JP2009117644A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大幅なコスト増大を招くことなく処理室間でのガス混合を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗ上に所定の処理を施すための複数の処理室２４０、基板Ｗを予熱するための予熱室２３０、基板Ｗを冷却するための冷却室２５０、及び前記各室間での基板Ｗの搬送を行うための共通搬送室２２０を備えた基板処理装置において、各処理室２４０はゲートバルブ２４１を介して共通搬送室２２０と連通可能に接続され、予熱室２３０及び冷却室２５０は共通搬送室２２０と常時連通した状態で接続されており、更に、冷却室２５０内へパージガスを導入するためのパージガス導入手段２５１，２８２，２８０と、冷却室２５０内に導入されたパージガスを共通搬送室２２０内を通過させた上で外部に排出する排気手段２３１，２２２，４０１とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板等の基板に所定の処理を施すための基板処理装置に関する。

半導体や液晶、薄膜太陽電池等の製造工程において用いられるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）装置は、一般に、基板上に所定の薄膜を形成するための複数の処理室と、ゲートバルブを介して該複数の処理室に接続された共通搬送室を備えており、該共通搬送室には各処理室へ基板を搬送するための基板搬送機構が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。ＣＶＤ装置内に搬入された基板は、該基板搬送機構によって所定の処理室へ搬入されて薄膜形成処理を施された後、前記搬送機構によって再び共通搬送室に取り出され、更に別の処理室へ搬入される。このようにして基板を各処理室へ順番に搬送しながら一連の薄膜形成処理を行うことにより、基板上に複数種類の薄膜が順次形成される。

特開2006-264799号公報（[0023],図1）

上記のような各処理室における薄膜形成処理では、形成しようとする薄膜の種類に応じて異なる種類の原料ガスが用いられる。例えば、ｐ層の成膜では不純物としてボロン等を含むシリコン化合物ガスが、ｎ層の成膜では不純物としてリン等を含むシリコン化合物ガスがそれぞれ原料ガスとして使用され、ｉ層の成膜ではシリコン化合物ガスが単独で原料ガスとして使用される。これらの原料ガスは水素ガス等のキャリアガスと共に各処理室へ供給され、該原料ガスの化学反応によって基板上に所定の組成を持つ薄膜が形成される。

こうしたＣＶＤ装置では、共通搬送室を介して各処理室間でガスの相互拡散が生じると、非所望の不純物によって膜の特性が変化するおそれがある。そこで、従来のＣＶＤ装置では、共通搬送室から各処理室へのガス流入を防止するために、共通搬送室の圧力が各処理室の圧力よりも低く維持されている。このため、共通搬送室の排気には到達真空度の高いターボ分子ポンプ等の高性能大型真空ポンプを使用する必要があり、設備コストの増大を招いていた。また、上記従来のＣＶＤ装置では、共通搬送室と処理室の圧力差により、両者間のゲートバルブを開いた瞬間に処理室内のガスが共通搬送室へ流出するが、その際、該流出ガスが上記大型真空ポンプによって装置外に排出されるまでの間に共通搬送室内で異なるガスが混合して基板に吸着するおそれがあった。

更に、ＣＶＤ装置等の成膜装置では、処理室の内部に反応生成物等が堆積するため、定期的に大気開放して清掃等のメンテナンスを行うことが必要となる。このとき、大気中の成分（水分等）が各処理室や共通搬送室の内壁に付着するため、その後、各真空室を閉鎖して真空引きを行う際に、該付着物に由来するガス（アウトガス）が壁面から徐々に放出される。このため、目的の真空度に到達するまでに長時間を要することとなり、結果的に装置の稼働率低下に繋がるという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、大幅なコスト増大を招くことなく処理室間でのガス混合を防止することができる基板処理装置を提供することにある。更に、本発明の他の目的は大気開放後の再稼働に要する時間を短縮することのできる基板処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る基板処理装置は、基板上に所定の処理を施すための複数の処理室、基板を予熱するための予熱室、基板を冷却するための冷却室、及び前記各室間での基板の搬送を行うための共通搬送室を備えた基板処理装置において、前記各処理室はゲートバルブを介して前記共通搬送室と連通可能に接続され、前記予熱室及び冷却室は前記共通搬送室と常時連通した状態で接続されており、更に、前記冷却室内へパージガスを導入するためのパージガス導入手段と、前記冷却室内に導入されたパージガスを前記共通搬送室内を通過させた上で外部に排出する排気手段とを有することを特徴としている。

ここで、上記パージガスとしては処理室での処理に影響しないものを使用する。このようなガスとしては、各処理室に供給されるキャリアガスと同種のもの（例えば、水素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等）を用いることが望ましい。

上記のような構成によれば、上記パージガス導入手段及び排気手段によって冷却室から共通搬送室を通過して装置外部に至るパージガスの流れが形成される。これにより、各処理室から共通搬送室に流出したガスを該パージガスで流して速やかに装置外に排出することができ、各処理室間での不純物の相互拡散を防止することができる。従って、高価な高性能真空ポンプを用いて共通搬送室の圧力を処理室より低くする必要がなく、設備コストを抑えることができる。更に、上記パージガスの導入及び排気によって共通搬送室を処理室と同等の圧力とすることにより、両者間のゲートバルブを開いた際に、該処理室と搬送室との間で殆どガスの行き来がない状態とすることができる。このとき処理室から共通搬送室へ僅かに流出するガスは上記パージガス流に乗って装置外へ排出されるため他の処理室に侵入することはなく、共通搬送室から処理室へ僅かに流入するガスは上記パージガスであるため、処理室での処理に影響を与えることはない。また、予熱室及び冷却室にゲートバルブを設けないことにより、これらに基板を搬入出するための基板通過口を広く取ることができるため、基板の加熱又は冷却時の基板の歪みによる搬送トラブルを軽減することができるという効果も得られる。また更に、前記パージガスを冷却室から導入する構成としたことにより、該パージガスによって冷却室内での基板の冷却を促進することができる。

なお、上記本発明における排気手段は、上記パージガス導入手段によって冷却室に導入され、上記共通搬送室を通過したパージガスを上記予熱室から排出するものとすることが望ましい。

このような構成によれば、予熱室における基板の加熱に伴って該基板から放出される気体成分や微粒子を共通搬送室に拡散させることなく直ちに装置外へ排出することができる。

また、本発明に係る基板処理装置は、上記共通搬送室及び／又は冷却室の内部に、赤外線放射によって該共通搬送室及び／又は冷却室の壁面を加熱するための赤外線ランプを備えたものとすることが望ましい。

このような構成によれば、上記赤外線ランプによって共通搬送室及び／又は冷却室の内壁面を加熱することにより該壁面に付着した大気中の水分等を積極的に脱離させ、真空引きに要する時間を短縮することができる。また、上記赤外線ランプによれば、赤外線の照射によって壁面を局所的に加熱することができるため、小電力で効率よくアウトガスの放出を促進することができる。

以上の通り、本発明の基板処理装置によれば、大幅なコスト増大を招くことなく処理室間でのガス混合を防止することができる。更に、上記共通搬送室及び／又は冷却室内に赤外線ランプを備えた構成とすれば、大気開放後の再稼働に要する時間を短縮することが可能となる。

以下、本発明に係る基板処理装置の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施例に係る基板処理装置の概略構成図である。本実施例に係る基板処理装置は、プラズマ気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）によって基板上に薄膜を形成するＰＥ−ＣＶＤ装置であり、大別してロード部１００、アンロード部３００、処理ユニット２００、及び、駆動／制御ユニット４００で構成されている。

ロード部１００は、水平姿勢の基板Ｗを垂直姿勢に変換して２枚同時に処理ユニット２００に搬入するためのものであり、図示は省略するが、前段の工程から搬送されてきた基板Ｗを左右方向（図１のＸ軸方向）に交互に振り分ける基板振り分け機構と、各基板Ｗを処理ユニット２００の手前まで搬送するためのローラコンベアと、水平姿勢の基板Ｗを垂直姿勢に変換する基板姿勢変換機構と、垂直姿勢の基板Ｗを２枚同時に処理ユニット２００へ受け渡す基板受渡機構を備えている。また、アンロード部３００は、処理ユニット２００での処理が完了した基板Ｗを後段の工程へ搬出するためのものであり、垂直姿勢の処理済み基板Ｗを処理ユニット２００から２枚同時に取り出す基板受渡機構と、基板Ｗを垂直姿勢から水平姿勢に変換する基板姿勢変換機構と、水平姿勢の基板Ｗを搬送するためのローラコンベアを備えている。

処理ユニット２００は、処理前の基板Ｗを予熱するための予熱室２３０、基板Ｗ上に各々異なる薄膜を形成するための複数の成膜室２４０、成膜処理後の基板Ｗを冷却するための冷却室２５０、基板Ｗを処理ユニット２００内へ出し入れするためのロードロック室２１０、２６０、及びこれら各室へガラス基板Ｗを搬送するための共通搬送室２２０で構成されており、上記予熱室２３０、成膜室２４０、及び冷却室２５０は、直方体形状から成る共通搬送室２２０の長手方向の側面に沿って配置されている。なお、上記の成膜室２４０が本発明における処理室に相当する。

ロードロック室２１０、２６０は、ロード部１００から搬入された基板Ｗ、又はアンロード部３００へ搬出する基板Ｗを一時的に保持するための予備真空室であり、その内部には所定の基板保持機構（図示略）が設けられている。なお、ロードロック室２１０、２６０と共通搬送室２２０及び処理ユニット２００外部との境界部にはそれぞれゲートバルブ２１１、２１２、２６１、２６２が設けられており、駆動／制御ユニット４００内に設けられた真空ポンプ（図示略）によってロードロック室２１０、２６０内を適宜真空状態とすることができる。

共通搬送室２２０には、２枚のガラス基板Ｗを互いに平行且つ地面に対して垂直に保持した状態で搬送することのできる搬送台車２７０が設けられている（図２）。搬送台車２７０は、各基板Ｗの上下２辺を保持するための搬送アーム２７１ａ，ｂを２組有し、更に、摺動台２７３、旋回軸２７４、及び走行基台２７５を備えている。搬送アーム２７１ａ，ｂは、支柱２７２によって摺動台２７３に固定されており、図示しない駆動手段によって摺動台２７３を駆動することにより、搬送アーム２７１ａ，ｂをその延伸方向（すなわち図１のＸ軸方向）に移動させることができる。更に、摺動台２７３は旋回軸２７４を介して走行基台２７５に回動自在に固定されており、走行基台２７５は共通搬送室２２０に敷設されたレール上に載置されている。従って、これらの走行基台２７５及び旋回軸２７４を図示しない駆動手段によって駆動することにより、搬送台車２７０上に保持した基板Ｗを図１のＹ軸方向に移動可能であると共に、旋回軸２７４を中心として回動させることができる。

各成膜室２４０の内部には、互いに平行且つ地面に対して垂直に設けられた２枚のヒータ板２４２と両ヒータ板２４２の間に配置された１枚の電極板（図示略）が配置されている（図４）。各ヒータ板２４２の電極板と対向する面には、基板Ｗの上下２辺を保持するための複数の基板保持部材２４３が設けられており、基板Ｗを該面上に保持して加熱することができる構成となっている。また、各成膜室２４０と共通搬送室２２０の境界部にはゲートバルブ２４１が設けられ、該ゲートバルブ２４１を閉鎖することにより成膜室２４０内を気密状態とすることができる。

予熱室２３０には、基板Ｗを保持して加熱するための２枚のヒータ板２３２が設けられており、各ヒータ板２３２の一方の面には成膜室２４０内のヒータ板２４２と同様の基板保持部材２３３が設けられている（図２）。また、冷却室２５０には基板Ｗを保持して冷却するための２枚の冷却板２５２が設けられており、上記同様の基板保持部材２５３によって基板Ｗを保持し、冷却板２５２の内部を流れる冷却媒体によって基板Ｗを冷却することができる構成となっている（図５）。なお、予熱室２３０及び冷却室２５０と共通搬送室２２０の境界部にはゲートバルブが設けられておらず、冷却室２５０及び予熱室２３０は共通搬送室２２０と常時連通した状態となっている。

各成膜室２４０及びロードロック室２１０、２６０には、それぞれ室内を真空排気するための排気口（図示略）が設けられており、駆動／制御ユニット４００に設けられた真空ポンプ（図示略）によって該排気口を通じて各成膜室２４０及びロードロック室２１０、２６０の内部が真空引きされる。更に、各成膜室２４０には、原料ガス導入口（図示略）が設けられており、図示しない原料ガス供給手段から供給される所定の原料ガスが、同じく図示しないキャリアガス供給手段から供給される水素ガス等のキャリアガスと共に該原料ガス導入口を介して各成膜室２４０内に供給される。

また、共通搬送室２２０の長手方向の一端（一連の処理工程の下流側）及び冷却室２５０には、上記キャリアガスと同種のガスをパージガスとして導入するためのパージガス導入口２２１，２５１が設けられており、パージガスボンベ２８０からリークバルブ２８１，２８２を介して送出されたパージガスが、パージガス導入口２２１，２５１から共通搬送室２２０及び冷却室２５０に導入される。一方、共通搬送室２２０の長手方向の他端（一連の処理工程の上流側）及び予熱室２３０には、排気口２２２，２３１が設けられており、共通搬送室２２０及び予熱室２３０内のガスが排気口２２２，２３１を介して駆動／制御ユニット４００に設けられた真空ポンプ４０１によって外部に排出される。従って、本実施例のＰＥ−ＣＶＤ装置では、パージガス導入口２２１，２５１からパージガスを導入し、該パージガスを排気口２２２，２３１から排出することにより、共通搬送室２２０内を下流側から上流側へと向かうパージガスの流れを形成することができる。

なお、上記のパージガス導入口２５１、パージガスボンベ２８０、及びリークバルブ２８２が本発明におけるパージガス導入手段に相当し、上記の排気口２２２，２３１及び真空ポンプ４０１が本発明における排気手段に相当する。

更に、共通搬送室２２０及び冷却室２５０の内部には、ハロゲンランプから成る赤外線ランプ２２３，２５４が設けられており、該赤外線ランプ２２３，２５４を用いて各室の内壁面を加熱することにより、該壁面からのアウトガスの放出を促進することができる。なお、予熱室２３０及び各成膜室２４０には基板加熱用のヒータ板２３２，２４２が設けられているため、これらの各室については該ヒータ板２３２，２４２による加熱によってアウトガスの放出を促進することができる。

なお、駆動／制御ユニット４００には、共通搬送室２２０及び予熱室２３０内のガスを排出するための真空ポンプ４０１に加えて、各成膜室２４０及びロードロック室２１０，２６０を真空排気するための真空ポンプと、上記各部の動作を制御するための制御部が設けられている（図示略）。

以下、本実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置の動作について説明する。

本実施例のＰＥ−ＣＶＤ装置を大気開放してメンテナンスを行った後、該装置を再稼働する際には、まず、全てのゲートバルブを閉鎖して各室の真空引きを開始する。このとき、共通搬送室２２０及び冷却室２５０の赤外線ランプ２２３，２５４と、予熱室２３０及び成膜室２４０内のヒータ板２３２，２４２による加熱を実施して、各室のアウトガスの放出を促進する。その後、所定の時間が経過したら赤外線ランプ２２３，２５４及びヒータ板２３２，２４２による加熱を終了し、更に、各室内が所定の真空度に達した時点で真空引きを終了する。

次に、ロード部１００から処理ユニット２００へ被処理基板Ｗを搬入して一連の成膜処理を開始する。まず、ロードロック室２１０の真空側ゲートバルブ２１２を閉鎖した状態で大気側ゲートバルブ２１１を開放し、ロード部１００の基板受渡機構によって垂直姿勢の２枚の基板Ｗをロードロック室２１０の内部へ搬入する。基板Ｗの搬入が完了したらロードロック室２１０の大気側ゲートバルブ２１１を閉鎖し、ロードロック室２１０内を真空排気する。

続いて、パージガス導入口２２１，２５１からのパージガスの導入、及び排気口２２２，２３１からの排気を開始し、リークバルブ２８１，２８２及び真空ポンプ４０１を制御して共通搬送室２２０の圧力が各成膜室２４０と同等となるようにする。

ロードロック室２１０内が所定の真空度に達したら、ロードロック室２１０の真空側ゲートバルブ２１２を開放し、ロードロック室２１０内の各基板Ｗを共通搬送室２２０内の搬送台車２７０に受け渡す。

搬送台車２７０に受け渡された基板Ｗは、まず予熱室２３０に搬入される。その際には、搬送台車２７０を予熱室２３０の前に移動させた上で、図３に示すように、搬送アーム２７１ａ，ｂを予熱室２３０の内部に進入させ、該搬送アーム２７１ａ，ｂに保持された各基板Ｗを予熱室２３０内の各ヒータ板２３２の正面に位置させる。続いて各ヒータ板２３２上の基板保持部材２３３によって各基板Ｗをヒータ板２３２上に保持した後、搬送アーム２７１ａ，ｂによる基板Ｗの保持を解除して該アーム２７１ａ，ｂを予熱室２３０から退出させる。その後、予熱が完了したら、上記搬入時とは逆の手順によってガラス基板Ｗを予熱室２３０から共通搬送室２２０へ搬出する。

続いて、予熱処理後の基板Ｗを保持した搬送台車２７０を所定の成膜室２４０の前に移動させ、上記同様の手順により基板Ｗを成膜室２４０に搬入する。なお、図４に示すように各成膜室２４０と共通搬送室２２０の境界にはゲートバルブ２４１が設けられているので、成膜室２４０へ基板Ｗを搬入出する際には、一時的に該ゲートバルブ２４１を開放する必要がある。その後、成膜室２４０での所定の成膜処理が完了したら、基板Ｗを共通搬送室２２０へ取り出し、更に後段の成膜室２４０へ搬送する。このようにして、各成膜室２４０へ順次基板Ｗを搬送して該基板Ｗ上に複数種類の薄膜を所定の順序で形成し、処理後の基板Ｗを冷却室２５０に搬入して冷却した上でロードロック室２６０を介して装置外へ搬出する。

本実施例のＰＥ−ＣＶＤ装置では、上記一連の処理の間、共通搬送室２２０の一端及び冷却室２５０からパージガスを供給し、該パージガスを共通搬送室２２０の他端及び予熱室２３０から排出することにより、共通搬送室２２０と各成膜室２４０をほぼ同圧に維持している。このため、各成膜室２４０のゲートバルブ２４１を開放しても成膜室２４０と共通搬送室２２０の間でのガス交換が殆ど発生せず、成膜室２４０から原料ガスが僅かに漏れ出しても該原料ガスは共通搬送室２２０内を流れるパージガスと共に装置外に排出されるため、該原料ガスが他の成膜室２４０に拡散するおそれがない。また、パージガスは各成膜室２４０に導入されるキャリアガスと同種のガスであるため、ゲートバルブ２４１の開放時に共通搬送室２２０内のガスが僅かに成膜室２４０に侵入しても、成膜室２４０での成膜品質に影響を与えることはない。

また、冷却室２５０内にパージガス導入口２５１を設けたことにより、該パージガスによって基板Ｗの冷却を促進することができ、更に、予熱室２３０内に該パージガスを排気するための排気口２３１を設けたことにより、基板Ｗの加熱によって発生する気体成分や微粒子を共通搬送室２２０に拡散させることなく速やかに排出することができる。

以上のように、本実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置によれば、冷却室２５０から共通搬送室２２０を通過して装置外部に至るパージガスの流れを形成することにより、成膜室２４０間でのガス混合を防止し、高品質な成膜を実現することができる。また、共通搬送室２２０及び冷却室２５０の内部に赤外線ランプ２２３，２５４を設けたことにより壁面からのアウトガスの放出を促進して大気開放後の再稼働に要する時間を短縮することができる。

以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記実施例では、ＰＥ−ＣＶＤ装置を例に用いたが、その他の基板処理装置、例えば、熱ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等においても本発明を同様に適用可能である。また、上記実施例では冷却室及び共通搬送室の一端からパージガスを導入し、予熱室及び共通搬送室の他端からパージガスを排出する構成としたが、共通搬送室に対する予熱室、冷却室、及び処理室の配置に応じてパージガスの導入及び排出をそれぞれ冷却室及び予熱室のみから行う構成としてもよい。

本発明の一実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置の概略構成を示す平面図。 同実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置の共通搬送室及び予熱室を示す横断面図。 同実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置において搬送アームを予熱室に進入させた状態を示す横断面図。 同実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置の共通搬送室及び成膜室を示す横断面図。 同実施例に係るＰＥ−ＣＶＤ装置の共通搬送室及び冷却室を示す横断面図。

符号の説明

２１０，２６０…ロードロック室
２２０…共通搬送室
２３０…予熱室
２４０…成膜室
２５０…冷却室
２１１，２１２，２４１，２６１，２６２…ゲートバルブ
２２１，２５１…パージガス導入口
２２２，２３１…排気口
２２３，２５４…赤外線ランプ
２３２，２４２…ヒータ板
２５２…冷却板
２７０…搬送台車
２７１ａ，ｂ…搬送アーム
２８０…パージガスボンベ
２８１，２８２…リークバルブ
４０１…真空ポンプ
Ｗ…基板

Claims (3)

1. 基板上に所定の処理を施すための複数の処理室、基板を予熱するための予熱室、基板を冷却するための冷却室、及び前記各室間での基板の搬送を行うための共通搬送室を備えた基板処理装置において、
   前記各処理室はゲートバルブを介して前記共通搬送室と連通可能に接続され、
   前記予熱室及び冷却室は前記共通搬送室と常時連通した状態で接続されており、
   更に、前記冷却室内へパージガスを導入するためのパージガス導入手段と、
   前記冷却室内に導入されたパージガスを前記共通搬送室内を通過させた上で外部に排出する排気手段と、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 上記排気手段が、上記パージガス導入手段によって冷却室に導入され、上記共通搬送室を通過したパージガスを上記予熱室から排出するものであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 上記共通搬送室及び／又は冷却室の内部に、赤外線放射によって該共通搬送室及び／又は冷却室の壁面を加熱するための赤外線ランプを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。

Images