JPH03274746A - マルチチャンバ装置 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ３従来技術［第１３図］ Ｄ、発明が解決しようとする問題点 Ｅ４問題点を解決するための手段 １０作用 Ｇ、実施例〔第１図乃至第１２図コ ミ２第１の実施例［第１図、第２図］ ｂ、第２の実施例［第３図乃至第５図］Ｃ９第３の実施
例［第６図］ ｄ、第４の実施例［第７図乃至第１０図］ｅ、第５の実
施例［第１１図］ ｆ、第６の実施例［第１２図］ Ｈ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はマルチチャンバ装置、即ち、ウェハに対して複
数種の処理を大気に曝すことなくウェハを各別のチャン
バ間で移動させて行うことができるマルチチャンバ装置
に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、マルチチャンバ装置において、占有面積を延
らに広くすることなく多くの処理を為し得るようにする
ため、 複数のチャンバをあるいは複数の処理部を異なる高さに
配置した構造部分を設け、あるいは、連の処理を行う複
数のチャンバの組を複数組設けるようにし、 また、スループットの向上を図るため、時間のかかる処
理を行うチャンバについては複数個を設け、 あるいは、複数のチャンバを複数のグループに分割し、
異なるグループ間に搬送チャンバを介在させるようにし
、 あるいは、ウェハな反転する機能の付いたウェハ搬送機
構を設けたものである。

（Ｃ，従来技術）［第１３図］ 半導体製造プロセス技術が半導体素子の微細化、高精度
化の要求に応えるには１つのチャンバでの工程を終えて
他のチャンバでの工程に移行するとき半導体基板表面部
に変質が生じないようにすることが必要である。しかし
、実際のプロセスにおいては、１つのチャンバでの工程
（例えばエツチング）を終えて他のチャンバで次の工程
（例えばＣＶＤ）を行う場合、半導体ウェハな大気に曝
すので例えば配線膜のスルーホールに露出する部分に自
然酸化膜が生じるというような問題が生じる。かかる自
然酸化膜の存在はコンタクト抵抗の増大を招くのでそれ
を除去す、る必要性が生じる場合が多い。そして、自然
酸化膜の除去は半導体ウェハのエツチング液への浸漬、
更にはそのエツチング液の水洗い等を必要とし、工程を
著しく増やす原因となり、スルーブツトを低下させる原
因となる。

そのため、複数のチャンバをゲートバルブを介して一体
化したマルチチャンバ装置なるものが開発され、たとえ
ばＮＩＫＫＥＩ　　ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ　　１９
８９年１０月号３４〜３９頁等により紹介されている。

第１３図（Ａ）、（Ｂ）はそのようなマルチチャンバ装
置の一例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ
）は断面図である。

図面において、１はロードロックチャンバで、これから
処理を施そうとする半導体ウェハ３を待機させるチャン
バである。２は半導体ウェハ３を収納するウェハカセッ
トである。該ロードロックチャンバ１はゲートバルブ４
を介して搬送チャンバ５に連結されている。６は搬送チ
ャンバ５内に設けられた搬送アームで、フォーク７にて
半導体ウェハ３を上記ロードロックチャンバ１及びプロ
セスチャンバ８．８、・・・の間で搬送する。９は搬送
アーム６を駆動するウェハ搬送機構、１０゜１０、・・
・は搬送チャンバ５及び各プロセスチャンバ８．８、・
・・に設けられた真空ポンプである。

このようなマルチチャンバ装置によれば、１つのチャン
バで成る一つの工程を終えた半導体ウェハ３をゲートバ
ルブを通して別のチャンバに大気に曝すことなく移動し
て次の工程を行うことができる。即ち、二辺上の工程を
半導体ウェハ３を大気に曝すことなく連続的に行うこと
ができるのである。その点で優れているといえる。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、マル
チチャンバ装置には一般に下記の問題があった。

先ず、マルチチャンバ装置は複数のチャンバを平面方向
のみに並べて一体化していたのでマルチチャンバ装置の
占有面積が大きくなるという問題があった。

また、一般にマルチチャンバ装置には必ず最低一つの搬
送チャンバ５が必要であるが、マルチチャンバ装置に占
める搬送チャンバ５の占有面積の割合が無視できない程
大きい。従って、マルチチャンバ装置の為し得る仕事の
量に対するマルチチャンバ装置の占有面積の比（これは
工場の面積を有効に利用する利用率に拘わってくる）を
大きくすることが難しかった。

また、従来のマルチチャンバ装置にはスループットをよ
り向上させるための工夫が充分に為されているとはいい
難い面があった。この点について説明すると次のとおり
である。

第１に、マルチチャンバ装置の各チャンバで行う処理に
要する時間が均一ではなく、マルチチャンバ装置を流れ
る半導体ウェハの平均スピードは最も遅い処理のスピー
ドによって規定（これを「律速」という）されてしまい
、その結果、スループットの向上が著しく難しくなる。

第２に、マルチチャンバ装置においては一般に搬送チャ
ンバ５とプロセスチャンバ８．８、・・・どの間のゲー
トバルブ４を同時に複数個開かないルールが支配してい
るが、このことがスルーブツトの向上を阻む要因となる
。というのは、各チャンバ５．８．８、・・・間が相互
汚染（クロスコンタミネーション）するのを完全に防止
するため、ゲートバルブ４を同時に２個以上開かないよ
うにする必要がある。しかしながら、一部のプロセスチ
ャンバ８．８のなかには、互いに連通してち全く相互汚
染が生じないものがある場合がある。にも拘らず、マル
チチャンバ装置全体のなかで同時にゲートバルブ４を２
個以上開かないようにするというルールを守らなければ
ならないため、スルーブツトの向上が阻害されてしまっ
ていたのである。

第３に、プロセスチャンバ８で行う処理には半導体ウェ
ハなフェースアップの状態で行うものが多いので、マル
チチャンバ装置においても半導体ウェハ３の搬送はフェ
ースアップの状態で行うようになっているのが一般的で
あるが、しかし、処理にはタングステンの選択ＣＶＤの
ようにフェイスダウン状態で行うものもある。そのため
、マルチチャンバ装置の一部のプロセスチャンバ８内で
タングステンの選択ＣＶＤ等フェイスダウン状態での処
理を行う場合には、そのプロセスチャンバ８と搬送チャ
ンバ５の間に半導体ウェハ３の反転のみを行うチャンバ
である反転チャンバを設けなければならなかった。従っ
て、搬送チャンバからそのプロセスチャンバに半導体ウ
ェハを搬送する場合には、搬送チャンバから反転チャン
バへ半導体ウェハを搬送し、該反転チャンバでその半導
体ウェハを反転し、その後反転チャンバからプロセスチ
ャンバへ搬送しなければならなかったのである。また、
プロセスチャンバから搬送チャンバへ戻すときも同様で
あった。

従って、搬送に要する時間が無視できない程長くなった
。これもスルーブツトの向上を阻む要因であった。また
、これは、反転チャンバを必要とするのでマルチチャン
バ装置の占有面積を大きくする要因ともなっていたので
ある。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、マルチチャンバ装置の占有面積を徒らに広くする
ことなく多くの種類、量の処理を為し得るようにし、ま
た、スルーブツトの向上を図ることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明マルチチャンバ装置の第１のものは、複数のチャ
ンバ又は処理部を高さが異なるように配置した構造部分
を有することを特徴とする。

本発明マルチチャンバ装置の第２のものは、連の処理を
行う複数のチャンバの組を複数組設けるようにしたこと
を特徴とする。

本発明マルチチャンバ装置の第３のものは、時間のかか
る処理を行うチャンバの数を複数にしたことを特徴とす
る。

本発明マルチチャンバ装置の第４のものは、複数のチャ
ンバを複数のグループに分割し、グループ間に搬送チャ
ンバを介在させたことを特徴とする。

本発明マルチチャンバ装置の第５のものは、ウェハを反
転することのできるウェハ反転機能を有するウェハ搬送
機構を有することを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明マルチチャンバ装置の第１のものによれば、垂直
方向に積み重ねたチャンバあるいは処理部を高さを異な
らせて配置したチャンバについては占有面積の増大をほ
とんど伴うことなく為し得る処理の種類あるいは処理量
を増大させることができる。

従って、マルチチャンバ装置の占有面積の増大を伴うこ
となく処理の種類、量の増大を図ることができる。

本発明マルチチャンバ装置の第２のちのによれば、一連
の処理を行う複数のチャンバの組を複数組設けるので、
複数組分で１つの搬送チャンバを共有することができる
。従って、マルチチャンバ装置全体で為し得る仕事に対
するマルチチャンバ装置の占有面積の比を小さくするこ
とができる。

これは、無駄にすることを許されないＩＣ製造工場の有
効利用につながる。

本発明マルチチャンバ装置の第３のものによれば、時間
のかかる処理を行うチャンバの数を複数にしたので、時
間のかかる処理については複数のチャンバで異なる半導
体ウェハに対して同時に処理を行うことができ、マルチ
チャンバ装置全体のスルーブツトの向上を図ることがで
きる。例えば、他の処理よりも時間が例えば２倍以上か
かる処理がある場合、その時間かかる処理を行うチャン
バを例えば２個にすると、その処理がマルチチャンバ装
置のスルーブツトを低くする要因にならなくなる。即ち
、律速にならなくなるのである。

本発明マルチチャンバ装置の第４のものによれば、互い
に相互汚染を生じないチャンバどうしでグループを組む
こととすれば、各グループ内においてはチャンバ間の相
互汚染の虞れがないのでゲートバルブを複数同時に開く
ことが許容される。従って、スルーブツトの向上を図る
ことができる。

本発明マルチチャンバ装置の第５のものによれば、ウェ
ハ搬送機構が半導体ウェハを反転して搬送できるので、
搬送チャンバとプロセスチャンバとの間に反転チャンバ
を介在させることなく直接半導体ウェハを搬送チャンバ
から目的のプロセスチャンバへ反転して搬送することが
できる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第１２図コ以下、本発明マ
ルチチャンバ装置を図示実施例に従って詳細に説明する
。

（ａ、第１の実施例）［第１図、第２図〕第１図（Ａ）
、（Ｂ）は本発明マルチチャンバ装置の第１の実施例を
示すものであり、同図（Ａ）は平面断面図、同図（Ｂ）
は縦断面図である。

本マルチチャンバ装置は平面形状が略正方形の搬送チャ
ンバ５の三つの側面それぞれにプロセスチャンバ８を上
下に２段ずつ合計６個ゲートバルブ４を介して連結し、
残りの一つの側面にロードロックチャンバｌを設けたも
のである。各プロセスチャンバ８．８、・・・のうち上
段のものには上方に排気するクライオポンプｌＯを、下
段のものには下方に排気するクライオポンプ１０をそれ
ぞれ設けている。

そして、ウェハ搬送機構９は上段のチャンバ８と下段の
チャンバ８との間で半導体ウェハ３の搬送ができるよう
にアーム６及びフォーク７を全体的に昇降させることが
できるようになっている。

このようなマルチチャンバ装置によれば、占有面積の増
大を伴うことなくプロセスチャンバ８の数を増すことが
できる。また、プロセスチャンバ８の数が同じならばマ
ルチチャンバ装置の占有面積を狭くすることができる。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図に示したマルチチャンバ
装置の変形例を示し、同図（Ａ）は平面断面図、同図（
Ｂ）は縦断面図である。

本マルチチャンバ装置は、第１図のマルチチャンバ装置
と各チャンバｌ、５．８．８．・・・の配置が同じであ
るが、昇降可能なウェハ搬送機構９を２個を有しており
、２個の搬送機構９．９を用１７）て半導体ウェハ３を
搬送することができるので、スルーブツトをより向上さ
せることができるとし）う点で異なっている。

（ｂ、第２の実施例）［第３図乃至第５図１第３図（Ａ
）乃至（Ｃ）は本発明マルチチャンバ装置の第２の実施
例を示すもので、同図（Ａ）はマルチチャンバ装置の縦
断面図、同図（Ｂ）は平面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）
のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

本マルチチャンバ装置は、１つのチャンバ８ａにおいて
三種類のスパッタを行うようにしたもので、Ｌｌａはチ
タンのスパッタを行うスパッタカソード、ｌｌｂはアル
ミニウムのスパッタを行うスパッタカソード、ｌｌｃは
チタンのスパッタを行うスパッタカソードであり、ｌｌ
ｂは１１ａ、ｌｌｃよりも高いところに位置している。

１２は円盤状のホルダープレートで、４個所にウェハ保
持孔１３．１３．１３．１３が形成されており、中心部
がモータ１４の回転軸に固定され、モータ１４によって
回転されて半導体ウェハ３．３．３，３を順次各スパッ
タカソード１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃと対応するところに
位置させる。尚、該チャンバ８ａの最下部はホルダープ
レート１２と搬送チャンバ５との間の半導体ウェハ３の
中継を行う場所として用いられる。

本マルチチャンバ装置によれば１．１つのプロセスチャ
ンバ８ａ内において３個所でそれぞれ別個にスパッタを
行うことができる。そして、スパッタを行う場所は立体
的に配置されているので、マルチチャンバ装置の占有面
積をさほど増大することなく処理の種類、処理量を増や
すことができる。

また、１つのスパッタ箇所から次のスパッタ箇所への半
導体ウェハの搬送は単にモータ１４を９０度回転させる
ことだけによって行うことができ、延いてはスルーブツ
トの向上を図ることも可能になる。

尚、本マルチチャンバ装置において、ホルダープレート
１２が９０度回転する毎に各スパッタカソードｌｌａ〜
ｌｌｃをそれぞれ他の部分から隔離した密閉状態にする
ような構成にしても良い。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は第３図に示したマルチチャンバ
装置の変形例を示すもので、同図（Ａ）はマルチチャン
バ装置の斜視図、同図（Ｂ）はスパッタを行うプロセス
チャレバ内のウェハホルダを示す拡大斜視図である。

本マルチチャンバ装置は図示しないロード室からゲート
バルブ４を通して半導体ウェハ３が搬送チャンバ５へ搬
送されると各プロセスチャンバ８．８、・・・で処理が
行われるが、そのうちの１つのプロセスチャンバ８ａは
複数のスパッタカソードｌｌａ〜ｌｉｅを有し各部で同
時にスパッタができる。そして、プロセスチャンバ８ａ
の中央部に八角柱状のウェハホルダ１５が配置されてい
る。１６はウェハホルダ１５を回転させる回転軸である
。

上記ウェハホルダ１５はその各側面に半導体ウェハ３．
３、・・・を保持して各半導体ウェハ３゜３、・・・を
スパッタカソードｌｌａ〜１１ｅに対向させることがで
きるようになっている。

このようなマルチチャンバ装置によれば、処理の種類を
装置の占有面積を徒らに広くすることなく増やすことが
でき、スループットの向上を図ることができる。

スルーブツトの向上という面について詳しく説明すると
次の通りである。

ＡＩ２とシリコン基板の相互シンター防止等のためにバ
リアメタルを設ける必要性があり、そのため、例えばＡ
ｊ２　（５００ｎｍ）／ＴｉＮ　（１００ｎｍ）／Ｔｉ
　（５０ｎｍ）というような多層構造の膜をスパッタリ
ングにより形成する必要性がある。この場合％ＡＩ２に
ついてはＡｒガスを流し放しにし、すぐ成膜プロセスに
入るとすると、Ａｒガスが０．４Ｐａ、パワーが約１２
Ｗ／ｃｍ”という条件例だと１５ｎｍ／秒のレートにな
り、約３３秒で５００ｎｍの膜厚のＡ４膜を形成するこ
とができる。また、基板加熱をしたとしてもそれより１
０秒程度余計に時間がかかる程度のことで済む。

しかるに、ＴｉＮ１１１を形成するときは、Ｎ２゜０２
ガスを使用した反応性スパッタリング法の場合、従来の
マルチチャンバ装置によればＡｎ膜、Ｔｉ膜形成用チャ
ンバへの形響を防ぐためスパッタ１回毎にＮｘ、Ｏｘガ
スを排気してから搬送を行う必要がある。従って、プロ
セスチャンバに半導体ウェハをセットした後Ａｒｔ　Ｎ
ｘ　、Ｏｘ等のガスを導入し、例えば２０秒程度の時間
をがけて安定化し、ガス圧０．５Ｐａ、パワー約６Ｗ／
ｃｍ”の条件でスパッタを行えば、レートが１　ｎｍ７
秒にしかならないのでＴｉＮを１１００ｎ形成するのに
約１００秒要する。更にガス導入の停止、排気を必要と
し、これに３０秒程度かかる。したがって、ＴｉＮ膜の
形成に約１５０秒、成膜の前後に加熱を１０秒行えば１
６０秒もかかることになる。

更に、使用するチャンバの数を減らすために第１層目の
Ｔｉ膜（５０ｎｍ）と、第２層目のＴｆＮＩｌ！（１０
０ｎｍ）を同じプロセスチャンバで連続的に形成するこ
ととすると次のようなシーケンス（１）〜（６）になる
。尚、ＴｉはＡｒガス０１４Ｐａ中でパワー約３Ｗ／ｃ
ｍ”の条件でスパッタし、そのレートが２ｎｍ／ｓｅｃ
であるとする。

（１）Ａｒガス導入（２０秒）、（２）Ｔｉ膜５０ｎｍ
形成（２５秒）、（３）Ａｒガス排気（３０秒）、（４
）Ａｒ、Ｎ−，０２ガス導入（２０秒）、（５）ＴｉＮ
膜１１００ｎ形成（１００秒）、（６）Ａｒ、Ｎ−、Ｏ
ｘガス排気（３０秒） 従って、成膜の前後に加熱を行わないとしても約２２５
秒要する。であるから、］ＩＩのチャンバをＡｎ成膜に
利用したマルチチャンバ装置についてＡｎの１μｍあた
りめスルーブツトが４０〜５０　ｓ　／　ｈ　ｒとする
メーカー側の公称値も、例に挙げたＡｊ２　（５００ｎ
ｍ）／ＴｉＮ　（１００ｎ）／Ｔｉ（５０ｎｍ）の構造
の場合だとＡ、９、ＴｉＮ、Ｔｉを別のチャンバで形成
すれば実際上せいぜい２０〜２５　ｓ　／　ｈ　ｒにし
かならないといえる。というのは、マルチチャンバ装置
のスルーブツトは最も時間のかかる律速プロセスによっ
て決定されてしまうからである。

しかるに、第４図に示すようなマルチチャンバ装置（あ
るいは第３図に示すようなマルチチャンバ装置）によれ
ば、−度に複数枚の半導体ウェハ３．３、・・・に対し
て各別のスパッタカソード１１ａ〜ｌｉｅによってスパ
ッタをすることができるので、著しくスルーブツトの向
上を図ることができる。

第５図はスパッタを行うチャンバの別の例を示す斜視図
である。本チャンバは八角柱状のウェハホルダ１５の回
転軸１６をチャンバ８ａと搬送チャンバ５との隔壁５ａ
に対して垂直にしたものであり、第４図に示すマルチチ
ャンバ装置のようにウェハホルダ１５の回転軸１６を隔
壁５ａに対して平行に設けても良いが、第５図に示す本
プロセスチャンバのように垂直にしても良いのである。

尚、第４図、第５図においてウェハホルダ１５を回転す
る回転駆動機構の図示は省略した。

（ｃ、第３の実施例）［第６図］ 第６図は本発明マルチチャンバ装置の第３の実施例を示
す平面断面図である。本図においてはゲートバルブ等を
本マルチチャンバ装置の特徴と関係しない部分を省略し
、特徴的部分だけを模式％式％ 本マルチチャンバ装置は、三つの処理Ａ、Ｂ、Ｃからな
る一連の工程を順次行うプロセスチャンバ８Ａ、８Ｂ、
８Ｃの組み合せを２組有し、この２組６個のチャンバ８
Ａ、８Ｂ、８Ｃ１８Ａ、８Ｂ、８Ｃが１つの搬送チャン
バ５及び１つのロードアンドロード室１７を共有してい
ることを特徴としている。破線は半導体ウェハ３の流れ
を示している。

８Ａ、８Ａは共にＴｉスパッタを行うプロセスチャンバ
、８Ｂ、８ＢはＴｉＮスパッタを行うプロセスチャンバ
、８Ｃ１８ＣはＡＪ２Ｓ　ｉスパッタを行うプロセスチ
ャンバである。そして、三つの処理Ａ、Ｂ、Ｃからなる
工程は破線で示した２つの経路で同時に行うことができ
る。即ち、本マルチチャンバ装置は３つのプロセスチャ
ンバ８からなるマルチチャンバ装置の２台分の働きを行
う・それでいて搬送チャンバ５、その内部のウェハ搬送
機構及びロードアンドロード室１７は１つずつで済む。

従って、マルチチャンバ装置の為し得る仕事の量に比し
て占有面積を狭くすることができ、また、所要エネルギ
ーの低減も図ることができるのである。

また、１つのプロセスチャンバ、例えば第６図における
左側の方のプロセスチャンバ８Ａに例えばターゲット交
換等のメンテナンスを施す場合には、残りのプロセスチ
ャンバ８Ａを過渡的に上記２つの経路のＡ１２Ｓｉスパ
ツタ処理に共用して成膜することができる。従って、ト
ラブルに対して対応の自由度が高まり、トラブルが起き
てもマルチチャンバ装置のスルーブツトを著しく下げな
くて済む。

尚、複数の処理からなる一連の工程を順次行うプロセス
チャンバの組み合せを複数組有するようにするという技
術的思想は、スパッタリングを行うマルチチャンバ装置
に限らずＣＶＤ、　　ドライエツチング等の他の一連の
処理を行うマルチチャンバ装置にも適用することができ
ることはいうまでもない。

（ｄ、第４の実施例）［第７図乃至第１０図］第７図は
本発明マルチチャンバ装置の第４の実施例を示す平面断
面図である。

同図において、１はロード室、８Ａ、８ＡはＴｉ／Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ膜をスパッタにより形成するプロセスチャンバ
、８ＢはＡ１１膜を形成プロセスチャンバ、８ＣはＴｉ
Ｎ膜を形成するプロセスチャンバ、１８はロード室、１
９Ａはプロセスチャンバ８Ａ内にセットされたターゲッ
ト、１９Ｂはプロセスチャンバ８Ｂ内にセットされたタ
ーゲット、１９ｃはプロセスチャンバ９Ｃ内にセットさ
れたターゲットである。

本マルチチャンバ装置はＴ　ｉ／Ｔ　ｉ　Ｎ／Ｔ　ｉ膜
をスパッタにより形成するプロセスチャンバ８Ａを２個
有していることに特徴がある。プロセスチャンバ８Ａが
２個あるのはそこで行うＴｉ／Ｔ　ｉ　Ｎ　／　Ｔ　ｉ
膜の形成に要する時間が他のプロセスチャンバ８Ｂ、８
Ｃで行うＡ１１膜、ＴｉＮ膜の形成に要する時間に比較
して２倍以上長いからである。換言すれば、プロセスチ
ャンバ８Ａが律速チャンバだからである。

即ち、Ａｆｆｌｌｉを形成する場合、その下層膜として
シリコン半導体基板との相互シンターを防止するために
例えばＴ　ｉ　／　Ｔ　ｉ　Ｎ　／　Ｔ　ｉ膜がバリア
メタルとして必要となる。また、上層膜として露光の際
に反射を防止する反射防止膜として例えばＴｉＮ膜が必
要となる。そして、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜をスパッタに
より形成する場合１４０秒程程度る。その内訳は、Ａｒ
ガス導入及び安定化に１０秒、Ｔｉ膜（５０ｎｍ）形成
に１５秒、Ｎ２．０□ガス導入安定化に１０秒、ＴｉＮ
膜（１００ｎｍ）形成に６０秒、Ｎｚ、Ｏｓガス排気に
１０秒、Ｔｉ膜（５０ｎｍ）形成に１５秒、Ａｒガス排
気に２０秒かかる。

それに対して、Ａ１２膜を形成する場合はＡｒガスを流
し放しで済み、５００ｎｍのＡ１１の形成に要する時間
は３０秒程度である。もし、Ａｒガス導入（１０秒）、
排気（２０秒）を行ったとして６６０秒で済む。

また、ＴｉＮ膜を形成する場合はＡｒ、Ｎｚ、０２ガス
導入、安定化に１０秒、ＴｉＮ膜（２０ｎｍ）形成に１
２秒、ガスの排気に２０秒と、４２秒で済む。

従って、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜の形成を行うプロセスチ
ャンバ８Ａが１個しかない場合、プロセスチャンバ８Ａ
が律速チャンバとなってマルチチャンバ装置のスルーブ
ツトを決定し、他のプロセスチャンバ８Ｂ、８Ｃの待ち
時間（遊び時間）が長くなる。

そこで、本マルチチャンバ装置においては搬送チャンバ
８Ａを２個設け、２個の搬送チャンバ８Ａ、８Ａ内にお
いて同時にＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜の形成を行うので、他
のプロセスチャンバ８Ｂ、８Ｃの待ち時間が短くなり、
スルーブツトの向上を図ることができる。すなわち、ロ
ード室１内の図示しない半導体ウェハは、あるものが−
方のプロセスチャンバ８Ａに送られそこでスパッタされ
、他のものが他方のプロセスチャンバ８Ａに送られそこ
でスパッタされる。そして、プロセスチャンバ８Ａ、８
Ａでスパッタを終えたものはすべてプロセスチャンバ８
Ｂ、プロセスチャンバ８Ｃで順次スパッタされ、アンロ
ード室１８に送られることになる。破線は半導体ウェハ
の流れを示す。

第８図は第７図に示したマルチチャンバ装置の変形例で
ある。

本マルチチャンバ装置は、第７図に示したマルチチャン
バ装置が一方通行タイブのマルチチャンバ装置に本発明
を適用したものであるのに対して、搬送チャンバを中心
にそのまわりにプロセスチャンバを配置したランダムア
クセスタイプのマルチチャンバ装置に本発明を適用した
ものであり１．その点で相違するが、それ以外の点では
共通する。即ち、律速となるプロセスチャンバ８Ａの数
だけが２個となり、他のプロセスチャンバ８Ｂ、８Ｃは
１個ずつとなっている。

尚、第７図、第８図において、ウェハ搬送機構、真空ポ
ンプ等本マルチチャンバ装置の特徴に関係しないところ
は省略した。

尚、本実施例のマルチチャンバ装置に存在するところの
律速となるプロセスチャンバの数を多くするという技術
的思想は、ＴｉＮ／Ａβ／　Ｔ　ｉ　／ＴｉＮ／Ｔｉ積
層膜を形成するマルチチャンバ装置だけでなく、ＣＶＤ
、ドライエツチング等の他の一連の処理を行うマルチチ
ャンバ装置にも適用できる。即ち、律速となるプロセス
チャンバを有するマルチチャンバ装置にはすべて適用が
可能である。

第９図、第１０図は更に別の変形例を説明するものであ
り、第９図は平面断面図、第１Ｏ図（Ａ）乃至（Ｈ）は
プロセスシーケンス図である。

本マルチチャンバ装置は律速プロセスを含む一連の処理
と律速プロセスを含まない一連の処理の両方を行うよう
にしたものである。

同図において、１７はロードアンロード室、８ａはプラ
ズマエツチングを行うプロセスチャンバで、そのエツチ
ングに要する時間は１分間、８ｂはＷ（タングステン）
の選択ＣＶＤを行うプロセスチャンバで、その選択ＣＶ
Ｄに要する時間は５分間、８ｃはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ積
層膜のスパッタを行うプロセスチャンバで、そのスパッ
タに要する時間は５０秒、８ｄはＡβ５ｉｌｉのスタン
バによる形成を行うプロセスチャンバで、そのスパッタ
に要する時間は４０秒である。５はこれ等のプロセスチ
ャンバ８８〜８ｄ及びロードアンロード室１７に囲まれ
た中央部に位置する搬送チャンバである。尚、第９図及
びプロセスシーケンス図である第１０図（Ａ）〜（Ｈ）
において、ゲートバルブ、ウェハ搬送機構等マルチチャ
ンバ装置の特徴と直接関係のない部分は省略した。

本マルチチャンバ装置によって一連の処理を二種行う。

第１の一連の処理は、 （１）プロセスチャンバ８ａにおいてのエツチング（前
処理）、 （２）プロセスチャンバ８ｂにおいてのＷの選択ＣＶＤ
、 （３）プロセスチャンバ８ｃにおいてのＴｉ／ＴｉＮ／
Ｔｉ積層膜のスパッタ、 （４）プロセスチャンバ８ｄにおいてのＡβＳｉのスパ
ッタを、 行うものである。

また、第２の一連の処理は、 （１）プロセスチャンバ８ａにおいてのエツチング（前
処理）、 （２）プロセスチャンバ８ＣにおいてのＴｉ／ＴｉＮ／
Ｔｉ積層膜のスパッタ、 （３）プロセスチャンバ８ｄにおいてのＡｎＳｉのスパ
ッタを、 行うものである。

第９図はこの場合のプロセスシーケンスを示すものであ
り、３８．３□、・・・はロードアンドロード室１７へ
供給された半導体ウェハで、符号３に付された小さい番
号１．２、・・・は半導体ウェハ３のロードアンドロー
ド室１７へ供給された順序を示している。そして、第１
番目、第６番目、第１１番目、・・・の半導体ウェハ３
．．３．．３．、。

・・・とじて、即ち５枚おきの半導体ウェハとして上記
第１番目の一連の処理を行うものを供給し、他のウェハ
３□、３．．３．．３．．３．．３．。

３ｅ、３＋。、３□、３°、３１．３４．３１？、・・
・とじて第２番目の一連の処理を行うものを供給する。

すると、各チャンバ８８〜８ｄはほとんど遊び（待ち）
時間ができず、マルチチャンバ装置で行う仕事量を増大
させることができる。

尚、アームによる搬送時間を無視すると５枚おきに第１
の一連の処理用の半導体ウェハ３を供給すれば良いとい
う計算になるが、搬送時間を考慮すると４枚おきに第１
の一連の処理用の半導体ウェハ３を供給し、残りの半導
体ウェハ３として第２の一連の処理を行うものを供給す
れば良いということになると思われる。

尚、実用にあたっては、最ら効率的にマルチチャンバ装
置を稼動できる二種の処理用のシーケンスをコンピュー
タにより厳格に演算し、その結果に基づいてマルチチャ
ンバ装置各部をコントロールするようにすると良い。

（ｅ、第５の実施例）［第１１図］ 第１１図は本発明マルチチャンバ装置の第５の実施例を
示す平面断面図である。

同図において、８ａｌはランプアニールを行うプロセス
チャンバ、１はロードロックチャンバ５８ａ２はＡｆｌ
スパッタを行うプロセスチャンバで、これ等は第２の搬
送チャンバ５ａの三つの側面にゲートバルブ４．４．４
を介して連結されており、該第１の搬送チャンバ５ｂの
側面にゲートバルブ４．４を介して連結された上記プロ
セスチャンバ８ａｌと８ａ２によって第１のグループを
構成している。こうするのは、Ａｊ２スパッタ、ランプ
アニールは共に、Ａｒ系の不活性ガスを用いて処理を行
うので、相互汚染する可能性がないからである。

５ｂは第３の搬送チャンバで、第１の搬送チャンバ５ａ
とゲートバルブ４ａｂを介して一側面にて連結されてい
る。８ｂｌ、８ｂ２．８ｂ３は第２のグループを構成す
るプロセスチャンバである。そして、８ｂｌがドライエ
ツチングを行うプロセスチャンバ、８ｂ２が層間絶縁膜
ＣＶＤを行うプロセスチャンバ、８ｂ３がメタルＣＶＤ
を行うプロセスチャンバであり、共にゲートバルブ４．
４．４を介して第２の搬送チャンバ５ｂの三つの側面に
連結されている。

これ等８ｂｌ、８ｂ２．８ｂ３が第２のグループを構成
するのは、これ等はすべてフッ素系のガスを使用し、そ
の間では相互汚染の虞れがないからである。

但し、第１のグループのプロセスチャンバ８ａと第２の
グループのプロセスチャンバ８ｂとの間には使用するガ
スが全く異なることによる相互汚染の可能性があるので
ある。

そして、第１のグループ内において、即ち、プロセスチ
ャンバ８ａｌ、８ｅ２間で搬送する場合、そして、第２
のグループ内において即ち、プロセスチャンバ８ｂｌ、
８ｂ２．８ｂ３間で搬送する場合には、ゲートバルブ４
を複数同時に開くことが許される。つまり、同時に複数
のゲートバルブ４．４を開いてはならないというルール
はグループ内においては適用しなくても済む。従って、
半導体ウェハの搬送に要する時間がきわめて短縮される
のである。

尚、第１のグループと第２のグループの間に存在するゲ
ートバルブ４ａｂは他のゲートバルブ４．４、・・・が
開いているときは開かないというルールの適用を受け、
開閉が厳格に行われる。

（ｆ、第６の実施例）［第１２図］ 第１２図は本発明マルチチャンバ装置の第６の実施例の
要部であるウェハ搬送機構を示す縦断面図である。

同図において、５は搬送チャンバ、６は伸縮することに
より半導体ウェハ３を搬送する搬送アームで、伸縮軸を
中心として回転することができるようにされている。７
ａは搬送アーム６の先端部に取り付けられたウェハホル
ダで、保持した半導体ウェハ３を落下させないように固
定するビン２０が設けられている。尚、静電チャックに
より半導体ウェハ３を保持するようにしても良い。

８はＷの選択ＣＶＤを行うプロセスチャンバで、下側に
反応電極２１を有している。該反応電極２１上に半導体
ウェハ３を置かないと選択ＣＶＤを行うことができない
ので該プロセスチャンバ８内では半導体ウェハ３をフェ
イスダウンさせる必要がある。

４ａは上記プロセスチャンバ８と搬送チャンバ５との間
に配置された真空バルブである。

処理は一般に半導体ウェハ３をフェイスアップの状態で
行う場合が多いが、しかし、フェイスダウンの状態で行
う場合もある。そこで、本マルチチャンバ装置において
はウェハ搬送機構に半導体ウェハ３を反転する機能を与
えたのである。

ここで、半導体ウェハの搬送方法について説明する。

先ず、図示しないロードロツタチャンバを真空排気した
後、搬送アーム６のウェハホルダ７ａに半導体ウェハ３
をフェイスアップの状態で載せる。そして、ビン２０に
よって半導体ウェハ３を固定する。

次に、搬送チャンバ５内において搬送アーム６が１８０
度回紙回転上向きだった半導体ウェハ３が下向きになる
。その状態でアーム６が伸びてウェハホルダ７ａがプロ
セスチャンバｓ内に入り、反応電極２１上に位置する。

次に、固定ビン２０が外れ、半導体ウェハ３が反応電極
２１上に置かれる。すると、アーム６が縮み、搬送チャ
ンバ５内に納まった状態になる。

次に、真空バルブ４ａが閉じ、プロセスチャンバ８内で
Ｗの選択ＣＶＤが開始される。

Ｗの選択ＣＶＤが終了すると、アーム６によって半導体
ウェハ３が搬送チャンバ５内にフェイスダウンのまま収
容される。この後、その半導体ウェハ３は別の図示しな
いチャンバに送られることになるがそのチャンバのプロ
セスがフェイスダウンプロセスである場合にはそのフェ
イスダウンのまま搬送する。逆にそのチャンバのプロセ
スがフェイスアッププロセスである場合には再度アーム
６を１８０度回紙回転て搬送する。

このようなマルチチャンバ装置によれば、反転チャンバ
を要することなく半導体ウェハ３の反転ができ、マルチ
チャンバ装置の占有面積を狭くできる。また、搬送チャ
ンバ５から直接プロセスチャンバ８に搬送する過程で半
導体ウェハ３を反転できるのでスルーブツトの向上を図
ることができる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明マルチチャンバ装置の第１
のものは、複数のチャンバあるいは複数の処理部を異な
る高さに配置した構造部分を少なくとも有することを特
徴とするものである。

従って、本発明マルチチャンバ装置の第１のものによれ
ば、チャンバ、処理部の高さを異ならせて配置したので
占有面積の増大をほとんど伴うことなくマルチチャンバ
装置により為し得る処理の種類あるいは処理量を増大さ
せることができる。

本発明マルチチャンバ装置の第２のものは、連の処理を
行う複数のチャンバの組を複数組質することを特徴とす
るものである。

従って、本発明マルチチャンバ装置の第２のものによれ
ば、一連の処理を行う複数のチャンバの組を複数組設け
るので、複数組性で１つの搬送チャンバを共有すること
ができる。従って、マルチチャンバ装置全体で為し得る
仕事に対するマルチチャンバ装置の占有面積の比を小さ
くすることができる。これは、無駄にすることを許され
ない工場の有効利用につながる。

本発明マルチチャンバ装置の第３のものは、運の処理を
各別のチャンバで行うマルチチャンバ装置であって、時
間のかかる処理を行うチャンバを複数個設けてなること
を特徴とするものである。

従って、本発明マルチチャンバ装置の第３のちのによれ
ば、時間のかかる処理を行うチャンバの数を複数にした
ので、時間のかかる処理については複数のチャンバで異
なる半導体ウェハに対して同時に処理を行うことができ
、マルチチャンバ装置全体のスルーブツトの向上を図る
ことができる。

本発明マルチチャンバ装置の第４のものは、複数のチャ
ンバを複数のグループに分割し、グループ間には搬送チ
ャンバを介在させたことを特徴とするものである。

従って、本発明マルチチャンバ装置の第４のものによれ
ば、互いに相互汚染を生じないチャンバどうしでグルー
プを組むこととすることにより、各グループ内チャンバ
に関しては相互汚染の虞れがないのでゲートバルブを複
数同時に開くことが許容されるようにすることができる
。従って、スルーブツトの向上を図ることができる。そ
して、グループ間の相互汚染はその間の搬送チャンバに
よって防止できる。

本発明マルチチャンバ装置の第５のものは、ウェハホル
ダにてウェハを保持する搬送アームが回転してウェハな
反転することのできるウェハ搬送機構を有することを特
徴とするものである。

従って、本発明マルチチャンバ装置の第５のものによれ
ば、ウェハ搬送機構が半導体ウェハを反転して搬送でき
るので、搬送チャンバとプロセスチャンバとの間に反転
チャンバを介在させることなく直接半導体ウェハを搬送
チャンバから目的のプロセスチャンバへ反転して搬送す
ることができる。従って、スループットの向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明マルチチャンバ装置の第
１の実施例を示すもので、同図（Ａ）は平面断面図、同
図（Ｂ）は縦断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は変形例を
示すもので、同図（Ａ）は平面断面図、同図（Ｂ）は縦
断面図、第３図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明マルチチャン
バ装置の第２の実施例を示すもので、同図（Ａ）は平面
断面図、同図（Ｂ）は縦断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ
）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、第４図（Ａ＞、（Ｂ）は変
形例を示すもので、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は
ウェハホルダの拡大斜視図、第５図はスパッタを行うチ
ャンバの別の例を示す斜視図、第６図は本発明マルチチ
ャンバ装置の第３の実施例を示す平面断面図、第７図は
本発明マルチチャンバ装置の第４の実施例を示す平面断
面図、第８図は変形例を示す平面断面図、第９図及び第
１０図は別の変形例を説明するためのもので、第９図は
構成を示す平面断面図、第１０図（Ａ）乃至（Ｈ）はプ
ロセスシーケンスを示す図、第１１図は本発明マルチチ
ャンバ装置の第５の実施例を示す平面断面図、第１２図
は本発明マルチチャンバ装置の第６の実施例の要部を示
す縦断面図、第１３図（Ａ）、（Ｂ）は従来例を示すも
ので、同図（Ａ）は平面断面図、同図（Ｂ）は縦断面図
である。 ３　・ ５　・ ６　・ 　ａ ９　・ ａ ウェハ、４・・・ゲートバルブ、 搬送チャンバ、 搬送アーム、 ・ウェハホルダ、８・・・チャンバ、 ウェハ搬送機構、 ・反転機能付きウェハ搬送機構。 符号の説明 第 ３ 図 平面断面図 （Ａ） ＣＢ） 従来例 第１３図 〜す ％／−ン ｗｐよ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のチャンバあるいは複数の処理部を異なる高
   さに配置した構造部分を少なくとも有することを特徴と
   するマルチチャンバ装置
2. （２）一連の処理を行う複数のチャンバの組を複数組有
   することを特徴とするマルチチャンバ装置
3. （３）一連の処理を各別のチャンバで行うマルチチャン
   バ装置であって、時間のかかる処理を行うチャンバを複
   数個設けてなることを特徴とするマルチチャンバ装置
4. （４）複数のチャンバを複数のグループに分割し、グル
   ープ間には搬送チャンバを介在させたことを特徴とする
   マルチチャンバ装置
5. （５）ウェハホルダにてウェハを保持する搬送アームが
   回転してウェハを反転することのできるウェハ搬送機構
   を有することを特徴とするマルチチャンバ装置