CN101278385A - 静电吸盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够适宜而且迅速地进行被处理基板的除电的静电吸盘装置，在支撑台(12)的表面静电吸附被处理基板(W)，构成包括面对支撑台(12)的表面的除电用电极(16)、除电用的接地电位(19)、连接在这些除电用电极(16)与接地电位(19)之间的除电用电阻(17)的除电电路，除电用电阻(17)的电阻比支撑台(12)表面的绝缘层(13)的电阻低，设定成能够在静电吸盘动作时保持被处理基板(W)的电位，在静电吸盘解除时使被处理基板(W)的电位向接地电位(19)逃逸的电阻值，根据该结构，能够适宜而且迅速地进行被处理基板(W)的除电。

Description

静电吸盘装置
技术领域
本发明涉及例如在半导体制造工艺中使用的静电吸盘(chuck)装置。
背景技术
当前，例如，在把半导体晶片等被处理基板进行真空处理时，为了把该基板固定在真空槽内使用静电吸盘。这种静电吸盘预先在用于支撑基板的支撑台上设置绝缘层(介质层)，并具备由通过把该绝缘层夹在中间的情况下在支撑台与基板之间施加电压而发生的静电力来吸附基板的机构。
静电吸盘机构主要有单极型和双极型。图10概略地表示具备了双极型静电吸盘机构的现有的静电吸盘装置1的结构。
参照图10，在支撑台2的上表面形成用于放置半导体基板W的绝缘层3。在支撑台2的内部，与在绝缘层3上放置的半导体基板W的背面相对，分别配置多片吸盘用电极4A、4A，4B、4B。
在支撑台2的上表面上放置半导体基板W，如果在各个吸盘用电极4A、4B上分别连接预定正电位源5A以及负电位源5B，则半导体基板W的背面以图10表示的极性带电。其结果，通过经由绝缘层3与在各个吸盘用电极4A、4B之间发生静电力，半导体基板W被吸附保持在支撑台2的上表面上。
另一方面，当使半导体基板W从支撑台2脱离时，如图11所示，把各个吸盘用电极4A、4B分别连接到接地电位而除电，使半导体基板W与吸盘用电极4A、4B之间的静电力消失。然后，用升降销(省略图示)顶起半导体基板W的背面，由传输机械手(省略图示)把该半导体基板W传输到下一道工序。
这里，吸盘用电极4A、4B一般由于用低电阻的物质(碳、铝、铜等)构成，因此，在切断了向这些吸盘用电极4A、4B的电压供给以后连接到接地电位，则吸盘用电极4A、4B的除电瞬时结束。与此不对，带电的半导体基板W由于存在高电阻的绝缘层3，因此不能够积极地使电荷逃逸，由于绝缘层3的电阻值而在除电要花费很多时间。
从而，即使把吸盘用电极4A、4B连接到接地电位以后，有时在半导体基板W的背面与绝缘层3之间还存在静电的吸附作用，以其为原因，有可能发生由上述升降销的顶起时引起的基板W的破损或者传输错误。
另外，还能够采用用金属制造升降销、把其连接到接地电位、使基板W背面的顶起时残留的基板电荷逃逸的结构，然而，根据残留在基板W上电荷的大小，有时在升降销的接触时发生电弧，以其为原因，在基板背面产生放电痕迹或者在基板上的元件中产生损伤。
为了解决这样的问题，作为现有的基板除电方法，提出了由反电压进行的除电、由等离子进行的除电、由绝缘层3的温升进行的除电等。
由反电压进行的除电是在吸盘用电极4A、4B上提供反向电位，使残留在半导体基板W中的电荷消失的方法。
由等离子进行的除电如图12模式地表示的那样，是在把吸盘用电极4A、4B连接到接地电位以后，在处理室内发生等离子，借助该等离子进行基板W的除电的方法(例如参照下述专利文献1)。
而且，由绝缘层3的温升进行的除电是提高绝缘层3的温度使其电阻率值下降，促进半导体基板W的除电的方法。
专利文献1：特开2004-14868号公报
然而，在由反电压进行的除电中，虽然具有加速介质层(绝缘层3)的除电的效果，但是存在不能去除基板的带电的问题。
另外，在由等离子进行的除电中，存在无法在不能使用等离子的工艺中适用、基板背面中央部分的除电效果差、除电用的电极(接地线)由于始终面对处理室因此发生成膜材料附着或者由溅射引起的电极恶化，需要频繁地进行再生维护等众多的问题。
进而，在由绝缘层3的温升进行的除电中，由于伴随着绝缘层3的温升操作，基板温度也上升，因此根据基板W的种类有可能导致元件恶化。另外，还存在绝缘层3的温升需要花费很多时间的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而完成的，课题是提供与工艺的种类无关地能够适宜而且迅速地进行被处理基板的除电处理的静电吸盘装置。
为解决以上的课题，本发明的静电吸盘装置的特征是具备包括面对支撑台表面的除电用电极、除电用电位、连接在这些除电用电极与除电用电位之间的除电用电阻的除电电路。
在上述结构的除电电路中，除电用电极始终接触放置在支撑台上的被处理基板的背面。除电用电极经过除电用电阻连接除电用电位(例如接地电位)。除电用电阻设定成比支撑台表面的绝缘层低的电阻，同时，在静电吸盘机构时保持被处理基板的电位，在静电吸盘解除时，能够使被处理基板的电位向除电用电位逃逸的电阻值。该电阻值能够根据静电吸盘时的施加电压或者工艺条件等适当设定。
依据本发明，由于除电用电极处于始终接触被处理基板的状态，或者，在除电用电极与除电用接地电位之间存在适当的除电用电阻，因此，在被处理基板的除电时不会引起电弧等异常放电，能够适当地进行基板的除电处理。另外，由于在把吸盘用电极连接到接地电位的时刻可以得到基板的除电作用，除电效率高，因此能够迅速地进行除电处理。
除电用电极的形成位置没有特别限定，而适宜的是面临支撑台的表面周缘，或者经过吸盘用电极之间面临支撑台表面的结构。另外，除电用电极的方式是在用薄膜工艺形成在支撑台表面的导体膜或者金属凸起等，能够在不损害所期待的静电吸盘功能的范围内进行选定。
除电用电位除去接地电位以外，也可以是能够供给与被处理基板上带电的电荷不同极性的电荷的预定的电源电位。
除电用电阻是从除电用电极至除电用电位的电阻成分，不限于只是安装电阻元件，也可以用布线材料具有的布线电阻成分构成该除电用电阻。另外，电阻元件不限于固定电阻，也能够采用可变电阻。
在用可变电阻构成除电用电阻的情况下，静电吸盘时为了抑制被处理基板的电位的泄漏，设定在高电阻一侧，除电时为了迅速地去除基板电位设定在低电阻一侧。另外，作为本发明的除电电路，即使采用包括把除电用电极与除电用电阻之间电连接/切断的开关单元的结构的情况下也可以得到同样的效果，静电吸盘时使开关断开防止基板电位的泄漏，通过开关接通能够迅速地进行基板的除电。
在如上所述，依据本发明的静电吸盘装置，能够适宜而且迅速地进行被处理基板的除电处理。从而，能够防止以被处理基板的残留电荷为原因的脱离时的传输错误或者损伤，能够谋求提高生产率以及生产性。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的静电吸盘装置11的概略结构图。
图2是表示除电用电极16的顶端16A的结构例的主要部分放大图。
图3表示配置在吸盘用电极14A、14B之间的除电用电极16的一个方式。
图4表示配置在除电用电极14A、14B之间的除电用电极16的另一个方式。
图5是本发明第2实施方式的静电吸盘装置21的概略结构图。
图6是本发明第3实施方式的静电吸盘装置31的概略结构图。
图7是本发明第4实施方式的静电吸盘装置41的概略结构图。
图8是本发明第5实施方式的静电吸盘装置51的概略结构图。
图9是本发明第6实施方式的静电吸盘装置61的概略结构图。
图10是表示现有的静电吸盘装置的概略结构图。
图11说明现有的静电吸盘装置中的基板除电方法。
图12说明现有的静电吸盘装置的另一个基板除电方法。
符号的说明
11、21、31、41、51、61：静电吸盘装置
12：支撑台
13：绝缘层
14、14A、14B：吸盘用电极
15、15A、15B：吸盘用电位源
16、52：除电用电极
17、27：除电用电阻
19、49：除电用电位
38：开关
53：赋能构件
62：升降销(除电用电极)
63：升降单元
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的各实施方式。另外，本发明并不限于以下的实施方式，根据本发明的技术思想能够进行各种变形。
(第1实施方式)
图1是表示本发明第1实施方式的静电吸盘装置11的结构的概略图。本实施方式的静电吸盘装置11主要具备：支撑半导体基板W的支撑台12、形成在支撑台12上表面上的绝缘层(介质层)13、经过绝缘层13与半导体基板W的表面相对那样配置在支撑台12内部的多个吸盘用电极14A、14B、面对支撑台12的表面与半导体基板W的背面接触的除电用电极16。
支撑台12由陶瓷等绝缘性材料构成，设置在未图示的真空腔等处理室内部。绝缘层13在本实施方式中用PBN(パイロリテイツクボロンナイトライド)、AIN(アルミナイトライド)等形成，当然也能够用除此以外的绝缘材料构成。另外，绝缘层13不限于形成在支撑台13的上表面的一部分区域，也可以形成在支撑台12的上表面的整个区域中。
吸盘用电极14A、14B用碳、铝、铜等低电阻材料构成，一方的吸盘用电极14A连接到正电位源15A，另一方的吸盘用电极14B连接到负电位源15B。在这些吸盘用电极114A、14B与电位源15A、15B之间分别设置开关18A、18B，构成为在半导体基板W的除电时，这些开关18A、18B切换到接地电位一侧。
除电用电极16设置在支撑台12的周缘上，使得其顶端接触半导体基板W的背面那样，面对支撑台12的表面。除电用电极16的形成部位既可以是支撑台12的整个周缘，也可以沿着支撑台12的周缘设置在多个等角位置或者不等角位置。
这里如图2A所示，除电用电极16的顶端16A遍及支撑台12的周缘上表面部分的预定范围形成。由此，能够加大与半导体基板W的背面的接触面积。另外，如图2B、2C所示那样，在半导体基板W的尺寸(直径)比支撑台12的上表面尺寸大或者小的任一种情况下，电极顶端16A都适宜地接触基板W的背面。
除电用电极16的形成位置不限于支撑台12的周缘，例如，如图3以及图4所示，除电用电极16也可以位于吸盘用电极14A、14B之间。这种情况下，使得经过支撑台12内部的吸盘用电极14A、14B之间面对绝缘层13的表面那样形成除电用电极16。另外，作为除电用电极16的顶端方式，能够适用图3所示的点形或者图4所示的线形等任一种方式。另外，吸盘用电极14A、14B在图3中采用梳形构造，在图4中采用扇形形状。
除电用电极16的构成材料没有特别限定，而理想的是金属等低电阻材料。另外，作为除电用电极16的形成方式，能够适用以薄膜工艺形成在支撑台12的周缘(以及其上表面的一部分)中的导体膜或者体部件等。在本实施方式中，用铜薄膜形成除电用电极16。
而且，该除电用电极16经过除电用电阻17，连接到作为除电用电位的接地电位19。除电用电阻17设定为能够在静电吸盘时抑制在半导体基板W中带电的电荷的泄漏、在半导体基板W的除电时使半导体基板W中带电的电荷向接地电位逃逸的电阻值。
根据吸盘电位(向电位源15A、15B的供给电位)、基板W与吸盘用电极14A、14B之间的离开距离、吸盘用电极14A、14B的电极面积、配置数量、对于半导体基板W的工艺条件等适宜地设定该除电用电阻17的电阻值，而在任一种情况下，都需要成为比绝缘膜13低的电阻。如果举出一个例子，则在吸盘电位是3600V的情况下，除电用电阻17设定为大于等于1kΩ，更理想的是0.5MΩ左右的电阻值。
另外，由这些除电用电极16、除电用电阻17以及接地电位19，构成本发明的「除电电路」。
在以上那样构成的本实施方式的静电吸盘装置11中，在吸附保持放置在支撑台12的上表面上的半导体基板W的情况下，把开关18A、18B分别切换到正电位源15A、负电位源15B，在吸盘用电极14A、14B中分别施加预定的正电位以及负电位。由此，在经过绝缘层13与各个吸盘用电极14A、14B相对的半导体基板W背面的各个区域中，通过静电感应而分别分极带电负电荷以及正电荷。其结果，在半导体基板W与支撑台12之间发生静电吸附力，半导体基板W被保持在支撑台12上。
这时，由于除电用电极16接触半导体基板W的背面，因此基板电位有可能泄漏到接接地电位19一侧，而如上所述，通过适当地调整除电用电阻17，能够抑制该泄漏。
另外，由于除电用电极16接触半导体基板W的背面，因此经过除电用电阻17从接地电位19向半导体基板W进行负电荷的供给，在增大半导体基板W的吸附力方面做出贡献。这样的效果在吸盘用电极为单极型、使半导体基板负向带电的情况下特别显著。
另一方面，在结束对于半导体基板W的预定的工艺(例如成膜或者腐蚀)，使半导体基板W从支撑台12脱离时，需要把半导体基板W除电，解除与支撑台12之间的吸附力。
因此，在本实施方式中，在分别把开关18A、18B切换到接地电位一侧，把吸盘用电极14A、14B除电了以后，主要经过除电用电极16进行半导体基板W的除电。即，仅切换开关18A、18B，就能够迅速地进行半导体基板W的除电。然后，借助升降销(省略图示)，把半导体基板W向上方升起，由预定的传输机械手(省略图示)传输到下一道工序。
从而，依据本实施方式，由于能够适当地进行半导体基板W的除电，因此能够防止半导体基板W的脱离时的传输错误或者损伤。另外，由于能够非常简单地构成除电电路自身，因此能够低成本地制造静电吸盘装置。另外，由于不需要用于除电的特别处理操作，因此能够不降低工艺的生产率或者生产性，进行半导体基板W的脱离操作。
进而，由于除电用电极16是始终接触半导体基板W的背面的方式，而且，在除电用电极16与接地电位之间存在除电用电阻17，因此能够在半导体基板W的除电时抑制发生电弧等的异常放电。由此，能够谋求保护半导体基板W。
(第2实施方式)
图5是本发明第2实施方式的静电吸盘装置21的概略结构图。另外，图中，对于与上述第1实施方式对应的部分标注相同的号码，省略其详细的说明。
在本实施方式的静电吸盘装置21中，面对支撑台12表面的除电用电极16不仅配置在支撑台12的周缘，还配置在支撑台12上表面的中央部分中。配置在该支撑台12上表面的中央部分中的除电用电极16形成在配置于支撑台12内部的多个吸盘用电极14A、14B之间，其顶端如图3、图4所示，在电极14A、14B之间以点形或者线形的方式，露出到绝缘膜13的上表面。
依据该结构，在半导体基板W的除电时，在基板W的几乎整个面上，能够得到均匀的除电效果，能够谋求提高除电效率和缩短除电时间。
另外，本实施方式的静电吸盘装置21的构成除电电路的除电用电阻27用可变电阻构成。该除电用电阻27在静电吸盘时为了抑制半导体基板W的电位泄漏设定在高电阻一侧，除电时为了迅速地去除基板电位设定在低电阻一侧。
从而，依据该结构能够进一步提高半导体基板W的吸附力的同时，能够提高除电的效率，能够谋求大幅缩短除电时间。另外，由于根据对于半导体基板W的工艺条件，适宜调整除电用电阻27，因此对于半导体基板W能够在每个工艺中供给不同的最佳的吸盘电位。
(第3实施方式)
图6是本发明第3实施方式的静电吸盘装置31的概略结构图。另外，图中对于与上述第1实施方式对应的部分标注相同的号码，省略其详细的说明。
本实施方式的静电吸盘装置31在除电用电阻17与接地电位19之间安装开关38，构成半导体基板W用的除电电路。该开关38与本发明的「开关单元」相对应，能够用机械式的开关部件或者晶体管等电子电路构成。
依据本实施方式，通过在除电用电极16与除电用电位(接地电位)19之间设置电接通/切断的开关38，在静电吸盘时使开关38断开防止基板电位的泄漏，通过开关38的接通能够迅速地进行基板W的除电。由此，能够谋求除电用电阻17的低电阻化，同时，例如能够排除对于RF等离子处理等半导体基板W的带电电位成为重要因素的工艺产生恶劣影响的可能性。另外，通过设置除电用电阻17，能够抑制发生除电用电极16与半导体基板W之间的电弧。
(第4实施方式)
图7是本发明第4实施方式的静电吸盘装置41的概略结构图。图中对于与上述第1实施方式对应的部分标注相同的号码，省略其详细的说明。
本实施方式的静电吸盘装置41在对于配置在支撑台12内部的吸盘用电极14经过开关18连接正电位源15的例子中，表示把供给与半导体基板W中带电的电荷不同符号的电位的正电位源49作为除电用电位、构成了除电电路的例子。
依据该结构，由于在半导体基板W的除电时，通过正电位源49积极地进行半导体基板W的除电，因此能够谋求提高半导体基板W的除电效率，同时，能够得到与上述第1实施方式相同的效果。
除电用的正电位源49能够根据半导体基板W的带电电位设定。另外，如果用可变电源构成正电位源49，则能够根据半导体基板W的种类提供最佳的除电电位。另外，在对于吸盘用电极14的供给电位源是负电源的情况下，除电用的电位源49当然由负电位源构成。
(第5实施方式)
图8是本发明第5实施方式的静电吸盘装置51的概略结构图。另外，图中对于与上述第1、第3实施方式对应的部分标注相同的号码，省略其详细的说明。
在本实施方式的静电吸盘装置51中，在形成于支撑台12的面内多处位置的通孔54中，分别收容接触放置在支撑台12表面的半导体基板W的背面的除电用电极52。这些除电用电极52分别经过圈簧形的赋能部件53，连接到安装在通孔54下端一侧的连接端子55上。这些除电用电极52、赋能构件53以及连接端子55分别用金属等导电性材料构成。
在本实施方式中，与上述的第3实施方式相同，在除电用电阻17与接地电位19之间安装开关38，构成半导体基板W用的除电电路。除电用电阻17连接在与上述的除电用电极52连接的各个连接端子55上。
在以上那样构成的本实施方式的静电吸盘装置51中，除电用电极52受到赋能构件53的赋能力，始终接触放置在支撑台12表面上的半导体基板W的背面。赋能构件53的赋能力设定为比半导体基板W的自重还充分低的赋能力。从而，不会在吸盘用电极14A、14B产生的半导体基板W的吸盘力中带来影响。
在本实施方式的静电吸盘装置中也相同，在对于半导体基板W的静电吸盘力的解除时，把开关18A、18B切换到接地电位一侧，把吸盘用电极14A、14B除电的同时，闭合除电用的开关38。通过闭合该除电用的开关38，在半导体基板W中带电的电荷经过除电用电极52、赋能构件53、连接端子55、除电用电阻17以及开关38流向接地电位19，由此把半导体基板W除电。
从而，依据本实施方式的静电吸盘装置51也能够得到与上述的各实施方式相同的效果。特别是，依据本实施方式，由于接地用电极52在预定的接触压下始终接触半导体基板W的背面，因此与半导体基板W的接触电阻小，能够迅速地进行半导体基板W的除电。另外，即使在半导体基板W中发生了翘起或弯曲等的情况下，也能够确保除电用电极52与半导体基板W之间的适宜的接触状态。另外，通过设置除电用电阻17，能够抑制发生除电用电极52与半导体基板W之间的电弧。
(第6实施方式)
图9是本发明第6实施方式的静电吸盘装置61的概略结构图。另外，图中对于与上述的第1、第3实施方式对应的部分标注相同的号码，省略其详细的说明。
在本实施方式的静电吸盘装置61中，在支撑台12的下方设置使半导体基板W在支撑台12上升降的升降机构。该升降机构具备升降销62、使该升降销62相对支撑台12的表面沿着垂直方向升降的升降单元63。
升降销62构成为本发明的除电用电极。升降销62收容在形成于支撑台12上的通孔64中，在图示的静电吸盘时，升降销62的顶端接触半导体基板W的背面。另外，图中仅示出了一根升降销62，而当然不限于该数量，也可以配置多根。
升降销62用金属等导电性材料构成，固定在升降单元63的驱动构件63a上。升降单元63用反复位置精度高的电动或者压缩气缸等构成，使驱动构件63a如图中箭头所示那样沿着上下方向移动。升降销62通过驱动构件63a的上下移动，在升降销62的顶端从支撑台12的表面突出的位置与拉入到通孔64内的位置之间升降。驱动构件63a对于支撑台12借助环形的绝缘部件66以及波纹管65安装。
升降单元63的驱动构件63a用金属等导电性材料构成。升降销62经过该驱动构件63a，连接到除电用电阻17。该除电用电阻17经过开关38连接到接地电位。
在以上那样构成的本实施方式的静电吸盘装置61中，在半导体基板W的静电吸盘时，升降销62的顶端部分由升降单元63控制高度位置以始终接触到半导体带基板W的背面的位置。这时，升降单元63与控制上升转矩一样，在对于静电吸盘作用不产生影响的范围内，以一定的压力把该升降销62按压到半导体基板W的背面。
依据本实施方式的静电吸盘装置61也能够得到与上述相同的效果，在静电吸盘动作的解除时能够迅速地进行半导体基板W的除电。另外，也不会在半导体基板W的背面与升降销62的顶端之间不会发生由过电流引起的电弧。
另外，在上述的各实施方式中，作为被处理基板举例说明了半导体基板W，但并不限于此，例如，本发明也能够在玻璃基板或者导体基板等中适用。

Claims (11)

1. 一种静电吸盘装置，该静电吸盘装置在支撑台的表面静电吸附被处理基板，其特征在于具备，
包括面对上述支撑台表面的除电用电极、除电用电位、连接在这些除电用电极与除电用电位之间的除电用电阻的除电电路。
2. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电极形成在上述支撑台的表面周缘上。
3. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
在配置于上述支撑台内部的吸盘用电极之间形成上述除电用电极。
4. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电位是接地电位。
5. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电位是预定的电源电位。
6. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电阻是可变电阻。
7. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电电路包括把上述除电用电极与上述除电用电位之间电连接/断开的开关单元。
8. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电极设置在始终接触放置在上述支撑台表面的被处理基板的背面的位置。
9. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
在上述除电用电极上设置有把该除电用电极向上述支撑台的表面上方赋能的赋能构件。
10. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
在上述支撑台的表面配置多个上述除电用电极。
11. 根据权利要求1所述的静电吸盘装置，其特征在于，
上述除电用电极连接到使该除电用电极相对上述支撑台的表面沿着垂直方向升降的升降单元上。
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