JP4832276B2 - Substrate adsorption system and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、基板吸着システムおよび半導体製造装置に関するものである。   The present invention relates to a substrate suction system and a semiconductor manufacturing apparatus.

真空中で基板を加熱（または冷却）するため、基板を静電吸着する静電チャックホットプレート（以下、単に「ホットプレート」という。）が利用されている。このホットプレートは、セラミックからなる基材中に、加熱電極および静電吸着電極を埋め込んで構成されている。その静電吸着電極に直流電源から電圧を印加することによって、基板を静電吸着しうるようになっている。また、静電吸着された基板とホットプレートとの熱伝達率を向上させるため、基板とホットプレートとの間にガス充填室が形成されている。   In order to heat (or cool) the substrate in a vacuum, an electrostatic chuck hot plate (hereinafter simply referred to as “hot plate”) that electrostatically attracts the substrate is used. This hot plate is configured by embedding a heating electrode and an electrostatic adsorption electrode in a base material made of ceramic. The substrate can be electrostatically attracted by applying a voltage from the DC power source to the electrostatic attracting electrode. In addition, a gas filling chamber is formed between the substrate and the hot plate in order to improve the heat transfer coefficient between the electrostatically attracted substrate and the hot plate.

ところで、ホットプレートによる基板の静電吸着力の強弱が、半導体製造プロセスに影響を及ぼして、基板上に形成される半導体デバイスの特性を左右する場合がある。そのため、基板の静電吸着力をモニタする必要がある。静電吸着力が低下すると、ホットプレートと基板との間に隙間が生じ、その隙間を通って、ガス充填室に充填された不活性ガスが流出する。そのガス流量を検出することにより、静電吸着力をモニタする方法が採用されている。   By the way, the strength of the electrostatic attraction force of the substrate by the hot plate may affect the semiconductor manufacturing process and affect the characteristics of the semiconductor device formed on the substrate. Therefore, it is necessary to monitor the electrostatic attraction force of the substrate. When the electrostatic attraction force is reduced, a gap is formed between the hot plate and the substrate, and the inert gas filled in the gas filling chamber flows out through the gap. A method of monitoring the electrostatic attraction force by detecting the gas flow rate is employed.

例えば特許文献１には、基板−試料台間の隙間に不活性ガスを供給する静電吸着ホルダにおいて、不活性ガスを流す通路に真空計を設け、真空計で計測された圧力が設定値より小さくなったときにのみ不活性ガスを上記隙間に供給するマスフローコントローラを設ける構成が記載されている。そして、不活性ガスの供給量が設定値より大きくなったとき、静電吸着力が低下したと判断している。
特開平１１−３０７６２１号公報 For example, in Patent Document 1, in an electrostatic chuck holder that supplies an inert gas to a gap between a substrate and a sample stage, a vacuum gauge is provided in a passage through which the inert gas flows, and the pressure measured by the vacuum gauge is higher than a set value. A configuration is described in which a mass flow controller that supplies an inert gas to the gap only when it becomes smaller is described. Then, when the supply amount of the inert gas becomes larger than the set value, it is determined that the electrostatic attraction force has decreased.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-307621

しかしながら、一般にマスフローコントローラのようなガス流量測定手段は、その上流側と下流側との圧力差からガス流量を算出している。そのため、マスフローコントローラの上流側に圧力変動が発生した場合には、ガス流量が誤って算出されることになり、静電吸着力の正確なモニタが不可能になるという問題がある。特に、単一の不活性ガス供給源から複数の半導体製造モジュールに不活性ガスを供給する場合には、一部の半導体製造モジュールにおける不活性ガスの利用状態に応じて、不活性ガスの供給圧力が変動するおそれがある。その圧力変動の影響が、前記ホットプレートを設けた半導体製造モジュールに及んで、マスフローコントローラに正確なガス流量を出力させることが困難になる。   However, generally, a gas flow rate measuring means such as a mass flow controller calculates a gas flow rate from a pressure difference between the upstream side and the downstream side. Therefore, when a pressure fluctuation occurs on the upstream side of the mass flow controller, the gas flow rate is erroneously calculated, and there is a problem that it is impossible to accurately monitor the electrostatic attraction force. In particular, when supplying an inert gas from a single inert gas supply source to a plurality of semiconductor manufacturing modules, the supply pressure of the inert gas depends on the usage state of the inert gas in some semiconductor manufacturing modules. May fluctuate. The influence of the pressure fluctuation reaches the semiconductor manufacturing module provided with the hot plate, making it difficult to output an accurate gas flow rate to the mass flow controller.

なお、マスフローコントローラの上流側に圧力レギュレータを設けて、圧力一定制御を行うことも考えられる。しかしながら、圧力レギュレータは設定圧力を中心に所定幅をもって制御するため、マスフローコントローラが出力する流量は変動することになる。   It is also conceivable to perform a constant pressure control by providing a pressure regulator upstream of the mass flow controller. However, since the pressure regulator is controlled with a predetermined width around the set pressure, the flow rate output from the mass flow controller varies.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、基板吸着力を正確にモニタすることが可能な基板吸着システムの提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a substrate suction system capable of accurately monitoring the substrate suction force.

上記課題を解決するため、本発明に係る基板吸着システムは、基板を吸着するテーブルと、前記テーブルの表面に形成されたガス充填室と、前記ガス充填室に不活性ガスを供給するガス流路と、前記ガス充填室内のガス圧力を測定する圧力計と、前記ガス充填室に流入するガス流量を制御する流量制御バルブと、前記圧力計の測定結果に基づいて、前記流量制御バルブの開度を調節し、前記ガス充填室内のガス圧力を所定圧力に制御する制御部と、前記ガス流路における前記流量制御バルブの上流側に配置され、前記ガス流路のガス流量を測定する流量センサと、前記ガス流路における前記流量センサの上流側に配置され、前記ガス流路を開閉する遮断弁と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a substrate adsorption system according to the present invention includes a table for adsorbing a substrate, a gas filling chamber formed on the surface of the table, and a gas flow path for supplying an inert gas to the gas filling chamber. A pressure gauge that measures the gas pressure in the gas filling chamber, a flow control valve that controls the flow rate of the gas flowing into the gas filling chamber, and an opening degree of the flow control valve based on the measurement result of the pressure gauge And a control unit that controls the gas pressure in the gas filling chamber to a predetermined pressure, and a flow rate sensor that is disposed upstream of the flow rate control valve in the gas flow path and measures the gas flow rate in the gas flow path; And a shut-off valve disposed on the upstream side of the flow rate sensor in the gas flow path for opening and closing the gas flow path.

この構成によれば、ガス充填室内のガス圧力を所定圧力に制御する制御部を備えているので、テーブルと基板との熱伝達率を確保することが可能になり、基板の加熱および冷却を効率よく行うことができる。また、流量センサの上流側にガス流路を開閉する遮断弁を備えているので、この遮断弁を閉じることにより、流量センサの上流側の圧力変動が流量センサに及ぶのを防止することが可能になる。したがって、流量センサに正確なガス流量を出力させることが可能になり、基板吸着力を正確にモニタすることができる。   According to this configuration, since the control unit that controls the gas pressure in the gas filling chamber to a predetermined pressure is provided, it is possible to ensure the heat transfer coefficient between the table and the substrate, and to efficiently heat and cool the substrate. Can be done well. In addition, a shut-off valve that opens and closes the gas flow path is provided upstream of the flow sensor. By closing this shut-off valve, pressure fluctuations upstream of the flow sensor can be prevented from reaching the flow sensor. become. Therefore, it becomes possible to output an accurate gas flow rate to the flow rate sensor, and the substrate adsorption force can be accurately monitored.

前記遮断弁から前記流量制御バルブまでの前記ガス流路の容積が、前記流量制御バルブから前記ガス充填室までの前記ガス流路および前記ガス充填室の容積より、大きくなっていることが望ましい。
この構成によれば、遮断弁から流量制御バルブまでのガス流路に蓄圧された不活性ガスを利用して、ガス充填室を所定圧力に制御することができる。 It is desirable that the volume of the gas flow path from the shutoff valve to the flow rate control valve is larger than the volume of the gas flow path from the flow rate control valve to the gas filling chamber and the volume of the gas filling chamber.
According to this configuration, the gas filling chamber can be controlled to a predetermined pressure by using the inert gas accumulated in the gas flow path from the shutoff valve to the flow rate control valve.

前記流量制御バルブから前記ガス充填室までの前記ガス流路に、絞り流路が設けられていないことが望ましい。
この構成によれば、流量制御バルブにおける不活性ガスのリークを正確に検出することができる。 It is desirable that a throttle channel is not provided in the gas channel from the flow control valve to the gas filling chamber.
According to this configuration, it is possible to accurately detect the leak of the inert gas in the flow control valve.

本発明に係る半導体製造装置は、一つの不活性ガス供給手段から複数の半導体製造モジュールに対して前記不活性ガスが供給される半導体製造装置であって、少なくとも一つの前記半導体製造モジュールに、上述した基板吸着システムが採用されていることを特徴とする。
この構成によれば、一部の半導体製造モジュールにおける不活性ガスの利用状態に応じて不活性ガスの供給圧力が変動した場合でも、前記基板吸着システムを採用した半導体製造モジュールにおける流量センサに対して、その圧力変動の影響が及ぶのを防止することができる。したがって、基板吸着力を正確にモニタすることができる。 The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is a semiconductor manufacturing apparatus in which the inert gas is supplied from a single inert gas supply means to a plurality of semiconductor manufacturing modules. The substrate adsorption system is adopted.
According to this configuration, even when the supply pressure of the inert gas varies depending on the use state of the inert gas in some semiconductor manufacturing modules, the flow rate sensor in the semiconductor manufacturing module employing the substrate adsorption system is used. The influence of the pressure fluctuation can be prevented. Therefore, the substrate adsorption force can be accurately monitored.

本発明によれば、流量センサの上流側にガス流路を開閉する遮断弁を備えているので、流量センサの上流側の圧力変動が流量センサに及ぶのを防止することができる。したがって、流量センサに正確なガス流量を出力させることが可能になり、基板吸着力を正確にモニタすることが可能な基板吸着システムを提供することができる。   According to the present invention, the shutoff valve that opens and closes the gas flow path is provided on the upstream side of the flow sensor, so that the pressure fluctuation on the upstream side of the flow sensor can be prevented from reaching the flow sensor. Therefore, it is possible to output an accurate gas flow rate to the flow rate sensor, and it is possible to provide a substrate suction system capable of accurately monitoring the substrate suction force.

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る基板吸着システムおよび半導体製造装置の概略構成図である。本実施形態に係る基板吸着システム２は、基板５を静電吸着するホットプレート（テーブル）１２と、ホットプレート１２の表面に形成されたガス充填室２０と、ガス充填室２０に不活性ガスを供給するガス流路２５と、ガス充填室２０内のガス圧力を測定する圧力計２３と、ガス充填室２０に流入するガス流量を制御する流量制御バルブ２４と、圧力計２３の測定結果に基づいて、流量制御バルブ２４の開度を調節し、ガス充填室２０内を一定圧力に制御する制御部３０と、ガス流路２５における流量制御バルブ２４の上流側に配置され、ガス流路２５のガス流量を測定する流量センサ２７と、ガス流路２５における流量センサ２７の上流側に配置され、ガス流路２５を開閉する遮断弁２８と、を有するものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate suction system and a semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment. The substrate adsorption system 2 according to the present embodiment includes a hot plate (table) 12 that electrostatically adsorbs the substrate 5, a gas filling chamber 20 formed on the surface of the hot plate 12, and an inert gas in the gas filling chamber 20. Based on the measurement results of the gas flow path 25 to be supplied, the pressure gauge 23 for measuring the gas pressure in the gas filling chamber 20, the flow rate control valve 24 for controlling the gas flow rate flowing into the gas filling chamber 20, and the pressure gauge 23. The flow rate control valve 24 is adjusted to adjust the opening and the gas filling chamber 20 is controlled to a constant pressure, and the gas flow path 25 is disposed upstream of the flow rate control valve 24. A flow rate sensor 27 that measures the gas flow rate and a shutoff valve 28 that is disposed upstream of the flow rate sensor 27 in the gas flow path 25 and opens and closes the gas flow path 25 are provided.

また本実施形態に係る半導体製造装置１００は、一つの不活性ガス供給手段５０から複数の半導体製造モジュール１，４０に対して不活性ガスが供給される半導体製造装置１００であって、少なくとも一つの半導体製造モジュール１に、上述した基板吸着システム２が採用されているものである。なお以下には、上述した基板吸着システム２をスパッタモジュール１に採用した場合を例にして説明する。   The semiconductor manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment is a semiconductor manufacturing apparatus 100 in which an inert gas is supplied from a single inert gas supply means 50 to a plurality of semiconductor manufacturing modules 1 and 40, and includes at least one The semiconductor adsorption module 1 employs the above-described substrate adsorption system 2. Hereinafter, the case where the above-described substrate adsorption system 2 is employed in the sputtering module 1 will be described as an example.

スパッタモジュール１は、チャンバ１０と、チャンバ１０内を減圧する真空ポンプ１８とを備えている。チャンバ１０の内部には、被処理基板（以下、単に基板という。）５を載置するホットプレート１２が金属製台座上に設けられている。ホットプレート１２には、基板５を加熱するためのヒータ電極１４と、基板５を静電吸着するための吸着電極１６とが設けられている。この吸着電極１６に直流電圧を印加することにより、ホットプレート１２の表面に基板５を静電吸着しうるようになっている。   The sputter module 1 includes a chamber 10 and a vacuum pump 18 that decompresses the inside of the chamber 10. Inside the chamber 10, a hot plate 12 on which a substrate to be processed (hereinafter simply referred to as a substrate) 5 is placed is provided on a metal base. The hot plate 12 is provided with a heater electrode 14 for heating the substrate 5 and an adsorption electrode 16 for electrostatically adsorbing the substrate 5. By applying a DC voltage to the adsorption electrode 16, the substrate 5 can be electrostatically adsorbed on the surface of the hot plate 12.

ホットプレート１２の表面には、不活性ガスを充填するガス充填室２０が形成されている。ガス充填室２０は、ホットプレート１２の周縁部以外の領域に、１個または複数個が形成されている。ホットプレート１２の表面に基板５が静電吸着されると、ガス充填室２０が基板５およびホットプレート１２に囲まれて密閉されるようになっている。ガス充填室２０には、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）など、基板５に影響を及ぼさず、なおかつ熱伝導率の高い不活性ガスが、伝熱ガスとして充填される。これにより、ホットプレート１２から基板５への熱伝達率を確保しうるようになっている。   A gas filling chamber 20 for filling an inert gas is formed on the surface of the hot plate 12. One or a plurality of gas filling chambers 20 are formed in a region other than the peripheral portion of the hot plate 12. When the substrate 5 is electrostatically attracted to the surface of the hot plate 12, the gas filling chamber 20 is enclosed and enclosed by the substrate 5 and the hot plate 12. The gas filling chamber 20 is filled with an inert gas, such as argon (Ar), helium (He), nitrogen (N 2), which does not affect the substrate 5 and has a high thermal conductivity, as a heat transfer gas. Thereby, the heat transfer rate from the hot plate 12 to the substrate 5 can be secured.

ガス充填室２０には、不活性ガスを供給するガス流路２５が接続されている。ガス流路２５には、ガス充填室２０内のガス圧力を測定する圧力計２３と、ガス充填室２０に流入するガス流量を制御する流量制御バルブ２４とが設けられている。流量制御バルブ２４は、電磁弁等で構成されている。また圧力計２３は、流量制御バルブ２４からガス充填室２０までのガス流路２５に接続され、ガス充填室２０内のガス圧力を測定しうるようになっている。圧力計２３および流量制御バルブ２４は、制御部３０に接続されている。制御部３０は、圧力計２３によるガス充填室２０内の圧力測定結果を常時モニタし、ガス充填室２０内が一定圧力となるように流量制御バルブ２４の開度を調節するものである。   A gas flow path 25 for supplying an inert gas is connected to the gas filling chamber 20. The gas flow path 25 is provided with a pressure gauge 23 that measures the gas pressure in the gas filling chamber 20 and a flow rate control valve 24 that controls the flow rate of gas flowing into the gas filling chamber 20. The flow control valve 24 is configured by an electromagnetic valve or the like. The pressure gauge 23 is connected to a gas flow path 25 from the flow rate control valve 24 to the gas filling chamber 20 so that the gas pressure in the gas filling chamber 20 can be measured. The pressure gauge 23 and the flow rate control valve 24 are connected to the control unit 30. The control unit 30 constantly monitors the pressure measurement result in the gas filling chamber 20 by the pressure gauge 23 and adjusts the opening degree of the flow control valve 24 so that the gas filling chamber 20 has a constant pressure.

ガス流路２５における流量制御バルブ２４の上流側（不活性ガス供給手段５０側）には、流量センサ２７が設けられている。この流量センサ２７は、その上流側と下流側とのガス圧力差を測定し、ガス流路２５を流れるガス流量を算出するものである。ガス流路２５における流量センサ２７の上流側には、ガス流路を開閉する遮断弁２８が設けられている。この遮断弁２８を閉じることにより、流量センサ２７の上流側の圧力変動が流量センサ２７に及ぶの防止することができる。   A flow sensor 27 is provided on the upstream side (inert gas supply means 50 side) of the flow control valve 24 in the gas flow path 25. The flow rate sensor 27 measures the gas pressure difference between the upstream side and the downstream side and calculates the flow rate of gas flowing through the gas flow path 25. A shutoff valve 28 for opening and closing the gas flow path is provided on the upstream side of the flow rate sensor 27 in the gas flow path 25. By closing the shut-off valve 28, it is possible to prevent the pressure fluctuation upstream of the flow sensor 27 from reaching the flow sensor 27.

ここで、遮断弁２８の上流側のガス流路２５を第１ガス流路２５ａと呼び、遮断弁２８から流量制御バルブ２４までのガス流路２５を第２ガス流路２５ｂと呼び、流量制御バルブ２４からガス充填室２０までのガス流路２５を第３ガス流路２５ｃと呼ぶ。第２ガス流路２５ｂの容積Ｖｂは、第３ガス流路２５ｃおよびガス充填室２０の容積Ｖｃより、大きくなっていることが望ましい。これにより、第２ガス流路２５ｂに蓄圧された不活性ガスを利用して、ガス充填室２０を所定圧力に制御することができる。   Here, the gas flow path 25 on the upstream side of the shut-off valve 28 is referred to as a first gas flow path 25a, and the gas flow path 25 from the shut-off valve 28 to the flow control valve 24 is referred to as a second gas flow path 25b. The gas flow path 25 from the valve 24 to the gas filling chamber 20 is referred to as a third gas flow path 25c. The volume Vb of the second gas flow path 25b is desirably larger than the volume Vc of the third gas flow path 25c and the gas filling chamber 20. Thereby, the gas filling chamber 20 can be controlled to a predetermined pressure using the inert gas accumulated in the second gas flow path 25b.

ところで、ホットプレート１２に基板５が載置されていない状態では、不活性ガスがチャンバ１０内に流出するのを防止するため、流量制御バルブ２４を閉じておく必要がある。ここで、上述した流量センサ２７によるガス流量の算出結果から、流量制御バルブ２４における不活性ガスのリークを検出することができる。なお、第３ガス流路２５ｃには、オリフィス等の絞り流路が形成されていないことに留意されたい。絞り流路が存在するとガス流量が小さくなるので、流量制御バルブ２４のリークを検出できなくなる可能性があるからである。   By the way, when the substrate 5 is not placed on the hot plate 12, the flow rate control valve 24 needs to be closed in order to prevent the inert gas from flowing into the chamber 10. Here, the leak of the inert gas in the flow control valve 24 can be detected from the calculation result of the gas flow rate by the flow rate sensor 27 described above. It should be noted that a throttle channel such as an orifice is not formed in the third gas channel 25c. This is because if the throttle channel is present, the gas flow rate becomes small, so that there is a possibility that leakage of the flow rate control valve 24 cannot be detected.

第１ガス流路２５ａは、不活性ガス供給手段５０に接続されている。なお不活性ガスは、不活性ガスとして利用されるだけでなく、様々な半導体プロセスで利用される。そのため、１個の不活性ガス供給手段５０から複数の半導体製造モジュール１，４０に対して不活性ガスが供給されるようになっている。具体的には、不活性ガス供給手段５０から不活性ガス供給配管５２が延設され、その不活性ガス供給配管５２から分岐された第１ガス流路２５ａがスパッタモジュール１のホットプレート１２に接続され、また不活性ガス供給配管５２から分岐された他のガス流路４５が他の半導体製造モジュール４０に接続されている。なお、他のガス流路４５にも遮断弁４８を設けておくことが望ましい。この遮断弁４８を閉じておけば、他の半導体製造モジュール４０における不活性ガスの利用状態にかかわらず、不活性ガス供給配管５２において不活性ガス供給圧力が変動するのを防止することができる。   The first gas flow path 25 a is connected to the inert gas supply means 50. The inert gas is used not only as an inert gas but also in various semiconductor processes. Therefore, an inert gas is supplied from a single inert gas supply means 50 to the plurality of semiconductor manufacturing modules 1 and 40. Specifically, an inert gas supply pipe 52 extends from the inert gas supply means 50, and the first gas flow path 25 a branched from the inert gas supply pipe 52 is connected to the hot plate 12 of the sputter module 1. In addition, another gas flow path 45 branched from the inert gas supply pipe 52 is connected to another semiconductor manufacturing module 40. It is desirable to provide a shutoff valve 48 in the other gas flow path 45 as well. If this shutoff valve 48 is closed, it is possible to prevent the inert gas supply pressure from fluctuating in the inert gas supply pipe 52 regardless of the use state of the inert gas in the other semiconductor manufacturing modules 40.

（作用）
次に、本実施形態に係る基板吸着システム２および半導体製造装置１００の使用方法および作用について説明する。
まず、真空ポンプ１８によりチャンバ１０の内部を真空引きする。上述したように、ホットプレート１２に基板５が載置されていない状態では、不活性ガスがチャンバ１０内に流出するのを防止するため、流量制御バルブ２４を閉鎖しておく。一方、遮断弁２８は開放して、第２ガス流路２５ｂに不活性ガスを導入する。これにより、第２ガス流路２５ｂのガス圧力Ｐｂが、第３ガス流路２５ｃのガス圧力Ｐｃより大きくなる。 (Function)
Next, the usage method and operation of the substrate suction system 2 and the semiconductor manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment will be described.
First, the inside of the chamber 10 is evacuated by the vacuum pump 18. As described above, when the substrate 5 is not placed on the hot plate 12, the flow control valve 24 is closed in order to prevent the inert gas from flowing into the chamber 10. On the other hand, the shutoff valve 28 is opened to introduce an inert gas into the second gas flow path 25b. As a result, the gas pressure Pb in the second gas passage 25b becomes larger than the gas pressure Pc in the third gas passage 25c.

次にホットプレート１２の表面に基板５を載置し、吸着電極１６に直流電圧を印加して、ホットプレート１２の表面に基板５を静電吸着する。これによりガス充填室２０が密閉される。次に遮断弁２８を閉鎖して、第１ガス流路２５ａから第２ガス流路２５ｂを分離する。次に流量制御バルブ２４を開いて、第３ガス流路２５ｃに不活性ガスを導入する。
図２は、ガス流量およびガス圧力の経時変化の一例を示すグラフである。グラフＡに示すように、不活性ガスの導入開始から約２０秒間でガス流量を直線的に増加させ、グラフＣに示すように、ガス充填室２０の圧力を約２００Ｐａまで直線的に上昇させる。 Next, the substrate 5 is placed on the surface of the hot plate 12 and a DC voltage is applied to the suction electrode 16 to electrostatically attract the substrate 5 to the surface of the hot plate 12. Thereby, the gas filling chamber 20 is sealed. Next, the shut-off valve 28 is closed to separate the second gas channel 25b from the first gas channel 25a. Next, the flow control valve 24 is opened to introduce an inert gas into the third gas flow path 25c.
FIG. 2 is a graph showing an example of a change over time in gas flow rate and gas pressure. As shown in the graph A, the gas flow rate is linearly increased in about 20 seconds from the start of the introduction of the inert gas, and as shown in the graph C, the pressure in the gas filling chamber 20 is linearly increased to about 200 Pa.

次に、図１に示す制御部３０により、第３ガス流路２５ｃを所定圧力に制御する。具体的には、圧力計２３によるガス充填室２０内の圧力測定結果を常時モニタし、ガス充填室２０内が所定圧力となるように、流量制御バルブ２４の開度を調節する。
図２において、グラフＣに示すようにガス充填室２０の圧力が２００Ｐａとなった時点で、流量制御バルブ２４の開度を絞り、グラフＡに示すようにガス流量を減少させる。その後は、流量制御バルブ２４の開度を調節してガス流量を微調整しつつ、グラフＣに示すようにガス充填室２０の圧力を約２００Ｐａの一定圧力に制御する。 Next, the third gas flow path 25c is controlled to a predetermined pressure by the control unit 30 shown in FIG. Specifically, the pressure measurement result in the gas filling chamber 20 by the pressure gauge 23 is constantly monitored, and the opening degree of the flow control valve 24 is adjusted so that the gas filling chamber 20 has a predetermined pressure.
In FIG. 2, when the pressure in the gas filling chamber 20 reaches 200 Pa as shown in the graph C, the opening degree of the flow rate control valve 24 is reduced, and the gas flow rate is reduced as shown in the graph A. Thereafter, the pressure of the gas filling chamber 20 is controlled to a constant pressure of about 200 Pa as shown in the graph C while finely adjusting the gas flow rate by adjusting the opening degree of the flow rate control valve 24.

これにより、図１に示すガス充填室２０に所定圧力の不活性ガスが充填される。不活性ガスの熱伝導率は高いので、ガス充填室２０を設けない場合に比べて、ホットプレート１２と基板５との熱伝達率を向上させることができる。これにより、基板５の加熱および冷却を効率よく行うことが可能になり、製造コストを低減することができる。   As a result, the gas filling chamber 20 shown in FIG. 1 is filled with an inert gas having a predetermined pressure. Since the heat conductivity of the inert gas is high, the heat transfer coefficient between the hot plate 12 and the substrate 5 can be improved as compared with the case where the gas filling chamber 20 is not provided. As a result, the substrate 5 can be efficiently heated and cooled, and the manufacturing cost can be reduced.

ところで、ホットプレート１２と基板５との間には、不可避的にわずかな隙間が存在する。この隙間を通って、ガス充填室２０内の不活性ガスが、真空引きされたチャンバ１０内に流出する。これにより、ホットプレート１２と基板５との熱伝達率が低下することになる。
しかしながら、不活性ガスの流出によりガス充填室２０の圧力が低下すると、制御部３０が流量制御バルブ２４の開度を増加させてガス流量を増加させ、ガス充填室２０を所定圧力に復帰させる。これにより、ガス充填室２０を所定圧力に保持することができる。これに伴って、ホットプレート１２と基板５との熱伝達率の低下を抑制することが可能になり、基板の加熱および冷却を効率よく行うことができる。 Incidentally, there is inevitably a slight gap between the hot plate 12 and the substrate 5. Through this gap, the inert gas in the gas filling chamber 20 flows out into the vacuumed chamber 10. As a result, the heat transfer coefficient between the hot plate 12 and the substrate 5 is lowered.
However, when the pressure of the gas filling chamber 20 decreases due to the outflow of the inert gas, the control unit 30 increases the opening degree of the flow control valve 24 to increase the gas flow rate, and returns the gas filling chamber 20 to a predetermined pressure. Thereby, the gas filling chamber 20 can be maintained at a predetermined pressure. Along with this, it is possible to suppress a decrease in the heat transfer coefficient between the hot plate 12 and the substrate 5, and the substrate can be efficiently heated and cooled.

ただし、基板５および／またはホットプレート１２が変形した場合や、静電吸着力が低下した場合などには、ホットプレート１２と基板５との隙間が大きくなる。これにより、基板５に対する加熱および冷却が不均一となり、基板上に形成される半導体デバイスの特性がばらつくことになる。
ホットプレート１２と基板５との隙間が大きくなると、その隙間を通って流出する不活性ガスの流量が増加する。そこで、流量センサ２７によりガス流量をモニタし、ガス流量が所定値を超えた場合には、基板吸着状態が異常であると判断する。異常と判断した場合には、流量制御バルブ２４の閉鎖や、作業者への警報出力などの措置をとる。これにより、半導体デバイスの不良発生を防止することができる。 However, when the substrate 5 and / or the hot plate 12 is deformed or when the electrostatic attraction force is reduced, the gap between the hot plate 12 and the substrate 5 is increased. As a result, the heating and cooling of the substrate 5 become non-uniform, and the characteristics of the semiconductor device formed on the substrate vary.
When the gap between the hot plate 12 and the substrate 5 becomes large, the flow rate of the inert gas flowing out through the gap increases. Therefore, the gas flow rate is monitored by the flow rate sensor 27, and when the gas flow rate exceeds a predetermined value, it is determined that the substrate adsorption state is abnormal. If it is determined that there is an abnormality, measures such as closing the flow control valve 24 and outputting an alarm to the operator are taken. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of defects in the semiconductor device.

上述したように、流量センサ２７は、その上流側と下流側とのガス圧力差に基づいてガス流量を算出するものである。ところが、単一の不活性ガス供給手段５０から複数の半導体製造モジュール１，４０に不活性ガスを供給する場合には、一部の半導体製造モジュール４０における不活性ガスの利用状態に応じて、不活性ガスの供給圧力が変動するおそれがある。その圧力変動の影響は、スパッタモジュール１の第１ガス流路２５ａにも及ぶことになる。そのため、遮断弁２８がない場合には、流量センサ２７が誤ったガス流量を出力するおそれがある。   As described above, the flow sensor 27 calculates the gas flow rate based on the gas pressure difference between the upstream side and the downstream side. However, when supplying an inert gas from a single inert gas supply means 50 to a plurality of semiconductor manufacturing modules 1, 40, an inert gas is used depending on the usage state of the inert gas in some semiconductor manufacturing modules 40. There is a possibility that the supply pressure of the active gas may fluctuate. The influence of the pressure fluctuation also reaches the first gas flow path 25a of the sputtering module 1. Therefore, when there is no shutoff valve 28, the flow sensor 27 may output an incorrect gas flow rate.

図３はガス流量の誤検出の説明図であり、流量センサから出力されたガス流量を縦軸にとり、時間を横軸にとっている。上述したようにホットプレート１２と基板５との間には不可避的にわずかな隙間が存在するので、グラフＥに示すように定常的なガス流量が発生している。遮断弁２８がない場合には、時刻Ｔにおいて第１ガス流路２５ａ内のガス圧力Ｐａが低下し、第２ガス流路２５ｂのガス圧力Ｐｂより低くなると、グラフＤに示すように流量センサ２７はマイナス方向（不活性ガス供給手段５０に向かう方向）のガス流量を出力する。逆に、第１ガス流路２５ａ内のガス圧力Ｐａが上昇し、第２ガス流路２５ｂのガス圧力Ｐｂより高くなると、流量センサ２７はプラス方向（流量制御バルブ２４に向かう方向）のガス流量を出力する。現実には流量制御バルブ２４が存在するため、定常的なガス流量のみが発生しているにもかかわらず、流量センサ２７からの出力はそれとは異なるものになる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of misdetection of the gas flow rate. The vertical axis represents the gas flow rate output from the flow sensor, and the horizontal axis represents time. As described above, since a slight gap inevitably exists between the hot plate 12 and the substrate 5, a steady gas flow rate is generated as shown in the graph E. When there is no shutoff valve 28, when the gas pressure Pa in the first gas flow path 25a decreases at time T and becomes lower than the gas pressure Pb in the second gas flow path 25b, the flow sensor 27 as shown in the graph D. Outputs a gas flow rate in the minus direction (direction toward the inert gas supply means 50). On the contrary, when the gas pressure Pa in the first gas flow path 25a increases and becomes higher than the gas pressure Pb in the second gas flow path 25b, the flow rate sensor 27 has a gas flow rate in the positive direction (direction toward the flow control valve 24). Is output. In reality, since the flow rate control valve 24 exists, the output from the flow rate sensor 27 is different from that even though only a steady gas flow rate is generated.

ここで、流量センサ２７の上流側に圧力レギュレータを設けて、圧力一定制御を行うことも考えられる。しかしながら、圧力レギュレータは設定圧力を中心に所定幅をもって調圧動作を行うため、図２のグラフＢに示すように、流量センサからの出力波形にはスパイク状の乱れが確認される。近年の半導体製造プロセスでは、各工程の時間短縮が進んでいるため、短時間で静電吸着力の異常を判断する必要がある。したがって、短時間であっても出力波形の乱れる圧力レギュレータを採用することは困難である。   Here, it is also conceivable to perform a constant pressure control by providing a pressure regulator upstream of the flow sensor 27. However, since the pressure regulator performs a pressure adjusting operation with a predetermined width around the set pressure, spike-like disturbance is confirmed in the output waveform from the flow sensor as shown in graph B of FIG. In recent semiconductor manufacturing processes, the time required for each process has been shortened, so it is necessary to determine whether the electrostatic attraction force is abnormal in a short time. Therefore, it is difficult to employ a pressure regulator whose output waveform is disturbed even for a short time.

これに対して本実施形態では、流量センサ２７の上流側に、ガス流路２５を開閉する遮断弁２８を設けている。この遮断弁２８を閉じることにより、流量センサ２７の上流側の圧力変動が流量センサ２７に及ぶのを防止することができる。したがって、流量センサ２７に正確なガス流量を出力させることが可能になり、ホットプレートの静電吸着力を正確にモニタすることができる。   In contrast, in the present embodiment, a shutoff valve 28 for opening and closing the gas flow path 25 is provided on the upstream side of the flow rate sensor 27. By closing the shut-off valve 28, it is possible to prevent the pressure fluctuation on the upstream side of the flow sensor 27 from reaching the flow sensor 27. Therefore, it is possible to output an accurate gas flow rate to the flow rate sensor 27, and the electrostatic adsorption force of the hot plate can be accurately monitored.

なお静電吸着力をモニタする手法として、上述したガス流量をモニタする方法のほかに、（１）基板温度をモニタする方法、（２）基板から吸着電極に流れる直流電流をモニタする方法が考えられる。
（１）の基板温度をモニタする方法では、計測機器のキャリブレーションを行う必要がある。キャリブレーションは、素性のはっきりした温度測定用基板を用いて、使用温度範囲内で、ホットプレートと温度測定用基板との温度を比較することによって行う。しかしながら、半導体基板のように、複数の工程を通過した基板の裏面状態は、温度測定用基板の裏面状態とは異なっていることがほとんどであり、測定値に対して誤差を含んでしまう。また加熱を必要としない（室温に近い）プロセスでは、静電吸着された基板に温度変化がないため、モニタとして使用することは困難である。 In addition to the method of monitoring the gas flow rate described above, (1) a method of monitoring the substrate temperature, and (2) a method of monitoring a direct current flowing from the substrate to the adsorption electrode can be considered as a method for monitoring the electrostatic adsorption force. It is done.
In the method (1) of monitoring the substrate temperature, it is necessary to calibrate the measuring instrument. Calibration is performed by comparing the temperatures of the hot plate and the temperature measurement substrate within the operating temperature range using a temperature measurement substrate with a clear feature. However, the back surface state of a substrate that has passed through a plurality of steps, such as a semiconductor substrate, is almost different from the back surface state of the temperature measurement substrate, and includes an error with respect to the measured value. In a process that does not require heating (close to room temperature), it is difficult to use as a monitor because there is no temperature change in the electrostatically attracted substrate.

（２）の静電吸着時の微小な電流値をモニタする方法では、印加するチャック電圧を一定にした場合でも、基板裏面の膜種・膜厚によって電流値が変化するため、正確なモニタが困難である。なお静電吸着を行う際の吸着原理は、ジョンセンラーベック力とクーロン力に区別される。ジョンセンラーベック力を用いた場合には、基板から吸着電極に微小電流が流れるが、クーロン力を用いた場合には電流が流れないため、モニタすることは不可能である。
これに対して、本実施形態の基板吸着システムを用いてガス流量をモニタすれば、上述したように静電吸着力を正確にモニタすることができるのである。 In the method (2) of monitoring the minute current value during electrostatic adsorption, even if the applied chuck voltage is constant, the current value changes depending on the film type and film thickness on the back of the substrate. Have difficulty. Note that the principle of adsorption when performing electrostatic adsorption is classified into Johnsenler-Beck force and Coulomb force. When the Johnsen-Rahbek force is used, a minute current flows from the substrate to the adsorption electrode. However, when the Coulomb force is used, no current flows, so that monitoring is impossible.
On the other hand, if the gas flow rate is monitored using the substrate adsorption system of this embodiment, the electrostatic adsorption force can be accurately monitored as described above.

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。   It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate.

例えば、本実施形態ではスパッタモジュールに本発明の基板吸着システムを適用したが、これ以外の基板吸着を伴う半導体製造モジュールに本発明の基板吸着システムを適用することも可能である。また、本実施形態では基板を静電吸着する場合に本発明の基板吸着システムを適用したが、これ以外の吸着原理で基板を吸着する場合に本発明の基板吸着システムを適用することも可能である。   For example, in the present embodiment, the substrate adsorption system of the present invention is applied to the sputter module, but the substrate adsorption system of the present invention can also be applied to other semiconductor manufacturing modules that involve substrate adsorption. In this embodiment, the substrate suction system of the present invention is applied when electrostatically attracting a substrate. However, the substrate suction system of the present invention can also be applied when the substrate is attracted by another suction principle. is there.

実施形態に係る半導体製造装置および基板吸着システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus and a substrate suction system according to an embodiment. ガス流量およびガス圧力の経時変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a time-dependent change of a gas flow rate and gas pressure. ガス流量の誤検出の説明図である。It is explanatory drawing of the misdetection of a gas flow rate.

符号の説明Explanation of symbols

１…スパッタモジュール（半導体製造モジュール） ２…基板吸着システム ５…基板 １２…ホットプレート（テーブル） ２０…ガス充填室 ２３…圧力計 ２４…流量制御バルブ ２５…ガス流路 ２７…流量センサ ２８…遮断弁 ３０…制御部 ４０…半導体製造モジュール ５０…不活性ガス供給手段 １００…半導体製造装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputter module (semiconductor manufacturing module) 2 ... Substrate adsorption system 5 ... Substrate 12 ... Hot plate (table) 20 ... Gas filling chamber 23 ... Pressure gauge 24 ... Flow control valve 25 ... Gas flow path 27 ... Flow sensor 28 ... Shut off Valve 30 ... Control unit 40 ... Semiconductor manufacturing module 50 ... Inert gas supply means 100 ... Semiconductor manufacturing apparatus

Claims (4)

基板を吸着するテーブルと、
前記テーブルの表面に形成されたガス充填室と、
前記ガス充填室に不活性ガスを供給するガス流路と、
前記ガス充填室内のガス圧力を測定する圧力計と、
前記ガス充填室に流入するガス流量を制御する流量制御バルブと、
前記圧力計の測定結果に基づいて、前記流量制御バルブの開度を調節し、前記ガス充填室内のガス圧力を所定圧力に制御する制御部と、
前記ガス流路における前記流量制御バルブの上流側に配置され、前記ガス流路のガス流量を測定する流量センサと、
前記ガス流路における前記流量センサの上流側に配置され、前記ガス流路を開閉する遮断弁と、
を有することを特徴とする基板吸着システム。 A table for adsorbing the substrate;
A gas filling chamber formed on the surface of the table;
A gas flow path for supplying an inert gas to the gas filling chamber;
A pressure gauge for measuring a gas pressure in the gas filling chamber;
A flow rate control valve for controlling the flow rate of gas flowing into the gas filling chamber;
Based on the measurement result of the pressure gauge, a controller that adjusts the opening of the flow control valve and controls the gas pressure in the gas filling chamber to a predetermined pressure;
A flow rate sensor that is disposed upstream of the flow rate control valve in the gas flow path and measures a gas flow rate of the gas flow path;
A shut-off valve that is disposed upstream of the flow rate sensor in the gas flow path, and opens and closes the gas flow path;
A substrate adsorption system comprising: 前記遮断弁から前記流量制御バルブまでの前記ガス流路の容積が、前記流量制御バルブから前記ガス充填室までの前記ガス流路および前記ガス充填室の容積より、大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の基板吸着システム。   The volume of the gas flow path from the shutoff valve to the flow control valve is larger than the volume of the gas flow path from the flow control valve to the gas filling chamber and the volume of the gas filling chamber. The substrate adsorption system according to claim 1. 前記流量制御バルブから前記ガス充填室までの前記ガス流路に、絞り流路が設けられていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板吸着システム。   3. The substrate adsorption system according to claim 1, wherein a throttle channel is not provided in the gas channel from the flow rate control valve to the gas filling chamber. 一つの不活性ガス供給手段から複数の半導体製造モジュールに対して不活性ガスが供給される半導体製造装置であって、
少なくとも一つの前記半導体製造モジュールに、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の基板吸着システムが採用されていることを特徴とする半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus in which an inert gas is supplied from a single inert gas supply means to a plurality of semiconductor manufacturing modules,
4. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the substrate suction system according to claim 1 is employed in at least one of the semiconductor manufacturing modules.
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