JP3901754B2 - 基板保持装置、スパッタリング装置、基板交換方法、スパッタリング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットと基板を鉛直にして薄膜を成膜するスパッタリング技術にかかり、特に、基板を水平移動させる基板搬送ロボットに対応したスパッタリング方法と、そのスパッタリング方法に適した基板保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜を成膜するためのスパッタリング方法は、半導体素子や液晶素子を製造するために欠かせない技術となっており、特に、装置の組合せが柔軟であり、ダストの発生が少ないことから、基板搬送ロボットを使用した枚葉式スパッタリング方法が主流となっている。
【０００３】
図８に、そのような従来技術の枚葉式のスパッタリング装置１０１を示すと、該スパッタリング装置１０１は、基板の搬出入を行うL/UL室１０２と、基板搬送ロボット１０７が設けられた搬送室１０８と、ターゲット１１１が天井に設けられたスパッタ室１０６とがこの順で配置され構成されている。前記L/UL室１０２と前記搬送室１０８との間と、前記搬送室１０８と前記スパッタ室１０６との間は、それぞれ仕切バルブ１０５、１０９によって仕切られており、個別に真空排気できるように構成されている。
【０００４】
前記L/UL室１０２にはカセット昇降機構１１４が設けられており、前記スパッタ室１０６に基板を搬入するためには、先ず、前記L/UL室１０２と大気との間に設けられた扉１０３を開け、成膜対象の基板が満載されたカセット１２０を前記L/UL室１０２内に装着する。そして、前記扉１０３を閉じ、図示しない真空ポンプを起動して前記L/UL室１０２を真空排気した後、前記仕切バルブ１０５を開け、前記基板搬送ロボット１０７と前記カセット昇降機構１１４とを用いて、前記カセット１２０から基板を１枚ずつ取り出す。次いで、前記仕切バルブ１０９を開け、前記基板搬送ロボット１０７のハンド上に乗せた基板を前記スパッタ室１０６内に搬入する。
【０００５】
前記スパッタ室１０６内の底面には複数の支持棒１０４が立設されており、前記ハンド上に乗せた基板を前記ターゲット１１１と前記各支持棒１０４の間に位置させ、前記各支持棒１０４の下端に設けられた基板昇降機構１１２を動作させて前記各支持棒１０４を持ち上げると前記基板は前記各支持棒１０４の上端部分に乗せられる。
【０００６】
その状態で前記スパッタ室１０６から前記基板搬送ロボット１０７のハンドを抜き出すと、基板と前記ターゲット１１１とが対向配置されるので、前記仕切バルブ１０９を閉じてスパッタリングガスを導入してスパッタリングを開始できる状態になる。図８の符号１１３は前記各支持棒１０４に乗せられた状態の基板である。
【０００７】
このスパッタリング装置１０１では、前記スパッタ室１０６の底面に平板状のヒーター１１０が配置されており、前記基板昇降機構１１２を動作させ、前記各支持棒１０４を下げると前記基板１１３は前記ヒーター１１０上に置かれるので、加熱しながら薄膜を成長させることができるものである。
【０００８】
しかしながら、前記支持棒１０４は基板を水平に支持するため、前記スパッタ室１０６内でダストが発生すると、前記基板１１３表面に落下してしまう。このスパッタ室１０６の場合、前記ターゲット１１１が前記スパッタ室の天井に配置されているので、ターゲット１１１の保持枠等に堆積したターゲット材が剥離すると、前記成膜中の基板１１３の表面に落下し、薄膜に欠陥が生じ、歩留まりが悪くなってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、膜欠陥や基板のそり、歪みを生じさせずに大面積基板に薄膜を成膜することができるスパッタリング方法と、そのスパッタリング方法に適した基板保持装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、スパッタリングにより成膜が行われる基板を保持する基板保持板と、前記基板を前記基板保持板へ密着させるクランプ機構と、前記基板保持板を嵌め込み、前記クランプ機構を取り付けた保持板回転枠と、前記基板よりもその内側を小さくくりぬいた窓部を有するマスク回転枠と、前記マスク回転枠を鉛直状態に取り付け、かつ前記保持板回転枠が鉛直状態の時に前記マスク回転枠と重なり前記基板の成膜領域が前記窓部に露出するように前記保持板回転枠を水平状態と鉛直状態とに移動させる回転機構と、水平状態の時の前記基板保持板の下方に設けられた第一及び第二の基板仮置機構とからなる基板保持装置において、前記第一の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の時、前記基板保持板の周縁の外側に位置し、上下動と回転動が可能な複数の支持棒と、該支持棒の各先端に設けられた爪部とから成り、第一の基板仮置機構に前記基板を仮置きする場合には、前記基板保持板が水平状態の時、前記各支持棒を高さを揃えて前記基板保持板よりも上方に上昇させた後、前記爪部を回転させ前記基板保持板の上側に位置させるように動作し、前記基板保持板には、前記爪部が前記基板保持板側に向いている状態で、前記爪部を前記基板保持板に収納する切り欠きが設けられ、前記保持板回転枠には、前記支持棒を前記基板保持板の下方に移動できるように第一の孔を設け、前記第二の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の前記基板保持板の周縁の下側に位置し、前記基板保持板の周縁に形成した第二の孔を貫通して高さを揃えて上下動が可能な複数のピンから成り、前記第一及び第二の基板仮置機構に同時に前記基板保持板と同じ大きさの基板を乗せられるように構成された基板保持装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記基板保持板にはヒーターが設けられ、前記基板保持板と密着された基板を加熱できるように構成された請求項１記載の基板保持装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記回転機構は、前記基板保持板が水平であって前記各支持棒と前記各ピンが前記保持板回転枠と前記基板保持板の前記第一、第二の孔から抜き出された状態で、前記基板保持板を前記保持板回転枠と共に回転し、鉛直に起立させるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基板保持装置である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、成膜室と、ターゲットと、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板保持装置とを有し、前記ターゲットは前記成膜室内に鉛直に配置され、前記基板保持装置は、前記成膜室内であって、前記基板保持板に前記基板を密着して鉛直に起立させたときに前記基板が前記ターゲットに所定間隔で対向配置される位置に配置されたスパッタリング装置である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された基板保持装置を用い、成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記成膜終了基板が乗せられた前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せる基板交換方法である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４に記載されたスパッタリング装置を用い、前記基板保持板上に位置する成膜終了基板を未成膜基板と交換し、前記ターゲットをスパッタリングして前記未成膜基板表面に薄膜を形成するスパッタリング方法であって、前記成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、前記未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記成膜終了基板が前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せ、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記各支持棒を降下させ、前記未成膜基板を前記基板保持板上に配置するスパッタリング方法である。
【００１６】
このような本発明方法の構成によると、基板搬送ロボットを用いて基板を水平に移動させて搬入する際、基板を水平にしたままで基板保持板上に乗せてクランプし、次いで前記基板保持板を起立させるので、基板を脱落することなく鉛直にすることができ、そして、成膜室内にほぼ鉛直に配置されたターゲットと平行に対向させてスパッタリングを行えば、成膜の際に基板表面にダストが落下することはない。
【００１７】
前記基板保持板にヒーターを設ければ、鉛直にされた基板を加熱しながら膜成長をさせることができるので、結晶性のよい薄膜を成膜することが可能となる。また、前記基板は前記基板保持板に密着されているので、加熱しても基板にそりや歪みが生じることがない。
【００１８】
このような本発明方法を行う際、基板搬送ロボットのハンド上に乗せられて水平に移動されて搬入された基板を水平のまま乗せる基板保持板と、前記基板保持板上に乗せられた基板をクランプする基板クランプ機構と、前記基板保持板を起立させる回転機構とが設けられた基板保持装置を使用すると基板を簡単に鉛直にできて都合がよい。
【００１９】
また、この基板保持装置で基板を鉛直にしたときに、成膜室内にほぼ鉛直に配置されたターゲットと基板とが直ちに平行に対向されるようにしておけば、鉛直にした状態で基板を移動させなくて済み、装置の構成が簡単になる。
【００２０】
ところで、一般に広く用いられている真空用基板搬送ロボットでは、ハンド上に基板を乗せて水平に移動させることはできるが、ハンドを上下に動かして、基板を上下に移動させることはできないのが普通である。そこで、前記ハンド上に乗せられた基板が前記基板保持板上に位置するときに、その基板を持ち上げて上下移動させる第１の基板仮置機構と、前記基板保持板上に乗せられた基板を持ち上げて上下移動させる第２の基板仮置機構とをこの基板保持装置に設けておけば、前記第１、第２の基板仮置機構の動作と前記ハンドの動作によって、前記ハンド上にある未成膜の基板と前記基板保持板上にある成膜が終了した基板とを、それぞれ前記第１、第２の基板仮置機構に置いて交換できるようになるので、基板搬送ロボットに無駄な動きがなくなって、基板交換時間、ひいては成膜処理時間を短縮させることが可能となる。
【００２１】
その際、前記基板保持板にヒーターを設け、密着された基板を加熱しながらスパッタリングを行えば、そりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を得ることができて好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明方法の実施の形態を、その方法に用いられる基板保持装置の発明の実施の形態と共に図面を用いて説明する。
【００２３】
図１を参照し、２は本発明の基板保持装置であり、外周が四辺形の保持板回転枠５とシャフト２１とを有している。前記シャフト２１は水平に配置されており、前記保持板回転枠５は前記シャフト２１に取り付けられ、この図１では水平にされている。
【００２４】
この基板保持装置２は、図２に示すような成膜室４２内に配置されており、前記保持板回転枠５の内側には矩形形状に形成された基板保持板３がはめ込まれ、前記成膜室４２内であって前記基板保持板３の下方にはベース１７が水平に配置され、前記成膜室４２の外部であって前記ベース１７の下方には、基板昇降板１２が水平に配置されている。
【００２５】
前記基板昇降板１２は、図示しないモーターによって上下移動自在に構成されており、該基板昇降板１２と前記ベース１７とは、４つの中空円筒の支柱１９で連結されて一緒に上下移動できるようにされている。前記各支柱１９は、それぞれ伸縮自在な金属ベローズ１１で気密に覆われており、前記基板昇降板１２と前記ベース１７の上下移動させたときでも、前記成膜室４２内に大気が侵入しないようにされている。
【００２６】
前記ベース１７の前記各支柱１９が固定されている部分には丸穴１４が開けられており、前記各丸穴１４を通して前記各支柱１９内に支持棒８が１本ずつ挿入されている。前記各支持棒８の下端部分は前記基板昇降板１２に気密に挿通され、先端が前記基板昇降板１２の裏面から突き出た部分には、それぞれプーリー２５が設けられている。他方、前記各支持棒８の上端部分の上方には前記保持板回転枠５が位置するようにされており、該保持板回転枠５の、前記各支持棒８の上方に位置する部分には、孔１３が開けられており、前記基板昇降板１２を下方から上昇させたときに、前記各支持棒８が前記孔１３に挿通され、前記各支持棒８の先端部分が前記保持板回転枠５上に出られるようにされている。
【００２７】
前記各支持棒８の高さは同じになるように揃えられて、それらの先端には爪部９がそれぞれ設けられており、また、前記孔１３は前記基板保持板３の四隅付近に位置するように配置されている。従って、前記各支持棒８を前記孔１３上に出し、前記各爪部９を前記基板保持板３上に位置するように向けた場合には、前記各爪部９上に前記基板保持板３とほぼ同じ大きさの基板を一時的に乗せることができるので、前記支持棒８と前記爪部９とで第１の基板仮置機構が構成されていることになる。
【００２８】
また、前記ベース１７には８本のピン７が立設されており、前記各ピン７は、それらの上方に前記基板保持板３の縁が位置するように配置されている。前記基板保持板３の縁の、前記各ピン７の上方の位置する部分には孔１５が開けられており、前記ベース１７を下方から上昇させたときに、前記各ピン７が前記孔１５に挿通され、それらの先端部分が前記基板保持板３の縁上に出られるようにされている。
【００２９】
前記各ピン７の高さは同じになるように揃えられ、それらの先端には爪部１０がそれぞれ設けられており、また、前記孔１５は前記基板保持板３の相対する２つの縁上に３個ずつと、残りの２辺の縁上に１個ずつ配置されており、前記各ピン７を前記基板保持板３上に出せば、前記各爪部１０上に前記基板保持板３とほぼ同じ大きさの基板を一時的に乗せることができるので、前記各ピン７と前記各爪部１０とで第２の基板仮置機構が構成されていることになる。
【００３０】
前記基板昇降板１２の表面にはロータリーアクチュエーター２４が設けられており、該基板昇降板１２は前記ロータリーアクチュエーター２４の回転軸が貫通され、その裏面に突き出た部分と前記プーリー２５にはベルト２６が掛けられており、前記ロータリーアクチュエーター２４の回転力が前記各支持棒８に伝達され、前記各支持棒８が回動できるように構成されている。
【００３１】
そのロータリーアクチュエーター２４によって、前記各支持棒８を回動させる際、前記支持棒８先端の前記爪部９は、４つ全部が前記基板保持板３の縁に沿う方向に向けられるか、前記基板保持板３の内側に向けられるかのいずれか一方の状態となるようにされており、前記各爪部９を縁に沿う方向に向ければ前記爪部９は前記孔１３に引っかからず、前記支持棒８を前記孔１３から出し入れができ、他方、前記各爪部９を内側に向けたときは、前記各爪部９は前記基板保持板３上に位置するようにされており、前記ロータリーアクチュエーター２４を動作させて前記各支持棒８を回動させると、一方の状態から他方の状態へ切り替えられるようにされている。
【００３２】
また、前記爪部９の位置よりも前記爪部１０の位置が低く、前記爪部９の高さと前記爪部１０の高さとの間には、基板搬送ロボットのハンドを挿入できる程度の差が設けられている。
【００３３】
前記シャフト２１には、モーター２３と、該モーター２３の回転方向を変換するウォームギア２７とで構成された回転機構が設けられており、該回転機構を動作させ、前記シャフト２１を回転させると前記保持板回転枠５と前記基板保持板３とを水平にも鉛直にもできるようにされており、前記支持棒８と前記ピン７とを前記孔１３、１５から抜き出して前記シャフト２１を回転させれば、前記基板保持板３が前記ピン７や前記支持棒８とぶつかることがないようにされている。
【００３４】
また、前記保持板回転枠５には基板クランプ機構４が設けられており、水平にされた前記基板保持板３を起立させる際、その基板保持板３に基板を水平に乗せ、前記基板クランプ機構４によって基板をクランプしておけば、前記基板保持板３が略鉛直な状態にされても基板が脱落しないようにされている。
【００３５】
他方、前記シャフト２１上には、前記保持板回転枠５よりもわずかに大きめに形成されたマスク回転枠６が鉛直に配置されており、該マスク回転枠６は２本の支持腕３６に固定され、前記２本の支持腕３６は、前記シャフト２１に回転可能に取り付けられ、また、クランク機構３８と成形ベローズ３５とを介して前記成膜室４２外に配置された圧空シリンダ３４にも気密に接続されている。従って、前記マスク回転枠６は前記シャフト２１で支持されているが、前記クランク機構３８を静止させておけば、前記シャフト２１が回転した場合でも、前記保持板回転枠６は回転せず、鉛直状態を維持できるように構成されている。
【００３６】
このマスク回転枠６の内側は成膜対象の基板よりもやや小さめの矩形形状にくりぬかれ、それによって窓部１６が形成されており、前記保持板回転枠５が起立され、略鉛直にされて前記基板保持板３にクランプされた基板が前記マスク回転枠６に重ねられる際、その基板の無効領域である周辺部分は前記マスク回転枠６で遮蔽され、一方、基板表面の成膜領域は前記窓部１６で露出されるようにされている。また、前記カソード電極３３に略鉛直に設けられた図示しないスパッタリングターゲット(例えばＩＴＯ材)に対し、前記略鉛直にされた基板は、直ちに所定間隔で平行に対向するようにされている。
【００３７】
このような成膜室４２が、図７に示すようなマルチチャンバー型の成膜装置４１に複数設けられており、更に、該成膜装置４１には、基板の搬出入を行うL/UL室４４1、４４2と、基板の脱ガスを行う予備加熱室４３も設けられており、各室は、基板搬送ロボット３１が配置された基板搬送室４５を中心としてその周囲に配置されている。
【００３８】
前記基板搬送室４５とその周囲に配置された各室との間には開閉可能な仕切板が設けられており、中心の前記基板搬送室４５とその周囲の各室とは、それぞれが独立に高真空状態を維持できるように構成されている。
【００３９】
この成膜装置４１で処理する基板は大型のガラス基板(例えば５５０×６５０ｍｍ2)であり、前記L/UL室４４1、４４2と大気雰囲気との間に設けられた仕切板を開け、未処理のガラス基板が満載されたカセットを前記L/UL室４４1、４４2のどちらかに装着し、仕切板を閉じた後真空排気し、前記基板搬送ロボット３１を動作させてそのハンド３２の先端を前記カセットに挿入し、前記L/UL室４４1、４４2に設けられたカセット昇降機構を動作させ、前記カセットから前記ハンド３２上に基板を１枚だけ移す。
【００４０】
次いで、前記L/UL室４４1、又は前記L/UL室４４2から前記ハンド３２を抜き出し、前記予備加熱室４３に基板を搬入する。所定時間が経過し、前記予備加熱室４３での加熱・脱ガス処理が終了すると、その基板を前記ハンド３２で取り出し、前記成膜室４２の正面まで運ぶ。図３はその状態を示している。前記ハンド３２上には加熱・脱ガスが終了した未成膜基板５１が乗せられている。ここでは、前記成膜室４２内の成膜作業は終了しており、図３に鉛直状態で示された前記保持板回転枠５内には所定膜厚の薄膜が成膜された成膜終了基板５２がクランプされているものとする。
【００４１】
前述の図３は、いわば基板の入れ替え準備段階であり、引き続き行われる前記未成膜基板５１と前記成膜終了基板５２との交換作業を、図４(ａ)〜図６(ｎ)を用いて説明する。この図４(ａ)〜図６(ｎ)では、見やすいように前記未成膜基板５１と前記成膜終了基板５２以外の符号を省略してある。
【００４２】
先ず、図３の入れ替え準備段階から、前記成膜室４２と前記基板搬送室４５との間の仕切板を開けると共に前記基板クランプ機構４によって成膜終了基板５２をクランプしながら前記基板保持板３を転倒させ、前記成膜終了基板５２を水平にする(図４(ａ)：転倒動作)。
【００４３】
次に、前記クランプを解除し、前記基板昇降板１２を上昇させると前記各支持棒８は前記孔１３に挿通される。このとき、前記各支持棒８先端の前記爪部９を前記基板保持板３の縁に沿った方向に向けておけば前記各爪部９は前記基板保持板３上に置かれた前記成膜終了基板５２には当たることはなく、前記各爪部９を前記成膜終了基板５２よりも高い位置まで上昇させることができる(同図(ｂ)：フックアップ動作(１))。
【００４４】
そして、前記ロータリーアクチュエーター２４を動作させ、前記各爪部９を前記基板保持板３の内側に向けると前記各爪部９は前記基板保持板３上に位置される(同図(ｂ)：フックイン動作)。
【００４５】
その状態を維持しながら前記ハンド３２を前記成膜室４２内に入れ、その先端に乗せられた前記未成膜基板５１を前記各爪部９上まで移動させ(同図(ｄ)：ハンドイン動作(１))、前記各支持棒８を更に持ち上げると、前記ハンド３２の先端に乗せられていた前記未成膜基板５１は前記各爪部９上に移しかえられる(図５(ｅ)：フックアップ動作(２))。
すると、前記ハンド３２は空の状態となるので、そのハンド３２を前記基板保持板３上から抜き出す(同図(ｆ)：ハンドアウト動作(１))。
【００４６】
次に、前記ベース１７を上昇させて前記各ピン７を持ち上げると、前記各ピン７先端の爪部１０に前記成膜終了基板５２が乗せられる(同図(ｇ)：ピンアップ動作)。
このとき、前記成膜終了基板５２を、前記ハンド３２の高さよりも高くなるまで持ち上げておき、前記空のハンド３２を前記成膜終了基板５２の下に挿入する(同図(ｈ)：ハンドイン動作(２))。
【００４７】
次に、前記各ピン７を下げると前記成膜終了基板５２は前記爪部１０上から前記ハンド３２上に移しかえられる(同図(ｉ)：ピンダウン動作)。前記ハンド３２を前記成膜室４２外へ抜き出すと(同図(ｊ)：ハンドアウト動作(２))、前記成膜室４２から前記成膜終了基板５２を搬出することができる。
【００４８】
前記孔１３には、前記各爪部９を内側に向けたままで収納できるように、前記基板保持板３に達する切り欠きが設けられているので、前記各支持棒８を下げ、前記孔１３の切り欠きに内側に向けたままの前記爪部９を収納すると、前記爪部９上にあった前記未成膜基板５１は前記基板保持板３に移しかえられる(図６(ｋ)：フックダウン動作)。
【００４９】
前記各爪部９を前記孔１３内に収納したまま前記基板保持板３の縁に沿った方向に向け(同図(ｌ)：フックアウト動作)、その後前記基板昇降板１２を下げると前記各支持棒８と前記各ピン７とが前記孔１３、１５から抜き出される(同図(ｍ)：分離動作)。
【００５０】
そして前記基板クランプ機構４によって、前記基板保持板３上に置かれた前記未成膜基板５１をクランプしながら起立させ(同図(ｎ)：起立動作)、前記成膜室４２と前記基板搬送室４５との間の仕切板を閉じた状態にしてスパッタリングガスを導入し、前記カソード電極３３に電圧を印加すると前記ターゲットのスパッタリングが開始され、前記起立された未成膜基板５１への薄膜の成膜が行われる。
【００５１】
このとき、前記鉛直にされた前記未成膜基板５１は前記基板クランプ機構４によって前記基板保持板３に密着されており、また、前記基板保持板３はサンドイッチ構造に形成され、その中間の層がヒーターで構成されているので、前記ターゲットのスパッタリングの際、前記ヒーターに通電し、前記未成膜基板５１を加熱しながら薄膜を成長させると、基板にそりや歪みを生じることなく、結晶性のよい薄膜を得ることができた。
【００５２】
他方、前記ハンド３２に乗せられた前記成膜終了基板５２は、前記基板搬送室４５と前記L/UL室４４1、又は前記L/UL室４４2との間の仕切板が開けられた後、その中に装着されたカセットの空いているところに納められる。
そして、空になったハンド３２先端には、前記カセット昇降機構によって未処理の基板が乗せられ、その未処理の基板は前記予備加熱室４３で加熱・脱ガス処理が終了した未成膜基板と交換され、未成膜基板として前記ハンド３２上に乗せられて、まもなく成膜が終了する成膜室４２の前面で図３のように待機され、前記成膜室４２において、引き続き図４(ａ)から図６(ｎ)の一連の交換作業が行われる。このような一連の基板交換動作は、成膜すべき基板がなくなるまで繰り返される。
【００５３】
なお、前記圧空シリンダ３４を動作させると、通常では垂直に配置されている前記マスク回転枠１６を水平にすることができ、水平にされた前記マスク回転枠１６を前記各支持棒８で持ち上げて前記ハンド３２上に乗せると、前記L/UL室４４1、４４2に移送することができ、それによって前記マスク回転枠１６を大気中に取り出すことができる。また、それとは逆に、新しいマスク回転枠１６を前記基板搬送ロボット３１によって前記L/UL室室４４1、４４2から前記成膜室４２内に搬入し、前記各支持棒８上に乗せた場合には、前記支持腕３６に装着できるようにされている。従って、この基板保持装置２では、前記成膜室４２の高真空状態を維持したまま、表面にターゲット材が付着したマスク回転枠を新しいマスク回転枠と交換することができる。
【００５４】
なお、前記シャフト２１の両端部分は磁性流体でシールされて前記成膜室４２の外部に取り出されており、前記成膜室４２の高真空状態を維持しながら回転できるようにされている。その両端部分に設けられたカバー３８を取れば、前記基板保持板３にヒーターを入れたり、その温度を測定するための熱電対を挿入できるように構成されている。
【００５５】
以上説明したように、基板を略鉛直にしてスパッタリングを行うので、ターゲットやその周囲で発生したダストが基板上に落下することがなく、また、基板保持板で保持しながら大面積基板を加熱するので、基板にそりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を成長させることができる。
【００５６】
また、上述のような未成膜基板と成膜終了基板との交換を行う結果、基板搬送ロボットに無駄な動作がなくなり、基板の交換時間が短縮でき、全体の処理時間も短くすることが可能となる。
【００５７】
更にまた、基板を第１、第２の基板仮置機構上に置いて交換するので、基板交換の際にも基板が擦られることがなく、ダストが発生しない。
なお、上記実施の形態は、支持棒８を４本、ピンを８本設けたが、本数はそれに限定されるものではなく、基板を安定に支持できる本数であればよい。
【００５８】
【発明の効果】
基板にダストが落下せず、また、大型基板にそりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を成膜することができる。
基板交換が効率的に行えるので、処理時間が短縮する。装置が大型化しないのでコストアップすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基板保持装置の好ましい実施の形態を示す図
【図２】 その基板保持装置が配置される成膜室の一例を示す図
【図３】 その基板保持装置と基板搬送ロボットとが入換準備段階にある状態を示す図
【図４】 本発明方法の一例の以下の動作を説明するための図
(ａ)：転倒動作 (ｂ)：フックアップ動作 (ｃ)：フックイン動作 (ｄ)：ハンドイン動作
【図５】 図４(ｄ)に続く以下の動作を説明するための図
(ｅ)：フックアップ動作 (ｆ)：ハンドアウト動作 (ｇ)：ピンアップ動作 (ｈ)：ハンドイン動作 (ｉ)：ピンダウン動作 (ｊ)：ハンドアウト動作
【図６】 図５(ｊ)に続く以下の動作を説明するための図
(ｋ)：フックダウン動作 (ｌ)：フックアウト動作 (ｍ)：分離動作 (ｎ)：起立動作
【図７】 本発明の基板加熱装置が用いられる成膜装置の一例を示す図
【図８】 従来技術の成膜方法とそれに用いられる基板保持装置を説明するための図
【符号の説明】
２……基板保持装置 ３……基板保持板 ４……基板クランプ機構
７……ピン ８……支持棒 ９、１０……爪部
３１……基板搬送ロボット ３２……ハンド ４２……成膜室
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットと基板を鉛直にして薄膜を成膜するスパッタリング技術にかかり、特に、基板を水平移動させる基板搬送ロボットに対応したスパッタリング方法と、そのスパッタリング方法に適した基板保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜を成膜するためのスパッタリング方法は、半導体素子や液晶素子を製造するために欠かせない技術となっており、特に、装置の組合せが柔軟であり、ダストの発生が少ないことから、基板搬送ロボットを使用した枚葉式スパッタリング方法が主流となっている。
【０００３】
図８に、そのような従来技術の枚葉式のスパッタリング装置１０１を示すと、該スパッタリング装置１０１は、基板の搬出入を行うL/UL室１０２と、基板搬送ロボット１０７が設けられた搬送室１０８と、ターゲット１１１が天井に設けられたスパッタ室１０６とがこの順で配置され構成されている。前記L/UL室１０２と前記搬送室１０８との間と、前記搬送室１０８と前記スパッタ室１０６との間は、それぞれ仕切バルブ１０５、１０９によって仕切られており、個別に真空排気できるように構成されている。
【０００４】
前記L/UL室１０２にはカセット昇降機構１１４が設けられており、前記スパッタ室１０６に基板を搬入するためには、先ず、前記L/UL室１０２と大気との間に設けられた扉１０３を開け、成膜対象の基板が満載されたカセット１２０を前記L/UL室１０２内に装着する。そして、前記扉１０３を閉じ、図示しない真空ポンプを起動して前記L/UL室１０２を真空排気した後、前記仕切バルブ１０５を開け、前記基板搬送ロボット１０７と前記カセット昇降機構１１４とを用いて、前記カセット１２０から基板を１枚ずつ取り出す。次いで、前記仕切バルブ１０９を開け、前記基板搬送ロボット１０７のハンド上に乗せた基板を前記スパッタ室１０６内に搬入する。
【０００５】
前記スパッタ室１０６内の底面には複数の支持棒１０４が立設されており、前記ハンド上に乗せた基板を前記ターゲット１１１と前記各支持棒１０４の間に位置させ、前記各支持棒１０４の下端に設けられた基板昇降機構１１２を動作させて前記各支持棒１０４を持ち上げると前記基板は前記各支持棒１０４の上端部分に乗せられる。
【０００６】
その状態で前記スパッタ室１０６から前記基板搬送ロボット１０７のハンドを抜き出すと、基板と前記ターゲット１１１とが対向配置されるので、前記仕切バルブ１０９を閉じてスパッタリングガスを導入してスパッタリングを開始できる状態になる。図８の符号１１３は前記各支持棒１０４に乗せられた状態の基板である。
【０００７】
このスパッタリング装置１０１では、前記スパッタ室１０６の底面に平板状のヒーター１１０が配置されており、前記基板昇降機構１１２を動作させ、前記各支持棒１０４を下げると前記基板１１３は前記ヒーター１１０上に置かれるので、加熱しながら薄膜を成長させることができるものである。
【０００８】
しかしながら、前記支持棒１０４は基板を水平に支持するため、前記スパッタ室１０６内でダストが発生すると、前記基板１１３表面に落下してしまう。このスパッタ室１０６の場合、前記ターゲット１１１が前記スパッタ室の天井に配置されているので、ターゲット１１１の保持枠等に堆積したターゲット材が剥離すると、前記成膜中の基板１１３の表面に落下し、薄膜に欠陥が生じ、歩留まりが悪くなってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、膜欠陥や基板のそり、歪みを生じさせずに大面積基板に薄膜を成膜することができるスパッタリング方法と、そのスパッタリング方法に適した基板保持装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、スパッタリングにより成膜が行われる基板を保持する基板保持板と、前記基板を前記基板保持板へ密着させるクランプ機構と、前記基板保持板を嵌め込み、前記クランプ機構を取り付けた保持板回転枠と、前記基板よりもその内側を小さくくりぬいた窓部を有するマスク回転枠と、前記マスク回転枠を鉛直状態に取り付け、かつ前記保持板回転枠が鉛直状態の時に前記マスク回転枠と重なり前記基板の成膜領域が前記窓部に露出するように前記保持板回転枠を水平状態と鉛直状態とに移動させる回転機構と、水平状態の時の前記基板保持板の下方に設けられた第一及び第二の基板仮置機構とからなる基板保持装置において、前記第一の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の時、前記基板保持板の周縁の外側に位置し、上下動と回転動が可能な複数の支持棒と、該支持棒の各先端に設けられた爪部とから成り、第一の基板仮置機構に前記基板を仮置きする場合には、前記基板保持板が水平状態の時、前記各支持棒を高さを揃えて前記基板保持板よりも上方に上昇させた後、前記爪部を回転させ前記基板保持板の上側に位置させるように動作し、前記基板保持板には、前記爪部が前記基板保持板側に向いている状態で、前記爪部を前記基板保持板に収納する切り欠きが設けられ、前記保持板回転枠には、前記支持棒を前記基板保持板の下方に移動できるように第一の孔を設け、前記第二の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の前記基板保持板の周縁の下側に位置し、前記基板保持板の周縁に形成した第二の孔を貫通して高さを揃えて上下動が可能な複数のピンから成り、前記第一及び第二の基板仮置機構に同時に前記基板保持板と同じ大きさの基板を乗せられるように構成された基板保持装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記基板保持板にはヒーターが設けられ、前記基板保持板と密着された基板を加熱できるように構成された請求項１記載の基板保持装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記回転機構は、前記基板保持板が水平であって前記各支持棒と前記各ピンが前記保持板回転枠と前記基板保持板の前記第一、第二の孔から抜き出された状態で、前記基板保持板を前記保持板回転枠と共に回転し、鉛直に起立させるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基板保持装置である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、成膜室と、ターゲットと、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板保持装置とを有し、前記ターゲットは前記成膜室内に鉛直に配置され、前記基板保持装置は、前記成膜室内であって、前記基板保持板に前記基板を密着して鉛直に起立させたときに前記基板が前記ターゲットに所定間隔で対向配置される位置に配置されたスパッタリング装置である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された基板保持装置を用い、成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記成膜終了基板が乗せられた前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せる基板交換方法である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４に記載されたスパッタリング装置を用い、前記基板保持板上に位置する成膜終了基板を未成膜基板と交換し、前記ターゲットをスパッタリングして前記未成膜基板表面に薄膜を形成するスパッタリング方法であって、前記成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、前記未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記成膜終了基板が前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せ、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、前記各支持棒を降下させ、前記未成膜基板を前記基板保持板上に配置するスパッタリング方法である。
【００１６】
このような本発明方法の構成によると、基板搬送ロボットを用いて基板を水平に移動させて搬入する際、基板を水平にしたままで基板保持板上に乗せてクランプし、次いで前記基板保持板を起立させるので、基板を脱落することなく鉛直にすることができ、そして、成膜室内にほぼ鉛直に配置されたターゲットと平行に対向させてスパッタリングを行えば、成膜の際に基板表面にダストが落下することはない。
【００１７】
前記基板保持板にヒーターを設ければ、鉛直にされた基板を加熱しながら膜成長をさせることができるので、結晶性のよい薄膜を成膜することが可能となる。また、前記基板は前記基板保持板に密着されているので、加熱しても基板にそりや歪みが生じることがない。
【００１８】
このような本発明方法を行う際、基板搬送ロボットのハンド上に乗せられて水平に移動されて搬入された基板を水平のまま乗せる基板保持板と、前記基板保持板上に乗せられた基板をクランプする基板クランプ機構と、前記基板保持板を起立させる回転機構とが設けられた基板保持装置を使用すると基板を簡単に鉛直にできて都合がよい。
【００１９】
また、この基板保持装置で基板を鉛直にしたときに、成膜室内にほぼ鉛直に配置されたターゲットと基板とが直ちに平行に対向されるようにしておけば、鉛直にした状態で基板を移動させなくて済み、装置の構成が簡単になる。
【００２０】
ところで、一般に広く用いられている真空用基板搬送ロボットでは、ハンド上に基板を乗せて水平に移動させることはできるが、ハンドを上下に動かして、基板を上下に移動させることはできないのが普通である。そこで、前記ハンド上に乗せられた基板が前記基板保持板上に位置するときに、その基板を持ち上げて上下移動させる第１の基板仮置機構と、前記基板保持板上に乗せられた基板を持ち上げて上下移動させる第２の基板仮置機構とをこの基板保持装置に設けておけば、前記第１、第２の基板仮置機構の動作と前記ハンドの動作によって、前記ハンド上にある未成膜の基板と前記基板保持板上にある成膜が終了した基板とを、それぞれ前記第１、第２の基板仮置機構に置いて交換できるようになるので、基板搬送ロボットに無駄な動きがなくなって、基板交換時間、ひいては成膜処理時間を短縮させることが可能となる。
【００２１】
その際、前記基板保持板にヒーターを設け、密着された基板を加熱しながらスパッタリングを行えば、そりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を得ることができて好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明方法の実施の形態を、その方法に用いられる基板保持装置の発明の実施の形態と共に図面を用いて説明する。
【００２３】
図１を参照し、２は本発明の基板保持装置であり、外周が四辺形の保持板回転枠５とシャフト２１とを有している。前記シャフト２１は水平に配置されており、前記保持板回転枠５は前記シャフト２１に取り付けられ、この図１では水平にされている。
【００２４】
この基板保持装置２は、図２に示すような成膜室４２内に配置されており、前記保持板回転枠５の内側には矩形形状に形成された基板保持板３がはめ込まれ、前記成膜室４２内であって前記基板保持板３の下方にはベース１７が水平に配置され、前記成膜室４２の外部であって前記ベース１７の下方には、基板昇降板１２が水平に配置されている。
【００２５】
前記基板昇降板１２は、図示しないモーターによって上下移動自在に構成されており、該基板昇降板１２と前記ベース１７とは、４つの中空円筒の支柱１９で連結されて一緒に上下移動できるようにされている。前記各支柱１９は、それぞれ伸縮自在な金属ベローズ１１で気密に覆われており、前記基板昇降板１２と前記ベース１７の上下移動させたときでも、前記成膜室４２内に大気が侵入しないようにされている。
【００２６】
前記ベース１７の前記各支柱１９が固定されている部分には丸穴１４が開けられており、前記各丸穴１４を通して前記各支柱１９内に支持棒８が１本ずつ挿入されている。前記各支持棒８の下端部分は前記基板昇降板１２に気密に挿通され、先端が前記基板昇降板１２の裏面から突き出た部分には、それぞれプーリー２５が設けられている。他方、前記各支持棒８の上端部分の上方には前記保持板回転枠５が位置するようにされており、該保持板回転枠５の、前記各支持棒８の上方に位置する部分には、孔１３が開けられており、前記基板昇降板１２を下方から上昇させたときに、前記各支持棒８が前記孔１３に挿通され、前記各支持棒８の先端部分が前記保持板回転枠５上に出られるようにされている。
【００２７】
前記各支持棒８の高さは同じになるように揃えられて、それらの先端には爪部９がそれぞれ設けられており、また、前記孔１３は前記基板保持板３の四隅付近に位置するように配置されている。従って、前記各支持棒８を前記孔１３上に出し、前記各爪部９を前記基板保持板３上に位置するように向けた場合には、前記各爪部９上に前記基板保持板３とほぼ同じ大きさの基板を一時的に乗せることができるので、前記支持棒８と前記爪部９とで第１の基板仮置機構が構成されていることになる。
【００２８】
また、前記ベース１７には８本のピン７が立設されており、前記各ピン７は、それらの上方に前記基板保持板３の縁が位置するように配置されている。前記基板保持板３の縁の、前記各ピン７の上方の位置する部分には孔１５が開けられており、前記ベース１７を下方から上昇させたときに、前記各ピン７が前記孔１５に挿通され、それらの先端部分が前記基板保持板３の縁上に出られるようにされている。
【００２９】
前記各ピン７の高さは同じになるように揃えられ、それらの先端には爪部１０がそれぞれ設けられており、また、前記孔１５は前記基板保持板３の相対する２つの縁上に３個ずつと、残りの２辺の縁上に１個ずつ配置されており、前記各ピン７を前記基板保持板３上に出せば、前記各爪部１０上に前記基板保持板３とほぼ同じ大きさの基板を一時的に乗せることができるので、前記各ピン７と前記各爪部１０とで第２の基板仮置機構が構成されていることになる。
【００３０】
前記基板昇降板１２の表面にはロータリーアクチュエーター２４が設けられており、該基板昇降板１２は前記ロータリーアクチュエーター２４の回転軸が貫通され、その裏面に突き出た部分と前記プーリー２５にはベルト２６が掛けられており、前記ロータリーアクチュエーター２４の回転力が前記各支持棒８に伝達され、前記各支持棒８が回動できるように構成されている。
【００３１】
そのロータリーアクチュエーター２４によって、前記各支持棒８を回動させる際、前記支持棒８先端の前記爪部９は、４つ全部が前記基板保持板３の縁に沿う方向に向けられるか、前記基板保持板３の内側に向けられるかのいずれか一方の状態となるようにされており、前記各爪部９を縁に沿う方向に向ければ前記爪部９は前記孔１３に引っかからず、前記支持棒８を前記孔１３から出し入れができ、他方、前記各爪部９を内側に向けたときは、前記各爪部９は前記基板保持板３上に位置するようにされており、前記ロータリーアクチュエーター２４を動作させて前記各支持棒８を回動させると、一方の状態から他方の状態へ切り替えられるようにされている。
【００３２】
また、前記爪部９の位置よりも前記爪部１０の位置が低く、前記爪部９の高さと前記爪部１０の高さとの間には、基板搬送ロボットのハンドを挿入できる程度の差が設けられている。
【００３３】
前記シャフト２１には、モーター２３と、該モーター２３の回転方向を変換するウォームギア２７とで構成された回転機構が設けられており、該回転機構を動作させ、前記シャフト２１を回転させると前記保持板回転枠５と前記基板保持板３とを水平にも鉛直にもできるようにされており、前記支持棒８と前記ピン７とを前記孔１３、１５から抜き出して前記シャフト２１を回転させれば、前記基板保持板３が前記ピン７や前記支持棒８とぶつかることがないようにされている。
【００３４】
また、前記保持板回転枠５には基板クランプ機構４が設けられており、水平にされた前記基板保持板３を起立させる際、その基板保持板３に基板を水平に乗せ、前記基板クランプ機構４によって基板をクランプしておけば、前記基板保持板３が略鉛直な状態にされても基板が脱落しないようにされている。
【００３５】
他方、前記シャフト２１上には、前記保持板回転枠５よりもわずかに大きめに形成されたマスク回転枠６が鉛直に配置されており、該マスク回転枠６は２本の支持腕３６に固定され、前記２本の支持腕３６は、前記シャフト２１に回転可能に取り付けられ、また、クランク機構３８と成形ベローズ３５とを介して前記成膜室４２外に配置された圧空シリンダ３４にも気密に接続されている。従って、前記マスク回転枠６は前記シャフト２１で支持されているが、前記クランク機構３８を静止させておけば、前記シャフト２１が回転した場合でも、前記保持板回転枠６は回転せず、鉛直状態を維持できるように構成されている。
【００３６】
このマスク回転枠６の内側は成膜対象の基板よりもやや小さめの矩形形状にくりぬかれ、それによって窓部１６が形成されており、前記保持板回転枠５が起立され、略鉛直にされて前記基板保持板３にクランプされた基板が前記マスク回転枠６に重ねられる際、その基板の無効領域である周辺部分は前記マスク回転枠６で遮蔽され、一方、基板表面の成膜領域は前記窓部１６で露出されるようにされている。また、前記カソード電極３３に略鉛直に設けられた図示しないスパッタリングターゲット(例えばＩＴＯ材)に対し、前記略鉛直にされた基板は、直ちに所定間隔で平行に対向するようにされている。
【００３７】
このような成膜室４２が、図７に示すようなマルチチャンバー型の成膜装置４１に複数設けられており、更に、該成膜装置４１には、基板の搬出入を行うL/UL室４４1、４４2と、基板の脱ガスを行う予備加熱室４３も設けられており、各室は、基板搬送ロボット３１が配置された基板搬送室４５を中心としてその周囲に配置されている。
【００３８】
前記基板搬送室４５とその周囲に配置された各室との間には開閉可能な仕切板が設けられており、中心の前記基板搬送室４５とその周囲の各室とは、それぞれが独立に高真空状態を維持できるように構成されている。
【００３９】
この成膜装置４１で処理する基板は大型のガラス基板(例えば５５０×６５０ｍｍ2)であり、前記L/UL室４４1、４４2と大気雰囲気との間に設けられた仕切板を開け、未処理のガラス基板が満載されたカセットを前記L/UL室４４1、４４2のどちらかに装着し、仕切板を閉じた後真空排気し、前記基板搬送ロボット３１を動作させてそのハンド３２の先端を前記カセットに挿入し、前記L/UL室４４1、４４2に設けられたカセット昇降機構を動作させ、前記カセットから前記ハンド３２上に基板を１枚だけ移す。
【００４０】
次いで、前記L/UL室４４1、又は前記L/UL室４４2から前記ハンド３２を抜き出し、前記予備加熱室４３に基板を搬入する。所定時間が経過し、前記予備加熱室４３での加熱・脱ガス処理が終了すると、その基板を前記ハンド３２で取り出し、前記成膜室４２の正面まで運ぶ。図３はその状態を示している。前記ハンド３２上には加熱・脱ガスが終了した未成膜基板５１が乗せられている。ここでは、前記成膜室４２内の成膜作業は終了しており、図３に鉛直状態で示された前記保持板回転枠５内には所定膜厚の薄膜が成膜された成膜終了基板５２がクランプされているものとする。
【００４１】
前述の図３は、いわば基板の入れ替え準備段階であり、引き続き行われる前記未成膜基板５１と前記成膜終了基板５２との交換作業を、図４(ａ)〜図６(ｎ)を用いて説明する。この図４(ａ)〜図６(ｎ)では、見やすいように前記未成膜基板５１と前記成膜終了基板５２以外の符号を省略してある。
【００４２】
先ず、図３の入れ替え準備段階から、前記成膜室４２と前記基板搬送室４５との間の仕切板を開けると共に前記基板クランプ機構４によって成膜終了基板５２をクランプしながら前記基板保持板３を転倒させ、前記成膜終了基板５２を水平にする(図４(ａ)：転倒動作)。
【００４３】
次に、前記クランプを解除し、前記基板昇降板１２を上昇させると前記各支持棒８は前記孔１３に挿通される。このとき、前記各支持棒８先端の前記爪部９を前記基板保持板３の縁に沿った方向に向けておけば前記各爪部９は前記基板保持板３上に置かれた前記成膜終了基板５２には当たることはなく、前記各爪部９を前記成膜終了基板５２よりも高い位置まで上昇させることができる(同図(ｂ)：フックアップ動作(１))。
【００４４】
そして、前記ロータリーアクチュエーター２４を動作させ、前記各爪部９を前記基板保持板３の内側に向けると前記各爪部９は前記基板保持板３上に位置される(同図(ｂ)：フックイン動作)。
【００４５】
その状態を維持しながら前記ハンド３２を前記成膜室４２内に入れ、その先端に乗せられた前記未成膜基板５１を前記各爪部９上まで移動させ(同図(ｄ)：ハンドイン動作(１))、前記各支持棒８を更に持ち上げると、前記ハンド３２の先端に乗せられていた前記未成膜基板５１は前記各爪部９上に移しかえられる(図５(ｅ)：フックアップ動作(２))。
すると、前記ハンド３２は空の状態となるので、そのハンド３２を前記基板保持板３上から抜き出す(同図(ｆ)：ハンドアウト動作(１))。
【００４６】
次に、前記ベース１７を上昇させて前記各ピン７を持ち上げると、前記各ピン７先端の爪部１０に前記成膜終了基板５２が乗せられる(同図(ｇ)：ピンアップ動作)。
このとき、前記成膜終了基板５２を、前記ハンド３２の高さよりも高くなるまで持ち上げておき、前記空のハンド３２を前記成膜終了基板５２の下に挿入する(同図(ｈ)：ハンドイン動作(２))。
【００４７】
次に、前記各ピン７を下げると前記成膜終了基板５２は前記爪部１０上から前記ハンド３２上に移しかえられる(同図(ｉ)：ピンダウン動作)。前記ハンド３２を前記成膜室４２外へ抜き出すと(同図(ｊ)：ハンドアウト動作(２))、前記成膜室４２から前記成膜終了基板５２を搬出することができる。
【００４８】
前記孔１３には、前記各爪部９を内側に向けたままで収納できるように、前記基板保持板３に達する切り欠きが設けられているので、前記各支持棒８を下げ、前記孔１３の切り欠きに内側に向けたままの前記爪部９を収納すると、前記爪部９上にあった前記未成膜基板５１は前記基板保持板３に移しかえられる(図６(ｋ)：フックダウン動作)。
【００４９】
前記各爪部９を前記孔１３内に収納したまま前記基板保持板３の縁に沿った方向に向け(同図(ｌ)：フックアウト動作)、その後前記基板昇降板１２を下げると前記各支持棒８と前記各ピン７とが前記孔１３、１５から抜き出される(同図(ｍ)：分離動作)。
【００５０】
そして前記基板クランプ機構４によって、前記基板保持板３上に置かれた前記未成膜基板５１をクランプしながら起立させ(同図(ｎ)：起立動作)、前記成膜室４２と前記基板搬送室４５との間の仕切板を閉じた状態にしてスパッタリングガスを導入し、前記カソード電極３３に電圧を印加すると前記ターゲットのスパッタリングが開始され、前記起立された未成膜基板５１への薄膜の成膜が行われる。
【００５１】
このとき、前記鉛直にされた前記未成膜基板５１は前記基板クランプ機構４によって前記基板保持板３に密着されており、また、前記基板保持板３はサンドイッチ構造に形成され、その中間の層がヒーターで構成されているので、前記ターゲットのスパッタリングの際、前記ヒーターに通電し、前記未成膜基板５１を加熱しながら薄膜を成長させると、基板にそりや歪みを生じることなく、結晶性のよい薄膜を得ることができた。
【００５２】
他方、前記ハンド３２に乗せられた前記成膜終了基板５２は、前記基板搬送室４５と前記L/UL室４４1、又は前記L/UL室４４2との間の仕切板が開けられた後、その中に装着されたカセットの空いているところに納められる。
そして、空になったハンド３２先端には、前記カセット昇降機構によって未処理の基板が乗せられ、その未処理の基板は前記予備加熱室４３で加熱・脱ガス処理が終了した未成膜基板と交換され、未成膜基板として前記ハンド３２上に乗せられて、まもなく成膜が終了する成膜室４２の前面で図３のように待機され、前記成膜室４２において、引き続き図４(ａ)から図６(ｎ)の一連の交換作業が行われる。このような一連の基板交換動作は、成膜すべき基板がなくなるまで繰り返される。
【００５３】
なお、前記圧空シリンダ３４を動作させると、通常では垂直に配置されている前記マスク回転枠１６を水平にすることができ、水平にされた前記マスク回転枠１６を前記各支持棒８で持ち上げて前記ハンド３２上に乗せると、前記L/UL室４４1、４４2に移送することができ、それによって前記マスク回転枠１６を大気中に取り出すことができる。また、それとは逆に、新しいマスク回転枠１６を前記基板搬送ロボット３１によって前記L/UL室室４４1、４４2から前記成膜室４２内に搬入し、前記各支持棒８上に乗せた場合には、前記支持腕３６に装着できるようにされている。従って、この基板保持装置２では、前記成膜室４２の高真空状態を維持したまま、表面にターゲット材が付着したマスク回転枠を新しいマスク回転枠と交換することができる。
【００５４】
なお、前記シャフト２１の両端部分は磁性流体でシールされて前記成膜室４２の外部に取り出されており、前記成膜室４２の高真空状態を維持しながら回転できるようにされている。その両端部分に設けられたカバー３８を取れば、前記基板保持板３にヒーターを入れたり、その温度を測定するための熱電対を挿入できるように構成されている。
【００５５】
以上説明したように、基板を略鉛直にしてスパッタリングを行うので、ターゲットやその周囲で発生したダストが基板上に落下することがなく、また、基板保持板で保持しながら大面積基板を加熱するので、基板にそりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を成長させることができる。
【００５６】
また、上述のような未成膜基板と成膜終了基板との交換を行う結果、基板搬送ロボットに無駄な動作がなくなり、基板の交換時間が短縮でき、全体の処理時間も短くすることが可能となる。
【００５７】
更にまた、基板を第１、第２の基板仮置機構上に置いて交換するので、基板交換の際にも基板が擦られることがなく、ダストが発生しない。
なお、上記実施の形態は、支持棒８を４本、ピンを８本設けたが、本数はそれに限定されるものではなく、基板を安定に支持できる本数であればよい。
【００５８】
【発明の効果】
基板にダストが落下せず、また、大型基板にそりや歪みを生じさせずに結晶性のよい薄膜を成膜することができる。
基板交換が効率的に行えるので、処理時間が短縮する。装置が大型化しないのでコストアップすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基板保持装置の好ましい実施の形態を示す図
【図２】 その基板保持装置が配置される成膜室の一例を示す図
【図３】 その基板保持装置と基板搬送ロボットとが入換準備段階にある状態を示す図
【図４】 本発明方法の一例の以下の動作を説明するための図
(ａ)：転倒動作 (ｂ)：フックアップ動作 (ｃ)：フックイン動作 (ｄ)：ハンドイン動作
【図５】 図４(ｄ)に続く以下の動作を説明するための図
(ｅ)：フックアップ動作 (ｆ)：ハンドアウト動作 (ｇ)：ピンアップ動作 (ｈ)：ハンドイン動作 (ｉ)：ピンダウン動作 (ｊ)：ハンドアウト動作
【図６】 図５(ｊ)に続く以下の動作を説明するための図
(ｋ)：フックダウン動作 (ｌ)：フックアウト動作 (ｍ)：分離動作 (ｎ)：起立動作
【図７】 本発明の基板加熱装置が用いられる成膜装置の一例を示す図
【図８】 従来技術の成膜方法とそれに用いられる基板保持装置を説明するための図
【符号の説明】
２……基板保持装置 ３……基板保持板 ４……基板クランプ機構
７……ピン ８……支持棒 ９、１０……爪部
３１……基板搬送ロボット ３２……ハンド ４２……成膜室
Claims (6)
- スパッタリングにより成膜が行われる基板を保持する基板保持板と、
前記基板を前記基板保持板へ密着させるクランプ機構と、
前記基板保持板を嵌め込み、前記クランプ機構を取り付けた保持板回転枠と、
前記基板よりもその内側を小さくくりぬいた窓部を有するマスク回転枠と、
前記マスク回転枠を鉛直状態に取り付け、かつ前記保持板回転枠が鉛直状態の時に前記マスク回転枠と重なり前記基板の成膜領域が前記窓部に露出するように前記保持板回転枠を水平状態と鉛直状態とに移動させる回転機構と、
水平状態の時の前記基板保持板の下方に設けられた第一及び第二の基板仮置機構とからなる基板保持装置において、
前記第一の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の時、前記基板保持板の周縁の外側に位置し、上下動と回転動が可能な複数の支持棒と、該支持棒の各先端に設けられた爪部とから成り、第一の基板仮置機構に前記基板を仮置きする場合には、前記基板保持板が水平状態の時、前記各支持棒を高さを揃えて前記基板保持板よりも上方に上昇させた後、前記爪部を回転させ前記基板保持板の上側に位置させるように動作し、
前記基板保持板には、前記爪部が前記基板保持板側に向いている状態で、前記爪部を前記基板保持板に収納する切り欠きが設けられ、
前記保持板回転枠には、前記支持棒を前記基板保持板の下方に移動できるように第一の孔を設け、
前記第二の基板仮置機構は、前記基板保持板が水平状態の前記基板保持板の周縁の下側に位置し、前記基板保持板の周縁に形成した第二の孔を貫通して高さを揃えて上下動が可能な複数のピンから成り、
前記第一及び第二の基板仮置機構に同時に前記基板保持板と同じ大きさの基板を乗せられるように構成された基板保持装置。 - 前記基板保持板にはヒーターが設けられ、前記基板保持板と密着された基板を加熱できるように構成された請求項１記載の基板保持装置。
- 前記回転機構は、前記基板保持板が水平であって前記各支持棒と前記各ピンが前記保持板回転枠と前記基板保持板の前記第一、第二の孔から抜き出された状態で、前記基板保持板を前記保持板回転枠と共に回転し、鉛直に起立させるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基板保持装置。
- 成膜室と、ターゲットと、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板保持装置とを有し、
前記ターゲットは前記成膜室内に鉛直に配置され、
前記基板保持装置は、前記成膜室内であって、前記基板保持板に前記基板を密着して鉛直に起立させたときに前記基板が前記ターゲットに所定間隔で対向配置される位置に配置されたスパッタリング装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された基板保持装置を用い、
成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、
前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、
前記成膜終了基板が乗せられた前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、
前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、
前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せる基板交換方法。 - 請求項４に記載されたスパッタリング装置を用い、
前記基板保持板上に位置する成膜終了基板を未成膜基板と交換し、前記ターゲットをスパッタリングして前記未成膜基板表面に薄膜を形成するスパッタリング方法であって、
前記成膜終了基板が配置された水平状態の前記基板保持板の上部に、前記未成膜基板が乗せられた基板搬送ロボットのハンドを静止させ、前記各支持棒を上昇させ、回転させて前記未成膜基板を前記爪部上に置き、
前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、
前記成膜終了基板が前記ピンを、前記成膜終了基板の高さが前記ハンドの高さよりも高くなるまで上昇させ、
前記ハンドを前記基板保持板の上部に移動させ、
前記ピンを降下させて前記成膜終了基板を前記ハンド上に乗せ、前記ハンドを前記基板保持板の上部から退避させ、
前記各支持棒を降下させ、前記未成膜基板を前記基板保持板上に配置するスパッタリング方法。
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