JP4582628B2 - 縦型基板搬送機構及びこれを備えた基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空室内で、基板を略直立させた状態で搬送する縦型基板搬送機構及びこれを備えた基板搬送装置に関する。

近年、ディスプレイの大画面化に伴って、ディスプレイ用の基板の大型化が進められている。このような大型基板の搬送を従来の水平方式により取り扱うと種々の問題に直面することになる。

例えば、基板の大型化や薄型化により、水平載置された基板はその自重で撓みや反りが生じやすく、膜厚や平坦性において精密な成膜を行うことが困難となる。
また、特に、トレイ搬送によるものは、搬送キャリア等の部品点数が多い上、トレイ部分にも膜が付着する等してパーティクル発生の一因となる。
更に、基板面積に対応して成膜装置構造が大型化し、相当の占有スペースを確保する必要性が生じる。

一方、基板を略直立させた状態で搬送する縦型搬送方式も提案されている（例えば下記特許文献１参照）。この縦型搬送方式により、基板の撓みや反りを抑えられるので、基板の大型化に対応できる。また、基板搬送装置の占有スペースを低減できるという利点がある。

特開２００４−８３９９７号公報 特開２０００−１３８４９９号公報

しかしながら、縦型搬送方式では、水平搬送方式に比べて、基板の搬送安定性が低下するという問題がある。
特に、基板の略直立姿勢を安定に保持する機構と、保持した略直立姿勢で基板を安定に搬送する機構が必要である。基板の直立姿勢が不安定だと搬送中に基板の倒れや損傷が生じたり、成膜工程において歩留まり低下の要因となるからである。

ここで上記特許文献１には、基板の表面にエアーを吹き付けて直立姿勢を保持する機構が開示されているが、このような機構は、真空室内では適用できない。
また、上記特許文献２には、基板の上下端部をクリップで挟持しながら搬送する機構が開示されているが、特に大型で割れ易いガラス基板等の場合には、クリップで挟持される基板端部の破損等が起こり易く、適正な搬送が困難である。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、真空室内でも基板を略直立状態で安定かつ適正に搬送することができる縦型基板搬送機構及びこれを備えた基板搬送装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の縦型基板搬送機構は、基板を略直立させた状態で搬送する縦型基板搬送機構であって、前記基板の下端を受ける基板受け具が複数間隔をおいて整列配置されたベルト部材を有する搬送コンベアと、この搬送コンベアの上方に配置され、前記基板の上縁を支持し当該基板の搬送方向へ搬送するべく回転する複数の支持ローラとを備えたことを特徴とする。

基板の下端は、搬送コンベアのベルト部材に整列配置された複数の基板受け具で支持され、基板搬送方向へ搬送される。一方、基板の上縁は、鉛直面に対して所定角度傾斜した状態で複数の支持ローラの周面に支持される。支持ローラは、搬送コンベアによる基板の搬送速度に同期して回転し、基板上縁を支持した状態で基板搬送方向へ送り回転する。

この構成により、基板は、その略直立姿勢を安定に保持された状態で直線的に搬送される。特に、基板上縁を複数の支持ローラで支持し送り動作されることにより、真空室内でも基板の安定した略直立姿勢を保持できるとともに、基板に負荷をかけることなく適正な搬送が可能となる。

基板の安定した姿勢保持作用を得るために、本発明では、基板受け具の直進走行性を高める機構を具備させている。
すなわち、搬送コンベアは、基板受け具の走行を案内する案内部を備え、基板受け具には、この案内部に案内される被案内部が設けられている。
特に、上記案内部として、案内面が平坦な平レールと、案内面が逆Ｖ字状の凸部を有する凸レールとで構成する一方、上記被案内部として、平レールに転接する平ローラと、凸レールに係合する略Ｖ字状の溝を有する溝付ローラとで構成することにより、基板受け具の安定かつ滑らかな直進走行性を得ることができる。

また、基板受け具の安定した走行性を得るために、本発明では、搬送コンベアのベルト部材を金属製としている。これにより、真空中での使用を可能とし、また、ベルト部材の必要な強度、耐久性、耐熱性等を持たせることができる。特に、非磁性金属でベルト部材を構成することにより、成膜時において、マグネトロンスパッタ時の磁力線分布やプラズマ状態への影響を回避できる。

一方、本発明の基板搬送装置は、上述した構成の搬送コンベア及び支持ローラを有する縦型基板搬送機構を複数組設置して構成される。
特に、基板の移載を安定して行うために、互いに隣接する搬送コンベアの間に、基板の下端を受ける中継ローラを設置するのが好適である。

本発明の基板搬送装置は、基板の搬送室としてだけでなく、成膜室として構成することも可能である。この場合、基板の略直立姿勢を安定に保持できるので所望の膜質を得ることができる。成膜処理は、基板の搬送を停止させて行う場合に限らず、基板の搬送途上で行うことも可能である。

以上述べたように、本発明によれば、真空室内でも基板の安定した略直立姿勢を保持できるとともに、基板に負荷をかけることなく適正な搬送が可能となる。特に、大型で割れ易い基板の直立搬送に、本発明は有利である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の実施の形態による基板搬送装置１の構成を示す側面図及び正面図である。

基板搬送装置１は、搬送コンベア２とガイドローラユニット３との組で構成される縦型基板搬送機構４を複数組（図では２組）備えており、これら複数組の基板搬送機構４によって、基板Ｗを鉛直線に対して所定角度α（図２）だけ傾斜させた略直立姿勢で、図１において矢印Ａ方向（右方向）に直線的に搬送するように構成されている。

基板Ｗとしては、ディスプレイ用基板等の大型で割れ易い例えばガラス基板等が適用される。基板搬送装置１は、図示せずとも真空室の内部に設置され、当該基板Ｗに対し成膜等の真空処理を施す際の基板搬送系を構成している。

この基板搬送装置１を構成する本発明に係る縦型基板搬送機構４は、上述のように、搬送コンベア２とガイドローラユニット３とで構成されている。
搬送コンベア２は基台５の上に設置され、基板Ｗの下端を受ける受け治具（本発明の基板受け具に対応）７が複数間隔をおいて整列配置されたベルト部材６を有している。
ガイドローラユニット３は搬送コンベア２の上方に配置され、基板Ｗの一表面側の上縁を支持する複数の支持ローラ８と、これら複数の支持ローラ８が取り付けられる取付フレーム９とで構成されている。

搬送コンベア２の詳細を図３〜図５に示す。図３は搬送コンベア２の側面図、図４は搬送コンベア２の平面図、図５は搬送コンベア２の正面図である。

搬送コンベア２は、一対のプーリ１０Ａ，１０Ｂ間にベルト部材６を架け渡して構成した無端ベルトコンベアでなり、その一方側のプーリ１０Ａには駆動部１１が取り付けられている。
ベルト部材６は金属製で、特に、非磁性のステンレス鋼の薄帯でなるスチールベルトとされている。
駆動部１１はサーボモータで構成され、基台５に固定されたモータベース１２に支持され、カップリング１３を介してプーリ１０Ａの回転軸に連結されている。

搬送コンベア２の他方側のプーリ１０Ｂには、ベルト部材６の張力を一定に維持する張力調整部１４が設けられている。
この張力調整部１４は、プーリ１０Ｂの回転軸を軸支するテンションアーム１５と、このテンションアーム１５の一端と基台５との間を結合する回動軸１６と、テンションアーム１５をベルト部材６の張力が大となる方向に付勢するテンションバネ１７とを備えている。張力調整部１４は、図４に示したように、プーリ１０Ｂの回転軸の両端側に各々取り付けられているが、一端側だけでもよい。
なお、搬送コンベア２を構成する一対のプーリ１０Ａ，１０Ｂの軸間距離が、基板Ｗの下端の辺長と略同一となるように設定されている。

受け治具７は、図４に示したように、ベルト部材６の延在方向に沿って等間隔に直列して複数配置されている。各受け治具７は、それぞれ同一の構成を有している。

図６〜図８は、受け治具７の詳細を示す正面図、左側面図及び右側面図である。
受け治具７は、ベルト部材６の表面側に固定された治具本体２０と、この治具本体の上端に取り付けられた基板受けブロック２１とを備えている。

治具本体２０はアルミニウム合金等の金属材料でなり、ベルト部材６の裏面側に宛えた取付片１９を介してベルト部材６の表面に螺着固定されている。治具本体２０は、その両側部に第１のブラケット２２と第２のブラケット２４とを備えている。第１のブラケット２２には複数（本例では２個）平ローラ２３が取り付けられ、第２のブラケット２４には略Ｖ字形状の溝２５ａが形成された複数（本例では３個）の溝付ローラ２５が取り付けられている。

これら平ローラ２３及び溝付ローラ２５はそれぞれ本発明の「被案内部」を構成しており、当該受け治具７の移動経路に沿って配設された案内部としての平レール２６及び凸レール２７に沿って走行する。すなわち、平ローラ２３は、案内面が平坦な平レール２６の上に転接し、溝付ローラ２５の溝２５ａには、案内面が逆Ｖ字状の凸部を有する凸レール２７が係合している。

本実施の形態において、平レール２６及び凸レール２７は、図３に示したように、受け治具７の周回軌道の全域をカバーするように基台５に設けられている。
平レール２６は、ベルト部材６の上面側と下面側の所定の２カ所に分割して敷設され、これらレール部の上面側を平ローラ２３が転動するように構成されている。
凸レール２７は、ベルト部材６を囲むようにループ状に敷設されている。複数の溝付ローラ２５はこの凸レール２７を挟むようにして構成されている。

一方、受け治具７の基板受けブロック２１は、例えばポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性、耐摩耗性に優れたエンジニアプラスチック材料で形成されており、その上端部に基板Ｗの下端を支持する断面すり鉢状の支持溝２９が形成されている。

この支持溝２９を断面すり鉢状にしているのは、基板Ｗの受け渡しを容易にするためである。また、支持溝２９を形成する左右一対の側壁２９ａ，２９ｂは、側壁２９ａ側の方が他方よりも低く形成されているが、これは後述するように、基板Ｗがそのガイドローラユニット３によって支持される面とは反対側の面を被成膜面としているからである。勿論これら側壁２９ａ，２９ｂの高さを同一としてもよい。

支持溝２９の底部は、基板Ｗの下端に当接する受け面部３０となっている。この受け面部３０は、図７及び図８に示したように、基板Ｗ側に凸なる形状の湾曲面とされている。これにより、基板Ｗを支持する受け治具７がベルト部材６の上面側から下面側への折り返し位置に到達しても、その湾曲した受け面部３０によって基板Ｗが上下に揺動することを防止し、搬送コンベア２，２間における基板Ｗの移載を安定に行えるようにしている。

次に、基板Ｗの上縁を支持するガイドローラユニット３の詳細について図９〜図１１を参照して説明する。
ここで、図９はガイドローラユニット３を構成するローラアセンブリ３１の側面図、図１０はローラアセンブリ３１の要部断面図、図１１はガイドローラユニット３の平面図である。

ガイドローラユニット３は、図９に示すローラアセンブリ３１を複数、取付フレーム９に連接することによって構成されている。
ローラアセンブリ３１は、下端部に支持ローラ８が取り付けられた軸部材３２と、この軸部材３２を回転自在に支持する支持プレート３３と、この支持プレート３３を取付フレーム９に連結する連結部材（図示略）とを備えている。

取付フレーム９は上下方向に一定の間隔をおいて並行する２本のビーム材９Ａ，９Ｂを備え、支持プレート３３はこれら２本のビーム材９Ａ，９Ｂの前面側に宛われるようにして取り付けられている。

支持ローラ８は、例えばステンレス等の金属製のローラ本体３６と、このローラ本体３６の周面に巻回されたポリイミドやＰＥＥＫ等でなる樹脂製リング３７とを有し、この樹脂製リング３７で基板Ｗの上縁を支持するように構成されている。

ガイドローラユニット３を構成する複数の支持ローラ８は、図２に示したように駆動部４４によってベルト４６を介して回転するように構成されている。
支持ローラ８が取り付けられている回転軸３２の上端部には、プーリ３５が設けられている。これらの各プーリ３５は、図１１に示したように、取付フレーム９に装着されている状態で、複数の中継プーリ４５とともにベルト４６を介して駆動部４４の駆動軸に連結され、駆動部４４の回転駆動力を受けて互いに同期回転するようになっている。なお駆動部４４は、例えばサーボーモータで構成されており、支持ローラ８の周速度が搬送コンベア２による基板Ｗの搬送速度と同期するように駆動制御される。

以上のように構成されるガイドローラユニット３は、真空室を区画する側壁の一部に固定されている。なお、ガイドローラユニット３を搬送コンベア２と一体化する架台（図示略）が別途設けられてもよい。

本実施の形態の縦型基板搬送機構４は以上のようにして構成されるが、この縦型基板搬送機構４を複数組直列配置してなる基板搬送装置１は、更に以下に説明する構成が具備されている。

図１を参照して、隣接する搬送コンベア２，２の間には、これら搬送コンベア２，２間における基板の移載を補助するための中継ローラ４８が設けられている。
中継ローラ４８は、図１２に示すように、真空室の内壁等に連結された取付シャフト４９の先端にベアリングを介して回転可能なローラ部材５０でなり、このローラ部材５０の周面には略Ｖ字状の溝５０ａが形成され、当該溝５０ａ内に基板Ｗの下端が収容されるようになっている。

また、真空室内には、図１３に示すように、搬送コンベア２上の基板Ｗの有無を検出する基板検出手段としての基板センサ５１が設置されている。
基板センサ５１は、発光部及び受光部を有するフォトカプラ５２と、このフォトカプラ５２からの出射光Ｌを反射する反射部材５３とを備え、これらは基板Ｗを挟んで斜め方向に対峙するように設置されている。
そして、搬送コンベア２上に基板Ｗがある場合、出射光Ｌは基板５により反射部材５３への到達が阻止され、フォトカプラ５２は反射光を受光しない。一方、基板Ｗがない場合は、出射光Ｌは反射部材５３に到達しフォトカプラ５２はその反射光を受光する。
なお、基板Ｗが透明なガラス基板等である場合は、基板Ｗに入射した光Ｌは所定の屈折角で基板Ｗを透過するので、その透過光を受光しない位置に反射部材５３が設置される。

本実施の形態において、基板搬送装置１は、減圧下、基板Ｗに対して所定の成膜を行う成膜室に設置することができる。当該真空室を例えばスパッタ室で構成した場合、スパッタターゲットは、基板Ｗのガイドローラユニット３に支持される面とは反対側（図２において左側）の面に対向して配置される。
なお、成膜処理は、搬送コンベア２上で基板Ｗを搬送しながら行ってもよいし、搬送を停止させて行うようにしてもよい。

また、本実施の形態において、各縦型基板搬送機構４の搬送コンベア２は、真空チャンバの側壁を介して真空室の外部（大気側）へ脱装できるように構成されている。
すなわち、図１４に示すように、真空チャンバの側壁５５の一部を構成するように、側壁５５に対して真空シールを介して取り付けられた着脱用プレート５６を形成し、この着脱用プレート５６のフランジ部５６ａに搬送コンベア２（基台５を含む）を設置している。そして、着脱用プレート５６の取り外しと同時に、搬送コンベア２が真空室の外部へ取り出されるようになっており、搬送コンベア２のメンテナンス性を高めている。

以上のように構成される本実施の形態の基板搬送装置１において、基板Ｗは、下端が搬送コンベア２上の複数の受け治具７に支持され、上縁はガイドローラユニット３の複数の支持ローラ８に支持される。
そして、搬送コンベア２，２の駆動部１１とガイドローラユニット３の駆動部４４の同期駆動により、基板Ｗは、鉛直線に対して所定の微小角度α（例えば３度〜６度）傾斜した略直立姿勢で図１において矢印Ａ方向に搬送される。

本実施の形態によれば、基板上縁を複数の支持ローラ８で支持し送り動作されることにより、真空室内でも基板Ｗの安定した略直立姿勢を保持できるとともに、基板Ｗに負荷をかけることなく適正な搬送が可能となる。また、基板の大きさも問われない。

基板Ｗの下端を支持する受け治具７は、平ローラ２３及び溝付ローラ２５がそれぞれ平レール２６及び凸レール２７の上を走行し、これら各レール２６，２７のガイド作用を受けて所望の直進性が確保される。これにより基板Ｗの蛇行が防止され、安定した直進走行性が得られるとともに、成膜処理時の膜質の安定化が図れる。

また、受け治具７に加わる基板Ｗからの荷重を平レール２６及び凸レール２７に作用させるようにしているので、ベルト部材６の撓みが防止され、基板搬送時の波立ち（上下方向の揺動）が効果的に抑えられる。

そして、搬送コンベア２のベルト部材６がスチールベルトで構成されているので、必要な強度、耐久性、耐熱性が確保され、基板の安定した搬送性に大きく貢献する。特に、ベルト部材６を非磁性材料で構成することにより、成膜時において、マグネトロンスパッタ時の磁力線分布やプラズマ状態への影響を回避できる。
また、熱膨張等によるベルト部材６の弛みは、張力調整部１４により自動的に解消されるので、搬送環境に関係なく安定した基板の搬送動作を確保できる。

更に、基板Ｗの下端を支持する受け治具７の基板受けブロック２７と、基板Ｗの上縁を支持する支持ローラ８の樹脂製リング３７とが、それぞれ耐熱性、耐摩耗性に優れた樹脂材料で構成されているので、基板Ｗの支持部の損傷を効果的に防止しながら、優れた耐久性をもって基板の支持機能を果たすことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、基板搬送装置１を成膜室の基板搬送系に適用した例について説明したが、成膜室に限らず、例えば真空熱処理室やエッチング室、イオン注入室等の他の真空処理室における基板搬送系として構成することも可能である。

更に、基板Ｗの下端を支持する受け治具７の本数や、基板Ｗの上縁を支持する支持ローラ８の本数等は、基板Ｗの大きさ、重量、種類等、仕様に応じて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態による基板搬送装置１の構成を示す側面図である。 基板搬送装置１の正面図である。 搬送コンベア２の側面図である。 搬送コンベア２の平面図である。 搬送コンベア２の正面図である。 基板Ｗの下端を支持する受け治具７の部分破断正面図である。 受け治具７の部分破断左側面図である。 受け治具７の右側面図である。 ガイドローラユニット３の要部側面図である。 ガイドローラユニット３の要部正面断面図である。 ガイドローラユニット３の平面図である。 中継ローラ４８の構成を示す断面図である。 基板センサ５１の構成を示す正面図である。 搬送コンベア２の脱装機構を説明する要部断面図である。

符号の説明

１ 基板搬送装置
２ 搬送コンベア
３ ガイドローラユニット
４ 縦型基板搬送機構
５ 基台
６ ベルト部材
７ 受け治具（基板受け具）
８ 支持ローラ
９ 取付フレーム
１０Ａ，１０Ｂ プーリ
１１ 駆動部
１４ 張力調整部
２１ 基板受けブロック
２３ 平ローラ
２５ 溝付ローラ
２６ 平レール
２７ 凸レール
３０ 受け面部
３１ ローラアセンブリ
３７ 樹脂製リング
４４ 駆動部
４６ ベルト
４８ 中継ローラ
５１ 基板センサ
５６ 着脱用プレート

Claims (11)

1. 基板を直立させた状態で搬送する縦型基板搬送機構であって、
   前記基板の下端を受ける基板受け具が複数間隔をおいて整列配置されたベルト部材と、前記基板受け具の走行をガイドする案内部と、前記基板受け具に設けられ前記案内部に案内される被案内部とを有し、前記案内部は、案内面が平坦な平レールと案内面が逆Ｖ字状の凸部を有する凸レールとでなり、前記被案内部は、前記平レールに転接する平ローラと前記凸レールに係合するＶ字状の溝を有する溝付ローラとでなる搬送コンベアと、
   この搬送コンベアの上方に配置され、前記基板の上縁を支持し当該基板の搬送方向へ搬送するべく回転する複数の支持ローラとを備えたことを特徴とする縦型基板搬送機構。
2. 前記凸レールは、前記基板受け具の周回軌道に沿って配置され、
   前記溝付ローラは、前記凸レールを挟むようにして複数設けられている請求項１に記載の縦型基板搬送機構。
3. 前記基板の下端に当接する前記基板受け具の受け面部は、前記基板側に凸なる形状の湾曲面である請求項１に記載の縦型基板搬送機構。
4. 前記ベルト部材は金属製である請求項１に記載の縦型基板搬送機構。
5. 前記搬送コンベアには、前記ベルト部材の張力を一定に維持する張力調整部が設けられている請求項１に記載の縦型基板搬送機構。
6. 前記基板の上縁に当接する前記支持ローラの周面部は、耐熱性樹脂で形成されている請求項１に記載の縦型基板搬送機構。
7. 真空室内で、基板を直立させた状態で搬送する基板搬送装置であって、
   前記基板の下端を受ける基板受け具が複数間隔をおいて整列配置されたベルト部材と、前記基板受け具の走行をガイドする案内部と、前記基板受け具に設けられ前記案内部に案内される被案内部とを有し、前記案内部は、案内面が平坦な平レールと案内面が逆Ｖ字状の凸部を有する凸レールとでなり、前記被案内部は、前記平レールに転接する平ローラと前記凸レールに係合するＶ字状の溝を有する溝付ローラとでなる搬送コンベアと、
   この搬送コンベアの上方に配置され、前記基板の上縁を支持し当該基板の搬送方向へ搬送するべく回転する複数の支持ローラと
   を備えた縦型基板搬送機構が、前記基板の搬送方向に沿って複数組設置されてなり、
   これら複数組の縦型基板搬送機構を介して、前記基板を前記真空室内で搬送することを特徴とする基板搬送装置。
8. 互いに隣接する前記搬送コンベアの間には、前記基板の下端を受ける中継ローラが設置されている請求項７に記載の基板搬送装置。
9. 前記真空室の内部には、前記基板の有無を検出する基板検出手段が設置されている請求項７に記載の基板搬送装置。
10. 前記真空室は、前記基板を成膜する成膜手段を備えている請求項７に記載の基板搬送装置。
11. 前記各搬送コンベアは、前記真空室の側壁を開放させて外部へ取り出し可能とされている請求項７に記載の基板搬送装置。

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