(57)【要約】【課題】  真空処理システムにおいて被処理体の有機物汚染を低減させる。【解決手段】  ロードロック室２０（２２）には、室内を真空排気するための排気機構３８が接続されるとともに、室内にパージガスを供給するパージガス供給部４４が接続されている。このロードロック室２０（２２）内に半導体ウエハＷが滞在している間は、排気機構３８が室内を一定の排気量で排気し、コントローラ４８、真空計４６および流量調整バルブ４０によりパージガス供給部４４から供給されるパージガスの流量が制御され、ロードロック室２０（２２）内の圧力が設定値に保たれる。この設定圧力は、有機物汚染の防止ないし低減に有効な数十〜数百Ｐａの範囲内に選ばれ、搬送室１０の圧力よりも高め（好ましく１倍〜２倍の範囲内）に選ばれてよい。【選択図】  図２
2007035874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内が減圧状態に保たれ、室内と隣室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構が設けられている搬送室と、
前記搬送室に隣接して設けられ、減圧下の室内で被処理体に所定の処理が行われる真空処理室と、
前記搬送室に隣接して設けられ、室内が選択的に大気状態または減圧状態に切り換えられ、大気空間と前記搬送室との間で転送される被処理体を一時的に留め置くロードロック室と、
前記ロードロック室を減圧排気する第１の排気部と、
前記ロードロック室内にパージガスを供給する第１のパージガス供給部と、
前記ロードロック室内の圧力を制御するために、前記第１の排気部の排気動作および前記第１のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する制御部と
を有する真空処理システム。
【請求項２】
室内と隣室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構が設けられている搬送室と、
前記搬送室に隣接して設けられ、減圧下の室内で被処理体に所定の処理が行われる真空処理室と、
前記搬送室に隣接して設けられ、室内が選択的に大気状態または減圧状態に切り換えられ、大気空間と前記搬送室との間で転送される被処理体を一時的に留め置くロードロック室と、
前記ロードロック室を減圧排気する第１の排気部と、
前記ロードロック室内にパージガスを供給する第１のパージガス供給部と、
前記ロードロック室内の圧力を制御するために、前記第１の排気部の排気動作および前記第１のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する第１の制御部と、
前記搬送室を減圧排気する第２の排気部と、
前記搬送室室内にパージガスを供給する第２のパージガス供給部と、
前記搬送室内の圧力を制御するために、前記第２の排気部の排気動作および前記第２のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する第２の制御部と
を有する真空処理システム。
【請求項３】
前記ロードロック室内の圧力を前記搬送室内の圧力よりも高くする請求項１または請求項２に記載の真空処理システム。
【請求項４】
前記ロードロック室内の圧力を数十〜数百Ｐａに制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空処理システム。
【請求項５】
前記搬送室内の圧力を数十〜数百Ｐａに制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空処理システム。
【請求項６】
前記ロードロック室に、
前記被処理体を１枚単位で載置するための複数の貫通孔を有する載置台と、
前記載置台の複数の貫通孔をそれぞれ貫通して昇降移動可能に構成された複数のリフトピンを有するリフトピン機構と、
前記リフトピン機構と前記ロードロック室の下の大気空間に設けられている昇降駆動部とを接続する昇降駆動軸と、
前記昇降駆動軸に対して室内の真空気密を保つために前記ロードロック室の底部に設けられるシール部材と、
前記第１のパージガス供給部からのパージガスを室内に導入するために前記載置台より高い位置に設けられるガス導入孔と、室内のガスを前記第１の排気部へ送るために前記載置台より低く、かつ前記シール部材に近接した位置に設けられる排気口と
を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空処理システム。
【請求項７】
前記載置台が、熱伝導率の高いクーリングプレートを有する請求項６に記載の真空処理システム。
【請求項８】
前記ロードロック室内で前記ガス導入孔より導入された前記パージガスの一部が前記シール部材の付近を通って前記排気口へ流れる請求項６または請求項７に記載の真空処理システム。
【請求項９】
前記ロードロック室に、
前記被処理体を複数枚収容可能なカセットを載置するための昇降可能なカセット支持台と、
前記カセット支持台と前記ロードロック室の下の大気空間に設けられている昇降駆動部とを接続する昇降駆動軸と、
前記昇降駆動軸に対して室内の真空気密を保つために前記ロードロック室の底部に設けられるシール部材と、
前記第１のパージガス供給部からのパージガスを室内に導入するために前記カセット支持台より高い位置に設けられるガス導入孔と、室内のガスを前記第１の排気部へ送るために前記カセット支持台より低く、かつ前記シール部材に近接した位置で設けられる排気口と
を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空処理システム。
【請求項１０】
前記ロードロック室内に、前記昇降駆動部を通すための穴を有し、前記カセット支持台の昇降移動する側の空間と前記シール部材側の空間とを仕切る間仕切り板が設けられている請求項９に記載の真空処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧状態において被処理体に所望の処理を施す真空処理システムに係り、特にロードロック室を備える真空処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスタツールの真空処理システムは、プロセスの一貫化、連結化あるいは複合化をはかるために複数の処理室を搬送室の周りに配置するマルチチャンバ装置であり、典型的には半導体製造装置で採用されている（例えば、特許文献１参照）。各処理室内では、被処理体に対して成膜処理、クリーニング処理、ドライエッチング処理等の種々のプロセスが減圧下で行われる。搬送室の搬送機構による各処理室への被処理体の搬入出を減圧下で行うことから、搬送室の室内も常時減圧状態に保たれる。このような減圧状態の主搬送室へ未処理の被処理体を大気空間から搬入するために、そしてシステム内で一連の真空処理を終えた被処理体を減圧状態の搬送室から大気空間へ搬出するために、主搬送室にインタフェースとしてロードロック室が接続される。
【０００３】
未処理の被処理体たとえば半導体ウエハは、大気圧下でロードロック室に搬入される。ロードロック室は、未処理の半導体ウエハを搬入すると、大気側のゲートバルブを閉じて真空引きし、室内を大気状態から真空状態に切り替える。一定時間の経過後に、ロードロック室の真空側のゲートバルブが開いて、搬送室の搬送機構が該半導体ウエハをロードロック室から取り出す。この後、この半導体ウエハは、搬送室の搬送機構によりシステム内の複数の処理室に所定の順序で渡り歩きのように搬送され、各処理室内で所要の処理を受ける。そして、システム内で一連の処理が済むと、その処理済みの半導体ウエハは搬送室から真空状態のロードロック室へ戻される。その後、ロードロック室は真空状態から大気圧状態に切り替えられ、大気側のゲートバルブが開いて、処理済みの半導体ウエハが大気空間へ搬出される。
【０００４】
上記のようなクラスタツール方式は、半導体デバイスの微細化、高性能化に伴う多種真空プロセスのインライン化のために益々多用されている。そして、プロセスの高精度化に応じて高真空度（１０-4Ｐａ以下）のプロセス処理が指向されており、システム内の各処理室内の圧力は益々低くなっている。また、システムの稼動中は常時真空引きされる搬送室の室内も例えば１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）以下の圧力に保持されるようになっている。ロードロック室は、上述したように大気圧状態と真空状態との間で選択的に切り替えできる構造になっており、大気圧状態から真空状態にする場合に真空引きされる。
【特許文献１】特開２０００−１２７０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、真空処理システムにおいては、システム内の可動部または擦動部等から発生する有機物が被処理体に付着するという有機物汚染の問題が顕在化している。特に、クラスタツールの真空処理システムにおいては、システム内の工程数が多いために全処理時間つまり被処理体滞在時間が長いうえ、各室のスペースは比較的狭いため、システム内の何処かで発生ないし浮遊する有機物が被処理体に付着する確率は大気下のクリーンルーム内で浮遊する有機物が被処理体に付着する確率よりもはるかに高い。このような有機物の付着ないし汚染は、処理室内の成膜処理、エッチング加工等のプロセスの信頼性や製造歩留まりを大きく低下させる。特に、真空封止用に使用されるＯリングあるいはベアリング等に施すグリースから発生または飛散する有機物、あるいは搬送機構（たとえば搬送ベルト）から発生する有機物、あるいは洗浄不良等による処理室内の各部表面に付着した有機物が被処理体の表面に付着するとその除去が難しく、また被処理面の不良領域が広くなることから、製造歩留りの低下を顕著なものにする。
【０００６】
本発明者は、実験および検討を重ねた結果、クラスタツールの真空処理システムにおいては特にロードロック室内で被処理体が有機物汚染を受け易いことを見い出した。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点および事情に鑑みてなされたものであって、システム内で被処理体が有機物汚染を受けないようにした真空処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の真空処理システムは、室内が減圧状態に保たれ、室内と隣室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構が設けられている搬送室と、前記搬送室に隣接して設けられ、減圧下の室内で被処理体に所定の処理が行われる真空処理室と、前記搬送室に隣接して設けられ、室内が選択的に大気状態または減圧状態に切り換えられ、大気空間と前記搬送室との間で転送される被処理体を一時的に留め置くロードロック室と、前記ロードロック室を減圧排気する第１の排気部と、前記ロードロック室内にパージガスを供給する第１のパージガス供給部と、前記ロードロック室内の圧力を制御するために、前記第１の排気部の排気動作および前記第１のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する制御部とを有する。
【０００９】
また、本発明の第２の真空処理システムは、室内と隣室との間で被処理体の搬送を行う搬送機構が設けられている搬送室と、前記搬送室に隣接して設けられ、減圧下の室内で被処理体に所定の処理が行われる真空処理室と、前記搬送室に隣接して設けられ、室内が選択的に大気状態または減圧状態に切り換えられ、大気空間と前記搬送室との間で転送される被処理体を一時的に留め置くロードロック室と、前記ロードロック室を減圧排気する第１の排気部と、前記ロードロック室内にパージガスを供給する第１のパージガス供給部と、前記ロードロック室内の圧力を制御するために、前記第１の排気部の排気動作および前記第１のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する第１の制御部と、前記搬送室を減圧排気する第２の排気部と、前記搬送室室内にパージガスを供給する第２のパージガス供給部と、前記搬送室内の圧力を制御するために、前記第２の排気部の排気動作および前記第２のパージガス供給部のパージガス供給動作の少なくとも一方を制御する第２の制御部とを有する。
【００１０】
上記の構成によれば、真空処理システム内で、特にロードロック室内で有機系部材から有機物が脱離して、それが飛散ないし浮遊しても、パージガスによって有機物の平均自由行程が抑制され、あるいはパージガスと一緒に有機物が効果的にロードロック室の外に排出されるので、被処理体表面への有機物の付着が効果的に抑制される。
【００１１】
本発明の好適な一態様によれば、ロードロック室内の圧力を搬送室内の圧力よりも高くする。ここで、ロードロック室内の圧力を数十〜数百Ｐａに制御する。また、搬送室内の圧力を数十〜数百Ｐａに制御する。かかる圧力条件において、ロードロック室および搬送室のいずれにおいても、被処理体表面に有機物が付着するのを最大限に防止ないし低減できると共に、両室間の開閉部を開けた際にロードロック室から搬送室へパージガスが流れ込むので、搬送室内の有機物がロードロック室に入るのを確実に防止することができる。
【００１２】
本発明の好適な一態様によれば、ロードロック室に、被処理体を１枚単位で載置するための複数の貫通孔を有する載置台と、この載置台の複数の貫通孔をそれぞれ貫通して昇降移動可能に構成された複数のリフトピンを有するリフトピン機構と、このリフトピン機構とロードロック室の下の大気空間に設けられている昇降駆動部とを接続する昇降駆動軸と、この昇降駆動軸に対して室内の真空気密を保つためにロードロック室の底部に設けられるシール部材と、第１のパージガス供給部からのパージガスを室内に導入するために載置台より高い位置に設けられるガス導入孔と、室内のガスを第１の排気部へ送るために載置台より低く、かつシール部材に近接した位置に設けられる排気口とが設けられる。
【００１３】
この場合、載置台が、熱伝導率の高いクーリングプレートで構成されてよい。また、ロードロック室内でガス導入孔より導入されたパージガスの一部がシール部材の付近を通って排気口へ流れるようにするのが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、ロードロック室において、シール部材から有機物が発生もしくは飛散しても、載置台上の被処理体へは向わずにパージガスの流れに乗って速やかに排気口へ送られ、第１の排気部により排出される。
【００１５】
本発明の好適な一態様によれば、ロードロック室に、被処理体を複数枚収容可能なカセットを載置するための昇降可能なカセット支持台と、このカセット支持台とロードロック室の下の大気空間に設けられている昇降駆動部とを接続する昇降駆動軸と、この昇降駆動軸に対して室内の真空気密を保つためにロードロック室の底部に設けられるシール部材と、第１のパージガス供給部からのパージガスを室内に導入するためにカセット支持台より高い位置に設けられるガス導入孔と、室内のガスを第１の排気部へ送るためにカセット支持台より低く、かつシール部材に近接した位置で設けられる排気口とが設けられる。
【００１６】
この場合、好ましくは、ロードロック室内に、昇降駆動部を通すための穴を有し、カセット支持台の昇降移動する側の空間とシール部材側の空間とを仕切る間仕切り板が設けられる。この構成によれば、シール部材から有機物が発生もしくは飛散しても、間仕切り板上方の被処理体へは向わずに間仕切り板の下に留まってパージガスの流れに乗って速やかに排気口へ送られ、室外へ排出される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の真空処理システムによれば、上記のような構成および作用により、真空処理システム内に有機系部材あるいは有機物が存在しても被処理体の有機物汚染を顕著に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係るクラスタツールの真空処理システムの構成を示す。この真空処理システムは、クリーンルーム内に設置され、搬送室１０を有する例えば六角形のトランスファ・モジュールＴＭの周りに４つのプロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4と２つのロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2とをクラスタ状に配置している。
【００１９】
プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4は、室内の圧力が個別に設定ないし制御される真空処理室（プロセス・チャンバ）１２，１４，１６，１８をそれぞれ有している。ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2は、後述するように室内を大気圧状態または真空状態に選択的に切り換えられるロードロック室２０，２２をそれぞれ有している。真空処理室１２，１４，１６，１８はそれぞれゲートバルブＧＶ1，ＧＶ2，ＧＶ3，ＧＶ4を介して搬送室１０に連結されている。ロードロック室２０，２２はそれぞれゲートバルブＧＶT，ＧＶTを介して搬送室１０に連結されている。トランスファ・モジュールＴＭの搬送室１０の室内は所定圧力の減圧状態に維持される。また、その室内には、旋回および伸縮可能な一対の搬送アーム２４，２６を有する真空搬送ロボット２８が設けられている。
【００２０】
プロセス・モジュールＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4は、各々の処理チャンバ１２，１４，１６，１８内で所定の用力（処理ガス、高周波等）を用いて所要の枚葉処理、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）あるいはＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）等の成膜処理、熱処理、半導体ウエハ表面のクリーニング処理、ドライエッチング加工等を行うようになっている。
【００２１】
ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2のロードロック室２０，２２においても、後述するような圧力および雰囲気制御が行われる。これらのロードロック室２０，２２は、トランスファ・モジュールＴＭ側からみて反対側の大気圧下にあるローダ・モジュールＬＭのウエハ搬送室３０にゲートバルブＧＶR，ＧＶRを介して連結されている。
【００２２】
ローダ・モジュールＬＭと隣接してロードポートＬＰおよびオリフラ合わせ機構ＯＲＴが設けられている。ロードポートＬＰは、外部搬送車との間で例えば１バッチ２５枚の半導体ウエハＷを収納可能なウエハカセットＣＲの投入、払出しに用いられる。オリフラ合わせ機構ＯＲＴは、半導体ウエハＷのオリエンテーションまたはノッチを所定の位置または向きに合わせるために用いられる。
【００２３】
ローダ・モジュールＬＭ内に設けられている大気搬送ロボット３２は、伸縮可能な搬送アームを有し、リニアガイド（リニアスライダ）３４上で水平方向に移動可能であるとともに、昇降・旋回可能であり、ロードポートＬＰ、オリフラ合わせ機構ＯＲＴおよびロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2の間を行き来して半導体ウエハＷを枚葉単位（あるいはバッチ単位）で搬送する。ここで、大気搬送ロボット３２は、それぞれのウエハカセットＣＲ前面に設けられているＬＰドア（不図示）の開状態においてウエハＷをローダ・モジュールＬＭ内に搬入する。リニアガイド３４は、例えば永久磁石からなるマグネット、駆動用磁気コイルおよびスケールヘッド等で構成され、ホストコントローラからのコマンドに応じて大気搬送ロボット３２の直線運動制御を行う。
【００２４】
図２に、ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2のロードロック室２０，２２内の圧力およびトランスファ・モジュールＴＭの搬送室１０内の圧力を制御するための圧力制御機構の構成を示す。
【００２５】
ロードロック室２０（２２）には、排気バルブ３６を介して排気機構３８が接続されている。この排気機構３８は、ドライポンプやターボ分子ポンプ等の排気ポンプを備えており、ロードロック室２０（２２）の室内を真空排気することができる。
【００２６】
また、ロードロック室２０（２２）には、並列接続された流量調整バルブ４０または開閉バルブ４２を介して、パージガス供給部４４より所定のパージガス例えばＮ2ガスが供給されるようになっている。流量調整バルブ４０は、コントローラ４８によりバルブ開度を制御される。この流量調整は、ロードロック室２０（２２）内の圧力を計測する真空計４６の出力信号を基にフィードバック制御で行われる。開閉バルブ４２は、ロードロック室２０（２２）内を減圧状態からパージガス供給によって大気圧状態に移すときに開けられる。開閉バルブ４２および排気バルブ３６は図示しない別のコントローラによって制御される。
【００２７】
ロードロック室２０（２２）内に半導体ウエハＷが滞在している間は、排気機構３８が室内を一定の排気量で排気し、コントローラ４８、真空計４６および流量調整バルブ４０がパージガス供給部４４から供給されるパージガスの流量を制御し、ロードロック室２０（２２）内の圧力が設定値に保たれる。ここで、ロードロック室２０（２２）内の設定圧力は、有機物汚染の防止ないし低減に有効な数十Ｐａ〜数百Ｐａの圧力範囲内に選ばれ、しかも後述するトランスファ・モジュールＴＭの搬送室１０内の圧力よりも高く、好ましくはその１倍〜２倍の範囲内に選ばれてよい。
【００２８】
トランスファ・モジュールＴＭの搬送室１０にも、排気バルブ５０を介して排気機構５２が接続されている。この排気機構５２は、ドライポンプやターボ分子ポンプ等の排気ポンプを備えており、搬送室１０の室内を真空排気することができる。また、この搬送室１０にも、並列接続された流量調整バルブ５４および開閉バルブ５６を介して、パージガス供給部５８より所定のパージガス例えばＮ2ガスが供給される。流量調整バルブ５４は、搬送室１０内の圧力を計測する真空計６０の出力信号をフィードバック信号としてコントローラ６２により制御される。開閉バルブ５６は、通常は閉状態に固定され、メンテナンス作業で搬送室１０内を大気圧状態にする際に開けられる。排気バルブ５０および開閉バルブ５６は図示しない別のコントローラによって制御される。
【００２９】
この真空処理システムが稼動している間は、排気機構５２が室内を一定の排気量で排気し、コントローラ６２、真空計６０および流量調整バルブ５４によりパージガス供給部５８から供給されるパージガスの流量が制御され、搬送室１０内の圧力が設定値に保たれる。この搬送室１０内の設定圧力は、上述したようにロードロック室２０の圧力よりも低くするのが好適であり、有機物汚染の防止ないし低減に有効な数十〜数百Ｐａの圧力範囲内に選ばれてよい。
【００３０】
図３および図４に、この実施形態におけるロードロック・モジュールＬＬＭ1の構成を示す。他方のロードロック・モジュールＬＬＭ2も同じ構成を有している。以下、ロードロック・モジュールＬＬＭ1について説明し、ロードロック・モジュールＬＬＭ2の説明は省略する。
【００３１】
ロードロック・モジュールＬＬＭ1のロードロック室２０は、例えばアルミニウムまたはステンレスからなり、室内には半導体ウエハＷを載置するためのウエハ載置台Ｓが設置されている。このウエハ載置台Ｓは、熱伝導率の高い材質たとえばアルミニウム板からなるクーリングプレートとして構成されており、プレートの複数個所たとえば３箇所に各々リフトピン６６を通すための穴６４が形成されている。各リフトピン６６は、ウエハ載置台Ｓの下に配置されている水平支持板６８に垂直に固定されている。この水平支持板６８は、ロードロック室２０の下の大気中に設置されている昇降駆動部７２に昇降駆動軸７０を介して接続されている。昇降駆動軸７０は、ロードロック室２０の底部に取り付けられたシール部７４によって室内に気密に導入されている。昇降駆動部７２は、たとえばエアシリンダを備えており、昇降駆動部７２および水平支持板６８を介してリフトピン６６をウエハ載置台Ｓ上に出没可能に昇降移動させる。
【００３２】
ウエハ載置台Ｓは、ロードロック室２０の底面に固定された円筒状のベース７８の上面に固定されている。この円筒状ベース７８は、熱伝導率の高い材質たとえばアルミニウムなどの金属あるいは窒化アルミニウムなどのセラミックからなり、その底面の中心部には昇降駆動軸７０を通す開口８０が形成されており、側壁にはパージガスを流通させるための開口８２が周回方向に所定の間隔を置いて複数箇所に形成されている。
【００３３】
ロードロック室２０の底部２０ａの側壁に隣接する一箇所に排気ポート８４が設けられている。この排気ポート８４には、排気管８５を介して排気機構３８が接続されている。
【００３４】
さらに、ロードロック室２０の底部２０ａにおいて、排気ポート８４と略対角線をなす箇所からパージガス供給管８６が室内に引き込まれている。このパージガス供給管８６はロードロック室２０の天井付近の高さ位置まで垂直上方に延びて頂部付近で水平に折曲しており、その終端部に多数のガス吐出孔８８ａを周面に有する筒状のパージガスノズル８８が取り付けられている。パージガス供給管８６は、パージガス供給部４４に接続されている。
【００３５】
ここで、この実施形態における真空処理システム内の主要な動作を説明する。
【００３６】
図１において、先ずローダ・モジュールＬＭの大気搬送ロボット３２がいずれかのロードポートＬＰに装入されたウエハカセットＣＲから未処理の半導体ウエハＷを１枚取り出し、オリフラ合わせ機構ＯＲＴを経由して、ゲートバルブＧＶRが開いている方のロードロック室たとえばロードロック室２０に該未処理の半導体ウエハＷを搬入する。このときロードロック室２０の室内は大気圧状態になっており、リフトピン６６が載置台Ｓの上に突出して大気搬送ロボット３２から半導体ウエハＷを受け取り、受け取った位置で半導体ウエハＷをそのまま水平に支持する。
【００３７】
ロードロック室２０は、上記のようにして未処理の半導体ウエハＷが搬入されると、直後にローダ・モジュールＬＭ側のゲートバルブＧＶRが閉じられ、室内が大気圧状態から減圧状態に切り換えられる。
【００３８】
図５Ａに、ロードロック室２０（２２）に係る圧力制御シーケンスの一実施例を示す。時刻ｔ1の直前で、ローダ・モジュールＬＭ側のゲートバルブＧＶRは開いており、流量調整バルブ４０は全閉状態、開閉バルブ４２は開状態、排気バルブ３６は閉状態になっている。時刻ｔ1でローダ・モジュールＬＭ側のゲートバルブＧＶRが閉じられる。そして、直後の時刻ｔ2で、排気バルブ３６が開状態に切り換えられ、排気機構３８による真空引きが始まる。更に、数秒後の時刻ｔ3で、開閉バルブ４２が閉状態になり、コントローラ４８が流量調整バルブ４０のバルブ開度制御を開始する。このようにして、ロードロック室２０の室内は、パージガス供給機構４４からパージガスが供給されながら排気機構３８による真空排気が行われ、数十Ｐａ〜数百Ｐａの範囲内の設定圧力に到達するようになる。
【００３９】
ここで、パージガスは高純度の例えばＮ2ガスであり、パージガス中の水分および酸素の分圧は１０-4Ｐａ以下が好適である。図５Ａに示すように、時刻ｔ1の前後で開閉バルブ４２が開状態になっており、ロードロック室２０内はＮ2ガス雰囲気になっている。このことにより、ローダ・モジュールＬＭのウエハ搬送室３０内にある大気中の水分あるいは酸素がロードロック室２０内に侵入するのを効果的に抑制することができる。
【００４０】
ロードロック室２０内の圧力を真空の設定圧力に到達させるには、図６の実線に示すように、大気圧から設定圧力値に向かって徐々に減少させる。この排気制御では、コントローラ４８が、真空計４６からの圧力計測値をフィードバックさせて流量調整バルブ４０のバルブ開度を全開から徐々に下げる。
【００４１】
別の真空排気制御方法として、図６の点線に示すように、急速排気でいったん設定圧力値よりも相当低い圧力まで下げてから徐々に設定圧力値まで増大させる手法もある。この場合、ロードロック室２０内の圧力が最も低くなる値つまり極小圧力値は、例えば１０0Ｐａ〜１０-4Ｐａである。
【００４２】
上記２通りの排気制御方法のいずれであっても、ローダ・モジュールＬＭのウエハ搬送室３０からロードロック室２０にウエハＷを搬入する際に、たとえウエハ搬送室３０の大気中水分あるいは酸素がロードロック室２０内に入ってきても、それらの成分をロードロック室２０の外に効果的に排出することができる。
【００４３】
上記のように、ロードロック室２０内を大気圧状態から設定圧力の減圧状態にする場合、この実施形態における真空排気制御方法により、ロードロック室２０内に侵入または残留する水分あるいは酸素を大幅に少なくすることができる。このことにより、後述するように、減圧下のロードロック室２０内にしばらく留め置かれることになる半導体ウエハＷの表面に滞在中に自然酸化膜が生ずるのを効果的に防止ないし低減させることができる。
【００４４】
図５Ａの時刻ｔ3から数秒かけてロードロック室２０の室内が設定圧力（数十Ｐａ〜数百Ｐａ）に到達した後は、排気機構３８が一定流量の排気を継続し、コントローラ４８が真空計４６および流量調整バルブ４０を通じてパージガス供給機構４４からのパージガスの供給流量を自動調整することにより、ロードロック室２０内の圧力が設定圧力値に維持される。こうして、未処理のウエハＷは、一連のプロセス処理を受ける前に、有機物汚染の防止ないし低減に有効な設定圧力（数十Ｐａ〜数百Ｐａ）のロードロック室２０内に一定時間留め置かれる。
【００４５】
上記のようにして未処理の半導体ウエハＷがロードロック室２０内に搬入されてから一定時間が経過すると、ロードロック室２０の搬送室１０側のゲートバルブＧＶTが開けられ、搬送室１０の真空搬送ロボット２８が該半導体ウエハＷをロードロック室２０から取り出す。
【００４６】
この実施形態では、ロードロック室２０内の減圧中の圧力は搬送室１０内の圧力よりも高いため、ゲートバルブＧＶTが開いた時に、ロードロック室２０から搬送室１０へガス（殆どパージガス）が流れ込むようになっている。
【００４７】
通常、搬送室１０内は、真空搬送ロボット２８が動作しているため、ロードロック室２０（２２）内よりも有機物が発生ないし飛散する割合が高い。しかし、搬送室１０はロードロック室２０（２２）よりもスペースが格段に大きいため、有機物が半導体ウエハＷに付着する確率は搬送室１０の方が低い。別な見方をすれば、搬送室１０とロードロック室２０（２２）との間では、前者１０から後者２０（２２）へ有機物が移動するのを極力避けるのが好ましい。この実施形態では、上記のように、ロードロック室２０の減圧時の圧力は搬送室１０の圧力よりも高め（好ましくは１倍〜２倍の範囲内）に設定されているので、上記の条件を満たしており、ロードロック室２０内でウエハ表面の有機物汚染を効果的に防止するようにしている。
【００４８】
また、ロードロック室２０（２２）と搬送室１０との間の差圧を必要以上に大きくしないことにより、ゲートバルブＧＶTを開けた際に両室間のガスの衝突ないし衝撃波の発生を防ぎ、搬送室１０においてそのような衝撃波に起因する有機物の脱離や飛散を抑制することができる。このことにより、搬送室１０においてもウエハＷ表面への有機物の付着を一層少なくすることができる。
【００４９】
搬送室１０の真空搬送ロボット２８は、上記のようにしてロードロック室２０から未処理の半導体ウエハＷを取り出すと、直ちに所定のプロセス・モジュールＰＭiへ搬入する。その際、該プロセス・モジュールＰＭiから第１工程の処理が済んだばかりの１つ前の半導体ウエハＷを取り出し、それと入れ替わりに該未処理の半導体ウエハＷを搬入する。こうして、各半導体ウエハＷは、搬送室１０の真空搬送ロボット２８によりシステム内の複数のプロセス・モジュールＰＭi，ＰＭi+1・・に所定の順序で渡り歩きのように搬送され、各プロセス・モジュールＰＭの処理室内で所定の真空処理を受ける。そして、所要の一連の処理が済むと、その処理済みの半導体ウエハＷは真空搬送ロボット２８により空室状態になっている方のロードロック室たとえばロードロック室２２に搬入される。
【００５０】
この時、ロードロック室２２内は設定圧力の減圧状態になっており、ゲートバルブＧＶTが開いて真空搬送ロボット２８が処理済みの半導体ウエハＷを搬入すると、リフトピン６６がこの半導体ウエハＷを受け取る。そして、真空搬送ロボット２８が退出してゲートバルブＧＶTが閉じた後、昇降駆動部７２がリフトピン６６を下ろし、半導体ウエハＷがウエハ載置台Ｓに載置される。ウエハ載置台Ｓは、上記のように熱伝導率の高いクーリングプレートからなり、常温付近の基準温度に温調されている。このクーリングプレートＳ上に載置されたまましばらく滞在することで、半導体ウエハＷの温度は常温付近まで下がる。
【００５１】
なお、この場合も、ロードロック室２２の減圧時の圧力は搬送室１０の圧力よりも高めに設定されているので、ゲートバルブＧＶTが開いた際に、ロードロック室２２内から搬送室１０内へ有機物が移ることはあっても、逆の形態つまり搬送室１０内からロードロック室２２内へ有機物が移ることはない。
【００５２】
上記のようにして処理済みの半導体ウエハＷがロードロック室２２内に滞在している間に、たとえば滞在時間の終盤間際にロードロック室２２内の圧力が減圧状態から大気圧状態に切り換えられる。
【００５３】
この場合のロードロック室２２の排気制御は、図５Ａのタイミングチャートを参照すると、時刻ｔ4で、流量調整バルブ４０がそれまでの開状態から全閉状態に切り換えられると同時に、開閉バルブ４２がそれまでの閉状態から開状態に切り換えられる。次に、たとえば数秒後の時刻ｔ5で、排気バルブ３６が閉じられる。この時、ローダモジュールＬＭ側のゲートバルブＧＶRは閉状態になっている。このようにして、ロードロック室２２内の圧力は、図６に示すように、設定圧力値から大気圧に戻される。そして、大気圧状態になった後の時刻ｔ6でゲートバルブＧＶRが開けられる。なお、ロードロック室２２内では、ウエハ搬出のためリフトピン６６が上昇して半導体ウエハＷをウエハ載置台Ｓの上に持ち上げる。
【００５４】
ゲートバルブＧＶRが開いた状態で、ローダ・モジュールＬＭの大気搬送ロボット３２がロードロック室２２から処理済みの半導体ウエハＷをウエハ搬送室３０に取り出し、次いでロードポートＬＰのいずれかのウエハカセットＣＲに収納する。
【００５５】
図５Ｂに、ロードロック室２０（２２）に係る圧力制御シーケンスの別の実施例を示す。この実施例によれば、処理済みの半導体ウエハＷをロードロック室２２からウエハ搬送室３０側に取り出す際には、ローダ・モジュールＬＭ側のゲートバルブＧＶRを開ける直前の期間（時刻ｔ5〜ｔ6）に開閉バルブ４２を開状態にしてパージガスを室内に供給する。この際、排気バルブ３６をその直前（時刻ｔ4）に開状態から閉状態に切り換えておく。こうして、真空排気せずにパージガス供給によって室内の圧力を大気圧またはそれ以上の陽圧まで戻してから、ゲートバルブＧＶRを開ける（時刻ｔ6）。
【００５６】
この真空処理システムにおいて、ロードロック室２０（２２）の底部２０ａ（２２ａ）にはシール部７４が設けられており、このシール部７４のシール部材たとえばＯリング等から、あるいはシール部７４に使用されているグリース等から発生する有機物が室内に拡散ないし浮遊する可能性がある。また、搬送室１０においては、駆動機構である真空搬送ロボット２８が存在しており、ここからもグリース等から発生する有機物が拡散ないし浮遊する可能性がある。特段の措置をとらなければロードロック室２０（２２）および搬送室１０のいずれにおいても、半導体ウエハＷに有機物が付着する有機物汚染の可能性があり、上記したようにロードロック室２０（２２）の方が小スペースであることから有機物汚染の確率は高い。これは、クラスタツールにおいてプロセス処理時間が長くなると、半導体ウエハＷがロードロック室内で留め置かれる時間も長くなることから非常に顕著になっている。
【００５７】
この実施形態では、上記のように、ロードロック室２０（２２）および搬送室１０のいずれにおいても、室内の圧力を有機物汚染の防止ないし低減に有効な数十〜数百Ｐａの圧力範囲内に設定し、ロードロック室２０（２２）内の圧力を搬送室１０内の圧力よりも高め（好ましくは１倍〜２倍の範囲内）にしている。ここで、数十〜数百Ｐａは、有機物分子の平均自由行程を程よく低下させる圧力であることが確認されている。
【００５８】
この実施形態によれば、３００ｍｍφの半導体ウエハ上にチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）のようなバリアメタル、タングステン（Ｗ）あるいはタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を多層構造に成膜する一連のプロセス処理において、ウエハ上への有機物付着を従来よりも大幅に低減させることができる。また、例えば酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）膜のような高誘電率絶縁膜（Ｈｉｇｈ−ｋ膜）を多層に形成する成膜プロセスにおいても、そのような有機物汚染を低減させる効果が同様に確認されている。
【００５９】
さらに、この実施形態のロードロック室２０（２２）においては、ウエハ載置台Ｓを支持する円筒状ベース７８の側壁に周回方向に所定の間隔を置いて複数の開口８２を形成しており、シール部７４から発生した有機物はピン孔６４の隙間からウエハ載置台Ｓ上に出るのではなく、パージガスと一緒に該開口８２から円筒状ベース７８の側方へ出て速やかに排気口８４へ流されるようになっている。このことにより、ロードロック室２０（２２）において半導体ウエハＷに有機物が付着するのを一層効果的に防止ないし低減することができる。
【００６０】
図７に、ロードロック室２０（２２）内の圧力を制御するための機構の一変形例を示す。この構成例では、ロードロック室２０（２２）内の圧力を設定圧力に制御するために、排気系統側に自動圧力制御装置（ＡＰＣ）９０を設けている。この自動圧力制御装置（ＡＰＣ）９０は、排気管８５の途中に可変型の排気バルブ９２を設け、真空計４６によって計測されるロードロック室２０（２２）内の圧力が設定値に一致するように、コントローラ９４が可変バルブ９２を制御するようになっている。パージガス供給部４４側はパージガスを一定の流量で供給するように構成されてよい。
【００６１】
図８に、ロードロック室２０（２２）内で発生した有機物を除去するためのより好適な装置構成を示す。図示のように、ウエハ載置台Ｓを支持する円筒状ベース７８の内側に排気口８４が設けられる。さらに、ウエハ載置台Ｓには、リフトピン６６を通す孔６４に加えて、バージガス流通用の孔９６も離散的に複数設けられる。かかる構成によれば、軸受７４から発生した有機物を円筒状ベース７８の外へ出さずにバージガスの流れ９８に乗せて速やかに排気口８４へ送って室外へ排出することができる。
【００６２】
上記した実施形態におけるロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2は半導体ウエハＷを１枚単位で一時的に留め置く枚葉式のものであった。これらのロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2を、図９に示すように、半導体ウエハＷを複数枚単位で一時的に留め置くバッチ式に構成することも可能である。図９においては、説明の便宜上、枚葉式のものと同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附してある。
【００６３】
図９において、ロードロック室２０（２２）内には、ウエハＷを所定枚数たとえば２５枚まで収容可能なカセット１００を載置して支持するためのカセット支持台１０２が昇降可能に配置されている。このカセット支持台１０２は、ロードロック室２０（２２）の下の大気中に設置されている昇降駆動部７２に昇降駆動軸７０を介して接続されている。昇降駆動軸７０は、ロードロック室２０（２２）の底部２０ａ（２２ａ）に取り付けられたシール部７４により室内に気密に導入されている。昇降駆動部７２は、たとえばモータを備えており、昇降駆動軸７０を介してカセット支持台１０２およびその台上のカセット１００を一定の昇降移動範囲内で昇降移動させる。
【００６４】
上記昇降移動範囲の下限位置とロードロック室２０（２２）の底部２０ａ（２２ａ）との間には、昇降駆動部７２が通る開口１０８が形成されている間仕切り用の水平板１１０が設けられている。この間仕切り板１１０には、開口１０８以外にもパージガスを流通させるための微小径の開口（図示せず）が複数形成されていてもよい。
【００６５】
ロードロック室２０（２２）の底部２０ａ（２２ａ）には、シール部７４の近くに排気ポート８４が設けられている。この排気ポート８４は排気管８５を介して排気機構３８に通じており、排気管８５の途中に排気バルブ３６が設けられる。また、ロードロック室２０（２２）の上面からパージガス供給管８６が引き込まれ、天井付近の高さ位置にパージガスノズル８８が配置されている。パージガス供給系は、図３と同様の構成になっている。ロードロック室２０（２２）内の圧力ないし雰囲気を制御する機構の構成および作用は、図３のものと同じである。すなわち、ロードロック室２０（２２）内にカセット１００が滞在している間は、排気機構３８が室内を一定の排気量で排気し、コントローラ４８、真空計４６および流量調整バルブ４０がパージガス供給部４４から供給されるパージガスの流量を制御し、ロードロック室２０（２２）内の圧力が設定値に保たれる。ここで、ロードロック室２０（２２）内の設定圧力は、有機物汚染の防止ないし低減に有効な数十Ｐａ〜数百Ｐａの圧力範囲内に選ばれ、やはり隣のトランスファ・モジュールＴＭの搬送室１０（図２）内の圧力よりも高く、好ましくはその１倍〜２倍の範囲内に選ばれてよい。
【００６６】
また、このバッチ式のロードロック室２０（２２）においては、シール部７４から発生した有機物は仕切り板１１０の上の空間へ入らずにパージガスと一緒に速やかに排気口８４から室外へ排出されるようになっている。
【００６７】
図１０に示す構成は、上記したバッチ式のロードロック室２０（２２）において、室内の圧力ないし雰囲気を制御する機構として、図７と同様の自動圧力制御装置（ＡＰＣ）９０を用いたものである。
【００６８】
バッチ式のロードロック・モジュールは、カセット１００単位で１ロットの半導体ウエハＷを出し入れするため、ロードロック室２０（２２）内に各半導体ウエハＷを留め置く時間が長く、例えば１時間〜２時間にもなり、本発明による有機物汚染防止の作用効果を一層顕著に享受することができる。
【００６９】
上記実施形態におけるクラスタツールの真空処理システムは、図１に示したものに限定されるものではなく、レイアウトや各部の構成等において種々の変形が可能である。例えば、図１１に示すように、１つのクラスタツール内で２つのトランスファ・モジュールＴＭ1，ＴＭ2をパスユニット１１２を介して直列に連結する構成も可能である。図示のレイアウトは、プロセス・モジュールＰＭを最大で６台まで設置できる。パスユニット１１２の両側には、プロセスの前処理を行うためのサブモジュールＳＭ1、ＳＭ2も配置される。
【００７０】
図１１のようにトランスファ・モジュールＴＭやプロセス・モジュールＰＭの台数が多い真空処理システムにあっても、図１のような真空処理システムと同様に１枚の半導体ウエハに施すプロセス処理の時間が増加した場合に、各ロードロック・モジュールＬＬＭ1，ＬＬＭ2のロードロック室２０，２２においても半導体ウエハＷの待機時間が数分〜数十分に及ぶようになるが、本発明によってウエハ表面の有機物汚染を大幅に抑制できる。これによって、微細化し高性能化する半導体デバイスの製造歩留まりを向上させることができる。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００７２】
例えば、上記クラスタツールの真空処理システムに限らず、有機物汚染が懸念され、しかも比較的高い圧力の真空状態が許容できる真空処理システムにも本発明を適用することができる。搬送室には低真空用の排気ポンプを取り付け、パージガス供給手段を設けない構成も可能である。被処理体は、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板など有機物汚染が懸念される他の被処理体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】一実施形態におけるクラスタツールの真空処理システムの構成を示す略平面図である。
【図２】上記真空処理システムの要部を概略的に示す略縦断面図である。
【図３】実施形態における枚葉式ロードロック・モジュールの主要な構成を示す横断面図である。
【図４】上記ロードロック・モジュールの主要な構成を示す縦断面図である。
【図５Ａ】上記ロードロック・モジュールにおける真空排気の動作の一実施例を示すタイミングチャートである。
【図５Ｂ】上記ロードロック・モジュールにおける真空排気の動作の別の実施例を示すタイミングチャートである。
【図６】上記ロードロック・モジュールのロードロック室内の圧力の時間変化を示すグラフである。
【図７】実施形態における枚葉式ロードロック・モジュールの一変形例を示す縦断面図である。
【図８】実施形態における枚葉式ロードロック・モジュールの他の一変形例を示す部分拡大縦断面図である。
【図９】実施形態におけるバッチ式ロードロック・モジュールの主要な構成を示す縦断面図である。
【図１０】実施形態におけるバッチ式ロードロック・モジュールの一変形例を示す縦断面図である。
【図１１】実施形態におけるクラスタツールの一変形例を示す略平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０    搬送室
１２，１４，１６，１８    処理室（プロセス・チャンバ）
２０，２２    ロードロック室
２４，２６    搬送アーム
２８    真空搬送ロボット
３０    ウエハ搬送室
３２    大気搬送ロボット
３６，５０    排気バルブ
３８，５２    排気機構
４０，５４    流量調整バルブ
４２，５６    開閉バルブ
４４，５８    パージガス供給部
４６，６０    真空計
４８，６２    コントローラ
６４    ピン孔
６６    リフトピン
６８    水平支持板
７０    昇降駆動軸
７２    昇降駆動部
７４    シール部
８４    排気ポート
８６    パージガス供給管
８８    パージガスノズル
９０    自動圧力制御装置
１１０  間仕切り部材
ＴＭ，ＴＭ1，ＴＭ2    トランスファ・モジュール
ＬＬＭ1，ＬＬＭ2  ロードロック・モジュール
ＰＭ1，ＰＭ2，ＰＭ3，ＰＭ4，ＰＭ5，ＰＭ6  プロセス・モジュール
ＧＶT  ゲートバルブ
ＧＶR  ゲートバルブ
ＬＭ  ローダ・モジュール
ＬＰ  ロードポート
ＯＲＴ  オリフラ合わせ機構
【図１】
2007035874.tif 000003
【図２】
2007035874.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
2007035874.tif 000009
【図７】
2007035874.tif 000010
【図８】
2007035874.tif 000011
【図９】
2007035874.tif 000012
【図１０】
2007035874.tif 000013
【図１１】
2007035874.tif 000014