WO2005001925A1

WO2005001925A1 - 真空処理装置の操作方法

Info

Publication number: WO2005001925A1
Application number: PCT/JP2004/009011
Authority: WO
Inventors: Masamichi Hara
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2005-01-06
Also published as: JP4517595B2; JP2005019739A

Abstract

　雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度処理と、雰囲気の汚染を高清浄度処理よりは低い中程度に嫌う中清浄度処理とを行うための真空処理装置の操作方法である。処理装置は、高清浄度処理を行うための処理室（４Ａ、４Ｂ）と、中清浄度処理を行うための処理室（４Ｃ、４Ｄ）と、被処理物体を搬送する搬送機構が設けられた共通搬送室（６）とを備えている。各室（４Ａ～４Ｄ、６）は、それぞれ真空引き可能に構成されている。共通搬送室（６）が各処理室（４Ａ～４Ｄ）に対してそれぞれ連通および遮断可能となるようにゲートバルブ（Ｇ）が設けられている。この操作方法においては、共通搬送室（６）と高清浄度処理室（４Ａ、４Ｂ）とを連通する際には、連通する直前に、処理室（４Ａ、４Ｂ）内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなり、共通搬送室（６）と中清浄度処理室（４Ｃ、４Ｄ）とを連通する際には、連通する直前に、処理室（４Ｃ、４Ｄ）内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなっているようにする。

Description

明細書

真空処理装置の操作方法

技術分野

[0001] 本発明は、共通搬送室に接続された複数の処理室を備えた真空処理装置を用いて、半導体ウェハ等に対して PVDや CVD等の処理を連続的に行うための真空処理装置の操作方法に関する。

^景技術

[0002] 一般に、半導体デバイスの製造工程にあっては、半導体ウェハに各種の処理、例えばドライエッチング、スパッタリング、化学的蒸着処理 (CVD)等が複数回繰り返し行われる。最近では、処理の効率化を図るために、これらの処理を施す複数の処理室を結合し、半導体ウェハを大気に晒すことなく連続的に処理できるようにした、いわゆるクラスタツール型の真空処理装置が注目されている。

[0003] この種の装置は、例えば特開平 3-19252号公報に開示されている。その装置は、前/後処理室と、この前/後処理室に連接されて内部に搬送ロボットを有する共通搬送室と、この共通搬送室に連接された複数の処理室とを備えている。処理すべきウェハは、前 Z後処理室にて予備加熱等の前処理がなされた後、共通搬送室内の搬送ロボットにより最初の処理室に移載される。また、搬送ロボットによりウェハが各処理室に移載され、各処理室でそれぞれ処理が行われる。

[0004] この種の装置において、各処理室間でウェハを移動させる際には、共通搬送室と各処理室との間でのウェハの受け渡しを経ることになる。その場合、ウェハ搬送のために連通された処理室と共通搬送室との間で、各室内に僅かに残留する各種のガスやパーティクルが移動し得る。このため、ウェハに対してクロスコンタミネーシヨン等の汚染が発生する場合がある。そこで、このような汚染の発生を防止するための技術が、特開平 4-100222号公報ゃ特開平 7-211761号公報に開示されている。その技術は、予め各室間の圧力調整を行って、各室どうしが連通した時には常に一方向のみに雰囲気が流れるようにすることで、汚染源となるガスやパーティクルが意図した方向に対して逆方向には流れなレ、ようにしたものである。 [0005] ところで最近、ウェハに対して、処理室内の雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度処理と、処理室内の雰囲気の汚染を高清浄度処理よりは低い中程度に嫌う中清浄度処理とを連続して行うためのクラスタツール型の真空処理装置も提案されている。例えば、高清浄度処理は物理的蒸着処理 (PVD)であり、中清浄度処理は CVDである。この場合、共通搬送室に、高清浄度処理室としての PVD処理室と、中清浄度処理室としての CVD処理室とが接続される。 PVD処理室は、 CVD処理室と比較して到達圧力（ベースプレッシャー）をかなり低くし、且つ処理室内の雰囲気の汚染も高度に避けなければならなレ、。しかし、上述したような操作方法では、 PVD処理室に、 C VD処理室内の残留ガスやパーティクル、 CVD処理後の高温状態にあるウェハ等より発生した汚染源となるガス（アウトガスを含む）やパーティクル等が共通搬送室を介して侵入する場合がある。

発明の開示

[0006] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、共通搬送室を介して中清浄度処理室と連結された高清浄度処理室内の汚染を確実に防止することが可能な真空処理装置の操作方法を提供することにある。

[0007] そこで、本発明によれば、被処理物体に対して、雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度処理を行うための、真空引き可能になされた高清浄度処理室を画定する高清浄度処理容器と、前記物体に対して、雰囲気の汚染を前記高清浄度処理よりは低い中程度に嫌う中清浄度処理を行うための、真空引き可能になされた中清浄度処理室を画定する中清浄度処理容器と、前記物体を搬送する搬送機構が設けられた共通搬送室を画定すると共に、この共通搬送室が前記高清浄度処理室および前記中清浄度処理室に対してそれぞれ連通および遮断可能となるよう、前記高清浄度処理容器および前記中清浄度処理容器に対してそれぞれゲートバノレブを介して接続された共通搬送容器と、を備えた真空処理装置の操作方法において、前記共通搬送室と前記高清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、前記高清浄度処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなつているようにし、前記共通搬送室と前記中清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、前記中清浄度処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなつているようにする、ことを特徴とする真空処理装置の操作方法が提供される。

[0008] この操作方法によれば、共通搬送室と高清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、高清浄度処理室内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなつているようにしたので、連通時には、高清浄度処理室内の雰囲気が共通搬送室内の方へ流れることになる。また、共通搬送室と中清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、中清浄度処理室内の圧力が共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなつているようにしたので、連通時には、共通搬送室内の雰囲気が中清浄度処理室内の方へ流れることになる。従って、中清浄度処理室や共通搬送室内の汚染源となるガスやパーティクルが高清浄度処理室内に侵入することを防止することができる。

[0009] この場合、前記共通搬送室と前記高清浄度処理室とが連通されているときには、前記共通搬送室と前記中清浄度処理室との間が遮断され、前記共通搬送室と前記中清浄度処理室とが連通されているときには、前記共通搬送室と前記高清浄度処理室との間が遮断されているようにする、ことが好ましい。

典型的には、前記高清浄度処理は物理的蒸着であり、前記中清浄度処理は化学的蒸着である。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]は、本発明の操作方法が適用される真空処理装置の一例を示す概略平面図。

[図 2]は、本発明の操作方法による圧力変化を示すタイミングチャート。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下に、本発明に係る真空処理装置の操作方法の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図 1には、本発明の操作方法が適用される真空処理装置の一例が示されている。図 1に示す処理装置 2は、 4つの処理室 4A、 4B、 4C、 4Dと、 1つの共通搬送室 6と、 2つのロードロック室 8A、 8Bとを備えている。各室は、それぞれ処理容器 4A、 4B、 4 C、 4D、共通搬送容器 6、ロードロック容器 8A、 8Bによって画定されている。共通搬送容器 6は略六角柱形状をなし、その 4辺に各処理容器 4が接合され、他の 2辺に各ロードロック容器 8A、 8Bが接合されている。 [0012] 共通搬送室 6と各処理室 4A— 4Dとの間、および共通搬送室 6と各ロードロック室 8 A、 8Bとの間は、それぞれ気密に開閉可能なゲートバノレブ Gを介して接続されている。必要に応じて各ゲートバルブ Gを開/閉することで、共通搬送室 6内と各室 4A— 4 D内との間、および共通搬送室 6と各ロードロック室 8A、 8B内との間を、それぞれ連通/遮断できるようになつている。また、各ロードロック室 8A、 8Bの共通搬送室 6とは反対の側にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブ Gが設けられている。これらのゲートバノレブ Gを開くことで、図示しない大気側の搬送室やカセット室と各ロードロック室 8A、 8Bとの間で、被処理物体としての半導体ウェハ Wを搬出入できるようになつている。

[0013] 各処理室 4A 4D内には、それぞれウェハ Wを載置するサセプタ 12A、 12B、 12

C、 12Dが設けられている。共通搬送室 6内には、各ロードロック室 8A、 8Bおよび各処理室 4A— 4Dにアクセスできる位置に、屈伸、昇降および旋回可能になされた多関節アームよりなる搬送機構 14が設けられている。この搬送機構 14は、互いに反対方向へ独立して屈伸できる 2つのピック Bl、 B2を有し、一度に 2枚のウェハを取り扱うことができるようになつている。尚、搬送機構 14としては、 1つのピックのみ有するものを用いてもよい。

[0014] 各処理室 4A— 4Dには、内部に不活性ガス（Arガスや Nガス等）を含む所定の処

2

理ガスを供給するガス供給系 16A、 16B、 16C、 16Dがそれぞれ接続される。また、各処理室 4A— 4Dには、内部雰囲気を真空排気するための真空排気系 18A、 18B 、 18C、 18Dがそれぞれ接続される。共通搬送室 6と各ロードロック室 8A、 8Bにも、不活性ガスを供給するガス供給系 22A、 24A、 26Aと、内部雰囲気を真空排気するための真空排気系 22B、 24B、 26Bとがそれぞれ接続されている。各処理室 4A 4

D、共通搬送室 6および各ロードロック室 8A、 8Bには、内部圧力を検出するための圧力計 Pがそれぞれ設けられている。

[0015] 4つの処理室 4A— 4Dの内、 2つの処理室 4A、 4Bは、ウェハ Wに対して雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度処理処理を行うための高清浄度処理室である。他の 2つの処理室 4C、 4Dは、ウェハ Wに対して雰囲気の汚染を高清浄度処理よりは低い中程度に嫌う中清浄度処理を行うための中清浄度処理室である。ここで"高清浄度"や "中清浄度"とは、絶対的な清浄度を示すものではなぐ単に両者間における相対的な清浄度の程度を示すものである。高清浄度処理としては、例えば 1 X 10— ⁷Torr (l . 33 X 10— ⁵Pa)以下の到達圧力が要求される PVD処理がある。また、中清浄度処理としては、例えば 1 X 10— ³Torr (l . 33 X 10— ^a)程度の到達圧力が要求される CVD 処理がある。

[0016] 本実施形態においては、高清浄度処理室 4A、 4Bで Tiや Cu等をスパッタ成膜する PVD処理が行われ、中清浄度処理室 4C、 4Dでは TaN、 WN、 W、 TiN等を成膜する CVD処理が行われる場合について説明する。高清浄度処理室 4A、 4Bの真空排気系 18A、 18Bにはそれぞれ、上記のような高真空度を実現するために、ドライボンプゃターボ分子ポンプ（図示せず）の他に、クライオポンプ 30が併設されている。また各室のガス給排気や圧力の制御が、処理装置 2の全体の動作を制御する図示しなレ、コントローラにより行われる。

[0017] 次に、以上のように構成された処理装置 2に基づいて行われる本発明方法について説明する。ここでは本発明の理解を容易にするために、高清浄度処理室 4A、 4B では共に Ti膜を PVD処理により成膜し、中清浄度処理室 4C、 4Dでは共に TiN膜を CVD処理により成膜して、ウェハ W上にバリヤ膜を形成する場合を例にとって説明する。

[0018] PVD処理では一般的に、処理ガスとしてプラズマの形成に必要な Arガス等の不活性ガスが用いられ、汚染を拡大させる恐れがほとんど存在しない。これに対して、 CV D処理では、処理ガスとして汚染を拡大する源となる各種の原料ガスが用いられる。本発明の重要な点は、ウェハ Wの搬送時において、高清浄度処理室 4A、 4B内におけるクロスコンタミネーシヨンの発生を防ぐために、高清浄度処理室 4A、 4B内の雰囲気は共通搬送室 6側へ流し、共通搬送室 6内の雰囲気は中清浄度処理室 4C、 4 D側へ流すようにしたことである。

[0019] まず、処理すべき半導体ウェハ Wは、外部（大気側）から、ロードロック室 8A、 8Bのいずれか一方を介して、搬送機構 14によって共通搬送室 6内へ取り込まれる。このゥェハ Wは、まず PVD処理により Ti膜を成膜するために高清浄度処理室 4A、 4Bのレヽずれか一方、例えば処理室 4A内へ導入され、すでに PVD処理が完了しているゥェハ Wと入れ替えられる。処理室 4Aから取り出された PVD処理済みのウェハ Wは、 C VD処理により TiN膜を成膜するために中清浄度処理室 4C、 4Dのいずれか一方、例えば処理室 4C内へ導入され、すでに CVD処理が完了しているウェハ Wと入れ替られる。

[0020] このようにして、 PVD処理 (Ti成膜）および CVD処理 (TiN成膜）の連続処理が完了したウェハ Wは、ロードロック室 8A、 8Bのいずれか一方を介して外部へ搬出される。以上のような一連の動作が順次、繰り返し行われることになる。なお、共通搬送室 6の周囲に設けられた 6個のゲートバルブ Gは、 2つ以上が同時に開放されることはなく、いずれ力、 1つのゲートバルブ Gが開放されているときには、他の 5つのゲートバノレブ Gは必ず閉鎖されてレ、る。

[0021] 次に、図 2を参照して、本発明の操作方法による高清浄度処理室 4A内と中清浄度処理室 4C内の圧力変化の一例について説明する。図 2 (A)は高清浄度処理室 4A 内の圧力変化を示し、図 2 (B)は中清浄度処理室 4C内の圧力変化を示す。共通搬送室 6内は、常時真空引きされており、例えば略 200mTorr (27Pa)程度の一定の圧力を維持しているものとする。尚、 PVD処理と CVD処理のプロセス時間は、説明の都合上、略同一であると仮定する。

[0022] まず、図 2 (A)に示すように、高清浄度処理室 4A内で所定のプロセス圧力（例えば lOmTorr (lPa) )の下で PVD処理により Ti膜を成膜したならば、処理室 4A内の雰囲気を不活性ガスでパージして排気する。その後、 Arガスや Nガス等の不活性ガス

2

を処理室 4A内に導入して圧力調整を行う。これにより、期間 tlにおいて、処理室 4A 内の圧力を共通搬送室 6内の圧力よりも僅かに、例えば 50mTorr (7Pa)程度高い、 250mTorr (33Pa)とする。

[0023] これと並行して、図 2 (B)に示すように、中清浄度処理室 4C内で所定のプロセス圧力（例えば lOOmTorr (13Pa) )の下で CVDにより TiN膜を成膜したならば、処理室 4C内の雰囲気を不活性ガスでパージして排気する。その後、 Arガスや Nガス等の

2 不活性ガスを処理室 4C内に導入して圧力調整を行う。これにより、期間 t2において、処理室 4C内の圧力を共通搬送室 6内の圧力よりも僅かに、例えば 50mTorr (7Pa )程度低い、 150mTorr (20Pa)とする。 [0024] 次に、図 2 (A)に示すように、処理室 4Aのゲートバルブ Gを開放し、搬送機構 14を用いて Ti成膜済みのウェハ Wを共通搬送室 6内へ取り出す。これと同時に、未処理のウェハを処理室 4Aへ搬入する。この時、高清浄度処理室 4A内の圧力は、共通搬送室 6内の圧力よりも僅かに高く維持されているので、処理室 4A内の雰囲気が共通搬送室 6側に流れ込むことになる。このため、高清浄度処理室 4A内へは、パーテイクルゃ汚染源となるガスが入り込むことはなぐクロスコンタミネーシヨン等が発生することを防止できる。高清浄度処理室 4Aに対するウェハの入れ替えが完了したならば、処理室 4Aのゲートバルブ Gを閉鎖する。

[0025] 次に、図 2 (B)に示すように、中清浄度処理室 4Cのゲートバノレブ Gを開放し、搬送機構 14を用いて Ti成膜済みのウェハ Wを処理室 4C内へ搬入する。これと同時に、処理室 4C内の TiN成膜済みのウェハ Wを共通搬送室 6内へ取り出す。この時、中清浄度処理室 4C内の圧力は、共通搬送室 6内の圧力よりも僅かに低く維持されているので、共通搬送室 6内の雰囲気が処理室 4C側へ流れ込むことになる。このため、共通搬送室 6内へはパーティクルや汚染源となるガスが入り込むことはない。また、中清浄度処理室 4C内では、不活性ガスの導入と内部雰囲気の排気とが続けられているので、処理室 4C内のパーティクルやガスがより効率的に排気される。中清浄度処理室 4Cに対するウェハの入れ替えが完了したならば、処理室 4Cのゲートバルブ G を閉鎖する。尚、 Ti膜および TiN膜が連続成膜されたウェハ Wは、前述したように、ロードロック室 8A、 8Bのいずれかを介して大気側へ搬出されることになる。

[0026] 他方の高清浄度処理室 4Bおよび他方の中清浄度処理室 4Dについても、以上のような一連の動作がそれぞれ行われる。

[0027] 従って、高清浄度処理室 4A、 4Bに対するウェハ Wの搬入搬出（入れ替え）の際は、これらの処理室 4A、 4B内の雰囲気が常に共通搬送室 6側へ流れるようにすることができる。また、中清浄度処理室 4C、 4Dに対するウェハ Wの搬入搬出（入れ替え）の際は、共通搬送室 6内の雰囲気が常に処理室 4C、 4D側へ流れるようにすることができる。このため、高清浄度処理室 4A、 4B内に汚染源となるガスやパーティクルが侵入することを確実に防止することができる。特に、高清浄度処理として原料ガスを使わない PVD処理を行うことで、共通搬送室 6内の雰囲気が中清浄度処理室 4C、 4 D内へ流入しても、これらの処理室 4C、 4Dが汚染されることがない。

[0028] また、共通搬送室 6内の内圧は略一定に維持したまま、共通搬送室 6よりも容積の小さい各処理室 4A— 4D内の圧力の方を変化させることで、圧力調整を迅速に行うこと力 Sできる。このため連続処理のスループットを低下させることもなレ、。

[0029] 上述した実施形態における各圧力値は単に一例を示したに過ぎず、示された数値には限定されない。例えば、共通搬送室 6内に対する各処理室 4A、 4Bおよび 4C、 4Dの圧力差は、それぞれ + 10— + 200mTorr程度および—10^ 200mTorr程度でもよレ、。また、中清浄度処理室 4C、 4Dに関しては、単に共通搬送室 6より圧力が低ければよいので、期間 t2における圧力調整や、 Arガスや Nガス等の不活性ガ

2

スの導入は省略してもよい。

[0030] また高清浄度処理室 4A、 4Bにおいていは、極めて低い到達圧力が要求されるため、クライオポンプ 30が使用されている力これに代えて、吸気口側にクライオパネルを設けたターボ分子ポンプを用いてもよい。その場合、クライオパネルの温度は、 1 00— 110° K程度に設定する。このようにすれば、処理室 4A、 4Bから排気される気体分子のうち、水蒸気のみがクライオパネルにトラップされ、 Arガスや Nガス等はタ

2

ーボポンプにより排気される。このため、クライオポンプのような、全ての気体をトラップするため込み式ポンプに比べ、リジェネレーション（トラップされた気体を昇温して排気させること）の回数を低減させることが可能となり、装置の稼働効率を上げることが出来る。特に、高清浄度処理室 4A、 4B内の圧力を 250mTorrに維持するよう不活性ガスを流し続ける場合には、クライオパネルを使用することが好ましい。

[0031] 次に、高清浄度処理室および中清浄度処理室を、それぞれ 2つずつ設けた真空処理装置を用いたが、高清浄度処理室および中清浄度処理室の数は、それぞれ 1以上の任意の数とすることができる。各処理室の個数は、各処理室における処理時間を考慮して最適なスループットが得られるように設定すればょレ、。

[0032] また、成膜される膜の種類は、 Ti膜と TiN膜の組み合わせに限定されず、前述したように PVD処理による Cu膜と、 CVD処理による TaN膜、 WN膜ないし W膜等との組み合わせによりバリヤ膜を形成する場合にも本発明を適用し得る。更に、高清浄度処理としては、 PVD処理の他に、 Arガスだけのプラズマによりエッチング処理を行う、いわゆるソフトエッチング処理（PCEM：プリクリーンエッチングモジュール）を挙げること力 Sできる。また、中清浄度処理としては、 CVD処理の他に、 ALD (Atomic Laye r Deposition)処理、 RTP (Rapid Thermal Processing)等を挙げることができる。また、被処理物体は半導体ウェハに限定されず、 LCD基板、ガラス基板等を被処理物体とする場合にも本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理物体に対して、雰囲気の汚染を高度に嫌う高清浄度処理を行うための、真空引き可能になされた高清浄度処理室を画定する高清浄度処理容器と、

前記物体に対して、雰囲気の汚染を前記高清浄度処理よりは低い中程度に嫌う中清浄度処理を行うための、真空引き可能になされた中清浄度処理室を画定する中清浄度処理容器と、

前記物体を搬送する搬送機構が設けられた共通搬送室を画定すると共に、この共通搬送室が前記高清浄度処理室および前記中清浄度処理室に対してそれぞれ連通および遮断可能となるよう、前記高清浄度処理容器および前記中清浄度処理容器に対してそれぞれゲートバルブを介して接続された共通搬送容器と、

を備えた真空処理装置の操作方法にぉレ、て、

前記共通搬送室と前記高清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、前記高清浄度処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに高くなつているよつにし、

前記共通搬送室と前記中清浄度処理室とを連通する際には、連通する直前に、前記中清浄度処理室内の圧力が前記共通搬送室内の圧力よりも僅かに低くなつているようにする、ことを特徴とする真空処理装置の操作方法。

[2] 前記高清浄度処理は物理的蒸着であり、前記中清浄度処理は化学的蒸着である

、ことを特徴とする請求項 1記載の真空処理装置の操作方法。

[3] 前記共通搬送室と前記高清浄度処理室とが連通されているときには、前記共通搬送室と前記中清浄度処理室との間が遮断され、

前記共通搬送室と前記中清浄度処理室とが連通されているときには、前記共通搬送室と前記高清浄度処理室との間が遮断されているようにする、

ことを特徴とする請求項 1記載の真空処理装置の操作方法。

[4] 前記高清浄度処理は物理的蒸着であり、前記中清浄度処理は化学的蒸着である

、ことを特徴とする請求項 3記載の真空処理装置の操作方法。