JP5563318B2 - 基板支持装置、基板処理装置、基板支持方法、基板支持装置の制御プログラム及び記録媒体 - Google Patents

基板支持装置、基板処理装置、基板支持方法、基板支持装置の制御プログラム及び記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、基板を支持しながら真空室間を移動する基板支持装置、複数の真空室を気密接続したインライン型の基板処理装置、基板支持方法、基板支持装置の制御プログラム及び記録媒体に関する。
インライン型の基板処理装置では、薄膜成膜を行うプロセスチャンバを含む複数の真空室が気密接続されている。このインライン型基板処理装置には、基板に対して連続的に真空成膜処理が施されるように、基板を支持しながら真空室間を移動する基板支持装置（キャリア）が備えられている。この基板支持装置は、生産性を向上させる観点から、複数の基板を搭載して回転可能な円板状のパレットを備え、このパレットを鉛直姿勢で保持しつつも、基板の両面側から同時に薄膜成膜可能なように構成されている。
これに関連する技術として、１以上の基板を搭載可能なパレットを備え、並進移動可能なキャリア上に支持体を介して固定された回転支持機構によってパレットの中央部を回転可能に支持する基板支持装置が提案されている（特許文献１参照）。この基板支持装置は、キャリア上に固定された第１の支持体に掛け渡された第２の支持体の中央部に回転支持機構が備えられており、パレットと基板支持装置とは分離不可能な構造となっている。
しかし、特許文献１の技術では、パレットと基板支持装置とが一体的な構造となっているため、支持装置自体に回転支持機構を搭載する必要があり、大型の回転駆動源を搭載することができず、回転速度を向上させることができない。また、パレットの交換が煩雑で、装置が重く複雑な構造となり、真空室間における搬送速度が遅くなる。したがって、インライン式基板処理装置における生産性の向上を図ることが困難であった。
実開平０７−１５７７３号公報（図１参照）
そこで、キャリア上に回転機能付支持台を搭載し、この回転機能付支持台上にパレットを載せるだけの構造を採用し、プロセスチャンバ内にキャリアからパレットを上方に持ち上げて分離させるリフト機構と、パレットの中央部を回転可能に保持する機構を設けた基板支持装置が考えられる。
この装置によれば、パレットと基板支持装置とが分離可能な構造であり、特許文献１における種々の問題に対応しうる構造を有しているが、次のような新たな問題が生じている。
即ち、回転機能付支持台上のパレットをプロセスチャンバ内に設置のリフト機構によりパレット外径部を把持して上昇させ、パレット中央部を同チャンバ内に設置のパレット保持駆動機構で回転可能に保持し、キャリアから分離した状態で成膜している。しかし、チャンバ内は摂氏１００度〜３００度の高温環境であるので、パレットの温度上昇によってパレット外径が熱膨張し、その中心位置も上昇する。これにより、リフト機構による昇降動作時にパレット中心位置がずれてパレット保持駆動機構が正常に動作せず、パレットを保持できなくなるという問題があった。また、リフト動作に時間がかかり、生産タクトの向上の弊害となっていた。したがって、各プロセス条件によって上昇位置を調整して使用するなどの工夫をして動作させる必要があった。
また、パレットは回転機能付支持台上に載っているだけの構造である。したがって、リフト動作異常やパレット保持動作異常などの機構上の動作異常が発生すると、パレットの回転機能付支持台上からの落下や、落下せずとも保持位置がずれるなどの搬送異常が生じるという問題があった。これにより、次工程での異常発生が生じ易く、場合によっては生産を停止してメンテナンスをしなければならなくなり、生産性に劣るという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑み、パレットの保持構造を改良して、パレット保持の信頼性及び動作の信頼性を確保し、搬送異常を防止して生産性を向上できる基板支持装置及びこれを備えたインライン型の基板処理装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記目的を達成しうる基板支持方法、制御プログラム及び記録媒体を提供する。
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。
即ち、第１の発明に係る基板支持装置は、１以上の基板を搭載するパレットと、
支持装置本体に備えられ、上記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ上記支持装置本体から分離させた状態で、上記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
上記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
上記支持装置本体を移動する移動機構と、
を備え、
上記パレット両端保持機構は、上記パレットの径方向両端部をその板厚方向の両側から把持する機構であって、上記支持装置本体の移動中は、該パレット両端保持機構が上記パレットを上記支持装置本体から分離した状態で保持し、
上記パレット両端保持機構による保持と上記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって上記パレットが上記支持装置本体から分離した状態で保持され、
基板処理時は上記パレット中央保持機構によって上記パレットの中心部を、該パレットが上記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持し、上記パレット両端保持機構による保持は解除されることを特徴とする基板支持装置である。
また、第２の発明に係る基板支持装置は、１以上の基板を搭載するパレットと、
支持装置本体に備えられ、上記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ上記支持装置本体から分離させた状態で、上記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
上記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
上記支持装置本体を移動する移動機構と、
を備え、
上記パレット両端保持機構は、上記パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合する機構であって、上記支持装置本体の移動中は、該パレット両端保持機構が前記パレットを上記支持装置本体から分離した状態で保持し、
上記パレット両端保持機構による保持と上記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって上記パレットが上記支持装置本体から分離した状態で保持され、
基板処理時は上記パレット中央保持機構によって上記パレットの中心部を、該パレットが上記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持し、上記パレット両端保持機構による保持は解除されることを特徴とする基板支持装置である。
第１の発明に係る基板支持装置によれば、上記パレット両端保持機構は、パレットの径方向両端部をその板厚方向の両側から把持する機構であるので、搬送中のパレットの落下や位置ずれが生じない。また、板厚方向の両側から把持する機構であるので、パレットが加熱されて熱膨張した場合に、熱膨張によるパレット外径の増加分を許容する程度に面内方向へずれうる。さらに、上記パレット両端保持機構による保持と上記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって上記パレットが保持される。したがって、パレットの中心位置のずれなく、上記パレット中央保持機構によるパレット保持の信頼性及び動作の信頼性を確保し、搬送異常を防止して生産性を向上できる。
第２の発明に係る基板支持装置によれば、上記パレット両端保持機構は、パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合する機構であるので、搬送中のパレットの落下や位置ずれが生じない。また、上記係合部にその径方向外方から係合する機構であるので、パレットが加熱されて熱膨張した場合に、熱膨張によるパレット外径の増加分を許容する程度に面内方向へずれうる。さらに、上記パレット両端保持機構による保持と上記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によってパレットが保持される。
したがって、第１および第２の発明によれば、パレットの中心位置のずれなく、上記パレット中央保持機構によるパレット保持の信頼性及び動作の信頼性を確保し、搬送異常を防止して生産性を向上できる。
本発明に係るインライン型基板処理装置の概略構成を例示する平面図である。 第１の実施形態の基板支持装置の概略構成を示す正面図及び上面図である。 第１の実施形態のパレット両端保持機構の構成を示す概略正面断面図である。 第１の実施形態のパレット両端保持機構の閉状態を示す概略上面断面図である。 第１の実施形態のパレット両端保持機構の開状態を示す概略上面断面図である。 第１の実施形態のクリップ開放機構の構造を示す概略上面断面図である。 コントローラを例示するブロック図である。 第１の実施形態のパレット保持機構の動作を説明する図である。 第２の実施形態の基板支持装置を示す正面図である。 第２の実施形態のパレット両端保持機構の開状態を示す正面図である。 第２の実施形態のパレット保持機構の動作を説明する概略図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
〈第１の実施形態〉
図１から図６を参照して、第１の実施形態のインライン型基板処理装置、基板支持装置、基板支持装置の制御プログラム及び記録媒体について説明する。
〔インライン型基板処理装置の構成〕
まず、図１を参照して、本発明に係るインライン型基板処理装置の概略構成について説明する。図１は、本発明に係るインライン型基板処理装置の概略構成を例示する平面図である。
図１に示すように、本実施形態のインライン型基板処理装置は、基板１２（図２参照）の搬送方向に沿って複数の真空室が気密接続され、基板１２に対して連続的に真空成膜処理が施される装置である。即ち、プロセスチャンバ２を含む複数の真空室（真空チャンバ）２が気密接続されており、例えば、磁気ディスクの製造に用いられる。本実施形態の基板処理装置では、複数の真空チャンバ２が、例えば、方形状のループを形成するように無端状に接続配置されているが、チャンバの数や配置形状は限定されない。各真空チャンバ２は、専用または兼用の排気系よって内部が真空排気される真空容器である。各真空チャンバ２の境界部には、ゲートバルブ３が介設され、各真空チャンバ２が気密状態を保って接続されている。
この基板処理装置内の真空空間において、基板はキャリア（本発明の基板支持装置に相当）１に搭載されて真空室間を搬送される。接続された複数の真空チャンバ２内には、キャリア１の搬送路（搬送軌道）が設置されており、装置本体（ホルダ）９（図２参照）の下部には上記搬送路に沿ってキャリア１を移動させる不図示のマグネット式の搬送機構（移動機構）が敷設されている。本実施の形態では、マグネット式の搬送機構を採用しているが、ラック・アンド・ピニオン機構のようなギヤ機構等の他の形式の搬送機構であってもよい。
基板処理装置の複数の真空チャンバ２のうち、方形の一辺に配置された二つのチャンバが、キャリア１への基板の搭載を行なう基板供給チャンバ４及びキャリア１からの基板の回収を行なう基板排出チャンバ５となっている。また、方形の角部分には、キャリア１の搬送を９０度方向転換可能な方向転換機構を備えた方向転換チャンバ６が備えられている。また、方向転換チャンバ６の１つには、キャリア１の供給排出チャンバ７がゲートバルブ３を介して接続されている。
プロセスチャンバ内には真空薄膜成膜を行う不図示のターゲット支持部が配置されており、ターゲット支持部に固定されたターゲットはチャンバ内にキャリア１が静止した状態で、パレットの両面に対向するように、該パレットの回転中心と同心円状の形状を有している。
〔キャリア１の構造〕
次に、図２を参照して、上記真空室間を搬送される基板支持装置としてのキャリア１の構造について説明する。図２は、第１の本実施形態の基板支持装置の概略構成を示す正面図及び上面図である。
図２に示すように、キャリア１は、１以上の基板１２を搭載するパレット８と、トレイ状の支持装置本体（装置本体）９と、この装置本体９の両端部に備えられ、パレット８の径方向両端部を保持するアーム１４及びパレット両端保持機構１５と、を備えている。
パレット８は円板状を呈し、その両面（搭載面）には複数の基板１２を搭載しており、基板搭載面を鉛直姿勢にした状態で、上記パレット両端保持機構によって保持される。本実施の形態のパレット８では、例えば、円周方向に等間隔に４枚の基板１２を搭載しているが、その搭載数はこれに限定されない。なお、真空チャンバ２内に収まるパレットの外径寸法と搭載基板サイズから、例えば、搭載枚数は４枚、８枚、１２枚、１６枚が実用的な搭載数である。
パレット両端保持機構１５は、装置本体９の両端部に鉛直方向（垂直）に起立させて配されたアーム１４と、その先端部に備えられ、パレット８の水平中心線の延長上でパレット８の径方向両端部を保持する保持部材１５と、を有している。保持部材１５は、パレット８の径方向両端部を板厚方向の両側から挟み込んでパレット８を鉛直姿勢で保持可能なクリップ機構であり、パレット水平方向中心線の延長上に備えられている。この保持部材１５は、基板処理中において、これに外力を付与して把持（挟む力）を開放させるクリップ開放機構２４により付勢されてパレット８の径方向両端部から脱離可能となっている。なお、クリップ開放機構２４については後述する。
装置本体９の下部には、真空室間でキャリア１を移動させる上記マグネット式の搬送機構と磁気連結させるための搬送マグネット１１を有するスライダー１０が固定されている。本実施の形態では、上記マグネット式の搬送機構に対応させてスライダー１０に搬送マグネット１１を固定しているが、これに限定されず、例えば、ラック・アンド・ピニオン機構のラックを固定してもよい。
また、パレット８の搭載面の中心部には、このパレット８の中心部を回転可能に保持するパレット中央保持機構１３が配されている。このパレット中央保持機構１３は、各真空チャンバ２内に設置されたパレット保持駆動機構２３によって、回転駆動される。本実施の形態のパレット中央保持機構１３は、長穴状に開口された穴として形成されている。他の形式のパレット保持駆動機構２３としては、例えば、チャック式、十字穴式、ピン挿入式、歯車状式等の一般的な連結機構を搭載することができる。即ち、パレット中央保持機構１３は、基板処理中はパレット８の中心部に移動して該パレット８を保持し、装置本体９の移動中はパレット８の中心部から退避するパレット保持駆動機構２３と連結される。
〔パレット両端保持機構の具体的構成〕
次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、パレット両端保持機構１５の具体的な構造について説明する。図３Ａは、第１の実施形態のパレット両端保持機構１５の構成を示す概略正面断面図である。図３Ｂは、第１の実施形態のパレット両端保持機構１５の閉状態を示す概略上面断面図である。図３Ｃは、第１の実施形態のパレット両端保持機構１５の開状態を示す概略上面断面図である。
これらの図面に示すように、パレット両端保持機構１５は、パレット８の外径の両端付近を板厚方向の両側から挟み込んでパレット８の基板搭載面を鉛直姿勢に沿わせて把持することが可能な保持機構となっている。即ち、パレット両端保持機構１５は、一対の開閉可能な外殻板１６を備えている。外殻板１６の開閉機構は、外殻板１６の間の幅方向両端部にベアリング１７を配置し、ベアリング１７間をシャフト１８で連結し、外殻板１６がシャフト１８を中心として開閉するように組み立てる。さらに、シャフト１８の周囲にコイルバネ１９を配し、シャフト１８を中心としてコイルバネ１９が外殻板１６の一端側を外に押し出すように付勢力が掛かるように配置する。
パレット８を挟み込む接触部にはクッション材としてのバッド２０を外殻板１６の内側に配置し、パレット８との接触によるバッド２０の磨耗時には簡単に交換可能とする。
本実施の形態のパレット両端保持機構１５は、パレット８の板厚方向の両側からパレット８の径方向両端部を挟み込む等、保持可能なクリップ機構として形成されている。このクリップ機構は、外殻板１６に外力を加えない状態では、パレット８をコイルバネ１９のバネ力にて挟み込むように力が加わり、パレット８の径方向両端部を保持する。外殻板１６にバネが縮む向きの外力を加えることで、外殻板１６に配置されたパッド２０がパレット８から離れる向きに広がり、パレット８の保持を開放する。
本実施形態では、コイルバネ１９のバネ力を利用した構造を採用しているが、これに限定されず、開閉動力としては板バネやマグネットなどを採用してもよい。その他、外力を開放することで把持力を発生させる要素にて構成し、外力が付与されない状態ではパレット８を保持し、外力を付与することでパレット８の保持を開放可能な構造を採用することができる。
外殻板１６の外力付与側の間には、ケース２１が備えられている。このケース２１には、パレット８がない場合に外殻板１６がバネ力によって閉方向に閉じ過ぎないようにするストッパ（図示せず）と、外力によって外殻板１６が開方向に広がり過ぎないようにするストッパが配置されている。真空薄膜形成プロセスは、外殻板１６を開方向に広げてパレット８を開放した状態で実施するため、コイルバネ１９等のパレット両端保持機構１５の内部の部品に成膜されないように、内部部品の露出を防止するシールド２２が配置されている。
次に、図４を参照して、パレット両端保持機構１５に外力を付与するクリップ開放機構２４の具体的な構造について説明する。図４は、第１の実施形態のクリップ開放機構の構造を示す概略上面断面図である。
図４に示すように、開放機構２４は、パレット両端保持機構１５の外殻板１６に外力を付与して挟む力を開放させ、パレット両端保持機構１５をパレット８の径方向両端部から脱離させる機構である。具体的には、クリップ開放機構２４は、真空チャンバ２内に停止したキャリア１の両端部に搭載されたパレット両端保持機構１５に相対した位置に配置されており、且つパレット両端保持機構１５の外殻板１６に両側から外力を付与することができるように二対配置されている。
クリップ開放機構２４は、気密性および伸縮性を有するシール部材としてのベローズ４１と、ベローズ４１の内部に挿通された連結シャフト４２とを備えており、シリンダロッド４２の先端に押付け部４３が設けられている。シリンダロッド４２の後端にはシリンダ装置４０が接続されており、シリンダロッド４２の軸方向に駆動することで、パレット保持機構１５の外殻部１６に対して押付け部４３を押付けて外力を与え、パレット８を開放する。このとき、クリップ開放機構２４の動作は、二対のシリンダ装置４０がほぼ同時に動き、キャリア１が傾かないように制御されている。
次に、図５を参照して、本実施形態の基板支持装置１に備えられ、その動作を制御するコントローラについて説明する。図５は、コントローラを例示するブロック図である。
図５に示すように、本実施形態の基板支持装置１には、一連のパレット保持機構の動作を制御するコントローラ３１Ａ０が備えられている。即ち、プロセスコントローラ３１Ａ０は、基板支持装置１からの入力信号を受け取り、一連のパレット保持機構を動作させる制御プログラムに基づいて、基板支持装置１に動作指示を出力するようになっている。プロセスコントローラ３１Ａ０は、それぞれ一般的なコンピュータ３１Ａ１の基本構成を有する。即ち、これらは、入力部３１Ａ２、プログラム及びデータを格納する記憶部３１Ａ３、プロセッサ（ＣＰＵ）３１Ａ４及び出力部３１Ａ５を備え、対応する装置を制御する。
プロセッサ３１Ａ４は、制御プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理等を行う。記憶部３１Ａ３は、予め各種プログラムやパラメータを格納しておくＨＤＤやＲＯＭ、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ等からなる。入力部３１Ａ２は、基板支持装置１からのデータ入力機能の他に、外部からの命令の入力を可能とする。
〔パレット保持機構の作用効果、基板支持方法、制御プログラム及び記録媒体〕
次に、図６（ａ）から（ｃ）を参照して、本実施形態の基板支持装置１の作用と共に、この装置１を用いて実施する本発明に係る基板支持方法について説明する。図６は、第１の実施形態のパレット保持機構の動作を説明する図である。なお、第１の実施形態の基板支持方法のアルゴリズムは、コントローラ３１Ａ０の記憶部３１Ａ３に制御プログラムとして記憶されており、動作開始の際にプロセッサ３１Ａ４により読み出されて実行される。
ここで、制御プログラムは、装置本体の移動中は、パレット両端保持機構１５によってパレット８の径方向両端部をその板厚方向の両側から把持して、当該パレット８を保持する手順を有する。また、パレット両端保持機構１５による保持とパレット中央保持機構１３による保持との受け渡し時は、双方の保持機構１３、１５によって上記パレット８を保持する手順を有する。さらに、基板処理時は、パレット中央保持機構１３によってパレット８の中心部を回転可能に保持するとともに、パレット両端保持機構１５による保持を解除する手順を有する。
第１の実施形態の制御プログラムは、コンピュータ（ＰＣ）等のコントローラ３１Ａ０により読み取り可能な記録媒体に記録されて、コントローラ３１Ａ０の記憶部３１Ａ３にインストールされる。
記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ＺＩＰ（登録商標）等の磁気記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ（登録商標）、ＰＤ等の光ディスク等が挙げられる。また、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア（登録商標）、メモリースティック（登録商標）、ＳＤカード等のフラッシュメモリ系、マイクロドライブ（登録商標）、Ｊａｚ（登録商標）等のリムーバブルディスクが挙げられる。
まず、図６（ａ）は、キャリア１が真空室間を移動するときの状態であり、プロセス実施前の搬送時のキャリア１の状態である。この状態は、説明の都合上、パレット８は全く熱膨張していない状態とする。パレット保持機構１５にてパレット８の径方向両端部を板厚方向の両側から挟んでパレット８の基板搭載面を鉛直姿勢に合わせて保持する。なお、キャリア１が真空室間を移動するときは、パレット保持駆動機構２３はパレット８の中央部に配されたパレット保持機構１３には連結されていない状態になっている。
また、図６（ｂ）はプロセス処理中（基板処理時）のキャリア１の状態である。図６（ａ）の状態で真空チャンバ２内に停止した後、真空チャンバ２内に設置されたパレット保持駆動機構２３がパレット中央保持機構１３を連結して、パレット８の中央部が回転可能に保持される。さらに、真空チャンバ２内に設置されたクリップ開放機構２４にて、パレット保持機構１５に対してパレット８を開放する向きに外力を与えてパレット８の保持を解除する。
この状態でパレット８が静止し、もしくは回転した状態でプロセス処理を実施する。パレット８の熱膨張はスパッタや加熱などのプロセス中に発生する。パレット８の熱膨張による面積増加分２５を誇張してハッチング部で示している。実際に製作したＡ５０５２製パレット８の外径はφ５９０ｍｍで常温２０℃から３００℃（温度上昇２８０℃）の場合の計算上の熱膨張は約４ｍｍとなる。
さらに、図６（ｃ）はキャリア１が真空チャンバ間を移動するときの状態で、プロセス処理の実施後で、熱膨張した後のキャリア１の状態である。プロセス処理の終了後、パレット保持機構１５からクリップ開放機構２４を脱離させて、パレット保持機構１５でパレット８の径方向両端部を保持する。これと共に、パレット中央保持機構１３からパレット保持駆動機構２３を脱離させて、パレット８の中心部を開放する。この状態は図６（ａ）の状態と同様のパレット８の保持状態であるが、パレット両端保持機構１５は把持機構であり、パレット８の把持位置をずらして面内方向へずれうるので、熱膨張によるパレット外径の面積増加分２５を許容して把持しうる。また、パレット中央保持機構１３及びパレット保持駆動機構２３でパレット８の中心部を保持した状態で、パレット両端保持機構１５でパレット８の径方向両端部を保持している。したがって、パレット８の熱膨張に影響されず、パレット８の径方向両端部を板厚方向に挟んでパレット８を鉛直姿勢で保持し、パレット中央保持機構１３の位置は図６（ａ）の熱膨張前の位置を維持する。
以上説明したように、第１の実施形態の基板処理装置及び基板支持装置によれば、パレット両端保持機構１５は、パレット８の径方向両端部をその板厚方向の両側から把持する機構であるので、搬送中のパレットの落下や位置ずれが生じない。このようにパレット両端保持機構１５が把持機構であるので、パレット８が加熱されて熱膨張した場合に、熱膨張によるパレット外径の増加分２５を許容する程度に面内方向へずれうる。さらに、パレット両端保持機構１５による保持とパレット中央保持機構１３による保持との受け渡し時は、双方の保持機構１５、１３によってパレット８が保持される。
このように、熱膨張によるパレット８の外径寸法変化によるパレット中央保持位置の変化が最小限に抑えられる。したがって、プロセスチャンバ内でのパレット保持動作が安定して行えるようになり、プロセス条件毎に各機構動作の調整を行う必要がない。さらに、パレット８の熱膨張による寸法変化によるパレット両端保持機構１５への影響が最小限に抑えられ、かつパレット８がパレット両端保持機構１５を介してキャリア１に固定されるので、パレット８が安定して保持される。したがって、パレット８の中心位置のずれなく、パレット保持機構によるパレット保持の信頼性及び動作の信頼性を確保し、搬送異常を防止して生産性を向上できる。
さらに、従来のパレットを上下させるリフト機構が不要になる。これにより、本発明によれば、パレット中央保持→パレット両端保持機構開放→成膜プロセス→パレット保持→パレット中央保持開放という５つの動作シーケンスとなり生産タクトの短縮ができる。なお、従来の技術では、パレット上昇→パレット中央保持→リフト下降→成膜プロセス→リフト上昇→パレット中央保持開放→パレット下降という７つの動作シーケンスが必要であった。
〈第２の実施形態〉
次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図８を参照して、第２の実施形態のインライン型基板処理装置、基板支持装置、基板支持装置の制御プログラム及び記録媒体について説明する。なお、基板支持装置７を備えるインライン型基板処理装置の構成は、第１の実施形態と同様の構成であるので、説明を省略する。また、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。
〔キャリア１の構造、パレット両端保持機構の具体例〕
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、上記真空室間を搬送される基板支持装置としてのキャリア１の構造について説明する。図７Ａは、第２の実施形態の基板支持装置を示す正面図である。図７Ｂは、第２の実施形態のパレット両端保持機構の開状態を示す正面図である。
図７Ａに示すように、キャリア１は、１以上の基板１２を搭載するパレット８と、トレイ状の支持装置本体（装置本体）９と、この装置本体９の両端部に備えられ、パレット８の径方向両端部を保持するパレット両端保持機構２６と、を備えている。なお、１以上の基板１２を搭載するパレット８の構成は、第１の実施形態と同様に構成されている。
パレット両端保持機構２６は、パレット８の径方向両端部に設けられた係合部３１に、その径方向外方から係合するアーム機構であって、パレット水平方向中心線の両端に、装置本体９から鉛直方向（垂直）に起立させて配されている。このアーム機構２６は、基板処理中はパレット８の径方向両端の係合部３１から退避し、装置本体９の移動中はパレット８の径方向両端に移動して該パレット８を保持する係合手段を有している。
具体的には、パレット８の径方向両端部に設けられた係合部３１は、パレット８の搭載面に板厚方向外方へ突設された一対のピンにより形成されており、ピン３１はパレット８の中心部を介して相対向している。
アーム機構２６の一部（パレット水平方向中心線の延長上）には、中央部に溝を有する二股状の係合部材３２が設けられており、この係合部材３２の溝が上記ピン３１に係合するようになっている。本実施の形態では、パレット８の径方向両端部にピン３１を設けているが、これに限定されず、溝であっても構わない。この場合には、係合部材３２側をピンとすることが考えられる。係合部３１と係合部材３２とは、互いに係合し合えばよく、ピンと溝に限定されず、その他の機構を採用してもよい。
アーム機構２６は、その基端部を中心として回動可能（開閉可能）に設けられており、コイルバネ２９によって閉じる方向へ付勢されている。即ち、アーム機構下部と装置本体９との間にコイルバネ２９を配置し、外力が与えられない状態ではパレット８を鉛直姿勢で保持し、外力を与えることでパレット８の保持を開放することが可能な構造となっている。なお、真空薄膜形成プロセス時に、コイルバネ２９等の構成部品に膜が付着しないように、これらを覆うようにシールド３０を配置している。
本実施形態では、コイルバネ２９の付勢力を利用した構造を採用しているが、これに限定されず、開閉動力としては板バネやマグネットなどを採用してもよい。その他、外力を開放することで把持力を発生させる要素にて構成し、外力が付与されない状態ではパレット８を保持し、外力を付与することでパレット８の保持を開放可能な構造を採用することができる。
このアーム機構２６は、線熱膨張係数の異なる２以上の材料を組み合わせて複合形成されている。本実施の形態では、比較的線膨張係数の大きな材料と線膨張係数の小さな材料との２種類の材料を使用して構成されているが、組み合せる材料の種類や数は限定されない。
具体的には、本実施形態では、熱膨張係数の異なる２種類の材料として、例えば、線熱膨張係数の小さい材料をチタン（ＴＰ３４０線熱膨張係数８．４Ｅ−６）、大きい材料をアルミニウム（Ａ５０５２線熱膨張係数２３．８Ｅ−６）を使用した。線熱膨張係数の比率から各材料で形成するアームの長さを決める。チタンとアルミニウムの線熱膨張係数の比率は約１：２．８となるので、チタンで製作したアームＡ２７とアルミニウムで製作したアームＢ２８の長さ比率は２．８：１となるように構成する。
アームＡ２７を鉛直に立て、その上部先端にアームＢ２８を固定して熱膨張向きが相反するように構成し、アームＢ２８の先端にパレット８を保持するための係合部材３２を備える。アーム機構２６はパレット保持時に、熱膨張によるパレット８の外径変化に追従して左右に開閉可能となるように装置本体９に不図示のベアリングを介して固定されており、パレット８のピン３１を径方向外方から挟み込んで保持できるようになっている。
したがって、上記係合部材３２は、パレット８が加熱されて熱膨張した場合に、アーム機構２６を左右に開閉移動させてパレット８の係合部の係合位置をずらし、熱膨張によるパレット８の面積増加分を許容する。アーム自体の熱膨張は、熱膨張係数の比率により構成したアームＡ２７とアームＢ２８の熱膨張差で相殺する。
装置本体９の下部には、真空室間でキャリア１を移動させる上記マグネット式の搬送機構と磁気連結させるための搬送マグネット１１を有するスライダー１０が固定されている。第１の実施形態で説明したように、例えば、スライダー１０にラック・アンド・ピニオン機構のラックを固定してもよい。
また、パレット８の搭載面の中心部には、パレット８の中心部を回転可能に保持するパレット中央保持機構１３が配されている。このパレット中央保持機構１３は、第１の実施形態と同様に長穴状に開口された穴として形成され、各真空チャンバ２内に設置されたパレット保持駆動機構２３によって、回転駆動される（図８参照）。なお、パレット保持駆動機構２３として、例えば、チャック式、十字穴式、ピン挿入式、歯車状式等の一般的な連結機構を搭載することができることは、第１の実施形態と同様である。
さらに、第２実施形態の基板支持装置１には、その動作を制御するコントローラ３１Ａ０が備えられているが、第１の実施形態と同様の構成であるので、説明を省略する。
〔パレット保持機構の作用効果、基板支持方法、制御プログラム及び記録媒体〕
次に、図８（ａ）から（ｃ）を参照して、第２の実施形態の基板支持装置１の作用と共に、この装置１を用いて実施する第２の実施形態の基板支持方法について説明する。図８は、パレット保持機構の動作を説明する図である。なお、第２の実施形態の基板支持方法のアルゴリズムは、コントローラの記憶部３１Ａ３に制御プログラムとして記憶されており、動作開始の際にプロセッサ３１Ａ４により読み出されて実行される（図５参照）。
ここで、制御プログラムは、装置本体の移動中は、パレット両端保持機構２６によってパレット８の径方向両端部に設けられた係合部３１に、その径方向外方から係合する手順を有する。また、パレット両端保持機構２６による保持とパレット中央保持機構１３による保持との受け渡し時は、双方の保持機構１３、２６によってパレット８を保持する手順を有する。さらに、基板処理時は、パレット中央保持機構１３によってパレット８を回転可能に保持するとともに、パレット両端保持機構２６による保持を解除する手順を有する。
第２の実施形態の制御プログラムは、コンピュータ（ＰＣ）等のコントローラ３１Ａ０により読み取り可能な記録媒体に記録されて、コントローラ３１Ａ０の記憶部３１Ａ３にインストールされる（図５参照）。記録媒体としては、第１の実施形態で例示したものが挙げられる。
まず、図８（ａ）はキャリア１が真空室間を移動するときの状態であり、プロセス処理実施前の搬送時のキャリア１の状態である。この状態は、説明の都合上、パレット８は全く熱膨張していない状態とする。パレット８の径方向両端部に設けられたピン３１を水平に位置させ、この延長線上で装置本体９の両端に鉛直に起立させて設置したアーム機構２６の先端部の係合部材３２によって、ピン３１を係合し、パレット８の基板搭載面を鉛直姿勢に合わせて保持する。なお、キャリア１が真空室間を移動するときは、パレット保持駆動機構２３はパレット８の中央部に配されたパレット保持機構１３には連結されていない状態になっている。
また、図８（ｂ）はプロセス処理中（基板処理時）のキャリア１の状態である。図８（ａ）の状態で真空チャンバ２内に停止した後、真空チャンバ２内に設置されたパレット保持駆動機構２３がパレット中央保持機構１３を連結して、パレット８の中央部が回転可能に保持される。さらに、真空チャンバ２内に設置された不図示のアーム開閉機構により、パレット８を開放する向きにアーム機構２６に外力を付与してパレット８の保持を解除する。
この状態でパレット８が静止し、もしくは回転した状態でプロセス処理を実施する。パレット８の熱膨張はスパッタや加熱などのプロセス中に発生する。パレット８の熱膨張による面積増加分２５を誇張してハッチング部で示している。実際に製作したＡ５０５２製パレット８の外径はφ５９０ｍｍで常温２０℃から３００℃（温度上昇２８０℃）の場合の計算上の熱膨張は約４ｍｍとなる。このときアームＡ２７及びアームＢ２８も加熱の影響を受け熱膨張をするが、アームＡ２７はホルダ下部の固定部から上方へ熱膨張し、アームＢ２８はアームＡ２７上部先端の固定部から下方へ熱膨張する。したがって、この熱膨張は線熱膨張係数の比率から同等となるため相殺され係合部材３２の高さは、殆ど変わらない。
さらに、図８（ｃ）はキャリア１が真空室間を移動するときの状態であり、プロセス処理の実施後で、熱膨張した後の搬送時のキャリア１の状態である。プロセス処理の終了後、アーム開閉機構をアーム機構２６から開放してパレット８を保持する。これと共に、パレット中央保持機構１３からパレット保持駆動機構２３を脱離させて、パレット８の中心部を開放する。この状態は図８（ａ）の状態と同様のパレット８の保持状態であるが、アーム機構２６は開閉機構であり、左右に開閉して面内方向へずれうるので、熱膨張によるパレット外径の面積増加分２５を許容して把持しうる。また、パレット中央保持機構１３及びパレット保持駆動機構２３でパレット８の中心部を保持した状態で、アーム機構２６の係合部材３２でパレット８の径方向両端部を保持している。したがって、パレット８の熱膨張に影響されず、パレット８の径方向両端部を板厚方向に挟んでパレット８を鉛直姿勢で保持し、パレット中央保持機構１３の中心位置は図８（ａ）の熱膨張前の位置を維持する。
以上説明したように、第２の実施形態の基板処理装置及び基板支持装置によれば、アーム機構２６は、パレット８の径方向両端部に設けられたピン３１に、その径方向外方から係合する係合部材３２を有しているので、搬送中のパレットの落下や位置ずれが生じない。また、係合部材３２はピン３１その径方向外方から係合する機構であり、アーム機構２６が開閉可能であるので、パレット８が加熱されて熱膨張した場合に、熱膨張によるパレット外径の増加分２５を許容する程度に面内方向へずれうる。さらに、アーム機構２６による保持とパレット中央保持機構１３による保持との受け渡し時は、双方の保持機構２６、１３によってパレット８が保持される。
また、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、熱膨張によるパレット８の外径寸法変化によるパレット中央保持位置の変化が最小限に抑えられ、プロセス条件毎に各機構動作の調整を行う必要がない。さらに、パレット８の熱膨張による寸法変化によるパレット保持機構２６への影響が最小限に抑えられ、かつパレット８がアーム機構２６の係合部材３２を介してキャリア１に固定されるので、パレット８が安定して保持される。
さらに、アーム機構２６が開閉機構であるので、従来のパレットを上下させるリフト機構が不要になる。したがって、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、パレット中央保持→パレット両端保持機構開放→成膜プロセス→パレット保持→パレット中央保持開放という５つの動作シーケンスとなり生産タクトの短縮ができる。
１ 基板支持装置（キャリア）
２ 真空チャンバ
３ ゲートバルブ
８ パレット
９ 装置本体
１１ 搬送マグネット（移動機構）
１２ 基板
１３ パレット中央保持機構
１５ パレット両端保持機構
２３ パレット保持駆動機構
２４ クリップ開放機構
２５ 熱膨張によるパレット面積増加分
２６ パレット両端保持機構（アーム機構）
２７ アームＡ
２８ アームＢ
３１ ピン（係合部）
３２ 係合部材

Claims (21)

  1. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備え、
    前記パレット両端保持機構は、前記パレットの径方向両端部をその板厚方向の両側から把持する機構であって、前記支持装置本体の移動中は、該パレット両端保持機構が前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持し、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットが前記支持装置本体から分離した状態で保持され、
    基板処理時は前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持し、前記パレット両端保持機構による保持は解除されることを特徴とする基板支持装置。
  2. 前記パレット中央保持機構は、基板処理中は前記パレットの中心部に移動して該パレットを保持し、前記支持装置本体の移動中は前記パレットの中心部から退避する駆動機構と連結されることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
  3. 前記パレット両端保持機構は、前記支持装置本体の両端部に鉛直方向に起立させて配されたアームと、前記アームの先端部に備えられ、前記パレットの水平中心線の延長上で前記パレットの径方向両端部を保持する保持部材と、を有し、前記保持部材は、前記パレットの径方向両端部を該パレットの板厚方向の両側から挟み込んで、該パレットを鉛直方向に起立させて保持するクリップ機構であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板支持装置。
  4. 前記クリップ機構は、外力を開放することで把持力を発生させる要素にて構成され、外力が付与されない状態ではパレットを保持し、外力を付与することでパレットの保持を開放可能な構造を有することを特徴とする請求項３に記載の基板支持装置。
  5. 前記クリップ機構は、パレットが加熱されて熱膨張した場合に、パレットの把持位置をずらして、熱膨張によるパレットの面積増加分を許容することを特徴とする請求項３または４に記載の基板支持装置。
  6. 前記クリップ機構は、これに外力を付与して把持を開放させる開放機構を備えていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の基板支持装置。
  7. 基板の搬送方向に沿って複数の真空室が気密接続され、前記基板に対して連続的に真空成膜処理が施されるインライン型基板処理装置において、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の基板支持装置を備え、
    前記基板支持装置によって、前記基板を搭載するパレットは鉛直方向に起立された状態で真空室間を移動するように構成され、前記パレットの両面に対向するように、該パレットの回転中心と同心円状のターゲットを固定する支持部が配置されていることを特徴とする基板処理装置。
  8. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備える基板支持装置を用いて実施する基板支持方法であって、
    前記支持装置本体の移動中は、前記パレット両端保持機構によって前記パレットの径方向両端部をその板厚方向の両側から把持して前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    基板処理時は、前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するとともに、前記パレット両端保持機構による保持は解除する手順と、
    を有することを特徴とする基板支持方法。
  9. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備える基板支持装置のコントローラに、
    前記支持装置本体の移動中は、前記パレット両端保持機構によって前記パレットの径方向両端部をその板厚方向の両側から把持して前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    基板処理時は、前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するとともに、前記パレット両端保持機構による保持を解除する手順と、
    を実行させることを特徴とする基板支持装置の制御プログラム。
  10. 請求項９に記載の制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
  11. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備え、
    前記パレット両端保持機構は、前記パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合する機構であって、前記支持装置本体の移動中は、該パレット両端保持機構が前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持し、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットが前記支持装置本体から分離した状態で保持され、
    基板処理時は前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持し、前記パレット両端保持機構による保持は解除されることを特徴とする基板支持装置。
  12. 前記パレット中央保持機構は、基板処理中は前記パレットの中心部に移動して該パレットを保持し、前記支持装置本体の移動中は前記パレットの中心部から退避する駆動機構と連結されることを特徴とする請求項１１に記載の基板支持装置。
  13. 前記パレット両端保持機構は、基板処理中は前記パレットの径方向両端から退避し、前記支持装置本体の移動中は前記パレットの径方向両端に移動して該パレットを保持する係合部材を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板支持装置。
  14. 前記係合部材は、前記パレットが加熱されて熱膨張した場合に、前記パレットの係合部の係合位置をずらして、熱膨張による前記パレットの面積増加分を許容することを特徴とする請求項１３に記載の基板支持装置。
  15. 前記パレットの径方向両端部に設けられた係合部はピンもしくは溝であって、
    前記係合部材は、前記パレット水平方向中心線の両端に鉛直方向に起立して設けられたアーム機構の一部であり、該アーム機構が前記係合部に係合することを特徴とする請求項１３または１４に記載の基板支持装置。
  16. 前記パレット両端保持機構は、前記パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合するアーム機構であって、パレット水平方向中心線の両端に、前記支持装置本体から鉛直方向に起立させて配されており、前記アーム機構は、基板処理中は前記パレットの径方向両端の係合部から退避し、前記支持装置本体の移動中は前記パレットの径方向両端に移動して該パレットを保持する係合手段を有していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板支持装置。
  17. 前記アーム機構は、線熱膨張係数の異なる２以上の材料を組み合わせて複合形成されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の基板支持装置。
  18. 基板の搬送方向に沿って複数の真空室が気密接続され、前記基板に対して連続的に真空成膜処理が施されるインライン型基板処理装置において、
    請求項１１から１７のいずれか１項に記載の基板支持装置を備え、
    前記基板支持装置によって、前記基板を搭載するパレットは鉛直方向に起立された状態で真空室間を移動するように構成され、前記パレットの両面に対向するように、該パレットの回転中心と同心円状のターゲットを固定する支持部が配置されていることを特徴とする基板処理装置。
  19. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備える基板支持装置を用いて実施する基板支持方法であって、
    前記支持装置本体の移動中は、前記パレット両端保持機構によって前記パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合して前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    基板処理時は、前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するとともに、前記パレット両端保持機構による保持を解除する手順と、
    を有することを特徴とする基板支持方法。
  20. １以上の基板を搭載するパレットと、
    支持装置本体に備えられ、前記パレットを鉛直方向に起立させ、かつ前記支持装置本体から分離させた状態で、前記パレットの径方向両端部を保持するパレット両端保持機構と、
    前記パレットの搭載面の中心部に配され、該パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するためのパレット中央保持機構と、
    前記支持装置本体を移動する移動機構と、
    を備える基板支持装置のコントローラに、
    前記支持装置本体の移動中は、前記パレット両端保持機構によって前記パレットの径方向両端部に設けられた係合部に、その径方向外方から係合して前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    前記パレット両端保持機構による保持と前記パレット中央保持機構による保持との受け渡し時は、双方の保持機構によって前記パレットを前記支持装置本体から分離した状態で保持する手順と、
    基板処理時は、前記パレット中央保持機構によって前記パレットの中心部を、該パレットが前記支持装置本体から分離した状態で回転可能に保持するとともに、前記パレット両端保持機構による保持を解除する手順と、
    を実行させることを特徴とする基板支持装置の制御プログラム。
  21. 請求項２０に記載の制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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