KR101800504B1 - 기판 탑재 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 탑재 장치 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

지지 핀의 설치수의 증가를 억제하면서, 얇고 대형인 기판을 탑재대에 탑재하는 것이 가능한 기판 탑재 장치 등을 제공한다. 기판 탑재 장치에 마련된 탑재대(3)는 0.5밀리미터 이하의 두께 치수를 갖는 기판(F)이 탑재되는 탑재면(30)을 구비하고, 기판(F)을 하면측으로부터 지지하는 복수의 지지 핀(4)은 탑재대(3)를 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 승강 기구(45~47)는 복수의 지지 핀(4)을, 기판(F)을 지지하는 지지 위치와, 하방측의 퇴피 위치와의 사이에서 승강시킨다. 복수의 지지 핀(4) 중 적어도 1개의 선단부에는, 기판(F)을 하면측으로부터 지지할 때에 탄성 변형하여 기판(F)과의 접촉 면적이 넓어지는 탄성 부재(42)가 마련되어 있다.

Description

기판 탑재 장치 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE LOADING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판의 처리를 실행하기 위해서 탑재대 상에 기판을 탑재하는 기술에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display) 등의 FPD(Flat Panel Display)에 사용되는, 예컨대 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)는 유리 기판 등의 기판 상에, 게이트 전극이나 게이트 절연막, 반도체층 등을 패터닝하면서 순차 적층해 가는 것에 의해 형성된다.
이러한 TFT의 제조 공정에서는, 처리 용기 내에 배치된 기판에 대해, 처리 가스인 성막 가스나 에칭 가스를 공급하여, 전극이 되는 금속막이나 절연막, 반도체층을 성막하는 처리나, 성막된 막을 에칭하여 패터닝하는 처리 등을 실행하기 위한 기판 처리 장치가 이용된다.
예컨대, 기판을 한 장씩 처리하는 낱장식의 기판 처리 장치에 기판을 배치하는 방법을 설명하면, 처리 대상의 기판은, 외부의 반송 기구에 의해 처리 용기 내에 반입되며, 처리 용기 내에 배치된 탑재대의 상방 위치까지 반송된다. 이 탑재대에는, 기판의 탑재면으로부터 돌몰(突沒) 가능하게 구성된 복수의 지지 핀이 마련되어 있으며, 이들 지지 핀을 탑재면의 상방측으로 돌출시킨다. 그 후, 반송 기구로부터 지지 핀 상에 기판을 전달하고, 반송 기구를 퇴피시킨 후, 지지 핀을 탑재면의 하방측까지 강하시키는 것에 의해 탑재대 상에 기판이 탑재된다.
이들 탑재대나 지지 핀, 지지 핀의 승강 기구는 상기 기판 처리 장치에 있어서의 기판 탑재 장치를 구성하고 있다.
상술한 기판 처리 장치에서 처리되는 FPD용의 유리 기판은 해마다 대형화가 진행되고 있으며, 한 변이 수 미터 이상이나 된다. 한편, 그 두께 치수는 1밀리미터보다 얇게 되어 있으며, 0.5밀리미터 이하인 기판의 처리도 필요해지고 있다.
이와 같이, 대형화와 박형화가 동시에 진행됨으로써, 기판은 중량이 증가하는 동시에 파손되기 쉬워지고 있다. 한편, 기판의 중량화에 따라서, 탑재대에의 전달시에 기판을 일시적으로 지지하는 지지 핀으로부터, 기판에 대해 보다 큰 힘이 가해지게 되어, 기판 내에 발생하는 응력에 의해 파손 등이 생기는 원인 중 하나가 된다.
이들 지지 핀으로부터 기판에 작용하는 힘의 영향을 완화하기 위해서는, 지지 핀의 설치수를 증가시키는 것을 고려할 수 있지만, 지지 핀의 설치수의 증가는 기판 탑재 장치의 비용을 상승시키는 요인이 되어 버린다.
여기서 특허문헌 1에는, 레지스트막이 도포된 기판(반도체 웨이퍼)을 가열하는 베이킹 장치에 있어서의 기판의 반입출 시의 이음(異音)의 발생이나 위치 어긋남을 억제하기 때문에, 세라믹제인 기판 지지용의 압상 핀을 기판보다 경도가 낮은 폴리이미드 수지제로 한 예가 기재되어 있다. 그렇지만, FPD용의 기판 탑재 장치에 있어서, 폴리이미드 수지는 종래 이용되고 있는 재료 중 하나이며, FPD용의 유리 기판 내에 생기는 응력을 저감한다는 과제를 해결하기에는 불충분하다.
또한 특허문헌 2에는, 레티클 등의 포토 마스크용의 유리 기판에 형성된 노광 후의 레지스트막을 현상하는 현상 처리 장치에 있어서, 기판의 주연부를 하면측으로부터 지지하는 지지 핀과 기판과의 접촉 면적을 작게 하기 위해서, 해당 지지 핀의 상단부를 합성 고무제로 한 기술이 기재되어 있다. 그렇지만, 포토 마스크용의 유리 기판은 고작 10~20센티미터 정도의 크기밖에 없는 한편, 그 두께는 수 밀리미터나 되어, 유리 기판이 지지 핀으로부터 받는 힘의 영향을 받아 파손될 우려가 있다는 문제는 존재하지 않는다.
일본 특허 공개 제 1992-736호 공보 : 청구항 1, 2 페이지 좌측 상단 1~7째줄, 동일 페이지 우측 하단 7~9째줄 일본 특허 공개 제 2010-278094 호 공보 : 청구항 2, 단락번호 [0011]의 1~3째줄, [0022]의 2~3째줄, [0035]의 5~6째줄, 도 8
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 지지 핀의 설치수의 증가를 억제하면서, 얇고 대형인 기판을 탑재대에 탑재하는 것이 가능한 기판 탑재 장치, 및 이 기판 탑재 장치를 구비한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 기판 탑재 장치는, 0.5밀리미터 이하의 두께 치수를 갖는 기판이 탑재되는 탑재면을 구비하는 탑재대와,
상기 탑재대를 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 기판을 하면측으로부터 지지하는 복수의 지지 핀과,
상기 복수의 지지 핀을, 상기 탑재면의 상방측에서 기판을 지지하는 지지 위치와, 해당 탑재면의 하방측의 퇴피 위치 사이에서 승강시키는 승강 기구를 구비하며,
상기 복수의 지지 핀 중 적어도 1개에는, 선단부에, 기판을 하면측으로부터 지지할 때에 탄성 변형하여 기판과의 접촉 면적이 넓어지는 탄성 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 탑재 장치는 이하의 특징을 구비하고 있어도 좋다.
(a) 상기 기판은 전체 둘레가 4미터 이상인 각형 기판일 것.
(b) 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 상태에서 기판을 지지하도록, 상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도보다, 해당 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도가 낮을 것.
(c) 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 상태에서 기판을 지지하도록, 상기 지지 위치가, 상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부의 높이 위치보다, 해당 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부의 높이 위치가 낮게 설정되며, 상기 탄성 부재는, 적어도 기판의 가장 주연부 측에 배치된 지지 핀에 마련되어 있을 것. 상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도보다, 해당 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도가 높을 것. 상기 가장 주연부측에 배치된 지지 핀은 기판의 외주연으로부터의 거리가 30밀리미터 이내의 위치에 배치되어 있을 것.
(d) 상기 기판은 유리 기판일 것.
또한, 다른 발명에 따른 기판 처리 장치는 상술한 기판 탑재 장치와, 상기 기판 탑재 장치의 탑재대를 수용한 처리 용기와, 상기 처리 용기에 기판의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 기판을 하면측으로부터 지지할 때에, 탄성 변형하여 기판과의 접촉 면적이 넓어지는 탄성 부재를 구비한 지지 핀을 이용하여 기판을 지지하므로, 0.5밀리미터 이하의 얇은 기판이어도, 지지 핀으로부터 기판에 가해지는 힘을 분산하면서 탑재대에의 탑재 동작을 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 탑재 장치를 구비한 기판 처리 장치의 종단 측면도,
도 2는 상기 기판 처리 장치의 횡단 평면도,
도 3은 상기 기판 탑재 장치에 마련되어 있는 지지 핀의 선단의 형상을 도시하는 확대도,
도 4는 종래의 지지 핀에 의해 기판을 지지한 상태를 도시하는 설명도,
도 5는 상기 종래의 지지 핀을 이용하여 탑재대에 기판을 탑재한 상태를 도시하는 설명도,
도 6은 지지 핀의 선단부에 마련된 경도가 다른 지지 부재의 배치예를 도시하는 설명도,
도 7은 상기 지지 부재의 경도의 차이를 도시하는 모식도,
도 8은 상기 기판 탑재 장치의 제 1 작용 설명도,
도 9는 상기 기판 탑재 장치의 제 2 작용 설명도,
도 10은 상기 기판 탑재 장치의 제 3 작용 설명도,
도 11은 제 2 실시형태에 따른 기판 탑재 장치의 지지 핀의 배치예를 도시하는 설명도,
도 12는 제 2 실시형태에 따른 기판 탑재 장치의 제 1 작용 설명도,
도 13은 제 2 실시형태에 따른 기판 탑재 장치의 제 2 작용 설명도,
도 14는 지지 핀에 마련되어 있는 지지 부재의 변형예를 도시하는 사시도.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 구비한 기판 처리 장치의 구성예인 플라즈마 에칭 장치에 대해 설명한다.
플라즈마 에칭 장치(1)는, 적어도 전체 둘레가 4미터 이상(예컨대 단변이 2.2미터, 장변이 2.5미터)이며, 0.5밀리미터 이하의 두께 치수를 갖는 FPD용의 유리 기판(이하, 단순히 "기판"이라 함)(F)에 대해 에칭 처리를 실행하는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로 루미네선스(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다. 플라즈마 에칭 장치(1)는 기판(F)을 수용하는 처리 용기인 챔버(2)를 구비하고 있다. 챔버(2)는, 예컨대, 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지며, 기판(F)의 형상에 대응하여 사각통 형상으로 형성되어 있다.
챔버(2) 내의 바닥부에는, 기판(F)이 탑재되는 탑재대(3)가 마련되어 있다. 탑재대(3)는, 기판(F)의 형상에 대응하여 사각판 형상 또는 기둥 형상으로 형성되어 있으며, 금속 등의 도전성 재료로 이루어지는 하부 전극(31)과, 하부 전극(31)의 주연부를 덮고, 절연 재료로 이루어지는 환상 부재(32)와, 하부 전극(31)이나 환상 부재(32)와 챔버(2)의 바닥면의 사이에 마련되며, 하부 전극(31)과 챔버(2)의 사이를 절연하기 위한 절연 재료로 이루어지는 절연 부재(33)를 구비하고 있다.
하부 전극(31)은 정합기(23)를 거쳐서 고주파 전원(24)에 접속되어 있다. 고주파 전원(24)에서는, 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력이 탑재대(3)에 인가된다. 또한, 탑재대(3)에는, 탑재된 기판(F)을 흡착하기 위한 정전 척이나, 기판(F)의 이면에 헬륨 가스 등의 냉각용의 온도 조절 가스를 공급하기 위한 온도 조절 가스 공급 라인(모두 미도시)이 마련되어 있다.
상기 탑재대(3)(하부 전극(31))와 대향하는 챔버(2)의 상부에는, 챔버(2) 내에 처리 가스인 에칭 가스를 공급하는 동시에, 평행 평판의 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(11)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(11)는 내부에 처리 가스를 확산시키는 가스 확산 공간(12)이 형성되어 있는 동시에, 탑재대(3)와의 대향면에는 처리 가스를 토출하는 다수의 토출 구멍(13)이 형성되어 있다. 이 샤워 헤드(11)는 챔버(2)를 거쳐서 접지되어 있다.
샤워 헤드(11)의 상면에는 처리 가스 공급관(14)이 접속되어 있으며, 이 처리 가스 공급관(14)의 기단부에는 처리 가스 공급부(15)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급부(15)는 미도시의 처리 가스 공급원이나 매스 플로우 컨트롤러를 구비하며, 샤워 헤드(11)를 향해 에칭을 위한 처리 가스를 소정량으로 공급할 수 있다. 에칭을 실행하는 처리 가스(에칭 가스)의 예로서는, 할로겐계의 가스나 O2 가스, Ar 가스 등 통상 이 분야에서 이용되는 가스를 이용할 수 있다.
챔버(2)의 바닥벽에는 배기관(16)이 접속되어 있으며, 이 배기관(16)은 배기 장치(17)에 연결되어 있다. 배기 장치(17)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하며, 이것에 의해 챔버(2) 내가 소정 압력의 진공 분위기가 될 때까지 감압할 수 있다.
또한, 챔버(2)의 측벽에는, 기판(F)을 반입출하기 위한 반입·반출구(21)가 형성되어 있는 동시에, 이 반입·반출구(21)를 개폐하는 게이트 밸브(22)가 마련되어 있다.
이상에 설명한 구성을 구비하는 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서, 탑재대(3)에는, 외부로부터 반송되어 온 기판(F)을 받고, 탑재대(3)의 상면에 마련되어 있는 탑재면으로 기판(F)을 전달하기 위한 지지 핀(4)이 마련되어 있다. 또한, 도 1 이외의 도면에서는, 하부 전극(31), 환상 부재(32), 절연 부재(33)를 일체의 탑재대(3)로서 표시하고 있다.
이하, 도 2에 도시한 평면도에 있어서, 반입·반출구(21)가 마련되어 있는 방향을 앞쪽, 탑재대(3)를 사이에 두고 반입·반출구(21)와 반대측의 방향을 안쪽으로 하여 설명한다. 또한, 도 2의 탑재대(3)에는 기판(F)이 탑재되는 탑재 영역(탑재면)(30)을 파선으로 나타내고 있다. 기판(F)은 장변측을 반입·반출구(21)에 대향시킨 상태에서 탑재 영역(30)에 탑재된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 하부 전극(31) 및 챔버(2)의 바닥판에는, 이들 부재(31, 2)를 상하 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(35)이 마련되며, 각 관통 구멍(35)에 지지 핀(4)이 삽입되어 있다.
도 2를 이용하여 지지 핀(4)(관통 구멍(35))의 배치예를 설명하면, 본 예의 탑재대(3)에서는, 반입·반출구(21)에 대향하는 기판(F)의 한 변(장변임)으로부터, 다른 쪽의 한 변에 걸쳐서 이들 2변의 중점을 연결하는 직선(a-a')을 따라서, 6개의 지지 핀(4)이 거의 등간격으로 배치되어 있다(도 2 중 "1~6"의 번호를 매기고 있다).
상기 6개의 지지 핀(4) 중 2번 및 5번의 지지 핀(4)을 교점으로 하여, 왼쪽의 기판(F)의 한 변(단변임)으로부터, 다른 쪽의 한 변에 걸쳐서 5개의 지지 핀(4)이 거의 등간격으로 배치되어 있다(도 2 중 "7, 8, 2, 9, 10" 및 "11, 12, 5, 13, 14"의 번호를 매기고 있다). 또한, 1번 및 6번의 지지 핀(4)의 좌우 양 옆에는 "8, 12"의 지지 핀(4)과 전후 방향으로 나열된 위치, 및 "9, 13"의 지지 핀(4)과 전후 방향으로 나열된 위치에 각각 지지 핀(4)이 마련되어 있다(도 2 중 "15, 17" 및 "16, 18"의 번호를 매기고 있다).
따라서, 본 예의 플라즈마 에칭 장치(1)에서는, 합계 18개의 지지 핀(4)을 이용하여 기판(F)을 지지하는 구성으로 되어 있다. 또한, 도시의 편의상, 도 1에 도시한 지지 핀(4)은 도 2에 도시한 지지 핀(4)의 배치 상태에 대응한 배치로는 되어 있지 않다.
도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 지지 핀(4)은 탑재대(3) 및 챔버(2)의 바닥면을 상하 방향으로 관통하는 승강봉(41)의 상단측의 선단부에, 기판(F)의 하면과 접촉하여 해당 기판(F)을 지지하는 지지 부재(42)를 마련한 구조로 되어 있다.
각 지지 핀(4)은 도시하지 않는 위치 결정용 부시에 의해 직경 방향으로 위치 결정된 상태에서 관통 구멍(35)에 삽입되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 각 지지 핀(4)의 하부는 챔버(2)의 하면측으로 돌출되며, 그 하단부는, 예컨대 공통의 승강판(45)에 접속되어 있다. 승강판(45)은, 예컨대 챔버(2)의 하면에 배치된 스테핑 모터 등의 구동부(47)에 의해 상하 방향으로 이동하는 로드(46)에 접속되며, 이 로드(46)의 상하 운동에 수반하여 각 지지 핀(4)을 탑재대(3)의 탑재 영역(30)으로부터 돌몰시킬 수 있다.
챔버(2)의 하면측으로 돌출되는 지지 핀(4)의 하부에는 각각 플랜지부(43)가 형성되어 있으며, 각 플랜지부(43)에는, 지지 핀(4)을 둘러싸도록 마련된 신축 가능한 벨로우즈(44)의 하단부가 접속되어 있다. 각 벨로우즈(44)의 상단부는 챔버(2)의 바닥면에 접속되며, 지지 핀(4)의 승강에 추종하여 신축하는 동시에, 각 관통 구멍(35)과 벨로우즈(44)의 간극을 막아 챔버(2) 내를 기밀하게 유지하고 있다.
플라즈마 에칭 장치(1)에 마련되어 있는 탑재대(3), 지지 핀(4) 및 그 승강 기구(승강판(45), 로드(46), 구동부(47))는 본 실시형태의 기판 탑재 장치에 상당한다.
또한, 플라즈마 에칭 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 그 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어부(5)와 접속되어 있다. 제어부(5)는 미도시의 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지며, 기억부에는 플라즈마 에칭 장치(1)의 동작 등에 대한 단계(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 격납되며, 거기서부터 컴퓨터에 인스톨된다.
여기서 이상에서 설명한 구성을 구비하는 플라즈마 에칭 장치(1)의 동작에 대해 간단하게 설명해 둔다. 예컨대 플라즈마 에칭 장치(1)가 접속되어 있는 진공 반송실 내를, 외부의 반송 기구에 의해 처리 대상의 기판(F)이 반송되어 온다. 플라즈마 에칭 장치(1)는 반입·반출구(21)의 게이트 밸브(22)를 개방하고, 반송 기구의 아암을 챔버(2) 내에 진입시키며, 이에 의해 기판(F)이 탑재대(3)의 상면의 탑재 영역(30)의 상방 위치에 반송된다.
이어서, 각 지지 핀(4)의 상단을 아암에 의한 기판(F)의 보지 위치보다 높은 지지 위치까지 상승시켜, 아암으로부터 지지 핀(4)에 기판(F)을 전달한다. 또한, 지지 핀(4)의 배치 위치는 아암과 간섭하지 않는 위치에 설정되어 있다.
지지 핀(4)에 기판(F)이 전달되면, 아암을 챔버(2)로부터 퇴출시키고, 게이트 밸브(22)에 의해 반입·반출구(21)를 폐쇄한다. 또한, 지지 핀(4)을 하강시켜서 탑재대(3)의 상면의 하방측의 퇴피 위치까지 퇴피시키는 것에 의해, 탑재 영역(30)에 기판(F)이 탑재되며, 미도시의 정전 척을 작동시킴으로써 탑재대(3)에 기판(F)이 흡착 보지된다.
이어서, 배기 장치(17)에 의해 챔버(2) 내를 소정의 압력까지 진공 배기하여, 처리 가스 공급부(15)로부터 처리 가스(본 예에서는 에칭 가스)를 소정의 유량으로 공급한다. 처리 가스는 처리 가스 공급관(14), 샤워 헤드(11)를 거쳐서 챔버(2) 내에 공급된다.
그리고, 고주파 전원(24)으로부터 탑재대(3)에 고주파 전력을 인가하여, 하부 전극(31)과 샤워 헤드(11)(상부 전극) 사이에 고주파 전계를 일으켜서 챔버(2) 내의 처리 가스를 플라즈마화시킨다. 그 결과, 플라즈마화한 처리 가스 중의 활성종의 작용에 의해 기판(F)에 대한 에칭 처리가 실행된다.
소정 시간만큼 기판(F)의 에칭 처리를 실행하면, 고주파 전원(24)으로부터의 고주파 전력의 인가를 정지하는 동시에, 처리 가스의 공급, 챔버(2) 내의 진공 배기를 정지하고, 탑재대(3)에의 기판(F)의 흡착 고정을 해제한다. 다음에, 지지 핀(4)을 기판(F)의 전달이 실행되는 지지 위치까지 상승시키고, 게이트 밸브(22)를 개방하여 아암을 기판(F)의 하방측으로 진입시킨다. 그 후, 지지 핀(4)을 강하시키는 것에 의해, 지지 핀(4)으로부터 아암에 기판(F)이 전달되어, 외부로 반출된다.
이상에서 설명한 기판(F)의 처리에 있어서, 아암과 탑재대(3) 사이에서 기판(F)을 지지, 반송하는 지지 핀(4)은 승강봉(41)의 상단에 마련된 지지 부재(42)에 의해 기판(F)을 지지한다. 이 때문에 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 기판(F)의 대형화에 의한 중량의 증가에 따라서 기판(F)에는 각 지지 핀(4)으로부터 큰 힘이 가해진다. 또한, 0.5밀리미터 이하와 같은 얇은 기판(F)의 파손을 피하면서, 안정되게 기판을 지지하기 위해서는, 지지 핀(4)으로부터 기판(F)에 힘이 가해지는 것에 의해 기판(F) 내에 발생하는 응력을 저감할 필요가 있다.
또한, 도 4에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 간격을 두고 배치된 지지 핀(4)에 의해 대형이며 얇은 기판(F)을 지지하면, 기판(F)에 있어서의 지지 핀(4)과 접하지 않는 영역이 하방측으로 휘어 복수의 볼록면이 형성된다. 이와 같이 복수의 볼록면이 형성된 상태인 채로 탑재대(3) 상에 기판(F)을 탑재하면, 지지 핀(4)에 지지되어 있는 영역의 주위에 위치하는 볼록면의 하단이 먼저 탑재대(3) 상에 탑재되어 버린다.
지지 핀(4)에 지지되어 있는 영역의 주위가 먼저 탑재대(3) 상에 탑재되어 버리면, 기판(F)과 탑재 영역(30) 사이에 작용하는 마찰의 영향 등에 의해, 기판(F)이 평탄한 형상으로 변형되지 못하여, 기판(F)과 탑재대(3) 사이에 간극(g)이 형성되어 버리는 경우가 있다(도 5).
이러한 간극(g)이 형성되면, 예컨대 온도 조절 가스를 이용한 기판(F)의 냉각에 불균일이 생겨 기판(F)의 면 내에 있어서의 균일한 에칭 처리를 저해하는 요인이 된다.
본 실시형태에 따른 지지 핀(4)은 상술한 각 과제에 대응하기 위한 구성을 구비하고 있다. 이하에 그 구체적 내용에 대해 설명한다.
최초에 기판 내에 생기는 응력을 저감하는 방법에 관하여 설명한다. 예컨대 종래의 지지 핀(4)은 챔버(2)의 하면측으로 돌출되는 하부측으로부터, 기판(F)의 하면측과 접촉하여 이것을 지지하는 상부측까지가 일체의 폴리이미드 수지에 의해 구성되어 있다. 또한, 휨이나 뒤틀림, 가공 치수의 불균일(공차) 등에 따라 각 기판(F)의 형상에 변화가 있던 경우에도, 그 변화에 대응하여(추종하여) 동일한 상태에서 기판(F)을 지지할 수 있도록, 지지 핀(4)의 상부측의 선단(상단)은 반구 형상으로 가공되어 있다. 그렇지만, 폴리이미드 수지는 기판(F)의 중량을 지지하는 정도의 힘을 가해도 대부분 탄성 변형하지 않기 때문에, 기판(F)과 지지 핀(4)은 점 접촉되며, 기판(F)에 집중적으로 힘이 가해지게 된다.
그래서 본 예의 지지 핀(4)은, 예컨대 폴리이미드 수지제의 승강봉(41)의 상부에, 폴리이미드 수지보다 경도가 작고, 탄성 변형 가능한 탄성 부재, 예컨대 불소계의 합성 고무제의 지지 부재(42)를 마련한 구조로 되어 있다(도 3).
지지 부재(42)를 구성하는 합성 고무의 경도는 기판(F)의 강도나 기판(F)에 가해지는 힘, 지지 핀(4)이 기판(F)을 지지하는 위치 등에 따라서도 다르지만, 예컨대 JIS K6253(듀로미터 타입 A)이며 30~90의 범위의 예컨대 50~70의 것이 사용된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 지지 부재(42)의 선단부는 거의 반구 형상으로 가공되어 있으므로, 아암으로부터 지지 핀(4)으로의 기판의 전달시에는, 각 지지 부재(42)는 기판(F)의 하면과 점 접촉한다. 그 후, 더욱 지지 핀(4)을 상승시켜서 기판(F)의 하중을 지지 부재(42)에 가하면, 지지 부재(42)가 탄성 변형하여 지지 부재(42)와 기판(F)의 접촉 면적이 넓어진다.
그 결과, 지지 부재(42)(지지 핀(4))로부터 기판(F)에 가해지는 힘을 분산하여, 기판(F) 내에 발생하는 응력을 저감할 수 있다. 또한, 지지 부재(42)의 선단을 반구 형상으로 가공하여, 기판(F)으로부터 가해지는 하중을 따라서 지지 부재(42)를 변형시키는 것에 의해, 예컨대 해당 선단을 미리 평탄한 면 형상으로 가공해 두는 경우에 비해, 휨이나 뒤틀림 등에 의한 기판(F)의 형상의 변화에 추종하여 동일한 상태로 기판(F)을 보지할 수 있다.
다음에, 도 5를 이용하여 설명한 간극(g)의 형성을 억제하면서, 탑재대(3) 상에 기판(F)을 탑재하는 방법에 대해 도 6 내지 도 10을 참조하면서 설명한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 예의 지지 핀(4)에서는, 기판(F)을 지지하는 위치에 따라 지지 부재(42)를 구성하는 합성 고무의 경도를 변화시키고 있다. 도 6은 탑재 영역(30)에 있어서의 지지 부재(42)(42a~42c)의 배치 위치와 합성 고무의 경도의 대응 관계를 도시하는 설명도이며, 도 7은 도 6에 도시한 해치 및 부호와 합성 고무의 경도의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 6에 도시하는, 본 예에 있어서는, 기판(F)의 중앙부측을 지지하고, 상술한 직선(a-a')을 따라서 배치된 "3, 4"의 번호를 매긴 지지 부재(42c)에 대하여, 경도가 가장 낮은(부드러운) 합성 고무를 사용하고 있다.
이어서, 이들 중앙부의 지지 부재(42c)를 외측으로부터 둘러싸도록 환상으로 배치된 "8, 2, 9, 13, 5, 12"의 번호를 매긴 지지 부재(42b)(일점쇄선으로 연결하여 나타내고 있음)는 중간 정도의 경도를 갖는 합성 고무를 사용하고 있다.
또한, 이들 중앙측의 지지 부재(42c, 42b)를 외측으로부터 둘러싸도록 환상으로 배치되며, 기판(F)의 외주연 근방 위치에 배치된 "15, 1, 16, 10, 14, 18, 6, 17, 11, 7"의 번호를 매긴 지지 부재(42a)(짧은 파선으로 연결하여 나타내고 있음)는 경도가 가장 높은(딱딱한) 합성 고무를 사용하고 있다.
　이와 같이, 본 예의 탑재대(3)에는, 지지 부재(42a~42c)의 합성 고무의 경도가 기판(F)의 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 순차적으로 높아지도록 배치되어 있다.
상기의 구성의 지지 핀(4)을 이용하여 탑재대(3)에 기판(F)을 탑재하는 동작에 대해 도 8 내지 도 10을 참조하면서 설명한다. 이들 도면에는 직선(a-a') 상에 배치된 "1~6"의 번호를 부여한 지지 핀(4)을 도시하고 있다.
본 예에 있어서는, "1~6"의 번호를 부여한 지지 핀(4)의 지지 위치는 지지 부재(42a~42c)의 상단의 높이가 거의 동일한 높이 위치가 되도록 설정되어 있다. 이것을 알기 쉽게 나타내기 위해, 도 8에는 기판(F)을 지지하지 않고 지지 핀(4)을 지지 위치까지 상승시켰을 때의 상태를 도시하고 있다.
이들 지지 핀(4) 상에 기판(F)이 지지되면, 도 9에 도시하는 바와 같이 기판(F)으로부터의 하중을 받아 각 지지 부재(42a~42c)가 탄성 변형하고, 이들 지지 부재(42a~42c)와 기판(F)의 접촉 면적이 넓어져 기판(F)에 가해지는 힘이 분산된다.
또한, 지지 부재(42a~42c)의 경도가 기판(F)의 중앙부측일수록 낮고, 주연부측을 향해 순차적으로 높아지도록 지지 핀(4)을 배치하는 것에 의해, 중앙부측의 지지 부재(42c)의 변형량이 커지는 한편, 주연부측으로 갈수록 지지 부재(42b, 42a)의 변형량은 작아져 간다.
그 결과, 도 9에 도시하는 바와 같이, 기판(F)은 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 볼록 형상의 상태에서 탑재대(3)(탑재 영역(30))의 상방측에 지지된다.
또한, 도 9에 도시한 기판(F)을 지지하고 있는 각 지지 부재(42a~42c)의 형상은 지지 핀(4)의 배치 위치에 따라 지지 부재(42a~42c)의 변형량이 다른 것을 설명하기 위해서 모식적으로 나타낸 것이며, 실제의 변형 형상을 나타내는 것은 아니다.
도 9에 도시한 상태에서 지지 핀(4)에 기판(F)을 지지하면, 구동부(47)를 작동시켜서 전체 지지 핀(4)을 동시에 동일한 스피드로 강하시켜 간다. 그러면, 하방측을 향해 가장 돌출되어 있는 기판(F)의 하면측의 중앙부가 먼저 탑재대(3)와 접촉한다. 그리고, 더욱 지지 핀(4)을 강하시키면, 탑재대(3)와 접촉하는 기판(F)의 하면이 기판(F)의 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 점차 넓어져 간다.
그 결과, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한 바와 같이, 지지 핀(4)에 지지되어 있는 위치의 주위의 복수의 영역이 먼저 탑재대(3) 상에 탑재되어 버린다고 하는 상황이 발생하지 않으며, 간극(g)의 형성을 피하면서 기판(F)을 탑재대 상에 탑재할 수 있다(도 10).
플라즈마 에칭 장치(1)에 마련되어 있는, 본 실시형태에 따른 기판 탑재 장치(탑재대(3), 지지 핀(4)이나 그 승강 기구(승강판(45), 로드(46) 등))에 의하면 이하의 효과가 있다. 탄성 부재인 합성 고무에 의해 구성되며, 기판(F)을 하면측으로부터 지지할 때에, 탄성 변형하여 기판(F)과의 접촉 면적이 넓어지는 지지 부재(42)를 구비한 지지 핀을 이용하여 기판(F)을 지지하므로, 0.5밀리미터 이하의 얇은 기판(F)이어도, 지지 핀(4)으로부터 기판(F)에 가해지는 힘을 분산하면서 탑재대(3)에의 탑재 동작을 실행할 수 있다.
여기서 모든 지지 핀(4)에 탄성 변형 가능한 지지 부재(42)를 마련하는 것은 필수는 아니다. 도 11에는 도 2에서 설명한 예와 같은 지지 핀(4)의 배치예에 있어서, 파손 등이 발생하기 쉬운 기판(F)의 주연부를 지지하는 지지 핀(4)에만 탄성 변형 가능한 지지 부재(42)를 마련한 예를 도시하고 있다. 도 11에 도시하는 예에 있어서, 지지 부재(42)를 구비한 지지 핀(4)이 배치되는 위치는, 예컨대 기판(F)의 외주연으로부터, 기판(F)과 지지 부재(42)의 접촉면의 중심까지의 거리(w)가 30밀리미터 이내의 범위, 바람직하게는 20밀리미터 이내의 범위, 더욱 바람직하게는 10밀리미터 이내의 범위가 되는 위치에 설정된다.
또한, 구별을 위해, 도 11 내지 도 13의 설명에서는, 지지 부재(42)를 마련하지 않은 지지 핀(4)에는 "4a"의 부호를 부여하고 있다.
또한, 지지 부재(42)가 마련되어 있지 않은 지지 핀(4a)을 구비하는 탑재대(3)에서, 도 5를 이용하여 설명한 간극(g)의 형성을 억제하면서 탑재대(3)에의 기판(F)의 탑재를 실행하는 방법에 대해 도 12 및 도 13을 이용하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 지지 부재(42)를 마련하고 있지 않은, 예컨대 폴리이미드 수지제의 지지 핀(4a)의 상단부는 대부분 탄성 변형하지 않으므로, 도 9를 이용하여 설명한 바와 같이 기판(F)의 무게를 이용하여 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 볼록 형상을 형성하는 것은 어렵다.
그래서, 본 예의 탑재대(3)에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 지지 핀(4a, 4)을 지지 위치까지 상승시켰을 때 각 지지 핀(4a, 4)의 선단부가 다른 높이 위치에 도달하는 설정으로 되어 있다. 그리고, 이들 지지 핀(4a, 4)에서 기판(F)을 지지하면, 도 13에 도시하는 바와 같이, 해당 기판(F)의 형상이 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 볼록 형상이 되도록, 각 지지 핀(4a, 4)의 선단부가 도달하는 높이 위치가 미리 설정되어 있다. 즉, 기판(F)을 탑재했을 때에 탄성 변형한 지지 핀(4)의 상단의 높이보다 지지 핀(4a)의 상단의 높이는 낮게 되어 있다. 그 결과, 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한 예와 마찬가지로, 간극(g)의 형성을 억제하면서 탑재대(3) 상에 기판(F)을 탑재할 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 각 지지 핀(4a, 4)의 선단부가 다른 높이 위치에 도달하도록 조절하는 방법은, 다른 길이의 지지 핀(4a, 4)을 도 1에 도시하는 공통의 승강판(45)에 접속해도 좋다. 또한, 예컨대 동일한 길이의 지지 핀(4a, 4)에, 각각 승강 기구를 마련하고, 대기 위치로부터 각 지지 핀(4a, 4)을 상승시키는 거리를 변화시켜도 좋다. 후자의 경우에는, 높이 거리의 설정 변경만으로도, 기판(F)이 지지 핀(4a, 4)에 지지될 때의 기판(F)의 형상을 변경할 수도 있다.
또한, 도 12 및 도 13에 도시한 예와 같이, 지지 위치에서 각 지지 핀(4a, 4)의 선단부가 도달하는 높이 위치를 변화시키는 것에 의해, 주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 상태가 되도록 기판(F)을 지지하는 경우에도, 모든 지지 핀(4)에 지지 부재(42)를 마련해도 좋다. 이때, 상술한 바와 같이 기판(F)의 주연부측이 중앙부측보다 파손 등이 발생하기 쉬운 것을 고려하여, 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한 예와는 반대로, 주연부측의 지지 부재(42)의 경도를 낮게(부드럽게) 하고, 중앙부측의 지지 부재(42)의 경도를 높게 해도 좋다.
다만, 모든 지지 핀(4)의 경도가 동일하게 되도록 해도 좋은 것은 물론이다.
또한, 지지 부재(42)는 반구 형상의 것을 이용하는 경우에 한정되지 않으며, 예컨대 도 14의 (a)의 지지 핀(4b)에 도시하는 바와 같이 반원판 형상의 지지 부재(42d)의 정상부에서 기판(F)을 지지해도 좋고, 도 14의 (b)의 지지 핀(4c)에 도시하는 바와 같이 반원통 형상의 지지 부재(42e)의 측주면(側周面)에서 기판(F)을 지지해도 좋다.
또한, 지지 핀(4)(지지 부재(42))의 배치 위치는, 도 6에 도시한 18개의 지지 핀(4)에 의해 기판(F)을 지지하는 예에 한정되지 않으며, 지지 핀(4)의 설치수를 증감하고, 또한 다른 배치 위치에 배치해도 좋은 것은 물론이다.
그리고, 이상에 설명한 구성을 구비하는 기판 탑재 장치(탑재대(3), 지지 핀(4)이나 그 승강 기구)를 적용 가능한 기판 처리 장치는 플라즈마 에칭 장치(1)의 예에 한정되는 것은 아니다. 기판(F) 상에 형성된 레지스트막을 제거하는 플라즈마 애싱 장치나, 기판(F)에의 성막을 실행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 열 CVD 장치 등에도 적용할 수 있다.
F : 기판 1 : 플라즈마 에칭 장치
3 : 탑재대 30 : 탑재 영역
4, 4a~4c : 지지 핀 42, 42a~42c : 지지 부재
45 : 승강판 47 : 구동부

Claims (8)

  1. 0.5밀리미터 이하의 두께 치수를 갖는 기판이 탑재되는 탑재면을 구비하는 탑재대와,
    상기 탑재대를 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 기판을 하면측으로부터 지지하는 복수의 지지 핀과,
    상기 복수의 지지 핀을, 상기 탑재면의 상방측에서 기판을 지지하는 지지 위치와, 상기 탑재면의 하방측의 퇴피 위치 사이에서 승강시키는 승강 기구를 구비하고,
    상기 복수의 지지 핀 중 적어도 1개에는, 선단부에, 기판을 하면측으로부터 지지할 때에 탄성 변형하여 기판과의 접촉 면적이 넓어지는 탄성 부재가 마련되어 있으며,
    주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 상태에서 기판을 지지하도록, 상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도보다, 상기 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도가 낮은 것을 특징으로 하는
    기판 탑재 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 전체 둘레가 4미터 이상인 각형 기판인 것을 특징으로 하는
    기판 탑재 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 0.5밀리미터 이하의 두께 치수를 갖는 기판이 탑재되는 탑재면을 구비하는 탑재대와,
    상기 탑재대를 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 기판을 하면측으로부터 지지하는 복수의 지지 핀과,
    상기 복수의 지지 핀을, 상기 탑재면의 상방측에서 기판을 지지하는 지지 위치와, 상기 탑재면의 하방측의 퇴피 위치 사이에서 승강시키는 승강 기구를 구비하고,
    상기 복수의 지지 핀 중 적어도 1개에는, 선단부에, 기판을 하면측으로부터 지지할 때에 탄성 변형하여 기판과의 접촉 면적이 넓어지는 탄성 부재가 마련되어 있으며,
    주연부측보다 중앙부측이 하방측으로 휜 상태에서 기판을 지지하도록, 상기 지지 위치가, 상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부의 높이 위치보다, 상기 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부의 높이 위치가 낮게 설정되고,
    상기 탄성 부재는 적어도 기판의 가장 주연부측에 배치된 지지 핀에 마련되어 있으며,
    상기 기판의 주연부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도보다, 상기 기판의 중앙부측을 지지하는 지지 핀의 선단부에 마련된 탄성 부재의 경도가 높은 것을 특징으로 하는
    기판 탑재 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가장 주연부측에 배치된 지지 핀은 기판의 외주연으로부터의 거리가 30밀리미터 이내인 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 탑재 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는
    기판 탑재 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 기판 탑재 장치와,
    상기 기판 탑재 장치의 탑재대를 수용한 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 기판의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치.
KR1020150028208A 2014-03-03 2015-02-27 기판 탑재 장치 및 기판 처리 장치 KR101800504B1 (ko)

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