JPH0310710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被処理体（ワークピース）に材料の
層を真空蒸着するための装置に係り、更に具体的
に云うと本発明は付着させるべき材料の源（ソー
ス）上にワークピースを最適な状態に配置するた
めの装置に係る。

〔従来技術〕

適当なソースからワークピース上に材料の層を
真空蒸着する技術は多様な応用面に於いて用いら
れている。例えば、真空蒸着は光学レンズのコー
テイング、磁気ヘツドの製造、IC並びに同類の
デバイスの製造等に用いられる。半導体デバイス
の製造に於ける半導体ウエハ上に導電性の金属及
び誘電性薄膜を付着させる技術は広範囲に用いら
れている。被覆プロセスに於いて、半導体ウエハ
の基板上に蒸発したソース材料を付着する際に回
転されるウエハ・ドームの中に配置される。付着
工程に於けるウエハ・ドームの回転によつて半導
体ウエハのバツチ全体の付着厚の均質性が改良さ
れる。

しかしながら半導体のウエハの直径が増し、付
着装置の寸法が大きくなるにつれて、バツチ処理
される半導体ウエハに対して不均一な厚さの付着
が行なわれる傾向が増加する。今日製造されてい
る真空蒸着装置は真空チヤンバ内の種々の位置に
配置された複数のソース材を用いる。結果とし
て、バツチ処理される一群のウエハ上に付着され
る材料のソースの上にウエハ・ドームが中心合わ
せされず、よつて不均一な付着が生じる。不均一
な付着の問題はウエハの端部及びウエハを通るバ
イア（vias）に於いて特に顕著である。理想的に
はウエハ・ドームの中心を蒸発中の材料のソース
の中心の真上に配置する事が望ましい。その様な
配置によつて、およそ0゜に等しいウエハ上の蒸着
の入射角が生じる。ウエハに対する入射角が増す
につれて、不均一の問題が悪化する。蒸着の入射
角はソースの中心からウエハ・ドームの中心に伸
びる線とウエハ・ドームに接する線に垂直なソー
スの中心から伸びる線との間の角度差として定義
される。

多重ソース付着装置に於いて、例えばPb／Sn、
Cr、MgO及びSiの様な広範囲の異なる材料を蒸
発させる事は普通行なわれない。これらの異なる
ソース材料は異なつた蒸発レートを有し、蒸発さ
れるソースから半導体ウエハまでの距離をソース
材料に依存して変える事が必要である。結果とし
て、ウエハ・ドームを蒸発されるソースの上に中
心合わせするだけでなく、ウエハ・ドームと蒸発
されるソースとの間の距離を変更しうる様にする
事が必要である。

従来の付着装置に於いては、ウエハ・ドームの
様な基板ホルダーの線形的及び回転的な移動が行
なわれる。即ち、ウエハ・ドームを蒸発ソースの
まわりに回転させる事ができ、更にウエハ・ドー
ムをソースから異なる距離のところに配置する事
ができる。しかながら、従来の装置に於いては、
ウエハ・ドームを蒸発ソースの上に中心合わせ
し、更にソースに関してウエハ・ドームを回転移
動及び線形移動させるものは存在しない。結果と
して、ウエハの表面上の蒸発物質の入射角の調整
が行なわれない事になる。複数のソースを用いる
真空蒸着装置に於いて、これらのソースのうちの
いくつかがウエハ・ドームの中心から12度あるい
はこれより大きい角度すれる事が考えられる。バ
ツチ処理される一群のウエハ全体にわたつて生じ
る厚さ分布は現在の高密度ICに対しては全く受
容れ難いものである。

チヤンバ内でウエハ・ドームを動かすための遊
星駆動機構を有する真空蒸着装置も同様に不適切
である。遊星駆動機構は真空装置内部に於いて粒
子を生じる。粒子は蒸着されているウエハに付着
し、遊星装置内部に於いて蒸着をうけているバツ
チ処理される一群のウエハから形成されるICを
動作の不可能なものにする。この粒子発生問題
は、より微細な幾何パターンを有するICに於い
て特に顕著になる。蒸発されるソースと半導体ウ
エハとの間の入射角が12゜にもなり得る点からし
て、これらの遊星駆動システムには更に厳しい問
題が存在する。バツチ処理によつて蒸着された一
群のウエハ全体の厚さ分布が非常に広範囲にな
る。前述の様に、この厚さ分布の不均一の問題は
ウエハの直径が増すにつれて増大する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点即ち本発明の
目的は、半導体ウエハの様なワークピースが蒸発
ソースのまわりに回転され、該ソースの上に於い
て中心合わせされ、そしてソースから異なる距離
の位置に移動される様な真空蒸着装置を提供する
事である。

本発明の更に他の目的は、蒸着を行うワークピ
ースを複数のソースのうちの選択されたソースの
上に中心合わせする事ができる多重ソースを用い
た真空蒸着装置を提供する事である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は真空状態の下に於いて半導体ウエハの
様なワークピース上に均一な材料の層を付着させ
るための装置に係る。真空蒸着は半導体ウエハへ
付着される１個以上のソースを用いる真空チヤン
バ内において行なわれる。バツチ処理する一群の
ウエハを蒸着プロセスの間ウエハ・ドームに固定
しておく。ウエハ・ドームは蒸発されるソースか
ら異つた距離まで移動させる事ができる。ウエ
ハ・ドームはソースまわりに回転させる事も可能
である。更にウエハ・ドーム全体が蒸発されるソ
ースに対して整列される。

真空チヤンバの頂上部に円形の開口が設けられ
る。一端がウエハ・ドームへ接続された駆動シヤ
フトがチヤンバの中心軸に対して偏心した状態で
その開口を通り、真空チヤンバの外部迄伸びる。
駆動シヤフトは更に回転シーリング組立体、回転
線形シーリング・アクチユエータを通り、DCモ
ータがそのシヤフトの他端に接続される。ステン
レス・スチールの支持プレートが真空チヤンバの
頂上部にろう付けされる。支持プレートは真空チ
ヤンバに於ける開口と一致した孔を有している。
上記プレートはウエハ・ドームを駆動するための
真空チヤンバの外部に配置された装置を支持する
のに必要な機械的な強度を与える。

回転シーリング組立体は３個の別個の部分から
成る。第１の部分はステンレス・スチール支持プ
レートにボルト付けされた環状の取付組立体であ
る。円形の回転シーリング組立体は真空密封シー
ルを呈する様に取付組立体に嵌合される。円形回
転シーリング組立体は、ステンレス・スチール製
のシーリング・プレートが密封しうる様に取付け
られた外方に伸びる唇状部を有している。シーリ
ング・プレートは開口を有しており、この開口を
通して駆動シヤフトが伸びている。

回転−線形シーリング・アクチユエータはこの
開口まわりにシーリング・プレートの上部に於い
て密封する様にボルト付けされる。駆動シヤフト
はこの回転−線形シーリング・アクチユエータを
通つてDCモータまで伸びている。このシーリン
グ・アクチユエータは駆動シヤフトまわりの真空
密封手段となる。DCモータは駆動シヤフトひい
てはウエハ・ドームを回転させる。回転−線形シ
ーリング・アクチユエータに隣接してステンレ
ス・スチールのシーリング・プレート上に空気シ
リンダが設けられる。空気シリンダは空気によつ
て働く棒状体を備えている。棒状体はその移動に
よつてDCモータを内部へ向つて及び外部へ向つ
て移動させるためにモータに隣接するプレートと
係合する。従つて、空気シリンダによつて真空チ
ヤンバ内のウエハ・ドームが内部方向へ及び外部
方向へ移動される。

更にシーリング・プレートに対してギヤ駆動機
構が接続される。この機構がシーリング・プレー
トと回転シーリング組立体を360゜回転させる。こ
の360゜の回転によつて、駆動シヤフト上に取付け
たウエハ・ドームは真空チヤンバの内部まわりに
偏心回転する。この偏心回転は真空チヤンバの中
心長手軸に関して駆動シヤフトをオフセツト即ち
片寄つて取付けする事によつて可能となる。ギヤ
駆動機構は回転シーリング組立体全体を歩進的に
回転させるおステツパ・モータによつて駆動され
る。

〔実施例〕

第１図及び第２図に示す様に、真空チヤンバ１
０内に蒸発体のソース１７−２０が配置されてい
る。ワークピース・ホルダ即ちウエハ・ドーム１
１はチヤンバ１０のの内部に於いて駆動シヤフト
１３によつて支持されている。矢印１５及び１６
によつて示すように、駆動シヤフト１３ひいては
ウエハ・ドーム１１は線形駆動（上下移動）され
ると共に回転される。図示してない半導体ウエハ
の様な１個以上のワークピースがウエハ・ドーム
１１の下側に固定される。この様にして、ソース
１７−２０からの蒸発体がこれらのワークピース
即ちウエハ上に蒸着される。

駆動シヤフト１３及びウエハ・ドーム１１は矢
印１５及び１６で示す運動の他に真空チヤンバ１
０内に於いて偏心運動を呈する。例えば破線１２
は、駆動シヤフト１３が破線１４で図示する位置
まで偏心回転される場合にウエハ・ドーム１１が
移動される位置を示す。この偏心回転の細部を以
下に於いて説明する。

ステンレス・スチールの支持プレート２１が真
空チヤンバ１０の頂上部にろう着されている。こ
れによつて駆動シヤフト１３及びドーム１１を移
動させるための装置の支持体ができる。開口部４
１（第２図）がチヤンバ１０及びステンレス・ス
チールの支持プレート２１の一致した位置に形成
される。真空チヤンバの外部に於いて支持プレー
ト２１に対して環状取付組立体２２をボルト付け
する。円形のシーリング組立体２３が取付組立体
２２に嵌合されて真空シールを提供する。Ｏ状リ
ング３６は取付組立体２２及び支持プレート２１
の間の真空密封を助長する。シーリング組立体２
３は取付組立体２２内に於いて360゜にわたつて自
由に回転する。回転シーリング組立体２３にスロ
ツトが設けられ、それを通して駆動シヤフトが伸
びている。このスロツトはシーリング組立体２３
及び真空チヤンバ１０の両者の中心の長手軸に関
してオフセツトした状態即ち片寄つた状態に設け
られる。ウエハ・ドーム１１の所要のの偏心回転
を行わせるために、駆動シヤフト１３はシーリン
グ組立体２３及び真空チヤンバ１０の両者の中央
長手軸に関してオフセツト状態に即ち偏心した状
態に設けられねばならない。シーリング組立体２
３及び真空チヤンバ１０は同じ中央長手軸を有し
てもよいし、そうでなくてもよい。

シーリング・プレート２４はシーリング組立体
２３にボルト付けされる。Ｏリング３７が組付組
立体２３に対するシーリング・プレート２４の真
空密封体として働らく。シーリング・プレート２
４は取付組立体２３に固定されるので、両者は共
に回転する。

回転−線形シーリング・アクチユエータ２５が
Ｏリング３８を用いてシーリング・プレート２４
に対して密封状態に取付けられる。駆動シヤフト
１３は回転−線形シーリング・アクチユエータ２
５の全長を通して伸びている。駆動シヤフト１３
はDCモータ２６に於いて成端している。DCモー
タ２６はシヤフト１３及びドーム１１を選択され
たソース１７−２０の１つのまわりに於いて回転
させる。シヤフト１３のまわりに取付けた一方向
クラツチ３１によつてこの回転が行なわれる。モ
ータ２６に対する電力はケーブル５１によつて供
給される。

空気シリンダ２７がシーリング・プレート２４
に取付けられ、駆動シヤフト１３ひいてはウエ
ハ・ドーム１１を線形運動させる。空気シリンダ
２７の棒状体２９がプレート２８に係合してお
り、プレート２８はモータ２６に接続されてい
る。空気導入管３２及び３３が空気シリンダ２７
の内部への及び外部への棒状体２９の駆動を制御
する。真空チヤンバ１０に於いてウエハ・ドーム
１１を上げたい場合、棒状体が空気シリンダ２７
から外へ伸びて、プレート２８ひいてはモータ２
６を押す。駆動シヤフト１３へ接続したモータ２
６のこの運動によつて、チヤンバ１０に於いてウ
エハ・ドーム１１が上がる。ウエハ・ドームを下
げたい場合には、棒状体２９を空気シリンダ２７
内へ引戻す。この時モータ２６も下がる。これに
よつて、シヤフト１３がモータ２６に接続されて
いるので、ウエハ・ドーム１１はチヤンバ１１の
内部に於いて下降する。

ステンレス・モータ３５及びシーリング・プレ
ート２４の間に設けられたギヤ駆動機構３４によ
つて、真空チヤンバ１０の開口４１内に於けるシ
ーリング部材２３及びシーリング・プレート２４
の回転が可能となる。ギヤ駆動機構３４に結合さ
れたステツプ・モータ３５によつてシーリング組
立体２３及びシーリング・プレート２４の360゜の
歩進的回転運動が行なわれる。結果として、ウエ
ハ・ドーム１１はチヤンバ１０内において完全に
360゜動かされる。DCモータ２６及び空気シリン
ダ２７と共に、ステンレス・モータ３５及びギヤ
駆動機構３４によつてウエハ・ドーム１１はチヤ
ンバ１０内において360゜の回転路の任意の位置ま
で移動でき、その位置のまわりに回転され、そし
てチヤンバ１０内において内部方向へ及び外部方
向へ移動され、従つて真空チヤンバ１０内のソー
ス１７−２０から任意の距離のところに配置され
る。

夫々ステンレス・スチールのプレート２１に対
する取付組立体２２のシーリング組立体２３に対
するシーリング・プレート２４の並びにステンレ
スのシーリング・プレート２４に対する回転一線
形シーリング・アクチユエータ２５の密封は全て
いわゆるフエロフルイド・シール（ferrofluidic
seals）を用いて行なう。公知の様にフエロフル
イド・シールは主要な密封防壁として磁性流体の
非摩耗性Ｏリングを用いる。このシールは動的な
シール部材として磁性液体を捕獲する一連の高強
度の磁界を生じる。磁性液体即ちフエロフルイド
はキヤリヤ液体中に於ける磁性粒子のコロイド懸
濁体である。

動作を説明すると、例えば半導体ウエハの様な
ワークピースをウエハ・ドーム１１の中に装荷す
る。蒸発体を蒸着させるウエハの表面はソース１
７−２０に向ける。駆動ギヤ３４及びステツピン
グ・モータ３５を用いて、蒸発されている特定の
ソースの中心と整列される様にウエハ・ドーム１
１の中心を歩進的にステツプ動作させる。例えば
第１図に示す様に、ソース１８をウエハに蒸着さ
せる場合、ウエハ・ドーム１１を破線１２で示す
位置まで移動させる。駆動シヤフト１３は破線１
４（シヤフト１３の新規な位置を示している）で
示す様にソース１８と整列される。実施例に於い
ては、ソース１７−２０はチヤンバ１０内の円の
周辺に沿つて配置されている。結果として、駆動
シヤフト１３（シーリング組立体２３の中心に対
して片寄つた位置に取付けられている）はこれと
同じ円形の通路を辿る。ウエハ・ドーム１１の中
心を蒸発させているソースの上に配置する事によ
つて、ウエハ・ドーム１１内のウエハ全体にソー
ス１７−２０の１つから蒸発体の不均一な蒸着が
実質的に回避される。

蒸発されているソースの上にウエハ・ドーム１
１が一旦中心合わせされると、チヤンバ１０の内
部に於いてウエハ・ドーム１１を内部へ向つて及
び外部へ向つて移動させる様に空気シリンダ２７
が駆動される。ソース１７−２０から異なつた距
離の位置にウエハ・ドーム１１を配置する必要性
は蒸発体がソース１７−２０の各々から生成され
る速度が異なる事によつて生じる。

第２図はソース１８上にウエハ・ドーム１１が
中心合わせされた様子を明示している。ソース１
８の中心は点４３で示す十字マークの交点によつ
て示す。図示する様ににウエハ・ドーム１１はソ
ース１８の上に中心合せされている。もしもソー
ス１７，１９もしくは２０の１つを半導体ウエハ
上に蒸着したい場合には、夫々ソース１７，１９
もしくは２０の中心点４４，４６もしくは４５の
上にウエハ・ドーム１１の中心が配置される様に
ウエハ・ドーム１１を移動させる。点４２は開口
４１及びシーリング組立体２３の中心である。第
２図は開口４１及びシーリング組立体２３の中心
に対するウエハ・ドーム１１の片寄つて配置され
る様子を明示している。

ウエハ・ドーム１１がソース１７−２０のうち
の選択された１つのソースと整列する様移動さ
れ、ソース１７−２０のうちの選択された１つの
ソースから適当な距離の位置まで移動されたの
ち、ウエハ・ドーム１１はその位置に於いてDC
モータ２６によつて回転される。この時点に於い
て、ソース１７−２０のうちの選択されたソース
の蒸発が開始される。

たとえば多重蒸着プロセスが必要であつても、
真空チヤンバ１０は蒸着プロセス相互間に於いて
開く必要がない。例えば、ソース１８がドーム１
１に固定したウエハ上に蒸着されたのちに、ソー
ス１９から同じウエハに蒸発体を蒸着したい場
合、ウエハ・ドーム１１はソース１９と整列する
様に移動される。次にウエハ・ドーム１１はソー
ス１９から適当な位置まで移動されて、第２の蒸
着プロセスが開始される。結果として、半導体ウ
エハ上に付着されるべき所定の蒸発体のソースが
チヤンバ１０内に存在する限り、真空チヤンバ１
０内に接近する必要なく多重蒸着プロセスを実行
する事ができる。

〔発明の効果〕

上記の如く本発明によつてワークピースに於け
る不均一な蒸着が実質的に回避されると共に、本
発明に於いては真空チヤンバを各ソースの蒸着毎
に開ける必要を伴なう事なく多重ソースの蒸着を
実施する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空蒸着装置の図、第２
図はソースとウエハ・ドームの位置関係を説明す
る図である。 １０……真空チヤンバ、１１……ウエハ・ドー
ム、１３……駆動シヤフト、１７，１８，１９，
２０……ソース、２１……支持プレート、２２…
…取付組立体、２３……シーリング組立体、２４
……シーリング・プレート、２５……シーリン
グ・アクチユエータ、２６……DCモータ、３４
……ギヤ駆動機構、３５……ステツプ・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空チヤンバ内に於いてワークピースを少く
   とも偏心的に及び回転的に移させるためのワーク
   ピース移動装置であつて、 上記真空チヤンバ内に設けたワークピース・ホ
   ルダと、 一端が上記ワークピース・ホルダに接続され、
   上記真空チヤンバの長手中心軸に対して偏心した
   位置に於いて上記真空チヤンバに於ける開口を通
   して伸びる駆動シヤフトと、 上記真空チヤンバ内に於いて上記ワークピー
   ス・ホルダを偏心的に駆動するために上記駆動シ
   ヤフトに対して結合された第１の駆動手段と、 上記真空チヤンバ内に於いて上記ワークピー
   ス・ホルダを回転的に駆動するための、上記駆動
   シヤフトの他端に接続した第２の駆動手段とを有
   する事を特徴とするワークピース移動装置。