JPWO2009096373A1 - 真空搬送装置 - Google Patents
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Abstract
搬送物の鉛直方向の搬送量を増加させると共に、真空搬送装置を設置するために要する体積を削減し、真空搬送装置の小型化を図る。基板（１００）を水平方向に搬送するための水平搬送機構（１１１）と、基板（１００）を鉛直方向に搬送するための鉛直搬送機構（１１２）と、水平搬送機構（１１１）及び鉛直搬送機構（１１２）が内部に配置された真空容器（１０１）と、真空容器（１０１）内に配置されたＸＹ軸方向駆動軸（１０７ａ，１０７ｂ）を有しこのＸＹ軸方向駆動軸（１０７ａ，１０７ｂ）によって水平搬送機構（１１１）を駆動する水平駆動部（１１３）と、真空容器（１０１）内に配置されたＺ軸方向駆動軸（１０８ａ，１０８ｂ）を有しこのＺ軸方向駆動軸（１０８ａ，１０８ｂ）によって鉛直搬送機構（１１２）を駆動する鉛直駆動部（１１４）と、を備える。
Description
本発明は、真空室内で基板等の搬送物を３軸方向に対してそれぞれ搬送するための真空搬送装置に関する。
例えば半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置等では、真空容器等からなる真空室内における基板の搬送手段として、真空搬送装置が用いられている。
真空室内で基板を搬送するための基板搬送装置の代表的な構成としては、特許文献１の図１０に開示されているような構成が知られている。
この特許文献１では、真空容器の外側に、電源、制御に用いる駆動系が配置されており、この駆動系が真空フランジを介して接続されている。真空容器内には、実際に基板を保持して搬送するためのアーム部のみが収納されており、駆動系と搬送系とが真空容器によって分離された構造を採っている。
また、基本的に、水平方向に対する基板の搬送は、真空容器の内部に設置されたアーム部の伸縮動作を基本動作として行われる。真空容器の外部に設置された駆動系から、回転駆動力を発生させる回転駆動機構によって、真空容器の内部のアーム部に回転動作を駆動力をとして伝達し、アーム部を伸縮動作させることで、基板を水平方向に対して搬送することが可能にされている。
真空容器内における鉛直方向（昇降方向）に対する基板の搬送は、真空容器の外部に配置された駆動系の接続部に金属製ベローズが設置されており、この金属製ベローズの伸縮量（ストローク量）に応じて、鉛直方向の搬送が可能にされている。したがって、鉛直方向の搬送量を増やす場合には、真空容器の外部に接続された金属製ベローズの伸縮可能な長さを増やす必要がある。
真空搬送装置による基板の搬送は、半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置における高効率化を図るために、近年では、基板の搬送方向のうちで、鉛直方向に対する搬送量を大きく確保することが求められている。また、真空搬送装置において搬送時に基板を取り扱う環境も、より一層クリーンな環境が要求されている。
しかしながら、上述した従来の真空搬送装置の構成では、鉛直方向に対する搬送量を増やす場合に、真空容器の外部に配置されている金属製ベローズのストローク量の増加を伴い、その長さの増加量が搬送量の２〜３倍にもなる。したがって、金属製ベローズが真空容器の外部で占める体積が増えるので、このような真空搬送装置を設置するために要する体積は、鉛直方向に対する搬送量の増加に伴って大幅に増える傾向にある。加えて、水平方向（ＸＹ軸方向）の搬送に用いる回転動作も、長い回転軸を介した回転動作の伝達に依存しているので、回転トルクの減少と、回転軸径の増加とを伴うことになる。
真空容器外部の金属製ベローズの長さが増大するのを抑える対策としては、駆動系の部分の真空シール構造を改善する構成が、特許文献２の図１に開示されている。この特許文献２の構成では、シール構造が磁性流体シールの代わりにメカニカルシールが採用されており、回転軸の昇降動作に応じて、シール部分が浮動する機構を備えている。この構成によって、金属製ベローズの長さ自体は減少するが、鉛直運動をするために必要な体積が減少する訳ではない。
特開平９−１３１６８０号公報（図１０）
特開２００５−１６１４０９号公報（図１）
上述した従来技術では、いずれにおいても鉛直方向に対する昇降動作時の搬送量を増やすために、真空容器の外部に鉛直運動をするための体積を確保することが不可欠になる。特許文献２に開示されている構成は、真空容器の外部に配置される金属製ベローズの大型化を避けることが可能である。一方で、特許文献１、２に開示されている構成は、鉛直方向に対する必要な搬送量を実現する長さの駆動軸が真空容器外部に配置されることで、真空容器の大型化を招き、真空搬送装置を設置するために要する体積を削減することができないという不都合がある。
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、搬送物の鉛直方向の搬送量を増加させると共に真空搬送装置を設置するために要する体積を削減することを可能にし、真空搬送装置全体の小型化を図ることができる真空搬送装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係る真空搬送装置は、搬送物を二次元方向に対して搬送する二次元搬送手段と、それ自身並進運動しないで二次元搬送手段を支持する支持手段と、二次元搬送手段及び支持手段が内部に配置された真空室と、を有する。支持手段は、二次元搬送手段によって作られる平面に対して垂直な方向に二次元搬送手段を移動可能に構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、二次元搬送手段及び支持手段が真空室の内部に配置されたことで、二次元搬送手段による搬送方向に垂直な方向に対する搬送物の搬送量（昇降量）を増加させると共に真空搬送装置を設置するために要する体積の削減を可能にする。このため、本発明は、真空搬送装置全体を小型化することができる。
１００ 基板
１０１ 真空容器
１０３ ハンド
１０４ 第２アーム
１０５ 第１アーム
１０６ ベース
１０７ａ，１０７ｂ ＸＹ軸方向駆動軸
１０８ａ，１０８ｂ Ｚ軸方向駆動軸
１１１ 水平搬送機構
１１２ 鉛直搬送機構
１１３ 水平駆動部
１１４ 鉛直駆動部
２０１ 回転発生器
２２０ 回転軸
２２１ 回転軸
２２３ 回転軸
３０１ 回転発生器
４０１ 接続口
４０２ 弁体
４１１ 真空排気口
４１２ 弁体
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以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る真空搬送装置としての本実施形態の真空搬送ロボットの概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の真空搬送ロボットが備える水平搬送機構及び水平駆動部の概略構成を示す断面図である。本実施形態においては、２次元方向を水平面方向、それに垂直な方向を鉛直方向として説明する。
図１に示すように、本実施形態の真空搬送ロボットは、半導体や各種ディスプレイ用デバイス構造が実装される搬送物としての基板１００を３軸方向に対してそれぞれ搬送するために用いられる。この真空搬送ロボットは、基板１００を二次元方向である水平（ＸＹ軸）方向に対して搬送する二次元搬送手段としての水平搬送機構１１１と、この水平搬送機構１１１を鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して搬送する支持手段としての鉛直搬送機構１１２とを備えている。
また、この真空搬送ロボットは、水平搬送機構１１１及び鉛直搬送機構１１２が内部に配置された真空室としての真空容器１０１を備えている。また、真空搬送ロボットは、水平搬送機構１１１を駆動する水平駆動部１１３と、鉛直搬送機構１１２を駆動する駆動手段としての鉛直駆動部１１４とを備えている。
水平搬送機構１１１は、図１及び図２に示すように、基板１００を支持するアーム部材としての第１アーム１０５、第２アーム１０４及びハンド１０３を有している。また、水平搬送機構１１１は、第１アーム１０５、第２アーム１０４及びハンド１０３を回動可能に連結して支持する回転軸２２０，２２１，２２３を含む回転機構と、この回転機構を内部に収容するケース部材とを有している。
第１アーム１０５の一端は、回転軸２２０を介してベース１０６上に支持されており、第１アーム１０５の他端には、第２アーム１０４の一端が回転軸２２１を介して支持されている。また、第２アーム１０４の他端には、基板１００が載置されるハンド１０３が回転軸２２３を介して支持されている。ハンド１０３の上に載せられ基板１００は、水平搬送機構１１１によって水平方向の任意の位置に搬送されると共に、鉛直搬送機構１１２によって鉛直方向の任意の高さに搬送される。
真空搬送ロボットの鉛直搬送機構１１２は、水平搬送機構１１１を支持するベース部材としてのベース１０６と、このベース１０６を鉛直方向に移動可能に支持する支持部材３０２を含む移動機構とを有している。
真空搬送ロボットの水平駆動部１１３は、水平搬送機構１１１を駆動する水平方向用駆動軸としての一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂと、これら駆動軸１０７ａ，１０７ｂを回転駆動する回転発生器２０１とを有している。鉛直駆動部１１４は、それ自身は並進運動しないで、言い換えると二次元方向に移動しないで、真空容器１０１に対して移動しないように固定されて設けられている。この鉛直駆動部１１４は、図３に示すように、鉛直搬送機構１１２を駆動する鉛直方向用駆動軸としての一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂ（一組の変換手段）と、これら駆動軸１０８ａ，１０８ｂを回転駆動する回転発生器３０１とを有している。
なお、回転発生器２０１，３０１としては、例えばサーボモーターとハーモニックドライブを使用する構成が挙げられる。真空搬送ロボットが備える制御部（不図示）が、制御プログラムに基づいて回転発生器３０１の駆動制御を行うことで、対向する位置に配置された駆動軸１０８ａ，１０８ｂは同期されて回転駆動される。
図１に示すように、真空容器１０１の内部には、一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂと、一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂがそれぞれ設けられている。これら一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ、及び、一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは、水平搬送機構１１１によって作られる平面の中心軸である、ベース１０６の中央を通る中心軸に対して対向する位置にそれぞれ配置されている。すなわち、一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ、及び、一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは、ベース１０６の対角線上にそれぞれ配置されて構成されている。これらＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ及びＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂの各端部には、真空容器１０１の上面部の壁を隔てて、真空容器１０１の外部に、回転発生器２０１，３０１がそれぞれ設けられている。水平駆動部１１３及び鉛直駆動部１１４は、各回転発生器２０１，３０１によってそれぞれの駆動軸１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂに任意の回転を与えることが可能にされている。一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂと、一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは、水平搬送機構１１１が配置されたベース１０６に機械的に接続されている。また、一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ及び一組のＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは、真空容器１０１内にそれぞれ収容されており、真空雰囲気に常時、曝されている。ここで、Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは必ずしも対向する位置に配する必要はない。
また、真空搬送ロボットは、ベース１０６及び水平搬送機構１１１のケース部材の内部を排気するための排気ポンプを含む排気部（不図示）を備えている。
図２に示すように、真空容器１０１の外側には、回転発生器２０１が設けられており、真空回転導入機構（不図示）を介して、回転発生器２０１がＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂに接続されている。真空容器１０１の内部への回転力の導入は、例えば磁性流体シールを介して行われている。
本発明にかかわらず、一般に、真空搬送ロボットでは、搬送物を水平方向に対する任意の位置に搬送することが可能なように構成されている。本実施形態の真空搬送ロボットにおける水平搬送機構１１１によって、基板１００を水平方向に対する任意の位置に搬送するための構造は以下のとおりである。
水平搬送機構１１１は、水平方向に対する基板１００の搬送は、第１アーム１０５、第２アーム１０４、及びハンド１０３を伸縮動作させることで行う。伸縮させる機構の一例としては、図２に示すような構成によって実現されている。
図２に示すように、回転発生器２０１によって発生された回転駆動力は、ＸＹ軸方向駆動軸１０７ａとしてのボールスプラインによってギア２１３に伝達される。なお、ボールスプラインとは、スプライン軸とスリーブとの間に多数の鋼球が介在されて構成されているものを指している。このボールスプラインは、鋼球を循環運動させながらころがり対偶で、ストロークの長短に関係なく移動できる構造である。このため、ボールスプラインは、回転駆動力を回転運動として伝達できるのに加えて、軸方向の動作に対して円滑な直線運動として容易に駆動することが可能にされている。
ギア２１３とギア２１４は、真空容器１０１内で噛み合わされて接続されている。ギア２１３からギア２１４へ回転駆動力を伝達する際、これらギア２１３，２１４の間に更に他のギアが追加されてもよい。また、ギア２１３とギア２１４との間には、必要に応じて真空用の潤滑材を塗布したり、真空用の潤滑材をコーティングしたりすることで、円滑な噛み合い状態が確保されている。
ギア２１４に伝達された回転駆動力は、回転軸２１５を介して、ベース１０６内に配置されたプーリー２１６を回転駆動させる。このプーリー２１６の回転駆動力は、タイミングベルト２１７を介してプーリー２１８に伝達され、プーリー２１８を回転駆動させる。プーリー２１８は、回転軸２２０に固定されており、この回転軸２２０を介して、第１アーム１０５内に配置されて回転軸２２０に固定されているプーリー２５１に回転駆動力を伝達する。プーリー２５１の回転駆動力は、タイミングベルト２５２を介して、同様に第１アーム１０５内に配置されたプーリー２５３に伝達される。
プーリー２５３には、回転軸２２１を介して第２アーム１０４に連結され、プーリー２５３の回転駆動により、第２アーム１０４の回転動作を制御することができる。同時に、第２アーム１０４を回転させながら、回転軸２２１を介して回転駆動力を伝達することによって、プーリー２５４を回転駆動することができる。同様に、プーリー２５４に伝達された回転駆動力は、タイミングベルト２５５を介してプーリー２５６に伝達され、プーリー２５６を回転駆動させる。プーリー２５６には、回転軸２２３を介してハンド１０３に連結されており、プーリー２５６が回転駆動されることによって、回転軸２２３を介してハンド１０３を回転させて、ハンドル１０３を所望の位置に移動させることができる。
一方、回転発生器２０１によって発生させた回転駆動力を、ＸＹ軸方向駆動軸１０７ｂとしてのボールスプラインを介してギア２０３に伝達する。ギア２０３とギア２０４は、真空容器１０１内で噛み合わされている。ギア２０３からギア２０４に回転駆動力を伝達する際、これらギアの間に更に他のギアが追加されてもよい。ギア２０３とギア２０４との間には、必要に応じて真空用の潤滑材を塗布したり、真空用の潤滑材をコーティングしたりすることで、円滑な噛み合い状態が確保されている。
ギア２０４に伝達された回転駆動力は、回転軸２０５を介して、ベース１０６内に配置されているプーリー２０６を回転駆動させる。ギア２０６に伝達された回転駆動力は、タイミングベルト２０７を介してプーリー２０８に伝達され、プーリー２０８を回転駆動させる。プーリー２０８は、第１アーム１０５に突出している円筒部の外壁１０２に固定されており、回転軸２２０を通すために、プーリー２０８は中空構造となっている。プーリー２０８の回転空洞によって任意の角度に第１アーム１０５を回転させて所望の位置に移動させることができる。
以上の、回転発生器２０１によって発生された回転駆動力を、各回転軸、ギア、タイミングベルト、プーリーを介して伝達させることによって、第１アーム１０５、第２アーム１０４、ハンド１０３を任意に回動させて水平運動させることが可能である。これら各部材の動きを組み合わせることによって、一般的な真空搬送ロボットに求められる、基板１００の水平方向に対する任意の位置への搬送を行うことができる。すなわち、水平方向に対する搬送は、ポールスプラインからの回転駆動力を各ギア、タイミングベルト、プーリーを介して、各アーム１０５，１０４に伝達することによって、各アーム１０５，１０４の連続した伸縮運動（水平運動）に変換して行われる。
本実施形態の真空搬送ロボットは、図２に示した水平搬送機構１１１及び水平駆動部１１３を備えることで、水平搬送機構１１１の回転動作に必要なＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂを真空容器１０１の内部に配置することができる。このため、真空搬送ロボットを設置するために要する体積を減少させることができる。
図３は、本実施形態の真空搬送ロボットが備える鉛直搬送機構及び鉛直駆動部の概略構成を示す断面図である。図３に示すように、真空容器１０１の外側には、回転発生器３０１が、ベース１０６の中央に対して対向する位置に配置されている。回転発生器３０１は、真空回転導入機構を用いて、同様にベース１０６の中央に対して対向する位置に配置されたＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂに接続されている。ここで、Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂは、必ずしも対向する位置に配される必要はない。
上記の水平搬送ができることに加え、真空搬送ロボットでは、一般的に、搬送物を鉛直（Ｚ軸）方向に搬送することが求められる。本実施形態では、Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂを回転動作によってベース１０６を鉛直方向に搬送させることで、搬送対象のＺ軸方向への搬送を実現することができる。また、一般的に、Ｚ軸方向に対する搬送量（昇降量）を長くするために、真空容器の底面部の外方に、Ｚ軸方向駆動軸が移動するための空間としてＺ軸方向に対して大きな設置体積を必要とする。本実施形態では、図３に示すように、Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂを真空容器１０１の内部に配置することによって、Ｚ軸方向駆動軸を設置するために要する体積を大きくすることなく、Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂを長く設けることができる。
Ｚ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂとして、回転軸であるボールネジを用いることによって、回転発生器３０１によって発生された回転駆動力がＺ軸方向の直進駆動力に変換される。ボールネジには、回転軸に形成されたネジ部をなす螺旋状の溝に対応するように配置されたナット３０４を介して、ブラケット３０５が接続されている。
したがって、ボールネジの回転に伴うナット３０４の直進動作によって、ブラケット３０５を介してベース１０６を上下方向に昇降させることができる。また、ボールネジに平行に、ボールネジの直進移動を補助するための直線ガイド３０３を配置することによって、ボールネジ及びベース１０６の直進動作の信頼性を確保することができる。
加えて、ベース１０６の中央に対して対称な位置には、同一構造の回転発生器３０１がそれぞれ配置されている。これらの回転発生器３０１を同期させて駆動制御することによって、ベース１０６を水平方向と平行な状態に保ったままで、ベース１０６上に設けられた水平搬送機構１１１を鉛直方向に移動することができる。このとき、図２に示したＸＹ軸方向駆動軸１０７としてのボールスプラインは、ベース１０６の昇降動作を妨げること無く、滑らかにベース１０６を鉛直方向に移動させることができる。
図４は、水平搬送機構の構成を示す模式図である。図４に、水平搬送機構１１１を構成する各ケース部材の内部の真空排気を行うことができる構成の一例を示す。
図４に示すように、真空容器１０１内に配置された水平搬送機構１１１は、ケース部材の内部に各種機構部品が収容された密閉構造に構成されている。第１及び第２のアーム１０４，１０５は、個々のケース部材を構成する筒状の軸部材４０３，４０４を介して回動可能に連結されており、各軸部材４０３，４０４の内部に回転軸２２１，２２０が挿通されている。各軸部材４０３，４０４は、中空構造に構成されており、水平搬送機構１１１の内部で雰囲気が連通されている。４０３及び４０４自体は金属製の筒状のものであり、少なくとも片方は磁気シール等で回転自在に隣接の部材に接続されている。このような構成は、特許文献１の図１０においても実施されている。
本実施形態では、水平搬送機構１１１の内部とベース１０６の内部とが、ケース部材を構成する軸部材４０４を介して雰囲気が連通されている。そして、真空容器１０１及びベース１０６には、互いに着脱可能に接続される接続部としての接続口４０１及び真空排気口４１１がそれぞれ設けられている。ベース１０６の下部に設けられた接続口４０１には、弁体４０２が設けられている。また、真空容器１０１の底面部には、ベース１０６の接続口４０１に対向する位置に設けられた真空排気口４１１に、弁体４１２が設けられている。ベース１０６は接続口４０１を介して真空排気口４１１に連通される。
本実施形態は、上述した特許文献１の構成のように、ベース１０６の接続口４０１と、真空容器１０１の真空排気口４１１とが常時接続された状態ではなく、適切なタイミングで接続される。そして、接続口４０１と真空排気口４１１とが接続されたときに、ベース１０６側の弁体４０２と、真空容器１０１側の弁体４１２とを開放することによって、排気部によって真空排気を行うように構成されている。
真空容器１０１内に配置された密閉構造をなしている水平搬送機構１１１の圧力は、水平搬送機構１１１内の軸受け構造等の機構部品からの放出ガスによって、次第に上昇する。したがって、真空容器１０１内の真空雰囲気の汚染等を防ぐことを考慮した場合、水平搬送機構１１１のケース部材に対して、適切なタイミングで真空排気を行う必要がある。同時に、水平搬送機構１１１のケース部材は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して比較的長い距離の搬送が行われるので、接続口４０１と真空排気口４１１とを常時接続させて、ケース部材の内部を常時真空に排気することが可能な状態に維持することができない。
このため、本実施形態では、ケース部材に内部が連通されたベース１０６の接続口４０１に弁体４０２が設けられており、水平搬送機構１１１の密閉構造をなすケース部材の内部の圧力を保つことが可能にされている。また、適切なタイミングで、接続口４０１と真空排気口４１１とが接続されたときに、強制的又は受動的な外力を付加し、弁体４０２と弁体４１２を開放動作させることによって、水平搬送機構１１１におけるケース部材の内部を真空に排気することができる。一方、真空容器１０１内で鉛直方向に移動している間は、弁体４０２を閉じることによって、水平搬送機構１１１の内部を所定の圧力以下に保つことができる。つまり、ベース１０６の内部及び水平搬送機構１１１のケース部材の内部を必要に応じて適切な減圧環境に保つことができる。
上述したように、本実施形態によれば、水平搬送機構１１１を駆動するＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ及び鉛直搬送機構１１２を駆動するＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂが、真空容器１０１の内部に配置されて構成されている。これによって、基板１００の鉛直方向の搬送量（昇降量）を増加させると共に真空搬送装置を設置するために要する体積の削減を可能にし、真空搬送ロボット全体の小型化を実現することができる。
つまり、本実施形態では、従来のように真空容器の外部に露出して駆動軸を配置する構成の代わりに、真空容器１０１の内部における対向する位置に配置される各一組のＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ及びＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂを用いている。これらＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂ及びＺ軸方向駆動軸１０８ａ，１０８ｂを有する水平駆動部１１３及び鉛直駆動部１１４によって、回転運動を水平方向に対する移送運動と、鉛直方向に対する移送運動とを設置体積の増大を伴うことなく行うことが可能になる。これによって、真空容器１０１の内部における鉛直方向に対する搬送量を増加させ、かつ、真空搬送ロボットを設置するために要する体積を削減することができる。また、従来は、鉛直方向に対する動き代を確保するため、装置の占有体積以上の設置空間を確保する必要があったが、本発明においてはその必要はない。
また、基板１００の搬送に必要な機構部分を、真空容器１０１と独立し、ＸＹ軸方向駆動軸１０７ａ，１０７ｂに直結された回転機構を収容する密閉構造をなす水平搬送機構１１１を備えることによって、真空容器１０１の内部における構造が簡略化される。さらに、本実施形態によれば、真空容器１０１内でベース１０６が鉛直方向に搬送されているときに、ベース１０６の接続口４０１と真空容器１０１の真空排気口４１１とがそれぞれ弁体４０２，４１２によって気密に閉じられる。また、適切なタイミングで接続口４０１と接続口４１１を接続させ、それぞれの弁体４０２，４１２を開放することによって、ベース１０６内部及び水平搬送機構１１１のケース内部を適切な減圧環境に保つことができる。その結果、クリーンな真空環境を得ることができる。
本発明の真空搬送装置の使用形態の一例として、図５に示す様に、本発明の真空搬送装置１と多段真空焼成炉５０１を連結する例が挙げられる。図５の例では、多段真空焼成炉５０１内の任意の高さの段に対して、搬送物の取り出し、設置を行うことができる。前述のように、本発明では、装置占有体積を増加することなく、所望の機能を実現することができる。
使用方法について説明する。１は本発明の真空搬送装置、５０１は真空焼結炉である。５０１の内部には所定の数の基板支持枠５０２が設けられており、また不図示のヒータが取り付けられており真空焼結炉５０１内の基板１００を所望の温度に加熱出来る構造となっている。
何らかの方法で、真空搬送装置１に運ばれて来た基板１００は、本装置の水平搬送機構により真空焼結炉５０１の方向に向く。次いで、指定された基板支持枠５０２に該基板を搬送する為に、当該基板支持枠５０２に対して所定の高さまで、垂直搬送機構により搬送する。その後、水平搬送機構を稼動し、基板支持枠５０２に対向する位置まで基板１００を搬送する。そして、基板１００が基板支持枠５０２に乗る位置まで、アームを下ろし、その後水平機構により該アームを引っ込める。上記動作を真空焼結炉５０１の基板支持枠５０２の全ての基板支持枠５０２に基板１００が載置されるまで行う。その後、真空搬送装置１と真空焼結炉５０１の間に設けられている不図示のゲートバルブを閉じる。そして、真空焼結炉５０１を不図示の真空排気ポンプで所要の圧力まで排気し、不図示のヒータで加熱する。予め設定された時間基板の加熱を行うと、基板１００の焼結は完了する。処理を完了した基板１００は、上に記載した動作と反対の動作を繰り返すことにより、真空焼結炉５０１から真空搬送装置１に回収される。
他の例として、図６に示す様に、本発明の真空搬送装置１の両側に、互いに搬送物の搬送高さが異なる、スパッタ成膜装置６０１と蒸着成膜装置６０２とを連結する例が挙げられる。図６の例では、同一の真空装置内で、高い位置への搬送を必要とする真空蒸着成膜工程と、低い位置への搬送を必要とする真空スパッタ成膜工程を共存させることができる。
蒸着成膜装置６０２は、蒸着材料をトレイ等の容器に入れて置き、それを電子ビームあるいはヒータ等で加熱して気体状にし、重力に逆らって基板方向に向かわせ、基板に到達した所で、基板に付着させて成膜するものである。従って、蒸着材料を入れた容器は下側に、成膜される基板は上側に配置することが原理的に必要である。更に、最近は被成膜対象である基板が大きくなっているので、均一な膜を得るためには、従来に比較し、蒸着材料が入った容器と被成膜対象である基板の間の距離をより大きくすることが必要になって来た。一方、スパッタ装置においては、基板の大きさに対応した大きさのターゲットを採用することが可能で、蒸着装置のように基板とターゲットの距離を離す必要はない。その結果、スパッタ装置６０１は高さの低いものに、蒸着成膜装置６０２の高さは高いものになる。本発明の真空搬送装置をその間に配することによって、上記のような高さに差があってもスムーズに搬送動作をすることが出来る。その結果、搬送をする為だけに、スパッタ装置６０１の高さを不要に高くする必要がなくなる。よって、接地体積を小さく出来るという効果がある。尚、搬送の手順は上記で述べたものと同様であるので、重ねて説明することはしない。
また、図５や図６の例に限らず、本発明の真空搬送装置を中心とし、その周囲に複数の真空チャンバーを連結して真空処理装置を構成することができる。本発明の真空搬送装置を用いることによって、搬送物を任意の水平面方向及び任意の鉛直方向に搬送することができるため、各真空チャンバーが必要とする搬送物の搬送高さは異なっていてもよい。
図７は、本発明に係わる真空処理装置を適用して生産することが特に適している画像表示装置の一つである有機蛍光表示装置（以降「有機ＥＬ表示装置」と称することとする）の構造の梗概図である。
７０１はガラス基板、７０２はアノード、７０４はホールに係わる層、７０５は発光層、７０６は電子輸送層、７０７は電子注入層、７０８はカソードである。尚、ホールに係わる層７０４はホール注入層７０４ａとホール輸送層７０４ｂより成っている。ここは、アノード７０２は、銀又はＡｌ等で作製されることが多い。
動作は、アノード７０２とカソード７０８間に電圧が印加されると、アノード７０２によりホールがホール注入層７０４ａに注入される。一方カソード７０８より電子が電子注入層７０７に注入される。注入されたホール及び電子は、ホール注入層７０４ａ及びホール輸送層７０４ｂ、並びに電子注入層７０７及び電子輸送層７０６をそれぞれ移動して発光層７０５に達する。発光層７０５に達したホール及び電子は再結合して発光する。
ここで、図７に於いて、ホール注入層７０４ａから電子注入層７０７までの層は蒸着法で、カソード７０８はスパッタ成膜法で作製される。
上で説明したように有機ＥＬ表示装置の作製法はスパッタ成膜法と蒸着法が混在したプロセスなので、本発明の真空搬送装置を使用した成膜装置使用すれば、装置の占有体積を小さくすることが出来る。特に、有機ＥＬ表示装置の成膜装置は多くの成膜装置又は処理装置がインラインで繋がったもの多いので、本発明は装置の占有体積を小さくする上で極めて有用である。
図８は、本発明に係わる真空処理装置を適用して生産に適用することが特に適している画像表示装置の一つである電子放出素子表示装置の斜視図である。
８０１は電子源基板、８０２は行配線、８０３は列配線、８０４は電子放出素子、８０７は第一のゲッタ、８１０は第二のゲッタ、８１１は補強板、８１２は枠、８１３はガラス基板、８１４は蛍光膜、８１５はメタルバック、Ｄｏｘ １〜Ｄｏｘ ｍは列選択端子、Ｄｏｙ １〜Ｄｏｙ ｎは行選択端子を表す。尚、ガラス基板８１３、蛍光膜８１４、メタルバック８１５はフェースプレートを構成する。
本表示装置は、行配線８０２及び列配線８０３が平面的に交差する所に、電子放出素子８０４が配置されている。そして、選択された行配線８０２及び列配線８０３に所定の電圧を印加するとその平面的に交差する部位に位置する電子放出素子８０４から電子が放出され、電子は正の高電圧が印加されているフェースプレートに向かって加速される。電子はメタルにバック８１５衝突しそれに接する蛍光膜８１４を励起し、発光する。ここで、第一のゲッタ８０７は列配線８０３の上に作製されている。
また、フェースプレート、枠８１２及び基板８１３で囲まれた空間は真空に維持される。そして、その空間を画像表示装置の耐用期間に亘って真空状態に維持するために、内部にゲッタ材が配されている。ゲッタ材には、蒸発型ゲッタと非蒸発型ゲッタがあり、適宜使い分けられている。蒸発ゲッタとしては、Ｂａ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｈ，Ｍｏ，Ｖなどの金属単体あるいはこれらの金属の合金が知られている。一方、非蒸発ゲッタとしては、Ｚｒ、Ｔｉなどの金属単体、あるいはこれらの合金が知られている。
図８の例において、Ａｌ，Ａｌ合金、銅又はＭｏ等からなる行配線８０２及び列配線８０３はスパッタで成膜されるのが通常である。一方、第一のゲッタ８０７及び第二のゲッタ８１１は蒸着法で成膜されることが多い。よって、電子放出素子表示装置の作製法も有機ＥＬ表示装置と同様スパッタ成膜法と蒸着法が混在したプロセスなので、本発明の真空搬送装置を使用した成膜装置使用すれば、装置の占有体積を小さくすることが出来る。
上記においては電子放出素子装置及び有機ＥＬ表示装置を例に本発明の適用について説明してきたが、基板が大型化して均一な成膜等の基板処理を行う際に、基板とターゲットあるいは蒸着源等の材料源との距離を処理毎に調整する必要がある処理を含む装置あるいは処理方法には一般的に有効である。
Claims (15)
- 搬送物を二次元方向に対して搬送する二次元搬送手段と、
それ自身は並進運動しないで前記二次元搬送手段を支持する支持手段と、
前記二次元搬送手段及び前記支持手段が内部に配置された真空室と、
を有し、
前記支持手段は、前記二次元搬送手段によって作られる平面に対して垂直な方向に前記二次元搬送手段を移動可能に構成されていることを特徴とする真空搬送装置。 - 前記支持手段を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段は、回転運動を直線運動に変換する変換手段を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空搬送装置。
- 前記駆動手段は、一組の前記変換手段を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の真空搬送装置。
- 前記一組の変換手段は、前記二次元搬送手段の前記平面の中心軸に対して対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の真空搬送装置。
- 前記二次元搬送手段は、回転運動を水平運動に変換して駆動力を伝達する一組のボールスプラインを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空搬送装置。
- 前記支持手段は、前記二次元搬送手段を支持するベース部材を支持していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空搬送装置。
- 前記ベース部材の内部には、前記ボールスプラインによって回転されるプーリーと、該プーリーにより駆動されて前記二次元搬送手段を回転駆動するタイミングベルトとが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の真空搬送装置。
- 前記ベース部材の内部を排気するための排気手段を備え、
前記真空室及び前記ベース部材には、接続部がそれぞれ設けられ、該各接続部には弁体がそれぞれ設けられており、前記ベース部材が前記接続部を介して前記排気手段に連通されることを特徴とする請求項６に記載の真空搬送装置。 - 前記搬送物は半導体が作製される基板であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の真空搬送装置。
- 前記二次元搬送手段及び、前記支持手段は、任意の前記二次元方向及び、任意の前記垂直な方向に、前記搬送物を搬送することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の真空搬送装置。
- 請求項１乃至１０のいずれかに記載の真空搬送装置を有することを特徴とする真空処理装置。
- 前記真空処理装置は表示装置の製造装置であることを特徴とする請求項１１に記載の真空処理装置。
- 請求項１乃至１０のいずれかに記載の真空搬送装置を使用するステップを有することを特徴とする表示装置の生産方法。
- 前記表示装置は有機ＥＬ表示装置であることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置の生産方法。
- 前記表示装置は電子放出素子表示装置であることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置の生産方法。
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