JP2009094242A - 基板保持機構、基板受渡機構、及び基板処理装置 - Google Patents

基板保持機構、基板受渡機構、及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の確実な保持及び受け渡しを行うことのできる基板保持機構を提供する。
【解決手段】矩形基板Ｗを保持するための基板保持部を備えた基板保持機構であって、基板Ｗの対向する２辺に対応した基板保持部上の位置に配設され、該基板保持部に回動可能に軸支された複数の基板保持ローラ１２０と、該基板保持ローラ１２０を回転駆動するローラ駆動手段とを備え、前記基板保持ローラ１２０が、円筒部１２１とその両端面の外周の一部に設けられた保持フランジ１２３ａ，ｂとを有し、前記ローラ駆動手段によって各基板保持ローラ１２０を回動させることにより、その回動角度に応じて前記保持フランジ１２３ａ，ｂによる基板Ｗの端縁の保持及び保持解除を切り換え可能な構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス基板等の矩形基板を保持するための基板保持機構並びにそれを備えた基板受渡機構及び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基板に対し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）、スパッタリング、ドライエッチング等の処理を施すための基板処理装置には、該装置内の各処理室に基板を搬入出するための基板搬送機構が設けられている。こうした基板搬送機構においては、従来、トレイ状のキャリアに基板をセットして該キャリアごと基板を搬送するいわゆるキャリア方式が広く用いられてきたが、近年では、処理効率の向上や微粒子の付着防止の観点から、搬送機構に設けられたアームによって基板の端縁部を直接保持し、該基板のみを処理室に搬入するキャリアレス方式の基板搬送機構が主流になりつつある。
また、上記従来の基板処理装置においては、基板は水平に寝かせた状態で搬送するのが一般的であるが、近年のフラットパネルディスプレイの大画面化や太陽電池の大面積化に伴って、それらの主要部品であるガラス基板の大型化が進んでおり、これに起因して、基板が自重で撓むことによる損傷の発生や基板処理装置の設置面積の増大等の問題が発生している。
こうした問題を解消するため、近年では、基板を起立させた状態で搬送及び処理を行う方式の基板処理装置が考案されており、例えば、特許文献１には基板を斜めに起立させた姿勢で搬送するキャリアレス方式の基板台車と、水平姿勢の基板を起立させて該基板台車に受け渡す可倒式基板受渡機構を備えた基板搬送装置が記載されている。前記可倒式基板受渡機構は、基板を真空処理室外の基板受け渡しステージまで搬送する基板搬送ローラに組み込まれており、前記基板受け渡しステージ位置のローラフレームが他の基板搬送ローラ部と分離して傾斜安定角度まで起立し、基板台車上の基板保持機構に接近して基板の受け渡しを行う構成となっている。なお、前記可倒式基板受渡機構には、ローラフレームが傾斜安定角度まで起立したとき、該ローラフレームが積載している基板の下端を支持するための基板支持爪が設けられており、更に、基板台車には、台車上の基板保持機構と前記起立状態のローラフレームが接近した際に、ローラフレーム上の基板にタッチして把持する把持爪を備えることが記載されている。
特開2002-167036号公報（[0018],[0022],図2）
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、起立させたローラフレームに基板を斜めに立て掛けて、その下端を該ローラーフレームの下部に設けられた基板支持爪に載置した状態で基板の受け渡しを行うため、ローラフレームを起立させた際に基板姿勢が不安定となり基板台車との基板の受け渡しが不確実となるおそれがあった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、基板の確実な保持及び受け渡しを行うことのできる基板保持機構並びにそれを備えた基板受渡機構及び基板処理装置を提供することである。
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様に係る基板保持機構は、矩形基板を保持するための基板保持部を備えた基板保持機構であって、a) 基板保持部上の、基板の対向する２辺に対応した位置に配設され、該基板保持部に回動可能に軸支された複数の基板保持ローラと、b) 該基板保持ローラを回転駆動するローラ駆動手段とを備え、前記基板保持ローラが、円筒部とその両端面の外周の一部に設けられた保持フランジとを有し、前記ローラ駆動手段によって各基板保持ローラを回動させることにより、その回動角度に応じて前記保持フランジによる基板端縁の保持及び保持解除を切り換え可能であることを特徴としている。
また、本発明の第２の態様に係る基板受渡機構は、上記本発明の第１の態様に係る基板保持機構をそれぞれ備えた第１基板保持手段と第２基板保持手段を有する基板受渡機構であって、第１基板保持手段及び第２基板保持手段上の基板保持ローラが両者の基板保持部を対面させた際に互いに干渉しない位置に配置されており、基板を保持した第１基板保持手段と基板を保持していない第２基板保持手段を、互いの基板保持部を対向させた状態で接近させ、第２基板保持手段上の基板保持ローラを回動させて各保持フランジにより前記基板の端縁を保持すると共に、第１基板保持手段の基板保持ローラを回動させて各保持フランジによる基板端縁の保持を解除することによって、第１基板保持手段から第２基板保持手段への基板の受け渡しを行うことを特徴としている。
上記構成を有する本発明の第１の態様に係る基板保持機構によれば、上記ローラ駆動手段によって上記基板保持ローラを所定の角度で回動することにより確実に基板の保持及び保持解除を行うことができる。
また、上記構成を有する本発明の第２の態様に係る基板受渡機構によれば、第１基板保持手段と第２基板保持手段の基板保持部を接近させ、上記基板保持ローラによって基板の保持及び保持解除を行うことにより、第１基板保持手段と第２基板保持手段との間で確実に基板の受け渡しを行うことができる。
なお、上記本発明の第２の態様に係る基板受渡機構は、上記第１基板保持手段が、水平状態で搬送された基板を保持して垂直状態に起立させる基板起立機構であり、上記第２基板保持手段が、上記基板保持部を表裏二面にそれぞれ備えた両面型の基板保持手段であって、第２基板保持手段を挟んで配置された２つの第１基板保持手段により、水平状態の２枚の基板を垂直状態とした上で、第２基板保持手段の各基板保持部に受け渡すものとすることが望ましい。
このような構成によれば、２枚の基板の受け渡しを同時に行うことによって作業効率を向上させることができる。また、上記第１基板保持手段によって基板を地面に対して垂直に起立させた上で第２基板保持手段に受け渡すため、基板を傾斜姿勢で取り扱う場合に比べて、基板上への微粒子等の落下による汚染を低減できると共に、装置の設置面積を縮小することができる。
以下、本発明に係る基板保持機構及び基板受渡機構を備えた基板処理装置の一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、大別して駆動／制御ユニット４００、ロード部１００、アンロード部３００、及び、処理ユニット２００で構成されている。
処理ユニット２００は、それぞれ異なる薄膜の形成を行うための複数の処理室２４０、処理前の基板Ｗを予熱するための予熱室２３０、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を搬送するための真空側基板搬送機構２７０を備えた共通搬送室２２０で構成されている。共通搬送室２２０と各処理室２４０又はロードロック室２１０，２６０との境界部、及びロードロック室２１０，２６０と処理ユニット２００の外部との境界部には、それぞれ開閉可能なゲートバルブ２１１，２１２，２４１，２６１，２６２が設けられており、各処理室２４０及び共通搬送室２２０は駆動／制御ユニット４００内に設けられた真空ポンプによって真空状態に保たれている。また、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、真空ポンプによって適宜真空状態とすることができる。
ロード部１００には、水平姿勢の基板Ｗを搬送するローラコンベアと垂直姿勢の基板Ｗを２枚同時にロードロック室２１０へ搬入するための大気側基板搬送機構１３０が設けられており、水平姿勢でロード部１００に搬送されてきた被処理基板Ｗは、基板振り分け機構（図示略）によって左右方向（図１中のＸ軸方向）へ交互に振り分けられ、ローラコンベアによって前記大気側基板搬送機構１３０を挟んだ左右両側の基板受け渡し位置まで搬送される。また、アンロード部３００には、垂直姿勢の処理済み基板Ｗをロードロック室２６０から２枚同時に取り出すための大気側基板搬送機構が設けられており、ロードロック室２６０から取り出された基板Ｗは、該大気側基板搬送機構を挟んで左右両側の基板受け渡し位置でローラコンベアに引き渡されて後段の装置に搬送される。
駆動／制御ユニット４００には、処理ユニット２００の各室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。
以下、ロード部１００における基板Ｗの受け渡しについて説明する。
ロード部１００に設けられたローラコンベアは、水平姿勢のガラス基板Ｗを基板受け渡し位置まで搬送するものである。特に、基板受け渡し位置のローラコンベア１１０は、他の部分のローラコンベアとは別体に構成されており、所定の駆動機構（図示略）によって回転軸１１４を中心に回動させることによって地面と垂直な状態に起立させることのできる構成となっている。図２にローラコンベア１１０の構成を示す。ローラコンベア１１０は枠体１１１と、枠体１１１により両端が軸支された複数のシャフト１１２を備えている。各シャフト１１２には複数のスリーブ１１３が取り付けられ、所定の駆動手段（図示略）によって各シャフト１１２を回転駆動することにより、スリーブ１１３上に載置された基板Ｗを一定方向に搬送することができる。
更に、枠体１１１には、基板Ｗの左右二辺（すなわち起立時の上下二辺）に対応する位置に、図３、４に示すような基板保持ローラ１２０が取り付けられている。基板保持ローラ１２０は、回転軸１２１と一体に形成された円柱形の筒状部１２２と、筒状部１２２の両端面の外周の一部に設けられた保持フランジ１２３ａ，ｂを備えている。各ローラ１２０の回転軸１２１は、それぞれ枠体１１１を介して枠体１１１に設けられたローラ駆動部１２４に接続されており、これらのローラ駆動部１２４によって各基板保持ローラ１２０を回転駆動することにより、その回転角度に応じて、基板Ｗを保持したり（図３）、基板Ｗを解放したり（図４）することができる。以下、図３の状態を「基板保持状態」、図４の状態を「保持解除状態」と呼ぶ。基板保持状態では、図３（ｂ）に示すように基板Ｗの端縁が両保持フランジ１２３ａ，ｂの間に位置した状態となるため、基板Ｗの厚さ方向の動きを規制することができる。
また、ロード部１００に設けられた大気側基板搬送機構１３０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することのできるものであり、ロードロック室２１０の大気側ゲートバルブ２１１の前に設置された摺動基台１３３と、摺動基台１３３上に設けられた上下一対の搬送アーム１３１ａ，ｂを備えている（図５）。搬送アーム１３１ａ，ｂは、支柱１３２によって摺動基台１３３に固定されており、図示しない駆動手段によって摺動基台１３３を駆動することにより、搬送アーム１３１ａ，ｂをその延伸方向（すなわち図５の矢印方向）に移動させ、開状態のゲートバルブ２１１を介してロードロック室２１０内へ進入させることができる。
各搬送アーム１３１ａ，ｂにはその表裏両面に基板Ｗの上下２辺を保持するための複数個の基板保持ローラ１４０が回動可能に軸支されている。各基板保持ローラ１４０の構成は、図３，４に示したものと同様であり、各搬送アーム１３１ａ，ｂに設けられたローラ駆動部（図示略）によって各基板保持ローラ１４０を回動させることにより、その回動角度に応じて各ローラ１４０を基板保持状態又は保持解除状態のいずれかの状態とすることができる。
以下、上記ローラコンベア１１０から大気側基板搬送機構１３０への基板Ｗの受け渡し手順について説明する。まず、ローラコンベアによって、処理対象となる２枚のガラス基板Ｗを基板受渡機構の両側に搬送する。各ガラス基板Ｗが基板受け渡し位置に到達すると、該基板受け渡し位置のローラコンベア１１０に設けられた基板保持ローラ１２０が回動して基板保持状態となる。なお、このとき大気側基板搬送機構１３０の搬送アーム１３１ａ，ｂに設けられた各基板保持ローラ１４０は保持解除状態となっている。図６は、このときのローラコンベア１１０及び大気側基板搬送機構１３０を示す上面図であり、図７は、図６を図中の矢印Ａの方向から見た図である。
続いて、図８に示すように、各ローラコンベア１１０が回転軸１１４を中心に回動して地面に対して垂直な角度に起立し、各コンベアに搭載された基板Ｗが搬送アーム１３１ａ，ｂの表側及び裏側とそれぞれ対向した状態となる。なお、このとき、基板Ｗはその上下２辺がローラコンベア１１０上の各基板保持ローラ１２０によって保持された状態であるため、ローラコンベア１１０を垂直状態まで起立させても該基板Ｗがローラコンベア１１０から脱落することはない。また、このとき、搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１４０は保持解除状態となっており、更に、ローラコンベア１１０上の基板保持ローラ１２０と搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１４０は、図９（図８のＡ−Ａ’矢視断面図）に示すように互いに干渉しない位置に設けられているため、ローラコンベア１１０上の基板保持ローラ１２０と搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１４０、及び搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１２０と基板Ｗとを接触させることなく各基板Ｗを搬送アーム１３１ａ，ｂに接近させることができる。
その後、搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１４０が回動して基板保持状態となり、続いて、ローラコンベア１１０上の基板保持ローラ１２０が回動して保持解除状態となる。これにより、各基板Ｗがローラコンベア１１０上の基板保持ローラ１２０から搬送アーム１３１ａ，ｂ上の基板保持ローラ１４０へと掴み変えられる。
以上により、基板Ｗの受け渡しが完了したら、各ローラコンベア１１０を水平状態に戻し（図１０）、大気側基板搬送機構１３０によって搬送アーム１３１ａ，ｂ上に搭載された基板Ｗをロードロック室２１０に搬入する。
なお、アンロード部３００にも上記と同様の大気側基板搬送機構及びローラコンベアが設けられており、大気側基板搬送機構によってロードロック室２６０から垂直姿勢で取り出された２枚の基板Ｗは、上記と逆の手順により搬送アームからローラコンベアへと受け渡され、水平姿勢に変換された後に後段の工程へ搬出される。
続いて、各処理室２４０における基板Ｗの受け渡しについて説明する。
図１１は、図１のＡ−Ａ’矢視断面図であり、本実施例の基板処理装置に係る処理室２４０、共通搬送室２２０、及び共通搬送室２２０に設けられた真空側基板搬送機構２７０を示している。
真空側基板搬送機構２７０は、上述の大気側基板搬送機構１３０と同様に、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ものであり、上下一対の搬送アーム２７１ａ，ｂ、摺動台２７３、走行基台２７５、及び旋回軸２７４を備えている。各搬送アーム２７１ａ，ｂの表裏両面には、基板Ｗの上辺又は下辺を保持するための複数の基板保持ローラ２８０が所定の間隔で設けられている。これらの基板保持ローラ２８０は図３，４に示したものと同様の構成を有しており、搬送アーム２７１ａ，ｂに設けられたローラ駆動部（図示略）によって各ローラ２８０を回転駆動することで基板Ｗの保持及び保持解除を行うことができる。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１１中の矢印方向）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。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、搬送アーム２７１ａ，ｂを前記摺動台２７３の移動方向と直交する方向に移動させることができると共に、旋回軸２７４を中心として回動させることができる。
一方、処理室２４０の内部には、２枚のヒータ板２４２と電極（図示略）が設けられており、各ヒータ板２４２には、基板Ｗの上下２辺に対応する位置に沿って上記同様の基板保持ローラ２９０が所定の間隔で取り付けられている。
真空側基板搬送機構２７０に搭載された基板Ｗを共通搬送室２２０から各処理室２４０へ搬入する際には、まず、共通搬送室２２０と搬入先の処理室２４０の間に設けられたゲートバルブ２４１を開放し、摺動台２７３を駆動して搬送アーム２７１ａ，ｂを処理室２４０内に進入させる（図１２）。図１３はこのときの処理室２４０内部の様子を示す図（図１２のＡ−Ａ'矢視断面図）であり、搬送アーム２７１ａ，ｂは２枚のヒータ板２４２の間の空間に挿入される。各ヒータ板２４２は図示しない駆動機構により処理室２４０の中央方向（図中の矢印方向）に向かって移動可能であり、搬送アーム２７１ａ，ｂ上の基板Ｗがヒータ板２４２の正面に到達した時点で各ヒータ板２４２を基板Ｗに接近させ、ヒータ板２４２上の基板保持ローラ２９０を基板保持状態とすると共に、搬送アーム２７１ａ，ｂ上の基板保持ローラ２８０を保持解除状態とすることにより、搬送アーム２７１ａ，ｂからヒータ板２４２へ各基板Ｗが受け渡される。
以上により基板Ｗの受け渡しが完了したら、摺動台２７３の駆動によって搬送アーム２７１ａ，ｂが処理室２４０から共通搬送室２２０へ退出し、ゲートバルブ２４１が閉鎖され、処理室２４０内において各基板Ｗ上に所定の薄膜が形成される。
その後、処理室２４０内での基板Ｗの処理が完了すると、上記搬入時とは逆の手順によって各ガラス基板Ｗが各ヒータ板２４２から搬送アーム２７１ａ，ｂへ受け渡され、共通搬送室２２０へ搬出される。なお、該基板Ｗを、更に他の処理室２４０で処理する場合には、共通搬送室２２０に敷設されたレールに沿って走行基台２７５を走行させることで後段の処理室２４０の前に搬送アーム２７１ａ，ｂを移動させ、上記と同様にして基板Ｗの搬入出を行う。
なお、上記処理室２４０の他、各ロードロック室２１０，２６０や予熱室２３０、冷却室２５０にも上記と同様の基板保持ローラを備えた所定の基板保持機構が設けられており、大気側基板搬送機構と各ロードロック室２１０，２６０内の基板保持機構との間、及び真空側基板搬送機構２７０とロードロック室２１０，２６０、予熱室２３０、又は冷却室２５０内の基板保持機構との間においても、上記同様の手順により基板Ｗの受け渡しが行われる。
以上のように、本実施例に係る基板処理装置では、上記のような基板保持ローラによって基板の保持及び保持解除を行うことにより、基板を安定に保持すると共に確実な受け渡しを行うことができる。また、ロード部において同時に２枚の基板の受け渡しを行って、その後の搬送及び処理を行うことによりスループットの向上を図ることができる。また更に、基板を地面に対して垂直な姿勢で搬送することにより、斜め姿勢で搬送する場合に比べて基板処理装置全体の設置面積を縮小することができると共に、基板上への微粒子の落下等による汚染を防止することができるという効果を奏する。
本発明の一実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す図。 同実施例の基板処理装置におけるローラコンベアの構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は正面図である。 基板保持状態の基板保持ローラを示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。 保持解除状態の基板保持ローラを示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。 同実施例の基板処理装置における大気側基板搬送機構の構成を示す図であり、(a)は正面図、(b)は上面図である。 ロード部の基板受け渡し位置に基板が到達した状態を示す上面図。 図６の正面図。 ローラコンベアを起立させた状態を示す正面図。 図８のＡ−Ａ’矢視断面図。 基板の受け渡し完了後、ローラコンベアを倒した状態を示す正面図。 図１のＡ−Ａ’矢視断面図。 処理室に搬送アームを進入させた状態を示す図。 図１２のＡ−Ａ’矢視断面図。
符号の説明
１００…ロード部
１１０…ローラコンベア
１１１…枠体
１２０，１４０，２８０，２９０…基板保持ローラ
１２１…回転軸
１２２…筒状部
１２３ａ，ｂ…保持フランジ
１２４…ローラ駆動部
１３０…大気側基板搬送機構
１３１ａ，ｂ，２７１ａ，ｂ…搬送アーム
２００…処理ユニット
２１０，２６０…ロードロック室
２２０…共通搬送室
２３０…予熱室
２４０…処理室
２４２…ヒータ板
２５０…冷却室
２７０…真空側基板搬送機構
３００…アンロード部
４００…駆動／制御ユニット
Ｗ…基板

Claims (4)

  1. 矩形基板を保持するための基板保持部を備えた基板保持機構であって、
    a) 基板保持部上の、基板の対向する２辺に対応した位置に配設され、該基板保持部に回動可能に軸支された複数の基板保持ローラと、
    b) 該基板保持ローラを回転駆動するローラ駆動手段と、
    を備え、前記基板保持ローラが、円筒部とその両端面の外周の一部に設けられた保持フランジとを有し、
    前記ローラ駆動手段によって各基板保持ローラを回動させることにより、その回動角度に応じて前記保持フランジによる基板端縁の保持及び保持解除を切り換え可能であることを特徴とする基板保持機構。
  2. 請求項１に記載の基板保持機構をそれぞれ備えた第１基板保持手段と第２基板保持手段を有する基板受渡機構であって、
    第１基板保持手段及び第２基板保持手段上の基板保持ローラが両者の基板保持部を対面させた際に互いに干渉しない位置に配置されており、
    基板を保持した第１基板保持手段と基板を保持していない第２基板保持手段を、互いの基板保持部を対向させた状態で接近させ、第２基板保持手段上の基板保持ローラを回動させて各保持フランジにより前記基板の端縁を保持すると共に、第１基板保持手段の基板保持ローラを回動させて各保持フランジによる基板端縁の保持を解除することによって、第１基板保持手段から第２基板保持手段への基板の受け渡しを行うことを特徴とする基板受渡機構。
  3. 上記第１基板保持手段が、水平状態で搬送された基板を保持して垂直状態に起立させる基板起立機構であり、
    上記第２基板保持手段が、上記基板保持部を表裏二面にそれぞれ備えた両面型の基板保持手段であって、
    第２基板保持手段を挟んで配置された２つの第１基板保持手段により、水平状態の２枚の基板を垂直状態とした上で、第２基板保持手段の各基板保持部に受け渡すことを特徴とする請求項２に記載の基板受渡機構。
  4. 請求項１に記載の基板保持機構を備えた基板処理装置。
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