JP2003059998A

JP2003059998A - トレイ式マルチチャンバー基板処理装置及びトレイ式基板処理装置

Info

Publication number: JP2003059998A
Application number: JP2001245654A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakayama; 広樹中山; Kazuto Watanabe; 和人渡辺; Yoshihiro Katsumata; 好弘勝俣
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP4518712B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】基板の着脱を自動的に行うようにして生産性
や作業性を向上させるとともにトレイに起因した処理の
品質低下を防止する。併せて、処理中の基板の温度をよ
り均一にする。【解決手段】セパレーションチャンバーの周囲に処理
チャンバー、ロードロックチャンバー及び基板着脱チャ
ンバー４が気密に接続されている。基板着脱機構が基板
着脱チャンバー４内に設けられ、真空中で基板９の着脱
が行われる。基板着脱機構は、基板着脱チャンバー４内
のトレイ係留具４２と、セパレーションチャンバー内の
搬送ロボットとにより構成される。基板９は基板着脱チ
ャンバー４内で搬送ロボットによりトレイ６に載せら
れ、処理チャンバーに搬送されて処理される。処理済み
の基板９は基板着脱チャンバー４に戻され、搬送ロボッ
トによりトレイ６から取り外される。トレイ６上の基板
９には、リングチャック７が載せられ、その自重によっ
て基板９とトレイ６との間の熱伝導が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、薄膜形成、表
面改質又はドライエッチングのような真空中で基板に対
する処理を行う基板処理装置に関するものであり、特
に、トレイに基板を載せた状態で処理を行うトレイ式基
板処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体部品や電子部品等の製造プロ
セスでは、微細な電子回路を形成するため、薄膜形成、
表面改質、ドライエッチング等のような処理を基板に対
して真空中で行う基板処理装置が使用される。このよう
な基板処理装置では、基板をトレイに載せて処理するこ
とがある。特に、複数の同一の基板を同時に処理した
り、外形寸法の異なる複数の基板を同時に処理する場
合、基板をトレイに載せて処理する装置（以下、トレイ
式基板処理装置）が使用される。基板は、処理が行われ
る真空チャンバー（以下、処理チャンバー）に、トレイ
に載った状態で搬入されて処理される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トレイ式基板処理装置では、未処理の基板を人の手によ
りトレイに装着し、処理済みの基板を人の手によりトレ
イから取り外していた。このため、基板の着脱に手間が
かかり、生産性や作業性の向上の点で障害となってい
た。

【０００４】また、従来のトレイ式基板処理装置では、
基板の着脱は大気中で行われるため、トレイを介した基
板の汚損の問題が生じていた。即ち、真空中で処理を行
うのは、基板に対する不純物の付着を防止して品質を高
めるためであるが、基板の着脱が大気中で行われる場
合、トレイが処理チャンバーから一旦大気側に搬出さ
れ、基板の装着後に処理チャンバーに戻ってくるため、
大気中の塵埃、ゴミ等の不純物がトレイに付着して処理
チャンバーに持ち込まれることがある。このような不純
物が処理チャンバーに持ち込まれると、処理中に基板に
付着して処理の品質が損なわれる結果となり易い。

【０００５】特に、成膜処理やエッチング処理では、ト
レイの表面に膜が堆積することが多く、基板の着脱が大
気中で行われると、トレイ表面の堆積膜が原因で処理の
品質が損なわれ易い。膜が堆積したトレイが大気に取り
出されると、堆積膜の表面が酸化等の変性を受け易い。
そして、処理チャンバー内での処理の際にこの変性した
堆積膜の上にさらに膜が堆積する。このようにしてトレ
イには、表面が変性した膜が積層される。このような性
質の違う層が積層された膜は、不安定であり、僅かな衝
撃で剥離し易い。堆積膜の剥離が処理チャンバー内で生
ずると、剥離した膜がパーティクルとなって処理チャン
バー内を浮遊する。処理チャンバー内に浮遊するパーテ
ィクルが基板に付着すると、処理の品質が損なわれるこ
とになる。パーティクルとは、本明細書では、処理の品
質を損なう微粒子の総称である。前述した大気中の塵
埃、ゴミ等もパーティクルである。

【０００６】一方、処理中の基板の温度は、しばしば処
理の品質に影響を与える。面内均一性良く基板に対して
処理を行うためには、処理中の基板の温度が所定の値に
均一性良く維持されていることが必要である。しかしな
がら、従来のトレイ式基板処理装置では、トレイと基板
との間の熱接触性が均一でないため、処理の均一性が充
分に高く得られないことがある。

【０００７】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、トレイに基板を載せながら
処理するトレイ式基板処理装置において、基板の着脱を
自動的に行うようにして生産性や作業性を向上させると
ともに、トレイに起因した処理の品質低下を防止する技
術的意義がある。併せて、本願の発明は、処理中の基板
の温度をより均一にする実用的な構成を提供すること
で、処理の均一性を高くすることができるという技術的
意義がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、真空中で基板を処理
する処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーを備
え、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー内
に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバー基板
処理装置であって、未処理の基板をトレイに装着すると
ともに処理済みの基板をトレイから取り外す基板着脱機
構を有しており、基板着脱機構は、処理チャンバーに対
して真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャ
ンバー内に設けられているという構成を有する。また、
上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、中央
に設けられた真空チャンバーであるセパレーションチャ
ンバーと、セパレーションチャンバーの周囲にセパレー
ションチャンバーに対して気密に接続された処理チャン
バーを含む複数の真空チャンバーとから成り、基板がト
レイに載せられた状態で処理チャンバー内に配置されて
処理されるトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であ
って、未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済
みの基板をトレイから取り外す基板着脱機構を有してい
るとともに、前記セパレーションチャンバーの周囲の複
数の真空チャンバーの一つは、基板着脱機構を内部に備
えた基板着脱チャンバーであるという構成を有する。ま
た、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、
前記請求項２の構成において、前記セパレーションチャ
ンバー内には、前記周囲の複数の真空チャンバーの各々
に対して基板の搬送を行う搬送ロボットが設けられてお
り、前記基板着脱機構は、この搬送ロボットと、基板着
脱チャンバー内でトレイを係留するトレイ係留具とによ
って構成されているという構成を有する。また、上記課
題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項
１、２又は３の構成において、基板の輪郭に合わせた形
状のリングチャックと、前記トレイに載せられた未処理
の基板の周辺部上にリングチャックを載せるとともに処
理済みの基板の周辺部からリングチャックを取り外すチ
ャック着脱機構とを備えており、チャック着脱機構は、
前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接続さ
れた別の真空チャンバー内に設けられているという構成
を有する。また、上記課題を解決するため、請求項５記
載の発明は、真空中で基板を処理する処理チャンバーを
備え、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー
内に配置されて処理されるトレイ式基板処理装置であっ
て、基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、ト
レイに載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャ
ックを載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリン
グチャックを取り外すチャック着脱機構とを備えてお
り、リングチャックは、その自重のみによって基板をト
レイに押さえつけて基板とトレイとの間の熱伝導を高め
るものであるという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構
成において、前記トレイと前記基板との間にガスを導入
して両者の間の熱伝達性を高める熱伝達用ガス導入系が
設けられており、前記リングチャックは、トレイと基板
との空間と基板を挟んでトレイとは反対側の空間との圧
力差により基板が浮き上がらないようにする値以上の自
重を有するものであるという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求
項５又は６の構成において、前記トレイは、前記基板よ
り熱伝導率が高い材料又は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上の材料から成るという構成を有する。また、上記課
題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項
５、６又は７の構成において、前記チャック着脱機構
は、前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接
続された別の真空チャンバー内に設けられているという
構成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項
９記載の発明は、前記請求項４の構成又は前記請求項５
乃至８いずれかの構成において、前記処理チャンバー
は、基板の表面に所定の薄膜を作成する成膜処理を行う
ものであり、前記リングチャックは、基板の周縁におけ
る薄膜の堆積を低減させるシャドウ形成にも兼用される
ものであるという構成を有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態（実
施形態）について説明する。図１は、本願発明の実施形
態に係るトレイ式基板処理装置の平面概略図である。図
１に示す装置は、内部空間が気密に連通するようにして
接続された複数の真空チャンバー１，２，３，４からな
るマルチチャンバー型の装置であり、以下、トレイ式マ
ルチチャンバー基板処理装置と呼ぶ。

【００１０】真空チャンバーのうちの一つは、中央に設
けられたセパレーションチャンバー１であり、他の真空
チャンバー２，３，４は、セパレーションチャンバー１
の周囲にセパレーションチャンバー１に対して気密に接
続されている。セパレーションチャンバー１と各真空チ
ャンバー２，３，４との境界部分には、それぞれゲート
バルブ５が設けられている。また、各チャンバー１，
２，３，４は、専用又は兼用の図１中不図示の排気系に
よって所定圧力まで排気されるようになっている。複数
の真空チャンバーのうちの幾つかは、内部で基板９に対
して処理が行われる処理チャンバー２である。また、別
の真空チャンバーの一つは、大気側と処理チャンバー２
との間で基板９が搬送される際に一時的に基板９が滞留
するチャンバーであるロードロックチャンバー３であ
る。

【００１１】パレーションチャンバー１は、各処理チャ
ンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染
を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロッ
クチャンバー３への基板搬送の経由空間となるものであ
る。即ち、セパレーションチャンバー１内には、各チャ
ンバー２，３，４に対して基板９の搬送を行う搬送ロボ
ット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、多関
節ロボットであり、基板９を載せて支持する先端プレー
ト１１１と、先端プレート１１１を先端に固定したアー
ム１１２と、アーム１１２を垂直な軸方向（ｚ方向）、
垂直な軸の周りの円周方向（θ方向）、回転半径方向
（水平方向，ｒ方向）に駆動する不図示の駆動機構１１
３とから成っている。

【００１２】本実施形態の装置の大きな特徴点は、未処
理の基板９をトレイに装着するとともに処理済みの基板
９をトレイから取り外す基板着脱機構を有しており、こ
の基板着脱機構は、処理チャンバー２に対して真空が連
続するよう気密に接続された別の真空チャンバー（以
下、基板着脱チャンバー）４内に設けられている点であ
る。未処理の基板９は、搬送ロボット１１によりロード
ロックチャンバー３から取り出された後、基板着脱チャ
ンバー４で基板着脱機構によりトレイに載せられる。そ
して、基板９は、トレイに載せられた状態で搬送ロボッ
ト１１により各処理チャンバー２に順次搬送されて処理
され、その後、基板着脱チャンバー４に戻って基板着脱
機構によりトレイから取り外される。その後、搬送ロボ
ット１１により基板着脱チャンバー４からロードロック
チャンバー３に戻されるようになっている。

【００１３】本実施形態の装置の別の大きな特徴点は、
トレイに載せられた基板９の上にリングチャックがさら
に載せられ、この状態で基板９が処理されるようになっ
ているとともに、このリングチャックの着脱のための機
構（以下、チャック着脱機構）も真空チャンバー内に設
けられている点である。リングチャックは、基板９の周
縁に沿って延びる形状であり、自重のみによって基板９
をトレイに押さえつけて基板９とトレイとの間の熱伝導
を高めるようになっている。

【００１４】以下、さらに具体的に説明する。図２は、
実施形態の装置に使用されるトレイ６及びリングチャッ
ク７の斜視概略図である。トレイ６は、全体としては扁
平な円形の皿状であり、中央にほぼ円形の凹部６１を有
している。処理される基板９もほぼ円形であり、トレイ
６の凹部６１に落とし込まれた状態でトレイ６に載るよ
うになっている。尚、基板９の輪郭には、オリエンテー
ションフラット（以下、オリフラ）と呼ばれる直線状の
部分がある。これに合わせて、トレイ６の凹部６１の輪
郭も、直線状の部分（以下、トレイ直線部）を有してい
る。また、トレイ６を厚さ方向に貫通する小さな貫通孔
６２が設けられている。貫通孔６２は、凹部６１に設け
られており、トレイ６の中心と同心の正方形の角の位置
に設けられている。この貫通孔６２は、後述する基板支
持ピン４１が挿通されるものである。

【００１５】リングチャック７は、図２に示すようにほ
ぼ円環状である。リングチャック７の内径は、基板９の
直径よりも少し小さい。図２に示すように、リングチャ
ック７は、基板９のオリフラに合わせてやはり直線状の
部分（チャック直線部）を有している。リングチャック
７は、その内縁に沿って下側の突出した突起（以下、内
縁突起）７１を有している。この内縁突起７１は、基板
９の外径にほぼ等しい直径を成しており、この内縁突起
７１が基板９の周辺部に接触した形でリングチャック７
は基板９上に載せられるようになっている。

【００１６】図３は、図１に示すＸ−Ｘ方向における基
板着脱チャンバー４の断面概略図である。図４は、図３
に示す基板着脱チャンバー４内の部材の斜視概略図であ
る。基板着脱チャンバー４内には、図３及び図４に示す
ように、基板９の着脱の際に基板９が一時的に載せられ
る基板支持ピン４１が設けられている。基板支持ピン４
１は、本実施形態では四つ設けられており、基板着脱チ
ャンバー４の底面から上方に垂直に延びている。四つの
基板支持ピン４１は、皆同じ高さであり、図２に示すト
レイ６の貫通孔６２と同じ位置関係、即ち正方形の角に
相当する位置に設けられている。四つの基板支持ピン４
１が成す正方形の中心を通る鉛直な軸Ａは、基板着脱チ
ャンバー４における基板９の停止位置の基準となる軸で
あり、以下、着脱中心軸Ａと呼ぶ。

【００１７】基板着脱チャンバー４内には、トレイ６を
係留するトレイ係留具４２と、リングチャック７を係留
するチャック係留具４３とが設けられている。基板着脱
機構には、前述した搬送ロボット１１が一部兼用されて
いる。即ち、基板着脱機構は、搬送ロボット１１と、ト
レイ係留具４２とから主に構成されている。また、チャ
ック着脱機構も、同様に、搬送ロボット１１が一部兼用
されており、搬送ロボット１１とチャック係留具４３と
から主に構成されている。

【００１８】トレイ係留具４２は、トレイ６をその縁で
支持する小さな三つの部材である。三つのトレイ係留具
４２は、着脱中心軸Ａに対して互いに等距離の位置にあ
り、着脱中心軸Ａと同軸の円周上に１２０度間隔で設け
られている。各トレイ係留具４２は、トレイ６の外形に
適合した段差を有している。トレイ６は、各トレイ係留
具４２の段差の内側に落とし込まれた状態で係留される
ようになっている。

【００１９】一方、チャック係留具４３は、トレイ係留
具４２の上方に設けられている。チャック係留具４３
も、トレイ係留具４２と同様に、小さな三つの部材であ
る。三つのチャック係留具４３は、同様に着脱中心軸Ａ
にに対して互いに等距離の位置にあり、同軸円周上に１
２０度間隔で設けられている。尚、図４に示すように、
チャック係留具４３は、トレイ係留具４２に対して少し
ずれた位置関係になっている。チャック係留具４３は、
リングチャック７の外形に適合した段差を有している。
リングチャック７は、各チャック係留具４３の段差の内
側に落とし込まれた状態で係留されるようになってい
る。尚、トレイ係留具４２及びチャック係留具４３は、
不図示の取付具によって基板着脱チャンバー４に取り付
けられている。

【００２０】次に、基板着脱チャンバー４内での基板９
及びリングチャック７の着脱の動作について説明する。
まず、未処理の基板９をトレイ６に載置し、基板９の上
にリングチャック７を載せる動作について説明する。図
５〜図７は、基板着脱チャンバー４内での基板９及びリ
ングチャック７の装着の動作について示した図である。
図５〜図７には、基板９及びリングチャック７の着脱の
際に搬送ロボット１１の先端プレート１１１が位置する
高さを、「１，２，３，４」として示してある（以下、
レベル１，レベル２，レベル３，レベル４と呼ぶ）。

【００２１】まず、初期状態では、図５（１）に示すよ
うに、トレイ６はトレイ係留具４２に係留されており、
リングチャック７はチャック係留具４３に係留されてい
る。尚、トレイ６は、その貫通孔６２に基板支持ピン４
１を挿通させた状態となっている。搬送ロボット１１
は、未処理の基板９を先端プレート１１１に載せてロー
ドロックチャンバー３から取り出し、先端プレート１１
１をセパレーションチャンバー１内のレベル３の高さに
位置させる。この状態が、スタンバイ状態である。セパ
レーションチャンバー１と基板着脱チャンバー４との間
のゲートバルブ５が開けられた後、搬送ロボット１１
は、図５（２）に示すように、先端プレート１１１をレ
ベル３の高さに沿って基板着脱チャンバー４内に進入さ
せ、基板支持ピン４１の上方の所定位置で停止させる。
所定位置とは、基板９の中心が着脱中心軸Ａ上に位置す
る位置である。

【００２２】次に、搬送ロボット１１は、図５（３）に
示すように、先端プレート１１１を垂直に下降させ、先
端プレート１１１をレベル３より低いレベル２の高さと
する。レベル２は基板支持ピン４１の上端の高さより低
く、この下降の過程で、基板９は基板支持ピン４１の上
に載る。尚、図４に示すように、先端プレート１１１
は、基板支持ピン４１の離間間隔よりも小さい幅を持っ
ており、先端プレート１１１は各基板支持ピン４１に干
渉することなく下降できるようになっている。

【００２３】次に、図６（１）に示すように、搬送ロボ
ット１１は、レベル２の高さに沿って先端プレート１１
１を後退させ、セパレーションチャンバー１内に位置さ
せる。次に、図６（２）に示すように、搬送ロボット１
１は、先端プレート１１１をさらに下降させ、最も低い
高さであるレベル１に位置させる。そして、搬送ロボッ
ト１１は、このレベル１の高さに沿って先端プレート１
１１を前進させ、図６（３）に示すように図５（３）と
同じ水平方向の位置で停止させる。レベル１は、トレイ
係留具４２に係留されているトレイ６の下面より低い高
さであり、この前進により、先端プレート１１１はトレ
イ６の下方に位置することになる。

【００２４】次に、搬送ロボット１１は、先端プレート
１１１を上昇させ、レベル３の高さに再び位置させる。
この上昇の過程で、先端プレート１１１の上にトレイ６
が載り、そのトレイ６の上に基板９が載ることになる。
尚、トレイ６は、凹部６１の中心が着脱中心軸Ａ上に位
置し、トレイ直線部が周方向の所定の位置になるようト
レイ係留具４２に係留されている。このため、トレイ６
が先端プレート１１１によって持ち上げられた際、基板
９がトレイ６の凹部６１に落とし込まれ、基板９のオリ
フラもトレイ直線部に沿った状態となる。

【００２５】次に、搬送ロボット１１は、図７（１）に
示すように、先端プレート１１１をさらに上昇させ、レ
ベル３よりも高いレベル４に位置させる。レベル４は、
チャック係留具４３及びチャック係留具４３に係留され
ているリングチャック７の位置より高いので、この上昇
の過程で、リングチャック７が基板９の上に載ることに
なる。この際の載置位置は、前述したように、リングチ
ャック７の内縁突起７１が基板９の周縁に接触する位置
である。尚、トレイ６は、図２及び図４に示すように、
その側面のうちチャック係留具４３の位置に相当する箇
所に窪み６３が形成されている。トレイ６がレベル４に
上昇する際、この窪み６３の部分をチャック係留具４３
が通過するようになっており、これによりトレイ６がチ
ャック係留具４３に干渉することが無いようになってい
る。

【００２６】次に、図７（２）に示すように、搬送ロボ
ット１１は、レベル４の高さに沿って先端プレート１１
１を後退させ、先端プレート１１１をセパレーションチ
ャンバー１内に位置させる。その後、セパレーションチ
ャンバー１と基板着脱チャンバー４との間のゲートバル
ブ５が閉じられ、搬送ロボット１１は、先端プレート１
１１をレベル３の高さまで下降させる。レベル３は、各
処理チャンバー２とセパレーションチャンバー１との間
の搬送ラインの高さに一致しており、この後、搬送ロボ
ット１１は、トレイ６に載せられた基板９を各処理チャ
ンバー２に搬送することになる。

【００２７】次に、処理済みの基板９をトレイ６から取
り外す動作について説明する。取り外しの動作は、上述
したのと全く逆の動作であり、図７（２），（１），図
６（３），（２），（１），図５（３），（２），
（１）の順に動作が進む。まず、搬送ロボット１１は、
処理済みの基板９を載せたトレイ６を先端プレート１１
１で支持し、基板着脱チャンバー４内に進入させる。こ
の際、先端プレート１１１は、レベル４の高さとする。
そして、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を前
進させ、基板９の中心が着脱中心軸Ａに一致する位置で
停止させる。この状態から、搬送ロボット１１３は、先
端プレート１１１をレベル３に高さに下降させる。この
下降により、まずリングチャック７がチャック係留具４
３の上に載り、係留が完了する。尚、この際、チャック
係留具４３は、トレイ６の側面の窪み６３の部分を通過
する。

【００２８】次に、搬送ロボット１１は、先端プレート
１１１をレベル２の高さまで下降させる。この下降によ
り、基板９が各基板支持ピン４１の上に載り、基板９が
トレイ６から取り外される。この下降の際、各基板支持
ピン４１は、トレイ６の貫通孔６２にそれぞれ挿通され
る。搬送ロボット１１は、先端プレート１１１をさらに
下降させ、レベル１の高さとする。この下降により、ト
レイ６がトレイ係留具４２の上に載り、トレイ６の係留
が完了する。

【００２９】次に、搬送ロボット１１は、レベル１の高
さに沿って先端プレート１１１を後退させ、セパレーシ
ョンチャンバー１内に位置させる。この状態から、搬送
ロボット１１は、先端プレート１１１を上昇させて再び
レベル２の高さとし、この高さで先端プレート１１１を
前進させ、基板９の下方に進入させる。この状態から、
搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を上昇させて
レベル３の高さとする。この上昇の過程で、基板９が先
端プレート１１１に載る。この後、搬送ロボット１１
は、レベル３の高さにおいて先端プレート１１１を後退
させ、ロードロックチャンバー３まで基盤９を搬送す
る。

【００３０】次に、図１に示す装置の他の部分の構成に
ついて説明する。ロードロックチャンバー３内には、所
定数の基板９を収納可能なロック内カセット３１が設け
られている。また、大気側に設けられた外部カセット８
１とロック内カセット３１との間で基板９の搬送を行う
オートローダ８２が設けられている。オートローダ８２
は、前述した搬送ロボット１１とほぼ同様の構成であ
る。

【００３１】図８は、図１に示す装置における処理チャ
ンバー２の正面断面概略図である。処理チャンバー２の
構成は、基板９に対して行う処理の内容に応じて最適化
される。本実施形態の装置は、レジストで形成された回
路パターンをマスクとしてエッチングを行う装置となっ
ている。処理チャンバー２内では、フッ素系ガスのプラ
ズマにより基板９の表面がエッチングされるようになっ
ている。具体的には、処理チャンバー２は、図８に示す
ように、内部を排気する排気系２１と、四フッ化炭素
（ＣＦ_４）のようなフッ素系ガスをプロセスガスとして
導入するプロセスガス導入系２２と、導入されたガスに
高周波放電を生じさせてプラズマを形成する高周波電極
２３と、高周波電極に高周波電力を供給する高周波電源
２４と、処理チャンバー２内の所定位置にトレイ６を保
持するトレイホルダー２５等を備えている。高周波放電
により形成されたフッ素系ガスのプラズマ中では、フッ
素活性種やフッ素イオンが盛んに形成され、このフッ素
活性種やフッ素イオンが基板９の表面に到達することに
より表面がッチングされる。尚、電界を設定して基板９
にイオンを加速して入射させながらエッチングする反応
性イオンエッチングが行われることもある。

【００３２】また、処理チャンバー２には、処理中の基
板９の温度を制御する温度制御機構が設けられている。
本実施形態では、温度制御機構は、トレイホルダー２５
を介して基板９を加熱しながら温度制御するようになっ
ている。温度制御機構は、ジュール熱を発生させてトレ
ーホルダー２５を加熱するようトレーホルダー２５内に
設けられたヒータ２６１と、トレーホルダー２５の温度
を計測する不図示の温度センサと、温度センサからの信
号によりヒータ２６１の電源を制御する不図示の制御部
等から構成されている。

【００３３】処理中の基板９は、温度センサによってそ
の温度が検出され、制御部によって所定の温度に維持さ
れるよう負帰還制御される。尚、トレイ６は、ヒータ２
６１の熱を効率良く基板９に伝えるよう熱伝導率の高い
材料であることが好ましい。具体的には、トレイ６は、
基板９より熱伝導率が高い材料又は熱伝導率が１００Ｗ
／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、例えば窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）等の材料が使用される。尚、トレイ６
をトレイホルダー２５に静電吸着させて熱接触性を向上
させたり、後述するようにトレイ６とトレイホルダー２
５との隙間にガスを供給して圧力を上昇させて熱交換効
率を向上させたりする場合がある。

【００３４】図１には、複数の処理チャンバー２が示さ
れている。複数の処理チャンバー２は、同様にエッチン
グを行う処理チャンバー２として構成される場合もある
し、エッチングを行う処理チャンバー２と、エッチング
以外の処理を行う処理チャンバー２として構成される場
合もある。例えば、処理チャンバー２は、エッチング後
にレジストをアッシングして除去するアッシングチャン
バーであったり、アッシング後に基板９を洗浄してレジ
ストの残渣を除去する洗浄チャンバーであったりする場
合がある。「処理」は最も広い意味で使われており、い
ずれかの処理チャンバー２が、エッチング後に基板９を
冷却するものとして構成される場合もある。

【００３５】次に、本実施形態の装置の全体の動作につ
いて説明する。未処理の基板９は、外部カセット８１に
予め所定数収容されている。基板９は、オートローダ８
２によって外部カセット８１からロードロックチャンバ
ー３に搬入され、ロック内カセット３１に収容される。
搬送ロボット１１は、基板９をロードロックチャンバー
３から１枚ずつ取り出し、基板着脱チャンバー４に搬送
する。そして、前述したように、基板９のトレイ６への
装着、リングチャック７の基板９への載置が行われる。
搬送ロボット１１は、基板９が載ったトレイ６を処理チ
ャンバー２に搬送し、トレイホルダー２５に載置する。
そして、前述したように、処理チャンバー２内で基板９
に対して処理が行われる。

【００３６】基板９に対する処理が終了すると、搬送ロ
ボット１１は、基板９が載ったトレイ６を再び基板着脱
チャンバー４に搬送する。そして、前述したように、リ
ングチャック７の取り外しと係留、基板９のトレイ６か
らの取り外し、トレイ６の係留が行われる。基板９は、
搬送ロボット１１によってロードロックチャンバー３に
戻され、ロック内カセット３１に収容される。そして、
基板９は、オートローダ８２によって外部カセット８１
に戻される。

【００３７】上記構成及び動作に係る本実施形態では、
トレイ６への基板９の着脱が基板着脱機構によって自動
的に行われるので、生産性や作業性の点で優れている。
また、基板９の着脱が真空中で行われ、トレイ６は大気
中に取り出されることなく真空側に係留されるので、ト
レイ６が大気側に取り出されることに起因したパーティ
クルの発生の問題もない。

【００３８】上記構成及び動作に係る本実施形態では、
リングチャック７が自重のみで基板９をトレイ６に押さ
え付けるようになっている。この点は、処理中の基板９
の温度の均一化、機構の簡略化、基板９の傷付きやパー
ティクル発生の低減等の多くの技術的意義を有する。以
下、この点について説明する。

【００３９】まず、処理中に基板９をトレイ６に押し付
ける点は、基板９の温度制御を効率よく行うためであ
る。前述したように、処理中の基板９の温度は、しばし
ば処理の品質に影響を与える。本実施形態においては、
エッチングは基板９を高温に加熱しながら行われるが、
エッチングは温度依存性の高いプロセスであり、基板９
は処理中に所定の高温に安定して均一よく保持されてい
る必要がある。一方、本実施形態のような真空中での処
理では、雰囲気のガス分子が少ないため、対流やガス分
子による熱の伝導伝達はあまり期待できない。また、ラ
ンプヒータ等の輻射加熱源を使用して輻射加熱する方法
もあるが、処理チャンバー２内の堆積物によって輻射線
が遮られる問題がある。

【００４０】このようなことから、処理中の基板９の温
度制御のための構成としては、固体同士の接触を利用し
た伝導伝達を利用するのが非常に有効である。基板９が
ホルダーに直接保持される構成では、ホルダー内にヒー
タを設け、ホルダーと基板９との接触を介して基板９を
加熱して温度制御するが、本実施形態では、トレイ６を
使用しているので、トレイ６と基板９との間の接触を介
して加熱することになる。この際、基板９がトレイ６に
押し付けられないと、熱接触性が悪く、温度制御の効率
や精度が低下する問題がある。これを解決する方法とし
て、本実施形態のように自重のみで押し付けを行う場合
と、機械的な力によって押し付けを行う場合とがある。

【００４１】図９は、実施形態の装置の技術的意義を説
明するための比較例を示した図であり、機械的な力によ
ってトレイ６への基板９の押し付けを行う構成について
示した図である。図９に示す比較例では、基板９の輪郭
に相当する形状のリング状のクランプリング７２と、ク
ランプリング７２を保持した保持棒７３と、保持棒７３
を上下動させてクランプリング７２を基板９に押し付け
る直線駆動源７４とが設けられている。この比較例で
は、直線駆動源７４が適当な力で保持棒７３を引き下げ
ることによりクランプリング７２が基板９に押し付けら
れる。しかしながら、この比較例は、上記実施形態と比
較すると、処理中の基板９の温度が不均一になったり、
パーティクルが発生したりし易いという欠点がある。

【００４２】この比較例では、保持棒７３がクランプリ
ング７２を下方に押すことによりクランプリング７２が
基板９に押し付けられるので、クランプリング７２は、
保持棒７３が連結されている部分で強く圧力で基板９に
押し付けられ、それ以外の部分では押し付け圧力は低く
なる。ここで、基板９の熱は、クランプリング７２に伝
わり、クランプリング７２と保持棒７３との連結箇所を
介して保持棒７３に逃げていく。この際、保持棒７３が
連結されている部分では、基板９からクランプリング７
２に伝わって保持棒７３に逃げていく熱が多く、それ以
外では熱の放散は少ない。このため、保持棒７３を臨む
部分で基板９の温度が低下し易く、基板９の温度が不均
一になり易い。

【００４３】また、基板９の温度制御を効率よく行うた
めには、基板９をより大きな圧力でトレイ６に押し付け
ることが必要であるが、図９に示す比較例でこれを行う
と、基板９が傷ついたり、パーティクルが発生したりす
る問題がある。即ち、大きな圧力で基板９をトレイ６に
押し付けるには、保持棒７３を大きな力で押し下げるこ
とになるが、これを行うと、クランプリング７２の基板
９に対する押し付け力もその部分で大きくなる。クラン
プリング７２が局所的に大きな力で基板９に押し付けら
れる結果、その部分で基板９が傷つけられたり、パーテ
ィクルが発生したりすることがある。パーティクルの発
生は、基板９の傷付きにより破片が放出されて生ずる場
合の他、基板９の表面に堆積した膜が過剰な押し付け力
により剥がれて生ずる場合がある。

【００４４】一方、本実施形態の構成では、リングチャ
ック７はその自重のみによって基板９をトレイ６に押し
付けるので、上記のような基板９の温度不均一化やパー
ティクル発生といった問題は少ない。また、上記のよう
に機械的にクランプリング７２を押し付ける構成である
と、機構的に複雑になり易い欠点があるが、本実施形態
ではこのような問題はなく、機構的に簡略になる。ま
た、図９に示すような機構があると、トレイ６のトレイ
ホルダー２５への載置やトレイホルダー２５からの取り
外しに支障が出たり、これを避けるために直線駆動源７
４のストロークを大きくする必要が生じて構造が大がか
りになったりする問題があるが、本実施形態ではこのよ
うな問題はない。尚、リングチャック７についても、ト
レイ６と同様、大気側に取り出されることなく真空側に
係留されるので、リングチャック７が大気側に取り出さ
れることによる汚染やパーティクルの発生等の問題はな
い。

【００４５】リングチャック７の一例について示すと、
材質としては窒化アルミニウム等が使用される。重要な
自重については、基板９が直径３インチの半導体ウェー
ハの場合、１〜３ｋｇ程度である。尚、最終的に必要な
のは、基板９の押し付け圧力であり、これは、当然のこ
とながら処理チャンバー２内の雰囲気圧力に依存する。

【００４６】次に、基板９に対する熱伝達効率をさらに
高めた別の実施形態について説明する。図１０は、基板
９に対する熱伝達効率をさらに高めた別の実施形態に係
る基板処理装置の正面概略図である。図１０に示す実施
形態の装置には、トレイと基板との間にガスを導入して
両者の間の熱伝達性を高める熱伝達用ガス導入系２７が
設けられている。具体的に説明すると、トレイホルダー
２５の上面には、図１０に示すように浅い深さの凹部２
５１が形成されている。凹部２５１は大きさは、トレイ
６より少し小さい。また、トレイホルダー２５を上下に
貫通するようにしてガス導入孔２５２が形成されてい
る。熱伝達用ガス導入系は、ガス導入孔２５２を通し
て、まず凹部２５１内にガスを導入するようになってい
る。

【００４７】また、トレイ６には、不図示の小さなガス
吹き出し孔が多数均一に設けられている。凹部２５１内
に導入されたガスは、このガス吹き出し孔や前述した貫
通孔６２を通して基板９とトレイ６との間に導入され
る。このようにして導入されたガスは、トレイホルダー
２５とトレイ６との間の空間の圧力及びトレイ６と基板
９との間の空間の圧力を高める。尚、トレイ６や基板９
の表面は完全な平坦面でなく微視的には小さな凹凸があ
る。従って、それらの凹凸によって小さな空間が形成さ
れる。

【００４８】前述したように処理チャンバー２内は排気
系２１によって排気されており、処理に必要な真空圧力
である。従って、熱伝達用ガス導入系２７がガスを導入
しないと、トレイホルダー２５とトレイ６との間やトレ
イ６と基板９との間も真空圧力であり、対流による熱の
伝達の効率や接触による熱の伝導伝達の効率は高くな
い。熱伝達用ガス導入系２７によってガスが導入される
と、これらの空間の圧力が高まり、熱伝達効率が向上す
る。導入されるガスは、ヘリウム等である。

【００４９】この際、ガスの導入量が多ければ多い程、
圧力は上昇するので、熱伝達効率はより上昇する。しか
しながら、あまり多くガスを導入すると、圧力差によっ
て基板９がトレイ６から浮き上がってしまう恐れがあ
る。基板９が浮き上がると、トレイ６と基板９との距離
が長くなってかえって熱伝達効率が低下する他、処理中
の基板９の姿勢や位置が変化する結果、処理の再現性が
大きく低下する恐れもある。さらに、処理後に基盤９を
搬送しようとした際、うまく搬送できずに搬送エラーと
なる恐れもある。

【００５０】この実施形態のリングチャック７は、この
ような基板９の浮き上がりを防止する技術的意義も有す
る。基板９の浮き上がりを防止するためには、基板９の
両側の空間の圧力差により生ずる力と同等以上の力で基
板９を押さえ付けることが可能な自重をリングチャック
７が有することが必要である。より具体的に説明する
と、圧力差をＰ(Torr)、基板９の表面積をＳ(cm²)とす
ると、基板９が受ける全体の力Ｆ(kgf)は、１kgf＝７６
０Torrだから、Ｆ＝（Ｐ／７６０）・Ｓとなる。この値
は、例えば直径７５ｍｍ（３インチサイズ）の基板の場
合は１．７ｋｇｆ、直径１００ｍｍ（４インチサイズ）
の基板の場合は３．１ｋｇｆ、直径１２５ｍｍ（５イン
チサイズ）の基板の場合は４．８ｋｇｆ、直径１５０ｍ
ｍ（６インチサイズ）の基板の場合は７．０ｋｇｆ、直
径２００ｍｍ（８インチサイズ）の基板の場合は１２．
４ｋｇｆとなる。このように、基板９のサイズに合わせ
て、基板９が浮き上がらないようにする値の自重を持つ
リングチャック７を選択する。これにより、さらに熱伝
達効率を高めながら処理が行える。

【００５１】上記実施形態では、基板着脱機構及びチャ
ック着脱機構は、基板着脱チャンバー４という専用の真
空チャンバー内に設けられたが、これは必須の条件では
ない。ロードロックチャンバー３内や処理チャンバー２
内に設けられていても良い。但し、ロードロックチャン
バー３は基板９の搬入搬出の際に大気に開放されるの
で、それ以外の真空チャンバーの方が好ましい。また、
処理チャンバー２内に基板着脱機構やチャック着脱機構
を設ける構成としては、プリヒート（予備加熱）処理を
行う処理チャンバー２内にそれらを設ける構成が現実的
である。

【００５２】また、上記実施形態は、中央のセパレーシ
ョンチャンバー１の周囲にロードロックチャンバー３や
処理チャンバー２を接続したマルチチャンバー基板処理
装置である。このような装置は、クラスターツールタイ
プとも呼ばれ、真空チャンバーの増設や処理チャンバー
の付け替えが容易であるという長所がある。従って、基
板着脱チャンバー４の追加も容易であり、上記効果が容
易に得られる実用的な装置となっている。上記実施形態
では、エッチングを基板処理の例として採り上げたが、
スパッタリングや化学蒸着（ＣＶＤ）等の成膜処理、表
面酸化や表面窒化等の表面改質処理についても、同様に
実施可能である。

【００５３】リングチャック７は、上述したように基板
９のトレイ６への押し付けの目的で使用されているが、
これ以外にも、基板９の周辺部（周縁からあるの幅の領
域）への膜堆積を防止するシャドウ形成の目的でも使用
されることがある。例えば、スパッタリングやＣＶＤの
ような成膜処理を行う場合、基板９の周辺部にも膜が堆
積したり、基板９の周縁をまわり込んで基板９の裏面に
も膜が堆積したりすると、ロボットのアーム等が基板９
を保持した際に膜が剥がれてパーティクルを発生させる
ことがある。このようなことがないよう、リングチャッ
ク７によってシャドウ形成を行う。シャドウ形成は、基
板９の周縁に近づくに従って徐々に膜厚が薄くなってい
るようにすることが好ましい。

【００５４】上記実施形態において、基板９の寸法や形
状が異なった場合、それに応じて異なる構成のトレイ６
やリングチャック７が使用される。また、二以上の基板
を載置することが可能なトレイ６が使用されることがあ
る。この場合、リングチャック７に代えて、各基板の形
状に合わせて開口を設けた一枚の大きな板状の部材をリ
ングチャック７と同様の目的で使用することがある。さ
らに、トレイ６は、形状寸法が同じ二以上の基板を載置
するものであっても良く、異なる形状寸法の基板を載置
するものであっても良い。また、異なる形状寸法の基板
９を載置するため、トレイ６の凹部６１が複数の段差を
有するようにしたり、凹部６１の側壁部分をテーパー面
にしたりしても良い。また、基板９としては半導体ウェ
ーハが想定されたが、液晶ディスプレイ用の基板やプラ
ズマディスプレイ用の基板、ハードディスク等の情報記
録媒体用の基板等を対象とすることが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、トレイに対する基板の着脱を行う基板
着脱機構が設けられているとともに、基板着脱機構は、
処理チャンバーに対して真空が連続するよう気密に接続
された別の真空チャンバー内に設けられているので、ト
レイが大気側に取り出されることによる問題がない。ま
た、請求項２記載の発明によれば、中央に設けられた真
空チャンバーであるセパレーションチャンバーと、セパ
レーションチャンバーの周囲にセパレーションチャンバ
ーに気密に接続された処理チャンバーを含む複数の真空
チャンバーとから成っているので、上記効果が容易に得
られる実用的な装置になる。また、請求項３記載の発明
によれば、上記効果に加え、リングチャックがその自重
のみによって基板をトレイに押さえつけて基板とトレイ
との間の熱伝導を高めるので、基板の温度が不均一にな
ったり基板の傷つき等によりパーティクルが発生したり
する問題が少ない。また、請求項５記載の発明によれ
ば、リングチャックがその自重のみによって基板をトレ
イに押さえつけて基板とトレイとの間の熱伝導を高める
ので、基板の温度が不均一になったり基板の傷つき等に
よりパーティクルが発生したりする問題が少ない。ま
た、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、基
板に対する熱伝達効率がさらに高められるという効果が
得られる。また、請求項８記載の発明によれば、上記効
果に加え、リングチャックも大気側に取り出されること
がないので、パーティクル発生等の問題がさらに少なく
なる。また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に
加え、リングチャックがシャドウ形成にも兼用されるの
で、不要な膜堆積が防止でき、さらにパーティクル発生
の少ない処理が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態に係るトレイ式基板処理装
置の平面概略図である。

【図２】実施形態の装置に使用されるトレイ６及びリン
グチャック７の斜視概略図である。

【図３】図１に示すＸ−Ｘ方向における基板着脱チャン
バー４の断面概略図である。

【図４】図３に示す基板着脱チャンバー４内の部材の斜
視概略図である。

【図５】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリング
チャック７の装着の動作について示した図である。

【図６】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリング
チャック７の装着の動作について示した図である。

【図７】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリング
チャック７の装着の動作について示した図である。

【図８】図１に示す装置における処理チャンバー２の正
面断面概略図である。

【図９】実施形態の装置の技術的意義を説明するための
比較例を示した図であり、機械的な力によってトレイ６
への基板９の押し付けを行う構成について示した図であ
る。

【図１０】基板９に対する熱伝達効率をさらに高めた別
の実施形態に係る基板処理装置の正面概略図である。

【符号の説明】

１セパレーションチャンバー１１搬送ロボット１１１先端プレート２処理チャンバー２１排気系２２プロセスガス導入系２３高周波電極２４高周波電源２５トレイホルダー２７熱伝達用ガス導入系３ロードロックチャンバー３１ロック内カセット４基板着脱チャンバー４１基板支持ピン４２トレイ係留具４３チャック係留具５ゲートバルブ６トレイ７リングチャック８１外部カセット８２オートローダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｆ (72)発明者勝俣好弘東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BD01 DA01 DA02 JA01 KA01 KA09 4K030 CA04 GA01 GA12 KA01 LA15 5F031 CA02 FA01 FA11 FA12 FA15 GA43 HA25 HA33 HA37 HA39 MA04 MA28 MA29 MA32 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空中で基板を処理する処理チャンバー
を含む複数の真空チャンバーを備え、基板がトレイに載
せられた状態で処理チャンバー内に配置されて処理され
るトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であって、未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基
板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しており、基
板着脱機構は、処理チャンバーに対して真空が連続する
よう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられ
ていることを特徴とするトレイ式マルチチャンバー基板
処理装置。
【請求項２】中央に設けられた真空チャンバーである
セパレーションチャンバーと、セパレーションチャンバ
ーの周囲にセパレーションチャンバーに対して気密に接
続された処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーと
から成り、基板がトレイに載せられた状態で処理チャン
バー内に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバ
ー基板処理装置であって、未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基
板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しているとと
もに、前記セパレーションチャンバーの周囲の複数の真
空チャンバーの一つは、基板着脱機構を内部に備えた基
板着脱チャンバーであることを特徴とするトレイ式マル
チチャンバー基板処理装置。
【請求項３】前記セパレーションチャンバー内には、
前記周囲の複数の真空チャンバーの各々に対して基板の
搬送を行う搬送ロボットが設けられており、前記基板着
脱機構は、この搬送ロボットと、基板着脱チャンバー内
でトレイを係留するトレイ係留具とによって構成されて
いることを特徴とする請求項２記載のトレイ式マルチチ
ャンバー基板処理装置。
【請求項４】基板の輪郭に合わせた形状のリングチャ
ックと、前記トレイに載せられた未処理の基板の周辺部
上にリングチャックを載せるとともに処理済みの基板の
周辺部からリングチャックを取り外すチャック着脱機構
とを備えており、チャック着脱機構は、前記処理チャン
バーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空チ
ャンバー内に設けられていることを特徴とする請求項
１、２又は３記載のトレイ式マルチチャンバー基板処理
装置。
【請求項５】真空中で基板を処理する処理チャンバー
を備え、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバ
ー内に配置されて処理されるトレイ式基板処理装置であ
って、基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、トレイ
に載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャック
を載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリングチ
ャックを取り外すチャック着脱機構とを備えており、リングチャックは、その自重のみによって基板をトレイ
に押さえつけて基板とトレイとの間の熱伝導を高めるも
のであることを特徴とするトレイ式基板処理装置。
【請求項６】前記トレイと前記基板との間にガスを導
入して両者の間の熱伝達性を高める熱伝達用ガス導入系
が設けられており、前記リングチャックは、トレイと基
板との空間と基板を挟んでトレイとは反対側の空間との
圧力差により基板が浮き上がらないようにする値以上の
自重を有するものであることを特徴とする請求項５記載
のトレイ式基板処理装置。
【請求項７】前記トレイは、前記基板より熱伝導率が
高い材料又は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料か
ら成ることを特徴とする請求項５又は６記載のトレイ式
基板処理装置。
【請求項８】前記チャック着脱機構は、前記処理チャ
ンバーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空
チャンバー内に設けられていることを特徴とする請求項
５、６又は７記載のトレイ式基板処理装置。
【請求項９】前記処理チャンバーは、基板の表面に所
定の薄膜を作成する成膜処理を行うものであり、前記リ
ングチャックは、基板の周縁における薄膜の堆積を低減
させるシャドウ形成にも兼用されるものであることを特
徴とする請求項４記載のトレイ式マルチチャンバー基板
処理装置又は請求項５乃至８いずれかに記載のトレイ式
基板処理装置。