JP4581602B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板搬送装置を備え、真空雰囲気中で薄膜形成、エッチング、熱処理などを行う真空処理装置に関する。

１台の装置で異なる複数の真空処理を順に行う場合、真空中で被処理物を処理室から次の処理室へ搬送する装置として、真空予備加熱室と処理室とを備え、真空予備加熱室に複数の基板搬送手段を設けたロードロック式真空装置が知られている。この装置では、真空予備加熱室に２段に設けた搬送装置の各々が昇降することにより搬送ラインを切り換えて、処理室との間で基板の授受を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３９１４４号公報（第２頁、図１，２）

特許文献１のロードロック式真空装置では、昇降装置で搬送ラインを切り換えて処理室への基板搬送と処理室からの基板搬入を行うので、搬送ラインの搬送動作が複雑であるという問題がある。

本発明の真空処理装置は、被処理基板を連続的に真空処理する少なくとも２つの互いに連結された処理室を備え、処理室は、それぞれ、基板搬送装置を備え、基板搬送装置は、被処理基板または被処理基板を保持する基板ホルダーを搬送面で保持しながら搬送する搬送機構と、搬送面を、基板の搬送方向における水平姿勢と該水平姿勢に対して所定の傾斜角度をもつ傾斜姿勢とに切り換える傾斜切換え機構と、少なくとも２つの処理室に設けられた基板搬送装置のそれぞれを、それらの搬送面を略一方向の勾配に傾斜させて一つの傾斜搬送面を形成する傾斜制御手段とを具備し、傾斜切換え機構は、処理室の室外に設けられた回転機構と、処理室の内部に設けられ、基板搬送装置に当接するとともに回転機構により回転が伝達される回転部材を含み、回転部材が回転し、基板搬送装置を、基板搬送装置の一端側に設けられた揺動軸を中心軸として揺動して基板搬送装置の搬送面を水平姿勢と傾斜姿勢とに切り換えることを特徴とする。

本発明の真空処理装置は、被処理基板や基板ホルダーを、搬送方向における水平姿勢と傾斜姿勢との間で搬送面を切換えて搬送するので、搬送動作が単純であり、短時間、軽動作で搬送態勢に入ることができる。また、被処理基板等の移送スピードが早く、スループットが向上する。

以下、本発明の実施の形態による真空処理装置について図１〜６を参照して説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態による真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。図２は、本発明の第１の実施の形態による真空処理装置における基板搬送装置の基板搬送動作を説明する模式図である。図３は、第１の実施の形態による真空処理装置に備えられる基板搬送装置の機構を模式的に示す概略図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図である。図４は、第１の実施の形態による真空処理装置の基板搬送のタイミングチャートを示す模式図である。図１〜４においては、同じ構成部品には同一符号を付す。

真空処理装置１００は、ロード／アンロード室を兼ねる真空予備加熱室１０とプラズマ処理室２０の２つの処理室が連結された構成である。外部ステーション７０は、真空処理装置１００とは別体のものとして配置されている。真空予備加熱室１０内には、基板搬送装置１１，１３が上下２段に配置されるとともに、ヒータＨが設置されている。ヒータＨは、室外のヒータ電源１０ｃに接続されている。真空予備加熱室１０は、排気系１０ａとリーク系１０ｂに配管接続され、大気開放と真空密閉とを切り換え可能に構成されており、基板Ｗの加熱処理を行う。基板搬送装置１１，１３は、それぞれ傾斜切換え機構１２，１４に接続されており、水平姿勢と水平から所定の傾斜角度をもつ傾斜姿勢との間で揺動できる。

プラズマ処理室２０内には、基板搬送装置２１とＲＦ電極Ｐが設置されている。ＲＦ電極Ｐは、室外のＲＦ電源２０ｃに接続されている。プラズマ処理室２０は、排気系２０ａとガス導入系２０ｂに配管接続されており、所定のガス圧力下での処理、例えば、プラズマＣＶＤ、エッチング、スパッタリングを行う。基板搬送装置２１は、傾斜切換え機構２２に接続されており、水平姿勢と水平から所定の傾斜角度をもつ傾斜姿勢との間で揺動できる。基板搬送装置１１，１３，２１をそれぞれ揺動させるための傾斜切換え機構１２，１４，２２は、駆動制御回路８０に接続されている。基板搬送装置１１，１３，２１については後に詳述する。

真空予備加熱室１０には、外部ステーション７０側に面してゲートＧ１が設けられ、真空予備加熱室１０とプラズマ処理室２０の境界には、ゲートＧ２が設けられている。ゲートＧ１は、基板Ｗの装置外部への搬出入のときのみ真空予備加熱室１０を開放し、搬出入以外のときには密閉している。ゲートＧ２は、基板Ｗの処理の際には両室内を密閉し、基板Ｗの搬出入の際には両室内を開放する。また、外部ステーション７０は、処理前の基板Ｗを保管して真空処理装置１００へ供給するとともに、処理済みの基板Ｗを回収するための室であり、内部は常時大気圧となっている。

矢印ｘ１〜ｘ４は、基板Ｗの移送動作を表す。矢印ｘ１は、ゲートＧ１を基板Ｗが通過する動作、すなわち、基板搬送装置７１から基板搬送装置１１へ基板Ｗを搬送する動作である。矢印ｘ２は、ゲートＧ２を基板Ｗが通過する動作、すなわち、基板搬送装置１１から基板搬送装置２１へ基板Ｗを搬送する動作である。矢印ｘ３は、ゲートＧ２を基板Ｗが通過する動作、すなわち、基板搬送装置２１から基板搬送装置１３へ基板Ｗを搬送する動作である。矢印ｘ４は、ゲートＧ１を基板Ｗが通過する動作、すなわち、基板搬送装置１３から基板搬送装置７２へ基板Ｗを搬送する動作である。

矢印ｘ１，ｘ４は、基板Ｗを水平に搬送する動作であり、昇降機構を用いて搬送ラインを水平として搬送するものである。すなわち、基板搬送装置１１を基板搬送装置７１と同じ水平ラインとして基板搬送を行う。同様に、基板搬送装置１３を基板搬送装置７２と同じ水平ラインとして基板搬送を行う。一方、矢印ｘ２，ｘ３は、基板Ｗを傾斜させてその傾斜方向に搬送ラインを設定して搬送する動作であり、本発明の基板搬送装置の大きな特徴である。矢印ｘ２，ｘ３の傾斜搬送の場合は、基板搬送装置１１，１３，２１を傾斜させる必要があり、矢印ｙ１〜ｙ３は、その揺動動作を表す。上述の移送動作ｘ１〜ｘ４により、外部ステーション７０から真空処理装置１００に供給された基板Ｗは、真空処理装置１００で所定の連続処理が施された後に、外部ステーション７０にて回収される。

図２を参照して、上述の基板Ｗの移送動作を詳しく説明する。図２では、図示を簡略化し、基板搬送装置１１，１３，２１を、それぞれ５個の搬送ローラＲと搬送ローラＲの上面を結ぶ線分（搬送面）により表す。搬送ローラＲは、真空処理中は回転せず基板Ｗを載置する。一方、基板移送時には、搬送ローラＲは、紙面に垂直な軸廻りに回転して基板Ｗを移送する。基板搬送装置１１を水平位置（傾斜角度±０°）と傾斜位置（傾斜角度θ）との間で揺動させる揺動軸Ｔ１は、基板搬送装置１１の左端の搬送ローラＲの回転軸に一致しており、基板搬送装置１１は、揺動軸Ｔ１を回転中心として矢印ｙ１方向に揺動する。同様に、基板搬送装置１３を水平位置と傾斜位置との間で揺動させる揺動軸Ｔ３は、基板搬送装置１３の右端の搬送ローラの回転軸に一致しており、基板搬送装置１３は、揺動軸Ｔ３を回転中心として矢印ｙ３方向に揺動する。

基板搬送装置２１を水平位置（傾斜角度±０°）、傾斜位置（傾斜角度＋θおよび−θ）との間で揺動させる揺動軸Ｔ２は、基板搬送装置２１の右端の搬送ローラＲの回転軸に一致しており、基板搬送装置２１は、揺動軸Ｔ２を回転中心として矢印ｙ２方向に揺動する。

矢印ｘ２で示される傾斜搬送を例として説明すると、水平状態に保持されていた基板搬送装置１１の搬送面を揺動軸Ｔ１廻りに角度θだけ右回転させて搬送ラインＬ２に一致するように傾斜させる。一方、水平状態に保持されていた基板搬送装置２１の搬送面を揺動軸Ｔ２廻りに角度θだけ右回転させて搬送ラインＬ２に一致するように傾斜させる。この状態で、基板搬送装置１１と２１の搬送ローラＲを右回転させることにより、基板搬送装置１１から基板搬送装置２１への基板Ｗの受け渡しが行われ、その基板Ｗに対してプラズマ処理を行う。このプラズマ処理室２０での処理は、基板Ｗを水平状態に保って行ってもよいし、搬送ラインＬ２に沿った傾斜姿勢で行ってもよい。

矢印ｘ３で示される傾斜搬送も同様に、水平状態に保持されていた基板搬送装置２１の搬送面を揺動軸Ｔ２廻りに角度θだけ左回転させて搬送ラインＬ３に一致するように傾斜させる。一方、水平状態に保持されていた基板搬送装置１３の搬送面を揺動軸Ｔ３廻りに角度θだけ左回転させて搬送ラインＬ３に一致するように傾斜させる。この状態で、基板搬送装置１３と２１の搬送ローラＲを左回転させることにより、基板搬送装置２１から基板搬送装置１３への基板Ｗの受け渡しが行われる。傾斜切換え機構１２，１４，２２は、駆動制御回路８０により、基板搬送装置１１，１３，２１のそれぞれの搬送面が所定の傾斜角度をとるように、揺動軸Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３廻りの回転角が制御される。

図３を参照して、基板搬送装置１１を揺動する機構について説明する。基板搬送装置１１の傾斜切換え機構１２は、揺動用シリンダ１と、揺動用シリンダ１によりＡ方向に直線移動するラック２と、ラック２の直線運動により回転するピニオン３とを備えている。揺動用シリンダ１、ラック２およびピニオン３は、真空予備加熱室１０の室外に設けられている。

また、傾斜切換え機構１２は、真空予備加熱室１０内にレバー４を備えている。レバー４は、ピニオン３の回転軸Ｃと同軸に連結された回転円板（不図示）の側面から突設されている。ピニオン３が所定角度回転すると、図３（ｂ）に示されるように、レバー４の先端が基板搬送装置１１に当接し、基板搬送装置１１を水平位置（位置Ｅ１）で支持するように構成されている。円弧Ｄ１は、レバー４の先端の回転軌跡を表す。従って、回転円板の側面に長さの異なる複数個のレバーを所定間隔で配設することにより、レバーの数だけ基板搬送装置１１の傾斜角度を設定することができる。図３（ｂ）では、円弧Ｄ２の回転軌跡を有するレバーが基板搬送装置１１に当接しているとき、基板搬送装置１１は傾斜位置（位置Ｅ２）で支持され、円弧Ｄ３の回転軌跡を有するレバーが基板搬送装置１１に当接しているとき、基板搬送装置１１は傾斜位置（位置Ｅ３）で支持される場合を示している。

次に、搬送ローラＲの回転駆動について説明する。図３（ａ）に示されるように、ローラ駆動モータ５の回転動力が伝達軸６に伝えられ、伝達軸６が図中矢印Ｂで示されるように回転し、その回転力がベベルギアを介して各々の搬送ローラＲを同一方向に回転させる。

なお、図示を省略したが、基板搬送装置１１、傾斜切換え機構１２および搬送ローラＲの駆動機構は、矢印ｘ２に沿って同様のものが２列に設けられている。各々の搬送ローラＲに載置される基板または基板を保持する基板ホルダー（基板トレー）は、所定の傾斜角度に傾斜され、搬送ローラＲの回転により、搬送方向である矢印ｘ２の向きに移送される。
また、基板搬送装置１３および傾斜切換え機構１４と、基板搬送装置２１および傾斜切換え機構２２も、それぞれ基板搬送装置１１および傾斜切換え機構１２と基本的な構成および作用は同じであるので説明は省略する。

図４のタイミングチャート図を参照しながら、基板Ｗの移送動作について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、処理を開始してから所定時間が経過したときの装置内部の状態を表わす。なお、図面が煩雑になるのを避けるために、図４では基板Ｗとその動きを主体に図示するとともに、構成部品の符号は、図４（ａ）のみに付す。また、基板Ｗには、処理される順番にＷ１，Ｗ２，Ｗ３のように番号を付す。

図４（ａ）は、次のような時系列で基板Ｗを移送した後の状態を示す。すなわち、１番目の基板Ｗ１を上述した動作ｘ２により真空予備加熱室１０からプラズマ処理室２０へ移送し、その移送後に真空予備加熱室１０を大気開放して、２番目の基板Ｗ２を上述した動作ｘ１により外部ステーション７０から真空予備加熱室１０へ移送する工程が終了している。真空予備加熱室１０を真空排気し、真空予備加熱室１０での真空加熱とプラズマ処理室２０でのプラズマ処理を行う。

図４（ｂ）では、ゲートＧ２を開放し、プラズマ処理が終った基板Ｗ１を動作ｘ３によりプラズマ処理室２０から真空予備加熱室１０へ移送する。この移送工程は、前述したように、基板搬送装置１１，２１を所定の搬送ラインに沿うように傾斜させて行う。

図４（ｃ）では、加熱処理が終った基板Ｗ２を動作ｘ２により真空予備加熱室１０からプラズマ処理室２０へ移送する。この移送工程も、前述したように、基板搬送装置１１，２１を所定の搬送ラインに沿うように傾斜させて行う。動作ｘ２による搬送後にゲートＧ２を閉鎖する。基板Ｗ１を載置している基板搬送装置１３を傾斜位置から水平位置に戻す。

図４（ｄ）では、真空予備加熱室１０を大気圧に圧力調節した後にゲートＧ１を開き、処理済の基板Ｗ１を動作ｘ４により真空予備加熱室１０から外部ステーション７０へ搬出するとともに、未処理の基板Ｗ３を動作ｘ１により外部ステーション７０から真空予備加熱室１０へ投入する。このとき、基板搬送装置１１を傾斜位置から水平位置に戻しておく。その後、ゲートＧ１を閉じて真空予備加熱室１０を真空排気する。そして、真空予備加熱室１０での真空加熱とプラズマ処理室２０でのプラズマ処理を行う。

以下、上記工程の繰り返しにより、複数の基板Ｗを連続的に処理して回収することができる。なお、図４では、基板ＷをトレーＴに載置したまま一体で移送する場合を示したが、基板Ｗ単体の移送も可能である。

本実施の形態の基板搬送装置１１，１３，２１は、それぞれ傾斜切換え機構１２，１４，２２により、水平位置（傾斜角度±０°）と傾斜位置（傾斜角度θ）をとり、基板Ｗまたは基板Ｗを保持する基板ホルダーを搬送面に沿って搬送するので、その傾斜動作は単純であり、短時間で搬送準備ができる。また、傾斜切換え機構１２，１４，２２は、単に基板搬送装置を揺動させるだけなので、大がかりな昇降機構と比べて、信頼性の向上、設備費や動力費のコストダウンを図ることができる。

本実施の形態の真空処理装置１００は、短時間で搬送の準備ができる傾斜搬送を行う基板搬送装置１１，１３，２１を備えているので、基板Ｗまたは基板Ｗを保持する基板ホルダーを短時間で移送でき、連続真空処理全体のスループットが向上する。また、基板搬送装置１１，１３，２１は、傾斜駆動されるだけなので、部分的に動きの小さい空間があり、その空間の分だけ、真空処理室内の構成材、例えば、ヒータ、電力ケーブル、各種配管を設置するスペースを広く取ることができる。

〈第２の実施の形態〉
図５は、本発明の第２の実施の形態による真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。第２の実施の形態による真空処理装置２００は、第１の実施の形態による真空処理装置１００と比べて室構成が異なるだけであるので、主として相違点を説明し、同じ構成部品には同一符号を付し、説明を省略する。

真空処理装置２００では、真空処理装置１００のロード／アンロード室を兼ねる真空予備加熱室１０を役割ごとに２室に分けたものである。すなわち、真空予備加熱室１０は、ロード／アンロード室３０と真空予備加熱室４０の２室に分けられている。真空処理装置２００では、基板搬送装置１１，１３を真空予備加熱室４０に設け、基板搬送装置２１をプラズマ処理室２０に設けている。

基板Ｗの移送過程は、矢印ｘ５，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ６の順である。ロード／アンロード室３０は、未処理の基板Ｗを真空予備加熱室４０へ投入するとともに、処理済の基板Ｗを真空予備加熱室４０から回収する。また、ロード／アンロード室３０は、基板Ｗの搬出入のため、大気開放と真空密閉とを切り換え可能である。真空予備加熱室４０内では、基板Ｗの加熱処理および搬出入は真空中で行われる。それ故、真空状態を常に維持しているので、基板Ｗの搬出入のたびに真空排気を行う必要がなく、また、室内は常時所定の温度雰囲気に保持されている。なお、真空処理装置２００における基板搬送装置１１，１３，２１は、作用、効果ともに第１の実施の形態で説明したものと同じである。

〈第３の実施の形態〉
図６は、本発明の第３の実施の形態による真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。第３の実施の形態による真空処理装置３００は、第１および第２の実施の形態による真空処理装置１００，２００と比べて室構成と基板の搬送経路が異なるので、主として相違点を説明し、同じ構成部品には同一符号を付し、説明を省略する。

真空処理装置３００では、真空処理装置２００のロード／アンロード室３０を役割ごとに２室に分けたものである。すなわち、ロード／アンロード室３０は、未処理の基板Ｗを装置内に搬入するロード室５０と、処理済の基板Ｗを装置外に搬出するアンロード室６０の２室に分けられている。ロード室５０もアンロード室６０も、大気開放と真空密閉とを切り換え可能である。真空処理装置３００では、基板搬送装置１１，１３を真空予備加熱室４０に設け、基板搬送装置２１をプラズマ処理室２０に設けている。

基板Ｗの移送過程は２系統あり、矢印ｘ５，ｘ１，ｘ２，ｘ７，ｘ８の経路と、矢印ｘ５，ｘ１´，ｘ３´，ｘ７，ｘ８の経路である。ロード室５０の基板搬送装置５１は、矢印ｚで示される方向に昇降し、真空予備加熱室４０の基板搬送装置１１，１３のいずれにも基板Ｗの受け渡しができ、これにより、移送過程が２系統となる。基板搬送装置１１から基板搬送装置２１への傾斜搬送は、第１および第２の実施の形態と同じである。また、矢印ｘ３´で示される搬送動作は、第１および第２の実施の形態で示した矢印ｘ３と搬送方向が異なるだけであり、基板搬送装置１３，２１の作用、効果ともに第１および第２のの実施の形態で説明したものと同じである。

本発明は、被処理基板または被処理基板を保持する基板ホルダーを搬送面で保持しながら搬送する搬送機構（モータ５や搬送ローラＲなどで構成される）と、搬送面を水平姿勢と該水平姿勢に対して所定の傾斜角度をもつ傾斜姿勢とに切り換える傾斜切換え機構（揺動シリンダ１やレバー４などで構成される）とを備え、搬送機構は、搬送面を水平姿勢または傾斜姿勢にした状態で被処理基板または基板ホルダーを搬送することを特徴とするものである。従って、基板搬送装置の搬送機構や傾斜切換え機構は、本実施の形態で説明したもののみに限られない。また、本発明の基板搬送装置を備える真空処理装置も、２室構成の処理室に限らず、３つ以上の処理室を連結し、３種類以上の処理を連続的に行う真空処理装置にも本発明が適用できる。この場合、基板搬送装置を３つ以上の処理室に設けてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置における基板搬送装置の基板搬送動作を説明する模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置に備えられる基板搬送装置の機構を模式的に示す概略図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る真空処理装置の基板搬送のタイミングチャートを示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る真空処理装置の構成を模式的に示す全体構成図である。

符号の説明

１０，４０：真空予備加熱室
１１，１３，２１：基板搬送装置
１２，１４，２２：傾斜切換え機構
２０：プラズマ処理室２０
３０：ロード／アンロード室
５０：ロード室
５１：基板搬送装置
６０：アンロード室
７０：外部ステーション
７１，７２：基板搬送装置
８０：駆動制御回路
１００，２００，３００：真空処理装置
Ｇ１，Ｇ２：ゲート
Ｈ：ヒータ
Ｐ：ＲＦ電極
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３：揺動軸
Ｗ，Ｗ１〜Ｗ３：基板（被処理物）
ｘ１〜ｘ８：移送動作（動作）
ｙ１，ｙ２，ｙ３：揺動動作
ｚ：昇降動作

Claims (7)

1. 被処理基板を連続的に真空処理する少なくとも２つの互いに連結された処理室を備え、
   前記処理室は、それぞれ、基板搬送装置を備え、
   前記基板搬送装置は、被処理基板または前記被処理基板を保持する基板ホルダーを搬送面で保持しながら搬送する搬送機構と、
   前記搬送面を、前記基板の搬送方向における水平姿勢と該水平姿勢に対して所定の傾斜角度をもつ傾斜姿勢とに切り換える傾斜切換え機構と、
   前記少なくとも２つの処理室に設けられた基板搬送装置のそれぞれを、それらの搬送面を略一方向の勾配に傾斜させて一つの傾斜搬送面を形成する傾斜制御手段とを具備し、
   前記傾斜切換え機構は、前記処理室の室外に設けられた回転機構と、前記処理室の内部に設けられ、前記基板搬送装置に当接するとともに前記回転機構により回転が伝達される回転部材を含み、
   前記回転部材が回転し、前記基板搬送装置を、前記基板搬送装置の一端側に設けられた揺動軸を中心軸として揺動して前記基板搬送装置の搬送面を水平姿勢と傾斜姿勢とに切り換えることを特徴とする真空処理装置。
2. 請求項１に記載の真空処理装置において、
   前記被処理基板または前記基板ホルダーを最初に真空処理を行う処理室へ投入する、大気開放と真空密閉とを切り換え可能なロード室と、
   前記被処理基板または前記基板ホルダーを最後に真空処理を行う処理室から処理済みの基板として回収する、大気開放と真空密閉とを切り換え可能なアンロード室とをさらに備えることを特徴とする真空処理装置。
3. 請求項２に記載の真空処理装置において、
   前記処理室は、前記ロード室またはアンロード室と兼用であることを特徴とする真空処理装置。
4. 請求項１に記載の真空処理装置において、
   前記被処理基板または前記基板ホルダーを最初に真空処理を行う処理室へ投入するとともに、前記被処理基板または前記基板ホルダーを最後に真空処理を行う処理室から最初に真空処理を行う処理室まで逆移送して処理済みの基板として回収する、大気開放と真空密閉とを切り換え可能な受け渡し室とをさらに備えることを特徴とする真空処理装置。
5. 請求項４に記載の真空処理装置において、
   前記処理室は、前記受け渡し室と兼用であることを特徴とする真空処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空処理装置において、
   前記回転機構は、シリンダと、前記シリンダにより直線運動するラックと、前記ラックの直線運動により回転するピニオンを含むことを特徴とする真空処理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の真空処理装置において、前記回転部材は、回転円板の側面からの長さが異なる複数のレバーを含み、前記複数のレバーの先端が前記基板搬送装置に当接することを特徴とする真空処理装置。

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