JP5487327B2 - 基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る、基板に対して熱処理を行う基板熱処理装置の模式図である。図1において、符号1はチャンバー、符号2は排気口、符号3はウエハWの搬入ポートである。チャンバー1は、排気口2を通じて排気系に接続される。排気系は適切に選択された真空ポンプ、バルブ、ゲージ類により形成され、チャンバー1内部を所望の圧力に真空排気することができる。搬入ポート3を通じてウエハ搬送系から、処理前のウエハWを搬入、処理後のウエハWを搬出する。チャンバー1の天板部分には光透過材料で製作された光入射窓10がある。光入射窓10の上側(すなわち、後述する外周リング5に載置されたウエハWの重力方向上側)には加熱手段としてのランプ11が設けられており、ランプ11の光が光入射窓を通して入射されウエハWを加熱する。なお、上記加熱手段は、ランプに限らず、例えば加熱プレートなど、熱を放出し、該熱により離間して設けられた基板を加熱できればいずれの構成であっても良い。
環状部材である外周リング4はウエハWを支持するための基板支持板であり、ランプ11からのランプ光が入射するように、すなわち、ランプ11に臨むように配置されている。該外周リング4にはウエハ支持ピン5が設けられている。本実施形態では、ウエハ支持ピン5は3本用いられる。外周リング4は、連結部材としての球12を介して昇降機構20に載置される。連結部材としての球12は、外周リング4と少なくとも摺動可能に構成されているので、外周リング4は、昇降機構20に剛結されていない。
本実施形態では、外周リング4と該外周リング4を上下動させるための昇降機構20との結合部が剛結されていないため、熱膨張があっても構造的に拘束されない。すなわち、外周リング4と昇降機構20が有する接続リング6とは、外周リング4および接続リング6の双方と別個の部材である球12を介して連結されている。上記のごとく外周リング4、接続リング6には径方向に溝が形成され、それらの間にはさみ込まれた球12には径方向に動きの自由度がある。リング状の部品は高温に加熱されると径が拡がる。外周リング4、接続リング6が高温になって熱膨張により径方向に拡がっても、さらには外周リング4と接続リング6との間に熱膨張の速度に差があっても、この動きに球12がある程度追従し、構造的に拘束されることはない。すなわち、上述のように、熱膨張により外周リング4および接続リング6が広がる方向である径方向に沿って溝13およびV溝14の長手方向が設定されているので、外周リング4および接続リング6が異なる熱膨張率により熱膨張しても、球12は、溝13およびV溝14内の双方を移動することができ、熱膨張により径方向にかかる応力(球12と外周リング4との連結部にかかる応力、および球12と接続リング6との連結部にかかる応力)を緩和することができる。このように、本実施形態では、接続リング6の径方向に長手方向が設定された溝13、および外周リング4の径方向に長手方向が設定されたV溝14は、上記応力緩和のガイドとして機能する。
また完全に追従することが不可能で球12と溝13および/またはV溝14の壁とが接触点で滑ることがあるとしても過度な摩擦は防ぐことができる。以上の理由により、外周リング4や昇降機構20の一部である接続リング6には過度な熱応力が生じず、破損のリスクを低下させることができる。
また、外周リング4と接続リング6の結合部では、連結部材と外周リング4との接触面積が極めて小さい(12球とV溝14斜面との点接触のみ)。これにより、外周リング4からの熱逃げを少なくすることができる。 さらに、外周リング4と接続リング6の結合部に、外周リング4の位置決め機構を有する。これにより、連続処理する場合でも、ウエハWや外周リング4の位置ずれを低減することができる。位置決め機構は、それ自体にセンサやアクチュエータを必要とせず、シンプルかつ低コストである。
さて、ウエハWの加熱と冷却とを同一のチャンバー(特に真空チャンバー)内で行う場合、加熱後のウエハWと外周リング4とをいかに速やかに冷却するかということが重要となる。特に真空中でウエハWを処理する装置の場合、難しい問題となる。電子デバイスの製造装置においては、時間当たりの処理数(スループット)が重要である。真空中でウエハWを加熱処理する装置の場合、第1の実施形態で説明したように、真空チャンバー1外部に設置されたランプ11の光を、真空チャンバー1の一面に設けられた光入射窓10を通して入射すれば、ランプ11に対向して載置されたウエハWをふく射により効果的に加熱することができる。
(1)ウエハ搬送系から、真空チャンバー1内に搬入ポート3を通してウエハWが搬入される。外周リング4が適切なポジションでこれを待ち受け、ウエハ搬送ロボットのアームと連携して外周リング4の上に突き立てられた3本のウエハ支持ピン5の先端に載せる。
(2)昇降装置20は、ウエハWを載せた外周リング4を、ランプ光を照射するポジション(加熱位置)まで上昇させて静止する。このポジションで、ウエハWは、ランプ11から照射されたランプ光の照射を受けて加熱される(図7)。なお、照射されるポジションは外周リング4の可動範囲内において、任意に複数箇所設定することができる。
(4)昇降装置20は、ウエハWを冷却ステージ8に引き渡した外周リング4を、さらに下降させ、外周リング4のウエハWの外縁部と対向する領域4aを冷却プレート9の露出した外縁部9aに載置し、外周リング4を冷却する。ここで外周リング4と接続リング6は分離する。
(5)昇降装置20は、外周リング4を冷却プレート9上に残して、接続リング6をさらに下降させ、定められた最下点で停止する。
昇降装置20は、接続リング6を上昇させ、冷却プレート9に載置されている外周リング4と結合する。外周リング4は、このとき球12、溝13、およびV溝14により位置決めされる。すなわち、接続リング6の周上に長円形の溝13が形成され球12が、はめ込まれる。球12は上述のように接続リング6の周上3ヶ所設けられている。外周リング4は、接続リング6の上に球12をはさみ込んで設置される。
(7)昇降装置20の駆動により、外周リング4と接続リング6とは一体になって、さらに上昇を続け、外周リング4に突き立てられたウエハ支持ピン5の先端がステージ8表面のレベルに達したところでウエハWをステージ8から持ち上げる。
(8)昇降装置20は、3本のウエハ支持ピン5に支持されたウエハWを、外周リング4、接続リング6とともに上昇させ、適切なポジション(搬送位置)で停止する。ウエハWは、ウエハ搬送ロボットのアームと連携し、搬入ポート3を通して、搬出される。
外周リング4は、アクチュエータ15により上下動され、冷却用プレート9に載置される。このとき外周リング4は、アクチュエータを含む駆動部(昇降装置20)側と分離する。このため外周リング4は冷却時、冷却プレート9に押し付けられて破損することはない。また外周リング4は、冷却プレート9の上に自然に載置されるため、両部品の間に隙間ができることなく接し、効果的に冷却を行うことができる。
本実施形態では、第2の実施形態において、冷却ステージ8に静電チャック(ESC:Electro Static Chucking)を設けても良い。
Claims (6)
- 基板に対して熱処理を行う基板熱処理装置であって、
基板を支持可能な基板支持板と、
前記基板支持板を保持可能に構成され、前記基板支持板を昇降させる昇降機構と、
前記基板支持板と前記昇降機構とを連結する連結部材であって、前記基板支持板の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する連結部材と、
前記基板支持板に支持された基板を、該基板支持板の重力方向上側から加熱する加熱手段と、を備え、
前記連結部材は、前記基板支持板および前記昇降機構の双方とは別個の部材であり、
前記昇降機構は、前記基板支持板を前記加熱手段に対して近接した第1の位置と離れた第2の位置との間で昇降させる昇降手段を有することを特徴とする基板加熱処理装置。 - 前記連結部材は球であり、
前記基板支持板は、該基板支持板の重力方向下側の面に設けられた第一の溝を有し、
前記昇降機構は、前記基板支持板を保持可能な基板支持板保持部と、該基板支持板保持部の重力方向上側の面に設けられた第二の溝とを有し、
前記球が、前記第一の溝と前記第二の溝との間に挟みこまれることにより、前記昇降機構は、前記基板支持板を保持することを特徴とする請求項1に記載の基板加熱処理装置。 - 前記第一の溝および第二の溝の少なくとも一方がV字断面を有するV溝であり、
前記第一の溝、第二の溝、および前記球が、前記球が前記V溝の斜面に接するときのくさび作用による位置決め機構を形成していることを特徴とする請求項2に記載の基板加熱処理装置。 - 前記第一の溝は、V溝であり、
前記球の直径は前記第二の溝の凹部の高さよりも長いことを特徴とする請求項3に記載の基板加熱処理装置。 - 前記基板支持板は、環状部材であることを特徴とする請求項1に記載の基板加熱処理装置。
- 前記基板支持板は、該基板支持板の重力方向下側の面に設けられた第一の溝を有し、
前記昇降機構は、前記基板支持板を保持可能な基板支持板保持部と、該基板支持板保持部の重力方向上側の面に設けられた第二の溝とを有し、
前記連結部材は、前記第一の溝の壁面および前記第二の溝の壁面の双方と少なくとも摺動可能に構成された部材であり、
前記連結部材が、前記第一の溝と前記第二の溝との間に挟みこまれることにより、前記昇降機構は、前記基板支持板を保持することを特徴とする請求項1に記載の基板加熱処理装置。
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