活性ガスを押し込み供
給するガスブロー手段と、ガスブローとほぼ同時機作し
てウェハをチャック面から機械的比゛強制離脱させるノ
ックアウトｌ１ｔｌとを備えた構成により、 （１）ウェハのアンローディング工程で、静電チャック
の電圧印加停止後にガスブロー手段とノックアウト機構
を連繋動作させることによって、双方の相乗作用でウェ
ハを安全、確実に静電チャックよ強制的に離脱させ、相
手側のウェハトレーへ位置ずれなしに安定した姿勢で受
は渡すことができてスループットの向上化が図れる。

（２）　シかも、この場合にガスブロー手段に与えるブ
ローガス量、並びにノックアウト機構の突出し掻作力は
、従来のようにガスブロー、ないしは機械的な突出し操
作のいずれかを単独に行ってウェハを強制離脱させる方
式と比べて僅少で済む、したがってプロセス処理室内に
スローリークして拡散するブローガスは微量で処理室内
の真空圧に殆ど影響を及ぼさないし、またノックアウト
機構の突出し操作によりウェハの表面に発生する応力も
掻く小さいので、その表面に形成された薄膜、導体パタ
ーンなどに損傷を与えるおそれもなく、高い信鯨性が得
られる。

（３）また、ノックアウト機構として、特にノックアウ
トピンをウェハの吸着状態で外部に露呈しないように静
電チャックの内方に組み込むか、あるいは静電チャック
の外周側に可動機構を持たない円筒リングを設けたこと
により、ＣＶＤ処理の場合でも成膜の付着堆積によるノ
ックアウト機構のトラブル発生のおそれもない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図、第４図ないし第６図、および第７
図、第８図はそれぞれ異なる本発明の実施例の構成、動
作を示すものであり、第１図、第４図、第７図はウェハ
の吸着状態図、第２図、第８図はウェハの強制離脱状態
図、第３図は第１図における要部の詳細構造図、第５図
、第６図はそれぞれ第４図における伝動歯車機構の平面
図１およびノックアウトピンと送り用歯車との結合を表
した斜視構造図である。図において、 ｌ：プロセス処理室、５；ウェハ、６：静電チャック、
９ニブロ一ガス導入通路、１１：ガス源、１２：ノック
アウトピン、１２ａ：送りねじ、１７：加圧ガス導入通
路、２０．２２．２３．２４：伝動歯車機構の歯車、２
５：駆動軸、２６：駆動モータ、２７：円筒す〃〃ス清 第ｊ　図 ビ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プロセス処理室内に搬入された半導体ウェハを所定
   の位置に保持するための半導体ウェハ保持装置であり、
   前記プロセス処理室内にチャック面を下に向けて静電チ
   ャックを設置したものにおいて、静電チャックのチャッ
   ク面に吸着されたウェハに対し、静電チャックへの電圧
   印加停止後に、チャック面とウェハとの間に外部より不
   活性ガスを押し込み供給するガスブロー手段と、ガスブ
   ローとほぼ同時操作してウェハをチャック面から機械的
   に強制離脱させるノックアウト機構とを備えたことを特
   徴とする半導体ウェハ保持装置。 ２）請求項１に記載の半導体ウェハ保持装置において、
   ノックアウト機構が、静電チャックのチャック面を貫通
   してその周面上に分散配備した複数本のノックアウトピ
   ンと、各ノックアウトピンを背後からのガス加圧操作に
   より一括してチャック面よりウェハに向けて突き出すノ
   ックアウトピン駆動手段とからなることを特徴とする半
   導体ウェハ保持装置。 ３）請求項１に記載の半導体ウェハ保持装置において、
   ノックアウト機構が、静電チャックのチャック面を貫通
   してその周面上に分散配備した複数本のノックアウトピ
   ンと、送りねじ、伝動歯車機構を介して各ノックアウト
   ピンを連動してチャック面より出没操作するノックアウ
   トピン駆動手段とからなることを特徴とする半導体ウェ
   ハ保持装置。 ４）請求項１に記載の半導体ウェハ保持装置において、
   ノックアウト機構が、静電チャックに吸着保持されたウ
   ェハの上面周縁部に下端面を対向して静電チャックの外
   周側に並置配備され、かつ静電チャックの上昇移動操作
   によりウェハをチャック面より離脱させる円筒リングで
   あることを特徴とする半導体ウェハ保持装置。