JP2019129213A - 粘着式基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス圧が作用する状態でも基板を保持できて基板を効率よく加熱または冷却できる低コストで且つ簡単な構造の粘着式基板保持装置を提供する。【解決手段】所定の処理を実施する処理装置ＥＭ内に設けられて処理すべき基板Ｓｓを保持する本発明の粘着式基板保持装置ＳＨは、ベースプレート３とこのベースプレートの一方の面に突設されるエラストマーからなる環状の粘着体４とを有して粘着体の突設方向先端の保持面４１が基板の外周縁部に粘着する基板保持手段と、粘着体で囲繞されるベースプレートと基板との間の空間５に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、粘着体の高さｈ２が、保持面を基板の外周縁部に当接させた状態で突設方向に押圧力を加えたときにその保持面がその全面に亘って基板と面接触するように設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、粘着式基板保持装置に関し、より詳しくは、所定の処理を実施する処理装置内に設けられて、ガス圧が作用する状態で処理すべき基板を保持するために用いられるものに関する。

シリコンウエハ、サファイア基板やガラス基板といった所定の基板に対して、成膜装置やドライエッチング装置等の処理装置により真空雰囲気中で各種の処理を施す場合に、基板を所定温度に制御することがある。この場合、気体を介する熱伝導がない真空雰囲気中でも基板を効率よく加熱または冷却するために、静電チャックと所謂アシストガスとを用いた基板保持装置を用いることが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このものでは、処理装置の真空チャンバの下部に加熱手段や冷却手段を有する基台が設置され、基台の上面にチャックプレートが設けられている。チャックプレートは、基板の裏面（所定の処理が行われる面と反対側の面）の外周縁部と面接触するリブ部と、このリブ部で囲繞された内部空間に同心状に立設された複数個の支持部とを備えている。そして、基板の裏面の外周縁部とリブ部とが面接触した状態で基板をチャックプレートに静電吸着させた後、その内部の空間に、基台に形成したガス導入手段としてのガス通路を介してＡｒガスなどのアシストガスを供給し、リブ部と基板裏面とで画成される空間をガス雰囲気とすることで、基台からの熱伝導で基板を加熱または冷却する際にその熱伝達をアシストして基板をその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却できるようにしている。

然しながら、アシストガスを供給したときにこれが漏れ出ないように静電チャックを用いるのでは、装置コストが高くなるばかりか、静電チャックの電極に電圧を印加するための配線等が必要になって装置構成が複雑になるという問題がある。そこで、ガス圧が作用する状態でも基板を保持できて基板を効率よく加熱または冷却できる低コストで且つ簡単な構造の基板保持装置の開発が望まれている。

特開２００４−３５６５４２号公報

本発明は、上記点に鑑み、ガス圧が作用する状態でも基板を保持できて基板を効率よく加熱または冷却できる低コストで且つ簡単な構造の粘着式基板保持装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、所定の処理を実施する処理装置内に設けられて処理すべき基板を保持する本発明の粘着式基板保持装置は、ベースプレートとこのベースプレートの一方の面に突設されるエラストマーからなる環状の粘着体とを有して粘着体の突設方向先端の保持面が基板の外周縁部に粘着する基板保持手段と、粘着体で囲繞されるベースプレートと基板との間の空間に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、粘着体の高さが、保持面を基板の外周縁部に当接させた状態で突設方向に押圧力を加えたときにその保持面がその全面に亘って基板と面接触するように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、例えばアルミニウム製のベースプレートと環状の粘着体とで基板保持手段を構成したため、上記従来例のように高価な静電チャックを用いる場合と比較して低コスト化を図ることができ、しかも、配線等も不要になって装置自体も簡素化できる。基板に対して所定の処理を施す場合には、粘着体の保持面に対して基板裏面（所定の処理が行われる面と反対側の面）の外周縁部を位置決めして設置し、この状態で粘着体に対して基板裏面に押圧を加える。すると、粘着体の保持面が基板の外周縁部全体に亘って粘着し、粘着体で囲繞されるベースプレートと基板との間の空間の気密性を維持した状態で基板が保持される。そして、ガス導入手段により上記空間を所定のガスを供給してガス雰囲気とすることで熱伝達をアシストして基板をその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却できる。なお、粘着体の「高さ」といった場合、粘着体をベースプレート表面に当接するように配置したときにこのベースプレート表面から保持面までの距離をいう。

ところで、上述したように、粘着体の保持面を基板の外周縁部全体に亘って粘着させ、粘着体で囲繞されるベースプレートと基板との間の空間の気密性を維持した状態で基板を保持させた後に、この空間をガス雰囲気とする場合、例えば冷却効率を考慮して、当該空間内の圧力が４００Ｐａ〜２６６６Ｐａの範囲内の所定圧力（例えば、２０００Ｐａ）に設定される。このとき、空間のガス圧に打ち勝つ粘着力を発現するように粘着体の材質や基板との接触面積が適宜選択されるが、基板をその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却するという機能が損なわれないようにする必要がある。そこで、本発明においては、前記基板の面積に対する前記粘着体の保持面の面積の比が０．０４〜０．２の範囲内に設定されることが好ましい。この面積の比が０．０４より小さいと、空間に導入したアシストガスが漏洩する場合がある一方で、０．２より大きくなると、基板との接触面積が大きくなり、基板をその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却できない。なお、本発明においては、上記圧力範囲で確実に空間の気密性を維持できるように、前記保持面の幅が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。また、ベースプレートと基板との間の間隔は、例えば冷却効率や寸法公差を考慮して適宜設定（具体的には３ｍｍ以下の所定値に設定）される。

本発明においては、前記ベースプレートに粘着体より低い高さの突部が設けられ、この突部の周囲に粘着体が弾装されることが好ましい。これによれば、ベースプレートに粘着体を固定したり、締結したりする手段を不要にでき、更に装置の簡素化を図ることができる。また、前記粘着体の高さは、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。粘着体の高さが０．５ｍｍより低くなると、基板に対して保持面を当接させた状態で突設方向に押圧力を加えても保持面がその全面に亘って基板に面接触せず、基板との密着性が悪くなり、逆に、高さが３ｍｍより高くなると、基板の引き剥がし時、各粘着体が伸びてしまい、例えば搬送ロボットを用いて基板の引き剥がしをする場合、そのハンドリング性が悪くなる。

本発明の実施形態の粘着式基板保持装置が用いられるドライエッチング装置の模式断面図。 本発明の実施形態の粘着式基板保持装置の平面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。

以下、図面を参照して、基板を円形のサファイア基板Ｓｓとし、反応性イオンエッチング装置（以下「エッチング装置」という）に本発明の粘着式基板保持装置を適用した場合を例にその実施形態を説明する。以下において、方向を示す用語は図１に示す粘着式基板保持装置の姿勢を基準にする。

図１を参照して、ＥＭはエッチング装置であり、エッチング装置ＥＭは、真空処理室を画成する真空チャンバ１１を備える。真空チャンバ１１の上部開口には、石英等の誘電体で形成される天板１２がＯリング等の真空シール１３を介して装着されている。真空チャンバ１１の底部には、図示省略の真空ポンプなどの真空排気手段に通じる排気管１４が接続され、真空チャンバ１１内を所定圧力まで真空引きして保持できるようになっている。

真空チャンバ１１の側壁には、図示省略の流量制御手段（マスフローコントローラ）を介してガス源に通じるガス管１５が接続され、真空チャンバ１１内にエッチングガスを所定流量で導入できるようになっている。天板１２の上方には、複数段（本実施形態では２段）のループ状のアンテナコイル１６が設けられ、このアンテナコイル１６には高周波電源Ｅ１からの出力が接続され、プラズマ発生用の高周波電力が投入されるようにしている。そして、真空チャンバ１１内の底部に、絶縁体Ｉを介して、基板Ｓｓにバイアス電圧を印加する他の高周波電源Ｅ２からの出力が接続された本実施形態の粘着式基板保持装置ＳＨが設けられている。なお、エッチング装置ＥＭは、上記構成のものに限定されるものではなく、他の形式のエッチング装置を利用することができ、これは公知ものであるため、これ以上の説明は省略する。

基板保持装置ＳＨは、基台２と基台２の上面に載置される搬送トレイ３とで構成され、搬送トレイ３が本実施形態の基板保持手段のベースプレートを構成する。なお、特に図示して説明しないが、基台２の上面に搬送トレイ３が位置決め載置された後、例えばメカクランプやマグネットにより両者が固定されるようになっている。基台２は、アルミニウム等の熱伝導の良い材料で構成された円筒状部材であり、この基台２には、加熱手段としての抵抗加熱式ヒータ２１と、冷却手段としての冷媒循環通路２２とが組み込まれている。また、基台２には、上下方向に貫通する連通路２３が形成され、連通路２３の下端開口には、特に図示して説明しないが、アルゴンガスやヘリウムガス等のアシストガスのガス源からの、マスフローコントローラを介設したガス管が接続されている。

一方、搬送トレイ３は、図２及び図３に示すように、アルミニウム等の熱伝導の良い材料で構成された、基台２の上面に合致する面積を有する円板状部材であり、搬送トレイ３の上面には、上方に向けて円柱状に凸設した突部３１が複数形成されている。この場合、基板Ｓｓの輪郭に対応する円形の輪郭を持つ各突部３１の上面は基板Ｓｓの面積より小さく、また、その高さが、後述の粘着体より低く設定されている。搬送トレイ３の下面には、この搬送トレイ３を基台２の上面に位置決めした状態で載置したときに基台２の連通路２３に連通するガス導入口３２と、ガス導入口３２から放射状にのびる複数の第１ガス通路３３とが形成され、各第１ガス通路３３が、突部３１にて上下方向にのびる第２ガス通路３４に夫々連通し、これにより、後述の空間にアシストガスを導入するガス導入手段を構成している。そして、各突部３１の側周壁に、基板保持手段を構成するエラストマーからなる環状の粘着体４が弾装されている。

粘着体４としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴムまたはブタジエンゴム等が使用され、エッチング処理時に基板Ｓｓが所定温度に加熱されるような場合には、シロキサンフリーのフッ素ゴムが好ましい。粘着体４の上面は、径方向に所定の幅を持つ平坦面として形成され、この平坦面からなる粘着体４の保持面４１に基板Ｓｓの外周縁部が粘着するようになっている。そして、突部３１から上方に突出する粘着体４部分の高さに応じて、粘着体４の保持面４１に基板Ｓｓの外周縁部を粘着させたときに、粘着体４で囲繞される突部３１と基板Ｓｓとの間に所定の空間５が形成される。この場合、突部３１と基板Ｓｓとの間の間隔ｈ１は、例えば基板Ｓｓの冷却効率や寸法公差を考慮して適宜設定（具体的には３ｍｍ以下の所定値に設定）される。

粘着体４の高さｈ２、即ち、粘着体４の下面が搬送トレイ３の上面に当接する状態で各突部３１の側周壁に弾装したとき、その上面から保持面４１までの高さは、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定される。粘着体４の高さｈ２が０．５ｍｍより低くなると、基板Ｓｓに対して保持面４１を当接させた状態で突設方向に押圧力を加えても保持面４１がその全面に亘って基板Ｓｓに面接触せず、基板Ｓｓとの密着性が悪くなり、逆に、高さｈ２が３ｍｍより高くなると、基板Ｓｓの引き剥がし時、各粘着体４が伸びてしまい、例えば搬送ロボットを用いて基板Ｓｓの引き剥がしをする場合、そのハンドリング性が悪くなる。なお、粘着体４が硬すぎると基板Ｓｓとの密着性が悪化する一方で、柔らかすぎると外力により変形して剥離を招くことから、硬度（タイプＡ）は４５〜６５の範囲が好ましく、また、温度変化のある使用環境で使用されるため、その粘着力は、常温で１０〜４００ｋＰａの範囲のものが使用される。

ここで、空間５にアシストガスを供給する場合、例えば冷却効率を考慮して、当該空間５内の圧力が４００Ｐａ〜２６６６Ｐａの範囲内の所定圧力（例えば、２０００Ｐａ）に設定される。このとき、空間５のガス圧に打ち勝つ粘着力を発現するように粘着体４の材質や基板Ｓｓとの接触面積が適宜選択されるが、基板Ｓｓをその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却するという機能が損なわれないようにする必要がある。そこで、基板Ｓｓの面積に対する粘着体４の保持面４１の面積の比が０．０４〜０．２の範囲内に設定される。この面積の比が０．０４より小さいと、空間５に導入したアシストガスが漏洩する場合がある一方で、０．２より大きくなると、基板Ｓｓとの接触面積が大きくなり、基板Ｓｓをその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却できず、基板Ｓｓと粘着体４の離形性が損なわれる。次に、上記粘着式基板保持装置ＳＨを用いた基板Ｓｓの保持方法を説明する。

例えば、真空チャンバ１１外において搬送トレイ３をその突部３１側を上に向けた姿勢で設置した後、各突部３１周囲の各粘着体４の保持面４１に対して基板Ｓｓを夫々位置決めして設置する。そして、例えば、ガス導入口３２に図外の真空ポンプからの排気管を接続し、空間を真空引きすることで、保持面４１に対して基板Ｓｓ下面の外周縁部を押し付ける。これにより、粘着体４の保持面４１が基板Ｓｓの外周縁部全体に亘って粘着し、粘着体４で囲繞されるベースプレート３と基板Ｓｓとの間の空間５の気密性を維持した状態で基板Ｓｓが保持される。その後に、複数枚の基板Ｓｓが保持された搬送トレイ３をエッチング装置ＥＭに搬送し、基台２の上面に位置決めして載置する。その後に基台２と搬送トレイ３とがメカチャック等で構成される。

エッチング中には、制御しようとする基板Ｓｓの温度に応じて加熱手段２１や冷却手段２２が作動されると共に、空間５が４００Ｐａ〜２６６６Ｐａの範囲の所定圧力に維持されるように、ガス導入手段を介してアシストガスが空間５に供給される。これにより、空間５をガス雰囲気とすることで、基台２からの熱伝導で基板Ｓｓを加熱または冷却する際にその熱伝達をアシストして基板Ｓｓをその略全面に亘って温度分布よく加熱または冷却できる。

上記実施形態によれば、例えばアルミニウム製のベースプレート３と環状の粘着体４とで基板保持手段を構成したため、上記従来例のように高価な静電チャックを用いる場合と比較して低コスト化を図ることができ、しかも、配線等も不要になって装置自体も簡素化できる。また、突部３１の周囲に粘着体４を弾装したため、ベースプレート３に粘着体４を固定したり、締結したりする手段を不要にでき、更に装置の簡素化を図ることができる。

上記効果を確認するために、上記粘着式基板保持装置ＳＨを用いて次の実験を行った。基板Ｓｓを４インチのガラス基板とし、また、環状の粘着体４をフッ素ガス（硬度５５、常温での粘着力７６ｋＰａ）として、高さｈ２が２ｍｍで幅の異なる複数種のものを用意した。この場合、粘着体の保持面の幅が１ｍｍ（基板面積に対する保持面の面積の比が０．０４）のものを試料１、粘着体の保持面の幅が２ｍｍ（基板面積に対する保持面の面積の比が０．０８）のものを試料２、粘着体の保持面の幅が３ｍｍ（基板面積に対する保持面の面積の比が０．１５）のものを試料３、粘着体の保持面の幅が５ｍｍ（基板面積に対する保持面の面積の比が０．１９）のものを試料４、粘着体の保持面の幅が１６ｍｍ（基板面積に対する保持面の面積の比が０．２３）のものを試料５とした。

次に、各試料１〜５を夫々取り付けた粘着式基板保持装置ＳＨにて、粘着体４の保持面４１に対して基板Ｓｓを夫々位置決めして設置し、図外の真空ポンプからの排気管を接続して空間を真空引きすることで、保持面に対して基板下面の外周縁部を押し付け、粘着体４の保持面４１を基板Ｓｓの外周縁部全体に亘って粘着させた。そして、真空雰囲気中で空間５にアシストガスを導入し、そのときの圧力を変化させてアシストガスの漏れを評価し、その結果を表１に示す。表中、○は、アシストガスの漏洩が許容範囲であったもの、×はアシストガスが漏洩して基板の処理に支障をきたしたものである。また、表２には、アシストガス圧力１Ｐａあたりの保持面の面積と基板の面積の比を示す。

以上から、基板の面積に対する粘着体の保持面の面積の比が０．０４〜０．２（０．２３）の範囲内に設定されていれば、真空雰囲気中で空間５に導入したアシストガスが漏洩しないようにすることができる。また、アシストガス圧力１Ｐａあたりの保持面の面積と基板の面積の比が８Ｅ−０５以上になるようになっていれば、空間５に導入したアシストガスが漏洩しないことがわかる。

次に、上記各試料１〜５を夫々取り付けた粘着式基板保持装置ＳＨにて、粘着体４の保持面４１を基板Ｓｓの外周縁部全体に亘って粘着させた後、真空雰囲気中で導入されるアシストガスの圧力を４００Ｐａに設定し、基板Ｓｓの温度制御性を評価したところ、基板Ｓｓの面積に対する粘着体４の保持面４１の面積の比が０．１９以下に設定されていれば、基板Ｓｓの温度制御性を良好にできることが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。上記実施形態では、粘着体４が弾装される突部３１を円筒状としたものを例に説明したが、例えば角柱状のものでも本発明は適用することができる。また、搬送トレイ３の上面に突部３１を設けるものを例に説明したが、これに限定されるものでなく、平坦なベースプレートの一方の面に、環状の粘着体４を、接着剤を介して接着するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、環状の粘着体４のみで基板Ｓｓを保持するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、粘着体４で囲繞される突部３１と基板Ｓｓとの間の空間５に位置させて、突部３１の上面に、その突出方向先端の保持面が粘着体４の保持面４１と同一平面上に位置するように高さを揃えた円柱状の他の粘着体の複数本を等ピッチで配置し、これら他の粘着体で基板保持をアシストするようにしてもよい。

ＥＭ…エッチング装置（処理装置）、ＳＨ…粘着式基板保持装置、Ｓｓ…基板、１１…真空チャンバ、３…搬送トレイ（ベースプレート、基板保持手段）、３１…突部、４…粘着体（基板保持手段）、４１…粘着体４の保持面、ｈ２…粘着体４の高さ、５…空間。

Claims (5)

1. 所定の処理を実施する処理装置内に設けられて処理すべき基板を保持する粘着式基板保持装置において、
   ベースプレートとこのベースプレートの一方の面に突設されるエラストマーからなる環状の粘着体とを有して粘着体の突設方向先端の保持面が基板の外周縁部に粘着する基板保持手段と、粘着体で囲繞されるベースプレートと基板との間の空間に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、
   粘着体の高さが、保持面を基板の外周縁部に当接させた状態で突設方向に押圧力を加えたときにその保持面がその全面に亘って被保持体と面接触するように設定されることを特徴とする粘着式基板保持装置。
2. 前記基板の面積に対する前記粘着体の保持面の面積の比が０．０４〜０．２の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１記載の粘着式基板保持装置。
3. 前記保持面の幅が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の粘着式基板保持装置。
4. 前記ベースプレートに粘着体より低い高さの突部が設けられ、この突部の周囲に粘着体が弾装されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の粘着式基板保持装置。
5. 前記粘着体の厚みは、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の粘着式基板保持装置。
   

Images