CN1293621C - 基板处理装置及处理方法 - Google Patents

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CN1293621C CNB038099241A CN03809924A CN1293621C CN 1293621 C CN1293621 C CN 1293621C CN B038099241 A CNB038099241 A CN B038099241A CN 03809924 A CN03809924 A CN 03809924A CN 1293621 C CN1293621 C CN 1293621C
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Abstract

本发明是一种基板处理装置及处理方法，其可抑制利用载体所致处理室环境的污染，且可连续进行稳定搬送及高品质的基板处理，其目的在于提供一种可对应今后不断进展的大型基板，并可对应各种基板尺寸具有高通用性的基板处理装置及处理方法，本发明的基板处理装置包括，加载互锁真空室，搬入装载有基板的载体；基板转移室，具有用来在与载体之间进行基板转移的转移机构；基板处理室，对于基板进行规定处理，其特征在于具备在上述加载互锁真空室及上述基板转移室之间可移动的第一载体，以及可移动在上述基板转移室及上述基板处理室之间的第二载体，并利用上述转移机构，可使基板在上述第一及第二载体之间转移。

Description

基板处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及一种基板处理装置及处理方法，其将装载有基板的载体以连续搬送至处理室并进行规定的处理，特别是关于可解决因载体移动在处理室和大气之间所致的处理室环境受到污染的问题，进而形成品质良好的薄膜及蚀刻等处理得以稳定进行。
背景技术
作为基板处理装置的已知例，针对图7所示的制造用蒸镀装置加以说明。如图7所示，已知的蒸镀装置中，用于搬入载体的加载互锁真空室(ロ一ドロツク)10、加热室70、蒸镀室30、用于搬出载体的加载互锁真空室10′等，均通过闸阀41~43予以连结，并在每一腔室内设置有载体2的搬送单元4。作为搬送单元4，适当的结构为：通常，多个搬送滚柱设置成两排，并利用驱动系统来转动滚柱，以使载置于并排滚柱上的载体得以移动。基板3在大气中装载于载体2上，并将载体2从加载互锁真空室10搬送至加热室70，对于基板加热至规定温度后，再传送至蒸镀室30以形成薄膜。其后，载体2送出至加载互锁真空室10′处，再被取出至大气中。回收处理完成的基板3′后，载体2上再次载有未处理基板3，并返回至加载互锁真空室10内。通过重复进行该等操作，在多个基板上可连续形成薄膜。
在以上现有技术的方法中，用于搬送基板的载体2在大气中及真空中之间反复搬送。于是，附着于载体上的薄膜会吸附大气中的水分、杂质等，并且，若在其薄膜表面附着另一薄膜时，将导致密合性降低而使薄膜易于剥落。因薄膜剥落所产生的粒子吸收到膜内以致薄膜缺陷，而成为成品率降低的原因。
此外，利用图7所示的蒸镀装置形成等离子显示器(PDP)的MgO膜时，发现在其显示性能上会出现很大问题。若重复对基板进行膜形成，如图8所示，蒸镀室内的水分压上升，发现随之MgO膜的质量会发生变化。换言之，若重复进行250次左右的薄膜形成，蒸镀室水分压成为3×10-4Pa左右，而得到的MgO膜，如图9的X光衍射图谱所示，(111)面上混有(200)面和(220)面的衍射强度的薄膜。MgO膜的次级电子发射系数会因依据的结晶面而有所不同，因此结晶面发生相混的情况，则产生亮度不均匀，使得大幅降低PDP显示性能。从而，为了确保高性能显示性能，故必须将蒸镀室的水分压维持在3×10-4Pa以下。
为解决上述附着薄膜的剥落问题及水分进入蒸镀室等问题，日本专利特开平9-279341号公报揭示了一种蒸镀装置。该蒸镀装置，其构造如图10所示，用于搬入基板的加载互锁真空室10、蒸镀室30以及用于搬出基板的加载互锁真空室10′等，均通过闸阀41、42予以连结，而蒸镀室30包含用来将从加载互锁真空室10中搬送过来的基板3装载于载体2(托盘)上的基板装载部31、蒸镀部32以及将处理完成后的基板送出至加载互锁真空室10′内的基板回收部33，而载体2就循环在装载部、蒸镀部及回收部之间，可避免其曝露于大气中。即，基板3搬入至加载互锁真空室10内后，利用由上述搬送并排滚柱所构成的搬送单元4，使其装载于基板装载部31的载体2(托盘)上，并搬送至蒸镀部32，再通过加热机构(未图标)加热至规定温度以形成MgO膜。其后，载体2被搬送至基板回收部33处，再从载体2中取下经处理的基板3′仅将基板取出于加载互锁真空室10′内。另一方面，载体2沿着上部搬送路径返回至基板装载部31处。如此的载体一直在真空中搬送，故可避免使附着薄膜接触大气而可大幅控制粒子产生，并且可控制水分等进入的结果，使得基板整面上形成具有相同结晶面且均匀的MgO膜，能使其对应高性能PDP。
然而，发现在图10所示的蒸镀装置中，对应基板的大型化等实际上有相当大的困难。即，由于在搬送一个基板的搬送方法中，基板两端载置于搬送滚柱上予以搬送，导致大型基板上产生较大的弯曲。结果，导致搬送不稳定，甚至导致基板的断裂，产生难于制造高精密、高性能PDP的问题。为了缩短生产周期，将该基板以横向方向搬送时，更突显出该问题。并且，根据基板的尺寸需进行各种设定，如设定搬送滚柱排之间间距等，以致无法对应多种尺寸的基板，具有通用性低的缺点。
如此，为了对应基板的大型化及多样化，得知装置必须制作成在搬入基板时已将基板装载于规定尺寸的载体上的结构，并利用该装置构造对于薄膜剥落及维持薄膜品质进行研究。在研究中发现：已开发一种蒸镀装置，该装置的构造，是在薄膜形成时用屏蔽件来覆盖载体以抑制薄膜附着于载体上，且屏蔽件不取出而使其留在真空室内(日本专利特开平11-131232号公报)，该装置与图7所示的装置构造相较，虽然有所改进，但是仍不足以对应高精密、高性能的大型PDP。例如，屏蔽件开口大于载体开口部时，就会使薄膜附着于载体上，产生如同上述问题，而如果屏蔽件开口部较小，就会使蒸镀材料流到基板外周部处而堆积，成为薄膜厚度较薄且结晶面相混的形态，产生亮度不均匀的问题。
上述问题，不仅在MgO蒸镀装置中，同样也在用于各种薄膜形成中的溅镀或CVD等成膜装置或蚀刻装置等处理装置中发生，至于在真空基板处理领域中，正期待有一种对薄膜品质及处理性能没有造成影响，并可实现连续且稳定的处理的基板搬送方法。
发明内容
在这种情况下，本发明的目的在于提供一种基板处理装置及处理方法，其可抑制利用载体的处理室环境的污染，且可实现稳定的基板搬送及连续执行高品质的基板处理，并且可对应今后连续大型化的基板，且可对应各种基板尺寸而具有很高的通用性。
本发明的基板处理装置，该装置包括，加载互锁真空室，搬入装载有基板的载体；基板转移室，具有用来在与载体之间进行转移的转移机构；基板处理室，对于基板进行规定处理，其特征在于：具备可移动在上述加载互锁真空室及上述基板转移室之间的第一载体，以及可移动在上述基板转移室及上述基板处理室之间的第二载体，于上述的基板转移室中，利用上述转移机构，可使基板在上述第一及第二载体之间转移。另一特征为：将装载有经处理的基板的上述第一载体，搬出至上述加载互锁真空室内。
因此，例如，能使在成膜时保持基板的载体得以不曝露于大气中，因此大气中吸附或吸入于载体附着膜上而被带入蒸镀室内的水分等所引起的薄膜品质不均匀或薄膜剥落得以大幅降低，可将无缺陷且均匀的高品质薄膜连续制作于多个基板上。
本发明中，上述转移机构，是由具有多个载体保持台且能互相更换的载体保持机构和基板保持机构各两件，以及可使载体移动在该两件载体保持机构的保持台之间的移动机构所构成者。
因此，利用上述保持机构从上述保持台上的上述第一及第二载体维持保持基板的状态，且将载体在上述两件保持机构之间移动，在维持这状态下将基板再次载置于载体上，以基板得以转移。通过该结构，即使为大型基板，仍可准确地执行速率较快的转移，实现产率较高的基板处理装置。并且，与利用机械人等所作的转移方法相较，其可大幅减少装置面积，可达成整体基板处理装置的成本大幅削减。
此外，作为上述基板保持机构而言，优选采用真空吸附或静电吸附机构。该保持机构，由于能由背面保持基板，故不仅在大型基板，也可对多种尺寸的基板免除基板表面的薄膜沉积面受到污染或刮伤，准确地予以保持，使得在大气侧载体和真空侧载体之间容易且准确地进行基板转移。
并且，上述基板转移室的特征在于维持在干燥气体环境，例如采用N2气体。因此，基板转移机构及处理装置的机构得以简化。
另外，上述载体以支撑基板四边为佳，如此一来，虽然基板大型化，也可控制基板弯曲且形成整个表面均匀的薄膜。并且，本发明特别适用于如MgO膜等吸湿性较高的薄膜形成中。
本发明的基板处理方法，是对于用来装载有基板的载体进行搬出或搬入的加载互锁真空室、可在载体之间进行基板转移的基板转移室、对于基板进行规定处理的基板处理室，使其等连结配置，并配置有可移动在上述加载互锁真空室和上述基板转移室之间的第一载体及可移动在上述基板转移室和基板处理室之间的第二载体中，其特征在于：在上述基板转移室中，进行装载于上述第一载体的基板和装载于上述第二载体的基板的转移，可避免向上述基板处理室搬出或搬入的上述第二载体曝露于大气中而连续进行基板处理。
换言之，在上述基板转移室中，在上述第一载体和上述第二载体之间进行基板转移，可避免向上述基板处理室搬出或搬入的上述第二载体曝露于大气中而连续进行基板处理。
如上所述，上述转移机构优选为：由将具有多个载体保持台且能互相交换的载体保持机构和配置在其上的基板保持机构各两件，以及可使载体移动在该两件载体保持机构的保持架之间的移动机构所构成者，并且利用上述保持机构从上述保持架上的上述第一及第二载体维持保持基板的状态，且将载体在上述两件保持机构之间移动，在维持这状态下将基板再载置于载体上，以进行基板的转移。
附图说明
图1为显示本发明的基板处理装置的基本结构例的模式图。
图2为用来说明PDP的MgO膜蒸镀装置的结构示意图。
图3为用来说明基板转移的示意图。
图4为显示利用本发明进行形成的MgO膜的结晶取向性的X光衍射图谱。
图5为显示另一蒸镀装置的结构例的示意图。
图6为显示另一基板处理装置的结构例的示意图。
图7为用来说明已知蒸镀装置的结构示意图。
图8为表示薄膜沉积基板的生产片数及水分压之间关系的图表。
图9为显示利用已知装置进行形成的MgO膜的结晶取向性的X光衍射图谱。
图10为显示能够抑制大气中水分影响的已知蒸镀装置的示意图。
符号说明
1、1′2  载体
3、3′   基板
4        搬送单元
5        基板转移机构
6        机械臂
10、10′ 加载互锁真空室
20       基板转移室
21、22   载体保持机构
23       基板保持机构
30       处理室(蒸镀室)
34      MgO容纳炉床
35       蒸镀机构
40～46        闸阀
50            第一辅助室
60            第二辅助室
70            第一加热室
80            第二加热室
具体实施方式
图1表示本发明的基板处理装置的基本结构的示意图。
如图1所示，基板处理装置，是具有通过闸阀41、42使加载互锁真空室10、基板转移室20及处理室30相连结的构造，能使第一载体1移动在加载互锁真空室10及基板转移室20之间而使基板得以搬送，能使第二载体1′移动在基板转移室20及处理室30之间而使基板得以搬送。在此，基板转移室20被保持在如N2气体等干燥气体环境或真空状态，且安装有基板转移机构5。
在大气中将基板3装载于第一载体1上，搬入至加载互锁真空室10内，形成真空之后(指基板转移室若为N2气体环境时就填充N2气体之后)，打开闸阀41，使其移送至基板转移室20内。在基板转移室20内，利用基板转移机构5，将基板3从第一载体1转移至第二载体1′上，再移送装载有基板3的第二载体1′至处理室30，并进行规定处理之后退回至基板转移室20内。在基板转移室中，经处理的基板3′从第二载体1′转移至第一载体1上，而第一载体1通过加载互锁真空室10被取出于大气中，并对于经处理基板3′与未处理基板3予以交换，再被返回至加载互锁真空室10内。如此，其构成为：进入于处理室30内的第二载体未接触大气，且基板3、3′均以载体搬送，因此即使大型基板，仍可重复且连续执行稳定的搬送及处理。
下面，根据附图更进一步说明本发明的PDP的MgO膜蒸镀装置的优选实施形态。图2为实施关于本发明的MgO膜形成方法的蒸镀装置的结构示意图，图3为用来说明在基板转移室中所进行的基板转移方法的示意图。本实施形态中，使加载互锁真空室10、第一辅助室50、基板转移室20、第二辅助室60、第一加热室70、蒸镀室30及变换载体的搬送方向，且由用来进行基板加热的第二加热室80所构成。每一腔室之间，配设有闸阀41~46。第一及第二加热室内，装设有加热机构(未图标)，用以对每一片基板予以加热，加热至规定温度为止。
本实施形态中，在加载互锁真空室10、第一辅助室50、第二辅助室60、第一加热室70及蒸镀室30内，分别配置有将载体往图的右侧搬送的上部搬送单元和往左侧搬送的下部搬送单元。每一搬送单元4，其适当采用构造为：例如揭示于日本专利特开平9-279341号公报上的二排搬送滚柱所构成，并利用驱动系统转动滚柱，搬送装载于滚柱上的载体。另外，在第二加热室80内，可垂直移动地安装有一个搬送单元，利用该单元，可使得载体从上部搬送路径移动至下部搬送路径。该搬送单元的垂直移动机构，也适当采用日本专利特开平9-279341号公报所示的装置，采用一种通过伸缩管，例如汽缸等使搬送单元垂直移动的构造。
另外，在基板转移室20内，双层堆栈有不同于载体保持架的上述搬送单元4，且左右皆配置有两组能垂直移动构造的载体保持机构21、22，并可使载体1、1′移动在两件载体保持机构的搬送单元之间。此外，作为垂直移动机构，采用例如上述的日本专利特开平9-279341号公报所示的机构。并且，基板转移室20的顶部壁上，装设有由对于基板施予真空吸附的公知吸附机构所构成的基板保持机构23。
在蒸镀室30的底壁部处形成有开口，而在其下部处装设有蒸镀机构35(例如由中外炉工业(股)制造的等离子源)及用来收容MgO的MgO容纳炉床34。此外，在开口部附近设置氧气导入机构，以进行调整薄膜品质。
玻璃基板(例如为用于42寸电视)，是装载于水平姿势的载体上，且通过搬送系统以水平予以搬送。下面，说明该搬送方法。保持基板的四边处，薄膜形成于基板单面上(本实施形态中在于下侧)。
第一载体1，是循环在大气中、加载互锁真空室10及基板转移室20之间，第二载体1′，则循环在基板转移室20及第二加热室80之间。
首先，玻璃基板3装载于第一载体1上，搬入至加载互锁真空室10内。加载互锁真空室10进行排气至规定气压(约10-5Pa)为止。之后，打开闸阀41，使第一载体1搬送至第一辅助室50内。搬入至第一辅助室50内的第一载体1，利用加热机构(未图标)加热至约150℃以进行脱气处理。停止加热，已到达约10-4Pa之后，导入干燥N2气体至大气压为止。
此时，在第二辅助室60的下部搬送单元上，等待有已装载有经处理基板3′的第二载体1′，室内已导入有N2气体。除此的外，基板转移室充满着大气压的N2气体。
参见图3说明从该状态到基板转移室20所进行的基板转移动作。
自从图3(a)状态，打开闸阀42，可使第一载体1搬送至基板转移室20的第一载体保持机构21上层架上。相对于此，打开闸阀43，可使装载有完成成膜的基板3′的第二载体1′从第二辅助室60搬送至第二载体保持机构22的下层架上图3(b)。
基板保持机构23，利用未图标的汽缸且通过(bellows)从基板转移室的顶部壁押下，接触至各片基板而形成真空吸附后，再被推高。此时，第一及第二载体保持机构21、22移动至相同高度后，转动搬送滚柱，使得第一及第二载体分别移动至相反载体保持机构的单元上图3(c)。接着，基板保持机构23再度被押下，经处理基板3′装载于第一载体1上，而未处理基板3则装载于第二载体1′上图3(d)。其次，第一及第二载体分别移动至相反方向侧的单元上图3(e)。继之，第一及第二载体保持机构垂直移动，打开闸阀42、43，使得第一载体1移送至第一辅助室50的下部搬送单元上，而第二载体1′则移送至第二辅助室60的上部搬送单元上图3(f)。
其次，在第二辅助室60内，进行排气至规定气压为约10-5Pa之后，打开闸阀44，使第二载体搬送至第一加热室70内。在第一加热室70内，利用加热机构(未图标)加热至约300℃为止。再进行脱气，气压达到约10-3Pa为止。之后，打开闸阀45，可使第二载体经过蒸镀室30后移送至第二加热室80，对其进行加热规定时间。在第二加热室80内，装载有载体的搬送单元4，利用例如日本专利特开平9-979341号公报所示的垂直移动机构被下降，使得再度打开闸阀46，第二载体往与搬入方向相反方向移动，搬入至蒸镀室30内。
关于基板加热而言，不限于上述实施例，也可在加载互锁真空室10或第二辅助室内进行。
在蒸镀室30中，对于装载于第二载体1′上的基板3上以规定形成条件来沉积MgO膜。即，向蒸镀室内导入80sccm氧气，并且导入Ar气体至气压0.1Pa为止，再激活等离子(plasma)蒸镀源，使得对于基板上沉积MgO膜。
之后，第二载体1′经过第一加热室70、第二辅助室60移送至基板转移室20，如上述般，在第一及第二载体之间进行基板转移。
装载于第一载体1上的经处理基板3′，经过第一辅助室50再搬送至加载互锁真空室10内。经导入大气后，第一载体被取出于大气中，回收经处理基板3′，而未处理基板3再度装载于第一载体1上。
如上所述，可将MgO膜连续地沉积于基板上。由于第二载体1′不会与大气接触，故能稳定地形成不易薄膜剥落且无缺陷的MgO膜。此外，所得到的MgO膜的X光衍射图而言，即使成膜重复进行3000次，仍呈现如图4所示的主要具有(111)结晶面者，可继续制作无亮度不均匀的高性能PDP。参考而言，B、A及C是表示测定在基板中心及离于基板端缘3cm处的衍射图谱。
图1的装置结构，虽然为只有一个加载互锁真空室中进行载体的搬入、搬出的结构，也可采用装设两个加载互锁真空室，从一侧搬入而从另一侧搬出的结构。图5为表示这种结构的一例装置。在图5装置中，在处理室30两侧配置有基板转移室20、20′，及加载互锁真空室10、10′，并配置有两组第一载体1及第二载体1′，该两组第一载体1，可移动在第一基板转移室20和第一加载互锁真空室10及大气之间，以及移动在第二基板转移室20和第二加载互锁真空室10及大气之间，而该第二载体1′可移动在第一基板转移室20、处理室30及第二基板转移室20′之间。
另外，本发明中，关于基板处理装置的处理室、辅助室的数量及配置等，以及同时循环在基板处理装置内的载体数量而言，可按照例如每一腔室内的生产周期适当选定。
此外，本实施形态中，虽然采用真空吸附机构作为基板转移室的基板保持机构，亦可采用如周知的静电吸附机构或揭示于日本专利特开平9-279341号公报的保持基板端缘部的机械式保持机构。另外，基板转移机构，并不限于上述机构，也可成为：例如，两件基板保持机构安装于旋转轴周围处，保持第一及第二载体的基板之后，使其旋转180°，维持这状态并将基板装载于载体上的构造。另外，也可成为利用机械人进行转移的构造。并且，上述虽然针对基板以水平搬送、转移等情形加以说明，但不限于此，也可成为将基板以垂直搬送、转移且处理的构造。
上述实施形态中虽然针对成列方式蒸镀装置加以说明，但是本发明也可适用于群集式蒸镀装置中，如图6所示。此时，第一载体1是移动在加载互锁真空室10和基板转移室20之间，第二载体1′则移动在基板转移室20和处理室30(30′、30″)之间。在转移室中，利用如具备两支机械臂6转移第一及第二载体的基板。
此外，如上所述，本发明并不限于蒸镀装置，除了可适用于例如在利用溅镀法制作的可作为曝光用空白光罩所用的Cr氧化膜的装置之外，也可应用于蚀刻处理等各种处理装置中。
由上述可见，根据本发明，可减少先前技术的基板搬送中所发生的污染问题，可稳定地形成品质良好的薄膜，特别是可提供一种能高速制作如氧化镁等具有吸湿性的介电质膜的装置。

Claims (9)

1.一种基板处理装置，该装置包括，加载互锁真空室，搬入装载有基板的载体；基板转移室，具有用来在与载体之间进行转移的转移机构；基板处理室，对于基板进行规定处理，其特征在于：
具备，在上述加载互锁真空室及基板转移室之间可移动的第一载体，以及在上述基板转移室及基板处理室之间可移动的第二载体，于上述的基板转移室中，利用上述转移机构，可使基板在上述第一及第二载体之间转移。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于：将装载有经处理的基板的上述第一载体搬出至加载互锁真空室内。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于：上述转移机构，是由具有多个载体保持台，且能互相交换的载体保持机构和基板保持机构各两件，以及可使载体移动在该两件载体保持机构的保持台之间的移动机构所构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：上述基板保持机构是采用真空吸附或静电吸附机构。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：上述基板转移室是维持在干燥气体环境。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：上述载体是支撑基板的四边。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：上述基板处理室为，形成MgO膜的膜堆积室。
8.一种基板处理方法，其特征在于：将对于用来装载有基板的载体进行搬出或搬入的加载互锁真空室、可在载体之间进行基板转移的基板转移室、对于基板进行规定处理的基板处理室等连结配置，并配置有可移动在上述加载互锁真空室和上述基板转移室之间的第一载体及可移动在上述基板转移室和基板处理室之间的第二载体中，
在上述基板转移室中，进行装载于上述第一载体的基板和装载于上述第二载体的基板的转移，可避免向上述基板处理室搬出或搬入的上述第二载体曝露于大气中而连续进行基板处理。
9.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征在于：上述转移机构，是由将具有多个载体保持台且能相互交换的载体保持机构和基板保持机构各两件，以及可使载体移动在该两件载体保持机构的保持台之间的移动机构所构成，并且利用上述保持机构从上述保持台上的上述第一及第二载体维持保持基板的状态，且将载体在上述两件保持机构之间移动，再维持这状态下基板再载置于载体上，以进行基板的转移。
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