JP4478376B2 - Vertical chemical vapor deposition apparatus and film forming method using the apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型化学気相成長装置及びこの装置を用いた成膜方法に関する。近年の基板大型化及び薄型化傾向に伴い、基板を略直立させた状態で搬送及び成膜を行うことが可能な縦型化学気相成長装置の利点が評価されている。
【0002】
【従来の技術】
従来、真空室内において化学気相成長法による成膜を行う際は、取り扱い上の利便性から水平に載置した基板に対して搬送や成膜を行うものが一般的であった。
【0003】
ところで、近年、液晶ディスプレイや太陽電池が大型化する傾向が顕著となり、これに伴って成膜用に1m級大型基板の実用化開発が進められている。このような大型基板を従来の水平方式により取り扱うと種々の問題に直面することになる。例えば、基板の大型化や薄型化により、水平載置された基板にはその自重により撓みや反りが生じやすく、膜厚や平坦性において精密な成膜を行うことが困難である。また、特に、トレイ搬送によるものとすると搬送キャリアなどの部品点数が多いうえ、トレイ部分にも膜が付着したりしてパーティクル発生の一因となる。さらに、基板面積に対応して成膜装置構造が大型になり相当の占有スペースを確保する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、縦型方式は水平方式のものに比べて搬送基板の安定性に不安がある。そして、不安定な状態の基板を扱うことは上記した基板大型化とも相俟って、成膜工程の歩留り低下の要因となる。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑み、基板の大型化に対応してコンパクトで簡素な装置構成で、確実に化学気相成長法による成膜を行うことが可能な化学気相成長装置及びこれを用いた成膜方法を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の化学気相成長装置は、略直立した状態の基板に対して成膜を行う縦型化学気相成長装置において、真空室内に、全面に亘って所定間隔で複数のエアフロー孔を配設した縦型搬送ベースプレートを、このプレートの基板支持面が上面となる傾倒姿勢で配置し、また、プレート下端部の基板搬送方向に沿って基板の下端縁を支持して基板搬送を行う複数の搬送ローラを取り付けて構成した。
【0007】
これにより、装置を縦型として設置床面の省スペース化が可能となり、また、水平搬送と異なり基板の撓みなどの問題も回避できる。即ち、エアフローを生じさせた傾倒姿勢の搬送ベースプレート上で、搬送ローラにより基板搬送を行うことができる。さらに、基板の接触面がその下端部の搬送ローラ接触部に限定され、トレイ搬送時のようなパーティクル発生を抑制することができる。
【0008】
そして、上記のような傾倒姿勢とするために、搬送ベースプレートを、このプレート下端部の基板搬送方向の軸線回りに傾動可能とする。これにより、搬送ベースプレートの傾倒姿勢を任意に変更することが可能となる。
【0009】
この装置を用い、最初に、縦型搬送ベースプレートの基板支持面が上面となるように搬送ベースプレートを軸線回りに傾倒させると共に複数のエアフロー孔により搬送ベースプレートの基板支持面方向にエアフローを行った状態で、搬送ベースプレートの基板支持面上に前記基板を搬入する第1工程と、次に、エアフローを停止した後に、基板を支持したまま搬送ベースプレートを軸線回りに傾動して基板を直立させ、直立状態の基板に対して成膜を行う第2工程とを順次行う成膜方法が可能となる。これにより、パーティクルの発生を抑制して搬送された基板に対して固定成膜を行うことができる。そして、この成膜方法は、例えば、プラズマ化学気相成長装置やスパッタ成膜装置に用いることができる。
【0010】
この場合、第1工程のエアフローは、配設位置が上側のエアフロー孔より下側のエアフロー孔において小流量であるように調整すると、エアフローによる搬送ベースプレートからの乖離距離を確実に確保できるので基板搬送がよりスムーズになる。
【0011】
そして、第2工程における搬送ベースプレートの直立時に、複数のエアフロー孔により、第1工程、即ち、搬送時とは逆に、基板を搬送ベースプレート方向に吸引すると、直立した基板は搬送ベースプレートに吸着されるので、上記の固定成膜を確実に行うことができる。
【0012】
また、このような装置を用い、傾倒姿勢とした搬送ベースプレートの基板支持面方向に、複数のエアフロー孔によりエアフローを行った状態で、基板支持面上を通過する基板に対して成膜を行うことが可能である。これにより、搬送中の基板に対して通過成膜を行うことができ、上記した固定成膜に比べタクトタイムを短縮し、さらに装置の稼働率を向上した成膜工程が実現する。このような成膜方法は、気密室を必要としない、例えば、触媒化学気相成長法に用いることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1はインライン式に構成された縦型触媒化学気相成長装置(Cat-CVD装置)の上面断面図である。このインラインCVD装置は、仕込ポジション1、仕込室2、第1成膜室3、第2成膜室4、取出室5、取出ポジション6の各ユニットが直線的に配列されて構成される。各ユニットは仕切弁7a〜7eにより隔離される一方、仕切弁をすべて開放すると、各ユニットが連結方向に中空状に連通し、その中空空間を通過して搬送基板を順に搬送できる。
【0014】
縦型装置の利点の一つは、上記したように省スペースが可能となることであり、本装置においては、この利点をさらに活用し、対称位置にある一対の基板8a、8bに対して同時に成膜を行うことができるように構成されている。
【0015】
本装置の各ユニットにおいては、仕込ポジション1内に、基板8a、8bのそれぞれを収納し、回動軸9a、9b回りに回動可能としたカセット10a、10bが対向して配置されている。また、第1成膜室3は、触媒化学気相成長法による成膜を行うために、内部にヒータを内在した搬送ベースプレート11a、11bを配設し、これらに載置される基板8a、8bに対向する位置に複数の触媒線12a、12bが上下方向に結線されて設けられている。第2成膜室4は、第1成膜室3と同一の構造で構成されており、搬送ベースプレート13a、13b及び触媒線14a、14bを備えている。そして、取出ポジション6においては、仕込ポジション1と同様に、回動軸15a、15b回りに回動可能としたカセット16a、16bが対向して配置されている。
【0016】
なお、上記の搬送ベースプレート11a、11bや搬送ベースプレート13a、13b、及び、仕込室2の搬送ベースプレート17や取出室5の搬送ベースプレート18は、仕込ポジション1や取出ポジション6の場合と異なり、真空下仕様のものを用いる必要がある。
【0017】
もちろん上記以外にも各ユニットでの作動を行うため、図外のポンプユニット、電源盤、操作盤、加熱電源盤、給排水盤、反応ガス導入機構(第1成膜室3、第2成膜室4用)及び真空排気機構なども搭載されている。
【0018】
このようにして構成されるインライン式縦型CVD装置を用いて搬送基板8に対して触媒化学気相成長法による成膜を行うに際しては、図外のクリーンルームで調整されたガラス基板8a、8bを仕込ポジション1のカセット10a、10bに収納した後に、カセット10a、10b内から、それぞれ成膜を行う基板8a、8bのみを取出し、回動軸9a、9b回りに回動させて略直立させ、基板8a、8bを縦型状態とし、そのまま搬送ベースプレート10cに受渡しを行う。
【0019】
このようにして、縦型状態のまま基板8a、8bを仕込室2内の搬送ベースプレート17に搬送し、仕切弁7aを閉鎖して仕込室2内を真空排気して所定の圧力状態とする。そして、あらかじめ所定の真空状態に保たれている第1成膜室3内に縦型状態の基板8a、8bを搬送する。さらに、搬送ベースプレート11a、11b内のヒータによる加熱及び触媒線12a、12bの作用により、導入される反応ガスを反応させて、基板8a、8bの表面上に、その反応生成物から成る薄膜の成膜を行う。
【0020】
所望の成膜が終了した基板8a、8bは、仕切弁7cの開閉により縦型状態で第2成膜室4内に搬送され、今度は、搬送ベースプレート13a、13b内のヒータによる加熱及び触媒線14a、14bの作用により、その反応生成物から成る第2の成膜を行う。
【0021】
そして、基板8a、8bを取出室5に縦型状態のまま搬送し、仕切弁7dの閉鎖により密室とした取出室5の真空状態を徐々に大気圧に戻し、仕切弁7eを介して基板8a、8bを取出ポジション6に搬送する。取出ポジション6では、搬送ベースプレート16cから受け渡されて、縦型状態でカセット16a、16bに収納された搬入基板8a、8bが、各回動軸15a、15bを回動することにより、カセット16a、16b内で水平状態となり、その後の取出しに備える。
【0022】
このように基板8a、8bは、仕込ポジション1から取出ポジション6までの工程間、常にトレイ無しで縦型状態を保って搬送及び成膜が行われる。上記したように、基板を縦型で取り扱うことは、基板の大型化への対応や装置全体の省スペースの点で有利であるが、一方で、搬送基板の安定性に注意する必要がある。
【0023】
このため、本発明の化学気相成長装置は、図2に示す搬送機構により搬送基板の安定性を向上させている。即ち、図2の搬送機構は、縦型搬送ベースプレート11の略上中下の各位置にエアフロー孔20a〜20cを設けている。さらに、このような上中下位置から成る一連のエアフロー孔を、プレート11の全面に亘って、基板搬送方向に所定間隔で並べて設けている。また、搬送ベースプレート11の下端部は、基板搬送方向の軸線21回りに所定角度で回動が可能な回転機構22が設けられ、さらに、搬送ベースプレート11に支持される基板8の搬送を行うための図外の駆動機構により駆動可能な搬送ローラ23が基板搬送方向の複数箇所に軸支されて設けられている。そして、上中下位置から成る一連のエアフロー孔20a〜20cは、搬送ベースプレート11内で軸線21に連なるエアフローライン24にそれぞれ連結されている。なお、エアフローライン24は、図2に示すように、回転機構22の軸線21部より、大気側外部に導かれ、エアフローガス導入ライン25に連なるバルブ26、及び、吸着用ポンプ27に連なるバルブ28に接続される。
【0024】
上記の搬送機構において、エアフロー孔20a〜20cや回転機構22は、搬送ローラ23による支持だけでは確保し得ない搬送基板8の縦型状態の安定性を向上させるものである。即ち、基板8の搬送時には、搬送ベースプレート11を回転機構22により直立状態より角度θだけ傾倒させると共に、エアフロー孔20a〜20cから搬送ベースプレート11の支持面11s方向にエアフローを行う。このようにすることにより、搬送ローラ23に支持されて搬送される基板8は、支持面11sとの間に形成されるエア層から成るバッファ層をクッションとして、傾倒した搬送ベースプレート11に立て掛けられた姿勢となって安定性が増すと同時に、エアフロー孔20a〜20cからのエアフローにより支持面11sとの摺動を回避してスムーズに搬送されることになる。
【0025】
このとき、エアフロー孔20a〜20cからのエアフローの流量は、上方位置にあるエアフロー孔ほど大流量であることが望ましい。搬送時の基板8と搬送ベースプレート11との間の空隙は上方ほど離間が大きくなるので、これに対応して基板8を離間させるため大きな力が必要となるからである。
【0026】
また、エアフロー孔20a〜20cは、図2における装置外部のエアフローガス導入ライン25及び吸着用ポンプ27の排気機構の作動に使用される。即ち、エアフローガス導入ライン25により、搬送ベースプレート11の基板8側とその反対側とで差圧を生じさせ、これにより、エアフローが得られる。さらに、吸着用ポンプ27を作動させることにより、逆に基板8を搬送ベースプレート11に吸着させることができる。これは、例えば、成膜時に基板8を搬送ベースプレート11に固定する際に有用である。
【0027】
即ち、図1のインライン式CVD装置の運転に際して、第1成膜室3及び第2成膜室4などの真空下仕様の搬送ベースプレート11a、11b、13a、13bとして、図2の搬送機構を用い、それぞれ基板8a、8bの搬送時には、エアフローを支持面11s方向に流通させ、傾倒した状態(傾角θ)で基板8a、8bの搬送に備える。また、仕込ポジション1及び取出ポジション6は、ガス導入機構のみを備えた大気圧下仕様の搬送ベースプレート10c及び16cを備え、基板8a、8bの搬送時に、エアフローを支持面11s方向に流通させ、傾倒した状態(傾角θ)で基板8a、8bの搬送に備える。そして、仕込室2及び取出室5では、ガス導入機構のみを備えた真空下仕様の搬送ベースプレート17、18を用い、エアフローを支持面11s方向に流通させ、傾倒した状態(傾角θ)で基板8a、8bの搬送に備える。
【0028】
そして、基板8a、8bに対する成膜時には、エアフローで無く、基板8a、8bをエアフロー孔を介して吸引させて直立させる。このように、搬送ベースプレート11、13を傾動させることにより基板8の状況(搬送若しくは成膜)に対応することが可能となる。
【0029】
上記の搬送機構を用いた成膜方法の第1の態様を図3に示す。図3は、図1のインライン式CVD装置における第1成膜室3の略断面図である。搬送ベースプレート11a側は、回転機構22aにより傾倒されると共に、エアフロー孔20a〜20cから基板8a方向にエアフローが発生されており、この状態で基板8aが搬送ローラ23a上に支持されて搬送される。一方、搬送ベースプレート11b側は、回転機構22bにより直立すると共に、基板8bは、エアフロー孔30a〜30cから排気吸収されて搬送ベースプレート11bに吸着されており、この状態で、触媒線12bの作用による触媒気相成長による成膜が行われる。搬送ベースプレート11bに支持された基板8bは直立して、基板8bの全面が触媒線12bと等距離に位置することになり、このようにして成膜の均等性を確保することができる。
【0030】
なお、本実施の態様では、上下方向に結線された触媒線12の張力確保のため、触媒線12a、12bにバネ構造31a、31bを設けている。また、複数から成る触媒線12により、基板8全面への均一な成膜を行えるように、X軸駆動系32、Y軸駆動系33及びベローズ34により揺動可能な揺動ステージ35を備えている。
【0031】
図3において本実施の第1の態様は、触媒化学気相成長のための装置構成を図示したが、この縦型構造は、上記用途に限定されるものではなく、例えば、プラズマCVD装置やスパッタリング装置などにも適用可能である。
【0032】
次に、上記搬送機構を用いた成膜方法の第2の態様を図4に示す。装置構成は図3と同一であるが、搬送状態の基板8aのみならず成膜工程中の基板8bも傾倒状態とした。基板8bを直立させず傾倒状態のまま触媒化学気相成長による成膜工程を行うのは、第1の態様の固定成膜と異なり、基板8bに対して通過成膜を行うためである。本態様では、基板8a側でエアフローを行い、基板8を移動させながら成膜を行っている。したがって、装置運転時のタクトタイムが短縮され、インライン式装置本来の高い稼働率維持の実現が可能となる。このような通過成膜法は、特に触媒化学気相成長法において有用である。
【0033】
さらに、搬送ベースプレート内にヒータを設けて基板を加熱する場合において、エアフローによる、基板間のエア層(バッファ層)により、基板への熱入出の効率が良くなる。そして、それだけでなく、固定成膜時に、基板を搬送ベースプレートに吸引することにより、触媒線からの基板への熱入力に対し、基板の冷却効率が良くなる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の化学気相成長装置は、搬送ベースプレートに設けたエアフロー孔と回転機構とにより、縦型状態の基板の安定性を確保できるので、縦型装置本来の利点、即ち、基板の大型化や装置全体のコンパクト化に対応可能である。
【0035】
また、この化学気相成長装置は、固定成膜及び通過成膜のいずれにも用いることができるので、化学気相成長方法に限らず、必要に応じて成膜方法の変更に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】インライン式Cat-CVD装置の上面断面図
【図2】本発明の化学気相成長装置の搬送機構
【図3】本発明の第1の態様
【図4】本発明の第2の態様
【符号の説明】
3 第1成膜室、
4 第2成膜室
8a、8b 基板
11a、11b、13a、13b、17、18
搬送ベースプレート(真空下仕様)
10c、16c 搬送ベースプレート(大気圧下仕様)
11s 基板支持面
20a〜20c、30a〜30c エアフロー孔
21a、21b 軸線
22a、22b 回転機構
23a、23b 搬送ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical chemical vapor deposition apparatus and a film forming method using the apparatus. Accompanying the recent trend toward larger and thinner substrates, the advantages of a vertical chemical vapor deposition apparatus capable of carrying and depositing a film while the substrate is substantially upright are being evaluated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a film is formed by a chemical vapor deposition method in a vacuum chamber, it is common to transfer or form a film on a substrate placed horizontally for convenience of handling.
[0003]
By the way, in recent years, the tendency for liquid crystal displays and solar cells to increase in size has become remarkable, and accordingly, practical development of 1 m class large substrates for film formation has been promoted. When such a large substrate is handled by the conventional horizontal method, various problems are encountered. For example, due to the increase in size and thickness of the substrate, the horizontally mounted substrate is likely to bend and warp due to its own weight, and it is difficult to perform precise film formation in terms of film thickness and flatness. In particular, if it is based on tray conveyance, the number of parts such as a conveyance carrier is large, and a film adheres to the tray portion, which causes generation of particles. Furthermore, the film forming apparatus structure becomes large corresponding to the substrate area, and it is necessary to secure a considerable occupation space.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, the vertical method is more unstable than the horizontal method. And handling the substrate in an unstable state, combined with the increase in the size of the substrate described above, causes a decrease in the yield of the film forming process.
[0005]
In view of the above problems, the present invention provides a chemical vapor deposition apparatus capable of reliably performing film formation by a chemical vapor deposition method with a compact and simple apparatus configuration corresponding to an increase in the size of a substrate, and a It is an object to provide a film forming method used.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a chemical vapor deposition apparatus of the present invention is a vertical chemical vapor deposition apparatus for forming a film on a substantially upright substrate in a vacuum chamber at a predetermined interval over the entire surface. A vertical transfer base plate with a plurality of airflow holes is placed in a tilted position with the substrate support surface of the plate as the top surface, and the lower edge of the substrate is supported along the substrate transfer direction at the lower end of the plate. A plurality of transport rollers for transporting the substrate were attached.
[0007]
This makes it possible to save space on the installation floor by using the apparatus as a vertical type, and also avoids problems such as bending of the substrate unlike horizontal conveyance. That is, the substrate can be transported by the transport roller on the transport base plate in the tilted posture in which the airflow is generated. Furthermore, the contact surface of the substrate is limited to the conveyance roller contact portion at the lower end portion, and particle generation as in tray conveyance can be suppressed.
[0008]
In order to achieve the tilt posture as described above, the transport base plate can be tilted about the axis of the lower end of the plate in the substrate transport direction. Thereby, it becomes possible to arbitrarily change the tilting posture of the transport base plate.
[0009]
Using this device, first, the carrier base plate is tilted around the axis line so that the substrate support surface of the vertical carrier base plate becomes the upper surface, and the air flow is performed in the direction of the substrate support surface of the carrier base plate through a plurality of air flow holes. The first step of loading the substrate onto the substrate support surface of the transfer base plate, and then, after stopping the air flow, tilting the transfer base plate around the axis while supporting the substrate, erecting the substrate, A film forming method of sequentially performing the second step of forming a film on the substrate becomes possible. Thereby, fixed film formation can be performed on the substrate conveyed while suppressing generation of particles. And this film-forming method can be used for a plasma chemical vapor deposition apparatus and a sputtering film-forming apparatus, for example.
[0010]
In this case, the air flow in the first step is adjusted so that the arrangement position is a small flow rate in the air flow hole below the upper air flow hole, so that the separation distance from the transfer base plate due to the air flow can be ensured, so that the substrate transfer Becomes smoother.
[0011]
Then, when upright conveying the base plate in the second step, a plurality of air flow holes, the first step, i.e., contrary to the time of conveyance, when sucking the substrate in the conveying base plate direction, upright substrate is attracted to the conveyor base plate Therefore, the above fixed film formation can be performed reliably.
[0012]
In addition, using such an apparatus, film formation is performed on a substrate that passes over the substrate support surface in a state in which airflow is performed by a plurality of airflow holes in the direction of the substrate support surface of the transport base plate in an inclined posture. Is possible. Thereby, it is possible to perform the pass film formation on the substrate being transferred, and realize a film formation process in which the tact time is shortened and the operation rate of the apparatus is improved as compared with the above-described fixed film formation. Such a film forming method does not require an airtight chamber, and can be used, for example, in a catalytic chemical vapor deposition method.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a top sectional view of a vertical catalytic chemical vapor deposition apparatus (Cat-CVD apparatus) configured in an in-line manner. This in-line CVD apparatus is configured by linearly arranging units of a preparation position 1, a
[0014]
One of the advantages of the vertical apparatus is that space can be saved as described above. In this apparatus, this advantage is further utilized to simultaneously apply to the pair of
[0015]
In each unit of the present apparatus,
[0016]
Note that the
[0017]
Of course, in addition to the above, the operation of each unit is performed. 4) and a vacuum evacuation mechanism.
[0018]
When film formation by catalytic chemical vapor deposition is performed on the
[0019]
In this way, the
[0020]
The
[0021]
Then, the
[0022]
As described above, the
[0023]
For this reason, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention improves the stability of the transport substrate by the transport mechanism shown in FIG. That is, the transport mechanism of FIG. 2 is provided with
[0024]
In the transport mechanism described above, the
[0025]
At this time, it is desirable that the flow rate of the airflow from the
[0026]
The airflow holes 20a to 20c are used for the operation of the exhaust mechanism of the airflow
[0027]
That is, when the in-line type CVD apparatus shown in FIG. 1 is operated, the transfer mechanism shown in FIG. 2 is used as the
[0028]
Then, at the time of film formation on the
[0029]
FIG. 3 shows a first embodiment of a film forming method using the above transport mechanism. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first
[0030]
In the present embodiment,
[0031]
In FIG. 3, the first mode of the present embodiment illustrates an apparatus configuration for catalytic chemical vapor deposition. However, this vertical structure is not limited to the above-described application. For example, a plasma CVD apparatus or sputtering is used. It can also be applied to devices.
[0032]
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the film forming method using the transport mechanism. Although the apparatus configuration is the same as that in FIG. 3, not only the
[0033]
Further, when a substrate is heated by providing a heater in the transfer base plate, the efficiency of heat input / output to / from the substrate is improved by the air layer (buffer layer) between the substrates due to airflow. Then, not only that, when fixed film formation by Rukoto to suck the substrate to transport the base plate, with respect to heat input into the substrate from the catalyst line, cooling efficiency of the substrate is improved.
[0034]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention can ensure the stability of the substrate in the vertical state by the airflow hole and the rotation mechanism provided in the transfer base plate. It is possible to cope with the advantage, that is, increase in the size of the substrate and downsizing of the entire apparatus.
[0035]
In addition, since this chemical vapor deposition apparatus can be used for both fixed film formation and passing film formation, it is not limited to the chemical vapor deposition method and can respond to changes in the film formation method as necessary. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top sectional view of an inline Cat-CVD apparatus. FIG. 2 is a transport mechanism of a chemical vapor deposition apparatus of the present invention. FIG. 3 is a first embodiment of the present invention. Aspect [Explanation of symbols]
3 first film formation chamber,
4 Second
Conveyance base plate (under vacuum)
10c, 16c Transport base plate (specification under atmospheric pressure)
11s Substrate support surfaces 20a to 20c, 30a to 30c
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