JPH0322465B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 本発明は真空下での蒸着により薄い基体のコー
テイングを行なうことに関する。より具体的に、
本発明の分野は半導体ウエーハを金属化するこ
と、及びこのようなウエーハ金属化を個々的に且
つ一連の連続的方法で実行する方法である。半導
体ウエーハ製作技術は過去10年間で急速に発展し
てきている。個々のマイクロ回路デバイスは次第
に小型になつてきて、そのため所与の寸法のウエ
ーハ上に乗せられるこの種デバイスの数を増加さ
せている。さらにその上、より径の大きいウエー
ハが使用されるようになつている。数年前は２イ
ンチ（約5.1cm）径のウエーハがありふれたもの
で、３インチ（約7.6cm）径のウエーハは大きい
ものとみられていた。今日、大多数のこの種デバ
イス製造は４インチ（約10.2cm）径のウエーハで
なされ、５インチ（約12.7cm）ウエーハの広範な
使用もごく近い将来に見込まれている。デバイス
寸法の縮小は、ウエーハ寸法の増大と結びつい
て、個々のウエーハの経済価値を大いに増大さ
せ、従つてこのようなウエーハを改善された方法
で処理し金属化する必要を増大させる役を果して
いる。 大多数の半導体及びマイクロ回路製作技術は、
高品質の金属コーテイングを半導体ウエーハ（こ
の上にマイクロ回路が形成される）の上に付着さ
せることを要する。コーテイングが“高”品質で
あるべきかどうかは、もちろん究局的にはそのウ
エーハからの最終的マイクロ回路デバイスの産出
についての満足度、並びにそれらの用途、例えば
高度の軍事的又は工業的標準に合致させるか、又
はより低い消費者及び愛好家の標準にするか、で
決められるであろう。従つて定量化することは困
難であるが、一般的に次のことが認められてい
る。すなわち金属化の品質、及び従つて最終的な
品質と産出高とは、ウエーハの最上部の主たるプ
レーナ表面上の被覆の均一度（“プレーナカバレ
ージ”）、最終コーテイングに取り込まれた汚染水
準；デブリ（debris）に起因するキズの程度；対
称性及び均質性すなわち“層状化”（layering）
がないこと及び膜内の汚染水準の分布の仕方；こ
とにコーテイング付着工程中の温度の再現可能性
及び制御の度合；並びにステツプカバレージすな
わち表面の主たる平面部だけでなく、ステツプ、
溝、くぼみ及び隆起部などのようなマイクロ回路
を形成する表面内の諸特徴部の側部及び底部をも
含めたコーテイングの連続性及び一様性、などの
因子の関数であろうということである。 これら諸特質のうち或るものは他のものより実
現困難か、又はより要件が厳しいものであり、或
いは実現のためには極めて専問的な処理工程を要
すると考えられている。例えば幾何学的形状の制
約があるため、ステツプカバレージは特に充足す
るのが困難な要件であつた。ステツプ及び溝の側
壁は一般にウエーハの主平面の最上表面に垂直で
あり、ウエーハの中心から内側にも外側にも向い
ていることがある。このような垂直表面、特に外
側を向いた面を、同時にプレーナ表面を被覆しな
がら、被覆することは明らかに特に困難な問題で
あり、しかしそれでもこのような“ステツプカバ
レージ”は全体的金属化の品質を決定する上で特
に重要なものである。これまでは、プレーナ表面
被覆の所要均一性並びに適当なステツプカバレー
ジを実現するには、ウエーハと蒸着源との間にコ
ーテイング蒸着中相対運動を行なうことが必要で
あると一般に考えられていた。しかし、このよう
な運動はいくつかの不利益を伴なう。特に、この
運動のため装置の種々の内部構造上にコーテイン
グ材料の付着物を移動させることなどによりデブ
リ発生の可能性が高いこと、ウエーハへの機械的
衝撃及び振動による損傷の可能性が高いこと、並
びにウエーハ上へ非対称且つ不均質に付着層が生
成することなどである（後にさらに説明する）。
当然のことながら、汚染水準は蒸着工程中の真空
環境の質の維持、及び蒸着速度に対する汚染分の
濃度に依存する。こうして、“脱ガス”すなわち
ウエーハとこれに伴なつてコーテイングチエンバ
へ導入されるウエーハ支持体とからガス及び蒸気
を排気することも同様に重要になる。 前記諸特質の１つ又はそれ以上を実現しようと
した従来技術のやり方、並びにコーテイングの質
の前記指標を実現することに付随する困難及び解
決秘策をよく理解するには、今日ウエーハの金属
化に使用されている真空蒸着システムの２つの主
なタイプ、すなわちバツチ方式とロードロツク
（load lock）方式とを考察するとよい。典型的な
バツチ式装置は、ポンプステーシヨン、排気可能
なベルジヤー、このポンプステーシヨンとベルジ
ヤーの間の隔離弁、ヒートランプ、１つ又はそれ
以上の蒸着源、及び半導体ウエーハを保持してこ
れを蒸着源上方で回転させる遊星取付具から成つ
ている。蒸着サイクルの始めに、隔離弁は閉じら
れ、ベルジヤーは開いている。ウエーハは手でカ
セツトから遊星取付具へロードされる（３インチ
〔約7.6cm〕径のウエーハ75枚のロード〔load〕が
普通である）。ついで遊星取付具をベルジヤー内
に取付け、ベルジヤーを閉じ、装置を排気する。
規定の基底圧に達すると、ヒートランプからの放
射エネルギーの適用によつてウエーハをさらに脱
ガスする。或る場合にはウエーハは蒸着開始前に
スパツタ−エツチングで清浄化される。典型的な
コーテイングは、連結金属化をもたらすためウエ
ーハ上にスパツタリングされたアルミニウム又は
アルミニウム合金であり、所要のコーテイングの
均一性とステツプカバレージを実現するため、相
対運動が遊星取付具の回転によりもたらされる。
蒸着の後、ウエーハと装置は放冷され、隔離弁は
閉じられ、ベルジヤーは大気に通気され、ベルジ
ヤーを開き、遊星取付具は取外されて手でカセツ
トの中へアンロードされる。これで典型的サイク
ルが完了し、約１時間かかる。 このようなバツチ方式は今日半導体ウエーハを
金属化するのに広く使用されてはいるけれども、
その特質の或るものが限界と不利益をもたらして
いる。その１つとして、比較的大きなウエーハの
バツチ全体が蒸着中に一部又は全部失なわれる
“危険”を本来的に有している。カセツトから遊
星取付具への手によるウエーハのローデイングは
汚染と破断の大きな機会を与える。ローデイング
のアンローデイングのためベルジヤー内側の装置
全体を空気に曝すことは汚染の可能性を導き、真
空ポンプが扱わなければならない非常に大きな脱
ガス負荷を加える（ウエーハだけに帰せられる脱
ガス面積は、脱ガスしなければならない全空気露
曝面積の典型的に10％以下である）。バツチ装置
内でコーテイングされるべき多数ウエーハについ
て大面積のカバレージを得るため、給源から長い
蒸着投射距離（典型的に６〜14インチ、すなわち
約15〜36cm）が必要とされる。これは低い蒸着率
（典型的に、スパツタ蒸着源につき600Å／分）を
もたらし、そのため膜をバツクグランド・ガスと
の反応により一層汚染しやすく、従つて排気され
た環境の質に一層感じやすくさせる。ウエーハと
装置の空気露曝面積との脱ガスはヒートランプか
らの放射エネルギーの適用によつて促進される
が、ウエーハは遊星取付具と不確実な熱接触にあ
るから、その温度もまた不確実である。その上、
加熱源はスパツタ蒸着中は通常作動されえないか
ら、ウエーハは予熱中に達した温度から制御不能
な状態で冷却する。蒸着中のウエーハ温度の制御
不能は、確実且つ再現可能に達成されうる膜特性
の或る特長を制限する。当然、均一性とステツプ
カバレージとを実現するための遊星取付具の機械
的運動は、蒸着するコーテイング材料の粒子をウ
エーハ上以外の装置内のどこか他の場所へ移して
しまい、そのためウエーハにデブリを付着させる
ことになり、良好なデバイスの産出を減ずること
になる。 典型的なロードロツク式装置は、ポンプステー
シヨン、排気可能な処理チエンバ、ポンプステー
シヨンと処理チエンバの間の隔離弁、加熱ステー
シヨン、蒸着源、ロードロツク、及びプラテン搬
送装置から成る。蒸着サイクルの開始時に、ウエ
ーハは手でカセツトから金属プラテン（12インチ
×12インチ〔約30.5×30.5cm〕のプラテン寸法が
普通）にローデイングされ、このプラテンはつい
でウエーハがロードロツク及び処理チエンバを通
つて周回する間ウエーハの支持体（キヤリヤ）と
して働く。ロードロツクを経て処理チエンバへ導
入された後、プラテンとウエーハは加熱ステーシ
ヨンへ搬送され、そこで放射エネルギーの適用に
よつてさらに脱ガスされる。加熱ステーシヨンで
はスパツタ−エツチングによるウエーハの追加的
清浄化も行なわれる。金属膜付着はプラテンとウ
エーハを蒸着源を通つて比較的緩速で並進させる
ことにより実行される。この蒸着源は矩形状の侵
食パターンをもつた平面型マグネトロンタイプの
スパツタリング源でよく、侵食パターンの長辺寸
法はプラテン幅よりも大きいものである。数イン
チのスパツタ源内部でウエーハが通過する通路上
方でスパツタ源を通過してプラテンを動かすこと
により比較的高い蒸着率（10000Å／分）が実現
される。蒸着の後、プラテンとウエーハはロード
ロツクへ戻され、そこでそれらは処理チエンバか
ら大気へと戻される。ついでウエーハは手でカセ
ツトへアンローデイングされる。これで典型的な
サイクルが完了し、これは典型的に10〜15分かか
る。他のタイプのロードロツク式装置において
は、ウエーハが蒸着源をよぎつて回転する環状プ
レートに取付けられる。各ウエーハは、十分な厚
みの皮膜が生成されるまで蒸着源の下を複数回通
る。 上述のロードロツク式装置はバツチ式装置の欠
点のいくつかを克服したがすべてではない。主と
して重要な点は、ロードロツクの使用により、処
理チエンバの圧を大気圧に上昇させることなく、
プラテン上のウエーハを処理チエンバへ出し入れ
できるということである。これは蒸着前に脱ガス
しなければならない空気露曝表面の大きさを著し
く減少させる。処理チエンバを周期的に大気圧へ
開放する必要はある（清浄化と蒸着ターゲツト交
換のため）ものの、かような露曝の頻度はバツチ
式に比較して著しく低い。 他の重要な要素は、“危険な”すなわちキズ又
は処理の失敗のために拒否されやすいウエーハ・
ロードの寸法が、ロードロツク式装置においては
著しく小さい（上記の例でバツチ式では３インチ
（約7.6cm）ウエーハ75枚に対し、第１のロードロ
ツク式では３インチウエーハ16枚である）という
ことである。ロード当りのウエーハの数はロード
ロツク式装置について非常に小さいから、バツチ
式装置で要件とされる長い蒸着投射距離を採用す
る必要はない。従つて、ウエーハと給源の間のよ
り密な連結により高蒸着率が達成されうる。 ロードロツク式装置により与えられる利点にも
拘らず、なお多くの不利益及び欠点が残つてい
る。バツチ式においてもロードロツク式において
もウエーハは典型的に手でプラテンとカセツトの
間を移動され、汚染と破断の危険を伴なう。ロー
ドロツクの使用は処理チエンバの大気の露出を回
避するが、ウエーハを支持しているプラテンは各
ローデイング・アンローデイングサイクルで空気
に曝される。こうして、その表面もまた脱ガスさ
れなければならず、これは総脱ガス負荷をウエー
ハ自体だけのそれより遥かに増加させる。その
上、プラテン上に堆積するスパツタリングされた
付着物は、反復的な機械的衝撃と空気への露出と
により強調され、フレークとデブリ生成に導く。
バツチ式の場合と同様、ウエーハはなおその支持
体と共に不確定な熱的状態にある。脱ガス中及び
蒸着中のウエーハ温度に対する制御は不適切なま
まである。ウエーハ上に蒸着される膜はそのプラ
テン上の位置、すなわちウエーハがアウトボード
（outboard）であるか、インボード（inboard）
であるか、蒸着源に近づいているか、又はそれか
ら離れていくかに依存して種々の態様で堆積する
から、金属膜はウエーハ上に非対称な様式で付着
されていく。均一性とステツプカバレージを実現
するため蒸着中にプラテンを並進運動させること
はデブリとフレークの発生、従つてウエーハの汚
染を強めてしまう。或るロードロツク方式におい
ては、対称性と均質性は、ウエーハが蒸着源の下
を複数回通るようにさせることによつて、さらに
危うくされる。こうして、ウエーハが蒸着源から
遠い領域で回転しているときは蒸着率はほとんど
無に近くなるから金属膜は“層状化”した様式で
蒸着される。このような領域での低い蒸着率はバ
ツクグランド・ガスを生長中の膜へとり込むこと
により汚染の危険を増大させ、蒸着率の不均一さ
の結果、存在するかもしれない汚染分の分布の不
均一さをもたらす。 ロードロツク方式においてはバツチ方式に比し
て一時に処理されるウエーハの数が非常に少ない
としても、なお相当数のウエーハが“危険”のま
まである。この観点から、多数ウエーハは一連の
連続的方式で個々に処理することが最上ではあろ
うが、ローデイング及びアンローデイング中のロ
ードロツクの適切な吸気、並びにウエーハ脱ガス
及びウエーハ支持体の脱ガスに要する時間、これ
に加えてウエーハを適切な態様に個々にコーテイ
ングするのに要する時間が、このような個々的処
理の概念を、各ロードにつき多数のウエーハを取
扱うバツチ方式又はロードロツク方式と比較して
これまでは実施不能とさせてきた。同様に、デブ
リ発生の、従つて良好なマイクロ回路デバイス産
出の減少の防止、並びに摩耗及び機械的衝撃と振
動の危険の低下の観点からは、コーテイング蒸着
中にウエーハを静止に保つことが非常によいであ
ろう。しかし、すでに見たように、これは通常蒸
着源とウエーハとの間に相対運動を設定すること
を要するから、適切な蒸着均一性及びステツプカ
バレージを得る必要性と両立しないものと考えら
れてきた。さらに、各ロードにつき多数のウエー
ハをコーテイングするバツチ又はロードロツク方
式に対比して、個々のウエーハを処理する方式に
おいて再現可能性及びコーテイング工程温度に対
しより大きい制御可能性を期待しうる根拠はなか
つた。 従つて本発明の目的は、従来可能であつたより
も高品質のコーテイングとしてウエーハを個々的
に迅速にコーテイングする装置を提供することで
ある。 本発明の関連した目的は、ステツプカバレー
ジ、均一性、対称性及び均質性、汚染レベル、デ
ブリの損害、及び再現可能性の総合的考察に関し
優秀な品質の金属層を蒸着させる装置を提供する
ことである。 同じく本発明の目的は、改良されたステツプカ
バレージ及び良好な均一性でウエーハを個々的に
迅速にコーテイングする装置を提供することであ
る。 他の関連した目的は、ウエーハを個々的に金属
化するが、なお高速である改良ロードロツク装置
を提供することである。 さらに他の目的は、均一性及びステツプカバレ
ージを含めた強化された品質を伴なつて生産ライ
ン方式で半導体ウエーハを個々的に金属化する改
良ロードロツク装置を提供することである。 関連した目的は、或る一時における処理に基づ
く危険のあるウエーハの数を減少させたウエーハ
コーテイング装置を提供することである。 他の関連した目的は、個々のウエーハについて
同時に動作する多数の加工ステーシヨンを備え
た、一連の連続的方式でウエーハに個々的に金属
化又はその他の真空処理を施す装置を提供するこ
とである。 同じく関連した目的は、脱ガス負荷を減少さ
せ、コーテイングのためウエーハをロードロツク
装置へ導入することに起因する排気コーテイング
環境への乱れを最小化することである。 さらに他の本発明の目的は、デブリの発生と、
摩耗及び汚染分の取り込みによる損害の可能性と
を減少させることにより、ウエーハから続いて作
られるマイクロ回路デバイスの産出高を改善する
ことである。 さらに他の目的は、プラテン状のウエーハ支持
体を使用することなく種々の加工ステーシヨン間
での搬送、及び真空領域への出入を実行するロー
ドロツク型装置を提供することである。 同じく関連した本発明の目的は、上述のように
プラテン状ウエーハ支持体を使用せず、ローデイ
ング及びアンローデイングが或るウエーハについ
て行なわれている間他のものは処理されているロ
ードロツク型装置を提供することである。 さらに他の関連した目的は、カセツトからのウ
エーハ自動取扱いと両立しうる上記のような装置
を提供することである。 同じく関連した目的はウエーハについて特にそ
の温度を全処理期間中を通じて改良制御する手段
を提供することである。 さらに他の目的は信頼性、保守及び使用の容易
さが改良されている生産ラインで使用する装置を
提供することである。 本発明の要説 本発明の最も広い目的は、ウエーハの１個の径
より大きい径を有しコーテイング材料を放出させ
るリング状スパツタリング源と、ウエーハの個々
の１個ずつをスパツタリング源に向いた静止関係
にスパツタリング源の径より小さい距離で位置づ
けるための手段と、スパツタリング源とウエーハ
をウエーハのコーテイング中20ミクロン圧（１ミ
クロン＝水銀柱10^-3mm＝１ミリトール＝0.133Pa）
までのアルゴン環境内に維持するための手段とを
含む。ウエーハを個々的にコーテイングする装置
を設けることにより満たされる。このようにし
て、ウエーハとスパツタリング源の間の相対運動
を必要とせず、複雑さやそれに伴なうデブリ発生
の危険なしに、良好な均一性を備えた改良された
品質のコーテイングがウエーハ上に迅速に付着さ
れるのである。 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境を連続的に維持する真空チエンバ手段と共に
有用な、個々のウエーハを最小時間で繰返しスパ
ツタコーテイングするための装置を設けることに
より満たされる。この装置はチエンバ内の入口の
すぐ内側に配置された内部ウエーハ支持手段を含
み、これはウエーハが挿入されるとすぐ受けと
り、コーテイングが完了すると即時に釈放除去さ
せるように、個々のウエーハのエツジを釈放可能
に且つ弾力的に把持する手段を含んでいる。ま
た、分配されたリング状給源からのパターンに近
似したパターンでコーテイング材料をウエーハ上
に放出する円形輪廓の陰極を有するスパツタリン
グ源がチエンバ内に取付けられている。このスパ
ツタリング源の径はウエーハのそれより大きく、
ウエーハからの距離はスパツタリング源の径より
小さい。ウエーハ支持手段はコーテイング中にウ
エーハを静止に保持する。最後に、本装置は、ウ
エーハ支持手段をチエンバ内部の他の部分から遮
蔽し、入口ドアが開かれたときはウエーハの挿入
及び取出し中ウエーハ支持手段をチエンバ環境か
ら隔離するチエンバ内部の可動部材を含むロード
ロツク手段を含んでいる。このようにして、外部
のウエーハ支持手段によるチエンバ環境の撹乱
や、従つて汚染分や、大きなロードロツクの体積
を最小にし、しやも全体的ウエーハコーテイング
時間を改善して、ウエーハの個々的コーテイング
が繰返しなされうるのである。 本発明の目的はまた、制御された大気圧以下の
環境内でウエーハを連続的に個々的に処理するた
めの装置であつて、第１の壁部に第１の開口部と
これを閉鎖するドアとを有する真空チエンバと、
このチエンバの壁部に取付けられ、第１開口部か
ら離れたチエンバの少なくとも１個の処理部位を
形成する少なくとも１個のウエーハ処理手段と、
第１開口部と前記処理部位の間を動きうる前記チ
エンバ内の可動支持手段とを含む装置によつて満
たされる。この支持手段は少なくとも２個の開口
を備えていて、この開口を前記第１の開口部及び
処理部位とそれぞれ整合させうるようにする第１
の距離で隔てられている。支持手段の開口の各々
はウエーハを釈放可能に且つ弾力的に把持するク
リツプ手段を取付けている。この開口はまたその
開口の１つがチエンバの第１開口部に整合したと
き支持手段開口を締切るためのチエンバ内の閉鎖
手段を含んでおり、この閉鎖手段とチエンバはそ
の間に小さいロードロツク容積を画成し、ウエー
ハをクリツプ手段にロード又はアンロードするた
めチエンバドアが開けられた時支持手段開口を前
記閉鎖手段がチエンバから締切るものとする。こ
のようにしてウエーハは制御された真空チエンバ
内の雰囲気を最小限しか乱さずに真空チエンバ内
に次々に連続して導入されることができ、ウエー
ハは他のウエーハのローデイング及びアンローデ
イングが外部的ウエーハ支持手段を使わずにロー
ドロツクでなされている間に処理部位で個々的に
処理される。もし外部的支持手段が存在したらロ
ードロツクとチエンバによつて除去されなければ
ならないガス負荷が非常に増大し、同様に汚染分
の可能性も増大するであろう。さらに、ロードロ
ツク容積は単一ウエーハを入れるのに絶対に必要
なだけに最小化されているから、ロードロツク及
びチエンバについての吸気負荷の大きさも減少す
る。 １つの好適実施態様において、可動支持手段
は、自身の軸線周囲に回転するように取付けたデ
イスク状の移送プレートの形に設けることがで
き、種々のウエーハ処理ステーシヨンは前記軸線
の周りに対称的に配置される。スパツタリングス
テーシヨンのほか、このステーシヨンは加熱又は
冷却ステーシヨンであることもでき、例えば加熱
はクリツプ手段がウエーハをエツジで支えていて
その両面を処理できるからスパツタリング付着と
反対側のウエーハ面に適用することができる。ウ
エーハ移送プレートはウエーハ上にデブリが蓄積
するのをよりよく抑えるため好適に垂直面内で回
転する。完全にローデイングされたとき、本装置
は一時点で共に危険にあるウエーハの数をそのウ
エーハ移送プレートに取付けられているものだけ
に限定し、またいくつかの処理作業を同時に遂行
すること、例えば１つのウエーハのコーテイング
を他のウエーハの加熱及びさらに他のウエーハの
アンローデイング及びローデイングと同時に行な
うこと、を可能ならしめる。内部ウエーハクリツ
プ支持手段、薄いロードロツク、及びウエーハの
個々的処理の使用によつて、単純自動ローデイン
グを含めた容易なローデイング及びアンローデイ
ングが可能となる。１つの具体的態様において
は、垂直動作するブレード状昇降手段がウエーハ
をエツジによりチエンバ入口の直近の点まで上昇
させる。すると、チエンバのドアに付設してある
真空手段がウエーハの背面を捉え、これをドアが
閉じた時クリツプ手段に押し込むので、ロードロ
ツクのローデイングとその密封が同時になされ
る。コーテイングを施すべき多数ウエーハを含有
しているコンベア被動カセツトから真空処理チエ
ンバへローデイングするための完全自動装置の詳
細は米国特許第4311427号（米国出願番号第
106342号。発明者G.L.コード、R.H.シヨー及び
M.A.ハツチンソン）に見出される。同様に、ウ
エーハを真空チエンバ内で弾力的に支持する手
段、及びウエーハをチエンバ内の前記支持手段に
ローデイング及びアンローデイングするのを助け
る付設手段の詳細は米国特許第4306731号（米国
出願番号第106179号。発明者R.H.シヨー）に見
出される。 実施例の詳細な説明 第１図に示されるウエーハコーテイング装置
は、ほぼ円筒形の真空処理チエンバ１０を主とし
て含み、チエンバ１０は５つの加工ステーシヨン
を有する。加工ステーシヨンのうち１つはロード
ロツク装置１２から成り、もう１つはコーテイン
グステーシヨン１４から成る。チエンバ１０内部
にあるコーテイング装置の残る他の要素は、第２
図により詳細に見ることができる。ロードロツク
１２内部のウエーハ１５、さらにコーテイングス
テーシヨン１４におけるウエーハが示されてい
る。更なる要素として、圧力プレート１６、ウエ
ーハ支持体（キヤリヤ）プレート組立体１８及び
クリツプ組立体２０（第３図に最も良く示されて
いる）が含まれる。ウエーハは、クリツプ組立体
により、ウエーハ支持体プレート組立体１８の内
部に保持される。ドア組立体２２が、チエンバ１
０の入口開口部２３を密封し、且つ、今述べた要
素と協働してチエンバロードロツク装置１２を形
成する。ドア組立体２２は、処理チエンバ１０の
主要要素を完備する。カセツト式ロード／アンロ
ード組立体２４並びにチエンバ及びロードロツク
排気のための種々の付属真空ポンプ２５と共にこ
れらの要素は全て、キヤビネツト２６内にコンパ
クトに収容されている。 コーテイング装置は好適には、ロードロツク装
置１２及びコーテイングステーシヨン１４以外に
他の数個の加工ステーシヨンを含んでいる。詳し
く言えば、ウエーハ加熱ステーシヨン２８、補助
ステーシヨン２９及びウエーハ冷却ステーシヨン
１３０である。全ての加工ステーシヨンは、真空
チエンバ１０の中央軸線３６から且つ互いに横方
向に等して離間されている。ここでは５つのステ
ーシヨンが設けられているけれども、より多数の
又はより少数のステーシヨンのどちらの設計をと
つてもよい。さらに少なくとも２つの空気ラム３
０，３１が含まれ、それらは圧力プレート１６及
びウエーハ支持体プレート組立体１８をチエンバ
１０の正面壁３２に対して駆動する機能を有す
る。更に支持体プレート組立体１８を中央に取付
けている支持体プレート駆動体３５を含む。支持
体プレート組立体１８は、真空処理チエンバ１０
の中央軸線３６に関して回転するように、正面壁
３２とほぼ同径の円形である。 総説すれば、ウエーハが、個々に提供されてド
ア組立体２２によりロードロツク装置１２の中へ
ロードされ、ウエーハ支持体プレート１８内部に
入る。ウエーハは次に、加工ステーシヨンの各々
を順に通過する。そこでウエーハは、脱ガス及
び／又はスパツターエツチ清浄の完遂のために加
熱され、コーテイングされ、随意に第２層をコー
テイングされ、冷却され、そして再びドア組立体
２２によるウエーハ支持体プレート組立体１８か
らの除去のためにロードロツク装置１２へと戻
る。大まかに説明した上述のような装置は、回転
式のものであり多重ステーシヨンのものであるけ
れども、ロードロツク及びコーテイング工程は、
単一ステーシヨン若しくは２重ステーシヨン配置
又は無回転若しくはインライン配列のものにも同
様に適用しうる。 ここでウエーハの到着の視点から、より詳細に
本装置を説明する。ウエーハ１５がチエンバの排
気環境に進入するために通過しなければならない
ところのロードロツク装置１２は、非常に重要で
ある。第４〜６図が、ロードロツク１２の可動要
素の作動を評価するのに特に重要である。上で指
摘したように、ロードロツクは、処理チエンバの
正面壁に対して閉位置にあるチエンバドア組立体
と駆動された位置にある圧力プレートとの間にあ
る要素のサンドイツチ配列である。ロードロツク
は、ウエーハ支持体プレート組立体１８内部の円
形開口３７の周囲に作られ、円形開口３７はチエ
ンバの内部に位置されてロードロツク１２に付設
されたチエンバ入口２３のちようど内側になる。
支持体プレート組立体１８は、正面壁３２及び圧
力プレート１６にほぼ平行である。圧力プレート
１６はチエンバの内部で支持体プレート組立体１
８の後方に位置される。ウエーハ１５は、以下に
記す手段によつて、ロードロツク内部で支持体プ
レート組立体内部にロードされ支持される。或る
ウエーハ処理操作のためにチエンバ１０内部にも
たらされうる制御された大気圧より低圧の環境
は、例えば、スパツターコーテイング操作のため
にアルゴン又はその他の不活性ガスで20ミクロン
までである。この排気された環境のために、ドア
２２が排気環境を維持するために開いているとき
はいつでも、ロードロツク領域はチエンバ内部の
他の領域から密封されなければならない。圧力プ
レート１６が、チエンバ内部からロードロツク領
域を分離させる機能を（以下に示すように、他の
加工ステーシヨンにおいても同時に数種の他の機
能をも）果す。処理チエンバの後方プレートに取
り付けられた空気ムラ３０，３１が、圧力プレー
ト１６及び支持体プレート組立体１８を正面壁３
２に対して駆動する。特に空気ムラ３０がロード
ロツク装置１２に同心的に、圧力プレート１６へ
適用されて、ロードロツクの密封を達成する。圧
力プレート１６及びチエンバ正面壁３２がとも
に、チエンバ入口２３に同心的な円形パターンに
配置されたＯリング３８を備え、ロードロツクを
形成する要素のサンドイツチ配列内の真空気密を
もたらす。チエンバ正面壁３２の外側表面に対し
て閉じた密封位置にあり、且つ真空気密をもたら
すため同心的Ｏリング３９を含むチエンバドア組
立体２２が、外側大気からチエンバ入口２３を密
封することによりロードロツクを完全なものにす
る。第４及び６図は、完全なロードロツクを示し
ている。つまり、圧力プレート１６は前方の前進
した位置にあり、支持体プレート組立体１８をチ
エンバ正面壁３２に対して加圧し、開口３７を密
封する。又、ドア２２は閉鎖されチエンバ入口２
３を密封して、開口３７についてロードロツクを
形成する。開口３７は、もはや１枚のウエーハを
収容するのに必要な寸法だけしかない。極めて薄
く小さな体積のロードロツクが、最小の要素をも
つて画成され、その内部にウエーハ１５を収容す
るのに必要な最小寸法である事が理解されるであ
ろう。ロードロツク装置の更に詳細な点について
は、上述の米国特許第4311427号を参照されたい。
第５図は、後退し休止位置にある圧力プレート１
６と、チエンバ内部の支持体プレート組立体内部
にすでに固着されたウエーハとを示している。 この薄いロードロツク構成と協働するものは、
ウエーハ支持体プレート組立体１８であり、それ
はチエンバ１０内部の加工ステーシヨンの数及び
間隔に一致した例えば３７（第２図に最も良く図
示されている）のような複数の円形開口を含んで
いる。その開口３７はウエーハよりも大径であ
り、互いに等しく離間し、処理チエンバの中心軸
線から等しい半径方向にその中心をもつ。前述の
ように加工ステーシヨンも同様に離間されている
ので、ウエーハ支持体プレート組立体１８のどの
開口も処理チエンバのどの加工ステーシヨンとも
整合し、他の開口も各々同様に他の加工ステーシ
ヨンの対応するものに整合する。従つて、ウエー
ハが支持体プレート１８の開口の各々の内部に固
着されているならば、そのウエーハの各々は或る
加工ステーシヨンで個々に処理されることがで
き、同時に残る他のステーシヨンで他のウエーハ
がそれぞれ処理されうる。このようにして、１枚
のウエーハが或る特定のステーシヨンで個別に処
理され、しかもその同じ時間に他の数枚のウエー
ハが残る他の加工ステーシヨンで他の操作を受け
ることができる。詳しく言えば、１枚のウエーハ
がロードロツク１２でアンロード及び／又はロー
ドされている間に、他のウエーハがコーテイング
ステーシヨン１４でコーテイングされることがで
き、一方では更に他のウエーハが加熱ステーシヨ
ン２８で加熱されることができる。支持体プレー
ト駆動体３５が断続的に作動して支持体プレート
組立体１８を１つのステーシヨン分の距離だけ移
動させる。それにより、連続的にウエーハの各々
を反時計回りで処理ステーシヨンの各々へ順を追
つて提供し、終には或るウエーハがアンロードさ
れるためにロードロツクへと最終的に戻る。 ウエーハは、上述のように加工ステーシヨンか
ら加工ステーシヨンへと移送されるので、動き回
ることによる機械的な損傷又は摩損を避けるよう
に、且つ一般的に機械的なシヨツク、振動、摩擦
から保護されるようにウエーハが支持体プレート
組立体１８内部に支持されることが重要である。
この目的のため、ウエーハ支持体開口３７は、ウ
エーハ及び１組のクリツプ組立体２０の両方がそ
の開口の周囲内部に収容され且つ引つ込んだ位置
にあり支持体プレートに平行でありうるような、
径をもち、それによりウエーハを保護する。１組
の薄くエツジに沿つて作用するクリツプ組立体も
又、薄いロードロツク装置１２の形成にとつて重
要であり、ウエーハを支持体プレート組立体１８
内部の直立位置に弾力的にエツジに沿つて支持す
る。エツジ作用クリツプ組立体の特に都合の良い
形態が第４図〜第８図に断面で示されている。そ
の詳細は、前述の米国特許第4306731号に開示さ
れている。４個のクリツプ組立体２０の１組が保
持リング４１内部に取り付けられ、保持リング４
１は、プレート開口３７の各々に同心的に、デイ
スク状円形ウエーハ支持体プレート４２へと着脱
可能に付設され、そして完全なウエーハ支持体プ
レート組立体１８を形成する。この配列は、各円
形開口３７の周縁内部で離間した関係をもつて１
組のクリツプ組立体２０を取付けている。保持リ
ング４１は、Ｕ字形の断面を有し、その内方及び
外方周縁を画成するフランジ４６及び４７を有し
て、そしてクリツプ組立体２０がこれらのフラン
ジの内部に引つ込んでいる。４個のクリツプ組立
体が開口３７内部に用いられるのが好適であるけ
れども、３個又は４個以上のクリツプ組立体の使
用も可能である。しかし、４個の組の方が３個の
ものよりも大なる信頼性をもたらすと認められ
た。 第３図〜第８図のいずれにも示されているよう
に、クリツプ組立体２０は、ほぼ長方形の断面を
有するブロツク５０をそれぞれ含んでいる。ブロ
ツク５０は、ウエーハの電気的分離が望まれるス
パツターエツチなどの適用のために、絶縁物質で
作られていてよい。伸長したスプリングクリツプ
５３が、ブロツク５０の周りを包み込む方法で堅
く係合している。各クリツプ５３は、ブロツク５
０と反対側の端に、弧状フインガー部分又は先端
部５５を含んでいる。先端部５５は、ウエーハの
エツジをしつかり把持するのに適切な半径で湾曲
している。ブロツク５０から延びているのは、平
らな幹部５６であり、それはプレート開口３７で
定義される平面に緊密に近接して平行である平面
の内部に展在する。一方、枝部５７が、プレート
開口３７の平面に向かつて幹部５６から傾斜して
いる。このクリツプ組立体は、結果として、代表
的ウエーハ１５の径よりも幾分小さい径をもつ円
形パターン（ウエーハ支持プレート４２の内部に
展在する円形パターン）上に置かれた複数の弧状
先端部５５を形成する。 ロードロツク１２へのウエーハ挿入は、クリツ
プ組立体２０へウエーハのエツジ又は後面を単に
押し込むことにより手で達成されうる。しかしな
がらこの事は、先端部５５内部にウエーハを受け
入れるようクリツプをいくぶん押し広げるため
に、枝部５７に対するウエーハエツジの摩擦を含
む。枝部とのそのような摩擦接触なしにウエーハ
を挿入するために、クリツプは最初に少し広げら
れなければならず、それからロードロツクへの挿
入後ウエーハのエツジをじようずにつかむ。ウエ
ーハ挿入及びクリツプ拡張は手で操作されうるけ
れども、より好適にはそのような手操作、並びに
それに付帯する損傷、誤作及び汚染の一連の付加
危険を避けるべきである。チエンバドア組立体２
２は、その中心の軸方向に真空チヤツク６０を備
え、且つ周縁近傍には複数のクリツプ作動手段６
２を備えている。これらの要素は、ウエーハカセ
ツト式ロード／アンロード組立体２４とともに、
ロードロツク１２のための自動化されたウエーハ
のローデイング及びアンローデイング装置を形成
し、ロードロツク１２はウエーハの全ての手動操
作を排し、ローデイング処理を自動化する。 第１図及び第３図に見られるように、チエンバ
ドア組立体２２は、鉛直軸を有する高荷重ヒンジ
６３によりチエンバ１０の正面壁３２に付設され
て、第３図に示されるような完全に開いた位置に
まで在来の方法で開閉される。その完全に開いた
位置においては、ドア及びその内側面６４は鉛直
であり、支持体プレート組立体１８及びチエンバ
入口２３の表面に垂直である。真空チヤツク６０
は、軸方向に伸びてドアを中心で貫いているの
で、その作動端はドアの内側面６４の一部を形成
している。真空チヤツク６０は、ドアの内側面の
ところで鉛直に設置されたウエーハと係合し、ド
アが閉じるにつれ、真空吸収によりウエーハを保
持する。第４図に見られるように、真空チヤツク
はドアの内側面から軸方向に伸長して、ウエーハ
をクリツプ組立体２０との係合へと進める。そこ
で真空チヤツクは後退し、ウエーハ１５はクリツ
プ組立体によりチエンバ内に保持され、処理を受
け、支持体プレート組立体１８の回転により順を
追つて種々な加工ステーシヨンへと移動される。
この好適実施例においては、ドアの内側面６４へ
のウエーハの鉛直提供は、以下に詳述するような
ロード／アンロード組立体２４により達成され
る。 ロードロツク装置、ウエーハ支持体プレート組
立体１８及びドア組立体２２は、鉛直方向に限定
される必要はないことに注意すべきである。しか
しながら、ウエーハの表面上に定着するデブリの
如何なる可能性も除去するためには、それが好適
である。全ての加工ステーシヨンと同様に、本発
明のクリツプ組立体、支持プレート及びロードロ
ツク装置は、もし水平方向であつても等しく良好
に機能する。事実、鉛直方向のウエーハカセツト
のためのロード／アンロード組立体２４は鉛直操
作のために意図されているけれども、ドア組立体
２２を、鉛直方向でウエーハを受け取り水平平面
内のロードロツクへウエーハをロードする方式に
するのは、在来のチエンバ壁に取付ける方法に適
当に修正を加えることにより、至つて容易にでき
る。 前に述べたように、クリツプの角度づけられた
枝部５７に対してウエーハを単に押すことによる
ロードロツク内部のクリツプ組立体２０へとウエ
ーハをロードすることを避けるのが好適である。
摩擦接触なしにウエーハを挿入するために、クリ
ツプは最初に少し拡張されねばならず、その後ロ
ードロツクへとウエーハの挿入をしてウエーハの
エツジをしつかりとつかむようにする。この事
は、ウエーハが真空チヤツク６０により挿入され
る時に、前述のようにドア内部に取付けられた４
個のクリツプ作動手段６２によつて達成される。
ドアが閉位置にある時にクリツプ組立体２０の対
応するものを調整するように、各クリツプ作動手
段６２が取付けられる。第４図に詳しく示されて
いるクリツプ作動手段６２の各々は、エアシリン
ダ６５及び接触ピン６６を含んでいる。接触ピン
６６は、シリンダー６５により推進されて、軸方
向内部及び外部へと移動する。ピン６６はそれぞ
れ、ドアが閉位置にあるときに、クリツプの幹部
５６の１つを調整する。ドア２２が閉じると、ピ
ン６６はウエーハの挿入に先き立ち伸長する。或
いは、ウエーハが取り外されるべき同時にもピン
６６は伸長する。ピン６６のそれに面したクリツ
プの幹部５６に対する圧力は、クリツプを圧し、
先端部５５を後方及び外方に振れさせ、それによ
り、クリツプを開放し、摩擦接触なしのウエーハ
の挿入又は除去を容易にする。 ウエーハ処理の完遂の後ウエーハのアンローデ
イングの際には、これらの操作は順序が逆にな
る。真空チヤツク６０が再び伸長し、ウエーハの
背面に真空を適用してウエーハと係合し、そし
て、クリツプ作動手段が再びクリツプを解放する
ように働く。ドアが開き、真空チヤツク６０は真
空吸引によりドアの内側面上にウエーハを保持し
て、ウエーハはロード／アンロード組立体２４に
よりアンロードされる。 ドアが完全に開いた位置にある時には、ドア組
立体２２はロードロツク装置１２への挿入のため
のウエーハを受容するよう保たれる。一方ドアが
開いていくときには、ロードロツク１２から仕上
げられたウエーハを運搬し、その後、ウエーハは
真空チヤツクからアンロードされる。ウエーハを
ローデイングのためにドア組立体２２へ提供する
機能、又はアンローデイングのためにドア組立体
２２から処理済ウエーハを除去するための機能
は、カセツト式ロード／アンロード組立体２４に
よつて果される。ロード／アンロード組立体２４
は、ウエーハ昇降組立体６８及びウエーハカセツ
ト搬送組立体６９を含む。チエンバ入口２３の下
方両側に延在し、チエンバの壁３２に付設されて
いる（第３図参照）のが搬送組立体である。搬送
組立体６９は、第１図に示されるごとく右から左
へとウエーハのカセツト７０を移動させる。協働
するウエーハ昇降組立体６８は、カセツトからド
ア組立体２２の内側面６４内部の真空チヤツクの
操作端へと、或いは処理完遂後にはドアからカセ
ツトへとウエーハを個別に昇降させる。 搬送組立体６９は、ウエーハ処理チエンバ１０
の正面を横切つて水平縦軸方向に延在する離間し
た１組の平行レール７２，７３を含む。そのレー
ルはカセツト７０を支持し搬送する。カセツトの
側壁がレールをまたぎ、搬送組立体を通過するレ
ールに沿つてカセツトが摺動的に移動できるよう
に、レール７２と７３の間隔が決められる。カセ
ツト移動のための動力は、チエーン駆動手段７５
によりもたらされる。チエーン駆動手段７５は、
ローラーチエーンをレール７２の側に沿つて移動
させる種々なガイド及びギア配列を含む。チエー
ンには、案内ピン７６が一定間隔で設けられてい
る。案内ピン７６は、レール７２に隣接したカセ
ツト壁７７の底部の整合切欠に係合する。したが
つてカセツトは、昇降組立体６８に向けて又は遠
ざかりチエーンと同じ速等で移動される。ステツ
パーモータ手段８０が、チエーン手段７５のため
の駆動動力源として設けられ、カセツト移動に正
確な制御をもたらす。それによりカセツト内部の
各々のどのウエーハも、ウエーハ昇降組立体６８
との相互作用のための位置にされ得る。在来の記
憶手段が、ステツパーモータ手段８０及びウエー
ハ昇降組立体６８に結合されて、カセツト内部の
各々のウエーハの位置決めを記憶する。従つて、
処理チエンバ１０の中には更に数枚のウエーハが
ロードされることができ、それに応じてカセツト
は最初のウエーハがロードされてから数個の位置
だけ前進するようにできるけれども、仕上げられ
た最初のウエーハが出てくる際には、ステツパー
モータを必要な数のステツプだけ反転させて、仕
上げられたウエーハを元の位置に戻し、次にロー
デイング機能を続行するために再び前進した位置
をとるようにしてもよい。 カセツト７０は、離間、対面、整合且つ平行な
関係にした複数のウエーハを支持する。カセツト
７０は、その底の大部分と頂部とがあいていて、
ウエーハの上下に通路がある。溝、ステツプ及び
その他のマイクロ回路成分を形成した特徴を備え
たウエーハの正面が、開いたドア２２の内側面６
４に面せず、ウエーハの背面がドア組立体に向か
つて面するように、ウエーハはロードされなけれ
ばならない。この事は、真空チヤツク６０がウエ
ーハと係合するときに、デリケートなマイクロ回
路を含むウエーハの正面との接触がないことを保
証する。又処理チエンバ１０内部の処理装置に関
して正規に方向づけられるように、ロードロツク
１２への挿入にあたりウエーハが正規の位置にあ
ることを保証する。 ウエーハ昇降組立体６８は、チエンバ入口２３
の下方左側に位置され（第３図参照）、上方案内
プレート８２、ブレード状昇降部材８３及びブレ
ード状部材８３の下方端に連結した作動シリンダ
８４を含んでいる。ブレード状昇降部材８３は、
レール７２と７３との間で搬送組立体６９と直角
をなして、ドア２２の内側面６４へ向けての上下
移動のために案内されている。開位置にあるドア
の内側面の直下で案内プレート８２内にある案内
スロツト８５が、ブレード８３の上方での案内を
もたらし、他方、搬送組立体から下方に作動シリ
ンダへ向けて伸長した鉛直案内部材８６が鉛直路
においてブレード８３の保持を助ける。ブレード
８３の幅は、レール７２と７３との間隔よりも小
さく、同様にレール７２及び７３をまたぐカセツ
ト７０の主要壁間の間隔よりも小さい。ブレード
８３は又、カセツト７０に保持された隣接ウエー
ハ間の距離よりも薄い。 ブレード状部材８３には更に、ウエーハのカー
ブに整合するよう形状づけられた弧状上方端８７
が設けられ、この弧状端には、ウエーハの厚みに
整合しそのエツジを保持するための溝が設けられ
ている。故に昇降ブレード状部材８３は、案内レ
ール７２と７３との間を通過し、搬送組立体及び
カセツトと直角に交差し、そしてステツパーモー
タ手段８０及びチエーン駆動手段７５がカセツト
及びウエーハをブレードの通路上に設定する。図
からわかるように、カセツトは、下方からウエー
ハへの入路があり、昇降ブレード８３が完全にカ
セツトを通過できるように、作られている。従つ
て、ステツパーモータ手段８０及びチエーン手段
７５が、カセツト及びウエーハをブレードの通路
上に設定すると、ブレード８３が搬送レールの間
を上方に移動してその上方端８７の溝の内部でウ
エーハと下方から係合し、そして開位置にあるチ
エンバドア２２の内側面６４にごく接近し同心的
な設定の位置にまでウエーハを上方にもち上げ
る。ウエーハは鉛直方向なので、ブレードの溝を
つけられた端８７内にしつかりと、しかし穏やか
で固定的にウエーハを保持することを重力が助け
る。デリケートなマイクロ回路が形成されている
ウエーハのデリケートな正面との接触が、ウエー
ハが水平方向にある時の典型的な自動化操作の場
合でない限り、実質上完全に避けられる。それに
よりウエーハへの損傷又は摩擦の危険が非常に減
少される。 ウエーハがドア２２のところに到着すると、真
空チヤツク６０が吸着によりウエーハとその背面
で係合し、そして昇降ブレード８３が案内スロツ
ト８５及びカセツトを通過して搬送組立体６９の
下方の点まで下降する。次にドア２２がチヤツク
６０により保持されたウエーハとともに閉じて、
それにより、そのウエーハはロードロツク装置１
２の中へロードされ、チエンバ入口２３がチエン
バ１０内部の処理のために上述のようにすみやか
に密封される。ウエーハ１５に対する処理の完遂
に先き立ち、更に別のウエーハ支持体プレート１
８の開口３７の他のものにロードされてもよく、
その場合には、ステツパーモータ及びチエーン駆
動は、ウエーハ位置１つ分だけカセツトをステツ
プさせ、次いでウエーハを真にブレード８３上の
位置に移動させる。そこでブレード８３が上昇し
て、次のこのウエーハを開いたドアまで上方に移
動させる動作をくり返し、真空チヤツクは再びロ
ードロツクへの挿入のためにこのウエーハと係合
する。一方、各ステーシヨンを順に回転すること
による元のウエーハ１５に対する処理が完了する
と、そのウエーハは再びロードロツク１２にやつ
てくる。そして真空チヤツク６０は、ドアが未だ
閉位置にある時に、ウエーハの背面へと再び伸長
し、同時にクリツプ作動手段６２がクリツプを弱
めさせ、ウエーハからクリツプを離脱させて、チ
ヤツク６０によるウエーハの除去を可能にする。
ドアが開かれるとウエーハは、再びブレード８３
の通路上に位置される。他方、ステツパーモータ
手段８０及びチエーン手段７５がカセツトを後退
させて、ウエーハ１５の元の位置はブレード通路
上に存置されるようにする。次にブレード８３
が、搬送レール７２，７３及びスロツト８５を通
過して上方に上昇し、ウエーハ１５の下方エツジ
に係合する。そしてチヤツク６０がウエーハを釈
放して、ブレード８３はウエーハをカセツト内部
の元の位置へと下降させ戻すことができる。カセ
ツトは次に、順次に処理されるべき次のウエーハ
の位置まで前進される。 昇降組立体６９による個々のウエーハの上昇及
びロードロツクへのローデイングに先き立ち、ウ
エーハの標準方向づけを保証する事が望まれ、そ
のため各ウエーハの弦を横切る通常の案内フラツ
ト部９１がカセツトの下方に整列する事が望まし
い。このようにすると、ウエーハの各々が、チエ
ンバ内部の処理装置に関して同一位置を示すこと
が保証される。更に、その案内フラツトが特定の
予め定められた位置にある事を確認するというこ
とは、支持体プレート組立体１８内部のクリツプ
組立体２０が正常に機能し、且つ円形のエツジ部
分の代わりにはからずもウエーハのフラツト部と
係合する事はないということを保証する。そのよ
うな標準方向を保証するために、対向する１組の
ローラ９０が設けられ、それらはレール７２と７
３に沿つてその間に縦方向に延在し、ローラの軸
線はともにレールに平行になつている。そのロー
ラ９０は、昇降組立体６８の位置の直前のカセツ
トの通路に位置され、それにより、ウエーハの方
向づけは、昇降組立体への到着に先き立つて完遂
される。カセツトがローラ上を通過するとき、そ
れらローラは上昇され、互いに反対方向に（−は
時計方向、他は反時計方向というように）連続的
に駆動され、且つウエーハの円形エツジに軽く接
触する。動くローラ９０との接触が、カセツト内
部のウエーハを回転させる効果を有し、終には各
ウエーハの案内フラツト部９１は動くローラと接
する位置に落着く。ローラとの接触が減少し、ウ
エーハが全て、その案内フラツト部が下方に面し
て整合する位置になると、ローラ９０は下方に引
つ込む。 上述したように、ドア２２が開位置にあるとき
にはいつでも、チエンバの排気された内部環境を
大気圧から防護するために、圧力プレート１６が
支持体プレート１８及び正面壁３２に対して駆動
される。圧力プレートとウエーハ支持体プレート
との位置関係を第４図及び第５図に詳細に示して
いる。第４図は、ロードロツク装置１２を形成す
る要素の前述のサンドイツチ配列を示している。
第５図は、圧力プレートが引つ込んだ位置にある
ときのそれらの要素の位置関係を示している。ま
た第４図は、クリツプを拡げた後ウエーハがクリ
ツプ組立体２０へ挿入され、クリツプ作動手段６
２の接触ピン６６が少しだけ伸長している時の、
真空チヤツク６０の伸長した位置を示している。
一方第５図においては、クリツプ作動手段の接触
ピンが引つ込み、同じに真空チヤツクも引つ込ん
でいて、ウエーハは今やウエーハ支持体プレート
組立体１８内に固着的に取付けられている。圧力
プレート１６が後退すると、ウエーハは引き続く
処理ステーシヨンへ回転される準備が整う。第６
図において、真空チヤツクは後退した位置にある
けれども、その真空吸引は作動していて、ウエー
ハはチエンバドア２２の内側面６４に対する位置
に示されている。これは、もちろん、ウエーハの
ロードロツクからの除去に先立ち、ウエーハがク
リツプ組立体２０から引き出された直後の、ロー
ドロツクの要素及びウエーハの位置を示してい
る。それは又、ドアが閉じられた直後の、真空チ
ヤツクがウエーハ支持組立体の開口内部の位置へ
とウエーハを未だ前進させていないときの、それ
らの要素の位置を示しているとも言える。クリツ
プ内部にウエーハを収容させるためにクリツプを
拡げるように押す事に先立ち、クリツプ作動手段
の接触ピンがクリツプに接しているところが示さ
れている。 ウエーハ１５のロードロツクへのローデイング
が完了すると、ロードロツクは荒く排気されて、
１分以内の継続する周期の間に、或るレベルにま
で下がる。そのレベルはチエンバよりも低く排気
された良好な程度であり、第５図に示されるよう
に圧力プレートが後退した時にチエンバ環境を感
知できる程には妨害はしない。そしてウエーハ１
５は、次の加工ステーシヨンへと回転する。ロー
ドロツクの排気はこのように短い時間で効果的に
なされうる。その理由は、ロードロツクはチエン
バに比して容積が小さい（ウエーハ自身を包含す
るのに必要欠くべからざるものだけ）ことにあ
る。短い時間でロードロツクが排気されると理由
として更に次の事がある。つまり、ロードロツク
領域の外部からもたらされる付属支持装置を使用
せず、又チエンバ内部でウエーハを支持するクリ
ツプ組立体の面積は、いずれにしてもウエーハに
比べて小さいので、ロードロツク内に導入される
脱ガス負荷は必要欠くべかざるウエーハ表面自身
だけである事である。この事は、プラテンその他
の外部からの支持物がロードロツク内に導入され
るところの従来技術装置の状態と対比されるべき
である。そのような支持物は、ガス吸気負荷に非
常に大きく寄与してしまう十分な面積を有する。
もちろん、外部から導入されるそのような支持物
がないことは、汚染の危険を低下させるのに著し
く寄与する。本発明においては、大気（又は、よ
り好適には乾燥した窒素で包まれたローデイング
環境）に曝されたロードロツク領域の圧力プレー
ト部分は、ウエーハとともには回転せず、他の加
工ステーシヨンから離れているローデイングステ
ーシヨン位置にそのまま残り、更に蒸着中にはチ
エンバ環境から密封される。 ウエーハがロードロツクテーシヨン１２へロー
ドされ及び／又はアンロードされている間、圧力
プレート１６は第４図のようなその作動的前進位
置にあり、それにより、支持体プレート組立体１
８がチエンバの正面壁３２に対して押しつけら
れ、圧力プレートは同時に他のステーシヨンにあ
るウエーハを押圧して、それらのステーシヨンに
おける処理装置に接触又は接近させてウエーハを
加工状態にする。例えば、ロードロツクステーシ
ヨン１２の次のステーシヨンであるウエーハ加熱
ステーシヨン２８において、ウエーハの脱ガスを
促進するためにウエーハ加熱手段が設けられる。
第７図に示されるウエーハ加熱手段９２は、ウエ
ーハよりもいくらか小径の円筒形支持部材９３か
ら成り、加熱素子９４として例えばセラミツクデ
イスクを含んでいる。セラミツクデイスクの中に
は抵抗線が埋設されて、セラミツクデイスクの表
面は、制御可能に加熱されその平坦表面にわたつ
てほぼ一様な温度にされる。ウエーハ加熱手段９
２は、処理チエンバの正面壁３２上に取付けられ
そこの密封された開口内にあつて、その要素の加
熱表面はチエンバ正面壁３２の平面からわずかに
突き出ている。圧力プレート１６が弛緩状態にあ
るときは、チエンバの正面壁に対する圧力プレー
トの位置は十分に間隔があり、加熱表面は支持体
プレート又はその内部のウエーハに接近していな
い。しかしながら、圧力プレート１６が作動的前
進位置にあるときは、ウエーハ支持体プレート４
２はチエンバの正面壁３２に対して加圧され、そ
れにより、加熱表面と加熱ステーシヨンに設定さ
れたウエーハとの間隔は非常に接近する。しかし
第７図に見られるように、加熱表面に接触する程
近づくわけではない。 真空環境においては、伝熱の主要機構は輻射に
よるものである。半導体デバイス製造において広
く用いられるＰ−ドーブシリコンウエーハは、赤
外放射に対して真に透過的である。その結果とし
て、本発明の装置において要求される短い脱ガス
周期の間にウエーハ脱ガス速度の増大を促進させ
るのに効果を示すためには、ウエーハの温度上昇
率は低すぎる。そこでウエーハがウエーハ加熱ス
テーシヨン２８にあるときは停留していることか
ら、ガス伝熱を利用することにより加熱素子９４
からウエーハ１５への熱の移送率を増大させる事
が都合よい。この事は、スパツター蒸着源の操作
のため使用されるアルゴンガスの微量を、第７図
に示された中央パイプ１１４を通して直接に加熱
素子９４とウエーハ１５との間の空間に導入する
ことにより達成される。アルゴン原子が温度の高
い表面と低い表面とに交互に衝突することの結果
として、伝熱が遂行される。伝熱の所望の高率を
達成するために、アルゴンを約100から1000ミク
ロンの範囲内の圧力で、加熱ステーシヨン２８へ
導入する事が必要である。その圧力は、約10ミク
ロンである主チエンバ内の正規のアルゴン圧力よ
りも１次から２次のオーダで大きい。 ウエーハ加熱部材９２は受板９８をも含み、円
筒形支持部材９３が受板９８に付設されている。
受板９８とチエンバ正面壁３２との真空気密がＯ
リング１１５によつてもたらされる。加熱素子９
４内で発生された熱の結果として生ずる過熱によ
るＯリング１１５の真空気密特性の劣化を避ける
ために、受板９８を通過して出入りするコンジツ
ト９６及び９７が設けられて、冷却剤を受板に流
入及び流出するようにして、Ｏリング１１５の気
密状態を維持することができる。 或る応用例においては、当業者によく知られた
方法を用いる無線周波スパツターエツチングの手
段により、加熱ステーシヨンでウエーハを加熱及
び冷却をすることが望まれるであろう。本発明の
装置において要する短周期の時間内で無線周波ス
パツターエツチ操作を演ずると、要求される無線
周波電力の適用はウエーハ温度を不必要な又は受
容できないレベルにまで上昇させるかも知れな
い。この問題は、再びガス伝熱の使用を通して軽
減されるであろう。この時は、ウエーハから冷却
されたヒートシンクへと熱の移送がある。 第８図に示された適切なウエーハ冷却手段１１
８が、受板１２０に取付けられた円筒形のヒート
シンク部材１１９から成つている。受板１２０と
チエンバ正面壁３２との間の真空気密が、Ｏリン
グ１２１によりもたらされる。ヒートシンク１１
９の温度を適切な低い値に維持するために、受板
１２０を通過してヒートシンク１１９に出入りす
るコンジツト１２８及び１２９が設けられて、冷
却剤をヒートシンク１１９に流入及び流出させる
ようにする。それによつて、ヒートシンク１１９
の温度を所望のレベルに維持することができる。
ヒートシンク部材１１９は、圧力プレート１６が
作動的前進位置にあるときにウエーハ１５に緊密
に接近し接触はしない平坦な表面１２５を有して
いる。第８図に示されるように中央パイプ１２６
が設けられて、スパツター蒸着源の操作のために
使用されるアルゴンガスの微量を、ヒートシンク
１１９とウエーハ１５との間の空間に直接に導入
させることができる。アルゴンガスのそのような
導入は、ウエーハ１５からヒートシンク１１９へ
の伝熱率を増大させることにより、冷却率を増大
する。この事は、第７図に関連して前に述べたよ
うな加熱ステーシヨン２８の場合における、加熱
素子９４からウエーハ１５への伝熱の率が増大さ
れたことと同様である。 ウエーハが前進される次のステーシヨンは、コ
ーテイングステーシヨン１４であり、それはチエ
ンバの背面（又は後方）プレート９９に取付けら
れている（第９図）。圧力プレート１６内部に円
形の開口１０１が設けられて、支持体プレート組
立体１８によりコーテイングステーシヨンへと進
められてきたウエーハのスパツタリング源による
コーテイングがその開口１０１を通して可能にな
る。シヤツター１０２が設けられて、支持体プレ
ート組立体の回転中ウエーハがコーテイングステ
ーシヨンに存置されていないときに、コーテイン
グ材料がブロツクされうる。第９図は、コーテイ
ングステーシヨン１４における要素の関係をより
詳細に示している。第９図の配置が示しているの
は、チエンバの正面壁３２に対してウエーハ支持
体プレート１８を押しつけるための作動的前進位
置にある圧力プレートによる移動に先立つた配置
における要素であるという事に注意すべきであ
る。したがつてコーテイング中のウエーハの位置
は、第９図で示された休止位置よりも正面壁に接
近し、ウエーハ１５はスパツタリング源１００に
関して同心的に固定された安定な静止状態に保持
される。 ウエーハのエツジによりスパツタリングをする
仕方、及び個々にウエーハをコーテイングする仕
方の大きな利益は、今や明らかである。金属コー
テイングがウエーハの正面壁に蒸着されることで
スパツタリング工程が、更にそのウエーハを加熱
させ、従つて最も悪いときにそのウエーハの脱ガ
スを増加させることは公知である。しかし、スパ
ツタリング源１００と結果として迅速なコーテイ
ング蒸着率（ほぼ毎分当り10000オングストロー
ム）を有するウエーハとの間の密な連結、低水準
の汚染（たとえば、外部ウエーハ支持物がないた
め、そして脱ガスの生成物をウエーハ正面の直前
の環境に加えるいかなる隣接したウエーハがない
ため）、そして後方脱ガスの生成物がスパツタリ
ング源を取り囲むシールド構造物上におそらくほ
とんど突きあたるだろうという事、これらすべて
の寄与が、従来の形状と比較してウエーハの正面
上への終了する脱ガスのために汚染の集中を非常
に低下させる。初期のバツチ式及び他のロードロ
ツク装置においては、相互に隣接した多数のウエ
ーハが、プラテン上に支持されるのであろうし、
個々のシールドに対して許されるスパツタ源から
ウエーハへの幾何学的な面での利点を有すること
はないであろう。そのシールドとは、汚染生成物
とコーテイング材料とが、ここで示された形状の
ようにウエーハ表面上においてよりもむしろ優先
的に結合することである。 更に他の利益は、個々のウエーハの金属化が鉛
直方向のウエーハによつて遂行されること、そし
て更にその金属化がおこなわれてもウエーハは静
止しているということから生じる。いかなるデブ
リ、又は特別な成分が本装置にあらわれたとして
も、鉛直になつたウエーハ表面上にこのような成
分の到着する機会は、ウエーハが水平方向に向い
ている場合と比較して非常に減少することは明ら
かである。金属化の間に、チエンバ内のすべての
運動が休止することは、機械的運動、衝撃又は振
動があらわれないということである。この運動
は、衝撃又は振動は、例えば浮遊する金属材料を
ウエーハ支持構造物、シールド及び他のこのよう
な表面から移動させることにより発生を増進させ
る傾向をもつものである。加えて、本装置におい
ては、シールド、その他の構造物上に生成したこ
のような浮遊によるコーテイング上の応力は、繰
り返して空気に露曝されることがないこと、処理
期間中に運動を止めさせる必要性により機械的ひ
ずみを減らすこと、さらに装置のいろいろな部分
を動かさないことにより減少させられる。ウエー
ハを支持するクリツプ組立体の非常に小さな構造
物は、通常の動作中に空気に自らでさえも露曝し
ない。なぜなら、ロードロツクは、水蒸気−支承
用空気ではなく、乾燥した窒素ガスの環境の中で
通常に作動されるからである。 密接に連結したウエーハとスパツタリング源と
の関係、及びその静止の特色は、付着された膜の
所望の特徴及び均一性に対して付加的ではあるが
都合のよいものを含んでいる。ウエーハ表面上の
ある点での付着の局在率は、半径位置及びウエー
ハ表面の地形状、つまり、その付着の位置の表面
が平らかどうか、又はステツプ若しくは溝の側壁
若しくは底部、又は側壁の内側若しくは外側に向
くことに依存する。このことについては、以下で
更に記述する。ウエーハがスパツタリング源に関
して静止状態にあるから、各点での蒸着が、蒸着
物全体にわたつて、時間的に変化する割合で進め
られるのではなく、一定の割合で進められる（蒸
着源に一定の出力を印加すると仮定している）。
従つて、いろいろな点での蒸着の厚さ及び表面の
地形状は、同心的に設置された蒸着源及びウエー
ハを通る共通軸のまわりで径方向に対称となる。 更に、前述で暗示したように、コーテイングの
中に取り込まれた汚染の水準が、汚染バツクグラ
ンド・ガス（酸素のようなガス）の分子及びスパ
ツタコーテイング材料（アルミニウムのような材
料）の原子のウエーハ表面での相対的な到着率に
依存する。汚染バツクグランドガスの分圧が一定
の割合で蒸着している間に一定して残つているな
らばコーテイングの中に取り込まれた局所的汚染
水準は、蒸着された膜の厚さ全体にわたつて均一
となる。 対照的に、このような状況は、蒸着源に関する
ウエーハの運動より蒸着期間の間に時間と共に変
化する蒸着率となる従来技術によるロードロツク
装置においては得られなかつた。このようなウエ
ーハの運動は、膜成長期間中にコーテイングの中
に取り込まれた汚染水準を不均一にし、逆にウエ
ーハから良い半導体の産出に影響をおよぼす。ウ
エーハが何度も蒸着源を通過させられる従来技術
による装置の場合に、金属膜は層状に蒸着され、
望んでいない層状になつた汚染水準の形状に順に
至つてしまう。 ここで、第９図に示されたスパツタリング源１
００の詳論に戻ると、そこでの放出端がリング形
状ターゲツト１１２を含んでいることがわかるで
あろう。そのターゲツトは第９図で破線にして略
示的に示されているが、第１０図では略示化され
た断面図の中でより詳しく示されている。このよ
うなスパツタリング源の一例が、1978年７月11日
発行の米国特許第4100055号にR.M.レイニーによ
る“スパツタリング装置に対するターゲツト形
状”の中に詳細に開示されている。このようなス
パツタリング源がまた、登録商標“Ｓ−Gun”の
下でバリアン・アソシエイツ・インコーポレイテ
ツドにより製造され、商業化されている。このよ
うなスパツタコーテイング源が磁気的に閉じ込め
られた吐出に利用され、またアルゴンガスの大気
圧以下の内部ガス環境も必要とされている。リン
グ形状ターゲツトを含む他のスパツタリング源は
また、例えば平面型マグネトロン源として使用す
ることもできる。 ガス吐出からの正電荷イオンはＳ−Gunターゲ
ツト１１２に衝突する。そのイオンは、望み通り
蒸着されるコーテイング用のスパツタリング源の
材料、たとえばアルミニウムから作られる。従つ
て、その給源の材料は、その給源から外に向つ
て、ターゲツトからスパツタリングをおこされ
る。そのスパツタ−コーテイング処理は、真空チ
エンバ１０の大気圧以下で制御された環境の下で
おこなわれる。その中での主要なガスは、通常で
はアルゴンであつて、ガス吐出を助けるために非
常に低圧にして故意に導入されている。そのガス
吐出を助けるために必要なアルゴン圧は、ほぼ２
〜20ミクロンの範囲であり、以下で記述するよう
にコーテイングの品質に影響を与えることがわか
つた。このような吐出を助けるのに必要なアルゴ
ンが、いろいろなウエーハ処理ステーシヨンに故
意に導入されたアルゴンから都合よく移ることが
知られている。このことについて、以下でウエー
ハ加熱ステーシヨン２８及びウエーハ冷却手段１
１８と関連して記述する。 第９及び第１０図からわかるように、スパツタ
リング源１００は、内径及び外径を有し、それら
を連結した形状であつて、平均して約30度だけ内
側にほぼ倒立した円錐形状を有するリング形状給
源としてもよい。実際上、ターゲツト１１２の形
状がターゲツトの寿命にわたつて侵食されるだろ
うから、“円錐”という言葉は近似的に表わした
ものとわかるであろう。第１０図では、典型的な
新しいターゲツトの形状とターゲツトの寿命の終
りまで同じターゲツトの形状の両方が重ね合せに
図示されている。さらに、多くのいろいろな形状
が可能である。例えば、上に記載した米国特許第
4100055号を参照。更に、例えば平面型マグネト
ロンのようないくつかの有用なリング形状給源
は、このようなほぼ円錐形状ではない。 このような侵食にかかわらず、ターゲツト１１
２から発する重要な微量の材料は、依然として給
源の軸線に向つて内側に方向付けされている。加
えて、外に向くことになるターゲツトのより侵食
された底部からのいくつかの材料は、実際に侵食
された側壁によつてさえぎられるだろう。その側
壁では、大体内側に向つて再びスパツタリングが
おこるかもしれない。従つて、ターゲツトの侵食
があつたとしても、スパツタリング１００は、リ
ング形状給源と同様に作動する特性化させられる
し、有効にほぼ倒立した円錐形状となりうる。ほ
ぼ倒立した円錐形状がプレーナの形状よりも、給
源からスパツタされた材料をより効率よく利用で
きるようになると信じられる。このことは、スパ
ツタされた材料の大部分が、シールド上に無用に
蒸着されるかわりにウエーハ上に蒸着された大部
分から成る円錐の形状のため、ほぼ内側に向けら
れるためだと信じられる。 第９図でわかるように、ウエーハ１５は、前述
したようにコーテイングの間に給源１００に関し
て同心で静止的に固定され且つ平行な関係に保た
れている。そのウエーハは、クリツプ組立体２０
によつて比較的薄いウエーハ支持体プレート組立
体１８の内に弾力的に支持されている。このよう
な関係は、第１０図の略示的図でより分解的に示
されている。この図は、有効給源ターゲツト−ウ
エーハ間隔Ｘ、コーテイングされたウエーハにそ
つてその中心から測つた半径位置ｒを定義するの
に役立てるものである。これらの量を定義する
際、給源P_Sの有効平面を同一のものとみることが
有益である。この有効平面は、基準平面となるも
のであつて、この基準平面とは、ターゲツトの寿
命の終りまでにこの基準平面の上下における侵食
された材料の量が等しくなるような平面基準であ
る。また、有効給源直径D_Sを定義することも有
益である。有効給源直径は、ターゲツトの寿命の
終りまでに、その直径の外側で侵食された材料の
量がその直径の内側で侵食されたその量と等しく
なるような直径である。従つて、Ｘは、解析的に
言うと、ウエーハと平面P_Sとの間の距離である。
商業的に役に立つような典型的なスパツタリング
源１００を、第１０図で示されているように、実
際的に、ターゲツトの外直径及び内直径をそれぞ
れ5.15インチ（13.1cm）及び2.12インチ（5.4cm）
とし、ターゲツトの高さを0.88インチ（2.24cm）
とすることができる。従つて、図に示された侵食
パターンに対しては、その有効給源直径は、商業
的な給源に対して約4.6インチ（11.7cm）である。
同様に、給源の有効平面P_Sが侵食されていないタ
ーゲツトの頂端の下方に約0.5インチ（1.27cm）
の所にあることがわかるであろう。 意外にも、非常に良いプレーナの均一性及びよ
り優れたステツプカバレージを有した半導体のプ
レーナが可能であるけれども、蒸着期間中に給源
１００に関して図示されているように静止的にウ
エーハを保ち続けること、そしてこのようなコー
テイングが、特定の幾何学的及び位置的制約が観
測され、適切な内部ガス環境及び圧力が保たれる
限り、ほぼ１分という比較的短い蒸着時間内にお
こないうることがわかつたであろう。非常によい
均一性及び優れたステツプカバレージを得るため
のこれら必須条件は、期待されうるこれらの因子
についての改良の程度はもちろん、第１１〜１５
図でグラフにより説明されている。ここで使用さ
れ、図の中にもある“均一性”という用語が、均
一性がウエーハの中心での厚さと考えられる半径
位置における厚さの割合であることはわかるであ
ろう。従つて、例により、均一性はウエーハの中
心の厚さを１と規格化する。 第１１及び第１２図では、半径位置ｒインチの
関数としてウエーハ１５の主要な最上のプレーナ
表面上への蒸着の厚さの均一性を図示している。
この均一性は前述したように規格化された相対的
測定である。第１１図では、４つの曲線が示さ
れ、各々は、給源からウエーハまでの距離Ｘがそ
れぞれ２、３、４そして５インチを取つたときの
ものである。第１２図では、両均一性の曲線は、
給源からウエーハまでの距離Ｘが４インチである
ときのものである。しかし、一方は２ミクロン圧
のアルゴンの環境に対してであり、他方は10ミク
ロン圧のアルゴンの環境に対してである。 第１１図では、ウエーハ１５のプレーナ表面全
体の蒸着の均一性が、有効給源直径D_Sがウエー
ハの直径D_Wよりも大きい限り、給源とウエーハ
の間の相対的な運動がなくても非常に良いという
驚くべき結果が示されている。特に、第１１図に
よつて示されているように、プレーナカバレージ
の均一性は、(a)及び(b)である限り±15％よりもよ
い。ここで、(a)とは、Ｘがほぼ0.4D_Sから1.1D_Sの
範囲内であること（D_S＝4.6インチに対してＸ＝
２インチから５インチ）。(b)とは、ウエーハの最
大直径D_{W nax}が約0.9D_Sより小さいこと（又は、
ウエーハの直径の半分に等しいｒの値、有効直径
D_S＝4.6インチの給源に対しては約2.1インチ）。 よりよい誤差でさえウエーハ直径のある範囲全
体にわたつてその誤差の上限の中に示されてい
る。たとえば、約0.65までものウエーハ直径対給
源直径の比の範囲全体にわたつて（乱1.5インチ
までもの半径位置ｒで）、均一性は±8.8％よりも
よい。換言すれば、3.0インチ（7.63cm）のウエ
ーハの直径全体にわたり、4.6インチ（11.74cm）
の有効給源を有し、３ミクロンアルゴン圧の環境
と仮定すると、プレーナ均一性は、給源からウエ
ーハまでの間隔Ｘが0.4D_Sから1.1D_Sの範囲内に選
んだにもかかわらず±0.8％よりもよい。給源か
らウエーハまでの間隔Ｘをほぼ0.4D_Sから0.9D_Sま
での範囲と限ることにより、プレーナ均一性は、
更に第１１図でわかるように、±５％よりもよく
改良されている。 前述のプレーナ均一性の数値は、蒸着が遂行さ
れた環境のアルゴンの圧力により影響を受けるで
あろうが、しかし前記の驚くべき均一性の結果
は、それにもかかわらず持続している。とりわけ
圧力因子の影響を考えると、第１２図は、次の２
つの条件の下でＸ＝４インチの給源からウエーハ
までの距離及び５インチの外円の直径の給源（有
効給源直径D_S＝4.6インチに対して）という模範
的な場合に対して何が起こるかを示している。１
つの条件は、２ミクロン圧のアルゴンの環境、他
方は10ミクロン圧のアルゴンの環境。２ミクロン
圧のアルゴンで、±10％の均一性がほぼ4.3インチ
（10.9cm）の最大ウエーハ直径（ほぼ2.2インチ
（5.6cm）の半径位置）まで得られることがわかる
であろう。アルゴン圧を10ミクロンまで上げる
と、同じ±10％の均一性を保つための最大直径
は、ほぼ3.6インチ（ほぼ1.8インチの半径位置）
に約16％だけ減少することになる。かわつて、直
径3.0インチのウエーハに対して、均一性が２ミ
クロンのアルゴン圧に対して約±４％であり、10
ミクロンのアルゴン圧に対してほぼ±７％にな
り、共に多くの半導体ウエーハの応用に対してよ
り優れた結果であるとわかるであろう。 第１５図では、更にアルゴン環境の圧力の影響
が示されている。この図で、給源−ウエーハ間隔
４インチに対して、プレーナカバレージが２つの
半径位置、一方が1.5インチ（3.81cm）で他方が
2.0インチに対してアルゴン圧のミクロン単位の
関数として示されている。期待通り、最も内側の
半径位置は最も高い均一性を示している。しかし
これら両曲線は、アルゴン圧全体にわたつて同様
に変化している。０ミクロンから５ミクロンま
で、その変化が両半径位置とも最も急激であると
わかるであろう。しかし、５ミクロンから15ミク
ロンまで、均一性の変化は、両方とも数パーセン
トのオーダで非常に小さい。従つて、プレーナ均
一性が、５ミクロンから15ミクロンまでの間の中
でアルゴン圧の変化に非常に敏感でなく、このこ
とが以下で詳細に説明されるように、ステツプカ
バレージを最適化する際に重要になり、アルゴン
圧の変化により、より大きな影響を受けるという
驚くべき事実であることがわかるであろう。 十分に満足のいくコーテイングを得るために、
ウエーハ１５の主要なプレーナ表面内の溝及びス
テツプのような特長部の側壁が十分にコーテイン
グされること、すなわち、よい“ステツプカバレ
ージ”が与えられることが肝要である。側壁がウ
エーハの主要なプレーナ表面にほぼ垂直になる表
面として形成されてもよい。走査用電子マイクロ
スコープが、特殊な応用面で実現されたステツプ
カバレージの十分さを少なくとも実質的に評価す
るための主要な道具として半導体デバイス業者に
より使用されている。 従来技術では、十分な均一性及びステツプカバ
レージを得るために蒸着源に関してウエーハの相
対的な運動の必要性が、広範囲な経験により教え
られ、公知となつている。I.A.ブレツク、D.B.フ
レイザーとS.E.ハツズコーの“コンピユータシユ
ミレーシヨン及び電子マイクロスコープによる
Alステツプカバレージの最適化”ジヤーナル・
オブ・バキユーム・サイエンテイフイク・テクノ
ロジー15巻13−15ページ（１月−２月、1978）の
最近の記事で、金属フイルム蒸着のコンピユータ
シユミレーシヨンと、遊星取付具の加わつた電子
ビーム蒸発源、すなわち加熱されない基板上の蒸
着で得られた実際の膜ステツプカバレージの走査
用電子マイクロスコープ（SEM）フオトグラフ
イの間にすぐれた一致のあることがレポートされ
ている。その文献の中で使用された給源は小面積
熱蒸発源であるけれども、本発明の装置において
は、リング形状スパツタリング源１１２が使用さ
れ、更にこの給源は静止的で、密に連結されてお
り、その文献で調べられた幾何学的考察は全く直
接的にあらわれている。本発明のような給源によ
るいろいろな表面上の蒸着は、その文献のような
同心的に位置付けされた小面積給源からよりもよ
くあるべきであろうとも、その文献で調べられた
考察は、リング形状給源の直径に関して実際的に
興味のあるウエーハの大きさに対して、十分なシ
ヤドウイングがウエーハの多くにわたつての十分
なステツプカバレージの可能性に重大な疑いをお
こさせることを決して示していない。しかし、驚
くべきことに、本発明において、非常に高品質な
ステツプカバレージは、実際実現できる。第１１
及び第１２図と関連して前述し、プレーナカバレ
ージの非常に良い均一性を生じさせた多くの形状
はまだ良いステツプカバレージをおこなうけれど
も、給源−ウエーハの間隔の範囲及び値、並びに
ウエーハと給源の直径の関連はそれぞれ同一化さ
れ、コーテイングの環境に対するアルゴン圧の範
囲及び値を有するようにこのようなカバレージに
依然としてよりよい品質を与える。 第１３及び第１４図は、これら最適化パラメー
タを定義するのに助けとなり、半径位置の関数と
して側壁カバレージの厚さの測定値をグラフにし
てある。各半径位置でのすべては、その半径位置
でのプレーナ表面上に得られるであろう蒸着の厚
さに規格化される。物理的に、このことは、ウエ
ーハに形成され溝がウエーハの中心に向くのと、
ウエーハの中心から外へ向くのと両面を含む側壁
を有してもよいからである。驚くまでもなく、そ
れら両面がほぼ同じ半径位置にあるにもかかわら
ず、外側に向いた側面は、内側に向いた側面より
も著しく薄い蒸着がおこなわれる。この事は、第
１３及び第１４図に表わされている。図では、水
平軸の左側は、外に向いた側壁に対する半径位置
に対応し、その右側は、内側に向いた側壁に対す
る半径位置に対応している。プレーナ表面カバレ
ージのパーセンテージとして側壁カバレージを垂
直軸にとり、且つ前述したように規格化してある
ことが更にわかるであろう。両グラフとも、アル
ゴン３ミクロン圧及びアルゴン10ミクロン圧を示
している。第１３図は、給源−基板距離４インチ
に対してであり、第１４図は、給源−基板距離３
インチに対してである。 それら曲線からすぐに明らかなように、更に思
いがけない事実が、外向きの側壁をコートするの
により困難な側壁カバレージが３ミクロンから10
ミクロンの範囲のアルゴン大気の圧力を上昇させ
てドラマチツクに改良されたことの中に表われて
いる。このことは、給源−ウエーハの間隔の範囲
に対して、たとえば、Ｘ＝３及びＸ＝４の両方に
正しい。第１４図（Ｘ＝３インチ）で、側壁カバ
レージは、たとえば、半径位置2.0インチ（直径
４インチのウエーハの縁に対応する）で４％弱か
らほぼ12％まで、そして直径３インチのウエーハ
の縁で15％から20％に増加する。第１３図（Ｘ＝
４インチ）からわかるように、側壁カバレージ
は、３インチウエーハの縁でほぼ９％からほぼ17
％に増加する。また、同様の一般的な給源−ウエ
ーハ距離及び良いプレーナカバレージとなるよう
に見出されたウエーハと給源との間の同種の関係
がまた、特に外側と内側に面した壁の改良のある
カバレージで、プレーナ表面カバレージの均一性
をひどく下げない範囲内で増加したアルゴン圧の
有益な効果が考えられるようなときに、良い側壁
カバレージになることもわかるであろう。 更に、これら一般的なパラメータの中で、よく
特別な範囲が、最も改良された側壁カバレージに
対して興味深いものである。特に、給源−ウエー
ハ距離Ｘが0.4D_Sから0.9D_S（すなわち、有効給源
半径D_S＝4.6インチとするとＸ＝２−５インチ及
びほぼ0.7D_S（又は、有効給源半径D_S＝4.6インチ
とするとD_W＝3.2インチ＝8.13cmまで）以内のウ
エーハ直径に対して、プレーナ蒸着の均一性が±
10％よりもよいばかりか、最小の側壁カバレージ
が少なくともプレーナカバレージの10％で、アル
ゴン圧が10ミクロンの近傍に保つている限りでは
もつとよい。前述以内の範囲は依然としてより有
用である。たとえば、第１３及び第１４図（給源
−ウエーハ距離Ｘ＝３インチ）でわかつたよう
に、側壁カバレージが３インチのウエーハの縁の
外のプレーナカバレージの少なくとも20％で、Ｘ
＝４インチでは側壁カバレージは同じ場合に少な
くとも17％である。 模範的な結果のセツトを10ミクロンのコーテイ
ングの間のアルゴン圧及び0.4D_Sから0.9D_Sの範囲
の給源−基板距離に対する上記のデータから、下
記の通り表にできる。

【表】 よい
＝0.9D_ｓ

±10％よりも 10％以上は D_{ｗ ｎａｘ}＝3.2インチ
よい るかによい
＝0.7D_ｓ

同様の結果が４インチ及び５インチの直径のウ
エーハに対して得られる。従つて、たとえば、±
10％よりもよい均一性及び10％よりもはるかによ
い側壁カバレージに対して、最小有効給源半径
D_Sは、４インチの直径のウエーハに対して5.7イ
ンチ（14.5cm）に、そして５インチの直径のウエ
ーハに対して7.1インチ（18.0cm）にほぼ等しい。 増加するアルゴン圧の環境の側壁カバレージに
おける観測された改良点のいくつかは、給源とウ
エーハ間の空間に局在するスパツタリングされた
原子とアルゴンガスの原子との間の衝突の結果か
ら生ずると信じられている。従つて、スパツタリ
ングされた原子は、蒸着の視線から影となつた領
域内の角のまわり及び縁にわたつてある“散乱ガ
ス”である。SEMフオトグラフイーは、10ミク
ロンアルゴン圧を使用して得られたステツプカバ
レージが、たとえば３ミクロンアルゴン圧を使用
して得られたものより十分によいことを本当に示
している。 ステツプカバレージが、アルミニウム蒸着の
間、基板を300℃に近い温度に加熱することによ
り改良をおこないうることは、更に知られている
（たとえば、上述で参照したブレツク等による文
献を参照）。この有益な結果は、膜の成長してい
る間、アルミニウム原子の上昇した温度で増長し
た可動性から生じる。本発明の装置で使用された
密に連結した給源及び静止状態の給源−ウエーハ
の関連をもつて、コーテイング中に、高い蒸着率
が実現でき、たとえば、毎分10000Åで、かなり
の熱が発生する。たとえば、ウエーハ表面に到着
するスパツタリングされた原子の運動エネルギー
に加えてアルミニウムの凝結の熱は、上記蒸着率
で１cm²当りほぼ0.2ワツトである。１分の蒸着の
サイクルの間、典型的な半導体ウエーハに生じた
温度は、200℃ほどである。従つて、本発明の装
置内のこの密に連結して且つ静止的な形状の蒸着
の間のウエーハの温度のこのような上昇が、ステ
ツプカバレージに有益な程度にアルミニウムの移
転を起こすのに助けとなるだろう。更に、熱の付
加的応用面として、ステツプカバレージを改良し
うる。しかし、これらの実現性の利益を十分に受
けるためにコーテイングされたウエーハにむらの
ない熱の厳密に制御された応用の実現性は、いま
まで実行できなかつた。従来技術の装置では、ウ
エーハは、ウエーハ支持体構造との熱的接触が不
確実である。ウエーハと給源との間の密接な結合
は、法則というよりむしろ例外であつた。さらに
一枚のウエーハに対する蒸着率は非常に高くはな
かつた。処理の間中、ウエーハ温度全体の制御は
所望するものを多く放置することになつた。 対照的に、本発明の装置では、ウエーハは個々
的方式で操作されている。加えて、ウエーハは静
止的に保たれるが、いろいろな処理ステーシヨン
にあるし、そこでは密に連結している（ロードロ
ツクステーシヨンを除いて）。更に、ウエーハが
エツジにより支持されているので、ウエーハの両
面は処理するのに対して接近可能である。このよ
うな特長の１つの帰結として、各処理ステーシヨ
ンに個々的にウエーハの温度を制御するために９
２のような手段を設けることが今や可能になつ
た。特に、本発明の温度制御は、ウエーハ加熱ス
テーシヨン２８及びウエーハ冷却手段１１８と連
係して前述したガス伝熱手段により上述のように
成し遂げられる。これらの手段は、前述したよう
なウエーハの背面の後の空間に微量のアルゴンガ
ス（スパツタリング蒸着給源の作動に対して少な
くとも必要とされるだけの分量）を導入すること
により、排気環境の下でウエーハを加熱又は冷却
するという問題を解決する。このようなウエーハ
加熱又は冷却手段は、どこかの場所、たとえばコ
ーテイングステーシヨンに使用することもできる
だろう。ステツプカバレージだけでなく、反射
性、抵抗性のようないろいろな膜の性状、及び接
触抵抗が処理の間中、ウエーハ温度によつて影響
を受けることは知られている。両立的且つ再現可
能に得るために、所望の膜の特質の特別なセツト
として、ウエーハ温度を処理のサイクルを通して
再現可能に制御することが必要である。従つて、
本発明の装置は、処理のサイクルを通してウエー
ハ温度制御によるステツプカバレージを有する所
望の膜特性の特殊なセツトを矛盾なく且つ再現可
能に得るための手段を備えている。 もう一度、第１図を参照すると、ウエーハ１５
が進められた次のステーシヨンは、第２コーテイ
ングステーシヨン１２８である。いくつかの応用
例として、２つの異なつた金属片がウエーハ１５
に順々に続けて蒸着させるのに必要となり、第１
の金属片は第１コーテイングステーシヨン１４で
蒸着させ、第２の金属片は第２コーテイングステ
ーシヨン１２８で蒸着させる。一片の金属だけが
使用されると、第２コーテイングステーシヨン１
２８は動作せず放置されることになる。かわつ
て、コーテイングステーシヨン１２８は、リング
形状ターゲツト１１２の置き換えの間の時間を２
倍にすることで、スパツタリング源の金属片の量
を２倍に利用するように使用してもよい。両コー
テイングステーシヨンを同時に作動させてもよ
い。たとえば各ステーシヨンを通常の蒸着率の半
分で作動させる。もちろん、かわりに、１つのコ
ーテイングステーシヨンだけを、たとえば、ター
ゲツトの寿命の終りがやつてくるまで作動させて
もよい。その場合には、その蒸着の負荷は、他の
コーテイングステーシヨンに移ることになろう。 ウエーハ１５が進められる次のステーシヨン
は、冷却ステーシヨン１３０である。ウエーハが
冷却ステーシヨンに到着したとき、そのウエーハ
温度がさほど高くないならば、標準的な放射熱の
移動で、冷却サイクルの終りまでに真空環境から
ウエーハを無事に取り除くことができる温度に、
そのウエーハ温度を下げるのに十分であろう。十
分な冷却が放射だけで成し遂げられないならば、
その問題は、rfスパツタリング−エツチングの間
中の加熱ステーシヨンでのウエーハの冷却と関連
的に前述したように、第８図のウエーハ冷却手段
１１８の使用により軽減できるであろう。再びも
う一度、冷却ステーシヨン１３０で、この時にガ
ス伝熱を使用することで、本発明の装置で要求さ
れた短いサイクルタイムを成し遂げる際に重要な
役割を果たすであろう。 ウエーハ１５が進められる最終ステーシヨン
は、ロードロツクステーシヨン１２である。そこ
から、ロード／アンロードロツク組立体手段２４
により、ウエーハは取り除かれ元のカセツト７０
の同じスロツトに戻される。完全なロード／アン
ロード作動は、前に詳論された。 この本発明の装置の好適実施例は、加熱、コー
テイング、冷却などをするための多数の処理ステ
ーシヨン、及びステーシヨンからステーシヨンへ
個々的方式でウエーハを搬送するためのウエーハ
支持体プレート組立体１８を含んでいる。蒸着源
に関して密に連結し、静止的なウエーハを有する
という１枚のウエーハの概念の中に多くの有益な
特色がある。 ある応用に対して、他の実施例では、ウエーハ
又は基板が処理の間中にロードロツクドアに固定
され保持されるため、ウエーハ支持体プレート組
立体がない装置が含まれる。ロードロツクの高度
に真空な側のゲート弁がウエーハと蒸着源の間の
連絡用に設けられる。たとえば、典型的な動作で
は、ウエーハロードとウエーハ加熱（又は、かわ
りにrfスパツタ−エツチングを利用）、スパツタ
リング源からの蒸着、ウエーハ冷却及びウエーハ
アンロードといつた工程が含まれよう。ガス伝熱
は、加熱及び冷却を促進するために、そして蒸着
の間ウエーハ温度の制御をおこなうために都合よ
く使用されよう。この実施例の装置は、その好適
実施例の可転性及び高度生産率の能力に多少欠け
るけれども、その装置は、本来的な単純性と信頼
性、真空装置の内側にウエーハ搬送機がないこ
と、及び危険な状態にあるウエーハロードがそれ
以上減らすことのできない最小限度の１枚である
ことを含むいくつかの興味をひく特色を有してい
る。 本発明の好適実施例において、ウエーハはチエ
ンバドア２２の内側の面で鉛直に存置され、そこ
では、ウエーハは真空チヤツク６０によつて係合
される。真空チヤツク６０及びクリツプ作動手段
６２はチエンバドア２２の中に取付けられる。チ
エンバドア２２は、ロードロツク装置１２の外側
ドアである。 他の応用例において、ウエーハロード／アンロ
ード手段を真空密封手段から分離させることが望
ましいだろう。従つて、他の実施例の１つは、ウ
エーハロード／アンロード手段がウエーハをウエ
ーハ支持体プレート組立体１８の中にローデイン
グしたあと引込み、そのときには分離したＯリン
グで密封されたドアが、ロードロツクに対して外
側の密封をおこなうための位置に移動させられる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウエーハコーテイング装置全
体の一部を切欠いた斜視図で、主たる円筒状処理
チエンバ、チエンバへのロードロツク入口におけ
るドア構成、及び処理チエンバの残りの４つの加
工ステーシヨンを、ウエーハカセツトのロード／
アンロード組立体の部分と共に示す。第２図は第
１図の処理チエンバの一部切欠き斜視図で、ロー
ドロツクとスパツタ・コーテイングステーシヨン
をより詳細に示す。第３図は第１図のカセツト・
ロード／アンロード組立体の斜視図で、その鉛直
に配向されたウエーハのカセツト及び処理チエン
バのドア組立体との協働の仕方、並びにウエーハ
がそれらの間を移送されてチエンバのロードロツ
クに入る様子を示す。第４図は第１〜３図のドア
とロードロツクの断面図で（第１図で４−６と４
−６とで示した切断部に相当。第５，６図におい
て同じ）、ドア組立体が１枚のウエーハをロード
ロツクに取りつける方法、及びロードロツクが処
理チエンバの残部から密閉される方法を示す。第
５図は第４図と同様な断面図で、ウエーハのロー
デイングが完了した時点のロードロツク諸部品の
相対位置を示す。第６図は第４，５図と同様な断
面図で、ウエーハを内部ウエーハ支持組立体から
引き出した直後でドアを開ける前、或いはローデ
イングのためドアを閉じた直後でウエーハを内部
ウエーハ支持組立体へローデイングする前、のウ
エーハとロードロツク諸部品の位置を示す。第７
図は第１図７−７線における断面図で、第１図の
処理チエンバ内のウエーハ加熱ステーシヨンを示
す。第８図は第１図８−８線における断面図で、
第１図のウエーハ処理チエンバ内のウエーハ冷却
ステーシヨンを示す。第９図は第１図９−９線に
おける断面図で、第１，２図のウエーハスパツタ
リングステーシヨンを示す。第１０図は第９図の
ウエーハとスパツタリング源ターゲツトの部分の
略示断面図で、これら要素の空間的関係、相対的
位置づけ及び寸法を示す。第１１図は、種々のウ
エーハ−スパツタリング源の間隔（Ｘ）につい
て、第９及び１０図のスパツタリング源によりウ
エーハの主たるプレーナ表面上に蒸着される厚み
の均一性をウエーハ上の半径位置の関数として示
すグラフである。第１２図は第１１図と同様であ
るが、１つだけのウエーハ−スパツタリング源間
隔についてのグラフで、１つの曲線はアルゴン２
ミクロン圧の蒸着環境、他の曲線はアルゴン10ミ
クロン圧の蒸着環境についてのものである。第１
３図は、スパツタリング源−ウエーハ間隔４イン
チ（約10.16cm）について、ウエーハ表面内の溝
の側壁（ウエーハの中心に関し外を向いた側壁と
内を向いた側壁の両方）のコーテイングカバレー
ジ厚をウエーハ上の半径位置の関数として表わし
たグラフで、１つの曲線はアルゴン10ミクロン
圧、他はアルゴン３ミクロン圧でとつたものであ
る。第１４図は第１３図と同様であるが、スパツ
タリング源−ウエーハ間隔が３インチ（約7.62
cm）である場合のグラフである。第１５図はプレ
ーナカバレージの均一性をコーテイング環境のア
ルゴン圧の関数として表わしたグラフで、１つの
曲線は半径位置1.5インチ（約3.81cm）について、
他の曲線は半径位置2.0インチ（約5.08cm）につ
いてのものである。 主要符号の説明 １０…真空処理チエンバ、１
２…ロードロツク、１４…コーテイングステーシ
ヨン、１５…ウエーハ、１６…圧力プレート、１
８…ウエーハ支持体プレート組立体、２０…クリ
ツプ組立体、２２…ドア組立体、２３…チエンバ
入口、２４…カセツト式ロード／アンロード組立
体、２８…ウエーハ加熱ステーシヨン、３２…正
面壁（正面プレート）、３５…支持体プレート駆
動体、６２…クリツプ作動手段、６３…高荷重ヒ
ンジ、６６…接触ピン、６８…ウエーハ昇降組立
体、６９…ウエーハカセツト搬送組立体、７０…
ウエーハカセツト、７６…案内ピン、８３…ブレ
ード状昇降部材、９１…案内フラツト部、９４…
加熱素子、９９…背面（後方）プレート、１００
…スパツタリング源、１０１…円形開口、１１２
…リング形状ターゲツト、１３０…ウエーハ冷却
ステーシヨン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体要素を貯蔵位置からチエンバ内に個々
   的にロードする位置へと移動させるための、以下
   の手段および特徴から成る半導体移動装置： 複数の半導体要素を互いに間隔をあけて保持す
   るように形状づけられたカセツト手段； 該カセツト手段から半導体要素を取出してそれ
   を重力に抗して保持する、移送手段； 前記カセツト手段と前記移送手段との間の相対
   的移動を生じさせ、半導体要素を前記カセツト手
   段から隔たつた前記移送手段上の給送位置へと移
   動させる手段； チエンバを形成する壁手段であつて、半導体要
   素を通過させて受けとるための開口部を有する壁
   手段； 前記開口部を閉鎖するためのドア； 該ドアに取付けられてそれとともに移動可能で
   あり、前記ドアの内側で半導体要素を保持するよ
   うになつているチヤツク手段；ならびに 前記ドアを第１の位置と第２の位置との間で移
   動させる手段であつて、前記第１の位置は半導体
   要素が前記給送位置において前記移送手段上に保
   持されているときに前記チヤツク手段が前記移送
   手段から半導体要素を受け取ることができるよう
   な位置であり、前記第２の位置は前記ドアが閉鎖
   されて前記チエンバ内の前記開口部の周囲を密閉
   して前記チヤツク手段により前記ドア上に保持さ
   れた半導体部材が前記開口部の内側に位置される
   ような位置であるところの、ドア移動手段。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて：さらに 前記チエンバ内部にあつて、前記ドアが開いて
   いるときに前記チエンバの内側から前記開口部を
   密閉するための弁手段； から成る装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
   つて：さらに 前記チヤツク手段を前記ドアに対して相対的に
   前記ドアの移動方向に沿つて移動させるための手
   段； から成る装置。