JPH03174720A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、処理容器内に流れるガスの圧力を一定にして
処理する処理方法及び処理装置に関する。

（従来の技術） 常圧処理装置の一例として、第５図及び￥４６図に示す
ような拡散炉を挙げることができる。

第５図において、横型のプロセスチューブ１０は、その
一端側にガス導入管１２を連結し、他端側に排気管１４
を連結している。また、プロセスチューブ１０の周囲に
はヒータ１６が設けられ、プロセスチューブ１０内を所
定のプロセス温度に設定可能としている。そして、この
プロセスガスブ１０には多数枚のウェハ１８がローディ
ングされ、バッチ処理が可能となっている。

前記ガス導入管１２には、１種類またはそれ以上のプロ
セスガスが供給されることになるが、この各プロセスガ
スはマス・フロー・コントローラＭＦＣによって一定流
量に制御され、プロセスチューブ１０内に導入されるこ
とになる。

ウェハ］０の拡散処理を行うに際しては、前記ガス導入
管１２を介してプロセスチューブ１ｏ内にプロセスガス
を一定流量で供給しながら、前記排気管１４を介して排
気ファン２０の駆動により排気を行うようにしている。

一方、第６図に示すものは、複数のプロセスチューブ１
０・・・の各排気管１４・・・を共通排気管２２に連結
し、この共通排気管２２に設けた前記排気ファン２０に
より、複数のプロセスチューブ１０・・・の排気駆動を
兼用している。

ここで、上記プロセスチューブ１０内での拡散処理にあ
たっては、前記ガス導入管１２を介してプロセスチュー
ブ１０内に導入され、このプロセスチューブ１０内を通
過するプロセスガスが、層流状態にて一様に流れる状態
を確保しなければならない。このような流れを実現しな
いと、各ウェハ１８での面内均一性あるいは多数枚のウ
ェハ１８間の均一性（面間均一性）を確保できないから
である。このような流れ状態を確保するために、従来は
第５図及び第６図に示すように、各ＤＩ気管１４にそれ
ぞれ手動によって排気流量を制御可能な手動バルブ２４
を設けていた。

（発明が解決しようとする課題） プロセスチューブ１０内での上記のような層流状態での
流れを確保するためには、プロセスチューブ］０内に供
給される流量と、プロセスチューブ１０内より排気され
る流量とを一致させなければならない。この際、従来は
その調整を手動バルブ２４によって行っていたため、そ
の調整作業が極めて煩雑であった。そして、供給流量と
排気流量とが等しくない場合には、例えばマス・フロー
・コントローラＭＦＣにて２０１　／ｍｉｎのプロセス
ガスを導入し、排気管１４でＥ　９１７ｍＩｎの排気流
量が設定された場合には、プロセスチューブ１０内の圧
力が大気圧より高くなり、プロセスチューブ１０内の流
速に乱れが発生してしまう。この結果、ウェハ１８表面
での層流が不均一となってしまう。一方、排気流量が多
くなった場合には、プロセスチューブ１０内の圧力が逆
に大気圧より低くなり、同様な現象が生じてしまう。

一方、第６図に示すように複数のプロセスガスブを１つ
の排気管２０によって兼用して排気駆動する場合には、
上記の問題に加えて下記のような問題が生している。

すなわち、各プロセスチューブ１０・・・での処理動作
のタイミングをずらして行う場合には、あるプロセスチ
ューブ１０でウェハ１８を搬入出と、このプロセスチュ
ーブ１０の圧力が大気圧に開放されることになる。従っ
て、このプロセスチューブ１０を介していずれかの排気
管１４に大流量（１００１／ｍｉｍ以上）が流れること
になってしまう。このような現象は、各プロセスチュー
ブ］０のタイミングがずれているため排気側の圧力状態
は常に変動することになる。従って、各プロセスチュー
ブ１０に対してＭＦＣを介して一定流量のプロセスガス
を供給したとしても、各プロセスチューブでのガスの流
れが一定にならず、プロセスの均一性を確保てきないと
いう問題があった。

さらに、プロセス中の流量を変更する場合には、この供
給流量に対する排気成員の設定を手動バルブ２４を介し
て行ったのでは追従できず、この流量の切り替え時にプ
ロセスチューブ内の圧力変動が生じて均一性が悪化する
とい問題もあった。

特に、近年は素子の高密度化が進み、均一性を向上させ
ることが強く要求されている。

そこで、本発明の目的とするところは、プロセスチュー
ブ内でのプロセスガスの乱れのない流れ状態を常時確保
することができ、しかも、複数のプロセスチューブの排
気を１つの駆動源より兼用した場合にも、排気側の圧力
変動にかかわらず各プロセスチューブでのガスの流れを
一定にすることができ、プロセス中にガス供給流量を変
更した場合にも、排気流量制御を速やかに追従させるこ
とができる処理方法および処理装置を提供するこへ６ とにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明方法は、処理容器に流れるガスの圧力を一定にし
て処理する処理方法において、上記ガスの流路に予め定
められたガスを流入させ、この流入量を調整することで
、上記処理容器内に流れるガスの圧力を調整することを
特徴とする。

本発明装置は、プロセスチューブ内に流量制御されたプ
ロセスガスを導入し、上記プロセスガスブに設けた排気
管から排気しながら、上記プロセスチューブ内に設けた
被処理体を処理する処理装置において、 上記排気管途中の排気圧を検出する排気圧検出手段と、 上記排気管途中にバラストガスを導入するバラストガス
導入部と、 上記バラストガススの流量を調整する流量調整手段と、 上記排気圧検出手段で検出されるｕｌ：気圧を一定にす
るように、上記流量調整手段を駆動制御する制御手段と
を設けたものである。

（作　用） 本発明方法によれば、予め定められたガスを、処理容器
内を流れるガスの流路に導入すると共に、そのガスの流
量を調整することにより、処理容器内のガスの流れを一
定にすることができる。

また、上記方法を用いた本発明装置では、プロセスチュ
ーブの排気管途中の排気圧を常時排気圧検出手段によっ
て検出している。そして、この排気圧検出手段によって
検出される排気圧が、常時一定になるように、制御手段
を介してバラストガスの導入流量を調整制御している。

排気管途中での排気圧を一定に制御できれば、これと連
通ずるプロセスチューブ内の圧力を常時一定に確保てき
、この結果、被処理体の面内均一性及び面間均一性を所
定に保つことができるプロセスチューブの流れ状態を実
現できる。

（実施例） 以下、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例について
、図面を参照して具体的に説明する。

第１図は実施例にかかる拡散装置の概略断面図であるが
、同図に示す部材のうち、第６図に示す部材と同一機能
を有するものついては、同一符号を付してその詳細な説
明を省略する。

この実施例では、複数のプロセスチューブ１０・・・の
排気駆動を、共通排気管２２に配設した］一つの排気フ
ァン２０によって兼用している。排気ファン２０は真空
ポンプでもよい。

そして、この実施例の特徴的構成としては、複数のプロ
セスチューブ１０・・・に対応する各排気管１４・・・
の配管途中に、排気圧制御装置３０・・・を配設したこ
とである。この排気圧制御装置３０の詳細について、第
２図を参照して説明する。

まず、前記排気管１４途中にはパイプ３２の一端が連結
支持され、配管１４を通過する排気ガスの一部が、この
パイプ３２を通過できるようにしている。そして、この
パイプ３２の他端側に圧力センサ３４が設けられている
。この圧力センサ３４は、例えばダイヤフラム方式にて
構成されている。この圧力センサ３４は、容器３４ａを
部屋Ａ、Ｂに２分するダイヤフラム３４ｂを有し、この
ダイヤフラム３４ｂは前記パイプ３２を介して導入され
る排気ガスにより同図の左右方向に移動可能であるか、
板ばね３４ｃによって所定位置に維持されている。そし
て、部屋Ｂ側は大気圧に開放され、この結果、パイプ３
２を介して部屋Ａに排気ガスを導入することによって、
ダイヤフラム３４ｂの移動位置により大気圧との差圧検
出が可能である。

さらに、排気管１４の前記パイプ３２の連結端下流側に
は、例えばＮ２ガスなどを導入するバラストガス導入管
３６が連結され、この導入管３６途中には、バラストガ
ス用ＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）３８が設け
らている。

圧力センサ３４での差圧検出出力を人力する制御部４０
は、前記圧力センサ３４て検出される圧力を常時一定に
するための流量のバラストガスを導入するように、バラ
ストガス用ＭＦＣ３８を制御０ 御する。

さらに、前記排気管１４のバラストガス導入管３６の連
結端下流側には、排気管１４の排気ガスの通過横断面積
を可変できるバルブ４２が配置され、このバルブ４２の
開閉動作は、パルスモータ等のモータ４４によって行わ
れる。このバルブ４２の開き角度は常時は一定角度例え
ば４５°であるが、排気側にて圧力の大きな変動があっ
た場合にのみ、制御部４０の指令により前記モータ４４
を駆動することにより、その開き角度が変更される。

次に、上記実施例装置の作用、特にプロセスチューブ１
０内でのウェハ１８の面内均一性及び面間均一性を向上
するための作用について説明する。

プロセスチューブ１０でのウェハ１８の拡散処理は、ヒ
ータ１６を駆動してプロセスチューブ１０内の温度を例
えば９００〜ｌ０００℃に維持すると共に、マス・フロ
ー・コントローラＭＦＣを介してプロセスガスを一定の
流量にてガス導入管１２を介して導入する。このガス導
入と同時に、１ 排気ファン２０を駆動し、排気管１４を介してガス排気
を行いながら、プロセスチューブ１０内での常圧下での
拡散処理を実行することになる。

この際、本実施例では、排気管１４より分岐されたパイ
プ３２を介して、排気ガスを圧カセンザ３４に導いてい
る。この配管１４の圧力は大気圧に比べて負圧であるた
め、パイプ３２を介して圧力センサの部屋Ａに排気ガス
を導入すると、ダイヤフラム３４ｂは第２図の左領域側
に移動し、このダイヤフラム３４ｃの移動量に応じて、
排気管１４内部の排気圧を、大気圧との差圧として検出
できる。

ここで、例えば定格０．５ＫＷの排気ファン２０は、３
５ｍ３７ｍ１ｎの流量を流すことができ、そのときの排
気管内圧力は大気圧より一２８ｍｍＨ２Ｏの差圧となっ
ている。そして、本発明者は通常のプロセスで要求され
るプロセスチューブ１０の排気管１４での差圧は、−１
ｍｍＨ２Ｏ〜−５ｍｍＨ２Ｏを維持できれば充分である
ことを確認した。このような排気管１４ての差圧を実現
するには、バラス２ トガスの導入流量制御によって可能である。

第３図は、バルブ４２の開き角度を４５°に維持したと
きの排気管１４を流れるガス流量と差圧との関係を示し
たものである。同図から明らかなように、差圧を一１ｍ
ｍＨ２Ｏにしたいときには、２５Ｉ！／ｍｊｎの流量を
要するので、例えば処理ガスが２０ｉ’／ｍｉｎの時に
は、バラストガスを５１／ｍｉｎ流せばよい。また、バ
ラストガス用ＭＦＣ３８の容量としては１０１程度のも
ので足りる。

このようなパラスト流量の調整は、無段階にて応答住良
〈実施できるので、圧力変動が生じても速やかに排気圧
を一定にすることが可能となる。

ここで、排気側にて大きな圧力変動が生じた場合には、
制御部４０の指令によりモータ４４を介してバルブ４２
の開き角度を変更制御すればよいが、変動が比較的少な
い場合には、必ずしもバルブ４２．モータ４４を設けな
くてもよい。

このように、排気管１４での差圧を一定にすることによ
り、プロセスチューブ１０内の圧力変動をなくすことが
でき、プロセスチューブ１ｏ内の３ プロセスガスの流速に乱れが発生せず、従ってウェハ１
８のプロセスの均一性を大幅に向上することができる。

また、プロセス中にプロセスガスの流量を変更した場合
にも、差圧を一定するように速やかに制御を行うので、
このような流量変更時にあってもプロセスチューブ１０
内でのガス流速の乱れを防止でき、均一性を確保するこ
とができる。

さらに、ある１つのプロセスチューブ１０に対するウェ
ハ１８の搬入出動作を実施する場合には、υ１気圧制御
装置３０の下流側ての大幅な圧力変動が生ずるが、この
影響によって排気圧制御装置３０の上流側での圧力変動
が生じた際にも、上述した制御によって排気管１４ての
差圧を一定に維持するので、他のプロセスチューブ１０
内でのプロセスガスの乱れを防止することができる。

本実施例では、排気管１４の排気圧を直接測定せず、パ
イプ３２によって圧力センサ３４に排気ガスを導いて差
圧測定を行っている。この理由は、圧力センサ３４の腐
蝕防止と高温対策のためであ４ る。すなわち、プロセスチューブ１０を通過するプロセ
スガスは、ヒータ１６により加熱されているため、この
排気管１４を通過する排気ガスも高温となっている。そ
こで、バイブ３２を通すことによって排気ガスを冷却し
、例えばバイブ３２の全長を１ｍとすることにより、プ
ロセス排気ガス温度がたとえ２００℃であっても、圧カ
センザ３４ての温度は４０℃以下とすることができる。

このため、圧力センサ３４として耐熱部組により構成す
る必要がなくなる。また、プロセスガスとしては腐蝕性
ガスを用いる場合がある。そこで、この腐蝕性ガスを排
気管１４よりバイブ３２を介して圧力センサ３４に導く
ことで、バイブ３２の中へは腐蝕性ガスが拡散して伝達
されるので、腐蝕の強さを希釈することができ、圧力セ
ンサ３４の腐蝕対策を施すことが可能となる。尚、圧力
センサ３４の腐蝕対策としては、第２図に示すように、
バイブ３２の途中に非腐蝕性ガスを供給するための非腐
蝕ガス導入管４６を連結し、この導入管４６を介して微
少流量の非腐蝕性ガス例えば５ Ｎ２を流すことで、希釈効果をさらに増大させることも
てきる。この非腐蝕性ガスの流量としては、圧力センサ
３４での差圧検出に影響を及ぼさない程度の流量とする
ものが好ましい。

［実験例］ プロセスガスとして、Ｎ２　：　２０　ｆ　／ｍｌｎ＋
Ｐ　ｏ　ｃ　ｌ　３：　１００　ｍｇ／ｍｉｎを流し、
プロセス温度を９００℃に設定して実験を行った。

排気管側の圧力制御をしない場合には、ウェハ１８のシ
ート抵抗の均一性は、面内均一性＝２０％９面間均一性
：２０％と悪化していた。

本実施例装置にて、制御部４０によって排気管１４内部
での大気圧に対する差圧を一１ｍｍＨ２Ｏに維持するよ
うに制御した結果、シート抵抗の均一性は面内均一性：
５％１面間均一性；５％と均一性を大幅に向上すること
ができた。

［比較例］ 第４図は、既存の流量制御装置を排気管１４途中に設け
たものを示している。流量センサ５０は、熱式流量セン
サであり、そのセンサ部５０ａはυ１６ 気管１４途中に挿入支持されている。そして、この流量
センサ５０にて排気管１４の流量を検出し、制御部５２
によってモータ４４を介してバルブ４２の開閉制御を行
うことで、排気管１４での排気ガスの流量すなわち流速
を一定にするように制御している。

このような既存の流量制御装置を排気管］４途中に設け
た場合には、流量センサ５０が熱式流量センサであるた
め、高温の排気ガスが排出された際には測定不能となる
。

さらに、制御部５２での流速の基準値が、マス・フロー
・コントローラＭＦＣでの流速と一致しない場合には、
プロセスチューブ１０内での圧力変動が生じ、ウェハ１
８のプロセスの均一性が悪化してしまう。特に、マス◆
フロー・コントローラＭＦＣと上記の流量制御装置には
通常誤差として±５％程度あり、制御部５２での設定値
をたとえ正しく調整したとしても、プロセスチューブ１
０内での圧力変動を防止することはできない。

さらに、プロセス中に流量が変更した場合には、７ 制御部５２での流量設定値をも変更しなければならず、
その切換え時にプロセスチューブ１０内の圧力が変動し
てしまい、均一性が悪化してしまうことになる。

また、この種の流量センｆ５０では、センサ部５０ａを
耐腐蝕性部材で構成することができず、プロセスガスと
して腐蝕性ガスを使用した場合には、腐蝕によってセン
サ５０の寿命を大幅に縮めてしまうことになってしまう
。

さらに、バルブ４２によってのみ流量調整を行なう場合
には、バルブの最少制御角度によっても比較的流量変動
が大きく、たとえ排気圧を一定にするためにバルブ４２
によって排気流量を調整したとしても、安定するまでに
多くの時間を要する。

本実施例の場合には排気ガスの一定流量制御ではなく、
しかも常時はバルブ４２による調整でなく、バラストガ
スの導入流量の調整により排気圧を一定に制御している
のて、プロセスチューブ１０内での圧力変動を速やかに
減少することができる。

　８ 尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明は、必ずしも複数のプロセスチューブ１０に対し
て排気駆動源を共通化したものに適用するものに限らず
、単一のプロセスチューブ１゜での排気圧制御を行って
も、その単一のプロセスチューブ１０内でのガス流速を
一定にできるという効果がある。

また、腐蝕性ガスを使用せず、かつ、高温処理を要しな
い場合には、必ずしもパイプ３２を介して圧力センサに
排気ガスを導く構成を採用する必要はない。この圧力セ
ンサ３４としても、大気圧との差圧を検出するものに限
らないが、このように大気圧との差圧を測定することに
よって、より緻密なコントロールを可能とすることがで
きる。

尚、本発明は必ずしも横型の処理装置に適用されるもの
に限らず、縦型処理装置に適用しても同様の効果を奏す
ることができ、また処理装置としては上記実施例のよう
な拡散炉に限らず、酸化炉１つ 等積々の装置に適用できる。その他、複数のプロセスチ
ューブに限らずロードロック室をプロセスチューブの前
または前後に設けた処理装置例えばエツチング装置、ア
ッシング装置、イオン注入装置、イオンリペア装置など
の複数の気密容器の排気系を有するものであれば何れに
も適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、処理容器に流れる
ガスの圧力を一定にするように流量調整される所定のガ
スをガス流路に導入することによって、処理容器内の圧
力変動を速やかに解消でき、均一性の高い処理を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例の概
略断面図、 第２図は、排気管途中に設けられる排気圧制御装置の一
例を説明する概略説明図、 第３図は、ガス流量と差圧との関係を示す特製図、 第４図は、本発明の比較例として、排気管途中０ に流量制御装置を接続した一例を示す概略説明図、第５
図、第６図はそれぞれ従来の拡散装置を説明するための
概略断面図である。 １０・・・プロセスチューブ、 １２・・・ガス導入管、１４・・・排気管、１８・・・
被処理体、２０・・・排気ファン、２２・・・共通排気
管、 ３０・・・排気圧制御装置、３２・・・パイプ、３４・
・・排気圧検出手段（圧力センサ）、３６・・・バラス
トガス導入管、 ３８・・・バラストガス用流量調整手段、４０・・・制
御手段、４６・・・非腐蝕性ガス導入管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理容器に流れるガスの圧力を一定にして処理す
   る処理方法において、 上記ガスの流路に予め定められたガスを流入させ、この
   流入量を調整することで、上記処理容器内に流れるガス
   の圧力を調整することを特徴とする処理方法。
2. （２）プロセスチューブ内に流量制御されたプロセスガ
   スを導入し、上記プロセスチューブに設けた排気管から
   排気しながら、上記プロセスチューブ内に設けた被処理
   体を処理する処理装置において、 上記排気管途中の排気圧を検出する排気圧検出手段と、 上記排気管途中にバラストガスを導入するバラストガス
   導入部と、 上記バラストガスの流量を調整する流量調整手段と、 上記排気圧検出手段で検出される排気圧を一定にするよ
   うに、上記流量調整手段を駆動制御する制御手段とを設
   けたことを特徴とする処理装置。