JP5731663B2 - 真空処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シート状又は板状の基板に対する真空処理に適した真空処理装置に関する。
従来、基板に対して１〜３層程度の成膜を行う場合には、１つのプロセスチャンバ（ＰＣ）に１つのロードロック（ＬＬ）が連結された成膜装置を用いることがあった（例えば、特許文献１参照）。
このような、１つのプロセスチャンバ（ＰＣ）と１つのロードロック（ＬＬ）とで構成された成膜装置では、ロードロック室（ＬＬ）で基板の交換が行われる間はプロセスチャンバ（ＰＣ）で成膜することができないため、実質的な設備稼動率を向上するには限界があり、成膜処理の生産性（スループット）向上を図ることが困難であった。
また、１つのプロセスチャンバ（ＰＣ）と１つのロードロック（ＬＬ）とで構成された成膜装置において、基板をキャリアに保持した状態で真空容器を移送する装置が用いられることがある。このような装置では、キャリアを真空容器から取り出した状態で、基板の取付けと取り外しを行うことがあり、基板の取付けと取り外しの作業に要する工数が多く生産性の向上が課題となっていた。
そこで、ロードロック室（ＬＬ）での作業時間短縮を図るために、プロセスチャンバ（ＰＣ）を挟んで上流側と下流側にそれぞれロードロック室（ＬＬ）を配置し、基板を一方向に通過させる方法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
例えば、特許文献２に開示された技術は、ＬＯＡＤチャンバとＵＮＬＯＡＤチャンバとの間に複数のプロセスチャンバが配設された真空処理装置を用いた方法である。この真空処理装置では基板をキャリアで保持した状態で移送することができるため、連続的に基板上に多層膜を形成することができる。
特開平９−２７２９７９号公報 特開平７−２４３０３７号公報
しかしながら、特許文献２の技術では、基板を保持するキャリア（若しくはホルダ）を真空容器内で移送するための機構が複雑であり、成膜装置の低コスト化が困難であるという問題があった。また、基板上に積層させる層の数が少ない場合には、相対的にＬＯＡＤチャンバとＵＮＬＯＡＤチャンバでの作業時間が多くなり、また、プロセスチャンバの稼働率を高くするには大量のキャリアを用意しなければならないことからコスト低減が困難であるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、成膜処理の生産性の向上を図ることができ、且つコスト低減に寄与する真空処理装置を提供することにある。
本発明に係る真空処理装置は、プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバに接続されたロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバから前記プロセスチャンバへ基板を移送する移送装置と、を備え、前記移送装置は、前記基板を重力によって移動させるように構成され、前記移送装置は、前記基板が重力によって移動する際の移送路を形成するガイドと、前記基板を保持するときは前記基板の重力による移動を制限し、前記基板を移動させるときは前記制限を解除するストッパと、を備え、前記ガイドは、前記基板の厚さ方向の動きを規制するように前記基板の２つの面をそれぞれガイドする一対の第１ガイドと、前記基板の幅方向の動きを規制するように前記基板の４辺のうち前記移送路に沿った２辺をガイドする一対の第２ガイドと、を含み、前記第１ガイドは、前記基板の前記２つの面がそれぞれ露出した状態で前記基板をガイドするように、ワイヤによって構成されている。
重力を利用して基板を移送するため、省エネルギー化を図ることが容易な真空処理装置を提供することができる。また、この真空処理装置は、比較的簡単な構成で基板の移送を行うため、イニシャルコストやランニングコストの低減を図ることが容易である。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係る真空処理装置の正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る移送装置の概略図である。 本発明の第１実施形態に係る移送装置の概略図である。 図４のＢ−Ｂ断面矢視図である。 本発明の第１実施形態に係る移送装置の拡大概略図である。 本発明の一実施形態に係る移送装置のストッパの該略図である。 本発明の一実施形態に係るストッパの作動説明図である。 本発明の一実施形態に係るストッパの作動説明図である。 本発明の他の実施形態に係る真空処理装置の断面図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略している。
本願明細書中では、真空処理装置としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を成膜するＣＶＤ装置（真空処理装置１，２）を例に挙げて説明するが本発明はこの限りではない。例えば、スパッタリング装置や他のＰＶＤ装置若しくは他のＣＶＤ装置などにも本発明は適用可能である。本発明は成膜装置以外の処理装置、例えばドライエッチング装置若しくはアッシング装置、熱処理装置などの装置にも適用可能である。
図１，２に基づいて真空処理装置１の概略構成を説明する。真空処理装置１はＣＶＤ装置であり、３つの真空チャンバが重力方向に直列に連結されている。すなわち真空処理装置１は、ロードロックチャンバＬＬ、プロセスチャンバＰＣ、アンロードチャンバＵＬがゲートバルブＧＶを介してこの順番で一列に連結されている。さらに真空処理装置１には、ロードロックチャンバＬＬに未処理の基板５を供給するマガジンラック１１と、アンロードチャンバＵＬから排出された処理済の基板５を受け取る回収ケース１２が連結されている。また後述するが、真空処理装置１は各チャンバ間で基板５を移送する移送装置Ｔを備えている。プロセスチャンバＰＣは、上方のロードロックチャンバＬＬから基板５を導入され、基板５を処理した後に、下方のアンロードチャンバＵＬに基板を排出する。
プロセスチャンバＰＣは、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）を成膜するためのＣＶＤ成膜チャンバであり、詳細は省くが、ガス導入系１７、電力供給系１９及び排気系２０などを備えている。ガス導入系１７から導入されるガスは、例えば、ＣｘＨｙ（炭化水素系ガス），Ｈ２，Ｎ２又はＡｒである。その他にも、プロセス中の圧力をモニターする真空計１５などがプロセスチャンバＰＣに備えられうる。また、プロセスチャンバＰＣには、ＤＬＣ膜を成膜するＣＶＤ処理装置の他に、アッシング処理装置及び基板５を所定温度に加熱するヒータが備えられている。
基板５として導電性の板状若しくはシート状のものが用いられうる。基板５は、例えば、ステンレス板などの金属板でありうる。プロセスチャンバＰＣ内で、後述するバイアス印加などを行わないプロセス、即ち基板に電力を供給しないプロセスを行う場合は、基板５は不導体の基板であってもよい。
ロードロックチャンバＬＬは、プロセスチャンバＰＣに対して基板５を上方から供給するチャンバであり、プロセスチャンバＰＣの上側にゲートバルブＧＶを介して接続されている。アンロードチャンバＵＬは、プロセスチャンバＰＣから基板５を下方に排出するチャンバであり、プロセスチャンバＰＣの下側にゲートバルブＧＶを介して接続されている。これらのチャンバ（ＬＬ，ＵＬ）にはガス導入系１８や不図示の排気系が備えられている。真空処理を行うプロセスチャンバＰＣの上下の両側にゲートバルブＧＶを介して接続される。
ロードロックチャンバＬＬは、大気側（マガジンラック１１）から基板５が導入される際に、ガスが導入（ベント）されて、ゲートバルブＧＶが開放される。そして、基板５の導入後にゲートバルブＧＶが閉じられて、真空ポンプにより排気される。同様に、アンロードチャンバＵＬは、プロセスチャンバＰＣから基板５が導入される際には、内部が真空ポンプにより排気された状態でゲートバルブＧＶが開放される。そして、基板５の導入後にゲートバルブＧＶが閉じられて、ガスが導入（ベント）されて、その後に、基板５が大気側（回収ケース）に排出される。すなわち、ロードロックチャンバＬＬ、アンロードチャンバＵＬは、排気／ベントを繰り返し行い、基板５の供給／排出を行う機構を有している。また、ロードロックチャンバＬＬ、アンロードチャンバＵＬチャンバ内の圧力をモニターする真空計１６が取り付けられている。
マガジンラック１１は、ロードロックチャンバＬＬの導入口に基板５を一枚ずつ供給する装置である。本実施形態では、基板５を厚さ方向に重ねて配置した状態から一枚ずつ基板５をスロープ１３に送り出す装置が採用されている。スロープ１３は基板５をロードロックチャンバＬＬの導入口に誘導する。なお、基板５を一枚ずつ把持できるハンドを有するロボットを用いて、ロードロックチャンバＬＬの導入口に直接供給する構成でもよい。回収ケース１２は、プロセスチャンバＰＣから排出された基板５を受け取る装置である。プロセスチャンバＰＣの排出口にスロープ１４が接続されており、基板を一枚ずつ、厚さ方向に重ねて回収することができる。
また、マガジンラック１１と回収ケース１２をいずれもベルトコンベアなどのコンベアで置き換えてもよい。この場合、コンベアで一枚ずつ前工程から搬送されてきた未処理の基板５を、順次ロードロックチャンバＬＬの導入口に供給することができる。同様に、アンロードチャンバＵＬの下方から処理済の基板５を一枚ずつコンベアで次工程に搬送することができる。
図３〜７に基づいて基板を移送する移送装置について説明する。移送装置Ｔは、重力を利用して基板を移送する装置であり、ロードロックチャンバＬＬ、プロセスチャンバＰＣ、アンロードチャンバＵＬの順番に基板５を所定のタイミングで移送する。移送装置Ｔは、ガイド２１とストッパ２３とを有して構成され、ガイド２１によって基板５が落下する際の移送路を形成し、ストッパ２３の動作によって重力方向に位置する次のチャンバに基板５を供給するタイミングを決定することができる。
図３に示すように、ガイド２１とストッパ２３は、それぞれのチャンバ内の左右（基板５の移送路の両側）に設けられており、基板５が一定以上、水平方向に移動することを制限している。なお、本明細書における落下とは重力方向の移動のみではなく、重力の作用のみで基板５が移送される場合の移動方向を含むものとする。すなわち、移送路が重力方向に対して角度を有して形成される場合には、基板５はその移送路の角度に沿って移送されることになるが、この場合の移動も落下と呼ぶ。
図４〜６にプロセスチャンバＰＣ内の移送装置Ｔを示す。ガイド２１は、基板５の厚さ方向への動きを規制するワイヤ２５（第１ガイド）と、幅方向への動きを規制するローラー２７（第２ガイド）とを含む。一対のワイヤ２５は、基板５の厚さ方向の両面側に所定の隙間を有して設けられている。一対のローラー２７は、基板５の幅方向の両側に所定の隙間を有して設けられている。すなわち、ガイド２１は、それぞれ一対のワイヤ２５と一対のローラー２７によって、基板５の水平方向（重力に交わる方向）の移動範囲を規制し、基板５移送路が形成される。
図４に示すように、本実施形態のワイヤ２５は、チャンバ内に設けられた２つの突起２５ａの間に金属製の細線（ワイヤ）を固定して構成されている。しかし、角部を滑らかに加工した板状部材や、ローラー若しくはメッシュで構成してもよい。また、基板５の幅方向の両側に位置するチャンバの内壁にスリットを形成してもよい。ローラー２７はベアリングに支持されているが、表面を滑らかに加工又はコーティングした部材に基板５を摺接させるものであってもよい。
ストッパ２３は、ガイド２１で側方を支持された基板５の下部を支持または開放することができる部材である。ストッパ２３は、一端部の軸部２３ａを中心に回動できる部材であり、基板５を保持するときは、基板５の通過する移送路内に張り出すことで、基板５の下方への落下を制限することができる。一方、基板５を移動させるときは、ストッパ２３は移送路内から退避させられる。これによって基板５の落下の制限は解除されるので、基板５は下方に落下する。軸部２３ａは駆動装置２３ｂに連結されており（図５参照）、所定のタイミングでストッパ２３を動作させることができる。また、本実施形態のストッパ２３は、タングステンなどの高融点金属であり、バイアス電源２９から電力（バイアス電力）を印加させることができる。そのため、ストッパ２３に電力を印加した状態で基板５に当接させると、基板５にバイアス電力を印加することができる。
図７にストッパ２３の拡大図を示す。また、図８Ａ、８Ｂにストッパ２３が作動する際の説明図を示す。図８Ａはストッパ２３が基板５の下部を支持しているときの様子であり、図８Ｂはストッパ２３が回動し基板５を下方に移送する（落下）様子である。
ストッパ２３は、基板５と当接する部分にスリット２４が形成されている。基板５の下部を支持するときは、スリット２４に基板５の下部の縁部が嵌まり込んでその縁部の位置を規制できる。そのため、移送路内での基板５の支持位置を調整することができる。ゲートバルブＧＶの開口の中心位置に基板５を支持することで、基板５がゲートバルブＧＶの内壁に接触することを効果的に防ぐことができる。また、次のチャンバ内のガイド２１に基板５をスムーズに移行させることができる。
また、ストッパ２３が回動し、基板５を下方に位置するチャンバに移送させるときは、スリット２４に基板５の幅方向の縁部が嵌まり込んでその縁部の位置を規制できるため、移送中の基板５の支持位置を調整することができる。移送中の基板５の支持位置を調整することで、基板５がゲートバルブＧＶの内壁に接触することを防ぐことができる。また、次のチャンバ内のガイド２１にスムーズに移行させることができる。なお、本実施形態のストッパ２３は軸部２３ａを中心に回動するように構成されているが、ストッパが移送路に張り出す方向に進退動（スライド）する構成であってもよい。
真空処理装置１での処理工程について説明する。まず、ロードロックチャンバＬＬの上部のゲートバルブＧＶ（ＧＶ１とする）を開放し、マガジンラック１１に保持されている基板５を、スロープ１３を介してロードロックチャンバＬＬ内に供給する。
ＧＶ１を閉鎖し、ロードロックチャンバＬＬ内を真空排気する。このとき、基板５はロードロックチャンバＬＬ内のガイド２１とストッパ２３（２３１とする）とによって支持されている。次に、ロードロックチャンバＬＬとプロセスチャンバＰＣとの間のゲートバルブＧＶ（ＧＶ２とする）を開放し、ロードロックチャンバＬＬのストッパ２３を動作させて、基板５をプロセスチャンバＰＣ内に移送させる。ストッパ２３１は、ＧＶ２の開放と同時、若しくはＧＶ２の開放よりも僅かに遅れるタイミングで動作させるとよい。
基板５はプロセスチャンバＰＣ内のガイド２１により所定の位置（移送路内）を移送され、プロセスチャンバＰＣ内のストッパ２３（２３２とする）に当接した状態で支持される。ＧＶ２を閉鎖し、プロセスチャンバＰＣ内での真空処理を行う。本実施形態ではＣＶＤプロセスにより、基板５の両面に硬質カーボン膜（ＤＬＣ膜）を成膜する。真空処理中は、基板５はプロセスチャンバＰＣ内のガイド２１とストッパ２３（２３２）に支持されている。また、プロセスチャンバＰＣ内のストッパ２３（２３２）を介して基板５にはバイアス電力が印加される。
真空処理が終了したら、プロセスチャンバＰＣとアンロードチャンバＵＬとの間のゲートバルブＧＶ（ＧＶ３とする）を開放し、プロセスチャンバＰＣのストッパ２３（２３２）を動作させて、基板５をアンロードチャンバＵＬ内に移送させる。基板５はアンロードチャンバＵＬ内のガイド２１により所定の位置（移送路）を移送され、アンロードチャンバＵＬ内のストッパ２３（２３３とする）に当接した状態で支持される。
ＧＶ３を閉鎖し、アンロードチャンバＵＬ内が大気圧になるまで窒素ガスを導入（ベント）する。アンロードチャンバＵＬの下部のゲートバルブＧＶ（ＧＶ４）を開放し、ストッパ２３（２３３）を動作させて、基板５をアンロードチャンバＵＬから排出する。排出された真空処理済の基板５はスロープ１４を介して回収ケース１２に回収される。なお、ストッパ２３２、２３３は、それぞれと連動するゲートバルブＧＶ（ＧＶ２とＧＶ３）の開放と同時、若しくは、その開放よりも僅に遅れるタイミングで動作させるとよい。
一枚の基板５の処理工程について上述したが、真空処理装置１では、プロセスチャンバＰＣでの真空処理中に、ロードロックチャンバＬＬとアンロードチャンバＵＬで真空排気やベント（大気開放）を行い、未処理の基板５の供給や、処理済みの基板５の排出を行うことができる。
本実施形態の真空処理装置１によれば、重力を利用して基板５を移送するため、基板５を駆動するための動力を必要とせず、省エネルギー化を図ることが容易である。また、真空処理装置１はキャリアや基板ホルダを用いないためキャリアなどからパーティクルが生じることがない。さらに、この真空処理装置は、簡単な構成で基板５の移送を行うため、イニシャルコストやランニングコストを低減できる。
図９に本発明の他の実施形態に係る真空処理装置２を示す。また、上述の実施形態と同様の部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。真空処理装置２は、ロードロックチャンバＬＬとプロセスチャンバＰＣとアンロードチャンバＵＬを重力方向に対して角度を有して連結したものである。真空処理装置２の移送装置は、重力方向に対して角度を有して構成されるため、基板５はガイド２１に接しながらチャンバ内を移送されることになる。このため、真空処理装置２の傾斜角度を調整することで、基板５が移送される位置と速度を調整することができる。真空処理装置２によれば、上述した真空処理装置１の効果に加えて、基板５が移送される位置や速度を調整に行うことができる。
なお、上述した各実施形態に係る真空処理装置１，２はいずれもアンロードチャンバＵＬを備えるものである。しかしながら、アンロードチャンバＵＬを備えず、プロセスチャンバＰＣから直接、処理済の基板５を排出する構成であっても本発明を適用できることはもちろんである。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、２０１１年１０月２８日提出の日本国特許出願特願２０１１−２３６５９７を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
ＬＬ ロードロックチャンバ
ＰＣ プロセスチャンバ
ＧＶ ゲートバルブ
Ｔ 移送装置
１，２ 真空処理装置
５ 基板
１１ マガジンラック
１２ 回収ケース
１３，１４ スロープ
１５，１６ 真空計
１７，１８ ガス導入系
１９ 電力供給装置
２０ 排気系
２１ ガイド
２３ ストッパ
２５ ワイヤ
２７ ローラー

Claims (6)

  1. プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバに接続されたロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバから前記プロセスチャンバへ基板を移送する移送装置と、を備え、
    前記移送装置は、前記基板を重力によって移動させるように構成され、
    前記移送装置は、
    前記基板が重力によって移動する際の移送路を形成するガイドと、
    前記基板を保持するときは前記基板の重力による移動を制限し、前記基板を移動させるときは前記制限を解除するストッパと、を備え、
    前記ガイドは、
    前記基板の厚さ方向の動きを規制するように前記基板の２つの面をそれぞれガイドする一対の第１ガイドと、
    前記基板の幅方向の動きを規制するように前記基板の４辺のうち前記移送路に沿った２辺をガイドする一対の第２ガイドと、を含み、
    前記第１ガイドは、前記基板の前記２つの面がそれぞれ露出した状態で前記基板をガイドするように、ワイヤによって構成されている、
    ことを特徴とする真空処理装置。
  2. 前記ストッパによって前記基板の移動が制限されている状態で前記ストッパを介して前記基板にバイアス電力を印加できることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  3. 前記ストッパは、前記基板の縁部の位置を規制するスリットを備えることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  4. 前記移送路は、重力方向に前記基板が落下するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  5. 前記移送路は、重力方向から角度を有して前記基板が落下するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空処理装置。
  6. 前記ストッパは、前記基板の前記２つの面に直交する方向に平行な軸部を中心に回動する部材を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空処理装置。
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