JP2005150124A - 半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被処理基板上への異物付着を防止することを目的とする。
【解決手段】 各処理チャンバー内へ流量制御可能な不活性ガスを導入する際に、不活性ガスの流量を流量計により測定すると共に、処理チャンバー以内へ流すガスの流量と処理チャンバーの圧力値を演算器２０にて演算し、雰囲気の安定化・浮遊異物の排出に必要な適切なプロセス時間（パージ時間）を設定することができるため、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで被処理基板上への異物付着を防止することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 各処理チャンバー内へ流量制御可能な不活性ガスを導入する際に、不活性ガスの流量を流量計により測定すると共に、処理チャンバー以内へ流すガスの流量と処理チャンバーの圧力値を演算器２０にて演算し、雰囲気の安定化・浮遊異物の排出に必要な適切なプロセス時間（パージ時間）を設定することができるため、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで被処理基板上への異物付着を防止することができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体製造装置における被処理基板上に付着する異物の防止に関するものである。
半導体製造装置において、被処理基板上に付着した異物は、プロセス処理によって異物検査装置で検出しにくくなるため、しばしば加工不良の原因となっていた。従来の異物付着防止技術においては、ガス導入部や排気位置の工夫、プロセス処理中の一時的なガスパージが主流であった。
例えば、プラズマエッチング処理後の１部分においてプロセスガスの供給のみ停止し、高周波電圧を印加したままパージガスの導入を行い、浮遊異物を排出しようとするプラズマパージを行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２７４１４０号公報
しかしながら、従来の技術は、ドライエッチング、薄膜形成等高周波電源を用いたプラズマ装置においてＲＦの印加を切る時に生じる過渡現象から発生する異物を抑制する方法であり、製造装置内部の雰囲気に存在する異物が被処理基板上に付着することを完全に防止することはできないという問題点があった。
上記問題点を解決するために、半導体製造装置は、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで被処理基板上への異物付着を防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体製造装置は、ガス流量を調整しながらガスを流すための第１の流量計および圧力を測定するための第１の圧力計を備え半導体基板を処理する１つ以上の処理チャンバーと、ガス流量を調整しながらガスを流すための第２の流量計および圧力を測定するための第２の圧力計を備え、これらの処理チャンバーに半導体基板を搬出入できる共通搬送チャンバーと、ガス流量を調整しながらガスを流すための第３の流量計および圧力を測定するための第３の圧力計を備え、前記共通搬送チャンバーに接続されて外部との間で半導体基板を搬出入させるためのロードロックチャンバーと、前記ガス流量と前記圧力よりプロセス時間を算出する演算器とを有し、前記ガス流量，各チャンバー内の圧力およびプロセス時間を調整することにより、被処理基板への異物付着を防止することを特徴とする。
請求項２記載の半導体製造装置は、ガス流量を調整しながらガスを流すための第１の流量計および圧力を測定するための第１の圧力計を備え、半導体基板を連続処理する処理チャンバーと、ガス流量を調整しながらガスを流すための第３の流量計および圧力を測定するための第３の圧力計を備え、前記共通搬送チャンバーに接続されて外部との間で半導体基板を搬出入させるためのロードロックチャンバーと、前記ガス流量と前記圧力よりプロセス時間を算出する演算器とを有し、前記ガス流量，各チャンバー内の圧力およびプロセス時間を調整することにより、被処理基板への異物付着を防止することを特徴とする。
請求項３記載の半導体製造装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体製造装置において、前記演算器で演算するガス流量および圧力が処理チャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする。
請求項４記載の半導体製造装置は、請求項１記載の半導体製造装置において、前記演算器で演算するガス流量および圧力が前記処理チャンバー，前記共通搬送チャンバーおよび前記ロードロックチャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする。
請求項５記載の半導体製造装置は、請求項２記載の半導体製造装置において、前記演算器で演算するガス流量および圧力が前記処理チャンバーおよび前記ロードロックチャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする。
請求項６記載の半導体製造装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体製造装置において、前記ガスが不活性ガスであることを特徴とする。
請求項７記載の半導体製造装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体製造装置において、各チャンバーが圧力制御弁を有し、前記演算器にてプロセス時間を算出する際に、前記ガス流量と前記圧力に加えて前記圧力制御弁の開度を演算することを特徴とする。
以上により、被処理基板上への異物付着を防止することができる。
各処理チャンバー内へ流量制御可能な不活性ガスを導入する際に、不活性ガスの流量を流量計により測定すると共に、処理チャンバー以内へ流すガスの流量と処理チャンバーの圧力値を演算器にて演算し、雰囲気の安定化・浮遊異物の排出に必要な適切なプロセス時間（パージ時間）を設定することができるため、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで被処理基板上への異物付着を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の薄膜形成時に使用する平行平板プラズマＣＶＤ装置の概略図である。この平行平板プラズマＣＶＤ装置はロードロックチャンバー１とロードロックチャンバー１に接続された共通搬送チャンバー２と、この共通搬送チャンバー２に接続された１つ以上の処理チャンバー３から構成されている。ロードロックチャンバー１と共通搬送チャンバー２との間には第一ゲートバルブ１８、共通搬送チャンバー２と処理チャンバー３との間には第二ゲートバルブ１９が設けられており、半導体基板のチャンバー間での受け渡し時にこの各ゲートバルブの開閉を行う。各チャンバーには真空に保つための真空ポンプが圧力制御弁１０，１１，１２を介して接続されている。本発明に関しては、説明上不要なので割愛している。ロードロックチャンバー１、共通搬送チャンバー２、処理チャンバー３の各チャンバーには、ガス流量を調整しながら不活性ガスをチャンバーに流すための流量計４，５，６とチャンバー内の圧力測定を行うための圧力計７，８，９が設けられている。流量計４，５，６の流量信号の出力を分岐させ、一方を装置の制御ボード（図示せず）への入力などへ接続され、もう一方を演算器２０側へ入力する。圧力計については、出力の一方を演算器２０側へ入力する。出力をもう一方備えている場合は、やはり装置の制御ボード（図示せず）への入力などへ接続される。
図１は本発明の薄膜形成時に使用する平行平板プラズマＣＶＤ装置の概略図である。この平行平板プラズマＣＶＤ装置はロードロックチャンバー１とロードロックチャンバー１に接続された共通搬送チャンバー２と、この共通搬送チャンバー２に接続された１つ以上の処理チャンバー３から構成されている。ロードロックチャンバー１と共通搬送チャンバー２との間には第一ゲートバルブ１８、共通搬送チャンバー２と処理チャンバー３との間には第二ゲートバルブ１９が設けられており、半導体基板のチャンバー間での受け渡し時にこの各ゲートバルブの開閉を行う。各チャンバーには真空に保つための真空ポンプが圧力制御弁１０，１１，１２を介して接続されている。本発明に関しては、説明上不要なので割愛している。ロードロックチャンバー１、共通搬送チャンバー２、処理チャンバー３の各チャンバーには、ガス流量を調整しながら不活性ガスをチャンバーに流すための流量計４，５，６とチャンバー内の圧力測定を行うための圧力計７，８，９が設けられている。流量計４，５，６の流量信号の出力を分岐させ、一方を装置の制御ボード（図示せず）への入力などへ接続され、もう一方を演算器２０側へ入力する。圧力計については、出力の一方を演算器２０側へ入力する。出力をもう一方備えている場合は、やはり装置の制御ボード（図示せず）への入力などへ接続される。
演算器２０は各流量計・圧力計の出力をもとに、プロセス時間（雰囲気の安定時間・異物排出時間）の算出を行う。演算器においては、頻繁に変化するプロセス処理中の、未反応ガスの置換・プラズマ反応により形成された粒子の系外排出に必要な時間が算出される。算出された値は設備の処理時間に反映されるので、不活性ガスを流入してから異物を処理できる時間経ってから処理チャンバー内移動を行うことにより、処理チャンバー３内の被処理基板１３は異物の付着が起こらず、かつ最適な時間条件下で処理される。
各チャンバーには常に流量計４，５，６を通してアルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを導入する。これにより、被処理基板１３表面上には未反応物質、残留ガスの滞留が発生せず、各圧力制御弁を介して接続された真空ポンプにより排出される。チャンバーには不活性ガスが導入され粘性流領域であるため、不活性ガスと異物が散乱していても、その平均自由行程は短くなり真空ポンプ、圧力制御弁からの逆流が無くなり異物のチャンバーへの進入が不可能となる。
以上のように、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで半導体装置内に存在する異物を効率的に排除し、異物の被処理基板上への付着を防止する。
本発明のより具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図２は実施例１における薄膜形成時に使用する平行平板プラズマＣＶＤ装置の概略図、図３は流量，圧力と異物を排出するのに必要な時間の関係を表わす図である。
図２は実施例１における薄膜形成時に使用する平行平板プラズマＣＶＤ装置の概略図、図３は流量，圧力と異物を排出するのに必要な時間の関係を表わす図である。
この平行平板プラズマＣＶＤ装置はロードロックチャンバー２０１とロードロックチャンバー２０１に接続された共通搬送チャンバー２０２と、この共通搬送チャンバー２０２に接続された１つ以上の処理チャンバー２０３から構成されている。ロードロックチャンバー２０１と共通搬送チャンバー２０２との間には第一ゲートバルブ２１８、共通搬送チャンバー２０２と処理チャンバー２０３との間には第二ゲートバルブ２１９が設けられており、半導体基板のチャンバー間での受け渡し時に各ゲートバルブの開閉を行う。各チャンバーには真空に保つための真空ポンプが圧力制御弁２１２を介して接続されている。本発明に関しては説明上不要なので割愛している。ロードロックチャンバー２０１、共通搬送チャンバー２０２、処理チャンバー２０３の各チャンバーには、不活性ガスをチャンバーに流すための流量計２０４，２０５，２０６とチャンバー内の圧力測定を行うための圧力計２０７，２０８，２０９が設けられている。各チャンバーに流すガスとして不活性ガスとして一般的な窒素を用いる。この実施例では、ロードロックチャンバー２０１（実施例では待機室）と共通搬送チャンバー２０２（実施例では搬送室）の流量を、流量計２０４により１０００ｓｃｃｍになるように制御しチャンバーに流す。処理チャンバー２０３（実施例では反応室）は任意とした。ロードロックチャンバー２０１から共通搬送チャンバー２０２へ被処理基板２１４を搬送する時は、第一ゲートバルブ２１８を開ける前に流量計２０５により、流量を１０００ｓｃｃｍ（各処理チャンバーが同一流量）となるように制御し、その後、第一ゲートバルブ２１８を開け被処理基板２１４を搬送すると、被処理基板の基板面内から基板外方向へ不活性ガスの流れを形成することにより、異物が侵入できない状態をつくるため、異物数が最も少なくなる。
次に、各処理チャンバーの圧力であるが、ロードロックチャンバー２０１と共通搬送チャンバー２０２は、圧力が圧力計２０７，２０８により３００Ｐａになるように流量計２０４，２０５を介して不活性ガスを各チャンバーへ流し、圧力が一定となるようにする。処理チャンバー２０３の圧力は任意とした。この時、従来同様、共通搬送チャンバー２０２から処理チャンバー２０３へ被処理基板２１３の搬送時点、第二ゲートバルブ２１９を開ける前に共通搬送チャンバー２０２と処理チャンバー２０３の圧力が２６６Ｐａ（各チャンバーに圧力差のない状態）となるように流量計２０５，２０６を介して不活性ガス流量を調整すると最も異物数が少なくなる。
処理チャンバー２０３への不活性ガスの流量とチャンバー圧力は、演算器２２０へ入力し、これらの値から被処理基板２１３上へ付着する原因となる処理チャンバー２０３内存在異物を排出するための最適な時間を計算することができる。０．１６ｕｐ以上の異物が処理チャンバー２０３内に存在する状態を形成し、計数器を用いて各流量と圧力における処理チャンバー内異物数が１個以下となる時間を計測した結果を図３に示す。流量の変化では１０００ｓｃｃｍで最も時間が短くなり、１０００ｓｃｃｍより低い流量もしくは高い流量方向へ行くに従って時間が増加する傾向、圧力の変化では、３００Ｐａで最も時間が短くなり、３００Ｐａより低い圧力もしくは高い圧力へ行くに従って時間が増加する傾向となった。この結果を判定パターンもしくは判定式として演算器に登録することで、あらゆる状況下での最適な異物排出時間を導出できる。この結果を、処理ステップ時間に反映させることで、不活性ガスを流入してから異物を処理できる時間経ってから処理チャンバー内移動を行うことにより、被処理基板を処理中に処理チャンバー内移動を行っても異物付着は起こらない。また、チャンバー内の搬送時点においても異物排出に必要な時間が導出されるため、導出された時間分の待ち時間の後に搬送動作が行われる。よって、異物が被処理基板２１３に付着することはない。
以上のように、プロセス全体を通して常に時間・流量・圧力の制御を行うことで被処理基板上への異物付着を防止することができる。
実施例１においては処理チャンバー内２０３のみ流量と圧力を演算器側へ入力しているが、最良の形態に示すようにロードロックチャンバー２０１や共通搬送チャンバー２０２の流量と圧力においても演算器側へ入力するとよい。例えば、共通搬送チャンバー２０２と処理チャンバー２０３のどちらも反応室として連続しているような場合には、双方の流量値と圧力値は任意の値をとるため、演算器による最適時間設定がより重要となるからである。
実施例１においては処理チャンバー内２０３のみ流量と圧力を演算器側へ入力しているが、最良の形態に示すようにロードロックチャンバー２０１や共通搬送チャンバー２０２の流量と圧力においても演算器側へ入力するとよい。例えば、共通搬送チャンバー２０２と処理チャンバー２０３のどちらも反応室として連続しているような場合には、双方の流量値と圧力値は任意の値をとるため、演算器による最適時間設定がより重要となるからである。
図４は実施例２における薄膜形成時に使用する平行平板プラズマＣＶＤ装置の概略図であり、生産性を向上させるために、処理チャンバーは連続型の処理チャンバーを搭載し、連続成膜を可能にしている。また、ロードロックと処理チャンバー間に共通搬送チャンバーを介して半導体基板を受け渡しするのが一般的であるが、本願発明の実施例２では直接必要としないため割愛した。共通搬送チャンバーを有する装置に対しても期待される効果は同様である。
図４における平行平板プラズマＣＶＤ装置は、ロードロックチャンバー４０１とロードロックチャンバー４０１に接続された１つ以上の処理チャンバー４０３から構成されている。ロードロックチャンバー４０１、処理チャンバー４０３の各チャンバーには、不活性ガスをチャンバーに流すための流量計４０４，４０６とチャンバー内の圧力測定を行うための圧力計４０７，４０９が設けられている。流量計４０４，４０６の流量信号は出力を分岐され、一方を他の装置へ、もう一方を演算器４２１側へ入力される。圧力計についても、出力の一方を他の装置へ、もう一方を演算器４２１側へ入力する。この処理チャンバー４０３は、連続処理型チャンバーであるため、一枚以上の半導体基板を処理できる構造となっている。ロードロックチャンバー４０１と処理チャンバー４０３との間には第一ゲートバルブ４０２が設けられており、半導体基板のチャンバー間での受け渡し時開閉を行う。各チャンバーには真空に保つための真空ポンプが圧力制御弁４１２を介して接続されている。処理チャンバー４０３内においては、処理チャンバー４０３内の隣接した各ステージで所望のプロセスが実行されるようになっている。この実施例では各処理位置でのプロセスを同一のもので行った。処理位置４１８上で処理の終了した被処理基板を次の処理位置４１９上に移動する時、演算器４２１に入力された流量と圧力をもとに処理チャンバー内の異物が排出される時間（移動までの待ち時間にあたる）が装置制御部に転送される。実施の例では流量１５００ｓｃｃｍで、圧力が３００Ｐａで実施しており、この時の時間は自動的に５秒となるように設定している。この時間が経過、すなわち異物排出が完了すると同時に被処理基板が次の処理位置４１８（もしくは４１８から４１９への移動も同様）へ搬送される。異物排出が完全に実行されているから移動の際に被処理基板上へ異物の付着は起こらない。
実施例１、実施例２で、さらに圧力制御弁の開度を加えることでより精度が向上する。 例えば、ポンプのつまりなどにより排気性能が変化する（低下する）場合、それに連動して圧力制御弁の開度も変化（開く方向）する。この関係を利用し、圧力制御弁位置ごとに異物数の変化を判定パターンもしくは判定式として登録しておく。図５はそのイメージ図で、流量・圧力・圧力制御弁開度のマトリックス中に設定時間が入っているものとして表現でき、流量・圧力・圧力制御弁開度の状態値から時間が抽出されるものと理解すればよい。つまり、ｆｌｏｗが流量、ｐｒｅｓｓｕｒｅが圧力、ｔｈｒｏｔｔｌｅが制御弁開度を表し、（ｆｌｏｗ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｒｏｔｔｌｅ）が異物排出に必要な時間に対応している。図３の内容に制御弁開度を追加し、判定モデルをパラメーターとして表したもので、このような判定モデルを使い最適な時間を設定する。Ｔｈｒｏｔｔｌｅを固定して、ｆｌｏｗ，ｐｒｅｓｓｕｒｅを変えたのがＮ、Ｍ通りで、Ｔｈｒｏｔｔｌｅを変えたのがＱ通りとしている。
以上の説明では、平行平板プラズマＣＶＤ装置を用いて説明したが、半導体産業のＣＶＤ、ＰＶＤ、ドライエッチング装置等の様々な半導体製造装置に用いることができる。
加工中・搬送中に処理チャンバー空間内に発生する異物を、被処理基板上に付着させず、また効果的に系外へ排出する手法であり、半導体産業のＣＶＤ、ＰＶＤ、ドライエッチング装置等において利用できる有用な技術である。
１ ロードロックチャンバー
２ 共通搬送チャンバー
３ 処理チャンバー
４ 流量計
５ 流量計
６ 流量計
７ 圧力計
８ 圧力計
９ 圧力計
１０ 圧力制御弁
１１ 圧力制御弁
１２ 圧力制御弁
１３ 被処理基板
１８ ゲートバルブ
１９ ゲートバルブ
２０ 演算器
２０１ ロードロックチャンバー
２０２ 共通搬送チャンバー
２０３ 処理チャンバー
２０４ 流量計
２０５ 流量計
２０６ 流量計
２０７ 圧力計
２０８ 圧力計
２０９ 圧力計
２１２ 圧力制御弁
２１３ 被処理基板
２１４ 被処理基板
２１８ ゲートバルブ
２１９ ゲートバルブ
２２０ 演算器
４０１ ロードロックチャンバー
４０２ ゲートバルブ
４０３ 処理チャンバー
４０４ 流量計
４０６ 流量計
４０７ 圧力計
４０９ 圧力計
４１２ 圧力制御弁
４１３ 被処理基板
４１４ 被処理基板
４１８ 処理位置
４１９ 処理位置
４２１ 演算器
２ 共通搬送チャンバー
３ 処理チャンバー
４ 流量計
５ 流量計
６ 流量計
７ 圧力計
８ 圧力計
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１０ 圧力制御弁
１１ 圧力制御弁
１２ 圧力制御弁
１３ 被処理基板
１８ ゲートバルブ
１９ ゲートバルブ
２０ 演算器
２０１ ロードロックチャンバー
２０２ 共通搬送チャンバー
２０３ 処理チャンバー
２０４ 流量計
２０５ 流量計
２０６ 流量計
２０７ 圧力計
２０８ 圧力計
２０９ 圧力計
２１２ 圧力制御弁
２１３ 被処理基板
２１４ 被処理基板
２１８ ゲートバルブ
２１９ ゲートバルブ
２２０ 演算器
４０１ ロードロックチャンバー
４０２ ゲートバルブ
４０３ 処理チャンバー
４０４ 流量計
４０６ 流量計
４０７ 圧力計
４０９ 圧力計
４１２ 圧力制御弁
４１３ 被処理基板
４１４ 被処理基板
４１８ 処理位置
４１９ 処理位置
４２１ 演算器
Claims (7)
- ガス流量を調整しながらガスを流すための第１の流量計および圧力を測定するための第１の圧力計を備え、半導体基板を処理する１つ以上の処理チャンバーと、
ガス流量を調整しながらガスを流すための第２の流量計および圧力を測定するための第２の圧力計を備え、これらの処理チャンバーに半導体基板を搬出入できる共通搬送チャンバーと、
ガス流量を調整しながらガスを流すための第３の流量計および圧力を測定するための第３の圧力計を備え、前記共通搬送チャンバーに接続されて外部との間で半導体基板を搬出入させるためのロードロックチャンバーと、
前記ガス流量と前記圧力よりプロセス時間を算出する演算器と
を有し、前記ガス流量，各チャンバー内の圧力およびプロセス時間を調整することにより、被処理基板への異物付着を防止することを特徴とする半導体製造装置。 - ガス流量を調整しながらガスを流すための第１の流量計および圧力を測定するための第１の圧力計を備え、半導体基板を連続処理する処理チャンバーと、
ガス流量を調整しながらガスを流すための第３の流量計および圧力を測定するための第３の圧力計を備え、前記共通搬送チャンバーに接続されて外部との間で半導体基板を搬出入させるためのロードロックチャンバーと、
前記ガス流量と前記圧力よりプロセス時間を算出する演算器と
を有し、前記ガス流量，各チャンバー内の圧力およびプロセス時間を調整することにより、被処理基板への異物付着を防止することを特徴とする半導体製造装置。 - 前記演算器で演算するガス流量および圧力が処理チャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体製造装置。
- 前記演算器で演算するガス流量および圧力が前記処理チャンバー，前記共通搬送チャンバーおよび前記ロードロックチャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
- 前記演算器で演算するガス流量および圧力が前記処理チャンバーおよび前記ロードロックチャンバーで測定されたガス流量および圧力であることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
- 前記ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体製造装置。
- 各チャンバーが圧力制御弁を有し、前記演算器にてプロセス時間を算出する際に、前記ガス流量と前記圧力に加えて前記圧力制御弁の開度を演算することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体製造装置。
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