JP2010135371A - 半導体装置用ガスの流動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置用ガスを処理表面に対して均一に供給することができると共に、ガスを供給する圧力を適切に調整することができる半導体装置用ガスの流動制御方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造工程においてチャンバへ供給されるガスの流量をバルブケース１０に収納されるコントロールバルブ１２の開閉により制御する。バルブケース１０の内壁面１０ａとコントロールバルブ１２との間に水平方向及び上下方向のギャップ１４Ａ、１４Ｂを形成し、ガスをこのギャップ１４Ａ、１４Ｂによりコントロールバルブ１２の全周方向から回り込むように対流させてチャンバへ供給する。この場合、コントロールバルブ１２を上下動させることにより、上下方向のギャップ１４Ｂの大きさを制御して、ガスの供給圧力を所定の値に調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置の製造工程において、例えば、ＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理やパターン形成のためのドライエッジング等に使用される処理用のガスの流動を制御する方法の改良に関し、特に、ガスを均一に流動させることに関するものである。

半導体装置の製造工程においては、ＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理、パターン形成のためのドライエッチングに際し、処理室であるチャンバ内をゲートバルブにより密閉した上で、これらのガスをチャンバ内に供給して、薄膜形成やエッチング処理を行う。この場合、ガスの供給源とチャンバとの間に、更にコントロールバルブを設置して、このコントロールバルブの開閉により、チャンバ内に供給されるガスの流量やチャンバ内の圧力を調整することが行われる(例えば、特許文献１参照）。

この場合、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、近年、多く採用されている横旋回式のゲートバルブを使用した半導体装置の製造においては、同様に、このガスの供給源とチャンバとの間に設置されるコントロールバルブとしても、横旋回式のバルブを採用する傾向にある。この横旋回式のコントロールバルブにおいては、図８に示すように、バルブケースに設けられたガス通気口１０Ａにコントロールバルブ１２が旋回して出入りすることにより、ガスの流量や圧力を調整するが、従来のコントロールバルブ１２では、図９に示すように、バルブケース１０とコントロールバルブ１２との間の上下方向のギャップが殆ど存在せず、その結果、ガスは専ら、コントロールバルブ１２が存在しないガス通気口１０Ａのみを介してチャンバ内に供給されていた。

しかし、開かれたガス通気口１０Ａのみからガスが供給されると、図８に示すように、処理すべき半導体装置の表面のうち、当該開かれたガス通気口１０Ａの直下に位置する表面と、それ以外のコントロールバルブ１２により上方が覆われた箇所に位置する表面との間で、ガスが不均一に供給され、必ずしも均一な薄膜形成等の処理をすることができない問題があった。

また、この従来のコントロールバルブ１２では、専ら、ガス通気口１０Ａの開閉度のみによってガスの圧力が調整されるため、コントロールバルブ１２がガス通気口１０Ａを完全に塞ぐに方向に近づくに連れて供給されるガスの圧力が急激に高くなり、ガスの圧力を広範囲にわたって緩やかに調整することが難しい問題があった。
特開２０００−２００７８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、ガスを処理表面に対して均一に供給することができると共に、ガスを供給する圧力を適切に調整することができる半導体装置用ガスの流動制御方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、半導体装置の製造工程においてチャンバへ供給されるガスの流量をバルブケースに収納されるコントロールバルブの開閉により制御する半導体装置用ガスの流動制御方法であって、バルブケースの内壁面とコントロールバルブとの間に水平方向及び上下方向のギャップを形成し、ガスをこのギャップによりコントロールバルブの全周方向から回り込むように対流させてチャンバへ供給することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、コントロールバルブを上下動させることにより、上下方向のギャップの大きさを制御して、ガスの供給圧力を所定の値に調整することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第２の解決手段において、第１の駆動源によりコントロールバルブを水平方向に旋回させて開閉し、第１の駆動源とは別に設けられた第２の駆動源によりコントロールバルブを上下方向に変位させることを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第３の解決手段において、第１の駆動源としてモーターを使用することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第３又は第４のいずれ間の解決手段において、第２の駆動源としてアクチュエータ又はモーターを使用することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第３乃至第５のいずれかの解決手段において、第１の駆動源に連結されてコントロールバルブを水平方向に旋回させるための旋回用ギアと、第２の駆動源に連結されて旋回用ギアに噛み合うと共に旋回用ギアに対して上下動することができる上下動ギアとを設け、この上下動ギアにコントロールバルブの旋回軸を接続して、第１の駆動源による旋回用動力を旋回用ギアから上下動ギアを介してコントロールバルブに伝達してコントロールバルブを水平方向に旋回させて開閉させる一方、第２の駆動源による上下動用動力を第２の駆動源に連結された上下動ギアを介してコントロールバルブに伝達することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法を提供するものである。

本発明によれば、上記のように、バルブケースの内壁面とコントロールバルブとの間に水平方向及び上下方向のギャップを形成し、ガスをこのギャップによりコントロールバルブの全周方向から回り込むように対流させてチャンバへ供給するため、横旋回方式のコントロールバルブにおいて、コントロールバルブにより上方が覆われた箇所に位置する半導体装置の表面にも、ガスを適切に供給することができ、半導体装置の表面全体に均一にガスを供給して薄膜形成処理その他の処理を適切に行うことができると共に、半導体装置を処理するための環境設定の領域を広げることができる実益がある。

また、本発明によれば、上記のように、コントロールバルブを上下動させることにより、上下方向のギャップの大きさを制御して、ガスの供給圧力を所定の値に調整しているため、当該ギャップを通じて供給されるガスの流量や圧力を所望の値に適切に調整することができ、特に、コントロールバルブによりガス通気孔をフルクローズした場合であっても、上下方向のギャップの大きさを徐々に変化させることによりガスの供給圧力を緩やかにかつ微細に調整して設定することができる実益がある。

同様に、本発明によれば、上記のように、コントロールバルブを移動を、水平方向の旋回と、上下方向の変位とで、異なる駆動源を使用して制御しているため、コントロールバルブの複雑な移動を比較的簡易に実現することができる実益がある。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１乃至図３は本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法を実施する状態を示し、この方法は、半導体装置の製造工程において図示しないチャンバへ供給されるガスの流量をバルブケース１０に収納されるコントロールバルブ１２の開閉により制御するものである。

このバルブケース１０に収納されるコントロールバルブ１２は、図示しないゲートバルブにより密閉されるチャンバ内に半導体装置の処理のために供給されるガスの供給源と、チャンバとの間に設置される。即ち、チャンバ内の密閉自体は、別途、ゲートバルブにより行い、コントロールバルブ１２は、ゲートバルブにより密閉されたチャンバ内に供給されるガスの流量を調整するものである。

この場合、図示しないゲートバルブとしては、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、横旋回式のバルブを使用することが望ましく、これに併せて、コントロールバルブ１２も、図１乃至図３に示すように、基本的に横方向に旋回する横旋回式のバルブとする。その結果、この実施の形態においては、半導体装置の処理のためのガスは、上側から下方に向けて供給されるため、本発明の方法を実施するに際しては、上から順に、図示しない真空ポンプ、ゲートバルブ、ガスの供給源、コントロールバルブ１２、チャンバの順に配置される。

この場合、本発明の方法において流動が制御されるガスとしては、半導体装置の処理のためのものであれば、特に限定はないが、主に、ＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理やパターン形成のためのドライエッジング等に際して使用されるガスを挙げることができる。

バルブケース１０は、図１及び図４乃至図７に示すように、図示しないガス供給源から供給されたガスをチャンバ内へ通気するガス通気口１０Ａを有し、コントロールバルブ１２は、上方から平面的に見た場合に、水平方向に旋回することにより、このガス通気口１０Ａに進入することによりガス通気口１０Ａを閉じ、ガス通気口１０Ａから退避することによりガス通気口１０Ａを開く。

本発明においては、特に図２及び図３に示すように、このガス通気口１０に臨むバルブケース１０の内壁面１０ａとコントロールバルブ１２との間に水平方向のギャップ１４Ａ及び上下方向のギャップ１４Ｂを形成し、ガスをこのギャップ１４Ａ、１４Ｂによりコントロールバルブ１２の全周方向から回り込むように対流させてチャンバへ供給する点に特徴がある。

即ち、図４に示すように、コントロールバルブ１２がバルブケース１０内に完全に退避してガス通気口１０Ａがフルオープンとなっている状態では勿論のこと、図５に示すように、コントロールバルブ１２がガス通気口１０Ａの途中まで進入して、ガス通気口１０Ａの一部のみを開口させている場合であっても、この開口したガス通気口１０Ａ部分のみからだけではなく、既にガス通気口１０Ａ内に進入しているコントロールバルブ１２の周囲からも下方に向けてガスを供給することができる。

このため、コントロールバルブ１２により上方が覆われた箇所に位置する半導体装置の表面にも、ガスを適切に供給することができ、半導体装置の表面全体に均一にガスを供給して薄膜形成処理その他の処理を適切に行うことができる。

更には、これらのギャップ１４Ａ、１４Ｂをも通じてチャンバ内にガスを供給することができるため、図６に示すように、特に上面から平面的に見た場合にコントロールバルブ１２がガス通気孔１０Ａに完全に進入して閉じるように位置する場合においても、図２及び図３に示すように、これらのギャップ１４Ａ、１４Ｂを介してガスをチャンバ内に供給することができる。

このため、ガス通気口１０Ａの開閉度のみによってガスの供給圧力や流量を調整していた従来技術と異なり、コントロールバルブ１２がガス通気口１０Ａ内に完全に進入した場合であっても、ガス通気口１０Ａが閉まるに連れ高くなるガスの供給圧力が急激に高まることがなく、ガスの供給圧力や流量を緩やかに変化させることができ、半導体装置を処理するための環境設定の領域を広げることができる。

一方、本発明においては、このコントロールバルブ１２を水平方向に旋回させるだけではなく、特に図６及び図７に示すように、上下動をもさせることにより、上下方向のギャップ１４Ｂの大きさを制御して、ガスの供給圧力を所定の値に調整することができる。

即ち、図６（Ａ）に示すように、ガス通気口１０Ａに臨むバルブケース１０の上側の内壁面１０Ａと、コントロールバルブ１２との間に上下方向のキャップ１４Ｂが存在する状態から、図７（Ａ）に示すように、コントロールバルブ１２を上方へ移動させて、上下方向のギャップ１４Ｂを徐々に小さくすることにより、バルブケース１０の上側の内壁面１０Ａに密着させることにより密閉させて、水平方向及び上下方向のギャップ１４Ａ、１４Ｂを通じたガスの通気を遮断することもできる。

なお、このため、コントロールバルブ１２が最上位に位置した場合に、バルブケース１０の内壁面１０Ａに密着して、上下方向のギャップ１４Ｂを解消すること（ギャップ１４Ｂの大きさを「０」とすること）ができるように、コントロールバルブ１２の外径は、ガス通気口１０Ａの内径よりも大きく設定する。

この場合、上下方向のギャップ１４Ｂが小さくなればなる程、ガスの供給圧力は高まり、一方、上下方向のギャップ１４Ａが大きくなればなる程、ガスの供給圧力が高まる。従って、この上下方向のギャップ１４Ｂの大きさ、即ち、コントロールバルブ１２の上下方向における位置を適切に制御することにより、当該上下方向のギャップ１４Ｂを通じて供給されるガスの流量や圧力を所望の値に適切に調整することができ、特に、コントロールバルブ１２によりガス通気孔１０Ａをフルクローズした場合であっても、上下方向のギャップ１４Ｂの大きさを徐々に変化させることによりガスの供給圧力を緩やかにかつ微細に調整して設定することができる。

なお、このコントロールバルブ１２の上下方向における移動のタイミングや速度は、後述する駆動源の駆動を制御するプログラムにより制御することができる。このプログラミングに際しては、別途、ガスの圧力やコントロールバルブの位置をセンサ等から数値化してフィードバックすることにより、任意のタイミングや速度に設定することもできる。また、このプログラムにより、当初からコントロールバルブ１２の最下方位置を設定しておくことにより、コントロールバルブ１２がガス通気口１０Ａに完全に進出した場合におけるガスの供給圧力の下限値を任意に設定することもできる。

以上のコントロールバルブ１２の横方向の旋回及び上下動の制動は、次の手段により達成することができる。即ち、図４乃至図７に示すように、第１の駆動源１６Ａによりコントロールバルブ１２を水平方向に旋回させて開閉し、この第１の駆動源１６Ａとは別に設けられた第２の駆動源１６Ｂによりコントロールバルブ１２を上下方向に変位させることができる。この第１の駆動源１６Ａとしては、モーターを使用することができる。一方、第２の駆動源としては、モーター又はアクチュエータを使用することができる。

この第１の駆動源１６Ａは、図４乃至図７に示すように、コントロールバルブ１２を水平方向に旋回させるための旋回用ギア１８に連結されて、この旋回用ギア１８を回転させる。一方、第２の駆動源は、図４乃至図７に示すように、この旋回用ギア１８に噛み合うと共に旋回用ギア１８に対して上下動することができる扇状の上下動ギア２０に連結されて、この上下動ギア２０を上下動させるように駆動する。

この上下動ギア２０には、図４乃至図７に示すように、コントロールバルブ１２の旋回軸２２が接続されている。従って、第１の駆動源１６Ａにより旋回用ギア１８が回転すると、その回転力が扇状の上下動ギア２０を介して旋回軸２２に伝達され、この旋回軸２２の回転により、コントロールバルブ１２は、図１に示すように、水平方向に旋回してガス通気口１０Ａに進退してガス通気口１０Ａを開閉することができる。第２の駆動源１６Ｂは、上下動ギア２０が回転するのを許容するように、上下動ギア２０に連結されている。

第２の駆動源１６Ｂは、図６及び図７に示すように、上下動ギア２０を押し上げることにより旋回軸２２を上昇させる一方、上下動ギア２０を引き下げることにより旋回軸２２を下降させることができる。即ち、第２の駆動源１６Ｂは、上下動ギア２０を介して上下動用動力をコントロールバルブ１２に伝達する。これにより、旋回軸２２に連結されたコントロールバルブ１２を上下動させて、上下方向のギャップ１２Ｂの大きさを調節することができる。

この場合、第１の駆動源１６Ａと第２の駆動源１６Ｂとは、別個独立に設けられているため、各々独自に旋回軸２２に駆動力を伝達することができる。このため、例えば、図４乃至図６に示すように、第１の駆動源１６Ａにより旋回用ギア１８を回転させることにより上下動ギア２０を水平方向に回転させて、この上下動ギア２０と共に回転する旋回軸２２によりコントロールバルブ１２を水平方向に旋回させて、次第にガス通気口１０Ａに進出させ、図６に示す完全に進出した状態において第１の駆動源１６Ａの駆動を停止した後、次いで、第２の駆動源１６Ｂを駆動することにより、図６に示す状態から上下動ギア２０を押し上げて旋回軸２２に連結されたコントロールバルブ１２を上昇させて、上下方向のギャップ１２Ｂを次第に小さくしていくことにより、ガスの供給圧力が徐々に高まるように微細に調整することができる。反対に、コントロールバルブ１２を開状態とするためには、これとは逆の動き、即ち、図７に示す状態からコントロールバルブ１２を下降させて図６に示す状態とした後、旋回用ギア１８を逆回転させることにより、図５に示す状態を経て、図４に示すように、ガス通気口１０Ａを完全に解放して、ガスの供給圧力を次第に低減させていくことができる。

一方、上記のように、第１の駆動源１６Ａと第２の駆動源１６Ｂとは、独立して駆動させることができるため、上下動ギア２０を旋回用ギア１８と共に回転させながら昇降させることもできるため、例えば、コントロールバルブ１２を上下動させながら水平方向に旋回させることもできる。このように、コントロールバルブ１２を移動を、水平方向の旋回と、上下方向の変位とで、異なる駆動源１６Ａ、１６Ｂを使用して制御しているため、コントロールバルブの複雑な移動を比較的簡易に実現することができる。

本発明は、特に、半導体装置におけるＣＶＤによる薄膜処理やエッチング装置等に使用される半導体装置処理用の種々のガスの供給に広く適用することができる。

本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法に使用されるコントロールバルブの概略斜視図である。 本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法において、コントロールバルブを上下動させて、コントロールバルブとバルブケースとの間に設けられた上下方向のギャップの大きさを調整する状態の概略斜視図である。 本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法において、コントロールバルブとバルブケースとの間に設けられた水平方向及び上下方向のギャップにより、ガスをコントロールバルブの全周方向から回り込むように対流させる状態の斜視図である。 図４は、本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法において、コントロールバルブをガス通気口から完全に退避させた状態を示し、同図（Ａ）はその全体図、同図（Ｂ）はその旋回用ギア及び上下動ギアの拡大斜視図である。 図５は、本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法において、コントロールバルブをガス通気口に途中まで進出させた状態を示し、同図（Ａ）はその全体図、同図（Ｂ）はその旋回用ギア及び上下動ギアの拡大斜視図である。 図６は、本発明の半導体装置用ガスの流動制御方法においてコントロールバルブをガス通気口を完全に進出させた状態においてコントロールバルブとバルブケースとの間に設けられた水平方向及び上下方向のギャップによりガスを通気させる状態を示し、同図（Ａ）はその全体図、同図（Ｂ）はその旋回用ギア及び上下動ギアの拡大斜視図である。 図７は、図６に示す状態からコントロールバルブを上昇させてガスの供給圧力を高める状態を示し、同図（Ａ）はその全体図、同図（Ｂ）はその旋回用ギア及び上下動ギアの拡大斜視図である。 従来の方法に使用されるコントロールバルブとバルブケースとの配置状態を示す概略断面図である。 従来の方法における半導体装置用ガスの流動分布を示す概念図である。

符号の説明

１０ バルブケース
１０Ａ ガス通気口
１０ａ バルブケースの内壁面
１２ コントロールバルブ
１４Ａ 水平方向のギャップ
１４Ｂ 上下方向のギャップ
１６Ａ 第１の駆動源
１６Ｂ 第２の駆動源
１８ 旋回用ギア
２０ 上下動ギア
２２ 旋回軸

Claims (6)

1. 半導体装置の製造工程においてチャンバへ供給されるガスの流量をバルブケースに収納されるコントロールバルブの開閉により制御する半導体装置用ガスの流動制御方法であって、前記バルブケースの内壁面と前記コントロールバルブとの間に水平方向及び上下方向のギャップを形成し、前記ガスを前記ギャップにより前記コントロールバルブの全周方向から回り込むように対流させて前記チャンバへ供給することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。
2. 請求項１に記載された半導体装置用ガスの流動制御方法において、前記コントロールバルブを上下動させることにより、前記上下方向のギャップの大きさを制御して、前記ガスの供給圧力を所定の値に調整することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。
3. 請求項２に記載された半導体装置用ガスの流動制御方法において、第１の駆動源により前記コントロールバルブを水平方向に旋回させて開閉し、前記第１の駆動源とは別に設けられた第２の駆動源により前記コントロールバルブを上下方向に変位させることを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。
4. 請求項３に記載された半導体装置用ガスの流動制御方法において、前記第１の駆動源としてモーターを使用することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。
5. 請求項３又は請求項４のいずれかに記載された半導体装置用ガスの流動制御方法において、前記第２の駆動源としてアクチュエータ又はモーターを使用することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載された半導体装置用ガスの流動制御方法において、前記第１の駆動源に連結されて前記コントロールバルブを水平方向に旋回させるための旋回用ギアと、前記第２の駆動源に連結されて前記旋回用ギアに噛み合うと共に前記旋回用ギアに対して上下動することができる上下動ギアとを設け、前記上下動ギアに前記コントロールバルブの旋回軸を接続して、前記第１の駆動源による旋回用動力を前記旋回用ギアから前記上下動ギアを介して前記コントロールバルブに伝達して前記コントロールバルブを水平方向に旋回させて開閉させる一方、前記第２の駆動源による上下動用動力を前記第２の駆動源に連結された前記上下動ギアを介して前記コントロールバルブに伝達することを特徴とする半導体装置用ガスの流動制御方法。

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