JPH02256256A - 半導体ウエハ処理装置のウエハ保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ処理装置のプロセス処理室内に
静電チャンクを装備し、室外より搬入した半導体ウェハ
を静電チャックに吸着保持させてプロセス処理を行う半
導体ウェハ処理装置のウェハ保持機構に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハに対してエツチング、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ェハ処理装
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ェハ保持機構として従来より静電
チャックが多用されている。

この静電チャックは、周知のようにチャック面に近接し
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
のクーロン力を利用して半導体ウェハ（以下「ウェハ」
と呼称する）をチャック面に吸着保持するものである。

ところで、ウェハ処理後に静電チャックに吸着保持され
ているウェハをウェハ搬送機構のトレーに受は渡す際に
は、電極への電圧印加を停止してウェハの吸着を解除す
るわけであるが、この場合に電極への電圧印加を停止し
たたけでは静電チャックの残留電荷によるクーロン力が
作用してウェハを瞬時に離脱させることができず、また
残留電荷の自然焼失を待ってウェハを離脱させるように
すると、ウェハが離脱されるまでの待ち時間が長くなり
、ウェハ搬送機構への受は渡し工程のスルーブツト性が
低下する。

このための対策として、従来では静電チャックに吸着さ
れているウェハを電圧印加停止後に強制ｔａさせる手段
として、電極への電圧印加停止後にウェハの背面側から
ウェハの板面に向けて窒素。

ヘリウムなどの不活性ガスをブローガスとして吹きつけ
、静電チャ７りの残留ｔ？ｉｔｒによる吸着力に抗して
ウェハをチャック面から強制離脱させるガスブロー離脱
方式が知られている。

ここで、前記のガスブロー離脱方式を採用した従来のウ
ェハ保持機構を第６図に示す０図において、１はウェハ
のプロセス処理室、２Ｉ　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用ロボットの操作によりプロ
セス処理室１の真空バルブ（図示せず）を通じてウェハ
５を室内に搬、出入させるウェハ搬送機構のトレー　６
がウェハ吸着保持用の静電チャックである。この静電チ
ャック６はチャック保持具７の先端部に下向きに装着さ
れている。また、チャック保持具７はプロセス処理室ｌ
に対しベローズ８を介して上下可動に支持されており、
室外に引出した軸部に昇降駆動機構（図示せず）を結合
して昇降操作するような仕組みになっている。

一方、前記のチャック保持具７．静電チャック６を貫通
してその軸中心部には室外に通じるガス通路孔９が穿孔
されており、かつ室外側には前記のガス通路孔９に流量
制御弁１０．開閉弁１１を介してブローガス源１２に接
続されている。

かかる構成で、静電チャックとウェハ搬送機構との間の
ウェハ受は渡しは次記のように行う、室外からプロセス
処理室１に搬入したウェハ５を静電チャック６に受は渡
す場合には、まずウェハ５を搭載したトレー４を静電チ
ャック６と対向する真下の位置まで移送した後に静電チ
ャック６をチャック保持具７とともに下降操作し、ここ
で静電チャック６のチャック面がウェハ５に近接したと
ころで静電チャック６の分割電極６ａと６ｂとの間に電
圧を印加してウェハ５をチャック面に吸着する。

その後にトレー４を室外に退避させ、ウェハ５を静電チ
ャック６に吸着保持した状態で所定のプロセス処理を行
う。

次に、プロセス処理後にウェハ５を室外に搬出する工程
では、前記と同様にトレー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をウェハ受は渡し
位置まで下降させた後に電極への電圧印加を停止すると
ともに、さらにブローガス源１２より不活性ガスである
ブローガスをガス通路孔９を通じてウェハ５の裏面に吹
付ける。

これにより残留電荷により静電チャック６に吸着保持さ
れているウェハ５は、ブローガスの加圧力を受けて静電
チャック６のチャック面から強制離脱し、トレー４に受
は渡される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記した従来構成のように、静電チャックに
対してブローガス吹出し口をチャックの中心位置にのみ
開口してウエハヘブローガスを吹付ける離脱方式では、
ウェハを静電チャックに吸着した状態でウェハの中心と
チャック中心との間に僅かな位置のずれがあると、ブロ
ーガスの加圧力点が偏って静電、チャックから離脱する
際のウェハ姿勢が傾き、その下方に待機しているトレー
へ安定よくウェハを受は渡しできなくなると言った不具
合がしばしば発生する。しかも、前記従来の構成では、
静電チャックのチャック面に開口するブローガスの吹出
し孔が小径でそのウェハへの加圧面積が狭いため、ウェ
ハを強制離脱させるに要する離脱力を与えるにはブロー
ガス圧を高める必要がある。しかも、高圧のブローガス
を一点に集中してウェハに吹付けると、ウェハは静電チ
ャックより離脱した後に、ブローガスの動圧により勢い
よく吹き飛ばされてトレーに突き当たり、その結果とし
て機械的強度が詭いウェハは簡単に破損してしまうこと
が多い、また、ウェハの離脱に伴いプロセス処理室内に
勢いよく吹出したブローガスが周辺部材に付着している
塵埃を飛散させてウェハの処理面を汚損させるなどの問
題もある。

なお、前記したガスブローによるウェハ離脱方式の他に
、ノックアウトビンなどを用いた機械的な離脱機構でウ
ェハを静電チャックより強制的に離脱させる方式も試、
みられているが、この方式では離脱機構が複雑化する他
、特にＣＶＤ処理の場合には室内に露呈する離脱機構部
品にも生成膜が付着堆積してノックアウトビンのロック
を引き起こすトラブルが多発する。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、前記
のガスブロー離脱方式を採用したウェハ保持機構を対象
に、従来構造に改良の手を加えることにより、ブローガ
ス圧を低く抑えつつ、安定姿勢を保って静電チャックか
らウェハを強制離脱できるようにした信頷性の高い半導
体ウェハ処理装置のウェハ保持機構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〕

上記課題を解決するために、本発明のウェハ保持機構で
は、チャック本体のチャック面上に形成したリング状パ
ターンのガス吹出し溝、および該ガス吹出し溝と連通し
てチャック本体に穿孔したガス導入孔を有する静電チャ
ックと、チャック保持具の内部を通して前記静電チャッ
クのガイド導入孔に配管接続したブローガス供給手段と
を備え、ウェハの吸着保持状態で静電チャックへの電圧
印加を停止した後に、ブローガス供給手段から供給した
ブローガスを前記のガス吹出し溝の全周域に導入し、そ
のブローガス圧でウェハを静電チャックのチャック面よ
り強制離脱させるよう構成するものとする。

また、ガスブローによるウェハの強制離脱をより円滑に
行わせるために、前記のウェハ保持機構において、静電
チャックのチャックｆ上に、チャック面の面領域内で相
互に連通し合う複数条のリング状パターンのガス吹出し
溝を形成するのがよい。

〔作用〕

上記の構成において、ガス吹出し溝のリング状パターン
は必ずしも円形である必要はなく各種形状のパターンで
実施できるが、好ましくは静電チャックのセンタ位置を
中心とした同心円形パターンとして形成し、かつその溝
深さを約２０μ程度の極浅い溝として形成するのがよい
、一方、このリング状パターンのガス吹出し溝を複数条
設ける場合には、各条の溝を同心円とした上でその相互
間を放射方向の溝で連通させるものとする。またこの場
合に、リング状パターンのガス吹出し溝の相互ピッチは
静電チャックで所定の静電吸着力が確保できる範囲でき
るだけ小ピツチに選定するのがよく、かつガスブローの
際にウェハ離脱以前にガス吹出し溝から流出したブロー
ガスがチャック面とウェハ面との間に広がってチャック
本体の周縁より外方へ抜は出るのを防ぐためには、チャ
ック本体の外周縁と最外周のガス吹出し溝との間の間隔
をｌとして溝相互間の間隔ピッチを２ＸＪ以下に選定す
る必要がある。

ここで、静電チャックに吸着したウェハを離脱するに際
し、静電チャックへの電圧印加を停止した後にブローガ
ス供給手段よりブローガスを供給すると、ブローガスは
ガス吹出し溝に導入してウェハの裏面を加圧し、ウェハ
に対してブローガス圧とプロセス処理室内の真空圧との
差圧が働（。

これにより、ウェハが静電チャックの残留電荷に抗して
強制的にチャック面から剥離して離脱される。しかも、
ブローガスはリング状パターンのガス吹出し溝内全域に
行き渡ってウェハの裏面を加圧するので、静電チャック
から離脱する際にウエハの離脱姿勢が乱れることがなく
、静電チャックへの吸着状態と同じ水平姿勢を保って離
脱し、下方に待機しているウェハ搬送機構のトレーに安
定よく受は渡すことができる。

しかも、前記のようにブローガスの吹出し溝をリング状
パターンとして溝全体の開口面積を増大したことにより
、低いブローガス圧でもウェハに対して大きな離脱力が
加わるようになる。これにより、室内に吹出したブロー
ガスのガス圧による周辺部材からの塵埃の飛散を抑えて
ウェハ処理百の塵埃による汚損を回避できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の全体構成図、第２図。

第３図は第１図における静電チャック部の詳細構造図、
第４図、第５図は静電チャックにおけるガス吹出し溝の
パターンを変えた別な実施例の構造図であり、第６図に
対応する同一部材には同じ符号が付しである。

すなわち、ウェハ保持機構の基本的な構成は第６図と同
様であり、静電チャック６はプロセス処理室１に設置し
たチャック保持具７の先端部に装着して使用される。こ
こで、静電チャック６には、ウェハ５を吸着するチャッ
ク本体のチャック面域に開口する凹溝としてのリング状
パターンのガス吹出し溝１３、および該溝１３内に連通
してチャック本体を貫通するように分散穿孔したガス導
入孔１４が形成されている。一方、チャック保持具７に
は、静電チャック６の装着状態で前記した静電チャック
側のガス導入１４と連通し合うガス通路１５．チャンク
保持具の軸内に配管したガス導入管１６．およびガス導
入管１６の下端に結合してチャック保持具内に組み込ん
だガス導入ブロック１７を備えて室外に通じるガス導入
通路を構成している。さらにプロセス処理室１０室外へ
引出した前記ガス導入管１６には、流量制御弁１０．開
閉弁１１などを装備したガス制御部１８を介してブロー
ガスｆｉ１２が配管接続されている。なお、１９（第２
図参照）はガス導入通路の途中の結合面に設けたシール
用のＯリング、２０はチャック保持具７に設けた水冷ジ
ャケット、２１は静電チャックの電極に電圧を印加する
電源である。

かかる構成で、静電チャック６に吸着保持されているウ
ェハ５を離脱させる際には、静電チャックへの電圧印加
を停止した後に、ブローガスｌ［１２よりガス制御ブロ
ック１８を経て適正な流量、圧力に調整されたブローガ
スをチャック保持具７のガス供給管１６へ供給する。こ
れによりブローガスは、チャック保持具７内のガス導入
通路を経由して静電チャック６のガス導入用孔１４に入
り、ここからリング状パターンのガス吹出し溝１３に吹
出してそのウェハ５の裏面を加圧する。これによりウェ
ハ５はブローガス圧を受け、静電チャック６の残留電荷
に抗してウェハ５がチャック面から剥離して強制的に離
脱される。しかも、ブローガスはリング状パターンのガ
ス吹出し溝１３の全周域に均一に行き渡ってウェハ５の
裏面を加圧するので、ウェハ５は吸着状態と同じ水平姿
勢を保ったままチャック面から離脱し、その下方に待機
しているウェハ搬送機構のトレーに受は渡される。

また、ブローガスの吹出し口をリング状パターンのガス
吹出し溝１３としたので、第６図に示した従来構造と比
べてその開口面積、つまりウェハ５に対するブローガス
の加圧面積が大幅に増大する。

したがって低いブローガス圧でもウェハ５を静電チャッ
ク６から強制離脱させるに必要な離脱力が得られ、これ
に伴いウェハ５の離脱後に一時的にプロセス処理室内に
吹出したブローガスによる周辺部材からの塵埃のまき上
げを最小限に抑えることができる。

なお、ウェハの離脱に消費するブローガスの供給量をで
きるだけ少量に抑えるためにはリング状ガス吹出し溝１
３の溝深さを例えば２０μ程度の掻く浅い溝とするのが
よい、さらに、ウェハの離脱操作に際しては、ブローガ
スを連続的に導入してウェハを一気に強制離脱させるよ
りも、ガス圧を制限しつつブローガスの供給、停止、排
気を繰り返すようにガスを間欠的に供給し、ウェハと静
電チャンクのチャック面との間の離脱面域を徐々に拡大
する方法を採用することにより、プロセス処理室内への
ブローガスの放出ガス量を少量に抑え、かつウェハをソ
フト的に離脱できてウェハの破損ヲ防げることが実機試
験の結果からも確認されている。

一方、ガスブローによりウェハの強制離脱を行う際に、
ウェハの微妙な反りなどが原因で、ウェハ全体がチャッ
ク面から離脱する以前にウェハ周域一部のみが局部的に
静電チャックのチャック面から剥離し、この剥離部分を
通じてブローガスがプロセス処理室（第１図参照）へ漏
出することが実際の作業でしばしば発生する。しかもこ
のような事態が生じると、その後にブローガスの供給を
継続しても、ブローガスはウェハを加圧することなく、
前記した局部的な離脱部分を通じてチャック面域から外
方へ抜は出てしまうため、ガスブローによるウェハの強
制離脱が不能となる。

そこで、このような問題に対処するには、プロセス処理
室内にガス圧センサを設けておき、ウェハが離脱されな
い以前にブローガスの漏出を検知した場合には、次記の
制御を行うことでウェハを静電チャックから強制離脱さ
せることができる。

すなわち、前記のようにブローガスの漏出によりウェハ
離脱不能の事態が生じた場合には、ガス圧センサの検知
信号を基にブローガスの供給を一旦停止した上で静電チ
ャックの電極に電圧を印加し、ウェハをチャック面に再
度吸着してウェハの局部的な＠離部分を静電チャックの
チャック面に密着させ、その後に改めてブローガスを供
給する。これによりウェハの強制離脱が可能となる。

第４図、第５図は第２図、第３図に示した実施例をさら
に改良した実施例を示すものであり、静電チャック７の
チャンク面上には同心円パターンとして並ぶ複数条のガ
ス吹出し溝１３が形成されており、かつ各条のリング状
ガス吹出し溝１３の相互間を連ねて放射方向の連通溝２
２が形成されている。

また、ガス導入孔１４はチャック面上で半径方向のほぼ
中間に位置するガス吹出し溝に対し、その溝内に沿って
周方向に分散して穿孔されている。ここで、チャック本
体の外周縁と最外周のガス吹出し溝１３との間の間隔を
Ｅとして、各条のガス吹出し溝１３の相互間隔ａは２Ｘ
Ｊ以下に設定するのがよい、すなわち、ブローガスはガ
ス吹出し溝１３より溝の内外へ向けて広がっていくもの
として、溝ピッチを前記のように選定すれば、ブローガ
スがチャック面の面域全体に広がる以前にウェハの周縁
が局部的にチャック面より離脱し、ブローガスがチャッ
ク本体の外周縁より抜は出てしまう不具合を回避できる
。また、前記したチャック本体周縁と最外周のガス吹出
し溝との間の間隔ｌはブローガスのガス圧を考慮して少
なくともＩＣ鵬程度を確保する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によるウェハ保持機構は、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。

（１）静電チャックのチャック面に開口したリング状パ
ターンのガス吹出し溝を通じてガス供給手段より導入し
ブローガスでウェハの裏面を加圧させるように構成した
ことにより、ウェハの離脱姿勢を乱すことな（、安定し
た姿勢を保ったまま静電チャックから強制離脱させてウ
ェハ搬送機構のトレーへ受は渡すことができる。

（２）ブローガス吹出し口をリング状パターンのガス吹
出し溝としたので、その開口面積、したがってウェハに
対するブローガスの加圧面積が増大し、低いブローガス
圧でも全体として大きなウェハ離脱力が得られる。これ
により、ウェハの離脱後にプロセス処理室内に一時的に
吹出したブローガスによる塵埃のまき上げ１飛散を抑え
てウェハ処理面の塵埃汚損を良好に回避できる。

（３）ノックアウトピンなどを用いた機械的ウェハ離脱
方式に比べて、プロセス処理室内に露呈する複雑な機構
が無く、ＣＶＤ処理の場合でも成膜の付着、堆積による
機構ロックなどのおそれがなく、高い信鯨性が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の装置全体の構成断面図、第２図
１第３図は第１図における要部の詳細構造を示す断面図
、および静電チャックの底面図、第４図はガス吹出し溝
のパターンを変えた実施例の静電チャックの底面図、第
５図は第４図における矢視Ｖ−Ｖ断面図、第６図は従来
におけるウエハ保持機構の構成図である。各図において
、１：プロセス処理室、５：ウェハ、６：静電チャック
、７：チャック保持具、１２＋ブローガス源、１３：ガ
ス吹出し溝、１４；ガス導入孔、１６：ガス導ブＯ−η
゛′ス 第２図 第３図 第４図 第す図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プロセス処理室内に設置したチャック保持具の先端
   に静電チャックを装着し、室内へ搬入された半導体ウェ
   ハを前記静電チャックに吸着保持して所定のプロセス処
   理を行う半導体ウェハ処理装置のウェハ保持機構におい
   て、チャック本体のチャック面上に形成したリング状パ
   ターンのガス吹出し溝、および該ガス吹出し溝と連通し
   てチャック本体に穿孔したガス導入孔を有する静電チャ
   ックと、チャック保持具の内部を通して前記静電チャッ
   クのガイド導入孔に配管接続したブローガス供給手段と
   を備え、ウェハの吸着保持状態で静電チャックへの電圧
   印加を停止した後に、ブローガス供給手段から供給した
   ブローガスを前記ガス吹出し溝の全周域に導入し、その
   ブローガス圧でウェハを静電チャックのチャック面より
   強制離脱させることを特徴とする半導体ウェハ処理装置
   のウェハ保持機構。 ２）請求項１に記載のウェハ保持機構において、静電チ
   ャックのチャック面上に、チャック面の面域内で相互に
   連通し合う複数条のリング状パターンのガス吹出し溝が
   形成されていることを特徴とする半導体ウェハ処理装置
   のウェハ保持機構。