JPH04118925A - 複合型処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体装置の製造における乾式エツチングおよび絶縁膜
や導電膜の化学的あるいは物理的気相成長を行うための
複数種の処理室が結合された装置に関し。

各々の処理室で発生する汚染物質が他の処理室に流入す
ることを防止可能とすることを目的とし。

真空排気され且つ複数のゲートバルブが設けられた搬送
室と、真空排気が可能とされ且つ該ゲートバルブの一つ
に接続され且つ該搬送室内に半導体装置基板を送入出す
るためのロードロック機構と、各々が個別に真空排気が
可能とされ且つ該ゲートバルブの一つずつ接続され且つ
各々において乾式エツチング、膜の化学気相成長または
膜の物理気相成長のいずれか一つの互いに異なる処理が
行われる複数の処理室と、該半導体装置基板を該搬送室
と選択された該処理室の一つの間で送入出するために対
応するゲートバルブが開放された際に該開放されたゲー
トバルブを通じて該搬送室から該選択された処理室内に
不活性ガスの流れを形成するためのガス導入機構とを備
えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造に用いられる乾式エツチン
グおよび絶縁膜や導電膜の化学的あるいは物理的気相成
長を行うための複数の処理室が結合された複合型の装置
に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の高密度化にともなって１回路構成パタ
ーンが微細し、同時に絶縁膜等の膜厚が小さくなる。そ
の結果、製造工程中における塵埃の付着あるいはガス吸
着等による汚染の影響を受けやすくなる。したがって、
半導体集積回路基板を大気中に取り出さずに、所要の各
種処理工程を連続して実施できる複合型の装置が要望さ
れている。

現在のところ、リソグラフ工程におけるレジストの塗布
や露光等はこのような連続処理に組み込む必要はないが
１例えば、集積回路メモリのキャパシタの形成のような
、すでに形成されているキャパシタ電極面を清浄化する
ためのＲＩＥ（反応性イオンエツチング）、誘電体膜を
形成するためのＣＶＤ（化学気相成長）、バリヤメタル
層を形成するためのチタン等のスパッタリング、および
、対向電極を形成するためのアルミニウム等のスパッタ
リングのような一部の工程は、上記連続処理の適用対象
になり得るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、これらを連続して実施するために、単純に所要
の装置をゲートバルブを介して接続した場合１次のよう
な問題が生じることが分かってきた。

すなわち、乾式エツチング用の処理室や膜成長用の処理
室では、器壁に堆積した膜が剥離して微細な粉塵となり
、これが他の処理室に持ち込まれて汚染源となる。また
、ＲＩＨにおけるエツチングガスやＣＶＤにおける成長
原料ガスが、他の処理室に流入して汚染源となる。

例えば、上記塵埃の付着により、後に形成される微細な
配線の抵抗の増大や断線が生じたり、また、上記汚染ガ
スにより半導体表面や電極表面に高抵抗層が生じ、電極
と配線のコンタクト抵抗が増大する等の問題があった。

本発明は、上記のような問題が解決された複合型の処理
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、該半導体装置基板のエツチング。

該基板上に対する絶縁膜あるいは導電膜の形成またはこ
れらの膜のエツチング等を行うための処理室が結合され
た製造装置であって、真空排気され且つ複数のゲートバ
ルブが設けられた搬送室と。

真空排気が可能とされ且つ該ゲートバルブの一つに接続
され且つ該搬送室内に半導体装置基板を送入量するため
のロードロック機構と、各々が個別に真空排気が可能と
され且つ該ゲートバルブの一つずつ接続され且つ各々に
おいて乾式エツチング。

膜の化学気相成長または膜の物理気相成長のいずれか一
つの互いに異なる処理が行われる複数の処理室と、該半
導体装置基板を該搬送室と選択された該処理室の一つの
間で送入量するために対応するゲートバルブが開放され
た際に該開放されたゲートバルブを通じて該搬送室から
該選択された処理室内に不活性ガスの流れを形成するた
めのガス導入機構とを備えたことを特徴とする本発明に
係る複合型処理装置によって達成される。

〔作　用〕

一つの搬送室に星型状に複数の処理室を接続して成る複
合型の処理装置において、搬送室と一つの処理室の間の
ゲートバルブを開放する際に、ガス搬送室内に、所定流
量のアルゴンガスを導入する。この流量は、搬送室内に
粘性流と分子流の境界領域にあるアルゴンガスの流れを
生じさせる流量であって１通常、真空排気中の搬送室内
の圧力を約０．０ＩＴｏｒｒに保持するように制御すれ
ばよい。

一方、開放されたゲートバルブに接続されている処理室
は、ターボポンプ等により排気されており、搬送室より
低圧力となっている。したがって。

搬送室から処理室に向かってアルゴンガスの流れが生じ
、処理室から搬送室への汚染物質の流入が阻止される。

本発明においては、このアルゴンガスの流れに指向性を
与えるための指向機構および偏向機構が。

搬送室および処理室にそれぞれ設けられている。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の複合型の処理装置の概要構成説明図で
あって、処理装置１は９例えば平面形状が５角形の搬送
室２を有する。搬送室２の各辺における面には、ゲート
バルブ３４，３□＋　３３＋、　３４を介して、ＲＩＥ
処理室４．ＣＶＤ処理室５．スパッタリング処理室６お
よび７がそれぞれ接続されている。また、ゲートバルブ
３．を介しては、搬送室２内に半導体集積回路基板（図
示省略）を送入量するため。

中間加熱室９を介して、ロードロック機構８が接続され
ている。なお、ロードロック機構８と中間加熱室９との
間にはゲートバルブ３６か、また、基板送入出側にはゲ
ートバルブ３□が設けられている。

搬送室２．ＲＩＥ処理室４　、　ＣＶＤ処理室５．スパ
ッタリング処理室６および７．ロードロツタ機構８の内
部は１図示しない排気ポンプにより個別に高真空（Ｉ　
Ｘ　１Ｏ−７Ｔｏｒｒ以下、とくに搬送室２とスパッタ
リング室６および７はＩ　Ｘ−”Ｔｏｒｒ以下）に排気
可能とされている。また、ＲＩＥ処理室４．ＣＶＤ処理
室５およびスパッタリング処理室６の各々には、所定の
エツチングガスまたは膜生成用の原料ガス導入する機構
（図示省略）が設けられている。

搬送室２には、ガス導入管１１とマスフローコントロー
ラのようなガス流量制御装置１２とが直列接続されて成
るガス導入機構が接続されており、真空排気されつつあ
る搬送室２内に、該ガス流量制御装置１２によって制御
された所定流量のアルゴンガス等の不活性ガスが導入可
能とされている。

半導体集積回路基板を搬送室２とＲＩＥ処理室４゜ＣＶ
Ｄ処理室５．スパッタリング処理室６および７のうちの
選択された一つの処理室の間で送入量するために対応す
るゲートバルブ３１．３２．３３．３４の一つが開放さ
れた際に、ガス流量制御装置１２が作動し、前記開放さ
れたゲートバルブを通じて搬送室２から前記選択された
処理室内に、粘性流状態のアルゴンガス等が流入する。

これにより、前記選択された処理室から搬送室２内に、
微細な塵埃や汚染ガスが逆流することが防止される。そ
して。

半導体集積回路基板が別の処理室の一つ、または。

ロードロック機構８に搬送され、これらのゲートバルブ
が閉じると、ガス流量制御装置１２は、搬送室２に対す
るアルゴンガス等の導入を停止する。

第２図は、搬送室２に対する上記アルゴンガス等の導入
効果を実証するデータであり、第３図に示す構造のアル
ミニウム層（Ａｌｌ）−アルミニウム層（Ａｌｔ）のコ
ンタクト抵抗に対する残留汚染ガスの影響が、上記アル
ゴンガスの導入によって防止される結果を示す。

すなわち、第３図に示すような、　Ｓｉｎ、等の絶縁層
２１によって覆われ、絶縁層２１上にアルミニウム層（
Ａ１．）のパターンとアルミニウム層（ＡＩ、）の−部
を表出する開口が設けられた眉間絶縁層２２とが形成た
基板２０を用意し、この基板２０を、第１図におけるロ
ードロック機構８を通じて搬送室２内に送入する。そし
て、まず、　ＲＩＥ処理室４内に基板２０を搬送し、ア
ルゴン（Ａｒ）ガスを用いるスパッタエツチングを施し
、アルミニウム層（Ａｌｌ）の表面の自然酸化膜を除去
する。次いで、基板２０をスパッタリング処理室７内に
搬送し、アルミニウム層（Ａｌｌ）を堆積する。

上記旧Ｅ処理室４からスパッタリング処理室７への基板
２０の搬送時に、　ＣＶＤ処理室５に対応するゲートバ
ルブ３２が開閉しているかいないかの違いによって、　
Ａ１．−Ａｔ、間のコンタクト抵抗が大きく変わること
が第２図に示されている。すなわち。

第２図における横軸は上記搬送時に搬送室２に導入され
るアルゴンガスの流量（ＳＣＣＭ）を、縦軸はコンタク
ト抵抗（ｏｈｍ）を示す。

ゲートバルブ３２が閉じている場合（破線）には。

アルゴンガスの流量に無関係に、コンタクト抵抗は約０
．０６ｏｈｍ（コンタクト径が１μ■）であるのに対し
、ゲートバルブ３２が開いている場合（実線）には、コ
ンタクト抵抗は約５　ｏｈｍと、１００倍程度大きなコ
ンタクト抵抗を示す。これは、ゲートバルブ３、が開い
ている場合、　ＣＶＤ処理室５からの汚染ガスによって
、アルミニウム層（ＡＩ　＋　）表面に高抵抗層が生成
したためと考えられる。ちなみに、　ＣＶＤ処理室５に
おいては、直前に、ＷＦｓ（６弗化タングステン）ガス
を用いるタングステン膜のＣＶＤが行われており、この
ＷＦ６を汚染源としてアルミニウム層（Ａｌｌ）表面に
Ａｔ＋ａのような高抵抗物質が生成するためである。こ
れは、ｘｓｐによるアルミニウム層（Ａｌｌ）表面の分
析から明らかになった。

これに対し、ゲートバルブ３２が開いている場合でも、
アルゴンガスの流量が増すにしたがってコンタクト抵抗
が減少し、ゲートバルブ３．が閉じているときと同じ値
に近づく。これは、搬送室２に導入されたアルゴンガス
の流れが粘性流領域になると、　ＣＶＤ処理室５からの
前記汚染ガスの流出が阻止されることを示すものと考え
られる。第２図においては、アルゴンガスの流量が約６
００３ＣＣＭにおいて、汚染ガスが完全に阻止されるこ
とが分かる。

上記アルゴンガスによる汚染ガスの阻止効果を確かめる
ために、　ＣＶＤ処理室５に流入させたヘリウム（Ｈｅ
）ガスが搬送室２に拡散する様子を調べた結果を第４図
に示す。同図において、横軸はヘリウムの流入量（ＳＣ
ＣＭ）、縦軸は質量分析計によるヘリウム検出信号電流
（Ａ）、パラメータは、搬送室２に対するアルゴンガス
の導入量（ＳＣＣＭ）である。

同図から、アルゴンガス導入量がｌＯＯ〜３００ＳＣＣ
Ｍでは、検出信号はヘリウムの流入量に対応して変化し
ており、拡散阻止効果は、アルゴンガス流量の増加とと
もに強くなる傾向を示す。

アルゴンガス導入量が４００３ＣＣＭを超えると、拡散
阻止効果が顕著になる。そして、アルゴンガス導入量が
６００３ＣＣＭ以上では、実際の処理装置においては起
こり得ない汚染ガス量に相当するかなり大量（３０〜５
０３ＣＣＭ）のヘリウムの拡散が阻止されることが示さ
れている。微細な塵埃等の汚染物質はガス状の汚染物質
に比べて拡散し難く、上記導入量のアルゴンガスによっ
て完全に阻止されてしまう。

上記汚染ガスの拡散を阻止し得るアルゴンガス導入量は
、搬送室２および開放されたゲートバルブに対応する処
理室の容積およびこれらの排気速度によって異なる。ち
なみに、第２図および第４図のデータを得たときの搬送
室２およびＣＶＤ処理室５のそれぞれの容積と排気速度
は、　１００（ｌｉｔｅｒ）と４００（１ｉｔｅｒ／ｍ
１ｎ）および３０（１ｉｔｅｒ）と５ｏｏ（１ｉｔｅｒ
／ｍｉｍ）であった。したがって、処理装置ｌの規模お
よび構成によって最適値を決めればよい。

第５図〜第７図は、汚染物質の拡散に対する上記アルゴ
ンガスの阻止効果を向上させるための機構説明図である
。

第５図を参照して、搬送室２内には、ガス導入管１１を
通じて導入されたアルゴンガスの流線を。

ゲートバルブ３の開口に向けるための指向機構１３が設
けられている。これにより、半導体装置基板ＩＯを１例
えばＣＶＤ処理室４に送入するために、ゲートバルブ３
が開かれたときに導入されるアルゴンガスの流れは、ゲ
ートバルブ３の開口に集中され、　ＣＶＤ処理室４から
の汚染物質の拡散防止が確実になる。なお、指向機構１
３は一つでもよいが９図のように上下一対設けることに
より、拡散防止効果が高（なる。また、指向機構１３の
開口の形状は。

ゲートバルブ３の開口に対応させであることは言うまで
もない。同図において、符号３１はゲートバルブ３の弁
、３２はゲートバルブ３の開口の周囲に設けられている
Ｏリング３２．３３は、ゲートバルブ３の閉止時に、弁
３１をＯリング３２に密着させるための腕である。また
、ガス導入管１１には１例えばテープヒータのような図
示しない加熱手段を設けておき、搬送室２内に導入され
るアルゴンカスを予熱してもよい。

第６図は第５図の構造に対する改良例であって。

例えばＣＶＤ処理室４には、ゲートバルブ３の開口を通
じて導入されたアルゴンガスの流れを、副排気管４１に
向けるための偏向機構１４が設けられている。これによ
り、　ＣＶＤ処理室４に導入されたアルゴンガスの流れ
の大部分は副排気管４１から排気され、　ＣＶＤ用の原
料ガス等の導入機構４２や被処理半導体装置基板ｌＯあ
るいは半導体装置基板ｌＯを支持。

加熱するためのサセプタ４３等に吹きつけられるのを防
いでいる。これは、　ＣＶＤ処理室４の内部に付着して
いる堆積膜等がアルゴンガスの吹き付けによる塵埃の発
生を避ける上で有効である。なお。

符号４０はＣＶＤ処理室４内を排気するための主排気管
であり９通常、アルゴンガス導入前に開かれてＣＶＤ処
理室４内を充分に排気可能とする。また。

副排気管４１は、　ＣＶＤ処理時には閉じられる。

これらにより、搬送室２に導入するアルゴンガスの流量
を１１００５ｃｃ以下にすることが可能となり。

さらに、搬送室２の圧力を０．００１Ｔｏｒｒ以下にす
ることができる。このことは、アルゴンガスの消費量を
低減するのみならず、前記塵埃の発生を少なくする上で
効果がある。

第７図は第６図の構造に対する改良例であって。

例えばＣＶＤ処理室４における偏向機構１４の開口近傍
には、赤外線ランプ等の輻射熱源１６が設けられている
。これにより、半導体装置基板１０は、偏向機構１４の
開口近傍、すなわち、アルゴンガスの流れの中を通過す
る際に、輻射熱源１６によって加熱され、脱ガスが行わ
れる。このガスは、アルゴンガスの流れとともに副排気
管４１を通じて排気され。

ＣＶＤ処理室４内を汚染することが避けられる。

なお、第５図ないし第７図においては、搬送室２に接続
されたＣＶＤ処理室４を例に説明を行ったが、ＲＩＥ処
理室５やスパッタリング処理室６および７、あるいは、
その他の処理室に対して、前記指向機構１３．偏向機構
１４および輻射熱源１６を設けても有効であることは言
うまでもない。

本発明の複合型処理装置は、上記実施例に示したような
ＲＩＢ処理室、　ＣＶＤ処理室、スパッタリング処理室
の組合せから成るものに限定されず、また。

搬送室に接続される処理室の数は２以上の複数であれば
上記実施例に限定されないことは言うまでもない。また
、アルゴンガス等の不活性ガスによる汚染物質の拡散阻
止は、アルミニウム層−アルミニウム層間のコンタクト
抵抗の低減を目的とするものに限らず、半導体装置の製
造における乾式処理において処理室内で発生する汚染物
質の付着による特性劣化の防止に対して広範に適用可能
であることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＲＩＥ処理室、　ＣＶＤ処理室、スパ
ッタリング処理室等が結合された複合型の処理装置にお
ける処理室相互間の汚染がなくなり９例えば配線抵抗や
電極−配線間のコンタクト抵抗の低減。

絶縁膜の耐圧向上とその結果としての高容量化の実現等
を可能とし、半導体装置の性能、信頼性および製造歩留
りを向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合型の処理装置の概要構成説明図。 第２図は搬送室２に対するアルゴンガスの導入効果を示
すデータ。 第４図はアルゴンガスの導入による汚染ガス拡散阻止効
果の確認実験データ。 第５図〜第７図はアルゴンガスによる汚染物質拡散阻止
効果を向上する機構の説明図 である。 図において。 ｌは処理装置、　　２は搬送室。 ３と３．〜３７はゲートバルブ。 ４はＲＩＢ処理室、　　　５ハＣＶＤ処理室。 ６と７はスパッタリング処理室。 ８はロードロック機構、　　９は中間加熱室。 ＩＯは半導体装置基板、１１はガス導入管。 １２はガス流量制御装置、　　１３は指向機構。 １４は偏向機構、　　１６は輻射熱源、２０は基板。 ２１は絶縁層、２２は層間絶縁層、　　３１は弁。 ３２はＯリング、３３は腕、　　４０は主排気管。 ４１は副排気管、４２はガス導入機構。 ４３はサセプタ。 ＡｌｔとＡｌｔはアルミニウム層 である。 末ぞＦ＠Ｏ預合型力処理殻１の１牝中槍成第 図 第２ｒｆ３の号’−９ｆ）　３Ｎ’Ｊ定（Ｕト・た諌糾
ｎ概電楕族第 図 フル丁〉刀１人 フルボ′／かスによう５力染四箕恨敢阻止勤果ｉ商上寸
ろＪ８構（Ｊｔ力３） 第　７　図 −一 す坦

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）該半導体装置基板のエッチング、該基板上に対す
   る絶縁膜あるいは導電膜の形成またはこれらの膜のエッ
   チング等を行うための処理室が結合された製造装置であ
   って、 真空排気され且つ複数のゲートバルブが設けられた搬送
   室と、 真空排気が可能とされ且つ該ゲートバルブの一つに接続
   され且つ該搬送室内に半導体装置基板を送入出するため
   のロードロック機構と、 各々が個別に真空排気が可能とされ且つ該ゲートバルブ
   の一つずつ接続され且つ各々において乾式エッチング、
   膜の化学気相成長または膜の物理気相成長のいずれか一
   つの互いに異なる処理が行われる複数の処理室と、 該半導体装置基板を該搬送室と選択された該処理室の一
   つの間で送入出するために対応するゲートバルブが開放
   された際に該開放されたゲートバルブを通じて該搬送室
   から該選択された処理室内に不活性ガスの流れを形成す
   るためのガス導入機構 とを備えたことを特徴とする複合型処理装置。
2. （２）該搬送室には、 該不活性ガスの流路を各々の該処理室に対応する該ゲー
   トバルブの開口を見込む立体角内に指向させるための指
   向機構が設けられていることを特徴とする請求項１記載
   の複合型処理装置。
3. （３）各々の該処理室には、 流入した該不活性ガスの流路を、当該処理室内における
   該半導体装置基板の設置位置から外れるように偏向する
   ための偏向機構と、 該反射機構によって偏向された該不活性ガス流の流路上
   において該処理室の壁面を貫通する開口と、 該開口に接続され且つ該不活性ガスが流入する際に選択
   的に真空排気される排気管 とが設けられていることを特徴とする請求項２記載の複
   合型処理装置。
4. （４）各々の該処理室には、 該偏向機構と該開口との間を通過する該半導体装置基板
   を加熱するための輻射熱源が設けられていることを特徴
   とする請求項３記載の複合型処理装置。