(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で基板を処理する処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーを備え、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー内に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であって、
未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しており、前記基板着脱機構は、処理チャンバーに対して真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられ、さらに
基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、前記トレイに載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャックを載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリングチャックを取り外すチャック着脱機構とを備えており、前記チャック着脱機構は、前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられていることを特徴とするトレイ式マルチチャンバー基板処理装置。
【請求項２】
中央に設けられた真空チャンバーであるセパレーションチャンバーと、セパレーションチャンバーの周囲にセパレーションチャンバーに対して気密に接続された処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーとから成り、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー内に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であって、
未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しているとともに、前記セパレーションチャンバーの周囲の複数の真空チャンバーの一つは、前記基板着脱機構を内部に備えた基板着脱チャンバーであり、さらに
基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、前記トレイに載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャックを載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリングチャックを取り外すチャック着脱機構とを備えており、前記チャック着脱機構は、前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられていることを特徴とするトレイ式マルチチャンバー基板処理装置。
【請求項３】
前記セパレーションチャンバー内には、前記周囲の複数の真空チャンバーの各々に対して基板の搬送を行う搬送ロボットが設けられており、前記基板着脱機構は、この搬送ロボットと、基板着脱チャンバー内でトレイを係留するトレイ係留具とによって構成されていることを特徴とする請求項２記載のトレイ式マルチチャンバー基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、薄膜形成、表面改質又はドライエッチングのような真空中で基板に対する処理を行う基板処理装置に関するものであり、特に、トレイに基板を載せた状態で処理を行うトレイ式基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体部品や電子部品等の製造プロセスでは、微細な電子回路を形成するため、薄膜形成、表面改質、ドライエッチング等のような処理を基板に対して真空中で行う基板処理装置が使用される。このような基板処理装置では、基板をトレイに載せて処理することがある。特に、複数の同一の基板を同時に処理したり、外形寸法の異なる複数の基板を同時に処理する場合、基板をトレイに載せて処理する装置（以下、トレイ式基板処理装置）が使用される。基板は、処理が行われる真空チャンバー（以下、処理チャンバー）に、トレイに載った状態で搬入されて処理される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトレイ式基板処理装置では、未処理の基板を人の手によりトレイに装着し、処理済みの基板を人の手によりトレイから取り外していた。このため、基板の着脱に手間がかかり、生産性や作業性の向上の点で障害となっていた。
【０００４】
また、従来のトレイ式基板処理装置では、基板の着脱は大気中で行われるため、トレイを介した基板の汚損の問題が生じていた。即ち、真空中で処理を行うのは、基板に対する不純物の付着を防止して品質を高めるためであるが、基板の着脱が大気中で行われる場合、トレイが処理チャンバーから一旦大気側に搬出され、基板の装着後に処理チャンバーに戻ってくるため、大気中の塵埃、ゴミ等の不純物がトレイに付着して処理チャンバーに持ち込まれることがある。このような不純物が処理チャンバーに持ち込まれると、処理中に基板に付着して処理の品質が損なわれる結果となり易い。
【０００５】
特に、成膜処理やエッチング処理では、トレイの表面に膜が堆積することが多く、基板の着脱が大気中で行われると、トレイ表面の堆積膜が原因で処理の品質が損なわれ易い。膜が堆積したトレイが大気に取り出されると、堆積膜の表面が酸化等の変性を受け易い。そして、処理チャンバー内での処理の際にこの変性した堆積膜の上にさらに膜が堆積する。このようにしてトレイには、表面が変性した膜が積層される。
このような性質の違う層が積層された膜は、不安定であり、僅かな衝撃で剥離し易い。堆積膜の剥離が処理チャンバー内で生ずると、剥離した膜がパーティクルとなって処理チャンバー内を浮遊する。処理チャンバー内に浮遊するパーティクルが基板に付着すると、処理の品質が損なわれることになる。パーティクルとは、本明細書では、処理の品質を損なう微粒子の総称である。前述した大気中の塵埃、ゴミ等もパーティクルである。
【０００６】
一方、処理中の基板の温度は、しばしば処理の品質に影響を与える。面内均一性良く基板に対して処理を行うためには、処理中の基板の温度が所定の値に均一性良く維持されていることが必要である。しかしながら、従来のトレイ式基板処理装置では、トレイと基板との間の熱接触性が均一でないため、処理の均一性が充分に高く得られないことがある。
【０００７】
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、トレイに基板を載せながら処理するトレイ式基板処理装置において、基板の着脱を自動的に行うようにして生産性や作業性を向上させるとともに、トレイに起因した処理の品質低下を防止する技術的意義がある。併せて、本願の発明は、処理中の基板の温度をより均一にする実用的な構成を提供することで、処理の均一性を高くすることができるという技術的意義がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載のトレイ式マルチチャンバー基板処理装置は、真空中で基板を処理する処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーを備え、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー内に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であって、
未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しており、前記基板着脱機構は、処理チャンバーに対して真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられ、さらに
基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、前記トレイに載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャックを載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリングチャックを取り外すチャック着脱機構とを備えており、前記チャック着脱機構は、前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられていることを特徴とする。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項１記載のトレイ式マルチチャンバー基板処理装置は、中央に設けられた真空チャンバーであるセパレーションチャンバーと、セパレーションチャンバーの周囲にセパレーションチャンバーに対して気密に接続された処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーとから成り、基板がトレイに載せられた状態で処理チャンバー内に配置されて処理されるトレイ式マルチチャンバー基板処理装置であって、
未処理の基板をトレイに装着するとともに処理済みの基板をトレイから取り外す基板着脱機構を有しているとともに、前記セパレーションチャンバーの周囲の複数の真空チャンバーの一つは、前記基板着脱機構を内部に備えた基板着脱チャンバーであり、さらに
基板の輪郭に合わせた形状のリングチャックと、前記トレイに載せられた未処理の基板の周辺部上にリングチャックを載せるとともに処理済みの基板の周辺部からリングチャックを取り外すチャック着脱機構とを備えており、前記チャック着脱機構は、前記処理チャンバーと真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係るトレイ式基板処理装置の平面概略図である。図１に示す装置は、内部空間が気密に連通するようにして接続された複数の真空チャンバー１，２，３，４からなるマルチチャンバー型の装置であり、以下、トレイ式マルチチャンバー基板処理装置と呼ぶ。
【００１０】
真空チャンバーのうちの一つは、中央に設けられたセパレーションチャンバー１であり、他の真空チャンバー２，３，４は、セパレーションチャンバー１の周囲にセパレーションチャンバー１に対して気密に接続されている。セパレーションチャンバー１と各真空チャンバー２，３，４との境界部分には、それぞれゲートバルブ５が設けられている。また、各チャンバー１，２，３，４は、専用又は兼用の図１中不図示の排気系によって所定圧力まで排気されるようになっている。
複数の真空チャンバーのうちの幾つかは、内部で基板９に対して処理が行われる処理チャンバー２である。また、別の真空チャンバーの一つは、大気側と処理チャンバー２との間で基板９が搬送される際に一時的に基板９が滞留するチャンバーであるロードロックチャンバー３である。
【００１１】
パレーションチャンバー１は、各処理チャンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロックチャンバー３への基板搬送の経由空間となるものである。即ち、セパレーションチャンバー１内には、各チャンバー２，３，４に対して基板９の搬送を行う搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、多関節ロボットであり、基板９を載せて支持する先端プレート１１１と、先端プレート１１１を先端に固定したアーム１１２と、アーム１１２を垂直な軸方向（ｚ方向）、垂直な軸の周りの円周方向（θ方向）、回転半径方向（水平方向，ｒ方向）に駆動する不図示の駆動機構１１３とから成っている。
【００１２】
本実施形態の装置の大きな特徴点は、未処理の基板９をトレイに装着するとともに処理済みの基板９をトレイから取り外す基板着脱機構を有しており、この基板着脱機構は、処理チャンバー２に対して真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー（以下、基板着脱チャンバー）４内に設けられている点である。未処理の基板９は、搬送ロボット１１によりロードロックチャンバー３から取り出された後、基板着脱チャンバー４で基板着脱機構によりトレイに載せられる。そして、基板９は、トレイに載せられた状態で搬送ロボット１１により各処理チャンバー２に順次搬送されて処理され、その後、基板着脱チャンバー４に戻って基板着脱機構によりトレイから取り外される。その後、搬送ロボット１１により基板着脱チャンバー４からロードロックチャンバー３に戻されるようになっている。
【００１３】
本実施形態の装置の別の大きな特徴点は、トレイに載せられた基板９の上にリングチャックがさらに載せられ、この状態で基板９が処理されるようになっているとともに、このリングチャックの着脱のための機構（以下、チャック着脱機構）も真空チャンバー内に設けられている点である。リングチャックは、基板９の周縁に沿って延びる形状であり、自重のみによって基板９をトレイに押さえつけて基板９とトレイとの間の熱伝導を高めるようになっている。
【００１４】
以下、さらに具体的に説明する。
図２は、実施形態の装置に使用されるトレイ６及びリングチャック７の斜視概略図である。トレイ６は、全体としては扁平な円形の皿状であり、中央にほぼ円形の凹部６１を有している。処理される基板９もほぼ円形であり、トレイ６の凹部６１に落とし込まれた状態でトレイ６に載るようになっている。尚、基板９の輪郭には、オリエンテーションフラット（以下、オリフラ）と呼ばれる直線状の部分がある。これに合わせて、トレイ６の凹部６１の輪郭も、直線状の部分（以下、トレイ直線部）を有している。
また、トレイ６を厚さ方向に貫通する小さな貫通孔６２が設けられている。貫通孔６２は、凹部６１に設けられており、トレイ６の中心と同心の正方形の角の位置に設けられている。この貫通孔６２は、後述する基板支持ピン４１が挿通されるものである。
【００１５】
リングチャック７は、図２に示すようにほぼ円環状である。リングチャック７の内径は、基板９の直径よりも少し小さい。図２に示すように、リングチャック７は、基板９のオリフラに合わせてやはり直線状の部分（チャック直線部）を有している。リングチャック７は、その内縁に沿って下側の突出した突起（以下、内縁突起）７１を有している。この内縁突起７１は、基板９の外径にほぼ等しい直径を成しており、この内縁突起７１が基板９の周辺部に接触した形でリングチャック７は基板９上に載せられるようになっている。
【００１６】
図３は、図１に示すＸ−Ｘ方向における基板着脱チャンバー４の断面概略図である。図４は、図３に示す基板着脱チャンバー４内の部材の斜視概略図である。
基板着脱チャンバー４内には、図３及び図４に示すように、基板９の着脱の際に基板９が一時的に載せられる基板支持ピン４１が設けられている。基板支持ピン４１は、本実施形態では四つ設けられており、基板着脱チャンバー４の底面から上方に垂直に延びている。四つの基板支持ピン４１は、皆同じ高さであり、図２に示すトレイ６の貫通孔６２と同じ位置関係、即ち正方形の角に相当する位置に設けられている。四つの基板支持ピン４１が成す正方形の中心を通る鉛直な軸Ａは、基板着脱チャンバー４における基板９の停止位置の基準となる軸であり、以下、着脱中心軸Ａと呼ぶ。
【００１７】
基板着脱チャンバー４内には、トレイ６を係留するトレイ係留具４２と、リングチャック７を係留するチャック係留具４３とが設けられている。基板着脱機構には、前述した搬送ロボット１１が一部兼用されている。即ち、基板着脱機構は、搬送ロボット１１と、トレイ係留具４２とから主に構成されている。また、チャック着脱機構も、同様に、搬送ロボット１１が一部兼用されており、搬送ロボット１１とチャック係留具４３とから主に構成されている。
【００１８】
トレイ係留具４２は、トレイ６をその縁で支持する小さな三つの部材である。三つのトレイ係留具４２は、着脱中心軸Ａに対して互いに等距離の位置にあり、着脱中心軸Ａと同軸の円周上に１２０度間隔で設けられている。各トレイ係留具４２は、トレイ６の外形に適合した段差を有している。トレイ６は、各トレイ係留具４２の段差の内側に落とし込まれた状態で係留されるようになっている。
【００１９】
一方、チャック係留具４３は、トレイ係留具４２の上方に設けられている。チャック係留具４３も、トレイ係留具４２と同様に、小さな三つの部材である。三つのチャック係留具４３は、同様に着脱中心軸Ａにに対して互いに等距離の位置にあり、同軸円周上に１２０度間隔で設けられている。尚、図４に示すように、チャック係留具４３は、トレイ係留具４２に対して少しずれた位置関係になっている。チャック係留具４３は、リングチャック７の外形に適合した段差を有している。リングチャック７は、各チャック係留具４３の段差の内側に落とし込まれた状態で係留されるようになっている。尚、トレイ係留具４２及びチャック係留具４３は、不図示の取付具によって基板着脱チャンバー４に取り付けられている。
【００２０】
次に、基板着脱チャンバー４内での基板９及びリングチャック７の着脱の動作について説明する。まず、未処理の基板９をトレイ６に載置し、基板９の上にリングチャック７を載せる動作について説明する。図５〜図７は、基板着脱チャンバー４内での基板９及びリングチャック７の装着の動作について示した図である。図５〜図７には、基板９及びリングチャック７の着脱の際に搬送ロボット１１の先端プレート１１１が位置する高さを、「１，２，３，４」として示してある（以下、レベル１，レベル２，レベル３，レベル４と呼ぶ）。
【００２１】
まず、初期状態では、図５（１）に示すように、トレイ６はトレイ係留具４２に係留されており、リングチャック７はチャック係留具４３に係留されている。尚、トレイ６は、その貫通孔６２に基板支持ピン４１を挿通させた状態となっている。搬送ロボット１１は、未処理の基板９を先端プレート１１１に載せてロードロックチャンバー３から取り出し、先端プレート１１１をセパレーションチャンバー１内のレベル３の高さに位置させる。この状態が、スタンバイ状態である。
セパレーションチャンバー１と基板着脱チャンバー４との間のゲートバルブ５が開けられた後、搬送ロボット１１は、図５（２）に示すように、先端プレート１１１をレベル３の高さに沿って基板着脱チャンバー４内に進入させ、基板支持ピン４１の上方の所定位置で停止させる。所定位置とは、基板９の中心が着脱中心軸Ａ上に位置する位置である。
【００２２】
次に、搬送ロボット１１は、図５（３）に示すように、先端プレート１１１を垂直に下降させ、先端プレート１１１をレベル３より低いレベル２の高さとする。レベル２は基板支持ピン４１の上端の高さより低く、この下降の過程で、基板９は基板支持ピン４１の上に載る。尚、図４に示すように、先端プレート１１１は、基板支持ピン４１の離間間隔よりも小さい幅を持っており、先端プレート１１１は各基板支持ピン４１に干渉することなく下降できるようになっている。
【００２３】
次に、図６（１）に示すように、搬送ロボット１１は、レベル２の高さに沿って先端プレート１１１を後退させ、セパレーションチャンバー１内に位置させる。次に、図６（２）に示すように、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１をさらに下降させ、最も低い高さであるレベル１に位置させる。そして、搬送ロボット１１は、このレベル１の高さに沿って先端プレート１１１を前進させ、図６（３）に示すように図５（３）と同じ水平方向の位置で停止させる。レベル１は、トレイ係留具４２に係留されているトレイ６の下面より低い高さであり、この前進により、先端プレート１１１はトレイ６の下方に位置することになる。
【００２４】
次に、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を上昇させ、レベル３の高さに再び位置させる。この上昇の過程で、先端プレート１１１の上にトレイ６が載り、そのトレイ６の上に基板９が載ることになる。
尚、トレイ６は、凹部６１の中心が着脱中心軸Ａ上に位置し、トレイ直線部が周方向の所定の位置になるようトレイ係留具４２に係留されている。このため、トレイ６が先端プレート１１１によって持ち上げられた際、基板９がトレイ６の凹部６１に落とし込まれ、基板９のオリフラもトレイ直線部に沿った状態となる。
【００２５】
次に、搬送ロボット１１は、図７（１）に示すように、先端プレート１１１をさらに上昇させ、レベル３よりも高いレベル４に位置させる。レベル４は、チャック係留具４３及びチャック係留具４３に係留されているリングチャック７の位置より高いので、この上昇の過程で、リングチャック７が基板９の上に載ることになる。この際の載置位置は、前述したように、リングチャック７の内縁突起７１が基板９の周縁に接触する位置である。
尚、トレイ６は、図２及び図４に示すように、その側面のうちチャック係留具４３の位置に相当する箇所に窪み６３が形成されている。トレイ６がレベル４に上昇する際、この窪み６３の部分をチャック係留具４３が通過するようになっており、これによりトレイ６がチャック係留具４３に干渉することが無いようになっている。
【００２６】
次に、図７（２）に示すように、搬送ロボット１１は、レベル４の高さに沿って先端プレート１１１を後退させ、先端プレート１１１をセパレーションチャンバー１内に位置させる。その後、セパレーションチャンバー１と基板着脱チャンバー４との間のゲートバルブ５が閉じられ、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１をレベル３の高さまで下降させる。レベル３は、各処理チャンバー２とセパレーションチャンバー１との間の搬送ラインの高さに一致しており、この後、搬送ロボット１１は、トレイ６に載せられた基板９を各処理チャンバー２に搬送することになる。
【００２７】
次に、処理済みの基板９をトレイ６から取り外す動作について説明する。取り外しの動作は、上述したのと全く逆の動作であり、図７（２），（１），図６（３），（２），（１），図５（３），（２），（１）の順に動作が進む。
まず、搬送ロボット１１は、処理済みの基板９を載せたトレイ６を先端プレート１１１で支持し、基板着脱チャンバー４内に進入させる。この際、先端プレート１１１は、レベル４の高さとする。そして、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を前進させ、基板９の中心が着脱中心軸Ａに一致する位置で停止させる。
この状態から、搬送ロボット１１３は、先端プレート１１１をレベル３に高さに下降させる。この下降により、まずリングチャック７がチャック係留具４３の上に載り、係留が完了する。尚、この際、チャック係留具４３は、トレイ６の側面の窪み６３の部分を通過する。
【００２８】
次に、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１をレベル２の高さまで下降させる。この下降により、基板９が各基板支持ピン４１の上に載り、基板９がトレイ６から取り外される。この下降の際、各基板支持ピン４１は、トレイ６の貫通孔６２にそれぞれ挿通される。
搬送ロボット１１は、先端プレート１１１をさらに下降させ、レベル１の高さとする。この下降により、トレイ６がトレイ係留具４２の上に載り、トレイ６の係留が完了する。
【００２９】
次に、搬送ロボット１１は、レベル１の高さに沿って先端プレート１１１を後退させ、セパレーションチャンバー１内に位置させる。この状態から、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を上昇させて再びレベル２の高さとし、この高さで先端プレート１１１を前進させ、基板９の下方に進入させる。
この状態から、搬送ロボット１１は、先端プレート１１１を上昇させてレベル３の高さとする。この上昇の過程で、基板９が先端プレート１１１に載る。この後、搬送ロボット１１は、レベル３の高さにおいて先端プレート１１１を後退させ、ロードロックチャンバー３まで基盤９を搬送する。
【００３０】
次に、図１に示す装置の他の部分の構成について説明する。
ロードロックチャンバー３内には、所定数の基板９を収納可能なロック内カセット３１が設けられている。また、大気側に設けられた外部カセット８１とロック内カセット３１との間で基板９の搬送を行うオートローダ８２が設けられている。オートローダ８２は、前述した搬送ロボット１１とほぼ同様の構成である。
【００３１】
図８は、図１に示す装置における処理チャンバー２の正面断面概略図である。処理チャンバー２の構成は、基板９に対して行う処理の内容に応じて最適化される。本実施形態の装置は、レジストで形成された回路パターンをマスクとしてエッチングを行う装置となっている。
処理チャンバー２内では、フッ素系ガスのプラズマにより基板９の表面がエッチングされるようになっている。具体的には、処理チャンバー２は、図８に示すように、内部を排気する排気系２１と、四フッ化炭素（ＣＦ４）のようなフッ素系ガスをプロセスガスとして導入するプロセスガス導入系２２と、導入されたガスに高周波放電を生じさせてプラズマを形成する高周波電極２３と、高周波電極に高周波電力を供給する高周波電源２４と、処理チャンバー２内の所定位置にトレイ６を保持するトレイホルダー２５等を備えている。
高周波放電により形成されたフッ素系ガスのプラズマ中では、フッ素活性種やフッ素イオンが盛んに形成され、このフッ素活性種やフッ素イオンが基板９の表面に到達することにより表面がッチングされる。尚、電界を設定して基板９にイオンを加速して入射させながらエッチングする反応性イオンエッチングが行われることもある。
【００３２】
また、処理チャンバー２には、処理中の基板９の温度を制御する温度制御機構が設けられている。本実施形態では、温度制御機構は、トレイホルダー２５を介して基板９を加熱しながら温度制御するようになっている。温度制御機構は、ジュール熱を発生させてトレーホルダー２５を加熱するようトレーホルダー２５内に設けられたヒータ２６１と、トレーホルダー２５の温度を計測する不図示の温度センサと、温度センサからの信号によりヒータ２６１の電源を制御する不図示の制御部等から構成されている。
【００３３】
処理中の基板９は、温度センサによってその温度が検出され、制御部によって所定の温度に維持されるよう負帰還制御される。尚、トレイ６は、ヒータ２６１の熱を効率良く基板９に伝えるよう熱伝導率の高い材料であることが好ましい。具体的には、トレイ６は、基板９より熱伝導率が高い材料又は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の材料が使用される。尚、トレイ６をトレイホルダー２５に静電吸着させて熱接触性を向上させたり、後述するようにトレイ６とトレイホルダー２５との隙間にガスを供給して圧力を上昇させて熱交換効率を向上させたりする場合がある。
【００３４】
図１には、複数の処理チャンバー２が示されている。複数の処理チャンバー２は、同様にエッチングを行う処理チャンバー２として構成される場合もあるし、エッチングを行う処理チャンバー２と、エッチング以外の処理を行う処理チャンバー２として構成される場合もある。例えば、処理チャンバー２は、エッチング後にレジストをアッシングして除去するアッシングチャンバーであったり、アッシング後に基板９を洗浄してレジストの残渣を除去する洗浄チャンバーであったりする場合がある。「処理」は最も広い意味で使われており、いずれかの処理チャンバー２が、エッチング後に基板９を冷却するものとして構成される場合もある。
【００３５】
次に、本実施形態の装置の全体の動作について説明する。
未処理の基板９は、外部カセット８１に予め所定数収容されている。基板９は、オートローダ８２によって外部カセット８１からロードロックチャンバー３に搬入され、ロック内カセット３１に収容される。搬送ロボット１１は、基板９をロードロックチャンバー３から１枚ずつ取り出し、基板着脱チャンバー４に搬送する。そして、前述したように、基板９のトレイ６への装着、リングチャック７の基板９への載置が行われる。
搬送ロボット１１は、基板９が載ったトレイ６を処理チャンバー２に搬送し、トレイホルダー２５に載置する。そして、前述したように、処理チャンバー２内で基板９に対して処理が行われる。
【００３６】
基板９に対する処理が終了すると、搬送ロボット１１は、基板９が載ったトレイ６を再び基板着脱チャンバー４に搬送する。そして、前述したように、リングチャック７の取り外しと係留、基板９のトレイ６からの取り外し、トレイ６の係留が行われる。
基板９は、搬送ロボット１１によってロードロックチャンバー３に戻され、ロック内カセット３１に収容される。そして、基板９は、オートローダ８２によって外部カセット８１に戻される。
【００３７】
上記構成及び動作に係る本実施形態では、トレイ６への基板９の着脱が基板着脱機構によって自動的に行われるので、生産性や作業性の点で優れている。また、基板９の着脱が真空中で行われ、トレイ６は大気中に取り出されることなく真空側に係留されるので、トレイ６が大気側に取り出されることに起因したパーティクルの発生の問題もない。
【００３８】
上記構成及び動作に係る本実施形態では、リングチャック７が自重のみで基板９をトレイ６に押さえ付けるようになっている。この点は、処理中の基板９の温度の均一化、機構の簡略化、基板９の傷付きやパーティクル発生の低減等の多くの技術的意義を有する。以下、この点について説明する。
【００３９】
まず、処理中に基板９をトレイ６に押し付ける点は、基板９の温度制御を効率よく行うためである。前述したように、処理中の基板９の温度は、しばしば処理の品質に影響を与える。本実施形態においては、エッチングは基板９を高温に加熱しながら行われるが、エッチングは温度依存性の高いプロセスであり、基板９は処理中に所定の高温に安定して均一よく保持されている必要がある。
一方、本実施形態のような真空中での処理では、雰囲気のガス分子が少ないため、対流やガス分子による熱の伝導伝達はあまり期待できない。また、ランプヒータ等の輻射加熱源を使用して輻射加熱する方法もあるが、処理チャンバー２内の堆積物によって輻射線が遮られる問題がある。
【００４０】
このようなことから、処理中の基板９の温度制御のための構成としては、固体同士の接触を利用した伝導伝達を利用するのが非常に有効である。基板９がホルダーに直接保持される構成では、ホルダー内にヒータを設け、ホルダーと基板９との接触を介して基板９を加熱して温度制御するが、本実施形態では、トレイ６を使用しているので、トレイ６と基板９との間の接触を介して加熱することになる。この際、基板９がトレイ６に押し付けられないと、熱接触性が悪く、温度制御の効率や精度が低下する問題がある。これを解決する方法として、本実施形態のように自重のみで押し付けを行う場合と、機械的な力によって押し付けを行う場合とがある。
【００４１】
図９は、実施形態の装置の技術的意義を説明するための比較例を示した図であり、機械的な力によってトレイ６への基板９の押し付けを行う構成について示した図である。
図９に示す比較例では、基板９の輪郭に相当する形状のリング状のクランプリング７２と、クランプリング７２を保持した保持棒７３と、保持棒７３を上下動させてクランプリング７２を基板９に押し付ける直線駆動源７４とが設けられている。この比較例では、直線駆動源７４が適当な力で保持棒７３を引き下げることによりクランプリング７２が基板９に押し付けられる。しかしながら、この比較例は、上記実施形態と比較すると、処理中の基板９の温度が不均一になったり、パーティクルが発生したりし易いという欠点がある。
【００４２】
この比較例では、保持棒７３がクランプリング７２を下方に押すことによりクランプリング７２が基板９に押し付けられるので、クランプリング７２は、保持棒７３が連結されている部分で強く圧力で基板９に押し付けられ、それ以外の部分では押し付け圧力は低くなる。ここで、基板９の熱は、クランプリング７２に伝わり、クランプリング７２と保持棒７３との連結箇所を介して保持棒７３に逃げていく。この際、保持棒７３が連結されている部分では、基板９からクランプリング７２に伝わって保持棒７３に逃げていく熱が多く、それ以外では熱の放散は少ない。このため、保持棒７３を臨む部分で基板９の温度が低下し易く、基板９の温度が不均一になり易い。
【００４３】
また、基板９の温度制御を効率よく行うためには、基板９をより大きな圧力でトレイ６に押し付けることが必要であるが、図９に示す比較例でこれを行うと、基板９が傷ついたり、パーティクルが発生したりする問題がある。即ち、大きな圧力で基板９をトレイ６に押し付けるには、保持棒７３を大きな力で押し下げることになるが、これを行うと、クランプリング７２の基板９に対する押し付け力もその部分で大きくなる。クランプリング７２が局所的に大きな力で基板９に押し付けられる結果、その部分で基板９が傷つけられたり、パーティクルが発生したりすることがある。パーティクルの発生は、基板９の傷付きにより破片が放出されて生ずる場合の他、基板９の表面に堆積した膜が過剰な押し付け力により剥がれて生ずる場合がある。
【００４４】
一方、本実施形態の構成では、リングチャック７はその自重のみによって基板９をトレイ６に押し付けるので、上記のような基板９の温度不均一化やパーティクル発生といった問題は少ない。また、上記のように機械的にクランプリング７２を押し付ける構成であると、機構的に複雑になり易い欠点があるが、本実施形態ではこのような問題はなく、機構的に簡略になる。また、図９に示すような機構があると、トレイ６のトレイホルダー２５への載置やトレイホルダー２５からの取り外しに支障が出たり、これを避けるために直線駆動源７４のストロークを大きくする必要が生じて構造が大がかりになったりする問題があるが、本実施形態ではこのような問題はない。尚、リングチャック７についても、トレイ６と同様、大気側に取り出されることなく真空側に係留されるので、リングチャック７が大気側に取り出されることによる汚染やパーティクルの発生等の問題はない。
【００４５】
リングチャック７の一例について示すと、材質としては窒化アルミニウム等が使用される。重要な自重については、基板９が直径３インチの半導体ウェーハの場合、１〜３ｋｇ程度である。尚、最終的に必要なのは、基板９の押し付け圧力であり、これは、当然のことながら処理チャンバー２内の雰囲気圧力に依存する。
【００４６】
次に、基板９に対する熱伝達効率をさらに高めた別の実施形態について説明する。図１０は、基板９に対する熱伝達効率をさらに高めた別の実施形態に係る基板処理装置の正面概略図である。図１０に示す実施形態の装置には、トレイと基板との間にガスを導入して両者の間の熱伝達性を高める熱伝達用ガス導入系２７が設けられている。
具体的に説明すると、トレイホルダー２５の上面には、図１０に示すように浅い深さの凹部２５１が形成されている。凹部２５１は大きさは、トレイ６より少し小さい。また、トレイホルダー２５を上下に貫通するようにしてガス導入孔２５２が形成されている。熱伝達用ガス導入系は、ガス導入孔２５２を通して、まず凹部２５１内にガスを導入するようになっている。
【００４７】
また、トレイ６には、不図示の小さなガス吹き出し孔が多数均一に設けられている。凹部２５１内に導入されたガスは、このガス吹き出し孔や前述した貫通孔６２を通して基板９とトレイ６との間に導入される。
このようにして導入されたガスは、トレイホルダー２５とトレイ６との間の空間の圧力及びトレイ６と基板９との間の空間の圧力を高める。尚、トレイ６や基板９の表面は完全な平坦面でなく微視的には小さな凹凸がある。従って、それらの凹凸によって小さな空間が形成される。
【００４８】
前述したように処理チャンバー２内は排気系２１によって排気されており、処理に必要な真空圧力である。従って、熱伝達用ガス導入系２７がガスを導入しないと、トレイホルダー２５とトレイ６との間やトレイ６と基板９との間も真空圧力であり、対流による熱の伝達の効率や接触による熱の伝導伝達の効率は高くない。熱伝達用ガス導入系２７によってガスが導入されると、これらの空間の圧力が高まり、熱伝達効率が向上する。導入されるガスは、ヘリウム等である。
【００４９】
この際、ガスの導入量が多ければ多い程、圧力は上昇するので、熱伝達効率はより上昇する。しかしながら、あまり多くガスを導入すると、圧力差によって基板９がトレイ６から浮き上がってしまう恐れがある。基板９が浮き上がると、トレイ６と基板９との距離が長くなってかえって熱伝達効率が低下する他、処理中の基板９の姿勢や位置が変化する結果、処理の再現性が大きく低下する恐れもある。さらに、処理後に基盤９を搬送しようとした際、うまく搬送できずに搬送エラーとなる恐れもある。
【００５０】
この実施形態のリングチャック７は、このような基板９の浮き上がりを防止する技術的意義も有する。基板９の浮き上がりを防止するためには、基板９の両側の空間の圧力差により生ずる力と同等以上の力で基板９を押さえ付けることが可能な自重をリングチャック７が有することが必要である。
より具体的に説明すると、圧力差をＰ(Torr)、基板９の表面積をＳ(cm2)とすると、基板９が受ける全体の力Ｆ(kgf)は、１kgf＝７６０Torrだから、
Ｆ＝（Ｐ／７６０）・Ｓ
となる。この値は、例えば直径７５ｍｍ（３インチサイズ）の基板の場合は１．７ｋｇｆ、直径１００ｍｍ（４インチサイズ）の基板の場合は３．１ｋｇｆ、直径１２５ｍｍ（５インチサイズ）の基板の場合は４．８ｋｇｆ、直径１５０ｍｍ（６インチサイズ）の基板の場合は７．０ｋｇｆ、直径２００ｍｍ（８インチサイズ）の基板の場合は１２．４ｋｇｆとなる。このように、基板９のサイズに合わせて、基板９が浮き上がらないようにする値の自重を持つリングチャック７を選択する。これにより、さらに熱伝達効率を高めながら処理が行える。
【００５１】
上記実施形態では、基板着脱機構及びチャック着脱機構は、基板着脱チャンバー４という専用の真空チャンバー内に設けられたが、これは必須の条件ではない。ロードロックチャンバー３内や処理チャンバー２内に設けられていても良い。但し、ロードロックチャンバー３は基板９の搬入搬出の際に大気に開放されるので、それ以外の真空チャンバーの方が好ましい。また、処理チャンバー２内に基板着脱機構やチャック着脱機構を設ける構成としては、プリヒート（予備加熱）処理を行う処理チャンバー２内にそれらを設ける構成が現実的である。
【００５２】
また、上記実施形態は、中央のセパレーションチャンバー１の周囲にロードロックチャンバー３や処理チャンバー２を接続したマルチチャンバー基板処理装置である。このような装置は、クラスターツールタイプとも呼ばれ、真空チャンバーの増設や処理チャンバーの付け替えが容易であるという長所がある。従って、基板着脱チャンバー４の追加も容易であり、上記効果が容易に得られる実用的な装置となっている。
上記実施形態では、エッチングを基板処理の例として採り上げたが、スパッタリングや化学蒸着（ＣＶＤ）等の成膜処理、表面酸化や表面窒化等の表面改質処理についても、同様に実施可能である。
【００５３】
リングチャック７は、上述したように基板９のトレイ６への押し付けの目的で使用されているが、これ以外にも、基板９の周辺部（周縁からあるの幅の領域）への膜堆積を防止するシャドウ形成の目的でも使用されることがある。例えば、スパッタリングやＣＶＤのような成膜処理を行う場合、基板９の周辺部にも膜が堆積したり、基板９の周縁をまわり込んで基板９の裏面にも膜が堆積したりすると、ロボットのアーム等が基板９を保持した際に膜が剥がれてパーティクルを発生させることがある。このようなことがないよう、リングチャック７によってシャドウ形成を行う。シャドウ形成は、基板９の周縁に近づくに従って徐々に膜厚が薄くなっているようにすることが好ましい。
【００５４】
上記実施形態において、基板９の寸法や形状が異なった場合、それに応じて異なる構成のトレイ６やリングチャック７が使用される。また、二以上の基板を載置することが可能なトレイ６が使用されることがある。この場合、リングチャック７に代えて、各基板の形状に合わせて開口を設けた一枚の大きな板状の部材をリングチャック７と同様の目的で使用することがある。さらに、トレイ６は、形状寸法が同じ二以上の基板を載置するものであっても良く、異なる形状寸法の基板を載置するものであっても良い。また、異なる形状寸法の基板９を載置するため、トレイ６の凹部６１が複数の段差を有するようにしたり、凹部６１の側壁部分をテーパー面にしたりしても良い。
また、基板９としては半導体ウェーハが想定されたが、液晶ディスプレイ用の基板やプラズマディスプレイ用の基板、ハードディスク等の情報記録媒体用の基板等を対象とすることが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１記載の発明によれば、トレイに対する基板の着脱を行う基板着脱機構が設けられているとともに、基板着脱機構は、処理チャンバーに対して真空が連続するよう気密に接続された別の真空チャンバー内に設けられているので、トレイが大気側に取り出されることによる問題がないという効果に加えて、リングチャックがその自重のみによって基板をトレイに押さえつけて基板とトレイとの間の熱伝導を高めるので、基板の温度が不均一になったり基板の傷つき等によりパーティクルが発生したりする問題が少ない。
また、請求項２記載の発明によれば、中央に設けられた真空チャンバーであるセパレーションチャンバーと、セパレーションチャンバーの周囲にセパレーションチャンバーに気密に接続された処理チャンバーを含む複数の真空チャンバーとから成っているので、上記効果が容易に得られる実用的な装置になるという効果に加えて、リングチャックがその自重のみによって基板をトレイに押さえつけて基板とトレイとの間の熱伝導を高めるので、基板の温度が不均一になったり基板の傷つき等によりパーティクルが発生したりする問題が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係るトレイ式基板処理装置の平面概略図である。
【図２】実施形態の装置に使用されるトレイ６及びリングチャック７の斜視概略図である。
【図３】図１に示すＸ−Ｘ方向における基板着脱チャンバー４の断面概略図である。
【図４】図３に示す基板着脱チャンバー４内の部材の斜視概略図である。
【図５】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリングチャック７の装着の動作について示した図である。
【図６】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリングチャック７の装着の動作について示した図である。
【図７】基板着脱チャンバー４内での基板９及びリングチャック７の装着の動作について示した図である。
【図８】図１に示す装置における処理チャンバー２の正面断面概略図である。
【図９】実施形態の装置の技術的意義を説明するための比較例を示した図であり、機械的な力によってトレイ６への基板９の押し付けを行う構成について示した図である。
【図１０】基板９に対する熱伝達効率をさらに高めた別の実施形態に係る基板処理装置の正面概略図である。
【符号の説明】
１  セパレーションチャンバー
１１  搬送ロボット
１１１  先端プレート
２  処理チャンバー
２１  排気系
２２  プロセスガス導入系
２３  高周波電極
２４  高周波電源
２５  トレイホルダー
２７  熱伝達用ガス導入系
３  ロードロックチャンバー
３１  ロック内カセット
４  基板着脱チャンバー
４１  基板支持ピン
４２  トレイ係留具
４３  チャック係留具
５  ゲートバルブ
６  トレイ
７  リングチャック
８１  外部カセット
８２  オートローダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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