JP4539981B2 - 基板保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の上面周縁部をステージ上面に向けて押圧することで当該基板をチャッキングする保持部材を備えた基板保持装置に関する。

従来より、半導体ウェーハ等の被処理基板を真空処理するに際しては、当該基板を真空槽内に固定するのに静電チャックが用いられている。この種の静電チャックは、基板を支持するステージの上面が誘電層で形成されており、基板との間に電圧を印加することで発生するクーロン力によって、基板を吸着する機構を備えている（例えば下記特許文献１参照）。

静電チャックで基板をステージ上に保持するためには、基板は導体または半導体で構成される必要がある。即ち、基板がガラス等の電気的絶縁材料で構成されている場合には、静電チャックを用いることができない。

一方、絶縁材料製の基板をステージ上に保持するために、当該基板を機械的にチャッキングするメカニカルクランプが用いられている（例えば下記特許文献２参照）。この種のメカニカルクランプは、基板の上面を露出させるとともに、当該基板の上面周縁部をステージの上面に向けて押圧する保持爪を備えた板状の保持部材が用いられている。

図４は、従来のメカニカルクランプ機構を備えた基板保持装置１の一構成例を示している。

図４に示したように、ステージ２の上方には、基板Ｗの上面周縁部をステージ２の上面に向けて押圧することで基板Ｗをチャッキングする保持部材３が設けられている。保持部材３は、ステージ２の上面よりも大径の円盤形状を有している。保持部材３の面内複数箇所には、ステージ２の上面に載置されている複数枚の基板Ｗに対応して、基板Ｗの上面を露出させる開口部４がそれぞれ形成されている。これら複数の開口部４には、径内方側へ突出する複数の保持爪５がそれぞれ設けられている。そして、この保持部材３の下面外周側には、ステージ２の外方において上下方向へ延びる３本の操作軸６が等角度間隔で取り付けられており、操作軸６をその軸方向へ移動操作することで保持部材３を上下移動可能としている。

なお、ステージ２の上面には、基板Ｗが載置される載置部７が複数形成されている。これら載置部７の形成領域には、複数のリフターピン８がステージ２の上方へ突出自在に設けられている。

以上のように構成される従来の基板保持装置１において、保持部材３は先ず、図４に示したようにステージ２の上面から上方へ退避させた位置に移動されている。この状態で、各基板Ｗがステージ２の載置部７にそれぞれ載置される。リフターピン８は、ステージ２の内部に引き下げられている。

次に、操作軸６を操作して、保持部材３をステージ２の上面へ向けて移動させる。これにより、各基板Ｗの上面周縁部は、保持部材３の保持爪５によってステージ２の上面側へ押圧される。以上のようにして、各基板Ｗが保持部材３によってステージ２の上面に同時にクランプされる。

基板Ｗの被処理面に対する各種処理（成膜、エッチング等）は、保持部材３の開口部４を介して行われる。処理後は、保持部材３を図４に示す退避位置へ上昇移動させて基板Ｗのクランプ状態を解除する。その後、リフターピン８をステージ２の上面から突出させて、各基板Ｗを上方へリフトし載置部７から取り出す。

特開２０００−３３２０９１号公報 特開２００３−１９７６０８号公報

しかしながら、上述した従来の基板保持装置１においては、保持部材３の下面外周側に設けた操作軸６を下方へ引き下げ、各基板Ｗを保持爪５によってステージ２上面に向けて押圧する構成である。従ってこの構成では、操作軸６の下方移動で発生するチャック力が保持部材３の外周部に集中し、各基板Ｗをそれぞれ均等な力で保持することができないという問題がある。

図５は保持部材３に作用するチャック力の分布状態を説明する図である。図５においてＡ１部は保持部材３の外周側の領域を示し、Ｂ１部は保持部材３の中央部の領域を示している。なおＰ１は、操作軸６の取付位置に対応する。操作軸６に加わる操作力Ｆ１は、操作軸６に近いＡ１部に集中し、その分、Ｂ１部に作用するチャック力が減殺される。従って、各基板Ｗは、ステージ２の外周側では強いチャック力が得られるものの、ステージ２の中央側ではチャック力が弱くなる。

このように、基板Ｗのチャック力に分布が生じると、基板Ｗの裏面に冷却ガス（例えばヘリウムガス）を導入する場合、チャック力の弱い領域から冷却ガスが漏れて処理室内の真空度を悪化させる等、プロセスに影響を与えることになる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、複数の基板それぞれに対して均等なチャック力を与えることができる基板保持装置を提供することを課題とする。

本発明の基板保持装置は、基板を保持するステージと、基板の上面周縁部をステージの上面に押圧する保持部材とを備え、ステージには、保持部材を当該ステージの上面に吸着させる吸着機構が設けられている。保持部材は、吸着機構によって、ステージ上面のほぼ全域にわたって吸着される。これにより、基板を均等なチャック力でステージ上に保持することが可能となる。

基板は、単数の場合は勿論、複数の場合にも、各々の基板に対して均等な保持力を付与することができる。一方、吸着機構としては、静電チャック機構が好適である。なお、雰囲気圧力が大気圧の場合には、真空吸着機構も適用可能である。

以上述べたように、本発明の基板保持装置によれば、保持部材をステージの上面に吸着させる吸着機構を設けたので、基板を均等なチャック力でステージ上に保持することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態による基板保持装置１１の構成を示している。本実施の形態の基板保持装置１１は、複数枚の基板Ｗが載置されるステージ１２と、このステージ１２の上面で各基板Ｗを保持する保持部材１３とを備えている。この基板保持装置１１は、エッチング室や成膜室等の真空処理室内に設置されている。

基板Ｗは、ガラス基板やアルミナ基板等の電気的絶縁材料の薄板で形成されている。基板Ｗの大きさ及び形状は特に限定されず、図示の例では円形状であるが、矩形状であってもよい。基板Ｗの上面は被処理面とされており、この被処理面に対してエッチング、成膜等の所定の真空処理が行われる。

ステージ１２は円柱形状を有し、その上面には基板Ｗの載置位置を規制する載置部１７が複数箇所（図では４箇所）に形成されている。載置部１７は、ステージ１２の上面に、基板Ｗの厚さよりも小さな深さ寸法で凹設されている。これら載置部１７の形成領域にはそれぞれ、基板Ｗを上方へリフトさせるためのリフターピン１８が複数本ずつ設置されている。

ステージ１２の内部には、リフターピン１８を上下駆動するための駆動系や、基板Ｗの裏面に冷却媒体（例えばヘリウムガス）を導入する導入系等が、それぞれ図示せずとも配置されている。

また、ステージ１２の内部には、後述する保持部材１３をステージ１２の上面に吸着するための吸着機構が構成されている。この吸着機構は、本実施の形態では静電チャック機構１６で構成されており、静電チャック用電極１６Ａ，１６Ｂ（図２）に印加される所要電圧の供給系が内蔵されている。

図２は静電チャック用電極１６Ａ，１６Ｂの一構成例を示している。図の例では双極型が採用されており、基板Ｗの載置領域（載置部１７の形成領域）を除いて、電極１６Ａ，１６Ｂが複数組配置されている。これらのうち、電極１６Ａには正（＋）電位が印加され、電極１６Ｂには負（−）電位が印加される。なお、これら電極１６Ａ，１６Ｂは絶縁層（図示略）で被覆されている。

一方、保持部材１３は、基板Ｗの上面周縁部をステージ１２の上面に向けて押圧することで複数枚の基板Ｗを同時にチャッキングする機能を有している。本実施の形態では、保持部材１３はステージ１２の上面とほぼ同径の円盤形状とされているが、これに限定されない。また、保持部材１３の厚さは、例えば約２ｍｍとされている。

保持部材１３は、ステージ１２の上面に静電的に吸着可能な材料で形成されている。具体的には、保持部材１３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム合金等の導体あるいは半導体材料で形成されている。

この保持部材１３の面内複数箇所には、ステージ１２の上面に載置されている複数枚の基板Ｗに対応して、基板Ｗの上面を露出させる開口部１４がそれぞれ形成されている。開口部１４の形状は、基板の形状に対応して形成することができる。本実施の形態では、開口部１４は円形で、基板Ｗと同等以上の大きさとされている。これら複数の開口部１４には、径内方側へ突出する複数の保持爪１５がそれぞれ設けられている。

保持爪１５は、基板Ｗの上面周縁部をステージ１２の上面に向けて押圧できる長さに形成されている。開口部１４の内周部に突出形成される保持爪１５の形成数は、図示の例では４本とされているが、これに限定されず、基板Ｗの大きさや必要とするチャック力等に応じて適宜設定される。

次に、以上のように構成される本実施の形態の基板保持装置１１の作用について説明する。

基板Ｗは、ステージ１２の上面の載置部１７に各々載置される。このとき、リフターピン１８はステージ１２の内部に引き下げられている。ステージ１２に対する基板Ｗの移載は、例えば基板搬送ロボット等を用いて自動的に行われる。なお、作業者による手作業で基板Ｗの移載を行ってもよい。

次に、保持部材１３をステージ１２の上面に載せて、基板Ｗをステージ１２の上面に保持する。ステージ１２への保持部材１３の載置工程は、ロボット等を用いて自動的に行われる。このとき、ステージ１２と保持部材１３との間のアライメント工程が同時に行われる。

ステージ１２の上面に保持部材１３が載置された後、静電チャック用電極１６Ａ，１６Ｂに所定の電圧を印加することによって、保持部材１３をステージ１２の上面に静電的に吸着する。このとき、保持部材１３の各保持爪１５によって、基板Ｗの上面周縁部がステージ１２上面に向けて押圧される。これにより各基板Ｗがステージ１２の上面に保持される。

保持部材１３の一作用を図３に示す。図３においてＡ部は保持部材１３の外周側の領域を示し、Ｂ部は保持部材１３の中央部の領域を示している。図３に示すように、保持部材１３はその面内各点Ｐにおいて一定の吸着力Ｆを受けるので、Ａ部及びＢ部で同等のチャック力を発生させることができる。

従って本実施の形態によれば、保持部材１３をステージ１２の上面に吸着させる静電チャック機構１６を備えているので、各基板Ｗを保持部材１３によって均等なチャック力でステージ１２の上面に保持することができる。これにより、基板Ｗの裏面に導入した冷却媒体が真空処理室内に漏れ出ることを防止でき、プロセスへの影響を回避することが可能となる。

なお、基板Ｗの被処理面に対する各種処理（成膜、エッチング等）は、保持部材１３の開口部１４を介して行われる。このとき必要に応じて、基板Ｗの裏面側に冷却媒体が循環供給されて、基板Ｗの冷却作用が行われる。この場合、載置部１７の底面に冷却媒体が通る通路が形成される。

処理後は、静電チャック用電極１６Ａ，１６Ｂへの通電を停止し、ステージ１２の上面での保持部材１３の静電吸着を解除する。そして、保持部材１３をステージ１２の上面から上方へ移動退避させる。その後、リフターピン１８をステージ１２の上面から突出させて、各基板Ｗを上方へリフトし載置部１７から取り出す。なお、ステージ１２からの基板Ｗの取出し工程は、基板搬送ロボット等によって自動的に行われる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、ステージ１２の上面に載置される基板Ｗの枚数を４枚としたが、単数である場合を含めて、処理枚数に制限はなく、上述と同様な効果を得ることができる。

また、以上の実施の形態では、静電チャック用電極１６Ａ，１６Ｂを双極型で構成したが、これに代えて、単極型としてもよい。また、吸着機構は上述の静電チャック機構１６に限らず、例えば大気圧雰囲気で基板を処理する場合には、真空吸着機構が採用可能である。

本発明の実施の形態による基板保持装置１１の構成を示す斜視図である。 上記基板保持装置におけるステージ１２に設けられた静電チャック用電極の配置例を示す平面図である。 上記基板保持装置における保持部材１３の一作用を説明する要部斜視図である。 従来の基板保持装置の構成を示す斜視図である。 従来の基板保持装置における保持部材３の一作用を説明する要部斜視図である。

符号の説明

１１ 基板保持装置
１２ ステージ
１３ 保持部材
１４ 開口部
１５ 保持爪
１６ 静電チャック機構
１６Ａ，１６Ｂ 電極
１７ 載置部
１８ リフターピン
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を支持するステージと、前記基板の上面周縁部を前記ステージの上面に押圧する保持部材とを備えた基板保持装置において、
   前記ステージには、前記保持部材を当該ステージの上面に吸着させる静電チャック機構が設けられていることを特徴とする基板保持装置。
2. 前記ステージには、静電チャック用電極が、前記基板の載置領域を除く領域に設けられている請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記保持部材は、前記ステージの上面に載せられる平板状であり、前記基板の上面を外部へ露出させる開口部と、この開口部の周縁から径内方側へ突出する保持爪とを有する請求項１に記載の基板保持装置。
4. 前記保持部材の面内複数箇所には、前記開口部及び前記保持爪が複数組形成されている請求項３に記載の基板保持装置。
5. 前記基板は、電気的絶縁性材料でなる請求項１に記載の基板保持装置。

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