JPH05259098A - 真空排気方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］搬送室のような真空チャンバをそれほど真空度
に排気しなくても被処理体の変質を効果的に防止する。 ［構成］開閉弁４２が開けられ、ターボ分子ポンプ４０
によって搬送室１４，１６内が大気圧状態から真空排気
される。この真空引きは、搬送室１４，１６内の気圧が
所定の真空度たとえば１×１０^-5Ｔｏｒｒ程度に達する
まで行われる。この真空引きが終了すると、ガス供給系
の開閉弁４４が開けられ、不活性ガス供給源４８より不
活性ガスたとえばＮ2 ガスが所定の圧力・流量で搬送室
１４，１６内に供給される。一方、ターボ分子ポンプ４
０による真空排気も継続して行われる。このように、搬
送室１４，１６は、Ｎ2 ガスの供給を受けながら真空排
気されることによって、室内の真空度がたとえば１×１
０^-2Ｔｏｒｒ程度に保たれ、この真空状態の下でウエハ
搬送作業が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、搬送室等の真空チャン
バを真空排気する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置の最近の傾向として、複
数のプロセスチャンバを連結し、異なるプロセスを連続
的または同時進行的に行うようにしたマルチチャンバ方
式が普及している。

【０００３】マルチチャンバ方式では、装置の中心にロ
ードロック・チャンバないしトランスポート・チャンバ
等の搬送室が設けられ、この搬送室から搬送アーム等の
ロボットによって各プロセスチャンバへ任意にアクセス
し、被処理体である半導体ウエハを搬入／搬出できるよ
うになっている。一般にプロセスチャンバでは真空状態
の下でプロセスが行われるため、プロセスチャンバ間で
ウエハを空気に触れさせずに搬送する必要があり、搬送
室もターボ分子ポンプ等の真空ポンプによって真空に排
気される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ウエハ
は真空排気された搬送室内を搬送されるのであるが、そ
れでも搬送室内にはＯ2 やＨ2 Ｏ等の大気中分子が存在
し、それらのＯ2 ，Ｈ2分子によりウエハ表面が酸化し
て不所望な自然酸化膜が形成されることがある。特に、
あるプロセスチャンバにおいて金属層を蒸着するための
ＣＶＤプロセスが行われる場合、下地表面に自然酸化膜
が形成されていると、その上に蒸着される金属層の成膜
特性にバラツキが生じる。したがって、ウエハが搬送室
内で滞在または搬送中に酸化されることは望ましくな
い。

【０００５】そのような被処理体の酸化を防止する方法
として、搬送室内の真空度を高める方法が考えられる。
しかし、大気中のガスのうち、Ｎ2 ガス等は排気されや
すいが、Ｏ2 ガス，Ｈ2 Ｏガスはなかなか排気されずに
残りやすい。このため、中途半端に真空度を高くする
と、大気中よりも却って酸化されやすいことがある。

【０００６】したがって、Ｏ2 ガス，Ｈ2 Ｏガスがほと
んどなくなるまで搬送室内を高真空に排気すれば、問題
が解決するようにも思われる。ところが、マルチチャン
バ方式の半導体製造装置では、搬送室とプロセスチャン
バとが連結されるため、搬送室の真空度をむやみに高く
することができない。つまり、一般にプロセスチャンバ
では反応ガスを利用して所定のプロセスが行われるた
め、搬送室の真空度がプロセスチャンバの真空度を超え
たならば、プロセスチャンバから反応ガスが搬送室へ流
入し、搬送室に流入した反応ガスはそこからカセットチ
ャンバ等を通って装置外部へ流出し、人体等に危害を与
える危険があり、環境保全の面から望ましくない。した
がって、たとえばプロセスチャンバの真空度が１×１０
^-5Ｔｏｒｒ程度の場合、搬送室の真空度は１×１０^-4Ｔ
ｏｒｒ程度が限度で、これ以上高くすることができな
い。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、真空チャンバにおいて被処理体の変質を効果的
に防止するようにした真空排気方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の真空排気方法は、被処理体を保管
もしくは移送し、または非化学的に処理するための所定
のチャンバの室内を真空に排気する方法において、前記
チャンバ内に不活性ガスを供給しながら真空排気する方
法とした。

【０００９】また、本発明の第２の真空排気方法は、１
つまたは複数の真空処理室に対して被処理体の搬入また
は搬出を行うため前記真空処理室に連結された搬送室の
室内を真空に排気する方法において、前記搬送室内に不
活性ガスを供給しながら真空排気する方法とした。

【００１０】

【作用】本発明では、真空チャンバ内に不活性ガスを送
りながら、真空ポンプによって室内を真空排気する。室
内の不所望なガスたとえばＯ2 ガスやＨ2 Ｏガスは、不
活性ガスに巻き込まれるようにして排気される。排気さ
れずに残るＯ2 やＨ2 Ｏ分子は、相対的に多量な不活性
ガスの存在によって自由運動を抑制される。このような
雰囲気中においては、被処理体表面でのＯ2 やＨ2 Ｏ分
子による酸化反応が抑制される。したがって、不所望な
ガスがなくなるまでチャンバ内が高真空に排気されなく
ても、被処理体の酸化その他の変質は効果的に防止され
る。

【００１１】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例による真空排気方法を
実施するマルチチャンバ型半導体製造装置の構成を概略
的に示す図である。

【００１２】図１において、この半導体製造装置は、た
とえば半導体ウエハ上に金属層を形成する装置であっ
て、ドライエッチングのプロセスを行うための第１のプ
ロセスチャンバ１０およびＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition)のプロセスを行うための第２のプロセスチャン
バ１２と、ウエハ搬送を行うためのロードロック・チャ
ンバ１４およびトランスポート・チャンバ１６と、ウエ
ハカセットをロード／アンロードするための一対のカセ
ットチャンバ１８，２０とから構成される。

【００１３】ロードロック・チャンバ１４はゲートバル
ブ２２，２４を介してそれぞれカセットチャンバ１８，
２０に連結され、トランスポート・チャンバ１６はゲー
トバルブ２６，２８を介してそれぞれ両プロセスチャン
バ１０，１２に連結されている。ロードロック・チャン
バ１４とトランスポート・チャンバ１６同士は互いに連
通し、搬送室を形成する。

【００１４】ロードロック・チャンバ１４内には、半導
体ウエハＷを搬送するための伸縮回転自在な搬送アーム
３０が設けられている。この搬送アーム３０は、ゲート
バルブ２２，２４を介してカセットチャンバ１８，２０
から未処理のウエハＷを搬出し、処理済のウエハＷをカ
セットチャンバ１８，２０に搬入するように構成されて
いる。一方、トランスポート・チャンバ１６内にも、半
導体ウエハＷを搬送するための伸縮回転自在な搬送アー
ム３２が設けられており、この搬送アーム３２はゲート
バルブ２６，２８を介してそれぞれプロセスチャンバ１
０，１２内にアクセスして、ウエハＷを搬入または搬出
するように構成されている。ロードロック・チャンバ１
４側の搬送アーム３０とトランスポート・チャンバ１６
側の搬送アーム３２は、互いにバッファプレート３４を
介してウエハＷを非同期的に受け渡しするようになって
いる。

【００１５】両カセットチャンバ１８，２０には、この
半導体製造装置で処理を受けるべきウエハＷをたとえば
２５枚装填したウエハカセット３６，３８がそれぞれロ
ードされる。このカセット・ローディングの後、ゲート
バルブ２２，２４が開いて両カセットチャンバ１８，２
０とロードロック・チャンバ１４、トランスポート・チ
ャンバ１６とが連通した状態の下で、本実施例による真
空排気方法にしたがいターボ分子ポンプ４０によって各
チャンバ１４，１６，１８，２０が大気圧から所定の真
空度たとえば１×１０^-2Ｔｏｒｒ程度まで排気される。
両反応チャンバ１０，１２は、ゲートバルブ２６，２８
を閉じたままで、それぞれ専用のターボ分子ポンプ（図
示せず）によって所定の真空度たとえば１×１０^-5Ｔｏ
ｒｒ程度まで真空排気される。

【００１６】本実施例の装置においては、トランスポー
ト・チャンバ１６に、開閉弁４２を介して上記のターボ
分子ポンプ４０が接続されるとともに、開閉弁４４およ
び流量調整器（ＭＦＣ）４６を介して不活性ガス供給源
４８が接続され、後述するように真空排気中の搬送室
（トランスポート・チャンバ１６およびロードロック・
チャンバ１４）に不活性ガスが供給されるようになって
いる。なお、ターボ分子ポンプ４０はモータ５０によっ
て回転駆動される。

【００１７】真空状態の搬送室１４，１６において、ロ
ードロック・チャンバ１４側の搬送アーム３０は、カセ
ットチャンバ１８，２０内のウエハカセット３６，３８
から処理前のウエハＷを１枚ずつ取り出してはそれをバ
ッファプレート３４を介してトランスポート・チャンバ
１６側の搬送アーム３２に渡し、処理済のウエハＷをバ
ッファプレート３４を介してトランスポート・チャンバ
１６側の搬送アーム３２より受け取ってはそれをカセッ
トチャンバ１８，２０のウエハカセット３６，３８に戻
すというウエハ搬送作業を行う。また、トランスポート
・チャンバ１６側の搬送アーム３２は、バッファプレー
ト３４を介してロードロック・チャンバ１４側の搬送ア
ーム３０より受け取ったウエハＷを先ずエッチングプロ
セスのため反応チャンバ１０に搬入し、エッチングプロ
セスの終了したウエハＷを反応チャンバ１０から搬出し
てそれをＣＶＤプロセスのため反応チャンバ１２へ移
し、ＣＶＤプロセスの終了したウエハＷを反応チャンバ
１２から搬出してそれをバッファプレート３４を介して
ロードロック・チャンバ１４側の搬送アーム３０に渡す
というウエハ搬送作業を行う。

【００１８】このように、真空状態の搬送室１４，１６
内でウエハＷは搬送されるのであるが、搬送室１４，１
６内は１×１０^-2Ｔｏｒｒ程度の真空度であるため、Ｏ
2 やＨ2 Ｏ等の酸化の原因となる不所望なガス分子がか
なり漂っており、それらの不所望なガス分子がウエハＷ
に全然作用しないわけではない。しかし、本実施例によ
れば、Ｏ2 やＨ2 Ｏ等の不所望なガス分子による酸化作
用が著しく抑制され、ウエハＷの表面に自然酸化膜が形
成されるおそれが少なく、したがって反応チャンバ１２
のＣＶＤプロセスでは成膜特性のバラツキの少ない金属
層が得られる。

【００１９】次に、図２〜図４を参照して本実施例によ
る真空排気方法の作用を説明する。図２は、本実施例に
よる真空排気方法の動作タイミングを示す図である。図
２において、時刻ｔ0 で排気系の開閉弁４２が開けら
れ、ターボ分子ポンプ４０によって搬送室１４，１６内
が大気圧状態（７６０Ｔｏｒｒ）から真空排気される。
この真空引きは、搬送室１４，１６内の気圧が所定の真
空度たとえば１×１０^-5Ｔｏｒｒ程度に達するまで行わ
れる。

【００２０】真空引きが終了すると、時刻ｔ1 でガス供
給系の開閉弁４４が開けられ、不活性ガス供給源４８よ
り不活性ガスたとえばＮ2 ガスが所定の圧力・流量で搬
送室１４，１６内に供給される。一方、ターボ分子ポン
プ４０による真空排気も継続して行われる。このよう
に、搬送室１４，１６は、Ｎ2 ガスの供給を受けながら
真空排気されることによって、室内の真空度がたとえば
１×１０^-2Ｔｏｒｒ程度に保たれ、この真空状態の下で
上記したようなウエハ搬送作業が行われる。そして、カ
セット３６，３８の全ウエハＷについてプロセスが終了
すると、時刻ｔ2で開閉弁４２，４４が閉められて真空
排気およびＮ2 ガスの供給が止められ、カセット交換の
ため搬送室１４，１６内は大気圧まで戻される。

【００２１】図３は、図２の真空排気の各段階における
搬送室１４，１６内の各ガスの分圧比を概念的に示す図
である。図中、各分子名で記した小枠の横方向の幅は当
該分子の分圧比を表し、小枠の面積は当該分子の絶対量
を表している。

【００２２】真空排気の開始前は、大気ガスが充満して
おり、大気状態と同様にＮ2 ガス、Ｏ2 ガスが全体の約
７５％、２０％をそれぞれ占め、Ｈ2 Ｏガス（水蒸気）
も幾らかの割合を占める（図３の(A) ）。ほかにも、ア
ルゴンや二酸化炭素等が微量に含まれているが、これら
のガスは本発明の作用には直接関係しないので、無視す
る。

【００２３】時刻ｔ0 から開始された真空引きによっ
て、搬送室１４，１６に入っていた大気ガスのうち、Ｎ
2 ガスはほとんど排気されるが、Ｏ2 ガスやＨ2 Ｏガス
等は排気されにくく、その多くが残存し、したがって搬
送室１４，１６内のガス中に占めるＯ2 ガス、Ｈ2 Ｏガ
スの割合つまり分圧比は増大する（図３の(B) ）。

【００２４】しかし、時刻ｔ1 から開始されたＮ2 ガス
の供給によって、Ｎ2 ガスの分圧比および絶対量が急激
に増大すると同時に、Ｏ2 ガス、Ｈ2 Ｏガスの分圧比が
急激に減少する。また、Ｎ2 ガスに巻き込まれるように
してＯ2 ガス、Ｈ2 Ｏガスも効率的に室外へ排気される
ため、Ｏ2 ガス、Ｈ2 Ｏガスの絶対量も減少する（図３
の(C) ）。室内の気圧は、真空排気速度とＮ2 ガス供給
速度とが均衡する状態たとえば１×１０^-2Ｔｏｒｒまで
上昇する。

【００２５】こうして、プロセス実行中のたとえば時刻
ｔ2 で、ウエハＷは、１×１０^-2Ｔｏｒｒ程度の真空下
で、Ｎ2 ガスの分圧が大きくてＯ2 ガス、Ｈ2 Ｏガスの
分圧が小さい雰囲気に晒されることになる。かかる雰囲
気においては、相対的にＮ2分子がＯ2 、Ｈ2 Ｏ分子よ
りも多数存在するため、Ｏ2 、Ｈ2 Ｏ分子がＮ2 分子に
よって運動を抑制され、ウエハ表面上の酸化反応、つま
りＯ2 、Ｈ2 ＯがＳiに置き換わる化学反応も抑制され
る。したがって、従来のようにＮ2 ガスを流さずに単に
１×１０^-3Ｔｏｒｒ程度まで真空排気する方法よりも、
ウエハＷの酸化を効果的に防止することができる。

【００２６】図４は、本実施例の真空排気方法による効
果の一例を示す成膜特性のデータを示す図である。この
データは、本実施例の真空排気方法を実施する半導体製
造装置において、１カセット分の半導体ウエハに金属層
としてＷＳi （タングステン・シリサイド）被膜をＣＶ
Ｄプロセスによって蒸着した場合の各ウエハのシート抵
抗の値である。この例では、各ウエハのシート抵抗値が
１６０〜１７０Ω／□の範囲に収まっており、バラツキ
が小さい。このように、本実施例の真空排気方法を用い
ると、シート抵抗のバラツキの小さい均一な膜質の金属
層が得られる。

【００２７】図５は、従来方法つまり搬送室の室内を単
に真空排気する方法を用いた場合の成膜特性のデータを
示す。従来方法によれば、先に処理されるウエハほどシ
ート抵抗が高く、後に処理されるウエハほどシート抵抗
が次第に低くなる傾向があり全体的には１７０〜２００
Ω／□の範囲にわたり、バラツキが大きい。したがっ
て、均一な膜質の金属層を得るのは難しい。

【００２８】以上、本発明の一実施例を説明したが、種
々の変形・変更が可能である。たとえば、図６に示すよ
うに、不活性ガスの供給を周期的に止めて、室内を周期
的に高真空に排気するようにしてもよい。また、本発明
で使用する不活性ガスとしては、Ｎ2 ガスに限るもので
はなく、ＡｒガスやＸｅガス等の他の不活性ガスも当然
に使用可能である。また、上記実施例では、ロードロッ
ク・チャンバ１４、トランスポート・チャンバ１６を両
カセットチャンバ１８，２０と連通させた状態で真空排
気したが、ゲート２２，２４を閉じて、両カセットチャ
ンバ１８，２０と別個にロードロック・チャンバ１４、
トランスポート・チャンバ１６を真空排気することも可
能である。

【００２９】また、本発明の真空排気方法は、ロードロ
ック・チャンバ１４、トランスポート・チャンバ１６の
いずれか一つしか備えない半導体製造装置にも適用可能
である。また、単一チャンバ方式の半導体製造装置にお
ける任意の搬送室の真空排気にも、さらにはイオン注入
機の熱処理装置等の非化学的処理（物理的処理、熱処理
等）装置の処理室の真空排気にも適用が可能である。ま
た、被処理体としては半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基
板などでもよく、酸化その他の変質を嫌う任意の被処理
体が可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の真空排気
方法によれば、被処理体を保管もしくは移送し、または
非化学的に処理するための真空チャンバの室内に不活性
ガスを供給しながら真空排気するようにしたので、不所
望なガスをほとんど排気するほどに高真空にしなくても
被処理体の変質を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による真空排気方法を実施す
るマルチチャンバ型半導体製造装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】実施例による真空排気方法の動作タイミングを
示す図である。

【図３】実施例による真空排気方法の各段階における搬
送室内の各ガスの分圧比を概念的に示す図である。

【図４】実施例の真空排気方法の効果の一例として成膜
特性のデータを示す図である。

【図５】従来方法を用いた場合の成膜特性のデータを示
す図である。

【図６】変形例による真空排気方法の動作タイミングを
示す図である。

【符号の説明】

１０ プロセスチャンバ １２ プロセスチャンバ １４ ロードロック・チャンバ １６ トランスポート・チャンバ ３０ 搬送アーム ３２ 搬送アーム ４０ ターボ分子ポンプ ４８ 不活性ガス供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を保管もしくは移送し、または
   非化学的に処理するための所定のチャンバの室内を真空
   に排気する方法において、 前記チャンバ内に不活性ガスを供給しながら真空排気す
   ることを特徴とする真空排気方法。
2. 【請求項２】 １つまたは複数の真空処理室に対して被
   処理体の搬入または搬出を行うため前記真空処理室に連
   結された搬送室の室内を真空に排気する方法において、 前記搬送室内に不活性ガスを供給しながら真空排気する
   ことを特徴とする真空排気方法。