JP2004263265A - 処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、径の大きな真空ポンプを用いて処理ガスの排気に要する時間を短縮し、処理ガスの切り替え時間を短縮することを課題とする。
【解決手段】処理装置１は、ウェハ３に対して原料ガスを供給しながら処理を行なう。ウェハ３は処理容器２内のサセプタ４上に載置される。処理容器２内に配置されたウェハ３の被処理面に対向する容器壁に排気開口２ｃが設けられる。処理容器２の排気開口２ｃには、大きな吸気口径を有するターボモレキュラポンプ６が接続される。
【選択図】 図１
【解決手段】処理装置１は、ウェハ３に対して原料ガスを供給しながら処理を行なう。ウェハ３は処理容器２内のサセプタ４上に載置される。処理容器２内に配置されたウェハ３の被処理面に対向する容器壁に排気開口２ｃが設けられる。処理容器２の排気開口２ｃには、大きな吸気口径を有するターボモレキュラポンプ６が接続される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に係り、特に処理容器にガスを供給しながら処理容器内の基体に対して処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ等の基板を処理する方法として、所定の真空度に維持された処理容器内に原料ガスやキャリアガスを供給して基板の処理を行う方法が一般的である。例えば、加熱した基板に減圧下で処理気体を供給して基板上に高品質な薄膜を形成する方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が近年注目されている。
【０００３】
ＡＬＤでは、複数種類の原料ガスを２００Ｐａ程度の圧力において交互に基板に対して供給し、４００℃〜５００℃に加熱した基板上で反応させて反応生成物の非常に薄い膜を形成する。この際、原料ガスが基板上に到達する前に反応してしまわないように、複数種の原料ガスを切り替えながら一種類毎に供給する。すなわち、一つの種類のガスだけを基板に供給したら、そのガスを完全に排気し、次に異なる種類の原料ガスを供給する。この処理を繰り返してある程度の厚さの薄膜に成長させる。
【０００４】
このような原料ガスを切り替えて供給する処理方法では、原料ガスの切り替えを高速に行うことがスループット向上のために不可欠である。原料ガスの切り替えには、供給した一種類の原料ガスを処理容器から完全に排出してから次の種類の原料ガスを供給するという工程が行なわれる。したがって、原料ガスの供給を停止した際に処理容器内に残留する原料ガスの量を少なくすることが原料ガス排出の高速化を達成する上で効果的である。すなわち、処理容器内で原料ガスが残留できる容積を低減することが、処理の高速化にとって有効である。
【０００５】
具体的には、残留した原料ガスを処理容器内から排出するには、処理容器内の残留原料ガスを真空ポンプ等により排気して、処理容器内の圧力を所定の真空度まで低減することにより達成される。ここで、処理容器内の到達圧力をＰ、初期圧力をＰ０、処理容器の容積をＶ、排気速度をＳ、時間をｔとすると、処理容器内の到達圧力Ｐは以下の式により求められる。
【０００６】
Ｐ＝Ｐ０ｅｘｐ｛−（Ｓ／Ｖ）ｔ｝
上式から、初期圧力と到達圧力が一定であれば、排気速度Ｓを大きくするか、容積Ｖを小さくすることにより、排気に要する時間ｔを小さくできることがわかる。ここで、排気速度Ｓを大きくするには、排気のコンダクタンスを大きくし、高速大容量の真空ポンプを用いることが有効である。
【０００７】
上述のＡＬＤにおいて、処理時の処理容器内の圧力は２００Ｐａ程度であり、この程度の圧力では気体は粘性流の領域であるため、ドライポンプを用いて処理容器内の処理ガスの排気を行うことが効率的である。ところが、原料ガスの切り替え時の排気では、原料ガスをほぼ完全に排気する必要があるため、処理容器内の圧力を１Ｐａよりも低く、例えば１０−２〜１０−３Ｐａにする必要がある。このような高真空度では、気体の流れは分子流領域となり、ドライポンプによる排気では非効率的であるか、あるいはドライポンプだけではそのような高真空度を達成できない。したがって、原料ガスの切り替え時の排気には、一般的にドライポンプに加えてターボモレキュラポンプを併用している。
【０００８】
ここで、上述のＡＬＤを用いた処理を行なう処理装置は、従来の化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いた薄膜形成装置の構造を基に構成することが考えられる。そのような薄膜形成装置では、処理容器の上部に設けたシャワーヘッドから処理ガスを供給し、処理容器の下部にターボモレキュラポンプ等の真空ポンプを接続する構造が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第６２２１１７４号明細書
【００１０】
【特許文献２】
特開平５−１３２７７０号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平６−９３４３６号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開平７−２５２６６０号公報
【００１３】
【特許文献５】
特開平５−１３２７７０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、原料ガスの切り替え時の排気用としてターボモレキュラポンプ等の分子流領域の真空度を発生する真空ポンプを用いた場合、排気速度をある程度の速度に維持するためには、排気速度の大きな真空ポンプを処理容器に接続する必要がある。ターボモレキュラポンプの場合、その排気速度はポンプの径、すなわちポンプの吸気口径（開口面積）に依存し、一般的に大きな径ほど排気速度は大きい。したがって、処理容器からの排気速度を大きくする、すなわち排気のコンダクタンスを大きくするためには、大きな径のポンプを処理容器に接続すればよい。
【００１５】
ところが、処理容器の下部あるいは底部には、基板を載置するための載置台が配置されているため、径の大きなポンプを処理容器の下部あるいは底部に接続して大きな開口面積を確保するには、載置台を避けて排気用の開口を設けなければならず、処理容器自体を大きくしなければならない。したがって、径の大きなポンプを処理容器の下部あるいは底部に接続すると、処理容器の容積が増大し、その結果、排気すべき容積が大きくなってしまう。これでは、径の大きなポンプを用いて排気速度を大きくしても（すなわち、排気コンダクタンスを大きくしても）、排気すべき容積が大きくなってしまい、排気に要する時間を短縮する効果が得られなくなってしまう。
【００１６】
以上のように、従来の処理装置の構造においては、排気コンダクタンスを大きくすることと、処理容器の容積を小さくすることを両立することがむずかしく、排気時間を短縮する上での妨げとなっていた。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、径の大きな真空ポンプを用いて処理ガスの排気に要する時間を短縮し、処理ガスの切り替え時間を短縮することができる処理装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、被処理基体に対してガスを供給しながら処理を行なう処理装置であって、被処理基体を収容する処理容器と、処理容器内に配置された被処理基体の被処理面に対向する容器壁に設けられた排気開口と、処理容器の排気開口に接続された吸気口を有する真空ポンプとを有する処理装置が提供される。
【００１９】
上述の発明によれば、被処理基体の被処理面に対向する容器壁に排気開口を 設け、ガスの供給口をその他の壁面に設けることにより、被処理基体の真上に大きな径（大きな開口面積）の排気開口を設けることができる。したがって、大きな径の真空ポンプ、すなわち排気速度の大きな真空ポンプを処理容器に取り付けることができ、処理容器内のガスの排気を迅速に短時間で行なうことができる。
【００２０】
上述の発明において、排気開口が設けられた容器壁とは異なる容器壁にガスの供給口が設けられることとしてもよい。また、供給口は、排気開口が設けられた容器壁に対向する容器壁に設けられることとしてもよい。また、排気開口は処理容器の天井をなす容器壁に設けられ、供給口は処理容器の底面をなす容器壁に設けられることが好ましい。
【００２１】
更に、真空ポンプは、吸入口を排気開口に向けた状態で、処理容器に取り付けられることが好ましい。また、排気開口の径は、真空ポンプの吸気口の径に等しいか大きいことが好ましい。さらに、真空ポンプは、開閉弁を介して処理容器に取り付けられることもできる。
【００２２】
本発明による処理装置は、処理装置に対して複数種類のガスを交互に供給する手段を更に有することとしてもよい。また、真空ポンプは、分子流領域の高真空度を発生する真空ポンプであることが好ましい。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施例による処理装置の全体構成を示す概略構成図である。図１に示す処理装置１は、減圧下において原料ガスとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に被処理基体に対して供給し、被処理基体の被処理面にＴｉＮ膜を形成するための処理装置である。被処理基体に原料ガスを供給する際は、原料ガスの反応を促進するために被処理基体を加熱する。
【００２４】
処理装置１は処理容器２を有し、被処理基体としてのウェハ３が載置される載置台として、サセプタ４が処理容器２の中に配置される。処理容器２は例えばステンレススチールやアルミニウム等により形成され、内部に処理空間が形成される。処理容器２をアルミニウムで形成した場合は、その表面に陽極酸化被膜処理（アルマイト処理）を施すことが好ましい。
【００２５】
サセプタ４はタングステン等の電気ヒータ５を内蔵しており、サセプタ４上に載置されたウェハ３を電気ヒータ５の熱により加熱する。サセプタ４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック材料、ステンレススチール、あるいはハステロイ等により形成される。
【００２６】
処理容器２の底部の容器壁には供給口２ａが設けられ、供給口２ａから原料ガス及びパージガスが処理容器２内に供給される。本実施例では、原料ガスとしてＴｉＣｌ４及びＮＨ３が用いられ、キャリアガスとして不活性ガスであるＮ２が用いられる。処理容器２の供給口２ａには、ＴｉＣｌ４の供給ラインと、ＮＨ３の供給ラインとＮ２の供給ラインとが接続される。原料ガスとパージガスとを総称して処理ガスということもある。なお、キャリアガスとしてＨｅ，Ａｒ等を用いることとしてもよい。
【００２７】
原料ガスとしてのＴｉＣｌ４の供給ラインは、ＴｉＣｌ４の供給源１２Ａと、開閉弁Ｖ１と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ａとを有しており、ＴｉＣｌ４の供給源１２ＡからのＴｉＣｌ４は、ＭＦＣ１３Ａにより流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ１を開くことによりＴｉＣｌ４はＭＦＣ１３Ａを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ１及びＭＦＣ１３Ａの動作は、制御装置１０により制御される。
【００２８】
原料ガスとしてのＮＨ３の供給ラインは、ＮＨ３の供給源１２Ｂと、開閉弁Ｖ３と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ｂとを有しており、ＮＨ３の供給源１２ＢからのＮＨ３は、ＭＦＣ１３Ｂにより流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ２を開くことによりＮＨ３はＭＦＣ１３Ｂを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ２及びＭＦＣ１３Ｂの動作は、制御装置１０により制御される。
【００２９】
キャリアガスとしてのＮ２の供給ラインは独立した２系統が設けられており、Ｎ２の供給源１２Ｃ，１２Ｄと、開閉弁Ｖ２，Ｖ４と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ｃ，１３Ｄとを有しており、Ｎ２の供給源１２Ｃ、１２ＤからのＮ２は、ＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄにより夫々流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ２，Ｖ４を開くことによりＮ２はＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ２，Ｖ４及びＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄの動作は、制御装置１０により制御される。
【００３０】
本実施例による処理装置１のガス供給系は以上のような構成であり、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に繰り返して処理容器２に供給することにより、処理容器２内の加熱されたウェハ３上にＴｉＮ膜を形成する。原料ガスを供給する際には、キャリアガスとしてＮ２も同時に処理容器２内に供給される。
【００３１】
次に、本実施例による処理装置１の排気系について説明する。
【００３２】
本実施例において、処理容器２内に供給された原料ガス及びキャリアガスは、処理容器２の上部に接続された高真空ポンプであるターボモレキュラポンプ６により排気される。処理装置の天井部をなす容器壁には排気開口２ｃが設けられ、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａがゲートバルブＶ７を介して処理容器の排気開口２ｃに接続される。したがって、処理容器２内の処理ガスは、処理容器２の排気開口２ｃ及びゲートバルブＶ７を介してターボモレキュラポンプ６に吸引され、後段のフォアバルブＶ６を通じて更にドライポンプ７に吸引される。ドライポンプ７に吸引された処理ガスは、除害装置（図示せず）等を介して外部に排気される。フォアバルブＶ６及びゲートバルブＶ７の開閉は制御装置１０により制御される。
【００３３】
また、処理容器２の上部には、処理容器２内の圧力が高い状態での排気用に排気口２ｂが設けられる。排気口２ｂは、ターボモレキュラポンプ６をバイパスして開閉弁Ｖ５を介してドライポンプ７に接続されており、排気口２ｂから処理容器２内のガスをドライポンプ７により直接排気することもできる。開閉弁Ｖ５の開閉は制御装置１０により制御される。
【００３４】
以上のように、本実施では、ウェハ３（載置台４）の真上に大きな排気開口２ｃが設けられ、排気開口２ｃに大きな径のターボモレキュラポンプ６が接続されている。処理ガスの給気系は処理容器２の底部をなす容器壁に設けられているため、処理容器２の上部に大きな排気開口２ｃを形成することができる。したがって大きな径の真空ポンプ、すなわち、大きな吸気口を有するターボモレキュラポンプ６を接続することができる。排気開口２ｃを大きな径とすることは、短時間で処理容器２内を分子流領域の高真空度にするために有効である。
【００３５】
図２は処理容器２とターボモレキュラポンプ６との接続構造を示す断面図である。図２に示すように、処理容器２の天井をなす容器壁に排気開口２ｃが形成され、排気開口２ｃの周囲にフランジ２ｄが形成される。ゲートバルブＶ７は、本実施例ではバタフライバルブとしているが、弁体が水平移動するようなバルブであってもよい。ゲートバルブＶ７は、処理容器２のフランジ２ｄとターボモレキュラポンプ６のフランジ６ｂとの間に配置され、複数のボルト８により固定される。ゲートバルブＶ７とフランジ２ｄ及び６ｂの各々との間には、気密性を確保するためにＯリング９が配置される。
【００３６】
ここで、処理ガスの供給口２ａを処理容器２の底部に設けたことにより、処理容器２上部（天井部分）全体を排気開口用に利用することが可能となり、大きな開口面積の排気開口２ｃを設けることができる。したがって、処理容器２の上側に排気速度の大きい大きな径のターボモレキュラポンプ６を接続することができ、処理ガスの排気を迅速に短時間で行なうことができる。
【００３７】
処理容器２の排気開口２ｃの径は、排気コンダクタンスをなるべく大きくするためには、処理容器２の排気開口２ｃの径を、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａの径に等しくするか又はそれより大きくすることが好ましい。同様に、ゲートバルブＶ７の開口径も、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａの径に等しくするか又はそれより大きくすることが好ましい。
【００３８】
本実施例では、ターボモレキュラポンプ６と処理容器２との間に設けるゲートバルブＶ７をバタフライバルブとしているが、弁体が水平移動するようなゲートバルブを用いることもできる。この場合、バタフライバルブのように弁体の移動のための空間を確保する必要がないため、排気すべき容積をより一層小さくすることができる。
【００３９】
次に、処理装置１により行なわれる処理の一例について、図３乃至図５を参照しながら説明する。図３は処理装置１により行なわれる処理のフローチャートである。図４は処理中の各開閉弁の動作状態を示す図であり、図５は処理中の各工程における処理ガスの流量と時間を示す図である。
【００４０】
まず、ステップＳ１において被処理基板であるウェハ３を処理容器２内に搬入し、ステップＳ２においてウェハ３をサセプタ４に載置する。続いて、処理容器２内を２００Ｐａ程度の圧力とし、ステップＳ３においてサセプタ４に組み込まれた電気ヒータ５によりサセプタ４を加熱し、ウェハ３を４００℃程度の温度とする。
【００４１】
次に、ステップＳ４において、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４を開き、原料ガスとしてＴｉＣｌ４を３０ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＮ２を２００ｓｃｃｍの流量で、供給口２ａから処理容器２に供給し、ウェハ３の表面にＴｉＣｌ４を吸着させる。ステップＳ４におけるＴｉＣｌ４の供給時間は約１秒間である。その後、ステップＳ５において、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４を閉じてＴｉＣｌ４及びＮ２の供給を停止し、処理容器２をターボモレキュラポンプ６及びドライポンプ６により真空引きして、処理容器２内からＴｉＣｌ４及びＮ２を排気する。この真空引きに要する時間は、本実施例では大きな径のターボモレキュラポンプ６を用いているため非常に短時間でよく、本実施例では約１秒である。
【００４２】
ＴｉＣｌ４の排気が終了すると、ステップＳ６において開閉弁Ｖ２、Ｖ３，Ｖ４を開き、原料ガスとしてＮＨ３を８００ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＮ２を２００ｓｃｃｍの流量で処理容器２内に供給する。これにより、ウェハ３上に吸着されたＴｉＣｌ４とＮＨ３とを反応させ、ウェハ３上にＴｉＮを生成する。次に、ステップＳ７において開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を閉じてＮＨ３及びＮ２の供給を停止し、処理容器２をターボモレキュラポンプ６及びドライポンプ７により真空引きして、処理容器２内からＮＨ３及びＮ２を排気する。この真空引きに要する時間も、本実施例では大きな径のターボモレキュラポンプ６を用いているため非常に短時間でよく、本実施例では約１秒である。
【００４３】
ステップＳ７の処理が終了すると、ステップＳ８において、ステップＳ４からステップＳ７までの処理が所定回数（例えば２００回）行なわれたかを判断する。所定回数に達しない場合は、処理はステップＳ４に戻り、ステップＳ４からステップＳ７までの処理を繰り返し行う。所定回数に達すると、処理はステップＳ９に進み、ウェハ３をサセプタから離間させ、続くステップＳ１０においてウェハ３を処理容器２から搬出する。
【００４４】
以上の処理の各工程における開閉弁Ｖ１〜Ｖ６及びゲートバルブＶ７の動作は、図４に示されている。図４において○は弁が開いていることを示し、×は弁が閉じていることを示す。また、以上の処理の各工程における原料ガス及びキャリアガスの流量は、図５に示されている。本実施例では、Ｎ２の供給系統が２系統設けられており、Ｎ２を２００ｓｃｃｍの流量で供給する場合は、各系統で１００ｓｃｃｍづつ供給する。
【００４５】
上述の処理において、ステップＳ５およびＳ７における排気工程は、約１秒間程度で十分であり、非常に短時間で排気が完了する。このため、ステップＳ４からＳ８までの処理を多数回繰り返し行うことによりウェハ３上のＴｉＮの膜厚を所定の厚みとする処理を行なっても、全体の処理時間に対して排気工程に要する時間を低減することができ、ＴｉＮ膜の生成処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４６】
このように、本実施例による処理装置１によれば、２種類の原料ガスを交互に供給して薄膜を形成する際に、原料ガスの供給切り替えを高速で行うことができ、基板処理を高スループットで行うことができる。原料ガスの種類は上述の例では２種類であったが、２種類以上の複数種類のガスを用いて交代に１種類ずつ供給するような処理に本実施例による処理装置１を用いることもできる。
【００４７】
上述の例では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜を生成しているが、以下のような原料ガスの組み合わせも可能である。
【００４８】
例えば、ＴｉＮ膜やＴｉＳｉＮ膜を生成する場合、Ｔｉ含有ガスとして、ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４（ＴＥＭＡＴ），Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４（ＴＤＭＡＴ），Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４（ＴＤＥＡＴ）等を用い、窒化水素ガスとして、Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。また、ＴａＮ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＳｉＮ膜を生成する場合は、Ｔａ含有ガスとして、ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］３（ＴＢＴＤＥＴ），Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３等を用い、窒化水素ガスとして、ＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。また、ＷＮ膜やＷＳｉＮ膜を生成する場合は、Ｗ含有ガスとして、ＷＦ６やＷ（ＣＯ）６等を用い、窒化水素ガスとして、ＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。
【００４９】
なお、キャリアガスとして、Ｎ２以外にＨｅ，Ａｒ等を用いることとしてもよい。
【００５０】
次に、上述の複数種類の原料ガスの交互供給による成膜以外の処理に、本発明による処理装置を適用した例について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の一実施例による処理装置が組み込まれたクラスタツールの概略構成図である。
【００５１】
図６に示すクラスタツール２０は、基板（半導体ウェハ）に対してＣｕ膜を形成するための一連の処理を行う装置である。クラスタツール２０は、カセットボックス２１と、ガス抜き処理装置２２と、プレクリーンエッチトモジュール（ＰＣＥＭ）２３と、第１の処理装置２４と、第２の処理装置２５と、搬送室２６とを有する。カセットボックス２１と、ガス抜き処理装置２２と、ＰＣＥＭ２３と、第１の処理装置２４と、第２の処理装置２５とは、夫々ゲートバルブ２７Ａ〜２７Ｅを介して搬送室２６に接続される。ゲートバルブ２７Ａ〜２７Ｅは、対応する処理容器に対する基板の搬入・搬出時に開けられる。
【００５２】
搬送室２６には搬送ロボット等の基板搬送機構２６ａが設けられる。基板搬送機構２６ａは、各処理容器で基板に処理が順次行われるように、ガス抜き処理装置２２、ＰＣＥＭ２３、第１の処理装置２４、第２の処理装置２５の順で、外部からカセットボックス２１に供給された基板を順次搬送する。
【００５３】
カセットボックス２１には、複数の基板（ウェハ）が外部から供給され、クラスタツール２０内の雰囲気（真空）と外部雰囲気（大気圧）とを切り替える。カセットボックス２１に供給された基板は、ゲートバルブ２７Ａを通じて基板搬送機構２６ａにより一枚ずつ取り出され、ガス抜き処理装置２２に供給される。ガス抜き処理装置２２では、基板表面に付着したガスを除去する処理が行われる。
【００５４】
ガス抜き処理が終了すると、基板はガス抜き処理装置２２からＰＣＥＭ２３へと基板搬送機構２６ａにより搬送される。ＰＣＥＭ２３では、プラズマ処理により基板表面を清浄化する。ＰＣＥＭ２３での処理が終了すると、表面が清浄化された基板は基板搬送機構２６ａによりＰＣＥＭ２３から第１の処理装置２４へと搬送される。
【００５５】
第１の処理装置２４は、基板の表面にバリアメタル膜を形成する処理を行うための処理容器である。例えば、第１の処理装置２４内では、ＣＶＤやＡＬＤを用いて薄膜の形成が行われる。基板上にバリアメタル膜の形成が終了すると、基板はゲートバルブ２７Ｄを通じて取り出され、基板搬送機構２６ａにより第２の処理装置２５へと搬送される。
【００５６】
第２の処理装置２５内では、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりバリアメタル膜の上にＣｕ膜を形成する処理が行われる。Ｃｕ膜が形成された基板は、基板搬送機構２６ａによりカセットボックス２１に戻された後、装置外部へと移送される。
【００５７】
以上のような構成のクラスタツール２０において、搬送室２６内の圧力は、雰囲気の清浄化を維持するために高真空度に維持され、且つ接続されている処理容器の中で、真空度が高い処理容器の圧力と同等な真空度に維持される。本実施例では、第２の処理装置２５において行われるＰＶＤによるＣｕ膜の生成処理が、１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａ程度の真空度を必要とするので、搬送室２６内も１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａ程度の真空度に維持される。
【００５８】
ここで、ガス抜き処理装置２２において基板の熱処理を行なう際は、Ｎ２やＡｒ等の不活性ガスをガス抜き処理装置２２に導入する。したがって、熱処理した基板をガス抜き処理装置２２から次の工程を行なうＰＣＥＭ２３に移動する際に、ガス抜き処理装置２２内を搬送室２６内の真空度１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａにしなければならず、不活性ガスを迅速に排気して高真空とする必要がある。したがって、ガス抜き処理装置２２を本発明による処理装置としておけば、迅速かつ短時間にガス抜き処理装置２２内を高真空度にすることができ、基板の移動に要する時間を短縮することができる。
【００５９】
また、第１の処理装置２４における処理は、ＣＶＤによるバリアメタル膜の生成処理であり、処理時の圧力は比較的低真空度の雰囲気で行われる。例えば、バリアメタル膜がＴｉＮ膜である場合、処理圧力は例えば４００Ｐａ程度である。すなわち、４００Ｐａの圧力に維持した第１の処理容器４内の基板に対して、原料ガスとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３とを供給することで、基板上にＴｉＮ膜を生成する。原料ガスを供給する際は、キャリアガス又はパージガスとして例えばＮ２も第１の処理装置２４に供給される。
【００６０】
上述のようなバリアメタル膜生成処理により表面にバリアメタル膜が生成された基板は、第１の処理装置２４から第２の処理装置２５へと基板搬送機構２６ａにより搬送される。第１の処理装置２４内での処理が終了した時点では、第１の処理容器内は４００Ｐａ程度の低真空度である。したがって、処理が終了した基板を搬出して次の基板を搬入するためにゲートバルブ２７Ｄを開く前に、第１の処理装置２４内の圧力を４００Ｐａの低真空度から搬送室２６内の圧力である１０−４程度の高真空度にしなければならない。この際に、第１の処理装置２４を本発明による処理装置としておけば、迅速かつ短時間に第１の処理装置２４内を高真空度にすることができ、基板の移動に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
上述のクラスタツール２０では、第１の処理装置２４にてＴｉＮ膜を生成し、第２の処理装置２５にてＣｕ膜を生成する一連の処理を行っているが、本発明による処理装置を適用可能なクラスタツールあるいは処理装置を、他の様々な処理を行なう処理装置に適用することにより、排気時間を短縮して処理時間を短縮することができる。例えば、低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）をエッチングしてビア孔を形成し、ビア孔の内面にバリア膜を形成し、その上にＣｕ膜を形成する一連の処理に適用することができる。また、基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成し、これにアニール処理を施すという一連の処理にも適用することができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、処理容器からの処理ガスの排気に要する時間を短縮して処理ガスの切り替え時間を短縮することができ、処理全体に要する時間を短縮してスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による処理装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】処理容器とターボモレキュラポンプとの接続構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す処理装置により行なわれる処理のフローチャートである。
【図４】処理中の各開閉弁の動作状態を示す図である。
【図５】処理中の各工程における処理ガスの流量と時間を示す図である。
【図６】本発明による処理装置が組み込まれたクラスタツールの全体構成図である。
【符号の説明】
１ 処理装置
２ 処理容器
２ａ 供給口
２ｂ 排気口
２ｃ 排気開口
２ｄ フランジ
３ ウェハ
４ サセプタ
５ 電気ヒータ
６ ターボモレキュラポンプ
６ａ 吸気口
６ｂ フランジ
７ ドライポンプ
８ ボルト
９ Ｏリング
１０ 制御装置
１２Ａ ＴｉＣｌ４の供給源
１２Ｂ ＮＨ３の供給源
１２Ｃ，１２Ｄ Ｎ２の供給源
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２０ クラスタツール
２１ カセットボックス
２２ ガス抜き処理装置
２３ プレクリーンエッチトモジュール（ＰＣＥＭ）
２４ 第１の処理装置
２５ 第２の処理装置
２６搬送室
２６ａ 基板搬送機構
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅ ゲートバルブ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６ 開閉弁
Ｖ７ ゲートバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に係り、特に処理容器にガスを供給しながら処理容器内の基体に対して処理を行う処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ等の基板を処理する方法として、所定の真空度に維持された処理容器内に原料ガスやキャリアガスを供給して基板の処理を行う方法が一般的である。例えば、加熱した基板に減圧下で処理気体を供給して基板上に高品質な薄膜を形成する方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が近年注目されている。
【０００３】
ＡＬＤでは、複数種類の原料ガスを２００Ｐａ程度の圧力において交互に基板に対して供給し、４００℃〜５００℃に加熱した基板上で反応させて反応生成物の非常に薄い膜を形成する。この際、原料ガスが基板上に到達する前に反応してしまわないように、複数種の原料ガスを切り替えながら一種類毎に供給する。すなわち、一つの種類のガスだけを基板に供給したら、そのガスを完全に排気し、次に異なる種類の原料ガスを供給する。この処理を繰り返してある程度の厚さの薄膜に成長させる。
【０００４】
このような原料ガスを切り替えて供給する処理方法では、原料ガスの切り替えを高速に行うことがスループット向上のために不可欠である。原料ガスの切り替えには、供給した一種類の原料ガスを処理容器から完全に排出してから次の種類の原料ガスを供給するという工程が行なわれる。したがって、原料ガスの供給を停止した際に処理容器内に残留する原料ガスの量を少なくすることが原料ガス排出の高速化を達成する上で効果的である。すなわち、処理容器内で原料ガスが残留できる容積を低減することが、処理の高速化にとって有効である。
【０００５】
具体的には、残留した原料ガスを処理容器内から排出するには、処理容器内の残留原料ガスを真空ポンプ等により排気して、処理容器内の圧力を所定の真空度まで低減することにより達成される。ここで、処理容器内の到達圧力をＰ、初期圧力をＰ０、処理容器の容積をＶ、排気速度をＳ、時間をｔとすると、処理容器内の到達圧力Ｐは以下の式により求められる。
【０００６】
Ｐ＝Ｐ０ｅｘｐ｛−（Ｓ／Ｖ）ｔ｝
上式から、初期圧力と到達圧力が一定であれば、排気速度Ｓを大きくするか、容積Ｖを小さくすることにより、排気に要する時間ｔを小さくできることがわかる。ここで、排気速度Ｓを大きくするには、排気のコンダクタンスを大きくし、高速大容量の真空ポンプを用いることが有効である。
【０００７】
上述のＡＬＤにおいて、処理時の処理容器内の圧力は２００Ｐａ程度であり、この程度の圧力では気体は粘性流の領域であるため、ドライポンプを用いて処理容器内の処理ガスの排気を行うことが効率的である。ところが、原料ガスの切り替え時の排気では、原料ガスをほぼ完全に排気する必要があるため、処理容器内の圧力を１Ｐａよりも低く、例えば１０−２〜１０−３Ｐａにする必要がある。このような高真空度では、気体の流れは分子流領域となり、ドライポンプによる排気では非効率的であるか、あるいはドライポンプだけではそのような高真空度を達成できない。したがって、原料ガスの切り替え時の排気には、一般的にドライポンプに加えてターボモレキュラポンプを併用している。
【０００８】
ここで、上述のＡＬＤを用いた処理を行なう処理装置は、従来の化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いた薄膜形成装置の構造を基に構成することが考えられる。そのような薄膜形成装置では、処理容器の上部に設けたシャワーヘッドから処理ガスを供給し、処理容器の下部にターボモレキュラポンプ等の真空ポンプを接続する構造が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第６２２１１７４号明細書
【００１０】
【特許文献２】
特開平５−１３２７７０号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平６−９３４３６号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開平７−２５２６６０号公報
【００１３】
【特許文献５】
特開平５−１３２７７０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、原料ガスの切り替え時の排気用としてターボモレキュラポンプ等の分子流領域の真空度を発生する真空ポンプを用いた場合、排気速度をある程度の速度に維持するためには、排気速度の大きな真空ポンプを処理容器に接続する必要がある。ターボモレキュラポンプの場合、その排気速度はポンプの径、すなわちポンプの吸気口径（開口面積）に依存し、一般的に大きな径ほど排気速度は大きい。したがって、処理容器からの排気速度を大きくする、すなわち排気のコンダクタンスを大きくするためには、大きな径のポンプを処理容器に接続すればよい。
【００１５】
ところが、処理容器の下部あるいは底部には、基板を載置するための載置台が配置されているため、径の大きなポンプを処理容器の下部あるいは底部に接続して大きな開口面積を確保するには、載置台を避けて排気用の開口を設けなければならず、処理容器自体を大きくしなければならない。したがって、径の大きなポンプを処理容器の下部あるいは底部に接続すると、処理容器の容積が増大し、その結果、排気すべき容積が大きくなってしまう。これでは、径の大きなポンプを用いて排気速度を大きくしても（すなわち、排気コンダクタンスを大きくしても）、排気すべき容積が大きくなってしまい、排気に要する時間を短縮する効果が得られなくなってしまう。
【００１６】
以上のように、従来の処理装置の構造においては、排気コンダクタンスを大きくすることと、処理容器の容積を小さくすることを両立することがむずかしく、排気時間を短縮する上での妨げとなっていた。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、径の大きな真空ポンプを用いて処理ガスの排気に要する時間を短縮し、処理ガスの切り替え時間を短縮することができる処理装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、被処理基体に対してガスを供給しながら処理を行なう処理装置であって、被処理基体を収容する処理容器と、処理容器内に配置された被処理基体の被処理面に対向する容器壁に設けられた排気開口と、処理容器の排気開口に接続された吸気口を有する真空ポンプとを有する処理装置が提供される。
【００１９】
上述の発明によれば、被処理基体の被処理面に対向する容器壁に排気開口を 設け、ガスの供給口をその他の壁面に設けることにより、被処理基体の真上に大きな径（大きな開口面積）の排気開口を設けることができる。したがって、大きな径の真空ポンプ、すなわち排気速度の大きな真空ポンプを処理容器に取り付けることができ、処理容器内のガスの排気を迅速に短時間で行なうことができる。
【００２０】
上述の発明において、排気開口が設けられた容器壁とは異なる容器壁にガスの供給口が設けられることとしてもよい。また、供給口は、排気開口が設けられた容器壁に対向する容器壁に設けられることとしてもよい。また、排気開口は処理容器の天井をなす容器壁に設けられ、供給口は処理容器の底面をなす容器壁に設けられることが好ましい。
【００２１】
更に、真空ポンプは、吸入口を排気開口に向けた状態で、処理容器に取り付けられることが好ましい。また、排気開口の径は、真空ポンプの吸気口の径に等しいか大きいことが好ましい。さらに、真空ポンプは、開閉弁を介して処理容器に取り付けられることもできる。
【００２２】
本発明による処理装置は、処理装置に対して複数種類のガスを交互に供給する手段を更に有することとしてもよい。また、真空ポンプは、分子流領域の高真空度を発生する真空ポンプであることが好ましい。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施例による処理装置の全体構成を示す概略構成図である。図１に示す処理装置１は、減圧下において原料ガスとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に被処理基体に対して供給し、被処理基体の被処理面にＴｉＮ膜を形成するための処理装置である。被処理基体に原料ガスを供給する際は、原料ガスの反応を促進するために被処理基体を加熱する。
【００２４】
処理装置１は処理容器２を有し、被処理基体としてのウェハ３が載置される載置台として、サセプタ４が処理容器２の中に配置される。処理容器２は例えばステンレススチールやアルミニウム等により形成され、内部に処理空間が形成される。処理容器２をアルミニウムで形成した場合は、その表面に陽極酸化被膜処理（アルマイト処理）を施すことが好ましい。
【００２５】
サセプタ４はタングステン等の電気ヒータ５を内蔵しており、サセプタ４上に載置されたウェハ３を電気ヒータ５の熱により加熱する。サセプタ４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック材料、ステンレススチール、あるいはハステロイ等により形成される。
【００２６】
処理容器２の底部の容器壁には供給口２ａが設けられ、供給口２ａから原料ガス及びパージガスが処理容器２内に供給される。本実施例では、原料ガスとしてＴｉＣｌ４及びＮＨ３が用いられ、キャリアガスとして不活性ガスであるＮ２が用いられる。処理容器２の供給口２ａには、ＴｉＣｌ４の供給ラインと、ＮＨ３の供給ラインとＮ２の供給ラインとが接続される。原料ガスとパージガスとを総称して処理ガスということもある。なお、キャリアガスとしてＨｅ，Ａｒ等を用いることとしてもよい。
【００２７】
原料ガスとしてのＴｉＣｌ４の供給ラインは、ＴｉＣｌ４の供給源１２Ａと、開閉弁Ｖ１と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ａとを有しており、ＴｉＣｌ４の供給源１２ＡからのＴｉＣｌ４は、ＭＦＣ１３Ａにより流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ１を開くことによりＴｉＣｌ４はＭＦＣ１３Ａを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ１及びＭＦＣ１３Ａの動作は、制御装置１０により制御される。
【００２８】
原料ガスとしてのＮＨ３の供給ラインは、ＮＨ３の供給源１２Ｂと、開閉弁Ｖ３と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ｂとを有しており、ＮＨ３の供給源１２ＢからのＮＨ３は、ＭＦＣ１３Ｂにより流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ２を開くことによりＮＨ３はＭＦＣ１３Ｂを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ２及びＭＦＣ１３Ｂの動作は、制御装置１０により制御される。
【００２９】
キャリアガスとしてのＮ２の供給ラインは独立した２系統が設けられており、Ｎ２の供給源１２Ｃ，１２Ｄと、開閉弁Ｖ２，Ｖ４と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３Ｃ，１３Ｄとを有しており、Ｎ２の供給源１２Ｃ、１２ＤからのＮ２は、ＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄにより夫々流量制御されて供給口２ａから処理容器２内に供給される。開閉弁Ｖ２，Ｖ４を開くことによりＮ２はＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄを通じて供給口２ａに流入する。開閉弁Ｖ２，Ｖ４及びＭＦＣ１３Ｃ，１３Ｄの動作は、制御装置１０により制御される。
【００３０】
本実施例による処理装置１のガス供給系は以上のような構成であり、原料ガスであるＴｉＣｌ４とＮＨ３とを交互に繰り返して処理容器２に供給することにより、処理容器２内の加熱されたウェハ３上にＴｉＮ膜を形成する。原料ガスを供給する際には、キャリアガスとしてＮ２も同時に処理容器２内に供給される。
【００３１】
次に、本実施例による処理装置１の排気系について説明する。
【００３２】
本実施例において、処理容器２内に供給された原料ガス及びキャリアガスは、処理容器２の上部に接続された高真空ポンプであるターボモレキュラポンプ６により排気される。処理装置の天井部をなす容器壁には排気開口２ｃが設けられ、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａがゲートバルブＶ７を介して処理容器の排気開口２ｃに接続される。したがって、処理容器２内の処理ガスは、処理容器２の排気開口２ｃ及びゲートバルブＶ７を介してターボモレキュラポンプ６に吸引され、後段のフォアバルブＶ６を通じて更にドライポンプ７に吸引される。ドライポンプ７に吸引された処理ガスは、除害装置（図示せず）等を介して外部に排気される。フォアバルブＶ６及びゲートバルブＶ７の開閉は制御装置１０により制御される。
【００３３】
また、処理容器２の上部には、処理容器２内の圧力が高い状態での排気用に排気口２ｂが設けられる。排気口２ｂは、ターボモレキュラポンプ６をバイパスして開閉弁Ｖ５を介してドライポンプ７に接続されており、排気口２ｂから処理容器２内のガスをドライポンプ７により直接排気することもできる。開閉弁Ｖ５の開閉は制御装置１０により制御される。
【００３４】
以上のように、本実施では、ウェハ３（載置台４）の真上に大きな排気開口２ｃが設けられ、排気開口２ｃに大きな径のターボモレキュラポンプ６が接続されている。処理ガスの給気系は処理容器２の底部をなす容器壁に設けられているため、処理容器２の上部に大きな排気開口２ｃを形成することができる。したがって大きな径の真空ポンプ、すなわち、大きな吸気口を有するターボモレキュラポンプ６を接続することができる。排気開口２ｃを大きな径とすることは、短時間で処理容器２内を分子流領域の高真空度にするために有効である。
【００３５】
図２は処理容器２とターボモレキュラポンプ６との接続構造を示す断面図である。図２に示すように、処理容器２の天井をなす容器壁に排気開口２ｃが形成され、排気開口２ｃの周囲にフランジ２ｄが形成される。ゲートバルブＶ７は、本実施例ではバタフライバルブとしているが、弁体が水平移動するようなバルブであってもよい。ゲートバルブＶ７は、処理容器２のフランジ２ｄとターボモレキュラポンプ６のフランジ６ｂとの間に配置され、複数のボルト８により固定される。ゲートバルブＶ７とフランジ２ｄ及び６ｂの各々との間には、気密性を確保するためにＯリング９が配置される。
【００３６】
ここで、処理ガスの供給口２ａを処理容器２の底部に設けたことにより、処理容器２上部（天井部分）全体を排気開口用に利用することが可能となり、大きな開口面積の排気開口２ｃを設けることができる。したがって、処理容器２の上側に排気速度の大きい大きな径のターボモレキュラポンプ６を接続することができ、処理ガスの排気を迅速に短時間で行なうことができる。
【００３７】
処理容器２の排気開口２ｃの径は、排気コンダクタンスをなるべく大きくするためには、処理容器２の排気開口２ｃの径を、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａの径に等しくするか又はそれより大きくすることが好ましい。同様に、ゲートバルブＶ７の開口径も、ターボモレキュラポンプ６の吸気口６ａの径に等しくするか又はそれより大きくすることが好ましい。
【００３８】
本実施例では、ターボモレキュラポンプ６と処理容器２との間に設けるゲートバルブＶ７をバタフライバルブとしているが、弁体が水平移動するようなゲートバルブを用いることもできる。この場合、バタフライバルブのように弁体の移動のための空間を確保する必要がないため、排気すべき容積をより一層小さくすることができる。
【００３９】
次に、処理装置１により行なわれる処理の一例について、図３乃至図５を参照しながら説明する。図３は処理装置１により行なわれる処理のフローチャートである。図４は処理中の各開閉弁の動作状態を示す図であり、図５は処理中の各工程における処理ガスの流量と時間を示す図である。
【００４０】
まず、ステップＳ１において被処理基板であるウェハ３を処理容器２内に搬入し、ステップＳ２においてウェハ３をサセプタ４に載置する。続いて、処理容器２内を２００Ｐａ程度の圧力とし、ステップＳ３においてサセプタ４に組み込まれた電気ヒータ５によりサセプタ４を加熱し、ウェハ３を４００℃程度の温度とする。
【００４１】
次に、ステップＳ４において、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４を開き、原料ガスとしてＴｉＣｌ４を３０ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＮ２を２００ｓｃｃｍの流量で、供給口２ａから処理容器２に供給し、ウェハ３の表面にＴｉＣｌ４を吸着させる。ステップＳ４におけるＴｉＣｌ４の供給時間は約１秒間である。その後、ステップＳ５において、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４を閉じてＴｉＣｌ４及びＮ２の供給を停止し、処理容器２をターボモレキュラポンプ６及びドライポンプ６により真空引きして、処理容器２内からＴｉＣｌ４及びＮ２を排気する。この真空引きに要する時間は、本実施例では大きな径のターボモレキュラポンプ６を用いているため非常に短時間でよく、本実施例では約１秒である。
【００４２】
ＴｉＣｌ４の排気が終了すると、ステップＳ６において開閉弁Ｖ２、Ｖ３，Ｖ４を開き、原料ガスとしてＮＨ３を８００ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＮ２を２００ｓｃｃｍの流量で処理容器２内に供給する。これにより、ウェハ３上に吸着されたＴｉＣｌ４とＮＨ３とを反応させ、ウェハ３上にＴｉＮを生成する。次に、ステップＳ７において開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を閉じてＮＨ３及びＮ２の供給を停止し、処理容器２をターボモレキュラポンプ６及びドライポンプ７により真空引きして、処理容器２内からＮＨ３及びＮ２を排気する。この真空引きに要する時間も、本実施例では大きな径のターボモレキュラポンプ６を用いているため非常に短時間でよく、本実施例では約１秒である。
【００４３】
ステップＳ７の処理が終了すると、ステップＳ８において、ステップＳ４からステップＳ７までの処理が所定回数（例えば２００回）行なわれたかを判断する。所定回数に達しない場合は、処理はステップＳ４に戻り、ステップＳ４からステップＳ７までの処理を繰り返し行う。所定回数に達すると、処理はステップＳ９に進み、ウェハ３をサセプタから離間させ、続くステップＳ１０においてウェハ３を処理容器２から搬出する。
【００４４】
以上の処理の各工程における開閉弁Ｖ１〜Ｖ６及びゲートバルブＶ７の動作は、図４に示されている。図４において○は弁が開いていることを示し、×は弁が閉じていることを示す。また、以上の処理の各工程における原料ガス及びキャリアガスの流量は、図５に示されている。本実施例では、Ｎ２の供給系統が２系統設けられており、Ｎ２を２００ｓｃｃｍの流量で供給する場合は、各系統で１００ｓｃｃｍづつ供給する。
【００４５】
上述の処理において、ステップＳ５およびＳ７における排気工程は、約１秒間程度で十分であり、非常に短時間で排気が完了する。このため、ステップＳ４からＳ８までの処理を多数回繰り返し行うことによりウェハ３上のＴｉＮの膜厚を所定の厚みとする処理を行なっても、全体の処理時間に対して排気工程に要する時間を低減することができ、ＴｉＮ膜の生成処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４６】
このように、本実施例による処理装置１によれば、２種類の原料ガスを交互に供給して薄膜を形成する際に、原料ガスの供給切り替えを高速で行うことができ、基板処理を高スループットで行うことができる。原料ガスの種類は上述の例では２種類であったが、２種類以上の複数種類のガスを用いて交代に１種類ずつ供給するような処理に本実施例による処理装置１を用いることもできる。
【００４７】
上述の例では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３によるＴｉＮ膜を生成しているが、以下のような原料ガスの組み合わせも可能である。
【００４８】
例えば、ＴｉＮ膜やＴｉＳｉＮ膜を生成する場合、Ｔｉ含有ガスとして、ＴｉＦ４，ＴｉＢｒ４，ＴｉＩ４，Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４（ＴＥＭＡＴ），Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４（ＴＤＭＡＴ），Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４（ＴＤＥＡＴ）等を用い、窒化水素ガスとして、Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。また、ＴａＮ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＳｉＮ膜を生成する場合は、Ｔａ含有ガスとして、ＴａＦ５，ＴａＣｌ５，ＴａＢｒ５，ＴａＩ５，Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］３（ＴＢＴＤＥＴ），Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３等を用い、窒化水素ガスとして、ＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。また、ＷＮ膜やＷＳｉＮ膜を生成する場合は、Ｗ含有ガスとして、ＷＦ６やＷ（ＣＯ）６等を用い、窒化水素ガスとして、ＮＨ３，Ｎ２Ｈ４，ＮＨ（ＣＨ３）２，Ｎ２Ｈ３（ＣＨ３）等を用い、シリコン含有ガスとして、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｈ６等を用いる。
【００４９】
なお、キャリアガスとして、Ｎ２以外にＨｅ，Ａｒ等を用いることとしてもよい。
【００５０】
次に、上述の複数種類の原料ガスの交互供給による成膜以外の処理に、本発明による処理装置を適用した例について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の一実施例による処理装置が組み込まれたクラスタツールの概略構成図である。
【００５１】
図６に示すクラスタツール２０は、基板（半導体ウェハ）に対してＣｕ膜を形成するための一連の処理を行う装置である。クラスタツール２０は、カセットボックス２１と、ガス抜き処理装置２２と、プレクリーンエッチトモジュール（ＰＣＥＭ）２３と、第１の処理装置２４と、第２の処理装置２５と、搬送室２６とを有する。カセットボックス２１と、ガス抜き処理装置２２と、ＰＣＥＭ２３と、第１の処理装置２４と、第２の処理装置２５とは、夫々ゲートバルブ２７Ａ〜２７Ｅを介して搬送室２６に接続される。ゲートバルブ２７Ａ〜２７Ｅは、対応する処理容器に対する基板の搬入・搬出時に開けられる。
【００５２】
搬送室２６には搬送ロボット等の基板搬送機構２６ａが設けられる。基板搬送機構２６ａは、各処理容器で基板に処理が順次行われるように、ガス抜き処理装置２２、ＰＣＥＭ２３、第１の処理装置２４、第２の処理装置２５の順で、外部からカセットボックス２１に供給された基板を順次搬送する。
【００５３】
カセットボックス２１には、複数の基板（ウェハ）が外部から供給され、クラスタツール２０内の雰囲気（真空）と外部雰囲気（大気圧）とを切り替える。カセットボックス２１に供給された基板は、ゲートバルブ２７Ａを通じて基板搬送機構２６ａにより一枚ずつ取り出され、ガス抜き処理装置２２に供給される。ガス抜き処理装置２２では、基板表面に付着したガスを除去する処理が行われる。
【００５４】
ガス抜き処理が終了すると、基板はガス抜き処理装置２２からＰＣＥＭ２３へと基板搬送機構２６ａにより搬送される。ＰＣＥＭ２３では、プラズマ処理により基板表面を清浄化する。ＰＣＥＭ２３での処理が終了すると、表面が清浄化された基板は基板搬送機構２６ａによりＰＣＥＭ２３から第１の処理装置２４へと搬送される。
【００５５】
第１の処理装置２４は、基板の表面にバリアメタル膜を形成する処理を行うための処理容器である。例えば、第１の処理装置２４内では、ＣＶＤやＡＬＤを用いて薄膜の形成が行われる。基板上にバリアメタル膜の形成が終了すると、基板はゲートバルブ２７Ｄを通じて取り出され、基板搬送機構２６ａにより第２の処理装置２５へと搬送される。
【００５６】
第２の処理装置２５内では、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりバリアメタル膜の上にＣｕ膜を形成する処理が行われる。Ｃｕ膜が形成された基板は、基板搬送機構２６ａによりカセットボックス２１に戻された後、装置外部へと移送される。
【００５７】
以上のような構成のクラスタツール２０において、搬送室２６内の圧力は、雰囲気の清浄化を維持するために高真空度に維持され、且つ接続されている処理容器の中で、真空度が高い処理容器の圧力と同等な真空度に維持される。本実施例では、第２の処理装置２５において行われるＰＶＤによるＣｕ膜の生成処理が、１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａ程度の真空度を必要とするので、搬送室２６内も１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａ程度の真空度に維持される。
【００５８】
ここで、ガス抜き処理装置２２において基板の熱処理を行なう際は、Ｎ２やＡｒ等の不活性ガスをガス抜き処理装置２２に導入する。したがって、熱処理した基板をガス抜き処理装置２２から次の工程を行なうＰＣＥＭ２３に移動する際に、ガス抜き処理装置２２内を搬送室２６内の真空度１０−６Ｐａ〜１０−４Ｐａにしなければならず、不活性ガスを迅速に排気して高真空とする必要がある。したがって、ガス抜き処理装置２２を本発明による処理装置としておけば、迅速かつ短時間にガス抜き処理装置２２内を高真空度にすることができ、基板の移動に要する時間を短縮することができる。
【００５９】
また、第１の処理装置２４における処理は、ＣＶＤによるバリアメタル膜の生成処理であり、処理時の圧力は比較的低真空度の雰囲気で行われる。例えば、バリアメタル膜がＴｉＮ膜である場合、処理圧力は例えば４００Ｐａ程度である。すなわち、４００Ｐａの圧力に維持した第１の処理容器４内の基板に対して、原料ガスとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３とを供給することで、基板上にＴｉＮ膜を生成する。原料ガスを供給する際は、キャリアガス又はパージガスとして例えばＮ２も第１の処理装置２４に供給される。
【００６０】
上述のようなバリアメタル膜生成処理により表面にバリアメタル膜が生成された基板は、第１の処理装置２４から第２の処理装置２５へと基板搬送機構２６ａにより搬送される。第１の処理装置２４内での処理が終了した時点では、第１の処理容器内は４００Ｐａ程度の低真空度である。したがって、処理が終了した基板を搬出して次の基板を搬入するためにゲートバルブ２７Ｄを開く前に、第１の処理装置２４内の圧力を４００Ｐａの低真空度から搬送室２６内の圧力である１０−４程度の高真空度にしなければならない。この際に、第１の処理装置２４を本発明による処理装置としておけば、迅速かつ短時間に第１の処理装置２４内を高真空度にすることができ、基板の移動に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
上述のクラスタツール２０では、第１の処理装置２４にてＴｉＮ膜を生成し、第２の処理装置２５にてＣｕ膜を生成する一連の処理を行っているが、本発明による処理装置を適用可能なクラスタツールあるいは処理装置を、他の様々な処理を行なう処理装置に適用することにより、排気時間を短縮して処理時間を短縮することができる。例えば、低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）をエッチングしてビア孔を形成し、ビア孔の内面にバリア膜を形成し、その上にＣｕ膜を形成する一連の処理に適用することができる。また、基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成し、これにアニール処理を施すという一連の処理にも適用することができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、処理容器からの処理ガスの排気に要する時間を短縮して処理ガスの切り替え時間を短縮することができ、処理全体に要する時間を短縮してスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による処理装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】処理容器とターボモレキュラポンプとの接続構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す処理装置により行なわれる処理のフローチャートである。
【図４】処理中の各開閉弁の動作状態を示す図である。
【図５】処理中の各工程における処理ガスの流量と時間を示す図である。
【図６】本発明による処理装置が組み込まれたクラスタツールの全体構成図である。
【符号の説明】
１ 処理装置
２ 処理容器
２ａ 供給口
２ｂ 排気口
２ｃ 排気開口
２ｄ フランジ
３ ウェハ
４ サセプタ
５ 電気ヒータ
６ ターボモレキュラポンプ
６ａ 吸気口
６ｂ フランジ
７ ドライポンプ
８ ボルト
９ Ｏリング
１０ 制御装置
１２Ａ ＴｉＣｌ４の供給源
１２Ｂ ＮＨ３の供給源
１２Ｃ，１２Ｄ Ｎ２の供給源
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２０ クラスタツール
２１ カセットボックス
２２ ガス抜き処理装置
２３ プレクリーンエッチトモジュール（ＰＣＥＭ）
２４ 第１の処理装置
２５ 第２の処理装置
２６搬送室
２６ａ 基板搬送機構
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅ ゲートバルブ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６ 開閉弁
Ｖ７ ゲートバルブ
Claims (9)
- 被処理基体に対してガスを供給しながら処理を行なう処理装置であって、
被処理基体を収容する処理容器と、
該処理容器内に配置された該被処理基体の被処理面に対向する容器壁に設けられた排気開口と、
該処理容器の該排気開口に接続された吸気口を有する真空ポンプと
を有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記排気開口が設けられた容器壁とは異なる容器壁にガスの供給口が設けられたことを特徴とする処理装置。 - 請求項２記載の処理装置であって、
前記供給口は、前記排気開口が設けられた容器壁に対向する容器壁に設けられたことを特徴とする処理装置。 - 請求項３記載の処理装置であって、
前記排気開口は前記処理容器の天井をなす容器壁に設けられ、前記供給口は前記処理容器の底面をなす容器壁に設けられたことを特徴とする処理装置。 - 請求項４記載の処理装置であって、
前記真空ポンプは、吸入口を前記排気開口に向けた状態で、前記処理容器に取り付けられることを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記排気開口の径は、前記真空ポンプの吸気口の径に等しいか大きいことを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記真空ポンプは、開閉弁を介して前記処理容器に取り付けられることを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記処理装置に対して複数種類のガスを交互に供給する手段を有することを特徴とする処理装置。 - 請求項１記載の処理装置であって、
前記真空ポンプは、分子流領域の高真空度を発生する真空ポンプであることを特徴とする処理装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003056182A JP2004263265A (ja) | 2003-03-03 | 2003-03-03 | 処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| JP2004263265A true JP2004263265A (ja) | 2004-09-24 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006332139A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法およびコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体 |
| WO2007148760A1 (ja) * | 2006-06-21 | 2007-12-27 | Tokyo Electron Limited | ＴａＳｉＮ膜の成膜方法 |
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-
2003
- 2003-03-03 JP JP2003056182A patent/JP2004263265A/ja active Pending
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| KR101011867B1 (ko) | 2006-06-21 | 2011-01-31 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | ＴａＳｉＮ막의 성막 방법 |
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