(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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）
【図１】
0003770740.tif 000002
【図２】
0003770740.tif 000003