JPH11111818A - ウェハ保持装置及びウェハ保持具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハにかかる応力を均一化させることがで
きるウェハ保持装置及びウェハ保持具を提供する。 【解決手段】 下部電極３上にウェハ１を載置し、この
上にウェハ１の周縁がテーパー面２１１に接触するよう
にクランプリング１２を載置する。この後、クランプリ
ング１２を下部電極３側に押圧すると、テーパー面２１
１から受ける力によってウェハ１が、クランプリング１
２とウェハ１の中心が一致する位置に移動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おいて半導体基板（ウェハ）を保持するウェハ保持装置
及びウェハ保持具に関し、特にウェハの位置決めに特徴
を有する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置の製造時において
ウェハ（半導体基板）を保持するウェハ保持装置とし
て、リング状のクランプリングが用いられている。この
ようなクランプリングを用いてウェハを保持する際に
は、図２に示すように、ウェハ１０１を下部電極１０３
上に載置し、この上にクランプリング１０２を載置す
る。そして、クランプリング１０２を下部電極１０３に
押圧することにより、クランプリング１０２の内周に設
けられたウェハ押さえ面１０２ａと下部電極１０３によ
ってウェハ１０１が挟持されて保持される。

【０００３】また、プロセスの途中における温度上昇を
抑えるために、ウェハ１０１の裏面には、下部電極１０
３の周囲に配置された排気リング１０４との間の排気路
１０４ａを介して、熱伝導性のよいガスが圧力制御され
て導入される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにクランプリング１０２を用いてウェハ１０１を保
持した場合、クランプリング１０２の内径がウェハ１０
１径より若干（１〜２ｍｍ）大きいため、図３中に破線
で示すように、ウェハ１０１の中心とクランプリング１
０２の中心とがずれ、クランプリング１０２のウェハ押
え面１０２ａとウェハ１０１上面外周部との接触が不均
一となることがある。

【０００５】このような状態となると、ウェハ１０１に
かかる応力が不均一となってウェハ１０１面内の均一性
が悪化する。これにより、最悪の場合は、熱伝導性のよ
いガスが、ウェハ１０１表面側に漏れ、冷却能力が低下
し、プロセス途中において、比較的熱に弱いレジストパ
ターンが変形してしまうことがある。

【０００６】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであり、ウェハにかかる応力を均一化させる
ことができるウェハ保持装置及びウェハ保持具を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るウェハ保持
装置は、半導体ウェハを載置するための平面を有する基
体と、基体上に載置されたウェハの上に載置してウェハ
を保持するリング体とを有するウェハ保持装置であっ
て、リング体が、リング体の内壁上部に設けられ、内径
がウェハの外形より小さい係止部と、リング体の内壁下
端から係止部に向かって徐々に内径が小さくなるテーパ
ー面とを有している。

【０００８】係止部は、基体の平面と相対して、載置さ
れたウェハを押さえるウェハ押え面、あるいは、テーパ
ー部より急峻に径小となる径小部から構成してもよい。
また、テーパー面を鏡面加工してもよい。さらに、ウェ
ハと基体の表面との摩擦を低減させる摩擦低減手段を設
けてもよい。

【０００９】また、本発明に係るウェハ保持装置は、半
導体ウェハを載置するための平面を有する基体上に載置
されたウェハの上に載置してウェハを保持するリング状
のウェハ保持具であって、リング体の内壁上部に設けら
れ、内径がウェハの外形より小さい係止部と、リング体
の内壁下端から係止部に向かって徐々に内径が小さくな
るテーパー面とを有している。

【００１０】

【発明の実施の形態】

第１の実施形態 図１は本発明の第１の実施形態に係るウェハ保持装置の
構成を示す断面図である。このウェハ保持装置は、ウェ
ハ１を載置するための下部電極（基体）３と、下部電極
３上に載置したウェハ１を保持するクランプリング（リ
ング体）２とを備えている。

【００１１】このクランプリング２の内壁上部には、図
４に示すように、ウェハ１を押圧するウェハ押え面２ａ
が設けられている。また、リング体の内壁のウェハ押え
面２ａの下には、リング体の内壁下端からウェハ押え面
２ａに向かって徐々に内径が小さくなるテーパー面２０
１が形成されている。このテーパー面２０１の上部の径
はウェハ１径より小さく設定する。また、テーパー面２
０１の表面は、ウェハ１との摩擦を低減させるために鏡
面加工する。

【００１２】このようなクランプリング２を用いてウェ
ハ１を保持する際には、ウェハ１程度の径の下部電極３
上にウェハ１を載置し、この上にウェハ１の外周がテー
パー面２０１に内接するようにクランプリング２を載置
する。この後、均等に押圧力が加わるようにクランプリ
ング２を下部電極３側に押圧すると、テーパー面２０１
とウェハ１の外周との接触点がテーパー面２０１に沿っ
てウェハ押え面２ａ方向に移動する。

【００１３】テーパー面２０１の径はウェハ押え面２ａ
に向かって徐々に小さくなっているため、クランプリン
グのセンタがずれていればウェハ１に横向きの力が加わ
る。この力は、この図４に示す位置では右向きである
が、クランプリング１の内壁の他端のテーパー面２０１
では左向きである。このため、クランプリング２が下部
電極３側に近づくに従って、ウェハ１はこれらの力が均
衡する位置、すなわち、クランプリング２のセンタに移
動される。さらにクランプリング２に押圧力を与え、ウ
ェハ押え面２ａがウェハ１の上面周辺部に圧接すると、
ウェハ１がウェハ押さえ面２ａと下部電極３によって挟
持されて保持される。

【００１４】このように構成されたウェハ保持装置を用
いてウェハ１の保持を行なうことにより、最初にウェハ
１を載置した位置がクランプリング２のセンタから多少
ずれていた場合においても、上述のようにクランプリン
グ２を下部電極３側に押圧する際に移動され、ウェハ１
とクランプリング２のセンタが一致する。また、ウェハ
の外周面の形状の変化、ウェハ径のばらつき等があって
もテーパー面２０１によりウェハ１が最適な位置に移動
され、ウェハ１とクランプリング２のセンタが一致す
る。このため、ウェハ１とクランプリング２のセンタが
ずれないように、クランプリング２の位置を微調整する
必要がない。

【００１５】この第１の実施形態では、クランプリング
２の内壁にテーパー面２０１を設け、最小内径をウェハ
１径より小さくしたため、容易にウェハ１のセンタ合わ
せを行なうことができる。これにより、従来のように、
ウェハ１の外周の形状あるいはウェハ１径のばらつきに
応じてクランプリング２の位置を微調整する必要がな
い。また、ウェハ１にかかる応力を均一化させることが
でき、ウェハ１面内の均一性を向上させることができ
る。また、テーパー面を鏡面加工することにより、ウェ
ハ１との摩擦を低減させることができ、より滑らかにウ
ェハ１を移動させることができる。

【００１６】第２の実施形態 図５は本発明の第２の実施形態に係るウェハ保持装置の
要部の構成を示す断面図である。このウェハ保持装置
は、上述の第１の実施形態と同様に、ウェハ１を載置す
るための下部電極３と、ウェハ１をこの下部電極３に押
圧するクランプリング１２とを備えている。

【００１７】このクランプリング１２は、上述の第１の
実施形態と同様にリング体からなり、その内壁には、図
４中のテーパー面２０１と同様に、リング体の内壁下端
から徐々に内径が小さくなるテーパー面２１１が形成さ
れている。また、このクランプリング１２には、図４中
のウェハ押え面２ａの代わりにテーパー面２１１より急
峻に径小となる径小部１２ａが設けられている。径小部
１２ａの最小径はウェハ１の径より小さく設定してい
る。また、上述の第１の実施形態と同様に、テーパー面
２１１の表面は鏡面加工する。

【００１８】このように構成されたウェハ保持装置を用
いてウェハ１を保持する際には、上述の第１の実施形態
と同様に、下部電極３上にウェハ１を載置し、この上に
ウェハ１の外周がテーパー面２１１に内接するようにク
ランプリング１２を載置する。この後、均等に押圧力が
加わるようにクランプリング１２を下部電極１３側に押
圧すると、上述の第１の実施形態と同様に、テーパー面
２１１から受ける横向きの力によって、クランプリング
１２のセンタに移動される。さらにクランプリング２に
押圧力を与えると、径小部１２ａと下部電極３によって
ウェハ１が挟持されて保持される。

【００１９】この第２の実施形態では、クランプリング
１２の内壁にテーパー面２１１を設け、最小内径をウェ
ハ１径より小さくしたため、上述の第１の実施形態と同
様に、容易にウェハ１のセンタ合わせを行なうことがで
きる。これにより、ウェハ１にかかる応力を均一化させ
ることができ、ウェハ１面内の均一性を向上させること
ができる。

【００２０】図２及び図３に示す従来のクランプリング
あるいは図１及び図４に示す第１の実施形態では、ウェ
ハ押え面１０２ａ、２ａと下部電極３で狭持することに
より（面接触状態で）ウェハ１０１、１を保持してい
た。これに対し、この第２の実施形態では、径小部１２
ａと下部電極３によってウェハ１を狭持する。ウェハ１
の周縁は一般的にエッチングによって丸みを帯びてお
り、図５に示す断面では、径小部１２ａの下側と１点、
あるいは径小部１２ａの下側とテーパー部２１１の２点
で接触している。すなわち、上述のような構成のクラン
プリング１２を用いることにより、点接触状態でウェハ
１を保持することができる。

【００２１】面接触によりウェハを保持する場合には、
ウェハ押え面の強度を維持するためにある程度の厚さが
必要であるが、この第２の実施形態では点接触でウェハ
を保持しているため、クランプリングの厚さを薄くする
ことができる。

【００２２】クランプリングの厚さが厚いと、エッチン
グ時に、ウェハ表面のクランプリングに近い部分に、ウ
ェハ近傍で発生するエッチャントが滞留しやすい。従っ
て、クランプリングの厚さを薄くすることにより、クラ
ンプリングに近い部分に滞留するエッチャントを減少さ
せることができ、ウェハ面内の均一性の向上に寄与する
ことができる。

【００２３】第３の実施形態 図６は本発明の第３の実施形態に係るウェハ保持装置の
構成を示す断面図である。このウェハ保持装置は、ウェ
ハ１を載置するための下部電極２３と、ウェハ１をこの
下部電極２３に押圧するクランプリング１２とを備えて
いる。このクランプリング１２は、上述の図５に示す第
２の実施形態と同様に構成されている。

【００２４】また、下部電極２３の中心部付近には、図
７に示すように、ガス導入孔３０１が設けられている。
また、排気リング２４にはクランプリング１２の外周縁
と相対する位置に気密保持用の凸部２４ａが設けられて
いる。この凸部の内径はクランプリング１２の外径と同
じになっており、ガス導入孔３０１から導入されたガス
が漏れるのを防止している。

【００２５】このように構成されたウェハ保持装置を用
いてウェハ１を保持する際には、上述の第２の実施形態
と同様に、下部電極２３上にウェハ１を載置し、この上
にウェハ１の外周がテーパー面２１１に内接するように
クランプリング１２を載置する。この後、均等に押圧力
が加わるようにクランプリング１２を下部電極２３側に
押圧する。

【００２６】そして、クランプリング１２が所定の位
置、例えばクランプリング１２の下端が下部電極２３上
面より下となる位置まで下降した後、ガス導入ポート３
０１を介してウェハ１裏面に冷却用のガスを導入する。
これにより、ウェハ１がガス圧によって浮上する。

【００２７】クランプリング１２が下降すると、テーパ
ー面２１１から受ける横向きの力により、ウェハ１は浮
上した状態でクランプリング１２とウェハ１のセンタが
一致する位置に移動される。この後、さらに押圧力を加
えると、ウェハ１が下部電極２３と径小部１２ａによっ
て狭持されて保持される。

【００２８】この第３の実施形態では、クランプリング
１２によってウェハ１を保持する際に、冷却用として用
いるガスを導入してウェハ１を浮上させることにより、
クランプリング１２の下降に伴ってクランプリング１２
が横方向に移動される際の下部電極２３とウェハ１の摩
擦を低減することができ、センタ合わせをより円滑に行
なうことができる。

【００２９】また、この実施形態では、従来からプロセ
ス中のウェハ１の冷却用として用いるガスを使用してい
るため、クランプリング１２を用い、下部電極２３にガ
ス導入ポート３０１を設け、当該ウェハ保持装置を用い
る装置側の制御シーケンスのガス導入のタイミングを変
更するだけで容易に実現することができる。

【００３０】第４の実施形態 図８は本発明の第４の実施形態に係るウェハ保持装置の
要部の構成を示す断面図である。このウェハ保持装置
は、ウェハ１を載置するための下部電極３３と、ウェハ
１をこの下部電極３３に押圧するクランプリング１２と
を備えている。このクランプリング１２は、上述の図５
に示す第２の実施形態と同様に構成されている。

【００３１】下部電極３３の中心部付近には、図９に示
すように、孔４０１が設けられている。この孔４０１は
上述のガス導入ポート３０１として用いる孔を用いても
よい。また、この孔４０１にはウェハ搬送用ピン４０２
が摺動自在に挿入されている。このウェハ搬送用ピン４
０２は、外部の装置が備えるピン駆動系によって駆動さ
れる。また、このウェハ搬送用ピン４０２の先端（下部
電極３３から突出する部分）はウェハ１との摩擦を低減
するために丸めてある。さらに、このウェハ搬送用ピン
４０２の先端を鏡面加工すれば、ウェハ１との摩擦を低
減させることができる。

【００３２】このように構成されたウェハ保持装置は、
例えばウェハ１を搬送する搬送系、装置全体の制御を行
なう制御系、上述のピン駆動系等を備えた半導体製造装
置に用いられる。

【００３３】このような半導体製造装置においてウェハ
１を保持する際に、制御系は、まず、搬送系を制御して
ウェハ１を下部電極３３上に搬送する。このとき、制御
系は、例えば搬送アーム等からなる上述のピン駆動部を
制御してウェハ搬送用ピン４０２の先端が下部電極３３
から突出した状態としておく。このようにウェハ搬送用
ピン４０２の先端が下部電極３３から突出した状態とな
っていると、ウェハ１は、ウェハ搬送ピン４０２の先端
にのみ接触した状態で保持される。

【００３４】次に、制御系は、搬送アームその他の手段
を制御してウェハ１の外周がテーパー面２１１に内接す
るようにクランプリング１２を載置する。この後、搬送
アーム等により、均等に押圧力が加わるようにクランプ
リング１２を下部電極３３側に押圧する。これと並行し
て、制御系は、ピン駆動部を制御してウェハ搬送用ピン
４０２を徐々に下降させる。

【００３５】さらにクランプリング１２が下降し、ウェ
ハ搬送用ピン４０２の先端の高さが下部電極３３の上面
以下となると、ウェハ１は径小部１２ａと下部電極３３
とで狭持されて保持される。

【００３６】上述のようにクランプリング１２に押圧力
を加え、クランプリング１２とウェハ１の間隔が狭くな
るに従って、ウェハ１はクランプリング１２のセンタと
ウェハ１のセンタが一致する位置に移動される。この
間、ウェハ１はウェハ搬送用ピン４０２の先端に接触し
た状態で摺動して移動される。従って、下部電極３３の
上面に接触した状態で摺動して移動される場合に比較し
て摩擦を低減させることができ、センタ合わせをより円
滑に行なうことができる。

【００３７】また、この実施形態では、従来から搬送時
の摩擦を低減させるために用いられていたウェハ搬送用
ピン４０２を用いているため、クランプリング１２を用
い、ウェハ搬送用ピン４０２を駆動する制御系のシーケ
ンスを変更するだけで容易に実現することができる。

【００３８】また、上述の説明では、クランプ終了時
（ウェハ１が径小部１２ａと下部電極３３とで狭持され
た時）にウェハ搬送ピン４０２の先端が下部電極３３か
ら突出しないように構成していたが、ウェハ搬送ピン４
０２の先端が所定長、突出した状態でクランプ終了とす
ることができる。すなわち、制御系のシーケンスを変更
し、クランプ終了時のウェハ搬送ピン４０２の突出長を
制御することにより、ウェハ１とクランプリング１２の
センタ合わせの高さを任意に設定することが可能であ
る。このようにした場合、ウェハ１の厚さ、ウェハ１の
径等に対応させてセンタ合わせの高さを変更すれば、よ
り均一なウェハの保持を実現することができる。

【００３９】第５の実施形態 図１０は本発明の第５の実施形態に係るウェハ保持装置
の要部の構成を示す断面図である。このウェハ保持装置
は、ウェハ１を載置するための下部電極４３と、ウェハ
１をこの下部電極４３に押圧するクランプリング１２と
を備えている。このクランプリング１２は、上述の図５
に示す第２の実施形態と同様に構成されている。

【００４０】下部電極４３の中心部付近には、図１０に
示すように、上述の図７と同様のガス導入ポート５０１
が設けられている。また、下部電極４３の中心部付近に
は、孔５０２が設けられている。この孔５０１には、ス
プリング５０３で付勢された球状ベアリング５０４が挿
入されている。このスプリング５０３の自然長は、球状
ベアリング５０４の一部が下部電極４３から突出する程
度に設定されている。なお、スプリング５０３の代わり
に、弾性部材等の他の付勢手段を用いてもよく、あるい
は気圧により球状ベアリング５０４を下部電極４３の上
面より突出させてもよい、この場合、ウェハ１と下部電
極の間隔が球の直径以下となったときに球状ベアリング
５０４を突出させる。

【００４１】このように構成されたウェハ保持装置を用
いてウェハ１を保持する際には、上述の第２の実施形態
と同様に、下部電極４３上にウェハ１を載置し、この上
にウェハ１の外周がテーパー面２１１に内接するように
クランプリング１２を載置する。この状態では下部電極
４３の上面から球状ベアリング５０４が突出しているた
め、ウェハ１は球状ベアリング５０４の上端に接触した
状態で保持されている。

【００４２】この状態で、クランプリング１２に均等に
押圧力が加わるようにクランプリング１２を下部電極４
３側に押圧すると、上述の各実施形態と同様に、クラン
プリング１２が下降し、ウェハ１はテーパー面２１１か
ら受ける横向きの力によってクランプリング１２とウェ
ハ１のセンタが一致する位置に移動される。この後、さ
らに押圧力を加えると、ウェハ１が下部電極４３と径小
部１２ａによって狭持されて保持される。

【００４３】この第５の実施形態では、球状ベアリング
５０４を設けたことにより、クランプリング１２の下降
に伴ってクランプリング１２が横方向に移動される際の
下部電極４３とウェハ１の摩擦を低減することができ、
センタ合わせをより円滑に行なうことができる。

【００４４】また、ウェハ１の下降に応じて球状ベアリ
ング５０４は孔５０２に没入するため、上述の第３、第
４の実施形態のように制御系の制御シーケンス等を変更
する必要がなく、下部電極４３の設計変更さえ行なえば
従来の制御シーケンスのままで対応することができる。
また、工程の変更等の際に元に戻す場合であっても、下
部電極４３を交換するだけで対応することができる。

【００４５】なお、本発明の適用対象は、上述の各実施
形態に限定されるものではなく、ウェハの保持をクラン
プリングを用いて行なう装置であれば本発明を適用する
ことができる。また、上述の第３〜第５の実施形態で
は、ウェハ１と下部電極との摩擦を低減させるため手段
の例を示しているが、本発明はこれらに限定されるもの
ではなく、他の手段によってウェハ１と下部電極との摩
擦を低減させることもできる。同様に、第４及び第５の
実施形態では、下部電極から突出／没入可能な部材の例
を示しているが、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、他の構成とすることもできる。その他、本発明の
技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。

【００４６】

【発明の効果】本発明に係るウェハ保持装置及びウェハ
保持具は、リング体を基体側に押圧する際に、テーパー
面から受ける力によってウェハが、リング体とウェハの
中心が一致する位置に移動される。これにより、ウェハ
にかかる応力を均一化させることができる。

【００４７】また、テーパー面を鏡面加工し、あるい
は、ウェハと基体の表面との摩擦を低減させる摩擦低減
手段を設けることにより、ウェハの横方向の移動を円滑
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係るウェハ保持装
置の構成を示す断面図である。

【図２】 従来のウェハ保持装置の構成を示す断面図で
ある。

【図３】 従来のウェハ保持装置の使用態様を示す断面
図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態に係るウェハ保持装
置の要部の構成を示す断面図である。

【図５】 本発明の第２の実施形態に係るウェハ保持装
置の要部の構成を示す断面図である。

【図６】 本発明の第３の実施形態に係るウェハ保持装
置の構成を示す断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施形態に係るウェハ保持装
置の要部の構成を示す断面図である。

【図８】 本発明の第４の実施形態に係るウェハ保持装
置の構成を示す断面図である。

【図９】 本発明の第４の実施形態に係るウェハ保持装
置の要部の構成を示す断面図である。

【図１０】 本発明の第５の実施形態に係るウェハ保持
装置の構成を示す断面図である。

【図１１】 本発明の第５の実施形態に係るウェハ保持
装置の要部の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ウェハ、２、１２ クランプリング、２ａ ウェハ
押え面、３、２３、３３、４３ 下部電極、１２ａ 径
小部、２０１、２１１ テーパー面、３０１、５０１
ガス導入ポート、４０１ 孔、４０２ ウェハ搬送ピ
ン、５０４ 球状ベアリング

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハを載置するための平面を有
   する基体と、該基体上に載置されたウェハの上に載置し
   てウェハを保持するリング体とを有するウェハ保持装置
   であって、 前記リング体は、 当該リング体の内壁上部に設けられ、内径が前記ウェハ
   の外形より小さい係止部と、 当該リング体の内壁下端から前記係止部に向かって徐々
   に内径が小さくなるテーパー面とを有することを特徴と
   するウェハ保持装置。
2. 【請求項２】 前記係止部は、 前記基体の平面と相対して、載置されたウェハを押さえ
   るウェハ押え面からなることを特徴とする請求項１記載
   のウェハ保持装置。
3. 【請求項３】 前記係止部は、 前記テーパー部より急峻に径小となる径小部からなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のウェハ保持装置。
4. 【請求項４】 前記テーパー面を鏡面加工したことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェハ保持
   装置。
5. 【請求項５】 前記ウェハと前記基体の表面との摩擦を
   低減させる摩擦低減手段を備えることを特徴とする請求
   項１記載のウェハ保持装置。
6. 【請求項６】 前記摩擦低減手段は、前記基体の平面に
   設けたガス導入ポートとからなり、 該基体の平面上に載置した前記ウェハ上に前記リング体
   を載置した後、該リング体を基体側に押圧する際に、当
   該ガス導入ポートからガスを導入することを特徴とする
   請求項５記載のウェハ保持装置。
7. 【請求項７】 前記摩擦低減手段は、前記基体の平面か
   ら突出／没入可能な部材からなり、 該基体の平面上に載置した前記ウェハ上に前記リング体
   を載置した後、該リング体を基体側に押圧する際に、当
   該部材を前記基体の平面から突出させることを特徴とす
   る請求項５記載のウェハ保持装置。
8. 【請求項８】 半導体ウェハを載置するための平面を有
   する基体上に載置されたウェハの上に載置してウェハを
   保持するリング状のウェハ保持具であって、 当該リング体の内壁上部に設けられ、内径が前記ウェハ
   の外形より小さい係止部と、 当該リング体の内壁下端から該係止部に向かって徐々に
   内径が小さくなるテーパー面とを有することを特徴とす
   るウェハ保持具。