JPH0344147B2 - - Google Patents
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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体のコー
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
つ一連の連続的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。数年間は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たし
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、もちろん究極的にはそのウ
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り、或
いは実現のためには極めて専門的な処理工程を要
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
被覆の所要約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
成することなどである（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着
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はいるけれども、
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
の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、ウエーハは与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
エーハ上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、ウエーハが装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薄く。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（out
−board）であるか、インボード（inborad）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
に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
ブリの損害、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装置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出高を改善する
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、上述のように
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 本発明の最も広い目的は、ウエーハの１個の径
より大きい径を有しコーテイング材料を放出させ
るリング状スパツタリング源と、ウエーハの個々
の１個ずつをスパツタリング源に向いた静止関係
にスパツタリング源の径より小さい距離で位置づ
けるための手段と、スパツタリング源とウエーハ
をウエーハのコーテイング中20ミクロン圧（１ミ
クロン＝水銀柱10-3mm＝１ミリトール＝0.133Pa）
までのアルゴン環境内に維持するための手段とを
含む。ウエーハを個々的にコーテイングする装置
を設けることにより満たされる。このようにし
て、ウエーハとスパツタリング源の間の相対運動
を必要とせず、複雑さやそれに伴なうデブリ発生
の危険なしに、良好な均一性を備えた改良された
品質のコーテイングがウエーハ上に迅速に付着さ
れるものである。 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境を連続的に維持する真空チエンバ手段と共に
有用な、個々のウエーハを最上時間で繰返しスパ
ツタコーテイングするための装置を設けることに
より満たされる。この装置はチエンバ内の入口の
すぐ内側に配置された内部ウエーハ支持手段を含
み、これはウエーハが挿入されるとすぐ受けと
り、コーテイングが完了すると即時に釈放除去さ
せるように、個々のウエーハのエツジを釈放可能
に且つ弾力性に把持する手段を含んでいる。ま
た、分配されたリング状給源からのパターンに近
似したパターンでコーテイング材料をウエーハ上
に放出する円形輪郭の陰極を有するスパツタリン
グ源がチエンバ内に取付けられている。このスパ
ツタリング源の径はウエーハのそれより大きく、
ウエーハからの距離はスパツタリング源の径より
小さい。ウエーハ支持手段はコーテイング中にウ
エーハを静止に保持する。最後に、本装置は、ウ
エーハ支持手段をチエンバ内部の他の部分から遮
蔽し、入口ドアが開かれたときはウエーハの挿入
及び取出し中ウエーハと支持手段をチエンバ環境
から隔離するチエンバ内部の可動部材を含むロー
ドロツク手段を含んでいる。このようにして、外
部のウエーハ支持手段によるチエンバ環境の攬乱
や、従つて汚染分や、大きなロードロツクの体積
を最小にし、しかも全体的ウエーハコーテイング
時間を改善して、ウエーハの個々的コーテイング
が繰返しなされうるのである。 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
めの装置であつて、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、この開口部を前記第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、この閉鎖手段をチエンバ
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
ンバへ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（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
るのに付設手段の詳細は米国特許第4306731号
（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、支持
構造体又はウエーハ支持体（キヤリア）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。チエンバ組立体
又はドア組立体２２が、チエンバ１０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２
４並びにチエンバ及びロードロツク排気のため
種々の付属真空ポンプ２５と共にこれらの要素は
全て、キヤピネツト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から且つ互いに横方
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れども、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視点から、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
気環境に進入するために通過しなければならない
ところにロードロツク装置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
１８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
もたらされうる制御された大気圧より低圧の環境
は、例えば、スパツタ−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
１６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及びチエンバ正面壁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１
６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
ることができる。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２８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ウエーハが支持体プレート
組立体１８内部に支持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２０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４
１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−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。ウエーハ保持手段である伸長
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５０と反対側の端に、ウエ
ーハ接触部分としての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、ウエーハ支持部分と
しての枝部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
よりも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うる。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。枝部との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チヤツク手段又は真空チ
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６２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
までプツシユプル作動手段１６２（第１図中央左
側に破線で示す）によつて在来の方法で開閉され
る。プツシユプル作動手段１６２は、真空チヤツ
ク６０とスプリングクリツプ５３との間の相対的
移動を構成する。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、真空チヤツ
ク自動移動手段の一実施例である空気シリンダー
１６０によつて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ヤツク内に保持さ
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、支持体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。
クリツプ作動手段６２は、ウエーハ保持手段を作
動させる作動手段の一実施例である。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４図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。エアシリンダ６５
は、クリツプ作動手段６２の自動移動手段の一実
施例である。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は
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を備え
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
ブに整合するよう形状づけられた弧状上方端８７
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のところに到達すると、真
空チヤツク６０が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路するとき、そ
れらローラは上昇され、互いに反対方向に（−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
ときにそれらの要素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６
２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、同じに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
ヤツクがウエーハ支持組立体の開口内部の位置へ
とウエーハを末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しない。そしてウエーハ１５
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
負荷は必要欠くべかざる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。そのような支持物は、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１
８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
進位置にあるときは、ウエーハ支持体プレート４
２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９４
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との間の空間に導入する
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。伝熱の所望の効率を
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の真空気密特製の劣化を避ける
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が設けられて、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
の温度の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との間の空間に直接に導入
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図に関連して前に述べたよ
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ないときに、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、及び個々にウエーハをコーテイング
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
を加熱させ、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
スロトーム）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可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。しかなるデブ
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、シールド及び他のこのような表
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
ーハを支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
ハを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。汚染の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の形状に順に
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図で破線にして略
示的に示されているが、第１０図では略示的にさ
れた断面図の中で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
日発行の米国特許だい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、登録商標“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
められたガス吐出に利用され、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こな
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状ではない。このような
侵食にかかわらず、ターゲツト１１２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
らのいくらかの材料は、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
料の大部分が、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なる円
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た半径位置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、非常に良いプレーナの均一性及びよ
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、特定の幾可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
心の厚さを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 max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は約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）のウエ
ーハの直径全体にわたり、4.6インチ（11.74cm）
の有効給源を有し、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１
２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）に約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、そ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とがわかるであろう。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
レージをえるた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た電子
ビーム蒸着源、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
熱蒸着源であるけれども、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、その文献で調べられた
考察は、リング形状給源の直径に関して実際的に
興味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凝いをお
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
ステツプカバレージは、実際実現できる。第１１
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
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、プレーナ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、これらの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、最小の側壁カバレー
ジが少なくともプレーナカバレージの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
つ一連の連続的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。数年間は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たし
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、もちろん究極的にはそのウ
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り、或
いは実現のためには極めて専門的な処理工程を要
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
被覆の所要約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
成することなどである（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着
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はいるけれども、
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
の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、ウエーハは与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
エーハ上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、ウエーハが装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薄く。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（out
−board）であるか、インボード（inborad）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
に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
ブリの損害、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装置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出高を改善する
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、上述のように
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 本発明の最も広い目的は、ウエーハの１個の径
より大きい径を有しコーテイング材料を放出させ
るリング状スパツタリング源と、ウエーハの個々
の１個ずつをスパツタリング源に向いた静止関係
にスパツタリング源の径より小さい距離で位置づ
けるための手段と、スパツタリング源とウエーハ
をウエーハのコーテイング中20ミクロン圧（１ミ
クロン＝水銀柱10-3mm＝１ミリトール＝0.133Pa）
までのアルゴン環境内に維持するための手段とを
含む。ウエーハを個々的にコーテイングする装置
を設けることにより満たされる。このようにし
て、ウエーハとスパツタリング源の間の相対運動
を必要とせず、複雑さやそれに伴なうデブリ発生
の危険なしに、良好な均一性を備えた改良された
品質のコーテイングがウエーハ上に迅速に付着さ
れるものである。 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境を連続的に維持する真空チエンバ手段と共に
有用な、個々のウエーハを最上時間で繰返しスパ
ツタコーテイングするための装置を設けることに
より満たされる。この装置はチエンバ内の入口の
すぐ内側に配置された内部ウエーハ支持手段を含
み、これはウエーハが挿入されるとすぐ受けと
り、コーテイングが完了すると即時に釈放除去さ
せるように、個々のウエーハのエツジを釈放可能
に且つ弾力性に把持する手段を含んでいる。ま
た、分配されたリング状給源からのパターンに近
似したパターンでコーテイング材料をウエーハ上
に放出する円形輪郭の陰極を有するスパツタリン
グ源がチエンバ内に取付けられている。このスパ
ツタリング源の径はウエーハのそれより大きく、
ウエーハからの距離はスパツタリング源の径より
小さい。ウエーハ支持手段はコーテイング中にウ
エーハを静止に保持する。最後に、本装置は、ウ
エーハ支持手段をチエンバ内部の他の部分から遮
蔽し、入口ドアが開かれたときはウエーハの挿入
及び取出し中ウエーハと支持手段をチエンバ環境
から隔離するチエンバ内部の可動部材を含むロー
ドロツク手段を含んでいる。このようにして、外
部のウエーハ支持手段によるチエンバ環境の攬乱
や、従つて汚染分や、大きなロードロツクの体積
を最小にし、しかも全体的ウエーハコーテイング
時間を改善して、ウエーハの個々的コーテイング
が繰返しなされうるのである。 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
めの装置であつて、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、この開口部を前記第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、この閉鎖手段をチエンバ
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
ンバへ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（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
るのに付設手段の詳細は米国特許第4306731号
（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、支持
構造体又はウエーハ支持体（キヤリア）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。チエンバ組立体
又はドア組立体２２が、チエンバ１０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２
４並びにチエンバ及びロードロツク排気のため
種々の付属真空ポンプ２５と共にこれらの要素は
全て、キヤピネツト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から且つ互いに横方
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れども、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視点から、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
気環境に進入するために通過しなければならない
ところにロードロツク装置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
１８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
もたらされうる制御された大気圧より低圧の環境
は、例えば、スパツタ−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
１６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及びチエンバ正面壁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１
６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
ることができる。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２８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ウエーハが支持体プレート
組立体１８内部に支持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２０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４
１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−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。ウエーハ保持手段である伸長
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５０と反対側の端に、ウエ
ーハ接触部分としての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、ウエーハ支持部分と
しての枝部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
よりも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うる。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。枝部との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チヤツク手段又は真空チ
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６２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
までプツシユプル作動手段１６２（第１図中央左
側に破線で示す）によつて在来の方法で開閉され
る。プツシユプル作動手段１６２は、真空チヤツ
ク６０とスプリングクリツプ５３との間の相対的
移動を構成する。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、真空チヤツ
ク自動移動手段の一実施例である空気シリンダー
１６０によつて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ヤツク内に保持さ
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、支持体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。
クリツプ作動手段６２は、ウエーハ保持手段を作
動させる作動手段の一実施例である。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４図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。エアシリンダ６５
は、クリツプ作動手段６２の自動移動手段の一実
施例である。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は
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を備え
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
ブに整合するよう形状づけられた弧状上方端８７
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のところに到達すると、真
空チヤツク６０が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路するとき、そ
れらローラは上昇され、互いに反対方向に（−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
ときにそれらの要素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６
２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、同じに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
ヤツクがウエーハ支持組立体の開口内部の位置へ
とウエーハを末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しない。そしてウエーハ１５
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
負荷は必要欠くべかざる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。そのような支持物は、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１
８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
進位置にあるときは、ウエーハ支持体プレート４
２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９４
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との間の空間に導入する
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。伝熱の所望の効率を
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の真空気密特製の劣化を避ける
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が設けられて、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
の温度の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との間の空間に直接に導入
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図に関連して前に述べたよ
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ないときに、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、及び個々にウエーハをコーテイング
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
を加熱させ、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
スロトーム）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可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。しかなるデブ
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、シールド及び他のこのような表
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
ーハを支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
ハを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。汚染の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の形状に順に
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図で破線にして略
示的に示されているが、第１０図では略示的にさ
れた断面図の中で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
日発行の米国特許だい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、登録商標“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
められたガス吐出に利用され、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こな
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状ではない。このような
侵食にかかわらず、ターゲツト１１２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
らのいくらかの材料は、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
料の大部分が、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なる円
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た半径位置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、非常に良いプレーナの均一性及びよ
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、特定の幾可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
心の厚さを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 max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は約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）のウエ
ーハの直径全体にわたり、4.6インチ（11.74cm）
の有効給源を有し、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１
２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）に約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、そ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とがわかるであろう。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
レージをえるた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た電子
ビーム蒸着源、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
熱蒸着源であるけれども、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、その文献で調べられた
考察は、リング形状給源の直径に関して実際的に
興味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凝いをお
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
ステツプカバレージは、実際実現できる。第１１
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
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、プレーナ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、これらの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、最小の側壁カバレー
ジが少なくともプレーナカバレージの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】
同様の結果が４インチ及び５インチの直径のウ
エーハに対して得られる。従つて、たとえば、±
10％よりもよい均一性及び10％よりもはるかによ
い側壁ウエーハに対して、最小有効給源半径Ds
は、４インチの直径のウエーハに対して5.7イン
チ（14.5cm）に、そして５インチの直径のウエー
ハに対して7.1インチ（18.0cm）にほぼ等しい。 増加するアルゴン圧の環境の側壁カバレージに
おける観測された改良点のいくつかは、給源とウ
エーハ間の空間に局在するスパツタリングされた
原子とアルゴンガスの原子との間の衝突の結果か
ら生ずると信じられている。従つて、スパツタリ
ングされた原子は、蒸着の視線から影となつた領
域内の角のまわり及び縁にわたつてある“散乱ガ
ス”である。SEMフオトグラフイーは、10ミク
ロンアルゴン圧を使用して得られたステツプカバ
レージが、たとえば３ミクロンアルゴン圧を使用
して得られたものより十分によいことを本当に示
している。 ステツプカバレージが、アルミニウム蒸着の
間、基板を300℃に近い温度に加熱することによ
り改良をおこないうることは、更に知られている
（たとえば、上述で参照したブレツク等による文
献を参照）。この有益な結果は、膜の成長してい
る間、アルミニウム原子の上昇した温度で増長し
た可動性から生じる。本発明の装置で使用された
密に連結した給源及び静止状態の給源−ウエーハ
の関連をもつて、コーテイング中に、高い蒸着率
が実現でき、たとえば、毎分10000Åで、かなり
の熱が発生する。たとえば、ウエーハ表面に到着
するスパツタリングされた原子の運動エネルギー
に加えてアルミニウムの凝結の熱は、上記蒸着率
で１cm3当りほぼ0.2ワツトである。１分の蒸着の
サイクルの間、典型的な半導体ウエーハに生じた
温度は、200℃ほどである。従つて、本発明の装
置内のこの密に連結した且つ静止的な形状の蒸着
の間のウエーハの温度のこのような上昇が、ステ
ツプカバレージに有益な程度にアルミニウムの移
転を起こすのに助けとなるだろう。更に、熱の付
加的応用面として、ステツプカバレージを改良し
うる。しかし、これらの実現性の利益を十分に受
けるためにコーテイングされたウエーハにむらの
ない熱の厳密に制御された応用の実現性は、いま
まで実行できなかつた。従来技術の装置では、ウ
エーハは、ウエーハ支持体構造との熱的接触が不
確実である。ウエーハと給源との間の密接な結合
は、法則というよりむしろ例外であつた。さらに
一枚のウエーハに対する蒸着率は非常に高くはな
かつた。処理の間中、ウエーハ温度全体の制御は
所望するものを多く放置することになつた。 対照的に、本発明の装置では、ウエーハは個々
的方式で操作されている。加えて、ウエーハは静
止的に保たれるが、いろいろな処理ステーシヨン
にあるし、そこでは密に連結している（ロードロ
ツクステーシヨンを除いて）。更に、ウエーハが
エツジにより支持されているので、ウエーハの両
面は処理するのに対して接近可能である。このよ
うな特長の１つの帰結として、各処理ステーシヨ
ンに個々的にウエーハの温度を制御するために92
のような手段を設けることが今や可能になつた。
特に、本発明の温度制御は、ウエーハ加熱ステー
シヨン２８及びウエーハ冷却手段１１８と連係し
て前述したガス伝熱手段により上述のように成し
遂げられる。これらの手段は、前述したようなウ
エーハの背面の後の空間に微量のアルゴンガス
（スパツタリング蒸着給源の作動に対して少なく
とも必要とされるだけの分量）を導入することに
より、排気環境の下でウエーハを加熱又は冷却す
るという問題を解決する。このようなウエーハ加
熱又は冷却手段は、どこかの場所、たとえばコー
テイングステーシヨンに使用することもできるだ
ろう。ステツプカバレージだけでなく、反射性、
抵抗性のようないろいろな膜の性状、及び接触抵
抗が処理の間中、ウエーハ温度によつて影響をう
けることは知られている。両立的且つ再現可能に
得るために、所望の膜の特質の特別なセツトとし
て、ウエーハ温度を処理のサイクルを通して再現
可能に制御することが必要である。従つて、本発
明の装置は、処理のサイクルを通してウエーハ温
度制御によるステツプカバレージを有する所望の
膜特性の特殊なセツトを矛循なく且つ再現可能に
得るための手段を備えている。 もう一度、第１図を参照すると、ウエーハ１５
が進められた次のステーシヨンは、第２コーテイ
ングステーシヨン１２８である。いくつかの応用
例として、２つの異なつた金属片がウエーハ１５
に順々に続けて蒸着させるのに必要となり、第１
の金属片が第１コーテイングステーシヨン１４で
蒸着させ、第２の金属片は第２コーテイングステ
ーシヨン１２８で蒸着させる。一片の金属だけが
使用されると、第２コーテイングステーシヨン１
２８は動作せず放置されることになる。かわつ
て、コーテイングステーシヨン１２８は、リング
形状ターゲツト１１２の置き換えの間の時間を２
倍にすることで、スパツタリング源の金属片の量
を２倍に利用するように使用してもよい。両コー
テイングステーシヨンと同時に作動させてもよ
い。たとえば各ステーシヨンを通常の蒸着率の半
分で作動させる。もちろん、かわりに、１つのコ
ーテイングステーシヨンだけを、たとえば、ター
ゲツトの寿命の終りがやつてくるまで作動させて
もよい。その場合には、その蒸着の負荷は、他の
コーテイングステーシヨンに移ることになろう。 ウエーハ１５が進められる次のステーシヨン
は、冷却ステーシヨン１３０である。ウエーハが
冷却ステーシヨンに到着したとき、そのウエーハ
温度がさほど高くないならば、標準的な放射熱の
移動で、冷却サイクルの終りまでに真空環境から
ウエーハを無事に取り除くことができる温度に、
そのウエーハ温度を下げるのに十分であろう。十
分な冷却が放射だけで成し遂げられないならば、
その問題は、rfスパツターエツチングの間中の加
熱ステーシヨンでのウエーハの冷却と関連的に前
述したように、第８図のウエーハ冷却手段１１８
の使用により軽減できるであろう。再びもう一
度、冷却ステーシヨン１３０で、この時にガス伝
熱を使用することで、本発明の装置で要求された
短いサイクルタイムを成し遂げる際に重要な役割
を果たすであろう。 ウエーハ１５が進められる最終ステーシヨン
は、ロードロツクステーシヨン１２である。そこ
から、ロード／アンロードロツク組立体手段２４
により、ウエーハは取り除かれ元のカセツト７０
の同じスロツトに戻される。完全なロード／アン
ロード作動は、前に詳論された。 この本発明の装置の好適実施例は、加熱、コー
テイング、冷却などをするための多数の処理ステ
ーシヨン、及びステーシヨンからステーシヨンへ
個々的方式でウエーハを搬送するためのウエーハ
支持体プレート組立体１８を含んでいる。蒸着源
に関して密に連結し、静止的なウエーハを有する
という１枚のウエーハの概念の中に多くの有益な
特色がある。 ある応用に対して、他の実施例では、ウエーハ
又は基板が処理の間中にロードロツクドアに固定
され保持されるため、ウエーハ支持体プレート組
立体がない装置が含まれる。ロードロツクの高度
に真空な側のゲート弁がウエーハと蒸着源の間の
連絡用に設けられる。たとえば、典型的な動作で
は、ウエーハロードとウエーハ加熱（又は、かわ
りにrfスパツターエツチングを利用）、スパツタ
リング源からの蒸着、ウエーハ冷却及びウエーハ
アンロードといつた工程が含まれよう。ガス伝熱
は、加熱及び冷却を促進するために、そして蒸着
の間ウエーハ温度の制御をおこなうために都合よ
く使用されよう。この実施例の装置は、その好適
実施例の可転性及び高度生産率の能力な多少欠け
るけれども、その装置は、本来的な単純性と信頼
性、真空装置の内側にウエーハ搬送機がないこ
と、及び危険な状態にあるウエーハロードがそれ
以上減らすことのできない最小限度の１枚である
ことを含むいくつかの興味をひく特色を有してい
る。 本発明の好適実施例において、ウエーハはチエ
ンバドア２２の内側の面で鉛直に存置され、そこ
では、ウエーハは真空チヤツク６０によつて係合
される。真空チヤツク６０及びクリツプ作動手段
６２はチエンバドア２２の中に取付けられる。チ
エンバドア２２は、ロードロツク装置１２の外側
ドアである。 他の応用例において、ウエーハロード／アンロ
ード手段を真空密封手段から分離させることが望
ましいだろう。従つて、他の実施例の１つは、ウ
エーハロード／アンロード手段がウエーハをウエ
ーハ支持体プレート組立体１８の中にローデイン
グしたあと引込み、そのときには分離したＯリン
グで密封されたドアが、ロードロツクに対して外
側の密封をおこなうための位置に移動させられる
ものである。
エーハに対して得られる。従つて、たとえば、±
10％よりもよい均一性及び10％よりもはるかによ
い側壁ウエーハに対して、最小有効給源半径Ds
は、４インチの直径のウエーハに対して5.7イン
チ（14.5cm）に、そして５インチの直径のウエー
ハに対して7.1インチ（18.0cm）にほぼ等しい。 増加するアルゴン圧の環境の側壁カバレージに
おける観測された改良点のいくつかは、給源とウ
エーハ間の空間に局在するスパツタリングされた
原子とアルゴンガスの原子との間の衝突の結果か
ら生ずると信じられている。従つて、スパツタリ
ングされた原子は、蒸着の視線から影となつた領
域内の角のまわり及び縁にわたつてある“散乱ガ
ス”である。SEMフオトグラフイーは、10ミク
ロンアルゴン圧を使用して得られたステツプカバ
レージが、たとえば３ミクロンアルゴン圧を使用
して得られたものより十分によいことを本当に示
している。 ステツプカバレージが、アルミニウム蒸着の
間、基板を300℃に近い温度に加熱することによ
り改良をおこないうることは、更に知られている
（たとえば、上述で参照したブレツク等による文
献を参照）。この有益な結果は、膜の成長してい
る間、アルミニウム原子の上昇した温度で増長し
た可動性から生じる。本発明の装置で使用された
密に連結した給源及び静止状態の給源−ウエーハ
の関連をもつて、コーテイング中に、高い蒸着率
が実現でき、たとえば、毎分10000Åで、かなり
の熱が発生する。たとえば、ウエーハ表面に到着
するスパツタリングされた原子の運動エネルギー
に加えてアルミニウムの凝結の熱は、上記蒸着率
で１cm3当りほぼ0.2ワツトである。１分の蒸着の
サイクルの間、典型的な半導体ウエーハに生じた
温度は、200℃ほどである。従つて、本発明の装
置内のこの密に連結した且つ静止的な形状の蒸着
の間のウエーハの温度のこのような上昇が、ステ
ツプカバレージに有益な程度にアルミニウムの移
転を起こすのに助けとなるだろう。更に、熱の付
加的応用面として、ステツプカバレージを改良し
うる。しかし、これらの実現性の利益を十分に受
けるためにコーテイングされたウエーハにむらの
ない熱の厳密に制御された応用の実現性は、いま
まで実行できなかつた。従来技術の装置では、ウ
エーハは、ウエーハ支持体構造との熱的接触が不
確実である。ウエーハと給源との間の密接な結合
は、法則というよりむしろ例外であつた。さらに
一枚のウエーハに対する蒸着率は非常に高くはな
かつた。処理の間中、ウエーハ温度全体の制御は
所望するものを多く放置することになつた。 対照的に、本発明の装置では、ウエーハは個々
的方式で操作されている。加えて、ウエーハは静
止的に保たれるが、いろいろな処理ステーシヨン
にあるし、そこでは密に連結している（ロードロ
ツクステーシヨンを除いて）。更に、ウエーハが
エツジにより支持されているので、ウエーハの両
面は処理するのに対して接近可能である。このよ
うな特長の１つの帰結として、各処理ステーシヨ
ンに個々的にウエーハの温度を制御するために92
のような手段を設けることが今や可能になつた。
特に、本発明の温度制御は、ウエーハ加熱ステー
シヨン２８及びウエーハ冷却手段１１８と連係し
て前述したガス伝熱手段により上述のように成し
遂げられる。これらの手段は、前述したようなウ
エーハの背面の後の空間に微量のアルゴンガス
（スパツタリング蒸着給源の作動に対して少なく
とも必要とされるだけの分量）を導入することに
より、排気環境の下でウエーハを加熱又は冷却す
るという問題を解決する。このようなウエーハ加
熱又は冷却手段は、どこかの場所、たとえばコー
テイングステーシヨンに使用することもできるだ
ろう。ステツプカバレージだけでなく、反射性、
抵抗性のようないろいろな膜の性状、及び接触抵
抗が処理の間中、ウエーハ温度によつて影響をう
けることは知られている。両立的且つ再現可能に
得るために、所望の膜の特質の特別なセツトとし
て、ウエーハ温度を処理のサイクルを通して再現
可能に制御することが必要である。従つて、本発
明の装置は、処理のサイクルを通してウエーハ温
度制御によるステツプカバレージを有する所望の
膜特性の特殊なセツトを矛循なく且つ再現可能に
得るための手段を備えている。 もう一度、第１図を参照すると、ウエーハ１５
が進められた次のステーシヨンは、第２コーテイ
ングステーシヨン１２８である。いくつかの応用
例として、２つの異なつた金属片がウエーハ１５
に順々に続けて蒸着させるのに必要となり、第１
の金属片が第１コーテイングステーシヨン１４で
蒸着させ、第２の金属片は第２コーテイングステ
ーシヨン１２８で蒸着させる。一片の金属だけが
使用されると、第２コーテイングステーシヨン１
２８は動作せず放置されることになる。かわつ
て、コーテイングステーシヨン１２８は、リング
形状ターゲツト１１２の置き換えの間の時間を２
倍にすることで、スパツタリング源の金属片の量
を２倍に利用するように使用してもよい。両コー
テイングステーシヨンと同時に作動させてもよ
い。たとえば各ステーシヨンを通常の蒸着率の半
分で作動させる。もちろん、かわりに、１つのコ
ーテイングステーシヨンだけを、たとえば、ター
ゲツトの寿命の終りがやつてくるまで作動させて
もよい。その場合には、その蒸着の負荷は、他の
コーテイングステーシヨンに移ることになろう。 ウエーハ１５が進められる次のステーシヨン
は、冷却ステーシヨン１３０である。ウエーハが
冷却ステーシヨンに到着したとき、そのウエーハ
温度がさほど高くないならば、標準的な放射熱の
移動で、冷却サイクルの終りまでに真空環境から
ウエーハを無事に取り除くことができる温度に、
そのウエーハ温度を下げるのに十分であろう。十
分な冷却が放射だけで成し遂げられないならば、
その問題は、rfスパツターエツチングの間中の加
熱ステーシヨンでのウエーハの冷却と関連的に前
述したように、第８図のウエーハ冷却手段１１８
の使用により軽減できるであろう。再びもう一
度、冷却ステーシヨン１３０で、この時にガス伝
熱を使用することで、本発明の装置で要求された
短いサイクルタイムを成し遂げる際に重要な役割
を果たすであろう。 ウエーハ１５が進められる最終ステーシヨン
は、ロードロツクステーシヨン１２である。そこ
から、ロード／アンロードロツク組立体手段２４
により、ウエーハは取り除かれ元のカセツト７０
の同じスロツトに戻される。完全なロード／アン
ロード作動は、前に詳論された。 この本発明の装置の好適実施例は、加熱、コー
テイング、冷却などをするための多数の処理ステ
ーシヨン、及びステーシヨンからステーシヨンへ
個々的方式でウエーハを搬送するためのウエーハ
支持体プレート組立体１８を含んでいる。蒸着源
に関して密に連結し、静止的なウエーハを有する
という１枚のウエーハの概念の中に多くの有益な
特色がある。 ある応用に対して、他の実施例では、ウエーハ
又は基板が処理の間中にロードロツクドアに固定
され保持されるため、ウエーハ支持体プレート組
立体がない装置が含まれる。ロードロツクの高度
に真空な側のゲート弁がウエーハと蒸着源の間の
連絡用に設けられる。たとえば、典型的な動作で
は、ウエーハロードとウエーハ加熱（又は、かわ
りにrfスパツターエツチングを利用）、スパツタ
リング源からの蒸着、ウエーハ冷却及びウエーハ
アンロードといつた工程が含まれよう。ガス伝熱
は、加熱及び冷却を促進するために、そして蒸着
の間ウエーハ温度の制御をおこなうために都合よ
く使用されよう。この実施例の装置は、その好適
実施例の可転性及び高度生産率の能力な多少欠け
るけれども、その装置は、本来的な単純性と信頼
性、真空装置の内側にウエーハ搬送機がないこ
と、及び危険な状態にあるウエーハロードがそれ
以上減らすことのできない最小限度の１枚である
ことを含むいくつかの興味をひく特色を有してい
る。 本発明の好適実施例において、ウエーハはチエ
ンバドア２２の内側の面で鉛直に存置され、そこ
では、ウエーハは真空チヤツク６０によつて係合
される。真空チヤツク６０及びクリツプ作動手段
６２はチエンバドア２２の中に取付けられる。チ
エンバドア２２は、ロードロツク装置１２の外側
ドアである。 他の応用例において、ウエーハロード／アンロ
ード手段を真空密封手段から分離させることが望
ましいだろう。従つて、他の実施例の１つは、ウ
エーハロード／アンロード手段がウエーハをウエ
ーハ支持体プレート組立体１８の中にローデイン
グしたあと引込み、そのときには分離したＯリン
グで密封されたドアが、ロードロツクに対して外
側の密封をおこなうための位置に移動させられる
ものである。
第１図は本発明のウエーハコーテイング装置全
体の一部を切欠いた斜視図で、主たる円筒状処理
チエンバ、チエンバへのロードロツク入口におけ
るドア構成、及び処理チエンバの残りの４つの加
工ステーシヨンを、ウエーハカセツトのロード／
アンロード組立体の部分と共に示す。第２図は第
１図の処理チエンバの一部切欠き斜視図で、ロー
ドロツクとスパツタ・コーテイングステーシヨン
をより詳細に示す。第３図は第１図のカセツト・
ロード／アンロード組立体の斜視図で、その鉛直
に配向されたウエーハのカセツト及び処理チエン
バのドア組立体との協働の仕方、並びにウエーハ
がそれらの間を移送されてチエンバのロードロツ
クに入る様子を示す。第４図は第１〜３図のドア
とロードロツクの断面図で（第１図で４−６と４
−６とで示した切断部に相当。第５，６図におい
て同じ）、ドア組立体が１枚のウエーハをロード
ロツクに取りつける方法、及びロードロツクが処
理チエンバの残部から密閉されるほうほうを示
す。第５図は第４図と同様な断面図で、ウエーハ
のローデイングが完了した時点のロードロツク諸
部品の相対位置を示す。第６図は第４，５図と同
様な断面図で、ウエーハを内部ウエーハ支持組立
体から引き出した直後でドアを開ける前、或いは
ローデイングのためドアを閉じた直後でウエーハ
を内部ウエーハ支持組立体へローデイングする
前、のウエーハとロードロツク諸部品の位置を示
す。第７図は第１図７−７線における断面図で、
第１図の処理チエンバ内のウエーハ加熱ステーシ
ヨンを示す。第８図は第１図８−８線における断
面図で、第１図のウエーハ処理チエンバ内のウエ
ーハ冷却ステーシヨンを示す。第９図は第１図９
−９線における断面図で、第１，２図のウエーハ
スパツタリングステーシヨンを示す。第１０図は
第９図のウエーハとスパツタリング源ターゲツト
の部分の略示断面図で、これら要素の空間的関
係、相対的位置づけ及び寸法を示す。第１１図
は、種々のウエーハ−スパツタリング源の間隔
（Ｘ）について、第９及び１０図はスパツタリン
グ源によりウエーハの主たるプレーナ表面上に蒸
着される厚みの均一性をウエーハ上の半径位置の
関数として示すグラフである。第１２図は第１１
図と同様であるが、１つだけのウエーハ−スパツ
タリング源間隔についてのグラフで、１つの曲線
はアルゴン２ミクロン圧の蒸着環境、他の曲線は
アルゴン10ミクロン圧の蒸着環境についてのもの
である。第１３図は、スパツタリング源−ウエー
ハ間隔４インチ（約10.16cm）について、ウエー
ハ表面内の溝の側壁（ウエーハの中心に関し外を
向いた側壁と内を向いた側壁の両方）のコーテイ
ングカバレージ厚をウエーハ上の半径位置の関数
として表わしたグラフで、１つの曲線はアルゴン
10ミクロン圧、他のアルゴン３ミクロン圧でとつ
たものである。第１４図は第１３図と同様である
が、スパツタリング源−ウエーハ間隔が３インチ
（約7.62cm））である場合のグラフである。第１５
図はプレーナカバレージの均一性をコーテイング
環境のアルゴン圧の関数として表わしたグラフ
で、１つの曲線は半径位置1.5インチ（約3.81cm）
について、他の曲線は半径位置2.0インチ（約
5.08cm）についてのものである。 主要符号の説明、１０…真空処理チエンバ、１
２…ロードロツク、１４…コーテイングステーシ
ヨン、１５…ウエーハ、１６…圧力プレート、１
８…ウエーハ支持体プレート組立体、２０…クリ
ツプ組立体、２２…ドア組立体、２３…チエンバ
入口、２４…カセツト式ロード／アンロード組立
体、２８…ウエーハ加熱ステーシヨン、３２…正
面壁（正面プレート）、３５…支持体プレート駆
動体、６２…クリツプ作動手段、６３…高荷重ヒ
ンジ、６６…接触ピン、６８…ウエーハ昇降組立
体、６９…ウエーハカセツト搬送組立体、７０…
ウエーハカセツト、７６…案内ピン、８３…ブレ
ード状昇降部材、９１…案内フラツト部、９４…
加熱素子、９９…背面（後方）プレート、１００
…スパツタリング源、１０１…円形開口、１１２
…リング形状ターゲツト、１３０…ウエーハ冷却
ステーシヨン。
体の一部を切欠いた斜視図で、主たる円筒状処理
チエンバ、チエンバへのロードロツク入口におけ
るドア構成、及び処理チエンバの残りの４つの加
工ステーシヨンを、ウエーハカセツトのロード／
アンロード組立体の部分と共に示す。第２図は第
１図の処理チエンバの一部切欠き斜視図で、ロー
ドロツクとスパツタ・コーテイングステーシヨン
をより詳細に示す。第３図は第１図のカセツト・
ロード／アンロード組立体の斜視図で、その鉛直
に配向されたウエーハのカセツト及び処理チエン
バのドア組立体との協働の仕方、並びにウエーハ
がそれらの間を移送されてチエンバのロードロツ
クに入る様子を示す。第４図は第１〜３図のドア
とロードロツクの断面図で（第１図で４−６と４
−６とで示した切断部に相当。第５，６図におい
て同じ）、ドア組立体が１枚のウエーハをロード
ロツクに取りつける方法、及びロードロツクが処
理チエンバの残部から密閉されるほうほうを示
す。第５図は第４図と同様な断面図で、ウエーハ
のローデイングが完了した時点のロードロツク諸
部品の相対位置を示す。第６図は第４，５図と同
様な断面図で、ウエーハを内部ウエーハ支持組立
体から引き出した直後でドアを開ける前、或いは
ローデイングのためドアを閉じた直後でウエーハ
を内部ウエーハ支持組立体へローデイングする
前、のウエーハとロードロツク諸部品の位置を示
す。第７図は第１図７−７線における断面図で、
第１図の処理チエンバ内のウエーハ加熱ステーシ
ヨンを示す。第８図は第１図８−８線における断
面図で、第１図のウエーハ処理チエンバ内のウエ
ーハ冷却ステーシヨンを示す。第９図は第１図９
−９線における断面図で、第１，２図のウエーハ
スパツタリングステーシヨンを示す。第１０図は
第９図のウエーハとスパツタリング源ターゲツト
の部分の略示断面図で、これら要素の空間的関
係、相対的位置づけ及び寸法を示す。第１１図
は、種々のウエーハ−スパツタリング源の間隔
（Ｘ）について、第９及び１０図はスパツタリン
グ源によりウエーハの主たるプレーナ表面上に蒸
着される厚みの均一性をウエーハ上の半径位置の
関数として示すグラフである。第１２図は第１１
図と同様であるが、１つだけのウエーハ−スパツ
タリング源間隔についてのグラフで、１つの曲線
はアルゴン２ミクロン圧の蒸着環境、他の曲線は
アルゴン10ミクロン圧の蒸着環境についてのもの
である。第１３図は、スパツタリング源−ウエー
ハ間隔４インチ（約10.16cm）について、ウエー
ハ表面内の溝の側壁（ウエーハの中心に関し外を
向いた側壁と内を向いた側壁の両方）のコーテイ
ングカバレージ厚をウエーハ上の半径位置の関数
として表わしたグラフで、１つの曲線はアルゴン
10ミクロン圧、他のアルゴン３ミクロン圧でとつ
たものである。第１４図は第１３図と同様である
が、スパツタリング源−ウエーハ間隔が３インチ
（約7.62cm））である場合のグラフである。第１５
図はプレーナカバレージの均一性をコーテイング
環境のアルゴン圧の関数として表わしたグラフ
で、１つの曲線は半径位置1.5インチ（約3.81cm）
について、他の曲線は半径位置2.0インチ（約
5.08cm）についてのものである。 主要符号の説明、１０…真空処理チエンバ、１
２…ロードロツク、１４…コーテイングステーシ
ヨン、１５…ウエーハ、１６…圧力プレート、１
８…ウエーハ支持体プレート組立体、２０…クリ
ツプ組立体、２２…ドア組立体、２３…チエンバ
入口、２４…カセツト式ロード／アンロード組立
体、２８…ウエーハ加熱ステーシヨン、３２…正
面壁（正面プレート）、３５…支持体プレート駆
動体、６２…クリツプ作動手段、６３…高荷重ヒ
ンジ、６６…接触ピン、６８…ウエーハ昇降組立
体、６９…ウエーハカセツト搬送組立体、７０…
ウエーハカセツト、７６…案内ピン、８３…ブレ
ード状昇降部材、９１…案内フラツト部、９４…
加熱素子、９９…背面（後方）プレート、１００
…スパツタリング源、１０１…円形開口、１１２
…リング形状ターゲツト、１３０…ウエーハ冷却
ステーシヨン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ほぼ円形の半導体ウエーハをウエーハ処理装
置に個々に輸送するための装置であつて、 垂直に方向づけられた少なくとも１枚のウエ
ーハを内部に支持し、かつそこからウエーハを
上方に取り出し可能なように形状づけられた貯
蔵手段と、 個々のウエーハを垂直方向に保持するため
の、垂直方向昇降手段と、 該昇降手段と前記貯蔵手段との間に垂直方向
に相対移動を起こす手段であつて、それにより
前記貯蔵手段内のウエーハが前記貯蔵手段から
取り出されて前記貯蔵手段の上方で前記昇降手
段に保持されることが可能となる、ところの手
段と、 ウエーハの一面の中央部分に接触しないで完
全に露出させるように、個々のウエーハを垂直
に把持し保持するチヤツク手段であつて、 前記貯蔵手段の外部で前記昇降手段に位置付
けられた個々のウエーハを把持するのが可能な
第１の位置を有する、ところのチヤツク手段
と、 該チヤツク手段に保持されたウエーハをひき
つづくウエーハ処理を可能にするため前記第１
の位置から離れた第２の位置へと輸送するよう
に、前記チヤツクを移動させるための手段と、 から成るウエーハ輸送装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたウエーハ
輸送装置であつて、 前記第２の位置が、前記ウエーハ処理装置内に
設けられたウエーハ支持体が個々のウエーハを支
持する位置である、ウエーハ輸送装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載されたウエーハ
輸送装置であつて、 前記支持体が、ウエーハを受け取るための開位
置とウエーハを保持するための閉位置との間で可
動なウエーハ保持手段を有し、 前記チヤツク手段が、当該チヤツク手段から前
記ウエーハ保持手段へとウエーハを移動するのに
先立つて、前記ウエーハ保持手段を前記開位置へ
と移動させるための作動手段を有する、ことを特
徴とするウエーハ輸送装置。
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