JP2016174116A - 基板移載システム及び基板移載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルホルダへの基板搭載時における基板の破損を抑制できる基板移載システムを提供する。
【解決手段】基板を保持する基板保持パッドを有し、基板保持パッドに保持した状態で基板を移動させる基板移動装置と、第１の保持力、及び、第１の保持力よりも弱い、基板移動装置によって移動する基板が支持ピンに接触した場合に基板に加わる外力によって基板保持パッドから基板が容易に離れる第２の保持力のいずれかで、基板保持パッドに基板を保持させる基板保持装置と、基板移動装置及び基板保持装置の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置が、第１の保持力で基板保持パッドに保持させた基板を基板搭載面の支持ピンから離間した第１の位置に移動させた後、第２の保持力で基板保持パッドに保持させた基板を支持ピンと接触する第２の位置まで移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サンプルホルダに基板を移載する基板移載システム及び基板移載方法に関する。

成膜やエッチングなどの処理工程で、基板はサンプルホルダに搭載されてプロセス処理装置に搬入される。サンプルホルダでの基板の移載には、基板を吸着する手段を備えるロボットハンドを使用する方法を採用できる。ここで、「基板の移載」とは、サンプルホルダへの基板の搭載及びサンプルホルダからの基板の回収をいう。ロボットハンドによる基板の移載では、例えばロボットハンドに吸着パッドを設置し、吸着パッドに真空吸着させた基板をロボットハンドによって移動させる（例えば、特許文献１参照。）。

基板が垂直に搭載されるボートタイプのサンプルホルダでは、サンプルホルダの基板搭載面に配置された支持ピンによって基板が支持されている。基板をサンプルホルダに搭載する場合には、支持ピンに基板が押し付けられることによる傷が基板に発生しないようにする必要がある。このため、基板が支持ピンに接触しないように支持ピンの上方に基板を保持した状態から、真空状態を破って吸着パッドから基板を離し、基板を支持ピンに落下させる方法が取られている。

特開２０００−１００９０３号公報

しかしながら、基板を支持ピンに落下させる方法では、落下の衝撃で基板が破損することがある。基板に発生した傷が小さくても、その後の工程で基板が割れたり大きなひびが生じたりする可能性がある。

上記問題点に鑑み、本発明は、サンプルホルダへの基板搭載時における基板の破損を抑制できる基板移載システム及び基板移載方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板が支持ピンに支持されて垂直に搭載される基板搭載面を有するサンプルホルダに基板を移載する基板移載システムであって、（ア）基板を保持する基板保持パッドを有し、基板保持パッドに保持した状態で基板を移動させる基板移動装置と、（イ）第１の保持力、及び、第１の保持力よりも弱い、基板移動装置によって移動する基板が支持ピンに接触した場合に基板に加わる外力によって基板保持パッドから基板が容易に離れる第２の保持力のいずれかで、基板保持パッドに基板を保持させる基板保持装置と、（ウ）基板移動装置及び基板保持装置の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置が、第１の保持力で基板保持パッドに保持させた基板を基板搭載面の支持ピンから離間した第１の位置に移動させた後、第２の保持力で基板保持パッドに保持させた基板を支持ピンと接触する第２の位置まで移動させる基板移載システムが提供される。

本発明の他の態様によれば、基板が支持ピンに支持されて垂直に搭載される基板搭載面を有するサンプルホルダに基板を移載する基板移載方法であって、（ア）基板保持パッドに第１の保持力で保持させた基板を、基板搭載面の支持ピンから離間した第１の位置に移動するステップと、（イ）第１の保持力よりも弱い、基板移動装置によって移動する基板が支持ピンに接触した場合に基板に加わる外力によって基板保持パッドから基板が容易に離れる第２の保持力で基板保持パッドに基板を保持させ、基板を第１の位置から支持ピンと接触する第２の位置まで移動させるステップとを含む基板移載方法が提供される。

本発明によれば、サンプルホルダへの基板搭載時における基板の破損を抑制できる基板移載システム及び基板移載方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る基板移載システムの構成を示す模式図である。 サンプルホルダの構成を示す模式図である。 支持ピンの構造例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板移載方法を示す模式図であり、図４（ａ）は基板が第１の位置に配置された状態を示し、図４（ｂ）は基板が第２の位置に配置された状態を示す。 本発明の実施形態に係る基板移載システムの基板保持装置の構成例を示す模式図である。 基板に発生する傷の例を示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係る基板移載システムの構成を示す模式図である。 本発明のその他の実施形態に係る基板移載システムの構成を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る図１に示す基板移載システム１は、サンプルホルダ５０に基板１００を移載する。サンプルホルダ５０では、基板１００が支持ピン５２に支持されて基板搭載面５１０に垂直に搭載される。

基板移載システム１は、基板移動装置１０、基板保持装置２０、及び、基板移動装置１０及び基板保持装置２０の動作を制御する制御装置３０を備える。基板移動装置１０は、基板１００を保持する基板保持パッド１１を有し、基板保持パッド１１に保持した状態で基板１００を移動させる。基板保持装置２０は、第１の保持力、及び第１の保持力よりも弱い第２の保持力のいずれかで基板保持パッド１１に基板１００を保持させる。制御装置３０は、第１の保持力で基板保持パッド１１に保持させた基板１００を基板搭載面５１０の支持ピン５２から離間した第１の位置に移動させる。次いで、制御装置３０は、第２の保持力で基板保持パッド１１に保持させた基板１００を、支持ピン５２と接触する第２の位置まで移動させる。

基板移載システム１による基板移載方法の詳細を説明する前に、サンプルホルダ５０について説明する。サンプルホルダ５０は、図２に示すように基板１００が搭載される基板搭載領域５１１が定義された基板搭載面５１０を有する基板プレート５１を備えたボートタイプである。即ち、基板プレート５１が垂直方向に延伸し、サンプルホルダ５０に基板１００が垂直に搭載される。図２では、基板搭載面５１０に定義された基板搭載領域５１１が１つである例を示したが、複数の基板搭載領域５１１が基板搭載面５１０に定義されていてもよい。例えば、１枚乃至複数枚の基板プレート５１を有するサンプルホルダ５０に複数の基板１００を同時に移載することができる。

基板１００は、図２に示すように基板搭載領域５１１の下辺及び左右辺に配置された支持ピン５２によって、基板プレート５１上で支持されている。支持ピン５２は、例えば図３に示すような、基板プレート５１の基板搭載面５１０に固定された固定部５２１と、基板搭載面５１０の面法線方向に延伸する支持部５２２を有する。基板プレート５１から基板１００が落下しないように、支持部５２２の先端に突起が形成されている。基板１００は、支持部５２２の突起と基板プレート５１の主面との間で支持ピン５２に支持される。

以下に、基板移載システム１の詳細を説明する。図１に示すように、基板移動装置１０は、基板保持パッド１１、ロボットハンド１２及び移動制御部１３を有する。先端に基板保持パッド１１を取り付けたロボットハンド１２を操作することによって、基板保持パッド１１に保持した状態で基板１００を移動させ、基板１００の移載が行われる。ロボットハンド１２の動作は、移動制御部１３によって制御される。

図１に示した基板保持装置２０は、真空吸着によって基板１００を基板保持パッド１１に保持させる。即ち、第１の保持力及び第２の保持力は真空吸着力である。以下に、真空吸着による基板１００の保持方法の例を以下に説明する。

基板保持パッド１１の吸着面には溝１１０が形成されており、溝１１０の内部は基板保持装置２０のチューブ状の吸着経路２１を介して吸着装置２２に接続されている。吸着装置２２の詳細は後述する。基板保持パッド１１の吸着面が基板１００に接触した状態で、吸着装置２２が吸着経路２１の内部を周囲よりも負圧にする。これにより、基板保持パッド１１の吸着面に形成された溝１１０の内部が真空となり、吸着面に基板１００が真空吸着される。一方、吸着経路２１内の真空状態を破ることにより、基板保持パッド１１の吸着面から基板１００が離れる。

第２の保持力は、支持ピン５２に接触した場合に基板１００に加わる外力によって基板保持パッド１１から基板１００が容易に離れるように、設定されている。このときの、基板保持パッド１１に保持された状態で移動する基板１００が支持ピン５２に接触した場合に基板１００に加わる外力を、以下において「ピン接触力」という。なお、基板保持パッド１１から基板１００が容易に離れるとは、支持ピン５２に基板１００が押し付けられることによって基板１００が欠けたり亀裂が入ったりするような破損が生じる前に、基板１００が基板保持パッド１１から離れることをいう。一方、第１の保持力で基板１００が基板保持パッド１１に保持された状態では、ピン接触力程度の外力が基板１００に加わった場合にも基板保持パッド１１から基板１００が離れない。

基板移載システム１では、制御装置３０が、第１の保持力で基板保持パッド１１に保持させた基板１００を、図４（ａ）に示すように、支持ピン５２から離間した上方の第１の位置まで移動させる。その後、制御装置３０は、第２の保持力で基板保持パッド１１に保持させた基板１００を、図４（ｂ）に示すように支持ピン５２と接触する第２の位置まで基板搭載面５１０に沿って下方に移動させる。第２の位置で吸着経路２１内の真空状態を破ることにより、基板１００が支持ピン５２に支持されて基板搭載面５１０に垂直に搭載される。このように、第２の位置に基板１００が移動した状態で、真空吸着を停止するように設定しておく。

この場合、支持ピン５２の位置の公差などによって、基板１００が支持ピン５２に接触する前に真空吸着が破られる恐れがある。しかしながら、この場合の基板１００の落下距離はごく僅かであるため、基板１００に傷は生じない。一方、基板１００が支持ピン５２に接触した後に、更に基板保持パッド１１が下方に移動する恐れもある。しかし、第２の保持力が弱いために、支持ピン５２と接触した段階で基板１００は基板保持パッド１１から離れる。したがって、基板１００が支持ピン５２に強く押しあてられることはない。このため、基板１００が破損することがない。このように、第２の位置は基板１００が支持ピン５２と近接している場合も含む位置である。即ち、第２の位置は、基板１００と支持ピン５２とがピン接触力が略ゼロで接触している場合はもちろん、基板１００の下辺の位置と支持ピン５２の上面の位置とが略一致している場合も含む概念である。

なお、サンプルホルダ５０まで基板１００を移動させる際には、保持力の強い第１の保持力で基板１００を基板保持パッド１１に保持する。このため、基板１００が落下する事故を防止できる。

ピン接触力は、基板搭載時に基板移動装置１０によって基板搭載面５１０の上方を所定の速度で移動している基板１００に加わる外力である。また、第１の保持力は、基板１００の保管場所とサンプルホルダ５０との間で基板移動装置１０によって基板１００を移動させる際に、基板保持パッド１１から基板１００が落下しないように設定される。したがって、基板移動装置１０による基板１００の移動速度などに応じて、第１の保持力と第２の保持力は設定される。

例えば、第１の位置と第２の位置との垂直方向に沿った距離を６ｍｍ程度とし、第１の位置から第２の位置まで基板１００の移動にかかる時間を０．３秒〜０．５秒程度に設定する。このとき、真空吸着によって基板１００を基板保持パッド１１に保持させる場合は、第２の保持力は−３ｋＰａ〜−７ｋＰａ程度に設定される。一方、第１の保持力は−３０ｋＰａより大きく設定される。例えば、第１の保持力を−５５ｋＰａに設定し、第２の保持力を−５ｋＰａに設定する。本発明者らは検討を重ねることにより、上記のように保持力の大きさを設定することによって、移載中に基板１００が基板保持パッド１１から落下せず、且つ、ピン接触力によって基板１００が破損しないことを確認した。

第１の保持力と第２の保持力の切り替える吸着装置２２の例を、図５に示す。なお、以下に述べる保持力の切り替え方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の切り替え方法により実現可能である。

図５に示す吸着装置２２では、真空ポンプ２２１と吸着経路２１との間の接続が第１の経路２２Ａと第２の経路２２Ｂとに分岐されている。第１の経路２２Ａには第１の吸着バルブ２２２が設けられており、第１の吸着バルブ２２２を開くと真空ポンプ２２１の本来の吸着力によって基板１００が基板保持パッド１１に吸着される。一方、第２の経路２２Ｂでは、第２の吸着バルブ２２３と吸着力調整器２２４を介して真空ポンプ２２１と吸着経路２１とが接続されている。吸着力調整器２２４によって第２の経路２２Ｂにおける真空ポンプ２２１による吸着力が弱められる。このため、第１の吸着バルブ２２２を閉じて第２の吸着バルブ２２３を開くことによって、吸着力調整器２２４によって調整された第２の保持力で基板保持パッド１１が基板１００を吸着する。一方、第２の吸着バルブ２２３を閉じて第１の吸着バルブ２２２を開くことによって、基板保持パッド１１が第１の保持力で基板１００を吸着する。

なお、第１の吸着バルブ２２２と第２の吸着バルブ２２３を同時に閉じることによって吸着経路２１内の真空状態が破られ、基板保持パッド１１の吸着面から基板１００が離れる。第１の吸着バルブ２２２と第２の吸着バルブ２２３の開閉は、制御装置３０によって制御される。

本発明の実施形態に係る基板移載システム１では、基板１００が支持ピン５２に接触した場合に基板保持パッド１１から容易に基板１００が離れる第２の保持力で、基板１００が支持ピン５２に接触する第２の位置まで移動される。このため、基板１００が支持ピン５２に押し付けられることに起因する基板１００の傷の発生が抑制されると共に、基板１００を支持ピン５２に落下させることに起因する基板１００での傷の発生が抑制される。このように、基板移載システム１によれば、サンプルホルダ５０への基板搭載時における基板１００の破損を抑制できる
これに対し、第１の位置で真空吸着を破って第１の位置から第２の位置まで基板１００を落下させた場合には、落下の衝撃によって基板１００に傷が生じるおそれがある。例えば、図６に示すように、基板１００の支持ピン５２に接触した位置の表面が剥離するなどの破損が発生する。

基板１００は、例えば半導体デバイスなどに使用されるシリコン基板やガラス基板などである。基板移載システム１は、シリコンからなる太陽電池基板の製造工程などに好適に使用される。即ち、反射防止膜やパッシベーション膜を太陽電池基板に形成するプロセス処理の際に、基板移載システム１によって太陽電池基板をサンプルホルダ５０に搭載する。

＜変形例＞
例えば図７に示すように、基板移載システム１が、サンプルホルダ５０への基板１００の搭載時に離間用気体４００を噴射する気体噴射装置４０を更に備えてもよい。気体噴射装置４０は、基板１００が第２の位置まで移動した後に、基板保持パッド１１を基板１００から離すタイミングで、基板保持パッド１１と基板１００との間に離間用気体４００を噴射する。

図７に例示した気体噴射装置４０は、離間用気体４００の噴射口である噴射ノズル４１、離間用気体４００を供給する気体供給源４３、及び気体供給源４３と噴射ノズル４１とを連結して離間用気体４００が内部を輸送される噴射経路４２を有する。噴射ノズル４１は、例えば基板保持パッド１１に装着され、基板保持パッド１１の吸着面に形成された溝１１０の内部に離間用気体４００を噴射する。これにより、基板１００が基板保持パッド１１の吸着面から離れやすくなり、サンプルホルダ５０への基板１００の搭載をスムーズに行うことができる。

離間用気体４００の噴射を開始するタイミングは、例えば制御装置３０によって設定される。即ち、制御装置３０は、基板移動装置１０を制御することによる基板１００の移動の制御、基板保持装置２０を制御することによる基板保持パッド１１での基板１００の保持の制御と連動させて、離間用気体４００の噴射を制御する。例えば、噴射経路４２に配置された噴射バルブ（図示略）の開閉を制御装置３０が制御することによって、離間用気体４００の噴射が制御される。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態では、真空ポンプ２２１によって基板１００を基板保持パッド１１に保持する場合を説明した。しかし、他の方法によって基板１００を基板保持パッド１１に保持してもよい。例えば、図８に示すような、気体の噴き出しを用いて基板１００を保持してもよい。図８に示した基板保持パッド１１は、基板保持装置２０から気体２００が供給される噴き出し部１１ａと、基板１００が保持される保持部１１ｂとを有する。保持部１１ｂの基板接触面１１１に基板１００が接触し、基板接触面１１１に対向する保持部１１ｂの裏面に噴き出し部１１ａから噴き出された気体２００が吹きつけられる。このとき、気体２００が保持部１１ｂの裏面の周辺領域に吹きつけられることによって、噴き出し部１１ａと保持部１１ｂとの間の空間に矢印で示すような気体２００の渦巻きが生じ、保持部１１ｂの裏面の中心領域が真空になる。このため、基板接触面１１１の中心に貫通孔を設けることによって、保持部１１ｂに基板１００が吸着される。

図８に示した基板保持パッド１１において、気体２００の流量を調整することによって、基板１００を吸着する保持力を調整できる。例えば、第１の保持力で基板１００を保持する場合には気体２００の流量を大きくし、第２の保持力で基板１００を保持する場合には気体２００の流量を小さくする。気体２００には、ドライエアーや窒素ガスなどが使用可能である。

また、真空吸着以外の方法によって基板１００を保持する場合にも本発明は適用可能である。例えば、基板１００の側面を主面の両側から挟み込むことによって基板１００を保持する基板保持パッド１１において、基板１００を挟む力を調整することによって第１の保持力と第２の保持力を切り替えることができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…基板移載システム
１０…基板移動装置
１１…基板保持パッド
１２…ロボットハンド
１３…移動制御部
２０…基板保持装置
２１…吸着経路
２２…吸着装置
３０…制御装置
４０…気体噴射装置
４１…噴射ノズル
４２…噴射経路
４３…気体供給源
５０…サンプルホルダ
５１…基板プレート
５２…支持ピン
１００…基板
１１０…溝

Claims (10)

1. 基板が支持ピンに支持されて垂直に搭載される基板搭載面を有するサンプルホルダに前記基板を移載する基板移載システムであって、
   前記基板を保持する基板保持パッドを有し、前記基板保持パッドに保持した状態で前記基板を移動させる基板移動装置と、
   第１の保持力、及び、前記第１の保持力よりも弱い、前記基板移動装置によって移動する前記基板が前記支持ピンに接触した場合に前記基板に加わる外力によって前記基板保持パッドから前記基板が容易に離れる第２の保持力のいずれかで、前記基板保持パッドに前記基板を保持させる基板保持装置と、
   前記基板移動装置及び前記基板保持装置の動作を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置が、前記第１の保持力で前記基板保持パッドに保持させた前記基板を前記基板搭載面の前記支持ピンから離間した第１の位置に移動させた後、前記第２の保持力で前記基板保持パッドに保持させた前記基板を前記支持ピンと接触する第２の位置まで移動させることを特徴とする基板移載システム。
2. 前記基板保持装置が真空吸着によって前記基板を前記基板保持パッドに保持させることを特徴とする請求項１に記載の基板移載システム。
3. 前記第１の保持力は、前記外力が加わった場合にも前記基板保持パッドから前記基板が離れない大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板移載システム。
4. 前記第１の保持力が−３０ｋＰａより大きく、前記第２の保持力が−３ｋＰａ〜−７ｋＰａであることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板移載システム。
5. 前記基板が前記第２の位置まで移動した後に、前記基板保持パッドを前記基板から離すタイミングで前記基板保持パッドと前記基板との間に離間用気体を噴射する気体噴射装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板移載システム。
6. 基板が支持ピンに支持されて垂直に搭載される基板搭載面を有するサンプルホルダに前記基板を移載する基板移載方法であって、
   基板保持パッドに第１の保持力で保持させた前記基板を、前記基板搭載面の前記支持ピンから離間した第１の位置に移動するステップと、
   前記第１の保持力よりも弱く、前記基板移動装置によって移動する前記基板が前記支持ピンに接触した場合に前記基板に加わる外力によって前記基板保持パッドから前記基板が容易に離れる第２の保持力で前記基板保持パッドに前記基板を保持させ、前記基板を前記第１の位置から前記支持ピンと接触する第２の位置まで移動させるステップと
   を含むことを特徴とする基板移載方法。
7. 真空吸着によって前記基板を前記基板保持パッドに保持させることを特徴とする請求項６に記載の基板移載方法。
8. 前記第１の保持力は、前記外力が加わった場合にも前記基板保持パッドから前記基板が離れない大きさであることを特徴とする請求項６又は７に記載の基板移載方法。
9. 前記第１の保持力が−３０ｋＰａより大きく、前記第２の保持力が−３ｋＰａ〜−７ｋＰａであることを特徴とする請求項７又は８に記載の基板移載方法。
10. 前記基板を前記第２の位置まで移動させた後に、前記基板保持パッドを前記基板から離すタイミングで前記基板保持パッドと前記基板との間に離間用気体を噴射するステップを更に含むことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の基板移載方法。