JP2005277300A

JP2005277300A - 真空処理装置

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Publication number: JP2005277300A
Application number: JP2004091821A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Onoda; 正敏小野田
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】被処理物品の搬送部材或いはそれを兼ねる物品ホルダをベローズを用いて昇降機構により昇降させる真空処理装置であって、昇降機構における駆動部が容量の小さいもので足り、物品搬送部材を位置精度よく停止させることができ、物品搬送部材を衝撃少なく停止させることができ、さらに停電時等において搬送部材の落下等を防止できるものを提供する。
【解決手段】少なくとも、処理室（成膜室１０）の内圧が減圧雰囲気設定時の内圧であるとき昇降機構ＥＬの駆動部（モータ７等）に加わる負荷及び成膜室１０の内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧（例えば大気圧）であるとき該駆動部に加わる負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるカウンタバランス機構ＣＢを備えている膜形成装置（真空処理装置例）。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置、スパッタリング装置等のＰＶＤ装置といった各種成膜装置、イオンエッチング装置等のエッチング装置、イオン注入やイオンドーピングを行うイオン注入装置、各種半導体装置或いはその部品や液晶表示装置或いはその部品等の製造装置のように、減圧雰囲気下で被処理物品に目的とする処理を施す真空処理装置に関する。

真空処理装置は被処理物品に目的とする処理を施すための処理室を備えており、該処理室には通常物品ホルダが設けられている。また、被処理物品を、それを処理するための第１位置とこの第１位置とは異なる第２位置、例えば処理室内外間で被処理物品の搬入搬出処理を行うための位置との間で移動させるための搬送部材が設けられ場合があり、さらに、該搬送部材は物品ホルダそれ自身の場合もある。

いずれにしても該搬送部材は、多くの場合、昇降により被処理物品を前記第１、第２の位置のうちいずれかに配置するようになっており、この場合、通常、搬送部材を昇降させる昇降機構が設けられる。

かかる昇降機構の例として伸縮ベローズを採用したものを挙げることができる。その代表例として、物品搬送部材を支持するとともに処理室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち処理室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該処理室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに前記搬送部材用支持部材のうち処理室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含むものを挙げることができる（例えば特開平９−２２８９９号公報、特開平９−１３１７２号公報参照）。

なお、ベローズを用いる真空処理装置において、ベローズ内外間の気圧差によりベローズが座屈することを防止するために伸縮方向中央部の内径を両端部より大径とすることも提案されている（特開２０００−２３４６７３号公報）。

特開平９−２２８９９号公報特開平９−１３１７２号公報特開２０００−２３４６７３号公報

しかしながら、従来の真空処理装置における物品搬送部材の昇降機構によると、例えば処理室内が目的とする処理を実施するための所定の減圧雰囲気に設定されると、処理室内外の気圧の差圧がベローズ支持部材のうちベローズの口径相当部分に加わってベローズを収縮させようとする。これに逆らって物品搬送部材を移動させるときには前記駆動部に大きい負荷がかかる。

また、例えば処理室内が処理室内外間での被処理物品の搬入搬出処理のために開放されるなどして大気圧となるというように、前記減圧雰囲気における処理室内圧より高圧となると、ベローズ内外間の気圧差は減少し或いは無くなり、ベローズが気圧差で収縮する方向に押されることはなくなってくるものの、搬送部材、その支持部材、ベローズ支持部材、或いはさらに搬送部材上の被処理物品等の部材重力に逆らって物品搬送部材を移動させるとき、該部材重力のために前記駆動部に大きい負荷がかかってくる。

例えば、液晶表示ガラス基板上にＴＦＴ形成のための結晶性シリコン薄膜を形成する真空処理装置を例にとると、今日の液晶表示装置の大型化の要請により該ガラス基板も大型化しており、従って前記物品搬送部材、或いは物品搬送部材を兼ねる基板ホルダも大型化し、ひいてはそれらを支持する支持部材及びこれを囲繞するベローズも大型化してきている。

このようにベローズが大型化してくると、ベローズ口径（ベローズ断面積）も大きくなり、例えば処理室内が目的とする処理を実施するための減圧雰囲気に設定されると、処理室内外の気圧の差圧によりベローズ支持部材加わる力はかなり大きいものとなり、これに逆らって物品搬送部材を移動させるときには前記駆動部にかなり大きい負荷がかかる。
また、物品搬送部材等の大型化により部材重力が大きくなり、処理室内圧が大気圧のように減圧雰囲気における処理室内圧より高圧となったときに該部材重力に逆らって物品搬送部材を移動させるとときには、該部材重力のために駆動部にかなり大きい負荷がかかる。

このように駆動部に大きい負荷がかかると、物品搬送部材を昇降させるために駆動部の容量、換言すれば駆動部による物品搬送部材の昇降駆動力や構造の頑丈さ等を大きくしなければならず、それだけ駆動部が高価なものとなり、ひいては真空処理装置全体も高価なものとなる。

また、処理室内外間の気圧の差によりベローズを収縮させる力が加わっている状態で、これに抗しつつ物品搬送部材を移動させ、その後駆動部による駆動を停止したり、或いは、部材重力に抗しつつ物品搬送部材を移動させ、その後駆動部による駆動を停止する場合に、物品搬送部材を所定の位置に精度よく停止させることが困難なことがあり、特に、ベローズの口径が大きくなり、また、それに伴って物品搬送部材等も大型化して重量が増してくると、物品搬送部材を所定位置に精度よく停止させることは困難になってくる。

さらに、駆動部としてブレーキ機能を備えないものを採用していると、また、停電時に働くブレーキを備えたものを採用していても、例えば処理室が減圧雰囲気より高圧（例えば大気圧）になっている状態で停電等により駆動部による駆動が停止されると、物品搬送部材が落下して損傷したり、さらには該搬送部材上の被処理物品が位置ずれしたり、損傷したりすることがある。

そこで本発明は、処理室と、被処理物品を搬送するための、該処理室に配置された搬送部材と、被処理物品を該物品に目的とする処理を施すための第１位置と該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるために該搬送部材を昇降させる昇降機構とを有し、該昇降機構は、該搬送部材を支持するとともに該処理室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該処理室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含み、前記第１位置に被処理物品を配置し、前記処理室内を物品処理に応じた減圧雰囲気に設定して該被処理物品に目的とする処理を施す真空処理装置であって、次の利点を有するものを提供することを課題とする。

(1) 昇降機構における駆動部が容量の小さいもので足り、それだけ全体を安価にすることができる。
(2) 物品搬送部材を位置精度よく停止させることができ、昇降機構における駆動部としてブレーキ機能を備えていない駆動部を採用しても、物品搬送部材を位置精度よく停止させることができる。
(3) 物品搬送部材を衝撃少なく停止させることができ、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の損傷を抑制することができる。

また、本発明は、かかる真空処理装置であって、停電等により駆動部による駆動が停止しても物品搬送部材の落下或いは飛び上がりを防止でき、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の損傷を抑制することができる真空処理装置を提供することを課題とする。

本発明は次の真空処理装置を提供する。すなわち、
処理室と、被処理物品を搬送するための、該処理室に配置された搬送部材と、被処理物品を該物品に目的とする処理を施すための第１位置と該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるために該搬送部材を昇降させる昇降機構とを有し、
該昇降機構は、該搬送部材を支持するとともに該処理室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該処理室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含み、
前記第１位置に被処理物品を配置し、前記処理室内を物品処理に応じた減圧雰囲気に設定して該被処理物品に目的とする処理を施す真空処理装置である。

この真空処理装置はカウンタバランス機構を備えている。
該カウンタバランス機構は、少なくとも、前記処理室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第１負荷及び前記処理室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第２負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるものである。

この真空処理装置によると、処理室内に搬入した被処理物品を昇降機構にて駆動される搬送部材により物品処理のための第１の位置に配置し、該処理室内を物品処理に応じた減圧雰囲気に設定して該被処理物品に目的とする処理を施すことができる。
処理後の物品は昇降機構により搬送部材を移動させることで該第１位置とは異なる第２の位置、例えば、処理室内外間の被処理物品の搬入搬出処理を行う位置に移動させ、次の処理（例えば処理後物品の搬出処理、或いは新たな被処理物品の搬入処理）を行うことができる。

該搬送部材は、例えば被処理物品を物品処理位置である前記第１の位置に保持するための定位置の物品ホルダに対し昇降できるものでも、該物品ホルダを兼ねるものでもよい。後者の場合、該物品ホルダが物品搬送のために昇降機構により昇降せしめられる。

このような物品処理において、前記カウンタバランス機構は、少なくとも、前記処理室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧であるとき昇降機構の駆動部に加わる第１の負荷及び該処理室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき該駆動部に加わる第２の負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させる。

ここで、第１負荷とは、処理室内が物品処理のための減圧雰囲気（大気圧より減圧された雰囲気）に設定されることで、処理室内外の気圧の差により伸縮ベローズの口径（断面積）に相当するベローズ支持部材の部分に加わる力ｆから搬送部材、搬送部材用支持部材及びベローズ支持部材等による、搬送部材を下降させる方向に働く部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズを収縮させる方向の力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）に基づく負荷である。
第２負荷とは、処理室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧、代表例としては大気圧（大気圧そのもののほか、略大気圧である場合も含む）であるときの負荷であり、主として前記部材重力ＷＦに基づく負荷である。

かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、昇降機構の駆動部にかかる負荷は著しく抑制され、従って該駆動部は容量（搬送部材の昇降駆動力や構造の頑丈さ等）の小さい安価なもので足りるようになり、ひいては真空処理装置もそれだけ安価に提供できる。

また、かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、駆動部は搬送部材を軽快に移動させることができ、駆動部の駆動停止に伴う搬送部材の停止も容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけ搬送部材を前記第１位置や第２位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて該搬送部材上の被処理物品の位置ずれや損傷を抑制することができる。

ブレーキ機能を備えない駆動部を採用しても、カウンタバランス機構の負荷相殺作用により搬送部材を所定の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることができ、ブレーキ機能を有しないリニアステッピング機構（ステッピングモータにて被駆動体を位置制御可能に直線駆動できる駆動機構）等を採用することも可能となる。

前記カウンタバランス機構の例として次のものを挙げることができる。
すなわち、前記搬送部材の支持部材に連結されたピストンロッドを有するピストンシリンダ装置と、前記第１負荷を相殺するにあたって該第１負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、前記第２負荷を相殺するにあたって該第２負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んでいるカウンタバランス機構である。

かかる作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものであることが好ましい。例えば、かかる作動流体回路を、作動流体流路を切り換える電磁切り換え弁を含むものとし、且つ、該電磁切り換え弁を非通電時には、その直前の通電時の弁位置を維持することで、停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものとすればよい。

このような作動流体回路を採用することで、停電等により駆動部による駆動が停止しても物品搬送部材の部材重力による落下やベローズ支持板に気圧差が加わっている場合における飛び上がりを防止でき、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の損傷を抑制することができる。

昇降機構における駆動部としては、例えば、回転モータと、該モータの回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含むものを挙げることができる。この場合、該回転モータとして停電時に制動力を発揮するブレーキ付きサーボモータを採用することを例示できる。

いずれにしても、本発明に係る真空処理装置は、プラズマＣＶＤ装置等のＣＶＤ装置、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置、スパッタリング装置等のＰＶＤ装置といった各種成膜装置、イオンエッチング装置等のエッチング装置、イオン注入やイオンドーピングを行うイオン注入装置、各種半導体装置或いはその部品や液晶表示装置或いはその部品等の製造装置のように、減圧雰囲気下で被処理物品に目的とする処理を施す装置のいずれであってもよい。

以上説明したように、本発明によると、
処理室と、被処理物品を搬送するための、該処理室に配置された搬送部材と、被処理物品を該物品に目的とする処理を施すための第１位置と該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるために該搬送部材を昇降させる昇降機構とを有し、該昇降機構は、該搬送部材を支持するとともに該処理室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該処理室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含み、前記第１位置に被処理物品を配置し、前記処理室内を物品処理に応じた減圧雰囲気に設定して該被処理物品に目的とする処理を施す真空処理装置であって、次の利点を有するものを提供することができる。

また、本発明によると、かかる真空処理装置であって、停電等により駆動部による駆動が停止しても物品搬送部材の落下或いは飛び上がりを防止でき、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の損傷を抑制することができる真空処理装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説朋する。図１、図２はそれぞれ本発明に係る真空処理装置の１例である膜形成装置の概略構成を示している。図１は、ここでの処理室である成膜室の内圧が大気圧で、物品ホルダが上昇位置にあるときの様子を示しており、図２は成膜室内圧が成膜圧力で、物品ホルダが下降位置にあるときの様子を示している。

図示例の膜形成装置は、膜形成に用いるガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ₄）と水素ガス（Ｈ₂）の２種類のガスを採用し、これらガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓ上に結晶性シリコン膜を形成できるものである。

図示の膜形成装置は成膜室１０を備えており、該成膜室内には被成膜物品（本例では基板Ｓ）を保持するための物品ホルダ３を配置してあり、該物品ホルダの上方には高周波放電電極１が架設されている。電極１は導体部表面が絶縁性材料（本例ではアルミナ）により被覆されている。電極１には、マッチングボックスＭＸを介して放電用高周波電源ＰＷが接続されている。

物品ホルダ３は被成膜基板Ｓを加熱するヒータ４を備えている。物品ホルダ３については後ほどさらに説明する。物品ホルダ３は成膜室１０とともに接地されている。
また、成膜室１０に対してガス供給装置１００が設けられている。
ガス供給装置１００は、成膜室１０内にシランガス（ＳｉＨ₄）を供給する回路１０１と、水素ガスを供給する回路１０２とを含んでいる。
回路１０１は、シランガスボンベＢ１及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ１、弁ＡＶ１、マスフローコントローラＭＦＣ１、弁ＡＶ２及びノズルＮ１を有している。さらに、弁ＭＶ１と弁ＡＶ１との間の配管に弁ＭＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４及びノズルＮ２が順次配管接続されている。コントローラＭＦＣ１及び弁ＡＶ２間の配管と弁ＭＶ２及び弁ＡＶ３間の配管は互いに連通配管で接続されている。

これらの弁はいずれも通電時に開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ１は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ１、Ｎ２は成膜室１０の天井部に設けられ、成膜室内に開口している。
弁ＡＶ３、ＡＶ４及びこれらを接続している配管部はガス溜め部ＧＲを構成している。

回路１０２は、水素ガスボンベＢ２及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、マスフローコントローラＭＦＣ２、弁ＡＶ６及びノズルＮ３を有している。さらに、弁ＡＶ５とコントローラＭＦＣ２の直列回路に対し弁ＭＶ４が並列接続されている。

これらの弁も、通電により開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ２は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ３は成膜室１０の天井部に設けられ、成膜室内に開口している。

成膜室１０には上記のほか、成膜室内から排気する排気装置ＥＸが接続されている。排気装置ＥＸは、排気量調整を行うコンダクタンスバルブＣＶ、該バルブを介して成膜室１０に配管接続された真空ポンプＰＭからなる。
成膜室１０には、さらに、成膜室内圧力を検出する圧力センサＰＳも接続されている。

前記物品ホルダ３は昇降機構ＥＬにより昇降可能である。該機構により、図１に示す上昇位置、すなわち、成膜室１０内のホルダ３に対し図示省略のロボットにて基板Ｓを搬入搬出するための、開閉可能のゲート弁ＧＶに臨む上昇位置と、図２に示す膜形成のための下降位置との間を昇降できるようになっている。成膜室外から物品ホルダ３上に搬入搭載された基板Ｓは物品ホルダ３の昇降により膜形成のための位置と基板搬入搬出処理のための位置との間で往復昇降できる。このことから分かるように物品ホルダ３は成膜室１０内における物品搬送部材を兼ねている。

ホルダ昇降機構ＥＬは、ホルダ３から下方へ突設され、成膜室下壁を昇降可能に貫通した支持部材４１と、支持部材４１の下端部に設けられたベローズ支持板６と、成膜室１０の下壁とベローズ支持板６との間に渡し設けられた伸縮可能のベローズＢＬと、ベローズ支持板６の一側端部をボールねじ機構を介して昇降駆動するブレーキ付き電動サーボモータ７とを含んでいる。

支持部材４１は本例ではロッド状部材である。モータ７は、成膜室１０の下壁に連設したフレーム２０に取り付けられており、停電時にブレーキがかかるものである。
ベローズＢＬは上端部が成膜室下壁に、下端部がベローズ支持板６にそれぞれ気密に接続されているとともに支持部材４１の成膜室１０外に出た部分を気密に囲繞する筒形状のものである。

ボールねじ機構は、該サーボモータ７にて回転駆動されるねじ棒７１、該ねじ棒が螺合したベローズ支持板６上のナット部８１及びねじ棒７１の上端部を回転可能に支持する軸受け８２からなっており、軸受け８２はフレーム２０にアーム部材を介して支持されている。これらモータ７、ボールねじ機構等はベローズ支持板６を介して支持部材４１を、従物品ホルダ３を昇降駆動する駆動部の１例を構成している。

ベローズ支持板６の反対側の端部には案内輪６１、６１が設けられており、これらはフレーム２０に設けた案内レール６２に沿って転動する。
以上説明したホルダ昇降機構ＥＬによると、モータ７を正転させることでねじ棒７１を正転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっているロッド状支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を図１に示す上昇位置にセットすることができる。
また、この状態から、モータ７を逆転させることでねじ棒７１を逆転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっている支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を図２に示す下降位置にセットすることができる。

ホルダ３に対してはカウンタバランス機構ＣＢも設けられている。
カウンタバランス機構ＣＢは、ピストンシリンダ装置５及びこれに対する作動流体回路９を含んでいる。ピストンシリンダ装置５は本例では空気圧作動のものであり、回路９は圧縮空気回路である。なお、ピストンシリダ装置５や回路５は空気以外の流体を使用するものでもよい。

ピストンシリダ装置５は複動シリンダ型のもので、そのピストンロッド５２がホルダ３を支えている支持部材４１下端部のねじ４１１にねじ継ぎ手５２０にて接続されることで、支持部材４１を介してホルダ３に接続されている。

圧縮空気回路９は、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９１１、リューブリケータ（給油器）９１２、圧力調整弁９１３を含んでいる。
さらに、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９２１、リューブリケータ９２２、圧力調整弁９２３を含んでいる。
圧力調整弁９１３、９２３はフィルタ９０１を介してコンプレッサ等の圧縮空気源９０に配管接続されている。弁９１１に対しては消音器９１４が、弁９２１に対しては消音器９２４も設けられている。

電磁弁９１１はそのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２が通電状態のとき、図１に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ１１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図２に示すように、ピストンシリンダ装置５のロッド側チューブポートに圧縮空気を供給する。

このときシリンダチューブのロッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９１３にて調整されたもので、成膜室１０内が膜形成のための減圧雰囲気に設定されることで、成膜室１０内外の気圧の差によりベローズＢＬの口径（断面積）に相当するベローズ支持板６の部分に加わる力ｆから物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力、換言すれば該力Ｆに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。なお、ソレノイドＳＯＬ１１に通電されるとき切り換え電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ２２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のヘッドカバー側にある空気は弁９２１及び消音器９２４を介して大気中へ放出される。

電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２が通電状態のとき、図２に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ２１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図１に示すように、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側チューブポートに圧縮空気を供給する。

このときシリンダチューブのヘッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９２３にて調整されたもので、成膜室１０内が大気圧におかれた場合の、物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを相殺する反力、換言すれば該力ＷＦに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。なお、ソレノイドＳＯＬ２１に通電されるとき切り換え電磁弁９１１においては、そのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ１２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のロッドカバー側にある空気は弁９１１及び消音器９１４を介して大気中へ放出される。

図３は膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。
この制御回路はマイクロコンピュータを中心とする制御部ＣＯＮＴを含んでいる。高周波電源ＰＷ、真空ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、ホルダ昇降機構のモータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１１〜ＳＯＬ２２、ゲート弁ＧＶ及び基板Ｓを搬入搬出する基板搬入搬出装置（図１、図２では図示省略）等はこの制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて動作する。また、制御部ＣＯＮＴには前記の圧力センサＰＳからの成膜室内圧力情報が入力されるようになっており、膜形成開始等の必要な事項を指示する等のための操作パネルＰＡも接続されている。

次に、以上説明した膜形成装置による基板Ｓへのシリコン膜形成について、図４に示す制御部ＣＯＮＴの動作とともに説明する。
当初は、電源ＰＷ、ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、モータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳ０Ｌ１１〜ＳＯＬ２２は全てオフ状態にあり、ゲート弁ＧＶは閉じられており、成膜室１０内は大気圧下にある。

かかる状態で操作パネルから膜形成の指示があると、先ず、圧力センサＰＳから制御部ＣＯＮＴへの圧力情報が大気圧を示している状態で圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１がオフ、ＳＯＬ１２がオンされるとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１がオン、ＳＯＬ２２がオフされる（図４のステップＳ１）。
これによりピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側ポートに物品ホルダ３等による部材重力ＷＦを相殺し得る反力を発生する圧縮空気が供給され、かくしてモータ７への部材重力ＷＦに基づく負荷を相殺する状態でモータ７を正転させてホルダ３を上昇させ、ゲート弁ＧＶに臨む上昇位置に配置する（図４のＳ２）。

次いでゲート弁ＧＶを開き、物品ホルダ３に被処理基板Ｓを搭載し、再びゲート弁ＧＶを閉じる（図４のＳ３）。次いでモータ７の逆転にて物品ホルダ３を下降させ、それに保持された基板Ｓを成膜位置に配置する（図４のＳ４）。この物品ホルダの下降時にも、モータ７にかかる部材重力ＷＦに基づく負荷はピストンシリンダ装置５により相殺されている。

このように成膜室１０内が大気圧に置かれている状態での物品ホルダ３の昇降は、部材重力ＷＦを相殺する反力を発生させて、駆動部、特にモータ７にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、物品ホルダ３の昇降は、該モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、モータトルクが小さくても済むからボールねじ機構もそれだけ簡易なもので足り、これらによりモータ７等からなる駆動部を容量の小さい安価なもので済ますことができ、それだけ膜形成装置も安価に済ませることができる。

また、物品ホルダ３の昇降は駆動部にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、ホルダ３の昇降動作を軽快に行わせることができ、モータ停止に伴うホルダ３の停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の下降位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて基板Ｓの位置ずれや、損傷を抑制することができる。

さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の落下を防止でき、ホルダ３に支持された基板Ｓの位置ずれや、損傷を防止できる。

基板Ｓがこのように成膜位置に配置されると、ポンプＰＭをオンして成膜室１０から排気を開始し、また、ガス供給装置１００においてシランガス供給回路１０１におけるマスフローコントローラＭＦＣ１は未だオフしたまま弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４をオンして開きガス抜きし、さらに水素ガス供給回路１０２におけるマスフローコントローラＭＦＣ２も未だオフしたまま弁ＡＶ５、ＡＶ６をオンして開きガス抜きする（図４のＳ５）。弁ＭＶ４はメインテナンス時に開いてガス抜きに使用できる。

その後、圧力センサＰＳからの圧力情報が大気圧より低いが成膜圧よりは高圧の所定の負圧Ｐｏ以下を示すのを待って（図４のＳ６）、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６をオフして閉じる。また、成膜室１０内圧が成膜のための減圧雰囲気設定時のものにおける物品ホルダ３の昇降駆動に備え、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオン、ＳＯＬ１２をオフするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオフ、ＳＯＬ２２をオンする（図４のＳ７）。

これによりピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力を発生し得る圧縮空気が供給され始める。かくしてモータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺され得る状態でモータ７を運転してホルダ３を昇降させ得る状態とする。

次にシランガス供給回路１０１において弁ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ３をオンして開き、ガス溜め部ＧＲにシランガスを充填して溜め、その後弁ＭＶ２、ＡＶ３を閉じる（図４のＳ８、Ｓ９）。ひき続き弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてガス抜きし、再びこれらを閉じる（図４のＳ１０、Ｓ１１）。

次に高周波放電電源ＰＷをオンして放電電極１に高周波電力を印加開始するとともに、シランガス供給回路１０１における弁ＡＶ４を開いてガス溜め部ＧＲに溜められたシランガスを一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内に供給し、これと同時にマスフローコントローラＭＦＣ１をオンし、弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてシランガスをコントローラＭＦＣ１にて制御された流量で成膜室１０内に供給し、さらに同時に、水素ガス供給回路１０２においてもマスフローコントローラＭＦＣ２をオンし、弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、水素ガスをコントローラＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給開始する（図４のＳ１２）。

かくして成膜室内に導入されたガスが高周波電力印加のもとにプラズマ化され、このプラズマのもとで基板Ｓにシリコン膜が形成されていく。
ここでの、高周波電力の印加は高周波電極１からの放電により誘導結合方式によりなされるが、容量結合方式を採用することも可能である。

この膜形成においては、シランガス（ＳｉＨ₄）については膜形成開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、膜形成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給される。
従って、膜形成開始時には、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。

また、本例では、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的に、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時のプラズマ密度は一層確実に所定のものに、或いはそれに近いものになり、その後も所定のプラズマ密度が維持される。
これらにより、被成膜基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成される膜部分も含め、良質の膜を形成できる。

その後、所定時間の膜形成、換言すれば所定厚さの膜形成が終了すると（図４のＳ１３）、電源ＰＷ、ポンプＰＭ及びマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２をオフし、弁ＭＶ１、ＭＶ３、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６を閉じ（図４のＳ１４）、モータ７を正転させてホルダ３を上昇させ（図４のＳ１５）、ゲート弁ＧＶを開いて膜形成済基板Ｓの搬出にとりかかる（図４のＳ１６）。

物品ホルダ３を上昇させるとき、成膜室１０の内圧が未だ減圧された状態にあるときは、ベローズＢＬを収縮させる方向の前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）が働いているが、既に、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに該力Ｆを相殺する反力を発生する圧縮空気が供給されており、モータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺される状態にある。

従って、物品ホルダ３の上昇は、モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、軽快に行え、モータ停止に伴うホルダ３の上昇位置での停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の上昇位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。

さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の飛び上がりをを防止でき、ホルダ３に支持された膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
また、何らかの都合で、前記力Ｆが働いている状態で物品ホルダ３を下降させるにあたっても、その下降は軽快円滑に行わせることができ、所望の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることも可能である。

膜形成済基板Ｓの搬出のためにゲート弁ＧＶを開くことで圧力センサＰＳからの圧力情報が前記所定の負圧Ｐｏより大きくなると（図４のＳ１７）、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオフ、ＳＯＬ１２をオンするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオン、ＳＯＬ２２をオフして（図４のステップＳ１８）、部材重力ＷＦを相殺する反力をピストンシリンダ装置５に発生させる。

基板搬出後、モータ７の逆転にてホルダ３を下降させ、ゲート弁ＧＶを閉じ（図４のＳ１９）、さらに圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１２、ＳＯＬ２１をオフする（図４のＳ２０）。
なお、ひき続き膜形成を行う場合には、膜形成後の基板を搬出したあと、ひき続き空いた物品ホルダ３に新たな基板Ｓを搭載して、膜形成を続行してもよい。

また、例えば、ゲート弁ＧＶを間にして成膜室１０にロード・アンロードロック室ＬＲを設け、ホルダ３に対し基板Ｓを搬入する際には、ゲート弁ＧＶは閉じてチャンバ１０内を所定の成膜圧に維持したまま、室ＬＲを開いてそこに配置したロボットに基板Ｓを受け取らせたのち、該室を閉じて成膜室内圧まで排気したのち、ゲート弁ＧＶを開いてホルダ３に該ロボットから基板Ｓを渡すようにし、膜形成された基板搬出の際には、室ＬＲ内圧を成膜室内圧に設定して弁ＧＶを開き、膜形成済基板をホルダ３から室ＬＲ内へ受け取り、次いで弁ＧＶを閉じた後、室ＬＲを開き、該室から膜形成済基板を取り出すようにする等してもよい。この場合でも、成膜室１０内が大気圧とされることがあるから、カウンタバランス機構を設けておくことが望ましい。

次に、以上説明した膜形成装置によるシリコン膜形成の実験例及び同膜形成装置においてガス溜め部ＧＲを使用しない比較実験例について説明する。
＜実験例＞
膜形成条件は次のとおりであった。
高周波電力：６０ＭＨｚ、４０００Ｗ
ガス溜め部ＧＲに溜めたシランガス（ＳｉＨ₄）
の圧力及び量：圧力０．０７ＭＰａ量１００ｃｃ〜３００ｃｃから選択できるが実験例では２３１ｃｃ
マスフローコントローラＭＦＣ１によるシランガス供給量：１ｓｃｃｍ
マスフローコントローラＭＦＣ２による水素ガス供給量：１５０ｓｃｃｍ
成膜圧：０．６７Ｐａ（５×１０^-3Ｔｏｒｒ）
成膜室容量：１．５ｍ³
被成膜基板：無アルカリガラス基板
成膜温度：４３０℃
成膜膜厚：５００Å
＜比較実験例＞
膜形成条件はガス溜め部ＧＲを用いなかった点を除いて実験例と同じ。

かかる条件のもとに基板上にシリコン膜を形成し、ＵＶ（紫外線）反射率測定による基板界面でのＵＶ反射面強度及び膜表面でのＵＶ反射面強度を測定した。ここでＵＶ反射面強度とは、日立製作所製のHitachi UV-3500 Spectrophotometer を用いたＵＶ反射率測定結果であり、該反射率（ＵＶ反射面強度）が高いということは自由電子が多いことであり、結晶化していることを示す。

かかるＵＶ反射率測定結果を図５に示す。図５から、実験例において形成されたシリコン膜は膜の界面側、表面側のいずれにおいても比較実験例の膜よりＵＶ反射面強度が高く、より良質の結晶性シリコン膜であることが分かる。

本発明は、処理室内における被処理物品の移動、停止、位置決め等をそのための駆動部の負荷を抑制して円滑に安全に行える種々の真空処理装置の提供に利用することができる。

本発明に係る真空処理装置の１例である膜形成装置の概略構成を、物品ホルダを上昇位置において示す図である。図１に示す膜形成装置を、物品ホルダを下降位置において示す図である。図１の膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。図３に示す制御部の動作の概略を示すフローチャートである。実験例、比較実験例で形成した膜のＵＶ反射面強度を示す図である。

符号の説明

Ｓ基板ＥＬ昇降機構
１０成膜室４１物品ホルダのロッド状支持部材１高周波放電電極４１１ねじ
ＭＸマッチングボックス６ベローズ支持板
ＰＷ放電用高周波電源ＢＬベローズ
３物品ホルダ２０フレーム
４ヒータ７ブレーキ付き電動サーボモータ
７１ねじ棒
１００ガス供給装置８１ナット部
１０１シランガス供給回路８２軸受け
Ｂ１シランガスボンベ６１、６２案内輪
ＭＦＣ１マスフローコントローラ６２案内レール
ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ１〜ＡＶ４電磁開閉弁
Ｎ１、Ｎ２ノズルＣＢカウンタバランス機構
ＧＲガス溜め部５ピストンシリンダ装置
１０２水素ガス供給回路５１ピストン
Ｂ２水素ガスボンベ５２ピストンロッド
ＭＦＣ２マスフローコントローラ５２０ねじ継ぎ手
ＭＶ３、ＭＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６電磁開閉弁９作動流体回路
Ｎ３ノズル９１１、９２１切り換え電磁弁
SOL11 、SOL12 、SOL21 、SOL22
ＥＸ排気装置ソレノイド
ＣＶコンダクタンスバルブ９１２、９２２リューブリケータ
ＰＭ真空ポンプ９１３、９２３圧力調整弁
９１４、９２４消音器
ＰＳ圧力センサ９０１フィルタ
ＧＶゲート弁９０圧縮空気源
ＬＲロード・アンロードロック室
ＣＯＮＴ制御部
ＰＡ操作パネル

Claims

処理室と、被処理物品を搬送するための、該処理室に配置された搬送部材と、被処理物品を該物品に目的とする処理を施すための第１位置と該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるために該搬送部材を昇降させる昇降機構とを有し、
該昇降機構は、該搬送部材を支持するとともに該処理室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該処理室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記処理室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含んでおり、
前記第１位置に被処理物品を配置し、前記処理室内を物品処理に応じた減圧雰囲気に設定して該被処理物品に目的とする処理を施す真空処理装置において、
少なくとも、前記処理室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第１負荷及び前記処理室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第２負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるカウンタバランス機構を備えていることを特徴とする真空処理装置。
前記搬送部材は被処理物品を前記第１位置に保持するための物品ホルダを兼ねている請求項１記載の真空処理装置。
前記減圧雰囲気設定時の処理室内圧より予め定めた高圧は大気圧である請求項１又は２記載の真空処理装置。
前記カウンタバランス機構は、前記搬送部材用支持部材に連結されたピストンロッドを有するピストンシリンダ装置と、前記第１負荷を相殺するにあたって該第１負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、前記第２負荷を相殺するにあたって該第２負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んでいる請求項１、２又は３記載の真空処理装置。
前記作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものである請求項４記載の真空処理装置。
前記ピストンシリンダ装置は空気圧作動のピストンシリンダ装置であり、前記作動流体回路は圧縮空気回路である請求項４又は５記載の真空処理装置。
前記駆動部は、回転モータと、該モータの回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含んでいる請求項１から６のいずれかに記載の真空処理装置。
前記回転モータはブレーキ付きサーボモータである請求項７記載の真空処理装置。