JP6868929B1 - 移載装置及びこれを用いた成膜装置 - Google Patents

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Abstract

成膜品質の安定性を確保したうえで、生産性が高く、小型で安価な成膜装置を提供するために、回転可能とされた回転体（２１）であって、移載すべき対象物（３）が着脱可能に保持される保持部（２１２）が当該回転体（２１）の外周部に沿って設けられた回転体（２１）と、前記対象物（３）を把持及び解放可能な把持機構（２２３）を有し、所定機器（１１１）に保持された対象物（３）を前記回転体（２１）の保持部（２１２）に移載するとともに、前記回転体（２１）に保持された他の対象物（３）を前記所定機器（１１１）に移載する移載機構（２２）と、を備える。

Description

本発明は、被成膜基板その他の対象物を移載するための移載装置、及びこれを用いた成膜装置に関するものである。
ＰＶＤ法を用いた成膜装置において、複数の被成膜基板が保持されるドラム状の回転体（以下、カルーセルドラムともいう。）を備えたものが知られている。カルーセルドラムを備える成膜装置では、カルーセルドラムに成膜前の被成膜基板を取り付ける一方、成膜後の被成膜基板をカルーセルドラムから取り外す必要がある。そのため、成膜工程を終了するたびに成膜室を開放し、成膜室に固定したカルーセルドラムの被成膜基板を逐次入れ替える。被成膜基板を入れ替える方法としてはバッチ式成膜装置が知られている。バッチ式成膜装置では成膜工程を終了するたびに成膜室を開放するため、成膜室の内表面に水分が吸着し、成膜品質が不安定になるおそれがあると同時に、成膜再開時の排気時間が延長されることにより生産性が低下する。
こうしたバッチ式成膜装置の欠点を補うため、成膜室とは別に真空室などの補助室を設け、成膜前の被成膜基板が保持されたカルーセルドラム自体を、仕切バルブを介して補助室から成膜室へ搬入し、成膜後の被成膜基板が保持されたカルーセルドラム自体を、仕切バルブを介して成膜室から補助室へ搬出するロードロック式成膜装置が知られている（特許文献１）。これにより、成膜室の真空度を維持したまま、成膜前の被成膜基板と成膜後の被成膜基板とを入れ替えることができる。
特開２００９−２２８０６２号公報
しかしながら、特許文献１に記載のロードロック式成膜装置では、カルーセルドラム自体を、補助室から成膜室へ搬入したり、成膜室から補助室へ搬出しなければならないので、補助室と成膜室とを仕切る仕切バルブが、カルーセルドラムより必然的に大型化し、これともない補助室や成膜室も大型化する。そのため、補助室の大型化により各補助室の排気時間が長くなり、また装置のコストも高くなるという問題がある。
すなわち、従来の成膜装置では、成膜品質の安定性を確保したうえで、高生産性且つ小型で安価な成膜装置を提供することができず、したがってそのような装置の開発が望まれていた。
本発明が解決しようとする課題は、成膜品質の安定性を確保したうえで、高生産性且つ、小型で安価な成膜装置を提供することである。
本発明は、対象物に所定の表面処理を施す成膜室と、前記成膜室と空間的に隔離される補助室と、を備える成膜装置に用いられ、回転可能とされた回転体であって、補助室に設けられ、移載すべき対象物が着脱可能に保持される保持部が当該回転体の外周部に沿って設けられた回転体と、前記対象物を把持及び解放可能な把持機構を有し、前記成膜室に保持された対象物を前記回転体の保持部に移載するとともに、前記回転体に保持された他の対象物を前記成膜室に移載する移載機構と、を備える移載装置によって、上記課題を解決する。
また本発明は、上記移載装置と、対象物を保持するホルダを有し、前記ホルダに保持された対象物に所定の表面処理を施す成膜室と、仕切バルブを介して前記成膜室と空間的に隔離される補助室と備え、前記移載装置は、前記補助室に設けられ、前記移載機構は、前記ホルダに保持された対象物を前記回転体の保持部に移載するとともに、前記回転体に保持された他の対象物を前記ホルダに移載する成膜装置によって、上記課題を解決する。
本発明に係る移載装置を成膜装置に利用することで、成膜品質の安定性を確保したうえで、生産性が高く、小型で安価な成膜装置を提供することができる。
本発明に係る移載装置を用いた成膜装置の一実施の形態を示す平面図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 本発明に係る対象物の一例を示す斜視図である。 図３ＡのIIIB-IIIB線に沿う断面図である。 本発明に係る回転体の一例を示す斜視図である。 図４Ａの回転体に対象物を取り付けた状態を示す斜視図である。 回転体に対象物を取り付ける方法を示す断面図である。 本発明に係る移載機構の一例を示す斜視図である。 図６ＡのVIB部を拡大して示す側面図である。 図６Ａの移載機構により対象物を把持する方法を示す断面図である。 対象物の移載手順を示す側面図（その１）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その２）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その３）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その４）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その５）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その６）である。 対象物の移載手順を示す側面図（その７）である。 本発明に係る移載装置を用いた成膜装置の他の実施の形態を示す平面図である。
図４Ａ〜図７に、本発明に係る移載装置の一実施の形態を示す。以下に、これを成膜装置に応用した実施形態を説明するが、本発明に係る移載装置は、成膜装置にのみ限定されず、他の任意の装置にも利用することができる。また、以下の実施形態では、本発明の移載装置の移載対象である対象物を被成膜基板３として説明するが、被成膜基板以外の対象物を移載対象とすることもできる。
図１は、本発明に係る移載装置を用いた成膜装置１の一実施の形態を示す平面図、図２は、図１のII-II線に沿う断面図である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間である筐体からなる成膜室１１と、同じく実質的に密閉空間である筐体からなる補助室１２と、これら成膜室１１と補助室１２とを気密に開閉する仕切バルブ１３とを備える。
本実施形態の成膜室１１には、ドラム状の回転体であるカルーセルドラム１１１が設けられている。カルーセルドラム１１１は、成膜室１１の天井と床に支持されたドラム軸１１６を中心に回転可能とされている。ドラム軸１１６の一端には、減速器１１８を介してサーボモータ１１７が接続され、このサーボモータ１１７により、カルーセルドラム１１１が、定速で連続回転したり、定寸でインデックス回転したりする。サーボモータ１１７は、後述する制御装置１４により制御される。なお、ドラム軸１１６が成膜室１１の天井を貫通する部分には磁気シールユニット１１９が設けられ、成膜室１１の気密性を確保するようになっている。
カルーセルドラム１１１の形状や材質などは特に限定されないが、本実施形態のカルーセルドラム１１１は、被成膜基板３（本発明の対象物に相当する。）の表面に所望の薄膜が成膜されるように、被成膜基板３を円筒状の側壁面に並べて保持可能な構成とされている。図１に示すカルーセルドラム１１１では、８枚の被成膜基板３が保持可能とされているが、保持数は特に限定されない。具体的な保持構造は後述する。
本実施形態の成膜室１１には、スパッタ法による成膜を行うためのスパッタ電極１１２，１１３が設けられている。スパッタ電極１１２，１１３は、後述する制御装置１４により制御される。本実施形態の成膜装置１では、スパッタ系成膜方法を行う成膜装置としたが、本発明に係る成膜装置は成膜方法に何ら限定されず、真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着などの各種蒸発系成膜方法やマグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング、ＥＣＲスパッタリング、反応性スパッタリング、プラズマ誘起ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、バイアスエッチングなどの様々な表面処理をおこなってよい。また、スパッタ系成膜装置の場合、そのスパッタ方式には何ら限定されず、各種スパッタ系成膜方法を利用したものでよい。
たとえば、マグネトロンスパッタリングの場合のスパッタ電極１１２，１１３は、一対のマグネトロンスパッタ電極と、トランスを介して接続された交流電源とを含み、マグネトロンスパッタ電極の先端には、成膜材料となるターゲットが装着される。スパッタ電極１１２，１１３は、ターゲットの表面が、カルーセルドラム１１１の側壁面に保持された被成膜基板３に対面するような姿勢で成膜室１１に固定される。なお、図１に示す実施形態では、２つのスパッタ電極１１２，１１３が設けられているが、スパッタ電極の数量は限定されず、１つであってもよいし３つ以上であってもよい。
本実施形態の成膜室１１には、成膜室１１の内部を所定の真空度に調整するための排気装置１１４と、成膜室１１の内部にアルゴンなどの不活性ガスや酸素などの反応ガスを導入するためのガス供給装置１１５が設けられている。これら排気装置１１４及びガス供給装置１１５は、後述する制御装置１４により制御される。排気装置１１４として、ロータリーポンプやドライポンプ、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、クライオポンプ（ＣＰ）を挙げることができる。また成膜室１１にマイスナ機構を設けて排気を行ってもよい。
成膜室１１の一つの側壁面には、仕切バルブ１３を介して補助室１２が連通して設けられている。仕切バルブ１３は、後述する制御装置１４によって開閉制御され、仕切バルブ１３を閉塞すると成膜室１１が密閉空間となり、仕切バルブ１３を開放すると成膜室１１と補助室１２とが同じ雰囲気圧になる。たとえば、成膜処理中は仕切バルブ１３を閉塞して成膜室１１の内部を密閉空間とする一方、成膜処理が終了したら仕切バルブ１３を開放し、成膜を終了した被成膜基板３をカルーセルドラム１１１から取り外すとともに、成膜前の被成膜基板３をカルーセルドラム１１１にセットする。
本実施形態の補助室１２には、補助室１２を気密に開閉する気密扉１２１が設けられている。後述する回転体２１に取り付けられる成膜前の被成膜基板３を補助室１２に搬入したり、回転体２１に取り付けられた被成膜基板３を補助室１２から大気側へ搬出する際は、この気密扉１２１を開放する。それ以外の成膜処理中や被成膜基板３の交換時は、気密扉１２１を閉塞し、補助室１２の内部の密閉性を確保することで、補助室１２の雰囲気圧を制御する。なお、気密扉１２１の大きさは、上述する被成膜基板３が通過可能な最小の開口があればよく、これにより補助室１２の大型化を抑制することができる。また、気密扉１２１を開放し、補助室１２の回転体２１に被成膜基板３を取り付けたり、回転体２１から被成膜基板３を取り外したりするのは、補助室１２の大気側に設けた図示しない搬送ロボットなどにより行われる。
本実施形態の補助室１２は、補助室１２の内部を所定の真空圧力にするための排気装置１２２と、真空状態から大気圧まで圧力を戻すためのリーク弁１２３を有し、後述する制御装置１４により制御される。排気装置１２２は、成膜室１１の排気装置１１４と同様に、ロータリーポンプやドライポンプ、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、クライオポンプ（ＣＰ）を挙げることができる。補助室１２は成膜室１１と仕切りバルブ１３を介し部屋が分かれているため、お互いの部屋が独立した圧力で動作可能である。そのため、排気装置１２２とリーク弁１２３によって成膜室１１の成膜動作中に補助室を大気開放し、被成膜基板３の入替動作と、入替後の真空排気することが可能となり、次バッチの成膜室１１と補助室１２の被成膜基板３、入替動作に備えることができる。バッチ式成膜装置に比べ、成膜再開時の排気時間が著しく短縮できるので生産性が高いといえる。
なお、特に限定はされないが、補助室１２に表面処理を行う機構を設け、成膜室１１で行う成膜処理の前後に、補助室１２で追加の表面処理を行ってもよい。たとえば、抵抗加熱機構を設けることによりオルガノシラン化合物の蒸着処理を行ったり、プラズマ発生器を設けることによりプラズマ前処理を行ったり、金属ターゲットを設けることによりメタル膜スパッタリングを行ったり、被成膜基板３の成膜面の加熱脱ガス処理を行ったりすることができる。この場合、回転体２１は、サーボモータ１２５などにより、１０ｒｐｍ以上の一定の回転速度へ加速できることが好ましい。
ここで、本発明に係る対象物の一実施の形態である被成膜基板３の一例を説明する。図３Ａは、本発明に係る対象物に相当する被成膜基板３の一例を示す斜視図、図３Ｂは、図３ＡのIIIB-IIIB線に沿う断面図である。本実施形態の被成膜基板３は、平板状の本体３１を有し、表面側が成膜面とされている。図３Ａに示す本体３１の向う側の隠れた面が表面（成膜面）であり、手前の見えている面が裏面である。本体３１の裏面には、２つの第１リブ３２が長手方向に沿って並行に延在して固定され、本体３１の裏面の上端及び下端には、２つの第２リブ３３が短手方向に沿って並行に延在して固定されている。本実施形態の本体３１は、その表面に直接成膜するが、本体３１の表面に成膜すべき別の被成膜体を固定してもよい。この場合の第１リブ３２及び第２リブ３３は、図３Ａ及び図３Ｂに示すのと同じように構成される。
本実施形態の被成膜基板３は、成膜室１１のカルーセルドラム１１１の側壁面に着脱可能に保持され、補助室１２の回転体２１の保持部２１２にも着脱可能に保持される。そのため、第２リブ３３の両端部分のそれぞれに、合計で４つの第１孔３４が形成されている。この第１孔３４には、カルーセルドラム１１１のピン（図示を省略する）が係合し、また同じく回転体２１のピン２１４が係合する。この係合構造の詳細は、後述する。また、これらカルーセルドラム１１１に着脱する場合や回転体２１の保持部２１２に着脱する場合、被成膜基板３を把持する必要がある。そのため、第２リブ３３の中央部分のそれぞれに、合計で４つの第２孔３５が形成されている。この第２孔３５には、後述する移載機構２２のピン２２８が係合する。この係合構造の詳細は、後述する。
なお、被成膜基板３の本体３１の上端部には、切欠き部３６が形成されている。この切欠き部３６は、被成膜基板３を回転体２１に取り付けたり、取り外したりする際に、保持部２１２のプレート２１３と本体３１との干渉を回避するための空間である。そのため、切欠き部３６の高さ寸法Ｈ１は、図５の中図に示すように、ピン２１４と第１孔３４との係合長さＨ２以上の切欠き長さとされている。
本実施形態の補助室１２には、回転体２１と移載機構２２が設けられている。これら回転体２１と移載機構２２とを含めて移載装置２ともいう。図４Ａ〜図５に回転体２１を示し、図６Ａ〜図７に移載機構２２を示す。図４Ａは、本発明に係る回転体２１の一例を示す斜視図、図４Ｂは、図４Ａの回転体２１に対象物である被成膜基板３を取り付けた状態を示す斜視図、図５は、回転体２１に対象物である被成膜基板３を取り付ける方法を示す断面図である。
本実施形態の補助室１２には、回転可能とされた回転体２１が設けられている。本実施形態の回転体２１は、円盤状に形成された回転体本体２１１と、回転体本体２１１の外周部に沿って垂下して設けられた複数の保持部２１２と、を有する。回転体本体２１１には、図２に示すように、補助室１２の天井に片持ち支持された回転体軸１２４は固定され、当該回転体軸１２４を中心に回転可能とされている。回転体軸１２４の上端には、減速器１２６を介してサーボモータ１２５が接続され、このサーボモータ１２５により、回転体２１が、定速で連続回転したり、定寸でインデックス回転したりする。サーボモータ１２５は、後述する制御装置１４により制御される。なお、回転体軸１２４が補助室の天井を貫通する部分には磁気シールユニット１２７が設けられ、補助室１２の気密性を確保するようになっている。
図４Ａに示すそれぞれの保持部２１２には、被成膜基板３の長手方向の長さに相当する間隔をおいて、一対のプレート２１３が固定され、それぞれのプレート２１３の上面には上方に突出する２つのピン２１４が設けられている。このピン２１４が、被成膜基板３の第１孔３４に係合する。なお、図４Ａに示す保持部２１２は、回転体本体２１１に９つ設けられ、隣り合う２つの保持部２１２の隙間のそれぞれに、１つの被成膜基板３を保持することができる。なお、回転体２１は、回転体軸１２４が鉛直方向に垂下する片軸構造とされ、保持部２１２は、回転体２１の外周部から垂下して設けられているので、保持部２１２の下端と補助室１２の床面との間には、後述する移載機構２２が通過可能なスペースが形成される。
回転体２１の保持部２１２に被成膜基板３を取り付けるには、図５の左図→中図→右図に示すように被成膜基板３を移動させればよい。図５において、回転体２１の保持部２１２の上下方向の位置は固定されて動かず、被成膜基板３が上下・前後に移動する。まず、図５の左図に示すように、保持部２１２に対して被成膜基板３が少し高い位置になるように把持し、被成膜基板３の上側の第２リブ３３が、保持部２１２の上側のプレート２１３とピン２１４より上側になるように、また被成膜基板３の下側の第２リブ３３が、保持部２１２の下側のプレート２１３とピン２１４より上側になるようにする。この状態から、被成膜基板３を保持部２１２に接近させて行き、保持部２１２の上側のピン２１４が、被成膜基板３の上側の第１孔３４に係合し、保持部２１２の下側のピン２１４が、被成膜基板３の下側の第１孔３４に係合する位置まで移動させる。この状態を図５の中図に示す。この図５の左図の状態から図５の中図の状態へ、被成膜基板３が移動する際に、保持部２１２の上側のプレート２１３とピン２１４が、被成膜基板３の切欠き部３６を通過する。この切欠き部３６があることにより、被成膜基板３を保持部２１２に干渉することなく取り付けることができる。
図５の中図の位置まで被成膜基板３を移動させたら、被成膜基板３を下方向に移動させ、保持部２１２の上側のピン２１４を、被成膜基板３の上側の第１孔３４に係合させ、保持部２１２の下側のピン２１４を、被成膜基板３の下側の第１孔３４に係合させる。この状態を図５の右図に示す。これにより、被成膜基板３が、保持部２１２に保持されることになる。
なお、図５の右図に示す状態から被成膜基板３を取り外すには、図５の右図→中図→左図に示すように被成膜基板３を逆に移動させればよい。すなわち、図５の右図に示す状態から被成膜基板３を上方向に移動させ、保持部２１２の上側のピン２１４を、被成膜基板３の上側の第１孔３４から抜き、保持部２１２の下側のピン２１４を、被成膜基板３の下側の第１孔３４から抜く。この状態が図５の中図に示す状態である。そして、図５の中図に示す状態から、保持部２１２の上側のプレート２１３とピン２１４が、被成膜基板３の切欠き部３６を通過するように、被成膜基板３を図５の右方向に移動させる。これにより図５の左図に示す状態となり、被成膜基板３が保持部２１２から取り外される。
成膜室１１に設けられたカルーセルドラム１１１にも、回転体２１の保持部２１２と同様の構造を有する保持部が設けられている。カルーセルドラム１１１には８つの保持部が設けられ、隣り合う２つの保持部の隙間に、図１に示すように８枚の被成膜基板３が保持可能とされている。したがって、図５の左図→中図→右図に示す被成膜基板３を取り付ける操作は、成膜前の被成膜基板３をカルーセルドラム１１１の保持部に取り付ける場合と、成膜後の被成膜基板３を回転体２１の保持部２１２に取り付ける場合に行われる。これとは逆の図５の右図→中図→左図に示す被成膜基板３を取り外す操作は、成膜前の被成膜基板３を回転体２１の保持部２１２から取り外す場合と、成膜後の被成膜基板３をカルーセルドラム１１１の保持部から取り外す場合に行われる。
図４Ｂに、回転体２１の保持部２１２に８枚の被成膜基板３を取り付けた状態を示すが、９つの保持部２１２の間に形成される９つの隙間のうち１つの隙間には、被成膜基板３が取り付けられず、空席とされている。これは、カルーセルドラム１１１から取り外した成膜後の被成膜基板３を取り付けるためである。
本実施形態の補助室１２であって、回転体２１の保持部２１２で囲まれた内部には、被成膜基板３を把持及び解放可能な把持機構２２３を有する移載機構２２が設けられている。移載機構２２は、カルーセルドラム１１１の保持部に保持された成膜後の被成膜基板３を、回転体２１の保持部２１２に移載するとともに、回転体２１の保持部２１２に保持された成膜前の被成膜基板３を、カルーセルドラム１１１の保持部に移載する。図６Ａは、本発明に係る移載機構２２の一例を示す斜視図、図６Ｂは、図６ＡのVIB部を拡大して示す側面図、図７は、移載機構２２により被成膜基板３を把持する方法を示す断面図である。
本実施形態の移載機構２２は、支柱状に形成された移載機構本体２２１と、移載機構本体２２１を直線的に前後移動させるリニアスライダ２２２と、移載機構本体２２１の上部と下部のそれぞれに設けられた把持機構２２３とを備える。リニアスライダ２２２は、図１の平面図に示す移載位置Ｐ１とＰ２とを結ぶ直線に沿って延在し、移載機構本体２２１を前進及び後退させ、また任意の位置に停止可能とされている。
移載機構本体２２１の上側の把持機構２２３は、図６Ｂに示すように、真空モータ２２４と、アクチュエータユニット２２５と、スライダ２２６とを有し、真空モータ２２４は移載機構本体２２１に固定され、アクチュエータユニット２２５内のリニアガイドにスライダ２２６が固定されている。そして、真空モータ２２４の出力軸の両方向の回転運動は、ボールねじ及びベアリング支柱を含むアクチュエータユニット２２５により直線の往復運動に変換され、これにより、スライダ２２６は、移載機構本体２２１に対し、往復移動する。なお、スライダ２２６には、衝撃吸収用のバネ２２７を介してピン２２８が設けられ、ピン２２８は、被成膜基板３の第２孔３５に係合する。そして、２つの真空モータ２２４の駆動を同期して制御することで、一対のピン２２８による被成膜基板３の把持・解放の動作と、被成膜基板３を把持したまま当該被成膜基板３を上昇・下降させる動作を実行する。図６Ｂは、図６Ａの上側の把持機構２２３を示すが、図６Ａの下側の把持機構２２３は、図６Ｂに示す上側の把持機構２２３と天地対称となる構成とされている。
図７は、図６Ａの移載機構２２により被成膜基板３を把持する方法を示す断面図である。図７の左図→中図→右図の順に移載機構２２の把持機構２２３を動作させることで、被成膜基板３を把持し、逆に図７の右図→中図→左図の順に移載機構の把持機構２２３を動作させることで、被成膜基板３を解放する。把持機構２２３により被成膜基板３を把持する場合には、まず図７の左図に示すように、把持機構２２３の上下一対のピン２２８を開放位置（非クランプ位置）にさせた状態で、リニアスライダ２２２により移載機構本体２２１を被成膜基板３に接近させて行き、図７の中図に示すように、ピン２２８が被成膜基板３の第２孔３５に対面する位置で移載機構本体２２１を停止する。
次いで、図７の中図に示す状態から、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに接近させ、把持機構２２３のピン２２８を被成膜基板３の第２孔３５に係合させる（以下、ピン２２８の閉塞位置（クランプ位置）ともいう。）。このとき、ロッドとピン２２８との間に介装したバネ２２７が伸長することで、上側の把持機構２２３が被成膜基板３を下側方向に弾性付勢し、下側の把持機構２２３が被成膜基板３を上側方向に弾性付勢する。これにより、把持機構２２３で被成膜基板３を把持する際の衝撃を吸収できるとともに、しっかりと掴むことができる。以上の動作により被成膜基板３の把持が完了するが、この把持した状態で被成膜基板３を上昇又は下降させる場合は、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに同じ方向（上昇方向又は下降方向）に移動させればよい。
これとは逆に、把持した被成膜基板３を解放する場合には、まず図７の右図に示すように、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに離反させ、図７の中図に示すように、把持機構２２３のピン２２８を被成膜基板３の第２孔３５から抜く。そして、リニアスライダ２２２により移載機構本体２２１を被成膜基板３から離れる方向に移動させ、図７の左図に示す状態にする。
図１に戻り、本実施形態の制御装置１４は、成膜装置１を統括する制御装置であり、上述したとおり、成膜室１１の雰囲気圧を設定・調整するために排気装置１１４を制御する。また成膜室１１の内部に供給する不活性ガスや反応ガスの供給タイミングや供給量などの諸条件を設定・調整するためにガス供給装置１１５を制御する。また、成膜室１１のカルーセルドラム１１１の回転ＯＮ／ＯＦＦ、定速回転・間欠回転・定寸回転その他の回転方式、回転速度を設定・調整するために、サーボモータ１１７を制御する。
同様に、制御装置１４は、補助室１２の雰囲気圧を設定・調整するために排気装置１２２を制御する。また補助室１２の内部に供給する不活性ガスや反応ガスの供給タイミングや供給量などの諸条件を設定・調整するためにガス供給装置１２３を制御する。また、補助室１２の回転体２１の回転ＯＮ／ＯＦＦ、定速回転・間欠回転・定寸回転その他の回転方式、回転速度を設定・調整するために、サーボモータ１２５を制御する。さらに、移載機構２２の移載機構本体２２１の前進・後退移動のＯＮ／ＯＦＦタイミング、移動量、移動速度を設定・調整するために、リニアスライダ２２２を制御する。また、把持機構２２３の把持・解放及び上昇・下降のタイミングを設定・調整するために真空モータ２２４を制御する。
次に、本実施形態の成膜装置１を用いて、被成膜基板３を交換する手順を説明する。図８Ａ〜図８Ｇは、被成膜基板３を交換する手順を示す側面図である。図８Ａに示す最初の状態は、成膜室１１における成膜処理が終了するとともに、補助室１２における成膜前の被成膜基板３を回転体２１の保持部２１２に取り付ける作業が終了し、待機している状態から、仕切バルブ１３が開放され（補助室１２の気密扉１２１は閉塞）、成膜室１１の雰囲気圧と補助室１２の雰囲気圧が同じ雰囲気圧とされた状態である。また、図１の平面図に示すように、成膜室１１のカルーセルドラム１１１には成膜を終了した８枚の被成膜基板３が保持され、補助室１２の回転体２１の保持部２１２には、成膜前の８枚の被成膜基板３が保持されている。
図１において、成膜室１１のカルーセルドラム１１１の８つの保持部のうち、仕切バルブ１３に対面し、移載装置２の移載機構２２の前進位置に相当する位置を、カルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１と称し、補助室１２の回転体２１の９つの保持部２１２のうち、仕切バルブ１３に対面し、移載装置２の移載機構２２の後退位置に相当する位置を、回転体２１の移載位置Ｐ２と称する。カルーセルドラム１１１の回転方向の位置は、例えば図示しない位置検出センサで検出され、制御装置１４に出力されてもよいし、サーボモータのデータセットを参照してもよい。または図示されてていない押し当て機構によって、物理的に検出位置の位置だしをしてもよい。同様に、回転体２１の回転方向の位置も、同様な方法で位置決めを行う。
成膜室１１における成膜を終了し、成膜前の被成膜基板３を取り付けた回転体２１を補助室１２にセットした初期状態では、図１の平面図に示すように、回転体２１の移載位置Ｐ２の保持部２１２が空席になるように、回転体２１の回転位置が制御されている。なお、被成膜基板３の交換を開始する際の回転体２１の保持部２１２の空席は１つ以上あればよいので、１０以上の保持部２１２を備えた回転体２１であれば、２つ以上ある空席のいずれかの空席を移載位置Ｐ２に設定すればよい。
このような前提条件において、把持機構２２３に何も把持していない移載機構２２を、図８Ａに示す後退位置（原位置）から図８Ｂに示す前進位置まで、リニアスライダ２２２により前進させる。このとき、移載機構２２の上下一対のピン２２８は、図７の左図に示す開放位置（非クランプ）に設定し、上下一対の把持機構２２３は、下降位置に設定しておく。
図８Ｂに示す状態では、移載機構２２の把持機構２２３が、カルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１に保持された被成膜基板３に対し、図７の中図に示す状態となっていることから、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに接近させ、把持機構２２３のピン２２８を閉塞位置（クランプ位置）にする。これにより、把持機構２２３のピン２２８が被成膜基板３の第２孔３５に係合する。そして、カルーセルドラム１１１の保持部の図示しないピンに係合された被成膜基板３を取り外すために、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに同じ上昇方向に移動させる。これにより、カルーセルドラム１１１の保持部に保持された被成膜基板３を取り外すことができるので、その上昇位置を維持したまま、図８Ｃに示すように、移載機構２２をリニアスライダ２２２により後退させる。
図８Ｃに示す位置は、把持機構２２３に把持した成膜後の被成膜基板３が、空席とされている回転体２１の移載位置Ｐ２であり、図５の中図に示す状態である。そして、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに下降方向に移動させ、図５の右図に示すように、把持機構２２３に把持した成膜後の被成膜基板３を回転体２１の保持部２１２に保持する。次いで、把持機構２２３のピン２２８によるクランプを解放するために、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに離反させ、図７の中図に示すように、把持機構２２３のピン２２８を被成膜基板３の第２孔３５から抜く。そして、リニアスライダ２２２により移載機構２２を原位置まで後退させる。この状態を図８Ｄに示すが、以上の動作により、カルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１に保持されていた成膜後の被成膜基板３が、回転体２１の移載位置Ｐ２の空席とされていた保持部２１２に移載されることになる。
次いで、成膜前の被成膜基板３が移載位置Ｐ２に位置するように、回転体２１をインデックス回転（定寸回転）させ、続いて把持機構２２３に何も把持していない移載機構２２を、図８Ｄに示す後退位置（原位置）から図８Ｅに示す前進位置まで、リニアスライダ２２２により前進させる。このとき、移載機構２２の上下一対のピン２２８は、図７の左図に示す開放位置（非クランプ）に設定し、上下一対の把持機構２２３は、下降位置に設定しておく。
図８Ｅに示す状態では、移載機構２２の把持機構２２３が、回転体２１の移載位置Ｐ２に保持された被成膜基板３に対し、図７の中図に示す状態となっていることから、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに接近させ、把持機構２２３のピン２２８を閉塞位置（クランプ位置）にする。これにより、把持機構２２３のピン２２８が被成膜基板３の第２孔３５に係合する。そして、回転体２１の保持部２１２のピン２１４に係合された被成膜基板３を取り外すために、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに同じ上昇方向に移動させる。これにより、回転体２１の保持部２１２に保持された被成膜基板３を取り外すことができるので、その上昇位置を維持したまま、図８Ｆに示すように、移載機構２２を、リニアスライダ２２２によりさらに前進させる。
図８Ｆに示す位置は、把持機構２２３に把持した成膜前の被成膜基板３がカルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１に到着した位置であり、図５の中図に示す状態である。この移載位置Ｐ１は、図８Ａ〜図８Ｂに示す、先ほど移載された成膜後の被成膜基板３が保持されていた位置であり、現在は空席とされている。そして、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに下降方向に移動させ、図５の右図に示すように、把持機構２２３に把持した成膜前の被成膜基板３をカルーセルドラム１１１の保持部２１２に保持する。次いで、把持機構２２３のピン２２８によるクランプを解放するために、上下一対の真空モータ２２４を同期駆動し、上下一対のスライダ２２６を互いに離反させ、図７の中図に示すように、把持機構２２３のピン２２８を被成膜基板３の第２孔３５から抜く。そして、リニアスライダ２２２により移載機構２２を原位置まで後退させる。この状態を図８Ｇに示すが、以上の動作により、回転体２１の移載位置Ｐ２に保持されていた成膜前の被成膜基板３が、カルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１の空席とされていた保持部に移載されることになる。
次いで、成膜後の被成膜基板３が移載位置Ｐ１に位置するように、カルーセルドラム１１１をインデックス回転（定寸回転）させ、その後は、回転体２１の保持部２１２に取り付けられた残りの被成膜基板３が全てカルーセルドラム１１１の保持部に移載されるまで、図８Ａ〜図８Ｇの操作を繰り返す。なお、図８Ｆに示す状態から図８Ｇに示す状態に遷移する動作において、成膜前の被成膜基板３をカルーセルドラム１１１の保持部に取り付けたのち、リニアスライダ２２２により移載機構２２を後退させる位置は、図８Ｇに示す原位置にのみ限定されず、その途中で待機してもよい。
以上のとおり、本実施形態の移載装置２を用いた成膜装置１によれば、成膜室１１とは別に、成膜室１１と同じ雰囲気に設定できる補助室１２を設けているので、成膜室１１の雰囲気を大気雰囲気に戻すことなく被成膜基板３を交換することができる。したがって、バッチ式成膜装置に比べ、大気雰囲気に戻したときに発生する成膜室１１内の結露を防止することができる。また、成膜室１１の雰囲気を維持したまま被成膜基板３を交換することができるので、交換後にそのまま成膜処理に移行できる。したがって、バッチ式成膜装置に比べ、成膜再開時の排気時間が不要となるか又は著しく短縮できるので、生産性が高いといえる。
また本実施形態の移載装置２を用いた成膜装置１によれば、成膜室１１とは別に、成膜室１１と同じ雰囲気に設定できる補助室１２を設け、さらに成膜室１１と補助室１２との間で被成膜基板３のみを交換するので、カルーセルドラム１１１ごと交換する場合に比べ、仕切バルブ１３の大きさを小さくすることができる。その結果、成膜室１１及び補助室１２も小さくすることができるので、排気時間を短縮することができる。
また本実施形態の移載装置２を用いた成膜装置１によれば、移載装置２の動作が、リニアスライダ２１２による移載機構本体２１１の前進・後退と、真空モータ２２４による把持機構２２３の把持・解放及び上昇・下降とに限定され、動作がシンプルなので、被成膜基板３の交換動作に要する時間が短縮される。また、動作がシンプルなので、リニアスライダ２１２、真空モータ２２４その他の動作部分に、無理な負荷が作用するのを防止することができ、故障の発生を抑制することができる。
本発明に係る移載装置を用いた成膜装置は、上述した実施形態に限定されず、種々に改変することができる。図９は、本発明に係る移載装置を用いた成膜装置の他の実施の形態を示す平面図である。本実施形態では、補助室１２に複数の移載装置２が設けられ、これに応じて複数の仕切バルブ１３が設けられている点が、上述した実施形態と相違する。
すなわち、図９に示す成膜装置１は、成膜室１１のカルーセルドラム１１１に１２枚の被成膜基板３が保持されるところ、補助室１２にそれぞれ７つの保持部２１２を有する２つの移載装置２が設けられている。そして、それぞれの移載装置２の保持部２１２には、成膜前の被成膜基板３が６枚ずつ保持されている。カルーセルドラム１１１の移載位置Ｐ１は、２つの仕切バルブ１３にそれぞれ対面する位置とされ、回転体２１の移載位置Ｐ２も２つの仕切バルブ１３にそれぞれ対面する位置とされている。そして、それぞれの移載装置２により、同時に被成膜基板３を交換する。この交換手順は上述したとおりである。複数の移載装置２により同時に被成膜基板３を交換するので、交換時間が半分近くに著しく短縮される。
上記カルーセルドラム１１１が本発明に係る所定機器に相当し、上記被成膜基板３が本発明に係る対象物に相当し、上記サーボモータ１２５が本発明に係る第１駆動部に相当し、上記リニアスライダ２２２及び上記真空モータ２２４が本発明に係る第２駆動部に相当し、上記制御装置１４が本発明に係る制御部に相当する。
１…成膜装置
１１…成膜室
１１１…カルーセルドラム（所定機器）
１１２…スパッタ電極
１１３…スパッタ電極
１１４…排気装置
１１５…ガス供給装置
１１６…ドラム軸
１１７…サーボモータ
１１８…減速器
１１９…磁気シールユニット
１２…補助室
１２１…気密扉
１２２…排気装置
１２３…リーク弁
１２４…回転体軸
１２５…サーボモータ（第１駆動部）
１２６…減速器
１２７…磁気シールユニット
１３…仕切バルブ
１４…制御装置
２…移載装置
２１…回転体
２１１…回転体本体
２１２…保持部
２１３…プレート
２１４…ピン
２２…移載機構
２２１…移載機構本体
２２２…リニアスライダ（第２駆動部）
２２３…把持機構
２２４…真空モータ（第２駆動部）
２２５…アクチュエータユニット
２２６…スライダ
２２７…バネ
２２８…ピン
３…被成膜基板（対象物）
３１…本体
３２…第１リブ
３３…第２リブ
３４…第１孔
３５…第２孔
３６…切欠き部

Claims (7)

  1. 対象物に所定の表面処理を施す成膜室と、前記成膜室と空間的に隔離される補助室と、を備える成膜装置に用いられ、
    回転可能とされた回転体であって、前記補助室に設けられ、移載すべき前記対象物が着脱可能に保持される保持部が当該回転体の外周部に沿って設けられた回転体と、
    前記対象物を把持及び解放可能な把持機構を有し、前記成膜室に保持された対象物を前記回転体の保持部に移載するとともに、前記回転体に保持された他の対象物を前記成膜室に移載する移載機構と、を備える移載装置。
  2. 前記保持部は、前記対象物の着脱方向に沿って延在する複数のピンを有し、
    前記対象物は、
    それぞれの前記ピンに係合する複数の孔と、
    前記ピンと前記孔との係合長さ以上の切欠き長さを有し、前記保持部との干渉を避けるための切欠き部と、を有する請求項１に記載の移載装置。
  3. 前記回転体は、回転体軸が鉛直方向に垂下する片軸構造とされ、
    前記保持部は、前記回転体の外周部から垂下して設けられ、前記対象物を把持した移載機構の一部又は全部が前記保持部の間を通過可能とされている請求項１又は２に記載の移載装置。
  4. 前記回転体を回転駆動する第１駆動部と、
    前記移載機構を駆動する第２駆動部と、
    前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御して、
    前記成膜室に設けられたホルダの移載位置に保持された対象物を前記回転体の保持部の移載位置に移載し、
    前記回転体をインデックス回転させ、
    前記回転体の保持部の移載位置に保持された対象物を前記ホルダの移載位置に移載し、
    前記ホルダをインデックス回転させる請求項１〜３のいずれか一項に記載の移載装置。
  5. 対象物を保持するホルダを有し、前記ホルダに保持された対象物に所定の表面処理を施す成膜室と、
    仕切バルブを介して前記成膜室と空間的に隔離される補助室と、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の移載装置と、を備える成膜装置。
  6. 前記補助室に複数の移載装置が設けられている請求項５に記載の成膜装置。
  7. 前記補助室において、前記保持部に保持された対象物に前記所定の表面処理又はそれ以外の表面処理を施す請求項５又は６に記載の成膜装置。
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