JP2005353987A - 静電チャック、デバイス製造装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャック搬送に適した静電チャックに係る技術を提供すること。
【解決手段】 被吸着物１を静電引力により保持する静電チャックは、電極２ａ，２ｂと、この電極を被覆する本体（絶縁基体３および誘電体層４）と、被吸着物を保持する面５とは異なる本体の面に配された突起（位置決めピン６ａ，６ｂ）と、突起の先端部に配され、電極と導通する端子７ａ，７ｂとを有するものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置等のデバイス製造装置において、半導体ウエハや液晶ガラス基板等の基板を保持するために使用される静電チャックに係る技術に関する。

従来、半導体製造装置では、ウエハ上への微細な異物の付着や酸化膜の形成を防止するために、各処理工程の装置間を真空中あるいは窒素中などに保ち、その中をウエハが搬送されている。その際ウエハを保持するために静電チャックが使用されている（特許文献１〜３）。
特開平10−189697号公報 特開平5-315429号公報 特開平9-162272号公報

静電チャックは、例えば、特開平10−189697号公報「静電チャック装置」に記載されているように、絶縁基体の上面に正電圧を印加する第1の吸着用電極と負電圧を印加する第2の吸着用電極を備え、これらの電極を覆うように前記絶縁基体の上面に誘電体層を被覆一体化し、その上面をウエハ等の保持のための保持面とするように構成されている。そして、静電チャックに内蔵される各吸着用電極には給電端子が接続され、高圧電源から前記給電端子を介して直流電圧を印加することにより、ウエハとの間に静電引力を発生させてウエハを吸着保持している。

しかしながら、上述した従来の静電チャックにおいては、静電引力を維持するために、常に吸着用電極に電力を供給する必要がある。そのため、静電チャックを電源のある装置本体に固定したまま使用するか、あるいは静電チャックを移動させる場合には、電源からの電力供給線を搬送路全体にわたって引き回さなくてはならないという問題がある。
この不都合に対し、例えば、特開平5-315429号公報「半導体製造装置の搬送装置」では、静電チャックを備えた移動体にコンデンサと切替えスイッチを設け、さらに搬送路途中の移動体の各停止位置に電力供給装置を設けることによって、移動体の停止中にはコンデンサに給電を行い、また移動体が移動している間にはコンデンサから静電チャックへ給電を行うようにして、電力線を引き回すことなく搬送路内の移動を可能にしている。
しかし、このような装置においては、移動体内部にコンデンサや給電状態を切り替える切替えスイッチが設けられているため、移動体が大型化し、構造も複雑化するという問題がある。

また、被吸着物は静電チャックに吸着されたまま移動体の移動により搬送されるが、静電チャックは移動体から着脱できないため、受け渡しの際は被吸着物を静電チャックから取り外さなくてはならない。これに対し、特開平9-162272号公報「静電チャック、薄板保持装置及び半導体製造装置並びに搬送方法」では、静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在の静電チャックと、被吸着物を吸着したまま他の工程に搬送する搬送方法が提供されているが、静電チャックの受け渡しは想定されていない。ウエハ等の被吸着物を静電チャックに吸着一体化したままの状態で搬送、受け渡しをするチャック搬送を行うことができれば、ウエハの搬送・受け渡しに要する時間が短縮できると考えられる。そのため、精度の高い位置決めが要求される半導体製造装置においては、静電チャックの受け渡し時の位置決め方法も重要な課題となる。

本発明は、上述したような背景に基づいてなされたものであって、チャック搬送に適した静電チャックに係る技術を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明は、対象物を静電引力により保持する静電チャックであって、電極と、前記電極を内包する本体と、前記対象物を保持する面とは異なる前記本体の面に配された突起と、前記突起に配された、前記電極と導通する端子とを有することを特徴とする。

本発明に係る前記突起は、例えば、前記電極に関し前記対象物を保持する面と反対側の前記本体の面に配された位置決め用の突起であることを特徴とする。前記突起は、前記対象物を保持する面と隣り合う前記本体の側面に配された搬送用の突起であってもよい。

また、前記位置決め用の突起は、静電チャックが配されるべきステージの面に設けられた位置決め用の穴とキネマティックカップリングを構成するためのものであることを特徴としてもよく、前記位置決め用の突起は少なくとも２つ有することが好ましい。

本発明は、上記いずれかの特徴を備えた静電チャックと、前記静電チャックの前記端子に電圧を印加するための端子を備えたステージとを有することを特徴とするデバイス製造装置にも適用可能である。

また、本発明は、上記いずれかの静電チャックと、前記静電チャックの前記端子に電圧を印加するための端子を備えた搬送用ハンドとを有することを特徴とするデバイス製造装置にも適用できる。

また、本発明は、上記いずれかの特徴を有する静電チャックを用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法にも適用できる。

本発明の静電チャックは、上記手段により、ステージ上に設置されているときは、ステージ側の直流電源から位置決め穴とこれに嵌合する位置決めピンを介して給電され、搬送中は送り込みハンドが備える直流電源から静電チャックを保持する突起部を介して給電される。そのため、静電チャックには常に電力が供給され、内部に蓄電用のコンデンサと給電状態を切り替える切替えスイッチが不要となり、静電チャックの構造を簡単にすることができる。また、上述した給電方法により、直流電源からの電力供給線を引き回すことなくチャック搬送をすることが可能である。さらに、静電チャックの位置決めピンとステージ上のピンホールとのはめあいにより、受け渡しの際の正確な位置決めを容易に行うことができる。

本発明によれば、チャック搬送に適した静電チャックに係る技術を提供することができる。

以下、本発明の静電チャックおよび給電方法の実施形態について、実施例を挙げ図面を参照して説明する。

図１は本発明の静電チャックの構成を示す概略図である。この静電チャック１０は、絶縁基体３の上面には、正電圧を印加するための第１の吸着用電極２ａと負電圧を印加する
ための第２の吸着用電極２ｂを備え、これらの電極２ａ，２ｂを覆うように、絶縁基体３の上面に誘電体層４を被覆一体化する（絶縁基体３と誘電体層４とを合わせて、静電チャックの「本体」ともいう）。そして、誘電体層４の上面はウエハなどの被吸着物１を吸着保持する保持面５とする。絶縁基体３は、その下面に、先端が球面状になった位置決めピン６ａ，６ｂ，６ｃを設けてある。また絶縁基体３は、その側面に、静電チャックを搬送する際に保持部となる突起部８ａ，８ｂを設けてある。さらに、絶縁基体３は、その内部に、一端が吸着用電極２ａ，２ｂに接続し、他端が位置決めピン６ａ，６ｂを貫通してその先端表面に露出したチャック側給電端子７ａ，７ｂと、一端が吸着用電極２ａ，２ｂに接続し、他端が突起部８ａ，８ｂの下面に露出した搬送用給電端子９ａ，９ｂとを備える。位置決めピン６ｃはその内部に給電端子を備えていない。

このような静電チャック１０を構成する誘電体層４は、セラミックスにより形成すればよく、特にアルミナ含有量が９９重量％以上のアルミナセラミックスや、窒化アルミニウムの含有量が９９重量％以上である窒化アルミニウム質セラミックスが適している。また、吸着用電極２ａ，２ｂの材質としては、静電チャック１０を構成するセラミック基体３やセラミック誘電体層４の熱膨張係数と近似し、かつ耐熱性に優れるものがよく、モリブデン、コバール、タングステン等の金属が適している。

つぎに、静電チャックによる被吸着物の吸着方法を、図１を用いて説明する。まず、静電チャック１０の保持面５にウエハ等の被吸着物１を載置する。そして、直流電源より、第１の吸着用電極２ａにはチャック側給電端子７ａを介して正電圧を印加し、第２の吸着用電極２ｂにはチャック側給電端子７ｂを介して負電圧を印加する。そうすると、電極２ａは正に帯電し、電極２ｂは負に帯電する一方、電極２ａに対向する被吸着物１の部分は負に帯電し、電極２ｂに対向する被吸着物１の部分は正に帯電するため、吸着用電極２ａ，２ｂと被吸着物１との間には電位差が発生し、クーロン力が働いて被吸着物を静電吸着することができる。

図２（ａ）、および（ｂ）は、静電チャックとステージ上面の位置決め穴であるピンホール配置に関する実施例を示す図である。図２（ａ）は静電チャックの下面図であり、静電チャック１０は、その下面に、３本が同一線上に並ばないように位置決めピン６ａ，６ｂ，６ｃを配置してある。また、図２（ｂ）は静電チャックを設置するステージの平面図であり、ステージ１１は、その上面に、静電チャック１０の位置決めピン６ａ，６ｂ，６ｃとはめあいの関係にある断面が逆三角形型の円錐状位置決め穴であるピンホール１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設け、ピンホール１２ａ，１２ｂの底部にはステージ側給電端子１３ａ，１３ｂを備え付ける。さらにステージ１１は、その上面に、周囲を絶縁体で覆ったチャック吸着用電極１８ａ，１８ｂを埋め込んである。

図３は、図２に示した静電チャックがステージ上に設置されたときの状態を示す図である。ステージ１１は、その内部に、直流電源１４ａ，１４ｂと給電状態を切り替える切替えスイッチ１５ａ，１５ｂ、そしてステージ側給電端子１３ａ，１３ｂと切替えスイッチ１５ａ，１５ｂを接続する電力供給線１６ａ，１６ｂを設けてある。また、ステージ１１の上面に埋め込んだチャック吸着用電極１８ａ，１８ｂは、それぞれ電力供給線１６ｂ，１６ａと接続する。なお、直流電源１４ａ，１４ｂと切替えスイッチ１５ａ，１５ｂは、電力供給線１６ａ，１６ｂを延長してステージ１１の外部に設けることもできる。

つぎに、図３に示すように、静電チャックがステージ上に設置された状態における給電方法を説明する。ウエハ等の被吸着物１を載置した静電チャック１０が、ステージ１１上の規定された位置に設置されると、位置決めピン６ａ，６ｂの給電端子７ａ，７ｂとピンホール１２ａ，１２ｂの給電端子１３ａ，１３ｂが接して電気的に導通となる。それと同時に、検出手段であるセンサ１７により静電チャック１０が規定の位置に設置されたこと
が検出されると、切替えスイッチ１５ａ，１５ｂがオンとなり、ステージ側給電端子１３ａ，１３ｂとチャック側給電端子７ａ，７ｂを介して、直流電源１４ａ，１４ｂから吸着用電極２ａ，２ｂに給電される。それにより、被吸着物１との間に静電引力が発生し、被吸着物１を吸着保持することができる。

また、静電チャック１０が規定の位置に正確に設置されると、静電チャック１０の下面とステージ１１の上面とが接する構成とする。そして、切替えスイッチ１５ａ，１５ｂがオンとなり、チャック吸着用電極１８ａ，１８ｂに給電されると、一方の電極１８ａは負に帯電し、また他方の電極１８ｂは正に帯電するため、それぞれ吸着用電極２ａ，２ｂとの間に引力が働き、静電チャック１０をステージ１１上に吸着固定することができる。これにより、前後左右に動作するステージ１１上に設置されても、静電チャック１０を規定の位置に保持することができる。

図４は、静電チャックをステージ上面へ受け渡す際に行われる位置決めの手段を示した図である。先端が球面状である位置決めピン６ａ，６ｂ，６ｃと，断面が逆三角形型のピンホール１２ａ，１２ｂ，１２ｃは構造的にキネマティックカップリングを構成し、その３組の位置決めピン６ａ，６ｂ，６ｃとピンホール１２ａ，１２ｂ，１２ｃすべてにおいて正確にはめあいがなされると、静電チャック１０の位置と平面（傾き）が必然的に決定される。そのキネマティックカップリングの原理を、静電チャック１０を受け渡す際の位置決め方法に利用し、さらに位置決めが正常に行われた場合に限り、ステージ側給電端子１３ａ，１３ｂとチャック側給電端子７ａ，７ｂが接触し、同時に静電チャック１０の下面とステージ１１の上面が接するような構成とする。

図５は、静電チャックが送り込みハンドにより搬送される時の状態を示す図である。送り込みハンド２１は搬送路２７に沿って移動することができ、ハンド先端部の上面にはハンド側給電端子２２ａ，２２ｂを備える。また、搬送路２７上を移動し送り込みハンド２１を支持する移動体２６は、その内部に、搬送用直流電源２３ａ，２３ｂと給電状態を切り替えるハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂを設けてある。そして、送り込みハンド２１は、その内部に、ハンド側給電端子２２ａ，２２ｂとハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂを接続する搬送用電力供給線２５ａ，２５ｂを、引き回して設けてある。なお、搬送用直流電源２３ａ，２３ｂとハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂは、搬送用電力供給線２５ａ，２５ｂを延長して移動体２６の外部に設けることもできる。

つぎに、図５に示すように、静電チャックが送り込みハンドにより搬送されるときの給電方法を説明する。ウエハ等の被吸着物１を載置した静電チャック１０の保持用突起部８ａ，８ｂに、送り込みハンド２１の先端部を引っ掛けて静電チャック１０を持ち上げると、保持用突起部８ａ，８ｂ下面の搬送用給電端子９ａ，９ｂと送り込みハンド２１先端部上面のハンド側給電端子２２ａ，２２ｂが接して電気的に導通となる。それと同時に、不図示の検出手段であるセンサにより静電チャック１０が送り込みハンド２１に取得されたことが検出されると、ハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂがオンとなり、ハンド側給電端子２２ａ，２２ｂと搬送用給電端子９ａ，９ｂとを介して、搬送用直流電源２３ａ，２３ｂから吸着用電極２ａ，２ｂに給電される。それにより、被吸着物１との間に静電引力が発生し、被吸着物１を吸着保持することができる。したがって、静電チャック１０の内部に蓄電用のコンデンサと給電状態を切り替える切替えスイッチが不要となるため、静電チャック１０の構造を簡単にすることができるとともに、搬送用電力供給線２５ａ，２５ｂを搬送路２７全体にわたって引き回すことなくチャック搬送をすることが可能となる。上記図３中の１９および図５中の２８はアースである。

なお、静電チャック１０が送り込みハンド２１に取得されたことを検出する手段としては、例えば、移動体２６の送り込みハンド２１支持部にトルク検出計を設け、送り込みハ
ンド２１が、被吸着物１を搭載した静電チャック１０を取得したときに発生するトルク値をあらかじめ計算しておき、そのトルクが検出された場合にハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂがオンになるよう設定しておく手段がある。また、送り込みハンド２１が静電チャック１０を取得する位置に移動したら、ハンド側切替えスイッチ２４ａ，２４ｂがオンになるようあらかじめ設定しておく手段もある。さらに、それら２つを統合した手段も考えられる。

図６（ａ）、および（ｂ）は、位置決めピンと、ステージ上面に設けられた一方が丸穴、もう一方が長丸穴である２つのピンホールとのはめあいにより、受け渡しの際の位置決めが行われる本発明の実施例２に係る静電チャックを示す図である。図６（ａ）は静電チャックの下面図であり、静電チャック１０は、その下面に２つの位置決めピン６ａ，６ｂを設け、その先端部分にチャック側給電端子７ａ，７ｂを備える。それ以外の構成は、図１に示す実施例１に係る静電チャック１０の構成と同様である。また、図６（ｂ）はステージの平面図であり、ステージ１１は、その上面に位置決め穴である２つのピンホール１２ａ，１２ｂを設け、一方のピンホール１２ａは丸穴、もう一方のピンホール１２ｂは長丸穴とする。そして、ピンホール１２ａ，１２ｂの底部にはステージ側給電端子１３ａ，１３ｂを備える。それ以外の構成は、図３に示す実施例１に係るステージ１１の構成と同様である。

図７は、図６に示した静電チャックがステージ上に設置された時の状態を示す図面であり、位置決めピンの本数と配置、およびピンホールの形状、個数、および配置が異なる以外は、図２に示す実施例１に係る静電チャック１０とステージ１１の構成と同様である。また、吸着用電極２ａ，２ｂへの給電方法と静電チャック１０の吸着方法に関しても、図３に示す実施例１に係る手段と同様である。

つぎに、静電チャックをステージ上面へ受け渡す際に行われる位置決めの手段について説明する。静電チャック１０は、先端が球面状である位置決めピン６ａ，６ｂと、ステージ１１上に設けられた丸穴のピンホール１２ａ、長丸穴のピンホール１２ｂとのはめあいにより位置決めが行われる。つまり、位置決めピン６ａと丸穴のピンホール１２ａとのはめあいにより静電チャック１０の並進が拘束され、位置決めピン６ｂと長丸穴のピンホール１２ｂとのはめあいにより静電チャック１０の回転が拘束されるため、静電チャック１０の位置が決定される。さらに位置決めが正常に行われた場合に限り、ステージ側給電端子１３ａ，１３ｂとチャック側給電端子７ａ，７ｂが接触し、同時に静電チャック１０の下面とステージ１１の上面が接するような構成とすることにより、静電チャック１０の位置と平面（傾き）が決定される。

[応用例]
図８は、本発明の位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスに用いられる露光装置１に適用した場合における露光装置の構成を示す概略図である。図８において、照明光学系１０１から出た光は原版であるレチクル１０２上に照射される。レチクル１０２はレチクルステージ１０３上に保持され、レチクル１０２のパターンは、縮小投影レンズ１０４の倍率で縮小投影されて、その像面にレチクルパターン像を形成する縮小投影レンズ１０４の像面は、Ｚ方向と垂直な関係にある。露光対象の試料である基板１０５表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。制御対象としての基板１０５は、ステージ天板１０６上に載置されている。ステージ天板１０６は、基板１０５を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を有する。ステージ天板１０６の位置情報は、ステージ天板１０６に固着されたミラー１０７に対して、レーザ干渉計１０８により計測されている。

次に、上述の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図９は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ２１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

一方、ステップ２３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ２４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ２５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ２３によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ２６（検査）ではステップ２５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ２７でこれを出荷する。

上記ステップ２４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

なお、露光装置は、上述したものに限られず、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるマスクあるいはレチクルを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成するものであればよい。また、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置であってもよい。

本発明の実施例１に係る静電チャックの構成を示す概略図である。 （ａ）は本発明の実施例１に係る静電チャックを示す下面図である。（ｂ）は本発明の実施例１に係るステージ上のピンホール配置を示す平面図である。 本発明の実施例１における、静電チャックがステージ上に設置されたときの給電方法を示す図である。 本発明の実施例１における、キネマティックカップリングを構成した位置決めピンとピンホールとのはめあいを示す図である。 本発明の実施例１における、静電チャックが送り込みハンドにより搬送されたときの給電方法を示す図である。 （ａ）は本発明の実施例２に係る静電チャックを示す下面図である。（ｂ）は本発明の実施例２に係るステージ上のピンホール配置を示す平面図である。 本発明の実施例２における、静電チャックがステージ上に設置されたときの給電方法を示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る露光装置の概念図である。 デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

１：被吸着物、２ａ，２ｂ：吸着用電極、３：絶縁基体、４：誘電体層、５：保持面、６ａ，６ｂ，６ｃ：位置決めピン、７ａ，７ｂ：チャック側給電端子、８ａ，８ｂ：保持用突起部、９ａ，９ｂ：搬送用給電端子、１０：静電チャック、１１：ステージ、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：ピンホール（位置決め穴）、１３ａ，１３ｂ：ステージ側給電端子、１４ａ，１４ｂ：直流電源、１５ａ，１５ｂ：切替えスイッチ、１６ａ，１６ｂ：電力供給線、１７：センサ、１８ａ，１８ｂ：チャック吸着用電極、１９：アース、２１：送り込みハンド、２２ａ，２２ｂ：ハンド側給電端子、２３ａ，２３ｂ：搬送用直流電源、２４ａ，２４ｂ：ハンド側切替えスイッチ、２５ａ，２５ｂ：搬送用電力供給線、２６：移動体、２７：搬送路、２８：アース。

Claims (8)

1. 対象物を静電引力により保持する静電チャックであって、
   電極と、
   前記電極を内包する本体と、
   前記対象物を保持する面とは異なる前記本体の面に配された突起と、
   前記突起に配された、前記電極と導通する端子と
   を有することを特徴とする静電チャック。
2. 前記突起は、前記電極に関し前記対象物を保持する面と反対側の前記本体の面に配された位置決め用の突起であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記突起は、前記対象物を保持する面と隣り合う前記本体の側面に配された搬送用の突起であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
4. 前記位置決め用の突起は、静電チャックが配されるべきステージの面に設けられた位置決め用の穴とキネマティックカップリングを構成するためのものであることを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。
5. 前記位置決め用の突起を少なくとも２つ有することを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。
6. 請求項１、２、４および５のいずれかに記載の静電チャックと、
   前記静電チャックの前記端子に電圧を印加するための端子を備えたステージと
   を有することを特徴とするデバイス製造装置。
7. 請求項１および３のいずれかに記載の静電チャックと、
   前記静電チャックの前記端子に電圧を印加するための端子を備えた搬送用ハンドと
   を有することを特徴とするデバイス製造装置。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャックを用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。