(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＶＤ装置により薄膜を成膜する基板を、昇温してある成膜プレート上に載置した時の基板の反りを防止することにより、膜質や歩留りの低下を防ぐ。【解決手段】連続式平行平板型ＣＶＤ装置に用いる成膜プレートへの基板載置方法において、基板を前記成膜プレート上に載置する前および／または載置した後に、基板の略中央部に対し加熱を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
CVD装置内へ搬送される成膜プレート上に基板を載置する吸着パッドと、
前記基板の中央領域を加熱する手段と、
を有する基板の搬送装置。
【請求項２】
前記基板の中央領域を加熱する手段は、前記基板より高温の気体であることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記気体が、窒素であることを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。
【請求項４】
前記気体が、空気であることを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。
【請求項５】
前記基板の中央領域を加熱する手段は、前記基板の中央領域に当接可能であり、前記基板より高温の治具であることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
【請求項６】
基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、気体を噴出可能であり、前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、
前記基板上に前記搬送機構を移動する工程と、
前記基板より高温の気体を、前記搬送機構から前記基板の中央領域に当てて、前記基板を加熱する工程と、
前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、
前記基板が載置された前記成膜プレートをＣＶＤ装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、
を有する成膜基板の製造方法。
【請求項７】
基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、治具を備えており前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、
前記基板上に前記搬送機構を移動する工程と、
前記基板の中央領域に対し、前記基板より高温の前記治具を押し当て、前記基板を加熱する工程と、
前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、
前記基板が載置された前記成膜プレートをＣＶＤ装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、
を有する成膜基板の製造方法。
【請求項８】
前記基板が成膜された後、前記成膜プレートは、前記ＣＶＤ装置外へ搬出されて前記基板が取り除かれ、さらに新しい基板が載置されることを特徴とする請求項６または７に記載の成膜基板の製造方法。
【請求項９】
前記成膜プレート上に載置された前記基板を、前記搬送機構によって前記成膜プレートに３秒以上押し当てることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の成膜基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜成膜のためのプラズマ化学的気相成長（以下ＣＶＤと略する）装置等で使用される成膜プレートに基板を載置する搬送装置および成膜基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の基板の製造方法において用いられるＣＶＤ装置は、基板を処理雰囲気中へ搬入するためのロードロック室、搬入された基板に対しＣＶＤにより成膜を行う成膜室、処理済みの基板を成膜室から取り出すアンロードロック室から成り、これらを直列に並べた構成になっている。
【０００３】
従来の基板の搬送経路は、まず、搬送機構によって処理対象の基板をロードロック室へ搬入し、次いで基板を成膜室へ搬入する。基板は、成膜室において電極板に対向して配設した成膜プレート上に載置されて成膜される。ここで、成膜室内は、成膜時の反応による熱や、成膜工程における熱によって加熱されている。そして、成膜された基板は、アンロードロック室へと進み、アンロードロック室から装置外へ搬出される。
【０００４】
一般的に、成膜に使用される成膜プレートは、生産性を向上させるため、アンロードロック室から搬出された後、熱を帯びたまま冷却せずにさらに使用される。
【特許文献１】特開平１０−３４０８９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３１９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の基板の処理工程において、成膜プレートは、アンロードロック室から搬出された後、熱を帯びたまま冷却せずに使用されるため、新たな基板が成膜プレートに載置された際、温度差に起因して基板が反りやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板の反りを低減し、膜質や歩留り等の不具合が低減された成膜基板とすることが可能な基板の搬送装置および成膜基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基板の搬送装置は、CVD装置内へ搬送される成膜プレート上に基板を載置する吸着パッドと、前記基板の中央領域を加熱する手段と、を有する。
【０００８】
また、本発明の成膜基板の製造方法は、基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、前記基板より高温の気体を、前記搬送機構から前記基板の中央領域に当てて、前記基板を加熱する工程と、前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、前記基板が載置された前記成膜プレートをＣＶＤ装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、を有する。
【０００９】
また、本発明の成膜基板の製造方法は、基板と、CVD装置内へ搬送される成膜プレートと、治具を備え前記基板を前記成膜プレートへ搬送する搬送機構とを準備する工程と、前記基板の中央領域に対し、前記基板より高温の前記治具を押し当て、前記基板を加熱する工程と、前記基板を前記搬送機構により前記成膜プレート上に載置する工程と、前記基板が載置された前記成膜プレートをＣＶＤ装置内に進め、前記基板に成膜する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上述のような構成または工程により、処理対象である基板の温度を成膜プレートの温度に近づけることができるため、処理対象である基板にかかる熱応力を小さくすることができ、基板の反りを低減できる。よって、反りにより基板に生じる不具合も解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は搬送装置およびＣＶＤ装置の動作の一実施形態を示した図である。ＣＶＤ装置は、例えば、太陽電池素子の反射防止膜としての窒化シリコン薄膜の成膜工程や半導体素子や液晶表示装置などの製造工程で使用される。
【００１２】
基板１は、成膜プレート１７を備える搬送カート２に支持されてＣＶＤ装置内に搬入され、成膜室４において成膜される。基板１は、ＣＶＤ装置のアンロードロック室５から大気側に搬出された後、搬送カート２から回収される。搬送カート２は、タクト時間を上げるため、アンロードロック室５より搬出された後、ロードロック室３の前に搬送され、新たな基板１が供給される。このような搬送カート２は、ロードロック室３の前に搬送された際、熱を帯びた状態にある。
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図２は、ローダーベルト１５上に配置された搬送カート２の成膜プレート１７上に基板１を載置する搬送装置の一例を示す斜視図であり、図３（ａ）〜（ｄ）はその動作を示す工程図である。
【００１５】
搬送装置は、駆動シャフト２９と、ベースアーム２４とスプレーノズル２７とを備え、駆動シャフト２９に対しエアシリンダーを介してネジ止めなどで固定された吸着可動部２３とを有する。
【００１６】
吸着可動部２３のベースアーム２４は、ステンレスやアルミニウムなどの金属製の角柱からなる。ベースアーム２４には、複数のゴム製の吸着パッド２５が取り付けられている。ゴム製の吸着パッド２５は、吸着保持後の移動時の安定性の観点から３個以上とすることが好ましい。このような複数の吸着パッド２５は、CVD装置内へ搬送される成膜プレート１７上に基板１を載置する役割を有し、それぞれ減圧ホース２６が繋がっており、減圧ホース２６の他端部は、真空ポンプなどの減圧手段に接続されている。また、減圧ホース２６の中間部には電磁弁などの開閉手段が設けられている。また、ベースアーム２４の略中央部には、スプレーノズル２７が取り付けられている。スプレーノズル２７には、ガス供給ホース２８が繋がれており、ガス供給ホース２８の他端部は、空気や窒素などの熱風発生器に接続されている。また、ガス供給ホース２８の略中間部には電磁弁などの開閉手段が設けられている。これらの減圧ホース２６、ガス供給ホース２８は吸着可動部２３の上下左右方向の移動に追従するようにスパイラル状の伸縮自在のホースが用いられることが望ましい。
【００１７】
駆動シャフト２９は、シーケンサーなどにより制御されたサーボーモーターに繋がれ、吸着可動部２３を所定の位置まで動かすことができる。
【００１８】
図４は、基板１が載置される搬送カート２の構成を示す平面図である。搬送カート２は、搬送装置により複数の基板１が載置された後、複数の基板１を支持し、搬送部材６上を走行できるように構成されている。このような搬送カート２は、ステンレスなどから成る金属枠９に成膜プレート１７をはめ込んで、成膜プレートの固定冶具２０により固定された構造である。この搬送カート２は、プラズマＣＶＤ装置の搬送部材６によりその内部を移動し、所定の位置で金属枠１９に設けられた位置決め治具１６により固定される。
【００１９】
図５は、図４に示す成膜プレート１７の平面図である。成膜プレート１７は、基板２を支持できる基板の位置決めピン１８を備えている。この成膜プレート１７の材料としては、カーボン、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることができる。図５において、位置決めピン１８は、基板１同士の重なりや成膜プレート１７からの転落を防止するために、その間隔が基板１の大きさに対し少し大きくなるように成膜プレート１７上に植設されている。成膜プレート１７の位置決めピン１８に囲まれた部分は、基板載置部１９となる。
【００２０】
本実施形態において、基板１は、次の手順により作業台からローダーベルト１５上に配置された搬送カート２の成膜プレート１７上に載置される。
【００２１】
まず、複数の基板１が作業台２２上に供給されると、エアシリンダーにより基板１と吸着パッド２５が当接するまで吸着可動部２３が下降する（図３（ａ））。
【００２２】
次に、吸着パッド２５に繋がる電磁弁を開いて、基板１を吸着可動部２３に吸着、保持する。この時、熱風発生器に繋がる電磁弁を開き、スプレーノズル２７から基板１より高温の気体（熱風）を各基板１の上面の略中央部（図４に示す領域A）に当たるように吹き付ける。その後、吸着可動部２３に基板１を吸着、保持したまま、吸着可動部２３を上昇させる（図３（ｂ））。
【００２３】
その後、吸着可動部２３を成膜プレート１７上の基板載置部１９上に横方向に移動させる（図３（ｃ））。
【００２４】
その後、吸着可動部２３を基板１と成膜プレート１７が当接するまで下降させ、吸着パッド２５に繋がる電磁弁を閉じて、基板１を吸着可動部２３から離す。その後、熱風発生器に繋がる電磁弁を閉じ、スプレーノズル２７からの熱風を止める（図３（ｄ））。その後、吸着可動部２３を上昇させ、吸着可動部２３を作業台２２上に横方向に移動させる。
【００２５】
以上の動作を繰り返し行うことで複数の基板１を成膜プレート１７上に載置することができる。
【００２６】
このように、本実施形態においては、スプレーノズル２７から基板１より高温の気体を基板１の上面側に吹き付けることにより基板１の上面を昇温することができる。これにより成膜プレート１７上に基板１を載置したときに、昇温されてある成膜プレート１７により基板１の下面の温度が上昇するが、上記のように熱風により基板１の上面も昇温されているため、基板１の上面と下面の温度差がほぼ無くなり、基板１が成膜プレート１７上で凹状に反ること（図４に示す基板１の端部Bが成膜プレート１７から浮くこと）を低減することができる。また、基板の反りを低減したことにより、基板１を載置した成膜プレート１７をＣＶＤ装置内部に搬送した際、基板１が成膜プレート１７上で動きにくくなり、基板１同士の重なりが低減でき、成膜を均一に行い易くなる。またさらに、基板１が成膜プレート１７の位置決めピン１８に乗り上げる確率が低減されるため、成膜を安定して行うことができ、膜質を向上できる。
【００２７】
このスプレーノズル２７から吹き付ける熱風は、クリーンエアーや窒素などが使用できる。コストの観点では、空気を用いることが好ましく、基板１の熱風による酸化防止の観点では窒素を用いることが望ましい。
【００２８】
また熱風の温度と吹き出し圧力は、基板１が成膜プレート１７に載置された後の温度と反りの状態を観て、最適に決定すれば良い。
【００２９】
さらにスプレーノズル２７からの熱風の吹き付けは、熱風により基板の吸着可動部２３からの落下の危険を無くすために、吸着可動部２３を、基板１と成膜プレート１７が当接するまで下降させた後に、初めて熱風発生器に繋がる電磁弁を開き、スプレーノズル２７から熱風を基板１に当たるように所定時間吹き付けるようにしても良い。また、上述のように基板１を作業台２２上で吸着可動部２３に吸着、保持してから、基板１を成膜プレート１７上に載置して吸着可動部２３から離すまでの間連続して、スプレーノズル２７から熱風を基板１に当たるように吹き続けてもよい。この場合、熱風が基板１に当たる時間が長くなり、さらに吸着可動部２３が上下方向、横方向に動くため、熱風が基板１に満遍なく当たり、基板表面における温度差が低減されて、成膜プレート１７に基板１を載置した後の基板１の反りが小さくなる。特に、太陽電池素子などに用いられる１５０ｍｍ程度以上の基板１を用いた場合に有効である。さらにこの方法は吸着可動部２３の移動中に基板１を昇温するため、タクト時間を短くできるという利点もある。
【００３０】
また図３（ｄ）に示すように吸着可動部２３を基板１と成膜プレート１７が当接するまで下降させたのち、吸着パッド２５にて基板１を成膜プレート１７に一定時間押し当てるように維持することが望ましい。これにより基板１と成膜プレート１７の温度をほぼ等しくすることができ、成膜プレート１７上の基板の反りをさらに低減でき、基板に生じる種々の不具合も低減できる。この吸着パッド２５にて基板１を成膜プレート１７に押し当てる時間は、３秒以上が望ましい。３秒以上とすることで、基板１に反りが発生しにくい。
【００３１】
次に、本実施形態のＣＶＤ装置について説明する。本実施形態のCVD装置は、平行平板型プラズマＣＶＤ装置であり、成膜プレート１７を備える搬送カート２に支持された基板１が搬入され、基板１の温度を保持しつつ内部を所定の真空状態にするロードロック室３と、ロードロック室３からの基板１が搬入され基板１に成膜を行う成膜室４と、成膜室４からの基板１が搬入され基板１を冷却するとともに内部圧力を大気圧まで戻して大気側に搬出するアンロードロック室５とを備えている。ロードロック室３、成膜室４およびアンロードロック室５は、気密を保持できる開閉可能なゲートバルブを介して一直線に接続されている。また、ロードロック室３とアンロードロック室５の大気側にも同様のゲートバルブが設けられている。
【００３２】
成膜室４は、互いに対向するように配置された一対の電極板と、電極板間に配置され、基板１を載置するための搬送部材６と、電極板間にプラズマを発生させるＲＦ電源８と、アース１１と、真空排気系として真空ポンプ１０と、成膜室内に送るガス量を所定の量に制御するマスフローコントローラー９と、基板を加熱するためのヒーター１２とを有する。
【００３３】
搬送部材６は、ロードロック室３と成膜室４とアンロードロック室５とに敷設されており、搬送カート２は、搬送部材６によって順次ロードロック室３、成膜室４、アンロードロック室５内を搬送される。
【００３４】
成膜プレート１７を備える搬送カート２に支持された基板１は、ロードロック室３と成膜室４の間をゲートバルブにより遮断した状態で、ローダベルト１５からロードロック室３へ搬入される。ここで、ロードロック室３は、大気状態から真空状態に排気されると共にヒーター１２により所定の温度にまで昇温される。次いで、CVD装置外とロードロック室３の間をゲートバルブにより遮断した後、ロードロック室３と成膜室４との間を開けて基板１を成膜室４へ搬入する。成膜室４へ搬入された基板１は、成膜室４の一方の電極板上に載置される。成膜室４内において、真空ポンプ１０で排気し、ＲＦ電源８からＲＦ電力を電極間に印加し、電極板７とアース１１側の搬送カート２の間でプラズマを発生させる。マスフローコントローラー９からガスをプラズマ空間内に導入して活性状態に励起させて搬送カート２の成膜プレートに載置した基板１の表面に半導体膜や絶縁膜や導電膜などの薄膜を成膜する。ここで、成膜時、成膜室内は反応により熱が発生して加熱される。また、必要に応じて、基板１は加熱して成膜され、成膜室内が３５０度〜４５０度程度にまで加熱される。成膜後、成膜室４とロードロック室３との間をゲートバルブにより遮断した後、成膜室４とアンロードロック室５の間を開けて基板１をアンロードロック室５へ搬入する。そして、成膜室４とアンロードロック室５との間をゲートバルブにより遮断した状態で、真空状態から大気状態にアンロードロック室５がパージされ、アンロードロック室５から膜が堆積された基板１を搬出する。
【００３５】
アンロードロック室５より搬出された搬送カート２は、成膜時に最適な膜質の成膜ができるようにロードロック室３及び成膜室４において３５０〜４５０℃近傍の所定の温度に昇温された状態であるので、タクト時間を上げるため温度が大きく低下しない間にその上に載置された基板１を収納し、速やかにロードロック室３の前に搬送される。
【００３６】
このときロードロック室３の入口側に基板２の供給機構を設けて、搬送カート２の上部側から成膜前の新たな基板１を搬送カート２の上に供給したり、アンロードロック室５の出口側に基板１の回収機構を設けて成膜した基板１を回収する。また入り口側で供給・回収を同時に行うことも可能である。
【００３７】
さらに、タクト時間を短くするために、成膜プレート１７を置くローダーベルト１５にヒーターなどを埋め込み成膜プレート１７を下側から所定温度で加熱してもよい。このようにすることで、成膜プレート１７の温度が基板１を載置している間に下がらないようにできる。
【００３８】
また、搬送カート２がアンロードロック室５から出てきてからロードロック室３の前に戻るまでの間に、トンネル型の断熱炉または加熱炉を設けることも可能である。
【００３９】
また、さらに、大型のＣＶＤ装置を用いて一つの成膜プレート１７に多くの基板１を載置する場合などでは、別々に動作する複数の吸着可動部２３で基板１の載置を行うことでタクト時間を短くできる。また、上述のように吸着可動部２３を縦または横方向に複数連結し、成膜プレート１７の行方向または列方向毎に、同時に一列ずつ基板１を載置するようにしても良い。
【００４０】
本実施形態に係る成膜プレート１７への基板載置方法は、単結晶シリコンや多結晶シリコンを基板とする結晶系太陽電池素子の受光面上に、モノシランガスやアンモニアガスを使用してプラズマＣＶＤ装置により窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を反射防止膜として成膜するときに特に有効である。シリコン基板を１０〜１００枚程度、大型のＣＶＤ装置により窒化シリコン膜を同時に成膜するときに、成膜温度を４００〜６００℃近傍に昇温することにより、成膜した窒化シリコン膜が反射防止膜の他にパッシベーション膜としても働くことが知られている。このためこの様な高温での成膜する時における場合に予め成膜プレート（搬送カート２）や基板１の温度を上昇させておくことによりＣＶＤ装置のタクトタイムを著しく短縮でき、その生産性を向上させることができる、また成膜プレートのすべての基板１において、良好で均一な膜厚、膜質の成膜が可能となり、太陽電池素子の光電変換効率のばらつきを少なくすることができ、太陽電池素子製造におけるロット毎の光電変換効率の平均値を向上させることが可能となる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
図６は搬送装置の吸着可動部２３の別の実施形態を示す斜視図であり、図７（ａ）（ｂ）はその動作を示す側面図である。図６、図７において、搬送装置は、基板１の中央領域に当接可能であり、基板１より高温の加熱治具３０を有する。この加熱治具３０はステンレスなどの金属で作製され、吸着可動部２３の略中央部にネジなどで取り付けられる。その内部にはヒーターと熱電対などの温度センサーが埋め込まれており、配線を通し外部の温度調節器により加熱治具３０が所定の温度で維持されるようになっている。
【００４２】
また加熱治具３０の厚みは、吸着可動部２３の吸着パッド２５に基板１を吸着、保持した時の基板１に加熱治具３０が当接する厚みである。また吸着可動部２３のベースアーム２４の温度が上がり過ぎないようにベースアーム２４と加熱治具３０の間には断熱材を挿入することが望ましい。
【００４３】
本実施形態において、図７（ａ）に示すように基板１と吸着パッド２５が当接するまで吸着可動部２３が下降し、吸着パッド２５に繋がる電磁弁を開いて、基板１を吸着可動部２３に吸着、保持する。この時基板１には加熱治具３０が当接しているので基板１は加熱治具３０により昇温することになる。
【００４４】
その後、図７（ｂ）に示すように吸着可動部２３に基板１を吸着、保持したまま、吸着可動部２３を上昇させる。次いで、吸着可動部２３を成膜プレート１７上の基板載置部１９上に横方向に移動させる。その後、吸着可動部２３を基板１と成膜プレート１７が当接するまで下降させ、吸着パッド２５に繋がる電磁弁を閉じて、基板１を吸着可動部２３から離す。この間の基板１が吸着可動部２３から離れるまで、基板１は加熱治具３０に当接し、昇温されることになる。その後、吸着可動部２３を上昇させ、吸着可動部２３を作業台２２上に横方向に移動させる。以上の動作を繰り返し行うことで複数の基板１を成膜プレート１７上に載置することができる。
【００４５】
この加熱治具３０はスプリングなどで取り付けられ、一定の圧力で基板に確実に当接するようにしても良い。
【００４６】
このように吸着可動部２３に取り付けられた加熱治具３０により基板１を容易に昇温することができ、成膜プレート１７上での基板１の凹状の反りを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】搬送装置およびＣＶＤ装置の動作の一実施形態を示した図である。
【図２】基板搬送装置の一例を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）基板搬送装置の動作を示す側面図である。
【図４】搬送カートの構造の一例を示す平面図である。
【図５】図４に示す成膜プレートの一例を示す平面図である。
【図６】吸着可動部の別の実施形態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）（ｂ）吸着可動部の別の実施形態の動作を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１；基板
２；搬送カート
３；ロードロック室
４；成膜室
５；アンロードロック室
６；搬送機構
１７；成膜プレート
２０；成膜プレート固定冶具
２３；吸着可動部
２５、３２；吸着パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010109089.tif 000008
【図７】
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