(57)【要約】【課題】真空成膜用の基板等の運動を適切に制御できるパラレルリンク機構およびパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置を提供する。【解決手段】リンク部１２０は、アクチュエータ４５Ａが配された伸縮装置４５と、支柱４６と、を含み、伸縮装置４５が、一対の板部材４９、４８間において並列に配されて、伸縮装置４５のそれぞれが、アクチュエータ４５Ａの駆動力により軸方向に伸縮可能に構成され、支柱４６は、両板部材４９、４８間において伸縮装置４５と並列に配されて、アクチュエータ４５Ａの駆動力を一対の板部材４９、４８を介して伝達することにより軸方向に伸縮可能に構成される。板部材４９は、伸縮装置４５の一方の軸端に継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを介して連結され、支柱の一方の軸端に継手４３を介して連結される。板部材４８は、伸縮装置４５の他方の軸端に継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを介して連結され、支柱４６の他方の軸端に固定される。【選択図】図２
2010065300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空成膜用の部品を搭載可能な第１板部材と、
前記第１板部材と間隔をあけて配された第２板部材と、
前記第１板部材および第２板部材間の連結に用いるリンク部と、を備え、
前記リンク部は、アクチュエータが配された伸縮装置と、ガイド部材からなる支柱と、を含み、
複数の前記伸縮装置は、前記第１板部材および第２板部材間において並列に配されて、前記アクチュエータの駆動力により軸方向に伸縮可能に構成され、
前記支柱は、前記第１板部材および第２板部材間において前記伸縮装置と並列に配されて、前記アクチュエータの駆動力を前記第１板部材および第２板部材を介して伝達することにより軸方向に伸縮可能に構成され、
前記第１板部材は、前記複数の伸縮装置の一方の軸端に第１継手を介して連結されるとともに、前記支柱の一方の軸端に第２継手を介して連結され、
前記第２板部材は、前記複数の伸縮装置の他方の軸端に第３継手を介して連結されるとともに、前記支柱の他方の軸端に固定されている、パラレルリンク機構。
【請求項２】
前記第１継手および前記第３継手のうちのいずれか一方の継手が３自由度継手であり、その他方の継手および前記第２継手が回転２自由度継手である請求項１記載のパラレルリンク機構。
【請求項３】
前記３自由度継手はボールジョイントであり、前記回転２自由度継手はユニバーサルジョイントである請求項２記載のパラレルリンク機構。
【請求項４】
前記伸縮装置の一方の軸端は、前記第１板部材の所定の点を中心とする円周上に離れて配され、
前記伸縮装置の他方の軸端は、前記第２板部材の所定の点を中心とする円周上に離れて配され、
前記支柱の一方の軸端は、前記第１板部材の所定の点上に配され、
前記支柱の他方の軸端は、前記第２板部材の所定の点上に配されている、請求項３記載のパラレルリンク機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパラレルリンク機構が真空成膜室に配され、
前記第１板部材は、前記真空成膜室内において前記伸縮装置および前記支柱の伸縮動作により移動制御され、
前記第２板部材は、前記真空成膜室の壁に固定されている、真空成膜装置。
【請求項６】
前記真空成膜室内が減圧状態において、前記アクチュエータの周囲を大気圧に保てる気密機構を備えた請求項５記載の真空成膜装置。
【請求項７】
前記気密機構は、前記アクチュエータを内部に配した状態で、前記第１板部材および前記第２板部材に接続されたベローズである請求項６記載の真空成膜装置。
【請求項８】
前記ベローズが、単一の前記アクチュエータ毎に配されている、請求項７記載の真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンク機構およびパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラレルリンク機構は、移動ロボットの姿勢制御機構としては一般的に知られており（例えば、特許文献１参照）、シリアルリンク機構に比べて、高剛性、軽量であるとされている。そこで、このようなパラレルリンク機構の利点を活かして、ロボットの姿勢制御以外の技術分野でも上述のパラレルリンク機構を用いる例が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献２および特許文献３では、露光装置などのテーブルの位置決めにパラレルリンク機構を用い、これにより、テーブルの高精度位置決めを行えると記載されている。
【特許文献１】特開平８−１１０８１号公報
【特許文献２】特開平１１−２７４０３１号公報
【特許文献３】特開２００５−２８４４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スパッタリング装置などの真空成膜装置では、基板やターゲットなどの真空成膜用の部品（以下、必要に応じて「基板等」という）の回転、移動または傾き変更を適切に行える保持装置を配設する場合がある。そして、このような保持装置を用いると、基板に形成される薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジ向上が容易になる。
【０００５】
そこで、真空成膜装置の基板等の保持装置に上述のパラレルリンク機構を組み込むと、基板等を高精度に運動制御できるので都合がよいが、真空成膜装置の基板等の運動制御の実情に照らしてパラレルリンク機構を適切に設計する必要があるので、特許文献１〜３記載の技術をそのまま転用することが困難であると考えられる。
【０００６】
例えば、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の基板等の保持装置に上述のパラレルリンク機構を組み込む場合、基板およびターゲット間の距離（つまり、基板とシートプラズマとの距離やターゲットとシートプラズマとの距離）は、スパッタリングの性能に直接的な影響を与えるので、これらの距離を簡易かつ高精度に変更できる方が好ましい。
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の駆動装置では、拘束リンクによりベースプレートおよびエンドイフェクタ間の距離が拘束されているので、両者の距離を変更できない構造になっている。
【０００８】
また、スパッタリング装置の基板等の保持装置では、基板等の中心周りの回転や並進を拘束して基板等の傾きを自在に変更できる方が、後述する様々な理由から好ましい。
【０００９】
しかしながら、特許文献２および特許文献３記載の技術については、パラレルリンク機構のテーブルの位置決めに主眼が置かれており、上述の基板等の運動を意図したリンク部の設計（例えば、基板等の運動自由度の適切な設計）において、これらの技術は参酌に値しない。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、真空成膜用の基板等の運動を適切に制御できるパラレルリンク機構およびこのようなパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、
真空成膜用の部品を搭載可能な第１板部材と、
前記第１板部材と間隔をあけて配された第２板部材と、
前記第１板部材および第２板部材間の連結に用いるリンク部と、を備え、
前記リンク部は、アクチュエータが配された伸縮装置と、ガイド部材からなる支柱と、を含み、
複数の前記伸縮装置は、前記第１板部材および第２板部材間において並列に配されて、前記アクチュエータの駆動力により軸方向に伸縮可能に構成され、
前記支柱は、前記第１板部材および第２板部材間において前記伸縮装置と並列に配されて、前記アクチュエータの駆動力を前記第１板部材および第２板部材を介して伝達することにより軸方向に伸縮可能に構成され、
前記第１板部材は、前記複数の伸縮装置の一方の軸端に第１継手を介して連結されるとともに、前記支柱の一方の軸端に第２継手を介して連結され、
前記第２板部材は、前記複数の伸縮装置の他方の軸端に第３継手を介して連結されるとともに、前記支柱の他方の軸端に固定されている、パラレルリンク機構を提供する。
【００１２】
以上のパラレルリンク機構により、簡易な小型のアクチュエータを用いても、各アクチュエータの出力が、第１板部材に対して並列的に作用するので、パラレルリンク機構全体としては大きな出力を発生できる。
【００１３】
また、第１板部材に様々な方向の作用力を与えた場合であっても、各伸縮装置のピストンに曲げ応力がほとんど付与されず、引っ張り応力又は圧縮応力のみが作用する。
【００１４】
つまり、このようなパラレルリンク機構には、各伸縮装置を簡易（軽量）に構成しても、使用目的に対して充分な剛性を確保し易いという特徴がある。
【００１５】
よって、シートプラズマ方式のスパッタリング装置などの真空成膜装置の基板等を簡易かつ高精度に運動制御させるには、これらの基板等の駆動系としてパラレルリンク機構を用いると都合がよい。
【００１６】
本発明のパラレルリンク機構では、前記第１継手および前記第３継手のうちのいずれか一方の継手が３自由度継手であってもよく、その他方の継手および前記第２継手が回転２自由度継手であってもよい。
【００１７】
なお、前記３自由度継手の一例はボールジョイントであり、前記回転２自由度継手の一例はユニバーサルジョイントである。
【００１８】
以上の構成により、第１板部材のＸＹ方向周りの回転および第１板部材のＺ方向の移動という３自由度の運動が可能である。一方、第２板部材を、例えば、真空成膜室の壁に固定すると、支柱はその軸周りに回転できないので、第１板部材のＺ方向周りの回転が適切に拘束される。また、第１板部材のＸＹ方向の並進も適切に拘束される。
【００１９】
よって、基板等の駆動系としてパラレルリンク機構を用いると、基板等をＺ方向に高精度に移動できる。この場合、全ての伸縮装置のピストンを同一方向に同一ストロークで伸縮させ、第１板部材をＺ方向に動かすとよい。
【００２０】
これにより、例えば、シートプラズマ方式のスパッタリング装置のターゲットおよび基板間距離を簡易かつ高精度に変更でき、その結果、ターゲットとシートプラズマとの間、および、基板とシートプラズマとの間における好適な距離を簡易かつ高精度に設定できる。
【００２１】
また、基板等の駆動系としてパラレルリンク機構を用いると、基板等をＺ方向の周りに回転させずに、基板等を第２板部材に対して様々な方向に傾けることができる。この場合、各伸縮装置のピストンの伸縮動作を適宜、組合せて、第１板部材をＺ方向に動かすとよい。
【００２２】
従って、基板に形成される薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジ向上に有利に作用する。
【００２３】
また、基板等のＺ方向周りの回転に起因する様々な不都合も回避できる。例えば、基板等のＺ方向周りの回転による回転摺動部での回転シール構造の複雑化や回転摺動部でのゴミ発生などを回避できる。更に、基板等への電気配線、冷媒導入配管および冷媒排出配管などの配設も簡易に行える。
【００２４】
また、本発明のパラレルリンク機構では、前記伸縮装置の一方の軸端を、前記第１板部材の所定の点を中心とする円周上に離れて配し、前記伸縮装置の他方の軸端を、前記第２板部材の所定の点を中心とする円周上に離れて配し、前記支柱の一方の軸端を、前記第１板部材の所定の点上に配し、前記支柱の他方の軸端を、前記第２板部材の所定の点上に配してもよい。
【００２５】
以上の構成により、制御装置が各伸縮装置に対し適宜の揺動制御を行うと、第１板部材の周方向において第１板部材の揺動が均一になるので、このような第１板部材に基板等を搭載すると、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジの向上に有利に作用する。
【００２６】
また、本発明は、上述のいずれかに記載のパラレルリンク機構が真空成膜室に配され、
前記第１板部材は、前記真空成膜室内において前記伸縮装置および前記支柱の伸縮動作により移動制御され、
前記第２板部材は、前記真空成膜室の壁に固定されている、真空成膜装置も提供する。
【００２７】
このようにして、伸縮型のパラレルリンク機構を基板等の保持装置に用いる真空成膜装置を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の真空成膜装置では、前記真空成膜室内が減圧状態において、前記アクチュエータの周囲を大気圧に保てる気密機構を備えてもよい。
【００２９】
ここで、前記気密機構の一例は、前記アクチュエータを内部に配した状態で、前記第１板部材および前記第２板部材に接続されたベローズである。
【００３０】
以上の構成により、アクチュエータがベローズの内部に配されて、ベローズによって真空成膜室の成膜空間とアクチュエータの周囲との間が気密に仕切られているので、真空成膜室の成膜空間を減圧してもアクチュエータを真空対応に構成しなくて済み好都合である。
【００３１】
なお、前記ベローズを、単一の前記アクチュエータ毎に配してもよい。
【００３２】
以上の構成により、第１板部材における大気圧と成膜空間の内圧との間の差圧が作用する面積を小さくできるので、伸縮装置に用いる簡易なアクチュエータを選定できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、真空成膜用の基板等の運動を適切に制御できるパラレルリンク機構およびこのようなパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置（真空成膜装置）の一構成例を模式的に示した図である。
【００３６】
なお、ここでは、シートプラズマによってスパッタリングプロセスを行えるスパッタリング装置１００が図示されているが、これはあくまで一例に過ぎない。本明細書に記載の技術は、マグネトロンスパッタリング装置や真空蒸着装置であっても適用できる。
【００３７】
本実施形態のスパッタリング装置１００は、放電プラズマ輸送の方向から見て順番に、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン１０と、プラズマ輸送の方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシートプラズマ変形室２５と、プラズマ輸送の方向と直交する方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の真空成膜室３５と、を備える。
【００３８】
なお、詳細な図示を省略しているが、これらの各部１０、２５、３５は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。
【００３９】
まず、プラズマガン１０の内部構成およびシートプラズマ変形室２５の周辺構成について概説する。
【００４０】
スパッタリング装置１００のプラズマガン１０は、公知の圧力勾配型ガンであり、カソードユニットおよび中間電極（何れも図示せず）を内蔵している。また、プラズマガン１０には、放電により電離される放電ガス（ここでは、アルゴンガス）をプラズマガン１０内の放電空間に導くことができる放電ガス供給手段（図示せず）も併設されている。
【００４１】
以上の構成により、上述のプラズマガン１０では、プラズマガン電源（図示せず）を用いてカソードユニットおよびアノード１５間に低電圧かつ大電流のアーク放電を発生できる。
【００４２】
このようにして、放電プラズマの輸送中心に対して略等密度な分布の円柱状のアーク放電プラズマ（以下、「円柱プラズマ２０」という）がプラズマガン１０の放電空間に形成され、この円柱プラズマ２０が、図１に示すように、プラズマガン１０からシートプラズマ変形室２５に引き出される。
【００４３】
また、シートプラズマ変形室２５では、図１に示すように、一対の角形の棒磁石１１Ａ、１１Ｂ（永久磁石；磁界発生手段の対）が、シートプラズマ変形室２５のプラズマ輸送空間を挟むよう、所定の間隔を隔てて配設されている。本実施形態では、これらの棒磁石１１Ａ、１１ＢのＮ極同士が対向している。
【００４４】
以上の構成により、棒磁石１１Ａ、１１Ｂによって形成される磁石磁界に基づいて、円柱プラズマ２０は、その輸送方向の輸送中心を含む平面に沿って拡がるシート状のプラズマ（以下、「シートプラズマ２１」という）に変形され、このシートプラズマ２１が、シートプラズマ変形室２５から真空成膜室３５に引き出される。なお、このようなシートプラズマ２１の形成法自体は公知なので、ここでは、詳細な説明は省略する。
【００４５】
次に、スパッタリング装置１００の真空成膜室３５の内部構成について述べる。
【００４６】
真空成膜室３５は、例えば、シートプラズマ２１中のＡｒ+の衝突エネルギによりターゲット３０Ａの材料（例えば銅）をスパッタリング粒子として叩き出すスパッタリングプロセス用の成膜チャンバに相当する。
【００４７】
この真空成膜室３５は、減圧可能な成膜空間３５Ａを有し、この成膜空間３５Ａは、バルブにより開閉可能な排気口からターボポンプなどの真空ポンプ（図示せず）により真空排気される。
【００４８】
これにより、この成膜空間３５Ａはスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
【００４９】
本実施形態では、円板状のターゲット３０Ａは、円板状のターゲットホルダ３０Ｂに装着された状態において、パラレルリンク機構１１０（図２参照；詳細は後述）により成膜空間３５Ａを上下（真空成膜室３５の中心軸方向）に移動できるとともに、成膜空間３５Ａの所定の位置において様々な方向に揺動できるように構成されている。
【００５０】
同様に、円板状の基板３２Ａは、円板状の基板ホルダ３２Ｂに装着された状態において、パラレルリンク機構１１０（図２参照；詳細は後述）により成膜空間３５Ａを上下（真空成膜室３５の中心軸方向）に移動できるとともに、成膜空間３５Ａの所定の位置において様々な方向に揺動できるように構成されている。
【００５１】
このようにして、ターゲット３０Ａおよび基板３２Ａが、シートプラズマ２１の厚み方向に一定の好適な間隔Ｌ（以下、必要に応じて「Ｔ／Ｓ距離Ｌ」と略す）を隔てるようにして、このシートプラズマ２１を挟み、成膜空間３５Ａにおいて互いに対向して配置されている。
【００５２】
更に、ターゲット３０Ａは、図１に示すように、スパッタリングプロセスにおいて、直流のバイアス電源３１によりバイアス電圧（マイナス電圧）が印加されている。
【００５３】
これにより、シートプラズマ２１中のＡｒ+がターゲット３０Ａに向かって引き付けられ、Ａｒ+とターゲット３０Ａとの間の衝突エネルギによりターゲット３０Ａから放出されるスパッタ粒子（例えば、Ｃｕ粒子）が、ターゲット３０Ａから基板３２Ａに向かって叩き出される。
【００５４】
また、基板３２Ａは、図１に示すように、スパッタリングプロセスにおいて、直流のバイアス電源３３によりバイアス電圧（マイナス電圧）が印加されている。
【００５５】
これにより、シートプラズマ２１によって電離されたスパッタ粒子（例えば、Ｃｕ+イオン）が、基板３２Ａに向かって加速され、この基板３２Ａに対して付着強度を高めて堆積される。
【００５６】
更に、ターゲット３０Ａおよび基板３２Ａは、図１に示すように、スパッタリングプロセスにおいて、冷媒導入配管３４Ａ、３６Ａおよび冷媒排出配管３４Ｂ、３６Ｂによって循環される冷媒（例えば、水）によって冷却される場合もある。
【００５７】
次に、スパッタリング装置１００の真空成膜室３５の周辺の構成を説明する。
【００５８】
真空成膜室３５のプラズマガン１０と反対側の側方には、アノード１５が配置され、真空成膜室３５の側壁とアノード１５との間には、シートプラズマ２１の通過用の通路（図示せず）が設けられている。
【００５９】
このようなアノード１５は、プラズマガン１０のカソードユニットとの間で所定の基準電位が与えられ、これにより、アノード１５は、カソードユニットおよびアノード１５の間のアーク放電に基づくシートプラズマ２１中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を有している。
【００６０】
また、図１に示すように、電磁コイル１２、１３（空心コイル）が、互いに対をなして、真空成膜室３５の成膜空間３５Ａを挟み、異極同士（ここでは、電磁コイル１２はＮ極、電磁コイル１３はＳ極）を向かい合わせて配置されている。
【００６１】
電磁コイル１２は、棒磁石１１Ａ、１１Ｂと真空成膜室３５との間のプラズマ輸送方向の適所に配置され、電磁コイル１３は、真空成膜室３５とアノード１５との間のプラズマ輸送方向の適所に配置されている。
【００６２】
このような電磁コイル１２、１３の対により作られるコイル磁界（例えば１０Ｇ〜３００Ｇ程度）により、シートプラズマ２１は、その拡がり方向の拡散を適切に抑えるように整形される。
【００６３】
次に、本実施形態の特徴部である基板３２Ａやターゲット３０Ａの運動制御に用いるパラレルリンク機構１１０の一構成例について図面を参照しながら詳しく述べる。
【００６４】
図２は、本実施形態のパラレルリンク機構の概念構成図である。但し、図２において、以下の説明の便宜上、出力板４９の中央部を垂直に上下に延びる方向を「Ｚ方向」とし、この「Ｚ方向」に垂直な出力板４９の面内の２つの方向を「Ｘ方向」および「Ｙ方向」としている。
【００６５】
なお、パラレルリンク機構とは、一般的に、互いに離隔して対向配置された一対の板部材（ここでは、図２のベース板４８および出力板４９）を、複数の作動装置（ここでは、図２のアクチュエータ４５）によって並列的に連結した機械構造をいう。
【００６６】
図２に示すように、パラレルリンク機構１１０は、真空成膜用のターゲット３０Ａや基板３２Ａ（図１参照）を搭載可能な円板状の出力板４９（第１板部材）と、この出力板４９と間隔をあけて、適宜の固定部に配される円板状のベース板４８（第２板部材）と、これらのベース板４８および出力板４９間の連結に用いるリンク部１２０と、を備える。
【００６７】
なお、後述のとおり、上述のベース板４８が真空成膜室３５の壁３８（図５参照）に固定される固定板部材に相当してもよい。また、上述の出力板４９がターゲットホルダ３０Ｂや基板ホルダ３２Ｂを載せる可動板部材、或いは、ターゲットホルダ３０Ｂや基板ホルダ３２Ｂ自体となる可動板部材に相当してもよい。
【００６８】
リンク部１２０は、図２に示すように、アクチュエータ４５Ａ（作動装置）が配された複数（３個）の伸縮装置４５と、直動ガイド４６Ａ（ガイド部材）からなる支柱４６と、を備える。
【００６９】
伸縮装置４５は、ベース板４８および出力板４９間において並列に配されている。そして、伸縮装置４５のそれぞれが、アクチュエータ４５Ａの駆動力により軸方向に伸縮できるように構成されている。詳しくは、３個の伸縮装置４５は、図２に示すように、各伸縮装置４５のピストンの両軸端がそれぞれ、ベース板４８および出力板４９の中央部を中心とする仮想の円周２００Ａ、２００Ｂ上に１２０°離れて接続された棒状の形態をなしており、伸縮装置４５のそれぞれに配されたアクチュエータ４５Ａの駆動力により、各伸縮装置４５のピストンのストローク長が独立的に変更できる構造となっている。
【００７０】
このような伸縮装置４５として、エアーシリンダ、油圧シリンダ、モータおよびボールねじからなる電動シリンダなどを用いることができるが、出力板４９の運動制御を高精度に行うには電動シリンダを使用する方が好ましい。
【００７１】
一方、支柱４６（直動ガイド４６Ａ）は、ベース板４８および出力板４９間において伸縮装置４５と並列に配されており、アクチュエータ４５Ａの駆動力をベース板４８および出力板４９を介して伝達することにより軸方向に伸縮できるように構成されている。詳しくは、１個の支柱４６は、図２に示すように、支柱４６の両軸端がそれぞれ、ベース板４８および出力板４９の中央部に接続された棒状の形態をなしており、各伸縮装置４５のアクチュエータ４５Ａの駆動力を、ベース板４８や出力板４９を介して伝達することにより、支柱４６の長さが受動的に変更できる構造となっている。
【００７２】
このような支柱４６として、ボールスプラインやＬＭガイド（登録商標）などを用いることができる。
【００７３】
以上のようにして、パラレルリンク機構１１０は、伸縮型のパラレルメカニズムを構成している。
【００７４】
また、本実施形態では、上述のベース板４８は、伸縮装置４５のピストンのそれぞれの一方の軸端に、軸周りの回転を拘束して２方向に回転角度を変えることができる継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ（図２の白丸印を参照；以下、必要に応じて、「回転２自由度継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ」という）を介して連結されている。
【００７５】
また、ベース板４８は、支柱４６の一方の軸端に適宜の固定手段４４を介して固定されている。
【００７６】
なお、このような回転２自由度継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃとして、図３に例示する如く、互いに回転自在に直交する一対の回転軸５１、５２を備えるユニバーサルジョイント５０などを用いるとよい。
【００７７】
一方、出力板４９は、伸縮装置４５のピストンのそれぞれの他方の軸端に、回転２自由度継手に更に軸周りの回転を行える継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ（図２の黒丸印を参照；以下、必要に応じて、「３自由度継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ」という）を介して連結されている。
【００７８】
また、出力板４９は、支柱４６の他方の軸端に、継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと同じ類の回転２自由度継手４３を介して連結されている。
【００７９】
なお、このような３自由度継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃとして、図４に例示する如く、球面座６１および球面座６１により支持される球体６２を備えるボールジョイント６０を用いてもよく、回転２自由度継手とスイベルジョイントとを組合せたジョイントを用いてもよい。
【００８０】
以上の構成により、出力板４９のＸ方向およびＹ方向（以下、必要に応じて「ＸＹ方向」と略す）の周りの回転が可能になる。また、上述のとおり、支柱４６の一方の軸端がベース板４８に固定されているので、ベース板４８を、例えば、真空成膜室３５の壁３８に固定すると、出力板４９のＺ方向周りの回転が適切に拘束される。そして、本実施形態の伸縮型のパラレルリンク機構１１０では、アクチュエータ４５Ａの駆動力に基づく伸縮装置４５の伸縮を独立に制御することにより、出力板４９が、その動作範囲内において、ベース板４８に対して様々な方向に相対的に運動させることができる。
【００８１】
これにより、簡易な小型のアクチュエータ４５Ａを用いても、各アクチュエータ４５Ａの出力が、出力板４９に対して並列的に作用するので、パラレルリンク機構１１０全体としては大きな出力を発生できる。また、出力板４９に様々な方向の作用力を与えた場合であっても、各伸縮装置４５のピストンに曲げ応力がほとんど付与されず、引っ張り応力又は圧縮応力のみが作用する。つまり、このようなパラレルリンク機構１１０には、各伸縮装置４５を簡易（軽量）に構成しても、使用目的に対して充分な剛性を確保し易いという特徴がある。
【００８２】
よって、スパッタリング装置１００のターゲット３０Ａや基板３２Ａを簡易かつ高精度に運動制御させるには、これらのターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０を用いると都合がよい。
【００８３】
例えば、ターゲット３０Ａや基板３２Ａに接続された配線や配管などから何等かの外力が与えられても、パラレルリンク機構１１０におけるターゲット３０Ａや基板３２Ａの位置ずれが発生し難い。また、パラレルリンク機構１１０は、スパッタリング装置１００の真空ポンプ系などから伝わる振動の影響も受け難い。
【００８４】
特に、本実施形態では、パラレルリンク機構１１０の各伸縮装置４５および支柱４６の継手構成により、出力板４９のＸＹ方向周りの回転および出力板４９のＺ方向の移動という３自由度の運動が可能である。一方、ベース板４９を、例えば、真空成膜室３５の壁３８に固定すると（図５参照）、上述のとおり、支柱４６はその軸周りに回転できないので、出力板４９のＺ方向周りの回転が適切に拘束される。また、出力板４９のＸＹ方向の並進も適切に拘束される。
【００８５】
よって、ターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０を用いると、ターゲット３０Ａや基板３２ＡをＺ方向に高精度に移動できる。この場合、全ての（ここでは、３個の）伸縮装置４５のピストンを同一方向に同一ストロークで伸縮させ、出力板４９をＺ方向に動かすとよい。
【００８６】
これにより、シートプラズマ方式のスパッタリング装置１００のＴ／Ｓ距離Ｌ（図１参照）を簡易かつ高精度に変更でき、その結果、ターゲット３０Ａとシートプラズマ２１との間、および、基板３２Ａとシートプラズマ２１との間における好適な距離を簡易かつ高精度に設定できる。
【００８７】
また、ターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０を用いると、上述のとおり、ターゲット３０Ａや基板３２Ａをベース板４８に対して様々な方向に傾けることができる。この場合、３個の伸縮装置４５のピストンの伸縮動作を適宜、組合せて（例えば、１個の伸縮装置４５のピストンのストロークを伸ばし、２個の伸縮装置４５のピストンのストロークを縮めるなど）、出力板４９をＺ方向に動かすとよい。
【００８８】
なお、このような３個の伸縮装置４５のピストンの具体的な伸縮動作例については後述する。
【００８９】
これにより、ターゲット３０Ａや基板３２Ａの傾きを自在に変更できるので、基板３２Ａ上に形成された薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジ向上に有利に作用する。
【００９０】
更に、ターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０を用いると、ターゲット３０Ａや基板３２ＡがＺ方向周りに回転しないので、ターゲット３０Ａや基板３２Ａの回転による様々な不都合が回避される。
【００９１】
例えば、ターゲット３０Ａや基板３２ＡのＺ方向周りの回転させる回転軸の導入には、必然的に回転摺動部でのＯリングシールや磁気流体シールなどの回転シール構造が必要であるが、前者はリークが発生し易く、後者は価格が高価になる。また、上述の回転シール構造は、構造上、ゴミ発生源になり易い。
【００９２】
これに対して、本実施形態のパラレルリンク機構１１０では、このような回転軸および回転シール構造を無くすことができる。
【００９３】
また、ターゲット３０Ａや基板３２ＡはＺ方向周りには固定されているので、ターゲット３０Ａや基板３２Ａへの電気配線、冷媒導入配管３４Ａ、３６Ａおよび冷媒排出配管３４Ｂ、３６Ｂの配設を簡易に行えるという利点もある。
【００９４】
なお、本実施形態では、継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを回転２自由度継手とし、継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを３自由度継手としているが、これらの継手の種類を互いに反対してもよい。
【００９５】
但し、継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの両者を回転２自由度継手で構成すると、出力板４９の拘束が強くなり過ぎて、出力板４９のスムーズな動作を阻害する場合がある。逆に、継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの両者を３自由度継手で構成すると、伸縮装置４５の軸周りの回転が可能になるので、出力板４９の安定な動作を阻害する場合がある。つまり、伸縮装置４５の継手として、回転２自由度継手と３自由度継手との組合せが最適であると考えられる。
【００９６】
次に、真空成膜室３５内にパラレルリンク機構１１０Ａを組み込んだ構成例について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図５は、図２のパラレルリンク機構を備えるスパッタリング装置の要部を示した断面図である。
【００９８】
図５では、図２の出力板４９が、ターゲットホルダ３０Ｂの機能を兼ねている例が図示されているが、別体のターゲットホルダ３０Ｂが出力板４９により支持される構造に改変してもよい。
【００９９】
なお、図２のパラレルリンク機構１１０を基板３２Ａの運動制御に用いる場合でも、図５のパラレルリンク機構１１０Ａと同様に構成できるので、この場合のスパッタリング装置の構成の図示および説明は省略する。
【０１００】
図５に示すように、真空成膜室３５の壁３８に形成された開口３８Ａから真空成膜室３５内に、図２に示したパラレルリンク機構１１０Ａが挿入されている。この開口３８Ａは、パラレルリンク機構１１０Ａのベース板４８が真空成膜室２５の壁３８に当接できる程度の大きさに形成されている。
【０１０１】
これにより、ベース板４８と壁３８との間に真空シール３７を配することができ、その結果、真空成膜室３５の成膜空間３５Ａを適切に減圧できる。
【０１０２】
また、図５に示すように、金属ベローズ３６（気密機構）が、ターゲットホルダ３０Ｂおよびベース板４８間の空間３５Ｂの全域を囲みターゲットホルダ３０Ｂおよびベース板４８に接続されている。
【０１０３】
これにより、真空成膜室３５の成膜空間３５Ａが減圧状態において、各アクチュエータ４５Ａの周囲が大気圧に保たれる。
【０１０４】
つまり、３個のアクチュエータ４５Ａが円筒状の金属ベローズ３６の内部に配されて、金属ベローズ３６によって成膜空間３５Ａとアクチュエータ４５Ａの周囲（空間３５Ｂ）との間が気密に仕切られているので、真空成膜室３５の成膜空間３５Ａを減圧してもアクチュエータ４５Ａを真空対応に構成しなくて済み好都合である。
【０１０５】
なお、ここで、バイアス電源３１からの電気配線をターゲット３０Ａに接続させるには、図５に示すように、金属ベローズ３６によって囲まれたベース板４８の適所に電気配線を通せる程度の大きさの簡易な開口４８Ａを形成すればよい。
【０１０６】
この場合、ターゲット３０Ａとターゲットホルダ３０Ｂ（出力板４９）との間に、両者間の絶縁を取る絶縁フランジ（図示せず）を介在させてターゲット３０Ａをターゲットホルダ３０Ｂに固定すると、真空成膜室３５の壁３８や金属ベローズ３６を適切に接地できる。
【０１０７】
また、冷媒導入配管３６Ａおよび冷媒排出配管３６Ｂをターゲットホルダ３０Ｂに接続させるには、図５に示すように、金属ベローズ３６によって囲まれたベース板４８の適所に冷媒導入配管３６Ａおよび冷媒排出配管３６Ｂを通せる程度の大きさの簡易な開口４８Ｂを形成すればよい。
【０１０８】
なお、本実施形態では、ターゲットホルダ３０Ｂ（出力板４９）に適宜の冷媒通路（図示せず）が形成され、これにより、このターゲットホルダ３０Ｂが、ターゲット３０Ａの冷却部品の機能を兼ねている例が示されている。但し、このような冷媒通路が形成された別体の冷却部品（図示せず）を、ターゲット３０Ａとターゲットホルダ３０Ｂとの間に介在させてもよい。
【０１０９】
次に、本実施形態のスパッタリング装置１００の動作例（特に、パラレルリンク機構１１０Ａによる伸縮装置４５の伸縮動作例）について述べる。
【０１１０】
まず、スパッタリング装置１００の真空成膜室３５内にターゲット３０Ａおよび基板３２Ａをセットした後、スパッタリング装置１００の内部を、シートプラズマ２１を形成可能な所定の圧力にまで真空排気する。
【０１１１】
次いで、スパッタリング装置１００のプラズマガン電源からプラズマガン１０に電力を供給することよってシートプラズマ２１を形成する。すると、シートプラズマ２１を用いたスパッタリングプロセスを開始できる。
【０１１２】
そして、スパッタリングプロセスの開始時において、図示しない制御装置が、パラレルリンク機構１１０Ａを用いて、ターゲット３０Ａや基板３２Ａを搭載した出力板４９を、以下の如く動かす。
【０１１３】
まず、制御装置は、パラレルリンク機構１１０Ａの３個の伸縮装置４５のピストンを同一方向に、かつ同一ストロークで伸縮させて、ターゲット３０Ａおよび基板３２Ａがシートプラズマ２１の厚み方向に一定の好適な位置に到達するまで出力板４９を動かす。
【０１１４】
この状態で、制御装置は、３個の伸縮装置４５のピストンの伸縮動作を図６および図７に例示するように制御する。
【０１１５】
図６は、本発明の実施形態のパラレルリンク機構に用いる伸縮装置のピストンおよび出力板間における継手のＺ方向変位と位相との関係を表した図である。
【０１１６】
図６に示すように、制御装置は、３個の伸縮装置４５のピストンの軸端（継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ）のＺ方向変位が正弦波になるように、パラレルリンク機構１１０Ａの動作を制御する。各継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの変位である正弦波では、継手４１Ａと継手４１Ｂとの間の位相が１２０°ずれ、継手４１Ｂと継手４１Ｃとの間の位相が１２０°ずれている。このように位相をずらすと、出力板４９の揺動中心Ｃを中心として、図７に示す如く出力板４９を揺動させることができる。
【０１１７】
そして、このような出力板４９の揺動動作は、円板状の出力板４９が水平面に対して所定の傾斜角で傾斜し、その傾斜面が上述の正弦波の周期で、出力板４９の中心を通る鉛直線を中心に回転する運動に他ならない。従って、出力板４９の周方向において出力板４９の揺動が均一になるので、このような出力板４９に基板３２Ａなどを搭載すると、基板３２Ａ上に形成される薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジの向上に有利に作用する。
【０１１８】
以上のとおり、本実施形態のパラレルリンク機構１１０は、真空成膜用のターゲット３０Ａや基板３２Ａを搭載可能な円板状の出力板４９と、この出力板４９と間隔をあけて、適宜の固定部に固定される円板状のベース板４８と、これらのベース４８および出力板４９間の連結に用いるリンク部１２０と、を備える。
【０１１９】
そして、このリンク部１２０は、アクチュエータ４５Ａが配された３個の伸縮装置４５と、直動ガイド４６Ａからなる支柱４６と、を備える。
【０１２０】
また、伸縮装置４５は、ベース板４８および出力板４９間において並列に配されており、伸縮装置４５のそれぞれが、アクチュエータ４５Ａの駆動力により軸方向に伸縮できるように構成されている。
【０１２１】
一方、支柱４６は、ベース板４８および出力板４９間において伸縮装置４５と並列に配されており、アクチュエータ４５Ａの駆動力をベース板４８および出力板４９を介して伝達することにより軸方向に伸縮できるように構成されている。
【０１２２】
このようにして、パラレルリンク機構１１０は、伸縮型のパラレルメカニズムを構成している。
【０１２３】
また、本実施形態では、上述のベース板４８は、各伸縮装置４５のそれぞれの一方の軸端に、ベース板４８の中央部を中心とする円周２００Ａ上に１２０°離れて位置する回転２自由度継手４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ（例えば、ユニバーサルジョイント５０）を介して連結されている。
【０１２４】
また、ベース板４８は、支柱４６の一方の軸端にも、ベース板４８の中央部に位置する固定手段４４を介して固定されている。
【０１２５】
更に、上述の出力板４９は、各伸縮装置４５のそれぞれの他方の軸端に、出力板４９の中央部を中心とする円周２００Ｂ上に１２０°離れて位置する３自由度継手４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ（例えば、ボールジョイント６０）を介して連結されている。
【０１２６】
また、出力板４９は、支柱４６の他方の軸端にも、出力板４９の中央部に位置する回転２自由度継手４３（例えば、ユニバーサルジョイント５０）を介して連結されている。
【０１２７】
以上の構成により、パラレルリンク機構１１０の出力板４９のＸＹ方向周りの回転、および、出力板４９のＺ方向の移動という３自由度の運動が可能になる。一方、ベース板４８を、例えば、真空成膜室３５の壁３８に固定すると、支柱４６はその軸周りに回転できないので、出力板４９のＺ方向周りの回転が適切に拘束される。また、出力板４９のＸＹ方向の並進も適切に拘束される。
【０１２８】
このため、スパッタリング装置１００のターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０Ａを用いると、ターゲット３０Ａや基板３２ＡをＺ方向に簡易かつ高精度に移動できる。従って、シートプラズマを用いたスパッタリング装置１００では、スパッタリング装置１００のＴ／Ｓ距離Ｌを簡易かつ高精度に変更できる。
【０１２９】
また、スパッタリング装置１００のターゲット３０Ａや基板３２Ａの駆動系としてパラレルリンク機構１１０Ａを用いると、ターゲット３０Ａや基板３２ＡをＺ方向の周りに回転させずに、ターゲット３０Ａや基板３２Ａをベース板４８に対して様々な方向に傾けることもできる。
【０１３０】
従って、基板３２Ａに形成される薄膜の膜厚分布の均一化やカバレッジ向上に有利に作用する。
【０１３１】
また、基板３２ＡなどのＺ方向周りの回転に起因する様々な不都合も回避できる。
【０１３２】
例えば、ターゲット３０Ａや基板３２ＡのＺ方向周りの回転による回転摺動部での回転シール構造の複雑化や回転摺動部でのゴミ発生などを回避できる。更に、ターゲット３０Ａや基板３２Ａへの電気配線、冷媒導入配管３４Ａ、３６Ａおよび冷媒排出配管３４Ｂ、３６Ｂなどの配設も簡易に行える。
（変形例）
本実施形態（図５）では、大口径の金属ベローズ３６の内部に、全ての（３個の）アクチュエータ４５Ａが配設されている。この場合、空間３５Ｂの大気圧Ｐ0と成膜空間３５Ａの内圧Ｐ1との間の差圧（Ｐ0−Ｐ1）が、出力板４９（ターゲットホルダ３０Ｂ）の裏面の略全域に作用する。
【０１３３】
すると、伸縮装置４５におけるアクチュエータ４５Ａの選定条件として、ターゲットホルダ３０Ｂを適切に動かせるよう、上述の差圧（Ｐ0−Ｐ1）によるターゲットホルダ３０Ｂへの作用力に打ち勝てる程、強力な駆動力を発生できる駆動系を選ぶ必要がある。
【０１３４】
例えば、仮に２８インチ相当のターゲットホルダ３０Ｂの全体が大気圧に曝されると、約４０００ｋｇｆの大気圧荷重がターゲットホルダ３０Ｂに加わる。そして、このような過大な荷重が、伸縮装置４５に用いる簡易なアクチュエータ４５Ａの選定の障害となる場合がある。なお、空間３５Ｂを若干減圧気味に構成することも可能であるが、このような構造を取る場合、真空対応のアクチュエータを用いる必要があるので、却って、駆動系の簡素化が図れなくなる場合もある。
【０１３５】
そこで、以上の問題に適切に対処するには、単一のアクチュエータ４５Ａを格納するのに必要かつ充分に小口径の金属ベローズ（図示は省略）を、単一のアクチュエータ４５Ａ毎に配するとよい。
【０１３６】
以上の構成により、ターゲットホルダ３０Ｂにおける上述の差圧（Ｐ0−Ｐ1）が作用する面積が充分に小さくなるので、伸縮装置４５に用いる簡易なアクチュエータ４５Ａを選定できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明によれば、真空成膜用の基板等の運動を適切に制御できるパラレルリンク機構が得られる。よって、本発明のパラレルリンク機構は、例えば、真空成膜装置の基板等の駆動系として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施形態によるスパッタリング装置（真空成膜装置）の一構成例を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態のパラレルリンク機構の概念構成図である。
【図３】回転２自由度継手の一例を示した図である。
【図４】３自由度継手の一例を示した図である。
【図５】図２のパラレルリンク機構をターゲットの運動制御に用いたスパッタリング装置の要部を示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態のパラレルリンク機構に用いる伸縮装置のピストンおよび出力板間における継手のＺ方向変位と位相との関係を表した図である。
【図７】本発明の実施形態のパラレルリンク機構による出力板の揺動の様子を示した図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  プラズマガン
１１Ａ、１１Ｂ  棒磁石
１２、１３  電磁コイル
１５  アノード
２０  円柱プラズマ
２１  シートプラズマ
２５  シートプラズマ変形室
３０Ａ  ターゲット
３０Ｂ  ターゲットホルダ
３１、３３  バイアス電源
３２Ａ  基板
３２Ｂ  基板ホルダ
３４Ａ、３６Ａ  冷媒導入配管
３４Ｂ、３６Ｂ  冷媒排出配管
３５  真空成膜室
３５Ａ  成膜空間
３５Ｂ  大気空間
３６  金属ベローズ
３７  真空シール
３８  真空成膜室の壁
３８Ａ  壁の開口
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４３  継手（回転２自由度継手）
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ  継手（３自由度継手）
４４  固定手段
４５  伸縮装置
４５Ａ  アクチュエータ
４６  支柱
４６Ａ  直動ガイド
４８  ベース板
４８Ａ、４８Ｂ  ベース板の開口
４９  出力板
５０  ユニバーサルジョイント
５１、５２  ユニバーサルジョイントの回転軸
６０  ボールジョイント
６１  ボールジョイントの球面座
６２  ボールジョイントの球体
１００  スパッタリング装置
１１０、１１０Ａ  パラレルリンク機構
１２０  パラレルリンク機構のリンク部
２００Ａ  ベース板上の仮想の円周
２００Ｂ  出力板上の仮想の円周
【図１】
2010065300.tif 000003
【図２】
2010065300.tif 000004
【図３】
2010065300.tif 000005
【図４】
2010065300.tif 000006
【図５】
2010065300.tif 000007
【図６】
2010065300.tif 000008
【図７】
2010065300.tif 000009