WO2021014675A1 - 真空処理装置 - Google Patents

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WO2021014675A1 PCT/JP2020/010586 JP2020010586W WO2021014675A1 WO 2021014675 A1 WO2021014675 A1 WO 2021014675A1 JP 2020010586 W JP2020010586 W JP 2020010586W WO 2021014675 A1 WO2021014675 A1 WO 2021014675A1
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vacuum chamber
processing
processing unit
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征仁 田代
成 杉山
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Ulvac Inc
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum processing apparatus that applies a predetermined vacuum treatment to the processed surface of the substrate to be processed. More specifically, the processed surface is provided on the upper wall with the processed substrate installed and the processed surface facing upward. Inside the vacuum chamber in a vacuum atmosphere, the vacuum chamber is provided with a vacuum chamber in which a mounting opening facing the surface is formed, a processing unit for performing vacuum processing, and a communication pipe having a predetermined length interposed between the vacuum chamber and the processing unit.
  • the present invention relates to a structure having a structure having good maintainability, which is configured to perform a predetermined vacuum treatment on the substrate to be processed through a communication pipe.
  • a transfer robot is arranged to consistently perform various vacuum treatments such as heat treatment, ion bombard treatment, film formation treatment, and etching treatment on a substrate to be processed in a vacuum atmosphere.
  • a so-called cluster tool type vacuum processing system including a central transfer chamber and a plurality of processing chambers arranged so as to surround the transfer chamber is widely used (see, for example, Patent Document 1).
  • a sputtering method sputtering apparatus
  • the distance (TS distance) between the target, which is a component of the processing unit (cathode unit) to perform vacuum processing, and the processing surface of the substrate to be processed arranged in the vacuum chamber is set relatively long.
  • a method in which the sputtered particles emitted from the sputtered surface during the sputtering of the target are incident on the treated surface substantially perpendicularly (so-called LTS method).
  • the substrate to be processed is installed, and the processing surface is facing upward with the processing surface facing upward. It is common to install a communication pipe whose length is appropriately set according to the TS distance between the vacuum chamber in which the opening is formed and the cathode unit.
  • a protective plate is usually installed inside the vacuum chamber or communication pipe.
  • the target is a so-called consumable item
  • the protective plate to which spatter particles are attached also becomes a source of fine particles. Therefore, the inside of the vacuum chamber is opened to the atmosphere and the target and the protective plate are replaced regularly. Will be done. The time to replace the target and the time to replace the protective plate do not always coincide.
  • cleaning is also required on a regular basis to remove particles adhering to the wall surface in the vacuum chamber and the parts existing inside the wall surface (for example, a gas pipe for introducing sputter gas), and usually, a protective plate is used. Often done in conjunction with the exchange.
  • the cathode unit and communication pipe are generally heavy objects. Therefore, for example, when replacing or cleaning the protective plate in the vacuum chamber without replacing the target, the cathode unit is opened by an opening / closing mechanism having a rotating arm, and the work is performed from above the communication pipe. , Workability was bad. In addition, if the operator removes the cathode unit using a hoist crane on the equipment side, removes the communication pipe using a hoist crane on the equipment side, and then performs the work, maintainability is improved. There is a problem that it is extremely bad.
  • the substrate to be processed in which a predetermined vacuum treatment is performed on the processing surface of the substrate to be processed, the substrate to be processed is installed and the processing surface is treated on the upper wall with the direction facing upward.
  • a vacuum chamber having a mounting opening facing the surface, a processing unit for performing vacuum processing, and a communication pipe having a predetermined length interposed between the vacuum chamber and the processing unit are provided to create a vacuum in a vacuum atmosphere.
  • a predetermined vacuum treatment is applied to the substrate to be processed in the chamber through a communication pipe, and a rotation arm that swings around a rotation axis extending perpendicularly in the vertical direction is connected to the processing unit to form a vacuum chamber. It is further provided with an engaging means for selectively engaging the communication pipe with the communication pipe or the processing unit and the communication pipe.
  • vacuum is manually or automatically performed by an engaging means.
  • the processing unit is separated from the connecting pipe at a predetermined rotation angle (for example, about 180 degrees).
  • a predetermined rotation angle for example, about 180 degrees.
  • the cathode unit and the communication pipe are selected manually or automatically by the engaging means. Engage. At this time, the engagement between the vacuum chamber and the communication pipe is disengaged. Then, when the operator manually or automatically swings the rotating arm around the rotation axis, the communication pipe is separated from the vacuum chamber together with the processing unit, and a predetermined rotation angle (for example, approximately 180) is obtained. The processing unit and the communication pipe can be retracted from the vacuum chamber to a position separated from the vacuum chamber by a distance corresponding to the length of the rotating arm. This allows the operator to perform maintenance by directly accessing through the mounting opening of the vacuum chamber.
  • the vacuum chamber and the communication pipe are selectively engaged by the engaging means, or the processing unit and the communication pipe are engaged with each other, and the vacuum chamber is separated from the vacuum chamber by the swing of the rotating arm. Since it is changed, the structure is easy to maintain even if there is a communication pipe between the vacuum chamber and the processing unit.
  • the rotating arm is configured to swing in a direction away from the center of the transfer chamber, it is provided around the transfer chamber. There is no problem that the equipment such as the processing chamber and the piping for the refrigerant interferes with the workability.
  • the engaging means is projected up and down on the outer surface of the processing unit, the vacuum chamber, and the communication pipe, respectively, and the processing unit is assembled to the vacuum chamber via the communication pipe.
  • It is preferably composed of a fastening block that faces each other in the direction and a fastening member that fastens the fastening blocks that face each other. This is advantageous because it is possible for the operator to manually fasten the fastening blocks facing each other with a fastening member such as a bolt so that he / she can recognize which part to be maintained.
  • the fastening member may be provided so that each fastening block can be fastened from, for example, either the upper or lower side.
  • the direction in which the processing unit is swung toward the vacuum chamber by the rotating arm is set to the swing direction ahead, and the vacuum chamber and the communication pipe are positioned on the swing direction front side. It is preferable that a hemispherical protrusion is provided on either one of the above, and a receiving recess for receiving the protrusion is formed on either one of the vacuum chamber and the communication pipe. According to this, when the operator manually or automatically swings the rotating arm to reattach the communication pipe to the vacuum chamber after the maintenance of the vacuum chamber is completed, a protrusion is first inserted into the receiving recess.
  • the protrusion fits into the receiving recess, so that the communication pipe is reattached to the vacuum chamber in the correct posture.
  • at least two receiving recesses and protrusions are provided on the same virtual circumference at predetermined intervals, and swing so that the protrusions are smoothly inserted into the receiving recesses.
  • a guide slope may be formed on a hemispherical protrusion located in the direction ahead.
  • the vertical sectional view which shows the said vacuum processing apparatus (sputtering apparatus).
  • the plan view of the said vacuum processing apparatus which shows the state that the communication pipe and the cathode unit are retracted.
  • the vertical sectional view corresponding to FIG. 1 which shows the state which only the cathode unit was retracted.
  • the vertical sectional view corresponding to FIG. 1 which shows the state that the communication pipe and the cathode unit are retracted.
  • the processing unit for performing vacuum processing is a cathode unit for sputtering
  • the vacuum processing device is a sputtering device provided with this cathode unit
  • the substrate to be processed is a silicon wafer (hereinafter, referred to as “board Sw”).
  • board Sw silicon wafer
  • FIG. 1 shows that the vacuum processing system VS includes a central transfer chamber Tc having a substantially octagonal contour.
  • a transfer robot Tr that transfers the substrate Sw in a vacuum atmosphere is installed.
  • the transfer robot Tr includes two rotation shafts Tr1 that are concentrically arranged with each other and can move up and down, and a pair of frog-leg type robot arms Tr2 that are connected to the upper ends of each rotation shaft Tr1 and can be expanded and contracted in the horizontal direction.
  • a robot hand Tr3 that supports a substrate Sw attached to the tip of each robot arm Tr2 is provided.
  • Two symmetrical load lock chambers Lc1 and Lc2 and six processing chambers Pc1 to Pc6 are connected to each other around the transfer chamber Tc via a gate valve Gv.
  • each of the treatment chambers Pc1 to Pc6 various vacuum treatments such as heat treatment, film formation treatment and etching treatment are performed.
  • a vacuum pump composed of a turbo molecular pump, a rotary pump, or the like is connected to the transfer chamber Tc, the load lock chambers Lc1 and Lc2, and the processing chambers Pc1 to Pc6, and the inside thereof is connected. It can be evacuated independently to a predetermined pressure.
  • the processing chamber Pc3 is configured as a sputtering apparatus SM including the cathode unit CU of the present embodiment will be described as an example. Since known vacuum treatments are used as the vacuum treatments performed in the other treatment chambers Pc1, Pc2, Pc4 to Pc6, further description thereof will be omitted.
  • a stage 1 is provided in the lower part of the processing chamber Pc3, which is a component of the sputtering apparatus SM, in which the substrate Sw is installed in a posture in which the processing surface is provided above. ..
  • the stage 1 is composed of, for example, a metal base having a tubular contour and a chuck plate adhered to the upper surface of the base, and the substrate Sw is being formed by sputtering. Can be adsorbed and held.
  • the base may include a passage for circulating a refrigerant and a heater so that the substrate Sw can be controlled to a predetermined temperature during film formation.
  • An annular protective plates 2a and 2b are detachably provided in the processing chamber Pc3, and spatter particles can be attached to parts other than the substrate Sw, such as the inner wall surface of the processing chamber Pc3 and the outer surface of the stage 1. I am trying to suppress it.
  • a cathode unit CU is detachably attached to the upper wall of the processing chamber Pc3 facing the substrate Sw installed on the stage 1 via a communication pipe 3.
  • a mounting opening 12 defined by a ridge 11 projecting upward is provided on the upper wall of the processing chamber Pc3, and an annular concave groove (not shown) is provided on the upper surface of the ridge 11. Is provided with an O-ring 13 as a vacuum seal. Then, the lower surface of the communication pipe 3 is joined to the upper surface of the ridge 11 via the O-ring 13 so that the communication pipe 3 can be attached to the processing chamber Pc3.
  • the communication pipe 3 is made of a metal cylinder such as stainless steel or aluminum. The length of the communication pipe 3 is appropriately set according to the distance between the substrate Sw and the target described later (so-called distance between TSs), and the wall thickness thereof is deformed by the atmospheric pressure acting at the time of vacuum exhaust of the processing chamber Pc3.
  • a tubular protective plate 2c is detachably provided in the communication pipe 3 so that the adhesion of spatter particles to the inner wall surface thereof is suppressed as much as possible.
  • the upper outer peripheral surface of the ridge 11 and the lower end outer peripheral surface of the communication pipe 3 are in phase with each other in the vertical direction, and four fastening blocks 41, 42 having a predetermined plate thickness at intervals of 90 degrees in the circumferential direction. Is projected. Screw holes (not shown) penetrating in the vertical direction are formed in the fastening blocks 41 and 42, respectively, and when the lower surface of the communication pipe 3 is joined to the upper surface of the ridge 11, the fastening blocks 41 and 42 face each other.
  • the 42 can be fastened by a bolt 5 as a fastening member.
  • the bolt 5 may be provided so that the fastening blocks 41 and 42 can be fastened from either the upper or lower side, for example.
  • the cathode unit CU includes a bottomed tubular support 61 and a target 62 to which a backing plate 63 made of Cu is bonded to a surface (upper surface) facing back to the sputtering surface 62a, and the support 61 and the backing plate 63 are provided.
  • the target 62 integrated with the backing plate 63 can be detachably attached to the support 61 while being airtightly maintained between the two.
  • the target 62 is appropriately selected according to the composition of the thin film to be formed on the substrate Sw.
  • An annular protective plate 2d is also provided at a predetermined position of the support 61 so as to surround the target 62 so as to function as an anode during sputtering. In FIG.
  • reference numeral 64 denotes a cathode cover, which is provided outside the processing chamber Pc3, which is a magnet unit that causes a closed magnetic field or a cusp magnetic field to act on the space on the communication tube 3 side in front of the sputter surface 62a.
  • Known parts such as wiring from a sputter power supply (not shown) and a gas pipe for introducing a sputter gas containing a rare gas or a reaction gas are stored in the space. Since a known cathode unit CU itself can be used, further description including a film forming method using the cathode unit CU will be omitted.
  • An annular concave groove (not shown) is provided on the upper surface of the communication pipe 3, and an O-ring 14 as a vacuum seal is provided in the concave groove. Then, the lower surface of the support 61 of the cathode unit CU is joined to the upper surface of the communication pipe 3 via the O-ring 14 so that the cathode unit CU can be attached to the communication pipe 3.
  • the space where the target 62 faces the substrate Sw in the processing chamber Pc3 is isolated, the inside thereof is evacuated to a predetermined pressure, and then the communication pipe 3 is passed by sputtering of the target 62. A film can be formed on the substrate Sw.
  • the lower end outer peripheral surface of the support 61 and the upper end outer peripheral surface of the communication pipe 3 are in phase with each other in the vertical direction and at predetermined intervals in the circumferential direction (90 degree intervals in the present embodiment) as described above.
  • the fastening blocks 43 and 44 having a predetermined plate thickness are projected. Similar to the above, screw holes (not shown) penetrating in the vertical direction are formed in the fastening blocks 43 and 44, and when the lower surface of the support 61 is joined to the upper surface of the communication pipe 3, the fastening blocks facing each other face each other.
  • the blocks 43 and 42 can be fastened by bolts 5 as fastening members. In the present embodiment, the fastening blocks 41 to 44 and the bolt 5 form an engaging means.
  • Two columns 71 and 71 are erected on the upper wall of the processing chamber Pc3 located radially outward from the transport chamber Tc, and a rotation axis extending orthogonally in the vertical direction between the columns 71 and 71.
  • 72 is mounted on the shaft.
  • a motor 73 is connected to a portion of the rotating shaft 72 that protrudes outward from one of the columns 71.
  • two rotating arms 74, 74 are connected to the rotating shaft 72 at intervals in the longitudinal direction thereof, so that the rotating arms 74, 74 can swing around the rotating shaft 72.
  • the support shaft 65 is projected from the outer peripheral surface of the support 61 with a phase shift of 180 degrees, and the tips of the rotating arms 74 and 74 are attached to the support shaft 65 in a predetermined small angle range.
  • the support 61 can be tilted.
  • the height position of the rotating shaft 72 (from the upper wall of the processing chamber Pc3) and the shapes of the rotating arms 74 and 74 are not particularly limited, and the length of the communication pipe 3 and the maintainability of the operator are taken into consideration. It is set as appropriate.
  • maintenance procedures such as opening the inside of the processing chamber Pc3 to the atmosphere, periodically replacing the target 62 and the protective plates 2a to 2d, and cleaning the wall surface inside the processing chamber Pc3 are performed. explain.
  • the fastening blocks 41 and 42 facing each other are manually fastened with bolts 5 and the communication pipe 3 is manually fastened. Is selectively engaged with the processing chamber Pc3. At this time, the fastening blocks 43 and 44 facing each other are not fastened by the bolts 5.
  • the rotation shaft 72 is rotated in the forward direction (in the direction of the arrow in FIG. 2) by the motor 73, and the rotation arms 74 and 74 are swung so as to be separated from the transfer chamber Tc.
  • the cathode unit CU is as shown in FIG. Is turned upside down at a position separated radially outward from the transport chamber Tc.
  • the operator directly accesses the cathode unit CU from above at a position separated from the processing chamber Pc3 by a distance corresponding to the lengths of the rotating arms 74 and 74 to replace the target 62 and the protective plate. Maintenance such as 2d replacement can be performed.
  • the operator rotates the rotating shaft 72 in the opposite direction (in the direction of the arrow in FIG. 4) by the motor 73 from the state shown in FIG. 4, and swings the rotating arms 74 and 74 in the opposite direction.
  • the lower surface of the support 61 of the cathode unit CU is rejoined to the upper surface of the communication pipe 3 via the O-ring 14.
  • a detection means such as a micro switch at a position where the support 61 and the communication pipe 3 are joined to detect whether the support 61 is joined to the communication pipe 3 in the correct posture. ..
  • the processing chamber Pc3 is opened to the atmosphere from the state shown in FIG. 2 and then the processing chamber Pc3 is maintained, the bolts 5 for fastening the fastening blocks 41 and 42 are manually removed by the operator and face-to-face.
  • the fastening blocks 43 and 44 to be fastened are fastened with bolts 5, and the communication pipe 3 is selectively engaged with the cathode unit CU.
  • the rotation shaft 72 is rotated in the forward direction by the motor 73, and the rotation arms 74 and 74 are swung so as to be separated from the transfer chamber Tc.
  • the communication pipe 3 is separated from the processing chamber Pc3 together with the cathode unit CU, and the rotating arms 74 and 74 are swung to the position where the rotating shaft 72 is rotated 180 degrees in the same manner as described above.
  • the cathode unit CU and the communication pipe 3 are turned upside down at positions separated radially outward from the transport chamber Tc.
  • the operator can directly access from above the processing chamber Pc3 at a position separated from the processing chamber Pc3 by a distance corresponding to the lengths of the rotating arms 74 and 74, and replace the adhesive plate 2c in the communication pipe 3.
  • maintenance such as replacement of the protective plates 2a and 2b and cleaning of the wall surface in the processing chamber Pc3 can be performed by directly accessing from the mounting opening 12 of the processing chamber Pc3.
  • the operator rotates the rotating shaft 72 in the opposite direction by the motor 73 from the state shown in FIG. 5, and swings the rotating arms 74 and 74 in the opposite direction.
  • the ones swayed by the rotating arms 74 and 74 are as long as the length of the communication pipe 3. Therefore, when the rotating arms 74 and 74 are swung in the opposite directions, the lower end of the connecting pipe 3 may not be joined to the upper surface of the ridge 11 of the processing chamber Pc3 in the correct posture.
  • Hemispherical protrusions 81 are each formed on the virtual circumference of the above, and receiving recesses 82 for receiving the hemispherical protrusions 81 are provided on the lower surfaces of the two fastening blocks 42 facing the fastening blocks 41. (See Fig. 2). As a result, when the rotating arms 74 and 74 are swung in the opposite directions, the hemispherical protrusion 81 is first inserted into the receiving recess 82.
  • a guide slope 81a may be formed on the hemispherical protrusion 81 located ahead in the swing direction.
  • the processing chamber Pc3 and the communication tube 3 are selectively engaged with the fastening blocks 41 to 44 and the bolt 5, or the cathode unit CU and the communication tube 3 are engaged with each other to form the rotating arms 74 and 74. Since the one separated from the processing chamber Pc3 is changed by the swing, the structure has good maintainability. Further, by manually fastening the fastening blocks 41 to 44 facing each other with the bolt 5, it is possible to recognize which part to be maintained, which is advantageous.
  • the processing unit for performing vacuum processing is a cathode unit CU for sputtering
  • the vacuum processing device is a sputtering device SM provided with this cathode unit CU
  • the description is limited thereto.
  • the processing unit can be appropriately selected from known ones according to the processing on the substrate Sw.
  • an example is an example in which the engaging means is composed of the fastening blocks 41 to 44 and the bolt 5, and an example is a case in which the operator manually performs selective engagement. It is not limited to.
  • a hook-shaped hook provided with an actuator may be provided around the joint between the processing chamber Pc3 and the communication pipe 3 and the cathode unit CU and the communication pipe 3 to automatically and selectively engage with each other.
  • the rotating arms 74 and 74 are swung by the motor 73
  • the present invention is not limited to this, and the swinging arms 74 and 74 may be manually swung.
  • CU Cathode unit
  • Pc3 Processing chamber (vacuum chamber), SM ... Sputtering device (vacuum processing device), Sw ... Substrate (processed substrate), 3 ... Communication pipe, 5 ... Bolt (engagement means, Fastening member), 12 ... Mounting opening, 41 to 44 ... Fastening block (engagement means), 72 ... Rotating shaft, 74 ... Rotating arm, 81 ... Protrusion, 82 ... Receiving recess.

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Abstract

真空チャンバと処理ユニットとの間に連通管が存する場合でもメンテナンス性の良い構造を持つ真空処理装置を提供する。　被処理基板Ｓｗの処理面に対して所定の真空処理を施す本発明の真空処理装置ＳＭは、被処理基板が設置され、処理面が向く方向を上方として上壁に処理面を臨む取付開口１２が形成された真空チャンバＰｃ３と、真空処理を施すための処理ユニットＣＵと、真空チャンバと処理ユニットとの間に介設される所定長さの連通管３とを備え、真空雰囲気の真空チャンバ内の被処理基板に対して連通管を通して所定の真空処理を施すように構成され、処理ユニットに、上下方向に直交してのびる回転軸７２回りに揺動する回動アーム７４が連結され、真空チャンバと連通管とを、または、処理ユニットと連通管とを選択的に係合する係合手段４１～４４，５を更に備える。

Description

真空処理装置
　本発明は、被処理基板の処理面に対して所定の真空処理を施す真空処理装置に関し、より詳しくは、被処理基板が設置され、処理面が向く方向を上方として、上壁に処理面を臨む取付開口が形成された真空チャンバと、真空処理を施すための処理ユニットと、真空チャンバと処理ユニットとの間に介設される所定長さの連通管とを備え、真空雰囲気の真空チャンバ内の被処理基板に対して連通管を通して所定の真空処理を施すように構成したものをメンテナンス性のよい構造とすることに関する。
　例えば半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板に対し、真空雰囲気にて熱処理、イオンボンバード処理、成膜処理やエッチング処理といった各種の真空処理を一貫して施すために、搬送ロボットが配置される中央の搬送チャンバと、この搬送チャンバを囲うように配置される複数の処理チャンバとを備える所謂クラスターツール式の真空処理システムが広く利用されている（例えば特許文献１参照）。いずれかの処理チャンバで実施される成膜処理としては、スパッタリング法を用いるもの（スパッタリング装置）がある。その中には、真空処理を施す処理ユニット（カソードユニット）の構成部品であるターゲットと、真空チャンバ内に配置される被処理基板の処理面との間の距離（ＴＳ距離）を比較的長く設定し、ターゲットのスパッタリング時にスパッタ面から放出されたスパッタ粒子が処理面に対し略垂直に入射するようにしたものもある（所謂ＬＴＳ法）。
　既存のカソードユニットを利用して、ＬＴＳ法による成膜が可能なスパッタリング装置として構成しようとする場合、被処理基板が設置され、処理面が向く方向を上方として、上壁に処理面を臨む取付開口が形成された真空チャンバとカソードユニットとの間に、ＴＳ距離に対応させてその長さが適宜設定された連通管を介設することが一般である。真空チャンバや連通管の内部には、通常、防着板が設置される。
　ここで、ターゲットは所謂消耗品であり、また、スパッタ粒子が付着した防着板も微細なパーティクルの発生源となるため、真空チャンバ内を大気開放してターゲットや防着板は定期的に交換される。ターゲットの交換時期と防着板の交換時期とは、必ずしも一致するものではない。また、特に真空チャンバ内の壁面やその内部に存する部品（例えば、スパッタガスを導入するためのガス管）に付着した粒子を除去するクリーニングも定期的に必要になり、通常は、防着板の交換に併せて行われることが多い。
　ところで、カソードユニットや連通管は一般に重量物である。このため、例えば、ターゲット交換を伴わない、真空チャンバ内の防着板の交換やクリーニングを実施する場合、カソードユニットを、回転アームをもつ開閉機構により開き、連通管の上から作業を実施するため、作業性が悪かった。また、作業者が、設備側のホイストクレーンなどを利用してカソードユニットを取り外し、さらに設備側のホイストクレーンなどを利用して連通管を取り外し、その後にその作業を実施するのでは、メンテナンス性が著しく悪いという問題がある。
特開２０１０－１６２６１１号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、真空チャンバと処理ユニットとの間に連通管が存する場合でもメンテナンス性の良い構造を持つ真空処理装置を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、被処理基板の処理面に対して所定の真空処理を施す本発明の真空処理装置は、被処理基板が設置され、処理面が向く方向を上方として上壁に処理面を臨む取付開口が形成された真空チャンバと、真空処理を施すための処理ユニットと、真空チャンバと処理ユニットとの間に介設される所定長さの連通管とを備え、真空雰囲気の真空チャンバ内の被処理基板に対して連通管を通して所定の真空処理を施すように構成され、処理ユニットに、上下方向に直交してのびる回転軸回りに揺動する回動アームが連結され、真空チャンバと連通管とを、または、処理ユニットと連通管とを選択的に係合する係合手段を更に備えることを特徴とする。
　本発明によれば、真空チャンバを大気開放し、処理ユニットをメンテナンス（例えば、処理ユニットがスパッタリング装置用のカソードユニットである場合におけるターゲット交換）する場合には、手動または自動で係合手段により真空チャンバと連通管とを選択的に係合させる。このとき、処理ユニットと連通管との係合は解除されたままである。そして、作業者が手動でまたはモータにより自動で回動アームを回転軸回りに揺動させると、これに伴って、処理ユニットが連結管から離脱し、所定の回転角（例えば略１８０度）で揺動されると、処理ユニットが上下反転される。これにより、作業者は、回動アームの長さに応じた距離だけ真空チャンバから離間した位置にて、その上方から処理ユニットに直接アクセスしてメンテナンスを実施することができる。
　他方で、真空チャンバを大気開放し、真空チャンバ内をメンテナンス（例えば、その内部の防着板の交換やクリーニング）する場合には、手動または自動で係合手段によりカソードユニットと連通管とを選択的に係合させる。このとき、真空チャンバと連通管との係合が解除された状態とする。そして、作業者が手動でまたはモータにより自動で回動アームを回転軸回りに揺動させると、これに伴って、処理ユニットと共に連通管が真空チャンバから離脱し、所定の回転角（例えば略１８０度）で揺動されると、真空チャンバから回動アームの長さに応じた距離だけ真空チャンバから離間した位置に処理ユニット及び連通管を退避させることができる。これにより、作業者は、真空チャンバの取付開口から直接アクセスしてメンテナンスを実施することができる。
　このように本発明では、係合手段により選択的に真空チャンバと連通管とを、または、処理ユニットと連通管とを係合し、回動アームの揺動で真空チャンバから離脱されるものが変わるようにしたため、真空チャンバと処理ユニットとの間に連通管が存する場合でも、メンテナンス性の良い構造となる。ここで、本発明の構造をクラスターツールに適用する場合、搬送チャンバの中心に対して離間する方向に回動アームが揺動されるように構成しておけば、搬送チャンバの周囲に設けられる他の処理チャンバや冷媒用の配管などの設備が邪魔になって作業性が損なわれるといった不具合も生じない。
　本発明において、前記係合手段は、前記処理ユニット、前記真空チャンバ及び前記連通管の外面に夫々突設され、前記真空チャンバに前記連通管を介して処理ユニットを組付けた状態にて、上下方向で互いに対面する締結ブロックと、互いに対面する各締結ブロックを締結する締結部材とで構成されることが好ましい。これにより、作業者の手作業で、互いに対面する各締結ブロックをボルトなどの締結部材で締結させることで、いずれの箇所のメンテナンスを行うかを認識させることができ、有利である。なお、締結部材は、例えば上下のいずれか一方から各締結ブロックを締結できるように設けられていればよい。
　また、本発明においては、前記回転アームにより前記真空チャンバに向けて前記処理ユニットを揺動させる方向を揺動方向先方とし、この揺動方向先方側に位置させて前記真空チャンバと前記連通管とのいずれか一方に半球状の突起を設けると共に、前記真空チャンバと前記連通管とのいずれか他方に突起を受け入れる受入凹部が形成されることが好ましい。これによれば、真空チャンバに対するメンテナンス終了後、作業者が手動でまたはモータにより自動で回動アームを揺動させて、連通管を真空チャンバに再度取り付ける際に、先ず、受入凹部に突起が挿入され、真空チャンバ（即ち、取付開口）に対する連通管が位置決めされながら、受入凹部に突起が嵌合することで、正しい姿勢で連通管が真空チャンバに再度取り付けられる。この場合、受入凹部と突起とは、同一の仮想円周上に所定間隔をおいて少なくとも２個設けられていることが好ましく、また、受入凹部に突起が円滑に挿入されるように、揺動方向先方に位置する半球状の突起に、ガイド用の斜面を形成していてもよい。
本実施形態の真空処理装置を一部に含む真空処理システムの構成を説明する模式図。 上記真空処理装置（スパッタリング装置）を示す縦断面図。 連通管とカソードユニットとを退避させた状態で示す上記真空処理装置の平面図。 カソードユニットのみを退避させた状態で示す図１に対応する縦断面図。 連通管とカソードユニットとを退避させた状態で示す図１に対応する縦断面図。
　以下、図面を参照して、真空処理を施すための処理ユニットをスパッタリング用のカソードユニット、真空処理装置をこのカソードユニットを備えるスパッタリング装置、被処理基板をシリコンウエハ（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、スパッタリング装置を一部に含む所謂クラスターツール式の真空処理システムに本発明を適用した場合を例にその実施形態を説明する。以下においては、特に言及しない限り、上、下といった方向を示す用語は、図２に示す処理チャンバの処理時の姿勢を基準とする。
　図１は、真空処理システムＶＳは、略正八角形状の輪郭を有する中央の搬送チャンバＴｃを備える。搬送チャンバＴｃには、真空雰囲気中にて基板Ｓｗを搬送する搬送ロボットＴｒが設置されている。搬送ロボットＴｒは、互いに同心に配置される回転及び上下動自在な２本の回転軸Ｔｒ１と、各回転軸Ｔｒ１の上端に連結した水平方向に伸縮自在なフロッグレッグ式の一対のロボットアームＴｒ２と、各ロボットアームＴｒ２の先端に取り付けた基板Ｓｗを支持するロボットハンドＴｒ３とを備えている。搬送チャンバＴｃの周囲には、左右対称の２つのロードロックチャンバＬｃ１，Ｌｃ２と、６つの処理チャンバＰｃ１～Ｐｃ６がゲートバルブＧｖを介して連設されている。各処理チャンバＰｃ１～Ｐｃ６では、熱処理、成膜処理やエッチング処理といった各種の真空処理が実施される。特に図示して説明しないが、搬送チャンバＴｃ、各ロードロックチャンバＬｃ１，Ｌｃ２及び各処理チャンバＰｃ１～Ｐｃ６には、ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ等で構成される真空ポンプが接続され、それらの内部を独立して所定圧力まで真空排気できるようになっている。以下において、処理チャンバＰｃ３が、本実施形態のカソードユニットＣＵを備えるスパッタリング装置ＳＭとして構成された場合を例に説明する。なお、その他の各処理チャンバＰｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ４～Ｐｃ６にて実施される真空処理としては、公知のものが利用されるため、これ以上の説明は省略する。
　図２及び図３を参照して、スパッタリング装置ＳＭの構成要素である処理チャンバＰｃ３内の下部には、基板Ｓｗがその処理面を上方に設けた姿勢で設置されるステージ１が設けられている。ステージ１は、特に図示して説明しないが、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台と、この基台の上面に接着されるチャックプレートとで構成され、スパッタリングによる成膜中、基板Ｓｗを吸着保持できるようにしている。この場合、基台には、冷媒循環用の通路やヒータを内蔵し、成膜中、基板Ｓｗを所定温度に制御することができるようにしてもよい。処理チャンバＰｃ３内には環状の防着板２ａ，２ｂが着脱自在に設けられ、処理チャンバＰｃ３の内壁面やステージ１の外側面など、基板Ｓｗ以外の部分へのスパッタ粒子の付着が可及的に抑制されるようにしている。ステージ１上に設置される基板Ｓｗに対向させて処理チャンバＰｃ３の上壁には、連通管３を介してカソードユニットＣＵが着脱自在に取付けられる。
　処理チャンバＰｃ３上壁には、上方に突出する突条１１で画成される取付開口１２が開設され、突条１１の上面には、環状の凹溝（図示せず）が設けられ、凹溝に真空シールとしてのＯリング１３が設けられている。そして、突条１１の上面にＯリング１３を介して連通管３の下面を接合させて連通管３が処理チャンバＰｃ３に取り付けられるようにしている。連通管３は、ステンレスやアルミニウム等の金属製の筒体で構成されている。連通管３の長さは、基板Ｓｗと後述のターゲットとの間の距離（所謂ＴＳ間距離）に応じて適宜設定され、その肉厚は、処理チャンバＰｃ３の真空排気時に作用する大気圧で変形しないように適宜設定される。連通管３内には、筒状の防着板２ｃが着脱自在に設けられ、その内壁面へのスパッタ粒子の付着が可及的に抑制されるようにしている。突条１１の上端外周面と連通管３の下端外周面とには、上下方向で互いに位相を一致させて、周方向に９０度間隔で所定の板厚を持つ４個の締結ブロック４１，４２が突設されている。各締結ブロック４１，４２には、上下方向に貫通するねじ孔（図示省略）が夫々形成され、突条１１の上面に連通管３の下面を接合させたときに、対面する各締結ブロック４１，４２を締結部材としてのボルト５により締結できるようになっている。尚、ボルト５は、例えば上下のいずれか一方から各締結ブロック４１，４２を締結できるように設けられていればよい。
　カソードユニットＣＵは、有底筒状の支持体６１と、スパッタ面６２ａと背向する面（上面）にＣｕ製のバッキングプレート６３が接合されたターゲット６２とを備え、支持体６１とバッキングプレート６３との間で気密保持させた状態で、バッキングプレート６３に一体のターゲット６２が支持体６１に着脱自在に取り付けられるようになっている。ターゲット６２は、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるものである。支持体６１の所定位置にはまた、ターゲット６２を囲うようにして環状の防着板２ｄが設けられ、スパッタリング時にアノードとして機能するようになっている。なお、図２中、６４は、カソードカバーであり、その内部には、閉鎖磁場若しくはカスプ磁場をスパッタ面６２ａ前方である連通管３側の空間に作用させる磁石ユニット、処理チャンバＰｃ３外に設けられる図外のスパッタ電源からの配線や、上記空間に希ガスや反応ガスを含むスパッタガスを導入するガス管などの公知の部品が格納されている。カソードユニットＣＵ自体は公知のものが利用できるため、それを用いた成膜方法を含め、これ以上の説明は省略する。
　連通管３の上面には、環状の凹溝（図示せず）が設けられ、凹溝に真空シールとしてのＯリング１４が設けられている。そして、連通管３の上面にＯリング１４を介してカソードユニットＣＵの支持体６１の下面を接合させて連通管３にカソードユニットＣＵが取り付けられるようにしている。これにより、図２に示す組み付け状態では、処理チャンバＰｃ３内の基板Ｓｗをターゲット６２が臨む空間が隔絶され、その内部を所定圧力まで真空排気した後、ターゲット６２のスパッタリングにより連通管３を通した基板Ｓｗへの成膜が可能となる。また、支持体６１の下端外周面と連通管３の上端外周面とには、上記と同様、上下方向で互いに位相を一致させて、周方向に所定間隔（本実施形態では、９０度間隔）で所定の板厚を持つ締結ブロック４３，４４が突設されている。各締結ブロック４３，４４には、上記同様、上下方向に貫通するねじ孔（図示せず）が形成され、連通管３の上面に支持体６１の下面を接合させたときに、対面する各締結ブロック４３，４２を締結部材としてのボルト５により締結できるようになっている。本実施形態では、各締結ブロック４１～４４及びボルト５が係合手段を構成する。
　搬送チャンバＴｃから径方向外方に位置する処理チャンバＰｃ３の上壁部分には、２本の支柱７１，７１が立設され、支柱７１，７１間には、上下方向に直交してのびる回転軸７２が軸架されている。一方の支柱７１から外方に突出する回転軸７２の部分にはモータ７３が連結されている。回転軸７２にはまた、その長手方向に間隔を置いて２本の回動アーム７４，７４が連結され、回転軸７２回りに回動アーム７４，７４が揺動できるようになっている。この場合、支持体６１の外周面には、１８０度位相をずらして支持軸６５が突設され、この支持軸６５に回動アーム７４，７４の先端部が取り付けられ、所定の小さな角度範囲で支持体６１が傾動できるようにしている。回転軸７２の（処理チャンバＰｃ３の上壁からの）高さ位置や、回動アーム７４，７４の形状は、特に制限はなく、連通管３の長さや、作業者のメンテナンス性を考慮して適宜設定される。以下に、図４及び図５も参照して、処理チャンバＰｃ３内を大気開放してターゲット６２や防着板２ａ～２ｄの定期交換や、処理チャンバＰｃ３内の壁面等のクリーニングといったメンテナンスの手順を説明する。
　図２に示す状態から処理チャンバＰｃ３を大気開放した後、例えばターゲット６２を交換する場合には、作業者の手作業で、対面する各締結ブロック４１，４２をボルト５により締結し、連通管３を処理チャンバＰｃ３に選択的に係合させる。このとき、対面する各締結ブロック４３，４４はボルト５により締結しない状態とする。次に、モータ７３により回転軸７２を正方向（図２中の矢印方向）に回転させて、各回動アーム７４，７４を搬送チャンバＴｃから離間するように揺動させる。これに伴って、カソードユニットＣＵが連結管３から離脱し、回転軸７２が１８０度回転される位置まで回動アーム７４，７４が揺動されると、図４に示すように、カソードユニットＣＵが、搬送チャンバＴｃから径方向外方に離間した位置にて上下反転される。これにより、作業者は、回動アーム７４，７４の長さに応じた距離だけ処理チャンバＰｃ３から離間した位置にて、その上方からカソードユニットＣＵに直接アクセスしてターゲット６２の交換や、防着板２ｄの交換といったメンテナンスを実施することができる。このとき、処理チャンバＰｃ３に隣接する他の処理チャンバＰｃ２，Ｐｃ４や冷媒用の配管などの設備が邪魔になって作業性が損なわれるといった不具合が生じない。
　メンテナンス終了後、作業者は、図４に示す状態からモータ７３により回転軸７２を逆方向（図４中の矢印方向）に回転させて、各回動アーム７４，７４を逆方向に揺動させる。これにより、カソードユニットＣＵの支持体６１下面がＯリング１４を介して連通管３の上面に再度接合される。特に図示して説明しないが、支持体６１と連通管３とが接合する箇所にマイクロスイッチなどの検出手段を設け、支持体６１が連通管３に正しい姿勢で接合したかを検出することが好ましい。
　他方で、図２に示す状態から処理チャンバＰｃ３を大気開放した後、処理チャンバＰｃ３をメンテナンスする場合には、作業者の手作業で、各締結ブロック４１，４２を締結するボルト５を取り外し、対面する各締結ブロック４３，４４をボルト５により締結し、連通管３をカソードユニットＣＵに選択的に係合させる。次に、モータ７３により回転軸７２を正方向に回転させて、各回動アーム７４，７４を搬送チャンバＴｃから離間するように揺動させる。これに伴って、カソードユニットＣＵと共に連通管３が処理チャンバＰｃ３から離脱し、上記同様、回転軸７２が１８０度回転される位置まで回動アーム７４，７４を揺動させると、図５に示すように、カソードユニットＣＵと連通管３が、搬送チャンバＴｃから径方向外方に離間した位置にて上下反転される。これにより、作業者は、回動アーム７４，７４の長さに応じた距離だけ処理チャンバＰｃ３から離間した位置にて、その上方から直接アクセスして連通管３内の防着板２ｃの交換ができ、また、処理チャンバＰｃ３の取付開口１２から直接アクセスして防着板２ａ，２ｂの交換や処理チャンバＰｃ３内の壁面等のクリーニングといったメンテナンスを実施することができる。
　メンテナンス終了後、作業者は、図５に示す状態からモータ７３により回転軸７２を逆方向に回転させて、各回動アーム７４，７４を逆方向に揺動させる。このとき、上記のようにカソードユニットＣＵのみを取り付ける場合と異なり、各回動アーム７４，７４で揺動されるものは、連通管３の長さだけ長尺のものとなっている。このため、各回動アーム７４，７４を逆方向に揺動させたときに、正しい姿勢で連結管３の下端が処理チャンバＰｃ３の突条１１の上面に接合しない虞がある。本実施形態では、図５に示す状態から各回動アーム７４，７４が揺動する方向を揺動方向先方とし、揺動方向先方側に位置する２個の締結ブロック４１の上面所定位置に、同一の仮想円周上に位置させて半球状の突起８１を夫々形成すると共に、この締結ブロック４１に対面する２個の締結ブロック４２の下面に、半球状の突起８１を受け入れる受入凹部８２を夫々設けた（図２参照）。これにより、各回動アーム７４，７４を逆方向に揺動させていくと、先ず、半球状の突起８１が受入凹部８２に挿入される。このとき、揺動方向先方に位置する半球状の突起８１に、ガイド用の斜面８１ａを形成していてもよい。各回動アーム７４，７４を更に揺動させると、支持体６１が傾動しながら突起８１が受入凹部８２に嵌合するようになる。その結果、正しい姿勢で連通管３が突条１１の上面に再度接合される。
　以上の実施形態では、締結ブロック４１～４４とボルト５により選択的に処理チャンバＰｃ３と連通管３とを、または、カソードユニットＣＵと連通管３とを係合し、回動アーム７４，７４の揺動で処理チャンバＰｃ３から離脱されるものが変わるようにしたため、メンテナンス性の良い構造となる。また、作業者の手作業で、互いに対面する各締結ブロック４１～４４をボルト５で締結させることで、いずれの箇所のメンテナンスを行うかを認識させることができ、有利である。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、真空処理を施すための処理ユニットをスパッタリング用のカソードユニットＣＵ、真空処理装置をこのカソードユニットＣＵを備えるスパッタリング装置ＳＭとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、基板Ｓｗに対する処理に応じて処理ユニットは、公知のものから適宜選択できる。また、上記実施形態では、係合手段が各締結ブロック４１～４４とボルト５とで構成されるものを例とし、作業者の手作業で選択的な係合を行うものを例としたがこれに限定されるものではない。処理チャンバＰｃ３と連通管３、及び、カソードユニットＣＵと連通管３との接合箇所の周辺に、アクチュエータを備える鉤状のフックを設け、自動で選択的な係合を行うようにしてもよい。また、各回動アーム７４，７４をモータ７３で揺動させるものを例に説明したが、これに限定されるものでなく、手動で揺動させるようにしてもよい。
　ＣＵ…カソードユニット（処理ユニット）、Ｐｃ３…処理チャンバ（真空チャンバ）、ＳＭ…スパッタリング装置（真空処理装置）、Ｓｗ…基板（被処理基板）、３…連通管、５…ボルト（係合手段、締結部材）、１２…取付開口、４１～４４…締結ブロック（係合手段）、７２…回転軸、７４…回動アーム、８１…突起、８２…受入凹部。

Claims (3)

  1. 　被処理基板の処理面に対して所定の真空処理を施す真空処理装置であって、
    　被処理基板が設置され、処理面が向く方向を上方として上壁に処理面を臨む取付開口が形成された真空チャンバと、真空処理を施すための処理ユニットと、真空チャンバと処理ユニットとの間に介設される所定長さの連通管とを備え、真空雰囲気の真空チャンバ内の被処理基板に対して連通管を通して所定の真空処理を施すように構成したものにおいて、
    　処理ユニットに、上下方向に直交してのびる回転軸回りに揺動する回動アームが連結され、真空チャンバと連通管とを、または、処理ユニットと連通管とを選択的に係合する係合手段を更に備えることを特徴とする真空処理装置。
  2. 　前記係合手段は、前記処理ユニット、前記真空チャンバ及び前記連通管の外面に夫々突設され、前記真空チャンバに前記連通管を介して処理ユニットを組付けた状態にて、上下方向で互いに対面する締結ブロックと、互いに対面する各締結ブロックを締結する締結部材とで構成されることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
  3. 　前記回転アームにより前記真空チャンバに向けて前記処理ユニットを揺動させる方向を揺動方向先方とし、この揺動方向先方側に位置させて前記真空チャンバと前記連通管とのいずれか一方に半球状の突起を設けると共に、前記真空チャンバと前記連通管とのいずれか他方に突起を受け入れる受入凹部が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空処理装置。
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