JPS6337186B2

JPS6337186B2 -

Info

Publication number: JPS6337186B2
Application number: JP58160388A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tateishi; Tamotsu Shimizu; Susumu Aiuchi; Katsuhiro Iwashita; Hiroshi Nakamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1988-07-25
Also published as: EP0136562B1; KR850002686A; KR890002837B1; EP0136562A2; EP0136562A3; US4675096A; DE3483637D1; JPS6052574A

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ツタ処
理を連続的に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１の前壁６ａには、中心から同一半径
上に複数個の開口７が設けられ、第１図に示すご
とくこれらの開口７に順次にローデイングステー
シヨン８、第２処理ステーシヨン９、第３処理ス
テーシヨン１０、第４処理ステーシヨン１１及び
第５処理ステーシヨン１２が設けられている。

ローデイングステーシヨン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１５の基板保持
孔２２の周囲に設置されている。

真空容器１の後壁６ｂには、ローデイングステ
ーシヨ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つている。

また、後壁６ｂの中央部には、搬送プレート１
５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には各開口７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６
ａに設置されたモータ２４、ギア２５、チエーン
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によつ
て前後動させられる圧力プレート１９があり、ド
ア１３、ローデイングステーシヨン８の開口７、
搬送プレート１５の基板保持穴２２および圧力プ
レート１９と協調して真空予備室２８を形成す
る。また圧力プレート１９には、前壁６ａ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。

各処理ステーシヨン９〜１２には、基板のスパ
ツタ処理のためのユニツト、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ツタ装置
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１の前壁６ａに押付け、
さらにエアシリンダ２０により圧力プレート１９
を搬送プレート１５に押しつけ、ローデイングス
テーシヨン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
よりスパツタ処理ずみを基板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を相互に離間させる。次にモ
ータ２４、ギア２５、チエーン２６により搬送プ
レート１５を１ステー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。
ローデイングステーシヨン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
ーシヨン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ツタ処理を行なう。

また各処理ステーシヨ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１４の
表面にArイオンを衝撃させ下地表面層を除去す
るスパツタエツチ処理、薄膜を形成するスパツタ
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ツタエツチ処理を行い、
第３処理ステーシヨン１０でベーク処理又はスパ
ツタエツチ処理を行い、第４、第５処理ステーシ
ヨン１１，１２でスパツタ処理を行うが、いずれ
の処理ステーシヨ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ツタ装置には次
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ツタ処理と
スパツタエツ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。またベーク処理
ステーシヨン、スパツタエツチ処理ステーシヨン
から発生するガスがスパツタ処理ステーシヨンに
達し、膜質を低下させる。

また処理ユニツト１８の内、スパツタ処理ユニ
ツトは成膜材料源であるターゲツト（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、ターゲツト交換後真空容器１内を再び清浄な
高真空に排気するまで長時間必要とし、その結果
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〕

本発明の目的は、上記問題点について鑑み、膜
質を高品質に維持でき、基板に対するスパツタ成
膜の歩留りを向上させると共に実効的生産能力を
向上させたスパツタ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、主真空
室を形成する筒状の真空容器と、該真空容器に接
続した排気手段と、該真空容器に対して同心状に
設けた回転搬送手段と、該回転搬送手段に等角度
間隔に設けた複数個の基板ホルダと、上記真空容
器の側壁に上記基板ホルダに対向せしめて設けた
開口と、上記基板ホルダを上記開口に対して気密
に押圧、離間せしめる駆動手段と、基板を導入、
排出位置に設けられた開口の外側にこの開口と連
通させて気密に囲むべく設けられ、且つ搬入され
る基板を上記基板ホルダに取付け、上記基板ホル
ダから取外された基板を搬出する基板搬送手段を
備え、真空排気されるローデング室と、真空排気
手段とリーク手段とが接続され、開閉され、且つ
基板を取入、取出すゲートを備え、基板を収納す
る取入・取出室と、上記ローデイング室と取入・
取出室との間を基板を搬入、搬出すべく接続して
開閉されるゲートと、他の開口の内、少なくとも
一つの開口の外側に設けられ、スパツタ処理手段
を有し、且つガス導入手段を接続した副真空室
と、該副真空室に接続され、副真空室内の圧力を
調節する圧力調節手段とを備え付け、取入・取出
室とローデイング室との基板の搬送を容易にする
ことができ、その上、低真空と大気との雰囲気に
なる取入・取出室とゲートによつて別けられたロ
ーデイング室を高真空に排気後基板ホルダを中心
側に移動されるため、主真空室及び副真空室内は
常に残留ガス分圧を低圧に維持でき、この残留ガ
ス分圧に敏感な膜質を高品質に維持でき、基板に
対するスパツタ成膜の歩留りを向上させることが
できるようにした。

〔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。第４
図は第３図に示すＣ―Ｃ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、ほぼ同一水平面に中
心軸をもつ開口３３が等角度間隔にあけられ、順
にローデイングステーシヨン８、第２〜第５ステ
ーシヨン９〜１２を形成する。またローデイング
ステーシヨン８の大気側にはローデイング室５１
および取入・取出室５２が取り付けられ、第２〜
第５処理ステーシヨンの開口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３４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３６で駆動されるバルブ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に支持され
ており、モータ２４、ギヤ２５、チエーン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、ブツシヤ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４４（第３図）
により円錐カム４５が下降すると、ブツシヤ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ヨンで同時に基
板ホルダ４２を壁面３８に押付ける。円錐カム４
５が上昇すると、圧縮ばね４７により、ブツシヤ
４３は中心方向に力を受け、ブツシヤ４３の先端
は蓋３１の凹みの外周面まで後退し、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処理ステーシヨン９、第
３処理ステーシヨン１０、および第５処理ステー
シヨン１２についてはブツシヤ４３、ガイド４
６、基板ホルダ４２、板ばね４７の図示を省略し
てある。

第３図に示すごとく、少なくとも一つの副真空
室３４には処理ユニツト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イングステーシ
ヨン８の大気側にはローデイング室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には２組の搬送手段５３，
５４が、またローデイング室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５
６，５７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・取出室５２に搬入さ
れ、搬送手段５３，５５，５４によりローデイン
グ室５１を経て再び大気側に搬出されることがで
きる。

また取入・取出室５２は第３図に示すように真
空配管５８、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。

ローデイング室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。

またローデイング室５１内のローデイング位置
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は持ち上げら
れ、アーム６６（第３図）にチヤツクされる。
（チヤツク機構は図示省略）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は基板ホルダ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
により、またアーム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ツタ装置
の作動について述べる。

エアシリンダ４４により円錐カム４５を下降さ
せ各ステーシヨンで基板ホルダ４２を、真空容器
３０の壁面３８に押付けておく。エアシリンダ３
６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
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
５６，５７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
りリークガスを導入し、取入・取出室５２内を大
気圧にしておく。

ローデイング室５１ではエレベータ６５を下降
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10^-7Torr台に真空排気しておく。

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（図示せず）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
0.1Torr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
をローデイング位置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、ブツシヤ４３は圧縮ばね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、
チエーン２６により、ドラム３９を１ステーシヨ
ン分回転させた後、エアシリンダ４４、円錐カム
４５、ブツシヤ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。ローデイ
ングステーシヨン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内の搬出位置７０に搬送するとともに、未処
理の基板１４を搬入位置６９からローデイング位
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・取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。

以上のローデイングステーシヨン８での取入・
取出し処理と並行して、第２〜第５ステーシヨン
では基板１４に各々所定の処理を施す。

なお、第２〜第５処理ステーシヨンでは、ウエ
ーハ表面に吸着した汚染ガスを除去するウエーハ
ベーク処理、スパツタ前のウエーハ表面の酸化物
層を除去するスパツタエツチ処理、あるいは薄膜
を形成するスパツ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ステーシヨンでウエー
ハベーク処理、第３ステーシヨンでスパツタエツ
チ処理、第４、第５ステーシヨンでスパツタ処理
を行なう。その場合、各ステーシヨンの処理ユニ
ツト１８は、第２ステーシヨンはウエーハベーク
ユニツト、第３ステーシヨンはスパツタエツチン
グユニツト、第４、第５ステーシヨンはスパツタ
処理ユニツトである。

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３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１
４がそれぞれ連続的にスパツタ処理を施される。

また消耗品であるスパツタ処理ユニツトのター
ゲツ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、ブツシヤ４
３の協調により基板ホルダ５コを壁面３８に押付
けさらにターゲツト交換を行なうステーシヨンの
エアシリンダ３６によりそのステーシヨンのバル
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
３４を大気圧にした後、そのステーシヨンに取付
けられている処理ユニツト１８のスパツタ電極を
外してターゲツトを交換する。再びスパツタ電極
を組付けた後、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、副真空室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ツト交換を
行なう場合には、主真空室３２を高真空排気した
まま、ターゲツトを交換を行なうステーシヨンの
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イングステーシ
ヨン１個と処理ステーシヨン４個と、計５個のス
テーシヨンを設けたが、本発明を実施する場合、
設置するステーシヨンの個数は任意に設定し得
る。

また本実施例ではローデイングステーシヨン８
にローデイング室５１と、取入・取出室５２とを
設けたが、これに限らずローデイング室５１を省
略し、取入・取出室５２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、ローデイング用のアーム６６を設けること
によつ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、みかけ上一組の真空システム
より成るスパツタ装置において、各処理ステーシ
ヨ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を
はかることができる。また、ベーク処理ステーシ
ヨン、スパツタエツチステーシヨンより発生した
不純物ガスは、各ステーシヨ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、一度
主真空室に出た不純物ガスが他のステーシヨンの
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、ベークステーシヨ
ン、スパツタエツチステーシヨンより発生した不
純物ガスがスパツタ処理ステーシヨンに入りこん
でスパツ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
シヨ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、スパツタ処理に好ましくない大気
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、本発明の連続スパツタ装
置によれば、取入・取出室とローデイング室との
基板の搬送を容易にすると共に主真空室及び副真
空室内の残留ガス分圧を常に低圧に維持でき、膜
質を高品質に維持でき、しかも異物の付着も低減
でき、基板に対するスパツタ成膜の歩留りを向上
させると共に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ツタ装置の垂直断面
図、第２図は第１図のＡ―Ａ断面図、第３図は本
発明の連続スパツタ装置の１実施例の垂直断面
図、第４図は第３図のＣ―Ｃ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
デイングステーシヨン、９…第２処理ステーシヨ
ン、１０…第３処理ステーシヨン、１１…第４処
理ステーシヨン、１２…第５処理ステーシヨン、
１３…ドア、１４…盲蓋、１７…開口、１８…処
理ユニツト、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、２４…モータ、２５…ギア、２６
…チエーン、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、３７…バルブ、３８…壁面、３９…
ドラム、４０…平面、４１…板ばね、４２…基板
ホルダ、４３…ブツシヤ、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…ローデイング室、５２…
取入・取出室、５３，５４，５５…搬送手段、５
６，５７…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…ローデイング位置、６５…エレベー
タ、６６…アーム、６７…軸、６８…エアシリン
ダ、６９…搬入位置、７０…搬出位置。

Claims

【特許請求の範囲】１主真空室を形成する筒状の真空容器と、該真
空容器に接続した排気手段と、該真空容器に対し
て同心状に設けた回転搬送手段と、該回転搬送手
段に等角度間隔に設けた複数個の基板ホルダと、
上記真空容器の側壁に上記基板ホルダに対向せし
めて設けた複数の開口と、上記基板ホルダを上記
開口に対して気密に押圧、離間せしめる駆動手段
と、基板を導入、排出位置に設けられた開口の外
側にこの開口と連通させて気密に囲むべく設けら
れ、且つ搬入される基板を上記基板ホルダに取付
け、上記基板ホルダから取外された基板を搬出す
る基板搬送手段を備え、真空排気されるローデン
グ室と、真空排気手段とリーク手段とが接続さ
れ、開閉され、且つ基板を取入、取出すゲートを
備え、基板を収納する取入・取出室と、上記ロー
デイング室と取入・取出室との間を基板を搬入・
搬出すべく接続して開閉されるゲートと、他の開
口の内、少なくとも一つの開口の外側に設けら
れ、スパツタ処理手段を有し、且つガス導入手段
を接続した副真空室と、該副真空室に接続され、
副真空室内の圧力を調節する圧力調節手段とを備
え付けたことを特徴とする連続スパツタ装置。２上記排気手段と上記ローデイング室とがバイ
パス真空配管で接続したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の連続スパツタ装置。