JP2615860B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハ（以下「ウエハ」と呼称す
る）に対しプラズマCVDなどののプロセス処理を行う半
導体ウエハ処理装置に関する。

〔従来の技術〕

頭記した半導体ウエハ処理装置として、第４図に示す
ような枚葉処理方式の半導体ウエハ処理装置が同じ出願
人より特願昭62−278746として既に提案されている。

次に上記半導体ウエハ処理装置の概要を説明すると、
図において１はプロセス反応室であり、該室の下部に
は、プロセス処理手段として導波管２を介してマグネト
ロン３が接続され、かつ外周に励磁コイル４を配したプ
ラズマ生成室５が構成されており、かつ該プラズマ生成
室５に対向してプロセス反応室１の室内上部には静電チ
ャックを組み込んだウエハ保持機構６が配備されてい
る。このウエハ保持機構６はチャック保持具の下端に静
電チャックを取付けたもので、ベローズ７を介して室外
に引出したチャック保持具の軸端が図示されてない昇降
駆動機構に伝動結合されている。

一方、プロセス反応室１の側方には真空仕切弁を介し
て第1,第２のロック室8,9が連なり、かつ第２のロック
室９には外部から搬入したウエハを一時的に受容保持す
る中継受け渡し機構10が、また第１のロック室８には前
記ウエハ保持機構6,および中継受け渡し機構10との間で
ウエハの移送，受け渡しを行うハンドリング機構11が配
備されている。このハンドリング機構11はフロッグアー
ム式のメカニカルパンタグラフ型ロボットであり、その
先端ハンド部に取付けたトレー状のウエハステージ12を
水平，上下方向に移動操作する。なお、プロセス反応室
1,第１ロック8,第２ロック室９は真空排気系13に接続し
て真空状態に維持されている。

また第２ロック室９に対向して室外側にはクリーンベ
ンチ14を備えており、ここにウエハ15を収容したカセッ
ト16と前記中継受け渡し機構10との間でウエハ15の移
送，受け渡しを行う別なハンドリング機構17が設置して
ある。

次に前記装置によるウエハの搬送，プロセス処理につ
いて説明すると、まず未処理のウエハを収容したカセッ
ト16を所定位置にセットし、ここからハンドリング機構
17の操作で一枚ずつ取出したウエハ15を真空仕切弁を開
いた第２ロック室９の中継受け渡し機構10に受け渡し、
再び真空仕切弁を閉じて室内を真空排気する。続いて第
１ロック室８と第２ロック室９との間の真空仕切弁を開
き、ハンドリング機構11の操作でウエハ15を第２ロック
室９より第１ロック室８に取り込んだ後に再び真空仕切
弁を閉じる。次にプロセス反応室１と第１ロック室８と
の間の真空仕切弁を開き、ハンドリング機構11の操作に
よりウエハ15をウエハステージ12に載せたまま室内側に
設置したウエハ保持機構６の真下位置に移動する。続い
てウエハ保持機構６を下降操作し、静電チャックのチャ
ック面がウエハステージ12に載っているウエハ15に着地
したところで停止し、ここで静電チャックの電極に電圧
を印加してウエハ15を静電チャックに吸着保持させる。
その後にウエハ保持機構６は再び定位置に上昇復帰し、
ハンドリング機構11は第１ロック室８の室内に退避して
再び真空仕切弁を閉じる。これによりウエハのローディ
ングが済み、この状態でプラズマCVD等のプロセス処理
を行う。

一方、ウエハのプロセス処理が済むと、前記したロー
ディング操作とは逆な順序で処理済みのウエハがウエハ
保持機構６よりハンドリング機構11のウエハステージ12
へ受け渡され、さらに第1,第２ロック室を経て室外に待
機しているカセット16に収容される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した半導体ウエハ処理装置において、
ウエハ保持機構６とハンドリング機構11のウエハステー
ジ12との間でウエハ15を受け渡する過程で、両者間の位
置決めに多少でもずれがあると、ウエハ15の受け渡しが
確実に行われず、例えば下方に待機位置しているウエハ
ハンドリング機構のウエハステージに対し、ウエハ保持
機構の下降ストロークがオーバーランすると、ウエハが
静電チャックとウエハステージとの間に押圧されて破損
したり、またウエハステージに載ったウエハの姿勢が傾
いているとウエハ保持機構へ受け渡す際に静電チャック
への吸着が不確実となって受け渡しミスを招くなどのト
ラブルが発生することになる。

このためにウエハ保持機構6,ハンドリンク機構11など
の機器には極めて高い位置決め精度が要求されるが、高
い位置決め精度の機能を持たせるためには機器のコスト
が大幅に嵩む他、実際に現地で半導体ウエハ処理装置を
組立施工する際に行う機器相互間の連繋位置合わせの調
整作業が極めて厄介である。

また別な問題として、ウエハ保持機構６に採用した静
電チャックは、ウエハの切り離しに際して電極への電圧
印加を停止してもしばらくは残留電荷による静電吸着力
が作用する。このために電極への電圧印加低下後に時間
を待たずにウエハを静電チャックから離脱させる方法と
して、従来ではウエハの背後から窒素など加圧ガスをブ
ローしてウエハを強制離脱させる方法を実施している
が、このガスブローによる離脱方式では、その都度ブロ
ーガスがプロセス反応室内に吐き出されるので室内の真
空度が低下する他、ガスブローに伴ってウエハ周辺部材
から塵埃が飛散し、ウエハの処理面を汚損させるおそれ
がある。

本発明ほ上記の点にかんがみ成されたものであり、前
記したウエハ受け渡し過程でのトラブル発生を防止し、
多少の位置決め誤差分も吸収してハンドリング機構とウ
エハ保持機構との間で安全，かつ確実にウエハ受け渡し
が行えるようにして前記課題の解決を図った半導体ウエ
ハ処理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〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば、プロ
セス反応室と、このプロセス反応室室内に装備され、半
導体ウエハをプロセス反応室室内の定位置に保持するウ
エハ保持機構と、プロセス反応室室外に配置され、半導
体ウエハを載置するトレー状のウエハステージを搭載し
このウエハステージに載置された半導体ウエハをプロセ
ス反応室室外から室内のウエハ保持機構に対向する位置
に移送するハンドリング機構と、このハンドリング機構
によりウエハ保持機構に対向する位置に移送された半導
体ウエハをウエハ保持機構に保持すべく、ウエハ保持機
構のハンドリング機構と対向する側の面に設けられた静
電チャックと、を具備した半導体ウエハ処理装置であっ
て、ハンドリング機構に搭載したトレー状のウエハステ
ージのウエハ受け面に弾性緩衝体を設置することとす
る。

この際、静電チャックの半導体ウエハ保持力よりも弱
い力で半導体ウエハを静電チャックから離脱する方向に
押圧付勢するウエハ離脱用ばね部材を備え、このウエハ
離脱用ばね部材は、静電チャックのチャック面周囲であ
って半導体ウエハが静電チャックに保持されている際に
先端が半導体ウエハに接する位置に配置されて成るもの
とするとより好ましい。

〔作用〕

上記構成のようにウエハステージ上のウエハ受け面に
ばね部材としての弾性緩衝体を設置しておき、ここにウ
エハを載せたハンドリング機構の待機状態で上方よりウ
エハ保持機構を下降させると、静電チャックがウエハに
着地したことろで弾性緩衝体が撓んでウエハに加わる衝
撃を吸収緩和するように働く。またこの場合に、ウエハ
ステージ上に載っているウエハの姿勢が多少傾いていて
も、ウエハの傾き姿勢を自動修正して静電チャックのチ
ャック面へ平行に当接するようになる。したがってここ
で静電チャックに電圧を印加することにより、ウエハが
静電チャックへ確実に吸着して受け渡される。なお、前
記した弾性緩衝体はウエハの各種サイズに対応できるよ
うあらかじめ複数組設けておくのがよい。

また、ウエハ保持機構の静電チャックに設けたウエハ
離脱用ばね部材は、ウエハを静電チャックに吸着保持さ
せた状態で電圧印加を停止すると、残留吸着力に抗して
ばね力でウエハを強制離脱させるように働く。しかもば
ね力でウエハを強制離脱させることにより、従来のガス
ブロー離脱方式で問題となっていたプロセス反応室の真
空度への影響，塵埃によるウエハの汚損などのおそれは
一切生じることがない。

〔実施例〕

第１図，第２図はハンドリング機構に装備したウエハ
ステージに対する本発明実施例の構成を示す平面図，断
面図、第３図はウエハ保持機構に組み込まれた静電チャ
ックに対する本発明実施例の構成図を示すものである。

まず第１図，第２図において、12はトレー状のウエハ
ステージであり、第４図に示したハンドリング機構11に
搭載してウエハ15を搬送するものである。ここでウエハ
ステージ12におけるウエハ受け面に対し、周上４箇所に
は符号18で示す弾性緩衝体が分散配備されている。この
弾性緩衝体18は、例えばＬ字形に湾曲させた板ばねとし
て成り、その一辺をウエハステージ12の底面側に穿った
係止穴19に嵌挿して保持されている。またウエハステー
ジ12のウエハ受け面には、例えば直径６インチ,5イン
チ,4インチの各ウエハサイズに対応させるように、３段
の階段状ステージ20I,20II,20IIIが形成されており、か
つステージ毎に弾性緩衝体18が配備してある。

また第３図において、ウエハ保持機構６は、静電チャ
ック21をチャック保持具22の下面に取付けた構造で、か
つ静電チャック21の周上には複数箇所にウエハ離脱用ば
ね部材23がホルダ24を介して分散配備されている。ここ
でばね部材23は、静電チャック21に吸着保持されたウエ
ハ15の周縁部を背後から押圧しており、かつそのばね力
は静電チャック21のウエハ吸着力よりも弱いばね力に設
定されている。なお図中、25,26は静電チャックに組み
込まれた分割電極、27は電極への給電端子を示す。

次に前記した構成によるウエハ保持機構６とハンドリ
ング機構11のウエハステージ12との間で行うウエハ15の
受け渡し動作を説明する。まず第４図において、ハンド
リング機構11のウエハステージ12に載せてプロセス反応
室１内に搬入したウエハ15をウエハ保持機構６へ受け渡
すローディング工程では、ウエハステージ12がウエハ保
持機構６の真下位置に移送されて来ると、ウエハ保持機
構６が下降して静電チャック21（第３図）がウエハ15の
上に着地して停止する。この過程でウエハステージ側で
は弾性緩衝体18が撓み、着地の衝撃を吸収するととも
に、ウエハ15が静電チャック21のチャック面へ平行に密
着するよう姿勢修正される。ここで静電チャック21の電
極に電圧を印加することにより、ウエハ15が静電チャッ
ク21に正しく吸着保持されることになる。つまり、ウエ
ハ保持機構６とハンドリング機構11との間に多少の位置
ずれがあっても、この位置決めのずれ分を吸収してウエ
ハ15を安全，かつ確実にウエハ保持機構６へ受け渡すこ
とができる。なお、ウエハの受け渡しが済むと、ウエハ
保持機構６が定位置に上昇復帰し、ウエハステージ12は
ハンドリング機構11の操作で第１ロック室８に戻る。

一方、プロセス処理後にウエハ15をウエハ保持機構６
から離脱してハンドリング機構11のウエハステージ12へ
受け渡しするアンロード工程では、ウエハステージ12を
ウエハ保持機構６の真下位置に移動し、さらにウエハ15
を静電チャックに吸着したままウエハ保持機構６をウエ
ハステージ12に接近する位置まで下降させる。こで静電
チャック21への電圧印加を停止すると、残留電荷による
静電吸着力が低下する過程でウエハ離脱用ばね部材23の
ばね力が打ち勝つようになると、ウエハ15はばね力でチ
ャック面から強制離脱し、下方に待機しているウエハス
テージ12上に落下して受け渡される。しかもこの受け渡
し過程でも弾性緩衝体18が有効に働き、ウエハ15は衝撃
なしにウエハステージ12に受容され、ウエハを破損から
保護する。

〔発明の効果〕

本発明による半導体ウエハ処理装置は、以上説明した
ように構成されているので、次記の効果を奏する。

すなわち、ハンドリング機構に搭載したトレー状のウ
エハステージに対し、ウエハを載せるウエハ受け面に弾
性緩衝体を設置したことにより、ウエハ保持機構との間
でウエハ受け渡しを行う際に多少の位置ずれがあって
も、この位置ずれを吸収してウエハに不当な衝撃荷重を
加えることなく安全，かつ確実に受け渡すことができ
る。

また、ウエハ離脱用ばね部材を備えた場合には、ウエ
ハ保持機構に保持されているウエハを静電チャックから
離脱させる際に静電チャックの残留吸着力の自然消失を
待たずにばね力でウエハを強制離脱させることができ
る。しかも従来のガスブロー離脱方式で問題となってい
たプロセス反応室の真空度への影響，ウエハの塵埃汚損
などの問題も解消できる。

かくしてスループットが高く、かつウエハ受け渡し動
作に対する安全性，信頼性の向上が図れる半導体ウエハ
処理装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はハンドリング機構に対する本発明実施
例の構成を示す平面図，および第１図における矢視II−
II断面図、第３図はウエハ保持機構に対する本発明実施
例の構成図、第４図は本発明の実施対象となる半導体ウ
エハ処理装置の全体概要図である。各図において、 1:プロセス反応室、6:ウエハ保持機構、11:ハンドリン
グ機構、12:ウエハステージ、15:半導体ウエハ、18:弾
性緩衝体、21:静電チャック、23:ウエハ離脱用ばね部
材。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセス反応室と、 このプロセス反応室室内に装備され、半導体ウエハをプ
   ロセス反応室室内の定位置に保持するウエハ保持機構
   と、 プロセス反応室室外に配置され、半導体ウエハを載置す
   るトレー状のウエハステージを搭載しこのウエハステー
   ジに載置された半導体ウエハをプロセス反応室室外から
   室内のウエハ保持機構に対向する位置に移送するハンド
   リング機構と、 このハンドリング機構によりウエハ保持機構に対向する
   位置に移送された半導体ウエハをウエハ保持機構に保持
   すべく、ウエハ保持機構のハンドリング機構と対向する
   側の面に設けられた静電チャックと、 を具備した半導体ウエハ処理装置であって、 ハンドリング機構に搭載したトレー状のウエハステージ
   のウエハ受け面に弾性緩衝体を設置したことを特徴とす
   る半導体ウエハ処理装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体ウエハ処理装置に
   おいて、 静電チャックの半導体ウエハ保持力よりも弱い力で半導
   体ウエハを静電チャックから離脱する方向に押圧付勢す
   るウエハ離脱用ばね部材を備え、 このウエハ離脱用ばね部材は、静電チャックのチャック
   面周囲であって半導体ウエハが静電チャックに保持され
   ている際に先端が半導体ウエハに接する位置に配置され
   て成ることを特徴とする半導体ウエハ処理装置。