JP5920462B2 - 基板移載装置及び基板移載方法 - Google Patents

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Description

本発明は、処理対象の基板をサンプルホルダに移載する基板移載装置及び基板移載方法に関する。
半導体装置の製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜、エッチング、アッシングなどの処理にプラズマ処理装置が用いられている。例えば成膜装置として、平行平板を構成するカソード電極とアノード電極間にプラズマを形成して成膜処理を行うプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置が知られている。
プラズマ処理装置の基板処理方法は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式と複数の基板を同時に処理するバッチ式に大別される。太陽電池は基板サイズが１２５ｍｍ〜１５６ｍｍ程度と小さく、また、１枚の基板当たりにかけられるコストが小さいために単位時間当たりの処理基板枚数を多くする必要がある。このため、太陽電池用の成膜装置ではバッチ式が用いられる。
バッチ式では、複数の基板を同時に成膜処理室に搬送するために、基板が基板移載装置に移載される。基板移載装置には、水平な板に基板を水平に並べるカートタイプや、基板を垂直に複数並べるボートタイプなどがある。処理効率を向上させるために、ボートタイプのサンプルホルダを用いて同時に処理できる基板の数を増やすことが有効である。
このため、例えば複数の基板を主面の法線方向に並べた状態でボートタイプのサンプルホルダに搭載する基板移載方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この基板移載装置では、複数の基板が常温近くの温度でボートタイプのサンプルホルダに移載されている。
特開平１１−１２１５８７号公報
しかしながら、複数の基板が基板保持機構（ハンド部）によりサンプルホルダに移載されると、成膜前の冷たい基板が熱いサンプルホルダに載せられるため、シリコンからなる基板が熱歪みを発生する。このため、基板がサンプルホルダの正しい位置に入らないことがある。
また、サンプルホルダと基板保持機構との間の温度差Δtにより基板に歪みが発生し、基板にストレスがかかる。このため、厚さが５０μｍ〜２００μｍの薄型基板では、基板割れが発生する。
本発明は、基板内の熱歪みを抑えることができ、移動搭載時の基板の割れや脱落を防止することができる基板移載システム及び基板移載方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る基板移載装置は、基板を搭載するための搭載面を有する基板プレートと、前記基板を前記基板プレートの前記搭載面に搭載する基板搭載装置とを備え、前記基板搭載装置は、前記基板を保持するとともに、前記基板を加熱するための基板加熱機構が設けられた基板保持機構と、前記基板保持機構により保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように前記搭載面上に移動する基板移動機構と、前記搭載面にて前記基板を回転させる基板回転機構とを備え、前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、前記基板回転機構は、１つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する。
本発明に係る基板移載方法は、基板プレートの搭載面に基板を基板搭載装置により搭載する基板搭載ステップを備え、前記基板搭載ステップは、前記基板を基板保持機構により保持する基板保持ステップと、前記基板保持機構に設けられた基板加熱機構により前記基板を加熱する基板加熱ステップと、保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように基板移動機構により前記搭載面上に移動する基板移動ステップと、前記搭載面にて前記基板を基板回転機構により回転させる基板回転ステップとを備え、前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、前記基板回転機構は、１つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する。
図１は本発明の実施例１に係る基板移載装置の構成を示す図である。 図２は本発明の実施例１に係る基板移載装置において基板加熱機構が取り付けられた基板保持機構により基板を基板プレートに取り付けた状態を示す図である。 図３は本発明の実施例１に係る基板移載装置において基板保持機構を加熱した状態で冷たい基板を吸着した場合の基板温度と基板保持機構温度との時間的な変化を示す図である。 図４は本発明の実施例１に係る基板移載装置の第１動作状態を示す図である。 図５は本発明の実施例１に係る基板移載装置の第２動作状態を示す図である。 図６は本発明の実施例１に係る基板移載装置による基板移載方法の例を説明するための図である。
以下、本発明の実施例１に係る基板移載装置及び基板移載方法が、図面を参照しながら詳細に説明される。
本発明の実施例１に係る基板移載装置は、図１に示すように、基板１００を搭載するための搭載面２１０を有する基板プレート２１（サンプルホルダ）と、複数の矩形の基板１００を搭載面２１０に同時に搭載する基板搭載装置１０とを備える。基板搭載装置１０は、基板移動機構１１、基板回転機構１３、及び基板保持機構１５を有する。
基板保持機構１５は、吸着部１５１とアーム部１５２を有し、基板１００と１対１対応で設けられている。基板保持機構１５は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の基板１００を保持する。吸着部１５１は、基板１００の主面に接触させることにより基板１００を吸着する。吸着部１５１は、例えば真空吸着によって基板１００を保持する。
基板保持機構１５は、セラミック又はシリコンカーバイト（ＳｉＣ）又は金属（ＳＵＳ）などからなる。なお、基板保持機構１５は、セラミック又はシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いる代わりに、フッ素系樹脂を用いても良い。基板１００は、例えば、太陽電池用の結晶シリコン基板かならる。
また、基板保持機構１５には、ヒータなどからなる基板加熱機構１６が取り付けられている。図２（ａ）は、基板加熱機構１６が取り付けられた基板保持機構１５により基板１００が基板プレート２１に取り付けられた状態を示す上面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図である。
図２において、アーム部１５２は、吸着部１５１の略中央上部側に配置され、吸着部１５１に取り付けられている。基板加熱機構１６は、吸着部１５１上で且つアーム部１５２を挟んで吸着部１５１の右側と左側とに配置されている。吸着部１５１の下側には基板１００が配置され、基板１００の下側には基板プレート２１が配置されている。
基板移動機構１１は、基板保持機構１５により保持された複数の基板１００を、基板１００の主面が搭載面２１０と対向するように搭載面２１０上に移動する。基板回転機構１３は、１つの回転軸を中心にして搭載面２１０に沿って複数の基板１００を同時に回転させる。
このように構成された実施例１に係る基板移載装置によれば、基板保持機構１５に基板加熱機構１６が取り付けられているので、基板加熱機構１６による発熱により吸着部１５１を介して基板１００の温度が予め基板プレート２１に近い温度に上昇される。
図３は本発明の実施例１に係る基板移載装置において基板保持機構を加熱した状態で冷たい基板を吸着した場合の基板温度と基板保持機構温度との時間的な変化を示す図である。
基板保持機構１５が基板１００を保持している時間は約２秒間であり、この時間に基板１００は１００℃以上に上昇する。これにより、基板１００の温度は基板プレート２１の温度（例えば、１５０℃以上）に近い温度まで上昇する。即ち、基板１００の温度と基板プレート２１の温度との温度差が小さくなるので、基板１００内の熱勾配が減少し、熱歪みを抑えることができ、移動搭載時の基板１００の割れや脱落を防止することができる。
（実施例１の付加的な特徴）
次に、本発明の実施例１に係る基板移載装置の付加的な特徴を説明する。まず、基板プレート２１の搭載面２１０は、図４に示すように、複数の矩形の基板搭載領域２１１が水平方向に配列されている。複数の基板搭載領域２１１のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に、左辺固定ピンＰ１、右辺固定ピンＰ２及び下辺固定ピンＰ３がそれぞれ配置されている。
なお、複数の基板搭載領域２１１のそれぞれに対する左辺固定ピンＰ１、右辺固定ピンＰ２及び下辺固定ピンＰ３の相対位置は、複数の基板搭載領域２１１において共通である。このため、基板プレート２１に搭載された基板１００にプロセス処理を施した場合に、固定ピンによる各基板１００への影響が同一になる。例えば成膜処理が行われた場合には、固定ピンの影になって成膜されない領域をすべての基板１００で共通にすることができる。
基板搭載装置１０によって、基板１００の左辺、右辺及び下辺が左辺固定ピンＰ１、右辺固定ピンＰ２及び下辺固定ピンＰ３にそれぞれ支持されるように、複数の基板１００が同時に基板搭載領域２１１に搭載される。
基板移動機構１１は、保持された複数の基板１００の主面を搭載面２１０と近接して対向させる。基板移動機構１１は、支柱部１１１と、支柱部１１１の延伸する垂直方向を回転軸として支柱部１１１を回転させる支柱回転部１１２と、その回転の半径方向に支柱部１１１から延伸する梁部１１３を有する。
梁部１１３の延伸する方向に沿って、複数の基板保持機構１５が梁部１１３に取り付けられている。基板保持機構１５のアーム部１５２が梁部１１３に取り付けられ、梁部１１３におけるアーム部１５２の配置ピッチは搭載面２１０上の基板搭載領域２１１の配置ピッチに等しい。
基板移動機構１１は、基板保持機構１５によって保持された複数の基板１００を、基板１００の主面が搭載面２１０と対向するように搭載面２１０上に移動する。このとき、図５に示したように、基板搭載領域２１１の斜め上方に、主面が搭載面２１０と平行で、且つ水平方向から見て基板搭載領域２１１に対して斜めの姿勢で基板１００が配置される。その後、基板移動機構１１は、図５に示すように、所定の位置まで基板１００を垂直方向に搭載面２１０に沿って下方に移動させる。このとき、基板１００は基板搭載領域２１１に対して斜めの姿勢のままである。
基板回転機構１３は、１つの回転軸を中心にして搭載面２１０に沿って複数の基板１００を同時に回転させる。具体的には、基板回転機構１３は、基板搭載領域２１１に対して斜めに保持されていた複数の基板１００を、搭載面２１０の面法線方向と平行で、且つ回転中心点を通過する直線を回転軸として角度θだけ同時に回転させる。その結果、図１に示すように、複数の基板１００が基板搭載領域２１１に同時に搭載される。このとき、基板１００の左辺、右辺及び下辺が左辺固定ピンＰ１、右辺固定ピンＰ２及び下辺固定ピンＰ３にそれぞれ支持される。
（基板搭載装置１０の動作）
次に、主面を水平にして基板トレイに配列された基板１００を基板プレート２１に移載する場合について、基板搭載装置１０の動作を説明する。
まず、基板搭載装置１０が処理対象の基板１００を吸着する。基板１００は、例えば図６に示すように、基板トレイ４０の搭載面４００に主面を上下方向に向けて配列された状態で平らに置かれている。この場合、図６に示すように、基板搭載装置１０は、基板保持機構１５の吸着部１５１を基板１００の主面に接触させる。このとき、基板保持機構１５のアーム部１５２は水平方向に延伸する。
その後、基板移動機構１１が、基板１００を基板プレート２１の搭載面２１０上に移動させる。即ち、支柱回転部１１２によって支柱部１１１を回転軸として梁部１１３が回転して、基板１００が基板トレイ４０から基板プレート２１に移動される。このとき、梁部１１３の延伸する方向を回転軸として梁部１１３が回転し、基板１００の主面が垂直方向と平行になる。つまり、基板搭載装置１０は、基板１００を移動させながら、基板１００の主面が基板プレート２１の搭載面２１０と平行になるように基板１００の主面を垂直にさせる。
そして、基板移動機構１１は、図５に示したように、基板プレート２１の搭載面２１０上に基板１００を配置する。このとき、既に述べたように、基板１００は、所定の角度θをなすように基板搭載領域２１１に対して斜めに保持される。そして、既に説明したように、基板回転機構１３が、１つの回転軸を中心にして搭載面２１０に沿って複数の基板１００を同時に回転させる。これにより、基板１００の各辺と基板搭載領域２１１の各辺とがそれぞれ平行に調整されて、基板１００が基板搭載領域２１１に配置される。
以上により、基板１００の左辺、右辺及び下辺が固定ピンにそれぞれ支持されて、複数の基板１００が同時に複数の基板搭載領域２１１に搭載される。
このように、実施例１に係る基板移載装置によれば、基板プレート２１の搭載面２１０上で複数の基板１００を共通の１つの回転軸によって回転させることにより、基板１００を同時に基板プレート２１に搭載することができる。このため、ボートタイプのサンプルホルダに複数の基板１００を同時に、且つ高精度で移載できる基板移載装置及び基板移載方法を提供できる。
なお、本発明は、上述した実施例１に係る基板移載装置に限定されるものではない。実施例１に係る基板移載装置では、複数の基板を同時に基板プレートに移載したが、例えば、１つの基板１００を基板プレート２１に移載する構成にも本発明は、適用可能である。
また、実施例１に係る基板移載装置は、水平方向に置かれた基板を垂直方向の基板プレートに搭載したが、本発明は、水平方向に置かれた基板を水平方向の基板プレートに搭載しても良い。
本発明は、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置、半導体薄膜製造装置、太陽電池製造装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などに適用可能である。本発明は、特に、太陽電池用反射防止膜形成用のプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）成膜装置に適用可能である。

Claims (4)

  1. 基板を搭載するための搭載面を有する基板プレートと、
    前記基板を前記基板プレートの前記搭載面に搭載する基板搭載装置とを備え、
    前記基板搭載装置は、
    前記基板を保持するとともに、前記基板を加熱するための基板加熱機構が設けられた基板保持機構と、
    前記基板保持機構により保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように前記搭載面上に移動する基板移動機構と、
    前記搭載面にて前記基板を回転させる基板回転機構と、
    を備え、
    前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、
    前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、
    前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、
    前記基板回転機構は、１つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、
    前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する基板移載装置。
  2. 前記基板保持機構は、セラミック又はシリコンカーバイト又は金属からなる請求項１記載の基板移載装置。
  3. 前記基板は、太陽電池用の結晶シリコン基板からなる請求項１又は請求項２記載の基板移載装置。
  4. 基板プレートの搭載面に基板を基板搭載装置により搭載する基板搭載ステップを備え、
    前記基板搭載ステップは、
    前記基板を基板保持機構により保持する基板保持ステップと、
    前記基板保持機構に設けられた基板加熱機構により前記基板を加熱する基板加熱ステップと、
    保持された前記基板を基板主面が前記搭載面と対向するように基板移動機構により前記搭載面上に移動する基板移動ステップと、
    前記搭載面にて前記基板を基板回転機構により回転させる基板回転ステップと
    を備え、
    前記基板プレートは、複数の矩形の基板搭載領域が水平方向に配列して定義された搭載面を有し、前記複数の基板搭載領域のそれぞれの外周の左辺、右辺及び下辺に左辺固定ピン、右辺固定ピン及び下辺固定ピンがそれぞれ配置され、
    前記基板保持機構は、それぞれの主面が同一平面レベルに配置された状態で複数の矩形の基板を保持し、
    前記基板移動機構は、保持された前記複数の基板の前記主面を前記搭載面と近接して対向させ、
    前記基板回転機構は、１つの回転軸を中心にして前記搭載面にて前記複数の基板を同時に回転させ、
    前記基板搭載装置は、前記基板の左辺、右辺及び下辺が前記左辺固定ピン、前記右辺固定ピン及び前記下辺固定ピンにそれぞれ支持されるように前記複数の基板を前記複数の基板搭載領域に同時に搭載する基板移載方法。
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