JPH04251921A - マルチチャンバプロセス装置および半導体装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に用
いられるマルチチャンバプロセス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣパターンの微細化に伴い、プ
ロセスの高精度化，複雑化，ウエハの大口径化など多様
性が求められている。このような背景において、複合プ
ロセスの増加や、枚葉式化に伴うスループットの向上の
関点からマルチチャンバプロセス装置が注目を集めてい
る。

【０００３】従来、この種のマルチチャンバプロセス装
置としては、図７に示すように、ウエハ搬送用チャンバ
（トランスファーチャンバ）１と、ウエハ搬送用チャン
バ１に、夫々ゲートバルブ２を介して接続された複数の
プロセスチャンバ３と、このウエハ搬送用チャンバ１に
ゲートバルブ４を介して接続されたロードロック室（予
備排気室）５と、ロードロック室５にゲートバルブ６を
介して接続されたウエハロード室７とから大略構成され
たものが知られている。

【０００４】なお、上記ウエハ搬送用チャンバ１とロッ
ドロック室５には、図示するように、ウエハ８を搬送す
るウエハ搬送アーム９，１０が設けられている。ウエハ
搬送アーム１０は、ウエハロード室７に装填されたウエ
ハカセット１１，１１よりウエハ８をゲートバルブ６を
介して取り出し、そのウエハ８をゲートバルブ４を介し
てウエハ搬送用チャンバ１に搬送し、ウエハ搬送用チャ
ンバ１内にウエハ搬送アーム９で、ウエハ搬送アーム１
０から受け継いだウエハ８を、処理目的に応じた各プロ
セスチャンバ３にゲートバルブ２を介して搬入するよう
になっている。そして、ウエハ搬送アーム９により、ウ
エハ８を各プロセスチャンバ３…３間を処理順序に従っ
て搬入，搬出し得るようになっている。

【０００５】また、他の従来例としては、「１９９０年
５月号ＮＩＫＫＥＩ　　ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ第４
７頁」に記載されたマルチチャンバプロセス装置が知ら
れている。この装置は、ウエハの搬送に供されるウエハ
搬送チャンバと、このウエハ搬送チャンバに複数並列に
接続されたＰＶＤチャンバ等と、その他冷却チャンバ，
プレクリーンチャンバ，バッファチャンバ，ＲＴＰ／エ
ッチング／ＣＶＤチャンバ，ロッドロック室等を備えて
成り、夫々のチャンバの目的に応じての真空度（ベース
圧力）が夫々設定されている。例えば、上記ウエハ搬送
チャンバの真空度は、１０−８Ｔｏｒｒ（１．３×１０
−６Ｐａ），ＰＶＤチャンバは１０−９Ｔｏｒｒ（１．
３×１０−７Ｐａ），ロードロック室は１０−５Ｔｏｒ
ｒ（１．３×１０−３Ｐａ）のように夫々一定の圧力と
なるように設定されている。

【０００６】さらに、他の従来例としては、特開昭６１
−５５９２６号公報記載の技術が知られている。

【０００７】上記した装置においては、一般に、各チャ
ンバの圧力が、プロセスのクリーン化の観点から、（プ
ロセスチャンバ）＜（ウエハ搬送用チャンバ）＜（ロッ
ドロック室）の順に大気圧に近くなるように設定されて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマルチチャンバプロセス装置にあっては、例
えば、低温エッチングを行なう場合、プロセスチャンバ
３内が−２０℃〜−７０℃に冷却されるため、ウエハを
入れる前にプロセスチャンバ３内を充分に排気しておか
ないと、ウエハ上に結露が生じる問題点があった。この
ため、プロセスチャンバ３のベース圧力（例えば１０−
６Ｔｏｒｒ）以下に真空引きする必要がある。しかし、
このようにプロセスチャンバ３をベース圧力以下にした
場合でも、ウエハ搬送用チャンバ１の方が真空度が低い
（圧力が高い）ため、ゲートバルブ２を開いた時点でウ
エハ搬送用チャンバ１からプロセスチャンバ３への残留
水分の流れが生じ、結露が発生する問題が残る。このよ
うな問題点を解決するためには、ゲートバルブ２を開け
る時、常に低温エッチング用のプロセスチャンバ３から
ウエハ搬送用チャンバ１への流れが生ずるようにウエハ
搬送用チャンバ１内の圧力をプロセスチャンバ３より低
くするか、又は圧力を同じにしてどちらへの流れも生じ
ないように設定する必要がある。

【０００９】一方、例えば加熱処理や光ＣＶＤ処理など
の低温エッチングと異なる処理を行なうプロセスチャン
バ３にウエハを入れた場合、今度はウエハ搬送用チャン
バ１の真空度が良すぎると、プロセスチャンバ３から処
理後の残留ガス等がウエハ搬送用チャンバ１側へ流れク
ロスコンタミネーションを引き起す問題が生じる。

【００１０】また、ロードロック室は、大気などの汚染
の影響を避けるため、真空ポンプを用いて上記したよう
な圧力まで予備排気を行っているが、この程度の圧力で
は、例えば高温シリサイドＣＶＤ処理をプロセスチャン
バで行う場合、処理されたウエハ間のシート抵抗のバラ
ツキが大きくなる問題点がある。さらに、このようなウ
エハ間のシート抵抗のバラツキは、設定圧力を例えば１
×１０−６Ｔｏｒｒ程度まで真空引きすれば、３％程度
までに小さくすることができるが、その真空引き時間が
３時間以上もかかり実用的でないとう問題点があった。

【００１１】このように、従来のマルチチャンバプロセ
ス装置にあっては、大気側からロードロック室，ロード
ロック室やウエハ搬送用チャンバとプロセスチャンバ間
等のウエハの移動過程に応じた大気による汚染や、クロ
スコンタミネーション、結露の発生といった各種の問題
点を有している。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、各チャンバ間のクロスコ
ンタミネーションを防止するマルチチャンバプロセス装
置を得んとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
は、ウエハを枚葉処理するプロセスチャンバを、ウエハ
搬送用チャンバに複数、夫々ゲートバルブを介して並列
に接続すると共に、前記ウエハ搬送用チャンバと各プロ
セスチャンバとの間でウエハを前記ゲートバルブを介し
て搬入，搬出するウエハ搬送手段を備えたマルチチャン
バプロセス装置において、前記ウエハ搬送用チャンバに
、夫々異なる真空度を付与する複数の真空ポンプを接続
したことを、その解決手段としている。

【００１４】また、請求項２の発明は、ウエハを枚葉処
理するプロセスチャンバを、ウエハ搬送用チャンバに複
数、夫々ゲートバルブを介して並列に接続すると共に、
前記ウエハ搬送用チャンバにロードロック室を備えたマ
ルチチャンバプロセス装置において、前記ロードロック
室を低圧力に保ちつつ化学的に不活性なガスを導入する
手段を備えたことを、その解決手段としている。

【００１５】

【作用】請求項１の発明は、複数の真空ポンプの夫々を
状況に応じて作動させることにより、ウエハ搬送用チャ
ンバ内の真空度を所望の値に設定することが可能となる
。このため、各種のプロセスチャンバとウエハ搬送用チ
ャンバ間の真空度の異なり具合に伴なうクロスコンタミ
ネーションを防止することが可能となる。

【００１６】請求項２の発明は、ロードロック室を低圧
力に保ちつつ化学的に不活性なガスを導入することによ
り、ロードロックチャンバからプロセスチャンバ側へ、
例えば大気汚染や、ウエハからの脱ガス，ロードロック
チャンバからの脱ガス等の入り込むのを防止するパージ
作用がある。また、化学的に不活性なガスを導入するた
め、ロードロックチャンバを高真空に引くよりも短時間
の操作で汚染物質の流出を抑制する作用を奏する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係るマルチチャンバプロセス
装置の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。

【００１８】（第１実施例）図１は、本発明に係るマル
チチャンバプロセス装置の第１実施例を示している。図
中、１はウエハ搬送用チャンバであって、このウエハ搬
送用チャンバ１には、ゲートバルブ２を介して低温エッ
チング用チャンバ３Ａ，加熱処理用チャンバ３Ｂ及びそ
の他のプロセスチャンバ（図示省略する）が配設されて
いる。

【００１９】また、ウエハ搬送用チャンバ１内には、ウ
エハ搬送手段としてのウエハ搬送アーム９が設けられて
いる。さらに、ウエハ搬送用チャンバ１には、ターボ分
子ポンプ１２とブースターポンプ１３が並列に接続され
ると共に、窒素（Ｎ２）ガスをチャンバ１内に導入する
ドライＮ２ブリード装置（図示省略する）を導入管１４
を介して接続している。

【００２０】上記低温エッチング用チャンバ３Ａのベー
ス圧力は、例えば、１０−６Ｔｏｒｒに設定されており
、加熱処理用チャンバ３Ｂのベース圧力は、例えば１０
−２Ｔｏｒｒに設定されている。また、ターボ分子ポン
プ１２は、ウエハ搬送用チャンバ１を高真空にする到達
真空度を有し、ブースターポンプ１３は低真空にする到
達真空度を有している。

【００２１】なお、本実施例における他の構成は、図７
に示す従来装置と同様である。

【００２２】本実施例のマルチチャンバプロセス装置に
よって低温エッチングを行なう場合、低温エッチング用
チャンバ３Ａにウエハ８を移す前にウエハ搬送用チャン
バ１内をターボ分子ポンプ１２で１０−６Ｔｏｒｒ又は
１０−６Ｔｏｒｒよりも少し高真空になるまで真空引き
し、その後にゲートバルブ２を開けてウエハ８をウエハ
搬送アーム９にて低温エッチング用チャンバ３Ａ内にウ
エハ８を搬入する。このとき、ウエハ搬送用チャンバ１
内の真空度は、低温エッチング用チャンバ３内の真空度
と同じか又は高くなっているため、ウエハ搬送用チャン
バ１から低温エッチング用チャンバ３Ａへの残留水分，
コンタミネーション等の流入が防止できる。このため、
特にウエハ搬送用チャンバ１内の水の分圧を低く保持す
ることができ、低温エッチングに伴って結露が生ずるの
を防止することができる。

【００２３】次に、低温エッチング処理がほどこされた
ウエハ８を加熱処理用チャンバ３Ｂへ移し、結露防止の
ための加熱及びアッシングを行った場合は、ウエハ８を
加熱処理用チャンバ３Ｂからウエハ搬送チャンバ１に移
す前に、ブースターポンプ１３にて真空引きを行い、窒
素ガスをドライＮ２ブリード装置より導入管１４を介し
て導入し、ウエハ搬送用チャンバ１内の圧力が１０−２
Ｔｏｒｒとなったところでゲートバルブ２を開き、ウエ
ハ８をウエハ搬送用チャンバ１側へウエハ搬送アーム９
を用いて移せばよい。この場合、加熱処理用チャンバ３
Ｂとウエハ搬送用チャンバ１の真空度が同じであるため
、加熱処理用チャンバ３Ｂからのクロスコンタミネーシ
ョンを防止することができる。

【００２４】なお、本実施例においては、プロセスチャ
ンバとして、低温エッチング用チャンバ３Ａと加熱処理
用チャンバ３Ｂを適用して説明したが、光ＣＶＤ用チャ
ンバやその他各種のプロセスチャンバを適用しても勿論
よい。また、本実施例においては、ウエハ搬送用チャン
バ１に対して２つの異なる真空度を付与する真空ポンプ
を接続したが、プロセスチャンバの個数，種類に応じて
、さらに異なる真空度を付与する真空ポンプを接続する
ことも可能である。

【００２５】また、本実施例は、ウエハ搬送用チャンバ
１とロードロック室５とが別体に構成されているが、連
通する構造のものであってもよい。

【００２６】（第２実施例）図２は、第２実施例に係る
マルチチャンバプロセス装置を示す概略説明図である。

【００２７】同図中２０は、ウエハ搬送用チャンバであ
って、その一端面にプロセスチャンバとしての高温タン
グステンシリサイドＣＶＤ用チャンバ３Ｃがゲートバル
ブ２を介して接続されている。また、ウエハ搬送用チャ
ンバ２０の一側面には、同図に示すようにプロセスチャ
ンバとしての熱処理用チャンバ３Ｄが同じくゲートバル
ブ２を介して接続されている。

【００２８】また、ウエハ搬送用チャンバ２０の他端部
側は、ロードロック室２１となっている。ロードロック
室２１の両側部にはゲートバルブ２Ａを夫々介してカセ
ット室２２，２２が接続されている。このカセット室２
２には、ウエハ８を収納するウエハカセット１１が装填
され、ウエハ搬送用チャンバ２０内に設けられているウ
エハ搬送アーム９によってウエハ８は、ロードロック室
２１，各プロセスチャンバ，カセット室２２へ搬送され
るようになっている。

【００２９】そして、ウエハ搬送用チャンバ２０には、
第１実施例と同様に、ターボ分子ポンプ１２及びブース
ターポンプ１３が並列に接続されている。また、カセッ
ト室２２には、化学的に不活性なガス、例えば窒素（Ｎ
２）ガス，アルゴン（Ａｒ）ガス等を導入する不活性ガ
ス導入管２３が接続されている。

【００３０】斯る構成よりなるマルチチャンバプロセス
装置を用いて、ウエハ８上にタングステンシリサイド膜
を高温タングステンシリサイドＣＶＤ用チャンバ３Ｃで
形成する場合、先ず、方法１としては、ゲートバルブ２
Ａを開け、ブースターポンプ１３でロードロック室２１
及びカセット室２２内を１０ｍＴｏｒｒに保ちながら、
不活性ガス導入管２３より窒素ガスを流す。

【００３１】方法２としては、ロードロック室２１及び
カセット室２２内を、一旦、ターボ分子ポンプ１２で１
０−５Ｔｏｒｒ程度まで（数分間）ポンプダウンし、そ
の後窒素ガスを不活性ガス導入管２３から流しながら１
００ｍＴｏｒｒに保つ。

【００３２】これらの方法を行なった後は、ウエハ搬送
アーム９によって、ウエハ８を高温タングステンシリサ
イドＣＶＤ用チャンバ３Ｃ内に搬送し、ゲートバルブ２
を閉じて、ＣＶＤにより成膜処理を行なえばよい。

【００３３】なお、図３に示すグラフは、本実施例のマ
ルチチャンバプロセス装置を用いて、ウエハ上にタング
ステンシリサイド膜を１０００Åの厚さに成膜した場合
の処理ウエハ番号とタングステンシリサイド膜のシート
抵抗との関係を示している。図中●印は上記方法１を、
×印は上記方法２を適用したものであり、□印は窒素ガ
スを導入せずにロードロック室の圧力を１００ｍＴｏｒ
ｒまで下げて予備排気した比較例を示している。このグ
ラフが示すように、本実施例に係るマルチチャンバプロ
セス装置を用いて窒素ガスをロードロック室（カセット
室を含む）に導入することにより、処理ウエハ間でのシ
ート抵抗のバラツキを２％以下に抑えることが可能とな
る。

【００３４】また、図４〜図６に示すグラフは、他の比
較例を示している。図４のグラフは、ロードロック室を
真空ポンプで１時間の真空引きを行った後にウエハを高
温タングステンシリサイドＣＶＤ用チャンバ内に搬入し
て、厚さ１０００Åタングステンシリサイド膜を成膜し
た場合のタングステンシリサイド膜のシート抵抗と各ウ
エハが通過するときのロードロック室の圧力との関係を
示している。図５のグラフは、３時間の真空引きを行っ
た後に成膜したタングステンシリサイド膜のシート抵抗
とロードロック室の圧力との関係を示している。図６の
グラフは、３日間の真空引きを行った後に成膜したタン
グステンシリサイド膜のシート抵抗とロードロック室の
圧力との関係を示している。

【００３５】これらの比較例が示すように、真空ポンプ
で３日間の真空引きにより、各ウエハ間のシート抵抗の
バラツキが小さくなり安定した状態となることが判る。 これに対して本実施例の装置を用いれば、数分間でシー
ト抵抗のバラツキを２％以下にすることができるため、
スループットを飛躍的に向上させることが可能となる。

【００３６】なお、本実施例は、ロードロック室２１に
窒素ガスを導入するために、カセット室２２に不活性ガ
ス導入管２３を設けたが、ロードロック室２１側に不活
性ガス導入手段を設けても勿論よい。

【００３７】また、本実施例においては、不活性ガスと
して窒素ガスを用いたが、Ａｒ等他の不活性ガスを用い
てもよい。

【００３８】さらに、本実施例においては、プロセスチ
ャンバを高温タングステンシリサイドＣＶＤ用チャンバ
に適用して説明したが、カセット室を含めてロードロッ
ク室側からの大気による汚染，ウエハ等からの脱ガスな
どのコンタミネーションがプロセスチャンバ側へ入り込
むのを防止するため、他の処理に用いられるプロセスチ
ャンバにも適用できることは言うまでもない。

【００３９】また、上記した方法１及び方法２において
設定した圧力は適宜変更可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、ウエハ搬送用チャンバと各プロセス
チャンバ間のクロスコンタミネーションを防止し、例え
ば低温処理を行うプロセスチャンバにおいては結露を防
止する効果がある。

【００４１】請求項２の発明によれば、ウエハからの脱
ガス，ロードロック室（ウエハ搬送用チャンバ）からの
脱ガス，大気からの汚染物質等が、ロードロック室側か
らプロセスチャンバ側へ入り込むのを防止すると共に、
スループットを向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す概略説明図。

【図２】同第２実施例を示す概略説明図。

【図３】第２実施例の装置を用いてタングステンシリサ
イドを成膜した場合の処理ウエハのシート抵抗を示すグ
ラフ。

【図４】１時間の真空引きを行った比較例のシート抵抗
と圧力を示すグラフ。

【図５】３時間の真空引きを行った比較例のシート抵抗
と圧力を示すグラフ。

【図６】３日間の真空引きを行った比較例のシート抵抗
と圧力を示すグラフ。

【図７】従来のマルチチャンバプロセス装置の概略説明
図。

【符号の説明】

１…ウエハ搬送用チャンバ、２，４，６…ゲートバルブ
、３Ａ…低温エッチング用チャンバ、３Ｂ…加熱処理用
チャンバ、３Ｃ…高温タングステンシリサイドＣＶＤ用
チャンバ、５…ロードロック室、８…ウエハ、１２…タ
ーボ分子ポンプ、１３…ブースターポンプ、２１…ロー
ドロック室、２３…不活性ガス導入管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ウエハを枚葉処理するプロセスチャン
   バを、ウエハ搬送用チャンバに複数、夫々ゲートバルブ
   を介して並列に接続すると共に、前記ウエハ搬送用チャ
   ンバと各プロセスチャンバとの間でウエハを前記ゲート
   バルブを介して搬入，搬出するウエハ搬送手段を備えた
   マルチチャンバプロセス装置において、前記ウエハ搬送
   用チャンバに、夫々異なる真空度を付与する複数の真空
   ポンプを接続したことを特徴とするマルチチャンバプロ
   セス装置。
2. 【請求項２】　　ウエハを枚葉処理するプロセスチャン
   バを、ウエハ搬送用チャンバに複数、夫々ゲートバルブ
   を介して並列に接続すると共に、前記ウエハ搬送用チャ
   ンバにロードロック室を備えたマルチチャンバプロセス
   装置において、前記ロードロック室を低圧力に保ちつつ
   化学的に不活性なガスを導入する手段を備えたことを特
   徴とするマルチチャンバプロセス装置。