JP5950110B2

JP5950110B2 - サンプルホルダ

Info

Publication number: JP5950110B2
Application number: JP2012202652A
Authority: JP
Inventors: 優田中; 正久東
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: JP2014060186A

Description

本発明は、処理対象の基板を垂直に搭載してプロセス処理装置に格納されるサンプルホルダに関する。

半導体装置の製造における成膜やエッチングなどの処理工程で、シリコン（Ｓｉ）基板などの処理対象の基板はサンプルホルダに搭載されてプロセス処理装置に搬入される。サンプルホルダには、基板を水平に搭載するカートタイプや、基板を垂直に搭載するボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプのサンプルホルダ（以下において、「ボート」という。）を用いて同時に処理できる基板の数を増やすことが有効である（例えば、特許文献１参照。）。例えば、基板が搭載される基板搭載面が定義された基板プレートを複数有するボートを使用することにより、多数の基板を同時に処理するプロセス処理装置のフットプリントを小さくすることができる

特開２００２−７５８８４号公報

ボートに基板を垂直に搭載するために、例えば、ボートの基板搭載面の外周に配置した固定ピンを基板支持具とする方法を用いることができる。一般的には、ボートの基板搭載面において、３本の固定ピンで基板が支持される。これは、プロセス処理に与える固定ピンの影響を抑制するためには固定ピンの個数ができるだけ少ないことが好ましい一方で、基板を垂直に安定して支持するためには、少なくとも基板の左辺、右辺及び下辺の３箇所に固定ピンを配置する必要があるためである。

ところで、成膜プロセスなどにおいてボートが高温（例えば４８０℃程度）になった場合において、基板がボートに搭載された際に熱反りを起こすことがわかっている。このため、３本の固定ピンによって基板をボートの基板搭載面で支持する場合に、基板が熱反りを起こして、自重によって基板が固定ピン間にずれ込むことがある。この場合、基板が基板搭載面に正しい姿勢で搭載されていない状況において、ロボットハンドによる基板の移載が行われる。その結果、反った状態の基板が基板搭載面に押し付けられるなどして、基板の割れが発生するという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、熱反りの生じた基板を基板搭載面に正しい姿勢で支持できるボートタイプのサンプルホルダを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）基板が搭載可能な矩形状の搭載領域が定義された基板搭載面が垂直方向に延伸する基板プレートと、（ロ）搭載領域の左辺、右辺及び下辺にそれぞれ配置された第１の支持具、第２の支持具及び第３の支持具と、（ハ）搭載領域の下辺において、搭載領域に搭載された基板の重心を搭載領域の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで第３の支持具と対向する位置に配置された第４の支持具とを備え、第１の支持具、第２の支持具、第３の支持具及び第４の支持具に支持されて基板が基板搭載面上に搭載されるサンプルホルダが提供される。

本発明によれば、熱反りの生じた基板を基板搭載面に正しい姿勢で支持できるボートタイプのサンプルホルダを提供できる。

本発明の実施形態に係るサンプルホルダの構成を示す模式的な断面図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダの第３の支持具によって基板が支持される例を示す模式図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダの第４の支持具によって基板を支持される例を示す模式図である。比較例のサンプルホルダの基板搭載面に基板が搭載された例を示す模式図であり、図４（ａ）は上方から見た図、図４（ｂ）は正面方向から見た図である。比較例のサンプルホルダの基板搭載面に基板が支持された例を示す模式図であり、図５（ａ）は上方から見た図、図５（ｂ）は正面方向から見た図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダの基板搭載面に基板が搭載された例を示す模式図であり、図６（ａ）は上方から見た図、図６（ｂ）は正面方向から見た図である。本発明の実施形態に係るサンプルホルダが複数の基板搭載面を有する例を示す断面図である。本発明の実施形態の変形例に係るサンプルホルダの構成を示す模式図であり、図８（ａ）は側面方向からみた模式図であり、図８（ｂ）は上面方向からみた模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１０は、図１に示すように、基板１００が搭載可能な矩形状の搭載領域１０１が定義された基板搭載面１１０が垂直方向に延伸する基板プレート１１と、搭載領域１０１の左辺に配置された第１の支持具Ｐ１と、右辺に配置された第２の支持具Ｐ２と、下辺にそれぞれ配置された第３の支持具Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４とを備える。第４の支持具Ｐ４は、搭載領域１０１の下辺において搭載領域１０１に搭載された基板１００の重心を搭載領域１０１の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで、第３の支持具Ｐ３と対向する位置に配置されている。

第１の支持具Ｐ１、第２の支持具Ｐ２、第３の支持具Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４に支持されて、基板１００が基板搭載面１１０上に搭載される。

第１の支持具Ｐ１、第２の支持具Ｐ２及び第３の支持具Ｐ３（以下において、「支持具Ｐ１〜Ｐ３」と総称する。）には、基板１００を落下せずに安定して支持するために、基板搭載面１１０上に露出した部分の先端が広がっている構造が好ましい。例えば、支持具Ｐ１〜Ｐ３は、一方の端部が基板搭載面１１０に接続された軸部と、軸部の他方の端部に連結された頭部とをそれぞれ有する。そして、軸部が延伸する方向に垂直な頭部の断面積は軸部の断面積よりも広い。

具体例としては、図２に示すような平型タイプのピン３０を支持具Ｐ１〜Ｐ３に採用可能である。ピン３０の軸部３２の先端の一部が、基板搭載面１１０に埋め込まれる。これにより生じるピン３０の頭部３１と基板搭載面１１０との隙間に露出する軸部３２によって、図２に示すように、ピン３０の頭部３１と基板搭載面１１０との隙間で基板１００が支持される。基板搭載面１１０上に露出する軸部３２の長さｔは、基板１００の厚みと同等以上に設定される。例えば基板１００の厚みが２００μｍである場合には、軸部３２の長さｔは２００μｍ〜４００μｍ程度である。軸部３２の長さｔを基板１００の厚みよりも少し長くすることにより、ピン３０の頭部３１のテーパ部に接触することにより生じる基板１００の端部の破損を抑制できる。

第４の支持具Ｐ４が基板１００を支持する例を図３に示す。第４の支持具Ｐ４は、例えば軸方向の断面積が一定の軸形状であり、一方の端部が基板搭載面１１０に接続されている。第４の支持具Ｐ４には、断面積が一定の円柱形状などを採用可能である。

支持具Ｐ１〜Ｐ３と異なり第４の支持具Ｐ４には頭部がない。このため、例えば成膜処理において、基板１００上において支持具Ｐ１〜Ｐ３の頭部の影になって成膜されない領域（以下において「ピンマーク」という。）の発生が抑制される。つまり、ピンマークをできる限り小さくすることにより、第４の支持具Ｐ４を追加したことによるピンマークの増大に対応している。このため、例えば基板１００が太陽電池である場合に、太陽電池の変換領域外にピンマークが収まり、ピンマークが変換効率に影響を与えることはない。

第４の支持具Ｐ４は、熱反りが発生した基板１００の自重による支持具Ｐ１〜Ｐ３間へのずれ込みを防止する位置に配置される。つまり、第４の支持具Ｐ４によって、支持具Ｐ１〜Ｐ３のみで基板１００を支持した場合に発生する基板１００のずれ込みが防止される。具体的には、搭載領域１０１の下辺において、搭載領域１０１に搭載された基板１００の重心を搭載領域１０１の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで第３の支持具Ｐ３と対向する位置に、第４の支持具Ｐ４が配置される。

なお、第４の支持具Ｐ４の基板搭載面１１０上に露出している部分の長さは、基板１００を安定して支持するために、基板１００の厚み以上であることが好ましい。例えば、支持具Ｐ１〜Ｐ３の基板搭載面１１０上に露出する部分の長さと同等程度とする。

図１に示した例では４つの搭載領域１０１が水平方向に配列されて基板搭載面１１０に定義されているが、基板搭載面１１０の面積や基板１００のサイズなどに応じて基板搭載面１１０の搭載領域１０１の数は任意に設定可能である。１つの搭載領域１０１に１枚の基板１００が搭載される。搭載領域１０１それぞれの左辺、右辺及び下辺に第１の支持具Ｐ１、第２の支持具Ｐ２及び第３の支持具Ｐ３が配置され、且つ、下辺に第４の支持具Ｐ４が配置される。

基板プレート１１への基板１００の移載は、例えばロボットアームによって行われる。このとき、基板１００が支持具Ｐ１〜Ｐ３と第４の支持具Ｐ４にそれぞれ支持されるように、複数の基板１００を同時に搭載領域１０１に搭載することが可能である。また、複数の基板１００を同時に搭載領域１０１から取り外すことが可能である。

なお、搭載領域１０１に対する支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４の相対位置は、複数の搭載領域１０１において共通である。このため、基板プレート１１に搭載された基板１００にプロセス処理を施した場合に、支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４による各基板１００への影響を同一にできる。例えばプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置による成膜処理が行われた場合には、ピンマークをすべての基板１００で共通にできる。

３本の支持具Ｐ１〜Ｐ３のみによって基板１００を支持する比較例のサンプルホルダ１０Ａにおける基板１００移載時の状態を、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。一般的に、下端が水平方向から傾いた状態で基板１００は基板搭載面１１０上に移動された後、搭載領域１０１と平行に基板１００を回転させてから基板搭載面１１０に基板１００を搭載する。このため、斜め方向から基板１００を搭載領域１０１上に移動できるように、搭載領域１０１の下辺からの第１の支持具Ｐ１までの距離と第２の支持具Ｐ２までの距離は異なるように設定される。更に、第３の支持具Ｐ３は、搭載領域１０１の下辺からの距離が短い第２の支持具Ｐ２の方に近い位置に配置される。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、基板１００をサンプルホルダ１０Ａに搭載する時に、或いは基板１００をサンプルホルダ１０Ａから取り外す時に熱反りを起こした基板１００が、自重によって支持具Ｐ１〜Ｐ３間にずれ込むことがある。図４（ｂ）では、熱反りを起こした基板１００が基板搭載面１１０上に正常に配置された状態を破線で示し、熱反りを起こした基板１００が破線矢印で示したように第１の支持具Ｐ１と第３の支持具Ｐ３間にずれ込んだ状態を実線で示している。なお、図４（ｂ）に示した矢印Ｗは、基板中心Ｘから延びる自重がかかる方向を示す（以下において同様。）。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した状態でサンプルホルダ１０Ａに搭載された基板１００は、図５（ａ）、図５（ｂ）に矢印で示す熱反り状態から戻ろうとする戻り力Ｆによって、第１の支持具Ｐ１と第２の支持具Ｐ２を突っ張る状態で固定され、正常な姿勢に戻らない。この状態でロボットハンドが基板１００に接触する結果、基板１００の割れが発生する。

しかし、図１に示したサンプルホルダ１０では、第４の支持具Ｐ４が搭載領域１０１の下辺に配置されている。このため、図６（ａ）に示すように基板１００が熱反りを起こした場合にも、基板１００が支持具Ｐ１〜Ｐ３間にずれ込むことが図６（ｂ）に示すように防止される。なお、図６（ｂ）では熱反りを起こしていない基板１００が支持された状態を破線で示し、熱反りを起こした基板１００が支持された状態を実線で示している。

したがって、サンプルホルダ１０によれば、基板１００は基板搭載面１１０に傾いていない正常な姿勢で常に支持される。その結果、移載時にロボットハンドが基板１００に接触しても、基板１００は破損しない。

図４（ｂ）などに示したように第１の支持具Ｐ１と第３の支持具Ｐ３との距離が第２の支持具Ｐ２と第３の支持具Ｐ３との距離よりも長い場合には、基板１００の下端が第１の支持具Ｐ１と第３の支持具Ｐ３間にずれ込みやすい。

これに対し、本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１０では、図６（ｂ）に示すように、第１の支持具Ｐ１と第３の支持具Ｐ３との距離ｄ１と、第２の支持具Ｐ２と第３の支持具Ｐ３との距離ｄ２が、略同一になるように第３の支持具Ｐ３の位置が決定される。即ち、第１の支持具Ｐ１と第２の支持具Ｐ２のうちの、搭載領域１０１の下辺からの距離が長い方が配置された辺に近い領域に、第３の支持具Ｐ３が配置されている。これにより、支持具Ｐ１〜Ｐ３間への基板１００のずれ込みが抑制され、基板１００内での熱反り量を可能な限り均等にすることができる。

支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４の材料には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）材などの金属材料を採用可能である。処理工程でサンプルホルダ１０が高温になることなどを考慮すれば、ＳＵＳ材を支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４に好適に使用できる。しかし、支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４の材料はＳＵＳ材に限定されることは無く、処理工程の温度において変形などをしない耐熱性を有する材料であれば採用可能である。処理工程が７００℃程度で行われる場合を考慮して、支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４が７００℃以上の耐熱性を有する材料からなることが好ましい。

なお、図７に示すように、基板搭載面１１０の面法線方向に沿って複数の基板プレート１１が並列に並べられたボートタイプのサンプルホルダ１０を使用できる。基板プレート１１のそれぞれの底部は固定板１２によって固定されている。図７では、支持具Ｐ１〜Ｐ３及び第４の支持具Ｐ４の図示を省略している。基板搭載面１１０を複数有するボートタイプのサンプルホルダ１０を使用することにより、１回の成膜処理工程で処理できる基板１の枚数を増やすことができ、その結果、全体の処理時間を短縮することができる。

サンプルホルダ１０は、太陽電池反射防止膜成膜装置に基板１００を格納するためなどに使用可能である。例えば、サンプルホルダ１０に搭載された基板１００をプラズマＣＶＤ成膜装置に格納して成膜処理する場合には、サンプルホルダ１０はアノード電極として使用される。

具体的には、基板１００を搭載したサンプルホルダ１０を格納したチャンバー内に原料ガスを導入する。そして、チャンバー内の原料ガスが所定の濃度に調整された後、サンプルホルダ１０とカソード電極間に交流電力を供給して原料ガスをプラズマ状態にする。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。原料ガスを適宜選択することによって、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などの所望の薄膜を基板１００上に形成することができる。例えば、基板１００が太陽電池である場合に、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板１００上に反射防止膜や絶縁膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成できる。

なお、基板プレート１１の互いに対向する２つの主面にそれぞれ基板搭載面１１０を定義することができる。このとき、図８（ａ）に示すように、基板プレート１１の第１の主面Ｓ１に定義された基板搭載面１１０の下辺に配置された第３の支持具Ｐ３の先端部分を基板プレート１１を貫通させて、第２の主面Ｓ２に露出させる。そして、露出させて先端部分を、第２の主面Ｓ２に定義された基板搭載面１１０の下辺に配置された第４の支持具Ｐ４として機能させることができる。

したがって、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２における第３の支持具Ｐ３と第４の支持具Ｐ４の位置をそれぞれ対向させることにより、図８（ｂ）に示すように、第１の主面Ｓ１に配置された第３の支持具Ｐ３の先端部分を第２の主面Ｓ２に配置された第４の支持具Ｐ４として使用し、第２の主面Ｓ２に配置された第３の支持具Ｐ３の先端部分を第１の主面Ｓ１に配置された第４の支持具Ｐ４として使用することができる。これにより、サンプルホルダ１０の部品数の低減、及び部品取り付け工程の削減などが可能である。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１０では、第１の支持具Ｐ１、第２の支持具Ｐ２及び第３の支持具Ｐ３以外に、搭載領域１０１の下辺に配置された第４の支持具Ｐ４によって基板１００が支持される。このため、基板１００に熱反りが生じても、基板搭載面１１０の正常な搭載位置からの基板１００の位置ずれが抑制される。したがって、サンプルホルダ１０によれば、基板搭載面１１０に基板１００が傾いた姿勢で固定されることを回避できる。その結果、移載時における基板１００の割れ率が低減される。

更に、第４の支持具Ｐ４を頭部のない形状とすることにより、ピンマークの増大などの、第４の支持具Ｐ４を配置することによるプロセス処理への影響を抑制することができる。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上記では、支持具Ｐ１〜Ｐ３が平型タイプのピンであり、第４の支持具Ｐ４が軸形状である場合を例示的に説明した。しかし、基板１００を基板搭載面１１０上に安定して支持できるのであれば、支持具Ｐ１〜Ｐ３や第４の支持具Ｐ４はこれらの形状に限定されないことはもちろんであり、例えば断面が矩形状や多角形状であってもよい。

即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…基板
１０…サンプルホルダ
１１…基板プレート
１２…固定板
３０…ピン
３１…頭部
３２…軸部
１００…基板
１０１…搭載領域
１１０…基板搭載面
Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４の支持具

Claims

基板が搭載可能な矩形状の搭載領域が定義された基板搭載面が垂直方向に延伸する基板プレートと、
前記搭載領域の左辺、右辺及び下辺にそれぞれ配置された第１の支持具、第２の支持具及び第３の支持具と、
前記搭載領域の下辺において、前記搭載領域に搭載された前記基板の重心を前記搭載領域の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで前記第３の支持具と対向する位置に配置された第４の支持具と
を備え、前記第１の支持具、前記第２の支持具、前記第３の支持具及び前記第４の支持具に支持されて前記基板が基板搭載面上に搭載され、
前記第１の支持具と前記第３の支持具間の距離と、前記第２の支持具と前記第３の支持具間の距離とが略同一であることを特徴とするサンプルホルダ。
基板が搭載可能な矩形状の搭載領域が定義された基板搭載面が垂直方向に延伸する基板プレートと、
前記搭載領域の左辺、右辺及び下辺にそれぞれ配置された第１の支持具、第２の支持具及び第３の支持具と、
前記搭載領域の下辺において、前記搭載領域に搭載された前記基板の重心を前記搭載領域の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで前記第３の支持具と対向する位置に配置された第４の支持具と
を備え、前記第１の支持具、前記第２の支持具、前記第３の支持具及び前記第４の支持具に支持されて前記基板が基板搭載面上に搭載され、
前記第１乃至第３の支持具のそれぞれが、軸部、及び該軸部の一方の端部に連結され、前記軸部の延伸方向に垂直な断面積が前記軸部よりも広い頭部を有し、前記軸部の他方の端部が前記基板搭載面に接続され、
前記第４の支持具が、軸方向の断面積が一定の軸形状であり、一方の端部が前記基板搭載面に接続され、
前記基板が、前記第１乃至前記第３の支持具の前記頭部と前記基板搭載面との隙間で前記軸部に支持されることを特徴とするサンプルホルダ。
基板が搭載可能な矩形状の搭載領域が定義された基板搭載面が垂直方向に延伸する基板プレートと、
前記搭載領域の左辺、右辺及び下辺にそれぞれ配置された第１の支持具、第２の支持具及び第３の支持具と、
前記搭載領域の下辺において、前記搭載領域に搭載された前記基板の重心を前記搭載領域の下辺に垂直に降ろした位置を挟んで前記第３の支持具と対向する位置に配置された第４の支持具と
を備え、前記第１の支持具、前記第２の支持具、前記第３の支持具及び前記第４の支持具に支持されて前記基板が基板搭載面上に搭載され、
前記基板プレートの互いに対向する第１及び第２の主面に前記基板搭載面がそれぞれ定義され、前記第１の主面に配置された前記第３の支持具の先端部分が前記基板プレートを貫通して前記第２の主面上に露出し、該露出した先端部分が前記第２の主面に配置された前記第４の支持具として機能することを特徴とするサンプルホルダ。