KR20150010754A - 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
고휘도이며 신뢰성이 뛰어난 발광소자를 구성하는 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치를 제공한다. 이로 인하여, 발광소자의 보호막의 제작장치(10)에 있어서, 성막실(50)에서의 성막을 행하기 전에, 가열실(40A)에서 사파이어 기판(W)을 소정의 온도 이상으로 가열하고, 사파이어 기판(W)이 반송되기 전에 성막실(50)에서 플라즈마를 점등해 두며, 소정의 온도 이상으로 가열한 사파이어 기판(W)을 가열실(40A)로부터 성막실(50)로 반송하고, 당해 사파이어 기판(W)에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 성막실(50)에서 보호막을 성막한다.
Description
본 발명은, 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
에너지 절약으로 긴 수명을 실현할 수 있는 LED(Light Emitting Diode)가, 새로운 발광소자로서 기대되고 있다.
H. S. Yang et al., "Effect of inductively coupled plasma damage on performance of GaN-InGaN multiquantum-well light-emitting diodes", APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 102104, 2005
LED 소자에 있어서는, 통상, 소자를 보호하기 위한 절연막, 예를 들면, SiO(산화 규소)나 SiN(질화 규소)를 보호막으로서 형성하고 있다. 도 10에, LED 소자의 단면도를 도시한다. 도 10에 있어서, 부호 81은 사파이어 기판, 82는 n형 GaN층, 83은 발광층, 84는 p형 GaN층, 85는 투명 도전막, 86은 p전극, 87은 p전극 패드, 88은 n전극, 89는 n전극 패드, 90은 보호막이다. 도 10에 나타내는 LED 소자에 있어서는, p전극 패드(87), n전극 패드(89)의 범프 부분을 제외하고, 소자의 주위를 피복하도록, 보호막(90)이 형성되어 있으며, 이 보호막(90)에 의하여, 소자를 보호하고 있다.
일반적으로, 상기 서술한 보호막의 형성은, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 행해지고, 종래는, 도 11에 나타내는 플로우 차트의 제작 방법으로 실시되고 있다. 여기에서, 상기 서술한 보호막이 형성되는 전 단계의 LED 소자가 형성된 기판을, LED 기판이라 부르고, 도 11의 제작 방법의 설명을 행한다.
(1) LED 기판을 플라즈마 CVD 장치의 성막실로 반입한다(스텝 S31).
(2) 성막실에서 플라즈마를 점등하여 보호막의 성막을 개시한다(스텝 S32).
(3) 성막실에서 플라즈마를 소등하여 성막을 종료한다(스텝 S33).
(4) LED 기판을 성막실로부터 반출한다(스텝 S34).
플라즈마 CVD 장치에서는, 플라즈마 점화 시에 있어서, 플라즈마 발생용 전극의 임피던스가 높다. 이로 인하여, 플라즈마 점화 시까지는, 높은 전압이 플라즈마 발생용 전극 사이에 인가된다. 이 전극 사이에 존재하는 전자는, 높은 전압으로 가속되어, 플라즈마 점등 시까지, 고에너지 전자가 발생한다. 고에너지 전자는, 원료 가스를 이온화하여, 플라즈마 점화 시까지, 이온도 마찬가지로 가속되어, 에너지가 높은 이온이 발생한다. 높은 에너지를 가지는 이온은, LED의 특성을 열화시키는 것을 알 수 있으며(예를 들면, 비특허문헌 1 참조), 이로 인하여, 상기 서술한 종래의 제작 방법으로는, 이른바, 플라즈마 데미지가 발생하여, LED 특성이 열화되었다.
그리고, 상기 서술한 보호막을 형성할 때에, 성막 시의 기판 온도가 낮으면, 보호막의 밀도가 저하되어, 보호 성능(방수성)이 열화된다. 보호막 성능의 열화는, LED의 신뢰성의 저하로 이어지므로, 성막 시의 기판 온도를, 안정성이 높은 밀도의 보호막을 형성하는 소정의 온도 이상으로 하는 것이 중요하다.
플라즈마 CVD 장치에서는, 불활성 가스 등의 플라즈마를 이용하여, 기판을 가열 가능하며(플라즈마 가열), 성막실에 있어서, 상기 서술한 보호막을 형성하기 전에, 당해 플라즈마 가열에 의하여 기판 온도를 소정의 온도 이상으로 가열하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 플라즈마 점화 시에 높은 에너지의 이온이 발생하여, LED의 특성을 열화시키는 것, 예를 들면, LED에 사용되는 투명 도전막의 투과율이 저하되는 것을 알 수 있으며, 기판의 가열 수단으로서, 성막실에서의 플라즈마 가열은 적합하지 않다. 예를 들면, 플라즈마 가열로 230℃까지 가열한 경우에는, ITO(산화 인듐·주석) 등의 투명 도전막의 투과율(측정 파장 380~480nm)이 30~40% 정도 저하되었다. 또, 성막실에서 성막과 함께 기판의 플라즈마 가열도 행하면, 기판 1매당 처리 시간이 길어져, 생산성(스루풋)이 저하되어 버리므로, 이것도 고려하면, 플라즈마 가열은 피하는 것이 좋다.
또, 성막실에 있어서, 기판 이면으로부터 전열 가열하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 가열한 정전 척에 기판을 확실히 정전 흡착하여, 전열 가열하게 되지만, 정전 흡착에 의하여, 기판이 실온으로부터 급격하게 가열되게 되므로, 기판의 내부에서 온도차가 발생하게 된다. LED에 사용되는 사파이어 기판은, 기판 내부에 100℃ 이상의 온도차가 발생하면 열응력에 의하여 파손되기 쉬워지므로, 성막실에 있어서의 전열에 의한 가열도 피하는 것이 좋다.
이와 같이, 기판을 성막실 밖에서 가열하는 것이 좋으며, 그 경우, 성막실에서는 성막 처리에 전념할 수 있어, 생산성이 향상되므로, 성막실에서의 기판의 가열은 피해야 하는 것이다.
따라서, 상기 서술한 보호막을 형성하기 전에, 대기 중에서 기판을 가열하여, 기판 온도를 소정의 온도 이상으로 가열하는 것도 생각할 수 있다. 예를 들면, 대기 중의 반송 경로 도중에, 기판을 가열하는 히터 등을 마련하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 대기 중에서 기판을 가열하면, 산소의 영향에 의하여, LED에 사용되는 투명 도전막의 투과율이 저하되어, LED의 성능 저하가 일어난다. 예를 들면, 대기 중에서 230℃까지 가열한 경우에는, ITO 등의 투명 도전막의 투과율(측정 파장 380~480nm)이 3% 정도 저하되었다.
또, 대기 중에서 기판을 가열하는 경우, 성막실까지의 기판 반송 시간 중의 자연 냉각을 고려하여, 상기 서술한 소정의 온도보다 높은 온도(예를 들면, 300℃)까지 가열할 필요가 있다. 그러나, LED에 사용되는 투명 도전막, 예를 들면, ITO는, 230℃를 넘는 가열로 열화되므로, 230℃를 넘어 가열하는 것은 바람직하지 않다. 가령, 대기 중에서 기판을 230℃로 가열했다 하더라도, 기판의 반송 시간, 그리고, 진공 배기 시간을 고려하면, 성막실로 반송할 때에는, 기판 온도가 상기 서술한 소정의 온도 미만까지 냉각되어 버리므로, 현실적으로, 대기 중에서의 가열은 불가능하다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, LED에 사용되는 사파이어 기판은, 기판 내부에 100℃ 이상의 온도차가 발생하면 열응력에 의하여 파손되기 쉬워진다. 이로 인하여, 어떠한 가열 수단으로 가열한다 하더라도, 매우 균일하게 기판을 가열하는 것이 필요하다.
이와 같이, LED 소자의 보호막을 성막할 때에는, 플라즈마 데미지를 억제함과 함께, 소정의 온도 이상의 기판 온도로 보호막의 성막을 행할 필요가 있으며, 이들의 조건을 동시에 충족할 수 없으면, 고휘도이며 신뢰성이 뛰어난 LED를 제조하는 것은 어렵다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 고휘도이며 신뢰성이 뛰어난 발광소자를 구성하는 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제1 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
사파이어 기판 상에 형성된 발광소자를 보호하는 보호막을 제작하는 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 사파이어 기판을 진공 중에서 가열하는 가열실과,
상기 가열실에서 가열된 상기 사파이어 기판에, 진공 중에서 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 성막실과,
상기 가열실 및 상기 성막실로 상기 사파이어 기판을 진공 반송하는 반송 로봇과,
상기 가열실, 상기 성막실 및 상기 반송 로봇을 제어하는 제어수단을 가지고
상기 제어수단은,
상기 가열실을 이용하여, 상기 성막실에서의 성막을 행하기 전에, 상기 사파이어 기판을 소정의 온도 이상으로 가열하고,
상기 반송 로봇을 이용하여, 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판을 상기 가열실로부터 상기 성막실로 반송하며,
상기 성막실을 이용하여, 상기 사파이어 기판이 당해 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제2 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
상기 제1 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면에 근접하여 배치한 2개의 원적외선 히터를 가지고, 상기 2개의 원적외선 히터로부터의 복사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제3 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
상기 제1 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 원적외선 히터와, 상기 사파이어 기판과 상기 원적외선 히터의 주위를 둘러싸고, 또한, 층형상으로 복수 배치한 열반사판을 가지며, 상기 1개의 원적외선 히터로부터의 복사와 당해 복사의 상기 열반사판에서의 반사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제4 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
상기 제1 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 히터와, 당해 가열실에 불활성 가스 또는 질소 가스를 공급하는 가스 공급수단을 가지고, 당해 가열실에 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스를 공급하여, 분자류 영역의 압력보다 높은 압력으로 함과 함께, 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스의 대류 전열에 의하여, 상기 히터의 온도를 상기 사파이어 기판에 전열하여 가열하는 것인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제5 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
상기 제1~제4 중 어느 1개의 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 최초의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 최후의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때까지, 상기 플라즈마를 유지해 두는 것인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제6 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치는,
상기 제1~제4 중 어느 1개의 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 각각의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 각각의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때, 상기 플라즈마를 소등하는 것인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제7 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
사파이어 기판 상에 형성된 발광소자를 보호하는 보호막을 제작하는 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 사파이어 기판을 진공 중에서 가열하는 가열실과,
상기 가열실에서 가열된 상기 사파이어 기판에, 진공 중에서 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 성막실과,
상기 가열실 및 상기 성막실로 상기 사파이어 기판을 진공 반송하는 반송 로봇을 이용하고,
상기 성막실에서의 성막을 행하기 전에, 상기 가열실에서 상기 사파이어 기판을 소정의 온도 이상으로 가열하며,
상기 반송 로봇에 의하여 상기 사파이어 기판이 반송되기 전에, 상기 성막실에서 플라즈마를 점등해 두고,
상기 반송 로봇에 의하여 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판을 상기 가열실로부터 상기 성막실로 반송하고, 당해 사파이어 기판에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 성막실에서 상기 보호막을 성막하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제8 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
상기 제7 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면에 근접하여 배치한 2개의 원적외선 히터를 가지고, 상기 2개의 원적외선 히터로부터의 복사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제9 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
상기 제7 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 원적외선 히터와, 상기 사파이어 기판과 상기 원적외선 히터의 주위를 둘러싸고, 또한, 층형상으로 복수 배치한 열반사판을 가지며, 상기 1개의 원적외선 히터로부터의 복사와 당해 복사의 상기 열반사판에서의 반사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제10 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
상기 제7 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 히터와, 당해 가열실에 불활성 가스 또는 질소 가스를 공급하는 가스 공급수단을 가지고, 당해 가열실에 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스를 공급하여, 분자류 영역의 압력보다 높은 압력으로 함과 함께, 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스의 대류 전열에 의하여, 상기 히터의 온도를 상기 사파이어 기판에 전열하여 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제11 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
상기 제7~제10 중 어느 1개의 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 최초의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 최후의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때까지, 상기 플라즈마를 유지해 두는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제12 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법은,
상기 제7~제10 중 어느 1개의 발명에 기재된 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 각각의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 각각의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때, 상기 플라즈마를 소등하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 성막실에서의 성막의 개시 전에, 가열실에서 사파이어 기판을 소정의 온도 이상으로 가열하고, 소정의 온도 이상으로 가열한 사파이어 기판을, 반송 로봇으로 가열실로부터 성막실로 반송하고, 소정의 온도 이상으로 가열한 사파이어 기판이 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 가열실에서 가열된 사파이어 기판에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 보호막을 성막하므로, 플라즈마 점화에 따른 플라즈마 데미지를 억제함과 함께, 소정의 온도 이상의 기판 온도로 보호막의 성막을 행할 수 있어, 소자 데미지가 낮고, 막질이 양호한 보호막을 형성할 수 있다. 그 결과, 고휘도이며 신뢰성이 뛰어난 발광소자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치의 실시형태의 일례(실시예 1)를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 가열실을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 성막실을 나타내는 개략도이다.
도 4는 원적외선 히터의 표면 온도와 사파이어가 흡수하는 파장의 복사 에너지 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 기판의 가열 시간과 도달 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법의 실시형태의 일례(실시예 1)로서, 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 제작 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법의 실시형태의 다른 일례(실시예 2)로서, 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 제작 방법의 다른 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치의 실시형태의 다른 일례(실시예 3)로서, 도 2에 나타낸 가열실의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치의 실시형태의 다른 일례(실시예 4)로서, 도 2에 나타낸 가열실의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은 LED 소자 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 종래의 발광소자의 보호막의 제작 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 가열실을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 성막실을 나타내는 개략도이다.
도 4는 원적외선 히터의 표면 온도와 사파이어가 흡수하는 파장의 복사 에너지 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 기판의 가열 시간과 도달 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법의 실시형태의 일례(실시예 1)로서, 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 제작 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법의 실시형태의 다른 일례(실시예 2)로서, 도 1에 나타낸 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서의 제작 방법의 다른 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치의 실시형태의 다른 일례(실시예 3)로서, 도 2에 나타낸 가열실의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작장치의 실시형태의 다른 일례(실시예 4)로서, 도 2에 나타낸 가열실의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은 LED 소자 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 종래의 발광소자의 보호막의 제작 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
본 발명에 관한 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치의 실시형태에 대하여, 도 1~도 9를 참조하여, 그 설명을 행한다.
(실시예 1)
먼저, 본 실시예의 발광소자의 보호막의 제작장치(이후, 제작장치라 부른다.)의 장치 구성에 대하여 설명을 행한다. 여기에서, 도 1은, 본 실시예의 제작장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는, 그 제작장치에 있어서의 가열실을 나타내는 개략도이며, 도 3은, 그 제작장치의 성막실을 나타내는 개략도이다. 또, 도 4는, 도 2에 나타낸 가열실에 이용하는 원적외선 히터의 표면 온도와 사파이어가 흡수하는 파장의 복사 에너지 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 5는, 도 4에 나타낸 특성을 가지는 원적외선 히터에 의한 기판의 가열 시간과 기판의 도달 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에 있어서, 제작장치(10)는, 로드록(20), 반송실(30), 가열실(40A), 성막실(50) 및 냉각실(70)을 가진다. 로드록(20)은, 게이트밸브(d1)를 통하여, 반송실(30)과 접속되어 있으며, 게이트밸브(d1)의 개폐에 의하여, 로드록(20)과 반송실(30)을 연통 상태로 하거나, 로드록(20)을 반송실(30)로부터 폐쇄한 상태로 하거나 하고 있다.
마찬가지로, 가열실(40A)도, 게이트밸브(d2)를 통하여, 반송실(30)과 접속되어 있으며, 게이트밸브(d2)의 개폐에 의하여, 가열실(40A)과 반송실(30)을 연통 상태로 하거나, 가열실(40A)을 반송실(30)로부터 폐쇄한 상태로 하거나 하고 있다. 동일하게, 성막실(50)도, 게이트밸브(d3)를 통하여, 반송실(30)과 접속되어 있으며, 게이트밸브(d3)의 개폐에 의하여, 성막실(50)과 반송실(30)을 연통 상태로 하거나, 성막실(50)을 반송실(30)로부터 폐쇄한 상태로 하거나 하고 있다. 동일하게, 냉각실(70)도, 게이트밸브(d4)를 통하여, 반송실(30)과 접속되어 있으며, 게이트밸브(d4)의 개폐에 의하여, 냉각실(70)과 반송실(30)을 연통 상태로 하거나, 냉각실(70)을 반송실(30)로부터 폐쇄한 상태로 하거나 하고 있다.
로드록(20)에 있어서, 카세트(21)에는, 원형상의 기판(W)을 복수 수용하고 있으며, 이 카세트(21)를 로드록(20)의 내부에 세트하고 있다. 본 실시예의 경우, 기판(W)으로서는, 사파이어 등의 투명 기판이 적합하다.
또한, 기판(W) 대신에, 기판(W)과 같은 크기의 원형상의 트레이에 복수의 소경의 기판(예를 들면, 직경 100mm 이하의 기판)을 재치하고, 당해 트레이를 카세트(21)에 복수 수용하며, 트레이와 함께 소경의 기판을 반송하도록 해도 된다. 이 경우, 트레이는, 예를 들면, 소경의 기판을 재치하는 스폿 페이싱부(오목부), 또는, 소경의 기판을 지지하는 지지부를 가지는 관통공을 복수 마련한 구조이다.
이후의 설명에 있어서는, 기판(W)을 이용하여 설명을 행하지만, 상기 서술한 바와 같이, 기판(W) 대신에, 소경의 기판을 복수 재치한 트레이의 경우에도 적용 가능하므로, 그 경우에는, 기판(W)을 소경의 기판을 복수 재치한 트레이로 바꾸면 된다.
반송실(30)에 있어서, 그 중앙부분에는, 반송 로봇(31)이 배치되어 있다. 그리고, 반송 로봇(31)의 암(31a)에 마련된 로봇 핸드(31b)를 이용하여, 1매의 기판(W)을 지지하고, 로드록(20), 가열실(40A), 성막실(50) 및 냉각실(70)에 대한 반송을 행하고 있다. 예를 들면, 게이트밸브(d1)를 개방하여, 로드록(20)으로 암(31a)을 뻗게 하고, 기판(W)을 로봇 핸드(31b) 상에 실어, 기판(W)을 카세트(21)로부터 인출한다. 그 후, 게이트밸브(d2) 또는 게이트밸브(d3) 또는 게이트밸브(d4)를 개방하고, 가열실(40A) 또는 성막실(50) 또는 냉각실(70)로 암(31a)을 뻗게 하여, 기판(W)을 가열실(40A) 또는 성막실(50) 또는 냉각실(70)의 내부에 반송하게 된다.
본 실시예의 경우, 로드록(20)으로부터 성막실(50)까지의 진공 반송 경로(굵은 선 화살표) 도중에 가열실(40A)을 배치하고 있으며, 게이트밸브(d2)를 통하여, 반송실(30)의 측면에 가열실(40A)을 별도 마련하고 있다. 그리고, 성막실(50)에서의 성막 전에, 미리, 가열실(40A)에서 기판(W)을 가열하고, 그 후, 소정의 온도 이상으로 가열된 기판(W)을 성막실(50)로 반송하여, 그 기판(W) 상에 보호막을 성막하도록 하고 있다.
가열실(40A)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 게이트밸브(d2)에 의하여 구획되어 있다. 가열실(40A)의 내부는, 항상 고진공(≤1mTorr)으로 유지되고 있으며, 대류 열전도가 일어나지 않는 분자류 영역으로 되어 있다. 진공 상태의 가열실(40A)의 내부에 있어서, 기판(W)은, 지지핀(도시 생략)에 의하여 지지되고 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 상면을 원적외선에 의하여 복사 가열하는 원적외선 히터(41)가, 가열실(40A)의 천장측에 마련되고, 기판(W)의 하면(이면)을 원적외선에 의하여 복사 가열하는 원적외선 히터(42)가, 가열실(40A)의 바닥면측에 마련되어 있다. 이와 같이, 원적외선 히터(41, 42)는, 기판(W)의 상면 및 이면에 근접하여, 비접촉으로 배치되어 있으며, 원적외선 히터(41, 42)로부터의 원적외선의 복사에 의하여, 기판(W)의 양면을 가열하는 구성이다.
원적외선 히터(41, 42)는, 예를 들면, 원반형이며, 피가열 대상이 되는 원형상의 기판(W)은, 원적외선 히터(41, 42)의 중앙에 배치한다. 다만, 상기 서술한 바와 같이, 기판(W) 대신에, 소경의 기판을 복수 재치한 트레이를 복사 가열하도록 해도 된다. 이 경우, 트레이는, 소경의 기판을 지지하는 지지부를 가지는 관통공을 복수 마련한 구조가 좋고, 그 경우, 관통공을 통하여, 소경의 기판의 이면을 효율적으로 복사 가열할 수 있다.
가열실(40A)의 내벽은, 효율적으로 열반사할 수 있도록 경면 연마되어 있다. 또, 게이트밸브(d2)의 밸브체도, 효율적으로 열반사할 수 있도록 경면 연마되어 있다. 이러한 구성에 의하여, 원적외선 히터(41, 42)로부터의 복사열을 가열실(40A)의 내부에 가두어, 기판(W)을 효율적으로 가열하도록 하고 있다.
상기 서술한 바와 같이, 가열실(40A)은, 기판(W)을 양면으로부터 복사 가열하는 구조로 되어 있다. 이것은, 양면으로부터 기판(W)을 가열함으로써, 기판(W)을 고속(단시간)으로 가열할 수 있음과 함께, 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있기 때문이다. 그 결과, 기판(W)의 내부에 온도차를 발생시키지 않고 가열할 수 있고, 열응력에 의한 기판(W)의 변형, 파손을 회피할 수 있다. 특히, 사파이어 기판은, 상기 서술한 바와 같이, 기판(W)의 내부에 100℃ 이상의 온도차가 발생하면, 열응력에 의하여 파손되기 쉬워지므로, 상기 구성에 의하여, 사파이어 기판의 변형, 파손을 회피할 수 있다.
또, 사파이어는, 파장 5~8, 15~18, 32㎛ 이후에 적외광 흡수 특성이 있다. 할로겐 램프에 의하여 실리콘 기판을 진공 중에서 램프 가열하는 장치는 종래부터 알려져 있지만, 이 할로겐 램프의 석영관은, 5㎛보다 긴 파장을 통과시키지 않으므로, 실리콘 기판용의 램프 가열 장치를 이용하여, 사파이어 기판을 진공 중에서 복사 가열할 수 없다.
따라서, 본 실시예에 있어서는, 사파이어 기판을 복사 가열하는 것을 고려하여, 원적외선(예를 들면, 파장 3㎛ 이상의 적외선)을 복사하는 원적외선 히터(41, 42)를 이용하고 있다. 예를 들면, 원적외선 히터(41, 42)로서는, SUS(스테인리스 스틸) 파이프의 내부에 발열 코일을 마련함과 함께, 내열 절연재(예를 들면, MgO; 산화 마그네슘)를 충전하여 일체화한 발열체를 형성하고, 그 표면에 원적외선을 방출하는 원적외선 피막(예를 들면, 카본계 세라믹)을 코팅한 것 등이 사용 가능하다. 이러한 원적외선 히터를 이용한 경우, 사파이어가 흡수하는 파장의 복사 에너지 밀도는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흑체 방사에 가까운 효율이다. 예를 들면, 그 원적외선 히터의 표면 온도가 600℃인 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 에너지 밀도 0.4~0.5W/cm2를 얻을 수 있다. 그 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 실온으로부터 300℃까지 130초 정도로 사파이어 기판(직경 150mm, 두께 1.3mm)을 가열 가능하고, 사파이어 기판의 가열 시간의 단축이 가능하다.
사파이어 기판 상의 LED 소자에 성막실(50)에서 보호막을 성막할 때, 안정성이 높은 밀도의 보호막을 형성하는 소정의 온도로서는, 성막 개시 시에 있어서 사파이어 기판을 적어도 200℃로 해둘 필요가 있다. 이로 인하여, 가열실(40A)에 있어서는, 사파이어 기판을 210~220℃까지 가열하고, 그 온도로 기판(W)을 취출하도록 하고 있다. 이 경우, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 90초 정도로 사파이어 기판을 실온으로부터 220℃까지 가열 가능하다. 이 가열 시간은, 성막실(50)에서 성막하는 시간보다 짧을 필요가 있으며, 가열실(40A)에서의 가열 시간을 짧게 하고 싶은 경우에는, 원적외선 히터(41, 42)의 표면 온도를 보다 높게 설정하면 된다. 기판(W)을 취출하는 타이밍으로서는, 포화 온도에서 기판(W)을 취출하는 것으로 하면, 온도 관리는 확실하게 되지만, 포화 온도까지 기다릴 필요가 있어, 시간이 걸린다. 이로 인하여, 상기 서술한 210~220℃로 가열된 타이밍에 기판(W)을 취출하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가열실(40A)에 있어서, 원적외선 히터(41, 42)의 가열에 의한 사파이어 기판의 포화 온도가, 210~220℃보다 높아지도록, 원적외선 히터(41, 42)의 표면 온도를 설정해 두면 된다. 그렇게 하면, 사파이어 기판이 포화 온도에 도달하기 전에, 원하는 온도 범위 210~220℃로 가열되어, 가열 시간의 단축을 도모할 수 있다.
이러한 구성의 가열실(40A)을 이용하여, 성막 처리 전에 기판(W)을 미리 가열함으로써, 높은 생산성이 얻어지며, 또, 기판(W)의 온도를 소정의 온도 이상으로 하여 성막 개시하므로, 막질이 양호한(막밀도가 높고, 에칭 레이트가 낮은) 보호막을 형성할 수 있게 된다. 예를 들면, 230℃까지 가열한 경우, ITO 등의 투명 도전막의 투과율(측정 파장 380~480nm)의 저하는 보이지 않았다.
한편, 성막실(50)은, 공지의 플라즈마 CVD 장치여도 되지만, 본 실시예의 경우, 후술하는 제작 방법을 고려하면, ICP(Inductively Coupled Plasma; 유도 결합 플라즈마)형의 플라즈마 발생 기구를 가지는 것이 좋다.
구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 성막실(50)은, 진공 용기(51)가 되는 통형상 용기(52)와 천장판(53)을 가지고 있고, 원통형상의 통형상 용기(52)의 상부 개구부를 폐쇄하도록, 세라믹제의 원판형상의 천장판(53)이 배치되어 있다. 통형상 용기(52)에는, 내부를 진공 상태로 하는 진공장치(54)가 접속되어 있어, 진공 용기(51)의 내부를 높은 진공도로 유지 가능하다.
천장판(53)의 상방(바로 윗쪽)에는, 복수의 원형 링으로 이루어지는 고주파 안테나(55)가 배치되어 있고, 고주파 안테나(55)에는 정합기(56)를 통하여 고주파 전원(57)이 접속되어 있다. 이 고주파 전원(57)은, 후술하는 저주파 전원(67)보다 높은 발진 주파수(예를 들면, 13.56MHz)를 고주파 안테나(55)에 급전 가능하게 되어 있으며, 입사창이 되는 천장판(53)을 투과하여, 플라즈마(P)를 생성하기 위한 고주파 전자파(RF)를 진공 용기(51) 내로 입사 가능하게 되어 있다. 이것은, 이른바, ICP형의 플라즈마 발생 기구의 구성이다.
또, 통형상 용기(52)의 측벽 부분에는, 천장판(53)보다 낮고, 후술하는 재치대(62)보다 높은 위치에 복수의 가스 노즐(58)이 마련되어 있고, 가스 노즐(58)로부터 진공 용기(51)의 내부에, 원하는 가스를 원하는 유량으로 공급 가능하게 되어 있다. 공급되는 가스는, 프로세스에 따라 변경되고, 보호막(예를 들면, 산화 규소막, 질화 규소막)의 프로세스에는, 원료 가스가 되는 SiH4, N2, O2 등이 사용된다.
또, 통형상 용기(52)의 하부에는, 지지대(61)가 설치되어 있고, 이 지지대(61) 상에, 성막 대상인 기판(W)을 재치하는 재치대(62)가 설치되어 있다. 재치대(62)의 내부에는 가열을 위한 히터(63)가 설치되어 있고, 이 히터(63)는 제어장치(제어수단; 도시 생략)에 의하여 온도가 조정되고 있다. 이로써, 플라즈마 처리 중의 기판(W)을 소정의 온도 이상으로 유지, 제어할 수 있다.
또, 재치대(62)에는, 전극(64)이 마련되어 있고, 이 전극(64)에는, 콘덴서(65), 정합기(66)를 통하여 저주파 전원(67)이 접속되어 있다. 저주파 전원(67)은, 고주파 전원(57)보다 낮은 발진 주파수(예를 들면, 4MHz)를 전극(64)에 인가하고, 기판(W)에 바이어스 파워를 인가할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 서술한 전극(64)에는, 기판(W)을 정전 흡착하는 직류의 정전 전원(68)이 접속되어 있어, 재치대(62) 상에 기판(W)을 흡착 지지 가능하게 하고 있다. 이 정전 전원(68)은, 고주파 전원(57)이나 저주파 전원(67)의 파워가 통과하지 못하도록, 로우패스필터(LPF) (69)를 통하여 접속되어 있다.
기판(W)은, 통형상 용기(52)의 측벽에 마련한 게이트밸브(d3)를 이용하여, 재치대(62) 상에 반송 가능하게 되어 있고, 재치대(62) 상에 기판(W)을 재치함으로써, 기판(W)이 진공 용기(51)에 수용된다. 그 후, 게이트밸브(d3)를 폐쇄하여, 제어장치에 의하여, 후술하는 제작 방법이 실시된다.
또, 성막실(50)에서의 성막 후, 성막실(50)로부터 로드록(20)까지의 진공 반송 경로(굵은 선 화살표) 도중에, 카세트(21)의 내열 온도 이하까지 기판(W)을 냉각하는 냉각실(70)을 설치해도 된다. 본 실시예의 경우, 냉각실(70)은, 게이트밸브(d4)를 통하여, 반송실(30)의 측면에 별도 마련되어 있다. 냉각실(70)도, 가열실(40A)과 마찬가지로, 냉각 시에 있어서의 기판(W)의 내부에 온도차를 발생시키지 않도록 하기 위해, 예를 들면, 지지핀에 의하여 기판(W)을 지지하여, 기판(W)의 양면으로부터 방사 냉각할 수 있는 구조로 하고 있다. 다만, 기판(W)을 균일하게 냉각할 수 있으면, 다른 구조여도 된다.
이상 설명한 구성을 가지는 제작장치(10)에 있어서, 제어장치를 이용하여 실시하는 발광소자의 보호막의 제작 방법의 일례를, 도 6의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 다만, 이하에 나타내는 본 실시예의 제작 방법은, 후술하는 실시예 3, 4에도 적용 가능하다. 또, 여기에서는, 기판(W)은, 일례로서, LED 기판으로 한다.
먼저, LED 기판(보호막이 형성되는 전 단계의 LED 소자가 형성된 기판)을 카세트(21)에 복수 수용하고, 그 카세트(21)를 로드록(20)에 세트한다(스텝 S1).
다음으로, 로드록(20)을 감압(진공 배기)하고, 그 후, 게이트밸브(d1)를 개방하며, 반송 로봇(31)을 이용하여, LED 기판을 카세트(21)로부터 인출한다. 그 후, 게이트밸브(d2)를 개방하여, 가열실(40A)로 LED 기판을 반입한다(스텝 S2).
다음으로, 게이트밸브(d2)를 폐쇄한 후, 가열실(40A)에 있어서, 원적외선 히터(41, 42)의 복사 가열에 의하여, LED 기판을 가열한다(스텝 S3). 여기에서는, 원적외선 히터(41, 42)의 표면 온도와 가열 시간과의 관계로부터 LED 기판의 도달 온도를 미리 계측해 두고, 성막 처리에 적합한 소정의 온도 이상으로 가열할 수 있는 예정 시간을 구해 둔다. 상기 서술한 바와 같이, 가열실(40A)에 있어서, 원적외선 히터(41, 42)의 가열에 의한 LED 기판의 포화 온도가, 원하는 온도보다 높아지도록, 원적외선 히터(41, 42)의 표면 온도를 설정해 두면, 포화 온도에 도달하기 전에, LED 기판이 원하는 온도로 가열된다. 그리고, 미리, 원하는 온도로 가열할 수 있는 예정 시간을 구해 두면, 적절한 시간에 LED 기판을 취출할 수 있어, 가열 시간의 단축을 도모할 수 있다.
구한 예정 시간을 경과한 후에, 게이트밸브(d2)를 개방하여, LED 기판을 가열실(40A)로부터 반출한다(스텝 S4). 가열실(40A)로부터 LED 기판을 인출했을 때, 또는, 성막실(50)에 LED 기판을 반입하기 전에, 예를 들면, 방사 온도계 등을 이용하여, LED 기판의 온도가 원하는 온도 범위인지 확인하도록 해도 된다. 예를 들면, 사파이어 기판의 경우, 소정의 온도가 200℃이므로, 원하는 온도 범위로서는, 210~220℃의 범위가 좋다.
성막실(50)에 있어서, 불활성 가스나 희가스 등을 이용하여, LED 기판을 반입하기 전에, 플라즈마(P)가 이미 점등하고 있는 상태로 해 둔다(스텝 S5). 플라즈마 점등의 타이밍으로서는, 최초의 LED 기판이 반입되기 전이면, 어느 타이밍에 점등해도 되고, 본 실시예의 경우, 일단 점등한 후에는, 카세트(21)에 수용된 LED 기판의 처리가 모두 종료될 때까지, 플라즈마(P)의 점등을 유지해 둔다. 이와 같이, 플라즈마(P)를 유지함으로써, 플라즈마 점등 시에 발생하는 플라즈마 데미지에 의한 LED 특성의 열화를 억제할 수 있고, 또, 플라즈마 점등, 소등의 제어의 수고를 생략할 수도 있다.
게이트밸브(d3)를 개방하여, 플라즈마(P)가 점등한 상태의 성막실(50)의 재치대(62) 상으로 LED 기판을 반입하고(스텝 S6), 그 후, 게이트밸브(d3)를 폐쇄하여, 원료 가스를 공급하고, 성막실(50)에서 보호막의 성막 처리를 실시한다(스텝 S7). 이 성막 처리 시에는, 소정의 온도 이상으로 성막이 행해지므로, 성막되는 막의 막질(에칭 레이트, 투과율 등)이 안정적이고, 디바이스의 수율이 향상되게 된다.
성막 처리의 종료 후, 플라즈마(P)가 점등한 상태의 성막실(50)로부터 LED 기판을 취출하고, 그 후, 직접 또는 냉각실(70)에서 냉각한 후, LED 기판을 카세트(21)로 되돌린다(스텝 S8).
이러한 스텝 S2~S8의 순서가, 카세트(21)에 수용된 모든 LED 기판에 대해서 실시되고, 모든 LED 기판에 있어서, 성막실(50)의 플라즈마(P)가 미리 점등한 상태에서, 소정의 온도로 성막 처리가 개시되게 된다.
이렇게 하여, 성막실(50)의 플라즈마(P)를 미리 점등한 상태로 하고 있어, 종래와 같이, LED 기판을 성막실(50)에 설치한 후, 플라즈마 점화를 하는 일은 없으므로, 특성 열화를 방지할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 데미지에 의한 LED 특성의 열화를 억제할 수 있다.
예를 들면, 1000~1700V의 ESD(Electrostatic Discharge) 내성을 가지는 보호막을 형성하고, 이 보호막에 대해서, 종래의 제작 방법(도 11 참조)과 동일하게, 성막실 내에 기판을 설치한 후에 플라즈마를 점등한 경우와, 본 실시예의 제작 방법과 동일하게, 성막실에서 미리 플라즈마를 점등한 후에 성막실 내에 기판을 설치한 경우에 대하여, ESD 내성의 변화를 비교했다. 다만, 이 ESD 내성은, 정전기 시험(JIS C 61340-3-1: 일본 공업표준 조사회(Japanese Industrial Standards Committee) 심의, "정전기-제3-1부: 정전기의 영향을 시뮬레이션하는 방법-인체 모델(HBM)의 정전기 방전 시험 파형", 일본 규격 협회(Japanese Standards Association), 2010년 2월 22일 개정)을 이용하여 평가했다. 종래의 제작 방법에 의한 보호막의 ESD 내성이, 0~600V 정도까지 저하되는 것에 비하여, 본 실시예의 제작 방법에 의한 보호막의 ESD 내성은, 1000~1700V이며, 이것은, 당초의 상태와 동일했다.
(실시예 2)
도 7은, 실시예 1에서 설명한 제작장치(10)에 있어서, 제어장치를 이용하여 실시하는 발광소자의 보호막의 제작 방법의 다른 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 다만, 이하에 나타내는 본 실시예의 제작 방법은, 후술하는 실시예 3, 4에도 적용 가능하다. 또, 여기에서도, 기판(W)은, 일례로서, LED 기판으로 한다.
먼저, LED 기판을 카세트(21)에 복수 수용하고, 그 카세트(21)를 로드록(20)에 세트한다(스텝 S11).
다음으로, 로드록(20)을 감압(진공 배기)하고, 그 후, 게이트밸브(d1)를 개방하며, 반송 로봇(31)을 이용하여, LED 기판을 카세트(21)로부터 인출한다. 그 후, 게이트밸브(d2)를 개방하여, 가열실(40A)로 LED 기판을 반입한다(스텝 S12).
다음으로, 게이트밸브(d2)를 폐쇄한 후, 가열실(40A)에 있어서, 원적외선 히터(41, 42)의 복사 가열에 의하여, LED 기판을 가열한다(스텝 S13). 여기에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 성막 처리에 적합한 소정의 온도 이상으로 가열할 수 있는 예정 시간을 구해 둔다.
구한 예정 시간을 경과한 후에, 게이트밸브(d2)를 개방하여, LED 기판을 가열실(40A)로부터 반출한다(스텝 S14). 이 때, 실시예 1과 마찬가지로, LED 기판의 온도가 원하는 온도 범위인지 확인하도록 해도 된다.
성막실(50)에 있어서, 불활성 가스나 희가스 등을 이용하여, LED 기판을 반입하기 전에, 플라즈마(P)가 이미 점등하고 있는 상태로 해 둔다(스텝 S15). 실시예 1에서는, 플라즈마(P)를 일단 점등한 후에는, 카세트(21)에 수용된 LED 기판의 처리가 모두 종료될 때까지, 플라즈마(P)의 점등을 유지하고 있었다. 한편, 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 1매의 LED 기판에 대한 성막 처리가 종료되면, 플라즈마(P)를 소등하므로, 각각의 LED 기판을 반입하기 전에, 성막실(50)에 있어서, 플라즈마(P)가 이미 점등하고 있는 상태로 해 둔다. 플라즈마 점등의 타이밍으로서는, 전의 LED 기판을 성막실(50)로부터 반출한 후이며, 다음의 LED 기판이 반입되기 전이면, 어느 타이밍에 점등해도 되지만, LED 기판을 반입하기 직전으로 하면, 플라즈마 조사 시간을 보다 짧게 할 수 있어, 전력 소비량을 보다 저감할 수 있다.
게이트밸브(d3)를 개방하고, 플라즈마(P)가 점등한 상태의 성막실(50)의 재치대(62) 상으로 LED 기판을 반입하고(스텝 S16), 그 후, 게이트밸브(d3)를 폐쇄하여, 원료 가스를 공급하고, 성막실(50)에서 보호막의 성막 처리를 실시한다(스텝 S17). 이 성막 처리 시에는, 소정의 온도 이상으로 성막이 행해지므로, 성막되는 막의 막질(에칭 레이트, 투과율 등)이 안정적이고, 디바이스의 수율이 향상되게 된다.
성막 처리의 종료 후, 플라즈마를 소등하여(스텝 S18), 플라즈마가 소등된 상태의 성막실(50)로부터 LED 기판을 취출하고, 그 후, 직접 또는 냉각실(70)에서 냉각한 후, LED 기판을 카세트(21)로 되돌린다(스텝 S19).
이러한 스텝 S12~S19의 순서가, 카세트(21)에 수용된 모든 LED 기판에 대해서 실시되며, 모든 LED 기판에 있어서, 성막실(50)의 플라즈마(P)가 미리 점등한 상태에서, 소정의 온도로 성막 처리가 개시되게 된다.
이렇게 하여, 성막실(50)의 플라즈마(P)를 미리 점등한 상태로 하고 있으며, 종래와 같이, LED 기판을 성막실(50)에 설치한 후, 플라즈마 점화를 하는 일은 없으므로, 특성 열화를 방지할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 데미지에 의한 LED 특성의 열화를 억제할 수 있다.
(실시예 3)
도 8은, 실시예 1에서 설명한 제작장치(10)에 있어서의 가열실의 다른 일례를 나타내는 개략도이다. 또한, 본 실시예에 있어서, 도 2에 나타낸 실시예 1의 가열실(40A)과 동등한 구성에는 동일한 부호를 붙여 설명을 행한다.
본 실시예의 경우도, 로드록(20)으로부터 성막실(50)까지의 진공 반송 경로 도중에 가열실(40B)을 배치한다. 구체적으로는, 실시예 1과 마찬가지로, 게이트밸브(d2)를 통하여, 반송실(30)의 측면에 가열실(40B)을 별도 마련하고 있다. 그리고, 성막실(50)에서의 성막 전에, 미리, 가열실(40B)에서 기판(W)을 가열하고, 그 후, 소정의 온도 이상으로 가열된 기판(W)을 성막실(50)로 반송하여, 그 기판(W) 상에 보호막을 성막하도록 하고 있다.
가열실(40B)도, 게이트밸브(d2)에 의하여 구획되어 있고, 그 내부는, 항상 고진공(≤1mTorr)으로 유지되고 있으며, 대류 열전도가 일어나지 않는 분자류 영역으로 되어 있다. 진공 상태의 가열실(40B)의 내부에 있어서, 기판(W)은, 지지핀(도시 생략)에 의하여 지지되고 있다. 그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 상면을 원적외선에 의하여 복사 가열하는 원적외선 히터(41)가, 가열실(40B)의 천장측에 마련되어 있고, 이 원적외선 히터(41)가, 기판(W)의 상면에 근접하여, 비접촉으로 배치되어 있다. 한편, 가열실(40B)의 바닥면측에는, 실시예 1과 달리, 기판(W)의 이면을 복사 가열하는 히터는 마련되어 있지 않지만, 대신에, 기판(W) 및 원적외선 히터(41)의 주위를 둘러싸듯이, 열반사판(43)이 복수의 층형상으로 배치되어 있다.
이 열반사판(43)은, 얇고 경면 연마된 금속(예를 들면, 0.1mm 두께로 버프 연마한 SUS304 시트)으로 이루어지며, 층형상의 열반사판(43)의 층 방향으로는 열전도하지 않고, 복사율이 낮은 표면을 가지는 것이다. 이러한 열반사판(43)을 배치함으로써, 1개의 원적외선 히터(41)로부터의 복사열을 반사하여 열반사판(43)의 내측에 가두는 구조로 하고 있다. 또한, 기판(W)의 반송 경로(점선 화살표 참조) 상에 열반사판(43)을 마련할 수 없으므로, 이 반송 경로의 부분만 개구하여, 열반사판(43)을 설치할 수 없는 범위를 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 1개의 원적외선 히터(41)와 기판(W) 및 원적외선 히터(41)를 둘러싸는 열반사판(43)에 의하여, 원적외선 히터(41)로부터의 원적외선의 복사를 이용하여, 기판(W)의 양면을 가열하는 구성이다.
이렇게 하여, 가열실(40B)은, 원적외선 히터(41)로부터의 복사와 당해 복사의 열반사판(43)에서의 반사에 의하여, 기판(W)을 양면으로부터 복사 가열하는 구조로 되어 있다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로, 양면으로부터 기판(W)을 가열함으로써, 기판(W)을 고속(단시간)으로 가열할 수 있음과 함께, 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 내부에 온도차를 발생시키지 않고 가열할 수 있고, 열응력에 의한 기판(W)의 변형, 파손을 회피할 수 있다.
또, 이러한 구성의 가열실(40B)을 이용하여, 성막 처리 전에 기판(W)을 미리 가열함으로써, 높은 생산성이 얻어지고, 또, 기판(W)의 온도를 소정의 온도 이상으로 하여 성막 개시하므로, 막질이 양호한(막밀도가 높고, 에칭 레이트가 낮은) 보호막을 형성할 수 있게 된다.
본 실시예의 경우, 기판(W)의 상면을 복사 가열하는 원적외선 히터(41)를 1개 마련한 구성으로 하고 있지만, 대신에, 기판(W)의 이면을 복사 가열하는 원적외선 히터(42)를 1개 마련한 구성으로 해도 된다. 어느 경우에도, 원적외선 히터(41) 또는 원적외선 히터(42)의 반대측의 면에는, 열반사판(43)이 설치되어 있으므로, 기판(W)을 충분히 가열할 수 있다. 또, 1개의 히터여도 되므로, 실시예 1에 나타낸 가열실(40A)보다 저코스트, 간단하고, 경량인 구성으로 할 수 있다.
특히, 소경의 기판을 재치하는 스폿 페이싱부(오목부)을 복수 마련한 구조의 트레이를 이용하는 경우, 기판의 이면은 트레이에 면하므로, 실시예 1의 가열실(40A)과 같이 양면으로부터 가열할 필요는 없고, 편면으로부터의 가열, 특히 상면으로부터의 가열로 충분하며, 이 경우, 트레이를 부주의하게 가열하는 일도 없어진다.
(실시예 4)
도 9는, 실시예 1에서 설명한 제작장치(10)에 있어서의 가열실의 또 다른 일례를 나타내는 개략도이다. 다만, 본 실시예에 있어서, 도 2에 나타낸 실시예 1의 가열실(40A)과 동등한 구성에는 동일한 부호를 붙여 설명을 행한다.
본 실시예의 경우도, 로드록(20)으로부터 성막실(50)까지의 진공 반송 경로 도중에 가열실(40C)을 배치한다. 구체적으로는, 실시예 1과 마찬가지로, 게이트밸브(d2)를 통하여, 반송실(30)의 측면에 가열실(40C)을 별도 마련하고 있다. 그리고, 성막실(50)에서의 성막 전에, 미리, 가열실(40C)에서 기판(W)을 가열하고, 그 후, 소정의 온도 이상으로 가열된 기판(W)을 성막실(50)로 반송하여, 그 기판(W) 상에 보호막을 성막하도록 하고 있다.
가열실(40C)도, 게이트밸브(d2)에 의하여 구획되어 있다. 가열실(40C)의 내부는, 진공(<1Pa)으로 배기 가능하지만, 본 실시예의 경우, 가열실(40C)에 가스 노즐(44)(가스 공급수단)을 마련하고, 이 가스 노즐(44)을 이용하여, 불활성 가스 또는 N2를 가열실(40C)의 내부에 공급하고, 그 진공도를, 분자류 영역의 압력보다 높은 압력, 즉, 대류 열전도가 가능한 압력(예를 들면, 대류가 있는 1mTorr 이상의 압력)으로 하고 있다.
이러한 불활성 가스 또는 N2 분위기의 가열실(40C)의 내부에 있어서, 기판(W)은, 지지핀(도시 생략)에 의하여 지지되고 있다. 그리고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 가열실(40C)의 바닥면측에 히터(45)가 마련되어 있고, 이 히터(45)가, 기판(W)의 이면에 근접하여, 비접촉으로 배치되어 있다. 이 히터(45)는, 실시예 1과 마찬가지로, 원적외선에 의하여 복사 가열하는 것이어도 되지만, 본 실시예의 경우, 분위기에 의한 대류 열전도를 이용하고 있으므로, 히터(45)가 300℃ 정도의 온도가 되는 것이라면, 어떠한 히터여도 된다. 또, 실시예 1의 가열실(40A)과 같이, 내벽을 경면 연마하거나, 실시예 2의 가열실(40B)과 같이, 열반사판(43)을 배치하거나 할 필요도 없다.
이렇게 하여, 가열실(40C)은, 기판(W)을 주위로부터 대류 전열 가열하는 구조로 되어 있다. 그리고, 주위로부터 기판(W)을 가열함으로써, 기판(W)을 고속(단시간)으로 가열할 수 있음과 함께, 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 내부에 온도차를 발생시키지 않고 가열할 수 있고, 열응력에 의한 기판(W)의 변형, 파손을 회피할 수 있다. 예를 들면, N2 분위기, 압력 1Torr로 가열한 경우, 90초 정도로 230℃까지 가열할 수 있었다. 또, 이 때, ITO 등의 투명 도전막의 투과율(측정 파장 380~480nm)의 저하도 보이지 않았다.
또, 이러한 구성의 가열실(40C)을 이용하여, 성막 처리 전에 기판(W)을 미리 가열함으로써, 높은 생산성이 얻어지고, 또, 기판(W)의 온도를 소정의 온도 이상으로 하여 성막 개시하므로, 막질이 양호한(막밀도가 높고, 에칭 레이트가 낮은) 보호막을 형성할 수 있게 된다.
본 실시예의 경우, 가열실(40C)의 바닥면측에 히터(45)를 1개 마련하고 있지만, 가열실(40C)의 천장측에 히터를 1개 마련해도 된다. 어느 경우에도, 기판(W)을 주위로부터 대류 전열 가열하므로, 기판(W)을 충분히 가열할 수 있다. 또, 1개의 히터여도 되므로, 실시예 1에 나타낸 가열실(40A)보다 저코스트, 간단하고, 경량인 구성으로 할 수 있다.
특히, 소경의 기판을 재치하는 스폿 페이싱부(오목부)을 복수 마련한 구조의 트레이를 이용하는 경우, 기판의 이면은 트레이에 면하므로, 실시예 1의 가열실(40A)과 같이 양면으로부터 가열할 필요는 없고, 편면으로부터의 가열, 특히 상면으로부터의 가열로 충분하며, 이 경우, 트레이를 부주의하게 가열하는 일도 없어진다.
또, 소경의 기판을 지지하는 지지부를 가지는 관통공을 복수 마련한 구조의 트레이를 이용하는 경우, 기판의 이면측에 관통공이 있고, 기판의 이면에 대류 열전도에 이용하는 분위기가 직접 접촉하므로, 소경의 기판의 이면을 효율적으로 대류 전열 가열할 수 있다. 이 경우에도, 실시예 1의 가열실(40A)과 같이 양면으로부터 가열할 필요는 없고, 편면으로부터의 가열, 특히 이면으로부터의 가열로도 충분하다.
본 발명은, 발광소자의 보호막의 제작 방법 및 장치로서 적합한 것이다.
31 반송 로봇
40A, 40B, 40C 가열실
41, 42 원적외선 히터
43 열반사판
44 가스 노즐
45 히터
50 성막실
40A, 40B, 40C 가열실
41, 42 원적외선 히터
43 열반사판
44 가스 노즐
45 히터
50 성막실
Claims (12)
- 사파이어 기판 상에 형성된 발광소자를 보호하는 보호막을 제작하는 발광소자의 보호막의 제작장치에 있어서,
상기 사파이어 기판을 진공 중에서 가열하는 가열실과,
상기 가열실에서 가열된 상기 사파이어 기판에, 진공 중에서 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 성막실과,
상기 가열실 및 상기 성막실로 상기 사파이어 기판을 진공 반송하는 반송 로봇과,
상기 가열실, 상기 성막실 및 상기 반송 로봇을 제어하는 제어수단을 가지고,
상기 제어수단은,
상기 가열실을 이용하여, 상기 성막실에서의 성막을 행하기 전에, 상기 사파이어 기판을 소정의 온도 이상으로 가열하고,
상기 반송 로봇을 이용하여, 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판을 상기 가열실로부터 상기 성막실로 반송하며,
상기 성막실을 이용하여, 상기 사파이어 기판이 당해 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면에 근접하여 배치한 2개의 원적외선 히터를 가지고, 상기 2개의 원적외선 히터로부터의 복사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 원적외선 히터와, 상기 사파이어 기판과 상기 원적외선 히터의 주위를 둘러싸고, 또한, 층형상으로 복수 배치한 열반사판을 가지며, 상기 1개의 원적외선 히터로부터의 복사와 당해 복사의 상기 열반사판에서의 반사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 히터와, 당해 가열실에 불활성 가스 또는 질소 가스를 공급하는 가스 공급수단을 가지고, 당해 가열실에 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스를 공급하여, 분자류 영역의 압력보다 높은 압력으로 함과 함께, 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스의 대류 전열에 의하여, 상기 히터의 온도를 상기 사파이어 기판에 전열하여 가열하는 것인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 최초의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 최후의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때까지, 상기 플라즈마를 유지해 두는 것인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 각각의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 각각의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때, 상기 플라즈마를 소등하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작장치. - 사파이어 기판 상에 형성된 발광소자를 보호하는 보호막을 제작하는 발광소자의 보호막의 제작 방법에 있어서,
상기 사파이어 기판을 진공 중에서 가열하는 가열실과,
상기 가열실에서 가열된 상기 사파이어 기판에, 진공 중에서 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 보호막을 성막하는 성막실과,
상기 가열실 및 상기 성막실로 상기 사파이어 기판을 진공 반송하는 반송 로봇을 이용하고,
상기 성막실에서의 성막을 행하기 전에, 상기 가열실에서 상기 사파이어 기판을 소정의 온도 이상으로 가열하며,
상기 반송 로봇에 의하여 상기 사파이어 기판이 반송되기 전에, 상기 성막실에서 플라즈마를 점등해 두고,
상기 반송 로봇에 의하여 소정의 온도 이상으로 가열한 상기 사파이어 기판을 상기 가열실로부터 상기 성막실로 반송하고, 당해 사파이어 기판에, 플라즈마 처리를 실시함으로써, 상기 성막실에서 상기 보호막을 성막하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면에 근접하여 배치한 2개의 원적외선 히터를 가지고, 상기 2개의 원적외선 히터로부터의 복사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 원적외선 히터와, 상기 사파이어 기판과 상기 원적외선 히터의 주위를 둘러싸고, 또한, 층형상으로 복수 배치한 열반사판을 가지며, 상기 1개의 원적외선 히터로부터의 복사와 당해 복사의 상기 열반사판에서의 반사에 의하여, 상기 사파이어 기판의 상면 및 하면을 진공 중에서 가열하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 가열실은, 상기 사파이어 기판의 상면 또는 하면 중 일방에 근접하여 배치한 1개의 히터와, 당해 가열실에 불활성 가스 또는 질소 가스를 공급하는 가스 공급수단을 가지고, 당해 가열실에 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스를 공급하여, 분자류 영역의 압력보다 높은 압력으로 함과 함께, 상기 불활성 가스 또는 상기 질소 가스의 대류 전열에 의하여, 상기 히터의 온도를 상기 사파이어 기판에 전열하여 가열하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법. - 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 최초의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 최후의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때까지, 상기 플라즈마를 유지해 두는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법. - 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성막실은, 복수 매의 상기 사파이어 기판에 연속적으로 성막을 행하는 경우, 각각의 상기 사파이어 기판이 상기 성막실로 반송되기 전에 플라즈마를 점등해 두고, 각각의 상기 사파이어 기판에 대한 성막이 종료될 때, 상기 플라즈마를 소등하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막의 제작 방법.
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