JP3936004B2

JP3936004B2 - 静電浮上チャック

Info

Publication number: JP3936004B2
Application number: JP31451696A
Authority: JP
Inventors: 雄三郎大隅; 俊郎樋口; 巨 ▲靱▼
Original assignee: Kyocera Corp; Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kyocera Corp; Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JPH10164877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、サファイア基板、アルミニウム基板、ガラス基板、ドラムなどの板状あるいは円筒状をした被固定物を静電吸着力により吸引電極と直に接触しない状態で静電吸着力により保持可能とした静電浮上チャックに関するものであり、特に半導体製造装置や液晶製造装置等に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空雰囲気中において被固定物を保持するために、以下に示すような静電チャックが用いられている。
【０００３】
図４は従来の静電チャックを示す断面図であり、具体的には被固定物の固定に使用されるものである。
【０００４】
この静電チャックは、円盤状をした絶縁基板２０１の表面に半円状をした２枚の吸引電極２０２，２０３を敷設するとともに、この吸引電極２０２，２０３を覆うように絶縁基板２０１の表面を絶縁皮膜２０４で被覆し、その表面を吸着面２０５としたものであり、この吸着面２０５に被固定物１０を載置し、吸引電極２０２，２０３間に電圧を印加することによって被固定物１０を分極させて帯電せしめ、その電荷と吸引電極２０２，２０３との間に作用する静電吸着力でもって、被固定物１０を吸着面２０５に保持するようになっていた。
【０００５】
そして、吸引電極２０２，２０３間に印加する電圧を上げて、静電吸着力を高めることにより、被固定物１０と吸着面２０５との間の摩擦力を増大させ、搬送時や外部からの振動に対して位置ズレを生じることなく、所定の位置に被固定物１０を保持することができるようになっている。
【０００６】
また、図５はかかる従来の他の静電チャックを示す図であり、具体的には被固定物１０を搬送する時に使用されるものであり、円盤状をした絶縁基板３０１の表面に扇状をした４枚の吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５を敷設するとともに、被固定物１０と吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５との相対位置を検出する４つの光電センサ３０６，３０７，３０８，３０９を絶縁基板３０１の周縁部にそれぞれ等間隔に具備してなり、この静電チャックを被固定物１０に近づけるとともに、各吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５に電圧を印加することにより、静電吸着力を発現させて被固定物１０を浮上させ、この被固定物１０と吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５との相対位置を光電センサ３０６，３０７，３０８，３０９で検出し、その信号値が目標値と一致するように制御器３１０でもって、各吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５への電圧を制御することにより、被固定物１０を絶縁基板３０１上の吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５と非接触の状態で保持するようになっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の静電チャックでは、真空雰囲気中における固定や搬送において以下のような問題があった。
【０００８】
図４に示す静電チャックでは、脱着時に際して、被固定物の裏面全面が吸着面２０５と接触し、さらに保持位置を調整するために吸着面２０５上を移動させることがあるため、この移動に伴う摺動により被固定物１０及び／または絶縁皮膜２０４の吸着面２０５が摩耗し、この摩耗粉（パーティクル）が真空雰囲気中に浮遊することから雰囲気を汚染するといった問題があった。
【０００９】
例えば、被固定物１０が８インチ径のシリコンウエハである場合、チャック動作の１アクション当り０．０２ｍｇの摩耗粉が浮遊するため、この摩耗粉が被固定物１０の表面に付着する確率が高く、被固定物１０が半導体ウエハである場合には、摩耗粉によりＬＳＩの微小回路の断線等の不具合を生じるというように、各種製造工程での歩留りを大きく低下させる原因となっていた。
【００１０】
また、図５に示す静電浮上チャックでは、被固定物１０が吸引電極３０２，３０３，３０４，３０５との静電吸着力のみにより、非接触の状態で保持されているだけであることから、水平方向における保持力が小さく、そのために搬送時や外部からの振動に対して被固定物１０の位置ズレが発生するといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するために、絶縁体基板の周縁部に被固定物の外周部を支持する当接部材を設けることにより、強力な保持力と正確な位置決めができるとともに、摩耗粉の発生が極めて少ない静電浮上チャックを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、上記目的を達成するために、静電浮上チャックにおいて、絶縁体基板（１０２）に被固定物（１０）を静電吸着力により吸引する、前記絶縁体基板（１０２）の中央側に扇状をした三つの吸引電極（１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ）と、該三つの吸引電極（１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ）の外周側に帯状をした三つの吸引電極（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ）が、ほぼ同一面積となるように配置された吸引電極（１０３）と、前記絶縁体基板（１０２）の周縁部に等間隔に配置され、前記被固定物（１０）を所定位置に保持する、三つの円錐状をした当接部材（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）を備えてなり、前記被固定物（１０）を前記吸引電極（１０３）による静電吸着力でもって引き寄せて前記被固定物（１０）の外周部を前記当接部材（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）の内側面であるテーパ面に衝止させることにより保持するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の静電浮上チャックの構成図であり、図１（ａ）は静電浮上チャックの斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１５】
この静電浮上チャックは絶縁体基板１０２（以下、単に基板という）の表面に吸引電極１０３を敷設してある。この吸引電極１０３は中央側に扇状をした三つの吸引電極１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆと、それらの外周側に帯状をした三つの吸引電極１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが、ほぼ同一面積となるように配置してあり、例えば、吸引電極１０３ａと吸引電極１０３ｄ、吸引電極１０３ｂと吸引電極１０３ｅ、吸引電極１０３ｃと吸引電極１０３ｆとのそれぞれの間に制御電圧を印加するようになっている。
【００１６】
また、基板１０２の周縁部には三つの円錐状をした当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを等間隔に設けてあり、被固定物１０の吸引時に当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの内側面であるテーパ面で、上記被固定物１０の外周部を支持するとともに、被固定物１０の中心が基板１０２の中心と一致するように位置決めできるようにしたものである。
【００１７】
したがって、被固定物１０は吸引電極１０３と非接触の状態で保持することができるため、摺動摩耗に伴う摩耗粉が生じることがなく、使用時の真空雰囲気や被固定物を汚染することがない。また、吸引時に被固定物１０との位置関係が若干ずれていたとしても、当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのテーパ面に沿って移動して、基板１０２の中心と一致するように所定位置に位置決めすることができる。
【００１８】
しかも、被固定物１０はその外周部を当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃにより保持されることから、搬送時や外部からの振動が加わった場合でも、位置ズレが生じることがなく、高い保持力を得ることができる。
【００１９】
なお、図１では当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの形状を円錐状とした例を示したが、例えば、他に図３（ａ）に示すような三角錐などの角錐からなるもの、図３（ｂ）に示すような円柱体からなるもの、図３（ｃ）に示すような側面が平らな又は湾曲したテーパ面を有する略台形状のもの、図３（ｄ）に示すような基板１０２の周縁部に沿って延設した略台形状の当接部材とすることもでき、本発明では、少なくとも内側面が外広がり状のテーパ面を成したものであればよい。また、基板１０２の周縁部に形成する当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの数についても被固定物１０を確実に支持するために３個以上設けてあればよい。
【００２０】
さらに、基板１０２には被固定物１０と吸引電極１０３との相対位置を検出する手段として、３つのレーザ式変位センサ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃを具備させてあり、これらレーザ式変位センサ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの近傍にそれぞれ設けられている。
【００２１】
そして、この静電浮上チャックを用いて被固定物１０を保持する場合、まず、吸引電極１０３側を下方に向けて静電浮上チャックを被固定物１０に近づける。そして、上述したように吸引電極１０３ａと吸引電極１０３ｄ、吸引電極１０３ｂと吸引電極１０３ｅ、吸引電極１０３ｃと吸引電極１０３ｆとの間にそれぞれ電圧を印加することにより静電吸着力を発現させ、被固定物１０をさらに浮上させることにより、当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのテーパ面で被固定物１０の中心と基板１０２の中心とが一致するように位置決めしながら所定の位置に吸引電極１０３と非接触の状態で保持することができる。
【００２２】
なお、レーザ式変位センサ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃからの測定値は、図２に示すように、変位入力信号Ｓｉａ，Ｓｉｂ，Ｓｉｃとして制御器１０６に取り込み、これをＡ／Ｄ変換器１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃにおいてデジタル信号に変換して、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０８により演算処理をさせ、この出力信号を高電圧増幅器１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃで増幅した後、各吸引電極１０３ａ〜１０３ｆに加えるようにしてあり、上記デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０８による演算処理は、次の３項目を同時平行にて処理する。
【００２３】
（１）制御器１０６に取り込まれる変位入力信号Ｓｉａ，Ｓｉｂ，Ｓｉｃは、別途設定された変位目標値と比較され、その値が小さくなるように通常のサーボ増幅器同様、ＰＩＤすなわち比例要素、積分要素、微分要素の伝達関数での処理が行われる。
【００２４】
（２）制御器１０６に取り込まれる変位入力信号Ｓｉａ，Ｓｉｂ，Ｓｉｃの相互間について比較され、この３点が同じ値に近くなるように調整される。
【００２５】
（３）制御器１０６に取り込まれる変位入力信号Ｓｉａ，Ｓｉｂ，Ｓｉｃと変位目標値の差分を比較し、この値が一定値となるように変位目標値自身を調整する。
【００２６】
そのため、被固定物１０の吸引開始状態の位置にバラツキがあったり、また、被固定物１０のサイズが少々異なっていても、吸着完了時には吸引電極１０３と平行にストレスの少ない固定が可能である。
【００２７】
なお、基板１０２を構成する絶縁材料としては、軽量で、かつ高剛性を有するものが良く、また当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを形成する材質としては、滑らかな面（具体的には鏡面）が得られるとともに、高硬度を有するものが良いことから、このような材質として、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムなどを主体とするセラミックスや単結晶材料であるサファイアを採用することができる。
【００２８】
このようにして製造された本発明の静電浮上チャックは、従来の静電チャックでは得られない以下のような作用効果を奏することができる。
【００２９】
すなわち、本発明の静電浮上チャックは、基板１０２の周縁部に備えた当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃにより被固定物１０の外周部のみを支持し、被固定物１０を吸引電極１０３と非接触の状態で位置決め保持する構造としたので、従来の静電チャックに比べると、被固定物１０との接触面積を飛躍的に小さくすることができ、接触摩耗による摩耗粉の総量を全く無視できる程に激減することができる。
【００３０】
具体的には、８インチ径のシリコンウエハを図１に示す外径が２００ｍｍの静電浮上チャックで保持した場合、接触部（シリコンウエハの裏面における当接部材１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃとの接触面）の面積比率は、理論的に１／３００００以下となり、実際、パーティクルカウンターでシリコンウエハの裏面に付着する摩耗粉の総量について測定を行った結果、１００回のアクションにおいても全く検出することができなかった。
【００３１】
また、図１に示す静電浮上チャックに１０００Ｖの直流電圧を印加した場合、水平方向の位置決め保持力が８００ｇ以上となり、従来の静電浮上チャックに比べ大幅に保持力を向上させることができ、搬送時や外部からの振動に対しても位置ズレを生じることなく、所定の位置に被固定物１０を位置決め保持することができる。
【００３２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、絶縁体基板に被固定物を静電吸着力により吸引する吸引電極と、前記被固定物を所定位置に保持する当接部材を備えてなり、前記被固定物を吸引電極による静電吸着力でもって引き寄せて被固定物の外周部を前記当接部材に衝止させることにより保持するように静電浮上チャックを構成したことにより、以下のような効果を奏することができる。
【００３４】
（Ａ）当接部材により的確な支持と位置決めを行うことができるため、強力な保持力を得ることができるとともに、摩耗粉（パーティクル）の発生を激減させることができる。
【００３５】
（Ｂ）水平方向の被固定物の位置決め保持力が高く、搬送時や外部からの振動に対しても位置ズレを生じることなく所定の位置に被固定物を位置決め保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電浮上チャックの構成図である。
【図２】本発明の静電浮上チャックの制御回路図である。
【図３】本発明の静電浮上チャックの当接部材の変形例を示す図である。
【図４】従来の静電チャックを示す断面図である。
【図５】従来の他の静電チャックを示す図である。
【符号の説明】
１０被固定物
１０２絶縁体基板
１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ吸引電極
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ当接部材
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃレーザ式変位センサ
１０６制御器
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃＡ／Ｄ変換器
１０８デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ高電圧増幅器

Claims

絶縁体基板（１０２）に被固定物（１０）を静電吸着力により吸引する、前記絶縁体基板（１０２）の中央側に扇状をした三つの吸引電極（１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ）と、該三つの吸引電極（１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ）の外周側に帯状をした三つの吸引電極（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ）が、ほぼ同一面積となるように配置された吸引電極（１０３）と、前記絶縁体基板（１０２）の周縁部に等間隔に配置され、前記被固定物（１０）を所定位置に保持する、三つの円錐状をした当接部材（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）を備えてなり、前記被固定物（１０）を前記吸引電極（１０３）による静電吸着力でもって引き寄せて前記被固定物（１０）の外周部を前記当接部材（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）の内側面であるテーパ面に衝止させることにより保持するようにしたことを特徴とする静電浮上チャック。