JP4557418B2 - 多層膜の形成装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (7)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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