JP2006273447A - 基板吸着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の真空雰囲気で搬送する基板の搬送において、安定した基板の吸着を実現する。
【解決手段】ガラス基板５を加熱する基板加熱手段を備えた加熱室１と、加熱室１に開閉可能な機構を通して連接され、ガラス基板５を搬送する複数の静電チャックを備えた搬送室８と、搬送室８に開閉可能な機構を通して連接され、前記ガラス基板を処理する処理手段を備えた処理室１０と、加熱室１と搬送室８とを結び、ガラス基板５が所定温度に達した時に移送開始させる制御手段を備えた第１の移送手段４ｂ，４ｃと、搬送室８と処理室１０とを結ぶ第２の移送手段１４ａ，１４ｂを有し、複数の静電チャックは、各々の吸着面を加熱するチャック加熱手段と、吸着面が所定温度に達した時に吸着開始させる制御手段を備えた装置を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル、ＰＤＰパネルに代表されるフラットパネルディスプレイ等を製造するための装置に係わり、特に静電チャックを用いて電気絶縁性を有するガラス基板を工程間で受け渡すための、基板吸着方法及び装置に関する。

従来から、基板の表面に何らかの処理を施す際には、真空吸着で基板を保持することが多い。しかしながら、減圧下で処理を行う必要があると、真空吸着を使用することができない。このため、減圧下で基板を保持して処理を行おうとするときには、静電チャックによる静電吸着保持が用いられる。

静電チャックは、試料台の上に誘電層を設け、試料台と半導体基板の間に電圧を印加し、両者の間に発生した力によって半導体基板を静電気的に吸着する機構である。吸着方式の違いによって、誘電体として絶縁材料を使用するクーロン力型と、ジョンソン・ラベック力型に分類される。低電圧で強い吸着力を発揮するジョンソン・ラベック力型は、アルミナなどのセラミック製静電チャックに多く、耐熱性と耐プラズマ性の面で優れている。

静電チャックの用途としては、半導体基板の保持および温度制御のために試料台、搬送系に用いられ、半導体基板と静電チャックの間にＨｅなどの不活性ガスを流して半導体基板を冷却させたり、ヒータと組み合わせて半導体基板を加熱したりと、加工中の半導体基板の温度を制御する目的と併せて使用される。

静電チャックに求められる性能としては、機械的特性だけでなく、パーティクルの低減、純度の向上、耐プラズマ性、耐薬品性の向上に加え、成膜、エッチング時の温度の均一性と冷却特性の向上がある。

図５にジョンソン・ラベック力型の静電チャックの吸着原理を示す。

図５において、静電チャック１５の内部に設けた金属電極５１に電圧を印加し、被吸着物である半導体基板５２と静電チャック１５の表面に正・負の電荷を発生させ、この間に働くジョンソン・ラベック力によって半導体基板５２を固定する。これには、図５（ａ）に示す単極型と、図５（ｂ）に示す双極型の２種類があり、単極型は静電チャック内部の電極と被吸着物に電位差を与え使用する。一方、双極型は静電チャックの内部の２つ以上の電極に電位差を与え使用する。

従来の静電チャックとしては、例えば、特許文献１に開示された静電チャックがある。特許文献１に開示された静電チャックを図６に示す。図６は、板状セラミックス体５４の一方の主面に吸着用電極５５を設け、吸着用電極５５の上に絶縁層５３を備え、絶縁層５３の上面を、ウエハを載せる吸着面５３ａとした静電チャック１５において、吸着面５３ａの平坦度が変化したり、絶縁層５３の剥がれやクラックが発生するという課題を解決するために、絶縁層５３を複数に分割したものである。

また、パーティクルを低減するために、吸着前後でのウエハの温度差を小さくするための静電チャックとしては、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２に開示された静電チャックは、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における吸着前のウエハの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下にするために、ウエハ搬送手段に、ウエハを予備加熱するための加熱手段を設けている。

また、絶縁物である液晶用ガラス基板を搬送するものとしては、例えば、特許文献３に開示されたものがある。特許文献３に開示された静電チャックは、誘電分極の作用を利用して絶縁性の被吸着物であっても良好に吸着するために、静電チャックの吸着面から電極を挟んで反対側にアース電極を設けたものである。
特開２００３−３３８５３６号公報 特開２０００−１２６６４号公報 特開２００４−２２９７９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、近年、急激に需要が増加している液晶パネル、ＰＤＰパネルに代表されるフラットパネルディスプレイ等に用いるガラス基板の場合には、ガラス基板が大型化することでガラス基板のたわみの影響が大きくなるという課題と、ガラス等の電気的絶縁性を有するものを吸着するには、単に吸着するだけでは十分な吸着力が発揮できないという課題を有していた。

吸着面とあらかじめ加熱されたガラス基板の温度差が１５度以内となるまで前記吸着面の温度を調整した後、前記吸着面から絶縁層を挟んで配置された電極に電圧を印加することで、前記吸着面と対向させた前記ガラス基板を前記吸着面で吸着する。

本発明によれば、ガラス基板及び静電チャック吸着面を所定温度まで加熱した後に吸着させることで、ガラス基板のたわみの影響を小さくし、また、十分な吸着力を保つ搬送を行なうことができる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における基板搬送装置について、図１から図４を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における基板搬送装置の概略図である。図１において、予備加熱室１は、図示していない真空排気手段、ガス導入手段を有し、予備加熱室１内を真空雰囲気、大気雰囲気にすることが可能な構成となっている。この予備加熱室１は、ヒータ等の加熱機構２と、ガラス基板５を載置する搬送キャリア３を備えている。予備加熱室１の側面部にはゲートバルブ６が連接され、大気雰囲気と予備加熱室１内を仕切り可能な構成となっている。

予備加熱室１とゲートバルブ７で連接された真空搬送室８は、図示していない真空排気手段を有し、常時、真空雰囲気を保持している。真空搬送室８には、上下動作可能な基板保持機構９が具備されている。搬送機構４ａ、４ｂ、４ｃは搬送キャリア３を移載するための機構であり、搬送キャリア３に対し、大気雰囲気、予備加熱室１内、真空搬送室８内を反復動作することが出来る。

真空処理室１０は、ゲートバルブ１３を介し、真空搬送室８に仕切り可能な構成を通して連接されている。また、真空処理室１０は、図示していない真空排気手段、ガス導入手段を有し、所定の真空圧力に調整することが可能な構成となっている。真空処理室１０内には、ガラス基板に処理を施すためのプロセスユニット１１が備えられ、プロセスユニット１１に対向し、ガラス基板５を置載するプロセス用搬送キャリア１２が配置可能となっている。１４ａ、１４ｂはプロセス用搬送キャリア１２を移載する搬送機構であり、プロセス用搬送キャリア１２を真空搬送室８内、真空処理室１０内で反復動作することが出来る。

図２は、基板保持機構９の詳細図である。図２において、静電チャック１５は、基盤吸着面１５ａと、電圧が印加される電極と、前記吸着面と前記電極に挟まれた絶縁層とを備えた吸着機構であり、基板吸着面１５ａと同心に、基板吸着面１５ａより低い面１５ｂを有している。また、基板保持機構９は、図示していない加熱機構を内蔵し、保持プレート１６に固定されている。保持プレート１６は、球面ブッシュ１７（球面滑り軸受とも呼称される）を介し、シャフト１８に保持されている。シャフト１８は直動ブッシュ１９を介し、ベースプレート２０に保持されている。ブッシュ１９とブロック２２の間にシャフト１８と同心上に、ばね等の弾性体２１が配設される。

ここで、静電チャック１５は、真空搬送室８内に複数存在するが、その基盤吸着面１５ａは、吸着前は全て同じ平面状に存在する。

また、円筒ガイド２３は、べスペル等の、加熱すると比較的軟質の性質を示す熱可塑性材料で面１５ｂより高く構成され、静電チャック１５と同心状に基板吸着面１５ａの周囲に配置されている。ここで、この円筒ガイド２３が絶縁性の材料で構成されていると、静電チャックの静電気が周囲に及ぼす影響を軽減することが出来る。

図３は、ガラス基板吸着時の静電チャックの配置図である。面２３ａ〜２３ｆは、ガラス基板５において静電チャック１５により吸着される面である。ガラス基板の搬送キャリア３は、開口部２４を有し、ガラス基板５を保持エリア２５で保持している。ガラス基板５がプロセス用搬送キャリア１２に保持され静電チャック１５に吸着される場合も同様の構成である。

以上の構成による実施の形態１での基板搬送装置の動作について説明する。

ガラス基板５を、大気雰囲気において搬送キャリア３上に設置した後、予備加熱室１（第１の真空室）内を図示していないガス導入手段により、大気圧にする。次に、ゲートバルブ６を開き、搬送機構４ａ、４ｂにより、ガラス基板５が載置された搬送キャリア３を予備加熱室１内に移載する。予備加熱室１は図示していない真空排気手段により、真空雰囲気にされる。その後、ガラス基板５は、加熱機構２により、所定温度まで加熱される。ガラス基板の材質がソーダライムガラスの場合、２００℃程度で、約５００ｇｆ／ｃｍ²の吸着力が発揮されるため、２００℃程度まで加熱する。

予備加熱室１が所定の圧力となり、かつガラス基板５が所定温度まで加熱された後、ゲートバルブ７を開く。その後、加熱されたガラス基板５は、搬送キャリア３上に載置された状態で、搬送機構４ｂ、４ｃにより、真空移載室８（第２の真空室）内に搬送される。その後、基板保持機構９は複数の静電チャック１５がガラス基板５に当接するまで下方に動作する。このとき、静電チャック１５内に内蔵された図示していない加熱機構により、静電チャック１５はガラス基板５とほぼ同じ温度に調節されている。ここで、ガラス基板や静電チャックの加熱は、温度を測定しながら加熱するのではなく、一定の温度まで加熱機構を加熱した後、しばらく保持することでガラス基板５への加熱を行なう。ここで、静電チャック１５とガラス基板５の温度差が１５度以内であれば、ガラス基板５の割れを防止でき、より安定した搬送状態になる。

その後、静電チャック１５に所定の電圧を印加することにより、ガラス基板５は静電チャック１５に吸着される。その状態で、基板保持機構９はガラス基板５を保持し、上方に動作する。その後、搬送キャリア３は、搬送機構４ｂ、４ｃにより、予備加熱室１内に移載される。

その後、基板保持機構９は、下方に配置されているプロセス用搬送キャリア１２の基板受け面にガラス基板５が当接するまで下方に動作する。ガラス基板５がプロセス用搬送キャリア１２に当接した状態で、静電チャック１５に印加した電圧を切る。印加電圧を切った後、基板保持機構９は、上方まで動作する。ガラス基板５はプロセス用搬送キャリア１２に載置された状態で、搬送機構１４ａ、１４ｂにより、真空処理室１０内に搬送される。

真空処理室１０内において、ガラス基板５は、プロセスユニット１１により所定の処理が施される。処理されたガラス基板５は、上述とは逆の動作により、真空搬送室８および予備加熱室１を経て、大気雰囲気まで搬送され、取り出される。プロセス処理によりガラス基板５の温度は約２００℃とすると、処理室１０から真空搬送室８および予備加熱室１を経る大気雰囲気までの搬送を行なっても、ガラス基板５の安定搬送が可能である。

また、図２に示すように、静電チャック１５が、球面ブッシュ１７、直動ブッシュ１９を介して保持されていることにより、ガラス基板５に静電チャック１５が当接した際に、静電チャック１５が搖動、上下動作し、ガラス基板５の吸着面に倣う。これにより、ガラス基板５と静電チャック１５の吸着面が密接され、より安定した搬送を実現する。

また、静電チャック１５での吸着後にガラス基板５が搖動して搬送状態が安定しない場合は、ガラス基板５と静電チャック１５が当接した後に、球面ブッシュ１７、直動ブッシュ１９の動きを固定し、搬送終了後に固定を解除する機構を設けることで、より安定した搬送を行なうことができる。

また、静電チャック１５が大きく搖動した際にも、静電チャック１５が基板吸着面１５ａと同心に、熱可塑性の円筒ガイド２３が配置されていることにより、静電チャック１５のセラミック等で出来た硬質な部分１５ｂがガラス基板５に直接触れる前に円筒ガイド２３に触れるため、円筒ガイド２３がストッパーの役割を果たし、ガラス基板５に傷を付けることなく安定搬送可能である。

また、図３に示す通り、ガラス基板５の吸着位置を吸着面２３ａ〜２３ｆが、搬送キャリア３に突き上げ保持を行なっていた場合の保持エリア２５近傍に複数配設した方が基板たわみの影響を小さくすることが出来る。

また、コストがかかり構造も複雑になるが、ガラス基板５や静電チャック１５の温度を測定するための熱電対等の温度測定手段およびフィードバック制御回路を具備すれば、より正確にガラス基板５や静電チャック１５の温度をコントロールすることが出来る。

また、図４に示す通り、ガラス基板５の吸着位置をガラス基板５の全面とし、ガラス基板中央部の静電チャック２３ｈの温度を基板周辺部の静電チャックの温度よりも低くし、ガラス基板と静電チャックとの温度差を、ガラス基板５の全面に置いて不均一にすることで、周辺部と比べて中央部でたわみが発生しやすくなり、周辺部でたわみが発生しやすいガラス基板の場合も安定して搬送することが出来る。逆に、中央部でたわみが発生しやすいガラス基板。

また、複数の静電チャック１５の吸着面１５ａごとに静電容量を測定することにより、吸着面１５ａごとにガラス基板５との吸着状態を測定することができ、基板搬送時における静電チャック１５のチャック外れや、ガラス基板５をプロセス用搬送キャリア１２に当接させ基板保持機構９を上昇させる際にアンチャック状態を感知することができる。

本発明の基板吸着方法、基板搬送装置及び方法を用いると、静電チャックを用いたガラス基板の搬送を安定して行なうことができるため、液晶パネル、ＰＤＰパネルに代表されるフラットパネルディスプレイを搬送する用途等に適用することが出来る。

本発明の実施の形態１における基板搬送装置の概略図 本発明の実施の形態１における基板保持機構の詳細図 本発明の実施の形態１における基板吸着時の静電チャックの配置図 本発明の実施の形態１における基板吸着時の静電チャックの別の配置図 ジョンソン・ラベック力型の静電チャックの吸着原理を示す図 特許文献１に開示された静電チャックを示す図

符号の説明

１ 加熱室
２ 加熱機構
３ 搬送キャリア
４ａ、４ｂ、４ｃ 搬送機構
５ ガラス基板
６、７、１３ ゲートバルブ
８ 搬送室
９ 基板保持機構
１０ 処理室
１１ プロセスユニット
１２ プロセス用搬送キャリア
１４ａ、１４ｂ 搬送機構
１５ 静電チャック
１６ 保持プレート
１７ 球面ブッシュ
１８ シャフト
１９ 直動ブッシュ
２０ ベースプレート
２１ 弾性体
２２ ブロック
２３ 円筒ガイド
２４ 開口部
２５ 保持エリア
５１ 金属電極
５２ 半導体基板
５３ 絶縁層
５３ａ 吸着面
５４ 板状セラミックス体
５５ 吸着用電極

Claims (5)

1. 第１の処理室内を真空雰囲気にした後、
   前記第１の処理室内に配置されたガラス基板を加熱し、前記ガラス基板を第２の処理室に搬送し、前記ガラス基板と対向して設けられた吸着面と前記ガラス基板との温度差を１５度以内となるまで前記吸着面の温度を調整した後、
   前記吸着面から絶縁層を挟んで配置された電極に電圧を印加することで、前記ガラス基板を前記吸着面で吸着すること
   を特徴とする基板吸着方法。
2. 吸着面とあらかじめ加熱されたガラス基板の温度差が１５度以内となるまで前記吸着面の温度を調整した後、
   前記吸着面から絶縁層を挟んで配置された電極に電圧を印加することで、前記吸着面と対向させた前記ガラス基板を前記吸着面で吸着すること
   を特徴とする基板吸着方法。
3. 吸着面とガラス基板の温度差を０度としたこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の基板吸着方法。
4. 吸着面と、電圧が印加される電極と、前記吸着面と前記電極に挟まれた絶縁層と、温度制御手段を備えた吸着機構を複数有する処理室を備え、
   前記吸着機構は、前記吸着面が所定温度に達した時に吸着開始させる制御手段を有し、
   前記吸着機構を保持する支持部材は、前記処理室内に設置された移動機構に連接されていること
   を特徴とする基板吸着装置。
5. 前記吸着機構は、球状部材を介して前記支持部材に保持され、
   前記複数の吸着面は、同一平面状に存在すること
   を特徴とする請求項４に記載の基板吸着装置。

Images