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JP7175210B2 - 排気装置、処理システム及び処理方法 - Google Patents

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Description

本開示は、排気装置、処理システム及び処理方法に関する。
半導体装置の製造プロセスでは、ガス供給系及び真空排気系が接続された処理容器内に半導体ウエハを収容して所定の処理を行う処理装置が用いられる(例えば、特許文献1参照)。ところで、複数の同じ仕様の処理装置を用いて処理を行う場合、複数の処理装置間の排気性能にばらつきが存在すると、処理装置ごとの処理結果に違いが生じる虞がある。
特開2003-218098号公報
本開示は、処理装置間の機差を低減できる技術を提供する。
本開示の一態様による排気装置は、複数の処理装置の各々に設けられる排気装置であって、複数の前記処理装置の各々は、処理容器と、前記処理容器に接続された排気配管とを有し、前記排気装置は、前記排気配管に設けられた第1の圧力調整部と、前記第1の圧力調整部の下流側に設けられた第2の圧力調整部と、前記第1の圧力調整部の上流側に設けられた第1の真空計と、前記第1の圧力調整部と前記第2の圧力調整部との間に設けられた第2の真空計と、を有前記第2の圧力調整部は、前記処理容器内に所定流量で不活性ガスが供給された状態において、前記第2の真空計により検出される圧力が予め定められた設定値となるように前記排気配管のコンダクタンスを調整するように構成され、前記所定流量及び前記設定値は、それぞれ複数の前記処理装置間で共通の値である
本開示によれば、処理装置間の機差を低減できる。
一実施形態の処理システムの構成例を示す図 一実施形態の処理装置の構成例を示す図 排気ボックスの一例を示す図 コンダクタンス調整処理の流れの一例を示す図 ゼロ点補正処理の流れの一例を示す図 高圧処理の流れの一例を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔処理システム〕
図1を参照し、一実施形態の処理システムについて説明する。図1は、一実施形態の処理システムの構成例を示す図である。
図1に示されるように、一実施形態の処理システムは、同じ仕様の処理装置1(1A、1B、1C、1D)を複数備える。処理装置1A、1B、1C、1Dは、例えばそれぞれ処理容器内において、複数の基板に対して一括で処理を実行する装置である。ただし、処理装置1A、1B、1C、1Dは、例えば処理容器内に基板を1枚ずつ収容して処理を実行する装置であってもよい。以下、処理装置1A、1B、1C、1Dの各々を、処理装置1とも称する。
〔処理装置〕
図2を参照し、図1の処理システムが備える処理装置1の構成例について説明する。図2は、一実施形態の処理装置1の構成例を示す図である。図2に示されるように、処理装置1は、処理部10、加熱部30、ガス導入部50、排気部70、制御部90を有する。
処理部10は、基板の一例である半導体ウエハ(以下単に「ウエハW」という。)に対し、成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を施す。処理部10は、処理容器11、マニホールド12、インジェクタ13、排気ポート14等を有する。
処理容器11は、縦長の鉛直方向に延びた形状を有する。処理容器11は、例えば石英、炭化珪素等の耐熱材料により形成される。処理容器11は、例えば円筒体の内管11aと、内管11aの外側に同心的に載置された有天井の外管11bとの2重管構造を有する。ただし、処理容器11は、1重管構造であってもよい。
マニホールド12は、例えばベースプレート(図示せず)に固定される。マニホールド12は、例えばステンレス鋼により形成され、処理容器11の下端を気密に保持する。
インジェクタ13は、マニホールド12に取り付けられる。インジェクタ13は、例えばL字状に屈曲した石英管であり、処理容器11内に各種のガスを導入する。各種のガスは、例えば成膜ガス、エッチングガス等の処理ガスやパージガスを含む。成膜ガスは、処理容器11内に収容されたウエハWに対して膜を形成する際に用いられるガスであり、その種類は特に限定されないが、例えば金属含有ガス、半導体ガス、酸化ガス、還元ガスが挙げられる。エッチングガスは、処理容器11内に収容されたウエハW又はウエハWに形成された膜をエッチングする際に用いられるガスであり、その種類は特に限定されないが、例えばハロゲン含有ガスが挙げられる。パージガスは、処理容器11内をパージする際に用いられるガスであり、その種類は特に限定されないが、例えば不活性ガスが挙げられる。
排気ポート14は、マニホールド12に形成されており、処理容器11内のガスを排気する。
マニホールド12の下端には、炉口15が形成されている。炉口15には、例えばステンレス鋼により形成された円板状の蓋体16が設けられている。
蓋体16は、昇降機構17により昇降可能に設けられており、炉口15を気密に封止する。蓋体16の上には、例えば石英により形成された保温筒18が設置されている。保温筒18の上には、多数枚のウエハWを水平状態で所定間隔を有して多段に保持する、例えば石英により形成されたウエハボート19が載置されている。
ウエハボート19は、昇降機構17を用いて、蓋体16を上昇させることで処理容器11内へと搬入され、処理容器11内に収容される。また、ウエハボート19は、蓋体16を下降させることで、処理容器11内から搬出される。ウエハボート19は、長手方向に複数のスロット(支持溝)を有し、ウエハWはそれぞれ水平状態で上下に間隔を置いてスロットに積載される。ウエハボート19に載置される複数のウエハWは、1つのバッチを構成し、バッチ単位で各種の処理が施される。
加熱部30は、処理容器11内のウエハWを所定の温度に加熱する。加熱部30は、ヒータ31を有する。ヒータ31は、処理容器11の周囲に設けられ、例えば円筒形状を有する。ヒータ31は、例えば抵抗発熱体であってよい。
ガス導入部50は、インジェクタ13に対して各種のガスを導入する。ガス導入部50は、供給配管51、流量制御器(図示せず)、開閉バルブ(図示せず)等を有する。供給配管51は、各種のガスの供給源(図示せず)とインジェクタ13とを接続し、各種のガスの供給源からインジェクタ13にガスを導入する。流量制御器は、供給配管51の途中に設けられており、供給配管51内を流れるガスの流量を制御する。流量制御器は、例えばマスフローコントローラであってよい。開閉バルブは、供給配管51の途中に設けられており、供給配管51内を流れるガスのインジェクタ13への供給・遮断を制御する。
排気部70は、排気ポート14を介して処理容器11内を排気する。排気部70は、排気配管71、排気装置72、排気ボックス73等を有する。排気配管71は、排気ポート14と排気装置72とを接続する。排気装置72は、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、排気配管71を介して処理容器11内を排気する。排気ボックス73は、排気配管71の途中に設けられており、真空バルブ、真空計等を有する。
図3は、処理装置1における排気ボックス73の一例を示す図である。図3に示されるように、排気ボックス73は、排気配管71の途中に上流側(処理容器11側)から順に設けられた、一次側真空計VG1、VG2、上流側真空バルブVL1、二次側真空計VG3、下流側真空バルブVL2を有する。
一次側真空計VG1、VG2は、排気配管71における上流側真空バルブVL1よりも上流側に設けられており、排気配管71における上流側真空バルブVL1よりも上流側の部位の圧力を検出する。排気配管71における上流側真空バルブVL1よりも上流側の部位は排気ポート14を介して処理容器11内と連通しており、処理容器11内の圧力と略同じ圧力である。したがって、一次側真空計VG1、VG2は、排気配管71内の圧力を検出することにより、処理容器11内の圧力を検出する。一次側真空計VG1、VG2は、処理容器11内において所定の処理が行わる際に、処理容器11内の圧力を検出し、検出値を制御部90に出力する。一次側真空計VG1、VG2の種類は、特に限定されないが、例えば隔膜真空計であってよい。一次側真空計VG1は、例えば10Torr(1.3×10Pa)以下の圧力を検出する真空計である。一次側真空計VG2は、例えば10Torr(1.3×10Pa)~1000Torr(1.3×10Pa)の範囲の圧力を検出する真空計である。なお、一次側真空計VG1、VG2は、一つの真空計により構成されていてもよい。
上流側真空バルブVL1は、排気配管71における一次側真空計VG1、VG2よりも下流側に設けられており、排気配管71のコンダクタンスを調整することにより、排気配管71を流れるガスの流量を制御する。上流側真空バルブVL1の種類は、特に限定されないが、例えばバタフライバルブであってよい。なお、上流側真空バルブVL1は、制御部90からの制御指令に応じて排気配管71のコンダクタンスを調整する。
二次側真空計VG3は、排気配管71における上流側真空バルブVL1と下流側真空バルブVL2との間に設けられており、排気配管71における上流側真空バルブVL1と下流側真空バルブVL2との間の部位の圧力を検出する。二次側真空計VG3は、例えば隔離弁Vsを介して排気配管71に接続されており、隔離弁Vsが開いている場合に排気配管71の圧力を検出し、検出値を制御部90に出力する。ただし、隔離弁Vsは設けられていなくてもよい。二次側真空計VG3の種類は、特に限定されないが、例えば隔膜真空計であってよい。二次側真空計VG3は、例えば一次側真空計VG1と同様に、10Torr(1.3×10Pa)以下の圧力を検出する真空計である。
下流側真空バルブVL2は、排気配管71における二次側真空計VG3よりも下流側に設けられており、排気配管71のコンダクタンスを調整することにより、排気配管71を流れるガスの流量を制御する。下流側真空バルブVL2の種類は、特に限定されないが、例えばバタフライバルブであってよい。なお、下流側真空バルブVL2は、制御部90からの制御指令に応じて排気配管71のコンダクタンスを制御する。
制御部90は、処理装置1の各部の動作を制御する。制御部90は、例えばコンピュータであってよい。処理装置1の各部の動作を制御するコンピュータのプログラムは、媒体に記憶され、所定の読み取り装置により記憶部へ読み込まれ、制御部90内にインストールされる。媒体は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクであってよい。
例えば、制御部90は、処理容器11内において所定の処理を行う前に、二次側真空計VG3により検出される圧力が予め定めた設定値となるように下流側真空バルブVL2の開度を調整する。具体的には、制御部90は、二次側真空計VG3により検出される圧力が予め定めた設定値よりも大きい場合、下流側真空バルブVL2のコンダクタンスが高くなるように下流側真空バルブVL2の開度を大きくする。これにより、排気装置72の排気性能が経時的に劣化した場合であっても、排気部70のコンダクタンスを略一定に維持できる。このとき、制御部90は、処理容器11内の温度を一定に維持し、処理容器11内に不活性ガスを供給した状態で下流側真空バルブVL2を調整することが好ましい。なお、設定値は、例えば排気装置72を交換した直後や排気装置72をメンテナンスした直後に設定される。また、設定値は、同じ仕様の処理装置1間で共通の値であることが好ましい。これにより、同じ仕様の処理装置1間において排気部70のコンダクタンスを略同じに調整でき、処理装置1間の機差を低減できる。
また、制御部90は、処理容器11内において成膜処理を行う際に、隔離弁Vsを閉じるように制御する。これにより、排気配管71と二次側真空計VG3との連通が遮断されるので、成膜処理の際に生じる反応生成物等が二次側真空計VG3に付着することを防止できる。その結果、二次側真空計VG3のゼロ点がシフトすることを抑制できる。
また、制御部90は、処理容器11内を所定の圧力以上に制御する場合、下流側真空バルブVL2のコンダクタンスが小さくなるように下流側真空バルブVL2の開度を小さくした後、処理容器11内が所望の圧力となるように上流側真空バルブVL1を調整する。これにより、上流側真空バルブVL1による圧力制御の際に開度が小さくなりすぎて、圧力制御の精度が低下することを抑制できる。なお、所定の圧力は、例えば上流側真空バルブVL1が使用可能な圧力範囲に応じて定められる。
以上に説明したように、一実施形態では、処理容器11に接続された排気配管71に、一次側真空計VG1、VG2、上流側真空バルブVL1、二次側真空計VG3及び下流側真空バルブVL2がこの順序で設けられている。これにより、複数の同じ仕様の処理装置1間で、二次側真空計VG3により検出される圧力が予め定めた共通の設定値となるように下流側真空バルブVL2を調整できる。その結果、複数の同じ仕様の処理装置1間において排気部70のコンダクタンスを略同じに調整でき、処理装置1間の機差を低減できる。
ところで、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)プロセスでは、短い周期で第1反応ガスの供給、第1反応ガスの排気、第2反応ガスの供給及び第2反応ガスの排気を繰り返す。そのため、真空バルブの応答性の問題で、圧力制御を用いずに、開度制御や全開を用いる場合がある。この場合、処理容器11内の圧力は排気部70の排気性能に依存する。そのため、処理装置1間における排気部70の排気性能が異なると、処理装置1間において処理容器11内の圧力にバラツキが生じ、ウエハWに形成される膜の厚さや膜質にバラツキが生じる。
しかしながら、一実施形態では、複数の同じ仕様の処理装置1間において排気部70のコンダクタンスを略同じに調整できる。そのため、ALDプロセスにおいて開度制御や全開を用いる場合であっても、処理装置1間において処理容器11内の圧力にバラツキが生じることを抑制できる。その結果、ウエハWに形成される膜の厚さや膜質のバラツキを低減できる。
〔処理装置の動作〕
図4を参照し、処理装置1の動作(処理方法)の一例として、制御部90が処理装置1の各部の動作を制御することにより、排気部70のコンダクタンスを調整する処理(以下「コンダクタンス調整処理」という。)について説明する。コンダクタンス調整処理は、制御部90が成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を実行する信号を受信した場合に実行される。図4は、コンダクタンス調整処理の流れの一例を示す図である。
ステップS41では、制御部90は、処理容器11内に所定流量で不活性ガスを供給するようにガス導入部50を制御する。また、制御部90は、処理容器11内が一定の温度に維持されるように加熱部30を制御する。
ステップS42では、制御部90は、二次側真空計VG3により検出される圧力が予め定めた設定値となるように下流側真空バルブVL2の開度を調整し、調整後の開度に固定する。
ステップS43では、制御部90は、隔離弁Vsを閉じる。
ステップS44では、制御部90は、処理装置1の各部の動作を制御することにより、所定の処理を開始させる。所定の処理が終了した後、制御部90は、コンダクタンス調整処理を終了させる。
以上のコンダクタンス調整処理では、制御部90は、所定の処理ごとに、二次側真空計VG3により検出される圧力が予め定めた設定値となるように下流側真空バルブVL2の開度を調整する。これにより、所定の処理ごとに排気部70のコンダクタンスを略同じに調整できるので、排気装置72の排気性能が経時的に劣化した場合であっても、排気部70のコンダクタンスを略一定に維持できる。そのため、ALDプロセスにおいて開度制御や全開を用いる場合であっても、バッチ間で処理容器11内の圧力にバラツキが生じることを抑制できる。その結果、バッチ間でウエハWに形成される膜の厚さや膜質のバラツキが生じることを抑制できる。
また、前述のコンダクタンス調整処理を、複数の同じ仕様の処理装置1で行うことにより、同じ仕様の処理装置1間において排気部70のコンダクタンスを略同じに調整でき、処理装置1間の機差を低減できる。
図5を参照し、処理装置1の動作(処理方法)の一例として、制御部90が処理装置1の各部の動作を制御することにより、一次側真空計VG1のゼロ点を補正する処理(以下「ゼロ点補正処理」という。)について説明する。ゼロ点補正処理は、制御部90が成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を実行する信号を受信した場合に実行される。図5は、ゼロ点補正処理の流れの一例を示す図である。
ステップS51からステップS53までは、コンダクタンス調整処理のステップS41からステップS43までと同様であるので、説明を省略する。
ステップS54では、処理容器11内への不活性ガスの供給を停止するようにガス導入部50を制御する。
ステップS55では、制御部90は、一次側真空計VG1の圧力値が二次側真空計VG3の圧力値と等しくなるように一次側真空計VG1のゼロ点を補正する。なお、ゼロ点の補正は、オペレータにより実行されてもよい。
ステップS56では、制御部90は、処理装置1の各部の動作を制御することにより、所定の処理を開始させる。所定の処理が終了した後、制御部90は、ゼロ点補正処理を終了させる。
以上のゼロ点補正処理では、所定の処理ごとに、一次側真空計VG1の圧力値が二次側真空計VG3の圧力値と等しくなるように一次側真空計VG1のゼロ点を補正する。これにより、例えば成膜処理により一次側真空計VG1に膜が付着した場合であっても、処理容器11内の圧力を精度よく調整できる。その結果、安定したプロセス性能が得られる。
ところで、例えば0.2Torrの成膜ステップにおいて、一次側真空計VG1のゼロ点が5mTorrシフトしている場合を考える。この場合、本来であれば処理容器11内が0.2Torrに調整された状態で成膜が行われるところ、0.195Torr又は0.205Torrに調整された状態で成膜が行われることになる。そのため、形成される膜の厚さが設計膜厚からずれてしまう。特に、成膜ステップとエッチングステップとを交互に繰り返すプロセスにおいては、設計膜厚からのずれが膜厚の面内均一性を悪化させる。しかし、上記のゼロ点補正処理では、この課題を解決できる。
図6を参照し、処理装置1の動作(処理方法)の一例として、制御部90が処理装置1の各部の動作を制御することにより、処理容器11内を所定の圧力以上の高圧に調整して行う処理(以下「高圧処理」という。)について説明する。高圧処理は、制御部90が成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を実行する信号を受信した場合に実行される。図6は、高圧処理の流れの一例を示す図である。
ステップS61では、制御部90は、受信した所定の処理を実行する信号に基づいて、該所定の処理における設定圧力が所定の圧力以上であるか否かを判定する。ステップS61において、制御部90が、所定の処理における設定圧力が所定の圧力以上であると判定した場合、処理をステップS62へ進める。一方、ステップS61において、制御部90が、所定の処理における設定圧力が所定の圧力未満であると判定した場合、処理をステップS63へ進める。
ステップS62では、制御部90は、設定圧力に応じて下流側真空バルブVL2の開度が小さくなるように下流側真空バルブVL2を制御する。
ステップS63では、制御部90は、処理装置1の各部の動作を制御することにより、所定の処理を開始させる。所定の処理が終了した後、制御部90は、高圧処理を終了させる。
以上の高圧処理では、制御部90が、所定の処理における設定圧力が所定の圧力以上であると判定した場合、設定圧力に応じて下流側真空バルブVL2の開度が小さくなるように下流側真空バルブVL2を制御する。これにより、上流側真空バルブVL1を用いて圧力制御を行う際に上流側真空バルブVL1の開度が小さくなりすぎて、圧力制御の精度が低下することを抑制できる。
ところで、例えば上流側真空バルブVL1を用いて圧力制御を行う際の設定圧力が高い場合を考える。この場合、上流側真空バルブVL1の開度が使用可能な範囲の下限値(例えば5%)を下回ることがある。その結果、処理容器11内を設定圧力に調整できないか、又は処理容器11内の圧力が安定しない状態となる。しかし、上記の高圧処理では、この課題を解決できる。
なお、上記の実施形態において、上流側真空バルブVL1は第1の圧力調整部の一例であり、下流側真空バルブVL2は第2の圧力調整部の一例である。また、一次側真空計VG1は第1の真空計の一例であり、二次側真空計VG3は第2の真空計の一例である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
1 処理装置
11 処理容器
71 排気配管
90 制御部
VL1 上流側真空バルブ
VL2 下流側真空バルブ
VG1 一次側真空計
VG3 二次側真空計

Claims (8)

  1. 複数の処理装置の各々に設けられる排気装置であって、
    複数の前記処理装置の各々は、処理容器と、前記処理容器に接続された排気配管とを有し、
    前記排気装置は、
    前記排気配管に設けられた第1の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部の下流側に設けられた第2の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部の上流側に設けられた第1の真空計と、
    前記第1の圧力調整部と前記第2の圧力調整部との間に設けられた第2の真空計と、
    を有
    前記第2の圧力調整部は、前記処理容器内に所定流量で不活性ガスが供給された状態において、前記第2の真空計により検出される圧力が予め定められた設定値となるように前記排気配管のコンダクタンスを調整するように構成され、
    前記所定流量及び前記設定値は、それぞれ複数の前記処理装置間で共通の値である、
    排気装置。
  2. 前記第2の圧力調整部は、前記処理容器内において成膜を行う前に調整される
    請求項に記載の排気装置。
  3. 前記第2の真空計は、隔離弁を介して前記排気配管に接続されている、
    請求項又はに記載の排気装置。
  4. 前記隔離弁は、前記処理容器内において成膜を行う際に閉じられる
    請求項に記載の排気装置。
  5. 前記第2の圧力調整部は、前記処理容器内を一定の温度に維持した状態で調整される
    請求項乃至のいずれか一項に記載の排気装置。
  6. 記処理容器内を所定の圧力以上に制御する場合、前記第2の圧力調整部のコンダクタンスが小さくなるように前記第2の圧力調整部調整された後、前記処理容器内が所望の圧力となるように前記第1の圧力調整部調整される、
    請求項2乃至のいずれか一項に記載の排気装置。
  7. 処理容器に接続された排気配管に設けられた第1の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部の上流側に設けられた第1の真空計と、
    前記第1の圧力調整部の下流側に設けられた第2の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部と前記第2の圧力調整部との間に設けられた第2の真空計と、
    を有する処理装置を複数備え、
    前記第2の圧力調整部は、前記処理容器内に所定流量で不活性ガスが供給された状態において、前記第2の真空計により検出される圧力が予め定められた設定値となるように前記排気配管のコンダクタンスを調整するように構成され、
    前記所定流量及び前記設定値は、それぞれ複数の前記処理装置間で共通の値である、
    処理システム。
  8. 処理容器に接続された排気配管に設けられた第1の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部の上流側に設けられた第1の真空計と、
    前記第1の圧力調整部の下流側に設けられた第2の圧力調整部と、
    前記第1の圧力調整部と前記第2の圧力調整部との間に設けられた第2の真空計と、
    を有する処理装置を複数用いた処理方法であって、
    前記処理容器内に所定流量で不活性ガスが供給された状態において、前記第2の真空計により検出される圧力が予め定めた設定値となるように前記第2の圧力調整部を調整することを含み
    前記所定流量及び前記設定値は、それぞれ複数の前記処理装置間で共通の値である、
    処理方法。
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