WO2020026549A1 - 基板リフト装置及び基板搬送方法 - Google Patents

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processed
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lift
wafer
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克徳 藤井
真規 伊藤
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    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Definitions

  • the present invention relates to a substrate lift device and a substrate transfer method which are mounted on a stage having an electrostatic chuck for adsorbing a substrate to be processed on an upper surface and transfer the substrate to and from the stage.
  • a processing apparatus for performing these processes generally includes a stage with an electrostatic chuck for positioning and holding a substrate to be processed in a vacuum chamber in a vacuum atmosphere.
  • the electrostatic chuck has a ceramic plate (chuck plate) made of, for example, PBN (Pyrolytic Boron Nitride) mounted on the surface of a metal stage, and a pair of electrodes is embedded in the chuck plate (so-called bipolar electrode). Type).
  • a DC voltage (chuck voltage) is applied between the pair of electrodes by a power supply device, whereby the substrate to be processed is suction-held on the chuck plate surface by electrostatic force generated by applying the DC voltage between the two electrodes. (Chuck operation).
  • the substrate lift device is provided to transfer the substrate to be processed to such a stage (for example, see Patent Document 1).
  • the substrate lift device includes a lift pin vertically movable between a immersion position that immerses in the stage and a substrate delivery position that projects upward from the upper surface of the stage and lifts the substrate to be processed to a predetermined height from the upper surface of the stage. And a driving means for moving up and down.
  • the transfer pins are transferred by the transfer robot such that the substrate to be processed is supported at the upper ends of the lift pins while the lift pins are moved upward to the substrate transfer position. Then, when the lift pins are moved down to the immersion position, the substrate to be processed is set on the stage (that is, the chuck plate).
  • a DC voltage is applied to the electrodes of the electrostatic chuck to attract the substrate to be processed, and thereafter, various processes are performed.
  • the application of the voltage to the electrodes of the electrostatic chuck is stopped (operation for stopping suction).
  • the lift pins are moved up to the substrate transfer position to lift the target substrate, the target substrate is transferred to, for example, a transfer robot.
  • the substrate to be processed is lifted by lifting the lift pins in a state where the static elimination of the substrate to be processed is insufficient, the position of the substrate to be processed is displaced or jumps up. There is a problem that occurs.
  • the present invention moves a processed substrate to a substrate delivery position without waiting for the processed substrate to be completely neutralized, without causing a displacement or a jump of the processed substrate. It is an object of the present invention to provide a substrate lift device and a substrate transfer method that can be used.
  • a substrate lift apparatus of the present invention which is mounted on a stage having an electrostatic chuck for adsorbing a substrate to be processed on its upper surface and transfers the substrate to and from the stage, is immersed in the stage.
  • a lift pin movable up and down between a immersing position and a projecting position projecting upward from the upper surface of the stage, and a driving unit for moving the lift pin up and down, wherein the driving unit moves the lift pin upward from the immersing position to the projecting position
  • the lift pins can be stopped at an intermediate position where the portion of the substrate to be processed is locally raised.
  • the operation to stop the suction of the substrate to be processed A charge removal operation is performed on the substrate to be processed by a known method. Then, the lift pins are moved up from the immersion position to the intermediate position without waiting for the substrate to be completely discharged (for example, by determining the elapsed time from the start of the discharging operation). Then, a portion (for example, a central portion) of the substrate to which the pressing force from the lift pins acts is locally lifted against the attraction force due to the residual charges (in this case, the remaining portion of the substrate to be processed is a residual portion). The charge remains on the electrostatic chuck).
  • the rest of the substrate to be processed is outwardly directed by the restoring force, starting from the part of the substrate to which the pressing force from the lift pins acts. Then, it gradually peels off from the electrostatic chuck, and eventually completely peels off from the electrostatic chuck.
  • the pressing force from the lift pins is applied to forcibly peel the substrate to be processed, there is no problem that the substrate to be processed is displaced or jumps up.
  • the lifting means can stop the upward movement of the lift pins at the intermediate position by the driving means, the position of the substrate to be processed can be adjusted without waiting for the substrate to be completely discharged.
  • the processed substrate to be processed can be moved to the substrate delivery position without causing displacement or jumping.
  • the substrate to be processed is a silicon wafer having a size generally used for manufacturing a semiconductor device
  • the intermediate position 1/500 or more of the substrate diameter from the upper surface of the stage at the intermediate position. If the portion of the silicon wafer is locally lifted at a height of / 200 or less, the processed silicon wafer can be processed without causing displacement or jumping of the substrate without waiting for the silicon wafer to be completely discharged. Can be moved to the substrate delivery position.
  • a substrate transfer method comprising: applying a voltage to an electrode of an electrostatic chuck provided on an upper surface of a stage; After applying, a stopping step of stopping the application of voltage to the electrostatic chuck, and a lifting step of lifting a processing target substrate to a substrate delivery position above the stage by moving a lift pin assembled and retractable on the stage upward.
  • the lift pins are moved upward from a position immersed in the stage, the upper ends thereof are brought into contact with the central portion of the substrate to be processed, and the lift pins are further moved upward from the contacted positions, thereby increasing the electrostatic capacity.
  • the substrate to be processed is a silicon wafer as described above
  • a height for locally floating a portion of silicon wear on the electrostatic chuck is set to the upper surface of the stage. It is preferable that the height be 1/500 or more and 1/200 or less of the diameter of the substrate.
  • the portion of the substrate to be processed is held at an intermediate position of the lift pins for 4 seconds or more. preferable.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a stage on which the substrate lift device according to the embodiment of the present invention is assembled.
  • 2A and 2B are cross-sectional views showing a series of operations when a substrate to be processed is transferred by the substrate lift device shown in FIG. 1, wherein FIG. 1A is an immersion position, FIG. 2B is a contact position, and FIG. (D) shows the state of the substrate to be processed when held at the intermediate position for a predetermined time, and (e) shows the substrate delivery position.
  • a substrate to be processed is a silicon wafer (hereinafter, referred to as “wafer W”) of a size (for example, ⁇ 150 mm to 450 mm) generally used in the manufacture of a semiconductor device, and a bipolar electrostatic chuck is used.
  • wafer W silicon wafer
  • An embodiment of a substrate lift apparatus and a substrate transfer method that is mounted on a stage having an electrostatic chuck for adsorbing a wafer W on its upper surface and transfers the wafer W to the stage will be described. In the following, directions such as up and down will be described with reference to the posture of the stage shown in FIG.
  • ST is disposed in a vacuum chamber of a processing apparatus (not shown) that performs various processes such as a film forming process by a sputtering method and a plasma CVD method, a heat treatment, an ion implantation process, and an etching process.
  • a processing apparatus not shown
  • processes such as a film forming process by a sputtering method and a plasma CVD method, a heat treatment, an ion implantation process, and an etching process.
  • This is a stage with an electrostatic chuck. Since a known processing device is used, a detailed description thereof is omitted here.
  • the stage ST includes a metal base 1 and an electrostatic chuck EC that is provided on the upper surface of the base 1 and holds the wafer W by suction.
  • the base 1 is formed of an aluminum cylinder having an outline corresponding to the wafer W, and a heating unit 11 for heating the wafer W and a cooling unit for cooling the wafer W by circulating a coolant therein. (Not shown) is provided so that the wafer W can be heated or cooled during processing.
  • the electrostatic chuck EC includes a chuck plate 2 serving as a dielectric and a pair of electrodes 3a and 3b disposed inside the insulating plate via an insulating layer (not shown). A DC voltage (a voltage for chucking) is applied between the electrodes 3a and 3b.
  • a power supply device Ps As the chuck plate 2, a plate made of PBN, ALN, or silicon rubber is used.
  • the base 1 and the chuck plate 2 of the electrostatic chuck EC are provided with a plurality of through holes 4 penetrating vertically.
  • three through holes 4 are provided at positions spaced 120 degrees in the circumferential direction on an imaginary circumference passing through a substantially middle point in the radial direction from the center of the wafer W. In this case, the diameter of the virtual circumference is appropriately set in consideration of the size of the wafer W.
  • Each of the through holes 4 is provided with a lift pin 5 described later.
  • the power supply device Ps includes a DC power supply unit E that applies a DC voltage (chuck voltage) between the pair of electrodes 3a and 3b.
  • a circuit for applying a DC voltage between the DC power supply unit E and the electrodes 3a and 3b is a first circuit C1, and a circuit for connecting the electrodes 3a and 3b to the ground potential in order to discharge the wafer W after processing.
  • two switching means 8a and 8b are provided to switch between the first circuit C1 and the second circuit C2.
  • the positive (high voltage side) output of the DC power supply unit E is connected to one electrode 3b via one switching means 8a, and the other electrode 3a is connected to the other electrode 3b.
  • the DC power is applied between the two electrodes 3a and 3b so that the chuck plate 2 sucks and holds the wafer W.
  • a voltage is applied (chuck operation).
  • both the switching means 8a and 8b are switched, and the electrodes 3a and 3b are connected to the ground potential via the switching means 8a and 8b, so that the plasma is used for the wafer W.
  • the charge remaining on the wafer W is discharged (a discharge operation).
  • the operations of the DC power supply unit E and the switching means 8a and 8b are controlled by a control unit (not shown).
  • a substrate lift device LM of the present embodiment is provided.
  • the lift device LM includes a lift pin 5 inserted in each of the through holes 4 and a driving means 9 for vertically moving the lift pin 5 so as to be able to come and go with respect to the stage ST.
  • the driving means 9 is constituted by a so-called two-stage air cylinder.
  • the air cylinder as the driving means 9 includes a cylinder main body 91, and the inside thereof is partitioned into an upper first chamber 93a and a lower second chamber 93b by an isolation plate 92 having a central opening 92a. ing.
  • a first piston 94 is slidably housed in the first chamber 93a, and a rod 94a of the first piston 94 slidably penetrates a central opening 92a provided in the isolation plate 92 to the second chamber 93b. It is protruding.
  • a second piston 95 is slidably housed in the second chamber 93b, and a rod 95a of the second piston 95 passes through a through hole provided in the first piston 94 and a through hole provided in a wall surface of the cylinder body 91. And protrudes out of the cylinder body 91.
  • a drive plate 95b is provided at an upper end of the second piston 95 protruding outside the cylinder body 91, and a lower end of each lift pin 5 is connected to the drive plate 95b.
  • FIG. 2A shows a state where each lift pin 5 is at the immersion position.
  • compressed air is supplied from the first introduction port 96a and the second introduction port 96b of the cylinder body 91 so that the first piston 94 contacts the isolation plate 92 in the first chamber 93a, and the second piston 95 moves down to a position where it contacts the bottom inner surface of the second chamber 93b.
  • the drive plate 95b is moved to the lowermost position, so that each lift pin 5 is completely immersed in the stage ST.
  • the compressed air introduced into the second chamber 93b is discharged from the second discharge port 96e of the cylinder main body 91, and the compressed air having a pressure lower than the pressure of the compressed air in the first chamber 93a is discharged. From the third inlet 96c into the second chamber 93b. Then, when the second piston 95 moves upward in the second chamber 93b, the driving plate 95b moves upward from the lowermost position, and the upper end surface of each lift pin 5 first contacts the rear surface of the wafer W (FIG. 2). (See the contact position in (b)).
  • the compressed air introduced into the first chamber 93a of the cylinder body 91 is discharged from the first discharge port 96d of the cylinder body 91, and is compressed into the second chamber 93b from the third introduction port 96c of the cylinder body 91. Introduce more air.
  • the pressure of the compressed air in the second chamber 93b of the cylinder body 91 becomes higher than the pressure of the compressed air in the first chamber 93a, and the second piston 95 contacts the isolation plate 92 in the second chamber 93b.
  • the drive plate 95b moves up to the uppermost position, and the upper portion of each lift pin 5 protrudes above the stage ST (substrate delivery position shown in FIG. 2E).
  • a substrate transfer method using the substrate lift device LM shown in FIGS. 1 and 2 will be specifically described.
  • the wafer W is placed on the surface of the electrostatic chuck EC while switching to the second circuit C2 by the switching means 8a and 8b. .
  • the lift pins 5 are moved up to the substrate transfer position shown in FIG. 2E, and in this state, the transfer robot 10 transfers the wafer W, and transfers the wafer W from the robot arm 10a to the lift pins 5.
  • the lift pins 5 are moved down to the immersion position shown in FIG. 2A to set the wafer W on the upper surface of the chuck plate 2.
  • the switching means 8a, 8b switches to the first circuit C1, whereby a DC voltage is applied between the electrodes 3a, 3b, and the electrodes 3a, 3b are applied.
  • the wafer W is sucked and held (chucked) on the upper surface of the chuck plate 2 by the electrostatic force generated between 3b.
  • the switching circuit 8a, 8b switches to the second circuit C2, and both electrodes 3a, 3b are connected to the ground potential.
  • the charged wafer W is discharged by performing a process using plasma.
  • the lift pins 5 are moved up after the discharge is completed, it takes time to transfer the wafer W. As a result, the throughput is reduced.
  • the air cylinder 9 is driven to move the lift pin 5 upward from the immersion position shown in FIG.
  • the wafer W is brought into contact with the center of the wafer W (see FIG. 2B), the lift pins 5 are further moved up from this contact position to the intermediate position shown in FIG.
  • the central portion of the wafer W is locally levitated (first step).
  • the central portion of the wafer W to which the pressing force from the lift pins 5 acts is locally lifted against the attraction force due to the residual charges, and the remaining portion of the wafer W sticks to the chuck plate 2 by the residual charges. It remains (see FIG. 2 (c)).
  • the height at which the portion of the wafer W is locally lifted from the upper surface of the chuck plate 2 is the stage, specifically, the height from the upper surface of the chuck plate 2 to the highest raised portion of the wafer W is the substrate diameter. 1/500 or more and 1/200 or less.
  • the rest of the wafer W is moved by the restoring force to the portion of the wafer W where the pressing force from the lift pins 5 acts.
  • the wafer W is gradually peeled outward from the electrostatic chuck EC, and the wafer W is completely peeled off as shown in FIG.
  • the lift pins 5 are further moved up from the intermediate position shown in FIG. 2C to the substrate delivery position shown in FIG. 2E (third step), and the wafer W lifted to the substrate delivery position is moved from the lift pins 5 It is delivered to the robot arm 10a and transported from the processing chamber by the transport robot 10 (see FIG. 2E).
  • the processed wafer W can be moved to the substrate delivery position without waiting for the wafer W to be completely discharged and without causing the wafer W to be displaced or jumped up.
  • the substrate to be processed was a silicon wafer W of ⁇ 200 mm (8 inches), the chuck plate 2 was made of PBN, the wafer W was sucked at a predetermined chuck voltage, and a process using plasma was performed in a vacuum chamber. I did it. Then, after the voltage application to the electrostatic chuck EC was stopped, the lift pin 5 was moved upward to the intermediate position and held for a predetermined time.
  • the height of the lift pins 5 protruding from the upper surface of the chuck plate 2 at the intermediate position and the holding time for holding the lift pins 5 at the intermediate position are changed as shown in Table 1 (that is, the height of the lift pins 5 protrudes from the upper surface of the chuck plate 2).
  • the height of the lift pin 5 to be changed is changed every 0.1 mm between 0.1 mm and 1.1 mm, and the holding time for holding the lift pin 5 at the intermediate position is changed every 1 second between 1 second and 10 seconds).
  • the occurrence of displacement and jumping of the wafer W and the propriety of transfer of the wafer W due to the displacement and jumping of the wafer W were evaluated. Table 1 shows the results.
  • the height of the lift pins 5 protruding from the upper surface of the electrostatic chuck EC (stage ST) is set to 0.4 mm to 1.0 mm, regardless of the holding time held at the intermediate position, the wafer W It was confirmed that the wafer W could be conveyed without any displacement even when the wafer W jumped up. Further, if the height of the lift pins 5 protruding from the upper surface of the electrostatic chuck EC is set to 0.4 mm to 0.5 mm and the holding time for holding the intermediate pins at the intermediate position is set to 4 seconds to 10 seconds, the positional deviation of the wafer W can be reduced. It has been confirmed that the processed wafer W can be moved to the substrate delivery position without any bouncing, which is optimal for the transfer of the wafer W.
  • the wafer W is attracted to the chuck plate 2 at a predetermined chuck voltage, and a vacuum is applied. Processing using plasma was performed in the chamber. Thereafter, the application of the voltage to the electrostatic chuck EC was stopped, the lift pin 5 was moved upward to the intermediate position, and the lift pin 5 was held at the intermediate position for 4 seconds.
  • the height of the lift pins 5 protruding from the upper surface of the stage ST is set in the range of 1/500 to 1/400 of the diameter of the wafer W, the position of the wafer W will not be displaced and the wafer W will not jump, and the processed wafer W It has been found that W can be moved to the substrate delivery position, which is optimal for transferring the wafer W.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the present invention.
  • a so-called two-stage air cylinder 9 is used as the driving means for moving the lift pin 5 in a stepwise manner.
  • a stepping motor can be used.
  • the number and arrangement are not limited to those described above, and can be appropriately set according to the substrate to be processed.
  • a bipolar type electrostatic chuck has been described as an example, but the electrostatic chuck is not limited to this, and may be a monopolar type electrostatic chuck.
  • the substrate to be processed is the silicon wafer W
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a rectangular glass substrate. In this case, for example, when the lift pins are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the same virtual circumference, the number of lift pins and the diameter of the virtual circumference are appropriately set according to the size.
  • LM substrate lift device
  • EC electrostatic chuck
  • ST stage
  • W wafer (substrate to be processed)
  • 5 lift pins
  • 9 air cylinder (drive means).

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Abstract

被処理基板が完全に除電されることを待つことなく、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりを生じることなく、処理後の被処理基板を基板受渡位置まで移動することができる基板リフト装置及び基板搬送方法を提供する。 上面に被処理基板Wを吸着する静電チャックECを有するステージSTに組み付けられてこのステージに対する被処理基板の受け渡しを行う本発明の基板リフト装置LMは、ステージ内に没入する没入位置とステージ上面から上方に突出する突出位置との間で上下動自在なリフトピン5と、リフトピンを上下動させる駆動手段9とを備え、駆動手段は、没入位置から突出位置までリフトピンを上動させる間でその中間位置にてリフトピンの上動を停止可能に構成される。

Description

基板リフト装置及び基板搬送方法
 本発明は、上面に被処理基板を吸着する静電チャックを有するステージに組み付けられてこのステージに対する被処理基板の受け渡しを行うための基板リフト装置及び基板搬送方法に関する。
 半導体製造工程においては、所望のデバイス構造を得るために、シリコンウエハやガラス基板等の被処理基板に対して、スパッタリング法及びプラズマCVD法等による成膜処理、熱処理、イオン注入処理やエッチング処理などの各種の処理が実施される。これらの処理を行う処理装置には、一般に、真空雰囲気中の真空チャンバ内で被処理基板を位置決め保持するために、静電チャック付きのステージが備えられる。
 静電チャックは、金属製のステージ表面に装着される例えばPBN(Pyrolytic Boron Nitride)製のセラミックスプレート(チャックプレート)を有し、このチャックプレートには、一対の電極が埋設されている(所謂双極型)。一対の電極間には、給電装置によって直流電圧(チャック電圧)が印加され、これにより、両電極間に直流電圧を印加することで発生する静電気力で被処理基板がチャックプレート表面に吸着保持される(チャック操作)。そして、このようなステージに対して被処理基板を受け渡しするために、上記基板リフト装置が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
 基板リフト装置は、ステージ内に没入する没入位置と、ステージ上面から上方に突出してステージ上面から所定の高さ位置まで被処理基板を持ち上げる基板受渡位置との間で上下動自在なリフトピンと、リフトピンを上下動させる駆動手段とを備える。被処理基板をステージに受け渡すのに際しては、リフトピンを基板受渡位置に上動させた状態で、搬送ロボットによりリフトピンの上端で被処理基板が支持されるように受け渡す。そして、リフトピンを没入位置まで下動させると、被処理基板がステージ(即ち、チャックプレート)上に設置される。この状態で、静電チャックの電極に直流電圧を印加して被処理基板を吸着し、その後に各種の処理が施される。処理が終了すると、静電チャックの電極への電圧印加が停止される(吸着停止操作)。そして、リフトピンを基板受渡位置まで上動させて被処理基板を持ち上げた後、被処理基板が例えば搬送ロボットに受け渡される。
 ところで、被処理基板に対してプラズマを利用した所定の処理を施した場合、吸着停止操作を行っても、被処理基板に残留する電荷によってチャックプレート表面に被処理基板が貼り付いたままとなることがある。このため、被処理基板をリフトピンで基板受渡位置まで持ち上げるのに先立って、被処理基板に対して除電操作を行うことが一般に知られている(例えば、特許文献2参照)。
 ここで、被処理基板に対する除電が不充分な状態で、リフトピンを上動させて被処理基板を持ち上げると、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりが生じ、場合によっては、被処理基板に割れやかけが発生するという不具合がある。一方、被処理基板が除電されたか否かを判断する各種の機器を設け、完全に除電されたことを待ってリフトピンを上動させることが考えられるが、これでは、部品点数が増加してコストアップを招来するばかりか、被処理基板の受け渡しに時間がかかり、スループットが低下してしまう。
特開2016-92186号公報 特開2010-199239号公報
 本発明は、以上の点に鑑み、被処理基板が完全に除電されることを待つことなく、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりを生じることなく、処理後の被処理基板を基板受渡位置に移動できる基板リフト装置及び基板搬送方法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、上面に被処理基板を吸着する静電チャックを有するステージに組み付けられてこのステージに対する被処理基板の受け渡しを行うための本発明の基板リフト装置は、ステージ内に没入する没入位置とステージ上面から上方に突出する突出位置との間で上下動自在なリフトピンと、リフトピンを上下動させる駆動手段とを備え、駆動手段は、没入位置から突出位置までリフトピンを上動させる間で、被処理基板の部分を局所的に浮き上がらせる中間位置にてリフトピンの上動を停止可能に構成されることを特徴とする。
 本発明によれば、被処理基板に対してプラズマを利用した所定の処理を施した後、処理済みの被処理基板を搬出するのに際しては、先ず、被処理基板の吸着停止操作を行うと共に、公知の方法で被処理基板に対して除電操作を行う。そして、被処理基板が完全に除電されることを待つことなく(例えば、除電操作開始からの経過時間で判断する)、リフトピンを没入位置から中間位置に上動させる。すると、リフトピンからの押圧力が作用する被処理基板の部分(例えば、中央部分)は、残留電荷による吸着力に抗して局所的に浮き上がる(この場合、被処理基板の残りの部分は、残留電荷により静電チャックに張り付いたままとなる)。
 次に、リフトピンを中間位置にて所定時間保持すると、被処理基板の残りの部分は、その復元力によって、リフトピンからの押圧力が作用する被処理基板の部分を起点に、その外方に向かって静電チャックから徐々に剥がれていき、やがて完全に静電チャックから剥がれる。この場合、上記従来例のように、リフトピンからの押圧力を作用させて無理に被処理基板を剥がすのとは異なり、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりが生じるといった不具合は生じない。
 このように本発明では、駆動手段によって、中間位置にてリフトピンの上動を停止可能な構成を採用したことで、被処理基板が完全に除電されることを待たずに、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりを生じることなく、処理後の被処理基板を基板受渡位置まで移動することが可能になる。
 基板リフト装置に係る発明において、被処理基板が、半導体装置の製造等に一般に利用されるサイズのシリコンウエハである場合、前記中間位置にて、前記ステージの上面から基板径の1/500以上1/200以下の高さでシリコンウエハの部分を局所的に浮き上がらせれば、シリコンウエハが完全に除電されることを待たずに、被処理基板の位置ずれや跳ね上がりを生じることなく、処理後のものを基板受渡位置まで移動できることが確認された。
 また、上記課題を解決するために、本発明の基板搬送方法は、ステージの上面に設けた静電チャックの電極に電圧を印加して被処理基板を吸着した状態で被処理基板に対して処理を施した後に、静電チャックへの電圧印加を停止する停止工程と、ステージに出没自在に組み付けたリフトピンを上動させてステージ上方の基板受渡位置まで被処理基板を持ち上げる持上工程と、を含み、持上工程は、ステージに没入した位置からリフトピンを上動させてその上端を被処理基板の中央部に当接させ、この当接した位置から更にリフトピンを上動させることで、静電チャック上の被処理基板の部分を局所的に浮き上がらせる第1工程と、被処理基板の部分を浮き上がらせたリフトピンの中間位置にて所定時間保持する第2工程と、中間位置から基板受渡位置までリフトピンを更に上動させる第3工程と含むことを特徴とする。
 基板搬送方法に係る発明において、被処理基板が、上記同様にシリコンウエハである場合、前記第1工程において、静電チャック上のシリコンウエアの部分を局所的に浮き上がらせる高さを前記ステージの上面から基板径の1/500以上1/200以下の高さとすることが好ましく、また、前記第2工程において、被処理基板の部分を浮き上がらせたリフトピンの中間位置にて4秒以上保持することが好ましい。
本発明の実施形態に係る基板リフト装置の組み付けたステージの模式断面図。 図1に示す基板リフト装置により処理済みの被処理基板を受け渡しするときの一連の動作を示す断面図であり、(a)が没入位置、(b)が当接位置、(c)が中間位置、(d)が中間位置にて所定時間保持したときの被処理基板の状態、(e)が基板受渡位置である。
 以下、図面を参照して、被処理基板を、半導体装置の製造等に一般に利用されるサイズ(例えばφ150mm~450mm)のシリコンウエハ(以下「ウエハW」という)、静電チャックを双極型のものとし、その上面にウエハWを吸着する静電チャックを有するステージに組み付けられて、ステージに対するウエハWの受け渡しを行う基板リフト装置及び基板搬送方法の実施形態を説明する。以下においては、図1に示すステージの姿勢を基準に、上、下といった方向を説明するものとする。
 図1を参照して、STは、スパッタリング法及びプラズマCVD法等による成膜処理、熱処理、イオン注入処理やエッチング処理などの各種の処理を施す図外の処理装置の真空チャンバ内に配置される静電チャック付きのステージである。なお、処理装置自体は公知のものが利用されるため、ここでは詳細な説明は省略する。
 ステージSTは、金属製の基台1と、この基台1の上面に設けられてウエハWを吸着保持する静電チャックECとで構成される。基台1としては、ウエハWに応じた輪郭を持つアルミニウム製の筒体で構成され、その内部には、ウエハWを加熱する加熱手段11や、冷媒を循環させてウエハWを冷却する冷却手段(図示せず)が設けられて処理中にウエハWを加熱したり、冷却したりできるようにしている。静電チャックECは、誘電体たるチャックプレート2とその内部に図示省略の絶縁層を介して配置された一対の電極3a,3bとを備え、両電極3a,3b間に直流電圧(チャック用電圧)を印加するために給電装置Psが設けられている。チャックプレート2としては、PBN製、ALN製やシリコンラバー製のものが利用される。そして、基台1と静電チャックECのチャックプレート2とには、上下方向に貫通する透孔4が複数形成されている。本実施形態では、ウエハWの中心と半径方向の略中間点を通る仮想円周上で周方向に120度間隔となる位置に3個の透孔4が設けられている。この場合、仮想円周の径は、ウエハWのサイズを考慮して適宜設定される。そして、各透孔4には後述のリフトピン5が挿設されている。
 給電装置Psは、一対の電極3a,3b間に直流電圧(チャック電圧)を印加する直流電源部Eを備える。この場合、直流電源部Eと両電極3a,3bとの間に直流電圧を印加する回路を第1回路C1、処理後にウエハWを除電するために両電極3a,3bをグランド電位に接続する回路を第2回路C2として、第1回路C1と第2回路C2とを切り換えるために2個の切換手段8a,8bが設けられている。そして、図1に示す第1回路C1では、直流電源部Eの正(高電圧側)の出力が一方の切換手段8aを介して一方の電極3bに接続され、他方の電極3aが、他方の切換手段8bを介して他方の直流電源部Eの負(低電圧側)の出力に接続されることで、両電極3a,3b間に、チャックプレート2にてウエハWを吸着保持するために直流電圧が印加される(チャック操作)。一方で、第2回路C2では、両切換手段8a,8bが切り換えられて、電極3a,3bが切換手段8a,8bを介してグランド電位に接続されることで、ウエハWに対してプラズマを利用した所定の処理が施された後に、ウエハWに残留する電荷が除電される(除電操作)。なお、直流電源部Eや切換手段8a,8bの作動は、図示省略の制御ユニットにより統括制御される。そして、このようなステージSTに対してウエハWを受け渡しするために、本実施形態の基板リフト装置LMが設けられている。
 図2も参照して、リフト装置LMは、各透孔4に夫々挿設されているリフトピン5と、各リフトピン5をステージSTに対して出没自在に上下動する駆動手段9とを備える。駆動手段9は、所謂2段式のエアシリンダで構成されている。この場合、駆動手段9としてのエアシリンダは、シリンダ本体91を備え、その内部は、中央開口92aを備えた隔絶板92により上側の第1室93aと下側の第2室93bとに区画されている。第1室93a内には第1ピストン94が摺動自在に収納され、第1ピストン94のロッド94aが、隔絶板92に設けた中央開口92aを摺動自在に貫通して第2室93bに突出している。第2室93b内には、第2ピストン95が摺動自在に収納され、第2ピストン95のロッド95aが第1ピストン94に設けた貫通孔及びシリンダ本体91の壁面に設けた透孔を貫通してシリンダ本体91外に突出している。シリンダ本体91外に突出した第2ピストン95の上端には駆動板95bが設けられ、駆動板95bに、各リフトピン5の下端が夫々連結されている。以下に、図2も参照して、エアシリンダ9によるリフトピン5の上下動の動作を具体的に説明する。
 図2(a)は、各リフトピン5が没入位置にある状態を示す。没入位置では、シリンダ本体91の第1導入口96a及び第2導入口96bから圧縮空気が供給されて、第1ピストン94が第1室93a内で隔絶板92に当接し、かつ、第2ピストン95が第2室93bの底内面に当接する位置まで下動する。これにより、駆動板95bが最下位置に移動されることで、各リフトピン5がステージSTに完全に没入した状態となる。
 次に、第2室93b内に導入された圧縮空気をシリンダ本体91の第2排出口96eから排出すると共に、第1室93a内の圧縮空気の圧力よりも低い圧力の圧縮空気をシリンダ本体91の第3導入口96cから第2室93b内に導入していく。すると、第2室93b内で第2ピストン95が上動することで、駆動板95bが最下位置から上動して、各リフトピン5の上端面がウエハWの裏面に先ず当接する(図2(b)の当接位置参照)。この状態から、圧縮空気を第2室93b内に更に導入すると、第2ピストン95が更に上動するが、シリンダ本体91の第3導入口96cから第2室93b内に導入された圧縮空気の圧力を第1室93a内の圧縮空気の圧力よりも低く設定しているため、第2ピストン95が第2室93b側に突出するロッド94aの下端に当接すると、その上動を停止する。これにより、当接位置から第2ピストン95がロッド94aの下端に当接するまでのストロークに相当する距離だけ、駆動板95bが上動して各リフトピン5の上端がステージから上方に突出して停止する(図2(c)に示す中間位置参照)。
 次に、シリンダ本体91の第1室93a内に導入された圧縮空気をシリンダ本体91の第1排出口96dから排出すると共に、シリンダ本体91の第3導入口96cから第2室93b内に圧縮空気を更に導入する。これにより、シリンダ本体91の第2室93b内の圧縮空気の圧力は第1室93a内の圧縮空気の圧力よりも高くなり、第2ピストン95が第2室93b内で隔絶板92に当接する位置まで上動し、駆動板95bが最上位置まで上動して各リフトピン5の上部がステージST上方に突出する(図2(e)に示す基板受渡位置)。以下に、図1及び図2に示す基板リフト装置LMを用いた基板搬送方法を具体的に説明する。
 図外の処理装置にてウエハWに対して所定のプラズマ処理を施すような場合、先ず、切換手段8a,8bにより第2回路C2に切り換えた状態で静電チャックEC表面にウエハWを設置する。この場合、リフトピン5を図2(e)に示す基板受渡位置まで上動させて、この状態で搬送ロボット10によってウエハWを搬送して、ロボットアーム10aからリフトピン5に受け渡す。そして、リフトピン5を図2(a)に示す没入位置に下動させてチャックプレート2の上面にウエハWを設置する。そして、チャックプレート2上面へのウエハWの設置が認識されると、切換手段8a,8bにより第1回路C1に切り換えることで、両電極3a,3b間に直流電圧が印加され、両電極3a,3b間に発生する静電気力でウエハWがチャックプレート2の上面に吸着保持(チャック)される。
 次に、処理済みのウエハWを搬出するのに際しては、切換手段8a,8bにより第2回路C2に切り換えられ、両電極3a,3bがグランド電位に接続される。これにより、例えばプラズマを利用した処理を施すことで帯電したウエハWが除電されるが、完全に除電されたことを待って各リフトピン5を上動させるのでは、ウエハWの受け渡しに時間がかかり、スループットが低下してしまう。
 本実施形態では、第2回路C2に切り換えた後、所定時間経過すると、エアシリンダ9を駆動して、リフトピン5を図2(a)に示す没入位置から上動させて、リフトピン5の上端をウエハWの中央部に当接させ(図2(b)参照)、この当接位置からリフトピン5を図2(c)に示す中間地位まで更に上動させて停止し、静電チャックEC上のウエハWの中央部を局所的に浮上させる(第1工程)。これにより、リフトピン5からの押圧力が作用するウエハWの中央部分は、残留電荷による吸着力に抗して局所的に浮き上がり、ウエハWの残りの部分は、残留電荷によりチャックプレート2に張り付いたままとなる(図2(c)参照)。この場合、チャックプレート2上面からウエハWの部分を局所的に浮き上がらせる高さは、ステージ、具体的にはチャックプレート2の上面から、ウエハWの最も高く浮き上がった部分までの高さを基板径の1/500以上1/200以下とする。
 次に、図2(c)に示す中間位置にて所定時間保持すると(第2工程)、ウエハWの残りの部分は、その復元力によって、リフトピン5からの押圧力が作用するウエハWの部分を起点に、その外方に向かって静電チャックECから徐々に剥がれていき、図2(d)に示すようにウエハWが完全に剥がれた状態となる。この場合、ウエハWを局所的に浮き上がらせたリフトピン5の中間位置にて4秒以上保持することが好ましい。そして、図2(c)に示す中間位置から図2(e)に示す基板受渡位置までリフトピン5を更に上動させ(第3工程)、基板受渡位置まで持ち上げられたウエハWは、リフトピン5からロボットアーム10aに受け渡されて、搬送ロボット10により処理室から搬送される(図2(e)参照)。
 以上の実施形態によれば、リフトピン5からの押圧力を作用させて無理にウエハWを剥がすのとは異なり、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりが生じるといった不具合は生じない。このため、ウエハWが完全に除電されることを待たずに、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりを生じることなく、処理後のウエハWを基板受渡位置まで移動することができる。
 次に、本発明の効果を確認するために、図1に示す基板リフト装置LMを用いて次の実験を行った。本実験では、被処理基板をφ200mm(8インチ)のシリコンウエハW、チャックプレート2をPBN製とし、所定のチャック電圧でウエハWを吸着した後、真空チャンバ内でプラズマを利用した処理を実施するようにした。その後、静電チャックECへの電圧印加を停止した後、リフトピン5を中間位置まで上動させて、所定時間保持した。このとき、中間位置におけるチャックプレート2の上面から突出するリフトピン5の高さ及び中間位置にてリフトピン5を保持する保持時間を表1のように変化させて(即ち、チャックプレート2の上面から突出するリフトピン5の高さを0.1mm~1.1mmの間で0.1mmごと、中間位置にてリフトピン5を保持する保持時間を1秒~10秒の間で1秒ごと変化させて)、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりの発生及びウエハWの位置ずれや跳ね上がりによるウエハWの搬送の適否を評価した。その結果を表1に示す。なお、評価は、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりが発生し、ウエハWの搬送を行えなかったものは「×」とし、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりは発生したが、ウエハWの位置ずれがなく、ウエハWの搬送が可能であったものは「○」とし、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりが全く発生せず、ウエハWの搬送に最適なものは「◎」とする三段階評価により行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、静電チャックEC(ステージST)の上面から突出するリフトピン5の高さを0.4mm~1.0mmに設定すれば、中間位置にて保持する保持時間に関わらず、ウエハWの跳ね上がりが発生しても、ウエハWの位置ずれが生じず搬送を行えることが確認された。更に、静電チャックECの上面から突出するリフトピン5の高さを0.4mm~0.5mm、中間位置にて保持する保持時間を4秒~10秒に設定すれば、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりが生じずに、処理後のウエハWを基板受渡位置まで移動することができ、ウエハWの搬送に最適であることが確認された。
 次に、表2のように異なる径の各ウエハW(即ち、ウエハ径が150mm、200mm、300mm、450mmのウエハW)について、所定のチャック電圧でウエハWをチャックプレート2に吸着して、真空チャンバ内でプラズマを利用した処理を実施した。その後、静電チャックECへの電圧印加を停止し、リフトピン5を中間位置まで上動させて、中間位置にてリフトピン5を4秒間保持した。このとき、中間位置におけるチャックプレート2の上面から突出するリフトピン5の高さを0.1mmごと変化させて、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりの発生及びウエハWの位置ずれや跳ね上がりによるウエハWの搬送の適否を、上記と同様に「×」、「○」、「◎」の三段階により評価した。「○」、「◎」の評価が得られたリフトピン5の高さの範囲(リフトピン5の高さの下限と上限)を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2より、中間位置における静電チャックEC(ステージST)の上面から突出するリフトピン5の高さとウエハWの径とには、概ね比例の関係が得られることが確認された。そして、静電チャックECの上面から突出するリフトピン5の高さをウエハWの径の1/500~1/200の範囲に設定すれば、ウエハWの位置ずれがなく、ウエハWの搬送が可能である。更に、ステージSTの上面から突出するリフトピン5の高さをウエハWの径の1/500~1/400の範囲に設定すれば、ウエハWの位置ずれや跳ね上がりが生じずに、処理後のウエハWを基板受渡位置まで移動することができ、ウエハWの搬送に最適であることが判った。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、本発明の技術思想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、リフトピン5を段階的に上動させる駆動手段として所謂に二段式のエアシリンダ9を用いるものを例に説明したが、例えばステッピングモータを用いることができ、また、設置するリフトピンの数や配置は上記のものに限定されるものではなく、被処理基板に応じて適宜設定できる。
 また、上記実施形態では、静電チャックとして双極型のものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、単極型のものでもよい。更に、上記実施形態では、被処理基板をシリコンウエハWとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、矩形のガラス基板にも適用できる。この場合、例えば、リフトピンを同一の仮想円周上で周方向に所定間隔で配置する場合、リフトピンの数や仮想円周の径は、サイズに応じて適宜設定される。
 LM…基板リフト装置、EC…静電チャック、ST…ステージ、W…ウエハ(被処理基板)、5…リフトピン、9…エアシリンダ(駆動手段)。

Claims (5)

  1.  上面に被処理基板を吸着する静電チャックを有するステージに組み付けられてこのステージに対する被処理基板の受け渡しを行うための基板リフト装置であって、
     ステージ内に没入する没入位置とステージ上面から上方に突出する突出位置との間で上下動自在なリフトピンと、リフトピンを上下動させる駆動手段とを備えるものにおいて、
     駆動手段は、没入位置から突出位置までリフトピンを上動させる間で、被処理基板の部分を局所的に浮き上がらせる中間位置にてリフトピンの上動を停止可能に構成されることを特徴とする基板リフト装置。
  2.  請求項1記載の基板リフト装置であって、被処理基板がシリコンウエハであるものにおいて、
     前記中間位置にて、前記ステージの上面から基板径の1/500以上1/200以下の高さでシリコンウエハの部分を局所的に浮き上がらせることを特徴とする基板リフト装置。
  3.  ステージの上面に設けた静電チャックの電極に電圧を印加して被処理基板を吸着した状態で被処理基板に対して処理を施した後に、静電チャックへの電圧印加を停止する停止工程と、ステージに出没自在に組み付けたリフトピンを上動させてステージ上方の基板受渡位置まで被処理基板を持ち上げる持上工程と、を含む基板搬送方法において、
     持上工程は、ステージに没入した位置からリフトピンを上動させてその上端を被処理基板の中央部に当接させ、この当接した位置から更にリフトピンを上動させることで、静電チャック上の被処理基板の部分を局所的に浮き上がらせる第1工程と、被処理基板の部分を浮き上がらせたリフトピンの中間位置にて所定時間保持する第2工程と、中間位置から基板受渡位置までリフトピンを更に上動させる第3工程と含むことを特徴とする基板搬送方法。
  4.  請求項3記載の基板搬送方法であって、被処理基板がシリコンウエハであるものにおいて、
     前記第1工程において、静電チャック上のシリコンウエアの部分を局所的に浮き上がらせる高さを前記ステージの上面から基板径の1/500以上1/200以下の高さとすることを特徴とする基板搬送方法。
  5.  前記第2工程において、被処理基板の部分を浮き上がらせたリフトピンの中間位置にて4秒以上保持することを特徴とする請求項4記載の基板搬送方法。
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