JP5174553B2 - デチャック機構、真空装置、デチャック方法 - Google Patents

Description

本発明は、デチャック機構、デチャック機構を有する真空装置、デチャック機構を用いて行われるデチャック方法およびデチャック機構に用いられるデチャック用部品に関する。

静電チャック（Electro Static Chuck、ESC）は静電吸引力によって試料を保持するチャック装置であり、半導体製造装置等の真空装置内部で基板を保持するためのチャック装置として、広く用いられている。

静電チャックは、チャックの際に静電吸引力を発生させるために電圧を印加するが、電圧の印加によって基板−静電チャック間に貯まった電荷が放電されるまではデチャックできない。

特に、真空中では、静電チャック本体以外に放電パスが存在しない上に、静電チャック自体の固有抵抗は、静電吸引力を発生させるために比較的大きな値であることが多く、デチャックに時間がかかる。

そこで、静電チャックのデチャック時間を短縮するために、種々のデチャック方法やそれに用いられるデチャック機構が提案されている。

静電チャックのデチャック時間を短縮する方法としては、まず、電極をアースに落とす方法が知られている。

具体的には、特許文献１の段落番号〔０００３〕に示すように、電極とワークピースをアースに接続して放電する。

また、チャック時とは逆極性の電圧を印加して中和する方法も知られている。

具体的には、特許文献１の段落番号〔０００３〕に示すように、電極に印加される直流チャック電圧の極性を逆にして放電する。

さらに、プラズマ発生機構を備える装置では、プラズマを点火したまま基板を引き剥がすという方法も知られている。

具体的には、特許文献２の段落番号〔００２０〕に示すように、試料のプラズマ処理が終了した後に、脱離（デチャック）用ガスを導入して脱離用プラズマを生成し、載置台から試料を脱離する。

特開２００１−７１９１号公報 特開平８−７８５１０号公報

しかしながら、上記のデチャック方法は、以下に示すような問題があった。

まず、電極をアースに落とす方法では、放電パスが逆に長くなる場合がある他、電極の面積によっては逆にデチャック時間が長くなるという問題があった。

また、チャック時とは逆極性の電圧を印加する方法では、静電チャックの固有抵抗によってはデチャック時間を短縮することができず、また基板が誘電体もしくは絶縁体の場合は静電チャックがすぐに分極を起こすため、印加電圧の制御が困難であるという問題があった。

さらに、プラズマを点火したまま基板を引き剥がす方法では、真空装置がプラズマ処理装置である場合にしか適用できないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、静電チャックや真空装置の特性によらず、デチャック時間を短縮可能なデチャック機構を提供することにある。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、基板を保持する保持面を有する静電チャックと、前記保持面と前記基板の間にプラズマを照射するプラズマ源と、を有することを特徴とするデチャック機構である。

前記静電チャックには、前記保持面から前記基板を引き剥がすための突き上げ棒が設けられている。

前記保持面には、冷却ガス充填用溝が設けられていてもよく、この場合、前記プラズマ源は、前記冷却ガス充填用溝に接するように前記静電チャック内部に設けられている。

前記プラズマ源は、プラズマ発生容器と、前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマ化させるガスが流入するキャリアガス流入口と、前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマを照射するプラズマ照射口と、を有し、前記プラズマ照射口は、前記保持面と前記基板の間を向くように設けられている。

前記プラズマ源は、前記プラズマ発生容器内に設けられたフィラメントと、前記フィラメントに接続された直流電源と、を有してもよい。前記プラズマ源は、前記プラズマ発生容器の周囲または内部に設けられたプラズマ発生用コイルと、前記プラズマ発生用コイルに接続された交流電源と、を有してもよい。

前記プラズマ源は、前記プラズマ発生容器内に設けられた一対の電極と、一対の前記電極に接続された交流電源またはパルス電源と、を有してもよい。

第２の発明は、第１の発明に記載のデチャック機構を有することを特徴とする真空装置である。

第３の発明は、静電チャックに保持された基板をデチャックするデチャック方法であって、前記静電チャックの保持面と、前記保持面に保持された基板の間にプラズマを照射する工程を有することを特徴とするデチャック方法である。

前記工程は、前記保持面から前記基板を引き剥しながら、前記静電チャックの保持面と、前記保持面に保持された基板の間にプラズマを照射する工程である。

第４の発明は、基板を保持する保持面を有する静電チャックのデチャックに用いられるデチャック用部品であって、プラズマ発生容器と、前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマ化させるガスが流入するキャリアガス流入口と、前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマを照射するプラズマ照射口と、を有し、前記プラズマ照射口は、前記保持面と前記基板の間を向くように設けられていることを特徴とするデチャック用部品である。

前記デチャック用部品は、前記プラズマ発生容器内に設けられたフィラメントと、前記フィラメントに接続された直流電源と、を有してもよい。

前記デチャック用部品は、前記プラズマ発生容器の周囲または内部に設けられたプラズマ発生用コイルと、前記プラズマ発生用コイルに接続された交流電源と、を有してもよい。

前記デチャック用部品は、前記プラズマ発生容器内に設けられた一対の電極と、一対の前記電極に接続された交流電源またはパルス電源と、を有してもよい。

第１の発明〜第４の発明では、静電チャックの保持面と、保持面に保持された基板の間にプラズマを照射する手段や工程を有している。

そのため、静電チャックや真空装置の特性によらず、デチャック時間を短縮可能である。

本発明によれば、静電チャックや真空装置の特性によらず、デチャック時間を短縮可能なデチャック機構を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照して、第１の実施形態に係るデチャック機構１を有する真空装置２の概略構成を説明する。

ここでは、真空装置２として、半導体の製造に用いられる真空装置が図示されている。

図１および図２に示すように、真空装置２は、チャンバとしての真空容器３を有している。

真空容器３の内部には基板ホルダ１１が設けられており、基板ホルダ１１には、静電吸引力によって基板５１を保持する静電チャック１５が設けられている。

静電チャック１５には、静電チャック１５の動作用の静電チャック用電源１７が接続されている。

また、静電チャック１５は表面に基板５１を保持する保持面１６を有し、保持面１６上には、プラズマ処理される基板５１が保持される。

さらに、静電チャック１５にはデチャックの際に静電チャック１５から基板５１を引き剥がすための基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂが設けられている。

基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂは図示しないアクチュエータによって図１のＡ、Ｂの向きに移動可能に設けられている。

例えば、図２（ａ）の状態から基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂをＢの向きに移動すると、基板５１は基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂに突き上げられ、図２（ｂ）に示すように、静電チャック１５から引き剥がされる。

また、真空容器３の内部にはさらに後述するプラズマ８１を照射するプラズマ源２３がデチャック用部品として設けられている。

そして、静電チャック１５、基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂ、プラズマ源２３でデチャック機構１を構成している。

一方、真空容器３には、真空容器３内を排気するための真空ポンプ３１が設けられている。真空ポンプ３１と真空容器３の間には真空バルブ３３が設けられている。

次に、プラズマ源２３の構造について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、プラズマ源２３は、プラズマ８１を発生させる中空のプラズマ発生容器３７を有している。

プラズマ発生容器３７の一端は発生したプラズマ８１を照射するプラズマ照射口３９として開放されており、プラズマ照射口３９は、保持面１６と基板５１の間を向くように設けられている。

プラズマ発生容器３７には、プラズマ化させるキャリアガスが流入するキャリアガス流入口４１がさらに設けられている。

キャリアガス流入口４１は、図示しないキャリアガス源に接続されている。

一方、プラズマ発生容器３７内には、キャリアガスをプラズマ化してプラズマ８１を発生させるためのフィラメント４３が設けられており、フィラメント４３は直流の電源４５に接続されている。

なお、フィラメント４３を構成する材料は例えばＭｏ、Ｔａ、Ｗである。

なお、前述のようにプラズマ照射口３９は、保持面１６と基板５１の間を向くように設けられているが、プラズマ源２３に図示しないアクチュエータを設け、プラズマ発生容器３７（プラズマ照射口３９）の向きを調整可能な構造としてもよい。

プラズマ源２３からプラズマ８１を発生させる場合は、プラズマ発生容器３７内に、キャリアガス流入口４１からＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２、空気等のキャリアガスを流入し、電源４５を用いてフィラメント４３に電流を流す。

すると、フィラメント４３は赤熱して熱電子を発生させる。

発生した熱電子は、キャリアガスをプラズマ化させ、プラズマ８１を発生させる。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口３９より、保持面１６と基板５１の間に向けて照射される。

次に、デチャック機構１を用いたデチャックの手順について図１および図２を用いて説明する。

まず、静電チャック用電源１７を用いて、基板５１が静電チャック１５によってチャックされた状態であるとする。

まず、静電チャック用電源１７をＯＦＦにする。

この状態では、保持面１６と基板５１には残留電荷が存在している。

次に、プラズマ源２３を用いてプラズマ８１を発生させる。なお、電源出力は例えば数１０Ｗ程度である。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口３９より、保持面１６と基板５１の間に向けて照射される。

次に、基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂを図２（ａ）のＢの向きに移動させ、基板５１を静電チャック１５から若干引き剥がす。

すると、図２（ｂ）に示すように、プラズマ照射口３９から照射されたプラズマ８１は、保持面１６と基板５１の間に入り込むため、保持面１６と基板５１の残留電荷は、プラズマ８１により中和され、デチャックが迅速に進行する。

そして、残留電荷が完全に中和されると、基板５１は静電チャック１５から完全に引き剥がされ、デチャックは終了する。

なお、デチャックに必要な時間は、基板の大きさにもよるが、数秒程度である。

このように、第１の実施形態によれば、デチャック機構１が静電チャック１５およびプラズマ源２３を有し、デチャックの際には、プラズマ源２３から照射されたプラズマ８１が、静電チャック１５の保持面１６と基板５１の間に入り込んで残留電荷を中和することによりデチャックされる。

従って、デチャック機構１は、静電チャック１５や真空装置２の特性によらず、従来のデチャック機構よりもデチャック時間を短縮可能である。

次に、第２の実施形態に係るデチャック機構１ａを有する真空装置２ａについて、図３を参照して、説明する。

なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態に係るデチャック機構１ａを有する真空装置２ａは、第１の実施形態において、静電チャック１５の表面に冷却ガス充填用溝５３を設け、冷却ガス充填用溝５３に接するようにプラズマ源２３を設けたものである。

なお、図３において、デチャック機構１ａ以外の真空装置２ａの構造は第１の実施形態と同様であるため、記載を省略している。

図３に示すように、デチャック機構１ａは、静電チャック１５ａの保持面１６に、Ｈｅ、Ｎ_２等の冷却ガスを流すための冷却ガス充填用溝５３が設けられている。

冷却ガス充填用溝５３には、冷却ガスを冷却ガス充填用溝５３に導入する冷却ガス流路５５が接続されている。

冷却ガス流路５５は、静電チャック１５ａ内に設けられており、一端が図示しない冷却ガス源に接続されている。

また、静電チャック１５ａの内部には、冷却ガス充填用溝５３に接するようにして、プラズマ源２３が設けられている。

プラズマ源２３は、プラズマ照射口３９が冷却ガス充填用溝５３に接するように設けられている。

このように、静電チャック１５ａが冷却ガスを使用する構造の場合は、プラズマ源２３を静電チャック１５ａの内部に設けてもよく、このような構造にすることにより、デチャック機構１ａのサイズがコンパクトになる。

また、保持面１６に冷却ガス充填用溝５３が設けられているため、基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂは不要である。

ここで、デチャック機構１ａを用いたデチャックの手順について簡単に説明する。

まず、基板５１が静電チャック１５ａによってチャックされた状態であるとする。

まず、静電チャック用電源１７をＯＦＦにする。

次に、プラズマ源２３を用いてプラズマ８１を発生させる。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口３９より、冷却ガス充填用溝５３を介して保持面１６と基板５１の間に向けて照射され、保持面１６と基板５１の間に入り込む。

すると、保持面１６と基板５１の残留電荷は、プラズマ８１により中和され、デチャックが迅速に進行する。

そして、残留電荷が完全に中和されると、デチャックは終了する。

このように、第２の実施形態によれば、デチャック機構１ａが静電チャック１５ａおよびプラズマ源２３を有し、デチャックの際には、プラズマ源２３から照射されたプラズマ８１が、静電チャック１５ａの保持面１６と基板５１の間に入り込んで残留電荷を中和することによりデチャックされる。

従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

また、第２の実施形態によれば、プラズマ源２３が静電チャック１５ａの内部に設けられている。

従って、第１の実施形態と比べてデチャック機構１ａのサイズがコンパクトになる。

さらに、第２の実施形態によれば、保持面１６に冷却ガス充填用溝５３が設けられているため、基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂは不要となる。

次に、第３の実施形態に係るデチャック機構１ｂを有する真空装置２ｂについて、図４を参照して説明する。

なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。

第３の実施形態に係るデチャック機構１ｂを有する真空装置２ｂは、第１の実施形態において、プラズマ源２３ｂを、プラズマ発生用コイル６３を有する構造としたものである。

なお、図４において、プラズマ源２３ｂ以外の真空装置２ｂの構造は第１の実施形態と同様であるため、記載を省略している。

図４に示すように、プラズマ源２３ｂは、両端が開放された管状のプラズマ発生管６１をプラズマ発生容器として有しており、プラズマ発生管６１の一端をキャリアガス流入口６１ａとして用い、他端をプラズマ照射口６１ｂとして用いている。

また、プラズマ発生管６１の周囲にはプラズマ発生用コイル６３が設けられ、プラズマ発生用コイル６３には交流の電源６５が接続されている。

プラズマ源２３ｂからプラズマ８１を発生させる場合は、プラズマ発生管６１にキャリアガス流入口６１ａからキャリアガスを流入し、電源６５を用いてプラズマ発生用コイル６３に電流を流す。

すると、プラズマ発生用コイル６３は誘導電流を発生させ、キャリアガスをプラズマ化させる。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口６１ｂより、保持面１６と基板５１の間に向けて照射される。

このように、プラズマ源２３ｂを、プラズマ発生用コイル６３を有する構造としてもよい。

このように、第３の実施形態によれば、デチャック機構１ｂが静電チャック１５およびプラズマ源２３ｂを有し、デチャックの際には、プラズマ源２３ｂから照射されたプラズマ８１が、静電チャック１５の保持面１６と基板５１の間に入り込んで残留電荷を中和することによりデチャックされる。

従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

次に、第４の実施形態に係るデチャック機構１ｃを有する真空装置２ｃについて、図５を参照して説明する。

なお、第４の実施形態において、第３の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。

第４の実施形態に係るデチャック機構１ｃを有する真空装置２ｃは、第３の実施形態において、プラズマ発生用コイル６９をプラズマ発生管６７の内部に設けたものである。

なお、図５において、プラズマ源２３ｃ以外の真空装置２ｃの構造は第３の実施形態と同様であるため、記載を省略している。

図５に示すように、プラズマ源２３ｃは、プラズマ発生管６７をプラズマ発生容器として有しており、プラズマ発生管６７の一端がキャリアガス流入口６７ａとして開放されており、他端がプラズマ照射口６７ｂとして開放されている。

また、プラズマ発生管６７の内部にはプラズマ発生用コイル６９が設けられ、プラズマ発生用コイル６９には交流の電源７１が接続されている。

プラズマ源２３ｃからプラズマ８１を発生させる場合は、プラズマ発生管６７にキャリアガス流入口６７ａからキャリアガスを流入し、電源７１を用いてプラズマ発生用コイル６９に電流を流す。

すると、プラズマ発生用コイル６９は誘導電流を発生させ、キャリアガスをプラズマ化させる。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口６７ｂより、保持面１６と基板５１の間に向けて照射される。

このように、プラズマ発生用コイル６９をプラズマ発生管６７の内部に設けてもよい。

このように、第４の実施形態によれば、デチャック機構１ｃが静電チャック１５およびプラズマ源２３ｃを有し、デチャックの際には、プラズマ源２３ｃから照射されたプラズマ８１が、静電チャック１５の保持面１６と基板５１の間に入り込んで残留電荷を中和することによりデチャックされる。

従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

次に、第５の実施形態に係るデチャック機構１ｄを有する真空装置２ｄについて、図６を参照して説明する。

なお、第５の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。

第５の実施形態に係るデチャック機構１ｄを有する真空装置２ｄは、第１の実施形態において、プラズマ源２３ｄを、電極７５、７７を有する構造としたものである。

なお、図６において、プラズマ源２３ｄ以外の真空装置２ｄの構造は第１の実施形態と同様であるため、記載を省略している。

図６に示すように、プラズマ源２３ｄは、プラズマ発生管７３をプラズマ発生容器として有しており、プラズマ発生管７３の一端がキャリアガス流入口７３ａとして開放されており、他端がプラズマ照射口７３ｂとして開放されている。

また、プラズマ発生管７３の内部には電極７５、７７が一対の電極として設けられ、電極７５、７７には交流の電源もしくはパルス電源である電源７９が接続されている。

プラズマ源２３ｄからプラズマ８１を発生させる場合は、プラズマ発生管７３にキャリアガス流入口７３ａからキャリアガスを流入し、電源７９を用いて電極７５、７７に電位を負荷する。

すると、電極７５、７７間に放電が起こり、キャリアガスをプラズマ化させる。

発生したプラズマ８１は、プラズマ照射口７３ｂより、保持面１６と基板５１の間に向けて照射される。

このように、電極７５、７７を用いてプラズマ８１を発生させてもよい。

このように、第５の実施形態によれば、デチャック機構１ｄが静電チャック１５およびプラズマ源２３ｄを有し、デチャックの際には、プラズマ源２３ｄから照射されたプラズマ８１が、静電チャック１５の保持面１６と基板５１の間に入り込んで残留電荷を中和することによりデチャックされる。

従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

上記した実施形態では、本発明を半導体の製造に用いられる真空装置に適用した場合について説明したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、静電チャックを必要とする全ての装置に用いることができる。

例えば、本実施形態ではプラズマ源を別途設けているが、もともとプラズマ源のある真空装置の場合はそれを利用しても良い。

この条件によれば、真空装置内のプラズマ維持の関係上、３００〜５００Ｗ程度の出力（１３．５６ＭＨｚ）にて１〜２秒で電荷が抜けてデチャックが可能である。

真空装置２を示す図である。 図２（ａ）は図１のデチャック機構１付近の拡大図であって、図２（ｂ）は図２（ａ）において、基板突き上げ棒２１ａ、２１ｂをＢの向きに移動させた状態を示す図である。 デチャック機構１ａを示す図である。 プラズマ源２３ｂを示す断面図である。 プラズマ源２３ｃを示す断面図である。 プラズマ源２３ｄを示す断面図である。

符号の説明

１…………デチャック機構
２…………真空装置
３…………真空容器
１１………基板ホルダ
１５………静電チャック
１７………静電チャック用電源
２１ａ……基板突き上げ棒
２３………プラズマ源
３１………真空ポンプ
３３………真空バルブ
３７………プラズマ発生容器
３９………プラズマ照射口
４１………キャリアガス流入口
４３………フィラメント
４５………電源
５３………冷却ガス充填用溝
５５………冷却ガス流路
６１………プラズマ発生管
６１ａ……キャリアガス流入口
６１ｂ……プラズマ照射口
６３………プラズマ発生用コイル
６５………電源
６７………プラズマ発生管
６７ａ……キャリアガス流入口
６７ｂ……プラズマ照射口
６９………プラズマ発生用コイル
７１………電源
７３………プラズマ発生管
７３ａ……キャリアガス流入口
７３ｂ……プラズマ照射口
７５………電極
７７………電極
７９………電源

Claims (7)

1. 基板を保持する保持面を有する静電チャックと、
   前記保持面と前記基板の間にプラズマを照射するプラズマ源とを有し、
   前記保持面には、冷却ガス充填用溝が設けられ、
   前記プラズマ源は、前記冷却ガス充填用溝に接するように前記静電チャック内部に設けられていることを特徴とするデチャック機構。
2. 前記プラズマ源は、
   プラズマ発生容器と、
   前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマ化させるガスが流入するキャリアガス流入口と、
   前記プラズマ発生容器に設けられ、プラズマを照射するプラズマ照射口と、
   を有し、
   前記プラズマ照射口は、前記冷却ガス充填用溝に接するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のデチャック機構。
3. 前記プラズマ源は、
   前記プラズマ発生容器内に設けられたフィラメントと、
   前記フィラメントに接続された直流電源と、
   を有することを特徴とする請求項２記載のデチャック機構。
4. 前記プラズマ源は、
   前記プラズマ発生容器の周囲または内部に設けられたプラズマ発生用コイルと、
   前記プラズマ発生用コイルに接続された交流電源と、
   を有することを特徴とする請求項２記載のデチャック機構。
5. 前記プラズマ源は、
   前記プラズマ発生容器内に設けられた一対の電極と、
   一対の前記電極に接続された交流電源またはパルス電源と、
   を有することを特徴とする請求項２記載のデチャック機構。
6. 真空容器と、
   前記真空容器の内部を排気するための真空ポンプと、
   前記真空容器と前記真空ポンプとの間に設けられた真空バルブと、
   請求項１〜請求項５のいずれかに記載のデチャック機構と、
   を有することを特徴とする真空装置。
7. 静電チャックに保持された基板をデチャックするデチャック方法であって、
   前記保持面には、冷却ガス充填用溝が設けられており、
   前記冷却ガス充填用溝を介して前記保持面と前記基板の間に向けてプラズマを照射することにより、前記保持面と前記基板の残留電荷を中和することを特徴とするデチャック方法。

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