(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を搬入あるいは搬出するためのロードアンロードユニットと、これらの各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記ロードアンロードユニットで搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とする多層膜の形成装置。
【請求項２】
前記複数個の単層膜成膜ユニットおよび前記ロードアンロードユニットは環状に配置され、前記外部搬送機構は、前記環状に配置された単層膜成膜ユニットおよびロードアンロードユニットのほぼ中心に配置された回転軸の周りに放射状に延長された複数本のアームを備えたマルチアーム型搬送機構であることを特徴とする請求項１記載の多層膜の形成装置。
【請求項３】
前記排気機構は、密閉空間に一端が開口し、他端が前記真空蓋を貫通して前記外部搬送機構のアーム部に延長配置された第１の排気用細管と、この第１の排気用細管の他端が接続された第１のポート、大気に開放される第２のポートおよび第３のポートを備えた三方弁と、この三方弁の前記第３のポートに一端が接続され、他端は前記外部搬送機構のアーム部に沿って延長配置された第２の排気用細管と、この第２の排気用細管に接続され、前記外部搬送機構に設置された真空ポンプとから構成されるであることを特徴とする請求項２記載の多層膜の形成装置。
【請求項４】
成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を真空容器内に設けた内部搬送機構により搬送する基板搬送ユニットと、前記各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記基板搬送ユニット間で搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とする多層膜の形成装置。
【請求項５】
成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で回転搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を搬入あるいは搬出するためのロードアンロードユニットと、前記基板を真空容器内に設けた内部搬送機構により搬送する基板搬送ユニットと、前記各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間、前記単層膜成膜ユニットと前記ロードアンロードユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記基板搬送ユニット間で搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とする多層膜の形成装置。
【請求項６】
前記各単層膜成膜ユニットおよび前記基板搬送ユニットは、その水平断面がほぼ矩形の真空容器で構成されるとともに、前記各単層膜成膜ユニットは前記基板搬送ユニットの周囲に隣接配置され、前記外部搬送機構は回転軸の周りに放射状に延長された複数本のアームを備えたマルチアーム型搬送機構であることを特徴とする請求項４または５記載の多層膜の形成装置。
【請求項７】
前記排気機構は、前記密閉空間に一端が開口し、他端が前記真空蓋を貫通して前記外部搬送機構のアーム部に延長配置された第１の排気用細管と、この第１の排気用細管の他端が接続された第１のポート、大気に開放される第２のポートおよび第３のポートを備えた三方弁と、この三方弁の前記第３のポートに一端が接続され、他端は前記外部搬送機構のアーム部に沿って延長配置された第２の排気用細管と、この第２の排気用細管に接続され、前記外部搬送機構に設置された真空ポンプとから構成されるであることを特徴とする請求項６記載の多層膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空雰囲気中において薄膜を連続的に多層形成する多層膜の連続形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクや半導体等のデバイスの製造においては、基板上に２層以上の多層薄膜を形成することが要求される。
【０００３】
この様な要求に応じる従来の成膜装置として、クラスターツールと呼ばれる装置が知られている。この装置は、ロボットを備えたセンターコントロール室と呼ばれる搬送室の周囲に異なる材料の成膜を行う複数の成膜室および表面に多層薄膜を形成するための基板を収納したカセットを装置内に導入しあるいは成膜完了後のカセットを装置から取り出すためのローディング・アンローディング室を備えている。この装置においては、カセットの装置内への導入あるいは装置からの取り出し、カセットの各成膜室への搬入および搬出は全てセンターコントロール室に設置されたロボットにより行われる。
【０００４】
多層薄膜を形成する他の装置としては、タクト送リタイプの製造装置が従来から使用されている。この装置においては、間歇的な回転運動を行う単一の搬送機構が設置された搬送室の周囲に、異なる材料の成膜を行う複数の成膜室および表面に多層薄膜を形成するための基板を収納したカセットを装置内に導入しあるいは成膜完了後のカセットを装置から取り出すためのロードロック室を備えている。この装置においては、ロードロック室から導入されたカセットは搬送室内に設置された単一の搬送機構により、各成膜室に順次送られ多層膜が積層形成される。
【０００５】
しかしこのようなデバイスにおいては、常に同数の多層薄膜を形成するわけではなく、それらの目的に従って異なる層数の薄膜構造を採ることが一般的である。従って、このような異なる層数の多層薄膜を形成する装置はその層数に応じて異なる構造の成膜装置が用いられた。
【０００６】
このような多層薄膜の製造は、異なる材料からなる薄膜層を一層ずつ積層形成するが、この製造過程において大気に触れると汚染や酸化などにより所望の特性を呈する品質の良い薄膜が得られないため、常に真空雰囲気中において連続的に成膜を行う必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような従来のクラスターツール装置は、形成すべき多層薄膜の層数に応じた数の成膜室を備えているため、多層膜の層数を変更する場合、あるいは薄膜の材料を変更する場合等においては、同じ装置を用いることはできない。仮に装置を改造するとしても、ロボットを含めた成膜室の追加は、高価な加工費用あるいは工費を要した。
【０００８】
また、プロセス室の追加や削減を行う場合、その工事期間中、生産を停止しなければならず、その間の売上減は大きな損失をもたらす結果となった。
【０００９】
他方、タクト送リタイプの製造装置においても同様な問題があり、デバイスや、膜構造の変更のたびに新たな真空装置を設計する必要がある。かかる設計変更を請け負う製造装置メーカーにとっても膨大な労力、費用を要し、しかも装置価格は多くを望めないことから、このような膜設計の変化に迅速で安価に対応できる製造装置が待望されていた。
【００１０】
本発明は、要求される成膜層数に応じてスパッタ室を容易に増減できるとともに、装置全体をコンパクトに纏めることが可能な、多層薄膜の形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層膜の形成装置は、成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を搬入あるいは搬出するためのロードアンロードユニットと、これらの各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記ロードアンロードユニットで搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の多層膜の形成装置においては、前記複数個の単層膜成膜ユニットおよび前記ロードアンロードユニットは環状に配置され、前記外部搬送機構は、前記環状に配置された単層膜成膜ユニットおよびロードアンロードユニットのほぼ中心に配置された回転軸の周りに放射状に延長された複数本のアームを備えたマルチアーム型搬送機構であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の多層膜の形成装置においては、前記排気機構は、密閉空間に一端が開口し、他端が前記真空蓋を貫通して前記外部搬送機構のアーム部に延長配置された第１の排気用細管と、この第１の排気用細管の他端が接続された第１のポート、大気に開放される第２のポートおよび第３のポートを備えた三方弁と、この三方弁の前記第３のポートに一端が接続され、他端は前記外部搬送機構のアーム部に沿って延長配置された第２の排気用細管と、この第２の排気用細管に接続され、前記外部搬送機構に設置された真空ポンプとから構成されるであることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の多層膜の形成装置は、成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を真空容器内に設けた内部搬送機構により搬送する基板搬送ユニットと、前記各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記基板搬送ユニット間で搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の多層膜の形成装置は、成膜室、この成膜室に開口する成膜室開口部および成膜すべき基板を搬入あるいは搬出するためのロードロック開口部を有する搬送機構室、前記基板を収納する凹部が形成された基板受皿、この基板受皿を載置して前記成膜室開口部およびロードロック開口部間で回転搬送する内部搬送機構を備えた複数個の単層膜成膜ユニットと、前記基板を搬入あるいは搬出するためのロードアンロードユニットと、前記基板を真空容器内に設けた内部搬送機構により搬送する基板搬送ユニットと、前記各単層膜成膜ユニットの前記ロードロック開口部を気密に閉塞する真空蓋と、この真空蓋を前記単層膜成膜ユニット間、前記単層膜成膜ユニットと前記ロードアンロードユニット間あるいは前記単層膜成膜ユニットと前記基板搬送ユニット間で搬送する外部搬送機構と、この外部搬送機構に設けられ、前記真空蓋および前記基板受皿が相互に接触した際、前記基板受皿内の凹部により形成される密閉空間を選択的に排気する排気機構とを具備し、この排気機構により前記密閉空間を排気し、前記基板受皿を大気に触れることなく搬送するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の多層膜の形成装置においては、前記各単層膜成膜ユニットおよび前記基板搬送ユニットは、その水平断面がほぼ矩形の真空容器で構成されるとともに、前記各単層膜成膜ユニットは前記基板搬送ユニットの周囲に隣接配置され、前記外部搬送機構は回転軸の周りに放射状に延長された複数本のアームを備えたマルチアーム型搬送機構であることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明の多層膜の形成装置においては、前記密閉空間に一端が開口し、他端が前記真空蓋を貫通して前記外部搬送機構のアーム部に延長配置された第１の排気用細管と、この第１の排気用細管の他端が接続された第１のポート、大気に開放される第２のポートおよび第３のポートを備えた三方弁と、この三方弁の前記第３のポートに一端が接続され、他端は前記外部搬送機構のアーム部に沿って延長配置された第２の排気用細管と、この第２の排気用細管に接続され、前記外部搬送機構に設置された真空ポンプとから構成されるであることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明に用いられる単層成膜ユニットの外観を示す斜視図であり、図２はその上面図である。この単層成膜ユニットの基本的構成は従来から広く用いられている枚葉式スパッタ装置と同じであり、真空排気室１１、搬送機構室１２、スパッタモジュール１３および外部搬送機構１４から構成されている。真空排気室１１はほぼ縦長の直方体形状の容器であり、内部に真空ポンプ、排気装置あるいは電源等（図示せず）が収納されている。搬送機構室１２は真空排気室１１の上部に配置されたほぼ横長の直方体形状の真空容器で、内部には後述する搬送機構が収納されている。スパッタモジュール１３は搬送機構室１２の上部に配置された断面がほぼ円形の真空容器で、内部に後述する成膜室であるスパッタ室あるいは磁界発生装置等が収納されている。このスパッタモジュール１３の上部には、外部から開閉可能なスパッタ室蓋体１５が設けられている。外部搬送機構１４は、搬送機構室１２の端部に設けられた回転駆動装置１６、この回転駆動装置１６により水平面内で回転駆動されるアーム１７およびこのアーム１７の両端に設けられた真空蓋１８、１９から構成されている。この外部搬送機構１４には、また、後述する被膜を形成する基板を吸着搬送するための真空ポンプ５６が設けられている。
【００２０】
図３は図１および図２に示した単層成膜ユニットの構成を示す断面図であり、図４はその一部を拡大して示す断面図、図５は本発明に用いられるロードアンロードテーブルの構成を示す断面図である。
搬送機構室１２は図２に破線１２−１で示すように、水平断面がほぼ円形の内周面を有する密閉容器で、その内部に内部搬送機構２１が設けられている。内部搬送機構２１は搬送機構室１２の底部を貫通して垂直方向に設けられた回転軸２２とこの上端部に設けられた水平アーム２３により構成されている。水平アーム２３の両端には環状部２４、２５が形成され、それぞれに円板状のサセプター２６、２７が嵌合支持される。サセプター２６、２７にはそれぞれ上面に凹部が形成されこの凹部に同じく円形の基板受け皿２８、２９が載置される。これらのサセプター２６、２７はまた、その上面の周囲にＯリングのような気密シール部２６ａ、２７ａが設けられている。基板受け皿２８、２９はそれぞれその上面に凹部３０、３１が形成されており、これらの凹部内にその表面に多層薄膜を形成する基板３２、３３が収納される。
【００２１】
内部搬送機構２１の水平アーム２３の両端環状部２４、２５の下方には、搬送機構室１２の底部を貫通して垂直方向に設けられたプッシャー３４、３５が設けられている。これらのプッシャー３４、３５は搬送機構室１２の外部下方に設けられたシリンダー機構（図示せず）により、上下運動を行い、それらの径大の頂部によりサセプター２６、２７を水平アーム２３の両端環状部２４、２５から上方に押し上げ、あるいは元の位置に戻す。
【００２２】
搬送機構室１２の上部にはスパッタ室４１が設けられている。このスパッタ室４１は、図２に示されるように、水平断面がほぼ円形の内周面を有する真空容器であり、その内周面の一部が搬送機構室１２を形成するほぼ円形の内周面からはみ出すような位置関係に配置されている。このスパッタ室４１は、また、その底部の開口４２を介して搬送機構室１２に連通しており、その側部には排気口４３が設けられている。この排気口４３には真空ポンプ４４が連結され、スパッタ室４１および搬送機構室１２の排気を行う。スパッタ室４１の上部には、円盤状のターゲット４５が設けられ、その上には磁界発生装置４６が設けられている。これらのスパッタ室４１、ターゲット４５および磁界発生装置４６等は図１に示したスパッタモジュール１３を構成している。なお、この図では、図１の外部から開閉可能な蓋体１５は省略されている。
【００２３】
搬送機構室１２の上部には、スパッタ室４１と反対側の位置にロードロック室開口部４７が形成されている。後述するように、被膜が形成される前の基板はこのロードロック室開口部４７を介して搬送機構室１２に導入され、被膜が形成された後の基板もロードロック室開口部４７を介して搬送機構室１２の外部に取り出される。したがって、このロードロック室開口部４７下部の搬送機構室１２部分をロードロック室と呼ぶものとする。
【００２４】
この開口部４７は図１に示した外部搬送機構１４のアーム１７の両端に設けられた真空蓋１８、１９の一方により密閉される。外部搬送機構１４のアーム１７の一端に設けられた真空蓋１８の下面は、サセプター２６上の基板受皿２９の上面に例えばＯリングのようなシール部材５１を介在させて接触する。図４にこの状態を拡大して示すように、真空蓋１８の下面と基板受皿２９の上面とは相互に気密に接触することにより、基板受皿２９上面に形成された凹部３１は密閉空間５２を形成する。この密閉空間５２には第１の排気用細管５３の一端が開口するように配置され、他端は真空蓋１８を貫通して外部搬送機構１４のアーム１７部に延長される。アーム１７部には三方弁５４が設置されており、その第１のポート５４−１に第１の排気用細管５３の一端が接続されている。三方弁５４の第２のポート５４−２は大気に開放されており、第３のポート５４−３には第２の排気用細管５５の一端が接続されている。これらの第１乃至第３のポート間における空気の流れは弁切替機構（図示せず）により切替えられる。第２の排気用細管５５の他端はアーム１７の中央部まで延長されている。
【００２５】
第２の排気用細管５５はその中央部で分岐され、たとえばターボ分子ポンプのような真空ポンプである気密空間排気用真空ポンプ５６に接続されている。この真空ポンプ５６は三方弁５４および第１の排気用細管５３を介して基板受皿２９上面に形成された密閉空間５２を排気する。なお、第５図に示されるように、外部搬送機構１４のアーム１７の他端に設けられた真空蓋１９の構成は真空蓋１８の構成と同一であるため、説明は省略する。また、外部搬送機構１４の回転駆動装置１６は駆動用モータ１６−１およびインデックス機構１６−２から構成され、駆動用モータ１６−１の回転をインデックス機構１６−２を介してアーム１７に伝達される。このインデックス機構１６−２はアーム１７の回転角を所定の角度ずつ間歇的に回転するように制御するとともに、アーム１７全体を上下方向に往復運動させる。
【００２６】
外部搬送機構１４のアーム１７の他端に設けられた真空蓋１９の近傍には第５図に示されるように、円盤状のロードアンロードテーブル６０が配置されている。このロードアンロードテーブル６０は垂直な回転軸６１により水平面内で回転するとともに、このテーブル６０には基板受け皿２８´、２９´を収納する円形の凹部６２、６３が回転軸６１に対して対称位置に形成されている。これらの凹部６２、６３にはまた、それらの中心部に貫通孔６４、６５が形成されておりこれらの貫通孔６４、６５を介して上端に径大部が形成されたプッシャー６６、６７が上下方向に往復運動可能に設けられている。プッシャー６６、６７はロードアンロードテーブル６０の回転に対し、所定の回転位置に設置されている。
【００２７】
なお、外部搬送機構１４の駆動用モータ１６−１の回転はインデックス機構１６−２を介してアーム１７に伝達される。このインデックス機構１６−２はアーム１７の回転角を所定の角度ずつ間歇的に回転するように制御するとともに、アーム１７全体を上下方向に往復運動させる。
【００２８】
図６は本発明の多層膜形成装置の全体構成を示す上面図である。この装置は、図１乃至図４に示した構造の単層成膜ユニット（以下成膜ユニットという。）を複数個、例えば７個、を環状に配置したものである。この環状配列された成膜ユニット７１〜７７の一部には図５に示すロードアンロードテーブル６０が１台挿入されている。
【００２９】
環状配列された成膜ユニット７１〜７７の中心部にはマルチアーム外部搬送機構７９が設置されている。この外部搬送機構７９は回転軸８０の周囲に放射状に伸びたアーム８１〜８４から構成されている。これら４本のアーム８１〜８４は、図１乃至図３に示す外部搬送機構１４のアーム１７に相当し、これらの両端にはそれぞれ図１に示したような真空蓋１８、１９が設けられている。回転軸８０は、図３に示したインデックス機構１６−２により４本のアーム８１〜８４を所定の角度、例えば、４５度ずつ間歇回転させる。そして図では省略されているが、これらの４本のアーム８１〜８４にはそれぞれ図３に示したような第１の排気用細管５３、第２の排気用細管５５、真空ポンプ５６および三方弁５４が設けられており、これらの基真空蓋１８、１９とともに形成される基板受皿２９上面に形成された密閉空間５２を排気するように構成されている。
【００３０】
次にこの様に構成された本発明の多層膜形成装置の動作を説明する。まず、ロードアンロードテーブル６０には、アンロード側、すなわち、成膜ユニット７７から排出された、多層膜の製造が完了した基板を収納した基板受皿６２（図１、図２の２８、２９、２８´、２９´に相当）が載置される。次いで、テーブル６０が１８０度回転し、基板受け皿６３の位置において、図示しない基板移載機構により内部の基板が矢印６８−１に示すように、テーブル６０外に搬出される。そして、基板移載機構により、新しい基板が矢印６８−２に示すように基板受け皿６３上に移載され、テーブル６０を再び１８０度回転し、基板受け皿を外部搬送機構１４側に搬送する。
【００３１】
ロードアンロードテーブル６０に載置された未処理の基板の入った基板受け皿上には外部搬送機構１４の搬送アーム８４が配置されている。ここで、図３に示すように、外部搬送機構１４に設けた真空ポンプ５６により真空蓋１９の下面と基板受皿６２上面との間に形成された密閉空間５２を排気する。これにより、基板受皿６２は真空蓋１９に吸着され、外部搬送機構１４の反時計方向の回転により、第１の成膜ユニット７１におけるロードロック室の開口部４７に搬送される。この状態は、図６のアーム８１により示されるものとする。ここで外部搬送機構１４はそのインデックス機構１６−２によりアーム８１を下降させ、真空蓋１８をロードロック室の開口部４７に嵌合し閉塞する。この状態は、図３においては、真空蓋１８および基板受皿２９として示されている。
【００３２】
この状態で図３に示すように、搬送機構室１２内のプッシャー３５が上昇し、内部搬送機構１４の環状部２５に載置されたサセプター２７を上昇させ、真空蓋１８に吸着された基板受皿２９を受け止める。次いで、図４に示すように、外部搬送機構１４に設けた三方弁５４を切り替え、第１の排気用細管５３を大気に開放し、基板受皿２９上面に形成された密閉空間５２内に大気を導入する。これにより基板受皿２９は真空蓋１８から分離される。プッシャー３５は下降し、サセプター２７に支持された基板受皿２９は内部搬送機構２１のアーム２３端部の環状部２５に載置される。次いで内部搬送機構１４はそのアーム２３が回転軸２２の周りに回転し、基板受皿２９はスパッタ室４１下部に搬送される。この状態は図３においては、基板３２、基板受け皿２８およびサセプター２６として示されている。
【００３３】
この状態でプッシャー３４が上昇し、基板受け皿２８を支持するサセプタ２６をスパッタ室４１の底部開口４２の位置まで押し上げ、基板受け皿２８に収納された基板３２上面に対して成膜処理が行われる。成膜処理が完了した後、基板３２を収納した基板受け皿２８はサセプタ２６とともに、プッシャー３４によりアーム２３の環状部２４に戻される。そして内部搬送機構２１により再びロードロック室の開口部４７下方位置に搬送される。
【００３４】
ここで再び、プッシャー３５が上昇し、基板受皿２９を真空蓋１８の下面に接触させる。この状態において、再び、外部搬送機構１４に設けた真空ポンプ５６により真空蓋１８の下面と基板受皿２９上面との間に形成された密閉空間５２を排気する。これにより、基板受皿２９は真空蓋１８に吸着され、図４に示すマルチアーム外部搬送機構７９のアーム８１により第２の成膜ユニット７２に搬送される。図６ではこの状態をアーム８２として示している。
【００３５】
第２の成膜ユニット７２においては、前述と同様な動作により、第１の成膜ユニット７１で基板上面に形成された第１層の薄膜層上に第２の薄膜層が形成される。第２の成膜ユニット７２による成膜処理が完了した基板３２は同様に、マルチアーム外部搬送機構７９のアーム８２により第３の成膜ユニット７３に搬送される。図６ではこの状態をアーム８３として示している。以下同様な動作が繰り返されると、ロードアンロードテーブル６０には第７の成膜ユニット７７により第７層目の薄膜が形成された基板がアーム８３によって搬送される。そして多層膜の形成が完了した基板は、図示しない基板移載機構により矢印６８−１の方向に取り出される。
【００３６】
ところで、各成膜ユニット７１〜７７では、成膜処理前の基板受け皿がスパッタ室に搬入されると同時ににその直前に成膜処理された基板受け皿がロードロック室開口部４７に搬出され待機する。これらの待機中の基板受け皿は、マルチアーム外部搬送機構７９の各アーム８１〜８３により同時に隣の成膜ユニットに搬送される。搬送された基板受け皿は、すでにスパッタ室内に搬入されている基板の成膜処理の完了を待機する。
【００３７】
このようにマルチアーム外部搬送機構７９は、基板受け皿を真空に保持したまま各成膜ユニット７１〜７７間を同時に移送する。すなわち、上記のような本発明の搬送機構を使用することにより、成膜処理中の基板を大気に触れることなく真空に保持したまま各成膜ユニット７１〜７７間を搬送することができる。
【００３８】
また、上記本発明の多層膜の連続形成装置によれば、従来広く普及している単層膜形成用の枚葉式スパッタ装置からなる成膜ユニットを成膜すべき被膜層に対応した台数だけ配列した、簡単な構造の装置により構成することができる。
【００３９】
なお、上記の実施形態においては、図示しないが、成膜処理工程の実行ための制御系はユニット毎に形成されており、各ユニットの制御系相互間の通信で装置全体の制御を行うように構成されている。このため、ソフトの設計費やソフトのデバッグ時間を大幅に削減することができ、この面からも従来の多層膜形成装置に比較して、遥かに安いコストで装置を製作することができる。
【００４０】
図７は本発明の第２の実施形態である多層膜形成装置を示す上面図である。この多層膜形成装置は、３個の成膜ユニット８５、８６、８７がロードアンロードテーブル８８とともに、マトリクス状に配置されている。図８は各成膜ユニット８５、８６、８７の構成を示す上面図である。これらの各ユニットは水平断面がほぼ正方形の外周面を有する真空容器で構成されているが、図１および図２に示された成膜ユニットとは搬送機構室１２およびスパッタモジュール１３の配置が異なっている。すなわち、搬送機構室１２およびスパッタモジュール１３はそれらの内周面を形成する円形の中心が搬送機構室１２の外周を形成する正方形の対角線上に配置されている。そして、搬送機構室１２内のロードロック室開口部４７も前記対角線上に配置されている。また、回転駆動装置１６は、搬送機構室１２外周を形成する正方形の１隅はカットされ、これによって形成される平坦な角部１２−２に回転駆動装置１６が固定される。
【００４１】
３個の成膜ユニット８５、８６、８７は、また、それらのロードロック室開口部４７が、これらのマトリクス配置の中心に近くなるように配置されている。そしてこのマトリクス配置の中心には、マルチアーム型外部搬送機構８８の回転軸８８−１が配置されている。マルチアーム型外部搬送機構８８は２本のアーム８８−２、８８−３を備えており、これらは互いに直交するように回転軸８８−１に固定されている。これらのアーム８８−２、８８−３の両端には、それぞれ、図６に示す外部搬送機構８０と同様に、真空蓋１８、１９が固定されている。これらの真空蓋１８、１９は、図６に示した多層膜形成装置と同様に、図示しないが、成膜ユニット８５、８６、８７内の基板受皿上面との間に密閉空間を形成し、これらの密閉空間は、外部搬送機構８８に設けた気密空間排気用真空ポンプにより、選択的に排気される。
【００４２】
このように構成された多層膜形成装置においは、図６に示した多層膜形成装置と同様に、矢印６８−１に示すように、図示しないが新たな基板がロードアンロードテーブル６０上に移載される。この基板は第１のアーム８８−１に設けられた真空蓋１８により吸着され、マルチアーム型外部搬送機構８８の時計方向の間歇的な回転により、第１の成膜ユニット８５のロードロック室開口部４７に搬送される。第１の成膜ユニット８５内では第１層の被膜が基板表面に形成される。この基板は外部搬送機構８８の第２のアーム８８−２に固定された真空蓋１８に吸着され、第２の成膜ユニット８６のロードロック室開口部４７に搬送される。第２の成膜ユニット８６内では第２層の被膜が基板表面に形成される。第２層の被膜が形成された基板は、同様に、外部搬送機構８８により第３の成膜ユニット８７に搬送され、この内部で第３層の被膜が基板表面に形成される。この基板は外部搬送機構８８により、ロードアンロードテーブル６０上に搬送され、矢印６８−２に示されるように、ロードアンロードテーブル６０から取り出される。なお、第１の成膜ユニット８５と第３の成膜ユニット８７の位置を交換すれば、外部搬送機構８８の回転方向を反時計方向としてもよい。
【００４３】
この実施形体の多層膜形成装置は、装置全体の占有面積が小さくでき、簡単な装置構成により、３層膜形成装置が獲られる。
【００４４】
図９は本発明の第３の実施形態である多層膜形成装置を示す上面図である。この実施形態においては、図７および図８に示された成膜ユニットと同じ構造の第１乃至第４の成膜ユニット９１〜９４が基板搬送ユニット９５の周囲に配置されている。基板搬送ユニット９５は、その水平断面が成膜ユニット９１〜９４とほぼ同じ大きさの正方形状の筐体を有している。この基板搬送ユニット９５の上面には、２個のほぼ円形の基板搬送用開口９６、９７が対角線上に配置されている。基板搬送ユニット９５の内部には、図示されてはいないが、図３に示した内部搬送機構２１と同様な搬送機構が設けられている。そして、基板搬送ユニット９５には図３に示したスパッタ室４１は設けられておらず、内部搬送機構のみが設けられている。ロードアンロードテーブル６０は図５に示したロードアンロードテーブル６０と同じ構造を備えている。
【００４５】
マトリクス状に配置された第１の成膜ユニット９１、基板搬送ユニット９５、第４の成膜ユニット９４およびロードアンロードテーブル６０の中心には、第１のマルチアーム型外部搬送機構９８が設けられている。また、同じくマトリクス状に配置された、第２の成膜ユニット９２、基板中継ユニット９９、第３の成膜ユニット９３および基板搬送ユニット９５の中心には、第２のマルチアーム型外部搬送機構１００が設けられている。第１および第２のマルチアーム型外部搬送機構９８、１００はそれぞれ２本のアーム９８−１、９８−２、１００−１、１００−２を備えている。これらのアーム９８−１、９８−２、１００−１、１００−２は、また、アームの両端にそれぞれ真空蓋１８、１９を備えている。これらの第１および第２のマルチアーム型外部搬送機構９８、１００はそれぞれのアームを９０度ずつ間歇的に回転させる点を除き、図７のマルチアーム外部搬送機構８８と同様な構造を備えている。したがって、また、これらは図３および図４に示されるような外部搬送機構１４とほぼ同一の具体的な構造の構造を備えている。なお、基板中継ユニット９９は、第２のマルチアーム型外部搬送機構１００の間歇的な回転の際、これによって搬送される基板受皿を一時的に真空状態に保持するために配置されている。
【００４６】
図１０はこの基板中継ユニット９９の概略構成を示す断面図である。図のように、この基板中継ユニット９９は、上面に基板中継開口部９９−１を有する真空容器であり、その内部には、基板受皿を一時的に載置するテーブル９９−２が固定されている。この基板受皿載置テーブル９９−２の中心部には貫通孔９９−３が形成されており、この貫通孔９９−３を介してプッシャー９９−４がピストン機構９９−５により上下に往復運動する。
【００４７】
第１のマルチアーム型外部搬送機構９８は、その間歇回転により、ロードアンロードテーブル６０、第１の成膜ユニット９１および基板搬送ユニット９５の順に基板を搬送する。すなわち、ロードアンロードテーブル６０の円形凹部６２上に、矢印６８−２に示されるように、新たな基板を収納した基板受皿（図示せず）を導入する。この基板受皿はロードアンロードテーブル６０の１８０度回転により、円形凹部６３の位置に搬送される。第１のマルチアーム型外部搬送機構９８における第１のアーム９８−１に設けられた真空蓋１８は、円形凹部６３の位置に搬送された基板受皿を接触させ、これによって形成される気密空間（図示せず）を排気することにより基板受皿を吸着する。その後、第１のマルチアーム型外部搬送機構９８を時計方向に９０度回転し、第１の成膜ユニット９１のロードロック室開口部４７に搬送する。ここで、第１の成膜ユニット９１はロードロック室開口部４７を開いて基板受皿をロードロック室内に導入し、内部搬送機構により、スパッタモジュール１３内のスパッタ室に搬送する。ここで、基板に第１層の被膜を形成する。第１層の被膜が形成された基板は基板受皿に収納された状態で、第１のマルチアーム型外部搬送機構９８における第２のアーム９８−２に設けられた真空蓋１８により、再びロードロック室開口部４７から取り出される。そして第１のマルチアーム型外部搬送機構９８を再び時計方向に９０度回転することにより、第１層の被膜が形成された基板が収納された基板受皿は、基板搬送ユニット９５の基板搬送用開口９６を介して基板搬送ユニット９５内に導入される。基板搬送ユニット９５は内部搬送機構（図示せず）により、基板受皿を真空の基板搬送ユニット９５内で回転移動し、基板搬送用開口９７部に搬送する。
【００４８】
第２のマルチアーム型外部搬送機構９９は、基板搬送ユニット９５の基板搬送用開口９７を介して基板受皿を取り出し、その間歇回転により、第２の成膜ユニット９２のロードロック室開口部４７に搬送する。第２の成膜ユニット９２は、第１層の被膜が形成された基板が収納された基板受皿をロードロック室開口部４７から内部に導入し、第２層の被膜を形成する。第２層の被膜が形成された基板が収納された基板受皿は、再び、第２のマルチアーム型外部搬送機構９９における第１のアーム１００−１に設けられた真空蓋１８により、ロードロック室開口部４７から外部に取り出される。外部に取り出された基板受皿は、基板中継ユニット９９の開口部９９−１から内部に導入される。基板受皿がプッシャー９９−４の往復運動により、基板中継ユニット９９の内部の基板受皿載置テーブル９９−２上に載置されている。この状態においては、基板中継ユニット９９の開口部９９−１は真空蓋１８により気密に閉塞されており、内部は真空に保たれる。第２のマルチアーム型外部搬送機構９９は、間歇回転運動の次の周期において、基板中継ユニット９９内のプッシャー９９−４により、基板受皿は再び上昇され、真空蓋１８に吸着され、第３の成膜ユニット９３のロードロック室開口部４７に搬送される。そして基板受皿は、第３の成膜ユニット９３内に導入され、ここで基板受皿内の基板表面には第３層の被膜が形成される。
【００４９】
第３層の被膜が形成された基板は、基板受皿内に収納されてロードロック室開口部４７を介して、第２のマルチアーム型外部搬送機構１００により取り出され、その時計方向の回転運動により、基板搬送ユニット９５の基板搬送用開口９７部に搬送される。
【００５０】
基板搬送ユニット９５は、第３層の被膜が形成された基板を収納した基板受皿を基板搬送用開口９７から内部に導入し、内部搬送機構により他の基板搬送用開口９６部に搬送する。この基板受皿は、第１のマルチアーム型外部搬送機構９８により基板搬送用開口９６から外部に取り出され、その間歇的回転運動により、第４の成膜ユニット９４のロードロック室開口部４７に搬送される。そして基板受皿は、第４の成膜ユニット９４内に導入され、ここで基板受皿内の基板表面には第４層の被膜が形成される。
【００５１】
４層の成膜が完了した基板は基板受皿に収納された状態で、第１のマルチアーム型外部搬送機構９８により第４の成膜ユニット９４から取り出され、ロードアンロードテーブル６０の円形凹部６３上に搬送される。ロードアンロードテーブル６０は、基板受皿を１８０度回転して、円形凹部６２に搬送し、ここで、基板受皿から基板が取り出され、矢印６８−１に示されるように、基板移載機構（図示せず）により、ロードアンロードテーブル６０外へ取り出される。
【００５２】
この実施形態によれば、上記のように２つの成膜ユニット毎に搬送ユニットを１台間に挟むことにより、少ない占有面積により多層膜の形成が可能な装置を実現することができる。
【００５３】
また、第１の実施形態と同様に、成膜処理工程の実行ための制御系はユニット毎に形成されており、各ユニット間の制御系相互間の通信で装置全体の制御が行えるようになっている。このため、ソフトの設計費やソフトのデバッグ時間を大幅に削減することができる。
【００５４】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能である。
【００５５】
第１の実施形態においては、基板搬送機構としてマルチアーム外部搬送機構７９を用いたが、マルチアームの代わりに周辺部に真空蓋を固定した回転円盤状の搬送機構を用いてもよい。
【００５６】
また、基板受皿と真空蓋により形成される気密空間を排気する手段として、図３に示されるような、第１の排気用細管５３、第２の排気用細管５５、三方弁５４および気密空間排気用真空ポンプ５６を用いたが、図１１に示すように、三方弁５４の代わりに、２個の独立した弁および１０２を用いてもよい。ここで、第１の弁１０１は第１の排気用細管５３の大気側の端部近傍に挿入され、この弁の開閉により、第１の排気用細管５３を大気に対して開閉する。第２の弁１０２は第２の排気用細管５５に挿入され、気密空間排気用真空ポンプ５６とへ通路を開閉する。これらの弁は、図示しない制御装置により、真空ポンプ５６により、気密空間を排気、すなわち、真空状態にする際には、第１の弁１０１を閉じ、第２の弁１０２を開く。また、気密空間を大気に開放する際には、逆に、第１の弁１０１を開き、第２の弁１０２を閉じる。
【００５７】
また、第３の実施形態においては、基板中継ユニット９９として図１０に示すような、真空容器からなる装置を用いたが、これを省略することもできる。この場合、第２のマルチアーム型外部搬送機構９９における一方の真空蓋１９に吸着された基板受皿内の気密空間を他方の真空蓋１８側の気密空間を大気に開放する場合においても、真空蓋１９側の三方弁５４の第２のポート５４−２は大気に開放せずに、間歇的回転運動の次の周期が到来するまでの間、吸着状態のまま保持すればよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、多くの実績を持つ単層膜成膜装置を母体として、これらを複数個連結するだけで複雑な基板の搬送機構あるいは制御機構を必要とせず、所望の層数の多層膜を形成することができる。したがって、異なる層数の成膜を共通の装置により共用することが可能となり、多品種の基板に対する製造効率が上昇する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する単層成膜ユニットの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の単層成膜ユニットの構成を示す上面図である。
【図３】図１および図２に示した単層成膜ユニットの構成を示す断面図である。
【図４】図３に示す単層成膜ユニットの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明に用いられるロードアンロードテーブルの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示す多層膜の形成装置の上面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す多層膜の形成装置の上面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に使用する単層成膜ユニットの構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態を示す多層膜の形成装置の上面図である。
【図１０】図９に示される基板中継ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図１１】図４に示される排気手段の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１：真空排気室
１２：搬送機構室
１３：スパッタモジュール
１４：外部搬送機構
１５：スパッタ室蓋体
１６：回転駆動装置
１７：アーム
１８、１９：真空蓋
２１：内部搬送機構
２２：内部搬送機構回転軸
２３：内部搬送機構水平アーム
２４、２５：環状部
２６、２７：サセプター
２６ａ、２７ａ：気密シール部
２８、２９：基板受皿
３０、３１：凹部
３２、３３：基板
３４、３５：プッシャー
４１：スパッタ室
４２：底部開口
４３：排気口
４４：スパッタ室排気用真空ポンプ
４５：ターゲット
４６：磁界発生装置
４７：ロードロック室開口部
５１：シール部材
５２：密閉空間
５３：第１の排気用細管
５４：三方弁
５５：第２の排気用細管
５６：気密空間排気用真空ポンプ
６０：ロードアンロードテーブル
６１：回転軸
６２、６３：円形凹部
６４、６５：貫通孔
６６、６７：プッシャー
６８：基板移載機構
７１〜７７：成膜ユニット
７９、８８、９８、９９：マルチアーム型外部搬送機構
８０、８８−１：回転軸
８１〜８８：アーム
９１〜９４：成膜ユニット
９６、９７：基板搬送用開口
９８：第１のマルチアーム型外部搬送機構
９９：基板中継ユニット
１００：第２のマルチアーム型外部搬送機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004557418.tif 000009
【図９】
0004557418.tif 000010
【図１０】
0004557418.tif 000011
【図１１】
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