JP5329286B2 - 基板加熱搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板加熱搬送装置に関し、特に、平板状の基板を加熱しながら搬送する基板加熱搬送装置に関する。

ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の表面処理装置、とりわけインライン式やループ式，ターンバック式等の搬送機構を備える装置、においては、例えば特許文献１に開示されているように、被処理物としての基板がトレイに載せられて搬送されることが多い。また、表面処理の際に、基板が積極的に加熱されることがあるが、この場合、トレイを介して当該加熱が成されれば、基板全体にわたって温度分布の均一化が図られる。詳しくは、トレイとしてカーボン繊維等の熱伝導率の高い素材で形成されたものが採用されると共に、このトレイ上に基板が密着された状態（言わば寝かした状態）で載置されることによって、当該温度分布の均一化が図られる。なお、従来技術では、トレイが大気に曝されることのないよう工夫が成されており、この工夫により、トレイに水分等の不純物が付着するのが防止され、良好な膜質が得られる、とされている。また、トレイの温度低下が防止されるので、当該トレイの予熱が必要とされる際に、その予熱時間が短縮され、生産性が向上する、とされている。

特開２００１−１３５７０４号公報

しかしながら、上述の従来技術では、基板がトレイごと搬送されるので、当該トレイが少なくとも基板よりも大きなサイズであることを鑑みると、装置全体が大型化する。また、トレイの搬送が繰り返されることによって、当該トレイが劣化し、ひいては破損する。特に、トレイがカーボン繊維製である場合には、その単価は相当なものになるので、このような高価なトレイが消耗品化すると、極めて不経済である。

そこで、本発明は、トレイを用いることなく基板の温度分布の均一化を図りながら当該基板を搬送することができる基板加熱搬送装置を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、一様に加熱される平面状の加熱面を有する加熱手段と、この加熱手段の加熱面上に載置され当該加熱面から受ける熱を均一化する平板状の均熱板と、この均熱板上への基板の積み降ろしを含めて当該基板を搬送する搬送手段と、を具備する。

この構成によれば、加熱手段は、平面状の加熱面を有しており、この加熱面は、一様に加熱される。そして、この加熱面上に、平板状の均熱板が載置され、この均熱板は、当該加熱面から受ける熱を均一化する。そして、この均熱板上に、基板が載せられることで、当該基板全体が、均一的に加熱される。さらに、この均熱板上への基板の積み降ろしを含め、当該基板は、搬送手段によって直接的に搬送される。つまり、基板は、均熱板を介して加熱されることで、その温度分布の均一化が図られるものの、当該均熱板とは独立して、それ単独で搬送される。

なお、本発明において、均熱板は、その両主面間を貫通する複数の貫通孔を有するものとしてもよい。この場合、搬送手段は、これら複数の貫通孔を均熱板と同等の部材で埋める第１状態と、当該複数の貫通孔を開放する第２状態と、のいずれか一方の状態に当該均熱板を遷移させる、状態遷移手段を、含むものとする。併せて、搬送手段は、均熱板が第２状態にあるとき、つまり複数の貫通孔を開放している状態にあるときに、当該複数の貫通孔を介して基板の下面に接触して、当該基板の搬送を実行する、搬送実行手段をも、含むものとする。

即ち、均熱板が第１状態にあるとき、つまり均熱板が有する複数の貫通孔に当該均熱板と同等の部材が埋められている状態にあるときに、この同等部材を含む均熱板を介して、基板が加熱される。そして、均熱板が第２状態にあるときに、基板は、当該均熱板への積み降ろしを含め、搬送実行手段によって搬送される。

この場合、加熱手段は、加熱面上から搬送実行手段を突出させる突出路を有するものであってもよい。つまり、均熱板が第２状態にあるとき、搬送実行手段は、この突出路を介して加熱面上に突出し、さらに、上述の複数の貫通孔を介して基板の下面に接触するものとしてもよい。

ここで、突出路は、不変であってもよい。つまり、均熱板が第１状態にあるときにも第２状態にあるときにも、当該突出路は、恒常的に存在するものであってもよい。ただし、この場合は、加熱面のうち当該突出路が存在する部分については、均熱板と接しないことになり、この部分において、均熱板の温度分布に不均衡が生じ、ひいては基板の温度分布にも不均衡が生じることが、懸念される。この不均衡を補うために、均熱板として、その面内方向の熱伝導率が面外方向（厚さ方向）の熱伝導率よりも高いものを、採用するのが、望ましい。

このように適宜の熱伝導率を有する均熱板を実現するために、同種または異種の複数の素材が積層されることによって、当該均熱板が形成されてもよい。このようにすれば、均熱板の熱伝導率を精確に制御することができ、言い換えれば希望通りの熱伝導率を有する均熱板を実現することができる。

また、本発明における上述の搬送実行手段は、回転駆動するローラを含むものであってもよい。つまり、このローラの回転駆動力によって、基板が搬送されてもよい。

上述したように、本発明によれば、基板は、均熱板を介して加熱されることで、その温度分布の均一化が図られるものの、当該均熱板とは独立して、それ単独で搬送される。つまり、上述した従来技術とは異なり、トレイを用いることなく基板の温度分布の均一化を図りながら当該基板を搬送することができる。従って、従来技術では、トレイを用いるがために装置全体が大型化し、併せて不経済であるのに対し、本発明によれば、これらの不都合を解消することができる。

本発明の一実施形態の概略構成を示す図解図である。 図１とは別の状態にあるときの図解図である。 同実施形態における一連の動作を説明するための図解図である。

本発明の一実施形態について、例えばインライン式の表面処理装置に適用される基板加熱搬送装置１０を例に挙げて、説明する。なお、このインライン式の表面処理装置においては、これを構成する前処理室や成膜処理室等の個々の処理室に、本実施形態に係る基板加熱搬送装置１０が１台ずつ配置される。

図１に示すように、本実施形態に係る基板加熱搬送装置１０は、概略扁平台状の加熱源２０を有している。この加熱源２０は、ステンレスやアルミニウム等の金属製であり、図示しないヒータを備えている。そして、このヒータからの発熱によって、特に当該加熱源２０の上面が一様に加熱される。さらに、この加熱源２０には、その上面および下面間を貫通する複数の貫通孔２２，２２，…が設けられている。これらの貫通孔２２，２２，…は、後述するローラ３０，３０，…を当該加熱源２０の上面よりも上方に突出させる突出路として、機能する。なお、本実施形態においては、加熱源２０の幅方向（図１（ａ）における上下方向）に３つ、当該加熱源２０の長さ方向（図１（ａ）における左右方向）に３つの、合計９つの貫通孔２２，２２，…が、格子状に設けられている。また、これらの貫通孔２２，２２，…は、ローラ３０，３０，…を挿通させるのに必要かつ十分な大きさおよび形状とされている。

ローラ３０，３０，…は、加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…内に位置するように設けられており、互いに共通のベース板３２上に固定されている。そして、これらのローラ３０，３０，…は、加熱源２０の幅方向に並んでいるもの同士で、回転軸３４，３４，…を共通にしており、図示しない１台のモータによって回転駆動する。なお、これらのローラ３０，３０，…は、ステンレスやアルミニウム等の金属製、或いは耐熱樹脂製である。勿論、これに限定されないが、後述するガラス基板１００に対して比較的に大きな摩擦力を有することが、必要とされる。

さらに、加熱源２０の上面には、当該加熱源２０の上面よりも一回りほど大きい矩形平板状の均熱板４０が載置されている。この均熱板４０は、比較的に熱伝導率の高い素材によって形成されており、例えばカーボン繊維製、特に平織りカーボン繊維製、とされている。また、この平織りカーボン繊維製とされることによって、均熱板４０の面内方向の熱伝導率λｆと面外方向の熱伝導率λｎとに差異が与えられており、例えば、両者の比率λｆ：λｎは３：１〜１０：１とされている。この比率λｆ：λｎは、均熱板４０の素材そのものによって変わるが、当該均熱板４０の厚さ寸法によっても変わる。この均熱板４０の厚さ寸法は、例えば２［ｍｍ］〜８［ｍｍ］であり、このような厚さ寸法とされることで、当該比率λｆ：λｎが３：１〜１０：１となる。そして、この均熱板４０にも、加熱源２０に設けられているのと同様の複数（９つ）の貫通孔４２，４２，…が設けられている。なお、これらの貫通孔４２，４２，…の内周壁は、次に説明する補完ブロック５０，５０，…との嵌合を容易ならしめるべく、テーパ状に形成されている。

補完ブロック５０，５０，…は、均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…と緩やかに嵌合し得るよう台形状に形成されたものであり、加熱源２０の上面に固定されている。そして、この補完ブロック５０，５０，…は、均熱板４０と同じ平織りカーボン繊維製であり、その厚さ寸法も、当該均熱板４０と同じである。従って、この補完ブロック５０，５０，…が均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…と嵌合しているときには、当該各貫通孔４２，４２，…が埋められて、均熱板４０は略完全な平板状になる。

ところで、本実施形態の基板加熱搬送装置１０は、図２に示す状態にも、遷移可能である。即ち、図１に示した状態において、均熱板４０が、図示しないスライド機構によって、一旦、上方に持ち上げられ、その上で、当該均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…が加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…上に位置するように、スライドされる。そして、このスライド後、均熱板４０が下げられると、当該均熱板４０は、改めて加熱源２０上に載置され、厳密には各補完ブロック５０，５０，…上に載置される。さらに、各ローラ３０，３０，…が、図示しない昇降機構によって、ベース板３２ごと持ち上げられる。これにより、各ローラ３０，３０，…（上端部分）は、加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…を介して当該加熱源２０の上面よりも上方に突出し、さらには、均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…を介して当該均熱板４０の上面よりも上方に突出した状態となり、つまり図２に示す状態となる。なお、この加熱源２０の上面からの各ローラ３０，３０，…の突出量は、数［ｍｍ］程度である。

このように構成された本実施形態の基板加熱搬送装置１０は、次のようにして動作する。まず、図２に示す状態において、前段側（図２における右側）からガラス基板１００が送られてくるのを待つ。このとき、各ローラ３０，３０，…は、前段側から後段側（図２における左側）に向かって当該ガラス基板１００を搬送させる方向に回転する。

前段側からガラス基板１００が送られてくると、このガラス基板１００は、図３（ａ）に示すように、各ローラ３０，３０，…によって、均熱板４０上の所定位置にまで搬送される。そして、当該所定位置にガラス基板１００が到達すると、各ローラ３０，３０，…は停止する。

各ローラ３０，３０，…の停止後、当該各ローラ３０，３０，…は、図３（ｂ）に示すように、上述した昇降機構によって、ベース板３２ごと下げられる。これにより、均熱板４０上にガラス基板１００が載置される。

このガラス基板１００の載置後、均熱板４０は、上述したスライド機構によって、図３（ｃ）に示すように、一旦、上方に持ち上げられ、その上で、当該均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…が各補完ブロック４０，４０，…上に位置するように、スライドされる。なお、図３（ｃ）は、このスライド途中の状態を示す。

そして、均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…が各補完ブロック４０，４０，…上に位置するようになると、スライド機構によって、当該均熱板４０が下げられる。これにより、均熱板４０は、図３（ｄ）に示すように、加熱源２０上に載置される。このとき、当該均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…は、各補完ブロック５０，５０，…と嵌合する。

この図３（ｄ）に示す状態にあるときに、ガラス基板１００に対して表面処理が施される。この状態においては、加熱源２０から発せられる熱が、均熱板４０に伝えられる。そして、均熱板４０に伝えられた熱は、当該均熱板４０内において拡散され、さらに均一化される。ただし、この図３（ｄ）に示す状態においては、均熱板４０の下面のうち、加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…上に位置する部分については、当該加熱源２０と接触していないため、この部分において、均熱板４０の温度分布に不均衡が生じることが、懸念される。しかしながら、上述したように、均熱板４０は熱伝導特性の良い平織りカーボン繊維製であり、しかも、当該均熱板４０の面内方向の熱伝導率λｆは面外方向の熱伝導率λｎよりも高い。従って、均熱板４０の加熱源２０との非接触部分については、その周りからの熱を受けるので、当該周りとの温度差は皆無である。これにより、均熱板４０の温度分布の均一性は保たれる。そして、この均熱板４０上にガラス基板１００が密着されるので、当該ガラス基板１００全体にわたっても均一な温度分布が得られる。このガラス基板１００の温度分布の均一性は、当該ガラス基板１００に対する表面処理の均一化を図るのに、大きく貢献する。

そして、この表面処理の終了後、これまでとは逆の順序で、均熱板４０上からガラス基板１００が下ろされる。

即ち、図３（ｄ）に示す状態において、均熱板４０が、スライド機構によって、一旦、持ち上げられ、その上で、当該均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…が加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…上に位置するように、スライドされる。このスライド途中においては、図３（ｃ）に示すような状態になる。

そして、均熱板４０の各貫通孔４２，４２，…が加熱源２０の各貫通孔２２，２２，…上に位置すると、スライド機構によって、当該均熱板４０が下げられる。これにより、均熱板４０は、図３（ｂ）に示すように、改めて加熱源２０上に載置され、厳密には各補完ブロック５０，５０，…上に載置される。

さらに、上述した昇降機構によって、各ローラ３０，３０，…がベース板３２ごと持ち上げられる。すると、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１００が、各ローラ３０，３０，…によって、上方に持ち上げられ、均熱板４０上から下ろされる。そして、各ローラ３０，３０，…が回転すると、ガラス基板１００は、後段側へと搬送される。この結果、図２に示した状態に戻る。

以上のように、本実施形態によれば、ガラス基板１００は、均熱板４０を介して加熱されることで、その温度分布の均一化が図られる。その一方で、当該ガラス基板１００は、均熱板４０を据え置いて、それ単独で搬送される。つまり、基板の搬送にトレイを用いる上述した従来技術とは異なり、当該トレイを用いることなくガラス基板１００の温度分布の均一化を図りつつ、当該ガラス基板１００を搬送することができる。

また、図３（ｄ）に示したように表面処理が行われているときには、加熱源２０および各ローラ３０，３０，…は、均熱板４０によって覆われた状態にある。従って、これら加熱源２０および各ローラ３０，３０，…は、当該表面処理の影響を受けず、初期の状態を保つことができる。

なお、本実施形態においては、ガラス基板１００として、太陽電池用のものが前提とされており、詳しくは、幅寸法が８００［ｍｍ］、長さ寸法が１２００［ｍｍ］、厚さ寸法が２［ｍｍ］、という比較的に大型かつ薄型のものが前提とされている。そして、このような大型かつ薄型のガラス基板１００についても、温度分布の均一化が図られることが、実験によって確認された。例えば、目標加熱温度が４００［℃］であるときに、当該ガラス基板１００の面内温度のバラツキは±２［℃］以下に抑えられることが、確認された。また、本実施形態では、より大型のガラス基板１００にも対応できるように想定されており、例えば当該ガラス基板１００の幅寸法は最大で２０００［ｍｍ］と想定されており、長さ寸法も最大で２０００［ｍｍ］と想定されている。勿論、ガラス基板１００に限らず、他種類の基板についても、対向可能である。

さらに、本実施形態においては、加熱源２０の幅方向に３つ、当該加熱源２０の長さ方向に３つの、合計９つのローラ３０，３０，…が、格子状に設けられることとしたが、これに限らない。このローラ３０，３０，…の数および位置は、ガラス基板１００を含む基板（被処理物）のサイズや材質に応じて適宜に定められ、また、当該ローラ３０，３０，…の径や幅によっても左右される。併せて、各ローラ３０，３０，…間のピッチ（間隔）も適宜に定められる。

そして、本実施形態においては、均熱板４０を平織りカーボン繊維製としたが、これ以外の素材によって形成してもよい。また、異種同種に拘らず複数枚の素材を重ね合わせることによって、上述した熱伝導比率λｆ：λｎを制御してもよいし、均熱板４０の面外方向において、当該熱伝導比率λｆ：λｎに傾斜を与えてもよい。ただし、各補完ブロック５０，５０，…についても、均熱板４０と同等の素材とするのが、望ましい。

また、本実施形態においては、インライン式の表面処理装置に本発明を適用することを例に挙げて説明したが、これに限らない。即ち、平板状の基板を加熱しながら搬送する必要のある装置であれば、本発明を適用することができる。

１０ 基板加熱搬送装置
２０ 加熱源
３０ ローラ
４０ 均熱板
５０ 補完ブロック
１００ ガラス基板

Claims (6)

1. 平板状の基板を加熱しながら搬送する基板加熱搬送装置であって、
   一様に加熱される平面状の加熱面を有する加熱手段と、
   上記加熱面上に載置され該加熱面から受ける熱を均一化する平板状の均熱板と、
   上記均熱板上への上記基板の積み降ろしを含めて該基板を搬送する搬送手段と、
   を具備し、
   上記均熱板は該均熱板の両主面間を貫通する複数の貫通孔を有しており、
   上記搬送手段は、上記複数の貫通孔を上記均熱板と同等の部材で埋める第１状態と該複数の貫通孔を開放する第２状態とのいずれか一方の状態に該均熱板を遷移させる状態遷移手段と、上記均熱板が上記第２状態にあるときに上記複数の貫通孔を介して上記基板の下面に接触して該基板の搬送を実行する搬送実行手段と、を含み、
   上記加熱手段は上記均熱板が上記第２状態にあるときに上記搬送実行手段を上記加熱面よりも上方に突出させて上記複数の貫通孔を介して上記基板の下面に接触させる突出路を有し、
   上記均熱板が上記第１状態にあるときに上記基板の加熱が行われる、
   基板加熱搬送装置。
2. 上記突出路は不変であり、
   上記均熱板の面内方向の熱伝導率は該均熱板の面外方向の熱伝導率よりも高い、
   請求項１に記載の基板加熱搬送装置。
3. 上記均熱板は同種または異種の複数の素材が積層されることによって形成された、
   請求項２に記載の基板加熱搬送装置。
4. 平板状の基板を加熱しながら搬送する基板加熱搬送装置であって、
   一様に加熱される平面状の加熱面を有する加熱手段と、
   上記加熱面上に載置され該加熱面から受ける熱を均一化する平板状の均熱板と、
   上記均熱板上への上記基板の積み降ろしを含めて該基板を搬送する搬送手段と、
   を具備し、
   上記均熱板は該均熱板の両主面間を貫通する複数の貫通孔を有しており、
   上記搬送手段は、上記複数の貫通孔を上記均熱板と同等の部材で埋める第１状態と該複数の貫通孔を開放する第２状態とのいずれか一方の状態に該均熱板を遷移させる状態遷移手段と、上記均熱板が上記第２状態にあるときに上記複数の貫通孔を介して上記基板の下面に接触して該基板の搬送を実行する搬送実行手段と、を含み、
   上記加熱手段は上記加熱面上から上記搬送実行手段を突出させる突出路を有し、
   上記突出路は不変であり、
   上記均熱板の面内方向の熱伝導率は該均熱板の面外方向の熱伝導率よりも高い、
   基板加熱搬送装置。
5. 上記均熱板は同種または異種の複数の素材が積層されることによって形成された、
   請求項４に記載の基板加熱搬送装置。
6. 上記搬送実行手段は回転駆動するローラを含む、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の基板加熱搬送装置。

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