JP6459462B2 - リーク判定方法、基板処理装置及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、真空雰囲気下で基板の搬送が行われる真空搬送室への大気の進入を判定する技術に関する。

半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面で反応ガスを反応させて成膜を行う成膜モジュールや、プラズマを利用してウエハ表面に成膜された膜の処理を行うプラズマ処理モジュールなど、真空雰囲気の処理室内でウエハの処理を行う種々の処理モジュールが用いられる。また、真空雰囲気下でウエハの搬送が行われる真空搬送室に、複数の処理モジュールを接続したマルチチャンバやクラスタツールなどと呼ばれる基板処理装置が知られている。

さらにこの種の基板処理装置には、外部と真空搬送室との間で搬入出されるウエハを一旦、収容し、その内部雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替えてから、ウエハの搬入、搬出を行うロードロック室が設けられる。
真空搬送室と、各処理モジュールやロードロック室とは、ゲートバルブを介して接続され、ゲートバルブの開閉時における圧力変動の発生などを避けるため、真空搬送室内は圧力調節が行われる。

真空搬送室内の圧力調節法の１つとして、真空ポンプなどにより真空搬送室内を真空排気しながら、圧力調節用の不活性ガスを真空搬送室に供給し、真空搬送室内の圧力が設定圧力に近づくように、ガスの供給量を増減する手法がある。

しかしながら、例えば処理モジュールやロードロック室との接続部などを介して外部の大気が進入（リーク）すると、真空搬送室内の圧力条件（全圧）は適切な状態に維持されたままで、酸素濃度（酸素分圧）が上昇してしまうおそれがある。ウエハの搬送が行われるだけの真空搬送室において、従来、このような真空雰囲気に含まれる成分にまで着目した管理は行われていなかった。

ここで特許文献１には、水素ガスを用いてウエハを熱処理するための処理室内に窒素ガスを供給してパージを行い、処理室内の酸素濃度が許容値以下となってから水素ガスを導入して熱処理を開始する技術が記載されている。また、特許文献２には、処理室内に不活性ガスを供給しながらウエハの熱処理を行うにあたり、一旦、処理室内を真空排気した後、当該処理室内に大気圧とほぼ同じ圧力となるまで不活性ガスを供給した状態で、処理室を封止して処理室内の酸素濃度を測定し、その測定結果が予め決定された上限値よりも小さくなっていることの確認をもって、処理室にリークが発生していないことを確認する技術が記載されている。
しかしながら特許文献１、２のいずれにも処理室の外部に真空搬送室が設けられている旨の記載はなく、まして圧力調節用のガスによって圧力調節が行われている真空搬送室におけるリークを判定する手法の記載もない。

特開２００６−２６１２９６号公報：請求項１、段落００２８〜００３０、図３特開２０１３−２０１２９２号公報：段落００５０、００８１〜００８９、図２

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力調節用の気体が供給されている真空搬送室への大気の進入を判定するリーク判定方法、基板処理装置、及び前記方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係るリーク判定方法は、内部の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替え自在に構成された予備真空室と、真空雰囲気下にて基板に対する処理が行われる処理室とに、各々開閉弁を介して接続され、真空雰囲気下にて、前記予備真空室と前記処理室との間の基板の搬送が行われる真空搬送室への大気の進入を判定するリーク判定方法であって、
前記真空搬送室内での基板の搬送が行われるときは、真空排気されている前記真空搬送室に圧力調節用の気体を供給して、当該真空搬送室内を予め設定された圧力に調節する工程と、
前記真空搬送室内での基板の搬送が行われないときに、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室への圧力調節用の気体の供給量を減らし、または気体の供給を停止する供給調整を行う工程と、
前記気体の供給調整を行った後、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室内の酸素濃度を酸素計で測定し、測定された酸素濃度の経時変化に基づいて、当該真空搬送室へ予め設定した許容量以上の大気が進入しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。

前記リーク判定方法は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記真空搬送室内を予め設定された圧力に調節する工程の実施期間中に、当該真空搬送室内にて、金属膜が形成されていると共に、２００〜３００℃の範囲内の温度の基板を搬送する工程が含まれること。
（ｂ）前記酸素濃度の測定は、予備真空室及び処理室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われること。
（ｃ）前記酸素濃度の測定は、真空雰囲気である予備真空室との間に設けられた開閉弁を開き、処理室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われること。このとき、前記真空搬送室には複数の予備真空室が接続され、前記酸素濃度の測定は、これらの予備真空室のうちの一つの予備真空室との間に設けられた開閉弁を開いた状態で行われること。
（ｄ）前記酸素濃度の測定は、前記処理室との間に設けられた開閉弁を開き、前記予備真空室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われること。このとき、前記真空搬送室には複数の処理室が接続され、前記酸素濃度の測定は、これらの処理室のうちの一つの処理室との間に設けられた開閉弁を開いた状態で行われること。
（ｅ）前記処理室にて行われる処理には、基板を加熱する処理が含まれること。
（ｆ）前記気体の供給調整を行う工程、及び前記真空搬送室への大気の進入を判定する工程は、前記処理室にて基板に対する処理が行われない期間中に実施されること。または、前記気体の供給調整を行う工程、及び前記真空搬送室への大気の進入を判定する工程は、前記処理室にて基板に対する処理が行われる期間中であって、前記真空搬送室内での基板の搬送が行なわれていない期間に実施されること。
（ｇ）前記真空搬送室の予め設定された圧力は、１０〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力であること。

本発明は、真空雰囲気下で基板の搬送が行われる真空搬送室にて、当該真空搬送室に供給される圧力調節用の気体の供給量を減らし、または気体の供給を停止してから真空搬送室内の酸素濃度を酸素計で測定するので、圧力調節用の気体による希釈の影響を抑えて酸素濃度を測定できる。この結果、真空搬送室に許容量以上の大気が進入しているか否かを迅速に判定することができる。

実施の形態に関わる基板処理装置の平面図である。前記基板処理装置に設けられている真空搬送室の縦断側面図である。前記真空搬送室のリーク判定動作の流れを示すフロー図である。ウエハ搬送時における前記真空搬送室の横断平面図である。リーク判定時における前記真空搬送室の横断平面図である。処理モジュールのリーク判定時における前記真空搬送室の横断平面図である。ロードロック室のリーク判定時における前記真空搬送室の横断平面図である。他の例に係る前記真空搬送室のリーク判定動作の流れを示すフロー図である。リーク量を変化させたときの真空搬送室内の圧力及び酸素濃度の経時変化を示す説明図である。真空搬送室の設定圧力を変化させたときのリーク量と酸素濃度との関係を示す説明図である。真空搬送室への大気のリーク量を変化させたときの設定圧力と酸素濃度との関係を示す説明図である。

本発明の実施の形態として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、基板であるウエハに対する成膜を行う複数の処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４を備えた基板処理装置１の例について説明する。図１に示すように、基板処理装置１は、処理対象のウエハＷを所定枚数、例えば２５枚収容したキャリアＣが載置されるキャリア載置台１１と、キャリアＣから取り出されたウエハＷを大気雰囲気下で搬送する大気搬送室１２と、内部の状態を大気雰囲気と予備真空雰囲気（真空雰囲気）とに切り替えてウエハＷを待機させるためのロードロック室（予備真空室）ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３と、真空雰囲気下でウエハＷの搬送が行われる真空搬送室ＴＭと、ウエハＷにプロセス処理を施すための処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４と、を備えている。これらの機器は、ウエハＷの搬入方向から見て、大気搬送室１２、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３、真空搬送室ＴＭ、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４の順に並んでおり、隣り合う機器同士はドアＧ１、ドアバルブＧ２やゲートバルブＧ３〜Ｇ４を介して気密に接続されている。各ゲートバルブＧ３〜Ｇ４は、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３と真空搬送室ＴＭとの間、及び真空搬送室ＴＭと処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４との間に設けられた開閉弁に相当する。

大気搬送室１２内にはキャリアＣからウエハＷを１枚ずつ取り出して、搬送するための、回転、伸縮、昇降及び左右への移動自在な搬送アーム１２１が設けられている。また大気搬送室１２の側面には、ウエハＷの位置合わせを行うためのオリエンタを内蔵したアライメント室１４が設けられている。

ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３は、大気搬送室１２と真空搬送室ＴＭとの間を繋ぐように、キャリア載置台１１側から見て左右方向に３個並べて設けられている。各ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３には、搬入されたウエハＷを下面側から支持する支持ピンを備えた載置台１６が設けられている。また各ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３には、内部を大気雰囲気と予備真空雰囲気とに切り替えるための図示しない真空ポンプやリーク弁が接続されている。

これら３個のロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３各々がウエハＷの搬入、搬出用に用いられる。またウエハＷの搬出の際には、大気雰囲気に切り替えたロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３内でウエハＷを支持ピン上に載置した状態で所定時間だけ待機することにより、ウエハＷを冷却する処理が行われる。

真空搬送室ＴＭは、例えばその平面形状が七角形状に形成され、その内部は真空雰囲気となっている。真空搬送室ＴＭの手前側の３辺には既述のロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３が接続される一方、残る４辺には処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４が接続されている。真空搬送室ＴＭ内には、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３と各処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４との間でウエハＷを搬送するための、回転及び伸縮自在な搬送アーム１３１が設置されている。

図１、図２に示すように、真空搬送室ＴＭには、その内部を真空排気するための排気管２１１が接続され、排気管２１１の下流側には、開閉バルブＶ１を介して真空ポンプ２１２が設けられている。また真空搬送室ＴＭには、真空搬送室ＴＭ内に圧力調節用の気体として不活性ガス、例えば窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管２２１が接続されている。窒素ガス供給管２２１には圧力制御バルブＰＣＶが設けられ、その上流側には、開閉バルブＶ２を介して窒素ガス供給部２２２が設けられている。

圧力制御バルブＰＣＶは、真空搬送室ＴＭに設けられた圧力計２３の指示値と、予め設定された圧力設定値とを比較し、これらの指示値の差分値に基づいて、真空搬送室ＴＭ内の圧力が圧力設定値に近づくように窒素ガスの供給量を増減する圧力調節機能を有する。

本例の基板処理装置１に設けられている処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４は、ウエハＷに対して例えば共通の成膜処理を行う。真空搬送室ＴＭ内を搬送されたウエハＷは、他のウエハＷの成膜処理を実行していない、待機中の処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４に搬入されて成膜処理が行われる。各処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４は、真空雰囲気の処理室（処理容器）内に配置された不図示の載置台にウエハＷを載置し、載置台上で加熱されたウエハＷの表面に処理ガスを供給して成膜を行う成膜モジュールとして構成されている。

処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４内のウエハＷは、例えば数百℃に加熱され、その表面に供給された処理ガスが反応して成膜が実行される。処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４内で実行される成膜処理の種類に特段の限定はなく、加熱されたウエハＷの表面に原料ガスを供給して成膜反応を進行させるＣＶＤ法であってもよいし、ウエハＷの表面に原料ガス吸着させた後、当該原料ガスと反応する反応ガスを供給して反応生成物の原子層や分子層を形成し、これらの処理を繰り返し行って積層膜を形成するＡＬＤ法であってもよい。ウエハＷを加熱する手法についても、ウエハＷが載置された載置台にヒーターを設けてもよいし、さらに処理室の壁面にヒーターを設けたホットウォール方式を採用してもよい。また、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４に処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部などを設け、活性化された処理ガスをウエハＷに供給する構成としてもよい。

さらに図１、図２に示すように、この基板処理装置１には、制御部３が設けられている。制御部３は不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には上述したウエハＷの処理動作を実行させる制御信号を出力するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。

以上に説明した構成を備える基板処理装置１は、真空搬送室ＴＭの内部雰囲気の酸素濃度を測定する酸素計２４を備え、酸素計２４による酸素濃度の測定結果に基づいて、外部から真空搬送室ＴＭへ進入する大気（以下、「リーク」ともいう）の量が予め設定した許容量以上であるか否かの判定を行う。

ここで、真空搬送室ＴＭにおけるリーク判定の必要性について説明する。既述のように、真空搬送室ＴＭ内は、内部の圧力がほぼ一定（圧力設定値付近）に保たれるように、窒素ガスを用いた圧力調節が行われている。従来、真空搬送室ＴＭ内へ向けて許容量以上の大気がリークしているか否かの把握は、真空搬送室ＴＭ内の圧力（全圧）に着目して行われていた。

具体例を挙げると、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４にてウエハＷの処理を行っていないタイミングにて、圧力調節用の窒素ガスの供給を停止し（開閉バルブＶ２を閉止し）、真空ポンプ２１２による真空搬送室ＴＭ内の真空排気を行う。そして、真空搬送室ＴＭ内の圧力低下が飽和する引き切りの状態となったら、真空排気を停止して真空ポンプ２１２側の開閉バルブＶ１を閉じる。この状態で圧力計２３の指示値の径時変化を観察し、所定の期間内に圧力計２３の指示値が予め設定した圧力上限値に到達したら、許容量以上のリークが発生していると判断する。

この手法によれば、例えば１５０リットルの容積の真空搬送室ＴＭにおいて、０．９ｓｃｃｍ程度のリークが検出可能であることを把握しているが、これよりも少量のリークの検出は困難である。また、１回のリーク判定に１０分〜数十分程度の時間を要し、頻繁にリーク判定を行うと、基板処理装置１の稼働率を低下させてしまうおそれもある。

一方で、真空搬送室ＴＭ内を搬送されるウエハＷに着目すると、ウエハＷに成膜される膜の薄膜化に伴って、より厳密に真空搬送室ＴＭのリーク判定を行う必要が生じていることが分かった。
以下、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４内でウエハＷに金属膜を成膜する場合におけるリークの影響を例に挙げて説明する。通常、高真空の雰囲気を搬送されるウエハＷにおいては、搬送アーム１３１や周囲の雰囲気との接触による放熱は殆ど発生しない。このため、ウエハＷは、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４から取り出された際の温度状態のまま、殆ど温度低下することなくロードロック室ＬＬＭ１〜３に搬送される。

ところが、真空搬送室ＴＭ内の圧力設定値が１０〜１３３３Ｐａ程度の範囲となると、圧力調節用の窒素ガスが伝熱ガスとなって、ウエハＷから搬送アーム１３１への放熱の影響が現れてくる。この結果、真空搬送室ＴＭ内を搬送されるウエハＷの面内には、搬送アーム１３１との接触部分（ただし、搬送アーム１３１に接触せずに近接している部分を含む。）にて、他の領域と比較して温度が低くなる温度分布が形成される。なお、１０Ｐａ未満の領域では、真空搬送室ＴＭ内に存在するガスの平均自由行程が長いため、ガスを通した伝熱はほとんど起こらない。

一方、金属膜は、ウエハＷの温度が例えば４００℃以上の高温に維持されている場合よりも、２００〜３００℃程度の温度範囲にて酸化が進行しやすいことを発明者らは把握している。例えば大気雰囲気にてウエハＷの冷却を行うロードロック室ＬＬＭ１〜３内であれば、ウエハＷはこの温度範囲を数秒程度の短い時間で通過する。一方で、真空搬送室ＴＭ内においてこの温度範囲を通過する場合には、真空搬送室ＴＭ内ではウエハＷの積極的な冷却が行われていないので、より長い時間をかけて当該温度範囲を通過することとなる。

このように真空搬送室ＴＭ内を搬送される成膜後のウエハＷは、比較的長い時間、酸化が進行しやすい温度状態となっている可能性がある。このような温度状態でウエハＷが搬送される真空搬送室ＴＭ内に、リークに伴って外部の大気が進入すると、例えば温度が低い搬送アーム１３１との接触部分（ただし、搬送アーム１３１に接触せずに近接している部分を含む。）にて金属膜の酸化が進行してしまう。この結果、金属膜の抵抗率の面内均一性が悪化したり、金属膜全体の抵抗率が上昇したりするといった不具合が発生する可能性がある。

真空搬送室ＴＭへの大気のリークが発生し易い箇所としては、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４からの伝熱により高温になるゲートバルブＧ４と真空搬送室ＴＭとのシール面、摺動や駆動部の摩耗などが発生する各ゲートバルブＧ３、Ｇ４のベローズ部などが挙げられる。また、各処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４やロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３側においても、これらの機器内に向けて大気がリークし、各ゲートバルブＧ３、Ｇ４を開いたタイミングにて、真空搬送室ＴＭ内に酸素が進入する経路も考えられる。

このような観点から、真空搬送室ＴＭ内の圧力調節には影響を及ぼさない程度の微量なリークも把握する必要性が生じていると共に、基板処理装置１の稼働に影響を与えない程度の短時間で真空搬送室ＴＭのリーク判定を行うことが重要となっているという新たな課題が見いだされた。

そこで、図１、図２に示すように、本例の真空搬送室ＴＭにはその内部の酸素濃度の測定結果に基づいてリーク判定を行うための酸素計２４が設けられている。酸素計２４の種類に特段の限定はないが、本例ではジルコニアに濃度の異なる酸素ガス（測定ガスと比較ガス）を接触させたときに発生する起電力に基づいて、測定ガス中の酸素ガス濃度を測定するジルコニア式の酸素計２４を採用している。

また、酸素計２４の設置数についてもこれらの図に例示したように１個に限られるものではなく、複数個の酸素計２４を設けてもよい。真空雰囲気下であっても例えば１０Ｐａ以上の粘性流の領域では、真空搬送室ＴＭ内の圧力が一様ではなく、圧力分布が存在して、比較的圧力の高い領域と、低い領域とが形成される場合もある。圧力分布の存在は、酸素濃度の分布にも影響を及ぼし得るので、真空搬送室ＴＭに複数の圧力計２３、酸素計２４を設けることにより、酸素濃度分布が存在する場合であっても迅速且つ、正確にリーク判定が行える構成としてもよい。

酸素計２４は、ジルコニアセラミックに電極が設けられたセンサ部２４１と、電極から取り出された起電力を電圧計にて電位差として検出し、検出された電位差を酸素濃度に換算する本体部２４２とを備えている。酸素計２４にて測定された真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度は、制御部３へ出力される（図２）。
また当該酸素計２４は、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３や処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４と真空搬送室ＴＭとの間のゲートバルブＧ３〜Ｇ４を開いた状態で酸素濃度測定を行うことにより、これらの室内のリーク判定を実施することもできる。

以下、図３のフロー図、及び図４〜図７の作用図を参照しながら本例の基板処理装置１の動作について説明する。
基板処理装置１を稼働させると（図３のスタート）、通常時においてはウエハＷのへの成膜処理が実行される（図３のステップＳ１０１）。即ち、ウエハＷを収容したキャリアＣがキャリア載置台１１上に載置されると、当該キャリアＣ内のウエハＷが、搬送アーム１２１によって順番に取り出される。搬送アーム１２１に保持されたウエハＷは、大気搬送室１２内を搬送される途中でアライメント室１４にて位置決めをされた後、搬入用のロードロック室ＬＬＭ１〜３のいずれか（例えばＬＬＭ１）に受け渡される。

ロードロック室ＬＬＭ１内が予備真空雰囲気となったら、ウエハＷは搬送アーム１３１によって取り出され、真空搬送室ＴＭ内を搬送される。その後、ウエハＷは、当該ウエハＷを受け入れ可能な処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４に搬入され、所定の成膜処理が行われる（図４）。成膜処理を終えたウエハＷは、真空搬送室ＴＭを通ってロードロック室ＬＬＭ１〜３のいずれかに搬入され、大気雰囲気下で冷却された後、大気搬送室１２内を搬送されて元のキャリアＣに収容される。

上述の処理期間中においては、図４に示すように真空搬送室ＴＭ内は真空ポンプ２１２によって真空排気されると共に、圧力計２３によって検出された真空搬送室ＴＭ内の圧力に基づき、窒素ガスの供給量を増減する圧力調節が行われている。また、この期間中は酸素計２４を用いたリーク判定は行われていない（図４中、本体部２４２に「オフ」と記してある）。

そして、ウエハＷの成膜処理を実行する処理期間中は（図３のステップＳ１０２；ＹＥＳ）、上述のウエハＷの処理を継続し（ステップＳ１０１）、ウエハの処理が行われない期間中（ステップＳ１０２；ＮＯ）にてリーク判定の要否を判断する（ステップＳ１０３）。
成膜処理が行われていない期間中であっても、予め設定されたリーク判定のタイミングがまだ到来していない場合には（ステップＳ１０３；ＮＯ）、ウエハＷの処理が再開されるのを待つ（ステップＳ１０４）。

一方で、予め設定されたリーク判定のタイミングが経過していたら（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、真空搬送室ＴＭのリーク判定を実行する（ステップＳ１０５）。
リーク判定のタイミングは、基板処理装置１の制御部３に予め設定される。具体例を挙げると、先のリーク判定が行われてから所定の時間経過後（例えば前回のリーク判定から１日や１週間経過後）、または所定の枚数のウエハＷを処理した後などに次のリーク判定を実行するように設定される。

真空搬送室ＴＭのリーク判定においては、図５に示すようにロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３や処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４との間のゲートバルブＧ３、Ｇ４を全て閉じ、真空搬送室ＴＭを他室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３、ＰＭ１〜ＰＭ４から隔離した状態とする。そして、真空ポンプ２１２による真空排気を継続した状態で窒素ガス供給部２２２からの窒素ガスの供給を停止すると共に、酸素計２４による真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度の測定を開始する（図５中、本体部２４２に「オン」と記してある）。

後述の実施例に実験結果を示すように、窒素ガスの供給を停止すると、窒素ガスによる希釈がなくなり、真空搬送室ＴＭ内への大気のリークが発生している場合には、酸素計２４にて測定される酸素濃度が上昇する。そこで、この酸素濃度が、所定時間内に予め設定された上限値に到達した場合には、真空搬送室ＴＭ内に許容量以上の大気が進入しているとのリーク判定を行う。後述する実験結果によれば、リーク判定は、例えば数分程度で行うことが可能である。

なお、ウエハＷの搬送を行っている期間中に窒素ガスの供給を停止すると、真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度の上昇に伴って膜の酸化が促進されるおそれがある。従って、ウエハＷの搬送期間中に、窒素ガスの供給停止を伴う真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度測定を行うことは好ましくない。

真空搬送室ＴＭのリーク判定を終えたら、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４のリーク判定を行う（図３のステップＳ１０６）。
処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４のリーク判定においては、真空ポンプ２１２による真空排気や窒素ガスの供給停止は、真空搬送室ＴＭのリーク判定と同様の状態としておく。そして例えば処理モジュールＰＭ１のゲートバルブＧ４を開き、処理モジュールＰＭ１と真空搬送室ＴＭとを連通させる（図６）。

このとき、処理モジュールＰＭ１にてリークが発生していると、処理モジュールＰＭ１に進入した大気が真空搬送室ＴＭ内に流入して酸素濃度の上昇として観察される。そこで、この酸素濃度が、所定時間内に予め設定された上限値に到達した場合には、処理モジュールＰＭ１を介して真空搬送室ＴＭ内に許容量以上の大気が進入しているとのリーク判定を行う。
処理モジュールＰＭ１のリーク判定を終えたら、残る処理モジュールＰＭ２〜４のゲートバルブＧ４を順次、１つずつ開き、処理モジュールＰＭ１と同様の手順でリーク判定を行う。

ここで、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４におけるリーク判定の手順は上述の例に限定されない。例えば、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４の４つのゲートバルブＧ４を全て開いてリーク判定を行い、酸素濃度が上昇してリークが発生していることが確認されたら、各処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４のゲートバルブＧ４を１つずつ開き、いずれの処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４でリークが発生しているのかを特定してもよい。リークが発生していない場合には、後段のリーク判定を行う必要がないので、リーク判定の平均時間を短縮できる。

こうして処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４のリーク判定を行ったら、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定を行う（図３のステップＳ１０７）。
ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定は、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４の場合と同様の要領により、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のゲートバルブＧ３を１つずつ開いて行われる（図７）。このとき、各ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定は、大気搬送室１２側のドアバルブＧ２が閉じられ、予備真空雰囲気となっている状態で行われる。

ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定においても、全てのゲートバルブＧ３を開いてリーク判定を行った後、リークが発生していると判定された場合に個別のゲートバルブＧ３を開いて、いずれのロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３にてリークが発生しているのか特定してもよい。

こうして、真空搬送室ＴＭ、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定を終え、リークが発生している場合には対象機器を特定して、アラームを発報する。その結果、例えばメンテナンススタッフがリークチェッカーを用いてリークの発生箇所を特定し、ボルトの増し締めやパッキン交換などの必要な措置を採る。リークが発生していない場合には、そのままウエハＷの処理再開を待つ（図３のステップＳ１０４）。なお、上記の説明ではＳ１０５〜Ｓ１０７を順次行なう手順を説明したが、Ｓ１０５〜Ｓ１０７のいずれか１つだけを実施しても構わない。

本実施の形態に係わる基板処理装置１によれば以下の効果がある。真空雰囲気下でウエハＷの搬送が行われる真空搬送室ＴＭにて、当該真空搬送室ＴＭに供給される圧力調節用の窒素ガスの供給量を停止してから真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度を酸素計２４で測定するので、窒素ガスによる希釈の影響を抑えて酸素濃度を測定できる。この結果、真空搬送室ＴＭに許容量以上の大気が進入しているか否かを迅速に判定することができる。

ここで、真空搬送室ＴＭのリーク判定を行うタイミングは、図３を用いて説明した例のように、ウエハＷの処理を行っていないタイミングに限られるものではない。例えば図８のフロー図に示すように、ウエハＷの処理の実行期間中であって（ステップＳ２０１）、真空搬送室ＴＭにおけるウエハＷの搬送が行われない待ち時間があり、且つ、この待ち時間がリーク判定に要する時間よりも長く（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、リーク判定のタイミングを経過している場合に（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、真空搬送室ＴＭのリーク判定を実行する構成としてもよい（ステップＳ２０５）。

この例における具体的なリーク判定の手法については、図５を用いて説明した手法と変わりないが、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４やロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３には、処理中のウエハＷが収容されている場合があるので、例えば真空搬送室ＴＭのリーク判定のみが実施される。但し、真空搬送室ＴＭのリーク判定時に、使用されていない処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４やロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３があり、前記待ち時間以内にリーク判定を終えることが可能である場合には、図６、図７を用いて説明した手法により、使用していない機器ＰＭ１〜ＰＭ４、ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３のリーク判定を合わせて実施してもよい。

さらに、リーク判定を行う際に、圧力調節用の窒素ガスの供給を停止することは必須の要件ではない。例えば窒素ガスの供給量を所定量まで低減したとき、当該窒素ガスと真空搬送室ＴＭ内への大気のリークとを合計して、これら真空搬送室ＴＭ内に流れ込む合計のガス中の平均の酸素濃度が、窒素ガスの供給量を低減する前の真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度よりも高濃度であれば、酸素計２４においてはリークの発生に伴う酸素濃度の上昇が観察される。
また真空ポンプ２１２による真空排気を継続することについても必須ではない。例えば窒素ガスの供給停止に合わせて真空排気も停止し（排気管２１１及び窒素ガス供給管２２１の開閉バルブＶ１、Ｖ２を閉止し）、真空搬送室ＴＭを封止状態としてリーク判定を行ってもよい。

さらには、圧力調節用の窒素ガスの供給を停止し、または窒素ガスの供給量を低減する調整を行ってから、酸素計２４を用いたリーク判定を行うことも、必須の要件ではない。後述の実施例に示すように真空搬送室ＴＭの圧力設定値や大気の進入量（リーク量）、及びこれらの条件下での酸素濃度を把握しておくことにより、窒素ガスの供給量を調整（停止または低減）しなくてもリーク判定を行うことができる。この場合には、リーク判定のために窒素ガスの供給量を絞る必要がないので、真空搬送室ＴＭ内でウエハＷの搬送を行いながら、リーク判定を実施することも可能となる。

さらに、上述の実際形態では処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４にて実施される処理の種類として金属膜などの成膜を行う成膜処理を例示したが、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４にて実施される処理の種類はこれに限定されない。例えば、アンモニアガスを供給しながらプラズマ処理を施して、ウエハＷの表面の薄膜を窒化する窒化処理、ウエハＷを加熱するアニール処理、エッチングガスによりウエハＷの表面の薄膜を除去するエッチング処理や、エッチングの後、ウエハＷ表面のレジスト膜をプラズマで分解、除去するプラズマアッシング処理を行う処理モジュールなどを設けてもよい。これらの処理が行われた後、真空搬送室ＴＭを搬送される間に、真空搬送室ＴＭ内に進入した酸素や大気中に含まれる水分の影響により、ウエハＷの表面に形成された薄膜の性状などが変化する場合には、上述のリーク判定により、薄膜の変質が発生しやすい状態が形成されていることを迅速に把握できる。

そして、基板処理装置１における処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４やロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３の設置台数や処理の種類や組み合わせは、必要に応じて適宜、変更してよい。例えば、処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４にて互いに異なる種類の処理が実行される構成とし、予め設定された順番にて、これらの処理モジュールＰＭ１〜ＰＭ４に逐次、ウエハＷを搬入して処理を行う例が挙げられる。

（実験１）
容積が約１５０リットルの真空搬送室ＴＭに対し、大気のリーク量（模擬）や圧力調節用の窒素の供給、停止条件を種々切り替えて、当該真空搬送室ＴＭ内の圧力及び酸素濃度の経時変化を調べた。
Ａ．実験条件
圧力設定値を１００Ｐａとして、真空排気されている真空搬送室ＴＭへ窒素ガスを供給すると共に、大気のリークの模擬として、真空搬送室ＴＭに接続した配管から、５ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ、０．１ｓｃｃｍ、０ｓｃｃｍの５条件で供給量を変化させて大気を供給した。また、各条件下で、所定時間経過後に窒素ガスの供給を停止した。酸素濃度の測定には、ジルコニア式の酸素計２４を用いた。

Ｂ．実験結果
実験の結果を図９に示す。図９の横軸は、時間［分］を示し、縦軸は真空搬送室ＴＭ内の圧力［Ｐａ］または酸素濃度［ｐｐｍ］を示している。図中、実線は真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度の経時変化を示し、破線は圧力の経時変化を示している。また、同図の横軸に、圧力調節用の窒素ガスの供給を停止したタイミングを「オフ」、窒素ガスの供給を再開したタイミングを「オン」と併記してある。

図９に示した結果によれば、リーク量を変化させても、圧力調節用の窒素ガスが供給されていれば、真空搬送室ＴＭ内の圧力はほぼ設定圧力に維持されることが分かる。そして、リーク量が５ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ、０．１ｓｃｃｍのいずれの条件においても、窒素ガスの供給停止後、直ちに酸素濃度の上昇が観察される。特に、真空搬送室ＴＭの圧力を測定する従来のリーク判定法（検出限界：約０．９ｓｃｃｍ）と比較して、より少量のリーク（０．１ｓｃｃｍ）であっても迅速に（数分以内に）リークを検出することが可能であることが分かる。

また、リークが発生していない条件下（リーク量：０ｓｃｃｍ）では、窒素ガスの供給を停止しても、酸素濃度の上昇は観察されなかった。これらのことから、圧力調節用の窒素ガスの供給を停止して酸素濃度の測定を行うことにより、リークが発生しているか否か、また発生している場合にはそのリーク量が許容量以上であるか否かを迅速に判定することが可能であることが確認された。

（実験２）
真空搬送室ＴＭの設定圧力、及びリーク量を変化させて、各条件における真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度を調べた。
Ａ．実験条件
（実験１）の場合と同様に、大気のリーク量（模擬）を１〜５ｓｃｃｍの範囲で変化させると共に、真空排気されている真空搬送室ＴＭの圧力設定値を２６Ｐａ、１０６Ｐａ、２６０Ｐａと変化させた。各条件において、真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度の変化がほぼ安定したタイミングにて当該酸素濃度の値を読み取った。

Ｂ．実験結果
実験結果を図１０、図１１に示す。図１０の横軸は大気のリーク量を示し、縦軸は真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度を示している。また、真空搬送室ＴＭ内の圧力設定値をパラメータ（２６Ｐａ、１０６Ｐａ、２６０Ｐａ）として、パラメータ毎に異なるマークでプロットした。図１１については、横軸は真空搬送室ＴＭの圧力設定値、縦軸は真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度を示している。リーク量をパラメータ（５ｓｃｃｍ、４ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ）として、パラメータ毎に異なるマークでプロットした。

図１０、図１１によれば、真空搬送室ＴＭの圧力設定値、及びリーク量を変化させると、各々の条件に応じて真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度が特定される。例えば真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度を完全にゼロにすることは困難な場合もあるので、リークが発生していないときのベースの酸素濃度を予め把握しておく。そして基板処理装置１の稼働中に常時、酸素計２４による酸素濃度の測定を行い、測定値が所定の値を超えたらアラームを発報するといった運用も可能となる（例えば図１１において、圧力設定値が１００Ｐａのとき、真空搬送室ＴＭ内の酸素濃度が１ｐｐｍ以上となったら、リーク量が１ｓｃｃｍを超えているという判断が可能となる）。この場合には、窒素ガスの供給を停止し、または供給量を低減するなどの調整を行わなくてもよい。

ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３
ロードロック室
ＰＭ１〜ＰＭ４
処理モジュール
ＴＭ 真空搬送室
Ｗ ウエハ
１ 基板処理装置
２１１ 排気管
２１２ 真空ポンプ
２２１ 窒素ガス供給管
２２２ 窒素ガス供給部
２３ 圧力計
２４ 酸素計
３ 制御部

Claims (17)

1. 内部の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替え自在に構成された予備真空室と、真空雰囲気下にて基板に対する処理が行われる処理室とに、各々開閉弁を介して接続され、真空雰囲気下にて、前記予備真空室と前記処理室との間の基板の搬送が行われる真空搬送室への大気の進入を判定するリーク判定方法であって、
   前記真空搬送室内での基板の搬送が行われるときは、真空排気されている前記真空搬送室に圧力調節用の気体を供給して、当該真空搬送室内を予め設定された圧力に調節する工程と、
   前記真空搬送室内での基板の搬送が行われないときに、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室への圧力調節用の気体の供給量を減らし、または気体の供給を停止する供給調整を行う工程と、
   前記気体の供給調整を行った後、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室内の酸素濃度を酸素計で測定し、測定された酸素濃度の経時変化に基づいて、当該真空搬送室へ予め設定した許容量以上の大気が進入しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とするリーク判定方法。
2. 前記真空搬送室内を予め設定された圧力に調節する工程の実施期間中に、当該真空搬送室内にて、金属膜が形成されていると共に、２００〜３００℃の範囲内の温度の基板を搬送する工程が含まれることを特徴とする請求項１に記載のリーク判定方法。
3. 前記酸素濃度の測定は、予備真空室及び処理室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク判定方法。
4. 前記酸素濃度の測定は、真空雰囲気である予備真空室との間に設けられた開閉弁を開き、処理室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク判定方法。
5. 前記真空搬送室には複数の予備真空室が接続され、前記酸素濃度の測定は、これらの予備真空室のうちの一つの予備真空室との間に設けられた開閉弁を開いた状態で行われることを特徴とする請求項４に記載のリーク判定方法。
6. 前記酸素濃度の測定は、前記処理室との間に設けられた開閉弁を開き、前記予備真空室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われることを特徴とする請求項１または２に記載のリーク判定方法。
7. 前記真空搬送室には複数の処理室が接続され、前記酸素濃度の測定は、これらの処理室のうちの一つの処理室との間に設けられた開閉弁を開いた状態で行われることを特徴とする請求項６に記載のリーク判定方法。
8. 前記処理室にて行われる処理には、基板を加熱する処理が含まれることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載のリーク判定方法。
9. 前記気体の供給調整を行う工程、及び前記真空搬送室への大気の進入を判定する工程は、前記処理室にて基板に対する処理が行われない期間中に実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載のリーク判定方法。
10. 前記気体の供給調整を行う工程、及び前記真空搬送室への大気の進入を判定する工程は、前記処理室にて基板に対する処理が行われる期間中であって、前記真空搬送室内での基板の搬送が行なわれていない期間に実施されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載のリーク判定方法。
11. 前記真空搬送室の予め設定された圧力は、１０〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載のリーク判定方法。
12. 基板の処理を行う基板処理装置において、
    内部の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替え自在に構成された予備真空室と、
    真空雰囲気下にて基板に対する処理が行われる処理室と、
    前記予備真空室及び前記処理室に対して開閉弁を介して接続されると共に、その内部が真空排気され、真空雰囲気下にて、前記予備真空室と前記処理室との間の基板の搬送を行う基板搬送機構を備えた真空搬送室と、
    前記真空搬送室に圧力調節用の気体を供給するための気体供給部と、
    前記真空搬送室内の酸素濃度を測定するための酸素計と、
    前記真空搬送室内での基板の搬送が行われるときは、前記気体供給部から圧力調節用の気体を供給して、前記真空搬送室内を予め設定された圧力に調節するステップと、前記真空搬送室内での基板の搬送が行われないときに、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室への圧力調節用の気体の供給量を減らし、または気体の供給を停止する供給調整を行うステップと、前記気体の供給調整を行った後、前記真空搬送室内を真空排気しながら、前記真空搬送室内の酸素濃度を前記酸素計で測定し、測定された酸素濃度の経時変化に基づいて、当該真空搬送室へ予め設定した許容量以上の大気が進入しているか否かを判定するステップと、を実行するための制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
13. 前記制御部は、前記真空搬送室内を予め設定された圧力に調節するステップの実施期間中に、当該真空搬送室内にて、金属膜が形成されていると共に、２００〜３００℃の範囲内の温度の基板を搬送するステップを実行するための制御信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記酸素濃度の測定は、前記予備真空室及び前記処理室との間に設けられた開閉弁を閉じた状態で行われることを特徴とする請求項１２または１３に記載の基板処理装置。
15. 前記処理室にて行われる処理には、基板を加熱する処理が含まれることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
16. 前記真空搬送室の予め設定された圧力は、１０〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力であることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
17. 基板の処理を行う基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムには請求項１ないし１１のいずれか一つに記載されたリーク判定方法を実行するためのステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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