(57)【要約】【課題】本発明は、処理工程時に基板をサンプルホルダに密着させられる基板処理システム及び基板処理方法を提供する。【解決手段】処理対象の基板をサンプルホルダに装着して処理装置に格納する基板処理システムであって、処理装置による基板の処理工程の前に、サンプルホルダに装着された基板を加熱して、第１の基板温度まで基板の基板温度を上昇させて基板の裏面をサンプルホルダに吸着させる加熱装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の基板がサンプルホルダに装着されて処理装置に格納される基板処理方法であって、
前記サンプルホルダに装着された前記基板を加熱して、第１の基板温度以上まで前記基板の基板温度を上昇させて前記基板の裏面を前記サンプルホルダに吸着させるステップと、
前記基板の裏面がサンプルホルダに吸着した状態で前記処理装置によって前記基板を処理するステップと
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記処理装置によって前記基板を処理した後に、前記サンプルホルダに吸着した前記基板を冷却して、前記サンプルホルダでの前記基板の裏面の吸着が解除される第２の基板温度まで前記基板の基板温度を低下させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第１の基板温度よりも低い基板温度で前記基板を前記サンプルホルダに装着するステップと、
前記第２の基板温度以下の基板温度で前記基板を前記サンプルホルダから回収するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記サンプルホルダに前記基板が垂直に装着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記処理装置による処理工程が、前記基板の表面に膜を形成する成膜工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
処理対象の基板をサンプルホルダに装着して処理装置に格納する基板処理システムであって、
前記処理装置による前記基板の処理工程の前に、前記サンプルホルダに装着された前記基板を加熱して、第１の基板温度まで前記基板の基板温度を上昇させて前記基板の裏面を前記サンプルホルダに吸着させる加熱装置
を備えることを特徴とする基板処理システム。
【請求項７】
前記処理装置によって前記基板を処理した後に、前記サンプルホルダに吸着した前記基板を冷却して、前記サンプルホルダでの前記基板の裏面の吸着が解除される第２の基板温度まで前記基板の基板温度を低下させる冷却装置を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記サンプルホルダに前記基板を垂直に装着する移載装置を更に備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の基板処理システム。
【請求項９】
前記処理装置が、前記基板の表面に膜を形成する成膜装置であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象の基板がサンプルホルダに装着されて処理装置に格納される基板処理システム及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルなどの半導体装置の製造における成膜やエッチングなどの処理工程において、処理対象の基板がサンプルホルダに装着されて処理装置に搬入される方式がある。この方式を採用した基板処理では、未処理の基板が移載装置によってサンプルホルダに装着される。そして処理工程後に、移載装置によって処理済の基板がサンプルホルダから回収される（例えば、特許文献１参照。）。以下において、サンプルホルダでの基板の装着及びサンプルホルダからの基板の回収を総称して、「基板の移載」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９６１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
処理装置で基板を処理する際は、基板がサンプルホルダに密着している必要がある。基板裏面がサンプルホルダに密着していないと、処理対象ではない基板裏面も表面と同時に処理されてしまうためである。例えば成膜処理の場合に、成膜対象ではない基板裏面にも膜が形成されてしまう。その結果、この基板を用いた半導体装置で所望のデバイス性能が得られないという問題が生じる。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明は、処理工程時に基板裏面をサンプルホルダに密着させられる基板処理システム及び基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、処理対象の基板をサンプルホルダに装着して処理装置に格納する基板処理システムであって、処理装置による基板の処理工程の前に、サンプルホルダに装着された基板を加熱して、第１の基板温度まで基板の基板温度を上昇させて基板の裏面をサンプルホルダに吸着させる加熱装置を備える基板処理システムが提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、処理対象の基板がサンプルホルダに装着されて処理装置に格納される基板処理方法であって、サンプルホルダに装着された基板を加熱して、第１の基板温度以上まで基板の基板温度を上昇させて基板の裏面をサンプルホルダに吸着させるステップと、基板の裏面がサンプルホルダに吸着した状態で処理装置によって基板を処理するステップとを含む基板処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理工程時に基板裏面をサンプルホルダに密着させられる基板処理システム及び基板処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理システムに使用されるサンプルホルダの構造例を示す模式図である。
【図３】サンプルホルダの基板装着面の構成例を示す模式図である。
【図４】サンプルホルダでの基板の支持方法の例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理システムの加熱装置の構成例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板処理方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
本発明の実施形態に係る基板処理システム１は、処理対象の基板１００がサンプルホルダ１０に装着されて処理装置３０に格納される基板処理システムである。基板１００は、例えばシリコン基板やガラス基板などの、半導体装置や太陽電池セルに使用される基板である。処理装置３０は、サンプルホルダ１０に装着された基板１００を処理対象とする、例えば成膜装置、エッチング装置、スパッタ装置などの製造装置である。以下において、基板１００の処理装置３０による処理対象の主面を「表面」といい、表面に対向する基板１００の主面を「裏面」という。
【００１２】
基板処理システム１は、処理装置３０による基板１００の処理工程の前にサンプルホルダ１０に装着された基板１００を加熱する加熱装置５０と、処理装置３０によって基板１００を処理した後に、サンプルホルダ１０に吸着した基板１００を冷却する冷却装置６０を備える。加熱装置５０は、基板１００の裏面がサンプルホルダ１０に吸着する第１の基板温度Ｔ１まで基板１００の基板温度を上昇させる。冷却装置６０は、サンプルホルダ１０での基板１００の吸着が解除される第２の基板温度Ｔ２まで基板１００の基板温度を低下させる。
【００１３】
基板処理システム１は、基板１００をサンプルホルダ１０に移載する移載装置２０と、移載装置２０と処理装置３０間でサンプルホルダ１０を搬送する搬送装置４０とを更に備える。
【００１４】
移載装置２０は、処理装置３０での処理を行う未処理の基板１００をサンプルホルダ１０に装着する。更に、移載装置２０は、処理装置３０で処理された処理済み基板１００をサンプルホルダ１０から回収する。移載装置２０における基板１００の移載作業は、例えばロボットハンドによって行われる。
【００１５】
搬送装置４０は、移載装置２０から処理装置３０にサンプルホルダ１０を搬送する第１の搬送路４１と、処理装置３０から移載装置２０にサンプルホルダ１０を搬送する第２の搬送路４２とを備える。図１に示した矢印は、サンプルホルダ１０の搬送方向を示す。
【００１６】
ここで、サンプルホルダ１０について説明する。サンプルホルダ１０には、基板１００を水平に装着するカートタイプや、基板１００を垂直に装着するボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプのサンプルホルダ１０を用いて同時に処理できる基板１００の数を増やすことが有効である。即ち、図２に示すような、基板１００が装着される基板プレート１１を複数有するボートタイプのサンプルホルダ１０を使用することにより、多数の基板１００を同時に処理する処理装置３０のフットプリントを小さくすることができる。ボートタイプのサンプルホルダ１０では、それぞれの底部が１つの底板１２に固定された複数の基板プレート１１が、基板装着面１１０の面法線方向に沿って配列されている。以下では、サンプルホルダ１０がボートタイプである場合を例示的に説明する。
【００１７】
ボートタイプのサンプルホルダ１０では、例えば図３に示すように、基板プレート１１の基板装着面１１０に、基板１００がそれぞれ装着される基板装着領域１１１が定義されている。基板装着面１１０に配置した基板支持具１３によって、基板装着領域１１１で基板１００が支持される。
【００１８】
基板支持具１３には、例えば図４に示すような平型タイプのピンなどを採用可能である。ピンの軸部分の先端が基板プレート１１に埋め込まれる。これにより生じるピンの頭部と基板プレート１１との隙間に露出する軸部分（以下において、「支持部」という。）で、基板１００が基板プレート１１上で支持される。また、基板１００が倒れたり基板プレート１１からすべり落ちたりしないように、ピンの頭部によって基板１００を表面側から支えている。このとき、支持部の長さｔが短いと、サンプルホルダ１０での基板移載時にピンの頭部と接触して基板１００が破損するおそれがある。このため、支持部の長さｔには、基板１００の厚み以上の一定の長さが必要である。
【００１９】
しかし、支持部の長さｔが基板１００の厚みよりも長いために、処理工程時に基板１００の裏面と基板プレート１１間に隙間が生じるおそれがある。基板１００の裏面と基板プレート１１間に隙間があると、処理対象ではない基板１００の裏面も処理されてしまう。例えば、基板１００の裏面に膜が形成されたり、エッチングされたりする。したがって、処理装置３０で基板１００を処理する際は、基板１００がサンプルホルダ１０に密着している必要がある。
【００２０】
本発明者らは、基板１００を一定の温度以上に加熱すると、サンプルホルダ１０に基板１００が吸着することを見出した。例えば、カーボンの等方性黒鉛（ＣＩＰ）材を用いて作製したボートタイプのサンプルホルダ１０で実験を繰り返した結果、基板温度が２００℃以上においてシリコン製の基板１００がサンプルホルダ１０に吸着することを確認した。更に、サンプルホルダ１０に吸着した基板１００の基板温度を２００℃よりも低くすることによって、基板１００の吸着が解除されることを確認した。
【００２１】
したがって、第１の基板温度Ｔ１として２００℃以上を設定することにより、シリコン製の基板１００がカーボン製のサンプルホルダ１０に吸着した状態で、処理装置３０によって基板１００を処理できる。また、２００℃よりも低く設定した第２の基板温度Ｔ２まで基板１００を冷却することにより、サンプルホルダ１０での基板１００の吸着が解除される。このため、後述するように、基板１００を破損することなくサンプルホルダ１０から回収することができる。
【００２２】
サンプルホルダ１０に装着された基板１００を加熱する加熱装置５０は、第１の搬送路４１に配置される。そして、処理装置３０に格納される前に、サンプルホルダ１０に裏面が接触している基板１００が加熱装置５０によって加熱されて、基板１００の基板温度が第１の基板温度Ｔ１以上に上昇する。その結果、処理装置３０による処理工程の前に、基板１００はサンプルホルダ１０に密着する。したがって、処理装置３０での処理工程によって基板１００の裏面が処理されることがない。
【００２３】
なお、基板１００の基板温度が第１の基板温度よりも低くなる前に処理装置３０での処理を行うために、加熱装置５０と処理装置３０間の距離は短いほど好ましい。このため、加熱装置５０と処理装置３０が連結していてもよい。
【００２４】
加熱装置５０は、例えば図５に示すようにサンプルホルダ１０の周囲及び基板プレート１１間にヒータ５１を配置した構成などを採用可能である。ヒータ５１には、例えばランプヒータなどを使用する。基板１００間にヒータ５１を配置することによって、サンプルホルダ１０に搭載された基板１００が均一に加熱される。更に、サンプルホルダ１０の周囲のみにヒータ５１を配置する場合に比べて、基板１００とヒータ５１間の距離が短いために加熱時間を短縮できる。
【００２５】
ところで、基板１００がサンプルホルダ１０に密着した状態のままでは、基板１００をサンプルホルダ１０から回収することが困難である。例えば、ロボットハンドによって基板１００をサンプルホルダ１０から回収しようとすると、基板１００と共にサンプルホルダ１０がロボットハンドによって持ち上げられてしまう。また、密着した基板１００をサンプルホルダ１０から剥がそうとすることにより、基板１００が破損する場合がある。したがって、基板１００の回収時には、第２の基板温度Ｔ２以下に基板１００の基板温度を下げておく必要がある。
【００２６】
このために、基板処理システム１では、冷却装置６０によって処理後の基板１００の基板温度を吸着が解除される第２の基板温度Ｔ２まで冷却する。
【００２７】
冷却装置６０は、第２の搬送路４２に配置される。処理装置３０で処理された後の基板１００が冷却装置６０によって冷却されて、基板１００の基板温度が第２の基板温度Ｔ２以下に低下する。これにより、サンプルホルダ１０での基板１００の吸着が解除される。冷却装置６０には、例えば冷却風を吹き付けることによって基板１００を冷却する空冷ファンなどを採用可能である。
【００２８】
冷却装置６０によって冷却された後に、基板１００が移載装置２０によってサンプルホルダ１０から回収される。サンプルホルダ１０と基板１００の吸着が解除されているため、基板１００を破損することなくサンプルホルダ１０から回収できる。
【００２９】
基板処理システム１は、処理装置３０がプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置である場合などに特に有効である。プラズマＣＶＤ装置では、サンプルホルダ１０がアノード電極として使用される。サンプルホルダ１０が格納されたチャンバー内に原料ガスを導入後、サンプルホルダ１０とカソード電極間に電力を供給して原料ガスをプラズマ状態にする。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。
【００３０】
基板１００がサンプルホルダ１０に密着していない場合には、基板１００の裏面にもプラズマが回り込み、裏面に膜が形成されてしまう。また、サンプルホルダ１０がアノード電極として使用されため、サンプルホルダ１０と基板１００との間に隙間が生じると、分布という観点から電位が不安定になる問題が生じる。例えば、太陽電池用シリコン基板は年々薄型化されており、従来の厚さが２００μｍであった基板が１００μｍ以下の厚さになってきている。このため、形成される膜の膜厚分布を保証するために、基板表面の電位安定性の確保につながるサンプルホルダ１０と基板１００の密着性が不可欠である。
【００３１】
これに対し、図１に示した基板処理システム１によれば、基板１００の基板温度を第１の基板温度Ｔ１以上に加熱することによって、基板１００をサンプルホルダ１０に密着させることができる。このため、基板１００の裏面が処理されることが防止される。例えば、成膜処理における基板裏面での膜の形成が抑制される。また、サンプルホルダ１０と基板１００が密着していることにより、基板１００の表面の安定した温度分布が確保される。このため、膜厚分布の均一性が向上する。
【００３２】
更に、サンプルホルダ１０を電極として使用するプラズマ処理装置では、基板１００における電位分布が安定化する。これにより、基板１００の表面での処理の均一性が向上する。例えば、プラズマＣＶＤ装置による成膜処理では、サンプルホルダ１０と基板１００との密着性が向上する結果、基板１００における電位分布が安定化する。これにより、基板１００に形成される膜の膜厚分布が均一になる。
【００３３】
成膜処理以外の、例えばエッチング処理やスパッタ処理などにおいても、処理時にサンプルホルダ１０と基板１００が密着していることにより、基板裏面が処理されるのを防止できる。また、基板１００における電位分布や温度分布が安定化し、処理の均一性を確保できる。
【００３４】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板処理システム１では、基板温度が第１の基板温度Ｔ１以上になるように、加熱装置５０によって基板１００が加熱される。このため、基板１００がサンプルホルダ１０に密着した状態で、処理装置３０による基板処理が行われる。したがって、基板１００の裏面が処理されることが防止される。更に、基板１００の吸着が解除され第２の基板温度Ｔ２よりも基板温度が低くなるように、冷却装置６０によって基板１００が冷却される。このため、基板回収時での基板１００の破損が防止される。
【００３５】
以下に、基板処理システム１によって基板１００を処理する方法の例を、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００３６】
まず、ステップＳ１において、移載装置２０によって基板１００をサンプルホルダ１０に装着する。このとき、基板１００の基板温度は、基板１００がサンプルホルダ１０に吸着する第１の基板温度Ｔ１よりも低い。このため、基板１００の装着はスムーズに行われる。基板１００が装着されたサンプルホルダ１０は、第１の搬送路４１によって移載装置２０から加熱装置５０に搬送される。
【００３７】
ステップＳ２において、加熱装置５０によってサンプルホルダ１０に装着された基板１００を加熱し、基板１００の基板温度とサンプルホルダ１０の温度を第１の基板温度Ｔ１以上まで上昇させる。これにより、基板１００の裏面がサンプルホルダ１０に吸着する。
【００３８】
その後、第１の搬送路４１によって加熱装置５０から処理装置３０にサンプルホルダ１０が搬送される。そして、ステップＳ３において、基板１００の裏面がサンプルホルダ１０に吸着した状態で、処理装置３０によって基板１００が処理される。
【００３９】
処理装置３０による基板１００の処理が完了した後、サンプルホルダ１０は第２の搬送路４２によって処理装置３０から冷却装置６０に搬送される。そして、ステップＳ４において、サンプルホルダ１０に吸着した基板１００を冷却する。具体的には、サンプルホルダ１０での基板１００の裏面の吸着が解除される第２の基板温度Ｔ２まで、基板１００の基板温度及びサンプルホルダ１０の温度を低下させる。
【００４０】
その後、基板１００が装着されたサンプルホルダ１０は、第２の搬送路４２によって冷却装置６０から移載装置２０に搬送される。そして、ステップＳ５において、移載装置２０によって、第２の基板温度以下の基板温度で基板１００をサンプルホルダ１０から回収する。
【００４１】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板処理方法によれば、基板１００の裏面がサンプルホルダ１０に密着した状態で処理装置３０による基板処理を行える。このため、処理対象ではない基板裏面が処理されてしまうことが防止される。更に、基板１００を冷却することで基板１００の吸着を解除した後に、基板１００がサンプルホルダ１０から回収される。このため、回収時での基板１００の破損を抑制できる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替第１の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４３】
上記では、サンプルホルダ１０が基板１００を垂直に装着するボートタイプである例を示したが、他のタイプのサンプルホルダ１０にも本発明を適用することが可能である。例えばサンプルホルダ１０が、水平方向に延伸する基板装着面１１０に基板１００を水平に装着するカートタイプであってもよい。
【００４４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…基板処理システム
１０…サンプルホルダ
１１…基板プレート
１３…基板支持具
２０…移載装置
３０…処理装置
４０…搬送装置
４１…第１の搬送路
４２…第２の搬送路
５０…加熱装置
５１…ヒータ
６０…冷却装置
１００…基板
【図１】
2016154183.tif 000003
【図２】
2016154183.tif 000004
【図３】
2016154183.tif 000005
【図４】
2016154183.tif 000006
【図５】
2016154183.tif 000007
【図６】
2016154183.tif 000008