JPH10156781A

JPH10156781A - ウエハハンドリング装置

Info

Publication number: JPH10156781A
Application number: JP31756296A
Authority: JP
Inventors: Tatsuharu Yamamoto; 立春山本; Masabumi Kanetomo; 正文金友; Yasuhide Matsumura; 泰秀松村; Kunio Harada; 邦男原田; Masakazu Sugaya; 昌和菅谷; Hideo Kashima; 秀夫鹿島; Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの処理面方向からのハンドリングを可能
にするとともに、静電吸着の際のウエハの彎曲の影響を
防止する。【解決手段】外側電極２をシリコンウエハ３の外周に接
触させて、シリコンウエハ３を内側電極１によって静電
吸着する際に、電極矯正アクチュエータ６を動作させ、
シリコンウエハ３が静電吸着によって彎曲する形状と同
形に内側電極１を矯正変形させる。【効果】内側電極１とシリコンウエハ３の間の空隙が全
面にわたって一定に保持できるため、シリコンウエハ３
の処理面方向からのハンドリングが可能となり、ステー
ジに移載のための機構が不要となり、除塵もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウエハハンドリング
装置に関し、詳しくは、半導体製造装置に用いらるウエ
ハ搬送装置に特に好適な、ウエハハンドリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハ搬送装置が設置された搬送チャン
バに、複数のプロセスチャンバを結合し、各プロセスチ
ャンバ間のウエハを、真空雰囲気を維持したまま上記ウ
エハ搬送装置によって交換し、順次プロセスを進めてい
くマルチプロセス装置（クラスターツール）は、現在、
半導体製造ラインの基本的な形態として位置付けられて
いる。

【０００３】このようなマルチプロセス装置における従
来のウエハの搬送方法（第１の従来技術）を、図４を用
いて説明する。図４（ａ）は所定のプロセスが完了した
状態を示し、ピン１０２は下方に下げられて、ウエハ１
００はプロセスチャンバのステージ１０１上に置かれて
いる。

【０００４】図４（ｂ）は第１の操作を示し、ピン１０
２を上方に上げて、ステージ１０１上に置かれたウエハ
１００を上方に押し上げる。この際、ウエハ１００の裏
面と支持物との接触面積を小さくして、発塵の発生を極
力抑えるために、複数のピン１０２が用いられることが
多い。

【０００５】図４（ｃ）は第２の操作を示し、上記第１
の操作によってウエハ１００を押し上げた後、ウエハハ
ンドル１０４を動かして、ウエハ搬送装置のウエハホル
ダ１０３を、ウエハ１００とステージ１０１の間に挿入
する。

【０００６】図４（ｄ）は第３の操作を示し、ピン１０
２を下降させて、その上のウエハ１００をウエハホルダ
１０４上に乗せ換え、ウエハ搬送装置の退避動作によっ
てプロセスチャンバの外に、ウエハ１００を取り出す。
ウエハ１００をウエハホルダ１０３上からプロセスチャ
ンバのステージ１０１に移載する場合は、上記操作手順
を逆にすればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
ウエハの搬送方法が行なわれる従来技術は、ウエハ搬送
の高速化という目的には、ウエハ搬送装置の動作を高速
化することによって対応してきたが、ウエハ搬送装置の
機構を改善してウエハの移動をさらに高速化することは
限界にきている。そのため、今後は、ウエハ搬送の高速
化をさらに進めるために、ウエハのハンドリング方法や
移載方法についても検討することが必要になってきた。

【０００８】また、今後さらに複雑化、高精度化するプ
ロセスに対応するためには、プロセスチャンバのステー
ジは、ウエハ搬送などのための付随的な機能を極力排除
し、より高精度な温度制御性、温度均一性、高信頼性お
よび低コスト化を図って行かなければならない。このよ
うな課題を解決する手段として、例えば、ＮＩＫＫＥＩ
ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ、別冊Ｎｏ２「ｐｐｔへの
挑戦クリーン化技術」、１８８頁から１８９頁（１９
８８年）には、静電チャックによってウエハをハンドリ
ングして搬送する技術（第２の従来技術）が記載されて
いる。この技術は、図５に示したように、絶縁膜１０６
がコーティングされた複数の吸着電極１０５が、バネ１
０７を介して搬送アーム１０８に設けられている。吸着
電極１０５に上記ウエハ１００の裏面を接触させて、±
５００Ｖ程度の電圧の印加および解除を行って、それぞ
れウエハ１００の吸着および脱離を行い、それによっ
て、ウエハ１００の移載と搬送が行われる。

【０００９】この第２の従来技術によれば、上記第１の
従来技術における、ステージ側からのウエハの押し上げ
およびそのための機構が不要になるため、ステージの構
造が簡略化される。しかし、現在の半導体製造装置のほ
とんどは、ウエハの処理面が上向きであるため、ウエハ
の搬送もウエハの処理面を上向きにして行わなければな
らない。従って、ウエハの裏面をハンドリングし、ウエ
ハの処理面が下向きになる上記第２の従来技術は、現在
の半導体製造装置のほとんどに適用できない。

【００１０】また、処理過程にあるウエハには、特に成
膜あるいはエッチングの際に、これらのプロセスに起因
して発生した塵埃が付着している。また、ウエハのハン
ドリングの際の表面摩擦によっても、塵埃が発生してウ
エハに付着することが知られている。しかし、従来のマ
ルチプロセス装置等、真空雰囲気での連続プロセスで
は、一旦付着した塵埃を除去する工程は組み入れられて
いない。

【００１１】さらに、ウエハの加熱または冷却の温度管
理は、通常プロセスチャンバ内のステージ上で行われて
いるが、この温度の立上りおよび立ち下がりの時間が、
全体的な処理時間に大きく影響する。しかし、上記従来
技術は、ウエハの搬送過程において、ウエハの温度を制
御する機能は有していなかった本発明の目的は、上記従
来技術の有する問題を解決し、ウエハ処理面の方向から
ウエハをハンドリングすることができる、静電吸着力を
用いたウエハハンドリング装置を提供することである。

【００１２】本発明の他の目的は、ウエハの搬送過程に
おいて、塵埃をウエハから除去することのできる、ウエ
ハハンドリング装置を提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、ウエハの加熱
および冷却を迅速に行うことのできる、ウエハハンドリ
ング装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のウエハハンドリング装置は、円板状の内側電
極と、当該内側電極に対向して配置されたステージ上に
置かれたウエハの外周部と同形の外側電極と、上記内側
電極と上記外側電極を互いに電気的に絶縁するととも
に、上記ウエハの外周部と上記外側電極が接触された際
に上記内側電極が上記ウエハに対し所定の空隙を介して
対向するように、上記内側電極と上記外側電極を保持す
る電極保持リングと、上記内側電極と上記外側電極に電
圧を印加して上記ウエハを静電吸着するための手段と、
上記内側電極を矯正変形して上記内側電極と上記ウエハ
の間の空隙を一定に保つ手段を具備することを特徴とす
る。すなわち、本発明においては、内側電極と外側電極
は、ウエハの外周部に外側電極が接触された際に、内側
電極がウエハに対し所定の空隙を介して対向するよう
に、電極保持リングによって保持されている。上記ウエ
ハは、上記内側電極と外側電極に電圧を印加することに
よって静電吸着され、上記電圧を解除することによって
ウエハは脱離される。

【００１５】上記静電吸着を行う際、ウエハを持ち上げ
のるに十分な静電吸着力を発生させるには、ウエハと内
側電極の間の空隙ができるだけ小さいことが望ましい。
しかし、空隙が小さ過ぎると、処理過程でのウエハの歪
による内側電極と接触や、真空の放電などの問題が生ず
る恐れがある。

【００１６】本発明は、上記内側電極を矯正変形させる
手段を用いることによって、このような問題の発生を防
止するものである。すなわち、外側電極と内側電極に電
圧を印加してウエハを静電吸着すると、外周支持された
ウエハは、自重相当の吸着力によって変形して彎曲形状
（内側電極側に凸）になるが、本発明によれば、上記内
側電極を矯正変形させる手段を用いて、上記外周支持さ
れたウエハの彎曲形状と同形に、内側電極が矯正変形さ
れる。ウエハが自重相当の静電吸着力によって吸着され
て変形しても、変形したウエハと同じ形状に内部電極が
矯正変形されるので、吸着によるウエハの変形が補償さ
れて、内側電極とウエハの間の空隙は全面にわたって一
定に保持され、ウエハと内部電極との接触や真空放電な
ど、上記問題が発生する恐れはない。

【００１７】上記内側電極を矯正変形させる手段として
は電極矯正アクチュエータを用いることができ、さら
に、この電極矯正アクチュエータとしてはバイモルフ型
の圧電アクチュエータや変位拡大機能を具備した積層型
圧電アクチュエータなど、各種圧電アクチュエータを使
用できる。しかし、バイモルフ型の圧電アクチュエータ
を用いれば、極めて好ましい結果を得ることができる。
このバイモルフ型の圧電アクチュエータを動作させるた
めの電圧は、上記内側電極と上記外側電極に電圧を印加
する手段とは独立して設けられた第２の電気的手段によ
って印加してもよく、また、上記内側電極と外側電極に
電圧を印加する手段によって印加してもよい。

【００１８】上記ウエハを脱離させる際に、上記内側電
極に印加された電圧を完全に解除せず、所定の値まで低
下させて上記ウエハを脱離させることができる。ウエハ
を吸着する際、結合力の小さい塵埃は上記内側電極に吸
着されるが、このようにすれば、上記内側電極に静電吸
着されていた塵埃を、上記内側電極上に保持することが
でき、ウエハの汚染が防止できる。内側電極上には塵埃
が蓄積されていくが、定期的に内側電極のクリーニング
を行って蓄積された塵埃を除去すれば、逆汚染が起こる
恐れはない。上記塵埃を上記内側電極に吸着させるに
は、上記内側電極に印加される電圧を２００Ｖ〜３００
Ｖにすれば、塵埃の吸着とウエハの脱離を支障なく行う
ことができ、好ましい結果が得られる。

【００１９】本発明は、上記のような構成を有している
ため、ウエハのハンドリングを上記ウエハの処理面側か
ら行うことができ、ウエハの処理面とは反対の側から行
っていた上記従来技術の問題が起る恐れはない。

【００２０】上記内側電極と上記ウエハの間の空隙に所
定のガスを導入する手段を設けてガスを導入することに
より、ウエハの熱をガスの熱伝達によって内側電極に移
動させ、上記ウエハを冷却することができる。この場
合、上記内側電極と上記電極矯正アクチュエータの間に
ヒータを設置すれば、内側電極の熱はガスの熱伝達によ
ってウエハに移動し、ウエハを加熱することができる。
上記ガスとしては、不活性ガスを用いれば、上記ウエハ
に悪影響を与える恐れがなく好ましい。不活性ガスの圧
力は１０ｍＴｏｒｒ以上、１００ｍＴｏｒｒ以下にすれ
ば、上記ウエハの冷却および加熱を、それぞれ支障なく
行うことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明による１２インチサイズの
シリコンウエハのハンドリングについて説明する。現在
は、１６ＭＤＲＡＭ等の半導体装置の製造に用いられる
シリコンウエハは、８インチサイズのウエハが主流であ
るが、将来、１２インチサイズのウエハによる生産が予
定されている。１２インチサイズのウエハの厚さは０．
７〜０．８ｍｍの範囲内と予想されるから、単位面積あ
たりのシリコンウエハ重量は１．５〜２．０×１０Ｅ−
３ｇ／ｍｍ²である。単位面積あたりの静電吸着力ｆ
は、真空中の誘電率をε₀、絶縁膜の誘電率をε、絶縁
膜の厚さをｈ、印加電圧をＶとすると、次式であたえら
れる。ｆ＝ε₀ε（Ｖ／ｈ）²／２したがって、例えば内側電極１を０．３ｍｍの空隙を介
してシリコンウエハ３と対向させた場合、Ｖ＝５００Ｖ
程度の電圧を印加すれば、静電吸着力ｆとシリコンウエ
ハ３の自重は同等になり、吸着させることができる。

【００２２】しかし、例えば図１に示したように、１２
インチサイズのシリコンウエハ３が、外周支持の状態で
自重と同等の静電吸着力を受けて静電吸着された場合、
シリコンウエハ３が自重によって変形して生じた彎曲形
状と同形の変形（ただし、自重による変形とは逆方向の
変形）を起こす。この際の変形で最も変位の大きいシリ
コンウエハ３の中心部での変位量δは、単位面積あたり
の静電吸着力をｆ、シリコンウエハ３の半径をｒ、ウエ
ハ３の厚さをｈ、ウエハのヤング率をＥとして、シリコ
ンのポアソン比を０．３とすると、次式であたえられ
る。

【００２３】δ＝０．６９６ｆｒ⁴／Ｅｈ³ したがって、シリコンウエハ３が２．０×１０Ｅ−３ｇ
／ｍｍ²の静電吸着力を受けた場合、シリコンウエハの
中心部における静電吸着力による変位量δは０．２ｍｍ
程度になり、シリコンウエハと内側電極１の間空隙は
０．１ｍｍ程度に減少する。多数の工程での処理過程
で、シリコンウエハの処理面は多くの温度履歴を受けな
がら多層膜が形成されているため、シリコンウエハには
多くの歪が発生しており、その量は０．１ｍｍを超える
場合が多い。従って、シリコンウエハと内側電極の間空
隙は０．１ｍｍ程度に減少すると、上記電圧の印加の際
の真空放電や、シリコンウエハと内側電極の接触が起こ
る。

【００２４】しかし、シリコンウエハ３を静電吸着する
際に、電極矯正アクチュエータ６を用いて内側電極１を
矯正変形し、内側電極１の断面が、シリコンウエハ３が
外周支持の状態で自重相当の静電吸着力によって変形し
て生ずる彎曲形状と同形になるようにすれば、自重相当
の静電吸着力によシリコンウエハ３が変形しても、内側
電極１とシリコンウエハ３の空隙が全面にわたって一定
に保持れ、上記問題を回避することができる。

【００２５】内側電極１を矯正変形させ手段である電極
矯正アクチュエータ６としては、上記のように、各種圧
電アクチーュエタおよび各種圧電素子を用いることがで
きるが、バイモルフ型の圧電アクチーュエタを用いれば
極めて好ましい結果が得られる。上記圧電アクチーュエ
タには、内側電極１と外側電極２に電圧を印加するため
の電気的手段とは、同一またはこれとは独立した他の電
気的手段によって電圧を印加し駆動すればよい。

【００２６】なお、ウエハのサイズが１２インチとは異
なっても、上記電極矯正アクチュエータに印加される電
圧は、ウエハのサイズが１２インチの場合とほとんど同
じでよい。

【００２７】

【実施例】

〈実施例１〉図１を用いて本発明の第１の実施例を説明
する。図１に示したように、本実施例のウエハハンドリ
ング装置は、ステージ４の上に置かれたウエハ３に対向
する位置に設けられ、耐腐食性の金属酸化膜系の絶縁膜
が表面にコーティングされた厚さ０．１ｍｍ程度の円板
状の内側電極１、上記ウエハ３の外周部の輪郭と同形
で、耐摩耗性と低発塵性を有するダイアモンド薄膜が表
面にコーティングされた外側電極２、上記内側電極１に
矯正変形を加えるためのバイモルフ型の圧電アクチュエ
ータからなる電極矯正アクチュエータ６、上記内側電極
１と外側電極２を互いに絶縁された状態で保持する電極
保持リング５、および上記内側電極１と外側電極２に電
圧を印加するための電気的手段（電源とスイッチ）を有
している。

【００２８】上記内側電極１と外側電極２は、上記ウエ
ハ（１２インチシリコンウエハ）３の外周部に外側電極
２を接触させた際に、内側電極１がウエハ３に対し０．
２〜０．３ｍｍの範囲の空隙を介して対向するように、
電極保持リング５に保持されている。

【００２９】このような構造を有するウエハハンドリン
グ装置を搬送アーム７によって駆動して、図１（ａ）に
示したように、プロセスチャンバ内のステージ４の上に
置かれた、所定のプロセスが完了したウエハ３の上方に
挿入した。

【００３０】次に、図１（ｂ）に示したように、上記ウ
エハンドリング装置を、上記内側電極２がウエハ３の外
周部に接触するまで下降させ、上記内側電極１と外側電
極２の間に５００Ｖの電圧を印加してウエハ３を静電吸
着させるとともに、上記電極矯正アクチュエータ６に１
００ｖの電圧を印加した。

【００３１】ウエハ３を静電吸着させると、ウエハ３は
静電引力によって変形するが、上記電極矯正アクチュエ
ータ６に電圧が同時に印加されているため、上記内側電
極１も上記ウエハ３と同様に変形し、ウエハ３と内側電
極１の間の間隔は一定に保たれた。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示したように、ウエハ
３を静電吸着させたまま、上記ウエハハンドリング装置
の上昇および退避を行って、ウエハ３を次の工程に送っ
た。ウエハ３をステージ４の上に移す場合は、上記第１
〜第４の操作を逆に行えばよい。

【００３３】なお、ウエハ３を吸着する際に、結合力の
小さい塵埃は内側電極１に吸着される。本実施例では、
ウエハ３を内側電極１から脱離する際に、内側電極１の
電圧を完全に解除せず、２００Ｖ〜３００Ｖの範囲に低
下させて、静電吸着力がウエハ３の自重よりも小さくな
るレベルでウエハ３を脱離し、内側電極１に静電吸着さ
れている塵埃を保持して除塵を行い、ウエハ３の汚染を
防止した。

【００３４】〈実施例２〉本実施例は、本発明によるウ
エハハンドリング装置において、ウエハ３を冷却または
加熱した例であり、図２および図３を用いて説明する。

【００３５】図２に示したように、本実施例において
は、内側電極１と外側電極２が保持された電極保持リン
グ５には、ガス導入パイプ９、円環状のガス分散パイプ
１０、および内側電極１とウエハ３の間の間隙に開口部
を有するガス吹き出し口１１が設けられている。

【００３６】上記ガス導入パイプ９およびガス分散パイ
プ１０を用いて、上記内側電極１とウエハ３の間の上記
空隙に、圧力が１００ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒの、
窒素、アルゴン等の不活性ガスを導入した。このように
すると、上記不活性ガスによる熱伝達によってウエハ３
の熱は内側電極１に移動し、ウエハ３が冷却された。

【００３７】また、ウエハ３を加熱する場合は、図３に
示したように、内側電極１と電極矯正アクチュエータ６
の間にヒータ１２を設置して内側電極１を加熱し、上記
冷却の場合と同様に、内側電極１とウエハ３の間の空隙
に、１００ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒの圧力の窒素、
アルゴン等の不活性ガスを導入した。その結果、内側電
極１の熱はガスの熱伝達によってウエハ３に移動し、ウ
エハ３は加熱された。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のウエハハ
ンドリング装置は、ウエハを静電吸着させた際のウエハ
の変形による影響を効果的に防止できる、ウエハのハン
ドリングをウエハの処理面方向から行うことができる、
内側電極に集塵効果を持たせることによって除塵工程を
搬送工程内に効率的に組み入れることができる、およ
び、ウエハの冷却や加熱が容易になり、従来、プロセス
チャンバ内のみで行われていたウエハの温度管理に要す
る時間を短縮できるなど、多くの特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図、

【図２】本発明の第２の実施例を示す図、

【図３】本発明の第２の実施例を示す図、

【図４】従来のウエハ移載方法を示す図、

【図５】従来のウエハハンドリング方法を示す図。

【符号の説明】

１：内側電極、２：外側電極、３：シリコンウエハ、
４：ステージ、５：電極保持リング、６：電極矯正アク
チュエータ、７：搬送アーム、８：カバー、９：ガス導
入パイプ、１０：ガス分散パイプ、１１：ガス吹き出し
口、１２：ヒータ、１００：ウエハ、１０１：ステー
ジ、１０２：ピン、１０３：ウエハホルダ、１０４：搬
送アーム、１０５：吸着電極、１０６：絶縁膜、１０
７：バネ、１０８：搬送アーム。

フロントページの続き (72)発明者原田邦男東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者菅谷昌和東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鹿島秀夫東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者黒田勝広東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状の内側電極と、当該内側電極に対向
して配置されたステージ上に置かれたウエハの外周部と
同形の外側電極と、上記内側電極と上記外側電極を互い
に電気的に絶縁するとともに、上記ウエハの外周部と上
記外側電極が接触された際に上記内側電極が上記ウエハ
に対し所定の空隙を介して対向するように、上記内側電
極と上記外側電極を保持する電極保持リングと、上記内
側電極と上記外側電極に電圧を印加して上記ウエハを静
電吸着するための手段と、上記内側電極を矯正変形して
上記内側電極と上記ウエハの間の空隙を一定に保つ手段
を具備することを特徴とするウエハハンドリング装置。
【請求項２】上記内側電極と上記ウエハの間の空隙を一
定に保つ手段は、電極矯正アクチュエータであることを
特徴とする請求項１に記載のウエハハンドリング装置。
【請求項３】上記電極矯正アクチュエータが圧電素子で
あることを特徴とする請求項２に記載のウエハハンドリ
ング装置。
【請求項４】上記電極矯正アクチュエータが、バイモル
フ型の圧電アクチュエータであることを特徴とする請求
項２に記載のウエハハンドリング装置。
【請求項５】上記バイモルフ型の圧電アクチュエータ
は、上記内側電極と上記外側電極に電圧を印加する手段
とは独立して設けられた電気的手段によって電圧が印加
されることを特徴とする請求項４に記載のウエハハンド
リング装置。
【請求項６】上記バイモルフ型の圧電アクチュエータ
は、上記内側電極と外側電極に電圧を印加する手段によ
って電圧が印加されることを特徴とする請求項４に記載
のウエハハンドリング装置。
【請求項７】上記内側電極に印加された電圧を所定の値
まで低下させて上記ウエハを脱離させるとともに、上記
内側電極に静電吸着されていた塵埃を上記内側電極上に
保持させる手段を具備することを特徴とする請求項１か
ら６のいずれか一に記載のウエハハンドリング装置。
【請求項８】上記所定の値は２００Ｖ以上、３００Ｖ以
下であことを特徴とする請求項７に記載のウエハハンド
リング装置。
【請求項９】上記ウエハは、当該ウエハの処理面の方向
からハンドリングされることを特徴とする請求項１から
８のいずれか一に記載のウエハハンドリング装置。
【請求項１０】上記内側電極と上記ウエハの間の空隙に
所定のガスを導入する手段を有することを特徴とする請
求項１から９のいずれか一に記載のウエハハンドリング
装置。
【請求項１１】上記内側電極と上記電極矯正アクチュエ
ータの間にはヒータが設置されていることを特徴とする
請求項１０に記載のウエハハンドリング装置。
【請求項１２】上記ガスは不活性ガスであり、当該不活
性ガスの圧力は１０ｍＴｏｒｒ以上、１００ｍＴｏｒｒ
以下であることを特徴とする請求項１０若しくは１１に
記載のウエハハンドリング装置。