KR101933776B1 - 진공 처리 장치 및 진공 처리 장치의 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제]
진공 반송 모듈과 진공 처리 모듈의 사이를 구획하는 게이트 밸브를 개폐했을 때에, 웨이퍼에의 파티클의 부착을 억제하는 기술을 제공하는 것.
[해결 수단]
진공 반송실(2)과 처리 용기(30) 사이의 웨이퍼(W)의 반송을 실시함에 있어서, 양자를 구획하고 있는 게이트 밸브(40)를 열기 전에 처리 용기(30) 내에서는, 탑재대(5)의 상방으로부터 Ar 가스를 공급하고, 해당 불활성 가스의 유량이 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기(30) 내의 압력이 진공 반송실(2) 내의 압력보다 작은 상태로 하고 있다. 이 때문에 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 N2 가스가, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)로 유입하는 방향의 흐름, 및 탑재대(5)의 표면의 중심부로부터 주연부로 향하고, 탑재대(5)의 주연으로부터 하방으로 향하는 기류를 유지한 채로, 게이트 밸브(40)를 열고, 웨이퍼(W)를 반송할 수 있어, 부착물(100)의 탑재대(5)의 상방으로의 비산을 억제할 수 있다.
진공 반송 모듈과 진공 처리 모듈의 사이를 구획하는 게이트 밸브를 개폐했을 때에, 웨이퍼에의 파티클의 부착을 억제하는 기술을 제공하는 것.
[해결 수단]
진공 반송실(2)과 처리 용기(30) 사이의 웨이퍼(W)의 반송을 실시함에 있어서, 양자를 구획하고 있는 게이트 밸브(40)를 열기 전에 처리 용기(30) 내에서는, 탑재대(5)의 상방으로부터 Ar 가스를 공급하고, 해당 불활성 가스의 유량이 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기(30) 내의 압력이 진공 반송실(2) 내의 압력보다 작은 상태로 하고 있다. 이 때문에 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 N2 가스가, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)로 유입하는 방향의 흐름, 및 탑재대(5)의 표면의 중심부로부터 주연부로 향하고, 탑재대(5)의 주연으로부터 하방으로 향하는 기류를 유지한 채로, 게이트 밸브(40)를 열고, 웨이퍼(W)를 반송할 수 있어, 부착물(100)의 탑재대(5)의 상방으로의 비산을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은, 진공 반송 모듈과 진공 처리 모듈의 사이에서 기판을 반송하는 기술 분야에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정의 하나인 진공 처리를 높은 스루풋(throughput)으로 실시하는 장치로서, 멀티 챔버 시스템이 알려져 있다. 이 시스템은, 복수의 진공 처리실을 게이트 밸브를 거쳐서 공통의 진공 반송실에 접속하고, 대기 분위기 혹은 상압의 불활성 가스 분위기로부터 로드 록실을 거쳐서 진공 반송실로 기판을 반송하며, 진공 반송실 내의 반송 기구에 의해 진공 처리실에 기판을 반송하도록 구성되어 있다. 진공 처리로서는 성막 처리, 드라이 에칭 처리, 어닐 처리 등을 들 수 있다.
종래 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)를 진공 반송실과 진공 처리실의 사이에서 반송함에 있어서, 진공 반송실측의 압력을 진공 처리실측의 압력보다 조금 높은 압력으로 보지하고, 게이트 밸브의 개폐를 실시해서 진공 처리실측의 분위기가 진공 반송실측에 유입되지 않도록 하고 있다. 한편 웨이퍼의 처리 프로세스나 진공 처리실 내의 구조에 따라서는, 진공 처리실 내, 특히 게이트 밸브 부근에 프로세스시의 반응 부 생성물이 부착, 퇴적해 버리는 일이 있다. 그 때문에 게이트 밸브를 개폐하고, 진공 반송실측의 분위기(불활성 가스)가 진공 처리실측에 유입된 때에, 부 생성물을 감아 올려서, 파티클이 되어 반송되는 웨이퍼의 표면에 부착해 버리는 일이 있었다.
특허 문헌 1에는, 진공 반송실내의 압력을 진공 처리실보다 높게 한 상태에서, 진공 처리실 내의 가스의 유량을 진공 반송실 내의 가스의 유량의 2배 이상으로 하고, 게이트 밸브를 개폐해서, 웨이퍼의 표면에의 파티클의 부착을 억제하는 기술이 기재되어 있다. 그렇지만 진공 반송실에 있어서의 가스의 유량이 돌발적으로 증가하는 일이 있어, 파티클을 감아 올리는 일이 있었다. 또, 진공 처리실 내의 가스 유량을 진공 반송실 내의 가스 유량보다 많이 하면, 파티클이 진공 반송실측에 비산하기도 했다.
본 발명은, 이러한 사정에 근거해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 진공 반송 모듈과 진공 처리 모듈 사이를 구획하는 게이트 밸브를 개폐했을 때에, 기판에의 파티클의 부착을 억제하는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 진공 처리 장치는, 기판에 대해서 진공 분위기 하에서 처리하기 위한 진공 처리 장치에 있어서,
기판의 반송구가 형성된 처리 용기 내에, 기판의 탑재대와, 해당 탑재대를 향해서 샤워형상으로 가스를 공급하기 위한 제1의 가스 공급부가 마련되고, 상기 탑재대보다 하방 측에 처리 용기 내를 진공 배기하는 제1의 배기구가 형성된 진공 처리 모듈과,
상기 처리 용기에 상기 반송구를 거쳐서 기밀로 접속된 반송실 내에, 상기 처리 용기 내와의 사이에서 기판의 반송을 행하기 위한 반송 기구와, 불활성 가스를 공급하기 위한 제2의 가스 공급부가 마련되고, 반송실 내를 진공 배기하는 제2의 배기구가 형성된 진공 반송 모듈과,
상기 기판의 반송구를 개폐하는 게이트 밸브와,
상기 제1의 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급해서, 그 유량이 제2의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기 내의 압력이 반송실 내의 압력보다 작은 상태에서 상기 게이트 밸브를 여는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 진공 처리 장치의 운전 방법은, 기판의 반송구가 형성된 처리 용기 내에, 기판의 탑재대와, 해당 탑재대를 향해서 샤워 형상으로 가스를 공급하기 위한 제1의 가스 공급부가 마련되고, 상기 탑재대보다 하방 측에 처리 용기 내를 진공 배기하는 제1의 배기구가 형성된 진공 처리 모듈과,
상기 처리 용기에 상기 반송구를 거쳐서 기밀로 접속된 반송실 내에, 상기 처리 용기에 대해서 기판의 반입출을 행하기 위한 반송 기구와, 불활성 가스를 공급하기 위한 제2의 가스 공급부가 마련되고, 반송실 내를 진공 배기하는 제2의 배기구가 형성된 진공 반송 모듈과,
상기 기판의 반송구를 개폐하는 게이트 밸브를 구비한 진공 처리 장치를 이용해서,
상기 제1의 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 그 유량이 제2의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기 내의 압력이 반송실 내의 압력보다 작은 상태를 형성하는 공정과,
상기 상태에서 상기 게이트 밸브를 여는 공정과,
이어서 상기 반송 기구에 의해 상기 처리 용기 내와 반송실의 사이에서 기판의 반송을 실시하는 공정과,
그 후, 게이트 밸브를 닫는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 진공 반송 모듈과 진공 처리 모듈의 처리 용기 사이의 기판의 반송을 실시함에 있어서, 양자를 구획하고 있는 게이트 밸브를 열기 전에 처리 용기 내에서는, 탑재대의 상방으로부터 불활성 가스를 공급하고 있다. 더욱이 해당 불활성 가스의 유량이 진공 반송실에 공급되는 불활성 가스의 유량보다 작고, 또한 처리 용기 내의 압력이 진공 반송실 내의 압력보다 작은 상태로 하고 있다. 이 때문에 게이트 밸브를 열었을 때에 불활성 가스가 진공 반송실로부터 처리 용기 내에 급격하게 흐르는 것이 억제되므로 처리 용기 내에 부착하고 있는 반응 생성물의 비산이 억제되고, 또 기판 표면에의 파티클의 비산도 동시에 억제되기 때문에, 기판의 파티클 오염을 저감할 수 있다.
도 1은 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치를 도시하는 평면도이다.
도 2는 진공 반송실과 진공 처리 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 3은 진공 반송실에 N2 가스를 공급하는 가스 공급부를 도시하는 구성도이다.
도 4는 게이트 밸브 개폐시의 진공 반송실 및 진공 처리 모듈에 있어서의 압력 및 불활성 가스의 공급 유량을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 6는 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 7은 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 8은 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 9는 진공 반송실에 마련되는 N2 가스 공급부를 도시하는 설명도이다.
도 10은 제2의 실시형태와 관련되는 진공처리장치의 작용을 도시하는 설명이다.
도 11은 처리완료 웨이퍼를 처리 용기로부터 반출할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 12는 처리완료 웨이퍼를 처리 용기로부터 반출할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 13은 미처리 웨이퍼를 처리 용기에 반입할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 14는 미처리 웨이퍼를 처리 용기에 반입할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 15는 실시예 1에 있어서의 불활성 가스의 유량 및 압력 변화를 나타내는 특성도이다.
도 16은 비교예 1에 있어서의 불활성 가스의 유량 및 압력 변화를 나타내는 특성도이다.
도 17은 실시예 2, 3에 있어서 웨이퍼의 매수째와 파티클수를 도시하는 특성도이다.
도 2는 진공 반송실과 진공 처리 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 3은 진공 반송실에 N2 가스를 공급하는 가스 공급부를 도시하는 구성도이다.
도 4는 게이트 밸브 개폐시의 진공 반송실 및 진공 처리 모듈에 있어서의 압력 및 불활성 가스의 공급 유량을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 6는 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 7은 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 8은 제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 작용을 도시하는 설명도이다.
도 9는 진공 반송실에 마련되는 N2 가스 공급부를 도시하는 설명도이다.
도 10은 제2의 실시형태와 관련되는 진공처리장치의 작용을 도시하는 설명이다.
도 11은 처리완료 웨이퍼를 처리 용기로부터 반출할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 12는 처리완료 웨이퍼를 처리 용기로부터 반출할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 13은 미처리 웨이퍼를 처리 용기에 반입할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 14는 미처리 웨이퍼를 처리 용기에 반입할 때의 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 15는 실시예 1에 있어서의 불활성 가스의 유량 및 압력 변화를 나타내는 특성도이다.
도 16은 비교예 1에 있어서의 불활성 가스의 유량 및 압력 변화를 나타내는 특성도이다.
도 17은 실시예 2, 3에 있어서 웨이퍼의 매수째와 파티클수를 도시하는 특성도이다.
[제1의 실시형태]
제1의 실시형태에 관한 진공 처리 장치로서, 멀티 챔버 시스템인 진공 처리 장치에 대해서 도 1을 이용해 설명한다. 진공 처리 장치는, 그 내부 분위기가 건조 가스, 예를 들면 건조한 질소 가스에 의해 상압 분위기로 되는 횡장(橫長)의 상압 반송실(12)을 구비하고, 상압 반송실(12)의 앞에는, 캐리어(C)를 탑재하기 위한 반입출 포트(11)가 좌우 방향으로 늘어서 설치되어 있다.
상압 반송실(12)의 정면벽에는, 상기 캐리어(C)의 뚜껑과 함께 개폐되는 도어(17)가 장착되어 있다. 상압 반송실(12) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 관절 암으로 구성된 제1의 반송 기구(14)가 마련되어 있다. 게다가 상기 상압 반송실(12)의 반입출 포트(11)측으로부터 보아 좌측벽에는, 웨이퍼(W)의 방향이나 편심의 조정을 실시하는 얼라이먼트실(16)이 마련되어 있다.
상압 반송실(12)에 있어서의 반입출 포트(11)의 반대 측에는, 예를 들면 2개의 로드 록실(13a, 13b)이 좌우에 늘어서도록 배치되어 있다. 로드 록실(13a, 13b)과 상압 반송실(12)의 사이에는, 게이트 밸브(18)가 설치되어 있다. 로드 록실(13a, 13b)의 상압 반송실(12)측으로부터 보아 안쪽 측에는, 진공 반송 모듈을 구성하는 진공 반송실(2)이 게이트 밸브(19)를 거쳐서 배치되어 있다.
진공 반송실(2)에는, 게이트 밸브(40)을 구비한 게이트실(4)을 거쳐서, 진공 처리 모듈(3)이 접속되어 있다. 진공 반송실(2)에는, 관절 암으로 이루어진 2개의 반송 암을 갖춘 제2의 반송 기구(21)가 마련되어 있고, 제2의 반송 기구(21)에 의해, 각 로드 록실(13a, 13b), 및 각 진공 처리 모듈(3) 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행해진다.
진공 반송실(2)에 대해 도 2도 참조해 설명한다. 진공 반송실(2)에 있어서 진공 용기(200)의 저면에는, 배기구(22)가 개구하고 있다. 배기구(22)에는, 배기관(23)이 접속되고, 진공 펌프나 터보 분자 펌프로 이루어진 진공 배기 기구(24)에 의해 진공 반송실(2) 내가 진공 흡인되도록 구성되어 있다. 또한 도 2 중 231은, 압력 조정 밸브이며, 232는 개폐 밸브이다. 또 진공 반송실(2)의 저면에는, 진공 반송실(2) 내에 불활성 가스인 질소 가스(N2 가스)를 공급하는 N2 가스 공급부(25)가 마련되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 N2 가스 공급부(25)에는 N2 가스 공급관(26)의 일단이 접속되고, N2 가스 공급관(26)의 타단 측에는 N2 가스 공급 기구(27)가 마련되어, N2 가스 공급부(25)로부터 진공 반송실(2) 내에 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. N2 가스 공급관(26)에는, 진공 반송실(2) 측으로부터 압력 제어 밸브(28)와, 매스 플로우 미터(MFM)(29)가 개설되어 있다. 진공 반송실(2)에 공급되는 불활성 가스는, N2 가스에 한정하지 않고, 예를 들면 Ar 가스와 같은 다른 불활성 가스를 이용할 수도 있다. 또 진공 반송실에 유입하는 유량을 모니터하지 않는 경우에는, 매스 플로우 미터(29)는 생략할 수 있다. 또 도 1 중의 81은, 진공 용기(200) 내의 압력을 측정하는 압력 측정부이다.
압력 제어 밸브(28)에 관해서 도 3을 이용해 설명하면, 압력 제어 밸브(28)는, 콘트롤러(8)가 접속되어 있다. 콘트롤러(8)는 가산부(82)와 PID 연산부(83)를 구비하고 있다. 그리고 콘트롤러(8)는, 후술하는 컴퓨터(9)에 의해 설정된 압력 설정치와, 진공 반송실(2) 내에 마련된 압력 측정부(81)에 의해 측정된 압력 검출치와의 편차분을 가산부(다중화 회로)(82)에서 구한다. 이 편차분을 예를 들면 PID 연산부(83)에서, PID 연산 처리하여 압력 제어 밸브(28)에 조작량을 출력하고, 이 조작량에 의해 예를 들면 압력 제어 밸브(28)의 개도(開度)를 조정하고 있다. 구체적으로는, 압력 제어 밸브(28)에서, 진공 반송실(2) 내에 존재하는 N2 가스량을 일정화하도록, 소정량의 N2 가스의 공급을 실시해서, 압력을 안정시킨다. 따라서 압력 검출치가 낮아졌을 경우에는, 편차분이 커져, 압력 제어 밸브(28)의 개도를 크게 하고, N2 가스의 유량을 증가시켜서, 진공 반송실(2) 내의 압력을 상승시킨다. 또 압력 검출치가 높아졌을 경우에는, 편차분이 작아져서, 압력 제어 밸브(28)의 개도를 작게 하고, N2 가스의 유량을 감소시켜서, 진공 반송실(2) 내의 압력을 저하시킨다.
계속해서 진공 처리 모듈(3)로서 성막 장치를 적용한 예에 대해 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이 진공 처리 모듈(3)은, 웨이퍼(W)에 TiCl4를 포함한 원료 가스와, 환원 가스가 되는 H2 가스와, 질화용의 암모니아(NH3) 가스를 공급하는 CVD 장치로서 구성되어 있다. 진공 처리 모듈(3)은, 상방이 개구한 원통 형상의 처리 용기(30)를 구비하고 있다. 처리 용기(30)의 저벽의 중앙부에는 하방을 향해서 돌출하는 예를 들면 원통형의 배기실(31)이 형성되고, 배기실(31)에 있어서의 측면에는, 배기구(32)가 개구하고 있다. 배기구(32)에는, 배기로(33)가 접속되며, 이 배기로(33)는, 진공 배기 기구(37)에 접속되어, 처리 용기(30) 내를 소정의 진공 압력까지 감압할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 도면 중 331은, 압력 조정 밸브이며, 332는 개폐 밸브이다.
처리 용기(30)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 반송구(34)가 마련되어 있고, 반송구(34)는 게이트실(4)에 접속되어 있다. 게이트실(4)은 편평한 케이스로 구성되고, 처리 용기(30)의 반송구(34)에 대응하는 위치 및 진공 반송실(2)에 형성된 개구부(20)에 대응하는 위치에, 각각 개구부가 형성되고 있다. 이들 개구부는 기재의 번잡화를 피하기 위해, 각각 반송구(34)의 일부 및 개구부(20)의 일부로서 취급하는 것으로 한다.
게이트실(4)에는, 처리 용기(30)의 반송구(34)를 막는 판상의 게이트 밸브(40)가 마련되어 있다. 또 게이트실(4)의 저면에 있어서의 게이트 밸브(40)의 하방에는, 승강기구(43)가 설치되어, 게이트 밸브(40)가 승강 가능하게 구성되어 있다. 게이트 밸브(40)와 게이트실(4)에 있어서의 진공 처리 모듈(3) 측의 벽면 사이는, 게이트 밸브(40)의 승강을 방해하지 않을 정도의 극히 좁은 틈새로 되어 있다. 또 게이트 밸브(40)의 상면에는, 볼록돌출부(40a)가 형성되고, 게이트실(4)의 천정면에는, 볼록돌출부(40a)에 대응하는 위치에 홈부(44)가 형성되어 있다. 그리고 게이트 밸브(40)가 도 2 중 쇄선으로 도시하는 상방 위치로 상승할 때에는, 볼록돌출부(40a)가 홈부(44)에 삽입되어 기밀로 구획된다. 위에서 설명한 바와 같이 게이트 밸브(40)와 게이트실(4)에 있어서의 진공 처리 모듈(3)측의 벽면 사이는, 극히 좁기 때문에, 게이트 밸브(40)가 상방 위치에 있을 때에는, 반송구(34)가 기밀로 밀폐된다. 또 게이트 밸브(40)가 도 2 중 실선으로 도시하는 하방 위치로 하강하면, 반송구(34)가 개방된다.
처리 용기(30) 내에는 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하기 위한 금속제의 탑재대(5)가 마련되고, 탑재대(5)는, 지지 기둥(50)에 의해 배기실(31)의 저면에 고정되어 있다. 탑재대(5)에는 도시하지 않는 히터가 매설되고, 후술하는 컴퓨터(9)로부터의 제어 신호에 근거해서 웨이퍼(W)가 설정 온도, 예를 들면 400℃ 이상의 온도로 가열되도록 되어 있다. 또 탑재대(5)는, 설치 전위에 접속되어 있고, 후술하는 바와 같이 하부 전극이 된다. 더구나 탑재대(5)에는, 둘레방향 등간격으로 3개소의 관통공(55)이 형성되어 있고, 각 관통공(55)에는, 탑재대(5) 상의 웨이퍼(W)를 보지해서 승강시키기 위한 승강 핀(51)이 마련되어 있다. 승강 핀(51)은 승강축(52)을 거쳐서 처리 용기(30)의 외부에 마련된, 예를 들면 에어 실린더로 이루어진 승강기구(53)에 접속되어 있다. 또한 도면 중 54는, 처리 용기(30) 내를 기밀로 하기 위한 벨로즈이다. 이 승강 핀(51)과 진공 반송실(2) 내의 제2의 반송 기구(21)의 협동 작용에 의해 웨이퍼(W)는, 탑재대(5)에 탑재된다.
또 처리 용기(30)의 상방은, 절연부재(75)를 거쳐서, 상부 전극을 이루는 금속제의 가스 공급부인 가스 샤워 헤드(7)에 의해 폐색되어 있다. 이 가스 샤워 헤드(7)에는 정합기(78)를 거쳐서 고주파 전원(77)이 접속되어 있다. 이 가스 샤워 헤드(7)로부터 처리 용기(30) 내에 여기되는 가스를 공급함과 동시에, 상부 전극을 이루는 가스 샤워 헤드(7)와 하부 전극을 이루는 탑재대(5) 사이에 고주파 전력이 인가되어, 플라스마가 발생하는 평행 평판형 플라스마 처리 장치로서 구성되어 있다.
가스 공급부인 가스 샤워 헤드(7)는, 두께 방향으로 관통하는 가스 공급 구멍(73)이 예를 들면 종횡으로 배열된 샤워 플레이트(확산판)(71)를 구비해서, 가스를 샤워 형상으로 탑재대(5)를 향해 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 74는 가스를 확산시키는 가스 확산실이다. 또 가스 샤워 헤드(7)에 있어서는, 가스 확산실(74)의 상방측의 천정 부재(72)에 가열 기구(79)가 매설되어 있고, 후술하는 컴퓨터(9)로부터 송신되는 제어 신호에 근거해서, 도시하지 않은 전원부로부터 가열 기구(79)에 급전되는 것에 의해서, 설정 온도로 가열되도록 되어 있다.
가스 샤워 헤드(7)에는, 천정 부재(72)를 관통하는 가스 공급로(6)의 하류측 단부가 접속되고, 이 가스 공급로(6)의 상류측은, 분기되어 4염화 티탄(TiCl4) 가스 공급원(61), 수소(H2) 가스 공급원(62) 및 암모니아(NH3) 가스 공급원(63), 아르곤(Ar) 가스 공급원(64) 및 N2 가스 공급원(65)이 접속되어 있다. 도 2 중 V1~V5는 밸브이며, M1~M5는 유량 조정부이다. 유량 조정부(M1~M5)는, 예를 들면 매스 플로우 콘트롤러로 구성되고, 처리용기(30)에 공급되는 가스의 유량이 컴퓨터(9)에 의해 설정된 유량이 되도록 제어되어 있다.
또 처리 용기(30)의 측벽에 있어서 탑재대(5)의 하방의 위치에는, 처리 용기(30) 내의 압력을 측정하는 압력 측정부(35)가 마련되어 있다.
웨이퍼(W)의 성막 처리에 대해 간단하게 설명하면, 탑재대(5)에 웨이퍼(W)를 탑재한 후, 우선 성막용의 가스로서 TiCl4 가스, Ar 가스 및 H2 가스를 처리 용기(30) 내에 공급한다. 그 후, 고주파 전원(77)을 온으로 하고, 가스 샤워 헤드(7)와 탑재대(5)의 사이에 고주파 전력을 인가해서, 처리 용기(30) 내에 플라스마를 발생시킨다. 이것에 의해 TiCl4 가스와 H2 가스가 활성화되어 반응해서, 웨이퍼(W) 표면에 Ti막이 성막된다. 이 성막 반응에 있어서, 반응 중에 NH4Cl 등의 부 생성물이 생성된다. 그 때문에 성막 처리가 진행됨과 동시에, 처리 용기(30) 내의 표면에 반응 생성물이 퇴적해 간다.
계속해서 TiCl4 가스, Ar 가스 및 H2 가스의 공급, 및 고주파 전력을 정지하고, 처리 용기(30) 내를 배기해서 처리 용기(30) 내로부터 TiCl4, Ar 가스 및 H2 가스를 배출한다. 그 다음에 처리 용기(30) 내에 NH3 가스, Ar 가스 및 H2 가스를 공급해서, Ti 막의 표면을 질화하는 처리를 실시한다. 이 NH3 가스의 공급에 의해, Ti 막이 질화되고, (1) 식에 도시하는 화학반응이 진행해서, 그 표면에 TiN(티탄 나이트라이드)의 층이 형성된다.
TiCl4＋6NH3→TiN＋4NH4Cl＋1/2 N2+H2 …… (1) 식
이와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 TiN의 층을 적층해서, TiN 막을 성막한다.
이 일련의 반응에 있어서도, (1) 식에 도시한 바와 같이 NH4Cl 등의 부 생성물이 생성되기 때문에, 이러한 부 생성물이 부착물로서 처리 용기(30) 내에 퇴적해 간다. 또 부 생성물에 한정하지 않고, 예를 들면 처리 용기(30)의 부식 등에 의해 생기는 Ti 함유물 등도 부착물로서 처리 용기(30) 내에 부착해 간다.
진공 처리 장치는 제어부의 일부를 이루는 컴퓨터(9)를 구비하고 있고, 이 컴퓨터(9)는, 프로그램, 메모리, CPU를 갖추고 있다. 이러한 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체, 예를 들면 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 광학 자기 디스크 등에 수납되어 컴퓨터(9)에 인스톨된다. 프로그램은, 웨이퍼(W)의 반송, 진공 반송실(2) 및 진공 처리 모듈(3)에 있어서의 각 가스의 공급 및 중단, 진공 반송실(2) 및 진공 처리 모듈(3)에 있어서의 배기 및 진공 반송실(2)과 진공 처리 모듈(3) 사이의 웨이퍼(W)의 반송을 포함한 처리의 일련의 동작을 실시하도록 스텝군이 짜여져 있다. 또 컴퓨터(9)의 메모리에는, 진공 반송실(2)의 압력 설정치가 기입되어, 가산부(82)에 해당 압력 설정치를 출력한다.
제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치의 전체적인 웨이퍼(W)의 처리 공정에 대해 설명한다. 웨이퍼(W)를 수용한 캐리어(C)가 반입출 포트(11) 상에 탑재되면, 해당 캐리어(C) 내의 웨이퍼(W)가, 제1의 반송 기구(14)에 의해 취출되어 얼라이먼트실(16)→로드 록실(13a(13b))→진공 반송실(2)의 경로로 반송된다. 웨이퍼(W)가 상압 반송실(12)로부터 로드 록실(13a(13b))에 반입된 후, 로드 록실(13a(13b))을 진공 흡인하는 것에 의해서, 로드 록실(13a (13b))로부터 진공 반송실(2)로의 반송이 가능해진다. 그리고 제2의 반송 기구(21)는, 로드 록실(13a(13b))로부터, 웨이퍼(W)를 취출한 후, 진공 처리 모듈(3)로 반송한다.
다음에 진공 반송실(2)과 진공 처리 모듈(3) 사이의 웨이퍼(W)의 수수에 대해 도 4~도 8을 참조하면서 설명한다. 또한 도 5~8은, 진공 처리 모듈(3) 및 진공 반송실(2)을 도해적으로 도시하고 있다. 도 4(a) 중 (1), (2)의 그래프는 각각 게이트 밸브(40)를 열기 시작하기 전부터, 웨이퍼(W)를 반입해 게이트 밸브(40)을 닫아 끝낸 후까지에 있어서의 처리 용기(30) 내의 압력 측정치의 시간 변화와, 진공 반송실(2) 내의 압력 측정치의 시간 변화를 나타낸다. 또 도 4(b) 중 (3), (4)의 그래프는, 각각 게이트 밸브(40)를 열기 시작하기 전부터, 웨이퍼(W)를 반입해 게이트 밸브(40)을 닫아 끝낸 후까지에 있어서의 처리 용기(30) 내의 Ar 가스의 공급 유량의 시간 변화와, 진공 반송실(2) 내의 N2 가스의 공급 유량의 시간 변화를 나타낸다. 또한 도 4(a), (b)에 있어서, 게이트 밸브(40)의 열기 시작하는 시각을 시각 t0로서 나타내고, 게이트 밸브(40)를 연 후, 잠시 경과후의 시각을 t1로 했다. 또 게이트 밸브(40)가 닫혀 끝낸 시각을 시각 t2로서 나타내고 있다. 또한 본 실시형태에 있어서는, 처리 용기(30) 내에서, 게이트 밸브(40)를 개폐하는 전후에 공급하는 가스를 Ar 가스로 하고 있지만, Ar 가스에 한정되는 것은 아니고, 대신에 N2 가스 등의 불활성 가스를 이용해도 괜찮다. 마찬가지로 진공 반송실(2)에 공급하는 가스도 N2 가스가 아니고, 다른 불활성 가스를 이용해도 괜찮다.
처리 용기(30) 내에는, 진공 반송실(2) 내에 반입된 웨이퍼(W)보다 순번이 작은 웨이퍼(W)가 탑재되어 있고, 성막 처리가 종료해 있는 것으로 하며, 게이트 밸브(40)가 열리고, 제2의 반송 기구(21)를 구성하는 2개의 반송 암에 의해 다음의 웨이퍼(W)와의 교환을 위해서 대기하고 있는 것으로 한다.
우선 웨이퍼(W)를 진공 처리 모듈(3)에 반송함에 있어서, 게이트 밸브(40)를 열기 전에, 도 5에 도시한 바와 같이 처리 용기(30) 내에 불활성 가스인 Ar 가스를, 예를 들면 200sccm(밀리리터/분)의 유량으로 공급한다. 또 진공 반송실(2)에서, N2 가스 공급부(25)로부터 N2 가스를, 예를 들면500sccm의 유량으로 공급한다. 도 4(a)에 도시한 바와 같이 이 진공 처리 모듈(3) 내의 압력은 75 Pa로 설정되고, 진공 반송실(2) 내의 압력은 처리 용기(30) 내의 압력보다 높은 100 Pa로 설정되어 있다.
또 진공 처리 모듈(3)에서, 성막 처리를 실시하고 있으면, 도 5 중에 도시한 바와 같이, 진공 처리 모듈(3)의 내표면에, 성막 처리에서 생성한 NH4Cl 등의 Cl 화합물이나, Ti 막 등의 부착물(100)이 부착한다. 부착물(100)은, 반송구(34)의 상면부나, 가스 샤워 헤드(7)와 처리 용기(30)의 간극에 있어서의 처리 용기(30) 측의 벽면에도 부착하고 있다.
그리고 시각 t0의 전에, 처리 용기(30) 내에 있어서는, 가스 샤워 헤드(7)로부터 탑재대(5)를 향해서, Ar 가스가 샤워형상으로 공급되기 때문에, 탑재대(5)의 표면에 있어서는, 상방으로부터 하방을 향해서 가스가 도달한 후, 탑재대(5)의 중심부로부터 주연부를 향해서 흐르는 가스의 흐름이 형성된다. 그리고 탑재대(5)의 주연을 향해 흐른 Ar 가스는, 탑재대(5)의 주연으로부터 하방을 향해 흘러, 처리 용기(30)의 하방 측에 마련된 배기구(32)로부터 배기된다.
그 다음에 도 4(a), (b)에 도시하는 시각 t0에 게이트 밸브(40)를 열기 시작한다. 이 때(t0 때) 진공 반송실(2) 내의 압력은, 처리 용기(30)의 압력보다 높기 때문에, 도 6에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2) 내의 분위기가 처리 용기(30) 내로 향해 흘러 든다. 그 때문에 진공 반송실(2) 내의 압력이 내리고, 처리 용기(30) 내의 압력이 오른다.
여기서 진공 반송실(2)에 있어서는, 진공 반송실(2)에 공급하는 N2 가스의 유량을 압력의 변화에 근거해 조정해서, 진공 반송실(2)의 압력을 일정하게 되도록 제어하고 있다. 그 때문에 도 4(a)에 도시한 바와 같이 게이트 밸브(40)를 연 직후는, 진공 반송실(2) 내의 압력이 순간적으로 내린다. 그 때문에 도 4(b)에 도시한 바와 같이 돌발적으로 N2 가스의 공급량이 증가하게 되고, 또, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 유입하는 N2 가스의 유량이 증가한다. 이것에 비해서 처리 용기(30) 내에 있어서는, Ar 가스의 공급량을 일정으로 하고 있어, Ar 가스의 공급량은 변함없이, 압력이 상승한다.
여기서 발명자는, 후술하는 실시예에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2) 내의 압력과 처리 용기(30) 내의 압력차가 큰 경우에는, 게이트 밸브(40)를 열었을 때의 진공 반송실(2) 내의 압력이 급격하게 내리고, 진공 반송실(2) 내에 공급되는 가스가 급격하게 많아지는 것을 발견했다. 그리고 진공 반송실(2) 내에 공급되는 가스의 유량이 급격하게 많아지면, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 흘러 드는 가스의 유량도 급격하게 증가해서, 부 생성물을 감아 올리기 쉽게 되어 있었다.
제1의 실시형태에 있어서는, 게이트 밸브(40)를 열기 전에, 진공 반송실(2) 내의 압력을 처리 용기(30) 내의 압력보다 높게 하고 있지만, 그 차를 25 Pa로 하고 있다. 그리고 도 4(b)중의 그래프(4)에 도시한 바와 같이 게이트 밸브(40)를 연 시각 t0 직후에 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스가 예를 들면 2000sccm 정도로 억제되고, 더구나 도 4(a) 중 그래프(2)에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2) 내의 압력의 변화는 작아진다. 그 후 진공 반송실(2) 내의 압력은 신속하게 100 Pa로 돌아온다.
배경 기술에서 말한 것처럼 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)를 향해 흐르는 기류에 의해, 반송구(34) 부근에 부착하고 있는 부착물(100)이, 탑재대(5)의 상방으로 비산할 우려가 있지만, 게이트 밸브(40)를 연 직후에 진공 반송실(2) 내로부터, 진공 처리 모듈(3) 내로 흘러드는 N2 가스의 유량의 돌발적인 증가가 억제되고 있기 때문에 반송구(34) 부근에 부착하고 있는 부착물(100)의 비산을 억제할 수 있다.
또 탑재대(5)의 표면에 있어서는, 중심부로부터 주연 측에 향해, 탑재대(5)의 주연으로부터 하방을 향하는 기류를 형성하고 있다. 그 때문에 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 유입하는 기류는, 처리 용기(30) 내의 기류와 함께 탑재대(5)의 하방으로 흘러, 처리 용기(30)의 하방에 마련된 배기구(32)로부터 배기된다. 그 때문에 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 유입하는 기류에 의해, 처리 용기(30)의 반송구(34) 부근에 부착하고 있는 부착물(100)이 비산했을 경우에도, 탑재대(5) 상의 처리완료 웨이퍼(W)의 상방으로는 비산하지 않고 처리 용기(30)의 하방측으로부터 배기된다.
그 후 게이트 밸브(40)를 열기 시작한 시각 t0로부터 일정 시간 경과한 시각 t1에 있어서는, 도 4(a) 중의 그래프(1)에 도시한 바와 같이 진공 처리 모듈(3) 내의 압력은 예를 들면 90 Pa 정도로 안정되고, 그래프(2)에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2) 내의 압력은 예를 들면 100 Pa에 안정되어 있다. 그리고 도 4(b) 중의 그래프(4)에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량도 예를 들면 1800sccm에 안정되어 있다.
더구나 이미 처리를 끝내고 대기해 있는 탑재대(5) 상의 웨이퍼(W)가 도 7에 도시한 바와 같이 제2의 반송 기구(21)의 한 편의 반송 암에 수수된다. 그 다음에 한 편의 반송 암은, 처리를 끝낸 처리완료의 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2)로 반송한다. 계속해서, 도시하고 있지 않지만 제2의 반송 기구(21)의 다른 편의 반송 암에 의해, 미처리 웨이퍼(W)가, 진공 처리 모듈(3)로 반송되어 탑재대(5)에 수수된다. 그 후 해당 반송 암을 퇴피시킨다. 그리고 게이트 밸브(40)를 닫기 시작하고, 시각 t2에서, 도 8에 도시한 바와 같이 닫아 끝낸다.
시각 t2에서 게이트 밸브(40)를 닫아 끝내면, 도 4(a)의 그래프(1)에 도시한 바와 같이 진공 처리 모듈(3)이 밀폐되고, 압력이 75 Pa까지 내린다. 또 그래프(2)에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2)의 압력이 극히 조금 올라, 도 4(b) 중의 그래프(4)에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2)에 공급되는 N2 가스의 유량이 500sccm까지 감소한다. 이것에 의해, 진공 반송실(2)의 압력이 100 Pa로 돌아온다. 그 후, 처리완료의 웨이퍼(W)는, 제2의 반송 기구(21)에 의해, 예를 들면 로드 록실(13a(13b))을 거쳐서 원래의 캐리어(C)로 되돌려진다.
제1의 실시형태에 의하면, 진공 반송실(2)과 처리 용기(30) 사이의 웨이퍼(W)의 반송을 실시함에 있어서, 양자를 구획하고 있는 게이트 밸브(40)를 열기 전에 처리 용기(30) 내에서는, 탑재대(5)의 상방으로부터 Ar 가스를 공급하고 있다. 더욱이 Ar 가스의 유량이 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기(30) 내의 압력이 진공 반송실(2) 내의 압력보다 작은 상태로 하고 있다. 이 때문에 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 N2 가스가 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 유입하는 방향의 흐름, 및 탑재대(5)의 표면의 중심부로부터 주연 측에 향해, 탑재대(5)의 주연으로부터 하방을 향하는 Ar 가스의 기류의 양쪽 모두를 유지한 채로, 게이트 밸브(40)를 열어서, 웨이퍼(W)를 반송하게 된다. 그 때문에 진공 처리 모듈(3) 내의 부착물(100)의 탑재대(5)의 상방에의 비산이 억제되어, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제할 수 있는 것과 동시에, 가스의 흐름에 의한 처리 용기(30)로부터 진공 반송실(2)에의 파티클의 유입에 의한 오염도 동시에 억제하고 있다.
또 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내에 돌발적으로 흘러드는 N2 가스의 유량을 억제하고 있기 때문에, 처리 용기(30) 내에 부착하고 있는 파티클의 비산에 의한 처리 용기(30) 내부의 오염도 아울러 억제하고 있다.
본 실시형태에서는, 처리 용기(30) 내에 공급하는 Ar 가스의 유량을200sccm(밀리리터/분)으로 했지만, 웨이퍼(W)의 표면의 보호와 진공 반송실(2)에의 가스의 역확산을 고려하면, 50sccm 이상, 1000sccm 이하인 것이 바람직하다.
그리고 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30)에 흘러드는 N2 가스의 유량을 줄인다고 하는 관점으로부터, 게이트 밸브(40)를 열기 시작하고 나서, 게이트 밸브(40)를 닫아 끝낼 때까지의 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량으로서는, 3000sccm 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
진공 반송실(2)에 공급되는 N2 가스의 유량의 돌발적인 증가를 억제하기 위해서, 예를 들면 콘트롤러(8)에 있어서의 PID 연산부(83)에서 이용되는 전달 함수를 조정한다. PID 제어에 있어서는 전달 함수에 의해 진공 반송실(2) 내의 압력이 변화했을 때에 진공 반송실(2)에 공급되는 N2 가스의 유량의 증감 속도(응답 속도)가 결정된다. 그 때문에 예를 들면 전달 함수에 이용하는 비례 게인, 미분 게인 및 적분 게인의 값을 조정하는 것에 의해, 진공 반송실(2) 내의 압력이 감소했을 때의 N2 가스의 유량의 증가 속도를 늦게 할 수 있어(응답성을 늦출 수 있어), 돌발적인 N2 가스의 유량 증가를 억제할 수 있다. 따라서 콘트롤러(8)는, N2 가스의 유량을 증감시키는 압력 제어 밸브(28)의 유량의 응답 속도를 조정하고 있어, 유량의 증감 속도 조정부에 상당한다.
또 진공 반송실(2)에 공급되는 N2 가스의 유량의 돌발적인 증가를 보다 확실히 억제하려면, 게이트 밸브(40)를 열 때의 진공 반송실(2)과, 성막 장치 등의 진공 처리 모듈(3) 간의 압력차를 작게 하는 것이 바람직하다.
압력차가 너무 커지면 돌발적으로 진공 반송실(2)에 흘러 드는 N2 가스의 유량이 증가하고, 진공 반송실(2)로부터 진공 처리 모듈(3)에 흘러 드는 N2 가스의 유량이 증가하기 쉬워진다. 또 압력차가 너무 작아지면, 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 처리 용기(30) 내의 분위기가, 진공 반송실(2)에 역확산해 버릴 우려가 있다. 그 때문에 진공 반송실(2)의 압력을 처리 용기(30) 내의 압력보다 높게 설정하고, 그 압력차를 10 Pa 이상, 50 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 20 Pa 이상, 40 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다.
혹은, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2)에 마련한 N2 가스 공급관(26)에 있어서의 압력 제어 밸브(28)의 상류 측에 유량의 증가 속도를 억제하기 위한 오리피스(101)와 압력 레귤레이터(102)를 마련해도 좋다. 도 9에 도시하는 예에서는, 압력 제어 밸브(28)와 MFM(29) 사이에 오리피스(101)와 그 상류측에 압력 레귤레이터(102)를 갖추고 있다. 또한 도면중 103은 압력계이다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 오리피스(101)의 내경과 압력 레귤레이터(102)에 의한 설정압력을 사전에 조정해 두면, 진공 반송실(2) 내의 압력이 순간적으로 내렸을 경우에 있어서도, 압력 제어 밸브(28)의 개도가 커지지만, 오리피스(101)에 의해 일정 유량 이상의 N2 가스가 흐르지 않도록 억제되기 때문에, 진공 반송실(2)에 흘러 드는 N2 가스의 유량이 돌발적으로 너무 많아지는 것를 막을 수 있다.
또한 진공 처리 모듈(3)은, 예를 들면 에칭 장치나 어닐 장치 등이어도 좋다. 더욱이, 진공 처리 장치는, 멀티 챔버 시스템에 한정하지 않고, 스탠드얼론(standalone)식의 진공 처리 모듈에 진공 반송실(2)을 겸용하는 로드 록실을 접속한 구성이어도 괜찮다.
[제2의 실시형태］
제2의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치에 대해 설명한다. 제2의 실시형태에서는, 처리 용기(30) 내에 가스 샤워 헤드(7)로부터 불활성 가스의 공급을 실시하면서, 처리 용기(30) 내로부터 처리완료 웨이퍼(W)를 반출한 후, 해당 불활성 가스의 공급을 정지한 후, 미처리 웨이퍼(W)를 반입한다.
예를 들면 전술한 실시형태와 마찬가지로, 처리 용기(30)에서, 웨이퍼(W)의 처리를 실시한 후, 도 5에 도시한 바와 같이 처리 용기(30) 내에 불활성 가스인 Ar 가스를, 예를 들면 200sccm의 유량으로 공급하고, 진공 반송실(2)에 있어서, N2 가스 공급부(25)로부터 N2 가스를, 예를 들면 500sccm의 유량으로 공급한다. 그 다음에 예를 들면 처리 용기(30) 내의 압력을 75Pa, 진공 반송실(2) 내의 압력을 처리 용기(30) 내의 압력보다 높은 예를 들면100Pa로 설정한 상태에서, 도 5에 도시한 바와 같이 게이트 밸브(40)를 연다. 추가로 도 7에 도시한 바와 같이 제 2의 반송 기구(21)의 한쪽의 반송 암에 의해 탑재대(5) 상의 처리완료의 웨이퍼(W)를 받아, 진공 반송실(2)에 반송한다. 그 후, 게이트 밸브(40)를 닫아, 추가로 처리 용기(30) 내의 가스 샤워 헤드(7)로부터의 Ar 가스의 공급을 정지한다(유량 0sccm).
제1의 실시형태에서는, 처리 용기(30) 내의 처리완료 웨이퍼(W)가 진공 반송실(2)에 반송된 후, 계속해서 진공 반송실(2) 내의 미처리 웨이퍼(W)가 처리 용기(30)에 반송되고 있었지만, 제 2의 실시형태에서는, 처리 용기(30) 내의 처리완료 웨이퍼(W)가 진공 반송실(2)에 반송된 후, 게이트 밸브(40)를 일단 닫고 있는 점 및 가스 샤워 헤드(7)로부터의 Ar 가스의 공급을 정지하는 점에서 제1의 실시형태와 시퀀스가 상이하다.
계속해서, 게이트 밸브(40)를 열면, 도 10에 도시한 바와 같이, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 가스가 흘러들어, 처리 용기(30)의 하방측으로부터 배기됨과 동시에, 탑재대(5)의 상방을 반송구(34) 측으로부터 처리 용기(30)의 안쪽으로 향하는 기류가 형성된다. 이 진공 반송실(2)로부터 흘러드는 기류에 의해, 처리 용기(30) 내에 부착하고 있는 특히 반송구(34) 부근에 부착하는 부착물 중 비산하기 쉬운 부착물이 벗겨진다. 또 처리 용기(30) 내에 비산하고 있는 파티클도 N2 가스와 함께 배기된다.
추가로 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 흘러들어, 탑재대(5)의 상방을 반송구(34) 측으로부터 처리 용기(30)의 안쪽으로 향하는 기류가 형성된 상태에서 제2의 반송 기구(21)에 의해 미처리 웨이퍼(W)를 처리 용기(30) 내로 반입하고, 탑재대(5)에 미처리 웨이퍼(W)를 주고 받는다. 이 때 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 흘러드는 기류에 의해 처리 용기(30) 내의 파티클이 미리 제거되고 있는 것에 부가해서, 탑재대(5)의 상방을 반송구(34) 측으로부터 처리 용기(30)의 안쪽으로 향하는 기류에 의해 미처리 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착이 방지된다. 그 후 제2의 반송 기구(21)를 진공 반송실(2)에 퇴피시키고, 게이트 밸브(40)를 닫아 미처리 웨이퍼(W)의 처리를 실시한다. 또, 상기에서는 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로의 기류가 형성된 상태에서 미처리 웨이퍼(W)를 반입한다고 기재했지만, 미처리 웨이퍼(W) 반입 직전에 한 번 기류가 형성되고 있으면 된다.
제2의 실시형태에 있어서의 처리 용기(30) 내의 불활성 가스의 흐름에 대해 도 11~14를 참조해 설명한다. 또한 도 11~14에 있어서는, 진공 처리 모듈(3) 및 게이트실(4)을 간략화해서 기재함과 동시에 진공 반송실(2)을 생략해 도시하고 있다. 처리완료 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)로부터 반출할 때에는, 가스 샤워 헤드(7)로부터 불활성 가스를 제1의 유량으로 공급하고, 또한 처리 용기(30) 내의 압력이 진공 반송실(2)보다 낮은 상태로 하고 있다. 그 때문에 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이 불활성 가스는, 탑재대(5)의 상면을 따라 방사상으로 흘러서, 처리 용기(30)의 하방 측으로 흐르는 기류가 형성되고 있다.
또 미처리 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2) 측으로부터 처리 용기(30) 내로 반입할 때에는, 가스 샤워 헤드(7)로부터 불활성 가스를 제1의 유량보다 적은 제2의 유량, 예를 들면 불활성 가스를 정지(제2의 유량 0sccm으로 설정)하고, 또 처리 용기(30) 내의 압력이 진공 반송실(2)보다 낮은 상태로 하고 있다. 따라서 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 반송구(34)로부터 처리 용기(30) 내로 흘러든 기류가 탑재대(5)의 상방을 흘러, 처리 용기(30)의 하방으로부터 배기되는 기류가 형성되고 있다.
제2의 실시형태에서는, 처리완료 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)로부터 진공 반송실(2)에 반송한 후, 미처리 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)에 반입하기 전에, 게이트 밸브(40)를 닫아 처리 용기(30) 내에 있어서의 가스 샤워 헤드(7)로부터의 Ar 가스의 공급을 정지하고 있다. 그 때문에 이어서 게이트 밸브(40)를 열었을 때에 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 가스가 흘러들어 탑재대(5)의 상방을 흐르는 기류가 형성된다. 이 기류에 의해, 처리 용기(30) 내에 있어서의 반송구(34)의 부근에 부착하고 있는 부착물 중의 비산하기 쉬운 부착물이 미리 제거되기 때문에, 미처리 웨이퍼(W)를 반입할 때의 파티클의 부착을 막을 수 있고, 또한 웨이퍼(W)의 처리를 실시한 후, 처리 완료 웨이퍼(W)를 반출할 때에 처리완료 웨이퍼(W) 위에 파티클이 부착할 우려가 적어진다.
또 상술한 실시형태에서는, 미처리 웨이퍼(W)의 반입을 실시할 때 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량을 0sccm으로 설정하고 있지만, 소량의 가스를 공급하고 있어도 괜찮다. 이 경우에는, 처리완료 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)로부터 진공 반송실(2)로 반송하기 전에, 게이트 밸브(40)를 열 때의 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하고 있는 불활성 가스의 유량보다, 미처리 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내에 반송할 때의 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하고 있는 불활성 가스의 유량을 줄일 필요가 있다. 이 결과 미처리 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 반송할 때에는, 도 13 및 14에 도시한 바와 같이 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 기류가 흘러들어, 탑재대(5)의 상방을 흐르는 기류가 형성된다.
또 처리완료 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)로부터 반출한 후, 게이트 밸브(40)를 닫지 않고 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 가스의 유량을 줄이고, 계속해서 미처리 웨이퍼(W)를 반입하도록 해도 괜찮다. 그렇지만, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로의 기류의 흐름에 의해서, 파티클 제거 효과를 보다 높이려면, 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량을 변경하기 전에, 한 번 게이트 밸브(40)를 닫는 것이 바람직하다. 게이트 밸브(40)를 닫는 것에 의해서, 진공 반송실(2)과 처리 용기(30) 내의 압력을 독립해서 제어할 수 있으므로, 압력차가 형성되고, 게이트 밸브(40)를 열었을 때의 파티클 제거 효과가 높아진다. 또한, 진공 반송실(2)은, 압력 제어에 의해 N2 가스의 유량을 조정하기 때문에, 게이트 밸브(40)를 일단 닫는 것에 의해, 처리 용기(30) 내의 가스의 유량을 바꾸었을 때의 영향을 받지 않게 되어, 처리 용기(30) 내의 가스의 유량의 변화에 의한 진공 반송실(2) 내의 압력의 변화에 따르는 가스 공급량의 변화를 막을 수도 있다. 그 결과, 진공 반송실(2) 내의 가스의 유량을 안정시키기 쉬워지는 이점도 있다.
또 처리 용기(30)로부터 처리완료 웨이퍼(W)의 반출을 실시하고, 예를 들면 게이트 밸브(40)를 닫은 후, 성막 후 처리 레시피로서 처리 용기(30) 내에 플라스마 처리를 실시해서, 처리 용기(30) 내의 부착물을 안정화시켜도 괜찮다. 그 후 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량을 정지, 혹은 줄이고, 게이트 밸브(40)를 열도록 해도 괜찮다. 미처리 웨이퍼(W)를 처리 용기(30)에 반입하기 전에 처리 용기(30)에 부착하는 부착물을 보다 효율 좋게 제거함과 동시에, 파티클을 보다 비산하기 어렵게 할 수 있기 때문에, 보다 효과가 커진다. 또한 성막 후 처리 레시피로서는, 처리 용기(30) 내의 부착물의 안정화를 위한 질화 처리, 또는 처리 용기(30) 내에의 가스의 공급에 의한 퍼지 처리여도 괜찮다. 게다가 성막 후 처리 레시피를 실시함에 있어서, 게이트 밸브(40)를 개방한 상태로 행하여도 괜찮다.
[실시예]
본 발명의 실시형태의 효과를 검증하기 위해 이하의 시험을 실시했다.
［실시예 1］
제1의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치를 이용해, 진공 반송실(2)측의 압력을 100 Pa, 처리 용기(30)측의 압력을 75 Pa로 설정하고, 게이트 밸브(40)를 열기 시작하고 나서, 26초 후에 게이트 밸브(40)를 닫아 끝냈다. 게이트 밸브(40)를 열기 전의 진공 반송실(2)측의 N2 가스의 공급 유량은 500sccm로 설정했다. 또 진공 처리 모듈(3) 내에 있어서는, 가스 샤워 헤드(7)로부터, 200sccm의 유량으로 Ar 가스를 공급했다.
［비교예 1］
게이트 밸브(40)를 열기 전의 처리 용기(30) 내의 압력을 20 Pa로 설정한 것과, PID 연산부(83)의 응답성을 빨리 하고, 유량의 증감 속도를 빨리 한 것을 제외하곤, 실시예 1과 같게 조작한 예를 비교예 1로 했다.
실시예 1 및 비교예 1의 각각에 있어서, 게이트 밸브(40)를 열기 시작하는 5초 전부터, 40초간, 진공 반송실(2)에 있어서의 압력, 처리 용기(30)에 있어서의 압력 및 진공 반송실(2)에 있어서의 N2 가스의 공급량을 측정했다. 도 15, 16은, 각각 경과 시간(초)에 대한 진공 반송실(2)에 있어서의 압력, 처리 용기(30)에 있어서의 압력 및 진공 반송실(2)에 있어서의 N2 가스의 공급량의 변화를 나타낸다. 또한 도 15, 도 16에 있어서는, 게이트 밸브(40)의 열기 시작하는 시간을 0으로서 기재하고 있다.
도 15에 도시한 바와 같이 실시예 1에 있어서는, 게이트 밸브(40)를 연 직후에, 진공 반송실(2) 내에 공급되는 유량은 2000sccm 정도까지 상승하고, 게이트 밸브(40)를 닫아 끝낼 때까지, 진공 반송실(2) 내에 공급되는 유량은 1800sccm 정도를 유지하고 있었다.
도 16에 도시한 바와 같이 비교예 1에 있어서는, 게이트 밸브(40)를 연 직후에, 진공 반송실(2) 내에 공급되는 유량은 7000sccm 정도까지 상승하고, 게이트 밸브(40)를 완전히 닫을 때까지, 진공 반송실(2) 내에 공급되는 유량은 3000sccm 정도를 유지하고 있었다.
이 결과에 따르면 본 발명의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치에 의해서, 게이트 밸브(40)를 연 직후에 있어서의 진공 반송실(2) 내에 공급되는 N2 가스의 유량의 돌발적인 증가를 막을 수 있다고 말할 수 있다.
상술의 실시예 1과 관련되는 진공 처리 장치를 이용해 웨이퍼(W)의 처리를 실시했을 때에, 처리 용기(30)로부터 취출된 웨이퍼(W)에 있어서, 검출되는 파티클의 개수를 조사했다. 웨이퍼(W)는 예를 들면 699매 처리를 실시해서, 5, 50, 100, 199, 299, 399, 499, 599 및 699 매째의 웨이퍼(W)에 있어서 파티클의 개수를 카운트했다.
［비교예 2］
또 비교예 2로서 게이트 밸브(40)의 개폐시에 처리 용기(30) 내에 Ar 가스를 공급하지 않는 것을 제외하곤, 비교예 1과 같게 설정한 진공 처리 장치를 이용해 웨이퍼(W)의 처리를 실시했다. 그리고 처리 용기(30)로부터 취출된 웨이퍼(W)에서, 검출되는 파티클의 개수를 조사했다. 웨이퍼(W)는 예를 들면 399매 처리를 실시하고, 2, 49, 99, 199, 299 및 399 매째의 웨이퍼(W)에 대해 파티클의 개수를 카운트했다.
실시예 1에 있어서는, 검출된 파티클의 평균 개수는, 8.9개였지만 비교예 2에서는, 99매째의 웨이퍼(W)로부터 파티클이 증가하기 시작해서 99매째의 웨이퍼(W)에서 47개, 199 매째의 웨이퍼(W)에서는 1632개로 급격하게 증가해서, 검출된 파티클의 평균개수는, 1000개를 넘고 있었다.
이 결과에 의하면 본 발명의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치를 이용하는 것에 의해, 웨이퍼(W)에 부착하는 파티클을 줄일 수 있다고 할 수 있다.
또 제2의 실시형태와 관련되는 진공 처리 장치를 이용해서 처리를 실시한 웨이퍼(W)를 실시예 2로 했다. 실시예 2에 있어서는, 진공 반송실(2) 측의 압력을 100Pa, 처리완료 웨이퍼(W)를 반출할 때의 처리 용기(30) 측의 압력을 60Pa로 설정하고, 게이트 밸브(40)의 개폐를 실시했다. 또 게이트 밸브(40)를 열기 전의 진공 반송실(2) 측의 N2 가스의 공급 유량은 500sccm으로 설정했다. 추가로 처리완료 웨이퍼(W)를 진공 처리 모듈(3)로부터 진공 반송실(2)로 반송하기 전에 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 Ar 가스의 유량을 200sccm로 설정하고, 미처리 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2)로부터 진공 처리 모듈(3)에 반입하기 전에 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 Ar 가스를 정지했다(0sccm).
실시예 2에 있어서, 처리 용기(30)로부터 취출된 처리완료 웨이퍼(W)에서, 검출되는 파티클의 개수를 조사했다. 웨이퍼(W)는 예를 들면 700매 처리를 실시해서, 5, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600 및 700매째의 웨이퍼(W)에 있어서 파티클(직경 45nm 이상)의 개수를 카운트했다.
또 처리 용기(30) 내의 설정 압력을 60Pa로 설정한 것을 제외하곤 실시예 1과 동일하게 처리를 실시한 예를 실시예 3으로 했다. 실시예 3에 있어서는, 5, 25, 50, 100, 200, 300, 400, 499, 599 및 699매째의 웨이퍼(W)에서 파티클(직경 45nm 이상)의 개수를 카운트했다.
도 17은 이 결과를 도시하고, 실시예 2, 3에 있어서의 웨이퍼(W)의 매수째와 검출된 파티클의 수를 나타내는 특성도이다. 도 17에 도시한 바와 같이 실시예 2에서는, 파티클의 검출수는 20개 이하며, 실시예 3에 있어서도 30개 이하였다. 따라서 실시예 2 및 3에 있어서는, 전술한 비교예 2와 비교해서 파티클의 검출수는, 매우 적게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또 실시예 2는, 실시예 3과 비교해서 파티클의 검출수가 더욱 적게 되어 있다.
또 실시예 2 및 3의 각각에 있어서, 12매째의 처리완료 웨이퍼(W)에 부착하고 있는 파티클의 수를 계수한 바, 실시예 2에 있어서는 5개, 실시예 3에 있어서는 20개의 파티클이 검출되었다.
따라서 미처리 웨이퍼(W)를 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 반입할 때 가스 샤워 헤드(7)로부터 공급하는 불활성 가스를 정지하고, 진공 반송실(2)로부터 처리 용기(30) 내로 가스가 유입하도록 하는 것에 의해서, 처리완료 웨이퍼(W)를 부착하는 파티클을 더욱 억제할 수 있다고 말할 수 있다.
2 진공 반송실
3 진공 처리 모듈
4 게이트실
5 탑재대
6 가스 공급로
7 가스 샤워 헤드
9 컴퓨터
14 제1의 반송 기구
21 제2의 반송 기구
22 배기구
24, 37 진공 배기 기구
25 N2 가스 공급부
32 배기구
40 게이트 밸브
3 진공 처리 모듈
4 게이트실
5 탑재대
6 가스 공급로
7 가스 샤워 헤드
9 컴퓨터
14 제1의 반송 기구
21 제2의 반송 기구
22 배기구
24, 37 진공 배기 기구
25 N2 가스 공급부
32 배기구
40 게이트 밸브
Claims (12)
- 기판에 대해서 진공 분위기하에서 처리하기 위한 진공 처리 장치에 있어서,
기판의 반송구가 형성된 처리 용기 내에, 기판의 탑재대와, 해당 탑재대를 향해서 샤워형상으로 가스를 공급하기 위한 제1의 가스 공급부가 마련되고, 상기 탑재대보다 하방 측에 처리 용기 내를 진공 배기하는 제1의 배기구가 형성된 진공 처리 모듈과,
상기 처리 용기에 상기 반송구를 거쳐서 기밀로 접속된 반송실 내에, 상기 처리 용기 내와의 사이에서 기판의 반송을 행하기 위한 반송 기구와, 불활성 가스를 공급하기 위한 제2의 가스 공급부가 마련되고, 반송실 내를 진공 배기하는 제2의 배기구가 형성된 진공 반송 모듈과, 상기 기판의 반송구를 개폐하는 게이트 밸브와,
상기 제1의 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 그 유량이 제2의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다 작고, 또 처리 용기 내의 압력이 반송실 내의 압력보다 작은 상태에서 상기 게이트 밸브를 여는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 구비하고,
상기 게이트 밸브를 열기 시작할 때의 처리 용기 내의 압력과 반송실 내의 압력간의 차이는, 10 Pa 이상, 50 Pa 이하이며,
상기 게이트 밸브를 열기 시작한 후 닫을 때까지의 사이에 있어서 상기 제1의 가스 공급부로부터 상기 처리 용기 내에 불활성 가스의 공급을 유지하고,
상기 게이트 밸브를 여는 스텝에 이어서, 상기 반송 기구에 의해 상기 처리 용기 내로부터 반송실로 처리완료 기판을 반송하는 스텝과, 상기 게이트 밸브를 여는 스텝에 있어서의 상기 제1의 가스 공급부로부터의 불활성 가스의 유량을 제1의 유량으로 하면, 상기 처리완료 기판을 반송하는 스텝에 계속해서, 제1의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 제1의 유량보다 적은 제2의 유량으로 설정하고, 상기 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 흘러드는 기류를 형성하는 스텝과, 그 후 반송실로부터 상기 처리 용기내로 미처리 기판을 반송하는 스텝과, 그런 다음 상기 게이트 밸브를 닫는 스텝을 실행하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 게이트 밸브를 열기 시작한 후, 닫을 때까지의 사이에 있어서의 제2의 가스 공급부로부터 반송실 내에 공급되는 불활성 가스의 최대 유량은, 3000 sccm 이하인 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2의 가스 공급부는, 유량의 증감 속도를 조정하기 위한 증감 속도 조정부를 구비하고, 해당 증감 속도 조정부에 의해, 상기 불활성 가스의 최대 유량이 설정되는 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2의 가스 공급부는, 유량의 증가 속도를 억제하기 위해서 오리피스를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 처리 용기 내로부터 반송실로 처리완료 기판을 반송하는 스텝에 이어, 상기 게이트 밸브를 닫는 스텝과, 계속해서 처리 용기 내의 파티클 비산 억제를 실시하는 성막 후 처리 스텝과, 그런 다음 상기 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 흘러드는 기류를 형성하는 스텝과, 더욱 계속해서 상기 게이트 밸브를 여는 스텝과, 그 후 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 미처리 기판을 반송하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치. - 기판의 반송구가 형성된 처리 용기 내에, 기판의 탑재대와, 해당 탑재대를 향해서 샤워형상으로 가스를 공급하기 위한 제1의 가스 공급부가 마련되고, 상기 탑재대보다 하방 측에 처리 용기 내를 진공 배기하는 제1의 배기구가 형성된 진공 처리 모듈과,
상기 처리 용기에 상기 반송구를 거쳐서 기밀로 접속된 반송실 내에, 상기 처리 용기에 대해서 기판의 반입출을 행하기 위한 반송 기구와, 불활성 가스를 공급하기 위한 제2의 가스 공급부가 마련되고, 반송실 내를 진공 배기하는 제2의 배기구가 형성된 진공 반송 모듈과,
상기 기판의 반송구를 개폐하는 게이트 밸브를 갖춘 진공 처리 장치를 이용하여,
상기 제1의 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 그 유량이 제2의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다 작고, 또한 처리 용기 내의 압력이 반송실 내의 압력보다 작은 상태를 형성하는 공정과,
상기 상태에서 상기 게이트 밸브를 여는 공정과,
그 다음에 상기 반송 기구에 의해 상기 처리 용기 내와 반송실의 사이에서 기판의 반송을 실시하는 공정과,
그 후, 게이트 밸브를 닫는 공정을 포함하고,
상기 게이트 밸브를 열기 시작할 때의 처리 용기 내의 압력과 반송실 내의 압력 차이는, 10 Pa 이상, 50 Pa 이하이며,
상기 게이트 밸브를 열기 시작한 후 닫을 때까지의 사이에 있어서 상기 제1의 가스 공급부로부터 상기 처리 용기 내에 불활성 가스의 공급을 유지하고,
상기 반송 기구에 의해 상기 처리 용기 내와 반송실의 사이에서 기판의 반송을 실시하는 공정은,
상기 반송 기구에 의해 상기 처리 용기 내로부터 반송실로 처리완료 기판을 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내의 압력이 반송실 내의 압력보다 작은 상태를 형성하는 공정에 있어서 상기 제1의 가스 공급부로부터의 불 활성 가스의 유량을 제1의 유량으로 하면, 상기 처리완료 기판을 반송하는 공정에 계속해서, 제1의 가스 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 제1의 유량보다 적은 제2의 유량으로 설정하고, 상기 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 흘러드는 기류를 형성하는 공정과,
그 후 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 미처리 기판을 반송하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치의 운전 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 게이트 밸브를 열기 시작한 후, 닫을 때까지의 사이에 있어서의 제2의 가스 공급부로부터 반송실 내에 공급되는 불활성 가스의 최대 유량은, 3000 sccm 이하인 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치의 운전 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 처리 용기 내로부터 반송실로 처리완료 기판을 반송하는 공정에 이어서,
상기 게이트 밸브를 닫는 공정과,
계속해서 처리 용기 내의 파티클 비산 억제를 실시하는 성막 후 처리 공정과,
그런 다음, 상기 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 흘러드는 기류를 형성하는 공정과,
추가로 계속해서 상기 게이트 밸브를 여는 공정과,
그 후 반송실로부터 상기 처리 용기 내로 미처리 기판을 반송하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 처리 장치의 운전 방법.
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