JP7317906B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜の形成に用いられる真空蒸着装置やスパッタリング装置等のような真空処理装置に関する

複数の基板を外周面に保持した多角形又は円筒形のドラム型基板ホルダを地面に垂直な円筒中心軸上で回転させながら、ドラム型基板ホルダの外周に対向して設置されたターゲットをスパッタリングして各基板上に薄膜を成膜する、いわゆるカルーセル型スパッタ装置が知られている。いわゆるカルーセル型スパッタ装置の第１例として特許文献１に示す真空処理装置について、図１０、図１１を用いて説明する。
図１０は、特許文献１に示す真空処理装置の概略断面図、図１１は図１０の装置の一部の具体例を示す部分断面図である。
図１０、図１１に示す真空処理装置は、処理室内１０１に、処理すべき基板の装着される回転ドラム治具１０２を固定配置し、処理室内１０１の上記回転ドラム治具１０２に対して処理すべき基板・ホルダ組立体１０１２を着脱するための基板・ホルダ組立体着脱機構１０１４を設け、処理室１０１に対して基板・ホルダ組立体１０１２を垂直状態（回転軸に対して平行状態）で、基板仕込み室１０４・基板取り出し室１０５との間で、図１１に示す搬送機構１０１３により、基板・ホルダ組立体１０１２を水平搬入、水平搬出できるように構成したことを特徴とする。
図１０、図１１に示す真空処理装置によれば、回転ドラム治具１０２を処理室内１０１に固定配置し、着脱機構１０１４を用いて基板・ホルダ組立体１０１２だけを回転軸に対して平行状態で、搬入装着、取外し搬出するように構成しているので、ドラム治具自体１０２に必要な装置、例えば冷却機構やバイアス印加手段を組込むことができ、また各室（基板仕込み室１０４，処理室１０１，基板取り出し室１０５）の仕切バルブ１０８，１０１０９、１０１０、１０１１も小型化でき、デットスペースの縮小と共に装置自体を小型化でき、そして排気系の負荷も軽減させることができる。
なお、図１０、図１１において、カソード１０３、回転ドラム治具１０２の各基板装着面１０２Ａ、案内ローラ１０１３Ａと駆動ローラ１０１３Ｂ、回転ドラム治具１０２を所定の位置（すなわち基板・ホルダ組立体１０１２の着脱位置）で停止させる停止案内装置１０１６を示す。
このように、図１０、図１１に示す真空処理装置は、真空中で基板の載せ替えをすることで、成膜室を高真空度に保ったまま成膜処理をすることができる。しかし、上記特許文献１に示す装置は以下のような問題点を有する。

特公平４－８０７３４号公報

しかし、図１０、１１に示す真空処理装置の場合、基板・ホルダ組立体１０１２の基板仕込み室１０４から処理室１０２への搬入動作においては、基板・ホルダ組立体１０１２の両側部が、搬送装置１０１３の案内ローラ１０１３Ａにより滑動案内されながら、図１０に示す→Ａ、→Ｂの順で（図１１に示す→Ｂの順で）搬送装置１０１３の駆動ローラ１０１３Ｂにより基板仕込み室１０４から処理室１０２へ搬入される。
また、図１０、１１に示す真空処理装置の場合、処理室１０２から基板取出し室１０５への搬入動作においても、基板・ホルダ組立体１０１２の両側部を、搬送装置１０１３の案内ローラ１０１３Ａと駆動ローラ１０１３Ｂにより滑動案内しながら、図１０に示す→Ｃ、→Ｄの順で（図１１に示す→Ｃの順で）基板・ホルダ組立体１０１２を垂直状態（回転軸に対して平行状態）で保持することになる。
そのため、基板・ホルダ組立体１０１２は、つり下げた状態で基板仕込み室１０４や基板取出し室１０５に、図１１に示す搬送機構の案内ローラ１０１３Ａと駆動ローラ１０１３Ｂにより、接触した状態で水平搬入、水平搬出（回転軸に対して平行状態）で搬送されることになるので、基板・ホルダ組立体１０１２よりパーティクルが発生し、製品の不良を出しやすいという問題を発生する可能性がある。
さらに、図１０に示す真空処理装置の場合、基板仕込み室１０４や基板取出し室１０５には、複数の基板・ホルダ組立体１０１２を搭載可能であるが、搭載可能な具体的な構造が開示されていない。
そのため、基板仕込み室１０４や基板取出し室１０５へ複数の基板・ホルダ組立体１０１２を収納する際に、搬送機構の複雑さから基板仕込み室１０４から処理室１０２での成膜後、基板取出し室１０５までの基板回収時間にやや時間がかかる可能性があり、生産量の向上が期待できない。

そこで、本発明は、前記特許文献１記載の発明の問題を解決することを目的とするものであり、
ロードロック室と、処理室と、前記ロードロック室と前記処理室との間で、複数の基板を保持可能な基板トレイを垂直状態のつり下げた状態で、水平搬送可能な搬送機構とを有する真空処理装置において、前記ロードロック室や処理室に前記基板トレイを設置する際に、装置を複雑化、大型化することなく、パーティクルが発生し製品の不良を出すことがない真空処理装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
複数の基板を保持可能な基板固定治具を収納可能なカセットを有するロードロック室と、
前記基板固定治具を載置可能な回転ホルダを有する処理室と、
前記ロードロックロック室と前記処理室との間で、前記基板固定治具を垂直状態のつり下げて状態で、水平搬送可能な搬送機構と、
を有する真空処理装置において、
前記カセットは、その上部両端部に、前記基板固定治具を載置可能なカセットフックを有し、
前記基板固定治具は、その上部両端部に、前記カセットフックを挿入可能な貫通穴が形成されており、
前記回転ホルダは、垂直状態の回転軸を有し、
前記搬送機構は、その上部両端部に、前記貫通穴に挿入可能な、搬送フックを有し、
前記搬送機構は、その下端部に、前記基板固定治具の下端部を載置可能な下フックを有し、
前記基板固定治具は、前記搬送機構の前記搬送フックと前記下フックで載置され、垂直状態のつり下げて状態で、前記ロードロック室と前記処理室との間で水平搬送されることを特徴とする真空処理装置としたものである。

本発明に係る真空処理装置によれば、基板固定治具は、搬送機構の搬送フックと下フックで載置され、垂直状態のつり下げた状態で、ロードロック室と処理室との間で水平搬送されるので、基板固定治具の高さと回転ホルダの高さを同じレベルに保ったまま、ロードロック室と処理室との間で、搬入・搬出をすることができる。
さらに、基板固定治具には、その上部両端部に、カセットフックを挿入可能な貫通穴が形成されているので、基板固定治具のカセットへの搬入・搬出が容易になり、パーティクル抑制においても有利である。

本発明の実施例、いわゆるカルーセル型の真空処理装置の断面図である。 本発明の実施例、いわゆるカルーセル型の真空処理装置の上から見た図である。 本発明の実施例、基板固定治具を収納するカセットの図である。 本発明の実施例、基板固定治具を収納するカセットの基板面方向から見た図である。 本発明の実施例、カセットフックに吊るされた基板固定治具の図である。 本発明の実施例、（Ａ）基板固定治具貫通穴の図、（Ｂ）カセットフックの縦断面図である。 本発明の実施例、搬送ロボットアーム部と基板固定治具の図である。 本発明の実施例、基板カセットフックに吊るされた基板固定治具の動作を示す図である。 本発明の実施例、基板カセットフックに吊るされた基板固定治具の動作を示す図である。 特許文献１に示す真空処理装置の概略断面図である。 特許文献１に示す装置の一部の具体例を示す部分断面図である。

図１は、本発明の実施例であり、いわゆるカルーセル型の真空処理装置の断面図である。図１の真空処理装置は、複数の基板を保持可能な基板固定治具１３を収納可能なカセット１１を有するロードロック室２と、基板固定治具１３を載置可能な回転ホルダ７を有する処理室１と、ロードロック室２と処理室１との間で、基板固定治具１３を垂直状態のつり下げた状態で、水平搬送可能な搬送機構４と、ローロック室２内のカセット１１を隣接する冷却室や加熱室に搬送させる機構（不図示）から構成される。 処理室１には、複数の基板固定治具１３を外周面に保持した多角形のドラム型の回転ホルダ７を地面に垂直な回転軸８上で駆動機構２５を用いて回転させながら、ドラム型の回転ホルダ７の外周に対向して設置された複数の成膜機構５（例えばターゲット）をスパッタリングして各基板固定治具１３の基板上に薄膜を成膜する、いわゆるカルーセル型スパッタ室が設置される。
処理室１に隣接してロードロック室２がスリットバルブ６を介して接続されていて、スリットバルブ６を閉めた状態で排気やベントをすることでロードロック室２だけを大気や真空にすることができ、また、ロードロック室２の中に基板固定治具１３を複数枚保管できるカセット１１を設置することができる。

図２はカルーセル型の真空処理装置の上から見た図である。図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。ロードロック室２の両隣に接続された冷却室９、加熱室１０がスリットバルブ６を介して接続されている。ロードロック室２に設置したカセット１１は床部に敷かれたレール２１（図１参照）上を走り、冷却室９、加熱室１０へ移動させることができる。処理前の基板固定治具１３の入ったカセット１１を加熱室１０に備わった加熱機構（不図示）で基板固定治具１３上の基板を加熱することや、処理の終わった基板固定治具１３の入ったカセット１１を冷却室９で冷却することができる。また、基板固定治具１３の処理室１への搬送の際には、搬送機構４の搬送位置まで搬送して、搬送機構４によりドラム型の回転ホルダ７へ基板固定治具１３を搬送する。成膜機構（例えばターゲット）５は回転ホルダ７の外周に、回転ホルダ７と対向して配置されており、成膜機構（例えば、ターゲット）５は電源と電気的に接続されており、ガスを導入した処理室１で成膜機構（例えばターゲット）５にＤＣまたは高周波電力を印加することで、成膜機構（例えばターゲット）５がスパッタされ成膜することができる。異なる複数の成膜機構（例えばターゲット）５を設置し積層膜を形成することができ、また、同種類の成膜機構（例えばターゲット）５を複数設置して成膜速度を大きくするといった使い方ができる。また、成膜機構（例えばターゲット）５の代わりに成膜機構（例えばイオンガン）５を設置して成膜前の基板表面にイオンビーム照射して表面を清浄にすることもできる。また、基板を加熱するための加熱機構（不図示）を設置することもできる。

図３は本実施形態における カセット１１と基板固定治具１３の外観になる。
図１及び図２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
長方形の板状である基板固定治具１３は上端部両端２カ所に貫通穴１４が空いている。基板固定治具１３内に基板を固定する機構（不図示）があり、人手により基板を基板固定治具１３に固定できる。コの字型のカセットフック１０により基板固定治具１３の貫通穴１４を支点として複数枚基板固定治具１３が、間隔を開けてぶら下げられている。
カセットフック１０はカセット１１に固定されており、基板固定治具１３の重量を支える。カセット１１に基板固定治具１３を搭載した状態でロードロック室２に入れ真空排気することができ、真空中で成膜室１のドラム型の回転ホルダ７に自動で移載することができる。ロードロック室２に設置したカセット１１は床部に敷かれたレール２１上（図１参照）を走ることが可能である。
なお、ここでいうカセットフック１０の縦断面形状はコの字型に限らず、丸形でも良く、上部に開口部があり搬送フック１５が通る形状であればよい。
図３において、基板固定治具１３は、搬送機構４の搬送フック１５を基板固定治具１３の貫通穴１４に挿入し、搬送機構４の下フック２０で基板固定治具１３の下端部を載置し、垂直状態につり下げた状態にある。
なお、カセットフック１０には、基板固定治具１３をカセットフック１０で受けたときに、特定の位置で収まるように、溝（例えばＶ字型の溝）１６を加工して設けておくことが好ましい。

図４は搬送機構４の基板面方向から見た図で、基板固定治具１３を搬送フック１５により吊り下げる様子である。図１から図３と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。基板固定治具１３には丸形の貫通穴１４が２か所上部両端部に設けられてあり、搬送フック１５で吊り上げているところの図になる。丸形の貫通穴１４の奥にカセットフックが上を開けたコの字に見ることができる。また、図５にあるように、カセットフック１０を横から見ると、基板固定治具１３をカセットフック１０で受けたときに、特定の位置で収まるように、Ｖ字型の溝１６が一定間隔をあけて加工されており、その部分に基板固定治具１３がはまり、一定間隔で並ぶようになっている。当発明により基板固定治具の揺れが小さく収まることからこの間隔を揺れが大きい場合よりも狭くすることができる。基板固定治具１３は、搬送機構４の搬送フック１５に吊り下げられた状態で、カセットフック１０の位置まで搬送される。搬送機構４の搬送アーム４Ａを、図４の二点鎖線で示す位置から図４の実線で示す位置まで下降することにより、基板固定治具１３はカセットフック１０に引き渡される

図６の（Ａ）は基板貫通穴１４の図、図６（Ｂ）はカセットフックの縦断面図である。図６の（Ａ）の基板貫通穴１４の形状は丸型に限らず、弾丸形状や三角形でも、搬送フック１５又はカセットフック１０が通せて、上部が狭まっている形状であれば良い。 図６（Ｂ）のカセットフック１０の縦断面形状は、コの字型、丸形、Ｕ字型であることが好ましい。

図７は、本発明の実施例の搬送機構４のロボットアーム部と基板固定治具の図である。図１から図６と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。搬送機構４のロボットアーム先端部には搬送フック１５が取り付けられ、搬送フック１５より下側に基板固定治具１３の下端を抑えられるように下フック２０が連結されている。上部の搬送フック１５を貫通穴２カ所１４に通し、搬送機構４のアームを上方へ動作させると、搬送フック１５が基板固定治具１３の貫通穴１４を支持すると同時に、基板固定治具１３の下端を下フック２０で支えることができる。このように保持した状態で、持ち上げ、搬送することで、基板固定治具の揺れを抑えて安定した搬送をすることができる。

図８及び図９は、本発明の実施例のカセットフック１０に吊るされた基板固定治具１３の動作を示す図である。図１から図７と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。基板固定治具１３をカセットフック１０に搬送する場合には、図３，図７，図８、図９に示す→Ａ、→Ｂの順に搬送する。基板固定治具１３をカセットフック１０から取り出す場合には、図３，図７，図８、図９に示す、→Ｃ、→Ｄの順に搬送する。基板固定治具１３の上端部の２か所に貫通穴１４（不図示）を設け、搬送機構４である水平多関節型ロボットのアーム先端部には２本のフック状の搬送フック１５が設けられ、基板貫通穴１４に通し引っ掛け持ち上げて搬送する。なお、図３，図７，図８、図９において、「→Ａ」は搬送機構４がカセットフック１０に向かって水平搬送される方向を示し、「→Ｂ」は搬送機構４が下降する方向を示し、「→Ｃ」搬送機構４が上昇する方向を示し、「→Ｄ」は搬送機構４がカセットフック１０から離れるように水平搬送される方向を示す。

図３又は図７に示すように、搬送機構４のロボットアーム先端部には基板固定治具１３の上端部から基板固定治具１３の下端まで延びる板状物があり、板状物の先端部に下フック２０が結合される。前記二本の搬送フック１５を基板貫通穴１４に通し、基板固定治具１３を吊り上げたときに基板固定治具１３の下端を下フック２０で引っ掛けるようになっている。搬送フック１５の２か所と下フック２０の１か所の合計三か所で基板固定治具１３を支持し、基板固定治具１３の揺れを抑制して安定して搬送することができる。カセット１１は、複数の基板固定治具１３を支持できる二本の棒状の支持体であるカセットフック１０を有し、カセットフック１０は、基板固定治具１３に対して上方向に開口部のあるコの字形状断面である。カセット１１に設置してある基板固定治具１３の貫通穴１４とカセットフック１０内側の空間に搬送フック１５を差し込み、搬送フック１５を上方へ動作して基板固定治具１３を吊り上げ、搬送機構４により搬送することができる。また、搬送フック１５で吊り上げた基板固定治具１３をカセットフック１０の上方まで搬送機構４により搬送し、搬送フック１５をカセットフック１０の基板固定治具支持面１３より下方へ移動させて、基板固定治具１３をカセットフック１０上へ載せる。次に、基板固定治具１３の貫通穴部１４とコの字形状カセットフック１０の内側の空間から搬送フック１５を引き抜くことで、基板固定治具１３を搬送フック１５上へ載せたまま、抜き取ることができる。

本実施例の装置は、カセットフック１０と搬送フック１５による基板固定治具１３の支持を同じ貫通穴１４を使用して行う。よって、基板固定治具１３の上端部の両端２か所に貫通穴１４を設置することで、カセット１１で保管する際にも、搬送機構４で搬送する際にも両端２か所を保持して安定して搬送することができる。また仮に、上端部に４か所、貫通穴１４を設ければ、外側２か所をカセットフック１０用に、内側に箇所を搬送フック用１５にそれぞれに用いることができるが、基板固定治具本体の強度が弱くなり変形のリスクが大きくなるなどの問題がある。貫通穴１４をカセットフック１０用と搬送フック１５用で兼用できる構造とすることでこういった課題を解決した。また、ここでいう基板固定治具１３は、基板であってもよい。当該装置は、水平多関節型ロボット（スカラー型）を使用することで、基板固定治具１３を高速で搬送させ回転ドラムホルダーの基板設置面前方から搬送する装置である。基板カセットの基板を水平多関節型ロボットにより回転ドラムホルダー基板設置部に搬送する際に、前記搬送フックと下フックにより基板を支持し吊りあげた状態で水平搬送する。よって、基板は垂直に立った状態で基板ホルダに安定した姿勢かつ高速で搬送し載せることができ、生産量も向上できた。

１ 処理室
２ ロードロック室
４ 搬送機構
５ 成膜機構
７ 回転ホルダ
８ 回転軸
１０ カセットフック
１１ カセット
１３ 基板固定治具
１４ 貫通穴
１５ 搬送フック
２０ 下フック

Claims (7)

1. 複数の基板を保持可能な基板固定治具を収納可能なカセットを有するロードロック室と、
   前記基板固定治具を載置可能な回転ホルダを有する処理室と、
   前記ロードロック室と前記処理室との間で、前記基板固定治具を垂直状態につり下げた状態で、水平搬送可能な搬送機構と、
   を有する真空処理装置において、
   前記カセットは、その上部両端部に、前記基板固定治具を載置可能なカセットフックを有し、
   前記基板固定治具は、その上部両端部に、前記カセットフックを挿入可能な貫通穴が形成されており、
   前記回転ホルダは、垂直状態の回転軸を有し、
   前記搬送機構は、その上部両端部に、前記貫通穴に挿入可能な、搬送フックを有し、
   前記搬送機構は、その下端部に、前記基板固定治具の下端部を載置可能な下フックを有し、
   前記基板固定治具は、前記搬送機構の前記搬送フックと前記下フックで載置され、垂直状態につり下げた状態で、前記ロードロック室と前記処理室との間で水平搬送されることを特徴とする真空処理装置。
2. 前記カセットフックの上部には、前記基板固定治具の位置が定まるようＶ字型の溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
3. 前記貫通穴が、丸型、弾丸形状又は三角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。
4. 前記搬送フックは、コの字型形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の真空処理装置。
5. 前記下フックは、Ｌの字型形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空処理装置。
6. 前記カセットフックの縦断面形状は、コの字型、丸形又はＵ字型であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の真空処理装置。
7. 前記搬送機構として水平多関節ロボットアームを利用したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に真空処理装置。