JP2020191326A - 処理装置および処理方法 - Google Patents
処理装置および処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020191326A JP2020191326A JP2019094468A JP2019094468A JP2020191326A JP 2020191326 A JP2020191326 A JP 2020191326A JP 2019094468 A JP2019094468 A JP 2019094468A JP 2019094468 A JP2019094468 A JP 2019094468A JP 2020191326 A JP2020191326 A JP 2020191326A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- chamber
- vacuum
- processing
- load lock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 135
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 64
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 claims 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 17
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 147
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 66
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 3
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Abstract
【課題】雰囲気の酸化力を低減することができる処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】処理装置は、処理モジュールと、ロードロック室と、真空搬送室と、ガス供給部とを有する。処理モジュールは、真空雰囲気下で基板に対して処理を行う真空処理室を含む。ロードロック室は、真空雰囲気と常圧雰囲気との間で雰囲気を切り替える。真空搬送室は、真空処理室とロードロック室との間に仕切り弁を介して設けられ、基板搬送機構により真空処理室とロードロック室との間で、基板を搬送する。ガス供給部は、真空処理室と、ロードロック室と、真空搬送室とのうち、少なくとも1つに還元性ガスを含むパージガスを供給する。【選択図】図2
Description
本開示は、処理装置および処理方法に関する。
半導体デバイスの製造プロセスでは、基板である半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に、真空雰囲気で各種の処理が行われる。この各種の処理を行う真空処理装置は、例えば、真空雰囲気に構成される真空搬送室と、ロードロック室と、常圧雰囲気に構成される常圧搬送室と、処理モジュールと、を備える。処理モジュールで処理されたウエハは、真空搬送室、ロードロック室、常圧搬送室の順に搬送されて、搬送容器に格納される。
本開示は、雰囲気の酸化力を低減することができる処理装置および処理方法を提供する。
本開示の一態様による処理装置は、処理モジュールと、ロードロック室と、真空搬送室と、ガス供給部とを有する。処理モジュールは、真空雰囲気下で基板に対して処理を行う真空処理室を含む。ロードロック室は、真空雰囲気と常圧雰囲気との間で雰囲気を切り替える。真空搬送室は、真空処理室とロードロック室との間に仕切り弁を介して設けられ、基板搬送機構により真空処理室とロードロック室との間で、基板を搬送する。ガス供給部は、真空処理室と、ロードロック室と、真空搬送室とのうち、少なくとも1つに還元性ガスを含むパージガスを供給する。
本開示によれば、雰囲気の酸化力を低減することができる。
以下に、開示する処理装置および処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
従来、搬送室等における被処理体の変質を防止するために、真空排気を行う際に不活性ガス、例えばN2ガスを供給することが提案されている。しかしながら、酸化物以外の化合物や純金属等を堆積する際には、通常、非酸化性雰囲気とみなされるN2ガスやAr,He等の希ガスであっても、微量の酸化種(H2O,O2,CO2等)の存在によりウエハ上の膜が酸化される。特にH2Oは、大気開放時の壁面への付着等により、雰囲気中に長時間にわたり放出される。つまり、H2Oは、真空排気を行っても、短時間に効果的に低減することが難しい。このため、成膜後のウエハが搬送中の雰囲気で酸化されると、比抵抗の上昇等のようにデバイス特性が悪化することがある。そこで、ウエハの搬送中における雰囲気の酸化力を低減することが期待されている。
[真空処理装置1の構成]
図1は、本開示の一実施形態における真空処理装置の構成の一例を示す横断平面図である。真空処理装置1は、ウエハWにTiN膜を有する積層膜を形成する。真空処理装置1は、第1の搬送室(常圧搬送室)11、アライメント室20、ロードロック室31,32、第2の搬送室(真空搬送室)41および成膜モジュール71〜74を備える。第1の搬送室11は、ロードロック室31,32を介して第2の搬送室41に接続されている。第2の搬送室41は、成膜モジュール71〜74に接続されている。成膜モジュール71〜74はウエハWにTiN膜を形成する。
図1は、本開示の一実施形態における真空処理装置の構成の一例を示す横断平面図である。真空処理装置1は、ウエハWにTiN膜を有する積層膜を形成する。真空処理装置1は、第1の搬送室(常圧搬送室)11、アライメント室20、ロードロック室31,32、第2の搬送室(真空搬送室)41および成膜モジュール71〜74を備える。第1の搬送室11は、ロードロック室31,32を介して第2の搬送室41に接続されている。第2の搬送室41は、成膜モジュール71〜74に接続されている。成膜モジュール71〜74はウエハWにTiN膜を形成する。
第1の搬送室11は、真空処理装置1に対してウエハWの搬入および搬出を行うローダモジュールを構成し、平面視長方形に構成されている。第1の搬送室11の長さ方向を左右方向とすると、当該第1の搬送室11の前方側には載置台12が設けられており、複数枚のウエハWを収納する搬送容器であるキャリアCが載置される。第1の搬送室11の正面壁には、載置台12に載置されたキャリアCに設けられる蓋(図示せず)と一緒に開閉される開閉ドア13が設けられている。第1の搬送室11内は、常圧雰囲気とされる。当該第1の搬送室11内には、多関節アームである第1のウエハ搬送機構14が設けられている。
図2は、真空処理装置の構成の一例を示す縦断側面図である。図2に示すように、第1のウエハ搬送機構14の上方には、ファンフィルタユニット(FFU)16が設けられ、下方に向けて清浄化された還元性ガスを含むパージガスを供給する。パージガスは、例えば、N2ガスまたは希ガスに還元性ガスとしてH2ガスを混合したガスである。なお、N2ガスまたは希ガスは、ピュリファイヤーを用いて、H2OやO2等の酸化種が低減されるようにしてもよい。第1の搬送室11内の底部には排気口17が開口している。排気管18は、排気口17にその一端が接続される。排気管18の他端は、排気ファンなどにより構成される排気機構19を介してFFU16に接続される。FFU16から第1の搬送室11内に供給されたパージガスは、排気機構19により排気口17から排気された後、FFU16に供給される。そして、FFU16にて清浄化された後、再度、第1の搬送室11内の下方へ供給される。つまり、パージガスは、排気管18および第1の搬送室11内を循環する。
図1に示すように、載置台12から第1の搬送室11を見て、第1の搬送室11の左側壁には、アライメント室20が接続されている。アライメント室20は、ウエハWの向きや偏心の調整を行う。上記の第1のウエハ搬送機構14は、当該アライメント室20と、キャリアCと、ロードロック室31,32との間でウエハWの受け渡しを行うことができる。
第1の搬送室11の後方にはロードロック室31,32が、左右にそれぞれ配置される。ロードロック室31,32は、ウエハWを待機させた状態で、内部の雰囲気を常圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替える。図2では、代表してロードロック室32を示しているが、ロードロック室31も同様に構成される。ロードロック室31,32については、後にさらに詳しく説明する。
ロードロック室31,32の後方には、平面視六角形に構成された第2の搬送室41が設けられる。第2の搬送室41内は、真空雰囲気とされる。第2のウエハ搬送機構42は、多関節アームとして構成される。第2のウエハ搬送機構42は、第2の搬送室41内にてウエハWを搬送するとともに、第2の搬送室41と成膜モジュール71〜74との間、および、第2の搬送室41とロードロック室31,32との間で各々ウエハWを受け渡すことができる。
図2に示すように、第2の搬送室41内の天井部には、ガスの供給口43が開口している。この供給口43には、第2の搬送室41の外側からガス供給管44の一端が接続されている。ガス供給管44の他端は、パージガス供給源45に接続されており、パージガス供給源45から供給口43に還元性ガスであるH2ガスを含むパージガスが供給される。
ここで、パージガスに含まれる還元性ガスの一例であるH2ガスについて説明する。H2ガスは可燃性ガスであるため、濃度を管理することが求められる。本実施形態では、パージガスにおけるH2ガスの濃度を、H2爆発下限の4%に安全係数を掛けた濃度とすることで、可燃性ガスとして扱わなくてもよいようにしている。安全係数は、1以上であればよく、例えば1.2といった値を用いることができる。また、H2ガスの濃度は、爆発下限より薄くてもよく、例えば、3%とするようにしてもよい。つまり、H2ガスの濃度は、制御性を考慮して爆発下限の4%未満を十分カバーする値としていればよい。
H2ガスの濃度については、例えば、第2の搬送室41に対応するトランスファモジュール(以下、TMという。)におけるH2ガスの濃度と還元力は、次のように求められる。まず、TM内の露点を0℃と仮定する。また、H2Oの分圧(以下、PH2Oという。)を、0.006atm(6.11hPa)とする。なお、6.11hPaは、かなり厳しめに見積もった値であり、実際には10Pa台程度まで低減可能である。TM全圧を100Paとした場合、H2爆発下限の4%は、H2の分圧(以下、PH2という。)で表すと、4Paとなる。この場合、PH2/PH2Oは、1/100以下となる。なお、PH2Oを10Paとすると、PH2/PH2Oは、0.4となる。
図3は、PH2/PH2Oにおける還元力の一例を示す図である。図3の表100は、PH2/PH2Oの値と、400℃における酸素分圧(以下、PO2という。)と、還元力の目安との対応を示す。例えば、PH2/PH2O=1/100である場合、PO2を1E−24Pa程度まで下げることに相当し、400℃でNiOを還元する程度の還元力を有する。また、例えば、PH2/PH2O=10である場合、PO2を1E−29Pa程度まで下げることに相当し、400℃でFeOを還元する程度の還元力を有する。
PH2/PH2Oは、下記の式(1)〜(6)で導出される。金属がH2Oで酸化される場合の自由エネルギー変化は、下記の式(1)〜(3)で表される。ここで、自由エネルギー変化がマイナスである場合、自発的に反応が進む。式(1)は、金属の自由エネルギー変化ΔG1を示す。なお、Meは、金属を示す。式(2)は、H2の自由エネルギー変化ΔG2を示す。式(3)は、金属がH2Oで酸化される自由エネルギー変化ΔG3を示す。また、式(1)〜(3)の自由エネルギー変化ΔGは、それぞれ式(4)〜(6)と表すことができる。このうち、式(6)が、PH2/PH2Oを表すことになる。
このように、H2ガスは、H2爆発下限の4%未満の濃度であっても、PH2/PH2Oが所望の還元力を有するので、TM内のH2OやO2等の酸化種を低減したのと同等の効果を得ることができる。すなわち、TM内の雰囲気の酸化力を低減することができる。
図2に戻って説明を続ける。第2の搬送室41内の底部には、排気口47が開口しており、この排気口47には、第2の搬送室41の外側から排気管48の一端が接続されている。排気管48の他端は、排気機構であるドライポンプ49に接続されている。
続いて、ロードロック室31,32の説明に戻る。これらロードロック室31,32も、第2の搬送室41と同様に、ウエハWの搬送領域にパージガスの気流を形成できるように構成される。上記したように、ロードロック室31,32は互いに同様に構成されるので、ここでは代表して図2に示すロードロック室32について説明する。ステージ33は、その表面にウエハWが載置される。昇降ピン34は、ステージ33の表面において突没して、第1のウエハ搬送機構14および第2のウエハ搬送機構42と、ステージ33との間でウエハWを受け渡す。供給口35は、ロードロック室32内の天井部に開口したガスの供給口である。パージガス供給源36は、ガス供給管37を介して供給口35に接続される。排気口64は、ロードロック室32内の底部に開口している。排気管65は、ドライポンプ66と排気口64とを接続する排気管であり、バルブV1が介設されている。
続いて成膜モジュール71について、縦断側面図である図4を参照しながら説明する。図4は、真空処理装置を構成する成膜モジュールの一例を示す縦断側面図である。成膜モジュール71は、ALD(Atomic Layer Deposition)によりウエハWにTiN膜を成膜する。なお、成膜モジュール72〜74についても、成膜モジュール71と同様に構成されており、TiN膜を形成する。処理容器701は、真空処理室を構成し、後述のゲートバルブGにより開閉される。載置台702は、ウエハWの載置台であり、載置されたウエハWを、例えば350℃〜700℃の成膜温度に加熱するヒーター712を備える。カバー部材722は、ウエハWの載置領域の外周側、および、載置台702の側周面を、周方向に亘って覆うカバー部材である。支持部材732は、載置台702の下方を支持する。昇降部材742は、支持部材732を介して載置台702を、実線で示す上方位置と、鎖線で示す下方位置との間で昇降させる。下方位置は、ゲートバルブGを介して処理容器701に進入した第2のウエハ搬送機構42との間でウエハWを受け渡す位置である。上方位置は、ウエハWに成膜を行う処理位置である。
ベローズ752は、処理容器701内を気密に保ち、載置台702の昇降によって伸縮する。昇降ピン762は、3本(図では2本のみ表示)の昇降ピンであり、昇降機構772により昇降する。昇降ピン762は、載置台702に設けられる孔782を介して、載置台702の表面にて突没する。昇降ピン762により、下方位置に位置する載置台702と、第2の搬送室41における第2のウエハ搬送機構42との間でウエハWが受け渡される。排気ダクト703は、処理容器701の側壁の一部を構成する。排気ダクト703は、上方位置における載置台702の周囲を囲むように円環状に構成される。排気ダクト703には、真空ポンプなどにより構成される排気部713が接続される。排気部713は、排気ダクト703の内周面に周方向に沿って形成された開口部723を介して、載置台702上から流れ出たガスを排気する。
天板部材704は、処理容器701を構成する。天板部材704は、その下面に凹部が形成され、この凹部の中央側から外周側へ向けて末広がりの形状の傾斜面が形成されている。この傾斜面と、上方位置における載置台702の上面とによって囲まれた空間は、ウエハWの処理空間724を構成する。傾斜面の外側には、載置台702のカバー部材722に対向するように平坦なリム714が設けられる。
天板部材704には、ガス供給路734,744が互いに区画されて設けられている。ガス供給路734,744の下流端は、処理空間724のウエハWの中央部上に開口する。分散板754は、ウエハWの中央部上に設けられる。分散板754は、各ガス供給路734,744から供給されたガスと衝突する。分散板754に衝突したガスの一部は、分散板754の下方に回り込んでウエハWの中央部に到達する。残るガスは、分散板754に案内されて流れ方向を変え、処理空間724の天井部の傾斜面に案内されながら、天板部材704の中央部側から外周部側へ向け、径方向に沿って放射状に広がってウエハWに供給される。上記のガス供給路734の上流端は分岐し、NH3(アンモニア)ガス供給源705、N2ガス供給源715に、それぞれ接続される。また、上記のガス供給路744の上流端は分岐し、N2ガス供給源715、TiCl4ガス供給源725に、それぞれ接続される。
また、成膜モジュール71は、処理容器701の底部に、パージガス供給源791に接続されたパージガス供給路792を有する。パージガス供給路792は、処理容器701内に接続される。パージガス供給源791は、第2の搬送室41のパージガス供給源45と同様に、パージガス供給路792を介して、パージガスを処理容器701内に供給する。
パージガスは、パージガス供給源791からパージガス供給路792を介して、処理容器701内に流入する。処理容器701内に流入したパージガスは、処理容器701内の載置台702の下部空間200に供給される。なお、載置台702の下部空間200とは、ガス供給路734,744から供給される処理ガスで満たされない領域(ボトムエリア)である。
すなわち、成膜モジュール71は、処理空間724以外の処理容器701内の下部空間200にパージガスを供給し、ボトムパージを行う。この場合、パージガスのH2ガスの濃度は、処理ガス(プリカーサおよび反応ガス)との反応が許容できる程度であればよい。また、パージガスのH2ガスは、処理容器701内の酸化種の濃度より高い分圧であればよい。また、還元性ガスとしては、処理ガスとの反応が許容できる程度の他の還元性ガスであってもよい。これにより、下部空間200に残存する水分子による、雰囲気の酸化力を低減することができる。言い換えると、成膜モジュール71での処理が終了し、載置台702を動かした場合や、ゲートバルブGを開放した場合における雰囲気の酸化力を低減することができる。
成膜モジュール71〜74は、図1に示すように、上記の第2の搬送室41を囲むように設けられる。各成膜モジュール71〜74を構成する処理容器701と第2の搬送室41とは、仕切り弁であるゲートバルブGを介して各々接続される。各ゲートバルブGは、互いに同様に構成され、代表して図2に示す成膜モジュール71の処理容器701と第2の搬送室41との間に介在するゲートバルブGについて説明する。ゲートバルブGは、バルブ本体G1を備え、バルブ本体G1が昇降することで、処理容器701と第2の搬送室41とが互いに気密に区画された状態と、互いに連通した状態とが切り替えられる。図2では、互いに気密に区画された状態を示している。
また、第2の搬送室41とロードロック室31,32の各々とについても、ゲートバルブGを介して接続される。さらに、ロードロック室31,32の各々と、第1の搬送室11とについても、ゲートバルブGを介して接続される。これらのゲートバルブGも、上記の成膜モジュール71と第2の搬送室41との間に介在するゲートバルブGと同様に、隣接する室間が互いに気密に区画された状態と、互いに連通した状態とを切り替える。
ところで、真空処理装置1には、図1に示すように、例えばコンピュータである制御部10が設けられている。制御部10は、プログラム、メモリ、CPUなどを備えている。このプログラムには、制御部10から真空処理装置1の各部に制御信号を送り、後述するウエハWの搬送および成膜モジュール71〜74におけるウエハWの処理を進行させるように命令(各ステップ)が組み込まれている。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、メモリーカードなどの記憶媒体に格納されて制御部10にインストールされる。
[成膜モジュール71における処理]
上記の成膜モジュール71における処理の流れを説明する。また、図5および図6を用いてパージガスの流れについて説明する。図5は、成膜モジュールにおけるパージガスの流れの一例を示す図である。まず、予め処理容器701内を真空雰囲気に減圧した後、図5に示すように載置台702を受け渡し位置まで降下させる。そして、ゲートバルブGを開放し、第2の搬送室41に設けられた第2のウエハ搬送機構42の搬送アームを進入させ、昇降ピン762との間でウエハWの受け渡しを行う。しかる後、昇降ピン762を降下させ、ヒーター712によって既述の成膜温度に加熱された載置台702上にウエハWを載置する。
上記の成膜モジュール71における処理の流れを説明する。また、図5および図6を用いてパージガスの流れについて説明する。図5は、成膜モジュールにおけるパージガスの流れの一例を示す図である。まず、予め処理容器701内を真空雰囲気に減圧した後、図5に示すように載置台702を受け渡し位置まで降下させる。そして、ゲートバルブGを開放し、第2の搬送室41に設けられた第2のウエハ搬送機構42の搬送アームを進入させ、昇降ピン762との間でウエハWの受け渡しを行う。しかる後、昇降ピン762を降下させ、ヒーター712によって既述の成膜温度に加熱された載置台702上にウエハWを載置する。
このとき、図5に示すように、パージガス供給源791からは処理容器701内へと例えば100〜10000sccm(0℃、1気圧基準)の範囲の1500sccmのパージガス(N2+H2ガス)が供給されている。パージガスは、処理容器701内の下部空間200(ボトムエリア)内に流れ込み、処理容器701内を上昇して開口部723より排気される。
図6は、成膜モジュールにおけるパージガスの流れの他の一例を示す図である。載置台702上にウエハWが載置されたら、ゲートバルブGを閉じ、載置台702を処理位置まで上昇させて処理空間724を形成するとともに、処理容器701内の圧力を例えば400Paに調整する。次いで、所定の温度まで加熱されたウエハWの表面に、ガス供給路734,744を介してTiCl4ガス→N2ガス→NH3ガス→N2ガスの順に反応ガス(TiCl4ガス、NH3ガス)と置換用のガス(N2ガス)との供給を繰り返す。この結果、ウエハWに吸着した反応ガスが互いに反応してTiN(窒化チタン)の分子層が形成され、この分子層が積層されてTiN膜が成膜される。
ウエハWの成膜中も、処理容器701内の下部空間200には、引き続きパージガス供給源791からパージガスが供給されている。そして、処理位置まで上昇させた載置台702の周囲には、排気ダクト703の一部が配置されていることから、処理容器701内は、載置台702の上部側の空間(処理空間724や排気ダクト703内の空間)と下部側の下部空間200(ボトムエリア)とに区画された状態となっている。
下部空間200に流れ込んだパージガスは、載置台702と排気ダクト703との隙間を介して排気ダクト703内に流れ込み、外部へと排出される。このように、下部空間200にパージガスを流すことにより、残留した水分子(H2O)を除去し、下部空間200における雰囲気の酸化力を低減することができる。また、下部空間200にパージガスを流すことにより、処理空間724から反応ガスが処理容器701の下方側へと侵入することを抑えることができる。
こうして上述の反応ガスや置換ガスの供給サイクルを数十回〜数百回程度繰り返し、所望の膜厚の窒化チタンの膜を成膜したら、反応ガスおよび置換ガスの供給を停止し、処理容器701内の真空排気を停止して載置台702を降下させ、ゲートバルブGを開いてウエハWを取り出す。下部空間200は、還元性のパージガスで置換されているため、残存する水分子による、雰囲気の酸化力を低減することができる。言い換えると、成膜モジュール71での処理が終了し、載置台702を動かした場合や、ゲートバルブGを開放した場合における雰囲気の酸化力を低減することができる。
[処理方法]
続いて、真空処理装置1全体のウエハWの処理について説明する。載置台12に載置されたキャリアCに格納されたウエハWは、第1の搬送室11→アライメント室20→ロードロック室31または32→第2の搬送室41→成膜モジュール71〜74のいずれかの順で搬送され、その表面にTiN膜が形成される。TiN膜が形成されたウエハWは、第2の搬送室41→ロードロック室31または32→第1の搬送室11の順で搬送されて、キャリアCに戻される。このとき、ウエハWは、パージガスによるH2を含む雰囲気内を搬送されるので、ウエハW表面の酸化が抑制される。なお、パージガスは、真空処理装置1の動作中に、成膜モジュール71〜74、ロードロック室31,32および第2の搬送室41に対して常時供給してもよいし、ウエハWが存在する場合に供給するようにしてもよい。また、上記の実施形態において、FFU16、ガス供給管37,44、および、パージガス供給路792等におけるH2濃度をH2とN2の流量比などで検知し、真空処理装置1の各部に導入する時点で設定濃度を上回る場合には、真空処理装置1や真空処理室(処理容器701)の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行するようにしてもよい。
続いて、真空処理装置1全体のウエハWの処理について説明する。載置台12に載置されたキャリアCに格納されたウエハWは、第1の搬送室11→アライメント室20→ロードロック室31または32→第2の搬送室41→成膜モジュール71〜74のいずれかの順で搬送され、その表面にTiN膜が形成される。TiN膜が形成されたウエハWは、第2の搬送室41→ロードロック室31または32→第1の搬送室11の順で搬送されて、キャリアCに戻される。このとき、ウエハWは、パージガスによるH2を含む雰囲気内を搬送されるので、ウエハW表面の酸化が抑制される。なお、パージガスは、真空処理装置1の動作中に、成膜モジュール71〜74、ロードロック室31,32および第2の搬送室41に対して常時供給してもよいし、ウエハWが存在する場合に供給するようにしてもよい。また、上記の実施形態において、FFU16、ガス供給管37,44、および、パージガス供給路792等におけるH2濃度をH2とN2の流量比などで検知し、真空処理装置1の各部に導入する時点で設定濃度を上回る場合には、真空処理装置1や真空処理室(処理容器701)の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行するようにしてもよい。
また、上記の実施形態において、成膜モジュール71〜74、ロードロック室31,32および第2の搬送室41に、H2ガスの濃度を検出するセンサを設けてもよい。この場合、真空処理装置1は、当該センサが燃焼下限以上の濃度のH2ガスを検出した場合に、自身の動作を停止するようにしてもよい。
以上、本実施形態によれば、真空処理装置1は、成膜モジュール71と、ロードロック室31,32と、真空搬送室(第2の搬送室41)と、ガス供給部(FFU16、パージガス供給源36,45,791等)とを有する。成膜モジュール71は、真空雰囲気下で基板に対して処理を行う真空処理室(処理容器701)を含む。ロードロック室31,32は、真空雰囲気と常圧雰囲気との間で雰囲気を切り替える。真空搬送室は、真空処理室とロードロック室31,32との間に仕切り弁を介して設けられ、基板搬送機構(第2のウエハ搬送機構42)により真空処理室とロードロック室31,32との間で、基板を搬送する。ガス供給部は、真空処理室と、ロードロック室31,32と、真空搬送室とのうち、少なくとも1つに還元性ガスを含むパージガスを供給する。その結果、雰囲気の酸化力を低減することができる。
また、本実施形態によれば、ガス供給部は、真空処理室、ロードロック室31,32および真空搬送室のうち、1つまたは複数の室に基板が存在する場合に、パージガスを供給する。その結果、パージガスの使用量を低減することができる。
また、本実施形態によれば、パージガスは、真空処理室において、処理に用いる処理ガスで満たされない領域に供給される。その結果、真空処理室においても雰囲気の酸化力を低減することができる。また、処理後に搬送する際の酸化を低減することができる。
また、本実施形態によれば、パージガスは、N2ガスまたは希ガスにH2ガスを混合したガスである。その結果、雰囲気の酸化力を低減することができる。
また、本実施形態によれば、パージガスは、H2ガスの濃度が燃焼下限未満の濃度である。その結果、パージガスを可燃性ガスとして扱わなくてもよくなる。
また、本実施形態によれば、真空処理装置1は、さらに、真空処理室、ロードロック室および真空搬送室に、H2ガスの濃度を検出するセンサを有する。真空処理装置1は、センサが燃焼下限以上の濃度のH2ガスを検出した場合に、真空処理装置1の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行する。その結果、安全性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、真空処理装置1は、さらに、真空処理室に、混合ガスの流量比を検出する検出手段を有する。真空処理装置1は、検出手段が検出した流量比に基づいて、H2ガスの設定濃度以上の濃度を検出した場合に、真空処理室の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行する。その結果、安全性を向上することができる。
また、本実施形態によれば、N2ガスまたは希ガスは、ピュリファイヤーを用いて酸化種が低減されたガスである。その結果、雰囲気の酸化力をより低減することができる。
また、本実施形態によれば、酸化種は、O2およびH2Oのうち、1つまたは複数である。その結果、雰囲気の酸化力をより低減することができる。
また、本実施形態によれば、真空処理装置1は、さらに、ロードロック室31,32を介して基板を搬入および搬出する搬送室(第1の搬送室11)を有する。また、搬送室は、上方にファンフィルタユニット16を有する。ファンフィルタユニット16は、還元性ガスを含むパージガスを搬送室の上方から下方に向けて供給する。その結果、常圧搬送室においても、雰囲気の酸化力を低減することができる。
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
また、上記した実施形態の真空処理装置1では、排気口47を1つとしたが、これに限定されない。第2の搬送室41の底面に、複数の排気口47を分散して開口し、各排気口47に排気管48の一端が接続され、各排気管48の他端は合流して、ドライポンプ49に接続されるようにしてもよい。つまり、排気管48は、マニホールドとして構成されている。また、ロードロック室31,32についても、マニホールドを備えるように構成してもよい。なお、このように排気口47を複数設けた場合、ドライポンプ49も複数設け、各排気口47を各ドライポンプ49に個別に接続し、各ドライポンプ49により互いに同じ排気量で排気してもよい。
また、上記した実施形態の真空処理装置1では、成膜モジュール71〜74としてALDを行う成膜モジュールを一例として説明したが、これに限定されない。例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)やPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)によって、TiN膜形成する成膜モジュールを接続してもよい。また、例えば、ドライエッチングを行うエッチングモジュールを第2の搬送室41に接続してもよい。ドライエッチングにより表面にTiN膜が露出したウエハWを、第2の搬送室41、ロードロック室31,32を介してキャリアCに搬送する場合に、第2の搬送室41およびロードロック室31,32においてウエハW表面全体でTiN膜の酸化を抑えることができる。さらに、成膜モジュール71〜74の代わりにPVD(Physical Vapor Deposition)によってTiN膜を形成する成膜モジュールを接続してもよい。また、上記した実施形態では、TiN膜の形成を例に記載したが、TiN膜に限らず、金属膜(例えば、W含有膜、Ta含有膜など)やシリコンを含む絶縁膜(例えば、Si膜やSiN膜など)であってもよく、本来、形成される膜の酸化が防止されていればよい。
また、上記した実施形態の真空処理装置1では、第2の搬送室41には、成膜モジュール71〜74と、ロードロック室31,32とが接続されたが、これに限定されない。例えば、上記の真空処理装置1において、TiN膜形成後の後処理を行う後処理モジュールを第2の搬送室41に接続し、成膜モジュール71でTiN膜を形成したウエハWを、第2の搬送室41から当該後処理モジュールへ搬送するようにしてもよい。その場合もウエハWが第2の搬送室41に搬送されてから、後処理モジュールへ搬送されるまでの間、ウエハWの表面全体で酸化を抑制することができる。また、プリクリーンを行う前洗浄装置を第2の搬送室41に接続するようにしてもよい。この場合、ウエハWに設けられたコンタクト等の露出したSiや金属の酸化を抑制することができる。
1 真空処理装置
11 第1の搬送室(常圧搬送室)
14 第1のウエハ搬送機構
16 ファンフィルタユニット(FFU)
17 排気口
18 排気管
19 排気機構
20 アライメント室
31,32 ロードロック室
35,43 供給口
36,45 パージガス供給源
41 第2の搬送室(真空搬送室)
42 第2のウエハ搬送機構
37,44 ガス供給管
71〜74 成膜モジュール
G ゲートバルブ
W ウエハ
11 第1の搬送室(常圧搬送室)
14 第1のウエハ搬送機構
16 ファンフィルタユニット(FFU)
17 排気口
18 排気管
19 排気機構
20 アライメント室
31,32 ロードロック室
35,43 供給口
36,45 パージガス供給源
41 第2の搬送室(真空搬送室)
42 第2のウエハ搬送機構
37,44 ガス供給管
71〜74 成膜モジュール
G ゲートバルブ
W ウエハ
Claims (11)
- 真空雰囲気下で基板に対して処理を行う真空処理室を含む処理モジュールと、
真空雰囲気と常圧雰囲気との間で雰囲気を切り替えるロードロック室と、
前記真空処理室とロードロック室との間に仕切り弁を介して設けられ、基板搬送機構により前記真空処理室と前記ロードロック室との間で、前記基板を搬送する真空搬送室と、
前記真空処理室と、前記ロードロック室と、前記真空搬送室とのうち、少なくとも1つに還元性ガスを含むパージガスを供給するガス供給部と、
を有する処理装置。 - 前記ガス供給部は、前記真空処理室、前記ロードロック室および前記真空搬送室のうち、1つまたは複数の室に前記基板が存在する場合に、前記パージガスを供給する、
請求項1に記載の処理装置。 - 前記パージガスは、前記真空処理室において、前記処理に用いる処理ガスで満たされない領域に供給される、
請求項1または2に記載の処理装置。 - 前記パージガスは、N2ガスまたは希ガスにH2ガスを混合したガスである、
請求項1〜3のいずれか1つに記載の処理装置。 - 前記パージガスは、前記H2ガスの濃度が燃焼下限未満の濃度である、
請求項4に記載の処理装置。 - さらに、前記真空処理室、前記ロードロック室および前記真空搬送室に、前記H2ガスの濃度を検出するセンサを有し、
前記センサが燃焼下限以上の濃度の前記H2ガスを検出した場合に、処理装置の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行する、
請求項4または5に記載の処理装置。 - さらに、前記真空処理室は、前記混合ガスの流量比を検出する検出手段を有し、
前記検出手段が検出した前記流量比に基づいて、前記H2ガスの設定濃度以上の濃度を検出した場合に、前記真空処理室の動作の停止、および、H2ガスの導入の遮断のうち、1つまたは複数を実行する、
請求項4または5に記載の処理装置。 - 前記N2ガスまたは前記希ガスは、ピュリファイヤーを用いて酸化種が低減されたガスである、
請求項4〜7のいずれか1つに記載の処理装置。 - 前記酸化種は、O2およびH2Oのうち、1つまたは複数である、
請求項8に記載の処理装置。 - さらに、前記ロードロック室を介して前記基板を搬入および搬出する搬送室を有し、
前記搬送室は、上方にファンフィルタユニットを有し、
前記ファンフィルタユニットは、前記還元性ガスを含む前記パージガスを前記搬送室の上方から下方に向けて供給する、
請求項1〜9のいずれか1つに記載の処理装置。 - 基板搬送機構により基板を搬送する真空搬送室に、還元性ガスを含むパージガスを供給することと、
真空雰囲気と常圧雰囲気との間で雰囲気を切り替えるロードロック室に、前記パージガスを供給することと、
真空雰囲気下で基板に対して処理を行う真空処理室において、前記処理に用いるプロセスガスで満たされない領域に前記パージガスを供給することと、
を有する処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019094468A JP2020191326A (ja) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 処理装置および処理方法 |
PCT/JP2020/019325 WO2020235455A1 (ja) | 2019-05-20 | 2020-05-14 | 処理装置および処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019094468A JP2020191326A (ja) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 処理装置および処理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020191326A true JP2020191326A (ja) | 2020-11-26 |
Family
ID=73453891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019094468A Pending JP2020191326A (ja) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 処理装置および処理方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020191326A (ja) |
WO (1) | WO2020235455A1 (ja) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58161345A (ja) * | 1982-03-18 | 1983-09-24 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
US5434090A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-18 | Chiou; Herng-Der | Processing chamber for processing semiconductor substrates |
JP3529989B2 (ja) * | 1997-09-12 | 2004-05-24 | 株式会社東芝 | 成膜方法及び半導体装置の製造方法 |
JP5355514B2 (ja) * | 2000-03-29 | 2013-11-27 | 株式会社日立国際電気 | 半導体製造方法、基板処理方法および基板処理装置 |
JP2003179075A (ja) * | 2002-12-16 | 2003-06-27 | Seiko Epson Corp | 減圧化学気相堆積装置 |
JP6632403B2 (ja) * | 2016-02-02 | 2020-01-22 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板収納容器の連結機構および連結方法 |
JP6356315B1 (ja) * | 2017-05-29 | 2018-07-11 | 株式会社サイオクス | 窒化物結晶基板、半導体積層物、半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法 |
-
2019
- 2019-05-20 JP JP2019094468A patent/JP2020191326A/ja active Pending
-
2020
- 2020-05-14 WO PCT/JP2020/019325 patent/WO2020235455A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020235455A1 (ja) | 2020-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4911980B2 (ja) | 減圧処理装置 | |
TWI778553B (zh) | 具有工廠介面腔室過濾器淨化的基板處理設備及方法 | |
TWI544168B (zh) | A gate valve device, a substrate processing device, and a substrate processing method | |
JP2021073697A (ja) | 基板キャリア及びパージチャンバの環境制御を伴う基板処理のシステム、装置、及び方法 | |
JP5721952B2 (ja) | 半導体装置、半導体装置の製造方法および基板処理装置 | |
JP4896041B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP5719138B2 (ja) | 半導体装置の製造方法および基板処理方法 | |
JP2012238641A (ja) | ガス供給装置、熱処理装置、ガス供給方法及び熱処理方法 | |
JP6851173B2 (ja) | 成膜装置および成膜方法 | |
JP6156972B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置、気化システムおよびミストフィルタ | |
JP2011006782A (ja) | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 | |
TW202034432A (zh) | 側儲存艙、設備前端模組與操作設備前端模組的方法 | |
SG177103A1 (en) | Support structure and processing apparatus | |
JP6647260B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム | |
US11621169B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device, recording medium, and substrate processing apparatus | |
JP2011029441A (ja) | 基板処理装置及び基板処理方法 | |
JP6294365B2 (ja) | 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体 | |
JP2000174007A (ja) | 熱処理装置 | |
WO2020235455A1 (ja) | 処理装置および処理方法 | |
JP2001250818A (ja) | 酸化処理装置及びそのクリーニング方法 | |
JP2006032610A (ja) | 成膜装置 | |
US20220259736A1 (en) | Processing apparatus | |
CN115132560A (zh) | 反应管、处理装置、和半导体装置的制造方法 | |
JP2011187485A (ja) | 基板処理装置 | |
JP6176776B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置、基板処理システムおよびプログラム |