JP2005019739A - 被処理体の搬送方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】雰囲気の汚染を高度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた高清浄度の処理室4A、4Bと、雰囲気の汚染を中程度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた中清浄度の処理室4C、4Dと、両処理室に対してそれぞれゲートバルブを介して連通及び遮断可能に接続され、内部に被処理体を搬送する搬送機構を有する共通搬送室6とを有する処理装置内にて被処理体を搬送する搬送方法において、共通搬送室と高清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、高清浄度の処理室内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに高く設定し、共通搬送室と中清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、中清浄度の処理室内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに低く設定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばクラスタツール型の処理装置内の被処理体の搬送方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの製造工程にあっては、半導体ウエハに各種の処理、例えばドライエッチング、スパッタリング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等が複数回繰り返し行なわれるが、最近にあっては、処理の効率化を図るために上述したような処理の内、同種或いは異種の処理を施す処理室を複数個集合させて結合し、1つの処理が終了した半導体ウエハを大気に晒すことなくこれに次の処理を連続的に施すことができるようにした、いわゆるクラスタツール型の処理装置が注目されている。
【0003】
この種の装置は、例えば特許文献1に開示されているように例えば25枚のウエハを収容できるカセットを外部との間で搬出入するカセットロードロックと、カセット中のウエハを1枚ずつ内部に取り込んだり、処理済みのウエハをカセット内に収容するバッファロボットを有するバッファ室と、バッファ室に連接された前/後処理室と、この前/後処理室に連接されて内部に搬送ロボットを有する共通搬送室と、この共通搬送室に連接された複数の処理室とにより主に構成されている。そして、バッファロボットによりカセットから移送された未処理ウエハは、前/後処理室にて例えば予備加熱等の前処理がなされた後に共通搬送室内の搬送ロボットにより処理室に移載される。また、処理室間の移載はこの搬送ロボットにより行なわれ、処理済みのウエハは前述したと逆の経路をたどって、カセット内に収容されることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種の装置において、上記各室間でウエハを移動させる場合、例えば共通搬送室と処理室との間でウエハを移動して受け渡しする場合には、これらの各室内に非常に僅かに残留する各種のガスやパーティクルがウエハ搬送のために連通された室間を移動し、このためにウエハに対してクロスコンタミネーション等の汚染が発生する場合がある。
このため、ウエハ搬送時にこのクロスコンタミネーション等の汚染の発生を防止する目的で、特許文献2や特許文献3に示すように、各室間の圧力調整を予め行って、連通した時に常に一方向のみに雰囲気が流れるようにして、汚染源となるガスやパーティクルが意図した方向に対して逆方向に流れ込まないようにした技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平3−19252号公報
【特許文献2】
特開平4−100222号公報
【特許文献3】
特開平7−211761号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近にあっては、ウエハに対する処理時にはその雰囲気の汚染を高度に嫌う処理、例えば物理的蒸着処理(Physical Vapor Deposition)(以下、PVDとも称す)を行う処理室とウエハに対する処理時にはその雰囲気の汚染を中程度に嫌う処理、例えば化学的蒸着処理(Chemical Vapor Deposition)(以下、CVDとも称す)を行う処理室とを上記したクラスタツール型の処理装置に共通に接続し、上記した2つの処理を連続して行うようにした一連の処理工程も提案されている。
【0007】
この場合、上記PVD処理室は、到達圧力(ベースプレッシャー)を他の種類の処理室と比較してかなり低くし、且つ処理室内の雰囲気の汚染も高度に避けなければならないが、上述したようなウエハの搬送方法ではこのPVD処理を行う処理室に、CVD処理を行う処理室内の残留ガスやパーティクル、CVD処理後の高温状態にあるウエハ等より発生した汚染源となるガス(アウトガスを含む)やパーティクル等が共通搬送室を介して侵入する場合がある、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、被処理体に対して所定の処理を行う時に雰囲気の汚染を高度に嫌う処理を行う処理室の汚染を確実に防止することが可能な被処理体の搬送方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、被処理体に対して所定の処理を行う際に雰囲気の汚染を高度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた高清浄度の処理室と、被処理体に対して所定の処理を行う際に雰囲気の汚染を中程度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた中清浄度の処理室と、前記高清浄度及び中清浄度の処理室に対してそれぞれゲートバルブを介して連通及び遮断可能に接続されると共に、内部に前記被処理体を搬送する搬送機構を有する共通搬送室とを有する処理装置内にて前記被処理体を搬送する搬送方法において、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室と前記高清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、前記高清浄度の処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなっている状態に設定されており、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室と前記中清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、前記中清浄度の処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなっている状態に設定されていることを特徴とする被処理体の搬送方法である。
【0009】
このように、雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度の処理室と共通搬送室とを連通する際には、連通する直前に高清浄度の処理室内の圧力が僅かに高くなるような状態にしているので、両室の連通時には高清浄度の処理室内の雰囲気は共通搬送室内の方へ流れることになり、また雰囲気の汚染を中程度に嫌う中清浄度の処理室と共通搬送室とを連通する際には、連通する直前に中清浄度の処理室内の圧力が僅かに低くなるような状態にしたので、両室の連通時には共通搬送室内の雰囲気は中清浄度の処理室内の方向に流れることになり、結果的に、中清浄度の処理室内や共通搬送室内の汚染源となるガスやパーティクルが上記高清浄度の処理室内に侵入することを防止することができる。
【0010】
この場合、例えば請求項2に規定するように、前記高清浄度の処理室と、前記中清浄度の処理室と、前記共通搬送室とが全て同時に連通された状態にはなされない。
また例えば請求項3に規定するように、前記高清浄度及び中清浄度の処理室の内の少なくともいずれか一方は、複数設けられている。
また例えば請求項4に規定するように、前記高清浄度の処理室は物理的蒸着処理を行い、前記中清浄度の処理室は化学的蒸着処理を行う。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る被処理体の搬送方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明の被処理体の搬送方法を実施するための処理装置の一例を示す概略平面図、図2は本発明方法を実施するための圧力関係を示すタイミングチャートである。
図1に示すように、この処理装置2は、複数、例えば4つの処理室4A、4B、4C、4Dと、略六角形状の共通搬送室6と、ロードロック機能を有する第1及び第2ロードロック室8A、8Bとを主に有している。具体的には、略六角形状の上記共通搬送室6の4辺に上記各処理室4が接合され、他側の2つの辺に、上記第1及び第2ロードロック室8A、8Bがそれぞれ接合される。
【0012】
上記共通搬送室6と上記4つの各処理室4A〜4Dとの間及び上記共通搬送室6と上記第1及び第2ロードロック室8A、8Bとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブGが介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室6内と連通可能になされている。また、上記第1及び第2各ロードロック室8A、8Bの他方にもそれぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブGが介在されており、図示しない大気側の搬送室やカセット室からウエハWを搬出入できるようになっている。
【0013】
上記4つの処理室4A〜4D内には、それぞれ被処理体としての半導体ウエハを載置するサセプタ12A、12B、12C、12Dが設けられており、被処理体である半導体ウエハWに対して同種の、或いは異種の処理を施すようになっている。そして、この共通搬送室6内においては、上記2つの各ロードロック室8A、8B及び4つの各処理室4A〜4Dにアクセスできる位置に、屈伸、昇降及び旋回可能になされた多関節アームよりなる搬送機構14が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる2つのピックB1、B2を有しており、一度に2枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記搬送機構14として1つのみのピックを有しているものも用いることができる。
【0014】
ここで上記処理室4A〜4Dには、この内部にArガスやN2 ガス等の不活性ガスを含む所定の処理ガスを供給するガス供給系16A、16B、16C、16Dがそれぞれ接続されると共に、室内の雰囲気を真空排気するための真空排気系18A、18B、18C、18Dがそれぞれ接続される。また同時に、共通搬送室6と第1及び第2ロードロック室8A、8Bにも、ArガスやN2 ガス等の不活性ガスを供給するガス供給系22A、24A、26Aがそれぞれ接続されると共に、内部の雰囲気を真空排気するための真空排気系22B、24B、26Bがそれぞれ接続されている。更には、各処理室4A〜4D、共通搬送室6及び第1、第2ロードロック室8A、8Bには、それらの内部圧力を検出するための圧力計Pがそれぞれ設けられている。
【0015】
ここで、4つの処理室4A〜4Dの内、例えば2つの処理室4A、4Bは、被処理体である半導体ウエハWに対して雰囲気の汚染を高度に嫌う処理を行う高清浄度の処理室であり、これに対して、他の処理室4C、4Dは、被処理体である半導体ウエハWに対して雰囲気の汚染を中程度に嫌う処理を行う中清浄度の処理室である。ここで”高清浄度”や”中清浄度”とは、絶対的な清浄度を示すものではなく、単に両者間における相対的な清浄度の程度を示すものである。ここでは高清浄度の処理としては、例えば1×10−7Torr(1.33×10−5Pa)以下の到達圧力が要求されるPVD処理が対応し、中清浄度の処理としては、例えば1×10−3Torr(1.33×10−1Pa)程度の到達圧力が要求されるCVD処理が対応し、それぞれ処理室4A、4BではTiやCu等をスパッタ成膜するPVD処理が行われ、処理室4C、4DではTaN、WN、W、TiN等を成膜するCVD処理が行われる。ここで、上記処理室4A、4Bの真空排気系18A、18Bには、上記したような高真空を実現するために、ドライポンプやターボ分子ポンプ(図示せず)の他に、クライオポンプ30がそれぞれ併設されている。また各室のガスの給排や各室の圧力制御は、この処理装置2の全体の動作を制御する図示しない主制御部のコントロールにより行われる。
【0016】
次に、以上のように構成された処理装置2に基づいて行われる本発明方法について説明する。
ここでは本発明の理解を容易にするために、高清浄度の処理室である処理室4A、4Bは、共にTi膜をPVD処理により成膜し、中清浄度の処理室である処理室4C、4Dは、共にTiN膜をCVD処理により成膜してバリヤ膜を形成する場合を例にとって説明する。尚、PVD処理は、処理ガスとしては一般的にはプラズマの形成に必要なArガス等の不活性ガスであって汚染を拡大させる恐れがほとんど存在しないのに対して、CVD処理では汚染を拡大する源となる各種の原料ガスが用いられる。本発明の重要な点は、ウエハWの搬送時において、高清浄度の処理室4A、4B内におけるクロスコンタミネーションの発生を防ぐために、高清浄度の処理室4A、4B内の雰囲気は共通搬送室6側へ流すようにし、共通搬送室6内の雰囲気は中清浄度の処理室4C、4D側へ流すようにした点である。
【0017】
すなわち、まず大気側に位置された半導体ウエハWは、第1及び第2ロードロック室8A、8Bの内のいずれか一方のロードロック室を介してこの処理室2内へ取り込まれ、このウエハWは共通搬送室6内の搬送機構14を旋回及び屈伸動作させることによって共通搬送室6内に導入される。
この共通搬送室6内へ導入されたウエハWは、まずTi膜をPVD処理により成膜するために高清浄度の処理室4A、4Bの内のいずれか一方の処理室、例えば処理室4A内へ導入され、すでにTi膜の成膜処理が完了しているウエハWと入れ替える。そして、Ti膜の成膜がすでに完了したウエハWは、次に中清浄度の処理室4C、4Dの内のいずれか一方の処理室、例えば処理室4C内へ導入され、すでにTiN膜の成膜処理が完了しているウエハWを入れ替える。
【0018】
このようにして、Ti膜及びTiN膜の連続処理が完了したウエハWは、第1及び第2ロードロック室8A、8Bの内のいずれか一方のロードロック室を介して外へ搬送され、これと同時に、未処理のウエハWが前述したように取り込まれることになる。そして、上記したような一連の動作が順次、繰り返し行われることになる。ここで共通搬送室6に臨ませて取り付けられる6個のゲートバルブGは、同時に2以上開状態になされる場合はなく、いずれか1つのゲートバルブGが開状態の時には、他の5個のゲートバルブGは必ず閉状態になされている。
【0019】
次に、図2を参照して上記した一連の動作中の高清浄度の処理室4A内と中清浄度の処理室4C内の圧力変化の一例について説明する。
図2(A)は処理室4A内の圧力変化を示し、図2(B)は処理室4C内の圧力変化を示す。この時、共通搬送室6内は常時真空引きされており、例えば略200mTorr(27Pa)程度の圧力を一定に維持しているものとする。また、Ti膜をPVD処理により成膜する時のプロセス圧力は、例えば10mTorr(1Pa)とし、TiN膜をCVD処理により成膜する時のプロセス圧力は、例えば100mTorr(13Pa)とする。尚、上記両プロセス時間は、説明の都合上、略同一であると仮定する。
【0020】
まず図2(A)に示すように、高清浄度の処理室4A内で所定のプロセス圧力の下でPVD処理によりTi膜を成膜したならば、この処理室4A内の雰囲気を不活性ガスでパージして排気した後に、ArガスやN2 ガスの不活性ガスをこの処理室4A内に導入して、期間t1に示すようにこの処理室4A内の圧力調整を行い、この圧力を共通搬送室6内の圧力よりも僅かな圧力、例えば50mTorr(7Pa)程度高くなるように例えば250mTorr(33Pa)に設定する。
上記動作と並行して、図2(B)に示すように、中清浄度の処理室4C内で所定のプロセス圧力の下でCVDによりTiN膜を成膜したならば、この処理室4C内の雰囲気を不活性ガスでパージして排気した後に、ArガスやN2 ガスの不活性ガスをこの処理室4C内に導入して、期間t2に示すようにこの処理室4C内の圧力調整を行い、この圧力を共通搬送室6内の圧力よりも僅かな圧力、例えば50mTorr(7Pa)程度低くなるように例えば150mTorr(20Pa)に設定する。
【0021】
さて、上述したような圧力関係になったならば、図2(A)に示すように、まず処理室4AのゲートバルブGを開状態として、搬送機構14を用いてTi膜の成膜処理済みのウエハWを共通搬送室6内へ取り込む。尚、この時、未処理のウエハを処理室4Aへ同時に搬入して両ウエハを入れ替える。この時、この処理室4A内の圧力は、共通搬送室6内の圧力よりも僅かな圧力(50mTorr)だけ高く維持されているので、処理室4A内の雰囲気は共通搬送室6側に流れ込むことになり、処理室4A内へは、パーティクルや汚染源となるガスが入り込むことはなく、クロスコンタミネーション等が発生することを防止できる。このように、処理室4Aに対するウエハの入れ替えが完了したならば、この処理室4AのゲートバルブGを閉状態とする。
【0022】
次に、図2(B)に示すように、他方の処理室4CのゲートバルブGを開状態として搬送機構14を用いてTi膜の成膜処理済みのウエハWを処理室4C内へ搬入する。尚、この時、処理室4C内のTiN膜の成膜処理済みのウエハを共通搬送室6内へ同時に取り込んで両ウエハを入れ替える。この時、この処理室4C内の圧力は、共通搬送室6内の圧力よりも僅かな圧力(50mTorr)だけ低く維持されているので、共通搬送室6内の雰囲気は処理室4C側へ流れ込むことになり、共通搬送室6内へはパーティクルや汚染源となるガスが入り込むことはない。さらに処理室4Cは僅かな圧力だけ低く維持されるよう不活性ガスが導入され続けているので、処理室内のパーティクルやガスはより効率的に排気される。
このように処理室4Cに対するウエハの入れ替えが完了したならば、この処理室4CのゲートバルブGを閉状態とする。尚、このTi膜及びTiN膜が連続成膜されたウエハWは、前述したように、第1或いは第2ロードロック室8A、8Bを介して大気側へ搬出されることになる。
【0023】
以上のようにして、一連の動作が連続して行われることになり、この間、高清浄度の処理室4A、4Bはそれぞれ空いている方が選択的に用いられ、また、中清浄度の処理室4C、4Dもそれぞれ空いている方が選択的に用いられることになる。
この結果、高清浄度の処理室4A、4Bに対するウエハWの搬入搬出(入れ替え)の際は、これらの処理室4A、4B内の雰囲気は、常に共通搬送室6側へ流れるようにし、また、中清浄度の処理室4C、4Dに対するウエハWの搬入搬出(入れ替え)の際は、共通搬送室6内の雰囲気は常にこれらの処理室4C、4D側へ流れるようにしているので、高清浄度の処理室4A、4B内に汚染源となるガスやパーティクルが侵入することを確実に防止することができる。また、高清浄度の処理室が特にPVD処理室である場合には、上記の如く、原料ガスが使われないため、共通搬送室6の雰囲気が処理室4C、4Dに流れても、これら処理室が汚染されることもない。
【0024】
また各処理室4A〜4Dの容量に対して容量の大きな共通搬送室6内の内圧は、略一定に維持したままこの圧力を変更させる必要はないので、その分、圧力調整が迅速に行われるので、スループットを低下させることもない。
また上記実施例における各圧力値は単に一例を示したに過ぎず、先に説明した数値に限定されない。例えば共通搬送室6内に対する各処理室4A、4B及び4C、4Dの圧力差は、それぞれ+10〜+200mTorr程度或いは−10〜−200mTorr程度の範囲内でもよい。また処理室4C、4Dにおいては共通搬送室6より圧力が低ければよいので、期間t2における圧力調整をせず、ArガスやN2 ガスの不活性ガスを導入しなくてもよい。
【0025】
更に、ここでは高清浄度の処理室と中清浄度の処理室を、共に2つずつ設けたが、それぞれ少なくとも1つ設けるようにすればよく、その設置個数は、各処理の時間を考慮して最適なスループットが得られるように設定される。
また処理室4A、4Bにおいていは高い到達圧力が要求させるため、クライオポンプ30が使用されているが、これに代えてターボ分子ポンプの吸気口側にクライオパネルを設けても良い。この際、このクライオポンプの温度は、100〜110°K程度に設定して置く。このようにすれば、処理室から排気される気体分子のうち、水蒸気のみがクライオパネルにトラップされ、ArガスやN2 ガスはターボポンプにより排気される。
【0026】
このため、クライオポンプのようなため込み式ポンプ(全ての気体をトラップする)に比し、リジェネレーション(トラップされた気体を昇温して排気させること)の回数を低減させることが可能となり、装置の稼働効率を上げることが出来る。特に本願思想のように、処理室内の圧力を250mTorrに維持するよう、不活性ガスを流し続ける場合には、クライオパネルを使用することが好ましい。
【0027】
また成膜処理の態様としては、Ti膜とTiN膜の組み合わせに限定されず、前述したようにPVD処理(高清浄度の処理室)によるCu膜の成膜とCVD処理(中清浄度の処理室)によるTaN膜、WN膜、W膜の成膜等の組み合わせによりバリヤ膜を形成する場合にも本発明を適用し得る。
更には、高清浄度の処理室による処理としては、Arガスだけのプラズマによりエッチング処理を行う、いわゆるソフトエッチング処理(PCEM:プリクリーンエッチングモジュール)を挙げることができ、また中清浄度の処理室による処理としては、ALD(Atomic Layer Deposition)処理、RTP(Rapid Thermal Processing)等を挙げることができる。
また、搬送される被処理体としては半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等の場合にも本発明を適用することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の被処理体の搬送方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度の処理室と共通搬送室とを連通する際には、連通する直前に高清浄度の処理室内の圧力が僅かに高くなるような状態にしているので、両室の連通時には高清浄度の処理室内の雰囲気は共通搬送室内の方へ流れることになり、また雰囲気の汚染を中程度に嫌う中清浄度の処理室と共通搬送室とを連通する際には、連通する直前に中清浄度の処理室内の圧力が僅かに低くなるような状態にしたので、両室の連通時には共通搬送室内の雰囲気は中清浄度の処理室内の方向に流れることになり、結果的に、中清浄度の処理室内や共通搬送室内の汚染源となるガスやパーティクルが上記高清浄度の処理室内に侵入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の被処理体の搬送方法を実施するための処理装置の一例を示す概略平面図である。
【図2】本発明方法を実施するための圧力関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
2 処理装置
4A,4B,4C,4D 処理室
6 共通搬送室
8A,8B ロードロック室
14 搬送機構
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (4)
- 被処理体に対して所定の処理を行う際に雰囲気の汚染を高度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた高清浄度の処理室と、
被処理体に対して所定の処理を行う際に雰囲気の汚染を中程度に嫌う処理を行うための真空引き可能になされた中清浄度の処理室と、
前記高清浄度及び中清浄度の処理室に対してそれぞれゲートバルブを介して連通及び遮断可能に接続されると共に、内部に前記被処理体を搬送する搬送機構を有する共通搬送室とを有する処理装置内にて前記被処理体を搬送する搬送方法において、
前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室と前記高清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、前記高清浄度の処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなっている状態に設定されており、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室と前記中清浄度の処理室とを連通する際には連通する直前に、前記中清浄度の処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなっている状態に設定されていることを特徴とする被処理体の搬送方法。 - 前記高清浄度の処理室と、前記中清浄度の処理室と、前記共通搬送室とが全て同時に連通された状態にはなされないことを特徴とする請求項1記載の被処理体の搬送方法。
- 前記高清浄度及び中清浄度の処理室の内の少なくともいずれか一方は、複数設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の被処理体の搬送方法。
- 前記高清浄度の処理室は物理的蒸着処理を行い、前記中清浄度の処理室は化学的蒸着処理を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の被処理体の搬送方法。
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