JP4288160B2 - 窒素パージを行うトップ通気口を有する高速サイクルチャンバ - Google Patents

Description

本発明は、半導体の製造に関し、具体的には、その内部において半導体基板より上の領域から蒸気を除去および排除することによって、圧力状態の迅速な推移を可能にするように設計された半導体プロセスチャンバに関する。

半導体製造システムの設計は、常にスループットの向上に主眼を置いている。例えば、複数の処理工程の統合を可能にするため、プロセスチャンバをクラスタツールの形で構成することがなされてきた。これらのシステムでは、一般に、大気圧および真空でそれぞれ機能する複数のモジュール間でウエハを取り扱ったり処理したりするためのチャンバを別に備えることによって、清浄な処理環境を確保し、さらに、ウエハの移送時にプロセスチャンバを通気する必要をなくすることによって、スループットの向上を図っている。半導体基板は、その処理を行う際に、真空と大気圧との間でサイクルするチャンバであるロードロックに出入りする。大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）からロードロックへと基板が移動すると、ロードロックの圧力は大気圧になる。次に、ロードロック内の空気がポンプによって排出され、ロードロックチャンバ内が真空になる。次に、ロボット式アームを使用した真空移送モジュールが、基板をプロセスチャンバへと移動させる。次に、プロセスチャンバ内において処理操作（例えば、エッチング、酸化、化学気相蒸着等）が実施される。

処理された基板は、真空移送モジュール内のロボット式アームによってロードロックへと戻される。ロードロックは、上述した移送以降はずっと真空状態にある。基板がロードロックに入ったら、窒素（Ｎ２）等のガスを通し、ロードロック内の圧力を大気圧に戻す。ロードロック内の圧力が大気圧に達したら、処理済みの基板を基板カセットへと移し、もし必要ならば次の処理工程に備える。半導体の処理では、処理システムの価値は、基板の処理速度に大きく依存する。すなわち、高スループットの処理システムは、一定期間内に、低処理速度のシステムよりも多くの処理済み基板を得ることができる。したがって、他の特徴が全て等しければ、スループットが高い処理システムほど望ましい。

しかしながら、半導体処理システムのスループットは、ロードロック等のチャンバの低圧と高圧との間でのサイクル可能速度に大きく依存する。上述したクラスタ構造では、ロードロックは異なる圧力状態間で推移するチャンバである。したがって、ロードロックのサイクル時間は、システムのスループットに大きく影響する。あいにく、従来の処理システムでは、ロードロックチャンバのサイクル速度は、一般に、ロードロックが基板上に微粒子を堆積させることなく真空状態と大気圧状態との間でサイクル可能である速度による制約を受ける。とりわけ、チャンバ内における大気圧から真空への推移は、チャンバ内における真空の形成速度による制約を受ける。換言すると、チャンバ内における真空の形成速度を制限すれば、蒸気の凝縮を回避することが可能である。浮遊する水蒸気の形をとる蒸気は、真空の形成過程において温度が露点を通過して下降する際に凝縮する。個々の水滴は、空気中に閉じ込められた粒子を核とすることができる。そして、真空の形成が急激すぎる際に、核とされた粒子の重量が原因で基板上に落下する。水分は、真空が形成された時点で最終的に蒸発するが、粒子は、基板の表面に汚染物質として残留し、デバイスの欠陥を引き起こす可能性がある。汚染された基板は、半導体の歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。

図１は、ロードロックの概略図である。ロードロック１００は、アクセスポート１０２と、ボトム真空ポート１０４と、ボトム通気口１０６とを含む。ロードロック１００の内部には、ウエハサポート１１０が設けられている。このウエハサポート１１０は、ロードロックの内部にある半導体基板１０８を載置するためのパッド１１２を有する。もちろん、パッド１１２はピンであっても良い。なお、当業者ならば明らかなように、ロードロック１００は様々な圧力状態間で推移する。例えば、ウエハ１０８が処理済みである場合は、そのウエハ１０８は、真空状態の下でロードロック１００内に導入されるのが普通である。その真空状態は、次いで、ボトム通気口１０６からのガスの導入によって破られる。ロードロック１００内の圧力が大気圧に達したら、ウエハをロードロック１００から取り出して、大気圧移送モジュールへと移す。ウエハ１０８が未処理である場合は、ウエハは、ロードロックが大気圧状態にある状態で、大気圧移送モジュールからロードロック内に導入される。ロードロック１００は、次いで、真空ポート１０４通して排気され、その内部に真空を形成する。

しかしながら、ロードロック１００の設計上の欠陥の１つは、アクセスポート１０２がいずれも開いており、そのいずれからも外部の蒸気が侵入するという点にある。したがって、ロードロック１００が排気されて真空が形成された場合でも、ウエハ１０８の上方の領域１１４にはなお、アクセスポート１０２から侵入した蒸気１１６すなわち水蒸気が存在している。そして、前述のように、ロードロック内の真空が急激に形成される場合には、領域１１４内において水蒸気１１６が凝縮する。この凝縮物は、領域１１４で微粒子を核としており、最終的には、ウエハ１０８の表面上に落下することによってウエハを汚染する可能性がある。

ロードロック１００の設計上のもう一つの欠陥は、ボトム通気口１０６からガスが導入される際に、ボトム通気口１０６付近のチャンバボトムに落下した粒状物質が、ガス流に取り込まれる可能性がある点にある。すなわち、チャンバ１００のボトムにある十分に軽量のあらゆる粒状物質は、通気時に舞い上がる可能性がある。したがって、取り込まれた粒状物質は、ロードロック内において基板上に堆積し、歩留まりの低下を招く可能性がある。

ウエハ１０８の上面に落下する凝縮物の問題を解決する試みの一つに、ロードロック内における真空の形成速度を制限する方法がある。すなわち、真空の形成を二段階に分けて行う方法である。この場合は、第一の段階を低速度で行い、露点の通過を回避することによって、凝縮の発生を阻止する。しかしながら、真空速度を制限すると、システムのスループットも制限される。

以上からわかるように、基板を汚染物質に晒すことなしに、複数の圧力状態間で推移するロードロックのサイクル速度を高めることよって、高いスループットを実現することが必要とされている。

本発明は、内部にあるウエハを汚染物質に晒すことなしに、異なる圧力状態間で迅速に推移することができるチャンバを提供することによって、これらのニーズを満たすものである。本発明は、また、チャンバ内において、ウエハより上方の環境を調整するための方法を提供する。

本発明の一態様にしたがって、圧力変動境界内において半導体基板より上方に定められた領域の環境を調整するための方法が提供される。方法は、圧力変動境界内へとアクセスポートを通して半導体基板を導入することから開始する。このとき、圧力変動境界の圧力は第一の圧力である。次に、半導体基板より上方に定められた領域から蒸気を追い出す。一実施形態では、上述した蒸気の追い出しは、圧力変動境界のトップ通気口から乾燥流体を導入することによって行われる。次に、アクセスポートを閉じる。次に、圧力変動境界内の圧力を第二の圧力に推移させる。次に、圧力変動境界から半導体基板を取り出す。

本発明の別の一態様にしたがって、チャンバ内において半導体基板より上方の領域の蒸気を最小限に抑えるための方法が提供される。方法は、チャンバの上面を通るように通気口を設けることから開始する。次に、チャンバの底面を通るように真空ポートを設ける。次に、チャンバ内においてサポート上に配置された半導体基板より上方に定められた領域に、蒸気が侵入するのを阻止する。次に、チャンバ内の圧力を真空に推移させる。この真空への推移時には、半導体基板より上方に定められた領域の外に凝縮物が形成される。

本発明の別の一態様にしたがって、異なる圧力で作動するモジュール間で半導体基板を移動させるためのチャンバが提供される。チャンバは、排気口を設けられたベースを備える。排気口は、チャンバ内の空気を除去して真空を形成することを可能にする。チャンバは、また、半導体基板を支えるための基板支持部材を備える。チャンバは、また、吸気口を有したチャンバトップを備える。吸気口は、チャンバ内にガスを導入し、基板支持部材より上方に定められた領域から蒸気を追い出すことを可能にするように構成される。チャンバは、また、ベースからチャンバトップに至る側壁を有する。側壁は、チャンバに対して半導体基板を出し入れするためのアクセスポートを含む。

本発明のさらに別の一態様にしたがって、半導体基板を処理するためのシステムが提供される。システムは、第一の圧力で作動するように構成された第一の移送モジュールと、第二の圧力で作動するように構成された第二の移送モジュールとを備える。システムは、第一および第二の移送モジュールと連通している圧力変動境界を備える。圧力変動境界は、第一の圧力と第二の圧力との間で推移することができる。圧力変動境界は、トップ通気口とボトム真空ポートとを含む。トップ通気口は、圧力変動境界内に流体を導入するように構成される。このような流体の導入は、圧力変動境界内において半導体基板より上方に定められた領域から蒸気を追い出す。

なお、上記の概要的な説明および下記の詳細な説明は、説明を目的とした例示的なものであり、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定するものではない。

本明細書に組み込まれ尚かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を例示したものであり、発明の説明とともに本発明の原理を明らかにする働きをする。

以下では、本発明によるいくつかの代表的な実施形態を、添付の図面を参照にしながら詳細に説明する。図１は、「背景技術」の項で説明されている。

本発明の実施形態による方法および装置は、ロードロック内において、半導体基板より上方に定められた領域から蒸気を除去することによって、制約のない真空形成速度の適用を可能にする。ウエハの下方ではなく上方に通気口を設ければ、ロードロック等の圧力推移式のチャンバに設けられた対外気アクセスポートが開いている間にガスパージを行って、ウエハの上方から蒸気を取り除き、ウエハの領域に蒸気が流れ込むのを阻止することが可能である。一実施形態では、ガスパージは乾燥している。すなわち、ほとんど蒸気が含まれない。ここでは、ウエハおよび基板は同義で使用される。基板より上方で蒸気が凝縮する恐れがなくなるので、真空の形成速度に対する制約もなくなる。すなわち、ガスパージは、あらゆる蒸気をチャンバ内において基板より下方に且つ基板からみて排気流の下流に位置する領域に押しやるので、露点の通過に関連したあらゆる問題を取り除くことができる。また、チャンバトップに形成された通気口の近くに基板を配置し、チャンバトップと基板との間の領域を小さく定めれば、基板より上方に且つチャンバトップより下方に定められた領域の体積を最小限に抑え、ガスパージによる基板より上方の領域の調整をより効果的に行うことが可能になる。

図２は、本発明の一実施形態にしたがった、ウエハの取り扱いを自動化された代表的な半導体処理システムの概略図であり、トップ通気口を有するロードロックが含まれている。ウエハ処理を能率化するため、ウエハカセット１２４には、１枚またはそれ以上の枚数の未処理ウエハ１２２が収容され、そのままカセットごとロードポート１２６に入れられている。次に、大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）１２８内のロボット式アーム１３０が、ウエハ１２２をウエハカセット１２４から取り出す。ロードポート１２６およびＡＴＭ１２８の圧力は、ともに大気圧である。ロボット式アーム１３０は、未処理のウエハ１２２をＡＴＭ１２８から取り出して、ロードロック１３２内のウエハサポート１３４へと移動させる。このとき、ロードロック１３２の圧力は大気圧である。次に、ロードロックチャンバ内の空気を真空ポート１３６から排出し、ロードロック１３２内に真空を形成する。ロードロック１３２に通じるアクセスドアは、真空形成中はもちろん閉じられている。ロードロック１３２内に真空状態が確立されたら、真空移送モジュール１４０とロードロックとの間に位置するアクセスポートを開く。次に、ロボットアーム１４４を使用し、ウエハ１２２を、ウエハサポート１３４からプロセスチャンバ１４２へと、真空移送モジュール１４０を通って移動させる。ウエハ１２２の処理が行われたら、処理済みのウエハをプロセスチャンバ１４２から取り出して、真空移送モジュール１４０を通ってロードロック１３２へと移動させる。

次に、ロードロックのチャンバが大気圧に達するまで、トップ通気口１３８からロードロック１３２内にガスを通し、ロードロック１３２を大気圧状態に推移させる。次に、ロボット式アーム１３０を使用して、処理済みのウエハを、ＡＴＭ１２８を通ってカセット１２４へと移動させる。当業者ならばわかるように、ロードロック１３２内には、二枚以上のウエハが同時に存在することが可能である。例えば、とあるウエハが真空移送モジュール１４０からロードロック１３２へと移動するとき、ロードロック内には未処理の別のウエハが存在していて良い。したがって、ロボット式アーム１４４は、処理済みのウエハをロードロック１３２内に入れるとともに、未処理のウエハを処理に備えて取り出すことが可能である。一実施形態では、排気および通気の段階で、ロードロック１３２内に存在している半導体基板は一枚である。このとき、プロセスチャンバ１３２はウエハ待ちのアイドル状態にならない。したがって、スループットは最適化される。当業者ならばわかるように、ロードロックの圧力を大気圧に等しくする過程は正確な制御下にある。すなわち、急激な圧力調整によって混流が生じると、その結果として、ウエハより上方で蒸気の含有量が増大する可能性がある。したがって、ロードロック内の圧力を均一化する過程は、通気のプロセスを通して正確に制御されており、チャンバ内の乱流を阻止することによって、微粒子が舞い上がる事態を回避している。

図２に示されるように、ロードロック１３２のトップには、基板支持部材１３４より上方に且つ上流に、蒸気がほとんど含まれない環境を形成できるように、通気口１２８が設けられている。また、後ほど詳述されるように、ロードロック１３２の上面にトップ通気口１３８を設ければ、基板１３４より上方に且つトップ通気口１３８より下方に定められた領域が、ロードロック１３２に流入する空気によって満たされるのを、阻止することができる。ここで議論される実施形態は、いずれもロードロック１３２内の圧力を真空と大気圧との間で推移させる状況を取り上げているが、ここで言うロードロックは、二種類の圧力間で作動するものであれば、あらゆるシステム用のあらゆるチャンバを包括することが可能である。

図３は、本発明の一実施形態にしたがった、トップ通気口およびボトム真空ポートを有するロードロックの概略図である。ロードロック１３２は、トップ通気口１３８と、ボトム真空ポート１３６とを備える。アクセスポート１４６は、ロードロック１３２に対するウエハ１２２の出し入れを可能にする。ロードロック１３２内にあるとき、ウエハ１２２は、ピン１５０付きの基板サポート１３４の上に載置されている。例えば、ウエハ１２２を大気圧移送モジュールからロードロック１３２内に導入する際は、アクセスポート１４６の一方を開き、ロードロック内へのウエハ１２２の導入を可能にする。アクセスポート１４６の一方が開き、ウエハ１２２の導入が可能になったら、通気口１３８からロードロック１３２内へと、流体を流し込む。流体は、ウエハ１２２がロードロック１３２内に移される間、アクセスポート１４６が閉じられるまで流れつづける。一実施形態では、流体は、アクセスポート１４６が閉じられた後もしばらく流れ続ける。なお、ロードロック１３２は、アクセスポート１４６が閉じられた時点で隔離されるので、ロードロック内には、真空ポンプによる真空の形成に先だって僅かな正圧が生じる。

図３に示されるように、通気口１３８からの流体は、蒸気をほとんど含まない領域１４８を形成する。領域１４８は、ウエハ１２２とロードロック１３２のトップとの間に形成される。一実施形態では、通気口１３８は、図５および図６に詳細に示されるように、通気口からの流体を領域１４８全体に分散させるための拡散器と連通している。通気口１３８からのガス流は、ウエハの移送時に、開かれたアクセスポート１４６からロードロック１３２内に侵入してくる蒸気をパージする。すなわち、ロードロック１３２に対するウエハの出し入れにともなって侵入してくる、蒸気を大量に含む空気は、全て、矢印１４７に示されるように、ウエハ１２２より下方に押しやられる。一実施形態では、通気口１３８からロードロック１３２内へと導入される流体は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の、非中毒性の不活性ガスである。通気口１３８から導入されるガス流は、また、あらゆる蒸気をウエハ１２２より上方の領域１４８からウエハ１２２より下方の領域へと押しやる。したがって、ロードロック１３２の領域１４８で、あらゆる蒸気が取り除かれる一方で、領域１４８の外では、あらゆる蒸気が領域１４８に侵入するのを阻止される。

図３に示したように、ウエハ１２２が大気圧移送モジュールからロードロック１３２内に移ると、ウエハを運んでいたロボットアームは取り出され、ウエハをロードロックに移動させた通り道であるアクセスポート１４６は閉じられる。前述したように、通気口１３８からのガス流は、アクセスポート１４６が閉じた後もしばらくは続いて良い。あるいは、通気口１３８からのガス流は、アクセスポート１４６が閉じるとともに停止して良い。真空移送モジュールを通してウエハ１２２をプロセスチャンバに移動させるためには、ロードロック１３２を排気し、その内部に真空を形成しなければならない。したがって、一実施形態では、真空ポート１３６と連通している真空ポンプを使用して、ロードロック１３２内に真空を形成する。なお、当業者ならば明らかなように、領域１４８には蒸気がほとんど含まれないので、ロードロック１３２内に真空を形成する速度は制約を受けない。すなわち、ウエハ１２２の表面より上方に蒸気が存在しないので、真空の形成を二段階に分けて行う必要はない。温度がロードロック１３２の排気中に露点を通過すると、領域１４８の外にある蒸気は凝縮する可能性がある。例えば、ウエハ１２２より下方に押しやられた蒸気は、いずれも凝縮する可能性がある。しかしながら、ウエハ１２２より上方の領域１４８にはもう蒸気が存在しないので、もはやこのような凝縮を懸念する必要はない。したがって、たとえ蒸気が粒子を核として凝縮した場合でも、それらの蒸気および粒子は、ロードドック１３２の底面に落下するに過ぎない。さらに、通気口１３８がロードドック１３２のトップに設けられていることから、ロードドック１３２の底に落下したどの粒子もロードロック１３２の底に留まる。すなわち、通気口１３８がロードロック１３２のトップに設けられていることから、ロードロック１３２の底にあるどの粒子も通気中に舞い上がることはない。当業者ならばわかるように、ロードロック１３２の通気に使用される窒素等のガスは、蒸気をほとんど含んでおらず、且つ、粒状物質がロードロックに導入される事態を回避できるように高度にフィルタ処理されている。

図４は、第一段階の真空形成速度に制約がある二段階方式の真空排気過程と、真空形成速度に制約がない真空排気過程とを比較したグラフである。図中、制約のある真空形成速度は、線１５２，１５４によって表されている。線１５２によって表された、真空形成速度に制約がある第一の段階中は、温度が露点を通過することのないように配慮される。二段階方式では、露点の通過が回避されるので、点１５６に達した後は、線１５４の初期の傾斜に示されるように、真空形成速度を増加させることが可能である。したがって、この二段階方式では、凝結雲は形成されないが、スループットは損なわれる。また、低圧の空気ほど粒子を動かす力も小さいので、排気速度が小さい第一の段階では、粒子を舞い上がらせる恐れのある乱流を抑えることができる。したがって、第一の段階は、粒状物質をかき乱すことなしにロードロックを排気するように構成される。

一方、線１５８は、制約のない真空形成速度を表している。例えば、図３を参照にしながら上述したように、ウエハより上方に定められた領域１４８等の領域から蒸気が排除された、すなわちほぼ取り除かれた場合は、制約のない真空形成速度を適用することが可能である。トップ通気口１３８を通してガスパージを行うと、ウエハより上方の環境を、蒸気をほとんど含まないように調整できるので、真空形成速度を増大させることができる。なお、ウエハより上方の環境をパージするために使用されるガスは、乾燥ガスである。すなわち、チャンバトップから乾燥した不活性ガスを通すと、ウエハより上方の蒸気が取り除かれるので、露点の通過を原因とする問題を排除することができる。したがって、真空形成速度に対する制約がなくなり、時間ｔ１によって表されるように、ロードロック内が真空状態に到達するまでの時間が短縮される。当業者ならば明らかなように、真空形成速度に対する制約がないと、バルブシステムは簡略化される。したがって、真空形成速度に対する制約がないと、バルブシステムは低コスト化される。露点の通過を避ける二段階方式を使用し、真空形成速度に制約がある場合は、時間ｔ２になるまで所望の真空レベルに到達しない。圧力変動境界を有するロードロック等のチャンバは、排気時間が短いほど、異なる圧力状態間でのサイクル速度が大きくなるので、ひいてはより高いスループットに繋がる。

図５は、本発明の一実施形態にしたがった、拡散器と連通しているトップ通気口を有するロードロックの概略図である。ここで、トップ通気口１３８は、拡散器１６０に接続している。拡散器１６０は、ウエハ１２２より上方に且つ拡散器より下方に定められた、図３の領域１４８等の領域へと、ガス流を均一に方向付ける。したがって、ウエハ１２２より上方に掃引用の（sweeping）流体フローが形成され、これによってウエハより上方の環境が調整される。すなわち、拡散器１６０からの不活性ガス流は、ウエハ１２２より上方のあらゆる蒸気を追い出して、事実上の不活性ガス環境をウエハより上方に形成する。図中、拡散器１６０は、ウエハ１２２より僅かに大きい直径を有する状態で示されているが、拡散器の直径は、ウエハの直径より小さくとることも可能である。さらに、拡散器は、蒸気をほとんど含まない環境をウエハより上方に形成するのに適した任意の形状をとることが可能である。また、もしアクセスポート１４６のどれか一つが開いていると、ロードロック１３２に侵入する蒸気を含む空気は、ウエハ１２２より下方へと方向付けられる。通気口１３８からの不活性ガスパージは、図３を参照にしながら上述したのと同様な方法で、ウエハ１２２より上方に且つ拡散器１６０より下方に定められた領域に外部からの蒸気が侵入するのを阻止する。したがって、真空形成速度を高めることが可能である。図中、真空排気口１３６は、ウエハ１２２のほぼ中央に位置する状態で示されているが、真空排気口は、ロードロック１３２の底面の任意の位置に設けることが可能である。また、エッジ１６４は、チャンバの排気を補助する角丸として示されている。ロードロック１３２を真空排気して真空を形成する真空ポンプ１６２は、ロードロック１３２に適した任意の市販の真空ポンプであって良い。一実施形態では、拡散器１６０は、ロードロック１３２のトップの内側に固定されている。図中、通気口１３８は、ウエハ１２２の中央に位置する状態で示されているが、当業者ならば明らかなように、通気口は、蒸気および粒子がほとんど含まれない環境をウエハより上方に形成できるガス流を供給できさえすれば、チャンバトップの任意の位置に設けることが可能である。

やはり図５に示されるように、ウエハ１２２の上面と拡散器１６０の底面との間の距離１６１は、一実施形態では、約３ミリメートル（ｍｍ）から約３センチメートル（ｃｍ）までの間である。距離１６１は、好ましくは約５ｍｍから約２ｃｍまでの間であり、さらに好ましくは約１ｃｍである。前述のように、真空ポンプ１６２は、アクセスポート１４６が閉じてからすぐに始動しても良いし、アクセスポート１４６が閉じてからしばらく後に始動しても良い。一実施形態では、真空ポンプ１６２は、アクセスポート１４６が閉じてから約０秒後から約２秒後までの間に始動する。好ましくは、真空ポンプ１６２は、アクセスポート１４６が閉じてから約０秒後から約０．５秒後までの間に始動する。当業者ならばわかるように、通気口１３８は、ロードロック１３２が排気されている間ずっと閉じているので、ロードロック内に真空を形成することが可能である。なお、バルブ１３９としては、通気口１３８へのアクセスを閉じてロードロック１３２内に真空を形成するのに適した任意のバルブが使用可能である。また、拡散器１６０は、半導体処理に適合した任意の拡散器であって良く、例えば、粉末金属や焼結ニッケルを組み込んだ拡散器や、骨組み（fabric）やバッフル等に貼り付けられたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）の拡張膜等を組み込んだ拡散器が挙げられる。当業者ならば明らかなように、ロードドック１３２は、異なる圧力状態のチャンバ間にある圧力変動境界であるので、両方のアクセスポート１４６が同時に開くことはない。

図６は、本発明の一実施形態にしたがった、トップ通気口およびボトム真空ポートを有するロードロックの概略図であり、内部に複数のウエハが収容されている。矢印１６６で示されるように、図中の複数のウエハ１２２，１２３は、それぞれロードロックに出入りしている。当業者ならばわかるように、処理済みのウエハ１２３が真空移送モジュールからロードロック１３２内に導入されるとき、未処理のウエハ１２２はロードロック１３２の中にある。したがって、処理済みのウエハ１２３を降ろしたロボット式アームは、次いで、処理したいウエハ１２２を取り出すことができる。一実施形態では、通気時または排気時には、ロードロック１３２内にあるウエハは一枚である。すなわち、アクセスポート１４６の一方が開いているときは、二枚のウエハがロードロック１３２内にある。前述のように、アクセスポート１４６の一方が開いているときは、通気口１３８および拡散器１６０からのガス流は、蒸気をほとんど含まない領域を上のウエハ１２２より上方に形成する。ウエハ１２２がロードロック１３２内へと移動するとともに、ウエハより上方の環境は拡散器１６０からのガス流によって調整される。また、清浄な乾燥ガス流は、ウエハ１２２の表面上を一掃する形で扇状に散開する。反対に、処理済みウエハ１２３がロードロック１３２内に入るときは、清浄な乾燥ガス流は処理済みウエハをさらに冷却する働きをする。さらに、処理済みウエハ１２３は、処理済みウエハ１２２上に凝縮してその表面を汚染する恐れのあるガスを排出する可能性がある。トップ通気口１３８から供給されるガス流は、あらゆる排ガスおよび残留物を、ロードロック１３２の底面に向けて下向きに押し流す。なお、このような残留物は、最終的には真空ポンプ１６２によって真空ポート１３６から排出される。通気口１３８をロードロック１３２のトップに設けることによるもう一つの利点は、ロードロック内にガスを通す際に、ロードロックに流れ込む空気流が原因でロードロックの底面にある粒子が舞い上がるのを阻止できる点にある。通気口がロードロック１３２のボトムに設けられていると、粒子がボトムの通気口からの空気流に取り込まれ、ロードロック１３２内にある任意のウエハ表面に堆積する可能性がある。しかしながら、通気口１３８をロードロック１３２のトップに設ければ、底面にある粒子をそこに留まらせることができる。

やはり図６に示されるように、一実施形態では、通気口１３８の直径は約１００ｍｍである。一実施形態では、ロードロック１３２の容量を７リットルとすると、通気口１３８を通ってロードロックに供給される窒素等の清浄な乾燥ガスの流量は、約１０標準リットル毎分（ＳＬＭ）から約１００ＳＬＭまでの間である。７リットルチャンバ用の流量は、好ましくは約４０ＳＬＭから約６０ＳＬＭまでの範囲であることが好ましく、好ましくは５０ＳＬＭである。ここでは、７リットルチャンバ用の流量を取り上げたが、７リットルよりも大きいまたは小さいチャンバに関しても、それ相応の流量を量ることが可能である。当業者ならばわかるように、ここで取り上げた実施形態は温度依存性である。一実施形態では、ロードロック１３２内の真空状態は、真空形成サイクルの開始から１０秒未満に、好ましくは６秒未満に実現される。真空形成サイクルは、もちろん、真空ポンプ１６２を始動させることによって、あるいは、真空ポンプ１６２が既に作動している状態で真空ポンプの吸い込み側とロードロック１３２との間に設けられた適切なバルブ１６４を開くことによって、開始させることができる。

図７は、圧力変動境界内において半導体基板の領域より上方の環境を調整するために実施される方法操作のフローチャートである。方法は、アクセスポートを通して圧力変動境界内に半導体基板を導入する操作１７０から開始する。半導体基板がＡＴＭから移される場合は、圧力変動境界のこのときの圧力は、大気圧等の第一の圧力である。一実施形態では、圧力変動境界はロードロックである。方法は、次に、半導体基板より上方に定められた領域から蒸気を追い出す操作１７２に進む。例えば、図３，５，６を参照にしながら説明したように、トップ通気口からの清浄な乾燥ガス流が、半導体基板より上方の領域から蒸気を追い出す。上述したように、ガスは、不活性で且つ非中毒性の任意の適切なガスである。また、ガス流は、圧力変動境界へのアクセスポートが開いているときに、半導体基板より上方に定められた領域に外部からの蒸気が侵入してくるのを阻止する。排除された蒸気および開いたアクセスポートから入ってくる外部の蒸気は、半導体基板より下方へと押しやられる。方法は、次に、アクセスポートを閉じる操作１７４に進む。なお、アクセスポートを閉じるより前に、半導体基板が基板サポートの上に載置され、ロボットアームが圧力変動境界から取り出されるのは明らかである。当業者ならば明らかなように、アクセスポートは、チャンバへのアクセスを可能にするとともに、チャンバを封止するスロットバルブ等の機能を有する、任意の適切なアクセスポートであって良い。

やはり図７に示されるように、方法は、次に、圧力変動境界を第二の圧力に推移させる操作１７６に進む。例えば、未処理の半導体基板が大気圧移送モジュールから圧力変動境界内に入った後に、圧力変動境界内の圧力を大気圧から真空へと引き下げる。真空状態では、未処理の半導体基板を真空移送モジュールに移すことが可能である。圧力変動境界を第二の圧力に推移させる際には、チャンバ内を真空にする速度は何の制約も受けない。すなわち、半導体基板より上方に且つロードロックへのトップ通気口の吸気口より下方に定められた領域は、ほとんど蒸気を含まない。基板より上方に蒸気が存在しないので、半導体基板の表面に凝縮物が落下する恐れはない。操作１７２に関連して説明したガス流は、半導体基板より上方に定められた領域から蒸気をほぼ取り除くので、半導体基板より上方で、蒸気が粒子を核として凝縮物を形成する恐れもなくなる。したがって、大気圧から真空への急速な推移によって、温度が露点を通過しても良い。つまり、とある正圧から真空へと、制約なしにロードロックを推移させることができるので、スループットを高めることが可能である。方法は、次に、半導体基板を圧力変動境界から取り出す操作１７８に進む。ここでは、半導体基板を真空移送モジュールに移し、最終的には処理モジュールに移せるようにして良い。

図８は、本発明の別の一態様にしたがった、チャンバ内において半導体基板より上方の領域の蒸気を最小限に抑えるための方法操作のフローチャートである。方法は、チャンバの上面を通るように通気口を設ける操作１８０から開始する。ここで、通気口は、図３，５，６に示したように構成することが可能である。方法は、次に、チャンバの底面から突き出すように真空ポートを設ける操作１８２に進む。真空ポートは、チャンバの底面の任意の位置に設けることが可能である。一実施形態では、真空ポートと連通している真空ポンプによって、チャンバの真空排気に必要な吸気を行う。方法は、次に、チャンバ内において半導体基板より上方に且つ通気口より下方に定められた領域に蒸気が侵入するのを阻止する操作１８４に進む。例えば、チャンバの上面に設けられた通気口を通してガス流を供給することが可能である。図３，５，６を参照にしながら上述したように、ガス流は、半導体基板の出し入れ用にチャンバのアクセスポートが開いているあいだ、チャンバ内において基板より上方に定められた領域に蒸気が侵入するのを阻止することができる。具体的に言うと、ガス流は、チャンバ内に導入されるあらゆる空気に対する障壁となり、それらの空気を、チャンバ内において半導体基板サポートより下方に位置する領域へと押しやる。一実施形態では、ガスは、窒素等の不活性で且つ非中毒性のガスである。

図８の方法は、次に、チャンバ内の圧力を真空に推移させる操作１８６に進む。蒸気が半導体基板より上方の領域から阻まれ、半導体基板より下方または側方の領域へと押しやられるので、たとえ凝縮物が形成されたとしても、それは半導体基板より下方または側方の領域で形成される。半導体基板より上方における凝縮物の問題がなくなるので、乱流を形成したり粒子をかき乱したりすることなく真空形成速度を増大させることが可能である。したがって、半導体基板の質に影響を及ぼすことなく、より効率的に、複数の圧力状態間でチャンバをサイクルさせることができ、したがって、システムのスループットは向上する。

また、上述した実施形態では、ポリシリコンエッチングの際に、トップ通気口から供給されるガス流が臭化水素ガスを一掃する。当業者ならばわかるように、トップ通気口から供給される掃引用の空気流は、処理済みのウエハから発生する臭化水素ガスが未処理ウエハの上に凝縮するのを阻止する。窒素ガスは、処理済みウエハから臭化水素の一部をこすり落とすことによって、交差汚染（二次汚染）の可能性を最小限に抑える。したがって、通気口をチャンバのトップに設ければ、半導体基板を不活性ガスの層で覆い、これによって、蒸気の凝縮物および処理済み基板から排気される反応種からウエハを保護することが可能になる。一実施形態では、複数のウエハを有するロードロック内において、処理済みウエハは未処理のウエハより下方に位置する。

要約すると、本発明は、チャンバ内において基板より上方に位置する領域に、蒸気がほとんど含まれない清浄な環境を提供するとともに、複数の圧力状態間でロードロック等の圧力変動境界がサイクルする効率を高めることによって、スループットを向上させる。以上では、いくつかの代表的な実施形態に基づいて本発明を説明してきた。他の実施形態に関しては、当業者ならば、本発明の詳細および実施を検討すれば明らかである。上述した実施形態および好ましい特徴は例示を目的としたものであり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。

半導体の製造に使用されるロードロックの概略構成図である。 本発明の一実施形態としての半導体処理システムであって、トップ通気口を有するロードロックを含み、ウエハの取り扱いを自動化した代表的な半導体処理システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態にしたがったトップ通気口およびボトム真空ポートを有するロードロックの概略構成図である。 第一段階の真空形成速度に制約がある二段階方式の真空排気過程と、真空形成速度に制約がない真空排気過程とを比較したグラフである。 本発明の一実施形態にしたがった、拡散器と連通しているトップ通気ポートを有するロードロックの概略構成図である。 本発明の一実施形態として、内部に複数のウエハを収容しており、トップ通気口およびボトム真空ポートを有するロードロックの概略構成図である。 圧力変動境界内において半導体基板の領域より上方の環境を調整するために実施される方法操作のフローチャートである。 本発明の別の一態様にしたがった、チャンバ内において半導体基板より上方の領域の蒸気を最小限に抑えるための方法操作のフローチャートである。

符号の説明

１００…ロードロック
１０２…アクセスポート
１０４…ボトム真空ポート
１０６…ボトム通気口
１０８…ウエハ
１１０…ウエハサポート
１１２…パッド
１１４…領域
１１６…蒸気
１２２…未処理のウエハ
１２４…ウエハカセット
１２６…ロードポート
１２８…大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）
１３０…ロボットアーム
１３２…ロードロック
１３４…ウエハサポート
１３６…真空ポート
１３８…トップ通気口
１３９…バルブ
１４０…真空移送モジュール
１４２…プロセスチャンバ
１４４…ロボットアーム
１４６…アクセスポート
１４８…領域
１５０…ピン
１６０…拡散器
１６２…真空ポンプ
１６４…エッジ

Claims (15)

1. 圧力変動境界内において半導体基板より上方に定められた所定の領域の環境を調整するための方法であって、
   アクセスポートを開き、第一の圧力にある圧力変動境界内に、前記アクセスポートを通して半導体基板を導入し、
   前記半導体基板の導入の際に、前記圧力変動境界内の上面を通るように設けられた通気口を通して、不活性ガスを流し、
   前記半導体基板より上方に定められた領域内に、蒸気が実質的に存在せず前記半導体基板を保護する不活性ガスの領域を形成し、
   前記圧力変動境界内に侵入した外部からの蒸気を、前記半導体基板の下に位置する前記圧力変動境界の底面へと押しやり、
   前記開いたアクセスポートを閉じ、
   前記圧力変動境界内の圧力を第二の圧力に推移させ、
   前記半導体基板を移動させる
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第二の圧力は真空状態である方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記圧力変動境界の第二の圧力への推移は、さらに、
   前記圧力変動境界の底面上に規定された通気口を通して、前記圧力変動境界内を排気する処理を含む
   方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記半導体基板より上方に定められた領域から前記蒸気を追い出す処理は、さらに、
   前記圧力変動境界の上面を通るように設けられた通気口から不活性ガスを流し込む処理を含む方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記通気口は、前記半導体基板の中央領域の上方に位置している方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、
   前記圧力変動境界内の上面をガスが通るように設けられた通気口からガスを流し込む操作は、さらに、
   前記半導体基板を前記不活性ガスで覆うことによって、前記圧力変動境界内において処理済みの半導体基板から発生する反応種から前記半導体基板を保護することを含む方法。
7. 請求項４に記載の方法であって、
   前記半導体基板より上方に定められた前記領域に蒸気が侵入するのを阻止するために、前記通気口からの前記不活性ガスの流れを、前記圧力変動境界へのアクセスポートが開いている間に生じるさせる方法。
8. 請求項４に記載の方法であって、さらに、
   前記半導体基板の上方に定められた前記領域より上方に、前記通気口と連通している拡散器を準備する工程を含む方法。
9. 請求項４に記載の方法であって、
   ガスの流量は、約１０標準リットル毎分から１００標準リットル毎分までの間である方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、
    前記半導体基板の上面と前記拡散器の底面との間の距離は、約３ミリメートルから約３センチメートルまでの間である方法。
11. 圧力変動境界内において半導体基板より上方に凝縮物が実質的に存在しない環境を準備するための方法であって、
    圧力変動境界内に、第一のアクセスポートを通して未処理の半導体基板を導入し、
    圧力変動境界内に、第二のアクセスポートを通して処理済みの半導体基板を導入し、
    前記処理済みの半導体基板の導入の際に、前記圧力変動境界内の上面を通るように設けられた通気口を通して、不活性ガスを流し、
    前記未処理の半導体基板の周辺に、半導体基板を保護する不活性ガスの領域を形成し、
    前記処理済み半導体基板から該半導体基板より下方の前記圧力変動境界の底面に向けて、処理に用いられた後のガスである排ガスの残余を向かわせ、
    前記未処理半導体基板を、圧力変動境界から前記第２のアクセスポートを通って搬送する
    方法。
12. 前記不活性ガスは、窒素である請求項１１記載の方法。
13. 前記排ガスの残余は、臭化水素を含む請求項１２記載の方法。
14. 請求項１１記載の方法であって、
    前記処理済み半導体基板を前記第二のアクセスポートを通って前記圧力変動境界へ導入する処理は、エッチング用チャンバからの前記処理済み半導体基板へのアクセスを含む方法。
15. 請求項１１記載の方法であって、
    前記排ガスを、前記処理済み半導体基板から該半導体基板より下方の前記圧力変動境界の底面に向かわせる処理は、不活性ガスの流れとの相互作用を通して、前記オフガスの残余の少なくとも一部をこすり落とすことを含む方法。

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