(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するための基板トレイであって、
トレイ本体と、
基板を載置するための基板載置部を含む基板載置板と、を備え、
前記トレイ本体は、
基板ホルダー上に前記基板トレイが固定されたときに前記基板ホルダの上面端部に接触するように突出した端部と、
前記基板の処理すべき部分が露出するように前記基板の周端部を保持する基板保持部と、磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持するように、前記基板保持部よりも外側に配置された磁石と、を含む、とを特徴とする基板トレイ。
【請求項２】
前記磁石は、前記前記トレイ本体に埋設されており  前記トレイ本体には、前記基板の外径より小さい第１の径を有する第１の開口部と、前記第１の開口部と連接し前記基板の外径より大きな第２の径を有する第２の開口部とが設けられていて、
前記基板保持部は、前記第１の開口部と前記第２の開口部とにより形成されており、
前記基板保持部と前記基板載置部とで前記基板を挟持することを特徴とする請求項１記載の基板トレイ。
【請求項３】
前記トレイ本体には、前記トレイ本体の上面と前記磁石との間にヨークが埋設されており、前記磁石は、前記基板載置板と前記ヨークとの間に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板トレイ。
【請求項４】
前記トレイ本体が、非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基板トレイ。
【請求項５】
前記ヨークは、前記トレイ本体と前記磁石との間に設けられていることを特徴とする請求項４記載の基板トレイ。
【請求項６】
前記非磁性材料がＴｉ、カーボンまたはアルミナであることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の基板トレイ。
【請求項７】
前記磁石は、前記基板載置板側に、Ｎ極とＳ極の磁極が現れ、前記基板載置板と反対側にＳ極とＮ極の磁極が現れる片面２極磁石であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の基板トレイ。
【請求項８】
前記ヨークの厚さは、前記基板の処理面側の前記トレイ本体表面において、磁束密度が１００ガウス以下となるように設定されていることを特長とする請求項３から７のいずれか1項に記載の基板トレイ。
【請求項９】
前記片面２極磁石は、前記基板の周囲に等角度で配置されていることを特徴とする請求項７記載の基板トレイ。
【請求項１０】
前記トレイ本体が非磁性材料で構成され、前記基板載置板が磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板トレイ。
【請求項１１】
前記トレイ本体がチタンで構成され、前記基板載置板がステンレスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板トレイ。
【請求項１２】
前記トレイ本体の端部は、磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持した状態で前記基板載置板の下面と前記基板ホルダーとの間に冷却ガスを導入できるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の基板トレイ。
【請求項１３】
基板をプラズマ処理するための基板処理装置であって、
前記基板を保持するための基板トレイと、
成膜室と、
前記成膜室内に設けられたターゲットホルダーと、
前記ターゲットホルダーと対向して設けられ、前記基板トレイを載置するための基板ホルダーと、
前記成膜室内にプロセスガスを導入するためのガス導入手段と、
前記成膜室内を排気するための排気手段と、を備え、
前記基板トレイは、
トレイ本体と、
基板が載置される基板載置部を含む基板載置板と、を含み、
前記トレイ本体は、
前記基板ホルダー上に基板トレイが固定されたときに前記基板ホルダの上面端部に接触するように突出した端部と、
前記基板の処理すべき部分が露出するように前記基板の周端部を保持する基板保持部と、
磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持するように、前記基板保持部よりも外側に配置された磁石と、を含む、
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１４】
前記基板ホルダーと前記基板載置板には、前記基板の処理面と反対側の面に冷却ガスを導入するための、ガス導入孔がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記トレイ本体の端部は、磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持した状態で前記基板載置板の下面と前記基板ホルダーとの間に隙間（ｄ１）が形成されるように構成され、前記隙間（ｄ１）が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記トレイ本体が非磁性材料で構成され、前記基板載置板が磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記トレイ本体がチタンで構成され、前記基板載置板がステンレスで構成されていることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。    
【請求項１８】
前記トレイ本体の端部と前記基板ホルダーの上面端部とが接触して、基板ホルダー上に前記基板トレイが固定されたときに、前記トレイ本体の中央部と前記基板ホルダーの中央部との間、前記基板載置板と前記基板ホルダーとの間、には、それぞれ隙間が形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか1項に記載の基板トレイ。
【請求項１９】
前記基板トレイ周辺部で前記基板トレイを前記基板ホルダーにクランプするためのマスクを備え、前記トレイ本体の端部と前記基板ホルダーの上面端部とが接触して、前記マスクにより前記基板ホルダー上に前記基板トレイが固定されたときに、前記トレイ本体の中央部と前記基板ホルダーの中央部との間、前記基板載置板と前記基板ホルダーとの間、には、それぞれ隙間が形成されることを特徴とする請求項１３、１４、１６、１７のいずれか1項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング、ＣＶＤやエッチングなどの所定処理を被処理基板に対して行う真空処理装置において、被処理基板を保持しながら搬送するための基板トレイ及び該トレイを用いた基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空処理装置では、生産性を高めるために複数枚の基板を処理室に同時搬送して処理したり、または、装置構成を変更することなく外形寸法の異なる基板に対し処理を行う目的で、基板を保持し搬送できる基板トレイが用いられている。
図１２は従来の基板トレイの第１の例を示す（特許文献１参照）。図１２には、小さい基板を保持するためのザグリ７０２を具備し、皿形状をしている基板トレイ７０１が開示されている。図１２記載の保持トレイ７０１により、８インチ、６インチといった小さい基板も直径１２インチ用基板処理装置に設置できるようになる。
【０００３】
図１３は従来の基板搬送用トレイの第２の例を示す（特許文献２参照）。図１３には、凹部８０２を有し熱伝導性に優れた物質からなるトレイ本体８０１の一部表面を、絶縁性を有するとともに柔軟性を有する物質８０５で構成した基板トレイ８０１が開示されている。図１３において、８０３は突き上げ用ピンが通る貫通孔、８０４は基板を吸着するための貫通孔、８０６は耐蝕性または耐スパッタリング性を有する物質である。図１３記載の基板搬送用トレイによれば、基板とトレイ本体８０１の密着性および熱伝導性を良くし、基板の温度を均一にすることにより回路パターンの線幅などのばらつきを小さくすることが可能となる。
【０００４】
また、成膜などの真空処理装置では、処理内容に応じて処理中の基板温度管理を行なう必要がある。このため、基板や基板トレイを保持するホルダーを冷却水などの温度制御手段で温度制御し、このホルダーとの熱伝達により基板の温度管理を行う技術が一般に用いられている。
【０００５】
しかし、真空では大気中よりも部品と部品の微小な隙間において熱伝達効率が悪化する。このため真空処理装置、特にスパッタリングなどのプロセス圧力の低い装置では、成膜などの真空処理中の基板温度管理をおこなうために、基板の裏面やトレイの裏面に冷却ガスなどの熱伝達媒体を封止することで、温度調整されたホルダーと基板との熱伝達効率を改善する必要がある。
【０００６】
図１４は従来の基板搬送用トレイの第３の例を示す（特許文献３参照）。図１４には、基板載置面に、基板Ｓの外形に対応した少なくとも１個の凹部９１１が形成され、この凹部９１１の底面に配置された環状のシール手段９０２と、凹部９１１に落とし込むことで設置される基板Ｓの外周縁部をシール手段９０２に対して押圧する押圧手段９０３とを備えた基板搬送用トレイ９０１が開示されている。更に、図１４記載の基板搬送用トレイ９０１では、凹部９１１に通じる少なくとも１本のガス通路９１３ａ、９１３ｂが開設され、シール手段９０２として機能するＯリングが、凹部９１１の底面に形成され、Ｏリングの線径より大きな幅を有する環状溝９１２に設置されている。なお、図１４において、Ｂはボルト、Ｓは基板、９１１ａは凹部９１１の底面、９１１ｂは基板Ｓ裏面と凹部９１１底面との間の空間、９３１は中央開口である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０２１６８６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１３８９１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし特許文献１のような基板を置くだけで固定しない基板トレイ７０１では、質量を軽くできる利点はあるが、搬送中に基板が移動してしまう懸念がある。特許文献２では、レジストマスクを形成したＬａＴｉＯ３などからなる基板をトレイ本体８０１の凹部８０２に乗せている。トレイ本体８０１の凹部８０２に設けた物質８０５は、絶縁性を有するとともに柔軟性を有するため、その絶縁性により基板がトレイ本体８０１と絶縁され、基板に帯電した静電気により基板がトレイ本体８０１に静電気力により引きつけられ固定される。しかし、特許文献２の基板トレイにおいても、基板がトレイ本体８０１に静電気力により引きつけられ固定されるためには、基板がＬａＴｉＯ３などからなる強誘電体であり、かつ電界が加えられてその基板表面が帯電し静電気が発生する必要があるため、装置に高周波電力を印加する基板処理においてはじめて基板はトレイ本体８０１に固定されるのであり、基板処理前の搬送中に基板が移動してしまうという問題を解決するものではなく、また基板が強誘電体ではない場合には効果がないという問題があった。
【０００９】
また、成膜などの真空処理中の基板温度管理をおこなうためには、基板の裏面に熱伝達媒体を封止する必要がある。
【００１０】
特許文献３ではボルトＢで基板Ｓを基板トレイ９０１に対して押圧し基板Ｓ裏面に熱伝達媒体を封止することができるので、基板温度制御性能を改善できる利点があり、基板処理前の搬送中に基板が移動してしまうという問題もない。しかし、特許文献３では、押圧手段９０３は、基板トレイ９０１の凹部９１１の外周に形成したねじ孔にボルトＢを螺着することで取付けられている。そのため、ボルトＢに膜が付着すると、膜はがれをおこし易く、パーティクルの原因となるという課題があった。また、構造物があるため、成膜などの基板処理時に影響が出ることがあった。そしてボルトＢを螺着するために基板トレイ９０１のねじ孔に深さが必要なことから基板トレイ９０１が厚くなってしまうので、基板トレイ９０１の熱抵抗が大きくなるという問題がある。基板Ｓ裏面に熱伝達媒体を封止しても、基板トレイ９０１の熱抵抗が大きければ、基板などの真空処理中に、基板Ｓに流入する熱を基板Ｓを保持した基板トレイ９０１を載置するための温度制御された基板ホルダー（図示なし）に伝えにくくなる。従って十分な基板温度制御性能が得られないという問題があった。
【００１１】
また、特許文献３では、基板Ｓの脱着のためにはボルトＢを外さなければならない。しかし、量産装置では、基板Ｓの脱着のためにボルトＢを外したり締めたりするためには脱着装置の構成が複雑となるため基板Ｓの脱着を容易に行う事が出来ないことが問題であった。
【００１２】
本発明の目的は、パーティクルの発生や基板処理への構造物の影響を抑制し、熱伝達媒体による冷却性能（温度制御）に優れ、さらに量産装置に対応し基板の脱着が容易な基板保持のための基板トレイ及び該トレイを用いた基板処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板を保持するための基板トレイであって、トレイ本体と、基板を載置するための基板載置部を含む基板載置板と、を備え、前記トレイ本体は、基板ホルダー上に前記基板トレイが固定されたときに前記基板ホルダの上面端部に接触するように突出した端部と、前記基板の処理すべき部分が露出するように前記基板の周端部を保持する基板保持部と、磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持するように、前記基板保持部よりも外側に配置された磁石と、を含むことを特徴とする基板トレイである。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載に記載の発明において、前記磁石は、前記前記トレイ本体に埋設されており、前記トレイ本体には、前記基板の外径より小さい第１の径を有する第１の開口部と、前記第１の開口部と連接し前記基板の外径より大きな第２の径を有する第２の開口部とが設けられていて、前記基板保持部は、前記第１の開口部と前記第２の開口部とにより形成されており、前記基板保持部と前記基板載置部とで前記基板を挟持することを特徴とする基板トレイである。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項３記載の発明は、請求項１記載に記載の発明において、前記トレイ本体には、前記トレイ本体の上面と前記磁石との間にヨークが埋設されており、前記磁石は、前記基板載置板と前記ヨークとの間に設けられていることを特徴とする基板トレイである。
【００１６】
上記目的を達成するめに、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記トレイ本体が、非磁性材料で形成されていることを特徴とする基板トレイである。
【００１７】
上記目的を達成するめに、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記トレイ本体の前記ヨークは、前記トレイ本体と前記磁石との間に設けられていることを特徴とする基板トレイである。
【００１８】
上記目的を達成するめに、請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の発明において、前記非磁性材料がＴｉ、カーボンまたはアルミナであることを特徴とする基板トレイである。
【００１９】
上記目的を達成するめに、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、前記磁石は、前記基板載置板側に、Ｎ極とＳ極の磁極が現れ、前記基板載置板と反対側にＳ極とＮ極の磁極が現れる片面２極磁石であることを特徴とする基板トレイである。
【００２０】
上記目的を達成するめに、請求項８記載の発明は、請求項３から７のいずれか１項に記載の発明において、前記ヨークの厚さは、前記基板の処理面側の前記トレイ本体表面において、磁束密度が１００ガウス以下となるように設定されていることを特長とする基板トレイである。
【００２１】
上記目的を達成するめに、請求項９記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記片面２極磁石は、前記基板の周囲に等角度で配置されていることを特徴とする基板トレイである。
【００２２】
上記目的を達成するめに、請求項１０記載の発明は、前記トレイ本体が非磁性材料で構成され、前記基板載置板が磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板トレイである。
【００２３】
上記目的を達成するめに、請求項１１記載の発明は、前記トレイ本体がチタンで構成され、前記基板載置板がステンレスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板トレイである。
【００２４】
上記目的を達成するめに、請求項１２記載の発明は、前記トレイ本体の端部は、磁力によって前記基板載置板を前記トレイ本体が保持した状態で前記基板載置板の下面と前記基板ホルダーとの間に冷却ガスを導入できるように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の基板トレイである。
【発明の効果】
【００２５】
本願の請求項１記載の発明によれば、基板載置板を磁石によりトレイ本体に保持し、基板保持部と、基板載置部とで基板を保持することにより、パーティクルの発生や基板処理への構造物の影響を抑制し、熱伝達媒体による冷却性能（温度制御）に優れ、さらに量産装置に対応し基板の脱着を容易することができるという効果がある。
本願の請求項２記載の発明によれば、基板保持部を基板の外径より小さい第１の径を有する第１の開口部と、第１の開口部と連接し前記基板の外径より大きな第２の径を有する第２の開口部より形成することにより、基板保持部と基板載置板とにより確実に基板を挟持することができるという効果がある。また、磁石がトレイ本体に埋設されることにより基板載置板が薄くできるため、基板冷却性能の向上を図ることができるという効果がある。
本願の請求項３記載の発明によれば、トレイ本体にヨークを埋設し、基板載置板と前記ヨークとの間に磁石を設けることにより、トレイが薄くできるため、搬送ロボットなどの搬送システムの負担を少なくすることができるという効果がある。
本願の請求項４、５記載の発明によれば、トレイ本体を非磁性材料で形成することにより、ヨークから磁力線が漏れ出た場合にプラズマ処理空間にまで磁力線が作用するのを抑制できるという効果がある。
本願の請求項６記載の発明によれば、トレイ本体をＴｉ（チタン）、カーボンまたはアルミナで形成することにより、基板トレイを軽くできるので、搬送ロボットなどの搬送システムの負担を少なくすることができる。更に、また、本願の請求項６記載の発明によれば、トレイ本体をＴｉ（チタン）、カーボンまたはアルミナで形成することにより、基板トレイを耐熱性に優れたものにすることができるので、特にプラズマから基板トレイへの熱量の流入が大きい大電力のスパッタリング成膜に好適であるという効果がある。
本願の請求項７記載の発明によれば、基板載置板側にＮ極とＳ極の磁極が現れ、基板載置板と反対側にＳ極とＮ極の磁極が現れる片面２極磁石とすることにより、Ｎ極とＳ極の両方の磁極を基板載置板側に向けることできるため、基板載置板に対する吸着力が高くなり基板保持性能の向上を図ることができるという効果がある。更に、本願の請求項７記載の発明によれば、片面２極磁石とすることで基板保持性能を維持しながらトレイ表面への磁場の漏れを低減できるという効果がある。
本願の請求項８記載の発明によれば、ヨークの厚さを、基板の処理面側のトレイ本体表面において、磁束密度が１００ガウス以下となるように設定することにより、基板トレイ上に異常な放電が生じることを抑制することができるという効果がある。
本願の請求項９記載の発明によれば、片面２極磁石を基板の周囲に等角度で複数Ｎ極とＳ極とが交互になる様に配置することにより、基板の保持性能を高くすることができるという効果がある。
本願の請求項１３記載の発明によれば、基板トレイを基板処理装置に使用することにより、パーティクルの発生や基板処理への構造物の影響を抑制し、熱伝達媒体による冷却性能（温度制御）に優れた基板処理装置を実現できるという効果がある。
本願の請求項１４記載の発明によれば、基板ホルダーと前記基板載置板に、基板の処理面と反対側の面に冷却ガスを導入するための、ガス導入孔をそれぞれ設けることにより、基板を効率的に冷却することができるという効果がある。
本願の請求項１５記載の発明によれば、基板載置板と基板ホルダーの基板載置部との間に０．３ｍｍ以下の間隙ｄ１を設け、この間隙ｄ１に熱伝達媒体（冷却ガス）を流すことで、基板の冷却性能を高めることができるという効果がある。特にこの部分の隙間を０．３ｍｍ以下とすることで基板の温度をより低減することができ、特に基板上にリフトオフ用のフォトレジストパターンなどの樹脂パターンが設けられている場合にダメージを与えない温度、すなわち１００℃以下で成膜することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る成膜装置を説明するための概略図である。
【図２】本発明の第１の基板トレイ構造を説明するための概略断面図である。
【図３】片面２極磁石と１極磁石を使用した場合の漏洩磁場を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の基板トレイ構造を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の基板トレイへの磁石配置図の一例を示す図である。
【図６】基板トレイ表面の漏洩磁束密度と放電痕が生じない領域との関係を説明する図である基板トレイ表面の漏洩磁束密度と放電痕が生じない領域との関係を説明する図である。
【図７】基板温度と基板トレイ裏面、すなわち基板トレイの磁性体とホルダーの隙間寸法との関係を示す図である。
【図８】トレイへの基板設置方法説明図である。
【図９】本発明のかかる基板トレイを用いて複数枚の基板を保持した状態を示す図である。
【図１０】本発明の基板トレイ表面の漏洩磁束密度の測定状態を示す図である。
【図１１】本発明の基板トレイを用いて、基板上に成膜した後のトレイの表面状態を示す図である。
【図１２】従来（特許文献１）の基板トレイの第１の例を示す図である。
【図１３】従来（特許文献２）の基板トレイの第２の例を示す図である。
【図１４】従来（特許文献３）の基板トレイの第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１を参照して、本発明に係るスパッタリング装置の構成を説明する。
本発明に係るスパッタリング装置は、ゲートバルブ１１を介して連通可能に接続されたＬＬ室（ロードロック室）１とＳＰ室（スパッタ室）２とから構成されている。
スパッタリング装置のＳＰ室２は、処理チャンバ２１と、処理チャンバ２１内に設けられ、基板Ｓを保持した基板トレイ３を載置するための基板ホルダー４と、スパッタ粒子を基板Ｓ上に成膜するためのターゲットＴを保持するためターゲットホルダー５とを備えている。
【００２９】
基板ホルダー４は上下機構４１により上下に移動可能であり、ターゲットＴと基板Ｓとの距離（Ｔ／Ｓ間距離）を調整したり、基板Ｓを保持した基板トレイ３を搬入および搬出する場合に、上下機構４１により上下に移動することができるようになっている。なお、本実施形態ではＴ／Ｓ間距離や基板トレイ３を搬入および搬出について上下機構４１を用いているが、同じ機能を実現する別の機構を用いても構わない。基板ホルダー４内部には基板ホルダー４を冷却するための図示しない冷却水水路が内部にあり、冷却水が循環できるようになっている。基板ホルダー４は熱伝熱が良いＣｕ等の材料が用いられ、電極（アノード電極）として機能する。図２に示すように、基板ホルダー４には基板Ｓと基板トレイ３の間、および基板トレイ３と基板ホルダー４の間の隙間に対して冷却ガスを導入するための冷却ガス導入路４２が設けられている。基板Ｓ、基板トレイ３、そして基板ホルダー４との間の熱伝達媒体である冷却ガスとしては、例えばＡｒなどの不活性ガスが使用される。また、図１に示すように、基板トレイ３を基板ホルダー４に載置した場合に、基板トレイ３の周縁部、基板トレイ３裏面、および基板ホルダー４表面への成膜を抑制できるような配置と形状の、リング状のマスク６が設けられている。
【００３０】
マスク６はマスク支持棒６１に固定されている。マスク支持棒６１には、マスク上下駆動機構６２が取り付けられており、マスク６はマスク上下駆動機構６２により、上下動できるようになっている。なお、マスク６は、成膜を抑制できるような配置と形状とすることが望ましい。
【００３１】
本実施の形態においては、マスク６により基板トレイ３周辺部で基板トレイ３を基板ホルダー４にクランプしている。これにより、基板トレイ３と基板ホルダー４の間からの冷却ガスの漏れを抑制することができ、基板Ｓの冷却性能をより高めることができる。マスク６により基板トレイ３のクランプは、例えば、前記マスク上下機構６２を基板と接触するように上下動させることにより可能である。
【００３２】
ターゲットホルダー５は、金属製部材からなり、電極（カソード電極）として機能する。ターゲットホルダー５は図示しない絶縁体により保持され処理チャンバ２１から電気的に絶縁されている。ターゲットホルダー５にはインピーダンスマッチングをおこなうための整合機５１を介して高周波電源５２が接続されており、ターゲットホルダー５に高周波電源５２から高周波電力が印加可能になっている。なお、ターゲットＴの種類などによって直流電源をターゲットホルダー５に接続し、直流電力をターゲットＴに印加するようにしてもよい。
【００３３】
また、処理チャンバ２１には、プロセスガス（本例ではアルゴン等の不活性ガスと酸素）を導入するガス導入手段６が設けられている。ガス導入手段６は、スパッタガス（例えば、Ａｒ）導入手段６１と反応性ガス（例えば、酸素））導入手段６２とから構成される。さらに、処理チャンバ２１には、コンダクタンスバルブを介して排気手段７が設けられている。排気手段７は処理チャンバ２１の排気をおこなうためのＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）とクライオポンプが併用された第１の排気系７１、さらにＴＭＰの背圧を排気するためのＲＰ（ロータリーポンプ）からなる第２の排気系７２などにより構成されている。なお、第１の排気系７１と第２の排気系とは第１のバルブ７３を介して接続されている。また、処理チャンバ２１には、第２のバルブ７５を介してＲＰ（ロータリーポンプ）からなる第３の排気系７４に接続されている。また、処理チャンバ２１には、処理室内の圧力を測定するための圧力計８（例えば、ダイアフラムゲージ）が接続されている。
【００３４】
ターゲットＴと基板トレイ３の間の空間は、成膜動作中にはターゲットホルダー５に印加された電力によりプラズマが生じている。このターゲットＴと基板トレイ３を載置する基板ホルダー４、そして処理チャンバー２１壁により囲まれた空間を「プロセス空間」と呼称する。なお、処理チャンバー２１壁に不図示のシールドを設置してもよい。
ＬＬ室１には、ＲＰ（ロータリーポンプ）などの大気圧から排気可能なポンプ１２で構成された第４の排気系が第３のバルブ１３を介して接続されており、図示しないベント機構を持っている。ＬＬ室１は基板Ｓを保持した基板トレイ３をＳＰ室２に搬出入するために使用される。
【００３５】
次に基板トレイ３の構成の説明を説明する。
図２に本発明に係る第１の基板トレイ３の構成の断面図を示す。基板トレイ３は、トレイ本体３１と、基板Ｓを載置するための基板載置部３２ｂを備えた基板載置板３２とからなる。基板載置板３２は磁性板である。トレイ本体３１には開口３６が形成されている。トレイ本体３１は、開口３６の端部に基板Ｓの周端部を保持する基板保持部３５を備えている。開口３６は、前記基板の外径より小さい第１の径を有する第１の開口部３６ａと、第１の開口部３６ａと連接し基板Ｓの外径より大きな第２の径を有する第２の開口部３６ｂとからなる。基板保持部３５は、第１の開口部３６ａと第２の開口部３６ｂとにより形成される。基板Ｓは、基板保持部３５と、基板載置板３２の基板載置部３２ｂとで挟持される。基板Ｓの外径より大きな第２の径を有する第２の開口部３６ｂで基板保持部３５が規定されることによって、基板はより確実に保持される。すなわち、第１の開口部３６ａの中心軸に対して基板が許容される限度を超えてずれて保持され、基板の処理時に後述する冷却ガスが漏れてしまったり、また部分的には基板周辺部を必要以上に隠して本来処理されるべきであった基板周辺部が処理されないといった危険性を低減することができる。また、磁石がトレイ本体に埋設されることにより基板載置板が薄くできるため、基板冷却性能の向上を図ることができる。
基板載置板３２は磁性材料で構成されている。基板載置板３２を構成する磁性材料としては錆びにくいステンレスなどが好ましく、具体的にはＳＵＳ４３０などがよい。基板トレイ３は大気中に取り出されるため、磁性材料であるだけでなく防錆性を有することは重要である。
【００３６】
トレイ本体３１には、基板載置板３２をトレイ本体３１に保持するため、基板保持部３５より外側に磁石３３が配設されている。図２では、トレイ本体３１の内部には片面２極の磁石３３が複数埋め込まれている。片面２極の磁石としたのは、片面１極の磁石に比べて、基板載置板３２をトレイ本体３１に保持するための吸着力が強く、プロセス空間への磁場漏洩を抑制できるためである。この点につき、図３を用いて説明する。図３（ａ）はトレイ本体３１に片面２極の磁石３３を２セット埋設した場合、図３（ｂ）はトレイ本体３１に片面１極磁石３３を２セット埋設した場合の説明図である。図３（ａ）に示すように、片面２極磁石３３の場合、プロセス空間に発生する漏洩磁場は、片面１極磁石３３の場合に比べて小さい。そのため、後述するプロセス空間への磁場漏洩を抑制するヨーク３４の厚さを薄くでき、基板トレイ３の軽量化を図ることができるという技術的意義を有する。
【００３７】
図３(a)の場合、N極とS極が隣り合う位置で配置されている。Ｎ極から発生する磁力線３３ａは隣のＳ極に引き寄せられて  閉じようとする。この時、Ｎ極とＳ極の配置が近い為、トレイ表面の漏洩磁束密度は小さい。一方、図３（ｂ）の場合は、図３(ａ)に比べてＮ極とＳ極は離れている。この場合、Ｎ極から発生する磁力線３３ｂは、図３(a)と同様にS極に  引き寄せられて閉じようとするが、位置が離れている為、図３(a)に比べてトレイ表面に発生する漏洩磁束密度は大きくなりやすい。図３(ａ)のようにトレイ表面に発生する漏洩磁束密度が小さいと、トレイ表面に異常な放電痕が残らない。
【００３８】
次に図４を参照してヨーク３４が用いられた実施形態を説明する。磁石３３のプロセス空間側にはヨーク３４が設置されており、プロセス空間への磁場漏洩を抑制している。ヨーク３４の材質は、プロセス空間への磁場漏洩を抑制するために透磁率の高い材料であればよく、例えばＳＵＳ４３０などが好適に用いられる。トレイ本体３１内における磁石３３とヨーク３４の固定方法としては例えば接着剤等での接着が用いられるが、基板トレイ３の使用条件下で許容される固定方法であれば他の方法でも構わない。ヨーク３４のない反対側の磁石３３面は基板載置板３２と接触し、トレイ本体３１と脱着できる構成となっている。なお、ヨーク３４のない反対側の磁石３３面は基板載置板３２と接触している必要は必ずしもなく、基板載置板３２と磁石３３との吸着力によりトレイ本体３１と基板載置板３２とで基板Ｓを保持できていればよい。基板載置板３２には基板載置板３２の基板ホルダー４側から基板Ｓ側に貫通した貫通孔３２ａが複数あり、この貫通孔３２ａを介して冷却ガスが基板載置板３２と基板Ｓの間に導入され基板Ｓと基板載置板３２との間の熱伝達率を向上させることができる。冷却ガスは、基板トレイ３を載置する基板ホルダー４の基板載置面４３に開口した冷却ガス導入路４２から導入され、基板ホルダー４と基板トレイ基板載置板３２の間の隙間ｄ１に導入されれば、冷却ガスにより基板Ｓから基板載置板３２、さらには基板載置板３２から基板ホルダー４への熱伝達効率が良くなるので、基板Ｓの冷却効率が上昇する。なお、図２や図４ではトレイ本体３１は非磁性材料で形成しているが、トレイ本体３１を磁性材料で構成して、プロセス空間への漏洩磁場を抑制することも可能である。しかし磁性材料でトレイ本体３１を構成すると、重量が増加するので基板トレイ３を搬送するためのロボット等のトレイ搬送装置への負担が増加する。また、図２に示すようにトレイ本体３１全体を非磁性材料で形成しヨーク３４を省略することも可能である。ヨーク３４を省略しかつプロセス空間への漏洩磁場を抑制するためには、トレイ本体３１を厚くすればよい。しかしトレイ本体３１を厚くした場合、基板トレイ３の重量が増加する。従って、プロセス空間への漏洩磁場を抑制しながら基板トレイ３の軽量化を図るためには、トレイ本体３１を非磁性材料で構成し、磁石３３と非磁性材料のトレイ本体３１の間にヨーク３４を配置する図４のような構成が望ましい。なお、トレイ本体３に使用する非磁性材料としては軽量材料が望ましく、Ｔｉ（チタン）、カーボン、アルミナ、セラミックス、Ｍｇ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などが使用できる。その中でもＴｉ（チタン）、カーボン、アルミナは耐熱性に優れているので、大電力のスパッタ成膜装置などトレイへの熱量の流入が高い場合に特に望ましい。
【００３９】
図５に磁石３３配置図の一例を示す。基板Ｓの周囲に片面２極の磁石３３が３つずつ並べられており、これがおおむね基板Ｓに対して回転対称に３組配置されている。磁石３３は厚みの薄い円柱状であり、円形面にＮ極とＳ極がある。磁石３３のＮ極とＳ極の境界線はおおよそ基板Ｓの中心に向かうように配置されている。このようにすると、バランスよく基板Ｓを保持できるので最も好ましい。なお、バランス良く保持するための複数の磁石３３の配置はこれに限定したものではなく、例えば１つの片面２極磁石３３を回転対象に３箇所、すなわち３つの磁石３３でこれを構成しても良いし、１つの片面２極磁石を回転対象に２箇所、すなわち２つの磁石でこれを構成しても良い。なお、バランスよく基板Ｓを保持するためには回転対称にさえ配置されていれば、磁石３３のＮ極とＳ極の境界線がおおよそ基板Ｓの中心に向かうように配置されていなくても構わない。また、磁石は円形のものだけでなく、棒状、円弧状などのものを用いることもできる。
また、Ｎ極とＳ極の両方の磁極を基板載置板３２に向けることで基板載置板３２に対する吸着力が高くなり基板保持性能に優れる。また片面２極磁石３３であることで基板保持性能を維持しながら基板トレイ３表面への磁場の漏れを低減することができる。
【００４０】
例えば図５のように複数の磁石３３で保持をする構成の場合、Ｎ極とＳ極が交互になる様に配置することが望ましい。複数の磁石３３とすることで保持性能が高くなる。さらにＮ極とＳ極が交互になるように配置すれば、この性能をさらに高めることができる。
【００４１】
ところで、ヨーク３４があることで基板トレイ３表面の漏洩磁束密度は低減されるが、好ましくはこの漏洩磁場強度が成膜に対して影響がある異常放電を起こさない程度に低減されていることが成膜特性の向上の点から望ましい。
【００４２】
図６にヨーク３４の厚みとトレイ本体３１の表面の漏洩磁束密度の関係を示す。本実施形態ではヨーク厚みとトレイ本体３１の表面の漏洩磁束密度は曲線２０１のようになっており、例えばヨーク厚み０．３ｍｍの時に漏洩磁束密度は１３０Ｇａｕｓｓ、ヨーク厚み０．６ｍｍの時に漏洩磁束密度は３０Ｇａｕｓｓである。漏洩磁束密度が１００Ｇａｕｓｓを超える領域２０３ではトレイ表面に放電跡が残るが、漏洩磁束密度が１００Ｇａｕｓｓ以下の領域２０２においては放電跡が残らない。例えば、ヨーク厚み０．３ｍｍで漏洩磁束密度が１３０Ｇａｕｓｓの場合ではトレイ表面に放電跡が生じたが、ヨーク厚み０．６ｍｍで漏洩磁束密度が３０Ｇａｕｓｓの場合ではトレイ表面に放電跡は見られなかった。
図９（ａ）（ｂ）は、本実施形態の基板トレイ３を用いて８枚の基板Ｓを保持した場合を示す。図９（ａ）は、基板押さえリングとして機能する上記基板載置板３２を、８枚の基板Ｓを保持できるように一体で形成したものである。なお、図９（ｂ）は、基板押さえリングとして機能する上記基板載置板３２を、８枚の基板Ｓ毎に形成したものである。漏洩磁束密度の測定は、図１０（ｂ）に示すように、磁石３３の直上、磁石３３と磁石３３との間で行った。ヨーク３４の厚みが厚いほど漏洩磁場は低減される。成膜のために好適でない放電をトレイ表面で生じないためには、漏洩磁場が１００ガウス以下の領域が好ましい。なお、トレイ本体３１表面の漏洩磁束密度の測定は、トレイ表面において垂直磁束密度がおおよそ０ガウスとなる地点における水平磁束密度を測定することにより評価した。より詳しくは、図２に示すように、片面２極磁石３３をトレイ本体３１に１セット埋設した場合、トレイ上面からみた場合の磁石３３のＮ極とＳ極との間における垂直磁束密度がおおよそ０ガウスとなる地点においてのトレイ表面における水平磁束密度をガウスメーターで測定することにより評価した。ガウスメーターは、東陽テクニカ製の５１８０型ガウスメーターを使用した。なお、磁束密度の測定は室温において基板載置板３２によりサファイア基板Ｓを保持した状態でおこなった。また、図１０に示すように、トレイ本体３１に、片面２極磁石３３を３セット毎、１２０度の等間隔で埋設した場合、トレイ上面からみた場合の１個の片面２極磁石３３のＮ極とＳ極との間における垂直磁束密度がおおよそ０ガウスとなる地点、３セットの片面２極磁石３３の各々の磁石の間における垂直磁束密度がおおよそ０ガウスとなる地点においてのトレイ表面における水平磁束密度をガウスメーターで測定することにより評価した。
【００４３】
図７に基板温度と基板トレイ３裏面、すなわち基板トレイ３の基板載置板３２と基板ホルダー４の隙間寸法ｄ１との関係を示す。基板Ｓ上にある保護樹脂が温度によって形状変化することを防止するため、基板温度は１００℃以下であることが望ましい。実験結果より、隙間寸法ｄ１が０．１５ｍｍにおいて基板温度は約９０℃であった。隙間寸法ｄ１が０．７ｍｍに広がると、基板温度は約１５０℃まで上昇した。以降、隙間寸法ｄ１が広がるのに伴い基板温度は上昇し、２．５ｍｍの時には約１９０℃まで上昇した。この実験結果から、図７のように、基板温度が１００℃以下となる隙間寸法ｄ１は０．３mm以下であることが分かった。そのため冷却効果を高めるために基板載置板３２と基板ホルダー４の隙間ｄ１は小さいほうがよいが、１００℃以下とするためには基板Ｓから基板ホルダー４までの距離ｄ１は０．３mm以下が望ましい。この点につき、図２を用いて説明する。冷却ガス（Ａｒ）は、冷却ガス導入孔４２、貫通孔３２ａを介して基板Ｓの裏面側に導入される。また、冷却ガス（Ａｒ）が、トレイ本体３１からＳＰ室２内のプロセス空間に拡散することを防止するため、トレイ本体３１の端部３１ａと基板ホルダー４の端部４ａとは、気密に固定することが好ましい。一方、トレイ本体３１の中央部３１ｂと基板ホルダー４の中央部４ｂとは、冷却ガス（Ａｒ）を基板Ｓの裏面側に導入できる程度の隙間があればよい。以上の点から、基板載置板３２と基板ホルダー４の隙間ｄ１は０．３mm以下が望ましい。なお、基板を冷却する性能が上がるので隙間ｄ１は小さいほどよい。しかし基板載置板３２がトレイ本体３１の端部３１ａよりも出っ張ると、冷却ガスがＳＰ室２内のプロセス空間に拡散するので、基板載置板３２をトレイ本体３１に装着する上で端部３１ａよりも出っ張る部分が無い様にするために必要な設計公差を考慮した寸法であるように、ｄ１の最小値は決定されればよい。また、本実施の形態では冷却ガスとしてＡｒ（アルゴン）を使用したがＨｅ（ヘリウム）や水素などの他の冷却ガスを用いても構わない。
【００４４】
次に、基板トレイ３に対する基板Ｓと基板載置板３２の装着方法について、図８を用いて説明する。
基板トレイ３に対する基板Ｓと基板載置板３２の設置は、ロボットで自動的に行う。
はじめに、基板Ｓが複数枚装填されたカセット１０２をカセット用ロードポート１０３に乗せると、ベルトコンベアー１０４によって基板取り出し位置１０５まで搬送される。カセット１０２が基板取り出し位置１０５に配置されると、下方から、基板リフト機構１０６が上昇し、全ての基板Ｓがリフトアップされる。その後、不図示の真空チャック機構を備えた６軸ロボット１０７によって基板Ｓの裏面が真空チャックによって吸着し保持される。その後、基板Ｓのセンター、オリフラの位置出しを行う。
【００４５】
基板搬送動作と並行して、トレイ用ロードポート１０８に装填されている基板トレイ３が、不図示の真空チャック機構を備えた６軸ロボット１１０によって吸着、保持され、基板Ｓと基板載置板３２の設置を行う為のテーブル１１１へ搬送される。その際に、基板トレイ３のセンター、位置出しも行われる。
６軸ロボット１０７によって保持されている基板Ｓは、予め成膜される面が下になるようにテーブル１１１に置かれたトレイに対して設置される。
基板トレイ３に基板Ｓが設置されたあと、基板トレイ３に対して基板Ｓを保持する為の基板載置板３２がアーム１１３によって保持され、既に基板Ｓが設置された基板トレイ３に対して設置される。
基板Ｓと基板載置板３２の設置が完了すると、６軸ロボット１１０によって、基板トレイ３の裏面が吸着保持され、成膜面が上になるように基板トレイ３を裏返し、成膜処理装置のロードポート１１４へ搬送される。
【００４６】
成膜処理が終了した基板トレイ３は、上記と逆の手順で基板載置板３２と基板Ｓの取り外しが行われ、最終的に基板Ｓが基板カセット１０２に装填されると、ベルトコンベアー１０４によってカセット用アンロードポート１０３へ搬送され、回収できる。
【００４７】
基板Ｓを取り付けた基板トレイ３はＬＬ室内１で低真空領域まで排気する。排気完了後、基板トレイ３はＬＬ室１からＳＰ室２へと搬送され、マスク６と基板ホルダー４にて固定する。ＳＰ室２内でさらに高真空まで排気を行った後、ＳＰ（スパッタ）処理を行う。ＳＰ処理はプロセスガス、例えばＡｒとＯ２の混合ガスを導入して、所定の圧力にする。ターゲットホルダー５に電力を投入し、所定の時間まで成膜を行う。このとき基板ホルダー４内の冷却ガス導入路４２を通じて基板トレイ３裏面と基板ホルダー４の間の隙間ｄ１、具体的には基板トレイ３の基板載置板３２の基板保持面とは反対側の面と基板ホルダー４との隙間ｄ１に冷却ガスが導入される。冷却ガスはさらにこの隙間ｄ１から基板トレイ３の基板載置板３２に設けられた貫通孔３２ａを通じて基板Ｓと基板載置板３２の間に導入される。導入した冷却ガスにより基板Ｓを冷却しながら成膜を行う。成膜終了後、電力、添加ガス、冷却ガスが止まり、基板トレイ３はＳＰ室２からＬＬ室１へと搬送されて、ＬＬ室１内でベントを行い、基板トレイ３が取り出される。なお、基板Ｓを保持した基板トレイ３は、ＬＬ室１から取り出されたあと大気中にて基板Ｓを取り外される。本発明においては磁石と基板載置板３２の磁力により基板を保持しているため、基板Ｓの取り外しは容易であり、自動化をおこなうことも容易であるから、安価にこれをおこなう取り外し装置を設定することができる。また、スループットも向上する。従って量産装置において好適である。図１１は、成膜の置のトレイ表面状態を示す。本発明のトレイ３では、漏洩磁束密度を小さく為に、磁石３３とヨーク３４の厚みを最適化した結果、放電痕は確認されなかった。
【００４８】
以上に説明したように、本発明では、基板載置板を磁石によりトレイ本体に保持し、基板保持部と、基板載置部とで基板を保持することにより、パーティクルの発生や基板処理への構造物の影響を抑制し、熱伝達媒体による冷却性能（温度制御）に優れ、さらに量産装置に対応し基板の脱着を容易することができるという効果がある。更に、基板の外径より小さい第１の径を有する第１の開口部と、第１の開口部と連接し前記基板の外径より大きな第２の径を有する第２の開口部より基板保持部を形成することにより、基板保持部と基板載置板とにより確実に基板を挟持することができるという効果がある。
【００４９】
トレイ本体にヨークを埋設し、基板載置板と前記ヨークとの間に磁石を設けることにより、基板載置板３２が薄くできるため、基板冷却性能の向上を図ることができるという効果がある。
【００５０】
トレイ本体の少なくとも一部に非磁性材料板を埋設し、ヨークを、非磁性材料板と前記磁石との間に設けることにより、ヨークから磁力線が漏れ出た場合にプラズマ処理空間にまで磁力線が作用するのを抑制できるという効果がある。
【００５１】
トレイ本体を、非磁性材料で形成することにより、ヨークから磁力線が漏れ出た場合にプラズマ処理空間にまで磁力線が作用するのを抑制できるという効果がある。
【００５２】
トレイ本体をＴｉ（チタン）、カーボンまたはアルミナで形成することにより、基板トレイを軽くできるので、搬送ロボットなどの搬送システムの負担が少なくすることができる。更に、また、トレイ本体をＴｉ（チタン）、カーボンまたはアルミナで形成することにより、基板トレイを耐熱性に優れたものにすることができるので、特にプラズマから基板トレイへの熱量の流入が大きい大電力のスパッタリング成膜に好適であるという効果がある。
【００５３】
基板載置板側にＮ極とＳ極の磁極が現れ、基板載置板と反対側にＳ極とＮ極の磁極が現れる片面２極磁石とすることにより、Ｎ極とＳ極の両方の磁極を基板載置板側に向けることできるため、基板載置板に対する吸着力が高くなり基板保持性能の向上を図ることができるという効果がある。更に、本願の請求項７記載の発明によれば、片面２極磁石とすることで基板保持性能を維持しながらトレイ表面への磁場の漏れを低減できるという効果がある。
【００５４】
ヨークの厚さを、基板の処理面側のトレイ本体表面において、磁束密度が１００ガウス以下となるように設定することにより、基板処理装置上に異常な放電が生じることを抑制することができるという効果がある。
【００５５】
片面２極磁石を基板の周囲に等角度で複数Ｎ極とＳ極とが交互になる様に配置することにより、基板の保持性能が高くすることができるという効果がある。
【００５６】
基板トレイを有する基板処理装置を使用することにより、パーティクルの発生や基板処理への構造物の影響を抑制し、熱伝達媒体による冷却性能（温度制御）に優れた基板処理装置を実現することができるという効果がある。
【００５７】
基板ホルダーと前記基板載置板に、基板の処理面と反対側の面に冷却ガスを導入するための、ガス導入孔をそれぞれ設けることにより、基板を効率的に冷却することができるという効果がある。
更に、基板載置板と基板ホルダーの基板載置部との間に０．３ｍｍ以下の間隙ｄ１を設け、この間隙ｄ１に熱伝達媒体（冷却ガス）を流すことで、基板の冷却性能を高めることができるという効果がある。特にこの部分の隙間を０．３ｍｍ以下とすることで基板の温度をより低減することができ、特に基板上にリフトオフ用のフォトレジストパターンが設けられている場合にダメージを与えない温度、すなわち１００℃以下で成膜することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ              基板
Ｔ              ターゲット
ｄ１            隙間
１              ＬＬ室
２              ＳＰ室
３              基板トレイ
４              基板ホルダー
５              ターゲットホルダー
６              マスク
７              排気手段
８              圧力計
３１            トレイ本体
３２            基板載置板
３２ａ          貫通孔
３２ｂ          基板載置部
３３            磁石
３４            ヨーク
３５            基板保持部
３６            開口
３６ａ          第１の開口部
３６ｂ          第２の開口部
４２            冷却ガス導入路
【図１】
0005873251.tif 000002
【図２】
0005873251.tif 000003
【図３】
0005873251.tif 000004
【図４】
0005873251.tif 000005
【図５】
0005873251.tif 000006
【図６】
0005873251.tif 000007
【図７】
0005873251.tif 000008
【図８】
0005873251.tif 000009
【図９】
0005873251.tif 000010
【図１０】
0005873251.tif 000011
【図１１】
0005873251.tif 000012
【図１２】
0005873251.tif 000013
【図１３】
0005873251.tif 000014
【図１４】
0005873251.tif 000015