JPWO2012036043A1 - 真空処理装置 - Google Patents

Abstract

アンロード室（１６）内には、ガス源から供給されるベントガスの流れを規制する整流板（２３）を基板（Ｓ）に対向して設けると共に、アンロード室（１６）内にベントガスを導入する導入口（２４）を、整流板（２３）の表面に対向して設ける。

Description

本発明は、真空状態で基板を処理する真空処理室を備えた真空処理装置に関する。

従来から、例えば、半導体製造工程等において、種々の真空処理装置が利用されている。真空処理装置の一例としては、スパッタリング法や蒸着法等により膜を形成するための真空処理室を備えた成膜装置が挙げられる。また成膜装置は、真空処理室で成膜された基板を外部に搬出するためのアンロード室を備えている。このアンロード室は、真空処理室を真空に保持して大気に開放させないために設けられている。具体的には、真空処理室で成膜された基板は、真空処理室から真空状態のアンロード室に搬送され、真空処理室を塞いだ後、アンロード室が大気圧に戻されて基板が取り出される。

ここで、アンロード室を大気圧に戻す際には、いわゆるベントガスをアンロード室内に導入することで、徐々に真空が破壊される。またアンロード室に導入されるベントガスは基板を冷却する役割を兼ねる場合もある。

例えば、アンロード室に、送り込まれた基板の幅方向に沿ってベント管を設け、基板の長手方向に沿って設けられたベント管の複数の噴出孔から、基板の高さ方向中央部分にベントガスを噴出させるようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−６４４７８号公報

このようにベントガスをアンロード室に導入する際に、ベントガスを基板に吹き付けるようにすると、そのガス流により基板が変形（振動）してキズや割れが発生するという問題がある。特許文献１の装置では、重厚な基板を処理対象としているため、基板にベントガスを吹き付けても問題にはならないかもしれないが、例えば、基板の厚さが薄くなるにつれて、また基板が大型化するにつれて、このような問題は生じ易くなる。さらに、例えば、ガラス基板に対してベントガスを吹き付けても問題にならない場合であっても、例えば、シリコン基板などの結晶系の基板にベントガスを吹き付けてしまうとキズや割れといった問題が生じる虞がある。

このような問題は、アンロード室に導入されるベントガスの流速を抑えることで解消することはできるが、スループットが低下して生産性が大幅に低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スループットを低下させることなく基板のキズや割れを効果的に抑制することができる真空処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、真空状態で基板を処理する真空処理室と、該真空処理室で処理された基板を外部に搬出するためのアンロード室と、を備えた真空処理装置であって、前記基板は、当該基板の外周部が基板ホルダーに支持された状態で前記真空処理室から前記アンロード室に搬送され、前記アンロード室内には、ガス源から供給されるベントガスの流れを規制する整流板が、前記アンロード室内に搬送された基板の表面に対向して当該基板を覆うように設けられていると共に、当該アンロード室内にベントガスを導入する導入口が、前記整流板の表面に対向して設けられていることを特徴とする真空処理装置にある。

かかる第１の態様では、比較的速い流速で導入口からアンロード室にベントガスを導入しても、ベントガスは整流板に衝突することで流速が遅くなってから基板の表面付近を流れる。したがって、ベントガスの流れ（ガス流）による基板の変形（振動）が抑えられる。

本発明の第２の態様は、前記整流板が、前記基板の両面にそれぞれ対向して設けられており、前記導入口が、各整流板にそれぞれ対向して設けられていることを特徴とする第１の態様の真空処理装置にある。

かかる第２の態様では、基板の両面側に略均一な流速でベントガスが流れるため、ガス流によって基板に圧力がかかる場合でも、基板の両面に同程度の圧力が生じることになる。したがって、ベントガスの流れ（ガス流）による基板の変形（振動）がより確実に抑えられる。

本発明の第３の態様は、前記整流板の外周部には、前記基板側に向かって傾斜する庇部が設けられていることを特徴する第１又は２の態様の真空処理装置にある。

かかる第３の態様では、基板の表面付近に流れ込むベントガスの流速がさらに減速される。

本発明の第４の態様は、前記基板ホルダーには、前記基板が複数枚保持されており、前記整流板には、前記基板間に対向する位置に貫通孔が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様の真空処理装置にある。

かかる第４の態様では、比較的大型の基板ホルダーを用いた場合でも、複数の各基板を略均一な流速のベントガスに曝されるため、ガス流による基板の変形（振動）がより確実に抑えられる。

かかる本発明の真空処理装置によれば、アンロード室を大気圧に戻す際に、スループットを低下させることなくアンロード室内にベントガスを導入することができ、且つ基板のキズや割れの発生を効果的に抑制することができる。例えば、比較的割れやすい結晶系の基板であっても良好に処理することができる。

本発明に係る成膜装置の全体構成を示す概略図である。 本発明に係る基板ホルダーを含む成膜装置の搬送系を示す概略斜視図である。 本発明に係るアンロード室の概略構成を示す断面図である。 基板の変形状態を示す断面図である。 本発明に係る整流板の変形例を示す断面図である。 本発明に係る整流板の変形例を示す平面図である。 本発明に係る整流板の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置１０は、いわゆるインライン方式の成膜装置であり、基板Ｓを保持する基板ホルダー１１の搬送方向上流側（図中左側）から順に、ロードロック室１２と、加熱室１３と、真空成膜室（真空処理室）１４と、搬送室１５と、アンロード室１６とを備える。またロードロック室１２の上流側及びアンロード室１６の下流側、並びにロードロック室１２と、加熱室１３と、真空成膜室１４と、搬送室１５との間にはそれぞれゲートバルブ１７が設けられており、ロードロック室１２、加熱室１３、真空成膜室１４、搬送室１５及びアンロード室１６はそれぞれ図示しない排気手段を備え、内部を真空状態に保つことができるように構成されている。

このような成膜装置１０では、まず基板Ｓが固定された基板ホルダー１１をロードロック室１２の上流側のゲートバルブ１７を開いてロードロック室１２に搬送し、ゲートバルブ１７を閉じてロードロック室１２を排気した後に、ロードロック室１２の下流側のゲートバルブ１７を開いて加熱室１３へ基板ホルダー１１を搬送する。加熱室１３において各種ヒータ（例えば、シースヒータ）により基板ホルダー１１に固定された基板Ｓを所定温度まで加熱する。その後、基板ホルダー１１を真空成膜室１４内に搬送して、スパッタリングにより基板Ｓの表面に薄膜を形成する。成膜後は、基板ホルダー１１は搬送室１５を経由してアンロード室１６に搬送される。詳しくは後述するが、その後、アンロード室１６にベントガスが導入されてアンロード室１６が大気圧に戻される。またその際、ベントガスによって基板Ｓを冷却することもある。そして、アンロード室１６が大気圧に戻った後、アンロード室１６の下流側のゲートバルブ１７から基板ホルダー１１が外部に取り出される。

ここで、本実施形態の成膜装置１０では、基板ホルダー１１には、処理対象となる基板Ｓが複数枚固定されている。この基板ホルダー１１がロードロック室１２からアンロード室１６まで順次搬送されることで、複数枚の基板Ｓが一度に処理されることになる。

基板ホルダー１１は、図２及び図３に示すように、各基板Ｓが収容される凹部１８が形成されており、この凹部１８の底面には基板Ｓの表面を露出する貫通孔１９が形成されている。したがって各基板Ｓは、外周部のみが凹部１８の底面に当接した状態で基板ホルダー１１に保持されている。なお本実施形態に係る基板ホルダー１１は、複数の基板Ｓを保持するものであるが、勿論、１枚の基板を保持するものであってもよい。

また成膜装置１０内には、複数のローラー２０が固定されたシャフト２１が、基板ホルダー１１の搬送方向に沿って所定の間隔で配されている。基板ホルダー１１には一対のレール部材２２が固定されており、基板ホルダー１１は、このレール部材２２を介してローラー２０上に載置されている。ローラー２０（シャフト２１）には、図示しないモータが接続されており、このモータによりローラー２０（シャフト２１）を回転させることで、基板ホルダー１１がロードロック室１２からアンロード室１６まで連続的に搬送されるようになっている。

ところで、このような基板ホルダー１１がアンロード室１６に搬送されると、上述のように、アンロード室１６内にベントガスが導入されてアンロード室１６内が大気圧に戻される。このとき、ベントガスの流れ（ガス流）により、基板Ｓが変形して基板Ｓにキズや割れが生じてしまう虞がある。上述のように、各基板Ｓの外周部が凹部１８の底面部に当接した状態で基板ホルダー１１に保持されていると、すなわち基板ホルダー１１が貫通孔１９を備えていると、ガス流によって基板Ｓに変形が起こり易く、それに伴うキズや割れも生じ易い。例えば、図４に示すように、上方からのガス流によって基板Ｓに、下側が凸となる変形（反り）が生じると、貫通孔の周縁部１９ａに対応する部分が、基板ホルダー１１に対して強く押圧されることになり、この部分には特にキズや割れが発生し易い。また例えば、シリコン基板等の結晶系の基板を用いて太陽電池を製造する場合、基板Ｓの厚さは１００〜３００μｍ程度と極めて薄いため、ガス流による基板Ｓのキズや割れといった問題が生じ易い。太陽電池を製造する場合、基板Ｓの表面にキズがつくことで効率低下が数％程度に達してしまうこともあり、基板Ｓのキズや割れを抑制することは極めて重要である。

そこで本発明では、以下に説明するように、アンロード室１６内に配されている整流板に向かってベントガスを導入することで、ガス流による基板Ｓの変形を抑制し、それに伴う基板Ｓのキズや割れを防止している。

図３に示すように、アンロード室１６には、真空成膜室１４から搬送された基板ホルダー１１の両面にそれぞれ対向する一対の整流板２３が設けられている。この整流板２３は、アンロード室１６内に導入されるベントガスの流れを規制（整流）するためのものであり、基板ホルダー１１を覆う大きさ（基板ホルダー１１に保持された複数の基板Ｓを覆う大きさ）の平板からなる。

そして、ベントガスをアンロード室１６内に導入するための導入口２４が、これらの整流板２３に対向してそれぞれ設けられている。すなわち本実施形態においては、導入口２４はアンロード室１６の上面及び下面にそれぞれ設けられている。なお図示は省略するが、これらの導入口２４には、ガス管を介してベントガスが封入されたガス源が接続されている。

このようなアンロード室１６の構成では、ガス源から供給されたベントガスが各導入口２４からアンロード室１６内に導入されると、図３中に矢印で示すように、ベントガスは整流板２３に衝突する。これによりベントガスの流速は急激に遅くなる。その後、ベントガスは整流板２３の表面に沿って整流板２３の外周部に向かって流れ、整流板２３の外側から基板ホルダー１１と整流板２３との間に流れ込む。このとき基板ホルダー１１に保持されている各基板Ｓは、ガス流によって多少の変形（振動）は生じることはあっても変形量は極めて小さい。したがって、ガス流に起因する基板Ｓのキズや割れの発生を効果的に抑制することができる。特に、シリコン基板等の結晶系の基板に成膜処理する場合には極めて有効である。

またベントガスが、整流板２３の外周部を回り込んで基板ホルダー１１と整流板２３との間の空間に流れ込むようにすることで、ベントガスは基板ホルダー１１と整流板２３との間の空間を概ね整流板２３に沿って流れる。このため、ガス流による各基板Ｓの変形（振動）はより小さく抑えられ、ガス流に起因する基板Ｓのキズや割れの発生を実質的に防止することができる。

さらに本実施形態では、基板ホルダー１１の両面側に、整流板２３と共に導入口２４が設けられているため、基板ホルダー１１の両面側に略均一な流速でベントガスが流れる。したがって、ガス流によって基板Ｓに多少の圧力がかかるとしても、上下面から同等の圧力がかかることになり、基板Ｓの変形は極めて小さく抑えられる。

以上のように本発明によれば、アンロード室１６内に比較的速い流速でベントガスを導入しても、ベントガスが整流板２３に衝突することによって流速が大幅に遅くなる。したがって、スループットを実質的に低下させることなくアンロード室１６内を大気圧に戻すことができ、且つガス流に起因する基板Ｓのキズや割れの発生を効果的に抑制することができる。

ここで、各導入口２４は、整流板２３に対向して設けられていれば、その位置は特に限定されないが、本実施形態では、各導入口２４を整流板２３の中央部に対向する位置にそれぞれ設けるようにした。これにより、基板ホルダー１１と整流板２３との間には、整流板の周方向に亘って略均一な流速でベントガスが流れ込む。これによりガス流に起因する基板Ｓのキズや割れの発生をより効果的に抑制することができる。さらにベントガスによって各基板Ｓを冷却する場合には、複数の各基板Ｓが略均一な温度に冷却することができる。

なお上述の実施形態では、平板からなる整流板２３を例示したが、整流板２３の形状は、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、整流板２３の外周部に、アンロード室１６の上下方向中央部に向かって傾斜する庇部２５を設けるようにしてもよい。これにより、基板ホルダー１１と整流板２３との間に流れ込むベントガスの流速がさらに遅くなり、ガス流に起因する基板Ｓのキズや割れの発生をさらに抑制することができる。

また整流板２３には、図６及び図６のＡ−Ａ′断面図である図７に示すように、複数の送通孔２６を設けるようにしてもよい。整流板２３に送通孔２６を設ける位置は、特に限定されないが、各基板Ｓ間に対向する位置に設けることが好ましい。送通孔２６が基板Ｓに対向して設けられていると、送通孔２６に流れ込むベントガスの圧力によって基板Ｓが大きく変形する虞があるためである。

このように整流板２３に送通孔２６を設けることで、例えば、基板Ｓの大型化に伴って整流板２３が大型化した場合でも、基板ホルダー１１の中央部と外周部とに略均一な流速でベントガスを流し込むことができる。

なお送通孔２６は、整流板２３の全面に亘って略均等な間隔で設けるようにしてもよいが、中央部側ほど送通孔２６の間隔が狭くなるようにすることが好ましい。あるいは送通孔２６を整流板２３の全面に亘って略均等な間隔で設け、中央部側ほど送通孔２６の直径を大きくするようにしてもよい。これにより、アンロード室１６内全体に略均等にベントガスを流すことができ、例えば、ベントガスによって基板Ｓを冷却する場合であっても、各基板Ｓを略均一に冷却することができる。

また上述の実施形態では、このような整流板２３に対向してそれぞれ一つの導入口２４を設けるようにしたが、導入口２４の数は特に限定されず、一枚の整流板２３に対して複数の導入口２４を設けるようにしてもよい。

さらに上述の実施形態では、導入口２４を基板ホルダー１１の両面側にそれぞれ設けるようにしたが、導入口２４は基板ホルダー１１の一方面側のみに設けられていてもよい。このような構成としても、ベントガスの流れに起因する基板Ｓのキズや割れの発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、基板ホルダー１１として複数枚の基板Ｓを保持した構成を例示したが、勿論、基板ホルダー１１は１枚の基板Ｓを保持するものであってもよい。また例えば、上述の実施形態では、基板Ｓを横置きの状態で搬送する横型の成膜装置を例示したが、本発明は、勿論、縦型の成膜装置（真空処理装置）に採用することもできる。

１０ 成膜装置
１１ 基板ホルダー
１２ ロードロック室
１３ 加熱室
１４ 真空成膜室
１５ 搬送室
１６ アンロード室
１７ ゲートバルブ
１８ 凹部
１９ 貫通孔
２０ ローラー
２１ シャフト
２２ レール部材
２３ 整流板
２４ 導入口
２５ 庇部
２６ 送通孔
Ｓ 基板

Claims (4)

1. 真空状態で基板を処理する真空処理室と、
   該真空処理室で処理された基板を外部に搬出するためのアンロード室と、を備えた真空処理装置であって、
   前記基板は、当該基板の外周部が基板ホルダーに支持された状態で前記真空処理室から前記アンロード室に搬送され、
   前記アンロード室内には、ガス源から供給されるベントガスの流れを規制する整流板が、前記アンロード室内に搬送された基板の表面に対向して当該基板を覆うように設けられていると共に、
   当該アンロード室内にベントガスを導入する導入口が、前記整流板の表面に対向して設けられていることを特徴とする真空処理装置。
2. 前記整流板が、前記基板の両面にそれぞれ対向して設けられており、前記導入口が、各整流板にそれぞれ対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
3. 前記整流板の外周部には、前記基板側に向かって傾斜する庇部が設けられていることを特徴する請求項１又は２に記載の真空処理装置。
4. 前記基板ホルダーには、前記基板が複数枚保持されており、
   前記整流板には、前記基板間に対向する位置に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の真空処理装置。

Images