JPH0745043U

JPH0745043U - 高真空チャンバ用マニュピレータ

Info

Publication number: JPH0745043U
Application number: JP9997891U
Authority: JP
Inventors: 日永康
Original assignee: 電子科学株式会社
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2006-12-04
Also published as: JP2578780Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】真空チャンバ内の試料を移動させるための装
置の改良である。【構成】真空シールされた操作棒の先端に板バネによ
りコ字状の爪を吊下げる。【効果】マニュピレータを簡単化することにより高真
空を維持し、背景雑音を小さくする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高い真空環境が維持された真空チャンバの内部にある試料を移動させるための装置として利用する。

【０００２】本考案は、脱離ガス分析装置に応用するために考案されたものであるが、このマニュピレータは脱離ガス分析装置以外にも、真空チャンバ内の試料を移動させるために広く利用できる。

【０００３】脱離ガス分析装置は、真空チャンバ内に試料である半導体チップを載置し、この半導体チップを加熱して、その半導体チップから脱離するきわめて微量のガスを質量分析計に導き分析し、その分析結果から半導体チップの製造工程を評価修正するためのものであり、半導体製造工程で高い製造歩留りを得るためにきわめて有用な装置である。

【０００４】

【従来の技術】

従来から真空チャンバの内部の試料を移動させるために、大気雰囲気中に操作端があり、真空チャンバ内に作用端がある各種のマニュピレータが知られている。従来装置の多くは試料の形状や移動距離や移動方向について、多様に対応できるように設計された多目的のものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

このため、従来のマニュピレータは真空チャンバ内の機構がどうしても複雑になる。ところが、前述の脱離ガス分析装置にこの従来装置を利用すると、試料の加熱に際してマニュピレータの作用端も加熱されてしまい、マニュピレータの作用端およびそれを動かす機構部分から脱離ガスが発生し、試料の脱離ガスの分析に対して背景ノイズとなってしまう欠点がある。すなわち、脱離ガス分析装置の試料となる半導体チップは、その形状は10mm平方、厚さが１mmあるいはそれ以下のきわめて小さいものであり、その製造工程でかなり清浄に維持されているものであり、その試料から発生するきわめて微量の脱離ガスを分析することが必要であるので、この試料より大きいマニュピレータの作用端や、複雑なジョイント構造あるいは回転構造などはどうしても背景ノイズの原因となる。

【０００６】本考案はこれを解決するもので、真空チャンバ内の形状および機構をきわめて単純化して、背景ノイズの発生をきわめて小さくすることができるマニュピレータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、作用端を二つにし、その二つの作用端の間に板ばねによりコ字状の爪を吊り下げたきわめて簡単な構造とした。この二つの作用端は同軸構造の二つの軸により移動する構造として、コ字状の爪を水平方向にかつ上下方向に移動させる構造とした。さらに、各軸の部分はベローズで被う構造とすることにより、真空雰囲気の中にさらされる機構部分を極力小さくした。

【０００８】さらに、本考案では二つの作用端を同時に移動させる外軸については、十分な長さをとり、作用端を真空チャンバの中心近傍から真空チャンバの殻付近まで退避できるように設定した。

【０００９】

【作用】

真空チャンバ内に真空雰囲気にさらされる構造物は、小さいコ字状の爪と、これを吊り下げる一つの薄い板ばねおよび二つの作用端のみである。二つの軸は真空雰囲気から、ベローズにより隔離されている。したがって、この作用端およびその機構から発生する背景ガスをきわめて小さくできる。

【００１０】さらに、作用端などを真空チャンバの殻付近まで移動できる構造とすることにより、試料の加熱に伴いマニュピレータの作用端などが加熱されないように工夫された。

【００１１】

【実施例】

次に本考案の実施例と図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本考案の一実施例を脱離ガス分析装置に応用した場合の全体配置図であり、図２はその系統図である。図６(a) は本実施例の平面図であり、図６(b) はその縦断面図である。

【００１３】図１および図２で、脱離ガス分析装置は、真空チャンバ１と、この真空チャンバ１の内部を高真空状態に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａと、真空チャンバ１内のガラス棒４に被せられ試料６を載置する試料ステージ５と、このガラス棒４を介して試料６を加熱する赤外線発生装置７と、この加熱により試料６から脱離するガスを接続管８を介して分析する質量分析計９、10および11とを備える。真空チャンバ１には開閉弁13を介してロードロック機構が収容されたロードロックチャンバ12が取付けられており、このロードロック機構と開閉弁13とにより、真空チャンバ１内の真空状態を破壊することなく試料挿入口14から試料６を出し入れできるものである。

【００１４】このロードロック機構は、図３(b) に示すように出し入れする試料を搬送する搬送台15がラック部16により、高真空状態の真空チャンバ１内に設けられた試料ステージ５に横づけされる構造となっている。

【００１５】本考案の高真空チャンバ用マニュピレータは、図６(b) に示すように、試料６を搬送台15と試料ステージ５との間に移し替えるものであり、真空チャンバ１の殻である金属筒１Ｃの外部の大気圧雰囲気に分析者が手動で操作する操作端18Ｃ、18Ｄが配置され、真空チャンバ１内に試料６の移し替えを行う作用端27Ｅ、27 Ｇが配置され、この操作端18Ｃ、18Ｄと作用端27Ｅ、27Ｇとの間に操作端18Ｃ、 18Ｄの操作により真空チャンバ１のほぼ中心からほぼ放射方向にかつほぼ水平方向に移動する軸手段27Ｃ、27Ｆがそれぞれ連結されている。本実施例では、操作端はそれぞれ回動可能なつまみ18Ｃおよび18Ｄである。

【００１６】ここに本考案の特徴とするところは、前記軸手段は、管状の外軸27Ｃとこの外軸27Ｃの内部に同軸構造に挿通された内軸27Ｆとの二重構造であり、この外軸27 Ｃおよび内軸27Ｆのそれぞれに、第一操作端であるつまみ18Ｃと第一作用端27Ｅおよび第二操作端であるつまみ18Ｄと第二作用端27Ｇとが設けられ、第一操作端であるつまみ18Ｃは外軸27Ｃを真空チャンバ１に対する固定端であるフランジ27 Ｂ（真空チャンバ１の金属筒１Ｃに鞘体27Ａを介して強固に取付けられている）に対して移動させる構造であり、第二操作端であるつまみ18Ｄは内軸27Ｆを外軸 27Ｃに対して移動させる構造であり、管状の外軸27Ｃの真空チャンバ１側の先端部と固定端であるフランジ27Ｂの内部に完全に気密に固定された座27Ｈとの間には外軸27Ｃの変位にしたがって伸縮する第一ベローズ28Ａが被せられ、内軸27Ｆと外軸27Ｃとの真空チャンバ１側のそれぞれの先端部間にはこの両軸の相対変位にしたがって伸縮する第二ベローズ28Ｂが被せられ、第一作用端27Ｅと第二作用端27Ｇとの間に板ばね27Ｊによって吊り下げられたコの字状の爪27Ｋが取付けられたことにある。

【００１７】さらに外軸27Ｃと第一ベローズ28Ａは二つの作用端27Ｅと27Ｇとを、試料ステージ５に横づけされる搬送台15のある真空チャンバ１の中心近傍から、真空チャンバ１の殻である金属筒１Ｃの内壁の近傍まで移動できる十分な大きさであることである。

【００１８】本実施例では、図６(b) に示すように、つまみ28Ｃを回動することにより、外軸27Ｃと内軸27Ｆとが同時に前述のようにほぼ水平方向に移動する。このとき外軸27Ｃと内軸27Ｆとの相対的な変位は生じない。したがってこのときは第一ベローズ28Ａのみが伸縮する。つまみ18Ｃの回動をとめておき、つまみ18Ｄを回動すると、内軸27Ｆのみが水平方向に移動し、この二軸の間に相対的な変位が生じ、第二ベローズ28Ｂが伸縮する。このつまみ18Ｄをねじをゆるめる方向に回転すれば、内軸27Ｆは図の左方に移動し、この状態で静止している第一作用端27Ｅに対して第二作用端27Ｇを左方に移動する。したがって板ばね27Ｊは圧縮され、爪27 Ｋは下方に引き下げられる。つまみ18Ｄをねじを締付ける方向に回動すれば前述と逆の方向に各部が作動し、爪27Ｋは上方に引き上げられる。すなわち本マニュピレータは、つまみ18ＣによりＸ軸（水平）方向に移動し、つまみ18ＤによりＺ軸（上下）方向に移動する二次元動作を行う。外軸27Ｃにはキイ27Ｍが設けられているので、つまみ18Ｃの回動操作によって外軸27Ｃが回転することはない。内軸27Ｆも、第二ベローズ28Ｂが持つ回転に対する剛性のために、つまみ18Ｄの回転操作によって回転することはない。

【００１９】前述のように座27Ｈはフランジ27Ｂに気密に固定されているので、鞘体27Ａの内部の真空部分からは第一ベローズ28Ａによりリークが生じない。

【００２０】また外軸27Ｃと内軸27Ｆとの真空チャンバ１側の先端部の端部は第二ベローズ 28Ｂによりリークが生じない。

【００２１】本実施例では、爪27Ｋが試料ステージ５のほぼ中心位置にあるときの第一ベローズ28Ａの長さは約170mm である。前述の搬送台15と試料ステージ５との間の試料の移載には、この第一ベローズ28Ａを約25mm伸長し、試料を加熱するときは約 55mm圧縮する。この圧縮時には第一作用端27Ｅと試料ステージ５との最少離れ寸法は約40mmとなり、第一作用端27Ｅが試料ステージ５からの熱放射によって加熱される問題はほとんどなくなる。

【００２２】このマニュピレータの操作は図６(b) に破線で示す覗き窓１Ｅを介して目視で行う。

【００２３】次に図１および図２を用いて、本実施例の配置について説明する。

【００２４】本実施例では、真空チャンバ１と、この真空チャンバ１を真空に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａと、真空チャンバ１内に配置された試料ステージ５（図２参照）と、この試料ステージ５に載置された試料６を加熱する赤外線発生ランプ21を内包する加熱器７と、真空チャンバ１内に連接する質量分析計９、10および11とを含む。

【００２５】本実施例の各部品はほぼデスク23上に配置され、真空ポンプのうちロータリイ型の真空ポンプである３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、冷却水タンク24およびコンピュータユニット25はデスク23外に配置される。

【００２６】真空チャンバ１は、その壁構造が金属筒１Ｃと、天井側および底面側の金属端板１Ａ、１Ｂより構成され、その内壁面は表面研磨されている。真空チャンバ１を真空に維持する真空ポンプのうち、符号２Ａは磁気浮上型ターボ分子ポンプである。この真空チャンバ１は外部からの試料の出し入れにさいして、その真空状態が破壊されない構造となっている。

【００２７】すなわち、真空チャンバ１より十分に小さい空間に収容され、真空チャンバ１との間に開閉弁13を備え、前記磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ａとは別系のターボ分子ポンプ２Ｂによりその真空を維持するロードロック機構を設ける構造である。

【００２８】本実施例では、真空チャンバ１の内径は、試料ステージ５の直径26mmに対して５倍以上であり、試料ステージ５から壁面までの距離は60mm以上である。

【００２９】ロードロック機構は、図２および図３に示すように、それを囲むロードロックチャンバ12の内部に設けられる（図３(b) 参照）。

【００３０】ロードロック機構は、試料を搬送する搬送台15と、この搬送台15を搬送するラック部16と、このラック部16を駆動するピニオン17を回転するピニオン回転軸17 Ａとを含む。このピニオン回転軸のシール構造は、図３(c) に示すように、二つのＯリング19Ａ、19Ｂとの間はスペーサ19Ｃによりほぼ一定の空間である中間排気室20Ａが確保されるもので、この中間排気室20Ａは図２に示すように前記真空ポンプ２Ａおよび２Ｂとは別系のロータリイ型の真空ポンプ３Ｃにより真空に維持される。

【００３１】真空チャンバ１内にはストッパ16Ａを備え、ラック部16が真空チャンバ１内に移動して、このストッパ16Ａに接触した位置で、搬送台15が試料ステージ５に横づけされる構造である。

【００３２】開閉弁13にはこのスライド弁13Ａをつまみ18Ｂを回転することにより開閉させる軸26Ａが設けられ、この軸26Ａはベローズ26Ｂによりシールされる。

【００３３】加熱器７は、赤外線発生ランプ21を内包する赤外線発生装置であり、この加熱器７は、真空チャンバ１の外に配置され、試料ステージ５は加熱器７で発生され、ガラス棒４を介して導入された赤外線によって加熱される。

【００３４】真空チャンバ１は直径が大きい接続管８（本実施例では内径120mm)を介して質量分析計のイオン化部９に連通される。真空チャンバ１の真空状態を維持するためこの接続管８は主排気管８Ａにより磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ａおよびロータリイ型の真空ポンプ３Ａに接続される。このイオン化部９につづいて励磁部 10とコレクタ部11とが設けられる。

【００３５】真空チャンバ１を高度の真空状態にするためには、最初にロータリイ型の真空ポンプ３Ａにより或る程度の真空状態としたのちに、磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ａにより、10^-10torr 程の真空状態に維持する。

【００３６】真空チャンバ１のロードロック機構と対向する位置にマニュピレータ27が設けられている。このマニュピレータ27は、前述のラック部16により試料ステージ５に横づけされた搬送台15上の試料を試料ステージ５に移し、また戻すためのものである。

【００３７】次に各部品の動作をそれぞれ個別に説明する。

【００３８】図３において、ロードロック機構では、通常搬送台15とラック部16とは、ロードロックチャンバ12の端部12Ａ側に寄せられており、搬送台15は試料挿入口14のほぼ下方に位置する。このとき開閉弁13はスライド弁13Ａにより閉塞されている。試料挿入口14を開放するときは、あらかじめコック22Ａを開放して、ロードロックチャンバ12の内部に乾燥窒素Ｎ₂を充填しておき、試料挿入口14を開き試料を搬送台15に載置する。つぎにコック22Ａを閉じ、コック22Ｄを開いて予備排気を行い、次いでコック22Ｃを開きロードロックチャンバ12内が高真空となるよう排気を行う。

【００３９】真空計32Ａにより真空状態を確認してから、開閉弁13を開き、つまみ18Ａによりピニオン17を回転して、ラック部16を真空チャンバ１側に移動させる。搬送台 15が試料ステージ５の所定の位置に接近すると、ラック部16の先端は真空チャンバ１内に設けられたストッパ16Ａに接触し、搬送台15は試料ステージ５に横づけされる。

【００４０】この状態で搬送台15に載置された試料を試料ステージ５に移載するには、前記マニュピレータ27による。

【００４１】マニュピレータ27の縦断面図を示す図６(b) において、真空チャンバの殻である金属筒１Ｃには強固な構造の鞘体27Ａにフランジ27Ｂが設けられている。このフランジ27Ｂの外方の大気圧雰囲気に第一および第二操作端であるつまみ18Ｃと 18Ｄとが設けられる。

【００４２】この第一操作端であるつまみ18Ｃの操作により真空チャンバのほぼ中心からほぼ放射方向にほぼ水平に移動する管状の外軸27Ｃがあり、その一端に軸受27Ｄを介して第一作用端27Ｅが取付けられる。

【００４３】この外軸27Ｃの内側に外軸27Ｃに沿ってその長手方向に相対位置を変化する内軸27Ｆがあり、この内軸27Ｆの外側の一端雄ねじに前記第二操作端であるつまみ 18Ｄ（これは雌ねじになっている）が組合わされ、この内軸27Ｆの他端に第二作用端27Ｇが設けられる。

【００４４】外軸27Ｃの真空チャンバ１側の先端部とフランジ27Ｂに固定された座27Ｈとの間には外軸27Ｃの変位にしたがって伸縮する第一ベローズ28Ａが被せられ、内軸 27Ｆと外軸27Ｃとの間にはこの外軸27Ｃと内軸27Ｆとの相対変位にしたがって伸縮する第二ベローズ28Ｂが被せられている。また第一作用端27Ｅと第二作用端27 Ｇとの間には、板ばね27Ｊにより吊り下げられたコの字状の爪27Ｋが取付けられている。

【００４５】このように二つのベローズを設けることにより、各操作端の操作に伴う真空チャンバ内のリークが防止される。

【００４６】通常の状態、すなわち試料の交換を行わない状態では、つまみ18Ｃの操作により外軸27Ｃと内軸27Ｆは共に図の右側に引かれた位置にあり、第一ベローズ28Ａは圧縮され、第一および第二作用端27Ｅおよび27Ｇは金属筒１Ｃ側に引かれている。

【００４７】前述のようにロードロック機構の搬送台15が試料ステージ５に横づけされた状態で、第一操作端であるつまみ18Ｃにより、外軸27Ｃと内軸27Ｆとを共に図の左側に移動し、爪27Ｋを破線の位置に移動させる。このときつまみ18Ｄを外軸27Ｃに対して内軸27Ｆを図の左側に押し込むように操作する。これにより第二ベローズ28Ｂが伸ばされ、第一および第二作用端27Ｅと27Ｇとの間隔は縮むので、板ばね27Ｊが押し出され爪27Ｋは下降する。ここでつまみ18Ｃを操作することにより外軸27Ｃと内軸27Ｆを共に図の右側に移動し、搬送台15の上の試料を試料ステージ５の上に移載することができる。このようにして、試料を移すことができる。

【００４８】この操作は、真空チャンバの金属筒１Ｃに設けられた覗き窓１Ｅ（図７(b) で破線で示すもの）から観察しながら行われる。

【００４９】赤外線発生装置７は真空チャンバ１の外側下方に配置され、その内部の楕円体状の反射面７Ａのひとつの焦点に置かれた赤外線発生ランプ21が発生する赤外線を他の焦点に置かれた石英のガラス棒４の受光面４Ａより吸収し、他の端面４Ｂより試料ステージ５の下面に導入する。赤外線発生ランプ21はコンピュータユニット25により制御される温度制御部29の送出する電流により試料ステージ５に所定を温度が与える。この反射面７Ａの熱を赤外線発生装置７の外部に放散させないように、反射面７Ａの外部の水ジャケットに前記冷却水タンク24からパイプ30 Ａにより冷却水が送入される。

【００５０】図４は、試料ステージの図である。ガラス棒４は透明石英ガラスであり、ステージ５は半透明石英ガラスである。図４(b) に示すように試料ステージ５にはガラス棒４の端面４Ｂに緩く嵌合する嵌合部５Ａが形成され、しかも端面４Ｂと嵌合部５Ａとのすき間５Ｄには、孔５Ｂが設けられ真空チャンバ内の雰囲気と連通する。緩く嵌合され、すき間５Ｄが設けられているので、試料ステージ５が高温になってもそれからの伝達熱によりガラス棒４の温度が上昇することがない。試料ステージ５の上部に設けられた孔５Ｃは熱電対21Ａを挿通するものである。

【００５１】ガラス棒４の真空チャンバの金属端板１Ｂを貫通する部分にシール構造が設けられる。本シール構造も前述のロードロック機構のピニオン回転軸17Ａに設けられたものと同様に中間排気室20Ｃに二重のＯリング19Ｄ、19Ｅとスペーサ19Ｆとが設けられ、真空チャンバ１内部の真空度を保持する。この中間排気室20Ｃは真空チャンバ１を排気する真空ポンプとは別系の真空手段であるロータリイ型の真空ポンプ３Ｃにより排気される。

【００５２】一方、前述のように赤外線発生装置７を冷却した冷却水はパイプ30Ｂを介して、中間排気室20Ｂの外方に設けられた筒体19Ｇの冷却水通路31に送入され、パイプ30Ｃを介して、冷却水タンク24に送りかえされる。このためシール部分はつねに冷却され、真空状態の保持に熱による支障が起こらない。

【００５３】図５は、質量分析計の構造を示す図である。

【００５４】本図に示すようにイオン化部９内のイオン化室９Ａは複数の開口９Ｂを備えた開放型のもので、このイオン化部９と真空チャンバ１とは太くかつ短い通路である接続管８で連結されている。

【００５５】質量分析計の一般的な試料導入においては、試料ステージに載置された試料６が発生する脱離ガスを一旦蓄積してこれを狭い通路を通してイオン化室９Ａに送っている。この方法では脱離ガスが発生した時点と、イオン化室でこの脱離ガスがイオン化される時点とは若干のタイムラグがあり、リアルタイムの分析ができない。

【００５６】本実施例では試料６から発生した脱離ガス33Ｇは蓄積されることなくイオン化部９内に導かれ、開口９Ｂを通してイオン化室９Ａに入り、そこでフィラメント（図示せず）からの電子線の衝撃によってイオン化される。引出し電極９Ｃによりイオン化室９Ａから引出されたイオンビーム33Ｅは、励磁部10の磁極10Ａの磁界により偏倚されコレクタ部11で検出される。

【００５７】本実施例では、試料の交換を行っても真空チャンバ１内へのリークは極めて小さい。このため、背景ノイズが極めて小さくおさえられるとともに、真空状態を形成する真空ポンプ動作の準備時間が極めて小さい。

【００５８】また、回転楕円体状の反射面とガラス棒とにより、試料の加熱エネルギである赤外線を、試料に集中して導入できる。このため従来のような熱源の導入の手段と比較して、真空チャンバの内壁面などを赤外線が照射する可能性がきわめて小さくなる。また照射する可能性が僅かにあっても、試料ステージから壁面までの距離が大きく、かつ表面研磨されているので、壁面の加熱により余分なガスの発生が抑制される。

【００５９】また真空チャンバ、ロードロック機構の内部および各シール構造のそれぞれの空間の真空度を維持するために、それぞれ別系の真空ポンプが使用される。例えばその内容積が大きく最も高真空度（10^-10torr 程度) を必要とする真空チャンバ１に対しては、磁気浮上型のターボ分子ポンプ２Ａが用いられ、これより容量が小さいが試料の出し入れごとに大気開放されるロードロック機構に対してはターボ分子ポンプ２Ｂが用いられる。

【００６０】Ｏリングによる気体のリーク量は、このＯリングで区分された領域の気圧の差に依存する。したがって、ロードロック機構のピニオン回転軸17Ａやガラス棒４の真空チャンバの貫通部の二重Ｏリングのシール構造で、それぞれの二つのＯリングの間の空間、すなわち中間排気室を10^-3torr程度の真空度にすることにより、真空側のＯリングから真空チャンバ内へのリーク量を５桁ほど低減することができる。このため本実施例では、これらの中間排気室をロータリイポンプ３Ｃにより、この程度の真空を維持するようにしている。

【００６１】次に図２を参照して、本実施例の動作手順を説明する。・開閉弁13を閉塞し、コック22Ａを開きロードロックチャンバ12内に乾燥窒素Ｎ₂ を充填する。・試料挿入口14を開き搬送台15に試料を挿入する。・コック22Ａを閉じ、試料挿入口14を閉じる。・コック22Ｄを開き、ロータリイ型の真空ポンプ３Ｃで予備排気する。・コック22Ｄを閉じ、コック22Ｃを開きロードロックチャンバ12内をターボ分子ポンプ２Ｂで排気する。・真空計32Ａによりロードロックチャンバ12内の到達圧力を確認して、開閉弁13 を開く。・つまみ18Ａによりピニオン17を回転し、ラック部16により搬送台15を真空チャンバ１内にストッパ16Ａに触れるまで移送し、搬送台15を試料ステージ５に横づけする。・マニュピレータ27により、搬送台15の試料６を試料ステージ５上に移載する。・マニュピレータ27を試料ステージ５より引き離す。・搬送台15などをロードロックチャンバ12内に引きもどす。・開閉弁13を閉塞する。・真空計32Ｂにより真空チャンバ１の到達真空度を確認する。・コンピュータユニット25で温度制御部29を制御する昇温プログラムをロードする。・コンピュータユニット25で質量分析計で測定しようとする脱離ガスの質量数を設定する。・分析開始（昇温し、その温度信号をコンピュータユニットに取込むと同時に設定した質量数のイオン電流信号を取込む）。・分析測定終了。・開閉弁13を開き、搬送台15をステージ５に横づけし、マニュピレータ27を用いて試料を搬送台15に移載する。・搬送台15などをロードロックチャンバ12内に引き上げ、開閉弁13を閉塞する。・コック22Ａを開き、乾燥窒素Ｎ₂をロードロックチャンバ12内に充填させる。・試料挿入口14を開き試料を交換する。・一方、コンピュータユニット25は分析データを処理し、イオン電流と温度との関係図（パイログラム）を印字出力する。

【００６２】以上の動作手順により、本実施例により分析を行ったパイログラムの実績を図７の(a) および(b) に示す。本図では縦軸はイオン電流の相対値である。図７(a ) に示すように、質量数Ｍ／ｚ＝18（H₂O)と質量なＭ／ｚ＝28（Ｃ₂Ｈ₄）のそれぞれのピーク値の前後の平坦な部分でも、イオン電流値はほぼ一定している。これはノイズの混入が極めて小さいことを意味する。図７(b) は試料を挿入しない状態の測定値で、Ｍ／ｚ＝18およびＭ／ｚ＝28の値は変化しない。これは試料以外からの放出ガスによる背景ノイズがないことを示している。

【００６３】比較例として、1990年４月に開催されたアメリカの電気電子技術協会（ＩＥＥＥ）の会議に報告された最近の最良といわれる分析測定例を図７(c) に示す。本図では縦軸はイオン電流の絶対値となるように整理されているが、例えばＭ／ｚ＝18のカーブではピーク値の高温側の平坦部は低温側の平坦部より破線で示すように傾斜している。これは、背景ノイズによる影響であると考えられる。

【００６４】図８は、本考案の他の実施例の系統図である。これは図２に示す前例とほとんど同様であるので詳しい説明を省く。詳しくは配管系や弁などが少し異なるのみである。

【００６５】以上説明したように、本考案によるマニュピレータは、その作用端をＸ軸方向に最大100mm 程度、Ｚ軸方向に最大３mm程度移動でき、しかも10^-10torr程度の高真空領域内の作用を大気圧雰囲気に配置される操作端により行うことができる。したがって脱離ガス分析装置以外でも、高真空領域内の比較的小型の物品の移動手段を必要とする装置、例えば半導体製造に用いられる装置などに適用できる。

【００６６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、高真空状態に維持される真空チャンバ内の半導体チップなどの小型の物品の移動を形状および機構がきわめて単純化して実現できる。またこれを脱離ガス分析装置に実施することにより、発生する背景ノイズをきめわて小さくできるので、半導体工程の評価を端的かつ精度よく行うことができる効果がある。

【提出日】平成４年１２月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】図１は、本考案の一実施例を脱離ガス分析装置に応用した場合の全体配置図であり、図３はその系統図である。図７（ａ）は本実施例の平面図であり、図７（ｂ）はその縦断面図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】図１ないし図３で、脱離ガス分析装置は、真空チャンバ１と、この真空チャンバ１の内部を高真空状態に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａと、真空チャンバ１内のガラス棒４に被せられ試料６を載置する試料ステージ５と、このガラス棒４を介して試料６を加熱する赤外線発生装置７と、この加熱により試料６から脱離するガスを接続管８を介して分析する質量分析計９、１０および１１とを備える。真空チャンバ１には開閉弁１３を介してロードロック機構が収容されたロードロックチャンバ１２が取付けられており、このロードロック機構と開閉弁１３とにより、真空チャンバ１内の真空状態を破壊することなく試料挿入口１４から試料６を出し入れできるものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】このロードロック機構は、図４（ｂ）に示すように出し入れする試料を搬送する搬送台１５がラック部１６により、高真空状態の真空チャンバ１内に設けられた試料ステージ５に横づけされる構造となっている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】本考案の高真空チャンバ用マニュピレータは、図７（ｂ）に示すように、試料６を搬送台１５と試料ステージ５との間に移し替えるものであり、真空チャンバ１の殻である金属筒１Ｃの外部の大気圧雰囲気に分析者が手動で操作する操作端１８Ｃ、１８Ｄが配置され、真空チャンバ１内に試料６の移し替えを行う作用端２７Ｅ、２７Ｇが配置され、この操作端１８Ｃ、１８Ｄと作用端２７Ｅ、２７Ｇとの間に操作端１８Ｃ、１８Ｄの操作により真空チャンバ１のほぼ中心からほぼ放射方向にかつほぼ水平方向に移動する軸手段２７Ｃ、２７Ｆがそれぞれ連結されている。本実施例では、操作端はそれぞれ回動可能なつまみ１８Ｃおよび１８Ｄである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】本実施例では、図７（ｂ）に示すように、つまみ２８Ｃを回動することにより、外軸２７Ｃと内輔２７Ｆとが同時に前述のようにほぼ水平方向に移動する。このとき外軸２７Ｃと内軸２７Ｆとの相対的な変位は生じない。したがってこのときは第一ベローズ２８Ａのみが伸縮する。つまみ１８Ｃの回動をとめておき、つまみ１８Ｄを回動すると、内軸２７Ｆのみが水平方向に移動し、この二軸の間に相対的な変位が生じ、第二ベローズ２８Ｂが伸縮する。このつまみ１８Ｄをねじをゆるめる方向に回転すれば、内軸２７Ｆは図の左方に移動し、この状態で静止している第一作用端２７Ｅに対して第二作用端２７Ｇを左方に移動する。したがって板ばね２７Ｊは圧縮され、爪２７Ｋは下方に引き下げられる。つまみ１８Ｄをねじを締付ける方向に回動すれば前述と逆の方向に各部が作動し、爪２７Ｋは上方に引き上げられる。すなわち本マニュピレータは、つまみ１８ＣによりＸ軸（水平）方向に移動し、つまみ１８ＤによりＺ軸（上下）方向に移動する二次元動作を行う。外軸２７Ｃにはキイ２７Ｍが設けられているので、つまみ１８Ｃの回動操作によって外軸２７Ｃが回転することはない。内軸２７Ｆも、第二ベローズ２８Ｂが持つ回転に対する剛性のために、つまみ１８Ｄの回転操作によって回転することはない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】このマニュピレータの操作は図７（ｂ）に破線で示す覗き窓１Ｅを介して目視で行う。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】次に図１ないし図３を用いて、本実施例の配置について説明する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】本実施例では、真空チャンバ１と、この真空チャンバ１を真空に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａと、真空チャンバ１内に配置された試料ステージ５（図３参照）と、この試料ステージ５に載置された試料６を加熱する赤外線発生ランプ２１を内包する加熱器７と、真空チャンバ１内に連接する質量分析計９、１０および１１とを含む。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】ロードロック機構は、図３および図４に示すように、それを囲むロードロックチャンバ１２の内部に設けられる（図４（ｂ）参照）。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】ロードロック機構は、試料を搬送する搬送台１５と、この搬送台１５を搬送するラック部１６と、このラック部１６を駆動するピニオン１７を回転するピニオン回転軸１７Ａとを含む。このピニオン回転軸のシール構造は、図４（ｃ）に示すように、二つのＯリング１９Ａ、１９Ｂとの間はスペーサ１９Ｃによりほぼ一定の空間である中間排気室２０Ａが確保されるもので、この中間排気室２０Ａは図３に示すように前記真空ポンプ２Ａおよび２Ｂとは別系のロータリイ型の真空ポンプ３Ｃにより真空に維持される。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】図４において、ロードロック機構では、通常搬送台１５とラック部１６とは、ロードロックチャンバ１２の端部１２Ａ側に寄せられており、搬送台１５は試料挿入口１４のほぼ下方に位置する。このとき開閉弁１３はスライド弁１３Ａにより閉塞されている。試料挿入口１４を開放するときは、あらかじめコック２２Ａを開放して、ロードロックチャンバ１２の内部に乾燥窒素Ｎ_２を充填しておき、試料挿入口１４を開き試料を搬送台１５に載置する。つぎにコック２２Ａを閉じ、コック２２Ｄを開いて予備排気を行い、次いでコック２２Ｃを開きロードロックチャンバ１２内が高真空となるよう排気を行う。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】マニュピレータ２７の縦断面図を示す図７（ｂ）において、真空チャンバの殻である金属筒１Ｃには強固な構造の鞘体２７Ａにフランジ２７Ｂが設けられている。このフランジ２７Ｂの外方の大気圧零囲気に第一および第二操作端であるつまみ１８Ｃと１８Ｄとが設けられる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】この操作は、真空チャンバの金属筒１Ｃに設けられた覗き窓１Ｅ（図８（ｂ）で破線で示すもの）から観察しながら行われる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】図５は、試料ステージの図である。ガラス棒４は透明石英ガラスであり、ステージ５は半透明石英ガラスである。図５（ｂ）に示すように試料ステージ５にはガラス棒４の端面４Ｂに緩く嵌合する嵌合部５Ａが形成され、しかも端面４Ｂと嵌合部５Ａとのすき間５Ｄには、孔５Ｂが設けられ真空チャンバ内の雰囲気と連通する。緩く嵌合され、すき間５Ｄが設けられているので、試料ステージ５が高温になってもそれからの伝達熱によりガラス棒４の温度が上昇することがない。試料ステージ５の上部に設けられた孔５Ｃは熱電対２１Ａを挿通するものである。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】図６は、質量分析計の構造を示す図である。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】次に図３を参照して、本実施例の動作手順を説明する。・開閉弁１３を閉塞し、コック２２Ａを開きロードロックチャンバ１２内に乾燥窒素Ｎ_２を充填する。・試料挿入口１４を開き搬送台１５に試料を挿入する。・コック２２Ａを閉じ、試料挿入口１４を閉じる。・コック２２Ｄを開き、ロータリイ型の真空ポンプ３Ｃで予備排気する。・コック２２Ｄを閉じ、コック２２Ｃを開きロードロックチャンバ１２内をターボ分子ポンプ２Ｂで排気する。・真空計３２Ａによりロードロックチャンバ１２内の到達圧力を確認して、開閉弁１３を開く。・つまみ１８Ａによりピニオン１７を回転し、ラック部１６により搬送台１５を真空チャンバ１内にストッパ１６Ａに触れるまで移送し、搬送台１５を試料ステージ５に横づけする。・マニュピレータ２７により、搬送台１５の試料６を試料ステージ５上に移載する。・マニュピレータ２７を試料ステージ５より引き離す。・搬送台１５などをロードロックチャンバ１２内に引きもどす。・開閉弁１３を閉塞する。・真空計３２Ｂにより真空チャンバ１の到達真空度を確認する。・コンピュータユニット２５で温度制御部２９を制御する昇温プログラムをロードする。・コンピュータユニット２５で質量分析計で測定しようとする脱離ガスの質量数を設定する。・分析開始（昇温し、その湿度信号をコンピュータユニットに取込むと同時に設定した質量数のイオン電流信号を取込む）。・分析測定終了。・開閉弁１３を開き、搬送台１５をステージ５に横づけし、マニュピレータ２７を用いて試料を搬送台１５に移載する。・搬送台１５などをロードロックチャンバ１２内に引き上げ、開閉弁１３を閉塞する。・コック２２Ａを開き、乾燥窒素Ｎ_２をロードロックチャンバ１２内に充填させる。・試料挿入口１４を開き試料を交換する。・一方、コンピュータユニット２５は分析データを処理し、イオン電流と温度との関係図（パイログラム）を印字出力する。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】以上の動作手順により、本実施例により分析を行ったパイログラムの実績を図８の（ａ）および（ｂ）に示す。本図では縦軸はイオン電流の相対値である。図８（ａ）に示すように、質量数Ｍ／ｚ＝１８（ＨＢＯ）と質量なＭ／ｚ＝２８（Ｃ_２Ｈ_４）のそれぞれのピーク値の前後の平坦な部分でも、イオン電流値はほぼ一定している。これはノイズの混入が極めて小さいことを意味する。図８（ｂ）は試料を挿入しない状態の測定値で、Ｍ／ｚ＝１８およびＭ／ｚ＝２８の値は変化しない。これは試料以外からの放出ガスによる背景ノイズがないことを示している。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】比較例として、１９９０年４月に開催されたアメリカの電気電子技術協会（ＩＥＥＥ）の会議に報告された最近の最良といわれる分析測定例を図８（ｃ）に示す。本図では縦軸はイオン電流の絶対値となるように整理されているが、例えばＭ／ｚ＝１８のカーブではピーク値の高温側の平坦部は低温側の平坦部より破線で示すように傾斜している。これは、背景ノイズによる影響であると考えられる。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】図９は、本考案の他の実施例の系統図である。これは図３に示す前例とほとんど同様であるので詳しい説明を省く。詳しくは配管系や弁などが少し異なるのみである。以上説明したように、本考案によるマニュピレータは、その作用端をＸ軸方向に最大１００ｍｍ程度、Ｚ軸方向に最大３ｍｍ程度移動でき、しかも１０^−１０ｔｏｒｒ程度の高真空領域内の作用を大気圧雰囲気に配置される操作端により行うことができる。したがって脱離ガス分析装置以外でも、高真空領域内の比較的小型の物品の移動手段を必要とする装置、例えば半導体製造に用いられる装置などに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案一実施例の全体配置図、(a) は正面図、
(b) は平面図。

【図２】同実施例の系統図。

【図３】同実施例のロードロック機構の説明図、(a) は
外観斜視図、(b) は内部構成図、(c) はシール構造図。

【図４】試料ステージ図、(a) は全体図、(b) は試料ス
テージ詳細図。

【図５】質量分析計構造図。

【図６】マニュピレータ図で、(a) は平面図、(b) は縦
断面図。

【図７】分析結果の一例を示す図（パイログラム）。

【図８】本考案他の実施例による系統図。

【符号の説明】

１真空チャンバ１Ａ、１Ｂその金属端板１Ｃ金属筒１Ｄ、１Ｅ覗き窓２Ａ磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ｂターボ分子ポンプ３Ａ、３Ｂ、３Ｃロータリイ型の真空ポンプ４透明石英ガラスであるガラス棒４Ａ受光面４Ｂ他の端面５試料ステージ５Ａ嵌合部５Ｂ、５Ｃ孔５Ｄすき間６試料７加熱器である赤外線発生装置７Ａ反射面８接続管８Ａ主排気管９、10、11 質量分析計のそれぞれイオン化部、励磁
部、コレクタ部９Ａイオン化室９Ｂ開口９Ｃ引出し電極 10Ａ磁極 12 ロードロックチャンバ 12Ａその端部 13 開閉弁 13Ａスライド弁 14 試料挿入口 15 搬送台 16 ラック部 16Ａストッパ 17 ピニオン 17Ａピニオン回転軸 18Ａ、18Ｂつまみ 18Ｃ、18Ｄマニュピレータのそれぞれ第一および第二
操作端であるつまみ 19Ａ、19Ｂ、19Ｄ、19ＥＯリング 19Ｃ、19Ｆスペーサ 19Ｇ筒体 20Ａ、20Ｂ中間排気室 21 赤外線発生ランプ 21Ａ熱電対 22Ａ、22Ｂ、22Ｃ、22Ｄコック 23 デスク 24 冷却水タンク 25 コンピュータユニット 26Ａ軸 27 マニュピレータ 27Ａ鞘体 27Ｂフランジ 27Ｃ外軸 27Ｆ内軸 27Ｄ軸受 27Ｅ、27Ｇ第一および第二作用端 27Ｈ座 27Ｊ板ばね 27Ｋ爪 27Ｌばね 27Ｍキー 27Ｎスプリング押えねじ 28Ａ、28Ｂ第一および第二ベローズ 30Ａ、30Ｂ、30Ｃパイプ 31 冷却水通路 32Ａ、32Ｂ真空計 33Ｇ脱離ガス 33Ｅイオンビーム

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月２９日

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案一実施例の全体配置図の正面図。

【図２】本考案一実施例の全体配置図の平面図。

【図３】同実施例の系統図。

【図４】同実施例のロードロック機構の説明図、(a) は
外観斜視図、(b) は内部構成図、(c) はシール構造図。

【図５】試料ステージ図、(a) は全体図、(b) は試料ス
テージ詳細図。

【図６】質量分析計構造図。

【図７】マニュピレータの平面および縦断面を示す図。

【図８】分析結果の一例を示す図（パイログラム）。

【図９】本考案他の実施例による系統図。

【符号の説明】１真空チャンバ１Ａ、１Ｂその金属端板１Ｃ金属筒１Ｄ、１Ｅ覗き窓２Ａ磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ｂターボ分子ポンプ３Ａ、３Ｂ、３Ｃロータリイ型の真空ポンプ４透明石英ガラスであるガラス棒４Ａ受光面４Ｂ他の端面５試料ステージ５Ａ嵌合部５Ｂ、５Ｃ孔５Ｄすき間６試料７加熱器である赤外線発生装置７Ａ反射面８接続管８Ａ主排気管９、10、11 質量分析計のそれぞれイオン化部、励磁
部、コレクタ部９Ａイオン化室９Ｂ開口９Ｃ引出し電極 10Ａ磁極 12 ロードロックチャンバ 12Ａその端部 13 開閉弁 13Ａスライド弁 14 試料挿入口 15 搬送台 16 ラック部 16Ａストッパ 17 ピニオン 17Ａピニオン回転軸 18Ａ、18Ｂつまみ 18Ｃ、18Ｄマニュピレータのそれぞれ第一および第二
操作端であるつまみ 19Ａ、19Ｂ、19Ｄ、19ＥＯリング 19Ｃ、19Ｆスペーサ 19Ｇ筒体 20Ａ、20Ｂ中間排気室 21 赤外線発生ランプ 21Ａ熱電対 22Ａ、22Ｂ、22Ｃ、22Ｄコック 23 デスク 24 冷却水タンク 25 コンピュータユニット 26Ａ軸 27 マニュピレータ 27Ａ鞘体 27Ｂフランジ 27Ｃ外軸 27Ｆ内軸 27Ｄ軸受 27Ｅ、27Ｇ第一および第二作用端 27Ｈ座 27Ｊ板ばね 27Ｋ爪 27Ｌばね 27Ｍキー 27Ｎスプリング押えねじ 28Ａ、28Ｂ第一および第二ベローズ 30Ａ、30Ｂ、30Ｃパイプ 31 冷却水通路 32Ａ、32Ｂ真空計 33Ｇ脱離ガス 33Ｅイオンビーム

【手続補正２１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 49/04

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】大気圧雰囲気に操作端が配置され、真空
チャンバ内に作用端が配置され、この操作端とこの作用
端との間にこの操作端の操作により前記真空チャンバの
ほぼ中心からほぼ放射方向にかつほぼ水平方向に移動す
る軸手段が連結された高真空チャンバ用マニュピレータ
において、前記軸手段は管状の外軸とこの外軸の内部に同軸構造に
挿通された内軸との二重構造であり、この外軸および内軸のそれぞれに第一操作端と第一作用
端および第二操作端と第二作用端が設けられ、前記第一操作端は前記外軸を前記真空チャンバに対する
固定端に対して移動させる構造であり、前記第二操作端
は前記内軸を前記外軸に対して移動させる構造であり、前記管状の外軸と前記固定端との間にはこの外軸の変位
にしたがって伸縮する第一ベローズが被せられ、前記内軸と前記外軸との間にはこの外軸と内軸との相対
変位にしたがって伸縮する第二ベローズが被せられ、前記第一作用端と前記第二作用端との間に板ばねにより
吊り下げられたコ字状の爪が取付けられたことを特徴と
する高真空チャンバ用マニュピレータ。
【請求項２】前記外軸および第一ベローズは、前記二
つの作用端を前記真空チャンバの中心近傍からその真空
チャンバの殻の近傍まで移動できる十分な大きさである
請求項１記載の高真空チャンバ用マニュピレータ。