JP5920462B2 - 基板移載装置及び基板移載方法 - Google Patents
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Description
本発明は、処理対象の基板をサンプルホルダに移載する基板移載装置及び基板移載方法に関する。
半導体装置の製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜、エッチング、アッシングなどの処理にプラズマ処理装置が用いられている。例えば成膜装置として、平行平板を構成するカソード電極とアノード電極間にプラズマを形成して成膜処理を行うプラズマ化学気相成長(CVD)成膜装置が知られている。
プラズマ処理装置の基板処理方法は、基板を1枚ずつ処理する枚葉式と複数の基板を同時に処理するバッチ式に大別される。太陽電池は基板サイズが125mm〜156mm程度と小さく、また、1枚の基板当たりにかけられるコストが小さいために単位時間当たりの処理基板枚数を多くする必要がある。このため、太陽電池用の成膜装置ではバッチ式が用いられる。
バッチ式では、複数の基板を同時に成膜処理室に搬送するために、基板が基板移載装置に移載される。基板移載装置には、水平な板に基板を水平に並べるカートタイプや、基板を垂直に複数並べるボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプのサンプルホルダを用いて同時に処理できる基板の数を増やすことが有効である。
このため、例えば複数の基板を主面の法線方向に並べた状態でボートタイプのサンプルホルダに搭載する基板移載方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この基板移載装置では、複数の基板が常温近くの温度でボートタイプのサンプルホルダに移載されている。
しかしながら、複数の基板が基板保持機構(ハンド部)によりサンプルホルダに移載されると、成膜前の冷たい基板が熱いサンプルホルダに載せられるため、シリコンからなる基板が熱歪みを発生する。このため、基板がサンプルホルダの正しい位置に入らないことがある。
また、サンプルホルダと基板保持機構との間の温度差Δtにより基板に歪みが発生し、基板にストレスがかかる。このため、厚さが50μm〜200μmの薄型基板では、基板割れが発生する。
本発明は、基板内の熱歪みを抑えることができ、移動搭載時の基板の割れや脱落を防止することができる基板移載システム及び基板移載方法を提供することを目的とする。
本発明は、基板内の熱歪みを抑えることができ、移動搭載時の基板の割れや脱落を防止することができる基板移載システム及び基板移載方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る基板移載装置は、基板を搭載するための搭載面を有する基板プレートと、前記基板を前記基板プレートの前記搭載面に搭載する基板搭載装置とを備え、前記基板搭載装置は、前記基板を保持するとともに、前記基板を加熱するための基板加熱機構が設けられた基板保持機構と、前記基板保持機構により保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように前記搭載面上に移動する基板移動機構と、前記搭載面にて前記基板を回転させる基板回転機構とを備え、前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、前記基板回転機構は、1つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する。
本発明に係る基板移載方法は、基板プレートの搭載面に基板を基板搭載装置により搭載する基板搭載ステップを備え、前記基板搭載ステップは、前記基板を基板保持機構により保持する基板保持ステップと、前記基板保持機構に設けられた基板加熱機構により前記基板を加熱する基板加熱ステップと、保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように基板移動機構により前記搭載面上に移動する基板移動ステップと、前記搭載面にて前記基板を基板回転機構により回転させる基板回転ステップとを備え、前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、前記基板回転機構は、1つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する。
以下、本発明の実施例1に係る基板移載装置及び基板移載方法が、図面を参照しながら詳細に説明される。
本発明の実施例1に係る基板移載装置は、図1に示すように、基板100を搭載するための搭載面210を有する基板プレート21(サンプルホルダ)と、複数の矩形の基板100を搭載面210に同時に搭載する基板搭載装置10とを備える。基板搭載装置10は、基板移動機構11、基板回転機構13、及び基板保持機構15を有する。
基板保持機構15は、吸着部151とアーム部152を有し、基板100と1対1対応で設けられている。基板保持機構15は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の基板100を保持する。吸着部151は、基板100の主面に接触させることにより基板100を吸着する。吸着部151は、例えば真空吸着によって基板100を保持する。
基板保持機構15は、セラミック又はシリコンカーバイト(SiC)又は金属(SUS)などからなる。なお、基板保持機構15は、セラミック又はシリコンカーバイト(SiC)を用いる代わりに、フッ素系樹脂を用いても良い。基板100は、例えば、太陽電池用の結晶シリコン基板かならる。
また、基板保持機構15には、ヒータなどからなる基板加熱機構16が取り付けられている。図2(a)は、基板加熱機構16が取り付けられた基板保持機構15により基板100が基板プレート21に取り付けられた状態を示す上面図である。図2(b)は図2(a)の側面図である。
図2において、アーム部152は、吸着部151の略中央上部側に配置され、吸着部151に取り付けられている。基板加熱機構16は、吸着部151上で且つアーム部152を挟んで吸着部151の右側と左側とに配置されている。吸着部151の下側には基板100が配置され、基板100の下側には基板プレート21が配置されている。
基板移動機構11は、基板保持機構15により保持された複数の基板100を、基板100の主面が搭載面210と対向するように搭載面210上に移動する。基板回転機構13は、1つの回転軸を中心にして搭載面210に沿って複数の基板100を同時に回転させる。
このように構成された実施例1に係る基板移載装置によれば、基板保持機構15に基板加熱機構16が取り付けられているので、基板加熱機構16による発熱により吸着部151を介して基板100の温度が予め基板プレート21に近い温度に上昇される。
図3は本発明の実施例1に係る基板移載装置において基板保持機構を加熱した状態で冷たい基板を吸着した場合の基板温度と基板保持機構温度との時間的な変化を示す図である。
基板保持機構15が基板100を保持している時間は約2秒間であり、この時間に基板100は100℃以上に上昇する。これにより、基板100の温度は基板プレート21の温度(例えば、150℃以上)に近い温度まで上昇する。即ち、基板100の温度と基板プレート21の温度との温度差が小さくなるので、基板100内の熱勾配が減少し、熱歪みを抑えることができ、移動搭載時の基板100の割れや脱落を防止することができる。
(実施例1の付加的な特徴)
次に、本発明の実施例1に係る基板移載装置の付加的な特徴を説明する。まず、基板プレート21の搭載面210は、図4に示すように、複数の矩形の基板搭載領域211が水平方向に配列されている。複数の基板搭載領域211のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に、左辺固定ピンP1、右辺固定ピンP2及び下辺固定ピンP3がそれぞれ配置されている。
次に、本発明の実施例1に係る基板移載装置の付加的な特徴を説明する。まず、基板プレート21の搭載面210は、図4に示すように、複数の矩形の基板搭載領域211が水平方向に配列されている。複数の基板搭載領域211のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に、左辺固定ピンP1、右辺固定ピンP2及び下辺固定ピンP3がそれぞれ配置されている。
なお、複数の基板搭載領域211のそれぞれに対する左辺固定ピンP1、右辺固定ピンP2及び下辺固定ピンP3の相対位置は、複数の基板搭載領域211において共通である。このため、基板プレート21に搭載された基板100にプロセス処理を施した場合に、固定ピンによる各基板100への影響が同一になる。例えば成膜処理が行われた場合には、固定ピンの影になって成膜されない領域をすべての基板100で共通にすることができる。
基板搭載装置10によって、基板100の左辺、右辺及び下辺が左辺固定ピンP1、右辺固定ピンP2及び下辺固定ピンP3にそれぞれ支持されるように、複数の基板100が同時に基板搭載領域211に搭載される。
基板移動機構11は、保持された複数の基板100の主面を搭載面210と近接して対向させる。基板移動機構11は、支柱部111と、支柱部111の延伸する垂直方向を回転軸として支柱部111を回転させる支柱回転部112と、その回転の半径方向に支柱部111から延伸する梁部113を有する。
梁部113の延伸する方向に沿って、複数の基板保持機構15が梁部113に取り付けられている。基板保持機構15のアーム部152が梁部113に取り付けられ、梁部113におけるアーム部152の配置ピッチは搭載面210上の基板搭載領域211の配置ピッチに等しい。
基板移動機構11は、基板保持機構15によって保持された複数の基板100を、基板100の主面が搭載面210と対向するように搭載面210上に移動する。このとき、図5に示したように、基板搭載領域211の斜め上方に、主面が搭載面210と平行で、且つ水平方向から見て基板搭載領域211に対して斜めの姿勢で基板100が配置される。その後、基板移動機構11は、図5に示すように、所定の位置まで基板100を垂直方向に搭載面210に沿って下方に移動させる。このとき、基板100は基板搭載領域211に対して斜めの姿勢のままである。
基板回転機構13は、1つの回転軸を中心にして搭載面210に沿って複数の基板100を同時に回転させる。具体的には、基板回転機構13は、基板搭載領域211に対して斜めに保持されていた複数の基板100を、搭載面210の面法線方向と平行で、且つ回転中心点を通過する直線を回転軸として角度θだけ同時に回転させる。その結果、図1に示すように、複数の基板100が基板搭載領域211に同時に搭載される。このとき、基板100の左辺、右辺及び下辺が左辺固定ピンP1、右辺固定ピンP2及び下辺固定ピンP3にそれぞれ支持される。
(基板搭載装置10の動作)
次に、主面を水平にして基板トレイに配列された基板100を基板プレート21に移載する場合について、基板搭載装置10の動作を説明する。
次に、主面を水平にして基板トレイに配列された基板100を基板プレート21に移載する場合について、基板搭載装置10の動作を説明する。
まず、基板搭載装置10が処理対象の基板100を吸着する。基板100は、例えば図6に示すように、基板トレイ40の搭載面400に主面を上下方向に向けて配列された状態で平らに置かれている。この場合、図6に示すように、基板搭載装置10は、基板保持機構15の吸着部151を基板100の主面に接触させる。このとき、基板保持機構15のアーム部152は水平方向に延伸する。
その後、基板移動機構11が、基板100を基板プレート21の搭載面210上に移動させる。即ち、支柱回転部112によって支柱部111を回転軸として梁部113が回転して、基板100が基板トレイ40から基板プレート21に移動される。このとき、梁部113の延伸する方向を回転軸として梁部113が回転し、基板100の主面が垂直方向と平行になる。つまり、基板搭載装置10は、基板100を移動させながら、基板100の主面が基板プレート21の搭載面210と平行になるように基板100の主面を垂直にさせる。
そして、基板移動機構11は、図5に示したように、基板プレート21の搭載面210上に基板100を配置する。このとき、既に述べたように、基板100は、所定の角度θをなすように基板搭載領域211に対して斜めに保持される。そして、既に説明したように、基板回転機構13が、1つの回転軸を中心にして搭載面210に沿って複数の基板100を同時に回転させる。これにより、基板100の各辺と基板搭載領域211の各辺とがそれぞれ平行に調整されて、基板100が基板搭載領域211に配置される。
以上により、基板100の左辺、右辺及び下辺が固定ピンにそれぞれ支持されて、複数の基板100が同時に複数の基板搭載領域211に搭載される。
このように、実施例1に係る基板移載装置によれば、基板プレート21の搭載面210上で複数の基板100を共通の1つの回転軸によって回転させることにより、基板100を同時に基板プレート21に搭載することができる。このため、ボートタイプのサンプルホルダに複数の基板100を同時に、且つ高精度で移載できる基板移載装置及び基板移載方法を提供できる。
なお、本発明は、上述した実施例1に係る基板移載装置に限定されるものではない。実施例1に係る基板移載装置では、複数の基板を同時に基板プレートに移載したが、例えば、1つの基板100を基板プレート21に移載する構成にも本発明は、適用可能である。
また、実施例1に係る基板移載装置は、水平方向に置かれた基板を垂直方向の基板プレートに搭載したが、本発明は、水平方向に置かれた基板を水平方向の基板プレートに搭載しても良い。
本発明は、プラズマ化学気相成長(CVD)成膜装置、半導体薄膜製造装置、太陽電池製造装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などに適用可能である。本発明は、特に、太陽電池用反射防止膜形成用のプラズマ化学気相成長(CVD)成膜装置に適用可能である。
Claims (4)
- 基板を搭載するための搭載面を有する基板プレートと、
前記基板を前記基板プレートの前記搭載面に搭載する基板搭載装置とを備え、
前記基板搭載装置は、
前記基板を保持するとともに、前記基板を加熱するための基板加熱機構が設けられた基板保持機構と、
前記基板保持機構により保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように前記搭載面上に移動する基板移動機構と、
前記搭載面にて前記基板を回転させる基板回転機構と、
を備え、
前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、
前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、
前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、
前記基板回転機構は、1つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、
前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する基板移載装置。 - 前記基板保持機構は、セラミック又はシリコンカーバイト又は金属からなる請求項1記載の基板移載装置。
- 前記基板は、太陽電池用の結晶シリコン基板からなる請求項1又は請求項2記載の基板移載装置。
- 基板プレートの搭載面に基板を基板搭載装置により搭載する基板搭載ステップを備え、
前記基板搭載ステップは、
前記基板を基板保持機構により保持する基板保持ステップと、
前記基板保持機構に設けられた基板加熱機構により前記基板を加熱する基板加熱ステップと、
保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように基板移動機構により前記搭載面上に移動する基板移動ステップと、
前記搭載面にて前記基板を基板回転機構により回転させる基板回転ステップと
を備え、
前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、
前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、
前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、
前記基板回転機構は、1つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、
前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する基板移載方法。
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