TWI474424B - And a method of transporting the object to be processed in the semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

And a method of transporting the object to be processed in the semiconductor manufacturing apparatus Download PDF

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Description

半導體製造裝置中之被處理體之搬送方法
本發明關於半導體製造裝置中之被處理體例如晶圓之搬送方法，特別關於真空搬送室與處理室間之搬送方法。
DRAM或微處理器等半導體裝置之製程中廣泛使用電漿蝕刻或電漿CVD。使用電漿的半導體裝置加工之問題之一為，例如減少附著於晶圓等被處理體的異物數目。例如蝕刻處理中或處理前被處理體之微細圖案上掉落異物粒子時，於該部位會局部妨礙蝕刻之進行。結果，被處理體之微細圖案上會產生斷線等不良，引起良品率之降低。因此，使用氣體黏性力、熱泳動力、庫侖力等來控制異物粒子之輸送，據以減低附著於被處理體的異物數目之方法有多數被提案。
使用氣體黏性力之方法，係如專利文獻1揭示，於氣體處理前後，及晶圓搬送中由處理室上部供給氣體作成下降氣流(down flow)，藉由該氣體之流動來控制異物粒子之輸送，使異物粒子不附著於晶圓。
另外，於處理室內產生下降氣流而搬送被處理體時，欲控制成為處理室內之殘留氣體或異物粒子不流入搬送室側時，亦需要對搬送室供給氣體而設定搬送室之壓力成為稍微之陽壓。在處理室與搬送室間存在較大差壓狀態下開放處理室與搬送室間之閘閥時，會產生急速之氣體流動， 有可能造成異物之飛揚。因此，如專利文獻2之揭示，需要抑制處理室與搬送室間之差壓而控制閘閥之開/關。
另外，於專利文獻3揭示之構成為，於天線下部介由氣體分散板設有噴氣板的電漿處理裝置中，欲保持被處理體面內之加工深度之均勻性，保持被處理體面內之CD尺寸之均勻性，使O2 氣體或N2 氣體之組成比或流量比不同的至少2種處理氣體，由氣體分散板之內側區域與外側區域的不同氣體導入口，被導入處理室內。
專利文獻1：特開2006-216710號公報
專利文獻2：特開2005-19960號公報
專利文獻3：特開2006-41088號公報
隨半導體裝置之微細化進展，需要能對應於更微細化，因此需要於被處理體搬送中、或搬送前後儘可能減少附著於被處理體之異物粒子之數目。
上述任一習知技術，關於真空搬送室與處理室間之被處理體搬送中及搬送前後，減少附著於被處理體之異物粒子數目之考量乃不充足。
本發明目的在於提供半導體製造裝置中之被處理體之搬送方法，其可以減少被處理體搬送中、或搬送前後附著於被處理體之異物粒子之數目。
本發明之代表之一例如下，亦即半導體製造裝置中之被處理體之搬送方法，該半導體製造裝置係具備：處理室，用於處理被處理體；處理室氣體供給手段，用於對該處理室供給處理氣體及搬送氣體；處理室排氣手段，用於減壓上述處理室；真空搬送室，在和上述處理室之間搬送上述被處理體；搬送室氣體供給手段，用於對該真空搬送室供給搬送氣體；搬送室排氣手段，用於減壓上述真空搬送室；配置於上述處理室內之載置電極；及閘閥，設於上述真空搬送室與上述處理室之間，在上述載置電極之側方、而且在連接上述真空搬送室與上述處理室的被處理體之搬送路上被設置；該搬送方法之特徵為：上述半導體製造裝置具備載置電極、噴氣板、及複數之氣孔，該載置電極係配置於上述處理室內，並具有在其上部載置上述被處理體之載置面，該噴氣板係配置於上述處理室之上部、上述載置電極之上方，該複數之氣孔係配置於該噴氣板，配置於與包含上述載置面之中央部的區域對向之位置，將上述處理氣體及搬送氣體供給至上述處理室內，上述閘閥係設置於上述載置電極之側方、而且連接上述真空搬送室與上述處理室的被處理體之搬送路上，在一面使上述搬送氣體流於上述處理室與上述真空搬送室之各者一面進行上述被處理體之搬送時，調節成，藉上述處理室氣體供給手段而供給至上述處理室的上述搬送氣體之流量，相對於藉上述搬送室氣體供給手段而供給至上述真空搬送室的上述搬 送氣體之流量，成為2倍以上，並在使上述載置電極之載置面或在該載置面上的上述被處理體之上述搬送室側區域中之上述搬送氣體之平均的流動方向朝向上述搬送室側之狀態下，開放上述閘閥，一面使上述搬送氣體之平均的流動方向維持於朝向上述搬送室側之狀態，一面於上述真空搬送室與上述處理室之間進行上述被處理體之搬送。
作成氣體之流動來控制異物之輸送時，若設為高壓之氣體壓力則氣體黏性力亦會變大，因此可推測設定高壓之氣體壓力為有效。但是，依據本發明人之研究發現，設為較高之氣體壓力時附著於被處理體之異物粒子數目反而有可能增加。
另外，欲搬送被處理體而開放處理室與搬送室間之某一閘閥時，對處理室與搬送室雙方供給氣體，而且設定搬送室側之壓力成為高於處理室側之壓力，另外壓力差抑制在數Pa~數十Pa之程度為較好。但是，依據本發明人之研究亦發現，由於氣體之供給量之關係，使氣體流動之同時進行搬送一事對於異物之減少亦有可能呈現反效果。
本發明，係藉由調整搬送室與處理室之氣體流量或壓力成為最適當，而調整氣體之流動，據此而減少被處理體搬送時附著之異物數目者。
依據本發明之代表之實施形態，在具備：處理室；對該處理室供給氣體的手段；減壓上述處理室的排氣手段； 搬送室；對該搬送室供給氣體的手段；減壓搬送室的排氣手段；及閘閥，設於搬送室與處理室之間的閘閥之半導體製造裝置中，欲調整搬送室與處理室之氣體流量或壓力成為最適當，調整氣體之流動，而於較該閘閥更接近處理室側設置製程閥(process valve)。另外，相對於搬送室壓力，開放閘閥前之處理室壓力被設為負壓，而且設定處理室與搬送室間之差壓成為10Pa以下，另外，設定處理室內之壓力為5Pa以上、50Pa以下之條件，相對於供給至搬送室的氣體流量，供給至處理室的氣體之流量被設為2倍以上。如此則，對處理室與搬送室之各個流入氣體之同時進行被處理體之搬送時，被處理體上之搬送室側區域中之氣體之平均流動方向，可設為朝向搬送室側之狀態，可以減少被處理體之搬送時附著之異物數，可提升半導體裝置之良品率。
(第1實施形態)
以下參照圖面說明本發明半導體製造裝置之第1實施形態。首先，依據圖1、2說明本發明適用之半導體製造裝置之概要。
圖1為本發明之半導體製造裝置適用於電漿處理裝置(平行平板型UHF-ECR電漿蝕刻裝置)的第1實施形態之主要部分之圖。圖2為第1實施形態之電漿處理裝置全體由上方看之概要圖。又，圖1為圖2之真空搬送室31與多數電漿處理室30之一個由側面看之概要圖。
如圖2所示，本電漿處理裝置，係於1個真空搬送室31連接4個電漿處理室30。於該真空搬送室31內設置真空搬送機器臂32，用於搬送晶圓等之被處理體2。又，於該真空搬送室31，介由2個隔絕室(load lock chamber(裝載隔絕室)，unload lock chamber(卸載隔絕室))35連接於大氣側搬送室33。於大氣側搬送室33設置：大氣搬送機器臂34，用於搬送被處理體2；及晶圓定位器36，用於旋被處理體2之同時，檢測出送被處理體2之凹槽位置或被處理體2之中心。又，於大氣側搬送室33之隔絕室35之相反側晶圓平台37，用於設置收納被處理體2的FOUP(Front Opening Unified Pod，晶圓搬運盒)38。又，於大氣側搬送室連接晶圓潔淨器39，用於除去附著於被處理體背面外周部的沈積物。
電漿處理室30為，外側容器(真空腔室)1及其內側容器之2層構造，作為內側容器而具備構成處理室側壁等及構成處理室下部的內殼體53。上部的內殼體被省略圖示。又，具備：天線3，配置於外側容器1之上部的供給電漿產生用高頻電力；噴氣板5，具有分散板用於份供給處理氣體至電漿處理室30內；載置電極4，配置於電漿處理室30內，其之載置面用於載置、處理被處理體2；及載置電極4之上下驅動機構43。內殼體53，係於電漿處理室30之真空腔室內部以可交換方式被配置，為可有效進行裝置之定期分解洗淨的交換用構件。又，於電漿處理室30安裝有渦輪分子泵17之排氣手段用於減壓室內。又， 為控制處理室內之壓力，將蝴蝶閥11安裝於渦輪分子泵17之上部。於渦輪分子泵17之下流連接乾式泵16-1。於電漿處理室30，亦設有磁場形成用之線圈26及軛27。於處理室30及搬送室31分別安裝真空計14-1、14-2。在電漿處理室30與真空搬送室(以下無須與大氣側搬送室區別時簡單稱真空搬送室為搬送室)31之間的被處理體之搬送通路，安裝有第1閘閥40。又，相對於第1閘閥40，於處理室側設置第2閘閥(製程閥)41。
第1、第2閘閥40、41，係分別藉由利用空氣壓等作動源的制動器40A、41A控制其之開/關。第2閘閥41，於其全關狀態係和外側容器1之內壁同樣處於半徑方向之位置，藉由制動器41A控制為開放狀態時係由內壁更朝半徑方向外側移動。
電漿處理裝置，係藉由控制電腦81或各種制動器及各種感測器等來自動控制裝置全體。亦即，控制電腦81，係具備CPU、記憶體、保持程式或資料的外部記憶裝置、輸出入手段(顯示器、滑鼠、鍵盤)等，依據程式執行被處理體之製程處理相關的一連串處理，來自動控制裝置全體。於控制電腦81之記憶裝置被保持有：晶圓搬送程序(recipe)、製程處理程序、氣體供給程序等之資料。晶圓搬送程序，係FOUP38、大氣側搬送室33、隔絕室35、真空搬送室31及各電漿處理室30間之晶圓搬送之搬送順序相關的程序，製程處理程序，係各電漿處理室30內之晶圓處理之處理順序相關的程序，氣體供給程序，係晶圓 搬送、處理用之，對真空搬送室31及各電漿處理室30、以及大氣側搬送室供給之氣體種或供給量等之相關程序。另外，作為其他程式，亦保持和通常之電漿製程處理相關的一連串程式(program)。本發明中，控制電腦81之特徵點在於具有「製程控制功能」及「氣體流動控制功能」。本發明中，於電漿處理裝置，晶圓等被處理體之搬送、處理用的必要之各種功能之中，將上述「氣體流動控制功能」以外之功能統合定義為「製程控制功能」。
如圖3所示，實現「氣體流動控制功能」之程式，可以多數單元加以表現。圖3所示各單元，係使執行程式，以各種感測器、例如壓力感測器之值作為輸入予以取入，作動各種制動器、例如質流控制器、第1、第2閘閥而實現的功能，以各個單元加以表現者。亦即，「氣體流動控制功能」，係藉由執行電漿處理室氣體供給量控制單元810、真空搬送室氣體供給量控制單元811、電漿處理室壓力控制單元812、真空搬送室壓力控制單元813、第1閘閥控制單元814、第2閘閥控制單元815之各程式要素，分別依據特定資料，進行和對應之制動器、感測器間之協調動作而加以實現。作為一例，例如電漿處理室壓力控制單元812，為使處理室壓力維持於事先以壓力控制程序設定之特定值，而對應於真空計14-1之測定值，進行變更蝴蝶閥11之開放程度，調整氣體流導的處理。
又，第1閘閥40具有密封真空之功能，藉由關閉該第1閘閥40可以完全遮斷處理室與搬送室間之氣體往 來。以成對方式，第2閘閥41，係以不使電漿偏移，相對於電磁波使側壁呈現軸對稱為目的，第1閘閥40被開放時，以緩和處理室與搬送室間之差壓產生之氣體急速流動而引起之異物粒子之飛揚為目的。因此，第2閘閥41處於關閉狀態時，於第2閘閥41與處理室30之間存在稍微之間隙111，構成為不具有完全封閉氣體之功能，第2閘閥41與處理室30之間存在之間隙111大約在數十μm以上數mm以下之範圍。
於處理室30之上部，和載置被處理體2之載置電極4平行設置電磁波放射之平面天線3。於天線3連接：電漿產生用之放電電源(未圖式)，及對天線3施加偏壓的高頻偏壓電源(未圖式)。於載置電極4連接：對射入被處理體2之離子加速用用之偏壓電源(未圖式)。載置電極4可藉由上下驅動機構43而移動。於天線3之下部介由氣體分散板而設置噴氣板5，處理氣體係藉由設於噴氣板5之氣孔(未圖式)被供給至處理室內。氣體分散板，係於半徑方向被分割為內側區域與外側區域之2個區域，處理氣體源所供給之氣體之流量或組成，於氣體分散板之內側區域與外側區域，換言之，於被處理體之中心附近與外周附近可以獨立控制。此種氣體分散板之構成，被揭示於例如專利文獻3。
被供給至電漿處理室內的處理氣體之流量，係由電漿處理室氣體供給量控制單元810控制。亦即，介由噴氣板5被供給至處理室30內的氣體流量，係經由控制電腦81 控制之多數質流控制器12-1~12-8加以調節。又，於氣體分散板面內，針對由半徑方向內側區域所供給之處理氣體，及較其更外側之區域所供給之處理氣體，欲獨立控制互相之流量或組成，而將氣體分散板分割為半徑方向內側之區域與外側之區域之2個區域，藉由氣體分配器19以特定流量比分支處理氣體而供給氣體至個別之區域。
導入處理室30之氣體，係設為例如Ar、CHF3 、CH2 F2 、CF4 、C4 F6 、C4 F8 、C5 F8 、CO、O2 、N2 、CH4 、CO2 、H2 。彼等處理氣體之中，Ar、CF4 、C4 F6 、C4 F8 、C5 F8 、CHF3 、CH2 F2 、CO、CH4 、H2 係於氣體流量調節器12-1~12-6以特定流量流入而到達氣體分配器19。到達氣體分配器19之氣體(處理氣體)，係於氣體分配器19以特定流量比被分配為由噴氣板5之內側區域之氣孔導入的氣體及由外側區域之氣孔導入的氣體。
導入處理室30之搬送氣體、例如N2 、或Ar，係分別經由氣體流量調節器12-7~12-8調節為特定流量，以特定流量比被分配為由噴氣板5之內側區域之氣孔導入的氣體及由外側區域之氣孔導入的氣體。
進行處理氣體與搬送氣體之各流量之調節之構成，可援用專利文獻3揭示之構成，於此省略其詳細說明。
於內殼體53與處理室本體之間刻意作成氣體流通之流路(間隙)110，如後述說明，由搬送室流入處理室之氣體之一部分，係不經由處理室內部，而可通過該間隙110於渦輪分子泵17被排氣。又，間隙110之氣體流導， 係以大於第2閘閥41關閉時之第2閘閥41之間隙111之氣體流導的方式，來決定內殼體與處理室本體間之氣體流路之大小。
對搬送室之氣體供給，係由真空搬送室氣體供給量控制單元811控制。亦即，於搬送室31，欲以特定流量對搬送室31內供給氮或Ar等稀有氣體或乾燥空氣，可經由控制電腦81控制之質流控制器12-9將彼等氣體供給至搬送室31內。氣體供給口被設置於該搬送機器臂之圓周方向旋轉軸附近(搬送機器臂之大略中心)之上方。於搬送室31，欲對搬送室內減壓而連接乾式泵16-2。又，流入氣體之同時進行排氣時，欲對搬送室內控制成為特定壓力時，於排氣管設置具有調整氣體流導之功能，而被控制電腦81控制的氣體流導調整閥18。
以下參照圖4說明本發明之電漿處理裝置之處理順序之概要、特別是藉由本發明之氣體流動引起之異物控制功能，而流入氣體的時序。圖4之中，(a)為裝置之製程狀態，(b)為閥之開/關狀態，(c)為晶圓之搬送狀態，(d)為處理室內之氣體供給量狀態，(e)為真空搬送室內之氣體供給量狀態，(f)為處理室內及真空搬送室內之壓力狀態。又，圖4僅表示如圖1所示之特定1個真空處理室與真空搬送室間之關係，但其他真空處理室與真空搬送室間之關係亦相同，以下說明圖4之各狀態中氣體壓力、氣體流量之控制方法。
電漿處理裝置待機中(時序=t0~t1)，例如設為處 理室1內以Q1cc/分、真空搬送室31內以Q2cc/分之流量流入搬送氣體之氮氣體之狀態。此時，處理室與搬送室之壓力分別設為例如P1與P3。氮氣體，於處理室內係由噴氣板供給，於真空搬送室內係由中央上部之氣體供給口供給。開始晶圓1之搬送前，使供給至處理室與搬送室之氮氣體之流量，分別增加為例如Q3cc/分及Q4cc/分(Q4>Q3×2)(t1~t2)。此時，處理室與搬送室之壓力，分別設為例如P2與P4(P4-P2<10Pa，5Pa≦P2≦50Pa)而加以調節排氣速度。
之後，晶圓1由裝載隔絕室(load lock chamber)被搬入真空搬送室31。之後，開放第1閘閥40(t3)。藉由開放第1閘閥40，經由第2閘閥41周圍之間隙111使處理室與搬送室呈一部分導通狀態，漸漸縮小兩室間之壓力差。另外，稍微延遲、例如0.5秒~1秒之後，開放第2閘閥41(t4)，依序漸次增加其之開放程度而設為全開狀態(t5)，設定處理室與搬送室之壓力成為大略相等之值例如設為P5(嚴格而言，搬送室側之壓力稍微大於處理室側之壓力)。在處理室與搬送室之壓力成為大略相等之狀態下，使晶圓1由真空搬送室31被搬入處理室1內(t6)，而載置於載置電極4上之載置面，之後，關閉第2閘閥41(t7)，關閉第1閘閥40(t8)。之後，於處理室內為進行電漿之特定處理，漸漸減少氮氣體(搬送氣體)之流量至0之同時，漸漸增加對處理室之處理氣體之供給量(t10~t11)。處理氣體由噴氣板被供給。同時， 處理室之壓力被調節為電漿處理條件之壓力P6。另外，搬送室之壓力回復至P4。其間，對搬送室繼續供給一定量之氮氣體。開始對晶圓1之電漿處理(t12)，特定處理結束後(t13)，漸漸減少對處理室之處理氣體之供給量之同時，漸漸增加氮氣體之供給量(t14~t15)。之所以漸漸增減彼等氣體之供給量，係為抑制氣體流動之急速變化所引起之異物之飛揚。
在處理晶圓1之期間，將次一晶圓2由裝載隔絕室搬入真空搬送室31。之後，由處理室1搬出處理完畢之晶圓1，搬入未處理晶圓2時，首先開放第1閘閥40(t16)，之後，開放第2閘閥41。以後，和晶圓1之搬出入同樣，重複進行同樣步驟而進行晶圓2之搬出入。處理完畢之晶圓1，係經由隔絕室回收於大氣環境之FOUP。
圖4所示處理室之氣體之流量特性或壓力特性、搬送室之氣體之流量特性或壓力特性僅為一例，在本發明之目的範圍內可以替換為例如包含非直線部之其他特性。
設定電漿處理裝置成為待機狀態時，自最後之晶圓搬出後至特定時間經過為止，係設定處理室內及搬送室內例如分別以Q3cc/分、Q4cc/分之流量流入氣體之狀態，之後，為降低成本而將氣體流量分別降低至例如Q1cc/分與Q2cc/分之狀態而成為待機。
本發明中，氣體流動引起之異物控制，係以電漿處理裝置之稼動中、而且未進行電漿處理之圖4之時序D1、D2為對象。於各時序D係包含時序A1、B1、C、A2、 A3。
時序D1內之時序A1，係最初之晶圓1經由隔絕室被搬入真空搬送室31內之狀態。時序B1相當於，未處理之晶圓1由真空搬送室31內被搬入處理室30之前，開放第1閘閥40後、而且開放第2閘閥41前之狀態。時序C相當於，第2閘閥41及第1閘閥40雙方設為全開狀態，處理室與真空搬送室設為大略同程度壓力之狀態下，於兩室間搬送未處理之晶圓1之狀態。時序B2相當於，結束晶圓1之搬入處理室，處理室與真空搬送室間欲設為不導通狀態時，關閉第2閘閥41，而且關閉第1閘閥40前之狀態。時序A2，係由處理室30內排出氮氣體之同時，開始處理氣體之導入前之狀態。在處理室30內之晶圓1之電漿處理之間，次一未處理之晶圓2經由隔絕室被搬入真空搬送室31內。時序D2內之時序A3，係處理完畢之晶圓1由處理室被搬出至真空搬送室內之前之狀態，時序B1相當於，處理完畢之晶圓1由處理室30被搬出至真空搬送室31內之同時，未處理之晶圓2由真空搬送室內被搬入處理室之前，開放第1閘閥40、而且開放第2閘閥41之前之狀態。時序C相當於，第2閘閥41及第1閘閥40雙方設為全開狀態，處理室與真空搬送室成為大略同程度壓力之狀態下，於兩室間交互搬送處理完畢之晶圓1、未處理之晶圓2之狀態。時序B2相當於，結束晶圓2之對處理室30之搬入，處理室與真空搬送室間欲設為不導通狀態時，關閉第2閘閥41，而且關閉第1閘閥40前之狀 態。時序D2內之時序A2，係由處理室30內排出氮氣體，開始處理氣體之導入前之狀態。
於時序A(A1、A2、A3)，第1、第2閘閥40、41同時關閉，處理室與搬送室處於分離狀態。時序B係處理室與搬送室設為導通狀態或非導通狀態過渡狀態，第1閘閥40被開放、第2閘閥41被關閉之狀態。於時序B1，第1閘閥40被開放，之後，第2閘閥41被開放，於時序B2，閥之開/關順序相反。於時序C，第1、第2閘閥40、41同時開放，處理室與搬送室處於導通狀態。
圖5表示圖4之時序AA(A1、A2、A3)、換言之、處理室與搬送室呈分離狀態之中，處理室與搬送室個別之氣體之供給量、排氣量及壓力之一例。亦即，開始自真空搬送室31內進行對處理室1內之被處理體之搬入之前之狀態，或結束被處理體之搬入處理室內，關閉第2閘閥41及第1閘閥40後之狀態，或者結束電漿之特定處理，開始自處理室內進行被處理體之搬出前等之狀態。於氣體供給系統，未供給氣體的氣體配管以細線表示，氣體流入的氣體配管以粗線表示。於圖5之狀態中，對處理室與搬送室之氣體供給量、及壓力之控制係個別獨立進行，首先，對處理室以Q3=500ccm(cc/min(分))之流量供給氮氣體。該500ccm之氮氣體之中，自噴氣板內側供給之量為300ccm，自噴氣板外側區域供給之量為200ccm。之所以增多自噴氣板內側供給之氮氣體之流量，係為了增大載置電極載置之晶圓面上之徑方向之氣體流動速度。另外， 自噴氣板外側區域亦供給氣體之目的在於，藉由氣體之流動流掉噴氣板之氣體孔內部或氣體孔附近附著之異物粒子。處理室之壓力P2設為10Pa，藉由蝴蝶閥11之開放程度調整氣體流導而控制壓力。
對搬送室以Q4=100ccm之流量供給，藉由乾式泵進行該氮氣體之排氣。搬送室之壓力P4，藉由閥18之開放程度調整、控制為15Pa。
以下說明利用電漿處理室氣體供給量控制單元810及電漿處理室壓力控制單元812實現之，藉由本發明之氣體流動控制異物的功能。
首先，簡單說明藉由氣體流動之異物輸送控制。在被處理體之搬送中及搬送前後，欲使異物粒子不附著於被處理體時，藉由氣體流動來控制異物粒子之輸送乃有效者。假設對處理室或搬送室不供給氣體，而設為高真空排氣狀態時，若產生異物粒子，則異物粒子之運動由其之初速度、重力落下及壁等之反射而被決定。
例如，如圖6所示，異物粒子50產生於，自側壁或噴氣板等天板部分掉落至載置電極載置之被處理體之方向時，該異物粒子掉落至被處理體，以某一附著機率附著而污染被處理體。
相對於此，藉由本發明之氣體流動控制異物的功能，則如圖7所示，藉由自噴氣板流動氣體而於處理室內作成下降氣流，而且於晶圓上方空間，作成自晶圓大略中心朝向外側方向之氣體流動(氣流)，如此則，於處理室內因 剝離等而產生之異物粒子50被氣體之流動輸送，變為不會附著於被處理體。於圖7，處理室內之虛線所示曲線表示氣體之流動，實線所示曲線表示異物粒子50之軌跡。
以下參照圖8、9說明圖4之時序B(過渡狀態)之氣體流動。圖9為圖8之第1閘閥及第2閘閥附近之擴大圖。
開放第1閘閥40之前，處理室內之壓力為10Pa，相對於此，搬送室之壓力為15Pa，因此，於第2閘閥41開放之狀態下開放第1閘閥40時，該壓差使氣體之急速流動產生於處理室內，有可能導致異物粒子之飛揚。但是，開放第1閘閥40時若關閉第2閘閥41，則流入第1閘閥40與第2閘閥41之間的空間之氣體之一部分，會通過第2閘閥41周圍之間隙111慢慢流入處理室內(圖9之FA之箭頭)之同時，一部分氣體會通過內殼體53與處理室本體間之間隙110而藉由渦輪分子泵被排氣(圖9之FB之箭頭)。因此，可抑制處理室內氣體之急速流動之產生。又，處理室內之壓力，於圖5、圖8均記載為相同之10Pa，但嚴格講，圖8之狀態為稍高之壓力。
說明圖4之時序C(處理室與搬送室呈導通狀態)。圖10為圖4之時序C之中，處理室側之第2閘閥設為全開狀態之前，開放後之氣體之流動例之表示圖。供給至搬送室之100ccm之氮氣體，其中例如大半之約70ccm流入處理室側，其餘之約30ccm藉由設於搬送室側之乾式泵16-2被排氣。此乃因為處理室側之排氣系統之排氣能力 大於搬送室側之排氣系統之排氣能力。處理室與搬送室之壓力為約11Pa之大略等壓。但嚴格講，搬送室側為稍高之陽壓。，
於圖10之時序C之狀態(參照圖4)各被處理體自搬送室被搬送至處理室，或自處理室被搬送至搬送室。此時亦可發揮氣體流動之異物控制功能。亦即藉由自噴氣板至處理室內供給之氮氣體之流動之控制，使異物粒子承載於氣體之流動而被輸送，不會附著於載置電極上載置之被處理體。
以下說明欲確實實現本發明之氣體流動之異物控制功能，電漿處理室氣體供給量控制單元810所應控制之處理室內之氣體流量或壓力之最適當範圍。氣體黏性力會隨氣體對異物粒子之速度變快、或氣體壓力之變高而增加。因此雖可考慮為，例如增高氣體壓力時，異物之輸送變為更能承載於氣體之流動，結果可以減少異物粒子附著於被處理體之附著量。但是，「承載於氣體之流動」「附著於被處理體之異物粒子數之減少」有可能存在不一致之情況。其使用圖11(圖11A、11B)加以表示。
圖11A為設定由噴氣板5供給之氣體流量為一定，藉由排氣速度之調整而設定壓力為例如5Pa以下之低壓與數十Pa之高壓時，異物粒子之軌跡差異之典型例之說明圖。圖11A假設異物粒子由噴氣板5之表面剝離而產生，於右下方向具有初速度。低壓時，異物粒子受到氣體流動之衝流而掉落，於晶圓面上彈回之後，由被處理體於數 cm之高度間彈跳後，再度因為氣體之流動而大為流向右方向之後，於載置電極之邊緣彈跳，最後朝排氣泵出口被輸送。相對於此，和低壓時比較，高壓時最初朝被處理體之掉落地點成為右側。此乃因為，和低壓時比較，高壓時異物粒子容易承載於氣體之流動。但是，如圖11B之擴大圖所示，異物粒子之彈跳高度例如為較小之1mm以下，因此，最初於晶圓面上彈跳之位置附近彈跳數次之後，最後附著於晶圓。
如上述說明，高壓與低壓之異物粒子之彈回高度之差異，大為受到彈回前之異物粒子之掉落速度之影響。異物粒子之掉落速度單純而言係接近，由於重力之向下方向之加速力，與基於氣體黏性力的阻抗力等兩者達成之平衡速度。依據圖12詳細說明。於圖12，為求簡單而設為可忽視氣體之流動。異物粒子受到重力mg而掉落，另外，和異物粒子之掉落速度vp 對應而受到氣體阻抗力(氣體黏性力)kvp 。因此，異物粒子最終接近重力加速力與氣體阻抗力等兩者達成之平衡速度。力量平衡時之速度設為重力掉落速度，將其替換為vg 時，mg=kvg 成立。
其中，m為異物粒子之質量，g為重力加速度、約為9.8m/s2 ，k為表示氣體黏性力之比例常數。例如粒徑1μm、密度2.5g/cm3 之微粒時，壓力5Pa、重力掉落與氣體黏性力之阻抗達平衡時，異物粒子之掉落速度為約0.1m/s，但於壓力100Pa時降至約0.01m/s，亦即，設 為高氣體壓力時，掉落致被處理體前之掉落速度變慢之故，彈跳後之速度亦變慢，結果無法彈高。換言之，設為高氣體壓力時，異物粒子承載於氣體流動之輸送效果雖變大，但是，當射入晶圓時附著於最初掉落地點附近之附著機率會變高。因此，增高氣體壓力時，需於補正氣體壓力變高引起之缺點範圍內增加氣體之流速。
例如如圖13所示，氣體流量較好是，相較於重力掉落速度，氣體流量較好是設為，使在被處理體之平行方向被氣體流動承載的速度變為較大。此情況下，氣體在被處理體之平行方向之流動速度設為vn 時，如以下之式(2)所示：vn >vg 式(2)
其中，異物粒子徑為1μm、氣體壓力為50Pa時，如上述說明，異物粒子之掉落速度為約0.1m/s，因此，氣體之流動速度較好是0.1m/s以上。
vg 替換為氣體壓力時，大概成為以下之式(3)之關係，vn >P/500 式(3)
處理直徑300mm之晶圓的電漿處理裝置，其之處理室內壁之直徑約500mm，此情況下，例如氣體流量500ccm時，氣體壓力為50Pa，被處理體面上之氣體速度成為約0.1m/s，因此，氣體壓力較好是不超過50Pa。亦即，氣體流量設為fg (單位為ccm)時，壓力(單位為Pa)與氣體流量之關係可以以下之式(4)表示。又，式 (4)右邊之係數10為裝置固有之值，處理直徑300mm之晶圓的蝕刻裝置可適用式(4)之關係式。
fg >P×10 式(4)
以下參照圖14、15說明低壓之下限。處理室內氣體壓力之調整，係由蝴蝶閥11之葉片之開放程度之調整加以進行。欲降低氣體壓力時需要上升蝴蝶閥11開放程度。但就異物粒子減少觀點而言，上升蝴蝶閥11開放程度具有反效果。渦輪分子泵17，於內部其葉片以高速旋轉，其速度達例如300m/s。相對於此，異物粒子之速度例如為1m/s。如此低速之異物粒子被渦輪分子泵17之葉片高速彈飛，而如圖14所示，於處理室內飛散。高速彈跳之異物粒子之速度非常快，無法被氣體黏性力減速，而容易到達晶圓。
圖15為壓力調整時降低蝴蝶閥11之葉片開放程度時，異物粒子之軌跡之例。於圖15之例，被渦輪分子泵17之葉片彈回之高速之異物粒子，係於蝴蝶閥11之葉片被反射，保持於高速狀態下再度射入渦輪分子泵17。高速射入渦輪分子泵17之異物粒子，係以某一機率逃離渦輪分子泵17之葉片而被排氣。
比較圖14、15可知，蝴蝶閥11之葉片本身作為防止異物粒子飛散之阻障板之功能。因此，蝴蝶閥11之開放程度較小為較好(葉片被關閉)。替換為壓力與流量之關係時，例如氣體之流量500ccm時壓力設為10Pa以上，1000ccm時設為20Pa以上，則蝴蝶閥11之開放程度必然 較小。亦即、決定氣體之流量與壓力，使蝴蝶閥11之開放程度變小乃重要者。
以下說明欲實現本發明之基於氣體流動之異物控制功能，至少於被處理體搬送時，處理室用氣體供給控制功能810及搬送室用氣體供給控制功能812所應控制之搬送室內之氣體流量及氣體壓力。開放第1閘閥或第2閘閥(以下簡單稱為閘閥)時，欲防止處理室內殘留氣體或異物粒子進入處理室，需使搬送室對於處理室呈現陽壓。但是，處理室之壓力為5~50Pa時，搬送室之壓力相對於處理室之壓力高10Pa以上時，開放閘閥之瞬間產生之氣體之急速流動有可能使異物粒子飛散。因此，壓力差較好是設為5Pa~10Pa以下。又，開放閘閥狀態下，於搬送室側產生異物粒子時會被氣體之流動而流向處理室側。
此時，如圖16所示，因為由搬送室流入之氣體影響而使通過電極上方之氣體流動作成時，由搬送室流入之異物粒子、或由處理室內之閘閥之某一側之側壁產生之異物粒子，其之附著於被處理體之可能性變高。因此，較好是如圖10所示，使由搬送室流入之氣體通過電極下方，而作成流入渦輪分子泵17之氣體之流動分布。
以下參照圖17(圖17A、17B)、圖18(圖18A、18B)再度簡單說明。圖17A為圖10之氣體之流動之簡單說明圖，圖18A為圖16之氣體之流動之簡單說明圖，圖17A、圖18A為裝置由側面看之概略圖。圖17B、圖18B為裝置由上方看之圖。於圖17、圖18，搬送室31之形狀 極為簡略化，實際之形狀為如圖2所示之形狀。圖17、圖18中之箭頭表示氣體流動之方向，特別是氣體流動a表示自搬送室流入處理室之氣體之流動方向，b表示於被處理體面上(或載置電極4之載置面)、斜線所示搬送室側之區域SA(=被處理體面之1/2)之平均流動方向，c表示搬送室相反側之區域SB(=被處理體面之1/2)之平均流動方向。欲使自搬送室流入之異物粒子不致於附著於被處理體時，於圖4之時序C所示被處理體搬送時及其前後，使被處理體上之搬送室側之區域SA之氣體之平均流動方向b，成為朝向搬送室側之圖17之狀態較好。換言之，於上述時序C，如圖18所示，於被處理體面上，搬送室側之區域SA之平均流動方向b，成為搬送室方向之反方向較為不好。欲作成此種氣體之流動時，相對於流入處理室內之氣體流量Q3，需縮小供給至搬送室之氣體流量QA。簡單言之需成立以下之式(5)之關係式：供給至處理室內之氣體總流量Q3÷2>自搬送室流入處理室之氣體流量QA 式(5)
假設，相對於處理室側之排氣速度，搬送室側之排氣速度為極小時，上述之式(5)可以替換為以下之式(6)之關係式。亦即，搬送室側之排氣速度小時，可為例如如圖1所示，於處理室側設置渦輪分子泵17，於搬送室側未連接渦輪分子泵。於搬送室側亦連接渦輪分子泵17時， 供給至搬送室之氣體流量可以多於以下之式(6)所示流量，但較好是適用以下之式(6)加以決定。
供給至處理室內之氣體總流量Q3÷2>供給至搬送室之氣體總流量Q4 式(6)
又，即使流入搬送室之氣體流量滿足式(6)時，由搬送室流入處理室之氣體需為噴射所噴出之流量。假設由搬送室流入處理室之氣體流速過快時，異物粒子會以高速流入處理室，處理室內之氣體流量引起之異物之輸送效果會降低。因此，由搬送室流入處理室之氣體之流速需設為例如數m/s以下。
流入搬送室之氣體流量設為fT 〔ccm〕，連接處理室與搬送口之搬送路徑之大小設為寬度x〔m〕，高度設為z〔m〕，第1、第2閘閥為開放狀態之搬送室之壓力設為PT 時，氣體之流速vT 可以以下之式(7)表示。
vT ≒fT /(6×102 ×PT ×x×z) 式(7)
例如300晶圓對應之裝置，其之搬送口之寬度x需設為0.3m以上，例如成為0.4m。搬送口之高度z設為0.02m，供給至搬送室之氣體總流量Q4設為1000ccm時，氣體之流速約為7m/s。此情況下，供給至搬送室之氣體總流量Q4降低至例如500ccm以下時，欲增大搬送路徑之斷面積，而需要增大搬送路徑之寬度或搬送路徑之高度。
如上述說明，依據本發明實施形態，藉由氣體流動之 異物控制功能，對處理室與搬送室分別流入氣體而搬送被處理體時，可使被處理體上之搬送室側之區域中之氣體平均流動方向朝向搬送室側。如此則，可以減少被處理體搬送時附著之異物數，可提升半導體裝置之良品率。
(第2實施形態)
於第1實施形態說明第1閘閥、第2閘閥為個別構件之構成例，但亦可構成為例如單一之閘閥具有第1閘閥、第2閘閥雙方之功能之構成，換言之，於搬送路內、而且較流路110更接近處理室側設置之單一之閘閥具有可使電漿處理室與搬送室間之連通狀態控制成為全關、一部分開放、全開狀態等多階段功能之構成亦可。
以上實施形態係說明本發明適用平行平板型UHF-ECR電漿蝕刻裝置之例，但本發明之半導體製造裝置不限定於此，亦可適用於電漿處理室內具備載置電極之其他方式之電漿處理裝置。
又，本發明亦適用於電漿CVD裝置等其他之半導體製造裝置。
(發明效果)
本發明，藉由調整搬送室與處理室之氣體流量或壓力成為最適當，而調整氣體之流動，據此而可以減少被處理體搬送時附著之異物數，可提升半導體裝置之良品率。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧被處理體
3‧‧‧天線
4‧‧‧載置電極
5‧‧‧噴氣板
6‧‧‧分散板
8‧‧‧聚磁環
10‧‧‧排氣手段
11‧‧‧蝴蝶閥單元
12‧‧‧質流控制器
14‧‧‧真空計
16‧‧‧乾式泵
17‧‧‧渦輪分子泵
19‧‧‧氣體分配器
26‧‧‧線圈
27‧‧‧軛
30‧‧‧處理室
31‧‧‧真空搬送室
32‧‧‧真空搬送機器臂
33‧‧‧大氣側搬送室
34‧‧‧大氣搬送機器臂
35‧‧‧隔絕室
36‧‧‧晶圓定位器
37‧‧‧晶圓平台
38‧‧‧FOUP
39‧‧‧晶圓潔淨器
40‧‧‧第1閘閥
41‧‧‧第2閘閥(製程閥)
43‧‧‧上下驅動機構
50‧‧‧異物微粒
53‧‧‧內殼體
81‧‧‧控制電腦
110‧‧‧氣體之流路
SA‧‧‧被處理體面之於搬送室側之區域
SB‧‧‧被處理體面之於搬送室相反側之區域
Q3‧‧‧被供給至處理室之氣體之總流量
Q4‧‧‧被供給至搬送室之氣體之總流量
圖1為本發明之半導體製造裝置適用於電漿處理裝置(平行平板型UHF-ECR電漿蝕刻裝置)的第1實施形態之主要部分之圖。
圖2為第1實施形態之電漿處理裝置全體由上方看時之概要圖。
圖3為進行第1實施形態之控制電腦所保持之「氣體流動控制」的程式之功能表現圖。
圖4為第1實施形態之電漿處理裝置之處理順序之概要說明圖。
圖5為圖4之時序A(處理室與搬送室呈分離)之中，處理室與搬送室個別之氣體之供給量、排氣量及壓力之表示圖。
圖6為處理室內異物粒子產生時之流動之說明圖。
圖7為本發明之處理室內氣體之流動及異物粒子之軌跡說明圖。
圖8為圖4之時序B(過渡狀態)之氣體之流動表示圖。
圖9為圖8之第1閘閥及第2閘閥附近之擴大圖。
圖10為圖4之時序C之中，處理室側之第2閘閥設為全開狀態之前，開放後之氣體之流動例之表示圖。
圖11A為設定由噴氣板供給之氣體流量為一定，藉由排氣速度之調整而設定低壓與高壓時異物粒子之軌跡差異之典型例之說明圖。
圖11B為圖11A之一部分之擴大圖。
圖12為異物粒子之落下速度之說明圖。
圖13為設定高壓之氣體壓力時異物粒子之落下速度之說明圖。
圖14為藉由蝴蝶閥調整處理室內氣體壓力之狀態說明圖。
圖15為藉由蝴蝶閥調整處理室內氣體壓力之狀態說明圖。
圖16為被處理體搬送時搬送室之氣體壓力及氣體流量之說明圖。
圖17A為圖10之氣體之流動之簡單說明圖，電漿處理裝置由側面看之概略圖。
圖17B為圖10之氣體之流動之簡單說明圖，電漿處理裝置由上方看之圖。
圖18A為圖16之氣體之流動之簡單說明圖，電漿處理裝置由側面看之概略圖。
圖18B為圖16之氣體之流動之簡單說明圖，電漿處理裝置由上方看之圖。
A1、A2、A3、B1、B2、C、D1、D2‧‧‧時序
Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧流量
P1、P2、P3、P4、P5、P6‧‧‧壓力

Claims (2)

  1. 一種半導體製造裝置中之被處理體之搬送方法，該半導體製造裝置係具備：處理室，用於處理被處理體；處理室氣體供給手段，用於對該處理室供給處理氣體及搬送氣體；處理室排氣手段，用於減壓上述處理室；真空搬送室，在和上述處理室之間搬送上述被處理體；搬送室氣體供給手段，用於對該真空搬送室供給搬送氣體；搬送室排氣手段，用於減壓上述真空搬送室；配置於上述處理室內之載置電極；及閘閥，設於上述真空搬送室與上述處理室之間，在上述載置電極之側方、而且在連接上述真空搬送室與上述處理室的被處理體之搬送路上被設置；該搬送方法之特徵為：上述半導體製造裝置具備載置電極、噴氣板、及複數之氣孔，該載置電極係配置於上述處理室內，並具有在其上部載置上述被處理體之載置面，該噴氣板係配置於上述處理室之上部、上述載置電極之上方，該複數之氣孔係配置於該噴氣板，配置於與包含上述載置面之中央部的區域對向之位置，將上述處理氣體及搬送氣體供給至上述處理室內，上述閘閥係設置於上述載置電極之側方、而且連接上述真空搬送室與上述處理室的被處理體之搬送路上，在一面使上述搬送氣體流於上述處理室與上述真空搬送室之各者一面進行上述被處理體之搬送時，調節成，藉上述處理室氣體供給手段而供給至上述處理室的上述搬送氣體之流量，相對於藉上述搬送室氣體供 給手段而供給至上述真空搬送室的上述搬送氣體之流量，成為2倍以上，並在使上述載置電極之載置面或在該載置面上的上述被處理體之上述搬送室側區域中之上述搬送氣體之平均的流動方向朝向上述搬送室側之狀態下，開放上述閘閥，一面使上述搬送氣體之平均的流動方向維持於朝向上述搬送室側之狀態，一面於上述真空搬送室與上述處理室之間進行上述被處理體之搬送。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體製造裝置中之被處理體之搬送方法，其中設定上述處理室內之壓力為5~50Pa，設定上述真空搬送室之壓力相對於上述處理室內壓力成為10Pa以下差壓之陽壓狀態下，開放上述閘閥，而於上述真空搬送室與上述處理室之間進行上述被處理體之搬送。
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