JPH0218385B2 - - Google Patents
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- JPH0218385B2 JPH0218385B2 JP59049397A JP4939784A JPH0218385B2 JP H0218385 B2 JPH0218385 B2 JP H0218385B2 JP 59049397 A JP59049397 A JP 59049397A JP 4939784 A JP4939784 A JP 4939784A JP H0218385 B2 JPH0218385 B2 JP H0218385B2
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Description
発明の背景
本発明は真空下での蒸着により薄い基板のコー
テイングを行なうことに関する。より具体的に、
本発明の分野は半導体ウエーハを金属化するこ
と、及びこのようなウエーハ金属化を個々的に且
つ一連の連続方法で実行する方法である。半導体
ウエーハ製作技術は過去10年間で急速に発展して
きている。個々のマイクロ回路デバイスは次第に
小型になつてきて、そのため所与の寸法のウエー
ハ上に乗せられるこの種デバイスの数を増加させ
ている。さらにその上、より径の大きいウエーハ
が使用されるようになつている。数年前は２イン
チ（約5.1cm）径のウエーハがありふれたもので、
３インチ（約7.6cm）径のウエーハは大きいもの
とみられていた。今日、大多数のこの種デバイス
製造は４インチ（約10.2cm）径のウエーハでなさ
れ、５インチ（約12.7cm）ウエーハの広範な使用
もごく近い将来に見込まれている。デバイス寸法
の縮小は、ウエーハ寸法の増大と結びついて、
個々のウエーハの経済価値を大いに増大させ、従
つてこのようなウエーハを改善された方法で処理
し金属化する必要を増大させる役を果している。 大多数の半導体及びマイクロ回路製作技術は、
高品質の金属コーテイングを半導体ウエーハ（こ
の上にマイクロ回路が形成される）の上に付着さ
せることを要する。コーテイングが“高”品質で
あるべきかどうかは、もちろん究局的にはそのウ
エーハからの最終的マイクロ回路デバイスの産出
についての満足度、並びにそれらの用途、例えば
高度の軍事的又は工業的標準に合致させるか、又
はより低い消費者及び愛好家の標準にするか、で
決められるであろう。従つて定量化することは困
難であるが、一般的に次のことが認められてい
る。すなわち金属化の品質、及び従つて最終的な
品質と産出高とは、ウエーハの最上部の主たるプ
レーナ表面上の被覆の均一度（“プレーナカバレ
ージ”）、最終コーテイングに取り込まれた汚染水
準；デブリ（debris）に起因するキズの程度；対
称性及び均質性すなわち“層状化”（layering）
がないこと及び膜内の汚染水準の分布の仕方；こ
とにコーテイング付着工程中の温度の再現可能性
及び制御の度合；並びにステツプカバレージすな
わち表面の主たる平面部だけでなく、ステツプ、
溝、くぼみ及び隆起部などのようなマイクロ回路
を形成する表面内の諸特徴部の側部及び底部をも
含めたコーテイングの連続性及び一様性、などの
因子の関数であろうということである。 これら諸特質のうち或るものは他のものより実
現困難か、又はより要件が厳しいものであであ
り、或いは実現のためには極めて専問的な処理工
程を要すると考えられている。例えば幾何学的形
状の制約があるため、ステツプカバレージは特に
充足するのが困難な要件であつた。ステツプ及び
溝の側壁は一般にウエーハの主平面の最上表面に
垂直であり、ウエーハの中心から内側にも外側に
も向いていることがある。このような垂直表面、
特に外側を向いた面を、同時にプレーナ表面を被
覆しながら、被覆することは明らかに特に困難な
問題であり、しかしそれでもこのような“ステツ
プカバレージ”は全体的金属化の品質を決定する
上で特に重要なものである。これまでは、プレー
ナ表面被覆の所要均一性並びに適当なステツプカ
バレージを実現するには、ウエーハと蒸着源との
間にコーテイング蒸着中相対運動を行なうことが
必要であると一般に考えられていた。しかし、こ
のような運動はいくつかの不利益を伴なう。特
に、この運動のため装置の種々の内部構造上にコ
ーテイング材料の付着物を移動させることなどに
よりデブリ発生の可能性が高いこと、ウエーハへ
の機械的衝撃及び振動による損傷の可能性が高い
こと、並びにウエーハ上へ非対称且つ不均質に付
着層が生成することなどがある（後にさらに説明
する）。当然のことながら、汚染水準は蒸着工程
中の真空環境の質の維持、及び蒸着速度に対する
汚染分の濃度に依存する。こうして、“脱ガス”
すなわちウエーハとこれに伴なつてコーテイング
チエンバへ導入されるウエーハ支持体とからガス
及び蒸気を排気することも同様に重要になる。 前記諸特質の１つ又はそれ以上を実現しようと
した従来技術のやり方、並びにコーテイングの質
の前記指標を実現することに付随する困難及び解
決秘策をよく理解するには、今日ウエーハの金属
化に使用されている真空蒸着システムの２つの主
なタイプ、すなわちバツチ方式とロードロツク
（load lock）方式とを考察するとよい。典型的な
バツチ式装置は、ポンプステーシヨン、排気可能
なベルジヤー、このポンプステーシヨンとベルジ
ヤーの間の隔離弁、ヒートランプ、１つ又はそれ
以上の蒸着源、及び半導体ウエーハを保持してこ
れを蒸着源上方で回転させる遊星取付具から成つ
ている。蒸着サイクルの始めに、隔離弁は閉じら
れ、ベルジヤーは開いている。ウエーハは手でカ
セツトから遊星取付具へロードされる（３インチ
〔約7.6cm〕径のウエーハ75枚のロード〔load〕が
普通である）。ついで遊星取付具をベルジヤー内
に取付け、ベルジヤーを閉じ、装置を排気する。
規定の基底圧に達すると、ヒートランプからの放
射エネルギーの適用によつてウエーハをさらに脱
ガスする。或る場合にはウエーハは蒸着開始前に
スパツタ−エツチングで清浄化される。典型的な
コーテイングは、連結金属化をもたらすためウエ
ーハ上にスパツタリングされたアルミニウム又は
アルミニウム合金である。所要のコーテイングの
均一性とステツプカバレージを実現するため、相
対運動が遊星取付具の回転によりもたらされる。
蒸着の後、ウエーハと装置は放冷され、隔離弁は
閉じられ、ベルジヤーは大気に通気され、ベルジ
ヤーを開き、遊星取付具は取外されて手でカセツ
トの中へアンロードされる。これで典型的サイク
ルが完了し、約１時間かかる。 このようなバツチ方式は今日半導体ウエーハを
金属化するのに広く使用されているけれども、そ
の特質の或るものが限界と不利益をもたらしてい
る。その１つとして、比較的大きなウエーハのバ
ツチ全体が蒸着中に一部又は全部失なわれる“危
険”を本来的に有している。カセツトから遊星取
付具への手によるウエーハのローデイングは汚染
と破断の大きな機会を与える。ローデイングとア
ンローデイングのためベルジヤー内側の装置全体
を空気に曝すことは汚染の可能性を導き、真空ポ
ンプが扱わなければならない非常に大きな脱ガス
負荷を加える（ウエーハだけに帰せられる脱ガス
面積は、脱ガスしなければならない全空気露曝面
積の典型的に10％以下である）。バツチ装置内で
コーテイングされるべき多数ウエーハについて大
面積のカバレージを得るため、給源から長い蒸着
投射距離（典型的に６〜14インチ、すなわち約15
〜36cm）が必要とされる。これは低い蒸着率（典
型的に、スパツタ蒸着源につき600Å／分）をも
たらし、そのため膜をバツクグランド・ガスとの
反応により一層汚染しやすくし、従つて排気され
た環境の質に一層感じやすくさせる。ウエーハと
装置の空気露曝面積との脱ガスはヒートランプか
らの放射エネルギーの適用によつて促進される
が、ウエーハは遊星取付具と不確実な熱接触にあ
るから、その温度もまた不確実である。その上、
加熱源はスパツタ蒸着中は通常作動されえないか
ら、ウエーハは予熱中に達した温度から制御不能
な状態で冷却する。蒸着中のウエーハ温度の制御
不能は、確実且つ再現可能に達成されうる膜特性
の或る特長を制限する。当然、均一性とステツプ
カバレージとを実現するための遊星取付具の機械
的運動は、蒸着するコーテイング材料の粒子をウ
エーハ以外の装置内のどこか他の場所へ移してし
まい、そのためウエーハにデブリを付着させるこ
とになり、良好なデバイスの産出を減ずることに
なる。 典型的なロードロツク式装置は、ポンプステー
シヨン、排気可能な処理チエンバ、ポンプステー
シヨンと処理チエンバの間の隔離弁、加熱ステー
シヨン、蒸着源、ロードロツク、及びプラテン搬
送装置から成る。蒸着サイクルの開始時に、ウエ
ーハは手でカセツトから金属プラテン（12インチ
×12インチ〔約30.5×30.5cm〕のプラテン寸法が
普通）にローデイングされ、このプラテンはつい
でウエーハがロードロツク及び処理チエンバを通
つて周回する間ウエーハの支持体（キヤリヤ）と
して働く。ロードロツクを経て処理チエンバへ導
入された後、プラテンとウエーハは加熱ステーシ
ヨンへ搬送され、そこで放射エネルギーの適用に
よつてさらに脱ガスされる。加熱ステーシヨンで
はスパツタ−エツチングによるウエーハの追加的
清浄化も行なわれる。金属膜付着はプラテンとウ
エーハを蒸着源を通つて比較的緩速で並進させる
ことにより実行される。この蒸着源は矩形状の侵
食パターンをもつた平面型マグネトロンタイプの
スパツタリング源でよく、侵食パターンの長辺寸
法はプラテン幅よりも大きいものである。数イン
チのスパツタ源内部でウエーハが通過する通路上
方でスパツタ源を通過してプラテンを動かすこと
により比較的高い蒸着率（10000Å／分）が実現
される。蒸着の後、プラテンとウエーハはロード
ロツクへ戻され、そこでそれらは処理チエンバか
ら大気へと戻される。ついでウエーハは手でカセ
ツトへアンローデイングされる。これで典型的な
サイクルが完了し、これは典型的に10〜15分かか
る。他のタイプのロードロツク式装置において
は、ウエーハが蒸着源をよぎつて回転する環状プ
レートに取付けられる。各ウエーハは、十分な厚
みの皮膜が生成されるまで蒸着源の下を複数回通
る。 上述のロードロツク式装置はバツチ式装置の欠
点のいくつかを克服したがすべてではない。主と
して重要な点は、ロードロツクの使用により、処
理チエンバの圧を大気圧に上昇させることなく、
プラテン上のウエーハを処理チエンバへ出し入れ
できるということである。これは蒸着前に脱ガス
しなければならない空気露曝表面の大きさを著し
く減少させる。処理チエンバを周期的に大気圧へ
開放する必要はある（清浄化と蒸着ターゲツト交
換のため）ものの、かような露曝の頻度はバツチ
式に比較して著しく低い。 他の重要な要素は、“危険な”すなわちキズ又
は処理の失敗のために拒否されやすいウエーハ・
ロードの寸法が、ロードロツク式装置においては
著しく小さい（上記の例でバツチ式では３インチ
（約7.6cm）ウエーハ75枚に対し、第１のロードロ
ツク式では３インチウエーハ16枚である）という
ことである。ロード当りのウエーハの数はロード
ロツク式装置について非常に小さいから、バツチ
式装置で要件とされる長い蒸着投射距離を採用す
る必要はない。従つて、ウエーハと給源の間のよ
り密な連結により高蒸着率が達成されうる。 ロードロツク式装置により与えられる利点にも
拘らず、なお多くの不利益及び欠点が残つてい
る。バツチ式においてもロードロツク式において
もウエーハは典型的に手でプラテンとカセツトの
間を移動され、汚染と破断の危険を伴なう。ロー
ドロツクの使用は処理チエンバの大気の露出を回
避するが、ウエーハを支持しているプラテンは各
ローデイング・アンローデイングサイクルで空気
に曝される。こうして、その表面もまた脱ガスさ
れなければならず、これは総脱ガス負荷をウエー
ハ自体だけのそれより遥かに増加させる。その
上、プラテン上に堆積するスパツタリングされた
付着物は、反復的な機械的衝撃と空気への露出と
により強調され、フレークとデブリ生成に導く。
バツチ式の場合と同様、ウエーハはなおその支持
体と共に不確定な熱的状態にある。脱ガス中及び
蒸着中のウエーハ温度に対する制御は不適切なま
まである。ウエーハ上に蒸着される膜はそのプラ
テン上の位置、すなわちウエーハがアウトボード
（outboard）であるか、インボード（inboard）
であるか、蒸着源に近づいているか、又はそれか
ら離れていくかに依存して種々の態様で堆積する
から、金属膜はウエーハ上に非対称な様式で付着
されていく。均一性とステツプカバレージを実現
するため蒸着中にプラテンを並進運動させること
はデブリとフレークの発生、従つてウエーハの汚
染を強めてしまう。或るロードロツク方式におい
ては、対称性と均質性は、ウエーハが蒸着源の下
を複数回通るようにさせることによつて、さらに
危うくされる。こうして、ウエーハが蒸着源から
遠い領域で回転しているときは蒸着率はほとんど
無く近くなるから金属膜は“層状化”した様式で
蒸着される。このような領域での低い蒸着率はバ
ツクグランド・ガスを生長中の膜へとり込むこと
により汚染の危険を増大させ、蒸着率の不均一さ
の結果、存在するかもしれない汚染分の分布の不
均一さをもたらす。 ロードロツク方式においてはバツチ方式に比し
て一時に処理されるウエーハの数が非常に少ない
としても、なお相当数のウエーハが“危険”のま
まである。この観点から、多数ウエーハは一連の
連続的方式で個々に処理することが最上ではあろ
うが、ローデイング及びアンローデイング中のロ
ードロツクの適切な吸気、並びにウエーハ脱ガス
及びウエーハ支持体の脱ガスに要する時間、これ
に加えてウエーハを適切な態様に個々にコーテイ
ングするのに要する時間が、このような個々的処
理の概念を、各ロードにつき多数のウエーハを取
扱うバツチ方式又はロードロツク方式と比較して
これまでは実施不能とさせてきた。同様に、デブ
リ発生の、従つて良好なマイクロ回路デバイス産
出の減少の防止、並びに摩耗及び機械的衝撃と振
動の危険の低下の観点からは、コーテイング蒸着
中にウエーハを静止に保つことが非常によいであ
ろう。しかし、すでに見たように、これは通常蒸
着源とウエーハとの間に相対運動を設定すること
を要するから、適切な蒸着均一性及びステツプカ
バレージを得る必要性と両立しないものと考えら
れてきた。さらに、各ロードにつき多数のウエー
ハをコーテイングするバツチ又はロードロツク方
式に対比して、個々のウエーハを処理する方式に
おいて再現可能性及びコーテイング工程温度に対
しより大きい制御可能性を期待しうる根拠はなか
つた。 従つて本発明の目的は、従来可能であつたより
も高品質のコーテイングとしてウエーハを個々的
に迅速にコーテイングするために用いる基板を処
理する装置を提供することである。 本発明の関連した目的は、ステツプカバレー
ジ、均一性、対称性及び均質性、汚染レベル、デ
ブリ損害、及び再現可能性の総合的考察に関し優
秀な品質の金属層を蒸着させるために用いる基板
処理装置を提供することである。 同じく本発明の目的は、改良されたステツプカ
バレージ及び良好な均一性でウエーハを個々的に
迅速にコーテイングするための基板処理装置を提
供することである。 さらに他の目的は、ウエーハを個々的に加熱又
は冷却するための伝熱ステーシヨンを提供するこ
とである。 他の関連した目的は、ウエーハを個々的に金属
化するが、なお高速である改良ロードロツク装置
を提供することである。 さらに他の目的は、均一性及びステツプカバレ
ージを含めた強化された品質を伴なつて生産ライ
ン方式で半導体ウエーハを個々的に金属化する改
良ロードロツク装置を提供することである。 関連した目的は、或る一時における処理に基づ
く危険のあるウエーハの数を減少させたウエーハ
コーテイング装置を提供することである。 他の関連した目的は、個々のウエーハについて
同時に動作する多数の加工ステーシヨンを備え
た、一連の連続的方式でウエーハに個々的に金属
化又はその他の真空処理を施す装置を提供するこ
とである。 同じく関連した目的は、脱ガス負荷を減少さ
せ、コーテイングのためウエーハをロードロツク
装置へ導入することに起因する排気コーテイング
環境への乱れを最小化することである。 さらに他の本発明の目的は、デブリの発生と、
摩耗及び汚染分の取り込みによる損害の可能性と
を減少させることにより、ウエーハから続いて作
られるマイクロ回路デバイスの産生高を改善する
ことである。 さらに他の目的は、プラテン状のウエーハ支持
体を使用することなく種々の加工ステーシヨン間
での搬送、及び真空領域への出入を実行するロー
ドロツク型装置を提供することである。 同じく関連した本発明の目的は、上述にように
プラテン状ウエーハ支持体を使用せず、ローデイ
ング及びアンローデイングが或るウエーハについ
て行なわれている間他のものは処理されていいる
ロードロツク型装置を提供することである。 さらに他の関連した目的は、カセツトからのウ
エーハ自動取扱いと両立しうる上記のような装置
を提供することである。 同じく関連した目的はウエーハについて特にそ
の温度を全処理期間中を通じて改良制御する手段
を提供することである。 さらに他の目的は信頼性、保守及び使用の容易
さが改良されている生産ラインで使用する装置を
提供することである。 本発明の要説 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境内でウエーハを連続的に個々的に処理するた
め装置であつて、第１の壁部に第１の開口部とこ
れを閉鎖するドアとを有する真空チエンバと、こ
のチエンバの壁部に取付けられ、第１開口部から
離れたチエンバの少なくとも１個の処理部位を形
成する少なくとも１個のウエーハ処理手段と、第
１開口部と前記処理部位の間を動きうる前記チエ
ンバ内の可動支持手段とを含む装置によつて満た
される。この支持手段は少なくとも２個の開口を
備えていて、この開口を前記第１の開口部及び処
理部位とそれぞれ整合させうるようにする第１の
距離で隔てられている。支持手段の開口の各々は
ウエーハを釈放可能に且つ弾力的に把持するクリ
ツプ手段を取付けている。この開口はまたその開
口の１つがチエンバの第１開口部に整合したとき
支持手段開口を締切るためのチエンバ内の閉鎖手
段を含んでおり、この閉鎖手段とチエンバはその
間に小さいロードロツク容積を画成し、ウエーハ
をクリツプ手段にロード又はアンロードするため
チエンバドアが開けられた時支持手段開口を前記
閉鎖手段がチエンバから締切るものとする。この
ようにしてウエーハは制御された真空チエンバ内
の雰囲気を最小限しか乱さずに真空チエンバ内に
次々に連続して導入されることができ、ウエーハ
は他のウエーハのローデイング及びアンローデイ
ングが外部的ウエーハ支持手段を使わずにロード
ロツクでなされている間に処理部位で個々的に処
理される。もし外部的支持手段が存在したらロー
ドロツクとチエンバによつて除去されなければな
らないガス負荷が非常に増大し、同様に汚染分の
可能性も増大するであろう。さらに、ロードロツ
ク容積は単一ウエーハを入れるのに絶対に必要な
だけに最小化されているから、ロードロツク及び
チエンバについての吸気負荷の大きさも減少す
る。 １つの好適実施態様において、可動支持手段
は、自身の軸線周囲に回転するように取付けたデ
イスク状の移送プレートの形に設けることがで
き、種々のウエーハ処理ステーシヨンは前記軸線
の周りに対称的に配置される。スパツタリングス
テーシヨンのほか、このステーシヨンは加熱又は
冷却ステーシヨンであることもでき、例えば加熱
はクリツプ手段がウエーハをエツジで支えていて
その両面を処理できるからスパツタリング付着と
反対側のウエーハ面に適用することができる。ウ
エーハ移送プレートはウエーハ上にデブリが蓄積
するのをよりよく抑えるため好適に垂直面内で回
転する。完全にローデイングされたとき、本装置
は一時点で共に危険にあるウエーハの数をそのウ
エーハ移送プレートに取付けられているものだけ
に限定し、またいくつかの処理作業を同時に遂行
すること、例えば１つのウエーハのコーテイング
を他のウエーハの加熱及びさらに他のウエーハの
アンローデイング及びローデイングと同時に行な
うこと、を可能ならしめる。内部ウエーハクリツ
プ支持手段、薄いロードロツク、及びウエーハの
個々的処理の使用によつて、単純自動ローデイン
グを含めた容易なローデイング及びアンローデイ
ングが可能となる。１つの具体的態様において
は、垂直動作するブレード状昇降手段がウエーハ
をエツジによりチエンバ入口の直近の点まで上昇
させる。すると、チエンバのドアに付設してある
真空手段がウエーハの背面を捉え、これをドアが
閉じた時クリツプ手段に押し込むので、ロードロ
ツクのローデイングとその密封が同時になされ
る。コーテイングを施すべき多数ウエーハを含有
しているコンベア被動カセツトから真空処理チエ
ンバヘローデイングするための完全自動装置の詳
細は米国特許第4311427号「ウエーハ移送装置」
（米国出願番号第106342号、発明者G.L.コード、
R.H.シヨー及びM.A.ハツチンソン）に見出され
る。同様に、ウエーハを真空チエンバ内で弾力的
に支持する手段、及びウエーハをチエンバ内の前
記支持手段にローデイング及びアンローデイング
するのを助ける付設手段の詳細は米国特許第
4306731号「ウエーハ支持装置」（米国出願番号第
106179号。発明者R.H.シヨー）に見出される。 実施例の詳細な説明 第１図に示されるウエーハコーテイング装置
は、ほぼ円筒形の真空処理チエンバ１０を主とし
て含み、チエンバ１０は５つの加工ステーシヨン
を有する。加工ステーシヨンのうち１つはロード
ロツク装置１２から成り、もう１つはコーテイン
グステーシヨン１４から成る。チエンバ１０内部
にあるコーテイング装置の残る他の要素は、第２
図により詳細に見えることができる。ロードロツ
ク１２内部のウエーハ１５、さらにコーテイング
ステーシヨン１４におけるウエーハが示されてい
る。更なる要素として、圧力プレート１６、ウエ
ーハ支持体（キヤリヤ）プレート組立体１８及び
クリツプ組立体２０（第３図に最も良く示されて
いる）が含まれる。ウエーハは、クリツプ組立体
により、ウエーハ支持体プレート組立体１８の内
部に保持される。ドア組立体２２が、チエンバ１
０の入口開口部２３を密封し、且つ、今述べた要
素と協働してチエンバロードロツク装置１２を形
成する。ドア組立体２２は、処理チエンバ１０の
主要要素を完備する。カセツト式ロード／アンロ
ード組立体２４並びにチエンバ及びロードロツク
排気のための種々の付属真空ポンプ２５と共にこ
れらの要素は全て、キヤビネツト２６内にコンパ
クトに収容されている。 コーテイング装置は好適には、ロードロツク装
置１２及びコーテイングステーシヨン１４以外に
他の数個の加工ステーシヨンを含んでいる。詳し
く言えば、ウエーハ加熱ステーシヨン２８、補助
ステーシヨン２９及びウエーハ冷却ステーシヨン
１３０である。全ての加工ステーシヨンは、真空
チエンバ１０の中央軸線３６はら且つ互いに横方
向に等しく離間されている。ここでは５つのステ
ーシヨンが設けられているけども、より多数の又
はより少数のステーシヨンのどちらの設計をとつ
てもよい。さらに少なくとも２つの空気ラム３
０，３１が含まれ、それらは圧力プレート１６及
びウエーハ支持体プレート組立体１８をチエンバ
１０の正面壁３２に対して駆動する機能を有す
る。更に支持体プレート組立体１８を中央に取付
けている支持体プレート駆動体３５を含む。支持
体プレート組立体１８は、真空処理チエンバ１０
の中央軸線３６に関して回転するように、正面壁
３２とほぼ同径の円形である。 総説すれば、ウエーハが、個々に提供されてド
ア組立体２２によりロードロツク装置１２の中へ
ロードされ、ウエーハ支持体プレート１８内部に
入る。ウエーハは次に、加工ステーシヨンの各々
を順に通過する。そこでウエーハは、脱ガス及
び／又はスパツタ−エツチ清浄の完遂のために加
熱され、コーテイングされ、随意に第２層をコー
テイングされ、冷却され、そして再びドア組立体
２２によるウエーハ支持体プレート組立体１８か
らの除去のためにロードロツク装置１２へと戻
る。大まかに説明した上述のような装置は、回転
式のものであり多重ステーシヨンのものであるけ
れども、ロードロツク及びコーテイング工程は、
単一ステーシヨン若しくは２重ステーシヨン配置
又は無回転若しくはインライン配列のものにも同
様に適用しうる。 ここでウエーハの到着の観点から、より詳細に
本装置を説明する。ウエーハ１５がチエンバの排
気還境に進入するために通過しなければならない
ところのロードロツク装置１２は、非常に重要で
ある。第４〜６図が、ロードロツク１２の可動要
素の作動を評価するのに特に重要である。上で指
摘したように、ロードロツクは、処理チエンバの
正面壁に対して閉位置にあるチエンバドア組立体
と駆動された位置にある圧力プレートとの間にあ
る要素のサンドイツチ配列である。ロードロツク
は、ウエーハ支持体プレート組立体１８内部の円
形開口３７の周囲に作られ、円形開口３７はチエ
ンバの内部に位置されてロードロツク１２に付設
されたチエンバ入口２３のちようど内側になる。
支持体プレート組立体１８は、正面壁３２及び圧
力プレート１６にほぼ平行である。圧力プレート
１６はチエンバの内部で支持体プレート組立体１
８の後方に位置される。ウエーハ１５は、以下に
記す手段によつて、ロードロツク内部で支持体プ
レート組立体内部にロードされ支持される。或る
ウエーハ処理操作のためにチエンバ１０内部にも
たらされる制御された大気圧より低圧の環境は、
例えば、スパツターコーテイング操作のためにア
ルゴン又はその他の不活性ガスで20ミクロンまで
である。この排気された環境のために、ドア２２
が排気環境を維持するために開いているときはい
つでも、ロードロツク領域はチエンバ内部の他の
領域から密封されなければならない。圧力プレー
ト１６が、チエンバ内部からロードロツク領域を
分離させる機能を（以下に示すように、他の加工
ステーシヨンにおいても同時に数種の他の機能を
も）果す。処理チエンバの後方プレートに取り付
けられた空気ラム３０，３１が、圧力プレート１
６及び支持体プレート組立体１８を正面壁３２に
対して駆動する。特に空気ラム３０がロードロツ
ク装置１２に同心的に、圧力プレート１６へ適用
されて、ロードロツクの密封を達成する。圧力プ
レート１６及び正面壁３２がともに、チエンバ入
口２３に同心的な円形パターンに配置されたＯリ
ング３８を備え、ロードロツクを形成する要素の
サンドイツチ配列内の真空気密をもたらす。チエ
ンバ正面壁３２の外側表面に対して閉じた密封位
置にあり、且つ真空気密をもたらすため同心的Ｏ
リング３９を含むチエンバドア組立体２２が、外
側大気からチエンバ入口２３を密封することによ
りロードロツクを完全なものにする。第４及び６
図は、完全なロードロツクを示している。つま
り、圧力プレート１６は前方の前進した位置にあ
り、支持体プレート組立体１８をチエンバ正面壁
３２に対して加圧し、開口３７を密封する。又、
ドア２２は閉鎖されたチエンバ入口２３を密封し
て、開口３７についてロードロツクを形成する。
開口３７は、もはや１枚のウエーハを収容するの
に必要な寸法だけしかない。極めて薄く小さな体
積のロードロツクが、最小の要素をもつて画成さ
れ、その内部にウエーハ１５を収容するのに必要
な最小寸法である事が理解されるであろう。ロー
ドロツク装置の更に詳細な点については、上述の
米国特許第4311427号「ウエーハ搬送装置」を参
照されたい。第５図は、後退し休止位置にある圧
力プレート１６と、チエンバ内部の支持体プレー
ト組立体内部にすでに固着されたウエーハとを示
している。 この薄いロードロツク構成と協働するものは、
ウエーハ支持体プレート組立体１８であり、それ
はチエンバ１０内部の加工ステーシヨンの数及び
間隔に一致した例えば３７（第２図に最も良く図
示されている）のような複数の円形開口を含んで
いる。その開口３７はウエーハよりも大径であ
り、互いに等しく離間し、処理チエンバの中心軸
線から等しい半径方向にその中心をもつ。前述の
ように加工ステーシヨンも同様に離間されている
ので、ウエーハ支持体プレート組立体１８のどの
開口も処理チエンバのどの加工ステーシヨンとも
整合し、他の開口も各々同様に他の加工ステーシ
ヨンの対応するものに整合する。従つて、ウエー
ハが支持体プレート１８の開口の各々の内部に固
着されているならば、そのウエーハの各々は或る
加工ステーシヨンで個々に処理されることがで
き、同時に残る他のステーシヨンで他のウエーハ
がそれぞれ処理されうる。このようにして、１枚
のウエーハが或る特定のステーシヨンで個別に処
理され、しかもその同じ時間に他の数枚のウエー
ハが残る他の加工ステーシヨンで他の操作を受け
るこができる。詳しく言えば、１枚のウエーハが
ロードロツク１２でアンロード及び又はロードさ
れている間に、他のウエーハがコーテイングステ
ーシヨン１４でコーテイングされることができ、
一方では更に他のウエーハが加熱ステーシヨン２
８で加熱されることができる。支持体プレート駆
動体３５が断続的に作動して支持体プレート組立
体１８を１つのステーシヨン分の距離だけ移動さ
せる。それにより、連続的にウエーハの各々を反
時計回りで処理ステーシヨンの各々への順を追つ
て提供し、終には或るウエーハがアンロードされ
るためにロードロツクへと最終的に戻る。 ウエーハは、上述のように加工ステーシヨンか
ら加工ステーシヨンへと移送されるので、動き回
ることによる機械的な損傷又は摩損を避けるよう
に、且つ一般的に機械的なシヨツク、振動、摩擦
から保護されるようにようにウエーハが支持体プ
レート組立体１８内部に支持されるされることが
重要である。この目的のため、ウエーハ支持体開
口３７は、ウエーハ及び１組のクリツプ組立体２
０の両方がその開口の周囲内部に収容され且つ引
つ込んだ位置にあり支持体プレートに平行であり
うるような、径をもち、それによりウエーハを保
護する。１組の薄くエツジに沿つて作用するクリ
ツプ組立体も又、薄いロードロツク装置１２の形
成にとつて重要であり、ウエーハを支持体プレー
ト組立体１８内部の直立位置に弾力的にエツジに
沿つて支持する。エツジ作用クリツプ組立体の特
に都合の良い形態が第４図〜第８図に断面で示さ
れている。その詳細は、前述の米国特許第
4306731号「ウエーハ支持組立体」に開示されて
いる。４個のクリツプ組立体２０の１組が保持リ
ング４１内部に取り付けられ、保持リング４１
は、プレート開口３７の各々に同心的に、デイス
ク状円形ウエーハ支持体プレート４２へと着脱可
能に付設され、そして完全なウエーハ支持体プレ
ート組立体１８を形成する。この配列は、各円形
開口３７の周縁内部で離間した関係をもつて１組
のクリツプ組立体２０を取付けている。保持リン
グ４１は、Ｕ字形の断面を有し、その内方及び外
方周縁を画成するフランジ４６及び４７を有し
て、そしてクリツプ組立体２０がこれらのフラン
ジの内部に引つ込んでいる。４個のクリツプ組立
体が開口３７内部に用いられるのが好適であるけ
れども、３個又は４個以上のクリツプ組立体の使
用も可能である。しかし、４個の組の方が３個の
ものよりも大なる信頼性をもたらすと認められ
た。 第３図〜第８図のいずれにも示されているよう
に、クリツプ組立体２０は、ほぼ長方形の断面を
有するブロツク５０をそれぞれ含んでいる。ブロ
ツク５０は、ウエーハの電気的分離が望まれるス
パツターエツチなどの適用のために、絶縁物質で
作られていてよい。伸長したスプリングクリツプ
５３が、ブロツク５０の周りを包み込む方法で堅
く係合している。各クリツプ５３は、ブロツク５
０と反対側の端に、弧状フインガー部分又は先端
部５５を含んでいる。先端部５５は、ウエーハの
エツジをしつかり把持するのに適切な半径で湾曲
している。ブロツク５０から延びているのは、平
らな幹部５６であり、それはプレート開口３７で
定義される平面に緊密に近接して平行である平面
の内部に展在する。一方、枝部５７が、プレート
開口３７の平面に向かつて幹部５６から傾斜して
いる。このクリツプ組立体は、結果として、代表
的ウエーハ１５の径より幾分小さい径をもつ円形
パターン（ウエーハ支持プレート４２の内部に展
在する円形パターン）上に置かれた複数の弧状先
端部５５を形成する。 ロードロツク１２へのウエーハ挿入は、クリツ
プ組立体２０へウエーハのエツジ又は後面を単に
押し込むことにより手で達成される。しかしなが
らこの事は、先端部５５内部にウエーハを受け入
れるようクリツプをいくぶん押し広げるために、
枝部５７に対するウエーハエツジの摩擦を含む。
枝部とそのような摩擦接触なしにウエーハを挿入
するために、クリツプは最初に少し広げられなけ
ればならず、それからロードロツクへの挿入後ウ
エーハのエツジをじようずにつかむ。ウエーハ挿
入及びクリツプ拡張は手で操作されうるけれど
も、より好適にはそのような手操作、並びにそれ
に付帯する損傷、誤作及び汚染の一連の付加危険
を避けるべきである。チエンバドア組立体２２
は、その中心の軸方向に真空チヤツク６０を備
え、且つ周縁近傍には複数のクリツプ作動手段６
２を備えている。これらの要素は、ウエーハカセ
ツト式ロード／アンロード組立体２４とともに、
ロードロツク１２のための自動化されたウエーハ
のローデイング及びアンローデイング装置を形成
し、ロードロツク１２はウエーハの全ての手動操
作を排し、ローデイング処理を自動化する。 第１図及び第３図に見られるように、チエンバ
ドア組立体２２は、鉛直軸を有する高荷重ヒンジ
６３によりチエンバ１０の正面壁３２に付設され
て、第３図に示されるような完全に開いた位置に
まで在来の方法で開閉される。その完全に開いた
位置においては、ドア及びその内側面６４は鉛直
であり、支持体プレート組立体１８及びチエンバ
入口２３の表面に垂直である。真空チヤツク６０
は、軸方向に伸びてドアを中心で貫いているの
で、その作動端はドアの内側面６４の一部を形成
している。真空チヤツク６０は、ドアの内側面の
ところで鉛直に設置されたウエーハと係合し、ド
アが閉じるにつれ、真空吸引によりウエーハを保
持する。第４図に見られるように、真空チヤツク
はドアの内側面から軸方向に伸長して、ウエーハ
をクリツプ組立体２０との係合へと進める。そこ
で真空チヤツクは後退し、ウエーハ１５はクリツ
プ組立体によりチエンバ内に保持され、処理を受
け、支持体プレート組立体１８の回転により順を
追つて種々な加工ステーシヨンへと移動される。
この好適実施例においては、ドアの内側面６４へ
のウエーハの鉛直提供は、以下に詳述するような
ロード／アンロード組立体２４により達成され
る。 ロードロツク装置、ウエーハ支持体プレート組
立体１８及びドア組立体２２は、鉛直方向に限定
される必要はないことに注意すべきである。しか
しながら、ウエーハの表面上に定着するデブリの
如何なる可能性も除去するためには、それが好適
である。全ての加工ステーシヨンと同様に、本発
明のクリツプ組立体、支持プレート及びロードロ
ツク装置は、もし水平方向であつても等しく良好
に機能する。事実、鉛直方向のウエーハカセツト
のためのロード／アンロード組立体２４は鉛直操
作のために意図されているけれども、ドア組立体
２２を、鉛直方向でウエーハを受け取り水平平面
内のロードロツクへウエーハをロードする方式に
するのは、在来のチエンバ壁に取付ける方法に適
当に修正を加えることにより、至つて容易にでき
る。 前に述べたように、クリツプの角度づけられた
枝部５７に対してウエーハを単に押すことによる
ロードロツク内部のクリツプ組立体２０へとウエ
ーハをロードすることを避けるのが好適である。
摩擦接触なしにウエーハを挿入するために、クリ
ツプは最初に少し拡張されねばならず、その後ロ
ードロツクへとウエーハの挿入をしてウエーハの
エツジをしつかりとつかむようにする。この事
は、ウエーハが真空チヤツク６０により挿入され
る時に、前述のようにドア内部に取付けられた４
個のクリツプ作動手段６２によつて達成される。
ドアが閉位置にある時にクリツプ組立体２０の対
応するものを調整するように、各クリツプ作動手
段６２が取付けられる。第２図の下方に詳しく示
されているクリツプ作動手段６２の各々は、エア
シリンダ６５及び接触ピン６６を含んでいる。接
触ピン６６は、シリンダー６５により推進され
て、軸方向内部及び外部へと移動する。ピン６６
はそれぞれ、ドアが閉位置にあるときに、クリツ
プの幹部５６の１つを調整する。ドア２２が閉じ
ると、ピン６６はウエーハの挿入に先き立ち伸長
する。或いは、ウエーハが取り外されるべき時に
もピン６６は伸長する。ピン６６のそれに面した
クリツプの幹部５６に対する圧力は、クリツプを
圧し、先端部５５を後方及び外方に振れさせ、そ
れにより、クリツプを開放し、摩擦接触なしのウ
エーハの挿入又は除去を容易にする。 ウエーハ処理の完遂の後ウエーハのアンローデ
イングの際には、これらの操作は順序が逆にな
る。真空チヤツク６０が再び伸長し、ウエーハの
背面に真空を適用してウエーハと係合し、そし
て、クリツプ作動手段が再びクリツプを解放する
ように働く。ドアが開き、真空チヤツク６０は真
空吸引によりドアの内側面上にウエーハを保持し
て、ウエーハはロード／アンロード組立体２４に
よりアンロードされる。 ドアが完全に開いた位置にある時には、ドア組
立体２２はロードロツク装置１２への挿入のため
のウエーハを受容するよう保たれる。一方ドアが
開いていくときには、ロードロツク１２から仕上
げられたウエーハを運搬し、その後、ウエーハは
真空チヤツクからアンロードされる。ウエーハを
ローデイングのためにドア組立体２２へ提供する
機能、又はアンローデイングのためにドア組立体
２２から処理済ウエーハを除去するための機能
は、カセツト式ロード／アンロード組立体２４に
よつて果される。ロード／アンロード組立体２４
は、ウエーハ昇降組立体６８及びウエーハカセツ
ト搬送組立体６９を含む。チエンバ入口２３の下
方両側に延在し、チエンバの壁３２に付設されて
いる（第３図参照）のが搬送組立体である。搬送
組立体６９は、第１図に示されるごとく右から左
へとウエーハのカセツト７０を移動させる。協働
するウエーハ昇降組立体６８は、カセツトからド
ア組立体２２の内側面６４内部の真空チヤツクの
操作端へと、或いは処理完遂後にはドアからカセ
ツトへとウエーハを個別にに昇降させる。 搬送組立体６９は、ウエーハ処理チエンバ１０
の正面を横切つて水平縦軸方向に延在する離間し
た１組の平行レール７２，７３を含む。そのレー
ルはカセツト７０を支持し搬送する。カセツトの
側壁がレールをまたぎ、搬送組立体を通過するレ
ールに沿つてカセツトが摺動的に移動できるよう
に、レール７２と７３の間隔が決められる。カセ
ツト移動のための動力は、チエーン駆動手段７５
によりもたらされる。チエーン駆動手段７５は、
ローラーチエーンをレール７２の側に沿つて移動
させる種々なガイド及びギア配列を含む。チエー
ンには、案内ピン７６が一定間隔で設けられてい
る。案内ピン７６は、レール７２に隣接したカセ
ツト壁７７の底部の整合切欠に係合する。したが
つてカセツトは、昇降組立体６８に向けて又は遠
ざかりチエーンと同じ速度で移動される。ステツ
パーモータ手段８０が、チエーン手段７５のため
の駆動動力源として設けられ、カセツト移動に正
確な制御をもたらす。それによりカセツト内部の
各々のどのウエーハも、ウエーハ昇降組立体６８
との相互作用のための位置にされ得る。在来の記
憶手段が、ステツパーモータ手段８０及びウエー
ハ昇降組立体６８に結合されて、カセツト内部の
各々のウエーハの位置決めを記憶する。従つて、
処理チエンバ１０の中には更に数枚のウエーハが
ロードされることができ、それに応じてカセツト
は最初のウエーハがロードされてから数個の位置
だけ前進するようにできるけれども、仕上げられ
た最初のウエーハが出てくる際には、ステツパー
モータを必要な数のステツプだけ反転させて、仕
上げられたウエーハを元の位置に戻し、次にロー
デイング機能を続行するために再び前進した位置
をとるようにしてもよい。 カセツト７０は、離間、対面、整合且つ平行な
関係にした複数のウエーハを支持する。カセツト
７０は、その底の大部分と頂部とがあいていて、
ウエーハの上下に通路がある。溝、ステツプ及び
その他のマイクロ回路成分を形成した特徴と備え
たウエーハの正面が、開いたドア２２の内側面６
４に面せず、ウエーハの背面がドア組立体に向か
つて面するように、ウエーハはロードされなけれ
ばならない。この事は、真空チヤツク６０がウエ
ーハと係合するときに、デリケートなマイクロ回
路を含むウエーハの正面との接触がないことを保
証する。又処理チエンバ１０内部の処理装置に関
して正規に方向づけられるように、ロードロツク
１２への挿入にあたりウエーハが正規の位置にあ
ることを保証する。 ウエーハ昇降組立体６８は、チエンバ入口２３
の下方左側に位置され（第３図参照）、上方案内
プレート８２、ブレード状昇降部材８３及びブレ
ード状部材８３の下方端に連結した作動シリンダ
８４を含んでいる。ブレード状昇降部材８３は、
レール７２と７３との間で搬送組立体６９と直角
をなして、ドア２２の内側面６４へ向けての上下
移動のために案内されている。開位置にあるドア
の内側面の直下で案内プレート８２内にある案内
スロツト８５が、ブレード８３の上方での案内を
もたらし、他方、搬送組立体から下方に作動シリ
ンダへ向けて伸長した鉛直案内部材８６が鉛直路
においてブレード８３の保持を助ける。ブレード
８３の幅は、レール７２と７３との間隔よりも小
さく、同様にレール７２及び７３をまたぐカセツ
ト７０の主要壁間の間隔よりも小さい。ブレード
８３は又、カセツト７０に保持された隣接ウエー
ハ間の距離よりも薄い。 ブレード状部材８３には更に、ウエーハのカー
ブに整合するように形状づけられた弧状上方端８
７が設けられ、この弧状端には、ウエーハの厚み
に整合しそのエツジを保持するための溝が設けら
れている。故に昇降ブレード状部材８３は、案内
レール７２と７３との間を通過し、搬送組立体及
びカセツトと直角に交差し、そしてステツパーモ
ータ手段８０及びチエーン駆動手段７５がカセツ
ト及びウエーハをブレードの通路上に設定する。
図からわかるように、カセツトは、下方からウエ
ーハへの入路があり、昇降ブレード８３が完全に
カセツトを通過できるように、作られている。従
つて、ステツパーモータ手段８０及びチエーン手
段７５が、カセツト及びウエーハをブレードの通
路上に設定すると、ブレード８３が搬送レールの
間を上方に移動してその上方端８７の溝の内部で
ウエーハと下方から係合し、そして開位置にある
チエンバドア２２の内側面６４にごく接近し同心
的な設定の位置にまでウエーハを上方にもち上げ
る。ウエーハは鉛直方向なので、ブレードの溝を
つけられた端８７内にしつかりと、しかし穏やか
で固定的にウエーハを保持することを重力が助け
る。デリケートなマイクロ回路が形成されている
ウエーハのデリケートな正面との接触が、ウエー
ハが水平方向にある時の典型的な自動化操作の場
合でない限り、実質上完全に避けられる。それに
よりウエーハへの損傷又は摩擦の危険が非常に減
少される。 ウエーハがドア２２のところに到着すると、真
空チヤツク６０の吸着によりウエーハとその背面
で係合し、そして昇降ブレード８３が案内スロツ
ト８５及びカセツトを通過して搬送組立体６９の
下方の点まで下降する。次にドア２２がチヤツク
６０により保持されたウエーハとともに閉じて、
それにより、そのウエーハはロードロツク装置１
２の中へロードされ、チエンバ入口２３がチエン
バ１０内部の処理のために上述のようにすみやか
に密封される。ウエーハ１５に対する処理の完遂
に先き立ち、更に別のウエーハが支持体プレート
１８の開口３７の他のものにロードされてもよ
く、その場合には、ステツパーモータ及びチエー
ン駆動は、ウエーハ位置１つ分だけカセツトをス
テツプさせ、次のウエーハを真にブレード８３上
の位置に移動させる。そこでブレード８３が上昇
して、次のこのウエーハを開いたドアまで上方に
移動させる動作をくり返し、真空チヤツクは再び
ロードロツクへの挿入のためにこのウエーハと係
合する。一方、各ステーシヨンを順に回転するこ
とによる元のウエーハ１５に対する処理が完了す
ると、そのウエーハは再びロードロツク１２にや
つてくる。そして真空チヤツク６０は、ドアが未
だ閉位置にある時に、ウエーハの背面へと再び伸
長し、同時にクリツプ作動手段６２がクリツプを
弱めさせ、ウエーハからクリツプを離脱させて、
チヤツク６０によるウエーハの除去を可能にす
る。ドアが開かれるとウエーハは、再びブレード
８３の通路上に位置される。他方、ステツパーモ
ータ手段８０及びチエーン手段７５がカセツトを
後退させて、ウエーハ１５の元の位置はブレード
通路上に存置されるようにする。次にブレード８
３が、搬送レール７２，７３及びスロツト８５を
通過して上方に上昇し、ウエーハ１５の下方エツ
ジに係合する。そしてチヤツク６０がウエーハを
釈放して、ブレード８３はウエーハをカセツト内
部の元の位置へと下降させ戻すことができる。カ
セツトは次に、順次に処理されるべき次のウエー
ハの位置まで前進される。 昇降組立体６９による個々のウエーハの上昇及
びロードロツクへのローデイングに先き立ち、ウ
エーハの標準方向づけを保証する事が望まれ、そ
のため各ウエーハの弦を横切る通常の案内フラツ
ト部９１がカセツトの下方に整列する事が望まし
い。このようにすると、ウエーハの各々が、チエ
ンバ内部の処理装置に関して同一位置を示すこと
が保証される。更に、その案内フラツトが特定の
予め定められた位置にある事を確認するというこ
とは、支持体プレート組立体１８内部のクリツプ
組立体２０が正常に機能し、且つ円形のエツジ部
分の代わりにはからずもウエーハのフラツト部と
係合する事はないということを保証する。そのよ
うな標準方向を保証するために、対向する１組の
ローラ９０が設けられ、それらはレール７２と７
３に沿つてその間に縦方向に延在し、ローラの軸
線はともにレールに平行になつている。そのロー
ラ９０は、昇降組立体６８の位置の直前のカセツ
トの通路に位置され、それにより、ウエーハの方
向づけは、昇降組立体への到着に先き立つて完遂
される。カセツトがローラ上を通過するとき、そ
れらローラは上昇され、互いに反対方向に（一は
時計方向、他は反時計方向というように）連続的
に駆動され、且つウエーハの円形エツジに軽く接
触する。動くローラ９０との接触が、カセツト内
部のウエーハを回転させる効果を有し、終には各
ウエーハの案内フラツト部９１は動くローラと接
する位置に落着く。ローラとの接触が減少し、ウ
エーハが全て、その案内フラツト部が下方に面し
て整合する位置になると、ローラ９０は下方に引
つ込む。 上述したように、ドア２２が開位置にあるとき
にはいくつでも、チエンバの排気された内部環境
を大気圧から防護するために、圧力プレート１６
が支持体プレート１８及び正面壁３２に対してて
駆動される。圧力プレートとウエーハ支持体プレ
ートとの位置関係を第４図及び第５図に詳細に示
している。第４図は、ロードロツク装置１２を形
成する要素の前述のサンドイツチ配列を示してい
る。第５図は、圧力プレートが引つ込んだ位置に
あるときのそれらの位置関係を示している。また
第４図は、クリツプを拡げた後ウエーハがクリツ
プ組立体２０へ挿入され、クリツプ作動手段６２
の接触ピン６６が少しだけ伸長している時の、真
空チヤツク６０の伸長した位置を示している。一
方第５図においては、クリツプ作動手段の接触ピ
ンが引つ込み、同じ真空チヤツクも引つ込んでい
て、ウエーハは今やウエーハ支持体プレート組立
体１８内に固着的に取付けられている。圧力プレ
ート１６が後退すると、ウエーハは引き続く処理
ステーシヨンへ回転される準備が整う。第６図に
おいて、真空チヤツクは後退した位置にあるけれ
ども、その真空吸引は作動していて、ウエーハは
チエンバドア２２の内側面６４に対する位置に示
されている。これは、もちろん、ウエーハのロー
ドロツクからの除去に先立ち、ウエーハがクリツ
プ組立体２０から引き出された直後の、ロードロ
ツクの要素及びウエーハの位置を示している。そ
れは又、ドアが閉じられた直後の、真空チヤツク
がウエーハが支持組立体の開口内部の位置へとウ
エーハを未だ前進させていないときの、それらの
要素の位置を示しているとも言える。クリツプ内
部にウエーハを収容させるためにクリツプを拡げ
るように押す事に先立ち、クリツプ作動手段の接
触ピンがクリツプに接しているところが示されて
いる。 ウエーハ１５のロードロツクへのローデイング
が完了すると、ロードロツクは荒く排気されて、
１分以内の継続する周期の間に、或るレベルにま
で下がる。そのレベルはチエンバよりも低く排気
された良好な程度であり、第５図に示されるよう
に圧力プレートが後退した時にチエンバ環境を感
知できる程には妨害はしない。そしてウエーハ１
５は、次の加工ステーシヨンへと回転する。ロー
ドロツクの排気はこのように短い時間で効果的に
なされうる。その理由は、ロードロツクはチエン
バに比して容積が小さい（ウエーハ自身を包含す
るのに必要欠くべからざるものだけ）ことにあ
る。短い時間でロードロツクが排気される理由と
して更に次の事がある。つまり、ロードロツク領
域の外部からもたらされる付属支持装置を使用せ
ず、又チエンバ内部でウエーハを支持するクリツ
プ組立体の面積は、いずれにしてもウエーハに比
べて小さいので、ロードロツク内に導入される脱
ガス負荷は必要欠くでからずウエーハ表面自身だ
けである事である。この事は、プラテンその他の
外部からの支持物がロードロツク内に導入される
ところの従来技術装置の状態と対比されるべきで
ある。このような支持物は、ガス吸気負荷に非常
に大きく寄与してしまう十分な面積を有する。も
ちろん、外部から導入されるそのような支持物が
ないことは、汚染の危険を低下させるのに著しく
寄与する。本発明においては、大気（又は、より
好適には乾燥した窒素で包まれたローデイング環
境）に曝されたロードロツク領域の圧力プレート
部分は、ウエーハとともには回転せず、他の加工
ステーシヨンから離れているローデイングステー
シヨン位置にそのまま残り、更に蒸着中にはチエ
ンバ環境から密封される。 ウエーハがロードロツクステーシヨン１２へロ
ードされ及び／又はアンロードされている間、圧
力プレート１６は第４図のようなその作動的前進
位置にあり、それにより、支持体プレート組立体
１８がチエンバの正面壁３２に対して押しつけら
れ、圧力プレートは同時に他のステーシヨンにあ
るウエーハを押圧して、それらのステーシヨンに
おける処理装置に接触又は接近させてウエーハを
加工状態にする。例えば、ロードロツクステーシ
ヨン１２の次のステーシヨンであるウエーハ加熱
ステーシヨン２８において、ウエーハの脱ガスを
促進するためにウエーハ加熱手段が設けられる。
第７図に示されるウエーハ加熱手段９２は、ウエ
ーハよりもいくらか小径の円筒形支持部材９３か
ら成り、加熱素子９４として例えばセラミツクデ
イスクを含んでいる。セラミツクデイスクの中に
は抵抗線が埋設されて、セラミツクデイスクの表
面は、制御可能に加熱されその平坦表面にわたつ
てほぼ一様な温度にされる。ウエーハ加熱手段９
２は、処理チエンバの正面壁３２上に取付けられ
そこの密封された開口内にあつて、その要素の加
熱表面はチエンバ正面壁３２の平面からわずかに
突き出ている。圧力プレート１６が弛緩状態にあ
るときは、チエンバの正面壁に対する圧力プレー
トの位置は十分に間隔があり、加熱表面は支持体
プレート又はその内部のウエーハに接近していな
い。しかしながら、圧力プレート１６が作動的前
進位置にあるきは、ウエーハ支持体プレート４２
はチエンバの正面壁３２に対して加圧され、それ
により、加熱表面と加熱ステーシヨンに設定され
たウエーハとの間隔は非常に接近する。しかし第
７図に見られるように、加熱表面に接触する程近
づくわけではない。 真空環境においては、伝熱の主要機構は輻射に
よるものである。半導体デバイス製造において広
く用いられるＰ−ドープシリコンウエーハは、赤
外線放射に対して真に透過的である。その結果と
して、本発明の装置において要求される短い脱ガ
ス周期の間にウエーハ脱ガス速度の増大を促進さ
せるのに効果を示すためには、ウエーハの温度上
昇率は低すぎる。そこでウエーハがウエーハ加熱
ステーシヨン２８にあるときは停留していること
から、ガス伝熱を利用することにより加熱素子９
４からウエーハ１５への熱の移送率を増大させる
事が都合よい。この事は、スパツター蒸着源の操
作のため使用されるアルゴンガスの微量を、第７
図に示された中央パイプ１１４を通して直接に加
熱素子９４とウエーハ１５との間に空間に導入す
ることにより達成される。アルゴン原子が温度の
高い表面と低い表面とに交互に衝突することの結
果として、伝熱が遂行される。伝熱の所望の高率
を達成するために、アルゴンを約100から1000ミ
クロンの範囲内の圧力で、加熱ステーシヨン２８
へ導入する事が必要である。その圧力は、約10ミ
クロンである主チエンバ内の正規のアルゴン圧力
よりも１次から２次のオーダで大きい。 ウエーハ加熱部材９２は受板９８をも含み、円
筒形支持部材９３が受板９８に付設されている。
受板９８とチエンバ正面壁３２との真空気密がＯ
リング１１５によつてもたらされる。加熱素子９
４内で発生された熱の結果として生ずる過熱によ
るＯリング１１５の真空気密性の劣化を避けるた
めに、受板９８を通過して出入りするコンジツト
９６及び９７が設けられ、冷却剤を受板に流入及
び流出するようにして、Ｏリング１１５の気密状
態を維持することができる。 或る応用例においては、当業者によく知られた
方法を用いる無線周波スパツターエツチングの手
段により、加熱ステーシヨンでウエーハを加熱及
び冷却をすることが望まれるであろう。本発明の
装置において要する短周期の時間内で無線周波ス
パツターエツチ操作を演ずると、要求される無線
周波電力の適用はウエーハ温度を不必要な又は受
容できないレベルにまで上昇させるかも知れな
い。この問題は、再びガス伝熱の使用を通して軽
減されるであろう。この時は、ウエーハから冷却
されたヒートシンクへと熱の移送がある。 第８図に示された適切なウエーハ冷却手段１１
８が、受板１２０に取付けられた円筒形のヒート
シンク部材１１９から成つている。受板１２０と
チエンバ正面壁３２との間の真空気密が、Ｏリン
グ１２１によりもたらされる。ヒートシンク１１
９の温度を適切な低い値に維持するために、受板
１２０を通過してヒートシンク１１９に出入りす
るコンジツト１２８及び１２９が設けられて、冷
却剤をヒートシンク１１９に流入及び流出させる
ようにする。それによつて、ヒートシンク１１９
の温度を所望のレベルに維持することができる。
ヒートシンク部材１１９は、圧力プレート１６が
作動的前進位置にあるときにウエーハ１５に緊密
に接近し接触はしない平坦な表面１２５を有して
いる。第８図に示されるように中央パイプ１２６
が設けられて、スパツター蒸着源の操作のために
使用されるアルゴンガスの微量を、ヒートシンク
１１９とウエーハ１５との間に空間に直接に導入
させることができる。アルゴンガスのそのような
導入は、ウエーハ１５からヒートシンク１１９へ
の伝熱率を増大させることにより、冷却率を増大
する。この事は、第７図に関達して前に述べたよ
うな加熱ステーシヨン２８の場合における、加熱
素子９４からウエーハ１５への伝熱の率が増大さ
れたことと同様である。 ウエーハが前進される次のステーシヨンは、コ
ーテイングステーシヨン１４であり、それはチエ
ンバの背面（又は後方）プレート９９に取付けら
れている（第９図）。圧力プレート１６内部に円
形の開口１０１が設けられて、支持体プレート組
立体１８によりコーテイングステーシヨンへと進
められてきたウエーハのスパツタリング源による
コーテイングがその開口１０１を通して可能にな
る。シヤツター１０２が設けられて、支持体プレ
ート組立体の回転中ウエーハがコーテイングステ
ーシヨンに存置されているときに、コーテイング
材料がブロツクされうる。第９図は、コーテイン
グステーシヨン１４における要素の関係をより詳
細に示している。第９図の配置が示しているの
は、チエンバの正面壁３２に対してウエーハ支持
体プレート１８を押しつけるための作動的前進位
置にある圧力プレートによる移動に先立つた配置
における要素であるという事に注意すべきであ
る。したがつてコーテイング中のウエーハの位置
は、第９図で示された休止位置よりも正面壁に接
近し、ウエーハ１５はスパツタリング源１００に
関して同心的に固定された安定な静止状態に保持
される。 ウエーハのエツジによりスパツタリングをする
仕方、及び個々にチエンバをコーテイングする仕
方の大きな利益は、今や明らかである。金属コー
テイングがウエーハの正面壁に蒸着されることで
スパツタリング工程が、更にそのウエーハを加熱
さ、従つて最も悪いときにそのウエーハの脱ガス
を増加させることは公知である。しかし、スパツ
タリング源１００と結果として迅速なコーテイン
グ蒸着率（ほぼ毎分当り10000オングストローム）
を有するウエーハとの間の密な連結、低水準の汚
染（たとえば、外部ウエーハ支持物がないため、
そして脱ガスの生成物をウエーハ正面の直前の環
境に加えるいかなる隣接したウエーハがないた
め）、そして後方脱ガスの生成物がスパツタリン
グ源を取り囲むシールド構造物上におそらくほと
んど突きあたるだろうという事、これらすべての
寄与が、従来の形状と比較してウエーハの正面上
への終了する脱ガスのために汚染の集中を非常に
低下させる。初期のバツチ式及び他のロードロツ
ク装置においては、相互に隣接した多数のウエー
ハが、プラテン上に支持されるのであろうし、
個々のシールドに対して許されるスパツタ源から
ウエーハへの幾何学的な面での利点を有すること
はないであろう。そのシールドとは、汚染生成物
とコーテイング材料とが、ここで示された形状の
ようにウエーハ表面上においてよりもむしろ優先
的に結合することである。 更に他の利益は、個々のウエーハの金属化が鉛
直方向のウエーハによつて遂行されること、そし
て更にその金属化がおこなわれてもウエーハは静
止しているということから生じる。いかなるデブ
リ、又は特別な成分が本装置にあらわれたとして
も、鉛直になつたウエーハ表面上にこのような成
分の到着する機会は、ウエーハが水平方向に向い
ている場合と比較して非常に減少することは明ら
かである。金属化の間に、チエンバ内のすべての
運動が休止することは、機械的運動、衝撃又は振
動があらわれないということである。この運動、
衝撃又は振動は、例えば浮遊する金属材料をウエ
ーハ支持構造物、シールド及び他のような表面か
ら移動させることによりデブリ発生を増進させる
傾向をもつものである。加えて、本装置において
は、シールド、その他の構造物上に生成したこの
ような浮遊によるコーテイング上の応力は、繰り
返して空気に露曝されることがないこと、処理期
間中に運動を止めさせる必要性により機械的ひず
みを減らすこと、さらに装置のいろいろな部分を
動かさないことにより減少させられる。ウエーハ
を持するクリツプ組立体の非常に小さな構造物
は、通常の動作中に空気に自らでさえも露曝しな
い。なぜならば、ロードロツクは、水蒸気−支承
用空気ではなく、乾燥した窒素ガスの環境の中で
も通常に作動されるからである。 密接に連結したウエーハとスパツタリング源と
の関係、及びその静止の特色は、付着された膜の
所望の特徴及び均一性に対して付加的ではあるが
都合のよいものを含んでいる。ウエーハ表面上の
ある点での付着の局在率は、半径位置及びウエー
ハ表面の地形状、つまり、その付着の位置の表面
が平らかどうか、又はステツプ若しくは溝の側壁
若しくは底部、又は側壁の内側若しくは外側に向
くことに依存する。このことについては、以下で
更に記述する。ウエーハがスパツタリング源に関
して静止状態にあるから、各点での蒸着が、蒸着
物全体にわたつて、時間的に変化する割合で進め
られるのではなく、一定の割合で進められる（蒸
着源に一定の出力を印加すると仮定している）。
従つて、いろいろな点での蒸着の厚さ及び表面の
地形状は、同心的に設置された蒸着源及びウエー
ハは通る共通軸のまわりで径方向に対称となる。 更に、前述で暗示したように、コーテイングの
中に取り込まれた汚染の水準が、汚染バツクグラ
ンド・ガス（酸素のようなガス）の分子及びスパ
ツタコーテイング材料（アルミニウムのような材
料）の原子のウエーハ表面での相対的な到着率に
依存する。汚染バツクグランドガスの分圧が一定
の割合で蒸着している間に一定して残つているな
らばコーテイングの中に取り込まれた局所的汚染
水準は、蒸着された膜の厚さ全体にわたつて均一
となる。 対照的に、このような状況は、蒸着源に関する
ウエーハの運動より蒸着期間の間に時間と共に変
化する蒸着率となる従来技術によるロードロツク
装置においては得られなかつた。このようなウエ
ーハの運動は、膜成長期間中にコーテイングの中
に取り込まれた汚染水準を不均一にし、逆にウエ
ーハから良い半導体の産出に影響をおよぼす。ウ
エーハが何度も蒸着源を通過させられる従来技術
による装置の場合に、金属膜は層状に蒸着され、
望んでいない層状になつた汚染水準に順に至つて
しまう。 ここで、第９図に示されたスパツタリング源１
００の詳論に戻ると、そこでの放出端がリング形
状ターゲツト１１２を含んでいることがわかるで
あろう。そのターゲツトは第９図では破線にして
略示的に示されているが、第１０図では略示化さ
れた断面図の中より詳しく示されている。このよ
うなスパツタリング源の一例が、1978年７月11日
発行の米国特許第4100055号にR.M.レイニーによ
る“スパツタリング装置に対するターゲツト形
状”の中に詳細に開示されている。このようなス
パツタリング源がまた、発録商標“Ｓ―Gun”の
下でバリアン・アソシエイツ・インコーポレイテ
ツドにより製造され、商業化されている。このよ
うなスパツタコーテイング源が磁気的に閉じ込め
られたガス吐出利用され、またアルゴンガスの大
気圧以下の内部ガス環境も必要とされている。リ
ング形状ターゲツトを含む他のスパツタリング源
はまた、例えば平面型マグネトロン源として使用
することもできる。 ガス吐出からの正電荷イオンはＳ―Gunターゲ
ツト１１２に衝突する。そのイオンは、望み通り
蒸着されるコーテイング用のスパツタリング源の
材料、たとえばアルミニウムから作られる。従つ
て、その給源の材料は、その給源から外に向つ
て、ターゲツトからスパツタリングをおこされ
る。そのスパツターコーテイング処理は、、真空
チエンバ１０の大気圧以下で制御された環境の下
でおけなわれる。その中での主要なガスは、通常
ではアルゴンであつて、ガス吐出を助けるために
非常に低圧にして故意に導入されている。そのガ
ス吐出を助けるために必要なアルゴン圧は、ほぼ
２〜20ミクロンの範囲であり、以下で記述するよ
うにコーテイングの品質に影響を与えることがわ
かつた。このような吐出を助けるのに必要なアル
ゴンが、いろいろなウエーハ処理ステーシヨンに
故意に導入されたアルゴンから都合よく移ること
が知られている。このことについて、以下でウエ
ーハ加熱ステーシヨン２８及びウエーハ冷却手段
１１８と関連して記述する。 第９及び第１０図からわかるように、スパツタ
リング源１００は、内径及び外径を有し、それら
を連結した形状であつて、平均して約30度だけ内
側にほぼ倒立した円錐形状を有するリング形状給
源としてもよい。実際上、ターゲツト１１２の形
状がターゲツトの寿命にわたつて侵食されるだろ
うから“円錐”という言葉は近似的に表わしたも
のとわかるであろう。第１０図では、典型的な新
しいターゲツトの形状とターゲツトの寿命の終り
まで同じターゲツトの形状の両方が重ね合せに図
示されている。さらに、多くのいろいろな形状が
可能である。例えば、上に記載した米国特許第
4100055号を参照。更に、例えば平面型マグネト
ロンのようないくつかの有用なリング形状給源
は、このようなほぼ円錐形状ではない。 このような侵食にかかわらず、ターゲツト１１
２から発する重要な微量の材料は、依然として給
源の軸線に向つて内側に方向付けされている。加
えて、外に向くことになるターゲツトのより侵食
された底部からのいくつかの材料は、実際に侵食
された側壁によつてさえぎられるだろう。その側
壁では、大体内側に向つて再スパツタリングがお
こるかもしれない。従つて、ターゲツトの侵食が
あつたとしても、スパツタリング１００は、リン
グ形状給源と同様に作動すると特性化させられる
し、有効にほぼ倒立した円錐形状となりうる。ほ
ぼ倒立した円錐形状がプレーナの形状よりも、給
源からスパツタされた材料をより効率よく利用で
きるようになると信じられる。このことは、スパ
ツタされた材料の水部分が、シールド上に無用に
蒸着されるかわりにウエーハ上に蒸着された大部
分から成る円錐の形状のため、ほぼ内側に向けら
れるためだと信じられる。 第９図でわかるように、ウエーハ１５は、前述
したようにコーテイングの間に給源１００に関し
て同心で静止的に固定され且つ平行な関係に保た
れている。そのウエーハは、クリツプ組立体２０
によつて比較的薄いウエーハ支持体プレート組立
体１８の内に弾力的に支持されている。このよう
な関係は、第１０図の略示的図でより分解的に示
されている。この図は、有効給源ターゲツト−ウ
エーハ間隔Ｘ、コーテイングされたウエーハにそ
つてその中心から測つて半径位置ｒを定義するの
に役立てるものである。これらの量を定義する
際、給源PSの有効平面を同一のものとみることが
有益である。この有効平面は、基準平面となるも
のであつて、この基準平面とは、ターゲツトの寿
命の終りまでにこの基準平面の上下における侵食
された材料の量が等しくなるような平面基準であ
る。また、有効給源直径DSを定義することも有
益である。この有効給源直径は、ターゲツトの寿
命の終りまでに、その直径の外側で侵食された材
料の量がその直径の内側で侵食されたその量と等
しくなるような直径である。従つて、Ｘは、解析
的に言うと、ウエーハと平面PSとの間の距離であ
る。商業的に役に立つような典型的なスパツタリ
ング源１００を、第１０図で示されているよう
に、実際的に、ターゲツトの外直径及び内直径を
それぞれ5.15インチ（13.1cm）及び2.12インチ
（5.4cm）とし、ターゲツトの高さを0.88インチ
（2.24cm）とすることができる。従つて、図に示
された侵食パターンに対しては、その有効給源直
径は、商業的な給源に対して約4.6インチ（11.7
cm）である。同様に、給源の有効平面PSが侵食さ
れていないターゲツトの頂端の下方に約0.5イン
チ（1.27cm）の所にあることがわかるであろう。 意外にも、非常に良いプレートの均一性及びよ
り優れたステツプカバレージを有した半導体のプ
レーナが可能であるけれども、蒸着期間中に給源
１００に関して図示されているように静止的にウ
エーハを保ち続けること、そしてこのようなコー
テイングが、特定の幾何学的及び位置的制約が観
測され、適切な内部ガス環境及び圧力が保たれる
限り、ほぼ１分という比較的短い蒸着時間内にお
こないうることがわかつたであろう。非常によい
均一性及び優れたステツプカバレージを得るため
のこれら必須条件は、期待されうるこれらの因子
についての改良の程度はもちろん、第１１〜１５
図でグラフにより説明されている。ここで使用さ
れ、図の中にもある“均一性”という用語が、均
一性がウエーハの中心での厚さと考えられる半径
位置における厚さの割合であることはわかるであ
ろう。従つて、例により、均一性はウエーハの中
心の厚さと１と規格化する。 第１１及び第１２図では、半径位置ｒインチの
関数としてウエーハ１５の主要な最上のプレーナ
表面上への蒸着の厚さの均一性を図示している。
この均一性は前述したように規格化された相対的
測定である。第１１図では、４つの曲線が示さ
れ、各々は、給源からウエーハまでの距離Ｘがそ
れぞれ２、３、４そして５インチを取つたときの
ものである。第１２図では、両均一性の曲線は、
給源からウエーハまでの距離Ｘが４インチである
ときのものである。しかし、一方は２ミクロン圧
のアルゴンの環境に対してであり、他方は10ミク
ロン圧のアルゴンの環境に対してである。 第１１図では、ウエーハ１５のプレーナ表面全
体の蒸着の均一性が、有効給源直径DSがウエー
ハの直径DWよりも大きい限り、給源とウエーハ
の間の相対的な運動がなくても非常に良いという
驚くべき結果が示されている。特に、第１１図に
よつて示されているように、プレーナカバレージ
の均一性は、ａ及びｂである限り±15％よりもよ
い。ここで、ａとは、Ｘがほぼ0.4DSから1.1DSの
範囲内であること（DS＝4.6インチに対してＸ＝
２インチから５インチ）。ｂとは、ウエーハの最
大直径DW naxが約0.9DSより小さいこと（又は、
ウエーハの直径の半分に等しいｒの値、有効直径
DS＝4.6インチの給源に対して約2.1インチ）。 よりよい誤差でさえウエーハ直径のある範囲全
体にわたつてその誤差の上限の中に示されてい
る。たとえば、約0.65までものウエーハ直径対給
源直径の比の範囲全体にわたつて（約1.5インチ
までもの半径位置ｒで）、均一性は±8.8％よりも
よい。換言すれば、3.0インチ（7.63cm）ウエー
ハの直径全体にわたり、4.6インチ（11.74cm）有
効給源を有し、３ミクロンアルゴン圧の環境と仮
定すると、プレーナ均一性は、給源からウエーハ
までの間隔Ｘが0.4DSから1.1DSの範囲内に選んだ
にもかかわらず±0.8％よりもよい。給源からウ
エーハまでの間隔Ｘをほぼ0.4DSから0.9DSまでの
範囲と限ることにより、プレーナ均一性は、更に
第１１図でわかるように、±５％よりもよく改良
されている。 前述のプレーナ均一性の数値は、蒸着が遂行さ
れた環境のアルゴンの圧力により影響を受けるで
あろうが、しかし前記の驚くべき均一性の結果
は、それにもかかわらず持続している。とりわけ
圧力因子の影響を考えると、第１２図は、次の２
つの条件の下でＸ＝４インチの給源からウエーハ
までの距離及び５インチの外円の直径の給源（有
効給源直径DS＝4.6インチに対して）という模範
的な場合に対して何が起こるかを示している。１
つの条件は、２ミクロン圧のアルゴンの環境、他
方は10ミクロン圧のアルゴンの環境。２ミクロン
圧のアルゴンで、±10％の均一性がほぼ4.3インチ
（10.9cm））の最大ウエーハ直径（ほぼ2.2インチ
（5.6cm）の半径位置）まで得られることがわかる
であろう。アルゴン圧を10ミクロンまで上げる
と、同じ±10％の均一性を保つための最大直径
は、ほぼ3.6インチ（ほぼ1.8インチの半径位置）
に均16％だけ減少することになる。かわつて、直
径3.0インチのウエーハに対して、均一性が２ミ
クロンのアルゴン圧に対して約±４％であり、10
ミクロンのアルゴン圧に対してほぼ±７％にな
り、共に多くの半導体ウエーハの応用に対してよ
り優れた結果であるとわかるであろう。 第１５図では、更にアルゴン環境の圧力の影響
が示されている。この図で、給源―ウエーハ間隔
４インチに対して、プレーナカバレージが２つの
半径位置、一方が1.5インチ（3.81cm）で他方が
2.0インチに対してアルゴン圧のミクロン単位の
関数として示されている。期待通り、最も内側の
半径位置は最も高い均一性を示している。しかし
これら両曲線は、アルゴン圧全体にわたつて同様
に変化している。０ミクロンから５ミクロンま
で、この変化が両半径位置とも最も急激であると
わかるであろう。しかし、５ミクロンから15ミク
ロンまで、均一性の変化は、両方とも数パーセン
トのオーダで非常に小さい。従つて、プレーナ均
一性が、５ミクロンから15ミクロンまでの間の中
でアルゴン圧の変化に非常に敏感でなく、このこ
とが以下で詳細に説明されるように、ステツプカ
バレージを最適化する際に重要になり、アルゴン
圧の変化により、より大きな影響を受けるという
驚くべき事実であるこがわかるであろう。 十分に満足のいくコーテイングを得るために、
ウエーハ１５の主要なプレーナ表面内の溝及びス
テツプのような特長部の側壁が十分にコーテイン
グされること、すなわち、よい“ステツプカバレ
ージ”が与えられることが肝要である。側壁がウ
エーハの主要なプレーナ表面にほぼ垂直になる表
面として形成されてもよい。走査用電子マイクロ
スコープが、特殊な応用面で実現されたステツプ
カバレージの十分さを少なくとも実質的に評価す
るための主要な道具として半導体デバイス業者に
より使用されている。 従来技術では、十分な均一性及びステツプカバ
レージを得るめに蒸着源に関してウエーハの相対
的な運動の必要性が、広範囲な経験により教えら
れ、公知となつている。I.A.ブレツク，D.B.フレ
イザーとS.E.ハツズコーの“コンピユータシユミ
レーシヨン及び電子マイクロスコープによるAl
ステツプカバレージの最適化”ジヤーナル・オ
ブ・バキユーム・サイエンテイフイク・テクノロ
ジー15巻13―15ページ（１月―２月、1978）の最
近の記事で、金属フイルム蒸着のコンピユータシ
ユミレーシヨンと、遊星取付具の加わつて電子ビ
ーム蒸発源、すなわち加熱されない基板上の蒸着
で得られた実際の膜のステツプカバレージの走査
用電子マイクロスコープ（SEM）フオトグラフ
イの間にすぐれた一致のあることがレポートされ
ている。その文献の中で使用された給源は小面積
熱蒸発源であるけれども、本発明の装置において
は、リング形状スパツタリング源１１２が使用さ
れ、更にこの給源は静止的で、密に連結されてお
り、その文献で調べられた幾何学的考察は全く直
接的にあらわれている。本発明のような給源によ
るいろいろな表面上の蒸着は、その文献のような
同心的に位置付けされた小面積給源からよりもよ
くあるべきであろうとも、その交献で調べられた
考察は、リング形状給源の直径に関して実際的に
興和のあるウエーハの大きさに対して、十分なシ
ヤドウイングがウエーハの多くにわたつての十分
なステツプカバレージの可能性に重大な疑いをお
こさせることを決して示していない。しかし、驚
くべきことに、本発明において、非常に高品質な
ステツプカバーレージは、実際実現できる。第１
１及び第１２図と関連して前述し、プレーナカバ
レージの非常に良い均一性を生じさせた多くの形
状はまだ良いステツプカバレージをおこなうけれ
ども、給源―ウエーハの間隔の範囲及び値、並び
にウエーハと給源の直径の関連はそれぞれ同一化
され、コーテイングの環境に対するアルゴン圧の
範囲及び値を有するようにこのようなカバレージ
に依然としてよりよい品質を与える。 第１３及び第１４図は、これら最適化パラメー
タを定義するのに助けとなり、半径位置の関数と
して側壁カバレージの厚さの測定値をグラフにし
てある。各半径位置でのすべては、その半径位置
でのプレーナ表面上に得られるであろう蒸着の厚
さに規格化される。物理的に、このことは、ウエ
ーハに形成され溝がウエーハの中心に向くのと、
ウエーハの中心から外へ向くのと両面を含む側壁
を有してもよいからである。驚くまでもなく、そ
れら両面がほぼ同じ半径位置にあるにもかかわら
ず、外側に向いた側面は、内側に向いた側面より
も著しく薄い蒸着がおこなわれる。この事は、第
１３及び第１４図に表わされている。図では、水
平軸の左側は、外に向いた側壁に対する半径位置
に対応し、その右側は、内側に向いた側壁に対す
る半径位置に対応している。プレーナ表面にカバ
レージのパーセンテージとして側壁カバレージを
垂直軸にとり、且つ前述したように規格化してあ
ることが更にわかるであろう。両グラフとも、ア
ルゴン３ミクロン圧及びアルゴン10ミクロン圧を
示している。第１３図は、給源―基板距離４イン
チに対してであり、第１４図は、給源―基板距離
３インチに対してである。 それら曲線からすぐに明らかなように、更に思
いがけない事実が、外向きの側壁をコートするの
により困難な側壁カバレージが３ミクロンから10
ミクロンの範囲のアルゴン大気の圧力を上昇させ
てドラマチツクに改良されたことの中に表われて
いる。このことは、給源―ウエーハの間隔の範囲
に対して、たとえば、Ｘ＝３及びＸ＝４の両方に
正しい。第１４図（Ｘ＝３インチ）で、側壁カバ
ーレージは、たとえば、半径位置2.0インチ（直
径４インチのウエーハの縁に対応する）で４％弱
からほぼ12％まで、そして直径３インチのウエー
ハの縁で15％から20％に増加する。第１３図（Ｘ
＝４インチ）からわかるように、側壁カバレージ
は、３インチウエーハの縁でほぼ９％からほぼ17
％に増加する。また、同様の一般的な給源―ウエ
ーハ距離及び良いプレーナカバレージとなるよう
に見出されたウエーハと給源との間の同種の関係
がまた、特に外側と内側に面した壁の改良のある
カバレージで、プレー表面カバレージの均一性を
ひどく下げない範囲内で増加したアルゴン圧の有
益な効果が考えられるようなときに、良い側壁カ
バレージになることもわかるであろう。 更に、これら一般的なパラメータの中で、よく
特別な範囲が、最も改良された側壁カバレージに
対して興味深いものである。特に、給源―ウエー
ハ距離Ｘが0.4DSから0.9DS（すなわち、有効給源
半径DS＝4.6インチとするとＸ＝２−５インチ及
びほぼ0.7DS（又は、有効給源半径DS＝4.6インチ
とするとDW＝3.2インチ8.13cmまで）以内のウエ
ーハ直径に対して、プレーナ蒸着の均一性が±10
％よりもよいばかりか、最小の側壁バレージが少
なくともプレーカバレージの10％で、アルゴン圧
が10ミクロンの近傍に保つている限りではもつと
よい。前述以内の範囲は依然としてより有用であ
る。たとえば、第１３図及び第１４図（給源―ウ
エーハ距離Ｘ＝３インチ）でわかつたように、側
壁カバレージが３インチのウエーハの縁の外のプ
レーナカバレージの少なくとも20％で、Ｘ＝４イ
ンチでは側壁カバレージは同じ場合に少なくとも
17％である。 模範的な結果のセツトを10ミクロンのコーテイ
ングの間のアルゴン圧及び0.4DSから0.9DSの範囲
の給源―基板距離に対する上記のデータから、下
記の通り表にできる。
テイングを行なうことに関する。より具体的に、
本発明の分野は半導体ウエーハを金属化するこ
と、及びこのようなウエーハ金属化を個々的に且
つ一連の連続方法で実行する方法である。半導体
ウエーハ製作技術は過去10年間で急速に発展して
きている。個々のマイクロ回路デバイスは次第に
小型になつてきて、そのため所与の寸法のウエー
ハ上に乗せられるこの種デバイスの数を増加させ
ている。さらにその上、より径の大きいウエーハ
が使用されるようになつている。数年前は２イン
チ（約5.1cm）径のウエーハがありふれたもので、
３インチ（約7.6cm）径のウエーハは大きいもの
とみられていた。今日、大多数のこの種デバイス
製造は４インチ（約10.2cm）径のウエーハでなさ
れ、５インチ（約12.7cm）ウエーハの広範な使用
もごく近い将来に見込まれている。デバイス寸法
の縮小は、ウエーハ寸法の増大と結びついて、
個々のウエーハの経済価値を大いに増大させ、従
つてこのようなウエーハを改善された方法で処理
し金属化する必要を増大させる役を果している。 大多数の半導体及びマイクロ回路製作技術は、
高品質の金属コーテイングを半導体ウエーハ（こ
の上にマイクロ回路が形成される）の上に付着さ
せることを要する。コーテイングが“高”品質で
あるべきかどうかは、もちろん究局的にはそのウ
エーハからの最終的マイクロ回路デバイスの産出
についての満足度、並びにそれらの用途、例えば
高度の軍事的又は工業的標準に合致させるか、又
はより低い消費者及び愛好家の標準にするか、で
決められるであろう。従つて定量化することは困
難であるが、一般的に次のことが認められてい
る。すなわち金属化の品質、及び従つて最終的な
品質と産出高とは、ウエーハの最上部の主たるプ
レーナ表面上の被覆の均一度（“プレーナカバレ
ージ”）、最終コーテイングに取り込まれた汚染水
準；デブリ（debris）に起因するキズの程度；対
称性及び均質性すなわち“層状化”（layering）
がないこと及び膜内の汚染水準の分布の仕方；こ
とにコーテイング付着工程中の温度の再現可能性
及び制御の度合；並びにステツプカバレージすな
わち表面の主たる平面部だけでなく、ステツプ、
溝、くぼみ及び隆起部などのようなマイクロ回路
を形成する表面内の諸特徴部の側部及び底部をも
含めたコーテイングの連続性及び一様性、などの
因子の関数であろうということである。 これら諸特質のうち或るものは他のものより実
現困難か、又はより要件が厳しいものであであ
り、或いは実現のためには極めて専問的な処理工
程を要すると考えられている。例えば幾何学的形
状の制約があるため、ステツプカバレージは特に
充足するのが困難な要件であつた。ステツプ及び
溝の側壁は一般にウエーハの主平面の最上表面に
垂直であり、ウエーハの中心から内側にも外側に
も向いていることがある。このような垂直表面、
特に外側を向いた面を、同時にプレーナ表面を被
覆しながら、被覆することは明らかに特に困難な
問題であり、しかしそれでもこのような“ステツ
プカバレージ”は全体的金属化の品質を決定する
上で特に重要なものである。これまでは、プレー
ナ表面被覆の所要均一性並びに適当なステツプカ
バレージを実現するには、ウエーハと蒸着源との
間にコーテイング蒸着中相対運動を行なうことが
必要であると一般に考えられていた。しかし、こ
のような運動はいくつかの不利益を伴なう。特
に、この運動のため装置の種々の内部構造上にコ
ーテイング材料の付着物を移動させることなどに
よりデブリ発生の可能性が高いこと、ウエーハへ
の機械的衝撃及び振動による損傷の可能性が高い
こと、並びにウエーハ上へ非対称且つ不均質に付
着層が生成することなどがある（後にさらに説明
する）。当然のことながら、汚染水準は蒸着工程
中の真空環境の質の維持、及び蒸着速度に対する
汚染分の濃度に依存する。こうして、“脱ガス”
すなわちウエーハとこれに伴なつてコーテイング
チエンバへ導入されるウエーハ支持体とからガス
及び蒸気を排気することも同様に重要になる。 前記諸特質の１つ又はそれ以上を実現しようと
した従来技術のやり方、並びにコーテイングの質
の前記指標を実現することに付随する困難及び解
決秘策をよく理解するには、今日ウエーハの金属
化に使用されている真空蒸着システムの２つの主
なタイプ、すなわちバツチ方式とロードロツク
（load lock）方式とを考察するとよい。典型的な
バツチ式装置は、ポンプステーシヨン、排気可能
なベルジヤー、このポンプステーシヨンとベルジ
ヤーの間の隔離弁、ヒートランプ、１つ又はそれ
以上の蒸着源、及び半導体ウエーハを保持してこ
れを蒸着源上方で回転させる遊星取付具から成つ
ている。蒸着サイクルの始めに、隔離弁は閉じら
れ、ベルジヤーは開いている。ウエーハは手でカ
セツトから遊星取付具へロードされる（３インチ
〔約7.6cm〕径のウエーハ75枚のロード〔load〕が
普通である）。ついで遊星取付具をベルジヤー内
に取付け、ベルジヤーを閉じ、装置を排気する。
規定の基底圧に達すると、ヒートランプからの放
射エネルギーの適用によつてウエーハをさらに脱
ガスする。或る場合にはウエーハは蒸着開始前に
スパツタ−エツチングで清浄化される。典型的な
コーテイングは、連結金属化をもたらすためウエ
ーハ上にスパツタリングされたアルミニウム又は
アルミニウム合金である。所要のコーテイングの
均一性とステツプカバレージを実現するため、相
対運動が遊星取付具の回転によりもたらされる。
蒸着の後、ウエーハと装置は放冷され、隔離弁は
閉じられ、ベルジヤーは大気に通気され、ベルジ
ヤーを開き、遊星取付具は取外されて手でカセツ
トの中へアンロードされる。これで典型的サイク
ルが完了し、約１時間かかる。 このようなバツチ方式は今日半導体ウエーハを
金属化するのに広く使用されているけれども、そ
の特質の或るものが限界と不利益をもたらしてい
る。その１つとして、比較的大きなウエーハのバ
ツチ全体が蒸着中に一部又は全部失なわれる“危
険”を本来的に有している。カセツトから遊星取
付具への手によるウエーハのローデイングは汚染
と破断の大きな機会を与える。ローデイングとア
ンローデイングのためベルジヤー内側の装置全体
を空気に曝すことは汚染の可能性を導き、真空ポ
ンプが扱わなければならない非常に大きな脱ガス
負荷を加える（ウエーハだけに帰せられる脱ガス
面積は、脱ガスしなければならない全空気露曝面
積の典型的に10％以下である）。バツチ装置内で
コーテイングされるべき多数ウエーハについて大
面積のカバレージを得るため、給源から長い蒸着
投射距離（典型的に６〜14インチ、すなわち約15
〜36cm）が必要とされる。これは低い蒸着率（典
型的に、スパツタ蒸着源につき600Å／分）をも
たらし、そのため膜をバツクグランド・ガスとの
反応により一層汚染しやすくし、従つて排気され
た環境の質に一層感じやすくさせる。ウエーハと
装置の空気露曝面積との脱ガスはヒートランプか
らの放射エネルギーの適用によつて促進される
が、ウエーハは遊星取付具と不確実な熱接触にあ
るから、その温度もまた不確実である。その上、
加熱源はスパツタ蒸着中は通常作動されえないか
ら、ウエーハは予熱中に達した温度から制御不能
な状態で冷却する。蒸着中のウエーハ温度の制御
不能は、確実且つ再現可能に達成されうる膜特性
の或る特長を制限する。当然、均一性とステツプ
カバレージとを実現するための遊星取付具の機械
的運動は、蒸着するコーテイング材料の粒子をウ
エーハ以外の装置内のどこか他の場所へ移してし
まい、そのためウエーハにデブリを付着させるこ
とになり、良好なデバイスの産出を減ずることに
なる。 典型的なロードロツク式装置は、ポンプステー
シヨン、排気可能な処理チエンバ、ポンプステー
シヨンと処理チエンバの間の隔離弁、加熱ステー
シヨン、蒸着源、ロードロツク、及びプラテン搬
送装置から成る。蒸着サイクルの開始時に、ウエ
ーハは手でカセツトから金属プラテン（12インチ
×12インチ〔約30.5×30.5cm〕のプラテン寸法が
普通）にローデイングされ、このプラテンはつい
でウエーハがロードロツク及び処理チエンバを通
つて周回する間ウエーハの支持体（キヤリヤ）と
して働く。ロードロツクを経て処理チエンバへ導
入された後、プラテンとウエーハは加熱ステーシ
ヨンへ搬送され、そこで放射エネルギーの適用に
よつてさらに脱ガスされる。加熱ステーシヨンで
はスパツタ−エツチングによるウエーハの追加的
清浄化も行なわれる。金属膜付着はプラテンとウ
エーハを蒸着源を通つて比較的緩速で並進させる
ことにより実行される。この蒸着源は矩形状の侵
食パターンをもつた平面型マグネトロンタイプの
スパツタリング源でよく、侵食パターンの長辺寸
法はプラテン幅よりも大きいものである。数イン
チのスパツタ源内部でウエーハが通過する通路上
方でスパツタ源を通過してプラテンを動かすこと
により比較的高い蒸着率（10000Å／分）が実現
される。蒸着の後、プラテンとウエーハはロード
ロツクへ戻され、そこでそれらは処理チエンバか
ら大気へと戻される。ついでウエーハは手でカセ
ツトへアンローデイングされる。これで典型的な
サイクルが完了し、これは典型的に10〜15分かか
る。他のタイプのロードロツク式装置において
は、ウエーハが蒸着源をよぎつて回転する環状プ
レートに取付けられる。各ウエーハは、十分な厚
みの皮膜が生成されるまで蒸着源の下を複数回通
る。 上述のロードロツク式装置はバツチ式装置の欠
点のいくつかを克服したがすべてではない。主と
して重要な点は、ロードロツクの使用により、処
理チエンバの圧を大気圧に上昇させることなく、
プラテン上のウエーハを処理チエンバへ出し入れ
できるということである。これは蒸着前に脱ガス
しなければならない空気露曝表面の大きさを著し
く減少させる。処理チエンバを周期的に大気圧へ
開放する必要はある（清浄化と蒸着ターゲツト交
換のため）ものの、かような露曝の頻度はバツチ
式に比較して著しく低い。 他の重要な要素は、“危険な”すなわちキズ又
は処理の失敗のために拒否されやすいウエーハ・
ロードの寸法が、ロードロツク式装置においては
著しく小さい（上記の例でバツチ式では３インチ
（約7.6cm）ウエーハ75枚に対し、第１のロードロ
ツク式では３インチウエーハ16枚である）という
ことである。ロード当りのウエーハの数はロード
ロツク式装置について非常に小さいから、バツチ
式装置で要件とされる長い蒸着投射距離を採用す
る必要はない。従つて、ウエーハと給源の間のよ
り密な連結により高蒸着率が達成されうる。 ロードロツク式装置により与えられる利点にも
拘らず、なお多くの不利益及び欠点が残つてい
る。バツチ式においてもロードロツク式において
もウエーハは典型的に手でプラテンとカセツトの
間を移動され、汚染と破断の危険を伴なう。ロー
ドロツクの使用は処理チエンバの大気の露出を回
避するが、ウエーハを支持しているプラテンは各
ローデイング・アンローデイングサイクルで空気
に曝される。こうして、その表面もまた脱ガスさ
れなければならず、これは総脱ガス負荷をウエー
ハ自体だけのそれより遥かに増加させる。その
上、プラテン上に堆積するスパツタリングされた
付着物は、反復的な機械的衝撃と空気への露出と
により強調され、フレークとデブリ生成に導く。
バツチ式の場合と同様、ウエーハはなおその支持
体と共に不確定な熱的状態にある。脱ガス中及び
蒸着中のウエーハ温度に対する制御は不適切なま
まである。ウエーハ上に蒸着される膜はそのプラ
テン上の位置、すなわちウエーハがアウトボード
（outboard）であるか、インボード（inboard）
であるか、蒸着源に近づいているか、又はそれか
ら離れていくかに依存して種々の態様で堆積する
から、金属膜はウエーハ上に非対称な様式で付着
されていく。均一性とステツプカバレージを実現
するため蒸着中にプラテンを並進運動させること
はデブリとフレークの発生、従つてウエーハの汚
染を強めてしまう。或るロードロツク方式におい
ては、対称性と均質性は、ウエーハが蒸着源の下
を複数回通るようにさせることによつて、さらに
危うくされる。こうして、ウエーハが蒸着源から
遠い領域で回転しているときは蒸着率はほとんど
無く近くなるから金属膜は“層状化”した様式で
蒸着される。このような領域での低い蒸着率はバ
ツクグランド・ガスを生長中の膜へとり込むこと
により汚染の危険を増大させ、蒸着率の不均一さ
の結果、存在するかもしれない汚染分の分布の不
均一さをもたらす。 ロードロツク方式においてはバツチ方式に比し
て一時に処理されるウエーハの数が非常に少ない
としても、なお相当数のウエーハが“危険”のま
まである。この観点から、多数ウエーハは一連の
連続的方式で個々に処理することが最上ではあろ
うが、ローデイング及びアンローデイング中のロ
ードロツクの適切な吸気、並びにウエーハ脱ガス
及びウエーハ支持体の脱ガスに要する時間、これ
に加えてウエーハを適切な態様に個々にコーテイ
ングするのに要する時間が、このような個々的処
理の概念を、各ロードにつき多数のウエーハを取
扱うバツチ方式又はロードロツク方式と比較して
これまでは実施不能とさせてきた。同様に、デブ
リ発生の、従つて良好なマイクロ回路デバイス産
出の減少の防止、並びに摩耗及び機械的衝撃と振
動の危険の低下の観点からは、コーテイング蒸着
中にウエーハを静止に保つことが非常によいであ
ろう。しかし、すでに見たように、これは通常蒸
着源とウエーハとの間に相対運動を設定すること
を要するから、適切な蒸着均一性及びステツプカ
バレージを得る必要性と両立しないものと考えら
れてきた。さらに、各ロードにつき多数のウエー
ハをコーテイングするバツチ又はロードロツク方
式に対比して、個々のウエーハを処理する方式に
おいて再現可能性及びコーテイング工程温度に対
しより大きい制御可能性を期待しうる根拠はなか
つた。 従つて本発明の目的は、従来可能であつたより
も高品質のコーテイングとしてウエーハを個々的
に迅速にコーテイングするために用いる基板を処
理する装置を提供することである。 本発明の関連した目的は、ステツプカバレー
ジ、均一性、対称性及び均質性、汚染レベル、デ
ブリ損害、及び再現可能性の総合的考察に関し優
秀な品質の金属層を蒸着させるために用いる基板
処理装置を提供することである。 同じく本発明の目的は、改良されたステツプカ
バレージ及び良好な均一性でウエーハを個々的に
迅速にコーテイングするための基板処理装置を提
供することである。 さらに他の目的は、ウエーハを個々的に加熱又
は冷却するための伝熱ステーシヨンを提供するこ
とである。 他の関連した目的は、ウエーハを個々的に金属
化するが、なお高速である改良ロードロツク装置
を提供することである。 さらに他の目的は、均一性及びステツプカバレ
ージを含めた強化された品質を伴なつて生産ライ
ン方式で半導体ウエーハを個々的に金属化する改
良ロードロツク装置を提供することである。 関連した目的は、或る一時における処理に基づ
く危険のあるウエーハの数を減少させたウエーハ
コーテイング装置を提供することである。 他の関連した目的は、個々のウエーハについて
同時に動作する多数の加工ステーシヨンを備え
た、一連の連続的方式でウエーハに個々的に金属
化又はその他の真空処理を施す装置を提供するこ
とである。 同じく関連した目的は、脱ガス負荷を減少さ
せ、コーテイングのためウエーハをロードロツク
装置へ導入することに起因する排気コーテイング
環境への乱れを最小化することである。 さらに他の本発明の目的は、デブリの発生と、
摩耗及び汚染分の取り込みによる損害の可能性と
を減少させることにより、ウエーハから続いて作
られるマイクロ回路デバイスの産生高を改善する
ことである。 さらに他の目的は、プラテン状のウエーハ支持
体を使用することなく種々の加工ステーシヨン間
での搬送、及び真空領域への出入を実行するロー
ドロツク型装置を提供することである。 同じく関連した本発明の目的は、上述にように
プラテン状ウエーハ支持体を使用せず、ローデイ
ング及びアンローデイングが或るウエーハについ
て行なわれている間他のものは処理されていいる
ロードロツク型装置を提供することである。 さらに他の関連した目的は、カセツトからのウ
エーハ自動取扱いと両立しうる上記のような装置
を提供することである。 同じく関連した目的はウエーハについて特にそ
の温度を全処理期間中を通じて改良制御する手段
を提供することである。 さらに他の目的は信頼性、保守及び使用の容易
さが改良されている生産ラインで使用する装置を
提供することである。 本発明の要説 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境内でウエーハを連続的に個々的に処理するた
め装置であつて、第１の壁部に第１の開口部とこ
れを閉鎖するドアとを有する真空チエンバと、こ
のチエンバの壁部に取付けられ、第１開口部から
離れたチエンバの少なくとも１個の処理部位を形
成する少なくとも１個のウエーハ処理手段と、第
１開口部と前記処理部位の間を動きうる前記チエ
ンバ内の可動支持手段とを含む装置によつて満た
される。この支持手段は少なくとも２個の開口を
備えていて、この開口を前記第１の開口部及び処
理部位とそれぞれ整合させうるようにする第１の
距離で隔てられている。支持手段の開口の各々は
ウエーハを釈放可能に且つ弾力的に把持するクリ
ツプ手段を取付けている。この開口はまたその開
口の１つがチエンバの第１開口部に整合したとき
支持手段開口を締切るためのチエンバ内の閉鎖手
段を含んでおり、この閉鎖手段とチエンバはその
間に小さいロードロツク容積を画成し、ウエーハ
をクリツプ手段にロード又はアンロードするため
チエンバドアが開けられた時支持手段開口を前記
閉鎖手段がチエンバから締切るものとする。この
ようにしてウエーハは制御された真空チエンバ内
の雰囲気を最小限しか乱さずに真空チエンバ内に
次々に連続して導入されることができ、ウエーハ
は他のウエーハのローデイング及びアンローデイ
ングが外部的ウエーハ支持手段を使わずにロード
ロツクでなされている間に処理部位で個々的に処
理される。もし外部的支持手段が存在したらロー
ドロツクとチエンバによつて除去されなければな
らないガス負荷が非常に増大し、同様に汚染分の
可能性も増大するであろう。さらに、ロードロツ
ク容積は単一ウエーハを入れるのに絶対に必要な
だけに最小化されているから、ロードロツク及び
チエンバについての吸気負荷の大きさも減少す
る。 １つの好適実施態様において、可動支持手段
は、自身の軸線周囲に回転するように取付けたデ
イスク状の移送プレートの形に設けることがで
き、種々のウエーハ処理ステーシヨンは前記軸線
の周りに対称的に配置される。スパツタリングス
テーシヨンのほか、このステーシヨンは加熱又は
冷却ステーシヨンであることもでき、例えば加熱
はクリツプ手段がウエーハをエツジで支えていて
その両面を処理できるからスパツタリング付着と
反対側のウエーハ面に適用することができる。ウ
エーハ移送プレートはウエーハ上にデブリが蓄積
するのをよりよく抑えるため好適に垂直面内で回
転する。完全にローデイングされたとき、本装置
は一時点で共に危険にあるウエーハの数をそのウ
エーハ移送プレートに取付けられているものだけ
に限定し、またいくつかの処理作業を同時に遂行
すること、例えば１つのウエーハのコーテイング
を他のウエーハの加熱及びさらに他のウエーハの
アンローデイング及びローデイングと同時に行な
うこと、を可能ならしめる。内部ウエーハクリツ
プ支持手段、薄いロードロツク、及びウエーハの
個々的処理の使用によつて、単純自動ローデイン
グを含めた容易なローデイング及びアンローデイ
ングが可能となる。１つの具体的態様において
は、垂直動作するブレード状昇降手段がウエーハ
をエツジによりチエンバ入口の直近の点まで上昇
させる。すると、チエンバのドアに付設してある
真空手段がウエーハの背面を捉え、これをドアが
閉じた時クリツプ手段に押し込むので、ロードロ
ツクのローデイングとその密封が同時になされ
る。コーテイングを施すべき多数ウエーハを含有
しているコンベア被動カセツトから真空処理チエ
ンバヘローデイングするための完全自動装置の詳
細は米国特許第4311427号「ウエーハ移送装置」
（米国出願番号第106342号、発明者G.L.コード、
R.H.シヨー及びM.A.ハツチンソン）に見出され
る。同様に、ウエーハを真空チエンバ内で弾力的
に支持する手段、及びウエーハをチエンバ内の前
記支持手段にローデイング及びアンローデイング
するのを助ける付設手段の詳細は米国特許第
4306731号「ウエーハ支持装置」（米国出願番号第
106179号。発明者R.H.シヨー）に見出される。 実施例の詳細な説明 第１図に示されるウエーハコーテイング装置
は、ほぼ円筒形の真空処理チエンバ１０を主とし
て含み、チエンバ１０は５つの加工ステーシヨン
を有する。加工ステーシヨンのうち１つはロード
ロツク装置１２から成り、もう１つはコーテイン
グステーシヨン１４から成る。チエンバ１０内部
にあるコーテイング装置の残る他の要素は、第２
図により詳細に見えることができる。ロードロツ
ク１２内部のウエーハ１５、さらにコーテイング
ステーシヨン１４におけるウエーハが示されてい
る。更なる要素として、圧力プレート１６、ウエ
ーハ支持体（キヤリヤ）プレート組立体１８及び
クリツプ組立体２０（第３図に最も良く示されて
いる）が含まれる。ウエーハは、クリツプ組立体
により、ウエーハ支持体プレート組立体１８の内
部に保持される。ドア組立体２２が、チエンバ１
０の入口開口部２３を密封し、且つ、今述べた要
素と協働してチエンバロードロツク装置１２を形
成する。ドア組立体２２は、処理チエンバ１０の
主要要素を完備する。カセツト式ロード／アンロ
ード組立体２４並びにチエンバ及びロードロツク
排気のための種々の付属真空ポンプ２５と共にこ
れらの要素は全て、キヤビネツト２６内にコンパ
クトに収容されている。 コーテイング装置は好適には、ロードロツク装
置１２及びコーテイングステーシヨン１４以外に
他の数個の加工ステーシヨンを含んでいる。詳し
く言えば、ウエーハ加熱ステーシヨン２８、補助
ステーシヨン２９及びウエーハ冷却ステーシヨン
１３０である。全ての加工ステーシヨンは、真空
チエンバ１０の中央軸線３６はら且つ互いに横方
向に等しく離間されている。ここでは５つのステ
ーシヨンが設けられているけども、より多数の又
はより少数のステーシヨンのどちらの設計をとつ
てもよい。さらに少なくとも２つの空気ラム３
０，３１が含まれ、それらは圧力プレート１６及
びウエーハ支持体プレート組立体１８をチエンバ
１０の正面壁３２に対して駆動する機能を有す
る。更に支持体プレート組立体１８を中央に取付
けている支持体プレート駆動体３５を含む。支持
体プレート組立体１８は、真空処理チエンバ１０
の中央軸線３６に関して回転するように、正面壁
３２とほぼ同径の円形である。 総説すれば、ウエーハが、個々に提供されてド
ア組立体２２によりロードロツク装置１２の中へ
ロードされ、ウエーハ支持体プレート１８内部に
入る。ウエーハは次に、加工ステーシヨンの各々
を順に通過する。そこでウエーハは、脱ガス及
び／又はスパツタ−エツチ清浄の完遂のために加
熱され、コーテイングされ、随意に第２層をコー
テイングされ、冷却され、そして再びドア組立体
２２によるウエーハ支持体プレート組立体１８か
らの除去のためにロードロツク装置１２へと戻
る。大まかに説明した上述のような装置は、回転
式のものであり多重ステーシヨンのものであるけ
れども、ロードロツク及びコーテイング工程は、
単一ステーシヨン若しくは２重ステーシヨン配置
又は無回転若しくはインライン配列のものにも同
様に適用しうる。 ここでウエーハの到着の観点から、より詳細に
本装置を説明する。ウエーハ１５がチエンバの排
気還境に進入するために通過しなければならない
ところのロードロツク装置１２は、非常に重要で
ある。第４〜６図が、ロードロツク１２の可動要
素の作動を評価するのに特に重要である。上で指
摘したように、ロードロツクは、処理チエンバの
正面壁に対して閉位置にあるチエンバドア組立体
と駆動された位置にある圧力プレートとの間にあ
る要素のサンドイツチ配列である。ロードロツク
は、ウエーハ支持体プレート組立体１８内部の円
形開口３７の周囲に作られ、円形開口３７はチエ
ンバの内部に位置されてロードロツク１２に付設
されたチエンバ入口２３のちようど内側になる。
支持体プレート組立体１８は、正面壁３２及び圧
力プレート１６にほぼ平行である。圧力プレート
１６はチエンバの内部で支持体プレート組立体１
８の後方に位置される。ウエーハ１５は、以下に
記す手段によつて、ロードロツク内部で支持体プ
レート組立体内部にロードされ支持される。或る
ウエーハ処理操作のためにチエンバ１０内部にも
たらされる制御された大気圧より低圧の環境は、
例えば、スパツターコーテイング操作のためにア
ルゴン又はその他の不活性ガスで20ミクロンまで
である。この排気された環境のために、ドア２２
が排気環境を維持するために開いているときはい
つでも、ロードロツク領域はチエンバ内部の他の
領域から密封されなければならない。圧力プレー
ト１６が、チエンバ内部からロードロツク領域を
分離させる機能を（以下に示すように、他の加工
ステーシヨンにおいても同時に数種の他の機能を
も）果す。処理チエンバの後方プレートに取り付
けられた空気ラム３０，３１が、圧力プレート１
６及び支持体プレート組立体１８を正面壁３２に
対して駆動する。特に空気ラム３０がロードロツ
ク装置１２に同心的に、圧力プレート１６へ適用
されて、ロードロツクの密封を達成する。圧力プ
レート１６及び正面壁３２がともに、チエンバ入
口２３に同心的な円形パターンに配置されたＯリ
ング３８を備え、ロードロツクを形成する要素の
サンドイツチ配列内の真空気密をもたらす。チエ
ンバ正面壁３２の外側表面に対して閉じた密封位
置にあり、且つ真空気密をもたらすため同心的Ｏ
リング３９を含むチエンバドア組立体２２が、外
側大気からチエンバ入口２３を密封することによ
りロードロツクを完全なものにする。第４及び６
図は、完全なロードロツクを示している。つま
り、圧力プレート１６は前方の前進した位置にあ
り、支持体プレート組立体１８をチエンバ正面壁
３２に対して加圧し、開口３７を密封する。又、
ドア２２は閉鎖されたチエンバ入口２３を密封し
て、開口３７についてロードロツクを形成する。
開口３７は、もはや１枚のウエーハを収容するの
に必要な寸法だけしかない。極めて薄く小さな体
積のロードロツクが、最小の要素をもつて画成さ
れ、その内部にウエーハ１５を収容するのに必要
な最小寸法である事が理解されるであろう。ロー
ドロツク装置の更に詳細な点については、上述の
米国特許第4311427号「ウエーハ搬送装置」を参
照されたい。第５図は、後退し休止位置にある圧
力プレート１６と、チエンバ内部の支持体プレー
ト組立体内部にすでに固着されたウエーハとを示
している。 この薄いロードロツク構成と協働するものは、
ウエーハ支持体プレート組立体１８であり、それ
はチエンバ１０内部の加工ステーシヨンの数及び
間隔に一致した例えば３７（第２図に最も良く図
示されている）のような複数の円形開口を含んで
いる。その開口３７はウエーハよりも大径であ
り、互いに等しく離間し、処理チエンバの中心軸
線から等しい半径方向にその中心をもつ。前述の
ように加工ステーシヨンも同様に離間されている
ので、ウエーハ支持体プレート組立体１８のどの
開口も処理チエンバのどの加工ステーシヨンとも
整合し、他の開口も各々同様に他の加工ステーシ
ヨンの対応するものに整合する。従つて、ウエー
ハが支持体プレート１８の開口の各々の内部に固
着されているならば、そのウエーハの各々は或る
加工ステーシヨンで個々に処理されることがで
き、同時に残る他のステーシヨンで他のウエーハ
がそれぞれ処理されうる。このようにして、１枚
のウエーハが或る特定のステーシヨンで個別に処
理され、しかもその同じ時間に他の数枚のウエー
ハが残る他の加工ステーシヨンで他の操作を受け
るこができる。詳しく言えば、１枚のウエーハが
ロードロツク１２でアンロード及び又はロードさ
れている間に、他のウエーハがコーテイングステ
ーシヨン１４でコーテイングされることができ、
一方では更に他のウエーハが加熱ステーシヨン２
８で加熱されることができる。支持体プレート駆
動体３５が断続的に作動して支持体プレート組立
体１８を１つのステーシヨン分の距離だけ移動さ
せる。それにより、連続的にウエーハの各々を反
時計回りで処理ステーシヨンの各々への順を追つ
て提供し、終には或るウエーハがアンロードされ
るためにロードロツクへと最終的に戻る。 ウエーハは、上述のように加工ステーシヨンか
ら加工ステーシヨンへと移送されるので、動き回
ることによる機械的な損傷又は摩損を避けるよう
に、且つ一般的に機械的なシヨツク、振動、摩擦
から保護されるようにようにウエーハが支持体プ
レート組立体１８内部に支持されるされることが
重要である。この目的のため、ウエーハ支持体開
口３７は、ウエーハ及び１組のクリツプ組立体２
０の両方がその開口の周囲内部に収容され且つ引
つ込んだ位置にあり支持体プレートに平行であり
うるような、径をもち、それによりウエーハを保
護する。１組の薄くエツジに沿つて作用するクリ
ツプ組立体も又、薄いロードロツク装置１２の形
成にとつて重要であり、ウエーハを支持体プレー
ト組立体１８内部の直立位置に弾力的にエツジに
沿つて支持する。エツジ作用クリツプ組立体の特
に都合の良い形態が第４図〜第８図に断面で示さ
れている。その詳細は、前述の米国特許第
4306731号「ウエーハ支持組立体」に開示されて
いる。４個のクリツプ組立体２０の１組が保持リ
ング４１内部に取り付けられ、保持リング４１
は、プレート開口３７の各々に同心的に、デイス
ク状円形ウエーハ支持体プレート４２へと着脱可
能に付設され、そして完全なウエーハ支持体プレ
ート組立体１８を形成する。この配列は、各円形
開口３７の周縁内部で離間した関係をもつて１組
のクリツプ組立体２０を取付けている。保持リン
グ４１は、Ｕ字形の断面を有し、その内方及び外
方周縁を画成するフランジ４６及び４７を有し
て、そしてクリツプ組立体２０がこれらのフラン
ジの内部に引つ込んでいる。４個のクリツプ組立
体が開口３７内部に用いられるのが好適であるけ
れども、３個又は４個以上のクリツプ組立体の使
用も可能である。しかし、４個の組の方が３個の
ものよりも大なる信頼性をもたらすと認められ
た。 第３図〜第８図のいずれにも示されているよう
に、クリツプ組立体２０は、ほぼ長方形の断面を
有するブロツク５０をそれぞれ含んでいる。ブロ
ツク５０は、ウエーハの電気的分離が望まれるス
パツターエツチなどの適用のために、絶縁物質で
作られていてよい。伸長したスプリングクリツプ
５３が、ブロツク５０の周りを包み込む方法で堅
く係合している。各クリツプ５３は、ブロツク５
０と反対側の端に、弧状フインガー部分又は先端
部５５を含んでいる。先端部５５は、ウエーハの
エツジをしつかり把持するのに適切な半径で湾曲
している。ブロツク５０から延びているのは、平
らな幹部５６であり、それはプレート開口３７で
定義される平面に緊密に近接して平行である平面
の内部に展在する。一方、枝部５７が、プレート
開口３７の平面に向かつて幹部５６から傾斜して
いる。このクリツプ組立体は、結果として、代表
的ウエーハ１５の径より幾分小さい径をもつ円形
パターン（ウエーハ支持プレート４２の内部に展
在する円形パターン）上に置かれた複数の弧状先
端部５５を形成する。 ロードロツク１２へのウエーハ挿入は、クリツ
プ組立体２０へウエーハのエツジ又は後面を単に
押し込むことにより手で達成される。しかしなが
らこの事は、先端部５５内部にウエーハを受け入
れるようクリツプをいくぶん押し広げるために、
枝部５７に対するウエーハエツジの摩擦を含む。
枝部とそのような摩擦接触なしにウエーハを挿入
するために、クリツプは最初に少し広げられなけ
ればならず、それからロードロツクへの挿入後ウ
エーハのエツジをじようずにつかむ。ウエーハ挿
入及びクリツプ拡張は手で操作されうるけれど
も、より好適にはそのような手操作、並びにそれ
に付帯する損傷、誤作及び汚染の一連の付加危険
を避けるべきである。チエンバドア組立体２２
は、その中心の軸方向に真空チヤツク６０を備
え、且つ周縁近傍には複数のクリツプ作動手段６
２を備えている。これらの要素は、ウエーハカセ
ツト式ロード／アンロード組立体２４とともに、
ロードロツク１２のための自動化されたウエーハ
のローデイング及びアンローデイング装置を形成
し、ロードロツク１２はウエーハの全ての手動操
作を排し、ローデイング処理を自動化する。 第１図及び第３図に見られるように、チエンバ
ドア組立体２２は、鉛直軸を有する高荷重ヒンジ
６３によりチエンバ１０の正面壁３２に付設され
て、第３図に示されるような完全に開いた位置に
まで在来の方法で開閉される。その完全に開いた
位置においては、ドア及びその内側面６４は鉛直
であり、支持体プレート組立体１８及びチエンバ
入口２３の表面に垂直である。真空チヤツク６０
は、軸方向に伸びてドアを中心で貫いているの
で、その作動端はドアの内側面６４の一部を形成
している。真空チヤツク６０は、ドアの内側面の
ところで鉛直に設置されたウエーハと係合し、ド
アが閉じるにつれ、真空吸引によりウエーハを保
持する。第４図に見られるように、真空チヤツク
はドアの内側面から軸方向に伸長して、ウエーハ
をクリツプ組立体２０との係合へと進める。そこ
で真空チヤツクは後退し、ウエーハ１５はクリツ
プ組立体によりチエンバ内に保持され、処理を受
け、支持体プレート組立体１８の回転により順を
追つて種々な加工ステーシヨンへと移動される。
この好適実施例においては、ドアの内側面６４へ
のウエーハの鉛直提供は、以下に詳述するような
ロード／アンロード組立体２４により達成され
る。 ロードロツク装置、ウエーハ支持体プレート組
立体１８及びドア組立体２２は、鉛直方向に限定
される必要はないことに注意すべきである。しか
しながら、ウエーハの表面上に定着するデブリの
如何なる可能性も除去するためには、それが好適
である。全ての加工ステーシヨンと同様に、本発
明のクリツプ組立体、支持プレート及びロードロ
ツク装置は、もし水平方向であつても等しく良好
に機能する。事実、鉛直方向のウエーハカセツト
のためのロード／アンロード組立体２４は鉛直操
作のために意図されているけれども、ドア組立体
２２を、鉛直方向でウエーハを受け取り水平平面
内のロードロツクへウエーハをロードする方式に
するのは、在来のチエンバ壁に取付ける方法に適
当に修正を加えることにより、至つて容易にでき
る。 前に述べたように、クリツプの角度づけられた
枝部５７に対してウエーハを単に押すことによる
ロードロツク内部のクリツプ組立体２０へとウエ
ーハをロードすることを避けるのが好適である。
摩擦接触なしにウエーハを挿入するために、クリ
ツプは最初に少し拡張されねばならず、その後ロ
ードロツクへとウエーハの挿入をしてウエーハの
エツジをしつかりとつかむようにする。この事
は、ウエーハが真空チヤツク６０により挿入され
る時に、前述のようにドア内部に取付けられた４
個のクリツプ作動手段６２によつて達成される。
ドアが閉位置にある時にクリツプ組立体２０の対
応するものを調整するように、各クリツプ作動手
段６２が取付けられる。第２図の下方に詳しく示
されているクリツプ作動手段６２の各々は、エア
シリンダ６５及び接触ピン６６を含んでいる。接
触ピン６６は、シリンダー６５により推進され
て、軸方向内部及び外部へと移動する。ピン６６
はそれぞれ、ドアが閉位置にあるときに、クリツ
プの幹部５６の１つを調整する。ドア２２が閉じ
ると、ピン６６はウエーハの挿入に先き立ち伸長
する。或いは、ウエーハが取り外されるべき時に
もピン６６は伸長する。ピン６６のそれに面した
クリツプの幹部５６に対する圧力は、クリツプを
圧し、先端部５５を後方及び外方に振れさせ、そ
れにより、クリツプを開放し、摩擦接触なしのウ
エーハの挿入又は除去を容易にする。 ウエーハ処理の完遂の後ウエーハのアンローデ
イングの際には、これらの操作は順序が逆にな
る。真空チヤツク６０が再び伸長し、ウエーハの
背面に真空を適用してウエーハと係合し、そし
て、クリツプ作動手段が再びクリツプを解放する
ように働く。ドアが開き、真空チヤツク６０は真
空吸引によりドアの内側面上にウエーハを保持し
て、ウエーハはロード／アンロード組立体２４に
よりアンロードされる。 ドアが完全に開いた位置にある時には、ドア組
立体２２はロードロツク装置１２への挿入のため
のウエーハを受容するよう保たれる。一方ドアが
開いていくときには、ロードロツク１２から仕上
げられたウエーハを運搬し、その後、ウエーハは
真空チヤツクからアンロードされる。ウエーハを
ローデイングのためにドア組立体２２へ提供する
機能、又はアンローデイングのためにドア組立体
２２から処理済ウエーハを除去するための機能
は、カセツト式ロード／アンロード組立体２４に
よつて果される。ロード／アンロード組立体２４
は、ウエーハ昇降組立体６８及びウエーハカセツ
ト搬送組立体６９を含む。チエンバ入口２３の下
方両側に延在し、チエンバの壁３２に付設されて
いる（第３図参照）のが搬送組立体である。搬送
組立体６９は、第１図に示されるごとく右から左
へとウエーハのカセツト７０を移動させる。協働
するウエーハ昇降組立体６８は、カセツトからド
ア組立体２２の内側面６４内部の真空チヤツクの
操作端へと、或いは処理完遂後にはドアからカセ
ツトへとウエーハを個別にに昇降させる。 搬送組立体６９は、ウエーハ処理チエンバ１０
の正面を横切つて水平縦軸方向に延在する離間し
た１組の平行レール７２，７３を含む。そのレー
ルはカセツト７０を支持し搬送する。カセツトの
側壁がレールをまたぎ、搬送組立体を通過するレ
ールに沿つてカセツトが摺動的に移動できるよう
に、レール７２と７３の間隔が決められる。カセ
ツト移動のための動力は、チエーン駆動手段７５
によりもたらされる。チエーン駆動手段７５は、
ローラーチエーンをレール７２の側に沿つて移動
させる種々なガイド及びギア配列を含む。チエー
ンには、案内ピン７６が一定間隔で設けられてい
る。案内ピン７６は、レール７２に隣接したカセ
ツト壁７７の底部の整合切欠に係合する。したが
つてカセツトは、昇降組立体６８に向けて又は遠
ざかりチエーンと同じ速度で移動される。ステツ
パーモータ手段８０が、チエーン手段７５のため
の駆動動力源として設けられ、カセツト移動に正
確な制御をもたらす。それによりカセツト内部の
各々のどのウエーハも、ウエーハ昇降組立体６８
との相互作用のための位置にされ得る。在来の記
憶手段が、ステツパーモータ手段８０及びウエー
ハ昇降組立体６８に結合されて、カセツト内部の
各々のウエーハの位置決めを記憶する。従つて、
処理チエンバ１０の中には更に数枚のウエーハが
ロードされることができ、それに応じてカセツト
は最初のウエーハがロードされてから数個の位置
だけ前進するようにできるけれども、仕上げられ
た最初のウエーハが出てくる際には、ステツパー
モータを必要な数のステツプだけ反転させて、仕
上げられたウエーハを元の位置に戻し、次にロー
デイング機能を続行するために再び前進した位置
をとるようにしてもよい。 カセツト７０は、離間、対面、整合且つ平行な
関係にした複数のウエーハを支持する。カセツト
７０は、その底の大部分と頂部とがあいていて、
ウエーハの上下に通路がある。溝、ステツプ及び
その他のマイクロ回路成分を形成した特徴と備え
たウエーハの正面が、開いたドア２２の内側面６
４に面せず、ウエーハの背面がドア組立体に向か
つて面するように、ウエーハはロードされなけれ
ばならない。この事は、真空チヤツク６０がウエ
ーハと係合するときに、デリケートなマイクロ回
路を含むウエーハの正面との接触がないことを保
証する。又処理チエンバ１０内部の処理装置に関
して正規に方向づけられるように、ロードロツク
１２への挿入にあたりウエーハが正規の位置にあ
ることを保証する。 ウエーハ昇降組立体６８は、チエンバ入口２３
の下方左側に位置され（第３図参照）、上方案内
プレート８２、ブレード状昇降部材８３及びブレ
ード状部材８３の下方端に連結した作動シリンダ
８４を含んでいる。ブレード状昇降部材８３は、
レール７２と７３との間で搬送組立体６９と直角
をなして、ドア２２の内側面６４へ向けての上下
移動のために案内されている。開位置にあるドア
の内側面の直下で案内プレート８２内にある案内
スロツト８５が、ブレード８３の上方での案内を
もたらし、他方、搬送組立体から下方に作動シリ
ンダへ向けて伸長した鉛直案内部材８６が鉛直路
においてブレード８３の保持を助ける。ブレード
８３の幅は、レール７２と７３との間隔よりも小
さく、同様にレール７２及び７３をまたぐカセツ
ト７０の主要壁間の間隔よりも小さい。ブレード
８３は又、カセツト７０に保持された隣接ウエー
ハ間の距離よりも薄い。 ブレード状部材８３には更に、ウエーハのカー
ブに整合するように形状づけられた弧状上方端８
７が設けられ、この弧状端には、ウエーハの厚み
に整合しそのエツジを保持するための溝が設けら
れている。故に昇降ブレード状部材８３は、案内
レール７２と７３との間を通過し、搬送組立体及
びカセツトと直角に交差し、そしてステツパーモ
ータ手段８０及びチエーン駆動手段７５がカセツ
ト及びウエーハをブレードの通路上に設定する。
図からわかるように、カセツトは、下方からウエ
ーハへの入路があり、昇降ブレード８３が完全に
カセツトを通過できるように、作られている。従
つて、ステツパーモータ手段８０及びチエーン手
段７５が、カセツト及びウエーハをブレードの通
路上に設定すると、ブレード８３が搬送レールの
間を上方に移動してその上方端８７の溝の内部で
ウエーハと下方から係合し、そして開位置にある
チエンバドア２２の内側面６４にごく接近し同心
的な設定の位置にまでウエーハを上方にもち上げ
る。ウエーハは鉛直方向なので、ブレードの溝を
つけられた端８７内にしつかりと、しかし穏やか
で固定的にウエーハを保持することを重力が助け
る。デリケートなマイクロ回路が形成されている
ウエーハのデリケートな正面との接触が、ウエー
ハが水平方向にある時の典型的な自動化操作の場
合でない限り、実質上完全に避けられる。それに
よりウエーハへの損傷又は摩擦の危険が非常に減
少される。 ウエーハがドア２２のところに到着すると、真
空チヤツク６０の吸着によりウエーハとその背面
で係合し、そして昇降ブレード８３が案内スロツ
ト８５及びカセツトを通過して搬送組立体６９の
下方の点まで下降する。次にドア２２がチヤツク
６０により保持されたウエーハとともに閉じて、
それにより、そのウエーハはロードロツク装置１
２の中へロードされ、チエンバ入口２３がチエン
バ１０内部の処理のために上述のようにすみやか
に密封される。ウエーハ１５に対する処理の完遂
に先き立ち、更に別のウエーハが支持体プレート
１８の開口３７の他のものにロードされてもよ
く、その場合には、ステツパーモータ及びチエー
ン駆動は、ウエーハ位置１つ分だけカセツトをス
テツプさせ、次のウエーハを真にブレード８３上
の位置に移動させる。そこでブレード８３が上昇
して、次のこのウエーハを開いたドアまで上方に
移動させる動作をくり返し、真空チヤツクは再び
ロードロツクへの挿入のためにこのウエーハと係
合する。一方、各ステーシヨンを順に回転するこ
とによる元のウエーハ１５に対する処理が完了す
ると、そのウエーハは再びロードロツク１２にや
つてくる。そして真空チヤツク６０は、ドアが未
だ閉位置にある時に、ウエーハの背面へと再び伸
長し、同時にクリツプ作動手段６２がクリツプを
弱めさせ、ウエーハからクリツプを離脱させて、
チヤツク６０によるウエーハの除去を可能にす
る。ドアが開かれるとウエーハは、再びブレード
８３の通路上に位置される。他方、ステツパーモ
ータ手段８０及びチエーン手段７５がカセツトを
後退させて、ウエーハ１５の元の位置はブレード
通路上に存置されるようにする。次にブレード８
３が、搬送レール７２，７３及びスロツト８５を
通過して上方に上昇し、ウエーハ１５の下方エツ
ジに係合する。そしてチヤツク６０がウエーハを
釈放して、ブレード８３はウエーハをカセツト内
部の元の位置へと下降させ戻すことができる。カ
セツトは次に、順次に処理されるべき次のウエー
ハの位置まで前進される。 昇降組立体６９による個々のウエーハの上昇及
びロードロツクへのローデイングに先き立ち、ウ
エーハの標準方向づけを保証する事が望まれ、そ
のため各ウエーハの弦を横切る通常の案内フラツ
ト部９１がカセツトの下方に整列する事が望まし
い。このようにすると、ウエーハの各々が、チエ
ンバ内部の処理装置に関して同一位置を示すこと
が保証される。更に、その案内フラツトが特定の
予め定められた位置にある事を確認するというこ
とは、支持体プレート組立体１８内部のクリツプ
組立体２０が正常に機能し、且つ円形のエツジ部
分の代わりにはからずもウエーハのフラツト部と
係合する事はないということを保証する。そのよ
うな標準方向を保証するために、対向する１組の
ローラ９０が設けられ、それらはレール７２と７
３に沿つてその間に縦方向に延在し、ローラの軸
線はともにレールに平行になつている。そのロー
ラ９０は、昇降組立体６８の位置の直前のカセツ
トの通路に位置され、それにより、ウエーハの方
向づけは、昇降組立体への到着に先き立つて完遂
される。カセツトがローラ上を通過するとき、そ
れらローラは上昇され、互いに反対方向に（一は
時計方向、他は反時計方向というように）連続的
に駆動され、且つウエーハの円形エツジに軽く接
触する。動くローラ９０との接触が、カセツト内
部のウエーハを回転させる効果を有し、終には各
ウエーハの案内フラツト部９１は動くローラと接
する位置に落着く。ローラとの接触が減少し、ウ
エーハが全て、その案内フラツト部が下方に面し
て整合する位置になると、ローラ９０は下方に引
つ込む。 上述したように、ドア２２が開位置にあるとき
にはいくつでも、チエンバの排気された内部環境
を大気圧から防護するために、圧力プレート１６
が支持体プレート１８及び正面壁３２に対してて
駆動される。圧力プレートとウエーハ支持体プレ
ートとの位置関係を第４図及び第５図に詳細に示
している。第４図は、ロードロツク装置１２を形
成する要素の前述のサンドイツチ配列を示してい
る。第５図は、圧力プレートが引つ込んだ位置に
あるときのそれらの位置関係を示している。また
第４図は、クリツプを拡げた後ウエーハがクリツ
プ組立体２０へ挿入され、クリツプ作動手段６２
の接触ピン６６が少しだけ伸長している時の、真
空チヤツク６０の伸長した位置を示している。一
方第５図においては、クリツプ作動手段の接触ピ
ンが引つ込み、同じ真空チヤツクも引つ込んでい
て、ウエーハは今やウエーハ支持体プレート組立
体１８内に固着的に取付けられている。圧力プレ
ート１６が後退すると、ウエーハは引き続く処理
ステーシヨンへ回転される準備が整う。第６図に
おいて、真空チヤツクは後退した位置にあるけれ
ども、その真空吸引は作動していて、ウエーハは
チエンバドア２２の内側面６４に対する位置に示
されている。これは、もちろん、ウエーハのロー
ドロツクからの除去に先立ち、ウエーハがクリツ
プ組立体２０から引き出された直後の、ロードロ
ツクの要素及びウエーハの位置を示している。そ
れは又、ドアが閉じられた直後の、真空チヤツク
がウエーハが支持組立体の開口内部の位置へとウ
エーハを未だ前進させていないときの、それらの
要素の位置を示しているとも言える。クリツプ内
部にウエーハを収容させるためにクリツプを拡げ
るように押す事に先立ち、クリツプ作動手段の接
触ピンがクリツプに接しているところが示されて
いる。 ウエーハ１５のロードロツクへのローデイング
が完了すると、ロードロツクは荒く排気されて、
１分以内の継続する周期の間に、或るレベルにま
で下がる。そのレベルはチエンバよりも低く排気
された良好な程度であり、第５図に示されるよう
に圧力プレートが後退した時にチエンバ環境を感
知できる程には妨害はしない。そしてウエーハ１
５は、次の加工ステーシヨンへと回転する。ロー
ドロツクの排気はこのように短い時間で効果的に
なされうる。その理由は、ロードロツクはチエン
バに比して容積が小さい（ウエーハ自身を包含す
るのに必要欠くべからざるものだけ）ことにあ
る。短い時間でロードロツクが排気される理由と
して更に次の事がある。つまり、ロードロツク領
域の外部からもたらされる付属支持装置を使用せ
ず、又チエンバ内部でウエーハを支持するクリツ
プ組立体の面積は、いずれにしてもウエーハに比
べて小さいので、ロードロツク内に導入される脱
ガス負荷は必要欠くでからずウエーハ表面自身だ
けである事である。この事は、プラテンその他の
外部からの支持物がロードロツク内に導入される
ところの従来技術装置の状態と対比されるべきで
ある。このような支持物は、ガス吸気負荷に非常
に大きく寄与してしまう十分な面積を有する。も
ちろん、外部から導入されるそのような支持物が
ないことは、汚染の危険を低下させるのに著しく
寄与する。本発明においては、大気（又は、より
好適には乾燥した窒素で包まれたローデイング環
境）に曝されたロードロツク領域の圧力プレート
部分は、ウエーハとともには回転せず、他の加工
ステーシヨンから離れているローデイングステー
シヨン位置にそのまま残り、更に蒸着中にはチエ
ンバ環境から密封される。 ウエーハがロードロツクステーシヨン１２へロ
ードされ及び／又はアンロードされている間、圧
力プレート１６は第４図のようなその作動的前進
位置にあり、それにより、支持体プレート組立体
１８がチエンバの正面壁３２に対して押しつけら
れ、圧力プレートは同時に他のステーシヨンにあ
るウエーハを押圧して、それらのステーシヨンに
おける処理装置に接触又は接近させてウエーハを
加工状態にする。例えば、ロードロツクステーシ
ヨン１２の次のステーシヨンであるウエーハ加熱
ステーシヨン２８において、ウエーハの脱ガスを
促進するためにウエーハ加熱手段が設けられる。
第７図に示されるウエーハ加熱手段９２は、ウエ
ーハよりもいくらか小径の円筒形支持部材９３か
ら成り、加熱素子９４として例えばセラミツクデ
イスクを含んでいる。セラミツクデイスクの中に
は抵抗線が埋設されて、セラミツクデイスクの表
面は、制御可能に加熱されその平坦表面にわたつ
てほぼ一様な温度にされる。ウエーハ加熱手段９
２は、処理チエンバの正面壁３２上に取付けられ
そこの密封された開口内にあつて、その要素の加
熱表面はチエンバ正面壁３２の平面からわずかに
突き出ている。圧力プレート１６が弛緩状態にあ
るときは、チエンバの正面壁に対する圧力プレー
トの位置は十分に間隔があり、加熱表面は支持体
プレート又はその内部のウエーハに接近していな
い。しかしながら、圧力プレート１６が作動的前
進位置にあるきは、ウエーハ支持体プレート４２
はチエンバの正面壁３２に対して加圧され、それ
により、加熱表面と加熱ステーシヨンに設定され
たウエーハとの間隔は非常に接近する。しかし第
７図に見られるように、加熱表面に接触する程近
づくわけではない。 真空環境においては、伝熱の主要機構は輻射に
よるものである。半導体デバイス製造において広
く用いられるＰ−ドープシリコンウエーハは、赤
外線放射に対して真に透過的である。その結果と
して、本発明の装置において要求される短い脱ガ
ス周期の間にウエーハ脱ガス速度の増大を促進さ
せるのに効果を示すためには、ウエーハの温度上
昇率は低すぎる。そこでウエーハがウエーハ加熱
ステーシヨン２８にあるときは停留していること
から、ガス伝熱を利用することにより加熱素子９
４からウエーハ１５への熱の移送率を増大させる
事が都合よい。この事は、スパツター蒸着源の操
作のため使用されるアルゴンガスの微量を、第７
図に示された中央パイプ１１４を通して直接に加
熱素子９４とウエーハ１５との間に空間に導入す
ることにより達成される。アルゴン原子が温度の
高い表面と低い表面とに交互に衝突することの結
果として、伝熱が遂行される。伝熱の所望の高率
を達成するために、アルゴンを約100から1000ミ
クロンの範囲内の圧力で、加熱ステーシヨン２８
へ導入する事が必要である。その圧力は、約10ミ
クロンである主チエンバ内の正規のアルゴン圧力
よりも１次から２次のオーダで大きい。 ウエーハ加熱部材９２は受板９８をも含み、円
筒形支持部材９３が受板９８に付設されている。
受板９８とチエンバ正面壁３２との真空気密がＯ
リング１１５によつてもたらされる。加熱素子９
４内で発生された熱の結果として生ずる過熱によ
るＯリング１１５の真空気密性の劣化を避けるた
めに、受板９８を通過して出入りするコンジツト
９６及び９７が設けられ、冷却剤を受板に流入及
び流出するようにして、Ｏリング１１５の気密状
態を維持することができる。 或る応用例においては、当業者によく知られた
方法を用いる無線周波スパツターエツチングの手
段により、加熱ステーシヨンでウエーハを加熱及
び冷却をすることが望まれるであろう。本発明の
装置において要する短周期の時間内で無線周波ス
パツターエツチ操作を演ずると、要求される無線
周波電力の適用はウエーハ温度を不必要な又は受
容できないレベルにまで上昇させるかも知れな
い。この問題は、再びガス伝熱の使用を通して軽
減されるであろう。この時は、ウエーハから冷却
されたヒートシンクへと熱の移送がある。 第８図に示された適切なウエーハ冷却手段１１
８が、受板１２０に取付けられた円筒形のヒート
シンク部材１１９から成つている。受板１２０と
チエンバ正面壁３２との間の真空気密が、Ｏリン
グ１２１によりもたらされる。ヒートシンク１１
９の温度を適切な低い値に維持するために、受板
１２０を通過してヒートシンク１１９に出入りす
るコンジツト１２８及び１２９が設けられて、冷
却剤をヒートシンク１１９に流入及び流出させる
ようにする。それによつて、ヒートシンク１１９
の温度を所望のレベルに維持することができる。
ヒートシンク部材１１９は、圧力プレート１６が
作動的前進位置にあるときにウエーハ１５に緊密
に接近し接触はしない平坦な表面１２５を有して
いる。第８図に示されるように中央パイプ１２６
が設けられて、スパツター蒸着源の操作のために
使用されるアルゴンガスの微量を、ヒートシンク
１１９とウエーハ１５との間に空間に直接に導入
させることができる。アルゴンガスのそのような
導入は、ウエーハ１５からヒートシンク１１９へ
の伝熱率を増大させることにより、冷却率を増大
する。この事は、第７図に関達して前に述べたよ
うな加熱ステーシヨン２８の場合における、加熱
素子９４からウエーハ１５への伝熱の率が増大さ
れたことと同様である。 ウエーハが前進される次のステーシヨンは、コ
ーテイングステーシヨン１４であり、それはチエ
ンバの背面（又は後方）プレート９９に取付けら
れている（第９図）。圧力プレート１６内部に円
形の開口１０１が設けられて、支持体プレート組
立体１８によりコーテイングステーシヨンへと進
められてきたウエーハのスパツタリング源による
コーテイングがその開口１０１を通して可能にな
る。シヤツター１０２が設けられて、支持体プレ
ート組立体の回転中ウエーハがコーテイングステ
ーシヨンに存置されているときに、コーテイング
材料がブロツクされうる。第９図は、コーテイン
グステーシヨン１４における要素の関係をより詳
細に示している。第９図の配置が示しているの
は、チエンバの正面壁３２に対してウエーハ支持
体プレート１８を押しつけるための作動的前進位
置にある圧力プレートによる移動に先立つた配置
における要素であるという事に注意すべきであ
る。したがつてコーテイング中のウエーハの位置
は、第９図で示された休止位置よりも正面壁に接
近し、ウエーハ１５はスパツタリング源１００に
関して同心的に固定された安定な静止状態に保持
される。 ウエーハのエツジによりスパツタリングをする
仕方、及び個々にチエンバをコーテイングする仕
方の大きな利益は、今や明らかである。金属コー
テイングがウエーハの正面壁に蒸着されることで
スパツタリング工程が、更にそのウエーハを加熱
さ、従つて最も悪いときにそのウエーハの脱ガス
を増加させることは公知である。しかし、スパツ
タリング源１００と結果として迅速なコーテイン
グ蒸着率（ほぼ毎分当り10000オングストローム）
を有するウエーハとの間の密な連結、低水準の汚
染（たとえば、外部ウエーハ支持物がないため、
そして脱ガスの生成物をウエーハ正面の直前の環
境に加えるいかなる隣接したウエーハがないた
め）、そして後方脱ガスの生成物がスパツタリン
グ源を取り囲むシールド構造物上におそらくほと
んど突きあたるだろうという事、これらすべての
寄与が、従来の形状と比較してウエーハの正面上
への終了する脱ガスのために汚染の集中を非常に
低下させる。初期のバツチ式及び他のロードロツ
ク装置においては、相互に隣接した多数のウエー
ハが、プラテン上に支持されるのであろうし、
個々のシールドに対して許されるスパツタ源から
ウエーハへの幾何学的な面での利点を有すること
はないであろう。そのシールドとは、汚染生成物
とコーテイング材料とが、ここで示された形状の
ようにウエーハ表面上においてよりもむしろ優先
的に結合することである。 更に他の利益は、個々のウエーハの金属化が鉛
直方向のウエーハによつて遂行されること、そし
て更にその金属化がおこなわれてもウエーハは静
止しているということから生じる。いかなるデブ
リ、又は特別な成分が本装置にあらわれたとして
も、鉛直になつたウエーハ表面上にこのような成
分の到着する機会は、ウエーハが水平方向に向い
ている場合と比較して非常に減少することは明ら
かである。金属化の間に、チエンバ内のすべての
運動が休止することは、機械的運動、衝撃又は振
動があらわれないということである。この運動、
衝撃又は振動は、例えば浮遊する金属材料をウエ
ーハ支持構造物、シールド及び他のような表面か
ら移動させることによりデブリ発生を増進させる
傾向をもつものである。加えて、本装置において
は、シールド、その他の構造物上に生成したこの
ような浮遊によるコーテイング上の応力は、繰り
返して空気に露曝されることがないこと、処理期
間中に運動を止めさせる必要性により機械的ひず
みを減らすこと、さらに装置のいろいろな部分を
動かさないことにより減少させられる。ウエーハ
を持するクリツプ組立体の非常に小さな構造物
は、通常の動作中に空気に自らでさえも露曝しな
い。なぜならば、ロードロツクは、水蒸気−支承
用空気ではなく、乾燥した窒素ガスの環境の中で
も通常に作動されるからである。 密接に連結したウエーハとスパツタリング源と
の関係、及びその静止の特色は、付着された膜の
所望の特徴及び均一性に対して付加的ではあるが
都合のよいものを含んでいる。ウエーハ表面上の
ある点での付着の局在率は、半径位置及びウエー
ハ表面の地形状、つまり、その付着の位置の表面
が平らかどうか、又はステツプ若しくは溝の側壁
若しくは底部、又は側壁の内側若しくは外側に向
くことに依存する。このことについては、以下で
更に記述する。ウエーハがスパツタリング源に関
して静止状態にあるから、各点での蒸着が、蒸着
物全体にわたつて、時間的に変化する割合で進め
られるのではなく、一定の割合で進められる（蒸
着源に一定の出力を印加すると仮定している）。
従つて、いろいろな点での蒸着の厚さ及び表面の
地形状は、同心的に設置された蒸着源及びウエー
ハは通る共通軸のまわりで径方向に対称となる。 更に、前述で暗示したように、コーテイングの
中に取り込まれた汚染の水準が、汚染バツクグラ
ンド・ガス（酸素のようなガス）の分子及びスパ
ツタコーテイング材料（アルミニウムのような材
料）の原子のウエーハ表面での相対的な到着率に
依存する。汚染バツクグランドガスの分圧が一定
の割合で蒸着している間に一定して残つているな
らばコーテイングの中に取り込まれた局所的汚染
水準は、蒸着された膜の厚さ全体にわたつて均一
となる。 対照的に、このような状況は、蒸着源に関する
ウエーハの運動より蒸着期間の間に時間と共に変
化する蒸着率となる従来技術によるロードロツク
装置においては得られなかつた。このようなウエ
ーハの運動は、膜成長期間中にコーテイングの中
に取り込まれた汚染水準を不均一にし、逆にウエ
ーハから良い半導体の産出に影響をおよぼす。ウ
エーハが何度も蒸着源を通過させられる従来技術
による装置の場合に、金属膜は層状に蒸着され、
望んでいない層状になつた汚染水準に順に至つて
しまう。 ここで、第９図に示されたスパツタリング源１
００の詳論に戻ると、そこでの放出端がリング形
状ターゲツト１１２を含んでいることがわかるで
あろう。そのターゲツトは第９図では破線にして
略示的に示されているが、第１０図では略示化さ
れた断面図の中より詳しく示されている。このよ
うなスパツタリング源の一例が、1978年７月11日
発行の米国特許第4100055号にR.M.レイニーによ
る“スパツタリング装置に対するターゲツト形
状”の中に詳細に開示されている。このようなス
パツタリング源がまた、発録商標“Ｓ―Gun”の
下でバリアン・アソシエイツ・インコーポレイテ
ツドにより製造され、商業化されている。このよ
うなスパツタコーテイング源が磁気的に閉じ込め
られたガス吐出利用され、またアルゴンガスの大
気圧以下の内部ガス環境も必要とされている。リ
ング形状ターゲツトを含む他のスパツタリング源
はまた、例えば平面型マグネトロン源として使用
することもできる。 ガス吐出からの正電荷イオンはＳ―Gunターゲ
ツト１１２に衝突する。そのイオンは、望み通り
蒸着されるコーテイング用のスパツタリング源の
材料、たとえばアルミニウムから作られる。従つ
て、その給源の材料は、その給源から外に向つ
て、ターゲツトからスパツタリングをおこされ
る。そのスパツターコーテイング処理は、、真空
チエンバ１０の大気圧以下で制御された環境の下
でおけなわれる。その中での主要なガスは、通常
ではアルゴンであつて、ガス吐出を助けるために
非常に低圧にして故意に導入されている。そのガ
ス吐出を助けるために必要なアルゴン圧は、ほぼ
２〜20ミクロンの範囲であり、以下で記述するよ
うにコーテイングの品質に影響を与えることがわ
かつた。このような吐出を助けるのに必要なアル
ゴンが、いろいろなウエーハ処理ステーシヨンに
故意に導入されたアルゴンから都合よく移ること
が知られている。このことについて、以下でウエ
ーハ加熱ステーシヨン２８及びウエーハ冷却手段
１１８と関連して記述する。 第９及び第１０図からわかるように、スパツタ
リング源１００は、内径及び外径を有し、それら
を連結した形状であつて、平均して約30度だけ内
側にほぼ倒立した円錐形状を有するリング形状給
源としてもよい。実際上、ターゲツト１１２の形
状がターゲツトの寿命にわたつて侵食されるだろ
うから“円錐”という言葉は近似的に表わしたも
のとわかるであろう。第１０図では、典型的な新
しいターゲツトの形状とターゲツトの寿命の終り
まで同じターゲツトの形状の両方が重ね合せに図
示されている。さらに、多くのいろいろな形状が
可能である。例えば、上に記載した米国特許第
4100055号を参照。更に、例えば平面型マグネト
ロンのようないくつかの有用なリング形状給源
は、このようなほぼ円錐形状ではない。 このような侵食にかかわらず、ターゲツト１１
２から発する重要な微量の材料は、依然として給
源の軸線に向つて内側に方向付けされている。加
えて、外に向くことになるターゲツトのより侵食
された底部からのいくつかの材料は、実際に侵食
された側壁によつてさえぎられるだろう。その側
壁では、大体内側に向つて再スパツタリングがお
こるかもしれない。従つて、ターゲツトの侵食が
あつたとしても、スパツタリング１００は、リン
グ形状給源と同様に作動すると特性化させられる
し、有効にほぼ倒立した円錐形状となりうる。ほ
ぼ倒立した円錐形状がプレーナの形状よりも、給
源からスパツタされた材料をより効率よく利用で
きるようになると信じられる。このことは、スパ
ツタされた材料の水部分が、シールド上に無用に
蒸着されるかわりにウエーハ上に蒸着された大部
分から成る円錐の形状のため、ほぼ内側に向けら
れるためだと信じられる。 第９図でわかるように、ウエーハ１５は、前述
したようにコーテイングの間に給源１００に関し
て同心で静止的に固定され且つ平行な関係に保た
れている。そのウエーハは、クリツプ組立体２０
によつて比較的薄いウエーハ支持体プレート組立
体１８の内に弾力的に支持されている。このよう
な関係は、第１０図の略示的図でより分解的に示
されている。この図は、有効給源ターゲツト−ウ
エーハ間隔Ｘ、コーテイングされたウエーハにそ
つてその中心から測つて半径位置ｒを定義するの
に役立てるものである。これらの量を定義する
際、給源PSの有効平面を同一のものとみることが
有益である。この有効平面は、基準平面となるも
のであつて、この基準平面とは、ターゲツトの寿
命の終りまでにこの基準平面の上下における侵食
された材料の量が等しくなるような平面基準であ
る。また、有効給源直径DSを定義することも有
益である。この有効給源直径は、ターゲツトの寿
命の終りまでに、その直径の外側で侵食された材
料の量がその直径の内側で侵食されたその量と等
しくなるような直径である。従つて、Ｘは、解析
的に言うと、ウエーハと平面PSとの間の距離であ
る。商業的に役に立つような典型的なスパツタリ
ング源１００を、第１０図で示されているよう
に、実際的に、ターゲツトの外直径及び内直径を
それぞれ5.15インチ（13.1cm）及び2.12インチ
（5.4cm）とし、ターゲツトの高さを0.88インチ
（2.24cm）とすることができる。従つて、図に示
された侵食パターンに対しては、その有効給源直
径は、商業的な給源に対して約4.6インチ（11.7
cm）である。同様に、給源の有効平面PSが侵食さ
れていないターゲツトの頂端の下方に約0.5イン
チ（1.27cm）の所にあることがわかるであろう。 意外にも、非常に良いプレートの均一性及びよ
り優れたステツプカバレージを有した半導体のプ
レーナが可能であるけれども、蒸着期間中に給源
１００に関して図示されているように静止的にウ
エーハを保ち続けること、そしてこのようなコー
テイングが、特定の幾何学的及び位置的制約が観
測され、適切な内部ガス環境及び圧力が保たれる
限り、ほぼ１分という比較的短い蒸着時間内にお
こないうることがわかつたであろう。非常によい
均一性及び優れたステツプカバレージを得るため
のこれら必須条件は、期待されうるこれらの因子
についての改良の程度はもちろん、第１１〜１５
図でグラフにより説明されている。ここで使用さ
れ、図の中にもある“均一性”という用語が、均
一性がウエーハの中心での厚さと考えられる半径
位置における厚さの割合であることはわかるであ
ろう。従つて、例により、均一性はウエーハの中
心の厚さと１と規格化する。 第１１及び第１２図では、半径位置ｒインチの
関数としてウエーハ１５の主要な最上のプレーナ
表面上への蒸着の厚さの均一性を図示している。
この均一性は前述したように規格化された相対的
測定である。第１１図では、４つの曲線が示さ
れ、各々は、給源からウエーハまでの距離Ｘがそ
れぞれ２、３、４そして５インチを取つたときの
ものである。第１２図では、両均一性の曲線は、
給源からウエーハまでの距離Ｘが４インチである
ときのものである。しかし、一方は２ミクロン圧
のアルゴンの環境に対してであり、他方は10ミク
ロン圧のアルゴンの環境に対してである。 第１１図では、ウエーハ１５のプレーナ表面全
体の蒸着の均一性が、有効給源直径DSがウエー
ハの直径DWよりも大きい限り、給源とウエーハ
の間の相対的な運動がなくても非常に良いという
驚くべき結果が示されている。特に、第１１図に
よつて示されているように、プレーナカバレージ
の均一性は、ａ及びｂである限り±15％よりもよ
い。ここで、ａとは、Ｘがほぼ0.4DSから1.1DSの
範囲内であること（DS＝4.6インチに対してＸ＝
２インチから５インチ）。ｂとは、ウエーハの最
大直径DW naxが約0.9DSより小さいこと（又は、
ウエーハの直径の半分に等しいｒの値、有効直径
DS＝4.6インチの給源に対して約2.1インチ）。 よりよい誤差でさえウエーハ直径のある範囲全
体にわたつてその誤差の上限の中に示されてい
る。たとえば、約0.65までものウエーハ直径対給
源直径の比の範囲全体にわたつて（約1.5インチ
までもの半径位置ｒで）、均一性は±8.8％よりも
よい。換言すれば、3.0インチ（7.63cm）ウエー
ハの直径全体にわたり、4.6インチ（11.74cm）有
効給源を有し、３ミクロンアルゴン圧の環境と仮
定すると、プレーナ均一性は、給源からウエーハ
までの間隔Ｘが0.4DSから1.1DSの範囲内に選んだ
にもかかわらず±0.8％よりもよい。給源からウ
エーハまでの間隔Ｘをほぼ0.4DSから0.9DSまでの
範囲と限ることにより、プレーナ均一性は、更に
第１１図でわかるように、±５％よりもよく改良
されている。 前述のプレーナ均一性の数値は、蒸着が遂行さ
れた環境のアルゴンの圧力により影響を受けるで
あろうが、しかし前記の驚くべき均一性の結果
は、それにもかかわらず持続している。とりわけ
圧力因子の影響を考えると、第１２図は、次の２
つの条件の下でＸ＝４インチの給源からウエーハ
までの距離及び５インチの外円の直径の給源（有
効給源直径DS＝4.6インチに対して）という模範
的な場合に対して何が起こるかを示している。１
つの条件は、２ミクロン圧のアルゴンの環境、他
方は10ミクロン圧のアルゴンの環境。２ミクロン
圧のアルゴンで、±10％の均一性がほぼ4.3インチ
（10.9cm））の最大ウエーハ直径（ほぼ2.2インチ
（5.6cm）の半径位置）まで得られることがわかる
であろう。アルゴン圧を10ミクロンまで上げる
と、同じ±10％の均一性を保つための最大直径
は、ほぼ3.6インチ（ほぼ1.8インチの半径位置）
に均16％だけ減少することになる。かわつて、直
径3.0インチのウエーハに対して、均一性が２ミ
クロンのアルゴン圧に対して約±４％であり、10
ミクロンのアルゴン圧に対してほぼ±７％にな
り、共に多くの半導体ウエーハの応用に対してよ
り優れた結果であるとわかるであろう。 第１５図では、更にアルゴン環境の圧力の影響
が示されている。この図で、給源―ウエーハ間隔
４インチに対して、プレーナカバレージが２つの
半径位置、一方が1.5インチ（3.81cm）で他方が
2.0インチに対してアルゴン圧のミクロン単位の
関数として示されている。期待通り、最も内側の
半径位置は最も高い均一性を示している。しかし
これら両曲線は、アルゴン圧全体にわたつて同様
に変化している。０ミクロンから５ミクロンま
で、この変化が両半径位置とも最も急激であると
わかるであろう。しかし、５ミクロンから15ミク
ロンまで、均一性の変化は、両方とも数パーセン
トのオーダで非常に小さい。従つて、プレーナ均
一性が、５ミクロンから15ミクロンまでの間の中
でアルゴン圧の変化に非常に敏感でなく、このこ
とが以下で詳細に説明されるように、ステツプカ
バレージを最適化する際に重要になり、アルゴン
圧の変化により、より大きな影響を受けるという
驚くべき事実であるこがわかるであろう。 十分に満足のいくコーテイングを得るために、
ウエーハ１５の主要なプレーナ表面内の溝及びス
テツプのような特長部の側壁が十分にコーテイン
グされること、すなわち、よい“ステツプカバレ
ージ”が与えられることが肝要である。側壁がウ
エーハの主要なプレーナ表面にほぼ垂直になる表
面として形成されてもよい。走査用電子マイクロ
スコープが、特殊な応用面で実現されたステツプ
カバレージの十分さを少なくとも実質的に評価す
るための主要な道具として半導体デバイス業者に
より使用されている。 従来技術では、十分な均一性及びステツプカバ
レージを得るめに蒸着源に関してウエーハの相対
的な運動の必要性が、広範囲な経験により教えら
れ、公知となつている。I.A.ブレツク，D.B.フレ
イザーとS.E.ハツズコーの“コンピユータシユミ
レーシヨン及び電子マイクロスコープによるAl
ステツプカバレージの最適化”ジヤーナル・オ
ブ・バキユーム・サイエンテイフイク・テクノロ
ジー15巻13―15ページ（１月―２月、1978）の最
近の記事で、金属フイルム蒸着のコンピユータシ
ユミレーシヨンと、遊星取付具の加わつて電子ビ
ーム蒸発源、すなわち加熱されない基板上の蒸着
で得られた実際の膜のステツプカバレージの走査
用電子マイクロスコープ（SEM）フオトグラフ
イの間にすぐれた一致のあることがレポートされ
ている。その文献の中で使用された給源は小面積
熱蒸発源であるけれども、本発明の装置において
は、リング形状スパツタリング源１１２が使用さ
れ、更にこの給源は静止的で、密に連結されてお
り、その文献で調べられた幾何学的考察は全く直
接的にあらわれている。本発明のような給源によ
るいろいろな表面上の蒸着は、その文献のような
同心的に位置付けされた小面積給源からよりもよ
くあるべきであろうとも、その交献で調べられた
考察は、リング形状給源の直径に関して実際的に
興和のあるウエーハの大きさに対して、十分なシ
ヤドウイングがウエーハの多くにわたつての十分
なステツプカバレージの可能性に重大な疑いをお
こさせることを決して示していない。しかし、驚
くべきことに、本発明において、非常に高品質な
ステツプカバーレージは、実際実現できる。第１
１及び第１２図と関連して前述し、プレーナカバ
レージの非常に良い均一性を生じさせた多くの形
状はまだ良いステツプカバレージをおこなうけれ
ども、給源―ウエーハの間隔の範囲及び値、並び
にウエーハと給源の直径の関連はそれぞれ同一化
され、コーテイングの環境に対するアルゴン圧の
範囲及び値を有するようにこのようなカバレージ
に依然としてよりよい品質を与える。 第１３及び第１４図は、これら最適化パラメー
タを定義するのに助けとなり、半径位置の関数と
して側壁カバレージの厚さの測定値をグラフにし
てある。各半径位置でのすべては、その半径位置
でのプレーナ表面上に得られるであろう蒸着の厚
さに規格化される。物理的に、このことは、ウエ
ーハに形成され溝がウエーハの中心に向くのと、
ウエーハの中心から外へ向くのと両面を含む側壁
を有してもよいからである。驚くまでもなく、そ
れら両面がほぼ同じ半径位置にあるにもかかわら
ず、外側に向いた側面は、内側に向いた側面より
も著しく薄い蒸着がおこなわれる。この事は、第
１３及び第１４図に表わされている。図では、水
平軸の左側は、外に向いた側壁に対する半径位置
に対応し、その右側は、内側に向いた側壁に対す
る半径位置に対応している。プレーナ表面にカバ
レージのパーセンテージとして側壁カバレージを
垂直軸にとり、且つ前述したように規格化してあ
ることが更にわかるであろう。両グラフとも、ア
ルゴン３ミクロン圧及びアルゴン10ミクロン圧を
示している。第１３図は、給源―基板距離４イン
チに対してであり、第１４図は、給源―基板距離
３インチに対してである。 それら曲線からすぐに明らかなように、更に思
いがけない事実が、外向きの側壁をコートするの
により困難な側壁カバレージが３ミクロンから10
ミクロンの範囲のアルゴン大気の圧力を上昇させ
てドラマチツクに改良されたことの中に表われて
いる。このことは、給源―ウエーハの間隔の範囲
に対して、たとえば、Ｘ＝３及びＸ＝４の両方に
正しい。第１４図（Ｘ＝３インチ）で、側壁カバ
ーレージは、たとえば、半径位置2.0インチ（直
径４インチのウエーハの縁に対応する）で４％弱
からほぼ12％まで、そして直径３インチのウエー
ハの縁で15％から20％に増加する。第１３図（Ｘ
＝４インチ）からわかるように、側壁カバレージ
は、３インチウエーハの縁でほぼ９％からほぼ17
％に増加する。また、同様の一般的な給源―ウエ
ーハ距離及び良いプレーナカバレージとなるよう
に見出されたウエーハと給源との間の同種の関係
がまた、特に外側と内側に面した壁の改良のある
カバレージで、プレー表面カバレージの均一性を
ひどく下げない範囲内で増加したアルゴン圧の有
益な効果が考えられるようなときに、良い側壁カ
バレージになることもわかるであろう。 更に、これら一般的なパラメータの中で、よく
特別な範囲が、最も改良された側壁カバレージに
対して興味深いものである。特に、給源―ウエー
ハ距離Ｘが0.4DSから0.9DS（すなわち、有効給源
半径DS＝4.6インチとするとＸ＝２−５インチ及
びほぼ0.7DS（又は、有効給源半径DS＝4.6インチ
とするとDW＝3.2インチ8.13cmまで）以内のウエ
ーハ直径に対して、プレーナ蒸着の均一性が±10
％よりもよいばかりか、最小の側壁バレージが少
なくともプレーカバレージの10％で、アルゴン圧
が10ミクロンの近傍に保つている限りではもつと
よい。前述以内の範囲は依然としてより有用であ
る。たとえば、第１３図及び第１４図（給源―ウ
エーハ距離Ｘ＝３インチ）でわかつたように、側
壁カバレージが３インチのウエーハの縁の外のプ
レーナカバレージの少なくとも20％で、Ｘ＝４イ
ンチでは側壁カバレージは同じ場合に少なくとも
17％である。 模範的な結果のセツトを10ミクロンのコーテイ
ングの間のアルゴン圧及び0.4DSから0.9DSの範囲
の給源―基板距離に対する上記のデータから、下
記の通り表にできる。
【表】
上はる
＝0.7Dｓ
かによ
り
＝0.7Dｓ
かによ
り
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 処理中に実質的に鉛直方向となる２枚の面を
有する半導体ウエーハを、個々的に処理するため
の、以下の手段および特徴から成るウエーハ処理
装置： それぞれ互いに対向する内表面を有し離れて位
置した２枚の壁から成る処理チエンバ手段であつ
て、前記内表面が互いに実質的に平行でありかつ
実質的に鉛直方向であり、前記壁のうち第１の壁
が入口壁でありウエーハを通過させるための入口
開口部を有する、ところの処理チエンバ手段； 実質的に水平な軸線に関して回転移動するよう
に前記内表面の間でそれらに実質的平行に取付け
られ、前記入口壁に対面する第１の面と前記入口
壁とは逆を向いた第２の面とを有する実質的平坦
なウエーハ支持組立体であつて、前記軸線の周り
の円に沿つて配置された複数の開口を有し、前記
入口開口部がこの円に沿つた位置にあることによ
り該ウエーハ支持組立体の回転によつて前記開口
が個々的に前記入口開口部に整合する、ところの
ウエーハ支持組立体； 個々のウエーハを保持するために前記開口の
各々の周縁に近接して前記ウエーハ支持組立体に
連結されたウエーハ保持手段であつて、前記開口
の各々に整合した実質的に鉛直な位置にウエーハ
を維持し、ウエーハの両面をともに処理のために
実質的完全に露出させるようにしたウエーハ保持
手段； 前記ウエーハ保持手段に支持されたウエーハを
処理するために、前記開口の前記の円に沿つて位
置された複数の処理手段であつて、当該処理手段
のうちの第１の処理手段がウエーハの温度を制御
する手段であり、当該処理手段のうちの第２の処
理手段がウエーハの１面を処理するための手段で
あり、前記第１の処理手段が前記ウエーハ支持組
立体の前記第１の面に対向して位置され、前記第
２の処理手段が前記ウエーハ支持組立体の前記第
２の面に対向して位置されている、ところの処理
手段；並びに 前記ウエーハ支持組立体を間欠的に回転して、
前記開口の任意の１つを前記開口部及び前記処理
手段の場所に選択的に位置づけるための手段。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたウエーハ
処理装置であつて：さらに 前記処理チエンバ手段の外側に第１の位置を有
し、ウエーハを保持するための可動チヤツク手
段；並びに 該チヤツク手段を前記第１の位置から移動させ
て、前記開口のうちの１つが前記開口部に位置し
ている時に前記チヤツク手段上のウエーハを前記
入口開口部を通過させて前記ウエーハ保持手段へ
と給送するための手段； から成り、 前記チヤツク手段がウエーハの一方の面のみに
接触することによりウエーハを保持するようにな
つており、前記ウエーハ保持手段に給送されたウ
エーハの前記一方の面が前記入口壁に対向し、そ
れにより前記第２の処理手段によつて処理される
べきウエーハの面が前記チヤツク手段との接触に
より損傷されることがない； ことを特徴とするウエーハ処理装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載されたウエーハ
処理装置であつて： 前記ウエーハ保持手段が、一方側または他方側
へのウエーハの脱落を防止するように個々のウエ
ーハの周縁付近に直接に接触するためのウエーハ
接触部分と、該ウエーハ接触部分から伸長してそ
の外方の前記ウエーハ支持組立体に付着しウエー
ハの両面を遮蔽しないような支持部分と、を有す
る； ことを特徴とするウエーハ処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US06/106,343 US4756815A (en) | 1979-12-21 | 1979-12-21 | Wafer coating system |
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