KR101140489B1 - 진공 처리 장치, 진공 처리 시스템 및 처리 방법 - Google Patents

진공 처리 장치, 진공 처리 시스템 및 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 피처리체가 대형화되어도 진공 처리 용기의 크기를 크게 억제할 수 있는 진공 처리 장치를 제공하는 것과, 대형 반송 아암을 사용하지 않고 진공 처리 장치로의 피처리체의 반송이 가능한 진공 처리 시스템을 제공하는 것이다.
제 1 진공 반송 장치(200a) 내로부터 플라즈마 처리 장치(100) 내를 향하여 기판(S)을 부상 반송하기 위해서는, 기판(S)의 이면측에 반송 스테이지(203)의 부상용 가스 분사 구멍(207)으로부터 부상용 가스를 분사하여 부상시킨 상태로 기판(S)을 한쌍의 가이드 장치(205)의 유지 부재(213)에 의해 유지하고, 가동 지지체(217)를 레일(215)뿐만 아니라 플라즈마 처리 장치(100)를 향하여 이동시킨다. 다음에, 유지 부재(213)에 의한 유지를 해제하고, 탑재대(103)의 가스 분사 구멍(103b)으로부터의 가스에 의해 기판(S)을 정지 부상시켜서, 플라즈마 처리 장치(100)에 기판(S)을 주고받는다.

Description

진공 처리 장치, 진공 처리 시스템 및 처리 방법{VACUUM PROCESSING APPARATUS, VACUUM PROCESSING SYSTEM AND PROCESSING METHOD}
본 발명은, 예를 들어 평판 디스플레이(FPD)용의 유리 기판 등의 피처리체에 대하여 진공 상태에서 플라즈마 처리 등을 실행하는 진공 처리 장치, 이 진공 처리 장치를 구비한 진공 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)로 대표되는 FPD의 제조 과정에 있어서는, 진공 하에서 유리 기판 등의 피처리체에 에칭, 성막 등의 각종 처리가 실시된다. 플라즈마를 이용하여 상기 처리를 실행하기 위해, 진공 흡인 가능한 처리 용기를 구비한 진공 처리 장치가 사용되고 있다. 또한, 진공 처리 장치에 피처리체를 반송하는 기구로서, 진공 하에서 피처리체를 지지하는 회전?신축 가능한 반송 아암을 구비한 진공 반송 장치가 사용되고 있다.
최근, FPD의 생산 효율을 향상시키기 위해, 피처리체에 대한 대형화의 요구가 강해지고 있으며, 그에 대응하여 진공 처리 장치나 진공 반송 장치도 대형화하는 경향에 있다. 현재로는 한 변이 2m를 넘는 거대한 유리 기판을 피처리체로서 취급하는 경우도 있고, 앞으로도 피처리체의 대형화가 더욱 진행되는 것이 확실시 되고 있다. 그 때문에, 진공 처리 장치나 진공 반송 장치의 대형화는 불가피하다.
진공 반송 장치로부터, 진공 처리 장치의 처리 용기 내에서 피처리체를 탑재하는 탑재대로의 피처리체의 주고받기는 상하로 승강 가능하게 구성된 리프터 핀 기구를 통해 실행되고 있다. 이 리프터 핀 기구를 사용한 피처리체의 주고받기에서는, 주고받는 위치에서 피처리체와 탑재대의 사이에 반송 아암의 지지 부재[포크(fork)]를 안전하게 삽입?퇴피시킬 수 있도록 충분한 높이 마진(margin)이 필요하다. 특히, 대형 피처리체를 주고 받을 경우, 피처리체의 휨량을 고려하여 리프터 핀의 구동 스트로크(stroke)를 설정하는 것이 필요하게 되고, 그에 따라 처리 용기의 높이도 충분히 크게 하지 않을 수 없다.
또한, 피처리체의 대형화에 대응하여, 진공 반송 장치를 대형화하여 가면, 피처리체를 지지한 상태에서 신축?선회 동작을 실행하는 반송 아암에 지금까지보다 높은 강성과 구동 성능이 요구된다. 진공 반송 장치는 대형 피처리체를 지지한 상태에서 반송 아암이 선회할 수 있도록 설계할 필요가 있기 때문에, 큰 용기(반송 용기)를 구비할 필요가 있고, 그 만큼 큰 설치 면적이 필요하게 된다. 그러나, 대기압에서 피처리체를 반송하는 경우와 다르게, 진공 반송을 실행하는 반송 용기의 경우는 외부의 대기압에 저항하는 것만큼의 강성이 필요하기 때문에 대형화에 한계가 있다. 앞으로도 피처리체가 대형화되어 가면, 반송 용기의 제작?수송이 가능한 사이즈를 초과하게 될 것으로 예상되고 있다. 또한, 반송 아암과 반송 용기의 대형화는 필연적으로 재료 및 가공 비용의 증가를 초래하게 된다.
반송 아암을 사용하지 않고 피처리체를 반송하는 방법으로서, 예를 들어 롤 러를 이용하여 피처리체를 반송하는 방법이나, 피처리체의 이면측에 가스를 분사함으로써 피처리체를 부상시켜서 반송하는 방법이 있으며, 인 라인(in-line) 방식의 처리 장치 등에 사용되고 있다. 후자의 부상 반송은 피처리체에 접촉하지 않고서 반송을 실행하기 때문에, 파티클 등의 문제가 생기기 어려우며, 대형 기판의 반송에도 적합하다.
부상 반송에 관한 기술로서, 대기압 또는 대기압 근방 압력 하에서, 프로세스용 가스 또는 반송용 가스를 기판에 내뿜는 것에 의해 기판을 부상시켜서 반송하는 반송 수단을 갖고, 기판을 부상 반송시키면서 에칭 처리, 애싱(ashing) 처리 또는 박막의 형성을 실행하는 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1). 이 특허문헌 1의 기술에서는, 대기압 또는 대기압 근방 압력에서 부상 반송을 실행하는 것이 전제가 되어 있으며, 진공 상태에서의 부상 반송은 상정되지 않고 있다. 또한, 기판을 부상시켜서 이동시키면서 기판의 하면측에 에칭 등의 처리를 실시하는 구성이기 때문에, 기판을 탑재대에 탑재한 상태에서 기판의 상면측에 처리를 실시하는 일반적인 플라즈마 처리 장치의 구성과는 다른 특수한 기술이다.
부상 반송에 관한 다른 기술로서, 인접하는 2개의 진공조를 연통된 상태에서, 한쪽 및 다른 쪽의 진공조의 가이드 플레이트(guide plate)의 가스 분출 구멍으로부터 가스를 분출하고, 분출된 가스에 의해 부상 상태에 있는 한쪽의 진공조의 트레이(tray)를 반송 아암에 의해 다른 쪽의 진공조의 가이드 플레이트 상으로 가이드 플레이트의 길이 방향으로 따라 이동시킴으로써, 트레이 상에 탑재된 기판을 반송하는 반도체 제조 장치가 제안되어 있다(특허문헌 2). 이 특허문헌 2의 기술 은 진공 상태에서 기판을 부상 반송하는 것이지만, 트레이를 사용하여 그 위에 기판을 탑재한 상태에서 반송하는 방식이며, 기판만을 부상 반송시키는 것은 아니다. 또한, 트레이를 사용함으로써, 기판을 안정적으로 반송하는 것이 가능한 반면, 트레이 자체가 파티클의 발생 원인이 되기 쉬운 것이나, 에칭이나 성막의 프로세스에 있어서의 기판의 온도 제어가 어렵게 되는 등의 단점도 갖고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 2004-207708 호 공보
[특허문헌 2] 국제 특허 공개 제 WO2005/074020 호
본 발명은 상기 실정을 감안하여 행해진 것으로서, 그 제 1 목적은 피처리체가 대형화되어도 진공 처리 용기의 크기를 크게 억제할 수 있는 진공 처리 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 제 2 목적은 대형 반송 아암을 사용하지 않고 진공 처리 장치로의 피처리체의 반송이 가능한 진공 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 진공 처리 장치는, 피처리체에 대하여 진공 상태에서 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치로서,
피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와,
상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와,
상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하며,
상기 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체의 내부에 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 처리 용기의 외부에 마련된 진공 반송 장치와의 사이에서 피처리체의 주고받기를 실행하도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 진공 처리 시스템은,
피처리체에 대하여 진공 상태에서 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치와,
상기 진공 처리 장치에 인접하여 배치되며, 진공 조건 하에서 피처리체를 반송하는 진공 반송 장치를 구비한 진공 처리 시스템으로서,
상기 진공 처리 장치는, 피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와, 상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하며,
상기 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체의 내부에 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 분사 구멍으로부터, 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 진공 반송 장치와의 사이에서 피처리체의 주고받기를 실행하도록 구성되며,
상기 진공 반송 장치는, 피처리체를 반송하기 위한 반송용 개구를 갖는 반송 용기와, 상기 반송 용기 내에 마련된 반송 스테이지와, 상기 반송 스테이지의 양측에 각각 배설되어 반송 방향으로 피처리체를 안내하는 한쌍의 가이드 장치와, 상기 반송 스테이지에 가스를 공급하는 부상용 가스 공급원을 구비하며,
상기 반송 스테이지는, 스테이지 본체와, 상기 스테이지 본체의 상면에 형성된 복수의 부상용 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통된 부상용 가스 유로를 구비하고, 상기 부상용 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체 의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사함으로써, 상기 스테이지 본체의 상면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 가이드 장치에 의해 피처리체를 안내하여 상기 진공 처리 장치에 반입하거나 또는 상기 진공 처리 장치로부터 반출하도록 구성되어 있다.
본 발명의 처리 방법은, 피처리체에 대하여 진공 조건 하에서 처리를 실시하는 처리 방법으로서,
피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와, 상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하고 있는 동시에, 상기 탑재대가, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체 내부에 형성된 가스 유로를 구비한, 진공 처리 장치와,
피처리체를 반송하기 위한 반송용 개구를 갖는 반송 용기와, 상기 반송 용기 내에 마련된 반송 스테이지와, 상기 반송 스테이지의 양측에 각각 배설되어 반송 방향으로 피처리체를 안내하는 한쌍의 가이드 장치와, 상기 반송 스테이지에 가스를 공급하는 부상용 가스 공급원을 구비하고 있는 동시에, 상기 반송 스테이지가, 스테이지 본체와, 상기 스테이지 본체의 상면에 형성된 복수의 부상용 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통된 부상용 가스 유로를 구비하고, 상기 진공 처리 장치에 인접하여 배치된 진공 반송 장치를 구비한, 진공 처리 시스템을 사용하며,
상기 진공 반송 장치에 있어서, 상기 부상용 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사함으로써, 상기 스테이지 본체의 상면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 가이드 장치에 의해 피처리체를 안내하여 상기 진공 처리 장치에 반송하는 공정과,
상기 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 진공 반송 장치로부터 상기 진공 처리 장치에 피처리체를 주고받는 공정과,
피처리체를 상기 탑재면에 탑재한 상태에서 소정의 처리를 실시하는 공정과,
상기 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로 상기 진공 반송 장치에 피처리체를 주고받는 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 진공 처리 장치에 의하면, 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 피처리체의 휨이 극히 적어지게 되고, 처리 용기의 소형화를 도모하는 것이 가능하다. 또한, 피처리체를 부상시킨 상태로 주고받기를 실행하는 경우, 리프터 핀 기구가 불필요가 되어 더욱 처리 용기의 소형화를 도모하는 것이 가능해져서 제작 비용을 억제할 수 있다. 특히, 처리 용기의 높이를 억제할 수 있으므로, 내로우 갭(narrow gap)에서의 처리도 용이하게 된다.
또한, 부상용의 가스를, 피처리체에 탑재대의 온도를 전달하는 열매체[예컨 대, 백 쿨링 가스(back cooling gas)]로서 사용하는 경우에는, 백 쿨링 가스의 공급 기구와 부상용 가스 공급 기구의 겸용에 의한 간소한 장치 구성으로 상기 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 진공 처리 시스템에 의하면, 진공 반송 장치의 반송 스테이지의 부상용 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사하고, 피처리체를 부상시킨 상태로 가이드 장치에 의해 안내하여 반송함으로써, 신축?선회 가능한 반송 아암을 사용하지 않고, 진공 처리 장치와의 사이에서 부상 상태로 피처리체의 주고받기를 실행할 수 있다. 따라서, 진공 반송 용기의 소형화가 가능하며, 특히 설치 공간 및 제작 비용 억제를 실현할 수 있다.
또한, 특히 인 라인 방식을 채용함으로써, 예를 들어 FPD용 유리 기판 등의 피처리체의 길이 방향의 길이의 제약이 적어지고, 지금까지보다도 기다란 기판을 처리하는 것도 가능하다.
또한, 부상 반송 방식이기 때문에, 반송 아암 및 포크와의 접촉에 의한 피처리체의 박리 대전이나 파티클의 발생, 기판의 휨에 의한 피처리체의 파손 등의 문제를 발생시키는 일이 없이, 인 라인 반송 방식에 의한 스루풋(throughput) 향상을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 진공 처리 시스템(1)의 개략적인 구성을 도시하는 수평 단면도이며, 도 2는 측단면도이다.
진공 처리 시스템(1)은, 피처리체로서의 액정 디스플레이(LCD)용 유리 기판(이하, 단순히 "기판"이라 함)(S)에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치(100)와, 이 플라즈마 처리 장치(100)의 양측에 각각 배설된 제 1 진공 반송 장치(200a) 및 제 2 진공 반송 장치(200b)를 갖고 있다. 제 1 진공 반송 장치(200a), 플라즈마 처리 장치(100) 및 제 2 진공 반송 장치(200b)는 이 순서에 의해 기판(S)의 반송 방향으로 연이어 설치되어 있다. 또한, 기판(S)의 반송 방향을 도 2 중에 화살표로 도시하였다.
플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(101)와, 이 처리 용기(101) 내에 배설된 하부 전극이기도 한 탑재대(103)와, 이 탑재대(103)에 대향하여 배치되며, 처리 용기(101) 내에 처리 가스를 도입하는 동시에 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(105)를 구비하고 있다. 또한, 샤워 헤드(105)로 플라즈마 처리용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구, 배관 등은 도시를 생략한다.
처리 용기(101)는 얕은 상자형을 하고 있다. 처리 용기(101)는, 소정의 진공도 예컨대 1×10-4Pa에 견딜 수 있는 내압 용기로서 구성되어 있으며, 예컨대 표면이 알루마이트(alumite) 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 구성되어 있다. 처리 용기(101)의 상호 대향하는 2개의 측면에는 기판(S)을 반입?반출하기 위한 개구부(101a, 101b)가 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(101)의 바닥부에는 복수 개소(도 1에서는 4개소)에 배기구(101c)가 마련되며, 각 배기구(101c)는 도시되지 않은 배기관을 거쳐서 진공 펌프(기압 양수기)에 접속되어 있다.
탑재대(103)는, 기판(S)을 탑재하는 탑재면(F)을 갖는 본체(103a)와, 탑재면(F)에 형성된 복수의 가스 분사 구멍(103b)과, 가스 분사 구멍(103b)에 연통되어 본체(103a) 내부에 형성된 가스 유로(107)를 구비하고 있다. 가스 분사 구멍(103b)은 기판(S)에 탑재대(103)의 온도를 전달하는 열매체를 분사하는 열매체 분출 구멍으로서도 기능한다. 도 1에서, 탑재면(F)에 있어서 가스 분사 구멍(103b)의 배열 형상은 평면에서 보아 내외 2중의 직사각형을 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 탑재대(103)는 기판(S)을 탑재면(F)에 고정하기 위하여 도시되지 않은 정전 흡착 기구를 구비하고 있어도 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 유로(107)에 연통되는 각 가스 분사 구멍(103b)의 내경은 좁게 형성되어 있어서, 가스 분사 구멍(103b)에서의 분사압을 높게 할 수 있도록 되어 있다. 가스 유로(107)에는 가스 배관(109)을 통해 가스 공급원(111)이 접속되어 있다. 또한, 가스 배관(109)에는 밸브, 펌프 등이 구비되어 있지만 도시를 생략한다.
가스 공급원(111)은 단일 종류 또는 복수 종류의 가스를 공급할 수 있게 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는 부상용으로서 쓰는 N2 등의 불활성가스와, 프로세스 시에 열매체로서 사용되는 He 등의 열전도성이 높은 가스를 전환하여 사용할 수 있게 구성되어 있다. 열전도성이 높은 가스는 기판(S)의 이면을 향해 분사됨으로써 탑재대(103)의 온도를 기판(S)에 전달하는 열매체(백 쿨링 가스)로서 기능하여 플라즈마에 의한 기판(S)의 온도 상승을 억제한다.
가스 공급원(111)로부터, 소정의 압력으로 가스 분사 구멍(103b)을 통해 기판(S)의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 탑재면(F)으로부터 기판(S)을 부상시킨 상태로, 제 1 진공 반송 장치(200a)와의 사이 또는 제 2 진공 반송 장치(200b)와의 사이에서 기판(S)의 주고받기를 실행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 기판(S)의 주고받기에 리프터 핀 기구가 반드시 필요한 것은 아니기 때문에, 리프터 핀 기구를 사용하지 않는 경우 처리 용기(101)의 높이를 억제할 수 있다. 따라서, 처리 용기(101)의 재료 및 가공 비용을 절감할 수 있는 동시에, 상부 전극[샤워 헤드(105)]과 탑재대(103)의 탑재면(F)과의 사이의 거리[갭(G)]가 좁은 내로우 갭이 적합한 플라즈마 프로세스를 용이하게 실시할 수 있는 장점이 있다.
또한, 가스 공급원(111)으로부터 공급되는 가스로서, He 등의 열전도성이 높은 가스와 부상용의 N2 등의 불활성가스를 전환함으로써, 가스 배관(109), 가스 유로(107) 및 가스 분사 구멍(103b)을 백 쿨링 가스의 공급 유로 및 기판(S)의 부상용 가스의 공급 유로로서 겸용할 수 있다.
탑재대(103)의 하부에는 절연판(113)이 구비되어 있다. 또한, 탑재대(103)의 상부에는 탑재면(F)을 둘러싸도록 세라믹 등의 절연재료로 구성된 포커스 링(115)이 마련되어 있다. 포커스 링(115)은 탑재대(103) 상에 플라즈마를 수속시키는 역할을 하고 있다. 또한, 탑재대(103)의 측면에는 세라믹 등의 절연재료로 구성된 실드 플레이트(shield plate)(117)가 마련되어 있다.
제 1 진공 반송 장치(200a)는 플라즈마 처리 장치(100)에 인접하여 배설된 반송 용기(201)와, 반송 용기(201) 내에 마련된 반송 스테이지(203)와, 반송 스테이지(203)의 양측에 배설되어 반송 방향으로 기판(S)을 안내하는 한쌍의 가이드 장치(205, 205)를 구비하고 있다.
반송 용기(201)는 얕은 상자형을 하고 있다. 반송 용기(201)는 소정의 진공도 예컨대 1×10-1Pa에 견딜 수 있는 내압 용기로서 구성되어 있으며, 예를 들어 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 구성되어 있다. 반송 용기(201)의 상호 대향하는 2개의 측면에는 기판(S)을 반입?반출하기 위한 반송용 개구(201a, 201b)가 형성되어 있다. 또한, 반송 용기(201)의 바닥부에는 복수 개소(도 1에서는 2개소만 도시함)에 배기구(201c)가 마련되고, 각 배기구(201c)는 도시되지 않은 배기관을 통해 진공 펌프(기압 양수기)에 접속되어 있다.
반송 스테이지(203)는 스테이지 본체(203a)를 갖고 있다. 스테이지 본체(203a)는 박판 형상을 하며, 예컨대 알루미늄, 스테인리스 등의 재질로 구성되어 있다. 또한, 반송 스테이지(203)는, 스테이지 본체(203a)의 상면에 형성된 복수의 부상용 가스 분사 구멍(307)과, 스테이지 본체(203a)의 내부에 형성되며 부상용 가스 분사 구멍(207)에 연통된 부상용 가스 유로(209)를 갖고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부상용 가스 유로(209)에 연통되는 각 부상용 가스 분사 구멍(207)의 내경은 좁게 형성되어 있어서, 부상용 가스 분사 구멍(207)에서의 분사압을 높게 할 수 있도록 되어 있다. 부상용 가스 유로(209)는 부상용 가스 배관(210)을 거쳐서 부상용 가스 공급원(211)에 접속되어 있다. 또한, 부상용 가스 배관(210)에는 밸브, 펌프 등이 구비되어 있지만 도시를 생략한다. 또한, 스테이지 본체(203a)에 형성된 부상용 가스 분사 구멍(207)의 배열 형상, 배열 간격 및 개수는 기판(S)을 부상시킬 수 있으면, 어떠한 형상, 간격, 개수여도 좋다.
부상용 가스 공급원(211)으로부터 공급되는 부상용 가스로서는 예컨대 청정 건조 공기, 불활성가스 등을 사용할 수 있다.
가이드 장치(205)는 기판(S)을 유지하는 유지 부재(213)와, 반송 방향으로 평행한 직선 형상으로 마련되어 유지 부재(213)의 이동 방향을 규정하는 레일(215)과, 유지 부재(213)를 지지하여 레일(215) 상을 왕복 이동하는 가동 지지체(217)와, 가동 지지체(217)를 왕복 이동시키는 구동원도시되지 않음)을 구비하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 기판(S)의 폭 방향(반송 방향에 대하여 직교하는 방향)으로 한쌍의 유지 부재(213)가 상호 대향하는 위치 관계로 배치되어 있다. 즉, 기판(S)을 사이에 끼워 넣어 양측에 배설된 한쌍의 유지 부재(213)는 평행하게 그리고 동기하여 반송 방향을 따라서 왕복 이동할 수 있도록 구성되며, 2개의 유지 부재(213)가 기판(S)을 양측부로부터 끼워 넣도록 하여 부상 상태의 기판(S)의 이동 방향을 규제하고 있다. 이와 같이, 기판(S)을 그 폭 방향의 양측부에서 규제함으로써, 기판(S)의 반송 방향의 오차를 작게 하고, 반송 위치 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 기판(S)의 규제 방법은 양측부로부터에 한정되지 않고, 한쪽의 측부만 또는 기판(S)의 선단 또는 후단에서 규제하는 것도 가능하지만, 반송 위치 정밀도 및 반송의 신뢰성을 높이는 관점에서 양측부에서 규제하는 것이 바람직하다.
유지 부재(213)는 기판(S)의 측변에 계합하여 유지하는 계합부(213a)와, 이 계합부(213a)를 처리 용기(101) 내에 삽입할 수 있도록 횡방향(수평 방향)으로 연장하여 설치된 아암부(213b)를 갖고 있다. 아암부(213b)의 기단측은 가동 지지체(217)에 고정되어 있다. 유지 부재(213)의 계합부(213a)의 구성으로서는, 부상된 상태의 기판(S)의 이동 방향을 규제할 수 있는 것이면, 그 구성은 문제되지 않는다. 계합부(213a)의 일 예로서 기판(S)을 협지하는 클램프 기구를 들 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 클램프 장치(221)는 상하 한쌍의 접촉 부재(223a, 223b)와, 이들 접촉 부재(223a, 223b)의 거리를 근접 또는 이격시키는 샤프트(225)와, 이 샤프트(225)를 구동하기 위한 도시되지 않은 모터 등의 구동부를 구비하고 있다.
클램프 장치(221)에서는, 예를 들어 구동부에 의해 샤프트(225)를 도 3의 화살표로 도시하는 방향으로 회전시킴으로써, 하측의 접촉 부재(223b)를 상승시키고, 기판(S)의 주연부를 접촉 부재(223a, 223b)의 사이에 협지하여 클램프할 수 있다. 이 경우, 샤프트(225)를 역방향으로 회전시킴으로써, 접촉 부재(223b)가 하강하여 접촉 부재(223a)와의 사이의 거리가 넓어져서 기판(S)의 클램프가 해제된다.
또한, 계합부(213a)의 다른 예로서, 기판(S)을 쿨롱력으로 대표되는 정전기력에 의해 흡착하는 정전 흡착 기구를 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 4에 도시된 정전 흡착 장치(231)는 유전체로 이루어지는 흡착 기재(233)와, 이 흡착 기재(233)에 매설된 제 1 전극(235a) 및 제 2 전극(235b)과, 이들 제 1 전극(235a) 및 제 2 전극(235b)에 각각 직류전압을 인가하기 위한 직류전원(237a, 237b)을 갖고 있다. 또한, 직류전원(237a)과 제 1 전극(235a), 직류전원(237b)과 제 2 전 극(235b)은 각각 급전선(239a, 239b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 흡착 장치(231)는 부상된 기판(S)의 주연부와 반송 스테이지(203)의 사이에 흡착 기재(233)를 삽입한 상태에서, 제 1 전극(235a) 및 제 2 전극(235b)에 직류전압을 인가함으로써 쿨롱력에 의해 기판(S)의 주연부를 정전 흡착하여 고정한다. 직류전원(237a, 237b)으로부터 제 1 전극(235a) 및 제 2 전극(235b)으로의 전압의 인가를 정지함으로써, 기판(S)의 고정을 해제할 수 있다. 또한, 도 4에서는 한쌍의 전극(235a, 235b)을 갖는 쌍극식의 정전 흡착 장치(231)를 예로 들었지만, 단극식의 정전 흡착 기구여도 좋다.
가이드 장치(205)에 있어서 가동 지지체(217)는 레일(215) 상을 왕복 이동하기 위한 가이드웨이(guideway), 굴림대, 차륜 등의 회전 기구(217a)를 구비하며, 도시되지 않은 구동원으로부터의 동력에 의해 구동된다. 가동 지지체(217)를 이동시키는 기구로서는 가동 지지체(217)를 수평으로 왕복 이동시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 풀리(pulley), 기어, 에어 실린더(air cylinder) 등의 기계 기구 외에, 선형 모터 등도 이용할 수 있다. 반송 스테이지(203)를 사이로 하여 양측의 가이드 장치(205, 205)에서는 2개의 가동 지지체(217)가 연동하여 레일(215) 상을 평행하게 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
상기의 구성을 갖는 제 1 진공 반송 장치(200a)에서는, 부상용 가스 공급원(211)으로부터 소정의 압력으로 부상용 가스 분사 구멍(207)을 통해 기판(S)의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사함으로써, 반송 스테이지(203)의 상면으로부터 기판(S)을 수mm 내지 수㎝ 정도 부상시킨 상태로, 가이드 장치(205)에 의해 기 판(S)을 안내하여 플라즈마 처리 장치(100)에 반송할 수 있다.
제 1 진공 반송 장치(200a)의 가이드 장치(205)와 진공 처리 장치(100)의 탑재대(103)와의 사이의 기판(S)의 주고받기 위치의 위치 결정은, 계합부(213a)[또는 가동 지지체(217)]의 이동량을 예를 들어 리니어 스케일(linear scale) 등의 위치 검출 수단(도시되지 않음)에 의해 검출함으로써 정확하게 파악할 수 있다.
제 2 진공 반송 장치(200b)의 구성은 플라즈마 처리 장치(100)를 중심으로 하여 제 1 진공 반송 장치(200a)와 좌우 대칭이 되는 것 이외에는 동일하므로, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
반송 용기(201)와 처리 용기(101)의 사이에는 개폐 가능한 차단 수단으로서의 게이트 밸브(GV)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(GV)는 폐쇄 상태에서 처리 용기(101)와 양측에 인접하는 반송 용기(201, 201)와의 분위기를 차단하고, 개방 상태에서 처리 용기(101)와 반송 용기(201, 201)의 사이를 연통시켜서 기판(S)의 이동을 가능하게 한다. 또한, 각 반송 용기(201)의 반송용 개구(201a)에도 게이트 밸브(GV)가 구비되어 진공 처리 시스템(1)의 외부와의 분위기의 차단이 가능하게 되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 처리 용기(101) 내에 있어서 개구부(101a)와 탑재대(103)의 사이에, 반송 도중의 기판(S)의 이면을 향하여 가스를 분사하는 부상 보조 장치(121)를 마련할 수도 있다. 부상 보조 장치(121)는 복수의 가스 분사 구멍(123)을 갖는 가스 분사판(125)과, 가스 분사판(125)을 지지하면서 도시되지 않은 구동 기구에 의해 상하로 구동되는 구동 로드(127)와, 가스 분사 구멍(123)에 접속된 가스 공급원(129)을 구비하고 있다. 구동 로드(127)의 내부에는 가스 유로(127a)가 형성되고 있으며, 이 가스 유로(127a)는 부상 보조용 가스 배관(131)을 거쳐서 가스 공급원(129)에 접속되어 있다. 또한, 도 5의 도면부호(133)는 구동 로드(127)와 처리 용기(101)의 개구 부분과의 기밀성을 확보하기 위한 O링이다. 또한, 부상 보조용 가스 배관(131)에는 밸브, 펌프 등이 구비되어 있지만 도시를 생략한다.
가스 분사 구멍(123)은 기판(S)의 폭 방향[기판(S)의 반송 방향과 직교하는 방향]으로 소정 간격에 의해 직선 형상으로 배설되어 있다. 가스 분사 구멍(123)으로부터 분사하는 부상 보조용 가스로서는 예를 들어 청정 건조 공기, 불활성가스 등을 사용할 수 있다.
기판(S)을 반송할 때에는, 상기 구동 기구에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 가스 분사판(125)을 기판(S)에 근접하는 위치까지 상승시켜서 가스 분사 구멍(123)으로부터 부상 보조용 가스를 소정의 압력으로 기판(S)의 이면을 향하여 분사한다. 부상 보조용 가스에 의해, 반송 도중 기판(S)에 자중에 의해 휨이 발생하는 것이 방지되어 반송 신뢰성을 높일 수 있다.
기판(S)에 소정의 처리를 실시할 때에는, 구동 기구에 의해 가스 분사판(125)의 높이를 예를 들어 탑재대(103)의 탑재면(F)보다 아래로 하강시켜서 처리 용기(101) 내의 처리 가스의 흐름을 정류하는 배플판으로 사용할 수 있다. 부상 보조 장치(121)의 가스 분사판(125)을 정류용의 배플판과 겸용함으로써, 장치 구성을 복잡하게 하지 않으며, 부상 반송의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같이, 부상 보조 장치(121)는 반송 용기(201)의 반송 스테이지(203)와 처리 용기(101)의 탑재대(103)와의 사이의 기판 부상용의 가스 압력이 약한 영역에 있어서 기판(S)의 자중에 의한 휨의 발생을 방지한다. 부상 보조 장치(121)에 의해, 반송 용기(201)의 반송 스테이지(203)와 처리 용기(101)의 탑재대(103)와의 거리가 길어져도 신뢰성이 높은 부상 반송이 가능하게 된다.
상기 구성을 갖는 기판 처리 시스템에 있어서의 기판 처리의 흐름에 대하여 설명한다. 우선, 도시되지 않은 반송 기구에 의해, 외부로부터 제 1 진공 반송 장치(200a)에 기판(S)을 반입한다. 이 기판(S)의 이면측을 향하여 반송 스테이지(203)의 부상용 가스 분출 구멍(207)으로부터 부상용 가스를 분출하여 기판(S)을 반송 스테이지(203)의 상방으로 부상시킨다. 이 상태에서, 반송 방향에 대하여 기판(S)의 후단을 한쌍의 가이드 장치(205)의 유지 부재(213)에 의해 유지한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(100)의 탑재대(103)의 가스 분사 구멍(103b)으로부터도 소정의 압력으로 가스를 분사하여 부상 반송의 준비를 한다. 제 1 진공 반송 장치(200a)와 플라즈마 처리 장치(100)의 사이의 게이트 밸브(GV)는 개방 상태, 플라즈마 처리 장치(100)와 제 2 진공 반송 장치(200b)의 사이의 게이트 밸브(GV)는 폐쇄 상태로 해둔다.
다음에, 레일(215) 상에서 가동 지지체(217)를 플라즈마 처리 장치(100)를 향하여 이동시킴으로써, 제 1 진공 반송 장치(200a) 내로부터 플라즈마 처리 장치(100) 내를 향하여 기판(S)을 부상 반송한다. 이때, 부상 보조 장치(121)를 작동시켜서 부상 보조용 가스를 기판(S)의 이면에 분사함으로써 기판(S)의 휨을 방지 하도록 해도 좋다(도 5 참조). 가동 지지체(217)가 레일(215)의 선단부[플라즈마 처리 장치(100)측의 종단]까지 오면, 기판(S)이 진공 처리 장치(100) 내[처리 용기(101)의 내부]에 진입한 상태가 되므로, 그 위치에서 유지 부재(213)에 의한 유지를 해제한다.
유지 부재(213)에 의한 유지가 해제되면, 기판(S)은 플라즈마 처리 장치(100)의 탑재대(103)의 가스 분사 구멍(103b)으로부터의 가스에 의해 정지 부상한 상태가 된다. 이와 같이 하여, 제 1 진공 반송 장치(200a)로부터 진공 처리 장치(100)로의 기판(S)의 주고받기가 완료한다. 다음에, 가스 분사 구멍(103b)으로부터의 가스의 분사압을 서서히 저하시켜 감으로써 기판(S)을 강하시켜서 탑재대(103)의 탑재면(F)에 탑재시킨다. 그리고, 도시되지 않은 정전 흡착 기구에 의해 기판(S)을 고정한다.
다음에, 제 1 진공 반송 장치(200a)와 플라즈마 처리 장치(100)의 사이의 게이트 밸브(GV)를 폐쇄하고, 탑재대(103)에 탑재된 상태에서 기판(S)에 대하여 플라즈마 에칭 등의 소정의 처리를 실행한다. 이 처리의 사이에, 가스 분사 구멍(103b)으로부터 소정의 압력, 예를 들어 100 내지 400Pa로 기판(S)의 이면측에 가스를 계속 공급함으로써, 기판(S)을 온도 조절할 수도 있다. 이 처리의 사이에 가스 분출 구멍(103b)으로부터 기판(S)의 이면측에 공급하는 가스는 부상용의 N2 등의 불활성가스가 아니라, He 등의 열전도성이 높은 가스로 전환하는 것이 바람직하다.
처리가 종료된 후, 일단 가스 분사 구멍(103b)으로부터 기판(S)의 이면으로의 가스 공급을 정지하고, 정전 흡착 기구에 의한 고정을 해제한다. 그 후, 플라즈마 처리 장치(100)와 제 2 진공 반송 장치(200b)의 사이의 게이트 밸브(GV)를 개방한다. 다음에, 가스 분사 구멍(103b)으로부터의 가스의 분사압을 서서히 상승시켜 감으로써, 기판(S)을 탑재대(103)의 탑재면(F)으로부터 부상시킨다. 또한, 제 2 진공 반송 장치(200b)의 반송 스테이지(203)의 부상용 가스 분사 구멍(207)으로부터도 소정의 압력으로 부상용 가스를 분사하여 부상 반송을 준비한다.
기판(S)을 탑재대(103)의 탑재면(F)으로부터 부상시킨 상태로, 제 2 진공 반송 장치(200b)의 가동 지지체(217)를 레일(215)에 따라 플라즈마 처리 장치(100)측의 종단까지 이동시키고, 유지 부재(213)의 계합부(213a)에 의해 기판(S)의 선단측의 단부를 유지한다. 다음에, 제 2 진공 반송 장치(200b)의 가동 지지체(217)를 레일(215) 상에서 반송 방향 전방으로 이동시킴으로써, 기판(S)의 이동 방향을 안내하면서 플라즈마 처리 장치(100)으로부터 제 2 진공 반송 장치(200b)에 기판(S)을 부상 반송한다. 이때, 부상 보조 장치(121)를 작동시켜서 부상 보조용 가스를 기판(S)의 이면에 분사함으로써 기판(S)의 휨을 방지하도록 해도 좋다(도 5 참조). 가동 지지체(217)가 레일(215)의 선단(반송 방향 하류측의 종단)에 도달하고, 기판(S)의 대부분이 제 2 진공 반송 장치(200b) 내에 진입한 단계에서, 도시되지 않은 다른 반송 기구에 기판(S)을 주고받기 위해, 유지 부재(213)의 계합부(213a)에 의한 부상 상태의 기판(S)의 유지를 해제한다.
상기한 바와 같이, 제 2 진공 반송 장치(200b)에 반송된 기판은 도시되지 않 은 반송 기구에 의해 진공 처리 시스템(1)의 외부로 반송된다. 또한, 제 2 진공 반송 장치(200b)의 반송 방향 하류측에 다른 진공 처리 장치 및 다른 진공 반송 장치를 교대로 배치하여 연속적으로 상이한 내용의 처리를 실행하도록 해도 좋다. 또한, 플라즈마 처리 장치(100)에서 처리가 종료된 기판(S)을 부상 반송하여 제 1 진공 반송 장치(200a)로 복귀시켜도 좋다. 또한, 제 1 진공 반송 장치(200a)와 제 2 진공 반송 장치(200b)를 대기압 상태와 진공 상태를 교대로 전환 가능한 진공예비실[로드록 실(load lock chamber)]로 하여 이용해도 좋다.
또한, 도 1 및 도 2에서는 기판(S)을 사이에 끼워 넣어 배치된 한쌍의 유지 부재(213)의 각 계합부(213a)에 의해, 2개소에서 기판(S)을 유지하는 구성을 도시하였지만, 더 많은 개소에서 기판(S)을 유지하는 것도 가능하다. 예를 들어 도 6 및 도 7에 도시된 진공 처리 시스템(1a)에서는, 2개의 계합부(213a)를 갖는 유지 부재(213)를 사용하여 기판(S)을 4코너에서 유지하는 구성으로 하였다. 이 경우, 한쌍의 아암부(213b)의 도중에 개재하여 마련된 한쌍의 계합부(213a, 213a)로 기판(S)의 일단측의 2개의 코너를 폭 방향으로 규제한다. 동시에, 한쌍의 아암부(213b)의 선단에 마련된 한쌍의 계합부(213a, 213a)로 기판(S)의 타단측의 2개의 코너를 폭 방향으로 규제할 수 있다. 이와 같이, 기판(S)을 4코너에서 유지함으로써 부상 반송의 방향 정밀도가 높아져서 반송 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 하나의 유지 부재(213)의 계합부(213a)의 수를 3개 이상으로 하는 것이 기판(S)을 안정 부상시킬 뿐만 아니라 보다 바람직하다. 계합부(213a)의 구성은, 상기 한 바와 같이, 예를 들어 클램프 장치(221)나 정전 흡착 장치(231)를 채용할 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에서 도 1 및 도 2와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
또한, 부상 반송에서는 반송 스테이지(203)의 가스 분사 구멍(207)으로부터 기판(S)의 이면측에 분사된 가스 압력이 클 경우에 기판(S)의 중앙부가 팽창하여 기판(S)이 위로 볼록한 형상으로 뒤틀리는(팽창하는) 경우가 있다. 기판(S)에 뒤틀림 또는 팽창이 발생하면, 가스 분사 구멍(207)으로부터 분사된 가스 압력이 기판(S)의 면 내에서 불균일하게 되어, 기판(S)의 부상 자세가 불안정해져서 반송 도중에서의 낙하나 용기와의 접촉 등이 일어나기 쉬워진다. 이러한 기판(S)의 뒤틀림 또는 팽창을 교정하기 위한 바람직한 구성예를 도 8 내지 도 10에 도시하였다. 도 8은 반송 스테이지(203)에 대향하고, 기판(S)의 상면에 가스를 분사하여 기판(S)의 뒤틀림을 교정하는 상부 가스 분사 기구(241)를 갖는 제 1 진공 반송 장치(200a)의 수평 단면도이며, 또한 도 9는 상부 가스 분사 기구(241)를 갖는 제 1 진공 반송 장치(200a)의 측단면도이며, 도 10은 도 9의 요부 확대도이다.
이 상부 가스 분사 기구(241)는 기판(S)의 상방에서 반송 스테이지(203)에 대향하도록, 예를 들어 십자형으로 배치된 노즐 아암(243)을 구비하고 있다. 또한, 노즐 아암(243)의 배치 형상은 십자형에 한정되는 것은 아니다. 노즐 아암(243)은, 4개의 단부가 각각 유지 부재(213)의 계합부(213a)의 상면에 고정되어 있다. 노즐 아암(243)의 하면에는 복수의 가스 분사 구멍(245)이 마련되어 있다(도 10 참조). 각 가스 분사 구멍(245)은 노즐 아암(243)의 내부에 형성된 가스 유로(도시 생략)와 연통되며, 이 가스 유로는 도시되지 않은 가요성 배관을 거쳐서 도시되지 않은 교정용 가스 공급원에 접속되어 있다.
노즐 아암(243)의 가스 분사 구멍(245)으로부터, 기판(S)의 상면을 향하여 교정용 가스를 분사함으로써, 기판(S)의 중앙부의 팽창을 시정하고, 기판(S)을 반송 스테이지(203)에 대하여 평행한 형상으로 유지할 수 있다. 즉, 상부 가스 분사 기구(241)는 부상 상태에서의 기판(S)의 형상을 교정하는 수단으로서 기능한다. 이와 같이, 상부 가스 분사 기구(241)를 구비하여, 부상 반송되는 기판(S)의 뒤틀림 또는 팽창을 억제함으로써 반송의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 상부 가스 분사 기구(241)를 가이드 장치(205)의 유지 부재(213)에 고정하는 구성으로 하고, 기판(S)과 동기하여 이동 가능하게 함으로써, 부상 반송 중의 기판(S)의 위치에 관계없이 그 뒤틀림 또는 팽창을 교정할 수 있다.
또한, 반송 스테이지(203)에 대향하여 상부 가스 분사 기구(241)을 마련하고, 기판(S)의 상하로부터 각각 분사되는 가스의 압력을 조절함으로써, 기판(S)의 부상 높이 위치를 미세 조정할 수 있다. 즉, 상부 가스 분사 기구(241)는 기판(S)의 부상 높이 위치를 조정하는 수단으로서도 기능하도록 할 수 있다.
다음에, 가이드 장치(205)의 유지 부재(213)에 의해 기판(S)을 지지하는 방법에 대하여 설명한다. 가이드 장치(205)의 유지 부재(213)는 기판(S)의 좌우의 변을 균등한 높이로 지지할 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(S)을 끼워 넣어 대치하는 한쌍의 유지 부재(213) 중 한쪽의 유지 부재(213)[아암부(213b)]에 3개소 이상의 계합부(213a)를 마련하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 도 11a에 도시하는 바와 같이 하나의 유지 부재(213)에 4개소 이상의 계합 부(213a)를 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 구성예로서, 도 11b에 도시하는 바와 같이, 유지 부재(213)의 계합부(213a)를 기다랗게 형성함으로써 기판(S)의 측변의 대부분을 지지하는 구조로 하는 것도 바람직하다.
여기에서, 유지 부재(213)에 의한 지지 부위의 차이에 의해 기판(S)의 부상 자세에 차이가 생기는지 여부를 검토한 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 12a는 유지 부재(213)의 계합부(213a)에 의해 기판(S)의 4코너의 근방을 지지했을 경우(이하, "4점 지지"라 함), 도 12b는 기판(S)의 4코너에 더하여 진행 방향을 향해 좌우의 측변을 2개소씩 총 8개소에서 지지했을 경우(이하, "8점 지지"라 함)를 도시하고 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b의 화살표는 기판의 반송 방향을 도시한다.
우선, 플라즈마 처리 장치(100)의 처리 용기(101) 내에서, 도 12a 및 도 12b에 각각 도시된 바와 같이, 유지 부재(213)의 계합부(213a)에 의해 기판(S)을 4점 지지 또는 8점 지지하였다. 이 단계에서는, 도 13a에 도시된 바와 같이, 탑재면(F)에 형성된 가스 분사 구멍(103b)으로부터 가스는 분사되고 있지 않기 때문에, 기판(S)의 중앙부가 휘어 탑재대(103)의 탑재면(F)에 접촉하고 있다. 본 실험에서는 도 13b에 확대하여 도시된 바와 같이, 탑재대(103)의 탑재면(F)에 대하여 계합부(213a)에 의한 기판(S)의 지지 위치의 높이[탑재면(F)과 지지 위치의 갭(G1)]를 5mm로 설정하였다. 처리 용기(101) 내의 압력은 1×10-2Pa의 진공 상태로 하였다. 가스 분사 구멍(103b)의 배열은 도 1과 마찬가지로 평면에서 보아 내외 2중의 직사각형 형상의 배열로 하여 각 열의 인접한 가스 분사 구멍(103b) 간의 간격(피치)은 30mm로 하였다. 또한, 기판(S)은 짧은 변550mm×긴 변650mm의 크기인 것을 사용하였다.
다음에, 플라즈마 처리 장치(100)의 탑재대(103)의 가스 분사 구멍(103b)으로부터 N2 가스를 기판(S)의 이면을 향해 분사하였다. N2 가스의 유량을 10 내지 3000㎖/min(sccm)의 범위에서 변경하여 기판(S)이 어떠한 거동을 나타낼지 관찰하였다. 판정은, 안정 부상함(A), 부상하지만 버둥거림(B) 및 부상하지 않음(C)의 3단계로 평가하였다. 또한, B판정의 "부상하지만 버둥거림"은 기판(S)의 중앙부가 위로 볼록하게 팽창된 상태와 아래로 볼록하게 움푹 패인 상태를 교대로 반복하여 안정된 자세를 유지할 수 없는 것을 의미한다. 표 1에 4점 지지의 경우와 8점 지지의 경우에 있어서의 판정 결과를 게재하였다.
표 1
가스유량
[㎖/min]		 4점 지지 8점 지지 가스유량
[㎖/min]		 4점 지지 8점 지지
10 C C 130 B A
20 C C 140 B A
30 C C 150 B A
40 C C 160 B A
50 C C 170 B A
60 C A 180 B A
70 C A 190 B A
80 C A 200 B A
90 C A 500 B A
100 C A 1000 B A
110 B A 2000 B A
120 B A 3000 B A
표 1로부터, 4점 지지의 경우(도 12a 참조)는, 가스 유량이 100㎖/min(sccm) 이하에서는 기판(S)을 부상시킬 수 없으며, 110㎖/min(sccm) 이상에서는 부상은 하 지만 안정된 자세를 유지할 수 없었다. 한편, 8점 지지의 경우(도 12b 참조)는, 가스 유량이 50㎖/min(sccm) 이하에서는 유량이 지나치게 적어서 기판(S)을 부상시킬 수 없었지만, 60㎖/min(sccm) 이상에서는 안정 부상시킬 수 있었다.
이상의 결과로부터, 8점 지지에 의해, 탑재대(103)의 전면에 가스 분사 구멍을 마련하지 않아도, 평면에서 보아 내외 2중의 직사각형 형상으로 배열된 백 쿨링 가스용의 가스 분사 구멍(103b)을 이용하여 기판(S)을 안정 부상시킬 수 있었다. 또한, 기판(S)을 안정 부상시키기 위해서는 기판(S)의 4코너에 더하여 측변[기판(S)의 진행 방향에 대한 것임]도 지지하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.
4점 지지에서는 기판(S)의 자세가 안정되지 않고, 8점 지지에서 안정 부상이 가능하게 되는 이유에 대하여, 하기와 같이 생각하면 합리적인 설명이 가능하다. 8점 지지의 경우, 기판(S)은 부상 전에 자중에 의해 중앙부가 아래로 휘어서, 좌우의 변이 중앙부보다도 높게 된다. 따라서, 기판(S)의 진행 방향에 대하여 직교하는 폭 방향의 단면이 아래로 볼록하게 만곡된 형상으로 되어 있다(도 13a 참조). 8점 지지의 경우, 복수의 계합부(213a)에 의해 좌우의 측변이 대략 균등하게 동일한 높이가 되도록 지지됨으로써, 기판(S)의 폭 방향의 단면은 어느 위치에서도 대략 균일하게 아래로 볼록하게 만곡된 형상이 된다.
한편, 4점 지지의 경우는, 기판(S)의 반송 방향의 전후의 단은, 8점 지지의 경우와 동일한 아래로 볼록한 만곡 형상으로 되어 있지만, 반송 방향의 중앙 부근[즉, 기판(S)의 중심 부근]에서는 좌우의 측변도 아래로 휜 형상으로 되어 있다. 즉, 4점 지지의 경우, 지지되어 있는 기판(S)의 4코너를 제외하고 어느 쪽도 중점 부근이 아래로 만곡된 형상으로 되어 있다.
기판(S)의 이면측에 분사된 가스는 기판(S)의 이면을 따라 기류를 형성하는 것으로 생각된다. 8점 지지의 경우는 기판(S)의 좌우의 변이 대략 균등하게 중앙부보다도 높기 때문에, 도 14에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 이면에 분사된 가스는 기판(S)의 진행 방향에 직교하는 방향을 향하며, 좌우의 측변으로부터 빠져 나가는 가스의 흐름(Gf)이 형성될 것으로 생각된다. 그 결과, 도 14b에 도시된 바와 같이, 폭 방향의 단면이 아래로 볼록하게 만곡된 형상으로 기판(S)의 자세는 안정되어 안정 부상이 가능하게 된다.
한편, 4점 지지의 경우는 기판(S)의 이면측에 분사된 가스의 흐름이 일정하게 되지 않고, 전후 좌우로 빠져 나가려고 하는 결과, 기판(S)과 탑재면(F)의 사이에 가스가 체류하는 상태와, 어느 변으로부터 가스가 한번에 빠져 나가는 상태를 반복할 것으로 생각된다. 그 결과, 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 중앙부가 위로 볼록하게 팽창된 상태와, 아래로 볼록한 상태(움푹 패인 상태)를 교대로 반복하여 안정된 자세를 유지할 수 없다.
상기한 바로부터, 기판(S)을 안정 부상시키기 위해서는, 기판(S)의 이면으로부터 좌우의 측변을 향하는 가스의 흐름(Gf)의 형성을 촉진하기 위한 지지의 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 하나의 유지 부재(213)에 의해 기판(S)의 일측의 변을 적어도 3점(예컨대, 2개의 코너와 중점 부근), 바람직하게는 4점(예컨대, 2개의 코너와 그 사이의 균등한 2개소)에서 지지하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 효과를 얻기 위해서는, 예컨대 도 11b에 도시된 바와 같이, 유 지 부재(213)의 계합부(213a)를 기다랗게 형성하여 기판(S)의 측변의 전체를 지지해도 좋다. 이와 같은 기판(S)의 유지 방법은 플라즈마 처리 장치(100) 뿐만 아니라, 제 1 진공 반송 장치(200a) 및 제 2 진공 반송 장치(200b)에서 유지 부재(213)에 의해 기판(S)을 지지하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 기판(S)의 이면 중앙부로부터 좌우의 측변을 향하는 가스의 흐름(Gf)의 형성을 촉진하기 위해서는 계합부(213a)에 의해 기판(S)의 측변을 지지하는 높이 위치[탑재면(F)과 지지 위치의 갭(G1)]도 중요하다. 이 갭(G1)을 충분히 취함으로써, 기판(S)이 아래로 볼록하게 휜 상태에서도 그 중앙부[가장 탑재면(F)과의 거리가 가까운 부분]을 부상시키는 것이 가능하게 된다. 다만, 갭(G1)이 너무 크면, 가스가 지나치게 빠져 나가버려서 기판(S)을 부상시킬 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 예컨대 기판(S)의 중앙부의 부상 높이가 1mm 내지 2mm일 경우, 갭(G1)을 4mm 이상, 10mm 이하로 설정하는 것이 바람직하며, 5mm 이상, 8mm 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 갭(G1)을 상기 범위로 설정함으로써, 기판(S)의 부상 전의 자세가 아래로 볼록한 만곡 형상이 되고, 그 형상인 상태로 안정되어 중앙부를 부상시킬 수 있다.
또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 상부 가스 분사 기구(241)를 마련함으로써, 기판(S)의 중앙부가 위로 볼록하게 팽창하는 것을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 기판(S)의 폭 방향의 단면이 아래로 볼록하게 만곡된 부상 자세를 더욱 안정적으로 유지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 진공 처리 시스템(1)에서는 제 1 진공 반송 장 치(200a) 또는 제 2 진공 반송 장치(200b)에 있어서, 반송 스테이지(203)의 부상용 가스 분사 구멍(207)으로부터 소정의 압력으로 기판(S)의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사하여, 기판(S)을 부상시킨 상태로 가이드 장치(205)에 의해 안내하면서 반송한다. 그리고, 신축?선회 가능한 반송 아암을 사용하지 않고, 진공 처리 장치(100)와의 사이에서 부상 상태로 기판(S)의 주고받기를 실행할 수 있다. 따라서, 진공 반송 용기의 소형화가 가능하며, 특히 설치 공간 및 제작 비용 억제를 실현할 수 있다.
또한, 특히 인 라인 방식을 채용함으로써, 예컨대 FPD용 유리 기판 등의 기판(S)에 대하여 길이 방향의 길이의 제약이 적어지고, 지금까지보다도 기다란 기판(S)을 처리하는 것도 가능하다.
또한, 부상 반송 방식이기 때문에, 종래 기술의 반송에서 사용하고 있었던 반송 아암 및 포크와의 접촉에 의한 기판(S)의 박리 대전이나 파티클의 발생, 기판(S)의 파손 등의 문제를 발생시키는 일이 없이, 인 라인 방식에 의한 스루풋 향상을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 기술하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 제약되는 일은 없으며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 진공 처리 장치의 일 예로서 에칭 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치(100)를 들어서 설명하였지만, 에칭 처리에 한정되지 않고, 진공 조건에서 기판에 소정의 처리를 실행하는 처리 장치이면 특별히 제한 없이 본 발명을 적용할 수 있으며, 예컨대, 성막 장치, 애싱 장치 등에도 적용 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 액정 디스플레이(LCD)용의 유리 기판을 피처리체의 예로 들었지만, 다른 FPD용 기판, 예컨대 전자 발광(electro luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)(PDP) 등에 대하여도 동일하게 피처리체로 할 수 있다. 또한, 본 발명은 FPD용 기판에 한정되지 않으며, 예를 들어 태양 전지 패널용의 기판에도 적용 가능하다.
또한, 본 발명은 인 라인 방식에 한정되지 않으며, 복수의 처리 장치를 구비한 클러스터(cluster) 방식의 진공 처리 시스템에 있어서의 피처리체의 반송에 대하여도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 처리 시스템의 개략적인 구성을 도시하는 수평 단면도,
도 2는 도 1의 진공 처리 시스템의 측단면도,
도 3은 유지 부재의 구성예를 도시하는 설명도,
도 4는 유지 부재의 다른 구성예를 도시하는 설명도,
도 5는 부상 보조 장치의 설명에 기여하는 진공 처리 시스템의 요부 단면도,
도 6은 가이드 장치의 다른 구성예의 설명에 기여하는 진공 처리 시스템의 수평 단면도,
도 7은 도 6의 진공 처리 시스템의 측단면도,
도 8은 상부 가스 분사 기구의 설명에 기여하는 진공 처리 시스템의 요부 수평 단면도,
도 9는 상부 가스 분사 기구의 설명에 기여하는 진공 반송 장치의 측단면도,
도 10은 도 9의 요부 확대도,
도 11a는 가이드 장치의 유지 부재에 있어서 계합부의 배치예를 설명하는 도면,
도 11b는 가이드 장치의 유지 부재에 있어서 계합부의 다른 배치예를 설명하는 도면,
도 12a는 부상 실험에서 기판을 4점 지지한 상태를 설명하는 도면,
도 12b는 부상 실험에서 기판을 8점 지지한 상태를 설명하는 도면,
도 13a는 유지 부재에 의해 기판을 지지한 상태(부상 전)를 설명하는 도면,
도 13b는 도 13a의 파선으로 둘러싼 부분을 확대한 도면,
도 14a는 기판의 이면에 분사된 가스의 흐름을 모식적으로 설명하는 도면,
도 14b는 기판이 안정적으로 부상하고 있는 상태를 모식적으로 설명하는 도면,
도 15는 기판이 안정적으로 부상하지 않는 상태를 모식적으로 설명하는 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1 : 진공 처리 시스템 100 : 플라즈마 처리 장치
101 : 처리 용기 101a, 101b : 개구부
101c : 배기구 103 : 탑재대(하부 전극)
103b : 가스 분사 구멍 105 : 샤워 헤드(상부 전극)
107 : 가스 유로 109 : 가스 배관
111 : 가스 공급원 200a : 제 1 진공 반송 장치
200b : 제 2 진공 반송 장치 201 : 반송 용기
201a, 201b : 반송용 개구 201c : 배기구
203 : 반송 스테이지 205 : 가이드 장치
207 : 부상용 가스 분사 구멍 209 : 부상용 가스 유로
210 : 부상용 가스 배관 211 : 부상용 가스 공급원
213 : 유지 부재 213a : 유지부
213b : 아암부 215 : 레일
217 : 가동 지지체 GV : 게이트 밸브
F : 탑재면 S : 기판

Claims (19)

  1. 피처리체에 대하여 진공 상태에서 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치에 있어서,
    피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와,
    상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하며,
    상기 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체의 내부에 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 처리 용기의 외부에 마련된 진공 반송 장치와의 사이에서 피처리체의 주고받기를 실행하도록 구성되며,
    상기 가스 분사 구멍은 상기 탑재면에 탑재된 피처리체에 상기 탑재대의 온도를 전달하는 열매체 분출 구멍으로서 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 피처리체에 대하여 진공 상태에서 소정의 처리를 실시하는 진공 처리 장치와,
    상기 진공 처리 장치에 인접하여 배치되며, 진공 조건 하에서 피처리체를 반송하는 진공 반송 장치를 구비한 진공 처리 시스템에 있어서,
    상기 진공 처리 장치는, 피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와, 상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하며,
    상기 탑재대는, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체의 내부에 형성된 가스 유로를 구비하고, 상기 가스 분사 구멍으로부터, 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 진공 반송 장치와의 사이에서 피처리체의 주고받기를 실행하도록 구성되며,
    상기 진공 반송 장치는, 피처리체를 반송하기 위한 반송용 개구를 갖는 반송 용기와, 상기 반송 용기 내에 마련된 반송 스테이지와, 상기 반송 스테이지의 양측에 각각 배설되어 반송 방향으로 피처리체를 안내하는 한쌍의 가이드 장치와, 상기 반송 스테이지에 가스를 공급하는 부상용 가스 공급원을 구비하며,
    상기 반송 스테이지는, 스테이지 본체와, 상기 스테이지 본체의 상면에 형성된 복수의 부상용 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통된 부상용 가스 유로를 구비하고, 상기 부상용 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사함으로써, 상기 스테이지 본체의 상면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 가이드 장치에 의해 피처리체를 안내하여, 상기 진공 처리 장치에 반입하거나 또는 상기 진공 처리 장치로부터 반출하도록 구성되며,
    상기 가스 분사 구멍은 상기 탑재면에 탑재된 피처리체에 상기 탑재대의 온도를 전달하는 열매체 분출 구멍으로서 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드 장치는, 피처리체를 유지하면서 상기 반송 스테이지에 따라 왕복 이동하는 유지 부재를 구비하며, 상기 유지 부재에 의해 피처리체를 유지한 상태에서 피처리체를 부상 반송하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 피처리체를 협지하는 클램프 장치를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 피처리체를 흡착하는 정전 흡착 장치를 갖고 있는 것을 특 징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 부상된 상태의 피처리체의 이면에 분사된 가스가 피처리체의 진행 방향에 직교하는 방향을 향하며, 좌우의 측변으로부터 빠져 나가는 가스 흐름을 형성하도록 피처리체를 지지하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는, 피처리체가 부상한 상태에서 진행 방향에 직교하는 폭 방향의 단면이 아래로 볼록하게 만곡된 형상이 되도록 피처리체를 지지하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  9. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 복수의 계합부를 가지며, 피처리체의 하나의 측변의 3개소 이상을 상기 계합부에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  10. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 반송 장치는, 상기 반송 스테이지에 대향하여 배설되며, 피처리체의 상면에 가스를 분사하여 피처리체의 뒤틀림을 교정하는 가스 분사 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  11. 삭제
  12. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 있어서 상기 개구부와 상기 탑재대의 사이에, 반송 도중의 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사하는 부상 보조 장치를 갖는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부상 보조 장치는, 복수의 가스 분사 구멍을 가지며 상하로 승강 변위 가능한 가스 분사판과, 가스 분사 구멍에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하며, 피처리체를 반송하는 때는, 상기 가스 분사판을 피처리체에 근접하는 위치까지 상승시켜서 피처리체의 이면에 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 분사판은, 피처리체를 처리하는 동안, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스의 흐름을 정류하는 배플판으로서 기능하는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  15. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 처리 장치를 중심으로 하여 그 전후로 상기 진공 반송 장치가 연이어 설치되게 되는 것을 특징으로 하는
    진공 처리 시스템.
  16. 피처리체에 대하여, 진공 조건 하에서 처리를 실시하는 처리 방법에 있어서,
    피처리체를 반입?반출시키는 개구부를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 피처리체를 지지하는 탑재대와, 상기 탑재대에 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하고 있는 동시에, 상기 탑재대가, 피처리체를 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대 본체와, 상기 탑재면에 형성된 복수의 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통되어 상기 탑재대 본체 내부에 형성된 가스 유로를 구비한, 진공 처리 장치와,
    피처리체를 반송하기 위한 반송용 개구를 갖는 반송 용기와, 상기 반송 용기 내에 마련된 반송 스테이지와, 상기 반송 스테이지의 양측에 각각 배설되어 반송 방향으로 피처리체를 안내하는 한쌍의 가이드 장치와, 상기 반송 스테이지에 가스를 공급하는 부상용 가스 공급원을 구비하고 있는 동시에, 상기 반송 스테이지가, 스테이지 본체와, 상기 스테이지 본체의 상면에 형성된 복수의 부상용 가스 분사 구멍과, 상기 가스 분사 구멍에 연통된 부상용 가스 유로를 구비하고, 상기 진공 처리 장치에 인접하여 배치된 진공 반송 장치를 구비한, 진공 처리 시스템을 사용하며,
    상기 진공 반송 장치에 있어서, 상기 부상용 가스 분사 구멍으로부터 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 부상용 가스를 분사함으로써, 상기 스테이지 본체의 상면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 가이드 장치에 의해 피처리체를 안내하여 상기 진공 처리 장치에 반송하는 공정과,
    상기 가스 분사 구멍으로부터, 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 진공 반송 장치로부터 상기 진공 처리 장치에 피처리체를 주고받는 공정과,
    피처리체를 상기 탑재면에 탑재한 상태에서 소정의 처리를 실시하는 공정과,
    상기 가스 분사 구멍으로부터, 소정의 압력으로 피처리체의 이면을 향하여 가스를 분사함으로써, 상기 탑재면으로부터 피처리체를 부상시킨 상태로, 상기 진공 반송 장치에 피처리체를 주고받는 공정을 구비하며,
    상기 가스 분사 구멍은 상기 탑재면에 탑재된 피처리체에 상기 탑재대의 온도를 전달하는 열매체 분출 구멍으로서 사용되는 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가이드 장치는, 부상된 상태의 피처리체의 이면에 분사된 가스가 피처리체의 진행 방향에 직교하는 방향을 향하며, 좌우의 측변으로부터 빠져 나가기 위한 가스 흐름을 형성하도록 피처리체를 유지하여 안내하는 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 가이드 장치는 피처리체가 부상한 상태에서 진행 방향에 직교하는 폭 방향의 단면이 아래로 볼록하게 만곡된 형상이 되도록 피처리체를 유지하여 안내하는 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 가이드 장치는 피처리체의 하나의 측변을 복수 개소에서 지지하는 것을 특징으로 하는
    처리 방법.
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