JP2008277608A

JP2008277608A - チャック装置

Info

Publication number: JP2008277608A
Application number: JP2007120709A
Authority: JP
Inventors: Norikatsu Haruyama; 教克春山; Tsutomu Aihara; 強相原
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2007-05-01
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】挟持すべき基板等の厚さに依存せず、略一定の締付力で基板等を挟持できるようにした簡単な構造のチャック装置を提供する。
【解決手段】被処理物Ｔが設置される設置面２ａから突設され、この設置面との間で被処理物に締付力を付与して被処理物を挟持するチャック手段１３と、この被処理物の挟持位置及び被処理物から離間した解放位置の間でこのチャック手段を駆動するエアーシリンダ１４と、エアーシリンダ内を摺動するピストンに作用する空気圧を切り換える切換手段１６とを備える。チャック手段の挟持位置でピストンに作用する空気圧を独立して変更する空気圧変更手段２０を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として真空中で半導体基板の表面に成膜等の所定の処理を施す真空処理装置において、基板や複数枚の基板がセットされた搬送トレー等を挟持するために使用されるチャック装置に関する。

従来、真空排気される処理室内に設置した基板ステージ上に処理すべき基板（被処理物）を載置し、スパッタリング法やＣＶＤ法で基板表面に所定の薄膜を形成する処理装置が知られている。このような処理に際しては、生産性を高めるべく複数枚の基板を処理室に同時搬送して処理を施し、または、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる基板に対し同一の処理を施すために基板を保持できる搬送トレーを用いることがある。

ところで、上記処理装置においては、基板温度が処理速度などに大きな影響を与えることから、基板をその全面に亘って略均一な温度に制御することが必要になる。そこで、基板ステージに加熱手段を組み込むと共に、基板ステージ上で基板や搬送トレー（以下、「基板等」という）裏面との間に所定の空間を画成し、この空間にヘリウムガスなどの冷却ガスを循環させ、基板の加熱と冷却による基板の温度制御ができるように構成したものが特許文献１で知られている。

ここで、冷却ガスを循環させて基板等を冷却する場合、冷却ガスの漏洩対策として基板ステージにチャック装置が設けられる。真空中で基板等を保持するチャック装置として、静電気力を用いた静電チャック装置が知られているが、基板表面に導電性の薄膜を形成するような処理には利用できない。このような場合には、アクチュエータを用いた所謂機械式のチャック装置が用いられる。

従来、この種のチャック装置としては、基板等が載置される基板ステージの載置（設置）面から突設され、この載置面との間で基板等の外周縁部に締付力を付与して基板等を挟持するチャック手段と、基板等の挟持位置と基板等から離間した解放位置との間でこのチャック手段を駆動（往復動）するエアーシリンダと、エアーシリンダ内を摺動するピストンに作用する空気圧を切り換えるソレノイドバルブ（切換手段）とを備えたものが一般に用いられる。

上記のものでは、チャック手段により付与される基板等への締付力は、レギュレーターにより所定の圧力に調節され、ソレノイドバルブを経てピストンに作用する空気圧に依存している。この空気圧は、チャック手段の円滑な往復動が可能となる範囲内で設定されるが、この空気圧が高いと、基板等への締付力が強くなり過ぎる。このため、コイルバネを設け、チャック手段を挟持位置に移動させたときコイルバネの付勢力を作用させることで、締付力を調節している。
特開平５−１３３５０号公報号公報

しかしながら、上記のものでは、コイルバネの付勢力により締付力を調節しているため、コイルバネの縮み代の範囲内において基板等を挟持する必要があり、必然的に挟持できる基板等の厚さが定まるという不具合がある。また、チャック装置自体や基板ステージ等にコイルバネを設けるためのバネ室やバネ座を形成する必要があり、構成が複雑になり、しかも、バネ室やバネ座を形成すると、ピストンに連結されたピストンロッドの径も制約を受け、耐久性に劣るという不具合がある。

本発明の課題は、上記点に鑑み、挟持すべき基板等の厚さに依存せず、略一定の締付力で基板等を挟持できるようにした簡単な構造のチャック装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のチャック装置は、被処理物が設置される設置面から突設され、この設置面との間で被処理物に締付力を付与して被処理物を挟持するチャック手段と、この被処理物の挟持位置及び被処理物から離間した解放位置の間でこのチャック手段を駆動するエアーシリンダと、エアーシリンダ内を摺動するピストンに作用する空気圧を切り換える切換手段とを備え、前記チャック手段の挟持位置でピストンに作用する空気圧を独立して変更する空気圧変更手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、エアーシリンダ内を摺動するピストンに空気圧を作用させて、被処理物の挟持位置と解放位置との間でチャック手段を駆動（往復動）する。ここで、切換手段に供給される一次空気圧は、チャック手段を解放位置に円滑に移動できるような範囲の圧力に設定されるが、この一次空気圧の範囲内で、空気圧変更手段によりチャック手段の挟持位置でピストンに作用する二次空気圧を任意に設定できるため、この二次空気圧を変化させれば、被処理物の締付力が調整できる。その結果、被処理物の厚さに応じて最適な締付力により被処理物を挟持できる。

また、上記のような構成を採用することで、チャック装置自体や設置面をなす基板ステージ等にコイルバネを設けるためのバネ室やバネ座を形成する必要がないため、その構成を極めて簡単にできるだけでなく、ピストンロッドの径を選択する自由度が高くなり、耐久性を高めることができる。

このように、本発明によれば、被処理物の厚さに応じて最適な締付力により被処理物を保持できるため、例えば、基板ステージ上で被処理物の裏面との間に所定の空間を画成し、この空間にヘリウムガスなどの冷却ガスを循環させる場合に、挟持される被処理物の厚さが異なってもガス漏れを生じることはない。

また、本発明においては、前記空気圧変更手段は、エアーシリンダと切換手段との間の空気供給管に介設したレギュレーターであることが好ましい。これによれば、本発明のチャック装置を、真空を利用した処理装置に利用する場合に、上記レギュレーターを処理装置の処理室外側（大気中）に設置しておけば、この処理室を大気開放することなく、簡単な操作で被処理物の厚さに応じて最適な締付力に変更できる。

さらに、本発明においては、前記レギュレーターの上流側と下流側とをバイパスするバイパス管を設け、このバイパス管に逆止弁を設けておけば、ピストンに空気圧を作用させて挟持位置から開放位置に移動させるとき、ピストンに作用している空気圧を解放できる。

図１は、本実施形態のチャック装置を具備する処理装置を示している。この処理装置は、処理室１ａを画成する真空チャンバ１と、処理室１ａ内に設置した基板ステージ２とを備えている。基板ステージ２上面の載置面（設置面）２ａには、複数枚のシリコンウエハやガラス等の基板Ｗがセットされた搬送トレーＴが載置され、シリコンウエハやガラス等の基板Ｗの表面にＣＶＤ法により薄膜を形成する成膜処理を行う。

処理室１ａは、真空チャンバ１の底部に接続した真空排気手段３により真空排気される。また、処理室１ａの天井部には、原料ガスと反応ガスとから成る処理ガスを処理室１ａに供給するガス供給手段４が設けられている。ガス供給手段４は、供給管５ａを介して処理ガスが供給されるガス拡散室５と、ガス拡散室５の下面のシャワープレート６とで構成される。そして、シャワープレート６に形成した多数の孔６ａから基板Ｗに向けて処理ガスが噴出される。

基板ステージ２は、処理室１ａの底部に立設した中空の支柱７により支持されている。基板ステージ２の下方には、シリンダ８で昇降される昇降プレート９が設けられている。昇降プレート９には、基板ステージ２を上下方向に貫通する複数のリフトピン１０が立設されている。また、真空チャンバ１の周壁部にはゲートバルブ付きの搬送口１ｂが設けられ、この搬送口１ｂを通して図外の搬送手段が処理室１状態で搬送トレーＴを搬送手段に受け渡して処理室１ａから搬出し、また、処理室１ａ内に進退する。

そして、処理済の基板Ｗをセットした搬送トレーＴを昇降プレート９の上昇でリフトピン１０により基板ステージ２から押上げ、このたな基板Ｗがセットされた搬送トレーＴを搬送手段により処理室１ａに搬入してリフトピン１０に受け渡し、昇降プレート９の下降で基板ステージ２の載置面２ａに搬送トレーＴを載置するようにしている。

基板ステージ２の載置面２ａには、搬送トレー裏面の面積より小さい面積を有する凹状のくぼみ部２ｂが形成され、載置面２ａに搬送トレーＴを設置したときに密閉空間が画成されるようになっている。この空間２ｂには、ガス循環手段１１を介してヘリウムガス等の冷却ガスが循環できるようになっている。また、図示しないが、基板ステージ２には加熱手段が組み込まれ、搬送トレーＴの加熱と冷却による基板Ｗの温度制御ができるようになっている。さらに、基板ステージ２には、冷却ガスが漏れることを阻止するために、基板ステージ２の載置面２ａとの間で搬送トレーＴを挟持するチャック装置１２が設けられている。以下、これについて図２を参照して詳述する。

チャック装置１２は、載置面２ａから突設されたチャック手段１３と、搬送トレーＴの挟持位置及び搬送トレーＴから上方に離間した解放位置の間でこのチャック手段１３を駆動するエアーシリンダ１４とを具備する。チャック手段１３は、搬送トレーＴ上面の外周縁部に当接して締付力を付与する環状の挟持部材１３ａと、この挟持部材１３ａに一端が連結され、基板ステージ２の載置面２ａより下方にオフセットした肩部２ｃでその上下方向に貫通するように立設された複数本のピストンロッド１３ｂとで構成される。ピストンロッド１３ｂの他端は、基板ステージ２の下方（図１の下側）に配置されたエアーシリンダ１４内を摺動するピストン１４ａに連結されている。

ピストン１４ａによって仕切られたエアーシリンダ１４の各室１４１、１４２には、空気圧を作用させてピストン１４ａを上下方向のいずれか一方に摺動するために空気供給管１５ａ、１５ｂがそれぞれ接続されており、各空気供給管１５ａ、１５ｂの他端は、空気通路の切換えが可能なソレノイドバルブ１４に接続されている。公知の構造を有するソレノイドバルブ１６には、第１のレギュレーター１７を介して図示しないコンプレッサーに連通する供給管１８ａと、排気管１８ｂとが接続されている。また、空気供給管１５ａ、１５ｂには、その管径を変更して内部を流れる圧縮空気の流量を調節するスピードコントローラ１９ａ、１９ｂがそれぞれ介設されている。

そして、ソレノイドバルブ１６の空気通路を切換えて、各室１４１、１４２のうちいずれか一方に第１のレギュレーター１７で圧力調節された圧縮空気を供給してピストン１２ｄにその空気圧を作用させると共に、他方から圧縮空気を排出することで、ピストン１４ａがエアーシリンダ１２ｃ内の上下方向のいずれか一方に摺動し、これに伴って、チャック手段１３がその挟持位置及び解放位置の間で上下動する。

また、本実施の形態では、チャック手段１３を挟持位置に移動させる場合に、圧縮空気が供給される室１４１に通じる空気供給管１５ａには、真空チャンバ１の外側に位置して第２のレギュレーター２０が介設され、第２のレギュレーター２０によりその空気圧が独立して調節できるようになっている。それに加えて、第２のレギュレーター２０の上流側と下流側とをバイパスするバイパス管２１ａが設けられ、バイパス管２１ａには逆止弁２１が介入され、ピストン１４ａに作用している空気圧を解放できるようになっている。

本実施の形態のチャック装置１２では、ソレノイドバルブ１６に供給される一次空気圧が、第１のレギュレーター１７によりチャック手段１３を解放位置に円滑に移動できる範囲内で設定されているが、この一次空気圧の範囲内で、第２のレギュレーター２０により室１４１に作用する二次空気圧を任意に設定できる。このため、二次空気圧を変化させれば、搬送トレーＴの締付力が調整できる。その結果、厚さが異なる搬送トレーＴを用いる場合に、その厚さに応じて最適な締付力により被処理物を挟持できる。この場合、第２のレギュレーター２０を真空チャンバ１外側（大気中）に設置したため、処理室１ａを大気開放する必要はない。

また、本実施の形態のような構成を採用することで、基板ステージ２の肩部２ｃに、挟持部材１３ａ締付力を調節するコイルバネを設ける必要がないため、肩部２ｃに形成した上下方向の貫通孔の内径の範囲内で、それを貫通するピストンロッド１３ｂの径を自由に設定でき、その貫通孔にコイルバネを収容するバネ室を設ける場合と比較してその径を大きくして耐久性を向上できる。

このように、本実施形態のチャック装置１２によれば、搬送トレーＴの厚さに応じて最適な締付力により保持できるため、載置面２ａに厚さの異なる搬送トレーＴを順次搬送して成膜処理をする場合に、上記空間２ｂにヘリウムガスなどの冷却ガスを循環させても、ガス漏れを生じることはない。

尚、本実施の形態では、ＣＶＤ法により成膜処理に利用するものを例として説明したが、これに限定されるものではなく、エッチング、スパッタリング等の他の処理装置だけでなく、被処理物をこの被処理物の設置面との間で挟持するものであれば、本発明のチャック装置が適用できる。

本発明の実施形態のチャック装置を具備する処理装置の模式的断面図。図１のチャック装置の部分の拡大断面図。

符号の説明

１真空チャンバ
１ａ処理室、
２基板ステージ、
２ａ載置面、
１２チャック装置
１３チャック手段
１４エアーシリンダ
１４ａピストン
１５ａ、１５ｂ空気供給管
１６ソレノイドバルブ（切換手段）
１７、２０レギュレーター（圧力変更手段）
２１逆止弁
２１ａバイパス管
Ｔ搬送トレー
Ｗ基板

Claims

被処理物が設置される設置面から突設され、この設置面との間で被処理物に締付力を付与して被処理物を挟持するチャック手段と、この被処理物の挟持位置及び被処理物から離間した解放位置の間でこのチャック手段を駆動するエアーシリンダと、エアーシリンダ内を摺動するピストンに作用する空気圧を切り換える切換手段とを備え、前記チャック手段の挟持位置でピストンに作用する空気圧を独立して変更する空気圧変更手段を設けたことを特徴とするチャック装置。
前記空気圧変更手段は、エアーシリンダと切換手段との間の空気供給管に介設したレギュレーターであることを特徴とするチャック装置。
前記レギュレーターの上流側と下流側とをバイパスするバイパス管を設け、このバイパス管に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２記載のチャック装置。