JP4591877B2 - Processing method and processing system - Google Patents
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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。 The present invention relates to a processing method for transferring a substrate to be processed to a vacuum preparatory chamber that is connected to the processing chamber via an opening / closing device and held under vacuum after processing the substrate to be processed in a processing chamber held under vacuum. And a processing system.
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。 In a semiconductor device manufacturing process, gas processing using a halogen-based processing gas such as dry etching or CVD is frequently used for a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) that is a substrate to be processed. As a processing system for performing such gas processing, from the viewpoint of processing a plurality of wafers with high throughput, a vacuum is provided via a gate valve that is an opening / closing mechanism to a transfer chamber having a transfer arm that functions as a vacuum preparatory chamber. There is known a multi-chamber type in which a plurality of processing apparatuses for performing predetermined gas processing are connected to a substrate to be processed (for example, Patent Document 1). The processing chamber and the transfer chamber of the processing apparatus are both kept in a vacuum state, and a predetermined gas treatment is performed in the processing chamber with the gate valve closed and the both shut off. When the wafer is loaded / unloaded, the gate valve is opened and the two communicate with each other.
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。 In such a processing system, after the processing in the processing chamber is completed, halogen-containing gas such as processing gas or by-product gas remains in the processing chamber, and the halogen-containing gas diffuses into the transfer chamber when the gate valve is opened. As a result, the transfer chamber and the parts for transfer in the chamber may be corroded, so that it is necessary to prevent the halogen-containing gas from diffusing into the transfer chamber. As a method of preventing the diffusion of the halogen-containing gas in the processing chamber, a difference of a certain level or more is obtained so that the processing chamber is evacuated before the gate valve is opened after the processing so that the pressure in the transfer chamber is higher than the pressure in the processing chamber. It is conceivable to transport the substrate while maintaining the pressure.
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。 However, due to the limitations of the apparatus, the pressure difference between the processing chamber and the transfer chamber is naturally limited, and even if the maximum allowable pressure difference between them is secured, the temperature between the processing chamber and the transfer chamber still remains. A processing gas in the processing chamber may diffuse into the transfer chamber due to a difference or the like. For example, when a process involving heat treatment is performed in the processing chamber, the processing chamber becomes high temperature, and the halogen-containing gas in the processing chamber diffuses from the high-temperature processing chamber to the low-temperature transfer chamber.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a processing method and a processing system that can effectively prevent diffusion of residual gas in a processing chamber.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、 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することを特徴とする処理方法を提供する。
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a processing chamber for performing a predetermined gas processing on a substrate to be processed under vacuum, an exhaust device for evacuating the processing chamber, and an opening / closing device in the processing chamber The substrate to be processed is processed in the processing chamber using a processing system including a vacuum preparatory chamber that is connected via a vacuum, and is then opened in the processing chamber. A processing method for transporting to a preliminary chamber, wherein the exhaust chamber exhausts the processing chamber immediately before opening the opening / closing device, and the pressure of the processing chamber is made smaller than the pressure of the vacuum preliminary chamber, Provided is a processing method characterized in that an inert gas is supplied into the processing chamber while continuing the evacuation when a differential pressure between the processing chamber and the vacuum preparatory chamber becomes a certain level or more. .
本発明の第2の観点では、 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することを特徴とする処理システムを提供する。 In a second aspect of the present invention, a processing chamber for performing a predetermined gas process on a substrate to be processed under vacuum, an exhaust device for evacuating the processing chamber, and a vacuum chamber connected to the processing chamber via an opening / closing device. A preliminary vacuum chamber held below, a gas supply system for supplying a processing gas and an inert gas to the processing chamber, and a control means for controlling the exhaust device, the switchgear and the gas supply system, After processing the substrate to be processed in the processing chamber, the processing system is configured to open the switching device and transport the processing substrate to the vacuum preparatory chamber, and the control means immediately before opening the switching device, When the processing chamber is evacuated by an exhaust device, the pressure of the processing chamber is made smaller than the pressure of the vacuum preparatory chamber, and when the differential pressure between the processing chamber and the vacuum preparatory chamber becomes a certain level or more , While continuing the evacuation, Provided is a processing system that controls the exhaust device, the opening / closing device, and the gas supply system so as to supply an inert gas into a processing chamber.
上記第1の観点および第2の観点においては、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。 In the first aspect and the second aspect, after processing the substrate to be processed in the processing chamber, immediately before opening the opening / closing device, the processing chamber is evacuated by the exhaust device, and the inert gas is introduced into the processing chamber. By supplying, a flow of an inert gas in the exhaust direction is formed in the processing chamber, and this inert gas flow prevents diffusion of the residual gas in the processing chamber, so that the residual gas in the processing chamber is opened when the switchgear is opened. Can be effectively prevented from diffusing into the vacuum prechamber.
上記第1の観点および第2の観点において、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。 In the first and second aspects, it is preferable that the switchgear is opened in a state where the pressure in the vacuum preliminary chamber is higher than the pressure in the processing chamber. Thereby, the diffusion of the residual gas in the processing chamber can be prevented more effectively. Note that the larger the differential pressure between the processing chamber and the vacuum preparatory chamber, the more effective is the prevention of residual gas diffusion. However, according to the present invention, it is difficult to diffuse the residual gas by the inert gas flow. Therefore, even if the pressure difference is smaller than the conventional pressure, the residual gas can be effectively prevented from diffusing, which is advantageous when it is difficult to secure the pressure difference. Specifically, the differential pressure can be set as small as 15 Pa or less.
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。 According to the present invention, after processing a substrate to be processed in the processing chamber, immediately before opening the opening / closing device, an inert gas is supplied into the processing chamber while evacuating the processing chamber with the exhaust device. By forming the flow of the inert gas in the exhaust direction, it is possible to prevent the residual gas from diffusing in the processing chamber and effectively prevent the residual gas from diffusing into the vacuum preparatory chamber when the switchgear is opened. Therefore, contamination and corrosion in the vacuum preparatory chamber can be prevented.
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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a multi-chamber type film forming system which is an embodiment of the processing system of the present invention.
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。
As shown in FIG. 1, this
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。
The Ti
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。
In the
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。
A HEPA filter (not shown) is provided in the ceiling portion of the wafer carry-in / out
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。
In the wafer loading /
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。
The
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。
Next, the Ti film forming apparatus 1 will be described. As described above, the Ti
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。
The
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。
A
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。
Discharge holes 47 and 48 for discharging gas are alternately formed in the
ガス供給機構50は、クリーニングガスであるClF3ガス(ハロゲン含有ガス)を供給するClF3ガス供給源51、Ti含有ガスであるTiCl4ガス(ハロゲン含有ガス)を供給するTiCl4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H2ガスを供給するH2ガス供給源54、窒化ガスであるNH3ガスを供給するNH3ガス供給源55、不活性ガスであるN2ガスを供給するN2ガス供給源56を有している。そして、ClF3ガス供給源51にはClF3ガス供給ライン57が、TiCl4ガス供給源52にはTiCl4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、H2ガス供給源54にはH2ガスライン60が、NH3ガス供給源55にはNH3ガス供給ライン60aが、N2ガス供給源56にはN2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TiCl4ガス供給源52から延びるTiCl4ガス供給ライン58が接続されており、このTiCl4ガス供給ライン58にはClF3ガス供給源51から延びるClF3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H2ガス供給源54から延びるH2ガス供給ライン60が接続されており、このH2ガス供給ライン60には、NH3ガス供給源55から延びるNH3ガス供給ライン60aおよびN2ガス供給源56から延びるN2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、TiCl4ガスはTiCl4ガス供給源52から、ArガスはArガス供給源53から、TiCl4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H2ガスは、H2ガス供給源54からH2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、TiCl4ガスとH2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、NH3ガス供給源55からのNH3ガスと還元ガスであるH2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。
A TiCl 4
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。
A
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。
A
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。
The
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。
On the side wall of the
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。
Next, a processing method for forming a Ti film on the wafer W by using the
First, one wafer W is taken out from any one of the FOUPs F by the
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)。
In this state, after the wafer W in the load lock is taken out by the
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H2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TiCl4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、H2ガス、TiCl4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。
Next, while the wafer W is heated by the
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。
The film formation time can be appropriately set according to the desired film thickness. For example, when a Ti film having a thickness of 10 nm is formed, it is performed for 30 seconds. At this time, the heating temperature (susceptor temperature) of the wafer W by the
成膜終了後、TiCl4ガスの供給および高周波電源64からの給電を停止し、H2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。
After the film formation, the supply of TiCl 4 gas and the power supply from the high
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H2ガスの流量を維持したまま、NH3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。
Thereafter, nitriding treatment is performed on the surface of the formed Ti film (STEP 3). In the nitriding process, NH 3 gas is allowed to flow at a flow rate of, for example, 1.5 L / min for about 10 seconds while maintaining the flow rates of Ar gas and H 2 gas, and then, for example, 800 W from the high
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。
After completion of the nitriding process, the power supply from the high frequency power supply is stopped and the flow rate of each gas is gradually reduced (STEP 4), and the inside of the
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N2ガスをN2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N2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、N2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)。
In this way, when the pressure difference between the
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N2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ClF3ガスやTiCl4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。
In the present embodiment, just before the gate valve G is opened, N 2 gas is supplied into the
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N2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。
From the viewpoint of more effectively preventing gas diffusion, it is preferable to open the gate valve G and transfer the wafer W to the
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。
The wafer W transferred into the
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N2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N2ガスを供給し、このN2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。
Next, the result of actually confirming the effect of the present invention will be described. FIG. 5 shows a case in which N 2 gas is supplied into the
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1.0×1013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2.7×1012(atoms/cm2)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1.4×1016(atoms/cm2)と桁外れに多かった。これにより、N2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。 As shown in Table 1, the Cl diffusion amount of Comparative Example 1 in which only vacuuming was performed and the differential pressure was 38 Pa was 1.0 × 10 13 , whereas in the present invention example, the differential pressure was 10 Pa. Nevertheless, the Cl diffusion amount was 2.7 × 10 12 (atoms / cm 2 ), which was lower than that of Comparative Example 1. In Comparative Example 2 in which only the evacuation was performed with the differential pressure of 10 Pa as in the case of the present invention, the Cl diffusion amount was 1.4 × 10 16 (atoms / cm 2 ), which was extremely large. Thereby, it was confirmed that by introducing N 2 gas, diffusion of the residual gas in the chamber can be effectively prevented even if the differential pressure is small.
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。
The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the wafer W is transferred from the
1,2 Ti成膜装置
3,4 TiN成膜装置
5 ウエハ搬送室
31 Ti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
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 A processing chamber for performing predetermined gas processing on the substrate to be processed under vacuum; an exhaust device for evacuating the processing chamber; a vacuum preliminary chamber connected to the processing chamber via an opening / closing device and held under vacuum; A processing system comprising: processing a substrate to be processed in the processing chamber, and then opening the opening and closing device to transfer the substrate to be processed to the vacuum preliminary chamber,
Immediately before opening the opening / closing device, the processing chamber is evacuated by the exhaust device , the pressure of the processing chamber is made smaller than the pressure of the vacuum preparatory chamber, and the space between the processing chamber and the vacuum preparatory chamber is reduced. A processing method comprising supplying an inert gas into the processing chamber while continuing the evacuation when the differential pressure becomes a certain level or more .
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。 A processing chamber for performing predetermined gas processing on the substrate to be processed under vacuum; an exhaust device for evacuating the processing chamber; a vacuum preliminary chamber connected to the processing chamber via an opening / closing device and held under vacuum; A gas supply system for supplying a processing gas and an inert gas to the processing chamber, and a control means for controlling the exhaust device, the switchgear, and the gas supply system, and processing a substrate to be processed in the processing chamber. Thereafter, the opening and closing device is opened and the substrate to be processed is transferred to the vacuum preliminary chamber,
The control means evacuates the processing chamber by the exhaust device immediately before opening the opening / closing device, and makes the pressure in the processing chamber smaller than the pressure in the vacuum preparatory chamber. The exhaust device, the opening / closing device, and the gas supply system are arranged so as to supply an inert gas into the processing chamber while continuing the evacuation when a differential pressure between the chamber and the chamber becomes a certain level or more. A processing system characterized by controlling.
The processing system according to claim 5, wherein a differential pressure between the processing chamber and the vacuum preliminary chamber is 15 Pa or less.
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