JP4491795B2 - 物品交換機構および物品交換方法 - Google Patents
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フランジ付電流導入端子61とプラズマ生成容器62の開口部63との間に、電流導入端子64及びフィラメント65が通る開口部を有する真空弁66を設け、その側部には真空弁の真空側と大気側とを連通させるバイパス経路と、それを開閉する補助弁とを設け、真空弁66の大気側に、フランジ付電流導入端子61の頭部を覆うように補助真空容器67を着脱可能に取り付ける。補助真空容器67は、フランジ付電流導入端子61及びフィラメント65を内部に収納可能である。フランジ付電流導入端子61に結合してそれをフィラメント65と共に抜き差しする操作軸68を補助真空容器67に取り付け、補助真空容器67の内外を仕切るベント弁69を設ける。
まず真空弁66に対するフランジ付電流導入端子61の固定を解除し、次に補助真空容器67を真空弁66の大気側にフランジ付電流導入端子61の頭部を覆うように取り付け、次に補助弁を開いてバイパス経路を経由して補助真空容器67内をプラズマ生成容器62側から真空排気し、次に操作軸68をフランジ付電流導入端子61に結合させてフランジ付電流導入端子61をフィラメント65と共に補助真空容器67内に引き抜き、次に真空弁66および補助弁を閉じ、次にベント弁69を開いて補助真空容器67内にベント気体を導入して補助真空容器67内をほぼ大気圧に戻し、次に補助真空容器67をフランジ付電流導入端子61およびフィラメント65と共に真空弁66から取り外し、次にフランジ付電流導入端子61に対するフィラメント65の交換を行い、次に補助真空容器67をフランジ付電流導入端子61およびフィラメント65と共に真空弁66に取り付け、次にベント弁69を閉じた状態で補助弁または真空弁66を開いて補助真空容器67内をプラズマ生成容器62側から真空排気し、次に真空弁66を開いた状態で操作軸68によってフランジ付電流導入端子61の電流導入端子64およびフィラメント65を真空弁66の開口部を通してプラズマ生成容器62内に挿入すると共にフランジ付電流導入端子61のフランジを真空弁66に当接させて真空弁66の大気側を封止し、次に補助弁を閉じた状態でベント弁69を開いて補助真空容器67内にベント気体を導入して補助真空容器67内をほぼ大気圧に戻し、次に操作軸68とフランジ付電流導入端子61との結合を解除し、次に補助真空容器67を操作軸68と共に真空弁66から取り外し、次にフランジ付電流導入端子61を真空弁66に固定する。
真空ボックス51内で支持アーム55を90°回転させてその支持アーム55の先端部に支持されたフィラメント54を、ゲートバルブ53を通過させ真空ボックス51内に移動させる。次にゲートバルブ53を閉塞し、真空ボックス51内を大気開放する。次に真空ボックス51の蓋部材56を開けてフィラメント54を交換する。次に蓋部材56を閉めて、大気吸引手段57で真空ボックス51内を真空状態にした後、ゲートバルブ53を開けて、支持アーム55をプラズマ発生室52の方向に90°回転させて、フィラメント54をプラズマ発生室52内に移動させる。
(1)大気開放を行なう場合の交換方法に比べて、作業時間の短縮化が図れるものの、依然として作業時間が長く装置稼働率の低下を招いているため、さらなる作業時間の短縮化が望まれている。
(2)真空引きと大気開放の実施などで作業が複雑であり、作業手順に注意が必要となっている。上述した特許文献2の交換方法では、真空引きと大気開放をそれぞれ2回ずつ行なう必要があるが、真空引き、大気開放の繰り返しが多いと、それにともないバルブ操作回数も多くなり作業手順を間違えた場合は、装置側の真空リークなどの大きな問題を引き起こす可能性がある。
(3)交換機構の全部又は一部を装置に常設しておくと、コスト増大、交換機構の劣化などの問題がある。特に真空バルブ(図7の真空弁66、図8のゲートバルブ53)を設置しておくと、材料ガスやプラズマに曝されることでバルブのフランジ面やシール部材(Oリングなど)の劣化が進み、真空閉止できなくなる場合がある。
(4)図8に示したイオン源のように、真空ボックス51を常設すると、その内壁面が材料ガスやプラズマに曝されて汚染されるため、真空ボックス51をメンテナンスする必要が生じることもある。
(5)上記(2)〜(4)は、コスト増大、及びメンテナンス時間の増加による装置稼働率低下につながる。
(1)本発明は、真空容器内に設置される物品を交換するための物品交換機構であって、前記物品が通る大きさの開口部を有する真空容器と、前記物品を支持し且つ前記開口部を気密に開閉可能な2つの交換ユニットと、該真空容器の外壁の第1及び第2の取付位置に着脱可能であり、それぞれ、前記交換ユニットと解除可能に連結して、前記交換ユニットを前記真空容器の内外間を前記物品が前記開口部を通って移動するように支持する2つのユニット支持機構と、前記開口部を覆うとともに、2つの交換ユニットを内部に収容する状態で前記真空容器に気密に取り付け可能であり且つ取り外し可能な交換用容器と、該交換用容器を気密状態で貫通し前記第1及び第2の取付位置に取り付けられた2つのユニット支持機構の各々と解除可能に連結して該2つのユニット支持機構を動作させる複数の操作部材と、前記交換用容器の内部を真空状態にする真空機構と、前記交換用容器の内部を真空状態から所定圧力まで戻す復圧機構と、を備え、前記真空容器は、イオン注入装置、中性化装置またはスパッタ装置におけるイオン源であり、前記物品は、前記真空容器がイオン注入装置におけるイオン源である場合、フィラメントであり、前記真空容器が中性化装置におけるイオン源である場合、カソードであり、前記真空容器がスパッタ装置におけるイオン源である場合、試料であることを特徴とする。
また、交換作業に際し、真空バルブの操作が無く、しかも交換用容器の真空引きと大気開放はそれぞれ一回ずつ行なえばよいので、操作手順の間違いの発生を少なくすることができるとともに、さらなる作業時間の短縮化を図ることができる。また、この交換機構には、真空容器の内外を気密に仕切る真空バルブが無いので、真空バルブの構成部品の劣化による真空閉止機能の低下等の問題が生じることがない。また、交換用容器は、交換作業のときにのみ取り付けられるものであり、装置の稼働中は真空容器内の作動ガス等に曝されないので、交換用容器をメンテナンスする必要が無い。
また、上記(1)の構成と同様に、操作手順の間違いの発生を少なくすることができ、真空バルブの構成部品の劣化による真空閉止機能の低下等の問題が生じることがなく、交換用容器をメンテナンスする必要が無い。
処理室容器45の内部に基板等の被処理物47が収容される処理室44が形成されている。処理室容器45にイオン源41が接続されている。イオン源41はプラズマ生成容器4を有し、プラズマ生成容器4の内部に形成されたプラズマ発生室2でプラズマ43を発生させる。処理室44及びプラズマ発生室2は、処理室容器45に接続された真空排気装置46によって一括して真空に排気される。
以下、本発明の第1実施形態にかかる物品交換機構1について説明する。
図2(A)は、本発明の第1実施形態にかかる物品交換機構1の構成を示す断面図であり、図2(B)は図2(A)の2B−2B線断面図である。ただし、図2(B)では、図2(A)における左側の交換ユニット12と接続部品8は図示を省略している。
本実施形態は、上述したイオン注入装置40におけるイオン源41に対する適用例であり、後述するように、フィラメント3を交換するので、フィラメント3が交換対象となる「物品」に該当する。
真空容器4は、本実施形態では上述したプラズマ生成容器4であり、内部にプラズマ発生室2が形成されている。この真空容器4は、フィラメント3及びフィラメント3を支持する支持部品6が通る大きさの開口部5を有する。真空容器4の外壁面には、開口部5を囲むように外方に突出する台座部4aが設けられている。開口部5の大きさは、交換ユニット12が動作する際に、フィラメント3及びその支持部品6が、開口部5の内周壁や真空容器4の内外壁面と干渉しないように設定される。
なお、台座部4aに対するフランジ7の位置決めを容易にするために、フランジ7と台座部4aの互いに対向する各部位の一方に、他方に向って突出する突起部を設け、他方に突起部が挿入される凹部を設けてもよい。
上記構成により、各交換ユニット12を互いに干渉しない配置にしやすいとともに、交換用容器10の交換ユニット12の回転軸心方向の寸法を小さくすることができるので、交換用容器10の大きさをコンパクトにすることができ、これにより真空引きや大気開放の時間を短縮化でき、交換作業の短縮化に寄与できる。
上記構成により、観察窓10aを通して交換ユニット12の動きや位置を確認しながら交換ユニット12を動作させることができるので、真空容器4の台座部4aに対する交換ユニット12(フランジ7)の位置決めを容易に行なうことができる。
本実施形態の操作部材18は、少なくとも交換用容器10を貫通する部分の断面輪郭形状が円形である棒状部材である。交換用容器10の、操作部材18を挿通させる挿通穴の内周面には図示しないシール部材が設けられており、この内周面と操作部材18の間を真空閉止している。シール部材としては、例えば、ダブルOリングが好適である。
本実施形態において、操作部材18は、操作軸14の軸方向両側から連結できるようになっている。このため、フィラメント3交換作業の際には、第1取付位置と第2取付位置の交換ユニット12を動作させるために、各操作軸14に対してそれぞれ2つずつの計4つの操作部材18が交換用容器10を貫通する。
上記構成により、操作部材18を回転操作して交換ユニット12を回転させることができるので、真空容器4の内外間でのフィラメント3の移動を簡単に行なうことができる。
なお、各交換ユニット12と、これに対応するユニット支持機構13との連結を先に行い、その後にユニット支持機構13を真空容器4に固定するようにしてもよい。
次に、交換用容器10の挿通穴から操作部材18を挿入し、操作部材18と各ユニット支持機構13とを連結する。
次に、真空機構23の大気吸引管24を、交換用容器10のガスポート17に接続し、交換用容器10内を真空引きする。
次に、第2取付位置のユニット支持機構13と連結された操作部材18を回転させて、新フィラメント3bが交換用容器10内から真空容器4内に移動するように新交換ユニット12を動作させる。
次に、復圧機構26のベントガス導入管27を、交換用容器10のガスポート17に接続し、交換用容器10内にパージガスを導入して、交換用容器10内を所定圧力(ほぼ大気圧)まで戻す。
なお、各交換ユニット12と各ユニット支持機構13との連結の解除、及び真空容器4からの各ユニット支持機構13の取外しを行なう順序は任意である。
また、交換作業に際し、真空バルブの操作が無く、しかも交換用容器10の真空引きと大気開放はそれぞれ一回ずつ行なえばよいので、操作手順の間違いの発生を少なくすることができるとともに、さらなる作業時間の短縮化を図ることができる。また、この物品交換機構1には、真空容器4の内外を気密に仕切る真空バルブが無いので、真空バルブの構成部品の劣化による真空閉止機能の低下等の問題が生じることがない。また、交換用容器10は、交換作業のときにのみ取り付けられるものであり、装置の稼働中は真空容器4内の作動ガス等に曝されないので、交換用容器10をメンテナンスする必要が無い。
次に交換用容器10を真空容器4に取り付け、次に真空機構23により交換用容器10内を真空引きし、次に操作部材18を操作して交換ユニット12を回転動作させて旧フィラメント3aを交換用容器10内に抜き出し、次に操作部材18を操作してブランクフランジ20を回転動作させてブランクフランジ20で開口部5を閉止する。
次に交換用容器10を真空容器4に取り付け、次に真空機構23により交換用容器10を真空引きし、次に操作部材18を操作してブランクフランジ20を回転動作させて開口部5を開け、次に操作部材18を操作して交換ユニット12を回転動作させて新フィラメント3bを真空容器4内に移動させる。
次にブランクフランジ20及び交換ユニット12と各ユニット支持機構13との連結を解除するとともに、各ユニット支持機構13を真空容器4から取り外す。
次に、図6を参照し、本発明の第2実施形態にかかる物品交換機構1について説明する。本実施形態も第1実施形態と同様に、上述したイオン注入装置におけるイオン源に対する適用例である。
本実施形態が第1実施形態と異なるのは、真空容器4に一対の物品支持移動機構21を常設しておき、物品支持移動機構21に支持される物品(本実施形態ではフィラメント3)のみを交換するように構成した点である。
本実施形態において、物品支持移動機構21は、第1実施形態のユニット支持機構13と、交換ユニット12のフィラメント3を除く部分(フランジ7、電流導入端子15および支持部品6)とから構成されている。なお、物品支持移動機構21は、開口部5を気密に開閉可能であり、フィラメント3を支持して、フィラメント3を開口部5を通して真空容器4の内外間で移動させるように動作するものであれば、上記構成に限定されない。他の部分の構成は、第1実施形態と同様である。
(1)一方(図で右側)の物品支持移動機構21に旧フィラメント3aが支持されて真空容器4内に設置されている状態から、新フィラメント3bを他方(図で左側)の物品支持移動機構21に取り付ける。
(2)次に開口部5を覆うとともに一対の物品支持移動機構21を収容するように真空容器4に交換用容器10を気密に取り付ける。
(3)次に、交換用容器10に真空機構23を接続し、真空機構23により交換用容器10内を真空引きする。
(4)次に、交換用容器10の各挿通穴に4本の操作部材18を挿入して、各操作部材18と各物品支持移動機構21(より具体的には操作軸14)とを連結する。
(5)次に、操作部材18を回転操作して、旧フィラメント3aを支持している物品支持移動機構21を、旧フィラメント3aが真空容器4内から交換用容器10内に移動するように回転動作させる。
(6)次に、別の操作部材18を操作して、新フィラメント3bを支持している物品支持移動機構21を、新フィラメント3bが交換用容器10内から真空容器4内に移動するように動作させる。
(7)次に、交換用容器10に復圧機構26を接続し、復圧機構26により交換用容器10内を真空状態から所定圧力(ほぼ大気圧)まで戻す。
(8)次に、交換用容器10を真空容器4から取り外す。
(9)最後に、旧フィラメント3aを物品支持移動機構21から取り外す。
例えば、本発明は、イオン注入装置のプラズマ発生用フィラメントの交換に限らず、中性化装置やスパッタ装置のカソードや試料の交換にも適用することができる。また、プラズマやビームの種類も限定されない。
2 プラズマ発生室
3 フィラメント
3a 旧フィラメント
3b 新フィラメント
4 真空容器(プラズマ生成容器)
4a 台座部
4b 容器用台座
5 開口部
6 支持部品
7 フランジ
8 接続部品
9 取付部品
10 交換用容器
10a 観察窓
11 フランジ部
12 交換ユニット
13 ユニット支持機構
14 操作軸
15 電流導入端子
17 ガスポート
18 操作部材
19 補助拘束部品
20 ブランクフランジ
21 物品支持移動機構
22 バルブ
23 真空機構
24 大気吸引管
25 吸引装置
26 復圧機構
27 ベントガス導入管
29 ガスボンベ
30 固定手段
31,37 ボルト
33 フック
34 リンク
35 レバー
Claims (7)
- 真空容器内に設置される物品を交換するための物品交換機構であって、
前記物品が通る大きさの開口部を有する真空容器と、
前記物品を支持し且つ前記開口部を気密に開閉可能な2つの交換ユニットと、
該真空容器の外壁の第1及び第2の取付位置に着脱可能であり、それぞれ、前記交換ユニットと解除可能に連結して、前記交換ユニットを前記真空容器の内外間を前記物品が前記開口部を通って移動するように支持する2つのユニット支持機構と、
前記開口部を覆うとともに、2つの交換ユニットを内部に収容する状態で前記真空容器に気密に取り付け可能であり且つ取り外し可能な交換用容器と、
該交換用容器を気密状態で貫通し前記第1及び第2の取付位置に取り付けられた2つのユニット支持機構の各々と解除可能に連結して該2つのユニット支持機構を動作させる複数の操作部材と、
前記交換用容器の内部を真空状態にする真空機構と、
前記交換用容器の内部を真空状態から所定圧力まで戻す復圧機構と、を備え、
前記真空容器は、イオン注入装置、中性化装置またはスパッタ装置におけるイオン源であり、
前記物品は、前記真空容器がイオン注入装置におけるイオン源である場合、フィラメントであり、前記真空容器が中性化装置におけるイオン源である場合、カソードであり、前記真空容器がスパッタ装置におけるイオン源である場合、試料であることを特徴とする物品交換機構。 - 前記各ユニット支持機構は、前記操作部材と連結可能な操作軸と、前記真空容器の外壁に着脱可能であり前記操作軸を回転可能に支持する取付部品と、前記操作軸と前記交換ユニットとを接続する接続部品とを有し、
前記各操作部材は、前記各操作軸のうち連結相手となるものの回転軸心と同心で回転可能である請求項1記載の物品交換機構。 - 真空容器内に設置される物品を交換するための物品交換機構であって、
前記物品が通る大きさの開口部を有する真空容器と、
該真空容器の外壁の異なる2箇所に設置され、それぞれ前記開口部を気密に開閉可能であり、前記物品を支持して、該物品を前記開口部を通して前記真空容器の内外間で移動させるように動作する一対の物品支持移動機構と、
前記開口部を覆うとともに、前記一対の物品支持移動機構を内部に収容する状態で前記真空容器に気密に取り付け可能であり且つ取り外し可能な交換用容器と、
該交換用容器を気密状態で貫通し前記一対の物品支持移動機構の各々と連結して該一対の物品支持移動機構を動作させる複数の操作部材と、
前記交換用容器の内部を真空状態にする真空機構と、
前記交換用容器の内部を真空状態から所定圧力まで戻す復圧機構と、を備え、
前記真空容器は、イオン注入装置、中性化装置またはスパッタ装置におけるイオン源であり、
前記物品は、前記真空容器がイオン注入装置におけるイオン源である場合、フィラメントであり、前記真空容器が中性化装置におけるイオン源である場合、カソードであり、前記真空容器がスパッタ装置におけるイオン源である場合、試料であることを特徴とする物品交換機構。 - 前記各物品支持移動機構は前記真空容器の外壁に回転可能に連結されており、前記各操作部材は、前記各物品支持移動機構のうち連結相手となるものの回転軸心と同心で回転可能である請求項3記載の物品交換機構。
- 前記交換用容器に、該交換用容器の内部を観察するための透明材料からなる観察窓が設けられている請求項1又は3記載の物品交換機構。
- 請求項1記載の物品交換機構を用いて、真空容器内に設置される物品を交換するための物品交換方法であって、
前記交換ユニットに旧物品が支持されて前記真空容器内に設置されている状態から、
(a)新物品を支持する交換ユニットに対応する前記ユニット支持機構を前記真空容器の一方の取付位置に取り付ける工程、
(b)新物品を支持する交換ユニットと対応する前記ユニット支持機構とを連結する工程、
(c)旧物品を支持する交換ユニットに対応する前記ユニット支持機構を前記真空容器の他方の取付位置に取り付ける工程、及び
(d)旧物品を支持する交換ユニットと対応するユニット支持機構とを連結する工程、
を任意の順序で行い、
次に前記開口部を覆うとともに2つの前記交換ユニットを収容するように前記真空容器に前記交換用容器を気密に取り付け、次に前記交換用容器内を真空状態とし、次に前記交換用容器に気密に貫通させた操作部材を操作して、旧物品を支持している前記交換ユニットを、旧物品が前記真空容器内から前記交換用容器内に移動するように動作させ、次に前記交換用容器に気密に貫通させた別の操作部材を操作して、新物品を支持している前記交換ユニットを、新物品が前記交換用容器内から前記真空容器内に移動するように動作させ、次に前記交換用容器内を真空状態から所定圧力まで戻し、次に前記交換用容器を前記真空容器から取り外し、
次に、
(e)新物品を支持する交換ユニットに対応する前記ユニット支持機構を前記真空容器から取り外す工程、
(f)新物品を支持する交換ユニットと対応する前記ユニット支持機構との連結を解除する工程、
(g)旧物品を支持する交換ユニットに対応する前記ユニット支持機構を前記真空容器から取り外す工程、及び
(h)旧物品を支持する前記交換ユニットと対応するユニット支持機構との連結を解除する工程、
を任意の順序で行う、ことを特徴とする物品交換方法。 - 請求項3記載の物品交換機構を用いて、真空容器内に設置される物品を交換するための物品交換方法であって、
一方の前記物品支持移動機構に旧物品が支持されて前記真空容器内に設置されている状態から、新物品を他方の前記物品支持移動機構に取り付け、次に前記開口部を覆うとともに前記一対の物品支持移動機構を収容するように前記真空容器に交換用容器を気密に取り付け、次に前記交換用容器内を真空状態とし、次に前記交換用容器に気密に貫通させた操作部材を操作して、前記一方の物品支持移動機構を、旧物品が前記真空容器内から前記交換用容器内に移動するように動作させ、次に前記交換用容器に気密に貫通させた別の操作部材を操作して、前記他方の物品支持移動機構を、新物品が前記交換用容器内から前記真空容器内に移動するように動作させ、次に前記交換用容器内を真空状態から所定圧力まで戻し、次に前記交換用容器を前記真空容器から取り外し、次に旧物品を前記一方の物品支持移動機構から取り外し、ことを特徴とする物品交換方法。
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