JP5954439B2 - 基板移載システム及び基板移載方法 - Google Patents
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Description
本発明は、サンプルホルダに基板を移載する基板移載システム及び基板移載方法に関する。
成膜やエッチングなどの処理工程で、基板はサンプルホルダに搭載されてプロセス処理装置に搬入される。サンプルホルダには、基板を水平に搭載するカートタイプや、基板を垂直に搭載す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(以下において、「ボート」という。)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(例えば、特許文献1参照。)。基板が搭載される搭載面が定義された基板プレートを複数有するボートを使用することにより、多数の基板を同時に処理するプロセス処理装置のフットプリントを小さくすることができる。
ロボットアームなどによってボートに基板を自動で移載するためには、基板移載時においてボートが所定の移載位置に配置され、且つボートの基板搭載面の位置が規定位置に保持されていることが必要である。ここで「規定位置」とは、基板をボートに移載するために予め設定された基板搭載面の位置である。基板搭載面の位置が規定位置ではない状態で基板の移載が行われると、基板とボートが接触したり、基板がボートに正常に搭載されずに落下したりして、基板が破損するという問題がある。このため、ボート形状の歪みなどによって基板搭載面の位置が規定位置から変化することを防止するために、基板搭載面の位置を矯正することが有効である。
しかしながら、基板搭載面の位置を規定位置に矯正する工程を追加することにより、ボードに基板を移載する作業に要する時間が増大するという問題があった。
上記問題点に鑑み、本発明は、ボートの基板搭載面の位置の矯正を含む基板の移載作業に要する時間を短縮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。
本発明の一態様によれば、垂直方向に延伸する第1及び第2の主面をそれぞれ有し、第1及び第2の主面の少なくとも一方が基板搭載面である基板プレートを備えるボートに基板を移載する基板移載システムであって、(イ)ボートを基板が移載される所定の移載位置に移動させながら、ボートの基板搭載面の位置が基板を移載するために予め設定された規定位置になるように基板搭載面の位置を矯正する矯正装置と、(ロ)基板搭載面の位置が規定位置に維持された状態において、ボートに基板を移載するロボットアームとを備える基板移載システムが提供される。
本発明の他の態様によれば、垂直方向に延伸する第1及び第2の主面をそれぞれ有し、第1及び第2の主面の少なくとも一方が基板搭載面である基板プレートを備えるボートに基板を移載する基板移載方法であって、(イ)ボートを基板が移載される所定の移載位置に移動させるステップと、(ロ)ボートを移載位置に移動させるステップと並行して、ボートの基板搭載面の位置が基板を移載するために予め設定された規定位置になるように基板搭載面の位置を矯正するステップと、(ハ)基板搭載面の位置が規定位置に維持された状態において、ロボットアームによってボートに基板を移載するステップとを含む基板移載方法が提供される。
本発明によれば、ボートの基板搭載面の位置の矯正を含む基板の移載作業に要する時間を短縮できる基板移載システム及び基板移載方法を提供できる。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施形態に係る図1に示す基板移載システム1は、ボート20に基板100を移載する。ここで、「ボート20に基板100を移載する」とは、ボート20に基板100を搭載すること、及びボート20から基板100を回収することを含む。ボート20は、基板100が搭載される基板搭載面210を有する基板プレート21を備える。基板プレート21は、垂直方向に延伸する第1及び第2の主面をそれぞれ有し、第1及び第2の主面の少なくとも一方が基板搭載面210である。
基板移載システム1は、矯正装置10とロボットアーム15とを備える。矯正装置10は、ボート20の位置を基板100が移載される所定の移載位置に移動させながら、ボート20の基板搭載面210の位置が基板100を移載するために予め設定された規定位置になるように基板搭載面210の位置を矯正する。ロボットアーム15は、基板搭載面210の位置が規定位置に維持された状態において、ボート20に基板100を移載する。即ち、矯正装置10は、基板100の移載が行われる移載位置にボート20を移動させる作業と基板搭載面210の位置を矯正する作業を並行して行う。
先ず、基板移載システム1を適用するボート20について説明する。図2(a)〜図2(b)に、ボート20の構造例を示す。ボート20は、垂直方向に延伸する第1の主面211と第2の主面212をそれぞれ有する複数の基板プレート21を備える。基板プレート21は、それぞれの底部が1つの底板22に固定されて、互いに離間し且つ平行に配置されている。第1の主面211と第2の主面212の少なくとも一方は基板搭載面210であり、複数の基板プレート21が基板搭載面210の法線方向に沿って配列されている。基板プレート21には、例えばカーボンプレートなどを採用可能である。
図2(a)には、1つの基板搭載面210に4枚の基板100が搭載される例を示したが、基板搭載面210に搭載される基板100の枚数は4枚に限られない。図2(b)には、基板プレート21の第1の主面211と第2の主面212にそれぞれ基板100を搭載する例を示した。しかし、1回に処理する基板100の枚数が少ない場合などには、基板プレート21の一方の主面のみに基板100を搭載してもよい。また、図2(b)では基板プレート21が6枚であるボート20の例を示したが、基板プレート21の枚数は6枚に限られない。なお、同一の基板搭載面210に搭載される複数の基板100は、ロボットアーム15によって同時に搭載することができる。
基板100は、半導体デバイスに使用される基板などであり、シリコン基板やガラス基板などである。例えば、シリコンからなる太陽電池基板がボート20に搭載されて、反射防止膜やパッシベーション膜を太陽電池基板上に形成するプロセス処理装置に格納される。図示を省略する固定ピンなどによって、基板100は基板プレート21の基板搭載面210上に支持される。
ボート20に基板100を垂直に搭載することにより、1回の処理工程で処理する基板100の枚数を増やすことができる。その結果、全体の処理時間を短縮できる。
図1に示した矯正装置10は、基板プレート21や底板22が反ったり撓んだりしないようにボート20の形状を矯正しつつ、基板100が搭載されたボート20を移動する。このために、矯正装置10は、以下に説明するように、ボート20の形状を矯正するための第1の矯正機構11と第2の矯正機構12と共に、ボート20の高さ方向の位置が移載位置と同一になるようボート20を垂直方向に移動させるピックアップ機構14、及びボート20の位置を所定の移載位置に調整するボート位置決め機構13を備える。第1の矯正機構11、第2の矯正機構12、ボート位置決め機構13、ピックアップ機構14をフレーム16に一体化することにより、ボート20を基板100の移載が行われる移載位置に移動する作業とボート20の基板搭載面210の位置を規定位置に矯正する作業とを並行して行うことができる。これにより、ボート20に基板100を移載する作業に要する時間を短縮できる。
ピックアップ機構14は、図1のz方向である垂直方向に沿ってボート20を移動させる。即ち、基板100を搭載したボート20を上昇させたり、下降させたりする。ピックアップ機構14は、通常、図3(a)、図3(b)に示すように、ボート20の底板22を支持しながら、ボート20を上昇或いは下降させる。
ボート位置決め機構13は、ロボットアーム15によって基板100の移載を行うために、図1のx−y平面と平行な水平方向についてボート20を移動させ、ボート20が所定の移載位置に配置されるように調整する。このために、図4に示すように、ボート位置決め機構13は、x方向にボート20を移動させる第1の調整部131と、y方向にボート20を移動させる第2の調整部132とを有する。第1の調整部131と第2の調整部132によってボート20の水平方向の位置が調整され、ボート20が位置合わせマーク135で規定される所定の移載位置に配置される。例えば、第1の調整部131と第2の調整部132によってボート20を矢印で示すように斜め方向に移動させ、ボート20のコーナー部を位置合わせ用のストッパー136に押し付ける。これにより、ボート20が所定の移載位置に配置される。
第1の矯正機構11は、図1及び図5(a)、図5(b)に示すように、ボート20の底板22が歪まないように底板22を下方から支持する。第1の矯正機構11は、上面に複数の凸形状の支持部111が配置されており、図5(a)に示すように、各支持部111の頂点の位置は同一平面レベルにある。第1の矯正機構11をボート20の下方に移動させ、支持部111の頂点部をボート20の底板22に接触させることにより、底板22が平坦であるようにボート20が支持される。第1の矯正機構11の有する支持部111の数はボート20の大きさなどに依存するが、図5(b)に示すように、例えばボート20の長手方向に沿って2列に配列される。
図6に示すように、ボート20の自重によって底板22に矢印Gで示す外力が加わった場合に、基板プレート21に矢印Wで示す方向に応力が加わる。これにより基板プレート21に歪みが生じ、基板搭載面210の位置が規定位置からずれる。しかし、第1の矯正機構11によってボート20の底板22の形状を矯正することにより、自重によってボート20の基板搭載面210の位置が規定位置からずれることを防止できる。
第2の矯正機構12の平面図を図7に示す。第2の矯正機構12は、基板プレート21を保持する基板プレート保持装置120と、基板搭載面210の位置が規定位置になるように、基板プレート21を保持した基板プレート保持装置120を移動する基板プレート移動装置125を有する。
基板プレート保持装置120は、図7に示すように、吸着面を有する吸着バー121と、基板プレート21を吸着バー121に吸着させる吸着装置122と、基板プレート21を挟んで吸着バー121の吸着面と対向して配置されたクランプ123とを備える。図8に示すように、第1の主面211と第2の主面212にそれぞれ接触する吸着バー121とクランプ123によって基板プレート21が挟まれた状態で、基板プレート保持装置120は基板プレート21を保持する。
基板プレート移動装置125は、吸着バー121とクランプ123によって基板プレート21が挟まれた状態の基板搭載面210の位置が規定位置になるように、吸着バー121とクランプ123を移動させる。
図7に示した第2の矯正機構12による基板搭載面210の位置の矯正方法を、以下に説明する。吸着バー121及びクランプ123の端部がそれぞれ接続されたフレーム129を、基板プレート移動装置125によって移動する。つまり、基板プレート移動装置125がフレーム129を基板プレート21の基板搭載面210の面法線方向に移動することにより、各基板プレート21の基板搭載面210の位置が規定位置になるように複数の吸着バー121とクランプ123が同時に移動する。基板プレート移動装置125には、シリンダやモータなどを採用可能である。
図9に示すように、吸着バー121の基板プレート21に対向する吸着面には、吸着口1210が配置されている。吸着口1210は、吸着バー121の内部に形成された空洞に連接している。吸着口1210に連接する空洞は、図7に示した配管126に連結されている。
図7に示したように、吸着バー121に連結された配管126は、バルブ127を介して吸着装置122に接続されている。吸着装置122によって配管126に連結する吸着バー121の空洞内を周囲よりも負圧にすることより、吸着バー121の吸着面に基板プレート21を吸着させることができる。吸着装置122には、例えば真空ポンプが使用される。図7に示した与圧装置124は、配管126内に空気を供給することにより、配管126内の真空状態を破る。これにより、吸着バー121から基板プレート21が開放される。
例えば基板プレート21の第1の主面211に基板100を搭載する場合には、バルブ127が閉じた状態で、吸着装置122を起動する。そして、基板プレート21の第1の主面211の基板搭載面210の位置がその基板搭載面210の位置に関して設定された規定位置になるように、吸着バー121及びクランプ123が移動する。そして、吸着バー121の吸着面に基板プレート21の第2の主面212を接触させ、クランプ123に基板プレート21の第1の主面211を接触させる。この状態でバルブ127を開き、吸着バー121の吸着面に基板プレート21の第2の主面212を吸着させる。
上記のようにして矯正された基板プレート21の第1の主面211に基板100を搭載する。その後、バルブ127を閉じ、バルブ128を開けて、配管126内の真空状態を破る。
基板プレート21の第2の主面212に基板100を搭載する場合も、上記の方法と同様である。即ち、吸着バー121の吸着面に基板プレート21の第1の主面211を接触させ、クランプ123に基板プレート21の第2の主面212を接触させる。そして、吸着バー121の吸着面に基板プレート21の第1の主面211を吸着させた状態で、第2の主面212に基板100を搭載する。
第2の矯正機構12は、吸着バー121とクランプ123をそれぞれ複数備える。このため、複数の基板プレート21の基板搭載面210を同時に矯正することができる。
上記では、基板プレート21に基板100を搭載する例を示したが、基板プレート21から基板100を回収する場合も同様である。即ち、基板搭載面210が規定位置に維持された基板プレート21を吸着バー121の吸着面に吸着させた状態で、基板プレート21から基板100を回収する。
なお、基板100を基板プレート21に搭載する際の障害にならないように、吸着バー121とクランプ123は配置される。即ち、基板プレート21の第1の主面211及び第2の主面212において基板搭載面210が定義された領域の残余の領域において、吸着バー121とクランプ123が基板プレート21と接触する。例えば図10に示すように、基板搭載面210よりも基板プレート21の上端に近い部分で、吸着バー121とクランプ123は基板プレート21に接触する。
また、図10に示したように、吸着バー121とクランプ123が基板プレート21と接触する位置の基板プレート21の上端からの距離を、互いに異なるように設定することが好ましい。これにより、安定して基板プレート21が保持される。
図11に領域Sで示すように基板プレート21自体に歪みが生じて、基板搭載面210の位置が規定位置からずれる場合がある。また、ボート20に搭載した基板100に成膜処理を行った場合にボート20の表面にも膜が形成されたために、ボート20表面の膜の応力によって基板プレート21に歪みが生じる場合がある。
上記のように基板プレート21に歪みが生じ、基板搭載面210の位置が規定位置にない状態で基板100の移載が実行されると、基板100とボート20とが接触したり、基板100がボート20に正常に搭載されずに落下したりして、基板100が破損する。
しかしながら、基板移載システム1では、第2の矯正機構12の吸着バー121とクランプ123とで基板プレート21を挟んだ状態で、基板搭載面210の位置が規定位置になるように基板プレート21が保持される。このため、基板プレート21が第1の主面211側又は第2の主面212側のいずれに歪んだ場合でも、基板搭載面210を規定位置に矯正することができる。
以下に、本発明の実施形態に係る基板移載システム1を用いた基板移載方法の例を説明する。
先ず、基板100を搭載するために所定の位置にボート20を搬送する。例えば、基板移載システム1の下方にボート20をセットする。
次に、矯正装置10の第1の矯正機構11によってボート20の底板22を支持し、ボート20の底板22が所定の形状を維持するように矯正する。
そして、ピックアップ機構14によってボート20をz方向に上昇させ、ボート20の高さ方向の位置が移載位置と同一になるように移動させる。このとき、ボート20を上昇させるのと並行して、第1の矯正機構11によってボート20の形状を矯正した状態で、ボート位置決め機構13によってボート20を所定の移載位置まで移動させ、且つ、第2の矯正機構12によって基板プレート21が矯正される。このため、移載位置に配置されたボート20の基板搭載面210の位置は規定位置になっている。
そして、矯正装置10によって所定の移載位置にボート20が配置され且つ基板搭載面210の位置が規定位置に維持された状態において、ロボットアーム15によって、ボート20に基板100が搭載される。
基板100が搭載されたボート20は、例えば搬送トレイなどに載せられて移動し、各種のプロセス処理装置に格納される。そして、ボート20に搭載された基板100にプロセス処理が施される。
プロセス処理後、基板100が搭載されたボート20が所定の位置に搬送される。そして、基板100をボート20に搭載したのと同様に、基板搭載面210の位置を規定位置に維持して、ボート20から基板100を回収する。即ち、第1の矯正機構11によってボート20の形状を矯正しつつピックアップ機構14によってボート20を移載位置まで上昇させる。そして、ボート20を上昇させるのと並行して、第2の矯正機構12によって基板搭載面210の位置を矯正しながらボート位置決め機構13によってボート20を移載位置に移動する。
その後、ロボットアーム15によって、基板100がボート20から回収される。基板100が回収された後のボート20は、例えば搬送装置などによって所定の位置に搬送される。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る基板移載システム1によれば、基板搭載面210の位置決め精度が向上し、常に規定位置にある基板搭載面210にロボットアーム15によって基板100が移載される。このため、移載時における基板100の割れ率が減少し、歩留まりが向上する。
更に、矯正装置10は、基板搭載面210の位置を矯正しながら、ボート20を移載位置に移動させる。このため、ボート20を移載位置に移動した後に基板搭載面210の位置を矯正する場合に比べて、ボート20に基板100を移載する作業時間を短縮することができる。
図12に、本発明の実施形態に係る基板移載方法(図12中で「実施形態」と記載。)による基板移載作業に要した時間と、ボート20を移載位置に移動した後に基板搭載面210の位置を矯正する比較例(図12中で「比較例」と記載。)の基板移載方法による基板移載作業に要した時間とを比較した結果を示す。図12において、「搬送時間T」とは、ボート20での基板移載作業が終了してから、新たなボート20での基板移載作業が終了するまでの時間である。
図12に示した例では、比較例の基板移載方法による搬送時間Tが16.2secであるのに対し、実施形態に係る基板移載方法による搬送時間Tは8secである。つまり、実施形態に係る基板移載方法では、比較例の基板移載方法に比べて基板移載作業に要する搬送時間Tは半分以下である。このように、基板移載システム1によれば、基板移載作業の時間を大幅に短縮することができる。
基板移載システム1は、例えばプラズマ化学気相成長(CVD)法などにより太陽電池基板上に反射防止膜やパッシベーション膜を形成する成膜工程で利用可能である。つまり、太陽電池基板を成膜装置に搬入する際に、移載作業に要する時間の増大を抑制しつつ、太陽電池基板を破損することなくボート20に搭載したり、成膜工程後の太陽電池基板を破損することなくボート20から回収したりすることができる。
また、ボート20が成膜装置以外のエッチング装置や加熱装置に基板100を搬入するためのボートであってもよい。つまり、基板移載システム1は、基板100を垂直に搭載するボート20が使用される各種製造装置において適用可能である。
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記では第2の矯正機構12において、吸着バー121が吸着装置122によって吸着力を発生して基板プレート21を支持する例を示したが、吸着バー121とクランプ123とによる基板プレート21の挟み込みのみによって基板プレート21を支持してもよい。すなわち、図7において、吸着装置122、与圧装置124、配管126、バルブ127、バルブ128がなくともよい。
また、上記では第2の矯正機構12が吸着バー121とクランプ123によって基板プレート21が保持される例を示したが、図13に示すように吸着バー121のみによって第2の矯正機構12が基板プレート21を保持してもよい。即ち、図13に示す基板プレート保持装置120は、吸着面を有する吸着バー121と、基板プレート21を吸着バー121に吸着させる吸着装置122とを備える。基板プレート保持装置120は、吸着バー121の吸着面に基板プレート21を保持する。基板プレート移動装置125は、図14に示すように吸着バー121の吸着面に基板プレート21が吸着された状態における基板搭載面210の位置が規定位置になるように、基板プレート保持装置120を移動させる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の基板移載技術は、サンプルホルダに縦方向に搭載した基板を処理する半導体装置製造工程に利用可能である。
Claims (8)
- 垂直方向に延伸する第1及び第2の主面をそれぞれ有し、前記第1及び第2の主面の少なくとも一方が基板搭載面である基板プレートを備えるボートに基板を移載する基板移載システムであって、
前記ボートを前記基板が移載される所定の移載位置に移動させながら、前記ボートの前記基板搭載面の位置が前記基板を移載するために予め設定された規定位置になるように前記基板搭載面の位置を矯正する矯正装置と、
前記基板搭載面の位置が前記規定位置に維持された状態において、前記ボートに前記基板を移載するロボットアームと
を備えることを特徴とする基板移載システム。 - 前記矯正装置が、
前記ボートの底部が歪まないように前記底部を支持する第1の矯正機構と、
前記基板プレートを保持する基板プレート保持装置、及び、前記基板搭載面の位置が前記規定位置になるように前記基板プレート保持装置を移動させる基板プレート移動装置を有する第2の矯正機構と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の基板移載システム。 - 前記基板プレート保持装置が、
吸着面を有する吸着バーと、
前記基板プレートを挟んで前記吸着面と対向して配置されたクランプと
を備え、
前記第1の主面と前記第2の主面にそれぞれ接触する前記吸着バーと前記クランプに挟まれた状態において前記基板搭載面の位置が前記規定位置になるように、前記吸着バー及び前記クランプを前記基板プレート移動装置が移動させることを特徴とする請求項2に記載の基板移載システム。 - 前記矯正装置が、
前記ボートの高さ方向の位置が前記移載位置と同一になるように、前記ボートを垂直方向に移動させるピックアップ機構と、
前記ボートの水平方向の位置を前記移載位置に調整するボート位置決め機構と
を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の基板移載システム。 - 垂直方向に延伸する第1及び第2の主面をそれぞれ有し、前記第1及び第2の主面の少なくとも一方が基板搭載面である基板プレートを備えるボートに基板を移載する基板移載方法であって、
前記ボートを前記基板が移載される所定の移載位置に移動させるステップと、
前記ボートを前記移載位置に移動させるステップと並行して、前記ボートの前記基板搭載面の位置が前記基板を移載するために予め設定された規定位置になるように前記基板搭載面の位置を矯正するステップと、
前記基板搭載面の位置が前記規定位置に維持された状態において、ロボットアームによって前記ボートに前記基板を移載するステップと
を含むことを特徴とする基板移載方法。 - 前記基板搭載面の位置を矯正するステップが、
前記ボートの底部が歪まないように前記底部を支持する第1の矯正と、
基板プレート保持装置によって前記基板プレートを保持しながら、前記基板搭載面の位置が前記規定位置になるように前記基板プレート保持装置を移動する第2の矯正と
を含むことを特徴とする請求項5に記載の基板移載方法。 - 前記第2の矯正が、
吸着面を有する吸着バーを前記基板プレートに近接して配置するステップと、
前記基板プレートを挟んで前記吸着面と対向させてクランプを配置するステップと、
前記第1の主面と前記第2の主面にそれぞれ接触させて前記吸着バーと前記クランプにより前記基板プレートを挟むステップと、
前記吸着バーと前記クランプにより前記基板プレートが挟まれた状態における前記基板搭載面の位置が前記規定位置になるように、前記吸着バー及び前記クランプを移動させるステップと
を含むことを特徴とする請求項6に記載の基板移載方法。 - 前記ボートの位置を前記移載位置に移動させるステップが、
前記ボートの高さ方向の位置が前記移載位置と同一になるまで前記ボートを垂直方向に移動させるステップと、
前記ボートの水平方向の位置を前記移載位置に調整するステップと
を含むことを特徴とする請求項5に記載の基板移載方法。
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WO2012000663A1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | Centrotherm Thermal Solutions Gmbh & Co. Kg | Method and apparatus for calibrating a wafer transport robot |
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