JP4603099B2 - 真空処理装置、真空処理方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は静電吸着を用いて処理対象物を吸着する真空処理装置内において、堆積膜の品質向上を実現するための真空処理装置、並びにこの真空処理装置を用いた真空処理方法及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板処理装置において、処理する基板表面を鉛直下方側に向けて基板ホルダへ設置し、基板処理を行なう装置を、フェイスダウン型真空処理装置という。基板処理面を鉛直上方に向け処理を行なうフェイスアップ型と比較して、フェイスダウン型の真空処理装置は基板表面へ落下してくる異物(パーティクル)が少ない等の利点がある。ただしフェイスダウン型の真空処理装置においては、基板ホルダへ基板を設置する場合に重力で落下しないように、基板を基板ホルダが有する基板設置面に固定する必要がある。
【0003】
ここで基板を固定する方法としては、基板の周囲を押さえてクランプする方法がある。別法として、基板ホルダの中に電極を設けておいて、この電極へ直流電圧を印加することで基板を基板設置面へ静電吸着(ESC;Electrostatic Chuck)する方法がある(例えば、特許文献1〜3参照)。
【0004】
上記の基板固定方法のうち静電吸着法は、クランプ法に比べて基板の温度制御性がよく、クランプするための基板の周囲を押さえる部品の影が存在しないため、真空処理する際に基板周辺までより均一に処理できる等の利点がある。
【0005】
ところでフェイスダウン型真空処理装置において基板を処理する場合、従来は、静電吸着ホルダへ吸着時の搬送を、次の工程(1)〜(3)に沿って行っていた。
(1)搬送チャンバに設けた搬送ロボットの搬送アーム先端に処理前基板を載置し、搬送チャンバから基板処理チャンバ内に基板を搬送し、そのまま基板を静電吸着ホルダの鉛直下まで水平移動させる工程。
(2)工程(1)の後、静電吸着ホルダと基板とが接触する位置まで搬送アームもしくは静電吸着ホルダを鉛直下方方向に移動させる工程。
(3)静電吸着用の電力の供給により静電吸着ホルダに基板を吸着させる工程。
【0006】
ところが搬送アームは伸長すると自重で重力方向に働く慣性モーメントにより水平を保てずしなり曲がることにより、搬送アームに載置された基板と静電吸着ホルダとの位置関係が水平ではなくなる。ここで基板を静電吸着ホルダに吸着する際に、基板と静電吸着ホルダとが水平に接触していない(点接触)状態で給電すると、基板全面に静電吸着力が作用せず吸着エラーが起こってしまう。そこでこの吸着エラーを防ぐために搬送アーム先端の基板載置部にバネ構造が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】
特開平3−54845号公報
【特許文献2】
特開平5−343507号公報
【特許文献3】
特開2001−298072号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、搬送アーム先端の基板載置部に用いる複雑なバネ構造物は、パーティクルの発生源となっていた。また真空処理装置がスパッタリング成膜装置の場合、当該バネ構造物から発生した異物は、下方に位置するカソードのターゲット表面に付着し、異常放電を引き起こす原因となっていた。この異常放電は、真空処理によって成膜される膜の品質に影響を与えるものである。
課題を解決するための手段
[0009]
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、フェイスダウン型の真空処理装置において、パーティクルの発生を抑え、かつ、確実に基板を保持して処理可能な真空処理装置及びその方法を提供することを目的とする。
[0010]
本発明では、搬送ロボットとは別に、基板を基板吸着面に対して平行に支持する基板支持部材を真空容器内に設けることで、確実に平行姿勢を維持できるようにした。
[0011]
本発明の実施形態に係る真空処理装置は、真空排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、鉛直下方に向く基板吸着面を有し、基板を静電吸着する静電吸着機構を備える基板ホルダと、
前記真空容器内に設けられ、前記基板と前記基板吸着面に吸着可能な姿勢で前記基板を支持する基板支持部材と、
前記基板支持部材に支持される前記基板及び前記基板ホルダのうち少なくとも一方を移動させ、前記基板と前記基板ホルダとを接触させることで前記基板を前記基板ホルダに吸着させる移動手段と、
前記真空容器内に設けられ、前記基板の処理空間と前記真空容器の内壁側の空間とを隔てるものであって、前記処理空間と前記内壁側の空間とを連通する開口が形成されたシールドと、
前記真空容器外に設けられ、前記移動手段により前記基板を吸着させた後、前記基板を吸着させた位置から前記シールドの前記開口を通って前記内壁側の空間へ、前記基板支持部材を退避させるための基板支持部材駆動手段と、
を備えることを特徴とする。
発明の効果
[0012]
本発明によれば、ターゲット上に落下する異物(パーティクル)の発生を抑え、処理中に確実に基板を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
[0013]
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述を共に本発明の原理を説明するために用いられる。
[図1]第1の実施形態の真空処理装置の構成を例示する図である。
[図2]第1の実施形態の真空処理装置が備えている基板処理チャンバ21を中心とした構成例を示す図である。
[図3A]基板支持部材10aの形状を例示する平面概略図である。
[図3B]基板支持部材10aの形状を例示する平面概略図である。
[図3C]基板支持部材10aの形状を例示する平面概略図である。
【図4A】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4B】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4C】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4D】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4E】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4F】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図4G】基板15の搬入方法を説明する図である。
【図5】第1の実施形態に係る真空処理装置を用いた場合と、従来の装置を用いた場合との効果を示した図である。
【図6】第2の実施形態に係る真空処理装置のコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図7】第3の実施形態に係る真空処理装置の構成を例示する図である。
【図8】第3の実施形態に係る真空処理装置による落下防止動作を示す図である。
【図9】第4の実施形態に係る真空処理装置による落下防止動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【0015】
本発明の実施形態に係る真空処理装置1は、真空容器2と、基板ホルダ3と、基板支持部材10aと、基板15を基板ホルダ3に吸着させる移動機構と、を備えることを特徴とする。
【0016】
本発明の実施形態に係る真空処理装置1において、真空容器2は真空排気可能な容器である。
【0017】
本発明の実施形態に係る真空処理装置1において、基板ホルダ3は、真空容器2内に設けられ、鉛直下方に向く基板吸着面5aを有し、基板15を静電吸着する静電吸着機構を備えている。
【0018】
本発明の実施形態に係る真空処理装置1において、基板支持部材10aは、真空容器2内に設けられ、基板15と基板ホルダ3が有する基板吸着面5aとを平行に保ち、基板吸着面5aに吸着可能な姿勢で基板15を支持する部材である。
【0019】
本発明の実施形態に係る真空処理装置1において、移動機構は上記基板支持部材10aに支持される基板15及び基板ホルダ3の少なくとも一方を移動させ、互いに接触させることで基板15を基板ホルダ3に吸着させる手段として機能する。
【0020】
以下、本発明に係る真空処理装置1及びこれを用いた真空処理方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の真空処理装置1における第1の実施形態の構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施の形態の真空処理装置1は、真空排気系(不図示)に接続されて真空排気可能な複数のチャンバ(真空容器)が、真空排気可能な搬送チャンバ22にゲートバルブ23を介して接続されて構成される。ここで搬送チャンバ22に接続されるチャンバとは、例えば、基板15を真空処理装置1へ導入するロードロックチャンバ24、基板15を真空処理する基板処理チャンバ21、処理後の基板15を回収するアンロードロックチャンバ25がある。図1の真空処理装置1は、基板処理チャンバ21が4基、ロードロックチャンバ24が1基、アンロードロックチャンバ25が1基それぞれ備わっているが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。
【0022】
また搬送チャンバ22には、基板搬送機構である搬送ロボット14が設けられ、各チャンバに基板15を搬送することができる。
【0023】
図2は、図1の真空処理装置1が備えている基板処理チャンバ21を中心とした構成を示す概略図である。
【0024】
図2に示す構成において、基板ホルダ3は、静電吸着ホルダ5を有している。また本実施形態の場合は、静電吸着ホルダ5の鉛直下方側の面(基板吸着面5a)が基板15の面と平行になっている。
【0025】
静電吸着ホルダ5は、誘電材料から形成され、複数(本実施の形態の場合は2つ)の静電吸着電極6及び7が内部に設けられている。ここで、各静電吸着電極6及び7は、静電吸着用直流電源(ESC用直流電源)12に接続され、各静電吸着電極6及び7に対して電圧差を生じるように電圧が印加されるようにESC用直流電源12を制御するコントローラを備えている。
【0026】
基板ホルダ3は、上下に駆動する移動機構(不図示)に接続され、上下に移動可能になっている。
【0027】
ターゲット8は真空容器2内部の下方部にあり、上方の基板ホルダ3の静電吸着ホルダ5に対し平行位置に対向した状態で配置される。
【0028】
ターゲット8にはDC電源11が接続され、DC電源11からターゲット8に所定の電圧が印加される。即ち、ターゲット8はカソード部を構成している。尚、ターゲット8に接続される電源はDC電源に限定されるものではなく、例えば、周波数13.56MHz等のRF電源であってもよい。
【0029】
さらに、ターゲット8の背部には、磁石ユニット9が配置されている。磁石ユニット9によって、ターゲット8の表面上に特定の磁界分布が形成される。
【0030】
尚、磁石ユニット9に使用される磁石は、電磁石、永久磁石等が用いられる。これらの磁石を複数種組み合わせたものでもよい。
【0031】
ターゲット8を用いてスパッタリング成膜を行う時には、DC電源12と磁石ユニット9により、必要なターゲット8を所定電圧に保持し、ターゲット8の表面上に所定の磁界分布を形成する。これにより、低圧力で放電し、スパッタリングを行うことができる。
【0032】
基板処理チャンバ21の内部には、シールド13が設けられている。シールド13は、基板ホルダ3に載置された基板15上へのスパッタリングによる成膜中、基板処理チャンバ21の内壁に膜が付着するのを防止するために設けられる。本実施形態では、シールド13は、基板ホルダ3とターゲット8との間の放電空間を取り囲む形状(例えば、略円筒状)であるが、放電空間内に基板15を搬送するための開口部(不図示)が形成されている。
【0033】
基板ホルダ3とターゲット8の間には、基板支持機構10がある。基板支持機構10は、基板15を載せることが可能な基板支持部材10aを備え、基板吸着面5aに基板15が吸着可能な姿勢で支持する構造となっている。具体的には、図2に示すように、基板吸着面5aに対して基板15を平行に支持可能な構造となっている。本実施形態では基板15を載置した状態にしたときに基板15が水平となるような構造となっている。また、基板支持機構10は、基板処理チャンバ21の外に備えられたエアシリンダ(不図示)等の駆動部10bを備え、この駆動部10bにより基板支持部材10aをシールド13の外側に移動可能な構成となっている。尚、図2において、案内部材10eは、基板処理チャンバ21に固定され、基板支持部材10aが水平に移動するように案内する。ベローズ10dは基板処理チャンバ21の真空状態を保つ。
【0034】
図3A−Cは、基板支持部材10aの形状を示す平面図である。
【0035】
本実施形態では、図2に示すように、基板支持機構10が放電空間を挟んで両側に1対設けられている。このことから、図3Aに示すように、各基板支持機構10の基板支持部材10aが少なくとも離れた2点で基板15と接触することが可能な形状となっており、各接触位置で支持高さが揃うよう凸状の接触部10cを設けている。基板支持部材10aはSUSやアルミニウム合金等の材料で形成され、自重により先端がしなったりすることのないような剛性を有するように設計される。また、接触部10cはSUSで形成されていてもよいが、例えば、石英、アルミナ等のセラミックスを用いてもよい。石英やアルミナを用いると、基板15へのコンタミネーションの影響を抑えることができる。
【0036】
尚、基板支持部材は、図3Bに示すように、片側のみ、即ち、1つとすることもでき、1つの基板支持部材10aにより基板を少なくとも離れた3点で支持できるように接触部10cを設けるのが好ましい。また、基板支持部材10aを3つ以上配置してもよい。例えば、図3Cに示すように基板支持部材10aを3つ配置してもよい。この場合、各基板支持部材10aに、接触部10cを少なくとも1箇所設ける。ここで、基板支持部材10aが長い場合には、たとえ剛性を持たせた設計を行っても自重で少なからずしなってしまう。これを考慮すると、図3Aや図3Cのように複数の基板支持部材を基板中心に対して対称に配置した方がどの基板支持部材10aも同じしなり量となり、基板15を水平に支持することができる。
【0037】
次に、基板15を搬送するプロセスについて説明する。
【0038】
図4A−Gは、基板15の搬入方法を説明する図である。尚、図4Aで示される基板支持機構10、基板ホルダ3の移動機構(不図示)、図2に示されるESC用直流電源12及び電源11は、コントローラからの信号に基づいて制御される。また、基板15の搬入はコントローラにおけるプログラムの実行により制御される。なお、コントローラは、一般的なコンピュータ等を備えて構成される。
【0039】
以下、コントローラの制御を中心に基板15の搬入方法について説明する。
【0040】
図4Aに示すように、搬送ロボット14のエンドエフェクタ14a上に基板15を載せ、基板ホルダ3の鉛直下方へ移動させる。
【0041】
次に、エンドエフェクタ14aを下降させ、図4Bに示すように基板支持部材10aへ基板15を載置する。
【0042】
その後、図4Cに示すようにエンドエフェクタ14aを基板処理チャンバ21の内部から退避させる。
【0043】
次に、基板ホルダ3を基板15の上方より鉛直下降させ、図4Dに示すように基板ホルダ3が備える静電吸着ホルダ5と基板15とが接触する直前の位置まで移動させる。
【0044】
次に、基板ホルダ3をさらに基板15の上方より鉛直下降させ、図4Eに示すように静電吸着ホルダ5が基板15と接触する位置まで移動させる。
【0045】
そして静電吸着電極6及び7に対して電圧差を生じるように電圧を印加する。これにより、基板15は基板ホルダ3が備える静電吸着ホルダ5へ吸着される。
【0046】
次に、基板ホルダ3を上昇させ、図4Fに示すように所定の処理位置へ移動させる。
【0047】
次に、基板処理チャンバ21の内部にある基板支持部材10aをシールド13より外側に移動させる。このとき基板支持部材10aは、図2に示される基板支持部材10aを移動機構に含まれる駆動部10bによって、図4Gに示すように、ターゲット8からのスパッタリング物質が付着しない位置(基板支持部材10aの退避位置)へと退避させる。
【0048】
次に、磁石ユニット9によりターゲット8の表面上に所定の磁界分布を形成しておき、DC電源11からターゲット8へ直流負電圧を供給する。これにより、低圧力で放電し、ターゲット8の表面に対して放電プラズマ中の正イオンを引き込み、ターゲット8からスパッタ粒子をはじき出す。スパッタ粒子は基板15へ付着し、スパッタリング成膜処理が行なわれる。スパッタ粒子は基板15以外の方向へも飛散するが、シールド13によってブロックされ、シールド13の外側にはほとんど飛散しない。従って基板処理チャンバ21の内部にはスパッタ粒子はほとんど堆積しない。
【0049】
尚、放電開始から成膜処理の間、ガス導入系(不図示)からガスを導入しながら、放電圧力を適宜調整してもよい。
【0050】
成膜処理終了後、基板15の導入と逆の順序で基板15を搬出する。
【0051】
即ち、シールド13より外側に移動させていた基板支持部材10aをシールド13より内側に移動させ、基板ホルダ3が備える静電吸着ホルダ5に吸着されている基板15の鉛直下方で停止させる(図4F)。
【0052】
その後、基板ホルダ3を鉛直下降させ、静電吸着ホルダ5に吸着された基板15を、基板支持部材10aに接触する位置まで移動させる(図4E)。
【0053】
その後、静電吸着電極6及び7への電圧の印加を停止する。これにより、基板15が自重で基板支持部材10aに移る間(図4D)をおいて、基板ホルダ3を鉛直上昇させる(図4C)。
【0054】
最後に、エンドエフェクタ14aにて基板15を基板処理チャンバ21外に移動させる(図4B、A)。
【0055】
図5は、本発明の第1の実施形態に係る真空処理装置1を用いた場合と、従来の装置を用いた場合との効果をそれぞれ示したグラフである。図5のグラフにおいて、横軸は連続して処理された基板枚数を示し、縦軸は基板の処理中に観測された基板1枚あたりの異常放電回数を示す。尚、異常放電回数は、ターゲット上部などよりターゲット上に落下、付着する異物(パーティクル)の数と比例関係を持つことが既に知られている。一方、異常放電は、放電用のDC電源における電圧と電流をモニターすることにより判定したものである。
【0056】
図5のグラフより、本発明の真空処理装置1によれば、ターゲット8上に落下、付着した異物(パーティクル)に起因する異常放電の頻度が激減することが確認された。
【0057】
(第2の実施形態)
スパッタ処理を行う際に、基板処理温度を高温にする必要がある場合、基板ホルダ3は温度調整機構を備えてもよい。温度調整機構とは、図2に示される基板吸着面5aの温度を調整するものである。温度調整機構は、例えば、基板ホルダ3に内蔵されたヒータや基板ホルダ3に液体の伝熱媒体を循環させる機構である。尚、ヒータと伝熱媒体循環機構とは、基板ホルダ3の温度制御性を上げるために併用して使用しても構わない。
【0058】
また、基板処理温度を高温にする必要がある場合には、基板ホルダ3を温度調整機構により高温にして、基板ホルダ3からの輻射熱によって処理する基板15を高温にするのが好ましい。
【0059】
ところで、基板処理チャンバ21の外側より搬送された基板15は、基板ホルダ3の温度と比べ低い温度である。
【0060】
予め高温にした基板ホルダ3の温度より基板15の温度が低い状態のままで基板15を基板ホルダ3に設置し、静電吸着を行うと、基板15の温度上昇に伴い基板15は膨張する。ところが、このときに基板ホルダ3と基板15との間には吸着力が働いているので、基板ホルダ3の表面と基板15の表面とが摩擦し、基板ホルダ3の表面あるいは基板15の表面、又は両方から異物(パーティクル)が発生することがある。
【0061】
このため、基板処理温度を高温にする必要がある場合には、基板15が基板ホルダ3に接近した状態で、基板15と基板ホルダ3との位置関係を保持して、基板ホルダ3からの輻射熱によって、あらかじめ基板15を基板ホルダ3と同じ温度になるまで高温にするのが望ましい。
【0062】
本実施形態の基板15の搬送について図面を参照しながら説明する。図6は、第2の実施形態におけるコントローラの制御を示すフローチャートである。基板ホルダ3や基板支持機構10の位置関係は図4A−Gに示すものと同様である。
【0063】
まず、ステップS101において、コントローラは、基板ホルダ3の温度調整機構を動作させ、基板15との吸着面を所望の温度に調整する。次に、ステップS102において、搬送ロボット14のエンドエフェクタ14a上に基板15を載せ、基板ホルダ3の鉛直下方へ移動させる(図4A)。
【0064】
次に、ステップS103において、エンドエフェクタ14aを下降させ、基板支持部材10aへ基板15を載置する(図4B)。
【0065】
その後、ステップS104において、エンドエフェクタ14aを基板処理チャンバ21の内部から退避させる(図4C)。
【0066】
次に、ステップS105において、基板ホルダ3を基板15の上方より鉛直下降させ、図4Dに示すように基板ホルダ3の静電吸着ホルダ5が、基板15に接触する直前の位置まで移動させる。
【0067】
そして、この状態で所定時間経過するまで待機する(ステップS106)。この間に、基板15を静電吸着ホルダ5表面からの輻射熱を利用して加熱する。この加熱による温度上昇に伴い基板15は膨張するが、基板温度の上昇が飽和するのに伴い基板15の膨張も収束する。ステップS106において、所定時間は、例えば、基板ホルダ3の温度調整機構により吸着面5aを所定温度まで加熱し、基板ホルダ3を基板15に近づけた状態にして、基板温度が飽和するまでの時間をあらかじめ求め、この時間を所定時間として設定する。
【0068】
所定時間の経過後(ステップS106:Yes)、ステップS107において、図4Eに示すように、基板ホルダ3をさらに基板15の上方より鉛直下降させ熱膨張が収束した基板15と接触する位置まで移動させる。そして、ステップS108において、静電吸着電極6及び7に対してそれぞれ電圧差を生じるように電圧を印加する。これにより、基板15は基板ホルダ3に備える静電吸着ホルダ5へ吸着される。尚、所定時間の経過を判定する代わりに、基板ホルダ3の内部や静電吸着ホルダ5と基板ホルダ3との界面にサーミスタ等の温度センサを設けることも可能である。そして、この温度センサで検出したデータをコントローラに入力し、このデータに基づき基板ホルダ3と基板15とを接触させるタイミングを決定してもよい。タイミングを決定する判断基準としては、例えば、静電吸着ホルダ5と基板15との温度変化が飽和してきたかどうかで判定してもよいし、基板15が所定飽和温度に達したかを判定してもよい。また基板15が所定の温度に達したかどうかで判定してもよいし、複数の温度センサを設けて各場所の温度差が飽和したかどうかで判定してもよい。
【0069】
以後のステップは上述した第1の実施形態と同様である。具体的には、ステップS109において、基板ホルダ3を上昇させ、図4Fに示すように所定の処理位置へ移動させる。その後、ステップ110において、基板処理チャンバ21の外側に基板支持部材10aをシールド13より外側に移動させ、図4Gに示すように、ターゲット8からのスパッタリング物質が付着しない位置へと基板支持部材10aを退避させ、成膜処理を開始する。
【0070】
以上に示したフローに従って基板の搬送を行うことにより、ヒーター等の温度調整機構をさらに備える真空処理装置において、基板を高温に加熱する場合にも、良好な成膜を行うことができる。
【0071】
ところで基板15を基板ホルダ3に接近させた状態を保持しながら基板15を加熱する際に、基板支持部材10aを使用せずエンドエフェクタ14aに載せたまま加熱を行うと、エンドエフェクタ14aも加熱されてしまう。ここでエンドエフェクタ14aが加熱されると、その熱がロボットへ伝導することになり、ロボットの駆動系が加熱される。そうなるとロボットが動作しなくなったり、誤作動を引き起こしたりする。そこで本発明の実施形態に係る真空処理装置1を用いれば、エンドエフェクタ14aが基板ホルダ3の下に位置する時間を短くすることができると共に、エンドエフェクタ14aが加熱されずに済む。このため、上述したロボットの誤作動等を抑制することができる。
【0072】
また、基板15をエンドエフェクタ14aに載せた状態で基板15を加熱すると、その間、基板15の搬送ができないので、複数のチャンバを有する真空処理装置の場合ではスループットの低下をもたらしてしまう。そこで本発明の真空処理装置1のように、基板支持部材10aを使用して真空処理を行うとスループットの問題も解決する。
【0073】
尚、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態ではターゲットを持つスパッタリング装置について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。即ち、基板の処理面を鉛直下方に向け、静電吸着で基板ホルダに基板15を固定した状態で処理する装置であれば、スパッタリング以外の物理蒸着(PVD)装置、CVD装置、ALD装置、ドライエッチング装置等において、好適に適用されるものである。
【0074】
本発明は、例えば、次のような電子デバイスの製造に適用可能である。セラミックスターゲットを用いるスパッタ成膜では、基板以外の部材に粉末状の堆積物が生じやすく、この粉末状の堆積物は、付着力が弱いためパーティクルになりやすい。例えば、LCDで用いられるITO(インジウム・スズの酸化物)、圧電素子や強誘電体メモリで用いられるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等がその例であり、これらの成膜において基板上の膜へのパーティクルの混入を抑制するのにフェイスダウン型は有効である。また、LEDやパワーデバイス用GaNの成膜では、Ga金属をソースにMBE法やスパッタ法で成膜する場合、Ga金属の融点が29.8℃と低いためフェイスダウン型を用いる必要がある。本発明の基本は、フェイスダウン型の真空処理装置であって、基板上へのパーティクル混入を抑制するものである。従って、同様の基板上へのパーティクル混入の課題を有するあらゆる処理装置及び電子デバイス製造に好適に適応できる。
【0075】
また、基板支持機構10は基板支持部材10aを水平移動させる場合に限らず、例えば、吸着時に基板支持部材10aを上方に移動させ、真空処理時に基板支持部材10aを下方に退避させるものであってもよい。あるいは、基板支持部材10aを水平方向及び上下方向に移動させるものであってもよい。但し、本実施形態のように静電吸着ホルダ5の基板吸着面5aに平行な方向にのみ基板支持部材10aの移動を行わせるのが好ましい。基板15の処理を妨げることなく基板支持機構10を設置することができ、構造を簡素にできるので構造物の複雑化によるパーティクルの増加、シールド13の開口径の増大によるパーティクルの増加を抑制できるからである。
【0076】
また、基板支持部材10aを基板ホルダ3の鉛直下方から退避させるのは本発明において必須の構成でないが、基板処理時に退避させることで、処理物質の付着を防ぐことができ、コンタミネーション、パーティクルの増加を抑制できるので好ましい。
【0077】
また、シールド13も、上記実施形態では基板処理空間を囲うような形状としているが、退避させた基板支持部材10aを囲うような形状であってもよい。
【0078】
また、少なくとも基板支持部材10aの基板を支持する部分が真空処理室内に配されるものであれば、基板支持部材10aの根元部分が真空容器2外まで延びている構造であってもよい。
【0079】
一方、上記の第1の実施形態及び第2の実施形態では鉛直下方に向く基板吸着面5aについて説明したが、本発明の趣旨はこの例に限定されるわけではない。例えば、基板15が基板支持部材10aにより基板吸着面5aに対して平行に支持される構成とすれば、基板吸着面5aは傾斜していてもよい。
【0080】
(第3の実施形態)
次に、図7の概略構成図を用いて、第3の実施形態について説明する。尚、第3の実施形態では、第1の実施形態と装置構成が共通する部分は図中同一符号で示し、説明を省略する。
【0081】
第3の実施形態の真空処理装置1では、プロセス中に基板保持力(基板を保持している力)が基板を保持するのに必要とされる力(基板荷重)より低下したときに(例えば、停電のとき)、基板支持部材10aを基板ホルダ3の下方位置へ配置させる構成とした点で、第1の実施形態と異なる。具体的には、基板支持部材10aが退避位置にあるときに基板ホルダ3の下方の移載位置へ基板支持部材10aを付勢し続ける付勢部材30が設けられている。停電等により駆動部10bの動作が停止したときに付勢部材30の付勢力は基板支持部材10aを移載位置へ移動させる構成となっている。付勢部材30は、例えば、弾性体(バネ又は流体など)の弾性力により基板支持部材10aを並進方向(退避位置から移載位置に、または、移載位置から退避位置)に移動させるシリンダとして構成される。
【0082】
一方、基板支持部材10aの駆動部10bは、基板支持部材10aを移載位置方向へ駆動するときはこの付勢力をそのまま利用することが可能である。また、駆動部10bは、追加の駆動力を発生させて基板支持部材10bを駆動して基板支持部材10aを移載位置方向へ駆動することも可能である。退避位置方向へは付勢力と同等以上の反対方向の駆動力を発生させて基板支持部材10aを駆動すればよい。例えば、エアシリンダや油圧シリンダによって、この駆動部10bを構成する場合は、退避位置方向への駆動力のみを発生する単動シリンダとしてもよく、退避位置方向及び移載位置方向の双方への駆動力を発生可能な複動シリンダとして構成してもよい。
【0083】
なお、第3の実施形態では、付勢部材30と駆動部10bとを別体として構成しているが、付勢部材30と駆動部10bとは一体に構成してもよく、例えば、移載位置を通常の位置(ノーマル位置)とした単動シリンダとして構成することもできる。
【0084】
また、第3の実施形態においては、基板ホルダ3の移動機構33は、移載位置をノーマル位置とした単動シリンダを備えて構成されており、コントローラの指令に基づいて、基板ホルダ3を昇降させる。
【0085】
図8の参照により、上記構成の真空処理装置1の動作を説明する。図8の8aは、プロセス中の真空処理装置1の状態を示している。この状態で、例えば、停電などにより静電吸着電極6,7への給電が停止したとする。このとき、基板15は、残留電荷によってしばらく基板ホルダ3に保持されるものの、やがて保持力を失って自重により落下する。
【0086】
しかし、このとき、駆動源からの駆動力の供給も停止し、基板支持部材10aは付勢部材30による付勢力によって、移載位置へ駆動される。同様に、基板ホルダ3の移動機構33も駆動力の供給が停止し、基板ホルダ3の荷重によって基板ホルダ3が移載位置へ下降する。
【0087】
このような場合に、図8の8bに示すように、基板15が落下しても基板支持部材10aが受け止めることができ、基板15及びターゲットの破損を防止できる。第3の実施形態では、基板ホルダ3も同時に下降するため、落下距離を短くすることができ、基板の落下をより確実に防止することができる。
【0088】
以上のように、プロセス中に基板保持力が基板を保持するのに必要とされる力(基板荷重)より低下したときに、基板処理チャンバ21内に基板支持部材10aを移動させることで、基板の落下を防止するための機構として機能させることができ、フェイスダウン特有の基板の落下という問題を解決できる。基板が落下すると、落下した基板を受けるターゲットの交換や基板の破片等の除去のために、ラインを停止して、基板処理チャンバ21の内部を大気暴露の状態にする必要があるため、ライン停止と復旧に要する損害が大きくなる。他の落下防止機構を設けることも考えられるが、成膜空間内に成膜プロセスに影響を与えないようにして落下防止用の構造物を設けるのは難しく、また、その構造物がコンタミネーションの原因にもなり得る。この点、本願のように基板支持部材10aにより落下防止機構を構成することで、コンタミネーション等の問題を招くことなく、有効に基板の落下を防止できる。
【0089】
(第4の実施形態)
第3の実施形態の真空処理装置に、さらに、基板の吸着不良を検出する落下防止センサを設け、基板保持力が基板荷重より低下していることを検出するようにしてもよい。図9の参照により、落下防止センサが設けられた第4の実施形態にかかる真空処理装置の落下防止動作を説明する。図9に示すように、停電のときは(図9のA)第3の実施形態の付勢部材30により、基板支持部材10aを落下防止位置(移載位置)に配置させるために、真空処理装置のコントローラは以下の処理を実行する。まず、停電が発生すると、作動流体の出力を自動的に停止させる(S901)。そして、付勢部材30により基板支持部材10aを駆動し、基板ホルダ3の下方へ基板支持部材10aを移動させる(S902)。基板ホルダ3が自重により下降し、基板支持部材10aが基板15を受け止める(S903)。
【0090】
また、停電以外の場合に静電吸着力が基板保持力を下回っているときは(図9のB)、付勢部材30又は駆動部10bにより能動的に基板支持部材10aを落下防止位置に配置させる。真空処理装置のコントローラは以下の処理を実行する。まず、吸着不良が発生したことを電流値に基づきコントローラが検出する(S904)。そしてコントローラが基板支持部材を駆動させて(S905)、基板ホルダ3の下方へ配置し基板15を受け止める(S906)。これにより、基板15の落下をより確実に防止できる。
【0091】
落下防止センサとしては、例えば、静電吸着ホルダ5に吸着している基板15の裏面側に熱伝達用のガスを流す場合において、基板15の裏面側の空間の圧力を測定するための圧力センサを設け、圧力が所定値以下であることを検出するセンサが挙げられる。つまり、基板15が静電吸着ホルダ5に吸着されていないときは裏面側の空間からガスが漏れ出し、所定圧力を維持できない状態となる。そのため、圧力センサが、所定圧力に達していないことを検出することで、基板15の吸着不良の検出ができる。第4の実施形態のコントローラは、圧力センサからの出力に基づき圧力が所定の閾値(所定の圧力)を下回ると判定したときに、圧力センサは、基板15が静電吸着ホルダ5に正常に吸着されていないと判定し、駆動部10bに基板支持部材10aを落下防止位置へ配置させる指令を出力する。この出力をコントローラが受信することでステップS904〜S906の処理が実行され、吸着不良等によるプロセス中の基板15の落下をも防止することが可能になる。
【0092】
以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。
【0093】
本願は、2008年6月20日提出の日本国特許出願特願2008−161477を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
Claims (10)
- 真空処理装置において、
真空排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、鉛直下方に向く基板吸着面を有し、基板を静電吸着する静電吸着機構を備える基板ホルダと、
前記真空容器内に設けられ、前記基板と前記基板吸着面に吸着可能な姿勢で前記基板を支持する基板支持部材と、
前記基板支持部材に支持される前記基板及び前記基板ホルダのうち少なくとも一方を移動させ、前記基板と前記基板ホルダとを接触させることで前記基板を前記基板ホルダに吸着させる移動手段と、
前記真空容器内に設けられ、前記基板の処理空間と前記真空容器の内壁側の空間とを隔てるものであって、前記処理空間と前記内壁側の空間とを連通する開口が形成されたシールドと、
前記真空容器外に設けられ、前記移動手段により前記基板を吸着させた後、前記基板を吸着させた位置から前記シールドの前記開口を通って前記内壁側の空間へ、前記基板支持部材を退避させるための基板支持部材駆動手段と、
を備えることを特徴とする真空処理装置。 - 前記基板支持部材は、前記基板ホルダに対して前記基板を平行に支持するものであることを特徴とする請求項1に記載の真空処理装置。
- 前記基板ホルダに内蔵される温度調整機構と、
コントローラと、を更に備え、
前記温度調整機構が前記基板吸着面の温度を調整し、
前記コントローラが、前記静電吸着機構と、前記温度調整機構と、前記移動手段とを制御し、前記温度調整機構を作動させた状態で、前記基板支持機構に支持される前記基板と前記基板ホルダとを接近させ、前記基板と前記基板ホルダとが接近している状態で所定時間経過するまで前記静電吸着機構の動作を待機させ、前記所定時間経過後、前記基板吸着面に前記基板を接触させた状態で前記静電吸着機構を作動させることを特徴とする請求項1または2に記載の真空処理装置。 - プロセス中に前記基板を保持する基板保持力が低下した場合に、前記基板支持部材を前記基板ホルダの下方位置へと配置させる構成としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の真空処理装置。
- 前記基板支持部材が退避位置にある場合に、前記基板ホルダの下方位置の方向に付勢し続ける付勢部材を備え、前記プロセス中に前記基板保持力が低下した場合に、前記付勢部材の付勢力により前記基板支持部材を前記基板ホルダの下方位置へ移動させることを特徴とする請求項4に記載の真空処理装置。
- 真空排気可能な真空容器内に設けられ、基板吸着面を有し、基板を静電吸着する静電吸着機構を備える基板ホルダを用い、前記基板ホルダに前記基板を静電吸着させた状態で真空処理を行う真空処理方法において、
前記真空容器内に設けられた、前記基板の処理空間と前記真空容器の内壁側の空間とを隔てるシールドの開口を通って、基板搬送機構によって前記基板を搬送する工程と、
前記基板吸着面に吸着可能な姿勢で前記基板を支持する基板支持部材に基板を受け渡す工程と、
前記基板支持部材によって支持された状態で前記基板と前記基板吸着面とを接触させる工程と、
前記基板と前記基板吸着面とが接触している状態で前記静電吸着機構を作動させて前記基板を静電吸着させる工程と、
前記基板を吸着させた後、前記基板を吸着させた位置から前記シールドの前記開口を通って前記内壁側の空間へ、前記基板支持部材を退避させるための基板支持部材駆動工程と、
を有することを特徴とする真空処理方法。 - 基板を静電吸着する静電吸着機構を備え鉛直下方に向く基板吸着面を有する基板ホルダが真空排気可能な真空容器内に設けられ、前記基板ホルダに前記基板を静電吸着させた状態で真空処理を行う真空処理装置を用いた電子デバイスの製造方法において、
前記真空容器内に設けられた、前記基板の処理空間と前記真空容器の内壁側の空間とを隔てるシールドの開口を通って、基板搬送機構によって基板を搬送する工程と、
前記基板吸着面に吸着可能な姿勢で前記基板を支持する基板支持部材に基板を受け渡す工程と、
前記基板支持部材によって支持した状態で前記基板と前記基板吸着面とを接触させる工程と、
前記基板と前記基板吸着面とが接触している状態で前記静電吸着機構を作動させて前記基板を静電吸着させる工程と、
静電吸着された前記基板に対して真空処理を行う工程と、
前記基板を吸着させた後、前記基板を吸着させた位置から前記シールドの前記開口を通って前記内壁側の空間へ、前記基板支持部材を退避させるための基板支持部材駆動工程と、
を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記基板支持部材駆動手段は、前記基板と平行な方向に前記基板支持部材を駆動し、
前記基板支持部材は、前記基板を前記基板ホルダに吸着させる際に、前記基板支持部材駆動手段により前記シールドの開口を通って前記基板ホルダの下方まで駆動され、前記基板の周囲から3点以上で当該基板を支持することを特徴とする請求項1または2に記載の真空処理装置。 - 前記移動手段は、前記基板ホルダを前記基板に対して垂直な方向に駆動させることが可能であることを特徴とする請求項8に記載の真空処理装置。
- 前記基板ホルダに対向する放電用のカソード部を設けたことを特徴とする請求項8に記載の真空処理装置。
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