JP4853093B2 - 基板トレイ、および成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を支持する基板トレイ、および成膜装置に関する。

基板上に成膜を行って薄膜等を製造する成膜装置が知られている。このような成膜装置として、プラズマＣＶＤ装置があり、太陽電池用薄膜、感光ドラム、液晶ディスプレイ等に用いられるＴＦＴアレイ等の種々の半導体製造に使用されている。

成膜装置では、成膜室内にプラズマを形成するための電極を備える他、例えば２００℃〜３００℃の温度条件で成膜するためにヒータを備えている。電極とヒータは、成膜室内において対向配置され、この間に基板カートに載置した基板を介在させることによって成膜を行っている。このような成膜装置として、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−２３７１８８号公報

成膜装置では、成膜処理を行う基板について高い生産性が求められている。この生産性の向上を妨げている要因として、成膜室内のメンテナンスに時間を要することや、成膜室内で処理できる基板枚数が制限されていること等がある。

従来、成膜室内には電極とヒータが固定して設けられているため、成膜室内を保守管理するには、ヒータの温度が低下するのを待たなければならない他、成膜室を分解する作業を要する場合もある。そのため、保守管理に時間がかかり、また作業性の点でも問題がある。

また、１成膜室において１枚の基板を処理されているため、多数の基板を処理するのは複数の成膜室を要することになる。しかしながら、例えば、中央搬送室の周囲に複数の成膜室を配置してなるクラスター型真空成膜装置では、スペースや基板の搬送に制約があるため、設置可能な成膜室の個数が制限され、成膜室の個数を増やすことで基板の処理枚数を増やすことは難しい。

そこで、本発明は上記課題を解決して、成膜装置の生産性を高めることを目的とする。さらに、より詳細には、成膜室内のメンテナンス性を向上させることを目的とする。

本発明は、基板トレイの態様および成膜装置の態様を含み、基板を加熱するための加熱手段を成膜室から分離した構成とすることにより、成膜室のメンテナンス性を向上させるものである。

本発明の基板トレイは、成膜室に基板を搬出入する基板トレイであって、少なくとも１枚の基板を縦方向又は傾斜方向に支持する支持面と、この支持面の背面側に配置した加熱手段を備える構成とすることによって、基板を加熱するための加熱手段を成膜室から分離する。

また、本発明の成膜装置は、成膜室内に配置するプラズマ放電用の電極と、成膜室内に対して基板を搬出入する基板トレイとを備える構成であり、基板トレイは、少なくとも１枚の基板をほぼ垂直方向に支持する支持面と、当該支持面の背面側に配置した加熱手段とを有する。

基板トレイが備える加熱手段は、基板トレイの支持面を加熱し、この支持面に支持された基板を支持面を介して加熱あるいは保温する。基板トレイは、基板を縦方向又は傾斜方向に支持すると共に、基板トレイが備える加熱手段によって、支持面に支持する基板を加熱するため、成膜室内にヒータ等の加熱手段を設けることなく基板を所定温度とすることができる。また、成膜室内に加熱手段を設けていないため、加熱手段の保守管理は基板トレイ側で行い、電極に保守管理は成膜室側で行うことができるため、成膜室の保守管理が容易となる。

ここで、基板トレイは、加熱手段を挟んで背面側で対向する２つの支持面を有する構成とすることができ、これにより、一つの基板トレイに２枚の基板を支持させ、同時に２枚の基板を加熱し成膜処理を行うことができる。

また、本発明の成膜装置が備える電極は、片面に電極面を有する外電極と、両面に電極面を有する中央電極とを、両電極面を所定の間隔を開けて対向配置して備えた構成とし、この外電極面と中央電極面とで挟まれる隙間に対して、基板トレイを出し入れ自在とする。この電極構造により、外電極と中央電極とによる対向配置の個数を複数個とすることができ、一成膜室内に複数の基板トレイを搬入し、同時に成膜処理する基板の枚数を増やすことができる。

また、本発明の成膜装置が備える電極は、上記した外電極と中央電極とを含む構成の他に、片面に電極面を有する２つの外電極を含む構成とすることもできる。この構成では、各電極面を所定の間隔を開けて対向配置し、この外電極面で挟まれる隙間に対して基板トレイを出し入れ自在とする。

また、本発明の成膜装置において、成膜室の内外を開閉する扉を有し、この扉に基板トレイの一部をその基板トレイの支持面が縦方向又は傾斜方向となるように取り付ける。この構成により、扉を開閉することによって、基板トレイに載置した基板を成膜室に対してほぼ縦方向又は傾斜方向とした状態で出し入れ自在とすることができる。

この態様によれば、成膜室の扉を基板トレイの支持および移動機構の一部とすることにより、扉の開閉動作と同時に基板トレイの搬出入動作を行うことができ、基板トレイに設けた加熱手段、および成膜室内の電極の保守管理を容易とすることができる。

本発明によれば、成膜装置の生産性を高めることができ、成膜室内のメンテナンス性を向上させることができる。

また、外電極面と中央電極面を含む電極構成とすることで、一成膜室内に複数の基板トレイを導入することができ、同時に複数の基板を成膜処理することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の基板および成膜室の概略を説明するための図である。なお、図１に示す成膜室は一つの基板トレイを導入する構成例であり、図２に示す成膜室は複数の基板トレイを導入する構成例である。また、図３，図４は、成膜室の蓋に基板トレイを取り付ける構成例である。

本発明の基板トレイ１１は、基板１０を縦方向又は傾斜方向に支持すると共に、支持面の支持した基板を加熱あるいは保温するヒータ等の加熱手段（図１，２には示していない）を備える。この加熱手段は、基板トレイ１１の内部において、基板１０を支持する支持面の背面側に内蔵することができ、支持面を通して、支持面上に載置した基板を加熱あるいは保温する。また、基板トレイ１１自体は、熱伝導性が良好な素材により形成ことができる。

基板トレイ１１の２つの支持面は、その背面側同士を対向させて配置して形成され、その支持面は縦方向又は傾斜方向の面を持つ。なお、ここで縦方向とは基板１０を鉛直方向に支持する方向であり、傾斜方向とは基板１０を鉛直方向から角度を有して斜めの状態に支持面する方向である。なお、傾斜方向とする角度は任意に定めることができるが、鉛直方向となす角度が大きい場合には、基板トレイの横方向（水平方向）の長さが長くなって、基板トレイ１１を収納する成膜室の横方向（水平方向）の長さが長くなるため、成膜室の横方向（水平方向）の長さを短くするには、鉛直方向となす角度を小さくして、基板トレイの横方向（水平方向）の長さを短くすることが望ましい。

基板トレイ１１内に内蔵する加熱手段には、図示しない配線を通して外部から給電することによって加熱を行う。この配線は基板トレイ１１のみに敷設されるため、成膜室２０とは独立して行うことができ、基板トレイ１１の成膜室２０に対する搬出入を支障無く行うことができる。

また、基板１０の加熱は基板トレイ１１の支持面を通して行い、成膜室内である必要はないため、成膜室２０内に導入する前の段階、および成膜室２０外に導出した後の段階においても行うことができ、成膜室２０内に導入する前に加熱したり、あるいは予め加熱されて基板を保温し、成膜室２０内に搬入するまでの間に温度が低下することを防ぐことができる他、成膜室２０外に導出した後に基板を保温し、成膜室２０から搬出して別の成膜室に搬入するまでの間に温度が低下することを防いだり、更に加熱して別の温度条件に設定することもできる。

図１は１つの基板トレイを導入する成膜室の一例を示している。図１に示す成膜室２０は、２つの電極２１ａ，２１ｂを備える。２つの電極２１ａ，２１ｂは、間に基板トレイ１１を挿入自在とするよう隙間を空けて対向配置する。

図１（ａ）は基板トレイ１１を挿入する前の状態を示し、図１（ｂ）は基板トレイ１１を挿入した後の状態を示している。基板トレイ１１は、２枚の基板１０ａ、１０ｂを両側の支持面に載置して支持する。

また、図２は複数の基板トレイを導入する成膜室の一例を示している。図２に示す成膜室３０は、４つの電極３１ａ〜１ｄを備える。４つの電極３１ａ〜３１ｄの内、両側の電極３１ａ，３１ｄは外電極を構成し、内側の電極３１ｂ，３１ｃは中央電極を構成する。なお、ここでは、中央電極を２つの電極３１ｂ，３１ｃで構成する例を示しているが、１つの電極で構成してもよい。

これら電極において、１の外電極３１ａと中央電極３１ｂは、間に基板トレイ１１ａを挿入自在とする隙間を空けて対向配置し、また、１つの外電極３１ｄと中央電極３１ｃについても、間に基板トレイ１１ｂ挿入自在とする隙間を空けて対向配置する。

図２（ａ）は基板トレイ１１ａ，１１ｂを挿入する前の状態を示し、図２（ｂ）は基板トレイ１１ａ，１１ｂを挿入した後の状態を示している。２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂは、それぞれ２枚の基板１０ａ，１０ｂ、および基板１０ｃ，１０ｄを両側の支持面に載置し、合計４枚の基板１０を支持する。

この電極構成により、成膜室３０は、２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂに載置した４枚の基板１０ａ〜１０ｄに対して成膜を行うことができる。

なお、図２では、２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂに載置した４枚の基板１０ａ〜１０ｄを成膜する構成例と示しているが、中央電極の個数を増やすことによって、導入する基板トレイを増やし、成膜する基板の枚数を増やすことができる。

次に、図３，図４を用いて、成膜室の蓋部分に基板トレイを取り付ける構成例を示している。図３は斜視図を示し、図４は断面図を示している。なお、図３は１つの基板トレイを導入する成膜室の例を示し、図４は２つの基板トレイを導入する成膜室の例を示している。

図３に示すように、成膜室２０は、内部に電極２１ａ，２１ｂを備えると共に、基板トレイ１１を搬出入するための搬出入口２２を備え、この搬出入口２２の開口部は蓋１２によって開閉される。

基板トレイ１１は、この成膜室２０の蓋１２の面に対して縦方向あるいは傾斜方向に取り付けられる。基板トレイ１１は、上述したように、その両側に支持面に基板１０ａ，１０ｂを縦方向あるいは傾斜方向に載置する。

成膜室２０の蓋１２は基板トレイ１１を取る付けることによって、蓋１２を成膜室２０に取る付ける動作と、基板トレイ１１を成膜室２０内に導入する動作とを同時に行うことができ、また、蓋１２を成膜室２０から取り外す動作と、基板トレイ１１を成膜室２０外に導出する動作とを同時に行うことができる。図３（ａ）は、蓋を取る付ける前の状態を示し、図３（ｂ）は、蓋を取る付けた後の状態を示している。

図４は、２つの基板トレイを導入する成膜室例の断面図であり、図４（ｂ）は蓋を取る付ける前の状態を示し、図４（ａ）は、蓋を取る付けた後の状態を示している。

各蓋１２ａ，１２ｂには、それぞれ基板トレイ１１ａ，１１ｂが取り付けられる。蓋１２ａは、成膜室３０の一方の基板トレイ１１ａ用の搬出入口をふさぐと共に、基板トレイ１１ａを成膜室３０内の外電極３０ａと中央電極３０ｂの間に形成された隙間に導入し、基板トレイ１１ａに取り付けた一方の基板１０ａを外電極３０ａに対向させ、同じく基板トレイ１１ａに取り付けた他方の基板１０ｂを中央電極３０ｂに対向させる。

また、蓋１２ｂは、成膜室３０の他方の基板トレイ１１ｂの搬出入口をふさぐと共に、基板トレイ１１ｂを成膜室３０内の外電極３０ｄと中央電極３０ｃの間に形成された隙間に導入し、基板トレイ１１ｂに取り付けた一方の基板１０ｄを外電極３０ｄに対向させ、同じく基板トレイ１１ｂに取り付けた他方の基板１０ｃを中央電極３０ｃに対向させる。

ここで、蓋１２ａと蓋１２ｂを別構成とすることよって、成膜室３０の基板トレイ用の２つの搬出入口を個別の開閉することができ、成膜室内の保守管理が容易となるという効果を奏する他、２つの基板トレイ３０を分離することによって、基板トレイへの基板の取る付けを個別に行うことができ、取り付けおよび取り外しの作業を容易に行うことができるという効果を奏することができる。

次に、上述した本発明の基板トレイおよび成膜室を備える成膜装置の構成例について、図５〜図８を用いて説明する。なお、以下では、成膜装置として、クラスター型真空成膜装置を例として示す。

図５は、本発明のクラスター型真空成膜装置を説明するための概略図である。図５において、クラスター型真空成膜装置１は、クラスター型の中央搬送室２と、この中央搬送室２の周囲に設けたロード室７と、複数の成膜室３〜６を備える。

ロード室７は、中央搬送室２と装置外部との間に基板トレイ１１を導入して基板１０（１０ａ，１０ｂ）の搬出入を行うチャンバである。中央搬送室２は、図示しない真空装置によって真空排気可能であって、周囲の成膜室３〜６を備え、ロード室７を通して導入された基板トレイ１１によって搬送された基板１０（１０ａ，１０ｂ）を成膜室３〜６との間で導出入するチャンバであり、同一の搬送動作で複数枚の基板１０を中央搬送室２に対して導入あるいは導出する。

中央搬送室２は内部に搬送機構８を備え、成膜室３〜６との間で基板１０の導出入を行う。なお、基板の搬送および導出入は、基板トレイに載置した状態で行う。

搬送機構８は、各成膜室３〜６に対し、その成膜室３〜６が収納することができる基板トレイの個数に応じた基板トレイを選択的に搬送する。

以下、太陽電池用の薄膜を成膜する場合について説明する。太陽電池用の薄膜は、Ｐ層、Ｎ層、およびＩ層の３層を備える。太陽電池用の薄膜を成膜するクラスター型真空成膜装置１は、このＰ層、Ｎ層、およびＩ層の３層の各層を生成するために、Ｐ層成膜室３、Ｎ層成膜室４、およびＩ層成膜室５，６を備える。ここで、Ｉ層の膜厚は、Ｐ層とＮ層の膜厚と比較して厚いため、装置規模の大型化を抑えると共に、処理のスループットを向上させるために、クラスター型真空成膜装置１は、Ｉ層成膜室５，６の個数をＰ層成膜室３およびＮ層成膜室４の個数よりも多く備える。

図５では、Ｐ層成膜室３およびＮ層成膜室４をそれぞれ１つの成膜室とし、Ｉ層成膜室５，６を２個とする例を示している。

また、Ｐ層成膜室３およびＮ層成膜室４は１つの基板トレイ１１を収納することができ、１つの基板トレイ１１に載置された基板１０ａ，１０ｂを成膜する。一方、Ｉ層成膜室５，６は２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂを収納することができ、２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂに載置された基板を成膜する。なお、ここでは、Ｉ層成膜室５，６は２つの基板トレイ１１ａ，１１ｂを収納する構成例を示しているが、２つの基板トレイに限らず、さらに多数の基板トレイを収納可とする構成とすることもできる。なお、中央搬送室２に取り付ける成膜室の個数、およびＰ層成膜室３、Ｎ層成膜室４、Ｉ層成膜室５，６間の個数比率は一例であって、この成膜室の個数および個数比率はこの例の限られるものではない。

搬送機構８は、中央搬送室２内に導入された複数個の基板トレイの内で、１つあるいは複数の基板トレイを選択的に搬送する複数の搬送系を有する。この複数の搬送機系から選択した一つの搬送系は、複数の基板トレイから選択した１つの基板トレイをＰ層成膜室３およびＮ層成膜室４に搬送する。また、複数の搬送機系から選択した複数の搬送系は、複数の基板トレイをＩ層成膜室５，６に搬送する。

図６は、Ｐ層成膜室３、Ｎ層成膜室４、およびＩ層成膜室５の例を示している。図６（ａ）は、Ｐ層成膜室３およびＮ層成膜室４の例であり、図１で示した成膜室を用いることができ、成膜室内には基板トレイ１１によって基板１０ａ、１０ｂが導入され、基板１０ａは電極３ａと対向し、基板１０ｂは電極３ｂと対向する。

また、図６（ｂ）は、Ｉ層成膜室５の例であり、図２で示した成膜室を用いることができ、成膜室内には基板トレイ１１によって基板１０ａ〜１０ｄが導入され、基板１０ａは電極５ａと対向し、基板１０ｂは電極５ｂと対向し、基板１０ｃは電極５ｃと対向し、基板１０ｄは電極５ｃと対向する。

以下、図７，図８を用いて、中央搬送室内の備える搬送機構の一例について説明する。図７はＰ層成膜室３およびＮ層成膜室４に対する基板トレイの搬送動作を説明するための図であり、図８はＮ層成膜室５，６に対する基板トレイの搬送動作を説明するための図である。

搬送機構８は複数の搬送系８Ａ，８Ｂを備え、中央搬送室２内に導入された複数個の基板トレイ１１のうちで、１つあるいは複数の基板トレイを、成膜室３〜６から選択された一つの成膜室に対して選択的に搬送する。

図７，図８において、搬送系８Ａ，８Ｂは、中央搬送室２内において、図示しない回転機構によって一体で回転自在とし、回転中心から径方向に偏芯した位置に設置する。図７，図８では、搬送系８Ａ，８Ｂは並列配置すると共に、回転駆動の中心を通る径方向に対して偏芯させて配置する。一方、Ｐ層成膜室３とＮ層成膜室４は、中央搬送室２に対して対称の位置に配置し、搬送系８Ａ，８Ｂと同様に、回転駆動の中心を通る径方向に対して偏芯させて配置する。この搬送系８Ａ，８Ｂの偏芯と、Ｐ層成膜室３およびＮ層成膜室４の偏芯とによって、Ｐ層成膜室３は搬送系８Ａの搬送方向の延長上に配置され、Ｎ層成膜室４は搬送系８Ｂの搬送方向の延長上に配置される。

この配置構成により、搬送系８Ａ，８Ｂは、中央搬送室２内に搬入された２つの基板トレイ１１を、それぞれＰ層成膜室３とＮ層成膜室４に選択的に導入する。

図７（ａ）は、基板トレイ１１を中央搬送室２内に搬入し、搬送系８Ａおよび搬送系８Ｂに載置した状態を示している。Ｐ層成膜室３とＮ層成膜室４は、中央搬送室２に対して１８０度の位置に配置されると共に、回転中心を通る径方向に対して偏芯しており、また、搬送系８Ａ，８Ｂについても回転中心を通る径方向に対して偏芯した状態で並列配置する構成としている。そのため、例えば、搬送系８ＡをＰ層成膜室３の方向の回転位置に停止させたときには、搬送系８ＢはＮ層成膜室４の方向の回転位置に停止し、同一の回転位置において、２つの基板トレイ１１をそれぞれ異なる成膜室との間で導出入を行うことができる。

また、搬送系８Ａおよび搬送系８Ｂと、Ｐ層成膜室３およびＮ層成膜室４との関係は、対称であるため、一方の基板トレイに載置される基板に対してＰ層を成膜し、他方の基板トレイに載置される基板に対してＮ層を成膜した後、搬送機構８を１８０度回転させることによって搬送系と成膜室との関係を逆の関係とすることによって、一方の基板トレイに載置される基板に対してＮ層を成膜し、他方の基板トレイに載置される基板に対してＰ層を成膜することができる。図７（ｂ）は、この状態を示している。

また、図８は、Ｉ層成膜室５，６に対して搬送系８Ａおよび搬送系８Ｂを回転させて位置合わせすることによって、各成膜室に対してそれぞれ２つの基板トレイを同時に導入あるいは導出することができる。このとき、搬送系８Ａおよび搬送系８Ｂは、Ｉ層成膜室５あるいは成膜室６に対して、基板トレイを一体で搬送する。

なお、ここでは、Ｉ層成膜室５，６として、２つの基板トレイを導入する例を示しているが、電極数を増やすことによって導入する基板トレイの個数を増やすこともできる。図８（ａ）は、Ｉ層成膜室５に対する２つの基板トレイの導出入を行う状態を示し、図８（ｂ）は、Ｉ層成膜室６に対する２つの基板トレイの導出入を行う状態を示している。

図７，図８に示すように、搬送機構８が備える２つの搬送系８Ａ，８Ｂを偏芯させ、また、Ｐ層成膜室３とＮ層成膜室４を偏芯させる構成、および、２つの搬送系８Ａ，８Ｂを個別にあるいは一体で移動させる構成とすることによって、単に搬送機構８を回転させるだけで、中央搬送室２の周囲に配置した各成膜室に対して、基板トレイを選択的に導出入することができる。

本発明は、太陽電池用薄膜に限らず、基板上に異なる膜厚を生成する成膜処理に適用することができる。

本発明の基板および成膜室の概略を説明するための図であり、一つの基板トレイを導入する構成例を示す図である。 本発明の基板および成膜室の概略を説明するための図であり、複数の基板トレイを導入する構成例を示す図である。 本発明の基板および成膜室の概略を説明するための図であり、成膜室の蓋に基板トレイを取り付ける構成例である。 本発明の基板および成膜室の概略を説明するための図であり、成膜室の蓋に基板トレイを取り付ける構成例である。 本発明のクラスター型真空成膜装置を説明するための概略図である。 Ｐ層成膜室、Ｎ層成膜室、およびＩ層成膜室の構成例を説明するための図である。 Ｐ層成膜室およびＮ層成膜室に対する基板トレイの搬送動作を説明するための図である。 Ｎ層成膜室に対する基板トレイの搬送動作を説明するための図である。

符号の説明

１…クラスター型真空成膜装置、２…中央搬送室、３…Ｐ層成膜室、４…Ｎ層成膜室、５…Ｉ層成膜室、６…Ｉ層成膜室、７…ロード室、８…搬送機構、８Ａ，８Ｂ…搬送系、１０、１０ａ〜１０ｄ…基板、１１，１１ａ，１１ｂ…基板トレイ、２０…成膜室、２１ａ，２１ｂ…電極、３０…成膜室、３１ａ〜３１ｄ…電極。

Claims (3)

1. 成膜室内に配置するプラズマ放電用の電極と、
   前記成膜室内に対して基板を搬出入する基板トレイとを備え、
   前記基板トレイは、少なくとも１枚の基板をほぼ垂直方向に支持する支持面と、当該支持面の背面側に配置した加熱手段とを有し、
   前記電極は、片面に電極面を有する外電極と、両面に電極面を有する中央電極とを、両電極面を所定の間隔を開けて対向配置して備え、
   前記基板トレイは、前記外電極面と中央電極面とで挟まれる隙間に対して出し入れ自在であり、
   前記加熱手段は、前記支持面を加熱し、支持面に支持された基板を当該支持面を介して加熱する又は保温することを特徴とする、成膜装置。
2. 前記基板トレイは、加熱手段を挟んで背面側で対向する２つの支持面を有することを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記成膜室の内外を開閉する扉を有し、
   前記扉には、前記基板トレイの一部が、その基板トレイの支持面が縦方向又は傾斜方向となるように取り付けられ、
   当該扉の開閉により、基板トレイに載置した基板を成膜室に対して縦方向又は傾斜方向で出し入れ自在とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の成膜装置。