JP2007281010A - 基板ステージとそれを用いた基板処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調節器内蔵型の基板ステージにおいて、個別の温度調節器の独立制御性を向上させる。
【解決手段】基板ステージ７２の外周部に４個の外周ヒータ８６と、その内側に４個の内周ヒータ８６’とを設ける。これらの複数のヒータ８６，８６’を分離するように、空隙等の空間８８を設けることで、基板ステージ７２の面内での温度の独立制御性が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板ステージ及びそれを用いた基板処理装置、基板処理方法に関し、特に、半導体基板や液晶表示パネルに用いるガラス基板等を載置する基板ステージ及びこの基板ステージを用いて基板の温度調節をしながら処理する基板処理装置、基板処理方法に関する。

例えばＬＣＤ基板等の製造工程においては、減圧雰囲気下で基板に成膜、エッチング、アッシング等の所定の処理を施す基板処理装置を複数備えた、いわゆるマルチチャンバー型の処理システムが使用されている。

このような処理システムには、基板を搬送する基板搬送装置を備えた搬送室と、その周囲に設けられた複数の基板処理装置とを有する処理部が備えられている。そして、基板搬送装置の搬送アームにより、基板が各基板処理装置に対して搬入出されるようになっている。

また、かような処理システムには、外部に対して基板を搬入出させる搬入出部が備えられており、搬入出部と処理部との間には、ロードロック装置が備えられる。

搬入出部に搬入された基板は、ロードロック装置を介して処理部に搬入され、処理部で処理された後、再びロードロック装置を介して搬入出部に搬出される。

かかるロードロック装置としては、ロードロック装置内で基板を予備加熱するための加熱用基板ステージを備えたものが知られている。

また、成膜処理のためのＣＶＤ装置内にも成膜処理時の基板の温度を制御するための基板ステージが備えられている。

さらに、上述したマルチチャンバー型の処理システムとは別に、フォトレジストの塗布や現像を行うフォトリソグラフィー処理システムにおいても、塗布されたフォトレジストの乾燥等を行うために基板ステージが備えられている。

このように、基板の温度調節を行う基板ステージは半導体基板やＬＣＤ基板等の製造・処理工程において随所に用いられる基礎的な構成要素である。

従来の基板ステージにおいては、基板ステージの温度を均熱化するために複数のヒータを設置して、それぞれのヒータに投入するパワーを個別に設定することにより均熱化を図っている。

下記特許文献１には、ヒータ内蔵型の基板ステージにおいて、円板形状のセラミック基板上に複数のヒータを配置することで、半導体ウエハの加熱面の温度を均一にすることが記載されている。

下記特許文献２には、ＣＶＤ装置やスパッタリング装置等の真空装置に用いられる基板ステージで、小型ヒータを複数個組み合わせて大型ヒータとすることが記載されている。
特開２００２−１７５８６７号公報 特開平９−４５４６３号公報

従来のヒータ等の温度調節器内蔵型の基板ステージにおいては、基板ステージ内のある部分の温度を変えるために、その部分の温度調節器の出力を変化させると、隣接した別の部分の温度へも影響を与えるため、独立して温度をコントロールすることが困難である。

そのため、例えば、温度の低いところのステージ温度を上げようとすると、上げたくない部分の温度が上がってしまい、温度を均熱化するのが難しい。

また、温度制御の独立性を上げるために、温度調節器として小型のヒータを複数個組み合わせて大型のヒータとした基板ステージがある。しかし、このような基板ステージにおいては、ヒータ間の隙間管理ができない等の問題がある。

すなわち、ヒータの設定温度によっては、ヒータ間の隙間が変化する。したがって、成膜／エッチング処理等の副生成物等がこの隙間に入り込むと、パーティクル等の発生により歩留まり低下が発生する。また、プラズマ処理等では、この隙間部分で異常放電等の懸念もある。

そこで、本発明は、各々独立に出力を制御可能な複数の温度調節器を内蔵した基板ステージにおいて、隣接した温度調節器の間に基板ステージ基材よりも熱伝導率の低い熱遮蔽物を設けたことを特徴とする。

この熱遮蔽物として空間を設けることができ、温度調節器としてヒータを用いる場合には、この空間に冷却媒体を流すことで各温度調節器による温度調節の独立性をより高めることができる。

また前記複数の温度調節器の各々の近傍に温度検出器を内蔵し、該温度検出器で検出した温度と設定温度との差に基づいて温度調節器の出力を調節することでより正確に各部の温度調節をすることができる。

以上、本発明によると、ヒータ等の温度調節器間の熱干渉が熱遮蔽物の熱抵抗により阻害され、温度調節器間の熱影響が少なくなり、個別の温度調節器の独立制御性が向上する。その結果、所望の部分のみの温度コントロールが可能となる。

また、基板の処理面全体に渡って所望の処理を施すことが可能となり、品質の高い基板処理が実現できる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の第一の実施の形態を、基板の一例としてのＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示装置）用のガラス基板Ｇに対して、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理により薄膜を成膜する工程を実施する処理システムに基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる基板ステージを備えた基板処理装置としての処理システム１の概略的な構成を示した平面図である。

図１に示す処理システム１は、いわゆるマルチチャンバー型の処理システムであり、処理システム１の外部に対して基板Ｇを搬入出させる搬入出部２と、基板ＧのＣＶＤ処理を行う処理部３とを備えている。搬入出部２と処理部３との間には、ロードロック装置５が設置されている。

搬入出部２には、複数枚の基板Ｇを収納したカセットＣを載置する載置台１１と、基板Ｇを搬送する第一の搬送装置１２とが設けられている。載置台１１上には、図１において略水平方向のＸ軸方向に沿って、複数のカセットＣが並べられる。

図２に示すように、載置台１１上のカセットＣ内には、略長方形の薄板状の基板Ｇが、略水平な姿勢で複数枚上下に並べて収納されている。

搬送装置１２は、水平方向のＹ軸方向において載置台１１の後方（図１においては右方）に備えられている。また、搬送装置１２は、Ｘ軸方向に沿って延設されたレール１３と、レール１３に沿って水平方向に移動可能な搬送機構１４とを備えている。

搬送機構１４は、一枚の基板Ｇを略水平に保持する搬送アーム１５を備えており、搬送アーム１５は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に屈伸及び略水平面内で旋回可能に構成されている。

即ち、載置台１１上の各カセットＣの正面に設けられた開口１６に搬送アーム１５をアクセスさせて、基板Ｇを一枚ずつ取り出したり収納したりすることができる構成になっている。

また、搬送装置１２を挟んで載置台１１と対向する側（Ｙ軸方向において搬送装置１２の後方）に設けられたロードロック装置５に対して、搬送アーム１５をアクセスさせ、基板Ｇを一枚ずつ搬入及び搬出させることができる。

図２に示すように、ロードロック装置５は、一対のロードロック装置、即ち、第一のロードロック装置２１及び第二のロードロック装置２２によって構成されている。

第一のロードロック装置２１と第二のロードロック装置２２は、上下に積み重ねて備えられており、図示の例では、第一のロードロック装置２１の上に第二のロードロック装置２２が設けられている。

また、Ｙ軸方向においてロードロック装置２１の前側（図２においては左側）には、後述するロードロック装置２１の搬入口６３を開閉するゲートバルブ２５が設けられており、Ｙ軸方向においてロードロック装置２１の後側には、後述するロードロック装置２１の搬出口６４を開閉するゲートバルブ２６が設けられている。

Ｙ軸方向においてロードロック装置２２の後側には、後述するロードロック装置２２の搬入口１０３を開閉するゲートバルブ２７が設けられており、Ｙ軸方向においてロードロック装置２２の前側には、後述するロードロック装置２２の搬出口１０４を開閉するゲートバルブ２８が設けられている。

かかる構成において、各ゲートバルブ２５、２８を閉じることにより、搬入出部２の雰囲気とロードロック装置２１、２２内の雰囲気とをそれぞれ遮断できるようになっている。

また、各ゲートバルブ２６、２７を閉じることにより、処理部３の雰囲気とロードロック装置２１、２２内の雰囲気とをそれぞれ遮断できるようになっている。各ロードロック装置２１、２２の構造については、後に詳細に説明する。

図１に示すように、処理部３には、基板Ｇを収納してＣＶＤ処理を施す複数、例えば５つの基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅ、及び、ロードロック装置５と各基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅとの間で基板Ｇを搬送する第二の搬送装置３１が備えられている。第二の搬送装置３１は、密閉構造のチャンバ３２内に設けられた搬送室３３に格納されている。

チャンバ３２は、Ｙ軸方向においてロードロック装置５の後方に設けられている。また、ロードロック装置５、及び、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅは、チャンバ３２の周囲を囲むように配置されている。

搬送室３３とロードロック装置２１、２２の間には、前述したゲートバルブ２６、２７がそれぞれ設けられており、各ゲートバルブ２６、２７によって搬送室３３内の雰囲気とロードロック装置２１、２２内の雰囲気とをそれぞれ遮断できるようになっている。

搬送室３３と各基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅとの間には、それぞれゲートバルブ３５が設けられており、各ゲートバルブ３５によって基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅの開口を気密に閉塞し、搬送室３３内の雰囲気と各基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅ内の雰囲気とをそれぞれ遮断できるようになっている。

また、図２に示すように、搬送室３３内を強制排気して減圧させるための排気路３６が設けられている。

処理システム１における処理時、処理部３の搬送室３３、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅ内は、搬入出部２よりも減圧雰囲気にされ、例えば真空状態にされる。

第二の搬送装置３１は、例えば多関節の搬送アーム５１を備えている。搬送アーム５１は、一枚又は複数枚の基板Ｇを略水平に保持することができ、Ｚ軸方向に屈伸及び略水平面内で旋回可能に構成されている。

そして、各ロードロック装置２１、２２、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅに、各ゲートバルブ２６、２７、３５を介して搬送アーム５１をアクセスさせて、基板Ｇを一枚ずつ搬入及び搬出させることができるように構成されている。

次に、前述したロードロック装置２１の構成について詳細に説明する。図３に示すように、ロードロック装置２１は、密閉構造のチャンバ６１を備えている。チャンバ６１の内部は、基板Ｇを収納するロードロック室６２となっている。

チャンバ６１の搬入出部２側、即ち、Ｙ軸方向において前側には、ロードロック室６２に基板Ｇを搬入するための搬入口６３が設けられている。搬入口６３には、前述したゲートバルブ２５が設けられており、ゲートバルブ２５によって気密に閉塞可能になっている。

チャンバ６１の処理部３側、即ち、Ｙ軸方向において後側には、ロードロック室６２から基板Ｇを搬出するための搬出口６４が設けられている。搬出口６４には、前述したゲートバルブ２６が設けられており、ゲートバルブ２６によって気密に閉塞可能になっている。

ロードロック室６２内には、基板Ｇを支持する複数の保持部材７０が備えられている。各保持部材７０は略棒状をなし、チャンバ６１の底部から上方に突出するように設けられており、各保持部材７０の上端部に基板Ｇの下面を載せることにより、基板Ｇを略水平に支持するようになっている。

さらに、ロードロック室６２内には、保持部材７０に支持された基板Ｇを加熱することができる基板ステージ７２が備えられている。

図３に示すように、基板ステージ７２は、厚みを有する略長方形板状をなし、チャンバ６１の底面に沿って略水平に備えられており、保持部材７０に支持された基板Ｇの下面（例えばデバイスが形成されない裏面）側に配置される。

前述した保持部材７０は、基板ステージ７２に形成された複数の孔８５内にそれぞれ配置されている。基板ステージ７２は、保持部材７０によって保持された基板Ｇの下面に対して略平行な姿勢で対向する。

なお、基板ステージ７２の上面の面積は、基板Ｇの下面の面積とほぼ同じ、又は、基板Ｇの下面の面積より大きくなっており、基板Ｇの下面全体を覆うようにして加熱することができる。

基板ステージ７２の内部には、温度調節器として、発熱体であるシーズヒータ等のヒータ８６（８６’）が複数内蔵されている。ヒータ８６（８６’）は、チャンバ６１の外部に設けられた交流電源８７に接続されている。即ち、交流電源８７から供給される電力によってヒータ８６（８６’）の抵抗熱が発生し、ヒータ８６（８６’）からの伝熱によって基板ステージ７２が昇温されるようになっている。

図４（ａ）は基板ステージ７２の構造を示す模式図、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ’線切断面を示す図である。複数のヒータ８６（８６’）は、例えば基板ステージ７２の外周部に４個の外周ヒータ８６と、その内側に４個の内周ヒータ８６’が配置されている。

これらの複数のヒータ８６，８６’を分離するように、空隙等の熱遮蔽物としての空間８８を設けることで、温度の独立制御性が向上する。また、この空間８８に、冷却媒体を流し脱熱することで、温度の独立制御性が向上する。冷却媒体としては、水等の液体や窒素ガス等の気体を用いることができる。また、この空間８８に代えて他の熱伝導率の低い熱遮蔽物、例えばセラミックスを内蔵させることで、温度の独立制御性を向上させることができる。

ここで、基板ステージ７２の基材として適している材料は、熱伝導率が高いこと、ヒータの温度分布を改善するために熱拡散率が高いこと、ヒータの温度応答性が良いこと等の条件を備えたものが好ましい。具体的には、アルミ合金が好適に用いられる。

しかし、本発明においては、基板ステージ７２の温度を独立して制御するために、あえて、熱伝導率の低い熱遮蔽物を内蔵させている。

図４（ｃ）は、細部の熱流を説明するために図４（ｂ）の一部を拡大した図である。矢印に示すように、横方向の熱流束を、空間（又は熱遮蔽物）８８が抑えるので、外周ヒータ８６と内周ヒータ８６’との熱影響を低減し、個々のヒータ８６，８６’の温度制御の独立性が向上する。

従来の温度制御においては、ヒータ８６，８６’本体の発熱量を、基板ステージ７２の面内で均一にすると、基板ステージ７２の外周での放熱量が、基板ステージ７２の中央部付近より大きいため、基板ステージ７２の外周での温度が下がってしまう。

そこで、基板ステージ７２の外周での温度を上げるために、外周ヒータ８６の発熱量を上げると、温度の低い外周部分のみならず、温度を上げたくない中央部分の温度も上がってしまう。

これらを解決するために、外周ヒータ８６の発熱量を上げる場合には、外周ヒータ８６と内周ヒータ８６’とを離したり、外周ヒータ８６の発熱量を上げない場合には、基板ステージ７２の外形を大きくしたりすることが考えられる。

しかし、本発明では、空間（又は熱遮蔽物）８８を設けることで、基板ステージ７２の外形を大きくすることなく、また、外周ヒータ８６と内周ヒータ８６’との離間程度を考慮することなく、基板ステージ７２の面内での温度分布の均一化が図れる。

また、本発明では、個々のヒータ８６，８６’を熱干渉なく独立して制御できるので、基板ステージ７２の温度分布の均一化はもとより、基板ステージ７２の温度分布を変えることができる。

図５は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ’線切断面の基板ステージ７２の外周部での温度分布をシミュレーションした図であって、縦軸と横軸は相対値を表す。

図５において、両矢印２００は、基板ステージ７２に設けた空間（又は熱遮蔽物）８８の位置を示す。グラフ２０１は、外周ヒータ８６に投入するパワーを増加して基板ステージ７２の外周温度を上げた場合を示す。

グラフ２０２は、内／外周ヒータ８６’，８６に投入するパワーを制御して温度分布を均一化した場合を示す。グラフ２０３は、内／外周ヒータ８６’，８６に投入するパワーが同じ場合を示す。グラフ２０４は、外周ヒータ８６に投入するパワーを減少して基板ステージ７２の外周温度を下げた場合を示す。

このように、基板ステージ７２の面内での温度分布を自由に変えることができる。また、基板ステージ７２の面内での温度分布を一様にすることもできる。

基板ステージ７２は昇降可能になっている。例えば図３に示すように、チャンバ６１の下方に昇降機構としてのシリンダ９１が設けられており、シリンダ９１に接続されたロット９２が、チャンバ６１の底部を上下に貫通するように設けられている。

基板ステージ７２は、ロット９２の上端部に取り付けられている。そして、シリンダ９１の駆動によって、ロット９２がＺ軸方向に昇降することにより、基板ステージ７２がロット９２と一体的に、各孔８５をそれぞれ保持部材７０に沿って移動させながら昇降するようになっている。

さらに、基板ステージ７２の上面には、加熱時に基板Ｇを支持するための複数の支持部材９３が設けられている。基板ステージ７２を待機位置Ｐ１に下降させたとき、支持部材９３は、保持部材７０の上端部より下方に位置する。そのため、保持部材７０に基板Ｇが保持されていても、支持部材９３は基板Ｇに接触しないようになっている。

このように、基板ステージ７２を昇降させる構成とすれば、基板Ｇを保持部材７０に受け渡す際に基板ステージ７２を待機位置Ｐ１に下降させることで、余裕を持って受け渡しを行うことができ、基板Ｇの加熱時には加熱処理位置Ｐ２に上昇させることで、基板Ｇを効率的に加熱することができる。

また、チャンバ６１には、ロードロック室６２内に、例えばＮ₂（窒素）ガスやＨｅ（ヘリウム）ガス等の不活性ガスを供給するガス供給路９４、及び、ロードロック室６２内を強制排気する排気路９５が接続されている。即ち、ガス供給路９４からのガス供給と排気路９５による強制排気により、ロードロック室６２内の圧力を調節することができる。

次に、前述したロードロック装置２２の構成について詳細に説明する。図３に示すように、ロードロック装置２２は、密閉構造のチャンバ１０１を備えている。図示の例では、チャンバ１０１は下段のロードロック装置２１のチャンバ６１の上面に載せられている。チャンバ１０１の内部は、基板Ｇを収納するロードロック室１０２となっている。

チャンバ１０１の処理部３側、即ち、Ｙ軸方向において後側には、ロードロック室１０２に基板Ｇを搬入するための搬入口１０３が設けられている。搬入口１０３には、前述したゲートバルブ２７が設けられており、ゲートバルブ２７によって気密に閉塞可能になっている。

チャンバ１０１の搬入出部２側、即ち、Ｙ軸方向において前側には、ロードロック室１０２から基板Ｇを搬出するための搬出口１０４が設けられている。搬出口１０４には、前述したゲートバルブ２８が設けられており、ゲートバルブ２８によって気密に閉塞可能になっている。

ロードロック室１０２内には、基板Ｇを保持するための複数の支持部材１１０が備えられている。各支持部材１１０は略棒状をなし、チャンバ１０１の底部から上方に突出するように設けられており、各支持部材１１０の上端部に基板Ｇの下面を載せることにより、基板Ｇを略水平に保持するようになっている。さらに、ロードロック室１０２内には、基板Ｇを冷却する基板ステージ１１２が備えられている。

基板ステージ７２と同様に、基板ステージ１１２は、厚みを有する略長方形板状をなし、チャンバ１０１の底面に沿って略水平に備えられており、支持部材１１０に支持された基板Ｇの下面（例えばデバイスが形成されない裏面）側に配置されている。また、基板ステージ１１２は、チャンバ１０１に対して固定されており、前述した支持部材１１０は、基板ステージ１１２に形成された複数の孔１１３内にそれぞれ配置されている。

基板ステージ１１２は、支持部材１１０によって支持された基板Ｇの下面に対して略平行な姿勢で対向する。基板ステージ１１２の上面の面積は、基板Ｇの下面の面積とほぼ同じ、又は、基板Ｇの下面の面積より大きくなっており、基板Ｇの下面全体を覆うようにして冷却することができる。

基板ステージ１１２の内部には、冷却水を通過させる冷却水送水路１３０が内蔵されている。冷却水送水路１３０は、チャンバ１０１の外部に設けられた図示しない冷却水供給源に接続されている。冷却水は、冷却水供給源から供給され、基板ステージ１１２内の冷却水送水路１３０を循環して、基板ステージ１１２を冷却した後、基板ステージ１１２の外に回収されるようになっている。

特に基板全体の冷却を均一に行う必要がある場合には、温度調節器として複数の冷却水路を基板ステージ１１２内に設けて、各々の冷却水路に流通する冷却水の流量を独立に制御できるようにしてもよい。

例えば、上述した基板ステージ７２の構造と同様に、基板ステージ１１２の外周部に４つの冷却水路と、その内側に４つの冷却水路を設け、これら複数の冷却水路の間を分離するように、空隙等の熱遮蔽物としての空間を設けるように構成することができる。

そして、基板中央部が放熱し難いような場合には、基板中央部に対応する冷却水路に流通する冷却水の量が外周部に対応する冷却水路に流通する冷却水の量よりも多くなるように制御することで、基板全体の温度を均一に低下させることが可能となる。

すなわち、個々の冷却水路における冷却水の流量を独立に制御し、相互の熱干渉がないので、基板中央部に対応する冷却水の流量を増やしたことにより、基板外周部の温度までさらに早く低下することはなく、全体の温度を同じ速度で均一に低下させることができる。

また、チャンバ１０１には、ロードロック室１０２内に、例えばＮ₂（窒素）ガスやＨｅ（ヘリウム）ガス等の不活性ガスを供給するガス供給路１３１、及び、ロードロック室１０２内を強制排気する排気路１３２が接続されている。即ち、ガス供給路１３１からのガス供給と排気路１３２による強制排気により、ロードロック室１０２内の圧力を調節することができる。

図６（ａ）は、本発明に係る基板ステージを用いた基板処理装置であるＣＶＤ装置の概略図である。このＣＶＤ装置は、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅとして、上述した処理部３に配設される。

同図において、上述したロードロック室６２の基板ステージ７２と同様の構造のヒータ内蔵型基板ステージ１４１は、プロセスチャンバ１４０内に配置されている。そして、基板ステージ１４１上に載置された基板Ｇ上に、ガスシャワーユニット１４３からの成膜ガスが、同図中の矢印で示すように、供給されて成膜が施される。なお、プロセスチャンバ１４０とガスシャワーユニット１４３とは、Ｏリング１４４で結合されている。

プロセスチャンバ１４０内は、真空ポンプ１４５によって、同図中の白抜矢印で示すように、ガスを排気して真空を保っている。なお、基板ステージ１４１の周囲に、ガス流の乱れを整えるガス整流板１４６を設ける。

基板ステージ１４１は、モータ１４７で駆動される基板ステージ上下手段１４８によって、上下に移動することができる。また、基板ステージ１４１には、内蔵ヒータに電力を供給する交流電源１４９が接続されている。

また、基板ステージ１４１には、図７に示すように内蔵ヒータへの通電制御に用いられる温度センサ１５０が設けられている。

図７は、温度サンサ１５０のうち基板ステージ１４１の中央部近傍に設けられたものの取付け構造を模式的に示す図であり、同図において温度センサ１５０は、たとえば、石英チューブ内に熱電対を配置した構造となっている。このような温度センサ１５０は、基板ステージ１４１の中心部以外の位置にも、各々熱遮蔽物としての空間１５２で離隔されたヒータ１５１、１５１’に対応させて複数配置されている。

このような構成からなるＣＶＤ装置である基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅにおいては、基板ステージ１４１の中央部に比較して放熱量が多い周辺部での熱量を補うことで所定温度に維持し、成膜厚を均一にすることを目的として、ヒータ１５１、１５１’に対して温度制御が行なわれる。

図８に示すように、ヒータ１５１、１５１’には、図示しない電源からの電路が接続されており、サイリスタ位相制御部１６０によって発熱量を制御されるようになっている。

つまり、サイリスタ位相制御部１６０は、温度センサ１５０からの温度情報に関する入力信号に応じてヒータ１５１、１５１’への通電制御を行なって所定温度に維持するようになっており、外周ヒータ１５１と内周ヒータ１５１’とはそれぞれ個別の電源回路に接続されることで、独自に加熱制御される。

次に、以上のように構成された処理システム１における基板Ｇの処理工程について説明する。

先ず、複数枚の基板Ｇが収納されたキャリアＣが、開口１６を搬送装置１２側に向けた状態で載置台１１上に載置される。そして、搬送装置１２の搬送アーム１５が開口１６に進入させられ、一枚の基板Ｇが取り出される。

基板Ｇを保持した搬送アーム１５は、下段に配置されたロードロック装置２１のゲートバルブ２５の前方に対向する位置に移動させられる。

一方、ロードロック装置２１では、ゲートバルブ２５、２６によって搬入口６３、搬出口６４がそれぞれ閉塞されており、ロードロック室６２が密閉されている。

ロードロック装置２２では、ゲートバルブ２７、２８によって搬入口１０３、搬出口１０４が閉塞されており、ロードロック室１０２が密閉されている。従って、搬入出部２の雰囲気と処理部３の搬送室３３内の雰囲気とは、ロードロック装置２１、２２を介して互いに遮断された状態となっている。搬入出部２は、例えば大気圧となっているのに対して、搬送室３３内は真空引きされている。

ロードロック装置２１においては、先ず、ロードロック装置２１内を所定の圧力、即ち搬入出部２と略同一の略大気圧にした状態で、搬出口６４をゲートバルブ２６によって閉じたまま、ゲートバルブ２５を開放状態にして、搬入口６３を開口させる。

搬入口６３を開口させている間も、搬出口６４をゲートバルブ２６によって閉塞することにより、搬送室３３内の真空状態を維持することができる。また、基板ステージ７２は待機位置Ｐ１に下降させておく。

この状態で基板Ｇを保持した搬送アーム１５を搬入口６３を介してロードロック室６２内に進入させ、搬送アーム１５から保持部材７０上に基板Ｇを受け渡す。

このようにして基板Ｇが搬入口６３を通じて搬入され、搬送アーム１５がロードロック室６２から退出したら、ゲートバルブ２５を閉じ、ロードロック室６２を密閉状態にして、ロードロック室６２内を排気路９５によって強制排気することにより、ロードロック室６２内を所定の圧力、即ち、搬送室３３内と略同圧の真空状態に減圧する。

一方、基板Ｇは基板ステージ７２によって加熱される。先ず、基板ステージ７２が待機位置Ｐ１から上昇させられる。すると、基板ステージ７２が上昇する途中で、基板Ｇは支持部材９３によって保持部材７０から持ち上げられ、支持部材９３によって支持された状態になる。

基板Ｇは、各支持部材９３の上端部に載せられ略水平に支持され、基板ステージ７２と一体的に上昇する。そして、基板ステージ７２が加熱処理位置Ｐ２に配置され、基板Ｇの下面全体に基板ステージ７２の上面が近接させられた状態になる。基板Ｇの下面と基板ステージ７２の上面との間には、略均一な幅の隙間が形成される。

基板ステージ７２の上面は、ヒータ８６（８６’）からの伝熱により均一に昇温され、基板Ｇの下面は、基板ステージ７２の上面からの輻射熱によって均一に加熱される。

このとき、個々のヒータ８６、８６’の全てを同様の出力で加熱したとしても、その配置によっては必ずしも基板ステージ７２の上面全体が均一な温度に制御できるとは限らない。

さらに、基板ステージ７２の上面全体が均一な温度に制御できたとしても、必ずしも基板Ｇの下面全体が均一に加熱されるとは限らず、基板Ｇの端部では中心部に比べて放熱が早く、結果として基板Ｇ端部の温度は低くなってしまうおそれがある。

このような場合、個々のヒータ８６、８６’を熱干渉なく独立して制御できるので、基板ステージ７２の温度分布の均一化はもとより、基板ステージ７２の温度分布を変えることができる。

従って、外周ヒータ８６の出力を内周ヒータ８６’の出力に比べて高くすることにより、結果として基板Ｇ全体を均一に加熱処理するように制御することが可能となる。

また、複数ある外周ヒータ８６も各々独立に制御可能であるため、ロードロック室６２内の様々な条件により基板Ｇの特定の角部だけ他の部分に比べて温度が低くなる傾向がある場合には、その角部近傍に配置された外周ヒータ８６の出力だけ高めに制御することで、基板Ｇ全体を均一に加熱することが可能となる。

このように、基板Ｇを基板ステージ７２で加熱することにより、基板Ｇを均一に加熱することができ、また短時間で効率的に加熱することができる。

基板Ｇの加熱が終了し、ロードロック室６２が略真空状態になったら、搬入口６３をゲートバルブ２５によって閉じたまま、ゲートバルブ２６を開放状態にして、搬出口６４を開口させる。搬出口６４を開口させている間も、搬入口６３をゲートバルブ２５によって閉塞することにより、ロードロック室６２及び搬送室３３内の真空状態を維持することができる。

また、基板ステージ７２は下降させ、待機位置Ｐ１に戻す。すると、基板ステージ７２が下降する途中で、基板Ｇの下面に保持部材７０が当接し、基板Ｇが支持部材９３から保持部材７０に受け渡され、基板Ｇが基板ステージ７２から離隔した状態になる。

この状態で、第二の搬送装置３１の搬送アーム５１を、搬出口６４を介してロードロック室６２内に進入させる。そして、搬送アーム５１によって保持部材７０から基板Ｇを受け取り、基板Ｇを保持した搬送アーム５１をロードロック室６２から退出させる。

こうして、基板Ｇがロードロック室６２から搬出口６４を通じて搬出され、処理部３の搬送室３３に搬入される。搬送室３３に搬入された基板Ｇは、搬送アーム５１によって搬送室３３から基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅのいずれかに搬入され、所定のＣＶＤ処理による成膜が行われる。

基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅにおいては、減圧雰囲気下で基板Ｇが基板ステージ１４１で加熱されるとともに、処理室内に反応ガスが供給される。これにより、基板Ｇの表面上に所定の薄膜が形成される。ここで、搬入された基板Ｇはロードロック室６２において予備加熱されているので、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅにおける基板Ｇの加熱時間を短くすることができ、効率的に処理することができる。

図９（ａ）は、基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅ内に配設された基板ステージ１４１の温度と成膜レートとの関係図である。同図に示すように、成膜レートは温度によってコントロールが可能である。

ここで、成膜プロセス等では、成膜ガスを基板Ｇ上に均等に流したとしても、基板ステージ１４１の外周部分（プロセスチャンバ１４０の側壁に近い部分）の成膜ガス濃度がプロセスチャンバ１４０等に消費されて成膜速度が下がる等、プロセスチャンバ１４０の影響を受けて膜厚分布が薄くなったりすることがある。

図９（ｂ）は、図５に示すグラフ２０３のように、内／外周ヒータに投入するパワーが同じ場合の基板Ｇ上の膜厚分布２１１の例を示す図である。同図において、基板ステージ１４１の温度分布２１２に対応した膜厚分布２１１となる。この膜厚分布２１１は基板Ｇの周辺で膜厚が減少している。

図９（ｃ）は、図５に示すグラフ２０１のように、外周ヒータに投入するパワーを増加して、基板ステージ１４１の外周温度を上げた場合の基板Ｇ上の膜厚分布２１３の例を示す図である。同図において、基板ステージ１４１の温度分布２１４に対応した膜厚分布２１３となる。この膜厚分布２１３は基板Ｇ上で、ほぼ均一となっている。

このような温度制御は、温度センサ１５０からの入力信号に基づいて、サイリスタ位相制御部１６０によって自動的に行われる。

基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅにおいて基板Ｇの処理が終了したら、搬送アーム５１によって基板処理装置３０Ａ〜３０Ｅから基板Ｇを取り出し、搬送室３３に搬出させる。このとき、基板Ｇは高温状態となっている。

一方、ロードロック装置２２は、閉塞状態のゲートバルブ２７、２８によって、搬入口１０３、搬出口１０４をそれぞれ気密に封じ、ロードロック室１０２を密閉した状態にしておく。また、排気路１３２の強制排気によって、ロードロック室１０２内を所定の圧力、即ち搬送室３３と略同一の真空状態に減圧しておく。

この状態で、搬出口１０４をゲートバルブ２８によって閉じたまま、ゲートバルブ２７を開放状態にして、搬入口１０３を開口させる。搬入口１０３を開口させている間も、搬出口１０４をゲートバルブ２８によって閉塞することにより、ロードロック室１０２及び搬送室３３内の真空状態を維持することができる。

そして、基板Ｇを保持した搬送アーム５１を、搬入口１０３を介してロードロック室１０２内に進入させ、基板Ｇを搬送アーム５１から支持部材１１０上に受け渡す。

基板Ｇが搬入口１０３通じて搬入され、搬送アーム５１がロードロック室１０２から退出したら、ゲートバルブ２７を閉じ、ロードロック室１０２を密閉状態にする。そして、ロードロック室１０２内にガス供給路１３１から不活性ガスを供給して、ロードロック装置２１内が所定の圧力、即ち搬入出部２と略同一の略大気圧になるまで加圧する。

一方、基板Ｇは基板ステージ１１２によって冷却される。冷却時は、基板Ｇの下面全体に基板ステージ１１２の上面を近接させた状態にする。基板ステージ１１２と基板Ｇとの間には、略均一な幅の隙間が形成される。

基板ステージ１１２の上面は、冷却水送水路１３０を通過する冷却水の冷熱により均一に冷却され、基板Ｇの下面は、基板ステージ１１２の上面の冷熱によって均一に冷却される。このように、基板Ｇを基板ステージ１１２によって冷却することにより、基板Ｇを均一に冷却することができる。

基板Ｇの冷却が終了し、ロードロック室１０２が略大気圧状態になったら、搬入口１０３をゲートバルブ２７によって閉じたまま、ゲートバルブ２８を開放状態にして、搬出口１０４を開口させる。搬出口１０４を開口させている間も、搬入口１０３をゲートバルブ２７によって閉塞することにより、搬送室３３内の真空状態を維持することができる。

そして、搬送装置１２の搬送アーム１５を、搬出口１０４を介してロードロック室１０２内に進入させ、搬送アーム１５によって支持部材１１０から基板Ｇを受け取り、基板Ｇを保持した搬送アーム１５をロードロック室１０２から退出させる。

こうして、基板Ｇは、搬送アーム１５によってロードロック室１０２から搬出口１０４を通じて搬入出部２に搬出され、載置台１１上のキャリアＣに戻される。以上のようにして、処理システム１における一連の処理工程が終了する。

本発明の基板処理装置は、マルチチャンバー型のものには限定されない。また、以上の実施形態では、処理部３においてＣＶＤ処理を行う処理システム１について説明したが、処理部で行われる処理は他の処理であっても良い。

本発明は、基板の温度調節を伴うその他の処理、例えばエッチング処理、アッシング処理、フォトレジストのベーク処理、現像後の乾燥処理等を処理部において行う基板処理装置に適用することもできる。

また、以上の実施形態では、ＬＣＤ用基板Ｇを処理する場合について説明したが、基板は他のもの、例えば半導体ウエハ等であっても良い。

本発明は、例えば基板の温度調節を行う基板ステージ、およびこの基板ステージを用いたＣＶＤ処理等を行う基板処理装置、該基板処理装置における処理方法に適用できる。

処理システムの構成を説明する概略平面図である。 処理システムの構成を説明する概略側面図である。 ロードロック装置の概略縦断面図である。 基板ステージの構成を示す平面図及び断面図である。 基板ステージの外周部での温度分布をシミュレーションした図である。 基板処理装置（ＣＶＤ装置）の構成を説明する概略縦断面図である。 温度センサの配置を示す模式的な縦断面図である。 外周ヒータ及び内周ヒータの制御系を示すブロック図である。 基板ステージの外周部における温度と成膜レートとの関係を示す図である。

符号の説明

Ｇ…基板、１…処理システム、２…搬入出部、３…処理部、５…ロードロック装置、２１…第一のロードロック装置、２２…第二のロードロック装置、３０Ａ〜３０Ｅ…基板処理装置（ＣＶＤ装置）、３１…搬送装置、６２…ロードロック室、６３…搬入口、６４…搬出口、７２…基板ステージ、１０２…ロードロック室、１０３…搬入口、１０４…搬出口、１１２…基板ステージ、１４０…プロセスチャンバ、１４１…基板ステージ、１５０…温度センサ、１６０…サイリスタ位相制御部。

Claims (9)

1. 各々独立に出力を制御可能な複数の温度調節器を内蔵した基板ステージにおいて、隣接した温度調節器の間に基板ステージ基材よりも熱伝導率の低い熱遮蔽物を設けたことを特徴とする基板ステージ。
2. 前記熱遮蔽物は空間であることを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
3. 前記温度調節器は発熱体であり、前記空間に冷却媒体を流すことを特徴とする請求項２に記載の基板ステージ。
4. 前記熱遮蔽物はセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
5. 前記複数の温度調節器の各々の近傍に温度検出器を内蔵し、該温度検出器で検出した温度と設定温度との差に基づいて温度調節器の出力を調節することを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
6. 前記基板ステージは基板処理室内に配置され、基板ステージに載置された基板を温度調節しながら処理することを特徴とする請求項１に記載の基板ステージを用いた基板処理装置。
7. 前記処理は、基板の表面に薄膜を形成する成膜処理であることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 基板処理室内に配置された前記基板ステージに載置された基板を温度調節しながら処理することを特徴とする請求項１に記載の基板ステージを用いた基板処理方法。
9. 前記処理は、基板の表面に薄膜を形成する成膜処理であることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
   

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