JP2008294100A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザアニール処理装置などにおいて基板をステージに設置する際に、基板下面側に空気、ガスが巻き込まれるのを防止し、基板をステージから離脱させる際に帯電するのを防止する。
【解決手段】基板支持ステージ面２０を貫通してステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、ステージ面の内側に位置するものが、ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低く設定され、各基板支持プッシャは、相対的な保持高さを同じにしたままで連動して上下移動がなされる。構造が簡単で、基板をステージ面に設置する際にガスの巻き込みを防止でき、基板をステージ面から離脱させる際に帯電の発生を少なくする。
【選択図】図５

Description

この発明は、レーザアニール処理などを行う基板を保持して前記基板を基板支持ステージ面に設置し、または基板支持ステージ面に設置された基板を離脱させる基板保持装置に関するものである。

基板を基板支持ステージ面に設置してレーザアニール処理などを行う際に、該基板支持ステージ面に基板を設置する作業が必要になる。この基板の設置では、基板支持ステージ側に昇降可能な基板保持装置を設け、基板の下側から該基板保持装置によって基板で保持し、これを下降させることで基板支持ステージ面に基板を設置する。また、レーザアニール処理を終えた基板を前記基板支持ステージ面から離脱させる際には、前記基板保持装置を上昇させて基板を下方から押し上げて離脱を行う。

上記基板保持装置の概略を図８に基づいて説明する。基板支持ステージ１０に貫通孔を介して複数のプッシャピン１２が上下移動可能に貫通しており、各プッシャピン１２は共通プレート１１に取り付けられている。共通プレート１１は、モータ１３に連結された駆動機構１４を介して上下移動されるように構成されている。この装置では、モータ１３によって駆動機構１４を介して共通プレート１１を上昇させ、共通プレート１１に取り付けられた各プッシャピン１２を基板支持ステージ１０より突出させる。このプッシャピン１２に基板１を載せるようにして保持する。次いで、モータ１３を逆回転させることで、駆動機構１４を介して共通プレート１１すなわち各プッシャピン１２を下降させる。プッシャピン１２の保持位置が基板支持ステージ１０のステージ面１０ａに至ると、基板１の下面が基板支持ステージ面１０ａ上に接地して基板１が基板支持ステージ１０上に設置される。各プッシャピン１２の保持面を全てステージ面１０ａの下方に下降させることで設置を終了することができる。その後は、基板支持ステージ１０に設置された基板１を所望により加熱しつつ上面からレーザ光を照射してアニール処理を行う。

一方、処理済みの基板１を前記基板支持ステージ１０上から離脱させる場合には、上記と同様にしてモータ１３の作動によって各プッシャピン１２を上昇させ、基板１の下面側から基板１を押し上げることで、基板支持ステージ１０から離脱させる。プッシャピン１２を所定高さにまで上昇させた後は、基板支持ステージ１０の上方でプッシャピン１２で保持された基板１を適宜の搬送装置（図示しない）によって搬送する。

ところで、上記基板保持装置を用いて基板を基板支持ステージ面に設置する際に、周囲の空気や雰囲気ガスが基板の底面に巻き込まれたままで基板支持ステージ面に設置されてしまうと、基板下面と基板支持ステージ面との接触面によって閉じこめられた空気やガスによって基板の平坦度が損なわれてレーザ光照射時の露光が不均一になる。また基板を加熱して処理する際に基板の温度が不均一になりやすい。これらの不具合によってレーザアニールによる処理作用にばらつきが生じ、処理後の基板の品質が低下するという問題がある。

このため、従来は、基板と基板保持ステージ上面との設置面に空気やガスが巻き込まれないように、基板中央を支えるプッシャとその外側を支えるプッシャとを独立して上下移動可能にし、基板中央部を支えるプッシャが、その外側を支えるプッシャよりも低い構造を持つようにした基板保持装置が用いられている（例えば特許文献１、２参照）。これにより、基板を設置する際に基板の中央部側が先に基板支持ステージ面に接触し、その後基板の外側が基板支持ステージ面に接触することで、空気やガスを外側に排除しつつ基板の設置を行うことができる。

なお、特許文献１では、内側、外側ともにプッシャの駆動機構は設けずに、基板保持ステージ側を移動させることで、支持されたままのプッシャが相対的に上下移動するようにしており、内側のプッシャはアクチュエータによる支持によって外側よりも保持面が下方に位置するように構成されている。
特許文献２では、外側のプッシャと内側のプッシャとを独立した駆動装置によって駆動することによって、内側のプッシャが外側のプッシャよりも低くなるように駆動制御している。

また、アニール処理済みの基板を基板支持ステージから引き剥がして離脱させる際に剥離帯電によって静電気が起こり、それに伴う基板の割れ、振動が発生するおそれがある。これに対しては、特許文献２の基板保持装置において、独立した駆動によって基板周辺部を押し上げるプッシャと基板中央部を押し上げるプッシャの上昇するタイミングをずらすことで、剥離帯電の発生を少なくすることができる。
特開２００６−４９８６７号公報 特開２００２−２４６４５０号公報

しかし、上記のような対策を講じた基板保持装置では、独立した駆動機構やアクチュエータを用いた機構が必要になり、構造が複雑になる。基板支持ステージ下方は、ケーブルなどの配線などが必要であり、スペースの制約もあり、上記のような複雑な構造は設計上の支障になり、また、保守がしにくくなるという問題がある。また、複雑な構造は、装置の製造コストを上昇させてしまうという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、基板を基板支持ステージに設置する際のガスの巻き込みを防止し、また、離脱時の剥離帯電も効果的に防止することができ、かつ、簡易な構造によって構成をすることができる基板保持装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の基板保持装置のうち、第１の本発明は、横方向に沿って設置される基板支持ステージ面を貫通して該基板支持ステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、前記面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、該基板保持プッシャが並列された少なくとも一つの並列方向では前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定され、かつ各基板支持プッシャは、それぞれの相対的な保持高さを同じにしたままで連動して前記上下移動がなされることを特徴とする。

第１の本発明によれば、少なくとも一つの並列方向では、内側の基板支持プッシャが外側よりも低い状態を維持したままで上下動するので、基板載置時に基板下面側にガスが巻き込まれるのを確実に防止し、基板支持ステージからの離脱時には、帯電の発生を少なくすることができる。また、基板支持プッシャを独立して駆動するような複雑な機構は必要とされず、簡易な構造で上記作用が得られる。なお、基板支持プッシャは、基板支持ステージ面を貫通していればよく、基板支持ステージを貫通していることが必要とされるものではない。したがって、厚さの大きい基板支持ステージでは、該ステージに穴または溝が形成されて、この穴または溝を通して基板支持プッシャが上下動するものであってもよい。

第２の本発明の基板保持装置は、前記第１の本発明において、前記基板保持プッシャは、交差する前記並列方向において、それぞれ前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定されていることを特徴とする。

第３の本発明の基板保持装置は、横方向に沿って設置される基板支持ステージ面を貫通して該基板支持ステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、前記面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定され、かつ各基板支持プッシャは、それぞれの相対的な保持高さを同じにしたままで連動して前記上下移動がなされることを特徴とする。

第４の本発明の基板保持装置は、前記第１〜第３のいずれかに記載の本発明において、前記各基板保持プッシャは、連結手段によって互いに一体化されていることを特徴とする。

第５の本発明の基板保持装置は、前記第１〜第４のいずれかに記載の本発明において、前記各基板保持プッシャは、共通の駆動部により前記上下移動がなされることを特徴とする。

第６の本発明の基板保持装置は、前記第１〜第５のいずれかに記載の本発明において、前記各基板保持プッシャは、基板の保持位置に保持パッドが取り付けられていることを特徴とする。

第７の本発明の基板保持装置は、前記第６の本発明において、前記各基板保持プッシャは、共通横杆に前記保持パッドが取り付けられて構成されており、並列された横杆の高さが異なることによって基板保持プッシャの保持高さが異なっていることを特徴とする。

第８の本発明の基板保持装置は、前記第６または第７の本発明において、前記各基板保持プッシャは、共通横杆に前記保持パッドが取り付けられて構成されており、かつ前記保持パッドは、前記共通横杆に対する取付位置が変更可能になっていることを特徴とする。

第８の本発明の基板保持装置は、前記第６または第７の本発明において、前記各基板保持プッシャは、共通横杆に前記保持パッドが取り付けられて構成されており、かつ前記保持パッドは、前記共通横杆に対する取付位置が変更可能になっていることを特徴とする。

第９の本発明の基板保持装置は、前記第６〜第７８のいずれかに記載の本発明において、前記保持パッドは、高さ方向の長さが異なることによって前記保持高さが異なるように構成されていることを特徴とする。

第１０の本発明の基板保持装置は、前記第１〜第９のいずれかに記載の本発明において、前記基板保持プッシャは、保持した基板が前記基板支持ステージ面に接触または近接している状態で前記上方または下方移動速度が小さく、保持した前記基板が前記基板支持ステージ面から前記状態よりも離れた状態で前記上方または下方移動速度が大きくなるように上方または下方移動が制御されることを特徴とする。

第１０の本発明によれば、基板を基板支持ステージ面に載置する際に、接地時以降は、小さな下方移動速度で基板保持プッシャが移動するので、これに保持された基板の下降速度も小さくなり、基板下面側のガスが載置に連れて効果的に外側に排除され、ガスの巻き込みが防止される。また、基板を基板支持ステージ面から離脱させる際に、離脱するまで小さな上方移動速度で基板保持プッシャが移動するので、これに保持された基板の上昇速度も小さくなり、基板の引き剥がしによって生じる帯電を極力小さくすることができる。

そして基板が基板支持ステージから遠ざかった位置では、基板支持プッシャを大きな移動速度で上方または下方に移動させるので、移動作業の効率を低下させることなくガスの巻き込み防止および帯電防止を図ることができる。なお、移動速度は、２段階で変更しても良く、また多段によって制御しても良い。さらに連続的に移動速度を変更するように制御をしてもよい。移動速度の制御は、駆動部を制御する制御部によって行うことができ、該制御部は、例えばＣＰＵとこれを動作させるプログラム、プログラムを収容したＲＯＭ、データを一時保存するＲＡＭなどによって構成することができる。
なお、移動を変化させる時点は本発明としては基板が基板支持ステージ面に接触している時点付近とし、基板が基板支持ステージに接触している場合には必ず移動速度を遅くするようにし、さらには、ステージ面と接触する直前または離脱する直後にも同じく移動速度が遅くなるようにするのが望ましい。

以上、説明したように、本発明の基板保持装置によれば、横方向に沿って設置される基板支持ステージ面を貫通して該基板支持ステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、前記面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、該基板保持プッシャが並列された少なくとも一つの並列方向では前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定され、かつ各基板支持プッシャは、それぞれの相対的な保持高さを同じにしたままで連動して前記上下移動がなされるので、複雑な構造を必要とすることなく、基板を基板支持ステージに設置する際にガスの巻き込みを防止し、また、基板を基板支持ステージから離脱させる際に帯電の発生を少なくし、よってレーザアニール処理などを良好に行うことを可能にし、さらに基板の破損など効果的に防止する。

以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
矩形上の基板支持ステージ２は、上面中央部とその両側の縁部とに、同じ方向に沿ったプッシャ溝２ａ、２ｂ、２ｃが形成されており、該プッシャ溝２ａ、２ｂ、２ｃに長手方向に沿ったプレート状の横杆３ａ、３ｂ、３ｃが板面を縦にして上下移動可能に配置されている。横杆３ａ〜３ｃの長手方向両端部、中央部およびその間の中間部の上端には、図２〜図４に示すように、横杆３ａ〜３ｃの上部に挟み込むように保持パッド４ａ、４ｂ、４ｃがそれぞれ取り付けられている。なお、中央部に配置され横杆３ｂは、図４に示すように横杆３ａ、３ｃよりも相対的に高さが低く、横杆３ａ、３ｃの高さは同じになっている。この相対的な高さの関係において、横杆３ａ〜３ｃは、横杆３ａ〜３ｃの両端部でこれらと交差するフレーム５に連結されて一体化されている。
上記した保持パッド４ａ、４ｂ、４ｃによって、本発明の基板保持プッシャが構成されている。また、横杆３ａ〜３ｃ、フレーム５によって、本発明の連結手段が構成されている。

上記フレーム５は、基板支持ステージ２に対し相対的に上下に移動可能であり、図３に示すように、ブラケット５ａを介してベース部６に上下に移動可能に取り付けられている。また、ブラケット５ａには、リンク７が回転可能に取り付けられており、リンク７の他端は、ボールネジ８ｂに螺合されたガイドブロック８ａに回転可能に取り付けられており、ガイドブロック８ａの水平移動がリンク７を介してブラケット５ａに上下移動として伝達される。ボールネジ８ｂは、サーボモータ９によりでサーボ制御されて回転し、正逆回転によってガイドブロック８ａが往復動する。これらサーボモータ９、ボールネジ８ｂ、ガイドブロック８ａ、リンク７の構成によって駆動部が構成されている。また、以上に説明した構成により、本発明の基板保持装置の一実施形態が構成されている。

次に、上記実施形態の動作について説明をする。
非晶質半導体膜からなる基板１を基板支持ステージ２に載置する行程として、サーボモータ９の駆動によってボールネジ８ｂを回転させガイドブロック８ａを前進させてリンク７を介してブラケット５ａ、フレーム５を上昇させる。このフレーム５の上昇によって横杆３ａ〜３ｃが上昇し、これらに取り付けられた保持パッド４ａ〜４ｃが互いの相対的な高さを維持したままで、基板支持ステージ２のステージ面２０の上方に突出した位置にまで連動して上昇する。所定の上昇位置に達すると、フレーム５の移動を停止し、停止位置を保持したままで各保持パッド４ａ〜４ｃにより基板１が保持されるように、基板１を載せる。基板１は、各保持パッド４ａ〜４ｃに保持されるが、横杆４ｂに取り付けられている保持パッド４ｂの高さが、保持パッド４ａ、４ｃに対し相対的に低いため、図４に示すように湾曲した状態でになる。

基板１の設置後、サーボモータ９を逆に回転させ、ガイドブロック８ａを後進させてリンク７を介してブラケット５ａ、フレーム５を所定の移動速度で下降させる。この下降に連れて保持パッド４ａ〜４ｃは、相対的な高さを同じにしたままで連動して下降し、図５（ａ）に示すように、先ず前記基板１の中央部が基板支持ステージ２のステージ面２０に接地する。この接地以降、さらにフレーム５が下降すると、基板１の中央部から徐々に外側の部位がステージ面２０に接地し、基板１とステージ面２０の間にある空気やガスを外側に排除する。フレーム５の下降を続けると、基板１の接地面は外側に拡大し、各保持パッド４ａ〜４ｃが全てステージ面２０よりも低くなることで、基板１全体がステージ面２０に設置されるに至る。この設置状態において、基板１とステージ面２０との間に、空気やガスの巻き込みは殆ど生じていない。

この基板に対し、図示しないレーザ装置によってレーザ光を走査しつつ照射することで、非晶質半導体膜の任意の領域が結晶化される。基板は平坦に設置されており、また、基板を加熱する場合にも均等な加熱が可能であり、面方向にばらつきなく良好な結晶化がなされる。また、この実施形態では、横杆３ａ〜３ｃを線状に配置し、これを収納する溝も長尺な細溝としたので、レーザ光照射に対する悪影響も殆どなくすことができる。

また、レーザ処理を終了した基板１を基板支持ステージ２から離脱させる際には、上記と同様にモータ９の駆動によりフレーム５を上昇させる。すると、図５（ｂ）に示すように、相対的に高い横杆３ａ、３ｃに取り付けられた保持パッド４ａ、４ｃが基板１の下面に押し当たり、基板１の両端側から押し上げる。これを継続すると、基板１の内側へと押し上げが進み、遂には基板１の中央部が保持パッド４ｂで押し上げられて、基板保持ステージ２から基板２が離脱する。この離脱に際しては、基板は、両側から徐々に押し上げられるので、帯電の発生が極力抑えられ、静電気発生による基板１の損傷を回避することができる。

この実施形態では、一つの駆動部によって、フレームと横杆で一体化された基板保持プッシャを上限移動させるので、構成を簡易にすることができ、基板支持ステージ２の下方部に十分なスペースを確保することができる。なお、各保持パッドは、横杆に対する取付位置を変更可能にすることで、基板の保持部分を変更することができる。例えば面積の異なる基板を処理する場合には、保持パッドを基板の大きさに合わせて適切位置に容易に調整することができる。また、保持パッドの取り付け数も横杆上であれば自由に設定できるようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、フレーム５、すなわち各保持パッド４ａ〜４ｃの移動速度は特に変えないものとして説明をしたが、図６に示すように基板の載置時には基板中央部がステージ面に設置する時点または接地時点の前後において、下降速度を小さくすることにより、ガスの排除を確実にして基板下面側への空気、ガスの巻き込みを確実に回避することができる。それ以前には下降速度を大きくすることで、処理時間の短縮化を図る。
また、基板をステージ面から離脱させる際にも、離脱時またはその前後において、それ以前には上昇速度を小さくしておき、それ以降は上昇速度を大きくして処理時間を短くすることができる。離脱時点付近より以前に、上昇速度を小さくすることで、基板での帯電が生じにくくなる。上記速度の変更をどの程度にするかは、処理効率と、速度を小さくすることによるガス排除の効果とを勘案して定めることができる。

また、上記実施形態では、横杆４ａから横杆４ｃに至る方向の並列方向において、基板支持プッシャの高さは内側のものが低くなるように構成したが、これと交差する方向においても基板支持プッシャの高さは内側のものが低くなるように構成することができる。
該構成は、横杆の形状を上下に湾曲したり、屈曲する形状とすることにより得ることもできるが、上記保持パッドを用いるものでは、保持パッドの高さ方向の長さを変えることにより、保持高さを変えることができる。

この例では、図７に示すように例えば横杆３ａの両端側に取り付ける保持パッド４０ａ、４０ａを最も長さの長いものに、中央部に取付ける保持パッド４２ａを最も長さの短いものにし、中間部に取り付ける保持パッド４１ａ、４１ａを中間の長さを有するものにする。これにより横杆の長手方向においても、内側の基板保持プッシャの高さを相対的に低くすることができる。横杆３ｂ、３ｃにおいても同様にすることができる。これにより面方向において基板の内側が下方に位置し、外側が上方に位置するように湾曲させて載置または離脱させることができ、上記空気、ガスの巻き込み防止、帯電防止の効果を一層高めることができる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は、上記実施形態の説明に限定をされるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において当然に適宜の変更が可能である。

本発明の一実施形態の基板保持装置を備えるレーザニール処理装置を示す平面図である。 同じく、基板保持プッシャ（保持パッド）を含む横杆の斜視図である。 同じく、図１のIII−III線断面図である。 同じく、図１のIV−IV線断面図である。 同じく、基板保持装置の作用を説明する図である。 同じく、基板保持プッシャの移動速度制御を示す図である。 本発明の他の実施形態の基板保持装置を備えるレーザニール処理装置を示す平面図である。 従来の基板保持装置を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 基板支持ステージ
２０ ステージ面
２ａ、２ｂ、２ｃ 溝
３ａ、３ｂ、３ｃ 横杆
４ａ、４ｂ、４ｃ 保持パッド
４０ａ、４１ａ、４２ａ 保持パッド
５ フレーム
７ リンク
８ａ ガイドブロック
８ｂ ボールネジ
９ サーボモータ

Claims (10)

1. 横方向に沿って設置される基板支持ステージ面を貫通して該基板支持ステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、前記面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、該基板保持プッシャが並列された少なくとも一つの並列方向では前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定され、かつ各基板支持プッシャは、それぞれの相対的な保持高さを同じにしたままで連動して前記上下移動がなされることを特徴とする基板保持装置。
2. 前記基板保持プッシャは、交差する並列方向において、それぞれ前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
3. 横方向に沿って設置される基板支持ステージ面を貫通して該基板支持ステージ面に対し相対的に上下移動可能な基板支持プッシャが、前記面方向の異なる位置に複数設けられており、該基板保持プッシャは、前記基板支持ステージ面の内側に位置するものが、該基板支持ステージ面のより外側に位置するものよりも保持高さが低くなるように設定され、かつ各基板支持プッシャは、それぞれの相対的な保持高さを同じにしたままで連動して前記上下移動がなされることを特徴とする基板保持装置。
4. 前記各基板保持プッシャは、連結手段によって互いに一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板保持装置。
5. 前記各基板保持プッシャは、共通の駆動部により前記上下移動がなされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板昇降装置。
6. 前記各基板保持プッシャは、基板の保持位置に保持パッドが取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板昇降装置。
7. 前記各基板保持プッシャは、共通横杆に前記保持パッドが取り付けられて構成されており、並列された横杆の高さが異なることによって基板保持プッシャの保持高さが異なっていることを特徴とする請求項６記載の基板保持装置。
8. 前記各基板保持プッシャは、共通横杆に前記保持パッドが取り付けられて構成されており、かつ前記保持パッドは、前記共通横杆に対する取付位置が変更可能になっていることを特徴とする請求項６または７に記載の基板保持装置。
9. 前記保持パッドは、高さ方向の長さが異なることによって前記保持高さが異なるように構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の基板保持装置。
10. 前記基板保持プッシャは、保持した基板が前記基板支持ステージ面に接触または近接している状態で前記上方または下方移動速度が小さく、保持した前記基板が前記基板支持ステージ面から前記状態よりも離れた状態で前記上方または下方移動速度が大きくなるように上方または下方移動が制御されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の基板保持装置。

Images