JP3770740B2 - 基板剥離装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子、液晶ディスプレイパネルや太陽電池等の製造における薄膜形成工程、あるいは微細加工工程等に用いられるプラズマ処理装置等において、基板保持台に保持された基板を基板保持台から剥離する基板剥離装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理装置は、デバイスの高機能化とその処理コストの低減のために、高精度化、高速化、大面積化、低ダメージ化および高信頼性を実現する取り組みが盛んに行われている。中でも、基板への成膜工程においては基板内の膜質均一性を得るため、また、微細加工に用いられるドライエッチング工程においては、寸法精度を確保するために、特に、基板の温度をその基板面内で均一にかつ精密に制御することが要求されている。そのため、基板温度を制御する手段として、メカクランプもしくは静電吸着電極を使用したプラズマ処理装置が使用され始めている。
【0003】
以下に従来の静電吸着電極を用いたプラズマ処置装置について説明する。従来のプラズマ処理装置の例としては、特開昭63−72877号公報、特開平2−7520号公報、特開平3−102820号公報、特開平4−100257号公報および特開平10−189544号公報に開示されている。
【0004】
図2は特開平4−100257号公報に示されたプラズマ処理装置の反応室の断面図である。以下にこの従来のプラズマ処理装置30について説明する。
図2において、31は真空容器で、この真空容器31は、エッチングガス導入装置32に接続されたガス導入口31aと、真空排気装置33に接続された排気口31bとを有する。真空容器31内には、表面が絶縁層であって内部に1対の内部電極(図示せず)を有して被処理基板34を静電吸着する静電吸着電極35が備えられている。静電吸着電極35には、被処理基板34を静電吸着するための直流電源36と、高周波電力供給装置37とが接続されている。なお、直流電源36は極性反転のための切替機構38を有している。
【0005】
また、真空容器31には、静電吸着電極35に対向して石英ガラス板39が配置され、真空容器31の外側には石英ガラス板39に対向して例えば水銀ランプなどの紫外線光源40が配置されている。さらに、被処理基板34を静電吸着電極35に設置および離脱させるために被処理基板34を昇降させる突き上げ機構(図示せず)を有している。この突き上げ機構はベローズなどの摺動シールを用いている。
【0006】
このように構成された従来のプラズマ処理装置30の動作を説明する。まず、突き上げ機構により静電吸着電極35上に設置された被処理基板34は、静電吸着電極35内の1対の内部電極に直流電源36にてそれぞれ+電圧、−電圧が印加されることで、静電吸着電極35の表面に固定される。そしてこの状態で、被処理基板34に対して通常のプラズマ処理が施される。
【0007】
プラズマ処理終了後には、直流電源36を遮断したとしても、残留電荷が静電吸着電極35の表面の絶縁層に残留しており、被処理基板34は静電吸着電極35に吸着された状態が維持される。そのため、この状態のままで突き上げ機構にて被処理基板34を突き上げると、この被処理基板34を破損する場合がある。
【0008】
このような不具合を防止して、被処理基板34を破損させることなく安定して静電吸着電極35から突き上げるために、以下のようにして、被処理基板34を静電吸着電極35から剥離させる方法が採用されている。
【0009】
すなわち、プラズマ処理終了後に、切り替え機構38により極性を反転した直流電圧を静電吸着電極35の内部電極に印加して、被処理基板34における残留電荷を打ち消した後、突き上げ機構を作動させて被処理基板34を静電吸着電極35から離脱させる。また、その後に、紫外線光源40の紫外光を石英ガラス39を介して静電吸着電極35の絶縁層表面に照射して、静電吸着電極35の表面の残留電荷を消滅させるように図っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように静電吸着電極35の内部電極に対して極性を反転した直流電圧を印加しただけでは、上記残留電荷は完全に除去することはできない。また、上記直流電圧の印加時間が長過ぎた場合には、逆に静電吸着電極35は被処理基板34を吸着してしまう場合がある。その結果、突き上げ機構により被処理基板34を良好に剥離させることができず、被処理基板34を次工程へ搬送する際にトラブルを起こす場合がある。
【0011】
また、上記突き上げ機構はベローズなどの摺動シールを用いているため、真空シールの耐久性に限界があり、また、ベローズのバネ力の経時変化で残留吸着力と突き上げ力のバランスが崩れることがある。このようなことから上述した従来のプラズマ処理装置30では、その信頼性に問題があった。
【0012】
また、他の従来例として、除電プラズマを用いて、例えば徐々に印加している電力を下げて残留電荷を減らす方法があるが、残留吸着力を直接監視していないため、どうしても時間的リスクをみて、プラズマ放電時間を長めにしてしまい、スループットを悪化させる問題があった。
【0013】
本発明は、このような問題を解決するためになされるもので、基板保持台に保持された基板を基板保持台から良好に剥離することができる基板剥離装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、基板を保持する基板保持台と、互いに対向するように配置される一対の磁気カップリングと、前記磁気カップリングの一方を移動させる駆動源と、前記磁気カップリングの他方に取り付けられ、前記保持台から出退自在で基板を突き上げる突き上げ部と、内部を密閉可能な真空容器とを備え、磁気カップリングの一方と駆動源とを前記真空容器外に配設し、前記磁気カップリングの他方と突き上げ部とを前記真空容器内に配設したものである。
【0015】
この構成によれば、基板保持台に保持された基板を基板保持台から良好に剥離することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の本発明は、基板を保持する基板保持台と、互いに対向するように配置される一対の磁気カップリングと、前記磁気カップリングの一方を移動させる駆動源と、前記磁気カップリングの他方に取り付けられ、前記保持台から出退自在で基板を突き上げる突き上げ部と、内部を密閉可能な真空容器とを備え、磁気カップリングの一方と駆動源とを前記真空容器外に配設し、前記磁気カップリングの他方と突き上げ部とを前記真空容器内に配設したものである。
【0019】
この構成によれば、駆動源の駆動力により磁気カップリングの容器外部分を移動させることで、磁気カップリングの磁力により磁気カップリングの容器内部分に力が与えられ、この磁気カップリングの容器内部分側に結合した突き上げ部は駆動源の駆動力が伝達されて、基板保持台に吸着した基板が突き上げ方向に付勢される。この場合に、磁気カップリングの容器外部分を移動させる移動量を調節することで、突き上げ部による基板へ作用する力を調整しながら突き上げ動作を行うことが可能であるため、基板を基板保持台から良好に剥離させ得る。つまり、磁気カップリングの容器外部分と容器内部分とがずれる場合に、ずれる距離にほぼ比例した一次関数的な突き上げ力を発生させることができるので、基板を無理に撓ませることなく安定した剥離を実現できる。
【0020】
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の基板剥離装置において、磁気カップリングの真空容器内の部分と真空容器外の部分との突き上げ方向に対するずれ量を測定する測定器と、前記ずれ量に基づいて基板と基板保持台との残留吸着力を判定して突き上げ動作を制御する制御手段とを備えたものである。
【0021】
この構成によれば、基板と基板保持台との残留吸着力を判定(疑似測定)して、突き上げ部による基板へ作用する力を調整しながら突き上げ動作を行うことが可能であるため、基板を基板保持台から良好に剥離させ得る。
【0027】
請求項3記載の本発明は、請求項2に記載の基板剥離装置において、測定器は真空容器外である大気側空間において磁気カップリングに固定されて配設されているものである。
【0028】
この構成によっても、真空容器内において、基板を基板保持台から良好に剥離させることができる。
請求項4記載の本発明は、請求項3に記載の基板剥離装置において、測定器は透過型変位計であるものである。
【0038】
以下、本発明の実施の形態にかかる基板剥離装置の具体例を、反応性イオンエッチング型のドライエッチング装置を例に、図1を用いて説明する。
【0039】
図1において、1は反応ガス供給手段1aと真空排気手段1bとを有する真空容器、2は被処理基板としてのSiウェハーからなる基板、3はこの基板2を保持する静電吸着型の基板保持台である。基板保持台3は、厚さ5mmのアルミナ誘導体部4と、内部に冷却水路(図示せず)を有すアルミニウム製のベース部5とからなり、アルミナ誘導体4の表面から500μmの内部には、タングステンからなる1対の静電吸着用内部電極6A、6Bが内蔵されている。静電吸着用内部電極6A、6Bには、高周波フィルター7と、正極の直流電源8または負極の直流電源9と、コンデンサ10と、13.56MHzの高周波電源11とが電気的に接続されている。12は真空容器1内に配置されているとともに接地されている上部電極である。
【0040】
13は基板保持台3の表面と基板2の裏面との間隙へHeガスなどの伝熱ガスを供給するガス供給機構で、バルブと流量コントローラからなる。14は基板2の裏面での伝熱ガスの圧力監視を行いながら制御する圧力監視制御機構で、圧力計と絞り弁とから構成されている。
【0041】
基板保持台3には、基板2の搬送の際に基板2を基板保持台3から剥離するために、基板2を基板保持台3から突き上げる基板突き上げ機構15が設けられている。基板突き上げ機構15は、基板保持台3から上方に出退自在に配置されている複数の突き上げ部23と、この突き上げ部23を支持する環状円盤部24と、環状円盤部24の内周側に固着されている磁気カップリングの容器内部分としての外輪19Bと、真空容器1の構成部分としての下部壁1cを介して磁気カップリングの外輪19Bの内周に対応されて配置される磁気カップリングの容器外部分としての内輪19Aと、磁気カップリングの内輪19Aを昇降自在に支持する内輪支持体25と、この内輪支持体25に取り付けられたボールネジ22と、このボールネジ22を昇降させる駆動源としての駆動モータ17と、この駆動モータ17を制御する制御回路18とが備えられている。
【0042】
そして、基板突き上げ機構15において、突き上げ部23や環状円盤部24ならびに磁気カップリングの外輪19Bは真空容器1の下部壁1cの内側、すなわち真空容器1の内部に配置されている一方、磁気カップリングの内輪19A,内輪支持体25,ボールネジ22,駆動モータ17および制御回路18は真空容器1よりも外部に配置されている。
【0043】
真空容器1の下部壁1cの一部には透明板が嵌め込まれた窓部20が形成されているとともに、この窓部20を通して対向するように内輪支持体25の上端部には1対の透過型変位計16が配置され、これらの透過型変位計16の間に位置するような環状円盤部24の上の箇所にドグ21が取り付けられている。そして、磁気カップリングの内輪19Aよりも磁気カップリングの外輪19Bがある程度相対的に低い位置となると、透過型変位計16間に出射された光や赤外線がドグ21で遮られて透過量が減少するようになっている。透過型変位計16のデータは制御回路18に送られて、駆動モータ17がフィードバック制御される。
【0044】
以上のように構成されたドライエッチング装置の動作を、図1を参照しながら説明する。
まず、基板保持台3上に被処理基板2を設置した状態で真空容器1内を真空排気し、一対の内部電極6A、6Bへ高周波フィルター7を通してそれぞれ直流電源8、9から正、負の直流電圧1.0kVを印加する。これにより、基板2が基板保持台3に静電吸着される。次に、ガス供給機構13により基板2の裏面にHeガスを10cc/分の割合で導入し、圧力制御機構14により10Torrに調圧する。さらに、反応ガス供給手段1aのガス導入口より反応ガスであるCF4(流量割合30cc/分)とO2(流量割合5cc/分)とを真空容器1内に同時に導入して200mTorrに調圧し、高周波電源11から高周波電力を2分岐させた後に、直流電圧をカットするコンデンサ10を通して、一対の内部電極6に供給することによりプラズマを発生させ、基板2の裏面をHeで効率よく冷却しながら、所望のドライエッチングを行う。
【0045】
エッチングが終了した後には、高周波電力、反応ガス及び、基板2の裏面へのHeの供給を止め、一旦、真空排気を行いながら、直流電源8、9の出力を止める。この状態で、基板2は所望のエッチングが行われたことになるが、基板2のプラズマからの帯電と、基板保持台3の絶縁層表面と基板2の裏面との間に存在する残留電荷のために、基板2が未だ吸着されている。したがって、このままの状態で基板突き上げ機構15により基板保持台3から基板2を剥離させようとすると、基板2の破損や搬送トラブルを起こしてしまう。特に、基板2が絶縁材である場合はこれらの傾向が大きい。
【0046】
そこで次に、この残留吸着を解消する工程を行わせることとなるが、この工程を行う前に、予め初期設定として、残留電荷が無い基板2を用いて、基板突き上げ機構15により基板2を突き上げる。この時、透過型変位計16には、磁気カップリングの外輪19Bおよび環状円盤部24などの重量と基板2の重量とにより、磁気カップリングの内輪19Aよりも磁気カップリングの外輪19Bがある程度ずれて相対的に低くなり、この際に再現性のある初期ずれ量(例えば0.1〜0.5mm)が存在する。このデータをモニターしてデータとして制御回路18にて予め記憶しておく。なお、初期設定値は再現性が高いため、基板突き上げ機構15を解体、再組立するまで変更する必要はない。
【0047】
以上の初期設定の準備を行った状態で、基板2を基板保持台3に吸着させた後に、基板突き上げ機構15の駆動モーター17を駆動させて磁気カップリングを介して突き上げ部23にて基板2を突き上げる。この場合に、基板突き上げ機構15が基板2と接触し、残留電荷のために吸着していると、磁気カップリングの内輪19Aと外輪19Bとに比較的大きなずれが生じる。このずれを、透過型変位計16により窓20を介して、ドグ21の遮光量として測定することで、初期設定値からのずれ量を検知する。そして、このずれ量を検知することで、ずれる距離にほぼ比例した突き上げ部23による一次関数的な突き上げ力を擬似的に得て制御回路18にて判定するようになっている。ここで、透過型変位計16は磁気カップリングの内輪19Aと一体で固定されているため、磁気カップリングの外輪19Bとの相対高さのずれを観測することで、残留吸着力によるずれ量のみを極めて良好に測定できる。
【0048】
なお、初期設定を行った際に、前記初期ずれ量よりもずれ量が大きくなった場合の基板3に作用する力を予め観測しておき、例えば、ずれ量が5mmである場合には、基板2に対して、その材質のせん断応力限界以下の力しか作用しないことを確認しておき、このずれ量を上限設定値として制御回路18の記憶部(図示せず)に予め記憶させておく。また、被処理基板2の破損や搬送トラブルを起こさない程度まで、残留吸着力が減少した場合のずれ量(例えば1mm)を下限設定値として制御回路18の記憶部に予め記憶させておく。
【0049】
また、透過型変位計16は大気側に配置されているため、透過型変位計16を真空容器1内に配置した場合と比べて長寿命となるとともに、精度信頼性、配線引き回し、交換作業の簡便性が高く、かつその調整も容易であり、さらに高周波電力の印加部である基板保持台3との距離を確保できるため、ノイズによる透過型変位計16の誤動作がない。また高周波電力の効率を落とすこともないという特徴がある。
【0050】
突き上げ部23により基板2を突き上げていく際に、基板2の材質のせん断応力限界に近づいて、ずれ量が上限設定値に達した場合には制御回路18にて突き上げ動作を一旦停止させて、基板突き上げ機構15の突き上げ部23を下降させる。この後、磁気カップリングの内輪19Aが所定量移動する範囲において、基板突き上げ機構15の突き上げ部23を再度上昇させて、同様の突き上げ動作を繰り返す。この繰り返し動作により、基板2における突き上げ部23と接触している部分の近傍箇所が徐々に基板保持台3より剥離され、基板2の裏面の基板保持台3との接触部が徐々に減少する。この結果、基板保持台3の表面におけるアルミナ絶縁層4の表面と基板2との間の残留電荷も、基板2の裏面の残留Heガスを媒体として電気的に中和されて、残留吸着が減少する。
【0051】
このようにして、磁気カップリングの内輪19Aを所定量移動させた場合でも、基板2の破損や搬送トラブルを起こさない程度まで、残留吸着力が減少してずれ量が下限設定値(例えば1mm)以下となった場合には、残留吸着が解消したと判断して前記吸着力低減用突き上げ動作を停止し、その後、次工程の搬送動作のための突き上げ動作として、基板2のずれない最速のスピード、例えば20mm/秒にて、基板2を突き上げる。
【0052】
このようにして、残留吸着を解消させた上で基板を基板保持台3から良好に剥離することができ、その結果、次工程においてトラブルなく安定して基板2を搬送することができ、スループットの向上が可能となる。
【0053】
ここで、本実施の形態においては、除電プラズマプロセスを用いず、また真空容器1内部にコロナ放電用の高電圧電極などを有しないため、真空容器1からのマイクロスパッタによる発塵、電極材料からの不純物汚染や発塵は引き起こさない。また、デバイスダメージ(例えばMOSトランジスターのしきい値電圧のシフトなど)を誘発することもない。万が一、吸着力が残った場合も確実に検知できるため、無理やり剥離することによる基板2の破損はない。
【0054】
以上のように本実施の形態によれば、静電吸着とプラズマ処理とを行うことに起因して基板2と基板保持台3との間に発生する残留吸着を、突き上げる力を検知、制御しつつ、良好に離脱させるこができ、基板2のデバイスダメージや発塵がなく、さらには基板2の搬送トラブルがなく、安定してプラズマ処理することができる。
【0055】
なお、上記実施の形態において(測定手段)を透過型変位計としたが、磁気カップリングの内輪19Aと外輪19Bとのずれ量を検知できるものであれば限定されるものではない。形状的には、磁気カップリングの外輪19Bを駆動させるボールネジ22などの駆動軸と透過型変位計16とを、大気側において所定の位置に堅固な状態で配設されている方が精度的に好ましい。
【0056】
また、上記実施の形態において、基板2の裏面に流すガスとして、Heガスを用いたがこれ以外の不活性ガスや別のガスを用いても良い。また、基板2の裏面に流すHeガスの配管系統は実施例記載の系統に限られるものでなく、基板2の裏面にガスを供給できればいずれの配管系統を用いても良い。
【0057】
また、上記実施の形態においては、基板保持台3を一対の内部電極6A,6Bを有するいわゆる双極型の静電吸着電極としたが、単極型の静電吸着電極に本発明を用いても同様の効果が得られる。また、上記実施の形態においては、静電吸着型の基板保持台3としたが、表面が絶縁物で覆われ、接地あるいは高周波電力が印加される基板保持台であっても適用でき、基板が絶縁材料である場合には特に残留吸着による搬送トラブルが起こり得るものであり、このような場合に本発明を用いても同様の効果が得られる。
【0058】
また、上記実施の形態においては、反応性イオンエッチング型のドライエッチング装置としたが、プラズマの発生方法はこれに限られるものでなく、誘導結合型、ECR型、ヘリコン波型、表面波型等のプラズマ発生方法としてもよい。また、上記実施の形態においては、ドライエッチング装置を例にとって説明したが、プラズマCVD装置や、スパッタリング装置、アッシング装置に本発明を用いてもよい。
【0059】
また、上記実施の形態においては、磁気カップリングが内輪19Aと外輪19Bとから構成される場合を述べたが、これらの形状に限定されるものではない。また、基板2としてはウェハー以外のものでも適用可能であり、真空容器以外でも密閉される容器に基板2が配置されるものに対して好適であるが、容器などを有せず、単に吸着されている基板を離反させる場合にも適用可能である。
【0060】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、駆動源の駆動力を磁気カップリングを介して突き上げ部に伝達させて基板と基板保持台とを剥離させることにより、基板の残留吸着を解消しながら、基板と基板保持台とを良好に剥離できて、搬送工程のトラブルを防止できて、信頼性を向上させることができる。
【0061】
また、基板や基板保持台を密閉容器内に配置するものにおいて、磁気カップリングにより力を適切に伝達することができ、さらに、駆動部などが容器外に配置されるため駆動部などの発塵による製品不良をなくすことができる。
【0062】
また、磁気カップリングの容器内部分と容器外部分との突き上げ方向に対するずれ量を測定する測定器を設け、このずれ量に基づいて基板と基板保持台との残留吸着力を判定して突き上げ動作を制御することにより、基板と基板保持台との残留吸着力を判定(疑似測定)して、突き上げ部による基板へ作用する力を調整しながら突き上げ動作を行うことが可能となる。そして、突き上げ動作中に磁気カップリングの容器内部分と容器外部分とのずれ量が所定の上限設定値に達した際には、前記突き上げ動作を一旦停止させるように制御することで、突き上げ部による基板へ作用する力が過大とならないように調整しながら突き上げ動作が行われるため、デバイスダメージを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるドライエッチング装置の反応室の断面図である。
【図2】従来のドライエッチング装置の反応室の断面図である。
【符号の説明】
1 真空容器
2 基板
3 基板保持台
6A,6B 静電吸着用内部電極
15 基板突き上げ機構
16 透過型変位計
17 駆動モータ(駆動源)
18 制御回路
19A 内輪(容器外部分)
19B 外輪(容器内部分)
21 ドグ
23 突き上げ部
25 内輪支持体(移動部材)
Claims (4)
- 基板を保持する基板保持台と、互いに対向するように配置される一対の磁気カップリングと、前記磁気カップリングの一方を移動させる駆動源と、前記磁気カップリングの他方に取り付けられ、前記保持台から出退自在で基板を突き上げる突き上げ部と、内部を密閉可能な真空容器とを備え、磁気カップリングの一方と駆動源とを前記真空容器外に配設し、前記磁気カップリングの他方と突き上げ部とを前記真空容器内に配設した基板剥離装置。
- 磁気カップリングの真空容器内の部分と真空容器外の部分との突き上げ方向に対するずれ量を測定する測定器と、前記ずれ量に基づいて基板と基板保持台との残留吸着力を判定して突き上げ動作を制御する制御手段とを備えた請求項1記載の基板剥離装置。
- 測定器は真空容器外である大気側空間において磁気カップリングに固定されて配設されている請求項2に記載の基板剥離装置。
- 測定器は透過型変位計である請求項3に記載の基板剥離装置。
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