JP2002203883A - 多層膜の形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 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。 【解決手段】 成膜室、および成膜すべき基板を搬入あ
るいは搬出するための搬送機構室、基板を収納するサセ
プター、このサセプターを載置して回転搬送する内部搬
送機構を備え、ほぼ直線上に配列された複数個の単層膜
成膜ユニット１１１〜１１５と、これらの成膜ユニット
配列の両端に配置された基板を搬入するローダーユニッ
ト１１６および基板を搬出するアンローダーユニット１
１７と、これらのユニット間を相互に結合するように設
けられ、内部が真空に保持された真空搬送室１２０と、
この真空搬送室内に設けられ、基板を往復運動により搬
送する基板搬送機構１１８とを備えている。

Description

【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
サセプター、このサセプター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、ほぼ直線上に配列された複数個の単層膜成
膜ユニットと、これらの成膜ユニット配列の両端に配置
された前記基板を搬入するローダーユニットおよび前記
基板を搬出するアンローダーユニットと、前記ローダー
ユニット、複数の成膜ユニットおよびアンローダーユニ
ット間を相互に結合するように設けられ、内部が真空に
保持された真空搬送室と、この真空搬送室内に設けら
れ、前記基板を隣接する前記ローダーユニットおよび前
記成膜ユニット間、前記成膜ユニット間あるいは前記成
膜ユニットおよび前記アンローダーユニット間で往復運
動により搬送する基板搬送機構とからなることを特徴と
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、前記真空搬送室は前記ローダーユニット、前記複数
の成膜ユニットのロードロック開口部および前記アンロ
ーダーユニットに対応する部分に搬送用開口部がほぼ等
間隔に配列形成された細長い真空容器により構成されて
い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、前記基板搬送機構は、前記成膜ユニットの個数に
1を加えた個数の真空蓋がほぼ等間隔に固定された直線
状の搬送アームを備えており、前記各真空蓋には前記基
板を保持するチャック機構が設けられていることを特徴
とするものである。

【００１４】さらに、本発明の多層膜の形成装置におい
ては、前記搬送アームは、前記複数の成膜ユニットの配
置間隔に等しい距離だけ、その長手方向に往復移動する
とともに、前記長手方向に直行する方向に往復運動する
ことを特徴とするものである。

【００１５】さらに、本発明の多層膜の形成装置におい
ては、前記搬送アームは、前記ローダーユニットおよび
前記複数の成膜ユニットのロードロック開口部に配置さ
れた複数の基板を前記各真空蓋のチャック機構により保
持して、前記真空搬送室内に前記各搬送用開口部を介し
て移動させ、次いで前記真空搬送室内において前記複数
の成膜ユニットの配置間隔に等しい距離だけ、前記搬送
アームの長手方向に移動した後、再び、前記各搬送用開
口部を介して前記真空搬送室外に移動させることを特徴
とするものである。

【００１６】さらに、本発明の多層膜の形成装置におい
ては、前記真空搬送室の各搬送用開口部は、前記搬送ア
ームにより前記基板が移動する際は、前記複数の真空蓋
あるいは前記ローダーユニット、前記複数の成膜ユニッ
トのロードロック開口部および前記アンローダーユニッ
トに設けられたプッシャーに駆動されるサセプターによ
り閉塞されることを特徴とするものである。

【００１７】

【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。

【００１８】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およびスパッタモジュール
１３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。

【００１９】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２
１が設けられている。内部搬送機構２１は搬送機構室１
２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。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
（図示せず）が設けられている。これらのサセプター２
６、２７上面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。

【００２０】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。

【００２１】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４
３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。

【００２２】搬送機構室１２の上部には、スパッタ室４
１と反対側の位置にロードロック用開口部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用開口部４７を介して搬送機構室１
２に導入され、被膜が形成された後の基板もロードロッ
ク用開口部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、このロードロック用開口部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。

【００２３】図４は本発明の実施形態を示す多層膜形成
装置の上面図である。この実施形態においては、第１乃
至第５の成膜ユニット１１１〜１１５が直線上に配列さ
れ、この配列の両端にローダーユニット１１６およびア
ンローダーユニット１１７が配置されている。第１乃至
第５の成膜ユニット１１１〜１１５はそれぞれ図１乃至
図３に示した単層膜形成用のスパッタ装置である。両端
に配置されたローダーユニット１１６およびアンローダ
ーユニット１１７を含む第１乃至第５の成膜ユニット１
１１〜１１５の直線配列に沿って基板搬送機構１１８が
設けられている。この基板搬送機構１１８は、図５乃至
図８にその構造が具体的に示されている。これらの図
は、図４に示す装置を一点鎖線Ａ−Ａ´に沿って切断す
るとともに、その一部を省略して示す断面図である。ま
た、図５（Ａ）〜（Ｃ）、図６（Ｄ）〜（Ｆ）、図７
（Ｇ）〜（Ｉ）および図８（Ｊ）（Ｋ）は、後述するよ
うに、基板搬送機構１１８の基板搬送動作を説明するた
めの図である。基板搬送機構１１８は、図５（Ａ）に示
されるように、第１乃至第５の成膜ユニット１１１〜１
１５のロードロック用開口部（図２および図３のロード
ロック用開口部４７）、ローダーユニット１１６および
アンローダーユニット１１７のテーブルの一部に対応す
る部分に搬送用開口部１１９が等間隔に配列形成された
細長い直方体形状の真空搬送室１２０を備えている。こ
の真空搬送室１２０内には、第１乃至第５の成膜ユニッ
ト１１１〜１１５とローダーユニット１１６およびアン
ローダーユニット１１７のいずれか一方の間に延長され
た直線状の搬送アーム１２１が設けられている。この搬
送アーム１２１は、前記真空搬送室１２０内において、
その長手方向すなわち水平方向および垂直方向に往復運
動可能に設けられている。この水平方向の往復運動は、
隣接する成膜ユニットのロードロック用開口部間の距離
に相当する距離だけ往復移動する。垂直方向に往復運動
は、搬送アーム１２１には成膜ユニットの個数に１を加
えた個数、すなわち、６個の真空蓋１２２がほぼ等間隔
に設けられている。これらの真空蓋１２２は被膜を形成
すべき基板を着脱自在に固着する機械的なチャック１２
３を備えている。搬送アーム１２１の垂直方向に往復運
動は、複数の真空蓋１２２に固着した基板を成膜ユニッ
トのロードロック用開口部から真空搬送室１２０内に上
昇移動し、水平方向に移動した後再び、下降させるため
に行われる。

【００２４】なお、図５（Ａ）においては、ローダーユ
ニット１１６およびアンローダーユニット１１７部に、
プッシャー６６、６７が示されている。また、同図に
は、第１、第２および第５の成膜ユニット１１１、１１
２および１１５の搬送機構室１２に含まれるロードロッ
ク室部分およびその内部のプッシャー３５が示されてい
る。

【００２５】次にこのように構成された本発明の実施形
態に係る多層膜の連続形成装置の動作を、図５（Ａ）〜
（Ｃ）、図６（Ｄ）〜（Ｆ）、図７（Ｇ）〜（Ｉ）および
図８（Ｊ）（Ｋ）を参照して説明する。図５（Ａ）にお
いては、搬送アーム１２１は細長い真空搬送室１２０内
のローダーユニット１１６側の位置において、各真空蓋
１２２がアンローダーユニット１１７部を除く搬送用開
口部１１９を閉塞している。また、アンローダーユニッ
ト１１７部の搬送用開口部１１９はアンローダーユニッ
ト１１７部のプッシャー６７により真空搬送室１２０の
外部から閉塞されている。図５（Ａ）に示す状態は、各
成膜ユニット１１１、１１２および１１５内の基板３２
は成膜処理が完了し、ローダーユニット１１６内のプッ
シャー６６は新たな基板の受け入れを待機するととも
に、各成膜ユニット１１１、１１２および１１５内のプ
ッシャー３５は成膜処理が完了した基板３２をサセプタ
ー２７とともに支持して同様に待機状態にある。

【００２６】ローダーユニット１１６内のプッシャー６
６は、そのサセプター２７上に新たな基板３２が受け入
れられると、図５（Ｂ）に示されるように、上昇して真
空搬送室１２０の搬送用開口部１１９を閉塞するととも
に、搬送アーム１２１の真空蓋１２２が動作して基板３
２をそのチャック１２３により把持する。同様な動作
は、第１、第２および第５の成膜ユニット１１１、１１
２および１１５内のプッシャー３５によっても行われ
る。

【００２７】搬送アーム１２１は、図５（Ｃ）に示され
るように、真空搬送室１２０内においてその位置を垂直
方向に上昇し、アンローダーユニット１１７側に水平移
動した後、図５（Ｄ）に示されるように、下降して各真
空蓋１２２により、真空搬送室１２０の搬送用開口部１
１９を閉塞する。このとき、アンローダーユニット１１
７の搬送用開口部１１９も搬送アーム１２１の真空蓋１
２２により閉塞される。

【００２８】その後、図６（Ｅ）に示されるように、第
１、第２および第５の成膜ユニット１１１、１１２およ
び１１５内のプッシャー３５およびアンローダーユニッ
ト１１７のプッシャー６７は下降し、第１、第２および
第５の成膜ユニット内では成膜処理が開始するととも
に、アンローダーユニット１１７においては、成膜が完
了した基板３２が取り出される。

【００２９】図６（Ｆ）に示される状態において、第
１、第２および第５の成膜ユニット１１１、１１２およ
び１１５内では成膜プロセスが行われる。成膜プロセス
が終了すると、図７（Ｇ）に示されるように、第１、第
２および第５の成膜ユニット１１１、１１２および１１
５内のプッシャー３５およびアンローダーユニット１１
７のプッシャー６７は上昇し、真空搬送室１２０の搬送
用開口部１１９を閉塞する。

【００３０】その後、搬送アーム１２１は、図７（Ｈ）
に示されるように、真空搬送室１２０内においてその位
置を垂直方向に上昇し、さらに、ローダーユニット１１
６側に水平移動するが、このとき、搬送アーム１２１の
真空蓋１２２のチャック１２３は動作せず、基板３２を
プッシャー３５および６７側に載置したまま、空の状態
で移動する。

【００３１】搬送アーム１２１は、ローダーユニット１
１６側に水平移動した後、図７（Ｉ）に示されるよう
に、下降して各真空蓋１２２により、真空搬送室１２０
の搬送用開口部１１９を閉塞する。このとき、アンロー
ダーユニット１１７の搬送用開口部１１９はアンローダ
ーユニット１１７のプッシャー６７により閉塞されてい
る。

【００３２】次に、図８（Ｊ）に示されるように、ロー
ダーユニット１１６内のプッシャー６６は下降し、新た
な基板の受け入れのために待機するとともに、各成膜ユ
ニット１１１、１１２および１１５内のプッシャー３５
は成膜処理が完了した基板３２をサセプター２７ととも
に支持した状態で新たな基板の受け入れを待機してい
る。

【００３３】この状態において、図８（Ｋ）に示される
ように、ローダーユニット１１６内のプッシャー６６上
に載置されたサセプター２７に新たな基板３２が導入さ
れる。この後の動作は、再び、図５（Ａ）に戻り同じ動
作が繰り返される。

【００３４】以上の動作により、この実施形態において
は、真空搬送室１２０およびその内部に設けられた搬送
アーム１２１により、基板を複数の成膜ユニット間で順
次搬送することができる。

【００３５】この実施形態によれば、単層成膜用のスパ
ッタ装置を必要な数だけ配列し、これらを真空搬送室１
２０により連結することにより多層成膜装置として構成
することができる。

【００３６】上記の実施形態においては、真空搬送室の
長さを各ユニットの長さで標準化し、内部の搬送機構に
ついても同様の標準化をしておくことにより、必要な膜
の層数に合わせて装置を組み合わせるだけで連続多層成
膜装置が構成できる。

【００３７】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。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、多くの実績を持つディ
スク用単層膜成膜装置を母体として、それを連結するだ
けで高品質な成膜性能を有する多層成膜装置が安価に得
られる。

【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】本発明の実施形態を示す多層膜の形成装置の上
面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図４のＡ−Ａ´に沿った断
面図で基板搬送動作を示すための図である。

【図６】（Ｄ）〜（Ｆ）は、図４のＡ−Ａ´に沿った断
面図で、基板搬送動作を示すための図である。

【図７】（Ｇ）〜（Ｉ）は、図４のＡ−Ａ´に沿った断
面図で、基板搬送動作を示すための図である。

【図８】（Ｊ）および（Ｋ）は、図４のＡ−Ａ´に沿っ
た断面図で、基板搬送動作を示すための図である。

【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 １５：スパッタ室蓋体 １８：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 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 １１１〜１１５：成膜ユニット １１６：ローダーユニット １１７：アンローダーユニット １１８：基板搬送機構 １１９：搬送用開口部 １２０：真空搬送室 １２１：搬送アーム １２２：真空蓋 １２３：チャック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 BB02 BD01 CA05 DA01 DA02 KA01 KA09 5F031 CA01 CA02 FA01 FA07 FA12 GA24 GA48 GA49 HA59 HA60 MA28 MA29 NA05 NA08 NA09 5F103 AA08 BB31 BB33 BB36 BB46 RR01 RR10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   収納するサセプター、このサセプターを載置して前記成
   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、ほぼ直線上に配列された複数個の
   単層膜成膜ユニットと、これらの成膜ユニット配列の両
   端に配置された前記基板を搬入するローダーユニットお
   よび前記基板を搬出するアンローダーユニットと、前記
   ローダーユニット、複数の成膜ユニットおよびアンロー
   ダーユニット間を相互に結合するように設けられ、内部
   が真空に保持された真空搬送室と、この真空搬送室内に
   設けられ、前記基板を隣接する前記ローダーユニットお
   よび前記成膜ユニット間、前記成膜ユニット間あるいは
   前記成膜ユニットおよび前記アンローダーユニット間で
   往復運動により搬送する基板搬送機構とからなることを
   特徴とする多層膜の形成装置。
2. 【請求項２】 前記真空搬送室は前記ローダーユニッ
   ト、前記複数の成膜ユニットのロードロック開口部およ
   び前記アンローダーユニットに対応する部分に搬送用開
   口部がほぼ等間隔に配列形成された細長い真空容器によ
   り構成されていることを特徴とする請求項１記載の多層
   膜の形成装置。
3. 【請求項３】 前記基板搬送機構は、前記成膜ユニット
   の個数に1を加えた個数の真空蓋がほぼ等間隔に固定さ
   れた直線状の搬送アームを備えており、前記各真空蓋に
   は前記基板を保持するチャック機構が設けられているこ
   とを特徴とする請求項２記載の多層膜の形成装置。
4. 【請求項４】 前記搬送アームは、前記複数の成膜ユニ
   ットの配置間隔に等しい距離だけ、その長手方向に往復
   移動するとともに、前記長手方向に直行する方向に往復
   運動することを特徴とする請求項３記載の多層膜の形成
   装置。
5. 【請求項５】 前記搬送アームは、前記ローダーユニッ
   トおよび前記複数の成膜ユニットのロードロック開口部
   に配置された複数の基板を前記各真空蓋のチャック機構
   により保持して、前記真空搬送室内に前記各搬送用開口
   部を介して移動させ、次いで前記真空搬送室内において
   前記複数の成膜ユニットの配置間隔に等しい距離だけ、
   前記搬送アームの長手方向に移動した後、再び、前記各
   搬送用開口部を介して前記真空搬送室外に移動させるこ
   とを特徴とする請求項４記載の多層膜の形成装置。
6. 【請求項６】 前記真空搬送室の各搬送用開口部は、前
   記搬送アームにより前記基板が移動する際は、前記複数
   の真空蓋あるいは前記ローダーユニット、前記複数の成
   膜ユニットのロードロック開口部および前記アンローダ
   ーユニットに設けられたプッシャーに駆動されるサセプ
   ターにより閉塞されることを特徴とする請求項５記載の
   多層膜の形成装置。