JP4121763B2 - 薄膜形成装置に対する基板の交換ユニットおよび基板交換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、薄膜形成装置に対して基板の授受を行う基板交換ユニットおよび基板交換方法に関する。より詳細には、本発明は、スパッタリング法により薄膜を形成するスパッタリング装置等、薄膜形成装置との間で成膜済みの基板等を受け取り且つ成膜前の基板等を供給するユニットおよび方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
円板状の基板に対して各種薄膜を形成して製造される記録媒体、特にディスク状の形状を有するものとして、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系ディスク、あるいはＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、等のＤＶＤ系ディスク等の光ディスク、あるいはＭＯ、ＭＤ等の光磁気ディスク等、種々のディスクが存在する。
【０００３】
これらディスクは、例えばポリカーボネート等の素材からなる基板に対して、スパッタリング法、スピンコート法等の種々の方法を用いて薄膜を積層することによって製造されている。なお、一般的に、基板には、実際に当該ディスクをドライブに搭載する際等に基板のハンドリングに用いるため、その中央部に貫通穴が設けられている。
【０００４】
積層される薄膜の内、例えば反射膜等に用いられる金属薄膜は、スパッタリング法を用いて形成される。当該方法においては、円板状基板は、アルゴン等の放電用のガスによって所定圧力とされた真空容器中で、ターゲット正面に対向して、固定、保持される。一般的には、この状態で、ターゲットに対してある電圧が与えられ、これによってターゲットと基板との間に放電が発生し、プラズマが生じる。当該プラズマ中のイオンによってターゲット表面のターゲット構成元素がスパッタされ、このスパッタ粒子が基板表面に付着することによって膜形成が行われる。
【０００５】
ディスクにおける膜構成によっては、スパッタリング装置を用いて複数の薄膜の形成を行う場合も考えられる。このような場合、スパッタリング装置としては、円周上に複数の成膜室を配置し、その中央に基板搬送用のロボットを配置し、各々の成膜室で順次薄膜を基板上に形成してゆく、いわゆる多元型のタイプのものが用いられる。なお、光ディスク等においては、基板に設けられた中央穴部分周囲および外周部に膜形成が為されていない非成膜領域を設ける必要があり、スパッタリングによる成膜時においては、インナーマスクおよびアウターマスクと呼ばれる治具によって、非成膜領域上を覆った状態で、実際の成膜工程が行われる。
【０００６】
このため、従来のスパッタリング装置においては、アウターマスク等を基板に対して固定することとし、これらを一体として各成膜装置間、あるいは上述の多元型のスパッタリングにおける各成膜室間での基板搬送が行われる。具体的には、多元型のスパッタリング装置においては、キャリアと呼ばれる保持治具上に基板およびマスクが保持、固定され、これらはキャリアにより保持された状態で各成膜室間を搬送されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスク等において、保護膜として例えば酸化膜、窒化膜等の非金属膜を用いる場合がある。これら薄膜は、酸化物、窒化物等からなるターゲットをスパッタリングすることによって基板上に成膜される。しかしながら、これらターゲットを用いた場合、一般的に放電発生あるいはその維持に要する印可電圧は大きく、また良好な膜特性を得ようとした場合、その成膜速度は低いものとなる。このため、所定の厚さを有する膜を得るためには、成膜に要する時間が長くなり、密度の高いプラズマに基板を長時間晒す必要がある。
【０００８】
光ディスク等の基板には、一般的にはポリカーボネート等の材料より構成されるため、熱に対する耐性は低く、スパッタリングによる成膜中においても、その温度を基板の耐熱温度以下に保つ必要がある。しかしながら、上述の酸化膜とを形成する場合には、成膜に要する時間が長く且つ高密度のプラズマに基板を晒すことから、プラズマからの輻射熱あるいは基板に達するスパッタ粒子のエネルギー等によって、基板温度は容易に耐熱温度以上に達してしまう恐れがある。
【０００９】
この対策として、基板に密着するキャリアの熱容量をある程度大きくし、基板に与えられる熱エネルギーをキャリアに伝えることで、基板の温度上昇に要する時間を遅くすることが考えられる。また、酸化膜等を一つの成膜室のみで形成するのではなく、複数の成膜室で時間をかけ、且つ成膜室間で基板等の冷却を行うながら膜形成を行うことで基板の温度上昇を抑える等の方法が考えられる。しかし、キャリア自体にある程度以上の熱量が蓄積されてしまった場合、基板がキャリアから熱せられてしまい、その結果、基板温度がその耐熱温度以上になる恐れもある。
【００１０】
このため、冷却専用の処理室をこれら複数の成膜室間に設けることも考えられる。しかし、キャリア単体を冷却する場合、いわゆる真空中にキャリア等を保持しても、熱を伝える空気等の媒体が存在しないために、キャリアに蓄積された熱は容易に発散せず、キャリアの温度を効果的に下げることはできなかった。また、成膜室の増加あるいは冷却専用室の構築によって、成膜工程に要する時間が長くなり、当該工程の処理効率が低下してしまう恐れもあった。
【００１１】
本発明は上記課題を鑑みて為されたものであり、キャリアの温度上昇の抑制が可能となるスパッタリング装置の提供を目的とするものである。また、キャリアの温度上昇の抑制が可能となるキャリアの供給方法および前述のスパッタリング装置を用いたディスク状記録媒体の製造方法の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換ユニットは、基板と、基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し且つ磁性体を用いて基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、キャリアホルダから、基板およびマスクと共にキャリアを受け取る際、および基板、マスクおよびキャリアを保持する際に用いされるキャリア脱着手段を有する基板交換ハンドと、基板交換ハンドと正対し、基板交換ハンドとの間で、磁力を用いて基板、マスク、およびキャリアを授受するヘッド部と、マスクをその表面に固定するマスク固定手段を有し、基板交換ハンドとは異なる位置においてヘッド部と正対して、マスク固定手段を用いてヘッド部との間でマスクおよび基板の授受を行うステージと、基板交換ハンドとステージとの間に存在し、基板およびマスクをステージに受け渡した後のヘッド部に保持されたキャリアを冷却する待機位置とを有することを特徴としている。
【００１３】
なお、前述の基板交換ユニットにおいては、基板交換ハンドにおけるキャリア脱着手段は、キャリアに設けられた、所定の幅からなるキャリアの表面より裏面に貫通する小径部分である長穴、およびその端部に設けられた幅より大きな直径を有する貫通穴からなる大径部分とからなるキャリア脱着穴と協動するものであって、基板交換ハンドにおいて基板、マスクおよびキャリアを固定する基板に対して垂直な方向に回転可能な基板固定部と、基板固定部のキャリア脱着穴に対応する位置に設けられた、その先端部に大径部分の直径より小さく且つ長穴の幅より大きな直径を有する大径部を有し、長穴の幅よりも小さな直径を有すると共に長穴の深さよりも大きな長さを有するキャリア固定ピンとからなることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換ユニットは、成膜装置における、基板と、基板の所定部分を覆うマスクと、基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダとの間で、成膜前および成膜後の基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、キャリアホルダに対して成膜前および成膜後の基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ハンドと、成膜前および成膜後の基板およびマスクが載置されるステージと、基板交換ハンドより成膜後の基板、マスクおよびキャリアを受け取り、ステージに対して成膜後の基板およびマスクを受け渡し、キャリアを保持した状態にて所定時間待機した後、成膜前の基板およびマスクをステージより受け取るアームヘッドとを有することを特徴としている。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換方法は、成膜装置における、基板と、基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し且つ磁性体を用いて基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換方法であって、基板交換ハンドによって、キャリアホルダから、基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、アームヘッドによって、基板交換ハンドから、基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、アームヘッドからステージ上に基板およびマスクを載置する工程と、ステージ上の基板およびマスクを、新たな基板およびマスクに交換する工程と、アームヘッドによって、ステージ上の新たな基板およびマスクをキャリアと共に保持し、基板交換ハンドに受け渡す工程と、基板交換ハンドによって、キャリアホルダに新たな基板およびマスクおよびキャリアを受け渡す工程とからなり、ステージ上の基板およびマスクを交換する際に、アームヘッドに保持されたキャリアの冷却が行われることを特徴としている。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る実施の形態である基板交換ユニットおよびスパッタリング装置について、上方より見た場合の概略構成を図１に示す。本実施の形態においては、１３の成膜室１０２および基板の供給および取出し室１０３の、１４室からなるスパッタリング装置１００を例として述べる。なお、１４角形の各辺上に配置された成膜室１０２には、各々放電空間をターゲット近傍の特定領域に限定するため等に用いられるいわゆるアースシールドと呼ばれる構成、装置内部へのよけいなスパッタ粒子の付着を防止するためのいわゆる防着シールドと呼ばれる構成、放電に用いるアルゴンガス等の導入系、および真空排気系等の種々の構成が配置されている。しかしながら、これら構成は本発明と直接の関係はないために、図示およびここでの説明は省略することとする。
【００１７】
各成膜室１０２が円周上に配置された中央部には、キャリアホルダ搬送ユニット１０５が配置されている。キャリアホルダ搬送ユニット１０５には、基板１、マスク２およびキャリア１０を同時に保持するキャリアホルダ７０が、キャリアホルダ搬送ユニット１０５の回転中心を中心として放射状に１４個保持されている。本発明においては、キャリア１０は、キャリアホルダ７０とは独立して取り扱うことを可能としている。各キャリアホルダ７０は、キャリアホルダ搬送ユニット１０５によって、各成膜室１０２に対して各々が正対するように回転駆動される。
【００１８】
図に示す装置においては、供給および取出し室１０３において、キャリアホルダ７０が基板１、マスク２およびキャリア１０を受け取り、連続する各成膜室１０２の前で所定時間停止して薄膜の形成を行うという工程を、時計回りに回転しながら各順次行っていく。１３の成膜室１０２の前を通過し、当該装置１００における成膜工程が終了した基板１は、マスク２、およびキャリア１０と共に供給および取出し室１０３より取り出される。供給および取出し室１０３の前に配置された基板交換ユニット６は、基板交換ハンド２０によって、成膜工程が終了した基板１、マスク２およびキャリア１０をキャリアホルダ７０から受け取る。
【００１９】
基板交換ユニット６は、基板交換ハンド２０と、第１および第２のアームヘッド３０、４０と、第１および第２のステージ５０、６０とから構成されている。第１および第２のアームヘッ３０、４０ドは、その先端部にそれぞれ第および第２のヘッド部３１、４１を有しており、その他端部において略９０゜の夾角を保つように連結され、その連結部を中心として、不図示のアームヘッド駆動機構によって、回動可能に支持されている。第１および第２のステージ５０、６０は、当該連結部を中心として１８０゜対称となり且つ当該連結部からの距離が当該連結部からヘッド部３１、４１中心までの距離と等しくなる位置にそれぞれ配置されている。
【００２０】
また、後述する基板交換ハンド２０の水平位置は、第１および第２のステージ５０、６０の中間であって当該回転中心からの距離が当該連結中心からヘッド部３１、４１中心までの距離と等しくなる位置に配置されている。また、アームヘッド３０、４０が待機位置８０にある時、第１および第２のヘッド部３１、４１は、第１のステージ５０と基板交換ハンド２０との水平位置との中間、および第２のステージ６０と基板交換ハンド２０との水平位置との中間にそれぞれ位置することとなる。当該構成により、第１のヘッド部３１が第１のステージ５０上にある場合には第２のヘッド部４１は水平状態にある基板交換ハンド２０上にあり、第２のヘッド部４１が第２のステージ６０上にある場合には、第１のヘッド部３１が水平状態にある基板交換ハンド２０上にあることとなる。
【００２１】
基板交換ユニット６における、基板交換ハンド２０に対する基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡し等の手順について述べる。なお、以下の説明の参照として、キャリア１０を正面から見た状態を図２に、基板交換ハンド２０と第１および第２のアームヘッド３０、４０との間で基板１、マスク２およびキャリア１０を授受する際の状態の断面概略を図３に、キャリアホルダ７０と基板交換ハンド２０との間で基板１、マスク２およびキャリア１０を授受する際の状態の断面概略を図４に、第１および第２のステージ５０、６０上に基板１およびマスク２が保持された状態の断面概略を図５に、第１および第２のアームヘッド３０、４０がキャリア１０を保持した状態の断面概略を図６にそれぞれ示す。なお、本実施例においては中央部に貫通孔を形成していない基板１を用いることとし、従ってインナーマスクを用いない構成となっている。
【００２２】
本実施例において、キャリア１０は、基板保持面に、アウターマスク２の裏面凸部３を収容する環状の溝部１１と、当該溝部１１の底面に配置された小マグネット１２とを有している。また、環状溝部１１の外周には、キャリア表面から裏面に貫通するキャリア固定用穴１３およびキャリア脱着用穴１４が、キャリア中心から等距離で配置されている。
【００２３】
キャリア固定用穴１３およびキャリア脱着用穴１４は、円形の通し穴が円周方向に延在された長穴からなる小径部分１５と、その一端部において当該円形の内径より径の大きい大径部分１６が連続することによって構成されている。なお、円周方向にキャリア固定用穴１３は９０゜づつ位置をずらして配置されており、キャリア脱着用穴１４はキャリア固定用穴１３同士の中間に位置するように配置されている。また、キャリア固定用穴１３とキャリア脱着用穴１４とは、長穴に対する大径部分１６の構成位置が、円周方向で逆の位置となるように配置されている。
【００２４】
まず、成膜終了後の基板１が存在する供給および取出し室１０３に対し、乾燥窒素等が導入されて当該室の大気中への開放がなされる。スパッタリング装置１００内において、基板１、マスク２およびキャリア１０は、図４に示すように、キャリアホルダ７０によって支持されている。キャリアホルダ７０におけるキャリア固定部７１は、キャリアホルダ回転モータ７２に連結されており、ベアリング７３によって回転可能に支持されている。なお、キャリア１０に設けられた小マグネット１２の磁力によってマスク２がキャリア１０に密着、固定されており、略円板形状を有する基板１は、このマスク２とキャリア１０とによって挟持された状態で、キャリア１０によって保持されている。
【００２５】
当該キャリアホルダ７０は、不図示のマグネットと、キャリア固定用穴１３に対応した位置に配置された、キャリア固定部７１に設けられたキャリア固定ピン７４とを有している。キャリア固定ピン７４は、小径部７５と先端部に設けられた大径部７６とからなり、小径部７５はキャリア固定用穴１３の小径部分１５を挿嵌可能な径からなり、大径部７６はキャリア固定用穴１３の大径部分１６を挿嵌可能であり且つ小径部分１５を挿嵌不可能な径からなる。また、キャリア固定ピン７４の小径部７５の長さは、キャリア固定用穴１３の小径部分１５の深さより大きくなうように設定されている。
【００２６】
不図示のマグネットの磁力によって、２マスク、キャリア１０はキャリアホルダ７０によって吸着、保持されている。キャリア固定用穴１３の大径部分１６にキャリア固定ピン７４を挿嵌した後、キャリアホルダ回転用モータ７２を用いて、キャリア固定部７１と共にキャリア固定ピン７４をキャリア固定用穴１３の小径部分１５方向に回転させる。この操作によって、キャリア固定ピン７４の大径部７６とキャリア固定用穴１３の小径部分１５とが係合し、キャリアホルダ７０に対するキャリア１０の固定が為されている。
【００２７】
基板交換ハンド２０は、キャリア脱着用モータ２２に接続され、且つベアリング２３によって回転可能に支持されたキャリア支持部２１を有する。キャリア支持部２１は、キャリア支持面においてキャリア１０を固定、保持し、当該支持面には、キャリア１０に設けられたキャリア脱着用穴１４と対応する配置に、前述のキャリア固定ピン７４と同形状のキャリア脱着ピン２４が設けられている。
【００２８】
なお、キャリア脱着ピン２４もキャリア固定ピン７４と同様に小径部２５とその先端の大径部２６とを有し、小径部２５の長さがキャリア脱着用穴１４の小径部分１５の深さより長くなるように設定されている。これらキャリア脱着用ピン２４は、キャリア脱着用穴１４と協動するキャリア脱着手段を構成する。当該基板交換ハンド２０が前述の基板１等を保持した状態にあるキャリアホルダ７０に接近し、キャリア脱着ピン２４をキャリア脱着用穴１４の大径部分１６に挿嵌する。続いて、キャリア脱着用回転モータ２２を用いて、大径部分１６にあるキャリア脱着ピン２４を小径部分１５方向に回転移動させ、キャリア１０を基板交換ハンド２０に対して固定する。
【００２９】
略同時に、キャリアホルダ回転モータ７２を用いて、キャリア固定部７１と共にキャリア固定ピン７４をキャリア固定用穴１３の大径部分１６に回転移動させる。これにより当該基板１、マスク２およびキャリア１０は、キャリアホルダ７０から離脱可能となり、基板１等のキャリアホルダ７０から基板交換ハンド２０への受け渡しが終了する。その後、不図示の基板交換ハンド駆動機構により、基板交換ハンド２０は後退し、キャリアホルダ７０に対して正対する基板を略垂直に支持する垂直姿勢から、基板１を上方にて略水平方向に支持する水平姿勢となるように駆動される。
【００３０】
基板交換ハンド２０が基板１、マスク２およびキャリア１０をキャリアホルダー７０から受け取り、水平方向にその姿勢を変える操作が行われる間、第１および第２のアームヘッド３０、４０はそれぞれの待機位置８０にてその動作を停止している。その際、次にキャリアホルダ７０に受け渡されるべきキャリア１０は、図６に示す状態で、第１のアームヘッド３０における第１のヘッド部３１に保持されており、当該待機位置８０において窒素ガス等により冷却されている。また、第２のアームヘッド４０における第２のヘッド部４１は、成膜済みの基板１等を受け取るために、キャリア１０等を何ら保持しない状態で当該待機位置８０において待機している。
【００３１】
第１のヘッド部３１が有するキャリア１０に対して受け渡されるべき成膜前の基板１は、図５に示す状態で、第１のステージ５０上に準備されている。成膜前の基板１は、第１のステージ５０上に成膜面を下方（ステージ表面）に向けた状態でマスク２と一体化されて載置されている。当該ステージ５０は、その内部に、ステージ用マグネットアーム５３に支持されたステージ用マグネット５２を有しており、当該マグネットアーム５３はステージ用エアシリンダ５４に接続されている。これらステージ用マグネット５２、ステージ用マグネットアーム５３およびステージ用エアシリンダ５４は、マスク固定手段を構成する。
【００３２】
当該シリンダ５４の駆動によって、ステージ用マグネット５２は、ステージ用マグネットアーム５３を介して、ステージ表面であるマスク支持面５１に対して最も近い位置と遠い位置との間を移動する。ステージ用マグネット５２がステージ表面５１に最も近づいた図５の状態で、磁性体により構成されたアウターマスク２は、ステージ表面に対して固定、保持される。当該アウターマスク２が、ステージ用マグネット５２により所定位置に固定されることにより、基板１もマスク２に応じた所定位置に保持されることとなる。
【００３３】
図６に示すように、第１および第２のヘッド部３１、４１はその内部に、ヘッド用マグネットアーム３４に支持されたヘッド用マグネット３３を有しており、当該マグネットアーム３４はヘッド用エアシリンダ３５に接続されている。当該シリンダ３５の駆動によって、ヘッド用マグネット３３は、ヘッド用マグネットアーム３４を介して、ヘッド部３１におけるキャリア支持面３２に対して最も近い位置と遠い位置との間を移動する。ヘッド用マグネット３３がキャリア支持面３２に最も近づいた図６の状態で、内部に小マグネット１２を有するキャリア１０は、当該マグネット３３の磁力によってキャリア支持面３２に対して固定、保持される。当該状態が、現時点における第１のヘッド部３１の待機状態となる。
【００３４】
次に、不図示のアームヘッド駆動機構により、第１および第２のアームヘッド３０、４０が連結部を中心として回動され、第１のヘッド部３１が第１のステージ５０上に、また第２のヘッド４１部が水平状態の基板交換ハンド２０上に移動後、その回動が停止される。ここで、各々のヘッド部３１、４１は、第１のステージ５０の表面、および水平状態の基板交換ハンド２０のキャリア支持部２１に向かって降下される。第１のヘッド部３１が保持するキャリア１０が、第１のステージ５０上のマスク２および基板１と接触し、同時に第２のヘッド部４１が、基板交換ハンド２０が保持するキャリア１０と接触した時点で、この降下を停止する。これらの接触状態は、不図示の通常のタッチセンサにより確認している。
【００３５】
この状態で、第１のステージ５０においては、ステージ用エアシリンダ５４の操作によってステージ用マグネット５２がステージ表面とは最も遠い位置に移動する。このため、当該マグネット５２がマスク２に及ぼす磁力より、キャリアに配置された小マグネット１２および第１のヘッド部３１におけるヘッド用マグネット３３がマスク２におよぼす磁力が大きくなる。その結果、基板１およびマスク２がキャリア１０に密着し、これらが一体として第１のヘッド部３１に保持されることとなる。
【００３６】
前述の如く、第２のヘッド部４１は、第１のヘッド部３１と共に降下され、キャリア１０等を何ら保持しない第２のヘッド部４１は、そのキャリア支持部２１が基板交換ハンド２０上のキャリア１０の裏面と接触して、その降下が停止される。次に、ヘッド用エアシリンダ３５の操作によってヘッド用マグネット３３をキャリア支持面３２に最も近い状態とし、当該マグネット３３の磁力によって、マスク２、およびキャリア１０を、これらが基板１を挟持した状態でキャリア支持面に吸着させる。その後、キャリア脱着用回転モータ２２によって基板交換ハンド２０におけるキャリア支持部２１およびキャリア脱着ピン２４が回転され、キャリア脱着用穴１４とキャリア脱着ピン２４との係合が解除される。
【００３７】
以上の手順を経て、第１のヘッド部３１は、成膜前の基板１を挟持したマスク２およびキャリア１０を保持し、第２のヘッド部４１は、成膜後の基板１を挟持したマスク２およびキャリア１０を保持した状態となる。この状態で、不図示のアームヘッド駆動機構により第１および第２のアームヘッド３０、４０は所定高さまで上昇され、続いて、第１のヘッド部３１が基板交換ハンド２０上に位置し、且つ第２のヘッド部４１が第２のステージ６０上に位置するまで回転駆動される。
【００３８】
その後、第１および第２のアームヘッド３０、４０は降下し、第１のヘッド部３１が保持するキャリア１０に設けられているキャリア脱着用穴１４に対して、基板交換ハンド２０のキャリア脱着ピン２４が挿嵌して、その降下が停止される。その際、同時に、第２のヘッド部４１に保持されたマスク２も、第２のステージ６０におけるマスク支持面５１に接触する。ここで、基板交換ハンド２０におけるキャリア支持部２１およびキャリア脱着ピン２４がキャリア脱着用モータ２２によって回転移動される。これにより、キャリア脱着ピン２４がキャリア脱着用穴１４の小径部分１５に移動し、キャリア脱着用ピン２４の大径部２６とキャリア脱着用穴１４の小径部分１５が係合して、基板交換ハンド２０に対する成膜前基板１、およびこれを挟持するマスク２およびキャリア１０の固定が為される。
【００３９】
その後、第１のヘッド部３１におけるヘッド用マグネット３３が、ヘッド用エアシリンダ３５によって、第１のヘッド部３１におけるキャリア支持面３２から最も遠い位置に移動される。これら第１のヘッド部３１から基板交換ハンド２０への基板１等の受け渡しが行われると同時に、第２のヘッド部４１から第２のステージ６０へのマスク２および基板１の受け渡しが行われる。なお、第２のステージ６０は、上述の第１のステージ５０と同じ構造を有している。
【００４０】
第２のステージ６０にマスク２が接触した状態で、第２のステージ６０に設けられたステージ用マグネット５２が、ステージ用マグネットアーム５３を介して、ステージ用エアシリンダ５４によってステージ表面であるマスク支持面５１に対して最も近い位置まで駆動される。この状態において、第２のヘッド部４１におけるヘッド用マグネット３３および当該ヘッド部４１に保持されたキャリア１０における小マグネット１２によってマスク２におよぼされる磁力より、ステージ用マグネット５２によってマスク２におよぼされる磁力の方が強くなる。
【００４１】
しかしながら、ヘッド用マグネット３３がキャリア１０の小マグネット１２におよぼす磁力は、ステージ用マグネット５２が当該小マグネット１２におよぼす磁力よりも強くなるように設定されている。このため、この状態で第２のヘッド部４１が上昇すると、基板１およびマスク２は第２のステージ６０によって吸着保持され、キャリア１０は第２のヘッド部４１によって吸着保持されることとなる。その際、基板１、マスク２およびキャリア１０を基板交換ハンド２０に受け渡した第１のヘッド部３１も同時に上昇する。
【００４２】
その後、第１および第２のアームヘッド３０、４０は、アームヘッド駆動機構によってそれぞれ待機位置８０上に位置するように回転駆動される。この状態で、前述のキャリアホルダ７０から基板交換ハンド２０への基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡しとは逆の手順で、基板交換ハンド２０からキャリアホルダ７０への基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡しが行われる。第２のステージ６０上に載置された成膜済みの基板１およびマスク２は、不図示の基板移載ロボットによって成膜前の新たな基板１およびマスク２と交換される。同時に、成膜前の基板１等を保持したキャリアホルダ７０が存在する仕込み取出し室が排気され、当該基板１に対する成膜工程が開始される。
【００４３】
その後、新たな成膜済み基板１、マスク２およびこれらを保持するキャリア１０を保持するキャリアホルダ７０が基板供給および取出し室１０３に移動し、且つ当該室の大気開放が為される。成膜前基板１およびマスク２が第２のステージ６０載置され、第２のヘッド部４１にキャリア１０が保持され、第１のステージ５０に何ら載置されておらず、且つ第１のヘッド部３１が何ら保持しないこの状態は、これまで述べた基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡し手順において、各ステージおよび各ヘッド部がそれぞれ入れ替わった状態となっている。以下、基板の受け渡し手順がステージおよびヘッド部を入れ替えた以外は前述の通り繰り返される。
【００４４】
基板の受け渡し工程を以上の手順とすることにより、ヘッド部が待機位置にある際に、ヘッド部が保持するキャリアを徐冷あるいは強制的に冷却することが可能となる。これにより、常に一定の温度、あるいは所定の温度以下に管理されたキャリア上に基板を載置して、スパッタリング装置における薄膜形成を行うことが可能となる。従って、ある程度以上の時間、基板をプラズマに晒すような成膜プロセスが必要となった場合においても、当該キャリアの熱容量を適当なものとすることによって、基板の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００４５】
なお、本実施例においては、中央部に貫通穴が設けられていない基板を用いることとしている。しかし本発明はこれに限定されず、中央部に貫通穴を有する基板を用いても良い。また、ステージにおけるマスク固定手段として、マグネットによる磁力を用いることとしているが、真空吸着等、種々の固定方法を用いることが可能である。また、キャリア脱着手段としてキャリア脱着ピン等を用いることとしているが、この部分にも真空吸着等の種々の固定方法を適応することが可能である。また、基板中央部を覆う、いわゆる内マスクと呼ばれる更なるマスクを用いることとしても良い。この場合、当該内マスクの基板に対する固定は、キャリア内部に埋設したマグネットによることとしても良く、内マスク固定用に別個のマグネットを用いることとしても良い。
【００４６】
また、基板交換ハンド、アームヘッドおよびステージにおいて、基板等を水平に保持して各構成間での受け渡しを行うこととしているが、基板等を略垂直に保持して各構成間での受け渡しを行う構成としても良い。また、本実施例においては、待機位置においてキャリアを冷却する際に乾燥窒素等を吹きかけることとしているが、キャリアの冷却方法はこれに限定されない。具体的には、水冷等された板状の冷却機構等を、待機位置におけるヘッド部の下方に配置し、大気中に当該冷却機構をキャリアに押し付ける操作を行っても良い。また、ヘッド部自身に水冷機構等を設け、これによってキャリアの温度管理を行うこととしても良い。
【００４７】
また、本発明を用いる際に対象となる薄膜形成装置としてスッパタリング装置を挙げたが、本発明の適応はこれに限られず、蒸着装置、ＣＶＤ装置等、種々の薄膜形成装置に対して適応することが可能である。また、本発明は、単に光ディスク等の製造方法として用いられるだけでなく、中央部の除去工程が後に施される製品、例えばハードディスク等、円盤状の部材全ての製造工程に対しても適応可能である。
【００４８】
【本発明の効果】
本発明の実施により、キャリアの温度を一定あるいは所定温度以下に保った状態で、基板等を保持させることが可能となる。これにより、長時間基板をプラズマに晒すことを要する成膜プロセスを実施する場合であっても、基板に与えられた熱エネルギーを冷却されたキャリアに逃がすことが可能となり、より広範な成膜条件にて基板上への薄膜形成を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板交換ユニットおよびスパッタリング装置の平面上での概略構成を示す図である。
【図２】キャリアを正面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図３】基板交換ハンドと第１および第２のアームヘッドとの間で基板、マスクおよびキャリアを授受する際の状態の断面概略を示す図である。
【図４】キャリアホルダと基板交換ハンドとの間で基板、マスクおよびキャリアを授受する際の状態の断面概略を示す図である。
【図５】第１および第２のステージ上に基板およびマスクが保持された状態の断面概略を示す図である。
【図６】第１および第２のアームヘッドがキャリアを保持した状態の断面概略を示す図である。
【符号の説明】
１： 基板
２： マスク（アウターマスク）
３： マスク裏面凸部
６： 基板交換ユニット
１０： キャリア
１１： 環状溝部
１２： 小マグネット
１３： キャリア固定用穴
１４： キャリア脱着用穴
１５： 小径部分
１６： 大径部分
２０： 基板交換ハンド
２１： キャリア支持部
２２： キャリア脱着用モータ
２３： ベアリング
２４： キャリア脱着用ピン
２５： 脱着ピン小径部
２６： 脱着ピン大径部
３０： 第１のアームヘッド
３１： 第１のヘッド部
３２： キャリア支持面
３３： ヘッド用マグネット
３４： ヘッド用マグネットアーム
３５： ヘッド用エアシリンダ
４０： 第２のアームヘッド
４１： 第２のヘッド部
５０： 第１のステージ
５１： マスク支持面
５２： ステージ用マグネット
５３： ステージ用マグネットアーム
５４： ステージ用エアシリンダ
６０： 第２のステージ
７０： キャリアホルダ
７１： キャリア固定部
７２： キャリアホルダ回転モータ
７３： ベアリング
７４： キャリア固定ピン
７５： 固定ピン小径部
７６： 固定ピン大径部
８０： 待機位置
１００： スパッタリング装置
１０２： 成膜室
１０３： 基板供給および取出し室
１０５： キャリアホルダ搬送ユニット
【発明の属する技術の分野】
本発明は、薄膜形成装置に対して基板の授受を行う基板交換ユニットおよび基板交換方法に関する。より詳細には、本発明は、スパッタリング法により薄膜を形成するスパッタリング装置等、薄膜形成装置との間で成膜済みの基板等を受け取り且つ成膜前の基板等を供給するユニットおよび方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
円板状の基板に対して各種薄膜を形成して製造される記録媒体、特にディスク状の形状を有するものとして、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系ディスク、あるいはＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、等のＤＶＤ系ディスク等の光ディスク、あるいはＭＯ、ＭＤ等の光磁気ディスク等、種々のディスクが存在する。
【０００３】
これらディスクは、例えばポリカーボネート等の素材からなる基板に対して、スパッタリング法、スピンコート法等の種々の方法を用いて薄膜を積層することによって製造されている。なお、一般的に、基板には、実際に当該ディスクをドライブに搭載する際等に基板のハンドリングに用いるため、その中央部に貫通穴が設けられている。
【０００４】
積層される薄膜の内、例えば反射膜等に用いられる金属薄膜は、スパッタリング法を用いて形成される。当該方法においては、円板状基板は、アルゴン等の放電用のガスによって所定圧力とされた真空容器中で、ターゲット正面に対向して、固定、保持される。一般的には、この状態で、ターゲットに対してある電圧が与えられ、これによってターゲットと基板との間に放電が発生し、プラズマが生じる。当該プラズマ中のイオンによってターゲット表面のターゲット構成元素がスパッタされ、このスパッタ粒子が基板表面に付着することによって膜形成が行われる。
【０００５】
ディスクにおける膜構成によっては、スパッタリング装置を用いて複数の薄膜の形成を行う場合も考えられる。このような場合、スパッタリング装置としては、円周上に複数の成膜室を配置し、その中央に基板搬送用のロボットを配置し、各々の成膜室で順次薄膜を基板上に形成してゆく、いわゆる多元型のタイプのものが用いられる。なお、光ディスク等においては、基板に設けられた中央穴部分周囲および外周部に膜形成が為されていない非成膜領域を設ける必要があり、スパッタリングによる成膜時においては、インナーマスクおよびアウターマスクと呼ばれる治具によって、非成膜領域上を覆った状態で、実際の成膜工程が行われる。
【０００６】
このため、従来のスパッタリング装置においては、アウターマスク等を基板に対して固定することとし、これらを一体として各成膜装置間、あるいは上述の多元型のスパッタリングにおける各成膜室間での基板搬送が行われる。具体的には、多元型のスパッタリング装置においては、キャリアと呼ばれる保持治具上に基板およびマスクが保持、固定され、これらはキャリアにより保持された状態で各成膜室間を搬送されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスク等において、保護膜として例えば酸化膜、窒化膜等の非金属膜を用いる場合がある。これら薄膜は、酸化物、窒化物等からなるターゲットをスパッタリングすることによって基板上に成膜される。しかしながら、これらターゲットを用いた場合、一般的に放電発生あるいはその維持に要する印可電圧は大きく、また良好な膜特性を得ようとした場合、その成膜速度は低いものとなる。このため、所定の厚さを有する膜を得るためには、成膜に要する時間が長くなり、密度の高いプラズマに基板を長時間晒す必要がある。
【０００８】
光ディスク等の基板には、一般的にはポリカーボネート等の材料より構成されるため、熱に対する耐性は低く、スパッタリングによる成膜中においても、その温度を基板の耐熱温度以下に保つ必要がある。しかしながら、上述の酸化膜とを形成する場合には、成膜に要する時間が長く且つ高密度のプラズマに基板を晒すことから、プラズマからの輻射熱あるいは基板に達するスパッタ粒子のエネルギー等によって、基板温度は容易に耐熱温度以上に達してしまう恐れがある。
【０００９】
この対策として、基板に密着するキャリアの熱容量をある程度大きくし、基板に与えられる熱エネルギーをキャリアに伝えることで、基板の温度上昇に要する時間を遅くすることが考えられる。また、酸化膜等を一つの成膜室のみで形成するのではなく、複数の成膜室で時間をかけ、且つ成膜室間で基板等の冷却を行うながら膜形成を行うことで基板の温度上昇を抑える等の方法が考えられる。しかし、キャリア自体にある程度以上の熱量が蓄積されてしまった場合、基板がキャリアから熱せられてしまい、その結果、基板温度がその耐熱温度以上になる恐れもある。
【００１０】
このため、冷却専用の処理室をこれら複数の成膜室間に設けることも考えられる。しかし、キャリア単体を冷却する場合、いわゆる真空中にキャリア等を保持しても、熱を伝える空気等の媒体が存在しないために、キャリアに蓄積された熱は容易に発散せず、キャリアの温度を効果的に下げることはできなかった。また、成膜室の増加あるいは冷却専用室の構築によって、成膜工程に要する時間が長くなり、当該工程の処理効率が低下してしまう恐れもあった。
【００１１】
本発明は上記課題を鑑みて為されたものであり、キャリアの温度上昇の抑制が可能となるスパッタリング装置の提供を目的とするものである。また、キャリアの温度上昇の抑制が可能となるキャリアの供給方法および前述のスパッタリング装置を用いたディスク状記録媒体の製造方法の提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換ユニットは、基板と、基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し且つ磁性体を用いて基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、キャリアホルダから、基板およびマスクと共にキャリアを受け取る際、および基板、マスクおよびキャリアを保持する際に用いされるキャリア脱着手段を有する基板交換ハンドと、基板交換ハンドと正対し、基板交換ハンドとの間で、磁力を用いて基板、マスク、およびキャリアを授受するヘッド部と、マスクをその表面に固定するマスク固定手段を有し、基板交換ハンドとは異なる位置においてヘッド部と正対して、マスク固定手段を用いてヘッド部との間でマスクおよび基板の授受を行うステージと、基板交換ハンドとステージとの間に存在し、基板およびマスクをステージに受け渡した後のヘッド部に保持されたキャリアを冷却する待機位置とを有することを特徴としている。
【００１３】
なお、前述の基板交換ユニットにおいては、基板交換ハンドにおけるキャリア脱着手段は、キャリアに設けられた、所定の幅からなるキャリアの表面より裏面に貫通する小径部分である長穴、およびその端部に設けられた幅より大きな直径を有する貫通穴からなる大径部分とからなるキャリア脱着穴と協動するものであって、基板交換ハンドにおいて基板、マスクおよびキャリアを固定する基板に対して垂直な方向に回転可能な基板固定部と、基板固定部のキャリア脱着穴に対応する位置に設けられた、その先端部に大径部分の直径より小さく且つ長穴の幅より大きな直径を有する大径部を有し、長穴の幅よりも小さな直径を有すると共に長穴の深さよりも大きな長さを有するキャリア固定ピンとからなることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換ユニットは、成膜装置における、基板と、基板の所定部分を覆うマスクと、基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダとの間で、成膜前および成膜後の基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、キャリアホルダに対して成膜前および成膜後の基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ハンドと、成膜前および成膜後の基板およびマスクが載置されるステージと、基板交換ハンドより成膜後の基板、マスクおよびキャリアを受け取り、ステージに対して成膜後の基板およびマスクを受け渡し、キャリアを保持した状態にて所定時間待機した後、成膜前の基板およびマスクをステージより受け取るアームヘッドとを有することを特徴としている。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る基板交換方法は、成膜装置における、基板と、基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し且つ磁性体を用いて基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換方法であって、基板交換ハンドによって、キャリアホルダから、基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、アームヘッドによって、基板交換ハンドから、基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、アームヘッドからステージ上に基板およびマスクを載置する工程と、ステージ上の基板およびマスクを、新たな基板およびマスクに交換する工程と、アームヘッドによって、ステージ上の新たな基板およびマスクをキャリアと共に保持し、基板交換ハンドに受け渡す工程と、基板交換ハンドによって、キャリアホルダに新たな基板およびマスクおよびキャリアを受け渡す工程とからなり、ステージ上の基板およびマスクを交換する際に、アームヘッドに保持されたキャリアの冷却が行われることを特徴としている。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る実施の形態である基板交換ユニットおよびスパッタリング装置について、上方より見た場合の概略構成を図１に示す。本実施の形態においては、１３の成膜室１０２および基板の供給および取出し室１０３の、１４室からなるスパッタリング装置１００を例として述べる。なお、１４角形の各辺上に配置された成膜室１０２には、各々放電空間をターゲット近傍の特定領域に限定するため等に用いられるいわゆるアースシールドと呼ばれる構成、装置内部へのよけいなスパッタ粒子の付着を防止するためのいわゆる防着シールドと呼ばれる構成、放電に用いるアルゴンガス等の導入系、および真空排気系等の種々の構成が配置されている。しかしながら、これら構成は本発明と直接の関係はないために、図示およびここでの説明は省略することとする。
【００１７】
各成膜室１０２が円周上に配置された中央部には、キャリアホルダ搬送ユニット１０５が配置されている。キャリアホルダ搬送ユニット１０５には、基板１、マスク２およびキャリア１０を同時に保持するキャリアホルダ７０が、キャリアホルダ搬送ユニット１０５の回転中心を中心として放射状に１４個保持されている。本発明においては、キャリア１０は、キャリアホルダ７０とは独立して取り扱うことを可能としている。各キャリアホルダ７０は、キャリアホルダ搬送ユニット１０５によって、各成膜室１０２に対して各々が正対するように回転駆動される。
【００１８】
図に示す装置においては、供給および取出し室１０３において、キャリアホルダ７０が基板１、マスク２およびキャリア１０を受け取り、連続する各成膜室１０２の前で所定時間停止して薄膜の形成を行うという工程を、時計回りに回転しながら各順次行っていく。１３の成膜室１０２の前を通過し、当該装置１００における成膜工程が終了した基板１は、マスク２、およびキャリア１０と共に供給および取出し室１０３より取り出される。供給および取出し室１０３の前に配置された基板交換ユニット６は、基板交換ハンド２０によって、成膜工程が終了した基板１、マスク２およびキャリア１０をキャリアホルダ７０から受け取る。
【００１９】
基板交換ユニット６は、基板交換ハンド２０と、第１および第２のアームヘッド３０、４０と、第１および第２のステージ５０、６０とから構成されている。第１および第２のアームヘッ３０、４０ドは、その先端部にそれぞれ第および第２のヘッド部３１、４１を有しており、その他端部において略９０゜の夾角を保つように連結され、その連結部を中心として、不図示のアームヘッド駆動機構によって、回動可能に支持されている。第１および第２のステージ５０、６０は、当該連結部を中心として１８０゜対称となり且つ当該連結部からの距離が当該連結部からヘッド部３１、４１中心までの距離と等しくなる位置にそれぞれ配置されている。
【００２０】
また、後述する基板交換ハンド２０の水平位置は、第１および第２のステージ５０、６０の中間であって当該回転中心からの距離が当該連結中心からヘッド部３１、４１中心までの距離と等しくなる位置に配置されている。また、アームヘッド３０、４０が待機位置８０にある時、第１および第２のヘッド部３１、４１は、第１のステージ５０と基板交換ハンド２０との水平位置との中間、および第２のステージ６０と基板交換ハンド２０との水平位置との中間にそれぞれ位置することとなる。当該構成により、第１のヘッド部３１が第１のステージ５０上にある場合には第２のヘッド部４１は水平状態にある基板交換ハンド２０上にあり、第２のヘッド部４１が第２のステージ６０上にある場合には、第１のヘッド部３１が水平状態にある基板交換ハンド２０上にあることとなる。
【００２１】
基板交換ユニット６における、基板交換ハンド２０に対する基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡し等の手順について述べる。なお、以下の説明の参照として、キャリア１０を正面から見た状態を図２に、基板交換ハンド２０と第１および第２のアームヘッド３０、４０との間で基板１、マスク２およびキャリア１０を授受する際の状態の断面概略を図３に、キャリアホルダ７０と基板交換ハンド２０との間で基板１、マスク２およびキャリア１０を授受する際の状態の断面概略を図４に、第１および第２のステージ５０、６０上に基板１およびマスク２が保持された状態の断面概略を図５に、第１および第２のアームヘッド３０、４０がキャリア１０を保持した状態の断面概略を図６にそれぞれ示す。なお、本実施例においては中央部に貫通孔を形成していない基板１を用いることとし、従ってインナーマスクを用いない構成となっている。
【００２２】
本実施例において、キャリア１０は、基板保持面に、アウターマスク２の裏面凸部３を収容する環状の溝部１１と、当該溝部１１の底面に配置された小マグネット１２とを有している。また、環状溝部１１の外周には、キャリア表面から裏面に貫通するキャリア固定用穴１３およびキャリア脱着用穴１４が、キャリア中心から等距離で配置されている。
【００２３】
キャリア固定用穴１３およびキャリア脱着用穴１４は、円形の通し穴が円周方向に延在された長穴からなる小径部分１５と、その一端部において当該円形の内径より径の大きい大径部分１６が連続することによって構成されている。なお、円周方向にキャリア固定用穴１３は９０゜づつ位置をずらして配置されており、キャリア脱着用穴１４はキャリア固定用穴１３同士の中間に位置するように配置されている。また、キャリア固定用穴１３とキャリア脱着用穴１４とは、長穴に対する大径部分１６の構成位置が、円周方向で逆の位置となるように配置されている。
【００２４】
まず、成膜終了後の基板１が存在する供給および取出し室１０３に対し、乾燥窒素等が導入されて当該室の大気中への開放がなされる。スパッタリング装置１００内において、基板１、マスク２およびキャリア１０は、図４に示すように、キャリアホルダ７０によって支持されている。キャリアホルダ７０におけるキャリア固定部７１は、キャリアホルダ回転モータ７２に連結されており、ベアリング７３によって回転可能に支持されている。なお、キャリア１０に設けられた小マグネット１２の磁力によってマスク２がキャリア１０に密着、固定されており、略円板形状を有する基板１は、このマスク２とキャリア１０とによって挟持された状態で、キャリア１０によって保持されている。
【００２５】
当該キャリアホルダ７０は、不図示のマグネットと、キャリア固定用穴１３に対応した位置に配置された、キャリア固定部７１に設けられたキャリア固定ピン７４とを有している。キャリア固定ピン７４は、小径部７５と先端部に設けられた大径部７６とからなり、小径部７５はキャリア固定用穴１３の小径部分１５を挿嵌可能な径からなり、大径部７６はキャリア固定用穴１３の大径部分１６を挿嵌可能であり且つ小径部分１５を挿嵌不可能な径からなる。また、キャリア固定ピン７４の小径部７５の長さは、キャリア固定用穴１３の小径部分１５の深さより大きくなうように設定されている。
【００２６】
不図示のマグネットの磁力によって、２マスク、キャリア１０はキャリアホルダ７０によって吸着、保持されている。キャリア固定用穴１３の大径部分１６にキャリア固定ピン７４を挿嵌した後、キャリアホルダ回転用モータ７２を用いて、キャリア固定部７１と共にキャリア固定ピン７４をキャリア固定用穴１３の小径部分１５方向に回転させる。この操作によって、キャリア固定ピン７４の大径部７６とキャリア固定用穴１３の小径部分１５とが係合し、キャリアホルダ７０に対するキャリア１０の固定が為されている。
【００２７】
基板交換ハンド２０は、キャリア脱着用モータ２２に接続され、且つベアリング２３によって回転可能に支持されたキャリア支持部２１を有する。キャリア支持部２１は、キャリア支持面においてキャリア１０を固定、保持し、当該支持面には、キャリア１０に設けられたキャリア脱着用穴１４と対応する配置に、前述のキャリア固定ピン７４と同形状のキャリア脱着ピン２４が設けられている。
【００２８】
なお、キャリア脱着ピン２４もキャリア固定ピン７４と同様に小径部２５とその先端の大径部２６とを有し、小径部２５の長さがキャリア脱着用穴１４の小径部分１５の深さより長くなるように設定されている。これらキャリア脱着用ピン２４は、キャリア脱着用穴１４と協動するキャリア脱着手段を構成する。当該基板交換ハンド２０が前述の基板１等を保持した状態にあるキャリアホルダ７０に接近し、キャリア脱着ピン２４をキャリア脱着用穴１４の大径部分１６に挿嵌する。続いて、キャリア脱着用回転モータ２２を用いて、大径部分１６にあるキャリア脱着ピン２４を小径部分１５方向に回転移動させ、キャリア１０を基板交換ハンド２０に対して固定する。
【００２９】
略同時に、キャリアホルダ回転モータ７２を用いて、キャリア固定部７１と共にキャリア固定ピン７４をキャリア固定用穴１３の大径部分１６に回転移動させる。これにより当該基板１、マスク２およびキャリア１０は、キャリアホルダ７０から離脱可能となり、基板１等のキャリアホルダ７０から基板交換ハンド２０への受け渡しが終了する。その後、不図示の基板交換ハンド駆動機構により、基板交換ハンド２０は後退し、キャリアホルダ７０に対して正対する基板を略垂直に支持する垂直姿勢から、基板１を上方にて略水平方向に支持する水平姿勢となるように駆動される。
【００３０】
基板交換ハンド２０が基板１、マスク２およびキャリア１０をキャリアホルダー７０から受け取り、水平方向にその姿勢を変える操作が行われる間、第１および第２のアームヘッド３０、４０はそれぞれの待機位置８０にてその動作を停止している。その際、次にキャリアホルダ７０に受け渡されるべきキャリア１０は、図６に示す状態で、第１のアームヘッド３０における第１のヘッド部３１に保持されており、当該待機位置８０において窒素ガス等により冷却されている。また、第２のアームヘッド４０における第２のヘッド部４１は、成膜済みの基板１等を受け取るために、キャリア１０等を何ら保持しない状態で当該待機位置８０において待機している。
【００３１】
第１のヘッド部３１が有するキャリア１０に対して受け渡されるべき成膜前の基板１は、図５に示す状態で、第１のステージ５０上に準備されている。成膜前の基板１は、第１のステージ５０上に成膜面を下方（ステージ表面）に向けた状態でマスク２と一体化されて載置されている。当該ステージ５０は、その内部に、ステージ用マグネットアーム５３に支持されたステージ用マグネット５２を有しており、当該マグネットアーム５３はステージ用エアシリンダ５４に接続されている。これらステージ用マグネット５２、ステージ用マグネットアーム５３およびステージ用エアシリンダ５４は、マスク固定手段を構成する。
【００３２】
当該シリンダ５４の駆動によって、ステージ用マグネット５２は、ステージ用マグネットアーム５３を介して、ステージ表面であるマスク支持面５１に対して最も近い位置と遠い位置との間を移動する。ステージ用マグネット５２がステージ表面５１に最も近づいた図５の状態で、磁性体により構成されたアウターマスク２は、ステージ表面に対して固定、保持される。当該アウターマスク２が、ステージ用マグネット５２により所定位置に固定されることにより、基板１もマスク２に応じた所定位置に保持されることとなる。
【００３３】
図６に示すように、第１および第２のヘッド部３１、４１はその内部に、ヘッド用マグネットアーム３４に支持されたヘッド用マグネット３３を有しており、当該マグネットアーム３４はヘッド用エアシリンダ３５に接続されている。当該シリンダ３５の駆動によって、ヘッド用マグネット３３は、ヘッド用マグネットアーム３４を介して、ヘッド部３１におけるキャリア支持面３２に対して最も近い位置と遠い位置との間を移動する。ヘッド用マグネット３３がキャリア支持面３２に最も近づいた図６の状態で、内部に小マグネット１２を有するキャリア１０は、当該マグネット３３の磁力によってキャリア支持面３２に対して固定、保持される。当該状態が、現時点における第１のヘッド部３１の待機状態となる。
【００３４】
次に、不図示のアームヘッド駆動機構により、第１および第２のアームヘッド３０、４０が連結部を中心として回動され、第１のヘッド部３１が第１のステージ５０上に、また第２のヘッド４１部が水平状態の基板交換ハンド２０上に移動後、その回動が停止される。ここで、各々のヘッド部３１、４１は、第１のステージ５０の表面、および水平状態の基板交換ハンド２０のキャリア支持部２１に向かって降下される。第１のヘッド部３１が保持するキャリア１０が、第１のステージ５０上のマスク２および基板１と接触し、同時に第２のヘッド部４１が、基板交換ハンド２０が保持するキャリア１０と接触した時点で、この降下を停止する。これらの接触状態は、不図示の通常のタッチセンサにより確認している。
【００３５】
この状態で、第１のステージ５０においては、ステージ用エアシリンダ５４の操作によってステージ用マグネット５２がステージ表面とは最も遠い位置に移動する。このため、当該マグネット５２がマスク２に及ぼす磁力より、キャリアに配置された小マグネット１２および第１のヘッド部３１におけるヘッド用マグネット３３がマスク２におよぼす磁力が大きくなる。その結果、基板１およびマスク２がキャリア１０に密着し、これらが一体として第１のヘッド部３１に保持されることとなる。
【００３６】
前述の如く、第２のヘッド部４１は、第１のヘッド部３１と共に降下され、キャリア１０等を何ら保持しない第２のヘッド部４１は、そのキャリア支持部２１が基板交換ハンド２０上のキャリア１０の裏面と接触して、その降下が停止される。次に、ヘッド用エアシリンダ３５の操作によってヘッド用マグネット３３をキャリア支持面３２に最も近い状態とし、当該マグネット３３の磁力によって、マスク２、およびキャリア１０を、これらが基板１を挟持した状態でキャリア支持面に吸着させる。その後、キャリア脱着用回転モータ２２によって基板交換ハンド２０におけるキャリア支持部２１およびキャリア脱着ピン２４が回転され、キャリア脱着用穴１４とキャリア脱着ピン２４との係合が解除される。
【００３７】
以上の手順を経て、第１のヘッド部３１は、成膜前の基板１を挟持したマスク２およびキャリア１０を保持し、第２のヘッド部４１は、成膜後の基板１を挟持したマスク２およびキャリア１０を保持した状態となる。この状態で、不図示のアームヘッド駆動機構により第１および第２のアームヘッド３０、４０は所定高さまで上昇され、続いて、第１のヘッド部３１が基板交換ハンド２０上に位置し、且つ第２のヘッド部４１が第２のステージ６０上に位置するまで回転駆動される。
【００３８】
その後、第１および第２のアームヘッド３０、４０は降下し、第１のヘッド部３１が保持するキャリア１０に設けられているキャリア脱着用穴１４に対して、基板交換ハンド２０のキャリア脱着ピン２４が挿嵌して、その降下が停止される。その際、同時に、第２のヘッド部４１に保持されたマスク２も、第２のステージ６０におけるマスク支持面５１に接触する。ここで、基板交換ハンド２０におけるキャリア支持部２１およびキャリア脱着ピン２４がキャリア脱着用モータ２２によって回転移動される。これにより、キャリア脱着ピン２４がキャリア脱着用穴１４の小径部分１５に移動し、キャリア脱着用ピン２４の大径部２６とキャリア脱着用穴１４の小径部分１５が係合して、基板交換ハンド２０に対する成膜前基板１、およびこれを挟持するマスク２およびキャリア１０の固定が為される。
【００３９】
その後、第１のヘッド部３１におけるヘッド用マグネット３３が、ヘッド用エアシリンダ３５によって、第１のヘッド部３１におけるキャリア支持面３２から最も遠い位置に移動される。これら第１のヘッド部３１から基板交換ハンド２０への基板１等の受け渡しが行われると同時に、第２のヘッド部４１から第２のステージ６０へのマスク２および基板１の受け渡しが行われる。なお、第２のステージ６０は、上述の第１のステージ５０と同じ構造を有している。
【００４０】
第２のステージ６０にマスク２が接触した状態で、第２のステージ６０に設けられたステージ用マグネット５２が、ステージ用マグネットアーム５３を介して、ステージ用エアシリンダ５４によってステージ表面であるマスク支持面５１に対して最も近い位置まで駆動される。この状態において、第２のヘッド部４１におけるヘッド用マグネット３３および当該ヘッド部４１に保持されたキャリア１０における小マグネット１２によってマスク２におよぼされる磁力より、ステージ用マグネット５２によってマスク２におよぼされる磁力の方が強くなる。
【００４１】
しかしながら、ヘッド用マグネット３３がキャリア１０の小マグネット１２におよぼす磁力は、ステージ用マグネット５２が当該小マグネット１２におよぼす磁力よりも強くなるように設定されている。このため、この状態で第２のヘッド部４１が上昇すると、基板１およびマスク２は第２のステージ６０によって吸着保持され、キャリア１０は第２のヘッド部４１によって吸着保持されることとなる。その際、基板１、マスク２およびキャリア１０を基板交換ハンド２０に受け渡した第１のヘッド部３１も同時に上昇する。
【００４２】
その後、第１および第２のアームヘッド３０、４０は、アームヘッド駆動機構によってそれぞれ待機位置８０上に位置するように回転駆動される。この状態で、前述のキャリアホルダ７０から基板交換ハンド２０への基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡しとは逆の手順で、基板交換ハンド２０からキャリアホルダ７０への基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡しが行われる。第２のステージ６０上に載置された成膜済みの基板１およびマスク２は、不図示の基板移載ロボットによって成膜前の新たな基板１およびマスク２と交換される。同時に、成膜前の基板１等を保持したキャリアホルダ７０が存在する仕込み取出し室が排気され、当該基板１に対する成膜工程が開始される。
【００４３】
その後、新たな成膜済み基板１、マスク２およびこれらを保持するキャリア１０を保持するキャリアホルダ７０が基板供給および取出し室１０３に移動し、且つ当該室の大気開放が為される。成膜前基板１およびマスク２が第２のステージ６０載置され、第２のヘッド部４１にキャリア１０が保持され、第１のステージ５０に何ら載置されておらず、且つ第１のヘッド部３１が何ら保持しないこの状態は、これまで述べた基板１、マスク２およびキャリア１０の受け渡し手順において、各ステージおよび各ヘッド部がそれぞれ入れ替わった状態となっている。以下、基板の受け渡し手順がステージおよびヘッド部を入れ替えた以外は前述の通り繰り返される。
【００４４】
基板の受け渡し工程を以上の手順とすることにより、ヘッド部が待機位置にある際に、ヘッド部が保持するキャリアを徐冷あるいは強制的に冷却することが可能となる。これにより、常に一定の温度、あるいは所定の温度以下に管理されたキャリア上に基板を載置して、スパッタリング装置における薄膜形成を行うことが可能となる。従って、ある程度以上の時間、基板をプラズマに晒すような成膜プロセスが必要となった場合においても、当該キャリアの熱容量を適当なものとすることによって、基板の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００４５】
なお、本実施例においては、中央部に貫通穴が設けられていない基板を用いることとしている。しかし本発明はこれに限定されず、中央部に貫通穴を有する基板を用いても良い。また、ステージにおけるマスク固定手段として、マグネットによる磁力を用いることとしているが、真空吸着等、種々の固定方法を用いることが可能である。また、キャリア脱着手段としてキャリア脱着ピン等を用いることとしているが、この部分にも真空吸着等の種々の固定方法を適応することが可能である。また、基板中央部を覆う、いわゆる内マスクと呼ばれる更なるマスクを用いることとしても良い。この場合、当該内マスクの基板に対する固定は、キャリア内部に埋設したマグネットによることとしても良く、内マスク固定用に別個のマグネットを用いることとしても良い。
【００４６】
また、基板交換ハンド、アームヘッドおよびステージにおいて、基板等を水平に保持して各構成間での受け渡しを行うこととしているが、基板等を略垂直に保持して各構成間での受け渡しを行う構成としても良い。また、本実施例においては、待機位置においてキャリアを冷却する際に乾燥窒素等を吹きかけることとしているが、キャリアの冷却方法はこれに限定されない。具体的には、水冷等された板状の冷却機構等を、待機位置におけるヘッド部の下方に配置し、大気中に当該冷却機構をキャリアに押し付ける操作を行っても良い。また、ヘッド部自身に水冷機構等を設け、これによってキャリアの温度管理を行うこととしても良い。
【００４７】
また、本発明を用いる際に対象となる薄膜形成装置としてスッパタリング装置を挙げたが、本発明の適応はこれに限られず、蒸着装置、ＣＶＤ装置等、種々の薄膜形成装置に対して適応することが可能である。また、本発明は、単に光ディスク等の製造方法として用いられるだけでなく、中央部の除去工程が後に施される製品、例えばハードディスク等、円盤状の部材全ての製造工程に対しても適応可能である。
【００４８】
【本発明の効果】
本発明の実施により、キャリアの温度を一定あるいは所定温度以下に保った状態で、基板等を保持させることが可能となる。これにより、長時間基板をプラズマに晒すことを要する成膜プロセスを実施する場合であっても、基板に与えられた熱エネルギーを冷却されたキャリアに逃がすことが可能となり、より広範な成膜条件にて基板上への薄膜形成を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板交換ユニットおよびスパッタリング装置の平面上での概略構成を示す図である。
【図２】キャリアを正面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図３】基板交換ハンドと第１および第２のアームヘッドとの間で基板、マスクおよびキャリアを授受する際の状態の断面概略を示す図である。
【図４】キャリアホルダと基板交換ハンドとの間で基板、マスクおよびキャリアを授受する際の状態の断面概略を示す図である。
【図５】第１および第２のステージ上に基板およびマスクが保持された状態の断面概略を示す図である。
【図６】第１および第２のアームヘッドがキャリアを保持した状態の断面概略を示す図である。
【符号の説明】
１： 基板
２： マスク（アウターマスク）
３： マスク裏面凸部
６： 基板交換ユニット
１０： キャリア
１１： 環状溝部
１２： 小マグネット
１３： キャリア固定用穴
１４： キャリア脱着用穴
１５： 小径部分
１６： 大径部分
２０： 基板交換ハンド
２１： キャリア支持部
２２： キャリア脱着用モータ
２３： ベアリング
２４： キャリア脱着用ピン
２５： 脱着ピン小径部
２６： 脱着ピン大径部
３０： 第１のアームヘッド
３１： 第１のヘッド部
３２： キャリア支持面
３３： ヘッド用マグネット
３４： ヘッド用マグネットアーム
３５： ヘッド用エアシリンダ
４０： 第２のアームヘッド
４１： 第２のヘッド部
５０： 第１のステージ
５１： マスク支持面
５２： ステージ用マグネット
５３： ステージ用マグネットアーム
５４： ステージ用エアシリンダ
６０： 第２のステージ
７０： キャリアホルダ
７１： キャリア固定部
７２： キャリアホルダ回転モータ
７３： ベアリング
７４： キャリア固定ピン
７５： 固定ピン小径部
７６： 固定ピン大径部
８０： 待機位置
１００： スパッタリング装置
１０２： 成膜室
１０３： 基板供給および取出し室
１０５： キャリアホルダ搬送ユニット
Claims (4)
- 基板と、前記基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し且つ前記磁性体を用いて前記基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で前記基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、
前記キャリアホルダから、前記基板およびマスクと共に前記キャリアを受け取る際、および前記基板、マスクおよびキャリアを保持する際に用いされるキャリア脱着手段を有する基板交換ハンドと、
前記基板交換ハンドと正対し、前記基板交換ハンドとの間で、磁力を用いて前記基板、マスク、およびキャリアを授受するヘッド部と、
前記マスクをその表面に固定するマスク固定手段を有し、前記基板交換ハンドとは異なる位置において前記ヘッド部と正対して、前記マスク固定手段を用いて前記ヘッド部との間で前記マスクおよび基板の授受を行うステージと、
前記基板交換ハンドと前記ステージとの間に存在し、前記基板およびマスクを前記ステージに受け渡した後の前記ヘッド部に保持された前記キャリアを冷却する待機位置とを有することを特徴とする基板交換ユニット。 - 前記基板交換ハンドにおける前記キャリア脱着手段は、前記キャリアに設けられた、所定の幅からなる前記キャリアの表面より裏面に貫通する小径部分である長穴、およびその端部に設けられた前記幅より大きな直径を有する貫通穴からなる大径部分とからなるキャリア脱着穴と協動するものであって、前記基板交換ハンドにおいて前記基板、マスクおよびキャリアを固定する前記基板に対して垂直な方向に回転可能な基板固定部と、前記基板固定部の前記キャリア脱着穴に対応する位置に設けられた、その先端部に前記大径部分の直径より小さく且つ前記長穴の幅より大きな直径を有する大径部を有し、前記長穴の幅よりも小さな直径を有すると共に前記長穴の深さよりも大きな長さを有するキャリア固定ピンとからなることを特徴とする請求項１記載のユニット。
- 基板と、前記基板の所定部分を覆うマスクと、前記基板および前記マスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で、成膜前および成膜後の前記基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ユニットであって、
前記キャリアホルダに対して前記成膜前および成膜後の基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換ハンドと、
前記成膜前および成膜後の基板およびマスクが載置されるステージと、
前記基板交換ハンドより前記成膜後の基板、マスクおよびキャリアを受け取り、前記ステージに対して前記成膜後の基板およびマスクを受け渡し、前記キャリアを保持した状態にて所定時間待機した後、前記成膜前の基板およびマスクを前記ステージより受け取るアームヘッドとを有することを特徴とする基板交換ユニット。 - 基板と、前記基板の所定部分を覆う磁性体からなるマスクと、磁性体を有し、且つ前記磁性体を用いて前記基板およびマスクを保持するキャリアとを保持する、成膜装置におけるキャリアホルダ、との間で前記基板、マスクおよびキャリアを授受する基板交換方法であって、
基板交換ハンドによって、前記キャリアホルダから、前記基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、
アームヘッドによって、前記基板交換ハンドから、前記基板、マスクおよびキャリアを受け取る工程と、
前記アームヘッドからステージ上に前記基板およびマスクを載置する工程と、前記ステージ上の前記基板およびマスクを、新たな基板およびマスクに交換する工程と、
前記アームヘッドによって、前記ステージ上の前記新たな基板およびマスクを前記キャリアと共に保持し、前記基板交換ハンドに受け渡す工程と、
前記基板交換ハンドによって、前記キャリアホルダに前記新たな基板およびマスクおよび前記キャリアを受け渡す工程とからなり、
前記ステージ上の基板およびマスクを交換する際に、前記アームヘッドに保持された前記キャリアの冷却が行われることを特徴とする基板交換方法。
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