JP4245868B2

JP4245868B2 - 基板載置部材の再利用方法、基板載置部材および基板処理装置

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Publication number: JP4245868B2
Application number: JP2002211051A
Authority: JP
Inventors: 公貴鈴木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004055815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板にドライエッチングおよび成膜等の処理を行う基板処理装置において基板を載置し、ベース部材と、その上に設けられた基板吸着用の静電チャックと、前記ベース部材および前記静電チャックを接着する有機接着剤とを有する基板載置部材の再利用方法、そのような基板載置部材、およびそれを用いた基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス等の製造プロセスにおいては、プラズマエッチングのように高真空下での処理が多用されている。このような高真空下では、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の保持に真空吸引を利用することができない。そのため、従来、ウエハを機械的に保持するメカニカルクランプ法が用いられていたが、半導体ウエハを保持する際に、その被処理面にクランプの先端を接触させる必要があるため、メカニカルクランプ法を用いた場合、発塵やウエハ表面の汚染等を生じていた。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、近年、静電チャックが広く利用されている。静電チャックはセラミック材料のような絶縁性の高い部材中に電極を埋設し、この電極に直流電圧を印加することにより生じるクーロン力等の静電力によりウエハを吸着するものである。
【０００４】
このような静電チャックは、アルミニウム等からなるベース部材に接着剤により接着されており、静電チャックと、ベース部材と、これらを接着する接着剤によりウエハ載置部材が構成されている。
【０００５】
このようなウエハ載置部材をプラズマエッチング装置等の腐食性の高いプロセスガスを用いる環境下で使用する場合には、接着剤がプロセスガスによって浸食され、この接着剤の浸食により載置部材の寿命が律速され、比較的短期間のうちに載置部材を交換し、寿命に達した載置部材は廃棄している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、ウエハのサイズが３００ｍｍと大型になってきており、静電チャックも大型化していることから、静電チャックを含むウエハ載置部材は高価なものとなっており、このような高価な部材を比較的短期間のうちに廃棄することにより部材コストが著しく高くなってしまう。また、廃棄物の量も増加してしまうという問題もある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板載置部材を廃棄せずに再利用し、上述のような不都合を生じさせない基板載置部材の再利用方法、そのような基板載置部材、およびそのような載置部材を用いた基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
静電チャックは有機接着剤によりアルミニウム等のベース部材に強固に接着されているため、従来は、ベース部材を含む前記基板載置部材を基板処理装置から取り外し、無傷のままベース部材と静電チャックとを分離するという発想自体が存在せず、したがって、これらを再利用すること自体が考えられなかった。これに対して、本発明者は、ベース部材と静電チャックとに損傷を与えることなく有機接着剤を除去してこれらを分離可能であり、したがって、有機接着剤の損耗等により載置部材を交換する際に、これらを分離して再利用することができることを見出した。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、基板を処理する基板処理装置において基板を載置し、ベース部材と、その上に設けられた基板吸着用の静電チャックと、前記ベース部材および前記静電チャックを接着する有機接着剤層とを有する基板載置部材の再利用方法であって、前記基板載置部材を新たな基板載置部材と交換する際に、前記ベース部材を含む前記基板載置部材を前記基板処理装置から取り外す工程と、前記有機接着剤層を除去して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離する工程と、前記ベース部材および／または前記静電チャックを再利用する工程と、を有し、前記基板載置部材は、前記ベース部材に貫通して設けられた給電部と、この給電部に挿入固定され前記静電チャックから延びる給電線とを有し、前記給電部内には前記ベース部材の裏面側から導電性樹脂が充填されて前記給電線が固定されており、前記ベース部材と前記静電チャックとを分離する工程は、前記有機接着剤層を除去した後、前記ベース部材の裏面側からプレス治具により前記導電性樹脂を押し込むことによって前記給電部と前記給電線とを分離して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離すること特徴とする基板載置部材の再利用方法を提供する。
【００１０】
上記再利用方法において、プレス治具としてはハンドプレスが好ましい。
さらに、前記有機接着剤層は、樹脂除去溶剤により除去することが好ましい。このように樹脂除去溶剤を用いることにより、有機接着剤層のみを選択的に除去することができ、ベース部材および静電チャックに損傷を与えることなく、これらを分離することが可能となる。前記有機接着剤層はシリコン系接着剤で構成することができ、前記樹脂除去溶剤としては、ｎ−オクタン／ｎ−ドテシルベンゼンスルホン酸を含有するものを用いることができ、この樹脂除去溶剤により前記有機接着剤層を剥離除去することができる。
【００１１】
また、本発明は、基板を処理する基板処理装置において基板を載置し、ベース部材と、その上に設けられた基板吸着用の静電チャックと、前記ベース部材および前記静電チャックを接着する有機接着剤層とを有する基板載置部材であって、前記ベース部材に貫通して設けられた給電部と、この給電部に挿入固定され前記静電チャックから延びる給電線とを有し、前記給電部内には前記ベース部材の裏面側から導電性樹脂が充填されて前記給電線が固定されており、新たなものと交換される際に、前記ベース部材を含む全体を前記基板処理装置から取り外し、前記有機接着剤層を除去した後、前記ベース部材の裏面側からプレス治具により前記導電性樹脂を押し込むことによって前記給電部と前記給電線とを分離して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離し、前記ベース部材および／または前記静電チャックが再利用されること特徴とする基板載置部材を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、基板載置部材に基板を載置した状態で基板を処理する基板処理装置であって、前記基板載置部材は、上記構成を有することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の再利用方法が適用される基板載置部材であるウエハ載置部材を搭載したプラズマエッチング装置を示す断面図である。このプラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００１５】
このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がセラミック溶射処理されたアルミニウムからなる円筒形状のチャンバー２を有しており、このチャンバー２は保安接地されている。前記チャンバー２内の底部には、絶縁材料からなる支持部材５が設けられており、その上にシールリング６を介してＲＦプレート４が設けられ、ＲＦプレート４の上にはウエハＷを載置するウエハ載置部材３が設けられている。シールリング６により支持部材５とＲＦプレート４との間に形成される空間は、真空引きされることにより真空断熱層７が形成されている。
【００１６】
前記ウエハ載置部材３は、その上中央部が凸状の円板状に成形されたアルミニウムからなるベース部材８と、このベース部材８の上に設けられた静電チャック９と、ベース部材８と静電チャック９とを接着する有機接着剤層１０とを有している。
【００１７】
ベース部材８の内部には、冷媒室１１が設けられており、この冷媒室１１には、例えばガルデンなどの冷媒が導入され、その冷熱が有機接着剤層１０および静電チャック９を介してウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。ベース部材８、有機接着剤層１０、静電チャック９を貫通してウエハＷを昇降するための３本（２本のみ図示）のウエハ昇降ピン１２が静電チャック９の上面に対して突没可能に設けられている。これらウエハ昇降ピン１２は支持板１３に支持されており、この支持板１３はシリンダ１４によりベース部材８の下部中央に設けられた空間１５内を昇降し、これによりウエハ昇降ピン１２が昇降するようになっている。
【００１８】
静電チャック９は絶縁性セラミックからなる本体１６の内部に電極１７が埋設されて構成されており、電極１７にはＣｕ撚り線からなる給電線１８がはんだ等により接続されている。また、ベース部材８の内部にはその底部から有機接着剤層１０を貫通して静電チャック９の下面に至る給電部１９が設けられている。給電部１９はアルミニウムからなり、その下部がフランジ状をなしており、上下に貫通する貫通孔を有している。この給電部１９とベース部材８との間は絶縁樹脂２０により絶縁されている。給電部１９の貫通孔へは上方から電極１７の給電線１８が挿入され、その状態で貫通孔へは導電性樹脂２１が充填されている。したがって、貫通孔内で給電線１８が導電性樹脂２１により固定されている。導電性樹脂２１には下方に延びる給電線２２が接続されており、この給電線２２は高電圧の直流電源２３から延びており、直流電源２３から静電チャック９の電極１７に直流電圧が印加されることにより、静電力、例えばクーロン力によってウエハを静電吸着する。
【００１９】
ＲＦプレート４はアルミニウムからなり、給電棒２４が接続されている。この給電棒２４の先端にはマッチャー２５が接続されており、マッチャー２５にはＲＦ電源２６が接続されている。このＲＦ電源２６からは所定の周波数の高周波電力がＲＦプレート４を介してウエハ載置部材３に印加される。ウエハ載置部材３は下部電極として機能する。
【００２０】
支持部材５、ＲＦプレート４、ウエハ載置部材３を貫通してそれぞれウエハＷ裏面の端部および中央部に熱伝達用ガス、例えばＨｅガスを供給するガス供給路２７ａ，２７ｂが設けられており、これらはガス供給機構２８に接続されており、このガス供給機構２８からガス供給路２７ａ，２７ｂを通って熱伝達用ガスがウエハＷ裏面の全面に供給されることにより、チャンバー２が排気されて真空に保持されていても、冷媒室１１内の冷媒によりウエハＷを有効に冷却可能となる。
【００２１】
ウエハ載置部材３の上方には、これと平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド３０が設けられている。このシャワーヘッド３０は、絶縁材３１を介して、チャンバー２の天壁に支持されており、ウエハ載置部材３と対向するシャワープレート３２には多数のガス吐出孔３３を有している。
【００２２】
前記シャワーヘッド３０の上部中央にはガス導入口３４が設けられ、さらにこのガス導入口３４には、ガス供給管３５が接続されており、さらにこのガス供給管３５には、エッチングガス供給系３６が接続されている。そして、エッチングガス供給系３６から、所定のエッチングガスが供給される。エッチングガスとしては、ハロゲン元素含有ガス等、通常この分野で用いられるガスが使用される。
【００２３】
前記チャンバー２の底壁には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。排気装置３８はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはウエハ搬入出口３９が設けられており、このウエハ搬入出口３９はゲートバルブ４０により開閉可能となっている。そして、このゲートバルブ４０を開にした状態でウエハ搬入出口３９を介してウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２４】
上部電極として機能するシャワーヘッド３０には、給電棒４１が接続されている。この給電棒４１の先端にはマッチャー４２が接続されており、マッチャー４２にはＲＦ電源４３が接続されている。このＲＦ電源４３からは、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力が供給される。また、シャワーヘッド３０にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４４が接続されている。
【００２５】
ＲＦプレート４に接続された上述のＲＦ電源２６は、その周波数が例えば２ＭＨｚであり、イオン引き込み用のＲＦ電源として機能する。なお、ＲＦプレート４にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）４５が接続されている。
【００２６】
したがって、ＲＦ電源４３からシャワーヘッド３０に印加される高周波電力により下部電極として機能するウエハ載置部材３とシャワーヘッド３０との間の空間に高周波電界が形成されてエッチングガスのプラズマが形成されるとともに、ＲＦ電源２６からウエハ載置部材３に印加される高周波電力によりイオンがウエハＷに引き込まれ、ウエハＷを効率良くプラズマエッチングすることが可能となっている。
【００２７】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置における処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ４０を開にしてウエハ搬入出口３９を介して図示しないウエハ搬送機構によりウエハＷをチャンバー２内に搬入し、ウエハ載置部材３の静電チャック９上に載置し、ゲートバルブ４０を閉じた後、排気装置３８により排気管３７を介してチャンバー２内が排気される。
【００２８】
チャンバー２内が所定の真空度になった後、チャンバー２内にエッチングガス供給系３６から所定のエッチングガスを所定の流量で導入するとともに、直流電源２３から電極１７に直流電圧を印加してウエハＷを静電チャック９によって静電吸着させる。
【００２９】
そして、この状態でＲＦ電源４３からシャワーヘッド３０に所定の周波数の高周波電力を印加し、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド３０と下部電極としてのウエハ載置部材３との間に高周波電界を生じさせ、エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマによりウエハＷの所定の膜をエッチングする。このとき、ＲＦ電源２６から下部電極であるウエハ載置部材３に所定の周波数の高周波電力を印加してプラズマ中のイオンをウエハ載置部材３側へ引き込むようにし、エッチング効率を高める。
【００３０】
この場合に、冷媒室１１内に冷媒を通流させるとともに、ガス供給機構２８からガス供給路２７ａ，２７ｂを通ってウエハ裏面に熱伝達用ガスをウエハＷ裏面の全面に供給する。これにより、ベース部材８、有機接着剤層１０、静電チャック９および熱伝達用ガスを介して冷媒の冷熱をウエハＷに有効に伝熱することができ、ウエハＷの温度を所定の低温に制御して高いエッチングレートを確保することができる。
【００３１】
以上のようなエッチングは、腐食性ガスのプラズマにより行われるため、このようなエッチング処理を何回も繰り返すと、有機接着剤層１０が浸食されていく。有機接着剤としては、上述のように冷熱の伝達が有効になされるように、熱伝導率の高いものが選択されており、このような有機接着剤層が大きく浸食されると、十分な熱伝達が行われず、ウエハＷの温度制御が困難となる。したがって、有機接着剤層１０が所定量浸食された時点でウエハ載置部材３を新たなウエハ載置部材に交換する。また、突発的な事故等により静電チャック９が破損した場合にもウエハ載置部材３を交換する。この際に従来は使用済みのウエハ載置部材３は廃棄されていたが、本実施形態では使用済みのウエハ載置部材３を以下の手順で再利用に供する。
【００３２】
以下、その手順について図２のフローチャートおよび図３から図５を参照して説明する。まずウエハ載置部材３を新たな基板載置部材と交換する際に、従前のウエハ載置部材３をプラズマエッチング装置１から取り外す（ＳＴＥＰ１）。
【００３３】
続いて、樹脂除去溶剤により有機接着剤層を除去する（ＳＴＥＰ２）。この際には、図３に示すように、バット５１の中に樹脂除去溶剤５２を貯留し、その中に有機接着剤層１０が樹脂除去溶剤５２に浸漬されるようにウエハ載置部材３をバット５１に置く。そして、周囲への溶剤の拡散を防止するため、バット５１およびウエハ載置部材３を密閉袋５３で覆う。この場合に、有機接着剤としては熱伝導性が良好なシリコン系接着剤が好適であり、有機接着剤層１０をシリコン系接着剤で構成した場合には、樹脂除去溶剤として、ｎ−オクタン／ｎ−ドテシルベンゼンスルホン酸を含有する混合溶剤を用いることにより有機接着剤層１０を剥離除去することができる。なお、シリコン系接着剤としては、ｍａｓｓ％で、Ｃ：２４．２％、Ｏ：４０．０％、Ａｌ：３２．７％、Ｓｉ：１２．１％の組成のものが例示される。
【００３４】
このようにして有機接着剤層１０を除去した後、ウエハ載置部材３は図４に示すようになっている。すなわち、給電部１９において、給電線１８は給電部１９の貫通孔内に充填された導電性樹脂２１により固定された状態となっている。
【００３５】
このように有機接着剤層１０が除去されたウエハ載置部材３を、図５に示すように、上下逆転した状態でセラミック製の受け皿５４の上に置き、プレス治具、例えばハンドプレス５５により上方から給電部１９の貫通孔内に充填された導電性樹脂２１を押し込み、静電チャック９の電極１７に取り付けられた給電線１８と給電部１９とを分離する（ＳＴＥＰ３）。これにより、ベース部材８と静電チャック９とが分離される（ＳＴＥＰ４）。
【００３６】
その後、図６に示すように、分離されたベース部材８に新たな有機接着剤層１０′を形成し、新たな静電チャック９′を装着する（ＳＴＥＰ５）。これにより、使用済みのベース部材８を再利用した新たなウエハ載置部材３′を得ることができる。もちろん、分離された静電チャック９に損傷がない場合には、分離された静電チャック９をそのままベース部材８上に形成された有機接着剤層１０′に装着してもよい。この場合には、ベース部材８と静電チャック９の両方を再利用することができる。また、分離されたベース部材８、静電チャック９をストックしておき、適宜再利用に供するようにしてもよい。
【００３７】
このようにウエハ載置部材３に損傷を与えることなく有機接着剤層１０を除去して、ベース部材８と静電チャック９とを分離することができ、これらを再利用することができるので、高価なウエハ載置部材３を廃棄することがなく、部材コストを著しく低下させることができる。また、ウエハ載置部材３を基本的に廃棄しないので、廃棄物の量を低減することができる。さらに、このように再利用することにより、加工等を省略することができるので、ウエハ載置部材３の製造時間を大きく短縮することができ、出荷納期の短縮に繋がる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を、高周波上下印加タイプの平行平板型のエッチング装置に用いられるウエハ載置部材に適用した例について示したが、これに限らず、他のエッチング装置であってもよく、また、ベース部材に有機接着剤層で静電チャックを形成した基板載置部材であれば、ＣＶＤ成膜装置等の他の装置にも適用することができる。さらに、上記実施形態では半導体ウエハを処理する装置の基板載置部材に本発明を適用した場合を例示したが、これに限らず、ＬＣＤ基板等他の基板を処理する装置の基板載置部材に適用することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベース部材を含む前記基板載置部材を基板処理装置から取り外し、基板載置部材のベース部材と静電チャックとの間の有機接着剤を除去してこれらを分離するので、これらの少なくとも一方を再利用することができる。また、有機接着剤層を樹脂除去溶剤により除去することにより、有機接着剤層のみを選択的に除去することができ、ベース部材および静電チャックに損傷を与えることなく、これらを分離することが可能となる。そして、これらの再利用が可能になる結果、高価な基板載置部材を廃棄することがなく、部材コストを著しく低下させることができる。また、基板載置部材を基本的に廃棄しないので、廃棄物の量を低減することができる。さらに、このように再利用することにより、加工等を省略することができるので、基板載置部材の製造時間を大きく短縮することができ、出荷納期の短縮に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の再利用方法が適用される基板載置部材であるウエハ載置部材を搭載したプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】本実施形態に係るウエハ載置部材の再利用のための手順を示すフローチャート。
【図３】樹脂除去溶剤によりウエハ載置部材の有機接着剤層を剥離除去する具体的方法を示す断面図。
【図４】有機接着剤層を除去した後のウエハ載置部材を示す断面図。
【図５】ハンドプレスにより給電部と静電チャックの給電線とを分離する方法を示す断面図。
【図６】分離後のウエハ載置台のベース部材を再利用して新たなウエハ載置台を製造した状態を示す断面図。
【符号の説明】
１；プラズマエッチング装置
２；チャンバー
３；ウエハ載置部材（基板載置部材）
８；ベース部材
９；静電チャック
１０；有機接着剤層
１７；電極
１８；給電線
１９；給電部
２０；絶縁樹脂
２１；導電性樹脂
５１；バット
５２；樹脂除去溶剤
５５；ハンドプレス
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

Claims

基板を処理する基板処理装置において基板を載置し、ベース部材と、その上に設けられた基板吸着用の静電チャックと、前記ベース部材および前記静電チャックを接着する有機接着剤層とを有する基板載置部材の再利用方法であって、
前記基板載置部材を新たな基板載置部材と交換する際に、
前記ベース部材を含む前記基板載置部材を前記基板処理装置から取り外す工程と、
前記有機接着剤層を除去して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離する工程と、
前記ベース部材および／または前記静電チャックを再利用する工程と、
を有し、
前記基板載置部材は、前記ベース部材に貫通して設けられた給電部と、この給電部に挿入固定され前記静電チャックから延びる給電線とを有し、前記給電部内には前記ベース部材の裏面側から導電性樹脂が充填されて前記給電線が固定されており、前記ベース部材と前記静電チャックとを分離する工程は、前記有機接着剤層を除去した後、前記ベース部材の裏面側からプレス治具により前記導電性樹脂を押し込むことによって前記給電部と前記給電線とを分離して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離すること特徴とする基板載置部材の再利用方法。
前記有機接着剤層は、樹脂除去溶剤により除去されることを特徴とする請求項１に記載の基板載置部材の再利用方法。
前記有機接着剤層はシリコン系接着剤で構成され、前記樹脂除去溶剤は、ｎ−オクタン／ｎ−ドテシルベンゼンスルホン酸を含有する混合溶剤であり、この樹脂除去溶剤により前記接着剤層を剥離除去することを特徴とする請求項２に記載の基板載置部材の再利用方法。
基板を処理する基板処理装置において基板を載置し、ベース部材と、その上に設けられた基板吸着用の静電チャックと、前記ベース部材および前記静電チャックを接着する有機接着剤層とを有する基板載置部材であって、
前記ベース部材に貫通して設けられた給電部と、この給電部に挿入固定され前記静電チャックから延びる給電線とを有し、前記給電部内には前記ベース部材の裏面側から導電性樹脂が充填されて前記給電線が固定されており、
新たなものと交換される際に、前記ベース部材を含む全体を前記基板処理装置から取り外し、前記有機接着剤層を除去した後、前記ベース部材の裏面側からプレス治具により前記導電性樹脂を押し込むことによって前記給電部と前記給電線とを分離して前記ベース部材と前記静電チャックとを分離し、前記ベース部材および／または前記静電チャックが再利用されること特徴とする基板載置部材。
基板載置部材に基板を載置した状態で基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板載置部材は、請求項４に記載の構成を有することを特徴とする基板処理装置。