(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ処理時に直流の吸着電圧を印加してウエハを吸着する静電チャックと、
ウエハ処理時に前記静電チャックに対して前記ウエハを機械的に支持するクランプ機構と、
前記ウエハを離脱する離脱機構と、
前記吸着電圧と前記離脱機構とを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置が、前記吸着電圧の停止後、前記クランプ機構による前記ウエハの支持を解除して、プラズマが生成されていない状態で、前記離脱機構で前記静電チャックから前記ウエハを離すために前記ウエハに力を加えながら前記吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を前記静電チャックに印加する、ウエハ離脱装置。
【請求項２】
前記離脱機構が前記ウエハを一端部から離脱させる請求項１に記載のウエハ離脱装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記ウエハを吸着する残留吸着力に関連したパラメータを計測し、計測結果をもとに前記離脱機構による前記ウエハの離脱操作を制御する請求項１または２記載のウエハ離脱装置。
【請求項４】
直流の吸着電圧を静電チャックに印加することと機械的にウエハを支持することとを併用して、前記ウエハを前記静電チャック上に支持した状態でウエハ処理を行った後に前記静電チャックから前記ウエハを離脱する方法であって、
前記吸着電圧の停止後、前記ウエハの機械的な支持を解除して、プラズマが生成されていない状態で、前記ウエハを離脱させる離脱機構で前記静電チャックから前記ウエハを離すために前記ウエハに力を加えながら前記吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を前記静電チャックに印加する、ウエハ離脱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
静電チャック上に吸着されたウエハを処理した後に処理済みウエハを静電チャックから離脱するための装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックから処理済みウエハを離脱する際、残留吸着力がしばしば問題となる。残留吸着力が大きいと、静電チャックからウエハを強引に離脱させることになり、ウエハの跳ねや割れが発生する。
【０００３】
ウエハの跳ねや割れの対策として、電極に直流の吸着電圧を印加することでウエハの吸着を行う静電チャックでは、吸着電圧の供給を停止した後にウエハ処理時の吸着電圧と同極性で４０〜６０％の大きさの電圧を電極に印加することで残留吸着力の低減を図る特許文献１記載の手法が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９９４２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように同極性の小さい電圧を印加することで残留吸着力は減少するものの、残留吸着力が十分に減少するまでにはある程度の待ち時間が発生する。そこで、本発明では、静電チャックからウエハを早期に離脱させるウエハ離脱装置とその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ウエハ離脱装置は、
ウエハ処理時に直流の吸着電圧を印加してウエハを吸着する静電チャックと、
ウエハを離脱する離脱機構と、
前記吸着電圧と前記離脱機構とを制御する制御装置を備え、
前記制御装置が、前記吸着電圧の停止後、前記離脱機構で前記静電チャックから前記ウエハを離すために前記ウエハに力を加えながら前記吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を前記静電チャックに印加する。
【０００７】
離脱機構で静電チャックからウエハを離すためにウエハに力を加えるだけでは、残留吸着力が大きくウエハの跳ねや割れが発生することが懸念される。
一方、従来技術の手法では、残留吸着力が十分に減少するまでの待ち時間が発生する。
残留吸着力は、ウエハが静電チャックから離脱し始めると急激に減少することから、ウエハ処理時の吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を静電チャックに印加しつつ、ウエハ離脱のための力をウエハに加える構成を採用している。この構成によって、残留吸着力を早期に減少させることが可能となり、ひいては静電チャックからのウエハの離脱を早期に行うことが可能となる。
【０００８】
具体的な構成としては、
前記離脱機構が前記ウエハを一端部から離脱させる構成であることが望ましい。
【０００９】
ウエハ全面に力を加えてウエハの離脱を図るよりも、ウエハの一端部に力を加えた方がウエハ離脱に要する力は小さくて済む。また、残留吸着力はウエハが静電チャックから部分的に離脱することで急速に減少する。
これらを踏まえ、上記構成であれば、ウエハの離脱をより効率的に行うことができる。
【００１０】
また、前記制御装置が、前記ウエハを吸着する残留吸着力に関連したパラメータを計測し、計測結果をもとに前記離脱機構による前記ウエハの離脱操作を制御することが望ましい。
【００１１】
経験則に基づいてウエハ離脱操作を行うこともできるが、上記構成とすることで、より確実にウエハ離脱時のウエハの跳ねや割れを防止することが可能となる。
【００１２】
さらに、前記静電チャックに対して前記ウエハを機械的に支持するクランプ機構を有し、
前記制御装置が、前記吸着電圧の供給を停止した後で前記クランプ機構による前記ウエハの支持を解除することが望ましい。
【００１３】
ウエハ処理後に吸着電圧の供給を停止すると、一瞬ではあるがウエハにかかる残留吸着力が急激に減少する。静電チャックに支持されているウエハに歪みがあれば、残留吸着力が急激に減少するとウエハの応力が解放されてウエハが跳ねてしまうことが懸念される。
上記構成にすれば、クランプ機構でウエハが支持されているため、ウエハの応力解放に伴うウエハの跳ねを防止できる。
【００１４】
ウエハ離脱方法は、
直流の吸着電圧を印加してウエハを静電チャックに吸着した状態でウエハ処理を行った後に前記静電チャックから前記ウエハを離脱させる方法であって、
前記吸着電圧の供給を停止した後、
前記静電チャックから前記ウエハを離すために前記ウエハに力を加えながら前記吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を前記静電チャックに印加する。
【発明の効果】
【００１５】
離脱機構で静電チャックからウエハを離すためにウエハに力を加えるだけでは、残留吸着力が大きくウエハの跳ねや割れが発生することが懸念される。
一方、従来技術の手法では、残留吸着力が十分に減少するまでの待ち時間が発生する。
残留吸着力は、ウエハが静電チャックから離脱し始めると急激に減少することから、ウエハ処理時の吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を静電チャックに印加しつつ、ウエハ離脱のための力をウエハに加える構成を採用している。この構成によって、残留吸着力を早期に減少させることが可能となり、ひいては静電チャックからのウエハの離脱を早期に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ウエハ離脱装置の構成例を示す模式的平面図（Ａ）はウエハへのイオン注入処理が施されるときの様子を示す（Ｂ）はウエハへのイオン注入処理が終了し、ウエハの離脱が行われているときの様子を示す
【図２】搬送アームへのウエハの受け渡しについての説明図（Ａ）はクランプ機構による支持が解除されたときの様子を示す（Ｂ）は搬送アームが旋回して、ウエハ外周下端に搬送アームのウエハ支持爪が配置されたときの様子を示す
【図３】ウエハ離脱操作についての説明図（Ａ）は吸着電圧の供給を停止したときの状態を示す（Ｂ）はクランプが解除され、一方の支持爪によってウエハ外周端部に力が加えられているときの様子を示す（Ｃ）はウエハの離脱が完了したときの様子を示す
【図４】ウエハ離脱方法についてのフローチャート
【図５】ウエハ端部を押し圧する構成についての変形例を示す模式的平面図（Ａ）は真空チャンバ壁面のピンを利用する構成を示す（Ｂ）はプラテン駆動軸のピンを利用する構成を示す（Ｃ）は同じ高さの支持爪に設けられた高さの異なる緩衝材を利用する構成を示す
【図６】Ｓｉウエハの離脱についての実験結果
【図７】ＳｉＣウエハの離脱についての実験結果
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１はウエハ離脱装置の構成例を示す模式的平面図であり、図２は搬送アームへのウエハの受け渡しについての説明図である。これら図１、図２をもとに、本発明のウエハ離脱装置Ｄに係る構成を説明する。
【００１８】
図示されるウエハ離脱装置Ｄは、イオン注入処理に使用される注入機構ユニットの一部を兼ねている。
図１（Ａ）はウエハ１へのイオン注入処理が施されるときの様子を示している。単極あるいは双極の電極を有する静電チャック２に所定の吸着電圧が印加されることで、ウエハ１は静電チャック２に支持されている。
静電チャック２に加えて、ウエハ１の外周端部はクランプ機構Ｍによって支持されている。
【００１９】
ここで想定されているウエハ１はＳｉウエハやＳｉＣウエハ等の半導体ウエハであるが、静電チャック２により吸着可能なものであれば、その種類は問わない。また、イオン注入処理を例に挙げて説明するが、ウエハ１に施される処理はイオン注入処理に限らず、成膜やスパッタリング等の他の処理であってもよい。
【００２０】
図示されないスポット状のイオンビームは、紙面に垂直な方向に往復走査されている。走査されたイオンビームをウエハ１の全面に照射するために、ウエハ１はイオンビームを横切るように紙面上下方向へ機械的に往復走査される。
具体的には、静電チャック２がチルト機構３に支持されており、チルト機構３に連結されたシャフト４が駆動源５によって紙面上下方向に移動されることでウエハ１の機械的な走査が実施される。
【００２１】
静電チャック２へのウエハ１の受け渡しについては、図示されるＲ２軸周りに旋回可能な搬送アーム１１が使用される。搬送アーム１１は、ウエハ１の外周下端を支持する支持爪Ｎ１、Ｎ２を有している。支持爪Ｎ１、Ｎ２は紙面上下方向でその高さが異なっている。
【００２２】
チルト機構３は図示されない駆動源によりＲ１軸周りに回転可能に構成されている。クランプ機構Ｍはリンク機構８とリンク機構８を動作させる動作棒６を備えている。チルト機構３が回転すると静電チャック２が図１（Ｂ）のように水平姿勢となり、動作棒６が解除部材７に当接する。これにより、動作棒６に紙面上方向の力が加わり、リンク機構８が動作してクランプ機構Ｍが解除される。
解除部材７は、チルト機構３の回動に連動しない部材であって、イオン注入処理が行われる処理室内に配置された部材であればどのような部材であってもよい。
【００２３】
リンク機構８には、ウエハ面に向けて突出した図示されない爪が取り付けられている。チルト機構３が図１（Ａ）の状態にあるとき、ウエハ１はリンク機構８の爪により、静電チャック２側に付勢されている。一方、図１（Ｂ）でのリンク機構８の動作に伴って、リンク機構８の爪はウエハ１の表面から離間する。
【００２４】
ウエハ離脱装置Ｄは制御装置Ｃを備えている。制御装置Ｃは、シャフト４を上下動させる駆動源５、チルト機構３をＲ１軸周りに回転させる駆動源（不図示）、搬送アーム１１をＲ２軸周りに旋回させる駆動源（不図示）の動作を制御するＣＰＵを備えた装置である。また、制御装置Ｃは、静電チャック２の電極とウエハ１の間に蓄積される静電容量の計測結果と制御装置Ｃの記憶部Ｒに蓄積された基準データとを比較して、比較結果に応じて各部を制御するように構成されている。
【００２５】
図２にはウエハ１を上から見たときの様子が描かれている。図２（Ａ）は図１（Ｂ）に記載の静電チャック２の姿勢に対応しており、クランプ機構Ｍによるウエハ１の支持は解除されている。その後、搬送アーム１１がＲ２軸を中心に旋回されて、図２（Ｂ）に示すように、ウエハ１の外周下端に支持爪Ｎ１、Ｎ２が配置される。
なお、搬送アーム１１の旋回は、クランプ機構Ｍによるウエハ支持の解除の前に行われてもよく、この方がウエハの離脱操作に要する時間を短縮できる。また、搬送アーム１１は、クランプ機構Ｍよりも高い位置にあり、支持爪Ｎ１、Ｎ２は搬送アーム１１の旋回時にクランプ機構Ｍと物理的に干渉しない位置で搬送アーム１１に取り付けられている。
さらに、搬送アーム１１の旋回角度は装置構成に応じて変更してもよく、ウエハの受け渡し場所に応じて１８０度や９０度といった角度に設定されてもよい。同様に、搬送アーム１１の旋回方向についても装置構成に応じて変更してもよい。
【００２６】
図３はウエハ離脱操作についての説明図である。ウエハ処理が終了すると、静電チャック２への吸着電圧の供給が停止される。図３（Ａ）は吸着電圧を停止したときの状態である。ウエハの種類やウエハに施される処理によっては、静電チャック２に吸着されているウエハには歪が生じている。
例えば、ウエハを高温処理する場合にはウエハに生じる歪は大きなものとなる。静電チャック２への吸着電圧の供給を停止させた際、ごく短時間ではあるが残留吸着力が急激に減少し、ごくわずかになるタイミグが存在している。このタイミングでウエハの歪による応力が解放されてウエハが跳ねてしまうことが懸念されるが、クランプ機構Ｍでウエハ１を静電チャック２側に付勢しておくことで、このような懸念は解消される。
【００２７】
図３（Ａ）では、静電チャック２はやや斜めに傾斜した状態にあり、クランプ機構Ｍによってウエハ１が静電チャック２側に付勢されている。
なお、図３（Ａ）では、搬送アーム１１が既に旋回して、ウエハ１の外周下端に支持爪Ｎ１、Ｎ２が位置する状態にあるが、前述したように搬送アーム１１の旋回はクランプ機構Ｍによる支持を解除した後であってもよい。
【００２８】
静電チャック２への吸着電圧の供給を停止した後、図３（Ｂ）のように静電チャック２は水平状態にされて、クランプ機構Ｍによるウエハ１の支持が解除される。このクランプ機構Ｍの解除と同時か、あるいは、それ以降で支持爪Ｎ１にウエハ１の外周端部を当接させる。
その後、シャフト４を下方に微動させるか、チルト機構３を時計回りに微小に回転させて、支持爪Ｎ１を使ってウエハ１の外周端部に圧力を加える。
本発明では、このときの紙面上下方向における静電チャックの位置をリリース１位置と呼んでいる。
【００２９】
ウエハ１の外周端部への加圧操作と同時か、あるいはそれ以降で静電チャック２の電極には電圧が印加される。このときに印加する電圧を本発明ではリリース電圧と呼んでいる。リリース電圧は、ウエハ処理時に静電チャック２の電極に印加された直流の吸着電圧と同極性の電圧であり、その大きさは吸着電圧よりも小さく、２０％〜４０％程度の大きさの電圧である。
リリース電圧の設定値は一定の値にしてもいいが、ウエハ１やウエハ処理の種類に応じて、適宜変更されるようにしてもいい。リリース電圧の設定値については、制御装置Ｃの記憶部Ｒに予め記憶させておくか、装置のオペレータが制御装置Ｃに適宜入力するようにしてもよい。
【００３０】
図３（Ｂ）での加圧操作時、残留吸着力に関連したパラメータの計測が行われている。具体的には静電チャック２の電極とウエハ１間の静電容量の計測が行われている。計測値は制御装置Ｃに送信されると、制御装置Ｃは記憶部Ｒから基準値を読みだして、基準値と計測値を比較する。
基準値はウエハ１やウエハ処理の種類に応じて異なっている。基準値については、例えば、何ら電圧が印可されていない静電チャック２の上に単にウエハ１を配置したときの静電容量の値を計測し、この計測値に応じて基準値を設定してもよい。
【００３１】
図３（Ｂ）で計測した静電容量が基準値以下であることが確認されると、図３（Ｃ）に示すように静電チャック２は下方へ移動して、搬送アーム１１へのウエハ１の受け渡しが行われる。本発明ではこのときの静電チャック２の位置をリリース２位置と呼んでいる。基本的にはリリース２位置に静電チャック２があるとき、静電容量は限りなくゼロに近い値となるが、ウエハ１に歪みが生じている場合にはウエハ１の端部が静電チャック２に当接していることがあり、微小な静電容量が計測される場合もある。
【００３２】
リリース２位置に静電チャック２が到達した後、静電チャック２はさらに下方へ移動して完全離脱位置にまで移動するが、ウエハ１の歪みが大きく、予期せぬ静電容量が計測される場合もあるため、リリース１位置からリリース２位置へ移動可とした後も、引き続き静電容量の計測を行っておくようにしてもよい。
より安全をみるならば、リリース１位置での基準値とは別の基準値を設け、リリース２位置で計測された静電容量と比較して、別の基準値以下であることが確認された後、静電チャック２を完全離脱位置へ移動させるように制御してもよい。
【００３３】
図４は、上述した離脱操作の典型例をフローチャートにしたものである。
このフローチャートをもとに、簡単に一連の離脱操作に係る流れを説明する。
ウエハへの処理が終了したことをもって離脱操作を開始する（処理Ｓ１）。静電チャックの電極に印加されている吸着電圧の供給を停止する（処理Ｓ２）。その後、静電チャックを水平姿勢にしてクランプ機構によるウエハ支持を解除する（処理Ｓ３）。搬送アームを静電チャック上に旋回させる（処理Ｓ４）。静電チャックをリリース１位置に移動させて、ウエハ端部を押し圧する（処理Ｓ５）。その後、リリース電圧を静電チャックの電極に印加する（処理Ｓ６）。静電チャックの電極とウエハ間の静電容量を計測する（処理Ｓ７）。
【００３４】
計測した静電容量を基準値と比較する（処理Ｓ８）。静電容量が基準値以下となれば、静電チャックをリリース２位置へ移動する（処理Ｓ９）。リリース２位置に到達後、静電容量を計測する（処理Ｓ１０）。処理Ｓ１０の計測は、処理Ｓ９と同時に行われてもいい。その後、リリース２位置で数秒間待ってから、静電チャックを完全離脱位置へ移動する（処理Ｓ１１）。なお、処理Ｓ１０での計測結果をもとに別の基準値と比較して、基準値以下となる場合に処理Ｓ１１へ進むようにしてもよい。
ここで説明したフローチャートの処理は、これまでの実施形態で述べた制御装置Ｃを用いて自動的に行うようにしてもいいが、装置のオペレータが手動で行うようにしてもよい。手動で行う場合、計測値を表示するディスプレイ等のインターフェースを用意しておく。
【００３５】
図１乃至図３に示す実施形態では、ウエハ１の静電チャック２からの離脱機構は、静電チャック２を移動させる機構と搬送アーム１１の支持爪Ｎ１、Ｎ２で構成されていたが、離脱機構の構成は先の実施形態の構成に限られるものではない。
【００３６】
例えば、ウエハ１の端部を押し圧する構成については、図５（Ａ）のように、真空チャンバの壁面ＷにピンＰを設けておき、このピンＰでウエハの一端部を押して、ウエハの離脱を行うようにしてもよい。また、図５（Ｂ）のように、ピンＰはシャフト４に取り付けておいてもよい。さらに、図５（Ｃ）のように、支持爪Ｎ１、Ｎ２の高さは同じにしておき、各爪に取り付ける緩衝材Ｄ１、Ｄ２の高さを変えるようにしてもよい。
各ピンや緩衝材によるウエハの一端部の押圧は、先の実施形態と同様に、シャフト４を下方へ移動させるか、チルト機構３で静電チャック２を回転させることで行われる。
【００３７】
上記構成例とは別に、ウエハの径方向で複数のウエハ端部を同時に押すような構成にしてもよい。その場合、例えば、支持爪Ｎ１、Ｎ２の高さを同じにしておく。
しかしながら、ウエハ外周端部の複数個所に力を加えてウエハの離脱を図るよりも、ウエハの一端部に力を加えた方がウエハ離脱に要する力は小さくて済む。また、残留吸着力はウエハが静電チャックから部分的に離脱することで急速に減少する。
これらのことから、ウエハの一端部に力を加えて、ウエハの一端から径方向で相対する他端に向けて順次ウエハの離脱を行うように構成する方が、ウエハ外周端部の複数個所に力を加えてウエハの離脱を一挙に行う構成よりもウエハの離脱は効率的なものになる。
【００３８】
図６及び図７のグラフは本発明を用いた実験結果である。
各図において、実線は静電容量の変化を表し、一点鎖線は双極性静電チャックの正極側電極への印加電圧の変化を表し、二点鎖線は双極性静電チャックの負極側電極への印加電圧の変化を表す。
【００３９】
図６で取り扱っているウエハはＳｉウエハである。双極性の静電チャックに吸着電圧４５０Ｖを印加して、ウエハを静電チャックに支持した状態でウエハ処理を行い、本発明を用いて静電チャックからウエハを離脱させている。
吸着電圧を停止した後で、クランプ機構によるウエハの支持を解除し、静電チャックをリリース１位置に移動させて、±８０Ｖリリース電圧を印加している。
この実験ではリリース１位置での静電容量の基準値を２０％に設定しており、図示の通り静電容量が１６％に下がったことが確認された後、リリース２位置に静電チャックを移動させている。
リリース２位置で、数秒間待つと静電容量が６％とウエハの離脱に何ら支障のない値にまで減少している。その後、静電チャックをリリース２位置から離脱完了位置へ移動させ、ウエハの離脱操作を完了させている。
【００４０】
図７で取り扱っているウエハはＳｉＣウエハである。双極性の静電チャックに吸着電圧２００Ｖを印加して、ウエハを静電チャックに支持した状態でウエハ処理を行い、本発明を用いて静電チャックからウエハを離脱させている。
吸着電圧を停止した後で、クランプ機構によるウエハの支持を解除し、静電チャックをリリース１位置に移動させて、±８０Ｖリリース電圧を印加している。
この実験例ではリリース１位置での静電容量の基準値を３０％に設定しており、図示の通り静電容量が２３％に下がったことをもってリリース２位置へ静電チャックを移動させている。
リリース２位置で、数秒間待つと静電容量が５％と離脱に何ら支障のない値にまで減少する。その後、静電チャックをリリース２位置から離脱完了位置へ移動させている。
【００４１】
ＳｉＣウエハを対象にしたときの静電容量の基準値が３０％とＳｉウエハの基準値２０％よりも大きい値をとっている。これはＳｉＣウエハの歪みがＳｉウエハに比べて大きく、静電チャックとの接触面積が大きいことに起因している。
【００４２】
その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
例えば、上述した実施形態において、クランプ機構Ｍは静電チャックの姿勢に応じて開閉動作される機構であったが、クランプ機構Ｍのリンク機構を動作させるモータを設けておき、静電チャックの姿勢に関わらず、クランプ機構の開閉動作を行う機構であってもよい。
なお、ウエハやウエハ処理の種類によって、吸着電圧を停止したときにウエハの跳ねが生じないのであれば、クランプ機構Ｍを備えない構成であってもよい。
【００４３】
上記実施形態では、残留吸着力に関連したパラメータの例として、静電容量を挙げて説明したが、別のパラメータを用いてもよい。例えば、リリース１位置にてウエハ端部を押し上げる支持爪Ｎ１やピンＰに圧力センサを取り付けておき、各部にかかる圧力を計測するようにしてもよい。
また、リリース１位置にて、チルト機構３を用いて静電チャック１をさらに時計回りに回転させることでウエハ一端部を押す構成とするならば、チルト機構の駆動源となるモータにかかる負荷をモニターしておいてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１    ウエハ
２    静電チャック
１１  搬送アーム
Ｃ    制御装置
Ｍ    クランプ機構
Ｄ    ウエハ離脱装置
【要約】
【課題】静電チャックからウエハを早期に離脱させるウエハ離脱装置とその方法を提供する。
【解決手段】ウエハ離脱装置Ｄは、ウエハ処理時に直流の吸着電圧を印加してウエハを吸着する静電チャック２と、ウエハ１を離脱する離脱機構と、吸着電圧と離脱機構とを制御する制御装置Ｃを備え、制御装置Ｃが、吸着電圧の停止後、離脱機構で静電チャック２からウエハ１を離すためにウエハ１に力を加えながら吸着電圧よりも小さい同極性の電圧を静電チャック２に印加する。
【選択図】 図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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