JP4708217B2 - 基板処理装置および昇降装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を複数箇所で保持しつつ、当該基板を水平状態で昇降させる技術に関する。

様々な処理を行う基板処理装置において、基板の裏面を複数箇所で保持しつつ、当該基板を水平状態で昇降させる昇降装置が用いられている。例えば、特許文献１には、基板を冷却する基板処理装置において、冷却する基板を昇降させる昇降装置が記載されている。

特許文献１に記載には、複数の支持ピンが立設された１つの板状の支持部材を設け、当該支持部材の裏面にラック軸を取り付けた装置が記載されている。この装置は、ラック軸のギヤ部とアイドルギヤとをかみ合わせ、アイドルギヤをモータで回転させることによってラック軸とともに支持部材を昇降させ、支持ピンに保持された基板を昇降させる。

一方、基板のサイズの大型化すると支持部材も大型化するため、支持部材の剛性が低下する。この場合、基板を水平状態で昇降させるには、支持部材の複数箇所を支持しつつ同時に昇降させる必要がある。そこで複数のラック軸を設け、この複数のラック軸（複数のギヤ）のそれぞれにタイミングベルトによって駆動力を伝達し、支持部材の複数箇所を支持しつつ同時に昇降させる装置も登場している。

特開２００２−２８９４９３号公報

ところが、１つの板状の支持部材を昇降させる構造は、支持部材の大型化に伴う剛性の低下が著しく、ラック軸を増やすにも限界があるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板が大型化した場合にも、基板の水平状態を精度よく維持しつつ昇降させる装置を低コストで提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、処理室内で基板を処理する基板処理装置であって、前記処理室の蓋部を形成する第１チャンバと、前記第１チャンバと迎合することにより前記処理室を形成する第２チャンバと、前記第２チャンバに対して基板を昇降させる昇降装置とを備え、前記昇降装置は、基板を保持する複数の保持手段と、前記複数の保持手段により保持された基板を昇降させるための駆動力を生成する単一の駆動源と、前記駆動源により生成された駆動力を前記複数の保持手段のそれぞれに伝達する動力伝達機構とを備え、前記複数の保持手段のそれぞれが、昇降可能な少なくとも１つの駆動軸と、前記少なくとも１つの駆動軸が立設される支持部材と、前記支持部材に固設されるナット部材と、前記ナット部材に螺入され、前記動力伝達機構により回転駆動力が伝達されるボールネジとを備え、前記支持部材は、それぞれ他の保持手段の支持部材と互いに別体となっていることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理装置であって、前記第２チャンバには複数の貫通孔が設けられており、前記少なくとも１つの駆動軸は、前記複数の貫通孔のいずれかに挿入され、前記少なくとも１つの駆動軸が挿入された貫通孔をそれぞれシールするベローズをさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る基板処理装置であって、前記処理室内を減圧する排気機構をさらに備え、前記処理は、減圧乾燥処理であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る基板処理装置であって、前記動力伝達機構が、水平軸回りに回転駆動されるシャフトと、前記シャフトの回転駆動力を前記ボールネジに伝達する伝達手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る基板処理装置であって、前記支持部材は、パイプ状部材であることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る基板処理装置であって、前記複数の保持手段のそれぞれが、基板に当接する複数のピンと、前記複数のピンが立設されるリフトプレートとをさらに備え、前記少なくとも１つの駆動軸は、前記リフトプレートの下方に垂設されることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、基板を昇降させる昇降装置であって、基板を保持する複数の保持手段と、基板を昇降させるための駆動力を生成する単一の駆動源と、前記駆動源により生成された駆動力を前記複数の保持手段のそれぞれに伝達する動力伝達機構とを備え、前記複数の保持手段のそれぞれが、昇降可能な少なくとも１つの駆動軸と、前記少なくとも１つの駆動軸が立設される支持部材と、前記支持部材に固設されるナット部材と、前記ナット部材に螺入され、前記動力伝達機構により回転駆動力が伝達されるボールネジとを備え、前記支持部材は、それぞれ他の保持手段の支持部材と互いに別体となっていることを特徴とする。

請求項１ないし７に記載の発明は、複数の保持手段のそれぞれが、昇降可能な少なくとも１つの駆動軸と、少なくとも１つの駆動軸が立設される支持部材と、支持部材に固設されるナット部材と、ナット部材に螺入され、前記動力伝達機構により回転駆動力が伝達されるボールネジとを備えることにより、支持部材は分割され小型化されるので剛性が高く、基板の水平姿勢を容易に保持することができる。また、ラック軸とギヤとを用いた昇降機構に比べて応答性が向上する。また、動作の真直方向性が向上する。

請求項４に記載の発明では、動力伝達機構が、水平軸回りに回転駆動されるシャフトと、シャフトの回転駆動力を前記ボールネジに伝達する伝達手段とを備えることにより、動力伝達機構に要する高さ方向の寸法を小さくできる。したがって、装置の省スペース化が図れる。また、タイミングベルトを用いる場合に比べて簡素な構造なので、組み立て等が容易である。

請求項５に記載の発明では、支持部材は、パイプ状部材であることにより、高い剛性を維持しつつ、軽量化することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。

＜１． 実施の形態＞
図１は、本発明に係る基板処理装置１を示す正面図である。図１では、第１チャンバ２が上昇した状態を示している。また、図２は、基板処理装置１を示すの側面図である。図２では、第１チャンバ２が下降した状態を示している。なお、図１および図２では、一部構成を断面で示すとともに、筐体フレーム等の一部構成を略している。また、後の説明のために、図１において、ベベルギヤボックス４２０については筐体を破線で示し、内部構造を示す。

基板処理装置１は、基板９０（液晶用ガラス基板等）を被処理基板とし、第１チャンバ２、第２チャンバ３、昇降装置４、昇降機構５、排気機構６および制御部７を主に備えている。

第１チャンバ２は、図示しない筐体フレームに取り付けられており、昇降機構５によってＺ軸方向に昇降し、状況に応じてその位置が変更される。第２チャンバ３は、図示しない筐体フレームによって所定の位置に固定されている。

第１チャンバ２の裏面には窪み２０が形成されている。図２に示すように、第１チャンバ２が下降して第２チャンバ３と密着状態で迎合すると、第１チャンバ２と第２チャンバ３とによって基板９０を処理するための処理室２１が形成される。すなわち、下降した状態の第１チャンバ２は、処理室２１の蓋部として機能する。

第２チャンバ３に対して基板９０を昇降させる昇降装置４は、基板９０を保持する複数の保持部４０１ないし４０５と、単一の駆動モータ４１と、動力伝達機構４２とを主に備える。

保持部４０１ないし４０５は、基板９０の裏面に当接して、当該位置において基板９０を下方から支持する。すなわち、基板９０は、基板処理装置１に搬入されている間、保持部４０１ないし４０５に載置された状態となる。図１に示すように、複数の保持部４０１ないし４０５のそれぞれは、ほぼ同じ構成を備えているので、ここでは代表して保持部４０３について説明する。

図３は、保持部４０３の詳細を示す図である。図３に示すように、第２チャンバ３には保持部４０３（駆動軸４５）が挿入される貫通孔３０が設けられている。なお、後の説明のために、図３において、ベベルギヤボックス４２３については筐体を破線で示し、内部構造を示す。

保持部４０３は、基板９０に当接する複数のピン４３と、複数のピン４３が立設されるリフトプレート４４と、昇降可能な複数の駆動軸４５とを備える。

リフトプレート４４は、Ｙ軸方向を長手方向とする板状の部材である。図２に示すように、各駆動軸４５はリフトプレート４４の下方に垂設される。すなわち、リフトプレート４４は、４つの駆動軸４５で支持されている。なお、個々の保持部４０１ないし４０５が備える駆動軸４５の数は４つに限られるものではない。

それぞれの駆動軸４５は、第２チャンバ３に設けられた貫通孔３０のいずれかに挿入され、第２チャンバ３を下方から貫通した状態で配置される。したがって、駆動軸４５が昇降すると、駆動軸４５は処理室２１に対してＺ軸方向に進退する。この動作によって、ピン４３とリフトプレート４４が第２チャンバ３の上方でＺ軸方向に昇降する。

また、保持部４０３は、４つの駆動軸４５が立設される支持部材４６と、支持部材４６に固設されるナット部材４７と、動力伝達機構４２により回転駆動力が伝達されるボールネジ４８とを備える。

支持部材４６は、ステンレス製の角パイプ状の部材であり、Ｙ軸方向を長手方向とするように配置されている。このように、形状をパイプ状とすることにより、支持部材４６の剛性を保ったまま、軽量化することができる。なお、支持部材４６の材質はステンレスに限定されるものではなく、例えば、表面処理（塗装）された鉄製部材等でもよい。

また、図１から明らかなように、保持部４０３の支持部材４６は、それぞれ他の保持部４０１，４０２，４０４，４０５の支持部材４６と互いに別体となっている。すなわち、それぞれの支持部材４６は他の支持部材４６と固定されることはなく、個々に分割された構造となっている。

このような構造により、すべての保持部４０１ないし４０５の駆動軸４５を、１つの板状の支持部材で支持する場合に比べて、支持部材４６を小型化できる。したがって、支持部材４６の剛性が向上するので、支持部材４６が撓んだり変形したりすることを抑制できる。

これにより支持部材４６に立設された駆動軸４５を介して支持されるリフトプレート４４の水平方向の精度が向上する。また、各リフトプレート４４の高さ位置も精度よく一致させることができる。したがって、基板処理装置１は、基板９０の姿勢を水平方向に精度よく保つことができる。

ボールネジ４８は回転シャフト４２７と回転軸を一致させた状態でカップリング５１を介して連結されているため、回転シャフト４２７の回転に伴って、ボールネジ４８もＺ軸に略並行方向に回転する。ボールネジ４８は、ナット部材４７に螺入されており、ボールネジ４８が回転すると、その回転方向に応じて、ナット部材４７が昇降する。

したがって、回転シャフト４２７が回転すると、保持部４０３では、ピン４３、リフトプレート４４、駆動軸４５、支持部材４６およびナット部材４７が一体的に昇降する。先述のように、基板９０を保持した状態の保持部４０３は、複数のピン４３の先端が基板９０の裏面に当接しているので、ピン４３に載置された基板９０は保持部４０３に保持されたまま昇降することとなる。

ラック軸とギヤとを用いて昇降させる従来の装置では、バックラッシュによって昇降動作の応答性および精度が低下するという問題があった。しかし、ナット部材４７とボールネジ４８とを用いて昇降させる基板処理装置１では、バックラッシュが抑制されるので、応答性および精度が向上する。また、バックラッシュは昇降時の振動の原因ともなるので、これが抑制される基板処理装置１では、従来の装置に比べて動作安定性が向上し、昇降速度を上げることも可能である。

また、ボールネジ４８を用いた直動機構は、ボールネジ４８がガイドの役目を担うため、ラック軸とギヤとを用いた機構に比べて、昇降動作の真直性が高いという特徴がある。したがって、基板処理装置１は、従来の装置に比べて、Ｚ軸方向に沿った昇降動作を精度よく行うことができる。なお、基板処理装置１に昇降方向を規定するためのガイド部材を設けてもよい。ガイド部材としては、例えばボールブッシュやリニアガイド等を用いることができる。

さらに、保持部４０３は、ベローズ４９およびスペーサ５０を備える。ベローズ４９は、図３に矢印で示すように、Ｚ軸方向に伸縮自在な中空の部材であり、内部空間には駆動軸４５が配置される。ベローズ４９の（＋Ｚ）方向の端部は、第２チャンバ３の裏面に密着固定されており、第２チャンバ３とベローズ４９との間に隙間が生じないようにされている。なお、すべての貫通孔３０は、いずれかのベローズ４９の内部空間と連通されている。

一方、ベローズ４９の（−Ｚ）方向の端部は、スペーサ５０に密着固定された状態で、支持部材４６の上面に固定されている。すなわち、スペーサ５０は、ベローズ４９の内部を密閉する（−Ｚ）側の蓋部材として機能するだけでなく、ベローズ４９を支持部材４６に固定する取付部材としての機能、あるいは、ベローズ４９の位置を調整する機能も有している。

このようにスペーサ５０によって、ベローズ４９の内部空間は、（−Ｚ）方向には開口部を有しない構造となっている。したがって、駆動軸４５が挿入される貫通孔３０の外部開口（（−Ｚ）方向の開口部）は、それぞれベローズ４９によってシールされた状態となる。これにより、処理室２１内の雰囲気と、外部雰囲気との間に気圧差が生じても、処理室２１の内外で貫通孔３０を介して雰囲気が出入りすることはない。

したがって、基板処理装置１では、第１チャンバ２と第２チャンバ３とが、密着状態で迎合すると、処理室２１は密閉された空間として形成される。これにより、基板処理装置１は、処理室２１内を減圧したり、あるいは加圧したりすることが可能となる。

処理室２１内の基板９０を外部から昇降させるためには、貫通孔３０を設ける必要がある。したがって、基板９０に対する処理内容に応じて、例えば処理室２１を減圧・加圧する必要がある場合、駆動軸４５の昇降動作を妨げることなく、貫通孔３０をシールする必要がある。

このような場合に、ベローズ４９を用いた構造は好適であるが、支持部材４６が昇降すると、ベローズ４９の（−Ｚ）方向の端部も昇降する。したがって、支持部材４６が上昇した場合にはベローズ４９による反力が支持部材４６に作用し、支持部材４６が下降した場合にはベローズ４９の収縮力が支持部材４６に作用する。

しかし、基板処理装置１では、先述のように、従来装置に比べて支持部材４６の剛性が高い構造を採用しているため、ベローズ４９から外力が加わったとしても、支持部材４６の変形や歪みを抑制できる。すなわち、基板処理装置１の構造は、基板処理装置１が処理室２１の内部圧力を外部雰囲気に対して変更する処理を行う場合において、さらに優れた効果を発揮する。

図１に戻って、駆動モータ４１は、制御部７からの制御信号に基づいて、基板９０を昇降させるための駆動力を生成する。基板処理装置１は、単一の駆動モータ４１によって基板９０を昇降させるので、複数の駆動源を用いる場合に比べて、装置コストを抑制できる。また、制御部７は、複数の駆動源を同期制御する等の複雑な制御が不要なので、制御も容易である。

動力伝達機構４２は、ベベルギヤボックス４２０ないし４２５と、Ｘ軸に略並行に配置された回転シャフト４２６と、Ｚ軸に略並行に配置された回転シャフト４２７と、回転シャフト４２７をボールネジ４８に連結するカップリング４２８とを備える。

駆動モータ４１によって生成されたＹ軸を中心とした回転駆動力（矢印４２９に示す方向の回転駆動力）は、ベベルギヤボックス４２０を介して回転シャフト４２６に伝達され、Ｘ軸を中心とした回転駆動力に変換される。すなわち、駆動モータ４１によってベベルギヤ４２０ａが回転すると、その回転駆動力はベベルギヤ４２０ｂを介して回転シャフト４２６に伝達される。

さらに、回転シャフト４２６の回転駆動力は、ベベルギヤボックス４２１ないし４２５を介して、それぞれの回転シャフト４２７に伝達され、Ｚ軸を中心とした回転駆動力に変換される。

図３に示すベベルギヤボックス４２３を例に説明すると、Ｘ軸方向に沿って配置される回転シャフト４２６とＺ軸方向に沿って配置される回転シャフト４２７には、それぞれベベルギヤ４２３ａ，４２３ｂが固定され、ベベルギヤ４２３ａとベベルギヤ４２３ｂとが噛合している。このような状態で回転シャフト４２６がＸ軸回りに回転すると、その回転駆動力は回転シャフト４２７に伝達され、回転シャフト４２７はＺ軸回りに回転する。

先述のように、各保持部４０１ないし４０５が備えるボールネジ４８は、いずれもカップリング４２８を介して回転シャフト４２７と連結されている。したがって、回転シャフト４２７の回転がボールネジ４８に伝達され、ボールネジ４８はＺ軸回りに回転する。このような構造により、動力伝達機構４２は、駆動モータ４１により生成された駆動力を複数の保持部４０１ないし４０５のそれぞれに伝達する機能を有している。

タイミングベルトによって駆動力を伝達する従来の装置は、機構が複雑で組み立て工数が増大するという問題があった。しかし、基板処理装置１の動力伝達機構４２は比較的簡素な構造であるため、組み立て工数を削減できる。

昇降機構５は、制御部７からの制御信号に基づいて、第１チャンバ２を昇降させる。第１チャンバ２は、基板９０を処理室に対して搬出入させる際や、基板処理装置１の保守を行う際等に上昇する。第１チャンバ２が上昇した状態（図１に示す状態）では、処理室は大気開放される。

一方、処理室２１において基板９０に対する処理を実行する際には、第１チャンバ２は昇降機構５によって、図２に示す位置に下降する。第２チャンバ３には、駆動軸４５が挿入される貫通孔３０が多数設けられている。しかし、これらの貫通孔３０は、先述のように、ベローズ４９によってシールされているため、第１チャンバ２と第２チャンバ３とが迎合すると、形成される処理室２１は密閉状態となる。

排気機構６は、第１チャンバ２と第２チャンバ３とが迎合して、処理室２１が密閉された状態で、その処理室２１内の雰囲気を吸引する機能を有する。このように排気機構６が吸引を行うと、処理室２１内は減圧され、基板９０は減圧乾燥される。すなわち、基板処理装置１は処理室２１内で基板９０を減圧乾燥処理することができる。

なお、本実施の形態における排気機構６は、排気管を外部の空調装置（例えば工場内に設置された装置）に連結させる構造であるが、もちろんこれらの構造を装置内に設けてもよい。

制御部７は、一般的なコンピュータの機能を備えており、プログラムに従って動作することにより、基板処理装置１の各構成を制御する。例えば、制御部７は、駆動モータ４１の回転方向や回転量を制御して、基板９０の昇降速度や昇降距離を制御する。

以上のように、本実施の形態における基板処理装置１は、複数の保持部４０１ないし４０５のそれぞれが支持部材４６を備える構造であるため、支持部材４６の剛性を高めることができる。しだかって、基板９０の水平姿勢を精度よく維持できる。

なお、本実施の形態における基板処理装置１は、保持手段に相当する５つの保持部４０１ないし４０５を備えている。しかし、保持手段の数は５つに限られるものではなく、例えば６つ以上であってもよい。すなわち、基板処理装置１は、基板９０のサイズが大型化した場合であっても、保持手段の数を容易に増やすことができるので、装置のスケールアップが容易である。

また、処理室２１のＺ軸方向のサイズが大きければ、処理室２１が密閉された状態であっても、昇降装置４は処理室２１内で基板９０を昇降させることが可能である。すなわち、基板処理装置１は、処理室２１内で基板９０を処理しながら、当該基板９０の高さ位置を変更すること可能である。

基板９０における処理の均一性を維持するためには、処理中の基板９０の姿勢が水平に保たれていることが重要である。そのため、昇降時の水平精度の低い従来装置では、処理中の基板９０を昇降させると処理精度が低下するという問題があった。

しかし、基板処理装置１は、静止時に限らず、昇降時の基板９０についても姿勢を精度よく維持できるので、処理中の基板９０を昇降させたとしても処理精度の低下を抑制できる。

＜２． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、基板９０と駆動軸４５との間は複数のピン４３とリフトプレート４４とを介して昇降駆動力が伝達されていたが、駆動軸４５が直接基板９０の裏面に当接する構造でもよい。

本発明に係る基板処理装置を示す正面図である。 基板処理装置を示すの側面図である。 保持部の詳細を示す図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
２ 第１チャンバ
２１ 処理室
３ 第２チャンバ
３０ 貫通孔
４ 昇降装置
４０１，４０２，４０４，４０５ 保持部
４１ 駆動モータ
４２ 動力伝達機構
４２０，４２１，４２２，４２３，４２４，４２５ ベベルギヤボックス
４２６，４２７ 回転シャフト
４２８ カップリング
４３ ピン
４４ リフトプレート
４５ 駆動軸
４６ 支持部材
４７ ナット部材
４８ ボールネジ
４９ ベローズ
６ 排気機構
７ 制御部
９０ 基板

Claims (7)

1. 処理室内で基板を処理する基板処理装置であって、
   前記処理室の蓋部を形成する第１チャンバと、
   前記第１チャンバと迎合することにより前記処理室を形成する第２チャンバと、
   前記第２チャンバに対して基板を昇降させる昇降装置と、
   を備え、
   前記昇降装置は、
   基板を保持する複数の保持手段と、
   前記複数の保持手段により保持された基板を昇降させるための駆動力を生成する単一の駆動源と、
   前記駆動源により生成された駆動力を前記複数の保持手段のそれぞれに伝達する動力伝達機構と、
   を備え、
   前記複数の保持手段のそれぞれが、
   昇降可能な少なくとも１つの駆動軸と、
   前記少なくとも１つの駆動軸が立設される支持部材と、
   前記支持部材に固設されるナット部材と、
   前記ナット部材に螺入され、前記動力伝達機構により回転駆動力が伝達されるボールネジと、
   を備え、
   前記支持部材は、それぞれ他の保持手段の支持部材と互いに別体となっていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記第２チャンバには複数の貫通孔が設けられており、
   前記少なくとも１つの駆動軸は、前記複数の貫通孔のいずれかに挿入され、
   前記少なくとも１つの駆動軸が挿入された貫通孔をそれぞれシールするベローズをさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記処理室内を減圧する排気機構をさらに備え、
   前記処理は、減圧乾燥処理であることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記動力伝達機構が、
   水平軸回りに回転駆動されるシャフトと、
   前記シャフトの回転駆動力を前記ボールネジに伝達する伝達手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記支持部材は、パイプ状部材であることを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記複数の保持手段のそれぞれが、
   基板に当接する複数のピンと、
   前記複数のピンが立設されるリフトプレートと、
   をさらに備え、
   前記少なくとも１つの駆動軸は、前記リフトプレートの下方に垂設されることを特徴とする基板処理装置。
7. 基板を昇降させる昇降装置であって、
   基板を保持する複数の保持手段と、
   基板を昇降させるための駆動力を生成する単一の駆動源と、
   前記駆動源により生成された駆動力を前記複数の保持手段のそれぞれに伝達する動力伝達機構と、
   を備え、
   前記複数の保持手段のそれぞれが、
   昇降可能な少なくとも１つの駆動軸と、
   前記少なくとも１つの駆動軸が立設される支持部材と、
   前記支持部材に固設されるナット部材と、
   前記ナット部材に螺入され、前記動力伝達機構により回転駆動力が伝達されるボールネジと、
   を備え、
   前記支持部材は、それぞれ他の保持手段の支持部材と互いに別体となっていることを特徴とする昇降装置。

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