JPH07310183A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全体の構成が簡素化され、それだけ安価に製
作でき、個々のロードロック室を効率よく使用して所望
のスループットを達成できる成膜装置を提供する。 【構成】 二つのロードロック室１７を連設した真空成
膜容器１内に３個の基板支持トレイ２を配置し、それら
トレイにはロードロック室内側開口１７４を閉じる蓋体
を兼ねさせ、両端部にトレイ支持部３０２を備えた水平
回動アーム３０１にてそれらトレイを順次搬送し、一方
（他方）のロードロック室１７から搬入した基板Ｓを成
膜後、他方（一方）のロードロック室１７から搬出する
ようにした成膜装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム等によるス
パッタリングの手法で成膜するイオンビームスパッタリ
ング成膜（ＩＢＳ）、スパッタリング等による真空蒸着
にイオンビーム照射を併用したイオン蒸着薄膜形成（Ｉ
ＶＤ）等の物理的蒸着法などによる基板への成膜装置、
特に量産装置として有利な成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスの製造、各種機械部
品の耐摩耗性能の向上等のために基板上に目的に適った
膜を形成することが行われている。主として量産目的で
用いられているものの代表例としてＩＢＳ成膜装置をと
りあげ、その１例を図７〜図９を参照して説明する。図
７は装置全体の構成を上方から見て概略的に示した図で
あり、図８は一部の断面図であり、図９は装置主要部の
動作タイミングを示すタイムチャートである。

【０００３】この成膜装置は図７に示すように、真空成
膜容器１を含んでいる。容器１内にはスパッタターゲッ
ト１１が配置され、これに対しイオンを照射するイオン
源１２が設けられている。ターゲット１１の下方には成
膜対象基板Ｓへの成膜位置Ｐがあり、その周囲に容器１
内壁へ続くカバー壁部１３（図８も参照）が形成されて
いる。また、容器１には図示しない排気装置が接続され
ており、それによって容器１内が所定の成膜真空度とさ
れる。

【０００４】容器１のうちカバー壁部１３を境にしてイ
オン源１２等とは反対側の部分（図示例では壁部１３よ
り下方部分）の側面に合計四つのロードロック室１４が
連設されている。各ロードロック室１４は左右の向きや
配置位置が異なる等の点を除けば、いずれも図８に示す
構造のものである。各ロードロック室１４の外部に通じ
る開口１４１は扉１５にて開閉される。扉１５は閉扉
時、開口周囲部分の上端面に装着したオーリング１５１
に気密に接する。各ロードロック室１４の容器１に通じ
る内側開口１４２は角型のゲートバルブ１６にて気密に
閉じられ、又は開かれる。また、各ロードロック室１４
には、排気管１４ａ及びベント管１４ｂが接続されてお
り、排気管１４ａは図示しない排気装置に、ベント管１
４ｂは図示しないベントガス供給部に接続されている。

【０００５】成膜対象基板Ｓを支持する基板支持トレイ
２は４個用いられる。各トレイ２は上部円板部２１とそ
れに一体で該円板部より小外径の下部円筒脚部２２を有
し、円板部２１の上面には基板Ｓを載置する円形凹部２
３を形成してある。また、容器１には各ロードロック室
１４に対しそれぞれトレイ搬送アーム機構３が設けられ
ている。各アーム機構３は、屈曲水平アーム３１を有
し、これは縦方向の軸棒３２の上端部に片持ち支持さ
れ、自由端部にリングの一部を欠除した円形リング状の
トレイ支持部３１１を有している。トレイ２は、その脚
部２２においてトレイ支持部３１１に上方から嵌まり乗
ることができる。また、その状態で下方から突き上げら
れることで、トレイ支持部３１１の上方へ離れ、上昇す
ることができる。前記の軸棒３２は容器１外側に設けた
回転駆動部３３にて往復回動される。アーム３１に支持
されたトレイ２は、駆動部３３の運転にて対応する一つ
のロードロック室１４内の基板受け取り位置Ｑ３に臨む
位置Ｑ１と容器１内の成膜位置Ｐに臨む位置Ｑ２とを往
復できる。

【０００６】各ロードロック室１４にはトレイ昇降機構
４を設けてあり、該機構４はトレイ２を、その下面に当
接して下方から支持するトレイ支持部材４１、該部材を
上端部で支持する縦方向の軸棒４２、軸棒４２を昇降さ
せる室外の駆動部４３を含む。トレイ支持部材４１は搬
送アーム機構３の水平アーム３１におけるトレイ支持部
３１１を貫通して昇降できる形状、サイズのものであ
る。搬送アーム機構３のアーム３１のトレイ支持部３１
１に支持されて位置Ｑ１に置かれたトレイ２は、装置４
の駆動部４３の運転にてトレイ支持部材４１が上昇する
ことでそれに支持されて突き上げられ、成膜対象基板Ｓ
を受け取る位置Ｑ３に配置保持される。また、その位置
から駆動部４３を逆運転することで、位置Ｑ３のトレイ
２を下降させ、下で待ち受けるトレイ支持部３１１に載
置することができる。

【０００７】搬送アーム機構３のトレイ支持部３１１に
支持されて成膜位置Ｐに臨む位置Ｑ２に配置されるトレ
イ２は、もう一つのトレイ昇降機構５によって位置Ｑ２
から成膜位置Ｐまでを昇降駆動される。昇降機構５は、
水平アーム５１を有し、これは縦方向の軸棒５２の上端
部に片持ち支持され、自由端部に軸受部５４にてトレイ
ホルダー５３を回転自在に支持している。トレイホルダ
ー５３は、トレイ搬送アーム機構３の水平アーム３１に
おけるトレイ支持部３１１を貫通昇降できる形状、サイ
ズのものであり、トレイ２を、その下面に当接して下方
から支持できる。軸棒５２は容器１外の駆動部５５にて
昇降駆動される。アーム３１のトレイ支持部３１１に支
持されて位置Ｑ２に置かれたトレイ２は、昇降機構５の
駆動部５５の運転にてホルダー５３が上昇することでそ
れに支持されて成膜位置Ｐまで突き上げられ、トレイ２
に支持された基板Ｓは位置Ｐに配置保持される。また、
その状態から駆動部５５を逆運転することで位置Ｐの基
板Ｓ及びこれを支持するトレイ２を下降させ、下で待ち
受けるトレイ支持部３１１に載置することができる。

【０００８】基板Ｓは位置Ｐに配置されたとき、その周
縁部が前述のカバー壁部１３にて覆われ、成膜すべき部
分はターゲット１１に対し露出せしめられる。なおこの
例では、基板Ｓ周縁部は、基板Ｓを成膜中回転させるた
めに、カバー壁部１３に接触することなく、それに接近
配置される。位置Ｐに配置されたトレイ２は、成膜操作
中、回転駆動機構６にて回転され、それによって該トレ
イ２に支持された基板Ｓも回される。

【０００９】機構６は、トレイ昇降機構５のホルダー５
３をアーム５１に回転自在に支持する軸受部５４を構成
要素の一部とするもので、さらに、ホルダー５３を支持
する回転軸５３１にスプライン軸機構による伸縮継手６
１を介して連結された縦軸棒６２及び該軸棒に連結され
た容器１外の回転駆動部６３を含んでいる。すなわち、
成膜位置Ｐに上昇せしめられたトレイ２は、駆動部６３
の運転にて回転駆動され、それによって基板Ｓも回さ
れ、その表面に均一に膜形成される。

【００１０】以上説明した成膜装置によると、図９に示
すタイムチャートに従って成膜が行われる。このタイム
チャートにおいてハンドリングマシンＡは図７に示すよ
うに、隣り合う二つのロードロック室１４、１４に対し
その近傍に設置されているもので、これから成膜しよう
とする基板Ｓを図示しない基板搬送ラインからロードロ
ック室１４における基板受け取り位置Ｑ３のトレイ２上
に搬入するとともに同位置にあるトレイ２から成膜済の
基板Ｓを搬出するものである。また、ハンドリングマシ
ンＢは図１に示すように、隣り合う他のロードロック室
１４、１４に対しその近傍に設置されているもので、マ
シンＡと同様のものである。

【００１１】また、タイムチャートにおいてロードロッ
ク室１、ロードロック室２、角型バルブ１、搬送アーム
１等の部品名のあとの数字は、その部品が、「１」につ
いては一つ目のロードロック室１４に関係するものであ
ることを示し、同様に、「２」については二つ目のロー
ドロック室に、「３」については三つ目のロードロック
室に、「４」については四つ目のロードロック室にそれ
ぞれ関係するものであることを示している。四つあるロ
ードロック室１４のうち一つ目、二つ目、三つ目、四つ
目のものは図７において（１）、（２）、（３）、
（４）で示してある。また、「ロードロック室昇降機
構」はロードロック室１４におけるトレイ昇降機構４
を、「ホルダー昇降機構」は容器１に対するトレイ昇降
機構５を示し、「角型バルブ」はロードロック室１４に
おける角型のゲートバルブ１６を、「搬送アーム」はト
レイ搬送アーム機構３における水平アーム３１（或いは
そのトレイ支持部３１１）を示している。

【００１２】成膜にあたり真空成膜容器１内は図示しな
い排気装置により所定の成膜真空度にされる。そして当
初、各部は図７に示し、次に説明する状態におかれる。
一つ目及び二つ目のロードロック室１４（１）、１４
（２）について。扉１５、ゲートバルブ１６は閉めら
れ、トレイ搬送アーム機構３のアーム３１は容器１内の
ゲートバルブ近傍待機位置に置かれる。室１４（１）、
１４（２）ではトレイ２がトレイ昇降機構４に支持さ
れ、基板受け取り位置Ｑ３に配置される。室１４
（１）、１４（２）は大気圧である。三つ目のロードロ
ック室１４（３）について。

【００１３】扉１５、ゲートバルブ１６は閉められる。
トレイ搬送アーム機構３のアーム３１は容器１内のゲー
トバルブ近傍待機位置に置かれる。室１４（３）ではト
レイ２がトレイ昇降機構４に支持され、基板受け取り位
置Ｑ３に配置される。室１４（３）は排気管１４ａを介
して図示しない排気装置により容器１内と略同等の真空
度とされる。

【００１４】四つ目のロードロック室１４（４）につい
て。扉１５は閉められ、ゲートバルブ１６は開けられ
る。トレイ搬送アーム機構３のアーム３１は容器１内側
へ回動され、そのトレイ支持部３１１は成膜位置Ｐの下
方に配置される。室１４（４）ではトレイ昇降機構４の
トレイ支持部材４１が空のまま（トレイ２を支持しない
で）下降位置におかれる。室１４（４）内は容器１内と
同じ真空圧である。容器１に対するトレイ昇降機構５に
ついて。

【００１５】そのトレイホルダー５３がトレイ２を支持
して成膜位置Ｐに保持している。但し当初は基板Ｓを支
持していない。フローチャートによると、この時点で成
膜が行われているが、当初については成膜操作は実行さ
れない。以上の当初状態から、例えば一つ目のロードロ
ック室１４（１）については、扉１５を開け、ハンドリ
ングマシンＡにて基板Ｓを搬入し、トレイ２に載置す
る。次いで扉１５を閉じ、ロードロック室１４（１）内
を排気管１４ａを介して排気し、ｔｅ秒かけて容器１内
と略同等の真空度にする。引き続きゲートバルブ１６を
開け、室１４（１）に対応するアーム３１を該室内へ回
動移動し、該アームのトレイ支持部３１１をトレイ２の
下方位置Ｑ１に配置し、該支持部３１１にトレイ２を載
置する。その後アーム３１を復帰回動させ、さらに回し
てトレイ支持部３１１及びそれに支持された基板Ｓを成
膜位置Ｐ下方の位置Ｑ２に配置する。

【００１６】なお、このような操作と並行して、ロード
ロック室１４（４）に係わるトレイ２を、容器１におけ
るトレイ昇降機構５のトレイホルダー５３を下降させる
ことで成膜位置Ｐから下降させ、室１４（４）に対応す
るアーム３１のトレイ支持部３１１に載置し、該アーム
を回動させてロードロック室１４（４）へ移動させてお
く。

【００１７】位置Ｑ２に配置された、ロードロック室１
４（１）に係わるトレイ２は、昇降機構５においてホル
ダー５３を上昇させることで成膜位置Ｐまで上昇させ、
かくして基板Ｓもその位置に配置する。ここでイオン源
１２からスパッタターゲット１１にイオン照射し、発生
したスパッタ粒子を基板Ｓ表面に飛来させて成膜する。
また、この成膜中、トレイ２を回転駆動機構６にて回
し、それによって基板Ｓを回して該基板表面に均一に膜
形成する。成膜時間は数秒程度である。

【００１８】トレイ２の基板を支持していない部分や他
の機構部分等への着膜はカバー壁部１３により防止す
る。成膜が終了すると、ホルダー５３を下降させ、基板
支持トレイ２をアーム３１におけるトレイ支持部３１１
に載置する。そのあと、アーム３１を元のロードロック
室１４（１）内へ回動移動し、トレイ２を位置Ｑ１に配
置し、ここでトレイ昇降機構４のトレイ支持部材４１を
上昇させ、それによってトレイ２をアーム３１から分離
して位置Ｑ３まで上昇させる。その後アーム３１を待機
位置まで後退回動させ、アーム３１が出たあとゲートバ
ルブ１６を閉じ、室１４（１）内にベント管１４ｂを介
してベントガスを供給し、室内圧力を大気圧とし、その
あと扉１５を開け、成膜済み基板Ｓをハンドリングマシ
ンＡにより搬出し、次の基板Ｓを搬入して再び扉１５を
閉める。

【００１９】一つのロードロック室に関する基板の搬
入、成膜、基板の搬出は以上のとおりであり、この操作
を順次追いかけるようにして他のロードロック室に関し
てもタイムチャートに示すタイミングで同様の手順で基
板の搬入、成膜、基板の搬出が行われる。その結果、成
膜位置Ｐにおける成膜操作についてみれば、一つの成膜
終了後、次の基板が成膜位置に配置され、それに対し成
膜を行い、該成膜が終了するまでの成膜１サイクルの時
間はタイムチャートに示すようにｔ秒であり、換言すれ
ば、スループットは基板１枚／ｔ秒である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
成膜装置によると、所望のスループットを達成するため
に、ロードロック室１４、トレイ搬送アーム機構３、ロ
ードロック室のトレイ昇降機構４、ゲートバルブ１６が
４セット必要であり、それだけコスト高につき、また、
個々のロードロック室１４についてみたとき、そこから
基板Ｓが真空成膜容器１内へ搬出され、成膜され、再び
該室に戻ってくるまでの間、該室は空の状態で待機して
いなくてはならず、その間の時間が無駄に消費されると
いう問題がある。

【００２１】そこで本発明は、全体の構成が簡素化さ
れ、それだけ安価に製作でき、個々のロードロック室を
効率よく使用して所望のスループットを達成できる成膜
装置を提供することを課題とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の成膜装置は、成膜対象基板を搬入搬出する二つのロ
ードロック室をそれぞれ連設された真空成膜容器と、前
記容器内に配置され、前記ロードロック室の該容器内に
通じる内側開口を開閉する内蓋を兼ねる複数の基板支持
トレイと、前記ロードロック室のそれぞれにつき設けら
れたトレイ搬送アーム機構であって、両端部にトレイ支
持部を設けたアームを有し、一方のトレイ支持部が対応
するロードロック室の内側開口に臨むと同時に他方のト
レイ支持部が成膜位置に臨むことができるように該アー
ムが設置され、回転駆動されるものと、前記ロードロッ
ク室のそれぞれにつき設けられたトレイ昇降機構であっ
て、対応する前記トレイ搬送アーム機構におけるアーム
上のトレイ支持部に支持されてロードロック室内側開口
に臨む位置に配置されるトレイを該トレイ支持部から上
昇させて内側開口閉じ位置に配置保持でき、逆に該閉じ
位置に配置したトレイを下降させて該内側開口に臨む位
置に配置される前記アーム上のトレイ支持部に載置でき
るものと、前記真空成膜容器に対し設けられたトレイ昇
降機構であって、一方のトレイ搬送アーム機構における
アーム上のトレイ支持部に支持されて前記成膜位置に臨
む位置に配置されるトレイを該トレイ支持部から上昇さ
せて成膜位置に配置保持でき、逆に該成膜位置に配置し
たトレイを下降させて該成膜位置に臨む位置に配置され
る他方のトレイ搬送アーム機構におけるアーム上のトレ
イ支持部に載置できるものとを備えたことを特徴とす
る。

【００２３】各基板支持トレイにロードロック室内側開
口を確実に気密に閉じさせるために、該内側開口の周囲
部分に、又はトレイ自身に気密シール用の弾性リング、
例えばオーリングを装着することが望ましい。トレイ自
身に気密シール用弾性リングを装着する場合、前記成膜
位置に、該位置に配置される基板の周縁部に当接すると
ともに該基板を支持しているトレイの該気密シール用弾
性リングを気密に接触させて該基板をトレイとの間に挟
持するリング部材を臨設し、このリング部材を、通常他
部への膜形成を防止するために設けられる成膜位置周囲
のカバー部に支持機構を介して回転自在に配置すること
が考えられる。かかる支持機構としては、簡単なものと
して、例えば外輪が該カバー部に固定され、内輪が前記
リング部材を支持するボールベアリングを含む機構が考
えられる。

【００２４】このような構造を採用することで、成膜位
置に配置される基板は、その周縁部が、該回転自在のリ
ング部材に当接する一方、該基板を支持するトレイに装
着された気密シール用弾性リングが該リング部材に弾力
的に気密に接することで該リング部材とトレイとの間に
挟持され、成膜操作中トレイが回転駆動されると、該シ
ール用弾性リングと前記リング部材との摩擦力でリング
部材が従動回転し、かくして、基板はリング部材とトレ
イに挟持された状態でトレイに対しすべることなく回転
駆動され、所望の高速回転が達成される。また、気密シ
ール用弾性リングがリング部材に気密に接することで、
トレイ搬送アーム機構やトレイ昇降機構等、さらにはロ
ードロック室内側開口の閉塞に携わる該気密シール用弾
性リングの面への着膜が防止される。

【００２５】また、このような構造を採用する場合、基
板周縁部が前記リング部材に当接せしめられるときの基
板への衝撃を緩和するため、トレイの基板載置部に、例
えば弾性ゴムシートのようなクッションシートを敷設し
ておくことが考えられる。

【００２６】

【作用】次に本発明に係る成膜装置の動作を説明する
が、理解を容易にするため、後述する実施例における部
品符号を参考に括弧書きして説明する。但し、本発明は
後述する実施例に限定されるものではない。本発明成膜
装置によると、当初は、各ロードロック室（１７
（１）、１７（２））の室外に通じる開口を開閉する扉
（１７１）を閉じ、各ロードロック室においてトレイ
（２）をトレイ昇降機構（４）に支持してロードロック
室内側開口を閉じる位置（Ｑ３）に保持する。また、各
トレイ搬送アーム機構（３０）におけるアーム（３０
１）を真空成膜容器（１）内の待機位置（Ｑ４１、Ｑ４
２）に配置する。 また、真空成膜容器（１）において
そこのトレイ昇降機構（５）のホルダー（５３）を上昇
させ、空トレイ（２）を成膜位置に保持させる。当初は
未だ成膜操作は実施しない（以上図１参照）。

【００２７】成膜にあたり真空成膜容器（１）内を排気
装置により所定の成膜真空度に排気する。そして一方の
ロードロック室（１７（１））の扉（１７１）を開け、
これから成膜しようとする基板（Ｓ）を搬入してトレイ
（２）に載置し、該扉を閉じ、そのロードロック室内を
排気し、真空成膜容器内と略同等の真空度とする。その
真空度が達成される頃、該ロードロック室（１７
（１））に対応するトレイ搬送アーム機構（３０）のア
ーム（３０１）の一方のトレイ支持部（３０２）を成膜
位置（Ｐ）のトレイ（２）に臨む位置（Ｑ２）に回動移
動させるとともに、他方のトレイ支持部（３０２）をロ
ードロック室（１７（１））の前記基板（Ｓ）を載置さ
れたトレイ（２）に臨む位置（Ｑ１）に回動移動させ
る。引き続きトレイ昇降機構（５）を下降させて成膜位
置の空トレイ（２）を前記一方のトレイ支持部（３０
２）に載置するとともに、一方のロードロック室（１７
（１））においてトレイ昇降機構（４）により基板
（Ｓ）載置済みのトレイ（２）を下降させ、前記他方の
トレイ支持部（３０２）に載置する。

【００２８】その後該アーム（３０１）を回転させ、該
他方のトレイ支持部（３０２）及びそこに支持された基
板載置トレイ（２）を成膜位置（Ｐ）に臨む位置（Ｑ
２）に配置するとともに前記一方のトレイ支持部（３０
２）をロードロック室（１７（１））の内側開口に臨む
位置（Ｑ１）に配置する。ここで容器（１）に対し設け
たトレイ昇降機構（５）により該基板載置トレイ（２）
を前記他方のトレイ支持部（３０２）から上昇させ、成
膜位置（Ｐ）に配置保持するとともに、ロードロック室
（１７（１））に配置さた前記一方のトレイ支持部（３
０２）から、該室のトレイ昇降機構（４）により空トレ
イ（２）を上昇させ、ロードロック室内側開口を閉じる
位置（Ｑ３）に保持する。次いで空になったアーム（３
０１）を前述の待機位置（Ｑ４１）へ戻す一方、成膜位
置（Ｐ）に置かれた基板（Ｓ）に対し成膜を開始する。
この成膜中、前記一方のロードロック室（１７（１））
において、室内圧力を大気圧と略同等にベント操作し、
前述と同様にして次の基板（Ｓ）を搬入し、トレイ
（２）に載置して次の成膜に備える。

【００２９】以上の操作中、一方のロードロック室（１
７（１））においてトレイ（２）への基板載置後、該室
内が容器（１）内と略同等の所定真空度とされた頃、他
方のロードロック室（１７（２））において、一方のロ
ードロック室（１７（１））における場合と同様にして
トレイ（２）への基板載置を完了させ、前記成膜位置
（Ｐ）に配置された基板（Ｓ）への成膜終了と同じ頃、
該他方のロードロック室（１７（２））における真空排
気も完了させ、さらに該他方のロードロック室（１７
（２））に対応するトレイ搬送アーム機構（３０）のア
ーム（３０１）の一方のトレイ支持部（３０２）を該他
方のロードロック室（１７（２））を閉じているトレイ
（２）に臨む位置（Ｑ１）に配置するとともに該アーム
の他方の空のトレイ支持部（３０２）を成膜位置トレイ
（２）の下方位置（Ｑ２）に配置する。

【００３０】かくして成膜位置の成膜終了した基板
（Ｓ）を支持しているトレイ（２）を容器（１）におけ
るトレイ昇降装置（５）により下降させ、待機するトレ
イ支持部（３０２）に載置すると同時的に、他方のロー
ドロック室（１７（２））においてそこのトレイ昇降装
置（４）により、次の基板（Ｓ）が載置されたトレイ
（２）を下降させ、待ち受けるトレイ支持部（３０２）
に載置する。

【００３１】その後、該アーム（３０１）を回転させ、
成膜済み基板（Ｓ）は他方のロードロック室（１７
（２））に臨む位置（Ｑ１）に配置するとともに次の基
板（Ｓ）を成膜位置（Ｐ）に臨む位置（Ｑ２）に配置す
る。引き続き他方のロードロック室（１７（２））にお
けるトレイ昇降機構（４）により成膜済み基板支持トレ
イ（２）を上昇させ、該ロードロック室（１７（２））
の内側開口を閉じる位置（Ｑ３）に配置するとともに成
膜位置（Ｐ）に臨んでいるトレイ（２）を上昇させ、そ
の上の基板（Ｓ）を成膜位置（Ｐ）に配置し、成膜開始
する。ここでアーム（３０１）を容器（１）内の待機位
置（Ｑ４２）へ回動する。他方のロードロック室（１７
（２））では室内圧力を大気圧と略同等になるまでベン
ト操作し、その扉（１７１）を開け、成膜済み基板
（Ｓ）を搬出する一方、次の基板（Ｓ）を搬入してトレ
イ（２）に載置し、再び該扉（１７１）を閉める。

【００３２】そして前記２番目の基板（Ｓ）の成膜が終
了すると、それは一方のロードロック室（１７（１））
に対応するトレイ搬送アーム機構（３０）のアーム（３
０１）におけるトレイ支持部（３０２）に載置して該一
方のロードロック室（１７（１））側へ搬送し、該ロー
ドロック室から搬出する。また、これと入れ代わりに、
該一方のロードロック室（１７（１））において既に準
備されていたさらに次の基板（Ｓ）を支持したトレイ
（２）を成膜位置（Ｐ）側へ搬入する。

【００３３】以上の操作が繰り返され、基板はいずれか
一方のロードロック室から搬入され、成膜後は他方のロ
ードロック室から搬出される。そして、各ロードロック
室は効率良く利用される。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１から図５は本発明の１実施例を示すもので、
図１は１実施例の全体の構成を上方から見て概略的に示
した図である。図２は図１に示す成膜装置の一部の断面
図であり、基板支持トレイを成膜位置直下に配置してい
る状態を示している。図３は図１に示す成膜装置の一部
の断面図であり、基板支持トレイを成膜位置に配置した
状態を示している。図４は図１に示す装置の動作説明図
であり、図５は図１に示す装置主要部の動作タイミング
を示すタイムチャートである。図６は本発明の他の実施
例の一部を示す断面図である。

【００３５】図１から図５に示す成膜装置はＩＢＳ成膜
装置である。この成膜装置は、図１に示すように、成膜
対象基板Ｓを搬入搬出する二つのロードロック室１７を
それぞれ連設された真空成膜容器１０と、容器１０内に
配置された３個の基板支持トレイ２と、各ロードロック
室１７に対し設けられた合計２台のトレイ搬送アーム機
構３０と、各ロードロック室１７に対し設けられた合計
２台のトレイ昇降機構４と、真空成膜容器１０に対し設
けられたトレイ昇降機構５と、成膜中、トレイ２及びそ
れに支持された基板Ｓを回転させる回転駆動機構６とを
備えている。

【００３６】容器１０内にはスパッタターゲット１１が
配置され、これに対しイオンを照射するイオン源１２が
設けられている。ターゲット１１の下方には成膜対象基
板Ｓへの成膜位置Ｐがあり、その周囲に容器１内壁へ続
くカバー壁部１３０（図２及び図３参照）が形成されて
いる。また、容器１０には図示しない排気装置が接続さ
れており、それによって容器１０内が所定の成膜真空度
とされる。

【００３７】各ロードロック室１７は左右の向きや配置
位置が異なる等の点を除けば、いずれも図２及び図３に
示す構造のものである。各ロードロック室１７の外部に
通じる開口１７２は扉１７１にて開閉される。扉１７１
は閉扉時、開口周囲部分の上端面に装着したオーリング
１７３に気密に接する。各ロードロック室１７の容器１
に通じる内側開口１７４はトレイ２によって開閉され
る。また、各ロードロック室１７には、排気管１７５及
びベント管１７６が接続されており、排気管１７５は図
示しない排気装置に、ベント管１７６は図示しないベン
トガス供給部に接続されている。さらに、扉１７１の下
面には負圧作用で基板Ｓを保持できる基板保持管１７７
が設けられている。この扉１７は、図１に示すように各
ロードロック室１７近傍に設置されたハンドリングマシ
ン１ａ（２ａ）のハンドリングアームを兼ねるもので、
該マシンはこれから成膜しようとする基板Ｓを図示しな
い基板搬送ラインからロードロック室１７に搬入する一
方、該ロードロック室１７から基板を搬出することがで
き、搬入搬出操作後は扉１７によりロードロック室１７
を気密に閉じることができる。

【００３８】各トレイ２は先に説明した従来のトレイと
略同構造のものであり、上部円板部２１とそれに一体で
該円板部より小外径の下部円筒脚部２２を有し、円板部
２１の上面には基板Ｓを載置する円形凹部２３を形成し
てある。但しこのトレイでは、凹部２３が従来のものよ
り深く形成され、その底にクッションゴムシート２４を
敷設してあり、この上に基板Ｓが載置される。また、基
板支持凹部２３の周囲部分上面に気密シール用オーリン
グ２０を装着してある。このオーリング２０はトレイ２
でロードロック室の内側開口１７４を閉じるとき、該開
口周囲部分に気密に接する。

【００３９】各トレイ搬送アーム機構３０は、水平アー
ム３０１を有し、これはその中央部が縦方向の軸棒３０
３の上端部に支持され、各自由端部にリングの一部を欠
除した円形リング状のトレイ支持部３０２を有してい
る。トレイ２は、その脚部２２においてトレイ支持部３
０２に上方から嵌まり乗ることができる。また、その状
態で下方から突き上げられることで、トレイ支持部３０
２の上方へ離れ、上昇することができる。前記の軸棒３
０３は容器１外側に設けた回転駆動部３０４にて回動さ
れる。さらに説明すると、アーム３０１は回転駆動部３
０４にて、その一方の（又は他方の）トレイ支持部３０
２が対応するロードロック室１７の容器１内に通じる内
側開口１７４に臨む位置Ｑ１に位置すると同時に、他方
の（又は一方の）トレイ支持部３０２が成膜位置Ｐに臨
む位置Ｑ２に位置することができ、また、両トレイ支持
部３０２が容器１内の待機位置Ｑ４１（Ｑ４２）に位置
することができるように回動される。

【００４０】なお、トレイ支持部３０２は、後述するト
レイ昇降機構４の昇降軸棒４２が上昇しているときで
も、該トレイ支持部における前記欠除部分で該軸棒に対
し外嵌し、又は外嵌状態から外れるように移動できる。
各ロードロック室１７におけるトレイ昇降機構４は既述
の従来装置におけるロードロック室のトレイ昇降機構４
と同様の構造、作用のものである。この機構４は、トレ
イ支持部材４１を上端部で支持する縦方向の軸棒４２、
軸棒４２を昇降させる室外の駆動部４３を含む。トレイ
搬送アーム機構３０のアーム３０１のトレイ支持部３０
２に支持されて位置Ｑ１に置かれたトレイ２は、装置４
の駆動部４３の運転にてトレイ支持部材４１が上昇する
ことでそれに支持されて突き上げられ、ロードロック室
内側開口１７４を閉じる位置Ｑ３に配置保持される。ま
た、その位置から駆動部４３を逆運転することで、位置
Ｑ３のトレイ２を下降させ、下で待ち受けるトレイ支持
部３０２に載置することができる。トレイ支持部材４１
の形状、サイズは前記搬送アーム機構３０におけるトレ
イ支持部３０２を貫通昇降できるものである。

【００４１】また、容器１について設けたトレイ昇降機
構５についても、既述の従来装置におけるトレイ昇降機
構５と同様の構造、作用のものである。この機構５は、
水平アーム５１を有し、これは縦方向の軸棒５２の上端
部に片持ち支持され、自由端部に軸受部５４にてトレイ
ホルダー５３を回転自在に支持している。トレイホルダ
ー５３は、トレイ搬送アーム機構３０のアーム３０１に
おけるトレイ支持部３０２を貫通昇降できる形状、サイ
ズのものであり、トレイ２を、その下面に当接して下方
から支持できる。軸棒５２は容器１外の駆動部５５にて
昇降駆動される。アーム３０１のトレイ支持部３０２に
支持されて位置Ｑ２におかれたトレイ２は、昇降機構５
の駆動部５５の運転にてホルダー５３が上昇することで
それに支持されて成膜位置Ｐまで突き上げられ、トレイ
２に支持された基板Ｓは位置Ｐに配置保持される。ま
た、その状態から駆動部５５を逆運転することで位置Ｐ
の基板Ｓ及びこれを支持するトレイ２を下降させ、下で
待ち受けるトレイ支持部３０２に載置することができ
る。

【００４２】成膜中、トレイ２及びそれに支持された基
板Ｓを回転させる回転駆動機構６についても、既述の従
来装置における回転駆動機構６と同構造、作用のもので
ある。ここではその説明を省略する。従来のものと同じ
部品については同じ参照符号を付してある。また、前記
の成膜位置Ｐには円形リング部材７を臨設し、これを支
持機構８を介してカバー壁部１３０に回転自在に支持さ
せてある。

【００４３】円形リング部材７は内周縁部下面に基板Ｓ
周縁部上面に当接する浅い段部７１を有するとともに該
段部７１に連続する平坦下面７２を有している。平坦下
面７２はトレイ２上のオーリング２０が圧接される部分
である。支持機構８はカバー付きボールベアリング８１
を含み、その外輪８１１は円形リングの形状の支持部材
９１１により外周面及び下面を抱かれるとともに、該支
持部材にネジ留めされた円形リング形の押さえ部材９１
２により上面を押さえられている。そして支持部材９１
１はカバー壁部１３０にネジで固定されている。

【００４４】ベアリング８１の内輪８１２は円形リング
形の支持部材９１３で上面及び内周面を抱かれており、
前記のリング部材７はこの部材にネジで固定されてい
る。リング部材７の後部７３の上面は浅い段部に形成さ
れており、この段部は内輪８１２の下面に押しつけられ
ている。かくして、リング部材７はボールベアリング８
１を介してカバー壁部１３０に回転自在に支持されてい
る。

【００４５】以上説明した成膜装置によると、図４に示
す動作説明及び図５に示すタイムチャートに従って成膜
が行われる。図５のタイムチャートにおいてロードロッ
ク室１、ロードロック室２、角型バルブ１、搬送アーム
１等の部品名のあとの数字は、その部品が、「１」につ
いては一つ目のロードロック室１７に関係するものであ
ることを示し、同様に、「２」については二つ目のロー
ドロック室１７に関係するものであることを示してい
る。二つのロードロック室１７のうち一つ目、二つ目の
ものは図１において（１）、（２）で示してある。ま
た、「ロードロック室昇降機構」はロードロック室１７
におけるトレイ昇降機構４を、「ホルダー昇降機構」は
容器１に対するトレイ昇降機構５を示し、「搬送アー
ム」はトレイ搬送アーム機構３０における水平アーム３
０１（或いはそのトレイ支持部３０２）を示している。

【００４６】また、図５のタイムチャートにおいてハン
ドリングマシン１ａ、２ａの動作ラインが上下２重に描
かれているのは、該マシンが一方ではロードロック室に
対し基板搬入搬出動作をする一方、図示しない基板搬送
ラインに対し基板の受け渡し動作をするからである。当
初は、各ロードロック室１７（１）、１７（２）の室外
に通じる開口１７２を開閉する扉１７１を閉じ、各ロー
ドロック室においてトレイ２をトレイ昇降機構４に支持
してロードロック室内側開口１７４を閉じる位置Ｑ３に
保持する。また、各トレイ搬送アーム機構３０における
アーム３０１を真空成膜容器１内の待機位置Ｑ４１、Ｑ
４２に配置する。また、真空成膜容器１においてそこの
トレイ昇降機構５のホルダー５３を上昇させ、空トレイ
２を成膜位置Ｐに保持させる。当初は未だ成膜操作は実
施しない（以上図１参照）。

【００４７】成膜にあたり真空成膜容器１内を図示しな
い排気装置により所定の成膜真空度に排気する。そして
一方のロードロック室１７（１）の扉１７１を開け、こ
れから成膜しようとする基板Ｓをハンドリングマシン１
ａで搬入してトレイ２に載置し、該扉を閉じ、そのロー
ドロック室内を排気管１７５を介して図示しない排気装
置により従来装置と同様にｔｅ秒かけて排気し、真空成
膜容器内と略同等の真空度とする。

【００４８】その真空度が達成される頃、該ロードロッ
ク室１７（１）に対応するトレイ搬送アーム機構３０の
アーム３０１の一方のトレイ支持部３０２を成膜位置Ｐ
のトレイ２に臨む位置Ｑ２に回動移動させるとともに、
他方のトレイ支持部３０２をロードロック室１７（１）
の前記基板Ｓを載置されたトレイ２に臨む位置Ｑ１に回
動移動させる（図４（Ａ）参照）。なお、図４（Ａ）に
は基板に関し「ＯＵＴ」、「成膜」との記載があり、図
５のタイムチャートでも「成膜」状態であるが、この時
点では基板の搬出「ＯＵＴ」も成膜も行われない。

【００４９】引き続きトレイ昇降機構５のホルダー５３
を下降させて成膜位置の空トレイ２を一方のトレイ支持
部３０２に載置するとともに、ロードロック室１７
（１）においてトレイ昇降機構４により基板Ｓ載置済み
のトレイ２を下降させ、他方のトレイ支持部３０２に載
置する（図４（Ｂ）参照）。その後該アーム３０１を反
対方向に１８０度回転させ、該他方のトレイ支持部３０
２及びそこに支持された基板載置トレイ２を成膜位置Ｐ
に臨む位置Ｑ２に配置するとともに一方のトレイ支持部
３０２をロードロック室１７（１）の内側開口１７４に
臨む位置Ｑ１に配置する（図４（Ｃ）参照）。

【００５０】ここで容器１に対し設けたトレイ昇降機構
５のホルダー５３を上昇させて基板載置トレイ２を他方
のトレイ支持部３０２から上昇させ、成膜位置Ｐに配置
保持するとともに、ロードロック室１７（１）に配置さ
た前記一方のトレイ支持部３０２から、該室のトレイ昇
降機構４により空トレイ２を上昇させ、ロードロック室
内側開口１７４を閉じる位置Ｑ３に保持する（図４
（Ｄ）参照）。

【００５１】次いで空になったアーム３０１を前述の待
機位置Ｑ４１へ戻す一方、成膜位置Ｐに置かれた基板Ｓ
に対し成膜を開始する（図４（Ｅ）参照）。成膜はイオ
ン源１２からスパッタターゲット１１にイオン照射し、
発生したスパッタ粒子を基板Ｓ表面に飛来させて行う。
この成膜中、ロードロック室１７（１）において、ベン
ト管１７６を介して図示しないベントガス供給部からベ
ントガスを供給することで室内圧力を大気圧と略同等に
し、前述と同様にして次の基板Ｓを搬入し、トレイ２に
載置して次の成膜に備える（図４（Ｆ）参照。「ＩＮ」
は基板搬入を示す。）。なお、図４（Ｅ）には「ＯＵ
Ｔ」の記載があるが、このときは未だ基板の搬出はな
い。

【００５２】以上の操作中、ロードロック室１７（１）
においてトレイ２への最初の基板載置後、該室内が容器
１内と略同等の所定真空度とされた頃、ロードロック室
１７（２）において、室１７（１）における場合と同様
にしてトレイ２への基板載置を完了させ（図４（Ｂ）参
照）、成膜位置Ｐに配置された基板Ｓへの成膜終了と同
じ頃、室１７（２）における真空排気も完了させ、さら
に室１７（２）に対応するトレイ搬送アーム機構３０の
アームの一方のトレイ支持部３０２を室１７（２）を閉
じているトレイ２に臨む位置Ｑ１に配置するとともに該
アームの他方の空のトレイ支持部３０２を成膜位置トレ
イ２の下方位置Ｑ２に配置する（図４の（Ａ）〜（Ｅ）
参照）。

【００５３】かくして成膜位置の成膜終了した基板Ｓを
支持しているトレイ２をトレイ昇降装置５のホルダー５
３を下降させることで待機するトレイ支持部３０２に載
置すると同時的に、ロードロック室１７（２）において
そこのトレイ昇降装置４により、次の基板Ｓが載置され
たトレイ２を下降させ、待ち受けるトレイ支持部３０２
に載置する（図４（Ｆ）参照）。

【００５４】その後、該アーム３０１を回転させ、成膜
済み基板Ｓはロードロック室１７（２）に臨む位置Ｑ１
に配置するとともに次の基板Ｓを成膜位置Ｐに臨む位置
Ｑ２に配置する（図４（Ｇ）参照）。引き続きロードロ
ック室１７（２）におけるトレイ昇降機構４により成膜
済み基板支持トレイ２を上昇させ、該ロードロック室の
内側開口１７４を閉じる位置Ｑ３に配置するとともに成
膜位置Ｐに臨んでいるトレイ２を上昇させ、その上の基
板Ｓを成膜位置Ｐに配置し（図４（Ｈ）参照）、成膜開
始する。また、ここでアーム３０１を容器１内の待機位
置Ｑ４２へ回動する。さらに、ロードロック室１７
（２）では室内圧力を大気圧と略同等になるまでベント
操作し、その扉１７１を開け、ハンドリングマシン２ａ
で成膜済み基板Ｓを搬出する一方、次の基板Ｓを搬入し
てトレイ２に載置し、再び該扉１７１を閉める（図４
（Ｉ）及び（Ｊ）参照）。

【００５５】そして２番目の基板Ｓの成膜が終了する
と、ロードロック室１７（１）に対応するトレイ搬送ア
ーム機構３０のアームのトレイ支持部３０２に載置して
ロードロック室１７（１）側へ搬送し、該ロードロック
室から搬出する。また、これと入れ代わりに、ロードロ
ック室１７（１）において既に準備されていたさらに次
の基板Ｓを支持したトレイ２を成膜位置Ｐ側へ搬入する
（図４（Ｉ）〜（Ｌ）参照）。

【００５６】以上の操作が繰り返され、基板Ｓはいずれ
か一方のロードロック室１７（１）（１７（２））から
搬入され、成膜後は他方のロードロック室１７（２）
（１７（１））から搬出される。そして、各ロードロッ
ク室は効率良く利用される。スループットは基板１枚／
ｔ秒で、装置構成が従来よりも簡素化されているにもか
かわらず従来装置と同じスループットが達成される。

【００５７】以上の成膜装置についてさらに説明する
と、基板Ｓ表面に均一に膜形成するため、基板Ｓを支持
して成膜位置に保持されるトレイ２は成膜中、回転駆動
機構６により回転される。この場合、位置Ｑ２に配置さ
れ、トレイ昇降機構５にて下から支持され、突き上げら
れて成膜位置Ｐに配置される基板Ｓは、その周縁部上面
が、カバー壁部１３０に支持機構８にて回転自在に支持
されたリング部材７の内周縁段部７１に当接する一方、
基板Ｓを支持するトレイ２に装着された気密シール用オ
ーリング２０がリング部材７の平坦下面７２に弾力的に
気密に接することで該リング部材７とトレイ２との間に
挟持され、成膜操作中トレイ２が回転駆動されると、該
シール用オーリング２０とリング部材７との摩擦力でリ
ング部材７が従動回転し、かくして、基板Ｓはリング部
材７とトレイ２に挟持された状態でトレイ２に対してす
べることなく回転駆動され、所望の高速回転が達成さ
れ、基板Ｓに均一に膜形成される。

【００５８】また、オーリング２０がリング部材７に気
密に接することで、機構３０、５、６等への着膜が確実
に防止されるとともに、ロードロック室内側開口１７４
の閉塞に携わるトレイ上の気密シール用オーリング２０
の面への着膜も防止され、それによってトレイ２による
ロードロック室内側開口１７４の気密閉塞も確実に行わ
れる。

【００５９】また、トレイ２には基板Ｓの下にクッショ
ンゴムシート２４を敷設してあるから、基板Ｓがリング
部材７に当接せしめられるときの基板Ｓへの衝撃がこれ
によって緩和される。以上１実施例について説明した
が、図６に他の実施例を示す。この実施例は、次の点を
除いて前記実施例と同じ構造、作用のものであり、前記
実施例と同じ部品については同じ参照符号を付してあ
る。

【００６０】この実施例では、カバー壁部１３０に代え
て従来装置におけると同様のカバー壁部１３を採用して
いる。そして、各トレイ２に気密シール用のオーリング
２０を設けることに代えて、各ロードロック室１７の内
側開口１７４の周囲部分に位置Ｑ３のトレイ２の周縁部
上面が気密に接するオーリング２００を装着してある。
また、各トレイ２は従来装置におけるものと同じ構造の
ものであり、成膜時、このトレイに支持される基板Ｓは
その周縁部上面がカバー壁部１３の内周部分に接近配置
される。

【００６１】以上説明した実施例装置は、イオンビーム
スパッタリングによる成膜装置であるが、本発明はイオ
ン蒸着薄膜形成（ＩＶＤ）装置等の成膜装置にも適用で
きる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によると、全体の構成が簡素化さ
れ、それだけ安価に製作でき、個々のロードロック室を
効率よく使用して所望のスループットを達成できる成膜
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の全体の構成を上方から見て
概略的に示した図である。

【図２】図１に示す成膜装置の一部の断面図であり、基
板支持トレイを成膜位置直下に配置している状態を示し
ている。

【図３】図１に示す成膜装置の一部の断面図であり、基
板支持トレイを成膜位置に配置した状態を示している。

【図４】図１に示す装置の動作説明図である。

【図５】図１に示す装置主要部の動作タイミングを示す
タイムチャートである。

【図６】本発明の他の実施例の一部を示す断面図であ
る。

【図７】従来の成膜装置例の全体の構成を上方から見て
概略的に示した図である。

【図８】図７に示す装置の一部の断面図である。

【図９】図７に示す装置の主要部の動作タイミングを示
すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 真空成膜容器 １１ スパッタターゲット １２ イオン源 １３、１３０ カバー壁部 １７ ロードロック室 １７１ ロードロック室の扉 Ｓ 基板 ２ 基板支持トレイ ２０、２００ 気密シール用オーリング ２３ 基板載置凹部 ２４ クッションゴムーシート ３０ トレイ搬送アーム機構 ３０１ 機構３０の水平アーム ３０２ アーム３０１のトレイ支持部 ４ トレイ昇降機構 ４１ 機構４のトレイ支持部材 ５ トレイ昇降機構 ５３ 機構５のトレイホルダー ６ 回転駆動機構 ７ リング部材 ７１ 部材７の基板当接段部 ７２ 部材７のオーリング当接平坦面 ８ リング部材７の支持機構 ８１ ボールベアリング ８１１ ベアリング外輪 ８１２ ベアリング内輪 １ａ、２ａ ハンドリングマシン Ｐ 成膜位置 Ｑ１ ロードロック室内側開口に臨む位置 Ｑ２ 成膜位置Ｐに臨む位置 Ｑ３ トレイ２によるロードロック室内側開口閉じ位置 Ｑ４１、Ｑ４２ アーム３０１の待機位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成膜対象基板を搬入搬出する二つのロー
   ドロック室をそれぞれ連設された真空成膜容器と、 前記容器内に配置され、前記ロードロック室の該容器内
   に通じる内側開口を開閉する内蓋を兼ねる複数の基板支
   持トレイと、 前記ロードロック室のそれぞれにつき設けられたトレイ
   搬送アーム機構であって、両端部にトレイ支持部を設け
   たアームを有し、一方のトレイ支持部が対応するロード
   ロック室の内側開口に臨むと同時に他方のトレイ支持部
   が成膜位置に臨むことができるように該アームが設置さ
   れ、回転駆動されるものと、 前記ロードロック室のそれぞれにつき設けられたトレイ
   昇降機構であって、対応する前記トレイ搬送アーム機構
   におけるアーム上のトレイ支持部に支持されてロードロ
   ック室内側開口に臨む位置に配置されるトレイを該トレ
   イ支持部から上昇させて内側開口閉じ位置に配置保持で
   き、逆に該閉じ位置に配置したトレイを下降させて該内
   側開口に臨む位置に配置される前記アーム上のトレイ支
   持部に載置できるものと、 前記真空成膜容器に対し設けられたトレイ昇降機構であ
   って、一方のトレイ搬送アーム機構におけるアーム上の
   トレイ支持部に支持されて前記成膜位置に臨む位置に配
   置されるトレイを該トレイ支持部から上昇させて成膜位
   置に配置保持でき、逆に該成膜位置に配置したトレイを
   下降させて該成膜位置に臨む位置に配置される他方のト
   レイ搬送アーム機構におけるアーム上のトレイ支持部に
   載置できるものとを備えたことを特徴とする成膜装置。