JPH06239635A - 大面積ガラス基板の冷却および加熱方法とそのための装置 - Google Patents
大面積ガラス基板の冷却および加熱方法とそのための装置Info
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Abstract
板の均一な加熱および冷却を提供する。 【構成】 薄膜プロセスに適したガラス基板32は、真
空チャンバ内の放射加熱および冷却によってまとめてプ
ロセス温度まで加熱されてプロセス後に冷却される。こ
の加熱および/または冷却チャンバは加熱または冷却さ
れる伝導棚28を含んだカセット10を装備しており、
この伝導棚28は支持部30上に設置されたガラス基板
32により綴じ込まれているので、棚28と基板32と
の間には間隙が存在する。棚28が加熱および冷却をす
ると、ガラス基板32はこの棚28により放射加熱また
は冷却される。基板のプロセスのための真空システム
は、基板上に1またはこれ以上の薄膜を堆積できる1度
に1つずつの膜プロセスチャンバと本発明のチャンバと
を組みあわせて使用する基板の一括型加熱部および冷却
部を含んでいる。
Description
熱および冷却する方法とこのプロセスを行うために適合
した装置に関する。特に、本発明は膜プロセス中の大き
なガラス基板を加熱および冷却するための方法およびこ
のための装置に関する。
ター、フラットパネルディスプレイや太陽電池等に使用
するために大きなガラス基板または板上に作られてき
た。このトランジスタは真空チャンバ内において、非晶
質シリコン、両ドープ性や真性のもの、二酸化珪素、シ
リコンナイトライド等を含む様々な膜を順次堆積するこ
とにより製造される。トランジスタのための薄膜は、例
えば化学的気相成長法(以下、CVD法)により堆積す
ることができる。
度に基板を保持することが必要である比較的高温のプロ
セスである。CVD膜プロセスはシリコンウェハ内の集
積回チャネルの製造に広く用いられている。シリコンは
伝導材料であり、ウェハを破壊したり反らせたりせずに
非常に速く加熱および冷却させられることができる。し
かしながら、ガラスは非常に砕けやすい絶縁材料であ
り、非常に高速に冷却または加熱した場合にはこれは反
ったり亀裂が生じたりしがちである。したがって、熱的
ストレスやこれによるダメージを回避するために大面積
のガラス基板の加熱または冷却の速度(割合)の調整に
は多大な注意を要する。
に使用される装置は、通常、プロセスのためにいくつか
のガラス基板を単一の大きな金属の搬送板(carri
erplate)上に設置している。真空プロセスチャ
ンバは大きく、搬送板およびガラス基板の熱容量(th
ermal mass)により、プロセス温度の加熱は
長時間を要する(20分間以上)。
単一の基板プロセスないし枚葉式処理に移行している。
というのは、個々のプロセスチャンバは非常に小さく作
製することができ、プロセスがうまく制御でき、そして
搬送板の必要性は除去されうるからである。さらに、近
年の半導体装置は徐々に真空チャンバからウェハを取り
出すことなくウェハに1以上のプロセス工程を施すこと
ができるシステムに移行しており、この結果、簡単に不
良品としてはねられるデバイスの原因となる微粒子を減
少させる。このようなシステムは、例えばMaydan
らの米国特許4,951,601号で述べられているア
プライド マテリアル 5000シリーズのプロセスチ
ャンバのような、様々なプロセスチャンバに結びつけら
れた中心ロボットチャンバ(central robo
tic chamber)を含んでいる。
rocess)されることが望ましく、単一枚葉式の基
板膜プロセスチャンバを用いて単一の真空システムにお
いてトランジスタ形成するための多層薄膜を堆積する。
この利点は、小型のプロセスチャンバが利用可能であ
り、真空システムは清浄なシステムとなり、微粒子の汚
染を除去または大幅に減少させ、このプロセスがより制
御可能となり、均一となることである。
基板の温度の加熱および冷却に要する時間の長さのた
め、例えば、大面積のガラス基板を約400℃まで加熱
したり、プロセス後に再び室温まで冷却するには、基板
の損傷と歪みを回避するために双方に約5分間が必要で
あるため、いくつかのガラス基板はシステムのスループ
ットを改善するために同一の時間で加熱または冷却され
なければならない。
下で放射の原理を用いて基板を加熱および冷却すること
で、基板の歪みや破壊を回避する均一な手法を用いる斬
新な加熱および/または冷却カセットにおいて、ガラス
基板上の薄膜の堆積のためのガラス基板をプロセス温度
まで加熱することが可能であり、また、プロセスが完了
した後に冷却することができることを見出だした。この
ガラス基板は、本発明に係る一括型(batch−ty
pe)の加熱および冷却カセットで加熱および冷却され
る。
合(multiple)ガラス基板が熱伝導体の棚に綴
じ込まれる(interleaved)特別に設計され
たカセットにおいて行われる。この棚は、基板の両側部
上の放射および気体の伝導によってガラス基板に熱を
(加熱部/時)に伝導して(冷却部/時)から伝導し、
それゆえ、基板の亀裂や歪みを回避する均一な加熱およ
び冷却を提供する。加熱および冷却の速度(割合)は、
棚の温度、棚の材料の放射率および真空度によって左右
される。ガラス基板は、ガラス基板とガラスの両面上の
棚との間隙を与える棚上の設置台(mounts)に支
持される。カセットは、ガラス基板の真空での取扱いお
よび処理を行うスシステムの一部分である加熱/冷却真
空チャンバ内に配置されている。
適当なシステムは、NormanTurnerらの関連
出願、米国特許出願第08/010684号、「スルー
プットを改善した真空プロセス装置(VACUUM P
ROCESSING APPARATUS HAVIN
G IMPROVED THROUGHPUT)」にそ
の詳細が記載されている。
れが断面図および斜視図である図1および図2を参照し
てさらに説明される。
よび14と底壁部16とを備えている。蓋部18は、カ
セット10の頂部に固定さている。包囲チャンバ9に設
けられている付加的な側壁部13および15(図2に示
されている)は、側壁部12および14に対して垂直に
配置されている。側壁部13(システム40に隣接して
いる)は、ガラス板をこれを通してカセット10の内お
よび外へ搬送できるスリットバルブ11を装備している
(is fittted)。
イル20および冷却ガスまたは液体が循環できる冷却チ
ャネル22を装備している。例えば、ヘリウムのような
冷却ガスや水のような液体は、適当なポンプ(図示せ
ず)によってチャネル(channel)22内を可制
御に循環させられる。
ンレットおよびアウトレットパイプ24および26、電
源(図示せず)に接続された加熱コイル20のための電
線を包含するためチャネル27をそれぞれ装備してい
る。同じチャネル24、26は、加熱コイル20を囲む
ために、そしてチャネル22内を冷却ガスや液体を循環
させたりするために用いることも可能である。
伝導棚28を装備している。棚28は、棚28の温度の
高速かつ均一な制御を確実にするために壁12および1
4に良好に接触していなくてはならず、壁12および1
4が加熱されるか冷却されるかに依存している。棚28
は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼被覆銅などを含ん
だ金属などの良熱伝導体で作られる。
されている複数の支持部30は、高温ガラスまたは石英
などの(熱)伝導しない材料で適切に作られる。支持部
30は、棚28と基板32との間に間隙を有するように
プロセスされるガラス基板32を支持するように機能す
る。この間隙は、確実に、棚のガラスへの直接接触がガ
ラスを歪ませたり亀裂を生じさせたりすることを回避す
る。このガラスは、基板32と棚28との直接接触によ
ってではなく、むしろ放射およびガスの伝導により間接
的に加熱および冷却される。さらに、ガラス基板32と
棚28との間に間隙を導入することにより、ガラス基板
32の両側面からの加熱および冷却を提供して、より高
速かつ均一な基板の加熱および冷却をすることができ
る。
4にある加熱コイルまたはチャネル20,22内の冷却
媒体により調節され、壁には伝導棚28が接触または取
り付けられている。伝導棚28は、加熱および冷却の配
置で壁12および14に接触していなければならない。
ガラス基板の加熱および冷却の速度(rate)は棚材
料の放射率、ガラス自体の放射率およびチャンバの真空
度によって決定され、十分に低速にできるので、ガラス
の亀裂を回避することができる。Stephan−Bo
ltzmann方程式で記述された熱輸送は、以下の方
程式(1)で与えられる。
以下の方程式(2)で与えられる。 (2) Ec=[{Λ(T1 −T2 )β}/(d+2βc)]・P ここで、 Ecは、Watt/cm2 での熱エネルギー、 Λは、K°での平均伝導度、 dは、cmでの板間の間隔、 βは、ガス容量定数、 cは、microns(μm)でのガス平均自由工程、 T1 およびT2 は、上記方程式(1)で与えられる意味
を有する。一括処理される基板の数は、経済的プロセス
を提供するように調整されなければならない。
熱および冷却することによって、個々の基板の加熱およ
び冷却のために更なる時間が得られるので、ガラスの歪
みや亀裂を防止することができる。
テム40の働きを図3に示す。中心ロボットチャンバ5
0は、ガラス基板32を加熱/冷却カセット10からチ
ャンバ50に隣接した側壁部13における適当な開口ま
たはスリットバルブ11を通して搬送するロボット(図
示せず)を含んでいる。ガラス基板がCVDプロセス温
度に達した時には、このロボットは、薄膜をそのウェハ
に堆積するために単一の基板32をプロセスチャンバ5
2,54,56または58中の一つに搬送する。ロボッ
トは、ガラス基板32をプロセスチャンバ52,54,
56および58から他へ矢印51によって示される所定
の順序で搬送する。プロセスが完了したのち、ロボット
は周囲の温度に冷却するために基板32をカセット10
に搬送しなおす。従って、1群のガラス基板32は本発
明のカセットにおいてプロセス温度まで加熱され、1度
に1つずつ種々の薄膜がCVDプロセスチャンバ内でこ
れらの上に堆積され、そして1群の基板は周囲の温度に
再び冷却される。包囲チャンバ9の側壁部15における
スリットバルブ59は、システム40内へのガラス基板
32の装填および脱着を許容する。
が、真空システム40に、例えば物理的気相堆積チャン
バ、エッチチャンバ、前清浄チャンバなど他のプロセス
チャンバが付加されても、また、代わりに使用されるこ
とも可能である。
ステム40に分離または複合した加熱および冷却チャン
バ42および44が提供されることとしてもよい。図4
は加熱チャンバ42および加熱カセット43の断面図で
あり、図5は加熱チャンバ42の斜視図である。加熱チ
ャンバ42は、側壁部12および14において抵抗加熱
コイルのみを含んだ加熱カセット43を含んでおり、側
壁部13における単一スリットバルブ11はロボットチ
ャンバ50に接続されている。
ロックチャンバ14および冷却カセット45の断面図お
よび斜視図である。冷却カセット45は、側壁部12お
よび14において循環する冷却媒体のためのチャネルの
みを含んでいる。しかしながら、冷却カセット45はロ
ードロックチャンバーとしても機能し、従って側壁部1
3および15のそれぞれは、その中にスリットバルブ1
1,59を有している。1群の基板は側壁部15内のス
リットバルブ59(図7)を通して冷却チャンバ44内
に搬送される。すべての棚が満たされてた場合、スリッ
トバルブ59が閉められ、チャンバ44が従来の真空ポ
ンプ(図示せず)によって真空にさせられる。所望の圧
力に到達したときには、ロボットチャンバ50に隣接し
た側壁部13内のスリットバルブ11は基板32を1度
に1つずつ加熱チャンバ42に搬送するロボットを受け
入れられるように開く。真空システム40の最大効率の
ために、2つの冷却/ロードロックチャンバー44が提
供されているので、1群のガラス基板32が処理されて
いる時に2番目の群のガラス基板32がシステム40内
に大気圧において装填されチャンバ44Aにおいて真空
にされる。
の真空システムに係る好適実施例の平面図であり、同一
部分の部分番号は図1〜7で記載したものと同一であ
る。
明の加熱および冷却カセットは、昇降装置(eleva
tor)60上に設置されている。この昇降装置はカセ
ット43および45を上げたり下げたりするので、ガラ
ス基板32のそれぞれの搬送後に異なる伝導棚28がロ
ボットに与えらる。これらの昇降装置の機構は従前のも
のであり、ここでその詳細について説明する必要はな
い。昇降装置の機構自体はシステム40の外にすること
ができ、システム40の低壁を通し、シールを介して接
続されている。したがって、カセット43,45は矢印
62の方向に移動し、搬送中においてガラス基板32は
矢印64の方向へ移動する。
ック/冷却カセットに装填される。一度に加熱または冷
却されるガラス基板の数に制限はないが、この数は加熱
/冷却カセットの便利な大きさやガラス基板の加熱、搬
送およびプロセスに要する相対的時間量に依存して選択
される。そして、ガラス基板は1つずつプロセス温度
(例えば、約350〜400℃)に放射加熱される本発
明の加熱カセットに搬送される。ロードロックチャンバ
ーが空になった後、再度装填されて真空引きされる場合
には、バルブが閉められて大気に通気させられる。
またはこれ以上の薄膜をその上に堆積するための1また
はこれ以上の膜プロセスチャンバに搬送される。全ての
堆積が完了した後、ガラス基板は冷却カセットに搬送し
戻され、新しいガラス基板が加熱カセット内に再設置さ
れる。最後のガラス基板が冷却チャンバカセットにおい
て交換された後、真空側のスリットバルブは閉まってロ
ードロック/冷却チャンバは大気に通気させられる。こ
の間にガラス基板は室温まで冷却させられる。
群の大面積ガラス基板は、冷却/ロードロックチャンバ
におけるカセット内に搬送され、ここで板は真空にさ
れ、CVDまたは他のプロセス温度にされる加熱チャン
バおよび加熱カセット搬送され、1つずつ1またはこれ
以上の基板プロセスチャンバに搬送され、ロードロック
チャンバ内の冷却カセットに搬送しなおされ、ここで周
囲の温度に冷却されて大気圧に通気させられる。この
後、基板は真空システムの外へ搬送される。
たは冷却カセットはガラス基板を両側からゆっくりと放
射により加熱および冷却することができ、板への損傷を
回避することができる。すなわち、複数の基板を一度に
加熱および冷却させることができ、1度に1つずつの膜
プロセスの利点を維持しつつプロセスの経済性を大幅に
改善する。
明は上記に限られるものでなく、種々の変形が考えら
る。例えば、ここで述べたようなカセット、棚、ガラス
基板支持部などには他の種々の材料が代替可能であり、
カセット棚は上記のように間接的でなくても棚自体内の
適当なチャネル手段によって直接的に加熱および冷却す
ることができる。本発明のカセットは、1またはこれ以
上の一括型CVDまたは他のプロセスチャンバに接続す
ることができ、また、1つ以上一括型の加熱および/ま
たは冷却チャンバは1またはこれ以上のプロセスチャン
バに接続することができる。また、本発明の加熱および
/または冷却チャンバは、お互いにまたは他のプロセス
チャンバ(例えば、前清浄、エッチまたは物理的気相堆
積チャンバ)に接続することもできる。
セットはガラス基板を両側からゆっくりと放射により加
熱および冷却することができ、板への損傷を回避するこ
とができる。すなわち、複数の基板を一度に加熱および
冷却させることができ、1度に1つずつの膜プロセスの
利点を維持しつつプロセスの経済性を大幅に改善する。
セットの断面図である。
板プロセスシステムの平面図である。
である。
ある。
ガラス基板プロセスシステムの変形例の平面図である。
18…蓋部、20…抵抗加熱コイル、22…冷却チャネ
ル、24…インレットパイプ、26…アウトレットパイ
プ、27…チャネル、28…棚、30…支持部、32…
ガラス基板。
Claims (17)
- 【請求項1】 処理されるガラス基板に対する少なくと
も1つの加熱または冷却チャンバを含む真空システムに
おいて、 a)前記チャンバ内の加熱または冷却カセット側壁部内
を加熱または冷却する手段と、 b)側壁部に接触した複数の熱伝導棚であって、前記棚
へまたは前記棚から熱を伝導させるための熱伝導棚と、 c)前記伝導棚上に設置された前記ガラス基板のための
支持部であって、前記基板と前記棚との間に間隙を与
え、前記ガラス基板の前記棚への直接接触を避ける支持
部と、を備える真空システム。 - 【請求項2】 前記カセットは、電源に接続された前記
側壁部内の抵抗加熱コイルを用いた加熱のために適合さ
れている請求項1に記載の真空システム。 - 【請求項3】 前記カセットは、前記側壁部内の冷却媒
体を循環させるためのチャネル手段により冷却されるた
めに適合されている請求項1に記載の真空システム。 - 【請求項4】 前記カセットは、電源に接続された前記
側壁部内の抵抗加熱コイルを用いた加熱、および前記側
壁部内の冷却媒体を循環させるためのチャネル手段によ
る冷却の両方に適合されている請求項1に記載の真空シ
ステム。 - 【請求項5】 昇降装置機構は、前記カセットを上昇お
よび下降させてロボットがチャンバ内の1以上のガラス
基板に接近可能である請求項1に記載の真空システム。 - 【請求項6】 分離加熱および冷却チャンバが具備され
ている請求項1に記載の真空システム。 - 【請求項7】 冷却チャンバが複数のガラス基板を前記
真空システム内に搬送するロードロックチャンバとして
も機能する請求項1に記載の真空システム。 - 【請求項8】 可制御で均一な手段でガラス基板を加熱
および/または冷却する加熱/冷却チャンバにおいて、 a)前記チャンバ内のカセットの内側の側壁部を加熱お
よび/冷却する手段と、 b)放射加熱または冷却により前記ガラス基板へのまた
は前記ガラス基板からの熱の伝導のために前記側壁に接
触した複数の熱伝導棚と、 c)前記ガラス基板のために前記棚上に設置されて、前
記ガラス基板に対する接触を最小にするため前記基板と
前記棚との間隙を与える支持部と、を備える加熱/冷却
チャンバ。 - 【請求項9】 前記カセットは、電源に接続された前記
側壁部内の抵抗加熱コイルを用いた加熱のために適合さ
れている請求項8に記載の加熱/冷却チャンバ。 - 【請求項10】 前記カセットは、前記側壁部内に冷却
媒体を循環させるチャネル手段による冷却のために適合
されている請求項8に記載の加熱/冷却チャンバ。 - 【請求項11】 前記カセットは、電源に接続された前
記側壁部内の抵抗加熱コイルを用いた加熱、および前記
側壁部内の冷却媒体を循環させるためのチャネル手段に
よる冷却の両方に適合されている請求項8に記載の加熱
/冷却チャンバ。 - 【請求項12】 1つの伝導棚の幅で連続的に前記カセ
ットを上昇させたり下降させたりする昇降装置上にさら
に設置されている請求項8に記載の加熱/冷却チャン
バ。 - 【請求項13】 前記チャンバは排気手段に接続されて
いる請求項10に記載のチャンバ。 - 【請求項14】 真空中におけるガラス基板の加熱およ
び/または冷却方法において、 a)1またはこれ以上の不伝導(dielectri
c)支持部で前記ガラス基板を支持し、 b)棚と前記基板とに間隙を有するように前記基板の両
側に前記熱伝導棚を提供し、 c)棚を加熱または冷却して、基板の損傷または歪みを
回避するような割合で放射により間接的にガラス基板を
加熱または冷却する、ことを備えるガラス基板の加熱お
よび/または冷却方法。 - 【請求項15】 ガラス基板上に薄膜を堆積する方法に
おいて、 a)真空下のチャンバにおいて、前記基板と前記棚との
間隙を維持するように熱伝導棚とともに支持部上に設置
されたガラス基板の綴じ込み(interleavin
g)によって複数のガラス基板を加熱し、 b)堆積プロセス温度に前記棚を加熱し、前記基板の両
側から放射の加熱によりこのガラス基板の温度を上昇さ
せ、 c)膜プロセスチャンバに連続的に前記基板を個々に搬
送し、 d)前記基板上に1またはこれ以上の薄膜を堆積し、 e)真空下で、前記ガラス基板と前記棚との間隙が維持
されるように熱伝導基板とともに支持部上に設置された
前記ガラス基板の綴じ込みにより前記基板を冷却チャン
バに搬送して、 f)前記基板を放射で冷却する、ガラス基板上に薄膜を
堆積する方法。 - 【請求項16】 前記冷却チャンバはこのガラス基板が
冷却された時に大気圧に通気される請求項15に記載の
方法。 - 【請求項17】 1またはこれ以上の薄膜が化学的気相
成長法により堆積される請求項15に記載の方法。
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