JP4421393B2

JP4421393B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP4421393B2
Application number: JP2004183238A
Authority: JP
Inventors: 修司守谷; 庸之岡部
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: KR20060118610A; US20080017105A1; CN1933901A; JP2006012872A; CN100475327C; WO2005123236A1; KR100781407B1

Description

本発明は、処理ガスを用いて半導体ウエハやＬＣＤ用ガラス基板などの基板を処理する基板処理装置に関する。

従来から、例えば、半導体装置の製造工程や液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程などでは、所定の処理ガスを用いて半導体ウエハやＬＣＤ用ガラス基板などにエッチング処理や成膜処理を施す基板処理装置が多用されている。

このような基板処理装置では、例えば図６に示すように、被処理基板を処理室１内に収容し、この処理室１内に所定の処理ガスやパージガスなどを所定流量で供給して処理を行うようになっている。このため、パージガス供給源２及び処理ガス供給源３，４からパージガス及び処理ガスを処理室１に供給するガス供給系には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２ａ，３ａ，４ａなどのガス流量制御機構が設けられている。

なお、処理室１には、真空排気ポンプ５が接続され、圧力制御弁６が介挿された排気配管７が設けられている。また、ガス供給系のマスフローコントローラ２ａ，３ａ，４ａの入口側には開閉弁２ｂ，３ｂ，４ｂが設けられ、出口側にはフィルタ２ｃ，３ｃ，４ｃが設けられ、処理室１の入り口近傍には開閉弁２ｄ，３ｄ，４ｄが設けられている。なお、図６には、３つのガス供給系が図示されているが、実際にはさらに多数（エッチング処理装置の場合、例えば１２以上）のガス供給系が設けられている。

上記のような基板処理装置において、処理ガスなどの供給量は、処理結果の良否に大きな影響を与える。このため、所望の処理を再現性良く行うためには、マスフローコントローラ２ａ，３ａ，４ａなどのガス流量制御機構によってガス流量を精度良く制御する必要がある。

一方、一般にマスフローコントローラなどのガス流量制御機構は、経年変化や劣化によりドリフトを起こしたり、内部に異物が付着したりして経時的に流量が変化する傾向がある。このため、従来から定期的にマスフローコントローラなどのガス流量制御機構の流量検定を行っている。

このような流量検定を行う方法としては、次のような２つの方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

まず、第１の方法では、図６に示すように、処理ガスを供給するためのマスフローコントローラ３ａ，４ａにパージガスを供給するためのパージガスライン３ｅ，４ｅに、予めマスフローメータ３ｆ，４ｆを設けておく。そして、このパージガスライン３ｅ，４ｅに設けられた開閉弁３ｇ，４ｇを開け、開閉弁３ｂ，４ｂを閉じてパージガスを流す。この際に、マスフローコントローラ３ａ，４ａで流量制御しつつ、マスフローメータ３ｆ，４ｆでパージガス流量を測定する。そして、マスフローメータ３ｆ，４ｆで測定される流量と、マスフローコントローラ３ａ，４ａの設定流量とを比較して検定を行う。

また、第２の方法では、図６に示すように、処理室１をバイパスして、排気配管７にガスを流すためのバイパス配管８を、ガス供給系の開閉弁３ｄ，４ｄの上流側から、開閉弁３ｈ，４ｈを介して分岐するように設け、このバイパス配管８に、圧力計９及び封止弁１０を設けておく。そして、例えば、流量較正されたマスフローコントローラ３ａを取り付けた際に、開閉弁３ｈ、開閉弁１０のみを開き、他の開閉弁を閉じた状態でマスフローコントローラ３ａとバイパス配管８の出口部分との間を真空排気ポンプ５によって所定の減圧雰囲気に排気した後、開閉弁１０を閉じてバイパス配管８内を封止する。次に、開閉弁３ｂを開いてマスフローコントローラ３ａで流量制御しつつ処理ガスを流し、この時の圧力計９による圧力上昇と経過時間との関係を測定する。そして、所定期間使用後に同様な測定を行い、初期の時からのずれの量により、マスフローコントローラ３ａが正常か否か検定する。この方法は、一般にビルドアップ法などと呼ばれている。
特開平２００３−１６８６４８号公報（３−７頁，１−６図）

上述した従来の技術のうち、パージガスを流す際に、マスフローメータで流量を測定する第１の方法では、各マスフローコントローラに対してマスフローメータを設ける必要がある。しかしながら、処理ガスを供給するためのガス供給系は、例えば、エッチング処理装置の場合標準でも１２程度あり、マスフローメータも同数必要となるため、設置スペースの増大と製造コストの増大を招くという課題がある。また、実際に流すガスとは異なるパージガス（例えば窒素ガス）の流量を測定するため、パージガスと実際に流すガスの性状に差がある場合、流量に誤差が生じるという課題がある。

また、バイパス配管などの配管系の所定部位に圧力計を設けて、この部位の圧力の時間的な変化を測定し、初期の状態からのずれにより検定を行う第２の方法では、初期状態からの相対的なずれ量は分かるが、実流量は分からないので、測定結果に基づいて較正することが困難であり、また、配管の状態や配管に介挿された弁類の状態によっても測定結果が変動し、正確な流量の状態を知ることができないという課題がある。

本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、設置スペースの増大や製造コストの増大を招くことなく、従来に較べて正確にガス流量を検定及び較正することができ、正確なガス流量で精度の良い処理を行うことのできる基板処理装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の基板処理装置は、被処理基板を収容する処理室と、ガス供給源からのガスを、ガス流量制御機構により所定流量に制御して前記処理室に供給し前記被処理基板に所定の処理を施すためのガス供給系と、前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側から分岐した分岐配管と、前記ガスの流路を、前記処理室側と前記分岐配管側に切換えるための弁機構と、前記分岐配管に介挿され、抵抗体とこの抵抗体の両端のガス圧を測定する圧力測定機構とを有するガス流量検出機構とを具備し、前記ガスの流路を前記弁機構により前記分岐配管側に切換えて、前記ガス流量制御機構により流量制御された前記ガスを前記ガス流量検出機構に通流させ、前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差に基づいて、前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする。

また、請求項２の基板処理装置は、前記ガス供給系を複数具備し、これらのガス供給系を順次切換えて１つの前記ガス流量検出機構により、複数の前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする。

また、請求項３の基板処理装置は、前記分岐配管が、前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側から分岐したバイパス配管からさらに分岐して設けられていることを特徴とする。

また、請求項４の基板処理装置は、被処理基板を収容する処理室と、ガス供給源からのガスを、ガス流量制御機構により所定流量に制御して前記処理室に供給し前記被処理基板に所定の処理を施すためのガス供給系と、前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側に設けられ、抵抗体とこの抵抗体の両端のガス圧を測定する圧力測定機構とを有するガス流量検出機構とを具備し、前記ガス流量制御機構により流量制御された前記ガスを前記ガス流量検出機構に通流させ、前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差に基づいて、前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする。

また、請求項５の基板処理装置は、前記ガス供給系が、前記ガス流量検出器を通って前記処理室に至るガス流路と、前記ガス流量検出器を通らずに前記処理室に至るガス流路とを切換え可能に構成されたことを特徴とする。

また、請求項６の基板処理装置は、前記ガス流量検出機構が抵抗体の抵抗値を変更可能とされていることを特徴とする。

また、請求項７の基板処理装置は、抵抗値の異なる複数の前記抵抗体を具備し、これらの抵抗体を切換えて使用するよう構成されたことを特徴とする。

また、請求項８の基板処理装置は、前記ガス流量検出機構の前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差から求められる流量と、設定流量との差に応じた信号を前記ガス流量制御機構に入力し、当該ガス流量制御機構の較正を行うことを特徴とする。

本発明によれば、設置スペースの増大や製造コストの増大を招くことなく、従来に較べて正確にガス流量を検定及び較正することができ、正確なガス流量で精度の良い処理を行うことのできる基板処理装置を提供することができる。

以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示すもので、同図において符号１１は、被処理基板を収容し所定の処理、例えば、エッチング処理或いは成膜処理などを施す処理室を示している。

この処理室１１には、パージガス供給源１２、及び処理ガス供給源１３，１４から、パージガス（例えば、窒素ガス）、及び所定の処理ガスを供給するためのガス供給系が接続されている。なお、図１には、パージガス供給源１２、処理ガス供給源１３，１４を有する３つのガス供給系のみが図示されているが、実際にはさらに多数（例えば１２以上）のガス供給系が設けられている。また、処理室１１には、真空排気ポンプ１５に接続され圧力制御弁１６が介挿された排気配管１７が接続されている。

上記パージガス供給源１２、及び処理ガス供給源１３，１４からガスを供給するためのガス供給系には、ガス流量制御機構として夫々マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ａ，１３ａ，１４ａが設けられている。また、ガス供給系のマスフローコントローラ１２ａ，１３ａ，１４ａの入口側には開閉弁１２ｂ，１３ｂ，１４ｂが設けられ、出口側にはフィルタ１２ｃ，１３ｃ，１４ｃが設けられている。さらに、処理室１１の入口近傍には開閉弁１２ｄ，１３ｄ，１４ｄが設けられている。

また、処理ガスを供給するためのマスフローコントローラ１３ａ，１４ａには、パージガス供給源１２からパージガスを供給するためのパージガスライン１３ｅ，１４ｅが設けられており、これらの、パージガスライン１３ｅ，１４ｅには、開閉弁１３ｇ，１４ｇが介挿されている。

そして、本実施形態では、処理ガスを供給するガス供給系のマスフローコントローラ１３ａ，１４ａの下流側で、かつ、処理室１１の入口近傍に設けられた開閉弁１３ｄ，１４ｄの上流側から分岐し、排気配管１７に接続された分岐配管１８が設けられている。この分岐配管１８には、ガス流量検出機構１９が介挿されており、また、流路を処理室１１側と分岐配管１８側に切換えるために、開閉弁１３ｈ，１４ｈが設けられている。また、分岐配管１８の排気配管１７との接続部には、開閉弁２０が介挿されている。

上記ガス流量検出機構１９は、図２に示すように、並列に設けられた複数（図２では３つ）の抵抗体３０ａ〜３０ｃと、これらの抵抗体３０ａ〜３０ｃの両側に位置するように設けられた２つの圧力検出器３１ａ，３１ｂと、抵抗体３０ａ〜３０ｃのいずれかを選択するための開閉弁３２ａ〜３２ｃとを具備している。抵抗体３０ａ〜３０ｃは、内部に、例えば、焼結体やオリフィス或いは細管などのガスの流通に際して抵抗となる物が収容されて構成されており、その抵抗値が各抵抗体３０ａ〜３０ｃ毎に異なった大きさに設定されている。そして、流量検出を行うガスの流量に応じて、開閉弁３２ａ〜３２ｃを開閉することにより、流量検出を行うのに適した抵抗体３０ａ〜３０ｃを選択するようになっている。

すなわち、流量検出を行うガスの流量が少ない場合は、抵抗値の大きい抵抗体（例えば３０ｃ）を選択し、流量が多い場合は、抵抗値の小さい抵抗体（例えば３０ａ）を選択し、これらの中間の流量の場合は、中間の抵抗値の抵抗体（例えば３０ｂ）を選択する。このような構成とすることにより、広い流量範囲で正確な流量検出を行うことができる。これによって、実際の処理（エッチング処理など）の際に流す処理ガスの流量に、マスフローコントローラ毎に差がある場合でも、各マスフローコントローラにおいて実際の処理の際に流す処理ガスの流量或いはそれに近い流量で、正確な流量検出を行うことができる。

なお、実際の処理の際に流す処理ガスの流量に、マスフローコントローラ毎に大きな差がないような場合は、抵抗体を１つのみとしても良い。また、図２に示した実施形態では、複数の抵抗体を切換えて使用するよう構成されているが、抵抗値を可変に構成した抵抗体を１つのみ使用することもできる。

上記のように構成されたガス流量検出機構１９では、予め流量検出を行うガスの流量に適した抵抗体３０ａ〜３０ｃを選択しておき、この状態で、ガス流量検出機構１９にガスを流通させる。そして、その時に圧力検出器３１ａ，３１ｂで夫々ガスの圧力を測定し、これらの圧力差から流量を検出する。

なお、流量と圧力差との関係については、ガス流量検出機構１９を分岐配管１８に取り付ける前に、正確に流量較正されているマスフローコントローラ等を用い、予め求めておく。この時、ガスは実際に流す処理ガスを使用することが好ましく、また、実際に流量検出を行う流量及びその近傍の流量域において流量と圧力差との相関関係を求めておくことが好ましい。このようにして求められた流量と圧力差との相関関係のデータは、例えば、制御装置２１などに記憶させておく。このようにすれば、ガス流量検出機構１９を分岐配管１８に取り付けた後、測定される圧力差から正確な流量を知ることができる。

上記構成の本実施形態の基板処理装置では、処理室１１内に被処理基板を収容し、排気配管１７から真空排気ポンプ１５によって処理室１１内を所定の圧力に排気しつつ、パージガス供給源１２、及び処理ガス供給源１３，１４から所定のタイミングで所定のパージガス及び処理ガスを所定流量で処理室１１内に供給する。そして、例えば、処理室１１内に設けられた図示しないプラズマ発生機構によって処理室１１内に所定の処理ガスのプラズマを発生させ、被処理基板に所定の処理、例えばエッチング処理などを施す。

このようにして、被処理基板の処理を繰り返し行うと、マスフローコントローラ１３ａ，１４ａが、経年変化や劣化によりドリフトを起こしたり、内部に異物が付着したりして経時的に流量が変化する可能性がある。このため、使用時間が所定時間となった場合、あるいは、基板の処理枚数が所定枚数になった場合などに、マスフローコントローラ１３ａ，１４ａの検定又は較正を行う。なお、パージガスを流すマスフローコントローラ１２ａについては、正確な流量制御を必要とせず、また性状が安定な窒素ガスなどを流すため、特に検定又は較正を行う必要はない。

以下、マスフローコントローラ１３ａの検定及び較正を行う場合についてその手順を説明する。

マスフローコントローラ１３ａの検定及び較正を行う場合、処理室１１の入口近傍に設けられた開閉弁１３ｄを閉じ、開閉弁１３ｈ及び開閉弁２０を開いて、ガス流路を処理室１１側から、分岐配管１８側に切換える。この時、分岐配管１８に通じる開閉弁１４ｈは閉じておく。そして、マスフローコントローラ１３ａの入口側に設けられた開閉弁１３ｂを開き、パージガスライン１３ｅの開閉弁１３ｇを閉じることにより、通流させるガスとして処理ガス供給源１３から供給される処理ガスを選択し、マスフローコントローラ１３ａによって処理ガスを所定流量に制御しつつ供給する。

このマスフローコントローラ１３ａによって流量制御された処理ガスは、分岐配管１８を通ってガス流量検出機構１９を通流する。この時、ガス流量検出機構１９では、前述したとおり、予め抵抗体３０ａ〜３０ｂのうち、マスフローコントローラ１３ａの流量検出に適したものを選択しておく。そして、マスフローコントローラ１３ａで流量制御された処理ガスが、この抵抗体３０ａ〜３０ｂを通流する際に、その両端のガス圧が圧力検出器３１ａ，３１ｂで測定される。

この圧力検出器３１ａ，３１ｂで測定されるガス圧の圧力差と流量との関係は、前述したとおり予め求められ、制御装置２１に記憶されているので、この圧力差によって、処理ガスの正確な流量を知ることができる。そして、このガス流量検出機構１９で検出されたガス流量と、マスフローコントローラ１３ａの設定流量とに差がない場合、或いはその差が許容範囲内の場合は、検定及び較正が終了する。

一方、ガス流量検出機構１９で検出されたガス流量と、マスフローコントローラ１３ａの設定流量とに許容範囲以上の差がある場合は、その差がなくなるように、マスフローコントローラ１３ａを較正することができる。例えば、マスフローコントローラ１３ａの流量設定入力信号（０〜５Ｖ）の電圧値を変更することにより、ガス流量検出機構１９によって測定される実際のガス流量と設定流量とが一致するように、マスフローコントローラ１３ａを較正する。このような較正は、ガス流量検出機構１９の圧力検出信号を前述した制御装置２１に入力し、この制御装置２１からマスフローコントローラ１３ａの流量設定入力信号の電圧値を変更することにより、自動的に行うことができる。また、このような較正による流量設定入力信号の電圧値の変更が、初期値から一定以上になった場合は、マスフローコントローラ１３ａの交換時期が来ていると判定することもできる。

上記のように、本実施形態の基板処理装置では、処理ガスの実流量を正確に知ることができるので、マスフローコントローラを精度良く検定及び較正することができ、正確な処理ガス流量で、精度の良い処理を行うことができる。また、マスフローコントローラの数に応じたマスフローメータなどを設ける必要も無く、１台のガス流量検出機構によって、多数のマスフローコントローラの検定及び較正を行うことができるので、設置スペースの増大や、製造コストの増大も招くことがない。

また、上記の実施形態ではガス流量制御機構としてマスフローコントローラを使用した場合について説明したが、マスフローコントローラ以外のガス流量制御機構を使用できることは勿論である。このような場合、ガス流量検出機構によって正確な実流量を検出して較正できるので、ガス流量制御機構として再現性が良いものであればどのようなものでも使用することができる。

図３は、他の実施形態に係る基板処理装置の構成を示すもので、図１に示した基板処理装置と対応する部分には、対応した符号が付してある。図３に示されるように、この基板処理装置では、処理ガスを供給するガス供給系のマスフローコントローラ１３ａ，１４ａの下流側で、かつ、処理室１１の入口近傍に設けられた開閉弁１３ｄ，１４ｄの上流側から分岐し、処理室１１をバイパスして排気配管１７に接続されたバイパス配管２２が設けられており、このバイパス配管２２からさらに分岐して分岐配管１８が設けられている。また、バイパス配管２２には、開閉弁２２ａ，２２ｂが設けられ、分岐配管１８には開閉弁１８ａ，１８ｂが設けられている。

そして、開閉弁２２ａ，２２ｂを開き、開閉弁１８ａ，１８ｂを閉じることによって、単にバイパス配管２２のみを通流するガス流路とし、一方、開閉弁２２ａ，２２ｂを閉じ、開閉弁１８ａ，１８ｂを開くことによって、分岐配管１８を通ってガス流量検出機構１９を通流するガス流路とするように、ガス流路の切換えが可能とされている。

このように構成された実施形態においても、前述した実施形態と同様な効果を得ることができる。また、図１に示した実施形態では、マスフローコントローラ１３ａ，１４ａの検定、較正を行わない場合でも、分岐配管１８は、プロセスガスを排出するラインとして用いることがあるが、図３の実施形態によれば、マスフローコントローラ１３ａ，１４ａの検定、較正を行う場合のみ、ガス流量検出機構１９を処理ガスが通流する。したがって、処理ガスによる生成物や腐食等から、ガス流量検出機構１９の差圧計を保護して、測定精度を安定的に維持することができる。

図４は、さらに他の実施形態に係る基板処理装置の構成を示すもので、図１に示した基板処理装置と対応する部分には、対応した符号が付してある。図４に示されるように、この基板処理装置では、処理ガスを供給するガス供給系のマスフローコントローラ１３ａ，１４ａ、及び開閉弁１３ｄ，１４ｄの下流側でこれらのラインが１つの処理ガス供給ライン４０に合流するよう構成されており、この処理ガス供給ライン４０に直接ガス流量検出機構１９が設けられている。なお、開閉弁４０ａ、開閉弁２２ａは、流路を処理室１１側とバイパス配管２２側とに切換えるためのものである。このような構成とすれば、処理を行いながら、使用している処理ガスの検定等を行うことができる。

また、図５に示すように、処理ガス供給ライン４０に直接ガス流量検出機構１９を設けるのではなく、処理ガス供給ライン４０に並列にガス流量検出機構１９を設け、開閉弁４０ｃ〜４０ｆによって、ガス流量検出機構１９を通る流路と、通らない流路とに切換えるようにすることもできる。このような構成とすれば、処理ガスによる生成物や腐食等から、ガス流量検出機構１９の差圧計を保護して、測定精度を安定的に維持することができる。

本発明の一実施形態の基板処理装置の構成を示す図。図１の基板処理装置の要部構成を示す図。本発明の他の実施形態の基板処理装置の構成を示す図。本発明の他の実施形態の基板処理装置の構成を示す図。本発明の他の実施形態の基板処理装置の構成を示す図。従来の基板処理装置の構成を示す図。

符号の説明

１１……処理室、１２……パージガス供給源、１３，１４……処理ガス供給源、１２ａ，１３ａ，１４ａ……マスフローコントローラ、１８……分岐配管、１９……ガス流量検出機構、２１……制御装置。

Claims

被処理基板を収容する処理室と、
ガス供給源からのガスを、ガス流量制御機構により所定流量に制御して前記処理室に供給し前記被処理基板に所定の処理を施すためのガス供給系と、
前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側から分岐した分岐配管と、
前記ガスの流路を、前記処理室側と前記分岐配管側に切換えるための弁機構と、
前記分岐配管に介挿され、抵抗体とこの抵抗体の両端のガス圧を測定する圧力測定機構とを有するガス流量検出機構とを具備し、
前記ガスの流路を前記弁機構により前記分岐配管側に切換えて、前記ガス流量制御機構により流量制御された前記ガスを前記ガス流量検出機構に通流させ、前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差に基づいて、前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする基板処理装置。
前記ガス供給系を複数具備し、これらのガス供給系を順次切換えて１つの前記ガス流量検出機構により、複数の前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記分岐配管が、前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側から分岐したバイパス配管からさらに分岐して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
被処理基板を収容する処理室と、
ガス供給源からのガスを、ガス流量制御機構により所定流量に制御して前記処理室に供給し前記被処理基板に所定の処理を施すためのガス供給系と、
前記ガス供給系の前記ガス流量制御機構の下流側に設けられ、抵抗体とこの抵抗体の両端のガス圧を測定する圧力測定機構とを有するガス流量検出機構とを具備し、
前記ガス流量制御機構により流量制御された前記ガスを前記ガス流量検出機構に通流させ、前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差に基づいて、前記ガス流量制御機構の検定又は較正を行うことを特徴とする基板処理装置。
前記ガス供給系が、前記ガス流量検出器を通って前記処理室に至るガス流路と、前記ガス流量検出器を通らずに前記処理室に至るガス流路とを切換え可能に構成されたことを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
前記ガス流量検出機構が抵抗体の抵抗値を変更可能とされていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の基板処理装置。
抵抗値の異なる複数の前記抵抗体を具備し、これらの抵抗体を切換えて使用するよう構成されたことを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
前記ガス流量検出機構の前記圧力測定機構によって測定されるガス圧の差から求められる流量と、設定流量との差に応じた信号を前記ガス流量制御機構に入力し、当該ガス流量制御機構の較正を行うことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の基板処理装置。