JPS62996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエハや通信用デバイスなどの
素子薄膜を真空中において連続的に製造するスパ
ツタ装置に関するものである。

最初に第１図、第２図に則して従来のこの種の
スパツタ装置を説明する。

従来装置では予め搬送治具に収納された基板を
使用するようになつている。すなわち第２図に示
されるように、基板３は内溝２を有する断面Ｃ字
形の部材１ａ，１ｂを互いに対向させて配置され
た搬送治具１の前記内溝２，２間に嵌合され、収
納されている。

そして従来のスパツタ装置は第１図に示される
ように、前記基板３を収容した搬送治具（以下治
具と略称）１の移送用のレール４、流体圧シリン
ダ５，６の協働により密閉箱体７の取入室１５内
に治具１を挿入する挿入部、密閉箱体７の取出室
２１から処理された基板を有する治具１′の取出
部とを備えている。

前記密閉箱体７は治具１内の基板処理工程順
に、側壁８と仕切壁９，９′１０，１０′１１，１
１′，１２，１２′，１３，１３′および側壁１４
とで区画された取入室１５、スパツタエツチング
室１７、加熱室１８、スパツタ室１９、冷却室２
０および取出室２１とを有している。前記取入室
１５のレール４に近い側壁に取入予備室１６が形
成されている。また取入室１５には取入予備室１
６用の密閉蓋２４を有する流体圧シリンダ２３が
取り付けられ、該密閉蓋２４には治具１のパレツ
ト（図示省略）が設けられ取入室１５の外部のは
取入予備室用の他の密閉蓋２６を有する流体圧シ
リンダ２５が設けられ、取入室１５の側壁８には
取入室１５の定位置からレール３０上の移送面に
向つて治具１を水平に押し込む流体圧シリンダ２
８が設けられ、また取入予備室１６には配管２７
が、取入室１５には排気管２９が取り付けられて
いる。前記密閉箱体７の内部には取入室１５内の
一部に差し掛かる位置から仕切壁９，９′〜１
３，１３′間を貫通して取出室２１の一部に差し
掛かる位置まで治具移送用のレール３０が敷設さ
れている。前記スパツタエツチング室１７には排
気管３１とスパツタエツチング電極３２とが取り
付けられ、前記加熱室１８には排気管３３とヒー
タ３４とが設けられ、前記スパツタ室１９には排
気管３５とスパツタ電極３６とが取り付けられ、
前記冷却室２０には排気管３７とレール３０に配
設された冷却パイプ（図示省略）とが取り付けら
れている。前記スパツタエツチング室１７とスパ
ツタ室１９にはスパツタガスが導入されている。
前記取出室２１にはレール３０上の移送方向から
見て左方に取出予備室２２が形成されている。ま
た取出室２１には排気管３８と治具１をレール３
０の移送面から受け取つてレール３０上の移送方
向から見て左方の定位置に運ぶ流体圧シリンダ３
９が取り付けられ、側壁１４′には治具１を上記
定位置から水平に押し出す流体圧シリンダ４０が
設けられている。さらに取出室２１には取出予備
室２２用の密閉蓋４２を有する流体圧シリンダ４
１が設けられ、前記密閉蓋４２の、基板の移送方
向に向つて前方には治具１のパレツト（図示省
略）が取り付けられ、取出室２１の外部には同取
出予備室用の密閉蓋４４を有する流体圧シリンダ
４３が設けられ、取出予備室２２には配管４５が
取り付けられている。処理された基板を収納せる
治具１′の取出室たる取出予備室２２の外部には
前記治具１′を密閉箱体７の外部に押し出す流体
圧シリンダ４６が設置まされている。前記排気管
２９，３１，３３，３５，３７，３８は真空ポン
プ（図示省略）におよび配管２７，４５は真空ポ
ンプ（図示省略）と大気とに切換え可能に接続さ
れている。そして各室は仕切壁９，９′〜１３，
１３′間を順次送られてくる治具１との間隙で形
成されるコンダクタンス（ガスの流れ易さを示す
値）と、スパツタエツチング室１７およびスパツ
タ室１９に導入されるスパツタガス流量と、各室
の排気管の排気速度との関係から定まる動的平衡
状態となつており、各室は異なる真空度とされ
る。

前述の従来装置では密閉箱体７の外部に設置さ
れたレール４上に、基板を収納した治具１を配列
し、矢印ａ方向に移送する。

ついで治具１をレール４の先端部から外れた挿
入部に設置された流体圧シリンダ５によりＡ位置
から矢印ｂ方向にＢ位置まで移動させ、他の流体
圧シリンダ６によりＢ位置から矢印ｃ方向に押し
込み、取入室１５に設けられた流体圧シリンダ２
３にて駆動される密閉蓋２４で取入室側が閉塞さ
れている取入予備室１９内のＣ位置に移送し、密
閉蓋２４に取り付けられたパレツト上に載置せし
める。

前記治具１をＣ位置に挿入した時点で取入室１
５の外部に設けられた流体圧シリンダ２５を作動
させ、取入予備室１６内を密閉蓋２４，２６で密
閉し、治具１をこの密閉室内に収納し、かつ密閉
室内を配管２７を通じて、取入室１５内と略同じ
真空度に排気する。

前記密閉室内を真空状態にした後、パレツトと
治具１とを矢印ｄ方向に取入室１５内のＥ位置
へ、密閉蓋２４を矢印ｄ方向にＦ位置へそれぞれ
移送せしめる。

治具１を前記Ｅ位置に移動した時点で取入室１
５の側壁８に取り付けられた流体圧シリンダ２８
を起動させ、治具１を矢印ｅ方向に押し込み、レ
ール３０上に転載する。その結果レール３０上に
載置されている治具１は矢印ｆ方向に１ピツチ移
送される。治具１をＥ位置からレール３０上に押
し込んだ後、密閉蓋２４，２６を実線で示される
もとの位置に戻す。

スパツタエツチング室１７ではスパツタエツチ
ング電極３２と治具１に収納されている基板との
間に電圧を印加し、イオン化されたスパツタガス
により基板表面を衝撃しこれにより基板表面のス
パツタエツチングを行ない、基板表面の微小な付
着異物を取り除く。

つぎに加熱室１８においてヒータ３４により基
板を加熱し、基板表面に吸着および基板内部に吸
蔵されている不純物ガスを放出させ、かつスパツ
タ処理に適した温度に昇温させる。

ついでスパツタ室１９においてスパツタエツチ
ング室１７のスパツタエツチング処理とは反対方
向のイオン衝撃により、基板にスパツタ電極３６
のスパツタ材料を付着させるスパツタ処理をす
る。

ついで冷却室２０において基板を冷却し、所期
のスパツタ処理を施した基板を有する治具１′を
取出室２１に送る。

前記取出室２１ではＧ位置に移送された治具
１′を流体圧シリンダ３９により矢印ｇ方向に送
り、Ｈ位置に移動させ、さらに流体圧シリンダ４
０により治具１′をＨ位置から矢印ｈ方向に送り
出し、流体圧シリンダ４１に取り付けられた密閉
蓋４２に設けられたパレツト上のＩ位置に移送す
る。

つぎに流体圧シリンダ４１を作動させ、密閉蓋
４２とパレツト、治具１′とを実線で示される
Ｊ、Ｉ位置から矢印ｉ方向に移動させ、破線で示
されるＬ、Ｋ位置に送る。

この時点では取出予備室２２の外側の開口部は
取出室２１の外部に設けられた流体圧シリンダ４
３に取り付けられた密閉蓋４４で閉塞されてお
り、内側の密閉蓋４２がＬ位置に移動すると、取
出予備室２２が密閉され、治具１′はその密閉室
内に配置される。該密閉室に配管４５を通して大
気を導入し、取出予備室２２を大気圧にした後、
流体圧シリンダ４３により密閉蓋４４をＭ位置か
らＮ位置に移動させる。

つぎに取出部の流体圧シリンダ４６を駆動し、
パレツト上のＫ位置にある治具１′を矢印ｊ方向
に移動させ、レール４上に送り出し、スパツタ処
理された基板を有する治具１′を取り出し、一連
の動作を完了する。

以上の動作を順次繰り返すことによつて１枚１
枚の基板にスパツタ処理を行うものである。

しかしながら前記従来装置によれば、 (1) 治具に収納された基板ガスパツタ処理工程直
前まで流されるので、大気中で治具に吸着され
た不純物ガスがスパツタ室に拡散し、膜質に悪
影響を与える。

(2) ウエハ自体に比べ治具の熱容量が大きいた
め、加熱・冷却ともに長時間を要し、スパツタ
処理の高速化が困難となる。

(3) スパツタ処理工程直前まで治具を搬送しなけ
ればならず、スパツタ処理装置の全体構成が大
型化する。

(4) ウエハの取入室から取出室まで一様のタクト
タイムで治具が搬送されるため、通常長時間を
要する基板加熱に工程全体が律速されてしま
う。

(5) 真空室が多数必要であり真空排気系が高価大
型となる。

等の技術的課題を生ずるに至つた。

そこで本発明は前記従来技術の問題点を解消
し、基板に安定した膜質の薄膜を形成でき、生産
性も高く、装置全体の小型化を図ることができる
スパツタ装置を提供することを目的とする。

即ち本発明は上記目的を達成するために、複数
の被処理基板（例えばシリコンウエハ）を一括収
容したカセツトを支持する第１のカセツトエレベ
ータと、既にスパツタ処理された複数の被処理基
板を受け取つて一括収容するカセツトを支持する
第２のカセツトエレベータと、第２のカセツトエ
レベータに収容された被処理基板を開閉手段を介
して一枚毎に搬出入する搬送手段とを設置し、排
気手段に接続された真空予備室と、 前記開閉手段を介して被処理基板を搬出入する
搬送手段と、被処理基板の受け渡し並びに被処理
基板の加熱位置若しくは被処理基板のスパツタエ
ツチング位置への搬出入を行う、上下移動可能か
つ回転自在な軸に設置された腕部材、被処理基板
の加熱手段、被処理基板上に形成された酸化膜等
を除去してスパツタ膜と被処理基板との接触、電
気的導通をよくするためのスパツタエツチング電
極、及び被処理基板を開閉手段を介してスパツタ
室へ搬出入する搬送手段とを設置し、排気手段に
接続された前処理室と、 前記開閉手段を介して被処理基板を搬出入する
搬送手段と、該搬送手段により所定位置に搬送さ
れた基板をスパツタ処理手段に正対すべく略垂直
に起立させ、スパツタ処理後水平に戻す基板立上
げ戻し手段と、スパツタ成膜手段とを設置し、排
気手段に接続されたスパツタ室、 とを主要構成要素としたスパツタ装置を提供する
ものである。

本発明においては、被処理基板（例えばシリコ
ンウエハ）上に形成された酸化膜を除去してスパ
ツタ膜と被処理基板との電気的導通をよくしたこ
とが特徴の１つである。

また本発明においては、被処理基板を鉛直にし
た状態でスパツタ処理するようにし、被処理基板
上に降りつもる異物量を低減して高品質の薄膜を
形成できるようにしたことが特徴の１つである。

以下本発明を図面に基づいて説明する。第３
図、第４図は本発明のスパツタ装置の一実施例を
示すもので、密閉箱体５１の内部に、真空予備室
５２、前処理室５３、スパツタ室５４が配設され
ている。

真空予備室５２と前処理室５３間、および前処
理室５３とスパツタ室間にはゲートバルブ５６，
５７が設けられており、該ゲートバルブ５６，５
７はエアシリンダ（図示せず）を備えており、各
室間でウエハ等の被処理基板９７の搬送をする
間、開動作するようになつている。

真空予備室５２はメインバルブ５８を介して真
空ポンプ５９、さらに荒引き配管６０、大気圧リ
ーク配管６１、カセツト６２を出し入れするフタ
６３、１組のカセツトエレベータ６４，６５、基
板搬送ベルト６６、基板加熱用のヒータ（図示せ
ず）を有する。メインバルブ５８はエアシリンダ
（図示せず）により開閉される。カセツトエレベ
ータ６４，６５はモーダ６７，６８、ネジ６９，
７０、ナツト７１，７２の組合せにより上下に駆
動される。前記カセツト６２，７３はそれぞれカ
セツトエレベータ６４，６５に載置され、また被
処理基板９７を棚板状に設置しうるように形成さ
れている。前記基板搬送ベルト６６はモータ７４
（第４図）により駆動され、２ケのカセツト間お
よび真空予備室５２と前処理室５３との間の基板
搬送を行う。

前処理室５３はメインバルブ７５を介して真空
ポンプ７６、さらにArガス配管７７、スパツタ
エツチ電極７８、基板搬送アーチ７９、２組の基
板搬送ベルト８０，８１およびヒータ８２を有す
る。基板搬送アーム７９は２個のフインガ８３，
８４（第４図）を有し、基板搬送アーム自身はエ
アシリンダ、モータ（ともに図示せず）により上
下動および回転が可能である。２組の基板搬送ベ
ルト８０，８１はモータ８５，８６（第４図）に
よりそれぞれ駆動され、さらに第３図に示すよう
に基板搬送ベルト８０，８１全体が別のモータ
（図示せず）により回転可能である。

なおヒータ８２は第４図に示すＣ位置にある。

前処理室５３内はArガス配管７７より導入さ
れるArガスの流量と真空ポンプ７６の排気速度
を調節することにより運転中常にスパツタエツチ
処理に適した圧力に保たれる。

スパツタ室５４はメインバルブ８７を介して真
空ポンプ８８、さらにArガス配管８９、スパツ
タ電極９０、基板搬送ベルト９１、立上げ機構９
２、シヤツタ９３、防着シールド９４を有する。
基板搬送ベルト９１はモータ９５（第４図）によ
り駆動され、ゲートバルブ５７と立上げ機構９２
との間の基板搬送を行う。立上げ機構９２はモー
タ９６（第４図）により駆動され、基板搬送ベル
ト９１により搬送されてきた基板９７をほぼ鉛直
に立上げ、スパツタ電極９０と正対させる。シヤ
ツタ９３はモータ（図示せず）により駆動され
る。防着シールド９４はスパツタ電極９０から飛
び出したスパツタ材料がスパツタ室５４の内面に
付着するのを低減する。

なおスパツタ室５４内はArガス配管８９より
導入されるArガスの流量と真空ポンプ８８の排
気速度を調節することにより運転中常にスパツタ
処理に適した圧力に保たれるから発生する不純物
ガスのスパツタ室への影響を低減させることがで
き、特徴の第４は前記スパツタ処理室に、基板を
前記スパツタ処理手段に正対するほぼ垂直に起立
させうる基板の立上げ手段を有しているところに
存し、この構成により基板上に降りつもる異物量
を低減させることができるスパツタ装置を得たも
のである。

次に各部の動作を述べる。

真空予備室５２のフタ６３を開き、スパツタ処
理を行うべき基板９７を収納したカセツト６２を
カセツトエレベータに載せた後フタ６３を閉め、
荒引き配管６０を通して荒引きポンプ（図示せ
ず）により荒引き後、引続きメインバルブ５８を
開き真空ポンプ５９により真空予備室５２内を真
空排気する。真空排気後ヒータ（図示せず）を点
灯し、ウエハ等の被処理基板のベーク処理を行い
被処理基板表面を清浄にする。基板ベーク処理後
モータ６７、ネジ６９、ナツト７１の協働によ
り、カセツト６４内の最下段の基板９７が基板搬
送ベルト６６に接する高さまでカセツトエレベー
タを下降させる。次にモータ７４により基板搬送
ベルト６６を駆動し、基板９４をカセツト７３の
位置に搬送し、カセツト７３の棚に基板９７を収
納する。モータ６８、ネジ７０、ナツト７２、の
協働によりカセツトエレベータ６５を１ピツチ分
上昇させ次の基板９７を受入れ可能にする。以上
をくり返すことによりカセツト６２内の基板９７
すべてをカセツト７３に収納する。次にゲートバ
ルブ５６を開き、カセツトエレベータ６５を１ピ
ツチ分下降させ、基板搬送ベルト６６により基板
９７を前処理室５３に搬送する。このように前処
理室５３への被処理基板９７の取入れ、前処理室
５３より被処理基板９７の受入れが１つの真空予
備室５２で行うことができ、非常に簡素化でき
る。また真空予備室５２で被処理基板を一括収容
してベーク処理が行えるため、装置構成を簡素化
して能率を著しく向上させることができる。

前処理室５３は第３図、第４図に示すように基
板搬送アーム７９は上昇、フインガ８３はＡ位
置、フインガ８４はＣ位置、基板搬送ベルト８
０，８１の各々は水平位置にある状態で、真空予
備室５２より被処理基板９７を受入れる。

ゲートバルブ５６を通過してきた被処理基板９
７はモータ８５（第４図）により駆動される基板
搬送ベルト８０によりＡ位置にあるフインガ８３
より搬送される。ゲートバルブ５６を閉じた後モ
ータ（図示せず）により基板搬送ベルト８０，８
１の各各が点Ｐ，Ｑを中心に回転し、基板９７を
フインガ８３に載せる。次に基板搬送アーム７９
はフインガ８３がＢ位置にくるまで回転した後下
降し、被処理基板９７をスパツタエツチ電極７８
上に載せる。スパツタエツチ電極にスパツタエツ
チ電力を印加し、被処理基板９７へスパツタエツ
チ処理を施し、被処理基板９７上に形成された酸
化膜を除去する。従つて被処理基板９７とスパツ
タ膜（Al蒸着膜）との電気的導通をよくするこ
とができる。次に基板搬送アーム７９を上昇させ
た後フインガ８３がＣ位置にくるまで回転させ、
ヒータ８２を点灯し、基板９７を加熱する。次に
基板搬送アーム７９をフインガ８３がＤ位置にく
るまで回転させた後基板搬送ベルト８０，８１を
モータ（図示せず）により水平位置まで回転させ
ると、フインガ１に載つていた基板９７は基板搬
送ベルト８１の上に乗る。ゲートバルブ５７を開
いた後モータ８６（第４図）により被処理基板９
７をスパツタ室５４に送る。被処理基板９７をス
パツタ室５４に送つた後、ゲートバルブ５７を閉
じ、次の基板９７を真空予備室５２より受取り、
上記のスパツタエツチ処理、加熱処理を行つた
後、フインガ８３に載せられた被処理基板９７は
Ｂ位置にフインガ８４はＤ位置で、また基板搬送
ベルト８０，８１は水平位置で待機する。

スパツタ室５４ではゲートバルブ５７を通過し
てきた被処理基板９７をモータ９５（第４図）に
より駆動される基板搬送ベルト９１により、水平
位置にある立上げ機構９２の上にまで搬送する。
次に立上げ機構９２をモータ９６により基板姿勢
がほぼ鉛直になるまで立上げた後モータ（図示せ
ず）によりシヤツタ９３を開き、スパツタ電力が
印加されているスパツタ電極９０から被処理基板
９７にAl蒸着等スパツタ膜を形成させる。所定
時間スパツタ後シヤツタ９３を閉じ、立上げ機構
９２を水平にし、基板搬送ベルト９１によりゲー
トバルブ５７を通過して、被処理基板９７を前処
理室５３のフインガ８４の上に搬送し、基板搬送
ベルト８０，８１を回転させ鉛直位置にした後基
板搬送アーム７９を回転させ、フインガ８３に載
せられたスパツタ未処理基板をＤ位置に、スパツ
タ処理済み基板をＣ位置に置いた後、スパツタ未
処理基板は前記と同様にスパツタ室５４に搬送
し、スパツタ処理を行いＣ位置にあるスパツタ処
理ずみ基板は、基板搬送アーム７９をさらに回転
させＡ位置に持つてきた後前記の反対の動作によ
り真空予備室５２に送る。真空予備室５２ではス
パツタ処理ずみ基板はカセツト７３を通過してカ
セツト６２に収納した後次の基板９７をカセツト
７３から前処理室５３に送る。

以上の動作をくり返すことにより真空予備室５
２のカセツト７３に収納されていた被処理基板す
べてにスパツタ処理を行い、カセツト６２に収納
する。次に大気圧リーク配管６１よりリークガス
を真空予備室５２に導入し大気圧にした後フタ６
３を開きカセツト６２を取出しスパツタ動作を完
了する。

以上説明したように本発明によれば搬送治具を
用いず、基板単体で搬送するためにスパツタ室に
持ちこまれる不純物ガスを搬送治具を用いる場合
に比べ大幅に低減でき、不純物ガスに起因する膜
質低下を低減できると共にウエハの熱容量は小さ
いので加熱、冷却処理ともに短時間で終了でき
る。しかも真空予備室を１つにして簡単化をはか
ると共に搬送手段も簡略化でき、莫大な経済的効
果が得られ、更に真空予備室での被処理基板への
ベーク処理を一括して行うため定められた時間内
に基板のベーキング処理を効率よく行うことがで
き、スパツタ室へ持込まれる不純物ガスをさらに
低減でき、膜質の向上がはかられる。

また本発明によれば装置の各室が独立して密閉
できるため真空予備室、前処理室で発生する汚染
ガスのスパツタ室への流入を防止でき、しかも前
処理室でのスパツタエツチにより被処理基板に形
成された酸化膜等を除去できる効果も奏する。

また本発明はサイドスパツタ（スパツタ電極面
がほぼ鉛直）であるためスパツタ電極からの突
沸、あるいはフレーク落下等による基板への異物
付着を防止でき、しかもスパツタ中、スパツタ電
極と基板とは静止対向が可能となり、成膜速度の
向上がはかれる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスパツタ装置を示す横断平面
図、第２図は同従来装置に送給される基板とその
治具の組合せを示す斜視図、第３図は本発明のス
パツタ装置の一実施例を示す縦断正面図、第４図
は第３図の横断平面図である。 符号の説明 ５２…真空予備室、５３…前処理
室、５４…スパツタ室、５９…真空ポンプ、６２
…カセツト、６４，６５…カセツトエレベータ、
６６…基板搬送ベルト、７４…被処理基板、７６
…真空ポンプ、７８…スパツタエツチ電極、７９
…基板搬送アーム、８０，８１…基板搬送ベル
ト、８３，８４…フインガ、８８…真空ポンプ、
９０…スパツタ電極、９１…基板搬送ベルト、９
２…立上げ機構、９３…シヤツタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に隣接し、第１又は第２の開閉手段を介
   して接続された真空予備室とスパツタ前処理室と
   スパツタ室とを有するスパツタ装置であつて、 前記真空予備室は、複数の被処理基板を一括収
   容した容器を支持する第１の容器上下手段と、既
   にスパツタ処理された複数の被処理基板を受け取
   つて一括収容する容器を支持する第２の容器上下
   手段と、前記容器上下手段に収容された被処理基
   板を単体で前記第１の開閉手段を介して一枚毎に
   搬出入する搬送手段とを設置し、排気手段に接続
   されており、 前記スパツタ前処理室は、被処理基板を前記第
   １の開閉手段を介して搬出入する搬送手段と、該
   搬送手段による被処理基板の授受並びに被処理基
   板の加熱位置若しくは被処理基板のスパツタエツ
   チング位置への搬出入を行うように上下及び回転
   駆動される腕部材と、被処理基板の加熱手段と、
   被処理基板のスパツタエツチング手段と、被処理
   基板を前記第２の開閉手段を介してスパツタ室へ
   搬出入する搬送手段とを設置し、排気手段に接続
   されており、 前記スパツタ室は、被処理基板を前記第２の開
   閉手段を介して搬出入する搬送手段と、被処理基
   板にスパツタ成膜するスパツタ処理手段と、該搬
   送手段により搬入された被処理基板をスパツタ処
   理手段に正対させるべく略垂直に起立させた後水
   平に戻す基板立上げ戻し手段とを設置し、排気手
   段に接続されていることを特徴とするスパツタ装
   置。