(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
基板に前記処理を行うための処理空間および基板の搬出入を行うための開口部を形成するチャンバと、
前記開口部を開閉する開口部開閉手段と、
前記チャンバに連結され、前記チャンバに排気用力を供給する排気経路と、
前記排気経路中に設けられ、前記チャンバに対する排気圧を切り換えるガス圧式のシリンダと、
前記チャンバにガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
前記ガス圧式のシリンダは、
基板の搬出入時に前記開口部が開放されているときには前記チャンバに対する排気圧を小排気圧とし、前記チャンバ内のガス置換時に前記開口部が閉鎖されて前記チャンバに前記ガス供給手段からガス供給が行われているときには前記チャンバに対する排気圧を前記小排気圧よりも大きい大排気圧とすることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記チャンバ内のガス置換は基板の搬入後に行われることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気が行われるチャンバ内にて半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」と称する）に所定の処理を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板の処理工程において、基板にガスを供給しつつ処理を行う場合がある。例えば、光照射型熱処理装置（ランプアニール）もそのような処理を行うものの一つである。
【０００３】
図５は、従来の基板処理装置の一例である光照射型熱処理装置の概略構成を示す図である。この光照射型熱処理装置は、基板Ｗを収容して光照射熱処理を行うためのチャンバ１１０を備えている。チャンバ１１０の内部には、基板Ｗを支持するための支持部１１５が設けられている。また、チャンバ１１０の上方には光照射を行うためのランプが複数設けられている（図示省略）。
【０００４】
さらに、チャンバ１１０の側方にはゲートバルブ１２０が設けられている。ゲートバルブ１２０は、チャンバ１１０に当接することと、離間することとが可能である。ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０から離れているときには、チャンバ１１０内部が開放され、図示を省略する搬出入ロボットがチャンバ１１０に基板Ｗを搬入し、またはチャンバ１１０から基板Ｗを搬出する。一方、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０の炉口に当接しているときには（図５の状態）、チャンバ１１０が閉鎖され、その内部は密閉された閉空間となる。
【０００５】
また、図５に示すように、この装置はチャンバ１１０にガスを供給するガス供給部１３０と、チャンバ１１０からガス排気を行うガス排気機構とを備えている。ガス供給部１３０は、ガス供給源、供給バルブおよびマスフロコントローラ等から構成されており、窒素ガス、アンモニアガス等の所定のガスを一定の流量にてチャンバ１１０に供給することができる。一方、ガス排気機構は、排気ダンパ１４０によって構成されている。排気ダンパ１４０は、装置外部の排気ライン（一般に工場に設置されている負圧のライン）と装置とを連結する排気経路中に設けられている。排気ダンパ１４０は、バタフライバルブを用いて構成されており、該バタフライバルブを開放する程度によって、排気ラインからチャンバ１１０に供給する排気用力を調整、すなわち、チャンバ１１０からの排気流量を調整することができる。
【０００６】
図５に示す従来の基板処理装置において基板Ｗの熱処理を行うときには、まず、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を開放し、搬出入ロボットがチャンバ１１０内部に基板Ｗを搬入し、支持部１１５に基板Ｗを渡す。次に、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を閉鎖し、その内部を閉空間とした後、ガス供給部１３０からチャンバ１１０に所定のガスを供給してガス置換を行う。その後、ランプから光照射を行い、基板Ｗに光照射加熱処理を施す。熱処理終了後は、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を再び開放し、搬出入ロボットがチャンバ１１０から処理後の基板Ｗを搬出することにより一連の処理を終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の基板処理装置において排気ダンパ１４０を排気経路中に設けている目的は、チャンバ１１０に供給する排気用力の変動を平坦化するためである。すなわち、工場に設置されている排気ラインの圧力は、他の装置の動作状況等によって変動することもあり、そのような場合であっても圧力の変動を排気ダンパ１４０によって緩和し、チャンバ１１０にある程度安定した排気用力を供給できるようにしているのである。
【０００８】
しかしながら、このような排気ダンパ１４０を排気経路中に設けた場合、以下のような問題が生じる。
【０００９】
まず、排気ダンパ１４０によって規定されるチャンバ１１０に供給される排気用力は、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を開放している状態においてチャンバ１１０内への外気の進入を低減できる程度の弱い排気圧である。これは、基板Ｗの搬出入時にチャンバ１１０に巻き込む外気を最小限とするためである。従って、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を閉鎖した状態にて行われるガス置換においては排気用力が弱く、積極的な排気を行うことができないため、置換効率が低く、その結果ガス置換に要する時間も長くなる傾向が生じていた。
【００１０】
一方、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を開放している状態においては、チャンバ１１０に供給される排気用力は弱い排気圧であるといえども、僅かながらチャンバ１１０の炉口近傍において空気の流れを生じさせる。そして、このような空気の流れは、チャンバ１１０の炉口から内部に外気が進入しようとする状態を助長するのである。チャンバ１１０の内部に外気が進入すると、その外気とともにパーティクル等の汚染物質も流入し、基板Ｗの汚染源となるおそれがある。
【００１１】
以上のように、従来の排気ダンパ１４０では、ゲートバルブ１２０がチャンバ１１０を開放している状態または閉鎖している状態のいずれにおいても、最適な排気用力を規定しているものではなかった。すなわち、チャンバ１１０を開放している状態においては排気用力が強過ぎ、またチャンバ１１０を閉鎖している状態においては排気用力が弱過ぎたのである。
【００１２】
これを解決するために、排気ダンパ１４０のバタフライバルブを圧力センサに連動したステッピングモータによって駆動させ、チャンバ１１０の開閉状態によって排気用力を変化させる技術の利用が考えられる。しかし、排気用力の変化に必要な動作時間が長く、チャンバ１１０の開閉状態に適切に追随できないという問題があった。特に、枚葉式の光照射型熱処理装置等では、基板Ｗの処理時間が短く、チャンバ１１０の開閉状態が短時間で変化するため、排気用力の変化に必要な動作時間が長い場合は実用化に耐えられるものではない。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバに供給する排気用力を、チャンバの開閉状態に応じて迅速に変化させることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、基板に前記処理を行うための処理空間および基板の搬出入を行うための開口部を形成するチャンバと、前記開口部を開閉する開口部開閉手段と、前記チャンバに連結され、前記チャンバに排気用力を供給する排気経路と、前記排気経路中に設けられ、前記チャンバに対する排気圧を切り換えるガス圧式のシリンダと、前記チャンバにガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記ガス圧式のシリンダに、基板の搬出入時に前記開口部が開放されているときには前記チャンバに対する排気圧を小排気圧とし、前記チャンバ内のガス置換時に前記開口部が閉鎖されて前記チャンバに前記ガス供給手段からガス供給が行われているときには前記チャンバに対する排気圧を前記小排気圧よりも大きい大排気圧とさせている。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理装置において、前記チャンバ内のガス置換を基板の搬入後に行っている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る基板処理装置の構成を示す概念図である。この基板処理装置１０は光照射によって基板Ｗの加熱処理を行う光照射型熱処理装置である。基板処理装置１０は、基板Ｗに光照射熱処理を行うための処理空間を形成するチャンバ１１を有している。チャンバ１１の上面は光を透過する性質の材料（石英等）を用いて構成されており、その上方にはランプを利用した加熱源が設けられている（図示省略）。チャンバ１１に搬入された基板Ｗには当該加熱源からの光を用いてアニール、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)等の熱処理が施される。
【００１８】
チャンバ１１の側面には基板Ｗの搬出入を行うための開口部１２が形成されるとともに、基板処理装置１０は開口部１２を開閉する開口部開閉手段としてゲートバルブ１３を備えている。ゲートバルブ１３が開口部１２から離間しているときには、チャンバ１１が開放され、図示を省略する搬出入ロボットが開口部１２を介してチャンバ１１に基板Ｗを搬入し、またはチャンバ１１から基板Ｗを搬出する。一方、ゲートバルブ１３が開口部１２に当接しているときには（図１の状態）、開口部１２が閉鎖され、チャンバ１１内部が密閉された状態となる。
【００１９】
チャンバ１１に基板Ｗを搬入するときには、基板Ｗを保持する搬出入ロボットが開口部１２からチャンバ１１内に進入し、その基板Ｗがチャンバ１１内の複数のピン１４により突き上げられるようにして受け取られる。その後、搬出入ロボットがチャンバ１１から退出した後、ピン１４が下降して支持部１５上に基板Ｗが載置される。基板Ｗが搬出される際には搬入とは逆の動作が行われる。
【００２０】
基板処理装置１０は、基板Ｗが所定の処理ガス中にて処理されるようにチャンバ１１に処理ガスを供給するガス供給部２０を備えている。ガス供給部２０は、チャンバ１１へのガスの供給路となるガス供給管２１、種々のガスの供給源であるガス供給源２２、および、各ガス供給源２２からのガスを適宜選択あるいは混合し、所定の流量にてガス供給管２１へと導く供給制御部２３を有する。
【００２１】
また、基板処理装置１０は、チャンバ１１内部からガスを排気するガス排気部３０を備えている。ガス排気部３０は、排気管３１および排気圧切換部４０を有する。排気管３１は、装置外部の排気ラインとチャンバ１１の下部とを連結し、チャンバ１１に排気ラインからの排気用力を供給する排気経路としての役割を有する。また、排気圧切換部４０は、その排気管３１の途中に設けられ、チャンバ１１への排気用力、すなわちチャンバ１１に対する排気圧を切り換える排気圧切換手段としての役割を有する。
【００２２】
排気圧切換部４０について更に説明を続ける。図２および図３は、排気圧切換部４０の構成の一例を示す図である。本実施形態における排気圧切換部４０としては、任意の２点に排気用力を制御することが可能な排気圧レギュレータを用いている。
【００２３】
排気圧切換部４０は、弁座４１，４２，４３、シリンダ４４、バネ４６、弁体４７を備えている。３つの弁座４１，４２，４３は、ガスの流路を規定するとともに、弁体４７に係合される。なお、３つの弁座４１，４２，４３は、図示の便宜上分離して描いているが、これらは１体に形成されて１つの弁座を構成しているものである。
【００２４】
弁座４２と弁座４３とによって形成される流路４８は、排気管３１に接続され、チャンバ１１に連通されている。また、弁座４１と弁座４２とによって形成される流路４９は、排気管３１に接続され、上記排気ラインに連通されている。従って、チャンバ１１から排気されたガスは流路４８から排気圧切換部４０に流入して流路４９から流出し、排気ラインへと排出されるのである。
【００２５】
一方、弁座４１と弁座４３とによって規定される通路には、弁体４７が摺動自在に嵌合されている。そして、図示の如く、弁体４７はバネ４６を介してシリンダ４４のピストン４５に接続されている。ここで、シリンダ４４は窒素ガスによって駆動されるガス圧式のシリンダである。よって、シリンダ４４は、窒素ガスが供給されピストン４５を伸張させた状態と、窒素ガスが排出されピストン４５を収縮させた状態との２態様のみを採り得る。
【００２６】
図２に示すのは、シリンダ４４がピストン４５を伸張させた状態である。この状態においては、ピストン４５が伸張することによってバネ４６および弁体４７が押出され、弁体４７が流路４８と流路４９との間を遮断するようになる。但し、弁体４７は、流路４８と流路４９との間を完全に遮断するのではなく、図２に示すように、微小な隙間を残した状態で遮断する。従って、流路４８と流路４９とはその微小な隙間を介して連通されている。これにより、排気ラインから排気圧切換部４０を介してチャンバ１１に供給される排気用力は微小なものとなり、換言すれば、チャンバ１１に対する排気圧が微小なもの（小排気圧）となるのである。
【００２７】
一方、図３に示すのは、シリンダ４４がピストン４５を収縮させた状態である。この状態においては、ピストン４５が収縮することによってバネ４６および弁体４７が引き戻され、弁体４７が流路４８と流路４９との連通を妨げることはない。従って、排気ラインから排気圧切換部４０を介してチャンバ１１に供給される排気用力は大きなものとなり、換言すれば、チャンバ１１に対する排気圧が大きなもの（大排気圧；なお、小排気圧の方が大排気圧よりも小さいことは勿論である）となるのである。
【００２８】
次に、本実施形態の基板処理装置１０における基板処理の手順について説明する。まず、ゲートバルブ１３が開口部１２を開放し、搬出入ロボットが基板Ｗをチャンバ１１に搬入する。この時点においては、排気圧切換部４０は図２に示す状態、すなわち、ピストン４５を伸張させた状態をとる。従って、上述の如くチャンバ１１に対する排気圧は小排気圧となり、チャンバ１１から微量の排気が行われる。チャンバ１１から排気されたガスは、矢印Ａ２０、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３にて示すように流れ、排気ラインへと排出される。このときに、排気ラインの圧力が変動したとしても、その変動はバネ４６によって吸収され、平坦化されるため、チャンバ１１には微小な排気圧を安定して作用させることができる。
【００２９】
チャンバ１１には微小ながらも排気圧が作用しているため、その内部において空気の滞留が発生することはない。また、排気圧は微小であるため、排気に伴う空気流によってチャンバ１１の開口部１２から内部に外気が進入しようとする状態を助長することもない。言い換えれば、空気の滞留を発生させることはなく、かつ、外気の進入を助長しない程度の排気圧をチャンバ１１に作用させるように、シリンダ４４のピストン４５が伸張した状態を調整する必要があるのである。
【００３０】
また、開口部１２を開放しているときには外気の進入を防止すべく、ガス供給部２０からチャンバ１１に窒素ガス等の供給を行っているのであるが、チャンバ１１に対する排気圧を微小とし、排気流量を微量にしているため、供給されたガスが無駄に排気されることはほとんどなく、外気の巻き込みも防止し、ガス消費量を低減することができる。
【００３１】
次に、基板Ｗの搬入が終了し、搬出入ロボットが待避すると、ゲートバルブ１３が開口部１２を閉鎖し、ガス置換が行われる。ガス置換は、ガス排気部３０から排気を行いつつ、ガス供給部２０から基板Ｗの処理雰囲気を形成するのに必要な処理ガス（例えば、窒素ガスの如き不活性なガスやアンモニアガスの如き活性なガス等）をチャンバ１１に供給することによって行う。この段階においては、排気圧切換部４０は図３に示す状態、すなわち、ピストン４５を収縮させた状態をとる。従って、チャンバ１１に対する排気圧は大排気圧となり、チャンバ１１から大流量の排気が行われる。チャンバ１１から排気されたガスは、矢印Ａ３０、Ａ３１、Ａ３２にて示すように流れ、排気ラインへと排出される。このときに、排気ラインの圧力が変動したとしても、その変動はバネ４６によって吸収され、平坦化されるため、チャンバ１１には大きな排気圧を安定して作用させることができる。
【００３２】
チャンバ１１に作用する排気圧は排気ラインの負圧と同程度にまで大きなものとなるため、その排気用力を利用して積極的な排気を行うことができる。従って、ガス置換の置換効率は高く、ガス置換に要する時間も短時間化することができる。
【００３３】
ガス置換が終了すると、ランプからの光照射による加熱処理が行われ、さらにその熱処理終了後再びゲートバルブ１３が開口部１２を開放し、搬出入ロボットが基板Ｗをチャンバ１１から搬出する。なお、基板Ｗの熱処理のために、アンモニア等の活性なガスの雰囲気を形成した場合には、開口部１２を開放する前に活性なガスを窒素ガス等の不活性なガスに置換する必要がある。この場合も、排気圧切換部４０を図３に示す状態とし、チャンバ１１に大きな排気用力を供給することによって、効率良くガス置換を行うことができる。そして、開口部１２が開放されたときには、排気圧切換部４０を再び図２に示す状態とし、チャンバ１１に微小な排気用力を供給することによって、チャンバ１１内の空気の滞留の発生を防止するとともに、外気の進入を助長することも防止できる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の基板処理装置１０は、シリンダ４４を用いた排気圧切換部４０によってチャンバ１１に対する排気圧を適宜切り換えている。すなわち、開口部１２が開放されているときにはチャンバ１１に対する排気圧を小排気圧とし、開口部１２が閉鎖されチャンバ１１にガス供給部２０からガス供給が行われているときにはチャンバ１１に対する排気圧を大排気圧とすることにより、外気の巻き込み防止と効率的なガス置換とを両立しているのである。
【００３５】
ここで、排気圧を切り換える駆動源として機能しているのはガス圧式のシリンダ４４であるため、チャンバ１１に対する排気圧を大排気圧および小排気圧の２点のみにしか管理できないものの、大排気圧と小排気圧とを短時間にて切り換えることができるのである。換言すれば、チャンバ１１に対する排気圧を２点のみの単純な切換しか行えない代償として、切換時間の短時間化を得ているのである。
【００３６】
このように、本実施形態の基板処理装置１０は、チャンバ１１に対する排気圧を大排気圧および小排気圧の２点のみに切り換えるようにしているため、切換時間が短くなり、その切換動作をチャンバ１１の開閉状態（厳密には、チャンバ１１の開口部１２の開閉状態）に適切に追随させることができるのである。すなわち、チャンバ１１に供給する排気用力を、チャンバ１１の開閉状態に応じて迅速に変化させることができる。特に、本実施形態のような枚葉式の光照射型熱処理装置においては、基板Ｗの処理時間が短く、チャンバ１１の開閉状態が短時間で変化するため、排気圧の切換時間を短くする意義は大きい。なお、排気圧の切換時間を短くするためには、シリンダ４４の動作時間が短いほど良く、１秒以内であることが好ましいが、３秒以内であれば実用化可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、排気圧切換部４０として任意の２点に排気用力を制御することが可能な排気圧レギュレータを用いていたが、これに限らず、図４に示すような形態としても良い。図４は、排気圧切換部４０の構成の他の例を示す図である。図４の排気圧切換部４０は、ニードルバルブ５１とバイパスバルブ５２とを備えている。バイパスバルブ５２は、エアによって駆動されるエアバルブであり、全開と全閉との２態様のみを採り得ることができる。また、ニードルバルブ５１は、通過可能な流量が微量となるように固定的に設定されている。
【００３８】
この排気圧切換部４０は、開口部１２が開放されているときにはバイパスバルブ５２を全閉とする。従って、排気ラインからチャンバ１１に供給される排気用力はニードルバルブ５１のみを介した微小なものとなり、上記実施形態と同様に、チャンバ１１に対する排気圧が小排気圧となるのである。
【００３９】
一方、開口部１２が閉鎖されているときにはバイパスバルブ５２を全開とする。これにより、排気ラインからチャンバ１１に供給される排気用力は主としてバイパスバルブ５２を介した大きなものとなり、上記実施形態と同様に、チャンバ１１に対する排気圧が大排気圧となるのである。
【００４０】
このようにしても、図２および図３の排気圧切換部４０と同様に、チャンバ１１に対する排気圧を適宜切り換えることによって、外気の巻き込み防止と効率的なガス置換とを両立することができる。そして、チャンバ１１に対する排気圧を切り換える駆動源として機能しているのは全開と全閉との２態様のみを採り得ることができるエア駆動のバイパスバルブ５２であるため、上記実施形態と同様、排気圧の切換時間が短くなり、その切換動作をチャンバ１１の開閉状態に適切に追随させることができるのである。
【００４１】
また、上記実施形態の基板処理装置１０は光照射型熱処理装置であったが、これに限らず、排気圧の切換を行う基板処理装置であれば本発明に係る技術を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガス圧式のシリンダが、基板の搬出入時に前記開口部が開放されているときには前記チャンバに対する排気圧を小排気圧とし、前記チャンバ内のガス置換時に前記開口部が閉鎖されて前記チャンバに前記ガス供給手段からガス供給が行われているときには前記チャンバに対する排気圧を前記小排気圧よりも大きい大排気圧としているため、チャンバに供給する排気用力をチャンバの開閉状態に応じて迅速に変化させつつ開口部解放時におけるチャンバへの外気巻き込み防止と開口部閉鎖時における効率的なガス置換とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１の基板処理装置の排気圧切換部の構成の一例を示す図である。
【図３】図１の基板処理装置の排気圧切換部の構成の一例を示す図である。
【図４】図１の基板処理装置の排気圧切換部の構成の他の例を示す図である。
【図５】従来の基板処理装置の一例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  基板処理装置
１１  チャンバ
１２  開口部
１３  ゲートバルブ
２０  ガス供給部
３０  ガス排気部
３１  排気管
４０  排気圧切換部
４４  シリンダ
５１  ニードルバルブ
５２  バイパスバルブ
Ｗ  基板
【図１】
0003645115.tif 000002
【図２】
0003645115.tif 000003
【図３】
0003645115.tif 000004
【図４】
0003645115.tif 000005
【図５】
0003645115.tif 000006