JP2017022215A - Vacuum processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空処理装置に関する。 The present invention relates to a vacuum processing apparatus.
真空容器内でウェハを処理する真空処理装置、特にウェハを大気と真空との間で圧力を調整するロードロックを備えた真空処理装置の構成は、従来から次のものが知られていた。すなわち、特許文献1には、真空雰囲気と大気雰囲気とを切り替えるチャンバにおいて、チャンバ内を真空引きするに際して、バルブをゆっくり開けることによって、チャンバ内の急減圧を抑制することが示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a vacuum processing apparatus that processes a wafer in a vacuum vessel, particularly a vacuum processing apparatus that includes a load lock that adjusts the pressure between the atmosphere and vacuum of the wafer has been known as follows. That is,
また、特許文献2には、複数の圧力予備タンクを直列に接続した排気ラインを設け、またそれとは別にロードロックと真空ポンプのみを介して連結する排気ライン設け、真空引きするに際しては、圧力タンク容量分の真空引きを複数回おこなうことでロードロック内の排気動作を高速にすることが示されている。 Further, Patent Document 2 is provided with an exhaust line in which a plurality of pressure reserve tanks are connected in series, and separately provided with an exhaust line connected only via a load lock and a vacuum pump. It has been shown that the evacuation operation in the load lock can be speeded up by evacuating the volume several times.
ところで、プラズマ処理装置などの真空処理装置では、マルチチャンバー化が進んでいる。マルチチャンバーは、ウェハを搬送するための一式の搬送系に対して複数の処理室(チャンバ)を接続する方式である。マルチチャンバー化するメリットは、例えば製造装置1台あたりのウェハの処理可能枚数が増加することにある。従って、搬送室に接続する処理室の数を1つから2→3→4と増加させる場合、単位時間あたりのウェハの処理枚数も処理室が1つの場合に比べて2倍→3倍→4倍となることが望まれる。しかし、実際には処理室を増加させても単位時間あたりの処理可能枚数は期待ほど増加しない。その要因の1つとして、ロードロックのスループット向上が困難なことが挙げられる。 By the way, in a vacuum processing apparatus such as a plasma processing apparatus, a multi-chamber is progressing. The multi-chamber is a system in which a plurality of processing chambers (chambers) are connected to a set of transfer systems for transferring wafers. The advantage of using a multi-chamber is that, for example, the number of wafers that can be processed per manufacturing apparatus increases. Therefore, when the number of processing chambers connected to the transfer chamber is increased from one to 2 → 3 → 4, the number of wafers processed per unit time is also double → 3 × → 4 compared to the case of one processing chamber. It is desirable to double. However, in reality, the number of processable sheets per unit time does not increase as expected even if the number of processing chambers is increased. One factor is that it is difficult to improve the load lock throughput.
ロードロックでは、大気圧から真空へ減圧する際の真空引きと、真空から大気へ加圧する際のパージ(給気)が行われる。真空引きに関しては、排気段階の初期において気体温度が急激に低下するため、ロードロック内に存在する残留ガスが凝縮し、結露や液体微粒子が発生する。特にプラズマ処理直後のウェハからは反応生成物が発生するため、結露や液状微粒子がより発生しやすくなる。このような結露や微粒子は半導体デバイスの歩留まりを低下させるため、ロードロックにおける異物を低減する必要がある。 In the load lock, evacuation when reducing pressure from atmospheric pressure to vacuum and purging (supplying) when pressurizing from vacuum to the atmosphere are performed. As for evacuation, since the gas temperature rapidly decreases in the early stage of the exhaust stage, the residual gas existing in the load lock is condensed, and condensation and liquid fine particles are generated. In particular, since a reaction product is generated from a wafer immediately after plasma processing, condensation and liquid fine particles are more likely to occur. Since such condensation and fine particles reduce the yield of semiconductor devices, it is necessary to reduce foreign matters in the load lock.
上記の従来技術は、次の点の考慮が不十分であったため問題が生じていた。すなわち、特許文献1では、急減圧抑制方法については述べているが、スループットの点について考慮されていない。
The above prior art has a problem because the following points are not sufficiently considered. That is,
また、特許文献2では、スループット向上方法については述べられているが、急減圧による結露や微粒子が半導体デバイスの歩留まりを低下させる点について考慮されていない。 Further, Patent Document 2 describes a method for improving the throughput, but does not take into consideration that dew condensation due to rapid decompression or fine particles reduce the yield of semiconductor devices.
本発明の目的は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、真空雰囲気と大気雰囲気とを切り替えるロードロック内において急減圧で発生する結露や微粒子による影響を低減し半導体デバイスの歩留まり向上とスループット向上とを両立できる真空処理装置を提供することにある。 The object of the present invention is made in view of these problems, and reduces the influence of condensation and fine particles generated by sudden decompression in a load lock that switches between a vacuum atmosphere and an air atmosphere, thereby improving the yield of semiconductor devices and throughput. An object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus that can achieve both improvement.
上記目的を達成するための一実施形態として、減圧された真空容器内部の処理室内に配置された処理対象のウェハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理する処理ユニットと、前記ウェハを内部に収納して当該内部の排気及びガスの供給により前記減圧された圧力と大気圧の間で圧力を増減可能なロック室とを備え、
前記ロック室の排気経路上に配置された貯留部に前記ロック室内部のガスを吸引して当該ロック室内部の圧力を所定の真空度まで低減した後に前記貯留部を通して前記ロック室内部のガスを外部に排気して当該ロック室を減圧することを特徴とする真空処理装置とする。
As an embodiment for achieving the above object, a processing unit for processing a wafer to be processed, which is disposed in a processing chamber inside a decompressed vacuum vessel, using plasma formed in the processing chamber, and the wafer A lock chamber that is housed inside and capable of increasing or decreasing the pressure between the pressure reduced by the supply of exhaust and gas inside and the atmospheric pressure,
After the gas in the lock chamber is sucked into a storage section disposed on the exhaust path of the lock chamber to reduce the pressure in the lock chamber to a predetermined vacuum level, the gas in the lock chamber is passed through the storage section. The vacuum processing apparatus is characterized in that the lock chamber is decompressed by exhausting the outside.
また、大気搬送室を含む大気側ブロックと、
前記大気搬送室に第1ゲードバルブを介して接続されたロック室と、前記ロック室を排気する真空ポンプと、前記ロック室に第2ゲートバルブを介して接続された真空搬送室と、前記真空搬送室に第3ゲートバルブを介して接続された処理ユニットとを含む真空側ブロックとを備えた真空処理装置において、
前記ロック室と前記真空ポンプとの間の排気経路上に配置され、前記ロック室と第1排気バルブを介して接続され、前記真空ポンプと第2排気バルブを介して接続された貯留部を更に有し、
前記貯留部は、前記第1排気バルブが閉められ前記第2排気バルブが開の状態で前記貯留部の内部が排気され所定の圧力に減圧された後に前記第2排気バルブが閉とされ、前記第2排気バルブ、前記1ゲートバルブ及び前記第2ゲートバルブが閉の状態で前記第1排気バルブを開とすることにより前記ロック室を減圧するものであることを特徴とする真空処理装置とする。
In addition, the atmosphere side block including the atmosphere transfer chamber,
A lock chamber connected to the atmospheric transfer chamber via a first gate valve; a vacuum pump for exhausting the lock chamber; a vacuum transfer chamber connected to the lock chamber via a second gate valve; and the vacuum transfer In a vacuum processing apparatus comprising a vacuum side block including a processing unit connected to the chamber via a third gate valve,
A storage section disposed on an exhaust path between the lock chamber and the vacuum pump, connected to the lock chamber via a first exhaust valve, and connected to the vacuum pump via a second exhaust valve; Have
The storage unit is configured such that after the first exhaust valve is closed and the second exhaust valve is open, the interior of the storage unit is exhausted and depressurized to a predetermined pressure, and then the second exhaust valve is closed. A vacuum processing apparatus characterized in that the lock chamber is decompressed by opening the first exhaust valve while the second exhaust valve, the first gate valve, and the second gate valve are closed. .
本発明によれば、大気と真空との間で圧力を調整するロードロックにおける急減圧で発生する結露や微粒子による影響を低減し半導体デバイスの歩留まり向上とスループット向上とを両立できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of dew condensation and fine particles generated by rapid pressure reduction in a load lock that adjusts the pressure between the atmosphere and vacuum, and achieve both improvement in yield of semiconductor devices and improvement in throughput.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shows the same component.
本発明の実施例に係る真空処理装置について図を用いて説明する。図1は真空処理装置の一つであるプラズマエッチング処理装置100の概略全体上面図(一部透視図)である。プラズマエッチング処理装置100は大きく分けて大気側ブロック101と真空側ブロック102とを備えている。
A vacuum processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic overall top view (partially perspective view) of a plasma
大気側ブロック101は、フープ107、アライメント108、大気搬送室109から構成される。フープ107はプラズマ処理前後のウェハを格納する部位である。アライメント108はプラズマ処理前のウェハ位置決めをする部位である。大気搬送室109には大気搬送ユニット119があり、プラズマ処理前後のウェハを1枚ずつ移動する部位である。
The
真空側ブロック102はロードロック(ロック室)105、真空搬送室104、中間室111、プラズマ処理ユニット103から構成される。ロードロック105は大気もしくは真空状態の切替をおこなう部位である。真空搬送室104には、真空搬送ユニットがあり、真空側ブロック102でウェハの移動をおこなう。プラズマ処理ユニット103は室内にガスを供給し、磁界を発生させ、ウェハにプラズマ処理をおこなう部位である。なお真空側ブロック102の各部位にはゲートバルブ120が設置されており、各部位同士を完全に隔離することができる。
The
大気側ブロック101では、大気搬送ユニット119が処理前のウェハをフープ107から取出し、その後アライメント108にウェハを移動し、ウェハの位置決めをする。位置決め完了後、大気圧状態にされたロードロック105にウェハを移動する。ロードロック105に未処理ウェハが移動されると、ロードロック105は減圧され真空状態にされる。ロードロック105の減圧完了後、真空搬送ユニットによりウェハはプラズマ処理ユニット103に移動され、プラズマ処理ユニット103にてプラズマ処理が施される。処理完了後、ウェハは再びロードロック105に移動され、ロードロック105は真空状態から大気圧状態に戻される。ロードロック105の昇圧完了後、処理後のウェハは大気搬送ユニット119により所定のフープ107に移動される。
In the atmosphere-
図2は図1に示すプラズマエッチング処理装置100に設けられたロードロック105の詳細構成を示す断面図である。ロードロック105はロードロック105−1(もしくは105−2)、パージライン203、排気ライン204から構成される。なお、ロードロック105−1(もしくは105−2)は大気側ブロック101と真空側ブロック102との接続部にゲートバルブ120を有している。ロードロック105−1(もしくは105−2)内にはウェハを仮置きするステージ201が設置されており、プラズマ処理の有無に関わらずウェハを複数枚保持できる構造になっている。排気ライン204は排気バルブ202、真空ポンプ209から構成され、排気バルブ202はロードロック105−1(もしくは105−2)に配置され、真空ポンプ209は床下に設置される。
FIG. 2 is a sectional view showing a detailed configuration of the
大気搬送室109から搬送される処理前のウェハをロードロック105−1(もしくは105−2)のステージ201に配置する。ロードロック105−1(もしくは105−2)にはパージライン203から乾燥ガスを供給し、大気搬送室109からロードロック105−1(もしくは105−2)へ異物や水分が浸入することを防止している。
The unprocessed wafer transferred from the
真空状態に切替える際は、まず大気搬送室109とゲートロック105−1(もしくは105−2)との間のゲートバルブ120を閉じロードロック105−1(もしくは105−2)を密閉空間にする。続いて排気バルブ202を開き、真空ポンプ209でロードロック105−1(もしくは105−2)を減圧する。減圧完了後、ゲートロック105−1(もしくは105−2)と真空搬送室104との間のゲートバルブ120を開き、真空搬送ユニット114でウェハをプラズマ処理ユニット103に移動する。プラズマ処理後のウェハは再びロードロック105−1(もしくは105−2)のステージ201に搬送される。
When switching to the vacuum state, first, the
大気圧状態に戻す際は、パージライン203から乾燥ガスを供給しロードロック105−1(もしくは105−2)を大気圧に戻す。昇圧完了後、大気搬送室側のゲートバルブ120を開き、大気搬送ユニット119を用いてロードロック105−1(もしくは105−2)(以下、単に105と記す)からフープ107の所定位置にウェハを移動する。
When returning to the atmospheric pressure state, dry gas is supplied from the
このように、ウェハは必ずロードロック105を通過するため、ロードロック105の排気時間が長くなると、スループットは低下する。しかし、排気時間を短縮すると気体温度が急激に低下し結露や液体微粒子が発生するため、急減圧で発生する結露や微粒子により半導体デバイスの歩留まりが低下する。このため、歩留まりとスループットの両者を向上させることは困難である。
Thus, since the wafer always passes through the
本実施例では上記の課題を解決するため、ロードロック105と真空ポンプ209との間に逆流防止弁213、デポトラップタンク(貯留部)211および排気バルブ212を追加する。
In this embodiment, in order to solve the above problems, a
図3Aは排気ライン204に設けられたデポトラップタンク211の斜視図であり、図3Bは断面図である。デポトラップタンク211は仕切り板301−1と301−2、圧力計302、パージライン303を有する。仕切り板301−1および301−2には、それぞれ異なる位置に複数の穴が開けられている。デポトラップタンク211内にこの仕切り板301−1と301−2を交互に配置することで表面積を稼ぎ、且つタンク内で流れを蛇行させることで異物を効果的に除去できる構造となっている。また圧力計302とパージライン303をもちいて、デポトラップタンク211内を所定の圧力に設定できる。なお、プラズマ処理後の反応生成物および大気搬送室109から侵入した異物を効果的に取除くため、デポトラップタンク211は、真空搬送室104と大気搬送室109との間に設置されているロードロック105付近に配置することが望ましい。
3A is a perspective view of a
本実施例ではロードロック105およびデポトラップタンク211間までの排気ライン容量に対しタンク容量を10倍程度にした。またロードロック105が大気圧状態(101.3kPa)のとき、タンク内の圧力を100Paに設定することで、大気圧から真空状態へする際の急減圧に起因する結露や微粒子が発生しない程度の圧力変化速度にし、半導体デバイスの歩留まりとスループットとを向上させた。
In this embodiment, the tank capacity is about 10 times the exhaust line capacity between the
次に本実施例による減圧時に結露や微粒子が発生しない程度に高速に真空引きをおこなう際の動作について説明する。図4はロードロック内105における減圧排気時の圧力制御の一例を示すフロー図である。はじめにデポトラップタンク211内の圧力を100Paに調整する(ステップS401)。具体的には、ロードロック105側の排気バルブ202を閉じ、デポトラップタンク211下流側にある排気バルブ212を開いて、真空ポンプ209でデポトラップタンク211内の圧力を一度100Pa以下に減圧する。次に排気バルブ212を閉じ、パージライン303から乾燥ガスを供給して、デポトラップタンク211内の圧力を100Paにする。
Next, an explanation will be given of the operation when evacuating at a high speed to such an extent that condensation and fine particles are not generated at the time of decompression according to the present embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing an example of pressure control during decompression exhaust in the
未処理のウェハを大気側ブロック101から真空側ブロック102へ搬送する際は、パージライン203を所定の時間開放し、あらかじめロードロック105内を乾燥ガスで満たしておく(ステップS402)。次にパージライン203を閉じ、大気側ブロック101のゲートバルブ120を開けて(ステップS403)未処理のウェハを大気側ブロック101からロードロック105のステージ201上に移動する(ステップS404)。その後、大気側ブロック101のゲートバルブ120を閉じ(ステップS405)、ロードロック105を密閉状態にする。この状態でロードロック105にある排気バルブ202を開く(ステップS406)と、ロードロック105の圧力は、ロードロック105とデポトラップタンク211内とが同圧になるまで低下する(ステップS407)。最後に排気バルブ212を開き(ステップS408)、真空ポンプ209によりロードロック105を所定の真空圧まで減圧する(ステップS409)。その後、ロードロック105側の排気バルブ202を閉じる(ステップS410)。なお、上記ステップは、真空処理装置の各構成要素(排気バルブ202、212、ゲートバルブ120、パージライン用バルブ等)を制御する制御装置により実行させることができる。
When the unprocessed wafer is transferred from the
図5はロードロック105における減圧排気時の圧力推移を示す図であり、図5の(a)は急減圧をともなわない従来の方法、図5の(b)は本実施例であるデポトラップタンク211を用いたときの圧力推移を、図5の(c)は図5の(b)の後真空ポンプにより排気したときの圧力推移を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the pressure transition during decompression exhaust in the
図5の(a)では、急減圧により結露や微粒子が発生しない様にロードロック105の排気を徐々におこなうため、所定の真空圧に達するまでの排気時間が長くなり、スループットが低下する。
In FIG. 5A, the
図5の(b)においては、はじめデポトラップタンク211の開放とともに結露や微粒子が発生しない程度に急減圧していき、最後に図5の(c)において真空ポンプ209により所定の真空圧まで減圧するため、図5の(a)における従来の排気時間よりも短時間で排気を完了することできる。
In (b) of FIG. 5, first, the
このようにロードロック105と真空ポンプ209間に容量と圧力とを一定にしたデポトラップタンク211を配置することで、複雑なバルブ制御なしに急減圧に起因する結露や微粒子が発生しない圧力変化速度で短時間に減圧排気が可能となる。またデポトラップタンク211内に仕切り板301を設けることで、結露の核となりうるプラズマ処理後の初期反応生成物や大気側ブロックから侵入した異物を効果的に除去できるため、長期にわたって結露や微粒子の発生を抑制できる。さらに、本方法は排気ライン204を構造的に作り込むため、真空ポンプ209の排気性能やロードロック105から真空ポンプ209までの距離(排気容量)に左右されること無く、常に安定した圧力変化速度を得られる効果もある。
By disposing the
図1に示す真空処理装置を用い図4に示す手順に従って試料搬送を行ってプラズマエッチング処理を行った結果、長期にわたりプラズマ処理の歩留りとスループットとを向上せることが可能となった。 As a result of performing the plasma etching process by carrying the sample according to the procedure shown in FIG. 4 using the vacuum processing apparatus shown in FIG. 1, it became possible to improve the yield and throughput of the plasma process over a long period of time.
以上本実施例によれば、真空雰囲気と大気雰囲気とを切り替えるロードロック内において急減圧で発生する結露や微粒子による影響を低減し半導体デバイスの歩留まり向上とスループット向上とを両立できる真空処理装置を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, there is provided a vacuum processing apparatus capable of reducing the influence of dew condensation and fine particles generated by sudden decompression in a load lock for switching between a vacuum atmosphere and an air atmosphere, and at the same time improving the yield of semiconductor devices and improving the throughput. can do.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明する為に詳細に説明したものであり、必ずしも説明をした全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Moreover, it is possible to add / delete / replace other configurations for a part of each configuration.
100…プラズマエッチング処理装置(真空処理装置)、101…大気側ブロック、102…真空側ブロック、103…プラズマ処理ユニット、104…真空搬送室、105,105−1,105−2…ロードロック(ロック室)、107…フープ、108…アライメント、109…大気搬送室、111…中間室、114…真空搬送ユニット、119…大気搬送ユニット、120…ゲートバルブ、201…ステージ、202…排気バルブ、203…パージライン、204…排気ライン、209…真空ポンプ、211…デポトラップタンク(貯留部)、212…排気バルブ、213…逆流防止弁、301,301−1,301−2…仕切り板、302…圧力計、303…パージライン。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ロック室の排気経路上に配置された貯留部に前記ロック室内部のガスを吸引して当該ロック室内部の圧力を所定の真空度まで低減した後に前記貯留部を通して前記ロック室内部のガスを外部に排気して当該ロック室を減圧することを特徴とする真空処理装置。 A processing unit for processing a wafer to be processed disposed in a processing chamber inside the vacuum chamber having a reduced pressure by using plasma formed in the processing chamber, and storing the wafer in the interior to store exhaust and gas inside the processing chamber. A lock chamber capable of increasing or decreasing the pressure between the pressure reduced by the supply and the atmospheric pressure,
After the gas in the lock chamber is sucked into a storage section disposed on the exhaust path of the lock chamber to reduce the pressure in the lock chamber to a predetermined vacuum level, the gas in the lock chamber is passed through the storage section. A vacuum processing apparatus characterized in that the lock chamber is decompressed by exhausting to the outside.
前記大気搬送室に第1ゲードバルブを介して接続されたロック室と、前記ロック室を排気する真空ポンプと、前記ロック室に第2ゲートバルブを介して接続された真空搬送室と、前記真空搬送室に第3ゲートバルブを介して接続された処理ユニットとを含む真空側ブロックとを備えた真空処理装置において、
前記ロック室と前記真空ポンプとの間の排気経路上に配置され、前記ロック室と第1排気バルブを介して接続され、前記真空ポンプと第2排気バルブを介して接続された貯留部を更に有し、
前記貯留部は、前記第1排気バルブが閉められ前記第2排気バルブが開の状態で前記貯留部の内部が排気され所定の圧力に減圧された後に前記第2排気バルブが閉とされ、前記第2排気バルブ、前記1ゲートバルブ及び前記第2ゲートバルブが閉の状態で前記第1排気バルブを開とすることにより前記ロック室を減圧するものであることを特徴とする真空処理装置。 An atmospheric block including an atmospheric transfer chamber;
A lock chamber connected to the atmospheric transfer chamber via a first gate valve; a vacuum pump for exhausting the lock chamber; a vacuum transfer chamber connected to the lock chamber via a second gate valve; and the vacuum transfer In a vacuum processing apparatus comprising a vacuum side block including a processing unit connected to the chamber via a third gate valve,
A storage section disposed on an exhaust path between the lock chamber and the vacuum pump, connected to the lock chamber via a first exhaust valve, and connected to the vacuum pump via a second exhaust valve; Have
The storage unit is configured such that after the first exhaust valve is closed and the second exhaust valve is open, the interior of the storage unit is exhausted and depressurized to a predetermined pressure, and then the second exhaust valve is closed. A vacuum processing apparatus, wherein the lock chamber is decompressed by opening the first exhaust valve while the second exhaust valve, the first gate valve, and the second gate valve are closed.
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2015
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