JP2010109089A - Conveyance device, and method of manufacturing film-formed substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜成膜のためのプラズマ化学的気相成長(以下CVDと略する)装置等で使用される成膜プレートに基板を載置する搬送装置および成膜基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a transfer apparatus for mounting a substrate on a film formation plate used in a plasma chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as CVD) apparatus for forming a thin film and a method for manufacturing the film formation substrate.
従来の基板の製造方法において用いられるCVD装置は、基板を処理雰囲気中へ搬入するためのロードロック室、搬入された基板に対しCVDにより成膜を行う成膜室、処理済みの基板を成膜室から取り出すアンロードロック室から成り、これらを直列に並べた構成になっている。 A CVD apparatus used in a conventional substrate manufacturing method includes a load lock chamber for carrying a substrate into a processing atmosphere, a film forming chamber for forming a film on the carried substrate by CVD, and forming a processed substrate. It consists of an unload lock chamber taken out from the chamber, and these are arranged in series.
従来の基板の搬送経路は、まず、搬送機構によって処理対象の基板をロードロック室へ搬入し、次いで基板を成膜室へ搬入する。基板は、成膜室において電極板に対向して配設した成膜プレート上に載置されて成膜される。ここで、成膜室内は、成膜時の反応による熱や、成膜工程における熱によって加熱されている。そして、成膜された基板は、アンロードロック室へと進み、アンロードロック室から装置外へ搬出される。 In the conventional substrate transfer path, a substrate to be processed is first transferred into a load lock chamber by a transfer mechanism, and then the substrate is transferred into a film formation chamber. The substrate is deposited on a deposition plate disposed opposite to the electrode plate in the deposition chamber. Here, the film formation chamber is heated by heat from a reaction during film formation or by heat in the film formation process. Then, the deposited substrate proceeds to the unload lock chamber and is carried out of the apparatus from the unload lock chamber.
一般的に、成膜に使用される成膜プレートは、生産性を向上させるため、アンロードロック室から搬出された後、熱を帯びたまま冷却せずにさらに使用される。
上述の基板の処理工程において、成膜プレートは、アンロードロック室から搬出された後、熱を帯びたまま冷却せずに使用されるため、新たな基板が成膜プレートに載置された際、温度差に起因して基板が反りやすいという問題があった。 In the above-described substrate processing step, the film formation plate is unheated after being unloaded from the unload lock chamber and is used without being cooled, so when a new substrate is placed on the film formation plate. There is a problem that the substrate is easily warped due to the temperature difference.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板の反りを低減し、膜質や歩留り等の不具合が低減された成膜基板とすることが可能な基板の搬送装置および成膜基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and can provide a substrate transport apparatus and a film formation that can reduce the warpage of the substrate and reduce the defects such as film quality and yield. An object is to provide a method for manufacturing a substrate.
本発明の基板の搬送装置は、CVD装置内へ搬送される成膜プレート上に基板を載置する吸着パッドと、前記基板の中央領域を加熱する手段と、を有する。 The substrate transport apparatus of the present invention includes a suction pad for placing a substrate on a film forming plate transported into a CVD apparatus, and means for heating a central region of the substrate.
また、本発明の成膜基板の製造方法は、基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、前記基板より高温の気体を、前記搬送機構から前記基板の中央領域に当てて、前記基板を加熱する工程と、前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、前記基板が載置された前記成膜プレートをCVD装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、を有する。 Further, the method for manufacturing a film formation substrate of the present invention includes a step of preparing a substrate, a film formation plate to be transferred into the CVD apparatus, and a transfer mechanism for transferring the substrate to the film formation plate, Heating the substrate by applying a high-temperature gas from the transport mechanism to the central region of the substrate, placing the substrate on the film formation plate by the transport mechanism, and placing the substrate A step of advancing the formed film forming plate into a CVD apparatus and forming a film on the substrate.
また、本発明の成膜基板の製造方法は、基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、治具を備え前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、前記基板の中央領域に対し、前記基板より高温の前記治具を押し当て、前記基板を加熱する工程と、前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、前記基板が載置された前記成膜プレートをCVD装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、を有する。 In addition, the method for manufacturing a film formation substrate of the present invention includes a step of preparing a substrate, a film formation plate to be transferred into the CVD apparatus, and a transfer mechanism that includes a jig and transfers the substrate to the film formation plate. A step of pressing the jig having a temperature higher than that of the substrate against the central region of the substrate and heating the substrate; a step of placing the substrate on the film formation plate by the transport mechanism; and the substrate And a step of depositing the film on the substrate by advancing the film-forming plate on which is placed in a CVD apparatus.
本発明は上述のような構成または工程により、処理対象である基板の温度を成膜プレートの温度に近づけることができるため、処理対象である基板にかかる熱応力を小さくすることができ、基板の反りを低減できる。よって、反りにより基板に生じる不具合も解消できる。 According to the present invention, since the temperature of the substrate to be processed can be brought close to the temperature of the film formation plate by the above-described configuration or process, the thermal stress applied to the substrate to be processed can be reduced. Warpage can be reduced. Therefore, the problem which arises in a board | substrate by curvature can also be eliminated.
図1(a)(b)(c)は搬送装置およびCVD装置の動作の一実施形態を示した図である。CVD装置は、例えば、太陽電池素子の反射防止膜としての窒化シリコン薄膜の成膜工程や半導体素子や液晶表示装置などの製造工程で使用される。 FIGS. 1A, 1B, and 1C are diagrams showing an embodiment of operations of the transfer device and the CVD device. The CVD apparatus is used, for example, in a film forming process of a silicon nitride thin film as an antireflection film of a solar cell element or a manufacturing process of a semiconductor element or a liquid crystal display device.
基板1は、成膜プレート17を備える搬送カート2に支持されてCVD装置内に搬入され、成膜室4において成膜される。基板1は、CVD装置のアンロードロック室5から大気側に搬出された後、搬送カート2から回収される。搬送カート2は、タクト時間を上げるため、アンロードロック室5より搬出された後、ロードロック室3の前に搬送され、新たな基板1が供給される。このような搬送カート2は、ロードロック室3の前に搬送された際、熱を帯びた状態にある。
The
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
図2は、ローダーベルト15上に配置された搬送カート2の成膜プレート17上に基板1を載置する搬送装置の一例を示す斜視図であり、図3(a)〜(d)はその動作を示す工程図である。
<
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a transfer device for placing the
搬送装置は、駆動シャフト29と、ベースアーム24とスプレーノズル27とを備え、駆動シャフト29に対しエアシリンダーを介してネジ止めなどで固定された吸着可動部23とを有する。
The transport device includes a
吸着可動部23のベースアーム24は、ステンレスやアルミニウムなどの金属製の角柱からなる。ベースアーム24には、複数のゴム製の吸着パッド25が取り付けられている。ゴム製の吸着パッド25は、吸着保持後の移動時の安定性の観点から3個以上とすることが好ましい。このような複数の吸着パッド25は、CVD装置内へ搬送される成膜プレート17上に基板1を載置する役割を有し、それぞれ減圧ホース26が繋がっており、減圧ホース26の他端部は、真空ポンプなどの減圧手段に接続されている。また、減圧ホース26の中間部には電磁弁などの開閉手段が設けられている。また、ベースアーム24の略中央部には、スプレーノズル27が取り付けられている。スプレーノズル27には、ガス供給ホース28が繋がれており、ガス供給ホース28の他端部は、空気や窒素などの熱風発生器に接続されている。また、ガス供給ホース28の略中間部には電磁弁などの開閉手段が設けられている。これらの減圧ホース26、ガス供給ホース28は吸着可動部23の上下左右方向の移動に追従するようにスパイラル状の伸縮自在のホースが用いられることが望ましい。
The
駆動シャフト29は、シーケンサーなどにより制御されたサーボーモーターに繋がれ、吸着可動部23を所定の位置まで動かすことができる。
The
図4は、基板1が載置される搬送カート2の構成を示す平面図である。搬送カート2は、搬送装置により複数の基板1が載置された後、複数の基板1を支持し、搬送部材6上を走行できるように構成されている。このような搬送カート2は、ステンレスなどから成る金属枠9に成膜プレート17をはめ込んで、成膜プレートの固定冶具20により固定された構造である。この搬送カート2は、プラズマCVD装置の搬送部材6によりその内部を移動し、所定の位置で金属枠19に設けられた位置決め治具16により固定される。
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the
図5は、図4に示す成膜プレート17の平面図である。成膜プレート17は、基板2を支持できる基板の位置決めピン18を備えている。この成膜プレート17の材料としては、カーボン、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることができる。図5において、位置決めピン18は、基板1同士の重なりや成膜プレート17からの転落を防止するために、その間隔が基板1の大きさに対し少し大きくなるように成膜プレート17上に植設されている。成膜プレート17の位置決めピン18に囲まれた部分は、基板載置部19となる。
FIG. 5 is a plan view of the
本実施形態において、基板1は、次の手順により作業台からローダーベルト15上に配置された搬送カート2の成膜プレート17上に載置される。
In this embodiment, the board |
まず、複数の基板1が作業台22上に供給されると、エアシリンダーにより基板1と吸着パッド25が当接するまで吸着可動部23が下降する(図3(a))。
First, when the plurality of
次に、吸着パッド25に繋がる電磁弁を開いて、基板1を吸着可動部23に吸着、保持する。この時、熱風発生器に繋がる電磁弁を開き、スプレーノズル27から基板1より高温の気体(熱風)を各基板1の上面の略中央部(図4に示す領域A)に当たるように吹き付ける。その後、吸着可動部23に基板1を吸着、保持したまま、吸着可動部23を上昇させる(図3(b))。
Next, an electromagnetic valve connected to the
その後、吸着可動部23を成膜プレート17上の基板載置部19上に横方向に移動させる(図3(c))。
Thereafter, the suction
その後、吸着可動部23を基板1と成膜プレート17が当接するまで下降させ、吸着パッド25に繋がる電磁弁を閉じて、基板1を吸着可動部23から離す。その後、熱風発生器に繋がる電磁弁を閉じ、スプレーノズル27からの熱風を止める(図3(d))。その後、吸着可動部23を上昇させ、吸着可動部23を作業台22上に横方向に移動させる。
Thereafter, the suction
以上の動作を繰り返し行うことで複数の基板1を成膜プレート17上に載置することができる。
A plurality of
このように、本実施形態においては、スプレーノズル27から基板1より高温の気体を基板1の上面側に吹き付けることにより基板1の上面を昇温することができる。これにより成膜プレート17上に基板1を載置したときに、昇温されてある成膜プレート17により基板1の下面の温度が上昇するが、上記のように熱風により基板1の上面も昇温されているため、基板1の上面と下面の温度差がほぼ無くなり、基板1が成膜プレート17上で凹状に反ること(図4に示す基板1の端部Bが成膜プレート17から浮くこと)を低減することができる。また、基板の反りを低減したことにより、基板1を載置した成膜プレート17をCVD装置内部に搬送した際、基板1が成膜プレート17上で動きにくくなり、基板1同士の重なりが低減でき、成膜を均一に行い易くなる。またさらに、基板1が成膜プレート17の位置決めピン18に乗り上げる確率が低減されるため、成膜を安定して行うことができ、膜質を向上できる。
Thus, in the present embodiment, the temperature of the upper surface of the
このスプレーノズル27から吹き付ける熱風は、クリーンエアーや窒素などが使用できる。コストの観点では、空気を用いることが好ましく、基板1の熱風による酸化防止の観点では窒素を用いることが望ましい。
As the hot air blown from the
また熱風の温度と吹き出し圧力は、基板1が成膜プレート17に載置された後の温度と反りの状態を観て、最適に決定すれば良い。
The temperature of the hot air and the blowing pressure may be determined optimally in view of the temperature and warpage after the
さらにスプレーノズル27からの熱風の吹き付けは、熱風により基板の吸着可動部23からの落下の危険を無くすために、吸着可動部23を、基板1と成膜プレート17が当接するまで下降させた後に、初めて熱風発生器に繋がる電磁弁を開き、スプレーノズル27から熱風を基板1に当たるように所定時間吹き付けるようにしても良い。また、上述のように基板1を作業台22上で吸着可動部23に吸着、保持してから、基板1を成膜プレート17上に載置して吸着可動部23から離すまでの間連続して、スプレーノズル27から熱風を基板1に当たるように吹き続けてもよい。この場合、熱風が基板1に当たる時間が長くなり、さらに吸着可動部23が上下方向、横方向に動くため、熱風が基板1に満遍なく当たり、基板表面における温度差が低減されて、成膜プレート17に基板1を載置した後の基板1の反りが小さくなる。特に、太陽電池素子などに用いられる150mm程度以上の基板1を用いた場合に有効である。さらにこの方法は吸着可動部23の移動中に基板1を昇温するため、タクト時間を短くできるという利点もある。
Further, the blowing of hot air from the
また図3(d)に示すように吸着可動部23を基板1と成膜プレート17が当接するまで下降させたのち、吸着パッド25にて基板1を成膜プレート17に一定時間押し当てるように維持することが望ましい。これにより基板1と成膜プレート17の温度をほぼ等しくすることができ、成膜プレート17上の基板の反りをさらに低減でき、基板に生じる種々の不具合も低減できる。この吸着パッド25にて基板1を成膜プレート17に押し当てる時間は、3秒以上が望ましい。3秒以上とすることで、基板1に反りが発生しにくい。
Further, as shown in FIG. 3D, after the suction
次に、本実施形態のCVD装置について説明する。本実施形態のCVD装置は、平行平板型プラズマCVD装置であり、成膜プレート17を備える搬送カート2に支持された基板1が搬入され、基板1の温度を保持しつつ内部を所定の真空状態にするロードロック室3と、ロードロック室3からの基板1が搬入され基板1に成膜を行う成膜室4と、成膜室4からの基板1が搬入され基板1を冷却するとともに内部圧力を大気圧まで戻して大気側に搬出するアンロードロック室5とを備えている。ロードロック室3、成膜室4およびアンロードロック室5は、気密を保持できる開閉可能なゲートバルブを介して一直線に接続されている。また、ロードロック室3とアンロードロック室5の大気側にも同様のゲートバルブが設けられている。
Next, the CVD apparatus of this embodiment will be described. The CVD apparatus of the present embodiment is a parallel plate type plasma CVD apparatus, and a
成膜室4は、互いに対向するように配置された一対の電極板と、電極板間に配置され、基板1を載置するための搬送部材6と、電極板間にプラズマを発生させるRF電源8と、アース11と、真空排気系として真空ポンプ10と、成膜室内に送るガス量を所定の量に制御するマスフローコントローラー9と、基板を加熱するためのヒーター12とを有する。
The
搬送部材6は、ロードロック室3と成膜室4とアンロードロック室5とに敷設されており、搬送カート2は、搬送部材6によって順次ロードロック室3、成膜室4、アンロードロック室5内を搬送される。
The
成膜プレート17を備える搬送カート2に支持された基板1は、ロードロック室3と成膜室4の間をゲートバルブにより遮断した状態で、ローダベルト15からロードロック室3へ搬入される。ここで、ロードロック室3は、大気状態から真空状態に排気されると共にヒーター12により所定の温度にまで昇温される。次いで、CVD装置外とロードロック室3の間をゲートバルブにより遮断した後、ロードロック室3と成膜室4との間を開けて基板1を成膜室4へ搬入する。成膜室4へ搬入された基板1は、成膜室4の一方の電極板上に載置される。成膜室4内において、真空ポンプ10で排気し、RF電源8からRF電力を電極間に印加し、電極板7とアース11側の搬送カート2の間でプラズマを発生させる。マスフローコントローラー9からガスをプラズマ空間内に導入して活性状態に励起させて搬送カート2の成膜プレートに載置した基板1の表面に半導体膜や絶縁膜や導電膜などの薄膜を成膜する。ここで、成膜時、成膜室内は反応により熱が発生して加熱される。また、必要に応じて、基板1は加熱して成膜され、成膜室内が350度〜450度程度にまで加熱される。成膜後、成膜室4とロードロック室3との間をゲートバルブにより遮断した後、成膜室4とアンロードロック室5の間を開けて基板1をアンロードロック室5へ搬入する。そして、成膜室4とアンロードロック室5との間をゲートバルブにより遮断した状態で、真空状態から大気状態にアンロードロック室5がパージされ、アンロードロック室5から膜が堆積された基板1を搬出する。
The
アンロードロック室5より搬出された搬送カート2は、成膜時に最適な膜質の成膜ができるようにロードロック室3及び成膜室4において350〜450℃近傍の所定の温度に昇温された状態であるので、タクト時間を上げるため温度が大きく低下しない間にその上に載置された基板1を収納し、速やかにロードロック室3の前に搬送される。
The
このときロードロック室3の入口側に基板2の供給機構を設けて、搬送カート2の上部側から成膜前の新たな基板1を搬送カート2の上に供給したり、アンロードロック室5の出口側に基板1の回収機構を設けて成膜した基板1を回収する。また入り口側で供給・回収を同時に行うことも可能である。
At this time, a
さらに、タクト時間を短くするために、成膜プレート17を置くローダーベルト15にヒーターなどを埋め込み成膜プレート17を下側から所定温度で加熱してもよい。このようにすることで、成膜プレート17の温度が基板1を載置している間に下がらないようにできる。
Furthermore, in order to shorten the tact time, a heater or the like may be embedded in the
また、搬送カート2がアンロードロック室5から出てきてからロードロック室3の前に戻るまでの間に、トンネル型の断熱炉または加熱炉を設けることも可能である。
It is also possible to provide a tunnel-type heat insulation furnace or heating furnace between the time when the
また、さらに、大型のCVD装置を用いて一つの成膜プレート17に多くの基板1を載置する場合などでは、別々に動作する複数の吸着可動部23で基板1の載置を行うことでタクト時間を短くできる。また、上述のように吸着可動部23を縦または横方向に複数連結し、成膜プレート17の行方向または列方向毎に、同時に一列ずつ基板1を載置するようにしても良い。
Further, when a large number of
本実施形態に係る成膜プレート17への基板載置方法は、単結晶シリコンや多結晶シリコンを基板とする結晶系太陽電池素子の受光面上に、モノシランガスやアンモニアガスを使用してプラズマCVD装置により窒化シリコン(Si3N4)を反射防止膜として成膜するときに特に有効である。シリコン基板を10〜100枚程度、大型のCVD装置により窒化シリコン膜を同時に成膜するときに、成膜温度を400〜600℃近傍に昇温することにより、成膜した窒化シリコン膜が反射防止膜の他にパッシベーション膜としても働くことが知られている。このためこの様な高温での成膜する時における場合に予め成膜プレート(搬送カート2)や基板1の温度を上昇させておくことによりCVD装置のタクトタイムを著しく短縮でき、その生産性を向上させることができる、また成膜プレートのすべての基板1において、良好で均一な膜厚、膜質の成膜が可能となり、太陽電池素子の光電変換効率のばらつきを少なくすることができ、太陽電池素子製造におけるロット毎の光電変換効率の平均値を向上させることが可能となる。
The substrate mounting method on the
<実施の形態2>
図6は搬送装置の吸着可動部23の別の実施形態を示す斜視図であり、図7(a)(b)はその動作を示す側面図である。図6、図7において、搬送装置は、基板1の中央領域に当接可能であり、基板1より高温の加熱治具30を有する。この加熱治具30はステンレスなどの金属で作製され、吸着可動部23の略中央部にネジなどで取り付けられる。その内部にはヒーターと熱電対などの温度センサーが埋め込まれており、配線を通し外部の温度調節器により加熱治具30が所定の温度で維持されるようになっている。
<
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the suction
また加熱治具30の厚みは、吸着可動部23の吸着パッド25に基板1を吸着、保持した時の基板1に加熱治具30が当接する厚みである。また吸着可動部23のベースアーム24の温度が上がり過ぎないようにベースアーム24と加熱治具30の間には断熱材を挿入することが望ましい。
The thickness of the
本実施形態において、図7(a)に示すように基板1と吸着パッド25が当接するまで吸着可動部23が下降し、吸着パッド25に繋がる電磁弁を開いて、基板1を吸着可動部23に吸着、保持する。この時基板1には加熱治具30が当接しているので基板1は加熱治具30により昇温することになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7A, the suction
その後、図7(b)に示すように吸着可動部23に基板1を吸着、保持したまま、吸着可動部23を上昇させる。次いで、吸着可動部23を成膜プレート17上の基板載置部19上に横方向に移動させる。その後、吸着可動部23を基板1と成膜プレート17が当接するまで下降させ、吸着パッド25に繋がる電磁弁を閉じて、基板1を吸着可動部23から離す。この間の基板1が吸着可動部23から離れるまで、基板1は加熱治具30に当接し、昇温されることになる。その後、吸着可動部23を上昇させ、吸着可動部23を作業台22上に横方向に移動させる。以上の動作を繰り返し行うことで複数の基板1を成膜プレート17上に載置することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, the suction
この加熱治具30はスプリングなどで取り付けられ、一定の圧力で基板に確実に当接するようにしても良い。
The
このように吸着可動部23に取り付けられた加熱治具30により基板1を容易に昇温することができ、成膜プレート17上での基板1の凹状の反りを低減できる。
Thus, the temperature of the
1;基板
2;搬送カート
3;ロードロック室
4;成膜室
5;アンロードロック室
6;搬送機構
17;成膜プレート
20;成膜プレート固定冶具
23;吸着可動部
25、32;吸着パッド
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板の中央領域を加熱する手段と、
を有する基板の搬送装置。 A suction pad for placing a substrate on a film-forming plate transported into the CVD apparatus;
Means for heating a central region of the substrate;
The board | substrate conveyance apparatus which has this.
前記基板上に前記搬送機構を移動する工程と、
前記基板より高温の気体を、前記搬送機構から前記基板の中央領域に当てて、前記基板を加熱する工程と、
前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、
前記基板が載置された前記成膜プレートをCVD装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、
を有する成膜基板の製造方法。 Preparing a substrate, a deposition plate transported into the CVD apparatus, and a transport mechanism capable of ejecting gas and transporting the substrate to the deposition plate;
Moving the transport mechanism onto the substrate;
Applying a gas higher in temperature than the substrate to the central region of the substrate from the transport mechanism, and heating the substrate;
Placing the substrate on the deposition plate by the transport mechanism;
Advancing the film formation plate on which the substrate is placed into a CVD apparatus, and forming a film on the substrate;
The manufacturing method of the film-forming board | substrate which has this.
前記基板上に前記搬送機構を移動する工程と、
前記基板の中央領域に対し、前記基板より高温の前記治具を押し当て、前記基板を加熱する工程と、
前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、
前記基板が載置された前記成膜プレートをCVD装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、
を有する成膜基板の製造方法。 Preparing a substrate, a film forming plate to be transferred into the CVD apparatus, and a transfer mechanism that includes a jig and transfers the substrate to the film forming plate;
Moving the transport mechanism onto the substrate;
Pressing the jig at a higher temperature than the substrate against the central region of the substrate, and heating the substrate;
Placing the substrate on the deposition plate by the transport mechanism;
Advancing the film formation plate on which the substrate is placed into a CVD apparatus, and forming a film on the substrate;
The manufacturing method of the film-forming board | substrate which has this.
The method for manufacturing a film formation substrate according to claim 6, wherein the substrate placed on the film formation plate is pressed against the film formation plate by the transport mechanism for 3 seconds or more. .
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