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CN112514047B - 基板升降装置及基板运输方法 - Google Patents

基板升降装置及基板运输方法 Download PDF

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CN112514047B CN201980049800.3A CN201980049800A CN112514047B CN 112514047 B CN112514047 B CN 112514047B CN 201980049800 A CN201980049800 A CN 201980049800A CN 112514047 B CN112514047 B CN 112514047B
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Abstract

本发明提供一种无需等待被处理基板完全除电，被处理基板不会发生位置偏移和弹起，而可将处理后的被处理基板移动到基板传递位置的基板升降装置及基板运输方法。本发明的基板升降装置(LM)，其安装在具有静电卡盘(EC)的工作台(ST)上并用于对该工作台进行被处理基板的传递，所述静电卡盘上表面吸附被处理基板(W)；所述基板升降装置具有在没入位置和突出位置之间上下自由移动的升降销(5)和使升降销上下移动的驱动装置(9)，所述没入位置是没入工作台内的位置，所述突出位置是从工作台上表面向上方突出的位置；驱动装置在使升降销从没入位置向上移动到突出位置期间，可使升降销的向上移动停止在其中间位置。

Description

基板升降装置及基板运输方法
技术领域
本发明涉及一种安装在具有静电卡盘的工作台上并用于对该工作台进行被处理基板的传递的基板升降装置及基板运输方法，所述静电卡盘的上表面吸附被处理基板。
背景技术
在半导体制造工序中，为了得到所需的器件结构，对硅晶片和玻璃基板等被处理基板实施使用溅射法及等离子体CVD法等的成膜处理、热处理、离子注入处理和蚀刻处理等各种处理。进行这些处理的处理装置通常具有带静电卡盘的工作台，以在真空气氛中的真空室内定位并保持被处理基板。
静电卡盘具有安装在金属材质的工作台表面的例如PBN(热解氮化硼(PyrolyticBoron Nitride))材质的陶瓷板(卡盘板)，在该卡盘板中内置有一对电极(所谓的双极型)。通过供电装置向一对电极之间施加直流电压(卡固电压)，由此，通过因在两电极间施加直流电压而产生的静电力将被处理基板吸附并保持在卡盘板表面(卡固操作)。并且，为了对这样的工作台传递被处理基板而设置上述基板升降装置(例如参照专利文献1)。
基板升降装置具有在没入位置和基板传递位置之间上下自由移动的升降销和使升降销上下移动的驱动装置，所述没入位置是没入工作台内的位置，所述基板传递位置是从工作台上表面向上方突出并将被处理基板从工作台上表面提起到规定高度位置的位置。在将被处理基板传递到工作台时，在使升降销在基板传递位置向上移动的状态下，通过运输机器人以升降销的上端支撑被处理基板的方式传递。并且，当使升降销向下移动到没入位置时，被处理基板被设置在工作台(即卡盘板)上。在该状态下，向静电卡盘的电极施加直流电压而吸附被处理基板，之后实施各种处理。当处理结束时，停止向静电卡盘的电极施加电压(停止吸附操作)。并且，在使升降销向上移动到基板传递位置而提起被处理基板后，被处理基板例如被传递给运输机器人。
然而，当对被处理基板实施使用等离子体的规定处理时，即使进行停止吸附操作，也存在由于被处理基板上残留的电荷而使得被处理基板直接粘附在卡盘板表面的情况。因此，通常已知的是在用升降销将被处理基板提起到基板传递位置之前，会对被处理基板进行除电操作(例如参照专利文献2)。
此处，当在对被处理基板除电不充分的状态下，使升降销向上移动而提起被处理基板时，会产生被处理基板的位置偏移和弹起，有时会存在被处理基板上产生裂纹和残缺的故障。另一方面，可以考虑设置判断被处理基板是否已除电的各种设备，待完全除电后使升降销向上移动，但这样一来，不但会增加部件数量，导致成本上升，而且被处理基板的传递会耗费时间，生产量下降。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2016-92186号公报
【专利文献2】日本专利公开2010-199239号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
鉴于上述内容，本发明的技术问题是提供一种无需等待被处理基板完全除电，被处理基板不会发生位置偏移和弹起，而可将处理后的被处理基板移动到基板传递位置的基板升降装置及基板运输方法。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的基板升降装置，其安装在具有静电卡盘的工作台上并用于对该工作台进行被处理基板的传递，所述静电卡盘上表面吸附被处理基板；所述基板升降装置的特征在于：具有在没入位置和突出位置之间上下自由移动的升降销和使升降销上下移动的驱动装置，所述没入位置是没入工作台内的位置，所述突出位置是从工作台上表面向上方突出的位置；驱动装置在使升降销从没入位置向上移动到突出位置期间，可使升降销的向上移动停止在使被处理基板的部分局部鼓起的中间位置。
采用本发明，在对被处理基板实施使用等离子体的规定处理后，在送出处理完的被处理基板时，首先，进行被处理基板的停止吸附操作并以公知的方法对被处理基板进行除电操作。并且，无需等待被处理基板完全除电(例如通过从除电操作开始起经过的时间来判断)，而使升降销从没入位置向上移动到中间位置。如此，来自升降销的推压力所作用的被处理基板的部分(例如中央部分)会抵抗残留电荷导致的吸附力而局部鼓起(此时，被处理基板的其余部分因残留电荷而仍粘附在静电卡盘上)。
接着，当将升降销在中间位置保持规定时间时，被处理基板的其余部分通过其复原力而以来自升降销的推压力所作用的被处理基板的部分为起点，朝其外方向从静电卡盘上逐渐剥离，不久就从静电卡盘完全剥离。此时，不同于像上述以往例子那样地作用来自升降销的推压力而强行剥离被处理基板，不会发生被处理基板的位置偏移和弹起这类故障。
这样，在本发明中，通过采用以驱动装置可使升降销的上升移动停止在中间位置的结构，无需等待被处理基板完全除电，也不会发生被处理基板的位置偏移和弹起，而可将处理后的被处理基板移动到基板传递位置。
在涉及基板升降装置的发明中，已确认当被处理基板是在半导体装置的制造等中通常使用的尺寸的硅晶片时，如果在所述中间位置以距离所述工作台的上表面为基板直径的1/500以上1/200以下的高度使硅晶片的部分局部鼓起的话，则无需等待硅晶片完全除电，也不会发生被处理基板的位置偏移和弹起，而可将处理后的基板移动到基板传递位置。
再有，为解决上述技术问题，本发明的基板运输方法，其特征在于，包括：停止工序，其于在向工作台的上表面上设置的静电卡盘的电极施加电压而吸附被处理基板的状态下对被处理基板实施处理之后，停止给静电卡盘施加电压；以及提起工序，其使自由出没地组装在工作台上的升降销向上移动，将被处理基板提起到工作台上方的基板传递位置；提起工序包括：第一工序，其使升降销从没入工作台的位置向上移动，使升降销的上端抵接被处理基板的中央部，通过使升降销从该抵接的位置进一步向上移动，而使静电卡盘上被处理基板的部分局部鼓起；第二工序，其在使被处理基板的部分鼓起的升降销的中间位置保持规定时间；以及第三工序，其使升降销从中间位置进一步向上移动到基板传递位置。
在涉及基板运输方法的发明中，当被处理基板是与上述相同的硅晶片时，在所述第一工序中，优选将使静电卡盘上硅晶片的部分局部鼓起的高度设置成距离所述工作台的上表面为基板直径的1/500以上1/200以下的高度，再有，在所述第二工序中，优选在使被处理基板的部分鼓起的升降销的中间位置保持4秒以上。
附图说明
图1是组装了本发明的实施方式涉及的基板升降装置的工作台的剖视示意图。
图2是通过图1所示的基板升降装置来传递处理完的被处理基板时的一系列动作的剖视图，(a)是没入位置，(b)是抵接位置，(c)是中间位置，(d)是在中间位置保持了规定时间时的被处理基板的状态，(e)是基板传递位置。
具体实施方式
以下参照附图，以在半导体装置的制造等中通常使用的尺寸(例如-450mm)的硅晶片(下称“晶片W”)为被处理基板，以双极型的静电卡盘作为静电卡盘，说明安装在具有静电卡盘的工作台上并用于对工作台进行晶片W的传递的基板升降装置及基板运输方法的实施方式，所述静电卡盘其上表面吸附晶片W。以下以图1所示的工作台的姿态为基准，说明上、下这类的方向。
参照图1，ST是在实施采用溅射法及等离子体CVD法等的成膜处理、热处理、离子注入处理和蚀刻处理等各种处理的图外的处理装置的真空室内配置的带静电卡盘的工作台。此外，由于处理装置本身采用公知的装置，故此处省略详细说明。
工作台ST由金属材质的基台1和设置在该基台1的上表面上且保持并吸附晶片W的静电卡盘EC构成。作为基台1，由具有与晶片W对应的轮廓的铝材质的筒体构成，其内部设置加热晶片W的加热装置11和循环冷媒并冷却晶片W的冷却装置(未图示)，可在处理中对晶片W进行加热或冷却。静电卡盘EC具有作为电介质的卡盘板2和在其内部间隔省略图示的绝缘层配置的一对电极3a、3b，为向两电极3a、3b间施加直流电压(卡固用电压)而设置供电装置Ps。使用PBN材质、ALN材质或硅橡胶材质的卡盘板作为卡盘板2。并且，在基台1和静电卡盘EC的卡盘板2上形成有多个贯通上下方向的通孔4。在本实施方式中，在通过与晶片W的中心的半径方向的大致中间点的虚拟圆周上在周向上间隔120度的位置上设置三个通孔4。此时，虚拟圆周的直径考虑晶片W的尺寸而适当设置。并且，以下所述的升降销5插设在各通孔4中。
供电装置Ps具有向一对电极3a、3b之间施加直流电压(卡固电压)的直流电源部E。此时，以向直流电源部E和两电极3a、3b之间施加直流电压的电路作为第一电路C1，以在处理后为对晶片W进行除电而将两电极3a、3b连接到地电位的电路作为第二电路C2，为对第一电路C1和第二电路C2进行切换而设置两个切换装置8a、8b。并且，在图1所示的第一电路C1中，直流电源部E的正(高电压侧)输出经一侧的切换装置8a与一侧的电极3b连接，另一侧电极3a经另一侧的切换装置8b与另一侧的直流电源部E的负(低电压侧)输出连接，从而向两电极3a、3b间施加直流电压以将晶片W吸附并保持在卡盘板2上(卡固操作)。另一方面，在第二电路C2中，切换两切换装置8a、8b，电极3a、3b经切换装置8a、8b与地电位连接，从而在对晶片W实施使用等离子体的规定处理后，对晶片W上残留的电荷进行除电(除电操作)。此外，直流电源部E和切换装置8a、8b的运转由省略图示的控制单元统一控制。并且，为了对这样的工作台ST传递晶片W，设置本实施方式的基板升降装置LM。
也参照图2，升降装置LM具有：升降销5，其分别插设在各通孔4中；以及驱动装置9，其使各升降销5相对于工作台ST出没自由地上下移动。驱动装置9由所谓两段式的气缸构成。此时，作为驱动装置9的气缸具有缸主体91，其内部由具有中央开口92a的隔离板92划分为上侧的第一室93a和下侧的第二室93b。在第一室93a内，滑动自由地容纳第一活塞94，第一活塞94的杆94a滑动自由地贯通设置在隔离板92上的中央开口92a并向第二室93b突出。在第二室93b内，滑动自由地容纳第二活塞95，第二活塞95的杆95a贯通在第一活塞94上设置的贯通孔和在缸主体91的壁面上设置的通孔并向缸主体91外突出。向缸主体91外突出的第二活塞95的上端设置有驱动板95b，各升降销5的下端分别与驱动板95b连结。以下也参照图2具体说明采用气缸9的升降销5的上下移动的动作。
图2(a)示出各升降销5位于没入位置的状态。在没入位置，从缸主体91的第一导入口96a和第二导入口96b供给压缩空气，第一活塞94在第一室93a内与隔离板92抵接，且第二活塞95向下移动到与第二室93b的底内表面抵接的位置。由此，通过驱动板95b移动到最下位置，各升降销5完全呈没入工作台ST的状态。
接着，将导入第二室93b内的压缩空气从缸主体91的第二排出口96e排出，并将压力低于第一室93a内的压缩空气的压力的压缩空气从缸主体91的第三导入口96c导入到第二室93b内。如此，通过第二活塞95在第二室93b内向上移动，驱动板95b从最下位置向上移动，各升降销5的上端面首先抵接晶片W的背面(参照图2(b)的抵接位置)。当从该状态将压缩空气进一步导入第二室93b内时，虽然第二活塞95进一步向上移动，但由于从缸主体91的第三导入口96c向第二室93b内导入的压缩空气的压力设置为低于第一室93a内的压缩空气的压力，因此，当第二活塞95与向第二室93b侧突出的杆94a的下端抵接时，其向上运动停止。由此，驱动板95b向上移动相当于从抵接位置到第二活塞95抵接杆94a的下端为止的行程的距离，各升降销5的上端从工作台向上方突出并停止(图参照2(c)所示中间位置)。
接着，将导入缸主体91的第一室93a内的压缩空气从缸主体91的第一排出口96d排出，并进一步从缸主体91的第三导入口96c向第二室93b内导入压缩空气。由此，缸主体91的第二室93b内的压缩空气的压力高于第一室93a内的压缩空气的压力，第二活塞95在第二室93b内向上移动到抵接隔离板92的位置，驱动板95b向上移动到最上位置，各升降销5的上部向工作台ST上方突出(图2(e)所示的基板传递位置)。以下具体说明使用图1及图2所示的基板升降装置LM的基板运输方法。
在以图外的处理装置对晶片W实施规定等离子体处理这样的情况下，首先，在通过切换装置8a、8b切换到第二电路C2的状态下将晶片W设置在静电卡盘EC表面。此时，使升降销5向上移动到图2(e)所示的基板传递位置，在该状态下通过运输机器人10运输晶片W，从机械臂10a传递到升降销5。并且，使升降销5向下移动到图2(a)所示的没入位置，将晶片W设置在卡盘板2的上表面。并且，在识别到对卡盘板2上表面的晶片W的设置时，通过切换装置8a、8b切换到第一电路C1，从而向两电极3a、3b间施加直流电压，通过两电极3a、3b间产生的静电力将晶片W吸附并保持(卡固)在卡盘板2的上表面。
接着，在送出处理完的晶片W时，通过切换装置8a、8b切换到第二电路C，两电极3a、3b与地电位连接。由此，虽然例如通过实施使用等离子体的处理，使带电的晶片W除电，但等待完全除电而使各升降销5向上移动的方式，在晶片W的传递上会耗费时间，生成量下降。
在本实施方式中，在切换到第二电路C2后，当经过规定时间时，驱动气缸9，使升降销5从图2(a)所示的没入位置向上移动，使升降销5的上端与晶片W的中央部抵接(参照图2(b))，使升降销5从该抵接位置进一步向上移动到图2(c)所示的中间位置并停止，使静电卡盘EC上晶片W的中央部局部鼓起(第一工序)。由此，来自升降销5的推压力所作用的晶片W的中央部分会抵抗残留电荷导致的吸附力并局部鼓起，晶片W的其余部分因残留电荷而仍粘附在卡盘板2上(参照图2(c))。此时，晶片W的部分从卡盘板2上表面局部鼓起的高度设置成从工作台、具体而言是从卡盘板2的上表面到晶片W的鼓起最高的部分为止的高度为基板直径的1/500以上1/200以下。
接着，当在图2(c)所示的中间位置保持规定时间时(第二工序)，晶片W的其余部分由于其复原力而以来自升降销5的推压力所作用的晶片W的部分为起点，朝其外方向从静电卡盘EC上逐渐剥离，如图2(d)所示地呈晶片W被完全剥离的状态。这种情况下，优选在使晶片W局部鼓起的升降销5的中间位置保持4秒以上。并且，使升降销5从图2(c)所示的中间位置进一步向上移动到图2(e)所示的基板传递位置(第三工序)，将提起到基板传递位置的晶片W从升降销5传递到机械臂10a，通过运输机器人10从处理室进行运输(参照图2(e))。
采用以上的实施方式，不同于作用来自升降销5的推压力而强行剥离晶片W，不会发生晶片W的位置偏移和弹起这类故障。因此，无需等待晶片W完全除电，也不会发生晶片W的位置偏移和弹起，而可将处理后的晶片W移动到基板传递位置。
接着，为了确认本发明的效果，使用图1所示基板升降装置LM进行接下来的实验。在本实验中，被处理基板设置为(8英寸)的硅晶片W，卡盘板2设置为PBN材质，在以规定卡固电压吸附晶片W后，在真空室内实施使用等离子体的处理。此后，在停止给静电卡盘EC施加电压后，使升降销5向上移动到中间位置，保持规定时间。此时，使从中间位置的卡盘板2的上表面突出的升降销5的高度和在中间位置保持升降销5的保持时间如表1那样地变化(也就是使从卡盘板2的上表面突出的升降销5的高度在0.1mm-1.1mm之间以0.1mm为单位发生变化，使在中间位置保持升降销5的保持时间在1秒-10秒之间以1秒为单位发生变化)，对晶片W的位置偏移和弹起的发生以及晶片W的位置偏移和弹起导致的晶片W的运输合适与否进行评估。其结果如表1所示。此外，评估是通过以发生晶片W位置偏移和弹起而未能进行晶片W运输的情况为“×”，以发生了晶片W弹起但没有晶片W位置偏移，可进行晶片W运输的情况为“○”，以完全没有发生晶片W位置偏移和弹起，最适合进行晶片W运输的情况为“◎”的三级评估来进行的。
【表1】
通过表1，确认了如果将从静电卡盘EC(工作台ST)的上表面突出的升降销5的高度设置为0.4mm-1.0mm的话，则无论在中间位置保持的保持时间如何，即使发生晶片W弹起，也能不发生晶片W位置偏移地进行运输。进而，确认了如果将从静电卡盘EC的上表面突出的升降销5的高度设置为0.4mm-0.5mm，在中间位置保持的保持时间设置为4秒-10秒的话，则能不发生晶片W位置偏移和弹起地将处理后的晶片W移动到基板传递位置，最适合进行晶片W的运输。
接着，如表2那样地对不同直径的各晶片W(即晶片直径是150mm、200mm、300mm、450mm的晶片W)，以规定卡固电压将晶片W吸附在卡盘板2上，在真空室内实施使用等离子体的处理。此后，停止给静电卡盘EC施加电压，使升降销5向上移动到中间位置，将升降销5在中间位置保持4秒钟。此时，使从中间位置的卡盘板2的上表面突出的升降销5的高度每0.1mm变化，像上述那样地通过“×”、“○”、“◎”三级来评估晶片W位置偏移和弹起的发生以及晶片W位置偏移和弹起导致的晶片W的运输合适与否。评估为“○”、“◎”的升降销5的高度的范围(升降销5的高度的下限和上限)显示在表2中。
【表2】
通过表2，确认了从中间位置的静电卡盘EC(工作台ST)的上表面突出的升降销5的高度和晶片W的直径可得到大致的比例关系。并且，如果将从静电卡盘EC的上表面突出的升降销5的高度设置在晶片W直径的1/500-1/200的范围内的话，则没有晶片W位置偏移，可运输晶片W。进而，判断出如果将从工作台ST的上表面突出的升降销5的高度设置在晶片W直径的1/500-1/400的范围内的话，则可不发生晶片W位置偏移和弹起地将处理后的晶片W移动到基板传递位置，最适合晶片W的运输。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述内容，可在不脱离本发明的技术思想的范围内进行适当变形。在上述实施方式中，虽然以使用所谓的两段式的气缸9作为使升降销5分阶段向上移动的驱动装置为例进行了说明，但例如可使用步进电机，再有，设置的升降销的数量和配置并不限于上述情况，可根据被处理基板而适当设置。
再有，在上述实施方式中，以使用双极型静电卡盘作为静电卡盘为例进行了说明，但并不仅限于此，也可使用单极型静电卡盘。进而，在上述实施方式中，以使用硅晶片W作为被处理基板为例进行了说明，但并不仅限于此，也可使用矩形玻璃基板。此时，例如当在同一虚拟圆周上在周方向上以规定间隔配置升降销时，升降销的数量和虚拟圆周的直径根据尺寸而适当设置。
附图标记说明
LM、基板升降装置，EC、静电卡盘，ST、工作台，W、晶片(被处理基板)，5、升降销，9、气缸(驱动装置)。

Claims (2)

1.一种基板升降装置，其安装在具有静电卡盘的工作台上并用于对该工作台进行被处理基板的传递，所述静电卡盘的上表面吸附被处理基板；所述基板升降装置的特征在于：
具有：在没入位置和突出位置之间上下自由移动的升降销，使升降销上下移动的驱动装置，以及对处理完的基板进行除电操作的除电装置，所述没入位置是没入工作台内的位置，所述突出位置是从工作台上表面向上方突出的位置；
驱动装置在通过除电装置进行被处理基板的除电操作后，在使升降销从没入位置向上移动到突出位置期间，使升降销的向上移动停止在使被处理基板的中央部局部鼓起的中间位置，将停止状态保持以通过处理基板的复原力而鼓起的被处理基板的中央部为起点直到被处理基板的其余部分从静电卡盘剥离为止的规定时间后，再次开始升降销向突出位置的向上移动，
当被处理基板是硅晶片时，在所述中间位置以距离所述工作台的上表面为基板直径的1/500以上1/400以下的高度使硅晶片的中央部局部鼓起，保持4秒以上10以下。
2.一种基板运输方法，其特征在于：
包括：停止工序，其于在向工作台的上表面上设置的静电卡盘的电极施加电压而吸附被处理基板的状态下对被处理基板实施处理之后，停止给静电卡盘施加电压；除电工序，其对被处理基板进行除电操作；以及提起工序，其使自由出没地组装在工作台上的升降销向上移动，将被处理基板提起到工作台上方的基板传递位置：
提起工序包括：第一工序，其使升降销从没入工作台的位置向上移动，使升降销的上端抵接被处理基板，通过使升降销从该抵接位置进一步向上移动，而使静电卡盘上被处理基板的中央部局部鼓起；第二工序，其在使被处理基板的中央部鼓起的升降销的中间位置保持以通过被处理基板的复原力而鼓起的被处理基板的中央部为起点直到被处理基板的其余部分从静电卡盘剥离为止的规定时间；以及第三工序，其使升降销从中间位置进一步向上移动到基板传递位置，
当被处理基板是硅晶片时，在所述第一工序中，将使静电卡盘上硅晶片的中央部局部鼓起的高度设置成距离所述工作台的上表面为基板直径的1/500以上1/400以下的高度，
在所述第二工序中，在使被处理基板的中央部鼓起的升降销的中间位置保持4秒以上10秒以下。
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