JP4993211B2 - 真空搬送機構及びそれを備えたマルチチャンバシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のプロセスチャンバを試料搬送用の真空チャンバであるトランスファーチャンバの周りに配設したマルチチャンバシステムにおいてチャンバ内で試料を搬送するための機構に係り、特にチャンバ内で試料を搬送する機構への動力を非接触で供給できてトランスファーチャンバを小型化できる真空搬送機構に関する。

近年の材料・デバイス研究の進展に伴って、シリコン・金属だけでなく酸化物や有機系半導体にいたる多彩な材料が機能性薄膜材料として用いられており、デバイスの構造は複雑化している。さらに、界面デバイスや有機系材料デバイスなどでは、大気を排除したシステムで作製・評価を進める必要がある。この種のデバイス用の材料として多種多様化する新材料を作製するために、近年、マルチチャンバシステムが利用されている。

例えば、従来のマルチチャンバシステム２００は、図１４に示すように、試料搬送用のトランスファーチャンバ２２０、即ち交換室を中心に配置し、このトランスファーチャンバ２２０の周囲に合成装置，表面分析装置などを搭載した複数のプロセスチャンバ２１０を配置して構成されている。例えば、トランスファーチャンバ２２０の周壁には複数の開口部（図示省略）が形成されており、これらの開口部にはゲートバルブ（図示省略）を介して上記複数のプロセスチャンバ２１０が取り付けられている。一のプロセスチャンバから他のプロセスチャンバへの試料の搬送は、トランスファーチャンバ２２０を介して行われる。複数のプロセスチャンバ間の試料の搬送は、マルチチャンバシステム２００に備えられた搬送機構によって行われる。

従来の搬送機構はトランスファーロットを備えた直線駆動機構で成る。図１４に示すようにトランスファーロット２３０は、プロセスチャンバ２１０ごとに設けられており、このトランスファーロッド２３０をプロセスチャンバ２１０に押し込む深さを変えることでロッド先端部が交換室内に出没して、ロッド先端部で支えた試料が当該プロセスチャンバ２１０と交換室２２０との間で搬送される。

上記した交換室を介して試料を他のプロセスチャンバへ搬送可能なマルチチャンバシステムが、特許文献１〜３に開示されている。
特開平８−４６０１３号公報 特開平１０−２４７６７５号公報 特開平１１−２２２６７５号公報

近年の材料・デバイス研究では、特に材料やデバイス自体の持つポテンシャルを正確に且つ迅速に把握することが肝要であり、小回りの効く小型で汎用性のある超高真空対応の製膜・評価システムが求められている。また、当該製膜・評価システムは、放射光施設など大型測定系と連結するために、極力設置エリアサイズを小さくする必要がある。さらに、多種多様化する新材料を効率よく開発するために、多数の合成装置、表面分析装置を連結したシステムの需要が増えてきている。多数のシステムを連結するには、効率の良い真空搬送システムが必要となり、個々のモジュールの小型化が望まれる。しかしながら、図１４に示すマルチチャンバシステム２００は、システムの基本構成であるトランスファーチャンバ２２０及びそれに隣接した複数のプロセスチャンバ２１０で画する設置領域以上に、当該プロセスチャンバ２１０に対して進退するトランスファーロッド２３０用の作業スペースが必要であるため、基本構成の設置領域よりはるかに広い領域を確保しなければ、実際には当該マルチチャンバシステム２００を使用することができない。また、マルチチャンバシステム２００における各チャンバの構造もトランスファーロッド２３０によって制約を受け、設計の自由度が制限されている。

また、トランスファーロッド２３０を備えた直線駆動機構の代わりに、例えばロボットアームによって試料を搬送させることも考えられるが、そのようなロボットアームの機構全体をチャンバ内に配設させるとチャンバ自体が大型化し、また、交換室の周壁に形成された搬送ポート、即ち開口も、大きなロボットアームが通過できるように大きくする必要があるため、システム全体が巨大化してしまう。このようなシステムの巨大化は、装置同士の干渉の問題やコスト・専有面積の肥大化を引き起こす。

本発明は、上記課題に鑑みて、複合材料開発用のマルチチャンバシステムの小型化に貢献できる、複数のチャンバ間で試料を効率よく搬送させる試料搬送機構を提供することを第一の目的としている。
さらに、本発明は、試料搬送機構を備えたマルチチャンバシステムを提供することを第二の目的としている。

上記第一の目的を達成するため、本発明は、複数のプロセスチャンバを周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバに設けられる試料搬送用の機構であって、試料を支持するホルダーと、長尺の板ばねで成り、トランスファーチャンバ内で水平方向へ直線状に延びてホルダーを先端部で支持する支持手段と、支持手段の延出方向をガイドするガイド手段と、複数のプロセスチャンバに対するガイド手段の臨む方向を変えるようガイド手段を回転する回転手段と、ガイド手段から繰り出される支持手段の長さを調整する調整手段と、を備えていることを特徴としている。

本発明の真空搬送機構において、好ましくは、トランスファーチャンバは、上壁の上方へ或いは下壁の下方へ突出し中空の内部がトランスファーチャンバ内と連通し先端が閉塞された筒状のコラムを備え、回転部材は、トランスファーチャンバ内に基端部が位置するようコラム内に配設される筒状部材と、コラムの外側に配置され第１のマグネットカップリングを介して筒状部材と磁気結合された第１操作部材と、を備え、ガイド手段は、筒状部材の基端部に固定されており、第１操作部材をコラム周りに移動させると、筒状部材が第１操作部材に従動してガイド手段が回転するのが望ましい。
さらに、本発明の真空搬送機構において、好ましくは、板ばねは筒状部材内を貫通し、中間部がガイド手段で折り曲げられて先端側がトランスファーチャンバ内で水平状に延びており、調整手段は、コラム内で筒状部材の上端から突出した板ばねの上端部と第２のマグネットカップリングを介して磁気結合されコラムの外側に配設される第２操作部材と、を備え、コラムに対して第２操作部材を上下に移動させると、板ばねの上端部が第２操作部材に従動して、トランスファーチャンバ内でガイド手段から繰り出される板ばねの長さが変わる。
また、本発明の真空搬送機構において、コラムを昇降させる昇降手段を備え、昇降手段が、コラムを支持し前記筒状部材が挿通可能な貫通孔を有する台座部と、この台座部の昇降をガイドする昇降用ガイドと、を備え、台座部の貫通孔を貫通した筒状部材における台座部とトランスファーチャンバとの間で露呈する部分が、台座部とトランスファーチャンバとの間に設けられたシール部材で気密的に覆われていて、昇降手段によってコラムを昇降させると、コラムの外側に配設された第１操作部材に筒状部材が従動して、ガイド手段が上下に移動する。ここで、台座部とトランスファーチャンバとの間がシール部材で連結されることで、コラム内とトランスファーチャンバ内が連通する。
本発明の別の観点は、複数のプロセスチャンバを周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバに設けられる試料搬送用の機構であって、試料を支持するホルダーと、二つの板ばねを組み合わせて断面Ｖ字型又は凹状に形成されており、トランスファーチャンバ内で水平方向へ直線状に延びてホルダーを先端部で支持する支持手段と、支持手段の延出方向をガイドするガイド手段と、ガイド手段が複数のプロセスチャンバのそれぞれに臨む方向を変えるようガイド手段を回転する回転手段と、を備えている。

上記第二の目的を達成するために、本発明は、複数のプロセスチャンバと、これらの複数のプロセスチャンバを周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバと、を備えたマルチチャンバシステムであって、トランスファーチャンバが前述の真空搬送機構を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、試料交換室であるトランスファーチャンバに１本のみのトランスファーロッドによる支持手段、即ち板ばねを設け、３６０°全方向に対してすべて単一のトランスファーロッドを用いることによってトランスファーロッドの数を減らすことができ、トランスファーチャンバの小型化を図ることができる。また、図１４の従来のマルチチャンバシステム２００に比べて、各プロセスチャンバ及びロードロックチャンバへの試料の搬送を一本のトランスファーロッドを成す支持手段を共用して行えるので、試料搬送に伴う操作を簡略化することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係るマルチチャンバシステム１の正面図であり、図１（Ｂ）はマルチチャンバシステム１の平面図である。
マルチチャンバシステム１は、例えば試料の合成などの処理を行って薄膜を作製し、さらに作製した薄膜の分析をシステム内で連続して行える装置である。このために、マルチチャンバシステム１は、複数のプロセスチャンバ２と、ロードロックチャンバ３と、これらのプロセスチャンバ２及びロードロックチャンバ３を周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバ５と、を備えている。試料はロードロックチャンバ３の搬入口からシステム内に導入され、さらにトランスファーチャンバ５を経由して所望の処理、例えば、パルスレーザー堆積、パルス電子銃堆積等の処理を行う各プロセスチャンバ２へ搬送され、さらに、当該プロセスチャンバ２で作製された薄膜はトランスファーチャンバを経由して所望の分析、例えばＣＭＡ／ケルビンプローブ測定等を行う他のプロセスチャンバ２へ搬送される。

マルチチャンバシステム１における試料に対する処理は、図示省略する制御装置によって実行され、例えば、プロセス温度や時間などが制御される。この制御装置はコンピュータで成り、キーボードやマウス等の操作手段によって使用者がディスプレイの表示に従って制御内容を設定し、その設定に従ってコンピュータが試料処理用のプログラムを実行することで、各プロセスチャンバ２で試料の合成や分析等の処理が実行される。
このマルチチャンバシステム１は、制御装置を除いて、フレーム４Ａの下端にキャスター４Ｂを備えた台車４に固定されている。

このように、本実施形態のマルチチャンバシステム１において、試料の合成や分析等の処理を行うためのプロセスチャンバ２へ試料を搬送する際、試料は必ずトランスファーチャンバ５を経由して搬送されるように構成されている。
ここで、図２は本システムにおけるトランスファーチャンバ５の概略正面図であり、図３はトランスファーチャンバ５の概略鉛直断面図であり、図４はトランスファーチャンバ５の概略分解図である。
このトランスファーチャンバ５は、鉛直断面形状（図３参照）が横長の楕円型で平面視（図１（Ｂ）参照）における輪郭形状が円形を成す容器としてステンレス鋼で形成されていて、その周縁の縦壁５１に複数の接続口、図示例では６個の接続口５２を有する。これらの接続口５２にゲートバルブを介して各プロセスチャンバ２及びロードロックチャンバ３を接続することができる。各接続口５２は、図３及び図４に示すように、縦壁５１に形成された開口５２Ａにステンレス鋼製の管フランジ５２Ｂが取り付けられて構成されている。さらに、トランスファーチャンバ５の上面５３の各接続口５２に近接した位置にも管フランジ５４が形成されている。これらの管フランジ５４の開口にはアクリル板５５が取り付けられて覗き窓が構成されている。なお、図１（Ｂ）に示すように、各接続口５２に対応して一つの覗き窓、即ち管フランジ５４がトランスファーチャンバ５の中心Ｃから対応する接続口５２を結ぶ各仮想直線Ｌ（図１（Ｂ）参照）上にそれぞれ配置されている。また、トランスファーチャンバ５の下面５６にも管フランジ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃが設けられており、図２に示す例では、管フランジ５６Ａにガス導入バルブ５６Ｄが、管フランジ５６Ｂに真空ゲージ５６Ｅが、管フランジ５６Ｃに図示省略するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）が連結される。

本実施形態では、各プロセスチャンバ２，２同士間での試料の搬送と、プロセスチャンバ２とロードロックチャンバ３との間での試料の搬送がトランスファーチャンバ５に設けられた単一の真空搬送機構１０によって行われることを特徴としている。

トランスファーチャンバ５は、真空搬送機構１０を搭載するために、図３及び図４に示すように、上面５３に開口５３Ａを有し、この開口５３Ａの縁から上方へ管フランジ５３Ｂが延出している。さらにこの管フランジ５３Ｂ内には、中心に貫通孔５７Ａを有する円盤状の蓋部材５７が嵌入されている。さらにこの蓋部材５７と管フランジ５３Ｂとの境界部分をシールするように、真空搬送機構１０のベース部材１１がトランスファーチャンバ５上に取り付けられている。

ベース部材１１は、中心に貫通孔１１０Ａを有し蓋部材５７上に配設されるロアベース部１１０と、このロアベース部１１０上に固定され中心に貫通孔１１１Ａを有するアッパベース部１１１と、から構成されている。これらのベース部の各貫通孔１１０Ａ，１１１Ａの中心は、トランスファーチャンバ５の中心Ｃ（図１（Ｂ）参照）を上下に貫通する仮想Ｚ軸（図３参照）上に選定されている。なお、図４において、構造を分かり易くするためにトランスファーチャンバ５，蓋部材５７、ベース部材１１を鉛直面で切った断面状態で表している。
このように構成されたベース部材１１を基準として、真空搬送機構１０の構成部材が上下に動いたり、或いは、上記仮想Ｚ軸周りに回転するように構成されている。

具体的には、本実施形態に係る真空搬送機構１０は、トランスファーチャンバ５内に配設されるガイド手段２０と、このガイド手段２０から水平に繰り出されて直線状に延びる支持手段３０と、支持手段３０の先端部に取り付けられ試料を支持するホルダー４０と、ベース部材１１上に固定された昇降用ガイド１５に案内されて上下動する台座部１６と、この台座部１６上に固定されたコラム５０と、ガイド手段２０を回転させる回転手段６０と、ガイド手段２０から繰り出される支持手段３０の長さＬ（図３参照）を調整する調整手段７０と、ホルダー４０を制御するための制御手段８０と、を備えている。

支持手段３０はホルダー４０を支持するものであり、トランスファーチャンバ５に配設される前の状態では、図４に示すように、細幅で直線状に延びた長尺部材として形成されている。ここで、図５（Ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図であり、この図に示されるように、本実施形態における支持手段３０は、細幅で長尺な薄い２枚の板ばね３１，３１を組み合わせて断面Ｖ字型を呈するように構成されている。このように、２枚の板ばね３１，３１が組み合わさっていることから支持手段３０は、自然状態では直線状の形態を維持する剛性と、折り曲げても各板ばねによって直線状の形態に戻る弾力性とを備えている。また、各板ばね３１は、図５（Ｂ）に示されているように断面形状が弧状に形成され、その円弧の角度Ｒが例えば５０〜１５０度程度に設定されている。また、板ばね３１は断面を円弧に限らず、Ｖ状又はＵ状など湾曲して形成されていてもよい。このように構成された各板ばね３１は、図５（Ｃ）に示すように、長手方向の中間部位で凹面３１Ａ側へ折れ曲がることができる。なお、本実施形態の支持手段３０では、図５（Ａ）に示すように、二つの板ばね３１が互いの凹面３１Ａを向き合わせるように縁部同士で連結しているので、支持手段３０は、所望の力を加えると板ばね３１の凹面３１Ａ側へ曲がるが、反対側（凸面３１Ｂ側）へは非常に曲がり難い。なお、図５は支持手段３０及び各板ばね３１の全体の表示を省略して一部を概略的に表したものである。
このように構成された支持手段３０は、図３における仮想Ｚ軸に沿うように配置され、その下側部分がガイド手段２０によって折り曲げられる。

ガイド手段２０は、支持手段３０の延出方向をガイドするものであり、前述のよう仮想Ｚ軸に沿って真っ直ぐに延びた支持手段３０の下側部分を折り曲げて水平方向へ延びるよう支持手段３０の延出方向を転換する。
ここで、図６はガイド手段２０の側面図であり、ガイド手段２０は、ブラケット２１と、このブラケット２１に回転可能に支持された複数のローラーとから構成されている。具体的には、図７はブラケット２１の平面図であり、ブラケット２１は、一定の間隔をおいて対向した２枚の同形の矩形型プレート２１Ａ，２１Ａと、２枚の矩形型プレート２１Ａ，２１Ａの上端部に架設された略円環型の取付部２１Ｂと、から構成されている。さらに、図６に示すように、矩形型プレート２１Ａの中央に第１ローラー２２Ａと、この第１ローラー２２Ａに隣接して水平方向へずれた位置に第２ローラー２２Ｂと、第１ローラー２２Ａに隣接して鉛直下方へずれた位置に第３ローラー２２Ｃと、第１ローラー２２Ａから距離をおいて第２ローラー２２Ｂとは反対の位置近傍に第４ローラー２２Ｄが、それぞれ２枚の矩形型プレート２１Ａ，２１Ａの間で水平な回転軸（図示省略）まわりを回転可能に支持されている。さらに、第３ローラー２２Ｃから第４ローラー２２Ｄ側へ水平にずれた位置近傍で、第５ローラー２３Ａが回転可能にアジャスター２３Ｂを介してブラケット２１に連結されている。

このようなガイド手段２０によって、支持手段３０はその先端部が取付部２１Ｂへ上方から差し込まれると、第１ローラー２２Ａとそれに水平に設けられた第２ローラー２２Ｂにガイドされて支持手段３０の左右への揺れが抑制されると共に二つのローラー２２Ａ，２２ＢによってＶ字型の断面が押し広げられてほぼ平らになることで曲がり易く成る。そして支持手段３０はこれらのローラー２２Ａ，２２Ｂから引き出されると平たい状態のまま第１ローラー２２Ａとその下側に配置された第３ローラー２２Ｃとの間に進入し、これらのローラー２２Ａ，２２Ｃにガイドされて９０度、すなわち、支持部材３０としての板ばねが垂直方向から水平方向へ屈曲される。さらにこれらのローラー２２Ａ，２２Ｃから引き出された支持手段３０は、板ばね３１の弾力性によって断面がＶ字型形状に戻ることで先端側が直線状に延出する姿勢を維持する。また、第５ローラー２３Ａは支持手段３０の下方への移動を規制するようガイドしている。

ガイド手段２０によって延出方向が水平に変えられた支持手段３０の先端部には、ホルダー４０が取り付けられている。
ここで、図８（Ａ）及び（Ｂ）はホルダー４０の側面図であり、ホルダー４０は、例えば、支持手段３０の先端部に取り付けられる取付部４１と、この取付部４１に固定され坩堝９０等を載せるテーブル部４２と、取付部４１に対して軸４３Ａまわりに回動可能に取り付けられテーブル部４２に載せた坩堝９０を動かないようにロックする可動部４３と、可動部４３におけるロックを解除するように可動部４３をテーブル部４２から離れる方向へ付勢するばね部材（図示省略）と、を備えている。
なお、可動部４３は、後述するように、制御手段８０のワイヤ８２によってロックがコントロールされる。

次に、トランスファーチャンバ５の外側に配設される部材について説明する。
昇降用ガイド１５は、図２〜４に示すように、ベース部材１１上に立設した案内シャフト１５Ａを備えている。台座部１６は、この案内シャフト１５Ａにガイドされて上下動する。案内シャフト１５Ａは例えばねじ軸として構成されており、このねじ軸を挿通させるための貫通孔１６Ａ（図４参照）が台座部１６に形成されていて、ボールを介してネジ軸と連結するボールねじナットが台座部１６の貫通孔１６Ａに取り付けられている。また、つまみ１５Ｂをまわすとその回転力をねじ軸の回転に変換する駆動部１５Ｃが案内シャフト１５Ａに連結されている。さらに、台座部１６は、後述の筒状部材６１を挿通させるための貫通孔１６Ｂ（図４参照）を備えている。よって、台座部１６の一側を貫通するようネジ軸が設けられ、他側を貫通するよう筒状部材６１が設けられているため、台座部１６は向きを一定にした状態で上下へ移動する。このように、台座部１６はベース部材１１に対する距離を可変に構成されているが、これらの台座部１６とベース部材１１とは例えば伸縮可能な蛇腹形状の筒型のシール部材１８（図２及び図４参照）で連結されている。即ち、シール部材１８は、台座部１６とベース部材１１との間で後述の筒状部材６１を気密的に覆っている。
なお、台座部１６を上下動させる機構は、本実施形態例に限られるものではなく、上記の案内シャフト１５Ａをねじ軸の代わりに表面にねじを切っていない棒材をベース部材１１に固定して用い、さらに台座部１６を上下へ牽引する部材を駆動部に設けてもよい。

コラム５０は、図４に示すようにトランスファーチャンバ５の上方へ突出した筒状の部材であり、その内部は中空（後述の図９等に示す中空領域Ｓ１）に形成されて、先端部を除いて断面が円環状に形成されている。このコラム５０は、台座部１６の貫通孔１６Ｂ（図４参照）と連通するように台座部１６上に固定される。よって、このコラム５０の内部は、台座部１６の貫通孔１６Ｂ及びシール部材１８を介してトランスファーチャンバ５内と連通し、大気から隔離される。

このように台座部１６上に固定されたコラム５０に対してガイド手段２０及び支持手段３０（即ち、板ばね）が動くように、回転手段６０と、調整手段７０が構成されている。

回転手段６０は、複数のプロセスチャンバ２の何れにもガイド手段２０が臨むことができるようガイド手段２０を仮想Ｚ軸まわりに回転させて、即ちガイド手段２０の向きを変えるものである。このために、回転手段６０は、筒状部材６１と、第１操作部材６２と、第１のマグネットカップリング（ＭＡＧＮＥＴ ＣＯＵＰＬＩＮＧ）６３と、を備えている。

筒状部材６１は、トランスファーチャンバ５内に基端部６１Ａが位置するようコラム５０の中空領域Ｓ１内に配設される。即ち、筒状部材６１は、トランスファーチャンバ５上面の開口５３Ａ、蓋部材５７の貫通孔５７Ａ、ベース部材１１の貫通孔１１０Ａ，１１１Ａ、台座部１６の貫通孔１６Ｂを貫通し、下側の基端部６１Ａがトランスファーチャンバ５内に位置し、上端部６１Ｂがコラム５０の下側に形成された大径部５０Ａ内に位置するように、配設されている。

第１操作部材６２は、コラム５０の台座部１６寄りの表面、即ち大径部５０Ａの表面を部分的に覆う円筒状の部材であり、大径部５０と同心円状に配設される。この第１操作部材６２は、第１のマグネットカップリング６３によって上記の筒状部材６１と磁気結合されている。ここで、図９は図２のＢ−Ｂ線断面図であり、この図に示すように、第１のマグネットカップリング６３は、第１操作部材６２の内周面に設けられた複数の第１の駆動マグネット６３Ａと、筒状部材６１の上端部の外周面に設けられた複数の第１の従動マグネット６３Ｂと、を備えている。例えば、第１の駆動マグネット６３Ａは一方の磁極が筒状部材６１に対向するように第１操作部材６２の内面に固定され、さらに隣り合う第１の駆動マグネット６３Ａは筒状部材６１と対向する各磁極が互いに異なるように第１操作部材６２に配設されている。同様に、第１の従動マグネット６３Ｂは、一方の磁極が第１操作部材６２の内面に対向するように筒状部材６１の上端部外周面に固定され、さらに隣り合う第１の従動マグネット６３Ｂは第１操作部材の内面と対向する各磁極が互いに異なるように筒状部材６１に配設されている。この種の第１の駆動マグネット６３Ａ及び第１の従動マグネット６３Ｂは、例えば細長い薄板状の永久磁石で成り、その長手方向が仮想Ｚ軸（図３参照）に沿うようにそれぞれ配設されている。このように、第１の駆動マグネット６３ＡのＮ極（或いはＳ極）が、コラム５０を介して第１の従動マグネット６３ＢのＳ極（或いはＮ極）と対向して、第１操作部材６２と筒状部材６１とが磁気結合される。
この筒状部材６１の基端部６１Ａに、図３及び図６に示すようにガイド手段２０が固定されている。
この構成によって、コラム５０周りに第１操作部材６２を回転させると、第１の従動マグネット６３Ｂが第１の駆動マグネット６３Ａの回転に追従するため、筒状部材６１が仮想Ｚ軸まわりに回転して、ガイド手段２０を回転させることができる。
なお、第１操作部材６２がコラム５０に対して上下に移動することを規制するために、例えば、図示省略するストッパーをコラム５０の表面に設けるとよい。

調整手段７０は、ガイド手段２０から繰り出された支持手段３０の長さ、即ちガイド手段２０からホルダー４０までの支持手段３０の長さＬ（図３参照）を調整するものである。
この調整手段７０は、第２操作部材７１と、第２のマグネットカップリング７２と、を備えている。

第２操作部材７１は、前述の第１操作部材６２と干渉しないように、コラム５０の表面を部分的に覆うよう、第１操作部材６２の上方に距離をおいて設けられており、円筒状に形成されている。この第２操作部材７１は、第２のマグネットカップリング７２によって、支持手段３０の上端部３０Ａと磁気結合されている。ここで、図１０は図２のＣ−Ｃ線断面図であり、この図に示すように、第２のマグネットカップリング７２は、第２操作部材７１の内周面に設けられた第２の駆動マグネット７２Ａと、コラム５０の中空領域Ｓ１に配置される第２の従動マグネット７２Ｂと、を備えている。これらの第２の駆動マグネット７２Ａと第２の従動マグネット７２Ｂは、リング状に形成されていて、第２の駆動マグネット７２Ａの内周面と第２の従動マグネット７２Ｂの外周面とが異なる磁極で対向するように同心円状に配設される。ここで、図１１は、図２のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図であり、この図に示すようにこれらの第２の駆動マグネット７２Ａと第２の従動マグネット７２Ｂとは、上下方向に２つずつ並べて設けられている。なお、第２の駆動マグネット７２Ａは取付ブラケット７２Ｃを介して第２操作部材７１の内周面に固定されており、第２の従動マグネット７２Ｂはコラム５０内をスライドする第１摺動部材７２Ｄに固定されている。この第１摺動部材７２Ｄに支持手段３０の上端部３０Ａが固定されている。このように、第２の駆動マグネット７２Ａが、コラム５０を介して、第２の従動マグネット７２Ｂと対向して、第２操作部材７１と支持手段３０の上端部３０Ａとが磁気結合されている。

この構成によって、コラム５０に対して第２操作部材７１を図２に示す矢印Ａのように上下へ移動させると、第２の従動マグネット７２Ｂが第２の駆動マグネット７２Ａに追従するため、支持手段３０の上端部３０Ａが上下へ移動する。この支持手段３０の上端部３０Ａの移動に連動して、ガイド手段２０から突出する支持手段３０の長さＬが変わる。したがって、第２操作部材７１を操作することで、試料を支えるホルダー４０の水平方向の位置を変えることができる。

さらに、ホルダー４０の可動部４３（図８参照）を制御する制御手段８０が、前述の調整手段７０に近接して設けられている。この制御手段８０は、第３操作部材８１と、ワイヤ８２と、第３のマグネットカップリング８３と、から構成されている。

第３操作部材８１は、第２操作部材７１を成す円筒状のカバーに対して動くことができるように構成されている。ここで、図１２は図２のＥ−Ｅ線概略断面図であり、この図に示されているように、第３操作部材８１は、コラム５０と第２操作部材７１との間隙Ｓ２内を摺動する第２摺動部材８１Ａと、この第２摺動部材８１Ａに固定されていて第２操作部材７１に形成されたガイド孔７４を介して外側へ突出したピン８１Ｂと、このピン８１Ｂの先端部に取り付けられたハンドル部８１Ｃと、から構成されている。

このように構成された第３操作部材８１と、ワイヤ８２の基端部８２Ａとが第３のマグネットカップリング８３で磁気結合されている。なお、ワイヤ８２の基端部８２Ａは、図１１に示すように、コラム５０の中空領域Ｓ１を上下方向にスライドする第３摺動部材８４に固定されている。この第３摺動部材８４は、図３及び図１１に示すように、調整手段７０の第１摺動部材７２Ｄより上側のコラム５０の中空領域Ｓ１に配設されており、ワイヤ８２は当該第３摺動部材８４から筒状部材６１内及びガイド手段２０内を経由して先端部がホルダー４０の可動部４３に連結されている。なお、ワイヤ８２は、図６に示すようにガイド手段２０において第１ローラー２２Ａと第４ローラー２２Ｄとの間を通過するように配索されている。

第３のマグネットカップリング８３は、第２のマグネットカップリング７２と同様の構成であり、図１１に示すように、リング状の駆動マグネット８３Ａが外側の第２摺動部材８１Ａに固定されており、リング状の従動マグネット８３Ｂが内側の第３摺動部材８４に固定されている。これらの駆動マグネット８３Ａ、従動マグネット８３Ｂも、筒状にそれぞれ形成されたコラム５０と第２操作部材７１と第２摺動部材８１Ａと共に、同心円状に配設されている。

ガイド孔７４は、図４に示すように、第２操作部材７１の上側領域で横方向に延びた横孔７４Ａと、この横孔７４Ａの端から下方へ延びた縦孔７４Ｂと、から成る。第３操作部材８１のハンドル部８１Ｃが横孔７４Ａに位置して下方移動を規制されている状態ではワイヤ８２は第３摺動部材８４からホルダー４０までの間において張っており、ハンドル部８１Ｃを横孔７４Ａから外して縦孔７４Ｂに沿って下方へ移動させるとワイヤ８２は弛む。
以上のように構成された制御手段８０によれば、第２操作部材７１に対してハンドル部８１Ｃをガイド孔７４に沿って移動させることで、ホルダー４０の可動部４３に回動動作を与えることができる。

次に、本実施形態に係る真空搬送機構１０による動作について説明する。
図２に示すように、第２操作部材７１がコラム５０の上端部寄りにあり、ハンドル部８１Ｃがガイド孔７４の横孔７４Ａにあるとき、ホルダー４０は図３中の位置ＰＯに配置される。この状態から調整手段７０の第２操作部材７１をコラム５０に対して下方へ移動させると、第２のマグネットカップリング７２によって支持手段３０の上端部３０Ａが押し下げられ、これにより、トランスファーチャンバ５内ではガイド手段２０から支持手段３０がさらに延出して長くなる。そして、第２操作部材７１を最下点まで押し下げると、チャンバ内での支持手段３０の長さＬが最長になり、ホルダー４０はガイド手段２０が対向している開口５２Ａ及び管フランジ５２Ｂで成る搬送ポートを通過して隣接するチャンバα内の位置Ｐ１まで移動する。

ホルダー４０が位置Ｐ１にある状態で、第２操作部材７１に対してハンドル部８１Ｃを縦孔７４Ｂに沿って下方へ移動させると、ワイヤ８２が弛み、これによりばね部材の付勢力によって可動部４３が図８（Ｂ）に示すようにテーブル部４２から離れる方向へ回動する。

ホルダーが位置Ｐ１にある状態で、第２操作部材７１をコラム５０に対して上方へ移動させると、ホルダー４０を当初の位置ＰＯに戻すことができる。そして、この状態から、回転手段６０の第１操作部材６２をコラム５０まわり、即ち仮想Ｚ軸まわりに所定の角度回転させると、第１のマグネットカップリング６３によって筒状部材６１と共にガイド手段２０がまわり、ガイド手段２０を例えば他の隣接するチャンバβ（図３参照）へ通ずる開口５２Ａに対向させることができる。このとき、回転手段６０によって筒状部材６１と共にガイド手段２０が回転することに伴って、直線状の板ばねで成る支持手段３０に捻れが生ずるが、支持手段３０を構成する板ばねの弾性力によって捻れを解消するよう支持手段３０は形状を変化させる。この支持手段３０の形状の復元動作に連動して調整手段の第１摺動部材７２Ｄが仮想Ｚ軸まわりに回転する。さらに、第２のマグネットカップリング７２によって第２操作部材７１及びそれに取り付けられた制御手段８０もコラム５０まわり（仮想Ｚ軸まわり）を回転することになる。

さらに、トランスファーチャンバ５に対して台座部１６を案内シャフト１５Ａに沿って上下へ移動させると、台座部１６の上下動に伴って第１操作部材６２が上下へ移動し、第１のマグネットカップリング６３によって筒状部材６１が第１操作部材６２に従動する。これにより、ガイド手段２０、ホルダー４０及びそれが支える試料の高さを変えることができる。

このように本実施形態に係る真空搬送機構１０によれば、試料交換室であるトランスファーチャンバ５に１本のトランスファーロッドを成す支持手段３０、即ち板ばねで成る部材を設け、３６０°全方向に対してすべて同一のトランスファーロッドを用いることによってトランスファーロッドの数を減らすことができ、トランスファーチャンバ５の小型化を図ることができる。また、図１４の従来のマルチチャンバシステム２００に比べて、各プロセスチャンバ２及びロードロックチャンバ３への試料の搬送を一本のトランスファーロッドを成す支持手段３０を共用して行えるので、試料搬送に伴う操作を簡略化することができる。

具体的には、トランスファーチャンバ５の中心Ｃを上下に貫通する仮想Ｚ軸上に沿ってトランスファーチャンバ上方へ突出したコラム５０の内外に試料を搬送させるための動力を伝達させるための部材、即ち板ばねで成る支持手段３０、支持手段３０が挿通する筒状部材６１、この筒状部材６１と磁気結合された第１操作部材６２、支持手段３０の上端部３０Ａと磁気結合された第２操作部材７１等を設け、トランスファーチャンバ５内にはガイド手段２０とそこから繰り出される板ばね及びこの板ばねに支えられたホルダー４０だけがチャンバ内で浮遊した状態で設けられる。また、ガイド手段２０は、トランスファーチャンバ５内で仮想Ｚ軸周りに回転して向きを変えたり、仮想Ｚ軸に沿って上下にシフトすることで高さを変え、その向きや高さを調整されたガイド手段２０から直線状に支持手段３０が繰り出されて、試料を支えるホルダー４０が水平移動する。さらに、トランスファーチャンバ５内のガイド手段２０の動力が外部からコラム５０を介して非接触で供給されるように構成されている。よって、トランスファーチャンバ自体を小型に構成することができる。特に真空搬送機構１０の操作部材が図２に示すように、トランスファーチャンバ５の上面の領域内に収まっているので、設置スペースをコンパクトにすることができる。例えば、本発明における真空搬送機構１０を採用することによって、トランスファーチャンバのサイズを図１４に示すシステムの１／４の設置サイズ程度に低減することができる。

また、本実施形態に係る真空搬送機構１０は、操作する部材がトランスファーチャンバ５の外側にはみ出ないことから、トランスファーチャンバ５のまわりに接続されるプロセスチャンバ２は真空搬送機構１０による制約を受けることはない。これより、トランスファーチャンバ５に連結するプロセスチャンバ２の組み合わせの自由度が向上すると共に、それらによって構成されるマルチチャンバシステム１自体も設置領域を狭めることができる。
このように周辺機器に設計の自由度をもたらすことが出来るので、本実施形態に係る真空搬送機構１０は、真空装置の標準規格であるＩＣＦ規格に対応することが可能であり、汎用性を持っている。

図１３は本発明の他の実施形態に係る真空搬送機構１０Ａを示す正面図である。この真空搬送機構１０Ａは、前述の真空搬送機構１０と異なり、ガイド手段２０を仮想Ｚ軸に沿って上下へシフト移動させるための昇降用ガイド１５を備えずに構成されており、コラム５０が直にベース部材１１上に固定されていることを特徴としている。
この真空搬送機構１０Ａによっても、前述の真空搬送機構１０と同様に、一本のトランスファーロッドを成す支持手段３０、即ち板ばねで成る部材だけで、試料を隣接するチャンバへ搬送することができる。

本発明のさらに他の実施形態に係る真空搬送機構について説明する。
上記の真空搬送機構１０，１０Ａにおける調整手段７０は、一本の直線状の支持手段３０をガイド手段２０で折り曲げ、コラム５０内における支持手段３０の上端部３０Ａの高さの位置を変えることで、ガイド手段２０から繰り出される長さＬが変わるように構成されている。このような調整手段７０に代えて、例えば、支持手段として弾性の高い素材を渦巻き状にまいて成るぜんまいばねを利用してもよい。このぜんまいばねは、例えば、コラム５０の内部の一定の位置で回転可能に配設され、その先端側は筒状部材６１及びガイド手段２０内を経由するように配索されてホルダー４０に連結される。この場合、ガイド手段２０から繰り出されるぜんまいばねの長さを調整するために、コラム５０の外側にハンドルが設けられ、このハンドルがマグネットカップリングによってぜんまいばねに磁気結合される。例えば、円盤状の駆動側及び従動側の各磁石が平面を対向するようにコラム５０を介して並設され、駆動側の磁石にハンドルが取り付けられ、従動側の磁石に渦巻き状態のばね基端部側が固定されて、ハンドルを磁石でなる円盤の中心まわりに回転させることで、ぜんまいばねの基端側の巻き回数を変えることができる。これにより、ガイド手段から繰り出されるばねの長さを調整できる。
このような真空搬送機構では、前述の真空搬送機構１０，１０Ａのように板ばねの上端部３０Ａを上下にストロークさせるためにコラム５０を高く形成しなくてもよいので、さらに、トランスファーチャンバを小型化することができる。

以上詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施をすることができる。
例えば、前述の真空搬送機構１０，１０Ａの支持手段３０は、２本の板ばね３１，３１を組み合わせて構成されているが、ばね定数を考慮した所定の厚みの一本の板ばねだけで構成してもよい。

支持手段の先端部に取り付けられるホルダーは、前述の構成例に限定されるものでははい。また、ホルダーにおける試料の支持の仕方としては、ホルダーの上面に試料を載せて支えるものに限らず、試料を摘んだり、試料を把持したりして支えるもの等も含む。
例えば、ホルダーは可動部４３を備えずに、先端部が二股状に分かれたフォーク形状に形成されてもよい。このようなホルダーを利用する場合、前述のワイヤ８２が不要となり、制御手段８０も省略することができる。
また、ホルダーはその先端部で基板などの試料を摘むことができるように、二つの爪部を備え、一方の爪部が他方の爪部から離れるようにばね部材で付勢されていて、この付勢力に抗して他方の爪部を一方の爪部に当接させるようワイヤ８２によって牽引されるように構成されてもよい。

例示したトランスファーチャンバ５では、真空搬送機構１０，１０Ａがチャンバ上方へ突出したコラム５０に対して配置されているが、この種のコラムは、トランスファーチャンバの下面から下方へ突出するように設け、このコラムを基準に真空搬送機構が配設されてもよい。
上記構成例では、回転手段６０の第１操作部材６２を回転させると、支持手段３０を成すばね部材の弾力性によって調整手段７０を仮想Ｚ軸まわりに回転させているが、第１操作部材６２と第２操作部材７１を直にリンク部材で連結させて両者を一体で回転させるように構成してもよい。
支持手段は二つの板ばねを組み合わせて断面を凹状に形成されていてもよい。
また、板ばねを除いて真空搬送機構を成す各構成部材はトランスファーチャンバと同様にステンレス鋼で形成されるが、その他の材料で作製されてもよい。
トランスファーチャンバに連結されるプロセスチャンバは、本書で例示した以外の処理を行うためのものでよいことは勿論である。

（Ａ）は本発明の実施形態に係るマルチチャンバシステムの正面図であり、（Ｂ）はその側面図である。 本発明の実施形態に係る真空搬送機構を備えたトランスファーチャンバの正面図である。 図２のトランスファーチャンバの概略断面図である。 図２のトランスファーチャンバの概略分解図である。 （Ａ）は図４のＡ−Ａ線に沿った支持手段の概略断面図であり、（Ｂ）は一つの板ばねの概略断面図であり、（Ｃ）は折れ曲がった状態の板ばねの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る真空搬送機構のガイド手段の側面図である。 図６のガイド手段のブラケットの平面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る真空搬送機構のホルダーが試料を支持した状態を、（Ｂ）はロックが解除された状態のホルダーの側面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿った回転手段の概略断面図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿った調整手段の概略断面図である。 図２のＤ−Ｄ線に沿った調整手段及び制御手段の概略断面図である。 図２のＥ−Ｅ線に沿った制御手段の概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る他の真空搬送機構を備えたトランスファーチャンバの正面図である。 従来のマルチチャンバシステムの概略平面図である。

符号の説明

１ マルチチャンバシステム
２ プロセスチャンバ
３ ロードロックチャンバ
４ 台車
４Ａ フレーム
４Ｂ キャスター
５ トランスファーチャンバ
１０，１０Ａ 真空搬送機構
１１ ベース部材
１５ 昇降用ガイド
１５Ａ 案内シャフト
１５Ｃ 駆動部
１６ 台座部
１６Ａ，１６Ｂ，５７Ａ，１１０Ａ，１１１Ａ 貫通孔
１８ シール部材
２０ ガイド手段
２１ ブラケット
２１Ａ 矩形型プレート
２１Ｂ 取付部
２２Ａ 第１ローラー
２２Ｂ 第２ローラー
２２Ｃ 第３ローラー
２２Ｄ 第４ローラー
２３Ａ 第５ローラー
２３Ｂ アジャスター
３０ 支持手段
３１ 板ばね
４０ ホルダー
４１ 取付部
４２ テーブル部
４３ 可動部
４３Ａ 枢軸
５０ コラム
５０Ａ 大径部
５１ トランスファーチャンバの縦壁
５２ 接続口
５２Ａ，５３Ａ 開口
５２Ｂ，５３Ｂ，５４，５６Ａ〜５６Ｃ 管フランジ
５３ トランスファーチャンバの上面
５５ アクリル板
５６ トランスファーチャンバの下面
５６Ｄ ガス導入バルブ
５６Ｅ 真空ゲージ
５７ 蓋部材
６０ 回転手段
６１ 筒状部材
６１Ａ 筒状部材の基端部
６１Ｂ 筒状部材の上端部
６２ 第１操作部材
６３ 第１のマグネットカップリング
６３Ａ 第１の駆動マグネット
６３Ｂ 第１の従動マグネット
７０ 調整手段
７１ 第２操作部材
７２ 第２のマグネットカップリング
７２Ａ 第２の駆動マグネット
７２Ｂ 第２の従動マグネット
７２Ｃ 取付ブラケット
７２Ｄ 第１摺動部材
７４ ガイド孔
７４Ａ 横孔
７４Ｂ 縦孔
８０ 制御手段
８１ 第３操作部材
８１Ａ 第２摺動部材
８１Ｂ ピン
８１Ｃ ハンドル部
８２ ワイヤ
８２Ａ 基端部
８３ 第３のマグネットカップリング
８３Ａ 駆動マグネット
８３Ｂ 従動マグネット
８４ 第３摺動部材
９０ 坩堝
１１０ ロアベース部
１１１ アッパベース部
Ｚ 仮想の鉛直軸
Ｌ 仮想の直線
ＰＯ，Ｐ１ 位置
Ｓ１ 中空領域
Ｓ２ 間隙

Claims (6)

1. 複数のプロセスチャンバを周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバに設けられる試料搬送用の機構であって、
   試料を支持するホルダーと、
   長尺の板ばねで成り、上記トランスファーチャンバ内で水平方向へ直線状に延びて上記ホルダーを先端部で支持する支持手段と、
   上記支持手段の延出方向をガイドするガイド手段と、
   上記ガイド手段が上記複数のプロセスチャンバのそれぞれに臨む方向を変えるよう上記ガイド手段を回転する回転手段と、
   上記ガイド手段から繰り出される上記支持手段の長さを調整する調整手段と、を備えていることを特徴とする、真空搬送機構。
2. 前記トランスファーチャンバは、上壁の上方へ或いは下壁の下方へ突出し中空の内部がトランスファーチャンバ内と連通し先端が閉塞された筒状のコラムを備え、
   前記回転手段は、前記トランスファーチャンバ内に基端部が位置するよう上記コラム内に配設される筒状部材と、上記コラムの外側に配置され第１のマグネットカップリングを介して筒状部材と磁気結合された第１操作部材と、を備え、
   前記ガイド手段は、上記筒状部材の基端部に固定されており、
   上記第１操作部材を上記コラム周りに回転させると、上記筒状部材が上記第１操作部材に従動して前記ガイド手段が回転することを特徴とする、請求項１に記載の真空搬送機構。
3. 前記板ばねは前記筒状部材内を貫通し、中間部が前記ガイド手段で折り曲げられて先端側が前記トランスファーチャンバ内で水平状に延びており、
   前記調整手段は、前記コラム内で前記筒状部材の上端から突出した前記板ばねの上端部と第２のマグネットカップリングを介して磁気結合され前記コラムの外側に配設される第２操作部材と、を備え、
   前記コラムに対して上記第２操作部材を上下に移動させると、前記板ばねの上端部が上記第２操作部材に従動して、前記トランスファーチャンバ内で前記ガイド手段から繰り出される前記板ばねの長さが変わることを特徴とする、請求項２に記載の真空搬送機構。
4. 前記コラムを昇降させる昇降手段を備え、
   上記昇降手段が、前記コラムを支持し前記筒状部材が挿通可能な貫通孔を有する台座部と、この台座部の昇降をガイドする昇降用ガイドと、を備え、
   上記台座部の貫通孔を貫通した前記筒状部材における上記台座部と前記トランスファーチャンバとの間で露呈する部分が、上記台座部と前記トランスファーチャンバとの間に設けられたシール部材で気密的に覆われていて、
   上記昇降手段によって前記コラムを昇降させると、当該コラムの外側に配設された前記第１操作部材に前記筒状部材が従動して、前記ガイド手段が上下に移動することを特徴とする、請求項３に記載の真空搬送機構。
5. 複数のプロセスチャンバを周囲に接続した試料搬送用のトランスファーチャンバに設けられる試料搬送用の機構であって、
   試料を支持するホルダーと、
   二つの板ばねを組み合わせて断面Ｖ字型又は凹状に形成されており、上記トランスファーチャンバ内で水平方向へ直線状に延びて上記ホルダーを先端部で支持する支持手段と、
   上記支持手段の延出方向をガイドするガイド手段と、
   上記ガイド手段が上記複数のプロセスチャンバのそれぞれに臨む方向を変えるよう上記ガイド手段を回転する回転手段と、
   を備えていることを特徴とする真空搬送機構。
6. 複数のプロセスチャンバと、これらの複数のプロセスチャンバを周囲に接続したトランスファーチャンバと、を備えたマルチチャンバシステムであって、
   上記トランスファーチャンバが、請求項１〜５の何れかに記載の真空搬送機構を備えたことを特徴とする、マルチチャンバシステム。