JP2009130308A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作不良の発生個所を容易に知ることが可能な表面処理装置を提供する。
【解決手段】このＨＭＤＳ処理装置では、チャンバ１内の圧力を圧力計１０で検出し、その検出結果に基づいてＨＭＤＳ処理装置が正常に動作しているか否かを判別し、正常に動作していないと判別した場合は、ＨＭＤＳ処理装置の動作を停止させるとともに、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブなどを示す画像をモニタ２６に表示させる。したがって、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブを容易に検知できる。
【選択図】図１

Description

この発明は表面処理装置に関し、特に、処理対象の基板を収容したチャンバ内に処理ガスを導入して基板の表面処理を行なう表面処理装置に関する。

従来より、半導体製造プロセスにおいては、シリコンウェハに対するフォトレジストの密着性を高めるため、シリコンウェハのＨＭＤＳ（Hexamethyl disilazane）処理が行なわれている。

従来のＨＭＤＳ処理装置では、処理対象のシリコンウェハをチャンバ内で加熱するとともに、ＨＭＤＳ液中に窒素ガスをバブリングさせてＨＭＤＳガスを発生させ、そのＨＭＤＳガスをチャンバ内に導入して、シリコンウェハのＨＭＤＳ処理を行なっていた（たとえば、特許文献１参照）。
特開平１０−４１２１４号公報

従来のＨＭＤＳ処理装置では、たとえば１回／１月の頻度でＨＭＤＳ処理不良が発生していたが、ＨＭＤＳ処理動作の不良個所が分からないという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、動作不良の発生個所を容易に知ることが可能な表面処理装置を提供することである。

この発明に係る表面処理装置は、基板の表面処理を行なう表面処理装置であって、基板を収容するチャンバと、チャンバ内を排気する排気装置と、チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給装置と、チャンバ内の圧力を検出する圧力計と、排気装置およびガス供給装置を制御して、チャンバ内の空気を排気する工程、チャンバ内に処理ガスを供給して基板の表面処理を行なう工程、およびチャンバ内の処理ガスを排気する工程を少なくとも実行する制御部と、各工程における圧力計の検出値に基づいて表面処理装置が正常に動作しているか否かを監視する監視部とを備えたものである。

この発明に係る表面処理装置では、各工程における圧力計の検出値に基づいて表面処理装置が正常に動作しているか否かを監視する監視部を設けたので、動作不良の発生個所を容易に知ることができる。

図１は、この発明の一実施の形態によるＨＭＤＳ処理装置の構成を示す配管系統図である。図１において、このＨＭＤＳ処理装置は、処理対象のシリコンウェハ１を収容するチャンバ２と、チャンバ２内でシリコンウェハ１を支持するとともに所定温度に加熱するヒータ３と、中空構造の支持台４とを備える。

ヒータ３は、支持台４の上面の中央部に設けられている。チャンバ２は所定位置に固定されており、支持台４は上下動可能に支持されている。支持台４は、シリンダ５によって上下動される。シリンダ５によって支持台４を下降させると、チャンバ２の下の開口部が開けられる。シリンダ５によって支持台４を上昇させると、チャンバ２の下の開口部が支持台４の上面の外周部で閉じられる。

チャンバ２の内壁にはシリコンウェハ１の表面にＨＭＤＳガスを噴射するための複数のガス噴出孔が設けられ、チャンバ２の外壁には複数のガス噴出孔に連通する１つのガス供給孔２ａが設けられている。一方、支持台４の上面にはチャンバ２内を排気するための複数の吸気孔が設けられ、支持台４の側面には、複数の吸気孔に連通する１つの排気孔４ａが設けられている。

また、このＨＭＤＳ処理装置は、圧縮空気によって駆動され、霧吹きの原理によってチャンバ２内を排気するためのエジェクタ６と、エジェクタ６に圧縮空気を供給するためのエジェクタ駆動バルブ７とを備える。支持台４の排気孔４ａとエジェクタ６の吸気孔６ａとは排気管８で接続され、排気管８にはチャンバ排気バルブ９が介挿されている。また、支持台４の排気孔４ａとチャンバ排気バルブ９との間の排気管８には、チャンバ２内の圧力を検出するための圧力計１０が接続されている。

チャンバ排気バルブ９が閉状態の場合はチャンバ１とエジャクタ６との間が遮断され、チャンバ排気バルブ９が開状態にされるとチャンバ１とエジャクタ６とが排気管８を介して結合される。エジェクタ駆動バルブ７が開状態にされると、エジェクタ６に圧縮空気が供給され、エジェクタ６が駆動されてチャンバ１内が排気される。エジェクタ駆動バルブ７が閉状態にされると、エジェクタ６への圧縮空気の供給が停止され、エジェクタ６が駆動停止されて導通状態になる。

さらに、このＨＭＤＳ処理装置は、ＨＭＤＳ液１１が注入されたバブリングタンク１２を備える。バブリングタンク１２にキャリアガスである窒素ガス（Ｎ_２）を供給するガスボンベ（図示せず）と、バブリングタンク１２の下部のキャリアガス供給孔１２ａとの間はガス配管１３で接続される。ガス配管１３には、ガスボンベ側から順にフローメータ１４、フィルタ１５、およびバブリングバルブ１６が設けられる。フローメータ１４は、窒素ガスの流量を所望の値に制御する装置である。フィルタ１５は、窒素ガス中のダストを除去する。

バブリングバルブ１６が開状態にされるとＨＭＤＳ液１１内に窒素ガスが供給されてバブリングが行なわれ、ＨＭＤＳガスが発生する。バブリングバルブ１６が閉状態にされるとＨＭＤＳ液１１内への窒素ガスの供給が停止され、バブリングが停止されてＨＭＤＳガスの発生が停止される。

また、バブリングタンク１２の上部のガス供給孔１２ｂとチャンバ２のガス供給孔２ａとはガス配管１７で接続される。ガス配管１７には、バブリングタンク１２側から順に、リリーフバルブ１８、パージバルブ１９、フィルタ２０、ＨＭＤＳ供給バルブ２１、および大気開放バルブ２２が設けられる。

リリーフバルブ１８は、ガス配管１７内の圧力が所定値を越えた場合に開状態になり、ガス配管１７内のガスを外部に放出させる。これにより、ガス配管１７内が高圧になることが防止される。パージバルブ１９は、ＨＭＤＳ液１１の交換時などに、バブリングタンク１２およびガス配管１７内をパージするために使用される。ガスボンベ（図示せず）から供給されたパージガス（窒素ガス）は、ガス配管１３、フローメータ１４、フィルタ１５、バブリングバルブ１６、バブリングタンク１２、ガス配管１７、パージバルブ１９を介して外部に放出される。これにより、ガス配管１７内に入ったＨＭＤＳ液１１、ダストなどが除去される。フィルタ２０は、ＨＭＤＳガスからダストなどを除去する。

ＨＭＤＳ供給バルブ２１が閉状態の場合はバブリングタンク１２とチャンバ２との間が遮断され、ＨＭＤＳ供給バルブ２１が開状態の場合はバブリングタンク１２とチャンバ２とがガス配管１７を介して結合される。また、チャンバ２内に大気を導入する場合は、ＨＭＤＳ供給バルブ２１を閉状態にするとともに、大気開放バルブ２２を開状態にする。

シリンダ５およびバルブ２２，２１，７，９，１９，１６は、それぞれソレノイドバルブＳＶ１〜ＳＶ７を介して供給される圧縮空気によって駆動される。シリンダ５に圧縮空気５を供給すると、シリンダ５の駆動軸が伸びて支持台４が上昇する。また、シリンダ５への圧縮空気の供給を停止すると、シリンダ５の駆動軸が縮んで支持台４が下降する。バルブ２２，２１，７，９，１６は、ともに常時閉型のバルブであり、それぞれ対応のソレノイドバルブＳＶ２〜ＳＶ５，ＳＶ７を介して圧縮空気が供給された場合に開状態になる。パージバルブ１９は、通常時はガス配管１７を導通状態にし、ソレノイドバルブＳＶ６を介して圧縮空気が供給された場合は、ガス配管１７のうちのバルブ１９よりも上流側の部分と下流側の部分との間を遮断するとともに、上流側の部分を外部に導通させる。

さらに、このＨＭＤＳ処理装置は、図２に示すように、制御部２３、レコーダ２４、監視部２５、モニタ２６、および操作部２７を備える。制御部２３は、操作部２７および監視部２５からの信号に従って、ソレノイドバルブＳＶ１〜ＳＶ７，ヒータ３、フローメータ１４などのＨＭＤＳ処理装置全体を制御する。

レコーダ２４は、圧力計１０の検出値の時刻変化を記録する。監視部２５は、各工程における圧力計１０の検出値に基づいてＨＭＤＳ処理装置が正常に動作しているか否かを監視し、ＨＭＤＳ処理装置が正常に動作していない場合は、制御部２３を介してＨＭＤＳ処理装置の動作を停止させる。また、監視部２５は、ＨＭＤＳ処理の運転状況と圧力計１０の検出値に基づいてＨＭＤＳ処理装置の動作不良の内容および動作不良を起こしたバルブを判別し、その判別結果を示す信号を制御部２３に出力する。制御部２３は、その判別結果を示す画像をモニタ２６に表示させる。モニタ２６は、そのような判別結果の他、処理工程の進捗状況などのＨＭＤＳ処理装置に関する情報を表示する。操作部２７は、スイッチ、ハンドルなどからなり、ＨＭＤＳ処理装置を自動または手動運転する際に作業者によって操作される。

次に、このＨＭＤＳ処理装置の動作について説明する。図３〜図８はＨＭＤＳ処理装置の動作を示す図であり、図９は圧力計１０の検出値の変化を示すタイムチャートである。なお、圧力計１０の検出値は、ゲージ圧（大気圧との差圧）で示されている。図１で示したように、処理対象のシリコンウェハ１をチャンバ２内にセットした状態で、操作部２７を用いてＨＭＤＳ処理の開始を指示すると、制御部２３は、以下の工程を自動的に実行する。

すなわち、制御部２３は、図３に示すように、まずチャンバ排気バルブ９とエジェクタ駆動バルブ７を開状態にする（図９では時刻ｔ１）。これにより、圧縮空気がエジェクタ駆動バルブ７を介してエジェクタ６に供給され、チャンバ２内の空気がチャンバ排気バルブ９およびエジェクタ６を介して外部に排出される。この真空引き工程は、たとえば５秒間行なわれ、チャンバ２内の圧力は−２５ｋＰａ程度まで低下する。

次に制御部２３は、図４に示すように、チャンバ排気バルブ９とエジェクタ駆動バルブ７に加え、ＨＭＤＳ供給バルブ２１とバブリングバルブ１６を開状態にする（図９では時刻ｔ２）。これにより、フローメータ１４で流量調節された窒素ガスがフィルタ１５およびバブリングバルブ１６を介してバブリングタンク１２内のＨＭＤＳ液１１内に供給され、ＨＭＤＳ液１１がバブリングされてＨＭＤＳガスが発生する。

発生したＨＭＤＳガスは、フィルタ２０およびＨＭＤＳ供給バルブ２１を介してチャンバ２のガス供給孔２ａに供給され、さらにチャンバ２の内壁の複数のガス噴出孔を介してチャンバ２内に噴射される。チャンバ２内のＨＭＤＳガスは、排気管８、チャンバ排気バルブ９、およびエジェクタ６を介して外部に排出される。このガス供給工程は、たとえば５秒間行なわれ、チャンバ２内の圧力は−８ｋＰａ程度になる。

次いで制御部２３は、図５に示すように、バルブ９，２１，１６を開状態に維持しながら、エジェクタ駆動バルブ７を閉状態にする（図９では時刻ｔ３）。これにより、エジェクタ６への圧縮空気の供給が停止され、エジェクタ６は導通状態となり、チャンバ２内の圧力は＋４ｋＰａ程度に上昇する。また、ヒータ３に通電されてシリコンウェハ１が所定温度に加熱される。この処理工程は、たとえば３５秒間行なわれる。この工程で、シリコンウェハ１の表面のＯＨ基がＳｉで置換され、シリコンウェハ１の表面が疎水性になり、シリコンウェハ表面に対するホトレジストの接着性が強化される。

次に制御部２３は、図６に示すように、バルブ９，２１を開状態に維持しながら、バブリングバルブ１６を閉状態にするとともに、エジェクタ駆動バルブ７を開状態にする（図９では時刻ｔ４）。また、ヒータ３への通電は停止される。これにより、窒素ガスのバブリングタンク１２への供給が停止され、ＨＭＤＳガスの発生が停止される。また、圧縮空気がエジェクタ駆動バルブ７を介してエジェクタ６に供給され、バブリングタンク１２およびチャンバ２内のＨＭＤＳガスがチャンバ排気バルブ９およびエジェクタ６を介して外部に排出される。このガス抜き工程は、たとえば３秒間行なわれ、チャンバ２内の圧力は−１３ｋＰａ程度まで低下する。

次いで制御部２３は、図７に示すように、バルブ７，９を開状態に維持しながら、ＨＭＤＳ供給バルブ２１を閉状態にするとともに、大気開放バルブ２２を開状態にする（図９では時刻ｔ５）。これにより、バブリングタンク１２とチャンバ２との間が遮断され、チャンバ２内に空気が導入される。また、チャンバ２内に導入された空気は、チャンバ排気バルブ９およびエジェクタ６を介して外部に排出される。この排気工程は、たとえば１０秒間行なわれ、チャンバ２内の圧力は−８ｋＰａ程度になる。この工程では、チャンバ６内のＨＭＤＳガスは低圧の空気で置換される。

次に制御部２３は、図８に示すように、大気開放バルブ２２を開状態に維持しながら、エジャクタ駆動バルブ７を閉状態にする（図９では時刻ｔ６）。これにより、エジェクタ６への圧縮空気の供給が停止され、エジェクタ６は導通状態となり、チャンバ２内の圧力は大気気圧まで上昇する。以上でＨＭＤＳ処理は終了する。シリンダ５への圧縮空気の供給を停止して支持台４を下降させれば、シリコンウェハ１の取り出しが可能となる。

図３〜図９では、バルブ７，９，１６，２１，２２が全て正常に動作した場合について説明した。しかし、バルブ７，９，１６，２１，２２として圧縮ガスとバネによって駆動されるタイプのバルブを使用しており、このタイプのバルブはＨＭＤＳガスよって腐食され難い反面、誤動作を生じ易い。バルブ７，９，１６，２１，２２が正常に動作したか否かを判別する方法として、バルブ７，９，１６，２１，２２の各々に開閉状態を検出するセンサを設け、そのセンサ出力を監視する方法も考えられるが、装置がコスト高になる。

そこで、本願発明では、チャンバ１内の圧力を圧力計１０で検出し、その検出値を監視部２５で監視することとした。監視部２５は、圧力計１０の検出結果に基づいてＨＭＤＳ処理装置が正常に動作しているか否かを判別し、正常に動作していないと判別した場合は、ＨＭＤＳ処理装置の動作を停止させるとともに、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブを示す信号を制御部２３に出力して、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブなどを示す画像をモニタ２６に表示させる。

具体的には、監視部２５は、図３および図９で示した真空引き工程において、真空引きを開始（時刻ｔ１）してから２秒以内にチャンバ２内の圧力が所定値（たとえば−１５ｋＰａ）以下にならない場合は、真空引きを停止してＨＭＤＳ処理装置を図１の状態に戻すとともに、「低圧異常」が発生したことと、バルブ７，９の動作不良あるいは装置のリークが原因と考えられることを制御部２３を介してモニタ２６に表示させる。

また、監視部２５は、図４および図９で示したガス供給工程において、ガス供給を開始（時刻ｔ２）してから３秒以内にチャンバ２内の圧力が所定の範囲（たとえば−１５ｋＰａ〜＋２ｋＰａ）内にない場合は、ガス供給を停止してＨＭＤＳ処理装置を図１の状態に戻すとともに、「ガス供給異常」が発生したことと、バルブ１６，２１の動作不良が原因と考えられることを制御部２３を介してモニタ２６に表示させる。

また、監視部２５は、図５および図９で示した処理工程において、処理を開始（時刻ｔ３）してから３秒が経過した後にチャンバ２内の圧力が所定値（たとえば＋２ｋＰａ）よりも低下した場合は、ガス供給を停止してＨＭＤＳ処理装置を図１の状態に戻すとともに、「処理エラー」が発生したことと、バルブ１６，２１の動作不良あるいは装置のリークが原因と考えられることを制御部２３を介してモニタ２６に表示させる。

また、監視部２５は、図６、図７および図９で示したガス抜きおよび排気工程において、ガス抜きを開始（時刻ｔ４）して３秒が経過（時刻ｔ５）してから排気工程が終了（時刻ｔ６）するまでの間にチャンバ２内の圧力が所定の範囲（たとえば−１５ｋＰａ〜＋２ｋＰａ）内に維持されない場合は、排気を停止してＨＭＤＳ処理装置を図１の状態に戻すとともに、「排気エラー」が発生したことと、バルブ７，９の動作不良が原因と考えられることを制御部２３を介してモニタ２６に表示させる。

この実施の形態では、チャンバ１内の圧力を圧力計１０で検出し、その検出結果に基づいてＨＭＤＳ処理装置が正常に動作しているか否かを判別し、正常に動作していないと判別した場合は、ＨＭＤＳ処理装置の動作を停止させるとともに、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブなどを示す画像をモニタ２６に表示させる。したがって、動作不良の内容と動作不良を起こしたバルブを容易に知ることができる。また、動作不良があった場合は、ＨＭＤＳ処理装置の動作を停止させるので、不良なＨＭＤＳ処理が施されるシリコンウェハ１の数を最小限にすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態によるＨＭＤＳ処理装置の構成を示す配管系統図でる。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置の構成を示すブロック図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置の真空引き工程の動作を示す図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置のガス供給工程の動作を示す図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置の処理工程の動作を示す図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置のガス抜き工程の動作を示す図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置の排気工程の動作を示す図である。 図１に示したＨＭＤＳ処理装置の大気開放工程の動作を示す図である。 ＨＭＤＳ処理工程におけるチャンバ内の圧力の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ シリコンウェハ、２ チャンバ、３ ヒータ、４ 支持台、５ シリンダ、６ エジャクタ、７ エジェクタ駆動バルブ、８ 排気管、９ チャンバ排気バルブ、１０ 圧力計、１１ ＨＭＤＳ液、１２ バブリングバルブ、１３，１７ ガス配管、１４ フローメータ、１５，２０ フィルタ、１６ バブリングバルブ、１８ リリーフバルブ、１９ パージバルブ、２１ ＨＭＤＳ供給バルブ、２２ 大気開放バルブ、２３ 制御部、２４ レコーダ、２５ 監視部、２６ モニタ、２７ 操作部、ＳＶ１〜ＳＶ７ ソレノイドバルブ。

Claims (5)

1. 基板の表面処理を行なう表面処理装置であって、
   前記基板を収容するチャンバと、
   前記チャンバ内を排気する排気装置と、
   前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給装置と、
   前記チャンバ内の圧力を検出する圧力計と、
   前記排気装置および前記ガス供給装置を制御して、前記チャンバ内の空気を排気する第１の工程、前記チャンバ内に前記処理ガスを供給して前記基板の表面処理を行なう第２の工程、および前記チャンバ内の前記処理ガスを排気する第３の工程を少なくとも実行する制御部と、
   各工程における前記圧力計の検出値に基づいて前記表面処理装置が正常に動作しているか否かを監視する監視部とを備えた、表面処理装置。
2. 前記監視部は、各工程における前記圧力計の検出値に基づいて前記表面処理装置の動作不良の内容を判別し、その判別結果を示す信号を出力する、請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記監視部は、前記表面処理装置が正常に動作していないと判別したことに応じて前記表面処理装置の動作を停止させる、請求項１または請求項２に記載の表面処理装置。
4. 前記排気装置は、
   圧縮空気によって駆動され、前記チャンバ内を排気するエジェクタと、
   前記エジェクタに前記圧縮空気を供給するための第１のバルブと、
   前記ガス供給装置は、
   処理液が注入されたバブリングタンクと、
   前記バブリングタンク内の前記処理液にキャリアガスを供給して前記処理ガスを発生させるための第２のバルブとを含み、
   前記制御部は、
   前記第１の工程では、前記第１のバルブを開けて前記エジャクタに前記チャンバ内の空気を排出させ、
   前記第２の工程では、前記第２のバルブを開けて前記バブリングタンクから前記チャンバ内に前記処理ガスを供給させ、前記第１のバルブを閉じて前記エジャクタを導通状態にし、前記チャンバ内を正圧にして前記基板の表面処理を行ない、
   前記第３の工程では、前記第２のバルブを閉じて前記処理ガスの発生を停止させるとともに前記第１のバルブを開けて前記チャンバおよび前記バブリングタンク内の前記処理ガスを排出させる、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の表面処理装置。
5. 前記処理液はヘキサメチルジシラザンである、請求項４に記載の表面処理装置。

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