JP6327367B2

JP6327367B2 - 基板移載システム

Info

Publication number: JP6327367B2
Application number: JP2016570432A
Authority: JP
Inventors: 陽介森元
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: WO2016117095A1; JPWO2016117095A1; CN107210253A

Description

本発明は、吸着によって基板を保持する基板移載システムに関する。

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。サンプルホルダへの基板の搭載やサンプルホルダからの基板の回収には、基板を吸着する手段を備えるロボットハンドを使用する方法を採用できる（例えば、特許文献１参照。）。例えば、ロボットハンドに吸着パッドを設置し、溝を形成した吸着パッドの吸着面に基板を密着させて溝の内部を真空する。こうして吸着面に真空吸着させた基板をロボットハンドによって移動させる。

特開２０００−１００９０３号公報

しかし、吸着パッドに基板を吸着する際に、基板の表面が損傷するという問題がある。例えば、吸着パッドの吸着面に形成された溝の痕跡が基板表面に残る場合がある。また、表面にテクスチャー処理を施された基板をロボットハンドで真空吸着する場合に、基板表面に傷が生じ、例えば表面のテクスチャー構造が潰されるなどの問題が生じる。太陽電池に使用される基板（以下において「太陽電池基板」という。）では表面にテクスチャー処理を施すのが一般的であるが、太陽電池基板の表面に傷が生じたりテクスチャー構造が潰されたりすることによって、太陽電池の変換効率が低下する。

上記問題点に鑑み、本発明は、移動時の吸着における基板表面の損傷を抑制できる基板移載システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、真空吸着によって基板を保持する基板移載システムであって、（ア）真空孔及びその真空孔の周囲を囲む突起部が形成された吸着面をそれぞれ有し、基板の互いに離間した位置にそれぞれの突起部の上面が接触する複数の吸着パッドと、（イ）複数の吸着パッドを支持するアーム部と、（ウ）複数の吸着パッドの真空孔とそれぞれ真空経路を介して接続され、真空経路の内部を周囲よりも負圧にする真空装置とを備え、基板の全面に分散する複数の箇所にそれぞれが接触する複数の吸着パッドのすべてに基板を真空吸着させる基板移載システムが提供される。

本発明によれば、移動時の吸着における基板表面の損傷を抑制できる基板移載システムを提供できる。

本発明の実施形態に係る基板移載システムの構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係る基板移載システムの吸着パッドの吸着面の形状例を示す模式図である。比較例の基板移載システムの構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係る基板移載システムにおける吸着パッドのレイアウト例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る基板移載システムにおける吸着パッドの他のレイアウト例を示す模式図である。吸着パッドの材料の違いによる基板表面の傷の発生の有無を調査した結果を示す表である。本発明の実施形態の変形例に係る基板移載システムの吸着パッドの吸着面の形状例を示す模式図であり、図７（ａ）は吸着面の面法線方向から見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ方向に沿った断面図である。本発明のその他の実施形態に係る基板移載システムの吸着パッドの吸着面の形状例を示す模式図である。本発明のその他の実施形態に係る基板移載システムの吸着パッドの突起部の形状例を示す模式図である。本発明のその他の実施形態に係る基板移載システムの構成を示す模式図である。本発明のその他の実施形態に係る基板移載システムの吸着パッドの支持方法を示す模式図である。

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。又、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、吸着パッド１０と、吸着パッド１０を支持するアーム部２０と、吸着パッド１０に基板１００を真空吸着させる真空装置３０とを備える。なお、「吸着パッド１０」は、複数の吸着パッド１１、１２、・・・の総称である（以下において同様。）。

吸着パッド１０の基板１００に対向する吸着面には、真空孔１０１及び真空孔１０１の周囲を囲む突起部１０２が形成されている。基板１００の表面の互いに離間した位置に、複数の吸着パッド１０のそれぞれの突起部１０２の上面が同時に接触する。

例えば、図２に示すように、吸着パッド１０の吸着面に突起部１０２が円環形状に形成されている。そして、周囲を突起部１０２に囲まれた円形状領域の中央付近の吸着面に、真空孔１０１が形成されている。例えば、突起部１０２の外径Ｄ１は５ｍｍ程度であり、内径Ｄ２は２．５ｍｍ程度である。また、真空孔１０１の直径は１ｍｍ程度である。

なお、吸着パッド１０の吸着面の外形が円形状である例を示したが、多角形などの他の形状であってもよい。また、突起部１０２が、円周方向に垂直な断面が矩形状の円環突起である例を示した。しかし、突起部１０２が円環以外の環形状であってもよいし、断面が矩形状以外の例えば台形状などであってもよい。

図１に示したように、吸着パッド１０のそれぞれはアーム部２０に支持される。例えば図１に示すように、アーム部２０の先端にベースプレート２１が設置され、複数の吸着パッド１０がベースプレート２１に装着される。

真空装置３０は、複数の吸着パッド１０の真空孔１０１とそれぞれ真空経路３１を介して接続されている。真空経路３１はチューブ状であり、真空経路３１の一方の端部は吸着パッド１０のそれぞれの真空孔１０１に連結し、他方の端部は真空装置３０に接続されている。図１に示した例では、ベースプレート２１を貫通して、真空経路３１が吸着パッド１０の真空孔１０１に接続されている。真空装置３０には、例えば真空ポンプなどが使用される。

突起部１０２の上面が基板１００に接触した状態で、真空装置３０が真空経路３１の内部を周囲よりも負圧にする。これにより、吸着パッド１０の吸着面における、突起部１０２に周囲を囲まれて真空孔１０１の配置された領域が真空となり、吸着パッド１０の吸着面に基板１００が真空吸着される。一方、真空経路３１内の真空状態を破ることにより、吸着パッド１０の吸着面から基板１００が離れる。

基板移載システム１は、吸着パッド１０に基板１００を真空吸着しながら基板１００を移載する。ここで、「基板を移載する」とは、サンプルホルダに基板を搭載すること、及びサンプルホルダから基板を回収することを含む。アーム部２０は、制御装置４０の制御によって、左右上下にベースプレート２１を自在に移動させる。

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（以下において、「ボート」という。）などがある。図１はサンプルホルダ２００にボートを使用した例であり、基板移載システム１によって、ボートでの基板１００の移載が行われる。

基板１００は、シリコン基板やガラス基板などの、半導体デバイスなどに使用される基板である。例えば、シリコンからなる太陽電池基板がサンプルホルダ２００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。

ところで、基板１００では、プロセス処理中の加熱によって基板１００が反ったり、基板１００の表面に形成された膜の応力によって基板１００が反ったりすることがある。また、基板自体に反りが元々生じている場合がある。しかし、基板１００が反らずにサンプルホルダ２００に搭載されることが望ましい。例えば１５６ｃｍ角である太陽電池基板のような大型の基板１００では、特に反りの問題が大きい。

基板１００の反りを抑制するために、例えば図３に示すように、基板１００の表面と同程度の面積の吸着面を有する吸着パッド１０Ａがアーム部２０Ａに支持される基板移載システムによって基板１００を移載することは有効である。しかし、基板１００が吸着面と接触する面積が広いために、基板１００の表面で傷が生じる領域が広くなるという問題がある。

なお、１個の吸着パッド１０Ａによって基板１００を保持する場合に、この吸着パッド１０Ａの吸着面の面積を小さくすることによって、基板表面に生じる傷の領域を小さくできる。しかしながら、吸着面が１箇所では、基板１００の反りを抑制することが困難である。

これに対し、基板移載システム１では、吸着面に突起部１０２が形成され、突起部１０２に囲まれた領域に真空孔１０１が配置されている。そして、基板１００は、突起部１０２の上面のみに接触した状態で吸着パッド１０に真空吸着される。即ち、基板１００の全面に分散する複数の箇所で、突起部１０２の上面によって基板１００が保持される。基板１００の表面に対して、突起部１０２の面積の上面を十分に小さくできる。したがって、基板移載システム１によれば、基板１００の反りを抑制しつつ、基板１００の全面を吸着する場合に比べて吸着パッド１０の基板１００に接触する面積を小さくできる。その結果、基板１００の移載時における基板１００の表面の傷の発生を抑制できる。なお、吸着による基板１００の表面の損傷を小さくするためには、突起部１０２の上面の面積が小さいほど好ましい。

太陽電池基板では、表面にテクスチャー処理を施して、受光面の表面に微小な凹凸を形成することが一般的に行われている。受光面をテクスチャー構造にすることによって、入射した光の表面反射が減少する。これにより、受光面が平坦である場合よりも多くの光を太陽電池基板の内部に導くことができる。なお、太陽電池基板以外の種々の基板においても、様々な目的で表面がテクスチャー処理されている。基板１００と接触する面積の小さい基板移載システム１によれば、基板１００の表面に形成されたテクスチャー構造の損傷を抑制できる。

なお、例えば図４に示すように、基板１００の表面に対向してマトリクス状に配置された４個の吸着パッド１１〜吸着パッド１４によって基板１００を吸着することが好ましい。ここで、吸着パッド１１〜吸着パッド１４間の中心位置Ｐが、基板１００の表面の中心位置と対向するように、吸着パッド１１〜吸着パッド１４が配置される。即ち、中心位置Ｐを通過する中心線Ｌ１、Ｌ２について対称に吸着パッド１０を配置する。これにより、基板１００の表面に傷が生じた場合においても、傷の発生箇所の面内分布が一様になる。このため、例えば基板１００を分割して製品に使用する場合などにおいて、製品の品質ばらつきを抑制することができる。

なお、吸着パッド１０が２個では、基板１００の反りの抑制が不十分な場合がある。また、吸着パッド１０が５個以上では、吸着パッド１０の基板１００と接触する総面積が増大する一方、基板移載システム１で基板１００を安定して保持する上で吸着パッド１０の個数が過剰である。このため、基板１００を真空吸着によって安定して保持できる範囲で、吸着パッド１０の個数は３〜４個程度が好ましい。

吸着パッド１０の個数が３個の場合の、吸着パッド１０のレイアウト例を図５に示す。図５に示したように、吸着パッド１１〜吸着パッド１３を中心線Ｌ１について対称に配置して、基板１００の表面に傷が残る場合にも傷の位置の面内分布にばらつきが生じないようにすることが好ましい。ただし、基板１００を４等分して製品に使用する場合などを考慮すると、吸着パッド１０の個数は４個が好ましい。例えば、１５６ｃｍ角の太陽電池基板の移載に、図４に示したようにレイアウトされた４個の吸着パッド１０を使用する。

なお、吸着パッド１０の材質には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属、或いはセラミックなどを使用可能である。ただし、基板１００の表面での傷の発生やテクスチャー構造の潰れを抑制するために、硬度の低い材料を使用することが好ましい。

例えば、セラミックよりも硬度の低いポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やカーボンなどが、基板１００に与えるダメージが少ない材料として、吸着パッド１０の、特に突起部１０２の材料に好適に使用される。例えば、耐熱温度が２５０℃のＰＥＥＫは、移載時の基板温度が２００℃程度である場合に、基板１００を吸着する吸着パッド１０の材料として好ましい。

図６に、吸着パッド１０の材料にＡｌ、セラミック、ＰＥＥＫをそれぞれ使用してシリコン基板を移載した場合における、基板表面の傷の発生の有無を比較した結果を示す。Ａｌやセラミックを使用した場合と比較して、ＰＥＥＫを使用した場合には傷の発生はほとんど見られなかった。

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では、吸着パッド１０の基板１００に接触する面積が小さく設定されている。このため、基板移載システム１によれば、移動時の吸着における基板表面の損傷を抑制できる。

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、太陽電池基板の表面を損傷することなくサンプルホルダ２００に搭載したり、成膜工程後の太陽電池基板の表面を損傷することなくサンプルホルダ２００から回収したりすることができる。

また、サンプルホルダ２００が成膜装置以外のプロセス処理装置、例えばエッチング装置や加熱装置などに、基板１００を搬入するためのサンプルホルダであってもよい。つまり、基板移載システム１は、基板１００を搭載するサンプルホルダ２００が使用される各種製造工程において適用可能である。

＜変形例＞
図１では、吸着パッド１０の吸着面に突起部１０２が円環形状に形成される例を示した。しかし、突起部１０２の形状は、基板１００と接触する上面の面積が小さければどのような形状であってもよい。

例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、突起部１０２を吸着面に２個の環形状体を二重に配置して構成してもよい。即ち、突起部１０２は外側の環形状体１０２ａと、環形状体１０２ａの内側に形成された環形状体１０２ｂからなる。真空孔１０１は、環形状体１０２ａと環形状体１０２ｂとに挟まれた環形状の領域に形成されている。

例えば、環形状体１０２ａの直径Ｄａは３０ｍｍ程度である。また、環形状体１０２ａと環形状体１０２ｂの上面の幅Ｗはそれぞれ２ｍｍ程度であり、環形状体１０２ａと環形状体１０２ｂの間隔Ｔは１ｍｍ程度である。

（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。

上記では、吸着パッド１０の吸着面の外形が円形状である例を示したが、多角形などの他の形状であってもよい。例えば、図８に示すように、吸着パッド１０の吸着面の外形が矩形状であってもよい。更に、突起部１０２を円環以外の多角形状で環形状に形成してもよい。図９は、突起部１０２の外形を矩形状にした例である。

また、上記ではサンプルホルダ２００がボートタイプである場合を説明したが、図１０に示すように、基板１００を水平方向に搭載するカートタイプのサンプルホルダ２００についても、本発明は適用可能である。即ち、水平方向に延伸する基板１００の表面に、複数の吸着パッド１０の突起部１０２の上面を接触させて基板１００を吸着することにより、移載時における基板１００の表面の損傷を抑制することができる。

また、上記では複数の吸着パッド１０が平板状のベースプレート２１に装着された例を示したが、他の支持方法によって複数の吸着パッド１０をアーム部２０に装着してもよい。例えば、図１１に示すように枠組み２２によって複数の吸着パッド１０を支持してもよい。

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、吸着によって保持しながら基板を移載する用途に利用可能である。

Claims

真空吸着によって基板を保持する基板移載システムであって、
真空孔及び該真空孔の周囲を囲む突起部が形成された吸着面をそれぞれ有し、前記基板の互いに離間した位置にそれぞれの前記突起部の上面が接触する複数の吸着パッドと、
前記複数の吸着パッドを支持するアーム部と、
前記複数の吸着パッドの前記真空孔とそれぞれ真空経路を介して接続され、前記真空経路の内部を周囲よりも負圧にする真空装置と
を備え、
前記突起部が前記吸着面に２個の環形状体を二重に配置して構成され、
前記２個の環形状体に挟まれた領域に前記真空孔が形成され、
前記基板の全面に分散する複数の箇所にそれぞれが接触する前記複数の吸着パッドのすべてに前記基板を真空吸着させることを特徴とする基板移載システム。
前記基板の表面に対向してマトリクス状に配置された４個の前記吸着パッドを備え、
前記吸着パッド間の中心位置が前記基板の表面の中心位置と対向するように前記吸着パッドが配置されてい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。
前記複数の吸着パッドが装着されたベースプレートを更に備え、
前記アーム部が前記ベースプレートを支持す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。
前記吸着パッドが、セラミックよりも硬度の低い材料からな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。
前記吸着パッドの材料が、カーボン又はポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項４に記載の基板移載システム。