JPS63160228A - ウエハ処理装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、密閉容器内の圧力制御に適用して有効な技術
に関するもので、例えば、半導体ウェハ等の処理室の圧
力制御を行なう場合に利用して有効な技術に関するもの
である。

［従来の技術］ 半導体ウェハの処理室またはそれに連設される予備室に
おいては、大気圧のもとにおいＳ半導体ウェハの出入れ
が行なわれ、そ九から、半導体ウェハの処理が例えば減
圧下において行なわれるようになっている。そのため、
処理室または予備室内の流体圧力を適宜変え得る手段と
して圧力ｇｌｌ装置が設けられているのが普通である。

本発明者は、このような圧力調整装置を具備するウェハ
処理装置について検討した。以下は、公知とされた技術
ではないが、本発明者によって検討された技術であり、
その概要は次のとおりである。

第６図にはドライエツチング装置などの減圧状態でウェ
ハ処理を行なうウェハ処理装置の一例が示されている。

同図において、１は半導体ウェハ（図示せず）を出入れ
するためのゲートバルブ１ａ、１ｂが付設された処理室
（密閉容器）を表わしており、この処理室１には、該処
理室１内のガス（気体）圧力を調整するための圧力調整
装置が連結されている。この圧力調整装置はガス供給系
Ａとガス排気系Ｂとから構成されている。

ここで、ガス供給系Ａは、ガス供給管３を通じて、ガス
供給源（流体供給源）から上記処理室１へＮ２等の不活
性ガスを供給するように構成されており、この場合のガ
ス流量の制御はガス供給管３の途中に設けられた電磁弁
が付設しているニードル弁（吸気弁）４によってなされ
るようになっている。

一方、ガス排気系Ｂは、処理室１に連結され途中に電磁
弁（排気弁）６が設けられたガス排気管７と、このガス
排気管７の電磁弁６を迂回するようにして設けられ途中
に電磁弁（排気弁）８が設けられたバイパス管９とを備
え、真空ポンプ（図示せず）によって、このガス排気管
７とバイパス管９とのいずれか一方を通じて処理室１内
のガスを排気するように構成されている。また、この場
合のガス流量の制御はガス排気管７およびバイパス管９
の途中に設けられた電磁弁６，８によってなされるよう
になっている。なお、このガス排気系Ｂにおいては、ガ
ス排気管７の本管はその管径、がバイパス管９のそれよ
りも大となるように形成されている。

このように構成されたウェハ処理装置の全体的な作用に
つき説明すれば次のとおりである。

なお、ここでは、先ず、処理・室１内に置かれた半導体
ウェハの処理が終了しているとして、該半導体ウェハを
処理室１から取り出すと共に、それと入れ替わりに別の
半導体ウェハを処理室１内に設置する場合から説明する
。

この場合には、電磁弁６，８が閉じられた状態に置かれ
ると共に電磁弁が開かれ、ニードル弁４を通して処理室
１内にＮ３等の不活性ガスが導入される。そうして、処
理室１内の圧力が大気圧となるようにされる。

次いで、半導体ウェハの処理を行なう場合には。

ニードル弁４に付設されている電磁弁が閉じられると共
にガス排気系Ｂの電磁弁８が開かれ、処理室１内のガス
が細い管９を通して徐々に排気される。なお、このとき
、電磁弁６は閉じられた状態にある。そうして、所定時
間経過後に、処理室１内が減圧され、排気時の処理室内
の微小な沈着物が舞い上がらない状態となった時点をも
って、今度は、電磁弁８が閉じられると共に電磁弁６が
開かれ、処理室１内のガスがガス排気管７の太い管径の
本管を通じて排気される。

ところで、このようなウェハ処理装置においては、吸気
の際または排気の際、ニードル弁４、電磁弁６または電
磁弁８の開度が一定に保たれる（もっとも、排気の際に
電磁弁８と電磁弁６との切り替えが途中で行なわれる）
、シたがって、処理室１内における吸気の際のガス圧力
の変化は第７図に示されるようになり、また、排気の際
のガス圧力の変化は第８図に示されるようになる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような圧力調整装置を備えるウェハ
処理装置では１次のような問題点があった。

即ち、このウェハ処理装置においては、ニードル弁４の
開度は上記のように吸気中一定に保たれるが、その場合
の開度を定めるにあたっては、供給されるガスによって
処理室内のごみ、見こり等の異物を浮遊させないように
配慮することが必要となる。そこで、従来は、ニードル
弁４の上流側および下流側の圧力差が特に大きい吸気初
期の状態を考慮してその開度を定めている。つまり、ニ
ードル弁４の上流側および下流側の圧力差が特に大きい
吸気初期では、処理室内に供給されるガスの速度が大き
くなるので、供給ガスによって処理室内に乱流が生じや
すく、その結果、ごみ、はこりが浮遊することとなるか
らである。したがって、ニードル弁４の開度は吸気中比
較的小さく保たれるが、このようにした場合、処理室１
内の圧力を大気圧とするまでに時間がかかり、半導体装
置の製造におけるスループットの低下を招く、また、反
面、スループット向上のため、ニードル弁４の開度を大
きくすると、処理室１内のごみ、はこりが浮遊し半導体
ウェハ表面に付着して半導体装置の信頼性低下を引き起
こす。

なお、類似の問題はガス排気系についても生じる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、半導体装置
の信頼性の向上と、半導体装置の製造ラインにおけるス
ループットの向上とを同時に実現できるウェハ処理装置
を提供することを目的とする。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては１本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

即ち、ウェハ処理装置において、吸気弁および排気弁と
して電磁弁が付設している開度調節可能な流量調整弁を
用いると共に、上記密閉容器内の流体圧力を検出する流
体圧力検出器と、この圧力検出器からの圧力信号と予め
設定された設定基準圧力信号とを比較演算しかつその差
に応じて上記吸気弁および排気弁の開度を制御する演算
増幅器等からなる制御装置を設けたものである。

［作用］ 上記した手段によれば、吸気初期および排気初期におい
ては弁の開度を小さくすることにより流体速度を小さく
してごみ・はこりの浮遊を防げると共に、その後段階的
に弁の開度を大きくして密閉容器内圧力を所望の圧力に
短時間で移行させることができるという作用により、半
導体装置の信頼性向上と、半導体装置の製造ラインにお
けるスループットの向上とを同時に実現するという上記
目的を達成できる。

［実施例コ 以下１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図にはウェハ処理装置（例えばドライエツチング装
置）の実施例が示されている。

同図において、１１は半導体ウェハ１２を出入れするた
めのゲートバルブｌｌａ、ｌｌｂが設けられた処理室（
密閉容器）を表わしており、この処理室１１内には、半
導体ウェハ１２を回転自在に支持する下部電極１９と、
上部電極２０が設置され、この両電極間には、高周波電
１２１によって高周波電力が印加できるようになってい
る。また、処理室１１には、該処理室１１内のガス（流
体）圧力を調整するための圧力調整装置が連結されてい
る。この圧力調整装置はガス供給系Ａとガス排気系Ｂと
を含んで構成されている。

ここで、ガス供給系Ａは、ガス供給管１３を通じて、ガ
ス供給源（流体供給源）から上記処理室１１八Ｎ２等の
不活性ガスなどを供給するように構成されており、この
場合のガス流気の制御はガス供給管１３の途中に設けら
れたマスフローコントローラ（ＡＦＣ）１４によってな
されるようになっている。このマスフローコントローラ
１４は開度調節可能な流量調整弁（図示せず）と、流量
を検出するためのセンサと、このセンサからの信号に基
づいて所望の流量にするように弁の開度を調節する制御
部とを含んで構成されている。流量調整弁のみで、流量
のオン（ＯＮ）−オフ（ＯＦＦ）は極めて困難である。

そのため、電磁弁と流量調整弁を組合せて使用し、電磁
弁で流量のオン−オフを行ない、流量調整弁で流量調整
（節）を行なっている。

マスフローコントローラ（ＡＦＣ）は、主流路と迂回路
とを有し、主流路を流れるガス等の流体の一部は、膨出
部に分流し、迂回路を流れて下流側の膨出部を通って主
流路に戻る。迂回路内を流れる流体によって一対の自己
発熱抵抗体（迂回路・の略中央部に巻装されている一対
の抵抗体）は冷却され、その冷却の度合いにより抵抗が
変化され、この抵抗値の変化は一対の自己発熱抵抗体と
他の抵抗体と組み合わされたブリッジ回路に設けられた
電圧計（ホイートストンブリッジ回路の電圧計を担当す
る）によって検出される構造となっている。そして、こ
の電圧計によって流量を検出する仕組みになっている。

一対の発熱抵抗体の冷却の度合いは、流体の速度、すな
わち迂回路の断面積が一定であるから流量に比例し、か
つ電圧計は迂回路の流量、すなわち迂回路と主流路との
関係が予め規定しであることから、主流路の流量を上記
した電圧計の電気的出力によって検出できるものである
。

一方、ガス排気系Ｂは、ガス排気管１５を通じて、処理
室１１からガスを排気するように構成され、この場合の
ガス流量の制御はガス排気管１５の途中に設けられたオ
ートプレッシャコントローラ１６によってなされるよう
になっている。このオートプレッシャコントローラ１６
は開度調節可能な流量調整弁（図示せず）と、この流量
調整弁の上流側圧力を検出するためのセンサと、上流側
圧力を所望の圧力とするように弁の開度を調節する制御
部とを含んで構成されている。

また、処理室１１には、この処理室１１内のガス圧力（
流体圧力）を検出するための圧力検出器１７が設けられ
ている。さらに、この圧力検出器１７には、該圧力検出
器１７からの出力信号と予め定められた設定基準圧力信
号とを比較して圧力差を演算し、その差信号によって上
記マスフローコントローラ１４およびオートプレッシャ
コントローラ１６を通じて各々の弁の開度を制御する差
動増幅器１８が接続されている。つまり、この差動増幅
器１８はマスフローコントローラ１４を流れるガスの設
定流線の変更と、オートプレッシャコントローラ１Ｇの
設定圧力の変更とを行なうように働き、これにより間接
的に各々の弁の開度が制御されることになるのである。

次に、このように構成されたウェハ処理装置の全体的な
作用について説明すれば次のとおりである。

なお、ここでは、先ず、処理室１１内に置かれた半導体
ウェハ１２の処理が終了しているとして、該半導体ウェ
ハ１２を処理室１１から取り出すと共に、それと入れ替
わりに他の半導体ウェハ１２を処理室１１内に設置する
場合から説明する。

この場合には、先ず、オートプレッシャコントローラ１
６の弁が閉じられると共に電磁弁とマスフローコントロ
ーラ１４の弁が開かれ、ガスが処理室１１内に導入され
る。その際のマスフローコントローラ１４の目標流量は
Ｑ、（第２図）と比較的小さく保たれ、その結果、弁の
初期開度は。

処理室１１内でごみ、はこりが浮遊されないような開度
に制御される。つまり、吸気初期においては、弁の上流
側および下流側の圧力差が大きいので、目標流量を小さ
くして弁の開度を小さくし、ガスの流入速度を低めてお
く。但し、マスフローコントローラ１４は、目標流量の
ガスを常時処理室１１内へ導くように働くので、この開
度は時間の経過と共に漸次大きくはなっていく。

また、吸気途中においては、目標流°量は段階的に変え
られる６即ち、吸気途中においては、処理室１１内の圧
力は圧力検出器１７によって常時検出され、この圧力検
出器１７がらの信号が演算増幅器１８によって設定基準
圧力と比較される。そして、処理室１１内の圧力が設定
基準圧力Ｐ□以上となった場合、即ちマスフローコント
ローラ１４の弁の上流側および下流側の圧力差がごみ、
はこりが浮遊されないような値となった場合には目標流
量をＱ２に増す信号が演算増幅器１８からマスフローコ
ントローラ１４に向けて出力され、これによりマスフロ
ーコントローラ１４の制御部を通じて弁が間接的に制御
される。さらに、処理室内の圧力が増して、例えば、処
理室１１内の圧力が、大気圧より僅かに低く設定された
別の設定基準圧力２２以上となったならば、今度は目標
流量をＱ３に減らす信号が演算増幅器１８からマスフロ
ーコントローラ１４に向けて出力され、これによりマス
フローコンドローラド４の制御部を通じて弁の開度が流
量をＱ、にさせる方向に間接的に制御される。このよう
に吸気の終期において目綜流量を減少させる理Ｅ１口士
次のとおりである。

即ち、処理室１１内のガス圧力が大気圧近くになると、
処理室１１内に含まれるガスの分子数が多くなるので、
全体として運動エネルギが高くなリ、却って、ごみ・は
こりが舞い上がりやすくなる。そこで、ガスの流量を低
減してガスの流入速度を低め、運動エネルギの急激な上
昇を防ぐ必要があるからである。

このようにして、処理室１１内の圧力が大気圧となるよ
うにされる。なお、吸気の際の目標流量の制御の様子は
第２図に示され、また、吸気の際の処理室１１内の圧力
の変化の様子は第３図に示されている。

そうして、この状態で、半導体ウェハ１２が処理室１１
から取り出されると共に、それと入れ替わりに別の半導
体ウェハ１２が処理室１１内に設置される。

そして、その後、半導体ウェハ１２の処理（例えばドラ
イエツチング処理）を行なう場合には、先ず、マスフロ
ーコントローラ１４に付設している電磁弁が閉じられる
と共にオートプレッシャコントローラ１６の弁が開かれ
、処理室１１内のガスが排気される。なお、このときの
オートプレッシャコントローラ１６の目標圧力の制御の
様子は第４図に示され、また、処理室１１内の圧力の変
化の様子は第５図に示されている。この第４図および第
５図に示されるように、排気の際にはオートプレッシャ
コントローラ１６の目標圧力は処理室１１内の圧力に応
じてｐ、、ｐ、、ｐ、と段階的に小さくなるように制御
される。ここで、目標圧力を最初にＰ、と大きくした理
由は、排気初期において目標圧力をいきなり小さくする
と、急激に弁開度が大きくなり、急速にガスが排気され
るので、処理室１１内に乱流が生じ、ごみ・はこりが舞
い上がりやすくなるからである。そこで、本実施例にお
いては、目標圧力を初期の段階においては大きく、その
後段階的に小さくするようにしたのである。なお、この
場合、排気につれて処理室１１内に存在する分子数が少
なくなるので、目標圧力を段階的に小さくしていっても
ごみ・はこりの浮遊を生じることはない。

そうして、ガスの排気が終了したならば、マスフローコ
ントローラ１４を通じて処理ガスが処理室１１内に供給
されると共に、オートプレッシャコントローラ１６の作
用によって処理室ｌｌ内の圧力が所定圧力に保たれ、こ
の状態で、半導体ウェハ１２のドライエツチング処理が
行なわれる。

このように構成された実施例のウェハ処理装置によれば
下記のような効果を得ることができる。

即ち、処理室１１内のガス圧力を検出し、この圧力信号
と予め設定された設定基準圧力信号とを比較演算し、そ
の差に応じて上記吸気弁および排気弁の開度を制御する
ようにしているので、吸気初期および排気初期に弁の開
度を小さくしてガス速度を低減でき、ごみ・はこりの舞
い上がりを防止できるという作用により、半導体装置の
信頼性の向上を図れるという効果を得ることができる。

また、処理室１１内の圧力がほこりが浮遊されないよう
な圧力となったとき、弁の開度を大きくし、処理室内の
圧力を短時間で所望の圧力に移行できるという作用によ
り、半導体装置の製造ラインにおけるスループットの向
上を図れるという効果を得ることができる。

さらに、処理室１１内の圧力が大気圧より僅かに低い値
となったとき、再び弁の開度を小さくでき、ガスの全体
的な運動エネルギの急激な上昇を抑止し、ごみ・はこり
の５舞い上がりを防止できるという作用により、半導体
装置の信頼性の向上を図れるという効果を得ることがで
きる。

以上の効果の相乗により、半導体装置の信頼性の向上と
、半導体装置の製造ラインにおけるスルーブツトの向上
とを同時に実現できるという効果を得ることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない０例えば、排気系の弁にも
、マスフローコントローラの一部を構成する弁を用いる
ようにしても良い、また、目標流量または目標圧力をさ
らに小刻みに変えていくようにしても良い。なお、上記
実施例の各グラフは流量または圧力の変化の様子を概念
的に示したものであって、具体的な数値と一致するもの
ではない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体ウェハの処理
装置として、ドライエツチング装置について説明してき
たが、本発明はかかる実施例に限定されず、他のウェハ
処理装置（例えばＣＶＤ装置）における処理室または予
備室にも利用できるものである。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

即ち、吸気系および排気系の弁として電磁弁を付設した
開度調節可能な流量調整弁を用い、これら弁の開度を密
閉容器内の圧力に応じて適宜制御するようにしているの
で、ガスによるごみ・はこりの浮遊を抑え、しかも、ガ
スの供給および排気を迅速化することができ、その結果
、半導体装置の歩留まりの向上と、半導体装置の製造ラ
インにおけるスループットの向上とを同時に実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るウェハ処理装置の実施例の縦断面
正面図。 第２図は吸気の際の目椋流量の制御の様子を示すグラフ
、 第３図は吸気の際の処理室１１内の圧力の変化の様子を
示すグラフ、 第４図はオートプレッシャコントローラ１６の目標圧力
の制御の様子を示すグラフ。 第５図は排気の際の処理室１１内の圧力変化の様子を示
すグラフ。 第６図は発明者によって検討されたウェハ処理装置の縦
断面正面図。 第７図は第６図のウェハ処理装置の吸気時における処理
室内の圧力変化の状態を示すグラフ。 第８図は第６図のウェハ処理装置の排気時における処理
室内の圧力変化の状態を示すグラフである。 １１・・・・処理室、１３・・・・ガス供給管、１４・
・・・マスフローコントローラ、１５・・・・ガス排気
管、１６・・・・オートプレッシャコントローラ。 １７・・・・圧力検出器、１８・・・・演算増幅器。 第　　７　　図 軒■封

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体供給源に連結され途中に吸気弁が介装された流
   体供給管と、真空ポンプに連結され途中に排気弁が介装
   された流体排気管とが付設された密閉容器を備えるウェ
   ハ処理装置において、上記吸気弁および排気弁として電
   磁弁が付設している開度調節可能な流量調整弁を用いる
   と共に、上記密閉容器内の流体圧力を検出する流体圧力
   検出器と、この圧力検出器からの圧力信号と予め設定さ
   れた設定基準圧力信号とを比較演算しかつその差に応じ
   て上記吸気弁および排気弁の開度を制御して両弁を流れ
   る流体流量を制御する制御装置を設けたことを特徴とす
   るウェハ処理装置。 ２、上記吸気弁としてマスフローコントローラの一部を
   構成する流量調整弁を用いると共に、上記排気弁として
   オートプレッシャコントローラの一部を構成する流量調
   整弁を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のウェハ処理装置。