JP3416910B2 - スループットの高いスパッタリング装置及び方法 - Google Patents

スループットの高いスパッタリング装置及び方法

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デルバート エフ ウォルトリップ
ジョセフ ボニグト
ロバート エム スミス
ゲアリー エル ペイン
ロバート ビー ズーベック
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シーゲイト テクノロジィ リミテッド ライアビリティ カンパニー
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Description

【発明の詳細な説明】 版権放棄の制限 本特許文書の開示の一部分は、版権保護の請求がなさ
れた資料を含んでいる。版権所有者は、米国特許商標庁
のファイル又は記録に現れるようにこの特許文書又は特
許開示を何人かがファクシミリ再現することに異議を唱
えるものではないが、他の全ての権利は保全されるもの
とする。
発明の分野 本発明は、マグネトロンスパッタリングプロセスにお
いて多層の薄膜を付着する装置及び方法に係り、より詳
細には、電子的に制御される大量のマグネトロンスパッ
タリングプロセスにおいて磁気記録媒体用の薄い磁気フ
ィルムを付着する装置及び方法に係ると共に、それによ
り改良された磁気記録ディスク製品を製造することに係
る。
先行技術の説明 スパッタリングは、特定の基体上に均一な薄いフィル
ムを付着する公知の技術である。スパッタリングは、排
気したチャンバにおいて、不活性ガス、典型的にアルゴ
ンを使用し、付着中に静止状態に保たれる１つ以上の基
体をターゲットのまわりで回転する（「プラネタリ（自
公転）」システム）か又はターゲットを通して搬送する
（「インライン」システム）ようにして実行される。
基本的には、この技術は、フィルムとして付着される
べきターゲット材料の表面に静電加速したアルゴンイオ
ンを当てることを含む。一般に、電界を使用してプラズ
マガス中でイオンを加速し、イオンをターゲット表面に
当てる。運動量の伝達により、ターゲット表面の浸食領
域として知られている領域から原子と電子が追い出され
る。ターゲットの原子が基体に付着してフィルムを形成
する。
典型的に、スパッタリングチャンバの排気は、チャン
バ内の汚染物循環攪流を回避するために２段階プロセス
で行われる。第１に、絞られたおおまかな段階はチャン
バを約50μの第１圧力までゆっくりとポンプダウンす
る。次いで、ターボ、クライオ又は拡散ポンプを使用し
て高真空ポンピングを行い、スパッタリングを行うに必
要な高度に排気した基礎圧力（約10-7Torr）までチャン
バを排気する。その後、この排気したチャンバにスパッ
タリングガスを導入し、約２ないし10μの圧力まで裏込
めする。
スパッタリングプロセスは、複数のターゲット材料か
ら、ガラス、ニッケル−燐メッキのアルミニウム円盤及
びセラミック材料を含む種々の基体材料に被膜を付着す
るのに有用である。しかしながら、静電力のみに基づい
てこのプロセスにより得られる比較的低いスパッタリン
グ率では（ダイオードスパッタリング）、大量の処理が
所望されるある商業的な用途には実用できない。従っ
て、種々の磁石配列を使用して、ターゲット表面付近に
電子をトラップし、より多くのアルゴンをイオン化し、
ターゲットに当たってターゲット電子を放出させる確
率、ひいては、スパッタリング率を高めることにより、
スパッタリング率の増大が計られている。特に、ターゲ
ット表面に隣接する領域において磁界の形状を操作する
ことによりスパッタリング率の増大が達せられる。
このように行われるスパッタ付着は、一般に、マグネ
トロンスパッタリングと称する。
磁界の形状は、磁束路を用いてスパッタリング率を増
大するという目標で磁界を発生するのに使用される個々
の磁石の極性及び位置を調整することにより最適なもの
にされる。例えば、エアコ社に譲渡されたJ.Sチャピン
氏の1989年８月28日付けの米国特許第4,166,018号に
は、平らな直流（dc）マグネトロンスパッタリング装置
が開示されており、この装置は、ターゲット浸食領域の
すぐ近くのプラズマ領域に電子及びイオンを閉じ込める
弓形の磁束路（又はライン）を形成する磁石形状を使用
している。１つ以上の閉じた磁束ループ路がカソード面
に平行である限り、例えば、同心楕円又は円のような種
々の磁石配列がこの目的に適している。
磁界の役割は、運動する電子をターゲットの付近に捕
獲することである。磁界は電子に対して力を発生し、電
子が磁力線のまわりで螺旋路を描くように誘導する。こ
のような螺旋路は、磁力線に沿った経路よりも長く、電
子がプラズマガス原子、典型的にアルゴンをイオン化す
る機会を増大する。更に、磁力線は、負にバイアスされ
たターゲットからの電子の反発も減少する。その結果、
ターゲットに隣接するプラズマ領域には多くのイオン束
が形成され、磁力線の逆形状を近似する形状に合致する
領域からのターゲット原子の浸食を対応的に増大する。
従って、ターゲットの上の磁界が弓形の線の形状である
場合には、磁力線に隣接した浸食領域が浅い軌道に合致
し、ターゲットの多くをスパッタリングに利用できない
状態のまま残す。
磁気ターゲットにとって低いターゲット利用率は問題
である。というのは、磁力線は磁気ターゲット内及びそ
のすぐ上に集中する傾向があるからである。スパッタリ
ング中に磁気ターゲットの浸食が増大するにつれて、よ
り多くの磁力線がターゲットから「漏れ」出るので、浸
食領域上の磁界強度が増加し、より多くの電子を捕獲す
ると共に、浸食領域付近のプラズマを更に増強する。従
って、浸食領域は、細い谷に限定される。
スパッタリングは、高いフィルム付着率を得るのに加
えて、プロセスパラメータを僅かに調整するだけでフィ
ルムの特性を相当程度まで調整できる能力を発揮する。
特に注目すべきは、特定のマイクロ結晶構造及び磁気特
性をもつフィルムを形成するプロセスである。従って、
フィルム付着前の基体表面の汚染又は劣化を回避するた
めに、スパッタリング圧力、付着温度及び排気環境の維
持の影響について多くの研究がなされている。
コバルト、ニッケル及びクロミウムの合金をクロミウ
ムの下層に付着したもの（CoNiCr/Cr）は、ウインチェ
スター型ハードディスクドライブに使用されるディスク
のような磁気記録媒体用のフィルムとして非常に望まし
い。しかしながら、インライン式のスパッタリングプロ
セスは、ディスク基体上に、信号波形変調として現れる
磁気異方性や、付着膜の異常を生じさせる。
このようなインラインプロセスを経て搬送されるディ
スクの方向の異方性は、ディスクがスパッタリングチャ
ンバに入りそして出るときに斜めに入射するターゲット
原子束が付着する結果としてディスク搬送方向に垂直に
結晶が成長することにより生じるものと理解される。磁
気フィルムの特性はマイクロ結晶構造によって左右され
るので、クロミウム下層のこのような異方性は、磁気Co
NiCr層が好ましい配向にその後付着するのを妨げること
になる。クロミウム下層の好ましい結晶配向は、密接に
詰め込まれたbcc｛110｝平面がフィルム表面に平行とな
るような方向である。クロミウムの核生成層に対するこ
の配向は、磁気コバルト合金層のhcp構造体の「Ｃ」
軸、即ち易磁化軸（easy axis of magnetization）をフ
ィルム平面内で強制的に整列させる。同様に、スパッタ
リングプロセスにおいて発生される磁界の向きが付加的
な異方性を誘発し、これも同様の信号波形変調を生じさ
せる。1987年９月のIEEE Trans.Magn.第MAG−23巻、第
５号、第3408−10ページに掲載されたウチナミ氏等の
「スパッタされた薄膜ディスクにおける磁気異方性（Ma
gnetic Anisotropies in Sputtered Thin Film Disk
s）」；及び1986年５月のJ.Vac Sci.Tech.第A4巻、第
３号、第547−９ページに掲載されたヒル氏等の「長手
方向記録用のスパッタ処理ディスクの低周波変調に対す
るプロセスパラメータの影響（Effects of Process Par
ameters on Low Frequency Modulation on Sputtered D
isks for Longitudinal Recoding）」（磁気異方性現象
について述べた）を参照されたい。
被膜の磁気特性、特に保磁力を増大しながら上記した
波形変調の問題を解消するために多数の解決策がとられ
ている。例えば、ザイデックス社に譲渡された1989年３
月28日付けのA.エルトーキ氏の米国特許第4,816,127号
は、斜めに入射するターゲット原子をさえぎるために基
体をシールドする１つの手段を開示している。更に、19
86年のIEEE Trans.Magn.第MAG−22巻、第579−581ペー
ジに掲載されたテング氏等の「DCマグネトロンスパッタ
された薄膜の異方性誘発される信号波形変調（Anisotro
py−Induced Signal Waveform Modulation of DC Magne
tron Sputtered Thin Films）」；及び1987年９月のIEE
E Trans.Magn.第MAG−23巻、第５号、第3405−７ペー
ジに掲載されたシンプソン氏等の「薄膜固体記録ディス
クの特性に対する周囲組織の影響（Effect of Circumfe
rential Texture on the Properties of Thin Film Rig
id Recording Disks）」には、フィルム付着の前にディ
スクの基体表面を組織形成することが示唆されている。
特に、周囲方向に配向される粒子の成長を促進し、ひい
てはフィルムの保磁力を増加するために、周囲表面グル
ーブが提案されている。
フィルム特性を調整する他の解決策は、合金の組成に
他の元素を導入することによりマイクロ結晶構造を操作
することに集約される。例えば、1988年のIEEE Trans.
Magn.第MAG−24巻、第2730−２ページに掲載されたシロ
イシ氏等の「長手方向記録のためのCo合金/Cr薄膜の読
み取り及び書き込み特性（Read and Write Characteris
tics of Co−Alloy/Cr Thin Films for Longitudinal R
ecording）」；及びIBMに譲渡されたJ.Kハワード氏の19
87年３月24日付けの米国特許第4,652,499号は、白金P
t、タンタルTa及びジルコニウムZrのような元素をコバ
ルト−クロミウムCoCrフィルムに対して置換して、より
高い保磁力及び大きな耐浸食性を磁気記録フィルムに生
じさせることに関連している。
タンタルを伴うCoCr合金（CoCrTa）は、磁気記録媒体
にとって特に魅力的なフィルムである。例えば、公知技
術では、個々のコバルト、クロミウム及びタンタルター
ゲットを使用するか又はコバルト−クロミウム及びタン
タルターゲットを使用するプラネタリマグネトロンスパ
ッタリングプロセスによってCoCrTaフィルムを形成する
ことが知られている。
1986年９月のIEEE Trans.Magn.第MAG−22巻、第５
号、第352−４ページに掲載されたフィッシャ氏等の
「耐浸食性合金フィルムの磁気特性及び長手方向記録性
能（Magnetic Properties and Longitudinal Recording
Performance of Corrosion Resistanct Alloy Film
s）」には、スパッタリングされたCoCr合金フィルムの
磁気特性及び耐浸食性の研究について述べられている。
２原子パーセント（at％）のTaをCo16at％Cr合金と置換
する（即ち、Co14at％Cr2at％ta合金を形成する）こと
は、飽和磁化を増加することなく保磁力を向上すること
が分かっている。特に、400Åフィルムに1400 Oeの保
磁力が誘起されている。加えて、8386磁束反転/cmない
し1063磁束反転/cm（21300fciないし28100fci）のリニ
アビット密度が−3dBで得られ、信号対雑音比（SNR）が
30dBとなっている。更に、CoCr及びCoCrTaフィルムの耐
浸食性がCoNiフィルムに対して改善されている。
日立製作所に譲渡されたフルサワ氏等の1990年８月21
日付けの米国特許第4,940,548号には、Taを使用してCoC
r（及びCoNi）合金の保磁力及び耐浸食性を高めること
が開示されている。10at％のTa（及び５ないし25at％の
クロミウム含有量）をもつCoCr合金がクロミウムの多数
の層上にスパッタリングされ、基体表面を組織形成しな
くても変調性が低く且つ非常に望ましいマイクロ結晶構
造及び磁気異方性を有する磁気フィルムが形成されてい
る。
磁気記録媒体の業界では磁気特性及び耐浸食性の優れ
たCoCrTaスパッタフィルムを形成するための高スループ
ットのインラインシステムを開発することが明らかに経
済的な結果を奏する。
ウインチェスタ型ハードディスクドライブに使用され
る媒体上の磁気フィルムのリニア記録密度は、記録媒体
上の磁気記録ヘッドの飛行高さを減少することによって
向上することが分かっている。飛行高さを減少した場合
に、磁気フィルム層を摩耗に対して保護する必要性が増
大する。又、磁気フィルムは、磁気記録システム内のト
レース集中部分に存在する蒸気による浸食を受け易い。
ロジウム、炭素及び無機の非金属炭化物、窒化物、及び
シリカやアルミナのような酸化物を含む種々のフィルム
が磁気フィルム用の保護上層として使用されている。し
かしながら、磁気層への付着性が悪く且つ耐摩耗性が不
充分であるといった問題がこれらフィルムの適用を限定
している。ゼベック社に譲渡されたネルソン氏等の1985
年３月３日付けの米国特許第4,503,125号には、磁気フ
ィルムのための保護用炭素オーバーコーティングが開示
されており、チタニウムのスパッタ層を磁気層と炭素オ
ーバーコーティングとの間に化学的に接合することによ
り接着性が改善されている。
スパッタされた炭素の特定の場合には、付着パラメー
タを入念に制御することにより所望のフィルム特性が得
られている。例えば、スパッタリングプロセスの間に、
成長するフィルムに導入されるガスの量は、ターゲット
の組成、スパッタリングガス圧力及びチャンバの形状と
いったスパッタリングパラメータによって左右される。
NEC社に譲渡されたY.ツカモト氏の1989年６月13日付け
の米国特許第4,839,244号には、フッ素ガスを含む気体
雰囲気中で無機の非金属化合物と共に保護用のフッ化グ
ラファイト上層を同時スパッタリングするプロセスが開
示されている。BASFアクチエンゲジルシャフト・オブ・
ジャマニーに譲渡されたフィツフィールド氏等の米国特
許第4,891,114号はグラファイト炭素ターゲットを使用
してアモルファス炭素保護層を得るdcマグネトロンスパ
ッタリングプロセスに関するものである。
磁気記録媒体のための耐摩耗層としては、炭素の上層
が、高い硬度に対応するマイクロ結晶構造をもつことが
望ましい。換言すれば、スパッタリング中に、炭素がグ
ラファイト化してアモルファス炭素フィルムを軟化する
のを最小にするのが望ましい。スパッタされる炭素フィ
ルムのグラファイト化を緩和するのに使用される１つの
手段は、フィルムに水素を導入することである。これ
は、水素又は水素含有ガス、例えば、メタンや他の炭化
水素と混合されたアルゴン雰囲気中でスパッタリングを
行うことにより達成される。
高いスループットを得るのに一応成功を収めたマグネ
トロンスパッタリングプロセスが開発されている。例え
ば、1988年４月５日及び1990年４月16日付けのヘジコッ
チ氏の米国特許第4,735,840号及び第4,894,133号は、各
々、ウインチェスタ型ハードディスク技術に使用するた
めのディスク上に多層の磁気記録フィルムを形成する大
容量のプレーナ型dcマグネトロンインラインスパッタリ
ング装置を開示している。この装置は、単一のスパッタ
リングチャンバ内で個々の層をスパッタリングするため
の多数の連続する領域を備えており、パレット又は他の
垂直キャリアに取り付けられた予熱されたディスク基体
が、約10mm/秒（1.97ft/分）までの速度であるが平均す
ると約3mm/秒（0.6ft/分）の速度でチャンバを通して送
られる。第１のスパッタリング領域は、周囲方向に組織
形成されたディスク基体上にクロミウムを付着する（10
00ないし5000Å）。次の領域は、CoNiのような磁性合金
の層を付着する（200ないし1500Å）。最後に、アモル
ファス炭素のような耐摩耗性・耐浸食性材料の保護層が
付着される（200ないし800Å）。
上記装置は、機械的ポンプ及びクライオポンプにより
約2x10-7Torrの基礎圧力まで排気される。スパッタリン
グは、斜めに入射する束による異方性を排除するために
２ないし4x10-2Torr（20ないし40μ）の比較的高いアル
ゴン圧力で行われる。
高いスループットを得るようにスパッタリングプロセ
スを最適化するには、スパッタリング率はさておき時間
に影響される他のプロセス特徴にも考慮しなければなら
ない。例えば、基体の加熱は、通常、基体を所望の平衡
温度まで暖めるために長い浸透時間を必要とするヒータ
で行われる。更に、スパッタリング装置を通る基体の搬
送速度は、従来の底部駆動のギア／ベルト駆動搬送シス
テムを使用する機構に対して限定されている。このよう
な底部駆動システムは一般に相互噛み合いギアを有し、
区分から区分への移行が大雑把であるために実際には特
定の速度より速く進むことができず、基体がキャリアか
らずり落ちたり及び／又はギアの摩耗によって粒状物体
が生じてスパッタリングプロセスの前又はその間にディ
スクを汚染することがある。従って、加熱及び搬送機能
を行うのに最小の時間しか必要としない要素を使用する
ことによりプロセスの全体的なスループットが更に改善
される。
一般に、公知のスパッタリング装置は、上記のスパッ
タリングプロセスを制御するためにあまり精巧でない手
段を使用している。このような制御システムは、システ
ムオペレータによって監視される標準的な光学又は電気
計測を含み、システムに使用された部品の直接的な電気
的切り換え又は電気／機械的な切り換えはシステムオペ
レータによって行われる。このようなシステムは、スパ
ッタリングされた基体を限定されたスループットで得る
場合には充分うまくいく。しかしながら、更にスループ
ットの高いスパッタリング運転を行うには、更に包含的
なシステムが必要である。特に、比較的ユーザに馴染み
易い環境を介して進行中のプロセスに関する多量の情報
をオペレータに与えるような制御システムが必要とされ
る。更に、制御システムは、スパッタリングシステムの
各特徴を制御するために必要に応じて直列及び並列の両
方で充分に自動的に機能しなければならない。その上、
無数のスパッタリング条件を用いたプロセスに対しシス
テムの迅速な設定を容易にするために一連の全ての運転
パラメータをプリセットする能力をこのような制御シス
テム内に含ませることが望ましい。
発明の要旨 従って、本発明の目的は、スループットの高いスパッ
タリング方法及び装置を提供することである。
本発明の別の目的は、上記装置及び方法のための制御
システムであって、フィルム付着プロセスパラメータを
連続的に監視して容易に変更する制御システムを提供す
ることである。
本発明の更に別の目的は、集中式の電子制御システム
を有する高スループットのスパッタリング装置を提供す
ることである。
本発明の付加的な目的は、非常に効率が良く、汚染の
ない環境でスパッタリングを行う手段において上記目的
を果たすことである。
本発明の更に別の目的は、上記装置及び方法を通して
基体を搬送するための非常に融通性の高い汚染のない手
段を提供することである。
本発明の更に別の目的は、オーバーヘッド型の無ギア
搬送機構によってスパッタリング装置を通して基体を搬
送することである。
本発明の更に別の目的は、各々ユーザが定めた可変の
速度で複数の基体を搬送するための搬送機構を提供する
ことである。
本発明の更に別の目的は、高速大容量の真空ポンプシ
ステムによってスパッタリング装置内に汚染のない環境
を維持することである。
本発明の更に別の目的は、スパッタリングプロセス中
にターゲット材料を効率的に浸食できるようなマグネト
ロン設計を提供することである。
本発明の更に別の目的は、フィルム付着の前に均一な
基体表面温度プロファイルを得て維持する高スループッ
トのスパッタリング装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、ターゲット原子が高い入射
角で基体表面に当たることによる付着を最小にすること
により著しく等方性のフィルムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、磁気フィルム付着前のクロ
ミウム下層の酸化を最小とする高スループットのスパッ
タリング装置を提供することである。
本発明の付加的な目的は、優れた磁気記録特性をもつ
磁気記録媒体上の高品質の薄い磁気フィルムを提供する
ことである。
本発明の更に別の目的は、優れた磁気記録特性をもつ
高品質の薄いコバルト−クロミウム−タンタル（CoCrT
a）フィルムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、易磁化軸に沿って周囲方向
に配向された高品質のスパッタされた薄い磁気フィルム
を提供することである。
本発明の更に別の目的は、優れた摩耗、硬度、浸食及
び弾性特性をもつ高品質の薄い炭素フィルムを形成する
ための高スループットのスパッタリング装置を提供する
ことである。
本発明の更に別の目的は、耐摩耗性の炭素フィルムを
付着する方法であって、水素含有ガスの存在中でスパッ
タリングを行う方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、電気的にバイアス又は接地
されたパレットを用いて炭素フィルムをスパッタリング
する改良された方法を提供することである。
本発明の上記及び他の目的は、公知技術の５倍までの
速度でスパッタリングされた基体を形成することのでき
る高スループットのスパッタリング装置及び方法におい
て達成される。本発明による装置は、複数の基体の表面
に単一又は多層のコーティングを形成する。この装置
は、複数の緩衝及びスパッタリングチャンバと、入力端
と、出力端とを備え、上記基体は上記装置の上記チャン
バを変化する速度で搬送され、上記入力端から出力端ま
でのパレットの速度は複数のパレットの各々について一
定にされる。複数の完全に整合された部品を有する本発
明による高スループットのスパッタリング装置は、複数
の基体に多層コーティングをスパッタリングする手段を
具備し、このスパッタリング手段は、一連のスパッタリ
ングチャンバであって、基体にスパッタされるコーティ
ング成分の間の交差汚染を減少するように各々隣接チャ
ンバから相対的に分離されると共に、周囲の雰囲気状態
からも分離されるスパッタリングチャンバと；上記スパ
ッタリング手段を通して上記複数の基体を可変速度で搬
送する手段と；上記スパッタリング手段内の雰囲気圧力
を、スパッタリング作業を行えるに充分な圧力範囲内の
真空レベルまで減圧する手段と；上記多層コーティング
のスパッタリングを行う温度まで上記複数の基体を加熱
する手段であって、上記基体の表面上に実質的に均一の
温度プロファイルを形成するような加熱手段と；上記ス
パッタリング手段、上記搬送手段、上記減圧手段及び上
記加熱手段へ制御信号を送ると共にこれら手段からフィ
ードバック入力を受け取る制御手段であって、上記スパ
ッタリング手段、上記搬送手段、上記減圧手段及び上記
加熱手段に対して制御を行えるようにプログラムするこ
とのできる制御手段とを備えている。
本発明による方法は、スパッタされるべき基体を用意
し；スパッタリング作業を行える圧力範囲内の圧力をも
つ環境を上記基体の周りに形成し；スパッタリング作業
を行うための上記圧力範囲内で上記環境にガスをプラズ
マ状態で導入し；上記環境内で一連のスパッタリング段
階を行うために上記環境を通して変化する速度で且つ上
記環境に対して外部の返送路に沿って上記基体を搬送
し、同時に、上記環境の上記圧力を実質的に崩壊せずに
上記環境に基体を導入し、スパッタリング段階中のフィ
ルムの一体性を最適なものにするよう上記基体を迅速且
つ均一に加熱しそして上記基体に薄いフィルムの次々の
層を形成するように上記基体をスパッタリングし；そし
て上記環境を汚染せずに上記スパッタリングされた基体
を取り出すという段階を備えている。
図面の簡単な説明 以下、同様の部分を同じ参照番号で示した添付図面を
参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のスパッタリング装置のシステム平面
図である。
図２は、図１に示す本発明のスパッタリング装置の２
−２線に沿った断面図である。
図３は、本発明のスパッタリング装置の平面図で、電
源及びポンプサブシステム部品の物理的な関係を示す図
である。
図４は、本発明のスパッタリングプロセスの全体的な
ブロック図である。
図５は、本発明のプロセスに用いられるディスク基体
を組織形成する手段の簡単な斜視図である。
図６は、図５に示す組織形成手段に用いられたカムホ
イールの６−６線に沿った断面図である。
図７は、図５の組織形成手段によって形成されたディ
スク表面の組織を示す拡大断面図である。
図８は、本発明のスパッタリング装置を経てディスク
を搬送するパレットの実施例の表面を示す図である。
図９は、図８のパレットの部分拡大図である。
図10は、図９のパレットでディスクを搬送する１つの
領域の部分拡大図である。
図11は、図10に示すディスク搬送領域の11−11線に沿
った断面図である。
図12は、本発明の装置に用いられるポンピングシステ
ムの全体を示す図である。
図13は、本発明の装置に用いられるスパッタリングチ
ャンバの側面部分破断図である。
図14は、図13の14−14線に沿って見た基体搬送機構、
スパッタリングシールド及びパレットの組立状態の断面
図である。
図15は、メイン（又は「ドウェル」）加熱ランプ組立
体及びチャンバの断面図である。
図16は、図15の16−16線に沿ったメイン加熱ランプ組
立体を示す図である。
図17は、図15の17−17線に沿ったメイン加熱ランプ取
付トレイ及び冷却ラインを示す図である。
図18は、二次的な（又は「パスバイ」）加熱ランプ及
びチャンバ組立体の断面図である。
図19は、図18の19−19線に沿った加熱ランプ組立体の
図である。
図20は、図18の20−20線に沿った二次的な加熱ラン
プ、取付トレイ、及び冷却ラインを示す図である。
図21は、本発明の装置に用いられる熱反射パネル、パ
レット及び基体搬送システムの部分斜視図である。
図22は、本発明スパッタリング装置に用いられるパレ
ット、基体搬送機構、スパッタリングシールド及びカソ
ード組立体の一部を示す分解斜視図である。
図23は、図13に示すスパッタリングチャンバの上面図
である。
図24は、図23の24−24線に沿った側面断面図である。
図25は、本発明のマグネトロンのカソード部分の第１
表面を示す部分斜視図である。
図26は、冷却ライン入力及びカソードの磁石チャンネ
ルを含む本発明のマグネトロンのカソードの第２表面を
示す斜視図である。
図27Aは、図25の27−27線に沿った本発明の非磁性タ
ーゲットのためのカソードの磁石構成の第１実施例を示
す組立状態の断面図である。
図27Bは、図25の27−27線に沿った本発明の非磁性タ
ーゲットのためのカソードの磁石構成の第２実施例を示
す組立状態の断面図である。
図28は、本発明のプロセスによって形成された多層ス
パッタ薄膜の断面図である。
図29は、本発明の電子制御システムのブロック図であ
る。
図30は、本発明のプロセス制御器に用いられるソフト
ウェアの機能的な特徴を示すブロック図である。
図31は、本発明の自動低温ポンプ再生プロセスのフロ
ーチャートである。
図32Aないし32Dは、本発明の電子制御システムに使用
されるソフトウェアの自動基体運転モード中にモータ組
立体、ロードロック及び出口ロックポンピング、及びヒ
ータ電力を制御するソフトウェアロジックの概略を示す
単一の論理フロー図である。
好ましい実施例の説明 A.序文 多層の薄いフィルムを基体に付着する装置及び方法に
ついて以下に説明する。本発明の装置は、約５分の時間
フレーム内に所与の基体に多層コーティングを付着する
ことができる。本発明の装置及び方法は、公知の多層コ
ーティングプロセスの少なくとも約５倍の生産スループ
ットを与えることができる。
高スループットのスパッタリング装置及び方法の他の
効果は、付着される多層フィルムの組成と、それらが付
着される基体の形式とについて融通性があり；コーティ
ングの成分を容易に交換でき；基体を加熱する新規な手
段を有し；新規なスパッタリングマグネトロン設計であ
り；可変速度のオーバーヘッド式非汚染基体搬送システ
ムを備え；そしてこの装置及び方法を制御するための包
含的な集中式のプログラム可能な電子手段を備えている
ことである。更に、ウインチェスタ型技術を用いたハー
ドディスクドライブに使用されるべきディスクのような
基体のための磁気コーティングを形成するのにこの方法
及び装置が使用されるときには、ディスクの磁気記録特
性を改善するための独特のディスク組織形成方法と、大
きな単一の大容量パレットにおいて均一な基体加熱特性
に寄与する新規なディスクキャリア（又はパレット）設
計とについても説明する。
本発明の高スループットの方法及び装置は、本発明の
上記目的を達成すると共に、整合された構成部品エレメ
ントを使用する包含的なインラインスパッタリングシス
テムを提供して大きな単一シート又はパレットで搬送さ
れる多数の個別基体を連続的な可変速度のスパッタリン
グプロセスで処理し各基体が比較的一定の開始−終了処
理時間をもつようにすることにより、上記効果を発揮す
る。このような装置及び方法は、95mmディスク基体の場
合は3000個までそして65mmディスク基体の場合には5300
個まで１時間に処理することができる。ディスク当たり
数セントのコスト節約が顕著な効果を奏するディスクド
ライブ業界では、本発明の装置は95mmディスク基体をデ
ィスク当たり＄8.00のコストで製造するのに対して、他
のスパッタリング装置ではディスク当たり＄12.00であ
る。この方法及び装置にとって重要なことは、組織形成
及び清掃を含むディスク準備のためのエレメントを整合
及び最適化し、最適な真空ポンプシステムによりスパッ
タリング装置に伴うスパッタリング環境を設け、このス
パッタリング環境を乱すことなく大量で高速の汚染のな
い仕方でこのスパッタリング環境を通してディスク基体
を搬送し、この環境内で基体をスパッタリングに最適な
熱レベルまで加熱し、そして一連の実質的に分離された
非交差汚染スパッタリング段階を経て基体をスパッタリ
ングすることである。
一般に、基体に多層フィルムを付着するには、基体の
準備及びフィルムの付着の２つの基本的な段階を伴う。
図４は、本発明によりディスク基体に薄いフィルムを付
着するプロセスの全体を一般的に示している。特に、図
４は、例えば、ウインチェスタ型ハードディスクドライ
ブに使用するニッケル−燐メッキのアルミニウムディス
クのような基体に単一又は多層フィルムを設けるプロセ
ス段階を概略的に示している。当業者に明らかなよう
に、図４に示す段階は、コーティングされるべき基体の
特定の形式又は付着されるべき薄いフィルムに基づいて
必要に応じて変更することができる。
図４は基体準備プロセス410は、キット形成プロセス4
12と；ディスク組織形成プロセス414と；ディスクの予
備清掃プロセス416と；水洗浄プロセス418と；かせい洗
浄液を伴う超音波洗浄プロセス420と；水中でスポンジ
で擦るプロセス422と；脱イオンの温水中で超音波洗浄
をするプロセス424と；擦ると共に脱イオン水のスプレ
ー洗浄プロセス426と；オーバーフロー脱イオン水洗浄
プロセス428と；温かいFREON TESを伴うディスクの超
音波洗浄プロセス430と；冷たいFREON TESでの洗浄プ
ロセス432と；温かいFREON TES中での蒸気排出乾燥プ
ロセス434とを備えている。図４に示す上記段階の各々
はセクションＣで詳細に説明する。
基体準備プロセス410に続いて、清潔な乾燥したディ
スク基体は、パレットロード（装填）プロセス450を受
け、ディスク基体は基体キャリアにのせられそしてこの
キャリアはディスク基体をコーティングプロセス460を
経て搬送する。
コーティングプロセス460では、ディスク基体は、図
１及び図２に示すスパッタリング装置10のようなコーテ
ィング装置に送られ、単一又は多層フィルムが形成され
る。例えば、本発明のスパッタリング装置10におけるコ
ーティングプロセス460に含まれる段階は、スパッタリ
ングシステムの特定のチャンバが約10-7Torrの圧力まで
排気されそしてアルゴンのような適当なスパッタリング
ガスが裏込めされるシステム排気プロセス472と；最適
なフィルム付着を行う温度まで基体を上昇させる基体加
熱プロセス476と；基体上にフィルムを付着するスパッ
タリングプロセス478とを含む。その後、基体はアンロ
ード（取り外し）プロセス480を受ける。パレットを搬
送するプロセス474は、上記プロセスを通して基体を搬
送する手段を備えている。
多層フィルムを基体に付着することに関連した上記段
階の各々は、本明細書の個々のセクションで詳細に説明
する。
B.スパッタリング装置全体 単一又は多層フィルムを１つ以上の基体に付着するの
に使用されるスパッタリング装置10は、図１（Ａ）及び
（Ｂ）、図２（Ａ）及び（Ｂ）及び図３を参照して一般
的に説明する。このスパッタリング装置10はスループッ
トの高いインライン式のマグネトロンスパッタリングプ
ロセスを行い、大量のコーティング手順を実行すること
により基体当たりの製造コストを下げることができる。
以下に詳細に述べるように、ラック、パレット又は他の
基体キャリアに取り付けられたディスクのような単一の
大きなシート基体又は個々の基体の片方の側面又は両方
の側面に個々に又は同時に単一又は多層フィルムを付着
することができる。
一般に、基体は、装置10の多数のスパッタリングチャ
ンバ20、26、28を通して３−６フィート／分の速度で送
られ、そしてヒータチャンバ14、16及び緩衝チャンバ1
2、18、22A−Ｅ、24A−Ｃ、29及び30を通して12フィー
ト／分の第２速度で送られる。入念に整合されたエレメ
ントにより、各基体は装置10を通して一定の速度を有す
る。
スパッタリング装置10は、一般的に２つの基本的な形
式より成る17のチャンバモジュール12−30を備えてい
る。第１の形式は、ロックモジュール（12、30）、付着
プロセスモジュール（20、26、28）又はドウェルモジュ
ール（14、18、22A−22D及び29）として使用するよう構
成される。第２の形式のモジュールは、以下に述べるよ
うに、付着モジュール間にプロセス分離を与えるための
高真空の緩衝モジュール（16、24A−24C）として使用す
るよう構成される。
図１及び２には、本発明の搬送システムの基体キャリ
ア戻り路50も示されている。この戻り路50は、充分な数
の基体キャリアが連続プロセスにおいて出口ロック30か
らスパッタリング装置10で再使用するよう戻り、生産遅
延を減少すると共に全プロセスの生産速度を増大できる
ように設けられるのが好ましい。更に、図１及び２は、
ロボット式のパレットロードステーション40及びロボッ
ト式のパレットアンロードステーション45も示してお
り、これらは、ディスク基体をラック又はパレットに各
々自動的に装填及び取り出しするために搬送システムの
戻り路50に沿って配置される。以下に詳細に述べるよう
に、基体搬送システムは、１つ以上の光学又は接近位置
センサを各々含む複数の個々の搬送ビームプラットフォ
ームを使用して、基体をスパッタリング装置10を通りそ
して戻り路50に沿って移動すると共に、搬送システム内
の各基体キャリアの位置を監視する。搬送システム全体
にわたる基体キャリアの搬送速度は、０から24ft/分ま
で調整可能に変更できる。基体キャリアの搬送速度の上
限は、スパッタリング装置10のプロセス範囲によって限
定されることに注意されたい。各個々の駆動段階（220
0、以下のセクションＦで述べる）は同一であり、従っ
て、同じ上限及び下限速度を有する。
スパッタリング装置10の特定のチャンバモジュール12
−30間には12個の空気作動式のドアD1−D12が配置され
る。これらのドアD1−D12は図12に一般的に示すように
配置され、ドアD1はチャンバ12を周囲環境から分離し、
ドアD2はロードロックチャンバ12をメイン（「ドウェ
ル」）加熱チャンバ14から分離し、ドアD3はメイン加熱
チャンバ14を第１の緩衝パスバイ加熱チャンバ16から分
離し、ドアD4は緩衝チャンバ16を第１のドウェルチャン
バ18から分離し、ドアD5−D6は第２の緩衝チャンバ24A
を第３のドウェルチャンバ22Bから分離し、ドアD7−D8
は第３の緩衝チャンバ24Bを第５のドウェルチャンバ22D
から分離し、ドアD9−D10は第４のバッファチャンバ24C
を出口緩衝チャンバ29から分離し、ドアD11は出口緩衝
チャンバ29を出口ロックチャンバ30から分離し、そして
ドア12は出口ロックチャンバ30を周囲環境から分離する
ように各々配置される。
図１−３及び図12を参照し、チャンバモジュール12−
30の一般的な構成について説明する。ロードロックチャ
ンバ12は、本質的に、周囲環境と、スパッタリング装置
10のチャンバ14−29との間の分離チャンバである。ロー
ドロックチャンバ12は、約50mTorrの圧力への排気と、
周囲の雰囲気状態への通気とが繰り返される。一般に、
装置10内のスパッタリングは排気された環境において行
われ、チャンバ16−29は約10-7Torrの圧力に排気された
後に、アルゴンガスがこれらチャンバに送り込まれて適
当なスパッタリング圧力が得られる。ロードロックチャ
ンバ12は１インチ厚みのタイプ304ステンレススチール
で形成され、チャンバの外壁で測定して、巾W1が約39イ
ンチであり、長さL1が約49インチでありそして深さD1が
約12インチである。ロードロックチャンバ12及び装置10
の他の全てのチャンバに電解研磨したステンレススチー
ルを使用することにより、ひっかきやその他表面の不完
全状態による粒状物の発生が最小にされる。チャンバ1
4、18、20、22A−22D、24A−24C、26及び28−30はほぼ
同じ寸法である。このロードロックチャンバ12の内容積
は、速い排気時間を容易に得るために、チャンバドア及
び後壁（図示せず）に容積変位固体アルミニウムブロッ
クを設置固定することにより、約３立方フィートに減少
される。ロードロックチャンバ12及びスパッタリング装
置10のポンプダウンについては、セクションＦで一般的
に説明する。
スパッタリング装置10による処理の始めにドアD1が空
気作動されて単一の大きな基体又はパレットをロードロ
ックチャンバ12に入れられるようにした後に、ロードロ
ックチャンバ12は、50μ（50mTorr）の圧力まで排気さ
れる。チャンバ16−29は、約10-7Torrの基礎圧力に排気
され、次いで、このロードロックチャンバ12へ基体を入
れる前に、アルゴンでスパッタリング圧力（約９−12mT
orr）まで裏込めされる。チャンバ14は、予め約10-5−1
0-7Torrの圧力まで排気されている。従って、ロードロ
ックチャンバ12は機械的に排気されて、チャンバ14−29
の圧力と外部周囲圧力の中間のレベルに加圧され、チャ
ンバ14−29で行われる下流のスパッタリングプロセスに
対して分離を与える。
ドウェル加熱チャンバ14は２つの機能を果たす。即
ち、ロードロックチャンバ12と、チャンバ16−29の内部
スパッタリング環境との間の入口緩衝部として働くと共
に、フィルム付着を最適にするように基体温度を上昇す
る加熱チャンバとして働く。チャンバ14は、クオーツラ
ンプ加熱エレメントを８列備えており、その４列は外部
ドア114に取り付けられそして別の４列はその反対側の
後部チャンバ壁99に取り付けられる。ロードロックチャ
ンバ12とドウェル加熱チャンバ14とを分離するドアD2は
高真空スリットバルブである。ドウェル加熱チャンバ14
に配置された加熱エレメントの列については、セクショ
ンＨで詳細に述べる。
基体の処理中に、ロードロックチャンバ12に存在する
基体をドウェル加熱チャンバ14に通す前に、このドウェ
ル加熱チャンバ14は約10-5−10-7Torrの圧力までポンピ
ングされる。この10-5−10-7Torrの圧力はドウェル加熱
チャンバ14において基体からのガス抜けの影響を排除す
る助けをする。その後、アルゴンの裏込めが行われて圧
力を約９−12mTorrまで上昇し、ドウェル加熱チャンバ1
4の環境をチャンバ16−29の環境に等しくする。その
後、基体はこれをランプに曝してその所望の効果を得る
に必要な時間中、ドウェル加熱チャンバ14に保持され
る。
第１の緩衝パスバイ加熱チャンバ16は、巾W2が約26イ
ンチで、高さH'が約49インチで、深さD'が約12インチの
第２の形式のチャンバモジュールである。一般に、緩衝
チャンバ16及び24A−Ｃは、ドウェルチャンバ18A及び22
A−Ｄ間に配置されて、装置10内の進行中のスパッタリ
ングプロセスを分離し、コーティング成分の交差汚染を
減少する。
第１の緩衝パスバイ加熱チャンバ16は、10列のクオー
ツランプ加熱エレメントより成る加熱組立体を備え、そ
の５列は外部ドア116に取り付けられそして別の５つは
その反対側の後部チャンバ100の壁に取り付けられる。
パスバイ加熱チャンバ16は、フィルム付着の前に均一な
基体温度を確保するように設計されている。パスバイ加
熱組立体の構造は、セクションＨで詳細に述べる。
大きさがロードロックチャンバ12にほぼ等しくてタイ
プ304の電解研磨ステンレススチールで構成された３つ
のコーティングモジュール、即ちクロミウム付着チャン
バ20、磁気付着チャンバ26及び炭素付着チャンバ28は、
装置10を通して送られる基体に単一又は多層フィルムを
スパッタリングするのに用いられる。４対のdcマグネト
ロンスパッタリングカソードが、ドア当たり４つのマグ
ネトロンづつ、各チャンバ20、26及び28の両側でドア12
0−１、120−２、126−１、126−２、128−１及び128−
２に各々取り付けられる。ターゲット材料はカソード22
22−2225に取り付けられる。アノード2338、ガスマニホ
ルド2323及びシールド2230、2236、2238及び2240も、外
部ドア120−１、120−２、126−１、126−２、128−１
及び128−２に取り付けられる。これらの部品のドアに
取り付けることは、ターゲットの変更及びチャンバの保
守を容易にする。更に、電力、冷却及びプロセスガスの
ためのコンジット（図示せず）がこれらの外部ドア12
0、126及び128に設けられる。スパッタリング装置10の
変更を行えるようにするために、ドア112、114、116、1
18、122A−122E、124A−124C、129及び130にもフィード
スルーコンジットが設けられる。付着チャンバ20、26及
び28は、セクションＩで詳細に説明する。
ドウェルチャンバ18及び22A−22Eは、ロードロックチ
ャンバ12と同じ大きさを有するように形成され、緩衝モ
ジュールと付着チャンバとの間に分離を与える。ドウェ
ルモジュール18及び22A−22Eは、スパッタリング装置10
における多数の基体の処理中に、必要に応じて、基体搬
送システムが停止できるようにする。もし所望ならば、
ドウェルモジュール22A−22Eのいずれか又は全部に付加
的な加熱組立体を設けてもよい。
出口緩衝モジュール29は、本質的に、ドウェル加熱チ
ャンバ14と同一であるが、ドウェル加熱組立体のハード
ウェアはもたない。出口緩衝モジュール29は、スパッタ
リング装置10から出口ロックチャンバ30へパレット又は
基体を取り出し易くする緩衝エリアを形成すると共に、
スパッタリングプロセスを外部環境から分離する。
出口ロックチャンバ30はロードロックチャンバ12と本
質的に同じであり、逆のポンピング順序で動作して、パ
レット又は基体をスパッタリング装置10の排気環境から
外部周囲環境へ搬送できるようにする。
スパッタリング装置10は、ディスクのような大きな単
一シート基体を、又は小さな基体を支持するパレット
を、７つまで同時に処理できるのが最適である。７つの
このような基体がスパッタリング装置10において同時に
処理されるときには、例えば、次の７つのチャンバの各
々に１つの基体が配置される。即ち、ロードロックチャ
ンバ12、ドウェル加熱チャンバ14、クロミウム付着チャ
ンバ20、磁気付着チャンバ26、炭素付着チャンバ28、出
口緩衝チャンバ29、及び出口ロックチャンバ30。スパッ
タリング装置10の絶対的な大きさは、複数の大きな単一
シート基体、複数の大容量の個別基体支持パレット又は
その両方を同時に処理できるようなものである。このよ
うな大規模の高スループットスパッタリング装置の開発
に付随した問題及びそれに対して採用された解決策は以
下に述べる。
チャンバ12−30は、スチールの組立ラック150に取り
付けられる。ラック150はチャンネル55を備え、これ
は、スパッタリング装置10に使用される部品、例えば、
電子制御システムに使用される部品を取り付けるのに用
いられるのが好ましい。本発明の思想内でチャンバ12−
30を取り付けるための適当な構成がなされ得ることが当
業者に理解されよう。
C.基体の準備 大きな単一のシート又は個別の基体の形態の種々の材
料をスパッタリング装置10においてコーティングするこ
とができる。適当な基体は、研磨されたニッケル−燐メ
ッキのアルミニウムディスク、セラミックディスク（カ
リフォルニア州ロスアンジェルスのキョウセラ・インダ
ストリアル・セラミック・コーポレーション、又はニュ
ーヨーク州コーニングのコーニング・グラス・コーポレ
ーションから入手できる）、ガラス基体（オハイオ州ト
レドのフィルキングトン・コーポレーション・マイクロ
エレクトリニック・リミテッド、オランダのネーダラン
ド・フィリップス・ベドリビンB.V、又はベルギーのグ
ラバーベル・コーポレーション・データ・ストレージ・
グラス・プロダクツから入手できる）、或いは炭素基体
又はグラファイト基体（日本の花王（株））を含む。こ
こに開示する方法及び装置は、ウインチェスタ型ハード
ディスクドライブに使用するのに適したディスクのよう
な研磨されたニッケル−燐メッキのアルミニウム基体の
準備及びスパッタリングに関して説明する。上記したよ
うに、このシステムは、他の形式の単一シート又は個別
基体にも容易に適用できることが当業者に理解されよ
う。
1.キット形成 一般に、三菱（株）又はシーゲート社から入手できる
ようなウインチェスタ型ハードディスクドライブ用の磁
気記録媒体の製造に使用される研磨されたニッケル−燐
メッキのアルミニウム基体又は同様の基体は、標準的な
肋材付き又はスロット付き運送用カセットで（１カセッ
ト当たり基体25個）磁気媒体の製造者へ出荷される。こ
れらの運搬用カセットから、組織形成プロセス414及び
予備清掃プロセス416を経てディスクを処理するのに使
用される処理用カセットへと基体を移す作業は、キット
形成（kitting）として知られている。このキット形成
は、クラス10,000の清潔な室内環境において一般に手作
業で行わねばならない。
2.組織形成 基体表面の周囲方向の組織形成（texturing）即ち研
磨は、磁気コバルト合金フィルムのhcp構造の「Ｃ」軸
を周囲方向に配向させ、それにより、より強く且つ均一
な読み取り／戻り信号をウインチェスタ型ハードディス
クドライブの飛行式読み取り／書き込みヘッドに供給で
きるようにすることが知られている。又、ディスク基体
を組織形成すると、読み取り／書き込みヘッドのグライ
ド特性にも影響を及ぼす。明らかに、ディスク表面の組
織は、読み取り／書き込みヘッドの最小飛行高さに対し
てある制限も与える。又、基体の組織は、ヘッドがディ
スクの滑らかな平らな領域に着陸した場合に生じること
のあるスティクションも防止する。これが生じると、突
き刺し遮断作用を生じて、その突き刺さった読み取り／
書き込みヘッドをディスク表面から取り外すことがほと
んど不可能になると共に、ディスクドライブが完全に不
作動となる。
組織形成は、一般に、クラス1,000の清潔な室内で行
われ、前記したように、いかなる数の公知方法を使用し
てもよい。
スパッタリング装置10内でコーティングされるべき基
体の準備中には、エクスクルーシブ・デザイン・カンパ
ニーのEDCモデルＣ組織形成マシン（EDC914サウス・ク
ライアモン、サンマテオ、カリフォルニア94402）のよ
うな複数の組織形成マシンが使用される。各々のEDC組
織形成マシンに対する新規な変更により、独特のダイヤ
モンド状の組織形成作用が与えられる。このような組織
を有するディスク表面の一部分が図７に示されている。
図５ないし７を参照し、スパッタリング装置10に使用
するのに適した個別のディスク基体510の組織形成に関
連して、組織形成プロセス414を以下に説明する。
図５は、組織形成マシンＭの組織形成部分500を一般
的に示している。
一般に、ディスク基体510の組織形成は、ゴムローラ5
20−１及び520−２のまわりに張られた固定の研磨テー
プ515の２つのループを用いて行われる。各ローラ520の
研磨テープ515は、一方が供給リールで他方が巻き取り
リール（図示せず）である２つのリールにより、研磨テ
ープ515の一部分がローラ520に巻かれるようにして単一
の供給方向に送られる。研磨テープ515は、通常の組織
形成サイクル中に供給リールから巻き取りリールまで１
回の移行しか行わない。ローラ520−１及び520−２は、
マシンＭの振動アーム525に各々取り付けられたスピン
ドル522−１及び522−２のまわりを回転する。
第２組のゴムローラ530−１、530−２及びそれに関連
した供給及び巻き取りリール（図示せず）は、ディスク
510が組織形成されるときに研磨テープ515によって生じ
た余計な粒状物を除去するための細かい布テープ535を
取り付けることができる。研磨テープ515と同様に、布
テープ535は供給リールから巻き取りリールまで一度し
か使用されない。
カム組立体550は、アーム525、ローラ520−１、520−
２及び研磨テープ515をＸ軸の方向に振動させる。カム
組立体550は、２つのセットスクリュー（図示せず）に
よりスピンドル560に固定されたカムホイール600を備え
ており、スピンドルはマシンＭにより軸Y1のまわりで反
時計方向に回転される。コムホイール600は、支持部材5
72、574に各々回転可能に取り付けられた第１及び第２
のローラ570、575に接触し、カムホイール600の回転に
より定められる運動を振動アーム525に伝える。
動作中に、ディスク基体510は、マシンＭのスピンド
ル540に取り付けられ、スピンドル540の中心を通る軸Y2
のまわりで時計方向に回転される。ディスク基体510を
取り付けるために、マシンＭは、ローラ520及び530を軸
Y1-2に平行な経路に沿って互いに逆の方向にリニアに分
離させ、自動ロード装置（図示せず）によりディスク基
体510をスピンドル540に挿入したり取り外したりできる
ようにする。次いで、ディスク基体510は、軸Y2のまわ
りで時計方向に回転される。それと同時に、研磨テープ
515及び布テープ535がローラ520−１、520−２及び530
−１、530−２のまわりで各々回転され、ローラ520−２
及び530−１は時計方向に回転しそしてローラ520−１及
び530−２は反時計方向に回転する。従って、対向する
ローラ520−１、520−２及び530−１、530−２は、互い
に逆の方向に回転すると共に、ディスク基体510の回転
方向とは逆の方向に回転し、最適なディスクの組織形成
及び清掃を果たす。ローラ520及び530が回転されるとき
に、マシンＭは、スピンドル560、ひいては、カムホイ
ール600を同時に回転し、ローラ520を軸Ｘの周りで振動
させる。
図6A−6Bを参照して述べる独特な形状のカムホイール
600により新規なクロスハッチ型の組織700が得られる。
図７を参照すれば、上記組織形成プロセス414は、一般
に、深さ60μｍに設けられた複数の交差する組織線740
によって画成されたダイヤモンド形状の領域750を形成
する。線740が交差するときには、約６ないし10゜の範
囲の複数の角度θを画成する。10゜より大きな角度は、
動的な摩擦が少なく且つスティクションが小さいという
一般的に優れた特性を与えるが、交差する組織線に隣接
した領域においてビットの欠落やシフトといった磁気記
録特性に関連した問題が生じると決定されている。これ
を補償するために、基体上に保磁力の大きな合金が要求
される。これらの問題は、角度θが４ないし10゜の範囲
内にあるときには受け入れられるレベルにある。６゜未
満の角度は、記録媒体の磁気記録能力を改善するが、θ
が６゜未満の場合はディスクのスティクション及び連続
摩擦特性を犠牲にする。カムホイール600の回転Y1が約6
Hzであるときに、角度θが約６゜となるのが好ましい。
カムホイール600の構造は、図6A及び6Bに詳細に示さ
れている。図6Aは、図５の６−６線に沿ったカムホイー
ル600の断面図である。カムホイール600は、軸Y1と外縁
710との間の半径方向距離Ｒが基準点720において最小距
離R1でありそしてこの点720と180゜反対の点730におい
て最大距離R2であるような形状を有する。
現在、ディスク基体510に組織形成するマシンＭに
は、ディスク基体510のサイズに基づいて２種類のカム
が使用される。１つの実施例においては、距離R2が１イ
ンチに等しく、距離R1が0.760インチに等しい。図6B
は、軸Y1からの外縁710に沿った全ての点までの距離を
示している。明らかなように、外縁710から軸Y1までの
半径方向距離Ｒは、点720からそれとは180゜反対の点73
0まで均一に傾斜している。軸Y1から点720までの線を基
準として使用すると、軸Y1から外縁710に沿った全ての
点までの距離は、１つの実施例では、次のようになる。
即ち、点720における距離R1＝0.756インチ、点720から6
0゜及び360゜における距離＝0.840インチ、点720から12
0゜及び240゜における距離＝0.920インチ、そして点720
から180゜における（点730）距離R2＝1.00インチであ
る。
上記実施例において、カムホイール600は、完全に円
形のカムホイールで始めてカムホイール600の外縁720を
等しい直線−回転増分で除去することにより製造され
る。例えば、点730では材料は除去されず、左又は右へ
３゜移動して、切削装置が軸Y1に向かって約0.004イン
チの距離進むように調整され、その後、軸Y1のまわりで
３゜回転移動するたびに0.004インチづつ軸Y1に近づく
ように進められる。このように、カムホイール600が一
実施例において製造されるが、ディスク基体510の種々
のサイズに対し、種々のサイズ及び形式のカムホイール
を同様に製造できることが当業者に明らかであろう。
3.ディスク清掃 組織形成に続いて、均一なフィルム付着を容易にする
ために、例えば、図４に段階416で示された次のステッ
プを行うことにより、ディスクの表面が清掃される。
予備清掃プロセス416の間に、各ディスク表面はポリ
ウレタンの石鹸パッドで擦られる。自動プロセスにおい
ては、組織形成されたディスク基体が処理用カセットか
ら取り出され、アリゾナ州テンペのスピード・ファム社
から入手できるモデルMDS1のような予備清掃マシンに配
置される。このスピード・ファム社のマシンでは、複数
のディスク基体が円筒状のタンクにおいて大きなパッド
組立体の周りに配置され、多数のディスク基体に対して
予備清掃プロセス416を同時に行うことにより迅速なデ
ィスク清掃を行うことができる（95mmディスクを１時間
当たり350個まで）。
付加的な準備段階は、ディスク基体を多段の清掃プロ
セス435に通すことを含む。このプロセスは、図４に段
階418ないし434として一般的に示されている。各段階
は、例えば、個別のタンク処理を表し、全てのタンクは
コンベアシステムに接続されている。更に、個々の段階
間の搬送はロボットによって行われる。
より詳細には、ディスク基体510は段階418において水
で洗浄され、それに続いて、多数の超音波清掃段階（42
0、424及び430）と、スポンジで擦る段階（422及び42
6）とが行われる。多段清掃プロセス435の処理段階は、
水での洗浄段階418、かせい洗浄液を伴う超音波清掃段
階420、水中でスポンジを擦る段階422、脱イオン温水中
での超音波清掃段階424、超濾過された脱イオン水のス
プレー洗浄段階426、オーバーフロー脱イオン水洗浄段
階428、温かいFREON TESでディスク基体を超音波清掃
する段階430、冷たいFREON TESでの洗浄段階432、及び
温かいFREON TESでの蒸気排出乾燥段階434を含む。
ディスク表面に新たに形成された微細な交差組織グル
ーブを洗浄するには超音波出力の付与が特に有用であ
る。段階420、424及び426は、液体中での超音波動作を
アルカリ及び水性の洗浄剤と結合して完全な清掃を行
う。段階430は、超音波動作を、デュポンのFREON TES
のような脱脂溶媒と結合する。
多段の清掃プロセス435は、スピード・ファン社のモ
デルMD08清掃マシンによって行うのが好ましい。スピー
ド・ファン社のモデルMD08は、ある変更を加えると、こ
の最終的な清掃プロセスを行うのに適したものとなり、
フィルム付着の前に基体を非常に清潔なレベルに維持す
る。より詳細には、スピード・ファン社のモデルMD08マ
シンに対するこれらの変更は、不動態化したステンレス
スチールのタンク及び循環ラインと、ポリビニルアルコ
ールのようなブラシ材料と、非常の効率の良いタンク濾
過システムとを含むものである。更に、標準的な処理用
カセットローラが、デュポンのDELRINポリメチレン酸化
物のような耐摩耗性の高いプラスチックと置き換えられ
る。図４に示すプロセス領域410は、スピード・ファン
社のモデルMDS1研磨マシン２台と、スピード・ファン社
のモデルMD08清掃マシン１台を使用して、１時間当たり
約550ないし750個のディスクを処理できることが分かっ
た。プロセスハードウェアを追加すれば、より高い処理
速度が得られるが、FREON TES、即ち塩素化されたフル
オロカーボンが環境に放出されるためにそれには限度が
ある。
D.パレット設計 ウインチェスタ型ハードディスク技術に使用するディ
スクのような多数の個別基体を搬送するための独特のラ
ック即ち「パレット」は、図８ないし11を参照して説明
する。
一般に、ウインチェスタ型ハードディスクドライブ用
として複数の磁気ディスクサイズが形成されるが、最も
一般的な２つは、直径65mm及び95mmのディスクである。
95mmディスクを搬送するパレットを参照して説明するパ
レット800の一般的な原理は、他のサイズのディスク基
体を等しく処理できるパレットにも適用できることを理
解されたい。
図８に示すパレット800は、直径95mmのディスク基体5
10を支持するための56個の基体支持領域1000を示してい
る。直径65mmのディスク基体を搬送するように設計され
たパレットは、99個の基体支持領域1000を有する。パレ
ット800は、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルミニ
ウム・コーポレーション・オブ・アメリカ（Alcoa）か
ら入手できる6061−T6アルミニウム、又は他の適当な材
料で製造される。パレット800は、高さH"が約34.56イン
チで、長さＬが約31インチでそして深さDDが約0.25イン
チである。この大きさは、スパッタリング装置10がここ
に述べる寸法をもつようにされた場合に使用される最大
サイズのパレット又は単一シート基体を表している。
上記寸法をもつパレットを使用する場合には多数の問
題が生じる。特に、パレットの大きな厚みによりパレッ
ト材料の熱膨張がそこに支持されたディスク基体とは異
なる率で生じる場合には、パレットの表面にわたって均
一な温度プロファイルを得ることは困難である。特に、
パレット材料の熱膨張はパレットの固有のそりを生じさ
せる。更に、熱膨張は、各ディスク基体510の周りの各
基体支持領域1000内の隙間を減少し、それ自身熱膨張を
受けるディスク基体510の収縮及びそりを生じさせ、最
終的には、均一なフィルム付着を阻害する。パレットと
ディスク基体との熱膨張の非適合性に着目することは、
材料選択の効果よりも重要である。スループットの高い
スパッタリング装置としては、パレット800の基体支持
容量を最大にすることも等しく所望される。
パレット800のそりを最小にする一方、その基体搬送
容量を最大にするために、基体支持領域1000は、パレッ
ト800の確立された寸法内でディスク基体510を高密度配
列するように食い違った六角形の形態で配列される。こ
のように、基体支持領域1000は行810ないし880に配列さ
れ、特定の行（例えば、810）における各基体支持領域1
000は、その隣接行（例えば、820）における別の基体支
持領域1000から、各基体支持領域1000の全横巾の半分に
等しい距離だけずらされている。
ディスク基体510からパレット800への熱損失を最小に
するための努力において、スロット890及び空洞895が設
けられた。パレット800の下部の空洞895は、熱膨張を受
けるパレット800の表面積を減少し、しかも、パレット8
00の下部はスパッタリング束の範囲を越えてディスクを
支持するものではないのでパレット800の基体搬送容量
を減少しない。ノッチ892は、パレット表面にわたる非
均一な加熱により生じるパレット800の非均一な熱膨張
を補償する。より詳細には、ノッチ892は、パレット800
の縁を比較的制限されずに膨張できるようにし、パレッ
トのそりを回避することができる。
パレット800の基準ノッチ910は、ロボットによるロー
ド及びアンロードステーション40及び45に使用するため
に設けられている。これらステーション40及び45の特定
の動作については、セクションＥで説明する。
図10及び11を参照し、ディスク基体支持領域1000を以
下に詳細に説明する。各基体支持領域1000は、外周縁10
10が傾斜した縁1015により画成されたほぼ円形のオリフ
ィスを有している。傾斜した縁1015は、スパッタリング
中に基体支持領域1000に取り付けられたディスク基体51
0に対してパレット800が与えることのあるシールド作用
を減少する。領域1000の下半分に設けられたノッチ取付
グルーブ1020は、ディスク基体510の安住できるように
する。基体支持領域1000の上部のリップ1030は、ディス
ク基体510を基体支持領域1000へ手で挿入できるように
する。図10に示すように、リップ1030は、図８ないし11
に示したパレット800の95mm実施例において軸Ｆからの
半径方向距離が1.9インチである半円形の弧1035を画成
する。内縁1040は、傾斜した縁1015の一端によって画成
され、軸Ｇからの半径方向距離は約1.895インチであ
る。グルーブ1020も同様に半円形状を有し、軸Ｇから1.
883インチの半径方向距離に配置される。グルーブ1020
は、深さD'が約0.012インチである。
実際に、ディスク基体510はグルーブ1020に安住さ
れ、そこに位置固定される。処理中に、パレット800は
比較的安定しており、ディスク基体510は基体支持領域1
000にしっかりと維持される。軸Ｆと軸Ｇとの間の半径
方向距離は約0.12インチであり、従って、リップ領域の
弧1035とグルーブ1020の底との間の半径方向距離は3.90
3インチであり、この距離は、95mmディスク（3.743イン
チ）の直径より大きい。この余計な間隔は、ディスクの
ロード操作を容易にすると共に、加熱プロセス中にパレ
ット800に対してディスク基体510が熱膨張できるように
する。
パレット800は、基体支持領域1000内の基体支持固定
性を確保するために特にグルーブ1020の清掃が必要とな
るまでに、スパッタリング装置10に何回も通されること
に注意されたい。約100の生産サイクルの後に、スパッ
タリング装置10における一定のスパッタリングによって
付着層が堆積してくるために、縁1040及びグルーブ1020
を清掃しなければならない。
E.基体ロード操作 図１について簡単に述べたように、ディスク基体510
は、好ましくは搬送システムの戻り路50に沿った点で行
われる自動ロードプロセスによりパレット800に取り付
けられる。ロボットによるロードステーション40は、パ
レット800をロードロックチャンバ12へ入れる直前にデ
ィスク基体510をパレット800にロードするように配置さ
れる。ロボットによるアンロードステーション45は、パ
レット800が出口ロックチャンバ30から出た直後にディ
スク基体510をパレット800から取り外すように配置され
るのが好ましい。
本発明の自動ロード／アンロードプロセスにおいて
は、カリフォルニア州フレモントのインテルマチック社
によって製造された自動パレットロードステーション40
及びアンロードパレットステーション45が使用される。
各ステーションは３台のアデプト・モデル・ワンのロボ
ットを使用し、これらロボットは従来のコントロールソ
フトウェアのもとで動作するアデプト・モデルCCコンパ
クトコントローラ及びエルモ・コントローラによって制
御され、そしてこれらコントローラは、ロード処理を制
御すると共にパレットの動きをシーケンシングするよう
にインテルマチック社のソフトウェアにより装置10用に
調整されている。３台のロボット40−１、40−２及び40
−３は、パレット800に上から下へと基体をロードし、
第１のロボット40−１はパレット800の上部1/3にロード
し、第２のロボット40−２はパレット800の中央1/3にロ
ードしそして第３のロボット40−３はパレット800の下
部1/3にロードする。同様に、３台のロボット45−１、4
5−２及び45−３は、上記ロボット40−１、40−２及び4
0−３とは逆の順序でパレット800から基体をアンロード
する。より詳細には、ロボット45−１はパレット800の
下部1/3からアンロードし、ロボット45−２はパレット8
00の中央部分からアンロードしそして最後にロボット45
−３はパレット800の上部1/3からアンロードする。パレ
ット800にこのようにロード及びアンロードすることに
より、ロード又はアンロードプロセス中に、パレット80
0又はディスク基体510に存在する粒状物がパレット800
の上部から落下して、パレット800の下部にロードされ
ているディスク基体510に付着することがないよう確保
する。
アデプト・モデル・ワンのロボット及びインテルマチ
ックのソフトウェアは、パレット800の基準ノッチ910を
使用して各基体支持領域1000のほぼ中心を見つける。ア
デプトのロボットは単一のフィンガ型のロード機構を使
用し、これは、各ディスク基体510の中心を通して突出
することによりディスク基体510に係合しそしてディス
ク基体510を持ち上げて各基体支持領域1000内のグルー
ブ1020に入れる。
インテルマチックのシステムに関連した自動ロボット
40−１、40−２、40−３及びロボット45−１、45−２、
45−３は、各々、１時間当たり2500個までのディスク基
体をロード及びアンロードする容量を有している。スパ
ッタリング装置10は、薄い磁気フィルムをコーティング
した95mmのディスクを１時間当たり3000個製造する容量
を有している。従って、自動ロード及びアンロードステ
ーション40及び45は、ここに述べる全スパッタリングプ
ロセスの実施例に対し生産スループットに制約を課する
ことになる。当業者に明らかなように、装置10のスルー
プットに適合するように付加的なステーションを設けて
生産ロード容量を増加することができる。
又、パレット800は手作業でロード及びアンロードす
ることもできる。手動でロードする場合は、リップ1030
を用いてディスク基体510の表面がパレット800の平面に
整列され、ディスク基体510がグルーブ1020に正確に設
けられるようにする。
F.ポンピングシステム スパッタリング装置10は、図12に概略的に示された効
率の高い大容量の真空ポンプシステムを組み込んでい
る。本発明のスパッタリング作業を実行するためのスパ
ッタリング装置10の準備においては、真空ポンプシステ
ムが２つの目的を果たすことが要求される。第１に、真
空ポンプシステムは、衝撃する種とターゲット表面との
間、及び放出されたターゲット種と基体との間に、実質
的に妨げのない経路を得るための高度に排気された環境
を形成しなければならない。そして第２に、真空ポンプ
システムは、高いフィルム完全性を維持するためにスパ
ッタリング装置10内の汚染物循環を最小にしなければな
らない。これらの目標は、本発明のポンピングシステム
の設計によって同時に達成される。
真空ポンプシステム全体は、３つの機械的即ち低真空
のポンプMP1−MP3と、ブローワBL1−BL3と、12のクライ
オポンプC1−C12とを備え、これらのクライオポンプ
は、７つの８インチ直径ポンプ（C3、C4、C6、C7、C9、
C10及びC12）と、プロセス分離用の４つの10インチ直径
のクライオポンプ（C2、C5、C8及びC11）と、１つの16
インチ直径のクライオポンプC1とを含む。カリフォルニ
ア州サンタクララのヘリックス社の１部門であるCTIク
ライオジェニックスから入手できるようなクライオポン
プが本発明のポンピングシステムに用いるのに適してい
る。８台のコンプレッサCY1−CY8は、クライオポンプC1
−C12にヘリウムガスを供給するものであって、CY1はC1
に供給し、CY2はC2に供給し、CY3はC3に供給し、CY4はC
5に供給し、CY5はC4、C6及びC7に供給し、CY6はC8に供
給し、CY7はC9、C10及びC12に供給し、そしてCY8はC11
に供給する。
又、全体的な真空システムは、バルブのネットワーク
も特徴とする。５つのチャンバ通気バルブCV1−CV5は、
スパッタリング装置10の内部環境を大気へと通気する。
低真空バルブRV1−RV5は、機械的なポンプMP1−MP3及び
ブローワBL1−BL3をスパッタリング装置10から分離す
る。チャンバ通気バルブCV1−CV5及び低真空バルブRV1
−RV5は、装置10を５つの部分に分割して各個々の部分
を必要に応じて通気及びポンプダウンできるようにし、
スパッタリング装置10の保守を容易に行えるようにする
（セクションＫのシステム制御ソフトウェアを参照され
たい）。高真空バルブHV1−HV12は、クライオポンプC1
−C3をスパッタリング装置10から分離し、装置10を大気
圧から制御しながらポンプダウンできるようにする。バ
ルブMP1IV−MP3IVは、機械的ポンプMP1−MP3の１つ以上
をポンピングシステムコンジットから分離し、所与の時
間に動作する機械的ポンプの数に融通性が得られるよう
にする。クライオポンプの低真空バルブCR1−CR12は、
クライオポンプの再生動作中にクライオポンプC1−C12
からの汚染を管理する。
運転中、機械的ポンプMP1−MP3及びブローワBL1−BL3
は、大気圧から約50mTorrのレベルへのスパッタリング
装置10のポンプダウンを実行する。ポンプダウン中に、
高真空バルブHV1−HV12は閉じられ、低真空バルブRV1−
RV5及びチャンバ分離ドアD2−D11は開かれ、そしてドア
D1及びD12は閉じられる。ポンプMP1−MP3及びブローワB
L1−BL3はスパッタリング装置10を「クロスオーバー」
点まで排気し、この点は約50μないし150μ（50mTorrな
いし150mTorr）になるように選択される。内部圧力が所
望のクロスオーバー点に達したときに、システムオペレ
ータは、電子制御システムを介して、低真空バルブRV1
−RV5を閉じると共に、高真空バルブHV1−HV12を開く。
コンプレッサCY1−CY8と共に動作するクライオポンプC1
−C12は、システムを約10-5ないし10-8Torr（0.01μな
いし1x10-5μ）に排気する。その後、ガスマニホルド23
23を経てチャンバ14−29へアルゴンガス流が約９−12mT
orr（９−12μ）のスパッタリング圧力まで送られる。
ディスク基体510がロードされたパレット800を、ロー
ドロックチャンバ12を経てスパッタリング装置10へ入れ
る準備ができたときには、チャンバ12が大気圧にあり、
そしてチャンバ14ないし29が約10mTorr（10μ）にあ
る。パレット800は、ロボットによるロードステーショ
ン40が配置されたクラス10,000の清潔な室内環境から入
る。この清潔な室内環境はロードロックチャンバ12より
も更に無菌状態であるから、バルブLLSWEEPを経て窒素
ガスが送られ、ロードロック30の通気バルブ（図示せ
ず）が開かれて、清潔な部屋からロードロックチャンバ
12へ確実な出力流を形成し、清潔な室内環境に汚染物が
入るのを禁止する。又、バルブLLSWEEPを経てロードロ
ックチャンバ12へ窒素の裏込めが与えられるときに発生
した粒状物を捕らえるためにセラミックフィルタも設け
られる。ペンシルバニア州ワレンデールのアルミニウム
・カンパニー・オブ・アメリカ（Alcoa）セパレーショ
ンズ・テクノロジーから入手できるメンブラロクス0.01
μの焼結アルミナフィルタのような丈夫なフィルタは、
2000psi以上の圧力においても多数のポンピングサイク
ルにわたる撓みに耐え、スパッタリング装置内に汚染の
ない環境を維持するよう寄与する。
パレット800がロードロックチャンバ12に入りそして
ドアD1が閉じた後に、機械的なポンプMP2及びブローワB
L3がロードロックチャンバ12を約100mTorr（100μ）ま
で排気する。クロスオーバー点に達したときにD2が開い
てパレット800をドウェル加熱チャンバ14に送り込むこ
とができ、そこでパレット800及びディスク基体510はフ
ィルム付着の準備として予熱される。加熱サイクル中
に、特にパレット800が繰り返し動作される場合、即ち
計画的な清掃を受けずにスパッタリング装置10に少なく
とも１回通された場合には、パレット800及びディスク
基体510からある程度ガス放出が生じる。パレット800に
残っている炭素は、パレット800が手前のスパッタリン
グ運転から戻り路50に沿った任意の点にあるときに大気
中から吸収される水分に対してスポンジとして作用す
る。ドウェル加熱チャンバ14における放出ガス中の水分
（「ドラグ・イン」として知られている）は、16インチ
のクライオポンプC1がドウェル加熱チャンバ14を約10-5
Torr（0.01μ）まで排気して戻すことにより、スパッタ
リング装置10の内部環境から除去される。このときに
は、ドウェル加熱チャンバ14と、パスバイ加熱チャンバ
16との間に、10μ（10mTorr）程度の圧力差が存在す
る。このような圧力差は下流のスパッタリングプロセス
を不安定なものにするので、アルゴンを使用してドウェ
ル加熱チャンバ14を裏充填し、ピラニのゲージPIR2によ
って監視しながら圧力を等化させる。この圧力差が等化
されると、ドアD3を開いて、パレット800及びディスク
基体510をドウェルチャンバ18へ進ませることができ
る。カリフォルニア州サンラファエルのポリコールドシ
ステムズから入手できるモデルPFC−1000のようなポン
プをドウェルチャンバ18に接続することにより、パスバ
イ加熱チャンバ16で行われた付加的な加熱に続いて、パ
レット800及びディスク基体510からの放出ガス中の残留
水分が除去される。クロミウムスパッタリングチャンバ
20においてクロミウムターゲット及びその下層の酸化を
排除するには、この残留水分の除去が重要である。パレ
ット800及びディスク基体510はスパッタリング装置10を
通過し続け、セクションＬに述べるようにスパッタリン
グ動作が行われる。
多層フィルムが付着された後に、パレット800及びデ
ィスク基体510は、出口緩衝チャンバ29から出口ロック
チャンバ30に接近する。これらチャンバ29と30との間に
は、ドウェル加熱チャンバ14とパスバイ加熱チャンバ16
とに関連して述べた程度の圧力差が存在する。アルゴン
を使用して出口環状チャンバ29を裏充填し、ピラニのゲ
ージPIR15により監視しながらドアD11の両側の圧力を等
化する。等化が得られると、ドアD11を開き、パレット8
00及びディスク基体510を出口ロックチャンバ30を経て
スパッタリング装置10から取り出すことができる。
クライオポンプC1−C12は、これらポンプの低温容量
を再生するために周期的に清掃しなければならない。よ
り詳細には、このような清掃は、クライオポンプに凍結
したガスを清掃することを含む。スパッタリング装置10
の場合に、クライオポンプの再生は、典型的に、スパッ
タリングチャンバ20、26及び28のターゲットを交換する
ためにスケジュールされたマシンの停止時間中に行われ
る。
本発明のクライオポンプ再生プロセスは、以下のセク
ションＫで詳細に説明する。一般に、クライオポンプの
再生は、先ず、全ての高真空ポンプバルブHV1−HV12を
閉じ、低真空のふるいバルブSVIV1−SIV15を開きそして
ふるいヒータSVNTR1−SVNTR12、機械的ポンプMP1−MP3
及びブローワBL1−BL3をオンにすることにより開始され
る。同時に、温かい窒素（N2）が供給源N2からバルブNI
F1−NIF12を経、ヒータNIH1−NIH12を経てクライオポン
プC1−C12へ送られる。この窒素の流れはポンプC1−C12
が290゜Kに達したときにこれらポンプC1−C12内の凍結
ガスを解凍し、ポンプMP2及びブローワBL2はその内容物
をスパッタリング装置10の外部の大気中へ放出する。ふ
るいトラップSVIV1−SVIV12及びクライオ低真空バルブC
R1−CR12は、機械的なポンプに使用された炭化水素のポ
ンプオイルからの蒸気が再生プロセス中に内部スパッタ
リング環境へ逆流して汚染することのないように確保す
る。これらの手段により、スパッタリング装置内の種々
の段に既にあるディスク基体510は、スパッタリング装
置に入る後続パレットに付随する周囲汚染から保護され
る。
G.搬送機構 図１、13、14及び24を参照し、スパッタリング装置10
を通りそして戻り路50に沿って基体を搬送するシステム
であって、本発明の装置及び方法に使用される搬送シス
テムを説明する。
本発明の搬送システムは、複数の個々に付勢される搬
送プラットホーム2400を使用している。各搬送プラット
ホーム2400は、その各々のプラットホームに関連したモ
ータ組立体（図示せず）を制御することによりその動き
及び速度に関して個々に制御される。従って、所与の時
間に、それらの長さに沿って基体を搬送しているプラッ
トホームに関連したモータ組立体のみを付勢すればよ
い。更に、各個々のプラットホーム2400の搬送速度は、
特定の範囲内で一般に選択できるようにしてユーザによ
り制御され、スパッタリング装置10及び戻り路50内で基
体を変化する速度で搬送することができる。各搬送プラ
ットホーム2400には１つ以上の接近センサ（図示せず）
が設けられており、これらセンサは本発明の電子制御シ
ステムにパレット位置信号を出力する。これは、電子制
御システム及びシステムオペレータが、所与の時間に、
スパッタリング装置10内及び戻り路50に沿った各個々の
基体の位置を識別できるようにする。搬送プラットホー
ム2400当たり３つのこのような接近センサが、スパッタ
リング装置10に関連して使用される19のプラットホーム
の各々に設けられており、これらプラットホームは、チ
ャンバモジュール12−30にある17のプラットホームと、
更に２つのプラットホーム、即ちロードロックチャンバ
12の入口にある入口プラットホーム210及び出口ロック
チャンバ30の外部にある出口プラットホーム220であ
る。戻り路50に沿って20の搬送プラットホーム2400が設
けられており、これら戻り路50に沿った各プラットホー
ム段は、プラットホーム当たり１つの接近センサを有し
ている。
図13、14及び24を参照すれば、各搬送プラットホーム
2400は、チェーン1410及び1412を含むタイミングチェー
ン組立体1405と、搬送ビーム1400に取り付けられたスプ
ロケットホイール1414及び1422とに接続されたモータ組
立体（図示せず）を備えている。各搬送プラットホーム
2400の反対側には同じタイミングチェーン組立体1405は
配置されている（図14に示す）。
一般に、スプロケットホイール1421及び1422は１組の
歯を有し、タイミングチェーン1410及び1412に対して各
々張力を調整するようにビーム1400に取り付けられる。
ホイール1416は２組の歯を有し、その１組はタイミング
チェーン1410に係合しそしてもう１組はタイミングチェ
ーン1412に係合する。タイミングチェーン1410及び1412
はポリウレタンで形成されるが、ロードロックチャンバ
12及び出口ロックチャンバ30では、ポリウレタンのタイ
ミングチェーンを使用したときに繰り返しのポンプダウ
ン及び通気サイクル中に発生して循環する余計な粒状物
を減少するためにステンレススチールのタイミングチェ
ーンが必要とされる。或いは又、システム全体にわたっ
てステンレススチールのチェーンを使用してもよい。
スプロケットホイール1414及び1418は、必要に応じて
１組又は２組の歯を有する。ホイール1414、1416及び14
18は、ビーム1400を通るスピンドル1430に接続され、こ
れらは次いでビーム1400の空洞1440においてゴムローラ
ホイール1435に接続される。スプロケットホイール1420
−１は、ビーム1400を通して空洞1440へ至るスピンドル
1424に接続され、スプロケットホイール1420−１の運動
が搬送プラットホーム2400の反対側に配置されたスプロ
ケットホイール1420−２へ伝えられる。ホイール1420
は、一般に、２組の歯を有し、その１組はタイミングチ
ェーン1412に係合し、そして他方の組は、特定の搬送プ
ラットホームに関連したモータ組立体に接続されたチェ
ーン又はギア組立体に係合し、タイミングチェーン組立
体1405を付勢する。各搬送ビーム1400にはその上部付近
にスルーボア1425が設けられ、搬送プラットホーム2400
に対してモータ組立体を位置設定する必要があるときに
搬送プラットホーム2400に沿った任意の３つの点にスプ
ロケットホイール1420を位置設定できるようにする。
ホイール1414と1416との間の距離と、ホイール1416と
1418との間の距離は等しいことに注意されたい。更に、
例えば、装置10及び戻り路50の両方を包囲する完全な搬
送システムに組み立てたときには、隣接するプラットホ
ームにおける各端のホイール1414と1418との間の距離
が、ホイール1414及び1418からホイール1416までの距離
に等しくなる。従って、ゴムホイール1435のローラ間の
間隔が搬送システム全体にわたって等しくなる。
基体キャリア1450は、搬送ビーム1400の内部空洞1440
に受け入れられる。基体キャリア1450は、Ｅビーム組立
体1452と、基体取付部材1454とを備えている。Ｅビーム
組立体1452は空洞1440に入ってゴムホイール1435の上部
に安住され、各プラットホーム2400の個々のモータ組立
体がギア1420を駆動するときに各プラットホームの経路
に沿って搬送される。ガイドホイール1445は、基体キャ
リア1450、特にＥビーム組立体1452を空洞1440内に整列
確保するために設けられている。
各搬送プラットホーム2400は、クロスビーム1404及び
六角ナット1406によりスパッタリング装置10の壁部分14
02に取り付けられる。二重絶縁部材1460は、基体キャリ
ア1450及び個々の搬送プラットホーム2400を、スパッタ
リング装置10を通しての搬送中にパレット800に伝達さ
れる熱及び電気エネルギーから分離する。絶縁部材1460
は、デュポンDELRIN熱可塑性エラストマのような絶縁材
料で形成される。絶縁部材1460は、基体取付部材1454に
固定されるのが好ましく、パレット800を固定するため
のＴ字型取付ピン1470を備えている。パレット800の延
長部807には孔805が設けられ、これにピン1470を通して
パレット800をキャリア1450に取り付けられるようにな
っている。
基体に多層コーティングを設ける際の品質制御には、
スパッタリング装置10内に汚染のない環境を維持するこ
とが重要である。本発明のシステムにオーバーヘッド駆
動搬送システムを使用することにより、単一の装置内で
種々様々な基体のコーティングを行うことができる。し
かしながら、このようなオーバーヘッドシステムは、余
計な粒状物が発生して搬送システムから落下しその下に
支持されたディスク基体を汚染するという問題がある。
本発明の搬送システムには、オーバーヘッド搬送駆動シ
ステムによって発生した粒状汚染物がスパッタリング装
置10のチャンバモジュール12−30に入らないように防止
する独特のシールドが設けられている。図14に特に示す
ように、汚染物シールド1480は、チャンバモジュール12
−30の内部において搬送プラットホーム2400の下部に固
定される。シールド1480は、各搬送プラットホーム2400
により発生された粒状汚染物をチャンバモジュール12−
30の内部から遮断するような形状とされる。更に、Ｅビ
ーム組立体1452は、シールド1480の端1482が該Ｅビーム
組立体のグルーブ1453に挿入されてチャンバ12−30の内
部への粒状物の侵入を最小にするように特に設計され
る。
ここに述べる搬送システムは、金属対金属の接触を排
除することにより粒状物の発生を更に少なくする。搬送
システムのこの特定の特徴は、基体の優れた電気的分離
を与え、従って、例えば、チャンバ28において炭素をス
パッタリングする間に基体をバイアスできるという付加
的な効果を与え、これにより、付着された炭素被膜の品
質を向上させる。
各個々の搬送プラットホーム2400は、全搬送路に沿っ
て24ft/分までの範囲の速度で基体キャリア1450を移動
することができる。スパッタリング装置10のチャンバ12
−30内の搬送速度は、24ft/分まで調整できるのが最適
である。各搬送プラットホーム2400の駆動速度の調整
は、以下のセクションＫで述べる電子制御システムによ
って制御される。
H.基体加熱システム スパッタリングプロセスによって優れた薄膜を形成す
るには、均一な基体温度が重要である。図15ないし21
は、スパッタリング装置10においてこの目標を達成する
加熱組立体の構成を示している。
より詳細には、スパッタリング装置10は、ドウェル加
熱チャンバ14と、パスバイ加熱チャンバ16と、ドウェル
チャンバ18及び22との間にエレメントが分布された加熱
組立体を備えている。
図15ないし17に示すように、ドウェル加熱チャンバ14
は、管状のクオーツ放熱ランプ1514の８個の水平列1510
A、1510B、1510C、1510D、1620A、1620B、1620C、1620D
を備えている。列1510A、1510B、1620A及び1620Bは、１
つの浅い金メッキされたステンレススチールのトレイ15
12に収容され、そして列1510C、1510D、1620C及び1620D
は、第２の浅い金メッキされたステンレススチールのト
レイ1512に収容される。各列1510A、1510B、1510C、151
0Dは、11個の1.5kWランプ1514を備えており、これらラ
ンプは、並列に接続され、垂直に整列され、そして列間
のランプ端に重畳するように櫛形に配列される。個々の
ランプは、水平方向に３インチの距離だけ分離されてい
る。各列1620A、1620B、1620C、1620Dは、３個の1.5kW
ランプ1514を備えており、これらランプは、並列に接続
され、水平に整列され、そして各列内のランプ端に重畳
するように櫛形に配列される。ニューヨーク州アルバニ
ーのゼネラル・エレクトリック・コーポレーション・ラ
ンプ・デビジョンから入手できるような管状のクオーツ
放熱ランプがこの目的に適している。
各トレイ1512内で、列1510A、1510B、1620A及び1620B
と、列1510C、1510D、1620C及び1620Dは、垂直に配列さ
れる。トレイ1512は、長さ（ｌ）が37.5インチで、深さ
（ｄ）が２−5/8インチで、巾（ｗ）が32−3/8インチで
あり、一方のトレイ1512はチャンバドア114に取り付け
られ、そして他方は後部チャンバ壁99に取り付けられて
いる。各トレイ1512は、冷却ライン1516を経て送られる
循環冷却流体により過熱から保護される。
図18ないし20に示すように、パスバイ加熱チャンバ16
は、管状クオーツ放熱ランプ1514の10個の水平列1818
A、1818B、1818C、1818D、1818E、1818F、1920A、1920
B、1920C及び1920Dを備えている。各列1818A、1818B、1
818C、1818D、1818E及び1818Fは、同じ形式の６個の1.5
kWランプ1514を備えており、ドウェル加熱チャンバ14と
同様に取り付けられている。個々のランプ1514は、２イ
ンチの距離だけ分離されている。各列1920A及び1920B
は、単一の水平方向に整列された1.5kWランプ1514を備
えている。
列1818A、1818B、1818C、1920A及び1920Bは、金メッ
キされたステンレススチールトレイ1812に垂直に配列さ
れ、そして列1818D、1818E、1818F、1920C及び1920D
は、第２の金メッキされたステンレススチールのトレイ
1812に垂直に配列されている。これらトレイ1812は、各
々４個ではなくて５個の水平列を収容することを除け
ば、ドウェル加熱チャンバ14のトレイ1512と同様に、大
きさが同じで且つチャンバドア116及び後部チャンバ壁1
00に各々取り付けられる。又、同様に、トレイ1812は、
過熱からの保護を与えるために冷却ライン1716を備えて
いる。
列1510A、1510B、1510C、1510D、1620A、1620B、1620
C、1620D、1818A、1818B、1818C、1818D、1818E、1818
F、1920A及び1920Bは、セクションＫで詳細に述べる電
子制御システムにより個々のランプ作動電圧及び電流に
対してセットされそして監視され、所望の電力レベルで
所望の時間中動作される。ここに示す実施例では、ヒー
タ列1510A−1510D、1620A−1620B、1818A−1818F及び19
20A−1920Dがセットとして動作され、各セットは、列15
10A/1510B、1510C/1510D、1620A/1620C及び1620B/1620D
より成り、並列に動作される。或いは、列のセット1620
A/1620C、1620B/1620D、1510A/1510C及び1510B/1510Dが
並列に動作されてもよい。同様に、対向する列1818A/18
18D、1818B/1818E、1818C/1818F及び1920A/1920Dが並列
に調整可能に制御される。各列1510A−1510D、1620A−1
620B、1818A−1818F及び1920A−1920Bの独立した制御が
電子制御システムによって与えられるのが好ましい。列
1510A、1510B、1510C、1510D、1620A、1620B、1620C、1
620D、1818A、1818B、1818C、1818D、1818E、1818F、19
20A、1920B、1920C及び1920Dのこのような制御は、異な
る基体材料の予熱条件を満たすように加熱電力を容易に
調整する。
図21に示すように、ドウェルチャンバ18、22A及び22B
の各々は、２つの金メッキされたステンレススチールの
反射パネル2120を有し、これらは対向するチャンバ壁11
8、122A及び122Bと、後部チャンバ壁101、102及び104に
各々１つづつ設けられる。反射パネル2120は、長さが34
−3/8インチで、巾が28インチで、厚みが0.09インチで
ある。
加熱組立体は、スパッタリングされて形成されるフィ
ルムの全体的に高いスループットと高い品質とに寄与す
るようにスパッタリング装置10の他のエレメントと共働
する。より詳細には、パレット800がドゥエル加熱チャ
ンバ14を経て進むにつれて、列1510A、1510B、1510C、1
510D、1620A、1620B、1620C及び1620Dは、フィルム付着
の前にディスク基体510の両面を暖めるように迅速に加
熱を開始する。例えば、所望の基体温度が約200℃であ
る場合には、ドウェル加熱チャンバ14の加熱時間は約30
秒である。加熱ランプのウオームアップ時間は無視でき
る。というのは、ランプフィラメントを温かい状態に保
つために低い電力（143W）がランプに常時送られるから
である。
列1510A、1510B、1510C及び1510Dにより形成された加
熱ランプの幾何学的に均一なアレイにおいては、パレッ
ト800の列810、820、870及び880に支持されたディスク
基体510に比して、パレット800の中央に支持されたディ
スク基体510に向かって、より多くの熱が放射される。
金メッキされたステンレススチールトレイ1512からの効
率的な熱反射と組み合わせた場合に、個々のディスク基
体510へ放射される熱の量をパレット800にわたって等化
する必要がある。列1620A及び1620Bは、パレット800の
列810、820、870及び880に支持されたディスク基体510
へ放射される熱の量を増大するための「調整ヒータ」と
して働く。このような調整ヒータは必要とされないが、
パレット800にわたる熱の分布を等化することにより、
これら調整ヒータ1620A及び1620Bは、付着するフィルム
の保磁力を約60 Oe内に制御できる。
フィルム付着の前に均一な基体温度を更に確保するた
めに、パスバイ加熱チャンバ16において第２の加熱サイ
クルが実行される。パレット800は、ドアD3を経てパス
バイ加熱チャンバ16に入る。電子制御システムは、例え
ば、内部ソフトウェアタイマーによるか、或いはスパッ
タリング装置10を通るパレットの動きを検出することの
できる光学センサSEN10（図12に一般的に示す）の出力
を読み取ることにより、列1818、1920へ高い電力を入力
することができる。パレット800がパスバイ加熱チャン
バ16を去り始めるときには、電子制御システムは、電子
制御システムソフトウェアに組み込まれたタイミングパ
ラメータ又はセンサSEN13に応答して、パレット800の先
端に配置されたランプ1514の電力を下げるか又はこれら
ランプの電力を完全にオフにし、パレット800の後端の
相対的な過熱を回避する。
列1818A、1818B、1818C、1818D、1818E、1818F、1920
A及び1920Bが始動され、実験的に決定されたプリセット
時間中に熱を供給し、この時間は電子制御システムのソ
フトウェアタイマーによって監視される。更に、パレッ
ト800をパスバイ加熱チャンバ16へ進ませるようにドアD
3の開放を制御するためのソフトウェア遅延タイマーが
始動される。その結果、パレット800がドウェルチャン
バ18のSEN13をトリガーするときには、ある時間の後
に、ドウェルチャンバ18を通る搬送速度に基づいて、パ
レット800の先端のランプ1514の電力が減少されるか又
は完全にオフにされる。更に、パスバイ加熱チャンバ16
の入口にはミクロン社の温度センサ（図示せず）が配置
されており、システムオペレータが電子制御システムに
よるディスク基体510ごとの及びパレット800にわたる熱
変動を補償するように列1818A、1818B、1818C、1818D、
1818E、1818F、1920A、1920B、1920C及び1920Dの電力出
力を調整できるようにする。このようにして、パレット
800の表面にわたりそして個々のディスク基体510ごとに
均一な温度プロファイルが確立され、パレット800の後
端に配置された基体の保磁力がより高くなるを回避す
る。
スパッタリング装置10を通るパレット及び基体からの
放射熱損失は、金メッキされたステンレススチールの反
射パネル2120によって最小とされる。
加熱組立体においてこれらエレメントが共働すること
は、フィルム付着の前に基体の迅速且つ均一な加熱を促
進することによりスパッタリング装置10の高いスループ
ットに貢献する。又、加熱組立体は、ディスク基体510
がスパッタリング装置10を経て進むときに放射熱損失を
最小にすることにより所望の基体温度を効果的に維持す
る。更に、電子制御システムと一体化することにより、
異なる基体及びスパッタフィルムにより要求されるドウ
ェル時間及び加熱速度を選択及び調整することに関連し
て付加的な融通性が導入される。
I.スパッタリングチャンバ全般 図１及び２に示すように、本発明は、クロミウム、Co
CrTa及び炭素薄膜を含む多層フィルムを各々付着するた
めの３つのインライン式スパッタリングチャンバ20、26
及び28を備えている。これより多数又は少数のスパッタ
リングチャンバをもつか、又はこれより多数又は少数の
フィルムを付着する能力をもつスパッタリング装置の設
計に以下の原理を適用することは、本発明の範囲内であ
ることが当業者に理解されよう。更に、特定のスパッタ
リング装置内の全てのスパッタリングチャンバは、フィ
ルムスパッタリングに専用である必要はない。実際に、
所与のスパッタリングチャンバは、基体のための加圧さ
れた不活性通路として働くという程度の全体的なプロセ
スのみに関与してもよい。
以下の説明は、スパッタリング装置10を通るパレット
の移動線に対して対称的な各スパッタリングチャンバの
内部形状に関するものである。図13、14及び図23ないし
28は、スパッタリングチャンバの種々の特徴を示してお
り、必要に応じて参照する。
図13、14、22及び23を参照すれば、スパッタリングチ
ャンバ20は、一般に、スパッタリングチャンバ20、26及
び28の内部形状を表している。説明上、クロミウムのス
パッタリングチャンバ20のみを以下に説明する。チャン
バの半分のみについて説明し、これが両方の半分に適用
されることを理解されたい。
４つの平らな（長方形の）カソード2222、2223、2224
及び2225が絶縁層121を経てドア120に取り付けられる。
ドア120はヒンジ1326のまわりで回転でき、例えば、保
守の目的でクロミウムスパッタリングチャンバ20の内部
にアクセスできるようにする。インターロック式の保護
カバー2305は、ドア120を開いたときにクロミウムスパ
ッタリングチャンバ20への電力供給を遮断する。
カソード2222−2225は、銅のような材料で構成され、
長さが約36インチで、巾が５−1/2インチで、厚みが1.1
25インチである。カソード2222−2225には、過熱に対し
て保護するために冷却ライン2552が設けられている。こ
れら冷却ライン2552は、カソード表面2550における冷却
コンジット2554に沿って水のような冷却流体を供給す
る。
図14、22及び23に示すように、カソード2222−2225に
対して１つづつターゲット2226−2229が取り付けられ、
このターゲットはクロミウムのスパッタリングチャンバ
20を通るパレット移動線の至近にある。いずれの所与の
スパッタリングチャンバ内でも、４つのターゲット全て
の組成は付着されるべきフィルムに基づくが、クロミウ
ム、磁気合金又は炭素であってもよい。同様に、ターゲ
ットの厚みは付着されるべきフィルムの形式及び厚みに
基づく。クロミウム及び磁気のスパッタリングチャンバ
20及び26の場合のターゲット対基体の距離「ａ」は約２
−3/4インチであり、そして炭素ターゲットの場合のタ
ーゲット対基体の距離「ａ」は２−11/16インチであ
る。というのは、クロミウム及び磁気のターゲットの方
が炭素ターゲットより厚いからである。
図21ないし24を参照すれば、カソード2222−2225につ
いて１つづつシールド2230、2236、2238及び2240が取り
付けられる。これらシールド2230、2236、2238及び2240
は銅のような金属で構成され、そして周囲フランジ2232
及び2234をもつ一般的に長方形状のものである。シール
ド延長部2231はシールド2230からチャンバ内部へと延び
ている。シールド2230、2236、2238及び2240は冷却ライ
ン2336によって冷却される。複合されたアノード及び暗
空間シールド2338が各シールド2230、2236、2238及び22
40に組み込まれる。
スパッタリングプロセスは、ターゲットが側部方向の
形態でスパッタリングするようにして行われ、パレット
800が各スパッタリングチャンバを経て進むにつれてデ
ィスク基体510の各面に所望のフィルムが付着される。
図27A及び27Bは、スパッタリング中に、束（ベクトル
及びで表した）がターゲット表面を拡散的に出てスパ
ッタリングチャンバ内のディスク基体及び他の表面上に
付着するところを示している。前記で述べたように、デ
ィスク基体のインライン式スパッタリングは、付着され
たフィルムに不所望な磁気異方性を導入する。シールド
2230、2236、2238及び2240は、ターゲット2226−2229か
ら斜めに入射する束（ベクトル）をさえ切り、ターゲ
ット2228の表面に実質的に直角な束（ベクトル）のみ
がディスク基体510に付着するようにする。より詳細に
は、各シールドの長さに延びている周囲フランジ2232及
び2234が所与のスパッタリングチャンバを通るパレット
の移動線に向かって突出している。シールド2230は、パ
レット移動線に向かって同様に突出しているシールド延
長部2231も備えている。周囲フランジ2232及び2234と、
シールド延長部2231は、ディスク基体510が各スパッタ
リングチャンバに入ったり出たりするときに高い角度及
び低い角度の束（ベクトル）による付着を阻止する一
方、基体に直角な束（ベクトル）に対して露呈した経
路を与える。
図25及び26は、カソード2222の形状を詳細に示してい
る。冷却ライン2552は、浅いチャンネル2554において表
面2550に沿って冷却流体を放出し、チャンネル2556に配
置されたＯリング（図示せず）はチャンネル2554から冷
却材が漏出するのを防止する。カソード2222の反対側で
は、表面2658は、カソード2222−2225をチャンバドア12
0−１及び120−２に取り付けるために穴2660にネジを受
け入れるようにされる。表面2658は、所望の磁界を発生
するように磁石及び磁極片組立体を支持し受け入れるよ
うに構成される。この組立体は、中央チャンネル2662、
中間周囲チャンネル2664及び外部周囲チャンネル2666よ
り成る表面2658のチャンネルネットワークにおいて形成
される。チャンネル2664及び2666は、中央チャンネル26
62を取り巻く同心的な閉ループ又は楕円として構成され
る。
典型的に、スパッタリング動作におけるターゲットの
利用率は、非磁性材料の場合に約15−20％でありそして
磁性材料の場合に約30−35％である。ターゲット材料の
購入及び交換に関連した高いコストを考慮すれば、スパ
ッタリング動作において最適なターゲット利用率が別の
重要問題となる。本発明に用いられる磁石及び磁極片組
立体は、ターゲット利用率を実質的に改善し、生産スル
ープット及びコスト効率の両方を向上させる。
図27A及び27Bは、各々、非磁性（例えば、クロミウム
及び炭素）ターゲット及び磁性（例えば、CoCrTa）ター
ゲットに対する磁石及び磁極片組立体を詳細に示してい
る。各磁石2768は、長さが１インチで、巾が5/16インチ
で、厚みが3/16インチであり、そして磁石2769は、長さ
が１インチで、巾が5/16インチで、厚みが3/8インチで
あり、各々上及び下を指す矢印によってＮ極及びＳ極の
方向が示されている。ネオジム、鉄及び硼素（NeFeB又
は「Neo iron」）のフェライト磁石が本発明では好ま
しい。
磁石2768及び2769と共に、磁極片2770及び2774がチャ
ンネル2662、2664及び2666に配列される。磁極片2770
は、磁石及び磁極片組立体を必要に応じてチャンネル内
に固定するために、貫通ネジを受け入れる。かたまり又
は連続形態のアルミニウムのような非磁性材料2772が必
要に応じてチャンネルを充填するように配置され、隣接
する磁極片2770間での磁束の分路を排除する。鉄プレー
ト2274は、磁石及び磁極片組立体の裏張りプレートとし
て働く。
非磁性ターゲットの配置については、各カソードの中
央チャンネル2662は1/4インチの間隔で分離された約25
の磁石2769と25インチの磁極片ストリップ2770を磁石27
68の上下に備えている。中間の周囲チャンネル2662は、
１インチの間隔で分離された約35の磁石2768と、２つの
31インチ磁極片ストリップ2770と、アルミニウムフィル
タ2772に隣接した２つの31インチの磁極片ストリップ27
74と、中間チャンネル2664の切断された角に適合するた
めの付加的な磁極片2770とを備えている。外部周囲チャ
ンネル2666は、約33の磁石2769と、２つの33インチ磁極
片ストリップと、外部周囲チャンネル2666の切断された
角に適合するための付加的な磁極片2770とを備えてい
る。図27Aに示す非磁性ターゲットのための磁石及び磁
極片組立体の全体的な作用は、浸食領域の中心で400ガ
ウスという磁界強度をターゲット表面上に形成すること
である。
磁性ターゲットの配置については、中央のチャンネル
2662は、約25の磁石2769と、１つの上に敷設される25イ
ンチの磁極片2770とを備えている。中間の周囲チャンネ
ル2664は、２つの31インチ磁極片2770が上に敷設された
約35の磁石2768と、中間チャンネル2664の切断された角
に適合するための付加的な磁極片2770とを備えている。
かたまり又は連続的な形態のアルミニウム材料2772が中
間チャンネル2664の残りの空所を占有する。図27Bに示
す磁性ターゲットのための磁石及び磁極片組立体の全体
的な作用は、浸食領域の中央に約400ガウスの磁界強度
を形成することである。
上記したように、磁界の目的は、プラズマ中の電子及
びイオン化種を捕獲しそしてターゲット表面上の循環す
るプラズマにより誘起されるスパッタリング率を向上さ
せることである。本発明に使用される磁石及び磁極片組
立体により発生される磁界2700は、非磁性（図27A）及
び磁性（図27B）ターゲット上の磁界の垂直成分が減少
された理想的な磁界2700を近似する。その結果、磁界及
びプラズマがターゲット表面の比較的広い部分にわたっ
て収束されるので大きなターゲット利用率が得られる。
ターゲット利用率は、チャンネルネットワーク内の磁
石の装填密度を増加することによって更に改善される。
例えば、1/2インチ間隔で分離された24の磁石2768を中
間チャンネル2664に装填することにより、非磁性ターゲ
ットの利用率が50％ないし65％に増加される。磁性ター
ゲットの場合には、35％ないし50％の高い利用率が得ら
れる。
図28は、ニッケル−燐メッキのアルミニウムディスク
基体510上に本発明により形成することのできるフィル
ム構造を示している。800Åないし2000Å（1000Åが好
ましい）のクロミウム下層2800がディスク基体510に最
初に付着される。このクロミウム下層の上に500Åない
し850ÅのCoCrTa磁気層2802が付着される。セクション
C.2で既に述べたディスク表面の周囲組織形成により、
磁気コバルト合金のhcp構造の「Ｃ」軸はフィルム平面
内に整列される。最後に、350Åの炭素上層2804が次の
セクションＪで述べるように若干の水素を含んで付着さ
れる。
J.炭素のスパッタリング 炭素フィルムに対するスパッタリング装置10のスパッ
タリングチャンバ設計では、耐摩耗及び耐浸食特性を最
適なものとするために付加的な精錬手段が必要とされ
る。これらの精錬手段は、図13を参照し必要に応じて説
明する。
スパッタされた炭素フィルムに水素を導入することに
より耐摩耗特性が改善されることが実験により示されて
いる。スパッタリング装置10では、約15％までの炭化水
素ガスを含むアルゴン雰囲気中でスパッタリングを行う
ことにより、水素の導入が果たされる。特に、エチレン
／アルゴン又はアセチレン／アルゴンの存在中でスパッ
タリングされた炭素フィルムは、純粋なアルゴン雰囲気
中でスパッタリングされた炭素フィルムに比して300％
の耐摩耗性の改善を示した。従って、クロミウム及び磁
性のスパッタリングチャンバ20及び26に比して、炭素ス
パッタリングチャンバ28は、アルゴン／炭化水素混合ガ
スのガスラインを使用して、スパッタリング中に炭化水
素ガス流を供給する。
炭素スパッタリングチャンバにおける第２の形式のチ
ャンバ精錬手段は、基体バイアスの必要性に関連したも
のである。上記のように、スパッタリング中は、一次
の、即ち「高速」の電子がターゲットから放出してプラ
ズマに結合する。これらの高速電子はプラズマ中の磁力
線に拘束され、アルゴン原子をイオン化するか又はスパ
ッタリングチャンバ内の正にバイアスされた領域に吸引
される。炭素のような誘電体ターゲット材料が基体以外
の表面に付着して、その表面の導電率を減少し、そこに
電子が接地するのを禁止する。導電率減少の結果、高速
電子は散乱してアルゴンをイオン化するか、又は基体が
正にバイアスされているか接地されているかに係わりな
く基体に衝撃するようになる。この後者の場合には、基
体が電子の衝撃により充分に加熱されて、成長する炭素
フィルムのグラファイト化を引き起こす。
基体に電子が衝撃することにより生じるグラファイト
化を回避する１つの手段は、基体に負のバイアスをかけ
て漂遊電子を反発することである。図13に示すように、
絶縁ブロック1304から垂下して外部電源（図示せず）に
接続された弓形の燐青銅フィンガ1302がパレット800に
電気的接触して負のバイアスを与える。より詳細には、
パレット800が炭素スパッタリングチャンバ28を通過す
るときに、燐青銅のフィンガ1302がパレット800の底縁
を擦り、所望の負のバイアスを確立する。パレット800
が炭素スパッタリングチャンバ28にある間には少なくと
も１つの燐青銅フィンガ1302が移動するパレットとの接
触を維持する。
第３の精錬手段は、炭素スパッタリングチャンバ28を
通るパレットの搬送速度を低下することに関連してい
る。ターゲットの表面がスパッタリング中に次第に浸食
されるにつれて、元々平らであった表面が最終的にくぼ
みを形成し、磁力線に対して鏡の作用をする。その結
果、ターゲットから出てくる磁力線は、ターゲット表面
の電気力線に対してもはや垂直でなくなる。成長する浸
食領域の重要性は、スパッタリング中に、たとえ浸食さ
れたターゲット表面がもはや均一に平らでなくなったと
しても、ターゲット種が表面に対して垂直な経路で即ち
コサイン分布に基づいて浸食領域から出続けることであ
る。それ故、ターゲット表面を出る磁束の増加部分が、
シールド2230により、斜めに入射する束としてさえ切ら
れる。換言すれば、磁束の対応的に減少する部分が所望
の直角入射束としてディスク基体510（及びパレット80
0）に付着され、従って、全体的なフィルム付着率を低
下させる。一般に、このような付着率の低下は、カソー
ドに送られる電力を増加することにより直接的に補償さ
れる。炭素ターゲットの場合は、電力入力の増加及びそ
れに伴うカソードからの熱により不所望なグラファイト
化を招くので、この補償方法は実際的でないことが分か
っている。
又、炭素ターゲットは、磁束から浸食領域へ炭素を再
付着することによっても変更される。より詳細には、炭
素は絶縁材料であるから、このような再付着は、ターゲ
ットの導電率を減少し、炭素のスパッタリング率を更に
減少するが、アークが生じることがある。金属のような
導電性のターゲット材料の場合には、この再付着が同様
の問題を生じない。
再付着した炭素が堆積して大きな汚れやこぶのように
なったものは、炭素表面を研磨することにより除去でき
る。しかしながら、再付着した炭素の問題に対するこの
ような解決策は時間と労力を要するものであり、本発明
のスパッタリング動作の高いスループット能力を低減す
るので、好ましくない。非常に有用で且つ魅力的な解決
策は、カソードへの付着電力を一定に保持しそしてパレ
ットの搬送速度を電子制御システムにより典型的に３フ
ィート／分の速度から例えば約2.8フィート／分まで低
下してその低い付着率を補償することにより、グラファ
イト化を直接的に最小にする。
K.電子制御システム 本発明のスパッタリング装置10及び方法のための電子
制御システムは、生産スループット、付与されるスパッ
タリング電力及び他のスパッタリング装置パラメータを
包含的及び効率的に制御する手段により１つ以上のシス
テムオペレータの役目を果たす。この電子制御システム
は、スパッタリングプロセスの調整可能に制御されるエ
レメントの各々に対し複数の異なる運転パラメータ設定
値を記憶できるようにプログラムできるのが好ましい。
従って、電子制御システムは一般に２つの主たる機能を
実行する。即ち、（１）スパッタリング装置10の各点か
らのデータ入力を読み取ることによりスパッタリング装
置10を監視しそしてシステムオペレータに状態データを
与え、そして（２）ユーザ制御されそして自動的に発生
される制御信号をスパッタリング装置10の機能エレメン
トに与えることによりスパッタリングプロセスを制御す
る。
本発明の電子制御システムは図12、29及び30について
説明する。図12は、本発明の真空及びチャンバポンピン
グシステムの概略図で、プログラム可能な論理コントロ
ーラ2902のデジタル入力／出力により制御されるか又は
読み取られる種々の信号及びコンポーネントの位置の一
般的な表示を含んでいる。図32A−Ｂは、本発明の装置1
0のチャンバ12−30に配置された搬送プラットホームを
付勢するモータ組立体を制御するプログラム可能な論理
ソフトウェアの論理フローチャートである。
図29には、本発明の制御システムの主たる機能エレメ
ントが示されている。１つの実施例においてはデジタル
及びアナログの両入力／出力を与えねばならないので、
２つのメインプロセスコントローラが使用される。即
ち、好ましくは、アーレン・ブラッドレイのPLC−５プ
ログラマブルプロセスロジックコントローラであるプロ
グラム可能なプロセスロジックコントローラ2902と、IB
M対応のインテル型式80386又は80486マイクロプロセッ
サをベースとするコンピュータ2901である。これらのプ
ロセスコントローラがここに述べる制御システムの包含
的な要求を満足するようにアナログ及びデジタルの両形
態の入力／出力（I/O）を充分に処理できる限りは、プ
ロセスコントローラの特定の選択が本発明にとって重要
でないことが、本明細書を検討した後に当業者に理解さ
れるであろう。
アーレン・ブラッドレイのPLC−５は、ウイスコンシ
ン州ミルウォーキのアーレン・ブラッドレイ社によって
製造されたもので、少なくとも１つのPLC−５プロセッ
サモジュールと、これに取り付けられる多数の入力／出
力モジュールとを備えている。これらの入力／出力モジ
ュールは、いかなる数のデジタルI/O信号も取り扱える
ように拡張可能な数の入力及び出力を備えている。
プログラム可能なロジックコントローラ2902は、デジ
タル入力を監視し、２状態制御信号を必要とするスパッ
タリング装置のエレメントにデジタル出力を供給する。
これらのエレメントは以下で詳細に説明する。アーレン
・ブラッドレイのPLC−５は、セクションＭにコピーを
挿入した「ラダー（梯子）」ロジックテーブルダイヤグ
ラムとして構成された論理制御ソフトウェアを使用して
入力及び出力を制御する。一般に、このソフトウェア
は、一連の水平タイミング「ラング（梯子のこ）」に沿
ってブール形態で感知入力及び出力をプログラムするこ
とができる。「ラダー」全体が0.030ないし0.040秒ごと
に上から下へと走査され、I/O各アドレスされたエレメ
ントがプロセッサによって検査される。各ラングは、内
部及び外部の両I/Oでプログラムされ、水平ラングの各
エレメントが「真」である場合に内部又は外部のいずれ
かの出力コマンドを発生する。このように、水平にリン
クされたエレメントが一緒にアンドされる一方、垂直に
リンクされたエレメントがオアされることが認められ
る。各ラングは交差参照され、他の個々のラングに対し
てネスト構成にされ、所望の論理出力が得られる。各ラ
ングの出力は、特定のプログラムに使用されるタイミン
グの特性に基づいて、「イネーブル」、「ラッチ」又は
「アンラッチ」信号を構成する。
コンピュータ2901は、ニューヨーク州クリフトンパー
クのデジトロニクスSIXNET社によって製造されたSIXNET
ネットワークインターフェイス2903を経てスパッタリン
グ装置10の種々のエレメントへのアナログ入力／出力を
主として制御するか、幾つかのデジタル入力／出力機能
もコンピュータ2901によって処理される。SIXNETネット
ワークインターフェイス2403は、例えば、コンピュータ
2901の拡張スロットに設けられた周辺拡張カード上のRS
−232シリアルポートに接続された307、200ボーのSIXNE
Tモデル60−232/N−LDネットワークモデム（図示せず）
を経て、コンピュータ2902に接続される。このような拡
張カードは、例えば、フロリダ州ボカラトンのIBMによ
り製造されたIBMリアルタイムインターフェイスコプロ
セッサ（ARTIC）カードより成る。
充分な量のデジタル及びアナログI/Oを処理するため
に、SIXNET I/Oネットワークを構成するネットワーク
インターフェイス2903は、８個のSIXNET 60 I/O MUX
−FEBマルチプレクスステーションを備え、その各々
は、２つのRS−232シリアルポート又はそれに代わる拡
張能力と、16個の専用I/Oターミナルとを含む。マルチ
プレクスステーションは、307KボーのSIXNETネットワー
クインターフェイスによって相互リンクされる。このよ
うな各ステーションのデータI/Oは、物理的な設備の制
約として構成され、スパッタリング装置10は、必要なI/
O信号をネットワークインターフェイス2903に接続する
ことを必要とする。ネットワークインターフェイス2903
は、SIXNET 60−A/D 16−32アナログ−デジタルコン
バータと、６−D/A 12B−８デジタル−アナログコンバ
ータと、必要に応じて付加的なデジタル及びアナログI/
Oを取り扱う６−I032デジタル／アナログ入力／出力モ
ジュールとを備えている。
プログラム可能な論理コントローラ2902及びコンピュ
ータ2901は、該コンピュータ2901に配置されたARTIC周
辺カード（以下に述べる）の１つのRS−232シリアルポ
ートと、アーレン・ブラッドレイの1171−KF2−Ｂ通信
インターフェイス2911との間に接続されたRS−232シリ
アルバスを使用して、データハイウェイ2911を経て通信
する。インターフェイス2911はシリアルデータハイウェ
イ2912を経てプログラム可能な論理コントローラ2902に
接続される。
コンピュータ2901は、ユーザインターフェイス及びシ
ステム制御ソフトウェアを用いて、装置10を監視し、制
御し、そのアラームを発生しそしてそのデータを記憶す
る。この目的に適した１つのこのようなソフトウェア
は、マサチューセッツ州ノーウッドのインテルーション
社で製造された「The Fix」である。このソフトウェア
は、特定のインターフェイス環境をコンピュータ2901か
らの特定の制御信号出力と該コンピュータへのデータ感
知信号入力とにリンクする信号制御データベースを形成
することにより、データ入力／出力に対するグラフィッ
クインターフェイス環境を開発できるようにする。従っ
て、入力データは、装置10の種々のコンポーネントから
ネットワークインターフェイス2903を経てコンピュータ
2901へ送信されて、インターフェイス及び制御ソフトウ
ェアを用いて形成されたユーザI/O環境へ直接的な読み
出しとして与えられ、読み易いデータをシステムオペレ
ータに供給し及び／又はプログラム可能な論理コントロ
ーラ2902への出力フラグを形成する。
「The Fix」ソフトウェアによりプログラム可能な論
理コントローラ2902には限定された数の出力信号が送ら
れる。これらの信号は、特定入力信号の組み合わせ結果
を構成し、プログラム可能な論理コントローラ2902に対
するトリガーとして働く。「The Fix」ソフトウェアに
使用されてこれらの信号を発生するこの特定のプログラ
ミングコードは、セクションＮに含む。
本発明に用いられる特定のプロセスコントローラと同
様に、プロセスコントローラに用いられてデータ入力／
出力を発生する特定のソフトウェアは、本発明の要旨に
とって重要ではなく、本発明の範囲内でいかなる数の適
当なユーザインターフェイスも発生するようないかなる
適当なプロセス制御ソフトウェアも使用できることが当
業者に注目されよう。
第２のIBM対応のコンピュータ2907がプログラム可能
な論理コントローラ2902に接続される。このコンピュー
タ2907は、個別のプログラミングコンピュータとして使
用され、ウイスコンシン州ミルウオーキのICOM社により
製造されたようなデバッグソフトウェアを用いて、プロ
グラム可能な論理コントローラ2902のラダー論理ソフト
ウェアのオンライン監視、デバッグ及びプログラミング
を行うことができる。
プログラム可能な論理コントローラ2902及びコンピュ
ータ2901の両方に対してユーザインターフェイスが設け
られる。プログラム可能な論理コントローラ2902に接続
されるユーザインターフェイス2905は、ミシガン州アン
・アーボのネマトロン社により製造されたNEMATRONタッ
チスクリーンを備え、これは、一連のカスタム設計のタ
ッチ感知ディスプレイスクリーンを介してデータを入力
／出力することができる。ネマトロンのタッチスクリー
ンとアーレン・ブラッドレイのPLC−５とを用いるとき
には、アーレン・ブラッドレイにベーシックモジュール
2906が設けられそしてネマトロンに接続される。このベ
ーシックモジュールは、ネマトロンのディスプレイスク
リーンを選択しそして特定のスクリーン入力／出力をア
ーレン・ブラッドレイのPLC−５のデータ入力／出力に
リンクするのに用いられる。
コンピュータ2901はユーザインターフェイス2904に接
続され、このインターフェイスは、標準高解像度のグラ
フィックディスプレイモニタ及びキーボードを備えてい
るのが好ましい。マサチューセッツ州ボックスボロフの
NESインフォーメーション・システムズ社により製造さ
れたNEC Multisync IIのようなEGA又はVGA型の高解像
度グラフィックディスプレイが、ユーザインターフェイ
ス2904として適している。この場合も、本発明の範囲内
で電子制御システムのプロセスコントローラと共にいか
なる従来型入力／出力インターフェイスを用いてもよい
ことが理解されよう。
本発明の電子制御システムは、３つの主たる機能、即
ち装置10を通る基体の動き、装置10内のスパッタリング
プロセスの制御、及び装置10の状態の指示について制御
する。図29を参照すれば、プロセスを通してのパレット
800及びディスク基体510の動きは、電子制御システムに
より、モータ制御システム2910、位置感知システム2915
及びドア制御システム2920を介して制御される。プロセ
ス制御及び状態の指示は、機械的ポンプの制御システム
2925、ポンプバルブ及び電気制御システム2930、低温ポ
ンプ及びコンプレッサ制御システム2935、真空バルブ制
御システム2940、ガス流量制御システム2945、ガス圧力
制御システム2950、ヒータ制御システム2955、基体温度
感知システム2960、スパッタリング電源制御システム29
65、冷却材制御システム2970、ゲージ制御システム297
5、及び残留ガス分析器2980によって制御される。
図29を参照し、電子制御システムのエレメントと、プ
ログラム可能な論理コントローラ2902、コンピュータ29
01及びネットワークインターフェイス2903に対するそれ
らの関係について以下に説明する。図29に示すエレメン
トは説明上構成されたもので、本発明の範囲内でシステ
ムの種々の変更がなされ得ることが当業者に理解されよ
う。
1.モータ制御システム2910 インライン型スパッタリング装置10を通る基体の移動
は、図８−11を参照して述べた基体搬送システムによっ
て制御される。上記したように、各別々の搬送プラット
ホーム2400には可変速度のモータ組立体が関連されて接
続されており、搬送システムループ内の特定のプラット
ホームにおける基体の移動速度を制御する。
装置10については、10個の個々の搬送プラットホーム
が設けられていて、スパッタリング装置10の17個のチャ
ンバ、及びロード及びアンロードランプ各々210、212を
経て基体を搬送する。19個のモータM3−M21は、３つのB
AM−８バークレイ・アクシス・マシン（BAM）のマルチ
アクセスサーボコントローラ（図示せず）により制御さ
れる。各BAM−８は、高性能サーボモータの８つまでの
軸を同時に制御することができ、各軸ごとに多数のプリ
セットされたユーザが定めたモータ速度を与えて、各特
定のBAM−８により制御される各軸ごとに、デジタル入
力信号で、プログラムされた制御シーケンスを作動する
ことができる。各BAM−８は、軸ごとに１つづつ、８つ
の個別の可変電圧出力信号をモータ組立体に与えて、モ
ータ速度を制御し、それにより、搬送システムの各特定
のプラットホームにおけるターゲット基体の速度を制御
する。各BAM−８は、１つのRS−232ポートにより８個の
SIXNETマルチプレクスステーションの１つから各BAM−
８に接続されるのが好ましい。
プログラム可能な論理コントローラ2902からの２組の
19のデジタル出力は、モータ速度制御信号M3F−M21F、M
3S−M21SをBAM−８モータコントローラに供給する。信
号M3F−M21F、M3S−M21Sにより与えられる２ビット制御
信号は、２つの個々の前方向速度設定、始動／停止、及
び前方向／逆方向をプログラム可能な論理コントローラ
2902によって制御できるようにする。プログラム可能な
論理コントローラ2902からの19の付加的なデジタル出力
は、モータ割り込み信号M3I−M21IをBAMモータコントロ
ーラに供給する。
モータM3−M21の個々のモータ速度設定点を選択する
ために、38のアナログ出力信号DMOTLO1−DMOTLO21、DMO
THI1−DMOTHI21が与えられる。このDMOTLO1−DMOTLO2
1、DMOTHI1−DMOTHI21によって定められる高及び低の速
度設定点は、プログラム可能な論理コントローラ2902か
らの信号M3F−M21F、M3S−M21Sによって制御されるモー
タ速度を定め、いったんセットされると、BAM−８は所
望の設定点状態を満たすように各モータを自動的に制御
する。最適なモータ設定点をテーブル１にリストする。
従って、モータ制御システム2910は、スパッタリング
装置を通して基体を多数の速度で移動させ、これは、ス
パッタリングシステムを通して移動する複数の基体を同
時に制御するのに有用である。
2.基体位置検出システム2915 基体位置検出システム2915は、装置10に入り、通過し
そして出ていく全ての基体の移動を検出し監視するため
の電子制御システムの能力を表している。57個のパレッ
ト位置センサSEN1−SEN57がチャンバモジュール12−30
と、入口及び出口プラットホーム210、220とに設けられ
ていて、装置10における各基体の正確な位置をプログラ
ム可能な論理コントローラ2902（及びシステムオペレー
タ）に知らせる。一般に、パレットプラットホーム当た
り３つのセンサが設けられる。チャンバ14及び16には、
これらのチャンバに存在する高い温度に耐える能力のた
め、光学位置センサが使用されるのが好ましい。基体位
置を決定する際に高い精度を得るためにプラットホーム
当たり３つのセンサを設けるのが好ましいことを理解さ
れたい。ここに示す実施例では、耐久性を改善するため
に、チャンバ14及び16に２つの位置センサのみが使用さ
れてセンサの故障率が低下される。各センサSEN1−SEN5
7は、センサの位置における基体の有無を指示するデジ
タル出力信号をプログラム可能な論理コントローラ2902
に供給する。このような包含的な位置検出システムは、
スパッタリングプロセスの何らかの点で基体がジャミン
グ状態になった場合に欠陥検出を果たし、ユーザがこの
ような問題及び装置10内の次の基体に対する先回りした
問題を補償できるようにする。
戻り路50に使用される20の搬送プラットホームには21
個の付加的なパレット位置センサ（図示せず）が設けら
れる（ロードステーション40の前の最後のプラットホー
ムに２つ）。このような各センサ出力信号は図12に示す
ようにプログラム可能な論理コントローラ2902に送られ
てもよいし、或いは戻り路センサ信号が個別のプログラ
ム可能な論理コントローラに送られてもよい。
3.ドア制御システム2920 区画チャンバモジュール12−30の１つ１つを分離する
ために12のチャンバ分離ドアD1−D12が設けられてい
る。各ドアD1−D12は一対の空気シリンダ（図示せず）
によって作動され、各シリンダは、これに送られる各々
ドアを開く又は閉じる方向のDROP及びDRCL信号に応答す
る一対のソレノイドトリガーを有している。ドアD1−D1
2の各々の動作はドア制御システム2920によって制御さ
れ検出される。プログラム可能な論理コントローラ2902
からの24個の専用のデジタル出力がパルス状の制御信号
をドア開放ソレノイドDROP1−DROP12と、ドア閉止ソレ
ノイドDRCL1−DRCL12とに与える。
更に、制御システムソフトウェアに対し各ドアの開状
態又は閉状態を検出するためにドア位置センサも設けら
れている。ドア開放センサDROP1S−DROP12S及びドア閉
止センサDRCL1S−TRCL12Sは、プログラム可能な論理コ
ントローラ2902の24のデジタル入力に直接的なデジタル
出力信号を与える。
スパッタリング装置には高圧空気源（図示せず）が使
用され、ドアシリンダ、高真空バルブ及び他のこのよう
なシステムコンポーネントを含む空気バルブに対して必
要な空気圧を与える。一次空気センサAPSは高圧空気源
の存在を検出しそしてプログラム可能な論理コントロー
ラ2902の１つの入力へのABS検出信号入力が不存在にな
ると、システムシャットダウンオーバーライドが始動さ
れる。更に、ポンピングシステム及び装置10内の種々の
点における個々の圧力状態の存在をチェックするために
８個の圧力スイッチPS1−PS8が設けられている。これら
スイッチPS1−PS8は、図示された位置において装置10の
ポンピングコンジットの排気圧力の不充分さを冗長チェ
ックする。各個々の圧力状態の検出又はその欠落を指示
する８つのデジタル出力信号がプログラム可能な論理コ
ントローラ2902へ入力される。
4.機械的ポンプの制御システム2925 ３つの機械的低真空ポンプMP1−MP3及びブローワBL1
−BL3は、セクションＦに記載のポンピングシステムの
説明に基づいて、スパッタリング装置10の初期真空ポン
プダウンを行うと共に、ロードロックチャンバ12及び出
口ロックチャンバ30における爆発的なポンプダウンを行
う。機械的ポンプMP1−MP3は約20−50mTorrまでの高速
ポンピングを行い、一方、ブローワBL1−BL3はクライオ
ポンプが動作に加わる前に約1mTorrまでのポンピングを
行う。従って、機械的ポンプMP1−MP3及びブローワBL1
−BL3は、装置10の迅速なポンピングを与えるように共
働する。
機械的ポンプMP1、MP2及びMP3と、ブローワBL1、BL2
及びBL3とに対するオン／オフ制御は、プログラム可能
な論理コントローラ2902からの６つのデジタル出力信号
によって行われる。
5.機械的ポンプバルブ及び通気制御システム2930 ５つの低真空バルブRV1−RV5は、機械的な低真空ポン
プMP1−MP3及びブローワBL1−BL3をスパッタリング装置
10のチャンバ12−30から分離する。又、５つのチャンバ
通気バルブCV1−CV5は、チャンバ12、18、22B、22D及び
30を排気されたスパッタリング雰囲気と装置10の外部環
境との間で通気できるようにする。
機械的ポンプバルブ及び通気制御システム2930は、低
真空バルブセンサRVS1−RVS10で監視して低真空バルブR
V1−RV5を制御し、そしてチャンバ通気センサCVS3−８
で監視してチャンバ通気バルブCV1−CV5を制御する。い
ずれかのバルブに関連したセンサが存在しない場合は、
ソフトウェア出力コマンドを参照することにより（例え
ば、バルブCV1及びCV5については）そのバルブのオン／
オフ状態を決定することができる。
プログラム可能な論理コントローラ2902の13の出力が
機械的なポンプバルブ及び通気制御システム2930へ送ら
れる。第１組の５つの出力は低真空バルブRV1−RV5の開
／閉状態を制御し、第２組の５つの出力はチャンバ通気
バルブCV1−CV5の開／閉状態を制御し、そして第３組の
３つの出力はポンプ通気バルブPV1−PV3の開／閉状態を
制御する。更に、プログラム可能な論理コントローラ29
02の20の専用デジタル入力が、低真空バルブセンサRVS1
−RVS10及びチャンバ通気バルブセンサCVS3−CVS8から
受け取られる信号に対して与えられる。低真空バルブセ
ンサRVS1−RVS10とチャンバ通気バルブセンサCVS3−CVS
8は、監視される各バルブCV2−CV4の状態を指示する状
態信号をプログラム可能な論理コントローラ2902へ送
り、ユーザ及びシステムがシステムのポンプダウン及び
通気を正確に監視できるようにする。チャンバ通気バル
ブCV1及びCV5には付加的なチャンバ通気バルブセンサを
設けてもよいが、これらバルブは使用頻度が高いので、
センサの故障が早く生じる。
6.コンプレッサ及び低温ポンプ再生制御システム2935 電子制御システムは、コンプレッサCY1−CY12、窒素
供給源N2及び窒素ヒータNIH1−NIH12の始動／停止機能
を制御する低温ポンプ再生及びコンプレッサ制御システ
ム2935を備えている。更に、低温ポンプ及びコンプレッ
サ制御システム2935は、上記した低温ポンプ再生プロセ
ス中に低温ポンプC1−C12からの汚染物をフラッシュす
るのに用いられるふるいヒータSVHTR1−SVHTR12及びふ
るいバルブSVIV1−SVIV12のオン／オフ制御を行う。窒
素供給源N2及びヒータNIH1−NIH12も、低温ポンプC1−C
12をフラッシュし清掃するのに使用される。
セクションＦで述べたように、低温ポンプC1−C12
は、本発明のスパッタリングプロセスに基づいてチャン
バ12−30に排気環境を形成するために設けられている。
コンプレッサCY1−CY8（図３及び12）は低温ポンプC1−
C12にヘリウムガスを供給し、これら低温ポンプC1−C12
がスパッタリング装置に必要な真空を形成できるように
する。
プログラム可能な論理コントローラ2902の８つの出力
は、コンプレッサCY1−CY8の始動／停止状態を制御す
る。
８個の窒素流センサNIFS1−NIFS8は、窒素流ヒータNI
H1−NIH12への窒素の圧力を検出しそして確保する。プ
ログラム可能な論理コントローラ2902の８つのデジタル
入力は、センサNIFS1−NIFS8からの流れ検出信号を受け
取る。プログラム可能な論理コントローラ2902の12のデ
ジタル出力は、窒素ヒータNIH1−NIH12の始動／停止機
能を制御する。プログラム可能な論理コントローラ2902
の付加的な12のデジタル出力は、窒素流バルブNIF1−NI
F12に対して開／閉状態制御を行う。
又、低温再生及びコンプレッサ制御システム2935に
は、低温再生プロセス中及びスパッタリングプロセス中
にクライオポンプC1−C12の温度を監視するようにクラ
イオポンプC1−C12に接続されたセンサ（図示せず）も
含まれる。アナログネットワークインターフェイス2403
の12の入力は、３゜Kないし350゜Kの範囲のアナログ温
度信号TD1−TD12を受け取る。
クライオ低真空バルブCR1−CR12は、ふるいヒータSVH
TR1−SVHTR12を通るクライオポンプC1−C12のガス放出
を制御するために設けられている。前記したように、ク
ライオ低真空バルブCR1−CR12は、ふるいヒータSVHTR1
−SVHTR12と共働して、低温再生プロセス中にクライオ
ポンプC1−C12からの汚染物を除去する。クライオ低真
空バルブCR1−CR12の開／閉状態は、プログラム可能な
論理コントローラ2902の12のデジタル出力によって制御
される。
ふるいヒータSVHTR1−SVHTR12及びふるいバルブSVIV1
−SVIV12の制御は、プログラム可能な論理コントローラ
2902の24のデジタル出力によって行われ、即ち、プログ
ラム可能な論理コントローラ2902の12のデジタル出力
は、ふるいヒータSVHTR1−SVHTR12の始動／停止機能を
制御しそしてプログラム可能な論理コントローラ2902の
12の出力は、ふるい分離バルブSVIV1−SVIV12を制御す
る。
7.真空バルブ制御システム2940 真空バルブ制御システム2940は、クライオポンプC1−
C12とスパッタリング装置10との間に接続された高真空
バルブHV1−HV12のオン／オフスイッチング制御を行
い、これらバルブからのフィードバックを受け取る。高
真空バルブHV1−HV12のフィードバックは、32個の高真
空センサHV1S1、HV1S3、HV2S1、HV2S2、HV2S3、・・・H
V12S1、HV12S2、HV12S3によって与えられる。
高真空バルブHV2−HV11は、３状態（開、閉及び絞
り）の作動バルブである。絞り状態は、スパッタリング
システムの運転中に、初期ポンプダウンの後に、各特定
のチャンバの要求に応じて、スパッタリング装置の真空
レベルを維持するのに使用される。高真空バルブHV1
は、２状態（開／閉）バルブとして動作し、バッフル12
10と共に使用される。24のデジタル出力（HV1_1、HV1_
2、HV2_1、・・・HV12_2）はプログラム可能な論理コン
トローラ2902によって専用使用され、高真空バルブHV1
−HV12及びバッフル1210、1214のための12の２ビット制
御信号を発生して、バルブHV2−HV12に対する上記３つ
のバルブ動作状態又はバルブHV1に対する２つの状態の
１つを選択すると共に、バッフル1210、1214をイネーブ
ル／ディスエイブルする。プログラム可能な論理コント
ローラ2902の35のデジタル入力は、各バルブHV1−HV12
の高真空センサHV1S1−HV12S3を監視する。もし可能で
あれば、各高真空バルブの各動作状態に対して１つのセ
ンサが設けられる。
8.ガス流制御システム2945 ガス流制御システム2945は、装置10に対するスパッタ
リングガスの供給を制御する。
上記の一次及び二次ガスの流れ制御は、MKSインスツ
ルーメンツ社（マサチューセッツ州アンドバー）の８個
のモデル2259B質量流量計及び流れ制御器（MKSモデル24
6読み出しディスプレイを含む）を用いることにより達
成される。各2259B質量流量計とそれに関連したモデル2
46ディスプレイとの間には８個の分離バルブGF1−GF8が
配置される。８個の流れ制御バルブFLO1−FLO8は、一次
及び二次ガスの流量を制御する。
プログラム可能な論理コントローラ2902の８つのデジ
タル出力は、分離バルブGF1−GF8の開／閉状態を制御す
るのに専用とされる。コンピュータ2901は、モデル2259
B質量流量計によりガス流を監視するために８つのアナ
ログ入力（０−５ボルト）流れ測定信号（「The Fix」
によりFLO1−FLO8と示された）を受け取る。モデル2259
B質量流量計の流れ制御バルブFLO1−FLO8の流量設定値
は、コンピュータ2901の制御のもとでネットワークイン
ターフェイス2903を通る８つの０−５ボルト出力信号FL
OST1−FLOST8によって制御される。
9.ガス圧力制御システム2950 上記のガス流制御システム2945と共に、ガス圧力制御
システム2950は一連の４つのキャパシタンスマノメータ
CM1−CM4により装置10の圧力を監視及び制御し、各キャ
パシタンスマノメータCM1−CM4は、関連分離バルブCHV1
−CHV4によって装置10から分離されている。各キャパシ
タンスマノメータCM1−CM4及び分離バルブCHV1−CHV4
は、例えば、MKSインスツルーメンツ社により製造され
たMKSモデル390H及び270Bキャパシタンスマノメータを
含む。MKSモデル390H及び270Bキャパシタンスマノメー
タは、これにより測定されたガス圧力を監視するために
コンピュータ2901へアナログ出力信号を与える出力と、
各キャパシタンスマノメータCM1−CM4の測定レンジを可
変制御できるようにするデジタル信号入力とを備えてい
る。一般に、キャパシタンスマノメータCM1−CM4は、機
械的ポンプMP1−MP3によりチャンバ14−29を排気した後
の装置10の圧力を監視する。より詳細には、装置10のポ
ンプダウン中のガス圧力の監視は、20個のピラニ真空計
PIR1−PIR20によって行われ、機械的なポンプMP1−MP3
及びブローワBL1−BL3による排気が終わってクライオポ
ンプC1−C12によるポンピングが始まる点であるクロス
オーバーにおいて、キャパシタンスマノメータCM1−CM4
が使用される。
プログラム可能な論理コントローラ2902の４つの出力
は、分離バルブCMV1−CMV4の開／閉状態を制御するのに
専用とされる。ネットワークインターフェイス2903の４
つの入力は、キャパシタンスマノメータCM1−CM4のアナ
ログ読出し圧力（「The Fix」によりCM1−CM4と示され
た）を受け取る。ネットワークインターフェイス2903の
８つの個別出力は、キャパシタンスマノメータCM1−CM4
の圧力計測範囲を制御するために２ビットのデジタル信
号CMR1.1、CMR2.1、CMR1.2、CMR2.2、CMR1.3、CMR2.3、
CMR1.4、CMR2.4を発生する。
10.ヒータ制御システム2955 基体表面にわたって均一な温度勾配を維持するための
チャンバ14におけるドウェル加熱及びチャンバ16におけ
るパスバイ加熱を含む基体加熱は、ヒータ制御システム
2955によって制御される。セクションＨで説明した「ド
ウェル」及び「パスバイ」ヒータ列1510A、1510B、1510
C、1510D、1620A、1620B、1620C、1620D、1818A、1818
B、1818C、1920A、1920B、1920C、1920Dの制御は、ニュ
ーヨーク州グランド・アイランドのエマーション・イン
ダストリアル・コントロールズ社によって製造される８
個のエマーション・スペクトルIIIヒータコントローラ
によって行われる。このエマーション・スペクトルIII
コントローラは、セクションＨで述べたクオーツランプ
加熱エレメントのデジタルヒータ温度設定点制御を行う
ことができる。従って、ヒータ設定点は、いったんセッ
トされると、各スペクトルIIIによって維持される。
従って、ここに示す実施例では、ヒータ制御システム
2955は、上記エマーション・スペクトルIIIコントロー
ラにオン／オフ制御信号RH1A−RH3Cを与えるプログラム
可能な論理コントローラ2902の８つのデジタル出力；エ
マーション・スペクトルIIIコントローラの高／低出力
イネーブルRH1A−RH3Cを制御するプログラム可能な論理
コントローラ2902の８つのデジタル出力；ヒータ欠陥信
号H1A0FLT−H3C0FLTを受け取るプログラム可能な論理コ
ントローラ2902の８つの入力；ヒータ列セット1510A/15
10B、1510C/1510D、1620A/1620B、1620C/1620D、1818A/
1818D、1818B/1818E、1818C/1818F、1920A/1920B及び19
20C/1920Dの電圧設定点を制御するネットワークインタ
ーフェイス2903からの８つのアナログ出力；及び各ヒー
タ列セットの電流設定点出力HSP1−HSP8を監視するネッ
トワークインターフェイス2903への８つのアナログ入力
を使用する。
ヒータ制御システム2955は、好ましい実施例では、ヒ
ータ列1510A−1510D、1620A−1620B、1818A−1818D及び
1920A−1920Dの各々を個々に制御する。このような実施
例は、電子制御システムに接続されたヒータ列の各々を
制御するために付加的なハードウェアラインを備えてい
る。エマーソンのスペクトル３コントローラを用いた実
施例では、16個のこのようなコントローラが使用され、
そしてオン／オフ制御信号を発生するのにプログラム可
能な論理コントローラ2902の16のデジタル出力が必要と
され、高／低出力イネーブル信号を発生するのにプログ
ラム可能な論理コントローラ2902の16のデジタル出力が
必要とされ、ヒータ欠陥信号を発生するのにプログラム
可能な論理コントローラ2902の16の付加的な出力が使用
され、ヒータ列の電圧設定点を制御するのにネットワー
クインターフェイス2903からの16のアナログ出力が必要
とされ、そして各ヒータ列の電流設定点出力を監視する
のにネットワークインターフェイス2903への８つのアナ
ログ入力信号が使用される。
11.基体温度センサシステム2960 スパッタリング装置の種々の部分を通して基体が進む
ときに基体表面の温度勾配を測定するために、可動構成
のスパッタリング装置全体にわたる種々の位置に６個の
ミクロン社の温度センサ（図示せず）が設けられる。ミ
クロン社のセンサは、ネットワークインターフェイス29
03を経てユーザインターフェイス2904へ出力するように
０−５ボルトのアナログ信号TEMP1−TEMP6を発生し、シ
ステムオペレータが各サイクルごとに監視を行って各ヒ
ータ列1818A−1818Cの出力に対処し、スパッタリング装
置を通して進行する基体の表面にわたって均一な温度勾
配を維持できるようにする。一般に、センサは、チャン
バ16又は18に設けられる。
12.電源制御システム2965 電源制御システム2965は、24個（実際には48個がマス
ター／スレーブ構成となった）の電源PS1A、PS1B、・・
・PS12A、PS12Bを制御し、これらはスパッタリング装置
10のチャンバ20、26及び28に使用されたスパッタリング
マグネトロンに高電力出力を供給する。これらの電源PS
1A−PS12Bは、コロラド州コロラドのフォトコリンズの
アドバンスト・エナージ・インダストリーズ社によって
製造されたモデルMDX−20X 20KWDCプラズマ電源で、一
定電流、電力又は電圧を発生しそして遠隔制御を行うこ
とができるものである。
電源制御システム2965の制御信号は、コンピュータ29
01によりネットワークインターフェイス2903を経て完全
に制御される。ネットワークインターフェイス2903の16
8の入力は、次のように用いられる。
ネットワークインターフェイス2903の106のアナログ
及びデジタル出力は、次のように電源に送られる。
レベル設定点信号、電圧出力信号、電流出力信号、電
力出力信号、ターゲット寿命信号、アーク出力信号及び
設定点到達信号を含むネットワークインターフェイス29
03への上記入力信号は、ユーザ及び制御システムソフト
ウェアの両方に電源性能を監視するための正確なデータ
フィードバックを発生する。インターロック制御信号PS
TV1−PSTV3、PSTW1−PSTW3、PSTX1−PSTX3は、スパッタ
リング装置10のインターロック保護カバー2305のセンサ
（図示せず）に接続され、開放インターロック保護カバ
ー2305によって信号がトリップされた場合に電源出力を
遮断して、オペレータの傷害を防止する。
13.冷却材制御システム2970 生産中に温度を許容運転レベル内に維持してシステム
部品の迅速な消耗に前もって対処するために水のような
循環する冷却流体がスパッタリング装置の種々の部品に
供給される。より詳細には、ヒータ1512、シールド223
0、コンプレッサCY1−CY8及びスパッタリングカソード2
222に冷却材が供給される。
冷却材制御システム2970は、冷却系統における循環す
る冷却材流の温度レベルを監視し、そして冷却材流制御
バルブの開／閉状態を制御する。冷却材流系統の特定の
配置は図示しないが、本発明の範囲内で適当な数の冷却
材制御機構が使用できることが当業者に理解されよう。
冷却材流センサCHR1A/CHR1B−CHR4A/CHR4B;MAG5A/MAG5B
−MAG8A/MAG8B;CAR9A/CAR9B−CAR12A/CAR12Bの位置は、
図12に一般的な形態で示されている。
冷却材流制御システム2970は、24個のマグネトロンカ
ソード冷却材流センサCHR1A/CHR1B−CHR4A/CHR4B;MAG5A
/MAG5B−MAG8A/MAG8B;CAR9A/CAR9B−CAR12A/CAR12Bと、
６個のスパッタリングシールド冷却材流センサCHRS1−C
HRS2;MAG1−MAG2;CARS1−CARS2と、６個の熱シールド冷
却材流センサHSFS1−HSFS6とを備えている。これらセン
サの各々は、プログラム可能な論理コントローラ2902の
１つの入力にデジタル出力信号を供給する。６個の給水
流制御バルブCHSUV1−CHSUV2、MAGSUV5−MAGSUV6及びCA
RSUV9−CARSUV10と、スパッタリングチャンバ当たり２
つの供給バルブと、６個の戻り給水路バルブCHRTV3、CH
RTV4、MGRTV7−MGRTV8、CARTV11−CARTV12と、スパッタ
リングチャンバ当たり２つの戻り路バルブとが設けられ
ている。プログラム可能な論理コントローラ2902からの
12の出力は、給水バルブ及び戻り給水路バルブの開／閉
状態を制御する。
更に、バルブHH201及びHH202に対する２つの主たる冷
却材はプログラム可能な論理コントローラ2902によって
制御される。
14.ピラニ及びイオンゲージ制御システム2975 ゲージ制御システム2975は、各ピラニゲージPIR1−PI
R20の出力と、スパッタリング装置の残留イオン汚染を
監視するイオンゲージの出力を監視する。
機械的なポンプMP1−MP3、ブローワBL1−BL3、クライ
オポンプC1−C12の間のクロスオーバーに至る前のポン
プダウンプロセス中の真空圧力は、スパッタリング装置
10のチャンバ12、14、20、26、28、29及び30においてク
ライオポンプC1−C12をふるいバルブSVIV1−SVIV12にリ
ンクするポンピングコンジットと、ポンプMP2及びブロ
ーワBL2を装置10にリンクするコンジットとに設けられ
た20個のピラニゲージPIR1−PIR20によって監視され
る。12個のピラニゲージPIR3−５、PIR7−９、PIR12−1
4及びPIR18−20は、クライオポンプC1−C12ないし低温
低真空バルブCR1−CR12の領域においてガス放出中の圧
力を監視する。７個のピラニゲージPIR1、PIR2、PIR6、
PIR11、PIR16、PIR15及びPIR17は、チャンバ12、14、2
0、26、28、29及び30の圧力を監視する。
各ゲージの圧力測定値の読みを指示する０−10ボルト
の範囲のアナログ信号がゲージPIR1−PIR20から出力さ
れ、ネットワークインターフェイス2903に送られる。プ
ログラム可能な論理コントローラ2902の入力に送られる
20のデジタル信号（PIR1−PIR20で示す）は、機械的な
ポンプMP1−MP3、ブローワBL1−BL3、クライオポンプC1
−C12の間で切り換わるようにセットされたクロスオー
バー点を指示する。
４つのイオンゲージIG1−IG4（図示せず）は、スパッ
タリング装置10のチャンバ14、20、26及び28におけるバ
ックグランドガス（即ち、水の汚染）のレベルを測定す
る。ゲージ制御システム2975のネットワークインターフ
ェイス2903によりアナログ出力信号ION1−ION4が供給さ
れて、ユーザインターフェイス2904へ出力され、ポンプ
ダウンプロセスを制御するデータがシステムオペレータ
に与えられる。
本発明の好ましい実施例では、ピラニゲージ及びイオ
ンゲージは、ドイツのハナウのレイボールド−ヘラウス
社によって製造されたINFICONゲージモニタサブシステ
ムを通して接続され、これは、上記のピラニゲージ及び
イオンゲージに使用するために独立した電源及びハード
ウェアを構成する。
15.残留ガス分析器2980 残留ガス分析器RGA1−RGA4は、システムの状態を監視
するためにスパッタリング装置10に使用される。残留ガ
ス分析器RGA1−RGA4の分離は４つの分離バルブRGAV1−R
GAV4により電子制御システムによって制御される。プロ
グラム可能な論理コントローラ2902の４つの専用出力
は、分析器の分離バルブRGAV1−RGAV4を開閉するために
残留ガス分析器RGA1−RGA4に送られる。
プログラム可能な論理コントローラ2902の４つの入力
に対してセンサRGAS1−RGAS4が設けられており、残留ガ
ス分析器のバルブRGAV1−RGAV4の開閉状態を指示する状
態指示を与える。
システム制御ソフトウェア 図30は、本発明のシステム制御ソフトウェアの全体的
なフローチャートである。以下の説明は、システムソフ
トウェアの能力及び機能の一般的な説明であることに注
意されたい。当業者であれば、セクションＭ及びＮのソ
ースコードを検討した後に特定のソフトウェア機能及び
能力が理解されるであろう。更に、以下の説明は、プロ
グラム可能な論理コントローラ2902とコンピュータ2901
とによって制御される機能を区別するものではないこと
に注意されたい。当業者に明らかなように、図30ないし
32について説明する機能は、単一のプロセスコントロー
ラによって実行されてもよいし多数のプロセスコントロ
ーラによって実行されてもよい。図30に要約された各々
の機能を実行する好ましい実施例が図29に示されそして
ソースコードのセクションに詳細に示されている。
図30に示すように、ソフトウェアアーキテクチャは、
システム機能の選択を手動及び自動の両方で制御できる
ように設計されている。幾つかのプロセスは自動である
が他のものはユーザ（システムオペレータ）に与えられ
る包含的なフィードバックに基づくものであり、システ
ムオペレータはこのようなフィードバックを監視してそ
れに対処し、特定の運転パラメータ（例えば、ヒータの
電力レベル、スパッタリング電源の出力レベル、等）の
調整を行い、最適なスパッタリング特性を得ることがで
きる。
図30に示す制御ソフトウェアの実施例においては、ユ
ーザ即ちシステムオペレータは、ガス流バルブGF1−GF
8;残留ガス分析器の分離バルブ（RGAV1−RGAV4）；パス
バイ及びドウェルヒータの設定点（HSP1−HSP8）；電源
及びモータ速度設定点（PSSP1A−PSSP12B、DMOTLO1−DM
OTLO21、DMOTHI1−DMOTHI21）；ドウェルヒータチャン
バ14内で基体が費やす時間（HTR1TMR）；パレットの通
過中にパスバイヒータがオンになる時間（HTR2ON_DL
Y）；及び非常停止及びポーズラッチコマンドを手動で
制御する。
更に、冷却材制御、通気制御、ヒータ制御、電源制御
及びクライオポンプシステムの排気といった他のエレメ
ントは手動で始動される。より詳細には、冷却材制御機
能3070は、システムの手動の始動時にチャンバ20、26及
び28内のヒータシールド2230及びカソード2222−2225へ
の冷却材の流れを開始する。更に、低及び高のヒータ設
定点の選択のようなあるヒータ制御機能3075に対しては
手動制御が与えられる。ヒータ設定点の手動制御によ
り、ユーザは（ミクロン社の）基体温度センサの出力を
監視しそして個々のヒータ列設定点及び／又は基体加熱
巾タイマーの調整を行って、ヒータチャンバ14及び16を
経て進む個々の基体に対し最適な熱作用を得ることがで
きる。更に、あるチャンバ通気機能3015の手動制御によ
り、装置10を、その保守のために完全に又は部分的に通
気することができる。
フィードバックブロック3012は、アルゴンの圧力の読
み、基体温度、電源出力設定点、モータ速度設定点、イ
オン及びピラニゲージの読みのようなデータをユーザに
与える。図29について上記したような付加的なデータも
システムオペレータに与えられる。
図30を参照すれば、装置10は、例えば、1x10-7Torrの
完全真空においてスタンバイ状態3028に一般に維持され
る。システムスタンバイ3028においては、装置10は、機
械的ポンプMP1−MP3、ブローワBL1−BL3及びクライオポ
ンプC1−C12によって高真空レベルにポンプダウンされ
ている。システムスタンバイ状態は、通常、全システム
ポンプダウンを実行するに必要な時間により維持され
る。
上記で簡単に述べたように、システム保守機能3082
は、装置10が区分ごとのベースにあるときに保守のため
に必要な区分のみを通気しながら実行することができ
る。このような場合に、装置10は５つの区分に分割され
る。一般に、これらの区分は、チャンバ12−14と、チャ
ンバ18−24Aと、チャンバ22B−24Bと、チャンバ22D−24
Cと、チャンバ29−30とを含む。これら５つの区分の各
々は、装置10へのアクセスが必要とされるかどうかに基
づいて、必要に応じてユーザ制御のもとで、個々に通気
しそしてポンプダウンすることができる。この点につい
ては、チャンバ通気制御機能3015は、どの区分を通気す
べきかに基づいてユーザがチャンバ通気バルブCV1−CV5
の開又は閉状態を個々に制御できるようにする。自動区
分ポンプシーケンス3010が行われ、ポンプMP1−MP3及び
ブローワBL1−BL3を用いて各区分１−５の低真空化を制
御すると共に、必要に応じてバルブHV1−HV12を制御す
る高真空バルブシーケンス3030が行われて、個々の区分
を高真空に減圧する。又、区分ポンプシーケンス3010
は、ドアD1−D12が必要に応じて特定段のポンピング又
は通気に対してそれらに必要な開又は閉状態になるよう
にも確保する。
装置10のチャンバ12−30が完全に通気されて周囲の大
気圧にある場合には、自動ポンプダウンシーケンスが行
われてチャンバ12−30の圧力を約50mTorrに下げる。ユ
ーザは、ポンプダウンシステムイネーブルシーケンス30
20を開始し、ポンプダウンプロセスに対するチェック及
び設定を行う。ポンプダウンタイマーPDSTMRが初期化さ
れ、ポンプダウンイネーブルプロセスが欠陥を発生する
まで最大60秒間実行できるようにする。
イネーブルプロセス（PDSE）3022は、RV1−RV5を閉
じ、RVS1、RVS3、RVS5、RVS7、RVS9をチェックして、バ
ルブRV1−RV5が確実に閉じるようにし、MP1−MP3をイネ
ーブルし、ドアD2−D11を開き（欠陥を出力する前に３
秒の範囲内で）、ドアD1及びD12を閉じそしてコンプレ
ッサCY1−CY8をイネーブルすることを含む。ピラニゲー
ジチェック3024を行って、システムがバッフル1210及び
1214を開く前にPIR2、PIR6、PIR11、PIR16及びPIR15が1
25mTorr（又は100ないし250mTorr間の等価リセットレベ
ル）未満であるよう確保する。この点において、装置10
は低真空状態3028に達し、各チャンバ12−30は約50mTor
rの圧力にされそしてブローワBL1−BL3及び機械的ポン
プMP1−MP3はディスエイブルされる（3029）。
スパッタリングを行うレベルまで装置10の圧力を減少
するためには、高真空バルブHV1−HV12を完全に開放し
てクライオポンプC1−C12が装置10をポンピングできる
ようにしなければならない。このシーケンス3030は、シ
ステムが低真空のクロスオーバー点3028に到達したと仮
定して、手動ユーザ入力3030aによって開始される。段
階3030においては、個々のポンプ区分１−５に対応する
ピラニゲージPIR2、PIR6、PIR11、PIR16及びPIR15が、
これらに各々関連した高真空バルブの組HV1−HV2、HV3
−HV5、HV6−HV8、HV9−HV11及びHV12を各々開放する前
にチェックされる。高真空バルブHV1−HV12が開放され
ると、クライオポンプC1−C12がチャンバ12−30の内部
環境を約1x10-7ないし2x10-7Torrの圧力に排気する。
装置10がポンプダウンした状態3032に到達すると、自
動運転準備モード3034が手動ユーザ入力3032aによって
開始されねばならない。自動運転準備シーケンス3034
は、GF3、GF5、GF7及びGF8を開くことによりアルゴンを
裏充填し、ドア欠陥のないこと（▲
▼）をチェックし、機械的ポンプMP1及びMP3と、ブロー
ワBL1及びBL3をチェック／イネーブルし、ドウェル及び
パスバイヒータをチェックして低電力設定点にセット
し、ドアD1−D3、D10−D12の閉止及びドアD4−D9の開放
をチェック及び／又はセットし、そしてHV2−HV12を絞
ることを含む。
システムが自動運転モードの動作に対して準備できる
と、自動運転モード3050がイネーブルされる前にユーザ
入力3035が要求される。ユーザ入力がなされそしてシス
テムが準備されると、自動モードがイネーブルされる。
自動モード機能3050は、高真空バルブHV2−HV12を絞り
そして戻り搬送路50の搬送段をイネーブルすることを含
む。更に、自動モード3050は自動運転シーケンス3200を
含んでいて、モータ組立体、ドアの動作、ロード／出口
ロックポンピング及び通気を制御し、そして図32に示す
高電力供給／加熱制御を行う。スパッタリング電源PS1A
−PS12Bは低い電力に手動でプリセットされる。電源PS1
A−PS12Bがイネーブルされる前に冷却材制御センサCHR1
A−CHR4B、MAG5A−MAG5B及びCAR9A−CAR12Bがカソード2
222−2225における循環冷却材の圧力を指示しなければ
ならないことに注意されたい。
自動モード3050を出るときには、装置10がスタンバイ
状態に復帰し、チャンバ14及び16のドウェル及びパスバ
イヒータが各々自動的にオフになりそして自動運転モー
ドがディスエイブルされる。
又、ソフトウェアは、多数の欠陥フラグをユーザに与
えて、ユーザが潜在的な問題を修正したり或いは欠陥の
修正が完了するまで他の論理ラングの処理を保留したり
できるようにする。このような欠陥は、例えば、アルゴ
ンガス流欠陥検出（NO ARGON）、コンピュータ2901と
プログラム可能な論理コントローラ2903の間の通信欠陥
（NO FIX COMM）、モータ組立体欠陥、内部システム
圧力欠陥（NO VACUUM）、クライオポンプ故障（CRYO＞
20゜K）、ロードロック及び出口ロック通気問題（LLVEN
T＞60秒、EXLOCK VENT＞60秒）、スパッタリングチャ
ンバ20、26、28の保護カバー開放（INTERLOCKS）、機械
的ポンプ及びブローワの故障（MP FAIL）、電源アーク
（ARC DETECT）、空気供給フェイルセーフ（APS）、ヒ
ータアラーム／欠陥、電源設定点アラーム、ドア欠陥
（DOORFAULT）、バルブ欠陥、及び冷却材流欠陥を含
む。
クライオポンプC1−C12を再生する（清掃及びパージ
する）自動プロセス3100も、本発明のソフトウェアに設
けられる。クライオポンプ再生プロセス3100は、図31を
参照して以下に説明する。図31は、単一のクライオポン
プC1に対するクライオポンプ再生プロセスを示すフロー
チャートである。ポンプC2−C12に対する再生プロセス
も同一であり、再生される各ポンプC2−C12に対し、適
宜各ポンプC2−C12に接続された対応するバルブ、ゲー
ジ及びヒータを用いて行われる。
一般に、クライオポンプの再生は、クライオポンプの
温度を上昇し、ポンプに温かい窒素を供給し、そして機
械的ポンプMP2及びブローワBL2をイネーブルして、窒素
流により攪拌された汚染物質をクライオポンプからフラ
ッシュすることを含む。
クライオポンプ再生プロセス3100はユーザにより手動
で開始される（3110）。クライオポンプ再生プロセスを
ユーザが開始すると、12個全部のクライオポンプの同時
再生3115がイネーブルされるのが好ましい。最初の再生
段階3120に伴い、１が閉じ、5400秒の全巾をもつふるい
トラップタイマーが始動される。
ふるいタイマーは、ふるいヒータSIVHTR1の3600秒間
の動作を開始する（3121、3122）。更に、機械的ポンプ
分離バルブMP2IVがチェックされ、そしてふるいバルブS
VIV1が、5400秒の時間中（3126）開放される（3124）。
バルブSVIV1は、5400秒の終わりに閉止される（312
5）。更に、パージシーケンス3130が開始される。
パージシーケンス3130は、窒素流バルブNIF1を開き、
窒素ヒータNIH1をイネーブルする。シーケンス3130は、
7200秒巾のパージタイマーを始動する前にクライオポン
プが290゜Kの温度に達するまで待機する。その後、クラ
イオポンプのパージが7200秒間続けられる。これが完了
すると、NIF1及びNIH1が閉じられ、低真空シーケンス31
40が開始する。
低真空シーケンスでは、最初に、ライン圧力（PIR1
0）が真であり、BL2がイネーブルされそしてPIR3が偽
（250mTorr未満の圧力）を出力するように確保するため
のチェックが行われる。これらの条件が満たされると、
クライオ低真空バルブCR1及びふるいバルブSVIV1が開放
され、そして600秒巾の低真空タイマーが始動される。
低真空化が600秒より長く行われる場合には、欠陥が発
生される。さもなくば、システムは、CR1閉止の前にPIR
3が真の状態を出力するのを待機する。
CR1が閉じた後、PIR3が真に保たれるのを確保するた
めにRORタイマーは30秒間待機する。30秒が経過する前
の時間に▲▼信号を受け取った場合は、システ
ムは１をカウントし、低真空シーケンスを再始動するよ
うに復帰する。システムは、欠陥状態を出力する前に一
般に５サイクルまで（そしてポンプC1の場合には20サイ
クルまで）RORテストを実行する（3150）。
PIR3が真の状態を保ちそしてRORタイマー＝30秒であ
る場合には、プロセスが冷却へと向かい、クライオポン
プが7200秒間で20゜K以下の温度に到達できるようにす
る。クライポンが7200秒以内に20゜Kに達しない場合に
は、欠陥が発生される。
図32A−32Dは、電子制御システムソフトウェアの１つ
のコンポーネントの論理図であり、装置10を通る基体の
動きを制御する自動運転モード3200の入力／出力及びプ
ロセス制御を示している。図32A−32Dの論理流れ線図に
おいては、横線はソフトウェア論理の流れを時間に対し
て示すもので、時間は矢印の方向に増加し、そして縦線
は一般に判断点を表している。
図32A及び32Dに示すように、本発明のシステム制御ソ
フトウェアは、モータ制御システム2910、位置センサ29
15、ドア制御システム2920、及びポンプバルブ・通気シ
ステム2930を使用して、スパッタリング装置10を通る基
体の動きを制御する。図32A−32Dに用いられたアドレス
は、電子制御システムの機能エレメントに関して上記し
たものに対応している。
図32A−32Dに示すように、ソフトウェアの入口ロック
ループ3210のスタート点3200は、スパッタリング装置10
が、ロードロックチャンバ12に入る基体に対して準備さ
れるシステムステータス条件を表している。スタート点
3200は装置10に入る第１の基体を表してもよいし、その
前の基体がロードロック12を越えてヒータ14へ通される
点を表してもよい。
スタート点3200においては、低真空バルブRV1−RV5が
閉じられ、ドアD4−D9が開放され、ドアD1−D3、D10−D
12が閉じられそしてチャンバ通気バルブCV1−CV5が閉じ
られる。ソフトウェアは、チャンバ30がクロスオーバー
圧力にあること、低真空バルブRV5の閉じた状態、及び
ドアD10が開いているかどうかを各々表すPIR17、RV5及
びDROP10Sからの真の出力もチェックする。
基体が入口プラットホーム210の位置へ移動されたと
きに、入口シーケンス3210を開始するようにシステムソ
フトウェアが作成されている。位置センサSEN1−SEN3
は、ソフトウェアシステムを進行させるために、パレッ
トの存在を示す真の状態を指示しなければならない。入
口ロックループ3210が、ドウェルヒータチャンバ14から
基体が通過したという状態にある場合は、論理流れ線図
の中の点3215、即ちドアD2が閉じたことを確認するため
に２秒間動作するタイマーVDDR2CLが、基体の進行を処
理するためにそのシーケンスを完了していなければなら
ない。一般に、VDDR2CLが始動されたときには、基体が
入口プラットホーム210において待機する。従って、321
2で示された入力状態が真となり、タイマーVDDR2CLはソ
フトウェア論理の開始を制御する。ターゲット位置が確
認された後に、ドア閉止センサDRCL1Sがチェックされて
ドアD1が閉じるよう確保されると共に、低真空バルブセ
ンサRVS2がチェックされて低真空バルブRV1が閉じるよ
う確保される。更に、圧力スイッチPS2は偽の状態（▲
▼）を読み取らねばならず、センサSEN1は真の出
力に対して冗長チェックされ、そして位置センサSEN4−
SEN6は偽の状態を読み取って、ロードロック12における
基体の不存在を確保しなければならない。上記の全ての
条件が満たされると、信号OPCV1が送られてチャンバ通
気バルブCV1を開放し、ロードロック12が開放される。
論理的には、入力の記述3212で示されたように、CV1を
開くには、DRCL1SアンドRVS1アンド▲▼アンド▲
▼アンド▲▼アンドSEN6という条件が
真でなければならない。信号OPCV1は、圧力スイッチPS2
が真の状態を出力しそしてピラニゲージPIR1が偽の状態
（例えば、クロスオーバーレベルより上の圧力）を出力
するようにさせる。
タイマーCV1_DLYは、CV2を閉じる信号が送られる前に
１秒間動作する。タイマーPAL_GAT_TTは、次々のパレッ
トがロードロックチャンバ12に入る間に特定の時間が経
過するよう確保するために設けられた155秒巾のタイマ
ーである。タイマーPAL_GAT_TTは、ドアD1が閉じたこと
が▲▼又は▲▼により表された
ときに初期化され、このような信号は、一般に、ループ
3214で示されたように基体がロードロック12に入るのに
続いてドアD1が閉じた後に出力される。このPAL_GAT_TT
が偽であり（例えば、タイマー完了の ）そしてPS2、SEN3及びSEN5が真である場合には、信号D
ROP1が送られて外側のドアD1を開き、装置10に基体を受
け入れる。信号DROP1は、ドア開放センサDROP1Sが真を
出力してドアD1が実際に開いていることを指示するよう
にさせる。モータ組立体M3及びM4を作動する前に、論理
条件（SEN3オアSEN4）アンド▲▼アンドDRCL2S
が真でなければならない。この条件が満足するときに、
モータ組立体M3及びM4が作動されて基体を高いモータ設
定点速度でスパッタリング装置の入口プラットホーム21
0からロードロックチャンバ12へ移動させる。基体の移
動は、センサSEN4及びSEN6が真を出力しそしてセンサSE
N1及びSEN3が偽を出力するようにさせる。センサSEN3及
びSEN6が各々偽及び真の状態を出力してチャンバ14に基
体が存在することを示すときには、信号DRCL1が与えら
れて外側のドアD1を閉じる。信号DRCL1は、DROP1Sが偽
の状態を出力してドアD1が閉じたことを指示すると共
に、上記したようにタイマーPAL_GET_TTをイネーブルす
る。
その後、位置センサSEN6と、ドア閉止センサDRCL1S及
びDRCL2Sは、真のときに、タイマーSOFRUFを１秒間イネ
ーブルし、低真空バルブRV1の開放を遅らせる。タイマ
ーSOFRUFが完了しそして論理条件DRCL1S、▲
▼、▲▼、BL1アンドMPIIVOPが真であるときに
は、信号CPRV1が送られて低真空バルブRV1を開く。
プリセットされた所要のチャンバ圧力が得られてPIR1
が真を出力するときまで、ロードロックチャンバ12には
高速度の爆発的なポンピングが生じる。RV1が開くと、
センサRVS1が真を出力し、タイマーDROP2_DLYが２秒間
動作できるようにして、ポンプMP1及びブローワBL2がロ
ードロックチャンバ12をポンプダウンするに充分な時間
をもつよう確保する。タイマーDROP2_DLYが終了しそし
てPIR1が真であるときは、RVS1が真を出力しそしてPS2
が偽を出力する。これと同時に、信号OPTDR2が送られ
て、ドアD2を開き、ロードロック12とヒータチャンバ14
との間で基体が移動できるようにする。
モータ組立体M4が係合する前に、センサSEN6は真とな
りそしてSEN9は偽となってロードロック12及びヒータチ
ャンバ14におけるターゲットの存在及び不存在を各々指
示しなければならない。全ての条件が満たされると、モ
ータ組立体M4が高速設定点で作動され、モータ組立体M5
が高速度で係合するために若干の冗長度をもって論理条
件（SEN6オアSEN7）アンド▲▼が真とならなけ
ればならない。これにより、基体はロードロック12とヒ
ータチャンバ14との間を搬送する。モータ組立体M4及び
M5が係合すると、センサSEN7−SEN9が真を出力しそして
センサSEN6が偽になるようにさせる。同時に、論理的条
件（▲▼オアSEN6）アンドDR3CLS、SEN9アンド
SEN7が真である場合は、信号DRCL2が送られてドアD2を
閉じる。信号DRCLはセンサDRCL2Sが真になるようにし、
これにより、上記したようにタイマーVDDR2CLを始動す
る。
論理図の点3215において、ソフトウェア及びスパッタ
リング装置10は、ここでヒータチャンバ14に存在する基
体に対してスパッタリングプロセスを進めながら、付加
的な基体をロードロック12に受け入れるように準備をす
る。位置センサSEN1及びSEN3が基体の存在を指示すると
仮定すれば、ループ3210はスタート位置3200へ復帰し、
以下の説明に基づいて装置10の別々の点で他の基体の処
理を続けながら付加的な基体を連続的に受け入れる。
この点において、上記冗長信号及びセンサの読みは、
多数のターゲットがシステムを通して移動するときに付
加的な重要性をもつことに注意されたい。これらのフェ
イルセーフのためのセンサの読みは、装置10の円滑な運
転を確保すると共に、装置内にパレットの衝突やエラー
が存在しないように確保する。
ヒータチャンバ14に存在する基体は、システムソフト
ウェアの制御のもとで次のように装置10を経て動き続け
る。ドア閉止センサDRCL2S及びDRCL3Sは、ドアD2及びD3
が閉じるように確保する。この場合も、センサSEN9がチ
ェックされ、ヒータチャンバ14にパレットが存在するよ
う確保する。全てのこのような条件が真である場合に
は、HTR1TMRが72秒間動作し、同時に給水欠陥が検出さ
れない（▲▼）場合には、ヒータ1510A−1
510Dが高電力に駆動されて、チャンバ14に存在する基体
に作用するようにする。ヒータチャンバ14内での基体の
加熱は、HTR1TMRにより決定された特定の時間中に行わ
れる。
72秒が完了すると、HTRDLYTMR及びHTR2ONDLYの２つの
ヒータタイマーが始動される。HTR1TMRが完了しそして
給水欠陥が存在しない（▲▼）場合には、
26秒の巾のタイマーHTR2ONDLYがイネーブルされて、そ
の完了時に、パスバイヒータ1818A−1818Fの始動と欠陥
発生信号とを制御する。これと同時に、25秒の巾のHTRD
LYTMRがイネーブルされて、ドウェルヒータチャンバ14
における基体浸透時間を測定する。完了時に、タイマー
HTRDLYTMRは、モータ制御及び通気シーケンス3220を開
始し、これは、図32Bに一般的に示されたヒータ制御タ
イミングシーケンス3225と同時に実行される。25秒後
に、バッフル1210が信号HV1_2によって絞られ、そして
５秒巾のタイマーDR3DTが始動される。▲
▼が真でありそしてタイマーDR3DTが完了した場合に
は、信号DROP3が発生されてドアD3を開き、基体をヒー
タチャンバ14から第１の緩衝／パスバイヒータチャンバ
16へ通せるようにする。
次に続く並列プロセス3220及び3225により、ヒータ列
1818A−1818Eは、チャンバ16に基体が入れられる前にHT
R2ONDLYによって始動され、基体がチャンバ16を出る点
までオンに保たれるように調時される。DROP3は、ドアD
3が開放状態にあることをドア開放センサDROP3Sが指示
するようにさせる。論理条件SEN9、▲▼、▲
▼アンドDROP4Pが真であるときには、モータ
組立体M5が低い設定点速度でイネーブルされる。論理条
件DROP4S、▲▼アンド（SEN9オアSEN10）が
真であるときには、ヒータ組立体M6が低い設定点速度で
作動されて、基体をヒータチャンバ14から先ず緩衝パス
バイヒータチャンバ16へ通す。
基体がチャンバ14及び16を通るにつれて、SEN10−SEN
13が真を出力し、そしてSEN7が偽を出力する。その後、
条件（SEN11オアSEN12）アンドDROP4Sアンド▲
▼が真である場合に、モータ組立体M6がイネーブルさ
れ、そして（SEN12オアSEN13）アンドDROP4Sアンド▲
▼が真の場合に、モータ組立体M7が低い設定点
速度でイネーブルされ、基体をパスバイチャンバ16から
ドウェルチャンバ18へ通す。チャンバ18への基体の移動
は、SEN13をトリガーし、これは次いでタイマーHTR2OFF
を移動する。このタイマーHTR2OFFは、13秒の時間にセ
ットされており、これは、上記モータ設定点速度で使用
したときに（テーブル１）、基体がチャンバ16を完全に
出る前にパスバイヒータ1818A−1818Eを遮断する時間で
ある。これは、上記したように、基体の後縁の過熱を回
避するものである。ヒータ欠陥タイマーH2Fは、ヒータ
列があまりに長時間オンにされておそらく加熱エレメン
トの焼傷を生じたことを示す欠陥を出力する前に、70秒
間動作することに注意されたい。
モータM7−M19によりスパッタリング装置10を通る基
体の移動は、図32C及び32Dに示すように続けられ、図示
された関連入力及び出力は上記したI/Oと同様の作用を
もつ。スパッタリング装置10を通る基体の経路に沿って
次々のモータ組立体を作動するためには図示された各入
力条件を満たさなければならない。同様に、各信号は、
各センサ又は指示された値に対し出力状態の変化を生じ
させる。同様に、特定のプラットホームがその位置に存
在する基体を搬送するに必要なモータ組立体M6/M7、M7/
M8、M8/M9、M9/M10及びM10/M11等のみが作動される。個
々のモータ組立体の速度は、スパッタリングプロセスに
応じてスパッタリング装置10の特定のチャンバを通る基
体の速度を変えるように、テーブル１で述べたようにセ
ットされる。図32A−32D及びテーブル１について述べた
ように、モータ組立体の対は、滑らかな基体搬送を確保
するために同じ速度で動作する。
図32Dに示すように、出口ロックループ3250は、上記
入口ロックループ3210と同様に、スパッタリング装置10
内の排気環境の完全性を確実に維持するように出口ロッ
クチャンバ30を経て基体を順次に通せるようにする。
点3252で始めて、DRCL10S、▲▼、▲
▼アンドRVS9が真である場合には（ドアD10が閉じて
おり、チャンバ通気バルブCV5が閉じており、SEN54に基
体がありそして低真空バルブRV5が開いていることを各
々示す）、信号DROP11が送られてドアD11を開き、セン
サDROP11Sが真を出力するようにする。（SEN51オアSEN5
2）アンド▲▼の場合には、モータ組立体M19
及びM20が高い設定点速度でイネーブルされて、SEN52−
SEN54を真にすると共に、SEN51を偽にする。センサSEN5
4は、RV5を閉じる信号をイネーブルすることにより、RV
S9が真を出力するようにし、そしてドアDR11を閉じる信
号をイネーブルして、DRCL11Sが真を出力するようにす
る。遅延タイマーVDDR11CLは、出口ロック30を通気でき
るようにCV5の閉止を１秒間遅らせる。上記条件を満た
しそしてセンサSEN54が真（出口ロック30にパレットあ
り）で且つDRCL12Sが真（ドアD12閉止）である場合に
は、チャンバ通気バルブCV5が開放される。その後、低
真空バルブRVS9が真として示され、センサSEN57が偽を
示し、ドア閉止センサDRCL11S及びセンサSEN54が真を示
し、そして圧力スイッチPS6が真を示す場合には、出口
ロック30が大気中へ通気され（CV5を開く）、信号DROP1
2が送られてドア12を開き、これにより、ドア開放セン
サDROP12Sが真の状態を出力するようにする。圧力スイ
ッチPS6が真の状態を出力するときには、１秒巾のタイ
マーCV5_DLYがイネーブルされる。タイマーCV5_DLYは、
その完了時に、チャンバ通気バルブCV5を閉じる信号を
出力する。
ドアD12が開いたとき、センサSEN54が真であり、セン
サSEN57が偽を出力しそしてドアセンサDRCL11Sが真を出
力した場合は、モータ組立体M20がイネーブルされてそ
の高速設定点で動作を進める。同様に、センサSEN54又
はSEN55が真を出力し、センサSEN57が偽を出力した場合
には、モータM21がイネーブルされ、その高速設定点で
動作を進める。その後、出口ロック30に存在する基体が
出口プラットホーム214へ進められる。
ソフトウェアの論理の流れの点3260において、ソフト
ウェアは２つの方向に分岐し、論理条件SEN56オアSEN57
が真である場合に基体をロボットによるアンロードステ
ーション45へ進められるようにし、モータ組立体M21が
その高速設定点で動作できるようにするか又は出口ロッ
ク30に付加的な基体を受け入れる準備をするようにルー
プさせる。付加的な基体を受け入れる準備をするために
は、チャンバ通気バルブCV5を閉じねばならない。その
後、センサSEN54は偽を出力しそしてドア閉止センサDRC
L11Sは真を出力して、ドアD12を閉じる信号を送るよう
にしなければならない。論理条件MP31VOP、▲
▼、BL3、▲▼、▲▼アンドDRCL1
1Sが真である場合には、低真空バルブRV5を開いてチャ
ンバ30をポンプダウンするための信号が送られて、付加
的なパレットを受け入れる準備がなされる。低真空バル
ブRV5が開くと、低真空バルブセンサRVS10が真を出力
し、そしてピラニゲージPIR17は、チャンバ20がクロス
オーバーより低いときに真を出力する。次いで、装置10
は、ソフトウェア論理点3252に存在する状態となり、出
口ロック30に付加的な基体を受け入れる準備をする。
当業者に明らかなように、本発明のソフトウェアにつ
いて上記した特定のクロスオーバーポンピングレベル
は、所望の特定のスパッタリング用途について装置10に
要求される雰囲気状態を得るために必要に応じて変更で
きる。本発明の好ましい実施例において、プログラム可
能な論理コントローラ2902へデジタル信号を出力するピ
ラニゲージ圧力設定点をテーブル２に示す。
本発明によるスパッタリング装置を通して移動する基
体に対し自動制御シーケンスを実行するように多数の制
御機構及びセンサI/O構成を本発明の範囲内で使用でき
ることが当業者に更に理解されよう。上記の自動運転モ
ード3200は上記したように装置10を通して移動する多数
のパレット、７つのパレットが最適である、に対して構
成される。全てのこのような変更は本発明の範囲内に包
含されることを理解されたい。
L.プロセス全般 例１及び２は、各々、950 Oe及び1200 Oeのハード
ドライブディスクを形成するためのスパッタリング装置
10に対するプロセスパラメータを示している。
例１ 図２に示すように、基体キャリア1450によって係合さ
れると、ディスク基体510をロードしたパレット800は、
ドアD1を経てロードロックチャンバ12へ進む。パレット
800がロードロックチャンバ12に入った後に、ドアD1が
閉じる。ロードロックチャンバ12は、機械的な低真空ポ
ンプMP1により20秒で50μ（50mTorr）までポンプダウン
される。ドアD2が開いて、パレット800を6ft/分の速度
でドウェル加熱チャンバ14へ送り込むことができる。ド
ウェル加熱チャンバ14はクライオポンプC1により10-5To
rr（0.01μ）まで既に排気されている。パレット800が
このチャンバを通して進むにつれて、接近位置センサを
トリガーし、これが次いでヒータを始動する。スパッタ
リング運転中にランプのフィラメントは低電力レベルに
よって温かい状態に保たれるので、加熱ランプのウオー
ムアップ時間は無視できる。パレット800及びディスク
基体510は、温度約220℃のドウェル加熱チャンバ14に30
秒間漬けられる。この浸漬時間中に加えられる加熱電力
は、列当たり3.1kWである。アルゴンをガスマニホルド
を通してドウェル加熱チャンバ14に裏充填し、内部圧力
を等化した後に、ドアD3を開いて、パレット800を進め
られるようにする。又、この裏充填は、装置全体にわた
り圧力を平行状態に維持し、これはスパッタリングプロ
セスを安定化するのに重要である。ドアD3がパスバイ加
熱チャンバ16に対して開き、パスバイヒータの始動をト
リガーする。パレット800はパスバイ加熱チャンバ16に
入り、センサSEN10を越えた後に、ドアD3を閉じはじめ
る。このチャンバもクライオポンプC2によって約10-5To
rr（0.01μ）に排気されている。パスバイ加熱列1818A
−1818Fは、列当たり7.6kWを用いて動作する。パレット
800が6ft/分でドウェルチャンバ18に向かって出るとき
にパレットの先縁のランプ1514は電力を下げる。パレッ
ト800は、クライオンプC3により10-5Torrに既に排気さ
れているドウェルチャンバ18を経て進む。パレットは、
熱反射パネル2120を越えて6ft/分で進む。
パレット800は、９−12μ（９−12mTorr）のアルゴン
圧力に維持されたクロミウムのスパッタリングチャンバ
20に入り、アルゴンの流量は300標準立方cm/分（sccm）
である。パレット800は、スパッタリングターゲット222
6−2229を通過するときに6ft/分で進む。スパッタリン
グ電力は、カソード当たり7.5kWであり、1000Å厚みの
クロミウムフィルムが付着される。ドウェルチャンバ22
A、緩衝チャンバ24A及びドウェルチャンバ22Bを通る搬
送速度は、開いたドアD5及びD6を通して12ft/分であ
る。これら３つのチャンバは、クライオポンプC4、C5及
びC6によってポンピングされる。パレット800は、約400
sccmのアルゴン流量でクライオポンプC6及びC7により９
−12μ（９−12mTorr）に維持された磁気スパッタリン
グチャンバ26に入る。このスパッタリングチャンバ26を
通る搬送速度は、6ft/分である。スパッタリング電力
は、カソード当たり7.5kWであり、800Å厚みのCoCrTaフ
ィルムを付着する。ドウェルチャンバ22C及び22Dと緩衝
チャンバ24Bとを通る搬送速度は、6ft/分である。ドウ
ェルチャンバ22C、22D及び緩衝チャンバ24Bは、クライ
オポンプC7、C8及びC9によってポンピングされる。パレ
ット800は、アルゴンと、15％までのエチレン又はアセ
チレンのような炭化水素ガスとが100sccmで流れるよう
にしてクライオポンプC9及びC10で９−10μ（９−10mTo
rr）に維持された炭素スパッタリングチャンバ28に入れ
られる。搬送速度は、パレットが炭素スパッタリングチ
ャンバ28内のスパッタリングターゲットを通過するとき
に2.8ft/分である。スパッタリング電力は、カソード当
たり7kWであって、フィルムの厚みは350Åである。ドウ
ェルチャンバ22E、緩衝チャンバ24C及び出口緩衝チャン
バ29を通る搬送速度は、ドアD9及びD10が順次に開閉し
てパレット800を進められる状態で6/分である。ドウェ
ルチャンバ22EはクライオポンプC10及びC11によってポ
ンピングされ、バッファチャンバ24C及び出口バッファ
チャンバ29はクライオポンプC12によってポンピングさ
れる。クライオポンプC12によって出口緩衝チャンバ29
にアルゴンが裏充填されて、出口ロックチャンバ30に対
して存在する圧力差が等化される。次いで、パレット80
0は、チャンバ通気バルブCV5により10秒間大気に通気さ
れた出口ロックチャンバ30を経て進められる。次いで、
パレット800は、ロボットによるアンロードステーショ
ン45に送られる。
1200 Oeの磁気フィルムを製造するためには、ドウェ
ル加熱チャンバ14における浸漬時間を約50秒に増加して
基体温度を約250℃に上げることができるようにすると
共に、クロミウムスパッタリングチャンバ20を通るパレ
ット搬送速度を減少して、クロミウムの下層を厚く付着
できるようにする。浸漬時間及び／又は基体温度パラメ
ータの調整は、パレットの寿命サイクルによって左右さ
れ、即ち、多数のスパッタリング運転に通されたパレッ
トは、より厚いフィルム付着を受けることになり、これ
は多くの水分を吸収し、ひいては、フィルム付着の前に
ガス放出するより多くの水を有することになる。
本発明の装置及び方法の多数の特徴及び効果は、好ま
しい実施例の説明及び添付図面から当業者に明らかとな
ろう。
従って、多数の大きな単一シート又はパレットに搬送
された個別の基体を連続的な可変速度のスパッタリング
プロセスで処理するために整合された成分エレメントを
用いた包含的なインラインスパッタリングシステムを設
けることにより、本発明の目的を達成すると共に上記効
果を与えるような高スループットの方法及び装置が説明
された。このような装置及び方法は、95mmディスク基体
を3000個、そして65mmディスク基体を5300個まで１時間
に処理することができる。このような大量生産は、公知
のスパッタリング装置及び方法に勝る大量生産性と、デ
ィスク当たり＄4.00程度のコスト節約とを与える。上記
の説明を通して注目したように、このような装置及び方
法は、ディスクの準備に伴うプロセス及び構造エレメン
トの新規な組み合わせと、スパッタリング環境を設ける
ことと、このスパッタリング環境を通して迅速に且つ汚
染のないやり方で基体を搬送することと、スパッタリン
グに最適な熱レベルまで基体を加熱することと、一連の
実質的に分離された非交差汚染スパッタリング段階を通
して基体をスパッタリングすることとによって達成され
る。
本発明は、ウインチェスタ型ハードディスクドライブ
に使用するのに適したディスクのような基体に優れた多
層フィルムを形成するための高速度インライン型スパッ
タリング装置を提供する。本発明のプロセスは、公知方
法よりも非常の高い率で種々の基体形式に対して多層コ
ーティングを設ける改良された方法を提供する。
以上に述べたように、コーティングされるべき基体を
加熱する新規な手段、新規なスパッタリングマグネトロ
ン設計、新規な可変速度オーバーヘッド式非汚染基体搬
送システム、及び装置とプロセスを制御するための包含
的な集中型プログラム式電子手段が提供された。更に、
ウインチェスタ型技術を用いたハードディスクドライブ
に使用されるディスクのような基体に対して磁気コーテ
ィングを設けるためのプロセス及び装置が使用されると
きには、ディスクの磁気記録特性を改善する独特なディ
スク組織形成方法と、大きな単一の大容量パレットにお
ける均一な基体加熱特性に寄与する新規なディスクキャ
リア（又はパレット）設計も提供された。当業者に明ら
かなように、多数の変更が考えられるが、このような変
更は、本明細書に定められた本発明の範囲内に包含され
るものであり、本発明の範囲内に入るあらゆる変更及び
等効物は請求の範囲に網羅されるものとする。
フロントページの続き (72)発明者 ウォルトリップ デルバート エフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95125 サン ホセ ミルポンド ドラ イヴ 518 (72)発明者 ボニグト ジョセフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94507 アラモ アラモ ランチ ロー ド 181 (72)発明者 スミス ロバート エム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94509 アンティオク フォルソム ド ライヴ 4046 (72)発明者 ペイン ゲアリー エル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル 26 ベルフラ ワー 678 (72)発明者 ズーベック ロバート ビー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94024 ロス アルトス リサ レーン 1102 (56)参考文献 特表 昭62−502050（ＪＰ，Ａ) 特表 昭26−502846（ＪＰ，Ａ) 米国特許4735840（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 G11B 5/851

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の基体の表面に単一または多層コーテ
    ィングを設けるための高スループットスパッタリング装
    置であって、 該装置が 複数の基体キャリアと、 減圧バッファチャンバによって分離された複数の減圧ス
    パッタリングチャンバであって、該スパッタリングチャ
    ンバがスパッタリング動作が可能である圧力範囲内の圧
    力を有するスパッタリングチャンバと、 プラズマ状態で前記スパッタリングチャンバ内にガスを
    提供し、スパッタリング動作を実行するための手段と、 前記基体キャリア上に取り付けられた基体を前記スパッ
    タリングチャンバの前記圧力を実質的に維持しつつ前記
    スパッタリングチャンバに導入するための入口端と、 その後のスパッタリング段階中にフィルムの一体性を最
    適化するために基体を迅速かつ均一に加熱するための手
    段と、 前記基体キャリア上の基体を前記バッファチャンバ及び
    スパッタリングチャンバトを介して少なくとも第１の速
    度及び第２の異なる速度で搬送する手段であって、その
    頂部に基体キャリアを取り付けるカップリング機構を有
    し、これによって基体キャリアが、装置のチャンバ内で
    の移動中にカップリング機構からそれぞれ懸架されるよ
    うになっているものと、 前記搬送手段と、前記チャンバとの間に設けられ、基体
    の搬送するための前記手段によって生じた粒子化物から
    基体を遮蔽する手段と、 前記チャンバを汚染することなく前記スパッタリング後
    の基体を除去する出口端とを備えたことを特徴とする高
    スループットスパッタリング装置。
  2. 【請求項２】前記搬送手段が前記スパッタリングチャン
    バにおいて一連のスパッタリングプロセスを介して少な
    くとも2.7フィート／分（820mm/分）の第１速度で、前
    記基体にその後の薄いフィルムの層を付加するために前
    記バッファチャンバを介して少なくとも６フィート／分
    （1828mm/分）の第２速度で基体を搬送するようになっ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の高スループッ
    トスパッタリング装置。
  3. 【請求項３】前記入口端が入口ロックチャンバ、固定ヒ
    ータチャンバ、及び通過ヒータチャンバを有しており、
    前記出口端が出口ロックを有しており、該出口ロックが
    出口バッファチャンバ及び出口ロックチャンバを有して
    いることを特徴とする請求項１または２に記載の高スル
    ープットスパッタリング装置。
  4. 【請求項４】さらに前記バッファ及びスパッタリングチ
    ャンバ内の気圧を減圧するための減圧システムと、前記
    減圧システムと搬送システムとを接続する制御システム
    とを有することを特徴とする請求項１、２または３に記
    載の高スループットスパッタリング装置。
  5. 【請求項５】前記搬送手段は、基体を2.7〜7.5フィート
    ／分（820〜2475mm/分）の第１速度及び6.0〜12.0フィ
    ート／分（1980〜3960mm/分）の第２速度で基体を搬送
    するようになっていることを特徴とする請求項１ないし
    ４の何れかに記載の高スループットスパッタリング装
    置。
  6. 【請求項６】前記スパッタリングチャンバは、それぞれ
    隣接するチャンバから相対的に隔離されており、基体上
    にスパッタリングされるコーティング化合物、雰囲気条
    件から隔離されている前記スパッタリングチャンバとの
    間の相互汚染を減少するようにした高スループットスパ
    ッタリング装置において、該装置がさらに、 前記スパッタリング手段をスパッタリング動作を可能す
    るのに十分な圧力範囲内に真空レベルを減圧する手段
    と、 基体上に多層コーティングをスパッタリングするのに適
    した温度に前記複数の基体を加熱する手段であって、前
    記基体の表面をほぼ均一な温度プロフィールを与えるよ
    うに加熱する手段と、 制御信号を、前記スパッタリング手段、搬送手段、減圧
    手段及び加熱手段に提供し、フィードバック入力を受け
    る制御手段であって、該スパッタリング手段、搬送手
    段、減圧手段及び加熱手段をプログラム実行可能に自動
    制御して該スパッタリング手段、搬送手段、減圧手段及
    び加熱手段を同期させ、ユーザインタフェースに該フィ
    ードバック入力与え、該ユーザインターフェイスからの
    入力に応答可能である制御手段とを備え、 前記制御手段がリアルタイムで前記ユーザインタフェー
    スからの入力に応答して制御信号を変更し、これによっ
    てシステムオペレータが前記基体に付加される多層コー
    ティングを正確に制御するようになったことを特徴とす
    る請求項１に記載の高スループットスパッタリング装
    置。
  7. 【請求項７】前記加熱手段が、所定期間基体が止まって
    いるドエル加熱チャンバと、基体が第１速度または第２
    速度で搬送される通過加熱チャンバとを備えている請求
    項６に記載の高スループットスパッタリング装置。
  8. 【請求項８】前記制御手段が装置内の基体の位置を検出
    する位置センサ手段、装置内の基体の温度を判定する熱
    検出手段と、スパッタリング手段内の圧力を判定する圧
    力検出手段と、制御ソフトウエア、前記位置検出手段、
    温度検出手段及び圧力検出手段を動作させる少なくとも
    １つのマイクロプロセッシングユニットが前記制御手段
    へのフィードバック入力を有しており、前記ソフトウエ
    アがシステムオペレータにユーザインタフェースを提供
    して前記調整を行うようになったことを特徴とする請求
    項６また７に記載の高スループットスパッタリング装
    置。
  9. 【請求項９】前記搬送手段が複数のモータを有してお
    り、前記制御手段が前記モータのそれぞれに接続されて
    おり、前記複数の位置センサ手段が前記スパッタリング
    及びバッファチャンバと協働するようになっており、各
    位置センサ手段の出力が前記制御手段への入力信号を提
    供し、前記制御手段がそれぞれ前記モータを制御して前
    記チャンバにおける基体の速度を制御するようになった
    ことを特徴とする請求項８に記載の高スループットスパ
    ッタリング装置。
  10. 【請求項１０】単一または多層薄フィルムを製造するた
    めの高スループット直流マグネトロンスパッタリング方
    法であって、 スパッタリングされるべき基体を提供し、 減圧バッファチャンバによって分離された複数の減圧ス
    パッタリングチャンバを生成し、該スパッタリングチャ
    ンバがスパッタリング動作を可能にする圧力範囲内の圧
    力を有しており、 プラズマ状態で、スパッタリング動作を行うための圧力
    範囲内で前記スパッタリングチャンバ内にガスを提供
    し、 該チャンバの圧力をほぼ維持しながら該チャンバに前記
    基体を導入し、 前記基体を急速、均一加熱して後のスパッタリング段階
    中のフィルムの一体性を最適化し、 前記スパッタリングチャンバ内を一連のスパッタリング
    プロセス段階を通して少なくとも2.7フィート／分（820
    mm/分）の第１速度と前記バッファチャンバを通しての
    ６フィート／分（1828mm/分）の第２の速度を含む異な
    る速度で基体を搬送し、 前記基体上に連続的な薄フィルムを与えるように基体の
    全体速度が前記基体の頂部で移動オーバヘッドカップリ
    ングから懸架された基体を支持することによって前記基
    体のそれぞれに対して一定となっており、前記基体が基
    体搬送手段によって生じる粒子化物から遮蔽されてお
    り、該遮蔽手段が搬送手段に隣接して位置しており、 前記チャンバを汚染することなくスパッタリング後の基
    体を除去する段階を備えた方法。
  11. 【請求項１１】前記第１速度が2.7〜7.5フィート／分
    （820〜2475mm/分）であり、第２速度が6.0〜12.0フィ
    ート／分（1980〜3960mm/分）であることを特徴とする
    請求項10に記載のスパッタリング方法。
  12. 【請求項１２】前記スパッタリング処理段階が、 クロム下層をスパッタリングし、 該クロム層の上に磁性層をスパッタリングし、 そして、該磁性層の上にカーボン層をスパッタリンする
    各段階を備えていることを特徴とする請求項10に記載の
    スパッタリング方法。
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