JP2692323B2 - Semiconductor wafer holding device - Google Patents

Semiconductor wafer holding device

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JP2692323B2
JP2692323B2 JP2025651A JP2565190A JP2692323B2 JP 2692323 B2 JP2692323 B2 JP 2692323B2 JP 2025651 A JP2025651 A JP 2025651A JP 2565190 A JP2565190 A JP 2565190A JP 2692323 B2 JP2692323 B2 JP 2692323B2
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electrostatic chuck
chuck
gas
knockout
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広 相楽
吉田  誠
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハ処理装置のプロセス処理室内
に装備して、室外より搬入された半導体ウエハを所定位
置に静電力で吸着固定し、処理後、固定されたウエハに
外力を加えて吸着面から離脱させる半導体ウエハ保持装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is provided in a process processing chamber of a semiconductor wafer processing apparatus and electrostatically attracts and fixes a semiconductor wafer carried in from outside to a predetermined position for processing. After that, the present invention relates to a semiconductor wafer holding device for applying an external force to a fixed wafer to separate it from the suction surface.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体ウエハに対してエッチング,CVD,アッシングな
どのプロセス処理を施す頭記した半導体ウエハ処理装置
では、プロセス処理室が真空圧に保持されており、この
減圧下で使用するウエハ保持装置として従来より一般に
静電チャックが採用されている。
In the above-mentioned semiconductor wafer processing apparatus that performs process processing such as etching, CVD, and ashing on a semiconductor wafer, the process processing chamber is held at a vacuum pressure. An electrostatic chuck is used.

この静電チャックは、周知のようにチャック面に対向
してチャック本体内に絶縁された分割電極を組み込んだ
構造であり、この電極間への電圧印加により発生する電
荷のクーロン力により半導体ウエハ(以下「ウエハ」と
呼称する)をチャック面に吸着保持するものであり、プ
ロセス処理室の室外に配備したウエハ搬送機構との間で
ウエハの受け渡しを行う。
As is well known, this electrostatic chuck has a structure in which insulated divided electrodes are incorporated in the chuck body so as to face the chuck surface, and the semiconductor wafer () is formed by the Coulomb force of charges generated by applying a voltage between the electrodes. (Hereinafter referred to as "wafer") is suction-held on the chuck surface, and the wafer is transferred between the wafer transfer mechanism arranged outside the process processing chamber.

ところで、ウエハ処理後に静電チャックに保持されて
いるウエハをウエハ搬送機構のトレーに受け渡す際に
は、電極への電圧印加を停止してウエハの吸着を解除す
るわけであるが、この場合に電極への電圧印加を停止し
ただけでは静電チャックの絶縁層に残存している電荷に
よる吸着力が作用してウエハを瞬時に離脱させることが
できず、また残留電荷の自然消失を待ってウエハを離脱
させるようにすると、ウエハが離脱されるまでの待ち時
間が長くなり、ウエハ搬送機構への受け渡し工程のスル
ープットが低下する。
By the way, when transferring the wafer held on the electrostatic chuck to the tray of the wafer transfer mechanism after the wafer processing, the voltage application to the electrodes is stopped to release the suction of the wafer. Even if the voltage application to the electrodes is stopped, the attraction force due to the electric charges remaining in the insulating layer of the electrostatic chuck cannot act to instantly separate the wafer, and the wafer must wait for the residual charges to spontaneously disappear. If the wafer is detached, the waiting time until the wafer is detached becomes long, and the throughput of the transfer process to the wafer transfer mechanism is reduced.

このための対策として、従来では静電チャックに吸着
されているウエハを電圧印加停止後に強制離脱させる手
段として、次記のようなガスブロー離脱方式,あるいは
ノックアウトピンの操作によりウエハを静電チャックの
チャック面から機械的に強制離脱させる機械的離脱方式
が知られている。
As a measure against this, as a means for forcibly releasing the wafer that has been conventionally attracted to the electrostatic chuck after the voltage application is stopped, the following method of gas blow detachment or the operation of a knockout pin is used to chuck the wafer of the electrostatic chuck. A mechanical separation method is known in which the surface is mechanically forcibly separated.

ここで、ガスブロー離脱方式は、静電チャックへの電
圧印加停止後に、静電チャックのチャック面を貫通した
ガス吹出し穴を通じて外部よりウエハの板面に向けて窒
素などの不活性ガスをブローし、そのガス動圧によりウ
エハをチャック面から強制離脱させる方法である。これ
に対して、機械的離脱方式は、静電チャック側にノック
アウトピンを組み込み、電圧印加停止後にノックアウト
ピンを突出し操作してウエハをチャック面から機械的に
強制離脱させる。
Here, the gas blow separation method blows an inert gas such as nitrogen toward the plate surface of the wafer from the outside through a gas blowing hole penetrating the chuck surface of the electrostatic chuck after the voltage application to the electrostatic chuck is stopped. This is a method of forcibly separating the wafer from the chuck surface by the gas dynamic pressure. On the other hand, in the mechanical detachment method, a knockout pin is incorporated on the electrostatic chuck side, and after the voltage application is stopped, the knockout pin is projected and operated to mechanically detach the wafer from the chuck surface.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上記した従来のガスブロー,あるいは機械
的手段を単独操作するウエハ離脱方式では次記のような
問題点がある。
By the way, the above-mentioned conventional gas blow or the wafer detachment method in which the mechanical means is independently operated has the following problems.

すなわち、静電チャックへの電圧印加を停止した直後
では相当量の残留電荷による吸着力が残存している。し
たがって、この残留電荷の吸着力に抗してガスブロー方
式によるウエハを静電チャックのチャック面から強制的
に離脱させるには、外部より多量のブローガスをウエハ
に向けて吹きつける必要があり、かつそのブローガスは
そのままプロセス処理室内に流入して拡散する。しか
も、プロセス処理室はウエハ処理の面から常に高真空状
態に維持する必要があり、したがってガスブローに伴う
室内の圧力変動を少なくするにはあらかじめプロセス処
理室の内容積を大きくしておくか、あるいは排気能力の
大きな真空ポンプを設備する必要があり、いずれの場合
もコスト面で不利である。しかもウエハの中心とブロー
ガスを吹付ける位置との間に僅かなずれがあると、ガス
流により静電チャックから離脱したウエハの姿勢が傾い
てウエハ搬送機構のトレーへの受け渡しが不安定とな
る。
That is, immediately after the voltage application to the electrostatic chuck is stopped, a considerable amount of the attraction force due to the residual charges remains. Therefore, in order to forcibly separate the wafer by the gas blow method from the chuck surface of the electrostatic chuck against the attraction force of the residual charges, it is necessary to blow a large amount of blow gas toward the wafer from the outside, and The blow gas flows into the process chamber as it is and diffuses. In addition, the process chamber must be kept in a high vacuum state from the viewpoint of wafer processing. Therefore, in order to reduce the pressure fluctuation in the chamber due to gas blow, the internal volume of the process chamber must be increased in advance, or It is necessary to install a vacuum pump having a large exhaust capacity, which is disadvantageous in cost in any case. Moreover, if there is a slight misalignment between the center of the wafer and the position where the blow gas is blown, the attitude of the wafer separated from the electrostatic chuck due to the gas flow is inclined and the transfer of the wafer to the tray of the wafer transfer mechanism becomes unstable.

一方、前記した機械的な離脱機構でウエハを静電チャ
ックより強制的に離脱させる方式では、ガスブロー方式
のようにガスがプロセス処理室内に拡散することがな
く、かつノックアウトピンの分散本数を増すことにより
相手側トレーへのウエハ受け渡し姿勢の安定化が図れる
ものの、ウエハの板面には局部的にノックアウトピンに
よる大きな突出し力が加わるために、ウエハが湾曲する
などその表面に過大な応力が発生して表面に形成された
パターン,薄膜などに損傷を与えるおそれがある。
On the other hand, in the method in which the wafer is forcibly released from the electrostatic chuck by the mechanical release mechanism described above, the gas does not diffuse into the process chamber unlike the gas blow method, and the number of knockout pins dispersed is increased. This stabilizes the wafer delivery posture to the tray on the other side, but since a large knockout pin is locally applied to the plate surface of the wafer, excessive stress is generated on the surface such as bending of the wafer. May damage the pattern or thin film formed on the surface.

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、静
電チャックに吸着保持されているウエハをチャック面か
ら強制離脱させる際に、従来方式のように外部から導入
したブローガスを多量にプロセス処理室内に拡散させる
ことなく、かつ先記した機械的離脱方式で問題となるウ
エハ表面に形成されているパターン,薄膜の損傷なし
に、ウエハを静電チャックから安全,確実に強制離脱し
て相手側のウエハ搬送トレーに精度よく受け渡しできる
ようにした半導体ウエハ保持装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above points, and when a wafer held by an electrostatic chuck is forcibly released from the chuck surface, a large amount of blow gas introduced from the outside as in the conventional method is used in the process chamber. Without damaging the pattern and thin film formed on the surface of the wafer, which would be a problem in the mechanical separation method described above, without causing any damage to the electrostatic chuck, and forcibly and securely forcibly separating the wafer from the electrostatic chuck, An object of the present invention is to provide a semiconductor wafer holding device that can be transferred to a wafer transfer tray with high accuracy.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記課題を解決するために、本発明は、静電チャック
のチャック面に吸着されたウエハに対し、静電チャック
への電圧印加停止後に、チャック面とウエハとの間に外
部より不活性ガスを押し込み供給するガスブロー手段
と、ガスブローとほぼ同時操作してウエハをチャック面
から機械的に強制離脱させるノックアウト機構とを備え
て構成するものとする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention applies an inert gas from the outside between the chuck surface and the wafer after the voltage application to the electrostatic chuck is stopped with respect to the wafer adsorbed on the chuck surface of the electrostatic chuck. It is configured to include a gas blow means for pushing and supplying and a knockout mechanism for mechanically forcibly detaching the wafer from the chuck surface by operating almost simultaneously with the gas blow.

ここで、ノックアウト機構は次のような手段で構成さ
れる。即ち、静電チャックに吸着保持されたウエハの上
面周縁部に下端面を対向して静電チャックの外周側に並
置配備され、かつ静電チャックの上昇移動操作によりウ
エハをチャック面より離脱させる円筒リングとして構成
する。
Here, the knockout mechanism is configured by the following means. That is, a cylinder which is arranged side by side on the outer peripheral side of the electrostatic chuck with the lower end surface facing the peripheral edge of the upper surface of the wafer attracted and held by the electrostatic chuck, and which separates the wafer from the chuck surface by the upward movement operation of the electrostatic chuck. Configure as a ring.

〔作用〕[Action]

かかる構成で、静電チャックに吸着保持されたウエハ
を、プロセス処理後に静電チャックから強制離脱させる
には、静電チャックへの電圧印加の停止後に、ガスブロ
ー手段,およびノックアウト機構をほぼ同じタイミン
グ、実際にはガスブローに若干遅れてノックアウト機構
を作動させる。
With such a configuration, in order to forcibly release the wafer sucked and held by the electrostatic chuck from the electrostatic chuck after the processing, in order to forcibly release the voltage to the electrostatic chuck, the gas blowing means and the knockout mechanism are operated at substantially the same timing, Actually, the knockout mechanism is activated with a slight delay after the gas blow.

そして、ガスブロー手段によりプロセス室外から供給
した微量のガスを静電チャックのチャック面とウエハ板
面(ウエハの板面はミクロ的に凹凸面を呈している)と
の間に押し込み導入することにより、ガスは静電チャッ
クのチャック面とウエハ板面との間の微小な隙間に広が
って流れ、その外周よりプロセス処理室内にスローリー
クする。この過程でウエハの全面域にはブローガス圧と
プロセス処理室内の真空圧との差圧が静圧として加わ
り、この静圧が静電チャックの残留電荷に抗してウエハ
をチャック面から引き離すように作用する。これにより
ウエハがチャック面から僅かながら浮くようになる。
Then, by injecting a small amount of gas supplied from outside the process chamber by the gas blowing means between the chuck surface of the electrostatic chuck and the wafer plate surface (the plate surface of the wafer has a microscopic uneven surface), The gas spreads and flows in a minute gap between the chuck surface of the electrostatic chuck and the wafer plate surface, and slowly leaks from the outer periphery into the process processing chamber. In this process, the differential pressure between the blow gas pressure and the vacuum pressure in the process chamber is applied as static pressure to the entire surface of the wafer, and this static pressure resists the residual charge of the electrostatic chuck and separates the wafer from the chuck surface. To work. This causes the wafer to slightly float above the chuck surface.

一方、前記のガスブローに僅か遅れて作動するノック
アウト機構の動作によりウエハが離脱方向に機械的な突
出し力を受けるようになる。これにより、ウエハにはガ
スブローによる離脱力に加えて機械的な突出し動作が作
用することになり、この結果としてウエハが容易に静電
チャックのチャック面から離脱される。
On the other hand, the operation of the knockout mechanism that operates a little later than the gas blow causes the wafer to be mechanically ejected in the detaching direction. As a result, the wafer is not only detached by the gas blow but also mechanically ejected, so that the wafer is easily detached from the chuck surface of the electrostatic chuck.

この場合、ウエハ離脱の過程で外部から導入するブロ
ーガス量は、ガスブロー単独でウエハを離脱させる従来
のガスブロー離脱方式と比べて極く微量で済み、プロセ
ス処理室の圧力変動に殆ど影響を及ぼすことがない。ま
た、ノックアウト機構を介してウエハの板面に加える機
械的な操作力も、ノックアウトピン単独操作だけでウエ
ハを離脱させる従来の機械的離脱方式と比べて僅かな力
で済み、これによりウエハの板面に加わる応力は極く小
であり、この応力によってウエハ表面に形成された導体
パターン,絶縁薄膜などが損傷を受けるおそれもない。
In this case, the amount of blow gas introduced from the outside in the process of separating the wafer is very small compared to the conventional gas blow separation method in which the wafer is separated by gas blow alone, and it almost affects the pressure fluctuation in the process chamber. Absent. In addition, the mechanical operating force applied to the plate surface of the wafer via the knockout mechanism is smaller than that of the conventional mechanical detachment method in which the wafer is detached only by operating the knockout pin alone. The stress exerted on the wafer is extremely small, and there is no fear that this stress will damage the conductor pattern, the insulating thin film, etc. formed on the wafer surface.

また、前項で述べたようにノックアウト機構を静電チ
ャックに並置した固定設置の円筒リングとなし、静電チ
ャックの上昇操作によりウエハの周縁部を円筒リングの
端面に突き当てて強制離脱させる構成によれば、複雑な
ノックアウトピン,およびその駆動手段が不要であり、
ウエハ離脱に際してウエハを吸着したまま静電チャック
を上昇移動操作するだけで相対的にウエハが円筒リング
の下端面に突き当たって静電チャックから強制離脱され
る。
In addition, as described in the previous section, the knockout mechanism is a fixedly installed cylindrical ring arranged in parallel with the electrostatic chuck, and the rising edge of the electrostatic chuck abuts the peripheral edge of the wafer against the end surface of the cylindrical ring to forcibly release it. According to this, a complicated knockout pin and its driving means are unnecessary,
When the wafer is detached, only by moving the electrostatic chuck upward while holding the wafer, the wafer relatively abuts the lower end surface of the cylindrical ring and is forcibly detached from the electrostatic chuck.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の基礎となる参考例ならびに本発明の実施
例を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a reference example which is a basis of the present invention and an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

参考例1: 第1図ないし第3図において、1はプロセス処理室、
2,3はプロセス処理室1に接続した高真空排気ポンプ,
粗引き真空排気ポンプ、4は図示されてないハンドリン
グ機構の操作によりプロセス処理室1の真空バルブ(図
示せず)を通じてウエハ5を室内に搬出入するウエハ搬
送機構のウエハ受け渡し用トレー、6は静電チャック、
6aは静電チャック6の電極、6bは電極6aに電圧を印加す
る電源である。また、静電チャック6はチャック保持具
7の先端部に下向きにボルトを介して固着されており、
かつチャック保持具7はベローズ8を介して上下可動に
支承した上で、室外に引出した軸部が図示されてない昇
降駆動機構に連結されている。
Reference Example 1: In FIGS. 1 to 3, 1 is a process chamber,
2 and 3 are high vacuum exhaust pumps connected to the process chamber 1,
A rough evacuation pump 4 is a wafer transfer tray of a wafer transfer mechanism for loading / unloading the wafer 5 into / from the chamber through a vacuum valve (not shown) of the process chamber 1 by operating a handling mechanism (not shown), and 6 is a static tray. Electric chuck,
6a is an electrode of the electrostatic chuck 6, and 6b is a power source for applying a voltage to the electrode 6a. Further, the electrostatic chuck 6 is fixed to the tip of the chuck holder 7 downwardly through a bolt,
In addition, the chuck holder 7 is supported by a bellows 8 so as to be movable up and down, and a shaft portion pulled out to the outside is connected to a lift drive mechanism (not shown).

一方、前記の静電チャック6,チャック保持具7を貫通
してその中央部には先端が静電チャック6のチャック面
に開口するブローガス導入通路9が穿孔されており、か
つ該ガス導入通路9はプロセス処理室の外側で電磁弁,
絞り弁を組合せたガス流量調整器10を介してガス源11に
配管接続され、これらでガスブロー手段を構成してい
る。
On the other hand, a blow gas introduction passage 9 is formed in the center of the electrostatic chuck 6 and the chuck holder 7 and has a tip opening to the chuck surface of the electrostatic chuck 6, and the gas introduction passage 9 is formed. Is a solenoid valve outside the process chamber,
It is connected to a gas source 11 by a pipe through a gas flow rate controller 10 in which a throttle valve is combined, and these constitute a gas blow means.

また、前記のガスブロー手段とは別に、静電チャック
6にはウエハを機械的に離脱させる次記構成のノックア
ウト機構が併設されている。すなわち、静電チャック6
を上下に貫通してその周上複数箇所には、ピン軸の先端
が静電チャック6のチャック面より出没可能にノックア
ウトピン12が分散配備してある。ここで、第3図の構造
詳細図に明示されているように、ノックアウトピン12の
後端はチャック保持具7側に形成した環状溝13内に突出
し、該溝内で受圧フランジ14,復帰ばね15とともにベロ
ーズ16を介してプロセス処理室1と隔絶して気密シール
されている。また、前記の環状溝13はチャック保持具7
に穿孔した駆動ガス導入通路17を通じて第1図に示した
ガス源11に接続され、かつそのガス配管路には給ガス用
電磁弁18,および大気側に通じる排ガス用電磁弁19が接
続されており、これらでノックアウトピン12を背後から
突出し操作するガス加圧式の駆動手段を構成している。
In addition to the gas blowing means, the electrostatic chuck 6 is provided with a knockout mechanism having the following structure for mechanically separating the wafer. That is, the electrostatic chuck 6
Knockout pins 12 are dispersedly arranged at a plurality of positions penetrating vertically through the shaft so that the tips of the pin shafts can be projected and retracted from the chuck surface of the electrostatic chuck 6. Here, as clearly shown in the structural detail view of FIG. 3, the rear end of the knockout pin 12 projects into the annular groove 13 formed on the chuck holder 7 side, and in the groove, the pressure receiving flange 14 and the return spring. Along with the bellows 15, the bellows 16 is isolated from the process processing chamber 1 and hermetically sealed. Further, the annular groove 13 is provided in the chuck holder 7
1 is connected to the gas source 11 shown in FIG. 1 through a driving gas introduction passage 17 that is drilled in the gas supply solenoid valve, and a gas supply solenoid valve 18 and an exhaust gas solenoid valve 19 communicating with the atmosphere side are connected to the gas pipeline. And, these constitute a gas pressurizing drive means for operating the knockout pin 12 by projecting it from the rear.

なお、第3図において、静電チャック6のチャック面
には符号6cで示すように例えば格子状に刻まれた浅い凹
溝が形成されている。
In FIG. 3, the chuck surface of the electrostatic chuck 6 is provided with shallow concave grooves carved in a lattice shape, for example, as indicated by reference numeral 6c.

次に前記構成によるウエハ保持装置の動作について説
明する。まずプロセス処理室1の室外より搬入したウエ
ハ5を静電チャック6に吸着保持させるローディング工
程,並びにウエハのプロセス処理工程では、ガス流量調
整器10の電磁弁を閉じてガスブロー手段を不動作状態に
し、さらにノックアウト機構側では電磁弁19を大気側に
開放し、ノックアウトピン12を復帰ばね15の付勢で静電
チャック6の内方に後退させておく。
Next, the operation of the wafer holding device having the above structure will be described. First, in the loading step of adsorbing and holding the wafer 5 carried in from the outside of the process processing chamber 1 on the electrostatic chuck 6 and the process processing of the wafer, the electromagnetic valve of the gas flow rate controller 10 is closed to deactivate the gas blowing means. Further, on the knockout mechanism side, the solenoid valve 19 is opened to the atmosphere side, and the knockout pin 12 is retracted inward of the electrostatic chuck 6 by the biasing of the return spring 15.

この状態で、室外からプロセス処理室1に搬入したウ
エハ5を静電チャック6に受け渡す場合には、まずウエ
ハ5を搭載したトレー4が静電チャック6と対向する真
下の位置まで移動すると、静電チャック6がチャック保
持具7とともに図示されてない昇降駆動機構により下降
操作され、ここで静電チャック6のチャック面がウエハ
5に接したところで静電チャック6の電極6aに電圧を印
加してウエハ5をチャック面に吸着する。またウエハ吸
着後は静電チャック6が定位置に上昇復帰し、またトレ
ー4はハンドリング機構の操作で室外に退避する。そし
てウエハ5を静電チャック6に保持した状態で所定のウ
エハ処理が行われる。なお、このウエハ処理過程ではプ
ロセス処理室1は高真空状態に保持されている。
In this state, when the wafer 5 loaded into the process chamber 1 from the outside is transferred to the electrostatic chuck 6, first, when the tray 4 on which the wafer 5 is mounted moves to a position directly below the electrostatic chuck 6 and faces the electrostatic chuck 6, The electrostatic chuck 6 is moved downward together with the chuck holder 7 by an elevator drive mechanism (not shown), and when the chuck surface of the electrostatic chuck 6 contacts the wafer 5, a voltage is applied to the electrode 6a of the electrostatic chuck 6. The wafer 5 is attracted to the chuck surface. Further, after the wafer is adsorbed, the electrostatic chuck 6 is returned to the home position and the tray 4 is retracted to the outside by the operation of the handling mechanism. Then, a predetermined wafer process is performed with the wafer 5 held on the electrostatic chuck 6. In this wafer processing process, the process processing chamber 1 is kept in a high vacuum state.

一方、プロセス処理後にウエハ5を室外に搬出するア
ンローディング工程では、まずトレー4を静電チャック
6との対向位置に移動し、次いで静電チャック6をウエ
ハ受け渡し位置まで下降させた後に、電極への電圧印加
を停止する。そして、静電チャック6への電圧印加を停
止した直後に、ガスブロー手段に対してガス源11より流
量調整器10で一定流量に絞られた微量のガスを供給し、
ブローガス導入通路9を通じてガスを静電チャック6の
チャック面とウエハ5との間の微小な隙間に押し込み搬
入する。さらにノックアウト機構に対しては、前記のガ
スブロー手段の動作に連係して電磁弁18を開,電磁弁19
を閉に切換えてガス源11よりガス導入通路17を通じてノ
ックアウトピン12の背後に駆動ガスを導入する。
On the other hand, in the unloading process in which the wafer 5 is carried out of the room after the process, the tray 4 is first moved to a position facing the electrostatic chuck 6, and then the electrostatic chuck 6 is lowered to the wafer transfer position and then to the electrode. The voltage application of is stopped. Immediately after the voltage application to the electrostatic chuck 6 is stopped, a small amount of gas that is regulated to a constant flow rate by the flow rate controller 10 from the gas source 11 is supplied to the gas blowing means,
Gas is pushed into the minute gap between the chuck surface of the electrostatic chuck 6 and the wafer 5 through the blow gas introduction passage 9 and carried in. Further, for the knockout mechanism, the solenoid valve 18 is opened and the solenoid valve 19 is linked to the operation of the gas blow means.
Is closed and driving gas is introduced from the gas source 11 to the back of the knockout pin 12 through the gas introduction passage 17.

上記の操作により、第2図に示すごとく、一方におい
てはブローガス導入通路9を通じて押し込み導入された
ブローガスが静電チャック6のチャック面とウエハ5と
の間の微小な隙間を流れ、その周端からプロセス処理室
1内にスローリークするように流れ、この過程で吸着面
全面に静電吸着力に抗する静圧力(プロセス処理室内の
真空圧とブローガスとの差圧に対応する)が発生する。
それと同時にガス導入通路17に導入された駆動ガスの加
圧力で静電チャック6に分散配備した複数本のノックア
ウトピン12が復帰ばね15に抗して下方に一括駆動され、
ピン軸の先端が静電チャック6のチャック面より突出し
てウエハ5の板面を下方に押す。この結果、いままで残
留電荷によって静電チャック6に吸着保持されていたウ
エハ5は、前記のブローガス静圧力とノックアウトピン
の突出し操作との同時作用を受け、静電吸着力に抗して
チャック面から図示矢印Pのように強制的に離脱し、そ
の下方に待機しているトレー4に受け渡される。また、
ウエハ5の受け渡しが済めば、ガスブロー手段,ノック
アウト機構へのガス供給が停止して再び初期状態に戻
り、これで一連のウエハ受け渡し動作が終了する。
By the above operation, as shown in FIG. 2, on the one hand, the blow gas pushed in through the blow gas introduction passage 9 flows through the minute gap between the chuck surface of the electrostatic chuck 6 and the wafer 5, and from the peripheral end thereof. It flows so as to slowly leak into the process processing chamber 1, and in this process, a static pressure (corresponding to the differential pressure between the vacuum pressure and the blow gas in the process processing chamber) that opposes the electrostatic adsorption force is generated on the entire adsorption surface.
At the same time, the plurality of knockout pins 12 dispersedly arranged on the electrostatic chuck 6 are collectively driven downward against the return spring 15 by the pressing force of the driving gas introduced into the gas introduction passage 17.
The tip of the pin shaft projects from the chuck surface of the electrostatic chuck 6 and pushes the plate surface of the wafer 5 downward. As a result, the wafer 5 which has been attracted and held on the electrostatic chuck 6 by the residual charge is subjected to the simultaneous action of the above-mentioned static pressure of the blow gas and the operation of projecting the knockout pin, and resists the electrostatic attraction force to the chuck surface. Is forcibly withdrawn as indicated by an arrow P in the figure, and is delivered to the tray 4 waiting below. Also,
When the delivery of the wafer 5 is completed, the gas supply to the gas blowing means and the knockout mechanism is stopped and the initial state is returned to again, whereby the series of wafer delivery operations are completed.

なお、前記において、ノックアウトピン12の突出しス
トロークと移動速度,および静電チャック6とこれに対
向して下方に待機位置するトレー4との距離を常に一定
条件に保つことによって、ウエハ5の位置ずれを引き起
こすことなく、高い精度で確実に受け渡しが遂行でき
る。
In addition, in the above description, the displacement of the wafer 5 is always maintained by keeping the protruding stroke and the moving speed of the knockout pin 12 and the distance between the electrostatic chuck 6 and the tray 4 which is opposed to the knockout pin 12 and which is in the lower standby position. The transfer can be performed with high accuracy without causing any trouble.

参考例2: 第4図ないし第6図は参考例1と異なる本発明の基礎
となる参考例を示す。即ち、参考例1ではノックアウト
ピンをガス加圧操作により一括してチャック面から突出
し駆動しているのに対し、この参考例では送りねじ,伝
動歯車機構を組合わせた駆動機構でノックアウトピンを
一括してチャック面より出没操作るようにしたものであ
る。
Reference Example 2: FIGS. 4 to 6 show a reference example which is the basis of the present invention and is different from the reference example 1. That is, in Reference Example 1, the knockout pins are collectively driven by the gas pressurizing operation so as to project from the chuck surface, whereas in this Reference Example, the knockout pins are collectively driven by the drive mechanism combining the feed screw and the transmission gear mechanism. Then, it is operated so as to appear and disappear from the chuck surface.

図において、静電チャック6を貫通して周上4箇所に
分散配置したノックアウトピン12はそれぞれチャック保
持具7に対し上下方向へ可動にガイド支持されており、
かつ第6図に明示されているように各ノックアウトピン
12ごとに送り用の歯車20にねじ結合されている。なお、
12aはノックアウトピン12の軸上に切った送りねじ、21
はノックアウトピン12のスライド軸受を示す。ここで歯
車20を回転操作すると、歯車20を送りねじのナットとし
てノックアウトピン12に送りがかかり、ノックアウトピ
ン12が静電チャック6のチャック面から出没することに
なる。一方、ノックアウトピン12とともに周上4箇所に
並ぶ前記歯車20は第5図に示すように大径のリング歯車
22を介して相互連繋され、かつ歯車20の1個が平歯車2
3,24を介して駆動軸25に伝動結合されており、さらに駆
動軸25がチャック保持具7より外部に引出して駆動モー
タ26に連結されている。
In the figure, the knockout pins 12 penetrating the electrostatic chuck 6 and distributed at four locations on the circumference are guided and supported by the chuck holder 7 so as to be vertically movable,
And each knockout pin as clearly shown in FIG.
Each 12 is screwed to the feed gear 20. In addition,
12a is a lead screw, 21 cut on the axis of the knockout pin 12,
Shows a slide bearing of the knockout pin 12. When the gear 20 is rotated here, the gear 20 is fed to the knockout pin 12 as a nut of the feed screw, and the knockout pin 12 appears and disappears from the chuck surface of the electrostatic chuck 6. On the other hand, the gears 20 lined up at four locations on the circumference together with the knockout pins 12 are large-diameter ring gears as shown in FIG.
One of the gears 20 is connected to each other via 22 and is a spur gear 2
It is transmission-coupled to the drive shaft 25 via 3, 24, and the drive shaft 25 is further pulled out from the chuck holder 7 and connected to the drive motor 26.

かかる構成により、静電チャック6からウエハ5を強
制離脱させる際に、ガスブローに連繋して駆動モータ26
を始動することにより、先記した伝動歯車機構,および
送りねじ機構を介して4本のノックアウトピン12が連動
して静電チャック6のチャック面より突出してウエハ5
が強制離脱されることになる。
With this configuration, when the wafer 5 is forcibly released from the electrostatic chuck 6, the drive motor 26 is linked to the gas blow.
4 knockout pins 12 are interlocked with each other via the transmission gear mechanism and the feed screw mechanism described above to project from the chuck surface of the electrostatic chuck 6 and the wafer 5
Will be forcibly withdrawn.

ところで、この参考例のようにノックアウトピン12の
駆動手段として、送りねじ,伝動歯車機構,駆動モータ
を組合わせた駆動機構を採用した構成では、駆動モータ
26の回転数制御によりウエハ離脱時におけるノックアウ
トピン12の突出しストローク,突出し速度を自由に調節
して半導体ウエハ5のサイズなどに対応して最適な条件
を設定できる。また、前記の駆動モータ26にサーボモー
タを採用すれば、ノックアウトピン12の突出し速度,ス
トローク量の制御がより一層容易となり、ノックアウト
ピン12の突出しによるウエハ5に与える衝撃を最小限に
抑えてウエハの配線パターン,薄膜に与えるダメージを
安全に回避できる。
By the way, as in this reference example, when the drive mechanism that combines the feed screw, the transmission gear mechanism, and the drive motor is adopted as the drive means for the knockout pin 12, the drive motor is
By controlling the rotation speed of 26, the protruding stroke and the protruding speed of the knockout pin 12 at the time of detaching the wafer can be freely adjusted to set the optimum condition according to the size of the semiconductor wafer 5. If a servomotor is used as the drive motor 26, the protrusion speed and stroke amount of the knockout pin 12 can be controlled more easily, and the impact exerted on the wafer 5 by the protrusion of the knockout pin 12 can be minimized. It is possible to safely avoid damage to the wiring pattern and thin film.

実施例1: 第7図,第8図は本発明の実施例を示すものである。
この実施例と前記参考例1,2との相違点は、ノックアウ
ト機構について、静電チャックを貫通して配備したノッ
クアウトピンを設ける代わりに、静電チャック6を包囲
するように外周側に並置してプロセス処理室1の内部に
符号27で示す円筒リングを設けたものであり、その他は
ガスブロー手段を含めて前述した実施例と基本的に同様
な構成である。ここで、円筒リング27はプロセス処理室
1のケースに取付けられ、その下端面が静電チャック6
に吸着保持されているウエハ5の上面周縁部と対面する
ような位置に定めて配備されている。
Embodiment 1: FIGS. 7 and 8 show an embodiment of the present invention.
The difference between this embodiment and the reference examples 1 and 2 is that the knockout mechanism is arranged side by side on the outer peripheral side so as to surround the electrostatic chuck 6 instead of providing a knockout pin that penetrates through the electrostatic chuck. As a result, a cylindrical ring 27 is provided inside the process chamber 1, and the rest is basically the same as the above embodiment including the gas blowing means. Here, the cylindrical ring 27 is attached to the case of the process processing chamber 1, and the lower end surface thereof is the electrostatic chuck 6
The wafer 5 is attracted and held on the upper surface of the wafer 5 at a position facing the peripheral portion of the upper surface.

そして、ウエハのアンローディング工程では、静電チ
ャック6への電圧印加停止直後に、参考例1(第1図〜
第3図)と同様にブローガスを静電チャック6のチャッ
ク面とウエハ5との間の隙間に押し込み導入させて残留
電荷による静電吸着力に対向する静圧を発生させたると
ともに、ウエハ5を吸着したまま静電チャック6をチャ
ック保持具7と一緒に第7図の位置から第8図に位置へ
向けて図示されていない昇降駆動機構の操作により矢印
Q方向へ上昇移動させる。これにより、ウエハ5は円筒
リング27と相対的に移動してウエハ5の周縁部がリング
の下端面に突き当たり、ブローガスの静圧力と相俟って
チャック面から図示矢印Pのように強制的に離脱し、そ
の下方に待機しているトレー4に受け渡される。
Then, in the wafer unloading process, immediately after the voltage application to the electrostatic chuck 6 is stopped, the reference example 1 (see FIG. 1 to FIG.
As in the case of FIG. 3), blow gas is pushed into the gap between the chuck surface of the electrostatic chuck 6 and the wafer 5 to generate a static pressure that opposes the electrostatic adsorption force due to the residual charge, and the wafer 5 is The electrostatic chuck 6 together with the chuck holder 7 is moved upward from the position shown in FIG. 7 to the position shown in FIG. As a result, the wafer 5 moves relative to the cylindrical ring 27, the peripheral edge of the wafer 5 abuts against the lower end surface of the ring, and in combination with the static pressure of the blow gas, the wafer 5 is forcibly forced from the chuck surface as shown by an arrow P in the drawing. It leaves and is delivered to the tray 4 waiting below it.

この実施例は先記した参考例1,2と比べてノックアウ
ト機構が簡単な構造となる。なお、ウエハの離脱位置
(静電チャック6が上昇移動)で静電チャック6とトレ
ー4との間のウエハ受け渡し距離を短くするには、ウエ
ハ搬送機構のトレー4を上昇,下降可能なシステム構成
として構成するのがよい。
In this embodiment, the knockout mechanism has a simpler structure as compared with the reference examples 1 and 2 described above. In order to shorten the wafer transfer distance between the electrostatic chuck 6 and the tray 4 at the wafer separation position (the electrostatic chuck 6 moves upward), the tray 4 of the wafer transfer mechanism can be moved up and down. It is better to configure as.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によるウエハ保持装置は、以上説明したように
構成されているので次の効果を奏する。
Since the wafer holding device according to the present invention is configured as described above, it has the following effects.

すなわち、静電チャックのチャック面に吸着されたウ
エハに対し、静電チャックへの電圧印加停止後に、チャ
ック面とウエハとの間に外部より不活性ガスを押し込み
供給するガスブロー手段と、ガスブローとほぼ同時操作
してウエハをチャック面から機械的に強制離脱させるノ
ックアウト機構とを備えた構成により、 (1)ウエハのアンローディング工程で、静電チャック
の電圧印加停止後にガスブロー工程とノックアウト機構
を連繋動作させることによって、双方の相乗作用でウエ
ハを安全,確実に静電チャックよ強制的に離脱させ、相
手側のウエハトレーへ位置ずれなしに安定した姿勢で受
け渡すことができてスループットの向上化が図れる。
That is, a gas blowing means for supplying an inert gas from the outside between the chuck surface and the wafer by supplying an inert gas to the wafer adsorbed on the chuck surface of the electrostatic chuck after stopping the voltage application to the electrostatic chuck, and gas blowing With a configuration that includes a knockout mechanism that mechanically forcibly releases the wafer from the chuck surface by simultaneous operation, (1) In the wafer unloading process, the gas blow process and the knockout mechanism are linked after the voltage application to the electrostatic chuck is stopped. By doing so, the wafers can be safely and reliably forcibly released from the electrostatic chuck due to the synergistic action of both, and can be handed over to the wafer tray of the other side in a stable posture without displacement, thereby improving the throughput. .

(2)しかも、この場合にガスブロー手段に与えるブロ
ーガス量,並びにノックアウト機構の突出し操作力は、
従来のようにガスブロー,ないしは機械的な突出し操作
のいずれかを単独に行ってウエハを強制離脱させる方式
と比べて僅少で済む。したがってプロセス処理室内にス
ローリークして拡散するブローガスは微量で処理室内の
真空圧に殆ど影響を及ぼさないし、またノックアウト機
構の突出し操作によりウエハの表面に発生する応力も極
く小さいので、その表面に形成された薄膜,導体パター
ンなどに損傷を与えるおそれもなく、高い信頼性が得ら
れる。
(2) In addition, in this case, the blow gas amount given to the gas blowing means and the projecting operation force of the knockout mechanism are
Compared with the conventional method in which either the gas blow or the mechanical ejection operation is independently performed to forcibly release the wafer, the amount is smaller. Therefore, a small amount of blow gas that slowly leaks and diffuses into the process chamber has little effect on the vacuum pressure in the process chamber, and the stress generated on the surface of the wafer by the knock-out mechanism's protruding operation is extremely small. High reliability is obtained without fear of damaging the formed thin film or conductor pattern.

また、ノックアウト機構として、静電チャックの外周
側に可動機構を持たない円筒リングを設けたことによ
り、CVD処理の場合でも成膜の付着堆積によるノックア
ウト機構のトラブル発生のおそれもない。
Further, as a knockout mechanism, by providing a cylindrical ring having no movable mechanism on the outer peripheral side of the electrostatic chuck, there is no fear of occurrence of trouble in the knockout mechanism due to deposition and deposition of a film even in the case of CVD processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図ないし第3図、第4図ないし第6図はそれぞれ異
なる本発明の基礎となる参考例の構成,動作を示すもの
であり、第7図,第8図は本発明の実施例の構成,動作
を示すものであり、第1図,第4図,第7図はウエハの
吸着状態図、第2図,第8図はウエハの強制離脱状態
図、第3図は第1図における要部の詳細構造図、第5
図,第6図はそれぞれ第4図における伝動歯車機構の平
面図,およびノックアウトピンと送り用歯車との結合を
表した斜視構造図である。図において、 1:プロセス処理室、5:ウエハ、6:静電チャック、9:ブロ
ーガス導入通路、11:ガス源、12:ノックアウトピン、12
a:送りねじ、17:加圧ガス導入通路、20,22,23,24:伝動
歯車機構の歯車、25:駆動軸、26:駆動モータ、27:円筒
リング。
FIGS. 1 to 3 and 4 to 6 show the configurations and operations of different reference examples which are the basis of the present invention, and FIGS. 7 and 8 show the embodiment of the present invention. FIG. 1, FIG. 4, and FIG. 7 are diagrams showing a wafer suction state, FIGS. 2 and 8 are diagrams showing a forced wafer detachment state, and FIG. Detailed structure diagram of essential parts, No. 5
FIG. 6 and FIG. 6 are a plan view of the transmission gear mechanism in FIG. 4 and a perspective structural view showing the connection between the knockout pin and the feed gear, respectively. In the figure, 1: process chamber, 5: wafer, 6: electrostatic chuck, 9: blow gas introduction passage, 11: gas source, 12: knockout pin, 12
a: lead screw, 17: pressurized gas introduction passage, 20, 22, 23, 24: gears of transmission gear mechanism, 25: drive shaft, 26: drive motor, 27: cylindrical ring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−151426(JP,A) 特開 昭61−59831(JP,A) 特開 昭61−156814(JP,A) 特開 昭62−120931(JP,A) 特開 昭62−120932(JP,A) 特開 昭53−41983(JP,A) 特開 昭62−227235(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-59-151426 (JP, A) JP-A-61-59831 (JP, A) JP-A-61-156814 (JP, A) JP-A-62- 120931 (JP, A) JP 62-120932 (JP, A) JP 53-41983 (JP, A) JP 62-227235 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】プロセス処理室内に搬入された半導体ウエ
ハを所定の位置に保持するための半導体ウエハ保持装置
であり、前記プロセス処理室内にチャック面を下に向け
て静電チャックを設置したものにおいて、静電チャック
のチャック面に吸着されたウエハに対し、静電チャック
への電圧印加停止後に、チャック面とウエハとの間に外
部より不活性ガスを押し込み供給するガスブロー手段
と、ガスブローとほぼ同時操作してウエハをチャック面
から機械的に強制離脱させるノックアウト機構とを備
え、該ノックアウト機構が、静電チャックに吸着保持さ
れたウエハの上面周縁部に下端面を対向して静電チャッ
クの外周側に並置配備され、かつ静電チャックの上昇移
動操作によりウエハをチャック面より離脱させる円筒リ
ングであることを特徴とする半導体ウエハ保持装置。
1. A semiconductor wafer holding device for holding a semiconductor wafer carried into a process processing chamber at a predetermined position, wherein an electrostatic chuck is installed in the process processing chamber with its chuck surface facing downward. The gas blow means that pushes an inert gas from the outside between the chuck surface and the wafer after the voltage application to the electrostatic chuck to the wafer attracted to the chuck surface of the electrostatic chuck is stopped. A knockout mechanism for mechanically forcibly detaching the wafer from the chuck surface by operating the knockout mechanism so that the lower end surface faces the peripheral edge of the upper surface of the wafer attracted to and held by the electrostatic chuck. It is a cylindrical ring that is placed side by side and separates the wafer from the chuck surface by the upward movement operation of the electrostatic chuck. Semiconductor wafer holding apparatus.
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