JPS6052574A - 連続スパツタ装置 - Google Patents

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、半導体や通信用デバイス等の素子薄膜を真空
中において複数段階の工程のスパッタ処理を連続的に行
なう装Ｒ１こ関するものである。

〔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ｉこ対して上方である。

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

両図に示すごとく、薄い円筒状の真空容器１にガス配管
２、真空バルブ３、可変バルブ４、及び真空ポンプ５が
接続されている。６ａは前壁、６ｂは後壁である。

真空容器ｌの前壁６ａには、中心から同−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グステーション８、第２処理ス
テーシヨン９、第３処理ステーション１０％第４処理ス
テーション１１及び第５処理ステーシヨン１２が設けら
れている。

ローディングステーション８にはドア１３が設けられ、
このドアを開くと第２図に示すように爪２３が現われ、
基板１４ヲ着脱することができる。

上記の基板保持用の爪２３は、前壁６ａｉｃ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ジ胃ン
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ヲ搬送プレート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による抑
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。

該た真空容器１内にはエアシリンダ２０によつ３　・ て前後動させられる圧力プレート１９があり、ドア１３
、ローディングステーション８の開ロア、搬送プレート
】５の基板保持穴２２および圧力プレート１９と協刺し
て真空予備室２８を形成する。また圧力プレート１９に
は、前ｉ６ｇの第２〜第５ステージ璽ン９〜１２に対応
した位置に開口２９か設けられている。

各処理ステージ冒ン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
た彼真空バルブ３を開き、ガス配管２よりＡｒガスを真
空室１に導入し、可変バルブ４を適宜に調節することに
より、真空室１内を適宜の低圧雰囲気に保つ。エアシリ
ンダ２１により、搬送プレート１５を真空室工の前壁６
ａに押付け、さらにエアシリンダ２０１こより圧力プレ
ート１９を搬送プレート１５に押しつけ、ローディング
・　４　・ ステージ璽ン８に真空予備室２８を作る。リーク手段（
図示せず）により真空予備室２８を大気圧にした後ドア
１３を開き、搬送手段（図示せず）によりスパッタ処理
ずみ基板１４ソ取り出した後未処理基板１４ヲ、搬送プ
レート１５０基板保持孔２２内の爪２３に装着する。次
にドア１３を閉じ、粗引き排気手段（図示せず）により
真空予備室２８を粗引き排気する。次にエアシリンダ２
０．２１により、圧力プレート１９、搬送プレート１５
及び前壁６ａを相互ζこ離間させる。次にモータ２４、
ギア２５、チェーン２６により搬送プレート１５’Ｆ１
ステージ冒ン分回転させた後、再びエアシリンダ２０．
２１により前壁６ｍ、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ジ璽ン８は前述
の動作をくり返し、第２処理ステージ冒ン９乃至第５処
理ステージ曽ン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。

また各処理ステージ璽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ＪＵＬ表面層を除去するスパッタエッチ処理、
Ｈ族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処理ステージ冒ン９でベー
タ処理又はスパッタエッチ処理を行い、第３処理ステー
ジυン１ｏでベーク処凡又ハスバッタエッチ処理を行い
、第４．第５処理ステージ賢ン１１，１２でスパック処
理を行うが、いずれの処理ステーシランでどのような処
理を行うかは任意に設足し得る。

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処理ステーシツ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。またベータ処理ステージ冒ン、スパッタエッチ処理
ステージ冒ンに達し、膜質を低下させる。

才だ処理ユニット１８のＰＪ１スパック処理ユニットは
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１ｉｉＡＸ
、空容器１内が全て大気圧になるため、ターゲット交換
後″Ａ壁容器１内を再び清浄な烏真空に排気するまでに
長時ｔ…必妥とし、その結実装置の稼働率か低下し、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か下部にある時上方より落下してきた共匍
が基板１４に付着し、歩留りを低下させる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の挙情に鑑みて為され、その目的とすると
ころは、基板への薄膜形成工程の歩留りを同上させ、し
かも実効的生産能力を向上させ得る連続スパック装置を
提供することにある。

づ・ 〔発明の概要〕 上記の目的を達成する為、本発明のスパッタ装置は、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せしめて設けた開
口と、基板ホルダを上記の開口に対して気密に抑圧、離
間せしめる駆動手段とを備え、前記の開口の内の少なく
とも一つの開口に基板導入手段を設けて大気中と真空容
器中との間に基板を出し入れできるように構成し、かつ
、上記の基板導入手段を設けた開口以外の開口の内の少
な（とも一つの開口の外側ｉこ副真空空を設けるととも
に少なくとも一つの副真空室にスパッタ処理手段を設け
、少なくとも一つの副真空室に圧力制御手段を設けたこ
とを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第３図、第４図について説明
する。第３図は垂直断面図である。

・　８ 第４図は第３図に示すＣ−０面による水平断面図であり
、同図のＢ−Ｂ面は第３図の垂直切断面を示している。

五角形の真空容器３０と中央に円柱状の凹みを有する蓋
３１により主真空室３２を構成する。真空容器３０の壁
面３８には、はぼ同一水平面に中心軸をもつ開口３３が
等角度間隔にあけられ、順にローフ’イングステーシ璽
ン８、第２〜ｇ５ス７−一シ璽ン９〜１２ヲ形成する。

才たローディングステージ嘗ン８の大気側にはローディ
ング室５１および取入書取出室５２が取り付けられ、第
２〜第５処理ステージ曹ンの開口３３の外側には副真空
室３４が形成されている。第３図に示す如く副真空室３
４と主真空室３２とは開口３３の他に排気口３５により
真空的に連通可能である。排気口３５はエアシリンダ３
６で駆動されるパルプ３７により開閉される。

第４図に示すごとく真空容器３０と蓋３１との間には、
真空容器３０の壁面３８とほぼ平行な複数の平面４０を
有するドラム３９がある。ドラム３９は蓋３１の底面の
中心で回転自在ｉこ支持されており、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３９の各々の平面４０には、各々１組の板ば
ね４１により平面４０とほぼ平行な状態のまま前後動可
能な基板ホルダ４２が取付けられていて、ブツシャ４３
により、真空容器３０の壁面３８と基板ホルダ４２が密
着できる。蓋３１の凹み内の中心にあるエアシリンダ４
４（第３図）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ジ曹ンで同時に基板ホル
ダ４２を壁面３８に押付ける。円錐カム４５が上昇する
と、圧縮ばね４７により、ブツシャ４３は中心方向に力
を受け、ブツシャ４３の先端は蓋３１の凹みの外周画才
で後退し、基板ホルダ４２は板ばね４１（第４図）によ
り壁３８から離れてドラム３９に接近する。

第４図において、第２処理ステージ冒ン９、第３処理ス
テージ冒ン１０．および第５処理ステージ璽ン１２につ
いて（まブツシャ４３、ガイド４６、基板ホルダ４２、
板ばね４７の図示を省略しである。

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

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

また、第４図に示す如くローディングステージ曹ン８の
大気側にはローディング室５１、さらにその大気側に取
入・取出室５２が設置されている。取入・取出室５２内
には２組の搬送手段５３゜５４が、またローディング室
５１内には１組の搬送手段５５が設置されている。

取入・取出室５２の両側にはゲートバルブ５６゜５７が
設置されている。ゲートバルブ５６．５７が開いている
時に基板１４は大気中の搬送手段（図示せず）により取
入拳取出室５２に搬入され、搬送手段５３，５５，５４
によりローディング室５１を経て再び大気側に搬出され
ることができる。

１ 談た取入−取出室５２は第３図に示すように真空配管５
８、真空バルブ５９を経由して補助真空ポンプ６０に、
またリーク配管６１、リークバルブ６２を経由してリー
クガス源（図示せず）に接続されている。

ローディング室５１はバイパス配管６３、配管４８を経
由して真空ポンプ５に接続されている。

またローディング室５１内のローディング位置６４（第
４図）に基板１４がある時、第３図に示したエレベータ
６５により基板１４は持ちあげられ、アーム６６（第３
図）にチャックされる。（チャック機構は図示省略）ア
ーム６６は（中心線にて示す）軸６７の回りで回転駆動
され、基板１４は基板ボルダ４２に移しかえられる。

なおエレベータ６５は例えばエアシリンダ６８にヨリ、
マたアーム６６の軸６７はモータ（図示省略）により駆
動される。

次に、以上のように構成した連続スパッタ装置０炸動に
ついて述べる。

エアシリンダ４４により円錐カム４５を下降させ・１２
・ 各ステージ冒ンで基板ホルダ４２を、真空容器３０の壁
面３８に押付けておく。エアシリンダ３６によりバルブ
３７を開いた状態で、真空ポンプ５を動作させるととも
に、真空バルブ３、可変バルブ４を協調させてガス配管
２よりＡｒガスを少なくともひとつの副真空室３４に導
入し、副真空Ｎ３４および主真空室３２を各々所定の低
圧雰囲気に保つ。副真空室３４内の圧力は可変バルブ４
の開度、および排気口３５に対向するバルブ３７の開度
を変えることにより調節する。

また取入・取出室５２では両側のゲートバルブ５６．５
７および真空バルブ５９を閉じた状態で、リークバルブ
６２を開き、リーク配管６２よりり一りガスを導入し、
取入・散出室５２内を大気圧にしておく。

ローディング室５１ではエレベータ６５ヲ下降の状態に
しておくとともにバイパス配管６３により例えば１ｏ−
７Ｔｏ　ｒ　ｒ台に真空排気しでおく。

以上の状態から運転サイクルを開始する。

取入・取出室５２のゲートバルブ５６を開いた後・大気
側搬送手段（図示ぜず）と搬送手段５３との協調により
基板１４を搬入位置６９に搬入した後ゲートバルブ５６
を閉じる。

次に補助真空ポンプ６０を作動させ、真空バルブ５９を
開き、取入・取出室５２内を例えば０．　Ｉ　Ｔ。

ｒｒに排気した後、ゲートバルブ５７を開く。搬送手段
５３．５５の協調により、基板１４をローディング位置
６４に搬送した後、エレベータ６５、アーム６６の協調
により、基板１４を基板ホルダ４２に装着する。

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は圧縮はね４７により基板ホルダ４２
は板ばね４１により、それぞれ中心方向に移動する。次
にモータ２４、ギア２５、チェーン２６により、ドラム
３９を１ステ一ジ冒ン分回転させた後、エアシリンダ４
４、円錐カム４５、ブツシャ４３により、再び基板ホル
ダ４２を真空容器３０の壁面３８に押付ける。ローディ
ングステージ璽ン８では基板ホルダ４２に装着されてい
る処理ずみ基板１４を、アーム６６、エレベータ６５の
協調により、搬送手段５５上に移しかえる。ゲートバル
ブ５７を開いた後、搬送手段５５．５４の協調により基
板１４を取入・取出室５２内の搬出位ｔ７０に搬送する
とともに、未処理の基板１４を搬入位置６９からローデ
ィング位置６４に搬送した後、ゲートバルブ５７を閉じ
る。

前述のごとく取入・散出室内を大気圧にし、ゲートバル
ブ５６を開いた後、次に処理する未処理基板１４の搬入
と、搬出位置７０にある処理ずみ基板１４の搬出とを同
時に行なう。

以上のロープインクステージ四ン８での取入・取出し処
理と並行して、第２〜第５ステージ胃ンでは基板Ｊ４に
各々所定の処理を施す。

なお、第２〜第５処理ステージ胃ンでは、ウェーハ表面
に吸着した汚染ガスを除去するウェーハベーク処理、ス
パッタ前のウェーハ表面の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［を任
意に組合せて処理を行なうか、標準的には第２ステージ
胃ンでウェーハベーク処理、第３ステージ璽ン・１５　
・ でスパッタエッチ処理、第４１！５ステージ冒ンでスパ
ッタ処理を行なう。その場合、各ステージ冒ンの処理ユ
ニ′ント１８は、第２ステージ胃ンハウエーハベークユ
ニツト、第３ステージ宵ンはスパッタエツチングユニッ
ト、第４、第５ステージ曹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（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削具突室＝１ミリメートル、第
３処理ステージ璽ンの削具窒室：８ミリメートル、第４
．第５処理ステージ讐ンの副真空室：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ｂまた消耗品であ
るスパッタ処理ユニットの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、ブツシャ４３の協調
により基板ホルダ５コを壁面３８に押付けさらにターゲ
ット交換を行なうステージ胃ンの工・１６・ アシリング３６によりそのステージ冒ンのバルブ３７を
閉めることにより該副真空室３４と主真空室３２とを真
空シールする。次にその副真空室３４のリーク手段（図
示せず）により、副真空室３４８−大気圧にした後、そ
のステージ目ンに取付けらレテいる処理ユニット１８の
スパック電極を外してターゲットを交換する。再びスパ
ッタ電極を胡付けた後、該当する副真空室３４を粗引き
排気手段（図示せず）により粗引き排気する。次に基板
ホルダを後退させ、削具を室３４内を高真空排気する。

以上のように本発明によればターゲット交換を行なう場
合には、主真空室３２；２高真空排気した［凱ターゲッ
トを交換を行なうステージ買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ジ賀ン１個
と処理ステー２１７４個と、計５個のステージ胃ンを設
けたが、本発明を実施する場合、設置１　Ｔるステージ
習ンの個数は任意に設定し得る。

また本実施例ではローディングステージ盲ン８にローデ
ィング室５１と、取入・取出室５２とを設けたが、これ
に限らすローディング尾５１を省略し、取入９取出室５
２を主真空室３２に直接に取付け、さらに取入・取出室
５２内にエレベータ６５、ローディング用のアーム６６
８設けることによっても同、様の効果が得られる。

本実施例においては、以上に述べた構造機能から明らか
なように、みかけ上−組の真空システムより成るスパッ
タ装置において、各処理ステージ冒ン毎に副真空室を設
けることにより各副真空室の圧力を独立に制御でき、各
処理に最適な圧力に設定することにより処理速度の向上
膜質の向上う？はかることができる。また、べ一り処理
ステーシロン、スパッタエッチステージ菫ンより発生し
た不純物ガスは、各ステージ首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、−庇上真空室に
出た不純物ガスが他のステージ璽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。その結
果、ベークステーシラン、スパッタエッチステージ曹ン
より発生した不純物ガスがスパッタ処理ステージ四ンに
入りこんでスパッタ処理に悪影響を与える虞れは実用上
無視し得る。

また主真空室内では基板は水平面内を回動するため、基
板の上方から異物が落下し基板に異物が付着することを
防止できる。

さらに本実施例によれば、主真空室内の機構は大気にふ
れることがないため、ベーク処理ステージ習ンで高温に
される基板ホルダなどが常温の大気により冷却されず、
加熱と冷却のくり返しにより基板ホルダに付着した膜材
料のはがれを防止できるとともに、スパッタ処理をこ好
才しくない大気中のガスが主真空室へ入りこむのを低減
できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の連続スパッタ装置によれ
ば、基板に薄膜を形成する作業の歩留りを向上させ、し
かも実効的生産能力を向上せしめ得るという優れた実用
的効果を生じる。

【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３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３図のＣ−
６面による水平断面図である。 １・・・真空容器、　２・・・ガス配管、３・・・真空
バルブ、　４・・・可変バルブ、５・・・真空ポンプ、 ８・・・ローディングステージ璽ン、 ９・・・第２処理ステージ冒ン、 １０・・・第３処理ステージ璽ン、 １１・・・第４処理ステージ冒ン、 １２・・・第５処理ステージ冒ン、 １３・・・ドア、　１４・・・盲蓋、 １７・・・開口、１８・・・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、２３・・・爪、２
４・・・モータ、 ２５・・・ギア、２６・・・チェーン、２７・・・軸、
２８・・・真空予備室、３０・・・真空容器、３１・・
・蓋、 ３２・・・主真空室、３３・・・開口、３４・・・副真
空室、３５・・・排気口、３６・・・エアシリンダ、３
７・・・バルブ、３８・・・壁面、３９・・・ドラム、 ４０・・・平面、４１・・・板はね、 ４２・・・基板ホルダ、４３・・・ブツシャ、４４・・
・エアシリンダ、４５・・・円錐カム、４６・・・ガイ
ド、４７・・・圧縮ばね、４８・・・配管、５１・・・
ローディング室、５２・・・取入・取出室、５３，５４
．５５・・・搬送手段、５６　、５７・・・ゲートバル
ブ、５８・・・真空配管、５９・・・真空バルブ、６０
・・・補助真空ポンプ、６１・・・リーク配管、６２・
・・リークバルブ、６３・・・バイパス配管、６４・・
・ローディング位置、６５・・・エレベータ、６６・・
・アーム、６７・・・軸、６８・・・エアシリンダ、第
　１　閉 を 弼　２尺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、筒状の真空容器と、該真空容器ｔこ接続した排気手
   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せしめて
   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、離間せしめる駆動手段とを備えたスパッタ装置で
   あって、前記の開口の内の少なくとも一つの開口に基板
   導入手段を設けて大気中と真空容器中との間に基板を出
   し入れできるように構成し、かつ、上記の基板導入手段
   を設けた開口以外の開口の内の少なくとも一つの開口の
   外側に副真空室を設けるとともζこ少なくとも一つの副
   真空室にスパッタ処理手段を設け、少なくとも一つの副
   真空室に圧力制御手段を設けたこと８％徴とする連続ス
   パッタ装置。 ２、前記の基板導入手段は、真空排気し得る取入・取出
   室と、該取入・取出室内に設けた基板搬送手段と、上記
   の基板搬送手段と前記の基板ホルダとの間で基板を移送
   するローディング手段とを有するものであること全特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の連続スパッタ装置
   。 ３、前記のローディング手段は、密閉可能なローディン
   グ室を備えたものであり、かつ、上記のローディング室
   は真空容器と取入・取出室との間に設けたものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の連続スパ
   ッタ装置。 ４、前記筒状の真空容器に接続された排気手段と、前記
   ローディング室とがバイパス真空配管で接続されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の連続ス
   パッタ装置。