JP2011035146A - 基板保持方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化し、薄型化した平板状の基板の自重による大きな撓みを発生させない基板保持方法を提案すること。また、前記提案する基板保持方法を用いることにより、多段積み上げ式の基板処理装置を効率の良い形態で、処理の均一性も良好にできる装置として提案すること。
【解決手段】平板状の基板の保持方法であって、該基板を上に凸に湾曲させて湾曲方向と垂直に交わる対向する２辺で湾曲状態を固定する。また、基板処理装置は、前記湾曲状態に固定した複数の基板を順送りに処理室内に格納する機構と、前記基板を複数段積み上げて処理する機構と、処理の終了した基板を処理室内から払い出しする機構と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板、その他各種の枚葉状の基板を分離して一時的に保持する方法と、その方法を活用して前記基板を多段に整列配置して処理する基板処理装置に関する。

液晶表示装置を初めとするフラットパネルディスプレイのガラス基板や半導体関連の各種配線基板等、剛性を有する平面基板上に種々のパターンを形成したり、様々な表面処理を施す工程が近年の電子部品製造分野で多用されている。特に、平板状（枚葉状）の基板の薄型化かつ大サイズ化を要求される場合も多く、処理の効率も一段と求められるので、各工程処理における取り扱い手段に一層の工夫が必要になってきている。

上記の各種の製造工程において、平面視矩形状の厚さの薄い基板を数枚〜数十枚の集合体として処理する場合がある。例えば、液晶表示装置に用いるカラーフィルタの製造工程において、製品の高い信頼性を得る目的で、各色のパターン形成後に着色材料の熱硬化を行う場合が挙げられる。大きな熱量を各基板に均一に効率良く与えることが望まれ、通常は、着色パターンが形成されたガラス基板を隣り合う基板と一定のスペースを空けて水平に多段に積み重ね、前記スペースを熱風が循環するように配置した基板加熱装置を使用する。

一方、液晶表示装置を初めとする平面型表示装置は、近年、大型画面を軽量で求めようとする市場動向があり、また、製造コストを削減するために製造工程の多くの部分まで多面付け基板を取り扱う目的で、基板サイズの大型化と基板の薄型化が一層進んでいる。大型化し、薄型化が進むと、基板を端部で部分的に支えて保持しようとする場合の撓み量が増大し、前述のような一定のスペースを空けて水平に多段に積み重ねることに多くの困難が伴うようになる。自重による撓み量は、基板材質のヤング率と密度の比である比弾性率に依存するが、例えば、０．７ｍｍ厚のガラスでは、Ｇ６サイズと呼ばれる１．８ｍ×１．５ｍの場合で、約５００ｍｍもの撓みが発生する。

上記の問題を改善するために、特許文献１では、装置内の基板を支えるガイドを工夫して、支持中の基板の撓み量を最小限に抑えることを提案している。また、特許文献２では、自重で撓む基板をカセットに出し入れする際に、吸着パッドを有する基板保持機構と撓み矯正機構とを活用して、基板どうしの接触を無くすることを提案している。

特開平９−１６７７５６号公報 特開２００３−１４２５５５号公報

前記基板の大型化と薄型化がさらに進むと、上記各種の改善を行っても、空間の利用効率が悪化したり、様々な支持機構部分の処理空間内での占有が大きくなって処理の均一性を妨げることが多くなる。このため、大型化し、薄型化した基板の自重による大きな撓みを各工程の処理におけるできるだけ早い段階で解消する手段を見出すことが、最良の解決方針となる。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題
は、大型化し、薄型化した平板状の基板の自重による大きな撓みを発生させない基板保持方法を提案することである。また、前記提案する基板保持方法を用いることにより、多段積み上げ式の基板処理装置を効率の良い形態で、処理の均一性も良好にできる装置として提案することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、平板状の基板の保持方法であって、該基板を上に凸に湾曲させて湾曲方向と垂直に交わる対向する２辺で湾曲状態を固定することを特徴とする基板保持方法である。

また、請求項２に記載の発明は、複数の基板支持ピンを有するステージに前記基板を載置し、該基板支持ピンの先端部の高さと基板の自重により基板の湾曲状態を制御し、前記対向する２辺の各々に近接配置された基板固定ブロックで前記基板を対向辺の方向に押し当てて挟み込み、前記湾曲状態を固定した後に、前記ステージを基板の載置位置から退避することを特徴とする請求項１に記載の基板保持方法である。

また、請求項３に記載の発明は、前記基板支持ピンが、ステージ面から垂直に突出または退避可能であることを特徴とする請求項２に記載の基板保持方法である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の基板保持方法を繰り返し、湾曲状態に固定した複数の基板を順送りに処理室内に格納する機構と、前記基板を複数段積み上げて処理する機構と、処理の終了した基板を処理室内から払い出しする機構と、を有することを特徴とする基板処理装置である。

また、請求項５に記載の発明は、前記基板処理装置が、最下部および最上部に基板の格納と払い出しを行うための、前記基板支持ピンを有するステージを有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置である。

また、請求項６に記載の発明は、前記基板処理装置が、基板面内非接触型の基板加熱装置であることを特徴とする請求項４または５に記載の基板処理装置である。

本発明は、平板状の基板を自重に抗して、上に凸に湾曲させた状態を実現して、その状態を固定して保持するため、保持のための機構が比較的簡単にでき、大型化し、薄型化した平板状の基板の自重による大きな撓みを発生させない基板保持方法である。また、基板処理装置にこの方法を応用すると、基板保持空間を有効に使用でき、処理の均一性を妨げることもなく、多段積み上げ式の基板処理装置を提供できる。特に、基板面内非接触型の基板加熱装置を均一な加熱性能を持たせて実現できる。

本発明の基板保持方法を説明するための斜視概念図である。 本発明の基板保持方法の主な動作を説明するための断面模式図であって、（ａ）は、基板の湾曲状態の制御の方法を示し、（ｂ）は、湾曲基板の固定方法を示す。 本発明の基板保持方法の全体手順を説明するための断面模式図である。 基板支持ピン先端部の高さ変動の一例を説明するための断面模式図である。 基板支持ピン先端部の高さ変動の他の一例を説明するための断面模式図である。 本発明の基板処理装置を構成する機構を説明するための断面模式ブロック図である。 基板固定ブロックのサイクル機構を説明するための断面模式図である。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の基板保持方法を説明するための斜視概念図である。本発明は平板状の基板の保持方法であって、基板１を上に凸に湾曲させ、図中双方向の矢印で示す湾曲方向３と垂直に交わる基板１の対向する２辺のそれぞれに基板固定ブロック２を押し当てて、図の湾曲した基板１の湾曲状態を固定することによって、基板１を保持するものである。

図の表現では、簡単のために、基板１は水平面から真上に凸に湾曲させた状態を示している。しかし、図と異なり、湾曲前の基板の傾斜がある場合も、上に凸の湾曲ができれば、同様に扱える。また、以下の図面においても前記と同様な事情で、湾曲前の基板の傾斜があっても同様に扱える。

なお、基板１は、ガラス等の剛性の大きい材質であれば特に限定されないが、以下に説明する上記湾曲状態の制御の条件や、固定のための力のかけ方は、前述のヤング率、密度、比弾性率等の物質の固有値や外形サイズや厚さといった形態を表す数値に依存する。

図２は、本発明の基板保持方法の主な動作を説明するための断面模式図であって、（ａ）は、基板の湾曲状態の制御の方法を示し、（ｂ）は、湾曲基板の固定方法を示す。
基板の湾曲状態は、ステージ４上の複数の基板支持ピン５の先端部の高さを調整することにより、基板１の自重による撓みの範囲内で制御することができる。

先ず、ステージ４に基板１を載置する。ステージ４には、予め、基板支持ピン５の複数個からなる列を基板の湾曲させる方向に平行に複数列用意する。これらの基板支持ピンは少なくとも一部がステージ面から垂直に突出または退避可能であるように設置し、基板１の載置後に突出高さを調整することにより、基板支持ピン５の先端部の高さを調整することができる。前記複数の列は原則的に同様な列とし、各列に並べる複数個の基板支持ピン５の中で、各列の中央部付近の基板支持ピンの先端部の高さが各列の端部付近の基板支持ピンの先端部の高さより高い位置に来れば、図に示すように、基板１は上に凸に湾曲する。但し、上記の異なる基板支持ピンの先端部の高さの差が大き過ぎると、基板１の端部が自重による撓みで下がっても基板支持ピンに到達せず、不安定な浮き状態をつくるので、好ましくない。

なお、基板支持ピン５は、基板１を支える強度と基板１を傷付けない程度の弾力性を持つ素材と形状が望ましく、さらに、後述の基板処理の内容により、清浄さや耐熱性や耐薬品性も必要になるが、各種の樹脂等の中から適性のあるものを選択できる。また、基板支持ピン５を配置する数は、基板１のサイズや厚さによって任意に決めることができるが、前記列内には少なくとも３個、望ましくは４個以上、列の数としては、少なくとも２列、望ましくは３列以上を配置する。

図２（ａ）のように、基板１が上に凸となる湾曲状態に制御されて、ステージ４の上に基板支持ピン５を介して載置された後、（ｂ）のように、前記湾曲方向と垂直に交わる対向する２辺で湾曲状態を固定する。２つのブロック矢印で示す力を与えることにより、前記２辺の各々に基板固定ブロック２の凹部を対向辺の方向に押し当てて、上に凸となる湾曲状態を維持したまま基板１を挟み込むことができる。

なお、基板固定ブロック２は、基板１を支える強度と基板１の縁辺部を傷付けない程度の弾力性を持つ素材と形状が望ましく、さらに、後述の基板処理の内容により、清浄さや耐熱性や耐薬品性も必要になるが、各種の樹脂等の中から適性のあるものを選択できる。

図３は、本発明の基板保持方法の全体手順を説明するための断面模式図である。
ロボット本体６に制御されたロボットハンド７に対象となる基板１を載せてＸ、Ｙ、Ｚの３軸座標と傾きと回転角度を制御して、基板支持ピン５を備えたステージ４に接近し（１）、基板１を水平に載置し（２）、基板支持ピン５の先端部の高さを調節して基板の湾曲状態を制御し（３）、前記対向する２辺の各々に近接配置された基板固定ブロック２が前記基板１を対向辺の方向に押し当てて挟み込み、前記湾曲状態を固定し（４）、前記ステージ４が基板支持ピン５の先端部の高さを退避させつつ、ステージ自らの位置も退避することにより、湾曲状態が固定された基板１の保持が完了する（５）。

次に、前記基板支持ピンの先端部の高さを制御する方法を具体的に説明する。図４は、基板支持ピン先端部の高さ変動の一例を説明するための断面模式図であって、基板支持ピンの先端部の高さの揃った（ａ）の状態と、基板支持ピンの先端部の高さを変えた（ｂ）の状態との切り替え可能な方法を示す。ステージ４に設ける基板支持ピンは、不動の基板支持ピン５１と可動の基板支持ピン５２とが共存し、可動の基板支持ピン５２は基板支持ピン通し穴４１を通して、ステージ４の反対側に設置したエアシリンダ８に連結する。エアシリンダ８を作動することにより、可動の基板支持ピン５２の先端部の高さを変動させることができる。図では、基板支持ピンの一つの列の内、中央の２つのピンを高く突出することにより、基板を上に凸に湾曲させるための制御をする例を示すが、例えば、中央の２つのピンを不動として、端の２つのピンを退避させて、基板を上に凸に湾曲させるための制御をすることも可能である。

図５は、基板支持ピン先端部の高さ変動の他の一例を説明するための断面模式図であって、分割傾斜型のステージ４２をステージ傾斜駆動系４３の働きで姿勢制御することにより、基板支持ピンの先端部の高さの揃った（ａ）の状態と、基板支持ピンの先端部の高さを変えた（ｂ）の状態との切り替えが可能となる。なお、（ｂ）の状態は一定状態のみを表しているのではなく、ステージ傾斜駆動系４３の調節により、連続的に基板支持ピンの先端部の高さを変えることも可能である。この例では、全て固定の基板支持ピン５３を用い、初めからピンの長さの異なるものを組み合わせているが、ピンを載せるステージを分割して傾斜させることにより、実際には先の図４に示した例と同様の機能を得ることができる。また、図５に示す例では、ステージを使用しないタイミングでステージを分割して折り畳み格納することも可能であるため、本発明の基板保持方法に関わる周辺のスペースを節約することができる。

次に、前記基板保持方法を繰り返し実行できる機構を有して、複数段の基板をコンパクトに配置することができ、その結果、効率良く均一な処理を行える基板処理装置が得られることについて説明する。

図６は、本発明の基板処理装置を構成する機構を説明するための断面模式ブロック図である。本発明の基板処理装置は以下の３つの機構からなる。１つ目は、前記基板保持方法によって、基板を上に凸に湾曲させて湾曲方向と垂直に交わる対向する２辺で湾曲状態を固定した基板１と基板固定ブロック２とからなる複数の組を積み上げて各種の処理を行う機構〈Ａ〉である。２つ目は、前記図３で説明した基板保持方法の全体手順に従って各基板１を保持した後に前記〈Ａ〉の処理機構に１組ずつ格納する機構〈Ｂ〉である。また、３つ目は、前記〈Ａ〉の処理機構の最終部に位置する処理基板の組を取り出し口に移送し、前記図３で説明した基板保持方法の全体手順の逆の手順に従って各基板１の保持を解除する払い出し機構〈Ｃ〉である。

前記処理機構〈Ａ〉は、上に凸に湾曲させた基板１とそれを対向する２辺で支える１対の基板固定ブロック２とからなる簡単な構造の１組を単位として、一定のスペースを空け
て積み上げ、該機構の入口から出口に向けて矢印のように移動するので、コンパクトに処理の空間を確保することができる上、各基板面の空間内での配置状態に偏りが少ないので、均一な処理が可能である。具体的には、基板１を支える部分が辺の一部のみであり、基板面を直接支える必要がないため、例えば、前記基板処理装置が基板加熱装置である場合、処理機構〈Ａ〉では、基板面内非接触型の基板加熱装置の機構とすることができ、各基板面の間を循環する熱風による基板面の加熱を遮るものが無いので、均一な加熱を実施できる。

前記格納機構〈Ｂ〉と前記払い出し機構〈Ｃ〉とは、前記処理機構〈Ａ〉の入口と出口に相当し、本発明の基板保持方法とその逆手順による解除方法とを実施する機構である。図６において、簡単のために上記各機構は枠で囲って表示する。隣接する各機構間の移動は、基板１と基板固定ブロック２とからなる固定状態の組の単純な移動のみ（機構間にまたがる矢印で表記）である。前記格納機構〈Ｂ〉と前記払い出し機構〈Ｃ〉内で、ステージ４は基板１の着脱動作に同期して（ブロック矢印で表記）移動することができる。また、基板支持ピン５をステージ面から垂直に突出または退避可能とすることにより、基板支持ピンの先端部の高さを制御することができ、突出または退避のタイミングを前記基板１の着脱動作に同期させることができる。

前記基板支持ピン５を有するステージ４を、前記格納機構〈Ｂ〉と前記払い出し機構〈Ｃ〉の各々に別個に持って、それぞれ基板処理装置の最下部と最上部に配置することが望ましい。一方、基板の着脱および搬送に使用されるロボットハンド７とそれを制御するロボット本体６は、図では、前記格納機構〈Ｂ〉と前記払い出し機構〈Ｃ〉の各々に別個に有するように表示しているが、兼用することは容易であり、装置を簡素化する上でも兼用することが好ましい。

図７は、基板固定ブロックのサイクル機構を説明するための断面模式図である。前述の基板処理装置の各機構を含む基板処理装置主要部１００を中央に挟んで、左右に基板固定ブロックのサイクル機構を基板固定ブロック循環系２１として配置することができる。基板固定ブロック２は、左右それぞれの基板固定ブロック循環系２１に結合し、基板固定ブロック循環系２１の巡回動作（図中折れ曲がりブロック矢印で表示する向き）に合わせて、基板処理装置主要部１００の格納機構、処理機構、払い出し機構をこの順に巡る移動を行うことができる。但し、基板固定ブロック２は、基板処理装置主要部にも含まれるものであるが、本図では、簡単のために、基板処理装置から分離して表示している。

格納機構と払い出し機構においては、基板固定ブロック２により基板１を押し当て挟み込む必要があるので、循環系２１からの伸縮動作をできるようにし、また、循環速度は必ずしも一定とはせずに、格納機構および払い出し機構における動作スピードと処理機構における処理時間に起因するタクトタイムに応じて設定できる変速動作が望ましい。また、前記基板処理装置に用いる基板固定ブロック２は、処理機構〈Ａ〉内で処理できる処理基板の枚数ｎに応じて、少なくともｎ＋２の数のセットを設置する。

上記のような構成と動作を有する多段積み上げ式の基板処理装置は、特に、基板面内非接触型の基板加熱装置に最適である。基板保持空間を有効に使用するので比較的コンパクトな基板加熱装置とすることができ、エネルギーの使用効率も高く、しかも、均一な加熱性能が得られる。

１・・・基板
２・・・基板固定ブロック
３・・・湾曲方向
４・・・ステージ
５・・・基板支持ピン
６・・・ロボット（本体）
７・・・ロボットハンド
８・・・エアシリンダ
２１・・基板固定ブロック循環系
４１・・基板支持ピン通し穴
４２・・ステージ（分割傾斜型）
４３・・ステージ傾斜駆動系
５１・・基板支持ピン（不動）
５２・・基板支持ピン（可動）
５３・・基板支持ピン（固定）
１００・基板処理装置主要部

Claims (6)

1. 平板状の基板の保持方法であって、該基板を上に凸に湾曲させて湾曲方向と垂直に交わる対向する２辺で湾曲状態を固定することを特徴とする基板保持方法。
2. 複数の基板支持ピンを有するステージに前記基板を載置し、該基板支持ピンの先端部の高さと基板の自重により基板の湾曲状態を制御し、前記対向する２辺の各々に近接配置された基板固定ブロックで前記基板を対向辺の方向に押し当てて挟み込み、前記湾曲状態を固定した後に、前記ステージを基板の載置位置から退避することを特徴とする請求項１に記載の基板保持方法。
3. 前記基板支持ピンが、ステージ面から垂直に突出または退避可能であることを特徴とする請求項２に記載の基板保持方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の基板保持方法を繰り返し、湾曲状態に固定した複数の基板を順送りに処理室内に格納する機構と、前記基板を複数段積み上げて処理する機構と、処理の終了した基板を処理室内から払い出しする機構と、を有することを特徴とする基板処理装置。
5. 前記基板処理装置が、最下部および最上部に基板の格納と払い出しを行うための、前記基板支持ピンを有するステージを有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記基板処理装置が、基板面内非接触型の基板加熱装置であることを特徴とする請求項４または５に記載の基板処理装置。

Images