JP2011119433A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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勝士 石田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of the pressure increasing, which leads to the cause of supplied surplus gas to a gas supply system when an opening and closing valve opens next time, caused by the leakage of a flow rate adjusting valve while the flow rate adjusting valve is closed because the passage system between the flow rate adjusting valve and the opening and closing valve has a certain capacity although the flow rate control of gas in semiconductor manufacturing process is performed by a mass flow controller where a valve with good closing characteristics is inserted in the output side of the flow rate adjusting valve because a small amount of gas flows out when it is closed and the flow rate adjusting valve used here is put the emphasis on adjusting flow rate. <P>SOLUTION: There is provided the method for manufacturing the semiconductor device which detects the leakage amount of gas flow when closing the flow control valve by measuring the pressure between the flow control valve on the gas discharge side of the mass flow controller and the opening and closing valve. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法におけるガス制御技術に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a technique effective when applied to a gas control technique in a method of manufacturing a semiconductor device.

日本特開平11−202945号公報(特許文献1)または米国特許第6125869号公報(特許文献2)には、マスフローコントローラ(Mass Flow Controller)の自己診断方法として、流量制御バルブが所定の開状態において流量制御バルブを含む前後の配管部に所定の圧力のガスを満たし、その後、流量制御バルブの出力側開閉バルブを開き、その際の出力側圧力変化を出力側に設けられたセンサで検出する技術が開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 11-202945 (Patent Document 1) or US Pat. No. 6,125,869 (Patent Document 2), as a self-diagnosis method of a mass flow controller, a flow control valve is in a predetermined open state. Technology that fills the front and rear piping parts including the flow control valve with a predetermined pressure gas, then opens the output control valve of the flow control valve, and detects the output pressure change at that time with the sensor provided on the output side Is disclosed.

日本特開平5−134764号公報(特許文献3)には、マスフローコントローラの使用状態の検査方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサ、温度センサ等の上方から算出された流量制御バルブへの印加電圧と実際の印加電圧を比較する技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-134762 (Patent Document 3) discloses a method for inspecting the use state of a mass flow controller from above a plurality of pressure sensors, temperature sensors, and the like provided in front and rear piping parts including a flow control valve. A technique for comparing the calculated applied voltage to the flow control valve with the actual applied voltage is disclosed.

日本特開2004−246826号公報(特許文献4)には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、流量制御バルブを含む前後の配管部に設けられた複数の圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-246826 (Patent Document 4), as a flow control method or an operation monitoring method of a mass flow controller, outputs of a plurality of pressure sensors provided in front and rear piping parts including a flow control valve are flow controlled. A technique for monitoring the flow rate as well as for controlling the valve is disclosed.

日本特開2004−280688号公報(特許文献5)には、マスフローコントローラの流量制御方法または動作モニタ方法として、マスフローメータ(Mass Flow Meter)およびバイパス路を含む前後の配管部に設けられた複数の流量制御バルブ、圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用するとともに、流量を監視する技術が開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-280688 (Patent Document 5), as a flow control method or an operation monitoring method of a mass flow controller, a plurality of pipe portions provided in front and rear piping parts including a mass flow meter and a bypass passage are provided. A technique for monitoring the flow rate while using the output of the flow rate control valve and the pressure sensor to control the flow rate control valve is disclosed.

日本特開平5−233068号公報(特許文献6)には、マスフローコントローラの流量制御方法として、流量制御バルブの出力側の2箇所に設けられた圧力センサの出力を流量制御バルブの制御に利用する技術が開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 5-233068 (Patent Document 6), as a flow control method of a mass flow controller, outputs of pressure sensors provided at two locations on the output side of the flow control valve are used for controlling the flow control valve. Technology is disclosed.

特開平11−202945号公報JP-A-11-202945 米国特許第6125869号公報US Pat. No. 6,125,869 特開平5−134764号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-134864 特開2004−246826号公報JP 2004-246826 A 特開2004−280688号公報JP 2004-280688 A 特開平5−233068号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-233068

半導体製造装置等のガス等の流量制御は、サーマルマスフローセンサ(Thermal Mass Flow Sensor)とパラレルに設けられたバイパス路、および、サーマルマスフローセンサの出力を参照して制御される電磁制御の流量調整バルブ等から構成されるマスフローコントローラによって行われている。この流量調整バルブは、流量を調整することに重点が置かれているため、閉鎖時にも微小ながらガスが流出する。すなわち、閉鎖時流出ガスの存在が不可避である。このため、流量調整バルブの出力側(下流側またはガス排出側)に閉鎖特性の良好な開閉バルブを挿入するのが一般的である。   The flow rate control of gas etc. of semiconductor manufacturing equipment, etc. is controlled by referring to the bypass path provided in parallel with the thermal mass flow sensor (Thermal Mass Flow Sensor) and the output of the thermal mass flow sensor. It is performed by a mass flow controller composed of, for example. Since this flow control valve is focused on adjusting the flow rate, gas flows out even when it is closed. That is, the presence of the outflow gas when closed is inevitable. For this reason, it is common to insert an open / close valve with good closing characteristics on the output side (downstream side or gas discharge side) of the flow rate adjustment valve.

しかし、流量調整バルブと開閉バルブ間の配管系は、一定の容量を有するため、流量調整バルブが閉鎖されている間に、このバルブ間空間の圧力が流量調整バルブのリークを介して(リークによって)、入力側(上流側又はガス流入側)圧力に向けて上昇するという問題がある。このような出力側バルブ間空間の圧力上昇は、次に、開閉バルブが開いたときに、ガス被供給系への余剰のガス供給によるプロセス異常の原因となる。   However, since the piping system between the flow rate adjusting valve and the open / close valve has a certain capacity, the pressure in the space between the valves passes through the leak of the flow rate adjusting valve (due to the leak) while the flow rate adjusting valve is closed. ), There is a problem of increasing toward the pressure on the input side (upstream side or gas inflow side). Such a pressure increase in the space between the output side valves causes a process abnormality due to an excessive gas supply to the gas supply system when the open / close valve is opened next.

本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。   The present invention has been made to solve these problems.

本発明の目的は、余剰ガスが供給されることによるプロセス異常の低減を図った、信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a highly reliable manufacturing method of a semiconductor device, which is intended to reduce process abnormality caused by supply of surplus gas.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

すなわち、本願の一つの発明は、半導体装置の製造工程において、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガスをモニタするものである。   That is, one invention of the present application measures the pressure between the flow control valve on the gas discharge side of the mass flow controller and the open / close valve in the manufacturing process of the semiconductor device so that the flow rate is the same when the flow control valve is closed. The leak gas passing through the control valve is monitored.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、半導体装置の製造工程において、マスフローコントローラのガス排出側の流量制御バルブと開閉バルブ間の圧力を計測することで、流量制御バルブが閉鎖している際に同流量制御バルブを通過するリークガスをモニタすることで、ガス供給開始時における過剰供給等によるプロセス異常の発生を防止することができる。   That is, in the semiconductor device manufacturing process, by measuring the pressure between the flow control valve on the gas discharge side of the mass flow controller and the open / close valve, leak gas that passes through the flow control valve when the flow control valve is closed is measured. By monitoring, it is possible to prevent the occurrence of process abnormality due to excessive supply at the start of gas supply.

本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造を説明するための模式構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of the flow control apparatus (mass flow controller) which comprises the principal part of the semiconductor manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。It is a schematic block diagram which shows the whole structure of the semiconductor manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブ(たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ)の要部断面構造図である。The essentials of a flow rate control valve (for example, an electromagnetically driven control valve such as a piezo effect actuator) of a flow rate control device (mass flow controller) that constitutes a main part of a semiconductor manufacturing device used in a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の開閉バルブ(たとえば空圧駆動開閉バルブ)の要部断面構造図である。It is principal part sectional drawing of the on-off valve (for example, pneumatic drive on-off valve) of the flow control device (mass flow controller) which comprises the principal part of the semiconductor manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. . 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時のリーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。It is a block flow figure showing a leak inspection sequence at the time of a flow control valve closing in a semiconductor manufacturing device used for a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 図5における計算式を説明するための計算式説明図である。FIG. 6 is a calculation formula explanatory diagram for explaining a calculation formula in FIG. 5. 図5における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。It is a pressure change figure which shows the mode of the pressure change of the to-be-measured area | region in the leak test at the time of the flow control valve closing in FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。Comparison explanation of typical characteristics of various actuators used in the flow control valve of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内の通過ガス実流量の時間変化図である。Gas passing through the flow rate control device when the leak at closing of the flow rate control valve of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application is large It is a time change figure of an actual flow rate. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内の通過ガス実流量の時間変化図である。Gas passing through the flow rate control device when the leak at closing of the flow rate control valve of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application is small It is a time change figure of an actual flow rate. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。A gas flow immediately before a wafer processing chamber when a leak is large when a flow control valve of a flow control device (mass flow controller) constituting a main part of a semiconductor manufacturing device used in a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present application is closed. It is a time change figure of passage gas real flow rate in a way. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。A gas flow immediately before a wafer processing chamber when a leak is small when a flow control valve of a flow control device (mass flow controller) constituting a main part of a semiconductor manufacturing device used in a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present application is closed. It is a time change figure of passage gas real flow rate in a way. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置(変形例:ベントラインを有するもの)におけるガス供給系の構成を簡略化して示した装置構成図である。It is the apparatus block diagram which simplified and showed the structure of the gas supply system in the semiconductor manufacturing apparatus (modification: what has a vent line) used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(ゲートバルブによるバイパスラインの閉鎖)を示す装置構成図である。Device configuration showing a modification (closing of bypass line by gate valve) such as a structure of a flow control device (mass flow controller) constituting a main part in a semiconductor manufacturing device used in a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(スピンドルバルブによるバイパスラインの閉鎖)を示す装置構成図である。Device configuration showing a modification (closing of bypass line by spindle valve) such as a structure of a flow rate control device (mass flow controller) constituting a main part in a semiconductor manufacturing device used in a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present application FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造ならびに、その周辺構成等の変形例(外付け下流側開閉バルブ)を示す装置構成図である。Modification of the structure of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application, and its peripheral configuration (external downstream opening / closing valve) FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するタングステン熱CVD装置の模式断面図である。It is a schematic cross section of the tungsten thermal CVD apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するタングステン熱CVD装置のガス供給系の詳細構造を示すガス供給系詳細図である。It is a gas supply system detail drawing which shows the detailed structure of the gas supply system of the tungsten thermal CVD apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるタングステン熱CVDプロセスの詳細を示すプロセスのブロックフロー図である。It is a process block flow figure showing details of a tungsten thermal CVD process in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の他の実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスに使用するドライエッチング装置の模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus used for a dry etching process of an aluminum-based wiring that is a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present application. 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(コンタクトホール形成完了時点)である。FIG. 10 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of contact hole formation) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(プラグ部の下層バリアメタル膜形成完了時点)である。FIG. 5 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of formation of a lower barrier metal film in a plug portion) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application; is there. 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(プラグ部の上層バリアメタル膜の形成完了時点)である。Device cross-sectional process flowchart including tungsten CVD process and aluminum-based wiring dry etching process in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application (when the formation of the upper barrier metal film of the plug portion is completed) It is. 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(タングステン膜埋め込み完了時点)である。FIG. 10 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of tungsten film embedding) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application; 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(メタルCMPの完了時点)である。FIG. 10 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of metal CMP) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. 本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(アルミニウム系配線膜のパターニングの完了時点)である。FIG. 10 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of patterning of an aluminum-based wiring film) including a tungsten CVD process and an aluminum-based wiring dry etching process in a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application; . 図23に示す工程における不良発生のメカニズムを説明した模式デバイス断面図である。FIG. 24 is a schematic device cross-sectional view illustrating a mechanism for occurrence of defects in the step illustrated in FIG. 23. 図20に示す装置において、ウエハの吸着が不完全な場合を説明するエッチング装置の正断面図である。In the apparatus shown in FIG. 20, it is a front sectional view of the etching apparatus for explaining the case where the adsorption of the wafer is incomplete. 図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ正常時)である。20 is a gas supply timing chart (when the flow rate control valve is normal) showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleus forming step of FIG. 図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ異常時に開始タイミング遅延を実施)である。FIG. 20 is a gas supply timing chart showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleation step of FIG. 19 (start timing delay is performed when the flow control valve is abnormal). 図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ異常時に設定流量変更を実施)である。FIG. 20 is a gas supply timing chart showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleation step of FIG. 19 (change the set flow rate when the flow control valve is abnormal).

〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.

1.以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理室に第1の半導体ウエハを導入する工程;
(b)前記第1の半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、流量制御装置を介して反応性ガスを導入しながら、ウエハ処理を実行する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記第1の半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程;
(d)前記工程(c)の後、前記ウエハ処理室に第2の半導体ウエハを導入する工程;
(e)前記第2の半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、前記流量制御装置を介して前記反応性ガスを導入しながら、前記ウエハ処理を実行する工程;
(f)前記工程(e)の後、前記第2の半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程、
ここで、前記流量制御装置は、以下を含む:
(p)ガス流入口、ガス排出口、および、これらを結ぶガス流路;
(q)前記ガス流入口および前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられた流量計測流路;
(r)前記流量計測流路に設けられた流量センサ;
(s)前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路;
(t)前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ、
ここで、前記半導体装置の製造方法は、更に以下の工程を含む:
(g)前記工程(b)の後であって、前記工程(e)の前に、前記流量制御装置内の前記流量制御バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
1. A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) introducing the first semiconductor wafer into the wafer processing chamber;
(B) executing wafer processing while introducing a reactive gas into the wafer processing chamber in a state where the first semiconductor wafer is introduced via a flow rate control device;
(C) after the step (b), discharging the first semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
(D) a step of introducing a second semiconductor wafer into the wafer processing chamber after the step (c);
(E) executing the wafer processing while introducing the reactive gas into the wafer processing chamber in a state where the second semiconductor wafer is introduced via the flow rate control device;
(F) After the step (e), a step of discharging the second semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
Here, the flow control device includes:
(P) a gas inlet, a gas outlet, and a gas flow path connecting them;
(Q) a flow rate measurement channel provided in the gas channel between the gas inlet and the gas outlet;
(R) a flow rate sensor provided in the flow rate measurement channel;
(S) a bypass flow path provided in parallel with the flow rate measurement flow path;
(T) a flow rate control valve provided on the gas discharge port side of the flow rate measurement channel and the bypass channel,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device further includes the following steps:
(G) A step of detecting a gas leak state when the flow control valve in the flow control device is in a closed state after the step (b) and before the step (e).

2.前記1項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、CVD工程である。   2. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the wafer processing is a CVD process.

3.前記1または2項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、タングステン膜のCVD工程である。   3. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 1 or 2, the wafer processing is a tungsten film CVD process.

4.前記1から3項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、タングステンプラグ埋め込み工程である。   4). 4. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 3, the wafer processing is a tungsten plug embedding step.

5.前記1から4項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知は、自動的に実行される。   5. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 4, the detection of the gas leak state is automatically executed.

6.前記1から5項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知の結果、異常が発見されたときは、アラームが発せられる。   6). 6. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 5, an alarm is generated when an abnormality is detected as a result of detection of the gas leak state.

7.前記1から6項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知の結果、異常が発見されたときは、前記工程(e)の条件が変更される。   7. 7. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 6, when an abnormality is found as a result of detecting the gas leak state, the condition of the step (e) is changed.

8.前記1から7項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置内には、前記バイパス流路を閉鎖するバルブが設けられており、このバイパス流路を閉鎖した状態で、前記流量計測流路によって、前記ガスリーク状態の検知を実行する。   8). In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 7, a valve for closing the bypass flow path is provided in the flow rate control device, and the bypass flow path is closed, The gas leak state is detected by the flow rate measurement channel.

9.前記1から8項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置は、更に以下を含む:
(u)前記流量制御バルブと前記ガス排出口間の前記ガス流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記ガスリーク状態の検知は、前記圧力センサを用いて実行される。
9. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 8, wherein the flow rate control device further includes:
(U) a pressure sensor for measuring the pressure of the gas flow path between the flow control valve and the gas outlet;
Here, the detection of the gas leak state is performed using the pressure sensor.

10.前記1から9項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置は、更に以下を含む:
(v)前記圧力センサと前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられ、前記流量制御バルブの開閉と製造装置制御系27からの信号に基づき開閉する開閉バルブ。
10. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 9, wherein the flow rate control device further includes:
(V) An opening / closing valve provided in the gas flow path between the pressure sensor and the gas discharge port, which opens and closes based on the opening / closing of the flow rate control valve and a signal from the manufacturing apparatus control system 27.

11.前記10項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス流路の容積は、2cc以下である。   11. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 10, the volume of the gas flow path between the flow control valve and the opening / closing valve is 2 cc or less.

12.前記10項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス流路の容積は、1cc以下である。   12 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 10, the volume of the gas flow path between the flow control valve and the opening / closing valve is 1 cc or less.

13.前記10から12項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、更に以下の工程を含む:
(h)前記工程(b)の後であって、前記工程(g)の前に、前記開閉バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the items 10 to 12, further including the following steps:
(H) A step of detecting a gas leak state when the on-off valve is in a closed state after the step (b) and before the step (g).

14.前記1から13項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブは、ピエゾアクチュエータによって駆動されている。   14 14. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 13, the flow control valve is driven by a piezo actuator.

15.前記10から14項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記開閉バルブは、ガス圧によって駆動されている。   15. 15. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 10 to 14, the open / close valve is driven by a gas pressure.

16.前記7から15項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程(e)における前記条件の変更は、リークが検出されたガスに関して、そのリーク状態に応じて、そのガスの前記ウエハ処理室への導入タイミングを変更するものである。   16. 16. In the method of manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 7 to 15, the change of the condition in the step (e) is performed on the wafer in which the gas is detected according to the leak state of the gas in which the leak is detected. The introduction timing to the room is changed.

17.前記16項の半導体装置の製造方法において、前記導入タイミングの変更は、タイミングの遅延である。   17. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 16, the change in the introduction timing is a timing delay.

18.前記7から15項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程(e)における前記条件の変更は、リークが検出されたガスに関して、そのリーク状態に応じて、そのガスの前記ウエハ処理室への導入量を変更するものである。   18. 16. In the method of manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 7 to 15, the change of the condition in the step (e) is performed on the wafer in which the gas is detected according to the leak state of the gas in which the leak is detected. The amount introduced into the room is changed.

19.前記18項の半導体装置の製造方法において、前記導入量を変更は、前記ガスの導入量の設定値からリースしたガス量を減じて導入するものである。   19. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 18, the change of the introduction amount is performed by subtracting the leased gas amount from a set value of the gas introduction amount.

20.以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理室に半導体ウエハを導入する工程;
(b)前記半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、流量制御装置を介して不活性ガスを断続的または連続的に導入しながら、ウエハ処理を実行する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程、
ここで、前記流量制御装置は、以下を含む:
(p)ガス流入口、ガス排出口、および、これらを結ぶガス流路;
(q)前記ガス流入口および前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられた流量計測流路;
(r)前記流量計測流路に設けられた流量センサ;
(s)前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路;
(t)前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ、
ここで、前記半導体装置の製造方法は、更に以下の工程を含む:
(g)前記流量制御装置内の前記流量制御バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
20. A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) introducing a semiconductor wafer into the wafer processing chamber;
(B) A step of performing wafer processing while intermittently or continuously introducing an inert gas into the wafer processing chamber in a state where the semiconductor wafer is introduced via a flow rate control device;
(C) after the step (b), discharging the semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
Here, the flow control device includes:
(P) a gas inlet, a gas outlet, and a gas flow path connecting them;
(Q) a flow rate measurement channel provided in the gas channel between the gas inlet and the gas outlet;
(R) a flow rate sensor provided in the flow rate measurement channel;
(S) a bypass flow path provided in parallel with the flow rate measurement flow path;
(T) a flow rate control valve provided on the gas discharge port side of the flow rate measurement channel and the bypass channel,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device further includes the following steps:
(G) A step of detecting a gas leak state when the flow control valve in the flow control device is in a closed state.

21.前記20項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、ドライエッチング工程である。   21. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 20, the wafer processing is a dry etching process.

22.前記21項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、アルミニウム系配線膜のドライエッチング工程である。   22. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 21, the wafer processing is a dry etching process of an aluminum-based wiring film.

23.前記20から22項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスは、前記半導体ウエハの裏面を冷却するためのヘリウムを主要な成分とするガスである。   23. 23. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 20 to 22, the inert gas is a gas containing helium as a main component for cooling the back surface of the semiconductor wafer.

24.前記20から23項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知は、自動的に実行される。   24. 24. In the method for manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 20 to 23, the detection of the gas leak state is automatically executed.

〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary, but these are not independent from each other unless otherwise specified. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.

更に、本願において、「半導体装置」または「半導体集積回路装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、および、それらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。なお、上述したMetalは、金属に限定されるものではなく、導電性を有する材質(例えば、ポリシリコンなど)をも含むものである。このとき、集積回路構成の代表的なものとしては、Nチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETを組み合わせたCMOS(Complemetary Metal Oxide Semiconductor)型集積回路に代表されるCMIS(Complemetary Metal Insulator Semiconductor)型集積回路を例示することができる。   Further, in the present application, the term “semiconductor device” or “semiconductor integrated circuit device” mainly refers to various types of transistors (active elements) alone, and resistors, capacitors, etc. as semiconductor chips (eg, single crystal). The one integrated on the silicon substrate). Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. Note that the above-described Metal is not limited to metal, but also includes a conductive material (for example, polysilicon). At this time, as a typical integrated circuit configuration, a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) integrated circuit represented by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit combining an N-channel MISFET and a P-channel MISFET. Can be illustrated.

今日の半導体集積回路装置、すなわち、LSI(Large Scale Integration)のウエハ工程は、通常、原材料としてのシリコンウエハの搬入からプリメタル(Premetal)工程(M1配線層下端とゲート電極構造の間の層間絶縁膜等の形成、コンタクトホール形成、タングステンプラグ、埋め込み等からなる工程)あたりまでのFEOL(Front End of Line)工程と、M1配線層形成から始まり、アルミニウム系のパッド電極上のファイナルパッシベーション膜へのパッド開口の形成あたりまで(ウエハレベルでのパッケージプロセスにおいては、当該プロセスも含む)のBEOL(Back End of Line)工程に大別できる。FEOL工程の内、ゲート電極パターニング工程、コンタクトホール形成工程等は、特に微細な加工が要求される微細加工工程である。一方、BEOL工程においては、ビアおよびトレンチ形成工程、特に、比較的下層のローカル配線(たとえば4層程度の構成の埋め込み配線では、M1からM3あたりまで、10層程度の構成の埋め込み配線では、M1からM5あたりまでの微細埋め込み配線)等において、特に微細加工が要求される。なお、「MN(通常N=1から15程度)」で、下から第N層配線を表す。M1は第1層配線であり、M3は第3層配線である。   A semiconductor process of today's semiconductor integrated circuit device, that is, a LSI (Large Scale Integration) wafer process, is usually performed by carrying a silicon wafer as a raw material to a premetal process (an interlayer insulating film between the lower end of the M1 wiring layer and the gate electrode structure). Etc., contact hole formation, tungsten plug, embedding, etc.) (FEOL (Front End of Line) process) and M1 wiring layer formation, pad to final passivation film on aluminum-based pad electrode The process can be roughly divided into BEOL (Back End of Line) processes up to the formation of the opening (including the process in the package process at the wafer level). Among the FEOL processes, the gate electrode patterning process, the contact hole forming process, and the like are microfabrication processes that require particularly fine processing. On the other hand, in the BEOL process, a via and trench formation process, in particular, a relatively lower local wiring (for example, M1 to M3 in a buried wiring having a structure of about four layers, M1 in a buried wiring having a structure of about 10 layers. In particular, fine processing is required for fine embedded wiring from M to around M5. Note that “MN (usually N = 1 to 15)” represents the N-th layer wiring from the bottom. M1 is a first layer wiring, and M3 is a third layer wiring.

2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。   2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say.

3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。   3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context.

4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。   4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.

5.「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。   5. “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor integrated circuit device (same as a semiconductor device and an electronic device) is formed, but an insulating substrate such as an epitaxial wafer, an SOI substrate, an LCD glass substrate and the like. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included.

6.本願において、「半導体製造装置」とは、通常の半導体単体、半導体集積回路装置、および、液晶表示装置の製造に使用するCVD(Chemical Vapor Deposition)装置、エッチング装置、スパッタリング成膜装置、その他の表面処理装置等を含む。   6). In the present application, “semiconductor manufacturing apparatus” means a normal semiconductor unit, a semiconductor integrated circuit device, and a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, an etching apparatus, a sputtering film forming apparatus, and other surfaces used for manufacturing a liquid crystal display device. Including processing equipment.

7.本願において、圧力は大気圧101300パスカルを基準として表示する。   7. In the present application, the pressure is displayed based on the atmospheric pressure 101300 Pascal.

〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。   In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.

1.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等の説明(主に図1および図2)
図1は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造を説明するための模式構成図である。図2は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の全体構成を示す模式構成図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置の構造及び動作、ならびに、半導体製造装置の全体構成等を説明する。ここでは、マスフローコントローラ内に下流側空圧開閉バルブ、圧力センサ等を内蔵した例を示すが、これらは外付けでもよい。
1. Description of the structure and operation of a flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application, and the overall configuration of the semiconductor manufacturing apparatus (mainly 1 and 2)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the structure of a flow rate control device (mass flow controller) that constitutes a main part of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present application. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a semiconductor manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application. Based on these, the structure and operation of the flow control device constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present application, the overall configuration of the semiconductor manufacturing apparatus, and the like will be described. Here, an example in which a downstream air pressure on-off valve, a pressure sensor, and the like are incorporated in the mass flow controller is shown, but these may be externally attached.

図1に示すように、流量制御装置1(マスフローコントローラ)は、その主要部として、コンダクタンスの大きいバイパス流路5と、それに並列に連結されたコンダクタンスの小さい流量計測流路4をプロセスガス流入口2およびプロセス・ガス排出口3間のプロセスガス流路に有する。この流量計測流路4には、抵抗加熱体9,10を含む流量センサ6(サーマルマスフローセンサ)が設けられており、抵抗加熱体9,10とともに、ブリッジを形成するブリッジ型検出回路15により、流量を検出している。検出された流量データは、増幅補正回路16によって必要な増幅・補正がされた後、検出データ出力端子18を介して製造装置制御系27(図2)等に出力される。また、検出された流量データは、比較制御回路17に送られ、設定値等入力端子19を介して製造装置制御系27から送られた流量設定データと比較され、その差分に対応して、ガス排出流路11に設けられた流量制御バルブ7のバルブの状態が制御される。なお、ブリッジ型検出回路15、増幅補正回路16、比較制御回路17等によって流量制御回路8が構成されている。流量制御バルブ7は、流量を安定制御するためのものであるから、一般的な空圧開閉バルブのようにシャットオフ特性は、良好ではなく、閉鎖状態でも若干のリークが伴う。このため、流量制御バルブ7とプロセスガス排出口3の間のガス排出流路11上には、開閉バルブ12(空圧開閉バルブ)が設けられている。この開閉バルブ12は、空圧入力端子21を介して、製造装置制御系27により空圧制御されている。流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のガス排出流路11には、その部分の圧力を測定するために、圧力センサ14が設けられている。圧力センサ14の出力は、その検知圧力を出力する外部出力端子22を介して、直接、製造装置制御系27に供給可能である。また、圧力センサ14は、流量制御回路8を介して、製造装置制御系27等とデータのやり取りが可能とされている。すなわち、圧力センサ14から流量制御回路8、製造装置制御系27等にデータ及び信号を出力したり、流量制御回路8、製造装置制御系27等によって圧力センサ14が制御されたりすることができる構成となっている。   As shown in FIG. 1, a flow rate control device 1 (mass flow controller) includes a bypass channel 5 having a large conductance and a flow rate measuring channel 4 having a small conductance connected in parallel thereto as a main part. 2 and a process gas flow path between the process gas outlet 3. The flow rate measurement channel 4 is provided with a flow rate sensor 6 (thermal mass flow sensor) including resistance heating bodies 9 and 10, and a bridge type detection circuit 15 that forms a bridge together with the resistance heating bodies 9 and 10, The flow rate is detected. The detected flow rate data is amplified and corrected by the amplification correction circuit 16 and then output to the manufacturing apparatus control system 27 (FIG. 2) or the like via the detection data output terminal 18. The detected flow rate data is sent to the comparison control circuit 17 and compared with the flow rate setting data sent from the manufacturing apparatus control system 27 via the input terminal 19 such as a set value. The state of the flow rate control valve 7 provided in the discharge channel 11 is controlled. Note that the flow rate control circuit 8 is configured by the bridge type detection circuit 15, the amplification correction circuit 16, the comparison control circuit 17, and the like. Since the flow rate control valve 7 is for stably controlling the flow rate, the shut-off characteristic is not good like a general pneumatic on-off valve, and there is some leakage even in a closed state. For this reason, an open / close valve 12 (pneumatic open / close valve) is provided on the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the process gas discharge port 3. The on-off valve 12 is pneumatically controlled by the manufacturing apparatus control system 27 via the pneumatic input terminal 21. A pressure sensor 14 is provided in the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 in order to measure the pressure in that portion. The output of the pressure sensor 14 can be directly supplied to the manufacturing apparatus control system 27 via the external output terminal 22 that outputs the detected pressure. Further, the pressure sensor 14 can exchange data with the manufacturing apparatus control system 27 and the like via the flow rate control circuit 8. That is, the pressure sensor 14 can output data and signals to the flow rate control circuit 8, the manufacturing apparatus control system 27, etc., or the pressure sensor 14 can be controlled by the flow rate control circuit 8, the manufacturing apparatus control system 27, etc. It has become.

次に、図2により、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置23の全体構成を説明する。図2に示すように、プロセスガス定圧ソース24(WFを例にとると、たとえば100000パスカル程度、以下特に断らない限り、ガスはWFとする)から供給されたプロセスガスはガス流入流路25を介して、図1で説明した流量制御装置1に供給される。その後、流量制御装置1を通過したプロセスガスは、ガス排出流路11を介して、半導体ウエハ28を処理するためのウエハ処理室26(プロセスチャンバ)に供給される。ここで、ウエハ処理室26、流量制御装置1等は、製造装置制御系27によって、直接又は間接的に制御されている。なお、製造装置制御系27は、半導体製造装置23に内蔵されている場合もあるが、半導体製造装置23の外部に設けられていてもよいし、半導体製造装置23に内蔵された制御系と半導体製造装置23の外部に設けられた制御系の両方を含む制御系であってもよい。 Next, the overall configuration of the semiconductor manufacturing apparatus 23 used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the process gas supplied from the process gas constant pressure source 24 (for example, about 100,000 Pascals, taking WF 6 as an example, and the gas is WF 6 unless otherwise specified) is a gas inflow channel. 25 is supplied to the flow control device 1 described in FIG. Thereafter, the process gas that has passed through the flow control device 1 is supplied to the wafer processing chamber 26 (process chamber) for processing the semiconductor wafer 28 via the gas discharge channel 11. Here, the wafer processing chamber 26, the flow rate control device 1, and the like are controlled directly or indirectly by the manufacturing apparatus control system 27. The manufacturing apparatus control system 27 may be built in the semiconductor manufacturing apparatus 23, but may be provided outside the semiconductor manufacturing apparatus 23, or the control system and the semiconductor built in the semiconductor manufacturing apparatus 23. A control system including both of the control systems provided outside the manufacturing apparatus 23 may be used.

2.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細説明(主に図3および図4、および図8)
このセクションでは、セクション1で説明した流量制御バルブ及び開閉バルブの構造の概要を説明する。
2. Detailed description of flow control valves and open / close valves used in a flow control device (mass flow controller) or the like constituting a main part of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present application (mainly FIG. 3). And FIG. 4 and FIG. 8)
In this section, an outline of the structure of the flow control valve and the on-off valve described in Section 1 will be described.

図3は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブ(たとえばピエゾ効果アクチュエータ等による電磁駆動型制御バルブ)の要部断面構造図である。図4は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の開閉バルブ(たとえば空圧駆動開閉バルブ)の要部断面構造図である。図8は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブに使用される各種のアクチュエータの代表的な特性の比較説明図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)等に使用される流量制御バルブ及び開閉バルブの詳細構造等を説明する。   FIG. 3 is a flow rate control valve (for example, an electromagnetically driven control valve using a piezo effect actuator or the like) of a flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application. FIG. FIG. 4 is a cross-sectional structure of a main part of an on-off valve (for example, a pneumatically driven on-off valve) of a flow rate control device (mass flow controller) constituting a main part of a semiconductor manufacturing apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application. FIG. FIG. 8 shows typical characteristics of various actuators used in the flow rate control valve of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. FIG. Based on these, the detailed structures of the flow control valve and the open / close valve used in the flow control device (mass flow controller) or the like constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. Etc. will be explained.

まず、図1に説明した流量制御装置1に内蔵された流量制御バルブ7の一例について説明する。図3に示すように、ピエゾ効果アクチュエータ駆動型の流量制御バルブ7は、ガス流入部31とガス排出部32の間に、比較的硬質の流量制御面43(通常、円環状)および、それを取り巻くように出力側空洞44(通常、円環状)が設けられている。これらに対向するように、金属ダイヤフラム33が配置されており、この金属ダイヤフラム33をピエゾ効果アクチュエータ34が微小変形して、金属ダイヤフラム33の下面と流量制御面43との間の微小間隔を制御することにより、ガス流量を制御している。   First, an example of the flow control valve 7 built in the flow control device 1 described in FIG. 1 will be described. As shown in FIG. 3, the piezoelectric effect actuator driven flow control valve 7 includes a relatively hard flow control surface 43 (usually annular) between the gas inflow portion 31 and the gas discharge portion 32, and the flow control valve 43. An output side cavity 44 (usually an annular shape) is provided so as to surround it. A metal diaphragm 33 is arranged so as to oppose these, and the piezoelectric effect actuator 34 slightly deforms the metal diaphragm 33 to control a minute gap between the lower surface of the metal diaphragm 33 and the flow control surface 43. Thus, the gas flow rate is controlled.

なお、流量制御バルブ7のアクチュエータ34の形式には、図8に示すように、ピエゾ方式、ソレノイド方式、サーマル方式等があるが、ここで説明したピエゾ方式は、速度の速さ、駆動力等において優れているが、ソレノイド方式、サーマル方式等も適用できることは言うまでもない。   As shown in FIG. 8, the type of the actuator 34 of the flow rate control valve 7 includes a piezo method, a solenoid method, a thermal method, and the like. The piezo method described here is the speed, driving force, etc. Needless to say, a solenoid system, a thermal system, and the like can also be applied.

一方、開閉バルブ12の方は、図4に示すように、プロセスガス流入部41とプロセスガス排出口3の間のプロセスガス流路にシールリング設置部40を設け、そこにシール樹脂リング38を設置し、それに対向するように金属ダイヤフラム37をシリンダ35との間に設ける。そして、空圧入力端子21から空圧室36に供給された圧搾空気(空圧)によってピストン39を駆動することで、金属ダイヤフラム37をシール樹脂リング38に押し付けることによって、完全閉鎖を達成する。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the on-off valve 12 is provided with a seal ring installation portion 40 in the process gas flow path between the process gas inflow portion 41 and the process gas discharge port 3, and a seal resin ring 38 is provided there. The metal diaphragm 37 is provided between the cylinder 35 and the cylinder 35 so as to face the cylinder. Then, the piston 39 is driven by compressed air (air pressure) supplied from the air pressure input terminal 21 to the air pressure chamber 36, thereby pressing the metal diaphragm 37 against the seal resin ring 38 to achieve complete closure.

ここで説明したように、流量制御バルブ7は原理的に完全閉鎖を達成できないので、図1に示したように、流量制御バルブ7の下流側には、開閉バルブ12を挿入して相互に連動して開閉するようにしている。   As explained here, since the flow control valve 7 cannot theoretically be completely closed, an open / close valve 12 is inserted downstream of the flow control valve 7 as shown in FIG. To open and close.

3.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックシークエンス等の説明(主に図5から図7)
このセクションでは、セクション1及び2の記載を踏まえて、流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックシークエンス(流量制御バルブ閉鎖時のリーク・チェックを自動的に実行するシークエンス)を具体的に説明する。ここでは、フルスケールの流量が30SCCM程度のマスフローコントローラを例にとり説明する。
3. Description of leak check sequence when flow control valve is closed in semiconductor manufacturing apparatus used in semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application (mainly FIGS. 5 to 7)
In this section, the leak check sequence when the flow control valve is closed (sequence for automatically executing the leak check when the flow control valve is closed) will be specifically described based on the descriptions in sections 1 and 2. Here, a mass flow controller having a full-scale flow rate of about 30 SCCM will be described as an example.

図5は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査シークエンスを示すブロックフロー図である。図6は図5における計算式を説明するための計算式説明図である。図7は図5における流量制御バルブ閉鎖時リーク検査における被測定領域の圧力変化の様子を示す圧力変化図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックシークエンス等を説明する。   FIG. 5 is a block flow diagram showing a leak test sequence when the flow control valve is closed in the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is an explanatory diagram of calculation formulas for explaining the calculation formulas in FIG. FIG. 7 is a pressure change diagram showing a state of pressure change in the measurement region in the leak test when the flow control valve is closed in FIG. Based on these, a leak check sequence when the flow control valve is closed in the semiconductor manufacturing apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.

図7(および図1)に示すように、流量制御バルブ7および開閉バルブ12が開放状態にあるときは、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のガス排出流路11の圧力は、比較的低い値P1(たとえば、−101300パスカル程度)に留まっている。この時点で、流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックを開始する(図5の閉鎖時リーク確認プロセス・スタート50)。閉鎖時のリーク確認プロセスのスタート時点において、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のガス排出流路11の圧力P1の測定が圧力センサ14を用いて行われる(図5の基準圧力測定51a)のとほぼ同時に、流量制御バルブ7と開閉バルブ12が閉鎖される。この圧力P1の値は、図2に示すウエハ処理室26の圧力に対応しており、真空処理装置であれば、真空、すなわち、大気圧に比べて非常に低い値であり、常圧処理装置であれば、大気圧程度である。   As shown in FIG. 7 (and FIG. 1), when the flow control valve 7 and the open / close valve 12 are in the open state, the pressure of the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the open / close valve 12 is relatively low. It remains at a low value P1 (for example, about −101300 Pascal). At this time, a leak check is started when the flow control valve is closed (leak confirmation process at start 50 in FIG. 5). At the start of the leak confirmation process at the time of closing, the pressure P1 in the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 is measured using the pressure sensor 14 (reference pressure measurement 51a in FIG. 5). At substantially the same time, the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 are closed. The value of the pressure P1 corresponds to the pressure in the wafer processing chamber 26 shown in FIG. 2, and if it is a vacuum processing apparatus, it is a value that is very low compared to vacuum, that is, atmospheric pressure. If so, it is about atmospheric pressure.

この後、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のガス排出流路11の圧力は、徐々に上昇する。X分後(たとえば0.2分後)に、再び流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のガス排出流路11の圧力P2(たとえば100000パスカル程度)の測定が圧力センサ14を用いて行われる(図5の到達圧力測定51b)。次に、図6に示す計算式が参照され、閉鎖時リーク量が計算される(図5の計算式参照ステップ52)。すなわち、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のデッドスペースの容量Y=0.6cc程度としたとき、
閉鎖時リーク量(実測閉鎖時リーク量)は、0.1SCCM程度となる。なお、ここまでのアルゴリズムは、流量制御回路8または製造装置制御系27内に格納されている。
Thereafter, the pressure of the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 gradually increases. After X minutes (for example, 0.2 minutes), the pressure sensor 14 is used again to measure the pressure P2 (for example, about 100,000 Pascals) in the gas discharge passage 11 between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12. (Measurement of ultimate pressure 51b in FIG. 5). Next, the calculation formula shown in FIG. 6 is referred to, and the closing leak amount is calculated (calculation formula reference step 52 in FIG. 5). That is, when the capacity Y of the dead space between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 is about 0.6 cc,
The closing leak amount (actually measured closing leak amount) is about 0.1 SCCM. The algorithm so far is stored in the flow rate control circuit 8 or the manufacturing apparatus control system 27.

次に、図5に示すように、この算出した閉鎖時の実測リーク量と閾値として設定された閉鎖時の設定リーク量(たとえば、0.15SCCM)が比較され、実測リーク量が設定リーク量より小さければ、問題なしとして、たとえば、生産が続行される(生産続行判断54)。反対に、実測リーク量が設定リーク量以上であれば、アラームが出される(アラーム生成ステップ55)。ここで、必要があるときは、流量制御バルブ7が交換等される(流量制御バルブ交換ステップ56)。   Next, as shown in FIG. 5, the calculated actual leak amount at closing is compared with the set leak amount at closing (for example, 0.15 SCCM) set as a threshold, and the actual leak amount is compared with the set leak amount. If it is smaller, there is no problem and, for example, production is continued (production continuation determination 54). On the contrary, if the actually measured leak amount is equal to or larger than the set leak amount, an alarm is issued (alarm generation step 55). Here, when necessary, the flow control valve 7 is replaced (flow control valve replacement step 56).

また、異常が検出されたときは、後続のウエハ処理の際のガス供給量を自動的に調整するようにしてもよい。たとえば、セクション10の六フッ化タングステンガスやセクション11の冷却ガスの供給量を自動的に変化させるようにしてもよい。   When an abnormality is detected, the gas supply amount at the time of subsequent wafer processing may be automatically adjusted. For example, the supply amount of tungsten hexafluoride gas in section 10 or cooling gas in section 11 may be automatically changed.

4.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置または流量制御装置についての考察(主に図9から図12)
このセクションでは、セクション1から3に説明した実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて考察する。
4). Consideration of semiconductor manufacturing apparatus or flow rate control apparatus used in semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application (mainly FIGS. 9 to 12)
In this section, the merits of the embodiments described in sections 1 to 3 and problems when not using them will be considered.

図9は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときの流量制御装置内の通過ガス実流量の時間変化図である。図10は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときの流量制御装置内の通過ガス実流量の時間変化図である。図11は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが大きいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。図12は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の流量制御バルブの閉鎖時リークが小さいときのウエハ処理室直前のガス流路における通過ガス実流量の時間変化図である。以下では、図1を参照しつつ、これらの図に基づいて、前記実施の形態のメリットや、それを使用しない場合の問題点などについて説明する。   FIG. 9 shows the inside of the flow rate control device when a leak is large when the flow rate control valve of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application is closed. It is a time change figure of actual passage gas actual flow. FIG. 10 shows the inside of the flow rate control device when the leak is small when the flow rate control valve of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application is closed. It is a time change figure of actual passage gas actual flow. FIG. 11 shows a state immediately before the wafer processing chamber when a leak is large when the flow control valve of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application is closed. It is a time change figure of the passage gas real flow rate in this gas channel. FIG. 12 shows the state immediately before the wafer processing chamber when the leakage at the closing of the flow control valve of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application is small. It is a time change figure of the passage gas real flow rate in this gas channel. Hereinafter, with reference to FIGS. 1A and 1B, based on these drawings, the advantages of the above-described embodiment, problems when not using the embodiment, and the like will be described.

まず、閉鎖時リークが大きいときポイントA(図2および図3)における実流量の時間変化を図9により説明する。図9に示すように、流量制御バルブ7および開閉バルブ12が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。次に、閉鎖時リークが小さいときポイントA(図2および図3)における実流量の時間変化を図10により説明する。図10に示すように、このときも、流量制御バルブ7および開閉バルブ12が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、ポイントA(図2および図3)における実流量の時間変化は、実質的に閉鎖時リーク量に依存しないことがわかる。これは、閉鎖時リークによる余剰ガスは、ポイントAよりも下流にあるからである。   First, the time change of the actual flow rate at the point A (FIGS. 2 and 3) when the leak at closing is large will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, when the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 are opened, the flow rate rises toward the set flow rate and converges rapidly in a relatively short time. Next, the time change of the actual flow rate at the point A (FIGS. 2 and 3) when the leak at closing is small will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, also at this time, when the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 are opened, the flow rate rises toward the set flow rate and converges rapidly in a relatively short time. That is, it is understood that the time change of the actual flow rate at the point A (FIGS. 2 and 3) does not substantially depend on the leakage amount at the time of closing. This is because surplus gas due to leakage at the time of closing is downstream of point A.

次に、ポイントB(図2および図3)における実流量の時間変化を見る。まず、閉鎖時リークが大きいときポイントB(図1)における実流量の時間変化を図11により説明する。図11に示すように、流量制御バルブ7および開閉バルブ12が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がるが、設定流量を超えてオーバシュートし、その後時間をかけて設定流量に収束する。このような場合は、網掛け部分がガスの過剰供給に対応する。これに対して、閉鎖時リークが小さいときポイントB(図1)における実流量の時間変化を図12により説明する。図12に示すように、流量制御バルブ7および開閉バルブ12が開くと、比較的短い時間で、流量は設定流量に向けて立ち上がり、急速に収束する。すなわち、閉鎖時リークが小さいときは、ポイントAと同一の挙動を示す。これは、閉鎖時リークが小さいときは、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のデッドスペースに余剰のガスが蓄積されていないからである。   Next, the time change of the actual flow rate at the point B (FIGS. 2 and 3) is observed. First, the time change of the actual flow rate at point B (FIG. 1) when the leak at closing is large will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, when the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 are opened, the flow rate rises toward the set flow rate in a relatively short time, but overshoots beyond the set flow rate and then takes time. It converges to the flow rate. In such a case, the shaded portion corresponds to the excessive supply of gas. On the other hand, when the leak at the time of closing is small, the time change of the actual flow rate at the point B (FIG. 1) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, when the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12 are opened, the flow rate rises toward the set flow rate and converges rapidly in a relatively short time. That is, when the leak at the time of closing is small, the same behavior as the point A is shown. This is because when the leak at closing is small, excess gas is not accumulated in the dead space between the flow control valve 7 and the opening / closing valve 12.

このように前記実施の形態のように、閉鎖時リークを簡単な手続きで確認可能な半導体製造装置23または流量制御装置1を使用することで、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のデッドスペースに蓄積した余剰ガスによる種々の問題を回避することができる。なお、これらの問題が特に重要なマスフローコントローラ(流量制御装置)は、主にフルスケール流量が1SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute、すなわち、摂氏0度、1気圧の条件で1cc/分)から1000SCCM程度の範囲のものである。   As described above, the dead space between the flow control valve 7 and the on-off valve 12 can be obtained by using the semiconductor manufacturing apparatus 23 or the flow control apparatus 1 that can check the leakage at the time of closing with a simple procedure. Various problems due to surplus gas accumulated in the gas can be avoided. Note that mass flow controllers (flow rate control devices) in which these problems are particularly important mainly have a full-scale flow rate of 1 SCCM (Standard Cubic Centimeter per Minute, that is, 1 cc / min under the conditions of 0 degrees Celsius and 1 atmosphere) to about 1000 SCCM. Of the range.

なお、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間のデッドスペースの容量が小さいほど、余剰ガスの蓄積による問題は小さくなるので、デッドスペースの容量は、できるだけ小さい方がよい。前記実施の形態では、たとえば0.6cc程度とされているが、実用的な範囲では、2cc以下が望ましい。また、量産上、1cc以下が特に好適である。   Note that the smaller the dead space capacity between the flow control valve 7 and the on-off valve 12, the smaller the problem due to the accumulation of surplus gas. Therefore, the dead space capacity should be as small as possible. In the above-described embodiment, for example, it is about 0.6 cc, but 2 cc or less is desirable in a practical range. Moreover, 1 cc or less is particularly suitable for mass production.

このデッドスペースの容量を小さく押さえるには、開閉バルブ12および圧力センサ14のいずれか一方または、両方を流量制御装置1の内部に取り込むことが特に有効である。   In order to keep the dead space capacity small, it is particularly effective to incorporate one or both of the on-off valve 12 and the pressure sensor 14 into the flow control device 1.

また、前記実施の形態においては、流量制御バルブ7と開閉バルブ12の間に実質的なオリフィスが存在しないので、流量制御装置または半導体製造装置の流量制御部としての自由度を確保することができる。   In the above embodiment, since there is no substantial orifice between the flow control valve 7 and the on-off valve 12, a degree of freedom as a flow control unit of the flow control device or the semiconductor manufacturing apparatus can be ensured. .

5.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の全体構成に関する変形例(ベントラインを有するもの)等の説明(主に図13)
このセクションでは、セクション1の図2に示す本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の全体構成に対する変形例を説明する。
5). Description of Modifications (Containing Vent Lines) etc. Regarding Main Structure of Semiconductor Manufacturing Device Used in Semiconductor Device Manufacturing Method of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIG. 13)
In this section, a modification of the overall configuration of the semiconductor manufacturing apparatus used in the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG.

図13は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置(変形例:ベントラインを有するもの)におけるガス供給系の構成を簡略化して示した装置構成図である。   FIG. 13 is an apparatus configuration diagram showing a simplified configuration of a gas supply system in a semiconductor manufacturing apparatus (modified example: having a vent line) used in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application.

図13に示すように、ウエハ処理室26の直前のガス排出流路11に三方切り替え開閉バルブ13が設けられており、ガスをウエハ処理室26に供給開始する前に、ベントライン20にガスを迂回させて、ガス流の安定化を図り、安定した段階で、三方切り替え開閉バルブ13を切り替えて、ガスをウエハ処理室26に供給開始用にしたものである。この場合にも、セクション1から4で説明したのと同様に、流量制御バルブの閉鎖時リークチェックを適用すると、ガス供給初期の過剰供給によるプロセス上の弊害を回避することができる。この場合には、特に、ガスの安定か時間が短縮できることから、ベントライン20によってガスを捨てる時間を短縮することができるため、貴重なガスの節約に有効である。   As shown in FIG. 13, a three-way switching opening / closing valve 13 is provided in the gas discharge channel 11 immediately before the wafer processing chamber 26, and before the gas is started to be supplied to the wafer processing chamber 26, the gas is supplied to the vent line 20. By detouring, the gas flow is stabilized, and at a stable stage, the three-way switching on-off valve 13 is switched to start supplying gas to the wafer processing chamber 26. In this case as well, as described in Sections 1 to 4, applying the leak check when the flow control valve is closed can avoid adverse effects on the process due to excessive supply at the initial stage of gas supply. In this case, since the gas stability or the time can be shortened, the time for discarding the gas by the vent line 20 can be shortened, which is effective in saving valuable gas.

なお、その他の点については、図2に関して説明したところと同じであるので、当該説明は繰り返さない。   Since other points are the same as those described with reference to FIG. 2, the description will not be repeated.

6.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(ゲートバルブによるバイパスラインの閉鎖)の説明(主に図14)
このセクションでは、セクション1の図1に示す本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部である流量制御装置(マスフローコントローラ)において、付加的な圧力センサ等を使用しない流量制御バルブの閉鎖時リークチェックが可能な変形例について説明する。
6). Description of modification (closing of bypass line by gate valve) such as the structure of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application (mainly Fig. 14)
In this section, an additional pressure sensor or the like is provided in a flow control device (mass flow controller) which is a main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. A modified example capable of performing a leak check when closing a flow control valve that is not used will be described.

図14は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(ゲートバルブによるバイパスラインの閉鎖)を示す装置構成図である。   FIG. 14 shows a modification of the structure of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application (closing of the bypass line by the gate valve). FIG.

図14に示すように、図1のマスフローコントローラ1との相違点は、バイパス流路5を閉鎖できるように、同部にゲートバルブ29が設けられていることと、流量制御バルブ7と下流側開閉バルブ12間の流路に圧力センサ14がない点である(なお、圧力センサがあってもよい)。この場合、流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックを行うには、図5の場合と若干相違する。すなわち、流量制御バルブ7および下流側開閉バルブ12を閉鎖した状態で、ゲートバルブ29を閉鎖することでバイパス流路5を閉鎖すると、マスフローコントローラ1内のガス流路を流れるガスは全て流量計測流路4を通過することとなる。そうすると、このときの流量計測流路4の流量が、流量制御バルブの閉鎖時リーク流量となる。そして、この閉鎖時リーク流量が一定の基準値以上であるとき、図5と同様にアラームを送出し、必要な処理開始、または、処理停止信号を送出する。   As shown in FIG. 14, the difference from the mass flow controller 1 of FIG. 1 is that a gate valve 29 is provided in the same part so that the bypass flow path 5 can be closed, and the flow control valve 7 and the downstream side. This is a point where the pressure sensor 14 is not provided in the flow path between the opening and closing valves 12 (there may be a pressure sensor). In this case, the leak check when the flow rate control valve 7 is closed is slightly different from the case of FIG. That is, if the bypass flow path 5 is closed by closing the gate valve 29 with the flow control valve 7 and the downstream opening / closing valve 12 closed, all the gas flowing through the gas flow path in the mass flow controller 1 is flow measurement flow. The road 4 will be passed. Then, the flow rate of the flow rate measurement flow path 4 at this time becomes a leak flow rate when the flow rate control valve is closed. When the closed leak flow rate is equal to or higher than a certain reference value, an alarm is sent in the same manner as in FIG. 5, and a necessary process start or process stop signal is sent.

この例は、圧力範囲の関係で、圧力センサ(真空計)14の精度が出ないとき等(使用困難なとき)に有効である。   This example is effective when the accuracy of the pressure sensor (vacuum gauge) 14 is not achieved due to the pressure range (when it is difficult to use).

7.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(スピンドルバルブによるバイパスラインの閉鎖)の説明(主に図15)
このセクションでは、セクション1の図1に示す本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部である流量制御装置(マスフローコントローラ)において、付加的な圧力センサ等を使用しない流量制御バルブの閉鎖時リークチェックが可能な他の変形例について説明する。
7). Description of modification (closing of bypass line by spindle valve) such as the structure of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing device used in the semiconductor device manufacturing method of one embodiment of the present application (mainly Fig. 15)
In this section, an additional pressure sensor or the like is provided in a flow control device (mass flow controller) which is a main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. Another modified example capable of performing a leak check when closing a flow control valve that is not used will be described.

図15は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造等の変形例(スピンドルバルブによるバイパスラインの閉鎖)を示す装置構成図である。   FIG. 15 shows a modified example (closing of the bypass line by the spindle valve) of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. FIG.

セクション6とまったく同様であるが、図15に示すように、図14におけるゲートバルブ29をスピンドルバルブ30に代えたところが特徴である。残余の点は、セクション6と同じである。この場合、バイパス流路5の閉鎖は、スピンドルバルブ30を右側に移動させることによって行われる。この例は、スピンドルバルブ型のバイパス流路5を有するマスフローコントローラ1を使用する場合に特に有効である。   Although it is exactly the same as the section 6, as shown in FIG. 15, the gate valve 29 in FIG. The remaining points are the same as in section 6. In this case, the bypass flow path 5 is closed by moving the spindle valve 30 to the right side. This example is particularly effective when the mass flow controller 1 having the spindle valve type bypass passage 5 is used.

8.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造ならびに、その周辺構成等の変形例(外付け下流側開閉バルブ)の説明(主に図16)
このセクションでは、セクション1の図1に示す本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置の要部である流量制御装置(マスフローコントローラ)における下流側の開閉バルブ12(空圧開閉バルブ)を外付けとした図2及び図13等の半導体製造装置のガス供給系の全体構成に対する変形例について説明する。
8). Modification of the structure of the flow rate control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application, and its peripheral configuration (external downstream opening / closing valve) Explanation (mainly FIG. 16)
In this section, the downstream on-off valve 12 (empty) in the flow control device (mass flow controller), which is the main part of the semiconductor manufacturing device used in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. A modification of the overall configuration of the gas supply system of the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIGS.

また、併せて、流量制御バルブの閉鎖時リークチェックの前に、下流側の開閉バルブ12(図16、他の図においても同じ)の閉鎖時リークチェックを実施することについて説明する。   In addition, a description will be given of performing a leak check when the downstream on-off valve 12 (the same applies to FIG. 16 and other drawings) before the flow control valve is closed.

図16は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する半導体製造装置における要部を構成する流量制御装置(マスフローコントローラ)の構造ならびに、その周辺構成等の変形例(外付け下流側開閉バルブ)を示す装置構成図である。   FIG. 16 shows a modification of the structure of the flow control device (mass flow controller) constituting the main part of the semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application and its peripheral configuration (external downstream side) It is an apparatus block diagram which shows an on-off valve.

図16に示すように、ここでは、図1の場合と相違して、下流側の開閉バルブ12がマスフローコントローラ1に対して、外付けとなっているところが特徴である。その他の点については、図1、図2等について説明したところと、同一であり、それらの点については、説明を繰り返さない。   As shown in FIG. 16, the feature here is that, unlike the case of FIG. 1, the downstream opening / closing valve 12 is externally attached to the mass flow controller 1. Other points are the same as those described with reference to FIGS. 1 and 2 and the like, and description thereof will not be repeated.

次に、この例を利用して、流量制御バルブ7と下流側の開閉バルブ12が同時にリークした結果、流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックが正しく行えない可能性を排除するため、開閉バルブ12のリーク状態を事前に実行するリークチェック(以下、事前下流側開閉バルブ閉鎖時リークチェック、と称す)について説明する。この事前下流側開閉バルブ閉鎖時リークチェックは、この例に限らず、すでにある上流側の開閉バルブ42を利用して、または、新たに取り付けた上流側の開閉バルブ42を利用して、図1,2,13−15,18、および20の例においても同様に適用することができる。   Next, using this example, in order to eliminate the possibility that the flow control valve 7 and the downstream on-off valve 12 leak at the same time, so that the leak check when the flow control valve 7 is closed cannot be performed correctly, the on-off valve 12 A leak check (hereinafter referred to as a prior leak check when the downstream side open / close valve is closed) will be described. This prior leak check at the time of closing the downstream side opening / closing valve is not limited to this example, but using the existing upstream side opening / closing valve 42 or the newly installed upstream side opening / closing valve 42, FIG. , 2, 13-15, 18, and 20 can be similarly applied.

事前下流側開閉バルブ閉鎖時リークチェックは、以下の手順で、望ましくは、流量制御バルブの閉鎖時のリークチェックの直前に実施する。ただし、バルブの状態が変化しない程度の間隔をあけて実施することも可能である。その方が、装置の遊休時間を利用できるメリットがある。   The leak check at the time of closing the upstream downstream opening / closing valve is preferably performed immediately before the leak check at the time of closing the flow control valve in the following procedure. However, it is also possible to carry out with an interval that does not change the state of the valve. This has the advantage that the idle time of the device can be used.

まず、上流側の開閉バルブ42および流量制御バルブ7を開の状態で、検査対象の下流側の開閉バルブ12を閉じて、開閉バルブ12の上流側にガスを充填する。次に、開閉バルブ42を閉じて、圧力センサ14(圧力計)の変化を見て、圧力の変化が一定の基準値以上であれば、異常と判断して、図5と同様にアラームを送出し、必要な処理開始、または、処理停止信号を送出する。また、必要があれば、下流側の開閉バルブ12の交換を行う(または、交換が必要な旨の信号を発出する)。一方、圧力の変化が一定の基準値に達しない場合は、正常として、図5と同様に、次の流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックを実施する。   First, with the upstream side open / close valve 42 and the flow rate control valve 7 open, the downstream side open / close valve 12 to be inspected is closed, and the upstream side of the open / close valve 12 is filled with gas. Next, the on-off valve 42 is closed and the change in the pressure sensor 14 (pressure gauge) is observed. If the change in pressure is equal to or greater than a certain reference value, it is determined that there is an abnormality, and an alarm is sent as in FIG. Then, a necessary process start or process stop signal is transmitted. If necessary, the downstream opening / closing valve 12 is replaced (or a signal indicating that replacement is necessary is issued). On the other hand, if the change in pressure does not reach a certain reference value, the leak check is performed when the flow rate control valve 7 is closed as normal, as in FIG.

9.本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセス・フローの説明(主に図21から図26)
このセクションでは、セクション10および11で説明する要素プロセスを含む半導体製造プロセスの一連の流れ(先の要素プロセス周辺を例示)をデバイス断面フローにより簡単に説明する。
9. Description of device cross-sectional process flow including tungsten CVD process and aluminum-based wiring dry etching process of the semiconductor device manufacturing method of one embodiment or other embodiments of the present application (mainly FIGS. 21 to 26)
In this section, a series of flow of the semiconductor manufacturing process including the element processes described in sections 10 and 11 (peripheral of the previous element process is illustrated) will be briefly described by a device cross-sectional flow.

図21は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセス・フロー図(コンタクト・ホール形成完了時点)である。図22は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(プラグ部の下層バリアメタル膜の形成完了時点)である。図23は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(プラグ部の上層バリアメタル膜の形成完了時点)である。図24は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチング・プロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(タングステン膜埋め込み完了時点)である。図25は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(メタルCMPの完了時点)である。図26は本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフロー図(アルミニウム系配線膜パターニング完了時点)である。これらに基づいて、本願の一実施の形態または他の実施の形態の半導体装置の製造方法のタングステンCVDプロセスおよびアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスを含むデバイス断面プロセスフローを説明する。   FIG. 21 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of contact hole formation) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. is there. 22 is a device cross-sectional process flow diagram (formation of a lower barrier metal film of a plug portion) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. At the time of completion). FIG. 23 is a device cross-sectional process flow diagram (formation of an upper barrier metal film of a plug portion) including a tungsten CVD process and a dry etching process of an aluminum-based wiring in a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. At the time of completion). FIG. 24 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completing the tungsten film embedding) including a tungsten CVD process and a dry etching process of aluminum wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. . FIG. 25 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of metal CMP) including a tungsten CVD process and a dry etching process of aluminum wiring in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application. FIG. 26 is a device cross-sectional process flow diagram (at the time of completion of patterning of the aluminum-based wiring film) including the tungsten CVD process and the aluminum-based wiring dry etching process of the semiconductor device manufacturing method according to one embodiment or other embodiments of the present application. is there. Based on these drawings, a device cross-sectional process flow including a tungsten CVD process and a dry etching process of aluminum wiring in a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment or another embodiment of the present application will be described.

図21に示すように、たとえば、P型単結晶シリコン基板28の表面側28aの表面内にSTI埋め込み絶縁膜71(フィールド絶縁膜)、およびNチャネルMISFET80の一部となるN型高濃度ソース・ドレイン領域72、N型ソース・ドレインのエクステンション領域73等を形成する。更に、半導体ウエハ28の表面28a上にNチャネルMISFET80の一部となるゲート絶縁膜74、ポリシリコン等のゲート電極75、キャップ絶縁膜76、サイドウォールスペーサ絶縁膜77等を形成する。これらの上に、プリメタル絶縁膜78を形成し、コンタクトホール79を開口する。   As shown in FIG. 21, for example, an STI buried insulating film 71 (field insulating film) and an N-type high-concentration source that becomes a part of the N-channel MISFET 80 are formed in the surface 28a of the P-type single crystal silicon substrate 28. A drain region 72, an N-type source / drain extension region 73, and the like are formed. Further, a gate insulating film 74 that becomes a part of the N-channel MISFET 80, a gate electrode 75 such as polysilicon, a cap insulating film 76, a sidewall spacer insulating film 77, and the like are formed on the surface 28a of the semiconductor wafer 28. A premetal insulating film 78 is formed on these, and a contact hole 79 is opened.

次に、図22に示すように、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、プラグ部の下層バリアメタル膜81(たとえば数nmから10nm程度の厚さのチタン膜)を形成する。   Next, as shown in FIG. 22, a lower barrier metal film 81 (for example, a titanium film having a thickness of about several nm to 10 nm, for example) is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by sputtering film formation, for example. ).

次に、図23に示すように、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等(先のチタン膜の上部の窒化等で形成してもよい)により、プラグ部の上層バリアメタル膜82(たとえば数nmから10nm程度の厚さの窒化チタン膜)を形成する。   Next, as shown in FIG. 23, the upper layer of the plug portion is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by, for example, sputtering film formation (may be formed by nitridation or the like on the upper portion of the titanium film). Barrier metal film 82 (for example, a titanium nitride film having a thickness of several nm to 10 nm) is formed.

次に、図24に示すように、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえば、セクション10に示す方法により、たとえば200nm程度の厚さのタングステン膜83でコンタクトホール79を埋め込むとともに、プリメタル絶縁膜78の上面を覆う。   Next, as shown in FIG. 24, a contact hole 79 is buried in a tungsten film 83 having a thickness of about 200 nm, for example, by the method shown in section 10 over almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28, and a premetal is formed. The upper surface of the insulating film 78 is covered.

次に、図25に示すように、メタルCMP(Chemical Mechanical Polishing)等により、コンタクトホール79外およびプリメタル絶縁膜78の上面の下層バリアメタル膜81、上層バリアメタル膜82およびタングステン膜83を除去し、上面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 25, the lower barrier metal film 81, the upper barrier metal film 82 and the tungsten film 83 outside the contact hole 79 and on the upper surface of the premetal insulating film 78 are removed by metal CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. , Planarize the upper surface.

次に、図26に示すように、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、配線の下層バリアメタル膜91(たとえば10nm程度の厚さのチタン膜)を形成する。続いて、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、配線の上層バリアメタル膜92(たとえば30nm程度の厚さの窒化チタン膜)を形成する。更に、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、たとえば300nm程度の厚さの第1層目のアルミニウム系配線膜主要部93(数重量%程度の銅を添加したアルミニウム合金膜)を形成する。次に、半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、たとえば10nm程度の厚さのキャップメタル膜94(チタン膜)を形成する。最後に半導体ウエハ28の表面28a上のほぼ全面に、たとえばスパッタリング成膜等により、反射防止膜95(窒化チタン膜)を形成する。   Next, as shown in FIG. 26, a lower-layer barrier metal film 91 (for example, a titanium film having a thickness of about 10 nm) is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by, for example, sputtering film formation. . Subsequently, an upper barrier metal film 92 (for example, a titanium nitride film having a thickness of about 30 nm) is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by sputtering film formation, for example. Further, the aluminum-based wiring film main portion 93 of the first layer having a thickness of, for example, about 300 nm is added to almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by sputtering, for example. An aluminum alloy film). Next, a cap metal film 94 (titanium film) having a thickness of, for example, about 10 nm is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by, for example, sputtering film formation. Finally, an antireflection film 95 (titanium nitride film) is formed on almost the entire surface 28a of the semiconductor wafer 28 by sputtering film formation, for example.

次に、この多層膜、すなわち、アルミニウム系配線膜96をドライエッチング等により、パターニングすることによって、図26に示すような形状となる。以後は、通常の配線プロセスの繰り返しであるので、それらは繰り返さない。   Next, this multilayer film, that is, the aluminum-based wiring film 96 is patterned by dry etching or the like, so that the shape shown in FIG. 26 is obtained. Thereafter, the normal wiring process is repeated, and therefore, they are not repeated.

ここで説明したタングステン膜のCVDプロセスの詳細及びその際に発生するプロセストラブルを回避する手法について、セクション10に説明する。   The details of the CVD process of the tungsten film described here and a technique for avoiding a process trouble occurring at that time will be described in Section 10.

また、ここで説明したアルミニウム系配線膜96のドライエッチングの際に発生するプロセストラブルを回避する手法について、セクション11に説明する。   Further, section 11 describes a technique for avoiding the process trouble that occurs during the dry etching of the aluminum-based wiring film 96 described here.

10.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるタングステンCVDプロセスの説明(主に図17から図19、および図29から図31)
このセクションでは、セクション3で説明した流量制御バルブの閉鎖時リークチェックプロセスを具体的な半導体製造要素プロセスに組み込んだ例を説明する。このでは、タングステン熱CVDプロセスについて具体的に説明する。
10. Description of the tungsten CVD process, which is the main part of the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly FIGS. 17 to 19 and FIGS. 29 to 31)
In this section, an example will be described in which the leak check process for closing the flow control valve described in section 3 is incorporated into a specific semiconductor manufacturing element process. Here, the tungsten thermal CVD process will be specifically described.

図17は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するタングステン熱CVD装置の模式断面図である。図18は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するタングステン熱CVD装置のガス供給系の詳細構造を示すガス供給系詳細図である。図19は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるタングステン熱CVDプロセスの詳細を示すプロセス・ブロック・フロー図である。図29は図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ正常時)である。図30は図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ異常時に開始タイミング遅延を実施)である。図31は図19のタングステン核形成ステップにおけるガス供給開始からその直後のタイミングを示すガス供給タイミングチャート(流量制御バルブ異常時に設定流量変更を実施)である。これらに基づいて本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるタングステンCVDプロセスを説明する。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a tungsten thermal CVD apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present application. FIG. 18 is a gas supply system detail view showing the detailed structure of the gas supply system of the tungsten thermal CVD apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present application. FIG. 19 is a process block flow diagram showing details of the tungsten thermal CVD process in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present application. FIG. 29 is a gas supply timing chart (when the flow rate control valve is normal) showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleus forming step of FIG. FIG. 30 is a gas supply timing chart showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleus forming step of FIG. 19 (start timing delay is performed when the flow control valve is abnormal). FIG. 31 is a gas supply timing chart showing the timing immediately after the start of gas supply in the tungsten nucleation step of FIG. 19 (the set flow rate is changed when the flow control valve is abnormal). Based on these, the tungsten CVD process, which is the main part of the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application, will be described.

まず、使用する熱CVD装置45を簡単に説明する。図17に示すように、ウエハ処理室26内には、ウエハ・ホルダ47が設けられており、その上面近傍には、ヒータ48が埋め込まれている。ウエハホルダ47上には、半導体ウエハ28がその表側主面28a(裏面28bの反対の面)を上にして設置される。半導体ウエハ28の上方には、シャワーヘッド46が設けられており、ウエハ処理室のガス導入路11を介して、必要に応じて反応性ガス、プロセスガス、キャリアガス、パージガス、クリーニングガス、その他の添加ガス等が供給される。ウエハ処理室26の下方には、真空排気系57(排気管)が接続されており、たとえばドライポンプ58等により、必要に応じて真空引きされる。   First, the thermal CVD apparatus 45 to be used will be briefly described. As shown in FIG. 17, a wafer holder 47 is provided in the wafer processing chamber 26, and a heater 48 is embedded in the vicinity of the upper surface thereof. On the wafer holder 47, the semiconductor wafer 28 is placed with its front main surface 28a (the surface opposite to the back surface 28b) facing up. A shower head 46 is provided above the semiconductor wafer 28, and a reactive gas, a process gas, a carrier gas, a purge gas, a cleaning gas, and the like are provided through the gas introduction path 11 of the wafer processing chamber as necessary. An additive gas or the like is supplied. A vacuum exhaust system 57 (exhaust pipe) is connected below the wafer processing chamber 26 and is evacuated as necessary, for example, by a dry pump 58 or the like.

図18は図17におけるガス排出流路11(ウエハ処理室のガス導入路)の上流の一例の詳細構成を示している。各ガス流路の最上流端は、アルゴンガス源、六弗化タングステン源、モノシランガス源、水素ガス源、窒素ガス源等が接続されており、それぞれの上流側開閉バルブ(空圧開閉バルブ)42a,42b,42c,42d,42eおよび流量制御装置(マスフローコントローラ)1a,1b,1c,1d,1eを介して、基本的にガス排出流路11に合流している(複数のガス導入管11を通してウエハ処理室26に至る場合もあるが、ここでは本質的でないので、簡素化して説明する)。   FIG. 18 shows a detailed configuration of an example upstream of the gas discharge passage 11 (gas introduction passage of the wafer processing chamber) in FIG. The most upstream end of each gas flow path is connected to an argon gas source, a tungsten hexafluoride source, a monosilane gas source, a hydrogen gas source, a nitrogen gas source, etc., and each upstream open / close valve (pneumatic open / close valve) 42a. , 42b, 42c, 42d, 42e and the flow rate control devices (mass flow controllers) 1a, 1b, 1c, 1d, 1e are basically joined to the gas discharge passage 11 (through a plurality of gas introduction pipes 11). Although it may reach the wafer processing chamber 26, it is not essential here and will be described in a simplified manner).

次に、タングステン熱CVDプロセスの詳細ステップを説明する。図19(併せて図17及び図18参照)に示すように、まず、ウエハ処理室26に半導体ウエハ28(第1の半導体ウエハ)を導入する(ウエハ導入ステップ101)。   Next, the detailed steps of the tungsten thermal CVD process will be described. As shown in FIG. 19 (see also FIGS. 17 and 18), first, a semiconductor wafer 28 (first semiconductor wafer) is introduced into the wafer processing chamber 26 (wafer introduction step 101).

次に、不活性ガス等(たとえば、各ガスの流量はアルゴンガス300SCCM程度、窒素ガス300SCCM程度)の導入を開始する(ガス導入開始ステップ102)。このステップの所要時間は、たとえば、6秒程度である。   Next, introduction of an inert gas or the like (for example, each gas has a flow rate of about 300 SCCM of argon gas or about 300 SCCM of nitrogen gas) is started (gas introduction start step 102). The time required for this step is, for example, about 6 seconds.

次に、ウエハ28をたとえば摂氏390度程度まで加熱する(ウエハ加熱ステップ103)。このときの各供給ガスの流量は、たとえば、モノシランガス30SCCM程度、アルゴンガス2000SCCM程度、窒素ガス300SCCM程度である。このステップの所要時間は、たとえば、15秒程度である。   Next, the wafer 28 is heated to, for example, about 390 degrees Celsius (wafer heating step 103). The flow rate of each supply gas at this time is, for example, about monosilane gas about 30 SCCM, argon gas about 2000 SCCM, and nitrogen gas about 300 SCCM. The time required for this step is, for example, about 15 seconds.

この後、図19に一点破線で示すようにタングステン核生成処理104に移行するのがプロセスの安定性等の観点から好適である。すなわち、タングステン核生成処理104における各ガスの流量制御バルブの働きが正常な場合は、通常のシークエンスに従ってタングステン核生成処理104に移行して、図29に示すようなタイミングで各プロセスガスの供給を開始する。   After that, it is preferable from the viewpoint of process stability and the like to shift to the tungsten nucleation process 104 as shown by a dashed line in FIG. That is, when the function of each gas flow control valve in the tungsten nucleation process 104 is normal, the process proceeds to the tungsten nucleation process 104 according to the normal sequence, and the supply of each process gas is performed at the timing shown in FIG. Start.

但し、WF6用マスフローコントローラ1bに閉鎖時リークがあることが分かっていた場合はウエハ加熱ステップ103のまでに(またはその後、速やかに)、WF6導入タイミング変更103‘のプロセスを実行し、WF6用マスフローコントローラ1bの閉鎖時リーク量に応じて、WF6ガス導入タイミングを例えば0.5秒遅らせる等の処置を講ずる(図30)ことにより、WF6用マスフローコントローラ1bが閉鎖時リーク状態のままでも生産続行が可能である。また、別の閉鎖時リーク回避手段として、WF6導入量変更103’では閉鎖時リークしたWF6のガス量が分かっている場合にはその量をWF6用マスフローコントローラ1bの設定値にフィードバック掛ける方法も有効である(図31)。このようなタイミング変更、導入量変更等の処理により、バルブの交換寿命を延ばすことが可能となる。また、閉鎖時リークがあまり大きくないときの簡便な対策としては、リークチェック後に問題の流量制御装置(この例では流量制御装置1b)の流量制御バルブ7(図1)と開閉バルブ12の間の流路をたとえばウエハ処理室26側の排気系を用いて真空排気(排気時間は、たとえば5秒程度)してやればよい。   However, if it is known that the WF6 mass flow controller 1b has a leakage at the time of closing, the process of changing the WF6 introduction timing 103 ′ is executed before the wafer heating step 103 (or promptly thereafter), and the WF6 mass flow is performed. By taking measures such as delaying the WF6 gas introduction timing by 0.5 seconds, for example, according to the leak amount at the time of closing of the controller 1b (FIG. 30), production can be continued even if the WF6 mass flow controller 1b remains in the leak state at the time of closing. Is possible. As another means for avoiding leakage at closing, when the amount of WF6 leaked at closing is known in the WF6 introduction amount change 103 ′, a method of feeding back that amount to the set value of the WF6 mass flow controller 1b is also effective. (FIG. 31). By such processing such as timing change and introduction amount change, it is possible to extend the replacement life of the valve. In addition, as a simple countermeasure when the leak at the time of closing is not so large, after the leak check, there is a problem between the flow control valve 7 (FIG. 1) and the open / close valve 12 of the flow control device in question (the flow control device 1b in this example). The channel may be evacuated (evacuation time is, for example, about 5 seconds) using an exhaust system on the wafer processing chamber 26 side.

次に、タングステン核生成処理104(真空度は、たとえば3000パスカル程度、ウエハ温度は、摂氏390度程度のままである)を実行して、たとえば10nm程度のタングステン膜を形成する。このときの各供給ガスの流量は、たとえば、六弗化タングステンガス40SCCM程度、モノシランガス10SCCM程度、水素ガス1000SCCM程度、アルゴンガス1000SCCM程度、窒素ガス300SCCM程度である。このステップの所要時間は、たとえば、10秒程度である。   Next, a tungsten nucleation process 104 (the degree of vacuum is, for example, about 3000 Pascal and the wafer temperature remains at about 390 degrees Celsius) is performed to form a tungsten film of, for example, about 10 nm. The flow rate of each supply gas at this time is, for example, about tungsten hexafluoride gas 40 SCCM, monosilane gas 10 SCCM, hydrogen gas 1000 SCCM, argon gas 1000 SCCM, nitrogen gas 300 SCCM. The time required for this step is, for example, about 10 seconds.

次に、中間ガスパージ105を実行する。このときの各供給ガスの流量は、たとえば、水素ガス2000SCCM程度、アルゴンガス3000SCCM程度、窒素ガス300SCCM程度である。このステップの所要時間は、たとえば、3秒程度である。   Next, the intermediate gas purge 105 is executed. The flow rate of each supply gas at this time is, for example, about hydrogen gas 2000 SCCM, argon gas 3000 SCCM, and nitrogen gas 300 SCCM. The time required for this step is, for example, about 3 seconds.

次に、埋め込みタングステン成膜ステップ106(真空度は、たとえば10000パスカル程度、ウエハ温度は、摂氏390度程度のままである)を実行して、たとえば200nm程度のタングステン膜を形成する。六弗化タングステンガス80SCCM程度、水素ガス500SCCM程度、アルゴンガス1000SCCM程度である。このステップの所要時間は、たとえば、70秒程度である。   Next, an embedded tungsten film forming step 106 (the degree of vacuum is, for example, about 10,000 Pascal and the wafer temperature remains at about 390 degrees Celsius) is performed to form a tungsten film of, for example, about 200 nm. The tungsten hexafluoride gas is about 80 SCCM, the hydrogen gas is about 500 SCCM, and the argon gas is about 1000 SCCM. The time required for this step is, for example, about 70 seconds.

次に、最終ガスパージ107を実行する。このときの各供給ガスの流量は、たとえば、水素ガス500SCCM程度、アルゴン・ガス1000SCCM程度、窒素ガス300SCCM程度である。このステップの所要時間は、たとえば、10秒程度である。   Next, the final gas purge 107 is executed. The flow rate of each supply gas at this time is, for example, about hydrogen gas 500 SCCM, argon gas 1000 SCCM, and nitrogen gas 300 SCCM. The time required for this step is, for example, about 10 seconds.

次に、半導体ウエハ28(第1の半導体ウエハ)をウエハ処理室26から排出する(ウエハ排出ステップ108)。続いて、ウエハ処理室26に次の半導体ウエハ28(第2の半導体ウエハ)を導入する。以後、これまでと同様に、ウエハ導入ステップ101からウエハ排出ステップ108(単位ウエハ処理サイクル)を繰り返す。そして、通常、この単位ウエハ処理サイクルを当該バッチに属するウエハが全て処理されるまで継続する。   Next, the semiconductor wafer 28 (first semiconductor wafer) is discharged from the wafer processing chamber 26 (wafer discharge step 108). Subsequently, the next semiconductor wafer 28 (second semiconductor wafer) is introduced into the wafer processing chamber 26. Thereafter, the wafer introduction step 101 to the wafer discharge step 108 (unit wafer processing cycle) are repeated as before. Usually, this unit wafer processing cycle is continued until all the wafers belonging to the batch are processed.

このとき、図19に示すように、六弗化タングステンガス系について、埋め込みタングステン成膜ステップ106完了後、六弗化タングステンガス系(六弗化タングステンガス源、上流側開閉バルブ42b、マスフローコントローラ1b、ウエハ処理室のガス導入路11、ウエハ処理室26等からなる系)について、流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックステップ109を実行する。この流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックステップ109の手順は、図5について説明したところと同一である。このとき、図18の上流側の開閉バルブ42bは、終始、開状態である。このようなチェックを実行するのは、前にも説明したように、流量制御バルブ7が閉鎖時にリークすると、流量制御バルブ7と下流側の開閉バルブ12間の流路に過剰なガス(たとえば、六弗化タングステンガス)が蓄積して、核生成ステップ104の初期において、過剰に導入された六弗化タングステンガスの弗素成分が下地のバリアメタルをエッチングすることでデバイス不良を惹起するからである。   At this time, as shown in FIG. 19, for the tungsten hexafluoride gas system, after the buried tungsten film forming step 106 is completed, the tungsten hexafluoride gas system (tungsten hexafluoride gas source, upstream side open / close valve 42b, mass flow controller 1b). The leak check step 109 when the flow rate control valve is closed is executed for the gas introduction path 11 of the wafer processing chamber, the system including the wafer processing chamber 26 and the like. The procedure of the leak check step 109 when the flow control valve is closed is the same as that described with reference to FIG. At this time, the opening / closing valve 42b on the upstream side in FIG. 18 is in an open state throughout. As described above, such a check is performed when an excess gas (for example, for example, flows in the flow path between the flow control valve 7 and the downstream on-off valve 12 when the flow control valve 7 leaks when closed. This is because, in the initial stage of the nucleation step 104, the fluorine component of the tungsten hexafluoride gas introduced excessively causes a device defect by etching the underlying barrier metal. .

この流量制御バルブ閉鎖時のリークチェックステップ109は、バッチ内においては、先行するウエハ(第1のウエハ)と次のウエハ(第2のウエハ)に対するタングステン成膜処理の間に実行すればよい。なお、全てのウエハ処理間で実行してもよいが、数枚おきやバッチ内で1回から数回行うようにしてもよい。また、バッチ間においても、先行するバッチの最後のウエハ(第1のウエハ)と次のバッチの最初のウエハ(第2のウエハ)に対するタングステン成膜処理の間に実行すればよい。   The leak check step 109 when the flow rate control valve is closed may be executed during the tungsten film forming process for the preceding wafer (first wafer) and the next wafer (second wafer) in the batch. The processing may be performed between all wafer processing, but may be performed every few wafers or once to several times within a batch. Further, even between batches, the process may be executed between the tungsten film forming processes for the last wafer (first wafer) of the preceding batch and the first wafer (second wafer) of the next batch.

また、同様なリークチェックは必要に応じて、シランガス(SiH4)他のマスフローコントローラへも適用されることは言うまでもない。   It goes without saying that the same leak check is applied to silane gas (SiH 4) and other mass flow controllers as necessary.

11.本願の他の実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるアルミニウム系配線のドライエッチング・プロセスの説明(主に図20)
このセクションでは、セクション9と同様に、セクション3で説明した流量制御バルブの閉鎖時リークチェックプロセスを具体的な半導体製造要素プロセスに組み込んだ例を説明する。この例では、アルミニウム系配線のドライエッチングプロセスについて具体的に説明する。
11. Description of the dry etching process for aluminum-based wiring, which is the main part of the method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present application (mainly FIG. 20)
In this section, as in section 9, an example in which the leak check process for closing the flow control valve described in section 3 is incorporated into a specific semiconductor manufacturing element process will be described. In this example, a dry etching process for aluminum wiring will be specifically described.

図20は本願の他の実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスに使用するドライエッチング装置の模式断面図である。   FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus used in a dry etching process for aluminum-based wiring, which is a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present application.

まず、本願の他の実施の形態の半導体装置の製造方法の要部であるアルミニウム系配線のドライエッチングプロセスに使用するエッチング装置59の構造を説明する。図20に示すように、ウエハ処理室26内には、ウエハホルダ47が設けられており、その上面には、被処理半導体ウエハ28がその表側面28aを上にして設置される。ウエハホルダ47内及び、その裏面側にはウエハ裏面冷却ガス系60(冷却ガス流路)が設けられており、ガス定圧ソース24から、たとえば、ヘリウムガス等の不活性ガス(冷却ガス)が流量制御装置7を介して供給されている。これによって、ドライエッチングにおいては、ウエハ8の温度は、たとえば摂氏40度程度の温度に保たれている。   First, the structure of an etching apparatus 59 used in a dry etching process for aluminum-based wiring, which is a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present application, will be described. As shown in FIG. 20, a wafer holder 47 is provided in the wafer processing chamber 26, and a semiconductor wafer 28 to be processed is placed on the upper surface thereof with its front side 28a facing up. A wafer back surface cooling gas system 60 (cooling gas flow path) is provided in the wafer holder 47 and on the back surface side thereof, and an inert gas (cooling gas) such as helium gas is controlled in flow rate from the gas constant pressure source 24. It is supplied via the device 7. Thereby, in the dry etching, the temperature of the wafer 8 is maintained at a temperature of about 40 degrees Celsius, for example.

ここで、半導体ウエハ28の裏面28bにおけるヘリウムガス圧は、一定の値(たとえば1キロPa(パスカル)程度)になるように、圧力センサ14(真空計)からの信号を受けて、流量制御装置1によって制御されており、その流量の時間変化は、流量制御装置1からの信号を受けて、製造装置制御系27によって記憶および監視されている。そして、たとえば、図28に示すように、異物62等のためにウエハ28が正常にウエハホルダ47に吸着されていない場合には、この冷却ガスの流量およびその時間変化が異常な値を示すので、製造装置制御系27によって、この異常が検出される。ところが、マスフローコントローラ1内の流量制御バルブ7(たとえば、図1)の閉鎖時リークが大きいと、製造装置制御系27によって記憶されている冷却ガスの流量よりも低い値となるため、異常が検出されないこととなる。すなわち、実際には、流量制御バルブ7の閉鎖時リークにより、意図したよりも大量の冷却ガスが流れているのに、記憶された冷却ガスの流量データは、より小さな値を示すからである。   Here, the flow control device receives a signal from the pressure sensor 14 (vacuum gauge) so that the helium gas pressure on the back surface 28b of the semiconductor wafer 28 becomes a constant value (for example, about 1 kiloPa (Pascal)). The time change of the flow rate is stored and monitored by the manufacturing device control system 27 in response to a signal from the flow rate control device 1. And, for example, as shown in FIG. 28, when the wafer 28 is not normally attracted to the wafer holder 47 due to the foreign matter 62 or the like, the flow rate of the cooling gas and its change over time show abnormal values. This abnormality is detected by the manufacturing apparatus control system 27. However, if the flow rate control valve 7 in the mass flow controller 1 (for example, FIG. 1) has a large leak at the time of closing, the value is lower than the flow rate of the cooling gas stored by the manufacturing apparatus control system 27, so an abnormality is detected. Will not be. That is, in reality, a larger amount of cooling gas is flowing than intended due to leakage at the time of closing the flow control valve 7, but the stored flow data of the cooling gas shows a smaller value.

従って、このような部分における流量制御装置1(マスフローコントローラ)にも、これまでに説明したような流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックを適用することが有効である。この流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックのタイミングとしては、バッチ内においては、先行するウエハ(第1のウエハ)と次のウエハ(第2のウエハ)に対する当該ドライエッチング処理の間に実行すればよい。なお、全てのウエハ処理間で実行してもよいが、数枚おきやバッチ内で1回から数回行うようにしてもよい。また、バッチ間においても、先行するバッチの最後のウエハ(第1のウエハ)と次のバッチの最初のウエハ(第2のウエハ)に対する当該ドライエッチング処理の間に実行すればよい。また、一般的には、流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックは、流量制御バルブ7が閉鎖状態にある間に自動的に実行するようにすればよい。   Therefore, it is effective to apply the leak check during closing of the flow control valve 7 as described above to the flow control device 1 (mass flow controller) in such a portion. The timing of the leak check when the flow rate control valve 7 is closed may be executed during the dry etching process for the preceding wafer (first wafer) and the next wafer (second wafer) in the batch. Good. The processing may be performed between all wafer processing, but may be performed every few wafers or once to several times within a batch. Further, even between batches, it may be executed during the dry etching process for the last wafer (first wafer) of the preceding batch and the first wafer (second wafer) of the next batch. In general, the leak check when the flow control valve 7 is closed may be automatically executed while the flow control valve 7 is in the closed state.

ここで、この流量制御バルブ7の閉鎖時リークチェックの結果に基づいて、流量制御バルブ7の設定値を、リーク分を差し引いた値に自動的に設定するようにしてもよい。このようにすることにより、流量制御バルブ7の寿命を延長することができる。   Here, based on the result of the leak check when the flow control valve 7 is closed, the set value of the flow control valve 7 may be automatically set to a value obtained by subtracting the leak. By doing in this way, the lifetime of the flow control valve 7 can be extended.

12.タングステン成膜における不良発生メカニズムの説明(主に図27および図28)
図27は図23に示す工程における不良発生のメカニズムを説明した模式デバイス断面図である。図28は図20に示す装置において、ウエハの吸着が不完全な場合を説明するエッチング装置の正断面図である。これらに基づいて、タングステン成膜における不良発生メカニズムを説明する。
12 Explanation of defect generation mechanism in tungsten film formation (mainly FIGS. 27 and 28)
FIG. 27 is a schematic device cross-sectional view illustrating the mechanism of occurrence of defects in the process shown in FIG. FIG. 28 is a front sectional view of an etching apparatus for explaining a case where wafer adsorption is incomplete in the apparatus shown in FIG. Based on these, the failure occurrence mechanism in tungsten film formation will be described.

セクション10で説明したタングステン核形成工程104(図19)において、タングステンソースガス(WF)の流量制御装置1bに閉鎖時リークがあると、デバイスに不良が発生するおそれがある。これは、図27(図23のプロセスステップに対応)に示すように、タングステンソースガスが初期に過剰に供給されると、弗素ラジカル61が先行して孔底領域R1し、バリアメタル81,82がエッチングされるためである。 In the tungsten nucleation step 104 (FIG. 19) described in section 10, if the tungsten source gas (WF 6 ) flow control device 1b has a leakage at the time of closing, the device may be defective. As shown in FIG. 27 (corresponding to the process step of FIG. 23), when the tungsten source gas is excessively supplied at the initial stage, the fluorine radical 61 precedes the hole bottom region R1, and the barrier metals 81 and 82 This is because is etched.

13.サマリ
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
13. Summary As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .

例えば、前記実施の形態では、流量制御装置内に開閉バルブ12および圧力センサを内蔵させた例について具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、流量制御装置の外部に開閉バルブ12および圧力センサのいずれか一方または、両方を外付けしたものにも適用できることは言うまでもない。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the opening / closing valve 12 and the pressure sensor are built in the flow control device has been specifically described. However, the present invention is not limited thereto, and the opening / closing valve is provided outside the flow control device. Needless to say, the present invention can also be applied to one or both of the pressure sensor 12 and the pressure sensor.

また、前記実施の形態では、開閉バルブとして空圧バルブを具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、電磁バルブを使用したものでもよいことは言うまでもない。更に、前記実施の形態では、流量制御バルブとして、ピエゾアクチュエータを用いたものを中心に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、その他のアクチュエータを用いたものでもよいことは言うまでもない。   Moreover, in the said embodiment, although the pneumatic valve was demonstrated concretely as an on-off valve, it cannot be overemphasized that an electromagnetic valve may be used for this invention, without being limited to it. Furthermore, in the above-described embodiment, the flow control valve has been described mainly using a piezo actuator, but the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that another actuator may be used.

更に、前記実施の形態では、半導体装置の製造方法として、タングステンCVDにおける反応性ガスの供給やアルミニウム系配線膜のドライエッチングにおける冷却ガス制御に例をとり具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されることなく、その他のCVD工程およびエッチング工程のほか、ウエハ表面処理工程、ウエハ熱処理工程等にも適用できることは言うまでもない。また、反応性ガスまたは冷却ガスのみでなく、キャリアガス、パージガス、その他の添加ガス等の制御にも適用できることは言うまでもない。   Further, in the above embodiment, the semiconductor device manufacturing method has been specifically described by taking an example of supply of reactive gas in tungsten CVD and cooling gas control in dry etching of an aluminum-based wiring film. Needless to say, the present invention can be applied to a wafer surface treatment process, a wafer heat treatment process, and the like in addition to other CVD processes and etching processes. Needless to say, the present invention can be applied not only to the reactive gas or the cooling gas but also to the control of the carrier gas, the purge gas, and other additive gases.

1,1a,1b,1c,1d,1e 流量制御装置(マスフローコントローラ)
2 プロセスガス流入口
3 プロセスガス排出口
4 流量計測流路
5 バイパス流路
6 流量センサ
7 流量制御バルブ
8 流量制御回路
9,10 抵抗加熱体
11 ガス排出流路(ウエハ処理室のガス導入路)
12 下流側開閉バルブ(空圧開閉バルブ)
13 三方切り替え開閉バルブ
14 圧力センサ
15 ブリッジ回路
16 増幅補正回路
17 比較制御回路
18 検出データ出力端子
19 設定値等入力端子
20 ベントライン
21 空圧入力口(空圧制御系)
22 検知圧力外部出力端子
23 半導体製造装置
24 ガス定圧ソース
25 ガス流入流路
26 ウエハ処理室
27 製造装置制御系
28 半導体ウエハ(P型単結晶シリコン基板)
28a 半導体ウエハの表面(デバイス面)
28b 半導体ウエハの裏面
29 ゲートバルブ
30 スピンドルバルブ
31 流量制御バルブのガス流入部
32 流量制御バルブのガス排出部
33 金属ダイヤフラム
34 ピエゾ効果アクチュエータ
35 シリンダ
36 空圧室
37 金属ダイヤフラム
38 シール樹脂リング
39 ピストン
40 シールリング設置部
41 開閉バルブのプロセスガス流入部
42,42a,42b,42c,42d,42e 上流側開閉バルブ(空圧開閉バルブ)
43 流量制御面
44 出力側空洞
45 タングステン熱CVD装置
46 シャワーヘッド
47 ウエハホルダ(ウエハステージ)
48 ヒータ
50 閉鎖時リーク・チェック・スタート
51a 基準圧力測定
51b 到達圧力測定
52 計算式参照
53 比較判定
54 生産続行
55 アラーム生成
56 交換
57 真空排気系(排気管)
58 ドライポンプ
59 アルミニウム系配線エッチング装置
60 ウエハ裏面冷却ガス系(冷却ガス流路)
61 弗素ラジカル
62 異物またはパーティクル
71 STI埋め込み絶縁膜(フィールド絶縁膜)
72 N型高濃度ソース・ドレイン領域
73 N型ソース・ドレインのエクステンション領域
74 ゲート絶縁膜
75 ゲート電極
76 キャップ絶縁膜
77 サイドウォールスペーサ絶縁膜
78 プリメタル絶縁膜
79 コンタクトホール
80 NチャネルMISFET
81 プラグ部の下層バリアメタル膜(チタン膜)
82 プラグ部の上層バリアメタル膜(窒化チタン膜)
83 タングステン膜(タングステンプラグ)
91 配線の下層バリアメタル膜(チタン膜)
92 配線の上層バリアメタル膜(窒化チタン膜)
93 アルミニウム系配線膜主要部
94 キャップメタル膜(チタン膜)
95 反射防止膜(窒化チタン膜)
96 アルミニウム系配線膜
101 ウエハ導入ステップ
102 ガス導入ステップ
103 ウエハ加熱ステップ
104 核生成ステップ
105 中間ガスパージステップ
106 埋め込み成膜ステップ
107 最終ガスパージステップ
108 ウエハ排出ステップ
109 リークチェックステップ
A マスフローコントローラ中心部
B ウエハ処理室直前のガス流路
R1 孔底領域
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e Flow rate control device (mass flow controller)
2 Process gas inlet 3 Process gas discharge port 4 Flow rate measurement flow path 5 Bypass flow path 6 Flow rate sensor 7 Flow rate control valve 8 Flow rate control circuit 9, 10 Resistance heating element 11 Gas discharge path (gas introduction path of wafer processing chamber)
12 Downstream open / close valve (pneumatic open / close valve)
13 Three-way switching open / close valve 14 Pressure sensor 15 Bridge circuit 16 Amplification correction circuit 17 Comparison control circuit 18 Detection data output terminal 19 Input terminal for setting value etc. 20 Vent line 21 Air pressure input port (air pressure control system)
22 Detection pressure external output terminal 23 Semiconductor manufacturing equipment 24 Gas constant pressure source 25 Gas inflow passage 26 Wafer processing chamber 27 Manufacturing equipment control system 28 Semiconductor wafer (P-type single crystal silicon substrate)
28a Semiconductor wafer surface (device surface)
28b Back surface of semiconductor wafer 29 Gate valve 30 Spindle valve 31 Gas inflow part of flow control valve 32 Gas discharge part of flow control valve 33 Metal diaphragm 34 Piezo effect actuator 35 Cylinder 36 Pneumatic chamber 37 Metal diaphragm 38 Seal resin ring 39 Piston 40 Seal ring installation part 41 Process gas inflow part of opening / closing valve 42, 42a, 42b, 42c, 42d, 42e Upstream opening / closing valve (pneumatic opening / closing valve)
43 Flow Control Surface 44 Output Side Cavity 45 Tungsten Thermal CVD Equipment 46 Shower Head 47 Wafer Holder (Wafer Stage)
48 Heater 50 Leak check start when closed 51a Reference pressure measurement 51b Ultimate pressure measurement 52 Calculation formula reference 53 Comparison judgment 54 Production continuation 55 Alarm generation 56 Replacement 57 Vacuum exhaust system (exhaust pipe)
58 Dry pump 59 Aluminum wiring etching system 60 Wafer back surface cooling gas system (cooling gas flow path)
61 Fluorine radical 62 Foreign matter or particle 71 STI buried insulating film (field insulating film)
72 N-type high-concentration source / drain region 73 N-type source / drain extension region 74 Gate insulating film 75 Gate electrode 76 Cap insulating film 77 Side wall spacer insulating film 78 Premetal insulating film 79 Contact hole 80 N-channel MISFET
81 Lower barrier metal film (titanium film) of plug part
82 Upper barrier metal film (titanium nitride film) of plug part
83 Tungsten film (tungsten plug)
91 Lower layer barrier metal film (titanium film) of wiring
92 Barrier metal film on wiring (titanium nitride film)
93 Main parts of aluminum wiring film 94 Cap metal film (titanium film)
95 Antireflection film (titanium nitride film)
96 Aluminum-based wiring film 101 Wafer introduction step 102 Gas introduction step 103 Wafer heating step 104 Nucleation step 105 Intermediate gas purge step 106 Embedded film formation step 107 Final gas purge step 108 Wafer discharge step 109 Leak check step A Mass flow controller central part B Wafer processing Gas flow path just before the chamber R1 Hole bottom area

Claims (24)

以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理室に第1の半導体ウエハを導入する工程;
(b)前記第1の半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、流量制御装置を介して反応性ガスを導入しながら、ウエハ処理を実行する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記第1の半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程;
(d)前記工程(c)の後、前記ウエハ処理室に第2の半導体ウエハを導入する工程;
(e)前記第2の半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、前記流量制御装置を介して前記反応性ガスを導入しながら、前記ウエハ処理を実行する工程;
(f)前記工程(e)の後、前記第2の半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程、
ここで、前記流量制御装置は、以下を含む:
(p)ガス流入口、ガス排出口、および、これらを結ぶガス流路;
(q)前記ガス流入口および前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられた流量計測流路;
(r)前記流量計測流路に設けられた流量センサ;
(s)前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路;
(t)前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ、
ここで、前記半導体装置の製造方法は、更に以下の工程を含む:
(g)前記工程(b)の後であって、前記工程(e)の前に、前記流量制御装置内の前記流量制御バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) introducing the first semiconductor wafer into the wafer processing chamber;
(B) executing wafer processing while introducing a reactive gas into the wafer processing chamber in a state where the first semiconductor wafer is introduced via a flow rate control device;
(C) after the step (b), discharging the first semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
(D) a step of introducing a second semiconductor wafer into the wafer processing chamber after the step (c);
(E) executing the wafer processing while introducing the reactive gas into the wafer processing chamber in a state where the second semiconductor wafer is introduced via the flow rate control device;
(F) After the step (e), a step of discharging the second semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
Here, the flow control device includes:
(P) a gas inlet, a gas outlet, and a gas flow path connecting them;
(Q) a flow rate measurement channel provided in the gas channel between the gas inlet and the gas outlet;
(R) a flow rate sensor provided in the flow rate measurement channel;
(S) a bypass flow path provided in parallel with the flow rate measurement flow path;
(T) a flow rate control valve provided on the gas discharge port side of the flow rate measurement channel and the bypass channel,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device further includes the following steps:
(G) A step of detecting a gas leak state when the flow control valve in the flow control device is in a closed state after the step (b) and before the step (e).
前記1項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、CVD工程である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the wafer processing is a CVD process. 前記2項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、タングステン膜のCVD工程である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 2, the wafer processing is a CVD process of a tungsten film. 前記3項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、タングステンプラグの埋め込み工程で
ある。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 3, the wafer processing is a step of filling a tungsten plug.
前記4項の半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知は、自動的に実行される。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 4, the detection of the gas leak state is automatically executed. 前記5項の半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知の結果、異常が発見されたときは、アラームが発せられる。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 5, when an abnormality is found as a result of detection of the gas leak state, an alarm is issued. 前記1項の半導体装置の製造方法において、前記(g)工程における前記ガスリーク状態の検知の結果、ガスのリーク状態が検知されたときは、前記工程(e)の条件が変更される。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, when the gas leak state is detected as a result of the detection of the gas leak state in the step (g), the condition of the step (e) is changed. 前記1項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置内には、前記バイパス流路を閉鎖するバルブが設けられており、このバイパス流路を閉鎖した状態で、前記流量計測流路によって、前記ガスリーク状態の検知を実行する。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 1, a valve for closing the bypass flow path is provided in the flow rate control device. With the bypass flow path closed, the flow rate measurement flow path The gas leak state is detected. 前記1項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置は、更に以下を含む:
(u)前記流量制御バルブと前記ガス排出口間の前記ガス流路の圧力を計測する圧力センサ、
ここで、前記ガスリーク状態の検知は、前記圧力センサを用いて実行される。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the flow control device further includes:
(U) a pressure sensor for measuring the pressure of the gas flow path between the flow control valve and the gas outlet;
Here, the detection of the gas leak state is performed using the pressure sensor.
前記9項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御装置は、更に以下を含む:
(v)前記圧力センサと前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられ、前記流量制御バルブの開閉と連動して開閉する開閉バルブ。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 9, the flow control device further includes:
(V) An open / close valve provided in the gas flow path between the pressure sensor and the gas discharge port and opened / closed in conjunction with opening / closing of the flow control valve.
前記10項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス流路の容積は、2cc以下である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 10, the volume of the gas flow path between the flow control valve and the opening / closing valve is 2 cc or less. 前記10項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブと前記開閉バルブ間の前記ガス流路の容積は、1cc以下である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 10, the volume of the gas flow path between the flow control valve and the opening / closing valve is 1 cc or less. 前記12項の半導体装置の製造方法において、更に以下の工程を含む:
(h)前記工程(b)の後であって、前記工程(g)の前に、前記開閉バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 12, further includes the following steps:
(H) A step of detecting a gas leak state when the on-off valve is in a closed state after the step (b) and before the step (g).
前記12項の半導体装置の製造方法において、前記流量制御バルブは、ピエゾアクチュエータによって駆動されている。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 12, the flow control valve is driven by a piezo actuator. 前記14項の半導体装置の製造方法において、前記開閉バルブは、ガス圧によって駆動されている。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 14, the open / close valve is driven by gas pressure. 前記7項の半導体装置の製造方法において、前記工程(e)における前記条件の変更は、リークが検出されたガスに関して、そのリーク状態に応じて、そのガスの前記ウエハ処理室への導入タイミングを変更するものである。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 7, the change of the condition in the step (e) is the timing of introducing the gas into the wafer processing chamber according to the leak state of the gas in which the leak is detected. To change. 前記16項の半導体装置の製造方法において、前記導入タイミングの変更は、タイミングの遅延である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 16, the change in the introduction timing is a timing delay. 前記7項の半導体装置の製造方法において、前記工程(e)における前記条件の変更は、リークが検出されたガスに関して、そのリーク状態に応じて、そのガスの前記ウエハ処理室への導入量を変更するものである。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 7, the change of the condition in the step (e) is that the amount of the gas introduced into the wafer processing chamber is changed according to the leak state of the gas in which the leak is detected. To change. 前記18項の半導体装置の製造方法において、前記導入量を変更は、前記ガスの導入量の設定値からリースしたガス量を減じて導入するものである。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 18, the change of the introduction amount is performed by subtracting the leased gas amount from a set value of the gas introduction amount. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理室に半導体ウエハを導入する工程;
(b)前記半導体ウエハが導入された状態の前記ウエハ処理室に、流量制御装置を介して不活性ガスを断続的または連続的に導入しながら、ウエハ処理を実行する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記半導体ウエハを前記ウエハ処理室から排出する工程、
ここで、前記流量制御装置は、以下を含む:
(p)ガス流入口、ガス排出口、および、これらを結ぶガス流路;
(q)前記ガス流入口および前記ガス排出口間の前記ガス流路に設けられた流量計測流路;
(r)前記流量計測流路に設けられた流量センサ;
(s)前記流量計測流路と並列に設けられたバイパス流路;
(t)前記流量計測流路および前記バイパス流路の前記ガス排出口側に設けられた流量制御バルブ、
ここで、前記半導体装置の製造方法は、更に以下の工程を含む:
(g)前記流量制御装置内の前記流量制御バルブが閉鎖状態にあるときのガスリーク状態を検知する工程。
A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) introducing a semiconductor wafer into the wafer processing chamber;
(B) A step of performing wafer processing while intermittently or continuously introducing an inert gas into the wafer processing chamber in a state where the semiconductor wafer is introduced via a flow rate control device;
(C) after the step (b), discharging the semiconductor wafer from the wafer processing chamber;
Here, the flow control device includes:
(P) a gas inlet, a gas outlet, and a gas flow path connecting them;
(Q) a flow rate measurement channel provided in the gas channel between the gas inlet and the gas outlet;
(R) a flow rate sensor provided in the flow rate measurement channel;
(S) a bypass flow path provided in parallel with the flow rate measurement flow path;
(T) a flow rate control valve provided on the gas discharge port side of the flow rate measurement channel and the bypass channel,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device further includes the following steps:
(G) A step of detecting a gas leak state when the flow control valve in the flow control device is in a closed state.
前記20項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、ドライエッチング工程である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 20, the wafer processing is a dry etching process. 前記21項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理は、アルミニウム系配線膜のドライエッチング工程である。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 21, the wafer processing is a dry etching process of an aluminum-based wiring film. 前記22項の半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスは、前記半導体ウエハの裏面を冷却するためのヘリウムを主要な成分とするガスである。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 22, the inert gas is a gas mainly containing helium for cooling the back surface of the semiconductor wafer. 前記20項の半導体装置の製造方法において、前記ガスリーク状態の検知は、自動的に実行される。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 20, the detection of the gas leak state is automatically executed.
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