JP2004214312A

JP2004214312A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004214312A
Application number: JP2002380145A
Authority: JP
Inventors: Mikio Watabe; 幹雄渡部; Osamu Irino; 修入野; Toshiharu Kimura; 敏治木村
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4153296B2

Abstract

【課題】基板処理装置において、基板ステージ上で基板をロード、アンロードするには基板を所定の高さで担持できるのがよいが、駆動手段を備えたリフト手段を設けたのではコスト高を招くと共に、構造が複雑になる。
【解決手段】基板ステージ３に少なくとも１個の基板リフト手段４を設ける。、基板リフト手段４は、基板搬送位置で基板ステージの下降方向に設けたストッパ１４と接触して基板ステージから上方に突出して所定の高さで基板を担持すると共に、基板ステージのプロセス位置への移動に伴ってストッパとの接触が解除されて基板ステージ上で所定の高さ位置まで基板を下降させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に所定の膜を形成するＣＶＤ装置やスパッタリングなどのＰＶＤ装置またはエッチング装置やアッシング装置等の基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば基板処理装置であるＣＶＤ装置は、真空排気手段を設けた真空チャンバを有する。該真空チャンバの天井部には、反応ガスと原料ガスとの混合ガスをチャンバ内部に導入するガス噴出手段が設けらている。該ガス噴出手段に対向して真空チャンバ内には基板ステージが設けられ、該基板ステージには、ウェハーなどの所定の基板が載置される。基板ステージに基板をロードするため、真空チャンバの側面には基板ステージとガス噴出手段との間に位置してゲートバルブを備えた基板搬送口が設けられている。
【０００３】
この場合、基板搬送口に対応して真空チャンバの外壁にロードロックチャンバを付設してもよい。ロードロックチャンバと基板ステージとの間の基板の搬送は、先端部にフォーク状のアームを有する真空搬送手段によって行われる。そして、真空搬送手段によって基板ステージ上に基板をロードして、真空チャンバに所定の混合比に混合した反応ガスと原料ガスとから構成される混合ガスをガス噴出手段を介して導入し、気相化学反応させて基板上に所定の膜を形成する。尚、プロセスに寄与しない混合ガス等を含む排ガスは、真空チャンバに設けた真空排気手段により外部に排出される（特許文献１）。
【０００４】
ここで、基板ステージに基板をロード、アンロードする場合、基板ステージ上の複数の箇所で支持して所定の高さで基板を担持できれば、基板と基板ステージとの間に形成された空間を利用してアームの出し入れができ、アームで基板を支持できる。この場合、例えば基板を吸着する真空チャック機構を省略でき、搬送手段の構造を簡素化できる。このため、基板のロード、アンロードの際、基板を担持する複数個の基板リフト手段を基板ステージに設けることが考えられる。各基板リフト手段は、例えば圧縮空気で駆動されるエアーシリンダなどの駆動手段をそれぞれ有し、基板ステージに設けた開口に挿設されたリフトピンを駆動する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１２７４９５号公報（例えば、図１参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各リフトピンにそれぞれ駆動手段を設けたのでは部品点数が増加してコスト高を招く。特に、エアーシリンダなどの駆動部品は、例えばベローズを使用して真空シールする必要があるのでさらにコスト高を招き、耐久性も問題となる。
【０００７】
また、金属製（熱膨張の大きい材質）の基板ステージに孔を設け、この孔に、チャンバに固定したリフトピンを、この基板ステージ下部側から貫通させて基板を昇降する場合、基板ステージの温度が上昇すると、リフトピンと基板ステージの孔との位置に差が生じ、相互に衝突してリフトピンまたは基板ステージを破損する場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記点に鑑み、部品点数を少なくして低コストで製造でき、耐久性が高く、その上、昇降自在な基板ステージに簡単に装着できる基板リフト手段を有する基板処理装置を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基板処理装置は、チャンバを有し、該チャンバ内に基板が載置される基板ステージを設け、該基板ステージは、所定の基板処理を行うプロセス位置と基板のロード、アンロードを行い得る基板搬送位置との間で昇降自在である基板処理装置において、前記基板ステージに少なくとも１個の基板リフト手段を設け、該基板リフト手段は、基板搬送位置で基板ステージの下降方向に設けたストッパと係合して基板ステージから上方に突出して所定の高さで基板を担持すると共に、基板ステージのプロセス位置への移動に伴ってストッパとの係合が解除されて基板ステージ上で所定の高さ位置まで基板を下降させることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、基板ステージを基板搬送位置に移動させ、搬送手段によって基板を基板ステージにロードする。基板搬送位置では、基板ステージに設けた基板リフト手段がストッパと係合し、基板ステージから上方に突出しているので、基板は各リフト手段で支持される。この場合、基板と基板ステージの上面との間に所定の空間が画成されるので、この空間を利用して搬送手段の先端部のアームを出し入れでき、基板をアームで支持できる。
【００１１】
基板ステージに基板がロードされると、基板ステージが上昇してプロセス位置に到達する。その際、基板リフト手段とストッパとの係合は解除されて下方に移動するので、基板ステージ上の基板は所定の高さまで下降する。そして、基板ステージのプロセス位置で所定の基板処理が行われる。
【００１２】
基板処理が完了すると、基板をアンロードするため基板ステージを下降させる。基板ステージが所定の位置まで下降すると基板リフト手段がストッパと再度係合する。この場合、基板ステージの下降に伴って基板リフト手段が基板ステージの上面から突出し、基板搬送位置では、基板リフト手段によって基板ステージから所定の高さに基板が担持される。
【００１３】
これにより、各基板リフト手段に駆動手段を設けることなく、基板ステージを昇降させるだけで該基板ステージ上で基板を昇降させることができる。また、耐久性が問題となるベローズ等の真空シール用の部品も必要でない。そして、搬送手段によって基板がアンロードされ、基板処理しようとする次ぎの基板がロードされる。
【００１４】
ここで、前記基板リフト手段は、例えば基板ステージに設けた貫通孔に装着した筒状のガイド部材と、該ガイド部材内に移動自在に挿設したリフトピンであって少なくとも基板搬送位置でガイド部材の下面から突出したものとから構成すればよい。
【００１５】
この場合、ストッパと接触するリフトピンの下端面を丸み加工するのがよい。
【００１６】
ところで、リフトピンがガイド部材内部を動く際、摩擦が大きくなるとリフトピンの円滑な移動が阻害される危険性がある。この場合、前記基板ステージの裏面に、ガイド部材から突出したリフトピンの一部が貫通する孔を有する第２ガイド部材を設けて、ガイド部材内でリフトピンが、がたつかないようにしてもよい。これにより、ガイド部材とリフトピンとが落下するのを防止できる。
【００１７】
また、前記基板ステージのプロセス位置への移動した際、リフトピンを下方に向かって動かす移動手段を設けてもよい。
【００１８】
前記移動手段は、例えば、リフトピンに設けた重し、またはガイド部材と該ガイド部材から突出したリフトピンの下端部との間に縮設したばねである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、１は、本発明の基板処理装置の一例であるＣＶＤ装置を示す。このＣＶＤ装置１は、シリコンウェハーやガラス等の基板Ｓ上に気相化学反応により薄膜を形成するものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを有する所定の容積の真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１の天井部１２の略中央には、反応ガスと原料ガスとから構成される混合ガスを真空チャンバ１１内に導入するガス噴出手段２が設けれている。
【００２０】
ガス噴出手段２は、真空チャンバ１１の天上部１２から内方に向かって突出させた環状の突出部２１と、その先端部に装着され複数個の孔が開設されたシャワープレート２２とから構成される。この場合、真空チャンバ１１の上部には、突出部２１とシャワープレート２２とによってガス拡散室２３が形成され、該ガス拡散室２３内に導入された混合ガスをその全体に亘って拡散する。真空チャンバ１１の天井部１２にはまた、一端が混合器（図示せず）に接続されたガス導入管２４が接続され、複数のガス源に接続された混合器で混合された混合ガスが拡散室２３に導入される。ガス噴出手段２に対して真空チャンバ１１内には基板ステージ３が設けられ、該基板ステージ３にはウェハーなどの基板Ｓが載置される。
【００２１】
基板ステージ３上に基板Ｓをロード、アンロードするために、真空チャンバ１１にゲートバルブを有する基板搬送口１３を設けている。この場合、ＣＶＤプロセスの実行時、基板Ｓ上の薄膜の膜厚分布及び組成分布が均一になるようにガス噴出手段２を介して基板Ｓに混合ガスを均等に噴出しても、基板搬送口１３が基板ステージ３の上方に位置したのでは、該基板搬送口１３の周辺で乱流が発生してガスの流れが乱れることで、基板Ｓ上のガスの流れも乱れて薄膜の膜厚分布及び組成分布が均一にならない。
【００２２】
本実施の形態では、基板ステージ３を、基板処理であるＣＶＤプロセスを実行するプロセス位置と基板のロード、アンロードを行い得る基板搬送位置との間で昇降自在に形成し、プロセス位置では、基板ステージ３下方に基板搬送口１３が位置するようにした。また、ガスの流れに関するコンダクタンスは、シャワープレート２２と基板ステージ３との間の空間Ａに比べて基板ステージ３下側の空間Ｂがより大きな値をもつことが望ましい（図２参照）。
【００２３】
基板ステージ３は、ガス噴出手段２と対向した金属製の基板載置部３１に、真空チャンバ１１の底面から真空チャンバ１１内に突出させて設けた昇降ロッド３２を接続して構成されている。基板載置部３１には基板Ｓの加熱を可能とするヒータ（図示せず）が組込まれている。また、昇降ロッド３２は、例えば圧縮空気またはモータで駆動され、昇降ロッド３２の周囲にベローズ３３を設けて真空シールしている。
【００２４】
ところで、３次元方向に移動可能であって先端にフォーク状のアームを設けた既知の真空搬送手段によって基板ステージ３に基板をロード、アンロードする場合、基板載置部３１上の複数の箇所で支持して所定の高さで基板Ｓを担持できれば、真空搬送手段の構造を簡素化できる。本実施の形態では、基板Ｓを水平に持ち上げられるように、正三角形の各頂点に対応する基板載置部３１の所定の位置に３個の基板リフト手段４を設けた。
【００２５】
図３を参照して、基板リフト手段４は、基板載置部３１に設けた貫通孔３１ａに下側から螺着された中空円筒形状のガイド部材４１を有する。この場合、ガイド部材４１の下端部は基板載置部３１の裏面から突出している。ガイド部材４１の内部にはリフトピン４２が挿設されている。リフトピン４２は、上部にフランジ４２ｃを有する下ピン４２ａと、フランジ４２ｃに接続された上ピン４２ｂとから構成される。この場合、リフトピン４２は、真空中でも耐熱性及び機械的強度を有する材料、例えばセラミックスから一体に成形されている。特に、リフトピン４２の材料は、基板ステージ３が加熱されることを考慮して、高純度のアルミナセラミックスなどの耐熱材がよい。
【００２６】
上ピン４２ｂの長さ寸法は、フランジ４２ｃが、ガイド部材４１の下端を内方に向かって屈曲させた屈曲部４１ａに接触した場合に、上ピン４２ｂの上端面が基板載置部３１の上面と面一、または上ピン４２ｂの方が基板載置部３１より僅かに低くなるように定寸されている。他方で、下ピン４２ａは、基板ステージ３が基板搬送位置にある場合、下ピン４２ａの下端部が真空チャンバ１１の底面に設けたストッパ１４と係合し、上ピン４２ｂが基板載置部３１の上面から所定の高さだけ突出するように定寸されている。尚、下ピン４２ａの下端部は丸み加工するのがよい。
【００２７】
また、基板ステージ３の昇降に伴ってガイド部材４１が緩み、上下動する際にリフトピン４２とガイド部材４１とが共にがたつかないように、ガイド部材４１から突出した下ピン４２ａが貫通する孔を備えた第２ガイド部材５を設けてもよい。これにより、リフトピン４２とガイド部材４１とが落下するのを防止できる。さらに、ガイド部材４１が上下動する際、摩擦抵抗が増加して、リフトピン４２に対するガイド部材４１の円滑な移動が阻害されないように、フランジ４２ｃの外周面を球面加工してもよく、ガイド部材４１の内周面を鏡面加工してもよい。
【００２８】
図４に示すように、下ピン４２ａの下端部にウェイト４３を設けると共に、重し４３とガイド部材４１との間にばね４４を設けて、リフトピン４２を下方に向かって付勢してもよい。
【００２９】
次に、基板リフト手段４の作動を説明する。図１に示す基板ステージ３の基板搬送位置では、ガイド部材４１の下端面から突出したリフトピン４２の下ピン４２ａがストッパ１４に接触しているので、上ピン４２ｂが基板載置部３１の上面から突出している。この状態で、基板搬送口１３に設けたゲートバルブを開け、真空搬送手段によって基板載置部３１に所定の基板Ｓをロードする。基板Ｓがロードされ、ゲートバルブが閉じると基板ステージ３を上昇させる。
【００３０】
ここで、基板ステージ３が上昇しても、その当初、リフトピン４２が移動を開始しないが、基板載置部３１に装着したガイド部材４１が上昇することで、基板Ｓと基板載置部３１との間の距離が短くなる。そして、フランジ４２ｃがガイド部材４１の屈曲部４１ａに接触すると、基板Ｓが基板載置部３１に載置され、基板ステージ３がプロセス位置に到達する。この場合、下ピン４２ａの大部分がガイド部材４１の下端面から突出している。
【００３１】
プロセス位置で所定のＣＶＤプロセスが終了した後、基板ステージ３を下降させると、ガイド部材４１の下端面から突出した下ピン４２ａの下端面が先ずストッパ１４と接触する。下ピン４２ａとストッパ１４とが接触すると、リフトピン４２はもはや下降しない。このため、基板ステージ３の下降に伴って、上ピン４２ｂが基板載置部３１の上面から突出することで基板Ｓが上昇される。基板搬送位置に基板ステージ３が到達すると、基板Ｓは基板載置部３１から所定の高さで担持される。そして、真空搬送手段によって基板Ｓがアンロードされ、新たな基板ロードされる。
【００３２】
これにより、各基板リフト手段４は、基板ステージ３を昇降させるだけで該基板ステージ３上で基板Ｓを昇降させることができ、別個の駆動手段は必要でない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、基板リフト手段を、部品点数が少なくて低コストで製造でき、耐久性が高く、その上、基板ステージを昇降自在としても簡単に装着できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板ステージが基板搬送位置にある本発明の基板処理装置の断面図
【図２】基板ステージがプロセス位置にある本発明の基板処理装置の断面図
【図３】基板リフト手段を拡大して示す図
【図４】基板リフト手段の他の変形例を示す図
【符号の説明】
１基板処理装置（ＣＶＤ装置）
３基板ステージ
４基板リフト手段
４１ガイド部材
４２リフトピン

Claims

チャンバを有し、該チャンバ内に基板が載置される基板ステージを設け、該基板ステージは、所定の基板処理を行うプロセス位置と基板のロード、アンロードを行い得る基板搬送位置との間で昇降自在である基板処理装置において、
前記基板ステージに少なくとも１個の基板リフト手段を設け、該基板リフト手段は、基板搬送位置で基板ステージの下降方向に設けたストッパと係合して基板ステージから上方に突出して所定の高さで基板を担持すると共に、基板ステージのプロセス位置への移動に伴ってストッパとの係合が解除されて基板ステージ上で所定の高さ位置まで基板を下降させることを特徴とする基板処理装置。
前記基板リフト手段を、基板ステージに設けた貫通孔に装着した筒状のガイド部材と、該ガイド部材内に移動自在に挿設したリフトピンであって少なくとも基板搬送位置でガイド部材の下端面から突出したものとから構成したことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記リフトピンの下端部を丸み加工したことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
前記基板ステージの裏面に、ガイド部材から突出したリフトピンの一部が貫通する孔を有する第２ガイド部材を設けたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の基板処理装置。
前記基板ステージがプロセス位置に移動するとリフトピンを下方に向かって動かす移動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記移動手段はリフトピンに設けた重しであること特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
前記移動手段は、ガイド部材と該ガイド部材から突出したリフトピンの下端部との間に縮設したばねであることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。