JP2014099607A - 基板搬送装置及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の搬送を安定して行うことのできる基板搬送装置を提供する。
【解決手段】基板搬送装置は、エアベアリング１２１ａ及び１２１ｂによってスライドされる搬送台１１０及び１２０と、エアベアリング１２１ａ及び１２１ｂの周縁を囲み、エアベアリング１２１ａ及び１２１ｂから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器１２２ａ及び１２２ｂとを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、基板搬送装置及び基板処理装置に係り、特に、基板の処理に際して基板を搬送して基板の上に薄膜を結晶化させる基板処理装置に関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）、太陽電池（Solar Cell）等の製造は、ほとんどの場合に、非晶質多結晶シリコンを結晶化させる熱処理を伴う。このとき、低融点の基板を用いる場合に、レーザーを用いて結晶化を行うことが有利である。

特に、基板の大型化が進むに伴い、薄膜の蒸着後のアニーリングを行うときに均一性を確保しにくくなっていることから種々の代案が提示されており、その中の一つが、レーザーを用いて結晶化を行うアニーリング方法である。図１は、従来のレーザー加工装置を説明するための図である。

図１を参照すると、チャンバー１０には、ガス流出入口１１ａ、１１ｂが設けられ、上端には透明窓２０が配置されている。透明窓２０の上方にはレーザー照射手段４０が配置され、レーザー照射手段４０から照射されるレーザービームは透明窓２０を通過してチャンバー１０内の基板Ｗに達する。

図２（ａ）及び（ｂ）は、図１のレーザー照射手段４０から照射されるレーザービーム４１の形状を説明するための図であり、図２（ａ）は、基板を上から見下ろした状態を示す図であり、図２（ｂ）は、基板の斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、レーザービーム４１はライン状に基板Ｗに照射される。基板Ｗは、レーザービーム４１のラインに対して垂直な方向（矢印方向）に水平移動することにより、基板Ｗの全面へのレーザービーム４１の照射が行われる。

基板搬送装置は、リニアモーター（ＬＭ：Linear Motor）ガイドを用いて基板を搬送する。図３に示すように、ＬＭガイドにおいて、第１軸搬送台５２はＬＭガイドレール５１に沿って動き、基板支持台の役割を果たす第２軸搬送台５３は第１軸搬送台５２に沿って動く。このため、基板Ｗは、熱処理に際して、第１軸方向への移動だけではなく、第２軸方向への移動及び水平回転運動により適切な位置を占める。ここで、第１軸及び第２軸は２次元平面を構成する任意の軸であり、簡単には、Ｘ軸及びＹ軸で表わしてもよい。第１軸及び第２軸についての定義は、後述する説明においても同様に適用される。

上記のように、第１軸搬送台はＬＭガイドレールに沿って動き、第２軸搬送台は第１軸搬送台に沿って機械的な接触移動をするが、このような機械的な接触移動は、工程不良を引き起こすパーティクルを生じる。このようなパーティクルの発生を極力抑えるために、第１軸搬送台及び第２軸搬送台の下部にエアベアリングを設けて機械的な擦れ合いを極力抑える方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

大韓民国公開特許２０１１−００１０２５２号公報

しかしながら、エアベアリングを用いて搬送台の移動を行う場合に、下記の問題が生じる。つまり、エアベアリングはエア圧により非接触で浮き上がるが、噴出されるエア圧によって周りにあるパーティクルが吹き飛ばされて基板に汚染物質が吸着されてしまうという問題がある。

本発明の技術的課題は、基板の搬送を安定して行うことのできる基板搬送装置を提供するところにある。

また、本発明の他の技術的課題は、エアベアリングの駆動によるパーティクルの汚染を極力抑えることのできる基板搬送装置を提供するところにある。

本発明の更に他の技術的課題は、良質の膜を蒸着することのできる基板搬送装置を提供するところにある。

本発明の実施形態に係る基板搬送装置は、エアベアリングによってスライドされる搬送台と、前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、を備える。

また、本発明の実施形態に係る基板搬送装置は、第１軸方向に沿って置かれて且つ互いに離れた一対のガイドレールと、前記一対のガイドレール同士を結ぶ第２軸方向に延びた胴体を有し、下面に設けられたエアベアリングによって前記ガイドレールに沿って第１軸方向に前後進スライドされる第１軸搬送台と、前記第１軸搬送台の上部に設けられ、下面に設けられたエアベアリングによって前記第１軸搬送台に沿って第２軸方向に前後進スライドされる第２軸搬送台と、前記第２軸搬送台の中央の内部に挿入する回転軸ガイドと、前記回転軸ガイドの上部に設けられる基板支持台と、前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、を備える。

また、第２軸搬送台は、前記第１軸搬送台の上部に置かれる基板支持台受け体と、前記第１軸搬送台の長手方向の側面をそこから距離を置いて囲むように、前記基板支持台受け体の両端からそれぞれ下側に突き出た第２軸搬送台支持体と、を備える。

更に、吸入器は、前記エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲む吸入パッドと、前記吸入パッドを周りの構造物に固定する固定バーと、前記吸入パッドの下面に設けられた複数のエア吸入孔と、前記吸入パッドの内部に形成された通路管であって、前記エア吸入孔と連結されたエア吸入通路管と、前記エア吸入通路管の一方の端に設けられて吸入されたエアを排出するエア排出ポートと、を備える。

更にまた、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、内部空間を有するチャンバーと、前記チャンバーの内部空間において基板を第１軸方向及び第２軸方向に搬送する基板搬送装置と、前記基板搬送装置に置かれた基板にレーザービームを照射するレーザー発生部と、を備え、前記基板搬送装置は、エアベアリングによってスライドされる搬送台と、前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、を備える。

本発明の実施形態によれば、エアベアリングの噴射圧を吸収することにより、基板の周りにパーティクルが吹き飛ばされることを極力抑えることができる。この結果、基板の上に良質の膜を蒸着することができる。また、本発明の実施形態によれば、吸入パッドの下面をコーティングすることにより、基板搬送装置の底面の引っ掻きを防ぐことができる。

図１は、従来のレーザー加工装置を説明するための図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、レーザービームの形状を説明するための図である。 図３は、従来の基板搬送装置を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るレーザー熱処理装置を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る基板搬送装置を備えるチャンバーの斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る基板搬送手段の上部平面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る図６（ａ）のＡ−Ａ’線による基板搬送手段の断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に係るエアベアリングの周りに設けられた吸入器を示す斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る吸入器の斜視図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る吸入パッドがエアベアリングの周縁に沿って複数設けられた様子を示す斜視図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、異なる態様で実現され得る。これらの実施形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、且つ、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。尚、図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。

図４は、本発明の実施形態に係るレーザー熱処理装置を示す図である。

以下、基板搬送装置付き基板処理装置としてレーザー熱処理装置を例にとって説明するが、本発明はこれに何ら制限されるものではなく、レーザー熱処理装置の他にも、基板を処理する種々の装置に適用可能である。

基板処理装置であるレーザー熱処理装置は、レーザーを用いて基板を結晶化させる装置であり、基板にレーザーを照射して基板１０の表面又は基板１０の上に形成された薄膜を結晶化させるレーザー結晶化モジュールである。

レーザー熱処理装置は、内部空間を有するチャンバー２００と、チャンバー２００内に配置されて基板Ｗを支持し、前記基板Ｗを水平移動する基板搬送装置１００と、基板搬送装置１００に向かい合うチャンバー２００の一方の面に設けられた透明窓３００と、チャンバー２００の外側に設けられ、レーザーを放出するレーザー発生部４００と、チャンバー２００の外側における透明窓３００の上側に対向配置される反射鏡４５０とを備える。

また、チャンバー２００内における透明窓３００の両側に設けられた第１及び第２ヒーター１５０ａ、１５０ｂを備え、ここでは、前記第１及び第２ヒーター１５０ａ、１５０ｂとしては、ランプヒーターを用いる。

更に、レーザー熱処理装置は、レーザー熱処理工程に際して通常の大気圧よりもやや高い圧力下で行われることが一般的であるが、エアベアリングを用いて基板Ｗを搬送すると、所望の圧力に設定されていたチャンバー２００内の圧力が変動する。このような現象を考慮して、チャンバー２００にはチャンバー２００の気体流入口及び流出口のうちの少なくとも一方、例えば、流出口には圧力調節弁を配設し、これらの間のコントローラを用いてチャンバー２００内の圧力が一定に維持されるように制御する。

以下、上記の構成を有するレーザー熱処理装置を用いて基板Ｗを結晶化させる過程について簡略に説明する。基板Ｗがチャンバー内に搬入された後、基板Ｗは、初めに第１ヒーター１５０ａによって加熱された後にレーザー照射を受け、次いで、第２ヒーター１５０ｂによって再加熱される。このとき、基板Ｗは基板搬送装置１００によって水平移動するので、基板Ｗの上面が順次に加熱−レーザー照射−加熱の過程を経る。このとき、基板Ｗは、例えば、上面に非晶質シリコン層が形成された基板であってもよい。このような基板について、レーザー熱処理装置を用いて結晶化させると、シリコン層が結晶化される。

上記のように、基板Ｗが、レーザービーム４５１のラインに対して垂直な方向（矢印方向）に水平移動することにより、基板Ｗの全面へのレーザービーム４５１の照射が行われる。基板搬送装置は、リニアモーター（ＬＭ）ガイドを用いて基板の搬送を行う。すなわち、ガイドレールに沿って線形的に移動する構造を有する。以下、図５、図６及び図７に基づいて、これについて詳述する。

図５は、本発明の一実施形態に係る基板搬送装置を備えるチャンバーの斜視図であり、図６は、本発明の実施形態に係る基板搬送手段の上部平面図であり、図７は、本発明の実施形態に係る図６ＡのＡ−Ａ’線による基板搬送手段の断面図である。

ガイドレール１３０は、一対のレールからなり、Ｙ軸である第１軸方向に沿って、チャンバーの底面に互いに離れて並置される。

第１軸搬送台１１０は、一対のガイドレール１３０同士を結ぶ第２軸方向に延び、下面に設けられたエアベアリング１２１ａによって前記ガイドレールに沿って第１軸方向に前後進スライドする。基板搬送装置の上部平面図を示す図６及びＡ−Ａ線の断面図を示す図７を参照すれば、第１軸搬送台１１０は、ガイドレール同士を結ぶ第２軸方向に延びる第１軸搬送台胴体１１０ｂと、第１軸搬送台胴体の両端に設けられて、それぞれがガイドレールに沿ってスライド移動する第１軸搬送台スライド体１１０ａと、を備える。第１軸搬送台胴体１１０ｂには、Ｕ字状の溝条が刻まれており、第１軸搬送台胴体に刻まれた空間を有するようになっている。

第２軸搬送台１２０は、第１軸搬送台１１０の上部に設けられ、下面に設けられたエアベアリングによって第１軸搬送台に沿って第２軸方向に前後にスライドする。第２軸搬送台１２０は、第１軸搬送台を上部から凹形に囲むように配設する。このために、第２軸搬送台１２０は、第１軸搬送台１１０の上部に配置される基板支持台受け体１２０ｂと、前記第１軸搬送台の長手方向の側面をそこから距離をおいて囲むように、前記基板支持台受け体の両端からそれぞれ下側に突き出た第２軸搬送台支持体１２０ａと、を備える。

一方、図７を参照すれば、第２軸搬送台１２０が第１軸搬送台１１０を凹形に囲むように配設されて、基板搬送装置１００の合計の高さを低めていることが分かる。また、第２軸搬送台１２０の中央の内部に回転軸ガイド（図示せず）が挿入され、これもまた、基板搬送装置１００の合計の高さを低めるのに寄与している。このような構造を採用する理由は、第２軸搬送台１２０が第１軸搬送台１１０の上に、且つ、回転軸ガイド１４０が第２軸搬送台１２０の上にそれぞれそのまま積層される場合に、基板搬送装置の合計の高さが大きくなって広い空間を占めることや、基板搬送の安定性が低下することを補うためである。

基板搬送装置１００は、上述した構造を有することにより、第１軸搬送台１１０は２本が並ぶように配設されたガイドレール１３０を滑走し、第２軸搬送台１２０は第１軸搬送台１１０を滑走する。このとき、第１軸搬送台１１０及び第２軸搬送台１２０の滑走は、単一の平面からなるチャンバー２００の底面と、各軸のガイド面に沿って移動するエアベアリング１２１（１２１ａ、１２１ｂ）によって行われる。第２軸搬送台１２０の中央の内部には回転軸ガイド（図示せず）が挿入されており、その回転軸ガイドの上に基板支持台１４０が配設されている。第１軸搬送台１１０及び第２軸搬送台１２０は、エアベアリング１２１が働く状態でリニアモーターによって動き、回転軸ガイドは、エアベアリング方式ではなく、クロスローラーガイド方式でＲ方向の動作、つまり、基板の回転動作を可能にする。第１軸搬送台１１０は、レーザービーム４５１のカーテン面を貫通する方向に滑走する。このように、エアベアリング１２１を用いて基板Ｗを搬送する。

第１軸搬送台１１０の底面及び第２軸搬送台支持体１２０の底面にそれぞれ複数設けられるエアベアリング１２１は、プラスチック、カーボン及び金属セラミック等を原料として製造されたベアリングであって、動力としてエアを用いて底面と非接触で浮き上げることにより、摩擦によるチャンバー構造物の損傷を生じない。エアベアリング１２１は、油を潤滑剤として用いる通常のボールベアリングとは異なり、空気や種々の気体を潤滑剤として用いることから、気体の粘性摩擦係数が低いので消耗動力が非常に小さく、高速で回転可能であり、潤滑剤やボールの摩擦による粉塵や汚染がないので精度の高い制御に適したベアリングである。本発明において用いられるエアベアリングから実際に噴射されるガスは、酸素と窒素との混合気体である通常の空気よりは、不活性気体である窒素であることが好ましい。その理由は、レーザー熱処理工程においてチャンバー１０に供給されるガスと同じガス、例えば、窒素ガスをエアベアリングの使用ガスとして採用した方が、チャンバー１０の内部圧力の調節及び熱処理工程の信頼性を両立させる上で好ましいからである。

エアベアリングは、下側を向くエア噴射面から噴射されるエア圧を用いて浮き上がってスライドするので、エアベアリング１２１から噴射されるエア圧によって周りのパーティクルが吹き飛ばされて基板に吸着されるおそれがある。これは、基板の熱処理に際して品質を低下させる。このようなパーティクルを防ぐために、本発明の実施形態に係る基板搬送装置は、エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器を備える。

図８は、本発明の実施形態に係るエアベアリングの周りに設けられた吸入器を示す斜視図であり、図９は、本発明の実施形態に係る吸入器の斜視図である。

吸入器１２２（１２２ａ、１２２ｂ）は、各エアベアリングに対してその周りに設けられるが、エアベアリングの配設形態は様々である。例えば、第１軸搬送台１１０の角の下面に設けられる吸入器と、第２軸搬送台の角の下面に設けられる吸入器とは、それぞれ形態が異なる。

図９に示すように、吸入器１２２は、前記エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲む吸入パッド１２２１と、前記吸入パッドを周りの構造物に固定する固定バー１２２５と、前記吸入パッドの下面に設けられた複数のエア吸入孔１２２２と、前記吸入パッドの内部に形成された通路管であって、前記エア吸入孔と連結されたエア吸入通路管１２２３と、前記エア吸入通路管の一方の端に設けられて吸入されたエアを排出するエア排出ポート１２２４と、を備える。

固定バー１２２５は、吸入パッドを、第１軸搬送台１１０や第２軸搬送台１２０等の構造物に固定する。例えば、吸入パッド１２２１から複数突き出て搬送台に固定される。

吸入パッド１２２１は、エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲むパッドであって、吸入パッドの下面に複数のエア吸入孔１２２２が設けられている。吸入パッドの内部には吸入通路管１２２３が形成されて吸入パッドの底面に形成された複数のエア吸入孔と連結される。これにより、エアベアリング１２１から噴射されるエアは、エアベアリングの周縁を囲む吸入パッドの下面に設けられた吸入孔１２２２に流入し、吸入孔に流入したエアは、吸入パッドの内部の吸入通路管１２２３に沿って先端にあるエア排出ポート１２２４を介して排出される。場合によって、エア排出ポート１２２４は、吸入力を与える圧力調節ポンプに接続されて、吸入孔を用いたエアの吸入力を高めることができる。

エアベアリングを囲む吸入パッド１２２１とエアベアリング１２１との距離は、５０ｍｍ以内であることが好ましい。吸入パッドが５０ｍｍ以上エアベアリングから離れていると、エアベアリングのエア圧を吸入する効率が低下するからである。

また、吸入パッド１２２１の下面は、フッ素樹脂であるテフロンによりコーティングされることが好ましい。これは、吸入パッドが第１軸搬送台及び第２軸搬送台の下面に配置されたエアベアリングのエア噴射面の周縁に配置されるので、第１軸搬送台及び第２軸搬送台のスライドに際して底面に当たって引っ掻かれるおそれがあるからである。従って、引っ掻きを防ぐためのテフロンコーティング体を吸入パッドの下面に被覆する。

また、吸入パッド１２２１は、図９に示すように、エアベアリングのエア圧噴射面の周縁を囲む一部が途切れた単一のリング状を呈してもよい。また、他の実施形態として、図１０に示すように、吸入パッド１２２１は、エアベアリングのエア噴射面の周縁に沿って互いに離間して複数設けられ、エアベアリング１２１のエア噴射面の周縁を囲むように実現されてもよい。これは、エアベアリングの周りの構造物が複雑である場合に吸入パッドを複数にして離して配置することにより、配置の便宜性を高めるためである。

以上、添付図面に基づき、本発明に係る基板搬送装置及び基板処理装置の好適な実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的な思想から逸脱しない範囲内で本発明を様々に変形及び修正することができる。

１１０：第１軸搬送台
１２０：第２軸搬送台
１３０：ガイドレール
１２１：エアベアリング
１２２：吸入器
１２２１：吸入パッド
１２２２：吸入孔
１２２３：吸入通路管
１２２４：エア排出ポート

Claims (14)

1. エアベアリングによってスライドされる搬送台と、
   前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、
   を備える基板搬送装置。
2. 第１軸方向に沿って置かれ且つ互いに離れた一対のガイドレールと、
   前記一対のガイドレール同士を結ぶ第２軸方向に延びた胴体を有し、下面に設けられたエアベアリングによって前記ガイドレールに沿って第１軸方向に前後進スライドされる第１軸搬送台と、
   前記第１軸搬送台の上部に設けられ、下面に設けられたエアベアリングによって、前記第１軸搬送台に沿って第２軸方向に前後進スライドされる第２軸搬送台と、
   前記第２軸搬送台の中央の内部に挿入される回転軸ガイドと、
   前記回転軸ガイドの上部に設けられる基板支持台と、
   前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、
   を備える基板搬送装置。
3. 前記第１軸搬送台の前記胴体には、溝条が刻まれている、請求項２に記載の基板搬送装置。
4. 前記第２軸搬送台は、前記第１軸搬送台を上部から凹形に囲むように配設される、請求項２又は３に記載の基板搬送装置。
5. 前記第２軸搬送台は、
   前記第１軸搬送台の上部に置かれる基板支持台受け体と、
   前記第１軸搬送台の長手方向の側面をそこから距離をおいて囲むように、前記基板支持台受け体の両端からそれぞれ下側に突き出た第２軸搬送台支持体と、
   を備える請求項４に記載の基板搬送装置。
6. 前記エアベアリングは、前記第１軸搬送台の底面及び第２軸搬送台支持体の底面にそれぞれ複数設けられる、請求項２に記載の基板搬送装置。
7. 前記吸入器は、
   前記エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲む吸入パッドと、
   前記吸入パッドを周りの構造物に固定する固定バーと、
   前記吸入パッドの下面に設けられた複数のエア吸入孔と、
   前記吸入パッドの内部に形成された通路管であって、前記エア吸入孔と連結されたエア吸入通路管と、
   前記エア吸入通路管の一方の端に設けられ、吸入されたエアを排出するエア排出ポートと、
   を備える請求項１又は２に記載の基板搬送装置。
8. 前記吸入パッドは、エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲む単一のリング状に形成される、請求項７に記載の基板搬送装置。
9. 前記吸入パッドは、エアベアリングのエア噴射面の周縁に沿って互いに離れて複数設けられ、エアベアリングのエア噴射面の周縁を囲む、請求項７に記載の基板搬送装置。
10. 前記吸入パッドの底面は、フッ素樹脂であるテフロンによりコーティングされている、請求項７に記載の基板搬送装置。
11. 前記吸入パッドとエアベアリングとの間の距離は５０ｍｍ以内である、請求項７に記載の基板搬送装置。
12. 内部空間を有するチャンバーと、
    前記チャンバーの内部空間において、基板を第１軸方向及び第２軸方向に搬送する基板搬送装置と、
    前記基板搬送装置に置かれた基板にレーザービームを照射するレーザー発生部と、
    を備え、
    前記基板搬送装置は、
    エアベアリングによってスライドされる搬送台と、
    前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、
    を備える基板処理装置。
13. 内部空間を有するチャンバーと、
    前記チャンバーの内部空間において、基板を第１軸方向及び第２軸方向に搬送する基板搬送装置と、
    前記基板搬送装置に置かれた基板にレーザービームを照射するレーザー発生部と、
    を備え、
    前記基板搬送装置は、
    第１軸方向に沿って置かれ且つ互いに離れた一対のガイドレールと、
    前記一対のガイドレール同士を結ぶ第２軸方向の長さを有し、下面に設けられたエアベアリングによって前記ガイドレールに沿って第１軸方向に前後進スライドされる第１軸搬送台と、
    前記第１軸搬送台の上部に設けられ、下面に設けられたエアベアリングによって、前記第１軸搬送台に沿って第２軸方向に前後進スライドされる第２軸搬送台と、
    前記第２軸搬送台の中央の内部に挿入される回転軸ガイドと、
    前記回転軸ガイドの上部に設けられる基板支持台と、
    前記エアベアリングの周縁を囲み、前記エアベアリングから噴射された後に反射されるエア圧を吸収する吸入器と、
    を備える基板処理装置。
14. 前記吸入器は、
    前記エアベアリングの周縁を囲む吸入パッドと、
    前記吸入パッドを周りの構造物に固定する固定バーと、
    前記吸入パッドの下面に形成された複数のエア吸入孔と、
    前記吸入パッドの内部に形成された通路管であって、前記エア吸入孔と連結されたエア吸入通路管と、
    前記エア吸入通路管の一方の端に設けられ、吸入されたエアを排出するエア排出ポートと、
    を備える請求項１２又は１３に記載の基板処理装置。

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