JP4547337B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を外周面に保持した筒状のドラム型基板ホルダーを回転させながら、ドラム型基板ホルダーの外周に面して対向して設置される成膜手段により基板上に多層薄膜を成膜する薄膜形成装置に関する。

複数の基板を外周面に保持した多角形又は円筒形のドラム型基板ホルダーを回転させながら、ドラム型基板ホルダーの外周に面して設置された複数のターゲットをスパッタリングして各基板上に多層薄膜を成膜する、いわゆるカルーセル型スパッタ装置が従来より知られている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１のようなカルーセル型スパッタ装置では、成膜開始前に複数の基板をドラム型基板ホルダーの外周に取り付け、成膜後に成膜された複数の基板をドラム型基板ホルダーの外周から取り外す必要がある。

このようなカルーセル型スパッタ装置では、真空チャンバを大気圧に戻し、手作業で取り外す場合があった。

このため、排気時間が掛かり、さらに、自動化されていないため、生産性が向上できない場合があった。

このため、例えば、バルブ（仕切り弁）で仕切られた成膜室と予備室を備えて、ドラム型基板ホルダーを成膜室と予備室との間を移動可能に設置し、予備室で複数の基板をドラム型基板ホルダーの外周に取り付けて成膜室に移動させ、成膜後にドラム型基板ホルダーを予備室に移動させて基板を交換するようにしたカルーセル型スパッタ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−２３４３３８号公報 特開２００１−１８５７７４号公報

しかしながら、上記特許文献２のようなカルーセル型スパッタ装置では、基板交換時にドラム型基板ホルダーを成膜室から予備室に移動させるための移動手段や予備室を有しているので、装置構成が複雑化し、かつ大型化してしまい、改善の余地がある。

さらに、上記特許文献２のようなカルーセル型スパッタ装置では、予備室でドラム型基板ホルダー外周面に成膜された基板を取り外したり、新たな基板をドラム型基板ホルダー外周面に取り付けたりする動作は、一般に大気圧下で手作業で行っており、作業性の点で改善の余地がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ドラム型基板ホルダー外周面に対して基板の取り付け、取り外しを、簡易な構成で容易に行うことができるとともに、真空状態で作業性よく行うことができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の薄膜形成装置のうち請求項１記載の発明は、真空排気可能な容器内で、回転軸に対し回転自在な筒状の基板ホルダーの外周面上に、複数の基板を保持し、前記基板ホルダーを回転させながら、成膜手段により前記各基板上に薄膜を成膜する薄膜形成装置であって、前記基板ホルダーの外周面に脱着可能に固定される、単数の基板及び複数の基板のいずれかを固定保持する基板固定治具及び基板自体のいずれかを、前記容器内の前記基板ホルダーに対して搬入及び搬出の両方を行う搬入・搬出手段と、前記基板ホルダーの外周面に、前記搬入・搬出手段で搬入される前記基板固定治具及び基板自体のいずれかを固定解除自在に固定する固定手段と、を備え、前記基板ホルダーが、水平な回転軸を回転中心にして設置され、前記搬入・搬出手段が前記容器の外に設置され、前記基板固定治具及び前記基板自体のいずれかを前記回転軸と平行な方向に前記基板ホルダーの外周面に沿って搬入し、前記固定手段は、前記搬入・搬出手段で搬入された前記基板固定治具及び前記基板自体のいずれかを直接固定する構成を有している。

請求項２記載の発明は、搬入・搬出手段による搬入・搬出動作及び固定手段による固定動作のいずれもが、減圧環境下で行われる構成を有している。

請求項３記載の発明は、固定手段の固定解除が、電気信号による制御によって行われることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、固定手段が、基板固定治具及び基板自体のいずれかを付勢手段により押さえて保持する機構と、真空排気可能な容器の外側に設けられた駆動装置及び基板ホルダー内部に設けられた駆動装置のいずれかにより付勢手段を縮めて基板固定治具及び基板自体のいずれかの保持を解除する機構を有することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、固定手段が、基板固定治具を磁力により固定する構成を有している。

請求項６記載の発明は、搬入・搬出手段が、真空排気可能な容器とバルブを介して設置された搬送室に設置されており、搬送室が真空排気可能であることを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、搬送室にバルブを介して接続される仕込取出し室を有し、仕込取出し室が真空排気可能であることを特徴とするものである。

請求項８記載の発明は、成膜手段が、スパッタ手段、蒸着手段及びＣＶＤ手段のいずれか、或いはこれらの組み合わせた構成を有していることを特徴とするものである。

請求項９記載の発明は、成膜手段で形成された薄膜に、反応ガスを接触させる反応ガス供給手段、プラズマを照射するプラズマ照射手段、イオンを照射するイオン照射手段及び薄膜の一部をエッチングするエッチング手段のいずれか、或いはこれらの組み合わせを適用可能にしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ドラム型基板ホルダーに対する基板の取り外しを自動化することにより、取付・取外が容易になる。

これにより、生産性を向上させることができる。

さらに、減圧中で基板の交換が可能であるため、基板の汚染を防止することができると共に、排気時間を短縮することで、タクトタイムの短縮が可能である。

さらに、本発明の一形態では、ドラム型基板ホルダーを水平に設置することにより、基板もしくは基板固定治具の交換時に水平方向に移送が可能になる。

このため、水平の搬送ロボットが使用可能で、ロボットの基板等の保持機能が不要なため構造が簡易になる。

さらに、基板を縦に保持して搬送する場合に比べ搬送室が小さくなり、装置全体がコンパクトになる。

さらに、本発明の他の形態では、基板を固定保持した基板固定治具ごと、基板ホルダーの外周面上への取り付け、取り外しを行うため構成が簡易になる。

さらに、複数の基板を固定保持した基板固定治具を、基板ホルダーの外周面上への取り付け、取り外しするため、作業性がよく、基板の交換作業を短時間で行うことが可能となる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置を示す一部破断斜視図であり、本実施形態の薄膜形成装置は、多角形のドラム型基板ホルダーの各外周面に保持した基板に繰り返し成膜を行うカルーセル型スパッタ装置である。

本薄膜形成装置１は、成膜室２と搬送室３と仕込取出し室４を備えており、成膜室２と搬送室３はゲートバルブ（不図示）を設けた開口部３ａを介して連結されている。さらに、搬送室３と仕込取出し室４も、ゲートバルブ（不図示）を設けた開口部３ｂを介して連結されている。成膜室２と搬送室３と仕込取出し室４は、それぞれ排気手段（不図示）を有する。

成膜室２内には、正多角形（本実施形態では正八角形）筒状のカルーセル型基板ホルダー（以下、ドラム型基板ホルダーという）５がその中心軸が水平状態に配置されており、ドラム型基板ホルダー５は、図１、図２に示すように、水平方向に設けた回転軸６を回転中心にして回転自在に支持され、下面から離れている。回転軸６の他端側には、ドラム型基板ホルダー５を回転駆動するための駆動モータ７が連結されている。

また、回転軸６の成膜室２の側面２ａと駆動モータ７の間には、真空シール機構８と、バイアス電極９からバイアス電圧をドラム型基板ホルダー５に印加するためのバイアス導入機構（金属製ブラシやコンデンサーカップリングなど）１０が取り付けられている。真空シール機構８、バイアス導入機構１０、駆動モータ７は、成膜室２の側面２ａに接続した収納容器１１内に設置されている。

成膜室２内のドラム型基板ホルダー５は、図３に示すように、成膜室２の側面２ａに接続されている真空シール機構８、バイアス導入機構１０、駆動モータ７が設置されている収納容器１１と一体に水平方向に取出し可能であり、定期的に行う成膜室２内及びドラム型基板ホルダー５のメンテナンスなどを容易に行うことができる。

収納容器１１はガイドレール（不図示）により水平に移動できるように構成されると、容易に移動が可能となる。

したがって、この収納容器１１と一体的に設置されているドラム型基板ホルダー５は、収納容器１１を移動させることにより容易に取り出すことができ、保守も容易にできるようになる。

なお、収納容器１１には開閉扉が設けられており、真空シール機構８、バイアス導入機構１０及び駆動モータ７の保守が容易にできるようになっている。

ドラム型基板ホルダー５の外周上の各面には、基板１２を固定保持した基板固定治具１３（図４参照）が、図５に示すように、各面の角部５ａにそれぞれ設けた固定装置１４によって固定解除自在に固定される（詳細な後述する）。基板固定治具１３は、図４に示したように、基板１２が固定保持される中間部の基板固定部１３ａがその両側の縁部１３ｂよりも盛り上がるように折り曲げられている。

これにより、ドラム型基板ホルダー５に設置されたときに、ドラム型基板ホルダー５と基板固定治具１３間に隙間が生じる。この隙間にアーム２４の基板ハンド部２４ａを挿入することができる。

なお、図５では、ドラム型基板ホルダー５の各外周面間の角部５ａに設けられる固定装置１４が上方に向いているが、固定装置１４を解除して基板固定治具１３を搬入搬出するときには、図１に示したように、ドラム型基板ホルダー５の各外周面の一面が常に成膜室２の上面側を向くように水平状態とし、角部に設けられる固定装置１４は斜め上方を向いている。

固定装置１４は、ドラム型基板ホルダー５の各面の角部５ａにその長手方向に沿って所定間隔で設けた上下動自在な複数の軸１５と、基板固定治具１３の縁部１３ｂを挟持して固定する一対の上側固定部材１６、下側固定部材１７と、各軸１５を上方に向けて常に付勢するばね１８と、上側固定部材１６と下側固定部材１７による基板固定治具１３の縁部１３ｂの固定解除を行う成膜室２の上面側に設けたシリンダー駆動装置１９と、各軸１５の上端にドラム型基板ホルダー５の長手方向に沿って固着した押え板２０を備えている。

なお、ばね１８は付勢手段であり、ばねに限らず、種々の弾性体であってもよい。

上側固定部材１６は、その長手方向の両端側がドラム型基板ホルダー５の両端面に固定されており、ドラム型基板ホルダー５の各面の角部５ａの上方に所定の隙間を設けてドラム型基板ホルダー５の長手方向に沿って設置されている。上側固定部材１６に形成された貫通孔に、軸１５が上下方向に移動自在に挿入されている。

下側固定部材１７は、その貫通する軸１５に固着され、上側固定部材１６と対向配置されており、下側固定部材１７は上側固定部材１６に対して軸１５と一体に上下動する。

さらに、押え板２０も各軸１５の上端に設置されているため、押え板２０も下側固定部材１７および軸１５も上下する。

シリンダー駆動装置１９は、所定の基板固定治具１３が搬入搬出位置に来たときにその基板固定治具１３の両側の固定装置１４を解除できるように、押え板２０の上方の位置に長手方向に沿って所定間隔で成膜室２の上面に設置されている。

シリンダー駆動装置１９は伸縮自在な押え軸２１を備えており、電気信号によって制御されるシリンダー駆動装置１９の駆動によって押え軸２１は伸縮可能である。

押え軸２１が伸びたときにはその先端が押え板２０に圧接し、軸１５を下方に押し下げることができる。

また、ドラム型基板ホルダー５の各面の角部５ａの内側には、軸１５及び下側固定部材１７を押し上げるばね１８が設置されている。

押え軸２１を伸ばして押え板２０を押し下げることで下側固定部材１７が押し下げられ、上側固定部材１６と下側固定部材１７の間隔が広がることで固定が解除される。

押え軸２１を縮めて、ばね１８により下側固定部材１７が押し上げられることにより、上側固定部材１６との間隔が狭まり基板固定治具１３の端部を挟むことにより、基板固定治具１３が固定される。

図５に示した実施形態では、ドラム型基板ホルダー５の各外周面間の角部５ａに固定装置１４が設けられているが、ドラム型基板ホルダー５の外周面の両端に設けてもよい。

この場合、図４に示したような基板固定治具は縁部のない平坦な基板固定治具でよく、この基板固定治具の両端を固定装置ではさむことになる。

また、このような基板固定治具の場合、基板自体を固定装置１４で直接固定するようにしてもよい。

基板固定治具をドラム型基板ホルダーへ搬入する場合、ドラム型基板ホルダーの外周面に基板固定治具を案内するガイド機構を設けても良い。

図６はドラム端基板ホルダーにガイド機構を設けた一部概略断面図である。

図６を参照して、ガイド機構７０は、ドラム型基板ホルダー５の各外周面に設けられたガイドレール７１と、基板固定治具１３の裏面に設けられた凸部７３とを備え、凸部７３がガイドレール７１に嵌挿され、滑らかに移動可能となっているものである。

図７に示した例では、凸部７３は矩形状であり、この形態に対応してガイドレール７１に溝が設けられている。

ガイド機構は、図７に示したように、基板固定治具に設けられた凸部７２が三角形状であり、ガイドレールはその形状に対応したものであってもよい。

またガイドレールは、図８に示すように、長尺のガイドレール７５だけでなく、図９に示すような短尺のガイド部７７を複数個設けても良い。

さらに、ガイド機構は下側固定部材１７に設けてもよい（図５を参照）。このガイド機構は、基板固定治具１３の縁部１３ｂが当接する下側固定部材１７の該当箇所に段部を設けるもので、この段部に沿って基板固定治具が滑らかに挿入されるようにしてもよい。

このようなガイド機構を設けることにより、ドラム型基板ホルダーに搬送される基板固定治具の位置が確実に決まり、ドラム型基板ホルダーへ水平に挿入する方向から外れた横方向への動きを防止することができる。

成膜室２には、ドラム型基板ホルダー５の周面に沿って酸化源２２、複数のカソード（ターゲット）２３等が配置されている。各カソード２３にはスパッタ電源（不図示）がそれぞれ接続されている。なお、本実施形態のカソード２３は、２つで一組のカソード（ダブルカソード）である。

搬送室３内には、先端に基板ハンド部２４ａを有する伸縮自在なアーム２４が旋回可能に設けられており、ゲートバルブ（不図示）を設けた開口部３ａを通して、ドラム型基板ホルダー５の外周面に対して基板１２を保持固定した基板固定治具１３の搬入、搬出を行う。

なお、アーム２４の基板ハンド部２４ａによる基板１２を保持固定した基板固定治具１３の搬入搬送面（水平面）は、成膜室２の上面側に位置するドラム型基板ホルダー５の外周面上に略位置している。搬送室３の成膜室２と反対側の側面には、仕込取出し室４がゲートバルブ（不図示）を設けた開口部３ｂを介して連結されている。

仕込取出し室４内には、成膜前及び成膜後の基板１２をそれぞれ保持固定した複数の基板固定治具１３が鉛直方向に移動可能に収納される。

次に、上記した本実施形態の薄膜形成装置１による成膜工程について説明する。

先ず搬送室３の開口部３ｂのゲートバルブ（不図示）を開き、アーム２４を旋回させると共に伸ばして、仕込取出し室４内に収納され、成膜前の基板１２を固定保持している基板固定治具１３の基板固定部１３ａの下に基板ハンド部２４ａを挿入した後、この基板固定治具１３を少し下降させて、基板ハンド部２４ａ上に基板固定部１３ａの下面を載置する。

そして、アーム２４を縮めて搬送室３内に取り込んだ後に、開口部３ｂのゲートバルブ（不図示）を閉じて他方側の開口部３ａのゲートバルブ（不図示）を開き、アーム２４を旋回させると共に伸ばして成膜室２の上面側に位置しているドラム型基板ホルダー５の外周面上に搬送する。

なお、成膜室２と搬送室３と仕込取出し室４は、排気されて所定の圧力に調整されている。

この際、図５に示すように、ドラム型基板ホルダー５の搬入・搬出位置にある面の両側の角部５ａに設けている固定装置１４の各軸１５は、押え軸２１が押え板２０を押圧することにより下方に押し下げられ、上側固定部材１６と下側固定部材１７との間が開いている。

この状態で上側固定部材１６と下側固定部材１７の間に、基板固定治具１３の両側の縁部１３ｂを回転軸の軸方向に挿入する。

そして、固定装置１４は、シリンダー駆動装置１９の駆動によって押え軸２１を縮めることによって、ばね１８のばね力で軸１５と一体に下側固定部材１７が上方に移動し、上側固定部材１６と下側固定部材１７の間に、基板固定治具１３の両側の縁部１３ｂを挟持し、基板１２が固定保持された基板固定治具１３をドラム型基板ホルダー５の外周面上に保持する。

その後、アーム２４の基板ハンド部２４ａを搬送室３内に戻す。

そして、駆動モータ７を駆動してドラム型基板ホルダー５を所定角度だけ回転させて、隣接する外周面が成膜室２の上面側を向くようにする。

そして、前記同様にして仕込取出し室４内に収納されている基板１２が固定保持された基板固定治具１３をアーム２４によって成膜室２内のドラム型基板ホルダー５の外周面に搬送し、その両側の角部に設けている各固定装置１４の上側固定部材１６と下側固定部材１７の間に基板固定治具１３の縁部１３ｂをそれぞれ挟持して、基板１２が固定保持された基板固定治具１３をドラム型基板ホルダー５の外周面上に保持する。

以下同様にして、ドラム型基板ホルダー５の各外周面（本実施形態では８面）上に基板１２が固定保持された基板固定治具１３を保持する。

そして、開口部３ａのゲートバルブを閉め、成膜室２内を所定の圧力に調整し、酸化源２２からＯ２ガスを成膜室２内に導入するとともに、各カソード（ターゲット）２３近傍に設けた各ガス供給口（不図示）からアルゴンガスを成膜室２内に導入し、各カソード（ターゲット）２３に高周波電圧を印加して放電によるプラズマを発生させる。

ドラム型基板ホルダー５の周囲に配置される各カソード（ターゲット）２３としては、例えばＳｉカソードやＴｉカソードなどを用いることができる。

この際、駆動モータ７を駆動してドラム型基板ホルダー５を所定回転数で回転させることによって、各基板固定治具１３に保持されている基板１２に、例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜などをそれぞれ所定の膜厚で多層成膜する。

なお、ドラム型基板ホルダー５には、バイアス電極９からバイアス導入機構１０を介して所定のバイアス電圧が印加されている。

そして、各基板１２への薄膜形成が終了すると開口部３ａのゲートバルブ（不図示）を開き、アーム２４の基板ハンド部２４ａを成膜室２内に搬送し、成膜室２の上面側に位置しているドラム型基板ホルダー５の外周面上に保持されている基板固定治具１３の下に挿入する。

そして、シリンダー駆動装置１９の駆動によって押え軸２１を下方に伸ばして押え板２０を押圧する。この押圧によって軸１５と一体に下側固定部材１７を下降させ、基板固定治具１３の縁部１３ｂの挟持状態を解除し、基板ハンド部２４ａ上に載置する。

そして、成膜後の基板１２が固定保持された基板固定治具１３を載置した基板ハンド部２４ａを搬送室３内に戻した後に開口部３ａのゲートバルブ（不図示）を閉じて、他方側の開口部３ｂのゲートバルブ（不図示）を開き、アーム２４を旋回させると共に伸ばして成膜後の基板１２が固定保持された基板固定治具１３を仕入・取出し室４内に収納する。

そして、駆動モータ７を駆動してドラム型基板ホルダー５を所定角度だけ回転させて、隣接する外周面を成膜室２の上面側を向くようにし、この外周面上に保持されている成膜後の基板１２が固定保持された基板固定治具１３に対しても上記同様にして、アーム２４によって仕込取出し室４内に収納する。

以下同様にして、ドラム型基板ホルダー５の各外周面上の成膜後の基板１２が固定保持された基板固定治具１３を、アーム２４によって仕込取出し室４内に収納する。

そして、仕込取出し室４の取出し口（不図示）を開いて、大気圧下で内部に収納されている成膜後の各基板１２を基板固定治具１３と共に取り出す。

このように本実施形態では、正多角形（本実施形態では正八角形）筒状のドラム型基板ホルダー５を水平方向の回転軸６を回転中心にして成膜室２内に水平状態で回転自在に支持したことで、基板１２を固定保持した基板固定治具１３をアーム２４でドラム型基板ホルダー５の外周面上に水平に搬送することができる。

したがって、ドラム型基板ホルダー５の外周面の角部５ａに設けた固定装置１４で基板固定治具１３の端部１３ｂを固定することにより、基板１２を固定保持した基板固定治具１３をドラム型基板ホルダー５の外周面上に保持することができる。

さらに成膜後には固定装置１４による保持を解除するだけでアーム２４の水平移動で成膜室２内から取り出すことができるので、基板１２を固定保持した基板固定治具１３のドラム型基板ホルダー５の外周面上への取り付け、取り外し構成が簡易になり、かつ基板１２を固定保持した基板固定治具１３のドラム型基板ホルダー５の外周面上への取り付け、取り外しを作業性よく短時間で行うことができる。

また、基板１２を固定保持した基板固定治具１３のドラム型基板ホルダー５の外周面上への取り付け、取り外しを大気圧下で行うことなく、機械的に真空中で行うことができるので、成膜工程時間の短縮を図ることができる。

さらに、基板への汚染を防止することができる。

また、上記した実施形態では、基板固定治具１３上に口径の大きい基板１２を１つ固定保持した構成であったが、基板固定治具１３上に複数個の小径の基板を固定保持する構成でもよい。

例えば、図１０に示すように、各基板固定治具１３の表面に所定の角度で３つの面をその長手方向に沿って形成し、各面に小径の基板１２を複数個（図１０では、１つの基板固定治具１３の各面に３つずつ小径の基板１２を固定し、１つの基板固定治具１３の表面全体で９個）固定するようにしてもよい。

なお、この場合のドラム型基板ホルダー５は正六角形筒状に形成されている。

また、上記した実施形態では、ドラム型基板ホルダー５は正八角形筒状（図１０では正六角形筒状）であったが、これに限定されることなく、これ以外の多角形筒状や円筒形筒状のドラム型基板ホルダーでも本発明を適用することができる。

なお、本実施形態のようにドラム型基板ホルダー５にばね１８を設置して、固定装置１５を成膜室２の上方から固定解除できる機構はドラム型基板ホルダー５に電気装置を設置していないので、ドラム型基板ホルダー５にバイアスをかける場合に好ましい。

さらに、上記した実施形態では、ドラム型基板ホルダー５を水平に回転させることにより、基板固定治具１３を水平方向に搬送することができる。これにより搬送時に基板固定治具１３を保持する必要がなくアーム２４等の搬送装置の構造が簡易になる。

さらに、上記した実施形態では、ドラム型基板ホルダー５の回転軸に平行に基板固定治具１３を出し入れすることで、成膜手段等を設置するドラム型基板ホルダー５に対向する外周部の利用範囲を阻害しない。

なお、外周部に開口部３ａを設置可能であれば、ドラム型基板ホルダー５の上面に平行に、かつ、回転軸の垂直方向に対して基板固定治具１３を水平方向に搬送することができる。

さらに、開口部３ａと反対の収納容器１１に開口部を設け、さらにその開口部の外側に別の搬送室およびアームを設置して、基板固定治具１３の搬入と搬出を別のアームで行うこともできる。

なお、上記の実施形態では、成膜手段としてターゲット２３を含むスパッタ成膜手段が説明されたが、スパッタ成膜手段の他に、蒸着成膜手段、ＣＶＤ成膜手段を設置することもできる。

さらに、酸素を含む酸素原子含有ガスを供給して膜を酸化する酸化源５のほかに他の反応ガスを供給して化合物膜とする反応ガス供給手段、プラズマ、ラジカルやイオンを照射して膜の反応性を向上させる反応性向上手段、プラズマやイオン照射して膜の一部をエッチングするエッチング手段を設けることもできる。

これらの成膜手段、反応ガス供給手段、反応性向上手段、エッチング手段を複数組合せて設置する装置も本発明に含まれる。

また、上記の実施形態では、基板を基板固定治具１３に固定して、搬送・固定する場合が説明されたが、アーム２４の基板ハンド部２４ａで取上げ可能な形状もしくは保持可能な形状であれば基板を直接、搬送・固定してもよい。

具体的には、基板とドラム型基板ホルダー５の間にアーム２４の基板ハンド部２４ａが挿入できるようにドラム型基板ホルダー５の外表面に凹みを設けてもよい。

さらに、別の例では、ドラム型基板ホルダー５の表面に、固定手段で挟持されていないとき（押し下げられていないとき）に基板を押し上げる弾性体を有する押し上げピンを設置しても良い。

また、上記の実施形態は、基板上に数〜数百層の多層膜を成膜する場合、フィルムなどを通過させて一層の膜を付ける場合と異なり、基板をドラム型基板ホルダー５に保持して複数回回転させ、成膜後に基板の交換の必要があるので、上記の実施形態のように、自動で、かつ、減圧雰囲気中で基板交換ができることは生産性を向上させるために特に好ましい。
〈実施形態２〉
本実施形態における固定装置は、図１１に示すように、ドラム型基板ホルダー（不図示）の各外周面の角部の上方に固定された下側固定部材３０の上面に、付勢手段を有している回転軸３１を回転中心にして開閉自在な上側固定部材３２を取り付け、ドラム型基板ホルダーの各外周面の角部内に設けたシリンダー駆動装置３３の伸縮自在なシリンダー３４の先端を上側固定部材３２に揺動自在に連結して構成されている。

なお、図では右側の上側固定部材３２のみを示しているが、下側固定部材３０の上面の左側にも同様にシリンダーに連結された開閉自在な上側固定部材が取り付けられている。他の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態では、シリンダー３４を伸ばすことによって開いている上側固定部材３２と下側固定部材３０の間に、実施形態１と同様に基板（不図示）を固定保持した基板固定治具１３の縁部１３ｂをアーム（不図示）によって搬入する。

そして、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を縮めることによって上側固定部材３２を閉じるように移動させ、上側固定部材３２と下側固定部材３０で基板固定治具１３の縁部１３ｂを挟持して、ドラム型基板ホルダーの外周面上に基板を固定保持した基板固定治具１３を固定保持する。

そして、基板を固定保持した基板固定治具１３の固定保持を解除する場合には、シリンダー駆動装置３０を駆動してシリンダー３４を伸ばすことによって、上側固定部材３２を開くように移動させる。

本実施形態においても実施形態１と同様の効果を得ることができる。

本実施形態での固定装置では、外周部からの固定・解除手段がないので、外周の真空容器側に固定・解除手段を設置できないときに有効である。
〈実施形態３〉
本実施形態における固定装置は、図１２に示すように、ドラム型基板ホルダー（不図示）の各外周面の角部の上方に固定された下側固定部材３５の上方に上側固定部材３６を設置し、ドラム型基板ホルダーの各外周面の角部内に設けたシリンダー駆動装置３３に設けた伸縮自在なシリンダー３４の先端を上側固定部材３６に連結して構成されている。

シリンダー３４は、下側固定部材３５に形成した開口穴を通して上側固定部材３６に連結されている。他の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態では、シリンダー３４を伸ばすことによって開いている上側固定部材３６と下側固定部材３５の間に、実施形態１と同様に基板（不図示）を固定保持した基板固定治具１３の縁部１３ｂをアーム（不図示）によって搬入した後、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を縮めることによって上側固定部材３６を下方に移動させ、上側固定部材３６と下側固定部材３５で基板固定治具１３の縁部１３ｂを挟持して、ドラム型基板ホルダーの外周面上に基板を固定保持した基板固定治具１３を固定保持する。

そして、基板を固定保持した基板固定治具１３の固定保持を解除する場合には、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を伸ばすことによって上側固定部材３６を上方に移動させる。本実施形態においても実施形態１と同様の効果を得ることができる。
〈実施形態４〉
本実施形態における固定装置は、図１３に示すように、ドラム型基板ホルダー（不図示）の各外周面の角部の上方に固定された上側固定部材３６の下面に下側固定部材３７を取り付け、成膜室２の上面側に伸縮自在なシリンダー３４を有するシリンダー駆動装置３３を設けている。

下側固定部材３７は、上側固定部材３６とドラム型基板ホルダー（不図示）間に固着された第１支持部材３７ａに回転軸３８を介して回転自在に接続された第２支持部材３７ｂと、第２支持部材３７ｂに長穴３９に挿通されたピン４０を介して揺動自在に接続されている第３支持部材３７ｃとで構成されており、第３支持部材３７ｃには、シリンダー駆動装置３３のシリンダー３４の下方に位置するようにして、先端に押え板４１を固着した軸４２が取り付けられている。

軸４２は、上側固定部材３６に形成した開口穴に移動自在に挿通されている。

なお、第３支持部材３７ｃには、常に上方に付勢している付勢手段（不図示）が接続されている。

具体的には、板バネに例示される弾性体で第３支持部材３７ｃが上側固定部材３６に押し当てられる。他の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態では、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を伸ばして押え板４１を押圧することにより、軸４２が下げられることによって二点鎖線で示すように、第３支持部材３７ｃを下方に移動させて、開いている上側固定部材３６と下側固定部材３７の第３支持部材３７ａの間に、実施形態１と同様に基板（不図示）を固定保持した基板固定治具１３の縁部１３ｂをアーム（不図示）によって搬入する。

そして、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を縮め、付勢手段（不図示）による付勢力で第３支持部材３７ｃを上方に移動させ、上側固定部材３６と下側固定部材３７の第３支持部材３７ｃで基板固定治具１３の縁部１３ｂを挟持して、ドラム型基板ホルダー５の外周面上に基板を固定保持した基板固定治具１３を固定保持する。

そして、基板を固定保持した基板固定治具１３の固定保持を解除する場合には、シリンダー駆動装置３３を駆動してシリンダー３４を伸ばし、押え板４１を押圧して軸４２を下げて二点鎖線で示すように、第３支持部材３７ｃを下方に移動させる。本実施形態においても実施形態１と同様の効果を得ることができる。
〈実施形態５〉
本実施形態における固定装置は、図１４に示すように、ドラム型基板ホルダー（不図示）の各外周面の角部の上方に固定された下側固定部材６１内に電磁石６２を埋め込み、下側固定部材６１上に載置される基板固定治具１３の縁部１３ｂの下面に磁性板６３を固着して構成されている。電磁石６２は、外部からの電気信号のＯＮ／ＯＦＦによって、発生される磁力の有効／無効が切り換えられる。

本実施形態では、アーム（不図示）によってドラム型基板ホルダー（不図示）の外周面上に、基板（不図示）を固定保持した基板固定治具１３を搬入して、基板固定治具１３の縁部１３ｂを下側固定部材６１上に載置した後に、アーム（不図示）を引き抜く。

そして、電磁石６２に通電して磁力を有効にし、この磁力によって基板固定治具１３の縁部１３ｂを下側固定部材６１上に固定して、ドラム型基板ホルダー（不図示）の外周面上に基板固定治具１３を固定保持する。

そして、基板固定治具１３の固定保持を解除する場合には、アーム（不図示）を基板固定治具１３の下面に入れた後に、電磁石６２への通電をＯＦＦにして磁力を無効にして、磁力による基板固定治具１３の縁部１３ｂの固定を解除することによって行い、基板固定治具１３の下面に入れたアーム（不図示）を引き出して基板固定治具１３を搬出する。

本実施形態においても実施形態１と同様の効果を得ることができる。
〈実施形態６〉
本実施形態は、本発明に係る薄膜形成装置をマルチチャンバ（多室）型枚葉式スパッタ成膜装置に適用した場合であり、図１５に示すように、中央部に設けた搬送室３の周囲に仕込取出し室４、予備加熱室４３、成膜室２、基板冷却室４４がそれぞれゲートバルブ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを介して設置されている。予備加熱室４３は、成膜前の基板の予備加熱を行い、基板冷却室４４は、スパッタ成膜後の基板を冷却する。搬送室３、仕込取出し室４、成膜室２の構成は、図１〜図５に示した実施形態１と同様であり、本実施形態ではそれらの説明は省略する。なお、成膜室２を複数設置することもできる。

本実施形態のようなマルチチャンバ型枚葉式スパッタ成膜装置においても、本発明を適用することにより実施形態１と同様の効果を得ることができる。
〈実施形態７〉
図１６は、本実施形態に係る薄膜形成装置を示す概略断面図であり、搬送室３の両側にそれぞれゲートバルブ４６ａ、４６ｂを介して仕込取出し室４と成膜室２が連結されている。

成膜室２内には、正多角形筒状のドラム型基板ホルダー４７がその長手方向が鉛直状態に配置されており、ドラム型基板ホルダー４７は、鉛直方向の回転軸４８を回転中心にして回転自在に支持されている。回転軸４８の他端側には、ドラム型基板ホルダー４７を回転駆動するための駆動モータ４９が連結されている。ドラム型基板ホルダー４７の各外周面には、基板（不図示）を固定保持した基板固定治具５０を固定保持する固定部材５１が設けられている。成膜室２には、ドラム型基板ホルダー４７の周面に沿って不図示の酸化源、カソード等が配置されている。

仕込取出し室４には、基板を固定保持した複数の基板固定治具５０が保持装置５２に取り外し自在に保持されている。搬送室３には、基板を固定保持した基板固定治具５０を着脱自在に保持する保持部材５３を先端に固着した２つのシリンダー５４ａ、５４ｂが回転軸５５に取り付けられている。回転軸５５は、鉛直方向に回転自在に支持されており、回転軸５５の他端側には駆動モータ５６が連結されている。シリンダー５４ａ、５４ｂは水平状態で一直線上に配置されている。

本実施形態に係る薄膜形成装置は、成膜室２と搬送室３と仕込取出し室４は、排気されて所定の圧力に調整された状態でゲートバルブ４６ａを開き、シリンダー５４ａを水平に伸ばして仕込取出し室４の基板を固定保持した基板固定治具５０を保持部材５３で保持した後、シリンダー５４ａを縮めて搬送室３に戻す。

そして、駆動モータ５６を駆動して回転軸５５を１８０度回転させて、シリンダー５４ａを成膜室２側に位置させる。そして、ゲートバルブ４６ｂを開いてシリンダー５４ａを水平方向に伸ばして、基板を固定保持した基板固定治具５０を成膜室２に搬入し、基板を固定保持した基板固定治具５０をドラム型基板ホルダー４７の外周面に設けた固定部材５１に固定する。以下同様にしてドラム型基板ホルダー４７の各外周面に設けた固定部材５１に、基板を固定保持した基板固定治具５０を固定する。

そして、ゲートバルブ４６ｂを閉じた後に駆動モータ４９を駆動してドラム型基板ホルダー４７を回転させ、実施形態１で述べたようにして各基板上に多層成膜を行う。

成膜が終了した後、ゲートバルブ４６ｂを開けてシリンダー５４ａを伸ばして成膜室２に搬入し、成膜後の基板を固定保持した基板固定治具５０を保持部材５３に保持させる。

そして、シリンダー５４ａを縮めて搬送室３に戻した後、回転軸５５を１８０度回転させて、シリンダー５４ａを仕込取出し室４側に位置させる。そして、ゲートバルブ４６ａを開いてシリンダー５４ａを水平方向に伸ばして、成膜後の基板（不図示）を固定保持した基板固定治具５０を仕込取出し室４に搬入し、成膜後の基板を固定保持した基板固定治具５０を保持装置５２に固定して収納する。

そして、仕込取出し室４の取出し口（不図示）を開いて、大気圧下で内部に収納されている成膜後の各基板を基板固定治具５０と共に取り出す。

なお、保持部材５３、固定部材５１による基板固定治具５０の保持・固定は機械的に挟持する手段、基板固定治具５０を強磁性体で構成し電磁石の入り切りにより保持・解除する手段が例示される。

なお、基板固定治具５０は、保持装置５３により搬送方向に平行に、かつ、ドラム型基板ホルダー４７の接線方向に挿入することもできる。これにより、ゲートバルブ４６ｂの開口を小さくする事ができる。

さらに、基板固定治具５０をドラム型基板ホルダー４７の外面に沿って挿入することで、基板固定治具５０の上下で挟んでドラム型基板ホルダー４７に固定することも可能である。

このように本実施形態に係る薄膜形成装置おいても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

すなわち、基板１２を固定保持した基板固定治具５０を、ドラム型基板ホルダー４７の外周面上への取り付け、取り外しを大気圧下で行うことなく、機械的に真空中で行うことができるので、成膜工程時間の短縮を図ることができる。

さらに、基板への汚染を防止することができる。

以上のように、本発明に係る薄膜形成装置は、基板の取付及び取り外しを真空環境下で行える装置として極めて有用である。

本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置を示す一部破断斜視図。 本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置の成膜室を示す概略構成図。 本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置のドラム型基板ホルダーを引き出した状態を示す一部破断斜視図。 本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置の基板固定治具を示す正面図。 本発明の実施形態１に係る薄膜形成装置の固定装置を示す概略斜視図。 ガイド機構を示す一部概略断面図である。 他のガイド機構の形態を示す概略図である。 長尺のガイドレールを示す概略図である。 短尺のガイド部を示す概略図である。 本発明の実施形態１の変形例における、ドラム型基板ホルダーの各面に複数の基板を固定保持した基板固定治具を示す概略斜視図。 本発明の実施形態２に係る薄膜形成装置の固定装置を示す概略断面。 本発明の実施形態３に係る薄膜形成装置の固定装置を示す概略断面。 本発明の実施形態４に係る薄膜形成装置の固定装置を示す概略断面。 本発明の実施形態５に係る薄膜形成装置の固定装置を示す概略断面。 本発明の実施形態６に係る薄膜形成装置を示す概略平面図。 本発明の実施形態７に係る薄膜形成装置を示す概略断面。

符号の説明

１ 薄膜形成装置
２ 成膜室（真空容器）
３ 搬送室
４ 仕込取出し室
５ ドラム型基板ホルダー（基板ホルダー）
６ 回転軸
１２ 基板
１３ 基板固定治具
１４ 固定装置（固定手段）
１６、３２、３６ 上側固定部材
１７、３０、３５、３７、６１ 下側固定部材
１９、３３ シリンダー駆動装置
２１ 押え軸
２４ アーム（搬入・搬出手段）
７０ ガイド機構
７１、７５ ガイドレール
７２、７３ 凸部
７７ ガイド部

Claims (9)

1. 真空排気可能な容器内で、回転軸に対し回転自在な筒状の基板ホルダーの外周面上に、複数の基板を保持し、前記基板ホルダーを回転させながら、成膜手段により前記各基板上に薄膜を成膜する薄膜形成装置であって、
   前記基板ホルダーの外周面に脱着可能に固定される、単数の基板及び複数の基板のいずれかを固定保持する基板固定治具及び基板自体のいずれかを、前記容器内の前記基板ホルダーに対して搬入及び搬出の両方を行う搬入・搬出手段と、
   前記基板ホルダーの外周面に、前記搬入・搬出手段で搬入される前記基板固定治具及び基板自体のいずれかを固定解除自在に固定する固定手段と、
   を備え、
   前記基板ホルダーが、水平な回転軸を回転中心にして設置され、
   前記搬入・搬出手段が前記容器の外に設置され、前記基板固定治具及び前記基板自体のいずれかを前記回転軸と平行な方向に前記基板ホルダーの外周面に沿って搬入し、
   前記固定手段は、前記搬入・搬出手段で搬入された前記基板固定治具及び前記基板自体のいずれかを直接固定する薄膜形成装置。
2. 前記搬入・搬出手段による搬入・搬出動作及び前記固定手段による固定動作のいずれもが、減圧環境下で行われることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 前記固定手段の固定解除が、電気信号による制御によって行われることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
4. 前記固定手段が、前記基板固定治具及び基板自体のいずれかを付勢手段により押さえて保持する機構と、前記真空排気可能な容器の外側に設けられた駆動装置及び前記基板ホルダー内部に設けられた駆動装置のいずれかにより前記付勢手段を縮めて前記基板固定治具及び基板自体のいずれかの保持を解除する機構を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
5. 前記固定手段が、前記基板固定治具を磁力により固定することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
6. 前記搬入・搬出手段が、前記真空排気可能な容器とバルブを介して設置された搬送室に設置されており、前記搬送室が真空排気可能であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
7. 前記搬送室にバルブを介して接続される仕込取出し室を有し、前記仕込取出し室が真空排気可能であることを特徴とする請求項６記載の薄膜形成装置。
8. 前記成膜手段が、スパッタ手段、蒸着手段及びＣＶＤ手段のいずれか、或いはこれらの組み合わせた構成を有していることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
9. 前記成膜手段で形成された薄膜に、反応ガスを接触させる反応ガス供給手段、プラズマを照射するプラズマ照射手段、イオンを照射するイオン照射手段及び薄膜の一部をエッチングするエッチング手段のいずれか、或いはこれらの組み合わせを適用可能にしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。

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