JP4764147B2 - 真空搬送方法および真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバ内で高精度干渉計測装置等を使用する真空処理装置において、計測される被検物等のワークや参照レンズ等の交換部品を真空チャンバに搬送するための真空搬送方法および真空処理装置に関するものである。

一般に大気圧下にあるワークや、装置の交換部品等の搬送部品を真空チャンバに搬入して交換する場合、真空チャンバを一旦大気圧に戻して交換部品等を交換した後に、再度真空排気することが必要になる。真空排気を行うと装置内部の空気は断熱膨張により一時的に温度が低下し、この影響で装置自体も冷やされて、形状が収縮する。高精度な干渉計測等を行う真空処理装置である場合、温度低下によるこれらの形状変化が精度に大きく影響するため、元の温度に戻り形状が安定するまで温度ならしが行われている。しかしながら、真空状態では空気の対流が微弱になるため、熱平衡状態になるまでには長時間を要する。ここで、熱平衡状態とは、真空処理装置の精度に影響しない程度まで温度変化が抑えられている状態のことを言う。すなわち、交換部品等を搬入する毎に長時間の温度ならしが必要になっている。

例えば、高精度干渉計測装置を用いる真空処理装置においては、被検物や参照レンズ等を交換する毎に温度ならしが行われており、これが計測処理のスループットに大きく影響している。近年および将来において、高精度干渉計測装置のさらなる高精度化、大型化により必要な温度ならし時間はますます長くなることが考えられる。そのため、温度ならしによる真空処理のスループット低下を抑えることが求められている。

従来では、例えば特許文献１に開示されているように、真空チャンバ内部にワークや交換部品用のストッカーを設けて、部品交換等による真空排気回数を減らすことで温度ならしによるスループット低下を抑えている。
特開平７−３１８３０８号公報

しかしながら、上記従来技術では、ストッカーに退避しているワークや交換部品の数を増やすためには、装置を大型化する必要があるという未解決の課題があった。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、温度ならしによるスループットの低下を抑えることができる真空搬送方法および真空処理装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の真空搬送方法は、真空処理を行う真空チャンバに、サブチャンバを介して搬送部品を搬送する真空搬送方法において、搬送部品を真空カートリッジに収納して真空排気した後に温度ならしを行う工程と、搬送部品を収納した真空カートリッジをサブチャンバに搬入して、サブチャンバを真空排気する工程と、サブチャンバ内で搬送部品を真空カートリッジから取り出して真空チャンバに搬入する工程と、を有することを特徴とする。

真空排気した真空カートリッジ内で搬送部品の温度ならし（第１の温度ならし）を行い、その状態でサブチャンバに搬送し、真空排気したサブチャンバ内で搬送部品を取り出して真空チャンバに搬送する。これによって、搬送部品を真空チャンバに搬入してから真空処理を行うまでの温度ならし（第２の温度ならし）に要する時間を大幅に短縮し、真空処理のスループットを向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、高精度干渉計測装置等を真空状態で使用する真空処理装置において、例えば前記高精度干渉計測装置の参照レンズ等の交換部品１１を真空カートリッジ１２に収納し真空排気した後に、第１の温度ならしを行う。次いで、真空カートリッジ１２をサブチャンバ２２に搬入し、サブチャンバ２２を真空排気する。そして、交換部品１１を真空カートリッジ１２から取り出して真空チャンバ２１に搬入した後に第２の温度ならしを行う。

このようにして、真空処理を行う真空チャンバ２１の状況によらずに、搬送部品である被検物（ワーク）や交換部品１１の第１の温度ならしを行うことができる。また、サブチャンバ２２の真空引きにおいて断熱膨張により温度低下した空気が交換部品１１に直接触れないため、交換部品１１の温度低下が抑えられ、真空チャンバ内で行う第２の温度ならし時間を短縮できる。

搬送部品が真空カートリッジに収納されている間に、真空カートリッジに備えられた温度調整手段を用いて交換部品の温度変化を補正するとよい。このように、真空排気や搬送時の温度外乱による搬送部品の温度変化を予め補正することで、真空チャンバ内における第２の温度ならし時間を大幅に短縮できる。

搬送部品を収納して真空状態に保持したままサブチャンバに搬入することができる真空カートリッジを備えることで、サブチャンバや真空チャンバの内部に交換部品等を複数保管するためのストッカーを必要としないため、装置の大型化を抑えることができる。

真空カートリッジを一個または複数個、真空状態にて保管することができる真空ストッカーを配備するとよい。あるいは、真空カートリッジに、真空排気手段が接続可能であるとよい。

さらに、搬送部品または真空カートリッジの温度を測定するための温度センサと、その出力に基づいて温度調整手段の出力を制御するための温度コントローラを設けるとよい。これによって、真空排気や搬送時の温度外乱による搬送部品の温度変化を逐次測定しながら、効率的に温度補正することができる。

図１および図２は実施例１による真空処理装置の構成を説明するものである。

搬送部品であるレンズ等の交換部品１１は、真空カートリッジ１２内に収納され、真空状態に保持したまま搬送可能である。すなわち、真空カートリッジ１２は、真空カートリッジ用蓋１２ａおよびリークバルブ１３を有する。真空処理が行われる真空チャンバ２１は、その開口部に開口手段である真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを有し、サブチャンバ２２はサブチャンバ用ゲートバルブ２２ａを有する。そして、交換部品１１を真空チャンバ２１とサブチャンバ２２との間で搬送するための搬送手段２３が設けられる。真空チャンバ２１と、サブチャンバ２２と、真空カートリッジ１２の真空排気と第１の温度ならしを行う真空ストッカー３１は、それぞれ、真空ポンプ２４ａ、２４ｂ、３２、真空配管２５ａ、２５ｂ、３３、圧力センサ２６ａ、２６ｂ、３４を備える。真空チャンバ２１およびサブチャンバ２２の内圧と、真空ストッカー３１の内圧は、圧力コントローラ２８、３６によって制御される。

真空カートリッジ１２を真空状態にて保管するための真空ストッカー３１は、真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａを有する。なお、少なくとも真空チャンバ２１、サブチャンバ２２および真空ストッカー３１は、不図示の恒温室に入れられており、熱平衡状態になるように温度制御できるように構成されている。

真空カートリッジ１２は、真空カートリッジ用蓋１２ａを開けることで、交換部品１１の出し入れを行う。真空カートリッジ用蓋１２ａを閉じると密封されて、空気のリークを防ぐことができる。真空カートリッジ１２には、リークバルブ１３が備えられており、真空カートリッジ１２の内部と外部とのリーク量はこのリークバルブ１３によって調整できる。

交換部品１１が真空カートリッジ１２に収納されている際の両者の接触部は３点支持等で接触面積を小さくし、その材料は硬質樹脂等の低伝熱材料を用いることが望ましい。また、真空カートリッジ１２の内壁は、鏡面仕上げ等で輻射率を小さくすることが望ましい。これにより、交換部品１１と真空カートリッジ１２との間の伝熱量が小さくなり、真空排気や搬送時の温度外乱による交換部品１１の温度変化を抑えることができる。

サブチャンバ２２は真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを介して真空チャンバ２１と接続され、真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを開けると、搬送手段２３は真空チャンバ２１とサブチャンバ２２との間で交換部品１１を搬送できる。真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａが閉じている時は、搬送手段２３は真空チャンバ２１またはサブチャンバ２２に退避している。

サブチャンバ２２には、さらにサブチャンバ用ゲートバルブ２２ａが備えられており、サブチャンバ用ゲートバルブ２２ａを通って、真空カートリッジ１２の出し入れができる。

真空チャンバ２１には、真空配管２５ａを介して真空ポンプ２４ａが接続されており、真空チャンバ２１の内部を真空排気できる。真空チャンバ２１には、圧力センサ２６ａが備えられており、真空チャンバ２１の内部の圧力を測定できる。真空チャンバ２１には、リークバルブ２７ａが備えられており、真空チャンバ２１の内部と外部のリーク量を調整できる。

サブチャンバ２２には、真空配管２５ｂを介して真空ポンプ２４ｂが接続されており、サブチャンバ２２の内部を真空排気できる。サブチャンバ２２には、圧力センサ２６ｂが備えられており、サブチャンバ２２の内部の圧力を測定できる。サブチャンバ２２には、リークバルブ２７ｂが備えられており、サブチャンバ２２の内部と外部のリーク量を調整できる。

圧力コントローラ２８は圧力センサ２６ａ、２６ｂの出力に基づいてリークバルブ２７ａ、２７ｂのリーク量を調整できる。真空カートリッジ１２がサブチャンバ２２に置かれている状態においては、圧力コントローラ２８は、圧力センサ２６ａ、２６ｂの出力に基づいてリークバルブ１３のリーク量を調整できる。

なお、図３は、作業手順と各ステップにおける圧力状態およびバルブの開閉状態を示すものである。

初期状態（ステップ１）は、次の状態であるとする。真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａは閉じられており、真空ポンプ２４ａは稼動しており、真空チャンバ２１は真空排気されている。サブチャンバ用ゲートバルブ２２ａは開けられており、真空ポンプ２４ｂは停止しており、サブチャンバ２２の内部は大気開放されている。真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａは閉じられており、真空ポンプ３２は稼動しており、真空ストッカー３１は真空排気されている。交換部品１１は、大気中にて真空カートリッジ１２に収納され、リークバルブ１３は開いている。

まず、リークバルブ３５を開けて、真空ストッカー３１を大気開放する（ステップ２）。真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａを開けて（ステップ３）、真空カートリッジ１２を収納する（ステップ４）。真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａを閉じて（ステップ５）、真空ストッカー３１を真空排気する（ステップ６）。

圧力コントローラ３６は圧力センサ３４の出力に基づいてリークバルブ３５のリーク量を調整し、真空ストッカー３１の圧力が真空チャンバ２１の基準圧力と等しくなるように制御する。この時、リークバルブ１３は開いているため、真空カートリッジ１２も真空チャンバ２１の基準圧力と等しくなる。また、この時、断熱膨張の影響で交換部品１１は一時的に温度が低下するため、この温度低下が元に戻り、熱平衡状態になるまで第１の温度ならしを行う。このように、真空ストッカー３１は真空処理を行う真空チャンバ２１の状況によらずに第１の温度ならしができるため、真空処理のスループット低下に直接的に影響しない。

第１の温度ならしが終了すると、リークバルブ１３を閉じて（ステップ７）、真空ストッカー３１を大気開放し（ステップ８）、真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａを開ける（ステップ９）。

なお、上記ステップ１〜９で、真空ストッカー３１には別の真空カートリッジ１２が収納され、真空ストッカー３１が真空状態にある時、リークバルブ１３は開けられており、大気開放する直前に閉じる。再び真空排気する場合は、基準圧力に到達した後にリークバルブ１３を開ける。これにより、別の真空カートリッジ１２は常に真空状態に保持され、内部の交換部品１１は大気開放および真空排気による温度外乱の影響を抑えることができる。

続いて、真空ストッカー３１から真空カートリッジ１２を取り出して、サブチャンバ２２に搬入する（ステップ１０）。ただし、真空カートリッジ１２の搬送中はできるだけ温度外乱を抑え、交換部品１１の温度変化を小さくする。

真空ストッカー３１に収納されている残りの真空カートリッジ１２は、引き続き熱平衡状態を保つために、真空ストッカー用ゲートバルブ３１ａを閉じて（ステップ１１）、真空ストッカー３１を真空排気しておく（ステップ１２）。

サブチャンバ用ゲートバルブ２２ａを閉じて（ステップ１３）、サブチャンバ２２を真空排気する（ステップ１４）。圧力コントローラ２８は圧力センサ２６ａ、２６ｂの出力に基づいてリークバルブ２７ｂのリーク量を調整し、サブチャンバ２２の圧力を真空チャンバ２１の圧力と等しくなるように制御する。真空カートリッジ１２の圧力はステップ６において、真空チャンバ２１の基準圧力と等しくしているため、サブチャンバ２２の圧力と真空チャンバ２１の圧力が等しくなれば、真空カートリッジ１２とサブチャンバ２２の圧力もほぼ等しくなる。リークバルブ１３を開けて（ステップ１５）、サブチャンバ２２と真空カートリッジ１２とを通気し、完全に等しい圧力にしてから真空カートリッジ用蓋１２ａを開ける。

真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを開けて（ステップ１６）、交換部品１１を真空チャンバ２１に搬入する（ステップ１７）。ここで、真空カートリッジ１２およびサブチャンバ２２はステップ１４の真空排気により、温度低下状態にあるため、この温度低下が真空チャンバ２１に伝わることを抑えるために、真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを閉じる（ステップ１８）。ここで、さらにサブチャンバ２２を真空チャンバ２１と物理的に切り離すことによって、固体熱伝導による伝熱を完全になくすようにしてもよい。

また、上記ステップ８〜１８において、大気開放、真空排気、搬送等の温度外乱により、交換部品１１は少なからず温度変化が生じている。そのため、真空チャンバ２１の内部で真空処理を行う前に第２の温度ならしを行う。第２の温度ならしは、交換部品１１を直接真空チャンバ２１に搬入した場合と比べて、真空排気による温度低下が小さい。従って第２の温度ならし時間を大幅に短縮できる。

第２の温度ならしを終了してから、真空処理を行う（ステップ１９）。真空処理が終了すると、交換部品１１を搬出するため、真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを開ける（ステップ２０）。搬送手段２３により、交換部品１１を真空チャンバ２１から搬出し、サブチャンバ２２に置かれている真空カートリッジ１２に収納し（ステップ２１）、真空チャンバ用ゲートバルブ２１ａを閉じる（ステップ２２）。

リークバルブ２７ｂを開けて、サブチャンバ２２を大気開放する（ステップ２３）。この時、リークバルブ１３が開いていれば、真空カートリッジ１２も同時に大気開放される。サブチャンバ用ゲートバルブ２２ａを開けて（ステップ２４）、真空カートリッジ１２をサブチャンバ２２から搬出し（ステップ２５）、交換部品１１を真空カートリッジ１２から取り出す（ステップ２６）。これで初期状態（ステップ１）と同様の状態になるため、上記手順を繰り返すことで再び交換作業を行うことができる。

なお、真空ストッカー３１と真空チャンバ２１は１対１である必要はなく、複数の真空チャンバに対して、１つの真空ストッカー３１で対応してもよいし、１つの真空チャンバに対して、複数の真空ストッカーを用意してもよい。

図４は実施例２による真空ストッカー４１のみを示す。真空ストッカー４１は、複数の部屋を有しており、それぞれが遮断されている。各部屋には、真空ストッカー用ゲートバルブ４１ａ〜４１ｃ、真空ポンプ４２ａ〜４２ｃ、真空配管４３ａ〜４３ｃ、圧力センサ４４ａ〜４４ｃ、リークバルブ４５ａ〜４５ｃ、圧力コントローラ４６ａ〜４６ｃが備えられており、それぞれ独立して動作できる。これにより、一つの真空カートリッジ１２の出し入れによる温度外乱が、他の真空カートリッジ１２の熱平衡状態を乱すのを回避できる。従って、連続して複数の真空カートリッジを出し入れする必要がある場合に有効である。

その他の点は実施例１と同様である。

なお、真空ストッカー４１は、真空ストッカー３１と同様に、真空チャンバと１対１である必要はなく、複数の真空チャンバに対して、１つの真空ストッカー４１で対応してもよいし、１つの真空チャンバに対して、複数の真空ストッカーを用意してもよい。

図５は実施例３を示す。本実施例は、真空カートリッジ１２に接続手段である真空ポート１６が備えられており、真空カートリッジ１２を直接真空排気できる点が実施例１と異なるのみである。

真空カートリッジ１２には、リークバルブ１３に加えて、リークバルブ１７が備えられており、リークバルブ１７の先には真空ポート１６が備えられている。真空ポート１６には真空配管１５が着脱できるようになっており、真空配管１５の他端には真空排気手段である真空ポンプ１４が接続している。これにより、リークバルブ１７を開けて真空ポンプ１４を稼動すると真空カートリッジ１２を直接真空排気できる。

また、真空カートリッジ１２には、圧力センサ１８が備えられており、圧力コントローラ１９を用いて、圧力センサ１８の出力に基づいてリークバルブ１３のリーク量を調整し、真空カートリッジ１２の圧力を調整できる。

真空カートリッジ１２をサブチャンバ２２に搬入する際は、リークバルブ１３、１７を閉じて、真空ポンプ１４、真空配管１５、圧力コントローラ１９を取り外して搬入する。これにより、真空カートリッジ単体で真空状態にて保管できる。

図６および図７は実施例４による真空カートリッジ１２の構成を示している。本実施例が実施例１と異なる点は、真空カートリッジ１２に温度調整手段である熱線５３または赤外線ランプ５４を設けていることである。

図６および図７の真空カートリッジ１２には、それぞれ温度センサ５１が取り付けられており、温度センサ５１からの出力は制御手段である温度コントローラ５２に接続されている。温度コントローラ５２は、温度センサ５１からの出力に応じて、熱線５３または赤外線ランプ５４の出力を制御し、温度を変化させることができる。

熱線５３は、真空カートリッジ１２の温度を変化させ、温度外乱による交換部品１１の温度変化を抑えることができる。

赤外線ランプ５４は、非接触で交換部品１１の温度を変化させることで、温度外乱による交換部品１１の温度変化を抑えることができる。

このように、温度外乱による交換部品の温度変化を補正する温度調整手段を真空カートリッジに設けることで、温度ならしの時間を短縮できる。

実施例１による真空処理装置を説明する図である。 実施例１による真空ストッカーを説明する図である。 実施例１の弁開閉動作を説明するものである。 実施例２による真空ストッカーのみを示す図である。 実施例３による真空カートリッジのみを示す図である。 実施例４による真空カートリッジのみを示す図である。 実施例４の一変形例による真空カートリッジを示す図である。

符号の説明

１１ 交換部品
１２ 真空カートリッジ
１２ａ 真空カートリッジ用蓋
１３、１７、２７ａ、２７ｂ、３５、４５ａ〜４５ｃ リークバルブ
１４、２４ａ、２４ｂ、３２、４２ａ〜４２ｃ 真空ポンプ
１５、２５ａ、２５ｂ、３３、４３ａ〜４３ｃ 真空配管
１８、２６ａ、２６ｂ、３４、４４ａ〜４４ｃ 圧力センサ
１９、２８、３６、４６ａ〜４６ｃ 圧力コントローラ
２１ 真空チャンバ
２１ａ 真空チャンバ用ゲートバルブ
２２ サブチャンバ
２２ａ サブチャンバ用ゲートバルブ
２３ 搬送手段
３１、４１ 真空ストッカー
３１ａ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 真空ストッカー用ゲートバルブ
５１ 温度センサ
５２ 温度コントローラ
５３ 熱線
５４ 赤外線ランプ

Claims (6)

1. 真空処理を行う真空チャンバに、サブチャンバを介して搬送部品を搬送する搬送方法において、
   搬送部品を真空カートリッジに収納して真空排気した後に温度ならしを行う工程と、
   搬送部品を収納した真空カートリッジをサブチャンバに搬入して、サブチャンバを真空排気する工程と、
   サブチャンバ内で搬送部品を真空カートリッジから取り出して真空チャンバに搬入する工程と、を有することを特徴とする搬送方法。
2. 真空カートリッジに設けられた温度調整手段を用いて温度ならしを行うことを特徴とする請求項１記載の搬送方法。
3. 真空処理を行う真空チャンバと、前記真空チャンバの開口手段に接続するサブチャンバと、リークバルブを有し搬送部品を３点支持で収納する真空カートリッジと、前記真空チャンバ及び前記サブチャンバとは別に設けられ一個または複数個の真空カートリッジを真空状態にて保管する真空ストッカーと、を有する真空処理装置であって、
   前記真空ストッカーに保管された搬送部品を収納し前記リークバルブが解放された真空カートリッジを、前記真空ストッカーを真空状態にして温度ならしを行った後に前記リークバルブを閉じることで前記真空カートリッジの内部を真空状態にして、前記真空カートリッジの内部を真空状態に保ちながら前記真空カートリッジを前記サブチャンバに搬入し、前記サブチャンバを真空排気した後に、前記真空カートリッジから前記搬送部品が取り出されて前記真空チャンバに搬送されるように構成されていることを特徴とする真空処理装置。
4. 前記真空カートリッジが、真空排気手段に接続するための接続手段を有することを特徴とする請求項３記載の真空処理装置。
5. 前記真空カートリッジが、搬送部品の温度を調整するための温度調整手段を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の真空処理装置。
6. 前記真空カートリッジ内の温度を測定するための温度センサと、前記温度センサの出力に基づいて前記温度調整手段を制御する温度コントローラと、を有することを特徴とする請求項５記載の真空処理装置。

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