JP5546299B2 - クランプ装置及び基板ホルダー - Google Patents

Description

本発明は、基板を固定するためのクランプ装置及び基板ホルダーに関する。

例えば、成膜装置などの各種の基板処理装置においては、被処理基板は被処理面が露出されて基板ホルダーに固定された状態で所定の処理が施される。また装置によっては、被処理基板が基板ホルダーに固定された状態で搬送されることもある。被処理基板を基板ホルダーに固定するための構造は種々提案されているが、例えば、被処理基板の外周部を複数のクランプによって固定するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

またこのクランプの構造も様々あるが、例えば、スライド式のクランプ装置が多く採用されている。図８は、従来技術にかかるスライド式のクランプ装置を有する基板ホルダーの一例である。この基板ホルダー１００は、被処理基板Ｓが収容される保持部材２００と、被処理基板Ｓ上に配されるバックプレート３００と、保持部材２００に被処理基板Ｓを固定するためのクランプ装置４００とで構成される。クランプ装置４００は、バックプレート３００にスライド可能に設けられた挿入部材４１０と、保持部材２００に設けられて挿入部材４１０が挿入される挿入穴４２０を画成する被挿入部材４３０とで構成される。挿入部材４１０の被挿入部材４３０側の先端部は、バックプレート３００の表面から若干浮き上がるように形成されており、挿入部材４１０をスライドさせて弾性変形させながら被挿入部材４３０の挿入穴４２０に挿入することで、その弾性力によって挿入部材４１０が被挿入部材４３０に係止されるようになっている。

また、被処理基板をクランプするクランプ装置（機構）としては、例えば、水平軸を支点として回動可能であって一端側に被処理基板の押さえ部を有するアームと、このアームの他端側に基板をクランプするための付勢力を付与するばね機構とを有するものもある（特許文献２参照）。

特開２００９−２２８１０５号公報（図２等） 特開平１０−２９６０７２号公報（図３等）

上記のようなクランプ装置によっても、被処理基板を保持部材に良好に保持することはできる。しかしながら、前者のスライド式のクランプ装置では、被挿入部材に挿入した際の挿入部材の弾性力が、例えば、保持部材や被処理基板のうねり（変形）等の影響を受けやすく、被処理基板を保持部材に良好に固定することができない虞がある。具体的には、挿入部材を被挿入部材に挿入することができなという問題や、挿入部材が弾性力によって被挿入部材に十分に係止されず挿入部材が外れてしまうといった問題が生じる虞がある。

また後者のクランプ装置は、被処理基板を保持部材に固定する際に、例えば、特許文献２に記載されているアンクランプ機構等によってアームを押し下げておく必要がある。保持部材の外周部にこのような機構が存在すると、それによって被処理基板の搬送路が制限されてしまい、被処理基板を搬送し難いという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被処理基板を容易に搬送することができ且つ保持部材に良好に固定することができるクランプ装置及び基板ホルダーを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板が収容される収容部を有する保持部材に設けられ、前記収容部に収容された基板を押圧して前記保持部材に固定するクランプ装置であって、ベース部上に支持シャフトを支点として揺動可能に設けられ、その一端側に前記基板に当接する当接部を有すると共に他端側に操作部を備えたクランプアームと、前記基板に当接した前記当接部によって当該基板が押圧されるように前記クランプアームを付勢する付勢部材と、前記当接部を前記ベース部から離間させた状態で前記クランプアームの揺動を規制可能に設けられる規制部材と、を備え、前記規制部材は、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記ベース部と前記クランプアームとの間を前記支持シャフトに沿ってスライド可能に設けられており、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記規制部材を所定量スライドさせることで、当該規制部材が前記クランプアームに当接して当該クランプアームの揺動が規制されることを特徴とするクランプ装置にある。

本発明の第２の態様は、前記クランプアームには、前記規制部材が所定位置にある場合に、前記当接部が前記ベース部に近接した状態で前記規制部材が挿入される挿入孔が設けられていることを特徴とする第１の態様のクランプ装置にある。

本発明の第３の態様は、前記クランプアームと前記ベース部とを電気的に接続するアース板をさらに備えることを特徴とする第１又は２の態様のクランプ装置にある。

本発明の第４の態様は、基板が収容される収容部を有する保持部材と、該保持部材に設けられ、前記収容部に収容された基板を押圧して当該保持部材に固定するクランプ装置と、を備え、該クランプ装置が、ベース部上に支持シャフトを支点として揺動可能に設けられ、その一端側に前記基板に当接する当接部を有すると共に他端側に操作部を備えたクランプアームと、前記基板に当接した前記当接部によって当該基板が押圧されるように前記クランプアームを付勢する付勢部材と、前記当接部を前記基板から離間させた状態で前記クランプアームの揺動を規制可能に設けられる規制部材と、を備え、前記規制部材は、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記ベース部と前記クランプアームとの間を前記支持シャフトに沿ってスライド可能に設けられており、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記規制部材を所定量スライドさせることで、当該規制部材が前記クランプアームに当接して当該クランプアームの揺動が規制されることを特徴とする基板ホルダーにある。

かかる本発明では、付勢部材の付勢力によってクランプアームで被処理基板を押圧して保持部材に固定しているため、各被処理基板のうねり等に個体差があった場合でも、各被処理基板を保持部材に良好に固定することができる。また規制部材によってクランプアームを大きく開いた状態で保持することができるため、被処理基板を所望の方向に容易に搬送することができる。さらには、クランプ装置の小型化を図ることもできる。

本発明に係る基板ホルダーの（ａ）正面図及び（ｂ）裏面図である。 本発明に係る基板ホルダーの断面図である。 本発明に係るクランプ装置の概略斜視図である。 本発明に係るクランプ装置の正面図である。 本発明に係るクランプ装置の動作を説明する図である。 本発明に係るクランプ装置の動作を説明する図である。 本発明に係る基板ホルダーを用いた基板搬送装置の概略図である。 従来技術に係るクランプ装置の平面図及び断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、基板ホルダーの正面図及び裏面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′断面図である。また図３はクランプ装置の概略斜視図であり、図４はクランプ装置の正面図である。

本実施形態に係る基板ホルダー１０は、例えば、ＣＶＤ法により被処理基板Ｓに成膜を行う成膜装置等に用いられるものであり、図示するように、被処理基板Ｓを保持する保持部材２０と、バックプレート３０と、複数のクランプ装置４０とを備える。保持部材２０は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成され、被処理基板Ｓの被処理面を露出する開口部２１を有して被処理基板Ｓの外周部を保持する枠状の部材である。保持部材２０には、被処理基板Ｓが収容される凹部である収容部２２が画成されている。この収容部２２は、被処理基板Ｓの被処理面に当接する当接部２３と被処理基板Ｓの端面に対向する側壁部２４とで構成される。なお収容部２２は、被処理基板Ｓを収容しやすいように、被処理基板Ｓよりもやや大きく形成されている。

バックプレート３０は、被処理基板Ｓと略同一形状の板状部材であり、保持部材２０の収容部２２に収容された被処理基板Ｓ上に配される。バックプレート３０は、被処理基板Ｓの表面を覆い被処理基板Ｓと共にクランプ装置４０によって保持部材２０に固定され、被処理基板Ｓを基板ホルダー１０に固定した際に、被処理基板Ｓに割れ等が発生するのを防止している。またバックプレート３０は、例えば、カーボン等で形成され、成膜装置のアノードとしての役割や、被処理基板Ｓの均熱を図る役割を果たす場合もある。

クランプ装置４０は、保持部材２０の裏面側（被処理基板Ｓの被処理面が露出する面とは反対側）に所定間隔で複数設けられる（図１（ｂ）参照）。本実施形態では、各クランプ装置４０は、保持部材２０の裏面側に設けられた凹部２５内にそれぞれ配されている（図２参照）。各クランプ装置４０が保持部材２０の収容部２２内に収容された被処理基板Ｓに当接（本実施形態では、バックプレート３０を介して被処理基板Ｓに当接）して被処理基板Ｓを当接部２３側に向かって押圧することで、被処理基板Ｓが保持部材２０に固定される。

本実施形態に係るクランプ装置４０は、図３及び図４に示すように、保持部材２０に固定されるベース部４１と、このベース部４１に揺動可能に設けられるクランプアーム４２と、クランプアーム４２を付勢する付勢部材４３（図３では省略）と、所定の状態でクランプアーム４２の揺動を規制する規制部材４４とを備える。

クランプアーム４２は、ベース部４１に設けられた支持シャフト４５を支点として揺動可能に支持されている。支持シャフト４５を挟んだクランプアーム４２の一端側には、保持部材２０の収容部２２に収容された基板（本実施形態では、被処理基板Ｓ及びバックプレート３０）に当接する当接部４６を有する。この当接部４６は、クランプアーム４２の他の部分よも肉厚に形成され、クランプアーム４２を閉じた際にバックプレート３０に当接するように形成された部分である。クランプアーム４２の他端側には、クランプアーム４２を操作するための操作部４７が設けられている。この操作部４７は、例えば、ロボットアーム等によって押圧される部分であり、確実に押圧されるように本実施形態では内面が傾斜する凹状（すり鉢状）に形成されている。成膜時に基板ホルダー１０が加熱或いは冷却されることで、操作部４７とロボットアームとの相対位置に多少のズレが生じることがある。しかしながら、操作部４７が凹状に形成されていることで、多少の位置ずれが生じた場合でも、確実にクランプアーム４２を操作することができる。またクランプアーム４２には、規制部材４４が所定位置に配された状態で挿入される挿入孔４８が設けられている。規制部材４４と挿入孔４８との関係については詳しく後述する。

付勢部材４３は、例えば、コイルばね等のばね部材によって構成され、クランプアーム４２の当接部４６がベース部４１に近づく方向にクランプアーム４２を付勢するように設けられている。つまり付勢部材４３によってクランプアーム４２が付勢されていることで、クランプアーム４２の当接部４６によって被処理基板Ｓが押圧されて保持部材２０に固定される。例えば、本実施形態では、付勢部材４３は、いわゆるダブルトーションコイルバネで構成されており、クランプアーム４２が固定された支持シャフト４５に装着されている。勿論、この付勢部材４３の構成は特に限定されず、クランプアーム４２を所定方向に付勢できるものであればよい。

ここで、付勢部材４３としてコイルばねを用いる場合、成膜時にバックプレート３０等を介して付勢部材４３に高周波電流が流れて、コイルばねである付勢部材４３が加熱されてしまう虞がある。このため、付勢部材４３としてコイルばねを用いる場合には、クランプアーム４２とベース部４１とをアース板等を介して電気的に接続するようにするのが好ましい。これにより、付勢部材４３に電流が流れて付勢部材４３が加熱されてしまうのを防止することができる。

規制部材４４は、クランプアーム４２の当接部４６をベース部４１から離間させた状態、つまりクランプアーム４２を開いた状態で、クランプアーム４２の揺動を規制する。この規制部材４４は、支持シャフト４５に平行して設けられたスライド軸４９に固定されている。このスライド軸４９は、図５に示すように、その軸方向に沿って所定量だけスライド可能に設けられている。したがって、このスライド軸４９に固定された規制部材４４も支持シャフト４５に沿ってベース部４１上を所定量だけスライド可能となっている。具体的には、規制部材４４は、規制部材４４がクランプアーム４２に当接することのない第１の位置と、クランプアーム４２を開いた状態で規制部材４４がクランプアーム４２に当接する第２の位置との間で、スライド可能となっている。

例えば、本実施形態では、上述のようにクランプアーム４２に挿入孔４８が設けられており、規制部材４４は、この挿入孔４８に対応する第１の位置（図５（ａ））と、挿入孔４８からずれた第２の位置（図５（ｂ））との間でスライド可能となっている。すなわち、第１の位置（図５（ａ））では、クランプアーム４２を閉じようとすると、規制部材４４は挿入孔４８に挿入される。したがって、クランプアーム４２によって被処理基板Ｓをクランプすることができる。一方、第２の位置（図５（ｂ））では、クランプアーム４２を閉じようとすると、規制部材４４がクランプアーム４２に当接してしまう。つまり第２の位置では、規制部材４４によってクランプアーム４２の揺動が規制され、クランプアーム４２が開いた状態に維持される。

なお、本実施形態では、クランプアーム４２に挿入孔４８を設け、クランプアーム４２を閉じる際には、この挿入孔４８に規制部材４４が挿入されるようにしたが、例えば、規制部材４４をクランプアーム４２の外側までスライドできるようにしてもよい。

ここで、このようなクランプ装置４０を具備する基板ホルダー１０への被処理基板Ｓの固定方法について説明する。

初期状態では、規制部材４４は第１の位置（図５（ａ））に配されており、付勢部材４３の付勢力によってクランプアーム４２がベース部４１に近接した状態、つまりクランプアーム４２が閉じた状態となっている。

保持部材２０の収容部２２に被処理基板Ｓを収容する場合には、図６（ａ）に示すように、付勢部材４３の付勢力に抗してロボットアーム等の押圧手段でクランプアーム４２の操作部４７を押圧してクランプアーム４２を開く。この状態で、規制部材４４（スライド軸４９）を第２の位置までスライドさせる（図５（ｂ）参照）。その後、押圧手段による操作部４７の押圧を解除すれば、クランプアーム４２に規制部材４４が当接して、クランプアーム４２は開いた状態のまま維持される。この状態で、被処理基板Ｓ及びバックプレート３０を保持部材２０まで搬送し、これら被処理基板Ｓ及びバックプレート３０を保持部材２０の収容部２２に収容する。

このとき、クランプアーム４２は規制部材４４によって開いた状態に維持されており、操作部４７を押圧するための押圧手段（ロボットアーム）は保持部材２０から離れた場所にセットされていればよい。したがって、保持部材２０上には比較的広いスペースを確保することができ、被処理基板Ｓ及びバックプレート３０を所望の向きに搬送することができ、被処理基板Ｓ等の取扱いが容易となる。

また被処理基板Ｓ等を保持部材２０の収容部２２に収容する際には、クランプアーム４２の当接部４６側の先端部は、保持部材２０の収容部２２の側壁部２４よりも外側に位置していることが好ましい。これにより、クランプアーム４２に接触させることなく、被処理基板Ｓ及びバックプレート３０を収容部２２に良好に収容することができる。

その後は、ロボットアーム等の押圧手段によりクランプアーム４２の操作部４７を再び押圧し、その状態で規制部材４４を第１の位置まで移動させる（図５（ａ）参照）。この状態で、押圧手段を徐々に上昇させることで、付勢部材４３の付勢力によってクランプアーム４２の当接部４６が徐々にバックプレート３０側に近づいていく。このとき、規制部材４４はクランプアーム４２の挿入孔４８に入り込むことになる。クランプアーム４２の当接部４６は最終的にバックプレート３０に当接し、バックプレート３０を介して被処理基板Ｓがクランプアーム４２によって押圧されて保持部材２０に固定される。つまり、保持部材２０の収容部２２に収容された被処理基板Ｓ及びバックプレート３０が、クランプ装置４０によってクランプされる。

このように本発明に係る基板ホルダー１０では、付勢部材４３の付勢力によってクランプアーム４２で被処理基板Ｓを押圧して保持部材２０に固定（クランプ）しているため、被処理基板Ｓの個体差等に拘わらず、被処理基板Ｓを確実に保持部材２０固定することができる。また規制部材４４によってクランプアーム４２を大きく開いた状態に維持することができるため、上述のように保持部材２０の収容部２２内に被処理基板Ｓを収容し易くなる。さらにはクランプ装置４０の小型化を図ることもできる。

なおこのような基板ホルダー１０は、例えば、成膜装置等において被処理基板を搬送する基板搬送装置の一部として用いられる。基板搬送装置としては、例えば、図７に示すように、被処理基板Ｓが収容された基板ホルダー１０を、略垂直に吊り下げた状態に保持して搬送するものがある。この基板搬送装置５０は、基板ホルダー１０を吊り下げて被処理基板Ｓを略垂直に保持した状態で搬送する搬送手段５１を備える。基板ホルダー１０の保持部材２０には複数の鉤状部５２が設けられる一方、搬送手段５１の下面側にはＵ字状の掛止部材５３が設けられており、基板ホルダー１０は、これら鉤状部５２を掛止部材５３に引っ掛けることで、搬送手段５１に吊り下げられる。

搬送手段５１の上面にはラック５４が設けられており、このラック５４にはピニオンギア５５が係合している。ピニオンギア５５には、例えば、モータ等の図示しない駆動手段が駆動軸５６を介して接続されている。

なお装置のチャンバー内には、基板ホルダー１０を搬送する際のガイドとなる上部レールＲ１及び下部レールＲ２が設けられている。そして、搬送手段５１の側面には、上部レールＲ１上を移動可能に構成される複数の上部ローラー５７が設けられている。また基板ホルダー１０の下端には、下部レールＲ２に挟持される下部ローラー５８が設けられている。

そして、図示しない駆動手段によりピニオンギア５５が回転駆動すると、ラック５４を介して搬送手段５１に動力が伝わり、搬送手段５１が、上部レールＲ１及び下部レールＲ２に沿って移動する。つまり搬送手段５１に吊り下げられた基板ホルダー１０が上部レールＲ１及び下部レールＲ２に沿って搬送されることになる。

このように基板ホルダー１０を略垂直に保持した状態で搬送する場合、保持部材２０から被処理基板Ｓが脱落するといった問題が発生する虞があるが、本発明に係るクランプ装置４０を採用することで被処理基板Ｓを保持部材２０に確実に固定することができ、このような問題の発生を防止することができる。

勿論、本発明のクランプ装置４０及び基板ホルダー１０は、被処理基板Ｓを床面に対して略垂直に保持する縦型の基板搬送装置だけでなく、例えば、被処理基板Ｓを床面に対して水平に保持する横型の基板搬送装置にも採用することができる。

また上述の実施形態では、保持部材２０の収容部２２が、当接部２３と側壁部２４で構成されている例を説明したが、保持部材２０の構成は特に限定されず、例えば、収容部２２は、当接部２３のみで構成されていてもよい。つまり、開口部２１が形成された板状の当接部２３上に載置した被処理基板Ｓをクランプ装置４０により固定するようにしてもよい。

また上述の実施形態では、付勢部材４３としてコイルばねを用いているが、この構成の場合、成膜時にバックプレート３０等を介してこのコイルばねに高周波電流が流れ、コイルばねが加熱されてしまう虞がある。このため、クランプアーム４２とベース部４１とをアース板等を介して電気的に接続するようにし、コイルばねに電流が流れるのを防止するようにしてもよい。これにより、コイルばねである付勢部材４３の加熱を防止することができる。

またバックプレート３０が比較的割れやすい材料で形成されクランプアーム４２が当接する際の衝撃によってバックプレート３０の割れ等が生じる虞がある場合には、バックプレート３０のクランプアーム４２の当接部４６が当接する部分に、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等からなる金属プレートを埋設するようにしてもよい。またバックプレート３０は、必ずしも設けられていなくてもよく、勿論、クランプアーム４２によって被処理基板Ｓを直接押圧するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更をすることができるものである。

１０ 基板ホルダー
２０ 保持部材
２１ 開口部
２２ 収容部
２３ 当接部
２４ 側壁部
２５ 凹部
３０ バックプレート
４０ クランプ装置
４１ ベース部
４２ クランプアーム
４３ 付勢部材
４４ 規制部材
４５ 支持シャフト
４６ 当接部
４７ 操作部
４８ 挿入孔
４９ スライド軸
Ｓ 被処理基板

Claims (4)

1. 基板が収容される収容部を有する保持部材に設けられ、前記収容部に収容された基板を押圧して前記保持部材に固定するクランプ装置であって、
   ベース部上に支持シャフトを支点として揺動可能に設けられ、その一端側に前記基板に当接する当接部を有すると共に他端側に操作部を備えたクランプアームと、
   前記基板に当接した前記当接部によって当該基板が押圧されるように前記クランプアームを付勢する付勢部材と、
   前記当接部を前記ベース部から離間させた状態で前記クランプアームの揺動を規制可能に設けられる規制部材と、
   を備え、
   前記規制部材は、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記ベース部と前記クランプアームとの間を前記支持シャフトに沿ってスライド可能に設けられており、
   前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記規制部材を所定量スライドさせることで、当該規制部材が前記クランプアームに当接して当該クランプアームの揺動が規制されることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記クランプアームには、前記規制部材が所定位置にある場合に、前記当接部が前記ベース部に近接した状態で前記規制部材が挿入される挿入孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記クランプアームと前記ベース部とを電気的に接続するアース板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ装置。
4. 基板が収容される収容部を有する保持部材と、
   該保持部材に設けられ、前記収容部に収容された基板を押圧して当該保持部材に固定するクランプ装置と、を備え、
   該クランプ装置が、
   ベース部上に支持シャフトを支点として揺動可能に設けられ、その一端側に前記基板に当接する当接部を有すると共に他端側に操作部を備えたクランプアームと、
   前記基板に当接した前記当接部によって当該基板が押圧されるように前記クランプアームを付勢する付勢部材と、
   前記当接部を前記基板から離間させた状態で前記クランプアームの揺動を規制可能に設けられる規制部材と、
   を備え、
   前記規制部材は、前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記ベース部と前記クランプアームとの間を前記支持シャフトに沿ってスライド可能に設けられており、
   前記当接部が前記ベース部から離間した状態で、前記規制部材を所定量スライドさせることで、当該規制部材が前記クランプアームに当接して当該クランプアームの揺動が規制されることを特徴とする基板ホルダー。

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