JP4471708B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は基板搬送装置に係り、特に、インライン方式の真空処理装置内で１ｍ以上の大型ガラス基板をトレイに保持させ、高速で搬送する基板搬送装置に関する。

液晶表示装置やプラズマ表示装置等に用いる大型のガラス基板の成膜処理等には、複数の処理室が連結されたインライン方式の真空処理装置が用いられる。ガラス基板は基板トレイに保持され、略垂直にして各処理室に順次送られて所定の処理が施される。
ここで、基板トレイの転倒防止のためにその上部に軸受等の案内部材が搬送路に沿って設けられているが、表示装置の高精細が進むと、案内部材で発生するパーティクルに帰因する膜欠陥等が顕在化し、これを防止すべく非接触型の案内部材が種々提案されてきた。

このような搬送装置の一例を図５に示す。図５（ａ）は、真空室１０の内部を搬送方向に見た模式的断面図である。真空室１０内には、搬送路に沿って、ガラス基板を保持した基板トレイ（基板ホルダ）２３を支え案内する軸受１２と基板トレイ上部を非接触に案内するＵ字型の案内部材１５とが敷設されている。駆動装置１６により軸受が回転し、基板トレイ２３は垂直の状態で軸受１２上を移動する。
このＵ字型の案内部材１５は、基板トレイの上部を囲むように配置され、図５（ｂ）の部分拡大図に示すように、案内部材の内側に２つの磁石１６ａ，１６ｂが取り付けられている。一方、基板トレイ２３には、これら２つの磁石１６ａ，１６ｂと反発するように磁石２６が取り付けられており、磁石１６ａ，１６ｂと磁石２６との反発力によって、基板トレイの上部が常にＵ字型案内部材１５内の中心に位置するように基板トレイを案内する。このような非接触構造の案内機構を採用したことにより、基板上方でのパーティクル発生が抑えられ、しかも安定して基板トレイを搬送させることが可能となった。

同様に、磁石を利用した案内機構として、基板トレイの磁石とその両側の磁石とが互いに引き合うように配置して構成した搬送装置も開示されている。
特開平１０−１２０１７１号公報実公平７−４３５号公報

しかしながら、基板が大型化し、しかもこれに伴い基板トレイの重量が大きくなると、図５に示した従来の搬送装置（特開平１０−１２０１７１号公報）では、基板トレイ上部が揺れて振動が大きくなり、一旦振動が起こるとなかなか止まらず長く継続することが分かった。また、この振動は軸受に損傷を与えて短寿命化するのみならず、軸受部でのパーティクル発生量を増加させ真空室内を汚染してしまうことが分かった。従って、パーティクルの発生を抑制するために基板トレイの搬送速度を低下させる必要があり、結果的にスループットを犠牲にせざるを得ないのが実情であった。
また、磁石の吸引力を利用した案内機構を用いた搬送装置（実公平７−４３５号公報）にも同様な問題があるが、この場合はさらに、基板トレイがある程度以上傾くと基板トレイの磁石と案内部材の一方の磁石とが吸着してしまう場合があり、それを防止するための部材を設けると、この部材と基板トレイとの衝突により発塵を起こすという問題がある。

かかる状況において、本発明は、大型基板の高速搬送が可能な搬送装置であって、基板トレイの揺れ、さらには発塵を抑えて、雰囲気を汚染することなく安定した高速搬送を可能とする搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の基板搬送装置は、基板を真空室内の搬送路に沿って搬送する基板搬送装置であって、基板を保持する基板トレイが取り付けられたキャリアと、前記キャリアを搬送するキャリアの搬送機構と、前記キャリアの上部を搬送路に沿って非接触に案内するキャリアの案内機構と、からなり、
前記案内機構は、前記キャリアの上部に搬送方向に沿って取り付けられた１又は複数の磁石であって、鉛直方向に着磁された第１の磁石列と、該第１の磁石列の上方又は下方に所定の間隔をあけ、搬送路に沿って真空室に固定して取り付けられた１又は複数の磁石であって、鉛直方向に着磁された第２の磁石列とを互いに引き合うように配置し、第１の磁石列及び第２の磁石列を、搬送方向に垂直な方向に、隣り合う磁石列間で着磁方向を逆にして複数列、配置したことを特徴とする。

以上のように、キャリアに取り付けた第１の磁石列と、真空室に固定して取り付けた第２の磁石列とを、上下に互いに引き合うように配置することにより、より安定したキャリア搬送を実現することができる。
さらには、第１及び第２の磁石列のそれぞれを交互に着磁方向を逆にして２列以上に配置することにより、対向する第１及び第２の磁石列間では吸引力が働き、斜め向かいの第１及び第２の磁石列間では反発力が働く構成とすることが可能となる。この結果、搬送方向に垂直な方向に力が加わったとしても、対向する磁石列間の吸引力と斜め向かいの磁石列間の反発力とが相乗的に働き、搬送路からのずれを効果的に防止することができる。また、何らかの原因で大きな力が加わって基板トレイがずれて揺れや振動が生じたとしても、これらの揺れ、振動は短時間で収まりパーティクルの発生を極力抑えることが可能となる。
さらに、キャリアに基板トレイ自体を対称に２つ設けた安定な自立構造を採用することにより、搬送安定性は一層向上する。

前記真空室に固定した第２の磁石列は、前記キャリアの第１の磁石列の上方に配置するのが好ましい。かかる構成とすることにより、キャリアを引き上げる方向に磁力が働き、キャリアの自重を支えている軸受への負荷を低減でき、軸受の寿命を延ばすとともにパーティクルの発生をさらに抑制することができる。
また、本発明において、前記第１の磁石列及び前記第２の磁石列の少なくとも一方を構成する前記複数の磁石は、搬送方向に垂直な方向に、隣り合う磁石が間隔を開けて取り付けられることを特徴とする。

前記基板トレイは基板を処理面の反対側から加熱するための開口を有することを特徴とする。また前記所定角度を鉛直方向に対して０．５〜３°とするのが好ましい。
基板トレイをこの範囲の角度で取り付けることにより、搬送安定性をさらに向上させることが可能となる。さらに、０．５°以上で基板の振動や基板トレイからの飛び出し事故をなくすことができ、また、裏面側からの加熱処理等のために基板トレイに開口を設けた場合には、３°以下とすることにより基板自体の撓みが防止され、均一性の高い成膜処理等が可能となる。特に、１ｍ角以上の基板に好適に適用される。

前記キャリアは前記基板トレイが２つ互いに向かい合うように取り付けられたキャリアであり、該キャリア上部における搬送方向に垂直な方向の力に対する磁石の抗力を搬送方向の前記基板トレイの長さで割った値が５．９〜１０２．９Ｎ／ｍとなるように前記第１の磁石列及び第２の磁石列を配置したことを特徴とする。かかる磁石配置により、種々の大きさの基板を揺れ等がなく安定して搬送することが可能となる。

以上述べたように、本発明により、基板トレイの揺れ、振動を抑制しながら、高速の搬送を行うことができる。従って、スループットを低下させることなく、基板の大型化に対応することができる。また、基板トレイの揺れや振動が抑えられ、かつ起こった場合でもすぐに減衰するためパーティクルの発生が抑えられる。結果として、より高精細の表示装置の製造に適用することが可能となる。 さらに、キャリア構造を２つの基板トレイを連結した自立構造とすることにより、搬送安定性は一層向上し、また、２枚の基板の同時処理が可能となって生産性はさらに向上する。

以下に、実施例を挙げて本発明の基板搬送装置をより詳細に説明する。

図１は本発明の基板搬送装置を備えた真空処理装置の一例を示す模式図である。図１（ａ）は搬送方向に垂直な方向から真空処理装置内部を見た模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’矢視図である。
図１（ａ）に示すように、真空処理室１０，１０’はゲートバルブ４０を介して連結され、各真空処理室は、２つの基板トレイ２３を備えたキャリア２０を支える軸受１２と、キャリア２０の上部を案内するための第２の磁石列１４が搬送路に沿って敷設されている。第２の磁石列１４は、真空室に固定された支柱１１の支持体１３上に配置されている。

キャリア２０は、２つの基板トレイ２３の上部を連結部材２１で連結した構造をしており、連結部材２１の下面には、第１の磁石列２２が取り付けられている。各基板トレイ２３の下部には軸受１２に係合するように係合部材２５が取り付けられ、キャリアは、下部でこの係合部材２５を介して軸受１２に支えられ案内されて移動する。
各基板トレイは鉛直方向に対し所定の角度をもって取り付けられる。ここで、基板の一辺が１ｍ程度以上の場合では、角度を０．５°以上とするのが好ましく、これにより搬送中の基板の飛び出しを防止し、安定して高速搬送（例えば、５００〜６００ｍｍ／秒）が可能となる。なお、本実施例の基板トレイ２３には、内側から基板を加熱するために開口２４が設けられていることから、角度が大きくなると開口部で基板が撓んでしまうため、３°以下とするのが好ましい。
基板３０は、例えば基板トレイ２３の４辺に取り付けられた固定治具（不図示）により、４辺で押さえられ、保持されている。

連結部材２１及び支持体１３に取り付けられた第１の磁石列２２及び第２の磁石列１４の配置を図２に示す。図２は図１の部分拡大図であり、図に示したように、第１の磁石列２２及び第２の磁石列１４はいずれも着磁は鉛直方向であり、互いに吸引するように配置されている。また、第１の磁石列（及び第２の磁石列）は搬送方向に垂直な方向に平行に２列設けられ、隣り合う磁石列２２ａと２２ｂ（１４ａと１４ｂ）の着磁方向は逆とする。
このような配置、磁化方向とすることにより、対向する磁石列間、即ち磁石列１４ａと２２ａ及び１４ｂと２２ｂ間では吸引力が働き、隣り向かいの磁石列間、即ち磁石列１４ａと２２ｂ及び１４ｂと２２ａ間では反発力が働くことになり、この２種類の力の相乗効果によりキャリアは第２の磁石列に沿って滑らかに案内されることになる。
ここで、第１の磁石列２２と第２の磁石列１４との間隔は、搬送速度、基板の大きさ（キャリアの重量）及び用いる磁石の種類により適宜決定されるが、通常は１〜１０ｍｍ程度である。また、第１及び第２の磁石列において、隣り合う磁石列（２２ａと２２ｂ、１４ａと１４ｂ）間の間隔も同様に定められるが、通常０〜１０ｍｍ程度である。

次に、図１の搬送装置を用いて基板を搬送し、真空中で基板を加熱して成膜処理する場合の具体的構成例を説明する。
加熱室１０と成膜室１０’とはゲートバルブ４０を介して連結され、加熱室の場合、２つの基板に対向する壁面にそれぞれランプヒータ（不図示）が配置されており、成膜室１０’には各基板に対向してスパッタターゲット（不図示）がそれぞれ壁面に取り付けられている。また、成膜中もガラス基板を所定の温度に加熱するためのシーズヒータ（不図示）が支柱１１間に取り付けられ、基板トレイの開口を通して基板を加熱することが可能な構成となっている。なお、真空室にはそれぞれ排気装置（不図示）が取り付けられている。

不図示の基板ロード室において、長さ（搬送方向）１．７ｍ、高さ１．６３ｍ、厚さ１５ｍｍのアルミニウム製基板トレイ２３を２°傾けて連結部材２１で連結したキャリア２０に、１．３（搬送方向）ｘ１．１ｍ（厚さ０．５ｍｍ）のガラス基板３０を２枚を取り付ける。この時、キャリア全体の重量は約２００ｋｇであるが、搬送路に対し対称の自立構造であるため、軸受により安定に支持されている。
このキャリアを加熱室１０に搬送し、ランプヒータによりガラス基板３０を２５０℃に加熱する。その後、ゲートバルブ４０を開け、成膜室１０’に送り、１０^−５Ｐａまで排気した後、シーズヒータでガラス基板を所定の温度に維持しながらガスを導入しターゲットに高周波電力を投入して所定時間スパッタを行う。成膜後、キャリアをアンロード室（不図示）に送り、処理基板を回収して処理を終了する。この工程を繰り返し行うことにより、多数の基板に成膜処理を連続して行うことができる。
なお、図には示していないが、基板トレイの下端部には、直線ギヤが搬送方向に沿って形成されており、これと噛合する駆動ギヤが真空室に設けられており、駆動ギヤの回転によりキャリアが移動する。搬送機構としては、このようなラックアンドピニオン型の他、例えば特開２００２−８２２６に開示された磁気カップリング型のものが好適に用いられる。

本実施例では、第１及び第２の磁石列を、多数のフェライト系磁石片（２０ｘ１５ｘ４０ｍｍ）を用い構築した。即ち、第２の磁石列としては、磁石片を５ｍｍの間隔をあけて、磁化方向を互いに逆にして２つ配置し、これを真空室の長さにわたって連続して支持体１３上に取り付けた。一方、第１の磁石列としては、同様に上記磁石片を５ｍｍの間隔で２つ配置し、これを搬送方向に種々の間隔をあけて取り付けた。
このようにキャリア２０上の磁石片の搬送方向での間隔を種々変え、上述した磁石間の吸引力及び反発力を調整して５００ｍｍ／秒の高速搬送実験を行った。その結果、キャリア上部における搬送方向に垂直な方向の力Ｆ（図１（ｂ）参照）に対する抗力が１０Ｎ以上となる磁石構成とすれば、揺れや振動がほとんどなく安定した搬送が可能となった。ここで、抗力は、連結部材２１にフックをつけてバネ秤で搬送方向に垂直な方向に平行に引き、第１及び第２の磁石列が０．５ｍｍずれたときのバネ秤の表示値とした。
次に、より大型の基板の処理に用いるキャリアについても同様の実験を行い、揺れや振動がほとんどない安定した搬送が行える磁石の抗力を求めた。なお、基板トレイの厚さはいずれも１５ｍｍである。結果を上記の例とともに表１にまとめた。

表１が示すとおり、安定した搬送を確保するための磁石の抗力は、基板トレイサイズと共に増加するが、これを搬送方向のトレイ長で割った値はほぼ同じ範囲となることが分かった。従って、基板トレイの大きさにかかわらず、（磁石抗力／トレイ長）が５．９〜１０２．９Ｎ／ｍとなるように磁石構成を選択することにより、種々の大きさの基板を安定して搬送できることになる。
また、その結果として、第１及び第２の磁石列を連続的に配置する必要はなくなり、磁石コストを大幅に削減することができる。なお、ここで、上限値（１０２．９Ｎ／ｍ）は、キャリアの全長にわたりＳｍ−Ｃｏ系の希土類磁石を隙間無く配置したときの値である。

一方、キャリアを使用し続けると、場合によって磁石の温度は３００℃〜３５０℃まで上昇する場合がある。磁石の磁力は、温度上昇と共に低下するため、磁石の構造、配置はこの低下分を見込んで設計する必要がある。例えば、上記抗力が３５０℃において、１０Ｎであるためには、室温（２０℃）での抗力を６０Ｎとなる磁石構成、配置とする必要がある。
さらに、磁石の温度が上昇すると、磁石から放出されるガスにより成膜空間が汚染され、所望の膜質が得られない場合がある。そこで、磁石からのガス放出の影響を排除するために、磁石は非磁性金属材料（例えばＳＵＳ３０４）の容器内に密閉して収納し、これを真空室内及びキャリアに取り付けるのが好ましい。

次に、図３を参照して本発明の第２の実施例を説明する。
本実施例は、連結部材周辺の拡大図である図３に示すように、第２の磁石列（１４ａ、・・・１４ｆ）及び第１の磁石列（２２ａ・・・２２ｆ）をそれぞれ６列とした場合であり、これにより、より安定したキャリア搬送を行うことができる。即ち、磁石列数を増加させることにより、搬送方向に垂直な方向の力（Ｆ）に対する抗力及びずれた場合の復元力はさらに大きくなり、搬送安定性が向上する。

本発明の第３の実施例を図４に示す。図４は、キャリアの搬送方向に向かって真空室内部を見た模式図である。
本実施例では、支持体１３が真空室１０の天板に配置され、この下端面に第２の磁石列が複数列に取り付けられ、第１の磁石列は、キャリア連結部材２１の上端面に複数列取り付けられている。この点を除いて実施例１及び２と同じである。即ち、磁石列の着磁方向は、いずれも鉛直方向であり、隣り合う磁石列間では逆となる。また、支持体１３と連結部材２１の対向する磁石列間では吸引力が働き、隣り向いの磁石列間では反発力が働くように配置されている。

このような磁石配置とすることにより、キャリアには磁石によって上方に引き上げる力が作用するため、キャリアを支える軸受への負荷を低減される。この結果、軸受の寿命が延びるのみならず、軸受からのパーティクルの発生が防止され、より高品質な処理を行うことが可能となる。

以上の実施例では、キャリアとして、基板トレイを連結部材で連結固定し、各基板トレイの下部を支持し、搬送する構成としたが、本発明はこれに限るものではなく、基板トレイ１つの場合にも用いることができる。また、キャリアの搬送機構も、上述したラック＆ピニオン型のものの他、直接軸受を駆動するものや磁気浮上型のリニアモータ搬送系等、どのような搬送機構であってもよい。
また、磁石の種類は、搬送速度の条件、温度等の処理条件に応じて適宜選択すればよいが、例えば上述したフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系希土類磁石の他に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石等を用いることができる。なお、上記実施例では、加熱による磁石の減磁を予め考慮した磁石構成としたが、磁石の冷却を行う構成としても良い。

実施例１の基板搬送装置を備えた真空処理装置の一例を示す模式図である。図１のキャリア上部周辺部の部分拡大図である。実施例２の搬送装置の案内機構を示す模式図である。実施例３の基板搬送装置を示す模式図である。従来の基板搬送装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１０，１０’ 真空処理室、
１１ 支柱、
１２ 軸受、
１３ 支持体、
１４ 第２の磁石列、
１５ 案内部材、
１６ 駆動装置、
２０ キャリア、
２１ 連結部材、
２２ 第１の磁石列、
２３ 基板トレイ、
２４ 開口、
２５ 係合部材、
２６ 磁石、
３０ 基板、
４０ ゲートバルブ。

Claims (6)

1. 真空室内で搬送路に沿って基板搬送するための搬送装置において、基板トレイが取り付けられたキャリアと、前記キャリアを搬送するキャリアの搬送機構と、前記キャリアの上部を搬送路に沿って非接触に案内するキャリアの案内機構と、からなり、
   前記案内機構は、前記キャリアの上部に搬送方向に沿って取り付けられた１又は複数の磁石であって、鉛直方向に着磁された第１の磁石列と、該第１の磁石列の上方又は下方に所定の間隔をあけ、搬送路に沿って真空室に固定して取り付けられた１又は複数の磁石であって、鉛直方向に着磁された第２の磁石列とを互いに引き合うように配置し、
   前記第１の磁石列及び前記第２の磁石列を、搬送方向に垂直な方向に、隣り合う磁石列間で着磁方向を逆にして複数列、配置したことを特徴とする基板搬送のための搬送装置。
2. 前記第２の磁石列を前記第１の磁石列よりも上方に配置したことを特徴とする請求項１に記載の基板搬送のための搬送装置。
3. 前記第１の磁石列及び前記第２の磁石列の少なくとも一方を構成する前記複数の磁石は、搬送方向に垂直な方向に、隣り合う磁石が間隔を開けて取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板搬送のための搬送装置。
4. 前記基板トレイは基板を処理面の反対側から加熱するための開口を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板搬送のための搬送装置。
5. 前記基板トレイは、鉛直方向に対して０．５〜３°の角度傾斜させて前記基板を保持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板搬送のための搬送装置。
6. 前記キャリアは前記基板トレイが２つ互いに向かい合うように取り付けられたキャリアであり、該キャリア上部における搬送方向に垂直な方向の力に対する磁石の抗力を搬送方向の前記基板トレイの長さで割った値が５．９〜１０２．９Ｎ／ｍとなるように前記第１の磁石列及び第２の磁石列を配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板搬送のための搬送装置。
   

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