JP4540953B2 - 基板加熱装置及びマルチチャンバー基板処理装置 - Google Patents

基板加熱装置及びマルチチャンバー基板処理装置 Download PDF

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Description

本願の発明は、基板を真空中で加熱する基板加熱装置に関するものである。
メモリ素子、プロセッサ等の半導体部品、各種回路素子、センサヘッド等の電子部品は、多くの場合、製品の基になる板状の部材(以下、基板と呼ぶ)に対する多くの表面処理を経て製造される。表面処理の中には、表面酸化等の改質処理や、薄膜作成、エッチング等の回路パターン形成に関する処理の他、各種目的のために基板を加熱する加熱処理がある。この加熱処理は、例えば、薄膜作成に先立って基板を加熱して吸蔵ガスを放出させる予備加熱処理、薄膜作成後やイオン注入後に行われるアニール処理、レジスト塗布後の露光前又は露光後に行われるベーク処理等である。
このような加熱処理に用いられる基板加熱装置は、多くの場合、基板を真空中で加熱するよう構成される。この理由は、大気中で加熱すると、大気中の水、酸素その他の異物が加熱中に基板に取り込まれ、基板の表面を不必要に酸化したり、汚損したりする可能性が高いからである。真空中での加熱の場合、排気系を備えた気密な容器(真空チャンバー)内に基板を配置して加熱する。
このような従来の基板加熱装置について、図6及び図7を使用して説明する。図6は、従来の基板加熱装置の一例を示した正面断面概略図である。図7は、従来の基板加熱装置の別の例を示した正面断面概略図である。図6に示す装置は、クラスターツールタイプの装置である。クラスターツールタイプとは、搬送ロボット811を内部に配置した搬送チャンバー81が中央にあり、その周りに処理チャンバーやロードロックチャンバー83を備えた装置の総称である。ロードロックチャンバー83は、基板Sbを大気側から処理チャンバー82内に導入する際に基板Sbが一時的に収容されるチャンバーである。処理チャンバー82から大気側に戻す際に基板Sbが一時的に収容されるチャンバーは、アンロードロックチャンバーと呼ばれる。ロードロックチャンバー83がアンロードロックチャンバーに兼用されることもある。
図6に示す装置では、処理チャンバーの一つ82が加熱処理を行うチャンバー(加熱チャンバー)となっている。加熱チャンバー82内には、加熱ステージ821が設けられている。加熱ステージ821は、加熱チャンバー82外に設けられた昇降機構822により昇降可能となっている。また、加熱ステージ821には上下に貫通孔が設けられており、貫通孔を通して受け渡しピン823が設けられている。貫通孔は三つ程度均等間隔で設けられており、受け渡しピン823もそれぞれの貫通孔に設けられている。
図6に示す装置では、加熱ステージ821内に、ヒータ824が設けられている。不図示のオートローダによりロードロックチャンバー83内に収容された基板Sbは、搬送チャンバー81内の搬送ロボット811により搬送され、加熱チャンバー82内に収容される。加熱ステージ821は下方のスタンバイ位置にあり、この状態では受け渡しピン823は加熱ステージ821の上面から突出している。
搬送ロボット811により基板Sbは受け渡しピン823の上に載置され、その後、昇降機構822により加熱ステージ821が上昇する。これにより、加熱ステージ821上に基板Sbが載り、基板Sbが加熱される。所定時間の加熱後、加熱ステージ821が下降し、基板Sbは再び受け渡しピン823の上に載置される。その後、搬送ロボット811により基板Sbは加熱チャンバー82から取り出され、ロードロックチャンバー83に収容される。その後、不図示のオートローダにより大気側に搬出される。
一方、図7に示す装置は、ロードロックチャンバー83に基板Sbを加熱するための部材を設けている。ロードロックチャンバー83の上壁部には開口が設けられており、この開口を気密に塞ぐ透過窓831が設けられている。透過窓831の外側には加熱ランプ832が設けられている。加熱ランプ832からの輻射線は透過窓831を透過して内部の基板Sbに達し、これにより基板Sbが加熱されるようになっている。その後、基板Sbは、処理チャンバー84で処理される。
上述した基板加熱装置において、基板を加熱するには、高温の部材を基板に接触させて伝導伝達により基板を加熱するのが効果的である。図6に示す装置はこのタイプのものである。しかしながら、この場合、高温の部材が大気に触れると、表面が酸化したり、大気中の塵や埃が表面に焼き付くようにして取り込まれたりする結果、基板を汚損する微粒子(以下、パーティクルと総称する)を発生させる原因となることがある。
このため、加熱のための高温部材は、真空雰囲気中に常時配置しておくことが好ましい。図6に示す装置では、専用の加熱チャンバー82を設け、搬送チャンバー81を介してロードロックチャンバー83を気密に接続している。ロードロックチャンバー83では、基板Sbの出し入れに伴い大気圧と真空圧力とが交互に繰り返されるものの、加熱チャンバー82では、ロードロックチャンバー83が大気圧状態の際には出し入れバルブ825が閉じられて隔絶されるので、常時真空圧力となる。
このような構成により、図6の装置では、高温となる加熱ステージ821を常時真空圧力下に置いている。しかしながら、図6のような装置では、チャンバー数が多くなり易く、装置が大がかりになり易い。このため、装置コストが上昇したり、大きな専有面積が必要になったりする問題がある。また、基板Sbの搬送に時間を要するため、処理効率を高くできず、生産性の点でも問題がある。
一方、図7に示す装置では、輻射加熱方式を採用し、ロードロックチャンバー83外に加熱ランプ832が配置されているため、上記のような高温の部材の表面酸化等による基板の汚損の問題はない。しかしながら、輻射加熱の場合、基板の表面上での輻射線の密度分布(照度分布)を十分に均一にすることが困難であるため、基板を十分に均一に加熱することが困難であるという問題がある。また、ディプスレイ(液晶ディプスレイ、プラズマディプスレイ等)製造用のガラス基板の場合、輻射線の透過率が高い(吸収率が低い)ので、効率良く加熱を行えないという問題もある。
さらには、輻射加熱の場合、基板の表面や裏面の状態に依存する問題もある。例えば、基板の表面に輻射線の反射率の高い薄膜が作成されている場合には加熱効率が大きく低下してしまう。また、基板の表面や裏面の状態(例えばエッチングにより凹凸が形成されているか、鏡面加工されているか等)によっても輻射線の吸収量が変わってきてしまう。このようなことから、輻射加熱方式では、基板の材質や表面・裏面の状態に依存せずに高い再現性で安定して基板を加熱することが難しい。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、基板の汚損が少なく且つチャンバーを多く設けることが不要で、かつ、基板の材質や表面状態に依存しない加熱を行う基板加熱装置を提供する技術的意義を有するものである。
上記課題を解決するため、本願の請求項1記載の発明は、排気系を有する真空チャンバーと、真空チャンバー内に設けられた加熱体とを備え、加熱体に基板を接触させて基板を加熱する基板加熱装置であって、真空チャンバー内は、常時真空に保たれる第一のエリアと、基板の出し入れの際に大気圧となり、基板の加熱の際には真空圧力となる第二のエリアとに、水平に延びた隔壁によって区画されており、隔壁には、基板又は加熱体が重力方向に通過できる開口と、この開口を開閉する隔壁バルブとが設けられており、真空チャンバーは、基板を水平方向に第二のエリアに搬入し第二のエリアから取り出すための出し入れ口と、出し入れ口を開閉する出し入れバルブとを備えており、加熱体は、第一のエリアにスタンバイ状態では配置されており、排気系は、第一のエリアを常時真空に排気するとともに、基板が搬入されて出し入れバルブが閉じられた後に第二のエリアを真空に排気するものであり、基板が搬入された後、排気系が第二のエリアを真空に排気する際、基板を第二のエリアで係留する係留具が設けられており、隔壁バルブは、第二のエリアが真空に排気された後に開かれるものであって、隔壁バルブが開かれた後、基板が加熱体に接触するよう隔壁バルブを通して加熱体を移動させて基板を加熱体に接触させる移動機構が設けられていることを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、前記請求項1の構成において、前記係留具には、表面に水分が付着するのを防止するよう加熱するヒータが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、請求項記載の発明は、前記請求項1の構成において、基板が前記加熱体に接触した際に基板を覆うカバーが設けられており、カバー内にガスを導入して圧力を上昇させる昇圧用ガス導入系が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、請求項記載の発明は、前記請求項の構成において、前記カバーの内面は、輻射線を反射する反射面となっ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、請求項記載の発明は、前記請求項3又は4の構成において、真空チャンバー内を前記第一第二のエリアとは別に第三のエリアを形成するよう区画する別の隔壁と、この別の隔壁に設けられた開口を開閉する別の隔壁バルブとが設けられており、前記カバーはスタンバイ状態では第三のエリアに配置されており、第三のエリアも常時真空に排気されるものであり、別の隔壁バルブを通して前記カバーを移動させるか又は基板及び前記加熱体を移動させるかして前記カバーが基板を覆った状態とする移動機構が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、請求項記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記排気系は二つ設けられており、そのうちの第一の排気系は第一のエリアを排気するものであって、第二の排気系は第二のエリアを排気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、請求項記載の発明は、前記請求項の構成において、前記排気系は二つ設けられており、そのうちの第一の排気系は第一のエリア及び第三のエリアを排気するものであって、第二の排気系は第二のエリアを排気するものであるという構成を有する
本願の請求項1記載の発明によれば、加熱体が常時真空雰囲気中に配置されるので、酸化や異物の付着が防止されている。このため、加熱体がパーティクルの放出源となることがなくなり、基板の汚損を防止しつつ加熱が行える。このような効果は、大気側から基板を直接搬入する場合でも同様に得られる。このため、ロードロックチャンバーを経由して基板を搬入する必要がなく、チャンバー数の低減により、装置の専有面積の減少、装置コストの低減、搬送時間の低減による生産性の向上等の効果が期待できる。さらに、加熱体を基板に接触させた伝導伝達による加熱であるので、基板の材質や表面状態に依存せずに加熱を行うことができ、汎用性が高い。
また、請求項2記載の発明によれば、上記効果に加え、係留具には、表面に水分が付着するのを防止するよう加熱するヒータが設けられているので、係留具の表面酸化によりパーティクルが放出されることがなく、基板の汚損を防止しつつ加熱を行うことができる。
また、請求項記載の発明によれば、上記効果に加え、基板が前記加熱体に接触した際に基板を覆うカバーが設けられているとともに、カバー内にガスを導入して圧力を上昇させる昇圧用ガス導入系が設けられているので、ガス分子を介した熱の伝達も利用して加熱が行われ、加熱の効率が高い。
また、請求項記載の発明によれば、上記効果に加え、カバーの内面は、輻射線を反射する反射面となっているので、基板や加熱体から放出される輻射線がカバーの内面に反射して基板に達する。このため、基板を加熱する効率が高い。
また、請求項記載の発明によれば、上記効果に加え、常時真空に排気される第三のエリア内にカバーが配置されるので、カバーを介した基板の汚損が防止される。
また、請求項記載の発明によれば、上記効果に加え、第一のエリアと第二のエリアとが別々の排気系で排気されるので、それぞれの排気の目的に従って排気系を最適化することができる。
また、請求項記載の発明によれば、上記効果に加え、第一のエリアと第三のエリアが一つの排気系によって排気されるので、排気のための構造がシンプルになり、装置コストが低減される。
また、上記発明をマルチチャンバー基板処理装置のロードロックチャンバーに適用することで、上記いずれかの効果が得られるとともに、基板がロードロックチャンバー内で加熱されるので、専用の加熱チャンバーを別途設ける必要がなく、チャンバー数の低減による専有面積の減少や装置コストの低減等の効果が期待できる。また、専用の加熱チャンバーのスペースに別の処理チャンバーを設けることもできるため、複雑で工程の多いプロセスの場合に特に有利となる。
以下、本願発明を実施するための最良の形態(以下、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基板加熱装置の正面断面概略図である。図1に示す装置は、排気系を備えた真空チャンバー1と、真空チャンバー1内に設けられた加熱体2とを備えている。
真空チャンバー1内には二つの隔壁31,32が設けられており、真空チャンバー1内が三つの空間101,102,103に隔絶されている。二つの隔壁31,32は、上下に並んで水平に延びるものである。以下、上側に位置する隔壁31を上側隔壁と呼び、下側に位置する隔壁32を下側隔壁と呼ぶ。また、上側隔壁31と下側隔壁32で挟まれた中央部の空間102をセンターエリアと呼び、上側隔壁31の上側の空間103を上部エリアと呼ぶ。さらに、下側隔壁32の下側の空間101を下部エリアと呼ぶ。
加熱体2は、スタンバイ状態では下部エリア101に位置するよう設けられている。加熱体2は、台状であり、上面に基板Sbを載置させて加熱するようになっている。加熱体2は、比較的厚い板状の本体ベース21と、本体ベース21の上面に固定された受け具22とから構成されている。受け具22の上面に基板Sbは載置される。受け具22は、本体ベース21よりも小さい。本体ベース21内には、抵抗発熱方式のヒータ23が設けられている。
加熱体2は、真空チャンバー1外に設けられた加熱体移動機構21によって昇降可能となっている。加熱体2は、支柱22によって支持されている。真空チャンバー1の底壁部には、支柱22を挿通させた開口が設けられている。支柱25の下端は、真空チャンバー1の下方に位置し、この下端にはブラケット23が設けられている。
加熱体移動機構21は、ブラケット23に固定された被駆動ネジ211と、被駆動ネジ211が噛み合っている駆動ネジ212と、駆動ネジ212を回転させるモータ213等から構成されている。被駆動ネジ211及び駆動ネジ212は、いわゆるボールネジ(精密ネジ)の機構である。駆動ネジ213は、長尺なものであり、垂直な姿勢で固定具214により真空チャンバー1の底壁部に固定されている。駆動ネジ212は、垂直な軸の周りに回転可能であるが、上下動はしないようになっている。モータ213はサーボモータであり、モータ213が駆動ネジ212を回転させることで、被駆動ネジ211が上下動し、ブラケット23、支柱22、加熱体2が一体に昇降するようになっている。
尚、支柱22が挿通された開口の縁から下方に延びるようにしてベローズ24が設けられている。ベローズ24の下端はブラケット23に固定されている。ベローズ24は、支柱22が挿通された開口からの真空リークを防止している。
また、加熱体2には、載置された基板Sbとの隙間にガスを導入して熱交換効率を高める熱交換用ガス導入系4が設けられている。互いに接触する基板Sbの裏面及び受け具22の上面は、完全な平坦面ではなく、微小な凹凸が形成されている。従って、接触している部分には、ミクロ的には凹凸により微小な空間が多数形成されている。この空間が低い圧力の真空状態であると熱交換効率が悪いので、熱交換用ガスを導入して熱交換効率を高めるようにしている。熱交換用ガスとしては、ヘリウムのような熱伝導率の高いガスが使用される。
受け具22の上面には、基板Sbより少し小さな平面形状の凹部221が設けられている。凹部221は、載置された基板Sbによって塞がれる。熱交換用ガスは、この凹部221内に導入されるようになっている。支柱22及びブラケット23には、上下方向に貫通して延びる熱交換用ガス導入路41が設けられている。この熱交換用ガス導入路41は、加熱体2内の熱交換用ガス導入路42に連通している。加熱体2内の熱交換用ガス導入路42は、中央から放射状に水平方向に複数に分岐し、そこから上方に延びて凹部221に達している。
熱交換用ガス導入路41には、不図示のボンベにつながる配管43が接続されている。配管43上には、バルブ44や不図示の流量調整器等が設けられている。加熱する基板Sbを汚損することがないよう、配管43には不図示のフィルタが設けられており、異物等を除去するようになっている。
真空チャンバー1の側壁部のうちのセンターエリア102の高さの部分には、基板Sbを出し入れするための開口(以下、出し入れ口)11が設けられており、出し入れ口11を開閉するバルブ(以下、出し入れバルブ)12が設けられている。また、出し入れ口11の少し内側の部分に遮蔽用ガスを流すガスカーテン機構が設けられている。側壁部は、出し入れ口11よりも上側の部分に遮蔽用ガス供給路51を有している。遮蔽用ガスの出口(以下、流出口)は、出し入れ口11の上縁付近に位置している。流出口は、出し入れ口11の幅方向に長いスリット状である。ガスカーテン機構は、遮蔽用ガスを遮蔽用ガス供給路51を経由して供給し、流出口からカーテン状に流出させるようになっている。これにより、大気中の好ましくない粒子(水、酸素、塵、埃等)が真空チャンバー1内に入り込むのが遮蔽されるようになっている。遮蔽用ガスとしては、窒素もしくはアルゴンのような不活性ガス又はドライエア等が使用される。
センターエリア102内には、加熱体2との間の基板Sbの受け渡しの際に基板Sbを一時的に係留する係留具6が設けられている。係留具6は、後述するようセンターエリア102が真空に排気される際、基板Sbをセンターエリア102内で係留するものである。
図2は、係留具6の斜視概略図である。図2に示すように、本実施形態では、四つの小さなプレート状の部材が係留具6として設けられている。各係留具6の平面形状は、細長い長方形である。四つの係留具6は、方形の角の位置に位置するようにして設けられている。基板Sbは、図2に示す矢印の向きに搬送されて係留具6の上に載置されて係留される。各係留具6は、垂直に延びるホルダー61により真空チャンバー1の上壁部に固定されている。尚、図1に示すように各係留具6は、内部にヒータ62を備えている。このヒータ62も、抵抗発熱式のもので良い。
一方、図1に示すように、上部エリア103には、基板Sbを加熱する際に基板Sbを覆うカバー7が設けられている。カバー7は、浅いカップ状であり、開口を下方に向けた状態で設けられている。尚、カバー7の開口の面積は、加熱体2の受け具22の水平方向の断面積よりも大きい。カバー7の内面は、輻射線を反射する反射面となっている。反射面は、表面を鏡面加工したり、または表面に反射膜を作成したりすることで構成される。
カバー7には、真空チャンバー1外に設けられたカバー移動機構71によって昇降可能となっている。カバー7は、上面に固定された保持棒72によって保持されている。真空チャンバー1の上壁部には、保持棒72を挿通させた開口が設けられている。保持棒72の上端は、真空チャンバー1の上方に位置し、この上端にはブラケット73が設けられている。
カバー移動機構71は、加熱体移動機構21と同様、ブラケット73に固定された被駆動ネジ711と、被駆動ネジ711が噛み合っている駆動ネジ712と、駆動ネジ712を回転させるモータ713等から構成されている。同様に、モータ713の回転によりカバー7が昇降するようになっている。尚、保持棒72が挿通された開口の縁から上方に延びるようにしてベローズ74が設けられて、この開口からの真空リークを防止している。
また、加熱時にカバー7内にガスを供給して基板Sbの周囲の圧力を高める昇圧用ガス導入系75が設けられている。保持棒72内には、昇圧用ガス導入路751が形成されている。昇圧用ガス導入路751は、カバー7の中央に設けられたガス導入口に連通している。昇圧用ガス導入系75は、昇圧用ガス導入路751と不図示のボンベとをつなぐ配管752と、配管752上に設けられたバルブ753や不図示の流量調整器等から構成されている。配管752上には、同様に基板Sbを汚損することがないよう、不図示のフィルタが設けられる。昇圧用ガスとしては、ヘリウムの他、アルゴンや窒素のような不活性ガスが用いられることがある。
本実施形態では、真空チャンバー1には二つの排気系13,14が設けられている。一つの排気系(以下、第一排気系)13は、真空チャンバー1内の空間のうち、下部エリア101と上部エリア103のみを排気するようになっている。もう一つの排気系(以下、第二排気系)14は、センターエリア102のみを排気するようになっている。
第一排気系13は、真空チャンバー1の底壁部に設けられた排気口15から排気するようになっている。第一排気系13は、排気口15の付近に設けられたメインバルブ131と、メインバルブ131を通して真空チャンバー1内を排気する真空ポンプ132と、不図示の排気速度調整器等から構成されている。
第一排気系13による排気構造について、図3を使用して説明する。図3は、第一排気系13による排気構造について概略的に示した側断面図である。図3に示すように、真空チャンバー1の背面には、バイパス用ダクト133が接続されている。真空チャンバー1の背面のうち、下部エリア101の部分と上部エリア103の部分にはそれぞれバイパス用開口134,135が設けられている。バイパス用ダクト133は、これらのバイパス用開口134,135を気密につなぐよう設けられている。第一排気系13は、下部エリア101を排気する他、このバイパス用ダクト133を介して上部エリア103も排気するようになっている。
また、第二排気系14は、真空チャンバー1の側壁部に設けられた排気路141を通してセンターエリア102を排気するようになっている。排気路141の入り口は、遮蔽用ガス供給路51の流出口の下方の位置に位置している。第二排気系14は、排気路141に接続された排気管142を通して排気する真空ポンプ143や排気管142上に設けられたバルブ144等から構成されている。
また、下側隔壁32には、加熱体2を挿通させることができる開口が設けられており、この開口を開閉するバルブ(以下、下側バルブ)321が設けられている。また、上側隔壁31には、カバー7を挿通させることができる開口が設けられており、この開口を開閉するバルブ(以下、上側バルブ)311が設けられている。
上記構成に係る基板加熱装置の動作について、以下に説明する。 第一排気系13は、下部エリア101及び上部エリア103を予め所定の真空圧力に排気している。ガスカーテン機構は、遮断用ガスを流出させている。第二排気系14は、流出した遮断用ガスを排気しているものの、センターエリア102内は大気圧と同程度の圧力である。
この状態で、出し入れバルブ12が開き、加熱対象の基板Sbが出し入れ口11から真空チャンバー1内のセンターエリア102に入れられる。この際、基板Sbはカーテン状に流出している遮蔽用ガスを突き抜け、係留具6上に載置されて係留される。この基板Sbの搬入の動作は、典型的には搬送ロボットやオートローダ等の機構により自動的に行われる。但し、作業員が手で基板Sbを持って行うことを排除するものではない。
係留具6上の基板Sbの位置は加熱体2の真上であり、望ましくは加熱体2と同軸の位置(加熱体2の中心と基板Sbの中心とが同一鉛直線上に位置する位置)である。基板Sbの搬入後、出し入れバルブ12が閉じられ、ガスカーテン機構の動作が停止する。その後、第二排気系14がセンターエリア102をさらに排気し、所定の真空圧力とする。必要に応じて、不図示の真空計によりセンターエリア102内が所定の真空圧力に達しているのを確認した後、下側バルブ321が開く。この後、加熱体移動機構21が動作して加熱体2が上昇する。加熱体2は、受け具22の上面が基板Sbに接触し、さらに僅かに上昇した位置で停止する。この上昇により、基板Sbが加熱体2に載置され、係留具6からは僅かに浮いた状態となる。
尚、受け具22の周辺部には、図1に示すように斜面が形成されている。一方、係留具6の先端はナイフエッジ状になっており、受け具22の周縁の斜面に適合した形状になっている。係留具6は、基板Sbを受け具22に受け渡した際、先端が受け具22の周辺部の斜面に沿って位置する状態となる。
受け具22の上面の凹部221は、載置された基板Sbにより塞がれる。そして、熱交換用ガス導入系4が動作し、凹部221内に熱交換用ガスが導入される。これにより、凹部221内の圧力が上昇する。熱交換用ガスは、基板Sbが受け具22から浮き上がらない範囲の流量で導入される。凹部221内に導入されたガスは、前述した受け具22と基板Sbとの界面の微小な空間を通って僅かに漏れ出る。
次に、上側バルブ311が開き、カバー移動機構71によりカバー7が下降を始める。カバー7は、下端が加熱体2の本体ベース21の上面より僅かに高い位置で停止し、基板Sb及び受け具22を覆った状態となる。尚、加熱体2の上方には、係留具6が存在する。カバー7は、係留具6にぶつからないないよう、係留具6の形状に合わせた切り欠きを有している。カバー7が基板Sb及び受け具22を覆った状態では、切り欠き内に係留具6が位置するようになっている。
次に、昇圧用ガス導入系75が動作し、カバー7内に昇圧用ガスが導入されて圧力が上昇する。昇圧用ガスは、カバー7内に充満した後、カバー7の下端と加熱体2の本体ベース21との間の隙間から少しずつ漏れ出る。昇圧用ガスの供給のため、カバー7内は陽圧状態、つまりカバー7内は真空チャンバー1内の他の場所より高い圧力となる。
この状態を維持して、所定時間、基板Sbの加熱を行う。所定時間の加熱の後、昇圧用ガス導入系75及び熱交換用ガス導入系4の動作は停止される。そして、カバー移動機構71がカバー7を上昇させ、当初のスタンバイ位置に戻す。また、加熱体移動機構21が加熱体2を下降させ、加熱体2も当初のスタンバイ位置に戻る。この下降の際、基板Sbは係留具6の上に再び載る。
カバー7がスタンバイ位置に戻った後、上側バルブ311が閉じられ、加熱体2がスタンバイ位置に戻った後、下側バルブ321が閉じられる。その後、ガスカーテン機構が動作を開始した後、出し入れバルブ12が開けられ、基板Sbが係留具6から持ち上げられて、真空チャンバー1外に搬出される。尚、出し入れバルブ12を開ける前に、必要に応じてセンターエリア102にベントガスが導入される。この場合は、真空チャンバー1はベントガス導入系を備える。但し、ガスカーテン機構6による遮蔽ガス導入によってベントに代えることもある。
上記動作において、係留具6は、内部のヒータ62によって常時加熱されている。基板Sbの出し入れのために出し入れバルブ12が開いた際、センターエリア102内は大気が進入するが、係留具6は加熱されているため大気中の水分が付着しないようになっている。このため、係留具6の酸化が抑制される。水分付着防止のための加熱温度としては、50℃〜70℃程度である。
基板Sbの加熱温度の一例について示すと、例えばスパッタリングのような成膜処理の前に行われるプリヒートの場合で、基板Sbがシリコンウェーハの場合、加熱温度は100℃〜600℃程度である。また、真空チャンバー1内の下部エリア101や上部エリア103は、10−2Pa〜10−4Pa程度に常時排気される。さらに、昇圧用ガスにより陽圧とされるカバー7内の圧力は10−2Pa〜10−4Pa程度であり、この範囲で上部エリア103内の他の場所に比べ若干高い圧とされる。また、熱交換用ガスが導入される凹部221内の圧力は133Pa〜2660Pa程度である。
上記動作において、センターエリア102内は、大気圧と真空圧力とが交互に繰り返される。第二排気系14の真空ポンプ143は、大気圧から所定の真空圧力への排気を繰り返すものであるため、粗引きポンプとして用いられるもののように比較的高い圧力において排気速度の高いものであることが好ましい。例えば、ロータリーポンプやターボ分子ポンプ等である。
一方、下部エリア101や上部エリア103は、常時真空が保たれる。より低い圧力にして加熱体2の熱酸化等を防止する観点から、第一排気系13の真空ポンプ132は、比較的低い圧力で排気速度が高く到達圧力の低いものであることが好ましい。例えば、拡散ポンプやクライオポンプである。尚、第二排気系14の真空ポンプが第一排気系13の真空ポンプの粗引き用として使用されることもある。
上記実施形態の基板加熱装置によれば、加熱体2が常時真空雰囲気中に配置されるので、酸化や異物の付着が防止されている。このため、加熱体2がパーティクルの放出源となることがなくなり、基板Sbの汚損を防止しつつ加熱が行える。
このような効果は、大気側から基板Sbを直接搬入する場合でも同様に得られる。このため、図6に示す従来の装置のように、ロードロックチャンバー83を経由して基板Sbを搬入する必要がない。従って、チャンバー数の低減により、装置の専有面積の減少、装置コストの低減、搬送時間の低減による生産性の向上等の効果が期待できる。
上記効果は、センターエリア102内に係留具6が設けられていることに密接に関連している。係留具6が無い場合、従来の図6のように加熱体2を移動させる等して基板Sbを受け取ることになる。この場合、加熱体2は、出し入れ口11から進入した大気に触れざるを得ないから、高温状態で大気に触れることにより加熱体2が酸化する可能性が高い。昇降ピンにより基板Sbを受け渡す場合も同様である。出し入れバルブ12が閉じられ、且つ、センターエリア102が下部エリア101と隔絶している状態(下側バルブ321が閉じられている状態)で基板Sbを一時的に係留する手段が無ければ、センターエリア102を十分な真空圧力まで排気する前の段階でセンターエリア102と下部エリア101が連通することになってしまい、加熱体2の熱酸化の問題が生じてしまう。本実施形態では、係留具6を備えているので、このような問題が解決されている。
また、加熱ランプからの輻射線による加熱ではなく、加熱体2を基板Sbに接触させた伝導伝達による加熱であるので、基板Sbの材質や表面状態に依存せずに加熱を行うことができ、汎用性が高い。また、カバー7内に昇圧用ガス導入系75が昇圧用ガスを導入して圧力を上昇させるので、加熱時には基板Sbは圧力の高い雰囲気中に配置されることになる。このため、ガス分子を介した熱の伝達(対流による熱の伝達を含む)も利用して加熱が行われ、加熱の効率も高い。尚、加熱時にカバー7の圧力が上昇することは、加熱の際の基板Sbの汚損防止の意義も有する。加熱時にカバー7内が陽圧になるので、たとえセンターエリア102内に塵や埃、水分等が存在していても、カバー7に進入することが少なく、塵や埃が加熱により基板Sbに焼き付いたり、基板Sbが熱酸化したりすることが抑制される。
また、カバー7の内面が輻射線を反射する反射面となっているので、基板Sbや加熱体2から放出される輻射線は、カバー7の内面に反射して基板Sbに達する。このため、基板Sbを加熱する効率がさらに高くなっている。そして、基板Sbと加熱体2との界面に熱交換用ガス導入系4が熱交換用ガスを導入するので、加熱体2と基板Sbとの間の熱交換効率が向上し、この点でさらに加熱の効率が高くなっている。
また、カバー7は、常時真空に保たれる上部エリア103にスタンバイ状態では配置されるので、カバー7を介した基板Sbの汚損も防止されている。カバー7がセンターエリア102にスタンバイ状態で配置される場合、センターエリア102が大気開放された際、大気中の塵、埃、水分等がカバー7に付着する虞がある。付着した塵、埃、水分等は、加熱時にカバー7が基板Sbを覆った際にカバー7から遊離して基板Sbに付着して基板Sbを汚損することがある。本実施形態によれば、このような問題はない。
また、下部エリア101と上部エリア103とが第一排気系13によって常時真空に排気され、大気と真空とが交互に繰り返されるセンターエリア101が第二排気系14によって排気される点は、上述したようにそれぞれの排気の目的に従って排気系13,14を最適化することができるというメリットがある。尚、下部エリア101と上部エリア103が一つの第一排気系13によって排気される点は、排気のための構造をシンプルにし、装置コストを低減させるメリットがある。
尚、「常時真空に保たれる」等の表現における「常時」の意味であるが、装置が通常に稼働している間は常に、の意味である。例えば、装置がメンテナンスの際に稼働を停止する場合には、下部エリア101や上部エリア103は大気圧に戻され、真空圧力ではなくなる。ヒータ62による係留具6の加熱も同様である。
次に、マルチチャンバー基板処理装置の発明の実施形態について説明する。図4及び図5は、実施形態に係るマルチチャンバー基板処理装置の概略図であり、図4は平面図、図5は図4のX−Xでの断面図である。
図4及び図5に示す装置は、図6に示す装置と同様、クラスターツール型の装置である。即ち、図4に示すように、中央に搬送チャンバー81が設けられ、その周囲に処理チャンバー84やロードロックチャンバー83が設けられている。
この装置は、図5に示すように、ロードロックチャンバー83内で基板Sbを加熱するようになっている。即ち、ロードロックチャンバー83とその内部や周辺の構成が、図1〜図3に示す基板処理装置とほぼ同様になっている。但し、図5では、ロードロックチャンバー83は、両側の側壁部に出し入れ口831があり、それぞれに出し入れバルブ832を備えている。一方の出し入れ口831は、大気側との間の基板Sbの出し入れ用であり、他方の出し入れ口832は搬送チャンバー81との間の基板Sbの出し入れ用である。
ロードロックチャンバー83における詳細な構成は、図1〜図3に示す基板処理装置におけるものと同様なので、詳細な説明は省略する。搬送チャンバー81内の搬送ロボット811は、多関節型のアームの先端に基板Sbを保持して搬送するものである。発塵等のない、真空中で使用可能なものが搬送ロボット811として採用される。処理チャンバー84は、処理の内容に応じて最適化されたものが採用される。例えば多層膜を作成する装置の場合、それぞれの処理チャンバー84において各層の膜を作成するための構成が採用される。また、大気側には、未処理の基板Sb又は処理済みの基板Sbを収容したカセット86が設けられており、カセット86とロードロックチャンバー83との間で基板Sbを搬送するオートローダ85が設けられている。
この実施形態の装置では、基板Sbは大気側のカセット86からオートローダ85によりロードロックチャンバー83に搬入され、加熱体2により加熱される。そして、搬送チャンバー81内の搬送ロボット811によりロードロックチャンバー83から取り出され、各処理チャンバー84に順次搬送される。処理終了後、ロードロックチャンバー83を経由して大気側に戻される。尚、大気側に戻す際は、搬送ロボット811が基板Sbを係留具6に載置した後、オートローダ85が基板Sbを係留具6から受け取ってロードロックチャンバー83から取り出す動きとなる。そして、オートローダ85は、基板Sbを大気のカセット31に収容する。尚、処理後にさらに基板Sbを加熱する等の場合には、前述したのと同様の動作により基板Sbが受け具22に載置され、その後、オートローダ85により取り出される場合もある。
この実施形態のマルチチャンバー基板処理装置によれば、基板Sbがロードロックチャンバー83内で加熱されるので、専用の加熱チャンバーを別途設ける必要がない。このため、チャンバー数の低減による専有面積の減少や装置コストの低減等の効果が期待できる。また、専用の加熱チャンバーのスペースに別の処理チャンバーを設けることもできるため、複雑で工程の多いプロセスの場合に特に有利となる。
尚、マルチチャンバー基板処理装置の実施形態としては、上述したクラスターツール型の他、インライン型の構成もあり得る。インライン型とは、複数の真空チャンバーが一列に縦設された構成である。この場合も、基板Sbは最初にロードロックチャンバーに搬入されるが、ここで加熱が行われる。
上述した各実施形態では、第二のエリアが第一第三のエリアで挟まれている。つまり、第一のエリアが下部エリア101であり、第二のエリアがセンターエリア102であり、第三のエリアが上部エリア103である。この点は本願発明にとっては何ら限定的ではなく、加熱体2がスタンバイ状態で配置される第一エリアが上側で、カバー7がスタンバイ状態で配置されるエリアが下側に位置していても良い。また、第二エリアを挟んで第一第三エリアが左右に配される場合もあり、これは基板Sbを垂直な姿勢で保持して真空チャンバー1に搬入する場合にあり得る構成である。
また、上記各実施形態では、加熱体2を移動させて加熱体2に基板Sbに接触させたが、基板Sbを移動させて加熱体2に接触させても良い。例えば、基板Sbを係留した係留具6を移動させる機構を設け、係留具6から加熱体2に基板Sbを渡して基板Sbを加熱体2に接触させるようにすることが考えられる。また、昇降可能な複数のピンで基板Sbを受け取り、昇降ピンを下降させて基板Sbを加熱体2に接触させるようにしても良い。
さらに、カバー7を移動させてカバー7が基板Sbを覆うようにする場合の他、基板Sb及び加熱体2を移動させてカバー7が基板Sbを覆うようにしても良い。具体的には、加熱体移動機構21がさらに加熱体2を上昇させてカバー7が基板Sbを覆うようにすることができるようにする。この際、係留具6が干渉してしまうので、係留具6を移動させて退避させる機構を設けておく。
本願発明の実施形態に係る基板加熱装置の正面断面概略図である。 係留具6の斜視概略図である。 第一排気系による排気構造について概略的に示した側断面図である。 実施形態に係るマルチチャンバー基板処理装置の平面概略図である。 実施形態に係るマルチチャンバー基板処理装置の概略図であり、図4のX−Xでの断面図である。 従来の基板加熱装置の一例を示した正面断面概略図である。 従来の基板加熱装置の別の例を示した正面断面概略図である。
符号の説明
1 真空チャンバー
101 下部エリア
102 センターエリア
103 上部エリア
11 出し入れ口
12 出し入れバルブ
13 第一排気系
14 第二排気系
2 加熱体
21 加熱体移動機構
31 上側隔壁
311 上側バルブ
32 下側隔壁
321 下側バルブ
4 熱交換用ガス導入系
6 係留具
7 カバー
75 昇圧用ガス導入系
81 搬送チャンバー
811 搬送ロボット
83 ロードロックチャンバー
84 処理チャンバー
Sb 基板

Claims (7)

  1. 排気系を有する真空チャンバーと、真空チャンバー内に設けられた加熱体とを備え、加熱体に基板を接触させて基板を加熱する基板加熱装置であって、
    前記真空チャンバー内は、常時真空に保たれる第一のエリアと、基板の出し入れの際に大気圧となり、基板の加熱の際には真空圧力となる第二のエリアとに、水平に延びた隔壁によって区画されており、
    前記隔壁には、基板又は加熱体が重力方向に通過できる開口と、この開口を開閉する隔壁バルブとが設けられており、
    前記真空チャンバーは、基板を水平方向に前記第二のエリアに搬入し前記第二のエリアから取り出すための出し入れ口と、出し入れ口を開閉する出し入れバルブとを備えており、
    前記加熱体は、前記第一のエリアにスタンバイ状態では配置されており、
    前記排気系は、前記第一のエリアを常時真空に排気するとともに、基板が搬入されて前記出し入れバルブが閉じられた後に前記第二のエリアを真空に排気するものであり、
    基板が搬入された後、前記排気系が前記第二のエリアを真空に排気する際、基板を前記第二のエリアで係留する係留具が設けられており、
    前記隔壁バルブは、前記第二のエリアが真空に排気された後に開かれるものであって、前記隔壁バルブが開かれた後、基板が前記加熱体に接触するよう前記隔壁バルブを通して前記加熱体を移動させて基板を前記加熱体に接触させる移動機構が設けられていることを特徴とする基板加熱装置。
  2. 前記係留具には、表面に水分が付着するのを防止するよう加熱するヒータが設けられていることを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
  3. 基板が前記加熱体に接触した際に基板を覆うカバーが設けられており、カバー内にガスを導入して圧力を上昇させる昇圧用ガス導入系が設けられていることを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
  4. 前記カバーの内面は、輻射線を反射する反射面となっていることを特徴とする請求項3記載の基板加熱装置。
  5. 真空チャンバー内を前記第一第二のエリアとは別に第三のエリアを形成するよう区画する別の隔壁と、この別の隔壁に設けられた開口を開閉する別の隔壁バルブとが設けられており、前記カバーはスタンバイ状態では前記第三のエリアに配置されており、前記第三のエリアも常時真空に排気されるものであり、前記別の隔壁バルブを通して前記カバーを移動させるか又は基板及び前記加熱体を移動させるかして前記カバーが基板を覆った状態とする移動機構が設けられていることを特徴とする請求項3又は4記載の基板加熱装置。
  6. 前記排気系は二つ設けられており、そのうちの第一の排気系は前記第一のエリアを排気するものであって、第二の排気系は前記第二のエリアを排気するものであることを特徴とする請求項1記載の基板加熱装置。
  7. 前記排気系は二つ設けられており、そのうちの第一の排気系は前記第一のエリア及び前記第三のエリアを排気するものであって、第二の排気系は前記第二のエリアを排気するものであることを特徴とする請求項5記載の基板加熱装置。
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