JP4162764B2

JP4162764B2 - 仕込取出室、及びその仕込取出室を有する真空処理装置

Info

Publication number: JP4162764B2
Application number: JP17844898A
Authority: JP
Inventors: 土志夫小池; 純平湯山; 洋幸山川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: JP2000005587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仕込取出室内を急速排気する技術にかかり、特に、急速排気する際に水滴が生じないようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造プロセスにおける薄膜形成工程やエッチング工程には、図３の符号１０１に示すようなマルチチャンバ型の真空処理装置が用いられている。
【０００３】
この真空処理装置１０１は、搬送室１１０を中心とし、仕込取出室１１１と、処理室１１２〜１１６とが搬送室１１０周囲に配置されており、各処理室１１２〜１１６には、スパッタ装置やＣＶＤ装置等の薄膜形成装置や、加熱装置等の熱処理装置等が設けられており、搬送室１１０内には、各室１１１〜１１６間で基板の搬出入を行う基板搬送ロボット１２０が設けられている。
【０００４】
このような真空処理装置１０１を用い、処理対象物である基板を各処理室１１２〜１１６内に搬入し、加熱、スパッタリング、ＣＶＤ反応、エッチング等の処理を行う場合には、予め各処理室１１２〜１１６内を高真空状態にしておき、仕込取出室１１１と搬送室１１０との間の仕切バルブを閉じ、仕込取出室１１１を搬送室１１０から遮断させた状態で仕込取出室１１１内部を大気に開放し、その内部に基板を装着する。
【０００５】
次いで、仕込取出室１１１内を真空排気し、高真空状態にした後、仕切バルブを開け、搬送ロボット１２０によって基板を取り出し、処理室１１２〜１１６内に搬入する。
【０００６】
そして、処理が終了した基板は、仕込取出室１１１内に戻し、仕切バルブを閉じて仕込取出室１１１内部を搬送室１１０から遮断させた後、仕込取出室１１１内を大気に開放している。
【０００７】
このように、基板の真空処理を行う際、仕込取出室１１１内は大気に開放されるが、搬送室１１０や各処理室１１２〜１１６の内部は大気に曝されることがなく、吸着ガスが少ない高品質の真空雰囲気が維持されるようになっている。
【０００８】
しかしながら、仕込取出室１１１が大気に曝された場合、壁面の表面に水分が吸着してしまう。そして、仕込取出室１１１内部を真空排気しても、内部雰囲気は水分分圧が高いので、その状態で搬送室１１０内部と接続すると、水分が搬送室１１０内に進入してしまう。
【０００９】
そこで従来技術でも対策が採られており、仕込取出室１１１内部の表面積をできるだけ小さくし、吸着水分量を減少させるために、仕込取出室１１１壁面を、電界研磨処理によって平滑化したＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０６、又はアルミニウム合金によって構成したり、それらの金属表面に吸着ガスが少ないＴｉＮ膜を成膜した壁面が用いられていた。
【００１０】
従来の真空処理装置１０１では、取り扱う基板が比較的小径であり、仕込取出室１１１内に１回に装着する基板枚数は、２５枚乃至５０枚程度と比較的多量であるため、仕込取出室１１１内を真空排気する時間は、基板１枚当たりの処理時間に与える影響は少ない。
従って、仕込取出室１１１内部を急速に真空排気することは求められておらず、上記のような、単にＴｉＮ膜を形成した仕込取出室等でも、実用上問題なかった。
【００１１】
しかしながら近年では、基板が大口径化し、真空処理が複雑化したため、生産工程に柔軟性を持たせる必要性から、基板を１枚ずつ装着し、真空処理を行う真空処理装置が求められており、そのため、仕込取出室内に基板を１枚装着する度に真空排気し、処理室内へ搬入する必要が生じた。
【００１２】
そのため、真空排気を行う回数が増え、仕込取出室内を急速に真空排気させる技術が求められている。ところが、上記のような仕込取出室１１１内部を急速に真空排気した場合には、内部が冷却され、大気中に浮遊していた異物が核となり、基板表面に水滴が付着すると言う問題が発生した。
【００１３】
また、ＴｉＮ膜等で水分吸着を防止した仕込取出室１１１であっても、大気に開放された際の吸着水分量は多く、そのため、仕込取出室１１１が高真空状態になっても、水分分圧が高い状態になり、搬送室１１０内へ基板を搬入する際に、仕込取出室１１１内の水分が搬送室１１０内に侵入し、更に、その水分が処理室１１２〜１１６に侵入すると、その結果、形成される薄膜の品質やエッチングプロセスに悪影響を与えるという問題が発生した。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、急速な真空排気ができ、また、処理室内に吸着ガスが侵入しない仕込取出室、及び、その仕込取出室を用いた真空処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、内部を大気から遮断する搬出入口を有し、真空排気可能に構成され、真空雰囲気が必要な真空室に接続され、大気に開放可能な仕込取出室であって、前記仕込取出室の壁面には、熱媒体の流路が設けられ、前記流路内に昇温された前記熱媒体が流されることにより、前記壁面を所定温度に昇温させられるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の仕込取出室であって、前記壁面は、表面に窒化チタン膜(ＴｉＮ膜)を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、真空処理装置であって、真空室と、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の仕込取出室とを有し、前記真空室と前記仕込取出室とが開閉可能なゲートバルブを介して接続されたことを特徴とする。
【００１８】
他方、請求項４記載の発明は、請求項１記載の仕込取出室内に処理対象物を搬入した後、前記仕込取出室内を真空排気する真空排気方法であって、前記仕込取出室の壁面を５０℃以上７０℃以下の温度範囲に昇温させた後、前記搬出入口を開け、大気中にある前記処理対象物を搬入することを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の真空排気方法であって、前記温度範囲での前記仕込取出室内部の平均自由行程の値が、前記仕込取出室の壁面間の短辺距離を超えるまで真空排気された後、前記壁面の温度を低下させることを特徴とする。
【００２０】
本発明は上記のように構成されており、内部を大気から遮断する搬出入口を有し、真空排気可能に構成された仕込取出室であり、その壁面には、熱媒体の流路が設けられており、壁面を所定温度に昇温させられるようになっている。
【００２１】
そして、仕込取出室壁面を昇温させた状態で搬出入口を開けた場合、内部に大気が侵入しても壁面には水分が吸着しにくくなっている。従って、その状態から仕込取出室を閉じ、急速に真空排気しても、内部の残留気体は壁面からの熱を受け、過冷却状態にはならず、水分が可飽和にならないので、壁面や基板表面に水滴が生じることはない。
【００２２】
壁面の昇温温度は低いと大気中の水分が壁面に吸着してしまい、高すぎると、壁面からの放出ガスによって圧力が低下しにくくなるので、仕込取出室内を大気に開放する際には６０℃前後、即ち５０℃以上７０℃以下の温度に昇温させるのが適当であり、ある程度の圧力まで低下した後は昇温を終了させ、壁面の温度を低下させることが適当である。
【００２３】
昇温を終了させる圧力としては、仕込取出室内の残留気体同士の衝突が無視でき、壁面との衝突が主となる圧力、即ち、仕込取出室内の平均自由行程が、仕込取出室を直方体等で近似した場合、平均自由行程が壁面間の短辺距離よりも大きくなる圧力で、昇温を停止させるとよい。
【００２４】
平均自由行程λは、分子直径δ(ｍ)、温度Ｔ(°Ｋ)、圧力Ｐ(Ｐａ)とし、次式で表される。
λ ＝３．１１×１０^-24・Ｔ／(Ｐ・δ²)
室温の空気の場合、１０^-3Ｐａの圧力で、平均自由行程λは約６．８ｍである。
【００２５】
なお、急速排気を行う場合には、仕込取出室壁面の材質も重要であり、ステンレスが露出するよりも、ステンレスがＴｉＮコーティングされている方がよい。図４(ａ)、(ｂ)に、ステンレスの放出ガス成分と、ＴｉＮコーティングした場合の放出ガス成分のグラフを示す。横軸は真空排気時間、縦軸は放出ガスの分圧比である。図中の数字は、検出された残留気体の電荷質量比(Ｍ／ｅ)である。
【００２６】
同図(ａ)、(ｂ)のグラフを比較した場合、同一条件、同一排気時間では、水分(数字１８)の放出ガス量は、ＴｉＮコーティングをした方が、ステンレスに比べて１／１０になっている。従って、ＴｉＮコーティングをした場合、同じ水分量になるまで真空排気するための時間は、ステンレスに比べて１／１０で済む。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１の符号１は、本発明の真空処理装置の一実施形態を示しており、搬送室として用いる真空室１０を有している。真空室１０には、本発明の一実施形態の仕込取出室３と、図３に示したのと同様の複数の処理室を有している(処理室は図示しない)。
【００２８】
仕込取出室３は、略直方体形状にされており、長手方向一端には搬出入口５が設けられ、他端は仕切バルブ４を介して真空室１０に接続されている。仕切バルブ４を開けると、仕込取出室３内部と真空室１０内部とは接続され、仕切バルブ４を閉じると仕込取出室３内部と真空室１０内部とは互いに遮断されるようになっている。
【００２９】
仕込取出室３の壁面６の表面にはＴｉＮ薄膜が成膜されており、水分等のガスが吸着しにくく、しかも、表面積が小さくなるようにされている。また、仕込取出室３の壁面６内には、図示しない配管が引き回されており、その配管は、符号９で示すように、仕込取出室３外部に取り出され、温水器８に接続されている。
【００３０】
温水器８内には、図示しないヒータが設けられており、ヒータによって、内部に封入された熱媒体(例えば、水)を加熱できるように構成されている。また、温水器８内には、図示しないポンプが設けられており、配管９及び壁面６内の配管を流路とし、ヒータで加熱された熱媒体を流して仕込取出室３の壁面を昇温させられるように構成されている。
【００３１】
また、仕込取出室３の内壁面６は、幅Ｗは４０ｃｍ、高さＨは５ｍｍ乃至１５ｍｍに形成されており、真空室１０内に配置された基板搬送ロボットが、仕込取出室３内の基板を搬出入できる範囲内で、できるだけ壁面６の表面積が小さくなるように構成されている。
【００３２】
このような真空処理装置１を使用する場合には、予め仕切バルブ４と搬出入口５とを閉じて真空室１０及び仕込取出室３内部を真空排気すると共に、温水器８を動作させ、温度制御した温水を仕込取出室３の壁面６内に流し、仕込取出室３を６０℃を昇温させておく。
【００３３】
仕込取出室３が６０℃に温度上昇した後、図示しないベント系により、仕込取出室３内に窒素ガスを導入する。仕込取出室３内が大気圧に復圧した後、仕込取出室３を６０℃に維持したまま、搬出入口５を開け、基板を内部に装着する。
【００３４】
次に、搬出入口５を閉じ、仕込取出室３の温度を６０℃に維持しながら内部を急速に真空排気すると、壁面６からの熱により、仕込取出室３内部は過冷却に成らず、従って、水滴は発生せず、また、水分が壁面６に吸着しないので、水分は、窒素ガスと一緒に真空排気される。
【００３５】
この場合、仕込取出室３の壁面６は小面積に形成されているので、壁面６からの放出ガスも少なく、仕込取出室３内部は、極めて短時間で高真空状態に達する。
【００３６】
仕込取出室３を直方体と見た場合、仕込取出室３の内部雰囲気の平均自由行程が、壁面間の短辺距離を超えた圧力まで真空排気されたところで、仕込取出室３への温水供給を終了させる。
【００３７】
仕込取出室３の短辺距離が５ｍｍの場合、平均自由行程がその値になる圧力は約１×１０^-3Ｔｏｒｒ(１．３３×１０^-1Ｐａ)である。
温水供給の終了により、壁面６の温度は急速に低下し、それと伴って、仕込取出室３の壁面６からの放出ガス量も少なくなるので、圧力は急速に低くなる。
【００３８】
仕込取出室３内が所定圧力まで真空排気された後、仕切バルブ４を開け、真空室１０内に配置された搬送ロボットを動作させ、真空室１０を介して、仕込取出室３内の基板を図示しない処理室に搬送し、薄膜形成作業等の真空処理を行う。
【００３９】
その真空処理中は、仕切バルブ４を閉じ、仕込取出室３内を真空状態にしておき、真空処理が終了した後、仕切バルブ４を開け、真空室１０を介して、基板を仕込取出室３内に搬入する。
【００４０】
次いで、仕切バルブ４を閉じ、仕込取出室３の温度を６０℃に昇温させて真空排気を行った後、窒素ガスを導入し、搬出入口５を開けて仕込取出室３内を大気に開放し、真空処理が終了した基板を大気中に取り出す。
【００４１】
このように、仕込取出室３内が大気に開放される際には、仕込取出室３の壁面６は６０℃に維持されているので、大気中の水分が吸着せず、従って、真空室１０や各処理室内に水分が侵入しないようになっている。
【００４２】
以上説明したように、本発明の真空処理装置１や仕込取出室３を用いると、仕込取出室３の内壁面６に付着する水分が少なく、また、過冷却による水滴の発生がないので、高品質の真空処理を行えるようになっている。
【００４３】
上記の仕込取出室３の排気時間と到達圧力の関係を図２のグラフに示す。
図２の曲線Ｌ₁〜Ｌ₃は、大気に開放する際、及び真空排気の初期には壁面を６０℃に昇温させ、真空排気時間が２．５時間に達したときに６０℃への昇温を終了させ、その後、温度が低下した状態で真空排気を継続した場合(符号Ｌ₁)と、昇温させず、室温(２３℃)のまま大気開放と真空排気を行った場合(符号Ｌ₂)と、室温(２３℃)で大気に開放した後、真空排気の初期に壁面を１００℃に加熱し、真空排気時間が２時間に達した後、加熱を終了し、真空排気を継続した場合(符号Ｌ₃)である。
【００４４】
本発明の場合は、真空排気の初期は圧力が高いものの、昇温を終了すると圧力が急速に低下し、短時間で非常に低い圧力に到達している。
それに比べ、室温の場合(符号Ｌ₂の曲線)は初期の圧力は低いものの、壁面からの水分放出により、圧力の低下速度は遅くなっている。
【００４５】
１００℃加熱のベーキングを行った場合は、加熱終了後の圧力が急速に低下しているが、大気開放されている際に壁面に水分が吸着しているため、低圧力になると水分放出によって圧力低下速度が遅くなり、到達圧力は低くならない。
このように、仕込取出室内の到達圧力には、大気開放の際の壁面温度が重大な影響を与えていることが分かる。
【００４６】
なお、上記実施例では、仕込取出室３を取り付ける真空室として、搬送室として用いた真空室１０を示したが、図示しない処理室についても、仕込取出室３はゲートバルブを介して取り付けられていることになっている。従って、本発明の仕込取出室は、搬送室を有さず、直接処理室に取り付けられるものも含まれる。
【００４７】
このように、本発明の仕込取出室は、高品質の真空雰囲気を必要とする真空室に直接取り付けても、他の真空室を介して取り付けてもよい。要するに、本発明の仕込取出室は、高品質の真空状態を必要とする真空処理装置に広く用いることが可能である。
【００４８】
また、上記実施例では、「仕込取出室」について説明したが、実際には、基板を搬出入する際に、基板搬入を行う仕込室と、基板搬出を行う取出室とを別々に設ける場合があるが、本発明は、その名称にとらわれず、仕込室についても、取出室についても適用できる。要するに、水分分圧が低い高品質な真空雰囲気が必要な真空室に接続され、大気に開放される真空室を広く含むものである。
【００４９】
【発明の効果】
仕込取出室の壁面に水分が付着しないので、急速に真空排気しても基板や仕込取出室壁面に水滴が生じることはない。
また、真空排気する雰囲気中に水分が少ないので、短い真空排気時間で非常に低い圧力まで到達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空処理装置の一例
【図２】本発明の仕込取出室の真空排気時間と到達圧力の関係を示すグラフ
【図３】従来技術のマルチチャンバ型真空処理装置の一例
【図４】室温におけるステンレスとＴｉＮコーティングの放出ガス成分
(ａ)：ステンレス(SUS-304L) (ｂ)：ＴｉＮコーティング
【符号の説明】
１……真空処理装置３……仕込取出室４……ゲートバルブ６……壁面１０……真空室(搬送室)

Claims

内部を大気から遮断する搬出入口を有し、真空排気可能に構成され、真空雰囲気が必要な真空室に接続され、大気に開放可能な仕込取出室であって、
前記仕込取出室の壁面には、熱媒体の流路が設けられ、前記流路内に昇温された前記熱媒体が流されることにより、前記壁面を所定温度に昇温させられるように構成されたことを特徴とする仕込取出室。
前記壁面は、表面に窒化チタン膜(ＴｉＮ膜)を有することを特徴とする請求項１記載の仕込取出室。
真空室と、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の仕込取出室とを有し、
前記真空室と前記仕込取出室とが開閉可能なゲートバルブを介して接続された真空処理装置。
請求項１記載の仕込取出室内に処理対象物を搬入した後、前記仕込取出室内を真空排気する真空排気方法であって、
前記仕込取出室の壁面を５０℃以上７０℃以下の温度範囲に昇温させた後、前記搬出入口を開け、大気中にある前記処理対象物を搬入することを特徴とする真空排気方法。
前記温度範囲での前記仕込取出室内部の平均自由行程の値が、前記仕込取出室の壁面間の短辺距離を超えるまで真空排気された後、前記壁面の温度を低下させることを特徴とする請求項４記載の真空排気方法。