JP2008277334A - ロードロックチャンバ及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも従来と同様の成膜工程を実行可能であり、かつ従来よりも小型な成膜システムを実現する。
【解決手段】基板６ａ、６ｂが収納される第１及び第２の収納室５ａ、５ｂと、第１の収納室５ａ内を加熱して、第１の収納室５ａに収納された基板６ａを加熱する加熱手段と、を有する。また、第２の収納室５ｂ内を冷却して、第２の収納室５ｂに収納された基板６ｂを冷却する冷却手段を有する。さらに、第１の収納室５ａと第２の収納室５ｂとを熱的に分離する断熱板９を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に対する成膜処理が行われるプロセスチャンバ内を真空に保持したまま、処理前後の基板をプロセスチャンバに搬入・搬出するために設置されるロードロックチャンバに関する。

図３は、従来の成膜システムの構成概略を示す模式的平面図である。図示されている成膜システムは、２つのロードロックチャンバ（真空室）１１０ａ、１１０ｂと、加熱室１４０と、３つのプロセスチャンバ（成膜室）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと、トランスファー室１３０とを有する。真空室１１０ａ、１１０ｂ、加熱室１４０、成膜室１２０ａ〜１２０ｃは、トランスファー室１３０を取り囲むように配置されている。トランスファー室１３０には、周囲に配置された各室間で不図示の基板を移動させるための基板搬送装置８０が設置されている。

各真空室１１０ａ、１１０ｂには、所定数の基板を収納可能な基板棚が多段に設けられている。不図示の基板は、不図示のシーケンス制御装置によって選定された真空室１１０ａまたは１１０ｂのいずれか一方に、外部の搬送手段（不図示）によって搬送される。以下の説明では、シーケンス制御装置によって選定された真空室を真空室１１０と呼んで区別する。

選定された真空室１１０に所定数の基板が収納されると、該真空室１１０のゲートバルブ１５０が閉じられ、該真空室１１０内の空気が排気される。真空室１１０内が所定圧にまで減圧されると、セパレーションバルブ１６０が開かれ、基板は基板搬送装置８０によって加熱室１４０に搬送され、所定温度まで加熱される。加熱された基板は、基板搬送装置８０によって加熱室１４０から成膜室１２０ａ〜１２０ｃのいずれかに搬送される。いずれの成膜室に搬送されるかは、成膜条件によって異なる。

搬送先の成膜室１２０ａ、１２０ｂまたは１２０ｃ内で膜付けされた基板は、基板搬送装置８０によって真空室１１０に搬送され（戻され）、冷却される。ここで、膜付け直後の基板を直ちに大気圧雰囲気に戻すと、基板温度が高い場合には酸化などの反応が起こる。そこで、一度真空室１１０に戻し、基板温度が下がってから大気圧雰囲気に戻している。
特許第２７６６７７４号公報

しかしながら、複数のロードロックチャンバ（真空室）を設けると、成膜システム全体が大型化し、大きな設置スペースが必要となる。また、排気装置や搬送装置も大型化したり、複雑化したりする。

本発明の目的は、少なくとも従来と同様の生産能力を有し、かつ、従来よりもコンパクトな成膜システムを実現することである。

本発明のロードロックチャンバは、基板が収納される第１及び第２の収納室と、前記第１の収納室に収納された前記基板を加熱する加熱手段とを有する。また、前記第２の収納室に収納された前記基板を冷却する冷却手段を有する。さらに、前記第１の収納室と前記第２の収納室とを熱的に分離する断熱手段を有する。

本発明の成膜方法は、基板が収納されたロードロックチャンバを減圧しながら、該ロードロックチャンバに収納された基板を加熱する工程を有する。また、前記加熱された基板をプロセスチャンバに搬送して膜付けを行う工程を有する。また、前記プロセスチャンバ内で膜付けされた前記基板を前記ロードロックチャンバに搬送する工程を有する。さらに、前記ロードロックチャンバに搬送された膜付け後の前記基板を冷却しながら前記ロードロックチャンバの圧力を大気圧に戻す工程を有する。

従来よりも小型でありながら、従来と同様かそれ以上の生産能力を有する成膜システムを実現することができる。

以下、本発明のロードロックチャンバの実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本例のロードロックチャンバ１の構造を示す模式的断面図である。図２は、図１に示すロードロックチャンバ１を備えた成膜システムの構成概略を示す模式的平面図である。

図１に示すように、本例のロードロックチャンバ１は、セパレーションバルブ２及びゲートバルブ３が設けられた真空チャンバ４を有する。そして、真空チャンバ４内には、２つの基板収納空間（第１の収納室５ａ、第２の収納室５ｂ）が上下に重ねて設けられ、同時に２枚の基板を収納することができる。図１には、第１の収納室５ａに基板６ａが、第２の収納室５ｂに基板６ｂがそれぞれ収納された状態を図示してある。尚、基板６ａ、６ｂはガラス基板である。

ここで、第１の収納室５ａには、該収納室５ａに収納された基板６ａを加熱するための加熱手段が設けられている。一方、第２の収納室５ｂには、該収納室５ｂに収納された基板６ｂを冷却するための冷却手段が設けられている。要するに、本例のロードロックチャンバ１は、基板を加熱する加熱室と基板を冷却する冷却室とを併せ持っている。もっとも、加熱手段または冷却手段をどちらの収納室に設けるかは任意に決定することができる。

次に、加熱手段を備える第１の収納室５ａについて具体的に説明する。第１の収納室５ａは、基板６ａを収納可能な間隔で対向する底板７ａ及び天井板７ｂと、これら底板７ａと天井板７ｂとを連結する一組の側壁部（不図示）とによって形成されている。また、底板７ａの上には、基板６ａが載置される支持台８が設けられている。

上記側壁部は、底板７ａ及び天井板７ｂの対応する長辺同士を連結している。すなわち、第１の収納室５ａは、その４面が底板７ａ、天井板７ｂ及び側壁部によって囲まれ、対向する残りの２面が開口している。そして、開口している２面が第１の収納室５ａに基板６ａを搬入、搬出するための出し入れ口とされている。

ここで、上記加熱手段は側壁部を加熱し、側壁部の熱は底板７ａ及び天井板７ｂに伝導する。そして、底板７ａ、天井板７ｂ及び側壁部から熱が放射されることによって、第１の収納室５ａ内の温度が上昇し、収納されている基板６ａが加熱される。従って、底板７ａ、天井板７ｂ及び側壁部は、熱伝導率の高い素材によって形成することが望ましい。一方、支持台８は断熱素材によって形成されている。尚、底板７ａ、天井板７ｂ及び側壁部は熱的に接続されていればよく、機械的に連結されていなくてもよい。

次に、冷却手段を備える第２の収納室５ｂについて具体的に説明する。もっとも、第２の収納室５ｂの構造は、第１の収納室５ａと基本的に同一であるので、同一の構成については図中に同一の符号を付すことによって説明に代える。

第２の収納室５ｂでは、上記冷却手段によって側壁部が冷却される。また、側壁部が冷却されることによって、該側壁部と熱的に接続されている底板７ａ及び天井板７ｂも冷却される。その結果、第２の収納室５ｂ内の温度が低下し、収納されている基板６ｂが冷却される。

以上の構造を有する第１の収納室５ａと第２の収納室５ｂとは、不図示の昇降装置によって一体化されており、図中矢印方向に一体的に昇降される。もっとも、第１の収納室５ａと第２の収納室５ｂとの間、具体的には、第１の収納室５ａの底板７ａと第２の収納室５ｂの天井板７ｂとの間には、第１の収納室５ａと第２の収納室５ｂとを熱的に分離する断熱手段としての断熱板９が設置されている。このように、第１の収納室５ａと第２の収納室５ｂとが熱的に分離されているので（断熱されているので）、仮に２枚の基板の一方を加熱しながら他方を冷却しても何ら問題はない。

昇降装置は、第１の収納室５ａまたは第２の収納室５ｂの出し入れ口をセパレーションバルブ２及びゲートバルブ３に合わせる。すなわち、第１の収納室５ａに基板６ａを搬入あるいは搬出する際には、昇降装置が第１の収納室５ａ及び第２の収納室５ｂを上昇あるいは降下させ、第１の収納室５ａの出し入れ口の高さと、セパレーションバルブ２及びゲートバルブ３の高さとを一致させる。一方、第２の収納室５ｂに基板６ｂを搬入あるいは搬出する際には、昇降装置が第１の収納室５ａ及び第２の収納室５ｂを上昇あるいは降下させ、第２の収納室５ｂの出し入れ口の高さと、セパレーションバルブ２及びゲートバルブ３の高さとを一致させる。

上記加熱手段は、第１の収納室５ａの側壁部内に設けてもよい。また、上記冷却手段は、第２の収納室５ｂの側壁部内に設けてもよい。加熱手段の具体例としては、例えば、側壁部内に設けられたランプヒータが挙げられる。冷却手段の具体例としては、第２の収納室５ｂの側壁部内に設けられた流路に冷媒を循環させることによって、第２の収納室５ｂを冷却するものが挙げられる。流路に冷媒を循環させる動力源にはポンプが好適に用いられる。また、流路内に循環させる冷媒は、水であってもよく、その他の液体であってもよい。また、冷却の温度を効率的に下げるべく、冷媒が循環する流路の途中にヒートシンクなどを設けることもできる。

次に、主に図２を参照しながらロードロックチャンバ１を備えた成膜システムについて説明する。図示されている成膜システムは、基板搬送装置８が配置されたトランスファー室１３の周囲に、ロードロックチャンバ（真空室）１と、２つのプロセスチャンバ（成膜室）１２ａ、１２ｂが配置されている。

次に、図２に示す成膜システムの動作について説明する。まず、上記昇降装置が、加熱手段を備える第１の収納室５ａ（図１）の出し入れ口の高さと、ゲートバルブ３の高さとが一致するまで、第１の収納室５ａ及び第２の収納室５ｂを上昇あるいは降下させる。次に、ゲートバルブ３が開かれ、不図示の搬送手段によって第１の収納室５ａ内に不図示の基板が搬入される。もっとも、ゲートバルブ３を開いてから第１の収納室５ａの出し入れ口の高さと、ゲートバルブ３の高さとを一致させてもよく、バルブ３を開きながら両者の高さを一致させてもよい。

第１の収納室５ａ内に基板が搬入されると、ゲートバルブ３が閉じられ、ロードロックチャンバ１内の空気が排気される。これによって、それまで大気圧と同圧であったロードロックチャンバ１内の圧力が所定圧力まで減圧される。

ロックチャンバ１内の圧力が所定圧力まで減圧されると、上記加熱手段によって第１の収納室５ａ内の温度が上げられ、搬入された基板が加熱される。もっとも、基板の搬入前から加熱手段を作動させて、第１の収納室５ａ内の温度を上げておいてもよく、減圧しながら温度を上げてもよい。

基板の温度が所定温度に達すると、セパレーションバルブ２が開かれ、基板搬送装置８によって第１の収納室５ａから成膜室１２ａまたは１２ｂに基板が搬送される。搬送先の成膜室は、不図示のシーケンス制御装置によって選定される。シーケンス制御装置は、成膜条件に応じて搬送先の成膜室を選定する。

搬送先の成膜室１２ａまたは１２ｂ内で膜付けされた基板は、基板搬送装置８によって冷却手段を備える第２の収納室５ｂに搬送される。このとき、第１の収納室５ａには、膜付けを待つ次の基板が収納され、加熱されている。よって、膜付けされた基板を第２の収納室５ｂに搬入した基板搬送装置８は、第１の収納室５ａ内の基板を成膜室１２ａまたは１２ｂに搬送する。また、第２の収納室５ｂへの基板の搬入または第１の収納室５ａからの基板の搬出に合わせて、収納室５ａ、５ｂが昇降装置によって昇降されることは勿論である。

第１の収納室５ａから次の基板が搬出されると、セパレーションバルブ２が閉じられ、ロードロックチャンバ１内に大気または窒素ガスなどが導入され、ロードロックチャンバ１内の圧力が大気圧に戻される。この間、第２の収納室５内は、上記冷却手段によって冷却されており、ここに収納されている膜付け後の基板が冷却される。もっとも、基板の搬入前から冷却手段を作動させて、第２の収納室５ｂ内の温度を下げておいてもよく、大気または窒素ガスなどを導入しながら第２の収納室５ｂ内の温度を下げてもよい。

その後、ゲートバルブ３が開かれ、上記不図示の搬送手段によって、基板が第２の収納室５ｂから搬出される。

以上のように、本例の成膜システムが備えるロードロックチャンバ１は、加熱手段及び冷却手段を備え、成膜前と成膜後の基板を各１枚ずつ合計２枚収納することができる。よって、従来システムで必要であった加熱室１４０（図３）に相当する室が不要となる。従って、システム全体がコンパクトになり、設置スペースも縮小される。

さらに、加熱室１４０に相当する室への基板の搬入・搬出工程が不要となるので、その分だけ基板への接触回数も減る。基板への接触回収が減ることは、基板にゴミなどが付着する可能性が低減されることを意味する。加えて、基板の搬送回数が少なければ、基板の搬送速度を遅くしても同じ生産量を維持することができる。従って、搬送速度を遅くして、搬送時に基板にかかるストレス（振動など）の低減を図ることも可能である。

本発明のロードロックチャンバの実施形態の一例を示す模式的断面図である。 図１に示すロードロックチャンバを備えた成膜システムの模式的平面図である。 従来の成膜システムを示す模式的平面図である。

符号の説明

１ ロードロックチャンバ
２ セパレーションバルブ
３ ゲートバルブ
４ 真空チャンバ
５ａ 第１の収納室
５ｂ 第２の収納室
６ａ、６ｂ 基板
７ａ 底板
７ｂ 天井板
８ 基板搬送装置
１２ａ、１２ｂ プロセスチャンバ（成膜室）
１３ トランスファー室

Claims (6)

1. 基板が収納される第１及び第２の収納室と、
   前記第１の収納室に収納された前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記第２の収納室に収納された前記基板を冷却する冷却手段と、
   前記第１の収納室と前記第２の収納室とを熱的に分離する断熱手段と、を有するロードロックチャンバ。
2. 前記加熱手段は前記第１の収納室の側壁部を加熱し、前記冷却手段は前記第２の収納室の側壁部を冷却する請求項１記載のロードロックチャンバ。
3. 前記加熱手段は前記第１の収納室の側壁部内に設けられ、前記冷却手段は前記第２の収納室の側壁部内に設けられている請求項１記載のロードロックチャンバ。
4. 前記加熱手段がランプヒータである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロードロックチャンバ。
5. 前記冷却手段は、前記第２の収納室の前記側壁部内に設けられた流路に冷媒を循環させることによって、前記第２の収納室を冷却する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロードロックチャンバ。
6. 基板が収納されたロードロックチャンバを減圧しながら、該ロードロックチャンバに収納された基板を加熱する工程と、
   前記加熱された基板をプロセスチャンバに搬送して膜付けを行う工程と、
   前記プロセスチャンバ内で膜付けされた前記基板を前記ロードロックチャンバに搬送する工程と、
   前記ロードロックチャンバに搬送された膜付け後の前記基板を冷却しながら前記ロードロックチャンバの圧力を大気圧に戻す工程と、を有する成膜方法。

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