JP5688838B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置に関し、特に、基板の搬送系に関するものである。

処理室内に搬送された基板に対して所定の処理を行う基板処理装置としては、例えば、スパッタ法や、ＣＶＤ法等によって基板に薄膜を成膜する成膜装置がある。また成膜装置等の基板処理装置の構成は様々提案されているが、その一つとして、基板を搬送するための搬送室とその周囲に配された複数の処理室とを備えたクラスタツール型の装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来のクラスタツール型の装置では、搬送室に搬送アームを有する搬送ロボットが設けられており、この搬送ロボットによって一群の被処理基板を一枚ずつ複数の処理室に順次搬送して各基板に対して一連の処理を行っている。そのため、従来の装置では、例えば、処理が終了した基板を処理室から搬出して次の基板を搬入するまでに比較的長い時間を要してしまい、タクトタイムが比較的長くなってしまうという問題があった。

このような問題に対し、例えば、搬送室に備えられる搬送ロボットが一対の搬送アームを備え、これら搬送アームを交互に使用することで、処理室（モジュール）から基板を搬出した後、その処理室に新たな基板を搬入することができるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１２７０６９号公報 特開２０１０−０８０４６９号公報

特許文献２に記載の装置によってもタクトタイムを短縮することはできるが、さらなるタクトタイムの短縮が望まれている。例えば、処理室から終了した基板が挿入されていた場所に新たな基板を挿入しているため、基板の交換に比較的長い時間を要してしまっている。

また上述のように搬送ロボットが一対の搬送アームを備える構成とすると、装置が大型化してしまい、またコストが大幅に増加してしまうという問題ある。

さらに搬送アームによって搬送できる基板は比較的小型のものに限られ、例えば、プラズマディスプレイ用等の大型の基板を処理する装置への適用は難しい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、タクトタイムの短縮を図ることができる基板処理装置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、基板の搬送を行うための搬送室と、第１の方向で前記搬送室に接続され前記基板に所定の処理を行う第１のチャンバと、前記第１の方向とは直行する第２の方向で前記搬送室に接続される第２のチャンバと、を備え、前記第１のチャンバには、前記基板を前記第１の方向で移動可能に支持する第１の支持部材が、所定間隔で上下二段に設けられていると共に、前記第２のチャンバには、前記基板を前記第２の方向で移動可能に支持する第２の支持部材が、前記第１の支持部材とは異なる高さに所定間隔で上下二段に設けられ、前記搬送室には、前記基板を前記第１の方向で搬送する第１の搬送手段と、前記基板を前記第２の方向で搬送する第２の搬送手段とのそれぞれが、所定間隔で上下二段に設けられており、前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段とは、相対的に昇降可能に設けられ、これらを相対的に昇降させることによって上段同士又は下段同士の前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段との間で前記基板を移動可能に構成されていることを特徴とする基板処理装置にある。

本発明の第２の態様は、前記第１の搬送手段又は前記第２の搬送手段の何れか一方が昇降可能に構成されていることを特徴とする第１の態様の基板処理装置にある。

本発明の第３の態様は、前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段とは、上段と下段とで前記基板を逆方向に搬送するように駆動されることを特徴とする第１又は２の態様の基板処理装置にある。

本発明の第４の態様は、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの少なくとも何れか一方には真空状態で前記基板に対して所定の処理が行われる処理室が含まれており、該処理室には、前記基板の下面側を保持して当該基板を前記第１の支持部材又は前記第２の支持部材よりも上方の所定の処理位置まで移動させる基板昇降手段が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様の基板処理装置にある。

本発明の第５の態様は、前記処理室には、前記基板を加熱する加熱室と、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜室と、が含まれることを特徴とする第４の態様の基板処理装置にある。

本発明の第６の態様は、前記搬送室がロードロック室を兼ねていることを特徴とする第１〜５の何れか一つの態様の基板処理装置にある。

本発明の基板処理装置によれば、各チャンバから処理が終了した基板を搬出するのと同時に新たな基板を搬入することで、タクトタイムの短縮を図ることができる。

また第１の搬送手段と第２の搬送手段とで基板を搬送するようにすることで、搬送室の構成を大幅に複雑化することもない。したがって、装置の大型化を抑制することができ、コストの増加も抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 基板が保持される基板トレイの一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る第１及び第２の支持部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る第１及び第２の搬送手段を説明する図である。 第１及び第２の搬送手段の概略構成を示す斜視図である。 第２の搬送手段の昇降動作を説明する概略図である。 基板処理装置における基板の搬送手順を説明する模式図である。 処理室に設けられる基板昇降手段の一例を示す概略図である。 処理室に設けられる基板昇降手段の一例を示す概略図である。 本発明に係る基板処理装置の変形例を示す模式図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、基板Ｓの表面に薄膜を成膜する成膜装置であり、複数のチャンバを備えている。具体的には、基板処理装置１０は、ロードロックポジション室１１と、加熱室１２及び成膜室１３と、これらロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３に基板Ｓを搬送すると共にロードロック室としての機能を兼ねる搬送室１４と、を備えている。

なお本実施形態では、図２に示すように、処理対象となる複数枚の基板Ｓが基板トレイ５０に略水平に保持されている。そしてこの基板トレイ５０が基板キャリア６０に搭載された状態で基板処理装置１０内を搬送される。つまり本実施形態の基板処理装置１０では、基板トレイ５０に略水平に保持された複数枚の基板Ｓに対して所定の処理が同時に行われる。

ロードロックポジション室１１は、大気開放されており、搬送室１４に次に供給される基板トレイ５０が準備される。搬送室１４は、ロードロックポジション室１１から新たな基板トレイ５０が供給されると、図示しない真空ポンプによって所定の真空度になるまで真空排気される。そして、その真空度が保持された状態で、加熱室１２及び成膜室１３の各処理室に対して搬送室１４から基板トレイ５０が搬送される。加熱室１２及び成膜室１３のそれぞれは、真空状態で一枚の基板トレイ５０に保持された基板Ｓに対して所定の処理を行う処理室である。

本発明に係る基板処理装置１０には、ロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３との間で搬送室１４を介して基板トレイ５０を搬送するための２系統の搬送路１００（１００Ａ，１００Ｂ）が上下二段に配されている。以下に詳しく説明するが、これにより基板処理装置１０におけるタクトタイムの向上を図っている。

ロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３の各チャンバは、搬送室１４の周囲に配され、ゲートバルブ１５を介してそれぞれ搬送室１４に接続されている。具体的には、ロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３のそれぞれは、四角形の外形を有する搬送室１４の各辺に対応してそれぞれ配置されている。例えば、本実施形態では、ロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３が、搬送室１４の周囲に基板Ｓの処理順で配置されている。その結果、ロードロックポジション室１１及び成膜室１３が、第１の方向で搬送室１４に接続され、加熱室１２が第１の方向とは直交する第２の方向で搬送室１４に接続されている（図１参照）。

図３（ａ）に示すように、第１のチャンバであるロードロックポジション室１１には、基板Ｓ（基板トレイ５０）を第１の方向で移動可能に支持する第１の支持部材２０が、所定の高さに所定間隔Ｄ１で上下二段に設けられている。第１のチャンバである成膜室１３にも、ロードロックポジション室１１と同様に、第１の支持部材２０が、所定の高さに所定間隔Ｄ１で上下二段に設けられている。一方、第２のチャンバである加熱室１２には、図３（ｂ）に示すように、基板Ｓを第２の方向で移動可能に支持する第２の支持部材２１が、第１の支持部材２０とは異なる高さに所定間隔Ｄ１で上下二段に設けられている。すなわち第１の支持部材２０と第２の支持部材２１とは、両者が干渉しない程度に異なる高さに配されている。

これら第１の支持部材２０及び第２の支持部材２１は、ロードロックポジション室１１等の各チャンバの側面に設けられて基板Ｓの両端部を支持する。具体的には、第１の支持部材２０及び第２の支持部材２１は、フレーム部材２２に回転可能に設けられた複数のローラ２３を備えており、これら複数のローラ２３によって基板Ｓの両端が支持されている。なおローラ２３は、図示しないモータ等の駆動手段に接続されており必要に応じて回転可能に構成されている。

搬送室１４には、図４及び図５に示すように、基板Ｓを第１の方向で搬送する第１の搬送手段３０と、基板Ｓを第２の方向で搬送する第２の搬送手段３１とが、所定間隔Ｄ１でそれぞれ上下二段に設けられている。すなわち本実施形態では、第１の搬送手段３０は、搬送室１４とロードロックポジション室１１及び成膜室１３との間での基板Ｓの搬送を行い、第２の搬送手段３１は、搬送室１４と加熱室１２との間で基板Ｓの搬送を行う。

これら第１及び第２の搬送手段３０，３１のそれぞれは、第１及び第の２の支持部材２０，２１と同様に、フレーム部材３２に回転可能に設けられた複数のローラ３３を備え、これらローラ３３によって基板Ｓの両端部を支持する。また第１の搬送手段３０及び第２の搬送手段３１を構成するローラ３３は、図示しないモータ等の駆動手段が接続されており必要に応じて回転可能に構成されている。

さらに第１の搬送手段３０と第２の搬送手段３１とは、相対的に昇降可能に設けられている。本実施形態では、第２の搬送手段３１は、第２の支持部材２１と同一高さに固定されており、第１の搬送手段３０のみが、昇降可能に設けられている。具体的には、第１の搬送手段３０を構成するフレーム部材３２の両端部が、第２の搬送手段３１のフレーム部材３２に対して上下方向にスライド可能に保持されている（図５参照）。

そして、これら第１の搬送手段３０と第２の搬送手段３１とは、第１の搬送手段３０を昇降させることによって（第１の搬送手段３０と第２の搬送手段３１とを相対的に昇降させることによって）、上段同士又は下段同士の第１の搬送手段３０と第２の搬送手段３１との間で基板Ｓを移動可能に構成されている。

詳細には、図６（ａ）に示すように、第１の搬送手段３０が下降して第２の搬送手段３１よりも下方側に位置している場合には、基板Ｓが第２の搬送手段３１によって移動可能に支持され、図６（ｂ）に示すように、第１の搬送手段３０が上昇して第２の搬送手段３１よりも上方に位置する場合には、基板Ｓは第１の搬送手段３０によって移動可能に支持されるようになっている。

このような構成の本実施形態の基板処理装置１０では、加熱室１２及び成膜室１３の上段又は下段の一方の搬送路１００から複数の基板Ｓが保持された基板トレイ５０を搬出すると同時に、他方の搬送路１００に新たな基板Ｓが保持された基板トレイ５０を搬入することで、タクトタイムの向上を図っている。

以下、基板処理装置１０における基板トレイ５０Ａが装置内を一巡するまでの搬送順序について説明する。図７（ａ）に示すように、下段の搬送路１００Ａに配されている基板トレイ５０Ａが第１の方向に搬送されてロードロックポジション室１１から搬送室１４に搬送される。すなわちロードロックポジション室１１の第１の支持部材２０から搬送室１４の第１の搬送手段３０に基板トレイ５０Ａが供給される。それと同時に、ロードロックポジション室１１の上段の搬送路１００Ｂに配された基板トレイ５０Ｂが第１の方向に沿って搬送されて搬送室１４からロードロックポジション室１１に移動される。

なお搬送室１４の第２の搬送手段３１は、このとき第１の搬送手段３０よりも下方に位置している（図６（ｂ）参照）。また基板トレイ５０Ｂには、成膜室１３によって成膜が終了した基板Ｓが保持されている。

次いで図７（ｂ）に示すように、搬送室１４に搬送された基板トレイ５０Ａは、次いで第２の方向に沿って搬送されて加熱室１２に搬入される。すなわち基板トレイ５０Ａは、搬送室１４の第２の搬送手段３１によって加熱室１２の第２の支持部材２１に供給される。具体的には、基板トレイ５０Ａが搬送室１４内に搬送されると、第１の搬送手段３０が加熱室１２の第２の支持部材２１よりも下方まで下降する。その際、基板トレイ５０Ａが第１の搬送手段３０から第２の搬送手段３１に移動される（図６（ａ）参照）。

またその際、加熱室１２の上段の搬送路１００Ｂに配されている基板トレイ５０Ｃが、同時に加熱室１２から搬送室１４に搬送される。すなわち基板トレイ５０Ａは、加熱が終了した基板Ｓが保持された基板トレイ５０Ｃと入れ替えに加熱室１２に搬送される。

次に、加熱室１２内で基板トレイ５０Ａに保持されている基板Ｓが加熱されている間に、図７（ｃ）に示すように、成膜室１３の下段の搬送路１００Ａに配されている基板トレイ５０Ｄと、基板トレイ５０Ｃとの入れ替えが実施される。すなわち、搬送室１４の第２の搬送手段３１に基板トレイ５０Ｃが供給されると、第１の搬送手段３０が上昇して、基板トレイ５０Ｃが第２の搬送手段３１から第１の搬送手段３０に移動される（図６（ｂ）参照）。その後、基板トレイ５０Ｃが第１の搬送手段３０によって成膜室１３に搬送されるのと同時に、基板トレイ５０Ｄが成膜室１３から搬送室１４に搬送される。さらに図７（ｄ）に示すように、成膜室１３から搬送室１４に搬送された基板トレイ５０Ｄと、ロードロックポジション室１１に配されている新たな基板Ｓが保持された基板トレイ５０Ｅとの入れ替えが行われる。

なお、ロードロックポジション室１１では、成膜処理が終了した基板トレイ５０が上段の搬送路１００Ｂから外部に排出された場合には、新たな基板トレイ５０が上段の搬送路１００Ｂに供給され、下段の搬送路１００Ａから排出された場合には下段の搬送路１００Ａに新たな基板トレイ５０が供給される。

次いで、図７（ｅ）に示すように、加熱室１２で加熱処理が行われた基板トレイ５０Ａと搬送室１４に配されている基板トレイ５０Ｅとの入れ替えが行われ、さらに、図７（ｆ）に示すように、加熱室１２から搬送室１４に搬送された基板トレイ５０Ａと成膜室１３で成膜処理が行われた基板トレイ５０Ｃとの入れ替えが行われる。

次に、成膜室１３内で基板トレイ５０Ａに保持されている基板Ｓに対して成膜処理が行われている間に、図７（ｇ）に示すように、成膜室１３から搬送室１４に搬送された基板トレイ５０Ｃと、ロードロックポジション室１１に配されている新たな基板Ｓが保持された基板トレイ５０Ｆとの入れ替えが行われる。次いで図７（ｈ）に示すように、加熱室１２で加熱処理が行われた基板トレイ５０Ｅと搬送室１４に配されている基板トレイ５０Ｆとの入れ替えが行われる。

その後、基板トレイ５０Ａに対する成膜処理が終了すると、図７（ｉ）に示すように、基板トレイ５０Ａが、搬送室１４に搬送されている基板トレイ５０Ｅと入れ替えられ、さらに図７（ｊ）に示すように、搬送室１４に搬送された基板トレイ５０Ａとロードロックポジション室１１に配されている新たな基板Ｓが保持された基板トレイ５０Ｇとが入れ替えられ、その後基板トレイ５０Ａがロードロックポジション室１１の外部に排出される。

このように本実施形態に係る基板処理装置１０では、加熱室１２及び成膜室１３の各処理室において、所定の処理が終了した基板Ｓ（基板トレイ５０）と、次に処理する基板Ｓ（基板トレイ５０）とを同時に入れ替えることができる。したがって、各処理室間における基板Ｓ（基板トレイ５０）の搬送時間が短縮されるため、タクトタイムを短縮することができる。また搬送室１４では、複数のローラ３３を備えた第１及び第２の搬送手段３０，３１によって基板Ｓを搬送している。このため、従来の搬送アームを備えた搬送ロボットに比べて搬送室１４の構成を簡略化することができる。したがって、比較的低コストでタクトタイムの向上を図ることができ、また装置の小型化を図ることもできる。

ところで、本発明の基板処理装置１０は、二つの搬送路１００が上下二段に設けられている。このため、例えば、成膜室１３においてＣＶＤ法により基板Ｓに対して成膜を行う場合、下段の搬送路１００Ａで搬送された基板Ｓと、上段の搬送路１００Ｂで搬送された基板Ｓとでは、シャワープレートとの距離が異なり、膜質にバラツキが生じる虞がある。このため、例えば、図８及び図９に示すように、基板トレイ５０を保持する基板キャリア６０の中央部に貫通孔６１を設けると共に、成膜室１３に、この貫通孔６１に対応して設けられて、基板Ｓ（基板トレイ５０）にその下方側から当接して基板Ｓを昇降させる基板昇降手段７０を設けるようにしてもよい。

基板昇降手段７０の構成は特に限定されないが、例えば、本実施形態では、成膜室１３内で昇降可能に設けられる昇降軸７１と、昇降軸７１の先端部に設けられて基板トレイ５０を保持する保持ステージ７２とを備えている。またこの実施形態では、基板トレイ５０の幅Ｗ１は、第１の支持部材２０に干渉しない程度の大きさ、つまり第１の支持部材２０を構成するローラ２３間の距離Ｌ１よりも狭い幅で形成されている。

そして、基板Ｓに成膜を行う際には、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、基板キャリア６０の貫通孔６１を介して保持ステージ７２を基板トレイ５０に当接させて、この保持ステージ７２によって基板トレイ５０を所定位置まで上昇させる。これにより、上段又は下段の何れの搬送路１００で基板トレイ５０が搬送されていても、成膜時には基板トレイ５０とシャワープレート８０との間隔Ｄ２を常に一定に保持することができる。したがって、基板Ｓに形成される薄膜の膜質を均一化することができる。

さらに本実施形態では、成膜室１３内には、基板トレイ５０を上昇させる所定高さ付近にマスク部材９０が配されており、基板トレイ５０を基板昇降手段７０によって所定高さまで上昇させる際に、このマスク部材９０が基板トレイ５０の表面に当接するようになっている。そして、このマスク部材９０が当接した状態で、マスク部材９０を介して基板Ｓの表面に成膜を行うことで、所望の領域のみに効率的に薄膜を形成することができるようになっている。

なお、ここでは成膜室１３に基板昇降手段７０を設けた構成を例示したが、このような基板昇降手段７０は、例えば、加熱室１２等の他の処理室にも設けるようにしてもよい。

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更が可能なものである。

上述の実施形態では、ロードロックポジション室１１、加熱室１２及び成膜室１３の３つのチャンバを設けた構成を例示したが、チャンバの数は特に限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、ロードロックポジション室１１、加熱室１２、第１の成膜室１３Ａ及び第２の成膜室１３Ｂの４つのチャンバを、搬送室１４の周囲に配置するようにしてもよい。さらにチャンバの数を増やしたい場合には、搬送室１４を複数設けるようにしてもよい。例えば、図１０（ｂ）に示すように、複数（例えば、２つ）の搬送室１４Ａ，１４Ｂの周囲に、ロードロックポジション室１１、加熱室１２、第１〜第４の成膜室１３Ａ〜１３Ｄ等の各種チャンバを設けるようにしてもよい。

また上述の実施形態では、搬送室１４に設けられる第１の搬送手段３０及び第２の搬送手段３１のうち、第１の搬送手段３０のみが昇降可能に設けられた構成を例示したが、勿論、搬送室１４の構成は特に限定されるものではない。すなわち第１の搬送手段３０の代わりに第２の搬送手段３１が昇降可能に設けられていてもよいし、第１及び第２の搬送手段３０，３１のそれぞれが昇降可能に設けられていてもよい。

また上述の実施形態では、搬送室１４がロードロック室を兼ねるようにしているが、ロードロック室は搬送室１４とは別途設けられていてもよい。

また上述の実施形態では、基板処理装置の一例として、ロードロック室を備えて減圧又は真空状態で基板の表面に薄膜を成膜する成膜装置を例示しているが、勿論、本発明は、大気圧で基板に所定の処理を行う基板処理装置にも適用することができるものである。

１０ 基板処理装置
１１ ロードロックポジション室
１２ 加熱室
１３ 成膜室
１４ 搬送室
１５ ゲートバルブ
２０ 第１の支持部材
２１ 第２の支持部材
３０ 第１の搬送手段
３１ 第２の搬送手段
５０ 基板トレイ
６０ 基板キャリア
６１ 貫通孔
７０ 基板昇降手段
Ｓ 基板

Claims (6)

1. 基板の搬送を行うための搬送室と、
   第１の方向で前記搬送室に接続され前記基板に所定の処理を行う第１のチャンバと、
   前記第１の方向とは直行する第２の方向で前記搬送室に接続される第２のチャンバと、を備え、
   前記第１のチャンバには、前記基板を前記第１の方向で移動可能に支持する第１の支持部材が、所定間隔で上下二段に設けられていると共に、
   前記第２のチャンバには、前記基板を前記第２の方向で移動可能に支持する第２の支持部材が、前記第１の支持部材とは異なる高さに所定間隔で上下二段に設けられ、
   前記搬送室には、前記基板を前記第１の方向で搬送する第１の搬送手段と、前記基板を前記第２の方向で搬送する第２の搬送手段とのそれぞれが、所定間隔で上下二段に設けられており、
   前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段とは、相対的に昇降可能に設けられ、これらを相対的に昇降させることによって上段同士又は下段同士の前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段との間で前記基板を移動可能に構成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記第１の搬送手段又は前記第２の搬送手段の何れか一方が昇降可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段とは、上段と下段とで前記基板を逆方向に搬送するように駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの少なくとも何れか一方には真空状態で前記基板に対して所定の処理が行われる処理室が含まれており、該処理室には、前記基板の下面側を保持して当該基板を前記第１の支持部材又は前記第２の支持部材よりも上方の所定の処理位置まで移動させる基板昇降手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記処理室には、前記基板を加熱する加熱室と、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜室と、が含まれることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記搬送室がロードロック室を兼ねていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の基板処理装置。

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