WO2011024853A1 - 成膜装置 - Google Patents

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film
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forming apparatus
mask
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隆秀 上之園
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Canon Anelva Corp
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    • G02F1/1303—Apparatus specially adapted to the manufacture of LCDs

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus (for example, a vacuum processing apparatus) that performs a predetermined process using a substrate tray used for transporting a substrate.
  • a film forming apparatus for example, a vacuum processing apparatus
  • a substrate In the manufacture of various display elements such as liquid crystal displays and plasma displays, it is necessary to perform processing such as film formation on an object to be processed (hereinafter referred to as a substrate). For example, in a liquid crystal display, the process which forms a transparent electrode etc. in the plate surface (surface which is not an end surface) of a glass-made board
  • substrate is needed.
  • a film forming apparatus which is a vacuum processing apparatus used for such processing, exhausts to a vacuum or introduces a predetermined gas into the inside in order to process a substrate in a predetermined atmosphere as proposed in Patent Document 1.
  • a processing chamber configured to be able to perform.
  • the film forming apparatus is a sputtering apparatus
  • the processing chamber is a sputtering chamber or the like.
  • the film forming apparatus is configured to include a plurality of processing chambers, a load lock chamber, and the like because it is necessary to continuously perform different processes or to gradually decrease the pressure from the atmospheric pressure.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of a sputtering chamber of a conventional sputtering apparatus as viewed from above among film forming apparatuses.
  • a load lock chamber and the like for transferring or carrying a glass substrate from the atmosphere side to the sputtering chamber 16 are omitted.
  • the sputtering chamber 16 for example, four triangular cathodes 23 are attached to the left and right, and a target 24 as a thin film material source is attached to each surface.
  • the number of cathodes 23 can be changed according to the size of the substrate 1.
  • the triangular cathodes 23 are respectively rotated and directed toward the substrate side and the back surface discharge side.
  • the back surface discharge is mainly used for aging of the target rod 24, and the film of the target 24, which is a thin film material source, is attached to the shield 25 on the back surface. Since the cathode 23 has a triangular prism shape, a maximum of three types of film formation can be performed. Further, two substrates 1 can be simultaneously formed by cathodes 23 arranged on the left and right.
  • FIG. 5 shows a front view of a conventional substrate tray 26 with a mask 27 attached thereto
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
  • FIG. 5 shows a state in which the substrate 1 at the opening of the substrate tray 26 is held by the side clamp 28 as a holder coming into contact with the peripheral portion (end surface) of the substrate 1.
  • FIG. 6 shows a state in which the mask 27 covers the entire frame excluding the opening of the substrate tray 26 and the side clamps 28 so that the film is not attached thereto.
  • a mask 27 covers the entire frame of the substrate tray 26. In this manner, the substrate tray 26 and the side clamp 28 are prevented from being coated with the film in the state shown in FIG. 5 or FIG.
  • a gas such as Ar is introduced into the sputtering chamber 16.
  • a predetermined voltage is applied to the cathode 23 side to perform sputtering discharge.
  • the voltage and gas on the cathode 23 side are stopped, and then the mask 27 is separated from the substrate tray 26.
  • the substrate tray 26 is transferred from the sputtering chamber 16 to a substrate processing chamber (not shown).
  • the side clamp 28 is arranged so as to be hidden by the mask 27 during film formation, but sputtered particles, which are thin film material particles, are also present in the side clamp 28. It had adhered.
  • the sputtered particles that are being sputtered contain, for example, a component in which gas molecules such as Ar collide and the sputtered particles go straight obliquely with respect to the normal of the surface to be processed of the substrate 1.
  • the sputtered particles traveling straight at an angle also adhere to the side clamp 28 that should be covered by the mask 27. Therefore, the side clamp 28 with the film has conductivity, and there is a problem that dielectric breakdown occurs between the side clamp 28 and the substrate 1 made of glass, and arcing (abnormal discharge) occurs. .
  • the film attached to the side clamp 28 was in contact with the substrate 1, and this caused particles that the adhered film contaminated the substrate 1. Further, when arcing or particles are generated, the electrode may be disconnected as a screen display element.
  • An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of reducing adhesion of thin film material particles to a holding mechanism provided in a substrate tray during film formation.
  • the present invention provides a film forming apparatus, a substrate support surface for supporting a substrate, a support portion disposed around the substrate support surface, and the substrate support surface. And a holding mechanism for holding the substrate, and is configured to be detachable from the film forming apparatus, wherein the substrate support surface faces upward in the gravity direction and the gravity direction.
  • a substrate tray configured to be installed in the film forming apparatus so as to be inclined from the substrate, a moving mechanism for changing the position of the holding mechanism between the film formation on the substrate and the transport of the substrate, An opening having a predetermined shape through which thin film material particles from a thin film material source facing a substrate tray installed in the film apparatus pass, and the thin film having the predetermined shape is supported on the substrate supported by the substrate support surface
  • a mask for forming, the support portion When the plate tray is installed in the film forming apparatus in the inclined state, the plate tray is formed so as to be positioned on the lower side in the gravity direction of the substrate supported by the substrate supporting surface, and the mask is formed during film formation.
  • the support unit, the holding mechanism, and the substrate tray are arranged to cover a part of the substrate supported by the substrate tray, and the moving mechanism holds the substrate by the holding mechanism during the transport.
  • the mechanism is moved, and the holding mechanism is moved from the position where the substrate is held by the holding mechanism to the outside of the substrate tray during the transfer in the area covered by the mask during the film formation. It is characterized by.
  • the clamp as the holding mechanism is in contact with the lower side of the substrate and the two corners at both ends of the side. Since holding is performed, generation of arcing can be suppressed and particles can be reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate tray when forming a thin film according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. It is a side view of the lower part of a substrate tray at the time of thin film formation concerning one embodiment of the present invention.
  • It is the block diagram which looked at the sputtering chamber of the conventional sputtering device from the top. It is a front view in the state where the mask was attached to the conventional substrate tray.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 5. This is a cross-sectional structure of an a-Si type TFT (Thin FilmTransistor). It is a figure which shows an example of the moving mechanism for moving the holding mechanism which concerns on one Embodiment of this invention.
  • a-Si type TFT Thin FilmTransistor
  • FIG. 1 is a front view of a substrate tray when forming a thin film according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1
  • FIG. 3 is a substrate tray when forming a thin film. The side view of the lower part of is shown.
  • the substrate tray 18 includes a plurality of side clamps 19 and a bottom clamp 31 as a substrate support, and is detachable from a sputtering chamber 16 as a film forming apparatus. It is configured.
  • the side clamps 19 are holding mechanisms for holding a substrate
  • the plurality of side clamps 19 are regions 181 of the substrate tray 18 where the substrate 1 is disposed when the substrate tray 18 is disposed horizontally. It is arranged to surround.
  • An opening 182 is formed in the region 181, and a convex portion 183 is provided on the edge of the opening 182 of the region 181 so as to surround the opening 182. With such a configuration, the substrate 1 can be placed on the convex portion 183 when the substrate tray 18 is horizontally disposed.
  • the substrate tray 18 is provided with a moving mechanism (not shown in FIGS. 1 to 3) for moving the side clamp 19, and the side clamp 19 causes the substrate 1 to move on the substrate tray 18 by the moving mechanism. Move in a direction away from the located region (i.e., region 181) (i.e., toward the outside of the substrate tray 18) and toward the region (i.e., the region 181) (i.e., toward the inside of the substrate tray 18).
  • the side clamp 19 is configured to be movable in the outward direction and the inward direction of the substrate tray 18, so that the substrate 1 is held by the side clamp 19 when the substrate tray 18 is transported.
  • the side clamp 19 can be arranged away from the substrate 1 when forming a thin film. An example of the moving mechanism will be described later.
  • the bottom clamp 31 is disposed so as to be positioned below the substrate in the gravitational direction when the substrate tray 18 is erected from a horizontally disposed state (for example, when disposed substantially vertically). That is, the substrate tray 18 is configured such that the substrate 1 is positioned on the bottom clamp 31 when the substrate tray 18 is installed in the sputtering chamber 16 as a film forming chamber as shown in FIG. As described above, the bottom clamp 31 functions as a support portion that supports the substrate 1 when the substrate tray 18 is inclined and installed (when installed in the sputtering chamber 16).
  • the substrate tray 18 is configured to be able to hold the substrate 1 held on the substrate tray 18 in a standing state with a predetermined inclination in a film forming chamber such as the sputtering chamber 16. That is, the substrate tray 18 is placed in the sputtering chamber 16 in a state where the support surface for supporting the substrate 1 is inclined by a predetermined angle from the state in which the support surface is positioned parallel to the direction of gravity to the side opposite to the support surface of the substrate tray 18. It is configured so that it can be placed.
  • the substrate tray 18 is configured so that the substrate support surface of the substrate tray 18 is tilted from the direction parallel to the gravity direction P so that the substrate support surface is on the upper side in the gravity direction,
  • the bottom clamp 31 is provided so as to be positioned below the substrate 1 in the direction of gravity P when the substrate is tilted. Therefore, even if the substrate tray 18 is installed in the sputtering chamber 16 and the side clamp 19 does not hold the substrate 1, the substrate 1 can be held on the substrate tray 18 without falling down.
  • the substrate 1 can be swung on the substrate tray 18 (in the present embodiment, the convex portion 183) by the above-described tilted arrangement, and the bottom clamp 31 is provided on the side of the substrate 1 on the gravity direction P side (lower side described later). Can be supported.
  • FIG. 1 when a thin film is formed, a bottom clamp 31 that contacts a lower side of the substrate 1 and two corners at both ends of the side at a predetermined position in the sputtering chamber 16 is formed in the opening of the substrate tray 18.
  • region 181) is shown. That is, when the arrow direction P in FIGS. 1 and 3 is the gravity direction, the substrate support surface of the substrate tray 18 is inclined from a state parallel to the gravity direction P, and the substrate tray 18 is installed in the sputtering chamber 16.
  • the lower side of the substrate 1 refers to the lowermost side (the lowest side in the direction of gravity P) of the substrate 1 leaning against the substrate tray 18.
  • the edge region of the substrate tray 18 including the side clamp 19 and the bottom clamp 31 and a predetermined region of the substrate 1 are masked, and the surface to be processed of the substrate 1 is a thin film material source.
  • a mask 27 is disposed so as to be exposed to the cathode 23. That is, as shown in FIG. 2, an opening 27a having a predetermined shape is formed in the mask 27, and the sputtered particles generated from the target 24 supported by the cathode 23 are allowed to pass through the opening 27a, so that the substrate 1 A thin film having the predetermined shape can be formed thereon.
  • the mask 27 is provided in the sputtering chamber 16 and has a mask drive mechanism (not shown) for changing the position of the mask 27.
  • the control device controls the mask driving mechanism, so that the mask 27 can be mounted on the substrate tray 18 when the substrate tray 18 is installed in the sputtering chamber 16. That is, the mask 27 is held at a predetermined position in the sputtering chamber 16 at times other than during film formation.
  • the control device controls the mask driving mechanism to move the mask 27 located at the predetermined position so that the region other than the region 181 of the substrate tray 18 is moved. (A region including the side clamp 19 and the bottom clamp 31) and a predetermined region of the substrate 1 (a portion where the substrate 1 is exposed in the shape of the opening 27a).
  • the side clamp 19 when the thin film is formed, the side clamp 19 is completely covered with the mask 27 by applying the force indicated by the reference numeral 10 or 11 in FIG. Can be slid to a position that does not occur.
  • 3 shows that when the thin film is formed, the side clamp 19 holding the lower side of the substrate 1 slides by applying a force of reference numeral 12, and the substrate 1 is attached to both ends of the lower side. A state in which the two attached corners are held only by the bottom clamp 31 is shown.
  • the side clamp 19 is moved in the direction toward the outside of the substrate tray 18 (direction along the forces 10 and 11) by the moving mechanism, and the side clamp 19 is moved to the inner edge of the mask 27 (the center of the substrate 1). It can be arranged away from the edge of the direction to the outside of the substrate tray 18.
  • the outside of the substrate tray 18 is covered with a mask 27, and the further away the substrate tray 18, the farther from the inner edge of the mask 27 (the portion where the substrate 1 is exposed with respect to the cathode 23). Therefore, when the side clamp 19 is disposed away from the inner edge of the mask 27 to the outside of the substrate tray 18 during film formation, the side portion is located in the back of the region on the substrate tray 18 covered by the mask 27.
  • the clamp 19 will be arranged. Therefore, even if the sputtered particles collide with gas molecules such as Ar and the sputtered particles are incident on the substrate 1 at an angle, the amount of sputtered particles reaching the side clamp 19 can be reduced.
  • the substrate 1 when the substrate 1 is transported by the substrate tray 18, the substrate 1 is supported by the side clamps 19 arranged around the region 181. Therefore, for example, when the substrate 1 is transferred to the outside of the sputtering chamber 16 after the film formation is completed, a force opposite to the forces 10 and 11 is applied to the side clamp 19. As a result, the side clamp 19 disposed outside the substrate tray 18 is moved in the direction toward the inside of the substrate tray 18, the side clamp 19 is brought into contact with the substrate 1, and the substrate 1 is moved by the side clamp 19. Hold. In this way, by changing the position of the side clamp 19 between the film formation and the substrate transfer, the region in which the side clamp 19 is covered with the mask 27 during the film formation in which the sputtered particles fly.
  • the side clamp 19 can be arranged in the back of the substrate, and the substrate 1 can be firmly held (clamped) by the side clamp 19 when the substrate is transported.
  • the substrate 1 is held by the side clamp 19 when the substrate is transported.
  • the side clamp 19 is moved from the position holding the substrate 1 to the far side of the region covered with the mask (the substrate tray 18 by the moving mechanism).
  • the side clamp 19 is moved to the outside. If the film forming operation is performed in this state, adhesion of the sputtered particles to the side clamp 19 can be reduced.
  • the moving mechanism may be a mechanism that interlocks the state of the clamp when the thin film is formed with the attachment of the mask 27. That is, when the side clamp 19 holds the substrate 1, the substrate 1 can be pressed by the spring force connecting the side clamp 19 and the substrate tray 18 in conjunction with the removal of the mask 27.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the moving mechanism, and is a diagram for explaining the moving mechanism when the attachment / detachment of the mask 27 and the movement of the side clamp 19 are interlocked.
  • reference numeral 191 denotes a base part of the side clamp 19
  • reference numeral 192 denotes a clamp part for clamping the substrate 1.
  • the substrate tray 18 has a hollow portion 184. Further, a through hole 185 is formed in the substrate tray 18.
  • the moving mechanism includes a spring 33, an L-shaped jig 34, a guide portion 35 for guiding the base portion 191, and pins 36a and 36b.
  • the guide portion 35 is disposed in the hollow portion 184, and one end of the spring 33 is connected to the inner wall 186 of the hollow portion 184 and the other end is connected to the base portion 191.
  • An opening is formed in the inner wall 185, and a clamp part 192 projects from the opening to the outside of the hollow part 184.
  • the L-shaped jig 34 is rotatably attached to the bottom of the hollow portion 184 by a pin 36a.
  • the L-shaped jig 34 is rotatably attached to the base 191 by a pin 36b.
  • the L-shaped jig 34 is rotatably fixed to each of the bottom portion of the hollow portion 184 and the base portion 191 slidably disposed on the guide portion 35. Therefore, when the L-shaped jig 34 rotates in the arrow direction Q, the base 191 (side clamp 19) can be moved in the arrow direction R in conjunction with the rotation.
  • the mask 27 is provided with a bar portion 271.
  • the bar portion 271 passes through the through-hole 185 and moves the L-shaped jig 34 in the arrow direction S. Press on.
  • the rod portion 271 on the mask 27 pushes the L-shaped jig 34 connected to the side clamp 19 as shown in FIG.
  • the side clamp 19 moves away. That is, when the control device drives a mask driving mechanism (not shown) to bring the mask 27 close to the substrate tray 18 installed in the sputtering chamber 16, the rod portion 271 is inserted into the L-shaped jig 34 through the through hole 185. The L-shaped jig 34 is pressed toward the arrow direction S.
  • the base 191 moves along the arrow direction R in the arrow direction R while extending the spring 33 in conjunction with the rotation. Move.
  • the control device stops the movement of the mask 27 along the arrow direction S, the movement of the rod portion 271 is also stopped, and the movement of the L-shaped jig 34 and the base portion 191 is also stopped. Therefore, at the time of film formation, the base 191 and the clamp 192 can be retracted into the back of the region covered with the mask 27.
  • the side clamp 19 holds the substrate 1 (for example, when the substrate 1 is transported), the rod portion 271 associated with the mask 27 is separated, and the force of the spring 33 that connects the side clamp 19 and the substrate tray 18 is separated. Hold the substrate 1. That is, when the control device controls the mask driving mechanism to move the mask 27 away from the substrate tray 18, the bar portion 271 moves in the direction opposite to the arrow direction S, and the bar portion 271 is moved from the L-shaped jig 34. The pressure on the L-shaped jig 34 is released.
  • a restoring force acts on the extended spring 33, and the restoring force causes the base portion 191 to move the guide portion 35 on the side opposite to the arrow direction R.
  • the base portion 191 and the clamp portion 192 that have been retracted at the time of film formation can be pulled out and the substrate 1 can be supported by the clamp portion 192.
  • the substrate 1 can be held by newly attaching a convex portion 183 as a substrate receiver to the substrate tray 18 below the clamp portion 192. Since the substrate tray 18 and the substrate 1 are inclined, the substrate 1 does not fall down as described above.
  • the side clamp 19 moves away from the substrate 1 during film formation, the side clamp 19 is applied with a repulsive force (pushing back force) against a spring (not shown) in conjunction with the mounting of the mask 27.
  • a repulsive force pumping back force
  • a spring not shown
  • the side clamp 19 can be moved by an electromagnetic drive mechanism (for example, a drive mechanism such as an actuator is provided and the drive mechanism is controlled by a control device), for example, a discharge start signal or gas A mechanism that can be interlocked via an introduction signal and an electrical signal may be used.
  • an electromagnetic drive mechanism for example, a drive mechanism such as an actuator is provided and the drive mechanism is controlled by a control device
  • a discharge start signal or gas A mechanism that can be interlocked via an introduction signal and an electrical signal may be used.
  • the movement (slide) distance of the side clamp 19 that prevents the film from being deposited by sputtering varies depending on the sputtering power, gas pressure, and the distance between the mask and the glass substrate. It is also possible to select arbitrarily according to these conditions.
  • the voltage and gas on the cathode 23 side are stopped, and at the same time, the mask 27 is separated from the substrate tray 18 and the side clamp 19 holds the substrate 1 again.
  • the substrate processing chamber (not shown).
  • FIG. 7 shows a cross-sectional structure of an a-Si type TFT (Thin Film Transistor).
  • a film forming apparatus is used in an array manufacturing process and a BM (black matrix) manufacturing process.
  • transistors and wirings are formed on the substrate 1, but the processes in which sputtering is mainly used for film formation are the following processes a, d, and e, which are sequentially stacked from a to f below.

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Abstract

本発明は、成膜時において、基板トレイが備える保持機構への薄膜材料粒子の付着を低減することが可能な成膜装置を提供する。本発明の一実施形態では、スパッタリング室（１６）は、底部クランプ（３１）と、側部クランプ（１９）とを有する基板トレイ（１８）と、基板への成膜時と基板の搬送時とで側部クランプ（１９）の位置を変更させる移動機構と、カソードからのスパッタ粒子が通過する所定の形状の開口（２７ａ）を有するマスク（２７）とを備える。上記移動機構は、搬送時には側部クランプ（１９）により基板（１）を保持するように側部クランプ（１９）を移動させ、成膜時には基板トレイ（１８）の外側に向けて側部クランプ（１９）を移動させる。

Description

成膜装置
　本発明は、成膜装置に関し、より詳細には、基板の搬送に使用される基板トレイを用いて所定の処理を行う成膜装置（例えば、真空処理装置）に関するものである。
　液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の各種表示用素子の製造においては、被処理物（以下、基板という）に対して成膜等の処理を施すことが必要である。例えば、液晶ディスプレイでは、ガラス製の基板の板面（端面でない面）に透明電極等を形成する処理が必要となる。
　このような処理に用いられる真空処理装置である成膜装置は、特許文献１で提案されているように所定の雰囲気で基板を処理するため、真空に排気したり又は内部に所定のガスを導入したりすることができるように構成された処理室を備えている。例えば、成膜装置がスパッタリング装置であれば、上記処理室はスパッタリング室等である。そして、成膜装置は、異なる処理を連続して行ったり、大気圧から徐々に圧力を下げる等が必要であることから、複数の処理室及びロードロック室等を備えた構成とされる。
　図４に、成膜装置のうち、従来のスパッタリング装置のスパッタリング室を上から見た構成図を示す。図４では、ガラス製の基板を大気側からスパッタリング室１６まで搬送または搬出するためのロードロック室等は省略してある。
　まず、スパッタリング室１６には、例えば、三角形のカソード２３が左右に４基ずつ取り付けられており、それぞれの面に薄膜材料源としてのターゲット２４が取り付けられている。尚、基板１のサイズに応じて、カソード２３の台数を変えることができる。
　三角形のカソード２３は、それぞれ回転して基板側、裏面放電側に向けられる。裏面放電は、主にターゲット ２４のエージング等に対して用いており、裏面のシールド２５に薄膜材料源であるターゲット２４の膜が付くようになっている。カソード２３が三角柱の形状であるため、最大３種類の成膜ができるようになっている。また、基板 １は左右に配置されたカソード２３によって２枚同時に成膜できるようになっている。スパッタリング室１６に搬送された基板トレイ２６は、スパッタリング室１６内で所定の位置で止まり、スパッタリング室１６の内部に設置されている可動式のマスク２７が基板トレイ２６の枠全体を覆い、基板トレイ２６及び側部クランプ２８等のスパッタリング室１６内に搬送される部材に膜が付かないようにする。
　次に、従来の基板トレイ２６にマスク２７が取り付けられた状態の正面図を図５に、図5のＡ－Ａ’線矢視断面図を図６に示す。
　図５は、基板１の周辺部（端面）に保持具である側部クランプ２８が接することで、基板トレイ２６の開口部にある基板１を保持している状態を示している。また、図６は、マスク２７が、基板トレイ２６の開口部を除く枠全体及び側部クランプ２８に膜が付かないようにそれらを覆っている状態を示している。
　スパッタリング室１６と接続する不図示の基板処理室から矢印１３の方向から搬送された基板１を保持した基板トレイ２６は、スパッタリング室１６内で所定の位置で止まり、スパッタリング室１６内に取り付けられているマスク２７が、基板トレイ２６の枠全体を覆う。このようにして、図５又は図６に示された状態で基板トレイ２６及び側部クランプ２８に膜が付かないようにようにする。
　マスク２７が基板トレイ２６を覆うのと同時に、スパッタリング室１６にＡｒ等のガスを導入する。スパッタリング室１６が所定の成膜圧力になったら、カソード２３側に所定の電圧をかけてスパッタリング放電をおこなう。
　スパッタリングによる成膜終了後、カソード２３側の電圧とガスが止められ、その後、マスク２７が基板トレイ２６から離れる。基板トレイ２６は、スパッタリング室１６から不図示の基板処理室 へと搬送される。
特開２００３－１４７５１９号公報
　しかしながら、図５及び図６に示した従来のスパッタリング装置では、成膜時にマスク２７に隠れるように側部クランプ２８が配置されているが、薄膜材料粒子であるスパッタ粒子が側部クランプ２８にも付着してしまっていた。
　これは、スパッタリング中のスパッタ粒子の中には、例えば、Ａｒ等のガス分子が衝突して、スパッタ粒子が基板１の被処理面の法線に対して斜めに直進する成分を含むことから、該斜めに直進するスパッタ粒子がマスク２７により覆われているはずの側部クランプ２８にも付着してしまうためである。そのため、膜が付いた側部クランプ２８は導電性を持ち、側部クランプ２８とガラス製である基板１との間で絶縁破壊が生じ、アーキング(異常放電)が発生するという課題が生じていた。
　また、側部クランプ２８に付いた膜は、基板１に接触することで、付着した膜が基板１を汚すというパーティクルの原因となっていた。さらに、アーキングやパーティクルが発生した場合、画面表示素子として電極の断線の原因となる。
　また、膜が多く付着した側部クランプ２８は、交換する必要も生じていた。そのため、スパッタリング装置を大気開放して膜が付着したクランプの交換を行うため、生産性を低下させるという課題も生じていた。
　本発明は、成膜時において、基板トレイが備える保持機構への薄膜材料粒子の付着を低減することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。
　このような目的を達成するために、本発明は、成膜装置であって、基板を支持するための基板支持面と、該基板支持面の周囲に配置された支持部と、前記基板支持面の周囲に配置され、基板を保持するための保持機構とを有し、前記成膜装置に着脱可能に構成された基板トレイであって、前記基板支持面が重力方向上側を向いて該重力方向から傾斜するように前記成膜装置内に設置可能に構成された基板トレイと、前記基板への成膜時と前記基板の搬送時とで前記保持機構の位置を変更させる移動機構と、前記成膜装置内に設置された基板トレイに対向する薄膜材料源からの薄膜材料粒子が通過する所定の形状の開口を有し、該所定の形状の薄膜を前記基板支持面に支持された基板上に形成するためのマスクとを備え、前記支持部は、前記基板トレイを前記傾斜の状態で前記成膜装置内に設置する場合に、前記基板支持面に支持される基板の重力方向下側に位置するように形成されており、前記マスクは、成膜時において、前記支持部、前記保持機構、および前記基板トレイに支持される基板の一部を覆うように配置され、前記移動機構は、前記搬送時には前記保持機構により前記基板を保持するように前記保持機構を移動させ、前記成膜時には前記マスクに覆われた領域において、前記搬送時において前記保持機構により前記基板を保持している位置から前記基板トレイの外側に向けて前記保持機構を移動させることを特徴とする。
　本発明によれば、基板を保持して搬送する基板トレイにおいて、薄膜形成中、保持機構であるクランプが、該基板の下部の辺及び該辺の両端の２つの角部と接触して基板の保持を行うため、アーキングの発生を抑え、パーティクルを低減させることができる。
　また、クランプ の交換の頻度が低減するため、メンテナンスする頻度が少なくなり、これによる生産性の低下を改善することができる。
　さらに、アーキング、パーティクルの頻度が低減することにより、例えば、画面表示素子としての配線膜の断線を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る薄膜形成時における基板トレイの正面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜形成時における基板トレイの断面図であって、図１のＢ－Ｂ’線矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜形成時における基板トレイの下部の側面図である。 従来のスパッタリング装置のスパッタリング室を上から見た構成図である。 従来の基板トレイにマスクが取り付けられた状態の正面図である。 図５のＡ－Ａ’線矢視断面図である。 ａ－Ｓｉ形のＴＦＴ(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)の断面構造である。 本発明の一実施形態に係る保持機構を移動させるための移動機構の一例を示す図である。
　以下に、本発明の代表的な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
　図１は本発明の一実施形態に係る薄膜形成時における基板トレイの正面図であり、図２は図1のＢ－Ｂ’線矢視断面図であり、図３は薄膜形成時における基板トレイの下部の側面図を示す。
　本実施形態に係る基板トレイ１８は、図１～３に示すように、複数の側部クランプ１９と、基板支持部としての底部クランプ３１とを備え、成膜装置としてのスパッタリング室１６に着脱可能に構成されている。上記側部クランプ１９は、基板を保持するための保持機構であり、複数の側部クランプ１９は、基板トレイ１８の、該基板トレイ１８を水平に配置した際に基板１が配置される領域１８１を囲むように配置されている。領域１８１には開口部１８２が形成されており、該領域１８１の、開口部１８２の縁には、該開口部１８２を囲むように凸部１８３が設けられている。このような構成により、基板トレイ１８を水平に配置した際に、上記凸部１８３上に基板１を載置することができる。
　また基板トレイ１８は、側部クランプ１９を移動させるための移動機構（図１～３では不図示）を備えており、該移動機構により、側部クランプ１９は、基板トレイ１８上で基板１が位置する領域（すなわち、領域１８１）から離れる方向（すなわち、基板トレイ１８の外側に向う方向）および該領域（すなわち、領域１８１）に向う方向（すなわち、基板トレイ１８の内側に向う方向）に移動可能である。このように側部クランプ１９は、基板トレイ１８の、外側に向う方向および内側に向う方向に移動可能に構成されているので、基板トレイ１８の搬送時には側部クランプ１９により基板１を拘持し、薄膜形成時には側部クランプ１９を基板１から離れて配置することができる。なお、移動機構の一例については後述する。
　一方、上記底部クランプ３１は、基板トレイ１８を水平に配置した状態から立てた際（例えば、略垂直に配置した際）に、基板よりも重力方向下側に位置するように配置されている。すなわち、図４に示すような成膜室としてのスパッタリング室１６に基板トレイ１８を設置する際に、底部クランプ３１上に基板１が位置するように基板トレイ１８は構成されている。このように、底部クランプ３１は、基板トレイ１８に傾斜を持たせて立たせた場合（スパッタリング室１６内に設置する場合）においては、基板１を支持する支持部として機能することになる。
　さらに、基板トレイ１８は、スパッタリング室１６などの成膜室内において、基板トレイ１８に保持された基板１を所定の傾斜を持たせて立てた状態で保持可能に構成されている。すなわち、基板トレイ１８は、基板１を支持するための支持面が重力方向に平行に位置する状態から基板トレイ１８の上記支持面と反対側に所定の角度だけ傾いた状態でスパッタリング室１６内に配置できるように構成されている。
　このように本実施形態では、基板トレイ１８の基板支持面が重力方向Ｐと平行な方向から該基板支持面が重力方向上側になるように傾けて配置されるように基板トレイ１８を構成し、かつ該傾けて配置した際に基板１よりも重力方向Ｐの下側に位置するように底部クランプ３１を設けている。従って、スパッタリング室１６に基板トレイ１８を設置し、側部クランプ１９によって基板１を保持しないようにしても、基板１を倒れることなく基板トレイ１８上にて保持することができる。すなわち、上記傾き配置により基板１を基板トレイ１８（本実施形態では凸部１８３）に凭れさせることができ、かつ基板１の重力方向Ｐ側の辺（後述の下部の辺）については底部クランプ３１により支持することができる。
　図１は、薄膜形成時において、スパッタリング室１６内の所定の位置において、基板１の下部の辺、及び、その辺の両端の２つの角部と接触する底部クランプ３１が、基板トレイ１８の開口部１８２（領域１８１）に位置する基板１を保持している状態を示している。すなわち、図１および図３において矢印方向Ｐを重力方向とすると、基板トレイ１８の基板支持面を重力方向Ｐに平行な状態から傾けて基板トレイ１８をスパッタリング室１６内に設置している。　
　ここで、基板１の下部の辺とは、基板トレイ１８に立てかけられた基板１において最下部の辺（重力方向Ｐの最も下側の辺）のことをいう。
　また、図１～３に示されるように、側部クランプ１９および底部クランプ３１を含む基板トレイ１８の縁領域、ならびに基板１の所定の領域をマスクし、基板１の被処理面が薄膜材料源としてのカソード２３に対して露出するようにマスク２７が配置されている。すなわち、図２に示すように、マスク２７には所定の形状の開口２７ａが形成されており、該開口２７ａにより、カソード２３に支持されたターゲット２４から生じたスパッタ粒子を通過させて、基板１上に上記所定の形状の薄膜を形成することができる。該マスク２７は、スパッタリング室１６内に設けられており、マスク２７の位置を変更させるためのマスク駆動機構（不図示）を有している。このような構成において、不図示の制御装置がマスク駆動機構を制御することにより、基板トレイ１８がスパッタリング室１６内に設置された際にマスク２７を基板トレイ１８に装着することができる。すなわち、成膜時以外の時にはマスク２７をスパッタリング室１６内の所定の位置に保持しておく。成膜時においてスパッタリング室１６内に基板トレイ１８が設置されると、制御装置がマスク駆動機構を制御して上記所定の位置に位置するマスク２７を移動させて、上記基板トレイ１８の領域１８１以外の領域（側部クランプ１９および底部クランプ３１を含む領域）、および基板１の所定の領域（開口２７ａの形状で基板１を露出されるような一部分）を覆うように位置させることができる。
　本実施形態において、薄膜形成時では、側部クランプ１９に図２の符号１０又は１１に示される力を作用させることにより、側部クランプ１９を、マスク２７に完全に覆われる、膜の付着が起らない位置までスライドさせることができる。また、図３は、薄膜形成時では、基板１の下部の辺を保持していた側部クランプ１９が符号１２の力を作用させることでスライドし、基板１が、その下部の辺の両端に取り付けられた２つの角部を底部クランプ３１だけで保持されている状態を示している。
　すなわち、移動機構により側部クランプ１９を基板トレイ１８の外側に向う方向（力１０、１１に沿った方向）に移動させて、側部クランプ１９を、マスク２７の内側の縁（基板１の中心方向の縁）から基板トレイ１８の外側へと遠ざけて配置することができる。この基板トレイ１８の外側はマスク２７によって覆われており、外側に行けば行くほど上記マスク２７の内側の縁（カソード２３に対して基板１が露出している部分）から遠ざかることになる。よって、成膜時において、側部クランプ１９をマスク２７の内側の縁から基板トレイ１８の外側へと遠ざけて配置すると、マスク２７により覆われた基板トレイ１８上の領域の奥の方に側部クランプ１９を配置することになる。従って、スパッタ粒子がＡｒ等のガス分子と衝突して基板１に対してスパッタ粒子が斜めに入射しても、側部クランプ１９に到達するスパッタ粒子の量を低減することができる。
　一方、基板トレイ１８による基板１の搬送時においては、領域１８１の周囲に配置された側部クランプ１９により基板１を支持することになる。よって、例えば、成膜終了後において基板１をスパッタリング室１６外に搬送する際には、力１０、１１と反対側の力を側部クランプ１９に作用させる。これにより、基板トレイ１８の外側に配置された側部クランプ１９を、基板トレイ１８の内側に向う方向に移動させ、側部クランプ１９を基板１に接触させて、該側部クランプ１９により基板１を保持する。　このように、成膜時と基板の搬送時とで側部クランプ１９の位置を変化させることにより、スパッタ粒子が飛来してくる成膜時においては側部クランプ１９をマスク２７により覆われた領域の奥の方に側部クランプ１９を配置することができ、かつ基板の搬送時においては側部クランプ１９により基板１をしっかりと保持する（クランプする）ことができる。
　本実施形態では、上述のように、基板の搬送時においては側部クランプ１９により基板１を保持している。この状態でスパッタリング室１６の所定の位置に基板トレイ１８を配置すると、移動機構により、側部クランプ１９を基板１を保持している位置からマスクにより覆われた領域の奥の方（基板トレイ１８の外側）へと側部クランプ１９を移動させる。この状態で成膜動作を行えば、スパッタ粒子の側部クランプ１９への付着を低減することができる。
　次に、上記移動機構の一例について説明する。該移動機構としては、上記の薄膜形成時のクランプの状態をマスク２７の装着と連動させる機構にしても良い。すなわち、側部クランプ１９が基板１を押さえる場合、マスク２７の脱着と連動させて、側部クランプ１９と基板トレイ１８とを結ぶバネの力で基板１を押さえることができる。図８は、上記移動機構の一例を示す図であって、マスク２７の脱着と側部クランプ１９の移動とを連動させる場合の移動機構を説明するための図である。
　図８において、符号１９１は側部クランプ１９の基部であり、符号１９２は基板１をクランプするためのクランプ部である。また、基板トレイ１８は、中空部１８４を有している。さらに、基板トレイ１８には貫通孔１８５が形成されている。
　上記移動機構は、バネ３３、Ｌ字形治具３４、基部１９１をガイドするためのガイド部３５、ピン３６ａ、３６ｂを有している。ガイド部３５は中空部１８４内に配置されており、バネ３３の一方端は中空部１８４の内壁１８６に接続され、他方端は基部１９１に接続されている。該内壁１８５には開口部が形成されており、該開口部からクランプ部１９２が中空部１８４の外側に突き出ている。Ｌ字形治具３４は、ピン３６ａにより中空部１８４の底部に回転可能に取り付けられている。また、Ｌ字形治具３４は、ピン３６ｂにより基部１９１に回転可能に取り付けられている。すなわち、Ｌ字形治具３４は、中空部１８４の底部、およびガイド部３５上に摺動可能に配置された基部１９１の各々に対して回転可能に固定されている。従って、Ｌ字形治具３４が矢印方向Ｑに回転移動すると、該回転に連動して基部１９１（側部クランプ１９）を矢印方向Ｒに移動させることができる。
　また、図８の形態では、マスク２７には棒部２７１が設けられており、マスク２７の基板トレイ１８への装着時には棒部２７１が貫通孔１８５を通ってＬ字形治具３４を矢印方向Ｓに押圧する。
　ここで、側部クランプ１９が基板１から離れる場合（例えば、成膜時）、図８のようにマスク２７にある棒部２７１が側部クランプ１９に接続しているL字形冶具３４を押すことで側部クランプ１９が遠ざかる。すなわち、上記制御装置がマスク駆動機構（不図示）を駆動させてマスク２７をスパッタリング室１６内に設置された基板トレイ１８に近づけると、棒部２７１が貫通孔１８５を介してＬ字形治具３４に当接して、該Ｌ字形治具３４は矢印方向Ｓに向って押圧される。該押圧により、Ｌ字形治具３４が矢印方向Ｑに向って回転すると、該回転に連動して、バネ３３を伸ばしながら基部１９１は矢印方向Ｒに沿ってガイド部３５上を矢印方向Ｒに向かって移動する。そして、制御装置がマスク２７の矢印方向Ｓに沿った移動を停止させると、棒部２７１の移動も停止し、Ｌ字形治具３４および基部１９１の移動も停止する。よって、成膜時においては、基部１９１およびクランプ部１９２をマスク２７によって覆われた領域の奥に引っ込めることができる。
　逆に側部クランプ１９が基板１を押さえる場合（例えば、基板１の搬送時）、マスク２７に付随する棒部２７１が離れることで、側部クランプ１９と基板トレイ１８を結ぶバネ３３の力で基板１を押さえる。すなわち、制御装置がマスク駆動機構を制御することによりマスク２７を基板トレイ１８から離すと、棒部２７１は矢印方向Ｓと反対方向に移動することになり、棒部２７１はＬ字形治具３４から離れ、該Ｌ字形治具３４への押圧は開放される。しかしながら、図８の形態においては、伸ばされたバネ３３に復元力が働き、該復元力により、基部１９１は矢印方向Ｒと反対側にガイド部３５を移動し、該移動に伴いＬ字形治具３４も矢印方向Ｑと反対側に回転する。これらにより、基板１の搬送時において、成膜時には引っ込んでいた基部１９１およびクランプ部１９２を引き出してクランプ部１９２により基板１を支持することができる。このとき、基板トレイ１８に新たに基板受けとしての凸部１８３をクランプ部１９２の下に取り付けることで、基板１を保持することができる。基板トレイ１８と基板１とは傾いているので、上述のように基板１が倒れることはない。
　一方、側部クランプ１９が、成膜時に基板1から離れる場合、マスク２７の装着と連動させて、側部クランプ１９に不図示のバネに反発力（押し返す力）を加えることで側部クランプ１９が基板１から遠ざかる構成にすることもできる（図２）。
　さらに、側部クランプ１９を電磁的な駆動機構で移動できる構成（例えば、アクチュエータ等の駆動機構を設け、該駆動機構を制御装置により制御する構成など）にして、例えば、放電開始の信号又はガス導入の信号と電気的な信号を介して連動できる機構にしてもよい。
　また、スパッタリングによる膜が付かないようにする側部クランプ１９の移動（スライド）距離は、スパッタ電力、ガス圧力、マスク－ガラス基板間の距離によっても、膜の回り込み量が異なるので、移動距離はこれらの条件により任意に選択することも可能である。
　薄膜形成の終了後、カソード２３側の電圧とガスが止められ、同時にマスク２７が基板トレイ１８から離れ、再び側部クランプ１９が基板１を押さえるという保持の状態で、基板トレイ１８はスパッタリング室１６から不図示の基板処理室に搬送されても良い。
　次に、実際の表示用素子の製造方法について、一例として、本発明のスパッタリング装置を用いた液晶パネルの製造方法を図７を用いて説明する。
　図７は、ａ－Ｓｉ形であるＴＦＴ(Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)の断面構造を示している。　
　実際の表示用素子の製造方法において、成膜装置が用いられるのは、アレイ製造工程とBM(ブラックマトリックス)製造工程である。例えば、アレイ製造工程では基板１上にトランジスタや配線を形成するが、成膜に関して主にスパッタリングが用いられる工程は次のａ、ｄ、ｅの工程であり、以下のａからｆまで順次積層される。　
工程ａ．　ゲート電極 (Ｍｏ、Ａｌ等) ２　
工程ｂ．　ゲート絶縁膜 (ＳｉＮｘ 等) ３　
工程ｃ．　半導体層 (ａ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ(ｎ+)Ｐ等) ４、５　
工程ｄ．　ソース・ドレイン電極 (Ｍｏ、Ａｌ等) ６、７　
工程ｅ．　透明電極 (ＩＴＯ等) ８　
工程ｆ．　保護膜 (ＳｉＮｘ等) ９
　図７に示されるＴＦＴの断面構造において、上記のａ、ｄ及びｅの各工程において、薄膜材料源であるターゲット種に合わせて、スパッタリングガス、真空度、基板温度、放電電力、放電時間等の各パラメータを調整することで表示用素子に適した薄膜形成ができた。さらに、本発明に係る基板トレイを用いることにより、アーキング、パーティクルの頻度が低減し、素子を構成する配線膜の断線を低減することができた。

Claims (4)

  1. 　成膜装置であって、
    　基板を支持するための基板支持面と、該基板支持面の周囲に配置された支持部と、前記基板支持面の周囲に配置され、基板を保持するための保持機構とを有し、前記成膜装置に着脱可能に構成された基板トレイであって、前記基板支持面が重力方向上側を向いて該重力方向から傾斜するように前記成膜装置内に設置可能に構成された基板トレイと、
    　前記基板への成膜時と前記基板の搬送時とで前記保持機構の位置を変更させる移動機構と、
    　前記成膜装置内に設置された基板トレイに対向する薄膜材料源からの薄膜材料粒子が通過する所定の形状の開口を有し、該所定の形状の薄膜を前記基板支持面に支持された基板上に形成するためのマスクとを備え、
    　前記支持部は、前記基板トレイを前記傾斜の状態で前記成膜装置内に設置する場合に、前記基板支持面に支持される基板の重力方向下側に位置するように形成されており、
    　前記マスクは、成膜時において、前記支持部、前記保持機構、および前記基板トレイに支持される基板の一部を覆うように配置され、
    　前記移動機構は、前記搬送時には前記保持機構により前記基板を保持するように前記保持機構を移動させ、前記成膜時には前記マスクに覆われた領域において、前記搬送時において前記保持機構により前記基板を保持している位置から前記基板トレイの外側に向けて前記保持機構を移動させることを特徴とする成膜装置。
  2. 　前記移動機構は、前記マスクの配置と、前記基板を保持している位置から前記基板トレイの外側に向けて前記保持機構を移動させる動作とを連動して行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記支持部は、前記基板トレイを前記傾斜の状態で前記成膜装置内に設置する場合に、前記基板支持面に支持される基板の重力方向下側の辺及び該辺の両端の２つの角部と接触することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  4. 　請求項１に記載の成膜装置は、スパッタリング装置であることを特徴とする成膜装置。
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