JP4369866B2 - 基板処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、基板を搭載したキャリアを処理室に連続して搬送し所定の処理を行う基板処理装置及び処理方法に係り、特にキャリアが処理室と大気間を移動することに帰因する処理室雰囲気汚染の問題を解消し、品質の優れた薄膜形成及びエッチング等の処理を安定して行うことが可能な基板処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板処理装置の従来例として、図7に示した生産用の蒸着装置について説明する。従来の蒸着装置は、図7に示したように、キャリア搬入用ロードロック室10、加熱室70、蒸着室30、キャリア搬出用ロードロック室10’がゲートバルブ41〜43を介して連結され、各室にはキャリア2の搬送ユニット4が設置されている。搬送ユニット4としては、通常、多数の搬送コロの列が2列設けられ、駆動系によりコロを回転させることにより、コロ列上に載置されるキャリアを移動させる構成のものが好適に用いられる。基板3は大気中でキャリア2に搭載され、キャリア2をロードロック室10から加熱室70に搬送し、基板を所定温度に加熱した後、蒸着室30に送って薄膜を形成する。その後、キャリア2はロードロック室10’に送り出され、大気中に取り出される。処理済み基板3’が回収された後、キャリア2には再び未処理基板3が搭載され、ロードロック室10に戻される。これらの操作を繰り返し行うことにより、多数の基板上に薄膜を連続して形成することができる。
【0003】
この従来方式では、基板搬送用のキャリア2は大気中と真空中との間を繰り返し搬送される。そのため、キャリアに付着した膜に大気中の水分等の汚染物が吸着し、さらにこの上に膜が付着すると、密着性が低下して膜は剥離し易くなる。膜剥離により発生したパーティクルは膜内に取り込まれて膜の欠陥となるため、歩留まり低下の原因となっていた。
【0004】
また、図7の蒸着装置をプラズマディスプレイ(PDP)のMgO膜の形成に適用すると、表示性能上大きな問題となることが明らかになった。基板への膜形成を繰り返し行うと、図8に示すように、蒸着室内の水分圧は上昇し、これに伴いMgOの膜質が変化することが分かった。即ち、250回程度の膜形成を繰り返すと蒸着室の水分圧は3x10−4Pa程度となり、得られるMgO膜は、図9のX線回折パターンに示すように、(111)面に(200)面及び(220)面が混在した形態の膜となることが分かった。MgO膜の二次電子放出係数は結晶面により異なるため、結晶面が混在すると輝度むらが生じてPDPの表示性能は大きく低下することになる。従って、高性能の表示性能を安定して得るには、蒸着室の水分圧を3x10−4Pa以下に維持する必要がある。
【0005】
以上の付着膜の剥離の問題及び水分等の蒸着室への取り込みの問題を解決する蒸着装置が特開平9−279341公報に提案されている。この蒸着装置は、図10に示すように、基板搬入用ロードロック室10、蒸着室30、及び基板搬出用ロードロック室10’とがゲートバルブ41,42で連結され、蒸着室30はロードロック室10から搬送される基板3をキャリア(トレイ)2に搭載する基板搭載部31、蒸着部32及び処理済み基板をロードロック室10’に送り出す基板回収部33とからなり、キャリア2は搭載部、蒸着部及び回収部間を循環して、大気に曝されない構成となっている。即ち、基板3はロードロック室10に搬入された後、上述の搬送コロ列からなる搬送ユニット4により基板搭載部31のキャリア(トレイ)2上に搭載され、蒸着部32に送られ、加熱機構(不図示)により所定の温度に加熱されてMgO膜が形成される。その後、キャリア2は基板回収部33に搬送され、キャリア2から処理済み基板3’を取り外し、基板のみロードロック室10’に取り出される。一方、キャリア2は、上部の搬送路に沿って基板搭載部31に戻される。このようにしてキャリアは、常に真空中を搬送されるため、付着膜は大気に接触することはなくパーティクル発生が大きく抑制されるとともに、水分等の持ち込みが抑制される結果、基板全面を通して同じ結晶面を有する均質なMgO膜を形成することができ、高性能PDPに対応できることが分かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、図10に示した蒸着装置では、基板の大型化等に対応することは実際上非常に困難であることが分かった。即ち、基板単体を搬送する搬送方法では基板の両端を搬送コロの上に載せて搬送するため、基板が大型化すると基板の撓みが大きくなる。その結果として、搬送が不安定となり、最悪の場合には基板が割れ、高精細・高性能PDPの安定した生産が困難になるという問題が生じた。この問題は、タクト向上のために基板短手方向に基板を搬送しようとするとより一層顕在化する。さらに、基板の大きさにより搬送コロ列間の間隔等の種々の煩雑な設定が必要となるため、多品種の基板に対応するのは実際上不可能となり、汎用性が低いという欠点があった。
【0007】
このように、基板の大型化、多様化に対応するには、基板搬入時から基板を所定の大きさのキャリアに搭載しておく装置構成とするのが不可欠であることが分かり、この装置構成でさらに膜剥離及び膜質維持の検討を行った。この中で、成膜時にキャリアをマスクで覆ってキャリアへの膜付着を抑制し、マスクは外部に取り出さず真空室内にとどめる構成の蒸着装置を開発したが(特開平11−131232号公報)、図7の装置構成と比べて改善されるものの、高精細・高性能の大型PDPに対応するには十分でないことが分かった。例えば、マスク開口部がキャリア開口部よりも大きいとキャリアに膜が付着し上述したのと同様の問題が起こり、逆にマスク開口部が小さいと基板外周部に蒸着材料が回り込んで堆積するため、膜厚が薄くまた結晶面が混在する形態となり輝度むらが生じるという問題があることが分かった。
【0008】
以上述べてきた問題は、MgOの蒸着装置に限らず、種々の薄膜形成に用いるスパッタやCVD等の成膜装置やエッチング等の処理装置についても同様に起こる問題であり、真空基板処理の分野においては、膜質、処理性能に影響を与えず継続して安定した処理を可能とする基板搬送方法が求められていた。
このような状況の下で、本発明は、キャリアを介した処理室雰囲気の汚染を抑制し、安定した基板搬送及び高品質の基板処理を継続できる基板処理装置及び処理方法であって、今後ますます大型化する基板に対応でき、また種々の基板寸法に対応できる汎用性の高い基板処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の基板処理装置は、基板を搭載したキャリアを搬入するロードロック室と、キャリア間で基板の移載を行う移載機構を有する基板移載室と、基板に所定の処理を行う基板処理室と、を有する基板処理装置であって、前記移動機構は、複数のキャリア保持台を有し互いに入れ替え可能なキャリア保持機構と基板保持機構とをそれぞれ2つと、該2つのキャリア保持機構の保持台間でキャリアを移動させる移動機構と、により構成され、前記基板処理装置は、前記ロードロック室及び前記基板移載室間を移動する第1のキャリアと、前記基板移載室及び前記基板処理室間を移動する第2のキャリアとを有し、前記移載機構により、前記第1のキャリア及び前記第2のキャリア間で基板を移載する構成としたことを特徴とする。また、前記ロードロック室へ処理済み基板を搭載した前記第1のキャリアが搬出されることを特徴とする。
【0010】
これらにより、例えば、成膜時に基板を保持するキャリアは大気に曝されずにすむため、大気中でキャリア付着膜に吸着、吸蔵し蒸着室に持ち込まれる水分等に帰因する薄膜の膜質不均質化や膜剥離を大きく低減でき、欠陥がなく均質な高品質薄膜を多数の基板上に連続して作製することが可能となる。
また、これらにより前記保持台上の前記第1及び第2のキャリアから基板を前記保持機構により保持した状態で、キャリアを前記2つの保持機構間で移動させ、その状態で再びキャリアに基板を載置させていることにより、基板を移載させることができる。この構成は、大型基板であっても、スループットの高い移載を確実に行うことができるため、生産性の高い基板処理装置を実現できる。しかも、ロボット等による移載方法と比べて装置面積を大幅に削減できることから基板処理装置全体で大幅なコストダウンを達成することができる。
【0011】
また、前記基板保持機構としては、真空吸着又は静電吸着機構を用いるのが好ましい。この保持機構は、基板を裏面から保持できるので、大型基板のみならず種々の大きさの基板を表面の膜堆積面を汚したり疵をつけることなく確実に保持し、大気側キャリアと真空側キャリア間で基板移載を容易且つ確実に行うことができる。
さらに、前記基板移載室は乾燥気体雰囲気に保持することを特徴とし、例えばN2ガスが用いられる。これにより、基板移載機構及び処理装置構成を簡素化することができる。
また、前記キャリアは、基板の4辺を支持するのが好ましく、基板が大型化しても基板の撓みを抑え全面に均質な薄膜を形成することができる。さらに、本発明は、MgO膜等、吸湿性の高い膜の形成に特に好適に用いられる。
【0012】
本発明の基板処理方法は、基板を搭載したキャリアを搬出入するロードロック室と、キャリア間で基板の移載を行う移動機構を有する基板移載室と、基板に所定の処理を行う基板処理室と、を連結配置し、前記移載機構は、複数のキャリア保持台を有し互いに入れ替え可能なキャリア保持機構と基板保持機構とをそれぞれ2つと、該2つのキャリア保持機構の保持台間でキャリアを移動させる移動機構とで構成された、基板処理装置を用いた基板処理方法であって、前記ロードロック室及び前記基板移載室間を移動する第1のキャリアと前記基板移載室及び前記基板処理室間を移動する第2のキャリアとを配置し、前記基板移載室において、前記第1のキャリア及び前記第2のキャリア間で基板の移載を行い、前記保持台上の前記第1及び第2のキャリアから基板を前記基板保持機構により保持した状態で、前記第1および第2のキャリアを前記2つのキャリア保持機構間で移動させ、その状態で再び前記第1および第2のキャリアに基板を載置させることにより、前記第1のキャリア及び前記第2のキャリア間で基板の移載を行い、前記基板処理室に搬出入される前記第2のキャリアを大気にさらすことなく、連続して基板処理を行うことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の基板処理装置の基本構成を図1の模式図に示す。
図1に示すように、基板処理装置は、ロードロック室10、基板移載室20及び処理室30がゲートバルブ41,42を介して連結された構造を有し、ロードロック室10及び基板移載室20間で第1のキャリア1が移動して基板を搬送し、基板移載室20及び処理室30間で第2のキャリア1’が移動して基板を搬送する。ここで、基板移載室20はN2ガス等の乾燥ガス雰囲気又は真空に保たれ、基板移載機構5が取り付けられている。
【0014】
大気中で第1のキャリア1に基板3が搭載され、ロードロック室10に搬入され、真空にした後(基板移載室がN2ガス雰囲気の場合はさらにN2ガスを充填した後)、ゲートバルブ41が開けられ、基板移載室20に送られる。基板移載室20で、基板移載機構5により、第1のキャリア1から第2のキャリア1’に基板3が移載され、基板3を搭載した第2のキャリア1’が処理室30に送られ、所定の処理が行われた後基板移載室20に戻される。基板移載室では処理済み基板3’が第2のキャリア1’から第1のキャリア1に移載され、第1のキャリア1’はロードロック室10を介して大気中に取り出され、処理済み基板3’と未処理基板3が交換され、再びロードロック室10に戻される。このようにして、処理室30に入る第2のキャリアは大気に触れることはなく、しかも基板3,3’は常にキャリアによって搬送する構成としたため、大型基板であっても安定した搬送及び処理を繰り返し継続することが可能となる。
【0015】
以下に、本発明の好適な実施形態をPDPのMgO膜蒸着装置について添付図面に基づいてより詳細に説明する。図2は本発明に係るMgO膜の作製方法が実施される蒸着装置の概略構成図、図3は基板移載室における基板の移載方法の一例を説明する概略図である。本実施形態では、ロードロック室10、第1補助室50、基板移載室20、第2補助室60、第1加熱室70、蒸着室30、及びキャリアの搬送方向を変換し、かつ基板加熱も行なう第2加熱室80から構成されている。各室の間にはゲートバルブ41〜46が配設されている。第1及び第2加熱室にはそれぞれ基板を所定温度に加熱するための加熱機構(不図示)が設けられている。
【0016】
本実施形態では、ロードロック室10、第1補助室50、第2補助室60、第1加熱室70及び蒸着室30には、図の右方向にキャリアを搬送する上部搬送ユニットと左方向に搬送する下部搬送ユニットとがそれぞれ配置されている。各搬送ユニット4は、例えば、特開平9−279341公報に記載された2列の搬送コロ列からなり、コロを駆動系により回転させることにより、コロ上に載置されたキャリアが搬送される構成のものが好適に用いられる。また、第2加熱室80には、1つの搬送ユニットが上下移動可能に取り付けられ、これによりキャリアを上部搬送路から下部搬送路へ移動させることができる。この搬送ユニットの上下移動機構も特開平9−279341公報に記載されたものが好適に用いられ、搬送ユニットをベローズを介して例えばシリンダで上下移動させる構造のものが用いられる。
【0017】
また、基板移載室20には、キャリア保持棚となる上述の搬送ユニット4が2段に重ねられ、上下に移動する構造のキャリア保持機構21,22が左右に2組配置されており、2つのキャリア保持機構の搬送ユニット間でキャリア1,1’の移動が可能な構成としてある。なお、上下移動機構としては、例えば上述した特開平9−279341公報に記載されたものが用いられる。さらに、基板移載室20の天壁には、基板を真空吸着する公知の吸着機構からなる基板保持機構23が設けられている。
蒸着室30の底壁部には開口部が形成されており、その下部に蒸着手段(例えば中外炉工業株式会社製プラズマ源)35及びMgOを収納するハース34が装備されている。なお、膜質調節のために開口部近郊に酸素ガス導入機構が配設される。
【0018】
ガラス基板(例えば、42インチテレビ用)は、水平姿勢のキャリアに載せられ、搬送系により水平搬送される。以下に、その搬送方法を説明する。なお、基板を4辺で保持され、基板の片面(本実施形態では下側)に膜が形成される。
第1のキャリア1は、大気中、ロードロック室10及び基板移載室20間を循環し、第2のキャリア1’は基板移載室20と第2加熱室80の間を循環する。
【0019】
まず、ガラス基板3は第1のキャリア1に搭載され、ロードロック室10に搬入される。ロードロック室10は所定の圧力(10−5Pa台)まで排気される。その後、ゲートバルブ41を開け、第1のキャリア1は第1補助室50に搬送される。第1補助室50に搬入された第1のキャリア1は、加熱機構(不図示)により150℃程度まで加熱して脱ガス処理を行う。加熱を停止し、10−4Pa台に到達後乾燥N2ガスを大気圧まで導入する。
このとき、第2補助室60の下部搬送ユニット上には、処理済み基板3’を搭載した第2のキャリア1’が待機しており、室内にはN2ガスが導入されている。
なお、基板移載室は、大気圧力のN2ガスにより満たされている。
【0020】
この状態から基板移載室20における基板移載動作を図3を参照して説明する。
図3(a)の状態から、ゲートバルブ42を開け、第1のキャリア1は基板移載室20の第1キャリア保持機構21の上段棚に搬送される。一方、ゲートバルブ43が開けられ、成膜済みの基板3’を搭載した第2のキャリア1’が第2補助室60から第2キャリア保持機構22の下段棚に搬送される(b)。
基板移載室の天壁から、真空吸着機構23が不図示のシリンダによりベローズを介して押し下げられ、それぞれの基板と接触して真空吸着した後、押し上げられる。ここで、第1及び第2のキャリア保持機構21,22が同じ高さに移動した後、搬送コロを回転させ、第1及び第2キャリアがそれぞれ反対のキャリア保持機構のユニットに移動する(c)。続いて、真空吸着手段23が再び押し下げられ、第1のキャリア1に処理済み基板3’が第2のキャリア1’に未処理基板3が搭載される(d)。次に、第1及び第2のキャリアがそれぞれ反対側のユニットに移動する(e)。続いて、第1及び第2のキャリア保持機構が上下移動し、ゲートバルブ42,43が開いて第1のキャリア1は第1補助室50の下部搬送ユニットへ、第2のキャリア1’は第2補助室60の上部搬送ユニットに送られる(f)。
【0021】
次に、第2補助室60では、所定の圧力10−5Pa台まで排気された後、ゲートバルブ44が開けられ、第2のキャリアは第1加熱室70に搬送される。第1加熱室70では、加熱機構(不図示)により300℃まで加熱する。その圧力が10−3Pa台に到達するまで脱ガスを行なう。その後、ゲートバルブ45を開け、第2のキャリアは蒸着室30を通って第2加熱室80に送られ、所定時間加熱される。第2加熱室80では、キャリアを載置した搬送ユニット4が例えば特開平9−979341公報に開示されている上下移動機構により下降され、ゲートバルブ46が再び開き、第2のキャリアは搬入方向と反対に移動し、蒸着室30に搬入される。
なお、基板加熱は、以上の実施形態に限らず、ロードロック室10や第2補助室で行ってもよい。
【0022】
蒸着室30において、第2のキャリア1’に搭載された基板3上に、所定の成膜条件でMgO膜が堆積される。すなわち、蒸着室には酸素ガスが80sccmを導入され、さらに圧力0.1PaまでArガスを導入して,プラズマ蒸着源を駆動し基板上にMgO膜を堆積する。
この後、第2のキャリア1’は、第1加熱室70,第2補助室60を通って基板移載室20に送られ、前述したように、第1及び第2のキャリア間で基板の移載が行われる。
第1のキャリア1に搭載された処理済み基板3’は、第1補助室50を経てロードロック室10に搬送される。大気導入後、第1のキャリアは大気中に取り出され、処理済み基板3’が回収され、未処理基板3が第1のキャリア1に再び搭載される。
【0023】
以上のようにして、連続的に基板上にMgO膜が堆積される。この間、第2のキャリア1’は大気と接触することはないため、膜剥離は起こり難く欠陥のないMgO膜を安定して形成することができる。また、得られたMgO膜のX線回折パターンは3000回成膜を繰り返しても図4に示すように主に(111)結晶面をもつものとなり、輝度むらのない高性能PDPを継続して作製することが可能となった。なお、B、A及びCは基板中心及び基板端から3cm離れた位置での回折パターンを示す。
【0024】
図1の装置構成は、ひとつのロードロック室でキャリアを搬入、搬出する構成としたが、ロードロック室を2つ設け、一方から搬入し他方から搬出する構成としてもよい。この一例を図5に示す。図5の装置では、処理室30の両側に基板移載室20,20’及びロードロック室10,10’が配置され、第1基板移載室20と第1ロードロック室10及び大気間、並び第2基板移載室20と第2ロードロック室10及び大気間を移動する第1のキャリア1が2組と、第1基板移載室20、処理室30及び第2基板移載室20’間を移動する第2のキャリア1’とが配置される。
【0025】
なお、本発明において、基板処理装置の処理室、補助室等の数及び配置等、並びに基板処理装置内を同時に循環するキャリアの数等は、例えば各室でのタクトタイム等に応じて適宜選択すればよい。
また、本実施形態では、基板移載室の基板保持機構として真空吸着手段を用いたが、公知の静電吸着手段や特開平9−279341公報に開示されている基板の端部を保持する機械的保持機構を用いてもよい。また、基板移載機構としては、以上に限らず、例えば、回転軸の周りに2つの基板保持機構を取り付け、第1及び第2のキャリアの基板を保持した後、180°回転軸を回転させ、その状態で基板をキャリア上に載置する構成としてもよいし、また、ロボットにより基板を移載させる構成としてもよい。さらに、以上は基板を水平にして搬送、移載等する場合について述べてきたが、これに限らず、基板を垂直にして搬送、移載、処理等する構成としても良い。
【0026】
以上の実施形態ではインライン方式の蒸着装置について説明してきたが、本発明は、例えば、図6に示すようにクラスター方式等の蒸着装置にも適用される。この場合、第1のキャリア1は、ロードロック室10と基板移載室20との間を移動し、第2のキャリア1’は基板移載室20と処理室30(30’、30”)との間を移動する。移載室では、例えば2つのハンドを有するロボット6により第1及び第2キャリアの基板を移載する。
さらに、上述したように、本発明は、蒸着装置に限られることはなく、例えばスパッタリング方法により露光用ブランクスとしてCr酸化膜を作製する装置に好適に用いられる他、エッチング処理等の種々の処理装置に応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来基板搬送の際に発生していた汚染の問題を低減し、品質の優れた膜を安定性良く形成することができ、特に酸化マグネシウムのような吸湿性の誘電体膜を高速で作製する装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
図1は、本発明の基板処理装置の基本的な構成例を示す模式図である。
図2は、PDPのMgO膜の蒸着装置の構成を説明する概略図である。
図3は、基板の移載を説明する概略図である。
図4は、本発明により成膜したMgO膜の結晶配向性を示すX線回折図である。
図5は、蒸着装置の他の構成例を示す概略図である。
図6は、基板処理装置の他の構成例を示す概略図である。
図7は、従来の蒸着装置の構成を説明する概略図である。
図8は、膜堆積基板の生産枚数と水分圧の関係を表すグラフである。
図9は、従来装置により成膜したMgO膜の結晶配向性を示すX線回折図である。
図10は、大気中の水分の影響を抑制した蒸着装置の従来例を示す概略図である。
図において、1、1’、2はキャリアを示し、3、3’は基板、4は搬送ユニット、5は基板移載機構、6はロボット、10、10’はロードロック室、20は基板移載室、21,22はキャリア保持機構、23は基板保持機構、30は処理室、34はMgOを収納ハース、35は蒸着手段、40〜46はゲートバルブ、50は第1補助室、60は第2補助室、70は第1加熱室、80は第2加熱室を示す。
Claims (7)
- 基板を搭載したキャリアを搬入するロードロック室と、キャリア間で基板の移載を行う移載機構を有する基板移載室と、基板に所定の処理を行う基板処理室と、を有する基板処理装置であって、前記移動機構は、複数のキャリア保持台を有し互いに入れ替え可能なキャリア保持機構と基板保持機構とをそれぞれ2つと、該2つのキャリア保持機構の保持台間でキャリアを移動させる移動機構と、により構成され、
前記基板処理装置は、前記ロードロック室及び前記基板移載室間を移動する第1のキャリアと、前記基板移載室及び前記基板処理室間を移動する第2のキャリアとを有し、前記移載機構により、前記第1のキャリア及び前記第2のキャリア間で基板を移載する構成としたことを特徴とする基板処理装置。 - 処理済み基板を搭載した前記第1のキャリアを前記ロードロック室へ搬出することを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持機構は、真空吸着又は静電吸着機構であることを特徴とする請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 前記基板移載室は乾燥気体雰囲気に保持することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記第1のキャリアおよび前記第2のキャリアは、基板の4辺を支持することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置は、MgO膜蒸着装置であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板を搭載したキャリアを搬出入するロードロック室と、キャリア間で基板の移載を行う移動機構を有する基板移載室と、基板に所定の処理を行う基板処理室と、を連結配置し、前記移載機構は、複数のキャリア保持台を有し互いに入れ替え可能なキャリア保持機構と基板保持機構とをそれぞれ2つと、該2つのキャリア保持機構の保持台間でキャリアを移動させる移動機構とで構成された、基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記ロードロック室及び前記基板移載室間を移動する第1のキャリアと前記基板移載室及び前記基板処理室間を移動する第2のキャリアとを配置し、前記基板移載室において、前記保持台上の前記第1及び第2のキャリアから基板を前記基板保持機構により保持した状態で、前記第1および第2のキャリアを前記2つのキャリア保持機構間で移動させ、その状態で再び前記第1および第2のキャリアに基板を載置させることにより、前記第1のキャリア及び前記第2のキャリア間で基板の移載を行い、前記基板処理室に搬出入される前記第2のキャリアを大気にさらすことなく、連続して基板処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
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