JP4611348B2 - 基板支持装置、基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板支持装置に関するものであり、詳しくは、基板処理装置の処理室にウエーハ等の基板を水平に支持するための基板支持装置であって、例えば塗布したレジストによる基板の貼付きがなく、しかも、加熱した際の基板の温度分布をより均一にすることが出来る基板支持装置に関するものである。

周知の通り、基板処理装置は、ウエーハ等の基板にドライエッチング、イオンエッチング、アッシング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理を施す装置である。基板処理装置においては、例えば、処理室（チャンバー）に配置された基板支持装置（サセプタ）に対して基板を水平に載せ、発生させたプラズマにより所要の加熱処理を施す。なお、基板支持装置に対する基板の供給・回収には、水平に基板を搭載するフィンガーを先端に備えたロボットアームが使用される。

ところで、基板処理装置にて基板を処理する際、処理室の基板支持装置の表面に基板を密着させた状態に載せるが、加熱処理によって基板が基板支持装置の表面に貼付き、ロボットアームでは円滑に回収できない場合がある。例えば、基板にアッシングを施した場合には、基板表面のレジスト（樹脂）の一部が基板支持装置の表面と基板背面の微少間隙に染込み、レジスト又はその残渣によって貼付き現象が生じると考えられる。

また、エッチングやアッシングを施す場合、より高品質の処理を行うためには、基板の部位に拘わらず一様な処理レートを確保することが重要であるが、基板支持装置の表面に基板を密着させた状態、すなわち、基板支持装置の表面に対して基板の背面を全面接触させた状態では、基板の部位によって温度分布に差異が生じるため、処理の均質性が低下すると言う問題がある。

本発明は、上記の様な実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板処理装置の処理室にウエーハ等の基板を水平に保持する構造の基板支持装置であって、加熱処理による基板の貼付きがなく、しかも、加熱した際の基板の温度分布をより均一にすることが出来る基板支持装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の基板支持装置は、基板処理装置の処理室に配置され且つ処理中に基板を水平に支持する基板支持装置であって、表面が略平坦に形成された支持装置本体と、支持装置本体の表面に取り付けられたフローティングピンとから成り、フローティングピンは、一直線上に並ばない少なくとも３箇所に支持装置本体の表面から突出する状態で配置されていることを特徴とする。

すなわち、上記の基板支持装置において、フローティングピンは、少なくとも３点で基板を安定に支持し、かつ、支持装置本体の表面から基板を離間させる。従って、基板を加熱した際、毛管現象による基板背面側へのレジスト等の染込みがなく、また、基板と支持装置本体の熱伝導が殆どなく、基板の温度分布のバラツキを低減できる。

本発明の基板支持装置によれば、塗布されたレジスト等が毛管現象によって基板の背面側へ染込むことがないため、アッシング等を施した場合にも、レジスト又はその残渣による基板と支持装置本体の貼付きを有効に防止できる、また、基板と支持装置本体との接触面積が極めて少なくなるため、加熱した際の基板の温度分布のバラツキを低減できる。

本発明に係る基板支持装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る基板支持装置の主要な構造を示す図であり、分図（ａ）は平面図、分図（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。図２は、フローティングピンの構造を示す図であり、分図（ａ）は支持装置本体へ装着した状態を示す縦断面図、分図（ｂ）は展開図である。図３は基板支持装置の好ましい態様における昇降ピンの稼働状態を示す斜視図である。

本発明の基板支持装置は、基板処理装置の処理室に配置される所謂サセプタと称する装置であり、処理中に基板を水平に支持する構造を備えている。基板処理装置としては、ウエーハ等の基板にドライエッチング、イオンエッチング、アッシング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理を施す装置が挙げられる。基板処理装置の処理室は、例えば、プラズマ処理装置の場合、所定周波数の高周波電力が供給される共振器の下方に連続して設けられる。上記の共振器は、減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される反応容器と、当該反応容器の外周に巻回された共振コイルと、当該共振コイルの外周に配置されたアルミニウム等から成る外側シールドとから主に構成される。

上記の基板処理装置においては、反応容器および処理室の内部を所定の真空度に維持し、プラズマ用ガスを供給し且つ高周波電力を供給することにより、反応容器に誘導プラズマを励起させ、そして、この誘導プラズマによって処理室内の基板を処理する。なお、処理室には、当該処理室と同等の真空度に保持可能なロードロックチャンバーがゲートバルブを介して連設されており、未処理の基板の供給作業および処理済の基板の回収作業は、ロードロックチャンバーに配置された後述の基板搬送装置によって行う様になされている。基板処理装置の基本的構成は、例えば、特開平１１−２３３５８８号公報に記載されている。

上記の様な処理室に配置される本発明の基板支持装置は、図１に示す様に、表面が略平坦に形成された支持装置本体（１）と、支持装置本体（１）の表面に取り付けられたフローティングピン（２）とから構成される。支持装置本体（１）は、アルミニウムやアルミニウム合金などの材料により、例えば短軸円柱形のプレート状に形成される。支持装置本体（１）は、処理室の底部を構成する適宜の架台などに固定されており、また、必要に応じてバイアス電圧を印可し得る様になされている。

フローティングピン（２）は、セラミックス等の無機材料によって構成され、そして、一直線上に並ばない少なくとも３箇所に配置される。すなわち、基板（Ｗ）を少なくとも３点で支持する様に配置される。図に例示した基板支持装置においては、支持装置本体（１）の中心部近傍に３箇所、外周部に３箇所の合計６箇所にフローティングピン（２）が均等配置されている。更に、支持する基板（Ｗ）を支持装置本体（１）の表面から離間させるため、フローティングピン（２）は、支持装置本体（１）の表面から突出する状態で配置される。

図２に示す様に、支持装置本体（１）の表面からのフローティングピン（２）の突出高さ（ｈ）は、基板（Ｗ）を支持する際、支持装置本体（１）と基板（Ｗ）との熱伝導が殆どなく且つ支持装置本体（１）の表面と基板（Ｗ）の間に毛管現象によってレジストが染込むことがない程度に基板（Ｗ）を離間させ得る高さであれば十分であり、通常は０．１〜３ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍに設定される。また、フローティングピン（２）の頂部、すなわち、後述する首部（２２）の上端部は、基板（Ｗ）との接触面積を出来る限り少なくし、熱伝導をより一層低減するため、円錐状または球面状に形成される。

フローティングピン（２）自体の構造は、上記の条件を満足する限り適宜に設計し得るが、例えば、強度を高め且つ緩みを防止する観点から、図２に示す様な構造に構成される。すなわち、フローティングピン（２）は、図２に示す様に、支持装置本体（１）の表面に開口された装着穴（１２）に緩く嵌合する基底部（２１）と、基底部（２１）よりも小径に形成された首部（２２）とから構成される。そして、首部（２２）の外周側に挿入されたストッパ部材（２３）により、支持装置本体（１）の表面の装着穴（１２）に固定され様になされている。

ストッパ部材（２３）は、装着穴（１２）の上半部に形成された雌ねじに螺合するねじを外周面に備えた環状の部材であり、フローティングピン（２）の首部（２２）を挿通可能に構成される。従って、装着穴（１２）にフローティングピン（２）を挿入した状態でストッパ部材（２３）を締め付けた場合、ストッパ部材（２３）は、フローティングピン（２）の基底部（２１）を押し下げる様に機能するため、装着穴（１２）に対してフローティングピン（２）を強固に固定できる。

なお、図２に例示したフローティングピン（２）は、その側面に平行な一対の平坦面が形成された略楕円形の平面形状を備え、また、基底部（２１）の底面には、水平な溝が設けられている。斯かる溝は、フローティングピン（２）を装着穴（１２）に挿入する際、ストッパ部材（２３）の内周面に設けられた縦溝と協働的に機能することにより、装着穴（１２）内部の空気を排出する。また、ストッパ部材（２３）は、上記の縦溝を利用して締付操作を行う様になされている。

また、本発明の好ましい態様においては、より円滑に且つより効率的に基板（Ｗ）を供給・回収し得る様に、基板（Ｗ）を昇降させるための昇降機構が設けられる。具体的には、図１及び図３に示す様に、支持装置本体（１）の外周部の少なくとも３箇所には、基板搬送装置（ロボットアーム）（４）のフィンガー（４２）によって基板（Ｗ）を供給・回収する際、所定高さに基板（Ｗ）を支持する昇降ピン（３）が昇降機構として設けられる。

図３に示す基板搬送装置（４）は、水平面内で旋回および屈伸自在なアーム（４１）の先端に２つの舌片状のフィンガー（４２）が平行に配置された装置であり、これら上下のフィンガー（４２）の上に基板（Ｗ）を水平に搭載して搬送する様に構成される。各フィンガー（４２）の高さは、昇降ピン（３）による基板（Ｗ）の支持高さに応じて後述の上段位置と中段位置との間および中段位置と下段位置との間にそれぞれ進入し得る高さに設定される。

他方、昇降ピン（３）は、図１に示す様に、支持装置本体（１）を貫通して上下に昇降自在なロッドと、その上端に水平に突設された基板支持片とから成り、これらは、アルミニウムやアルミニウム合金などの材料によって一体的に形成される。昇降ピン（３）は、処理室の下方に配置された駆動部（図示省略）の正逆回転可能なサーボモータ、ボールネジ及びボールナット等から成る昇降機構により、支持した基板（Ｗ）を下段位置（支持装置本体（１）の表面のフローティングピン（２）に載せた状態の位置）、中段位置ならびに上段位置の３つの高さに位置決め可能になされている。

上記の様な昇降ピン（３）及び基板搬送装置（４）を使用し、次の様な操作によって処理室の基板支持装置に対して基板（Ｗ）を供給し、基板支持装置から基板（Ｗ）を回収する。例えば、既に処理済の基板（Ｗ）が基板支持装置上にある場合を想定すると、先ず、基板搬送装置（４）においては、カセット等（図示省略）から取り出した未処理の基板（Ｗ）を下段のフィンガー（４２）に搭載し、他方、基板支持装置においては、サーボモータの回転制御により昇降ピン（３）を上昇させ、処理済の基板（Ｗ）を上段位置に支持する。

次いで、基板搬送装置（４）の上下のフィンガー（４２）を基板支持装置上の処理済の基板（Ｗ）の下方に進入させた後、昇降ピン（３）を中段位置まで下降させ、処理済の基板（Ｗ）を上段のフィンガー（４２）上に載せる。その後、上下に基板（Ｗ）を搭載したフィンガー（４２）を基板支持装置から一旦後退させた後、基板支持装置の昇降ピン（３）を下段位置まで下降させる。そして、再び基板搬送装置（４）のフィンガー（４２）を基板支持装置へ進入させる。

続いて、基板支持装置において、昇降ピン（３）を中段位置まで上昇させることにより、下段のフィンガー（４２）上の未処理の基板（Ｗ）を昇降ピン（３）で支持する。次いで、基板搬送装置（４）のフィンガー（４２）を基板支持装置から後退させることにより、上段のフィンガー（４２）上の処理済の基板（Ｗ）を回収してカセット等まで搬送する。そして、基板支持装置において、昇降ピン（３）を下段位置まで下降させて未処理の基板（Ｗ）をフローティングピン（２）上に供給する。

上記の様に、昇降機構としての昇降ピン（３）ならびに基板搬送装置（４）を使用した場合には、フィンガー（４２）の僅かな前進・後退操作と昇降ピン（３）の昇降操作の組合せにより、カセット等から基板支持装置へ未処理の基板（Ｗ）を供給する工程と、基板支持装置からカセット等へ処理済の基板（Ｗ）を回収する工程とをアーム（４１）の１往復の操作に統合させることが出来る。換言すれば、基板支持装置に昇降ピン（３）が備えられていることにより、基板搬送装置（４）のアーム（４１）の１往復の操作とフィンガー（４２）の僅かな進退操作により、処理済の基板（Ｗ）と未処理の基板（Ｗ）を円滑に入れ替えることが出来、基板（Ｗ）の搬送効率を向上させることが出来る。

本発明の基板支持装置においては、上記の様にして供給された基板（Ｗ）に所要の処理を施す間、基板（Ｗ）をフローティングピン（２）の上に水平に保持する。すなわち、上記の基板支持装置において、フローティングピン（２）は、少なくとも３点で基板（Ｗ）を安定に支持し、かつ、支持装置本体（１）の表面から基板（Ｗ）を離間させる。

従って、基板（Ｗ）を加熱した際、塗布されたレジスト等が毛管現象によって基板（Ｗ）の背面側へ染込むことがないため、例えば、アッシングを施した場合にも、レジスト又はその残渣による基板（Ｗ）と支持装置本体（１）の貼付きを有効に防止できる。その結果、本発明の基板支持装置によれば、基板搬送装置（４）による上記の様な基板（Ｗ）の供給・回収操作を一層円滑に実行できる。

更に、本発明の板支持装置においては、支持装置本体（１）に基板（Ｗ）を載せる際、フローティングピン（２）によって支持装置本体（１）の表面から基板（Ｗ）を離間させるため、空気ベアリング効果による基板（Ｗ）の滑り現象が発生することがなく、支持装置本体（１）の中央に基板（Ｗ）を正確に配置できる。そして、フローティングピン（２）によって支持装置本体（１）の表面から基板（Ｗ）を離間させることにより、基板（Ｗ）と支持装置本体（１）との接触面積が極めて少なくなるため、基板（Ｗ）と支持装置本体（１）の熱伝導が殆どなく、基板（Ｗ）の温度分布のバラツキを低減できる。その結果、本発明の基板支持装置によれば、基板（Ｗ）の部位に拘わらず一様な処理レートを確保することができ、より高品質の処理を行うことが出来る。

本発明に係る基板支持装置の主要な構造を示す平面図およびＡ−Ａ線に沿った縦断面図 フローティングピンの構造を示す縦断面図および展開図 基板支持装置の好ましい態様における昇降ピンの稼働状態を示す斜視図

符号の説明

１ ：支持装置本体
１２：装着穴
２ ：フローティングピン
２１：基底部
２２：首部
２３：ストッパ部材
４ ：基板搬送装置
４２：フィンガー
Ｗ ：基板

Claims (3)

1. 基板処理装置の処理室に配置され且つ処理中に基板（Ｗ）を水平に支持する基板支持装置であって、表面が平坦に形成され上面の一直線上に並ばない少なくとも三箇所に穴部を設けた支持装置本体と、柱状のフローティングピンとから成り、前記フローティングピンは、前記穴部にそれぞれ嵌合する基底部と、該基底部より小径に形成された首部とから構成されており、該首部の上端部は円錐状又は球面状に形成され、前記首部の外周側には前記穴部に少なくとも前記首部を固定するストッパ部材が設けられ、前記フローティングピンの基底部の底面には水平な溝が設けられ、ストッパ部材の内周面には縦溝が設けられていることを特徴とする基板支持装置。
2. 表面が平坦に形成され上面の一直線上に並ばない少なくとも三箇所に穴部を設けた支持装置本体と、柱状のフローティングピンとから成り、前記フローティングピンは、前記穴部にそれぞれ嵌合する基底部と、該基底部より小径に形成された首部とから構成されており、該首部の上端部は円錐状又は球面状に形成され、前記首部の外周側には前記穴部に少なくとも前記首部を固定するストッパ部材が設けられ、前記フローティングピンの基底部の底面には水平な溝が設けられ、ストッパ部材の内周面には縦溝が設けられている基板支持装置を処理室内に有する基板処理装置。
3. 表面が平坦に形成され上面の一直線上に並ばない少なくとも三箇所に穴部を設けた支持装置本体と、柱状のフローティングピンとから成り、前記フローティングピンは、前記穴部にそれぞれ嵌合する基底部と、該基底部より小径に形成された首部とから構成されており、該首部の上端部は円錐状又は球面状に形成され、前記首部の外周側には前記穴部に少なくとも前記首部を固定するストッパ部材が設けられ、前記フローティングピンの基底部の底面には水平な溝が設けられ、ストッパ部材の内周面には縦溝が設けられている基板支持装置を処理室内に有する基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
   基板を前記フローティングピン上に供給する工程と、供給された前記基板に所要の処理を施す工程とを有する基板処理方法。
   

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