JPS639586B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハや通信用デバイス等の
素子薄膜を真空中において連続的に複数段階の工
程のスパツタ処理を行なう装置に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

第１図はこの種の公知の装置の一例を示す正面
図で、図の上方が地球に対して上方である。第２
図は第１図のＡ−Ａ断面図である。説明の便宜
上、第２図の左方を前、右方を後と言う。両図に
示すごとく、薄い円筒状の真空容器１にガス配管
２、真空バルブ３、可変バルブ４、及び真空ポン
プ５が接続されている。６ａは前壁、６ｂは後壁
である。

真空容器１の前壁６ａには、中心から同一半径
上に複数個の開口７が設けられ、第１図に示すご
とくこれらの開口７に順次にローデイング・ステ
ーシヨン８、第２処理ステーシヨン９、第３処理
ステーシヨン１０、第４処理ステーシヨン１１、
及び第５処理ステーシヨン１２が設けられてい
る。

ローデイングステーシヨン８にはドア１３が設
けられ、このドアを開くと第２図に示すように爪
２３が現われ、基板１４を着脱することができ
る。

上記の基板保持用の爪２３は、前壁６ａに接し
て設けられた円形の搬送プレート１５の基板保持
孔２２の周囲に設置されている。

真空容器１の後壁６ｂには、ローデイングステ
ーシヨンに対応する位置にエアシリンダ２０を設
置し圧力プレート１９を搬送プレート１５に向け
て押圧し得るようになつている。

また、後壁６ｂの中央部には、搬送プレート１
５を前後に駆動するエアシリンダ２１が設置され
ている。

搬送プレート１５には各開口７と同じ半径上に
等間隔に前述の基板保持孔２２が穿たれている。

上記の搬送プレート１５は、圧力プレート１９
による押圧を受けていない状態において、前壁６
ａに設置されたモータ２４、ギア２５、チエーン
２６により回転させられる。搬送プレート１５の
中心軸の前後に取付けられた軸２７は真空容器１
の壁６，７と真空シールされている。

また真空容器１内にはエアシリンダ２０によつ
て前後動させられる圧力プレート１９があり、ド
ア１３、ローデイングステーシヨン８の開口７、
搬送プレート１５の基板保持穴２２および圧力プ
レート１９と協調して真空予備室２８を形成す
る。また圧力プレート１９には、壁６の第２〜第
５処理ステーシヨン９〜１２に対応した位置に開
口２９が設けられている。

各処理ステーシヨン９〜２２には、基板のスパ
ツタ処理のためのユニツト、若しくは盲蓋１６が
取付けられている。

以上の如く構成された従来の連続スパツタ装置
は次記のように作動する。

真空ポンプ５によりあらかじめ真空室１を高真
空排気した後真空バルブ３を開き、ガス配管２よ
りArガスを真空室１に導入し、可変バルブ４を
適宜に調節することにより、真空室１内を適宜の
低圧雰囲気に保つ。エアシリンダ２１により、搬
送プレート１５を真空室１の前壁６ａに押付け、
さらにエアシリンダ２０により圧力プレート１９
を搬送プレート１５に押しつけ、ローデイングス
テーシヨン８に真空予備室２８を作る。リーク手
段（図示せず）により真空予備室２８を大気圧に
した後ドア１３を開き、搬送手段（図示せず）に
よりスパツタ処理ずみ基板１４を取り出した後、
未処理基板１４を、搬送プレート１５の基板保持
孔２２内の爪２３に装着する。次にドア１３を閉
じ、粗引き排気手段（図示せず）により真空予備
室２８を粗引き排気する。次にエアシリンダ２
０，２１により、圧力プレート１９、搬送プレー
ト１５及び前壁６ａを相互に離間させる。次にモ
ータ２４ギア２５、チエーン２６により搬送プレ
ート１５を１ステーシヨン分回転させた後、再び
エアシリンダ２０，２１により前壁６ａ、搬送プ
レート１５、圧力プレート１９を密着させる。ロ
ーデイングステーシヨン８は前述の動作をくり返
し、第２処理ステーシヨン９乃至第５処理ステー
シヨン１２では各所定の処理を基板１４に施す。

以上の動作をくり返すことにより、基板１４に
一枚ずつ連続してスパツタ処理を行なう。

また各処理ステーシヨンで行なう処理には、真
空中で基板１４を加熱し、基板１４表面に付着し
た不純物ガスを除去するベーク処理、基板１４の
表面にArイオンを衝撃させ下地表面層を除去す
るスパツタエツチ処理、薄膜を形成するスパツタ
処理、などがある。

標準的な構成としては、第２処理ステーシヨン
９でベーク処理又はスパツタエツチ処理を行い、
第３処理ステーシヨン１０でベーク処理又はスパ
ツタエツチ処理を行い、第４、第５処理ステーシ
ヨン１１，１２でスパツタ処理を行うが、いずれ
の処理ステーシヨンでどのような処理を行うかは
任意に設定し得る。

以上に説明した従来の連続スパツタ装置には次
のような不具合が有る。

第２〜第５処理ステーシヨンは同一の真空雰囲
気になるが、最適動作圧の異なるスパツタ処理と
スパツタエツチ処理を同一圧力下で処理しなけれ
ばならず、各々を最適動作圧で処理する場合に比
べて処理速度、膜質が低下する。またベーク処理
ステーシヨン、スパツタエツチ処理ステーシヨン
から発生するガスがスパツタ処理ステーシヨンに
達し、膜質を低下させる。

また処理ユニツト１８の内、スパツタ処理ユニ
ツトは成膜材料源であるターゲツト（図示せず）
が消耗するため定期的に交換しなければならない
が、その際真空容器１内が全て大気圧になるた
め、ターゲツト交換後真空容器１内を再び清浄な
高真空に排気するまでに長時間必要とし、その結
果装置の稼動率が低下し、実効的生産能力を低下
させる。

また、基板１４は真空容器１内を鉛直面内で回
動するため、基板１４が下部にある時上方より落
下してきた異物が基板１４に付着し、歩留りを低
下させる。

〔発明の目的〕 本発明は上記の事情に鑑みて為され、その目的
とするところは、基板への薄膜形成工程の歩留り
を向上させ、しかも実効的生産能力を向上させる
連続スパツタ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特長は、みかけ上一組の真空システム
より成るスパツタ装置上において各処理ステーシ
ヨン毎に副真空室を設け、各処理を独立した雰囲
気に設定しうることにある。

また主真空室を真空にしたまま副真空室のみを
大気圧にする構成によりターゲツト交換に伴なう
真空排気時間を短縮し、稼動率向上、実効的生産
能力向上を達成しうる。

上記の原理に基づいて前記の目的を達成するた
め、本発明の連続スパツタ装置は、筒状の真空容
器と、該真空容器に接続した排気手段と該真空容
器内に同心状に設けた回転搬送手段と、上記の搬
送手段に等角度間隔に設けた複数個の基板ホルダ
と、前記真空容器の側壁に基板ホルダに対向する
如く設けた開口と、基板ホルダを上記の開口に対
して気密に押圧、離関せしめる駆動手段と、前記
の開口の内の少なくとも一つの開口に設けた気密
なドアと、ドアを設けた開口以外の少なくとも一
つの開口の外側に設けた副真空室と、少なくとも
一つの副真空室に接続した排気手段と、少なくと
も一つの副真空室に接続したガス導入手段とより
なることを特徴とする 〔発明の実施例〕 次に、本発明の１実施例を第３図、第４図につ
いて説明する。第３図は垂直断面図である。第４
図は第３図に示すＣ−Ｃ面による水平断面図であ
り、同図のＢ−Ｂ面は第３図の垂直切断面を示し
ている。

五角形の真空容器３０と中央に円柱状の凹みを
有する蓋３１により主真空室３２を構成する。真
空容器３０の壁面３８には、ほぼ同一水平面に中
心軸をもつ開口３３が等角度間隔にあけられ、順
にローデイングステーシヨン８、第２〜第５処理
ステーシヨン９〜１２を形成する。またローデイ
ングステーシヨン８の開口３３を開閉可能にドア
１３が取付けられ、第２〜第５処理ステーシヨン
の開口３３の外側には副真空室３４が形成されて
いる。副真空室３４と主真空室３２とは開口３３
の他に排気口３５により真空的に連通可能であ
る。排気口３５はエアシリンダ３６により動作す
るバルブ３７により開閉される。

真空容器３０と蓋３１との間には、真空容器３
０の壁面３８とほぼ平行な複数の平面４０を有す
るドラム３９がある。ドラム３９は蓋３１の底面
の中心で、回転自在に支持されており、モータ２
４、ギア２５、チエーン２６により回転させられ
る。

またドラム３９の各々の平面４０には、各々１
組の板ばね４１により平面４０とほぼ平行な状態
のまま前後動可能な基板ホルダ４２が取付けられ
ていて、プツシヤ４３により、真空容器３０の壁
面３８と、基板ホルダ４２が密着できる。蓋３１
の凹み内の中心にあるエアシリンダ４４により円
錐カム４５が下降すると、プツシヤ４３は中心か
ら外方に向けて力を受け、ガイド４６によりガイ
ドさせながら全ステーシヨンで同時に基板ホルダ
４２を壁面３８に押付ける。円錐カム４５が上昇
すると、圧縮ばね４７により、プツシヤ４３は中
心方向に力を受け、プツシヤ４３の先端は蓋３１
の凹みの外周面まで後退し、基板ホルダ４２は板
ばね４１により壁３８から離れてドラム３９に接
近する。

第４図において、第２処理ステーシヨン９及び
第３処理ステーシヨン１０においてはプツシヤ４
３、ガイド４６、基板ホルダ４２、板ばね４７を
省略してある。

第３図に示すごとく、少なくとも一つの副真空
室３４には処理ユニツト１８、ガス配管２、真空
バルブ３、可変バルブ４を設ける。これらの構成
部材は第２図に示した従来装置におけると同様乃
至は類似の構成部材である。

また主真空室３２は、配管４８により真空ポン
プ５に接続され、高真空排気される。

またローデイングステーシヨン８ではドア１
３、開口３３および基板ホルダ４２とが協調して
真空予備室２８を構成している。

次に、以上のように構成した連続スパツタ装置
の作動について述べる。

ローデイングステーシヨン８のドア１３を閉
じ、エアシリンダ４４により円錐カム４５を下降
させ各ステーシヨンで基板ホルダ４２を、真空容
器３０の壁面３８に押付けておく。エアシリンダ
３６によりバルブ３７を開いた状態で、真空ポン
プ５を動作させるとともに、真空バルブ３、可変
バルブ４を協調させてガス配管２よりArガスを
少なくともひとつの副真空室３４に導入し、副真
空室３４および主真空室３２を各々所定の低圧雰
囲気に保つ。副真空室３４内の圧力は可変バルブ
４の開度、および排気口３５の径を変えることに
より調節する。

以上の状態から運転サイクルを開始する。

ローデイングステーシヨン８の真空予備室２８
内に、リーク手段（図示せず）によりリークガス
を導入し大気圧する。次はドア１３を開き（開閉
機構図示省略）、基板ホルダ４２にチヤツク（チ
ヤツク機構図示省略）されている処理ずみ基板１
４を搬送手段（図示省略）により取り出した後、
未処理基板１４を基板ホルダ４２に装着する。ド
ア１３を閉じた後、真空予備室２８内の粗引き手
段（図示せず）により所定圧力まで真空排気す
る。

次にエアシリンダ４４により円錐カム４５を上
昇させると、プツシヤ４３は圧縮ばね４７によ
り、基板ホルダ４２は板ばね４１により、それぞ
れ中心方向に移動する。次にモータ２４、ギア２
５、チエーン２６により、ドラム３９を１ステー
シヨン分回転させた後、エアシリンダ４４、円錐
カム４５、プツシヤ４３により、再び基板ホルダ
４２を真空容器３０の壁面３８に押付ける。ロー
デイングステーシヨン８では前述の動作をくり返
すとともに、第２〜第５ステーシヨンでは各々合
所定の処理を基板１４に施す。

なお、第２〜第５処理ステーシヨンでは、ウエ
ーハ表面に吸着した汚染ガスを除去するウエーハ
ベーク処理、スパツタ前のウエーハ表面の酸化物
層を除去するスパツタエツチ処理、あるいは薄膜
を形成するスパツタ処理を任意に組合せて処理を
行なうが、標準的には第２ステーシヨンでウエー
ハベーク処理、第３ステーシヨンでスパツタエツ
チ処理、第４、第５ステーシヨンでスパツタ処理
を行なう。その場合、各ステーシヨンの処理ユニ
ツト１８は、第２ステーシヨンはウエーハベーク
ユニツト、第３ステーシヨンはスパツタエツチン
グユニツト、第４、第５ステーシヨンはスパツタ
処理ユニツトである。

本実施例における各室の圧力は次の如くであ
る。

主真空室：１ミリメートル、 第２処理ステーシヨンの副真空室：１ミリメート
ル、 第３処理ステーシヨンの副真空室：８ミリメート
ル、 第４、第５処理ステーシヨンの副真空室：２ミリ
メートル。

前述の作動を繰返すことにより、多数の基板１
４がそれぞれ連続的にスパツタ処理を施される。

また消耗品であるターゲツトの交換は以下のよ
うに行なう。

エアシリンダ４４、円錐カム４５、プツシヤ４
３の協調により基板ホルダ４コを壁面３８に押付
け、さらにターゲツト交換を行なうステーシヨン
のエアシリンダ３６によりそのステーシヨンのバ
ルブ３７を閉めることにより該副真空室３４と主
真空室３２とを真空シールする。次にその副真空
室３４のリーク手段（図示せず）により、副真空
室３４を大気圧にした後、そのステーシヨンに取
付けられている処理ユニツト１８のスパツタ電極
を外してターゲツトを交換する。再びスパツタ電
極を組付けた後、該当する副真空室３４を粗引き
排気手段（図示せず）により粗引き排気する。次
に基板ホルダを後退させ、副真空室３４内を高真
空排気する。

以上のように本発明によればターゲツト交換を
行なう場合には、主真空室３２を高真空排気した
まま、ターゲツトを交換を行なうステーシヨンの
副真空室のみを大気にすればよい。

上述の実施例においてはローデイングステーシ
ヨン１個と処理ステーシヨン４個と、計５個のス
テーシヨンを設けたが、本発明を実施する場合、
設置するステーシヨンの個数は任意に設定し得
る。

本実施例においては、以上に述べた構造機能か
ら明らかなように、みかけ上一組の真空システム
より成るスパツタ装置において、各処理ステーシ
ヨン毎に副真空室を設けることにより各副真空室
の圧力を独立に制御でき、各処理に最適な圧力に
設定することにより処理速度の向上、膜質の向上
をはかることができる。また、ベーク処理ステー
シヨン、スパツタエツチステーシヨンより発生し
た不純物ガスは、各ステーシヨンの排気口より主
真空室に出て真空ポンプに達する。この場合、一
度主真空室に出た不純物ガスが他のステーシヨン
の排気口から副真空室に入り込む確率は実用上無
視できる程小さい。その結果、ベークステーシヨ
ン、スパツタエツチステーシヨンより発生した不
純物ガスがスパツタ処理ステーシヨンに入りこん
でスパツタ処理に悪影響を与える虞れは実用上無
視し得る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、基板へ
の薄膜形成工程の歩留りを向上させ、しかも実効
的生産能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の連続スパツタ装置の垂直断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は本
発明の連続スパツタ装置の１実施例の垂直断面
図、第４図は第３図のＣ−Ｃ面による水平断面図
である。 １……真空容器、２……ガス配管、３……真空
バルブ、４……可変バルブ、５……真空ポンプ、
８……ローデイングステーシヨン、９……第２処
理ステーシヨン、１０……第３処理ステーシヨ
ン、１１……第４処理ステーシヨン、１２……第
５処理ステーシヨン、１３……ドア、１４……盲
蓋、１７……開口、１８……処理ユニツト、１９
……圧力プレート、２０……エアシリンダ、２１
……エアシリンダ、２２……基板保持孔、２３…
…爪、２４……モータ、２５……ギア、２６……
チエーン、２７……軸、２８……真空予備室、３
０……真空容器、３１……蓋、３２……主真空
室、３３……開口、３４……副真空室、３５……
排気口、３６……エアシリンダ、３７……バル
ブ、３８……壁面、３９……ドラム、４０……平
面、４１……板ばね、４２……基板ホルダ、４３
……プツシヤ、４４……エアシリンダ、４５……
円錐カム、４６……ガイド、４７……圧縮ばね、
４８……配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筒状の真空容器と、該真空容器に接続した排
   気手段と該真空容器内に同心状に設けた回転搬送
   手段と、上記の搬送手段に等角度間隔に設けた複
   数個の基板ホルダと、前記真空容器の側壁に基板
   ホルダに対向する如く設けた開口と、基板ホルダ
   を上記の開口に対して気密に押圧、離関せしめる
   駆動手段と、前記の開口の内の少なくとも一つの
   開口に設けた気密なドアと、ドアを設けた開口以
   外の少なくとも一つの開口の外側に設けた副真空
   室と、少なくとも一つの副真空室に接続した排気
   手段と、少なくとも一つの副真空室に接続したガ
   ス導入手段とよりなることを特徴とする連続スパ
   ツタ装置。