JP4336003B2 - 真空容器ロードロック装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空ロードロック装置に係り、特に、半導体ウエハやガラス基板などにイオンビームを照射してプロセス処理などを行なわせる真空容器内においてワーク出入口に設けられてワークの受渡しをなすための真空ロードロック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハやガラス基板などのワークに薄膜を形成したり、エッチングなどのプロセス処理したりする場合、パーティクルなどの汚染物が少ないことや、イオンビームの散乱が防げるなどの理由から、通常、真空容器内において処理が行われる。そして、従来は、ワーク収容カセットを介して真空容器に１枚ずつロードロックチャンバに搬入した後、チャンバ内を真空状態とし、トランスファーマシンによりロードロックチャンバからプロセス処理チャンバに移送するように構成されている。
【０００３】
従来のシステムでは、ロードロックチャンバ、トランスファーチャンバ、プロセスチャンバを一直線上に配列し、ロードロックチャンバにワークを一枚ずつ搬入して、ワークを直線移動させることで処理するような構成となっていた。しかし、近年、ワークが大型化しており、ワークを水平方向に移動させると広いスペースを必要とするために、最近では、プロセス処理を行なわせるプロセスチャンバを縦型として、ワークを上下方向に移動させて処理する構造のものも提示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラス基板のように薄くて矩形の大型ワークに対する真空プロセス処理は、その形状に起因して搬送方向に一定の制限があり、ローディングする際も一枚ずつ行ない、プロセス処理も一枚単位で行われているのが実状である。このため、処理効率が非常に悪いという問題があった。また、ワークローディングの後に真空引きするが、このときローディングされた基板が吸引負圧による空気の動きにより真空容器内で振動して搭載台座上でバタついたり、搭載位置がズレたりする問題があった。特に、真空容器内では負圧吸着ができないので、搬入されたワークの固定ができず、したがって処理速度を上げるために吸引速度を高くするなどの対策を講じることができない。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので、ワーク形状に制限を受けることがない真空ロードロック装置を提供することを目的としている。また、ワークのローディング方向を任意に設定することができ、スペースの有効活用ができるとともに、複数枚のワークを同時に処理することができるようにした真空ロードロック装置を提供することを目的とする。更に、真空引きする際にワークを保持できるようにし、ワークのバタつきによる位置ずれなどの問題を引き起こすことのない構造とした真空ロードロック装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る真空ロードロック装置は、プロセス処理をなすための真空容器のワーク出入口に設けられてなる真空ロードロック装置において，前記ワークが収容されるロードロックチャンバに設けられたワーク搭載台座をロータにより回転可能に支持し、プロセス処理部に搬送するトランスファーチャンバの取り出し方向に合わせて搭載ワークの向きを変更可能としてなることを特徴としている。
【０００７】
上記構成において、前記ロードロックチャンバを上下に複数段配置し、各ロードロックチャンバに設けられた記ワーク搭載台座をロータにより回転可能に支持するようにすればよい。また、前記ロードロックチャンバを前記トランスファーチャンバの周囲に複数設けた構成とする。複数のロードロックチャンバの出入口を独立して締め切り可能となしておくことができる。更に、前記ロードロックチャンバには前記ワーク搭載台座の周囲に搭載ワークを把持する振動抑制手段を設けるようにすればよい。この振動抑制手段は、搭載ワークの点対称位置にて側端面を押圧して搭載ワークの位置決めをなすセンタリング手段を兼用させる構成とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る真空ロードロック装置の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図５に実施形態に係る真空ロードロック装置を具備したイオン注入システムの全体構成の概略図を示す。このシステムはワークとしてのガラス基板Ｗに対してイオンビームＢを照射するプロセス処理をなすもので、ガラス基板Ｗの搬入搬出部となるロードロックチャンバＬＣ、実際のプロセス処理をなす室となる縦型のプロセスチャンバＰＣ、およびこれらの間でガラス基板の受渡しをなすトランスファーチャンバＴＣとを有し、これらを真空容器として構成している。この実施形態では、ロードロックチャンバＬＣを上下二段としつつこれを左右に併設した構成となっており、チャンバにてガラス基板Ｗを搬入して真空引きし、プロセスチャンバＰＣに真空搬送した後にプロセス処理をなし、当該プロセス処理終了後に真空搬送して別のチャンバに戻して不活性ガスによるパージを行なって大気搬出する一連の作業を、ローテーションを組んで連続的に行なわせるようにしている。
【０００９】
真空ロードロック装置の実施形態を図１〜４を参照して説明する。図１は同装置の一部断面平面図、図２は同縦断面図、図３は同側面図、図４は同装置に内蔵されている上部ワーク搭載台座の斜視図である。このロードロック装置は、図５にも示したように、ロードロックチャンバＬＣを上下二段としつつこれをトランスファーチャンバＴＣに向かって左右に併設することにより４つのロードロックチャンバＵＬ、ＬＬ、ＵＲ、ＬＲを形成している。図１〜４において、４つのロードロックチャンバを番号２００（２００ＵＬ、２００ＬＬ、２００ＵＲ、２００ＬＲ）で示している。
【００１０】
このチャンバ２００は真空チャンバケース２０２によって外部と遮断されるが、大気側との間でガラス基板Ｗを搬出入させるため、各ロードロックチャンバ２００には開閉扉２０４によって仕切られる外部出入口２０６が設けられ、この外部出入口２０６は同一面となるように設定され（図１右側端面）、大気トランスファーマシン２０８が左右上下に移動することによって、カセット収納されたガラス基板Ｗを各ロードロックチャンバ２００に位置を合わせ、受渡しアーム２０９をチャンバ内に出し入れしてワーク搬入ができるようにしている。
【００１１】
一方、各ロードロックチャンバ２００は、真空状態におかれているトランスファーチャンバ２１０（図５ではＴＣ）に対して内部出入口２１２を通じてガラス基板Ｗの受渡しをなすようにしている。トランスファーチャンバ２１０の中央に置かれている真空トランスファーマシン２１４は、左右のロードロックチャンバ２００Ｌ（２００ＵＬ、２００ＬＬ）、２００Ｒ（２００ＵＲ、２００ＬＲ）に回転して向き合うことができるようになっており、受渡しアーム２１６を差し入れてガラス基板Ｗの受渡しをなす。このため、左右の内部出入口２１２の開口面は互いに９０度の角度をなして真空トランスファーマシン２１４に対面している。
【００１２】
前記外部出入口２０６から搬入されるガラス基板Ｗは矩形とされているため、大気搬送形態と真空搬送形態が異なる。そこで、各ロードロックチャンバ２００には、ワーク搭載ユニット２３０が内蔵され、これをロータにより回転可能に支持し、搬入されたガラス基板Ｗをプロセス処理部に搬送するトランスファーチャンバ２１０の取り出し方向に合わせて搭載ガラス基板Ｗの向きを変更可能としている。この構造を図４に示した上部ワーク搭載ユニット２３０Ｕを参照して説明する。
【００１３】
真空チャンバケース２０２の天板部にロータ２２０を据え付け、カップリング２２２および磁性流体シール２２４を介して回転軸２２６をチャンバ内部に突出させている。回転軸２２６の下端には門型吊り下げフレーム２２８を介して座板２３２が前記回転軸２２６によって水平回転できるように支持されている。座板２３２は盤面上にガラス基板Ｗを搭載支持するが、この搭載面には搭載ユニット２３０が固定され、ユニット上面にガラス基板Ｗを載せるようにしている。搭載ユニット２３０は座板２３２の上面に一対のバー２３４、２３４を平行に置き、その間に小型板２３６を配置し、これらの上面にガラス受け２３８を合計８個所設けてガラス基板Ｗを載せるようにしている。そして、載置されているガラス基板Ｗの下面に、トランスファーマシン２０８、２１４における受渡しアーム２０９、２１６に先端に設けられたＵ字形状のハンドを前後からそれぞれ差し入れできるように、隙間を形成しているのである。
【００１４】
このような上部ワーク搭載ユニット２３０Ｕは、上部ロードロックチャンバ２００ＵＬ、２００ＵＲに各々装備されている。下部ロードロックチャンバ２００ＬＬ、２００ＬＲにも同様のワーク搭載ユニット２３０が装備されているが、この下部ワーク搭載ユニット２３０Ｌは、ロータ２２０から回転軸２２６に至る機構部がチャンバ底面部に取り付けられ、チャンバ内に突出された回転軸２６に直接回転可能に支持されている。すなわち門型吊り下げフレーム２２８は介在されていない。その他の構成は上部ワーク搭載ユニット２３０Ｕと同様である。
【００１５】
このような構成により、４室のロードロックチャンバ２００では、それぞれ、搬入されたガラス基板Ｗを搭載したワーク搭載ユニット２３０を４５度回転させることにより、真空トランスファーマシン２１４の受渡し方向にガラス基板Ｗの向きを合わせることができる。
【００１６】
ところで、ガラス基板Ｗが各ロードロックチャンバ２００に搬入された後、チャンバ内を真空引きするが、外部出入口２０６は開閉扉２０４により閉め切り可能とされ、同時に内部出入口２１２部分もシャッタ２４０により閉め切り可能としている。また、真空引きのために左右のロードロックチャンバ２００Ｌ、２００Ｒの中間部位に真空吸引のためのダクト手段２４２が設備されている。
【００１７】
ロードロックチャンバ２００を真空引きすると、内部に搬入されているガラス基板Ｗは急激な圧力変動により、ワーク搭載ユニット２３０上でバタつくおそれがある。これを防止するために、各ロードロックチャンバ２００には前記ワーク搭載ユニット２３０の周囲に搭載ガラス基板Ｗを把持する振動抑制手段２４４を設けている。これは同時に搭載ガラス基板Ｗを点対称位置にて側端面を押圧して搭載ガラス基板Ｗの位置決めをなすセンタリング手段を兼用させている。
【００１８】
図１にはこの振動抑制手段２４４の配置形態を示し、図６〜図７に詳細構成を示している。図示のように、各ロードロックチャンバ２００内には、ワーク搭載ユニット２３０上の搭載ガラス基板Ｗの点対称位置にて側端面を押圧して位置決めをなす一対の端面位置調整手段２４６，２４６が配置され、これらが振動抑制手段２４４を構成している。各端面位置調整手段２４６はワーク搭載ユニット２３０上に載置されているガラス基板Ｗの対角線上に位置する各コーナ部分の外方に配置されている。各端面位置調整手段２４６は真空チャンバケース２０２の天板および底板からチャンバ内に突入されている回転支柱２４８を有している。この回転支柱２４８の先端部に水平アーム２５０が取り付けられており、この水平アーム２５０を水平旋回してガラス基板Ｗの隅部上面まで移動できるようになっており、矩形ガラス基板Ｗの各縁辺に対して４５度をなす角度まで旋回させて停止されるよう構成されている。水平アーム２５０の上面部には一対の押えローラ２５２、２５２が取り付けられ、これがガラス基板Ｗのコーナを挟む側端面に各々当接するように配置される。したがって、回転支柱２４８を回転させて水平アーム２５０の旋回を行なわせ、水平アーム２５０がガラス基板Ｗの辺と４５度をなす位置で停止されることにより、搭載ガラス基板Ｗが位置ずれしていても押えローラ２５２，２５２によってコーナ位置が正規の搭載位置に調整される。各端面位置調整手段２４６の水平アーム２５０は搭載ガラス基板Ｗの対角線上に一対設けられているので、両者の作用で搭載ガラス基板Ｗはワーク搭載ユニット２３０上でセンタリングされる。このセンタリングは、大気側から搬入された形態のまま行なうようにしている。各端面位置調整手段２４６は、チャンバケース２０２の外部に設けた水平アーム２５０をエアシリンダ２５６の押出しにより磁性流体シール２５４を介して位置決め方向に操作し、位置決め後はエアシリンダ２５６の引込みによって前記アーム２５０が逆方向に復帰させる。エアシリンダ２５６を同時に作動させることにより容易に同期させることができる。この一対の端面位置調整手段２４６を継続して作動させることにより、ロードロックチャンバ２００内を真空引きする際に、ガラス基板Ｗは固定保持状態となり、吸引負圧変動によりバタついたり、位置ずれすることが防止される。
【００１９】
なお、前述した真空トランスファーマシン２１４は上下二段構造となっており、上部ロードロックチャンバ２００ＵＬ、２００ＵＲとのワーク受渡しは上段マシンにより行ない、下部ロードロックチャンバ２００ＬＬ、２００ＬＲとのワーク受渡しは下段マシンにより行なうようにしている。
【００２０】
このように構成されたロードロック装置の作用は次のようになる。ガラス基板Ｗ単体の処理工程としては、ロードロックチャンバ２００への搬入後の真空引き、これに続いて真空搬送によるプロセスチャンバへの移送、プロセス処理、プロセスチャンバからロードロックチャンバへの戻し移動のための真空搬送、ロードロックチャンバ２００の窒素ガスによるパージ、大気搬送といった一連の流れとなる。具体的には、ロードロックチャンバ２００の内部出入口２１２のシャッタ２４０を閉じてトランスファーチャンバ２１０との間を遮断し、外部出入口２０６の扉２０４を開いてガラス基板Ｗを搬入する。その後、扉２０４を閉じ、振動抑制手段２４４を作動させてガラス基板Ｗのセンタリングを行なうと同時にその位置に固定保持しつつ真空引きを行なう。ロードロックチャンバ２００の内部が真空状態に達した後に、前記振動抑制手段２４４を開放し、シャッタ２４０を開くと同時にロータ２２０を作動してワーク搭載ユニット２３０を４５度回転させて、ガラス基板Ｗの向きを真空トランスファーマシン２１４の受渡し方向に向ける。これを受けて真空トランスファーマシン２１４は受渡しアーム２１６をロードロックチャンバ２００内に差し入れ、ガラス基板Ｗを持上げて引き抜き、回転してプロセスチャンバＰＣ側に方向を転換する。その後は、図５から理解できるように、プロセスチャンバＰＣに装備されているプラテン上にガラス基板Ｗを載置し、ここでガラス基板Ｗを把持した後、プラテンを垂直に転回してビーム照射のための垂直移動を行なってプロセス処理をなす。この処理の完了後は、プラテン上から真空トランスファーマシン２１４がガラス基板Ｗを受け取り、反転してロードロックチャンバ２００の方向に向け、チャンバ内部のワーク搭載ユニット２３０上に載置する。ガラス基板Ｗを受け入れたロードロックチャンバ２００はシャッタ２４０を閉じ、窒素ガスによるパージを行なった後、外部出入口２０６を開放し、大気トランスファーマシン２０８によりカセットに処理済みガラス基板Ｗを格納する。
【００２１】
実施形態では、ロードロックチャンバ２００が４室あるため、上記工程をローテーションを組んで、連続的に行なうようにし、ガラス基板Ｗの１枚の処理がおよそ４分要するものとして、連続処理によって平均１分／１枚のタクトタイムで処理できるものとなっている。これは具体的には、４枚のガラス基板Ｗを同時に運用しており、１枚目について例えばロードロックチャンバ２００ＵＬに搬入して真空引きしている工程において、ロードロックチャンバ２００ＬＬに装填されて供給された２枚目は下段の真空トランスファーマシン２１４によってプロセスチャンバＰＣからロードロックチャンバ２００ＬＬへの戻し搬送を行なわせた後に窒素ガスパージ、基板交換作業を行なうようにし、ロードロックチャンバ２００ＵＲに装填されて供給された３枚目はプロセス処理と、その後に上段の真空トランスファーマシン２１４によって戻り搬送工程に置かれる。またロードロックチャンバ２００ＬＲを通じて供給された４枚目は下段の真空トランスファーマシン２１４によってプロセスチャンバへの供給過程からプラテン搭載過程にあるように設定する。この全体の処理工程を図８に示す。厳密には図示の各工程の時間が同一でないため、待ち時間が含まれるが、この連続処理を実施することによって大幅にタクトタイムを縮小することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、プロセス処理をなすための真空容器のワーク出入口に設けられてなる真空ロードロック装置において，前記ワークが収容されるロードロックチャンバに設けられたワーク搭載ユニットをロータにより回転可能に支持し、プロセス処理部に搬送するトランスファーチャンバの取り出し方向に合わせて搭載ワークの向きを変更可能としているため、ワーク形状に制限を受けることがなく、ワークのローディング方向を任意に設定することができ、スペースの有効活用ができるものとなる。更に、ロードロックチャンバを上下に多段配置し、各ロードロックチャンバに設けられた記ワーク搭載ユニットをロータにより回転可能に支持する構成とし、ロードロックチャンバを前記トランスファーチャンバの周囲に複数設けた構成とすることにより、複数枚のワークを同時に処理することができ、タクトタイムを縮減することが可能となっている。ワーク搭載ユニットの周囲に搭載ワークを把持する振動抑制手段を設け、これを搭載ワークの点対称位置にて側端面を押圧して搭載ワークの位置決めをなすセンタリング手段を兼用させた構成とすることにより、真空引きする際にワークを保持でき、ワークのバタつきによる位置ずれなどの問題を引き起こすことのない構造とした真空ロードロック装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る真空ロードロック装置の平面断面図である。
【図２】同装置の縦断面図である。
【図３】同装置の側面図である。
【図４】同装置における上部ワーク搭載台座の構成を示す斜視図である。
【図５】実施形態に係る真空ロードロック装置を具備したイオン注入システムの全体構成の概略図である。
【図６】振動抑制手段の側面図である。
【図７】振動抑制手段の平面図である。
【図８】実施形態に係る真空ロードロック装置による作業工程図である。
【符号の説明】
２００ ロードロックチャンバ
２０２ 真空チャンバケース
２０４ 開閉扉
２０６ 外部出入口
２０８ 大気トランスファーマシン
２０９ 受渡しアーム
２１０ トランスファーチャンバ
２１２ 内部出入口
２１４ 真空トランスファーマシン
２１６ 受渡しアーム
２２０ ロータ
２２２ カップリング
２２４ 磁性流体シール
２２６ 回転軸
２２８ 吊り下げフレーム
２３０ 搭載ユニット
２３２ 座板
２３４ バー
２３６ 小型板
２３８ ガラス受け
２４０ シャッタ
２４２ 真空ダクト手段
２４４ 振動抑制手段
２４６ 端面位置調整手段
２４８ 回転支柱
２５０ 水平アーム
２５２ 押えローラ
２５４ 磁性流体シール
２５６ エアシリンダ

Claims (3)

1. プロセス処理をなすための真空容器のワーク出入口に設けられてなる真空ロードロック装置において，
   前記ワークが収容されるロードロックチャンバを上下に複数段配置し、各ロードロックチャンバに設けられた記ワーク搭載台座をロータにより回転可能に支持し、プロセス処理部に搬送するトランスファーチャンバの取り出し方向に合わせて搭載ワークの向きを変更可能としてなるとともに、前記複数段のロードロックチャンバを前記トランスファーチャンバの周囲に複数設けてなり、複数のロードロックチャンバの出入口を独立して締め切り可能となしたことを特徴とする真空容器ロードロック装置。
2. 前記ロードロックチャンバには前記ワーク搭載台座の周囲に搭載ワークを把持する振動抑制手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ロードロック装置。
3. 前記振動抑制手段は搭載ワークの点対称位置にて側端面を押圧して搭載ワークの位置決めをなすセンタリング手段を兼用させてなることを特徴とする請求項２に記載の真空ロードロック装置。

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