(57)【要約】特に太陽電池を処理するのに適した、高い処理能力でウェハをプラズマ処理するためのシステム。ロードステーションは、ロードコンベア、ロード搬送機構、および可搬型静電チャックを収容するチャックロードステーションを有し、ロード搬送機構は、コンベアからウェハを取り除いて可搬型静電チャック上に載置するよう構成される。可搬型チャックは、少なくとも１つの処理チャンバに輸送され、ウェハのプラズマ処理を行う。アンロードステーションは、アンロードコンベア、アンロード搬送機構、および処理チャンバからの可搬型静電チャックを収容するチャックアンロードステーションを有し、アンロード搬送機構は、可搬型静電チャックからウェハを取り除き、コンベア上に載置するよう構成される。チャック返送モジュールは、可搬型静電チャックをチャックアンロードステーションからチャックロードステーションに搬送するよう構成される。
2015512135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードコンベア、ロード搬送機構、および可搬型静電チャックを収容するチャックロードステーションを含むロードステーションであって、前記ロード搬送機構が、前記コンベアからウェハを取り除いて前記可搬型静電チャック上に載置するよう構成されるロードステーションと、
前記ロードステーションに結合され、前記可搬型静電チャックを直接前記ロードステーションから受容するよう構成され、前記可搬型静電チャック上に配置されたウェハのプラズマ処理を行う、少なくとも１つの処理チャンバと、
アンロードコンベア、アンロード搬送機構、および直接前記処理チャンバからの前記可搬型静電チャックを収容するチャックアンロードステーションを含むアンロードステーションであって、前記アンロード搬送機構が、前記可搬型静電チャックからウェハを取り除き、前記コンベア上に載置するよう構成されたアンロードステーションと、
前記可搬型静電チャックを前記チャックアンロードステーションから前記チャックロードステーションに搬送するよう構成されたチャック返送モジュールとを備えるプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記ロードステーションに配置されたチャックロード昇降装置および前記アンロードステーションに配置されたチャックアンロード昇降装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ロードコンベア、前記ロード搬送機構、前記チャックロードステーション、前記チャックロード昇降装置、前記アンロードコンベア、前記アンロード搬送機構、前記チャックアンロード昇降装置、および前記チャックアンロードステーションがすべて真空環境内に維持される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ロード搬送機構および前記アンロード搬送機構が、前記ウェハの前面からウェハを把持するよう構成された静電吸着チャックをそれぞれ備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記静電吸着チャックが吸着位置と開放位置の間で移動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記可搬型チャックがキャリア上に装着され、前記キャリアが前記ロードステーション、前記処理チャンバ、前記アンロードステーション、および前記チャック返送モジュールに設けられたレールに載せられた、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャリアが複数の永久磁石を備え、前記永久磁石に磁気原動力を印加するように、真空環境の外に線形のコイルが配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが複数のキャリアを備え、複数の可搬型チャックが各キャリア上に装着された、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記処理チャンバが一度に１つのキャリアを収容し、これにより前記１つのキャリア上に装着された前記複数のチャック上に配置された複数のウェハを同時に処理するよう構成された、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記チャック返送モジュールが冷却ステーションを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記冷却ステーションが、前記チャックに接触することにより熱を除去するよう構成されたヒートシンクを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ロードコンベアおよび前記アンロードコンベアが間欠的に作動され、一度に１ピッチずつ前進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理チャンバが、同時に複数のウェハ上にプラズマを閉じ込めるプラズマシールドを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記チャンバが、ロード、アンロードおよびプラズマ処理の間常時開いているロード開口およびアンロード開口を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
大気環境からウェハを受容する低真空ロードロックと、前記低真空ロードロックからウェハを受容する高真空ロードロックと、前記低真空ロードロックと前記高真空ロードロックの間に配置されたバルブと、前記低真空ロードロックおよび前記高真空ロードロックを通過するコンベアとをさらに備え、コンベアが静止している間、前記コンベアに前記バルブを押しつけることにより、前記バルブが閉位置に収まる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記高真空ロードロックと前記ロードステーションの間に配置されたロードバルブ、および前記ロードバルブの開放の前に前記高真空ロードロック内の圧力を上昇させるよう構成された制御器をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御器が、前記高真空ロードロック内にガスを急激に注入することにより前記高真空ロードロック内の圧力を上昇させるよう構成された、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記処理チャンバが、チャック電圧を前記可搬型チャックに伝達するよう構成された接続点を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
ウェハを、真空排気されたロードステーション内に輸送する工程と、
前記真空排気されたロードステーション内で、前記ウェハを可搬型静電チャック上にロードする工程と、
前記静電チャックを前記ロードステーションから直接プラズマ処理チャンバ内に搬送する工程と、
前記ウェハを処理するために、前記処理チャンバ内でプラズマを点火させ持続させる工程と、
前記静電チャックを前記処理チャンバから直接アンロードステーション内に搬送する工程と、
前記ウェハを前記静電チャックから取り除く工程と、
前記チャックを前記真空排気されたロードステーションに返送する工程とを備える、ウェハのプラズマ処理方法。
【請求項２０】
前記ウェハを前記可搬型静電チャック上にロードする工程が、前記コンベア上に配置されたウェハを静電気により把持する工程と、前記ウェハを前記静電チャック上に搬送する工程とを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１２年１１月１日に出願された米国仮特許出願第６１／５５４，４５３号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、太陽電池を処理するためのシステム、特に、例えば太陽電池のプラズマエッチングなどの太陽電池のプラズマ処理のためのシステム構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池の作製に用いられるプラズマチャンバなどの処理チャンバは、集積回路（ＩＣ）の作製に用いられる処理チャンバと同じ基本素子を有するが、技術的および経済的要件は異なっている。例えば、集積回路の作製に用いられるチャンバは１時間当たりおよそ数十ウェハの処理能力を備え、太陽電池の作製に用いられるチャンバは、１時間当たりおよそ数千ウェハの処理能力を備えることが求められる。一方、太陽電池処理システムを購入および動作させるコストは非常に低い必要がある。
【０００４】
最近では、光起電力（ＰＶ）セルを、集積回路の作製に用いられる基本材料と同じである、シリコンウェハから作製する動きが急激に活発化している。ＰＶセルの製造における作製工程の一つは、セルを粗面化してセルから漏出する光子の数を減少させることにより、セルの効率を高めることである。この処理工程は、一般的に、化学槽内にセルをセットし、シリコンの薄層を不均一にエッチング除去する「湿式化学」を用いることにより行って粗面化させる。この技術は安価であるが、不正確であり、特に、異なる粒子が異なる結晶配向を有しうるポリシリコンウェハでは、所望の結果を十分に達成しない。半導体プラズマエッチング法を用いてこの機能を実施することにより結果が改善され、セル効率をさらに高めることができる。
【０００５】
反応性ガスエッチングシステムは、集積回路産業において広く用いられている。これらのシステムは、シリコンウェハからの材料の選択的除去に用いられ、一般的にクラスタツールとして構成される。このようなシステムは、ウェハをカセットから一度に１枚ずつ取り出し、ウェハを個別にクラスタツールのチャンバにセットし、各処理チャンバ内でウェハを１度に１枚ずつ個別にエッチングし、必要に応じて他の処理工程を行い、ウェハをカセットに戻すのに役立つ。その後、カセットをクラスタツールから取り除き、別のカセットをツールに挿入する。
【０００６】
残念ながら、太陽電池の作製に半導体技術を用いると、経済的には法外に高コストになってしまう。ＩＣ作製においては、処理済み半導体ウェハの価値が処理済みＰＶセルのおよそ１，０００倍に値するため、高コストおよび低処理能力であっても許容されうる。したがって、半導体ツールは、１時間当たり１００ウェハ程度で稼働するが、ＰＶラインは、１時間当たり数千セルで運転する必要がある。シリコンのコストを抑えるために、ＰＶウェハは半導体ウェハよりも大幅に薄い必要があり、結果、非常に脆弱になってしまう。半導体ウェハの破損は稀な事象であり、一般的にツールの停止を招くが、ＰＶ製造においては、セルの破損は茶飯事であり、ラインは稼働し続ける必要がある。このように、ドライエッチングなどのＰＶプラズマ処理システムの要件は、半導体エッチング用のものとは非常に異なっている。
【０００７】
太陽電池の作製に関わる他の様々な工程は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相成長法（ＰＶＤ）などのように、ウェハをプラズマに暴露する必要がある。処理能力が１時間当たりおよそ数千ウェハである必要があり、システムおよびその稼働のコストが低いことが望ましく、ウェハの破損がシステムの停止を必要としないという点において、太陽電池に対するすべてのプラズマ処理の要件は同様である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下の本発明の概要は、本発明のいくつかの態様および特徴の基本的な理解を可能にするよう記載される。この概要は、本発明の広範な概説ではなく、そのため、本発明の要所または重要な要素を詳細に特定したり、本発明の範囲を明確化したりすることを意図するものではない。その唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして、本発明の幾つかの概念を単純な形で提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、高水準のプロセス制御および非常に高い処理能力を非常に低いコストで達成する、ＰＶセルのプラズマ処理のための構成を提供する。これは、半導体プラズマ技術を用いつつ、異なる構成および完全に異なるシステム構成で実現された。
【００１０】
様々な実施形態は、静電チャックがウェハを搬送するシステムによって移動される構成を提示する。ウェハの処理が完了した後、ウェハはチャックから取り外され、チャックはシステムで再利用される。システムは、処理チャンバが常に埋まった状態で常にウェハを処理するように、十分な数のチャックを備える。また、システムは、コンベアを用いてウェハをシステムから輸送および除去し、数行分のウェハを同時に搬送および処理することが可能である。
【００１１】
一実施形態によると、ロードコンベア、ロード搬送機構、および可搬型静電チャックを収容するチャックロードステーションを含むロードステーションであって、前記ロード搬送機構が、前記コンベアからウェハを取り除いて前記可搬型静電チャック上に載置するよう構成されるロードステーションと、前記ロードステーションに結合され、前記可搬型静電チャックを前記ロードステーションから受容するよう構成され、前記可搬型静電チャック上に配置されたウェハのプラズマ処理を行う、少なくとも１つの処理チャンバと、アンロードコンベア、アンロード搬送機構、および前記処理チャンバからの前記可搬型静電チャックを収容するチャックアンロードステーションを含むアンロードステーションであって、前記アンロード搬送機構が、前記可搬型静電チャックからウェハを取り除き、前記コンベア上に載置するよう構成されたアンロードステーションと、前記可搬型静電チャックを前記チャックアンロードステーションから前記チャックロードステーションに搬送するよう構成されたチャック返送モジュールとを備えるプラズマ処理システムが開示される。
【００１２】
ウェハを、真空排気されたロードステーション内に輸送する工程と、前記真空排気されたロードステーション内で、前記ウェハを可搬型静電チャック上にロードする工程と、前記静電チャックをプラズマ処理チャンバ内に搬送する工程と、前記ウェハを処理するために、前記処理チャンバ内でプラズマを点火させ持続させる工程と、前記静電チャックをアンロードステーション内に搬送する工程と、前記ウェハを前記静電チャックから取り除く工程と、前記チャックを前記真空排気されたロードステーションに返送する工程とを備える、ウェハのプラズマ処理方法もまた開示される。
【００１３】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書とともに本発明の原理を説明し図示する役割を果たす。図面は、例示的な実施形態の主要な構成要素を図式で示すことを意図したものである。図面は、実際の実施形態のすべての構成要素や図示された要素の相対的な寸法を図示することを意図せず、一定の縮尺で描かれない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａは、本発明の一実施形態による、基板を処理するためのプラズマチャンバを有するシステムの例を示す。図１Ｂは、本発明の一実施形態による、基板を処理するための複数のプラズマチャンバを有するシステムの例を示す。
【図２】本発明の実施形態によるシステムの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるプロセスを示すフローチャートである。
【図４】図４Ａは、一実施形態による静電チャックの主要部を示す図であり、図４Ｂおよび４Ｃは、図４Ａの線Ａ−Ａに沿った部分断面の２つの異なる実施形態を示す。
【図５】本発明の一実施形態による静電チャックおよびキャリアの主要部を示す図である。
【図６】本発明の実施形態にしたがって太陽電池を作製するためのプロセスフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態によるプラズマ処理システムの様々な特徴を、図面を参照して以下に説明する。説明は、単一のプラズマチャンバを有するシステムおよびいくつかのプラズマ処理チャンバを有するシステムの例を含む。開示する実施形態は、高処理能力での太陽電池の作製に特に適している。
【００１６】
図１Ａは、単一のプラズマ処理チャンバ１３０を有する実施形態を示す。このようなシステムは、例えば、太陽電池に加工されるシリコンウェハのテクスチャエッチングなどの太陽電池のプラズマ処理に用いることができる。本実施形態の構成は、低システム・運転コストで非常に高い処理能力を可能とする。この例では、プラズマチャンバ１３０は、いくつかのウェハを同時に処理するよう構成される。例えば、図１Ａでは、ウェハ１５８は、付記に示すとおり、３行で搬送され処理される。このように、チャンバ１３０は、３枚のウェハ（３×１配列）、６枚のウェハ（３×２配列）、９枚のウェハ（３×３配列）などを同時に処理するよう構成することができる。当然、システムは、異なる行数、例えば、２行、４行など、さらには単一の行を搬送および処理するよう設計することもできる。
【００１７】
図１Ａに示されたシステムは、ロードモジュール１０１、処理モジュール１１１、アンロードモジュール１２１、およびチャック返送モジュール１３１を備える。ロードモジュール１０１は、未処理ウェハをシステムに輸送し、それらをチャック上にロードする。ロードモジュール１０１は、コンベア１０２、ロード搬送機構１０４、および上昇位置においてステーションＣをなすチャック搬送昇降装置１５５を備える。コンベア１０２は、付記に示すように、ウェハを、ここでは３行で連続的に輸送する。ロード搬送機構１０４はコンベア１０２からウェハを取り除き、ステーションＣ内の昇降装置１５５上に配置されたキャリア１１７に取り付けられたチャック１１５上にそれらをロードする。チャック昇降装置は、キャリア返送モジュール１４０からのキャリア１１７を収容し、それらをステーションＣまで引き上げて再度ウェハをロードする。
【００１８】
この例では、各ウェハが、個別のチャック１１５上にロードされる。とりわけ、従来のシステムと異なり、本実施形態では、可搬型静電チャックを用いる。ウェハを処理チャンバ内に固定されたチャック上にロードするのではなく、チャックにまずウェハをロードし、キャリア１１７によって処理チャンバ１３０内に搬送して処理を行う。この例では、各キャリア１１７は３つのチャック１１５を支持する。これにより、チャックに常にウェハがロードしてあり、いつでも処理のためにチャンバに搬送できるため、高い処理能力が可能となる。
【００１９】
処理モジュール１１１は、１つまたは複数の処理チャンバ１３０を備える。本実施形態では、単一のプラズマ処理チャンバ１３０を示す。チャンバ１３０は、ＲＦ源１３２およびアンテナ１３４を有する電磁結合プラズマチャンバとして示されるが、他の処理チャンバを用いてもよい。この例では、チャンバは、１つのキャリア１１７に取り付けられ搬送される３つの静電チャック１１５を収容するよう構成される。チャンバ１３０内では、電力は、把持用かつ接続点１５２および１５４を介したウェハバイアス用のチャックに結合される。チャンバ１３０の処理環境は、シャッター１０８によってシステムの他の部分から隔離されている。
【００２０】
アンロードモジュール１２１は、チャック１１５を支持するキャリア１１７を、処理終了後に、処理チャンバ１３０から受容するチャック昇降装置１５０を含み、ウェハ１５８をチャック１１５から取り外した後、チャックが取り付けられたキャリアをチャック返送モジュール１３１に移送する。ウェハ１５８は、アンロード搬送機構１０３によりチャックから取り外され、アンロードコンベア１０１上に載置され、システムから取り出される。
【００２１】
チャック返送モジュール１３１は、基本的に搬送機構１４０で構成され、チャックをアンロード昇降装置１５０からロード昇降装置１５５へ往復させる。この例では、搬送機構１４０はシステムの真空環境内にあり、処理チャンバ１３０の下に配置される。
【００２２】
図１Ｂは、複数の処理チャンバが連続的に配置される実施形態を示す。図１Ａの要素と同様の図１Ｂの要素は同じ参照番号で識別される。図１Ｂのシステムは、処理チャンバが複数であることを除いて、図１Ａのシステムと同様に設計してもよい。ただし、他の差異を強調するために、図１Ｂに示すシステムは、図１Ａとは異なる設計を用いた様々な要素を含む。これらについて、さらに以下で説明する。
【００２３】
図に示すように、図１Ａおよび１Ｂのシステムの大まかな構成は、本実施形態では２つのプラズマ処理チャンバ１３０Ａおよび１３０Ｂが連続的に配置されるということを除いて非常に似通っている。もちろん、３つ以上のチャンバを同様に整列させてもよいが、説明のために２つのチャンバのみを示している。システムは、処理がチャンバ１３０Ａで完了するとき、チャックが処理用チャンバ１３０Ｂに搬送されるという点を除いて図１Ａのように動作する。まさに図１Ａと同様に、チャックはチャンバ１３０Ｂから取り出され、昇降装置１５０上に載置される。また、チャック搬送モジュールが長くなるため、任意選択可能であって、必須ではないが、いくつかのチャックを連続的に収納することができる。
【００２４】
図１Ｂに示す別の特徴は、複合容量性−誘導性ＲＦ源がチャンバ１３０Ａに含まれるということである。同じＲＦ源をチャンバ１３０Ｂに用いることができるが、差異を示すために、チャンバ１３０Ｂは、図１Ａのチャンバ１３０と同じままである。チャンバ１３０Ａでは、図１Ａにおいてチャンバ１３０について示したように、プラズマは、アンテナ１３４およびＲＦ電源１３２を用いて持続させる。ただし、追加的に、ＲＦ電力の容量結合を採用してもよい。具体的には、電極１３３をチャンバ１３０Ｂの天井に設ける。ＲＦ源１３６からのＲＦ電力を電極１３３に結合させる。対向電極をチャックに設ける。こうして、チャンバ１３０Ａでは、ＲＦ電力が、誘導的、容量的にプラズマに結合される。
【００２５】
図１Ｂは、より良いプラズマ制御ならびに搬送速度およびシステム信頼性の向上を可能にする別の特徴を示す。具体的には、処理チャンバ１３０Ａおよび１３０Ｂにそれぞれプラズマシールド１１３を設ける。プラズマシールド１１３は、ウェハ上およびシールド内のみにプラズマを閉じ込める。チャンバ内部のその他の部分にはプラズマが存在しない。シールド１１３の例は、シールドの内部上面図を示す付記に示す。図示されるように、シールドは一般的に側壁１１３ａおよび底板１１３ｂを有する。底板１１３ｂは切欠き部１１８を有し、プラズマを処理済みウェハ１５８、ここでは同時に３枚のウェハ、にさらす。
【００２６】
プラズマシールド１１３を含む結果、チャンバの入口および出口におけるシャッター１０８の必要がなくなる。その代わり、搬送および処理の間、常時開放される（バルブまたはシャッターを有さない）単純な窓１０９が設けられ、それにより、チャンバ内への、またはチャンバ外へのキャリアの搬送を自由に行うことが可能となる。キャリアは、シールドがチャックの真上にありつつ、チャックに接触しないような高さでチャンバに入る。一実施形態において、シールドの底板１１３ｂは、１ミリメータまたは数ミリメータ、例えば、１〜５ｍｍ隔ててウェハ１５８の上にある。
【００２７】
以下は、図１Ａまたは１Ｂの実施形態を用いた処理手順の例である。ウェハ１５８は入側コンベア１０２でシステムに輸送される。ウェハは、図２を参照して後に記載される低真空ロードロックおよび高真空ロードロックを通過した後、コンベア１０２に到達する。この例では、いくつかのウェハ１５８を、コンベアの進行方向に直交する方向に横並びで整列させる。例えば、コンベア上の基板の上面図であり、矢印が進行方向を示す付記に示すように、３枚のウェハ１５８を平行に整列させる。
【００２８】
ウェハ搬送機構１０４は、ウェハ１５８をコンベア１０２から処理チャック１１５上に搬送するために用いる。この例では、搬送機構１０４は、軌道１１０に沿って移動可能な静電吸着チャック１０５を使用し、静電力を用いて１つまたは複数のウェハ、例えば１行３枚のウェハを吸着し、ウェハを処理チャック１１５に移送する。この例では、３つの処理チャック１１５を用いて、吸着チャック１０５により保持される３枚の基板を受容する。図１に示すように、ウェハは、３つのチャック１１５が取り付けられたキャリア１１７を保持する昇降装置１５５を有するロードステーションＣにおいて処理チャック１１５上にロードされる。処理チャック１１５が取り付けられたキャリア１１７は、その後、（図１Ａの実施形態を用いた場合はシャッター１０８を経て）第１の処理チャンバ１３０に搬送される。
【００２９】
図１Ａの例では、処理チャンバ１３０は、シャッター１０８によってロードステーションおよび他のチャンバから隔離される。シャッター１０８は、隣接するチャンバに対する透過性を大幅に減少させ、真空バルブおよびＯリングシールを用いずに処理チャンバ内の個別の圧力・ガス制御を可能とする。一方、図１Ｂに示すように、チャンバにはプラズマシールド１１３を取り付けることができ、これによりシャッターが不要になる。
【００３０】
チャック１１５を取り付けたキャリア１１７を処理チャンバ１３０内に配置した後、接続点１５２および１５４によってチャック１１５に電気接続をもたらし、必要な電位を伝達する。その後プラズマ処理が開始され、基板が定位置で処理される。すなわち、本実施形態では、キャリアがチャンバ内の適切な位置に達すると、数秒、最長で数十秒であってもよい、プラズマ処理の持続期間中、キャリアの運動が停止される。処理が完了すると、キャリアの運動が再開し、手順の次のステーションに搬送される。処理が一連のチャンバの最後のチャンバで完了すると、チャック１１５を取り付けたキャリア１１７がアンロードステーション１５０に搬送される。
【００３１】
アンロードステーション１５０では、ウェハ搬送機構１０３を用いてウェハをチャック１１５からアンロードし、コンベア１０１上にウェハを搬送する。搬送機構１０３は、吸着チャック１０５と同様、軌道１２０に載せられる静電ウェハ吸着ヘッド１２５を用いる。吸着ヘッド１２５は、静電力を用いてウェハを処理チャック１１５から出側コンベア１０１へ移送する。出側ウェハコンベア１０１は、吸着ヘッド１２５からウェハを受容し、それらをさらに処理の下流に運ぶ。
【００３２】
その後、チャック１１５を取り付けたキャリア１１７を昇降装置１５０により下降させ、返送モジュール１３１によって昇降装置１５５に搬送させる。昇降装置１２５は、別のバッチのウェハを受容するようチャックをステーションＣに返送する。理解できるように、処理チャックを取り付けたいくつかのキャリアを用いて、各ステーションがロードされ処理チャンバが常に埋まった状態でウェハを処理するようにする。つまり、１つのチャック群を取り付けたキャリアが、処理チャンバをステーションＨに内に解放すると、ステーションＣからの別のキャリアがチャンバに移動され、昇降装置１５５からのキャリアはステーションＣに移動される。また、本実施形態において、昇降装置１５０および１５５は、キャリアを処理階層と返送階層の間で移動させた後、例えばヒートシンク１７０および１７２を用いて処理チャック１１５を能動的に冷却する。あるいは、またはさらに、冷却ステーションＪを返送モジュール１４０に設けてチャックを冷却する。処理チャック１１５は、処理階層の下に位置する返送トンネル１４０を経由してアンロードステーションＨからロードステーションＣへ返送される。
【００３３】
チャックへの電気接続点１５２は各昇降装置上およびウェハの静電チャック用の各処理チャンバ内に配置される。すなわち、チャックが移動可能であるために、チャックに常時接続することはできない。そのため、本実施形態では、ステーションＣおよびＨならびに各処理チャンバ１３０は電気接続点１５２を備えることにより、電位をチャックに伝達し、静電チャックを作動させる。任意選択的に、ＤＣバイアス接続点１５４を、必要に応じてウェハのＤＣバイアス用の各処理チャンバ１３０にさらに配置する。つまり、処理によっては、プラズマからウェハへのイオン照射を制御するために、プラズマＲＦ電力に加えてＤＣバイアスを用いる。接続点１５４から伝達されたＤＣバイアスによって、ＤＣ電位をウェハに結合する。あるいは、導体がウェハに直接接触することなく、チャックへの容量結合により、ウェハにバイアスを印加する。
【００３４】
こうして、上に示すように、図１Ａおよび１Ｂに示すシステムは、ロード位置から、一連の処理チャンバ１３０を経てアンロード位置へ連続的に移動するいくつかの処理チャック１１５を使用しうる。処理チャンバ１３０は、個別に排気してもよく、シャッター１０８により互いにおよびロード・アンロード領域から分離させてもよく、またはプラズマシールドを含んでもよい。いずれの設計も、各プラズマ処理領域内のガス種および圧力制御の個別調整を可能にする。
【００３５】
図１Ａおよび１Ｂの例では、処理中、各処理チャンバ内にいくつかのチャック２１５が存在するため、複数の基板が同時にプラズマ処理される。本実施形態では、ウェハは、横並びに設けられるとともにキャリア１１７に取り付けられたいくつかの個別のチャック、例えば、３つのチャック上に支持されることにより、同時に処理される。一具体例では、各チャンバは、キャリア上に１行に３つの個別チャックを保持するよう作製され、３枚のウェハを同時に処理するようにする。もちろん、例えば、２×３配列のチャックなど、他の配列を用いてもよい。
【００３６】
図２は、ウェハを低真空ロードロック２０５にロードするための常圧コンベア２００を含む構成の例を示す。すなわち、真空バルブ（図示せず）を備えたスリットがチャンバの側壁に配置され、ウェハはコンベア間の小さな隙間を飛び越えることにより、コンベア２００から低真空ロードロック２０５内に配置された別のコンベア上に移送され、ウェハは低真空環境へと通過することが可能になる。ウェハはその後、付記に図示されるように、低真空・高真空ロードロックを隔てる壁のバルブを通過することにより高真空ロードロック２１０に移送される。本実施形態では、ベルトが動作していないとき、コンベアベルト２０２上で閉じるバルブ２０４が設けられ、高真空ロードロック内の真空を持続させるようにする。すなわち、コンベアベルト２０２はマイラーのように、薄くても高強度の材料で構成する。それは、低真空ロードロック２０５と高真空ロードロック２１０の間の狭いスリットに通される。コンベアベルト２０２は連続的ではなく間欠的に作動され、各作動状態の間、「１ピッチ」と呼ばれる１列のウェハを搬送する。コンベアベルト２０２の動作が停止すると、バルブ２０４が閉じ、コンベアベルト２０２に押しつけられ、それにより高真空ロードロック２１０内の環境が低真空ロードロック２０５内の環境から隔てられる。このような構成は、ウェハが越えなければならない隙間を最小にして破損を最小限に抑える。
【００３７】
コンベア２０２はウェハを、図１Ａおよび１Ｂに示すロードモジュール１０１のようなウェハ移送ステーション２１５に輸送する。図１Ａおよび１Ｂを参照して説明するように、ウェハ移送ステーション２１５では、ウェハを、キャリア上で搬送可能な静電チャック上にロードする。チャックはその後、キャリアにより、ここでは酸化源２２０を有する酸化チャンバとして示される、第１の処理チャンバ２２５に搬送される。その後、チャックを取り付けたキャリアを、連続処理チャンバ２２５、ここではプラズマ源２３０を有する２つのエッチングチャンバを経て移動させる。キャリアはその後処理チャンバから出され、基板がチャックから取り外されて高真空チャンバ２４０内のコンベアに移送されるアンロードステーション２３５に移動する。その後、ウェハは低真空チャンバ２４５に移送された後、常圧コンベア２５０に移送される。その後、空のチャックが付いたキャリアは、ウェハをリロードする移送ステーション２１５に返送される。
【００３８】
図１Ａ〜２に示す構成では、入側・出側ロードロックはいくつか、例えば３枚の基板を一度に処理し、基板とともに固定具またはキャリアが装置に進入することはない。これは、基板を、ゲートバルブ（図示せず）のごく近くで途切れる常圧のベルト２００で、入側ロードロック２０５へ搬送することにより達成され、ゲートバルブは上下に動作する。バルブが開くと、基板はロードロック２０５内のベルトへと隙間を「飛び越え」、その後バルブが閉じ、ロードロック２０５内は真空状態となる。各１ピッチ動作の間、１列のウェハがロードロック２０５内に輸送される。
【００３９】
ロードロックチャンバを経た移動の後、基板は静電吸着チャックによりベルトから持ち上げられ、静電吸着チャックはその後基板を１ピッチ前進させ、基板は、基板ホルダ、例えば、静電チャック上に下降される。このような各動作の間、１列のウェハを対応する行のチャック上にロードする。システムは、定位置に固定されず、独立して前進および後退可能な、複数の基板ホルダ（すなわち、キャリア上で搬送可能な静電チャック）を含む。さらに、処理チャンバの両端に、チャックが取り付けられたキャリアを下降させ、上昇させるために昇降装置を設ける。
【００４０】
可搬型チャックは多機能である。それらはいくつか（例えば３枚の）基板をしっかりと、同時処理するための正確な位置で保持する。説明する実施形態において、３つのチャックは、それぞれが１枚の基板を保持して、各処理チャンバに同時に進入する。チャックは、基板を、処理ステーションから処理ステーションへと、一度に１ピッチずつ移動させる。チャックの高速で正確な動作を可能にすべく、一例では、チャックをリニアモータを用いて移動させる。チャックはまた基板から熱を奪い、それにより処理基板の温度を許容レベルに維持する。定期的にチャックから熱を取り除くために、昇降装置またはチャック返送モジュールにヒートシンクを設ける。
【００４１】
図２の実施形態の別の特徴は、高真空ロードロック２１０およびバルブ２１２の動作に関する。詳しくは、移送ステーション２１５に装着されたチャンバにはプラズマシールドが設けられ、移送ステーションから隔てるバルブを有さない図１Ｂの構成を用いて図２のシステムを構築する場合、ウェハを移送ステーション内に移送する動作は図３のフローチャートのとおり進行する。工程３００では、システム制御器が、バルブ２１２を開けるべきかどうかを決定する。その場合、工程３０５で、プロセッサが、高真空ロードロックチャンバ２１０にガスを注入するよう信号を送出する。これにより、高真空ロードロック２１０内の圧力が一様になるかまたは移送ステーション２１５内の圧力に近づく。すなわち、移送チャンバ２１５と処理チャンバ２２０の間にバルブが設けられないため、プロセスガスの処理チャンバ２２０への流入により、移送ステーション２１５内の圧力が、ロードロック２１０の圧力よりも高くなる。バルブ２１２が開いている場合、移送ステーション２１５からロードロック２１０に大量のガスが流入しうる。ガスを移送ステーション２１０に事前に注入しておくことにより、この問題が回避される。高真空ロードロックは一般的に高真空状態であるため、チャンバ内の圧力を上昇させるのに、非常に少ないガス流量が必要とされ、アルゴン、窒素などのようなガスを非常に短時間急激に注入することにより達成することができる。
【００４２】
ガスが移送ステーション２１０に注入された後、工程３１０において、バルブ２１２が開かれ、工程３１５において、コンベアが作動されて１ピッチ前進する、すなわち、１列のウェハを移送ステーション２１５に移送させる。工程３２０では、バルブ２１２を閉じ、工程３２５において、ポンプを作動させて移送ステーション２１０を真空排気する。
【００４３】
図４Ａは、一実施形態による静電チャックの主要部を示す図であり、図４Ｂおよび４Ｃは、図４Ａの線Ａ−Ａに沿った部分断面の２つの異なる実施形態を示す。チャック本体４０５は、アルミニウム平板からなり、十分な熱質量を備え、プラズマ処理中のチャックの加熱を制御するように構成される。本体４０５の上面は、電気的絶縁アルマイト層４１０を形成するために陽極酸化処理される。チャックの側面はセラミック層またはフレーム４１５により覆われる。セラミック層４１５は、例えば標準的なプラズマスプレーめっきまたは他の従来法を用いることによりアルミニウム本体の４側面すべてに施しうるセラミックめっきであってもよい。図４Ａ〜４Ｃに示す実施形態において、アルミニウム本体４０５をセラミック「槽」内にセットし、アルミニウム本体４０５の４側面すべておよび底面がセラミックフレーム４１５に覆われるようにする。本体４０５はセラミックフレーム４１５に接着される。セラミックフレーム４１５の上面は、アルマイト層４１０の上面と同じ高さである。また、チャックは、把持されたウェハがセラミック側面４１５を越えて延在してセラミック側面４１５の上部を覆うような寸法とする。これは、図４Ａのウェハ１５０の破線の輪郭により示される。
【００４４】
チャックは絶縁性または導電性材料からなりうる底部４２０に取り付ける。底部４２０を貫通する開口を設け、その中に絶縁スリーブ４４２を配置する。導体接続ロッド４４４を絶縁スリーブ４４２に通して、アルミニウム本体４０５に電気的に接続するようにする。導体ロッド４４４を用いて高電位を伝達し、ウェハを把持する吸着力を発生させる。
【００４５】
いくつかの処理チャンバでは、処理済みウェハにバイアスを印加して、プラズマからのイオンをウェハへと引きつける必要がある。このような処理のために、チャックに接触点４３０を設けて電圧バイアスをウェハに伝達する。各接触点４３０は、底部４２０および本体４０５を貫通する絶縁スリーブ４３２により形成される。ばね付勢されるかまたは収納式であってもよい接続ロッド４３４（図示せず）は、絶縁スリーブ４３２を貫通しうる。
【００４６】
保護用のセラミックフレーム４１５は例えば、アルミナ（アルミニウム酸化物）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのような材料で構成されうる。セラミック材料の選択は、プラズマに含まれるガスおよび処理済みウェハに生じ得る汚染に左右される。
【００４７】
図４Ａおよび４Ｂに示す構成は、先行技術のチャックに対し一定の利点をもたらす。例えば、その単純な設計により、安価で作製できる。また、陽極酸化処理された表面は繰り返しの処理に耐え、一方セラミックフレームは、陽極酸化処理を保護し、プラズマ腐食からチャック本体を保護する。セラミックフレームは、把持されるウェハよりわずかに小さくなるよう設計されるため、セラミックフレームは把持されるウェハにより塞がれ、これにより、プラズマがチャック／セラミックフレームの端部に浸食するのを防ぐ。
【００４８】
図４Ｃに示す実施形態のチャックは、アルミニウム本体４０５を機械加工することにより作製される。その後、本体４０５のすべての表面を陽極酸化処理して、上部陽極酸化層４１０、底部陽極酸化層４１１、および側部陽極酸化層４１２として示される硬質の絶縁表面とする。アルマイト本体を、例えばアルミナで作られ、絶縁体として機能し、アルマイト本体の側面をプラズマ腐食から保護するセラミック槽４１５に接着させる。セラミック槽は、例えばポリイミド、カプトン（登録商標）などからなる絶縁板４２２に取り付け、例えば接着させる。絶縁板４２２の厚さは、絶縁板の材料の誘電率により決まり、必要とされるＲＦ電力の容量結合を底板３２０にもたらすようにする。底板４２０はアルミニウムからなり、同様に陽極酸化処理され、プラズマからのＲＦを容量結合させるのに用いられる。結合量は部分的に、絶縁板４２２の厚さおよび誘電率などの特性に依存する。また、代案として、絶縁板を用いるのではなく、同様の絶縁特性をもたらすよう、槽４１５の底板をより厚くすることもできる。また、チャックをキャリアに取り付けるためにねじ穴４７０を設けるが、これについては以下に説明する。
【００４９】
上で述べたように、アルミニウム本体４０５は、全側面に陽極酸化処理が施される。そのため、接続ロッド４４４と電気的に接触させるため、アルミニウム本体の底面と接触する部分から陽極酸化被膜を除去する。さらに、陽極酸化皮膜が除去された部分を、例えばニッケル、クロムなどのような導電層でめっきする。接続ロッド４４４が絶縁スリーブ４４２に挿入される際、めっき導電層に接触するため、良い電気接続が維持される。バイアス電力をウェハに伝達する対策は行われない。その代わりに、ウェハに直接接触することなく、バイアス電位を容量結合する。
【００５０】
図５は、上述のチャックを、図１Ａおよび１Ｂに示すような、プラズマ処理システムに利用するための構成を示す。一般的に、底部５２０をキャリア５８５に例えばボルトで留めることにより、チャックをキャリア５８５に結合する。キャリア５８５は、１組の縦向きの車輪５９０およびレール５９２に載せるのに適した１組の横向きの車輪５９５を有する。レール５９２は、図１Ｂにより分かりやすく示すように、両方のウェハ移送ステーション、すべての処理チャンバ、昇降装置、およびチャック返送モジュールを横断する。ただし、図１Ｂでは、レールが車輪を有するように描かれている。このような実施形態では、真空チャンバの外から車輪に電力を供給し、キャリアが車輪に載せられる。逆に、図５の実施形態では、車輪はキャリア自体にあり、レールは車輪を有さず、車輪が載せられる表面のみを有する。
【００５１】
図５の実施形態では、真空内で部分的にキャリア上に配置され、真空隔壁５９８を越えて真空外に部分的に配置されるリニアモータにより原動力が供給される。例えば、一連の永久磁石５９４はキャリアの下部に設けることができ、一方、一連のコイル５９６は、隔壁５９８の外の常圧環境に配置される。コイル５９６が通電されると、隔壁５９８を横断する磁力を発生させ、キャリアを移動させるよう永久磁石５９４に作用する。
【００５２】
図６は、本発明の実施形態にしたがって太陽電池を作製するためのプロセスフローを示すフローチャートである。工程６００では、ガスを高真空ロードロックに急激に流入させて内部の圧力を上昇させる。工程６０５では、高圧力ロードロックを搬送ステーションから隔てるバルブを開く。工程６１０では、システムが１ピッチ動くように作動させ、すなわち、搬送ステーション内のコンベアが１ピッチ移動し、チャックを取り付けたキャリアが（キャリアを最後の処理チャンバからアンロード昇降装置へ）１ピッチ移動するようする。工程６１５では、ロード搬送ヘッドを作動させてウェハをコンベアから受け取り、チャック上にロードし、一方、アンロード搬送ヘッドを作動させてウェハをアップロード昇降装置に配置されたチャックから取り除き、アンロードコンベアに輸送する。工程６２０では、システムを作動させてキャリアを交換するが、これは、アンロード昇降装置が下降され、キャリアチャック返送モジュールに輸送され、事前にチャック返送モジュールにセットされたキャリアがロード昇降装置上に移動され、ロード位置まで持ち上げられることを意味する。工程６２５では、バルブを閉じ、真空引きしてプラズマ処理が開始される。そしてこのサイクルは繰り返される。
【００５３】
本明細書に記載される処理工程および技術は、何らかの特定の装置に本質的に関係するのではなく、部材の任意の適切な組合せにより実施しうることを理解すべきである。さらに、本明細書に記載された知見にしたがって、様々な種類の汎用デバイスを用いてもよい。あらゆる点において制限的ではなく例示的であることを意図された特定の例に関して本発明を説明してきた。当業者は、多くの様々な組み合わせが本発明の実施に適していることを理解するであろう。
【００５４】
さらに、本明細書に記載された本発明の仕様および実施を考慮することにより、本発明の他の実施態様は、当業者にとって明らかとなるであろう。記載された実施形態の様々な態様および／または構成要素は、単独でまたは組合せて用いてもよい。仕様および例は、単に典型例としてみなされることを意図し、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の請求項により示される。
【図１Ａ】
2015512135.tif 000003
【図１Ｂ】
2015512135.tif 000004
【図２】
2015512135.tif 000005
【図３】
2015512135.tif 000006
【図４Ａ】
2015512135.tif 000007
【図４Ｂ】
2015512135.tif 000008
【図４Ｃ】
2015512135.tif 000009
【図５】
2015512135.tif 000010
【図６】
2015512135.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月8日(2014.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードコンベア、ロード搬送機構、および可搬型静電チャックを収容するチャックロードステーションを含むロードステーションであって、前記ロード搬送機構が、前記コンベアからウェハを取り除いて前記可搬型静電チャック上に載置するよう構成されるロードステーションと、
前記ロードステーションに結合され、前記可搬型静電チャックを直接前記ロードステーションから受容するよう構成され、前記可搬型静電チャック上に配置されたウェハのプラズマ処理を行う、少なくとも１つの処理チャンバと、
アンロードコンベア、アンロード搬送機構、および直接前記処理チャンバからの前記可搬型静電チャックを収容するチャックアンロードステーションを含むアンロードステーションであって、前記アンロード搬送機構が、前記可搬型静電チャックからウェハを取り除き、前記コンベア上に載置するよう構成されたアンロードステーションと、
前記可搬型静電チャックを前記チャックアンロードステーションから前記チャックロードステーションに搬送するよう構成されたチャック返送モジュールとを備えるプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記ロードステーションに配置されたチャックロード昇降装置および前記アンロードステーションに配置されたチャックアンロード昇降装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ロードコンベア、前記ロード搬送機構、前記チャックロードステーション、前記チャックロード昇降装置、前記アンロードコンベア、前記アンロード搬送機構、前記チャックアンロード昇降装置、および前記チャックアンロードステーションがすべて真空環境内に維持される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ロード搬送機構および前記アンロード搬送機構が、前記ウェハの前面からウェハを把持するよう構成された静電吸着チャックをそれぞれ備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記静電吸着チャックが吸着位置と開放位置の間で移動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記可搬型チャックがキャリア上に装着され、前記キャリアが前記ロードステーション、前記処理チャンバ、前記アンロードステーション、および前記チャック返送モジュールに設けられたレールに載せられた、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャリアが複数の永久磁石を備え、前記永久磁石に磁気原動力を印加するように、真空環境の外に線形のコイルが配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが複数のキャリアを備え、複数の可搬型チャックが各キャリア上に装着された、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記処理チャンバが一度に１つのキャリアを収容し、これにより前記１つのキャリア上に装着された前記複数のチャック上に配置された複数のウェハを同時に処理するよう構成された、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記チャック返送モジュールが冷却ステーションを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記冷却ステーションが、前記チャックに接触することにより熱を除去するよう構成されたヒートシンクを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ロードコンベアおよび前記アンロードコンベアが間欠的に作動され、一度に１ピッチずつ前進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理チャンバが、同時に複数のウェハ上にプラズマを閉じ込めるプラズマシールドを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記チャンバが、ロード、アンロードおよびプラズマ処理の間常時開いているロード開口およびアンロード開口を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
大気環境からウェハを受容する低真空ロードロックと、前記低真空ロードロックからウェハを受容する高真空ロードロックと、前記低真空ロードロックと前記高真空ロードロックの間に配置されたバルブと、前記低真空ロードロックおよび前記高真空ロードロックを通過するコンベアとをさらに備え、コンベアが静止している間、前記コンベアに前記バルブを押しつけることにより、前記バルブが閉位置に収まる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記高真空ロードロックと前記ロードステーションの間に配置されたロードバルブ、および前記ロードバルブの開放の前に前記高真空ロードロック内の圧力を上昇させるよう構成された制御器をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御器が、前記高真空ロードロック内にガスを急激に注入することにより前記高真空ロードロック内の圧力を上昇させるよう構成された、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記処理チャンバが、チャック電圧を前記可搬型チャックに伝達するよう構成された接続点を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
ウェハを、真空排気されたロードステーション内に輸送する工程と、
前記真空排気されたロードステーション内で、前記ウェハを可搬型静電チャック上にロードする工程と、
前記静電チャックを前記ロードステーションから直接プラズマ処理チャンバ内に搬送する工程と、
前記ウェハを処理するために、前記処理チャンバ内でプラズマを点火させ持続させる工程と、
前記静電チャックを前記処理チャンバから直接アンロードステーション内に搬送する工程と、
前記ウェハを前記静電チャックから取り除く工程と、
前記チャックを前記真空排気されたロードステーションに返送する工程とを備える、ウェハのプラズマ処理方法。
【請求項２０】
前記ウェハを前記可搬型静電チャック上にロードする工程が、前記コンベア上に配置されたウェハを静電気により把持する工程と、前記ウェハを前記静電チャック上に搬送する工程とを含む、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2015512135.tif 000012
2015512135.tif 000013