JP2004047979A - 静電把持装置及びそれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ５を移動させる静電把持装置４を提供する。
【解決手段】静電把持装置４は、酸化ジルコニウム６の絶縁層を備えている双極電極１ａ〜１ｃを具備しており、これらの双極電極は、回路板上に位置させられている。把持装置は、プレス作業によって製造されると共に、９００Ｖ未満のＤＣ電圧で作動させられ得る。
【効果】ウエハの加熱は、真空下においてさえ、殆ど完全に防止される。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に半導体産業において使用される、静電的に作動する把持装置と、このタイプの把持装置を製造する方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一方において、機械的な把持装置が、ウエハを把持するのに使用されている。この技術は、特に小さい部品については非常に複雑であり、ウエハの損傷及び汚染をもたらし得る。
【０００３】
あるいは、真空把持装置であって、ウエハを減圧手段によって吸引し得且つそれを搬送し得るものが、使用されている。しかしながら、半導体産業において使用される構造体のサイズの不断の縮小は、製造が益々真空環境内で行なわれつつある、ということを意味している。この場合には、勿論、真空把持装置は、最早使用され得ない。
【０００４】
静電引力の原理を使用している他の把持装置が、働いている。
【０００５】
この場合、電圧が、ウエハに印加され得ると共に、逆極性の電圧が、把持装置に印加され得る。静電引力により、ウエハは、持ち上げられて移動させられ得る。この原理の欠点は、電圧が印加されるべく、ウエハが導電性でなければならない、ということである。このため、非導電性（誘電性）ウエハを把持すべく、本発明に係る把持装置のような、互いに他方に隣接して配設されている電極を有している静電把持装置が、存在する。この原理も、従来技術の一部を長い間形成してきた。例えば、米国特許第４，１８４，１８８号（Ｂｒｉｇｌｉａ）及び米国特許第４，３９９，０１６号（Ｔｓｕｋｕｄａ）は、この原理に基づいて作動する把持装置を記載している。
【０００６】
ウエハを持ち上げるべく、逆極性の電圧が、隣りの逆極性に分極させられる電極に印加される。この時、電極は、持ち上げられるべき部品とは異なる電荷を有しており、この異なる電荷は、静電引力の結果としての力をもたらす。この力の結果として、ウエハは、把持装置から垂下したままであり、そして、移動させられ得る。部品を再び下に置くために、電極は、接地される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の原理の既知の把持装置の欠点は、電圧差によってウエハ内を電流が流れ、この電流がウエハの導電率と電圧のレベルとに依存する、ということである。この電流は、ウエハの形状寸法及び導電率と印加される電圧との関数としての、ウエハの加熱をもたらす。この加熱により、ウエハは、歪まされ得且つ損傷させられ得る。この問題は、特に真空における対流の不存在の故に起こる。
【０００８】
真空内での静電把持装置の使用に伴う更なる問題は、火花連絡電圧における変化であり、その火花連絡電圧は、高真空においても大気圧においても共に２０００Ｖ／ｍｍ以上であるが、より長い平均クリア距離の故に、これらの圧力の間で、６Ｖ／ｍｍまで下がる。
【０００９】
高電圧の更なる欠点は、引き付けられた埃粒子等によってウエハが急速に汚染されるということを、その高電圧と結び付いている高電位は意味する、ということである。
【００１０】
本発明の目的は、静電把持装置であって、ウエハの加熱を最低のレベルまで低減させると共に、可能な限り低い電圧で作動させられ得るものを開発することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、ウエハをピックアップし、保持し及び／又は搬送する把持装置であって、回路板上に配設されている把持装置エレメントを具備しているものが、提供され、そして、この把持装置は、把持装置エレメントが、電圧が印加され得る双極電極対を備えており、少なくとも２つの把持装置エレメントが、回路板上に配設されており、そして、電極対が、主として酸化ジルコニウムから成る絶縁層を設けられている、ということを特徴としている。
【００１２】
もし必要ならば、特性を向上させるべく、添加剤が、ジルコニウムに加えられ得る。
【００１３】
更に、本発明によれば、静電把持装置を製造する方法が、提供され、この方法は、電極対を可撓性回路板に付ける工程と、中間層を電極に付ける工程と、酸化ジルコニウム層を中間層に付ける工程と、絶縁層を電極の他方の側に付ける工程と、層組立体をプレスする工程とを具備している。
【００１４】
在来の把持装置においては、通常、酸化アルミニウム（ＩＩＩ）が、絶縁層として使用されている。欠点は、低い比誘電率である。これは、添加剤（例えば、Ｔｏｔｏによって製造されているＡｌ　４１８）によって向上させられ得る。しかしながら、この場合における欠点は、材料がほぼ１ｍｍの厚さを有する、ということであり、このため、所望されているほぼ１００μｍの厚さを達成すべく、複雑な研削加工が、必要である。本発明に係る把持装置に使用されている酸化ジルコニウムであって、例えば燃料電池を製造するのに使用されているものは、５０〜３００μｍの層厚さで入手可能であり、従って、研削は、殆ど又は全く必要ない。５０μｍ未満の層厚さも、考えられ得、そして、酸化ジルコニウム層を研削することにより又はＣＶＤ法若しくはスパッタリング法における酸化ジルコニウム層を使用することにより、達成され得る。後者の方法は、原子直径の数倍の範囲内での層厚さを可能にする。更なる利点が、酸化アルミニウムの硬度よりも高い酸化ジルコニウムの硬度からもたらされる。層は、製造の間においても作動中においても、より緩徐に損傷を受ける。更に、層は、滑らかなままであり、この結果、長期使用の後でさえ、ウエハへのダメージが、避けられる。更なる利点は、ほぼ１０^１４Ωｍの非常に高い抵抗率であり、もって、層厚さが、非常に薄く保たれ得る。
【００１５】
小さい層厚さ及び比較的高い誘電率の故に、本発明に係る把持装置は、ほんの２００〜９００ＶのＤＣ電圧で作動させられ得、これは、ウエハ内の電流を著しく減少させる。これに対し、既知の静電把持装置は、１〜６ｋＶの電圧で作動させられている。
【００１６】
更に、本発明に係る把持装置は、２つ以上の電極対を有しており、これらの電極対は、回路板に取り付けられている。例えば、電極対は、ウエハの加熱に対して鈍感な場所に位置させられ得る。回路板が、電極対を保持すべく使用されており、同時に、電圧供給源を含んでいる。
【００１７】
本発明に係る把持装置の層であって、主として酸化ジルコニウムから成っているものは、また、非常に広い範囲の添加剤を含有し得る。このようにして、機械的特性と電気的特性とを変えることが、可能である。
【００１８】
本発明の適切な実施形態においては、酸化イットリウムで安定化されている酸化ジルコニウムが、絶縁層用の特に有利な材料であると判明している。しかしながら、純粋な酸化ジルコニウムから成る絶縁層も、考えられ得る。
【００１９】
本発明の改良物は、可撓性の回路板を具備しているホルダを有している。このようにして、把持装置は、ウエハの形状に一致し得る。
【００２０】
この回路板は、好都合に、プリント回路板であって良く、このプリント回路板は、一作業で、低コストで製造され得る。
【００２１】
本発明の改良物は、円形の、矩形の又は指形の、従って、小さい面積を占めるだけの電極対を有している。
【００２２】
これらの電極対は、例えば円の形において、一方の極が他方の極によって取り囲まれるようにして、構成され得る。この形状寸法は、在来のデザイン（例えば、米国特許第４，１８４，１８８号に記載されている、隣接している導体トラック）と比較して、非常にコンパクトである。なお、電極は、円形に限定されず、矩形であっても、あるいは、指形であっても良い。
【００２３】
把持装置は、好都合に、９００Ｖ未満のＤＣ電圧で作動させられ得る。酸化ジルコニウムの層厚さにおける低減と形状寸法の最適化との結果として、６００Ｖ未満、更には３００Ｖ未満の低いＤＣ電圧でさえ、考えられ得る。これは、ウエハの加熱が最小になる、ということを意味する。更に、このようにして、引き付けられた埃粒子によって引き起こされる汚染が、低減させられると共に、把持装置を作動させるべく使用される電気回路が、著しくシンプルになる。運転コストも、より低い電力消費の故に、低減させられる。
【００２４】
本発明の改良物においては、部品が下に置かれつつある際に、ＡＣ電圧が、短期間印加され得る。これは、存在し得る静電帯電の結果としてウエハが解放され損なうのを防止する。
【００２５】
適切な実施形態は、ウエハが縁部において把持され得るように、電極対を、互いに距離を置いて配設している。このようにして、電極対のコンパクトな構造の利点が、最適に利用される。縁部側の把持は、ウエハの敏感な領域における加熱が更に低減させられるのを可能にする。更なる実施形態によると、持ち上げる目的のために、把持装置は、理想的にはウエハの中心を中心にしてほぼ１２０°の角度で、円形路上に配設されている３つの電極対を有している。このようにして、ウエハの重量が、３つの電極対の間に均一に分布させられる。
【００２６】
更に、本発明は、静電把持装置、特に本発明に係る把持装置を製造する方法に関している。
【００２７】
この方法においては、電極対が、可撓性回路板に付けられる。次いで、中間層が、電極に付けられる。例えば、インジウムが、この中間層に適していると共に、電着法を用いて、ほぼ１０μｍの層厚さで予め電極に付けられていても良い。亜鉛又はニッケルの層も、種々の材料の結合を向上させ得る。次いで、酸化ジルコニウム層が、インジウム層に付けられる。絶縁層が、電極の他方の側に付けられる。次いで、これらの層が、同時にプレスされ、もって、それらは、冷間圧接作業において互いに接合される。酸化ジルコニウム円板の粗い表面は、この作業に役立つ。
【００２８】
絶縁層に使用される材料に依存して、絶縁層が接着によって結合されることは又は既に接着剤を塗布されている絶縁層を使用することは、方法の改良策として、適切であろう。
【００２９】
方法の一実施形態として、酸化アルミニウム（ＩＩＩ）が、このタイプの絶縁層用の材料として特に適している。これは、安価であると共に、半導体産業における標準的な絶縁材料として使用されている。
【００３０】
方法の一実施形態においては、先ず、電極対が、例えばエッチングプロセスを用いて、別の可撓性の回路板に取り付けられる。次いで、電極対が、その別の可撓性の回路板と共に可撓性回路板に取り付けられる。このことは、把持装置が一作業では製造され得ない、ということを意味するが、電極の形状寸法（例えば、非常に小さい、電極間の距離が非常に短い）の故に、一工程での製造が技術的に実現不可能である場合又は比較的高レベルの費用を強いる場合には、この方法が、勧められる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１における平面図に示されている双極電極１は、一方の電極（外側電極）としての外側リング２ａを具備しており、この外側リング即ち外側電極２ａは、他方の電極即ち内側電極２ｂを取り囲んでいる。内側電極２ｂは、可撓性のプリント回路板１０（図３）の上側部に電圧源３を有している。
【００３２】
電極を上方から見ると（図２）、内側電極用の電圧源３が、見える。ウエハ５をピックアップするために、ＤＣ電圧が、内側電極と外側電極とに印加される。その時に形成される静電界が、ウエハ５を引き付ける。
【００３３】
図３における分解図に示されている把持装置としての静電ホルダ４は、可撓性のプリント回路板１０を具備しており、このプリント回路板１０上に、電極１ａ〜１ｃ用の導電性トラック１１が、印刷されている。この図は、個々の層であって、一体化される前のものを示しており、静電ホルダ即ち把持装置は、それらの層から成っている。個々の層（電極対を除いた）は、上部の把持装置エレメントに対してのみ、参照数字を付されている。
【００３４】
ウエハ５から始まり、このウエハ５の前に、図３は、酸化ジルコニウムの絶縁層６、回路板１０、電極１ａ〜１ｃ、後側における別の絶縁層８、及び底板９を示している。
【００３５】
回路板１０には、導電性トラック及び電極並びに絶縁層用の欠切部７，１２が、設けられている。電極１ａ〜１ｃは、図１及び図２に示されている双極電極対２ａ，２ｂを含んでいる。導電性トラック１１は、２つの線路から成っており、これらの線路は、各々、電圧を電極１ａ〜１ｃに供給する。
【００３６】
酸化ジルコニウム６と、双極電極対１ａ〜１ｃと、後側における絶縁層８と、安定性を向上させるための底板９とから成る上述の層構造体が、本発明に係る静電把持装置エレメント１３ａ〜１３ｃを形成している。
【００３７】
この実施形態においては、絶縁層が、接着フィルム（図示せず）を設けられており、もって、結合が、向上させられていると共に、空気の含有が、防止される。実施形態は、３つの電極対又は把持装置エレメントであって、円形路上に１２０°の角度で配置されているものを有している。このようにして、もし必要ならば、ウエハは、縁部で把持され得る。
【００３８】
プレス作業（このプレス作業においては、全ての把持装置エレメントを備えている静電把持装置全体が、唯１回の作業で結合され得る）の後、層は、図４に示されているように、互いに接合される。把持装置エレメント１３ａ〜１３ｃは、上述した層組立体から成っている。プレス作業の目的は、冷間圧接をなすことである。例として、インジウムが、酸化ジルコニウム層６と電極１ａ〜１ｃとの間の中間層（図示せず）として使用され得、もって、酸化層と電極との間の最適な接合が、もたらされる。電力は、回路板内に今や存在している導電性トラック１１を介して供給され、それらの導電性トラックの輪郭は、事前に設けられている欠切部１２によって決定されている。
【００３９】
図５は、保持されつつあるウエハを含んでいる把持装置の断面図である。図の頂部が、ウエハ５を示しており、このウエハ５の下には、酸化ジルコニウムから成る絶縁層６が、在り、この絶縁層６には、内側電極２ｂ及び外側電極２ａから成る双極電極対が、従っており、それらの内側電極２ｂ及び外側電極２ａは、絶縁材料２０のリングによって分離されている。その双極電極対には、外側電極２ａへの電源が、従っており、その電源は、導電層１９を介して供給される。その導電層１９の下には、カプトンから作られている可撓性の回路板１０が、存在している。電力は、回路板１０の下の導電層１８と回路板を貫通している接続部１６とを介して、内側電極２ｂに供給され、導電層１８の下の導電層２１が、把持装置における別の電極即ち把持装置エレメントに電力を伝えるべく使用されている。その導電層２１の下には、酸化アルミニウム（ＩＩＩ）から成る絶縁層８が、存在しており、そして、安定な底板９が、正に底部に存在している。更に、この実施形態においては、絶縁材料を導入するための通路１３も、存在する。そのような通路は、絶縁材料を電極間の通路内に導入するのに使用される。電圧源１７において、内側電極用の下側導電層１８と外側電極用の上側導電層１９とが、設けられている。
【００４０】
本実施形態においては、酸化ジルコニウム層と絶縁層との間の層の厚さ及び材料は、以下の通りである。
−８０〜２５０μｍの酸化ジルコニウム６、
−酸化ジルコニウムと銅電極との間の中間層としての、約１０μｍのインジウム及び５μｍのニッケル、
−銅から作られている約１７．５μｍの電極及び電源層１８，１９，２１、
−カプトン又はポリアミドから作られている約２５μｍの回路板１０、
−酸化アルミニウムから成る約２．６ｍｍの絶縁層８、
−Ｔ　１３６　ＮｉＰから作られている約０．５ｍｍの底板９。
【００４１】
内側電極は、１８ｍｍの直径を有していると共に、外側電極は、３７ｍｍの外径を有している。ニッケル・インジウム層は、事前に、電着により、銅電極に付着させられている。
【００４２】
電圧の印加は、ウエハ５が静電引力によって引き付けられることを引き起こす。実施形態に係る静電ホルダは、３００Ｖの電圧で作動させられると、ウエハをピックアップするのに十分な６Ｎの力を達成する。
【００４３】
把持装置は、例えば、ロボットアームに装着され得ると共に、ウエハを搬送し、ウエハを位置決めし、ウエハの位置における想定され得る変化をもたらすべく使用され得る。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空下においてさえ、ウエハの加熱を殆ど完全に防止することのできる把持装置が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極対の平面図である。
【図２】電極対の背面図である。
【図３】静電ホルダの個々の部品を示している分解図である。
【図４】プレス作業後の完成ホルダを示している図である。
【図５】ホルダの把持装置エレメントの断面図である。
【符号の説明】
１　双極電極
２ａ　外側電極
２ｂ　内側電極
３　電圧源
４　静電ホルダ
５　ウエハ
６　絶縁層
７　欠切部
８　絶縁層
９　底板
１０　プリント回路板
１１　導電性トラック
１２　欠切部
１３　把持装置エレメント

Claims (19)

1. ウエハ（５）をピックアップし、保持し及び／又は搬送する把持装置（４）であって、回路板（１０）上に配設されている把持装置エレメント（１３ａ〜１３ｃ）を具備しているものにおいて、
   把持装置エレメントが、電圧が印加され得る双極電極対（１）を備えており、且つ
   少なくとも２つの把持装置エレメント（１３ａ〜１３ｃ）が、回路板上に配設されており、これらの把持装置エレメントにおいて、電極対（１）が、主として酸化ジルコニウムから成る絶縁層（６）を設けられている、
   ことを特徴とする把持装置。
2. 酸化ジルコニウムが、酸化イットリウムで安定化されている請求項１の把持装置。
3. 把持装置が、可撓性の回路板（１０）を具備している請求項１又は請求項２の把持装置。
4. 把持装置が、可撓性のプリント回路板（１０）を具備している請求項１〜請求項３のいずれか一項の把持装置。
5. 電極対が、円形であり及び／又は矩形であり及び／又は指形である請求項１〜請求項４のいずれか一項の把持装置。
6. 各ケースにおいて、一方の極（２）が、他方の極を取り囲んでいる請求項５の把持装置。
7. 把持装置が、９００Ｖ未満のＤＣ電圧で作動させられ得る請求項１〜請求項６のいずれか一項の把持装置。
8. 部品が下に置かれつつある際に、ＡＣ電圧が、接地の直前に印加され得る請求項１〜請求項７のいずれか一項の把持装置。
9. 電極対（１ａ〜１ｃ）が、ウエハ（５）がその縁部で持ち上げられ得るような距離を置いて配設されている請求項１〜請求項８のいずれか一項の把持装置。
10. 少なくとも３つの電極対（１ａ〜１ｃ）が、円形路上に配設されている請求項１〜請求項９のいずれか一項の把持装置。
11. ３つの電極対（１ａ〜１ｃ）が、ウエハの中心を中心にしてほぼ１２０°の角度で配設されている請求項１０の把持装置。
12. １つ以上の双極電極を具備している静電把持装置を製造する方法であって、
    電極対を可撓性回路板（１０）に付ける工程と、
    中間層を電極（１，１ａ〜１ｃ）に付ける工程と、
    酸化ジルコニウム層（６）を中間層に付ける工程と、
    絶縁層（８）を電極の他方の側に付ける工程と、
    層組立体をプレスする工程と、
    を具備している方法。
13. インジウム及び／又はニッケルが、中間層として使用される請求項１２の方法。
14. 絶縁層が、プレス作業の前に、接着によって結合される請求項１２又は請求項１３の方法。
15. 接着剤を塗布されている絶縁層（８）が、使用される請求項１２、請求項１３又は請求項１４の方法。
16. 酸化アルミニウム（ＩＩＩ）が、絶縁層（８）として使用される請求項１２、請求項１３、請求項１４又は請求項１５の方法。
17. 先ず第一に、電極が、別の可撓性の回路板に取り付けられ、次いで、可撓性回路板に取り付けられる請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の方法。
18. 把持装置が、６００Ｖ未満のＤＣ電圧で作動させられ得る請求項７の把持装置。
19. 把持装置が、３００Ｖ未満のＤＣ電圧で作動させられ得る請求項１８の把持装置。

Images