JP2008211218A - 処理チャンバへのガスフローを制御する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施形態において、ガスを半導体処理システムに分配する装置は、入口及び出口ポートを有する複数のガス入力及び出力ラインを含む。接続ラインは、各対のガス入力及びガス出力ラインを結合している。接続バルブが配置されて、各接続ラインを通してフローを制御する。マスガスフローコントローラが配置されて、各入口ポートへのフローを制御する。他の実施形態において、方法は、複数の出口の少なくとも1つに選択的に結合された少なくとも複数の入口を有するマニホルドを提供し、処理又は較正回路の前に、処理チャンバをバイパスする真空環境に、マニホルドを通して、1種類以上のガスを流し、基板処理中に、処理チャンバへ1種類以上のガスを流すことを含む。
【選択図】図5
Description
本発明の実施態様は、概して、処理チャンバへのガスフローを制御する方法及び装置に関する。
ガスフローの正確な制御は、多くのマイクロエレクトロニックデバイス製造プロセスにとって欠かせない重要なプロセス制御属性である。半導体処理チャンバにおいて、基板と基板サポートの間にガスを提供することは、基板と基板サポートの間の熱伝達を改善するのに周知の方法であり、これによって、基板温度制御及び均一性の精密さが向上する。加えて、処理チャンバへの処理ガスフローの精密な制御は、所望の処理結果、特に、限界寸法及びフィルム厚さ収縮を達成するためには必要なことである。更に、処理チャンバ廃液流にガスを添加すると、基板処理の環境的な影響を緩和することができる。費用効率と適切な改善の両方を確保するには、廃液流に添加されたガスを良好に制御することが必要である。
記載したガス分配システムは、従来のシステムに勝る多くの利点を与える。システムのモジュール性に加えて、ガス分配システムを動作させると、プレフローパス、高速排気パス、制御された化学物質混合、化学物質のより効率的な使用、連続的に減少する充填排気時間、化学分配の精密調整のための閉鎖ループ制御及びフロー診断を提供することができる。
動作のあるモードにおいて、プレフローパスは、ガス分配システム100を通して画定され、1つ以上のバルブを通して、処理チャンバ114から分離された真空環境に、化学源(例えば、源102A〜F)の接続を行う(例えば、パージライン154を通して、フォアライン138)。ガスが処理チャンバ114で要求される前に、ガスを、ガス分配システム100のマニホルド134の適切なラインに供給してよい。これは、処理チャンバ114に流したようなガスの状態に実質的に適合する状態で行う。これによって、マニホルド134内のガスが、即時に定常状態に達し、ガスは、処理チャンバ114へ迂回する状態に実質的に維持される。プレフローパスによって、ガス分配システム100内のガスが、処理チャンバ114に迂回される前に、「プロセス状態」で安定化されるため、チャンバへのフローが始まると、分配システム100内のフロー状態は殆ど、又は全く変化しない。これは、典型的に、圧力降下や、フローレートの減少を招く従来のガス分配システムとは異なる。このように、処理チャンバにおけるガス分配の均一性が即時に確立される。プレフローパスが、ガスを処理チャンバに流したのと実質的に同じ抵抗とフロー状態を提供するためである。スロットルバルブ144を用いて、プレフローガスパスの状態を、処理チャンバ114のものと適合させてもよい。
他の動作モードにおいて、高速排気パスが、ガス分配システム100において画定されており、パージライン154を通して、マニホルド134からフォアライン138までの接続を提供する。高速排気パスは、1つ以上のバルブを通して、処理チャンバ分配パスを通して、化学分配源から、真空環境までの接続を提供する。真空環境は、処理チャンバ114からは分離されている(例えば、パージライン154を通して、フォアライン138)。高速排気パスは、各チャンバ接続部に結合されていて、2つのフロー制限部、例えば、フロー比コントローラ502、504、バルブ304A〜Fまたはその他フロー制限部間に、少なくとも1つの接続部がある。処理チャンバ114内の化学物質を変更する必要がある時は、真空環境に対して、遮断バルブ172及びバイパスバルブ108A〜Eを開いて、過剰のプロセス化学物質を、化学分配パスから除去する。
他の動作のモードにおいて、ガス分配システム100を用いて、化学物質混合を促進してもよい。一実施形態において、化学物質混合は、バルブ304A〜Fを用いて、又は、2つ以上の源102A〜Fを、単一ガス出口分配ライン232A〜Fに結合することにより、マニホルド134内で生じる。
他の動作のモードにおいて、ガス分配システム100は、化学物質の効率的な使用を促進する。例えば、バルブ204A〜F、172、108A〜E、262A〜Fの動作状態を変更するシーケンスを構成して、マニホルド134から、最も効率良く、ガスを除去し、ガスの混合が最少となるようにすると、応答時間が早くなり、処理時間を減らすことができる。このように、ガス交換中、ガスが分配パスから(例えば、出口ライン232A〜Fから)引かれ、パージライン154に入る速度を、スロットルバルブ156を用いて調節し、マニホルド134を通して、ガスを即時に進めてもよい。更に、パージライン154が、マニホルド134を通してガスを引いている間、次の処理シーケンスのために準備されたガス、例えば、新たに導入されるガス、パージガス及び/又はマニホルドに前に含有されていたガスの最後の残り等を含有するラインを、パージライン154から迂回させて、処理チャンバ114へ流してもよい。これによって、パージライン154に結合された残りのラインが、より迅速に排気される。一実施形態において、センサ190により行われた測定を利用して、パージライン154からチャンバ114への迂回を行うべき時を示してもよい。これは、例えば、ガスの組成、フローレート及び、又はライン内のガスの圧力の変更又は安定化によってなされる。
他の動作のモードにおいて、ガス分配システム100を利用して、較正回路144を用いて、システム内の成分のフローレートを診断することができる。例えば、システム100のバルブは、入口ポートのいずれかから、較正回路144までのフローを提供する。他の実施例において、システムのバルブにより分割されたフローの、分割されたフローの各分岐に沿ったフローレートを診断してもよい。
Claims (15)
- 半導体処理システムにガスを分配する装置であって、
入口ポートを夫々有する複数のガス入力ラインと、
出口ポートを夫々有する複数のガス出力ラインにおいて、前記複数の出口ポートの少なくとも第1の出口ポートが設備排気部に結合されていて、前記複数の出口ポートの少なくとも第2の出口ポートが処理チャンバに結合されている複数のガス出力ラインと、
各対のガス入力とガス出力ラインを夫々結合する複数の接続ラインと、
各接続ラインを流れるフローを制御するよう夫々配置された複数の接続バルブと、
各入口ポートへのフローを制御するよう夫々配置された複数のマスガスフローコントローラと含む装置。 - 前記出口ポートの少なくとも1つを出るガスのフロー、圧力又は化学物質のうち少なくとも1つの測定を行うために配置された少なくとも1つのセンサを含む請求項1記載の装置。
- 前記センサにより前記コントローラに提供された測定に応答して、前記入口ラインの少なくとも1つを流れるガスの特徴を調整するよう構成されたコントローラを含む請求項2記載の装置。
- 前記複数のガス出力ラインの少なくとも第1のガス出力ラインに結合された処理チャンバと、
前記複数のガス出力ラインの少なくとも第2のガス出力ラインを、処理チャンバをバイパスする設備排気部に結合するパージラインとを含む請求項1記載の装置。 - 前記複数の出口ポートの第2の出口ポートに結合された最終のバルブと、
前記第2の出口ポートと前記パージラインの間に結合されたバイパスバルブとを含む請求項4記載の装置。 - 前記パージラインを通るフローを制御するよう配置されたスロットルバルブを含む請求項4記載の装置。
- 前記半導体処理システムの入口に対するのと同様の制限を行う、出口ポートに結合されたフロー制限部を含む請求項1記載の装置。
- 前記設備排気孔に接続された前記出口ポートの少なくとも1つが前記半導体処理システムにも接続されている請求項1記載の装置。
- 前記出力ポートの第1の出力ポートに結合された少なくとも2つの調節可能なバルブであって、前記第1の出力ポートからのフローを分割するように構成された調節可能なバルブを含む請求項1記載の装置。
- 前記接続バルブの少なくとも1つが、2つ以上の前記出口ポート間で、前記入力ポートの1つからのフローを分割するように構成された少なくとも2つの調節可能なバルブを含む請求項1記載の装置。
- 臨界(超音速)フローを、前記バルブを通して、維持しながら、前記バルブを通るフローを測定することにより、前記調節可能なバルブの有効開口面積を較正するために構成された較正回路を含む請求項10記載の装置。
- 接続バルブ又は接続ライン内に含まれる2つ以上のオリフィスであって、前記オリフィスを通る固定フローを維持するようなサイズの前記オリフィスを含み、1つ以上の入力ポートから2つ以上のオリフィスへ供給されたフローが前記オリフィス間で分割され、各オリフィスを通る前記フローが前記オリフィスの面積に比例する請求項1記載の装置。
- 各オリフィスが前記接続バルブの夫々に流体結合され、1つ以上の入口ポートからのフローが前記オリフィス間で分割され、各オリフィスを通る前記フローが前記オリフィスの前記面積に比例し、各オリフィスに結合された前記接続バルブが開いている時間の量に比例する請求項12記載の装置。
- 前記入力ポートのうち1つが3つ以上のオリフィスに結合し、各オリフィスが各接続バルブに流体結合し、前記オリフィスのうち少なくとも2つが前記出口ポートのうち少なくとも1つに結合し、前記出口ポート間で分割されたフローが前記流体結合したバルブによりフローが可能とされる各出力ポートに流体結合された全オリフィスの開口面積の合計に比例する請求項12記載の装置。
- 臨界(超音速)フローを、前記接続バルブを通して、維持しながら、前記オリフィスを通るフローを測定することにより、前記オリフィスの面積を較正するために構成された較正回路を含む請求項12記載の装置。
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