JP2009091665A

JP2009091665A - 処理方法および処理システム

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Publication number: JP2009091665A
Application number: JP2008332529A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Narishima; 健索成嶋; Kunihiro Tada; 國弘多田; Takeshi Takahashi; 岳高橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: JP4931902B2

Abstract

【課題】処理室からの処理ガスの拡散を有効に防止することができる処理方法および処理システムを提供すること。
【解決手段】真空下で被処理基板Ｗに所定のガス処理を施す処理室３１と、処理室３１を真空引きする排気装置と、処理室３１に開閉装置Ｇを介して連結され、真空下に保持される真空予備室５とを備えた処理システム１００を用い、ハロゲン含有ガスを使用して処理室３１内で被処理基板Ｗを処理後、開閉装置Ｇを開放して被処理基板Ｗを真空予備室５へ搬送するにあたり、開閉装置Ｇを開放する直前に、排気装置により処理室３１内を真空引きし、処理室３１の圧力を真空予備室５の圧力よりも小さくし、処理室３１と真空予備室５との間の差圧が一定以上になった時点で、真空引きを継続しつつ、処理室３１内に不活性ガスを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空下に保持された処理室内で被処理基板を処理後、前記処理室に開閉装置を介して連結され真空下に保持される真空予備室へ、被処理基板を搬送する処理方法および処理システムに関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に対してドライエッチングやＣＶＤ等のハロゲン系の処理ガスを使用するガス処理が多用されている。このようなガス処理を行う処理システムとしては、複数のウエハを高スループットで処理する観点から、真空予備室として機能する、搬送アームを備えた搬送室に、開閉機構であるゲートバルブを介して真空下で被処理基板に所定のガス処理を行う複数の処理装置を連結したマルチチャンバータイプのものが知られている（例えば、特許文献１）。そして、処理装置の処理室と搬送室とはいずれも真空状態に保たれており、ゲートバルブを閉じて両者を遮断した状態で、処理室内で所定のガス処理が行われ、処理室に対してウエハを搬入出する場合には、ゲートバルブが開放されて両者が連通する。

このような処理システムにおいては、処理室内での処理終了後、処理室内には処理ガスや副生成ガス等のハロゲン含有ガスが残留しており、ゲートバルブ開放時にハロゲン含有ガスが搬送室へ拡散すると、それによって搬送室内および室内の搬送用部品が腐食するおそれがあるため、ハロゲン含有ガスが搬送室へ拡散することを防止する必要がある。処理室内のハロゲン含有ガスの拡散を防止する方法として、処理後のゲートバルブの開放に先だって処理室内を真空引きし、処理室内の圧力よりも搬送室内の圧力が高くなるように、一定以上の差圧を保った状態で基板を搬送することが考えられる。

しかしながら、装置の制約上、処理室と搬送室との間の差圧にも自ずと限界があり、これらの間に許容される最大の差圧を確保してもなお処理室と搬送室との温度差等により処理室内の処理ガスが搬送室内へ拡散してしまう場合がある。例えば、処理室で加熱処理を伴う処理を行った場合には、処理室が高温となって、処理室内のハロゲン含有ガスが高温の処理室から低温の搬送室へ拡散してしまう。

特開平７−９４４８８号公報国際公開第２００２／０５２６１７号特開平１０−２７０５２７号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、処理室内の残留ガスの拡散を有効に防止することができる処理方法および処理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る処理方法は、真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室とを備えた処理システムを用い、前記処理室内で被処理基板を処理し、その後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理方法であって、前記処理室において施される所定のガス処理に、ハロゲン含有ガスが使用され、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室内を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給する。

本発明の第２の態様に係る処理方法は、真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室とを備えた処理システムを用い、前記処理室内で被処理基板を処理し、その後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理方法であって、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室内を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給し、前記不活性ガスが、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドを介して前記処理室内に供給され、前記開閉装置を開放する直前に、前記処理室内に、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドから前記処理室の底壁に設けられた排気室へ向かうガス流を形成する。

本発明の第３の態様に係る処理システムは、真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室と、前記処理室に処理ガスおよび不活性ガスを供給するガス供給系と、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御する制御手段とを具備し、前記処理室内で被処理基板を処理後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理システムであって、前記処理室において施される所定のガス処理に、ハロゲン含有ガスが使用され、前記制御手段は、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給するように、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御する。

本発明の第４の態様に係る処理システムは、真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室と、前記処理室に処理ガスおよび不活性ガスを供給するガス供給系と、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御する制御手段とを具備し、前記処理室内で被処理基板を処理後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理システムであって、前記制御手段は、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給するように、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御し、前記不活性ガスが、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドを介して前記処理室内に供給され、前記開閉装置を開放する直前に、前記処理室内に、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドから前記処理室の底壁に設けられた排気室へ向かうガス流を形成する。

上記第１乃至第４の態様においては、処理室内で被処理基板を処理した後、開閉装置を開放する直前に、排気装置により処理室内を真空引きしつつ、処理室内に不活性ガスを供給することにより、処理室内に排気方向への不活性ガスの流れが形成され、この不活性ガス流により、処理室内の残留ガスの拡散が妨げられるので、開閉装置の開放時に処理室内の残留ガスが真空予備室へ拡散することを有効に防止できる。

上記第１乃至第４の態様において、処理室内の圧力よりも真空予備室内の圧力が高い状態で、開閉装置を開放することが好ましい。これにより、より効果的に処理室内の残留ガスの拡散を防止することができる。なお、処理室と真空予備室との間の差圧は、大きいほど、残留ガスの拡散防止に対して効果的ではあるが、本発明によれば、不活性ガス流によって残留ガスを拡散し難くするので、従来よりも小さい差圧であっても、残留ガスの拡散を有効に防止することができ、差圧の確保が困難な場合に有利である。具体的には、前記差圧を１５Ｐａ以下と小さく設定することができる。

本発明によれば、処理室内で被処理基板を処理した後、開閉装置を開放する直前に、排気装置により処理室内を真空引きしつつ、処理室内に不活性ガスを供給して、処理室内に排気方向への不活性ガスの流れを形成することにより、処理室内の残留ガスの拡散を妨げ、開閉装置の開放時に真空予備室への残留ガスの拡散を有効に防止することができる。したがって、真空予備室内の汚染や腐食を防止することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の処理システムの一実施形態であるマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図である。

図１に示すように、この成膜システム１００は、真空下でプラズマＣＶＤにより被処理基板であるウエハＷにＴｉ膜を成膜する２つのＴｉ成膜装置１，２、および熱ＣＶＤによりＴｉ膜の上にＴｉＮ膜を成膜する２つのＴｉＮ成膜装置３，４の合計４つの成膜装置を有しており、これらＴｉ成膜装置１，２およびＴｉＮ成膜装置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が設けられており、ウエハ搬入出室８のロードロック室６，７と反対側にはウエハＷを収容可能な３つのフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付けるポート９，１０，１１が設けられている。

Ｔｉ成膜装置１，２は、それぞれ真空下でＴｉ膜を成膜するＴｉ成膜チャンバー３１を有し、ＴｉＮ成膜装置３，４は、それぞれ真空下でＴｉＮ膜を成膜するＴｉＮ成膜チャンバー１３１を有し、これらＴｉ成膜チャンバー３１、ＴｉＮ成膜チャンバー１３１、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の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは各ゲートバルブＧ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Ｇを閉じることによりウエハ搬送室５から遮断される。また、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もゲートバルブＧが設けられており、ロードロック室６，７は、ゲートバルブＧ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。

ウエハ搬送室５内には、Ｔｉ成膜装置１，２、ＴｉＮ成膜装置３，４、およびロードロック室６，７に対して、被処理基板であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１２が設けられている。このウエハ搬送装置１２は、ウエハ搬送室５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード１４ａ，１４ｂを有しており、これら２つのブレード１４ａ，１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１３に取り付けられている。また、２つのブレード１４ａ，１４ｂは個別にまたは同時に伸縮可能である。そして、このウエハ搬送室５内は図示しない排気装置によって所定の真空度に保持されるようになっている。本実施形態においては、ウエハ搬送室圧力は５３Ｐａに保持される。

ウエハ搬入出室８の天井部にはＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８のフープＦ取り付け用の３つのポート９，１０，１１にはそれぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これらポート９，１０，１１にウエハＷを収容したまたは空のフープが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬出入室８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８の側面にはアライメントチャンバー１５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。

ウエハ搬入出室８内には、フープＦ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１６が設けられている。このウエハ搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっており、その先端のハンド１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。

各ゲートバルブＧの開閉動作や、ウエハ搬送装置１２，１６の動作等、システム全体の制御は、処理システムコントローラ１９によって行われる。

次に、Ｔｉ成膜装置１について説明する。なお、上述したようにＴｉ成膜装置２も全く同一の構成を有する。図２は、プラズマＣＶＤ成膜方法を実施するＴｉ成膜装置を示す断面図である。このＴｉ膜成膜装置１は、上述したようにＴｉ成膜チャンバー３１を有している。このＴｉ成膜チャンバー３１は、気密に構成された略円筒状のチャンバーであり、その中には被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ３２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３３により支持された状態で配置されている。

このサセプタ３２はＡｌＮ等のセラミックスからなり、その表面にはウエハＷを収容するための座繰り部３２ａが設けられており、その周縁部に形成されたテーパ部にガイドされてウエハＷがサセプタ３２に対して位置決めされるようになっている。また、サセプタ３２にはヒーター３５が埋め込まれており、このヒーター３５はヒーター電源３６から給電されることによりウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ３２には、下部電極として機能する電極３８がヒーター３５の上に埋設されている。

チャンバー３１の天壁３１ａには、絶縁部材３９を介してシャワーヘッド４０が設けられている。このシャワーヘッド４０は、上段ブロック体４０ａ、中段ブロック体４０ｂ、下段ブロック体４０ｃで構成されている。下段ブロック体４０ｃの外周近傍には、リング状をなすヒーター７６が埋設されており、このヒーター７６はヒーター電源７７から給電されることにより、シャワーヘッド４０を所定温度に加熱することが可能となっている。

下段ブロック体４０ｃにはガスを吐出する吐出孔４７と４８とが交互に形成されている。上段ブロック体４０ａの上面には、第１のガス供給口４１と、第２のガス供給口４２とが形成されている。上段ブロック体４０ａの中では、第１のガス供給口４１から多数のガス通路４３が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４５が形成されており、ガスが供給されて拡散する複数の溝４３ａを介して上記ガス通路４３がこれらガス通路４５に連通している。さらにこのガス通路４５が下段ブロック体４０ｃの吐出孔４７に連通している。また、上段ブロック体４０ａの中では、第２のガス供給口４２から多数のガス通路４４が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４６が形成されており、上記ガス通路４４がこれらガス通路４６に連通している。中段ブロック体４０ｂの下面には、ガス通路４６に接続され、ガス通路４６から供給されたガスを拡散する複数の溝４６ａが形成されており、この溝４６ａと下段ブロック体４０ｃの多数の吐出孔４８とが連通している。そして、上記第１および第２のガス供給口４１，４２は、それぞれ後述するガス供給機構５０のガスライン５８，６０に接続されている。

ガス供給機構５０は、クリーニングガスであるＣｌＦ_３ガス（ハロゲン含有ガス）を供給するＣｌＦ_３ガス供給源５１、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ_４ガス（ハロゲン含有ガス）を供給するＴｉＣｌ_４ガス供給源５２、プラズマガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源５３、還元ガスであるＨ_２ガスを供給するＨ_２ガス供給源５４、窒化ガスであるＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源５５、不活性ガスであるＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給源５６を有している。そして、ＣｌＦ_３ガス供給源５１にはＣｌＦ_３ガス供給ライン５７が、ＴｉＣｌ_４ガス供給源５２にはＴｉＣｌ_４ガス供給ライン５８が、Ａｒガス供給源５３にはＡｒガス供給ライン５９が、Ｈ_２ガス供給源５４にはＨ_２ガスライン６０が、ＮＨ_３ガス供給源５５にはＮＨ_３ガス供給ライン６０ａが、Ｎ_２ガス供給源５６にはＮ_２ガス供給ライン６０ｂが、それぞれ接続されている。そして、各ガス供給ラインにはマスフローコントローラ６２およびマスフローコントローラ６２を挟んで２つの開閉バルブ６１が設けられている。

前記第１のガス供給口４１にはＴｉＣｌ_４ガス供給源５２から延びるＴｉＣｌ_４ガス供給ライン５８が接続されており、このＴｉＣｌ_４ガス供給ライン５８にはＣｌＦ_３ガス供給源５１から延びるＣｌＦ_３ガス供給ライン５７およびＡｒガス供給源５３から延びるＡｒガス供給ライン５９が接続されている。また、前記第２のガス供給口４２にはＨ_２ガス供給源５４から延びるＨ_２ガス供給ライン６０が接続されており、このＨ_２ガス供給ライン６０には、ＮＨ_３ガス供給源５５から延びるＮＨ_３ガス供給ライン６０ａおよびＮ_２ガス供給源５６から延びるＮ_２ガス供給ライン６０ｂが接続されている。したがって、成膜時には、ＴｉＣｌ_４ガスはＴｉＣｌ_４ガス供給源５２から、ＡｒガスはＡｒガス供給源５３から、ＴｉＣｌ_４ガス供給ライン５８に供給され、第１のガス供給口４１からシャワーヘッド４０内に供給される。そして、ガス通路４３，４５を経て吐出孔４７からチャンバー３１内へ吐出される。一方、還元ガスであるＨ_２ガスは、Ｈ_２ガス供給源５４からＨ_２ガス供給ガスライン６０に供給され、ガス供給口４２を介してシャワーヘッド４０内に供給されて、ガス通路４４，４６を経て吐出孔４８からチャンバー３１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド４０は、ＴｉＣｌ_４ガスとＨ_２ガスとが全く独立してチャンバー３１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後にチャンバー３１内で混合され反応が生じる。なお、Ｔｉを成膜後、窒化処理を行う場合には、ＮＨ_３ガス供給源５５からのＮＨ_３ガスと還元ガスであるＨ_２ガスとプラズマガスであるＡｒガスをシャワーヘッド４０を介して吐出口４８からチャンバー３１内に吐出させ、プラズマを精製してＴｉ膜を窒化させる。また、バルブ６１およびマスフローコントローラ６２は成膜装置コントローラ７８によって制御される。

シャワーヘッド４０には、伝送路６３が接続されており、この伝送路６３には、整合器８０を介して高周波電源６４が接続されており、成膜の際に高周波電源６４から伝送路６３を介してシャワーヘッド４０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源６４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド４０および電極３８の間に高周波電界が生じ、チャンバー３１内に供給されたガスをプラズマ化し、Ｔｉ膜を成膜するようになっている。高周波電源６４としては周波数が４００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚのものが用いられる。

チャンバー３１の底壁３１ｂの中央部には円形の穴６５が形成されており、底壁３１ｂにはこの穴６５を覆うように下方に向けて突出する排気室６６が設けられている。排気室６６の側面には排気管６７が接続されており、この排気管６７には排気装置６８が接続されている。この排気装置６８は、処理システムコントローラ１９からの指令に基づいて、成膜装置コントローラ７８によって制御される。そしてこの排気装置６８を作動させることにより、チャンバー３１が排気室６６を介して排気され、チャンバー３１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。この場合には、チャンバー３１からの排気流は、一旦、排気室６６に導かれるため、チャンバー３１内は均等に排気され、チャンバー３１内は均一な減圧雰囲気となる。

サセプタ３２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン６９がサセプタ３２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン６９は支持板７０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン６９は、エアシリンダ等の駆動機構７１により支持板７０を介して昇降される。

チャンバー３１の側壁には、ウエハ搬送室５との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口７２と、この搬入出口７２を開閉するゲートバルブＧとが設けられている。ゲートバルブＧの開閉動作は、処理システムコントローラ１９からの指令に基づいて、成膜装置コントローラ７８によって制御される。

次に、このような成膜システム１００により、ウエハＷにＴｉ膜を成膜する際の処理方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１５に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室６，７のいずれかに搬入し、そのロードロック内を真空引きする。一方、Ｔｉ成膜装置１では、ウエハＷの搬入に先立って、排気装置６８によりチャンバー３１内を所定の真空状態とする。

この状態で、ウエハ搬送室５の搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂにより、ロードロック内のウエハＷを取り出した後、Ｔｉ成膜装置１よりも高い真空状態でゲートバルブＧを開放して、ウエハＷをウエハ搬送室５からＴｉ成膜装置１のチャンバー３１内に搬入し、サセプタ３２上にウエハＷを載置する（ＳＴＥＰ１）。

次いで、ヒーター３５によりウエハＷを加熱しつつ、ＡｒガスおよびＨ_２ガスをそれぞれ所定流量でチャンバー３１内に供給してプリフローを行った後、これらの流量を維持したままＴｉＣｌ_４ガスをチャンバー３１内に供給する。そして、高周波電源６４からシャワーヘッド４０に高周波電力を供給することにより、プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜を行う（ＳＴＥＰ２）。本実施形態においては、成膜の際のチャンバー３１内の圧力は６６７Ｐａに設定され、高周波電力は８００Ｗに設定される。Ａｒガス、Ｈ_２ガス、ＴｉＣｌ_４ガスの各流量は、例えば、それぞれ１．６Ｌ／ｍｉｎ、４．０Ｌ／ｍｉｎ、０．０１２Ｌ／ｍｉｎに設定される。

成膜時間は、所望の膜厚に応じて適宜設定することができる。例えば、膜厚１０ｎｍのＴｉ膜を成膜する場合には、３０秒間実施される。この際のヒーター３５によるウエハＷの加熱温度（サセプタ温度）は、５００〜７００℃程度である。

成膜終了後、ＴｉＣｌ_４ガスの供給および高周波電源６４からの給電を停止し、Ｈ_２ガスの流量を例えば２．０Ｌ／ｍｉｎまで低下させ、Ａｒガス流量を維持して、チャンバー内のパージを行う。

その後、成膜したＴｉ膜表面の窒化処理を行う（ＳＴＥＰ３）。窒化処理は、ＡｒガスとＨ_２ガスの流量を維持したまま、ＮＨ_３ガスを例えば１．５Ｌ／ｍｉｎの流量で１０秒程度流し、その後、ガスの供給を維持したまま高周波電源６４から例えば８００Ｗの高周波電力を供給して、プラズマを形成することにより実施される。この窒化処理は、例えば３０秒間実施される。

窒化処理終了後、高周波電源からの給電を停止するとともに各ガスの流量を徐々に減じ（ＳＴＥＰ４）、さらに、排気装置６８によりチャンバー３１内を真空引きする（ＳＴＥＰ５）。このようにガス流量を徐々に減じ、かつチャンバー３１内を真空引きすることによって、６６７Ｐａに維持されていたチャンバー３１内の圧力が低下し、上述のように５３Ｐａに保持されたウエハ搬送室５内の圧力よりも小さくなる。

このようにして、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧が一定以上になった時点で、真空引きを継続しつつ、不活性ガス、例えばＮ_２ガスをＮ_２ガス供給源５６からシャワーヘッド４０を介してチャンバー３１内に供給する（ＳＴＥＰ６）。このＮ_２ガスの供給により、チャンバー３１内の圧力は徐々に上昇するが、Ｎ_２ガス供給開始から所定時間が経過した後、チャンバー３１内の圧力がウエハ搬送室５内の圧力より低い時点、つまり、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間で差圧が生じている状態で、ゲートバルブＧを開放する（ＳＴＥＰ７）。この場合、不活性ガスの供給開始からゲートバルブＧを開にするまでの時間は少なくとも１秒以上が好ましく、処理速度を考慮すると１〜５秒がより好ましい。そして、引き続き、搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂをチャンバー３１内に挿入し、ウエハＷをウエハ搬送室５へ搬送する（ＳＴＥＰ８）。

本実施形態では、このようにゲートバルブＧを開放する直前に、チャンバー３１を真空引きしたまま、チャンバー３１内にＮ_２ガスを供給するので、図４に示すように、チャンバー３１内にはシャワーヘッド４０から排気室６６へ向かうガス流Ｒが形成され、この状態でゲートバルブＧが開放されても、チャンバー３１内に残留するＣｌＦ_３ガスやＴｉＣｌ_４ガス、および副生成ガス等のハロゲン含有ガスがウエハ搬送室５へ拡散することが妨げられる。不活性ガスを供給せずに、真空引きのみを行い、単にチャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧を大きくする場合には、温度差等に起因してハロゲン含有ガスがウエハ搬送室５へ拡散することを有効に防止し得ないが、本実施形態では、真空引きを行うとともに、上述のようなハロゲン含有ガスの流出を防止し得るガス流Ｒを形成するので、ウエハ搬送室５へのハロゲン含有ガスの拡散を極めて有効に防止し得る。そして、このようにガス流Ｒによってハロゲン含有ガスの拡散を防止するため、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧は、本質的なものではなく、１５Ｐａ以下で十分である。このため、十分な差圧を確保することが困難な構成の装置において、特に有効である。

より効果的にガスの拡散を防止する観点から、チャンバー３１内へのＮ_２ガスの供給を継続したまま、ゲートバルブＧを開放し、ウエハＷをウエハ搬送室５へ搬送することが好ましい。

ウエハ搬送室５内に搬送されたウエハＷは、その後、必要に応じてＴｉＮ装置３、４のいずれかのＴｉＮ成膜チャンバー１３１に搬送してＴｉＮ成膜処理を実施されるか、または、搬送装置１２によりロードロック室６，７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取り出し、フープＦのいずれかに収容される。

次に、実際に本発明の効果を確認した結果について説明する。図５は、本発明に従ってチャンバー３１を真空引きしたままチャンバー３１内にＮ_２ガスを供給した場合（本発明例）と、真空引きのみを行った場合（比較例１）におけるゲートバルブ開放前後のチャンバー内圧力の変化を示すグラフである。本発明例では、チャンバー３１内の真空引きを継続しつつ、図５に示すように、ウエハ搬送室５との差圧が３５Ｐａ程度となった時点で、チャンバー３１内に流量０．２４Ｌ／ｍｉｎでＮ_２ガスを供給し、このＮ_２ガス供給から５秒間経過後、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧が１０Ｐａの状態でゲートバルブＧを開放した。一方、比較例１では、真空引きのみを行い、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧が３８Ｐａの状態で、ゲートバルブＧを開放した。これら本発明例および比較例１について、ゲートバルブＧ開放後のチャンバー３１からウエハ搬送室５へのＣｌ（塩素）の拡散量を把握した。また、真空引きのみを行って、チャンバー３１とウエハ搬送室５との間の差圧が１０Ｐａの時点でゲートバルブを開放した場合についても、同様にＣｌの拡散量を把握した（比較例２）。このＣｌの拡散量は、ゲートバルブ開放前後のウエハ搬送室のＣｌ濃度を検出し、その濃度差によって求めた。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、真空引きのみを行い、かつ差圧を３８Ｐａとした比較例１のＣｌ拡散量が１．０×１０^１３であったのに対し、本発明例では、差圧が１０Ｐａにもかかわらず、Ｃｌ拡散量が２．７×１０^１２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）と比較例１よりも低い値となった。差圧を本発明例と同様に１０Ｐａとして真空引きのみを行った比較例２では、Ｃｌ拡散量が１．４×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）と桁外れに多かった。これにより、Ｎ_２ガスを導入することにより、差圧が小さくてもチャンバー内の残留ガスの拡散を有効に防止できることが確認された。

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Ｔｉ成膜装置１でＴｉ成膜を行った後、ウエハＷをＴｉ成膜装置１のチャンバー３１からウエハ搬送室５へ搬送する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＴｉＮ成膜装置３および４のいずれかでＴｉＮ成膜を行った後、ＴｉＮ成膜装置のチャンバー１３１からウエハ搬送室５へ搬送する場合にも適用することができる。また、上記実施形態では、複数の処理装置を備えたマルチチャンバータイプの成膜システムを使用したが、本発明は、１つの処理室と、この処理室に連結され真空下に保持される真空予備室と、を備えたシングルチャンバータイプの成膜システムにも適用可能である。さらに、Ｔｉ成膜やＴｉＮ成膜を行う成膜システムに限らず、ドライエッチングやプラズマＣＶＤ成膜等の、腐食性のガスや反応性ガスで半導体基板を処理する処理システム全てに適用可能である。被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等の他のものであってもよい。

本発明の方法を実施するマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図。成膜システム１のＴｉ成膜装置を示す断面図。Ｔｉ膜を成膜する際の処理の一例を説明するためのフローチャート。Ｔｉ成膜チャンバー内に形成されるＮ_２ガス流を模式的に示す図。ゲートバルブ開放前後のＴｉ成膜チャンバー内圧力の変化を示すグラフ。

符号の説明

１，２Ｔｉ成膜装置
３，４ＴｉＮ成膜装置
５ウエハ搬送室
３１Ｔｉ成膜チャンバー
３２サセプタ
３５ヒーター
４０シャワーヘッド
５０ガス供給機構
６４高周波電源
６８排気装置
Ｇゲートバルブ
Ｗ半導体ウエハ

Claims

真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室とを備えた処理システムを用い、前記処理室内で被処理基板を処理し、その後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理方法であって、
前記処理室において施される所定のガス処理に、ハロゲン含有ガスが使用され、
前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室内を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給することを特徴とする処理方法。
真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室とを備えた処理システムを用い、前記処理室内で被処理基板を処理し、その後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理方法であって、
前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室内を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給し、
前記不活性ガスが、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドを介して前記処理室内に供給され、前記開閉装置を開放する直前に、前記処理室内に、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドから前記処理室の底壁に設けられた排気室へ向かうガス流を形成することを特徴とする処理方法。
前記処理室内の圧力よりも前記真空予備室内の圧力が高い状態で、前記開閉装置を開放することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の処理方法。
前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が、１５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項３に記載の処理方法。
前記処理室内への前記不活性ガスの供給を継続したまま、前記開閉装置を開放し、前記被処理基板を前記真空予備室に搬送することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の処理方法。
真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室と、前記処理室に処理ガスおよび不活性ガスを供給するガス供給系と、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御する制御手段とを具備し、前記処理室内で被処理基板を処理後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理システムであって、
前記処理室において施される所定のガス処理に、ハロゲン含有ガスが使用され、
前記制御手段は、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給するように、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御することを特徴とする処理システム。
真空下で被処理基板に所定のガス処理を施す処理室と、前記処理室を真空引きする排気装置と、前記処理室に開閉装置を介して連結され、真空下に保持される真空予備室と、前記処理室に処理ガスおよび不活性ガスを供給するガス供給系と、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御する制御手段とを具備し、前記処理室内で被処理基板を処理後、前記開閉装置を開放して被処理基板を前記真空予備室へ搬送する処理システムであって、
前記制御手段は、前記開閉装置を開放する直前に、前記排気装置により前記処理室を真空引きし、前記処理室の圧力を前記真空予備室の圧力よりも小さくし、前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が一定以上になった時点で、前記真空引きを継続しつつ、前記処理室内に不活性ガスを供給するように、前記排気装置、前記開閉装置および前記ガス供給系を制御し、
前記不活性ガスが、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドを介して前記処理室内に供給され、前記開閉装置を開放する直前に、前記処理室内に、前記処理室の天壁に設けられたシャワーヘッドから前記処理室の底壁に設けられた排気室へ向かうガス流を形成することを特徴とする処理システム。
前記制御手段は、前記処理室内の圧力よりも前記真空予備室内の圧力が高い状態で、前記開閉装置を開放するように、前記排気装置および前記開閉装置を制御することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の処理システム。
前記処理室と前記真空予備室との間の差圧が、１５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項８に記載の処理システム。
前記処理室内への前記不活性ガスの供給を継続したまま、前記開閉装置を開放し、前記被処理基板を前記真空予備室に搬送することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の処理システム。