JP2004047685A

JP2004047685A - 真空処理装置及び基板保持装置

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Publication number: JP2004047685A
Application number: JP2002202366A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fujisawa; 藤澤　達哉; Satoshi Umehara; 梅原　諭; Seitaro Oishi; 大石　鉦太郎
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】冷却構造付基板押えを持ち、かつ自転や公転が可能な枚葉式装置対応の冷却機構付自公転基板保持装置を提供する。
【解決手段】自公転運動が可能な基板保持装置回転ユニット６の内部に大気圧の空間１７を設け、この大気圧の空間に水のジョイント・ホース１１２などを収納し、基板押えリング８にまで冷却水を通水する構造を採る。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオンビームミリング装置やスパッタリング装置などの真空処理装置に係わり，特に、これら真空処理装置内で枚葉処理される基板を保持する自公転基板保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板保持装置等の冷却機構を備えた真空処理装置として、特開昭６１−７６６７４号公報、特開平８−２５０５７７号公報、特開平１１−１３１２３０号公報等に記載されたものがある。例えば、特開平８−２５０５７７号公報には、成膜装置に適用される自公転型基板保持装置において、基板保持具を直接的に冷却して基板温度を適正に保持するために、動力伝達機構の公転部材と自転部材の夫々の内部に、互いに連通された冷却水通路を形成したものが開示されている。
【０００３】
また、各バッチ毎に基板の取り付け・取り外しを行う従来のバッチ式スパッタ装置では、基板押えワッシャと呼ばれる円形の小さな薄板を用いて基板が取り付けられていた。この基板押えワッシャはネジによって締め付けられる。基板裏面には水路を形成し、冷却水を通水することで冷却された基板取付プレートが設置され、基板取付プレートと基板間にガスを充填する“ガス冷却”と呼ばれる方式で基板温度を低減する方法が用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置では、基板取付プレートと基板間にガスを充填するため、基板と基板取付プレートの間にはＯリングを用いて真空／ガスシールされる。そのため、基板押えワッシャはこのＯリングをつぶすために必要な荷重と、充填するガスの圧力に耐えるだけの力を加える必要がある。基板押えワッシャはこれら荷重を加えるために用いられる。基板押えワッシャは人の手を介するため手間がかかるが、構造が簡単であるので、自公転基板保持装置のような複雑な運動をするホルダに適していた。しかしながら、基板押えワッシャは面積が小さいので入熱は少ないが、長い時間使用することにより付着した膜がしばしば剥がれ、基板に悪影響を及ぼすことがあった。
【０００５】
他方、ロボットによる自動搬送をする枚葉式スパッタ装置では、基板よりもひとまわり大きな基板押えリングと呼ばれる円板により基板を基板取付プレートに保持していた。基板押えリングについても基板押えワッシャと同様に、基板を保持するために基板に荷重を加える必要があり、バネを用いて静的に加えられる構造となっていた。
【０００６】
基板押えリングは基板押えワッシャと比較して大きく、膜剥がれなどをおこし易い。そのため冷却された基板押えリングが求められていたが、基板押えリングは基板をチャックする際に上下運動が必要となり、自転や公転などする基板保持装置では機構上の複雑さから基板押えリングの冷却は難しかった。
【０００７】
近年、処理の高精度化や高スループット化するにつれ、下記の要求が高まっている。
（１）安定した処理性能の確保や装置の無人運転のためにロボットで搬送する枚葉式装置とする。
（２）処理基板の高均一化のために自公転基板保持装置とする。
（３）入熱の激しいプロセスへの対応や基板押えからの膜剥がれ抑制のため、冷却機能付基板押えとする。
【０００８】
しかし、従来、自公転基板保持装置で簡単な構成の冷却機構付基板押えを持つ枚葉式装置は無かった。例えば、特開平８−２５０５７７号公報に記載の冷却機構は、外側が真空で内部に冷却水が供給される構成であるため、水と真空間のシールが必要になる。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成の冷却構造付基板押えを持ち、かつ自転や公転が可能な枚葉式装置対応の冷却機構付自公転基板保持装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、成膜条件の厳しいプロセスにも対応することができ、基板押えリングの温度を一定に管理することができ、安定した基板の処理ができる、冷却機構付自公転基板保持装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、真空チャンバと、該真空チャンバを真空排気する排気装置、及び前記真空チャンバ内において処理される基板を保持する基板保持装置とを備え、ガスをプラズマ化して前記基板を処理する枚葉式の真空処理装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、前記基板保持装置の内部に大気圧の空間を設け、該大気圧の空間に、回転可能な真空／大気シールを設け、このシール部よりも内側に軸受を含む回転駆動機構及び水・ガスのジョイント機構を収納したことにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、真空処理装置において枚葉処理される基板を保持するための基板保持装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、前記基板保持装置は、空間を形成する上下２つの端面の間に中間板を持ち、該中間板と前記２つの端面は同じストロークだけ動くベローズを用いて連結されている、ことにある。
【００１３】
本発明によれば、枚葉式に対応し、自公転運動が可能で、基板押えにも冷却機能を持たせた基板保持装置を提供することができる。
【００１４】
なお、本発明は、次のような特徴も有する。
（１）基板保持装置が回転運動し、回転する基板保持装置内部に大気圧の空間を設け、上下運動する基板保持金具を持ち、上下運動する基板保持金具の近傍まで電線などの導電性材料により電流を通電する構造をもつ基板保持装置。
（２）前記基板保持装置において、大気圧の空間で水漏れのあった際、重力により水が流れ出るよう水路が設けられた基板保持装置。
（３）前記中間板と２つの端面は同じストロークだけ動くベローズを用いて連結されている。あるいは、前記２つのベローズとして同一のものを使用している。
【００１５】
（４）基板押えや基板取付板を通水し、基板押えや基板取付板に流す冷却水の温度をコントロールすることで基板保持装置の温度管理ができる基板保持装置。
【００１６】
（５）基板よりも大きなリング状基板押えの全周に溝を切り、円周上の一箇所に遮蔽板を設けて水路を形成した基板押えリングをもつ基板保持装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。　　　　　　　　　　　　　　　図１は、本発明の一実施形態になる枚葉式スパッタ装置の概略の全体構成を示す、図２のＩ−Ｉ切断断面図、図２は図１の縦断面図である。図３は図１の自転ユニットの要部構成を示す縦断面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。また、図５は本発明の一実施形態における冷却水の循環経路を枚葉式スパッタ装置の縦断面に対応して示した図、図６は、同じく装置全体の冷却水系統を示す図である。
【００１８】
本発明の一実施形態になる枚葉式スパッタ装置は、主に基板９を成膜するための処理室１と、ロボット４が格納されている搬送室２、何枚かの基板を収納した基板カセットを脱着する仕込／取出室３の３つの部屋により構成されている。処理室１内部には、遊星歯車方式により自公転運動する基板保持装置５が取付られている。基板保持装置５には、自転運動する自転ユニット６が円周上に６つ並び、各自転ユニットには搬送室２のロボット４のハンドに乗せられた基板をチャック（着）したりアンチャック（脱）したりする。チャック／アンチャックは、基板保持装置の下面一ヶ所に取り付けられた基板押上げ機構７により基板押えリング８と基板９を上下運動することで行う。基板の処理時、処理室１は真空ポンプにより真空排気されており、チャック／アンチャックも真空中で行なわれる。
【００１９】
本実施形態の装置では、６つの自転ユニット（自転ホルダーユニット）６が基板９を保持した状態で基板を処理するのであり、処理室１内において６枚の基板を同時に処理することができる。基板９を処理する際には、まず、処理室１内にプロセスガスを所定の圧力になるように導入する。ターゲット１０と呼ばれる成膜したい材質の板が、ターゲット用高周波電源１１に接続されている。ターゲット１０に高周波を印可することにより、ターゲット１０と基板保持装置５の間にプラズマを生成する。このプラズマによりターゲット１０はスパッタリングされて基板９にスパッタ粒子が付着し、薄膜を成膜する。成膜の際、生成される膜の性能向上のため、ターゲット側だけでなく、基板保持装置側にもターゲット側よりも容量の小さな基板保持装置側の高周波電源１２を接続して高周波を印可する。このためターゲット１０と基板保持装置５は、絶縁フランジ１３により処理室１に対して絶縁されている。
【００２０】
基板保持装置５にも高周波を加えるため、モータ等の電気部品は基板保持装置には直に取り付けていない。基板保持装置５の自公転は遊星歯車方式であるので、公転軸を駆動することで遊星歯車１４を介して自転運動する。公転軸の駆動は絶縁物のベルト１５を介してモータ１６駆動することで高周波印可部分と絶縁する。また、基板押上げ機構７についても、モータでなく圧縮空気を用いた駆動機構を採用することで電気部品をなくしている。
【００２１】
図３、図４に示す自転ユニット６は、内部に大気圧の空間１７が設けられている。大気圧の空間１７には、回転軸３６を中心に下から順に、真空／大気シール用Ｘリング３１、漏水の際の排出水路３２、第１の軸受３３、水・ガス回転導入部３４、第２の軸受３５が配置されている。水・ガス回転導入部３４が大気圧の空間の中にあるので、真空／水シール、あるいは真空／ガスシールが無い。大気圧の空間１７を形成する上板３７、下板３８の中間には、基板押えリング８を上下するための中間板１８があり、この中間板１８と上板３７、中間板１８と下板３８の間にはそれぞれ寸法の全く同じベローズ１９が取り付けられている。これにより、自転ユニット６の内部の大気圧の空間１７の体積は、中間板１８の上下によって変化せず、空間１７への空気の出入が無い。
【００２２】
また、ベローズ１９の外径寸法は、基板取付板２０とほぼ同じ大きさとし、基板９をチャックした際に生じる空隙を小さくしている。
【００２３】
このように、本実施例では、基板保持装置５が回転運動し、回転する基板保持装置の内部に大気圧の空間１７を設け、この大気圧の空間の一ヶ所に、回転可能な真空／大気シールを設け、このシール部よりも内側に、軸受などの回転駆動機構や水・ガスのジョイント機構を全て収納している。また、基板９よりも大きな基板取付板２０と、基板取付板２０と略同じ外径をもつベローズ１９とで円柱状の基板保持装置５を形成している。これにより、基板保持金具が上下運動しても大気圧の空間１７の容積が変わらないようにしている。基板保持装置が回転運動し、回転する基板保持装置内部に大気圧の空間を設けている。
【００２４】
図５、図６に示すように、中間板１８は、基板押えリング８にまで水を通水するために往路・復路あわせて２つの水路１１０が設けられている。中間板１８の外周には２ヶ所に水路を構成するパイプ１１１（図６参照）が接合されており、水が温度調整機能付クーリングポンプ２８によりホース１０２を経由して公転回転導入部２６に供給し、さらにパイプ１１１を介して基板ホルダケース３０内の各自転ホルダーユニット６の基板取付板２０内の基板取付板水路に通水する。さらに、基板取付板２０にある水ジョイントからホース１１２及び水ジョイント部２２を介して中間板１８に通水する。基板押えリング８の水路１１０を通水した後、中間板１８のもう一つのパイプ・水路１１１を経由し、別のホースを通って自転回転導入部２７へ水が流れる。６つの自転ユニット系統６の各自転回転導入部２７から出た水は、パイプ１１１を経由して公転回転導入部２６にて一つに集められ、ホース１０２を経由して基板ホルダ上板２９の水路１０８へ流れ、さらに、公転回転導入部２６へ戻り、最後に基板ホルダケース３０の外に設けられた温度調整機能付クーリングポンプ２８に戻る。なお、漏水の際の排出水路３２を自転ユニット６の下面に設けることで、水ジョイント部２２で漏れた水を外部へ排水することが可能である。
【００２５】
電気的には、基板保持装置５の全体に、高周波電圧が印可されるが、ステンレス材料のベローズ１９は物性、表面面積の大きさから、他の部品に比較して電気伝導が悪い。そのため、図３に示すように、電線２１を基板取付板２０の裏面から中間板１８に接続することで、基板押えリング８にまで高周波電圧を小さな抵抗で印可することができる。
【００２６】
本発明によれば、図５、図６に示す系統図のように、基板保持装置５に循環水が流れる。すなわち、一方の公転軸回転水導入部２６から６つに分岐した水は各自転ユニット６へ流れる。各自転ユニット６の内部では、回転中心軸から一方の自転回転導入部２７を通り、ジョイント／ホースを介して基板取付板２０に通水する。基板取付板２０には曲がりくねった水路が設けられているのでこれにより基板の取付面を冷却する。その後、基板取付板２０にある水ジョイントからホース１１２を介して中間板１８に水が流れる。基板押えリング８には中間板１８の端に接合されたパイプを経由して水が到達する。基板押えリングの水路１１０を通水した後、中間板１８のもう一つのパイプ・水路を経由し、別のホースを通って他方の自転回転導入部２７へ水が流れる。各自転ユニット６つの系統の自転回転導入部２７から出た水は、一つに集められ、ホース１１１を経由して基板ホルダ上板２９の水路へ流れる。基板ホルダ上板２９からは再びホースを経由して他方の公転回転導入部２６へ戻り、外部の温度調整機能付クーリングポンプ２８へ戻っていく。温度調整機能付クーリングポンプ２８により通水する水の温度が管理できるようになっている。クーリングポンプ２８の温度を適当に設定することにより基板保持装置周辺の温度を管理することができる。
【００２７】
このように、基板押えや基板取付板を通水し、基板押えや基板取付板に流す冷却水の温度をコントロールすることで基板保持装置５の温度管理ができる。基板取付板と基板押えに通水する水路の系統は直列に接続されているので、制御が簡単になる。これにより、成膜条件の厳しいプロセスにも対応することができ、基板押えリングの温度を一定に管理することができる。そのため、安定した基板の処理ができる、冷却機構付自公転基板保持装置を提供することができる。
【００２８】
なお、水の代わりに他の熱媒体を用いても良い、また、水を含むこれらの熱媒体は、基板押えや基板取付板を加熱あるいは冷却して基板保持装置５の温度管理を行うものであっても良い。また、スパッタ装置以外の真空処理装置に用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、枚葉式の基板処理に対応し、自公転運動が可能で、基板押えにも冷却機能を持たせた簡単な構成の基板保持装置を提供することができる。
【００３０】
また、成膜条件の厳しいプロセスにも対応することができ、基板押えリングの温度を一定に管理することができ、安定した基板の処理ができる、冷却機構付自公転基板保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態になる枚葉式スパッタ装置の概略の全体構成を示す、図２のＩ−Ｉ切断断面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図１の自転ユニットの要部構成を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における冷却水の循環経路を枚葉式スパッタ装置の縦断面に対応して示した図である。
【図６】本発明の一実施形態における装置全体の冷却水系統を示す図である。
【符号の説明】
１…処理室、２…搬送室、３…仕込／取出室、４…ロボット、５…基板保持装置、６…自転ユニット、７…基板押上げ機構、８…基板押えリング、９…基板、１０…ターゲット、１１…ターゲット用高周波電源、１２…基板保持装置側高周波電源、１３…絶縁フランジ、１４…遊星歯車、１５…ベルト、１６…モータ、１７…大気圧の空間、１８…中間板、１９…ベローズ、２０…基板取付板、２１…電線、２２…水ジョイント部、２３…真空排気ポンプ、２４…メインバルブ、２５…仕切弁、２６…公転回転導入部、２７…自転回転導入部、２８…温度調節付クーリングポンプ、２９…基板ホルダ上板、３０…基板ホルダケース、３１…真空／大気シール用Ｘリング、３２…水漏れ時の排水用水路、３３…第１の軸受、３４…水・ガス回転導入部、３５…第２の軸受、３６…回転軸、３７…上板、３８…下板、…、…、…、…、１０２…ホース、…、１０８…基板ホルダ上板の水路、１１０…基板押えリング水路、１１１…パイプ、１１２…ホース。

Claims

真空チャンバと、該真空チャンバを真空排気する排気装置、及び前記真空チャンバ内において処理される基板を保持する基板保持装置とを備え、ガスをプラズマ化して前記基板を処理する枚葉式の真空処理装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、
前記基板保持装置の内部に大気圧の空間を設け、該大気圧の空間に、回転可能な真空／大気シールを設け、このシール部よりも内側に軸受を含む回転駆動機構及び水・ガスのジョイント機構を収納したことを特徴とする真空処理装置。
真空チャンバと、該真空チャンバを真空排気する排気装置、及び前記真空チャンバ内において処理される基板を保持する基板保持装置とを備え、ガスをプラズマ化して前記基板を処理する枚葉式の真空処理装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、
前記基板保持装置の基板押え及び基板取付板に水を循環させる水路を有し、
前記基板保持装置の内部に設けられた大気圧の空間に、前記水路のジョイント機構を収納し、
前記水路に水を循環させる温度調整機能付クーリングポンプを備え、前記冷却水の温度をコントロールすることを特徴とする真空処理装置。
真空処理装置において枚葉処理される基板を保持するための基板保持装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、
前記基板保持装置の内部に大気圧の空間を設け、該大気圧の空間内に、回転可能な真空／大気シールを設け、該シール部よりも内側に回転部の軸受及び水・ガスのジョイント機構を収納したことを特徴とする基板保持装置。
真空処理装置において枚葉処理される基板を保持するための基板保持装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、
前記基板保持装置は、空間を形成する上下２つの端面の間に中間板を持ち、該中間板と前記２つの端面は同じストロークだけ動くベローズを用いて連結されている、ことを特徴とする基板保持装置。
真空処理装置において枚葉処理される基板を保持するための基板保持装置であって、前記基板保持装置が回転運動するものにおいて、
前記基板保持装置の内部に、前記基板よりも大きな外径の基板取付板と、該基板取付板と略同じ外径をもつベローズとにより仕切られた大気圧の空間を設けたことを特徴とする基板保持装置。