JP2867526B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体製造装置に関し、 ウェーハの残留電荷を効果的に活用したり除電したり
して、静電チャックからのウェーハの離脱が容易になる
ことを目的とし、 静電チャックと、電源装置とを有し、前記静電チャッ
クは、ウェーハを吸着するものであって、吸着面に絶縁
膜と、絶縁膜の下に交互に配設された電極と、電極から
導出された端子とを有するものであり、前記電源装置
は、電極に直流電圧を印加するものであって、２つの高
圧電源と、端子に接続される出力端子と、接地端子と、
極性切替え手段とを有するものであり、前記極性切替え
手段は、一方が接地端子、他方が出力端子に極性切替え
可能に接続されるように、高圧電源の夫々に設けられる
ものであり、前記極性切替え手段は、静電チャックに吸
着されているウェーハが離脱される際、ウェーハが有す
る残留電荷と同極性の電圧を出力端子を介して電極に印
加するものであるように構成する、また、静電チャック
と、搬送アームと、継電器とを有し、前記静電チャック
は、ウェーハを吸着するものであって、装置本体に内設
されているものであり、前記搬送アームは、ウェーハを
静電チャックに着脱するものであって、装置本体に気密
可能に貫通支持されたアーム駆動部と、装置本体に内設
され、かつアーム駆動部に旋回および昇降可能に枢支さ
れたアーム本体と、アーム本体の先端に静電チャックに
対面するように設けられたウェーハトレイとを有するも
のであり、前記ウェーハトレイは、アーム駆動部と電気
的に接続されているものであり、前記継電器は、装置本
体と電気的に絶縁されたアーム駆動部を接地するもので
あって、常時閉成されており、前記継電器は、搬送アー
ムが静電チャックに吸着されているウェーハを受ける取
る際、ウェーハトレイがウェーハに当接する直前に開成
され、かつ当接した直後に閉成されるものであるように
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体製造装置に係わり、特にウェーハの
離脱が容易な静電チャックに関する。

近年、エレクトロニクスの発展は目ざましいものがあ
るが、その発展は、半導体デバイスの技術革新に負うと
ころが大きい。

中でも、シリコン半導体を用いた集積回路の大規模・
高集積化は非常に急速に推移しており、１チップ内に集
積される素子数は、メモリ素子の容量で見て、数年単位
で４倍に拡大している。

それに伴い、シリコンウェーハからデバイスに仕上げ
るまでの一連の工程の中で、いわゆるウェーハプロセス
と呼ばれるパターニングが終了するまでの工程で、ウェ
ーハの取り扱いを如何に効率よく、しかも、安定に行う
かが、生産性向上の上から重要である。

ウェーハプロセスには、一般に、酸化、レジスト処
理、露光、現像、エッチング、不純物導入といった幾つ
かの工程が繰り返されるが、その工程の各所でウェーハ
の保持と搬送が行われる。

このウェーハを保持する治具には各種あるが、その１
つに、静電荷のクーロン力を利用した静電チャックがあ
る。

静電チャックは、真空を用いて吸着する真空チャック
を行うことができない真空装置の中などにおいてウェー
ハ処理を行うときに用いられることが多く、例えば、エ
ッチング工程のRIE（反応性イオンエッチング）処理装
置などに装備されて用いられる。

〔従来の技術〕

第３図は従来の静電チャックが装備された装置の一例
を示す斜視図であり、第４図は第３図の静電チャックの
一例を示す斜視図、第５図は第４図のＸ−Ｘ断面図であ
る。

図中、１は静電チャック、３は搬送アーム、3aはアー
ム駆動部、3cはウェーハトレイ、５は装置本体、６はウ
ェーハである。

第３図において、装置本体５は例えばドライエッチン
グの一種であるRIE処理装置などの半導体製造装置であ
り、装置本体５の上方は大気の雰囲気で、下方は処理室
5aである。

装置本体５には、下向きに静電チャック１が取り付け
られており、そこにウェーハ６が吸着されてRIE処理さ
れる。

一方、装置本体５の処理室5aには搬送アーム３が内設
されている。この搬送アーム３は、アーム駆動部3aと、
そのアーム駆動部3aに枢支されて旋回したり昇降したり
するアーム本体3bと、そのアーム本体3bの先端に設けら
れたウェーハトレイ3cとから構成されている。

そして、ウェーハトレイ3cがぐるっと回って静電チャ
ック１の真下にくると上昇して静電チャック１に当接
し、静電チャック１にウェーハ６を渡して吸着させた
り、静電チャック１に吸着されているウェーハ６を受け
取ったりする。

第４図と第５図において、静電チャック１は、工作機
械の被加工物を吸着するものには方形の形状もあるが、
シリコンウェーハなどを吸着する形式のものでは、円形
の形状が多い。

静電チャック１の外殻1gはAlなどでできており、中に
は例えばシリコンゴムなどが充填されている。そして、
ウェーハ６を吸着する凸状の表面には、膜厚が100〜300
μｍの絶縁膜1aが被覆されている。

この絶縁膜1aは、例えばプラスチックやゴムのような
耐熱性はないが軟らかい材料とかセラミックのような耐
熱性がある硬い材料とかで構成されている。その絶縁膜
1aを剥いでみると、その下には電極1b、1cが設けられて
いる。

この電極1b、1cのパターン形状は、円を２つに割った
形状であったり、九十九折り形状であったり、吸着させ
る目的などによって種々の形態が採られており、ここで
は、同心円状の櫛歯状パターンの電極1b、1c、が互いに
配置された形状になっている。

そして、電極1b、1cは、それぞれ端子1d、1eを通して
外殻1gから外に導出されている。そして、それぞれの端
子1d、1eに±数kVの高い直流電圧が印加されると、絶縁
膜1aに静電荷が誘起され、ウェーハ６との間にクーロン
力が作用して吸着が行われる。

ところが、例えばRIE処理のように、静電チャック１
に吸着されて処理されるウェーハ６が、例えば電子のよ
うな荷電粒子７によって叩かれると、ウェーハ６自体が
セルフバイアスによって電荷を帯びて残留電荷7aとして
残ってしまう。

その結果、静電チャック１の電極1b、1cに印加してい
る直流電圧を断っても、ウェーハ６が静電チャック１か
ら容易に離脱しなくなることが間々起こる。

この対策として、図示してないが、例えばリフトピン
などを用いてウェーハ６を機械的に離脱させようとする
と、ウェーハ６が割れたり、ウェーハ６が静電チャック
１から離脱した瞬間に剥離放電が起こったりして、ウェ
ーハ６が損傷してしまうことが間々起こる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたように、半導体製造装置に内設された静電
チャックに吸着されたウェーハは、そのウェーハの処理
がRIE処理などのときにはウェーハ自体に残留電荷が残
ってしまい。静電チャックから離脱し難い問題があっ
た。

そうかといって、ウェーハを機械的に離脱させようと
すると、剥離放電が起こったりしてウェーハが損傷して
しまう問題があった。

本発明は、このウェーハの残留電荷を効果的に活用し
たり除電したりして、ウェーハの離脱が容易な静電チャ
ックを有する半導体製造装置を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、 静電チャックと、電源装置とを有し、 前記静電チャックは、ウェーハを吸着するものであっ
て、吸着面に絶縁膜と、絶縁膜の下に交互に配設された
電極と、電極から導出された端子とを有するものであ
り、 前記電源装置は、電極に直流電圧を印加するものであ
って、２つの高圧電源と、端子に接続される出力端子
と、接地端子と、極性切替え手段とを有するものであ
り、 前記極性切替え手段は、一方が接地端子、他方が出力
端子に極性切替え可能に接続されるように、高圧電源の
夫々に設けられるものであり、 前記極性切替え手段は、静電チャックに吸着されてい
るウェーハが離脱される際、ウェーハが有する残留電荷
と同極性の電圧を出力端子を介して電極に印加するもの
であるように構成された半導体製造装置、また、 静電チャックと、搬送アームと、継電器とを有し、 前記静電チャックは、ウェーハを吸着するものであっ
て、装置本体に内設されているものであり、 前記搬送アームは、ウェーハを静電チャックに着脱す
るものであって、装置本体に気密可能に貫通支持された
アーム駆動部と、装置本体に内設され、かつアーム駆動
部に旋回および昇降可能に枢支されたアーム本体と、ア
ーム本体の先端に静電チャックに対面するように設けら
れたウェーハトレイとを有するものであり、 前記ウェーハトレイは、アーム駆動部と電気的に接続
されているものであり、 前記継電器は、装置本体と電気的に絶縁されたアーム
駆動部を接地するものであって、常時閉成されており、 前記継電器は、搬送アームが静電チャックに吸着され
ているウェーハを受け取る際、ウェーハトレイがウェー
ハに当接する直前に開成され、かつ当接した直後に閉成
されるものであるように構成された半導体製造装置によ
って解決される。

〔作 用〕

静電チャックに吸着されたウェーハを、例えばエッチ
ングの一種であるRIE処理のように荷電粒子によって叩
くと、ウェーハ自体が電荷を帯びて静電チャックから離
脱し難くなるのに対して、まず、第一の本発明において
は、ウェーハに溜まったこのような残留電荷を積極的に
利用して、静電チャックから容易にウェーハを離脱させ
るようにしている。

すなわち、ウェーハの残留電荷の極性と同極性の電圧
を静電チャックの電極に印加し、同極性同士の電荷によ
るクーロン斥力によってウェーハを静電チャックから離
脱させるようにしている。

そのため、２つの高圧電源を具えた直流の電源装置の
それぞれの高圧電源に極性切替え手段を設け、ウェーハ
を静電チャックに吸着する際には、２つの電極に正負の
電圧を印加し、ウェーハを静電チャックから離脱させる
際には、２つの電極にウェーハの残留電荷と同極性の電
圧を印加するようにしている。

こうして、クーロン斥力を利用すれば、荷電されたウ
ェーハを容易に静電チャックから離脱させることができ
る。

次いで、第二の本発明においては、ウェーハに溜まっ
た残留電荷を、静電チャックにウェーハを着脱させる搬
送アームのウェーハトレイに放電することなく漏洩させ
るようにしている。

すなわち、搬送アームを装置本体から電気的に絶縁
し、しかもアーム駆動部とアーム本体、ウェーハトレイ
からなる搬送アーム全体を導通するようにしている。そ
して、装置本体から外に露出しているアーム駆動部を継
電器を介して常時接地できるようにしている。

一方、ウェーハトレイは、10⁶から10⁸Ωcm程度の体積
比抵抗を有する材料を用いて、ウェーハの残留電荷との
間に放電が起こるような急激な電位差が生じないように
している。こゝではその材料としてSiC（シリコンカー
バイド）を用いるようにしている。

ウェーハの離脱動作に際しては、搬送アームが静電チ
ャックからウェーハを離脱させるために旋回・上昇し
て、ウェーハトレイがウェーハに当接する直前に、継電
器を開成して搬送アーム全体を接地から浮かせるように
している。そして、ウェーハトレイがウェーハに当接し
た直後に継電器を閉成して、ウェーハの残留電荷を比較
的体積比抵抗の低いSiC製のウェーハトレイから徐々に
漏洩させるようにしている。

こうすると、放電によるウェーハの損傷を防ぐことが
できる。

このように、本発明においては、静電チャックに吸着
されながら処理されて残留電荷を有するウェーハに対し
て、その残留電荷のクーロン斥力を利用するとか、ある
いはウェーハと当接するウェーハトレイの体積比抵抗を
比較的高くするとともに、搬送アームを接地と断続して
残留電荷を徐々に漏洩させるとかして、静電チャックの
離脱に関わるウェーハの損傷を防いでいる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を説明する構成図、第２図
は本発明の他の実施例を説明する斜視図である。

図中、１は静電チャック、２は電源装置、３は搬送ア
ーム、４は継電器、５は装置本体、６はウェーハであ
る。

実施例:1 第１図において、静電チャック１の主要部は、ウェー
ハ６の吸着面である絶縁膜1aと、その下に埋め込まれた
電1b、1cとから構成されており、絶縁膜1aの直径は、吸
着するウェーハ６の直径より１周り小さくなっている。

絶縁膜1aは、例えば膜厚が100〜300μｍの絶縁性の高
い材料からなり、例えばシリコンゴムのような軟らかい
材料とかアルミナセラミックのような硬い材料など用い
られ、目的に応じて使い分けられている。

電極1b、1cには、種々のパターン形状があるが、こゝ
こでは、同心円状の櫛歯状パターンの電極1b、1cが用い
られており、それぞれの電極1b、1cから端子1d、1eが出
ていて、直流の高電圧が印加できるようになっている。

一方、電源装置２は、例えば2kVの直流電圧を出力す
る２つの高圧電源2a、2bと、端子1d、1eにそれぞれ接続
されている２つの出力端子2c、2dと、２つずつのベクセ
ル接点をもったスイッチからなる極性切替え手段2f、2g
と、接点端子2eとから構成されている。

そして、極性切替え手段2f、2gが、それぞれの高圧電
源2a、2bの正極／負極を、出力端子2c、2dと接地端子2e
との間で切り替え、静電チャック１にウェーハ６を吸着
する際には、例えば電極1bが正で電極1cが負になるよう
に電圧が印加される。

ウェーハ６がRIE処理される場合を例にすると、ウェ
ーハ６は荷電粒子７である電子のシャワを浴びて負に荷
電され、負の残留電荷7aがウェーハ６の表面に溜まる。
そこで、極性切替え手段2f、2gを切り換えて、図示した
ように２つの電極1b、1cに負の電圧を印加する。

この極性切替え手段2f、2gのスイッチの切替えは、図
示してない制御系によって自動的に制御されるようにな
っている。

こうして、静電チャック１の絶縁膜1aに誘起された負
の電荷1fとウェーハ６の残留電荷7aとでクーロン斥力が
働いて反発し合うので、ウェーハ６が容易に離脱する。

実施例:2 第２図において、搬送アーム３は、アーム駆動部3a
と、アーム駆動部3aに枢支されて旋回したり上下動した
りするアーム本体3bと、アーム本体3bの先端に支持され
て、静電チャック１の真下でウェーハ６を静電チャック
１に着脱させるウェーハトレイ3cとから構成されてい
る。

そして、搬送アーム３は、例えばAl製で全体が導通さ
れており、ウェーハトレイ3cは、比較的体積比抵抗の低
いSiC製である。

装置本体５は、例えばRIEを行う処理室5aの上壁であ
る。そして、アーム駆動部3aは、例えばふっ素系樹脂で
作ったガスケット5bを介在させて気密を保つとともに、
装置本体５と電気的に絶縁されるように貫通支持されて
いる。そして、アーム駆動部3aの上部は、大気中に突出
しており、常時閉成している継電器４を介して接地でき
るようになっている。

アーム本体3bやウェーハトレイ3cなどは装置本体５の
中に配設されている。

実施例１と同様に負の残留電荷7aを有するウェーハ６
に対して、搬送アーム３を駆動してウェーハトレイ3cを
接近させ、ウェーハトレイ3cがウェーハ６に当接する１
秒前に継電器４を開成して搬送アーム３全体を接地から
浮かす。そして、ウェーハトレイ3cがウェーハ６に当接
した0.2秒後に高電圧を切断するとともに、継電器４を
閉成して搬送アーム３全体を接地する。

その結果、約１秒後にはウェーハ６の残留電荷6aが除
電され、ウェーハ６に損傷を与える放電は全く見られな
い。

こゝでは、RIE処理室を例としたり、静電チャックに
同心円状の櫛歯状パターンの電極を用いたりしたが、種
々の変形が可能である。

また、継電器を開閉や除電のタイミングなどは、例え
ばウェーハに溜まる残留電荷の量とかウェーハトレイや
搬送アームの対接地インピーダンスなどとかによって、
種々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、静電チャックに吸着されたウェー
ハが例えばRIE処理のような荷電粒子によって叩かれて
電荷を帯びて残留電荷が溜まり、静電チャックから離脱
し難くなったウェーハに対して、本発明においては、ま
ず、静電チャックにこの電荷と同極性の電圧を印加し
て、クーロン斥力によって離脱し易くしている。

さらに、ウェーハを静電チャックに着脱させる搬送ア
ーム全体を装置本体から絶縁して継電器を介して接地で
きるようにするとともに、ウェーハトレイを比較的体積
比抵抗の低いSiC製にし、継電器の接地タイミングを制
御して、ウェーハに溜まった残留電荷を放電が起こらな
いように徐々に除電していく。

こうして、例えば機械的に離脱してウェーハが破損し
たり、ウェーハトレイとの間で放電してウェーハが損傷
したりする従来の障害を防ぐことができる。

従って、本発明は、半導体製造工程における歩留り向
上に寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する構成図、 第２図は本発明の他の実施例を説明する斜視図、 第３図は従来の静電チャックが装備された装置の一例を
示す斜視図、 第４図は第３図の静電チャックの一例を示す斜視図、 第５図は第４図のＸ−Ｘ断面図、 である。 図において、 １は静電チャック、1aは絶縁膜、 1b、1cは電極、1d、1eは端子、 ２は電源装置、2a、2bは高圧電源、 2c、2dは出力端子、2eは接地端子、 2f、2gは極性切替え手段、 ３は搬送アーム、3aはアーム駆動部、 3bはアーム本体、3cはウェーハトレイ、 ４は継電器、５は装置本体、 ６はウェーハ、 である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電チャック（１）と、電源装置（２）と
   を有し、 前記静電チャック（１）は、ウェーハ（６）を吸着する
   ものであって、吸着面に絶縁膜（1a）と、該絶縁膜（1
   a）の下に交互に配設された電極（1b、1c）と、該電極
   （1b、1c）から導出された端子（1d、1e）とを有するも
   のであり、 前記電源装置（２）は、前記電極（1b、1c）に直流電圧
   を印加するものであって、２つの高圧電源（2a、2b）
   と、前記端子（1d、1e）に接続される出力端子（2c、2
   d）と、接地端子（2e）と、極性切替え手段（2f、2g）
   とを有するものであり、 前記極性切替え手段（2f、2g）は、一方が前記接地端子
   （2e）、他方が前記出力端子（2c、2d）に極性切替え可
   能に接続されるように、前記高圧電源（2a、2b）の夫々
   に設けられるものであり、 前記極性切替え手段（2f、2g）は、前記静電チャック
   （１）に吸着されている前記ウェーハ（６）が離脱され
   る際、該ウェーハ（６）が有する残留電荷と同極性の電
   圧を出力端子（2c、2d）を介して前記電極（1b、1c）に
   印加するものである ことを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】静電チャック（１）と、搬送アーム（３）
   と、継電器（４）とを有し、 前記静電チャック（１）は、ウェーハ（６）を吸着する
   ものであって、装置本体（５）に内設されているもので
   あり、 前記搬送アーム（３）は、ウェーハ（６）を前記静電チ
   ャック（１）に着脱するものであって、前記装置本体
   （５）に気密可能に貫通支持されたアーム駆動部（3a）
   と、該装置本体（５）に内設され、かつ該アーム駆動部
   （3a）に旋回および昇降可能に枢支されたアーム本体
   （3b）と、該アーム本体（3b）の先端に前記静電チャッ
   ク（１）に対面するように設けられたウェーハトレイ
   （3c）とを有するものであり、 前記ウェーハトレイ（3c）は、前記アーム駆動部（3a）
   と電気的に接続されているものであり、 前記継電器（４）は、前記装置本体（５）と電気的に絶
   縁された前記アーム駆動部（3a）を接地するものであっ
   て、常時閉成されており、 前記継電器（４）は、前記搬送アーム（３）が前記静電
   チャック（１）に吸着されている前記ウェーハ（６）を
   受け取る際、前記ウェーハトレイ（3c）が該ウェーハ
   （６）に当接する直前に開成され、かつ当接した直後に
   閉成されるものである ことを特徴とする半導体製造装置。