JP3910081B2

JP3910081B2 - 静電チャック装置及び静電チャック装置からの離脱方法

Info

Publication number: JP3910081B2
Application number: JP2002049031A
Authority: JP
Inventors: 和久高尾; 一俊藤澤
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003249543A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハなどの基板（以下「基板」という。）を静電吸着により保持する静電チャック装置及び静電チャック装置からの離脱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来基板に対して成膜処理やエッチングなどの処理を行う場合には、載置台から基板への熱伝達を確実に行うため等の理由から、基板を載置台へ押し付けた状態で保持させる必要がある。この保持方法としては、基板を真空吸引により保持する方法、基板周辺部をクランプによって機械的に押さえる方法、及び基板の裏面を静電吸着させる方法がある。
【０００３】
基板を真空中で処理する場合には、真空チャックを使用できないので機械的方法又は静電吸着法が用いられるが、特に静電吸着法は、基板と載置台間の密着性が高いため基板の反りを矯正でき、熱伝導性が良くなり、基板の温度制御も容易になるという利点から、広く採用されている。
【０００４】
静電吸着法を採用する静電チャック装置は、基板を吸着保持する載置台と、基板を載置台に載置したり離脱させたりするための昇降ピンとを備えている。
【０００５】
静電チャックは、載置台として強誘電体セラミックスを使用しており、その内部に設けた金属電極に電圧を印加し、基板と静電チャックの表面に正・負の電荷を発生させ、この間に働くジャンセン・ラーベック力によって半導体ウェーハなどの基板を固定するもので、単極型および双極型の２種類のタイプがあり、単極型は静電チャック内部の電極と基板に電位差を与えて使用し、双極型は静電チャックの内部における２つ以上の電極に電位差を与えて使用する。
【０００６】
通常、この静電チャックで保持された基板を載置台から離脱させるときに静電気は除去される。しかし、除去しきれなかった静電気が少しづつ蓄積され残留静電気となり、基板が昇降ピンで上昇する時に一部が吸着されたままの状態になり基板が昇降ピンや搬送アームから落下して破損するという問題が生じる。
【０００７】
上記の問題を解決するために、基板を載置台から離脱させるときに、昇降ピンで少しだけ基板の一部を上昇させ、静電気を逃がしてから基板全体を持ち上げるという方法が用いられてきた。例えば、特開平１０−１５００９９号公報には、ウェーハ等の被処理体を静電チャックから離脱させて搬送工程に移る前に、被処理体に対する残留吸着の強弱を把握する判断工程が設けられ、被処理体が静電チャックに残留吸着しているとしても、被処理体が破壊されない程度の力を被処理体に対して静電チャックから離れる方向に加えることが開示されている。
【０００８】
また、特開平０６−２５２０６２号公報には、圧力の調節により離脱力と反対方向の引張力を離脱手段に与え、つまり限界離脱力よりも小さな離脱力を離脱手段に与え、被処理物の吸着力の減少を待たずに離脱力を被処理物に加えることで、被処理物の離脱ミスを発生させない方法が開示されている。
【０００９】
更に、特開平０９−１４８４１９号公報には、リフトピンの外側に複数の離脱用ピンを設け、離脱駆動機構により上記離脱用ピンを半導体基板の弾性変形許容範囲内で突き上げてから、昇降ピンで半導体基板を上昇させることが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体ウェーハなどの基板のサイズが２００ｍｍから３００ｍｍへの大口径化するに伴い、半導体ウェーハなどの基板自身も重くなり、吸着される面積も大きくなっている。そこで、リフトピンの強度が弱ければピンは曲がってしまい、基板が持ち上がらず、ピンの本数を増やすと載置台の構造が複雑化し部品数も増える。
【００１１】
一方ピンの強度を増すためにピンそのものを太くすると、ピン孔も大きくなり基板と載置台の密着性が悪くなり効率的に温度制御がしにくくなるという問題点が生じる。また、基板の周辺部に複数の離脱ピンを設置する場合でも、基板を均等に持ち上げるのは困難で、その位置ずれや、搬送不良等の問題がやはり生じていた。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、リフトピンの構成は変えずに残留静電気で載置台に吸着されている基板を速やかに、且つ正確に離脱させる静電チャック装置及びその吸着離脱方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明の静電チャック装置は、半導体ウェーハなどの基板を静電吸着により保持する静電チャック装置において、この静電チャック装置は前記基板を吸着保持する載置台を貫通するリフトピンと、このリフトピンによる前記基板の持ち上げに先だって前記基板周縁を持ち上げる補助リフト部材とを備えた構成とした。前記補助リフト部材の具体的な構造としては、例えば、前記載置台の外周面に沿って昇降動すると共に、その上端部には内方に屈曲したフランジ部が設けられ、このフランジ部の幅は前記基板周縁の下側に少なくとも１〜５ｍｍの範囲で入り込める寸法としたものが考えられる。
【００１４】
補助リフト部材が載置台を囲むように設置されることで、ピンと異なり、基板の周辺部を一度に持ち上げているので、残留静電気の影響をほとんど受けずに、基板を正確に離脱することができる。また、この補助リフト部材はピンのように載置台の内部に設けていないので、載置台の複雑化を避けることができる。
【００１５】
また、前記補助リフト部材のフランジ部の基板保持面上には、前記基板の外周部を囲むように突条部がリング状に又は断続的に設けられていることで、基板を離脱させるときに生じる位置ずれを確実に防止することができる。
【００１６】
また、前記フランジ部の基板保持面は、その最下降位置で前記載置台の載置面と面一となる又は低くなるように設定されていることで、補助リフト部材を持ち上げない場合に、基板と載置台との密着性を向上させることができる。
【００１７】
更に、前記補助リフト部材を持ち上げるためのシャフトを中空状とし、この中空状シャフト内に前記リフトピンを昇降させるためのシャフトを設置することで、静電チャック装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
また本発明に係る上記の静電チャック装置を用いた離脱方法は、前記補助リフト部材を持ち上げて前記基板の周辺底部を持ち上げた後、前記リフトピンを上昇させ前記基板全体を持ち上げて前記載置台から離脱させる。
【００１９】
即ち、補助リフト部材によって基板を持ち上げた後に、リフトピンを上昇させて基板全体を静電チャック装置から離脱させることで、残留静電気の影響をほとんど受けずに大口径の半導体ウェーハなどの基板でも位置ずれを起こすことなく確実に離脱することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る静電チャック装置の断面図である。図中１は静電チャック装置のベースであり、ベース１の両側にそれぞれ柱２及びシリンダー３が配置されている。柱２に支持される底壁４の外周部を囲むように側壁５が設置され、その側壁５に窓５ａが設けられている。この窓５ａは、半導体基板を出し入れのために開閉できるようになっている。さらにチャンバーＣがその側壁５の頂上部に被るように気密に設けられている。
【００２１】
また、図１に示すように、底壁４の中央部に開口部が開き、その開口部に中空状の支持筒６が設置され、この支持筒６の上に支持ブロック７を設置し、さらにこの支持ブロック７の上に保持台８が設置されている。この保持台８の上に半導体ウェーハやガラス基板などの基板９を静電吸着する誘電体材料からなる載置台１０がボルト１１にて固定されている。さらに、底壁４と保持台８との間はベローズ２４により気密性が保たれ、この空間内に前記支持筒６が配置される。なお、支持筒６、支持ブロック７、保持台８及び載置台１０はシリンダー３により昇降動する。
【００２２】
また、基板９を持ち上げる補助リフト部材１２が載置台１０の外周部を囲むように配置されている。この補助リフト部材１２のフランジ部の基板保持面１２ａ上に円環状の突条部１３が設けられている。なお、この円環状の突条部１３は、リング状又は断続的に設けることが可能である。本装置をプラズマ処理装置に適用する場合、補助リフト部材１２の材質はプラズマの影響を受けにくいセラミックスであることが好ましい。
【００２３】
図２は本発明に係る静電チャック装置の離脱機構概略図、図３はリフトピンの部分斜視図、図４は図１に示す静電チャック装置の平面図である。図２及び図３に示すように、載置台１０の中心部位に三つの貫通孔が設けられ、これらの貫通孔を通して、３本のリフトピン１４が設置されている。また、これらのリフトピン１４は、１つのシャフト１５を通じて昇降体１６に固定され、この昇降体１６はシリンダー１７により駆動される。なお、シャフト１５はベローズ１８により気密性を保たれた空間内に配置される。
【００２４】
図４に示すように、載置台１０のうち誘電体セラミックス１０ａは点線、アルミニウム台１０ｂは２点鎖線で示す。また、図５に示すように、補助リフト部材１２の基板９とオーバラップする幅は１〜５ｍｍ範囲であり、好ましくは２〜３ｍｍとなるように基板を保持するためのフランジ部を設ける。さらに、補助リフト部材１２の基板保持面１２ａは載置台１０の載置面と面一となるか、又はその載置面より０．１〜０．２ｍｍほど低く設けられている。また、誘電体セラミックス１０ａは薄くすることが好ましいが、電極を埋め込む必要性から約３ｍｍの厚さとなる。
【００２５】
更に、補助リフト部材１２を持ち上げる爪の部分斜視図である図６において、補助リフト部材１２を持ち上げるのに、３本の持ち上げ爪１９が用いられる。これら持ち上げ爪１９は１つの中空状シャフト２０に繋がっている。中空状シャフト２０は支持ブロック７を貫通し、支持筒６の中を通って、ベローズ２１により気密性を保持された昇降体２２に固定され、この昇降体２２はシリンダー２３により駆動される。なお、昇降体２２はシリンダー１７とシリンダー２３と一体に連結されているので、昇降体１６は昇降体２２の上昇とともに上昇する。
【００２６】
以下に補助リフト部材１２とリフトピン１４との動作について説明する。まず、図７に示すように、シリンダー３を適宜に下降させる。すると、昇降体２７が支持筒６と一体化しているので、ベローズ２４が縮まって載置台１０が連動されて窓２５と一致する高さまで下降する。そして、カセットから取り出された半導体ウェーハなどの基板９はハンドラーによって載置台１０の真上に位置する。その後、リフトピン１４が上昇してきて基板９を保持すると、ハンドラーは元の位置に後退する。最後に、リフトピン１４は下降し、基板９は載置台１０上に載置される。
【００２７】
図８（ａ）に示すように、基板９が静電気により吸着され、図示しない基板を覆うチャンバーＣ内でプラズマ処理がなされ、処理終了後、基板９と載置台１０の間にある残留静電気の影響を受けずに基板９を載置台１０から離脱させるために、図８（ｂ）に示すように、昇降体２２をシリンダー２３により昇降させると、中空状シャフト２０及びリング持ち上げ爪１９を通って、補助リフト部材１２が上昇して基板９の周辺部（外周縁から中心に向って１〜５ｍｍ以内、好ましくは２〜３ｍｍ）を４〜６ｍｍ程度上昇させる。
【００２８】
同時に、昇降体２２がシリンダー２３とシリンダー１７とを繋がっているので、昇降体２２の上昇とともに、昇降体１６も上昇し、その結果、リフトピン１４も補助リフト部材１２と同じ位、４〜６ｍｍ程度上昇する。
【００２９】
ここで、補助リフト部材１２は、載置台１０の周囲に設けられているので、載置台１０は装置構成が複雑化せずに済み、さらに補助リフト部材１２が基板９の周辺部を持ち上げるので、基板９が大口径化してもリフトピン１４にかかる負担は大きくならない。また、補助リフト部材１２の保持面１２ａには基板９がずれたり、落下したりするのを防止するための突条部１３が設けられている。この突条部１３の形状は、基板９と同心円状であり、基板９の周囲を一周するようにリング状などの形状でもよいし、切欠部を設けて断続的にしてもよい。
【００３０】
このように、基板９の周辺部を持ち上げることで、残留静電気の影響をあまり気にせずに基板９を載置台１０から離脱させることができ、図８（ｃ）に示すように、次にリフトピン１４を上昇させることで、基板９は速やかに載置台１０から離れる。この後、補助リフト部材１２は基板を受け取りにきたハンドラーと接触するのを防止するために、速やかに下降し載置台１０と面一か若干低めの位置で待機する。なお、リフトピン１４で上昇させた基板９は再びハンドラーに載置され、次の工程に進むか或いはカセットに戻される。図９は補助リフト部材１２で半導体基板９の周辺部を持ち上げた時の部分断面図である。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、補助リフト部材が載置台を囲むように設置されることで、ピンと異なり、基板の周辺部を一度に持ち上げているので、残留静電気の影響を受けずに、基板を正確に離脱することができる。また、この補助リフト部材がピンのように載置台の内部に設けていないので、載置台の複雑化を避けることができる。
【００３２】
また、前記補助リフト部材のフランジ部の基板保持面上には、前記基板の外周部を囲むように突条部がリング状に又は断続的に設けられていることで、基板を離脱させるときに生じる位置ずれを確実に防止することができる。
【００３３】
また、前記フランジ部の保持面は、その最下降位置で前記載置台の載置面と面一となる又は低くなるように設定されていることで、補助リフト部材を持ち上げない場合に、基板と載置台との密着性を向上させることができる。
【００３４】
また、前記補助リフト部材を持ち上げるためのシャフトを中空状とし、この中空状シャフト内に前記リフトピンを昇降させるためのシャフトを設置することで、静電チャック装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３５】
更に、補助リフト部材によって半導体ウェーハなどの基板を持ち上げた後に、リフトピンを上昇させて基板全体を静電チャック装置から離脱させることで、残留静電気の影響をほとんど受けずに大口径の基板でも位置ずれを起こすことなく確実に離脱することができる。即ち、静電チャック装置の離脱機構と搬送用のリフトピンを別々に設け、離脱機構を補助リフト部材としたことで、基板の大口径化にも十分に対応でき、基板と載置台の間に帯電している残留静電気の影響を受けずに且つ基板を破損させずに速やかに静電チャック装置から基板を離脱・搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電チャック装置の断面図
【図２】本発明に係る静電チャック装置の離脱機構概略図
【図３】リフトピンの部分斜視図
【図４】図１に示す静電チャック装置の平面図
【図５】図１に示す補助リフト部材の一部拡大図
【図６】補助リフト部材持ち上げ爪の部分斜視図
【図７】基板を出し入れする時の断面図
【図８】基板を持ち上げる動作を示す説明図
【図９】補助リフト部材で半導体基板の周辺部を持ち上げた時の部分断面図
【符号の説明】
１…ベース、２…柱、３、１７、２３…シリンダー、４…底壁、５…側壁、５ａ…窓、６…支持筒、７…支持ブロック、８…保持台、９…基板、１０…載置台、１０ａ…誘電体セラミックス、１０ｂ…アルミニウム台、１２…補助リフト部材、１３…突条部、１４…リフトピン、１５、２０…シャフト、１６、２２、２７…昇降体、１８、２１、２４…ベローズ、１９…持ち上げ爪、Ｃ…チャンバー。

Claims

半導体基板を静電吸着により保持する静電チャック装置において、この静電チャック装置は前記基板を吸着保持する載置台を貫通するリフトピンと、このリフトピンによる前記基板の持ち上げに先だって前記基板周縁を持ち上げる補助リフト部材とを備え、前記補助リフト部材は前記半導体基板を保持するフランジ部を有するとともに中空状シャフトによって持ち上げられ、この中空状シャフト内に前記リフトピンを昇降させるためのシャフトが配置されていることを特徴とする静電チャック装置。
請求項１に記載の静電チャック装置において、前記補助リフト部材のフランジ部の基板保持面上には、前記基板の外周部を囲むように突条部がリング状に設けられていることを特徴とする静電チャック装置。
請求項１に記載の静電チャック装置において、前記補助リフト部材のフランジ部の基板保持面上には、前記基板の外周部を囲むように突条部が断続的に設けられていることを特徴とする静電チャック装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の静電チャック装置を用いた離脱方法であって、前記補助リフト部材を持ち上げて前記基板の周辺底部を持ち上げた後、前記リフトピンを上昇させ前記基板全体を持ち上げて前記載置台から離脱させることを特徴とする静電チャック装置からの離脱方法。