KR20210036265A - 기판 처리 장치, 가스 박스, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

기판 처리 장치, 가스 박스, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

온도에 기인하는 가스 유량 제어성의 저하를 방지한다.
기판 처리 장치는 기판을 처리하는 처리로; 처리실에 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로; 처리실에 공급되는 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부; 처리 가스 공급로 또는 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터; 및 처리 가스 공급로와 처리 가스 공급 제어부와 히터를 수납하는 가스 박스를 구비한다. 가스 박스는 가스 박스 외의 분위기를 가스 박스 내에 흡입하는 흡입구; 배기 덕트에 접속되고 가스 박스 내의 분위기를 배기 덕트에 배기하는 배기구; 상기 가스 박스 내의 분위기를 냉각하는 것과 함께 상기 분위기의 온도를 측정 또는 감시하는 온도 제어 기기; 및 가스 박스 내에 누설된 처리 가스를 검지하는 가스 누설 센서를 구비한다.

Description

기판 처리 장치, 가스 박스, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, GAS BOX, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND COMPUTER PROGRAM}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 가스 박스, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(집적 회로) 등의 제조 공정에서 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 박막의 퇴적, 산화, 확산, 어닐링 등의 열처리를 수행하는 기판 처리 장치가 널리 이용된다. 이 종류의 기판 처리 장치는 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 포함한다. 가스 공급계는 누설 가스가 사람에게 폭로되는 것을 방지하기 위해서 가스 박스라고 불리는 인클로저에 수납된다. 가스 박스는 부압(負壓)으로 관리된 배기 덕트에 접속되고 환기된다.
상온에서 액체의 원료가 기화기에 의해 가열 및 기화되어 처리 가스로서 처리실 내에 공급되는 경우가 있다. 그 때 원료가 재액화되는 것을 막기 위해 배관은 가열될 수 있다.
1. 일본 특개 2007-242791호 공보 2. 일본 특개 2013-62271호 공보
가스 박스에는 가스 공급계로서 전기 회로를 포함하고 처리 가스의 유량을 제어하는 MFC(매스 플로우 컨트롤러)가 수납될 수 있다. 액체 원료의 사용 등에 의해 가열해야 할 배관의 수가 많아지거나 큰 피가열물을 가스 박스 내에 배치한 경우, 열 배기가 늦어져 가스 박스 내의 온도(MFC의 환경 온도)가 더 높아질 가능성이 있다. 가스 박스 내의 온도가 높게 유지되거나 상하동(上下動)하는 경우, 부품 특성에 의해 가스 유량 제어성이 나빠지고, 처리된 기판이 제품으로서 만족할 수 없는 품질이 되는 경우가 있다.
본 개시의 목적은 기판 처리 장치에서의 가스 유량 제어성의 저하를 방지하는 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리로; 상기 처리실에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로; 상기 처리실에 공급되는 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부; 상기 처리 가스 공급로 또는 상기 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터; 및 상기 처리 가스 공급로와 상기 처리 가스 공급 제어부와 상기 히터를 수납하는 가스 박스를 구비하고, 상기 가스 박스는, 상기 가스 박스 외의 분위기를 상기 가스 박스 내에 흡입하는 흡입구; 배기 덕트에 접속되고 상기 가스 박스 내의 분위기를 상기 배기 덕트에 배기하는 배기구; 가스 박스 내의 분위기를 냉각하는 것과 함께 상기 분위기의 온도를 측정 또는 감시하는 온도 제어 기기; 및 상기 가스 박스 내에 누설된 처리 가스를 검지하는 가스 누설 센서를 구비하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판 처리 장치에서의 가스 유량 제어성의 저하를 방지하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 투시도.
도 2는 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도.
도 3은 실시 형태에 따른 가스 박스의 수직면도.
도 4는 실시 형태에 따른 주 컨트롤러의 블록도.
도 5는 실시 형태에 따른 가스 박스의 온도 제어에 관련되는 처리의 흐름도.
도 6은 실시 형태에 따른 변형된 박스 광체(筐體)의 수직면도.
다음으로 본 개시의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 개시를 실시하기 위한 형태에서 기판 처리 장치는 일례로서 반도체 장치(집적 회로)의 제조 방법에서의 처리 공정을 실시하는 반도체 제조 장치로서 구성된다. 또한 이하의 설명에서는 기판 처리 장치로서 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 수행하는 뱃치(batch) 장치를 상정한다. 도 1은 본 개시에 적용되는 기판 처리 장치의 사투시도(斜透視圖)로서 도시된다. 또한 도 2는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치의 측면 투시도이다.
도 1 및 2에 도시되는 바와 같이, 본 개시의 기판 처리 장치(100)는 복수의 웨이퍼(102)를 수용 가능한 FOUP 등의 포드(110)(기판 수용기, 웨이퍼 캐리어라고도 부른다)에 의해 반입된 웨이퍼(102)를 처리로(103)에서 처리하도록 구성된다. 포드 반입반출구(기판 수용기 반입반출구)(112)는 기판 처리 장치(100)의 광체(111)의 정면벽(111a)에 광체(111)의 내외를 연통하도록 개설(開設)되고, 프론트 셔터(반입반출구 개폐 기구)(113)에 의해 개폐된다. 로드 포트(기판 수용기 수도대)(114)는 포드 반입반출구(112)의 정면 전방측에 설치되고, 포드(110)를 재치하여 위치를 맞추도록 구성된다. 포드(110)는 로드 포트(114) 상에 공정 내 반송 장치(미도시)에 의해 반입되고 또한 로드 포트(114) 상으로부터 반출된다.
회전식 포드 선반(기판 수용기 재치 선반)(105)은 광체(111) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에서의 상부에 설치되고, 복수 개의 포드(110)를 보관하도록 구성된다. 회전식 포드 선반(105)은 수직으로 입설되고 수평면(水平面) 내에서 회전 가능하도록 구성되는 지주(116)와, 지주(116)에 상중하단의 각 위치에서 방사상으로 지지된 복수 매의 선반판(기판 수용기 재치대)(117)을 구비하고, 복수 매의 선반판(117)은 그 위에서 포드(110)를 보지(保持)한다. 본 예에서는 15개의 포드가 보지 가능하지만, 그들의 일부만 도시된다.
포드 반송 장치(기판 수용기 반송 장치)(118)는 광체(111) 내에서의 로드 포트(114)와 회전식 포드 선반(105) 사이에 설치되고, 포드(110)를 보지한 채 승강 가능한 포드 엘리베이터(기판 수용기 승강 기구)(118a)와, 반송 기구로서의 포드 반송 기구(기판 수용기 반송 기구)(118b)로 구성된다. 포드 반송 장치(118)는 포드 엘리베이터(118a)와 포드 반송 기구(118b)의 연속 동작에 의해, 로드 포트(114), 회전식 포드 선반(105), 포드 오프너[기판 수용기 개체(蓋體) 개폐 기구](121) 사이에서 포드(110)를 반송할 수 있다.
서브 광체(119)는 광체(111) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에서의 하부에 구축되고, 장전실(로딩 영역, 이재실이라고도 부른다)(124)을 구성한다. 서브 광체(119)의 정면벽(119a)에는 웨이퍼(102)를 서브 광체(119) 내에 대하여 반입 반출하기 위한 웨이퍼 반입반출구(기판 반입반출구)(120)가 한 쌍, 수직 방향으로 상하 2단으로 배열되어 개설되고, 웨이퍼 반입반출구(120)에는 포드 오프너(121)가 각각 설치된다. 포드 오프너(121)는 포드(110)를 재치하는 재치대(122)와, 포드(110)의 캡(개체)을 탈착하는 캡 탈착 기구(개체 탈착 기구)(123)를 구비한다. 포드 오프너(121)는 재치대(122)에 재치된 포드(110)의 캡을 캡 탈착 기구(123)에 의해 탈착하는 것에 의해, 포드(110)의 웨이퍼 출입구를 개폐하도록 구성된다.
장전실(124)은 포드 반송 장치(118)나 회전식 포드 선반(105)의 설치 공간으로부터 유체적으로 격절(隔絶)되고, 또는 설치 공간에 비해 높은 압력(양압)으로 유지되는 것에 의해 한 방향으로만 유체 연통하도록 구성된다. 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구)(125)는 장전실(124)의 전측(前側) 영역에 설치되고, 웨이퍼(102)를 수평 방향으로 회전 또는 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치)(125a)와, 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구)(125b)와, 트위저(125c)로 구성된다. 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)는 서브 광체(119) 내의 우측면에 상하 방향을 따라 설치된다. 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(기판 보지체)(125c)는 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 웨이퍼 이재 장치(125a)의 동작에 의해, 웨이퍼(102)를 올려서 또는 포착하여 보트[기판 보지구(保持具)](127)에 대하여 웨이퍼(102)를 장전(裝塡, charging) 및 탈장(脫裝, discharging)한다.
이재실(124)의 후측에는 보트(127)를 대기시키는 대기 영역(126)이 구성된다. 처리로(103)는 대기 영역(126)의 상방에 노구(爐口)를 아래로 하여 설치된다. 처리로(103)의 노구는 노구 셔터(노구 개폐 기구)(147)에 의해 개폐된다.
보트 엘리베이터(기판 보지구 승강 기구)(115)는 서브 광체(119) 내의 대기 영역(126)의 우측면에 설치되고, 보트(127)를 승강시킨다. 암(128)은 보트 엘리베이터(115)의 승강대에 연결되고, 노구의 덮개로서의 씰 캡(129)을 수평하게 보지한다. 씰 캡(129)은 보트(127)를 수직으로 지지하고, 처리로(103)의 노구의 하단부를 기밀하게 폐색(閉塞) 가능하도록 구성된다. 보트(127)는 복수 개의 기둥(보지 부재)을 구비하고, 복수 매(예컨대 50매 내지 125매 정도)의 웨이퍼(102)를 그 중심을 맞춰서 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서 각각 수평하게 보지한다.
이재실(124) 내의 좌측면부에는 청정화된 분위기 또는 불활성 가스인 클린 에어(133)를 이재실(124)에 공급하는 클린 유닛(134)이 설치된다. 클린 유닛(134)은 공급 팬 및 방진 필터를 구비한다. 이재실(124) 내에는 웨이퍼의 원주(圓周) 방향의 위치를 정합시키는 기판 정합 장치로서의 노치(notch) 맞춤 장치(미도시)가 설치될 수 있다. 클린 유닛(134)으로부터 취출(吹出)된 클린 에어(133)는 노치 맞춤 장치 및 웨이퍼 이재 장치(125a), 대기 영역(126)에 있는 보트(127)에 유통된 후에, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)나 보트 엘리베이터(115)를 따라 설치된 흡기구(미도시)에 의해 흡입되고, 광체(111)의 외부에 배기가 이루어지거나 또는 클린 유닛(134)의 흡입측인 일차측(공급측)까지 순환되고, 다시 클린 유닛(134)에 의해 이재실(124) 내에 취출되도록 구성된다.
가스 박스(140a, 140b)는 상하 및 전후에 긴 직방체 형상을 가지고, 그 일측면이 광체(111)의 측면과 일직선으로 연속이 되도록 광체(111)의 배면에 설치되고, 가스 공급계를 수납한다. 또한 다른 측면에는 개폐하는 메인터넌스 문(80)이 설치되고, 가스 공급계를 메인터넌스할 수 있도록 이루어진다. 메인터넌스 문(80)은 "개폐 문"이라고도 지칭된다. 이하, 메인터넌스 문(80)이 설치되는 면을 가스 박스(140a, 140b) 자체의 정면으로 한다. 전면 패널(75)은 메인터넌스 문(80)을 포함하고 가스 박스(140a, 140b)의 정면을 구성한다. 상측의 가스 박스(140a)는 기체 원료나 캐리어 가스의 가스 유닛이나 파이널 밸브 등을 수납하고, 하측의 가스 박스(140b)는 액체 원료의 탱크나 기화기 및 그것들의 유량 제어부 등이 수납될 수 있다. 가스 박스(140b)는 가스 박스(140a)에 있어서 처리 가스원이 될 수 있다.
이하, 가스 박스(140a, 140b)를 대표하여 가스 박스(140a)의 내부 구성을 설명한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 가스 박스(140a)는 전 측면을 피복하는 케이싱으로서의 박스 광체(73)를 포함하고, 박스 광체(73)의 상면(74)에는 배기 덕트(81)에 접속되고, 내부의 분위기(공기)를 배기하는 배기구(81a)가 설치된다. 또한 전면 패널(75)의 하방(下方)에는 박스 광체(73) 외의 분위기(예컨대 공기)를 박스 광체(73) 내에 흡입하기 위한 흡입구(84)가 설치된다. 박스 광체(73) 외의 분위기, 즉 가스 박스(140a) 외의 공기는 가스 박스(140a)를 냉각할 때 저온원(低溫源)으로서 이용된다. 배기 덕트(81)는 스텐레스제의 플렉시블 덕트 등으로 연결되고, 기판 처리 장치 이외의 클린 룸에 설치된 처리계 배기 가스로에 배기 가스가 배기되도록 이루어진다. 배기 덕트(81)의 도중에는 배기 유량을 조정하기 위한 수동의 댐퍼 밸브(81b)와, 누설 가스를 검출하는 가스 센서(가스 누설 센서라고도 지칭됨)(81c)가 설치된다.
가스 박스(140a)에는 처리로(103) 내의 처리실에 웨이퍼(102)를 처리하는 처리 가스를 처리 가스 공급 제어부(90)를 경유하여 공급하는 제1 처리 가스 공급로로서의 제1 배관(82)과, 처리 가스 공급 제어부(90)에 처리 가스를 공급하는 제2 배관으로서 제2 배관(83)과, 제1 배관(82)과 제2 배관(83) 사이에 접속되는 가스 유닛으로서의 처리 가스 공급 제어부(90)가 설치된다. 본 예에서는 처리실(201)로 향하는 제1 배관(82)은 박스 광체(73)의 내부로부터 상면을 통하여 외부에 인출된다. 처리 가스원으로부터의 제2 배관(83)은 박스 광체(73)의 외부로부터 저면(77)을 통하여 내부에 인입된다. 제1 배관(82), 제2 배관(83), 처리 가스 공급 제어부(90) 외에 탱크나 기화기 등을 포함시킨 총칭으로서 그것들을 가스 공급계라고 부른다.
일반적으로 기판 처리 장치(100)에서는 웨이퍼를 열처리할 때에 복수 종의 화학 물질이 사용된다. 화학 물질은 가연성, 지연성, 독성, 부식성 등으로 분류되고, 물질마다 허용 폭로 농도가 정해져 있다. 화학 물질을 열 처리로에 반송하는 제1 배관(82)이나 제2 배관(83)은 일반적으로는 스텐레스 스틸이 사용되고, 이음새 등을 이용하여 접속되기 때문에 외부로의 누설 가능성이 있다. 그렇기 때문에 배관을 가스 박스(인클로저)에 수납하고, 가스 박스 내를 배기하여 화학 물질의 누설 시에 작업원을 향한 폭로를 방지하는 것이 일반적이다. 댐퍼 밸브(81b)는 가스 박스 내를 화학 물질의 누설로부터의 폭로를 방지할 수 있는 압력까지 내리도록 조정된다. 배기 덕트(81)에 의한 환기는 화학 물질뿐만 아니라 열 배기도 수행한다.
가스 박스(140a) 내에는 박스 광체(73)의 전면 패널(75)과 대향하는 후판(76)의 내벽에 따라 설치되고, 제1 배관(82)이나 제2 배관(83), 처리 가스 공급 제어부(90)의 각 컴포넌트를 지지하는 기반(91)을 포함한다. 또한 가스 박스(140a) 내에는 배관 히터(99)와 열 교환기 유닛(61)도 설치된다.
처리 가스 공급 제어부(90)는 하단에서 제1 배관(82)과 접속되고, 상단에서 제2 배관(83)과 접속되고, 제1 배관(82)에 유입되는 처리 가스의 공급 유량 또는 공급 압력을 제어하도록 이루어진다. 간단한 예로서는, 처리 가스 공급 제어부(90)는 상류로부터 하류를 향하여 유량 제어기(MFC)(92), 에어 밸브(93) 및 필터(94)가 직렬 접속되어 구성된다. 통상적으로 이러한 유량 제어기를 포함하는 구성이 가스종의 수, 노즐의 수 또는 그것들의 조합의 수마다 복수 설치된다. MFC(92)는 각각 유로를 포함하는 금속제 블록부와, 유로의 컨덕턴스를 제어 및 구동(驅動)하는 전기 제어부를 포함한다.
배관 히터(99)는 가스 공급계의 내, 기화된 액체 원료가 통과할 수 있는 부분(가열 대상)의 제1 배관(82), 제2 배관(83), MFC(92), 에어 밸브(93) 및 필터(94)를 가열한다. 배관 히터(99)는 대상을 균등하게 가열할 수 있는 것이 바람직하고, 유로에 따라 설치할 수 있는 리본 히터나 테이프 히터 등의 전기 히터가 이용된다. 또한 단열재(미도시)가 그것들을 피복하도록 권회(卷回)될 수 있다. 배관 히터(99)는 180℃ 정도까지 승온 가능하지만, 대상의 온도는 증기압과의 관계에서 재액화를 막을 수 있는 온도가 되도록 제어되고 예컨대 30℃ 내지 100℃이다. 온도는 액체 원료가 유통되는 주 경로가 지선에 비해 높게 설정되고, 주 경로 중에서도 하류일수록 높게 설정될 수 있다. MFC(92), 에어 밸브(93)는 유로를 포함하는 금속제 블록부가 가열의 대상이지만, 단열재로 피복되지 않는 전기 제어부로부터의 열의 방산이 크다. 따라서 배관 히터(99)는 설정 온도 또는 가열량이 다른 대상 별로 분할되고, 온도 제어용의 온도 센서(미도시)와 함께 설치될 수 있다. 가스 박스(140b)의 경우에는 원료 탱크, 기화기 등도 가스 박스 내를 온도 상승시킬 수 있다. 이것들이나 배관 히터(99)를 총칭하여 발열체라고 부른다.
또한 처리로(103) 내의 처리실 등을 드라이 크리닝할 때에는, 유로의 주 경로를 포함하는 제1 배관(82)과 제2 배관(83)에는 기화된 원료가 아닌 클리닝 가스가 흐를 수 있다. 이 때 배관의 과잉된 에칭이나 부식을 막기 위해서 배관 히터(99)의 온도는 일시적으로 낮게 설정되고, 또는 가열 자체가 정지될 수 있다. 또한 온도를 낮추기 전에는 배관을 액체 원료로부터 단절한 후, 배관 내에 질소 등의 퍼지 가스를 충분한 시간 유통시키고, 배관 내를 건조, 환기시키는 것으로 한다.
전면 패널(75)의 하측에는 복수의 슬릿에 의해 흡입구(84)가 형성된다. 정류 핀(87)은 흡입구(84)의 내측에서 전면 패널(75)과 평행으로 설치되고, 흡입구(84)와 처리 가스 공급 제어부(90)의 상류단 사이의 공간을 구분한다. 이 공간은 하방으로 향하여 개구(開口)하고, 이 정류 핀(87)은 흡입구(84)로부터 흡입되는 공기(a)의 흐름의 방향을 하향으로 전환시킨다. 공기(a)는 정류 핀(87)과 저면(77) 사이의 극간(隙間)(88)을 통하는 것에 의해, 가스 박스(140a)의 내부를, 저부(底部)를 충분히 퍼지하면서 상방으로 흐르도록 이루어진다. 정류 핀(87)은 또한 흡입구(84)를 통하는 흐름 (특히 유속)이 후술하는 팬(69)의 동작에 의해 흐트러지는 것을 방지한다.
온도 제어 기기로서의 열 교환기 유닛(61)은 전면 패널(75)의 내면측에 설치되고, 가스 박스(140a)의 환경 온도를 낮추다. 또한 열 교환기 유닛(61)은 가스 박스(140a) 내의 분위기의 온도를 측정 또는 감시하도록 구성된다. 열 교환기 유닛(61)은 환경 온도 센서(62)와, 방열 핀(63)과, 온도 조정기(64)와, 흡기구(65)와, 배기구(66)와, 제1 팬(냉매 팬)으로서의 팬(67)을 구비한다. 배기구(66)는 상통기구(上通氣口)라고도 지칭되며, 흡기구(65)는 하통기구(下通氣口)라고도 지칭된다. 환경 온도 센서(62)는 가스 박스(140a) 내의 공기의 온도를 측정하는 것이며, 열용량이 작고 응답성이 좋은 열전대가 바람직하다. 환경 온도 센서(62)는 가스 박스(140a) 내의 공기의 대표적인 온도를 측정하기 위해서, 가스 박스(140a) 내에서 특히 고온이 되는 물체로부터 적당히 떨어지도록 예컨대 가스 박스(140a)의 중심 부근에 설치될 수 있다. 또는 온도 변동이 가장 막질에 영향을 주는 1개의 MFC(92)의 전기 제어부의 온도의 안정화를 중시하고, 환경 온도 센서(62)를 그 전기 제어부에 열적으로 결합시켜서 설치할 수도 있다.
방열 핀(63)은 가스 박스(140a) 내외를 유체적으로 격절하면서 열 교환을 수행하도록 구성된다. 방열 핀(63)은 금속제로서 다수의 주름 또는 반환점을 가지고, 가스 박스(140a) 내외의 각각의 공기와의 접촉 면적이 확대된다. 즉 방열 핀(63)의 내기(內氣)측(제1 면)은 가스 박스(140a) 내에서 노출된다.
팬(67)은 방열 핀(63)의 외기(外氣)측(제2 면측)에 공기의 흐름을 만드는 것에 의해 열 교환의 효율을 조정한다. 흡기구(65)와 배기구(66)는 전면 패널(75) 또는 방열 핀(63)의 광체에 설치되는 개구이며, 가스 박스(140a) 외의 공기를 방열 핀(63) 내에 유통시킨다. 흡기구(65)로부터 배기구(66)까지에 의해서 가스 박스(140a) 외의 공기가 유통되는 외부 공기 유로가 형성된다. 가스 박스(140a) 내외를 연통시키지 않도록 전면 패널(75)과 방열 핀(63) 사이에는 패킹(미도시) 등이 설치된다.
온도 조정기(64)는 환경 온도 센서(62)가 검지한 온도를 소정의 온도에 근접하도록 팬(67)의 회전수를 제어한다. 팬(67)은 가스 박스 내의 환경 온도가 높으면 회전수가 많아지는 한편, 실온 정도라면 회전을 멈추도록 제어될 수 있다. 또한 팬(67)은 배기구(66)에 설치하는 것에 한정되지 않고, 흡기구(65)에 팬(67)에도 설치될 수 있다. 이 제어는 피드백 제어에 한정되지 않고, 예컨대 가스 박스 내의 발열체의 설정 온도와 환경 온도의 관계를 이용하여 팬 회전수를 피드 포워드 제어해도 좋다. 또는 발열체의 설정 온도와 팬 회전수와의 관계를 보지하는 테이블을 참조하여 팬 회전수를 결정해도 좋다. 온도 조정기(64)는 열 교환 유닛(61) 또는 가스 박스(140a) 외에 별개로 설치되어도 좋다.
도 6에 변형예에 따른 박스 광체의 내부 구성을 도시한다. 이 도면에서는 처리 가스 공급 제어부(90) 등의 일부의 구성은 생략된다. 열 교환 유닛(61)은 명시적으로 광체(68)를 구비하고, 그 안에 방열 핀(63)으로 구분된 2개의 방이 형성된다. 외측의 방은 외기가 흡기구(65), 팬(67), 배기구(66)를 통하도록 구성된다. 또한 내측의 방에서는 광체(68)에 설치한 흡기구(68a), 취출구(68b)를 통하여 흡기구(68a)에 설치한 제2 팬(순환 팬)으로서의 팬(69)에 의해 내기가 유통하도록 구성된다. 이 때 광체(68)는 팬(69)에 의해 형성되는 흐름이 방열 핀(63) 속을 충분히 통과하도록 공기를 유도한다. 광체(68)는 또한 가스가 누설됐을 때의 작업원을 향한 폭로 방지를 고려하여 외기측과 가스 박스측을 완전히 격절한다.
여기서 가스 배관의 가열은 차가워진 배관 속에 기체가 통과하는 것에 의해 재액화되는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고, 환경 온도가 지나치게 낮아지는 것에 의해 히터의 온도 제어성이 나빠지거나 일부분이 지나치게 차가워지는 것에 의해 재액화되는 리스크가 발생한다. 그래서 가스 박스 내의 온도를 일정하게 유지하고 싶은 경우, 온도 조정기(64)는 팬(67)이나 팬(69)의 회전수를 임의로 제어시켜, 가스 박스 내의 온도를 실온 이상의 어느 일정한 온도로 유지할 수도 있다.
또한 팬(69)에 의해 가스 박스(140a) 내를 순환될 수 있는 공기는, 취출구(68b)를 나온 후 가열 대상의 처리 가스 공급 제어부(90) 등에 도달하기 전에 가스 박스(140a) 내에 충분히 퍼지는 것이 바람직하다. 이에 의해 취출구(68b)를 나온 저온의 공기에 의해 배관 등이 국소적으로 냉각되는 것을 막는다. 예컨대 취출구(68b)는 처리 가스 공급 제어부(90)에 대면하지 않는 위치에 설치된다.
또한 팬(69)의 회전수를 제어하는 경우, 가령 공기의 온도는 일정하여도 회전수의 변동에 의해 처리 가스 공급 제어부(90)로부터의 방열량도 변동하고, 온도가 변화되어버릴 가능성이 있다. 특히 배관 히터(99)나 단열재로 피복되지 않은 MFC(92)의 전기 제어부 등의 온도가 변동될 수 있다. 따라서 회전수는 배관 히터(99)의 설정 온도를 변경하지 않는 한 일정하게 하거나 변화 레이트를 상당히 작은 값으로 제한할 수 있다. 예컨대 온도 조정기(64)를 디지털PID(Proportional-Integral-Differential) 컨트롤러에 의해 실장한 경우, 팬(69)으로의 출력(조작량)의 변화 레이트는 팬(64)으로의 출력의 변화 레이트보다 작게 제한할 수 있는 설정을 수행한다. 온도 조정기(64)는 기판 처리 장치 전체를 제어하는 주 컨트롤러(131)에 통신 가능하도록 접속되고, 목표 온도 등이 설정될 수 있다.
가스 박스(140b)는 상세한 설명은 생략하지만 가스 박스(140a)와 마찬가지로 구성된다. 또한 가스 박스(140b)의 배기구(81a)는 가스 박스(140b)의 측면에 설치되어도 좋다. 가스 박스(140b)에 설치되는 원료 탱크 또는 기화기는 대(大)전력으로 가열되는 경우가 많고 방산하는 열량도 많다. 따라서 적절한 냉각이 없으면, 상방에서 인접하는 가스 박스(140a)를 간접적으로 가열할 수 있다.
여기서 도 4를 참조하여 제어부인 주 컨트롤러(131)의 구성을 설명한다. 주 컨트롤러(131)는 CPU(Central Processing Unit)(131a), RAM(Random Access Memory)(131b), 기억 장치(131c), I/O 포트(131d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(131b), 기억 장치(131c), I/O 포트(131d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(131a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(131)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(132)와, 후술하는 제어 프로그램 등을 외부 기록 매체로부터 로드하기 위한 매체 리더(233)가 접속된다.
기억 장치(131c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(131c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(131)에 실행시키고 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(131b)은 CPU(131a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(131d)는 전술한 MFC(92), 에어 밸브(93), 배관 히터(99), 로드 포트(114), 회전식 포드 선반(105), 포드 반송 장치(118), 포드 오프너(121), 웨이퍼 이재기(125), 보트 엘리베이터(115), 노구 셔터(147) 등을 전기 신호에 의해 조작 가능하도록 구성된다.
CPU(131a)는 기억 장치(131c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(132)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(131c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(131a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(92), 에어 밸브(93), 배관 히터(99) 등 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)를 제어하도록 구성된다.
도 5에 온도 조정기(64) 및 주 컨트롤러(131)에 의한 가스 박스(140a, 140b)의 온도 제어 플로우의 일례가 도시된다. 이 처리는 발열체가 통전되는 동안 반복해서 계속된다. 즉 통전에 의해 가스 박스(140a) 내가 목표 온도를 초과하는 고온이 되기 전에, 주 컨트롤러(131)에 의해 목표 온도가 설정되는 것에 의해 시작된다.
스텝(S10)에서 온도 조정기(64)는 환경 온도 센서(62)의 검지 온도를 제어량으로서 취득한다.
스텝(S11)에서 온도 조정기(64)는 회전수를 결정한다. 예컨대 전회에 보존해 둔 내부 상태를 판독하고, 이 내부 상태와, 검지 온도와 목표 온도의 차분에 기초하여 내부 상태를 갱신한다. 그리고 새로운 내부 상태에 기초하여 조작량인 회전수를 산출한다. 여기서 내부 상태란 예컨대 미분기로의 입력 신호나 적분기의 출력 신호이다. 팬(67)의 제어에 이용되는 PID 파라미터는 팬(69)의 PID 파라미터보다 시정수가 작아지도록 설정될 수 있다.
스텝(S12)에서 온도 조정기(64)는 팬(67)에 회전수를 세트한다. 예컨대 팬(67)에 회전수에 대응하는 전압을 인가한다. 이에 의해 팬(67)은 결정된 회전수로 회전한다. 이 때 흡입구(84)로부터 가스 박스(140a) 내에 취입(取入)된 바깥의 분위기가 열 교환 유닛(61)의 방열 핀(63)에 의해 냉각되고, 배기구(81a)로부터 배기 덕트(81)에 배기된다.
스텝(S14)에서 온도 조정기(64)는 제어량이나 조작량이 이상(異常) 상태라고 판정했을 때는 주 컨트롤러(131)에 에러 신호를 통지한다. 혹은 온도 조정기(64)는 단순히 현재의 제어량이나 조작량을 주 컨트롤러(131)에 전달하고, 이상의 판정을 주 컨트롤러(131)로 수행해도 좋다. 이상 상태란, 제어량이 목표 온도보다 소정 이상 큰 경우나 조작량이 소정 시간 이상 최대값으로 포화되는 경우다. 또한 팬의 실제 회전수를 검지할 수 있는 경우, 팬의 정지(고장)를 이상이라고 판정해도 좋다.
스텝(S15)에서, 스텝(S14)에서 이상이 검지된 경우, 주 컨트롤러(131)는 대응하는 소정의 인터록 동작을 실행한다. 구체적으로는, 특히 높은 온도로 설정된 배관 또는 발열량이 큰 발열체에 관련되는 가스의 공급을 에어 밸브(93) 또는 보다 상류의 밸브를 조작하여 정지하는 것과 함께 제1 배관(82), 제2 배관(83)에 적절히 퍼지 가스를 유통시키고, 또한 배관 히터(99) 등의 발열체로의 급전을 정지 또는 약화시킨다. 웨이퍼의 처리 레시피가 진행 중일 시에는 레시피를 중단하여 알람을 발보(發報)하고, 조작원에 의한 확인을 기다린다. 또한 이상이 경미한 경우에는 알람을 발보하면서 레시피는 속행해도 좋다. 그 동안 이상 온도의 추이나, 이상이 지속된 시간의 누적이 로그로서 기록될 수 있다.
스텝(S16)에서, 주 컨트롤러(131)는 가스 센서(81c)가 누설 가스를 검지한지(가스 누설 알람이 발보된지) 판정하고, 누설 가스를 검지하는 경우, 대응하는 소정의 인터록 동작을 실행한다. 구체적으로는 스텝(S15)과 마찬가지의 밸브 조작에 더하여 팬(67)을 정지시킨다. 이는 팬(67)의 가동에 의해 확대되는 가스 박스(140a) 내의 압력 편차가, 박스 광체(73)로부터의 예기치 못한 리크를 발생시키거나, 팬(67)에 의한 교반이 흡기구(84)로부터 배기구(81a)로의 똑같은 흐름에 의해 유지되는 확산 배리어를 파괴하고, 흡기구(84)로 향하는 가스 확산에 의해 리크가 발생할 우려가 있기 때문이다. 팬(67)을 정지시키는 것에 의해, 가스 누설에 대한 안전성이 최대화될 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 가스 박스(140a)의 기밀성을 유지하면서 내부를 냉각 가능한 열 교환 유닛(61)을 설치하는 것에 의해, 가열하는 배관의 수가 많아진 경우나 큰 피가열물을 가스 박스 내에 배치한 경우에도 가스 박스 내의 공기를 소정이하의 온도로 유지할 수 있고, 기판 처리의 생산성을 유지하고, 전기 부품 등이 파손되기 어려운 장치로 할 수 있다. 전기 부품은 MFC에 이용될 수 있는 능동 부품에 한정되지 않고, 배선 케이블 등도 포함될 수 있다.
반대로 말하면, 본 실시 형태에 의해 가스 박스 내의 공기를 소정 이하의 온도로 유지하면서 배관 등을 가열할 수 있는 상한 온도를 높일 수 있다. 다른 표현으로 말하면, 피가열물(배관 등)과 피가열물이 아닌 것(전기 부품 등)의 온도 차를 확대할 수 있다. 전기 부품은 온도가 상승하면 단수명화되는 것 외에, 바람직하지 않은 가스(유기 가스나 인 등의 금속)를 방출하여 웨이퍼의 처리 품질을 저하시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에 따르면, 배기 덕트(81)로의 배기를 증가시키지 않고, 가스 박스 내를 소정 이하의 온도로 유지할 수 있다. 처리 가스계의 배기에는 제해를 위한 비용이 들고, 거기에 대량의 공기를 흘리는 것은 운용 비용의 증가를 초래한다. 또한 배기 덕트(81)에는 긴급 시에 배출되는 폭발성의 가스를 그 폭발 하한계이하의 농도로 희석하기 위해 대량의 불활성 가스가 흘려지는 경우가 있고, 그러한 때에 배기 능력을 초월하지 않도록 충분한 배기 능력을 준비하고자 하면 설비 비용이 증가한다.
또한 본 실시 형태에 따르면, 열 교환 유닛(61)을 정면 패널의 메인터넌스 문(80)에 설치한 것에 의해, 가스 박스를 대형화시키지 않고 열 교환 유닛(61)에 충분한 냉각 능력을 갖게 할 수 있다. 열 교환 유닛(61)은 공랭식이기 때문에 전기 케이블에 의한 접속만이 필요하고, 가동하는 메인터넌스 문(80)에 용이하게 설치되고, 팬(67)의 교환도 하기 쉽다.
전술한 실시 형태의 설명에서는, 처리 가스 공급 제어부(90)는 MFC(92) 등의 컴포넌트가 개별 배관으로 상호 접속되는 구성으로 했지만, 집적화 가스 시스템으로서 실현해도 좋다. 그 경우 배관 히터에 의한 가열은 베이스 블록을 단위로서 수행한다. 베이스 블록은 그 위에 부품이 탑재되고, 부품 간을 직접 또는 배관을 개재하여 접속하는 것에 의해 유로가 형성된다. 또한 인접하는 MFC 사이에는 공기가 유통하는 극간을 설치하여 전기 회로부의 과열을 막을 수 있다.
61: 열 교환 유닛(온도 제어 기기) 62: 환경 온도 센서
63: 방열 핀 64: 온도 조정기
65: 흡기구 66: 배기구
67, 69: 팬 68: 광체
73: 박스 광체 75: 정면 패널
81: 배기 덕트 81c: 가스 센서
82: 제1 배관(제1 처리 가스 공급로) 83: 제2 배관(제2 처리 가스 공급로)
84: 흡입구 90: 처리 가스 공급 유량 제어부
92: MFC 93: 에어 밸브
100: 기판 처리 장치 102: 웨이퍼
103: 처리로

Claims (18)

  1. 기판을 처리하는 처리실을 포함하는 처리로;
    상기 처리실에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로;
    상기 처리실에 공급되는 상기 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부;
    상기 처리 가스 공급로 또는 상기 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터; 및
    상기 처리 가스 공급로와 상기 처리 가스 공급 제어부와 상기 히터를 수납하는 가스 박스를 구비하고,
    상기 가스 박스는, 상기 가스 박스 외의 분위기를 상기 가스 박스 내에 흡입하는 흡입구; 배기 덕트에 접속되고 상기 가스 박스 내의 분위기를 상기 배기 덕트에 배기하는 배기구; 상기 가스 박스 내의 분위기를 냉각하는 것과 함께 상기 분위기의 온도를 측정 또는 감시하는 온도 제어 기기; 및 상기 가스 박스 내에 누설된 처리 가스를 검지하는 가스 누설 센서를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는, 상기 가스 박스 내로부터 상기 가스 박스 외의 저온원(低溫源)으로 수송하는 열의 양을 제어 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는 상기 가스 박스 내부에 설치되고 상기 저온원으로서 상기 가스 박스 외의 공기를 이용하는 것이며, 상기 가스 박스에 설치된 상통기구(上通氣口) 및 하통기구(下通氣口)에 연통하고, 상기 처리 가스 공급 제어부가 설치된 공간과는 차단된 외부 공기 유로에 접촉하는 것과 함께 상기 공간에도 접촉하도록 구성되고, 상기 외부 공기 유로에는 냉매 팬이 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 제어부는 복수의 매스 플로우 컨트롤러를 포함하고,
    상기 히터는 상기 복수의 매스 플로우 컨트롤러 중 기화된 액체 원료가 통과하는 매스 플로우 컨트롤러를 재액화를 막을 수 있는 온도로 가열하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히터는 상기 기화된 액체 원료가 통과하는 상기 매스 플로우 컨트롤러의 유로를 포함하는 금속제 블록부를 가열하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속제 블록부는 단열재로 피복되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는,
    상기 가스 박스 내의 분위기와 접촉하는 제1 면 및 상기 가스 박스 외의 분위기와 접촉하는 제2 면을 포함하는 방열 핀;
    상기 제2 면에 분위기의 흐름을 형성하는 제1 팬;
    상기 가스 박스 내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서가 측정한 온도에 따라 상기 제2 면에 분위기의 흐름을 형성하는 상기 제1 팬의 회전수를 제어하는 온도 조정기
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 센서는 가스 박스 내의 공기의 대표적인 온도를 측정하는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 제어부는 복수의 매스 플로우 컨트롤러를 포함하고,
    상기 온도 센서는 상기 복수의 매스 플로우 컨트롤러 내의 1개의 전기 제어부에 열적으로 결합되는 기판 처리 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는 상기 공간에 분위기의 흐름을 형성하는 순환 팬을 더 구비하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 순환 팬은 상기 가스 누설 센서가 누설을 검지했을 때 정지되는 기판 처리 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는 상기 제1 면에 분위기의 흐름을 형성하는 제2 팬을 더 구비하고, 상기 제2 팬의 회전수는 상기 히터의 설정 온도에 의해 결정된 고정값인 기판 처리 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 온도 제어 기기는 상기 제1 면에 분위기의 흐름을 형성하는 제2 팬을 더 구비하고,
    상기 온도 조정기는 상기 제2 팬의 회전수를 제어하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 온도 조정기는 상기 제2 팬으로의 조작량의 변화 레이트를 상기 제1 팬으로의 조작량의 변화 레이트보다 제한하는 기판 처리 장치.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 열 교환기는 상기 가스 박스의 개폐 문에 설치되는 기판 처리 장치.
  16. 기판 처리 장치에 구비되는 가스 박스로서,
    처리실에 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로와, 상기 처리실에 공급되는 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부와, 상기 처리 가스 공급로 또는 상기 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터를 수납하는 광체(筐體);
    상기 가스 박스 외의 분위기를 상기 가스 박스 내에 흡입하는 흡입구;
    배기 덕트에 접속되고 상기 가스 박스 내의 분위기를 상기 배기 덕트에 배기하는 배기구;
    상기 가스 박스 내의 분위기를 냉각하는 것과 함께 상기 분위기의 온도를 측정 또는 감시하는 온도 제어 기기; 및
    상기 가스 박스 내에 누설된 처리 가스를 검지하는 가스 누설 센서
    를 구비하는 가스 박스.
  17. 처리실에 처리 가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 기판을 처리하는 공정에서는,
    상기 처리실에 상기 기판을 처리하는 상기 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로와, 상기 처리실에 공급되는 상기 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부와, 상기 처리 가스 공급로 또는 상기 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터를 수납하는 가스 박스의 내부 분위기의 온도를 취득하는 공정;
    취득한 상기 온도에 기초하여 상기 가스 박스의 상기 내부 분위기를 냉각하는 온도 제어 기기의 팬의 회전수를 결정하는 공정; 및
    흡입구를 통하여 상기 가스 박스 외로부터 내에 취입(取入)된 상기 내부 분위기를 온도 제어 기기에 의해 냉각하고, 배기구로부터 배기 덕트에 배기하는 공정
    을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 처리실에 처리 가스를 공급하여 기판을 처리하는 단계를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 저장 매체에 기록된 프로그램으로서,
    상기 기판을 처리하는 단계에서는,
    상기 처리실에 상기 기판을 처리하는 상기 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급로와, 상기 처리실에 공급되는 상기 처리 가스의 양을 제어하는 처리 가스 공급 제어부와, 상기 처리 가스 공급로 또는 상기 처리 가스 공급 제어부의 적어도 일부를 가열하는 히터를 수납하는 가스 박스의 내부 분위기의 온도를 취득하는 단계;
    취득한 상기 온도에 기초하여 상기 가스 박스의 상기 내부 분위기를 냉각하는 온도 제어 기기의 팬의 회전수를 결정하는 단계; 및
    흡입구를 통하여 상기 가스 박스 외로부터 내에 취입(取入)된 상기 내부 분위기를 온도 제어 기기에 의해 냉각하고, 배기구로부터 배기 덕트에 배기하는 단계
    를 포함하는 것인 저장 매체에 기록된 프로그램.
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