JP4517768B2

JP4517768B2 - 異物除去装置

Info

Publication number: JP4517768B2
Application number: JP2004232825A
Authority: JP
Inventors: 良昭辰己; 欣也宮下; 理一郎原野
Original assignee: 株式会社クリエイティブテクノロジー
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP2006032876A

Description

本発明は、半導体素子製造プロセスで使用されるシリコンあるいは化合物で形成される基板あるいはフラットパネル表示器に用いられるガラス若しくは樹脂から形成される基板に付着した異物を除去する技術に関する。

半導体素子をシリコン、ガラスあるいは樹脂などの基板上に製造するとき、その製造装置内あるいは装置間の移動中でのゴミあるいはパーティクルなどの異物の存在によりその歩留まりを低下することが問題となっている。近年では半導体素子を形成する表面だけでなく裏面、すなわち製造装置への装填時あるいは移送機構におけるハンドリング時にそれらを構成する部材と接触する面の異物の管理も要求される。これは異物がウエハの裏面とウエハを保持するステージに挟まることでぴったりと装着できず浮いてしまうため露光装置での焦点ズレを引き起こす可能性があること、エッチング装置では裏面に付着した異物が静電チャックの電極の絶縁層を傷つけることがあり静電チャックの電極部が放電により修復不能にいたる場合があること、さらにＣＶＤ装置では薄膜形成においてその形成層に異物が混入する場合がある。また、異物が金属質の場合、洗浄層の中でウエハから離脱した異物が次ぎに処理されるウエハに付着することがあり、異物汚染の拡散が問題となっている。特に半導体接合領域などを金属の異物により汚染すると、その接合ポテンシャルが変動し、素子の特性が設計値からずれ、最終物としての集積回路の動作不良が起こってしまう。

これらの事象について国際的な指針が国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）という機関でまとめられ、同インターネットホームページ（ＵＲＬはｈｔｔｐ／／ｐｕｂｌｉｃ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ／）で公開されている。たとえば西暦２００３年版フロントエンド処理の中で、ウエハ表面の許容パーティクルの指針は２００６年では、直径３００ｍｍウエハ表面でクリティカルパーテクルサイズは３５ｎｍでウエハ当たりのパーティクルの個数は６４個となっている。またＭＯＳトランジスタのゲート酸化物中の金属の異物は１×１０^１０ａｔｍ／ｃｍ^２以下であることが望ましいと示されている。製造出荷されたばかりのウエハへのパーティクル付着は原則皆無であること、また半導体製造工場の装置間の移送はクリーン度の高い環境下で行われることが一般的であるため、ウエハへの異物の付着は半導体製造装置内で起こっていると考えられる。装置内では様々な処理が行われるがそこで使われるフォトレジスト、金属などのウエハ表面に素材を堆積させる過程で、またウエハの一部を除去するエッチング等の過程でその異物付着の確率が増すと考えられる。

ウエハに付着した異物を除去する方法として公開されているものとしてＲＣＡ洗浄法という手法がある。これはウエット洗浄と呼ばれる処理のひとつで、アンモニア水溶液と過酸化水素水の混合液を用いてパーティクル除去を行い、塩酸と過酸化水素水の混合液により金属イオンの除去を行うもので、これら二つの処理を組み合わせて使われる。特開平６−２３２１０８号ではドライ洗浄と呼ばれる処理のひとつで半導体ウエハ裏面に付着した異物をローラに巻かれた粘着テープを同面に貼り付け、後に剥離することで除去する方法が開示されている。特開平６−１２０１７５号ではプラズマ処理によりウエハ裏面に付着した異物を除去する方法が開示されている。特開平７−９４４６２号では特殊な溶液をウエハ表面に塗布しウエハをその面の中心軸を中心に回転させ、後に純水などで洗い流す方法が開示されている。特許第３５３４８４７号では前記同様に粘着テープを使用する方法でその粘着層を特定したものが開示されている。特開平８−２２２５３８号ではウエハの表面に沿って不活性ガスを吹き付けることで異物を除去する方法が開示されている。特開平１１−１０２８４９号ではウエハの表面をブラシでこすることで異物を掃き出す方法が開示されている。ここに掲げたウエット洗浄の方法では、その洗浄液の中で新たな異物の付着が懸念されるとともに、洗浄液の準備そしてその廃液の処理に多大なコストがかかるため今日の環境保全への配慮から望ましくないと考えられる。また、ドライ系の粘着テープを貼り付ける手法ではそのテープを引き剥がすときにウエハにかかる力によりウエハが破損する場合があり、ウエハの大口径化による引き剥がし力の増加そして現在ウエハ一枚当たりの末端コストが数百万〜１千万の範囲であることを考えると、大変リスクの高い手法であると考えられる。プラズマ処理そして不活性ガスを吹き付ける手法ではそれら処理中に新たな異物を付着させる原因になりかねない。プラズマ処理ではイオンの激突によって処理室の部材がスパッタにより飛び散る可能性があり、他方不活性ガス吹き付け方法においては使用するガスの不純物濃度などの管理が特に問題になると考えられる。

特開平６−２３２１０８号公報特開平６−１２０１７５号公報特開平７−９４４６２号公報特許第３５３４８４７号公報特開平８−２２２５３８号公報特開平１１−１０２８４９号公報

本発明の課題は、半導体、ガラス、基板、樹脂から形成されたウエハ若しくは基板の裏面に付着している異物の除去を大口径のウエハ若しくは大面積の基板に対応することである。又、本発明の第二の課題はウエハ若しくは基板の裏面に付着している異物の除去を、連続して処理することができる装置を提供することである。さらに、本発明の第三の課題はウエハ若しくは基板に付着している異物の量あるいは大きさによって異物除去効果を最適に調整できる機能を有すことでウエハ若しくは基板一枚あたりに要する処理時間を最短化することである。最後に、前者三つの課題を安価に実現することにある。

以下に先ず概要を示す。基板を、樹脂シートを介して静電チャックの吸着面に一定時間吸着させることにより基板に付着している異物を前記樹脂シートに捕捉することにより取り除く。ここで樹脂シートは粘着性の表面を持たない。これにより基板にかかる力は通常の半導体製造装置で使用される静電チャックの吸着力と同等であるので、粘着テープを使用した場合に比べその引き剥がし時に基板にかかる力は原理的に皆無にできる。したがい、半導体ウエハの場合現在は直径３００ｍｍが主流であるが次世代の４５０ｍｍの大口径化にも簡単に対応できる。樹脂製シートの材質についは硬度と価格を考慮する必要がある。静電チャックあるいは基板に比較して柔らかい材質を用いないと異物をうまく捕捉できないためである。樹脂製シートは安価なものを使用する必要がある。一度異物を捕捉した部分は使い捨てにするのが管理上最も簡単なためである。複数の基板を連続して処理するためには樹脂シートをロール状にして装着し、基板ごとに新しい樹脂シートを送り出し、基板に付着している異物を捕捉し、一度使った部分はロール状に巻き取り、そして全ての樹脂シートを使い終えたら新しいものに取り替えることが必要である。また、これらの一連の動作には基板を静電チャックに装填または同静電チャックから基板を回収できるロボットアームが必要である。

次に異物捕捉に使われるシートについて説明する。静電チャック表面は硬い表面が必要なのでたとえばアルミナ、炭化珪素、窒化アルミなどのセラミックを使用する。例えば炭化珪素、アルミナのヌープ硬度はそれぞれ２５００Ｈｋ、２１００Ｈｋである。一方基板たとえばシリコンのヌープ強度は９６０Ｈｋである。異物であるゴミ、パーティクルは組成が半導体製造に最も有害とされる鉄とすると３００Ｈｋである。異物を効果的に捕捉するためにはこれらよりも低い値の硬度を有する材料を用いなければならない。この目的のための適切なヌープ硬度は２０〜２００Ｈｋである。樹脂は前記に掲げた物質よりも比較的柔らかく通常その硬度は１００Ｈｋ程度あるので、本目的に適切である。基板がガラスの場合は異物を捕捉するシートは更に柔らかい材質が適切である。ガラスのヌープ硬度は３１５Ｈｋと異物と同程度の硬さを示すためである。適切な硬度は２０〜２００Ｈｋの範囲で、さらに好ましくは２０〜１００Ｈｋである。

樹脂シートの材質としてはたとえば、ポリビニルアルコール、低密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ナイロン、ポリイミド、アラミド、ポリカルボジイミド、などが適当である。価格の点からこれらの中で更に、ポリビニルアルコール、低密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンフタレートが好ましい。更にシリコンなどのゴム系材料を使用することも可能である。樹脂シートの厚みは５〜３０μｍが好ましい。３０μｍより厚いと静電チャックの吸着力が小さくなるためである。また５μｍより薄いとそのシートの取扱が難しくなり破れることがあるためである。

樹脂シートの体積抵抗値を下げると基板がより強く静電チャックに吸着される場合がある。これは静電チャックがジョンソン・ラーベック力を発揮している場合である。即ち、静電チャックの電極からの微少な電流がその電極周辺及び吸着面を伝わり基板へ流通し基板と吸着面の微少な空隙で大きな静電的吸着力を発生している。従い、前記に掲げた樹脂シートは電気的に高い絶縁性を示すが（体積抵抗では１０^１５〜１０^１８Ω・ｃｍの範囲である）これに導電性のフィーラーを混入させるなどして体積抵抗値を１０^９〜１０^１３Ω・ｃｍ程度の範囲にすることで、基盤の静電チャックへの吸着力を増すこともできる。

樹脂シートを基板に接触させ後に引き離すので、接触・剥離帯電を伴う場合が考えられる。基板あるいは樹脂シートが帯電すると、静電気により再び樹脂シートに捕捉されていた異物が樹脂シートから離れ、基板に付着してしまうことが考えられる。この場合には、イオナイザーなどの静電気を中和化する機器を異物除去装置内に取り付け、基板と樹脂シートの間更には樹脂シートと静電チャックの間に中和化粒子であるプラスあるいはマイナスのイオンを吹き付けることで解消できる。

本発明による異物除去装置の構成について以下に説明する。この装置は２つ以上の吸着面から成る静電チャックと、前記静電チャックの一つ以上の吸着面を上昇下降させる機能を有する。静電チャックを分割構成にすることで静電チャックの一部を上昇下降可能とさせ、基板の装填と回収を容易にさせる。ロール状に巻かれた樹脂シートを装填する部分を有し、樹脂シートを静電チャックの吸着面に導く機構と、使い終わった樹脂シートをロール状に巻き取る部分を有し、静電チャックの吸着面から前記樹脂シートを前記の巻き取る部分に導く機構を有す。これにより基板を装填し、異物を捕捉し、基板の回収の後、次の基板の処理のため常に新しい樹脂シートを配置することができる。さらに静電チャックの吸着面に敷かれた前記樹脂シートの上面に基板を装填および回収するための一組以上のロボットアームと一組以上の基板の押し上げピンを有する。基板を回収するとき、静電チャックの一部の吸着面を下降させ、基板を押し上げピンにより下部から押し上げることでロボットアームの先端に取り付けられたフォークで基板をつかみやすくする。また、基板を静電チャック上部に装填する場合に、フォークでとらえられた基板をいったん押し上げピンの上に載せ、静電チャックの吸着面に敷かれた樹脂シートの上に装填する。基板が装填されると静電チャックの表面を同一面にするため、下降させた静電チャックの吸着面を上昇させる。

次に連続処理の手順について説明する。基板を静電チャックの吸着面に敷かれた樹脂シートの上に装填した後に、基板を、樹脂シートを挟んで静電チャックに一定時間吸着させ、基板の静電チャックに対抗する吸着面側に付着した異物を樹脂シートに捕捉させることにより基板に付着している異物を取り除く。次に、静電チャックの一つ以上の吸着面を下降させ基板を回収し、使用済みの樹脂シートをロール状に巻き取り、新しい樹脂シートを静電チャックに配置し、次に処理する基板を装填し、静電チャックの一つ以上の吸着面を元の位置に上昇させ、これら一連の動作を繰り返し行うことで連続的に複数の基板を処理する。吸着時間は異物の大きさ、その量により異なるが、１〜６０秒である。単位面積当たりの異物の量が多いときは吸着時間を長くするほうが、異物の捕捉が良好になる。静電チャックには双極型のものを使うのが好ましく、なるべく元々の吸着能力の高いものが望ましい。静電チャックの吸着力はその吸着電極に印加する電圧を可変することで調整できるので、異物の量が少ない場合には電圧を落とすあるいは吸着時間を短くするなどしてその条件により対応すること可能になり、一枚当たりの処理時間が最短になるよう運転パラメータを最適化できる。単位面積当たりでは基板に対する吸着力は１０〜３００ｇｆ／ｃｍ^２の範囲であることが望ましい。

粘着性のテープを使用しないため、その引き剥がし時の基板にかかる力は皆無になり半導体、ガラス、樹脂から形成された基板の裏面に付着している異物の除去を大型の基板に対応することが可能になる。また、基板の裏面に付着している異物の除去を、連続して処理することができるので、半導体素子の生産現場などで使用が可能となる。さらに、基板に付着している異物の量あるいは大きさによって異物除去効果を静電チャックに印加する電位と吸着時間をパラメータとして最適化できる機能を有すことで基板一枚あたりに要する処理時間を最短化できる。そして最後に、安価な樹脂シートを異物捕捉に使用することで、維持費用を安価に抑えることが可能となる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

先ず基本的な構造を図１により説明する。静電チャックは三つの部分に分けられている。中央の比較的広い部分を有す第一静電チャック１０と第一静電チャック１０の左右に位置する第二静電チャック１１と第三静電チャック１２である。第二静電チャック１１と第三静電チャック１２は上下可動式である。またこれら三つの静電チャックで構成される吸着面は四角形である。それぞれの静電チャックは双極型で第一静電チャック１０では第一電極１３と第二電極１４の２つの電極を有す。第一電極１３と第二電極１４には電源１５が電源の電圧をＯＮあるいはＯＦＦにするためのスイッチ１６と直列に接続されている。第二静電チャック１１と第三静電チャック１２の電極には電源１５とスイッチ１６から第一静電チャックの第一電極１３と第二電極１４と同等に接続される。第一静電チャック１０、第二静電チャック１１、第三静電チャック１２の上部には樹脂シート３が敷かれている。樹脂シート３の厚みは１０μｍで、その材質はポリビニルアルコールである。樹脂シート３の上部には異物２が付着した基板１が配置されている。使用済みの樹脂シート３ａを巻き取りロール６に導くために第一ガイドローラ４と第二ガイドローラ５を第二静電チャック１１の側部に設けている。ここで、第一ガイドローラ４は上下可動式である。新しい樹脂シート３ｂを送り出しロール９から前述した三つの静電チャック上に供給するために第三ガイドローラ７と第四ガイドローラ８が第三静電チャック１２の側部に設けてある。ここで、第三ガードローラ７は第一ガイドローラ４と同様に上下可動が可能である。

次に異物除去方法の全体の手順を説明しながら、その他の構成部分についてふれる。図１は基板１を樹脂シート２の上に設置したようすを示す。このとき静電チャックの電源１５のスイッチ１６はＯＦＦ状態で、吸着は行っていない。図２は電源１５のスイッチ１６をＯＮ状態にして、第一静電チャック１０の第一電極１３と第二電極１４の間、同時に第二静電チャック１１と第三静電チャック１２の同等な電極間に電圧を印加し基板１の吸着を行ったようすを示す。ここでは、異物２が樹脂シート３にめり込んでいるようすも示している。吸着時間の設定時間と電源１５の電圧は可変できる。吸着時間の可変範囲は１〜６０秒で、電源１５の端子間の電圧は０〜８ｋＶである。双極型の静電チャックの場合、正負の電位を電極間に印加する場合があるが、この場合には前記と同等な電位差は０〜±４ｋＶとなる。図３は第二静電チャック１１と第三静電チャック１２を第一ガイドローラ４と第三ガイドローラ７と共に下降させたようすを示す。これら動作に続いて基板押し上げピン１７ａと１７ｂが基板１の左右側部の下方に位置させるようすを示す。同図には異物２が樹脂シート２に捕捉されているようすも示している。図４では使用済みの樹脂シート３ａを巻き取りロール６に回収し、新しい樹脂シート３ｂを送り出しロール９から供給しているようすを示す。また、基板押し上げピン１７ａと１７ｂにより処理済みの基板１を持ち上げているようす、さらにフォーク１８を基板１の下部に位置させ、基板１を回収するところも示している。基板１を第一静電チャック１０の上に装填する場合は前記の一連の動作を逆に行う。すなわち、基板１をフォーク１８で第一静電チャックの上部に運び、基板押し上げピン１７ａと１７ｂにより基板２を下側から支え、フォーク１８を第一静電チャック１０の上部から退けた後、基板押し上げピン１７ａと１７ｂを下降させ、基板１を樹脂シート３が敷かれている第一静電チャック１０の吸着面に設置させる。樹脂シート３を全部使い終わった場合には新しいものを送り出しロール９に装填し、ロール状に回収した使用済みの樹脂シート３ａは廃棄する。

図５は異物除去装置１００の内部のようすを上部から見たところを示している。左側には複数の基板１を設置するための供給側カセット１９と、処理済の基板１を複数枚ストックする回収側カセット２０を有す。ロボット機構は２組あり、そのうち一組のロボットアーム２１を示している。ロボットアーム２１の先端にはフォーク１８があり、基板１を乗せているところを示している。図５中の右側には異物除去機構部２２があり、ここに第一静電チャック１０以下各ガイドローラなどが設置されている。図６は異物除去装置の外観図である。

本発明の異物除去装置は半導体ウエハ製造工場、半導体素子製造工場、ガラス基板製造工場、液晶やプラズマを使ったテレビなどに使われる薄型ディスプレー装置の製造工場、また有機材料を使った薄型ディスプレー装置の製造工場などで、それら製造にかかわる基板の裏面に付着した異物を除去することを安価に提供できる。

本発明の異物除去装置の一実施例の構成図で、基板を樹脂シートの上に設置したようすを示す。本発明の異物除去装置の一実施例の構成図で、静電チャックの電源１５をＯＮにして基盤１を吸着したようすを示す。本発明の異物除去装置の一実施例の構成図で、電源１６をＯＦＦにし、左右の第二静電チャック１１と第三静電チャック１２を下降させ、同時に基板押し上げピン１７ａと１７ａを基板の下方に位置させたようすを示す。本発明の異物除去装置の一実施例の構成図で、異物を捕捉した樹脂シート３ａを巻き取りロールに回収し新しい樹脂シート３ｂを第一静電チャック１０、第二静電チャック１１、第三静電チャック１２の上面に位置させ、フォーク１８により基板１を回収するようすを示す。異物除去装置の内部を示す図。異物除去装置の外観図。

符号の説明

１基板
２異物
３樹脂シート
３ａ使用済みの樹脂シート
３ｂ新しい樹脂シート
４第一ガイドローラ
５第二ガイドローラ
６巻き取りロール
７第三ガイドローラ
８第四ガイドローラ
９送りだしロール
１０第一静電チャック
１１第二静電チャック
１２第三静電チャック
１３第一電極
１４第二電極
１５電源
１６スイッチ
１７基板押し上げピン
１８フォーク
１９供給側カセット
２０回収側カセット
２１ロボットアーム
２２異物除去機構部
１００異物除去装置

Claims

基板の裏面に付着している異物を乾式に除去する装置で、非粘着でヌープ硬度２０〜２００Ｈｋの樹脂シートを前記基板の裏面と静電チャックの間に装填し、前記装填れた基板を前記樹脂シートをはさんで前記静電チャックに一定時間吸着させ、前記基板の静電チャックに対向する被吸着面側に付着した異物を前記樹脂シートに捕捉することにより基板に付着している異物を取り除くことを特徴とする、基板の異物除去装置。
前記異物除去装置は、２つ以上の吸着面から成る静電チャックと、前記吸着面を上昇下降させる機能を有し、ロール状に巻かれた樹脂シートを装填する部分と、前記樹脂シートを前記静電チャックの吸着面に導く機構と、前記樹脂シートをロール状に巻き取る部分と、前記静電チャックの吸着面から前記樹脂シートを前記の巻き取る部分に導く機構と、前記静電チャックの吸着面に敷かれた前記樹脂シートの上面に基板を装填および回収するための一組以上のロボットアームと一組以上の押し上げピンを有していることを特徴とする、請求項１に記載の基板の異物除去装置。
前記樹脂シートはロール状に巻かれ、基板ごとに新しいシート部分を送り出し前記静電チャックの吸着面に配置し、異物を捕捉した使用済みのシート部分はロール状に巻き取り回収されることを特徴とする、請求項１または２に記載の基板の異物除去装置。
前記樹脂シートはポリビニルアルコール、低密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ナイロン、ポリイミド、アラミド、ポリカルボジイミドから選ばれた一つ以上の材質から成り、厚さが５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の異物除去装置。
基板を静電チャックの吸着面に敷かれた非粘着でヌープ硬度２０〜２００Ｈｋの樹脂シートの上に装填し、前記基板を前記樹脂シートをはさんで前記静電チャックに一定時間吸着させ、前記基板の静電チャックに対向する被吸着面側に付着した異物を前記樹脂シートに捕捉させることにより前記基板に付着している異物を取り除き、前記静電チャックの一つ以上の吸着面を下降させ前記基板を回収し、使用済みの前記樹脂シートをロール状に巻き取り、新しい樹脂シートを前記静電チャックに配置し、次に処理する基板を装填し、前記静電チャックの一つ以上の吸着面を元の位置に上昇させ、これら一連の動作を繰り返し行うことで連続的に複数の基板を処理できる基板の異物除去方法。
前記樹脂シートはポリビニルアルコール、低密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ナイロン、ポリイミド、アラミド、ポリカルボジイミドから選ばれた一つ以上の材質から成り、厚さが５〜３０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の異物除去方法。