JPH02159744A - 半導体ウエハチャック装置のウエハ離脱機構 - 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
装備して室内に搬入された半導体ウェハ（以下「ウェハ
」と呼称する）を所定の位置に吸着保持するウェハチャ
ック装置、特に静電チャックに対するウェハの離脱機構
に関する。

〔従来の技術〕

まず、ウェハをプラズマＣＶＤ処理する枚葉式ウェハ処
理装置の構成概要を第４図に示す。図において、１はプ
ロセス処理室、２はプロセス処理室Ｉの下部に設置した
プラズマ発生部、３は真空ポンプ、−４，５はプロセス
処理室１に真空仕切弁６を介して連設したウェハ搬入、
搬出側のロック室、７はロック室４．５内を移動するウ
ェハ搬送用のロボット、８がプロセス処理室１の室内上
部に設置したウェハ保持用のウェハチャック装置である
。

ここで、ウェハチャック装置８は、プロセス処理室１の
容器壁を貫通して配備したステージホルダ９と、該ステ
ージホルダ９の先端へ着脱可能に装着されたチャックス
テージ１０と静電チャック１１を組合せたチャックユニ
ットとからなり、かつステ、−ジホルダ９は室外で昇降
駆動部１２で昇降操作される。なお、１３はステージホ
ルダ９の軸封用のベローズ、１４は静電チャック１１へ
電圧を印加する電源装置である。また、静電チャック１
１は、チャック基体に電極を組み込んだものであり、電
極への電圧印加により発生する電荷のクーロン力を利用
してウェハをチャック面に吸着保持するものである。

かかるウェハ処理装置によりプロセス処理の手順は周知
であり、搬入側ロック室４を通じてロボット７の操作で
室内に搬入した未処理のウェハ１５をウェハチャック装
置８に受は渡し、ここで静電チャック１１に電圧を印加
してウェハ１５をチャック面に吸着保持させる。続いて
ロボット７を室外に後退させ、減圧状態の下で室内に成
膜ガスを供給しながらプラズマＣＶＤ処理を行う。一方
、プロセス処理が終了すると、搬出側ロック室５のロボ
ット７を静電チャック１１とのウェハ受は渡し位置まで
移動したところで静電チャック１１への電圧印加を停止
し、ウェハ１５をチャック装置８から離脱させてロボッ
ト７に受は渡し、その後に室外へ搬出する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記のプロセス処理工程で、処理済みのウェ
ハをチャック装置からウェハ搬送用ロボットへ受は渡す
際には、静電チャック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１．この場合に電極への電
圧印加を単に停止しただけではチャック基体の残留電荷
によるクーロン力が作用してウェハを瞬時にチャック面
から離脱させることができず、また残留電荷の自然消失
を待ってウェハを離脱させるようにすると、電圧印加の
停止からウェハが離脱するまでに要する時間が時には１
〜２分も長くかかることがあり、その分だけロスタイム
が増してウェハ受は渡し工程のスループットが低下する
。

そこで、従来では静電チャックからウェハを強制離脱さ
せる方式として、電極への電圧印加停止後にウェハの裏
面に向けてチャック装置側から不活性ガスをブローして
強制離脱させるガスブロー離脱方式、あるいはチャック
装置側に設けたノックアウトビンをウェハの裏面に突出
して強制離脱させるメカニカル離脱方式などが試みられ
ている。

しかして、ガスブロー離脱方式は、プロセス処理室内に
プローガスが吹出してその周辺の塵埃を飛散さゼるので
、ウェハの処理面が汚損される問題がある他、室内に吹
出したプローガスを排気するために排気能力の高い真空
ポンプが必要となるなどの問題がある。

一方、従来におけるメカニカル離脱方式は、ウェハの裏
面周縁部の一箇所に対向してプロセス処理室内に設置し
たノックアウトビンを突き出し操作してウェハを強制離
脱させるようにした機構で実施されている。しかして、
最近ではウェハがますまず大口径化する傾向にあり、特
に径サイズの大きなウェハに対しては静電チャックも大
口径のものが使用される。このために、ウェハの離脱に
際して前記メカニカル離脱方式のようにウェハの裏面周
縁部のみを局部的にノックアウトビンで突出しても、ウ
ェハが大口径であるとウェハを円滑に強制離脱させるこ
とが困難となる。

すなわち、大口径のウェハについて、静電チャツタの残
留電荷でチャック面に吸着保持されている状態でウェハ
の裏面周縁部にノックアウトビンを突出した際の挙動を
実験観察したところによれば、肉厚の薄いウェハはノッ
クアウトビンの突き当たる部分が局部的に反り曲がるだ
けで、他の面域はチャック面に吸着されたままの状態と
なることが認められた。また、ノックアウトピンの突出
しストロークを大きくして無理やりに強制離脱させよう
とすると、ウェハの反り量が増してついにはウェハにク
ランクが発生して破損すると言ったトラブルが多発する
ことも認められている。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、メカ
ニカル離脱方式を対象に、ウェハを静電チャックから安
全、かつ確実に強制離脱できるようにした大口径のウェ
ハにも十分対応可能なチャック装置のウェハ離脱機構を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

一上記課題を解決するために、本発明のウェハ離脱機構
は、静電チャックに吸着された半導体ウェハに対し、そ
の裏面中央部、および裏面外周部に分散対向させて静電
チャックユニット側に配備した第１．および第２グルー
プの突出し部材と、ステージホルダの中空軸部を通じて
室外側に配備の駆動部と前記第１．第２グループの突出
し部材との間を連結した操作ロッド機構とを具備し、静
電チャックへの電圧印加停止後に、前記第１．第２グル
ープの突出し部材を同時に突出し操作して半導体ウェハ
を静電チャックのチャック面から強制離脱させるよう構
成したものである。

〔作用〕

上記の構成で、第１グループの突出し部材は静電チャッ
クの中央部を貫通して配備された直動式のノックアウト
ピン、第２グループの突出し部材ば静電チャックの周縁
部側に突出して配備されたスイングカムであり、各グル
ープの突出し部材は少なくとも周上４箇所に分散配備し
た上で、各突出し部材が同期連動して静電チャックのチ
ャック面より出没するように操作ロッド機構を介して駆
動部に連結されている。

ここで、ウェハを静電チャックに吸着保持させた状態で
、静電チャックへの電圧印加を停止した後に駆動部の駆
動で各グループの突出し部材を一括して突出し操作する
と、ウェハはその中央部。

外周部の周域に沿った多点で同時に静電チャックのチャ
ックから剥離するように突出し作用を受ける。これによ
り、ウェハはクランク発生の原因となる局部的な反りを
生じることなく、残留電荷の吸着力に抗して安全、確実
に静電チャックから強制離脱されるようになる。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は本発明実施例の構成を示すもので
あり、第４図に対応する同一部材には同じ符号が付しで
ある。

まず、本発明によるウェハ離脱機構を述べる前にウェハ
チャック装置８についての詳細構造を第１図で補足説明
すると、静電チャック１１は締結ボルト１６でチャック
ステージ１０と一体に組立てた上で、ボルト１７を介し
てステージホルダ９の取付は座面へ着脱可能に装着され
ている。なお、各部材相互の重なり面にはシール用のＯ
リング１８が介在している。また、静電チャック１１は
ウェハ１５の径サイズよりも−回り小さい外径寸法に選
定されている。これはプラズマＣＶＤ処理の過程で静電
チャック１１のチャック面に成膜の回り込みが生じるの
を防ぐためである。一方、ステージホルダ９は周面に冷
却用の水ジャケット１９を備えており、そのプロセス処
理室外に通じる中空軸部内にソケットホルダ２０を設置
してここに外部の電源と接続したソケット２１を取付け
、プラグ２２を介して静電チャック１１の電極２３へ電
圧を印加するよう構成されている。

次にウェハ離脱機構の構造を説明する。この離脱機構は
室外側に設置したエアシリンダなどの駆＝９ 動部２４と、該駆動部２４に一括結合し、ステージホル
ダ９の中空軸部内に敷設して前記ソケットホルダ２０に
ガイド支持した４本の昇降ロッド２５と、各昇降ロッド
２５の下端に連結して静電チャック１１に貫通配備した
直動式ノックアウトピン２６と、第３図に明示したよう
に各昇降ロッド２５に昇降／回転変換用リンク機構とし
てのジヨイント２７．およびジヨイント２７から側方に
伸びてチャックステージ１０をラジアル方向に貫通した
回転ロッド２８に結合して静電チャック１１の外周上に
配備したスイングカム２９とを主要部品として構成され
ている。なお、３０はノックアウトピン２６に対する静
電チャック貫通部に設けた軸封シール、３１は回転ロッ
ド２８の軸受、３２は回転ロッド２８に対するチャック
ステージ貫通部に設けた軸封シール、３３はスイングカ
ム２９の振れ防止用として静電チャック１１の周縁に嵌
着したリング状のカムガイド、３４（第３図参照）はカ
ムガイド３３に取付けてスイングカム２９を後退付勢す
る板ばねである。

また前記の構成で、４個のノックアウトピン２６−１〇
− は第１グループの突出し部材としてウェハ１５の裏面中
央部の周域に分散して対向位置し、４個のスイングカム
２９は第２グループの突出し部材としてウェハ１５の裏
面外周部の周域に対向位置している。

さらに、前記したリング状のカムガイド３３には、スイ
ングカム２９と並べてセンタリングピン３５が装備しで
ある。このセンタリングピン３５は、静電チャック１１
からウェハ１５が離脱する際に、ウェハが横ずれするの
を防止するための位置決めピンであり、上方よりばね付
勢を受けたヒンジ取付は具３６を介してカムガイド３３
へ担持されている。

次に上記したウェハ離脱機構の動作について説明する。

まず、前述したランクアウトビン２６．スイングカム２
９はウェハ離脱時を除いて静電チャック１１に吸着保持
されているウェハ１５と干渉しないように後退位置に待
機している。一方、ウェハ１５のプロセス処理が済んで
、ウェハ１５をウェハ搬送用ロボットへ受は渡す過程で
は、静電チャック１１への電圧印加を停止した後に駆動
部２４の駆動で昇降ロッド２５を下降操作すると、直動
式のノックアウトピン２６がウェハ１５の裏面中央部に
向けて突き出すと同時に、ジヨイント２７１回転ロッド
２８を介してスイングカム２９が揺動し、ウェハ１５の
裏面外周部に向けて突き出す。これにより、ウェハ１５
は中央部の周上４箇所、外周部の周上４箇所の合計８箇
所で静電チャック１１のチャック面から剥離するように
同時に突出し力を受ける。したがっ”て、ウェハ１５は
局部的な反りを生じることなく、吸着時と同じ姿勢を保
ったまま残留電荷の吸着力に抗して静電チャック１１か
ら強制的に剥離され、下方に待機しているウェハ搬送ロ
ボットに受は渡しされる。しかもこの強制離脱過程では
、ウェハ１５がセンタリングピン３５でガイドされるの
で、横ずれなどの姿勢乱れの生じるおそれはなく、安定
した姿勢で正しくロボットへ受は渡しされる。

なお、同じプロセス処理装置で各種サイズのウェハを処
理する場合には、ウェハサイズに対応した静電チャック
と交換することで簡単に対応できる。

〔発明の効果〕

本発明によるウェハ離脱機構は、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。

すなわち、静電チャックに吸着保持されたウェハに対し
、その裏面中央部、および裏面外周部に対向して分散配
備した第１．第２グループの突出し部材を同時に突出し
操作してウェハを強制離脱するよう構成したことにより
、ウェハにクラック発生の原因となる局部的な反りを与
えることなく、大口径のウェハでも安全、確実に静電チ
ャックのチャック面から強制離脱させることができ、従
来のメカニカル離脱方式のウェハ離脱機構と比べて、大
幅な信顛性向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成断面図、第２図は第１図の
部分横断面図、第３図は第１図におけるウェハ離脱機構
の斜視図、第４図は枚葉式プラズマＣＶＤウェハ処理装
置の概略構成図である。図において、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）プロセス処理室内に設置して該室内に搬入した半導
   体ウェハを吸着保持する半導体ウェハチャック装置のウ
   ェハ離脱機構であり、チャック装置が静電チャックユニ
   ットをプロセス処理室側に設置したステージホルダへ着
   脱可能に装着してなるものにおいて、静電チャックに吸
   着された半導体ウェハに対し、その裏面中央部、および
   裏面外周部に分散対向させて静電チャックユニット側に
   配備した第１、および第２グループの突出し部材と、ス
   テージホルダの中空軸部を通じて室外側に配備の駆動部
   と前記第１、第２グループの突出し部材との間を連結し
   た操作ロッド機構とを具備し、静電チャックへの電圧印
   加停止後に、前記第１、第２グループの突出し部材を同
   時に突出し操作して半導体ウェハを静電チャックのチャ
   ック面から強制離脱させることを特徴とする半導体ウエ
   ハチャック装置のウェハ離脱機構。