JP2006057183A - 蒸着システム用の磁気ラッチ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、化学蒸着（ＣＶＤ）システムまたは物理蒸着（ＰＶＤ）システムなどの蒸着システムの真空チャンバ内で、コーティング源の上につり下げられた遊星式回転プラットホームに基板を固定する磁気ラッチに関する。
【解決手段】この磁気ラッチは永久磁石を含み、この永久磁石は、基板ホルダを引きつけるために永久磁石がラッチを磁化するラッチ位置と、永久磁石がバイパス回路内で接続されてラッチの磁化が解除され、そのため、基板ホルダが解放される非ラッチ位置との間で移動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着システムで使用する磁気ラッチに関し、詳細には、物理蒸着（ＰＶＤ）システムまたは化学蒸着（ＣＶＤ）システムの真空チャンバ内で基板ホルダをつり下げるための、柔らかく係合する磁気ラッチに関する。
関連出願のクロスリファレンス
本発明は優先権を主張しない。
ＰＶＤまたはＣＶＤのシステム内の供給源からのコーティング剤は、比較的安定しているが空間的な分布を有し、そのため、基板が静止したままの場合、被着された被膜の厚さが不均一になることがある。均一性を向上させるために、供給源と基板の間の幾何学的な関係を適切に選択しなければならない。コーティングすべき表面に直交する軸の回りで基板を回転させると、特に、遊星構成の複数のスピンドルに複数の基板を装着すると、良好な結果が得られることが確認されている。
１９９２年４月２１日発行のＳｔｅｆａｎ Ｌｏｃｈｅｒ他の米国特許第５１０６３４６号に開示されているものなど、従来型遊星歯車コーティング・システムは、大型の回転プラットホームを含む。密封真空チャンバ内に配設されたこのプラットホームは、その上で回転可能な個々のスピンドル（遊星）をいくつか備える。遺憾ながら、各基板ホルダは、ボルトなどの機械式留め具を使用して各スピンドル上の装着フランジに連結しなければならず、そのため、手作業で交換する必要がある。これらの機械的なシステムは余分な手作業を必要とするだけでなく、温度および圧力の変化によって生じる位置合わせ不良がより発生しやすい。
真空チャンバからベアリングおよび歯車の構造をできるだけ離すために、Ｈｕｒｗｉｔｔ他は、１９９８年８月１８日発行の米国特許第５７９５４４８号で、各スピンドルのシャフト内に磁気リンク装置を含む遊星歯車コーティング・システムを開示している。基板ホルダは、陰極の上でつり下げられず、スピンドルの装着フランジに取り付けるために、依然として機械式留め具を必要とする。
２００２年１０月１５日発行のＳｈｉｎｏｚａｋｉの米国特許第６４６４８２５号に開示されているコーティング・システムは、主真空チャンバ内に入るごみの量を最小限に抑えるために、ローディング／アンローディング用の加圧チャンバと主真空チャンバの間を移動するロボット・アームを含む。Ｓｈｉｎｏｚａｋｉのシステムは、相互作用する機械要素によって生じる粒子の発生を最小限に抑えるために、磁気回転駆動部および磁気浮揚部材も含む。しかし、Ｓｈｉｎｏｚａｋｉが開示しているのは、複雑な浮揚プラットホームおよび基板ホルダを完全に取り囲む電磁石を備えた単一の回転プラットホームである。遺憾ながらこの手法を遊星歯車コーティング・システムで実施するのは不可能であろう。というのは、遊星システムでは、真空中かつ高温で動作している間に、個々の回転基板ホルダに別々に電力を送達するのは極めて難しいからである。
米国特許第５１０６３４６号 米国特許第５７９５４４８号 米国特許第６４６４８２５号
本発明の目的は、遊星式コーティング・システム内の陰極の上につり下げられたスピンドルに、基板に衝撃を与えず、粒子状物質を発生させることなく、基板ホルダを取り付ける磁気ラッチを提供することによって先行技術の欠点を克服することである。
したがって、本発明は、基板ホルダに装着された基板をコーティングするコーティング・システムのプロセス・チャンバ内に装着するタイプの遊星式基板支持体に関するものであり、この遊星式基板支持体は、
第１軸の回りで回転可能な主支持体と、
主支持体から延び、それぞれのスピンドル軸の回りで回転可能な複数のスピンドルと、
各スピンドルの端部上の磁気ラッチとを備え、前記磁気ラッチは、永久磁石と、基板ホルダを受ける装着表面とを含み、
各磁気ラッチは、第１部分および第２部分を含み、第２部分は、基板ホルダを引きつけるために永久磁石が装着表面を磁化する第１位置と、装着表面が磁化されない第２位置との間で、第１部分に対して相対的に移動可能である。
本発明の別の態様は、基板ホルダに装着された基板をコーティングするコーティング・システムに関するものであり、このコーティング・システムは、
プロセス・チャンバと、
このプロセス・チャンバ内に配設された、基板にコーティングを被着させるためのコーティング源と、
プロセス・チャンバ内に装着された遊星式基板支持体とを備える。
この遊星式基板支持体は、
第１軸の回りで回転可能な主支持体と、
主支持体から延び、それぞれのスピンドル軸の回りで回転可能な少なくとも１つのスピンドルと、
各スピンドル上にあり、基板ホルダを受ける磁気ラッチとを含む。
各磁気ラッチは、
基板ホルダを受ける装着表面を含む第１部分と、
永久磁石を含む第２部分とを備え、第１部分または第２部分の一方は、基板ホルダを引きつけるために装着表面が一時的な磁石を形成する第１位置と、装着表面が磁化されない第２位置との間で、他方の部分に対して相対的に移動可能である。
次に、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
図１〜図３を参照すると、本発明による、物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）などの真空蒸着システムは、全体的に１で示すロード・ロック・チャンバおよびプロセス・チャンバ２を含み、これらの間にゲート・バルブ３がある。ゲート・バルブ３により、プロセス・チャンバ２内の圧力に無関係にロード・ロック・チャンバ１内の圧力を、基板のロード・アンロードを行うために大気圧にもってゆくことができ、または、基板を搬送するためにプロセス・チャンバ２の圧力に確立し直すことができる。ロード・ロック・チャンバ１は、カセット・エレベータ５を内部に備えたローディング・コンテナ４と、ロボット・アーム７を内部に備えた搬送チャネル６とを含む。ロボット・アーム７用の制御機構は、搬送チャネル６から延びる円筒形容器８に装着される。
陰極１２および遊星式基板支持体１４は、プロセス・チャンバ２内に装着される。遊星式基板支持体１４は、第１軸の回りで回転可能な円筒形の主プラットホーム１６を備える。主プラットホーム１６は、それから延びる複数の、例えば６つのスピンドル１７を備え、各スピンドル１７は、それ自体の軸の回りで回転可能である。これらの軸は、第１軸に平行であることが好ましいが、なんらかの他の角度とすることもできる。使用中、主プラットホーム１６が回転すると、個々のスピンドル１７もそれぞれ回転し、それによって確実に各基板のすべての部分が均一にコーティングされる。各スピンドル１７は、その外側の自由端のところに、陰極１２の上で基板をつり下げる磁気ラッチ１８を含む。以下、これをさらに説明する。
好ましくは低アーク陰極とする少なくとも１つの陰極１２は、プロセス・チャンバ２の内部に装着される。１つの陰極１２が故障した場合、あるいは、１つの陰極１２のコーティングが供給されつくした場合の予備に、臨時の陰極１２を設けることができる。あるいは、いくつかの異なる陰極１２を設けて、プロセス・チャンバ２を大気に開放せずに、異なるコーティングを連続して被着させることができる。好ましくは、（図示しない）装着プラットホームを移動させることによって、手動または遠隔制御で、陰極１２の位置に微調整を加えることができる。
（図示しない）質量流量コントローラによってプロセス・チャンバ２にプロセスガスを供給しながら、ポンプ・ポート２２を介してプロセス・チャンバ２を排気する。
本明細書では、スパッタ被着真空システムを説明してきたが、本発明による遊星式基板支持体は、蒸着システムまたはＣＶＤシステムなど、任意の他の適切なコーティング・システムとともに使用することができる。シャッタ、マスク、イオン衝突装置、最新のアノード・コンセプト、またはプラズマ励起システムなど、追加の機器によってコーティング・プロセスを強化することができる。
本明細書では、上向きにスパッタする構成でコーティング・システムを示すが、本発明による磁気ラッチは、下向きにコーティングする、また横向きにコーティングするなど、他の向きで使用し得る。
ゲート・バルブ３を閉じ、それによってプロセス・チャンバ２内の圧力が維持される状態で、カセット・エレベータ５に、基板ホルダ２３内に装着された未コーティングの基板をロードする。ロード・ロック・チャンバ１を排気すると、プロセス・チャンバ２へのゲート・バルブが開き、ロボット・アーム７が、搬送チャネル６および開いたバルブ・ゲート３を通ってプロセス・チャンバ２に各基板ホルダ２３を搬送して、磁気ラッチ１８を使用してスピンドル１７に装着する。
図４ａ〜図４ｃに、非ラッチ位置（図４ａおよび図４ｂ）またはラッチ位置（図４ｃ）に永久磁石３１が配設される、磁気ラッチ１８の基礎となる基本原理を示す。図４ａでは、矢印３２で示す磁気回路がバイパス部分３３を貫通して閉じ、極３４ａおよび３４ｂは磁化されないままになる。図４ｂでは、基板ホルダ２３は、極３４ａおよび３４ｂに接触して、代わりの磁気回路が形成される。図４ｃの矢印３６で示す代わりの磁気回路を閉じるために、永久磁石３１を回転させて極３４ａおよび３４ｂと整列させ、それによって確実に、基板ホルダ２３が極３４ａおよび３４ｂによって磁気的に引きつけられる。あるいは、永久磁石３１は固定したままとし、バイパス部分３３ならびに極３４ａおよび３４ｂを移動させて、永久磁石３１と整列した状態および整列しない状態にすることができる。
図５、図６ａ、図６ｂ、および図７に示す磁気ラッチ１８の好ましい実施形態は、円筒形ステータ４１を含む。円筒形ステータ４１は、その上で回転可能な円筒形ロータ４２を有する。ステータ４１は、３組のステータ極４３ａおよび４３ｂを含む。これらのステータ極は、例えば六角ボルト４６などの複数の機械式留め具によってベース４４に固定され、それによって良好な接触が確実に行われる。ロータ４２は、ロータ極４８ａと４８ｂに挟まれた半径方向に延びる３つの永久磁石４７を含む。これらの永久磁石のＮ極およびＳ極はそれぞれ、ロータ極４８ａおよび４８ｂに隣接したこれらの永久磁石の長辺に沿って延びる。各磁気ラッチ１８は、プロセス・チャンバ２の外側から、ラッチ位置（図５）と非ラッチ位置（図７）の間でロータ４２を回転させるための、主プラットホーム１６および各スピンドル１７を通って下に延びる細長いアクチュエータ４９を含む。アクチュエータ４９は、アクチュエータ４９の上端に、遊星式基板支持体の上でシャフト５０（図３）などの別の機械装置と係合するためのトング、またはその他の係合可能な形状を含む。非ラッチ位置では、ロータ極４８ａおよび４８ｂを回転させてともにステータ極の１つ４３ｂに隣接させ、それによって、永久磁石４７を短絡させてステータ４１を通る磁気回路を遮断し、基板ホルダ２３を解放する。
基板ホルダ２３とステータ４１の位置合わせを容易にするために、ベース４４の中心から延びるテーパ・ピン５１を設ける。ベース４４の中心の単一のテーパ・ピン５１により、位置合わせ形状が設けられ、それによって、基板ホルダ２３の角度を厳密な向きにすることなく、確実に基板ホルダ２３が適切に位置合わせされる。テーパ・ピンは、ステータの円周に沿った他の位置または他の半径方向位置に配置することもできる。
図８ａ〜図８ｄに、基板ホルダ２３の実施例を示す。図８ａでは、基板ホルダ２３ａは、環状カバー５４に固定されたベース５３を含む。環状カバー５４は、単一の基板５７を支持する環状ショルダ５６を含む。ベース５３に、テーパ・ピン５１を受ける円筒形の陥凹部５５を設け、それによって、テーパ・ピン５１用の対合位置合わせ形状が得られる。ベース５３は、磁気ラッチ１８によって引きつけられる材料、例えば、鉄、コバルト、およびニッケルの１つまたは複数を含む強磁性材料で全部が、または少なくとも部分的にできている。ベース５３は、基板５７のコーティングしない面の保護カバーにもなり、その結果、意図せず望まれない裏面コーティングがなくなる。基板ホルダ２３ｂ（図８ｂ）は、ベース５３に固定された複数ディスク用環状カバー５８を含む。複数ディスク用カバー５８は、複数の比較的小型の基板６１を支持する複数の環状ショルダ５９を含む。プリズム６２などの異形基板の場合には、複数プリズム用カバー６３を設けて、ベース５３に装着する（図８ｃ参照）。
ベース５３の代替手段として、基板７２は、ステータ４１に引きつけられる強磁性リング７１に取り囲まれる（図８ｄ）。リング７１の利点は、リング７１から基板７２を取り外さずに、基板７２の両面に同じまたは異なるコーティングを基板７２に施し得ることである。さらに、コーティングとコーティングの間に基板７２およびリング７１をプロセス・チャンバ１から取り出す必要はなく、例えば、ロボット・アーム７によって単にひっくり返す。
典型的な基板は、直径２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ〜１．４ｍｍのガラスウエハであろう。ただし、例えば厚さが最大３２ｍｍ、質量が最大２ｋｇの他の基板形態も可能である。
本発明によるコーティング・システムの等角図である。 図１のコーティング・システムを、外壁をいくつか取り除いた状態で示す等角図である。 本発明による磁気ラッチを備えた遊星式基板ホルダの概略図である。 図４ａ〜ｃは本発明による磁気ラッチの基本原理を示す概略図である。 本発明による磁気ラッチの等角図である。 図６ａは図５の磁気ラッチのステータの上面図である。図６ｂは図６ａのステータの断面図である。 非ラッチ位置における図５の磁気ラッチの上面図である。 図８ａ〜ｄは本発明による基板ホルダの概略図である。

Claims (10)

  1. 基板ホルダに装着された基板をコーティングするコーティング・システムのプロセス・チャンバ内に装着するタイプの遊星式基板支持体であって、
    第１軸の回りで回転可能な主支持体と、
    前記主支持体から延び、それぞれのスピンドル軸の回りで回転可能な複数のスピンドルと、
    各スピンドルの端部上の磁気ラッチとを備え、前記磁気ラッチは、永久磁石と、基板ホルダを受ける装着表面とを含み、
    各磁気ラッチは、第１部分および第２部分を含み、前記第２部分は、基板ホルダを引きつけるために前記永久磁石が前記装着表面を磁化する第１位置と、前記装着表面が磁化されない第２位置との間で、前記第１部分に対して相対的に移動可能である、遊星式基板支持体。
  2. 前記第１部分はそれぞれ、前記装着表面と、前記永久磁石と整列する極とを備えるステータを含み、
    前記第２部分はそれぞれ、前記永久磁石を備えるロータを含み、前記永久磁石が前記ステータの前記極と整列する前記第１位置と、前記永久磁石が前記ステータの前記極と整列せず、そのため前記ステータが磁化されない前記第２位置との間で回転する、請求項１に記載の遊星式基板支持体。
  3. 各磁気ラッチはさらに、各ロータを回転させるための、前記主支持体および前記スピンドルを通って延びるアクチュエータを備える、請求項１に記載の遊星式基板支持体。
  4. 各ロータは、複数の永久磁石を含み、各ステータは、前記複数の永久磁石と整列する複数の極を含む、請求項２に記載の遊星式基板支持体。
  5. 各ロータは、各永久磁石の両側にロータ極を含み、前記ロータ極は、前記第１位置にあるときに、それぞれのステータ極と整列して前記装着表面を通る磁気回路を形成し、前記第２位置にあるときに、１つのステータ極と係合して前記永久磁石を短絡する、請求項４に記載の遊星式基板支持体。
  6. 前記基板を支持する基板ホルダをさらに備え、前記基板ホルダは、前記磁気ラッチによって引きつけられる強磁性部分を含む、請求項１に記載の遊星式基板支持体。
  7. 前記基板ホルダは、第１位置合わせ形状を含み、各磁気ラッチは、前記第１位置合わせ形状と係合する第２位置合わせ形状を含む、請求項６に記載の遊星式基板支持体。
  8. 前記第１および第２の位置合わせ形状はそれぞれ、前記基板ホルダおよび各磁気ラッチの中心にある、請求項７に記載の遊星式基板支持体。
  9. 前記基板ホルダは、前記基板を取り囲む環状リングを含む、請求項６に記載の遊星式基板支持体。
  10. 各磁気ラッチは、コーティング源の上で基板ホルダをつり下げるためのものである、請求項１に記載の遊星式基板支持体。
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