JP2006063412A

JP2006063412A - 成膜方法および成膜装置

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Publication number: JP2006063412A
Application number: JP2004248729A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Ota; 雄一郎太田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP4408071B2

Abstract

【課題】
ホルダの寿命を延長可能な成膜方法および成膜装置を提供する。
【解決手段】
開口部の周囲に段差を有し、段差下部が開口部側に張り出して保持部を構成するホルダを用い、前記段差上に板状成膜対象物を保持し、開口部側から板状成膜対象物上に成膜を行う成膜方法において、成膜方法は、段差下部先端が磨耗したホルダの段差上にはサブホルダを設置した、ホルダの段差上方に板状成膜対象物を配置するロード工程と、前記ホルダの段差上方にサブホルダを介して保持された板状成膜対称物上に前記開口部、サブホルダを介して成膜を行う成膜工程と、前記ホルダから成膜後の板状成膜対象物を取り出すアンロード工程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜方法と成膜装置に関し、特にホルダ上にガラス基板等の成膜対象物を保持して成膜を行なう成膜方法と成膜装置に関する。

成膜装置として、化学気相堆積（ＣＶＤ）装置やスパッタリング装置が知られている。インライン式成膜装置は、基本的に仕込室、成膜室、取出室の３室をバルブを介して連接した構成を備える。成膜室は常に真空状態に保たれる。基板等の成膜対象物は、必要に応じてホルダなどの治具上に保持される。成膜対象物や、治具は、表面に大気、水分などを吸着しており、真空中でこれらのガスを放出（脱ガス）する。膜質を高くするためには、成膜前に十分脱ガスを行わせることが望ましい。

仕込室と成膜室の間に脱ガス室を設け、成膜対象物や治具の脱ガスを十分行なわせてから成膜室に搬入する構成も知られている。成膜前に成膜対象物を所定温度まで加熱する加熱室を設ける構成も知られている。これらの構成により、作業効率を向上し、膜質を高く維持することができる。

以下、制限的な意味なく液晶表示装置の製造工程に用いるスパッタリング装置を例にとって説明する。液晶表示装置の製造工程で用いられる成膜対象物は、ガラス基板などの透明基板である。液晶表示装置は、現在、大型化や薄型化と共に製造コストのミニマム化が求められている。スパッタリング装置としてはバッチ式装置、インライン式装置、枚葉式装置があるが、ガラス基板の大型化、高真空性能、高スループットなどの点からインライン式装置が広く用いられている。液晶表示装置用のガラス基板は大型で、割れ易いので金属製のホルダ（枠体）上に保持して成膜処理を行なう。ガラス基板は、その周辺部でホルダから一様な力を受けて安定に保持される。

図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、従来のインライン式成膜装置の構成例を示す。
図３Ａに示すように、インライン式成膜装置１０は、カセットステーション２０、脱着ステーション３０、真空槽４０、キャリアリターン５０を有する。カセットステーション２０は大気雰囲気で、複数枚の基板を収容したカセット２１を複数収容する。カセットステーション２０内には基板移し変え用のロボット２３が配置されている。脱着ステーション３０は、キャリアに搭載されたホルダ１上の成膜済みのガラス基板５を受け取って（アンロードして）、カセット２１に収容し、カセット２１から新たな未成膜のガラス基板５を取出し、ホルダ１上に搭載（ロード）する場所である。ロボット２３は、ガラス基板５を裏側から吸着し、ホルダ１とカセット２１との間でガラス基板５を移し変える。ガラス基板はホルダごと成膜装置内を移動する。なお、成膜対象物はガラス基板に限らない。他の板状基板でもよい。

図３Ｂ、３Ｃに示すように、ホルダ１は、基板を落とし込んで保持する基板保持用段差２を有し、段差２下部内縁は開口３を画定する。段差２下部は、開口３に向かって次第に厚さが減少する断面形状を有する。段差２下部上に基板５を搭載し、上方からバネ等で基板を段差２に押し付けて固定する。開口３側から基板５上に成膜を行なう。基板を水平にした状態で成膜を行なう横型と、基板を垂直に立てて成膜を行なう縦型がある。

段差２下部とその上に配置される基板５の周辺部の重なり領域は、基板保持機能を有する、成膜ハ生じない保持エリアＨＡとなる。スパッタリングまたはＣＶＤが裏側に回りこむのを防止するためには保持エリアＨＡにはある程度の幅が必要である。

ホルダ１に搭載された未成膜の基板５は、真空槽４０内に搬入される。まず、仕込室４１内に大気雰囲気で搬入され、真空雰囲気に排気される。真空排気後、ホルダ１は加熱室４２に搬入され、基板５が所定温度まで加熱される。仕込室４１、加熱室４２で十分脱ガスを行なわせる。加熱された基板は加熱室４２からスパッタリング、またはＣＶＤを行なう成膜室４３に搬入され、成膜が行われる。成膜後の基板５は取出し室４４に搬出され、大気雰囲気に戻される。その後、ホルダごと基板５はキャリアリターン５０を通って脱着ステーション３０に戻される。成膜装置内では複数のホルダが循環しており、複数の基板上に繰り返し成膜を行なう。

成膜を繰り返すと、ホルダ１上に堆積した膜も厚くなり、剥離する可能性が増加する。剥離が生じるとパーティクルが発生し、製品に悪影響を及ぼす。剥離を生じる前に、ホルダ１に再生処理と呼ばれる洗浄処理（除膜処理）を行なう。洗浄処理としては、ガラスビーズ等を吹き付ける機械的洗浄と薬液でエッチングする化学的洗浄がある。洗浄処理を繰り返すと、ホルダ１、特に厚さが減少している段差２下部先端は次第に磨耗、消費され、変形する。磨耗は均一には生じず、場所的依存性を示す。

図３Ｄに示すように、段差２下部の磨耗量が増加すると、磨耗量の大きいところでは保持エリアＨＡの幅が不足し、基板５の非成膜エリアが減少ないし消滅して、成膜材料が基板５裏側等に回り込むようになる。基板５裏側に成膜が生じると、搬送中、他のプロセス中などに剥離を生じパーティクルの原因となる。

また、例えば通常の厚さ０．７ｍｍから厚さ０．５ｍｍに薄型化されたガラス基板は撓み量も大きい。移し変えのためロボット２３が基板を吸着しようとする時、基板に若干の力が掛かる。保持エリアＨＡの幅が不足するとガラス基板がさらに撓んだ時、ホルダ１から落下してしまうことが生じる。このため、磨耗量が一定量以上となったホルダ１は交換する必要がある。ホルダ交換の費用も無視できない額となる。

特公平６−４１６３０号公報特公平８−１５５４７号公報

本発明の目的は、運転経費の低い成膜方法および成膜装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ホルダの寿命を延長可能な成膜方法および成膜装置を提供することである。

本発明の１観点によれば、開口部の周囲に段差を有し、段差下部が開口部側に張り出して保持部を構成するホルダを用い、前記段差上に板状成膜対象物を保持し、開口部側から板状成膜対象物上に成膜を行う成膜方法において、段差下部先端が磨耗したホルダの段差上にはサブホルダを設置した、ホルダの段差上方に板状成膜対象物を配置するロード工程と、前記ホルダの段差上方にサブホルダを介して保持された板状成膜対称物上に前記開口部、サブホルダを介して成膜を行う成膜工程と、前記ホルダから成膜後の板状成膜対象物を取り出すアンロード工程と、を含む成膜方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、開口部の周囲に段差を有し、段差下部が開口部側に張り出して保持部を構成するホルダを用い、前記ホルダの段差下部上に板状成膜対象物を保持し、開口部側から板状成膜対象物上に成膜を行う成膜装置において、段差下部先端が磨耗したホルダホルダと、段差下部先端が磨耗したホルダの段差上に設置され、前記開口部側に張り出すサブホルダと、を含む成膜装置が提供される。

ホルダが磨耗しても、サブホルダを重ねることによりホルダの機能を回復することができる。サブホルダのコストは低いので、運転コストを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１に示すように、インライン式成膜装置１０は、カセットステーション２０、脱着ステーション３０、真空槽４０、キャリアリターン５０を有する。真空槽内の各室はゲートバルブで分離されている。カセットステーション２０は大気雰囲気で、複数枚（例えば２０ないし２５枚）のガラス基板を収容したカセット２１を複数収容する。成膜前のガラス基板を複数枚収容したカセットを搬入し、順次成膜を行い、成膜後のガラス基板を複数枚カセットに収容して搬出する。カセットステーション２０内には基板移し変え用のロボット２３が配置されている。

成膜工程において、ガラス基板は保持能力の高い金属性枠体であるホルダに保持した状態で処理される。カセットステーションに隣接して脱着ステーション３０が配置されている。脱着ステーション３０は、キャリアと呼ばれる移動車に設置された金属製ホルダ１上に保持された成膜済みのガラス基板５を受け取って（アンロードして）カセット２１に収容し、新たな未成膜のガラス基板５をカセット２１から取出し、ホルダ１上に搭載（ロード）する場所である。ロボット２３は、基板５を裏側から吸着し、ホルダ１とカセット２１との間で基板５を移し変える。

脱着ステーション３０には、キャリアに設置された状態で複数のホルダ１が搬送されてくる。ホルダ１は、図３Ｂに示した構成を有し、開口３の周囲に基板の位置決めとシャドウイング（遮蔽）のための段差２が形成され、段差下部上にガラス基板を載置する構成を有する。１つのホルダが２枚のガラス基板を収容する形態を示すが、１つのホルダが１枚のガラス基板を収容する形態でもよい。又、１つのホルダに３枚以上のガラス基板を収容する形態でもよい。

本実施例においては、磨耗が進行したホルダの段差にはホルダの基板保持機能を補助するサブホルダを重ねて配置し、その上にガラス基板を搭載する。サブホルダ７は、薄板状の金属枠で形成される。

図２Ａに示すように、磨耗が進行したホルダ１の段差２上にサブホルダ７が載せられている。サブホルダ７は、段差２とほぼ同寸法を有し、段差２に沿って延在し、段差２内に余裕を持って収容でき、段差２と所定幅以上の重なりを持つ形状を有する。段差２の側壁との間には、熱膨張を吸収できるクリアランスを持たせる。サブホルダ７は、例えば０．３ｍｍ程度の均一な厚さを有し、開口を囲む閉じたループ形状を有し、板材から切り出すことによって作成される。サブホルダの金属材料は、ある程度の強度、耐熱性、対磨耗性、耐薬品性などを満足すれば、特に制約は受けない。サブホルダの厚さは、ガラス基板をホルダの上面から突出させないように薄く、かつある程度の強度を提供するように０．３ｍｍ以上であることが好ましい。

図２Ｂに示すように、サブホルダ７が載せられているホルダ１は、磨耗が進み、段差２下部の張り出し部はかなり減少している。このため、ホルダの基板保持機能は低下している。サブホルダ７は、ホルダ１の段差下部上に配置され、開口３内に張り出している。ホルダに収容された基板５は、サブホルダ７と十分な幅の保持エリアＨＡを形成する。

サブホルダ７は、薄く、単独では自己保持機能に欠け、容易に撓む強度である。しかし、ホルダの段差とガラス基板との間に挟まれた状態では、サブホルダは増強された強度を示す。例えば、ガラス基板の重力によりサブホルダが厚さ方向に変形しようとすると、同時に面内方向の引き伸ばし、圧縮を必要とするため、変形に対する耐性が高くなる。ホルダとサブホルダを併せて考えた時、ホルダの保持機能は回復している。

サブホルダ７がない状態では、ホルダ１の段差下部とガラス基板５との重なりは少なくなる。重なりがさらに少なくなると成膜物質の回り込みや薄型ガラス基板の落下事故などが生じ得る。

サブホルダ７はホルダの段差下部２とガラス基板５に挟まれた形態で使用されるため、薄板状であっても閉じた形状のサブホルダの変形の自由度は制限され、使用時には十分な強度を示す。ガラス基板のロード／アンロード時にも十分な保持能力を発揮しガラス基板の落下事故は生じない。開口部に所定幅張り出すサブホルダ７をホルダ１に重ねることにより、十分な幅の保持エリアＨＡが確保され、回り込みは生じない。

サブホルダ７は、磨耗が進んだホルダの基板支持機能を補強するために用いられるものであり、未だ磨耗の少ないホルダには用いる必要がない。サブホルダ７を設置した磨耗の進んだホルダと、磨耗の程度が少なく、サブホルダ７を設置していないホルダとを成膜装置内で併用することもできる。図１には、サブホルダを設置した２つのホルダと、サブホルダを設置していない２つのホルダが示されている。

図２Ｃに示すように、ホルダ１は、車輪８、ラックアンドピニオン９を備えたキャリア１０上に載せられて移動される。ホルダ１は、キャリア１０に保持されるのに適した立体的外形を有する。ホルダ１は、高い自己保持機能を備え、肉厚も厚く、外形も複雑で、製造価格は高くなる。

ホルダ１に搭載された未成膜のガラス基板５は、真空槽４０内に搬入される。まず、仕込室４１内に大気雰囲気で搬入され、真空雰囲気に排気される。真空排気後、ホルダ１は加熱室４２に搬入され、ガラス基板５が所定温度まで加熱される。仕込室４１、加熱室４２で十分脱ガスを行なわせる。加熱されたガラス基板は加熱室４２からスパッタリングを行なう成膜室４３に搬入され、横型または縦型で成膜が行われる。サブホルダを使用することにより、成膜物質の回り込みは生じない。

成膜後のガラス基板５は取出し室４４に搬出され、大気雰囲気に戻される。その後、ホルダごとガラス基板５はキャリアリターン５０を通って脱着ステーション３０に戻される。キャリアリターンは、同一平面内を移動するものと、成膜機構上部を戻すもののいずれでもよい。基板を保持するサブホルダは、ロボット２３による基板移し変え時にも、十分な強度を発揮し、落下事故は生じない。成膜装置内では複数のホルダが循環しており、複数のガラス基板上に繰り返し成膜を行なう。

成膜を繰り返すと、ホルダ１上に堆積した膜も厚くなり、剥離する可能性が増加する。剥離が生じるとパーティクルが発生し、製品に悪影響を及ぼす。剥離を生じる前に、ホルダ１およびサブホルダ７を洗浄処理する。サブホルダの洗浄としては、たとえば薬液でエッチングする化学的洗浄を用いる。洗浄処理を繰り返すと、ホルダ１が次第に磨耗、消費されると共に、サブホルダも消耗する。

以下、ホルダのみを用いた時の費用と、ホルダとサブホルダを用いた時の費用を実績に基づき比較する。サブホルダを使用しなかった時、ホルダの単価は２００，０００円、再生限度は３０回であった。洗浄による再生費用は５，０００円／回である。２年でホルダの再生限界に達し、費用は１ホルダ当たり、２年で、
２００，０００＋５，０００×３０＝３５０，０００／２年、
すなわち、１７５，０００円／年
であった。

サブホルダを利用した時、ホルダの単価、再生費用は上述と同じ２００，０００円、５，０００円であった。しかし、ホルダの再生限度は６０回に倍増した。サブホルダは、厚さ０．３ｍｍのステンレス（ＳＵＳ）板から形成した。定尺板から２枚取りしたサブホルダの単価は５，０００円（２枚で１０，０００円）であった。サブホルダの再生限度は３０回であり、再生費用は１，０００円であった。４年でホルダの再生限度に達し、費用は１ホルダ当たり４年で、
２００，０００＋５，０００×６０＋１０，０００＋１、０００×３０
＝５４０，０００／４年、
すなわち１３５，０００円／年
であった。差額は１ホルダ当たり、４０，０００円／年である。成膜装置には６０ホルダ使用しているので、成膜装置あたりの差額は、
４０，０００×６０＝２，４００，０００円／年
であった。

このように、サブホルダの仕様により成膜装置の運転費用は大幅に削減可能となった。なお、スパッタリング装置を例にとって説明したが、ＣＶＤ装置など他の制膜装置に用いてもよい。サブホルダの材料はステンレスに限定されないが、洗浄処理に於ける耐薬液性を備え、強度のある金属板から作製することが好ましい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、成膜装置はスパッタリング装置の他プラズマＣＶＤ装置などのＣＶＤ装置でもよい。基板は液晶表示装置用ガラス基板に限らない。例えば、プラズマ表示装置用の基板、ＥＬ表示装置用基板などでもよい。その他種々の変更、改良、組合せが可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の１実施例による成膜装置の構成を示す平面図である。図１に示す成膜装置のホルダ、その使用状態、キャリアの構成を示す平面図および断面図である。従来技術による成膜装置の構成を示す平面図である。従来技術による成膜装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ホルダ
２段差
３開口
５成膜対象物（基板）
７サブホルダ
８車輪
９ラックアンドピニオン
１０成膜装置
２０カセットステーション
２１カセット
２３ロボット
３０脱着ステーション
４０真空槽
４１仕込室
４２加熱室
４３成膜室
４４取出室
５０キャリアリタ−ン
ＨＡ保持エリア

Claims

開口部の周囲に段差を有し、段差下部が開口部側に張り出して保持部を構成するホルダを用い、前記段差上に板状成膜対象物を保持し、開口部側から板状成膜対象物上に成膜を行う成膜方法において、
段差下部先端が磨耗したホルダの段差上にはサブホルダを設置した、ホルダの段差上方に板状成膜対象物を配置するロード工程と、
前記ホルダの段差上方にサブホルダを介して保持された板状成膜対称物上に前記開口部、サブホルダを介して成膜を行う成膜工程と、
前記ホルダから成膜後の板状成膜対象物を取り出すアンロード工程と、
を含む成膜方法。
前記サブホルダは、開口部を囲む閉じた形状を有する請求項１記載の成膜方法。
前記サブホルダは、成膜対象物に対して所定幅以上の保持エリアを確保する請求項１または２記載の成膜方法。
さらに、前記ロード工程および前記アンロード工程が、ロボットにより前記板状成膜対象物を吸着保持して、前記板状成膜対象物を移し変える工程を含む請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜方法。
開口部の周囲に段差を有し、段差下部が開口部側に張り出して保持部を構成するホルダを用い、前記ホルダの段差下部上に板状成膜対象物を保持し、開口部側から板状成膜対象物上に成膜を行う成膜装置において、段差下部先端が磨耗したホルダと、段差下部先端が磨耗したホルダの段差上に設置され、前記開口部側に張り出すサブホルダと、を含む成膜装置。