JP4739445B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本願の発明は、液晶ディスプレイ等の表示装置の製造に好適に使用される基板処理装置に関する。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の各種表示装置の製造においては、装置の元になる板状物（以下、基板と総称する）に対して表面処理等の処理を施すことが必要である。例えば、液晶ディスプレイでは、ガラス製の基板の板面（端面でない面）に透明電極を形成する処理等が必要となる。このような処理に用いられる基板処理装置は、所定の雰囲気で基板を処理するため、真空に排気したり又は内部に所定のガスを導入したりすることができるよう構成されたチャンバーを備えている。そして、異なる処理を連続して行ったり、大気圧から徐々に圧力を下げる必要などから、複数のチャンバーを備えた構成とされる。

このような従来の基板処理装置は、チャンバーのレイアウトの考え方から、大きく二つに分けられる。一つはインライン型と呼ばれるものであり、もう一つは、クラスターツール型と呼ばれるものである。図６は、従来の代表的な基板処理装置の一つとして、インライン型の装置の概略構成を示したものである。インライン型では、一直線上に複数のチャンバー１１，２，３，１２を縦設した構成である。複数のチャンバー１１，２，３，１２を貫くようにして、基板９を搬送させる搬送系が設けられる。また、各チャンバー１１，２，３，１２間には、ゲートバルブ１０が設けられる。

基板９は、トレイ９１に載せられた状態で搬送系によって各チャンバーに順次搬送され、処理が行われる。複数のチャンバーのうちの一つは、基板９の搬入の際に大気に開放されるロードロックチャンバー１１、別の一つは、基板９の搬出の際に大気に開放されるアンロードロックチャンバー１２である。残りのチャンバーのうちの幾つかは、処理用のチャンバー（以下、処理チャンバー）２である。また、処理チャンバー２とロードロックチャンバー１１又はアンドロードロックチャンバー１２との間に設けられたチャンバー３は、調圧用チャンバーである。この調圧用チャンバー３は、ロードロックチャンバー１１（又はアンロードロックチャンバー１２）と処理チャンバー２との圧力差が大きいため、その中間の圧力に雰囲気を維持して調節するものである。

図６に示すように、搬送系は、基板９を載せたトレイ９１を搬送コロ４１により移動させる構成とされる。搬送コロ４１は、搬送方向に垂直で水平な方向に伸びる回転軸の両端に設けられた一対の小さな円盤状の部材である。回転軸及び一対の搬送コロ４１の組を、搬送方向に所定間隔をおいて多数設けることにより、搬送系は構成される。図６から解るように、基板９は水平な姿勢で搬送され、処理される

一方、図７は、従来の代表的な基板処理装置の別の一つとして、クラスターツール型の装置の概略構成を示したものである。クラスターツール型では、内部に搬送ロボット４２を設けた搬送チャンバー５の周囲に、ロードロックチャンバー１１や複数の処理チャンバー２を設けた構造である。図７に示す例では、ロードロックチャンバー１１は二つ設けられている。また、搬送チャンバー５と各ロードロックチャンバー１１及び各処理チャンバー２との間には、ゲートバルブ１０が設けられている。

搬送ロボット４２は、一方のロードロックチャンバー１１から基板９を取り出して各処理チャンバー２に順次搬送する。そして、搬送ロボット４２は、処理終了後、一方又は他方のロードロックチャンバー１１に基板９を戻す。尚、図７に示すロードロックチャンバー１１は、図６に示す装置におけるアンロードロックチャンバー１２の機能も有するものであるが、「ロードロックチャンバー」の名称をそのまま使用する。

搬送ロボット４２は、多関節型のロボットであり、そのアームの先端に基板９を載せて搬送するようになっている。搬送ロボット４２は、アームの伸縮、回転、上下の各運動を行って基板９を所定の位置まで搬送する。基板９は、水平な姿勢でアームに載せられて搬送される。また、処理チャンバー２内でも、基板９は水平な姿勢を維持して処理される。

特開平１１−２４１１６３号公報（[０００２]―[００１０]）

このような基板処理装置では、基板の大型化が顕著な傾向となっている。例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの技術は、コンピュータの表示部用のみならず、壁掛けテレビとしても本格的な普及が近いとみられるが、壁掛けテレビの場合、コンピュータ用のディスプレイ等に比べて表示面積が大きくなる。このため、基板も大型化する。また、一般的な傾向として、一つの基板から二以上の製品を製造するようにして生産性を向上させたり製造コストを低減させたりすることが多くなっており、これに伴い基板は大型化している。

このような基板の大型化を背景として、上述した従来の基板処理装置は、以下のような問題を現状抱えている、又は、将来抱えると予想される。まず、インライン型であれ、クラスターツール型であれ、従来の装置では、基板は、搬送中及び処理中水平な姿勢を維持する。従って、基板が大型化すると、チャンバーの水平方向の占有面積（以下、単に占有面積）も必然的に大きくなる。この結果、装置全体の占有面積も大きくなってしまう。

そして、図６に示すインライン型の装置では、各チャンバー１１，２，３，１２が大型化すると、ライン方向の長さが長くなってしまう。現在、壁掛けテレビ等の家庭用テレビの製造では、１ｍ×１．２ｍ程度の大きさの基板を処理することが必要になっており、この程度の基板を処理する装置をインライン型で構成すると、ライン方向の長さは、１０数メートルにも達してしまう。

また、図７に示すクラスターツール型の装置でも、基板９の大型化は各チャンバーの占有面積の増大に直結し、装置全体の占有面積の増大につながる。クラスターツール型の装置で深刻なのは、搬送チャンバー５の大型化である。図７から解るように、搬送チャンバー５では、搬送ロボット４２の回転運動の中心軸は搬送チャンバー５の中央に設定されているものの、基板９はアームの先端に載るため、基板９は搬送チャンバー５の中央から偏心した位置で回転軸の周りを回転する。従って、基板９の回転に要する水平方向のスペースの半径（以下、必要回転半径）は、基板９の辺（長辺又は短辺）の２倍以上となる。このため、基板９が大型化すると、必要回転半径は倍増し、ますます搬送チャンバー５が大型化してしまう。例えば前述した１ｍ×１．２ｍ程度の大きさの基板９を処理する場合、必要回転半径は、ゆうに２メートルを越えてしまう。

搬送チャンバー５は、往々にして排気系によって真空に排気する必要があるが、搬送チャンバー５が大型化すると、所定の真空に排気するまでに長時間を要したり、排気系の構成が大がかりになって高コストとなる問題がある。また、このような搬送チャンバー５は、基板９の処理には本質的には不必要なものである。このようなものが、装置の占有面積の大部分を占めることは、装置の設計としては好ましくない。

基板の大型化を背景とした別の問題は、搬送の際の基板の撓みである。液晶ディスプレイ等の表示装置では、表示面積の増大とともに薄型化が市場の強い要求である。このため、基板も、大型化する一方で厚さはそれほど厚くなっていない。むしろ、薄くなる傾向にある。前述した例でいうと、１ｍ×１．２ｍ程度の大きさでも厚さは０．７ｍｍ程度である。

この程度に大きく且つ薄い基板９を水平な姿勢で搬送したり処理したりすると、自重による基板の撓みの問題が顕在化してくる。例えば、インライン型の装置では、前述したようにトレイ９１を搬送コロ４１により移動させることで搬送されるが、搬送コロ４１に当たっていない部分でトレイ９１が撓むことにより基板９も下方に垂れるようにして撓み易い。また、クラスターツール型の装置でも、アームに接触していない両側の部分で基板９は下方に垂れて撓む。このような撓みが生じた状態で処理が行われると、処理が不均一となり、表示ムラ等の製品の性能に障害を与える恐れがある。また、基板に不均一な内部応力が残留する結果、基板の割れ等の破損が生じやすくなり、製品の信頼性を低下させる恐れもある。

また、クラスターツール型では、大型化する基板９を搬送ロボット４２で搬送することは、現実的に不可能になりつつある。つまり、大型の基板９を保持するには、アームの大きさや剛性等を充分にする必要がある。そして、そのような大がかりなアームを高い精度で伸縮、回転、上下運動させる必要があるが、そのような運動機構を充分な精度で製作することは、非常に難しい。従って、多関節アームロボットによる搬送は、近い将来、限界に達すると考えられる。

基板の大型化を背景としたさらに別の問題は、メンテナンス上の問題である。即ち、装置を構成するチャンバーは、メンテナンスのため、内部を開放できる構造とされる。例えば、何らかの事情でチャンバー内で搬送エラーが生じた場合、装置の運転を止め、チャンバーの内部を点検する。そして、例えば基板９が搬送コロ４１の上に正しく載っていなかったり、もしくは、アームの上に正しく載っていなかったりするのを発見した場合、基板９を正しい位置に復帰させて装置の運転を再開する。

チャンバーは、このようなメンテナンスのため、開閉扉を有する。通常、チャンバーの上板部を蝶番を介して取り付け、開閉扉とする。上板部を開閉扉とするのは、開閉扉を開けることで、処理対象である基板の板面のチェックを行えるようにするためである。開閉扉を開けて、基板の板面に異物等が載っていないか、目視でチェックする。しかしながら、基板が大型化してチャンバーが大型化すると、開閉扉も大きくなる。前述した程度の大きさに基板が大型化すると、開閉扉の大きさも１メートル角を越える大きさとなってしまう。この程度まで開閉扉が大型化すると、もはや作業者の力では開閉することが困難となってしまい、クレーンのような大がかりな機構が必要になってしまう。

本願の発明は、基板の大型化を背景とした上記諸課題を解決するためになされたものであり、占有面積の増大の抑制、基板の撓みの問題の解消、メンテナンスの容易化等の顕著な技術的意義を有するものである。

上記課題を解決するために、本発明の基板処理装置は、大気雰囲気と真空雰囲気との間で基板の搬入搬出を行うロードロックチャンバーと、内部で前記基板に対して所定の処理がなされる処理チャンバーと、前記ロードロックチャンバーと前記処理チャンバーとの間で、前記基板を基板保持具に保持させて搬送機構により移動させる搬送系を備えた中間チャンバーと、を具える基板処理装置であって、
前記基板保持具は、前記基板の保持が可能な受け板と、前記受け板を固定する中間板と、前記中間板の下面から下方に延びる支持板と、を有し、
前記搬送機構は、前記支持板の下端が填り込む溝を有し、前記基板保持具の移動を第一の方向へガイドするガイドレールと、前記基板保持具を前記第一の方向の移動を可能にさせるピニオンと、前記ピニオンを駆動させるピニオン駆動機構とを、同一平面上に配置するベース板とを有し、
さらに前記ベース板の下側にガイドロッドを配置することにより、前記ガイドロッドが延びる第二の方向への前記搬送機構の移動を可能にしている構成を有する。

本発明によれば、回転機構を使用せずにロードロックチャンバー、中間チャンバー及び処理チャンバー間を基板保持具の搬送をすることが出来る。その為、装置の占有面積が増大することを抑制することが出来、従来の技術であるクラスターツール型では不可避な装置の大型化を回避出来るという顕著な効果が得られる。

第一の実施形態の基板処理装置の平面概略図である。 第一の実施形態の装置における基板保持具及び搬送系の構成について説明する斜視概略図である。 中間チャンバー７内における搬送系の構成を示した正面概略図である。 図１乃至図３に示す第一の実施形態の装置における搬送系の動作について説明する平面概略図である。 第二の実施形態の基板処理装置の平面概略図である。 従来の代表的な基板処理装置の一つとして、インライン型の装置の概略構成を示したものである。 従来の代表的な基板処理装置の別の一つとして、クラスターツール型の装置の概略構成を示したものである。

以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。本願発明の装置は、どのような種類の処理を行う装置であっても実施が可能であるが、以下の各実施形態では、一例としてスパッタリングを行うものとなっている。まず、図１を使用して、第一の実施形態の基板処理装置の全体の構成について説明する。図１は、第一の実施形態の基板処理装置の平面概略図である。

図１に示すように、実施形態の装置は、一つの処理チャンバー２と、一つの中間チャンバー７と、二つのロードロックチャンバー１１と、基板（図１中不図示）を載せた基板保持具（図１中不図示）を移動させることにより基板を搬送する搬送系（図１中不図示）とから主に構成されている。処理チャンバー２は中間チャンバー７の一方の側に気密に接続され、各ロードロックチャンバー１１は他方の側に気密に接続されて並設されている。各接続箇所には、ゲートバルブ１０が設けられている。

各チャンバー１１，２，７は気密な真空容器であり、排気系（図１中不図示）によって内部が排気されるようになっている。ロードロックチャンバー１１の外側には、基板保持具に未処理の基板を搭載したり、処理済みの基板を基板保持具から回収したりする場所であるロードステーションが設けられている。

本実施形態の装置の第一の大きな特徴点は、基板を垂直又は垂直に近い角度で保持して搬送及び処理するようになっている点である。より正確に表現すれば、基板をその板面が水平に対して４５度以上９０度以下の保持角度になるよう立てて保持する基板保持具と、基板保持具を移動させて基板を搬送する搬送系とが設けられている。

基板保持具及び搬送系の構成について、図２を使用して説明する。図２は、第一の実施形態の装置における基板保持具及び搬送系の構成について説明する斜視概略図である。図２に示す基板保持具９２は、水平な姿勢の中間板９２１と、中間板９２１に固定された一対の受け板９２２，９２３と、中間板９２１の下面から下方に延びる支持板９２４とから主に構成されている。中間板９２１は、方形（長方形又は正方形）である。一対の受け板９２２，９２３は、その下端が折れ曲がり、その折れ曲がった部分（以下、下端部）が中間板９２１に固定され、上方に延びている。一対の受け板９２２，９２３の上方に延びた部分（以下、主部）は、互いに向かい合っており、横から見ると「ハ」の字を形成している。一対の受け板９２２，９２３の主部の水平に対する角度（図２にθで示す）は、４５度以上９０度以下となっている。

受け板９２２，９２３の主部には、図２に示すように、方形の開口９２５が設けられている。本実施形態では方形の基板９を搬送して処理することが想定されている。基板９は、受け板９２２，９２３の開口９２５よりも少し大きい。基板９は、図２に示すように、下縁が受け板９２２，９２３の下端部の上に載り、板面が受け板９２２，９２３の主部に接触した形で（もたれかかった形で）受け板９２２，９２３に保持される。尚、基板９は、受け板９２２，９２３の開口９２５を塞ぐ位置で保持される。

支持板９２４は、その上端面が中間板９２１の下面の中央に固定され、垂直に下方に延びている。横から見ると、支持板９２４と中間板９２１とによってＴ字が形成されている。支持板９２４の中間板９２１に固定された辺の方向は、中間板９２１の一辺に対して平行であり、保持された基板９の上縁及び下縁もこれと平行である。

搬送系は、本実施形態では、ラックアンドピニオン機構により基板９を搬送するようになっている。具体的に説明すると、支持板９２４の両側の側面には、ラック４３が設けられている。ラック４３が延びる方向は水平な方向であり、上述した中間板９２１の一辺の方向に一致している。搬送系は、上記ラック４３に噛み合う複数のピニオン４４と、ピニオン４４を駆動させるピニオン駆動機構４５とから構成されている。ピニオン駆動機構４５は、各ピニオン４４に駆動軸を介して連結された駆動ギヤ４５１と、駆動ギヤ４５１に懸架されたタイミングベルト４５２と、駆動ギヤ４５１の一つに連結されたモータ４５３と、残りの駆動ギヤ４５１の駆動軸を受ける軸受け４５４とから主に構成されている。

図２において、モータ４５３が動作すると、タイミングベルト４５２を介して駆動ギヤ４５１が回転し、この回転が駆動軸により各ピニオン４４に伝えられる。そして、各ピニオン４４の回転により、ラック４３が水平方向に直線移動し、基板保持具９２も全体に直線移動する。この結果、基板保持具９２に保持されている基板９が搬送される。

また、図２に示すように、基板保持具９２全体を支えるとともに基板保持具９２の移動をガイドするガイドレール４８が設けられている。ガイドレール４８は、支持板９２４の下端が填り込んだ溝を有する。基板保持具９２の直線移動の方向に長い部材である。ガイドレール４８の内面には、不図示のベアリング等が設けられており、支持板９２４の下端の移動をスムーズなものにしている。尚、磁気浮上機構を採用して支持板９２４の下端とガイドレール４８との非接触にすると、塵や埃等の発生が防げるので好適である。

このようなピニオン４４と、ピニオン駆動機構４５及びガイドレール４８の組は、各ロードロックチャンバー１１、中間チャンバー７、処理チャンバー２、及び、不図示のロードステーションに設けられている。そして、それぞれの場所でピニオン駆動機構４５がピニオン４４を駆動することで、基板保持具９２が、ラック４３の長さ方向に移動し、ロードステーション、ロードロックチャンバー１１、中間チャンバー７、処理チャンバー２の順に基板９が移動するようになっている。

図１から解るように、本実施形態では、ロードロックチャンバー１１と中間チャンバー７とを結ぶ方向は、中間チャンバー７と処理チャンバー２とを結ぶ方向に一致している。上述したラックアンドピニオン機構による基板９の移動方向はこの方向に一致しており、以下、この方向を「第一の方向」と呼ぶ。但し、ロードロックチャンバー１１と中間チャンバー７とを結ぶ方向が、中間チャンバー７と処理チャンバー２とを結ぶ方向に一致することは必須の条件ではない。両者が一致しない場合、いずれかの方向が「第一の方向」ということになる。

本実施形態の第二の大きな特徴点は、搬送系が、中間チャンバー７内において、前記第一の方向の搬送に加え、第一の方向に垂直な水平方向である第二の方向に基板９を搬送できるようになっている点である。以下、この点について、図２及び図３を使用して説明する。図３は、中間チャンバー７内における搬送系の構成を示した正面概略図である。

図３に示すように、中間チャンバー７内では、ピニオン４４、ピニオン駆動機構４５及びガイドレール４８の組は、二組設けられていて左右に配されている。各組のピニオン４４、ピニオン駆動機構４５及びガイドレール４８には、それらを上面に固定したベース板４６が設けられている。各ベース板４６は水平な姿勢であり、同一平面上に設けられている。図３に示す右側のピニオン４４、ピニオン駆動機構４５、ガイドレール４８及びベース板４６の組（以下、右側搬送機構４Ｒ）と、左側のピニオン４４、ピニオン駆動機構４５、ガイドレール４８及びベース板４６の組（以下、左側搬送機構４Ｌ）は、基本的に同じ構成である。尚、図２は、図３に示す右側搬送機構４Ｒを示したものとなっている。

図３に示すように、両搬送機構のベース板４６の下側には、ガイドロッド４７１が設けられている。図２に示すように、ガイドロッド４７１は、二本平行に設けられており、その間隔は、ベース板４６の幅よりも少し短い。そして、各ベース板４６の下面には、ガイドロッド４７１を挿通させたリニア軸受け４７２が設けられている。リニア軸受け４７２は、各ベース板４６の下面の四隅に設けられている。

そして、図３に示すように、右側搬送機構４Ｒのベース板４６の右端には、右側固定板４７３を介して右側駆動ロッド４７４が固定され、左側搬送機構４Ｌのベース板４６の左端には、左側固定板４７５を介して左側駆動ロッド４７６が固定されている。右側駆動ロッド４７４にはエアシリンダのような右側直線駆動源４７７が接続されており、左側駆動ロッド４７６にも同様の左側直線駆動源４７８が接続されている。

右側直線駆動源４７７が動作すると、右側駆動ロッド４７４を介して右側搬送機構４Ｒ全体がガイドロッド４７１にガイドされながら直線移動する。この結果、右側搬送機構４Ｒ上にある基板保持具９２も一体に移動し、この基板保持具９２に保持された基板９はこの方向に搬送される。また、左側直線駆動源４７８が動作すると、左側駆動ロッド４７６を介して左側搬送機構４Ｌ全体がガイドロッド４７１にガイドされながら直線移動する。この結果、左側搬送機構４Ｌ上にある基板保持具９２も一体に移動し、この基板保持具９２に保持された基板９はこの方向に搬送される。この際の基板９の搬送方向は、ガイドロッド４７１の延びる方向に一致している。上記説明から解る通り、ガイドロッド４７１の延びる方向は第二の方向である。即ち、基板９は、中間チャンバー７内で、第一の方向と第二の方向に搬送されることが可能となっている。

本実施形態の第三の大きな特徴点は、処理チャンバー２内での処理に先立ち、基板９が上記中間チャンバー７内で予め所定温度まで加熱されるようになっている点である。本実施形態では、ヒータ６としてセラミックヒータが使用されている。セラミックヒータは、パネル状であり、基板保持具９２に保持された基板９に対して平行になるよう同じ角度で傾けて設けられている

上記ヒータ６は、図３に示すように、ヒータ取付具６１によって左側搬送機構４Ｌのベース板４６に取り付けられている。ヒータ取付具６１は、左側搬送機構４Ｌのベース板４６の上面に固定された支柱部６１１と、支柱部６１１の先端に設けられたヒータ取付部６１２とから成っている。図３に示すように、支柱部６１１の上側は、水平に折れ曲がっており、その先端にヒータ取付部６１２が形成されている。

ヒータ取付部６１２は、パネル状のヒータ６を上下で保持している。ヒータ取付具６１は、不図示のヒータ電源とヒータ６とを接続するケーブルを内部に収容している。尚、図３に示すように、ヒータ取付部６１２は左右対称であり、左右にヒータ６を保持している。従って、二つの基板９が同時に加熱されるようになっている。また、基板保持具９２の受け板９２２，９２３には、前述したように開口９２５が設けられており、ヒータ６から輻射線が基板９に充分に達するようになっている。尚、ヒータ６として、輻射加熱ランプが使用される場合もある。

上述した搬送系の動作について、図４を使用して説明する。図４は、図１乃至図３に示す第一の実施形態の装置における搬送系の動作について説明する平面概略図である。図４では、搬送系による基板保持具９２の動きを説明するため、基板保持具９２の位置を示すものとして支持板９２４のみが描かれている。また、説明の便宜上、二つのロードロックチャンバー１１を、右側ロードロックチャンバー１１、左側ロードロックチャンバー１１と呼ぶ。

まず、未処理の二枚の基板９が搭載された基板保持具９２は、搬送系によって左側ロードロックチャンバー１１内に移動する。左側ロードロックチャンバー１１の大気側のゲートバルブ１０を閉じた後、左側ロードロックチャンバー１１と中間チャンバー７との間のゲートバルブ１０が開けられ、搬送系は、図４（１）に示すように、この基板保持具９２を中間チャンバー７内に移動させる。

より具体的に説明すると、図３に示す左側駆動源４７８が予め動作しており、左側搬送機構４Ｌが、左側ロードロックチャンバー１１内の搬送機構（不図示）に対して同一直線上に並ぶようにしている。即ち、左側搬送機構４Ｌのガイドレール４８及びピニオン４４の列が、左側ロードロックチャンバー１１内のそれらと同一直線上に並ぶ位置に位置している（以下、この位置を左側ロードロック搬送位置と呼ぶ）。

この状態で、左側ロードロックチャンバー１１内のピニオン駆動機構４５と、中間チャンバー７内の左側搬送機構４Ｌのピニオン駆動機構４５が同時に動作して、基板保持具９２が左側ロードロックチャンバー１１内の搬送機構から中間チャンバー７内の左側搬送機構４Ｌに受け渡される。基板保持具９２は、左側搬送機構４Ｌのベース板４６上の所定位置に達した時点で、各ピニオン駆動機構４５が動作を停止する。その後、左側ロードロックチャンバー１１と中間チャンバー７との間のゲートバルブ１０は閉じられる。

中間チャンバー７内の左側搬送機構４Ｌに受け渡された基板保持具９２に保持された基板９に対しては、図３に示すように、ヒータ６が向かい合う状態となる。ヒータ６は、未処理の基板９がこのようにして中間チャンバー７内に搬入されると動作し、基板９を予備加熱する。予備加熱が終了すると、左側搬送機構４Ｌは、この基板保持具９２を処理チャンバー２に移動させる動作の準備をする。即ち、左側直線駆動源４７８が再び動作し、図４（２）に示すように、基板保持具９２を中間チャンバー７の中央の位置まで移動させる。この位置は、左側搬送機構４Ｌのガイドレール４８及びピニオン４４の列が、処理チャンバー２内のそれらと同一直線上になる位置である（以下、この位置を処理側搬送位置と呼ぶ）。尚、この際、中間チャンバー７内の右側搬送機構４Ｒは、処理側搬送位置より右側の所定位置に退避している。

この状態で、中間チャンバー７と処理チャンバー２との間のゲートバルブ１０が開き、左側搬送機構４Ｌのピニオン駆動機構４５と処理チャンバー２内のピニオン駆動機構４５（不図示）が同時に動作して、図４（３）に示すように、基板保持具９２が処理チャンバー２内に搬入される。そして、処理チャンバー２での処理中、中間チャンバー７内の左側搬送機構４Ｌは、次の基板９を搬入態勢を取る。

即ち、図４（３）に示すように、左側ロードロックチャンバー１１には、未処理の二枚の基板９を保持した次の基板保持具９２が搬入されている。左側直線駆動源４７８が再び動作して左側搬送機構４Ｌを左側ロードロック搬送位置に移動させる。そして、左側ロードロックチャンバー１１内の搬送機構及び中間チャンバー７内の左側搬送機構４Ｌが同時に動作して、図４（４）に示すように、次の基板保持具９２が中間チャンバー７内に搬入される。そして、最初の基板保持具９２に保持された基板９が処理チャンバー２内で処理されている際、次の基板保持具９２に保持された基板９は、前述したようにヒータ６によって予備加熱される。

処理チャンバー２内での処理が終了すると、最初の基板保持具９２は、中間チャンバー７内の右側搬送機構４Ｒによって右側ロードロックチャンバー１１に搬送される。具体的に説明すると、まず、右側直線駆動源４７７が動作して、右側搬送機構４Ｒを処理側搬送位置に移動させる。そして、処理チャンバー２と中間チャンバー７との間のゲートバルブ１０が開き、処理チャンバー２内のピニオン駆動機構４５と、右側搬送機構４Ｒのピニオン駆動機構４５とが同時に動作して、図４（４）に示すように、基板保持具９２が処理チャンバー２から中間チャンバー７に搬出される。基板保持具９２が右側搬送機構４Ｒに渡され、右側搬送機構４Ｒのベース板４６上の所定位置に達した時点で各ピニオン駆動機構４５は動作を停止する。

その後、図４（５）に示すように、右側直線駆動源４７７が動作して右側搬送機構４Ｒが元の位置に戻る。この位置は、右側搬送機構４Ｒのガイドレール４８及び各ピニオン４４の列が右側ロードロックチャンバー１１内のそれらと同一直線上となる位置である（以下、この位置を右側ロードロック搬送位置と呼ぶ）。そして、中間チャンバー７と右側ロードロックチャンバー１１との間のゲートバルブ１０が開けられ、図４（６）に示すように、最初の基板保持具９２は右側ロードロックチャンバー１１に移動する。その後、中間チャンバー７と右側ロードロックチャンバー１１との間のゲートバルブ１０が閉じられ、右側ロードロックチャンバー１１内を大気圧に戻した後、右側ロードロックチャンバー１１と大気側との間のゲートバルブ１０を開け、最初の基板保持具９２を大気側のロードステーションに搬出する。

並行して、図４（５）（６）に示すように、次の基板保持具９２は、最初の基板保持具９２と同様の動作により処理チャンバー２内に移動する。左側ロードロックチャンバー１１には未処理の基板９を保持したさらに次の基板保持具９２が搬入されており、左側搬送機構４Ｌは左側ロードロック搬送位置に戻り、この基板保持具９２を受け取る。

このようにして、左側ロードロックチャンバー１１、左側搬送機構４Ｌ、処理チャンバー２、右側搬送機構４Ｒ、右側ロードロックチャンバー１１の順に基板保持具９２が移動し、基板９の搬送及び処理が順次行われる。そして、右側ロードロックチャンバー１１から大気側に出た基板保持具９２は、未処理の基板９を保持して再び左側ロードロックチャンバー１１に搬入される。

上記説明から解るように、本実施形態では、装置内に二つないし三つ（場合によっては四つ）の基板保持具９２が搬入されており、処理チャンバー２内での処理中に、基板９の予備加熱や、左右のロードロックチャンバー１１を経由した基板９の搬送を行っている。従って、生産性が高い。

尚、上記構成において、ガイドレール４８の入り口側の構成は、基板保持具９２の支持板９２４の下端を受け入れやすくするようにすることが好ましい。即ち、搬送動作において、基板保持具９２は、手前側のガイドレール４８から前方のガイドレール４８に乗り移るようにして移動するが、この際、前方のガイドレール４８に支持板９２４の下端が正しく填り込まないと、搬送エラーになってしまう。これを防止するには、ガイドレール４８の入り口側の溝の側面にテーパを設けて入り口側の開口を広げる等して、支持板９２４の下端を受け入れやすくすると良い。

次に、再び図１を使用して、処理チャンバー２の構成について詳説する。前述したように、本実施形態の装置は、スパッタリングを行うものである。従って、処理チャンバー２は、内部でスパッタリングが行えるものとなっている。具体的に説明すると、図１に示すように、処理チャンバー２は、内部を排気する排気系２１と、内部にスパッタリング用のガスを導入するガス導入系２２とを有している。排気系２１は、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の真空ポンプにより、処理チャンバー２内を１０−３Ｐａ〜１０−５Ｐａ程度まで排気できるよう構成されている。ガス導入系２２は、スパッタリング用のガスとして、アルゴン又は窒素等を所定の流量で導入できるようになっている。

また、図１に示すように、処理チャンバー２の器壁に気密に填め込むようにしてスパッタリングカソード２４が設けられている。スパッタリングカソード２４は、被スパッタ面を処理チャンバー２内に露出させて設けられたターゲットと、ターゲットの背後に設けられた磁石ユニットとから成る。

ターゲットは、成膜する材料から成る板状であり、基板９と平行な姿勢とすることが成膜の均一性から好ましい。磁石ユニットは、マグネトロンスパッタリングを可能にするものである。また、スパッタ放電を生じさせるスパッタ電源２６がスパッタリングカソード２４に接続されている。スパッタ電源２６は、負の直流電圧又は高周波電圧を発生させるものである。

前述した基板９の搬送動作において、基板９は、処理チャンバー２に搬入された際、スパッタリングカソード２４に対向した位置で停止するようになっている。この位置で基板９が停止した状態で、ガス導入系２２によって所定のガスが所定の流量導入され、スパッタ電源２６が動作する。これによって、スパッタ放電が生じ、ターゲットから放出された粒子（スパッタ粒子）が基板９の板面に達し、基板９の板面にターゲットの材料の薄膜が作成される。成膜の例について説明すると、例えば透明電極用のＩＴＯ(In-TiN-Oxcide)膜の作成の場合、ＩＴＯより成るターゲットを使用してスパッタリングを行う。また、カラーフィルタ用のクロム膜の場合、クロムより成るターゲットを使用してスパッタリングを行う。

上記動作において、左側ロードロックチャンバー１１Ｌは未処理の基板９の搬入用に使用され、右側ロードロックチャンバー１１Ｒは処理済みの基板９の搬出用に使用されているが、これは必須ではない。左右のロードロックチャンバー１１Ｌ，１１Ｒとも、搬入用及び搬出用に兼用して用いたり、役割を交互に変えながら用いたりすることができる。但し、左側水平移動機構４Ｌと右側ロードロックチャンバー１１Ｒとの間で基板保持具９２の受け渡しを行う場合、右側水平搬送機構４Ｒはその位置よりさらに右側に退避できるようにする必要がある。また、右側水平移動機構４Ｒと左側ロードロックチャンバー１１Ｌとの間で基板保持具９２の受け渡しを行う場合、左側水平搬送機構４Ｌはその位置よりさらに左側に退避できるようにする必要がある。

上述した構成及び動作に係る本実施形態の装置は、以下のような顕著な技術的意義を有する。まず第一に、基板９が垂直又は垂直に近い角度で保持された状態で搬送されて処理される構成は、装置の占有面積増大の抑制に顕著な効果を有する。即ち、基板９が垂直又は垂直に近い角度で保持された状態で搬送されて処理されるので、ロードロックチャンバー１１や中間チャンバー７、処理チャンバー２の占有面積は、基板９が水平に搬送されて処理される場合に比べて格段に小さくて済む。特に、基板９が水平に搬送されて処理される場合には、基板９が大型化するとその分だけ各チャンバーの占有面積が大きくならざるを得ないが、本実施形態では、垂直方向のスペースは多く必要になるものの、占有面積は本質的に大きくなることはない。このため、装置全体の占有面積も大きくなることはない。

本実施形態のような装置は、クリーンルーム内に配置されることが多い。装置の占有面積が増大するとことは、それだけ大きなクリーンルームを必要とすることにつながり、施工コストやランニングコストが高くなってしまう欠点がある。本実施形態の装置によれば、占有面積の増大が抑制されるため、クリーンルームの施工コストやランニングコストの低減に有利である。

また、基板９が垂直又は垂直に近い角度で保持された状態で搬送されて処理される構成は、基板９の撓みを防止する上でも顕著な技術的意義を有する。即ち、本実施形態では、前述したように基板９は基板保持具９２にもたれかかった状態で載置されて保持されるので、水平な姿勢で保持される場合のような自重による撓みは発生しない。このため、処理の不均一化や表示ムラ等の製品の性能障害、不均一な残留内部応力による基板９の割れ等の破損が生じる恐れがない。

さらに、基板９が垂直又は垂直に近い角度で保持された状態で搬送されて処理される構成は、装置のメンテナンスを容易にするという技術的意義を有する。前述したように、装置を構成する各チャンバーは、内部のメンテナンスのため開閉扉を設ける必要があるが、チャンバーの占有面積が小さくなるため、上板部に開閉扉を設けても、開閉扉がそれ程大きくなることはない。また、基板９の板面が側方に向いていることから、開閉扉はチャンバーの側板部に設けてもよく、この場合には大きな開閉扉であっても開閉は容易である。

上記実施形態において、基板９の保持角度θは４５度〜９０度であるとしたが、これは、４５度以下であると、水平に近くなり、上述したような技術的意義が充分に得られないからである。尚、この範囲において、θは、７０度〜８５度とすることが、より好ましい。θが８５度を超えると、９０度にあまりにも近くなり、基板保持具９２にもたれかかった状態のみでは基板９の保持が充分でなくなる恐れがある。つまり、何らかの衝撃により基板９が倒れる可能性が高くなる。これを防止するには、基板９を基板保持具９２に押さえつけるクランプ機構等が別途設けると良いが、構造が複雑になるし、基板９の着脱動作が煩雑になる欠点がある。また、θが７０度より大きくしておくと、上述した垂直保持の技術的意義がより大きくなる。

次に、中間チャンバー７内で基板９が第一の方向に加え第二の方向に移動可能である点は、以下のような技術的意義を有する。まず第一に、基板９が第一の方向にしか移動できない場合、中間チャンバー７に対してロードロックチャンバー１１や処理チャンバー２を縦設する以外のレイアウトは採用し得ない。つまり、図６に示す従来のインライン型のレイアウトしか採用できない。この構成では、前述したように、基板９の大型化によってライン方向の長さが長くなる問題が顕著となる。

しかしながら、本実施形態のように、第一の方向に垂直で水平な第二の方向に基板９の搬送が可能な場合、左右のロードロックチャンバー１１のように、中間チャンバー７に対して複数の別のチャンバーを横に並べて設ける（並設する）ことができる。このため、ライン方向の長さを長くすることなくチャンバーの数を増やすことができる。この点は、異なる処理を連続して多く行う場合や、圧力差のためにチャンバーが多く必要である場合などに特に有効である。

また、本実施形態のように、基板９が中間チャンバー７内で第二の方向に移動可能である構成は、中間チャンバー７にバッファ機能を持たせることができるという点でも顕著な技術的意義がある。即ち、基板９が第一の方向にしか移動できない場合、一つの基板９が処理チャンバー２に搬入されて処理され、同じ経路を戻って大気側に出た後でしか、次の基板９を搬入動作を行うことができない。一方、本実施形態構成によれば、最初の基板９の処理チャンバー２での処理中に次の基板９を中間チャンバー７に搬入したり、最初の基板９の大気側への搬出動作の間に次の基板９の処理チャンバー２への搬送動作や次の基板９の処理を行うことができる。従って、生産性が高い。尚、この技術的意義は、ロードロックチャンバー１１が一つの場合でも基本的に同様である。勿論、二つのロードロックチャンバー１１を有する本実施形態では、基板９の搬入搬出動作の効率が倍増しており、生産性が高い。

また、図２から解る通り、中間チャンバー７と各ロードロックチャンバー１１との間の搬送の方向、及び、中間チャンバー７と処理チャンバー２との間の搬送の方向は、基板９の板面とともに保持角度θを成す水平な方向に対して直角な水平方向である。この構成は、搬送に要する水平方向のスペースの占有面積を小さくする技術的意義がある。即ち、搬送方向が、基板９の板面とともに保持角度θを成す水平な方向に一致している場合、基板９の板面を搬送方向に対して前方又は後方に向けた状態で搬送することになる。この構成だと、搬送に要するスペースの幅は、基板９の板面の幅に一致してしまう。従って、搬送に要する水平方向のスペースの大きさは、本実施形態の場合に比べて大きくなってしまう。このため、装置全体の大型化につながり、これは基板９が大型化した場合により深刻となる。一方、本実施形態の構成によれば、このような問題はなく、搬送に要する水平方向のスペースは最小化される。

また、上記構成は、ゲートバルブ１０の簡略化にも貢献している。即ち、搬送方向が、基板９の板面とともに保持角度θを成す水平な方向に一致する構成の場合、ロードロックチャンバー１１や処理チャンバー２はその方形の輪郭のうちの長辺の部分で中間チャンバーに接続される構成となる。このため、ゲートバルブ１０が開閉すべき開口の大きさが大きくなってしまう。従って、バルブ開閉に大きな駆動力を必要とする等、ゲートバルブ１０が大がかりとなる。一方、本実施形態の構成によれば、このような問題はなく、ゲートバルブ１０を簡略化できる。

また、本実施形態では、処理チャンバー２内で処理された基板９が、中間チャンバー７を経由していずれか一方のロードロックチャンバーに戻ってくる構成（いわゆるインターバック型の一種の構成）となっている。この構成では、装置への基板の搬入搬出が装置の同じ側で行える。従って、既存の製造ラインへの組み込みが容易である。一方、前述したインライン型の装置の場合、装置への基板の搬入搬出が左右に分かれるため、既存の製造ラインにおいて、左右の幅が広く開いている必要がある。従って、限られたスペースの製造ラインでは、前述したインライン型の装置は組み込みが難しい。

また、本実施形態では、上記のようなバッファ機能を有する中間チャンバー７に基板９を予備加熱するヒータ６が設けられている。従って、予備加熱用のチャンバーを別途設ける必要がなく、装置の占有面積を低減させたり装置コストを低減させたりする技術的意義がある。そして、予備加熱を前の基板９の処理中に行えることから、リードタイムが短縮され、この点で生産性も向上している。

また、上記中間チャンバー７に、調圧チャンバーの機能を持たせることも可能である。即ち、ロードロックチャンバー１１と処理チャンバー２との圧力差が大きい場合、中間チャンバー７内をその中間の圧力に維持して調節すると好適である。

次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。図５は、第二の実施形態の基板処理装置の平面概略図である。図５に示す基板処理装置は、処理チャンバー２が二つである点で第一の実施形態と異なっている。その他の点は基本的に同様なので、説明は省略する。二つの処理チャンバーを第一処理チャンバー２０１及び第二処理チャンバー２０２とすると、第一処理チャンバー２０１は、図１に示す第一の実施形態の処理チャンバー２に相当している。第二処理チャンバー２０２は、インライン型の装置のように第一処理チャンバー２０１に縦設されている。

第二処理チャンバー２０２内にも、前述したのと同様のピニオンの列、ピニオン駆動機構及びガイドレールの組が設けられている（不図示）。そして、これらの機構は、第一処理チャンバー２０１内のそれらの機構と同一直線上となっている。つまり、ラックアンドピニオン機構により、第一処理チャンバー２０１と第二処理チャンバー２０２との間で基板保持具９２を移動させるようになっている。第二処理チャンバー２０２内の構成も、第一処理チャンバー２０１と同様に自由に選定できる。以下の例では、第二処理チャンバー２０２も同様にスパッタリングを行うものである場合を採り上げる。従って、第二処理チャンバー２０２内の構成は、図１に示す処理チャンバー２とほぼ同様である。

例えば、チタン膜の上に窒化チタン膜を積層する場合、第一第二処理チャンバー２０１，２０２内のターゲットは、いずれもチタン製とされる。そして、第一処理チャンバー２０１のガス導入系２２は、アルゴンガスを導入するものとされ、第二処理チャンバー２０２のガス導入系２２は、窒素とアルゴンの混合ガスを導入するものとされる。第一処理チャンバー２０１ではアルゴンガスの放電によりターゲットがスパッタリングされて基板９の板面にチタン膜が作成され、第二処理チャンバー２０２では窒素ガスの放電によりターゲットがスパッタリングされ、窒素とチタンとの反応を利用しながら基板９の板面に窒化チタン膜が作成される。

上記成膜の際、第二処理チャンバー２０２内の窒素が第一処理チャンバー２０１内に拡散すると、第一処理チャンバー２０１内のターゲットの表面が窒化される等の不具合がある。従って、窒素ガスの拡散を防止することが好ましい。このための構成としては、第一第二処理チャンバー２０１，２０２間にゲートバルブ１０を設けても良いが、第一処理チャンバー２０１の圧力が第二処理チャンバー２０２内の圧力に比べて常に高くなるように排気する差動排気を行う構成が簡易なので好ましい。

第二の実施形態では、二つの処理チャンバー２０１，２０２を縦設したが、三つ又はそれ以上の処理チャンバーを縦設しても良い。また、第一の実施形態におけるロードロックチャンバー１１のように、二つの（又は三つ以上の）処理チャンバーの横に並べて中間チャンバー７に接続しても良い。この場合には、中間チャンバー７内における処理側搬送位置が二つ必要になるので、第二の方向における中間チャンバー７の長さが長くなる。しかし、従来のように単に処理チャンバーを縦設していくだけの構成に比べると、装置の占有面積の増大による問題は少ない。

上記構成では、基板保持具９２を移動させる機構としてラックアンドピニオン機構を採用したが、これに限られるものではない。例えば、垂直な軸の回り回転する駆動ローラを第一の方向に沿って多数設け、各駆動ローラが支持板９２４の両側面に適当な摩擦力で接触するようにする。そして、両側の各駆動ローラを互いに逆向きに同時に回転させれば、基板保持具９２を第一の方向に直線移動させることができる。

また、第二の方向に搬送する機構についても同様である。例えば、二つのガイドロッド４７１に平行で両者の真ん中にボールネジ（精密ネジ）を第一の方向に沿って設ける。そして、このボールネジに内面が噛み合っている貫通孔を有する被駆動ヘッドをベース板４６の下面に固定する。ボールネジをサーボモータ等で回転させることにより、基板保持具９２を第二の方向に直線移動させることができる。

また、上述した各実施形態において、処理チャンバー２，２０１，２０２における処理により基板９が高温になる場合、中間チャンバー７内に冷却機構を設けるようにしても良い。冷却機構としては、例えば、所定の低温に冷却されている冷却ブロックを基板９の裏面（処理される板面とは反対側の板面）又は基板保持具９に接触させて冷却する構成が採用できる。

上記説明では、処理チャンバー２，２０１，２０２はスパッタリングを行うものであったが、本願発明は、化学蒸着（ＣＶＤ）や真空蒸着等の他の成膜処理、エッチング処理、表面改質処理等、各種の処理を行う装置について実施することが可能である。また、処理対象である基板９についても同様であり、表示装置用の基板の他、ハードディスク等の情報記録媒体用の基板や、プリント配線盤用の基板等を処理対象とすることができる。

１１ ロードロックチャンバー
２ 処理チャンバー
２０１ 処理チャンバー
２０２ 処理チャンバー
２１ 排気系
２２ ガス導入系
２４ 磁石ユニット
２６ スパッタ電源
４３ ラック
４４ ピニオン
４５ ピニオン駆動機構
４６ ベース板
４７１ ガイドロッド
４８ ガイドレール
６ ヒータ
７ 中間チャンバー
９ 基板
９２ 基板保持具

Claims (4)

1. 大気雰囲気と真空雰囲気との間で基板の搬入搬出を行うロードロックチャンバーと、内部で前記基板に対して所定の処理がなされる処理チャンバーと、前記ロードロックチャンバーと前記処理チャンバーとの間で、前記基板を基板保持具に保持させて搬送機構により移動させる搬送系を備えた中間チャンバーと、を具える基板処理装置であって、
   前記基板保持具は、前記基板の保持が可能な受け板と、前記受け板を固定する中間板と、前記中間板の下面から下方に延びる支持板と、を有し、
   前記搬送機構は、前記支持板の下端が填り込む溝を有し、前記基板保持具の移動を第一の方向へガイドするガイドレールと、前記基板保持具を前記第一の方向の移動を可能にさせるピニオンと、前記ピニオンを駆動させるピニオン駆動機構とを、同一平面上に配置するベース板とを有し、
   さらに前記ベース板の下側にガイドロッドを配置することにより、前記ガイドロッドが延びる第二の方向への前記搬送機構の移動を可能にしていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記基板保持具は、基板を水平に対して４５度以上９０度以下の保持角度で前記基板を保持することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記中間チャンバー内には、処理に先だって基板を所定温度まで加熱するヒータが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記中間チャンバーには、二以上のロードロックチャンバーが並設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
   

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