JP2003017478A - 真空処理装置および真空処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空部分に有機物が存在していても被処理体
に対する有機汚染が生じ難い真空処理装置および真空処
理方法を提供すること。 【解決手段】 真空下で被処理体に所定の処理を施す真
空処理装置１００は、被処理体であるウエハＷを真空に
保持するウエハ搬送室５と、ウエハ搬送室５を真空排気
する排気機構４２と、ウエハ搬送室５内にパージガスを
供給するパージガス供給機構４４と、ウエハ搬送室５内
の圧力を制御するニードルバルブ４５とを具備し、ウエ
ハ搬送室５に対して、排気機構４２による排気と、パー
ジガス供給機構４４によるパージガス供給を行いつつ、
ニードルバルブ４５によりウエハ搬送室５内の圧力を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば成膜処理の
ような真空処理を行う真空処理装置および真空処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程においては、メタル配線
やキャパシタ等の絶縁膜を形成するための成膜処理や、
配線パターン等を形成するためのドライエッチング処理
等、チャンバー内を減圧状態にして所定の処理を行う真
空処理が採用されている。

【０００３】例えば、マルチチャンバータイプのＣＶＤ
成膜装置においては、真空に保持された多角形の搬送室
の周囲にゲートバルブを介して複数のＣＶＤ成膜処理室
を設け、搬送室内の搬送装置により各成膜処理室に対す
る半導体ウエハの搬入出を行い、各成膜処理室内におい
て所定の真空雰囲気下で成膜処理を行っている。

【０００４】近時、このような真空処理においては、半
導体デバイスの高精度化等にともなって、より低圧な処
理が指向されており、上記搬送室や成膜処理室等が真空
ポンプを引ききり状態として例えば１０ｍＴｏｒｒ
（１．３３Ｐａ）程度の低圧下に保持されている。

【０００５】一方、半導体デバイスは微細化、高性能化
が進み、従来は大きな問題とはなっていなかった有機物
汚染の問題がクローズアップされている。例えば、キャ
パシタのゲート絶縁膜には高誘電率のＴａ_２Ｏ_５が用い
られつつあるが、その成膜に際しては高誘電率であるが
ゆえに有機物汚染による誘電率の低下が問題となり、ま
たＷ等のメタルを成膜する際には、有機物汚染が生じた
部分に未成膜部分が生じてしまい、デバイスラインの微
細化にともなってこのような未成膜部分が問題となる。
したがって、有機物汚染の抑制は極めて重要であるが、
上述のような真空処理においては有機物汚染が生じやす
い。このため、真空処理装置に用いる部材として有機物
の飛散しにくい低蒸気圧材料の開発や、有機物フリーの
代替物の開発が行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全ての
部材についてこのような低蒸気圧材料や有機物フリーの
材料を用いることは技術的に困難であり、特に、上記搬
送室では搬送装置等の駆動系が存在することから、ベア
リングに施すグリース等の有機物が必須である。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、真空部分に有機物が存在していても被処理体
に対する有機汚染が生じ難い真空処理装置および真空処
理方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく検討を重ねた結果、真空処理において真空
容器内の圧力が所定値よりも低くなると有機物汚染量が
急激に多くなること、および真空容器を排気しつつパー
ジガスを導入することにより真空容器内を前記所定値よ
りも高い圧力に保持することが可能となって有機物汚染
を有効に抑制することができることを見出した。

【０００９】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、第１に、真空下で被処理体に所定の処理
を施す真空処理装置であって、被処理体を真空に保持す
る真空容器と、前記真空容器を真空排気する排気手段
と、前記真空容器内にパージガスを供給するパージガス
供給手段と、前記真空容器内の圧力を制御する制御手段
とを具備し、前記真空容器に対して、前記排気手段によ
る排気と、前記パージガス供給手段によるパージガス供
給を行いつつ、前記制御手段により前記真空容器内の圧
力を制御することを特徴とする真空処理装置を提供す
る。

【００１０】第２に、被処理体に対し、真空中で所定の
処理を行う真空処理室と、前記真空処理室と隣接して設
けられ、その内部が真空に保持されるとともに、前記真
空処理室に対する被処理体の搬入出を行う搬送機構を備
えた搬送室と、前記搬送室を真空排気する排気手段と、
前記搬送室内にパージガスを供給するパージガス供給手
段と、前記搬送室内の圧力を制御する制御手段とを具備
し、前記搬送室に対して、前記排気手段による排気と、
前記パージガス供給手段によるパージガス供給を行いつ
つ、前記制御手段により前記搬送室内の圧力を制御する
ことを特徴とする真空処理装置を提供する。

【００１１】第３に、真空下で被処理体に所定の処理を
施すにあたり、被処理体を真空下に保持する真空容器に
対して、排気とパージガス供給とを行いつつ、前記真空
容器内の圧力を制御することを特徴とする真空処理方法
を提供する。

【００１２】第４に、被処理体に対し、真空中で所定の
処理を行う真空処理室と、前記真空処理室と隣接して設
けられ、その内部が真空に保持されるとともに、前記真
空処理室に対する被処理体の搬入出を行う搬送機構を備
えた搬送室とを有する真空処理装置を用いて真空処理を
行う真空処理方法であって、前記搬送室に対して、排気
とパージガス供給とを行いつつ、前記搬送室内の圧力を
制御することを特徴とする真空処理方法を提供する。

【００１３】上記いずれの発明においても、上記圧力が
５Ｐａ以上に制御されることが好ましく、１０Ｐａ以上
に制御されることがさらに好ましく、２０Ｐａ以上に制
御されることが一層好ましい。また、圧力の上限は要求
される真空処理によって決定されるが、差圧の影響を少
なくする観点から７０Ｐａ以下であることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の
一実施形態に係る真空処理装置を概略的に示す水平断面
図である。この真空処理装置は、マルチチャンバータイ
プの成膜処理装置であり、所定の真空下で被処理体とし
ての半導体ウエハ（以下、単にウエハという）に対して
成膜処理、例えばチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）
のようなメタルや、酸化タンタル（Ｔ_２Ｏ_５）のような
絶縁膜を例えば化学蒸着（ＣＶＤ）により成膜するもの
である。

【００１５】図１に示すように、この真空処理装置１０
０は、４つの成膜処理室１，２，３，４を有しており、
これら成膜処理室１，２，３，４は、六角形をなすウエ
ハ搬送室５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられてい
る。また、ウエハ搬送室５の他の２つの辺にはそれぞれ
ロードロック室６，７が設けられている。これらロード
ロック室６，７のウエハ搬送室５と反対側にはウエハ搬
入出室８が設けられ、ウエハ搬入出室８のロードロック
室６，７と反対側には３つのカセット室９，１０，１１
が設けられている。なお、上記成膜処理室１，２，３，
４およびロードロック室６，７の内部には、いずれも半
導体ウエハＷを載置するステージＳが設けられている。

【００１６】上記成膜処理室１，２，３，４およびロー
ドロック室６，７は、同図に示すように、ウエハ搬送室
５の各辺にそれぞれゲートバルブ１２，１３，１４，１
５，１６，１７を介して接続され、これら各室は各ゲー
トバルブを開放することによりウエハ搬送室５と連通さ
れ、各ゲートバルブを閉じることによりウエハ搬送室５
から遮断される。

【００１７】上記成膜処理室１，２，３，４には、図示
しない排気機構が接続されており、その中が所定の圧力
まで真空排気されるとともに、その中に図示しないガス
供給系から成膜ガスが供給されて、真空雰囲気でステー
ジＳ上のウエハＷに対して所定の成膜処理が施されるよ
うになっている。

【００１８】ウエハ搬送室５内には、各成膜処理室１，
２，３，４との間、およびロードロック室６，７との間
で、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送
装置２０が設けられている。このウエハ搬送装置２０
は、ウエハ搬送室５の略中央に配設され、多関節アーム
構造を有しており、その先端のハンド２１上にウエハＷ
を載せてその搬送を行う。なお、このウエハ搬送室５内
は後述するように所定の真空度に制御される。

【００１９】上記ロードロック室６，７のウエハ搬入出
室８に接続される部分にはそれぞれゲートバルブ２２，
２３が設けられており、ロードロック室６，７は、これ
らゲートバルブ２２，２３を開放することによりウエハ
搬入出室８に連通され、これらを閉じることによりウエ
ハ搬入出室８から遮断される。

【００２０】ロードロック室６，７は、その中を真空排
気可能な排気装置および真空状態から大気状態に戻すた
めのパージガス（例えば、窒素ガス）を導入するための
パージガス供給機構（いずれも図示せず）を有してお
り、大気側のウエハ搬入出室８との間でウエハＷが搬送
される際にはその中が大気圧にされ、真空側のウエハ搬
送室５との間でウエハＷが搬送される際にはその中が真
空状態とされる。

【００２１】ウエハ搬入出室８内には、カセット室９，
１０，１１に対するウエハＷの搬入出およびロードロッ
ク室６，７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送
装置２５が設けられている。このウエハ搬送装置２５
は、カセット室９，１０，１１の配列方向に沿ってレー
ル２８を走行するとともに旋回動および垂直移動可能な
ベース２６と、ベース２６に対して進退動可能なウエハ
載置用のハンド２７とを有している。

【００２２】カセット室９，１０，１１には、図示しな
い搬入口から、例えば２５枚のウエハＷを収納可能なカ
セットＣが装入されるようになっており、ウエハ搬送装
置２５によるカセット室９，１０，１１に対するウエハ
Ｗの搬入出は、カセットＣに対して行われる。ウエハ搬
入出室８と３つのカセット室９，１０，１１との間に
は、それぞれシャッター２９，３０，３１が設けられて
おり、カセット室９，１０，１１からのウエハＷの出し
入れの際にこれらシャッターが開放される。

【００２３】次に、上記ウエハ搬送室５における圧力制
御について図２に基づいて説明する。図２はウエハ搬送
室５を概略的に示す垂直断面図である。図２に示すよう
に、ウエハ搬送室５の底部には排気管４１が接続され、
この排気管４１には排気ポンプ等を備えた排気機構４２
が設けられており、ウエハ搬送室５内を排気可能となっ
ている。また、ウエハ搬送室５の底部にはパージガス供
給配管４３も接続されており、このパージガス供給配管
４３にはパージガス供給機構４４が接続されており、こ
のパージガス供給機構４４からパージガス供給配管４３
を介して所定のパージガス、例えばＮ_２ガスがウエハ搬
送室５内に供給される。パージガス供給配管４３の途中
には、ウエハ搬送室５内の圧力を制御するためのニード
ルバルブ４５が設けられており、ウエハ搬送室５を排気
機構４２によって排気し、同時にパージガス供給機構４
４からパージガス供給配管４３を介してウエハ搬送室５
にパージガスの供給を行いつつ、ニードルバルブ４５に
よりパージガス供給量を調整することによりウエハ搬送
室５内の圧力が所定の真空状態に制御される。

【００２４】この際のウエハ搬送室５内の圧力の制御
は、５Ｐａ以上とすることが好ましく、１０Ｐａ以上と
することがさらに好ましく、２０Ｐａ以上とすることが
一層好ましい。また、圧力の上限は要求される真空処理
によって決定されるが、成膜処理室１，２，３，４は排
気機構により引ききり状態なので、ウエハ搬送室５との
差圧が大きいとパーティクルの問題が発生する懸念があ
るため７０Ｐａ以下であることが好ましい。

【００２５】以上のように構成される真空処理装置１０
０においては、まず、カセット室９，１０，１１のいず
れかに装入されたカセットＣからウエハ搬送装置２５の
ハンド２７によりウエハＷを取り出し、ロードロック室
６，７のいずれかのステージＳにウエハＷを載置する。
この際には、そのロードロック室は、ウエハ搬入出室８
と同様、大気圧に保持されている。この状態でウエハＷ
が搬入されたロードロック室のゲートバルブ、すなわち
ゲートバルブ２２または２３を閉じ、そのロードロック
室内を排気して真空状態とする。真空状態となった後、
ウエハ搬送室５側のゲートバルブ、すなわちゲートバル
ブ１６または１７を開けて、ウエハ搬送室５のウエハ搬
送装置２０によりウエハＷをウエハ搬送室５内に取り込
み、そのゲートバルブを閉じる。そして、ウエハ搬送装
置２０によりウエハ搬送室５内のウエハＷを成膜処理室
１，２，３，４のいずれかに搬入し、所定の処理を行
う。

【００２６】一方、処理終了後、対応する成膜処理室の
ゲートバルブが開放され、ウエハ搬送装置２０によりそ
の成膜処理室内のウエハＷがウエハ搬送室５内へ取り出
され、次いでそのゲートバルブが閉じられる。その後、
ゲートバルブ１６または１７が開放され、ウエハ搬送室
５内に取り出されたウエハＷがロードロック室６または
７のステージＳ上に搬送され、次いでそのゲートバルブ
が閉じられる。その後、そのロードロック室内が大気圧
に戻され、その中のウエハＷは、ウエハ搬出入室８の搬
送装置２５によりカセット室９，１０，１１のいずれか
のカセットＣに収納される。このような処理を所定枚数
のウエハＷ分だけ繰り返し、処理を終了する。なお、ロ
ードロック室６，７は、いずれか一方をウエハ搬送室５
への搬入専用にし、他方をウエハ搬送室５からの搬出専
用にしてもよい。

【００２７】このような処理において、ウエハ搬送室５
には、駆動系であるウエハ搬送装置２０が存在してお
り、ベアリングに施すグリース等の有機物が必須である
ことからウエハＷに対する有機物汚染が懸念されてお
り、現実に成膜処理室と同じ引ききり状態の１〜１．５
Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ前後）付近では有機物汚染の度合
いが激しい。これに対して、ウエハ搬送室５の圧力を上
昇させることにより有機物汚染の度合いが著しく減少す
る。

【００２８】その例を図３に示す。図３は、各圧力にお
けるウエハ搬送室での２００ｍｍウエハに対する実際の
有機物付着量を測定した結果を示すグラフである。この
グラフから引ききり状態の１〜１．５Ｐａでは有機物付
着量が４０００ｎｇを超えていたのが、圧力を２０Ｐａ
超えた程度のところまで上げることにより７００ｎｇ程
度まで急激に低下することがわかる。

【００２９】上述したように、本実施形態の真空処理装
置１００は、ウエハ搬送室５を排気機構４２によって排
気しつつウエハ搬送室５へパージガス供給機構４４から
パージガスを導入するので、ウエハ搬送室５を図３に示
すような有機物汚染の少ない圧力まで高めることが可能
となる。したがって、こうしてウエハ搬送室５の圧力を
高め、ニードルバルブ４５によりウエハ搬送室５内をそ
の圧力に制御することにより、有機物汚染を著しく減少
させることができる。

【００３０】図３のグラフからは、従来の引ききり状態
から幾分高い圧力である５Ｐａ程度でも大幅な有機物汚
染の低減効果が得られることが推測され、また、１０Ｐ
ａでは引ききり状態の４０００ｎｇの半分の２０００ｎ
ｇまで低減可能なことが推測される。このように圧力を
高めることにより有機物汚染が低減するのは、圧力を高
めることにより有機物分子の平均自由行程が低下するこ
とに起因すると推測される。

【００３１】圧力が２０Ｐａを超えるとわずかに有機物
付着量が増加する傾向が見られるものの圧力が１３０Ｐ
ａでも有機物付着量が１５００ｎｇ程度と低く、その圧
力はその際の真空処理が許容する範囲まで高めても有機
物汚染の観点からは問題はないと考えられるが、成膜処
理室１，２，３，４は排気機構により引ききり状態なの
で、ウエハ搬送室５との差圧が７０Ｐａより大きいとパ
ーティクルの問題が発生する懸念がある。

【００３２】以上のような結果から、上述したように、
ウエハ搬送室５内の圧力制御の好ましい範囲を５Ｐａ以
上とし、さらに好ましい範囲は１０Ｐａ以上とし、さら
に一層好ましい範を２０Ｐａ以上とした。また、成膜処
理室１，２，３，４との差圧によるパーティクル発生を
防止する観点から７０Ｐａ以下を好ましい範囲とした。

【００３３】ウエハ搬送室５の圧力の制御については、
上述したニードルバルブ４５を用いる機構に限らず、図
４に示すようにパージガス供給配管４３に圧力制御バル
ブ（ＰＣＶ）４６を設けるものであってもよい。圧力制
御バルブ４６は、ウエハ搬送室５の圧力を測定する圧力
ゲージ４７と、流量調節バルブ４８と、流量調節バルブ
４８を制御するコントローラ４９とが一体となったもの
であり、圧力ゲージ４７で測定されたガス圧力に基づい
て、コントローラ４９がウエハ搬送室５内のガス圧力が
一定になるように流量調節バルブ４８を制御して圧力を
制御するものである。

【００３４】また、図５に示すように排気管４１に自動
圧力制御装置（ＡＰＣ）５０を設けてもよい。この自動
圧力制御装置５０は、ウエハ搬送室５の圧力を測定する
圧力ゲージ５１と、排気量可変バルブ５２と、排気量可
変バルブ５２を制御するコントローラ５３とが一体とな
ったものであり、圧力ゲージ５１で測定されたガス圧力
に基づいて、コントローラ５３がウエハ搬送室５内のガ
ス圧力が一定になるように排気量可変バルブ５２を制御
して圧力を制御するものである。

【００３５】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形
態ではウエハ搬送室に本発明を適用した例について示し
たが、これに限らず、有機物汚染が懸念され、しかも比
較的高い圧力の真空状態が許容される真空容器であれば
適用可能である。また、上記実施形態ではマルチチャン
バータイプの成膜装置に本発明を適用した場合について
示したが、これに限らず、ロードロック室に直接処理室
が接続している真空装置であってもよいし、また成膜に
限らず、エッチング等、他の処理を行う装置であっても
よい。また、被処理体として半導体ウエハの場合につい
て示したが、ＬＣＤ基板等、有機物汚染が懸念される他
の被処理体であってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真空容器、特に搬送室を排気手段によって排気しつつそ
の中へパージガス供給手段からパージガスを導入するの
で、その中を有機物汚染の少ない圧力まで高めることが
可能となる。したがって、このようにして真空容器内、
特に搬送室内の圧力を高めるとともに、制御手段により
有機物汚染の少ない圧力に制御することにより、有機物
汚染を著しく減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る真空処理装置を概略
的に示す水平断面図。

【図２】図１の真空処理装置におけるウエハ搬送室を概
略的に示す垂直断面図。

【図３】各圧力におけるウエハ搬送室での２００ｍｍウ
エハに対する実際の有機物付着量を測定した結果を示す
グラフ。

【図４】他の例に係るウエハ搬送室を概略的に示す垂直
断面図。

【図５】さらに他の例に係るウエハ搬送室を概略的に示
す垂直断面図。

【符号の説明】

１，２，３，４……成膜処理室 ５……ウエハ搬送室 ６，７……ロードロック室 ４２……排気機構（排気手段） ４４……パージガス供給機構（パージガス供給手段） ４５……ニードルバルブ（制御手段） ４６……圧力制御バルブ（制御手段） ５０……自動圧力制御装置（制御手段） １００……真空処理装置 Ｗ……半導体ウエハ（基板）

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 義明 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 斉藤 美佐子 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 林 輝幸 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 GA12 KA28 LA15 4M104 BB14 BB18 DD43 DD44 EE16 HH00 5F031 CA02 FA01 FA11 FA12 FA15 GA43 GA48 JA47 MA04 MA28 MA29 MA32 NA04 NA05 NA09 NA17 PA26 5F045 AA06 BB14 DQ17 EB08 EB09 EB12 EE14 EG02 EN02 EN04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空下で被処理体に所定の処理を施す真
   空処理装置であって、 被処理体を真空に保持する真空容器と、 前記真空容器を真空排気する排気手段と、 前記真空容器内にパージガスを供給するパージガス供給
   手段と、 前記真空容器内の圧力を制御する制御手段とを具備し、 前記真空容器に対して、前記排気手段による排気と、前
   記パージガス供給手段によるパージガス供給を行いつ
   つ、前記制御手段により前記真空容器内の圧力を制御す
   ることを特徴とする真空処理装置。
2. 【請求項２】 被処理体に対し、真空中で所定の処理を
   行う真空処理室と、 前記真空処理室と隣接して設けられ、その内部が真空に
   保持されるとともに、前記真空処理室に対する被処理体
   の搬入出を行う搬送機構を備えた搬送室と、 前記搬送室を真空排気する排気手段と、 前記搬送室内にパージガスを供給するパージガス供給手
   段と、 前記搬送室内の圧力を制御する制御手段とを具備し、 前記搬送室に対して、前記排気手段による排気と、前記
   パージガス供給手段によるパージガス供給を行いつつ、
   前記制御手段により前記搬送室内の圧力を制御すること
   を特徴とする真空処理装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記圧力を５Ｐａ以上
   に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の真空処理装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記圧力を１０Ｐａ以
   上に制御することを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の真空処理装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記圧力を２０Ｐａ以
   上に制御することを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の真空処理装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記圧力を７０Ｐａ以
   下に制御することを特徴とする請求項３から請求項５の
   いずれか１項に記載の真空処理装置。
7. 【請求項７】 真空下で被処理体に所定の処理を施すに
   あたり、被処理体を真空下に保持する真空容器に対し
   て、排気とパージガス供給とを行いつつ、前記真空容器
   内の圧力を制御することを特徴とする真空処理方法。
8. 【請求項８】 被処理体に対し、真空中で所定の処理を
   行う真空処理室と、前記真空処理室と隣接して設けら
   れ、その内部が真空に保持されるとともに、前記真空処
   理室に対する被処理体の搬入出を行う搬送機構を備えた
   搬送室とを有する真空処理装置を用いて真空処理を行う
   真空処理方法であって、 前記搬送室に対して、排気とパージガス供給とを行いつ
   つ、前記搬送室内の圧力を制御することを特徴とする真
   空処理方法。
9. 【請求項９】 前記圧力が５Ｐａ以上に制御されること
   を特徴とする請求項７または請求項８に記載の真空処理
   方法。
10. 【請求項１０】 前記圧力が１０Ｐａ以上に制御される
    ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の真空
    処理方法。
11. 【請求項１１】 前記圧力が２０Ｐａ以上に制御される
    ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の真空
    処理方法。
12. 【請求項１２】 前記圧力が７０Ｐａ以下に制御するこ
    とを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項
    に記載の真空処理方法。