JP2008202146A - 縦型化学気相成長装置及び該装置を用いた成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の大型化に対応してコンパクトで簡素な装置構成で、確実に化学気相成長法による成膜を行うことが可能な化学気相成長装置及びこれを用いた成膜方法を提供する。
【解決手段】略直立した状態の基板８に対して成膜を行う縦型化学気相成長装置を、第１成膜室３内に、全面に亘って所定間隔でエアフロー孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃを配設した縦型搬送ベースプレート１１を、搬送ベースプレート下端部の基板搬送方向の軸線２１回りに回動可能に設け、搬送ベースプレート下端部の基板搬送方向に沿って基板８の下端縁を支持して基板搬送を行う複数の搬送ローラ２３を取り付けて構成する。そして、縦型搬送ベースプレート１１の基板支持面１１ｓが上面となるように搬送ベースプレート１１を軸線２１回りに傾倒させると共に、エアフロー孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより搬送ベースプレート１１の基板支持面１１ｓ方向にエアフローを行った状態で基板支持面１１ｓ上に基板８を搬入する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、縦型化学気相成長装置及びこの装置を用いた成膜方法に関する。近年の基板大型化及び薄型化傾向に伴い、基板を略直立させた状態で搬送及び成膜を行うことが可能な縦型化学気相成長装置の利点が評価されている。

従来、真空室内において化学気相成長法による成膜を行う際は、取り扱い上の利便性から水平に載置した基板に対して搬送や成膜を行うものが一般的であった。

ところで、近年、液晶ディスプレイや太陽電池が大型化する傾向が顕著となり、これに伴って成膜用に１ｍ級大型基板の実用化開発が進められている。このような大型基板を従来の水平方式により取り扱うと種々の問題に直面することになる。例えば、基板の大型化や薄型化により、水平載置された基板にはその自重により撓みや反りが生じやすく、膜厚や平坦性において精密な成膜を行うことが困難である。また、特に、トレイ搬送によるものとすると搬送キャリアなどの部品点数が多いうえ、トレイ部分にも膜が付着したりしてパーティクル発生の一因となる。さらに、基板面積に対応して成膜装置構造が大型になり相当の占有スペースを確保する必要がある。

これに対し、縦型方式は水平方式のものに比べて搬送基板の安定性に不安がある。そして、不安定な状態の基板を扱うことは上記した基板大型化とも相俟って、成膜工程の歩留り低下の要因となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、基板の大型化に対応してコンパクトで簡素な装置構成で、確実に化学気相成長法による成膜を行うことが可能な化学気相成長装置及びこれを用いた成膜方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明の化学気相成長装置は、略直立した状態の基板に対して成膜を行う縦型化学気相成長装置において、真空室内に、全面に亘って所定間隔で複数のエアフロー孔を配設した縦型搬送ベースプレートを、このプレートの基板支持面が上面となる傾倒姿勢で配置し、また、プレート下端部の基板搬送方向に沿って基板の下端縁を支持して基板搬送を行う複数の搬送ローラを取り付けて構成した。

これにより、装置を縦型として設置床面の省スペース化が可能となり、また、水平搬送と異なり基板の撓みなどの問題も回避できる。即ち、エアフローを生じさせた傾倒姿勢の搬送ベースプレート上で、搬送ローラにより基板搬送を行うことができる。さらに、基板の接触面がその下端部の搬送ローラ接触部に限定され、トレイ搬送時のようなパーティクル発生を抑制することができる。

そして、上記のような傾倒姿勢とするために、搬送ベースプレートを、このプレート下端部の基板搬送方向の軸線回りに傾動可能とする。これにより、搬送ベースプレートの傾倒姿勢を任意に変更することが可能となる。

この装置を用い、最初に、縦型搬送ベースプレートの基板支持面が上面となるように搬送ベースプレートを軸線回りに傾倒させると共に複数のエアフロー孔により搬送ベースプレートの基板支持面方向にエアフローを行った状態で、搬送ベースプレートの基板支持面上に前記基板を搬入する第１工程と、次に、エアフローを停止した後に、基板を支持したまま搬送ベースプレートを軸線回りに傾動して基板を直立させ、直立状態の基板に対して成膜を行う第２工程とを順次行う成膜方法が可能となる。これにより、パーティクルの発生を抑制して搬送された基板に対して固定成膜を行うことができる。そして、この成膜方法は、例えば、プラズマ化学気相成長装置やスパッタ成膜装置に用いることができる。

この場合、第１工程のエアフローは、配設位置が上側のエアフロー孔より下側のエアフロー孔において小流量であるように調整すると、エアフローによる搬送ベースプレートからの乖離距離を確実に確保できるので基板搬送がよりスムーズになる。

そして、第２工程における搬送ベースプレートの直立時に、複数のエアフロー孔により、第１工程、即ち、搬送時とは逆に、基板を搬送ベースプレート方向に吸引すると、直立した基板は搬送ベースプレートに吸着されて保持されるので、上記の固定成膜を確実に行うことができる。

また、このような装置を用い、傾倒姿勢とした搬送ベースプレートの基板支持面方向に、複数のエアフロー孔によりエアフローを行った状態で、基板支持面上を通過する基板に対して成膜を行うことが可能である。これにより、搬送中の基板に対して通過成膜を行うことができ、上記した固定成膜に比べタクトタイムを短縮し、さらに装置の稼働率を向上した成膜工程が実現する。このような成膜方法は、気密室を必要としない、例えば、触媒化学気相成長法に用いることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の化学気相成長装置は、搬送ベースプレートに設けたエアフロー孔と回転機構とにより、縦型状態の基板の安定性を確保できるので、縦型装置本来の利点、即ち、基板の大型化や装置全体のコンパクト化に対応可能である。

また、この化学気相成長装置は、固定成膜及び通過成膜のいずれにも用いることができるので、化学気相成長方法に限らず、必要に応じて成膜方法の変更に対応可能である。

図１はインライン式に構成された縦型触媒化学気相成長装置（Ｃａｔ−ＣＶＤ装置）の上面断面図である。このインラインＣＶＤ装置は、仕込ポジション１、仕込室２、第１成膜室３、第２成膜室４、取出室５、取出ポジション６の各ユニットが直線的に配列されて構成される。各ユニットは仕切弁７ａ〜７ｅにより隔離される一方、仕切弁をすべて開放すると、各ユニットが連結方向に中空状に連通し、その中空空間を通過して搬送基板を順に搬送できる。

縦型装置の利点の一つは、上記したように省スペースが可能となることであり、本装置においては、この利点をさらに活用し、対称位置にある一対の基板８ａ、８ｂに対して同時に成膜を行うことができるように構成されている。

本装置の各ユニットにおいては、仕込ポジション１内に、基板８ａ、８ｂのそれぞれを収納し、回動軸９ａ、９ｂ回りに回動可能としたカセット１０ａ、１０ｂが対向して配置されている。また、第１成膜室３は、触媒化学気相成長法による成膜を行うために、内部にヒータを内在した搬送ベースプレート１１ａ、１１ｂを配設し、これらに載置される基板８ａ、８ｂに対向する位置に複数の触媒線１２ａ、１２ｂが上下方向に結線されて設けられている。第２成膜室４は、第１成膜室３と同一の構造で構成されており、搬送ベースプレート１３ａ、１３ｂ及び触媒線１４ａ、１４ｂを備えている。そして、取出ポジション６においては、仕込ポジション１と同様に、回動軸１５ａ、１５ｂ回りに回動可能としたカセット１６ａ、１６ｂが対向して配置されている。

なお、上記の搬送ベースプレート１１ａ、１１ｂや搬送ベースプレート１３ａ、１３ｂ、及び、仕込室２の搬送ベースプレート１７や取出室５の搬送ベースプレート１８は、仕込ポジション１や取出ポジション６の場合と異なり、真空下仕様のものを用いる必要がある。

もちろん上記以外にも各ユニットでの作動を行うため、図外のポンプユニット、電源盤、操作盤、加熱電源盤、給排水盤、反応ガス導入機構（第１成膜室３、第２成膜室４用）及び真空排気機構なども搭載されている。

このようにして構成されるインライン式縦型ＣＶＤ装置を用いて搬送基板８に対して触媒化学気相成長法による成膜を行うに際しては、図外のクリーンルームで調整されたガラス基板８ａ、８ｂを仕込ポジション１のカセット１０ａ、１０ｂに収納した後に、カセット１０ａ、１０ｂ内から、それぞれ成膜を行う基板８ａ、８ｂのみを取出し、回動軸９ａ、９ｂ回りに回動させて略直立させ、基板８ａ、８ｂを縦型状態とし、そのまま搬送ベースプレート１０ｃに受渡しを行う。

このようにして、縦型状態のまま基板８ａ、８ｂを仕込室２内の搬送ベースプレート１７に搬送し、仕切弁７ａを閉鎖して仕込室２内を真空排気して所定の圧力状態とする。そして、あらかじめ所定の真空状態に保たれている第１成膜室３内に縦型状態の基板８ａ、８ｂを搬送する。さらに、搬送ベースプレート１１ａ、１１ｂ内のヒータによる加熱及び触媒線１２ａ、１２ｂの作用により、導入される反応ガスを反応させて、基板８ａ、８ｂの表面上に、その反応生成物から成る薄膜の成膜を行う。

所望の成膜が終了した基板８ａ、８ｂは、仕切弁７ｃの開閉により縦型状態で第２成膜室４内に搬送され、今度は、搬送ベースプレート１３ａ、１３ｂ内のヒータによる加熱及び触媒線１４ａ、１４ｂの作用により、その反応生成物から成る第２の成膜を行う。

そして、基板８ａ、８ｂを取出室５に縦型状態のまま搬送し、仕切弁７ｄの閉鎖により密室とした取出室５の真空状態を徐々に大気圧に戻し、仕切弁７ｅを介して基板８ａ、８ｂを取出ポジション６に搬送する。取出ポジション６では、搬送ベースプレート１６ｃから受け渡されて、縦型状態でカセット１６ａ、１６ｂに収納された搬入基板８ａ、８ｂが、各回動軸１５ａ、１５ｂを回動することにより、カセット１６ａ、１６ｂ内で水平状態となり、その後の取出しに備える。

このように基板８ａ、８ｂは、仕込ポジション１から取出ポジション６までの工程間、常にトレイ無しで縦型状態を保って搬送及び成膜が行われる。上記したように、基板を縦型で取り扱うことは、基板の大型化への対応や装置全体の省スペースの点で有利であるが、一方で、搬送基板の安定性に注意する必要がある。

このため、本発明の化学気相成長装置は、図２に示す搬送機構により搬送基板の安定性を向上させている。即ち、図２の搬送機構は、縦型搬送ベースプレート１１の略上中下の各位置にエアフロー孔２０ａ〜２０ｃを設けている。さらに、このような上中下位置から成る一連のエアフロー孔を、プレート１１の全面に亘って、基板搬送方向に所定間隔で並べて設けている。また、搬送ベースプレート１１の下端部は、基板搬送方向の軸線２１回りに所定角度で回動が可能な回転機構２２が設けられ、さらに、搬送ベースプレート１１に支持される基板８の搬送を行うための図外の駆動機構により駆動可能な搬送ローラ２３が基板搬送方向の複数箇所に軸支されて設けられている。そして、上中下位置から成る一連のエアフロー孔２０ａ〜２０ｃは、搬送ベースプレート１１内で軸線２１に連なるエアフローライン２４にそれぞれ連結されている。なお、エアフローライン２４は、図２に示すように、回転機構２２の軸線２１部より、大気側外部に導かれ、エアフローガス導入ライン２５に連なるバルブ２６、及び、吸着用ポンプ２７に連なるバルブ２８に接続される。

上記の搬送機構において、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃや回転機構２２は、搬送ローラ２３による支持だけでは確保し得ない搬送基板８の縦型状態の安定性を向上させるものである。即ち、基板８の搬送時には、搬送ベースプレート１１を回転機構２２により直立状態より角度θだけ傾倒させると共に、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃから搬送ベースプレート１１の支持面１１ｓ方向にエアフローを行う。このようにすることにより、搬送ローラ２３に支持されて搬送される基板８は、支持面１１ｓとの間に形成されるエア層から成るバッファ層をクッションとして、傾倒した搬送ベースプレート１１に立て掛けられた姿勢となって安定性が増すと同時に、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃからのエアフローにより支持面１１ｓとの摺動を回避してスムーズに搬送されることになる。

このとき、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃからのエアフローの流量は、上方位置にあるエアフロー孔ほど大流量であることが望ましい。搬送時の基板８と搬送ベースプレート１１との間の空隙は上方ほど離間が大きくなるので、これに対応して基板８を離間させるため大きな力が必要となるからである。

また、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃは、図２における装置外部のエアフローガス導入ライン２５及び吸着用ポンプ２７の排気機構の作動に使用される。即ち、エアフローガス導入ライン２５により、搬送ベースプレート１１の基板８側とその反対側とで差圧を生じさせ、これにより、エアフローが得られる。さらに、吸着用ポンプ２７を作動させることにより、逆に基板８を搬送ベースプレート１１に吸着させることができる。これは、例えば、成膜時に基板８を搬送ベースプレート１１に固定する際に有用である。

即ち、図１のインライン式ＣＶＤ装置の運転に際して、第１成膜室３及び第２成膜室４などの真空下仕様の搬送ベースプレート１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂとして、図２の搬送機構を用い、それぞれ基板８ａ、８ｂの搬送時には、エアフローを支持面１１ｓ方向に流通させ、傾倒した状態（傾角θ）で基板８ａ、８ｂの搬送に備える。また、仕込ポジション１及び取出ポジション６は、ガス導入機構のみを備えた大気圧下仕様の搬送ベースプレート１０ｃ及び１６ｃを備え、基板８ａ、８ｂの搬送時に、エアフローを支持面１１ｓ方向に流通させ、傾倒した状態（傾角θ）で基板８ａ、８ｂの搬送に備える。そして、仕込室２及び取出室５では、ガス導入機構のみを備えた真空下仕様の搬送ベースプレート１７、１８を用い、エアフローを支持面１１ｓ方向に流通させ、傾倒した状態（傾角θ）で基板８ａ、８ｂの搬送に備える。

そして、基板８ａ、８ｂに対する成膜時には、エアフローで無く、基板８ａ、８ｂを真空吸着させて直立させる。このように、搬送ベースプレート１１、１３を傾動させることにより基板８の状況（搬送若しくは成膜）に対応することが可能となる。

上記の搬送機構を用いた成膜方法の第１の態様を図３に示す。図３は、図１のインライン式ＣＶＤ装置における第１成膜室３の略断面図である。搬送ベースプレート１１ａ側は、回転機構２２ａにより傾倒されると共に、エアフロー孔２０ａ〜２０ｃから基板８ａ方向にエアフローが発生されており、この状態で基板８ａが搬送ローラ２３ａ上に支持されて搬送される。一方、搬送ベースプレート１１ｂ側は、回転機構２２ｂにより直立すると共に、基板８ｂは、エアフロー孔３０ａ〜３０ｃから排気吸収されて搬送ベースプレート１１ｂに吸着されており、この状態で、触媒線１２ｂの作用による触媒気相成長による成膜が行われる。搬送ベースプレート１１ｂに支持された基板８ｂは直立して、基板８ｂの全面が触媒線１２ｂと等距離に位置することになり、このようにして成膜の均等性を確保することができる。

なお、本実施の態様では、上下方向に結線された触媒線１２の張力確保のため、触媒線１２ａ、１２ｂにバネ構造３１ａ、３１ｂを設けている。また、複数から成る触媒線１２により、基板８全面への均一な成膜を行えるように、Ｘ軸駆動系３２、Ｙ軸駆動系３３及びベローズ３４により揺動可能な揺動ステージ３５を備えている。

図３において本実施の第１の態様は、触媒化学気相成長のための装置構成を図示したが、この縦型構造は、上記用途に限定されるものではなく、例えば、プラズマＣＶＤ装置やスパッタリング装置などにも適用可能である。

次に、上記搬送機構を用いた成膜方法の第２の態様を図４に示す。装置構成は図３と同一であるが、搬送状態の基板８ａのみならず成膜工程中の基板８ｂも傾倒状態とした。基板８ｂを直立させず傾倒状態のまま触媒化学気相成長による成膜工程を行うのは、第１の態様の固定成膜と異なり、基板８ｂに対して通過成膜を行うためである。本態様では、基板８ａ側でエアフローを行い、基板８を移動させながら成膜を行っている。したがって、装置運転時のタクトタイムが短縮され、インライン式装置本来の高い稼働率維持の実現が可能となる。このような通過成膜法は、特に触媒化学気相成長法において有用である。

さらに、搬送ベースプレート内にヒータを設けて基板を加熱する場合において、エアフローによる、基板間のエア層（バッファ層）により、基板への熱入出の効率が良くなる。そして、それだけでなく、固定成膜時に、基板を真空吸着させることにより、触媒線からの基板への熱入力に対し、基板の冷却効率が良くなる。

インライン式Ｃａｔ−ＣＶＤ装置の上面断面図 本発明の化学気相成長装置の搬送機構 本発明の第１の態様 本発明の第２の態様

符号の説明

３ 第１成膜室、
４ 第２成膜室
８ａ、８ｂ 基板
１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、１７、１８
搬送ベースプレート（真空下仕様）
１０ｃ、１６ｃ 搬送ベースプレート（大気圧下仕様）
１１ｓ 基板支持面
２０ａ〜２０ｃ、３０ａ〜３０ｃ エアフロー孔
２１ａ、２１ｂ 軸線
２２ａ、２２ｂ 回転機構
２３ａ、２３ｂ 搬送ローラ

Claims (6)

1. 略直立した状態の基板に対して成膜を行う縦型化学気相成長装置において、真空室内に、全面に亘って所定間隔で複数のエアフロー孔を配設した縦型搬送ベースプレートを、該プレートの基板支持面が上面となる傾倒姿勢で配置し、前記プレート下端部の基板搬送方向に沿って前記基板の下端縁を支持して基板搬送を行う複数の搬送ローラを取り付けたことを特徴とする縦型化学気相成長装置。
2. 前記搬送ベースプレートを、
   該プレート下端部の基板搬送方向の軸線回りに傾動可能としたことを特徴とする
   請求項１に記載の縦型化学気相成長装置。
3. 請求項２に記載の縦型化学気相成長装置を用いる成膜方法において、
   最初に、前記縦型搬送ベースプレートの基板支持面が上面となるように該搬送ベースプレートを前記軸線回りに傾倒させると共に前記複数のエアフロー孔により前記搬送ベースプレートの基板支持面方向にエアフローを行った状態で、前記搬送ベースプレートの基板支持面上に前記基板を搬入する第１工程と、次に、前記エアフローを停止した後に、前記基板を支持したまま前記搬送ベースプレートを前記軸線回りに傾動して前記基板を直立させ、該直立状態の基板に対して成膜を行う第２工程とから成ることを特徴とする成膜方法。
4. 前記第１工程のエアフローは、配設位置が上側のエアフロー孔より下側のエアフロー孔において小流量であることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記第２工程における搬送ベースプレートの直立時に、
   前記エアフロー孔を動作停止から吸引動作に切り換え、
   前記複数のエアフロー孔により、前記基板を前記搬送ベースプレート方向に吸引することを特徴とする請求項３または４に記載の成膜方法。
6. 請求項１または２に記載の縦型化学気相成長装置を用いる成膜方法において、前記傾倒姿勢とした搬送ベースプレートの基板支持面方向に、前記複数のエアフロー孔によりエアフローを行った状態で、前記基板支持面上を通過する基板に対して成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
   

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