JP2012510175A - クリーンルームにおけるスパッタコーティングシステムへの基板ウエハ供給を反転する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンルームにおいて光起電性モジュールをスパッタシステムへ輸送する際に、該モジュールの容易な回転、先のスパッタプロセスの検査、及び同じスパッタシステム又は生産システムの他の部位への該モジュールの新たな供給を可能にする。
【解決手段】本発明は、特に、クリーンルームにおいて光起電性モジュールをコーティングする際に、スパッタコーティングシステムへの基板ウエハ供給を反転する装置及び方法に関する。本装置及び方法は、ａ）光起電性モジュールの基板ウエハ（１９）を保持する輸送フレーム（１１）と、ｂ）輸送フレーム（１１）をマウントし、回転させ、輸送する手段を有する回転装置と、ｃ）回転装置をスパッタコーティングシステムに対して正確に整列させる手段と、ｄ）スパッタプロセスを検査する検知装置（１８）と、上記ステップを遂行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタコーティングシステムへの基板ウエハ供給を反転する装置及び方法に関する。

日用品に利用されている多くの技術装置は、それらの生産にスパッタコーティングを必要とする。このようなスパッタコーティング層は、コンピュータのハードディスク、ＣＤ記憶媒体及びＬＣＤフラットスクリーン、スパッタベアリング、最新の耐熱保護ガラス、鏡、ハロゲンエミッタ、又は自動車前照灯に見出すことができる。これらはすべて、スパッタリング法によるコーティング無しでは実現することができない。

「スパッタする」、「スパッタリング」という英語表現は、陰極スパッタリングプロセスを意味する。この場合、典型的には５００ボルトの電圧が印加された陰極（いわゆるターゲット）にアルゴンイオンが衝突する。アルゴンイオンが衝突すると、陰極から原子が放出されてその周囲に凝結し、これが層成長を導く。スパッタコーティングの重要な構成は、いわゆるマグネトロン（集積磁気システムを備えた陰極）と真空チャンバ（レシーバチャンバ）である。

多くの場合において、コーティングされる材料は大きなガラス板である。

このような大きくて衝撃に敏感なガラス板の生産及び更なる加工は、比較的大型のフラットスクリーンの生産に大量に必要とされる。

最新のフラットスクリーンは、古いブラウン管モニタを徐々に置換すると共に、益々安価になってきている。

最新のフラットスクリーンは、ＴＦＴ／ＬＣＤ技術に基づいている。ここで、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）はスクリーンの個々の画素に液晶を使用したものであり、ＴＦＴは薄膜トランジスタを意味する。ＴＦＴは、非常に小さいトランジスタ素子であって、液晶の配向を制御することで液晶の光透過性を調節する。

フラットスクリーンディスプレイは、膨大な数の画素から構成される。各々の画素は、赤色、緑色そして青色に対応する３つのＬＣＤセル（サブピクセル）が順に並んだものから成る。１５インチ（対角線で計測した場合）のスクリーンは、略８０万の画素、すなわち略２４０万のＬＣＤセルを含む。

光起電性素子も、その生産にスパッタシステムを必要とする。最新のガラスファサードは、現代建築に欠かせないものである。しかしながら、これらガラスファサードは、多くの場合において単に構造体の機能的要素としてだけでなく、徐々にソーラエネルギを生み出す役割も果たすようになってきている。適したソーラモジュールは、建物のグリッドや外観に違和感なく溶け込む。半透明なソーラセル及び透明領域を有する不透明なソーラセルは、光起電性ガラスが光に満ち溢れているかのように見せる。ソーラセルは、しばしば太陽やグレアに対する防御効果を有する。

このような光起電性システムの生産は、主に半導体や集積電子回路の生産に一般的とされる操作条件を必要とする。しかしながら、光起電性システムの生産では、このようないわゆるクリーンルーム環境において、大きな表面積を有し衝撃に敏感なガラス板を取り扱う必要がある。

また、光起電性素子及びＴＦＴスクリーンの生産にも、いわゆるクリーンルームが必要とされる。

クリーンルーム又はウルトラクリーンルームは、飛散粒子の濃度が調節された空間である。このような空間は、その空間に入り込む粒子の数、又はその空間において生み出されて蓄積される粒子の数が可能な限り少なくなるように建造及び利用され、必要に応じて温度、湿度、又は気圧といった他のパラメータも制御される。

しかしながら、大きなスクリーンの生産では、表面積が大きくて薄いガラス板を取り扱うためウルトラクリーンルームにおいても特別な機器を要する。

そこで、まず、多軸産業ロボットを使用することができる。種々の製品を生み出す技術における多軸産業ロボットの様々な実施使用例は、先行技術から得ることができる。

このタイプの産業ロボットは、大抵大きなホールで扱い難くて重い積荷を輸送するのに利用されるが、小さな機器の生産にも有益に用いることができる。いずれの場合においても肝要なことは、個々の捕捉操作、輸送動作そして設置操作から成る一連の動作における再現可能な正確さである。

ここで、多くの場合において、これらの連続動作が起こる環境は重要でない。例えば、このような連続動作がどのような騒音を発しようと、粉塵の移動や多かれ少なかれ滑剤の漏れを伴っていようが大抵重要ではない。また、動体部における摩擦による不可避な摩滅も、大抵重要ではない。

これに対し、例えば、食品加工産業、製薬産業、又はクリーンルームにおける半導体生産等、汚染の危険がある環境で作業をする場合には、この種の自然な悪影響を考慮しなければならない。

そこで、欧州特許公報１５４１２９６Ａ１は、汚染の危険がある環境で使用され、スカベンジング媒体を充填することができる多数のスカベンジングチャンバをドライブユニット領域に備えた産業ロボットであるマニピュレータを開示している。このような装置にとって解決すべき課題は、構造的に単純な形式かつ特に低コストで汚染の危険がある環境においてマニピュレータを安全に使用することができるよう装置を更に改良することである。この課題は、複数グループのドライブユニットの各々に専用スカベンジングチャンバを設けることで解決される（請求項１）。

そのような産業ロボットが使用される環境は、通常環境と比較して汚染に対してより敏感であるので、ロボット設計に対して高い要求を課す。しかしながら、この場合に求められる特別な要求は、クリーンルームにおいて求められる条件とは異なる。

また、独国特許公報１０２００７００９９２４Ａ１は、連続コーティングシステム、結晶性薄膜及びソーラセルの生産方法、並びにソーラセルを開示している。

この既知の連続コーティングシステムは、必要なプロセスの数がそれほど多くなく、高品質の結晶性薄膜の蓄積及び高品質結晶性シリコーン層の大量生産に適した連続コーティングシステムを提供するという課題に取り組んでいる。

この課題は、以下の構成を備えた連続コーティングシステムにより解決される。
ａ）コーティングする基板を供給するための供給口と、コーティングした基板を排出するための排出口を有する真空チャンバと、
ｂ）基板表面をコーティングする物理的気相成長ユニットと、
ｃ）少なくとも１つのレーザビームで目下コーティングしている少なくとも１つの基板表面部分を照らすレーザ結晶化システムと、
ｄ）供給口から排出口へとフィードスルー方向に基板を輸送するため、及びコーティングしている間に基板をフィードスルー方向に連続的又は非連続的に移動させるための輸送ユニット。

しかしながら、いくつかのスパッタプロセスでは、組成の異なるスパッタ物質又は同一組成のスパッタ物質を繰り返し塗布する必要がある。この目的のためには、連続して配置された複数の異なるスパッタシステムが必要とされるが、空間的視点から考慮すると、そのようなものは大きなスペースを占める。これに対し、もし複数の異なるスパッタシステムを互いに近接させて配置すれば、スペースだけでなくエネルギも節約される。しかしながら、この場合には、コーティングする基板を更なるスパッタシステムに再び供するために回転させる必要がある。

この独国特許公報１０２００７００９９２４Ａ１に記載された既知のシステムは、同一スパッタシステムにおける同一基板の再コーティングのための輸送装置について何ら言及していない。

独国特許公報６９５０４７１６Ｔ２は、基板を操作する装置を記述している。この装置は、高圧に適し、かつ回転ユニットを有する。回転ユニットに基板キャリアが挿入されると、搬送手段、例えば、ローラにより個々の加工チャンバに輸送される。この文献には、回転ユニットを整列させる手段及びスパッタプロセスを検査する検知ユニットについて明確に記述されていない。更に、この文献は、組成の異なるスパッタ物質又は同一組成のスパッタ物質を繰り返し塗布する課題についても何ら言及していない。従って、独国特許公報６９５０４７１６Ｔ２は、本発明が取り組む課題の解決に何ら示唆を与えていない。

同様に、独国特許公報１９７１５１５１Ａ１は、回転／推進機構手段による基板キャリアの加工チャンバへの輸送に用いられる装置を記述している。

この文献は、スパッタ物質を繰り返し塗布することに関して何ら言及していない。

本出願人による独国特許公報２０２００８００４２２８Ｕ１は、クリーンルームにおいてローラ上を輸送される基板キャリアを開示している。

この文献は、スパッタプロセスを繰り返し受ける基板を配置させるという特定の課題に関して何ら議論していない。

そこで、本発明に係る装置及び方法は、クリーンルーム環境下において大きくて薄いガラス板をスパッタシステムへ輸送する際及びスパッタシステムから輸送する際に、容易に行われ得る回転、先のスパッタプロセスの検査、及びスパッタ物質を繰り返し塗布するために同じスパッタシステム又は生産システムの他の部位への新たな供給を可能にするという課題に取り組む。

この課題は、請求項１に係る装置及び請求項６に係る方法により解決される。

本発明に係る装置は、以下で詳細に記述される。

本発明に係る装置を斜視で示す図。 本発明に係る装置を側面から視た図。 本発明に係る装置の断面を示す図。 上記装置を下方から視た図。 異なるガイドウェイの組み合わせにおける本発明に係る装置を示す図。

図１は、基板ウエハを検知できる側から斜視した本発明に係る装置を示す。この装置は実質的にフレーム構造から成り、回転ユニットのための回転基台１と回転ユニットのフレーム２とが図１において指し示されている。

図２は、幅の狭い側面から見た本発明に係る装置である。図１に示される回転ユニットのための回転基台１から、回転ユニット中に位置するターンテーブル４が中央に識別できる。ここで、回転ユニットの垂直支持体３は、この図においてターンテーブル４の左側及び右側それぞれに配置されており、右側の垂直支持体が対応する符号を有する。回転ユニットのギア機構５は、ターンテーブル４の下に示されている。

ターンテーブル４の中央線に対して対称に、輸送ローラドライブ９、断面で描かれた輸送ローラキャリア８、及び輸送ローラキャリア８に取り付けられた輸送ローラ７が、２つの垂直支持体それぞれの上に識別できる。図４から推測できるように、各側面において１つの輸送ローラ７だけが輸送ローラドライブ９を有する。しかしながら、好ましくは、４つの輸送ローラ７の各々が、専用の輸送ローラドライブ９（サーボドライブ）を有する。

図２の左側だけが、基板ウエハ１９の取り付けられた輸送フレーム１１を断面で示している。この場合、輸送フレーム１１は、その下方領域においてここでは指し示されていない左側の輸送ローラ７上を走行し、その上方領域においてガイドレール１２によりガイドされる。輸送ローラ７領域における輸送フレーム１１の位置を検知するため、図２において左側にある後方位置センサ１０と右側にある前方位置センサ６とが用いられる。図２では、各々の位置センサが互いに重なっているので、各々の場合において１つのセンサだけが示されている。図２の右側には、ガイド／固定装置のヘッドフレーム１５に固定された後方固定シリンダ１３と前方固定シリンダ１４とが図示されている。ここでは、これら両シリンダ１３、１４は、輸送フレームを固定していない。これら固定シリンダは、分かり易くするために図２の左側においては指し示されていない。検知ユニット１８は、垂直支持体３の各々の側面に位置し、図２の左側において識別できるように、基板ウエハ１９を保持した輸送フレーム１１に対向している。検知ユニット１８は、その高さだけが図２で識別できるが、基板ウエハ１９と同じ表面積を持ち、先のスパッタプロセスの結果を検査することができる走査素子を有する。その走査素子は、スキャナー形式で動作することができる、又は光学技術的に基板ウエハ１９の全領域を検査することができる。ターンテーブル４の下に図示されているものは、一方で回転ユニットの安定な回転を可能とし、他方で検知ユニット１８及びセンサより供給されたデータと一般制御データとの干渉のない伝達を保証する接点接続２２である。

図３は、長手方向における本発明に係る装置の断面を示す。上述のターンテーブル４、全面が示された基板ウエハ１９及び接点接続２２に加え、この図は回転フレームキャリア２０及び回転ユニットのためのドライブ１７を示している。回転ユニットの正しい制御は、回転角度を検知する回転センサ１６を必要とする。

図４は、下面から視た回転ユニットの全体図を示す。この図は、制御ケーブル及び電力供給ケーブルを有する供給チューブ２１を主に明らかにしている。

図５は、ガイドウェイの組み合わせにおける本発明に係る装置を示す。このガイドウェイを通って、基板ウエハ１９を有する輸送フレーム１１が、スパッタシステム２６への基板ウエハ供給を反転（基板ウエハをローディング／アンローディング）する回転ユニットを介して輸送される。この場合、２本の外側へ連なるガイドウェイ２７は、まず、基板ウエハ１９をスパッタシステムにガイドし、次いで、スパッタプロセスを終えた基板ウエハ１９を更なる生産プロセスに再びガイドする。２本のガイドウェイ２５は、基板ウエハをスパッタシステム２６から及びスパッタシステム２６へガイドする。すべてのガイドウェイは輸送ローラ７を等間隔に有し、輸送ローラ７はグループ毎又は個々に駆動される。分かり易くするため、輸送ローラ７は図５において図示されていない。スパッタシステム２６及びガイドウェイ２５と回転ユニットとの温度差が非常に大きくなり得るので、センサ２３、２４はこの位置に配設されている。この場合、センサ２３は、ガイドウェイ２５と回転ユニットの各ガイドウェイとの整列を検知する。また、センサ２４は、２本のガイドウェイ２５の熱変形を検知する。同じものが、各輸送フレーム１１のガイドレール１２のガイダンスにも適用される。当業者には明らかなので、これに必要とされる部材の別図示は省略する。必要な修正は、回転ユニットのドライブ１７による微調整により行われる。

更なるガイドウェイ２７が、図５の左下隅に例として図示されている。この領域に図示された両方向矢印は、上記ガイドウェイ２５、２７に加え、更なるガイドウェイ２７が本発明に係る装置により利用され得ることを示している。これは、クリーンルームにおいてクリーンルーム環境を得るためには多大なコストがかかり、その結果、このような空間では常にスペース不足が見られるので重要である。そのため、より大きなシステムの一部として示された回転ユニットは、更に、多くの更なるプロセスのための中継所としても機能する。従って、大きな基板１９を有する輸送フレーム１１のために、異なる方向にガイドウェイを正確かつ迅速に整列できることが、本発明に係る装置を使用する際に重要となる。

まとめると、上述の手段は、輸送フレーム１１がフレームの反りや基板ウエハ１９の損傷の危険なくスパッタシステム２６から輸送される及びスパッタシステム２６へ輸送されることを保証する。

上述の連続動作の複雑な制御は、特別な制御プログラムを必要とする。

１ 回転ユニットの回転基台
２ 回転ユニットのフレーム
３ 回転ユニットの垂直支持体
４ ターンテーブル
５ 回転ユニットのギア機構
６ 前方位置センサ（ローラ）
７ 輸送ローラ
８ 輸送ローラキャリア
９ 輸送ローラドライブ（サーボモータ）
１０ 後方位置センサ（ローラ）
１１ 輸送フレーム
１２ ガイドレール
１３ 後方固定シリンダ
１４ 前方固定シリンダ
１５ ガイド／固定ユニットのヘッドフレーム
１６ 回転角度／非常停止センサ
１７ 回転ユニットのドライブ（サーボモータ）
１８ 基板ウエハの検知ユニット
１９ 基板ウエハ
２０ 回転フレームキャリア
２１ 供給チューブ
２２ 接点接続
２３ ガイドウェイの整列を検知するセンサ
２４ 熱変形を検知するセンサ
２５ ガイドウェイ
２６ スパッタシステム
２７ 外側に伸びるガイドウェイ

Claims (11)

1. クリーンルームにおいて組成の異なるスパッタ物質又は同一組成のスパッタ物質を繰り返し塗布するスパッタコーティングシステムへの基板ウエハ供給を反転する装置であって、
   ａ）前記基板ウエハ（１９）を保持する矩形状の輸送フレーム（１１）と、
   ｂ）前記輸送フレーム（１１）を回転させる手段及び異なるガイドウェイ（２５、２７）を通って前記輸送フレーム（１１）を輸送する手段を有する回転ユニットと、
   ｃ）前記回転ユニットを前記スパッタコーティングシステムに対して正確に整列させる手段と、
   ｄ）スパッタプロセスを検査する検知ユニット（１８）と、
   ｅ）上方領域左右にある後方固定シリンダ（１３）及び前方固定シリンダ（１４）と下方領域左右における２つの輸送ローラ（７）上へのマウントから構成され、前記輸送ローラ（７）の各々は専用のサーボドライブを有し、機械的に動く部分は飛散粒子が出ないように隔離されると共に摩滅に耐性のある材料から構成された前記輸送フレーム（１１）をマウントする手段と、を備えたことを特徴とする装置。
2. 前記輸送フレーム（１１）を回転させる手段は、回転角度を検知するセンサ（１６）と連結されたサーボモータ（１７）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記輸送フレーム（１１）を輸送する手段は、下方領域に等間隔に前記輸送ローラ（７）が設けられた前記ガイドウェイ（２５、２７）を有し、
   前記輸送ローラ（７）によるガイダンスは、上方領域に等間隔に配設された前記固定シリンダ（１３、１４）により補助されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記回転ユニットを前記ガイドウェイ（２５、２７）の各々に対して正確に整列させる手段は、センサ（２３、２４）の測定値を基に前記回転ユニットのドライブ（１７）の微調整により制御され、
   前記センサ（２３、２４）は、更に前記ガイドウェイ（２５）の熱変形を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記基板ウエハ（１９）の配置は、更にレーザ及び／又は対応するセンサによりモニタされることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の装置。
6. クリーンルームにおいて組成の異なるスパッタ物質又は同一組成のスパッタ物質を繰り返し塗布するスパッタコーティングシステムへの基板ウエハ供給を反転する方法であって、
   ａ）コーティングする前記基板ウエハ（１９）は、輸送装置により矩形状の輸送フレーム（１１）に搬送された後、回転ユニットに搬送されるステップと、
   ｂ）前記輸送フレーム（１１）は、上方領域左右それぞれにおいて２つの固定シリンダ（１３、１４）により、及び下方領域左右それぞれにおける輸送ローラ（７）上へのマウントにより前記回転ユニットにマウントされるステップと、
   ｃ）前記輸送フレーム（１１）は、前記回転ユニットのフレームに組み込まれたドライブ（１７）により回転されるステップと、
   ｄ）前記輸送フレーム（１１）は、ガイドウェイ（２５、２７）上を異なる方向にガイドする輸送ローラドライブ（９）により輸送されるステップと、
   ｅ）前記回転ユニットは、前記回転ユニットの前記ドライブ（１７）を介してセンサ（２３、２４）により前記ガイドウェイ（２５、２７）に対して正確に整列されるステップと、
   ｆ）スパッタプロセスは検知ユニット（１８）により検査され、前記検知ユニット（１８）は前記回転ユニットにおいて前記輸送フレーム（１１）の各々のレセプタクルに少なくとも存在し、前記検知ユニット（１８）のスペーサ要素はスキャナ様式で動作する又は光学技術的に前記基板ウエハ（１９）の全体領域を検査するステップと、を備えたことを特徴とする方法。
7. 前記基板ウエハ（１９）の位置は、更にレーザ及び／又は対応するセンサによりモニタされることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 機械的に動く部分は、クリーンルーム環境を得るために飛散粒子が出ないように隔離されると共に摩滅に耐性のある材料から構成されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
9. 前記回転ユニットは、例えば、光起電性モジュールのコーティングといったより大きなシステムの一部として、多くの更なるプロセスに対する中継所として働くことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. プログラムがコンピュータにより遂行される場合、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の方法を実行するプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
11. プログラムがコンピュータにより遂行される場合、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械可読キャリア。

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