JP2005264321A - Film-forming method and film-forming apparatus - Google Patents

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JP2005264321A JP2004353809A JP2004353809A JP2005264321A JP 2005264321 A JP2005264321 A JP 2005264321A JP 2004353809 A JP2004353809 A JP 2004353809A JP 2004353809 A JP2004353809 A JP 2004353809A JP 2005264321 A JP2005264321 A JP 2005264321A
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Daiki Imamura
大樹 今村
Tomoya Tanaka
知哉 田中
Masunori Takamori
益教 高森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film-forming method which reduces defect density in a formed film, by inhibiting an organic foreign matter from contaminating a film-forming chamber during film formation. <P>SOLUTION: This film-forming apparatus comprises: a load lock 12 for placing a cassette 11 which holds a wafer 10; the film-forming chamber 17 for forming the thin film on the wafer 10; and an arm 15 for transporting the wafer 10 to the film-forming chamber 17 from the load lock 12. The load lock 12 has a mass spectrometer 14 for measuring a partial pressure of the organic matter in an atmosphere in the load lock arranged therein. The film-forming method comprises the steps of: at first, discharging an atmospheric gas existing in the load lock 12 having the cassette 11 of holding the wafer 10 arranged therein, till the partial pressure of the organic matter in the atmosphere in the load lock 12 becomes 7.5×10<SP>-5</SP>mTorr or lower; transporting the wafer 10 to the film-forming chamber 17; and forming the thin film on the wafer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の金属膜として用いられる薄膜及び絶縁膜として用いられる薄膜の成膜方法および成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film used as a metal film of a semiconductor device and a film forming method and a film forming apparatus for a thin film used as an insulating film.

近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴って、半導体内の配線の微細化、薄膜化が著しい。そのため、配線抵抗の低減やストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション向上等を課題に掲げているものもある(例えば、特許文献1参照)。一方、薄膜形成技術には、有機汚染が原因で薄膜形成不良が生じるという課題があり、前記有機汚染の低減が急務である。   In recent years, along with higher integration, higher functionality, and higher speed of semiconductor integrated circuit devices, wiring in semiconductors has become increasingly finer and thinner. For this reason, there are cases where reduction of wiring resistance, stress migration, improvement of electromigration, and the like are raised (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, the thin film formation technique has a problem that a thin film formation defect occurs due to organic contamination, and reduction of the organic contamination is an urgent need.

以下図面を参照しながら従来の成膜方法及び成膜装置の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a conventional film forming method and film forming apparatus will be described with reference to the drawings.

図5は従来の成膜方法及び成膜チャンバの概要を示す図である。図6は成膜装置全体の概要を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an outline of a conventional film forming method and film forming chamber. FIG. 6 is a diagram showing an outline of the entire film forming apparatus.

図5において、マグネトロンスパッタチャンバ51内部の上部にアルミニウム合金ターゲット52が取り付けられている。配線用金属薄膜を形成するために半導体基板であるウェハ54をマグネトロンスパッタチャンバ51内部にアルミニウム合金ターゲット52に対向するように設置している。   In FIG. 5, an aluminum alloy target 52 is attached to the upper part inside the magnetron sputtering chamber 51. In order to form a metal thin film for wiring, a wafer 54 which is a semiconductor substrate is placed inside the magnetron sputtering chamber 51 so as to face the aluminum alloy target 52.

また、フランジ55は、マグネトロンスパッタチャンバ51と残留ガス分析装置であるRGA装置53とを接続する。このRGA装置53は、マグネトロンスパッタチャンバ51内部の不純物や不純物ガス圧を評価するものである。   The flange 55 connects the magnetron sputtering chamber 51 and the RGA device 53 that is a residual gas analyzer. The RGA device 53 is for evaluating impurities and impurity gas pressure inside the magnetron sputtering chamber 51.

次に、図6において、PEEK材から形成されているPEEKカセット61は、スパッタ処理前及び処理後のウェハ54を保持している。高真空に保たれたマグネトロンスパッタチャンバ51に大気中からウェハ54を搬送するためにロードロック62の真空引きを真空ポンプ64で行う。なお、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)は、優れた耐薬品性、耐熱性に加え、高強度な樹脂である。元々、テフロン(登録商標)カセットを使用していたが、帯電性の問題が有りPP(ポリプロピレン)カセットが用いられていた。しかしPPは耐熱性に問題があり、現在はPEEKカセットを用いている。   Next, in FIG. 6, a PEEK cassette 61 formed of a PEEK material holds wafers 54 before and after the sputtering process. A vacuum pump 64 is used to evacuate the load lock 62 in order to transport the wafer 54 from the atmosphere to the magnetron sputtering chamber 51 maintained at a high vacuum. PEEK (polyetheretherketone) is a high-strength resin in addition to excellent chemical resistance and heat resistance. Originally, a Teflon (registered trademark) cassette was used, but there was a problem of charging property, and a PP (polypropylene) cassette was used. However, PP has a problem in heat resistance and currently uses a PEEK cassette.

以上のように構成された成膜方法及び成膜装置について説明する。   The film forming method and film forming apparatus configured as described above will be described.

まず、PEEKカセット61をロードロック62内に搬入し、真空ポンプ64により高真空になるまで真空引きし、ウェハ54をマグネトロンスパッタチャンバ51内へ搬送する。次に、ウェハ54上にスパッタリング法でアルミニウム合金からなる膜を形成する際、スパッタリング成膜中のアルゴンガス中に含有する窒素および酸素の、スパッタリングガス全体に対する分圧比が各々約51ppm以下、約11ppm以下になるように、RGA装置53を使用して制御して、アルミニウム合金からなる膜を形成する。あるいはウェハ54上のアルミニウム合金からなる膜中に含有する窒素、酸素、水素が、膜全体に対して各々約0.003原子%以下、約0.01原子%以下、約0.006原子%以下になるように制御して形成する。
特開2000−77359号公報
First, the PEEK cassette 61 is carried into the load lock 62 and evacuated to a high vacuum by the vacuum pump 64, and the wafer 54 is carried into the magnetron sputtering chamber 51. Next, when a film made of an aluminum alloy is formed on the wafer 54 by a sputtering method, the partial pressure ratio of nitrogen and oxygen contained in the argon gas in the sputtering film formation to the entire sputtering gas is about 51 ppm or less and about 11 ppm, respectively. A film made of an aluminum alloy is formed by controlling using the RGA device 53 as follows. Alternatively, the nitrogen, oxygen, and hydrogen contained in the aluminum alloy film on the wafer 54 are about 0.003 atomic% or less, about 0.01 atomic% or less, and about 0.006 atomic% or less, respectively, with respect to the entire film. It is formed so as to be controlled.
JP 2000-77359 A

従来の成膜方法及び成膜装置では、ロードロック内に有機成分が持ち込まれた場合に、成膜工程において成膜前のウェハまたは成膜処理後に形成された薄膜上に有機系異物が付着し、前記薄膜と前記有機系異物が反応し、薄膜が所望の膜と異なる物質に変化する。その結果、前記成膜工程後に実施するエッチング工程または洗浄工程において所望の薄膜除去が出来ずに、前記薄膜がメタル薄膜の場合は、配線不良やゲート形成不良が発生し、前記薄膜が絶縁膜の場合は配線間の絶縁不良を起こし欠陥密度が高くなってしまうという問題点を有していた。   In the conventional film forming method and film forming apparatus, when an organic component is brought into the load lock, organic foreign matters adhere to the wafer before film formation or the thin film formed after the film forming process in the film forming process. The thin film and the organic foreign matter react to change the thin film into a material different from the desired film. As a result, the desired thin film cannot be removed in the etching process or cleaning process performed after the film forming process, and when the thin film is a metal thin film, a wiring defect or a gate formation defect occurs, and the thin film is an insulating film. In such a case, there is a problem in that an insulation failure between wirings is caused and a defect density is increased.

したがって、本発明の目的は、成膜チャンバ外からの有機系異物の持ち込みによる汚染の低減、さらに半導体基板運搬カセットから発生する有機系異物を低減することができる成膜方法及び成膜装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of reducing contamination due to the introduction of organic foreign substances from outside the film forming chamber and further reducing organic foreign substances generated from the semiconductor substrate transport cassette. It is to be.

上記課題を解決する為に、本発明の請求項1記載の成膜方法は、ウェハを保持したカセットが設置されたロードロック内の雰囲気を排気する工程(a)と、前記工程(a)の後に前記ウェハを成膜チャンバに搬送する工程(b)と、前記工程(b)の後に前記ウェハ上に薄膜を成膜する工程(c)とを含み、前記工程(a)ではロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧が、前記ロードロックに前記カセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧になるまで排気を行う。   In order to solve the above problems, a film forming method according to claim 1 of the present invention includes a step (a) of exhausting an atmosphere in a load lock in which a cassette holding a wafer is installed, and the step (a). A step (b) of transferring the wafer to a film forming chamber later, and a step (c) of forming a thin film on the wafer after the step (b). Exhaust is performed until the partial pressure of the organic matter in the atmosphere becomes the partial pressure of the organic matter when exhausted without the cassette in the load lock.

請求項2記載の成膜方法は、請求項1記載の成膜方法において、前記カセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧は、7.5×10−5mTorr以下である。 The film forming method according to claim 2 is the film forming method according to claim 1, wherein the partial pressure of the organic substance when exhausted without the cassette is 7.5 × 10 −5 mTorr or less.

請求項3記載の成膜方法は、請求項1または2記載の成膜方法において、前記有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち、少なくとも1つを含む。   The film forming method according to claim 3 is the film forming method according to claim 1 or 2, wherein the organic component is cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1- At least one of hexanol, isopropenyl acetophene, glycol ester, and di-n-butyl phthalate (DBP) is included.

請求項4記載の成膜装置は、ウェハを保持したカセットを設置するためのロードロックと、前記ウェハ上に薄膜を形成するための成膜チャンバと、前記ロードロックから前記成膜チャンバへ前記ウェハを搬送するアームとを備え、前記ロードロックには前記ロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧を測定するための質量分析器が設置されている。   5. The film forming apparatus according to claim 4, wherein a load lock for installing a cassette holding a wafer, a film forming chamber for forming a thin film on the wafer, and the wafer from the load lock to the film forming chamber. And a mass analyzer for measuring a partial pressure of an organic substance in the atmosphere in the load lock.

請求項5記載の成膜装置は、請求項4記載の成膜装置において、前記ロードロックは、前記質量分析器にて測定した有機物の分圧が7.5×10−5mTorr以下になるまで真空引き可能とした。 The film forming apparatus according to claim 5 is the film forming apparatus according to claim 4, wherein the load lock is applied until the partial pressure of the organic substance measured by the mass analyzer is 7.5 × 10 −5 mTorr or less. Vacuum can be drawn.

請求項6記載の成膜装置は、請求項4または5記載の成膜装置において、前記カセットの材質は金属である。   The film forming apparatus according to claim 6 is the film forming apparatus according to claim 4 or 5, wherein the material of the cassette is metal.

請求項7記載の成膜装置は、請求項4,5または6記載の成膜装置において、前記有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち少なくとも1つを含む。   The film forming apparatus according to claim 7 is the film forming apparatus according to claim 4, wherein the organic component is cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl- At least one of 1-hexanol, isopropenyl acetophene, glycol ester and di-n-butyl phthalate (DBP).

本発明の請求項1記載の成膜方法によれば、工程(a)ではロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧が、ロードロックにカセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧になるまで排気を行うので、ロードロックで有機系異物を除去し、成膜室への有機系異物の持ち込みを防ぐことができる。これにより、常時ウェハ表面は有機系異物に暴露されていない状態に保たれるため、所望の薄膜を形成でき、欠陥密度を低減することができる。   According to the film forming method of the first aspect of the present invention, in the step (a), the partial pressure of the organic matter in the atmosphere in the load lock is the fraction of the organic matter when exhausted without the cassette in the load lock. Since the exhaust is performed until the pressure is reached, the organic foreign matter can be removed with a load lock, and the organic foreign matter can be prevented from being brought into the film formation chamber. Thereby, since the wafer surface is always kept in a state where it is not exposed to the organic foreign matter, a desired thin film can be formed and the defect density can be reduced.

請求項2では、請求項1記載の成膜方法において、カセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧は、7.5×10−5mTorr以下であるので、この圧力以下にすることが好ましい。 According to claim 2, in the film forming method according to claim 1, the partial pressure of the organic substance when exhausted without the cassette is 7.5 × 10 −5 mTorr or less. It is preferable.

請求項3では、請求項1または2記載の成膜方法において、有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち、少なくとも1つを含むことが有効である。   In Claim 3, In the film-forming method of Claim 1 or 2, the organic component is cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1-hexanol, isopropenyl acetophene. It is effective to contain at least one of glycol ester and di-n-butyl phthalate (DBP).

本発明の請求項4記載の成膜装置によれば、ロードロックにはロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧を測定するための質量分析器が設置されているので、ロードロック内の有機物の分圧が所定の圧力以下であるとき、ウェハを成膜チャンバに搬送することができる。これにより、成膜チャンバへの有機系異物の持ち込みを防ぐことができ、請求項1と同様の効果が得られる。   According to the film forming apparatus of claim 4 of the present invention, since the mass spectrometer for measuring the partial pressure of the organic substance in the atmosphere in the load lock is installed in the load lock, the organic substance in the load lock is provided. When the partial pressure is less than or equal to a predetermined pressure, the wafer can be transferred to the deposition chamber. Thereby, it is possible to prevent organic foreign substances from being brought into the film forming chamber, and the same effect as in the first aspect can be obtained.

請求項5では、請求項4記載の成膜装置において、ロードロックは、質量分析器にて測定した有機物の分圧が7.5×10−5mTorr以下になるまで真空引き可能とすることが好ましい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the film forming apparatus according to the fourth aspect, the load lock can be evacuated until the partial pressure of the organic substance measured by the mass analyzer is 7.5 × 10 −5 mTorr or less. preferable.

請求項6では、請求項4または5記載の成膜装置において、カセットの材質は金属であるので、有機系異物の発生を抑制することができる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the film forming apparatus according to the fourth or fifth aspect, since the material of the cassette is a metal, the generation of organic foreign matters can be suppressed.

請求項7では、請求項4,5または6記載の成膜装置において、有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち少なくとも1つを含むことが有効である。   According to claim 7, in the film forming apparatus according to claim 4, 5 or 6, the organic component is cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1-hexanol, isopropenyl. It is advantageous to include at least one of acetophene, glycol ester and di-n-butyl phthalate (DBP).

以下に本発明の実施の形態について図1〜図4に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態の成膜装置であって、スパッタリングによる膜堆積を様々な不純物ガスの存在下で行うためのコバルトスパッタリング装置の概略図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view of a cobalt sputtering apparatus for performing film deposition by sputtering in the presence of various impurity gases, which is a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、ウェハ10を保持したカセット11を設置するためのロードロック12と、ウェハ10上に薄膜を形成するための成膜チャンバ17と、ロードロック12から成膜チャンバ17へウェハ10を搬送するアーム15とを備えている。また、ロードロック12にはロードロック12内の雰囲気中の有機物の分圧を測定するためのQ−MASS(質量分析器)14が設置されている。   As shown in FIG. 1, a load lock 12 for installing a cassette 11 holding a wafer 10, a film forming chamber 17 for forming a thin film on the wafer 10, and a wafer from the load lock 12 to the film forming chamber 17. And an arm 15 for transporting 10. The load lock 12 is provided with a Q-MASS (mass analyzer) 14 for measuring the partial pressure of organic matter in the atmosphere in the load lock 12.

本実施の形態で使用するウェハ10は、直径8インチの円盤状のシリコン基板である。メタルカセット11は、ウェハ10を25枚程度収納することができる。ロードロック12は、搬送ポッドより移載したメタルカセット11を収納し、所望の圧力まで真空引きを可能とする。真空ポンプ13は、ロードロック12及び搬送チャンバ16及びウェハ成膜チャンバ17を真空にする。Q−MASS14は、ロードロック12に接続されロードロック12中の気体の有機成分分析を行い、ウェハ搬送制御を行う。ロボットアーム15は、搬送チャンバ16中にあり、ウェハ10を保持し、所望のユニットに搬送する。搬送チャンバ16は、ロードロック12と成膜チャンバ17間でロボットアーム15を使用し、ウェハ10の搬送を行う。成膜チャンバ17は、ウェハ10に所望の薄膜を堆積する。ロードロック12は大気開放可能で、装置外部よりウェハカセット11を搬入できる。またロードロック12、搬送チャンバ16、成膜チャンバ17間は、開閉可能なシャッターで真空分離されている。   The wafer 10 used in this embodiment is a disk-shaped silicon substrate having a diameter of 8 inches. The metal cassette 11 can store about 25 wafers 10. The load lock 12 accommodates the metal cassette 11 transferred from the transport pod, and enables vacuuming to a desired pressure. The vacuum pump 13 evacuates the load lock 12, the transfer chamber 16 and the wafer film forming chamber 17. The Q-MASS 14 is connected to the load lock 12 and analyzes the organic components of the gas in the load lock 12 to perform wafer transfer control. The robot arm 15 is in the transfer chamber 16 and holds the wafer 10 and transfers it to a desired unit. The transfer chamber 16 uses the robot arm 15 between the load lock 12 and the film forming chamber 17 to transfer the wafer 10. The film forming chamber 17 deposits a desired thin film on the wafer 10. The load lock 12 can be opened to the atmosphere, and the wafer cassette 11 can be loaded from outside the apparatus. Further, the load lock 12, the transfer chamber 16, and the film forming chamber 17 are vacuum-separated by an openable / closable shutter.

なお、本図は装置の概略を示すもので、真空ポンプ数、チャンバ数、配管経路等は簡略化して記載している。   In addition, this figure shows the outline of an apparatus, The vacuum pump number, the number of chambers, a piping path | route, etc. are simplified and described.

本発明者らは、種々の実験の結果、コバルトまたはその合金膜の形成不良による欠陥が、ロードロック内で発生している有機系異物に依存していることを見出した。本発明はこの知見に基づいて得られたものである。   As a result of various experiments, the present inventors have found that defects due to poor formation of cobalt or an alloy film thereof depend on organic foreign matters generated in the load lock. The present invention has been obtained based on this finding.

第一の実験として、図1の半導体製造装置を用いて、一般的に用いられている樹脂製カセットとしてPEEKカセットから発生している有機系異物の測定を行った。まず従来用いられていたPEEKカセットをロードロック12内に搬入し、真空ポンプ13により真空引きし、前記真空ポンプ13による真空引きを止めた状態で5分間の有機物の分圧(AMU50〜150)をQ−MASS14を用いて測定した。次にロードロック12にカセットを入れず、真空ポンプ13により真空引きし、前記真空ポンプ13による真空引きを止めた状態で5分間の有機物の分圧(AMU50〜150)をQ−MASS14を用いて測定した。これらの結果を図2に示す。図2より前記ロードロック12に前記PEEKカセットが入っている状態では、前記ロードロック12にPEEKカセットが入っていない状態に対して、有機物の分圧が上昇している。つまりPEEKカセットから少なくとも7.5×10−5mTorr以上の有機物の脱ガスが起こっていることがわかる。 As a first experiment, the organic foreign matter generated from the PEEK cassette as a generally used resin cassette was measured using the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. First, a conventionally used PEEK cassette is carried into the load lock 12, evacuated by the vacuum pump 13, and the partial pressure of organic matter (AMU 50 to 150) for 5 minutes with the vacuum pump 13 stopped. It measured using Q-MASS14. Next, the cassette is not put in the load lock 12 but evacuated by the vacuum pump 13, and the partial pressure of the organic matter (AMU 50 to 150) for 5 minutes is stopped using the Q-MASS 14 while the evacuation by the vacuum pump 13 is stopped. It was measured. These results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the state where the PEEK cassette is in the load lock 12, the partial pressure of the organic matter is higher than that in the state where the PEEK cassette is not in the load lock 12. That is, it can be seen that degassing of organic substances of at least 7.5 × 10 −5 mTorr or more occurs from the PEEK cassette.

以上の結果より、本発明の実施の形態は本装置のロードロック内を真空引きした際にカセットより発生する有機物の分圧が7.5×10−5mTorr以下であるときウェハを搬送可能とする形態である。 From the above results, according to the embodiment of the present invention, the wafer can be transferred when the partial pressure of the organic matter generated from the cassette is 7.5 × 10 −5 mTorr or less when the load lock of the apparatus is evacuated. It is a form to do.

第二の実験として、図1の半導体製造装置を用いて、PEEKカセットとメタルカセット11より発生している有機物量を測定した。第一のウェハ10を挿入したPEEKカセットをロードロック12内に搬入し、真空ポンプ13により真空引きし、その後、ロードロック12を大気圧に戻した後、第一のウェハ10の表面有機物の量を、IN−SITU質量分析器を用いて測定した。次に、第二のウェハ10を挿入したメタルカセット11をロードロック12内に搬入し、真空ポンプ13により真空引きし、その後、ロードロック12を大気圧に戻した後、第二のウェハ10の表面有機物付着量をIN−SITU質量分析器を用いて測定した。IN−SITU質量分析器を用いて測定した第一のウェハ10と第二のウェハ10の測定結果を図3に示す。   As a second experiment, the amount of organic matter generated from the PEEK cassette and the metal cassette 11 was measured using the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. The PEEK cassette into which the first wafer 10 is inserted is loaded into the load lock 12 and evacuated by the vacuum pump 13. After that, the load lock 12 is returned to the atmospheric pressure, and then the amount of surface organic matter on the first wafer 10. Was measured using an IN-SITU mass spectrometer. Next, the metal cassette 11 into which the second wafer 10 is inserted is loaded into the load lock 12 and evacuated by the vacuum pump 13. After that, the load lock 12 is returned to atmospheric pressure, The amount of surface organic matter attached was measured using an IN-SITU mass spectrometer. The measurement results of the first wafer 10 and the second wafer 10 measured using the IN-SITU mass spectrometer are shown in FIG.

図3より、PEEKカセットの表面より、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル、フタル酸ジ−n−ブチル(DBP)等の有機物質が脱ガスし、第一のウェハ10の表面に付着していることがわかる。一方メタルカセット11から第二のウェハ10への付着は、環状シロキサン(D3)、2−エチル−1−ヘキサノールは各々0.04ng/cm以下、環状シロキサン(D7、D8、D9、D11、D12)、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル、フタル酸ジ−n−ブチル(DBP)は各々0.01ng/cm以下に抑えられていることがわかる。 From FIG. 3, from the surface of the PEEK cassette, cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1-hexanol, isopropenylacetophene, glycol ester, di-n-butyl phthalate ( It can be seen that organic substances such as DBP) are degassed and adhere to the surface of the first wafer 10. On the other hand, adhesion from the metal cassette 11 to the second wafer 10 is 0.04 ng / cm 2 or less for cyclic siloxane (D3) and 2-ethyl-1-hexanol, respectively, and cyclic siloxane (D7, D8, D9, D11, D12). ), Isopropenyl acetophene, glycol ester, and di-n-butyl phthalate (DBP) are each suppressed to 0.01 ng / cm 2 or less.

有機物量の総量を比較すると、PEEKカセット使用時では約1.30ng/cmの有機物量が発生するのに対し、メタルカセット11使用時では約0.07ng/cmと、PEEKカセット使用時に対しメタルカセット11を用いた第二のウェハ10に付着する有機物量が大幅に低減されたことが分かる。 Comparing the total amount of organic matter, the amount of organic matter is about 1.30 ng / cm 2 when using the PEEK cassette, while it is about 0.07 ng / cm 2 when using the metal cassette 11, compared to when using the PEEK cassette. It can be seen that the amount of organic substances adhering to the second wafer 10 using the metal cassette 11 is greatly reduced.

上記第二の実験と同じ条件下でPEEKカセットを用いた場合と、メタルカセット11を用いた場合のトランジスタ欠陥密度の比較を行った。   A comparison was made between transistor defect densities when the PEEK cassette was used under the same conditions as in the second experiment and when the metal cassette 11 was used.

まずゲート長100nm程度のトランジスタゲートを形成した第三のウェハ10をPEEKカセットに挿入し、ロードロック12に搬入後、真空ポンプ13により真空排気を行う。その後、第三のウェハ10は搬送チャンバ16を経て、成膜チャンバ17内に搬送される。成膜チャンバ17内で第三のウェハ10は、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリングによりウェハ表面にコバルト膜を堆積される。その後、第三のウェハ10は、搬送チャンバ16を経由しロードロック12内のPEEKカセットに戻される。その後、第三のウェハ10は、トランジスタ形成及び、配線形成され、検査装置でトランジスタの欠陥密度を計測される。   First, the third wafer 10 on which a transistor gate having a gate length of about 100 nm is formed is inserted into a PEEK cassette, loaded into a load lock 12, and then evacuated by a vacuum pump 13. Thereafter, the third wafer 10 is transferred into the film forming chamber 17 through the transfer chamber 16. In the film forming chamber 17, the third wafer 10 has a cobalt film deposited on the wafer surface by sputtering in an argon gas atmosphere. Thereafter, the third wafer 10 is returned to the PEEK cassette in the load lock 12 via the transfer chamber 16. Thereafter, the third wafer 10 is subjected to transistor formation and wiring formation, and the defect density of the transistor is measured by an inspection apparatus.

次に第三のウェハ10と同じゲート長100nm程度のトランジスタゲートを形成した第四のウェハ10をメタルカセット11に挿入し、ロードロック12に搬入後、真空ポンプ13により真空排気を行う。その後、第四のウェハ10は、搬送チャンバ16を経て、成膜チャンバ17内に搬送される。成膜チャンバ17内で第四のウェハ10は第三のウェハ10と同一の条件でアルゴンガス雰囲気中でスパッタリングによりウェハ表面にコバルト膜を堆積される。その後、第四のウェハ10は搬送チャンバ16を経由しロードロック12内のメタルカセット11に戻される。その後、第四のウェハ10は第三のウェハ10と同一条件でトランジスタ形成及び、配線形成され、検査装置でトランジスタの欠陥密度を計測される。   Next, the fourth wafer 10 on which a transistor gate having a gate length of about 100 nm, which is the same as that of the third wafer 10, is inserted into the metal cassette 11, loaded into the load lock 12, and then evacuated by the vacuum pump 13. Thereafter, the fourth wafer 10 is transferred into the film forming chamber 17 through the transfer chamber 16. In the film forming chamber 17, the fourth wafer 10 has a cobalt film deposited on the wafer surface by sputtering in an argon gas atmosphere under the same conditions as the third wafer 10. Thereafter, the fourth wafer 10 is returned to the metal cassette 11 in the load lock 12 via the transfer chamber 16. Thereafter, the fourth wafer 10 is subjected to transistor formation and wiring formation under the same conditions as the third wafer 10, and the defect density of the transistor is measured by an inspection apparatus.

第三のウェハ10と第四のウェハ10の欠陥密度計測結果を図4に示す。この図より分かるように、PEEKカセットでは欠陥密度は0.26cm−2であるのに対してメタルカセット11では欠陥密度は0.12cm−2と約53.8%低減されている。この結果は、有機系異物がウェハ表面のコバルト膜と反応し、成膜形成不良を起こしたためトランジスタの欠陥が発生することを示しており、有機物パーティクル低減により所望の薄膜が形成された場合は欠陥密度が低減することを示している。 The defect density measurement results of the third wafer 10 and the fourth wafer 10 are shown in FIG. As can be seen from this figure, the defect density of the PEEK cassette is 0.26 cm −2 , whereas the defect density of the metal cassette 11 is 0.12 cm −2 , which is reduced by about 53.8%. This result shows that organic foreign substances react with the cobalt film on the wafer surface and cause film formation defects, resulting in transistor defects. If a desired thin film is formed by reducing organic particles, the defects are It shows that the density is reduced.

以上述べたように、メタルカセットを用いロードロックを真空状態にすれば、有機物コンタミネーションが0.07ng/cm以下へ低減されるため、欠陥密度の小さい半導体装置の製造が可能である。以上よりウェハ表面に付着している有機系異物の量が0.07ng/cm以下であることが本発明を実施する最良の形態である。 As described above, when a metal cassette is used and the load lock is brought into a vacuum state, organic contamination is reduced to 0.07 ng / cm 2 or less, and thus a semiconductor device with a low defect density can be manufactured. From the above, the best mode for carrying out the present invention is that the amount of organic foreign matter adhering to the wafer surface is 0.07 ng / cm 2 or less.

以上の実験結果より、本発明の実施の形態で用いる成膜方法及び成膜装置の最良の形態は、装置のロードロック12に真空引き可能なポンプ13を設置し、またロードロック12内にウェハ10を搬入するカセットにはメタルカセット11を用いている形態である。さらに、ロードロック12を真空引きした際の有機物の分圧を7.5×10−5mTorr以下になるまでウェハ10を成膜チャンバ17へと搬送されないように制御し、ウェハ表面に付着している有機系異物の量が0.07ng/cm以下にすることである。 From the above experimental results, in the best mode of the film forming method and film forming apparatus used in the embodiment of the present invention, a pump 13 that can be evacuated is installed in the load lock 12 of the apparatus, and the wafer in the load lock 12 In this embodiment, a metal cassette 11 is used as a cassette for loading 10. Further, the wafer 10 is controlled not to be transferred to the film forming chamber 17 until the partial pressure of the organic substance when the load lock 12 is evacuated becomes 7.5 × 10 −5 mTorr or less, and adheres to the wafer surface. The amount of the organic foreign matter is 0.07 ng / cm 2 or less.

以下本発明の実施の形態の成膜方法について、具体的に説明する。図1において、ウェハ10の入ったメタルカセット11をロードロック12に搬入し、前記ロードロック12内を真空ポンプ13で高真空状態にする。前記ロードロック12が高真空状態になるとQ−MASS14により前記ロードロック12内のガスの分圧が測定される。前記Q−MASS14の測定結果によりウェハ10はロボットアーム15により搬送チャンバ16へ搬送する。ロボットアーム15によって搬送チャンバ16へ搬送されたウェハ10は成膜チャンバ17へ搬送され、所望の薄膜が堆積される。   The film forming method according to the embodiment of the present invention will be specifically described below. In FIG. 1, a metal cassette 11 containing a wafer 10 is carried into a load lock 12, and the inside of the load lock 12 is brought into a high vacuum state by a vacuum pump 13. When the load lock 12 is in a high vacuum state, the partial pressure of the gas in the load lock 12 is measured by the Q-MASS 14. The wafer 10 is transferred to the transfer chamber 16 by the robot arm 15 according to the measurement result of the Q-MASS 14. The wafer 10 transferred to the transfer chamber 16 by the robot arm 15 is transferred to the film forming chamber 17 to deposit a desired thin film.

本実施の形態では、装置のロードロック12内を真空状態にした後、前記ロードロック12内の分圧をQ−MASS14により測定し、有機系コンタミネーションに当たるAMUの分圧が7.5×10−5mTorr以下になるまでロードロック12内の雰囲気を排気し、ウェハ10を成膜チャンバ17へと搬送されないように制御するものである。 In this embodiment, after the inside of the load lock 12 of the apparatus is evacuated, the partial pressure in the load lock 12 is measured by the Q-MASS 14, and the partial pressure of AMU corresponding to organic contamination is 7.5 × 10. The atmosphere in the load lock 12 is evacuated until −5 mTorr or less, and the wafer 10 is controlled not to be transferred to the film forming chamber 17.

なお、装置のロードロック内圧力を真空引きした際に、ウェハ運搬用カセットより発生する有機系コンタミネーションとなる脱ガスを防ぐため、メタルカセットを用いているが、ウェハ表面に付着する有機物コンタミネーション量0.07ng/cm以下の材料で形成されていれば、材質にこだわらない。 In order to prevent degassing, which is an organic contamination generated from the wafer transport cassette when the internal pressure of the load lock of the device is evacuated, a metal cassette is used, but organic contamination that adheres to the wafer surface If it is made of a material having an amount of 0.07 ng / cm 2 or less, the material is not particular.

本発明にかかる成膜方法及び成膜装置は、ロードロック内の有機系異物を低減し、半導体装置に形成された薄膜の欠陥密度を低減させるという効果を有し、半導体製造に用いられる成膜方法及び成膜装置として有用である。   A film forming method and a film forming apparatus according to the present invention have effects of reducing organic foreign matters in a load lock and reducing the defect density of a thin film formed in a semiconductor device, and are used for semiconductor manufacturing. It is useful as a method and a film forming apparatus.

本発明の実施の形態におけるスパッタ装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the sputtering device in embodiment of this invention. ロードロック内の有機成分の分圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the partial pressure of the organic component in a load lock. 各カセットでの有機系パーティクル量を示す図である。It is a figure which shows the amount of organic particles in each cassette. 各カセットでの欠陥密度を示す図である。It is a figure which shows the defect density in each cassette. 従来の成膜チャンバの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the conventional film-forming chamber. 従来の成膜装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the conventional film-forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 ウェハ
11 メタルカセット
12 ロードロック
13 真空ポンプ
14 Q−MASS
15 ロボットアーム
16 搬送チャンバ
17 成膜チャンバ
51 マグネトロンスパッタチャンバ
52 アルミニウム合金ターゲット
53 RGA装置
54 ウェハ
55 フランジ
61 PEEKカセット
62 ロードロック
64 真空ポンプ
10 Wafer 11 Metal cassette 12 Load lock 13 Vacuum pump 14 Q-MASS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Robot arm 16 Transfer chamber 17 Deposition chamber 51 Magnetron sputter chamber 52 Aluminum alloy target 53 RGA apparatus 54 Wafer 55 Flange 61 PEEK cassette 62 Load lock 64 Vacuum pump

Claims (7)

ウェハを保持したカセットが設置されたロードロック内の雰囲気を排気する工程(a)と、
前記工程(a)の後に前記ウェハを成膜チャンバに搬送する工程(b)と、
前記工程(b)の後に前記ウェハ上に薄膜を成膜する工程(c)とを含み、
前記工程(a)ではロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧が、前記ロードロックに前記カセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧になるまで排気を行うことを特徴とする成膜方法。
Evacuating the atmosphere in the load lock where the cassette holding the wafer is installed;
A step (b) of transferring the wafer to a film forming chamber after the step (a);
And (c) forming a thin film on the wafer after the step (b)
In the step (a), exhaust is performed until the partial pressure of the organic matter in the atmosphere in the load lock becomes the partial pressure of the organic matter when exhausted without the cassette in the load lock. Film forming method.
前記カセットが入っていない状態で排気したときの有機物の分圧は、7.5×10−5mTorr以下である請求項1記載の成膜方法。 2. The film forming method according to claim 1, wherein a partial pressure of the organic substance when exhausted in a state where the cassette is not contained is 7.5 × 10 −5 mTorr or less. 前記有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち、少なくとも1つを含む請求項1または2記載の成膜方法。   The organic component is a cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1-hexanol, isopropenylacetophene, glycol ester, and di-n-butyl phthalate (DBP). The film-forming method of Claim 1 or 2 containing at least one. ウェハを保持したカセットを設置するためのロードロックと、
前記ウェハ上に薄膜を形成するための成膜チャンバと、
前記ロードロックから前記成膜チャンバへ前記ウェハを搬送するアームとを備え、
前記ロードロックには前記ロードロック内の雰囲気中の有機物の分圧を測定するための質量分析器が設置されていることを特徴とする成膜装置。
A load lock for installing the cassette holding the wafer;
A film forming chamber for forming a thin film on the wafer;
An arm for transferring the wafer from the load lock to the film formation chamber;
The film forming apparatus, wherein the load lock is provided with a mass analyzer for measuring a partial pressure of an organic substance in an atmosphere in the load lock.
前記ロードロックは、前記質量分析器にて測定した有機物の分圧が7.5×10−5mTorr以下になるまで真空引き可能とした請求項4記載の成膜装置。 5. The film forming apparatus according to claim 4, wherein the load lock can be evacuated until a partial pressure of the organic substance measured by the mass analyzer becomes 7.5 × 10 −5 mTorr or less. 前記カセットの材質は金属である請求項4または5記載の成膜装置。   6. The film forming apparatus according to claim 4, wherein the cassette is made of metal. 前記有機物の成分が、環状シロキサン(D3、D7、D8、D9、D11、D12)、2−エチル−1−ヘキサノール、イソプロペニルアセトフェン、グリコールエステル及びフタル酸ジ−n−ブチル(DBP)のうち少なくとも1つを含む請求項3,4または5記載の成膜装置。   The organic component is a cyclic siloxane (D3, D7, D8, D9, D11, D12), 2-ethyl-1-hexanol, isopropenylacetophene, glycol ester, and di-n-butyl phthalate (DBP). 6. The film forming apparatus according to claim 3, 4 or 5, comprising at least one.
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