基板支持装置及び真空処理装置

【課題】基板移載時の基板支持姿勢を安定させることで高スループット化に寄与する基板支持装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るエンドエフェクターは、センタ孔９ａを有する基板を鉛直姿勢で支持するものであり、進退方向及び上下方向の動作を駆動源よって制御されるアーム部材６ａと、アーム部材６ａに取り付けられ、基板９を支持する係止機構６ｂとを備え、係止機構６ｂは、センタ孔９ａ内側の縁部分が載せられる、上方に開放された窪み状の支持溝３２が形成された支持ブロック８を有する。また、支持溝３２は、センタ孔９ａ内側の縁部分と４箇所の接点３１で接した状態で、鉛直姿勢の基板９を支持することができるため、基板支持姿勢を安定させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板支持装置及び、該基板支持装置を備える真空処理装置に係り、特に、基板表面に所定の処理を施す真空処理装置において、センタ孔が形成されている基板を支持する基板支持装置、及び該基板支持装置を備える真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、成膜処理前の基板を基板収納部から取り出してキャリアに搭載し、または、所定の成膜処理が終了した基板をキャリアから取り外して基板収納部へ格納する作業にロボットが用いられている。
【０００３】
このようなロボットとして多関節タイプのロボットが用いられることが多い。例えば、駆動部本体と駆動ベルトを介して駆動制御される第一アーム、第二アームを備えるロボットであり、第二アーム先端にはアダプターを備えている。このアダプターには、基板を支持できる様々な形状のエンドエフェクター（基板支持装置）が設けられて構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１、２などに記載されたロボットのエンドエフェクターには、基板の着脱を確実に行うための支持ブロック（ピック）が取り付けられている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載されている支持ブロックは、基板のセンタ孔を係止するＶ字状の溝を備えており、このＶ字状の溝にセンタ孔の内縁部を挿し込むことで安定した基板搬送、及び、スループットの向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２７４１４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１０６９５号公報
【特許文献３】特開２０００−２３６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に開示された支持ブロックを用いても、基板搬送装置の動作スピードを速くすると基板が揺れるため、基板を安定して支持するのが難しくなるという不都合があった。例えば、図９に示すように、基板厚さ方向の揺れにより基板が支持ブロック１０８上で傾くおそれがあった。さらに、図１０で示すように、基板円周方向の揺れにより基板が振り子運動をしてしまい、支持ブロック１０８のＶ字溝が削れて、Ｖ溝端部に基板が挟み込まれる懸念があった。
これらの基板支持姿勢の異常に起因して、基板移載動作中に基板の外周部と基板ホルダとの接触、または基板の外周部の下端が基板ホルダから脱落することで、基板の受け渡しが失敗する懸念があった。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、基板ホルダに安定して搬送出来る基板支持装置及び真空処理装置を提供することにある。本発明の他の目的は、基板のキャリアへの搭載速度、若しくはキャリアからの回収速度を向上し、高スループット化に寄与する基板支持装置及び真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る基板支持装置は、センタ孔を有する基板を支持する基板支持装置であって、
基板を支持する支持部と、支持部を進退方向及び上下方向に動作させる駆動源とを備え、支持部は、重力方向を横切る方向に連続して形成された断面Ｖ字状の支持溝を備え、支持溝の両端部は、基板を支持する際に、センタ孔内側の縁部に接しないように拡幅されていることを特徴とする。また、本発明に係る真空処理装置はこのような基板支持装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、基板移載時の基板支持姿勢が安定するため、確実に基板の移載を行うことができるようになるため、移載速度が向上し、高スループット化に寄与する基板支持装置及び真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空処理装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るロードチャンバの部分平面図及び部分側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るロボットの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るキャリアの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るピックの概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るピックの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るピックの断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るピックの他の構成例である。
【図９】従来の支持ブロック上で基板厚さ方向の揺れにより基板が傾く様子を示した説明図である。
【図１０】従来の支持ブロック上で基板円周方向の揺れにより基板が振り子運動する様子を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００１２】
図１〜図７は本発明の一実施形態に係る真空処理装置及び基板搬送ロボット（以下ロボットとする）について説明した図であり、図１は真空処理装置の概略図、図２はロードチャンバの平面図及び側面図、図３はロボットの概略図、図４はキャリアの概略図、図５はピック（支持ブロック）の概略図、図６と図７はピックの断面図である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略している。
【００１３】
図１に示す真空処理装置Ｓは、インライン型のスパッタリング成膜装置であり、ロードチャンバＬＬ、アンロードチャンバＵＬ、成膜室（チャンバ）Ｓ１やその他の処理室などとして機能する複数のチャンバがゲートバルブＧＶを介して四角形状に連結されている。基板９は、基板カセット２８に搭載された状態で、ロードチャンバＬＬに装填され、カセット間移載ロボット３０によって基板収納部２７に移載される。そして基板９は、ロボット１５（基板搬送ロボット）によって後述するキャリア１０に移載される。その後、キャリア１０に搭載された基板は、チャンバを貫通して設けられた基板搬送路２２に沿って搬送され、各チャンバで所定の処理が施される。
【００１４】
本実施形態における基板９としては、磁気ディスクや光ディスクなどの記憶メディアに用いられる円盤状部材が好適に用いられるが、センタ孔９ａなどのピックが係止できる部分を有するものであれば、種々の形状のガラス基板、アルミニウム若しくはアルミニウム合金などの金属基板、シリコン基板、樹脂基板などでもよい。なお、ロードチャンバＬＬとアンロードチャンバＵＬをまとめて基板移載チャンバとする。
【００１５】
ロボット１５（基板搬送ロボット）は、スパッタリング成膜装置、電子ビームなどを使用した薄膜形成、若しくは、表面改質、ドライエッチングのような真空処理装置に設けられる基板移載装置として幅広く適用可能なものであるが、本実施形態においてはインライン型のスパッタリング成膜装置に適用した例（真空処理装置Ｓ）について説明する。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態であるロードチャンバＬＬの平面図及び側面図を示す。ロボット１５は、ロードチャンバＬＬ内の基板搬送路２２と基板収納部２７の間の位置に設置されている。キャリア１０は、基板９を搭載した状態で基板搬送路２２に沿って移動する部材であり、基板９の移載動作中、ロードチャンバＬＬ内の所定位置（基板移載位置）に停止制御される。また、ロードチャンバＬＬ内には成膜前の基板９が別途収納されている基板収納部２７が設置されている。ロードチャンバＬＬ内に設置されたロボット１５の動作によって、基板収納部２７に格納された基板９をキャリア１０に移載される。
【００１７】
なお、アンロードチャンバＵＬはロードチャンバＬＬとほぼ同様に構成されている。すなわち、処理済の基板９は、アンロードチャンバＵＬ内に設置されたロボット１５の動作によって、キャリア１０に搭載された基板９が基板収納部２７に格納され、そして、カセット間移載ロボット３０により、基板カセット２８に搭載された後、基板カセット２８ごとアンロードチャンバＵＬから取り出される。また、基板収納部２７は、基板９を２５枚ずつ二列に並べることができ、基板カセット２８は、基板９を２５枚若しくは５０枚ずつ二列に並べることができる。
【００１８】
図３はロボットの概略図である。ロボット１５は、多関節タイプのロボットであり、駆動機構としてのロボット本体１に、駆動機構からの回転力を伝達する駆動ベルトを備えた第一アーム３、第一アーム３と同様の機構を有する第二アーム４が設置されて構成されている。ロボット本体１には、回転及び上下動のための駆動源が内蔵されるとともに、チャンバに設置するための接続フランジ２が設けられている。第二アーム４には、基板支持装置としてのエンドエフェクター６を接続するためのアダプター５が設置されている。エンドエフェクター６（基板支持装置）の先端には後述するように係止機構６ｂが取り付けてある。なお、ロボット１５の構成要素のうち、ロボット本体１、第一アーム３、第二アーム４は公知のものを用いることができる。
【００１９】
ロボット本体１の駆動力は、第一アーム３、第二アーム４及びそれらに内蔵された駆動ベルトを介してエンドエフェクター６に伝達される。第一アーム３、第二アーム４の角度を制御することにより、第二アーム４に取り付けられたエンドエファクター６の直進や回転動作を行うことができる。また、エンドエフェクター６は、ロボット本体１の上下の機構により、接続フランジ２に対して上下動可能に構成されている。具体的には、第一アーム３が上下動可能に構成され、第一アーム３に載っている第二アーム４、エンドエフェクター６などが第一アーム３に伴い上下動することができる。なお、エンドエフェクター６は第二アーム４に対して旋回運動可能に構成されている。
【００２０】
エンドエフェクター６（基板支持装置）は、アダプター５と接続されるアーム部材６ａと、アーム部材６ａの端部位置に取り付けられ、基板９を支持する係止機構６ｂを有して構成されている。係止機構６ｂは、基板９を載せる支持部としてのピック８（支持ブロック）と、エンドエフェクター６にピック８を接続するピック接続ブロック７を主要部材として構成されている。なお、ピック８を直接エンドエフェクター６に接続してもよい。なお、ピック８については後述（図５〜８参照）する。
【００２１】
具体的には、エンドエフェクター６は、略Ｘ形状に形成されたアーム部材６ａを構成する４本の延設部の先端部に、それぞれピック接続ブロック７とピック８が連結されて構成されている。各ピック８には１枚の基板９を支持することができる。すなわち、エンドエフェクター６は、最大で計４枚の基板９を同時に支持することができる。また、アーム部材６ａに連結されたピック８のうち、２つは一方向に、残りの２つは逆方向に向けて基板９を支持可能に取り付けられている。アーム部材６ａをＸ形状にすることで、Ｈ形状と比べてエンドエフェクター６を軽量化することができる。
【００２２】
図４にキャリア１０の概略図を示す。キャリア１０は、基板搬送路２２側からの駆動力を受けるための機構部を有するスライダー１１上に、基板９を支持するための基板支持爪１４が設置されたホルダ１３（基板ホルダ）が接続されて構成されている。基板支持爪１４は弾性を有する部材であり、屈曲形状の板ばねから構成されている。本実施形態において用いられるキャリア１０は２つのホルダ１３を備えているため、基板９を同時に２枚搭載することができる。なお、キャリア１０の形状はスライダー１１の形状に応じて変化し、また、基板９を支持するための基板支持爪１４も適宜変更可能である。
【００２３】
キャリア１０に基板９を搭載（移載動作）は、ロボット１５の動作によってピック８に載せられた基板９をホルダ１３の基板支持位置に配置することで行われる。具体的には、ホルダ１３の基板支持爪１４の一つを外方に屈曲させておいて、ロボット１５によりピック８に支持された基板９をホルダ１３の基板支持位置に配置し、ホルダ１３の基板支持爪１４の屈曲を解除する操作が行われる。また、アンロードチャンバＵＬ内においても、ロードチャンバＬＬと同様の構成にすることができる。この場合、ロボット１５はロードロックＬＬ内とは、ほぼ逆の動作を行うことになる。
【００２４】
上述したＸ形状のエンドエフェクター６を用いたロボット１５の動作では、基板収納部２７からキャリア１０へと基板９を運ぶ際、エンドエフェクター６が旋回を繰り返すことですばやく基板移載動作を行うことができる。なお上述のように、ロボット１５は、駆動源、Ｘアームなどを介してピック８を、キャリア１０に対して接近若しくは離れる方向（進退方向）、及び、重力方向若しくは反重力方向（上下方向）に動作させることもできる。
【００２５】
図５〜図７に基づいて、ピック３２について説明する。
図５にピック８の斜視図を示す。支持部としてのピック８は断面Ｖ字状の支持溝３２を有しており、基板９のセンタ孔９ａの内縁上側を支持溝３２に載せることで基板を支持することができる。基板９が支持溝３２に支持された状態では、支持溝３２の水平方向の幅内に基板９の重心が位置するため基板９は確実に支持される。なお、ここでいう断面Ｖ字状の溝とは、溝の幅が上方（反重力方向）に向けて徐々に広がる形状の溝をいい、曲面から構成されているものも含むものとする。
【００２６】
図６と図７は、支持溝３２での基板９の支持状態を示す図であり、図６（ａ）のＡ−Ａ断面を図６（ｂ）に、Ｂ−Ｂ断面を図６（ｃ）に、図７（ａ）のＣ−Ｃ断面を図７（ｂ）にそれぞれ示したものである。なお、支持溝３２はＡ−Ａ線を中心に左右対称形状であり、上に凸な円弧状に形成されている。支持溝３２の円弧の半径は基板９のセンタ孔９ａの半径よりも大きく形成されており、このため、センタ孔９ａの内側縁とピック８は３点以上で接することになり、ピック８上に支持された基板９の振り子運動を抑制することができる。
【００２７】
図６（ｂ）に示したピック８のＡ−Ａ断面は、基板９がピック８に支持された状態で、センタ孔９ａの内側上部と支持溝３２の底部に所定の隙間ｄが形成されるようになっている。また、基板がピック８に支持された状態で、支持溝３２の左右側の壁面に、センタ孔９ａの両面がいずれも接触しないように構成されている。
【００２８】
隙間ｄを制御することにより、基板９の厚さ方向の揺れを抑制することができる。また、隙間ｄは０．５ｍｍ以下になるように支持溝３２のＲ形状を最適化することが好ましい。しかし、基板が揺れた場合には、Ａ−Ａ線上においてセンタ孔９ａと支持溝３２が接触して基板の揺れが大きくなることを抑えることができる。
【００２９】
図６（ｃ）に示したピック８のＢ−Ｂ断面は、基板９がピック８に支持された状態で、センタ孔９ａの縁部分の両面が支持溝３２の左右側の壁面（接点３１）に接して、基板９の自重が支持されるように構成されている。支持溝３２はＡ−Ａ線を中心に対称形状であることから、Ａ−Ａ線を中心に逆側でも、センタ孔９ａの縁部の両面が支持溝３２の左右側の壁面に接している。すなわち、ピック８の支持溝３２のＲ形状を最適化することにより、基板９は支持溝３２と４箇所の接点３１で接して支持される。基板９をＡ−Ａ線（中心線）の両側で支持することにより、基板円周方向の揺れ（図１０参照）を抑制することができる。
【００３０】
図７（ｂ）に示したピック８のＣ−Ｃ断面は、基板９がピック８に支持された状態で、センタ孔９ａの縁部分が支持溝３２に接触しないように支持溝３２の一部（両端部分３２ａ）が矩形状に、基板の幅よりも大きな幅で形成されている。Ｃ−Ｃ断面は、支持溝３２の両端部分３２ａであり、このような形状とすることで、支持溝３２に基板を支持した際に、センタ孔内側の縁部に接することがなくなる。従って、基板９が円周方向に振り子運動（図１０参照）をした際、センタ孔９ａの縁部分や支持溝３２の両端が削れて、基板９が支持溝３２に挟み込んでしまうことを防ぐことができる。すなわち、支持溝３２の両端を基板９の厚さを超える幅に形成することにより、支持溝３２の両端の摺接を防ぎ、基板９の挟み込みを抑制している。
【００３１】
図８は、ピックの他の構成例を示している。図８に示したピック３８は、センタ孔９ａ上部を支持する第１ピック３９と、基板外周部の下端を係止する第２ピック４０とを有して構成されている。基板９が厚さ方向で揺れる際には、センタ孔９ａ上部の支持部（第１ピック３９）を支点として揺れるので、支点から遠い基板外周部の下端にて揺れを抑制する第２ピック４０を追加することにより、基板厚さ方向の揺れ（図９参照）を効果的に抑制することができる。
【００３２】
なお、エンドエフェクター６は一例であり、Ｘ形状以外のエンドエフェクター（アーム部材６ａ）を備える構成でもよい。例えば、単純に１つのピック８を取り付けるタイプのエンドエフェクターや、両側にピック８を備えたＩ字状のエンドエフェクターであってもよい。また、ピックとしては、支持溝８ａを複数列形成され、同時に複数の基板９を支持できるように構成されたピックでもよい。
【００３３】
さらに、ロボット１５も一例であり、例えば、下地層の成膜後に基板支持爪１４の基板９の持ち位置を変える公知の基板回転機構に本発明の係る基板支持装置（ピック）の適用が可能であることはもちろんである。基板回転機構にピックを適用する場合は、基板９を一時的に支持するシャフトの先端部にピック８を取り付けて基板回転機構を構成すると好適である。
【符号の説明】
【００３４】
ＬＬロードチャンバ
ＵＬアンロードチャンバ
ＬＵ移載チャンバ
Ｓ，Ｔ真空処理装置
Ｓ１成膜室
ＧＶゲートバルブ
１ロボット本体
２接続フランジ
３第一アーム
４第二アーム
５アダプター
６エンドエフェクター
６ａアーム部材
６ｂ係止機構
７ピック接続ブロック
８，３８，１０８ピック（支持ブロック）
９基板
１０キャリア
１１スライダー
１３ホルダ
１４基板支持爪
１５ロボット
２２基板搬送路
２７基板収納部
２８基板カセット
３０カセット間移載ロボット
３１接点
３２支持溝
３２ａ両端部分
３９第１ピック
４０第２ピック

【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタ孔を有する基板を支持する基板支持装置であって、
前記基板を支持する支持部と、
前記支持部を進退方向及び上下方向に動作させる駆動源とを備え、
前記支持部は、重力方向を横切る方向に連続して形成された断面Ｖ字状の支持溝を備え、
前記支持溝の両端部は、前記基板を支持する際に、前記センタ孔内側の縁部に接しないように拡幅されていることを特徴とする基板支持装置。
【請求項２】
前記支持溝は、反重力方向に凸の円弧状に形成されており、
該円弧の曲率半径は、前記基板の前記センタ孔の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記支持溝を備えた第１支持ブロックと、前記基板の外周側に接する第２支持ブロックとを有してなることを特徴する請求項１または２に記載の基板支持装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板支持装置を備えることを特徴とする真空処理装置。

【図１】