JP5232671B2 - 処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、処理装置に関する。
近年、液晶ディスプレイは大型化が進み、処理基板としては、例えば１１世代（３０００ｍｍ×３３２０ｍｍ）サイズのガラス基板が用いられるようになってきている。この液晶ディスプレイの製造には、配線用金属膜の成膜プロセスを行うスパッタリング装置や、加熱処理を行う加熱処理装置など多くの処理装置が用いられている。これらの処理装置は、所定のプロセスを行うべく真空チャンバを有している。
処理基板の大型化に伴って、この処理基板の全面に亘って成膜プロセスなどを一括して行うことができるように、処理装置の真空チャンバ自体も大型化させる必要がある。この場合、一の大型のアルミニウムブロックから削り出して大型の真空チャンバを製作したのでは、専用の大型切削加工装置が必要になる等、真空チャンバ自体の製作費が高くなる。
また、大型の真空チャンバでは、大型のトレーラなどの輸送手段が必要になって不便であり、また、そのサイズや重量によっては法令の制限を受けて輸送できない。
このため、貫通穴が形成された略直方体のチャンバ部材を二以上備え、隣接するチャンバ部材を、貫通穴が連通した状態でシール部材で当接してなる真空チャンバが知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記真空チャンバは、各チャンバ部材を設置場所まで輸送し、設置場所で接合して大型の真空チャンバとすることができるという利点がある。しかしながら、近年の基板サイズのさらなる大型化に伴って、設置場所においてもよりコンパクトとなる真空チャンバを用いた加熱処理装置が求められている。
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消すべく、輸送にも便利で、かつ、コンパクトな真空チャンバを用いた処理装置を提供することにある。
本発明の処理装置は、基板を挿入可能に形成された貫通穴を有するブロック状の複数のチャンバ部材からなり、隣接するチャンバ部材の少なくとも一方に、他方との当接面の前記貫通穴の開口部の周囲に亘って連続して溝が設けられ、各チャンバ部材が、前記溝に装着されたシール部材を介してそれぞれ密接した状態で固定されて、複数の貫通穴で構成される処理空間を有するチャンバ本体と、前記処理空間の一方の開口を密封する壁面部材と、前記処理空間の他方の開口を開閉可能に塞ぐ蓋部材とを具備する真空チャンバを備え、各処理空間には、前記基板を放射熱によって加熱する加熱手段と、この加熱手段の上下にそれぞれ設置され、各基板を前記加熱手段に対向するように支持する一対の基板支持部材とを備え、前記一対の基板支持部材が、それぞれ、棒状のベース部材と、このベース部材に立設された複数の基板支持ピンからなり、一方の基板支持部材が、前記加熱手段の上面に固定され、他方の基板支持部材が前記処理空間の底面に設けられ、かつ、前記ベース部材がその長手方向の複数箇所に屈曲可能なヒンジ部を有することを特徴とする。
本発明においては、一つの処理空間には、一対の基板支持部材が設けられ、この基板支持部材がそれぞれ基板を支持するように構成されている。即ち、本発明においては、一の処理空間において複数枚の基板を処理できるように構成している。このように構成されることで、同じ枚数を処理する装置であっても、本発明の処理装置が従来の処理装置よりもコンパクトで、製作材料が少ないものとなる。また、本処理装置は、複数のチャンバ部材から構成されることにより、輸送しやすい。前記一対の基板支持部材が、それぞれ、棒状のベース部材と、このベース部材に立設された複数の基板支持ピンからなり、一方の基板支持部材が、前記加熱手段の上面に固定され、他方の基板支持部材が前記処理空間の底面に設けられていることで、一の処理空間における複数枚の基板の加熱を抑制せずに基板を簡易に保持することが可能である。この場合に、前記ベース部材がその長手方向の複数箇所に屈曲可能なヒンジ部を有することで、大型の基板に対応した大型の支持部材を折り曲げることが可能であり、例えばメンテナンス時に支持部材を折り曲げることで処理空間から取り出しやすく、取り扱いが容易である。
ここで、前記加熱手段と各基板支持部材により支持される各基板との距離が等しいことが好ましい。このように構成されることで、一の処理空間における各基板がそれぞれ同一温度に加熱される。
本発明の好適な実施形態としては、前記加熱手段は、加熱源としてのシースヒータを有することが挙げられる。
前記加熱手段の表面には、放射効率を高めるために、放射効率を高める材料を含む被覆膜が形成されているか、放射効率を高める材料で形成された被覆板が設けられていることが好ましい。
本発明の処理装置によれば、輸送にも便利で、かつ、一つの処理空間において複数枚の基板を処理できるように構成しているので装置全体をよりコンパクトに構成することができるという優れた効果を奏し得る。
図１は、実施形態１に係る処理装置の断面図である。図２は、チャンバ本体の構成を示す模式的斜視図であり、図３は、真空チャンバを構成するチャンバ本体の構成を示す模式図であり、図４は、処理空間内の模式的上面図である。
本実施形態における処理装置（加熱処理装置）１０は、一つの処理空間Ａで二枚の基板Ｓを加熱処理するものである。図１に示すように、加熱処理装置１０は、二枚の基板Ｓを加熱処理するための処理空間Ａを有する真空チャンバ２０と、処理空間Ａ内で各基板Ｓを支持する支持部材３０と、基板Ｓを同時に加熱する加熱手段４０とを具備する。なお、この加熱処理装置１０は、例えば、基板Ｓを加熱処理することにより脱気処理を行う際にも用いられる。
真空チャンバ２０は、処理空間Ａが形成されたチャンバ本体２１と、処理空間Ａの開口を塞ぐ壁面部材２２及び蓋部材２３とを備える。
チャンバ本体２１は、基板Ｓを挿入可能に形成された貫通穴２４を有するブロック状（略直方体状）の複数のチャンバ部材２５で構成されている。貫通穴２４は、チャンバ本体２１の相対向する一対の壁面にそれぞれ開口する。これらのチャンバ部材２５は、貫通穴２４が開口する壁面同士をそれぞれ密接した状態で固定されている。そして、各チャンバ部材２５に形成された貫通穴２４がそれぞれ連通され、これら複数の貫通穴２４で処理空間Ａが画成されている。
各チャンバ部材２５のそれぞれには、複数（本実施形態では、５つ）の貫通穴２４がチャンバ部材２５の高さ方向（図中上下方向）に沿って所定間隔で複数設けられている。つまりチャンバ本体２１は、処理空間Ａを多段に有する。
図２に示す例では、貫通穴２４が形成されたチャンバ部材２５を横に６個ずつ並べてそれぞれ固定することで６つの貫通穴２４で構成される処理空間Ａが５段に形成されている。そして、このように処理空間Ａが５段に形成された各チャンバ部材２５を縦に２個積み重ねることで１０段の処理空間Ａを有するチャンバ本体２１が形成されている。すなわち、本実施形態に係るチャンバ本体２１は、全部で１２個のチャンバ部材２５からなる。なお積み重ねられた各チャンバ部材２５同士は、必ずしも固定されている必要はないが、ずれ防止のためにボルト等で固定されていることが好ましい。
なおチャンバ部材２５の製造方法は、特に限定されないが、チャンバ部材２５は、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属ブロックを削り出すことで製造される。
壁面部材２２は、チャンバ本体２１の処理空間Ａが開口する一方の壁面２１ａに固定され、蓋部材２３は、チャンバ本体２１の処理空間Ａが開口する他方の壁面２１ｂに開閉可能に固定されている。本実施形態では、これら壁面部材２２及び蓋部材２３は、各処理空間Ａに対応してそれぞれ設けられている。
さらに、これら各壁面部材２２及び蓋部材２３とチャンバ本体２１（チャンバ部材２５）との間、並びに各チャンバ部材２５の間には、Ｏリング等のシール部材２６が設けられている。具体的には、図３に示すように、各チャンバ部材２５の貫通穴２４が開口する少なくとも一方の壁面には、貫通穴２４の周囲に亘って連続する溝部２７が設けられており、この溝部２７にシール部材２６が装着されている。これにより、壁面部材２２及び蓋部材２３とチャンバ本体２１（チャンバ部材２５）との間、並びに各チャンバ部材２５の間が確実に密封される。
上述のように真空チャンバ２０を構成するチャンバ本体２１、壁面部材２２及び蓋部材２３は、処理空間Ａを密封可能にそれぞれ固定されている。すなわち、処理空間Ａを画成する各部材が溶接により固定されるのではなく、シール部材２６を挟んでねじ等の締結部材によって固定されることで、処理空間Ａが密封可能に構成されている。これにより、処理空間Ａ内を大気状態と真空状態とに繰り返し変化させたとしても、処理空間Ａを画成する各部材間でのリークの発生が抑えられる。
また、チャンバ部材２５は、処理空間Ａの内部を所望の圧力（例えば１Ｐａ）とした場合に周囲の壁部の歪みを抑制するために、各壁部の厚さを所定の厚さ以上に設定する必要がある。なお各処理空間Ａの圧力が略一定であれば、各貫通穴２４間の隔壁部２８にはほとんど撓みが生じることはない。したがって、隔壁部２８の厚さは、最上部の貫通穴２４の天井壁及び最下部の貫通穴２４の底壁の厚さよりも薄くすることができる。従って、高さ方向によりコンパクトな構成となる。
このようなチャンバ本体２１より形成される処理空間Ａに設置される支持部材３０及び加熱手段４０について、以下詳細に説明する。
加熱手段４０は、例えば、加熱源としてのシースヒータを有し、放射熱によって基板を、例えば１２０〜１５０℃程度に加熱するものである。本実施形態では、加熱手段４０は、ブロック状のチャンバ部材２５毎に設けられている。加熱手段４０は、処理空間Ａの側壁に設けられた加熱手段支持部材４２にその端部が載置されて処理空間Ａ内に支持されている。
加熱手段４０の両表面には、表面処理として、放射効率を高める材料を含む被覆膜４１が形成されている。これにより、加熱手段４０の放射効率が高められるため、加熱手段４０の放射熱によって基板Ｓを効率的に加熱することができる。被覆膜４１は、例えば、加熱手段４０の表面に材料を溶射することによって形成される。被覆膜４１としては金属材料、例えば、クロムやチタン、或いはこれらを含む合金やこれらの酸化物等が好適に用いられる。勿論、被覆膜４１に用いる材料は、放射効率を高めることができるものであれば特に限定されない。ただし、真空加熱処理室の観点からして、放出ガスの少ない材料を用いるのが望ましい。
なお、上述した材料からなる被覆膜４１を形成したアルミ無垢板からなる試料に熱電対を設けて２０ｍｍ離れた位置で放射温度計により、ヒーターの温度を測定し熱電対の温度と比較して放射効率を調べたところ、酸化チタンを溶射した場合の放射効率は０．８９であり、酸化クロム膜を形成した場合の放射効率は０．９であった。なお、同様にして測定したアルミ無垢板の放射効率は０．３であったことから、これらの表面処理としての被覆膜４１の形成を行うことにより、放射効率が高まることが分かった。
また本実施形態では、加熱手段４０の表面に被覆膜４１を形成して放射効率を高めるようにしたが、例えば、被覆膜４１の代わりに、加熱手段４０とは別部材である被覆板を、加熱手段４０の表面に接触させた状態に設けるようにしてもよい。被覆板を形成する材料としては、被覆膜４１と同様の材料に放射効率を高める材料を用いればよい。このような構成としても、加熱手段４０の放射効率を高めることができる。
支持部材３０は、処理空間の長手方向に沿って設けられた複数の棒状のベース部材３１（図４中では例として８本）と、ベース部材３１に所定の間隔をおいて立設された複数の基板支持ピン３２とからなる。この基板支持ピン３２上に基板が載置され支持される。
また、支持部材３０は各処理空間Ａの加熱手段４０の上部及び下部にそれぞれ設けられて、加熱手段４０の上下それぞれで基板を支持している。即ち、第一の支持部材３０は、そのベース部材３１がそれぞれ加熱手段４０の上面に図示しない固定部材により固定されている。また、第二の支持部材３０は、そのベース部材３１が処理空間Ａの底面に図示しない固定部材によりそれぞれ固定されている。このように、本実施形態においては、加熱手段４０の上下にそれぞれ基板Ｓが載置され、加熱手段４０の上部にある基板Ｓは裏面から、加熱手段４０の下部にある基板Ｓは表面から加熱される。この加熱手段４０の上面（上端）と加熱手段４０の上部に設置される基板Ｓの裏面との距離は、加熱手段４０の下面（下端）と加熱手段４０の下部に設置される基板Ｓとの距離と等しくなるように構成されている。このように構成されることで、各処理空間Ａに挿入された二枚の基板はそれぞれ同じ温度で加熱することが可能である。
ここで、各基板Ｓは、例えば、ロボットハンドによって処理空間Ａ内に搬送される。このとき、基板Ｓはロボットハンドによって蓋部材２３側から処理空間Ａ内に挿入されて、基板支持ピン３２上に載置される。その後、ロボットハンドはこの基板Ｓと加熱手段４０との隙間を移動して蓋部材２３側から外部に引き抜かれる。
本発明の加熱処理装置１０では、このようにロボットハンドによって各支持部材３０の基板支持ピン３２上に各基板Ｓを載置すると、その状態で各基板Ｓを加熱手段４０の放射熱によって加熱処理することができる。例えば、加熱手段としてホットプレート等を採用している従来の加熱処理装置では、基板支持ピン上に基板を載置した後、さらに加熱手段に接触させるために基板を移動させる必要があるが、本実施形態の加熱処理装置１０では、このような基板の移動が必要なくスループットが向上する。
また、基板を移動して加熱手段に接触させるためには、例えば、基板支持ピンを昇降可能とさせるための機構等を設ける必要があるが、本発明の加熱処理装置にはこのような機構は必要ないため、加熱処理装置を比較的安価に製造することもできる。
以上述べたように、本実施形態では、各処理空間Ａに二枚の基板Ｓを挿入し、これらを同時に処理することができる。さらに、一つの処理空間に二枚の基板Ｓを挿入するように構成していることから、チャンバ本体２１をよりコンパクトに形成できる。つまり、従来のように各処理空間に一枚の基板が挿入される場合には、例えば一度に１０枚の基板を処理するためには、５段の処理空間を有するチャンバ部材を二つ積み上げて１０段の処理空間を有するチャンバ本体とする必要があった。しかし、本実施形態においては、５段の処理空間Ａを有するチャンバ部材２５により１０枚の基板Ｓを同時に処理することができ、１０段の処理空間を有していれば、２０枚の基板Ｓを同時に処理することができる。
具体的に基板サイズが２２０×２５０（単位はｃｍ）である場合を挙げて説明する。基板１０枚を処理するために１０段の処理空間を有する従来の装置においては、チャンバ本体の大きさは、横×奥行き（基板の搬送方向）×高さが２８６×２８３×３７６（単位はｃｍ）であり、処理空間の大きさは横×奥行き×高さが２６６×２８３×１６（単位はｃｍ）であり、重量が４９．６５トンであった。これに対し、５段の処理空間で基板１０枚を処理することができる本実施形態では、チャンバ本体２１の大きさは、横×奥行き×高さが２８６×２８３×２８６（単位はｃｍ）であり、処理空間の大きさは横×奥行き×高さが２６６×２８３×３２（単位はｃｍ）であり、重量が２９．９８トンである。このように、本実施形態においては、従来の基板処理装置よりも、よりコンパクトであり、さらに多数枚の基板を同時に処理できるため、スループットに優れる。
さらに、大型基板に対応したチャンバ本体２１を小さいブロック状のチャンバ部材２５をシール部材でシールし固定して、１つのチャンバ本体２１を作製し、このチャンバ本体２１を積み上げ、処理空間Ａを多段に有するチャンバ本体２１を作製することができる。このように各チャンバ部材２５を処理装置の設置場所まで輸送し、そこで組み立てることができるため、大型で特殊な輸送手段は不要である。かつ、シール部材でシールしているので大気状態から所定の圧力まで下げる工程をくりかえしたとしても、リークが生じにくいので特に前処理工程や後処理工程などを行うのに適している。
図５を用いて本実施形態の処理空間Ａ内で用いられる支持部材の別の形態について説明する。上述の実施形態では、１本の棒状のベース部材３１上に基板支持ピン３２が立設された支持部材３０を例示したが、本実施形態においては、支持部材３０は、図５（ａ）に示すように、支持部材３０は、複数の分割ベース部材３３と、各分割ベース部材３３を接続するヒンジ部３４と、各分割ベース部材３３上に所定の間隔を空けて立設された基板支持ピン３２とで構成されている。ヒンジ部３４は軸３５を中心にして屈曲可能であるように構成されている。また隣接するヒンジ部３４は、図５（ｂ）に示すように、それぞれ逆方向に折れ曲がるように配されていることが好ましい。これにより、各ヒンジ部３４の軸３５を中心として支持部材３０を折りたたむことができるため、取扱いが容易となる。例えば、装置のメンテナンス時に支持部材３０を処理空間Ａから取り外す場合には、長い支持部材３０を折りたたんで短くしながら取り出すことが可能であるので、取り扱いが容易となる。
以上本実施形態にかかる処理装置について説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、処理空間内部にさらに加熱手段４０を設置して２枚以上の基板を加熱できるように構成してもよい。また、本実施形態では加熱手段をチャンバ部材２５に合わせて一つの処理空間Ａに対して６つ設けたが、処理空間Ａの大きさに合わせた大型の加熱手段４０を設けてもよく、さらには加熱手段４０に基板支持ピン３２を設けてもよい。
１０ 加熱処理装置
２０ 真空チャンバ
２１ チャンバ本体
２１ａ 壁面
２１ｂ 壁面
２２ 壁面部材
２３ 蓋部材
２４ 貫通穴
２５ チャンバ部材
２６ シール部材
２７ 溝部
２８ 隔壁部
３０ 支持部材
３１ ベース部材
３２ 基板支持ピン
３３ 分割ベース部材
３４ ヒンジ部
３５ 軸
４０ 加熱手段
４１ 被覆膜
４２ 加熱手段支持部材
Ａ 処理空間
Ｓ 基板
２０ 真空チャンバ
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２１ｂ 壁面
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３１ ベース部材
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３３ 分割ベース部材
３４ ヒンジ部
３５ 軸
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４１ 被覆膜
４２ 加熱手段支持部材
Ａ 処理空間
Ｓ 基板
Claims (5)
- 基板を挿入可能に形成された貫通穴を有するブロック状の複数のチャンバ部材からなり、隣接するチャンバ部材の少なくとも一方に、他方との当接面の前記貫通穴の開口部の周囲に亘って連続して溝が設けられ、各チャンバ部材が、前記溝に装着されたシール部材を介してそれぞれ密接した状態で固定されて、複数の貫通穴で構成される処理空間を有するチャンバ本体と、前記処理空間の一方の開口を密封する壁面部材と、前記処理空間の他方の開口を開閉可能に塞ぐ蓋部材とを具備する真空チャンバを備え、
各処理空間には、前記基板を放射熱によって加熱する加熱手段と、この加熱手段の上下にそれぞれ設置され、各基板を前記加熱手段に対向するように支持する一対の基板支持部材とを備え、
前記一対の基板支持部材が、それぞれ、棒状のベース部材と、このベース部材に立設された複数の基板支持ピンからなり、
一方の基板支持部材が、前記加熱手段の上面に固定され、他方の基板支持部材が前記処理空間の底面に設けられ、かつ、
前記ベース部材がその長手方向の複数箇所に屈曲可能なヒンジ部を有することを特徴とする処理装置。 - 前記加熱手段と各基板支持部材により支持される各基板との距離が等しいことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
- 前記加熱手段は、加熱源としてのシースヒータを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の処理装置。
- 前記加熱手段の表面には、放射効率を高める材料を含む被覆膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の処理装置。
- 前記加熱手段の表面には放射効率を高める材料で形成された被覆板が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の処理装置。
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