JP4451901B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置等において、基板を支持、搬送する目的で使用される基板の搬送装置に関する。

真空環境において基板を搬送しながら成膜やエッチング等の処理を施す場合、基板の搬送装置としては、従来はラック＆ピニオン機構、コロ式駆動機構、チェーン駆動機構等が多く採用されていた。また、特許文献１には、磁力を利用した搬送装置が開示されている。

図５に、磁力を利用した搬送装置の一例の主要部分の構成を模式的に示す。図中、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。尚、便宜上、真空チャンバ等一部の部材は省略している。

図５の構成において、キャリア６は基板５を主面が鉛直方向に平行になるように立てて保持しており、当該装置は基板５の主面に平行で且つ水平方向にキャリア６を搬送する。キャリア６は角状の溝または曲面状の溝１３ａが設けられたガイドレール部１３を有しており、不図示の真空チャンバに固定されたキャリア支持手段２１は複数のガイドローラ２２を有している。この構成において、ガイドローラ２２をガイドレール部１３の溝１３ａに嵌め込み、回転するガイドローラ２２の上を水平方向にキャリア６が移動することになる。

図５の例では、キャリア６の搬送手段としてキャリア６の下端にＳ極とＮ極とが搬送方向において互い違いに配置した磁石群１７を備え、該磁石群１７とは所定の間隔を介して真空チャンバに磁気ネジ２７が配置されている。磁気ネジ２７の中心軸はキャリア６の搬送方向に平行であり、磁石群１７のＳ極、Ｎ極のピッチに対応するピッチでＳ極螺旋部とＮ極螺旋部からなる二重螺旋状磁気結合部が表面に形成されている。磁気ネジ２７を回転させると、磁石群１７に対向する部位においてＳ極螺旋部、Ｎ極螺旋部がキャリア６の搬送方向に相対的に移動し、該Ｓ極螺旋部、Ｎ極螺旋部と磁石群１７のＮ極、Ｓ極との吸引力によってキャリア６が矢印Ｃ方向に搬送される。

特開２００２−６８４７６号公報

従来の搬送装置においては、図５に例示したように、キャリア６のガイドレール部１３の溝１３ａ表面とキャリア支持手段２１のガイドローラ２２との間での摩擦によるパーティクルが発生し、製造された製品の不良品発生の一因となっていた。また、溝１３ａとガイドローラ２２の摩擦により、ガイドレール部１３やガイドローラ２２が摩耗してキャリア６の高さが変化してしまうため、キャリア６の高さ調整や、摩耗した部品を交換するためのメンテナンス作業を定期的に行う必要があった。

本発明の目的は、上記基板の搬送装置において、キャリア支持手段とキャリアとの摩擦によるパーティクルの発生を抑制することにより、製品の歩留まりを向上することにある。また、キャリア支持手段やキャリアの部材の摩耗によるキャリアの高さ調整や摩耗した部品の交換にかかるメンテナンス頻度を低減して、生産性を向上することにある。

本発明の第１は、真空チャンバ内において基板を水平方向に搬送する搬送装置であって、
基板の主面を鉛直方向に平行に支持し、基板と共に搬送されるキャリアと、
真空チャンバ内に固定された、前記キャリアを水平方向にスライド可能に該キャリアの自重を支持するキャリア支持手段と、
前記キャリアを基板の主面に平行で且つ水平方向に搬送するキャリア搬送手段とを有し、
前記キャリアとキャリア支持手段とが、鉛直方向においてキャリア側を上方として間隔を介して互いに対向する部位を有し、該対向部位にそれぞれ対向面において同極性の磁石が配置され、磁石と磁石の反発力がキャリアを上方に浮き上がらせる方向に作用し、
前記対向部位に配置された磁石のうち、基板に近い側の磁石の基板側に磁性材料からなる磁気ヨークを有することを特徴とする。

本発明の第２は、真空チャンバ内において基板を水平方向に搬送する搬送装置であって、
基板の主面を鉛直方向に平行に支持し、基板と共に搬送されるキャリアと、
真空チャンバ内に固定された、前記キャリアを水平方向にスライド可能に該キャリアの自重を支持するキャリア支持手段と、
前記キャリアを基板の主面に平行で且つ水平方向に搬送するキャリア搬送手段とを有し、
前記キャリアの上端部と真空チャンバ上壁とが、鉛直方向においてキャリア側を上方として間隔を介して互いに対向する部位を有し、該対向部位にそれぞれ対向面において同極性の磁石が配置され、磁石と磁石の反発力がキャリアを上方に浮き上がらせる方向に作用し、前記対向部位に配置された磁石のうち、基板に近い側の磁石の基板側に磁性材料からなる磁気ヨークを有することを特徴とする。

上記本発明の搬送装置においては、
前記ヨーク内に冷却媒体を用いた冷却手段が設けられていること、及び、
前記キャリアの浮き上がり防止ストッパを備えていること、
を好ましい態様として含む。

本発明においては、同極性の磁石の反発力によって、キャリア支持手段の、キャリアに直接接している部位にかかるキャリアの自重を軽減し、当該部位における摩擦、摩耗を低減することができる。よって、パーティクルの発生を抑制して製品の歩留まりを向上すると同時に、摩耗によるキャリアの高さ調整や部品の交換にかかるメンテナンス頻度を低減し、生産性を向上することができる。

本発明は真空チャンバ内において基板を水平方向に搬送する搬送装置であり、キャリアと、キャリア支持手段と、キャリア搬送手段とを有し、磁石の反発力を利用してキャリア支持手段とキャリアとの摩擦を低減することに特徴を有する。

本発明の搬送装置は、例えば基板に対して成膜等の処理を行う真空処理装置に適用される。図１に本発明が適用される真空処理装置として、複数の処理チャンバを直列に接続してなるインライン式真空処理装置の構成を模式的に示す。

インライン式真空処理装置では、図１に示されるように、ロードロックチャンバ１、処理チャンバ２ａ〜２ｃ、アンロードロックチャンバ３がゲートバルブ４ａ〜４ｄを介して連結されている。基板５を支持したキャリア６は各チャンバに設けられた複数のガイドローラ（不図示）の回転によって、水平方向に搬送される。尚、図１では処理チャンバの数を３としているが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１において、外部から搬送されてきた基板５は、基板搬入手段（不図示）によってロードロックチャンバ１内で待機中のキャリア６に載置される。基板５を支持したキャリア６は、処理チャンバ２ａ〜２ｃと順に搬送され、所望の処理を施された後、アンロードロックチャンバ３へ搬送される。その後、基板搬出手段（不図示）によって基板５がキャリア６から外され、装置外へ搬出されて次の工程へ送り出される。また、基板５が外されたキャリア６は、リターン経路（不図示）によって、ロードロックチャンバ１内へ戻され、次の基板の搬入を待つ。

図２に、本発明の第１の搬送装置の好ましい一実施形態の主要部分の構成を模式的に示す。図中、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。尚、便宜上、真空チャンバ等一部の部材は省略している。

本例は、基本的な構造は先に説明した図５の従来の搬送装置と同様であり、キャリア６に第１の磁石１５を、キャリア支持手段２１に第２の磁石２５を取り付けた点において異なっている。以下に詳細に説明する。

キャリア６は、ホルダ部１２と、角状の溝または曲面状の溝１３ａが設けられたガイドレール部１３と、磁気ヨーク１６，１８と、ガイドレール部１３と磁気ヨーク１６とを連結する連結部１４と、第１の磁石１５と、キャリア側磁石群１７と、を有している。第１の磁石１５は磁気ヨーク１８を介して連結部１４に取り付けられている。

ホルダ部１２は中央に基板５よりも内周の大きな開口部が設けてあり、基板５を主面が鉛直方向に平行になるように立てて、クランプ１２ａ、１２ｂ、１２ｂにより保持する。クランプ１２ａは下方にバネ（不図示）が配置されており、上下可動となっている。基板５をホルダ部１２に保持する際には、クランプ１２ａを押し下げておき、ロボットアームにより基板５をクランプ１２ｂ、１２ｂに押しつけるように仮設置する。次いで、クランプ１２ａをリリースし、下方からのバネの力によってクランプ１２ｂ、１２ｂと挟み込むようにして基板５をホルダ部１２に固定する。また、オートローダのアームは、基板５の中央に設けられた開口部５ａにその爪を係止して基板５を搬送する。

キャリア支持手段２１は、複数のガイドローラ２２と、該複数のガイドローラ２２が固定されるベース部２３と、ベース部２３の下端に接合される磁気ヨーク２４と、を有している。磁気ヨーク２４は、キャリア６に取り付けられた磁気ヨーク１８とは鉛直方向において対向しており、該対向部位において、磁気ヨーク１８には第１の磁石１５が配置されている。そして磁気ヨーク２４の磁気ヨーク１８との対向側には、所望の間隔を介して第１の磁石１５とは対向面において同極性の第２の磁石２５が配置されている。

複数のガイドローラ２２は、キャリア６の搬送方向（矢印Ｃ方向）に向かってベース部２３に一定間隔で直線状に配置され、ガイドレール部１３の溝１３ａが該ガイドローラ２２上に嵌め込まれてキャリア６の自重を支持するように配置される。ガイドレール部１３とガイドローラ２２とは固定されていないので、ガイドローラ２２が回転することでキャリア６は基板５の主面に平行な方向で且つ水平方向にスライド可能である。

ベース部２３は、ステー部材（不図示）などを介して真空チャンバ（不図示）の内壁に固定されている。

本例では、第１の磁石１５と第２の磁石２５のうち基板に近い側の第１の磁石１５の基板側に磁性材料からなる磁気ヨーク１８が配置されている。磁気ヨーク１８は第１の磁石１５を固定するとともに背面側への磁場の漏れを抑制し、安定した磁場を形成する。さらには、磁気ヨーク１８によって、第１の磁石１５及び第２の磁石２５の磁場が基板５周辺のプラズマ空間へ影響するのを抑制すると共に、該プラズマ空間からの熱輻射の影響を抑制することができる。また、磁気ヨーク１６は、第１の磁石１５と磁石群１７とを固定するとともに磁気ネジ２７や磁石群１７から第１の磁石１５側への磁場の漏れを抑制し、安定した磁場を形成する。

本例では、キャリア６を直立させて安定した搬送を行うため、キャリア６の下方の磁気ヨーク１６において、キャリア６を挟み込むように水平方向のガイドローラ２８，２８’が設置されている。該ガイドローラ２８，２８’は、ステー部材（不図示）などを介して真空チャンバ（不図示）の内壁に固定されている。

本例において、キャリア搬送手段として、キャリア６側に取り付けたキャリア側磁石群１７と、磁気ネジ２７とが用いられる。磁石群１７は、キャリア６の搬送方向にＮ極とＳ極とが所定の間隔を置いて交互に配置されている。一方、磁気ネジ２７はキャリア６の搬送方向に中心軸を平行に配置した円筒状の部材であり、その表面にＮ極螺旋部とＳ極螺旋部とが交互に螺旋状に配置してなる。磁気ネジ２７の中心軸に平行な方向において、Ｎ極螺旋部とＳ極螺旋部のピッチは磁石群１７のピッチに一致し、磁気ネジ２７は磁石群１７から所望の間隔をおいて配置されている。

上記の構成において、磁気ネジ２７を所定の方向に回転させると、磁石群１７に対向するＮ極螺旋部、Ｓ極螺旋部は該磁石群１７に対して相対的にキャリア６の搬送方向（矢印Ｃ方向）に移動することになる。これにより、磁石群１７のＳ極、Ｎ極と磁気ネジ２７のＮ極螺旋部、Ｓ極螺旋部との吸引力・反発力によってキャリア６には矢印Ｃ方向に移動する力が働き、ガイドローラ２２が回転してキャリア６が矢印Ｃ方向に搬送される。

本例においては、キャリア６に配置された第１の磁石１５と、キャリア支持手段２１に配置された第２の磁石２５とが対向面において同極性で、第１の磁石１５が上方側で鉛直方向に対向している。そのため、第１の磁石１５と第２の磁石２５との反発力が、キャリア６を上方に浮き上がらせる方向に作用し、ガイドローラ２２にかかるキャリア６の自重が軽減される。尚、この時、第１の磁石１５と第２の磁石２５との反発力が強すぎると、キャリア６が不安定になるため、第１の磁石１５と第２の磁石２５の磁力及び間隔を調整して反発力を適宜制御する。

上記のようにして、ガイドローラ２２にかかるキャリア６の自重が軽減されると、ガイドローラ２２とガイドレール部１３の溝１３ａの表面との摩擦が低減し、パーティクルの発生や、ガイドローラ２２及びガイドレール部１３の摩耗が低減する。

第１の磁石１５と第２の磁石２５とは同極性であれば良く、搬送方向において連続した磁石を用いることができるが、それぞれキャリア６の搬送方向に複数個の磁石を所定の間隔で配置してもかまわない。

また、本例ではキャリア搬送手段として、磁気ネジ２７と磁石群１７との磁気作用による方法を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータなどの回転駆動手段による回転運動をラック＆ピニオンによって直線運動に変換する方法でもかまわない。

尚、キャリア搬送手段に磁気ネジ方式を採用した場合、磁気ネジ２７と磁石群１７の吸着力が作用するため、磁気ネジ２７と磁石群１７の吸着力が、キャリア６の自重に加えて、重畳されることになる。この際、安定したキャリアの搬送を実現するためには、本発明に係るキャリア６を上方に浮き上げる作用力の大きさをキャリア６に自重と磁気ネジ２７と磁石群１７の吸着力の総和より小さくし、キャリア６が必要以上に浮き上がることを防止する必要がある。

図３に本発明の第２の搬送装置の好ましい一実施形態の主要部分の構成を模式的に示す。（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。尚、便宜上、一部の部材は省略している。

本例は、図２の搬送装置における第１の磁石１５と第２の磁石２５の組み合わせを、キャリア６と真空チャンバ上壁に設けた対向部位に配置させた例である。係る磁石の位置以外の構成は図２の搬送装置と同じであり、説明を省略する。

本例においては、キャリア６の上端部にステー部材３７を取り付け、その先端に磁気ヨーク３１を取り付ける。一方、真空チャンバ３６上壁にもステー部材３８を取り付け、その先端に磁気ヨーク３４を取り付ける。磁気ヨーク３１と３４とは、キャリア６側の磁気ヨーク３１を上方として鉛直方向に対向しており、対向面において磁気ヨーク３１には第１の磁石３２を、磁気ヨーク３４には第１の磁石３２とは対向面において同極性の第２の磁石３３をそれぞれ配置させる。第１の磁石３２と第２の磁石３３との間には所望の間隔が置かれている。第１の磁石３２と第２の磁石３３とは対向面において同極性であり、その作用は図２の搬送装置における第１の磁石１５と第２の磁石２５と同様である。即ち、これらの磁石３２，３３間の反発力がキャリア６を上方に浮き上がらせる方向に作用し、ガイドローラ２２にかかるキャリア６の自重が軽減する。磁気ヨーク３４は、第２の磁石３３を固定するとともに、基板５側への磁場の漏れを抑制し、安定した磁場を形成する。

尚、本例においては、磁気ヨーク３４内に冷却媒体を用いた冷却手段３５が設けられており、基板５周辺のプラズマ空間からの熱輻射による磁石３３の加熱による減磁を抑制することができる。

さらに本発明においては、図４に示すような浮き上がり防止ストッパ６１をキャリア６に取り付けておくことが好ましい。係る構成例は、キャリア６の下方に接するガイドローラ２８を浮き上がり防止ストッパ６１のストッパ止めとして兼用した例である。このようなストッパ６１を用いることにより、キャリア６の搬送中における、キャリア６の跳ね等、必要以上にキャリア６が浮き上がる不都合を防止することができる。

また、本発明において、第１の磁石１５，３２と第２の磁石２５，３３との反発力は、キャリア６を浮き上がらせる方向に作用すると共に、対向する磁石を水平方向にずらすことで、キャリア６の搬送方向に直交する方向で、且つ水平方向にも作用させる。これにより、該反発力によってキャリア６がずれる方向にガイドローラ２８が位置することになり、水平方向の位置を決定できるため、キャリア６の安定した搬送を行うことができる。尚、この際、ガイドローラ２８に対向するガイドローラ２８’とキャリア６は接触している必要はなく、数ｍｍの間隔を設けても良い。この場合、ガイドローラ２８’は、キャリア６の横揺れ等が生じた場合のストッパとしての役割を持つ。

本発明の搬送装置が適用されるインライン式真空処理装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１の搬送装置の一実施形態の主要部分の模式図である。 本発明の第２の搬送装置の一実施形態の主要部分の模式図である。 本発明の第１の搬送装置の他の実施形態の主要部分の模式図である。 従来の搬送装置の一例の主要部分の模式図である。

符号の説明

１ ロードロックチャンバ
２ａ，２ｂ，２ｃ 処理チャンバ
３ アンロードロックチャンバ
４ａ〜４ｄ ゲートバルブ
５ 基板
５ａ 開口部
６ キャリア
１２ ホルダ部
１２ａ〜１２ｂ クランプ
１３ ガイドレール部
１３ａ 溝
１４ 連結部
１５，３２ 第１の磁石
１６，１８，２４，３１，３４ 磁気ヨーク
１７ キャリア側磁石群
２１ キャリア支持手段
２２，２８，２８’ ガイドローラ
２３ ベース部
２５，３３ 第２の磁石
２７ 磁気ネジ
３５ 冷却手段
３６ 真空チャンバ
３７，３８ ステー部材
６１ 浮き上がり防止ストッパ

Claims (4)

1. 真空チャンバ内において基板を水平方向に搬送する搬送装置であって、
   基板の主面を鉛直方向に平行に支持し、基板と共に搬送されるキャリアと、
   真空チャンバ内に固定された、前記キャリアを水平方向にスライド可能に該キャリアの自重を支持するキャリア支持手段と、
   前記キャリアを基板の主面に平行で且つ水平方向に搬送するキャリア搬送手段とを有し、
   前記キャリアとキャリア支持手段とが、鉛直方向においてキャリア側を上方として間隔を介して互いに対向する部位を有し、該対向部位にそれぞれ対向面において同極性の磁石が配置され、磁石と磁石の反発力がキャリアを上方に浮き上がらせる方向に作用し、
   前記対向部位に配置された磁石のうち、基板に近い側の磁石の基板側に磁性材料からなる磁気ヨークを有することを特徴とする搬送装置。
2. 真空チャンバ内において基板を水平方向に搬送する搬送装置であって、
   基板の主面を鉛直方向に平行に支持し、基板と共に搬送されるキャリアと、
   真空チャンバ内に固定された、前記キャリアを水平方向にスライド可能に該キャリアの自重を支持するキャリア支持手段と、
   前記キャリアを基板の主面に平行で且つ水平方向に搬送するキャリア搬送手段とを有し、
   前記キャリアの上端部と真空チャンバ上壁とが、鉛直方向においてキャリア側を上方として間隔を介して互いに対向する部位を有し、該対向部位にそれぞれ対向面において同極性の磁石が配置され、磁石と磁石の反発力がキャリアを上方に浮き上がらせる方向に作用し、前記対向部位に配置された磁石のうち、基板に近い側の磁石の基板側に磁性材料からなる磁気ヨークを有することを特徴とする搬送装置。
3. 前記ヨーク内に冷却媒体を用いた冷却手段が設けられている請求項２に記載の搬送装置。
4. 前記キャリアの浮き上がり防止ストッパを備えている請求項１乃至３のいずれかに記載の搬送装置。

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