JPS60200964A - ワ−クピ−ス移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
蒸着するだめの装置に係り、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だめの装置に係る。

〔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ィング、磁気ヘッド
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ェハ上に導
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、半導体ウェハ
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
るウェハ・ドームの中に配置される。付着工程に於ける
ウエノ・・ドームの回転によって半導体ウニ・・のバッ
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ノ・の直径が増し、付着装置
の寸法が大きくなるにつれて、バッチ処理される半導体
ウエノ・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
ャ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、バッチ処理される一群のウエノ・上
に付着される材料のソースの上にウェハ・ドームが中心
合わせされず、よって不均一な付着が生じる。不均一な
付着の問題はウニ・・の端部及びウニ・・を通るバイア
（ｖｉａｓ）に於いて特に顕著である。理想的にはウェ
ハ・ドームの中心を蒸発中の材料のノースの中心の真上
に配置する事が望ましい。その様な配置によって、およ
そ０°に等しいウニ・・上の蒸着の入射角が生じる。ウ
エノ・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ノ・・
ドームの中心に伸びる線とウェハ・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。

多重ソース伺着装置に於いて、例えばＰ　ｂ　／Ｓ　ｎ
、Ｃｒ、ＭｇＯ及びＳｌの様な広範囲の異なる材料を蒸
発させる事は普通性なわれない。これらの異なるソース
材料は異なった蒸発レートを有し、蒸発されるソースか
ら半導体ウェ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、ウェハ・ドームを蒸発
されるノースの上に中心合わせするだけでなく、ウェハ
・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。

従来の伺着装置に於いては、ウェハ・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
、ウェハ・ドームを蒸発ソースのまわりに回転させる事
ができ、更にウエノいドームをノースから異なる距離の
ところに配置する事ができる。しかしながら、従来の装
置に於いては、ウェハ・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ニ・・・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、ウェ
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ェハ・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。バッチ処理される一群のウェハ全体にわたっ
て生じる厚さ分布は現在の高密度ｆｃに対しては全く受
容れ難いものである。

チャンバ内でウェハ・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
着されているウェハに付着し、遊星装置内部に於いて蒸
着をうけているバッチ処理される一群のウェハから形成
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゛ウェハと
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
ッチ処理によって蒸着された一群のウェハ全体の厚さ分
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ノ・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、
半導体ウニ・・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ノースを用いた真空蒸着装置を提供
する事である。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は真空状態の下に於いて半導体ウエノ・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ェハへ付着される１個以」
二のソースを用いる真空チャンバ内において行なわれる
。バッチ処理する一群のウェハを蒸着プロセスの間ウェ
ハ・ドームに固定しておく。ウェハ・ドームは蒸発され
るソースから異った距離まで移動させる事ができる。ウ
ェハ・ドームはソースまわ９に回転させる事も可能であ
る。更にウェハ・ドーム全体が蒸発されるソースに対し
て整列される。

真空チャンバの頂上部に円形の開口が設けられる。一端
がウェハ・ドームへ接続された駆動シャフトがチャンバ
の中心軸に対して偏心した状態でその開口を通り、真空
チャンバの外部迄伸びる。

駆動シャフトは更に回転シーリング組立体、回転線形シ
ーリング・アクチュエータを通り、ＤＣモータがそのシ
ャ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ャンバの頂上部にろう付けされる。

支持プレートは真空チャンバに於ける開口と一致した孔
を有している。

上記プレートはウェハ・ドームを駆動するだめの真空チ
ャ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。

回転ンーリング組立体は６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。円形の回転ツーリ
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。円形回転ツーリング組立体は、ステンレス
・スチール製のツーリング・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９、この開口を通して
駆動シャフトが伸びている。

回転−線形ノーリング・アクチュエータはこの開口丑わ
シにシーリング・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。１駆動シヤフトはこの回転−線形７
−リング・アクチュエータを通ってＤＣモータまで伸び
ている。このシーリング・アクチュエータは駆動シャフ
トまわりの真空密封手段となる。ＤＣモータは駆動シャ
フトひいてはウェハ・ドームを回転させる。回転−線形
シーリング・アクチュ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って働く棒状体を備え
ている。棒状体はその移動によってＤ’Ｃモータを内部
へ向って及び外部へ向っ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。従って、空気シリンダによ
って真空チャンバ内のウェハ・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６６０°回転させる。

この６６０°の回転によって、駆動シャフト上に取付け
たウェハ・ドームは真空チャンバの内部まわ９に偏心回
転する。この偏心回転は真空チャンバの中心長手軸に関
して駆動シャフトをオフセット即ち片寄って取付けする
事によって可能となる。

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
転させるステッパ・モータによって駆動される。

〔実施例〕

第１図及び第２図に示す様に、真空チャンバ１０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・ホルダ即チウエハ・ドーム１１はチャンバ１０の内
部に於いて駆動シャフト１３によって支持されている。

矢印１５及び１６によって示すように、駆動シャフト１
６ひいてはウェハ・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ェハの
様な１個以」二のワーク・ピースがウェハ・ドーム１１
の下側に固定される。この様にして、ノース１７−２０
からの蒸発体がこれらのワークピース即ちウェハ上に蒸
着される。

駆動シャフト１３及びウェノいドーム１１は矢印１５及
び１６で示す運動の他に真空チャンバ１０内に於いて偏
心運動を呈する。例えば破線１２は、駆動シャフト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
ェハ・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・スチールの支持フレー１−２１　カＸ空チ
ャンバ１００頂上部にろう着されている。これによって
駆動シャフト１６及びドーム１１を移動させるだめの装
置の支持体ができる。開口部４１（第２図）がチャンバ
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。真空チャンバの外部に於い
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７−リング組立体２６が取付組立体
２２に嵌合されて真空シールを提供する。０状リング３
６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ろは取付組立体２２
内に於いて３６０°にわたって自由に回転する。回転シ
ーリング組立体２６にスロットが設けられ、それを通し
て駆動シャフトが伸びている。このスロットはシーリン
グ組立体２３及び真空チャンバ１０の両者の中心の長手
軸に関してオフセットした状態即ち片寄った状態に設け
られる。ウェハ・ドリーム１１の所要の偏心回転を行わ
せるために、駆動シャフト１３はシーリング組立体２３
及び真空チャンバ１ｏの両者の中央長手軸に関してオフ
七ッ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２３及び真空チャンバ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。０１）ング６７が取付組立体２３に対
するツーリング・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２４は取付組立体２６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・アクチュエータ２５が０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。駆動シャフト１３は回転−線形ノー
リング・アクチュエータ２５の全長を通して伸びている
。駆動シャフト１３はＤＣモータ２６に於いて成端して
いる。ＤＣモータ２６はシャフト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。シャフト１５のまわシに数句けた一方的クラ
ッチ５１によっ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によって供給さ
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、駆動シャフト１６ひいてはウェハ・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に係合しておシ、プレート２８はモータ２６に
接続されている。空気導入管ろ２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。

真空チャンバ１０に於いてウェノいドーム１１を」二げ
たい場合、棒状体が空気シリンダ２７がら外へ伸びて、
プレート２８ひいてはモータ２６を押す。駆動シャフト
１３へ接続したモータ２６のこの運動によって、チャン
バ１ｏに於いてウェノいドーム１１が上がる。ウェハ・
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
って、シャフト１３がモータ２６に接続されているので
、ウェハ・ドーム１１はチャンバ１１の内部に於いて下
降する。

ステップ・モータ６５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によって、真空チャン
バ１ｏの開口４１内に於けるノー１ノング部拐２３及び
ツーリング・プレート２４の回転が可能となる。ギヤ駆
動機構３４に結合されたステップ・モータろ５によって
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、
ウェハ・ドーム１１はチャンバ１ｏ内において完全に６
６０°動かされる。ＤＣモータ２６及び空気シリンダ２
７と共に、ステップ・モータ３５及びギヤ駆動機構３４
によってウェハ・ドーム１１はチャンバ１′０内におい
てろ６ｏ°の回転路の任意の位置まで移動でき、その位
置のまわシに回転され、そしてチャンバ１０内において
内部方向へ及び外部方向へ移動され、従って真空チャン
バ１ｏ内のソース１７Ｌ−２（］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−線形シーリング・アクチュエー
タ２５の密封は全ていわゆるフェロフルイド・シール（
ｆ６ｒｒＯｆｌｕｉｄｉｃｓｅａｌｓ）を用いて行なう
。公知の様にフェロフルイド・シールは主要な密封防壁
として磁性流体の非摩耗性０１）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。磁性液体即ちフェロフルイド
はキャ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、例えば半導体ウェハの様なワークピ
ースをウェハ・ドーム１１の中に装荷する。蒸発体を蒸
着させるウェハの表面はソース１７−２０に向ける。駆
動ギヤ３４及びステッピング・モータ３５を用い可、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ェ
ハ・ドーム１１の中心を歩進的にステップ動作させる。

例えば第１図に示す様に、ノース１８をウェハに蒸着さ
せる場合、ウェハ・ドーム１１を破線１２で示す位置ま
で移動させる。駆動シャフト１３は破線１４（シャフト
１６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、ノース１７−２０は
チャンバ１０内の円の周辺に沿って配置されている。結
果として、駆動シャフト１ろ（ツーリング組立体２６の
中心に対して片寄っ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。ウェハ・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って、ウェ
ハ・ドーム１１内のウェハ全体にソース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ェハ・ドーム１１が一旦
中心合わせされると、チャンバ１０の内部に於いてウェ
ハ・ドーム１１を内部へ向って及び外部へ向うで移動さ
せる様に空気シリンダ２７が駆動される。ソース１７−
２０から異なった距離の位置にウェハ・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って生じる。

第２図はソース１８上にウエノ・・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１８の中心は点
４６で示す十字マークの交点によって示す。図示する様
にウエノ・・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
を半導体ウェハ上に蒸着したい場合には、夫々ソース１
７．１９もしくは２０の中心点４４．４６もしくは４５
の上にウェハ・ドーム１１の中心が配置される様にウェ
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２６の中心に対するウェハ・ドーム
１１の片寄って配置される様子を明示している。

ウェハ・ドーム１１がノース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、：／−、Ｘ１
７−２０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、ウェハ・ドーム１１はそ
の位置に於いてＤＣモータ２６によって回転される。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。

たとえ多重蒸着プロセスが必要であっても、真空チャン
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１１に固定したウェハ上に
蒸着されたのちに、ソース１９から同じウェハに蒸発体
を蒸着したい場合、ウエノいドーム１１はソース１９と
整列する様に移動される。次にウェハ・ドーム１１はノ
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、半導体ウェハ上に付
着されるべき所定の蒸発体のソースがチャンバ１０内に
存在する限り、真空チャンバ１ｏ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〕

」二記の如く本発明によっ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
は真空チャ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
スとウェハ・ドームのＵ！関係を説明する図である。 １０・・・真空チャンバ、１１・・・・ウェハ・ドーム
、１３・・・・１駆動シヤフト、１７．１Ｂ、１９．２
０　・・・ソース、２１　・・・支持プレート、２２・
・・取付組立体、２６・・ツーリング組立体、２／・・
　・シーリング・プレート、２５・・・・シーリンご・
アクチュエータ、２６・・・ＤＣモータ、６４・・ギヤ
駆動機構、ろ５・・・・ステップ・モータ。 第１頁の続き ［相］発　明　者　ゲルハルト、ピー、ダルケ ［相］発　明　者　フランシス、セオドア、ラブル ０発　明　者　ポール、アンソニー。 トツタ ドイツ連邦共和国２１５０ブツクスヒユード、アイケン
ベーク１旙地 アメリカ合衆国ニューヨーク州ラグランジビル、アント
リユース、ロード３５右１地 アメリカ合衆国ニューヨーク州ポーキプシー、サンディ
。 ドライブ２幡地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空チャンバ内に於いてワークピース上少くトも偏心的
   に及び回転的に後動させるだめのワークピース移動装置
   であって、 上記真空チャ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
   チャンバの長手中心軸に対して偏心した位置に於いて上
   記真空チャンバに於ける開口を通して伸びる駆動シャフ
   トと、 上記真空チャ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だめに上記駆動シャフトに対して結
   合された第１の駆動手段と、上記真空チャンバ内に於い
   て上記ワークピース・ホルダを回転的に駆動するための
   、上記駆動シャ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。