JPH05179428A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の異なる薄膜形成工程を行えるととも
に、真空発生装置などの構造が簡単になり、能率的に作
業を行え、粉塵の発生も少ない薄膜形成装置を提供す
る。 【構成】 一端に開口面１２を有し内部に薄膜形成手段
１４を備えた処理室１０が、円周上の複数個所に固定設
置され、各処理室１０の開口面１２に対向して、処理室
１０全体の中心回りに回転する基板保持体２０を備え、
基板保持体２０には、処理室１０との対向面で処理室１
０と同じ円周上に複数の処理基板３０が搭載でき、各処
理室１０の開口面１２が基板保持体２０により実質的に
密閉されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は薄膜形成装置に関し、
詳しくは、例えば、半導体装置を製造する際に、半導体
基板の表面に各種の金属や金属化合物などの薄膜を形成
するために用いられ、真空もしくは真空に近い制御され
た処理雰囲気で蒸着やスパッタリングなどによる薄膜形
成を行う装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜形成装置は、半導体装置の製造技術
において、極めて重要な設備である。半導体装置では、
シリコンなどからなる基板の表面に、酸化膜などの絶縁
膜や、電極となる導電金属膜、半導体膜その他の各種機
能を有する薄膜を何層にも重ねて形成する必要がある。
各機能膜毎に膜の材料が異なったり、膜の形成方法や処
理条件が異なる。但し、多くの薄膜形成方法では、薄膜
形成を行う処理雰囲気を真空あるいは真空に近い減圧下
に維持しておくのが普通である。

【０００３】半導体装置の製造ラインでは、各機能膜に
合わせて、それぞれ構造や処理条件等の異なる多数の薄
膜形成装置が設置されており、半導体基板を順次適当な
薄膜形成装置へと送り込んで、必要な処理工程を行わせ
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に、多数の薄膜形成装置を組み合わせて使用する場合、
それぞれの薄膜形成装置毎に、制御された一定容積以上
の処理雰囲気を作り出すための真空発生装置が必要にな
り、そのための設備コストおよび稼働コストが高くつく
という問題があった。また、各薄膜形成装置の作動機構
などから発生する粉塵が、半導体基板の表面に付着する
という問題もあった。

【０００５】さらに、半導体基板を、各薄膜形成装置の
処理室に出し入れする作業に手間がかかるという問題も
あった。これは、それぞれの薄膜形成装置で、処理室を
真空雰囲気に制御するには、基板の出し入れを行う開口
部を厳重な密閉構造にしておかなければならず、このよ
うな開口部の開閉操作には手間がかかり、作業時間が長
くなってしまうのである。また、このような開口部の密
閉構造もしくは開閉構造を各薄膜形成装置毎に設置して
おく必要があるので、この点でも設備コストを増大させ
ることになる。しかも、各開口部の開閉操作に伴って、
前記したような粉塵の発生が起きることになる。

【０００６】そこで、この発明の課題は、上記した半導
体装置の製造ラインなどで使用され、複数の異なる薄膜
形成工程を行うことのできる薄膜形成装置であって、真
空発生装置などの構造が簡単で能率的に作業を行え、作
動機構からの粉塵の発生も少ない薄膜形成装置を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる薄膜形成装置は、一端に開口面を有し内
部に薄膜形成手段を備えた処理室が、円周上の複数個所
に固定設置され、各処理室の開口面に対向して、処理室
全体の中心回りに回転する基板保持体を備え、基板保持
体には、処理室との対向面で処理室と同じ円周上に複数
の処理基板が搭載でき、各処理室の開口面が基板保持体
により実質的に密閉されるようになっている。

【０００８】処理室は、処理基板の表面に薄膜を形成す
るための、薄膜材料の蒸着源や電圧印加機構、加熱機
構、プラズマ発生機構、その他の通常の薄膜形成装置に
装備されている各種の機構を備えている。処理室には、
薄膜形成を行う際に必要な真空あるいは減圧雰囲気を作
るための真空発生機構も備えている。なお、１個所の真
空発生機構で、複数の処理室に同時に真空雰囲気を作る
ようにしてもよい。この発明では、同じ構造の薄膜形成
機構を備えた処理室を複数設けておいてもよいし、異な
る薄膜形成方法を行う構造の異なる薄膜形成機構を備え
た処理室を組み合わせて用いることもできる。

【０００９】複数の処理室は、ひとつの円周上に固定設
置される。各処理室は円周上で等間隔に配置されている
のが好ましい。各処理室の一端には開口面が設けられ
る。この開口面に処理基板を配置した状態で、前記した
薄膜形成機構が機能するように構成されている。開口面
の形状および大きさは、処理基板よりも少し大きな程度
に設定される。開口面には、後述する基板保持体による
密閉状態が良好になるように、弾力的に変形して基板保
持体と密着するパッキン材などを装着しておくことがで
きる。また、後述する予備真空室などを設けておく場合
には、基板保持体と開口面の表面との間隙をある程度よ
りも小さくしておき、各処理室と予備真空室などとの間
に一定の差圧が生じるようにしておけば、基板保持体と
開口面が密着していなくても、各処理室の内部環境に悪
影響を生じない程度に、実質的に密閉された状態に維持
することが可能である。

【００１０】処理室の形状は、処理基板に対して目的と
する薄膜形成が行えれば、任意の形状でよいが、例え
ば、円筒形のものや、多数の処理室が互いに密接して環
状に配置され、個々の処理室が断面扇形の筒状をなすも
のなどが挙げられる。

【００１１】基板保持体は、モータ等で回転駆動され、
その回転する表面に、半導体基板などの薄膜形成を行う
処理基板を搭載できるようになっている。基板保持体
は、円周上に配置された処理室の開口面と対向する位置
で、処理室全体の中心回りに回転する。基板保持体の回
転は、一定角度毎の間欠回転が行えるようにしておく。
処理基板の搭載個所は、処理室との対向面で、処理室が
配置された円周と同じ半径の円周上に設定される。処理
基板の搭載個所は、前記円周上で処理室の設置間隔と同
じ間隔に配置しておくのが好ましい。また、処理室の設
置間隔に対して、２倍等の整数倍、あるいは、半分、３
分の１などの設置間隔で処理基板の搭載個所を配置して
おいてもよい。

【００１２】基板保持体は、その回転面と直交する方向
すなわち回転軸の軸方向に移動自在にしておけば、基板
保持体を処理室の開口面に押し当てて確実に密閉した
り、基板保持体を処理室の開口面と接触せずに回転させ
たりすることができる。基板保持体を回転軸の軸方向に
移動させるには、シリンダ機構やカム機構などの通常の
機械装置における直線的な移動機構を備えておけばよ
い。

【００１３】処理基板は、シリコン、ガラス、セラミッ
ク、その他、目的や用途に応じて任意の基板材料からな
るものが使用され、矩形、円形、その他の任意の板形状
をなしている。

【００１４】基板保持体の表面に半導体基板を搭載する
には、基板保持体の表面に、係合突起や係合溝など、処
理基板の外周縁などに係脱して処理基板を固定できる支
持手段を設けておけばよい。バネ等の弾力的な支持手段
を用いることもできる。このような処理基板の搭載構造
は、基本的には、通常の薄膜形成装置や半導体基板の処
理装置と同様の構造が採用できる。

【００１５】前記したように、処理室は必要な真空雰囲
気に維持されるが、基板保持体の周囲を予備的な真空空
間もしくは減圧空間にしておくこともできる。すなわ
ち、各処理室の開口面から基板保持体を外周を囲む一定
容積の予備真空室を設けておけばよい。この予備真空室
は、薄膜形成工程を行う処理室ほど高い真空状態を維持
しておかなくてもよい。逆に、予備真空室を処理室より
も高い真空状態にして、薄膜形成処理に有害な粉塵やガ
スなどが予備真空室側から処理室側に流れ込まないよう
にすることも出来る。予備真空室には、処理基板を出し
入れする供給取出口を設けておく。

【００１６】

【作用】基板保持体に複数の処理基板を搭載した状態
で、円周上に配置された処理室の各開口面を基板保持体
で密閉すれば、処理室の開口面と同じ円周上に搭載され
た処理基板は、開口面から処理室の内部に挿入された状
態になる。

【００１７】基板保持体で密閉された処理室内を、薄膜
形成等に必要な真空雰囲気あるいは減圧雰囲気にした
後、薄膜形成手段を作動させて、基板保持体に搭載され
た処理基板に、所定の薄膜形成処理を施すことができ
る。各処理室毎に、別の薄膜処理を行えば、基板保持体
に搭載された各処理基板毎に別の薄膜処理工程が行われ
ることになる。

【００１８】１段階の薄膜処理工程が終了すれば、基板
保持体を各処理室の開口面から離して、各処理室の密閉
状態を解除して、基板保持体を所定角度だけ回転させ
る。また、基板保持体を囲む予備真空室を備えていて、
各処理室の真空圧の差が少ない場合には、基板保持体と
開口面との間に間隙があっても、その間隙が小さければ
各処理室内を実質的な密閉状態に保つことができるの
で、このようなわずかな間隙を保持したままで、基板保
持体を回転させてもよい。このようにして、各処理基板
を、順番に、次の薄膜形成工程を行う処理室の開口面と
対面する位置に移動させることができる。その後、前記
同様の手順で薄膜形成工程を行うことになる。

【００１９】上記のような、基板保持体の間欠回転動作
と処理室における薄膜処理工程とを繰り返すことによっ
て、基板保持体に搭載された処理基板に、複数段階の薄
膜処理工程を施すことができる。

【００２０】なお、所定の薄膜処理が完了した処理基板
は、基板保持体から取り外して回収すればよく、基板保
持体の処理基板を取り外した個所には新たな処理基板を
搭載して、前記のような薄膜形成工程を行う。

【００２１】上記の方法では、基板保持体の作動によ
り、処理室の開口面の密封あるいは開放する開閉手段と
しての役割と、処理基板を各処理室に出し入れしたり、
処理基板を順次別の処理室へと移したりする役割の全て
を兼ねることができるので、各処理室毎に開閉手段を設
置したり、処理基板の取扱い手段を設置したりする必要
がなくなり、設備の簡略化および作業時間の短縮化が図
れる。しかも、粉塵の発生する原因となる作動機構が簡
略化あるいは省略されれば、粉塵の発生および半導体基
板への付着も減少することになる。

【００２２】

【実施例】ついで、この発明の実施例を図面を参照しな
がら以下に説明する。

【００２３】図１および図２は、薄膜形成装置の全体構
造を示している。処理室１０は概略円筒状をなし、上部
が開放されていて開口面１２となっている。処理室１０
の底部付近には、目的とする薄膜形成工程を行うのに必
要な蒸着源や加熱機構などからなる薄膜形成手段１４が
装備されている。多数（図２では８個）の処理室１０
が、同じ円周上に等間隔で配置されており、各処理室１
０の開口面１２が同じ平面に並んでいる。処理室１０に
は、処理室１０内を所定の真空雰囲気に維持する真空発
生装置（図示せず）が連結されている。処理室１０に不
活性ガスその他のガスを供給する必要がある場合には、
これらのガス供給装置も連結される。その他、処理室１
０には、薄膜形成に必要な各種の設備類を設置しておく
ことができる。処理室１０の開口面１２には円環状のパ
ッキン材１６が装着されている。

【００２４】処理室１０の上方には円板状の基板保持体
２０が配置されている。基板保持体２０は、複数の処理
室１０が配置された円周の中心位置に設けられた回転軸
２２の上端に取り付けられており、基板保持体２０が水
平面内で回転するようになっている。回転軸２２には、
モータ等の駆動手段（図示せず）が連結されている。ま
た、回転軸２２は、シリンダ機構などで垂直方向に昇降
できるようになっている。モータや前記真空発生装置な
どの設備類は、処理室１０下方の基台部５０に収容され
ている。

【００２５】基板保持体２０の下面には、矩形状の処理
基板３０が搭載される。処理基板３０の搭載個所は、処
理室１０が配置された円周と同じ半径の円周上に、処理
室１０の設置間隔と同じ間隔で配置されており、図２に
示すように、各処理室１０の真上に処理基板３０が配置
されるようになっている。

【００２６】処理室１０の上部付近から基板保持体２０
の外周全体を含む空間を囲んで、予備真空室４０が設け
られている。予備真空室４０にも、処理室１０と同様の
真空発生装置が接続されている。また、予備真空室４０
には、処理基板３０を出し入れするための供給排出口
（図示せず）を設けておく。

【００２７】図３は、基板保持体２０に処理基板３０を
搭載するための構造を、下面側から見た状態で示してい
る。基板保持体２０の表面には、処理基板３０の外形よ
りも少し大きな矩形の凹入部２４が設けられている。処
理基板３０の外周縁に相当する位置には、頭部が拡大し
た固定ピン２６が設けられている。固定ピン２６の頭部
と凹入部２４の底面との間に処理基板３０が挟み込める
ようになっている。固定ピン２６は、処理基板３０の隣
接する２辺に対応する位置に設けられている。固定ピン
２６が設けられていない側の辺には、板バネ２８が取り
付けられている。板バネ２８は、先端が処理基板３０の
外周辺に当接して、処理基板３０を固定ピン２６側に向
かって弾力的に付勢できるようになっている。

【００２８】処理基板３０を基板保持体２０に搭載する
ときには、処理基板３０の２辺を固定ピン２６と凹入部
２４の隙間に滑り込ませるようにした後、板バネ２８を
処理基板３０を固定ピン２６側に押え付けるようにすれ
ば、処理基板３０は定位置で固定される。処理基板３０
を取り外すには、上記と逆の動作を行えばよい。

【００２９】以上のような構造を有する薄膜形成装置の
作動について説明する。基板保持体２０に処理基板３０
を搭載した状態で、基板保持体２０を予備真空室４０内
で各処理室１０の上方に配置する。基板保持体２０に接
続された回転軸２２を下降させると、基板保持体２０の
下面が処理室１０の開口面１２に設けられたパッキン材
１６に当接して、処理室１０内を密閉する。基板保持体
２０の下面に搭載された処理基板３０は、それぞれ対面
する処理室１０の内部に収容される。

【００３０】この状態で、処理室１０内を真空排気した
り、真空排気すると同時に特定のガス成分を供給したり
して、薄膜形成に必要な制御された雰囲気を維持した状
態で、薄膜形成手段１４により薄膜形成工程が行われ
る。処理基板３０の表面には、所定の金属などからなる
薄膜が形成される。

【００３１】１段階の薄膜形成工程が終了すれば、基板
保持体２０を上昇させて、処理室１０内の密閉状態を解
除し、基板保持体２０をパッキン材１６から離した状態
で、回転軸２２すなわち基板保持体２０を一定角度回転
させる。なお、各処理室１０の差圧が少なければ、基板
保持体２０と開口面１２の間に常に小さな間隙を保って
おいて、各処理室１０を実質的な密閉状態に維持したま
まで、基板保持体２０を上昇させることなく回転させて
もよい。基板保持体２０の回転角度は、処理基板３０が
ひとつの処理室１０の真上から次の処理室１０の真上ま
で移動するように設定されている。このとき、基板保持
体２０を上昇させて処理室１０内を開放しても、予備真
空室４０に開放されるだけで、外部の大気が侵入するこ
とはないので、各処理室１０の制御された雰囲気が大き
く乱される心配はない。また、基板保持体２０と処理室
１０の開口面１２の間に小さな間隙をあけたままで、滑
らせるように回転させれば、処理室１０の内部をほぼ密
閉したままの状態で、処理室１０間における処理基板３
０の移し換えを行うことも可能である。

【００３２】その後、前記同様に、基板保持体２０の下
降、処理室１０内における所定の薄膜形成工程を行え
ば、処理基板３０の表面には新たな薄膜が形成される。
このような工程を繰り返すことによって、処理基板３０
の表面には目的とする複数層の薄膜が積層形成されるこ
とになる。

【００３３】処理基板３０に対する薄膜形成工程が完了
すれば、基板保持体２０から処理基板３０を取り外し
て、処理基板３０のみを予備真空室４０から取り出す
か、基板保持体２０全体を予備真空室４０から取り出し
た後、基板保持体２０から処理基板３０を取り外すかし
て、処理基板３０を回収すればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる薄膜形
成装置によれば、処理基板を搭載した基板保持体の作動
により、処理基板の処理室への出し入れ、処理室の密閉
および開放、複数の処理室間における処理基板の移し換
えなどが全て行われるので、極めて簡単な構造の設備で
効率的に、複数の処理室を用いた薄膜形成工程を行うこ
とができる。すなわち、従来の薄膜形成装置のように、
各処理工程毎に、別々の薄膜形成装置を用いたり、各処
理室毎にそれぞれ別の密閉手段や開閉手段を設置してお
いたり、各処理室間の処理基板の移送手段を外部に設置
しておいたりするような複雑で大がかりな設備が不要に
なり、処理室間における処理基板の移し換え作業も非常
に簡単になり、必要な作業時間も大幅に短縮されるので
ある。

【００３５】また、各種の作動機構が簡略化できたり省
略されれば、作動機構における粉塵の発生も減少し、粉
塵による薄膜形成処理への悪影響を大幅に削減できる。

【００３６】しかも、この発明では、各処理室は、互い
に確実に分離された密閉空間を形成することができるの
で、それぞれの処理室に異なる雰囲気環境を容易に設定
することができ、複数の処理室毎に最も適した雰囲気で
薄膜形成を行うことが可能になる。各処理室の容積は、
処理基板に対する薄膜形成工程に必要なだけの最小限の
容積しか必要としないので、真空排気などの作業も容易
に行え、真空発生装置などの設備も小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例を示す一部断面正面図

【図２】 装置内部の一部切欠上面図

【図３】 処理基板の支持手段を示す要部斜視図

【符号の説明】

１０ 処理室 １２ 開口面 １４ 薄膜形成手段 ２０ 基板保持体 ３０ 処理基板

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ 8418−4Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に開口面を有し内部に薄膜形成手段
   を備えた処理室が、円周上の複数個所に固定設置され、
   各処理室の開口面に対向して、処理室全体の中心回りに
   回転する基板保持体を備え、基板保持体には、処理室と
   の対向面で処理室と同じ円周上に複数の処理基板が搭載
   でき、各処理室の開口面が基板保持体により実質的に密
   閉されるようになっていることを特徴とする薄膜形成装
   置。