JP7038013B2 - 基板支持機構 - Google Patents

Description

本発明は、真空処理装置において被処理体である基板を内在し保持する基板支持機構に係る。より詳細には、基板を取り出す際に、基板に対する吸熱部の吸着を回避することが可能な、基板支持機構に関する。

近年、蒸着やスパッタ、ＣＶＤ等の真空処理装置において、被処理体である基板を同時に、多数枚処理するために、枚葉式の基板支持機構が採用されている。このような基板支持機構においては、各基板ごとに、たとえば均質な被膜を得るためには、基板面内における温度を均一に保つことが必要とされている。従来、処理中の基板面内の温度を所望の温度に保つために、基板の裏面側にヒートシンクと呼称される吸熱部が配置されていた（特許文献１、２）。

ヒートシンクは基板の裏面（非処理面）側に接触するように配置され、たとえば被膜が形成される基板の表面（処理面）の温度を均一に保つように機能する。このため、特許文献１，２に開示されるように、ヒートシンクは一体をなす物体が好適に用いられていた。ゆえに、基板の表面に対して、たとえば成膜処理時には、減圧雰囲気において、ヒートシンクは基板の裏面（非処理面）に接して保持された状態にある。成膜処理が終了した基板を取り出す場合は、大気圧雰囲気において、まず基板の裏面側にあるヒートシンクを取り除き、次いで基板を取り出す作業が行われる。

基板をセッティングする（取り付ける）場合は、大気圧雰囲気において、基板とこれに重ねて設けるヒートシンクは何れも室温であり、個別に取り扱うことが容易である。しかしながら、基板をリリースする（取り外す）場合は、注意を要する。なぜならば、減圧雰囲気から大気圧雰囲気に戻った基板とヒートシンクは、減圧下における成膜履歴や熱履歴などの影響を受け、基板とヒートシンクが吸着した状態になっている場合がある。このような状態にあるヒートシンクを取り出すと、ヒートシンクに吸着した基板も一緒に取り外すことになる。

ヒートシンクに対する基板の吸着力が小さいと、ヒートシンクを取り出す作業中に、ヒートシンクから基板が脱落し、基板を毀損する虞があった。逆に、ヒートシンクに対する基板の吸着力が大きいと、基板をヒートシンクから剥がし取るために、基板とヒートシンク間に外力を加えた際に、基板を毀損する虞があった。
このため、基板を取り出す際に、基板に対する吸熱部の吸着を回避することが可能な、基板支持機構の開発が期待されていた。

特開平９－１１５８３５号公報 特開２００１－２０３２３１号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、真空処理装置において被処理体である基板を内在し保持するとともに、基板を取り出す際に、基板に対する吸熱部の吸着を回避することが可能な、基板支持機構を提供することを目的とする。

本発明に係る基板支持機構は、
真空処理装置の内部空間に配置され、被処理体である基板を内在し保持する基板支持機構であって、
被処理面を露出させて前記基板を保持する第一支持部と、
前記第一支持部に設けられた開口部の周縁に沿って配されるリング状の中間支持部と、
前記中間支持部は被処理面として機能する前記基板の表面の外周域と接して該基板を支持する鍔状の第一部位、及び、前記第一支持部の裏面と接する鍔状の第二部位を備え、該第一部位に載置された該基板の裏面と接して配される平板状の吸熱部とを含み、
前記吸熱部は、前記基板の裏面の外周域と接する第一吸熱部、及び、前記第一吸熱部と重なり接する面を有する部位Ａと前記基板の裏面の中央域と接する面を有する部位Ｂからなる第二吸熱部に、分割可能に構成されている、ことを特徴とする。

本発明に係る基板支持機構において、前記第二吸熱部を構成する前記部位Ａは、前記第一吸熱部が局所的に覗き見えるような切欠部を備えることが好ましい。
前記部位Ａは前記切欠部を複数備え、該切欠部が互いに対向した位置に配されていることが好ましい。

本発明に係る基板支持機構において、前記第一吸熱部が、前記中間支持部を構成する第二部位の裏面と接する鍔状の部位をさらに備えることが好ましい。
前記第二吸熱部において、前記第一吸熱部の裏面と接する鍔状の第二部位が、その端部に該第一支持部の裏面と離間する楔状の空隙を、さらに備えることが好ましい。

本発明の基板支持機構においては、前記吸熱部が、前記基板の裏面の外周域と接する第一吸熱部、及び、前記第一吸熱部と重なり接する面を有する部位Ａと前記基板の裏面の中央域と接する面を有する部位Ｂからなる第二吸熱部に、分割可能に構成されている。これにより、基板を取り出す際に、まず吸熱部を構成する第二吸熱部のみ取り外した後に、吸熱部を構成する第一吸熱部を取り外すことができる。すなわち、基板の裏面の中央域と接する第二吸熱部を取り外すステップでは、第一吸熱部が基板の外周域に接して残存しているので、第二吸着部と基板の裏面が吸着する問題は解消する。次いで、第一吸熱部を取り外す際には、基板の裏面と接触する残りの面積が減少している。ゆえに、第一吸着部は基板の裏面に殆ど吸着せず、基板の裏面から第一吸熱部を容易に取り外すことができる。よって、吸熱部（第一吸熱部と第二吸熱部）を取り外した後、基板のみを確実に取り出すことができる。
したがって、本発明は、真空処理装置において被処理体である基板を内在し保持するとともに、基板を取り出す際に、基板に対する吸熱部の吸着を回避することが可能な、基板支持機構をもたらす。

真空処理装置の模式断面図。 第一支持部を真空処理装置の上方から観た模式平面図。 基板支持機構の第一構成例を示す模式断面図。 図３の基板支持機構に基板及び吸熱部を取り付ける手順を示す模式断面図。 図４Ａの次工程を示す模式断面図。 図４Ｂの次工程を示す模式断面図。 図４Ｃの次工程を示す模式断面図。 図４Ｄの次工程を示す模式断面図。 図３の基板支持機構から基板及び吸熱部を取り外す手順を示す模式断面図。 図５Ａの次工程を示す模式断面図。 図５Ｂの次工程を示す模式断面図。 図５Ｃの次工程を示す模式断面図。 図５Ｄの次工程を示す模式断面図。 基板支持機構の第二構成例を示す模式断面図。 基板支持機構の第三構成例を示す模式断面図。 従来の基板支持機構の一例を示す模式断面図。 図８の基板支持機構に基板及び吸熱部を取り付ける手順を示す模式断面図。 図９Ａの次工程を示す模式断面図。 図９Ｂの次工程を示す模式断面図。 図８の基板支持機構から基板及び吸熱部を取り外す手順を示す模式断面図。 図１０Ａの次工程を示す模式断面図。 図１０Ｂの次工程を示す模式断面図。 図１０Ｃの次工程を示す模式断面図。

以下では、本発明の一実施形態に係る基板支持機構、及び、この基板支持機構に基板及び吸熱部を取り付ける手順、並びに、この基板支持機構から基板及び吸熱部を取り外す手順、について図面に基づいて説明する。

図１は、真空処理装置Ｃの模式断面図である。ここでは、真空処理装置が蒸着法による成膜装置の例について述べる。真空処理装置Ｃの内部空間ＣＳは、所望の排気手段Ｐにより減圧可能とされている。内部空間の下方には、蒸着源として蒸着部材ＧＭを内在する坩堝Ｇが配置されている。坩堝Ｇから観て、シャッターＳＴを介した内部空間の上方には、複数の基板支持機構ＳＳＭが、被処理面を露出させて前記基板を保持する第一支持部Ｄに設けられている。基板支持機構ＳＳＭは、真空処理装置Ｃの内部空間ＣＳに配置され、被処理体である基板Ｗを内在し保持する。なお、第一支持部Ｄとしては、前記基板の処理面側が凹形状の表面を有するドーム状のものが好適に用いられる。

シャッターＳＴは回転軸Ａ２に支持されており、坩堝Ｇの上空を開閉することにより、坩堝Ｇから基板支持機構へ向かう蒸着部材の通過、あるいは遮断を制御する。ここで、矢印Ｒ２は回転軸Ａ２の回転方向を示す。

図２は、第一支持部Ｄを真空処理装置Ｃの上方から観た模式平面図である。図１及び図２に示すように、第一支持部Ｄは回転軸Ａ１により回転可能に支持されている。ここで、矢印Ｒ１は回転軸Ａ１の回転方向を示す。図２は、第一支持部Ｄに４つの基板支持機構ＳＳＭ１～ＳＳＭ４（ＳＳＭ）が配置された構成例である。

図１及び図２では、１つの第一支持部Ｄに対して４つの基板支持機構を設けた例で説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。真空処理装置Ｃの内部空間ＣＳに、２つ以上の第一支持部Ｄが配置される場合や、１つの第一支持部Ｄに対して、４つ以外の数の基板支持機構ＳＳＭが配置される場合にも、本発明の基板支持機構ＳＳＭは適用可能である。

図３は、基板支持機構ＳＳＭの第一構成例を示す模式断面図である。
図３に示すように、基板支持機構ＳＳＭは、被処理面を露出させて前記基板を保持する（たとえば、ドーム状の）第一支持部Ｄと、この第一支持部Ｄに設けられた開口部の周縁に沿って配されるリング状の中間支持部ＩＳとを有する。第一支持部Ｄや中間支持部ＩＳとしては、たとえばＳＵＳ等が用いられる。

基板支持機構ＳＳＭを構成する中間支持部ＩＳは、被処理面として機能する基板Ｗの表面の外周域と接して該基板を支持する鍔状の第一部位ＩＳＩ、及び、第一支持部Ｄの裏面と接する鍔状の第二部位ＩＳＯを備える。第一部位ＩＳＩと第二部位ＩＳＯは第三部位ＩＳＳにより接続されており、第三部位ＩＳＳは第一支持部Ｄに設けられた開口部の内側面に沿って配置される。

また、基板支持機構ＳＳＭは、中間支持部ＩＳの第一部位ＩＳＩに載置された基板Ｗの裏面と接して配される平板状の吸熱部（ヒートシンク）Ｈを備える。
吸熱部Ｈは、前記基板の裏面の外周域と接する第一吸熱部ＨＯ、及び、前記第一吸熱部と重なり接する面を有する部位Ａと前記基板の裏面の中央域と接する面を有する部位Ｂからなる第二吸熱部ＨＩから構成されている。第一吸熱部ＨＯと第二吸熱部ＨＩは、分割可能に構成されている。

上記構成により、基板支持機構ＳＳＭに内在された基板Ｗの表面は、中間支持部ＩＳの第一部位ＩＳＩによって支持された（覆われた）領域が蒸着されず遮蔽される。これに対して、第一部位ＩＳＩの開口部に位置する、基板Ｗの表面の残りの領域（基板Ｗの中央域）には、成膜が行われる。

また上記構成により、基板支持機構ＳＳＭに内在された基板Ｗの裏面は、その全域に亘って、分割可能な第一吸熱部ＨＯと第二吸熱部ＨＩからなる吸熱部Ｈと接する。
基板Ｗの裏面の外周域ＷＢＳＯは、第一吸熱部ＨＯの表面ＨＯＵと接し、基板Ｗの裏面の中央域ＷＢＳＩは、第二吸熱部ＨＩの中央域にある表面ＨＩＵ１と接する。さらに、第二吸熱部ＨＩの外周域にある表面ＨＩＵ２は、第一吸熱部ＨＯの裏面ＨＯＢと接して重ねて配置される。

第一吸熱部ＨＯの厚みを含むように、第二吸熱部ＨＩの厚みを調整することにより、吸熱部Ｈは所望の厚みを有するものとなる。第一吸熱部ＨＯと第二吸熱部ＨＩを同一の部材（熱伝導性に優れ軽量な部材、たとえばアルミニウム等）で構成することにより、基板Ｗの裏面に接する一定の厚さからなる吸熱部Ｈを設けることができる。
このように分割可能することにより、後述するように、吸熱部を二段階に分けて取り外すことができる。

また図３に示すように、第二吸熱部ＨＩを構成する前記部位Ａは、すなわち、第一吸熱部ＨＯと重なり接する面を有する部位Ａは、この第一吸熱部ＨＯが局所的に覗き見えるような切欠部Ｎ（図３に点線で描写する部位：Ｎｏｔｃｈ）を備えることが好ましい。この切欠部Ｎを有することにより、基板Ｗの裏面の外周域ＷＢＳＯに接する第一吸熱部ＨＯを残しながら、基板Ｗの裏面の中央域ＷＢＳＩに接する第二吸熱部ＨＩを基板から取り外す作業が容易となる。

さらに、前記部位Ａは切欠部Ｎを複数備え、この切欠部Ｎが互いに対向した位置に配されていることが好ましい。図３に示すように、２つ切欠部Ｎ１、Ｎ２（Ｎ）が互いに対向した位置に設けられることにより、たとえば、ロボットハンドが２本の指を各々、２つの切欠部Ｎ１、Ｎ２（Ｎ）に引っかけて、第二吸熱部ＨＩのみを摘まみ出す作業が安定して可能となる。

以下では、図４Ａ～図４Ｅを用い、図３の基板支持機構に基板及び吸熱部を取り付ける手順（セットアップ）について説明する。
まず、第一支持部Ｄの開口部に設けた中間支持部ＩＳに向けて、真空ピンセットＶＴに吸着保持された、基板Ｗを降下させる（図４Ａ、図４Ｂ）。矢印ａ１は基板Ｗの降下方向を示す。
次に、真空ピンセットＶＴに吸着保持された、リング状の第一吸熱部ＨＯを基板Ｗの裏面に向けて降下させる（図４Ｃ）。矢印ａ２は第一吸熱部ＨＯの降下方向を示す。
さらに、不図示のロボットハンドに支持された、第二吸熱部ＨＩを、第一吸熱部ＨＯの裏面及び基板Ｗの裏面に向けて降下させる（図４Ｄ）。矢印ａ３は第二吸熱部ＨＩの降下方向を示す。
図４Ａ～図４Ｅの一連の操作により、図１及ぶ図３に示した基板支持機構ＳＳＭが得られる（図４Ｅ）。

次いで、図５Ａ～図５Ｅを用い、図３の基板支持機構から基板及び吸熱部を取り外す手順（リリース）について述べる。
まず、図４Ｅ（図１及ぶ図３）に示した基板支持機構ＳＳＭから上方に向けて第二吸熱部ＨＩを取り外す（図５Ａ、図５Ｂ）。矢印ｂ１は第二吸熱部ＨＩの上昇方向を示す。
次に、真空ピンセットＶＴに吸着保持された、リング状の第一吸熱部ＨＯを基板Ｗの裏面から上方に向けて取り外す（図５Ｃ）。矢印ｂ２は第一吸熱部ＨＯの上昇方向を示す。
次に、真空ピンセットＶＴに吸着保持された、基板Ｗを上方に向けて取り出す（図５Ｄ）。矢印ｂ３は基板Ｗの上昇方向を示す。
最後に、必要に応じて、第一支持部Ｄから中間支持部ＩＳを取り外す（図５Ｅ）。
図５Ａ～図５Ｄの一連の操作により、図４Ｅ（図１及ぶ図３）に示した基板支持機構ＳＳＭから、成膜後の基板Ｗを取り出す（回収する）ことができる。
本発明の基板支持機構ＳＳＭであれば、第二吸熱部ＨＩを取り外す際に、第一吸熱部ＨＯが基板Ｗの裏面に残存しているので、第二吸熱部ＨＩに基板Ｗが吸着する問題が解消される。

以下では、本発明と比較するために、従来の吸熱部が一体をなす構成について説明する。
図８は、従来の基板支持機構ＳＳＭＺ（ＳＳＭ）の一例を示す模式断面図である。従来の基板支持機構ＳＳＭＺは、吸熱部Ｈが一体をなす構成である点のみ、上述した本発明の基板支持機構（図３）と異なる。
図９Ａ～図９Ｃは、図８の基板支持機構に基板Ｗ及び吸熱部Ｈを取り付ける手順を示す模式断面図である。取り付ける手順においては、本発明の基板支持機構（図３）と同様に何ら問題は生じない。
図１０Ａ～図１０Ｄは、図８の基板支持機構から基板Ｗ及び吸熱部Ｈを取り外す手順を示す模式断面図である。図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、吸熱部Ｈを取り外すために上方へ移動させる（ｄ１→ｄ２）と、吸熱部Ｈに吸着した基板Ｗが、吸熱部Ｈと一緒に移動する。そして、吸着が弱いと、移動（上昇）中の吸熱部Ｈから基板Ｗが離脱し、落下するという問題が生じる。図１０Ｄに示した小さな矢印は、基板Ｗの落下を表している。この落下は不意に生じる現象であり、制御することは困難であった。

図３に示した本発明に係る基板支持機構では、第一吸熱部ＨＯと第二吸熱部ＨＩからなる吸熱部Ｈを採用したことにより、上述した従来の基板支持機構において不意に発生する問題が解消される。

図６は、基板支持機構の第二構成例を示す模式断面図である。
図６の基板支持機構は、第一吸熱部ＨＯが、中間支持部ＩＳを構成する第二部位ＩＳＯの裏面と接する鍔状の部位ＨＯＴ２をさらに備える点のみ、図３の基板支持機構と異なる。
このような鍔状の部位ＨＯＴ２を有することにより、第一吸熱部ＨＯは、第一吸熱部ＨＯは基板Ｗの裏面に加えて、中間支持部ＩＳを構成する第二部位ＩＳＯの裏面とも、接触した状態が得られる。ゆえに、第二吸熱部ＨＩが上方に取り外される場合に、これに逆らうように第一吸熱部ＨＯは、基板Ｗを抑えるように働く力を増やすことができる。
したがって、図６の構成によれば、第一吸熱部ＨＯを取り出す際に、基板に対する吸熱部の吸着を一段と回避することが可能な、基板支持機構が得られる。

図７は、基板支持機構の第三構成例を示す模式断面図である。
図７の基板支持機構は、第二吸熱部ＨＩにおいて、第一吸熱部ＨＯの裏面と接する鍔状の第二部位が、その端部に該第一支持部の裏面と離間する楔状の空隙ＨＩＵ３をさらに備える点のみ、図６の基板支持機構と異なる。
このような楔状の空隙ＨＩＵ３を有することにより、適当な治具（不図示）を楔状の空隙ＨＩＵ３に挿入し、梃子の原理を用いて、第一吸熱部ＨＯの裏面から第二吸熱部ＨＩが外れるように操作することが可能となる。
したがって、図７の構成によれば、第二吸熱部ＨＩを取り外す作業が、さらに容易となる、基板支持機構が得られる。

以上、本発明に係る基板支持機構について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本発明は、基板支持機構に広く適用可能である。特に、蒸着やスパッタ、ＣＶＤ等の真空処理装置において、被処理体である基板を同時に、多数枚処理するために、枚葉式の基板支持機構として、本発明は好適である。

Ｄ 第一支持部、ＩＳ 中間支持部、ＩＳＩ 第一部位、ＩＳＯ 第二部位、ＩＳＳ 第三部位、Ｈ 吸熱部、ＨＯ 第一吸熱部、ＨＯＵ 第一吸熱部の表面、ＨＯＢ 第一吸熱部の裏面、ＨＩ 第二吸熱部、ＨＩＵ１ 第二吸熱部の中央域にある表面、ＨＩＵ２ 第二吸熱部の外周域にある表面、ＳＳＭ（ＳＳＭ１～ＳＳＭ４） 基板支持機構、Ｗ 基板、ＷＢＳＯ 基板の裏面の外周域、ＷＢＳＩ 基板の裏面の中央域。

Claims (5)

1. 真空処理装置の内部空間に配置され、被処理体である基板を内在し保持する基板支持機構であって、
   被処理面を露出させて前記基板を保持する第一支持部と、
   前記第一支持部に設けられた開口部の周縁に沿って配されるリング状の中間支持部と、
   前記中間支持部は被処理面として機能する前記基板の表面の外周域と接して該基板を支持する鍔状の第一部位、及び、前記第一支持部の裏面と接する鍔状の第二部位を備え、該第一部位に載置された該基板の裏面と接して配される平板状の吸熱部とを含み、
   前記吸熱部は、前記基板の裏面の外周域と接する第一吸熱部、及び、前記第一吸熱部と重なり接する面を有する部位Ａと前記基板の裏面の中央域と接する面を有する部位Ｂからなる第二吸熱部に、分割可能に構成されている、
   ことを特徴とする基板支持機構。
2. 前記第二吸熱部を構成する前記部位Ａは、前記第一吸熱部が局所的に覗き見えるような切欠部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板支持機構。
3. 前記部位Ａは前記切欠部を複数備え、該切欠部が互いに対向した位置に配されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基板支持機構。
4. 前記第一吸熱部が、前記中間支持部を構成する第二部位の裏面と接する鍔状の部位をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の基板支持機構。
5. 前記第二吸熱部において、前記第一吸熱部の裏面と接する鍔状の第二部位が、その端部に該第一支持部の裏面と離間する楔状の空隙を、さらに備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の基板支持機構。

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