JP4990636B2 - 搬送トレーを用いた真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空中で所定の処理を実施するＣＶＤ、スパッタリング装置やエッチング装置などの真空処理装置に搬送自在な搬送トレー及びこの搬送トレーを用いた真空処理装置に関する。

ＣＶＤ装置、スパッタリング装置やエッチング装置などの真空処理装置では、被処理基板の温度がＣＶＤやエッチングなどの各処理の速度などに大きな影響を与えることから、被処理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。このため、真空処理装置の処理室内に、被処理基板の載置を可能とするホルダ（保持台）を設け、加熱手段を内蔵したホルダの基板載置面に、被処理基板裏面との間で所定の空間を置いて被処理基板を載置できる凹部を形成し、この空間にヘリウムガスなどの冷却ガスを循環させ、被処理基板の加熱と冷却による被処理基板の温度制御ができるように構成したものが知られている（特許文献１）。

他方で、上記真空処理装置では、生産性を高めるべく複数枚の被処理基板を処理室に同時搬送して処理したり、または、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる被処理基板に対し同一の処理を行うために、複数枚の被処理基板を保持できる搬送トレーを用いることが一般に知られている。この場合、被処理基板の温度制御は搬送トレーを介して行われることになる。この搬送トレーを用いると、ホルダに対する搬送トレーの接触や搬送トレーに対する被処理基板の接触が不十分になり易く、両者の相互間に微小な隙間が生じる虞がある。この場合、この隙間を介した真空中の熱伝達量は大気中に比べて小さいため、ホルダと搬送トレーや搬送トレーと被処理基板の間で熱伝達率が悪く、その結果、被処理基板の温度制御の精度や効率が悪くなり易い。

このことから、真空処理装置に用いられる搬送トレーに、被処理基板の被処理面とは反対側の面を臨む空間に閉空間を形成する閉空間用凹部を形成すると共に、被処理基板の処理に影響が無い範囲内で、この閉空間内の圧力を被処理基板の被処理面を臨む空間の真空圧力より高くするよう閉空間内に、被処理基板の冷却ガスを兼用するヘリウムガスなどの昇圧用ガスを導入するガス導入路を設けることが知られている（特許文献２参照）。
特開平５−１３３５０号公報（例えば、従来技術の欄参照） 特開２００２−４３４０４号公報（例えば、図１参照）

しかしながら、上記のものでは、ホルダの基板載置面に段付きの凹部を形成し、この凹部に被処理基板を落とし込んでセットし、押し付け具によって、凹部の上方から被処理基板をその全周に亘って押圧力を加えているだけなので、導入した冷却ガスが被処理基板の外周部から漏れ出す。つまり、冷却を兼ねる昇圧用ガスの漏れ対策がなされていなかった。このため、昇圧用ガスを導入すると、被処理基板の外周部から漏れ出すことで、昇圧用ガスは、中心から外周へ向けて徐々に低下するように分布し、その外周部に向かうに従い冷却効率が低下する。その結果、搬送トレーを介した被処理基板の冷却が一様にならなず、被処理基板の温度制御の精度を改善できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、搬送トレーで保持した被処理基板をその全面に亘って精度よく略均一に温度制御できるようにした真空処理装置用の搬送トレー及びこの搬送トレーを用いた真空処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の真空処理装置は、複数枚の被処理基板がセットされた搬送トレーを、当該搬送トレーをその上面で保持するホルダを備えた処理室に搬送し、真空中で各被処理基板に対し所定の処理を実施する真空処理装置であって、前記搬送トレーは、その基板載置面に各被処理基板の外形に対応した凹部が形成され、この凹部の底面の外周に沿って配置した環状の第１シール手段と、凹部に落とし込むことで設置される被処理基板の外周面を第１シール手段に対して押圧する押圧手段と、各凹部に夫々通じる少なくとも２本のガス通路とが設けられ、第１シール手段で支持されることで被処理基板の裏側に画成された空間に一方のガス通路を介して冷却ガスを供給し、他のガス通路を介して冷却ガスを排出できるようにしたものであり、前記ホルダに、当該ホルダで搬送トレーを保持したときに、搬送トレーに形成した一方のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス供給路と、他のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス排出路とを設けると共に、一方のガス通路とガス供給路との周囲及び他のガス通路とガス排出路との周囲を囲う第２シール手段を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、搬送トレーに形成した凹部に被処理基板を落とし込んで搬送トレーに被処理基板を設置する。この場合、被処理基板は、凹部内でシール手段によって支持されることで、被処理基板の裏側には所定容積の空間が画成される。次いで、被処理基板の処理面側から押圧手段を取付ける。この場合、被処理基板の外周部がその全周に亘ってシール手段に対して押圧されることで、上記空間は密閉される。これにより、搬送トレーに形成したガス通路を介して、ヘリウムガスなどの冷却ガスを導入しても、上記空間に供給された冷却ガスが被処理基板の外周部から漏れ出すことが防止される。また、搬送トレーは、各凹部に夫々通じる少なくとも２本のガス通路が設けられ、ホルダに、ホルダで搬送トレーを保持したときに、搬送トレーに形成した一方のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス供給路と、他のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス排出路とを設けることにより、上記空間内で冷却ガスが循環する。更に、一方のガス通路とガス供給路との周囲及び他のガス通路とガス排出路との周囲を囲う第２シール手段によって、一方のガス通路とガス供給路との周囲及び他のガス通路とガス排出路との周囲から冷却ガスが漏れ出すことが防止される。その結果、局所的に冷却効率が低下することなく、被処理基板裏面（処理面の背面）を一様に冷却でき、被処理基板の温度制御の精度や効率を高めることができる。

この場合、前記ホルダに、搬送トレーの加熱を可能とする加熱手段を設けることが好ましい。

尚、前記ホルダは、静電気によって搬送トレーを吸着する静電チャック用の電極を有するものであれば、静電チャックによってホルダに搬送トレーがその全面に亘って一様な力で吸着されるため、ホルダと搬送トレーとの間で熱伝達率が悪くなることはない。

以上説明したように、本発明の搬送トレーを用いた真空処理装置は、搬送トレーを介して被処理基板に所定の処理を行う場合に、被処理基板をその全面に亘って精度よく略均一に温度制御できるという効果を奏する。

図１及び図２を参照して説明すれば、１は、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置やエッチング装置などの真空処理装置に用いられる本発明の搬送トレーである。搬送トレー１は、例えば真空処理装置の処理室に設けられ、この搬送トレー１が載置されるホルダ（図示せず）の上面形状に略一致させて形成され、所定の板厚を有する円板から構成される。搬送トレー１は、真空処理装置の処理室内で実施される処理に応じて、熱伝導が良く、その処理に影響を与えない材料から適宜選択され、例えば、酸化シリコン、ステンレスやアルミニウム等の材料から形成される。

搬送トレー１の上面（被処理基板の処理面Ｓ１側）である基板載置面には、生産性を高めるべく複数枚の被処理基板Ｓを処理室内に同時搬送して処理できるように、平面視で円形の上面には、例えば同形状の６個の凹部１１が同一円周上に位置させて形成されている。凹部１１の開口面の形状は、被処理基板Ｓの形状に略一致させて形成され、凹部１１に、被処理基板Ｓの処理面Ｓ１が凹部１１と背向するように被処理基板Ｓを落とし込むことで、搬送トレー１に被処理基板Ｓが設置できるようになっている。

ところで、搬送トレー１によって被処理基板Ｓを真空処理装置の処理室に搬送し、処理室内でＣＶＤやエッチングなどの各処理を行う場合、被処理基板Ｓの温度が各処理の速度などに大きな影響を与えることから、被処理基板Ｓ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。この場合、被処理基板Ｓを冷却できるように、被処理基板Ｓ裏面との間で所定の空間を置いて被処理基板Ｓを設置できるようにし、この空間に、ヘリウムガスなどの冷却ガスを供給し、被処理基板Ｓを冷却できるようにすることが考えられるが、導入した冷却ガスが被処理基板Ｓの外周部から処理室内に漏れ出したのでは、被処理基板Ｓの温度制御の精度が悪くなる場合がある。

そこで、本実施の形態では、各凹部１１の底面１１ａの外周に沿って環状のシール手段２を設けると共に、被処理基板Ｓの外周面をシール手段に対して押圧する押圧手段３を着雑自在に設けることとした。シール手段２は、テフロン（登録商標）などの樹脂や金属等、好ましくは耐熱性を有する材料から構成され、凹部１１に被処理基板Ｓを落とし込むと、シール手段２によって被処理基板Ｓがその外周で支持され、被処理基板Ｓ裏面に空間１１ｂが画成されるように設けられている。

押圧手段３は、被処理基板Ｓが臨む中央開口３１が形成された所定厚さの円板であり、搬送トレー１と同様に、真空処理装置の処理室内で実施される処理に応じてその材質が適宜選択される。この場合、押圧手段３には複数個の貫通孔（図示せず）が形成され、この貫通孔を介して、搬送トレー１の凹部１１の外周に形成したねじ孔にボルトＢを螺着することで押圧手段３は取付けられる。尚、凹部１１の深さは、押圧手段３によって被処理基板Ｓの外周に押圧力を加えたとき、被処理基板Ｓの外周部がシール手段２とその全周に亘って当接するように設定される。これにより、凹部１１に被処理基板を設置した状態で押圧手段３を取付けると、空間１１ｂが密閉される。この場合、押圧手段３がその全周に亘って被処理基板Ｓの外周部と面接触していることで、搬送トレー１を加熱して被処理基板Ｓを加熱すると、被処理基板Ｓが略均等に加熱できる。

また、搬送トレー１には、その裏面側から空間１１ｂに連通する２本のガス通路１２ａ、１２ｂが開設されている。これにより、このガス通路１２ａ、１２ｂを介してヘリウムガスなどの冷却ガスを導入しても、空間１１ｂに供給された冷却ガスが被処理基板Ｓの外周部から漏れ出すことが防止され、その結果、局所的に冷却効率が低下することなく、被処理基板Ｓを一様に冷却でき、被処理基板Ｓが略均等に加熱できることと相俟って、被処理基板Ｓの温度制御精度を高めることができる。この場合、一方のガス通路１２ａに冷却ガスを供給し、他方のガス通路１２ｂから冷却ガスを排気するようにして、空間１１ｂ内で冷却ガスが循環するようにしてもよい。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明の搬送トレー１が用いられる真空処理装置１０を説明する。真空処理装置１０は、例えば、公知の構造を有する放電分離型のドライエッチング装置であり、ドライエッチング装置１０は、ターボ分子ポンプ、ロータリポンプなどの真空排気手段１０１を設けた真空チャンバ１００を有し、所定の真空圧に保持可能な処理室１００ａを形成する。処理室１００ａにはまた、プラズマ処理装置４が連結されている。

プラズマ処理装置４は、公知の構造を有し、誘電体から構成される筒状の放電管４１と、放電管４１と、この放電管４１に直交する方向で連結されたマイクロ波導波管４２とから構成され、マイクロ波導波管４２の一端に接続されたマイクロ波電源４２ａを介して所定の周波数のマイクロ波が導入できるようになっている。

そして、ガス源４３から、処理室１３内で行われるドライエッチング処理に応じて適宜選択されるＣＦ_４、ＮＦ_３、Ａｒ、Ｏ_２などのプロセスガスを、選択的にまたは混合した状態で放電管４１に供給し、放電管４１の上流側から下流側に向かって一定の流量で流れるプロセスガスに、マイクロ波電源４２ａを作動させて放電管４１に所定の周波数のマイクロ波を照射すると、放電管４１とマイクロ波導波管４２との交差した領域でプロセスガスが励起されてプラズマ化し、導電体製のガス導入管４４によって処理室１００ａに導き、後述するホルダに載置した搬送トレー１上の被処理基板Ｓがエッチングされる。

処理室１００ａ内に設けたホルダ１１０は、略円筒形状であり、絶縁体１１１を介して処理室１００ａの床面に設置されている。ホルダ１１０の上面１１０ａは、搬送トレー１の外形に略一致させて形成され、搬送トレー載置面を形成する。この場合、例えば、搬送トレー載置面１１０ａにその上方に向かって突出するピンを複数設けておき、搬送トレー１の裏面にこのピンが係合する孔を設け、公知の多間接式ロボットによって搬送トレー１を処理室１１０ａに搬送し、ホルダ１１０に載置する際、搬送トレー１が位置決めして載置できることが好ましい。

搬送トレー載置面１１０ａには、静電気によって搬送トレー１を吸着する公知の構造の静電チャック用の電極１１２が設けられている。また、ホルダ１１０には、例えば抵抗加熱式のヒータ（図示せず）が内蔵され、エッチング処理の際に、搬送トレー１を加熱することで、搬送トレー１に設置した被処理基板Ｓが加熱できるようになっている。この場合、静電チャックによって搬送トレー載置面１１０ａに搬送トレー１がその全面に亘って一様な力で吸着されるため、ホルダ１１０と搬送トレー１との間で局所的に熱伝達率が悪くなることが防止できる。

また、搬送トレー載置面１１０ａには、この搬送トレー載置面１１０ａに搬送トレー１を位置決めして載置したとき、搬送トレー１の各ガス通路の下端と上下方向で一致するように２本の環状溝１１３ａ，１１３ｂが形成され、各環状溝１１３ａ，１１３ｂは、ホルダ１１０の下面から上面まで延びる２本の貫通孔１１４ａ、１１４ｂにそれぞれ連通し、各環状溝１１３ａ、１１３ｂ及び貫通孔１１４ａ、１１４ｂがガス供給路を形成する。各環状溝１１３ａ、１１３ｂの周囲を囲うようにＯリングや環状のメタルシールなどのシール手段１１５が設けられ、このシール手段１１５によって、静電気によって搬送トレー１を吸着すると、各環状溝１１２から周囲に冷却ガスが漏れ出さないようになっている。

そして、各貫通孔１１４ａ、１１４ｂの下端部に、一端がヘリウムガスなどの冷却ガスのガス源１１６に連結されたガス管１１６ａを接続することで、ガス管１１６に介設したマスフローコントローラ（図示せず）によって一定の流量で冷却ガスを、貫通孔１１４ａ、１１４ｂ及び環状溝１１３ａ、１１３ｂを経たガス通路１２ａ１２ｂを介して、被処理基板Ｓを設置することでそれぞれ形成された空間１１ｂに冷却ガスを供給できる。この場合、図３に示すように、一方の貫通孔１１３ａに冷却ガスを供給し、他方のガス通路１１３ｂを、ロータリポンプなどの他の真空排気手段１１７に接続し、真空排気手段１１７よって冷却ガスを排気するようにして、空間１１ｂ内で冷却ガスが循環するようにしてもよい。これにより、ホルダ１１０に当接させた熱電対（図示せず）で温度測定しながら、加熱手段の作動と冷却ガスの循環とを制御することで、被処理基板Ｓを高い精度で温度制御できる。

尚、本実施の形態では、放電分離型のドライエッチング装置１０を例として説明したが、真空処理装置は、これに限定されるものではく、被処理基板Ｓの温度制御が必要な真空処置装置であれば、本発明を適用できる。また、搬送トレー１として、複数枚の被処理基板を処理室に搬送して同時処理できるものについて説明したが、これに限定されるものではなく、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる被処理基板に対し同一の処理をするように構成した搬送トレーにも本発明を適用できる。

本発明の搬送トレーを説明する平面図。 図１に示す搬送トレーのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 本発明の搬送トレーを用いる放電分離型のドライエッチング装置を説明する図。 ホルダの搬送トレー載置面の構成を説明する平面図。 ホルダでの搬送トレーの保持を説明する断面図。

符号の説明

１ 搬送トレー
１１ 凹部
１１ｂ 空間
１２ａ、１２ｂ ガス通路
２ シール手段
３ 押圧手段

Claims (3)

1. 複数枚の被処理基板がセットされた搬送トレーを、当該搬送トレーをその上面で保持するホルダを備えた処理室に搬送し、真空中で各被処理基板に対し所定の処理を実施する真空処理装置であって、
   前記搬送トレーは、その基板載置面に各被処理基板の外形に対応した凹部が形成され、この凹部の底面の外周に沿って配置した環状の第１シール手段と、凹部に落とし込むことで設置される被処理基板の外周面を第１シール手段に対して押圧する押圧手段と、各凹部に夫々通じる少なくとも２本のガス通路とが設けられ、第１シール手段で支持されることで被処理基板の裏側に画成された空間に一方のガス通路を介して冷却ガスを供給し、他のガス通路を介して冷却ガスを排出できるようにしたものであり、
   前記ホルダに、当該ホルダで搬送トレーを保持したときに、搬送トレーに形成した一方のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス供給路と、他のガス通路に夫々連通する上下方向にのびるガス排出路とを設けると共に、一方のガス通路とガス供給路との周囲及び他のガス通路とガス排出路との周囲を囲う第２シール手段を更に備えることを特徴とする真空処理装置。
2. 前記ホルダに、搬送トレーの加熱を可能とする加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
3. 前記ホルダは、静電気によって搬送トレーを吸着する静電チャック用の電極を有することを特徴とする請求項１又は２記載の真空処理装置。