JP4854725B2 - 基板処理用クラスタ装置及びクラスタ装置の基板処理方法 - Google Patents

基板処理用クラスタ装置及びクラスタ装置の基板処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置に関し、基板に処理される各単位工程を遂行する複数のチャンバを一体化したクラスタ装置に関する。
情報化時代の発展と併せて表示装置に対する需要が増えるに応じて、この分野における技術発展が急速に進行している。特に、液晶表示装置(Liquid Crystal Display：ＬＣＤ)やプラズマ表示装置(Plasma Display Panel：ＰＤＰ)のような平板型表示装置(Flat Panel Display：ＦＰＤ)は、軽量化、薄型化及び低電力化に有利であるため、伝統的な表示装置である陰極線管(Cathode Ray Tube：ＣＲＴ)を速い速度に代替して行っている。
然しながら、このような平板表示装置は、複雑且つ微細な内部構造を有しているため、ＣＲＴに比べて製造工程が複雑である。
例えば、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)をスイッチング素子として使用するＴＦＴ ＬＣＤの場合、一対の透明な基板間に、ゲート電極、データ電極、画素電極を含んだＴＦＴはもちろん、カラフィルタのような要素が薄膜形態で挿入されなければならない。これらのＴＦＴとカラフィルタを形成するためには、導電体や半導体または誘電体を蒸着する薄膜蒸着工程と、各薄膜を所望のパターンの通り成形するためのフォトリソグラフィ工程(Photo-lithography)と、不必要な部分及び異質物を除去するための洗浄工程など、基板処理のための各単位工程を数回反復進行しなければならない。これらの各単位工程は工程特性に応じて大気とは異なる圧力または温度条件下で進行されることもあり、浮遊異質物が最小化された清浄雰囲気で進行される必要がある。従って、各単位工程は別途のチャンバ内で進行される。
一方、半導体と同様に、表示装置製造分野においても技術的または経済的要因により工程の統合化が要求される。即ち、各単位工程を空間的に隣接した位置で進行することによって、各単位工程間基板の移動に所要される時間を最小化して生産率を高めると共に各単位工程を進行する装備の維持管理を容易にすることが必要である。
このために基板を処理するための各単位工程を進行するチャンバを一体化した複合型装置としてクラスタ装置が使われている。
図１は、従来技術によるクラスタ装置の一例を概略図示した平面図である。
従来技術によるクラスタ装置は、ロードロックチャンバ(６０)と、搬送チャンバ(７０)と、工程チャンバ(８０)とを含んでなる。
ロードロックチャンバ(６０)は、外部から未処理基板(５０、５０')を供給されたり、処理が完了した基板(５０、５０')を外部に搬出するための臨時収容場所として使用するためのものである。また、ロードロックチャンバ(６０)は、大気圧状態である外部と、大気圧と異なる状態である各工程チャンバ(８０)及び搬送チャンバ(７０)を連結するバッファとしても機能する。ロードロックチャンバ(６０)は、各単位工程が進行される間工程進行の時間差にともなうボドルネック現象に対比して基板(５０、５０')を収容することもあるため、必要に応じて複数個備えられることができる。
搬送チャンバ(７０)は、ロードロックチャンバ(６０)と接しており、ロードロックチャンバ(６０)から基板(５０、５０')を渡されて各単位工程を遂行する工程チャンバ(８０)で基板(５０、５０')を伝達する機能を遂行する。このために搬送チャンバ(７０)には搬送ロボット(９０)が設けられており、通常搬送ロボット(９０)はフォークアーム(９１)により基板(５０、５０')を下方から持ち上げて運搬するようになる。また、ロードロックチャンバ(６０)には上下に昇降するリフトピンが備えられて基板(５０、５０')を昇降させることによって、搬送ロボット(９０)が基板(５０、５０')を支持したり支持解除することを容易にする。
工程チャンバ(８０)は、複数個が搬送チャンバ(７０)に接して設けられ、各々の内部には各単位工程を遂行するために必要な装置が設けられている。例えば、工程チャンバ(８０)には、加熱用チャンバ、冷却用チャンバ、蒸着用チャンバ、リソグラフィ用チャンバ、洗浄用チャンバなどが含まれる。工程チャンバ(８０)の数及び各工程チャンバ(８０)の内部に設けられた装置は必要な単位工程の特性に応じて変わる。
一方、表示装置製造に使われる基板(５０、５０')は、長方形形態を有し、一般的に短辺(ｓ)側からロードロックチャンバ(６０)に供給される。また、搬送チャンバ(７０)で各工程チャンバ(８０)に基板(５０、５０')を供給する時にも基板(５０、５０')の短辺(ｓ)側から供給する。その結果、図１において一点鎖線で表示されたクラスタ装置の設置面積(Ａ)は基板(５０、５０')の長辺(ｌ)の長さに比例するようになる。
このような従来技術によるクラスタ装置の配置は、特に表示装置製造のために使われる場合、表示装置の大型化に応じて設置面積がだんだん拡大される。設置面積の拡大は表示装置の製造費用を上昇させる原因となってクラスタ装置の維持管理を難しくする。従って、持続的に大型化一路にある表示装置製造のような分野に使われるクラスタ装置は、その設置面積を最小化することがまず要求される。
このような設置面積縮小の必要性は既に設けられている既存のクラスタ装置でも同様である。従って、既に設けられたクラスタ装置の設置面積を最小限の費用で縮小できる対策も必要である。
特開２００４−３１１９３４
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、設置面積を最小化できる基板処理用クラスタ装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、既存の設備も最小限の改造だけで設置面積を縮小できる基板処理用クラスタ装置を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、最小化された面積内で基板を処理できるクラスタ装置の基板処理方法を提供することである。
本発明のその他の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面と関連された以下の詳細な説明と望ましい実施例からさらに明らかになると思う。
上記した課題を解決するために、本発明に係る基板処理用クラスタ装置は、外部から基板を供給されて一時収容するロードロックチャンバと、上記ロードロックチャンバと接する搬送チャンバと、各々の一面が上記搬送チャンバと接する複数の工程チャンバと、上記搬送チャンバ内に設けられ、上記基板を上記複数の工程チャンバ及びロードロックチャンバから取り出したり収容させる搬送ロボットと、上記ロードロックチャンバ内に設けられ、上記基板を回転可能に支持する回転ステージと、を含んでなる。ここで、上記複数の工程チャンバは、各々長方形の平断面を有し、平断面で長辺に該当する一面が上記搬送チャンバと接するのが望ましい。また、上記搬送ロボットは、上記基板を支持する一対以上のアームを含むのが望ましい。また、上記回転ステージは、上記基板を支持して昇降駆動される複数の支持ピンと、上記複数の支持ピンを支持して回転駆動される回転ブロックを含むのが望ましい。
本発明に係る基板処理用クラスタ装置において、上記基板は、長方形板材であって、上記基板が外部から上記ロードロックチャンバに収容される時には短辺側から投入され、上記回転ステージは上記基板を同一平面上で回転させて長辺側が上記搬送チャンバに向かうようにし、上記基板が上記搬送チャンバから上記ロードロックチャンバに収容される時には長辺側から投入され、上記回転ステージは上記基板を同一平面上で回転させて短辺側が外部に向かうようにするのが望ましい。
本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法は、基板を外部からロードロックチャンバに供給する基板供給段階と、上記ロードロックチャンバ内で上記基板を回転させる第１の基板回転段階と、上記回転された基板を上記ロードロックチャンバと接する搬送チャンバに取り出す第１の基板搬送段階と、上記取り出された基板を上記搬送チャンバに接する複数の工程チャンバに選択的に供給する工程投入段階と、を含んでなる。
また、本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法は、上記工程チャンバから工程が完了した基板を上記搬送チャンバに取り出す工程完了段階と、上記取り出された基板を上記ロードロックチャンバに供給する第２の基板搬送段階と、上記ロードロックチャンバ内で上記基板を回転させる第２の基板回転段階と、上記基板を上記ロードロックチャンバから外部に引き出す基板引出段階をさらに含むことができる。
本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法において、上記基板は、長方形板材であって、上記基板供給段階は、上記基板の短辺側から上記ロードロックチャンバに供給し、上記第１の基板回転段階は、上記基板を同一平面上で回転させて上記基板の長辺側が上記搬送チャンバに向かうようにし、上記第２の基板搬送段階は、上記基板の長辺側から上記ロードロックチャンバに供給し、上記第２の基板回転段階は、上記基板を同一平面上で回転させて上記基板の短辺側が外部に向かうようにし、上記基板引出段階は、上記基板の短辺側から上記ロードロックチャンバで引き出すのが望ましい。
本発明に係る基板処理用クラスタ装置は、設置面積が基板の短辺の長さに比例するようになるため、長辺の長さに比例することに比べて画期的にその設置面積を縮小できる。
また、本発明に係る基板処理用クラスタ装置は、ロードロックチャンバに回転ステージを備えて各工程チャンバの配置を調整する等、最小限の改造だけでも既存に設けられたクラスタ装置の設置面積を縮小するのが可能である。
本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法も、基板の短辺側から供給されても９０度回転させて長辺側から供給または取り出すことができるため、各工程チャンバの長辺側が搬送チャンバに接するように配置することができ、結果的にクラスタ装置全体が占める設置面積が最小化される。
以下、添付図面を参照して本発明に係る基板処理用クラスタ装置の望ましい実施例を詳細に説明する。
図２は、本発明に係る基板処理用クラスタ装置の一実施例を概略図示した平面図である。
基板(５０、５０')は、長方形板材であって、例えば、液晶表示装置を製造するためのガラス板と同じものである。基板(５０、５０')は長方形であるため、長辺(ｌ)と短辺(ｓ)を区別することができる。
ロードロックチャンバ(１００)は、本発明に係る基板処理用クラスタ装置の出入口のような役割をするためのものであって、基板(５０、５０')を外部から供給されて搬送チャンバ(２００)を経て各工程チャンバ(３００)に投入されるようにしたり、処理が完了した基板(５０、５０')を外部に引き出すためのものであり、場合によって各工程間待機のために基板(５０、５０')を臨時収容することもある。また、搬送チャンバ(２００)と工程チャンバ(３００)は、外部大気と他の圧力及び温度条件に維持されるため、外部と直接接するロードロックチャンバ(１００)はこれらの間の圧力及び温度条件を満たすためのバッファの役割もする。図２ではロードロックチャンバ(１００)が一つだけ備えられたものを例示しているが、必要に応じてその数を増加させることができる。
ロードロックチャンバ(１００)には基板(５０、５０')を収容するために回転ステージ(５００)が備えられており、図３に示されたように、回転ステージ(５００)は複数の支持ピン(５１０)と回転ブロック(５２０)を含んでなるのが望ましい。複数の支持ピン(５１０)は、各々基板(５０、５０')を下方で支持し、回転ブロック(５２０)に対し昇降可能に設けられる。回転ブロック(５２０)は、ロードロックチャンバ(１００)に対し回転可能に設けられている。このような支持ピン(５１０)の昇降動作と回転ブロック(５２０)の回転動作は、油空圧シリンダ、ボールスクリュ等知られた直線駆動手段や回転モータを含んだ回転駆動手段を、通常の技術により組み合わせることによって容易に実現できるため、その詳細な構成に対する説明は省略する。
搬送チャンバ(２００)は、ロードロックチャンバ(１００)とその一面が接し、ロードロックチャンバ(１００)から基板(５０、５０')を取り出して各工程チャンバ(３００)に選択的に供給するために搬送ロボット(４００)が設けられている。搬送ロボット(４００)は伸縮可能なアーム(４１０)を備えて、このアーム(４１０)は基板(５０、５０')の一側下方に接近して下側から基板(５０、５０')を支持するようになる。従って、ロードロックチャンバ(１００)の支持ピン(５１０)に相当する構成が各工程チャンバ(３００)にも備えられている。即ち、搬送ロボット(４００)のアーム(４１０)が基板(５０、５０')の下方に接近できるように基板(５０、５０')を昇降させる一方、アーム(４１０)が進入できる空間を提供できるピンのような構成が各工程チャンバ(３００)にも設けられている。一方、搬送ロボット(４００)のアーム(４１０)は基板(５０、５０')を安定的に支持するために複数個備えられる。図２において、搬送ロボット(４００)は一対のアーム(４１０)を備えているものを例示しているが、３つ以上備えられることができる。
工程チャンバ(３００)は複数個備えられ、各一面が搬送チャンバ(２００)と接している。各工程チャンバ(３００)は、長方形である基板(５０、５０')を処理するためのものであり、平断面が長方形を有する。また、この長方形で長辺側の一面が各々搬送チャンバ(２００)と接するように配置される。各工程チャンバ(３００)は基板(５０、５０')の処理のために必要な蒸着、フォトリソグラフィ、洗浄などの単位工程を進行するためのものであって、各々の内部には該当単位工程を遂行するための装置が設けられている。また、基板(５０、５０')を加熱するための加熱チャンバと基板(５０、５０')を冷却するための冷却チャンバを含むこともできる。図２では工程チャンバ(３００)が３つ備えられた例を図示しているが、必要な工程の数に応じてその数が増減されるとことができる。
このような構成の基板処理用クラスタ装置は、使用状態で、外部から基板(５０、５０')がロードロックチャンバ(１００)に供給される。このとき、基板(５０、５０')は、長方形であって、短辺(ｓ)側からロードロックチャンバ(１００)に進入する。ロードロックチャンバ(１００)に進入された基板(５０、５０')は回転ステージ(５００)により支持され、回転ステージ(５００)は回転して基板(５０、５０')の長辺(ｌ)側が搬送チャンバ(２００)に向かうようにする。即ち、図２に示されたように、図面において下方で基板(５０、５０')がロードロックチャンバ(１００)に投入され、ロードロックチャンバ(１００)の上方に搬送チャンバ(２００)が位置した場合には、回転ステージ(５００)は基板(５０、５０')を９０度回転させるようになる。そうすると、搬送ロボット(４００)が接近して基板(５０、５０')の長辺(ｌ)側の下方を支持して基板(５０、５０')をロードロックチャンバ(１００)から取り出した後、必要に応じて回転させ、各工程チャンバ(３００)に選択的に基板(５０、５０')を供給する。このとき、搬送ロボット(４００)は、基板(５０、５０')が各工程チャンバ(３００)に長辺(ｌ)側から進入するように回転させる。各工程チャンバ(３００)で基板(５０、５０')に対する処理が終了されると、再び搬送ロボット(４００)が該当工程チャンバ(３００)に接近して基板(５０、５０')を取り出し、必要に応じて他の工程チャンバ(３００)に再び供給したり、ロードロックチャンバ(１００)に供給する。ロードロックチャンバ(１００)は供給された基板(５０、５０')をやはり回転ステージ(５００)で支持し、回転ステージ(５００)がもう一度回転した後、基板(５０、５０')を外部に引出す。同様に、図２に示されたような配置では、回転ステージ(５００)は基板(５０、５０')を９０度回転させて短辺(ｓ)が搬送チャンバ(２００)に向かうようにする。そうすると、基板(５０、５０')は最初ロードロックチャンバ(１００)に進入する時と同じ姿勢で、短辺(ｓ)側から外部に引き出される。
このように、基板(５０、５０')を回転させた後、搬送チャンバ(２００)に伝達されるようにすると、ロードロックチャンバ(１００)は、従来技術によるロードロックチャンバ(６０、図１ご参照)に比べてさらに広い底面積を有することができる。然しながら、基板(５０、５０')の幾何学的な中心点を中心に回転させる場合、底面積の増加量は大きくないため、搬送チャンバ(２００)は底面積をより狭くすることができる。なぜならば、従来技術による搬送チャンバ(７０、図１ご参照)では基板(５０、５０')の長軸が回転半径を決定するようになるが、本発明に係る基板処理用クラスタ装置は基板(５０、５０')の短軸が回転半径を決定するようになるためである。ここで長軸及び短軸とは、搬送ロボット(４００)のアーム(４１０)に基板(５０、５０')が支持された状態でアーム(４１０)の位置から基板(５０、５０')の最も遠い角までの長さを意味する。これに加えて、従来技術による工程チャンバ(８０、図１ご参照)は、全て短辺側の一面が搬送チャンバ(７０、図１ご参照)に接しているに比べて、本発明に係る基板処理用クラスタ装置は、工程チャンバ(３００)が全て長辺側の一面が搬送チャンバ(２００)と接しているため、全体的なクラスタ装置の設置面積が相当減るようになる。結果的に、図１において一点鎖線で表示された領域(Ａ)の広さより図２において一点鎖線で表示された領域(Ｂ)の広さがはるかに狭くなる。
以下、本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法の望ましい実施例を詳細に説明する。
図４は、本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法の一実施例のフローチャートである。
クラスタ装置は、外部に対する基板の出入通路となるロードロックチャンバと、ロードロックチャンバに接する搬送チャンバと、各々の一面が搬送チャンバに接し、各々基板に対する所定の単位工程を遂行するための複数の工程チャンバと、からなっている。
まず、ロードロックチャンバに基板を供給する(Ｓ１０１、基板供給段階)。このとき、基板は、通常、長方形板材であって、基板の短辺側からロードロックチャンバに進入するように供給される。
ロードロックチャンバに基板が供給されると、ロードロックチャンバ内で基板を回転させて基板の長辺が搬送チャンバに向かうようにする(Ｓ１０２、第１の基板回転段階)。このとき、回転させる角度は、ロードロックチャンバが基板を供給される方向と、ロードロックチャンバに対する搬送チャンバの相手位置に応じて変わる。例えば、図２に示されたように、ロードロックチャンバに対する基板の供給方向と搬送チャンバの位置がロードロックチャンバを中心に一直線上にあると、ロードロックチャンバ内で基板を９０度回転させる。そうすると、基板の長辺が搬送チャンバに向かうようになる。
回転された基板はロードロックチャンバから搬送チャンバに取り出す(Ｓ１０３、第１の基板搬送段階)。このとき、基板の取出過程は、搬送チャンバに備えられたロボットのような自動化機器により行われることができる。第１の基板回転段階(Ｓ１０２)で基板の長辺側が搬送チャンバに向かうように回転されているため、基板の長辺側から搬送チャンバに取り出すようになる。
取り出された基板は搬送チャンバから工程チャンバに投入される(Ｓ１０４、工程投入段階)。工程チャンバが複数個備えられているため、これらのうち選択されたいずれか一つの工程チャンバに投入されるようになる。このとき、選択の基準は基板に対する処理が必要な工程に応じて変わる。
このような段階を経ることによって基板を処理するためのクラスタ装置はさらに狭い設置面積でも同じ工程を進行することができる。各工程チャンバで処理が完了した基板に対する以後の処理は、従来技術によって進行されることもできるが、下記説明のような段階を経てクラスタ装置で外部に搬出されるのがさらに望ましい。
即ち、各工程チャンバで処理が完了した基板は再び搬送チャンバに取り出す(Ｓ１０５、工程完了段階)。
取り出された基板は搬送チャンバからロードロックチャンバに再び供給する(Ｓ１０６、第２の基板搬送段階)。このとき、基板は、長辺側がまずロードロックチャンバに進入するように供給される。必要に応じて、第２の基板搬送段階(Ｓ１０６)に、上記の工程完了段階(Ｓ１０５)と工程投入段階(Ｓ１０４)を基板処理に要求される単位工程の数ほど反復的に実施することができる。
第２の基板搬送段階(Ｓ１０６)が完了すると、ロードロックチャンバ内で再び基板を回転させて基板の短辺が外部に向かうようにする(Ｓ１０７、第２の基板回転段階)。上記例示した通り、図２のような配置状態であると、第２の基板搬送段階(Ｓ１０６)で基板の長辺側からロードロックチャンバに供給させるため、ロードロックチャンバ内では基板を９０度回転させると、基板の短辺が外部に向かうようになる。
その後、ロードロックチャンバから基板を外部に引き出す(Ｓ１０８、基板引出段階)。そうすると、基板は最初ロードロックチャンバに供給される時と同じ姿勢、即ち、短辺側からロードロックチャンバから引き出される。
上記説明、及び図面に示された本発明の一実施例は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはならない。本発明の保護範囲は、請求範囲に記載された事項によってのみ制限され、本発明の技術分野において通常の知識を有した者は本発明の技術的思想を多様な形態で改良変更するのが可能である。従って、このような改良及び変更は、通常の知識を有した者に自明である限り、本発明の保護範囲に属するようになる。
従来技術によるクラスタ装置の一例を概略図示した平面図である。 本発明に係る基板処理用クラスタ装置の一実施例を概略図示した平面図である。 図２の実施例の回転ステージを示した斜視図である。 本発明に係るクラスタ装置の基板処理方法の一実施例のフローチャートである。
符号の説明
５０、５０' 基板
６０、１００ ロードロックチャンバ
７０、２００ 搬送チャンバ
８０、３００ 工程チャンバ
９０、４００ 搬送ロボット
９１、４１０ アーム
ｌ 長辺
ｓ 短辺
５００ 回転ステージ
５１０ 支持ピン
５２０ 回転ブロック

Claims (7)

  1. 外部から基板を供給されて一時収容するロードロックチャンバと、
    上記ロードロックチャンバと接する搬送チャンバと、
    各々の一面が上記搬送チャンバと接する複数の工程チャンバと、
    上記搬送チャンバ内に設けられ、上記基板を上記複数の工程チャンバ及びロードロックチャンバから取り出したり収容させる搬送ロボットと、
    上記ロードロックチャンバ内に設けられ、上記基板を回転可能に支持する回転ステージと、を含み、
    上記複数の工程チャンバは、各々長方形の平断面を有し、平断面で長辺に該当する一面が上記搬送チャンバと接することを特徴とする基板処理用クラスタ装置。
  2. 請求項１において、
    上記搬送ロボットは、上記基板を支持する一対以上のアームを含むことを特徴とする基板処理用クラスタ装置。
  3. 請求項１において、
    上記回転ステージは、
    上記基板を支持して昇降駆動される複数の支持ピンと、
    上記複数の支持ピンを支持して回転駆動される回転ブロックと、を含むことを特徴とする基板処理用クラスタ装置。
  4. 請求項１において、
    上記基板は、長方形板材であって、
    上記基板が外部から上記ロードロックチャンバに収容される時には短辺側から投入され、
    上記回転ステージは上記基板を同一平面上で回転させて長辺側が上記搬送チャンバに向かうようにし、
    上記基板が上記搬送チャンバから上記ロードロックチャンバに収容される時には長辺側から投入され、
    上記回転ステージは上記基板を同一平面上で回転させて短辺側が外部に向かうようにすることを特徴とする基板処理用クラスタ装置。
  5. 基板を外部からロードロックチャンバに供給する基板供給段階と、
    上記ロードロックチャンバ内で上記基板を回転させる第１の基板回転段階と、
    上記回転された基板を上記ロードロックチャンバと接する搬送チャンバに取り出す第１の基板搬送段階と、
    上記取り出された基板を上記搬送チャンバに接する複数の工程チャンバに選択的に供給する工程投入段階と、を含み、
    上記基板は、長方形板材であって、
    上記基板供給段階は、上記基板の短辺側から上記ロードロックチャンバに供給し、
    上記第１の基板回転段階は、上記基板を同一平面上で回転させて上記基板の長辺側が上記搬送チャンバに向かうようにしたクラスタ装置の基板処理方法。
  6. 請求項５において、
    上記工程チャンバから工程が完了した基板を上記搬送チャンバに取り出す工程完了段階と、
    上記取り出された基板を上記ロードロックチャンバに供給する第２の基板搬送段階と、
    上記ロードロックチャンバ内で上記基板を回転させる第２の基板回転段階と、
    上記基板を上記ロードロックチャンバから外部に引き出す基板引出段階と、をさらに含むことを特徴とするクラスタ装置の基板処理方法。
  7. 請求項６において、
    上記第２の基板搬送段階は、上記基板の長辺側から上記ロードロックチャンバに供給し、
    上記第２の基板回転段階は、上記基板を同一平面上で回転させて上記基板の短辺側が外部に向かうようにし、
    上記基板引出段階は、上記基板の短辺側から上記ロードロックチャンバで引き出すことを特徴とするクラスタ装置の基板処理方法。
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