JPS6337185B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体ウエーハ等の処理すべき基板を
真空中で連続的に処理して該基板上に薄膜を形成
し半導体素子を製造する連続スパツタ装置に関す
る。

〔発明の背景〕

この種の基板保持装置を備えた真空処理装置は
特開昭56−103442、同56−103441、同56−100440
に提示されている。

以下第１図、第２図をもとに従来の基板保持装
置について説明する。第１図は従来の基板保持装
置を具備する真空処理装置の一例としてのスパツ
タ装置の正面図、第２図は第１図のＡ―Ａ断面図
である。

図において、１は短かい円筒状の真空容器、６
は真空容器１の前側の壁で、壁６には同一円周上
に等間隔に中心を置く円状の５個の開口５７（第
２図）が設けられ、第１図に示すごとく、その開
口を順にローデイングステーシヨン８、第２ステ
ーシヨン９、第３ステーシヨン１０、第４ステー
シヨン１１、第５ステーシヨン１２と呼ぶ。

１３はローデイングステーシヨン８のドア、第
２図において、２は真空容器１に接続されたガス
配管、３は真空バルブ、４は可変バルブ、５は真
空容器１内を真空にするための真空ポンプ、１６
は第４ステーシヨン１１の開口５７を覆う盲蓋で
ある。なお、第２〜第５ステーシヨン９〜１２の
壁６の大気側には盲蓋１６あるいは加熱ユニツト
やエツチング電極部のような適宜の処理ユニツト
（図示せず）が取付けてある。

７は真空容器１の後側の壁で、この壁７には壁
６に設けられた第２〜第５ステーシヨン９〜１２
に対応した位置に開口１７が設けてあり、各々の
開口１７には適宜の処理ユニツト１８あるいは盲
蓋（図示せず）が取付けてある。

１５は真空容器１内に設けられた円板状の基板
ホルダすなわち搬送プレートで、この搬送プレー
ト１５には壁６の各ステーシヨンの開口５７と一
致する５個の基板１４より大きい基板保持穴２２
が設けてある。該基板保持穴２２には処理すべき
基板１４を保持する複数の爪２３が設けてある。
２１は搬送プレート１５を壁６に接続させたり、
壁６から離れた位置に動かすためのエアシリンダ
である。この搬送プレート１５はエアシリンダ２
１によつて壁６から離れた位置にあるとき、壁６
に取付けられたモータ２４、ギヤ２５、チエーン
２６により軸２７を介して回転可能になつてお
り、これにより基板１４を各ステーシヨンへ搬送
するようになつている。なお、軸２７は真空容器
１の壁６，７と真空シールされている。

１９は搬送プレート１５を壁６側へ押付ける円
板状の圧力プレート、２０は圧力プレート１９を
前後動させるエアシリンダで、圧力プレート１９
には壁６の第２〜第５ステーシヨン９〜１２に対
応した位置にそれぞれ開口２９が設けてある。２
８はドア１３、壁６及び搬送プレート１５によつ
て閉じ込められる空間すなわち開口５７と基板保
持穴２２とにより構成される真空予備室である。

次に、このような構成のスパツタ装置の動作に
ついて説明する。まず、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から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内を所定の低圧雰囲気に保つ。次に、
エアシリンダ２１により搬送プレート１５を真空
室１の壁６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に押付
け、ローデイングステーシヨン８に真空予備室２
８を作る。この真空予備室２８内をリーク手段
（図示せず）により大気圧にした後、ドア１３を
開き、スパツタ処理済み基板１４を取り出した
後、処理すべき基板１４を搬送プレート１５の基
板保持穴２２内の爪２３に搬送手段（図示せず）
により装着する。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内を粗
引き排気する。次にエアシリンダ２０により圧力
プレート１９を搬送プレート１５から離した後、
エアシリンダ２１により搬送プレート１５を壁６
から離間させる。壁６から離した搬送プレート１
５をモータ２４、ギヤ２５、チエーン２６により
１ステーシヨン分回転させ基板１４を第２ステー
シヨン９まで搬送した後、再びエアシリンダ２
１，２０により搬送プレート１５および圧力プレ
ート１９と壁６に密着させる。ローデイングステ
ーシヨン８においては前述の動作を繰り返し、か
つ第２〜第５ステーシヨン９〜１２においては搬
送させてくる基板１４に各々所定の処理を施す。
以上の動作を繰り返すことにより基板１４の処理
を各ステーシヨンで連続的に行なう。

また、各ステーシヨンで行なう処理であるが、
このスパツタ装置においては、第２ステーシヨン
９では真空中で基板１４を加熱し、基板１４の表
面に付着した不純物ガスを除去するベーク処理、
第３ステーシヨン１０では基板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、第４、５ステーシヨン１１，１２
では基板１４の表面にスパツタリングによつて薄
膜を形成するスパツタ処理を行なうが、装置によ
つてその処理は様々である。

上記したスパツタ装置において基板１４を保持
する搬送プレート１５すなわち基板ホルダより成
る従来の基板保持装置には以下のような問題点が
ある。つまり、スパツタ処理によつて基板１４に
薄膜を形成する際は、基板１４以外の場所すなわ
ち搬送プレート１５の基板保持穴２２の壁や真空
容器１の開口５７の壁、および盲フタ１６の裏側
または処理装置８の壁などに薄膜材料が付着す
る。この付着物が多くなるとはがれて異物になる
ため、基板１４の処理枚数が所定枚数に達すると
真空容器１内を大気圧に戻して清掃しなければな
らない。ところが、清掃の際は搬送プレート１５
を一々取り外して清掃しなければならず、かつ前
述のように薄膜材料の付着する箇所は数ケ所にお
よぶため、付着した場所全部を清掃するのには極
めて長時間を要する不都合がある。さらに、清掃
後再びスパツタ処理を行なうには、長時間かけて
真空容器１内を高真空にしなければならず、製造
工程時間短縮のためには清掃時間はなるべく短時
間で簡単に行なえることが望ましい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、基板への膜質の向上を図ることができ、しか
も実効的生産能力を向上させた連続スパツタ装置
において、基板の周囲に付着する薄膜材料の清掃
を容易に行い得るようにした連続スパツタ装置を
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
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真空予備
室と、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、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
とを備え付けた連続スパツタ装置において、上記
基板ホルダ上に、該基板ホルダに取外し可能に設
けられ、且つ基板よりも大きい面積を有するプレ
ートと、該プレートに上記基板を着脱自在に取付
ける保持手段とを有する基板保持装置を設けたこ
とを特徴とする連続スパツタ装置である。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例の基板保持装置を第３図
〜第５図をもとに説明する。第３図は本発明の一
実施例の基板保持装置を具備するスパツタ装置の
正面断面図、第４図は第３図のスパツタ装置のＣ
―Ｃ部分の断面図（平面断面図）、第５図は本発
明の一実施例の基板保持装置の断面図である。な
お、第３図は第４図のＢ―Ｂ部分の断面図に相当
する。

図において、３０は正五角柱の真空容器、３１
は中央部に円柱状の凹みを有する蓋で、真空容器
３０と蓋３１により主真空室３２が構成されてい
る。真空容器３０の壁３８には、ほぼ同一水平面
に中心軸をもつ５つの開口３３が真空容器３０の
中心に対して等角度間隔に開けられ、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が形成してある。またローデイングステ
ーシヨン８の開口３３には開閉可能にドア１３が
取付けられ、第２〜第５ステーシヨン９〜１２の
開口３３の外側にはそれぞれ副真空室３４が形成
してある。副真空室３４と主真空室３２とは開口
３３の他に排気口３５（第３図）により真空的に
連通可能になつている。３７はエアシリンダ３６
により動作し排気口３５の開閉を行なうバルブで
ある。

真空容器３０と蓋３１との間には、真空容器３
０の壁３８とほぼ平行な複数の平面４０を有する
ドラム３９が設けてある。ドラム３９は蓋３１の
底面の中心において回転自在に支持され、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の各平面４０にはそれぞれ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本実施例の基板保持装置を構
成する基板ホルダ４２が取付けられている。な
お、この基板ホルダ４２の基板保持のしくみにつ
いては後で詳述する。４３は基板ホルダ４２を真
空容器３０の壁３８に密着させるプツシヤ、４４
は蓋３１の凹み内の中心に設置されたエアシリン
ダ、４５はエアシリンダ４４により上下動する円
錐カムで、エアシリンダ４４により円錐カム４５
が下降すると、プツシヤ４３は中心から外方に力
を受け、ガイド４６により案内されながら全ステ
ーシヨンで同時に各基板ホルダ４２を壁３８に押
付けるようになつている。４７は円錐カム４５が
上昇する際、プツシヤ４３に対して中心方向に力
を与え蓋３１の凹みの所定の位置へ戻すための圧
縮ばねである。また板ばね４１はプツシヤ４３が
中心方向へ向かうとき基板ホルダ４２を壁３８か
ら離れさせドラム３９に近接させるための力を与
える。

なお、プツシヤ４３、ガイド４６、基板ホルダ
４２、板ばね４１、圧縮ばね４７は第２、第３ス
テーシヨンでは全て、第４、第５ステーシヨンで
は一部の図示が省略してある。

また、少なくとも１つの副真空室３４の外側に
は処理ユニツト１８（本実施例においては第２〜
第５ステーシ変ン全て）、ガス配管２、真空バル
ブ３、可変バルブ４が設置されており、各々につ
いては従来技術のところで述べたのと同様であ
る。

５は主真空室３２内の高真空排気を行なうため
の真空ポンプ、４８は配管である。２８はローデ
イングステーシヨン８においてドア１３、壁３
８、基板ホルダ４２、開口３３によつて構成され
る真空予備室である。

次に、本実施例の基板保持装置を第５図をもと
に説明する。この図に示すように、前後動可能な
基板ホルダ４２に処理すべき基板１４より面積の
大きいプレート４９が固定されている。このプレ
ート４９は数ケ所に取付けられたプレート固定板
５０により周辺部が支持されている。プレート固
定板５０は基板ホルダ４２の面にネジ５１で取付
けてあり、取り外しが容易である。またプレート
４９の面には基板１４が保持手段すなわち複数の
爪５２によつて装着されており、ねじりコイルば
ね５３により爪５２に図において反時計方向の回
転力が与えられ、基板１４は支持される。爪５２
に矢印Ｆ方向の力を与えると爪５２は時計方向
（矢印Ｇ方向）に回転して基板１４の着脱が可能
となるようになつている。また、プレート４９は
例えばステンレス等の金属で作られた基板ホルダ
４２よりも熱伝導率の低い材料例えば石英ガラス
で作られている。

次に、このような構成のスパツタ装置の動作に
ついて述べる。まず、ローデイングステーシヨン
８のドア１３を閉じ、エアシリンダ４４により円
錐カム４５を下降させ、各ステーシヨンの基板ホ
ルダ４２を真空容器３０の壁３８に押付けてお
く。次にエアシリンダ３６によりバルブ３７を開
き、その状態で真空ポンプ５を作動させるととも
に、真空バルブ３、可変バルブ４を協調させてガ
ス配管２からArガスを少なくとも１つの副真空
室３４に導入し、副真空室３４および主真空室３
２を各々所定の低圧雰囲気に保つ。なお、副真空
室３４内の圧力は可変バルブ４および排気口３５
によつて調節する。このような状態から運転サイ
クルを開始する。まず、ローデイングステーシヨ
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
に、ドア１３を開閉機構（図示せず）により開
き、基板ホルダ４２に固定されたプレート４９に
保持されている処理済みの基板１４を搬送手段
（図示せず）により取り出した後、未処理の基板
１４を基板ホルダ４２のプレート４９に爪５２を
介して装着する。ドア１３を閉じた後、真空予備
室２８内の粗引き排気手段（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、プツシヤ４３は圧縮ばね４７によ
り、また基板ホルダ４２は板ばね４１によりそれ
ぞれ中心方向へ移動し、各基板ホルダ４２は真空
容器３０の壁３８から離れる。次にモータ２４、
ギヤ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、再び基板ホルダ４２
をエアシリンダ４４、円錐カム４５、プツシヤ４
３により真空容器３０の壁３８に押付ける。ロー
デイングステーシヨン８においては前述の動作を
繰り返すとともに、第２〜第４ステーシヨンでは
各々所定の処理を基板１４に施こす。

また、本実施例の基板保持装置のプレート４９
を取り外して清掃を行なうには以下の手順によ
る。すなわち、所定枚数の基板１４へスパツタ処
理を行なつた後、ドア１３を閉じた状態で清掃す
べきプレート４９をローデイングステーシヨン８
まで回転させ、エアシリンダ４４により円錐カム
４５を下降させて基板ホルダ４２を真空容器３０
の壁３８に押付け真空予備室２８を構成する。次
に真空予備室２８内を大気圧にした後、ドア１３
を開き、薄膜材料の付着したプレート４９を取り
外す。汚れたプレート４９を清掃した後、再度当
該プレート４９を装着してもよいが、取り外した
後すぐ別の清掃済みのプレート４９を装着しても
よい。

清掃済みのプレート４９を再び基板ホルダ４２
に装着した後、ドア１３を閉じ真空予備室２８内
を所定の圧力まで粗引き排気する。次に円錐カム
４５を上昇させ基板ホルダ４２を壁３８から後退
させ、真空予備室２８を含めた主真空室３２全体
を高真空に排気すれば再び基板１４の真空処理す
る準備が完了する。

上記のように本実施例の基板保持装置にあつて
は、処理すべき基板１４を爪５２によつて保持す
る該基板１４より面積の大きいプレート４９が設
けてあるので、スパツタ処理（真空処理）におい
て基板１４以外の場所に付着する薄膜材料の付着
を当該プレート４９に限定することができる。ま
たこのプレート４９はプレート固定板５０を介し
てねじ５１によつて取付けられ、取り外しが容易
なので、汚れたプレート４９を取り外して該プレ
ート４９のみを清掃すればよいので、清掃が極め
て容易である。

また、プレート４９は基板ホルダ４２よりも熱
伝導率の低い材料で作つてあるので、基板１４か
ら基板ホルダ４２への伝導による熱流出を防ぐこ
とができ、基板１４を高温に加熱することができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、主真空室
を高真空状態を保ち、且つ汚すことなく、基板を
基板ホルダに取付け、取外す予備真空室において
基板より大きい面積のプレートを取外して清掃さ
れたプレートを直ちに基板ホルダに装着可能とな
り、その結果、処理手段を有する副真空室に残留
ガスや汚染物が混入するのが防止され、高品質の
成膜を行なうことができ、成膜された基板の歩留
りを向上させ、更にスパツタ装置の稼動率を増大
させて生産能力を向上させることができる効果を
奏する。

また、プレートに熱伝導率の低い材料を用いる
ことにより、基板の高温加熱が可能であり、した
がつて形成する膜質の向上や製品の歩留りの向上
をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の基板保持装置を具備するスパツ
タ装置の正面図、第２図は第１図のＡ―Ａ断面
図、第３図は本発明の一実施例の基板保持装置を
具備するスパツタ装置の正面断面図、第４図は第
３図のスパツタ装置の平面断面図（Ｂ―Ｂ部分の
断面図）、第５図は本発明の一実施例の基板保持
装置の断面図である。 １４…基板、４２…基板ホルダ、４９…プレー
ト、５２…爪（保持手段）。

Claims (1)

1. 【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
   する真空予備室と、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、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連続スパツタ装置に
   おいて、上記基板ホルダ上に、該基板ホルダに取
   外し可能に設けられ、且つ基板よりも大きい面積
   を有するプレートと、該プレートに上記基板を着
   脱自在に取付ける保持手段とを有する基板保持装
   置を設けたことを特徴とする連続スパツタ装置。 ２ プレートが基板ホルダの材料よりも熱伝導率
   の低い材料で形成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。