JP3297857B2 - クラスタツール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハに異なる一連の処理を行なう複数の処理室を集合させ
て結合したクラスタツール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスにあっては、最
近の高密度化、高集積化の要請に応じて、回路構成を多
層配線構造にする傾向にあり、この場合、下層デバイス
と上層アルミ配線との接続部であるコンタクトホールや
下層アルミ配線と上層アルミ配線との接続部であるヴィ
アホールなどの埋め込み技術が、両者の電気的な接続を
はかるために重要になっている。コンタクトホールやヴ
ィアホールの埋め込みには、安価で導電性の良好な材
料、例えばアルミニウムを用いるのが好ましく、しか
も、ホールの埋め込みという技術的な制約からボイドの
発生をなくすためには方向性の高いスパッタによる成膜
でなく、ステップカバレジが良好なＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜
が望まれており、このような金属薄膜の成膜装置とし
て、例えば特開平６−２６７９５１号公報や特開平６−
２８３４４６号公報等に開示されている装置が知られて
いる。

【０００３】例えばアルミ−ＣＶＤ成膜を形成するため
には、一般的には処理ガスとして有機金属ガスであるＤ
ＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を用いる
が、このＤＭＡＨは、常温では粘度が８０００〜１００
００ｃｐ（センチポアズ）程度と非常に高くて水あめ状
になっており、しかも、空気中の水分や酸素と激しく反
応して発火するために非常に取り扱いが困難な物質であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、現状において
は品質の良好なアルミ−ＣＶＤ膜を量産性良く成膜でき
る技術が十分には開発されていないのが現状である。特
に、アルミニウム膜は、他の金属成膜と異なって空気中
の水分や酸素成分ときわめて容易に結合して特性劣化の
原因となる酸化膜を形成するので、アルミ−ＣＶＤの成
膜技術の困難性は勿論のこと、成膜処理前後における半
導体ウエハの管理も細心の注意を払わなければならず、
成膜前ではウエハ面に付着している水分や自然酸化膜を
効率的に除去し、且つ成膜後においては自然酸化膜の付
着を抑制するために効率的にハンドリング温度までウエ
ハ温度を低下させなければならない。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。本発明の目的は、電気的特性及び品質
の良好なＣＶＤアルミニウム成膜を行なうことができる
クラスタツール装置を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、処理室から漏出した処理ガス等を処理
室毎にその周囲の雰囲気を個別に排除することにより、
安全性を向上させることが可能なクラスターツール装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体を加熱ヒータにより加熱して
この表面に付着している水分等を除去する水分除去処理
室と、水分が除去された前記被処理体の表面に付着して
いる自然酸化膜をエッチングにより除去する酸化膜除去
処理室と、前記被処理体の表面に成膜処理を施す成膜処
理室と、成膜処理後の前記被処理体を冷却する冷却処理
室と、前記水分除去処理室と前記酸化膜除去処理室と前
記成膜処理室と前記冷却処理室とに共通に連通・遮断可
能に連結されて前記被処理体の搬入・搬出を行なう共通
搬送室とを備えるように構成したものである。

【０００６】以上のように構成することにより、各処理
室間の被処理体の搬送は、全て高真空状態に維持されて
いる共通搬送室を介して行なわれ、まず、外部より導入
された被処理体は、水分除去処理室において加熱により
その表面に付着している水分が除去され、次に、ブラン
ケットアルミＣＶＤの場合には前処理室へ、セレクティ
ブアルミＣＶＤの場合には、酸化膜除去処理室へそれぞ
れ導入される。。この前処理室においては、前処理ガス
として、平坦面上の成長を抑制することによりビア孔内
の成長を促し、良好な埋め込みを達成する等の理由から
例えばＨ₂ ガスが用いられる。酸化膜除去室では、ビア
孔底部に露出した下層アルミ配線表面の自然酸化膜（ア
ルミナ）を除去する等の理由から例えばＢＣｌ₃ 及びＡ
ｒガスが用いられる。前処理ガスとしてＨ₂ ガスを用い
た場合には、次に成膜処理にて例えばＤＭＡＨ（ジメチ
ルアルミニウムハイドライド）の気化ガスを用いた処理
ガスにより被処理体の表面にアルミ−ＣＶＤ成膜処理を
施す。エッチングガスとしてＢＣｌ₃及びＡｒガスを用
いた場合には、次に成膜処理にて例えばＤＭＡＨの気化
ガスを用いた処理ガスによりアルミ−ＣＶＤ成膜処理を
施し、ビア孔内に選択的にアルミプラグを形成する。

【０００７】そして、アルミ−ＣＶＤの成膜処理が施さ
れて温度の上がった被処理体は、次に、冷却処理室内へ
導入されて、ここでハンドリング温度まで冷却されるこ
とになる。これにより、品質及び電気的特性の良好なア
ルミ−ＣＶＤ膜を形成することが可能となる。一方、エ
ッチングガスとしてＢＣｌ₃ ガスを用いた場合には、ま
ず、被処理体をガス成分除去処理室に導入してここで、
例えば加熱と紫外線照射により被処理体の表面に付着し
ているＣｌイオンを励起させて分離除去する。そして、
次に、上述のように成膜処理室にてアルミ−ＣＶＤ成膜
を行なえばよい。従って、アルミ−ＣＶＤ膜がＣｌイオ
ンによって劣化することはない。

【０００８】また、処理ガスを用いる処理室、例えば酸
化膜除去処理室、ガス成分除去処理室、成膜処理室は、
気体の導入と排出が可能な気密ボックス内に個々に収容
しておいて、内部を工場排気へ排気しておくことにより
万一、処理ガスが処理室外へ洩れ出たとしてもその安全
性を確保することができる。また、水分除去処理室内や
ガス成分除去処理室内には、加熱ヒータを含む載置台と
加熱ヒータの端子ユニットが各処理容器に対して一体的
に着脱可能に取り付けられているので、このメンテナン
ス作業を容易に行なうことが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るクラスタツ
ール装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図
１は本発明に係るクラスタツール装置を示す概略平面
図、図２は水分除去処理室を示す構成図、図３は加熱ヒ
ータユニットのユニット装着板を示す平面図、図４は加
熱ヒータユニットの着脱状態を示す分解図、図５は酸化
膜除去処理室を示す構成図、図６はガス成分除去処理室
を示す構成図、図７は成膜処理室を示す構成図、図８は
冷却処理室を示す構成図である。本発明においては被処
理体として半導体ウエハを用い、この表面にアルミニウ
ム膜を熱ＣＶＤ処理により成膜する場合を例にとって説
明する。

【００１０】図１に示すようにこのクラスタツール装置
２は、例えばアルミニウムより８角形の容器状になされ
た共通搬送室４をその中心に有しており、その周辺に、
第１及び第２カセット室６、８、水分除去処理室１０、
ガス成分除去処理室１２、酸化膜除去処理室１４、第１
及び第２の成膜処理室１６、１８及び冷却処理室２０を
それぞれ開閉可能になされたゲートバルブＧ１〜Ｇ８を
介して連結されている。

【００１１】水分除去処理室１０は、半導体ウエハを加
熱してこの表面に付着している水分等を除去する処理室
であり、酸化膜除去処理室１４は水分除去後のウエハ表
面に形成されている自然酸化膜をエッチングに除去する
処理室であり、後工程のアルミニウム成膜の種類により
エッチングガスとして例えばＨ₂ ガス（ブランケットの
場合）やＢＣｌ₃ ガス（セレクティブの場合）等を用い
る。ガス成分除去処理室１２は、上記エッチングにて処
理ガスを用いた場合に、ウエハ表面に残留するこのガス
成分を加熱や紫外線照射によって完全に分離除去する処
理室であり、成膜処理室１６、１８はウエハ表面にアル
ミＣＶＤ成膜を施す処理室であり、冷却処理室２０は、
成膜後のウエハをハンドリング温度まで冷却するための
処理室である。上記第１及び第２カセット室６、８に
は、例えば２５枚のウエハＷを収容し得るカセットＣを
搬入・搬出するゲートドアＧＤ１、ＧＤ２がそれぞれに
開閉可能に設けられており、各カセット室６、８内には
カセット台（図示せず）が昇降可能に設けられている。
また、カセット室６、８は、不活性ガス、例えばＮ₂ ガ
スの供給と、真空引きが可能になされている。

【００１２】共通搬送室４内には、内部に取り込んだウ
エハＷの位置決めを行なう回転位置決め機構２２と、ウ
エハＷを保持した状態で屈伸及び回転可能になされた多
関節アーム機構よりなる搬送アーム２４が配置されてお
り、これを屈伸、回転させることによって各室間に渡っ
てウエハを搬入・搬出し得るようになっている。この共
通搬送室４も不活性ガス、例えばＮ₂ ガスの供給と、真
空引きが可能になされている。図２に示す水分除去処理
装置１０は、例えばアルミニウムにより有底筒体状に成
形された処理容器２６を有しており、この天井部は開放
されて、ここに天井板２８をネジ３０により気密に着脱
可能としている。この天井板２８の取付部にはシール性
を確保する例えばＯリング３２が介在される。

【００１３】この処理容器２６内の下部側壁には載置台
取付段部３４が設けられており、ここに例えば図３に示
すような周縁部に径方向へ突出された３つのネジ孔形成
部３６を有する例えばステンレス製のユニット装着板３
８がそれに形成されたネジ孔３５を挿通するネジ４２に
より、着脱可能に固定されており、このユニット装着板
３８上に、例えば表面がＳｉＣコートされたグラファイ
ト製の載置台４０が設けられ、この上面にウエハＷを載
置するようになっている。尚、装着板３８には３つのリ
フタピン孔４３が設けられている。上記載置台４０の上
面側の略全面には、例えば全面がＳｉＣコートされたカ
ーボン製の加熱ヒータ４４が埋め込まれており、ウエハ
Ｗを所定の温度、例えば３００℃程度に加熱し得るよう
になっている。

【００１４】また、このユニット装着板３８及び載置台
４０を上下方向へ貫通して、上下方向へ昇降可能になさ
れたリフタピン４６を設けており、ウエハＷの搬入・搬
出時にウエハを載置台４０の上方にて昇降し得るように
なっている。また、処理容器２６の底部２６Ａには、開
口部が段部状になされた端子ユニット取付孔４７が開口
して形成されており、この取付孔４７を気密に閉塞する
ようにシール部材４９を介して端子ユニット４８が容器
底部２６Ａの下方よりネジ５０により着脱可能に取り付
けられている。この端子ユニット４８には、容器内外に
貫通するようになされた絶縁された２本の引出し端子５
２、５２が設けられており、これら端子５２、５２と上
記ユニット装着板３８の下部に設けられて上記加熱ヒー
タ４４に電気的に通ずるヒータ端子５４、５４とを配線
５６により接続している。

【００１５】また、引出し端子５２、５２の下端は、ネ
ジ６２により着脱可能になされた配線５８、５８を介し
てヒータ電源６０に接続されており、必要に応じて加熱
ヒータ４４に通電して加熱するようになっている。そし
て、この端子ユニット４８と上記ユニット装着板３８
は、相方から延びる連結棒６４、６６をネジ６８により
連結することにより一体的に連結してる。従って、図４
に示すようにユニット装着板３８を容器側へ固定してい
るネジ４２と端子ユニット４８を底部２６Ａ側へ固定し
ているネジ５０を取り外すことにより、加熱ヒータ４４
を含む載置台４０と端子ユニット４８とを一体的に容器
２６から取り外し得るようになっている。また、容器２
６の載置台取付段部３４には、例えば冷却水を流してこ
れを冷却する冷却ジャケット７０が設けられる。また、
容器２６の側壁には不活性ガス、例えばＮ₂ ガスを容器
内へ導入するガス導入ノズル７２と容器内の雰囲気を排
気する排気口７３が設けられ、この排気口７３は、途中
に開閉弁８０、ターボ分子ポンプ７４及びドライポンプ
７６等を介設した排気系７８が接続される。また、他方
の側壁には、ウエハ搬出入口８２が設けられ、ここに共
通搬送室４との間を連通・遮断する前記ゲートバルブＧ
３を設けている。

【００１６】次に、図５に基づいて酸化膜除去処理室１
４について説明する。図５に示すようにこの酸化膜除去
処理室１４は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プラ
ズマ装置として構成され、例えばアルミニウムにより有
底円筒体状に成形された処理容器８４を有しており、こ
の内部には、容器底部８４Ａに絶縁材８６を介して支持
させた例えばアルミニウム等の導電材料よりなる載置台
８８が設けられており、下部電極を構成している。この
載置台８８には、途中に開閉スイッチ９８及びマッチン
グボックス１００を介設した給電線１０２を介して、例
えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源１
０４に接続される。この載置台８８の上面には、例えば
内部に導電箔を埋め込んだポリイミド製の静電チャック
９０が設けられており、この静電チャック９０は配線９
２及び開閉スイッチ９４を介して高圧直流電源９６に接
続されており、必要時にはクーロン力により静電チャッ
ク面にウエハＷを吸着保持するようになっている。ま
た、載置台８８の上面の周辺部には、ウエハＷの周辺部
を同一平面上で囲むようにフォーカスリング１０６が設
けられており、ウエハ面内におけるプラズマ処理の均一
性を確保するようになっている。

【００１７】また、上記載置台８８及び静電チャック９
０を貫通して上下方向へ出没可能になされたリフタピン
１０８が設けられており、ウエハＷの搬出入時にこれを
持ち上げたり、持ち下げたりするようになっている。載
置台８８の下面には、伸縮可能なベローズ１１０が容器
底部８４Ａに設けたベローズ孔１１２を通って気密に設
けられており、上記リフタピン１０８はこのベローズ１
１０を気密に貫通しており、処理容器８４内の気密性を
保持したままリフタピン１０８を昇降し得るようになっ
ている。また、処理容器８４の天井部には、シール部材
１１４を介して天井板１１６が気密に設けられており、
また、この天井板１１６には、内部に拡散板１１８を有
するシャワーヘッド１２０が設けられて上部電極を構成
している。このシャワーヘッド１２０の下面には多数の
噴出孔１２２を有すガス噴射面１２４が設けられる。ま
た、シャワーヘッド１２０の側壁には、例えば冷却水を
流してヘッド部分を冷却する冷却ジャケット１２６が設
けられる。

【００１８】シャワーヘッド１２０の上部のガス導入口
１２８には、エッチングガスとしてＨ₂ ガスを用いる時
に使用するＨ₂ ガス供給系１３０とエッチングガスとし
てＢＣｌ₃ ガスを用いる時に使用するＢＣｌ₃ ガス供給
系３２とが接続されており、各系は途中にマスフローコ
ントローラ１３４及び開閉弁１３６を介してそれぞれＨ
₂ ガス源１３８及びＢＣｌ₃ ガス源１４０に接続され
る。ここで、後工程にてブランケットアルミ膜を形成す
る時にはエッチングガスとしてＨ₂ ガスを用い、セレク
ティブアルミ膜を形成する時には、ＢＣｌ₃ ガスを用い
る。尚、キャリアガスとしては、例えばＡｒガス源１５
４からのＡｒガスが用いられ、図示されないがパージ用
Ｎ₂ ガスも供給できるようになっている。また、処理容
器８４の底部８４Ａの周辺部には、排気口１４２が設け
られ、この排気口１４２には、図２に示した水分除去処
理室１０と同様に途中にターボ分子ポンプ１４６やドラ
イポンプ１４８を介設した排気系１５０が設けられ、容
器内を真空引きできるようになっている。

【００１９】また、処理容器８４の側壁には、ウエハ搬
出入口１５２が設けられ、ここに共通搬送室４との間を
連通・遮断する前記ゲートバルブＧ５を設けている。次
に、図６に基づいてガス成分除去処理室１２について説
明する。このガス成分除去処理室１２は、前述のように
ウエハ表面に付着している処理ガス、例えばＢＣｌ₃ を
分離・除去するものであり、紫外線照射手段を設けた点
が異なる点を除き、図２に示した先の水分除去処理室１
０の構成と全く同様に構成されているので、ここでは同
一部分には同一参照符号を付して説明を省略すると共に
紫外線照射手段１５６について説明する。

【００２０】すなわちこのガス成分除去処理室１２の処
理容器の天井部２８には、大口径の紫外線透過孔１５８
が開口して設けられており、この透過孔１５８には紫外
線に対して透明な材料、例えば石英よりなる透過板１６
０がシール部材１６６を介して気密に設けている。この
透過板１６０の上方全体を覆ってランプ収容箱１６２が
天井部上面に押さえ部材１６８を介してネジ１６４によ
って取付け固定されている。そして、このランプ収容箱
１６２内に紫外線ランプ１７０が収容されており、載置
台４０上に設けた半導体ウエハＷを、このランプ１７０
からの紫外線ＵＶにより照射すると同時に載置台４０に
設けた加熱ヒータ４４によりこれを所定の温度、例えば
３００℃程度に加熱することによって、ウエハ表面に付
着しているＣｌイオン等を励起させてウエハ表面から分
離し得るようになっている。また、この場合、必要に応
じて、ガス導入ノズル７２から処理容器２６内へＮ₂ ガ
スとＨ₂ ガスを供給し得るようになっている。そして、
処理容器２６の側壁に設けたウエハ搬出入口８２には、
前記ゲートバルブＧ４を介して共通搬送室４が連結され
ることになる。

【００２１】次に、図７に基づいて成膜処理室１６、１
８について説明する。両成膜処理室１６、１８は、全く
同様に構成されているので、ここでは代表として第１の
成膜処理室１６を例にとって説明し、第２の成膜処理室
１８の構成の説明は省略する。成膜処理室１６は、熱Ｃ
ＶＤ成膜装置として構成され、例えばアルミニウムによ
り円筒体状に成形された処理容器１７２を有している。
この処理容器１７２の底部１７２Ａの中心部には、給電
線挿通孔１７４が形成されると共に周辺部には、真空引
きポンプ、例えばターボ分子ポンプ１７６及びドライポ
ンプ１７８を介設した真空排気系１７９に接続された排
気口１８０が設けられており、容器内部を真空引き可能
としている。

【００２２】この処理容器１７２内には、例えばアルミ
ナ製の円板状の載置台１８２が設けられ、この載置台１
８２の下面中央部には下方に延びる円筒状の脚部１８４
が一体的に形成され、この脚部１８４の下端は上記容器
底部１７２Ａの給電線挿通孔１７４の周辺部にＯリング
等のシール部材１８６を介在させてボルト１８８等を用
いて気密に取り付け固定される。

【００２３】上記載置台１８２の上部全面には、例え
ば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン製の抵抗
発熱体１９０が埋め込まれており、この上面側に載置さ
れる被処理体としての半導体ウエハＷを所望の温度に加
熱し得るようになっている。この載置台１８２の上面に
は、内部に銅などの導電板（図示せず）を埋め込んだ薄
いセラミック製の静電チャック１９２を設けており、こ
の静電チャック１９２が発生するクーロン力により、こ
の上面にウエハＷを吸着保持するようになっている。
尚、静電チャック１９２に代えて、メカニカルクランプ
を用いてウエハＷを保持するようにしてもよいし、また
これを設けなくてもよい。上記抵抗発熱体１９０には、
絶縁されたリード線１９４が接続され、このリード線１
９４は、円筒状の脚部１８４内及び給電線挿通孔１７４
を通って外へ引き出され、開閉スイッチ１９６を介して
給電部１９８に接続される。また、静電チャック１９２
の図示しない導電板には、絶縁されたリード線２００が
接続され、このリード線２００も円筒状の脚部１８４内
及び給電線挿通孔１７４を通って外へ引き出され、開閉
スイッチ２０２を介して高圧直流電源２０４に接続され
る。

【００２４】載置台１８２及び静電チャック１９２の周
辺部の所定の位置には、複数のリフタ孔２０６が上下方
向に貫通させて設けられており、このリフタ孔２０６内
に上下方向に昇降可能にウエハリフタピン２０８が収容
されており、ウエハＷの搬入・搬出時に図示しない昇降
機構によりリフタピン２０８を昇降させることにより、
ウエハＷを持ち上げたり、持ち下げたりするようになっ
ている。このようなウエハリフタピン２０８は、一般的
にはウエハ周縁部に対応させて３本設けられる。

【００２５】また、処理容器１７２の天井部には、シャ
ワーヘッド２１０が一体的に設けられた天井板２１２が
Ｏリング等のシール部材２１４を介して気密に取り付け
られており、上記シャワーヘッド２１０は載置台１８２
の上面の略全面を覆うように対向させて設けられる。こ
のシャワーヘッド２１０は処理容器１７２内に処理ガス
をシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド２
１０の下面の噴射面２１６には処理ガスを噴出するため
の多数の噴射孔２１６Ａが形成される。

【００２６】天井板２１２には、シャワーヘッド２１０
に処理ガスを導入するガス導入ポート２１８が設けられ
ており、この導入ポート２１８には処理ガスを流す供給
通路２２０が接続されている。そして、このシャワーヘ
ッド２１０内には、供給通路２２０から供給された処理
ガスを拡散する目的で、多数の拡散孔２２２を有する第
１の拡散板２２４と、この下方に位置させて第２の拡散
板２２６がそれぞれ設けられている。

【００２７】また、処理容器１７２の側壁には、壁面を
冷却するために例えば冷媒を流す冷却ジャケット２２８
が設けられており、これに例えば５０℃程度の温水を冷
媒として流すようになっている。また、この容器１７２
の側壁の一部には、ウエハ搬出入口２３０が設けられ、
ここに共通搬送室４との間を連通・遮断する前記ゲート
バルブＧ６を設けている。

【００２８】また、この供給通路２２０の途中には液体
用マスフローコントローラ２４０及びＨ₂ ガスを気化ガ
ス兼キャリアガスとする気化器２４２を順次介設してこ
こで液体ＤＭＡＨを気化させて処理容器１７２内へ供給
するようになっている。この気化器２４２よりも下流側
の供給通路２２０には、再液化防止用の例えばテープヒ
ータ２４４（図中破線で示す）が設けられており、これ
を所定の温度、例えば４５℃程度に加熱している。尚、
ここではＤＭＡＨの原液を例えば５０℃程度に加熱し、
その粘度を低下させ、この状態で圧送するようにすれば
よい。

【００２９】次に、図８に基づいて冷却処理室２０につ
いて説明する。この冷却処理室２０は、先の成膜処理室
１６或いは１８における成膜処理により加熱されたウエ
ハＷをハンドリング温度まで冷却する処理室である。こ
の冷却処理室２０は、例えばアルミニウムにより有底筒
体状に成形された処理容器２４６を有しており、この内
部には、例えばアルミニウム製の冷却台２４８が設けら
れており、この上面にウエハＷを載置し得るようになっ
ている。この冷却台２４８には、例えば２５℃の冷媒、
例えば冷却水を流してこれを冷却するための冷却ジャケ
ット２５０が設けられており、この上面に載置したウエ
ハＷを例えば５０℃程度まで冷却するようになってい
る。

【００３０】また、この冷却台２４８には、これを貫通
して上下方向へ昇降可能になされたリフタピン２５２が
設けられており、ウエハＷの搬入・搬出時にこれを昇降
させてウエハＷを持ち上げたり、持ち下げたりする。

【００３１】処理容器２４６に天井部には、天井板２５
４がシール部材２５６を介して気密に着脱可能に取り付
けられると共に容器底部２４６Ａの周辺部には、排気口
２５８が設けられ、この排気口２５８にターボ分子ポン
プ２６０やドライポンプ２６２を介設した排気系２６４
を接続して容器内を真空引きし得るようになっている。
処理容器２４６の一側壁には、内部に不活性ガス、例え
ばＡｒガスを供給するガスノズル２６６が形成されると
共に他側壁には、ウエハ搬出入口２６８が設けられ、こ
こに共通搬送室４との間を連通・遮断する前記ゲートバ
ルブＧ８を設けている。

【００３２】ところで、上述した各処理室の内、処理ガ
スを外部に漏出させる危険性のある処理室に対しては漏
出ガスに対する安全対策を施さなければならない。そこ
で、各処理室、具体的には、処理ガスであるＢＣｌ₃ を
使用する酸化膜除去処理室１４やＤＭＡＨを使用する第
１及び第２の成膜処理室１６、１８並びにＢＣｌ₃ ガス
をウエハ面から排除するガス成分除去処理室１２の周囲
には、図１に示すように個々の処理室を覆って気密ボッ
クス２７０が設けられている。各気密ボックス２７０は
同様に構成されており、図９は一例として酸化膜除去処
理室１４に設けた気密ボックス２７０を示している。こ
の気密ボックス２７０は、処理ガスが周囲に漏れ出ない
ようにするためのものであるので、それ程の気密性は要
求されず、気密ボックス２７０の一部に清浄空気を導入
する清浄ガス導入口２７２を設け、これと離れた部分に
ガス排気口２７４を設け、このガス排気口２７４を工場
排気ダクトに接続することにより、気密ボックス２７０
内全体に気体の流れを生ぜしめ、万一、漏出ガスが発生
した場合には、この気流に沿って処理ガスを工場排気ダ
クト側へ排出するようになっている。

【００３３】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図１に基づいて半導体ウ
エハＷの全体の流れから説明する。まず、アルミニウム
成膜は空気や水分と容易に反応して酸化膜を形成するこ
とから共通搬送室４を含む各処理室１０、１２、１４、
１６、１８、２０は、未使用時にはベース圧として例え
ば５×１０^-6Ｔｏｒｒ程度の高い真空度に維持されて、
自然酸化膜の形成を防止している。外部より、未処理の
半導体ウエハＷをカセットＣに収容した状態で、ゲート
ドア１を介して例えば第１カセット室６内へ搬入する
と、これを密閉して第１カセット室６内を上記したベー
ス圧まで真空引きする。ベース圧に到達したならば、ゲ
ートバルブＧ１を開にして予めベース圧に維持されてい
る共通搬送室４内の搬送アーム２４を伸ばして未処理の
ウエハＷを一枚取り出し、これを回転位置決め機構２２
によりウエハのオリエンテーションフラットを検出する
ことにより位置合わせする。位置合わせ後のウエハＷ
は、再度搬送アーム２４を用いて開状態になされたゲー
トバルブＧ３を介して予めベース圧になされた水分除去
処理室１０内へ搬入され、ここでウエハＷを加熱するこ
とによりウエハ表面に付着している水分等を気化させて
除去する。

【００３４】水分除去後のウエハＷは、次に、ゲートバ
ルブＧ５を介して予めベース圧に維持されている酸化膜
除去処理室１４内へ搬入され、ここで、エッチングによ
りウエハ表面に付着している自然酸化膜を除去する。こ
こで、後工程にてセレクティブのアルミニウム膜を形成
する場合には、エッチングガスとして例えばＢＣｌ₃ガ
スを用い、ブランケットのアルミニウム膜を成膜する場
合にはエッチングガスとして例えばＨ₂ ガスを用いる。
エッチングガスとしてＢＣｌ₃ ガスを用いた場合にはＣ
ｌイオンやＢイオン、特にＣｌイオンがアルミニウム膜
の電気的特性に悪影響を与えることからこれらのイオン
をウエハ面から完全に除去しなければならない。そこ
で、ＢＣｌ₃ ガスを用いたエッチング後のウエハＷは、
次に、ゲートバルブＧ４を介して予めベース圧になされ
たガス成分除去処理室１２内に搬入され、ここで加熱と
紫外線照射によりＢイオン、Ｃｌイオンを励起させて、
これらをウエハ表面から離脱させて排除する。

【００３５】ガス成分が除去されたウエハＷは次に、予
めベース圧になされている第１或いは第２の成膜処理室
１６または１８内にゲートバルブＧ６或いはＧ７を介し
て導入される。このように２つの成膜処理室１６、１８
を設けた理由は、成膜処理に要する時間に鑑みてスルー
プットを向上させるためである。また、先の酸化除去処
理室１４にてエッチングガスとしてＢＣｌ₃ ガスではな
くてＨ₂ ガスを用いた場合には、ウエハはガス成分除去
処理室１２を経ることなく、直接この第１或いは第２成
膜処理室に搬入されることになる。成膜処理室１６また
は１８内に搬入されたウエハには、処理ガスとして例え
ばＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を気
化させたガスが用いられ、ここでＣＶＤ処理により所定
の温度でアルミニウム膜が成膜されることになる。

【００３６】アルミニウム膜の成膜後のウエハＷは、次
に、ゲートバルブＧ８を介して予めベース圧に維持され
ている冷却処理室２０内に搬入され、ここで所定のハン
ドリング温度まで冷却される。そして、この処理済みの
ウエハＷは、次にゲートバルブＧ２を介して予めベース
圧に維持されている第２カセット室８内のカセットＣに
収容されることになる。このようにして、未処理のウエ
ハは順次流されて処理が行なわれ、比較的長い処理時間
を要する成膜処理時においては、空いている方の成膜処
理室を用いてスループットを向上させる。

【００３７】次に、各処理室における具体的処理につい
て個別に説明する。まず、図２乃至図４を参照して水分
除去処理について説明する。図２において載置台４０上
に載置されたウエハＷは、載置台４０に埋め込んである
加熱ヒータ４４にヒータ電源６０より通電することによ
り加熱される。この時のウエハＷの加熱温度は、例えば
４００℃程度であり、内部雰囲気は不活性のＮ₂ ガス雰
囲気としてその圧力は例えば５×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に
設定する。加熱によりウエハ表面の水分は気化し、気化
した水分は排気系７８により吸引排除される。処理時間
は、例えば処理温度にもよるが、処理温度が４００℃程
度の場合には、１８０秒程度に設定する。処理期間中
は、処理容器２６に設けた冷却ジャケット９０に冷媒を
流し、処理容器２６が過度に昇温することを防止して安
全性を維持する。

【００３８】尚、この水分除去処理室１０のメンテナン
スを行なう場合には、処理容器２６の天井板２８を取り
外した状態において、図４に示すようにユニット装着板
３８を載置台取付段部３４に取付け固定しているネジ４
２を抜き、且つ端子ユニット４８を容器底部２６Ａに取
付け固定しているネジ５０を抜いた状態で、ユニット装
着板３８を上方に引き上げれば、これに連結棒６６、６
４を介して一体的に連結されている端子ユニット４８も
一体的に取り出すことができる。尚、この時、ヒータ電
源６０と引出し端子５２とを接続する配線５８を予め外
しておくのは勿論である。このように載置台４０を支持
するユニット装着板３８と端子ユニット４８とを一体的
に取り外すことができるので、加熱ヒータ４４や載置台
４０或いは端子ユニット４８のメンテナンス作業を容易
に行なうことが可能となる。

【００３９】次に、図５を参照して酸化膜除去処理につ
いて説明する。図５において、載置台８８上に載置され
たウエハＷは、静電チャック９０から発生するクーロン
力により載置面上に吸着保持され、この状態でシャワー
ヘッド１２０からエッチングガスを供給しつつ下部電極
である載置台８８に高周波電源１０４より１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電圧を印加し、これと上部電極であるシャ
ワーヘッド１２０との間にプラズマを立て、プラズマエ
ッチング処理を行なう。ここで前述のように後工程にて
セレクティブのアルミ膜を成膜する時にはエッチングガ
スとしてＢＣｌ₃ とＡｒガスを用い、ブランケットのア
ルミ膜を成膜する時にはエッチングガスとしてＨ₂ ガス
を用いる。この時、エッチング条件は、ＢＣｌ₃ 及びＡ
ｒガスを流す場合にはＢＣｌ₃ を４００ＳＣＣＭ、Ａｒ
を１００ＳＣＣＭ程度、Ｈ₂ ガスを流す場合にはこれを
１００ＳＣＣＭ程度流し、ともにプロセス圧力は４０ｍ
〜１５０ｍＴｏｒｒ程度、ウエハ温度は６０℃以下に設
定し、６０〜２４０秒程度エッチングプロセスを行な
う。この場合、シャワーヘッド１２０が過度に加熱しな
いように、冷却ジャケット１２６には冷媒を流してこれ
を冷却する。

【００４０】次に、図６を参照してガス成分除去処理に
ついて説明する。図６において載置台４０上に載された
ウエハＷは、加熱ヒータ４４により所定の温度、例えば
３００℃程度に加熱されると同時にその上方に位置する
紫外線照射手段１５６の紫外線ランプ１７０から例えば
波長が２５４ｎｍの紫外線ＵＶを放出し、この紫外線は
透過板１６０を透過してウエハ表面を照射する。加熱ヒ
ータ４４による加熱と紫外線の照射による相乗効果で、
ウエハ表面に付着しているＢＣｌ₃ 分子、Ｂイオン、Ｃ
ｌイオン等のガス成分は高いエネルギ順位に励起され、
これがウエハ表面との結合エネルギ以上となってウエハ
表面から離脱し排気系７８から吸引されて排除される。

【００４１】この時、処理容器２６内は、Ｈ₂ ガス或い
はＮ₂ ガス雰囲気になされ、プロセス圧力は、５ｍ〜１
５０ｍＴｏｒｒ程度に維持される。プロセス時間は、プ
ロセス温度や紫外線ＵＶの強度にもよるが、上述のよう
に波長が２５４ｎｍで３０ｍＷ／ｃｍ² の光強度の場合
には、１８０秒程度処理を行なう。尚、この装置におい
て、ユニット装着板３８と端子ユニット４８が処理容器
２６に対して一体的に着脱できるようになされて、メン
テナンス性を向上させている点は図２乃至図４を参照し
て先に説明したガス成分除去処理室の場合と同様であ
る。

【００４２】次に、図７を参照してアルミニウム膜の成
膜処理について説明する。図７において載置台１８２上
に載置されたウエハＷは、静電チャック１９２からのク
ーロン力により吸着保持されている。この状態でウエハ
Ｗを抵抗発熱体１９０により所定のプロセス温度、例え
ば２００℃に加熱すると同時に処理ガスとしてＤＭＡＨ
の気化ガスをシャワーヘッド２１０から処理容器１７２
内に導入し、ウエハ表面にアルミニウムのＣＶＤ成膜を
行なう。この時、プロセス圧力は、例えば２Ｔｏｒｒ程
度に維持し、ＤＭＡＨは気体換算で例えば１００ＳＣＣ
Ｍ程度供給する。

【００４３】処理ガスの供給に際しては、原料液体２３
４をタンク２３２から圧送し、これを気化器２４２にて
気化ガス兼キャリアガスであるＨ₂ ガスにより気化させ
て、発生した気化ガスを上述のように処理容器１７２内
へ導入する。また、成膜中においては、処理容器１７２
の側壁に設けた冷却ジャケット２２８に例えば５０℃程
度の冷媒を流し、これを安全温度まで冷却する。

【００４４】次に、図８を参照してウエハの冷却処理つ
いて説明する。図８において冷却台２４８上に載置され
た成膜処理直後のウエハＷは２００℃程度になってお
り、これを冷却台２４８に設けた冷却ジャケット２５０
に温度が例えば２５℃程度の冷媒を流すことにより、５
０℃程度のハンドリング温度になるまでウエハＷを冷却
する。この場合、処理容器２４６内は、圧力、例えば１
Ｔｏｒｒ程度の不活性ガス、例えばＡｒガス雰囲気とし
て酸化膜の発生を抑制する。このように本発明において
は、アルミニウム膜のＣＶＤ成膜時に必要とされる前処
理や後処理を行なうに際してこれらの処理に対応する複
数の処理室を共通搬送室４を中心として集合させて設け
て、ウエハを途中で大気に晒すことなく連続的に処理行
なうようにしたので、品質及び電気的特性の良好なアル
ミニウムＣＶＤ膜を形成することが可能となる。

【００４５】また、処理ガスを用いる或いは漏出する危
険性のある処理室１２、１４、１６、１８は、例えば図
９に示すような気密ボックス２７０内に個々に収容する
ようにしたので、万一、処理ガスが漏出したとしても、
このボックス２７０内には清浄ガス導入口２７２からガ
ス排出口２７４に至る気流が流れているので、処理ガス
がこれに随伴して排除され、安全性を高めることが可能
となる。この点に関して、従来の一般的なクラスタツー
ル装置においては、複数の処理室を全て総めて１つの気
密ボックス内に収容している構造を採用しているので、
気密ボックス自体の容量が非常に大きいものとなり、従
って、工場排気ダクトによる吸引効果も十分に発揮され
ないので、漏出した処理ガスが十分に工場排気ダクト側
に吸引されずに最悪の場合にはオペレータ側に漏出する
恐れも存在した。

【００４６】しかしながら、本発明のように処理室を個
別に気密ボックス２７０により覆うことにより各ボック
スの容量は非常に小さなものとなっているので、工場排
気ダクトによる吸引作用だけでボックス内雰囲気を効率
的に吸引して排除でき、従って、その分、安全性を向上
させることが可能となる。また、従来の気密ボックスに
あっては、クラスタツール装置内の１つの処理装置のメ
ンテナンスを行なう場合には他の全ての処理装置の稼働
を中止しなければならなかったが、本発明のように個々
の処理室を気密ボックスで覆った場合には、メンテナン
ス対象の処理室のみの稼働を停止すればよく、他の処理
室は稼働状態を維持することができ、スループットを向
上させることができる。例えば第１の成膜処理室１６の
メンテナンスを行なう場合には、この処理室１６のみの
稼働を停止すればよく、第２の成膜処理室１８は稼働状
態を維持することができるのでウエハＷの処理を続行す
ることが可能となる。また、ＣＶＤ法によるＴｉＮの形
成方法には大別して、有機Ｔｉ化合物を使う方法と、Ｔ
ｉＣｌ₄ などの無機ハロゲン化合物を使う方法が存在す
るが、原料ガスとしてＤＭＡＨを用いてＡｌを形成する
時には、Ａｌ原子の親電子性が大きいこと、ＴｉＮ中の
不純物（約０．１〜３％の含有）であるハロゲン原子が
電子を多く保有していることにより、ＣＶＤ初期の核形
成過程を加速し、均一な成膜を可能とすることから、後
者の無機ハロゲン化合物を使うことにより連続成膜処理
の効果が認められる。

【００４７】尚、上記実施例では、セレクティブのアル
ミ成膜とブランケットのアルミ成膜を選択的に行なうこ
とができるクラスタツール装置について説明したが、ブ
ランケットのアルミ成膜を専用に行なうようにしたクラ
スタスーツ装置でもよい。このようなクラスタツール装
置の一例は図１０に示されており、ブランケットのアル
ミ成膜の場合には、酸化膜除去処理室１４にてＢＣｌ₃
ガスを用いないので、ここに気密ボックスを形成しなく
てもよく、更には、ウエハ面に残留するＢＣｌ₃ ガスを
除去するガス成分除去処理室１２（図１参照）自体は設
ける必要もない。尚、図１０においては成膜処理室１６
を１個のみしか記載していないが、図１に示す場合と同
様にこれを２個設けるようにしてもよい。また、図１及
び図１０において成膜処理室を３個以上設けてスループ
ットを更に向上させるようにしてもよい。また、半導体
ウエハに成膜する場合に限られず、他の被処理体、例え
ばＬＣＤ基板やガラス基板に成膜する場合にも適用でき
るのは勿論である。更に、下地膜としては、ＣＶＤ−Ｔ
ｉＮや前処理エッチングが不要なＴｉＣｌ₄ を用いるこ
とができる。また、上記実施例では第１及び第２の成膜
処理室１６、１８は、共にアルミ膜を成膜する処理室と
して用いたが、いずれか一方の処理室をブランケットア
ルミ成膜に先立って下地基板素面と同材料の下地膜、例
えばＴｉＮ膜やＴｉＷ膜を全面に亘って成膜する処理室
として用いるようにしてもよい。処理ガスとしては、Ｔ
ｉＮ膜を形成する時には、例えば有機ガスのＴＤＥＡＴ
やＴＤＭＡＴとＨｅ、ＮＨ₃ ＭＨ等を用いることがで
き、無機ガスとしてはＴｉＣｌ₄ とＩＰＡ、ＭＭＨ、Ｍ
Ｈ、Ｈ₂ 等を用いる。このように、下地膜形成用の処理
室を設けることにより、下地膜形成後、これを大気に晒
すことなく次のアルミ成膜処理室でブランケットアルミ
膜を形成することができるので、下地膜に大気中の水分
や酸化物が付着することがなくなり、これを除去するプ
リエッチングも施す必要がなくなる。

【発明の効果】以上説明したように本発明のクラスタツ
ール装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。処理時に処理ガスを用いたり、或いは
発生する処理室を吸排気可能な気密ボックスにより個別
に覆うことにより、効率的にボックス内の雰囲気を排除
できるので安全性が向上するのみならず、メンテナンス
対象の処理室のみの稼働を中止して他の処理室は稼働で
きるので、スループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクラスタツール装置を示す概略平
面図である。

【図２】水分除去処理室を示す構成図である。

【図３】加熱ヒータユニットのユニット装着板を示す平
面図である。

【図４】加熱ヒータユニットの着脱状態を示す分解図で
ある。

【図５】酸化膜除去処理室を示す構成図である。

【図６】ガス成分除去処理室を示す構成図である。

【図７】成膜処理室を示す構成図である。

【図８】冷却処理室を示す構成図である。

【図９】処理室に気密ボックスを設けた状態を示す概略
構成図である。

【図１０】本発明の他の実施例のクラスタツール装置の
概略構成図である。

【符号の説明】

２ クラスタツール装置 ４ 共通搬送室 ６ 第１カセット室 ８ 第２カセット室 １０ 水分除去処理室 １２ ガス成分除去処理室 １４ 酸化膜除去処理室 １６ 第１の成膜処理室 １８ 第２の成膜処理室 ２０ 冷却処理室 ２４ 搬送アーム ４４ 加熱ヒータ ４８ 端子ユニット １５６ 紫外線照射手段 １７０ 紫外線ランプ ２７０ 気密ボックス ２７２ 清浄ガス導入口 ２７４ ガス排気口 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 亨 千葉県印旛郡富里町日吉台６−５−11 (56)参考文献 特開 平６−21196（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61148（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−85143（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/302 H01L 21/31 H01L 21/68

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に対して処理を行なう時に処理
   ガスを用いる或いは発生する複数の処理室と、これらの
   各室に共通に連通・遮断可能に連結されて各室内に前記
   被処理体を搬入・搬出させる共通搬送室とを有するクラ
   スタツール装置において、前記処理ガスを用いる或いは
   発生する各処理室を、気体の導入と排出が可能な気密ボ
   ックス内に個々に収容し、この気密ボックス内の雰囲気
   を排出するように構成したことを特徴とするクラスタツ
   ール装置。
2. 【請求項２】 前記処理室は、処理ガスを用いて前記被
   処理体の表面に付着している自然酸化膜をエッチングに
   より除去する酸化膜除去処理室と、前記被処理体の表面
   に処理ガスを用いて成膜処理を施す成膜処理室と、前記
   酸化膜除去処理室にて用いたエッチングガスを除去する
   ガス成分除去処理室と、前記成膜処理室における処理に
   先立って前記被処理体の表面の全面にわたって下地膜を
   成膜する処理室との内、少なくとも１つを含むことを特
   徴とする請求項２記載のクラスタツール装置。
3. 【請求項３】 前記下地膜を成膜する処理室は、ＴｉＮ
   膜、或いはＴｉＷ膜を成膜し、前記成膜処理室はアルミ
   ブランケット膜を成膜することを特徴とする請求項２記
   載のクラスタツール装置。