JP6023475B2 - 基板の保持・剥離方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハ等の基板の表面を加工する装置、例えばイオンビームを照射して基板をミリング加工するイオンミリング装置等の処理装置において、基板の過熱を防止するため冷却されている支持台に弾性シートを介して基板を保持し、処理後に弾性シートと基板を分離するような装置に好適に使用される基板の保持・剥離方法及びその装置に関するものである。

アルゴンガス等のイオンビームをウエーハの表面に照射してウエーハをミリング加工するイオンビームミリング装置では、処理中に発生する熱によりウエーハが過熱されるのを防止するため冷却されている支持台に熱伝導性のよい弾性シートを介してウエーハを保持している。このようにウエーハと弾性シートを支持台に保持する方法として、ウエーハの周囲と支持台を爪でクランプしてウエーハを保持する方法（例えば特許文献１、２参照）や真空チャックでウエーハと弾性シートを支持台に吸着して保持する方法が知られている。

爪で基板の周囲をクランプする方式は、爪部分にもイオンビームが照射されるのでミリングされて爪部分からコンタミを発生したり、ウエーハの一部を爪で押圧するためウエーハの表面に爪の影が発生するおそれがある。一方、真空チャック方式で弾性シートとウエーハを支持台に吸着する方式では、支持台の保持面に開口する通気口から真空を作用させれば弾性シートとウエーハを容易に支持台に吸引吸着することができる。しかし、ウエーハと弾性シートと支持台は、弾性シートの作用により非常に強固に密着状態で張り付けられるので、ミリング加工等の処理後に上記通気口からエアを噴出させてもウエーハと弾性シートが密着していて簡単に剥がすことができない。そこで、従来は、例えば、手動で行う場合、薄い刃を有する工具を支持台の周縁から弾性シートと支持台の間に差し込んで剥がしているが、ミリング加工されたウエーハは非常に薄いので割れやすいため、損傷を与えることなく、簡単に剥がすことができる方法が望まれていた。

特開平１０−１９９４７０号公報 特開２０００−１２４２９５号公報

本発明の解決課題は、ウエーハ等の基板の表面を処理加工するため、真空チャック方式で弾性シートを介して基板を支持台に保持するようにした保持方法において、基板を確実に保持できるとともに処理後に基板と弾性シートと支持台を容易に剥がすことができるようにした基板の保持・剥離方法及びその装置を提供することである。

従来の真空チャック方式の場合、チャックの保持面に真空源に通じる通気口を設け、この通気口に連通するよう複数の溝を保持面の全面にわたって縦横に形成し、弾性シートには表裏に開口する透孔を設け、上記通気口からの真空作用を弾性シートを通して基板に直接作用させ、弾性シートと基板を同時に一緒に吸着している。そのため、弾性シートと基板が密着すると、弾性シートと基板間には空気を流通させることができる空間が存在しなくなるので、通気口からエアを噴出させようとしても、エアが基板と弾性シートの間に入り込まない。そのような状況に鑑み、本願発明者は、基板と弾性シートを剥離させるためには、基板を分離させるとき、基板と弾性シート間に空気が流通可能な空間を形成できれば、基板と弾性シート間にエアを流入させて基板を容易に剥離できることに想到した。

すなわち、本発明によれば、基板と弾性シートを真空チャック方式で保持面に保持する基板の保持方法において、基板を保持する際は、チャック（プラネット）の保持面から真空作用を弾性シートと基板に作用させて弾性シートと基板を保持面に吸着し、基板を剥離する際は、真空作用を弾性シートに作用させ弾性シートを保持面に吸着することによりその一部を凹ませるとともに基板と弾性シートの間から該凹みにエアを噴出して基板を分離するようにした基板の保持・剥離方法及びその装置が提案され、上記課題が解決される。

本発明は、上記のように構成され、基板と弾性シートを真空チャック方式でプラネット（チャックトップ）の保持面に保持する基板の保持方法において、基板を保持する際は、プラネットの保持面から真空作用を弾性シートと基板に作用させて弾性シートと基板を保持面に吸着し、基板を剥離する際は、真空作用を弾性シートに作用させ弾性シートを保持面に吸着することによりその一部を凹ませるとともに基板と弾性シートの間から該凹みにエアを噴出して基板を分離するようにしたから、基板を保持する際は、従来と同様に弾性シートと基板を真空作用により保持面に吸着でき、保持面からの冷却作用を基板に確実に伝えて基板が過熱されないようにすることができる。そして、加工処理後、弾性シートに真空作用を及ぼして弾性シートを保持面に吸着すると、弾性シートの一部は弾性シート用の通気口に連通する弾性シート用の連通溝に沿って吸引されるので、弾性シートの表面に溝状の凹みが出現する。この凹みにより基板の裏面と弾性シート間には空隙が形成されるので、基板用の通気口からエアを噴出させると、エアは該溝状の凹みに入り込んで流れ、このエアの流体圧により基板と弾性シートの密着状態が解消され、基板を簡単に剥離することができる。

また、上記基板用の通気口と該通気口に連通する基板用の連通溝をプラネットの保持面の中心部に設け、その周囲に弾性シート用の通気口と該通気口に連通する弾性シート用の連通溝を設けると、剥離させる際、基板の中央部から放射状にエアが流れ、基板は一層容易に分離する。さらに、保持面に弾性シートから突出する押圧片を設け、該押圧片を基板方向に付勢しておくと、弾性シートから離れた基板が押し出され、容易に取り出すことができる。

本発明のチャック機構の一実施例を示し、押えリングを外した状態の断面図。 押えリングで基板を固定した状態の一部の断面図。 押えリングの係止溝の説明図。 基板と弾性シートを分離する工程で使用するパージ機構の断面図。 プラネットの保持面の平面図 プラネットの一部の断面図。 弾性シートの平面図。 パージ用リングの係止溝の説明図。 基板と弾性シートの状態を示し、（Ａ）は基板と弾性シートが密着した状態、（Ｂ）は弾性シートが保持面に吸着され、凹みが生じた状態、（Ｃ）は基板と弾性シートの間にエアを流入させた状態の各説明図。

図１、図２は、イオンビームミリング装置で基板をミリング加工する場合に、基板をプラネットに保持するフィクスチャー部の一実施例を示し、本体１には昇降可能にプラネット固定軸２を嵌着してあり、該プラネット固定軸２は側面に形成した溝に先端を挿入したストッパーピン３により回り止めされ、ばね４で図１において上方に付勢され、ストッパーピンで規制される範囲内で上下動可能である。該固定軸２の中心部には通気口５が形成され、通気口５の下方部にはバキューム及びパージの切換バルブ６に連通する通気パイプ７を接続するためのねじ部８が形成され、上方部にはプラネット（チャックトップ）９の軸部１０に設けた接続パイプ１１をねじ着するためのねじ部１２が形成されている。該固定軸２の上面には外周に沿ってＯリング１３が設けられ、Ｏリングに囲まれた内方部分は少し凹んでいて、プラネット９の軸部１０の下面が密着しないようにしてある。

上記プラネット９の軸部１０の下部外周にはストップリング１４が設けられ、該ストップリング１４とプラネット９の保持板部１５との間に装着したばね１６を支持するばね受け１７が着座する。該ばね受け１７の上方に形成した上面板１８は、上記本体１上に突設した複数本の支柱１９に当接可能である。これらの支柱１９の先端にはゴム材料等で形成した滑り防止部材２０が設けられている。

上記ばね受け１７の上面板１８とプラネット９の保持板部１５の外周面の数か所、実施例では３か所に、掛止ピン２１ａ、２１ｂをそれぞれ突設し、後記するようにウエーハ等の基板２２と弾性シート２３を吸着した後、安全のため押え縁を有する押えリング２４をプラネット９に嵌着できるようにしてある。押えリング２４を取り付けるには、保持板部１５と上面板１８の掛止ピンの位置が上下に揃った状態で押えリング２４に形成した略Ｌ字状の係止溝２５に該掛止ピン２１ａ、２１ｂを差し込み、プラネット９とともに押えリング２４を回転させることより上面板１８の掛止ピン２１ｂを介してばね受け１７を上方に引き上げながら係止溝２５の横溝に掛止ピン２１ｂを進入させ、押えリング２４の押え縁が基板２２に弾性的に接した状態で掛け止めることができるようにしてある。

上記プラネット９には、上記固定軸２の通気口５に連通し基板２２に対応する基板用通気口２６と、弾性シート２３に対応する弾性シート用通気口２７が形成されている。図５、図６を参照し、プラネット９の保持板部１５の上面である保持面には、上記基板用通気口２６に連通する基板用連通溝２８と、弾性シート用通気口２７に連通する弾性シート用連通溝２９がそれぞれ独立して形成されている。図に示すように、基板用通気口２６は保持面の中心部で開口し、基板用連通溝２８はその周囲に３方向に延びている。これらの連通溝２８の形状、本数、長さ、深さ等の形態は基板の大きさに合せて適宜に形成することができる。弾性シート用通気口２７は、上記基板用連通溝２８の周囲を取り囲む内方環状溝３０に開口しており、この内方環状溝３０は保持面に形成した多数の放射状溝３１及び外方環状溝３２に連通し、これらの溝により全体として弾性シート用連通溝２９を構成している。また、後記する押圧軸３３の押圧片３４を挿通させるための挿通孔３５が形成されている。

弾性シート２３は、図７に示すように、上記基板用連通溝２８に沿って開口する複数の挿通孔３６ａと、上記押圧軸３３の押圧片３４が挿通するよう記挿通孔３５に対応する位置に挿通孔３６ｂが上形成され、放熱性と弾性作用に優れたシリコーンゴム等の弾性材料で構成されている。

図４は、ミリング加工後ミリング装置から外したプラネットを保持して、基板２２と弾性シート２３を剥離する際に使用するパージ機構３７の一部が示されている。該機構３７は、パージする際のエアを送る送気口３８を中心部に設けた剥離用ベース３９を具備し、該送気口３８の下方に送気パイプを接続するための接続用ねじ部４０を設けてある。該送気口３８の上方にはプラネット９の接続パイプ１１をねじ着するためのねじ部４１が設けられている。該剥離用ベース３９には、上記送気口３８とは別に真空源に連通する吸引口４２が形成され、該吸引口４２は剥離用ベース３９の、図において上面に形成した剥離用環状溝４３に開口している。この剥離用環状溝４３には、上記プラネット９を剥離用ベース３９に接続した際、プラネット９に形成した弾性シート用通気口２７の下端が開口する。該剥離用環状溝４３の内方及び外方には、Ｏリング４４を設けてあり、剥離用環状溝４３の周囲を気密的に保持することにより上記弾性シート用通気口２７に作用する吸引作用を確保している。

上記剥離用ベース３９の上面にはスプリングベース４５が固定され、該スプリングベース４５には押圧軸３３がねじ着されている。該押圧軸３３の先端には、ばね４６で図において上方に付勢された押圧片３４が設けられ、弾性シート２３に設けた挿通孔３６ｂを通過した先端部で基板２２を上方に押圧し弾性シートから分離された基板２２を容易に取り出しできるようにしている。

プラネット９の軸部１０に設けたストップリング１４、ばね１６、ばね受け１７等は、上記図１に示す保持部分の構成と同じであるが、基板２２が弾性シート２３から剥離された際、周辺に脱落しないようプラネット９にはパージ用リング４７が嵌着されている。該パージ用リング４７は、上辺に飛び出し防止縁４８を有し、側面に上記プラネット９とばね受け１７に設けた掛止ピン２１ａ、２１ｂが挿通する縦溝４９が設けられている。したがって、該パージ用リング４７は、基板２２が剥離されたのち、上方に引き上げると簡単に取り外すことができ、基板２２の取り出しの邪魔になることはない。

而して、イオンミリング加工をする際、基板２２と弾性シート２３は図１に示すようにプラネット９の保持板部１５に載置され、図２に示すように、押えリング２４を嵌着した後、基板用通気口２６に真空を作用させれば、基板２２と弾性シート２３は保持面に密着状態で吸着される（図９Ａ）。基板と弾性シートが吸着した状態でプラネット９は固定軸２から外され、イオンミリング装置（図示略）内部のステム（図示略）の上面にねじ着され、基板２２の上方からイオンビームを照射することにより、基板はミリング加工される。このとき、プラネット９はミリング装置に設けた冷却板（図示略）によりステムを介して冷却され、基板の過熱が防止される。

ミリング加工が終了したら、ミリング装置のステムからプラネット９を取り外し、パージ機構に移送する。そして、パージ機構３７の剥離用ベース３９に該プラネット９の接続パイプ１１をねじ着して固定し、パージ用リング４７を取り付ける。その後、吸引口４２を介して弾性シート用通気口２７に真空を作用させると、該弾性シート用通気口２７に連通する内方環状溝３０や放射状溝３１、外方環状溝３２で構成される弾性シート用連通溝２９に沿って弾性シート２３は吸引され、その結果、これらの溝に沿って凹み５０を生じる（図９Ｂ）。

次に、基板用通気口２６からパージ用のエアを送気すると、エアは上記凹み５０に入り込んで流出し、基板２２と弾性シート２３は剥離される（図９Ｃ）。このとき、図４鎖線で示すように、上記押圧片３４により基板２２は押し上げられているので、簡単に取り出すことができる。

上記実施例はイオンミリング装置に使用した場合につき説明したが、本発明は種々のウエーハ等の基板の表面を加工する際に使用する各種基板保持装置として適用できることは明らかである。

１ 本体
２ プラネット固定軸
９ プラネット（チャックトップ）
１５ 保持板部
１７ ばね受け
２２ 基板
２３ 弾性シート
２４ 押えリング
２６ 基板用通気口
２７ 弾性シート用通気口
２８ 基板用連通溝
２９ 弾性シート用連通溝
３０ 内方環状溝
３１ 放射状溝
３２ 外方環状溝
３４ 押圧片
３７ パージ機構
３８ 送気口
３９ 剥離用ベース
４７ パージ用リング

Claims (6)

1. 基板と弾性シートを真空チャック方式でプラネットの保持面に保持する基板の保持方法において、基板を保持する際は、プラネットの保持面から真空作用を弾性シートと基板に作用させて弾性シートと基板を保持面に吸着し、基板を剥離する際は、上辺に飛び出し防止縁を有するパージ用リングをプラネットに嵌着した後、真空作用を弾性シートに作用させ弾性シートを保持面に吸着することによりその一部を凹ませるとともに基板と弾性シートの間から該凹みにエアを噴出して基板を分離するようにした基板の保持・剥離方法。
2. 上記基板はプラネットの保持面の中央に開口する基板用通気口に対向し、上記弾性シートは該基板用通気口の外方に開口する弾性シート用通気口に対向し、剥離させる際、保持面の中央部から放射状にエアを噴出することを特徴とする請求項１に記載の基板の保持・剥離方法。
3. 上記基板は弾性シートから剥離されたとき外部に取り出しできるよう押圧片で押し上げられている請求項１又は２に記載の基板の保持・剥離方法。
4. 保持面に基板と弾性シートを吸着するよう基板に対向する基板用通気口及び該基板用通気口に連通する基板用連通溝を設けるとともに弾性シートに対向する弾性シート用通気口及び該弾性シート用通気口に連通する弾性シート用連通溝を基板用通気口から独立して設けたプラネットと、上記基板用通気口と基板用連通溝に切換可能に接続した真空源とエア送気源と、上記弾性シート用通気口と弾性シート用連通溝に接続される真空源と、上記プラネットに取り外し可能に嵌着され上辺に飛び出し防止縁を有するパージ用リングを具備することを特徴とする基板の保持・剥離装置。
5. 上記基板用通気口と該基板用通気口に連通する基板用連通溝は、プラネットの保持面の中心部に設けられ、その周囲に上記弾性シート用通気口と弾性シート用連通溝が設けられている請求項４に記載の基板の保持・剥離装置。
6. 上記プラネットの保持面に弾性シートから突出し、基板方向に付勢されている押圧片を有する請求項４又は５に記載の基板の保持・剥離装置。

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