JPS59179786A

JPS59179786A - 連続スパツタ装置

Info

Publication number: JPS59179786A
Application number: JP5235583A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tateishi; 秀樹立石; Tamotsu Shimizu; 保清水; Susumu Aiuchi; 進相内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1983-03-30
Publication date: 1984-10-12
Also published as: JPS639586B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

〔発明の背景〕

第１図はこの種の公知の装置の一例を示す正面図で、図
の上方が地球に対して上方である。

第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。説明の便宜上、
第２図の左方を前、右方な後と言う。

両図に示すごとく、薄い円筒状の真空容器１にガス配管
２、真空パルプ５、可変バルブ４、及び真空ポンプ５が
接続されている。６ａは前壁、６ｂは後壁である。

真空容器１の前壁６ａには、中心から同一半径上に複数
個の開ロアが設けられ、第１図に示すごとくこれらの開
ロアに順次にローディンゲス７−−シーｚｙａ、ｍ２処
Ｑステーション９、第５処！ステージ冒ン１０．第４処
！ステーシヨン１１、及び第５処理ステージ３ン１２が
設けられている。

ローディングステーション８にはドア１５カ設けられ、
このドアを開くと第２図に示すように爪２５が現われ、
基板１４を着脱することができる。

上記の基板保持用の爪２３は、前壁６ａに接して設けら
れた円形の搬送プレート１５０基板保持孔２２の周囲に
設置されている。

真空容器１の後壁６ｂには、ローディングステーション
に対応する位置にエアシリンダ２０を設置し圧力プレー
ト１９を搬送プレート１５に向けて押圧し得るようにな
っている。

また、後壁６ｂの中央部には、搬送プレート１５を前後
に駆動するエアシリンダ２１が設置されている。

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

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

また真空容器１内にはエアシリンダ２０によって前後動
させられる圧力プレート１９があり、ドア１５、ローデ
ィングステーション８の開ロア、搬送プレート１５０基
板保持穴２２および圧力プレート１９と協調して真空予
備室２Ｂを形成する。また圧力プレート１９には、壁乙
の第２〜第５ステーシヨン９〜１２に対応した位置に開
口２９が設けられている。

各処理ステージ目ン９〜１２には、基板のスパッタ処理
のためのユニット、若しくは盲蓋１６が取付られている
。

以上の如く構成された従来の連続スパッタ装置は次記の
ように作動する。

真空ポンプ５によりあらかじめ真空室１を高真空排気し
た後真空パルプ３を開き、ガス配管２よりＡｒガスを真
空室１に導入し、可変パルプ４を適宜に調節することに
より、真空室１内を適宜の低圧雰囲気に保つつエアシリ
ンダ２１により、搬送プレート１５を真空室１の前壁６
ａに押付け、さらにエアシリンダ２０により圧力プレー
ト１９を搬送グレート１５に押しつけ、ローディングス
テーション８に真空予備室２８を作る。リーク手段（図
示せず）により真空予備室２８を大気圧にした後ドア１
５を開き、搬送手段（図示せず）によりスパッタ処理ず
み基板１４を取り出した後、未処理基板１４を、搬送プ
レート１５の基板保持孔２２内の爪２５に装着する。次
にドア１５を閉じ、粗引き排気手段（図示せず）により
真空予備室２８を粗引き排気する。次にエアシリンダ２
０．２１により、圧力プレート１９、搬送グレート１５
及び前壁６ａを相互に離間させる。次にモーフ２４ギア
２５、チェーン２６により搬送グレート１５を１ステ一
シヨン分回転させた後、再びエアシリンダ２０．２１に
より前壁６ａ＋搬送プレート１５．圧力プレート１９を
密着させる。ローディングステーション８は前述の動作
をくり返し、第２処理ステーシヨン９乃至第５処理ステ
ージ冒ン１２では各所定の処理を基板１４に施す。

以上の動作をくり返すことにより、基板１４に一枚ずつ
連続してスパッタ処理を行なう。

また各処理ステーションで行なう処理には、真空中で基
板１４を加熱し、基板１４表面に付着した不純物ガスを
除去するベーク処理、基板１４０表面にＡｒイオンを衝
撃させ下地表面層を除去するスパッタエッチ処理、薄膜
を形成するスパッタ処理、などがある。

標準的な構成としては、第２処理ステーシヨン９でベー
ク処理又はスパッタエッチ処理を行い、第３処理ステー
シヨン１０でベーク処理又はスパッタエッチ処理を行い
、第４．第５処理ステーシロン１１．１２でスパッタ処
理を行うが、いずれの処理ステーションでどのような処
理を行うかは任意に設定し得る。

以上に説明した従来の連続スパッタ装置には次のような
不具合が有る。

第２〜第５処理ステーシヨンは同一の真空雰囲気になる
が、最適動作圧の異なるスパッタ処理とスパッタエッチ
処理を同一圧力下で処理しなければならず、各々を最適
動作圧で処理する場合に比べて処理速度、膜質が低下す
る。またベーｙ処ｆｆｌステーション、スバ７タエノチ
処理ステーションから発生するガスがスパッタ処理ステ
ーションに達し、膜質を低下させる。

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

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

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に艦みて為され、その目的とすると
ころは、基板への薄膜形成工程の歩留りを向上させ、し
かも実効的生産能力を向上させる連続スパッタ装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特長は、みかけ上−組の真空システムより成る
スパンタ装置上において各処理ステージ運ン毎に副真空
室を設け、各処理を独立した雰囲気に設定しうろことに
ある。

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

上述の原理圧基づいて前記の目的を達成するため、本発
明の連続スパッタ装置は、筒状の真空容器と、該真空容
器に接続した排気手段と該真空容器内に同心状に設けた
回転搬送手段と、上記の搬送手段に等角度間隔に設けた
複数個の基板ホルダと、前記真空容器の側壁に基板ホル
ダに対向する如く設けた開口と、基板ホルダを上記の開
口に対して気密に押圧、離開せしめる駆動手段と、前記
の開口の内の少なくとも一つの開口に設けた気密なドア
と、ドアを設けた開口以外の少なくとも一つの開口の外
側に設けた副真空室と、少なくとも一つの副真空室に接
続した排気手段と、少なくとも一つの副真空室に接続し
たガス導入手段とよりなることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第５図、第４図について説明
する。第５図は垂直断面図である。

第４図は第３図に示すＣ−６面による水平断面図であり
、同図のＢ−Ｂ面は第５図の垂直切断面を示している。

五角形の真空容器６０と中央に円柱状の凹みを有する蓋
３１により主真空室６２を構成する。真空容器５０の壁
面５Ｂには、はぼ同一水平面に中心軸をもつ開口５３が
等角度間隔にあけられ、順にローディングステーション
ａ、第２〜第５ステージ菅ン９〜１２を形成する。また
ローディングステージ翳ン８の開口５３を開閉可能にド
ア１５が取付けられ、第２〜第５処理ステージ旨ンの開
口ろ６の外側には副真空室５４が形成されている。副真
空室５４と主真空室３２とは開口５６の他に排気口５５
により真空的に連通可能である。排気口５５はエアシリ
ンダ５６により動作するバルブ６７により開閉される。

真空容器５０と蓋５１との間には、真空容器５Ｄの壁面
３８とほぼ平行な複数の平面４０を有するドラＡ　５９
　カアル。ドラム５９は蓋５１の底面の中心テ、回転自
在に支持されており、モータ２４．ギア２５゜チェーン
２６により回転させられる。

またドラムろ９の各々の平面４０には、各ｌｃ１組の板
ばね４１により平面４０とほぼ平行な状態のまま前後動
可能な基板ホルダ４２が取付けられていて、ブツシャ４
５により、真空容器５０の壁面５８と、基板ホルダ４２
が密着できる。蓋６１の凹み内の中心にあるエアシリン
ダ４４により円錐カム４５が下降すると、ブツシャ４３
は中心から外方に向けて力を受け、ガイド４６によりガ
イドされながら全ステーションで同時に基板ホルダ４２
を壁面３Ｂに押付ける。円錐カム４５が上昇すると、圧
縮ばね４７により、グツシャ４５は中心方向に力を受け
、ブツシャ４５の先端は蓋５１の凹みの外周面まで後退
し、基板ホルダ４２は板ばね４１により壁５８から離れ
てドラム３９に接近する。

第４図において、第２処理ステーシヨン９及び第３処理
ステーシコン１０においてはブツシャ４５、ガイド４６
．基板ホルダ４２．板ばね４７を省略しである。

第６図に示すごとく、少なくとも一つの副真空室５４に
は処理ユニット１８．ガス配管２．真空パルプ５．可変
パルプ４を設ける。これらの構成部材は第２図に示した
従来装置におけると同様乃至は類似の構成部材であるＯまた主真空室３２は、配管４８により真空ポンプ５に接
続され、高真空排気される０またローディ／ゲスチージョン８ではドア１５゜開口ろ
６および基本ホルダ４２とが協調して真空予備室２８を
構成している０次に、以上のように構成した連続スノくフタ装置の作動
について述べる。

ローディングステーション８０ドア１３を閉じ、エアシ
リンダ４４により円錐カム４５を下降させ各ステーショ
ンで基板ホルダ４２を、真空容器３０の壁面５８に押付
けておく。エアシリンダ５乙によりパルプ６７を開いた
状態で、真空ボンダ５を動作させるとともに、真空パル
プ６、可変パルプ４を協調させてガス配管２よりかガス
を少なくともひとつの副真空室３４に導入し、副真空室
３４および主真空室３２を各々所定の低圧雰囲気に保つ
。副真空室３４内の圧力は可変パルプ４の開度、および
排気口３５の径を変えることにより調節する。

す、上の状態から運転サイクルを開始する。

ロープヤングステーション８の真空予備室２８内に、リ
ーク手段（図示せず）によりリークガスを導入し大気圧
にする。次はドア１ろを開き（開閉機構図示省略）、基
板ホルダ４２にチャック（チャック機構図示省略）すね
でいる処理ずみ基板１４を搬送手段（図示省略）により
取り出した後、未処理基板１４を基板ホルダ４２に装着
する。

ドア１３を閉じた後、真空予備室２８内の粗引き手段（
図示せず）により所定圧力まで真空排気する。

次にエアシリンダ４４により円錐カム４５を上昇させる
と、ブツシャ４３は圧縮ばね４７により、基板ホルダ４
２は板ばね４１により、それぞれ中心方向に移動する。

次にモータ２４．ギア２５．チェーン１２６により、ド
ラム６９を１ステ一シヨン分回転させた後、エアシリン
ダ４４１円錐カム４５゜ブツシャ４６により、再び基板
ホルダ４２を真空容器５０の壁面５８に押付ける。ロー
ディ／ゲスチージョン８では前述の動作をくり返すとと
もに、第２〜第５ステーシヨンでは各々所定の処理を基
板１４に施す。

なお、第２〜第５処理ステーシヨンでは、ウェーハ表面
に吸着した汚染ガスを除去するつ工−ハベーク処’ＰＭ
、スパッタ前のウェー／−表面（７）酸化物層を除去す
るスパッタエッチ処理、あるいは薄膜を形成するスパッ
タ処理を任意に組合せて処理を行なうが、標準的には第
２ステーシヨンでウェーハベーク処理、ａｌｌステーシ
ョンでスパッタエッチ処理、第４．第５ステーシロンで
スパッタ処理を行なう。その場合、各ステ〒ジョンの処
理ユニット１８は、第２ステーシヨ／ハウエーハベーク
ユニツト、第５ステーシヨンはスパツタエッチングユニ
ソ）、第４、第５ステーシヨンはスパッタ処理ユニット
である。

本実施例における各室の圧力は次の如くである。

主真空室：１ミリメートル、第２処理ステーシヨンの副真空室：１ミリメートル、第
６処理ステーシヨンの副真空室：８ミリメートル、第４
．第５処理ステーシヨンの副真空室；２ミリメートル。

前述の作動を繰返すことにより、多数の基板１４がそれ
ぞれ連続的にスパッタ処理を施される。

また消耗品であるターゲットの交換は以下のように行な
う。

エアシリンダ４４．円錐カム４５　、　クツシ”ｒ４３
の協調により基板ホルダ４コを壁面５８に押付け、さら
にターゲット交換を行なうステーションのエアシリンダ
５乙によりそのステーションのパルプ３７を閉めること
により該副真空室３４と主真空室３２とを真空シールす
る。次にその副真空室５４のリーク手段（図示せず）に
より、副真空室５４を大気圧にした後、そのステーショ
ンに取付けられている処理ユニット１８のスパッタ電極
を外してターゲットを交換する。再びスパッタ電極を組
付けた後、該当する副真空室６４を粗引き排気手段（図
示せず）により粗引き排気する。

次に基板ホルダを後退させ、副真空室６４内を高真空排
気する。

以上のように本発明によればターゲット交換を行なう場
合には、主真空室ろ２を高真空排気したまま、ターゲッ
トを交換を行なうステージ四ンの副真空室のみを大気に
すればよい。

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

本実施例においでは、以上に述べた構造機能から明らか
なように、みがけ上−組の真空システムより成るスパッ
タ装置において、各処理ステーション毎に副真空室を設
けることにより各副真空室の圧力を独立に制御でさ、各
処理に最適な圧力に設定することにより処理速度の向上
、膜質の向上をはかることができる。また、べ一り処理
ステーション、スパッタエッチステルジョンより発生し
た不純物ガスは、各ステーションの排気口より主真空室
に出て真空ポンプに達する。この場合、−産生真空室に
出た不純物ガスが他のステーションの排気口から副真空
室に入りこむ確率は実用上無視できる程小さい。そノ結
果、ヘークスデーション、スパッタエッチステルジョン
より発生した不純物ガスがスパッタ処理ステーションに
入りこんでスパッタ電極に悪影響を与える虞れは実用上
無視し得る。

〔発明の効果〕

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

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の連続スパッタ装置の垂直断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ断面図、第５図は本発明の連続スパッ
タ装置の１実施例の垂直断面図、第４図は第６図のＣ−
０面による水平断面図である。１・・・真空容器、　　　　　２・・・ガス配管、３・
・・真空パルプ、　　　　４・・・可変パルプ、５・・
・真空ポンプ、　　　　　８・・・ローデイングステー
ショ／、９・・・第２処理ステーシヨン、１０・・・第３処ｍステーション、１１・・・第１ＮＬＩステーシヨン、１２・・・第５処３１ステーシヨン、１５・・・ドア、　　　　　　　１４・・・盲蓋、１７
・・・開口、１Ｂ・・・処理ユニット、１９・・・圧力
プレート、２０・・・エアシリンダ、２１・・・エアシ
リンダ、　　２２・・・基板保持孔、２６・・・爪、　
　　　　　　２４・・・モータ、２５・・・ギア、２６
・・・チェーン、２７・・・軸、　　　　　　　２８・
・・真空予備室、５０・・・真空容器、　　　　５１・
・・蓋、６２・・・主真空室、　　　　易・・・開口、
６４・・・副真空室、　　　　５５・・・排気口、３６
・・・エアシリンダ、５７・リパルプ、５８・・・壁面
、５９・・・ドラム、４０・・・平面、　　　　　　４１・・・板げね、４２
・・・基板ホルダ、４５・・・ブツシャ、４４・・・エ
アシリンダ、４５・・・円錐カム、４６・・・ガイド、
４７・・・圧縮げね、４８・・・配管。７７−−＼什進入＃＞理＋　＊　埒　叩　土・′１第　　７　　図１１−、−Ａ羊２図羊　　３　　図羊　　　４　　　図

Claims

【特許請求の範囲】

筒状の真空容器と、該真空容器に接続した排気手段と該
真空容器内に同心状に設けた回転搬送手段と、上記の搬
送手段に等角度間隔に設けた複数個の基板ホルダと、前
記真空容器の側壁に基板ホルダに対向する如く設けた開
口と、基板ホルダを上記の開口に対して気密に抑圧、離
開せしめる駆動手段と、前記の開口の内の少なくとも一
つの開口に設けた気密なドアと、ドアを設けた開口以外
の少なくとも一つの開口の外側に設けた副真空室と、少
なくとも一つの副真空室に接続した排気手段と、少なく
とも一つの副真空室に接続したガス導入手段とよりなる
ことを特徴とする連続スバ７タ装置。