JP5943214B2 - 大面積基板用水平型原子層蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、大面積水平型原子層蒸着装置に係り、さらに詳しくは、多数枚の大面積基板に対して水平状態で積層した状態で同時に原子層蒸着工程を行うことのできる大面積基板用水平型原子層蒸着装置に関する。

一般に、原子層蒸着工程は、半導体、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの精密製造分野において薄膜を蒸着する工程として広く用いられている。そもそも半導体工程に用いられていた原子層蒸着工程は、小さなウェーハなどに薄膜を蒸着する場合がほとんどであり、最近には、太陽電池、特に、薄膜状の太陽電池製造分野及びＯＬＥＤなどの製造分野においては次第に大面積基板に対して原子層蒸着工程を行う必要性が高まりつつある。

かような大面積基板への原子層蒸着工程においては、大面積基板に対する全体の物流システムが大面積基板を水平に移動させることが一般的であるため、原子層蒸着装置も基板を水平状態に維持した状態で原子層蒸着工程を行う必要がある。

このとき、大面積基板を水平状態に維持すれば、基板が薄くなるため（例えば、０．３〜０．７ｃｍ）、基板の中央部は重力によって下側に垂れ下がるという現象が必然的に発生する。この理由から、大面積基板に対して水平状態で原子層蒸着工程を行うためには、大面積基板の垂れ下がり現象への対応方案を講じることが必要である。

さらに、大面積基板への工程時間が長引くため、装備のスループットを高めるために多数枚の基板に対して同時に工程を行うことのできる技術の開発も切望されている。

本発明が解決しようとする技術的課題は、多数枚の大面積基板に対して水平状態で積層した状態で同時に原子層蒸着工程を行うことのできる大面積基板用水平型原子層蒸着装置を提供することである。

上述した技術的課題を達成するための本発明による水平型原子層蒸着装置は、内部を真空状態に維持する外部チャンバと、前記外部チャンバの内部に配備され、下面が開放された四角筒状を有する内部チャンバと、前記内部チャンバの下側に配備され、上下方向に昇降しながら前記内部チャンバの下面を開閉するチャンバカバーと、前記チャンバカバーの上側に配設されて前記チャンバカバーとともに昇降し、多数枚の大面積基板がそれぞれ層状の流れの間隔を隔てた状態で水平状態に平行に載置されるカセットと、前記内部チャンバの一方の側壁に配備され、前記カセットに載置されている多数枚の基板との間の空間に工程ガスを噴射する工程ガス噴射部と、前記内部チャンバの側壁のうち前記工程ガス噴射部が配設される側壁と向かい合う側壁に配備され、前記工程ガス噴射部に噴射される工程ガスを吸入して排出する排気部と、前記外部チャンバの内部に対して前記大面積基板の搬出入を行う基板搬出入手段と、を備える。

本発明において、前記カセットは、前記基板搬出入手段によって前記外部チャンバの内部に搬入された基板の下面を垂れ下がらないように支持する多数枚の基板支持パネルと、前記基板支持パネルの各角部と係合され、前記チャンバカバーの各角部の上面に立設されるカセットロッドと、前記カセットロッドに配設され、前記多数枚の基板支持パネルを独立して上下駆動させるパネル上下駆動手段と、を備えることが好ましい。

そして、前記基板搬出入手段は、水平方向に並配されて前記大面積基板の両側の周縁部を下側から支持しながら回転して前記大面積基板を水平方向に移動させる多数の回転ローラであることが好ましい。

また、前記基板支持パネルは、上下移動過程における前記回転ローラとの干渉を避けるために周縁部にローラ通過溝が刻設されることが好ましい。

さらに、前記基板搬出入手段には、前記回転ローラを前記外部チャンバの中央から外側に向かって水平駆動させて、前記回転ローラとの間の間隔を調整するローラ水平駆動手段がさらに配備されることが好ましい。

さらに、本発明による水平型原子層蒸着装置において、前記内部チャンバと前記チャンバカバーとの間には、前記内部チャンバとチャンバカバーとの間を封止する封止部材がさらに配備されることが好ましい。

さらに、本発明による水平型原子層蒸着装置において、前記外部チャンバまたは前記内部チャンバには、加熱装置が配備されることが好ましい。

本発明によれば、多数枚の大面積基板に対して基板を物流ラインにおいて移動される状態と同様に水平状態に維持した状態で同時に原子層蒸着工程を行うことから、工程のスループットに優れているというメリットがある。

また、大面積基板の垂れ下がり現象を完璧に防いで基板と基板との間の工程間隔を最小化させることにより、工程に費やされる工程ガスの消費量を大幅に減少させ、工程時間も短縮するという顕著な効果がある。

一方、本発明による原子層蒸着装置は、大面積基板を所定の方向に移動させながら工程を行い得るインライン状の装備レイアウトを構成することができるというメリットもある。

本発明の一実施形態による水平型原子層蒸着装置の構造を示す図である。 本発明の一実施形態による水平型原子層蒸着装置の構造を示す他の方向の図である。 本発明の一実施形態による基板支持パネルに基板が載せられた状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態による基板支持パネルの構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による基板支持パネルに基板が載せられる過程を示す図である。 本発明の一実施形態による基板支持パネルに基板が載せられる過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるカセットの構造を示す図である。 本発明の一実施形態による水平型原子層蒸着装置における原子層蒸着工程を示す図である。 本発明の一実施形態によるローラ通過溝埋込部の構造を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。

この実施形態による水平型原子層蒸着装置１は、図１に示すように、外部チャンバ１０と、内部チャンバ２０と、チャンバカバー３０と、カセット４０と、工程ガス噴射部５０と、排気部６０及び基板搬出入手段７０を備える。

先ず、前記外部チャンバ１０は、図１及び図２に示すように、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１の全体的な外形をなし、内部に所定の密閉空間を形成する直方体状を呈していてもよい。前記外部チャンバ１０には、チャンバの内部空間の気体を吸入して外部に排出する高性能の真空ポンプ（図示せず）が配設される。

また、図１に示すように、前記外部チャンバ１０の一方の側壁には基板Ｓが通過可能なゲート１２が形成され、前記ゲート１２には前記ゲート１２が断続可能な仕切り弁１４が配設される。もちろん、前記外部チャンバ１０の一方の側壁と向かい合う他方の側壁にもゲート１２が形成されて基板を所定の方向に流すように移動しながら工程が行われてもよい。

さらに、前記外部チャンバ１０のゲート１２が形成された側部には、それぞれロードロックチャンバ（図示せず）がさらに配備されてもよい。このロードロックチャンバは、前記外部チャンバ１０に搬入される基板を予め受け取り、予熱及び真空状態にして前記外部チャンバ１０の内部の真空を破壊することなく基板の搬入を可能にしたり、前記外部チャンバ１０から搬出される基板を真空状態を維持したままで受け取って工程時間を短縮するのに寄与することができる。

次いで、前記内部チャンバ２０は、図１及び図２に示すように、前記外部チャンバ１０の内部の上側に配備され、下面が開放された四角筒状を有する構成要素である。前記内部チャンバ２０内において実際に原子層蒸着工程が行われ、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１は、多数枚の大面積基板を積層した状態で、すなわち、バッチ状に原子層蒸着工程を行いながらも、工程ガスが注入される空間を最小化できるように前記内部チャンバ２０と後述するカセット４０を組み合わせるものである。

一方、前記チャンバカバー３０は、図１、図２及び図７に示すように、前記内部チャンバ２０の下側に配備され、上下方向に昇降しながら前記内部チャンバ２０の開放された下面を開閉する構成要素である。すなわち、前記内部チャンバ２０と前記チャンバカバー３０が係合して原子層蒸着工程のための密閉空間を形成し、前記内部チャンバ２０とチャンバカバー３０との接触面には内部気密を維持するために密閉部材２２がさらに配備されてもよい。

そして、前記チャンバカバー３０の下側には、前記チャンバカバー３０を上下方向に昇降可能なカバー昇降手段３２が配備される。

また、前記カセット４０は、図１及び図２に示すように、前記チャンバカバー３０の上側に配設されて前記チャンバカバー３０とともに昇降し、多数枚の大面積基板がそれぞれ層状の流れの間隔を隔てた状態で水平状態に平行に載置される構成要素である。

すなわち、前記カセット４０は、図６に示すように、多数枚の大面積基板を垂れ下がり現象なしに層状の流れの間隔を隔てた状態で支持するために、基板支持パネル４２と、カセットロッド４４及びパネル上下駆動手段４６を備える。

先ず、前記基板支持パネル４２は、前記基板搬出入手段７０によって前記外部チャンバ１０の内部に搬入された基板Ｓの下面を垂れ下がらないように支持する構成要素である。前記基板支持パネル４２は、図６に示すように、一つのカセット４０に多数枚が平行に配設される。

前記基板支持パネル４２は、大面積であり、且つ、中央部が下側に垂れ下がらない程度に十分な強度を有する素材からなり、前記大面積基板、前記基板支持パネル４２に載せられた状態で原子層蒸着工程が行われるため、前記基板支持パネル４２の表面は、原子層蒸着工程における汚染防止及びパーチクル発生の防止のために特殊な材質でコーティングされてもよく、例えば、前記原子層蒸着工程における蒸着物質と同じ物質でコーティングされてもよい。

一方、この実施形態において、前記基板支持パネル４２は、全体的に矩形パネル状を呈し、図３に示すように、基板Ｓが載せられた状態で基板Ｓの上面のみが露出されるように基板載置溝４１が刻設される。

そして、前記基板支持パネル４２の左右側の周縁部には、図４に示すように、多数のローラ通過溝４３が刻設される。前記ローラ通過溝４３は、後述する基板搬出入手段７０を構成する多数の回転ローラ７２の間隔と一致するように多数隔設されるが、前記ローラ通過溝４３は、前記回転ローラ７２が十分に通過可能な大きさに形成される。

前記ローラ通過溝４３によって前記基板支持パネル４２が基板Ｓを支持した回転ローラ７２の下側から上側に移動しながら、図５に示すように、前記回転ローラ７２と衝突することなく基板Ｓのみを持ち上げることができる。

次いで、前記カセットロッド４４は、図６に示すように、前記基板支持パネル４２の各角部と係合され、前記チャンバカバー３０の各角部の上面に立設される構成要素である。すなわち、前記カセットロッド４４は、前記基板支持パネル４２の配設位置を提供し、前記パネル上下駆動手段４６によって前記基板支持パネル４２が正確に上下方向に駆動可能な経路を提供する役割を果たす。

次いで、前記パネル上下駆動手段４６は、図６に示すように、前記カセットロッド４４に多数配設され、前記多数枚の基板支持パネル４２を独立して上下駆動させる構成要素である。この実施形態において、前記多数枚の基板支持パネル４２は、基板Ｓを支持しない状態では様々な間隔を有することができるが、基板Ｓを支持した状態では原子層蒸着工程が行えるように各基板支持パネル４２間の間隔が層状の流れの間隔を維持しなければならない。このため、前記パネル上下駆動手段４６が前記カセットロッド４４に乗って移動しながら前記基板支持パネル４２を独立して上下駆動させるのである。このとき、前記パネル上下駆動手段４６は、各基板支持パネル４２間の間隔を予め定められた層状の流れの間隔以下の間隔に調整する。

そして、この実施形態において、前記パネル上下駆動手段４６は、各カセットロッド４４にそれぞれ配設されて前記基板支持パネル４２の四角部をそれぞれ独立して上下駆動させるが、前記基板支持パネル４２が地面と水平状態を維持するように制御される。

次いで、前記工程ガス噴射部５０は、図２及び図７に示すように、前記内部チャンバ２０の一方の側壁に配備され、前記カセット４０に載置されている多数枚の基板支持パネル４２間の空間に工程ガスを噴射する構成要素である。前記工程ガス噴射部５０は、外部に配備される工程ガス供給源（図示せず）と接続されて工程ガスが供給される。そして、前記工程ガス噴射部５０によって噴射される工程ガスは前記噴射口５２を介して均一に噴射される。このとき、原子層蒸着工程のための工程ガスは、パルス状に供給される。

次いで、前記排気部６０は、図２及び図７に示すように、前記内部チャンバ２０の側壁のうち前記工程ガス噴射部５０が配設される側壁と向かい合う側壁に配備され、前記工程ガス噴射部５０に噴射される工程ガスを吸入して排出する構成要素である。前記排気部６０は、排気口６２と連通されるように形成され、前記工程ガス噴射部５０から噴射される工程ガスを全て吸入して外部に排出する。

次いで、前記基板搬出入手段７０は、図１及び図２に示すように、前記外部チャンバ１０の内部に対して前記大面積基板Ｓの搬出入を行う構成要素である。前記基板搬出入手段７０は、大面積基板が水平移動できる限り、様々な構造を有することができ、具体的に、この実施形態において、前記基板搬出入手段７０は、水平方向に並置されて前記大面積基板の両側の周縁部を下側から支持しながら回転して前記大面積基板を水平方向に移動させる多数の回転ローラ７２から構成されてもよい。

すなわち、前記大面積基板の両側の周縁部を支持した状態で回転して前記大面積基板Ｓを前記外部チャンバ１０の内部に移動させたり、前記外部チャンバ１０の内部から外部に移動させたりする。一方、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１において、前記回転ローラ７２は、前記チャンバカバー３０が前記内部チャンバ２０と係合するために上昇する過程における干渉現象を避けるために、図７に示すように、外側に水平移動する必要がある。

このため、この実施形態において、前記基板搬出入手段７０には、前記回転ローラ７２を前記外部チャンバ１０の中央から外側に向かって水平駆動させて、相対向する前記回転ローラ７２間の間隔を調整するローラ水平駆動手段７４がさらに配備されることが好ましい。

前記ローラ水平駆動手段７４を用いて前記基板Ｓを水平移動させ、各大面積基板Ｓを前記基板支持パネル４２に載せたり各大面積基板Ｓを前記基板支持パネル４２から外したりする過程においては一対の回転ローラ７２間の間隔を狭く調整し、前記チャンバカバー３０が上下移動する過程においては一対の回転ローラ７２間の間隔を広く調整して前記チャンバカバー３０の上下駆動に邪魔にならないように調整する。

一方、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１において、前記外部チャンバ１０または前記内部チャンバ２０には、加熱装置（図示せず）が配備されてもよい。すなわち、原子層蒸着工程を円滑に行うために、前記基板を所要の工程温度、例えば、１００〜１５０℃の温度に加熱するために加熱装置が配備される。

さらに、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１において、前記内部チャンバ２０には、図８に示すように、前記基板支持パネル４２に刻設されているローラ通過溝４３を埋め込む通過溝埋込部２４がさらに配備されてもよい。前記通過溝埋込部２４は前記内部チャンバ２０の側壁に配設されて前後に水平移動可能な構造を有し、前記基板支持パネル４２が前記内部チャンバ２０の内部に完全に進入した状態で前進して前記ローラ通過溝４３に嵌め込まれて前記ローラ通過溝４３を完全に埋め込む。これは、前記基板支持パネル４２に刻設されているローラ通過溝４３によるうねりが工程ガスの層状の流れの邪魔になることを防ぐためである。

以下、この実施形態による水平型原子層蒸着装置１を用いて原子層蒸着工程を行う過程について説明する。

先ず、前記外部チャンバ１０の内部に基板が搬入される過程が行われるが、このときには、図２に示すように、前記一対の回転ローラ７２間の間隔が狭まった状態に制御されて基板搬入過程が行われる。

先ず、仕切り弁１４が開放された状態で基板Ｓの供給過程が行われる。このとき、前記チャンバカバー３０は下降した状態であり、最上側の基板支持パネル４２から順に基板Ｓが積載される。基板Ｓが積載されるにつれて１ピッチずつチャンバカバー３０が上昇し、全ての基板支持パネル４２に基板が積載されれば、基板搬入過程が完了し、仕切り弁１４が閉じる。そして、前記ローラ水平駆動手段７４を駆動させて、前記回転ローラ７２間の間隔を広げて前記チャンバカバー３０の上昇に邪魔にならないようにする。

また、前記パネル上下駆動手段４６によって前記基板支持パネル４２間の間隔が層状の流れの間隔を維持するように各基板支持パネル４２間の間隔が制御される。

同時に前記チャンバカバー３０が上昇して、図７に示すように、内部チャンバ２０とチャンバカバー３０が密着し、前記内部チャンバ２０の内部空間が密閉される。この状態で前記工程ガス噴射部５０において工程ガスを噴射し、前記排気部６０においてガスを吸入しながら原子層蒸着工程が行われる。このような工程は、所要の蒸着厚さが完成されるまで繰り返し行われる。

工程が完了すれば、前記チャンバカバー３０を、図２に示すように下降させる。前記チャンバカバー３０が順次に下降しながら前記回転ローラ７２間の間隔が再び狭まり、最下側の基板支持パネル４２に載せられた基板Ｓから順に回転ローラ７２を用いて外部に排出する。

このときに排出される基板は、搬入時に用いられたゲートを活用してもよく、向こう側のゲートを活用してもよい。

１：本発明の一実施形態による水平型原子層蒸着装置
１０：外部チャンバ
２０：内部チャンバ
３０：チャンバカバー
４０：カセット
５０：工程ガス噴射部
６０：排気部
７０：基板搬出入手段

Claims (7)

1. 内部を真空状態に維持する外部チャンバと、
   前記外部チャンバの内部に配備され、下面が開放された四角筒状を有する内部チャンバと、
   前記内部チャンバの下側に配備され、上下方向に昇降しながら前記内部チャンバの下面を開閉するチャンバカバーと、
   前記チャンバカバーの上側に配設されて前記チャンバカバーとともに昇降し、複数枚の大面積基板がそれぞれ層状の流れの間隔を隔てた状態で水平状態に平行に載置されるカセットと、
   前記内部チャンバの一方の側壁に配備され、前記カセットに載置されている複数枚の基板との間の空間に工程ガスを噴射する工程ガス噴射部と、
   前記内部チャンバの側壁のうち前記工程ガス噴射部が配設される側壁と向かい合う側壁に配備され、前記工程ガス噴射部に噴射される工程ガスを吸入して排出する排気部と、
   前記外部チャンバの内部に対して前記大面積基板の搬出入を行う基板搬出入手段と、
   を備え、
   前記カセットは、前記基板搬出入手段によって前記外部チャンバの内部に搬入された基板の下面を垂れ下がらないように支持する複数枚の基板支持パネルを備え、
   前記内部チャンバの下面が前記チャンバカバーによって閉じられた時に、前記基板支持パネルの周縁部が、前記内部チャンバの内側面と、前記基板の周縁部との間を埋める、大面積基板用水平型原子層蒸着装置。
2. 前記カセットは、
   前記基板支持パネルの各角部と係合され、前記チャンバカバーの各角部の上面に立設されるカセットロッドと、
   前記カセットロッドに配設され、前記複数枚の基板支持パネルを独立して上下駆動させるパネル上下駆動手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水平型原子層蒸着装置。
3. 前記基板搬出入手段は、
   水平方向に並配されて前記大面積基板の両側の周縁部を下側から支持しながら回転して前記大面積基板を水平方向に移動させる複数の回転ローラであることを特徴とする請求項２に記載の水平型原子層蒸着装置。
4. 前記基板支持パネルは、
   上下移動過程における前記回転ローラとの干渉を避けるために周縁部にローラ通過溝が刻設されることを特徴とする請求項３に記載の水平型原子層蒸着装置。
5. 前記基板搬出入手段には、
   前記回転ローラを前記外部チャンバの中央から外側に向かって水平駆動させて、前記回転ローラとの間の間隔を調整するローラ水平駆動手段がさらに配備されることを特徴とする請求項３に記載の水平型原子層蒸着装置。
6. 前記内部チャンバと前記チャンバカバーとの間には、前記内部チャンバとチャンバカバーとの間を封止する封止部材がさらに配備されることを特徴とする請求項１に記載の大面積基板用水平型原子層蒸着装置。
7. 前記外部チャンバまたは前記内部チャンバには、加熱装置が配備されることを特徴とする請求項１に記載の大面積基板用水平型原子層蒸着装置。