KR101461350B1 - 진공 처리 장치 - Google Patents

Abstract

언로드실 (16) 내에는, 가스원으로부터 공급되는 벤트 가스의 흐름을 규제하는 정류판 (23) 을 기판 (S) 에 대향하여 형성함과 함께, 언로드실 (16) 내에 벤트 가스를 도입하는 도입구 (24) 를, 정류판 (23) 의 표면에 대향하여 형성한다.

Description

진공 처리 장치{VACUUM PROCESSING DEVICE}

본 발명은, 진공 상태에서 기판을 처리하는 진공 처리실을 구비한 진공 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어, 반도체 제조 공정 등에 있어서, 여러 가지 진공 처리 장치가 이용되고 있다. 진공 처리 장치의 일례로는, 스퍼터링법이나 증착법 등에 의해 막을 형성하기 위한 진공 처리실을 구비한 성막 장치를 들 수 있다. 또 성막 장치는, 진공 처리실에서 성막된 기판을 외부로 반출하기 위한 언로드실을 구비하고 있다. 이 언로드실은, 진공 처리실을 진공으로 유지하여 대기에 개방시키지 않기 위하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 진공 처리실에서 성막된 기판은, 진공 처리실로부터 진공 상태의 언로드실로 반송되어, 진공 처리실을 막은 후, 언로드실이 대기압으로 되돌려져 기판이 꺼내진다.

여기서, 언로드실을 대기압으로 되돌릴 때에는, 이른바 벤트 가스를 언로드실 내로 도입함으로써, 서서히 진공이 파괴된다. 또 언로드실로 도입되는 벤트 가스는 기판을 냉각시키는 역할을 겸하는 경우도 있다.

예를 들어, 언로드실에, 이송된 기판의 폭 방향을 따라 벤트관을 형성하고, 기판의 길이 방향을 따라 형성된 벤트관의 복수의 분출공으로부터, 기판의 높이 방향 중앙 부분에 벤트 가스를 분출시키도록 한 것이 있다 (특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2003-64478호

이와 같이 벤트 가스를 언로드실로 도입할 때에, 벤트 가스를 기판에 분무하도록 하면, 그 가스류에 의해 기판이 변형 (진동) 되어 흠집이나 균열이 발생한다는 문제가 있다. 특허문헌 1 의 장치에서는, 무겁고 두꺼운 기판을 처리 대상으로 하고 있기 때문에, 기판에 벤트 가스를 분무해도 문제가 되지는 않을지도 모르지만, 예를 들어, 기판의 두께가 얇아짐에 따라, 또 기판이 대형화함에 따라, 이와 같은 문제는 발생하기 쉬워진다. 또한, 예를 들어, 유리 기판에 대해 벤트 가스를 분무해도 문제가 되지 않는 경우라도, 예를 들어, 실리콘 기판 등의 결정계의 기판에 벤트 가스를 분무하면 흠집이나 균열과 같은 문제가 발생할 우려가 있다.

이와 같은 문제는, 언로드실로 도입되는 벤트 가스의 유속을 억제함으로써 해소할 수 있지만, 스루풋이 저하되어 생산성이 대폭 저하된다는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 스루풋을 저하시키지 않고, 기판의 흠집이나 균열을 효과적으로 억제할 수 있는 진공 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 제 1 양태는, 진공 상태에서 기판을 처리하는 진공 처리실과, 그 진공 처리실에서 처리된 기판을 외부로 반출하기 위한 언로드실을 구비한 진공 처리 장치로서, 상기 기판은, 당해 기판의 외주부가 기판 홀더에 지지된 상태로 상기 진공 처리실로부터 상기 언로드실로 반송되고, 상기 언로드실 내에는, 가스원으로부터 공급되는 벤트 가스의 흐름을 규제하는 정류(整流)판이, 상기 언로드실 내로 반송된 기판의 표면에 대향하여 당해 기판을 덮도록 형성되어 있음과 함께, 당해 언로드실 내로 벤트 가스를 도입하는 도입구가, 상기 정류판의 표면에 대향하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.

이러한 제 1 양태에서는, 비교적 빠른 유속으로 도입구로부터 언로드실로 벤트 가스를 도입해도, 벤트 가스는 정류판에 충돌함으로써 유속이 느려지고 나서 기판의 표면 부근을 흐른다. 따라서, 벤트 가스의 흐름 (가스류 (流)) 에 의한 기판의 변형 (진동) 이 억제된다.

본 발명의 제 2 양태는, 상기 정류판이, 상기 기판의 양면에 각각 대향하여 형성되어 있고, 상기 도입구가, 각 정류판에 각각 대향하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 양태의 진공 처리 장치에 있다.

이러한 제 2 양태에서는, 기판의 양면측에 거의 균일한 유속으로 벤트 가스가 흐르기 때문에, 가스류에 의해 기판에 압력이 가해지는 경우라도, 기판의 양면에 동일한 정도의 압력이 발생하게 된다. 따라서, 벤트 가스의 흐름 (가스류) 에 의한 기판의 변형 (진동) 이 보다 확실하게 억제된다.

본 발명의 제 3 양태는, 상기 정류판의 외주부에는, 상기 기판측을 향하여 경사지는 처마부 (庇部) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 또는 2 양태의 진공 처리 장치에 있다.

이러한 제 3 양태에서는, 기판의 표면 부근에 흘러드는 벤트 가스의 유속이 더욱 감속된다.

본 발명의 제 4 양태는, 상기 기판 홀더에는, 상기 기판이 복수 장 유지되어 있고, 상기 정류판에는, 상기 기판 간에 대향하는 위치에 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 ∼ 3 중 어느 하나의 양태의 진공 처리 장치에 있다.

이러한 제 4 양태에서는, 비교적 대형의 기판 홀더를 사용한 경우라도, 복수의 각 기판을 거의 균일한 유속의 벤트 가스에 노출되기 때문에, 가스류에 의한 기판의 변형 (진동) 이 보다 확실하게 억제된다.

이러한 본 발명의 진공 처리 장치에 의하면, 언로드실을 대기압으로 되돌릴 때에, 스루풋을 저하시키지 않고, 언로드실 내로 벤트 가스를 도입할 수 있고, 또한 기판의 흠집이나 균열의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 예를 들어, 비교적 균열되기 쉬운 결정계의 기판이어도 양호하게 처리할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 성막 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 관련된 기판 홀더를 포함하는 성막 장치의 반송계를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 관련된 언로드실의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 기판의 변형 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 관련된 정류판의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 관련된 정류판의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 7 은 본 발명에 관련된 정류판의 변형예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 성막 장치 (10) 는, 이른바 인라인 방식의 성막 장치이고, 기판 (S) 을 유지하는 기판 홀더 (11) 의 반송 방향 상류측 (도면 중 좌측) 으로부터 순서대로, 로드 록실 (12) 과, 가열실 (13) 과, 진공 성막실 (진공 처리실) (14) 과, 반송실 (15) 과, 언로드실 (16) 을 구비한다. 또 로드 록실 (12) 의 상류측 및 언로드실 (16) 의 하류측, 그리고 로드 록실 (12) 과, 가열실 (13) 과, 진공 성막실 (14) 과, 반송실 (15) 사이에는 각각 게이트 밸브 (17) 가 형성되어 있고, 로드 록실 (12), 가열실 (13), 진공 성막실 (14), 반송실 (15) 및 언로드실 (16) 은 각각 도시되지 않은 배기 수단을 구비하고, 내부를 진공 상태로 유지할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같은 성막 장치 (10) 에서는, 먼저 기판 (S) 이 고정된 기판 홀더 (11) 를 로드 록실 (12) 의 상류측의 게이트 밸브 (17) 를 열어 로드 록실 (12) 로 반송하고, 게이트 밸브 (17) 를 닫아 로드 록실 (12) 을 배기한 후에, 로드 록실 (12) 의 하류측의 게이트 밸브 (17) 를 열어 가열실 (13) 로 기판 홀더 (11) 를 반송한다. 가열실 (13) 에 있어서 각종 히터 (예를 들어, 시스 히터) 에 의해 기판 홀더 (11) 에 고정된 기판 (S) 을 소정 온도까지 가열한다. 그 후, 기판 홀더 (11) 를 진공 성막실 (14) 내로 반송하여, 스퍼터링에 의해 기판 (S) 의 표면에 박막을 형성한다. 성막 후에는, 기판 홀더 (11) 는 반송실 (15) 을 경유하여 언로드실 (16) 로 반송된다. 상세하게는 후술하지만, 그 후, 언로드실 (16) 에 벤트 가스가 도입되어 언로드실 (16) 이 대기압으로 되돌려진다. 또 그 때, 벤트 가스에 의해 기판 (S) 을 냉각시키는 경우도 있다. 그리고, 언로드실 (16) 이 대기압으로 돌아온 후, 언로드실 (16) 의 하류측의 게이트 밸브 (17) 로부터 기판 홀더 (11) 가 외부로 꺼내진다.

여기서, 본 실시형태의 성막 장치 (10) 에서는, 기판 홀더 (11) 에는, 처리 대상이 되는 기판 (S) 이 복수 장 고정되어 있다. 이 기판 홀더 (11) 가 로드 록실 (12) 에서부터 언로드실 (16) 까지 순차 반송됨으로써, 복수 장의 기판 (S) 이 한 번에 처리되게 된다.

기판 홀더 (11) 는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 각 기판 (S) 이 수용되는 오목부 (18) 가 형성되어 있고, 이 오목부 (18) 의 바닥면에는 기판 (S) 의 표면을 노출하는 관통공 (19) 이 형성되어 있다. 따라서 각 기판 (S) 은, 외주부만이 오목부 (18) 의 바닥면에 맞닿은 상태에서 기판 홀더 (11) 에 유지되어 있다. 또한 본 실시형태에 관련된 기판 홀더 (11) 는, 복수의 기판 (S) 을 유지하는 것이지만, 물론, 1 장의 기판을 유지하는 것이어도 된다.

또 성막 장치 (10) 내에는, 복수의 롤러 (20) 가 고정된 샤프트 (21) 가, 기판 홀더 (11) 의 반송 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 있다. 기판 홀더 (11) 에는 1 쌍의 레일 부재 (22) 가 고정되어 있고, 기판 홀더 (11) 는, 이 레일 부재 (22) 를 개재하여 롤러 (20) 상에 재치되어 있다. 롤러 (20) (샤프트 (21)) 에는, 도시되지 않은 모터가 접속되어 있고, 이 모터에 의해 롤러 (20) (샤프트 (21)) 를 회전시킴으로써, 기판 홀더 (11) 가 로드 록실 (12) 에서부터 언로드실 (16) 까지 연속적으로 반송되게 되어 있다.

그런데, 이와 같은 기판 홀더 (11) 가 언로드실 (16) 로 반송되면, 상기 서술한 바와 같이, 언로드실 (16) 내로 벤트 가스가 도입되어 언로드실 (16) 내가 대기압으로 되돌려진다. 이 때, 벤트 가스의 흐름 (가스류) 에 의해, 기판 (S) 이 변형되어 기판 (S) 에 흠집이나 균열이 발생할 우려가 있다. 상기 서술한 바와 같이, 각 기판 (S) 의 외주부가 오목부 (18) 의 바닥면부에 맞닿은 상태에서 기판 홀더 (11) 에 유지되어 있으면, 즉 기판 홀더 (11) 가 관통공 (19) 을 구비하고 있으면, 가스류에 의해 기판 (S) 에 변형이 일어나기 쉽고, 그것에 수반하는 흠집이나 균열도 발생하기 쉽다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상방으로부터의 가스류에 의해 기판 (S) 에, 하측이 볼록해지는 변형 (휨) 이 발생하면, 관통공의 주연부 (19a) 에 대응하는 부분이, 기판 홀더 (11) 에 대해 강하게 가압되게 되어, 이 부분에는 특히 흠집이나 균열이 발생하기 쉽다. 또 예를 들어, 실리콘 기판 등의 결정계의 기판을 사용하여 태양 전지를 제조하는 경우, 기판 (S) 의 두께는 100 ∼ 300 ㎛ 정도로 매우 얇기 때문에, 가스류에 의한 기판 (S) 의 흠집이나 균열과 같은 문제가 발생하기 쉽다. 태양 전지를 제조하는 경우, 기판 (S) 의 표면에 흠집이 남으로써 효율 저하가 수 % 정도에 도달하는 경우도 있어, 기판 (S) 의 흠집이나 균열을 억제하는 것은 매우 중요하다.

그래서 본 발명에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 언로드실 (16) 내에 배치되어 있는 정류판을 향하여 벤트 가스를 도입함으로써, 가스류에 의한 기판 (S) 의 변형을 억제하고, 그것에 수반하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열을 방지하고 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 언로드실 (16) 에는, 진공 성막실 (14) 로부터 반송된 기판 홀더 (11) 의 양면에 각각 대향하는 1 쌍의 정류판 (23) 이 형성되어 있다. 이 정류판 (23) 은, 언로드실 (16) 내로 도입되는 벤트 가스의 흐름을 규제 (정류) 하기 위한 것으로서, 기판 홀더 (11) 를 덮는 크기 (기판 홀더 (11) 에 유지된 복수의 기판 (S) 을 덮는 크기) 의 평판으로 이루어진다.

그리고, 벤트 가스를 언로드실 (16) 내로 도입하기 위한 도입구 (24) 가, 이들의 정류판 (23) 에 대향하여 각각 형성되어 있다. 즉 본 실시형태에 있어서는, 도입구 (24) 는 언로드실 (16) 의 상면 및 하면에 각각 형성되어 있다. 또한 도시는 생략하지만, 이들의 도입구 (24) 에는, 가스관을 통하여 벤트 가스가 봉입된 가스원이 접속되어 있다.

이와 같은 언로드실 (16) 의 구성에서는, 가스원으로부터 공급된 벤트 가스가 각 도입구 (24) 로부터 언로드실 (16) 내로 도입되면, 도 3 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 벤트 가스는 정류판 (23) 에 충돌한다. 이로써 벤트 가스의 유속은 급격하게 느려진다. 그 후, 벤트 가스는 정류판 (23) 의 표면을 따라 정류판 (23) 의 외주부를 향하여 흐르고, 정류판 (23) 의 외측으로부터 기판 홀더 (11) 와 정류판 (23) 사이에 흘러든다. 이 때 기판 홀더 (11) 에 유지되어 있는 각 기판 (S) 은, 가스류에 의해 다소의 변형 (진동) 은 발생하는 경우는 있더라도 변형량은 매우 작다. 따라서, 가스류에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 실리콘 기판 등의 결정계의 기판에 성막 처리하는 경우에는 매우 유효하다.

또 벤트 가스가, 정류판 (23) 의 외주부를 돌아들어가, 기판 홀더 (11) 와 정류판 (23) 사이의 공간에 흘러들도록 함으로써, 벤트 가스는 기판 홀더 (11) 와 정류판 (23) 사이의 공간을 대체로 정류판 (23) 을 따라 흐른다. 이 때문에, 가스류에 의한 각 기판 (S) 의 변형 (진동) 은 보다 작게 억제되어, 가스류에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 실질적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 기판 홀더 (11) 의 양면측에, 정류판 (23) 과 함께 도입구 (24) 가 형성되어 있기 때문에, 기판 홀더 (11) 의 양면측에 거의 균일한 유속으로 벤트 가스가 흐른다. 따라서, 가스류에 의해 기판 (S) 에 다소의 압력이 가해지더라도, 상하면으로부터 동등한 압력이 가해지게 되어, 기판 (S) 의 변형은 매우 작게 억제된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 언로드실 (16) 내에 비교적 빠른 유속으로 벤트 가스를 도입하더라도, 벤트 가스가 정류판 (23) 에 충돌함으로써 유속이 대폭 느려진다. 따라서, 스루풋을 실질적으로 저하시키지 않고 언로드실 (16) 내를 대기압으로 되돌릴 수 있고, 또한 가스류에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

여기서, 각 도입구 (24) 는, 정류판 (23) 에 대향하여 형성되어 있으면, 그 위치는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는, 각 도입구 (24) 를 정류판 (23) 의 중앙부에 대향하는 위치에 각각 형성하도록 하였다. 이로써, 기판 홀더 (11) 와 정류판 (23) 사이에는, 정류판의 둘레 방향에 걸쳐 거의 균일한 유속으로 벤트 가스가 흘러든다. 이로써 가스류에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 벤트 가스에 의해 각 기판 (S) 을 냉각시키는 경우에는, 복수의 각 기판 (S) 을 거의 균일한 온도로 냉각시킬 수 있다.

또한 상기 서술한 실시형태에서는, 평판으로 이루어지는 정류판 (23) 을 예시했지만, 정류판 (23) 의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 정류판 (23) 의 외주부에, 언로드실 (16) 의 상하 방향 중앙부를 향하여 경사지는 처마부 (25) 를 형성하도록 해도 된다. 이로써, 기판 홀더 (11) 와 정류판 (23) 사이에 흘러드는 벤트 가스의 유속이 더욱 느려져, 가스류에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

또 정류판 (23) 에는, 도 6 및 도 6 의 A-A´ 단면도인 도 7 에 나타내는 바와 같이, 복수의 송통 (送通) 구멍 (26) 을 형성하도록 해도 된다. 정류판 (23) 에 송통 구멍 (26) 을 형성하는 위치는, 특별히 한정되지 않지만, 각 기판 (S) 간에 대향하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 송통 구멍 (26) 이 기판 (S) 에 대향하여 형성되어 있으면, 송통 구멍 (26) 에 흘러드는 벤트 가스의 압력에 의해 기판 (S) 이 크게 변형될 우려가 있기 때문이다.

이와 같이 정류판 (23) 에 송통 구멍 (26) 을 형성함으로써, 예를 들어, 기판 (S) 의 대형화에 수반하여 정류판 (23) 이 대형화한 경우라도, 기판 홀더 (11) 의 중앙부와 외주부에 거의 균일한 유속으로 벤트 가스를 흘려넣을 수 있다.

또한 송통 구멍 (26) 은, 정류판 (23) 의 전체면에 걸쳐 거의 균등한 간격으로 형성하도록 해도 되지만, 중앙부측일수록 송통 구멍 (26) 의 간격이 좁아지도록 하는 것이 바람직하다. 또는 송통 구멍 (26) 을 정류판 (23) 의 전체면에 걸쳐 거의 균등한 간격으로 형성하고, 중앙부측일수록 송통 구멍 (26) 의 직경을 크게 하도록 해도 된다. 이로써, 언로드실 (16) 내 전체에 거의 균등하게 벤트 가스를 흘릴 수 있고, 예를 들어, 벤트 가스에 의해 기판 (S) 을 냉각시키는 경우라도, 각 기판 (S) 을 거의 균일하게 냉각시킬 수 있다.

또 상기 서술한 실시형태에서는, 이와 같은 정류판 (23) 에 대향하여 각각 하나의 도입구 (24) 를 형성하도록 했지만, 도입구 (24) 의 수는 특별히 한정되지 않고, 1 장의 정류판 (23) 에 대해 복수의 도입구 (24) 를 형성하도록 해도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 도입구 (24) 를 기판 홀더 (11) 의 양면측에 각각 형성하도록 했지만, 도입구 (24) 는 기판 홀더 (11) 의 일방면측에만 형성되어 있어도 된다. 이와 같은 구성으로 하더라도, 벤트 가스의 흐름에서 기인하는 기판 (S) 의 흠집이나 균열의 발생을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 물론, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 주지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능한 것이다.

예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 기판 홀더 (11) 로서 복수 장의 기판 (S) 을 유지한 구성을 예시했지만, 물론, 기판 홀더 (11) 는 1 장의 기판 (S) 을 유지하는 것이어도 된다. 또 예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 기판 (S) 을 수평 상태로 반송하는 가로형의 성막 장치를 예시했지만, 본 발명은, 물론, 세로형의 성막 장치 (진공 처리 장치) 에 채용할 수도 있다.

10 : 성막 장치
11 : 기판 홀더
12 : 로드 록실
13 : 가열실
14 : 진공 성막실
15 : 반송실
16 : 언로드실
17 : 게이트 밸브
18 : 오목부
19 : 관통공
20 : 롤러
21 : 샤프트
22 : 레일 부재
23 : 정류판
24 : 도입구
25 : 처마부
26 : 송통 구멍
S : 기판

Claims (5)

1. 진공 상태에서 기판을 처리하는 진공 처리실과,
   상기 진공 처리실에서 처리된 기판을 외부로 반출하기 위한 언로드실을 구비한 진공 처리 장치로서,
   상기 기판은, 당해 기판의 외주부가 기판 홀더에 지지된 상태로 상기 진공 처리실로부터 상기 언로드실로 반송되고,
   상기 언로드실 내에는, 가스원으로부터 공급되는 벤트 가스의 흐름을 규제하는 정류판이, 상기 언로드실 내로 반송된 기판의 표면에 대향하여 당해 기판을 덮도록 형성되어 있음과 함께,
   상기 언로드실 내에 벤트 가스를 도입하는 도입구가, 상기 정류판의 표면에 대향하여 형성되어 있고,
   상기 정류판이, 상기 기판의 양면에 각각 대향하여 형성되어 있고, 상기 도입구가, 각 정류판에 각각 대향하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 정류판의 외주부에는, 상기 기판측을 향하여 경사지는 처마부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 기판 홀더에는, 상기 기판이 복수 장 유지되어 있고,
   상기 정류판에는, 상기 기판 간에 대향하는 위치에 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.

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