JP6909399B2

JP6909399B2 - 基板保持装置

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Publication number: JP6909399B2
Application number: JP2017050018A
Authority: JP
Inventors: 入澤　一彦; 一彦入澤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: JP2018154851A

Description

本発明は、例えば、スパッタリング装置などの真空処理装置に使用され、基板ホルダに保持された基板の各辺部をマスキングする基板保持装置に関する。

例えば、真空蒸着装置、スパッタリング装置やプラズマＣＶＤ装置などの真空処理装置には、被処理物である基板を立てて搬送する縦型搬送方式を採用した成膜装置がある。

この種の成膜装置では、基板を搬送トレイに保持した状態で搬送しながら、成膜処理が実行される（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示された搬送トレイは、基板の各辺部をマスキングするため、開閉式シールド板を具備した構造を採用している。開閉式シールド板は、基板支持枠に回転軸を介して揺動自在に支持されている。

この開閉式シールド板は、閉じた状態で基板の成膜面の各辺部を覆うようになっている。磁性体によって構成された開閉式シールド板は、磁石で吸着することにより閉じた状態を保持する。このようにして、開閉式シールド板が閉じた状態を保持することにより、基板の各辺部をマスキングするようにしている。

一方、開閉式シールド板は、押出棒によって押し出されて開いた状態となる。この押出棒は、基板支持枠の各辺部に設けられた駆動源により押し出し動作が可能となっている。このようにして、開閉式シールド板が開いた状態を保持することにより、基板支持枠に対して基板の脱着が可能となっている。

特開２０１４−７８６０１号公報

ところで、特許文献１で開示された成膜装置の搬送トレイでは、基板の各辺部をマスキングする開閉式シールド板について、基板支持枠の各辺部の駆動源により押出棒を動作させることで開いた状態とし、また、磁石で吸着することにより閉じた状態としている。

しかしながら、特許文献１で開示された成膜装置では、開閉式シールド板を開動作させるために複数の駆動源を必要とする。そのため、成膜装置のコストアップを招くと共に成膜装置が複雑な構造となってしまう。

また、特許文献１で開示された成膜装置では、開閉式シールド板の閉状態を保持するために磁石を使用している。そのため、成膜時に基板を加熱する熱による温度上昇でもって磁石の磁力が低下する可能性がある。その結果、開閉式シールド板の閉状態を確実に保持することが困難となる。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、装置のコスト低減および構造の簡素化を図ると共に、処理時の熱による影響があっても確実にマスキングし得る基板保持装置を提供することにある。

本発明に係る基板保持装置は、基板が着脱自在に保持される基板ホルダと、その基板ホルダに設けられ、基板の各辺部を被覆する枠状の基板マスクとを具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明における基板マスクは、基板の辺部を被覆する複数のマスク部材からなる分割構造をなし、基板ホルダとマスク部材との間に、基板の辺部に対してマスク部材を近接および離隔させる移動機構と、各マスク部材について移動機構を単一の駆動源で連動させる駆動機構とを設けたことを特徴とする。なお、移動機構としては、回転軸の回転に基づいてマスク部材を近接離隔可能に移動させる回動機構が有効である。

本発明では、基板の各辺部に対して設けられた移動機構を単一の駆動源により駆動機構で連動させ、基板の各辺部に対してマスク部材を近接および離隔させるようにしている。

このように、単一の駆動源により移動機構および駆動機構でもってマスク部材を連動させることで、装置のコスト低減および構造の簡素化が実現でき、処理時の熱による影響があっても基板を確実にマスキングすることができる。

本発明における駆動機構は、移動機構の回転軸に同軸的に取り付けられた回転体と、各移動機構について回転体に纏い掛けられた無端条体とを備えている構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、簡単な構造でもって基板の各辺部に対する移動機構を連動させ、その移動機構により、基板の各辺部に対してマスク部材を同時に近接および離隔させることができる。

本発明における駆動機構は、直動シリンダにより直動するラックと、そのラックの直動により回転するピニオンとを備え、ピニオンは、移動機構の回転軸に同軸的に取り付けられている構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、単一の駆動源としての直動シリンダにより、基板の各辺部に設けられた移動機構を駆動機構で連動させることができる。これにより、基板の各辺部に対してマスク部材を同時に近接および離隔させることができる。

本発明によれば、単一の駆動源により移動機構および駆動機構でもってマスク部材を連動させることで、装置のコスト低減および構造の簡素化が実現でき、処理時の熱による影響があっても基板を確実にマスキングすることができる。その結果、低コストで簡素な構造を具備し、信頼性の高い長寿命の基板保持装置を提供できる。

本発明の実施形態で、基板保持装置において、基板マスクを開いた状態を示す正面図である。本発明の実施形態で、基板保持装置において、基板マスクを閉じた状態を示す正面図である。図２のＡ矢視図（一部断面を含む）である。図３のＸ部を示す拡大図である。図４のＢ矢視図である。本発明の実施形態で、基板保持装置の全体構成を示す断面図である。

本発明に係る基板保持装置の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

以下の実施形態では、例えば、ＩＴＯ焼結体をターゲットとし、ガラス基板上にＩＴＯをスパッタリングすることにより、ＩＴＯ膜を成膜するスパッタリング装置に適用した場合を例示する。

なお、本発明は、前述のスパッタリング装置以外に、真空蒸着装置やプラズマＣＶＤ装置などの他の薄膜形成装置に適用することも可能である。さらに、本発明は、薄膜形成装置以外の他の真空処理装置にも適用可能である。

この実施形態のスパッタリング装置は、大型サイズのガラス基板の撓みを無くし、安定したガラス基板の搬送を実現するため、ガラス基板を傾斜させた状態で立てて搬送する縦型搬送のインライン型スパッタリング装置である。

このスパッタリング装置は、図示しないが、ガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜する成膜室と、その成膜室に未処理のガラス基板を搬入するロード室と、成膜室から処理済のガラス基板を搬出するアンロード室とで構成され、ロード室と成膜室との間、および成膜室とアンロード室との間でガラス基板を移送する搬送機構を具備する。

この搬送機構１１は、図６に示すように、ガラス基板１２を保持する基板ホルダ１３と、その基板ホルダ１３に開閉自在に設けられ、ガラス基板１２の各辺部１４を被覆する枠状の基板マスク１５と、基板ホルダ１３の移送方向に沿って垂直配置され、基板ホルダ１３をガイドしながら駆動するプーリ１６，１７とを備えている。

基板ホルダ１３は、例えば吸着などの適宜の手段によりガラス基板１２を着脱自在としている。この基板ホルダ１３の上部および下部に、移送方向に延びるシャフト１８，１９が架設されている。このシャフト１８，１９に、基板ホルダ１３の上部および下部から延びるアーム２０，２１が回転自在に取り付けられている。

一方、ロード室およびアンロード室の側壁部２２には、垂直方向に延びる垂直ガイドレール２３が敷設されている。また、ロード室およびアンロード室の底部２４には、水平方向に延びる水平ガイドレール２５が敷設されている。

この垂直ガイドレール２３に垂直移動可能に垂直可動プレート２６が取り付けられている。この垂直可動プレート２３にプーリ１６が回転自在に軸支され、そのプーリ１６上に基板ホルダ１３のアーム２０が載置されている。

また、水平ガイドレール２５に水平移動可能に水平可動プレート２７が取り付けられている。この水平可動プレート２７にプーリ１７が回転自在に軸支され、そのプーリ１７上に基板ホルダ１３のアーム２１が載置されている。基板ホルダ１３を搬送するための駆動モータ２８がプーリ１７と同軸的に連結されている。

以上の構成からなる搬送機構１１では、ロード室の前段で、ガラス基板１２が水平状態の基板ホルダ１３に載置された後、水平可動プレート２７を水平ガイドレール２５に沿って水平移動させると共に、垂直可動プレート２６を垂直ガイドレール２３に沿って垂直移動させる。これにより、ガラス基板１２を傾斜させて立てた状態となる（図６参照）。

この状態で、駆動モータ２８によりプーリ１７を回転させ、シャフト１８，１９およびアーム２０，２１を介して基板ホルダ１３をロード室から成膜室へ搬入する。この成膜室でのガラス基板１２の成膜後、駆動モータ２８によりプーリ１７を回転させ、シャフト１８，１９およびアーム２０，２１を介して基板ホルダ１３を成膜室からアンロード室へ搬出する。

アンロード室の後段では、ロード室の前段での動作と逆方向に、水平可動プレート２７を水平ガイドレール２５に沿って水平移動させると共に、垂直可動プレート２６を垂直ガイドレール２３に沿って垂直移動させる。これにより、傾斜状態にあった基板ホルダ１３を水平状態に移行させた上で、基板ホルダ１３からガラス基板１２を取り出す。

ところで、スパッタリング装置の仕様によっては、ガラス基板１２の各辺部１４を除いて成膜する場合、つまり、ガラス基板１２の各辺部１４を成膜しない場合がある。この場合、ガラス基板１２の各辺部１４をマスキングする必要がある。そのため、この実施形態の基板保持装置では、ガラス基板１２の各辺部１４を被覆する枠状の基板マスク１５を基板ホルダ１３に開閉自在に設けている。

この基板マスク１５は、図１および図２に示すように、ガラス基板１２の辺部１４を被覆する複数（図では４個）の帯板状マスク部材３１からなる４分割構造をなす。各マスク部材３１をクランク機構３２および駆動機構３７（後述）により平行移動させることによりガラス基板１２の辺部１４に対して近接離隔可能としている。

なお、この実施形態では、ガラス基板１２の辺部１４に対してマスク部材３１を近接および離隔させる移動機構としてクランク機構３２を例示するが、これ以外で、回転軸の回転に基づいてマスク部材３１を近接離隔可能に移動させる回動機構であってもよい。

つまり、ガラス基板１２の辺部１４に対してマスク部材３１を近接させることにより基板マスク１５を閉状態とし（図２参照）、ガラス基板１２の各辺部１４を被覆する。これに対して、ガラス基板１２の辺部１４に対してマスク部材３１を離隔させることにより基板マスク１５を開状態とし（図１参照）、ガラス基板１２の各辺部１４を開放する。

基板マスク１５を開閉動作させるクランク機構３２は、図３および図４に示すように、基板ホルダ１３から延びるフレーム３３に軸受３４によりクランク軸３５を回転自在に支持し、そのクランク軸３５にクランク部材３６の基端部を固定すると共に、そのクランク部材３６の先端部をマスク部材３１に揺動自在に取り付けた構造を具備する。この構造は、マスク部材３１の長手方向２箇所に設けられている（図１および図２参照）。

なお、前述したフレーム３３は、基板ホルダ１３の一部として基板ホルダ１３に一体的に設けられているが、溶接やボルト止めなどの適宜の手段により別体として基板ホルダ１３に取り付けた構造であってもよい。

一方、基板マスク１５を開閉動作させる駆動機構３７は、エアシリンダ等の直動シリンダ３８（図３参照）により直動するラック３９と、そのラック３９の直動により回転するピニオン４０（図５参照）とを具備する。

直動シリンダ３８は、ロード室の前段およびアンロード室の後段にて位置決め配置される基板ホルダ１３に対して、ラック３９を直動させることが可能な箇所（ロード室の前段およびアンロード室の後段）に設置されている。ラック３９は、図示しない適宜の手段により、基板ホルダ１３に直動自在に取り付けられている。

ピニオン４０は、基板ホルダ１３のフレーム３３に軸受３４により回転自在に支持されたクランク軸３５と同軸的に連結されている。ピニオン４０は、全体で８つのクランク軸３５のうち、いずれか１つのクランク軸３５（図４の右側に位置するクランク軸３５）に同軸的に取り付けられている。

また、駆動機構３７は、クランク機構３２のクランク軸３５に同軸的に回転体であるスプロケット４１が取り付けられ、全てのスプロケット４１に無端条体であるチェーン４２が纏い掛けられた構造を具備する（図１および図２参照）。このチェーン４２の緩みを防止して一定の張力を確保するため、マスク部材３１における２つのスプロケット４１間にテンショナ４３が配設されている。

なお、この実施形態では、回転体としてスプロケット４１、無端条体としてチェーン４２を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、回転体としてプーリ、無端条体としてベルトを適用してもよい。

以上の構成からなるクランク機構３２および駆動機構３７を利用した基板マスク１５の開閉動作を以下に説明する。

基板マスクの開動作は、以下の要領で実行される。まず、図３および図４に示すように、直動シリンダ３８の駆動（シリンダロッドの伸長）により基板ホルダ１３に対してラック３９を直動させる。このラック３９の直動によりピニオン４０が回転することで、１つのマスク部材３１のクランク軸３５が回転する。

このクランク軸３５の回転によりスプロケット４１が回転し、このスプロケット４１の回転がチェーン４２により全てのマスク部材３１のスプロケット４１に伝達される。これにより、１つのマスク部材３１のクランク軸３５の回転によるクランク機構３２の動作に、他の全てのマスク部材３１のクランク機構３２の動作が連動する。

このクランク機構３２の連動により、全てのマスク部材３１がガラス基板１２の各辺部１４に対して離隔するように平行移動することで基板マスク１５が開状態となる（図１参照）。この基板マスク１５の開状態により、ロード室の前段において水平状態にある基板ホルダ１３にガラス基板１２を載置することが可能となる。

ここで、基板ホルダ１３にガラス基板１２を載置するに際しては、ガラス基板１２に傷が付かないように基板ホルダ１３の載置部にクッション材４４が配置されている（図４参照）。

次に、基板マスク１５の閉動作は、以下の要領で実行される。直動シリンダ３８の駆動（シリンダロッドの縮小）により基板ホルダ１３に対してラック３９を開動作時とは逆方向に直動させる。このラック３９の逆方向の直動は、基板ホルダ１３に設けられた圧縮コイルばね（図示せず）の弾性復元力を利用することにより実行される。このラック３９の直動によりピニオン４０が開動作時とは逆向きに回転することで、１つのマスク部材３１のクランク軸３５が回転する。

このクランク機構３２の連動により、全てのマスク部材３１がガラス基板１２の各辺部１４に対して近接するように平行移動することで基板マスク１５が閉状態となる（図２参照）。この時、マスク部材３１の下面に突設されたストッパ４５が基板ホルダ１３に当接することにより、マスク部材３１が位置決めされる（図４参照）。

この基板マスク１５の閉状態により、ロード室の前段にて水平状態の基板ホルダ１３に載置されたガラス基板１２の各辺部１４のマスキングが完了する。その後、搬送機構１１（図６参照）によりガラス基板１２を傾斜させて立てた状態にした上で基板ホルダ１３を成膜室へ搬入し、成膜処理を実行する。

この成膜後、成膜室から基板ホルダ１３を搬出し、アンロード室の後段にて、傾斜状態にあった基板ホルダ１３を水平状態に移行させた後、ロード室の前段で基板マスク１５を開状態とした要領と同様に、基板マスク１５を開状態とする。

以上のように、この実施形態では、ガラス基板１２の各辺部１４に対して設けられた簡単な構造のクランク機構３２を単一の直動シリンダ３８により駆動機構３７で連動させ、ガラス基板１２の各辺部１４に対して４つのマスク部材３１を同時に近接離隔可能に平行移動させるようにしている。

このように、単一の直動シリンダ３８によりクランク機構３２および駆動機構３７でもってマスク部材３１を連動させることで、成膜装置のコスト低減および構造の簡素化が実現でき、処理時の熱による影響があってもガラス基板１２を確実にマスキングすることができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１２基板（ガラス基板）
１３基板ホルダ
１４辺部
１５基板マスク
３１マスク部材
３２移動（回動）機構（クランク機構）
３５回転軸（クランク軸）
３７駆動機構
３８駆動源（直動シリンダ）
３９ラック
４０ピニオン
４１回転体（スプロケット）
４２無端条体（チェーン）

Claims

基板が着脱自在に保持される基板ホルダと、前記基板ホルダに設けられ、前記基板の各辺部を被覆する枠状の基板マスクとを備え、
前記基板マスクは、前記基板の各辺部をそれぞれ被覆する複数のマスク部材からなる分割構造をなし、
前記基板ホルダと前記各マスク部材との間に、それぞれ、前記各マスク部材を前記基板の各辺部に対して近接および離隔させる移動機構を有すると共に、全ての前記移動機構を単一の駆動源で連動させる駆動機構を有し、
前記各移動機構は、回転軸を有し、該回転軸の回転に基づいて、前記マスク部材を、前記基板の面と平行な方向に移動させて、前記基板の辺部に対して近接および離隔可能に移動させ、
前記駆動機構は、前記各移動機構の前記回転軸に同軸的に取り付けられた回転体と、全ての前記移動機構の前記回転体に巻き掛けられた無端条体とを有し、前記単一の駆動源により回転させられた一の前記移動機構の前記回転体の回転を、前記無端条体により、他の全ての前記移動機構の前記回転体に伝達することを特徴とする基板保持装置。
前記移動機構は、前記基板ホルダに対して回転自在に支持された、前記回転軸としてのクランク軸と、その基端部が前記クランク軸に固定され、その先端部が前記マスク部材に揺動自在に取り付けられたクランク部材とを有する請求項１に記載の基板保持装置。
前記駆動機構は、前記単一の駆動源としての直動シリンダにより直動するラックと、前記ラックの直動により回転するピニオンとを有し、前記ピニオンは、前記一の移動機構の回転軸に同軸的に取り付けられている請求項１又は２に記載の基板保持装置。