JP2018503975A - 通気後の好ましい圧力におけるロードロックドアバルブの開放のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

半導体処理ツールのロードロックチャンバへの半導体基板の装填及び取り外し中の粒子汚染を低減するためのシステム及び方法。ロードロックの内部と外気との差圧を測定するセンサが設けられている。本方法は、ロードロックの通気をいつ停止するかを予測するアルゴリズムを使用して、ドアが開放するたびに小さな正の反復可能な圧力バーストを生じさせる。このアルゴリズムは、システムの通気部品の通気速度及び応答時間の変化を自動的に調整する。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年１２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／０８６，００４に基づく優先権を主張し、この先行出願の開示は、全体が本明細書に参照として取り込まれるものである。

本発明は、最も広義には、ドアが開放する際にロードロックチャンバを通気して所望の圧力バーストを生じさせる方法及びシステムに関する。システムは、ツール間において発生する、及び同一ツールを繰り返し使用する中で発生する、通気速度及び通気部品の応答時間の変化を、自動補正し、調整する。

半導体製造施設の多くのツールは、高真空環境下でウエハを処理する。ウエハは大気中において、あるツールから別のツールに移動するので、各ツールは、機械によって高真空環境に移される前に空気圧を除去するために、ウエハを遷移真空チャンバに装填する手段（ロードロック）を備えている。逆に、この同一のロードロックは、処理後の取り外しのためにウエハを高真空環境から大気中に戻すために一般的に使用される。

ツールを出入りする間、ウエハは潜在的に揺り動かしてその表面に粒子を表面に堆積させる多くのプロセスを経る。すべての高真空処理ツールにおいて、通気後にロードロックドアが開放している間に発生する圧力バーストは粒子汚染の主な原因となりうる。この汚染は、ウエハの上部の半導体装置をバーストすることがあり、その微細加工限界値（feature size）が縮小し続けるにつれて、この装置の歩留まりにおける粒子効果は拡大している。

マイクロエレクトロニクス装置の限界寸法がシリコンウエハ上で縮小し続けるにつれて、半導体製造機器でのプロセス間における処理中のウエハ上の浮遊粒子の量を減らす努力がますます増えている。上述のとおり、ウエハ上に粒子が付着する主な工程は、半導体ツールの高真空と機械から取り外す前の大気圧との移行中であることはよく知られている。この移行の最後にロードロックドアが開放されると、著しい圧力バーストによって近くの表面から塵埃粒子が取り除かれることがある。これらの塵埃粒子は、ウエハが取り外される際にウエハ上に堆積する可能性がある。

ロードロックは、通常、窒素で通気される。ドアを開く前に、ロードロック内のＮ_２気圧が外気より大きい場合、正の圧力バーストが発生する。このバーストが十分に大きいと、破裂流はドアの周囲の表面の近く及びロードロック内部から塵埃粒子を持ち上げることがある。次に、ロードロックの内外でウエハが処理されると、粒子はウエハの上に堆積することがある。Ｎ_２圧力が外気圧よりもかなり低いときにドアバルブが開放されると、逆方向の圧力バーストが生じる。調査によると、このシナリオだと、外気がドアのＯ型リングを通り過ぎる際に、塵埃粒子を持ち上げて、それらをウエハ及びロードロック内部の表面に堆積させるので、汚染をより悪化させることがある。

一般的に、ドアが開放される際に、Ｎ_２及び空気の乱流を最小限に保つことが望ましい。理論的には、内外気圧が等しい場合、乱流は起こらず、粒子汚染のリスクが最小限に抑えられる。実際には、センサの精度及びバルブ応答の遅れによって、ドアを開く前に差圧をほぼゼロにすることは難しい。また、ウエハが機械によって可能な限り速く導入され、処理され、及び、取り外される、半導体製造の高スループット環境において、長い圧力安定化遅延時間を加えることは避けなければならない。

要約すると、高スループットで動作している間に圧力バーストを最小にするロードロックシステム及び方法が存在すれば有益である。さらに、これらのシステム及び方法が、システムにおける動的な通気反応の変化に適合すれば有利である。

半導体処理ツール内のロードロックチャンバを通気するためのシステム及び方法が開示される。本システム及び方法はロードロック内部において単一の圧力計を使用することで、ロードロックの内部と外気との差圧を測定する。通気サイクルの異なる工程でこの圧力を測定することにより、ドアが開かれる前にロードロックの通気をいつ止めるべきかを決定することができる。小さな、正の目標圧力バーストが本システムのアルゴリズムに提供される。このアルゴリズムは、制御される通気圧の違い、またはツール間における通気ライン配管の違い等のシステムにおける動的な通気反応の変化によらず、同じ目標圧力バーストを提供できるように自動補正する。半導体ツールにおけるますます高速な通気速度及びシステム内の固有のハードウェア遅延のによって、圧力上昇率を検出し、大気圧に達する前に通気バルブを閉鎖する必要がある中で、本システム及び方法によって、ロードロックにおける反復可能な圧力バーストが可能となる。

一実施形態において、半導体処理ツールのロードロックチャンバを通気する方法が開示される。本方法は、通気バルブを介してロードロックチャンバにガスを供給するステップと、ガスが供給されている間にロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定するステップと、測定された圧力上昇率に基づき通気バルブを無効にする時間を定義する通気停止遅延時間を決定するステップと、通気停止遅延時間後に通気バルブを閉鎖するステップと、ロードロックチャンバのドアを開放するステップとから構成され、これにより、ドアが開放されると圧力バーストが生じる。

他の実施形態において、ロードロックシステムが開示される。ロードロックシステムは、ドアを有するロードロックチャンバと、通気バルブを介してロードロックチャンバと連携するガスの出力源と、ロードロックチャンバと大気との差圧を測定するためにロードロックチャンバに設けられた圧力センサと、コントローラとから構成され、コントローラは、ガスをロードロックチャンバに供給するために通気バルブを作動させ、ガスが供給されている間に圧力センサを用いてロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定し、測定された圧力上昇率に基づいて通気バルブを無効にする時間を定義する、通気停止遅延時間を決定し、通気停止遅延時間後に通気バルブを閉鎖し、ロードロックチャンバのドアを開放し、ドアが開放されたときに圧力バーストが生じる。

他の実施形態において、非一時的なコンピュータ可読媒体が開示される。コンピュータ可読媒体は、命令を記憶し、この命令がコントローラによって実行されると、コントローラは、通気バルブを作動させてガスをロードロックチャンバに供給し、ガスが供給されている間に圧力センサを用いてロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定し、測定された圧力上昇率に基づいて、通気バルブを無効にする時間を定義する通気停止遅延時間を決定し、通気停止遅延時間後に通気バルブを閉鎖し、ロードロックチャンバのドアを開放し、当該ドアが開放されるときに圧力バーストを生じさせる。

本発明の理解を深めるために、本明細書に添付された以下の添付図面を参照する。
一実施形態におけるロードロックチャンバ及び様々な部品を示すシステム概要図である。 一実施形態を実行するための例示的な処理の流れを示すフローチャートである。 一実施形態を実行するための例示的な処理の流れを示すフローチャートである。 一実施形態を実行するための例示的な処理の流れを示すフローチャートである。 低レギュレータ圧力及び高レギュレータ圧力がかけられたロードロックの通気例を示すシグナルチャートである。 低レギュレータ圧力及び高レギュレータ圧力がかけられたロードロックの通気例を示すシグナルチャートである。

ロードロックドアが製造エリア環境に開放されたときの粒子汚染を低減する方法及びシステムを開示する。これは通気をいつ止めるかを予測することによって達成され、ドアが開放されるたびに小さく、反復可能な、正の圧力バーストが生じる。本システム及び方法は、ドアが最初に開放されたとき及びドアが開放されているときに定期的に、通気サイクルの最後にロードロック内部の１つの差圧計からの信号を測定する。

さらに、システムは、通気バルブを閉じることができる正確な時間を判定し、ドアが開放されたときに反復可能で小さな外向きの圧力バーストを生じるために、ロードロックが通気している間に、差圧信号を監視する。

図１は、半導体処理ツールの一部に接続されたロードロックチャンバを示す。ロードロック１３は、半導体ツール１８の一部を形成し、ロードロック１３のドア１５を介してウエハ等の半導体基板を半導体ツール１８に装填可能にする。半導体ツール１８は、半導体製造業界において使用される様々な処理装置ツールであってよい。半導体ツール１８は、ウエハがほぼ真空状態または非常に低圧において処理される高真空ツールであってよい。半導体ツール１８は、イオン注入装置、エッチングツール、堆積ツール、または半導体デバイス製造産業において使用される様々な他のツールのいずれかであってよい。半導体ツール１８の種類は、本発明の開示によって限定されない。

一般的にウエハ形状である半導体基板は、半導体ツール１８の高真空処理部に到達するために、まずロードロック１３を通過する。最初に、ドア１５が開かれ、未処理のウエハがロボットアームまたは他の機械的装置により内部に挿入される。次に、ドア１５が閉じられ、ロードロック１３のチャンバを粗引きポンプ１７に接続する粗引きバルブ１６を最初に開くことによって、ロードロック１３内の空気が除去される。これらのシステムは、一般的に、粗引きバルブ１６を閉じ、ロードロック１３のチャンバをターボポンプ（図示なし）に開放することで、高真空に遷移する。ロードロック１３内のチャンバが高真空にされると、スロットバルブ１９が開き、ロボットアームによりウエハがロードロック１３から取り出され、処理のために半導体ツール１８の処理チャンバに入れられる。ウエハが処理されてロードロック１３に戻されると、スロットバルブ１９を閉じ、ロードロック１３のチャンバを通気し、半導体ツール１８から取り外すためにチャンバが大気圧に戻される。

この実施形態において、差圧センサ１４は、ロードロック１３の内部の圧力を測定し、ロードロック１３の内部と外部との圧力の差を測定できる任意の種類のセンサとすることができる。別の実施形態において、この差圧は、ブレンデッドゲージ（blended gauge）の上部から判定することができる。ブレンデッドゲージは、ハイブリッド圧力計で、計測器の上部は内部相対圧力センサによる差圧測定の結果を表示し、計測器の下部は絶対圧力センサによる絶対圧力測定の結果を表示する。

通気サイクルの間に、通気バルブ１１が開放され、内圧が外気圧までに上昇するまで窒素のような不活性ガスをロードロック１３に流入させる。ほとんどのツールにおいて、一定時間において処理する基板の量（スループット）を可能な限り多くするために、ツール内でのウエハの移送及び処理のすべての段階が最大速度に最適化される。一般的に、通気段階での窒素流を所望の速度に維持するために、レギュレータ１２は、製造前にツールが設置される際に手動で一定の圧力に調整される。スループットを向上すべく通気サイクルを高速化するために、レギュレータ１２はしばしば可能な限り高い圧力に設定される。

コントローラ１０は、差圧センサ１４、通気バルブ１１、ロードロック１３のドア１５を制御するドアバルブ、及び、粗引きバルブ１６に接続されている。差圧センサ１４は圧電センサ型、または、真空チャンバの内部と外気との圧力の差を正確に測定することができる機器とされる。ある実施形態において、絶対圧力測定の代わりに相対圧力測定を行うセンサが使用される。コントローラ１０は、汎用コンピュータ、特別に設計されたマイクロコントローラ、または他の任意の適切な処理装置等の処理装置を備える。処理装置は、処理装置によって実行される命令を格納するメモリ素子（コンピュータメモリとも呼ばれる）と通信する。これらの命令によって、コントローラ１０は本明細書に記載の方法を実行することができる。これらの命令は、任意の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる。動作中、コントローラ１０は、差圧センサ１４からの圧力読取値を受け取り、以下において詳細に説明するように、通気バルブ１１を制御し、ロードロック１３のドア１５に接続するドアバルブを制御する制御信号を出力する。コンピュータメモリは、さらに動作中に様々なパラメータ値を記憶するためにも使用される。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の一実施形態における例示的な処理の流れを表したフローチャートである。この処理の流れは、コントローラ１０によって実行されうる。この処理の流れは、処理装置によって実行されるとき、アルゴリズムと呼ばれる。

ステップ１００において、ロードロック１３のドア１５が開いており、ロードロック１３は空であり、ポンプダウンのために未処理のウエハを受け入れる準備ができている。このドア開放時間中、差圧P_DoorOpenは、安定していることを確認するために、１０秒間隔等の一定間隔にて記録される。また、ドアが少なくとも１０秒開いているとき及び再度閉鎖され始めるとサンプリングされる。これは差圧計であるため、ドアが開いている状態において、圧力は０Torrの差圧が記録されるべきである。計測器の変動によりP_DoorOpen値がかなり変化すると、ドアが開いている間、システムはオペレータに警告を出すことができる。ドアが開いている間サンプリングされた最新のP_DoorOpen値は、後ほどロードロック１３が開放された際にアルゴリズムによって使われるため、コンピュータメモリに読み込まれる。

ステップ１０１において、未処理のウエハがロードロック１３に移される。移送後、ドアバルブが作動され、ロードロック１３のドア１５を閉じる。

ステップ１０２において、通常、粗引きポンプ１７に接続される粗引きバルブ１６を開くことによって、ロードロック１３が高真空にポンプダウンされる。粗引きサイクル後、ロードロックシステムは通常、ポンプの第２段階に切り替わり、ターボポンプを用いて、処理チャンバ等の半導体ツール１８内の高真空圧力に近い圧力までロードロックを下げる。様々な適切な粗引き／高真空システムが当該技術分野において利用可能であり、使用されてもよい。

ステップ１０３において、ロードロック１３と半導体ツール１８との間のスロットバルブ１９が開かれ、処理するためにウエハがロボットアームによって処理チャンバ内に入れられる。処理後、ウエハはロードロックに戻され、スロットバルブ１９は閉じられる。ロードロックと処理チャンバとの間でウエハを移動させ、チャンバを互いに隔離させるための種々の適切な方法が当該技術分野において利用可能であり、使用されてもよい。

ステップ１０４において、コントローラ１０は通気バルブ１１を開き、ロードロックの圧力を大気圧に戻すために通気サイクルを開始する。ロードロックチャンバを通気するために、窒素または他の不活性ガスによる排気等を行う従来のシステムを使用することができる。種々の適切な排気／通気システムが当該技術分野において利用可能であり、使用されてもよい。通気の速度は、通常、レギュレータ１２の圧力によって設定される。

ステップ１０５において、本方法は、ロードロックの内部と大気との差圧が、予め設定された差P_SubATM内となるのを待つ。この圧力はドアが開く際の所望のクロスオーバ圧力よりも低い。これは、システムがロードロック１３内の圧力上昇率を監視し始める閾値圧力である。ある実施形態において、P_SubATMの値は−５０Torrとされるが、必要に応じて他の値が使用されることもある。

ステップ１０６において、圧力が上昇し、ロードロック１３内と大気との圧力の差がP_SubATMレベル内になる。この時点で、圧力の上昇率R_SubATMは、後で使用するためにメモリに記録される。Torr／秒単位で測定されるこの上昇率は、異なるフィルタリングまたは時間枠において算出されうる。ある実施形態において、ステップ１０５の時点での１秒間の平均圧力上昇であってもよい。P_SubATMレベルと比較するために使用される差圧信号は、通気を停止させる圧力を実際の圧力に可能な限り近づけることが好ましいため、重度のフィルタリングを実施しない。さらに、P_SubATMレベルに達する前に上昇率を計算してもよい。例えば、一実施形態において、R_SubATMは、５０ミリ秒毎に１秒間採取された２０個のフィルタリングされていない圧力サンプルによる最小二乗適合線の傾きを計算することによって算出される。この上昇率は、通気サイクルの開始時に５０ミリ秒ごとに更新を開始し、P_SubATMレベルに達する時点までに、正確な速度が最後の時点において測定される。他の実施形態において、異なる手順が圧力の上昇率R_SubATMを計算するために使用される。

ステップ１０７において、圧力の上昇率R_SubATMがいつP_SubATMレベルを超えるかを確認する。ハードウェアまたは動的応答に変更がないシステムにおいて、このR_SubATMは以前測定したものと同じはずである。言い換えると、システムのハードウェアまたは動的応答に変化がなければ、圧力が大気圧に近づくに際のロードロック内の圧力上昇率は反復可能であるといえる。

ステップ１０８において、このR_SubATMがシステムが最初に較正されたときと大きく異なる場合、オペレータは、何かが変化し、通気システム、特にレギュレータの設定を調査するように促す警告を受ける。例えば、レギュレータ１２が数週間前の較正作業にて６ＰＳＩに設定され、その時の通気サイクル中に測定されたR_SubATMが１０Torr／秒であった場合、システムは、その後の通気においても、圧力がP_SubATMを超える際に１０Torr／秒となることを期待する。しかしながら、較正の後、別のオペレータが較正処理を再実行することなく、レギュレータ１２の設定を、６ＰＳＩ等の第１設定から５０ＰＳＩ等の第２設定に変更することがある。これにより、同じP_SubATMにおいて約５４Torr／秒といった上昇率の増加をもたらす。その結果、それに応じてシステムが通気停止遅延を短縮しなければ、ドアが開かれたときに非常に大きな圧力バーストを引き起こす。ステップ１１１は、ドアが依然として所望の小さな正圧バーストで開くようにするために、システムがこの変更をどのように受け入れ、即座に新たな通気停止遅延D_VentStopを作成する方法を示す。しかし、レギュレータ１２の設定が６ＰＳＩから５０ＰＳＩに変更された後、システムが自動的に同じ圧力バーストを維持するように自身を調整しても、システムにおけるこの物理的変化に注意を喚起するようにオペレータに通知される。

ステップ１０９において、システムはR_SubATMが反復性範囲内にあるかどうかを確認する。この反復性範囲は、ステップ１０７で確認された較正範囲よりも小さくてもよい。例えば、ある実施形態において、反復性範囲は±３Torr／秒であってもよいし、他の値を使用してもよい。ハードウェアまたは動的応答に変更がないシステムであれば、このR_SubATMは以前と同じで構わない。

ステップ１１０において、このR_SubATMが反復性範囲外にある場合、システムはシステム内において何かが変化し、システムが前回使用した通気停止遅延D_VentStopは信頼できないと判定する。たとえば、オペレータが新しい較正処理を実行せずにレギュレータ圧力を１０ＰＳＩから５０ＰＳＩに変更した場合、この処理によって、R_SubATMレートが突然期待値よりもはるかに大きくなったことを検出する。

ステップ１１１において、この加圧速度R_SubATMが反復性範囲外であったため、システムは自動的に以下のように新しい理論上のD_VentStopを再計算する。
D_VentStop＝［（P_DoorOpen＋P_BurstTarget）−P_SubATM］／R_SubATM
ここで、P_DoorOpenはドアが最後に開いたときからの最新の差圧測定値であり、理論的にはゼロとなるべきものである。P_BurstTargetは圧力バースト目標であり、約４Torrとされ、これは、顧客またはツールオペレータによって設定された許容バースト範囲の中間点として計算されうる。P_SubATMは、この計算が実行される時点で予め選択された差圧であって、上述のとおり約−５０Torrであり、R_SubATMはこの時点におけるTorr／秒単位の圧力上昇率である。この計算はまた、通気バルブの空気圧の応答遅れと計測器のフィルタリング遅れを考慮に入れるために、小さな負のオフセットを含むことがある。

R_SubATMレートを計算に使用すると、レギュレータ圧力の変化または他の設定変更によるレートの大幅な変化について、システムが自動補正する。例えば、ある実施形態において、レギュレータ１２に供給される窒素の実際の圧力は変動しうる。この場合、レギュレータ１２の設定は、流入する窒素の実際の圧力を反映していないことがある。他の実施形態において、通気バルブ１１またはドア１５を閉じる時間は、時間とともに変化し、較正処理実行時に存在したものから変動する可能性がある。さらに、窒素の供給に使用される管の違いは、ロードロック１３に存在する実際の圧力に影響を及ぼすことがある。例えば、レギュレータ１２がロードロック１３から離れて配置された場合に、ロードロック１３の圧力はレギュレータ１２が示す値よりも小さくなりうる。

ステップ１１２において、D_VentStop遅延タイマが開始され、このタイマが満了するまでシステムは待機する。このD_VentStop遅延は、R_SubATMレートが反復性範囲内にある場合に最後の通気サイクル中に使用されたのと同じ遅延か、またはステップ１１１で計算された新しい値のどちらかとなる。

ステップ１１３において、D_VentStop遅延タイマが満了し、システムは通気バルブ１１を閉じるための制御信号を送る。バルブを閉じるための制御信号の送信と実際の閉鎖及び流れの停止との間の遅延時間のため、ロードロック１３内の圧力は上昇し続ける。この圧力上昇の超過は、レギュレータ圧力が高い値に設定された場合など、より高い通気速度において重要になりうる。

ステップ１１４において、システムは、圧力降下が差圧バースト目標P_BurstTargetを下回らない場合、約２秒といった所定の整定時間だけ待つ。

ステップ１１５において、P_{VentStop＿Sag}と呼ばれる整定時間中の圧力降下が測定される。

ステップ１１６において、ドアが開放される前の差圧が測定される。

ステップ１１７において、ロードロック１３のドア１５が開放される。

ステップ１１８において、本方法は、フィルタリングされた差圧測定が安定するのを待つ。このフィルタリングされた差圧測定値は、コントローラ１０を使用して、差圧センサ１４から読み取られた圧力読取値に対してフィルタリング機能を実行することで行われる。この待ち時間は、約５秒等の任意の適切な値とされる。

ステップ１１９において、このフィルタリングされた差圧測定値が取得され、P_DoorOpenとして記憶される。ある実施形態において、P_SubATMレベルとの比較に使用される通気サイクル中の差圧信号は、その値が実際の圧力に可能な限り近くするために、重いフィルタリングを行わない。しかしながら、ドアが開いているとき、差圧測定値はゼロであり、すべての変動はラインノイズまたは計測器の変動によるものである可能性が非常に高いと予想される。したがって、精度の向上のために、重いフィルタリングがこの信号に使用されることもある。他の実施形態において、この信号は、ドアが開いているときにフィルタリングされないこともある。

ステップ１２０において、最新のP_DoorOpen差圧測定が行われたので、P_Burstを計算することができる。P_Burstは、単純にドアが開かれる前の圧力測定値と、その後のP_DoorOpen圧力との差である。

ステップ１２１において、システムはP_Burst値が顧客またはツールオペレータによって設定された許容バースト範囲外であるかどうかを確認する。

ステップ１２２において、バーストP_Burstが許容可能なバースト範囲外であれば、新しいD_VentStopが計算される。この新しいD_VentStopは、以下のように計算される。
D_BurstAdjust＝（P_Burst−P_BurstTarget）／R_SubATM
T_{VentStopCalculated}＝［（P_DoorOpen＋P_BurstTarget）−P_SubATM］／R_SubATM
D_VentStop＝T_{VentStopCalculated}−D_{Burst＿Adjust}
D_VentStopNew＝０．５＊（D_VentStop＋D_VentStopOld）
D_VentStopは実際に測定された圧力バーストの直後に実行されるため、次回の精度向上のために圧力バーストの大きさ及び方向を含めることができる。本方法は、P_Burstを測定し、次の通気サイクルの圧力バースト目標P_BurstTargetに近づけるように新しいD_VentStop遅延を修正することによって、異常に大きな圧力バーストを自動補正する。標準的な自動補正フィルタリングは、このP_Burstの一部を用いて新しいD_VentStopを修正することでのみ行うことができる。本システムは、P_Burstが許容可能なバースト範囲外にあるドア開放が連続する数もまた計測する。

ステップ１２３において、何らかの理由により連続の通気サイクルが多すぎることで、許容可能なバースト範囲外の圧力バーストが生じた場合、システムはオペレータに対して警告またはエラーメッセージを送信する。これは、許容バースト範囲が過度に厳しく設定されている場合、またはレギュレータ圧力が高いことによって通気中に圧力読取値に異常なノイズが生じる場合に発生することがある。このような場合、オペレータはシステムを調査し、許容バースト範囲の調整及び／またはレギュレータ圧力の調整などの変更を行うことになる。

ステップ１２４において、圧力バーストP_Burstは許容可能なバースト範囲内にある。この場合、D_VentStopは変更されない。

ステップ１２５において、システムは、通気降下の大きさを確認し、許容範囲外にあるかどうかを確認する。この通気降下は、通気バルブ遅延時間に起因する圧力の超過とこの超過圧力を緩和する可能性のあるドアバルブの密封漏れの組み合わせである。これは差圧センサの内部に配置された圧電センサの緩和による歪みであることもある。ある実施形態において、異常に高い圧力バーストを避けるために、降下が落ち着いてからドアを開放することもある。降下が実際にセンサの歪みによる場合、ドアを開ける前に落ち着かせることによって、この異常に高い圧力バースト測定を回避することができる。

ステップ１２６において、通気降下の大きさが大きすぎる場合、オペレータはシステムから警告を受けることがある。ある実施形態において、通気降下の閾値は約１２Torrとされるが、他の値を使用することもできる。この場合、オペレータによって、ドアバルブが適切に組み合わされていることを確認され、ドアバルブ密封に異常及び漏れがなく、ロードロックが適切な超過圧力を保持できることを確認される。

ステップ１２７において、システムはドア開放圧力P_DoorOpenを確認し、許容範囲内にあることを確認する。これは差圧計を使用しているため、大気圧の絶対値に関わらずドアが開いているときはゼロに近づくはずである。

ステップ１２８において、ドア開放圧力P_DoorOpenが許容範囲外（すなわち±５Torr）を超えて変動したため、差圧計を再較正するようにオペレータはシステムから警告を受けることがある。これは、計測器の不良が原因であることもある。計測器の再較正または交換後に、圧力バースト較正処理が再実行される。

オペレータが警告を受ける場合において、システムは、様々な方法によりオペレータに警告することができる。ある実施形態において、コントローラ１０は表示装置（図示なし）と通信しており、警告が表示装置に表示される。他の実施形態において、コントローラ１０は通信ネットワークと通信し、ｅメールメッセージまたはテキストメッセージ等のメッセージをオペレータに送信することもある。もちろん、オペレータに警告を送る他の方法を使用することもできる。

図３Ａは、低レギュレータ圧力がかけられたロードロックの通気例を表す信号応答傾向である。

時刻２００において、ロードロックは、レギュレータ圧力が低いため、約６Torr／秒等の低速で通気する。この例において、レギュレータ圧力は約１０ＰＳＩとされうる。

時刻２０１において、差圧は、較正時に確立されたロードロック内の圧力と大気圧との現在の差P_SubATM（Ｃ）に達する。このとき、ロードロック内の圧力は、大気圧との平衡から５０Torrだけ離れている。

時刻２０２において、システムは、通気の開始時点から連続的に更新されてきたフィルタリングされた上昇率R_SubATM（１）信号のサンプルを取得する。この例において、上昇率は約６Torr／秒である。

時刻２０３において、システムは、R_SubATM（１）が較正にて定義された上昇率の約±５％の範囲内といった一定の許容範囲内にあるかどうかを確認する。この例において、レギュレータ圧力など、システムの動的応答に変更はなかった。したがって、R_SubATMは、システム較正中に確立された想定許容誤差の範囲内にとどまっている。

時刻２０４において、システムはD_VentStop（０）遅延タイマを開始し、それが満了するのを待つ。この間、システムは大気に向けて通気を継続する。

時刻２０５において、D_VentStop（０）が満了し、システムは通気バルブを閉じ始める。

時刻２０６において、通気バルブのハードウェア及び制御システムにかなりの遅延時間があるため、バルブを閉じる命令が送信された後に、ロードロックの圧力が上昇し続けることがある。例えば、６Torr／秒の低速の通気速度において、５００ミリ秒の空気圧通気バルブの遅延は、バルブを閉じる命令が発行された後に３Torrの圧力上昇をもたらす。この３Torrの圧力上昇は、±２Torr未満のような小さなバースト目標許容誤差を適用する半導体製造装置におけるロードロックシステムの圧力バースト許容誤差と比較すると非常に大きなものである。

時刻２０７において、通気バルブは物理的に閉じ、圧力の上昇が停止する。

時刻２０８において、システムは、約２秒といった所定の圧力整定遅延だけ待つ。この遅延が満了した後、または降下による圧力が圧力バースト目標を下回った場合に、システムはロードロックドアを開け始める。

時刻２０９において、整定遅延が満了すると、システムはドアを開放する。この時点で、システムは、通気バルブへの閉鎖命令が出された後、P_VentStopSag（１）を測定する。これは、バルブ閉鎖の命令発行後のピーク圧力と、ドアが開放される直前の圧力との差である。この降下圧力はドアバルブ密封からの漏れに起因する可能性があり、この降下の大きさが、例えば２０Torrを超過する非常に大きなものである場合にはオペレータに警告するといった使用ができる。このたるみは、また、通気が停止される際の圧電差圧センサの緩和による歪みに起因することがある。この場合、このたるみの大きさは、通常のシステム動作による歪みであるため、オペレータに警告されない。ある実施形態において、降下は測定されないことがある。

時刻２１０において、ドアを開放する命令が送信される。この命令が送信される直前に差圧を測定することで、ドア開放圧力バーストの大きさ及び方向を後で算出できる。

時刻２１１において、システムは、ドアが完全に開いていることを検出し、所定のドア開放遅延タイマを開始する。この時点で、半導体ツールは、ロードロックとの材料の受け渡しを行うことができる。

時刻２１２において、ドア開放遅延タイマが満了し、差圧センサのフィルタリングされたサンプルが取得され、ドア開放圧力P_DoorOpen（１）が判定される。理論的には、これは常に０Torrであるべきだが、計測器センサの変動による計測器の小さなずれが時間経過によって生じることがある。

時刻２１３において、ドア開放圧力バーストP_Burst（１）の大きさ及び方向が測定される。これは、ドアが開放される直前にサンプリングされた差圧とドア開放圧力P_DoorOpen（１）との差である。

時刻２１４において、ドア開放圧力バーストP_Burst（１）と較正時に確立された所望の圧力バースト目標P_BurstTarget（Ｃ）との差が測定される。この場合、この差が較正時に設定されたバースト反復性の許容誤差範囲内（例えば±３Torr）に収まったため、次の通気サイクルの通気停止遅延D_VentStopは変更されない。つまり、システムは較正された許容誤差内にあり、バーストは目標に近いため、次回は変更されない。

時刻２１５において、次の通気サイクルに使用される新しい通気停止遅延D_VentStop（１）は、現在のD_VentStop（０）と同じである。

図３Ｂは、オペレータが較正処理を実行せずにレギュレータ１２を低圧から高圧に変更した後のロードロックの通気例を表す信号応答傾向である。この図は、本システムの自動補正機能の例示である。この図は、システムが自動的に高速な通気速度に調整し、大きな圧力バーストを回避し、新しい通気速度を学習し、オペレータに警告する方法を示している。この例において、レギュレータ圧力が５０ＰＳＩといった高い値に設定されているため、通気速度は５０Torr／秒に設定されている。

時刻３００において、レギュレータ圧力が高いため、ロードロックは高速で通気する。

時刻３０１において、差圧は、較正時に確立されたロードロック内の圧力と大気圧との現在の差P_SubATM（Ｃ）に達する。このとき、ロードロック内の圧力は、大気圧との平衡から５０Torr離れている。

時刻３０２において、システムは、通気開始から連続的に更新されたフィルタリングされた上昇率R_SubATM（２）信号のサンプルを取得する。この例において、上昇率は約５０Torr／秒である。

時刻３０３において、システムは、R_SubATM（２）が上昇率が最後に測定された所定の一許容誤差範囲（すなわち、図３ＡのR_SubATM（１））内であるかを確認する。この例において、オペレータがレギュレータの通気圧力を変更したため、通気速度が大幅に増加している。R_SubATM（２）がシステム較正時に設定された許容誤差範囲外にあるため、オペレータに警告またはエラーメッセージが通知される。しかし、半導体工具はオペレータなしで遠隔制御されることが多く、材料は機械からまだ取り外されているので、通気処理は継続することが期待される。この場合、システムはロードロック通気速度に大きな変化が加えられたと認識し、D_VentStop（１）遅延を許容誤差範囲内で圧力バーストを行うために信用しない。

時刻３０４ａにおいて、R_SubATM（２）が許容誤差範囲外であったため、システムは、低レギュレータ圧力において確立されたD_VentStop（１）遅延を使用しない（図３Ａ参照）。この遅延が使用されると、ロードロックは過度の加圧及びその結果生じるドア開放圧力バーストを経験することがある。

時刻３０４ｂにおいて、システムは、ステップ１１１で説明したように、理論的な通気停止遅延D_VentStop（Ｔ）を算出する。次に、システムはこの通気遅延タイマを開始し、それが満了するまで待つ。この例において、より高い通気圧に対するこの通気遅延D_VentStop（Ｔ）は、低い通気圧に対して確立されたD_VentStop（１）遅延よりもかなり小さい。この期間、システムは大気に向けて通気を継続する。

時刻３０５において、D_VentStop（Ｔ）は満了し、システムは通気バルブを閉じ始める。

時刻３０６において、通気バルブのハードウェア及び制御システムがかなりの遅延時間を有することがあるため、バルブを閉じる命令が送信された後に、ロードロック内の圧力が上昇し続けることがある。この例において、５０Torr／秒の速い通気速度において、５００ミリ秒の空気圧通気バルブの遅延によって、バルブを閉じる指令が送信された後に２５Torrの圧力上昇が生じる。この２５Torrの圧力上昇は、±２Torr未満のようなバースト目標許容誤差を適用する半導体製造装置におけるロードロックシステムの圧力バースト許容誤差と比較すると非常に大きなものである。

時刻３０７において、通気バルブは物理的に閉じ、圧力の上昇は停止する。

時刻３０８において、システムは、所定の圧力整定遅延だけ待つ。この満了した後、または降下による圧力が圧力バースト目標を下回った場合に、システムはロードロックドアを開け始める。この場合、圧力バースト目標レベルP_BurstTarget（Ｃ）以下に圧力がたわんだため、整定遅延タイマが満了するのを待たずに、この時点でドアが開き始める。

時刻３０９において、システムはドアを開放し始める。この時点で、システムは、通気バルブを閉鎖する命令が発行された後のP_VentStopSag（２）を測定する。

時刻３１０において、ドアを開放するための命令コマンドが送信される。

時刻３１１において、システムは、ドアが完全に開いていることを検出し、所定のドア開放遅延タイマを開始する。

時刻３１２において、ドア開放遅延タイマが満了し、差圧センサのフィルタリングされたサンプルが取得され、ドア開放圧力P_DoorOpen（２）が判定される。

時刻３１３において、ドア開放圧力バーストP_Burst（２）の大きさ及び方向が測定される。

時刻３１４において、バーストP_Burst（２）と較正時に確立された所望の圧力バースト目標P_BurstTarget（Ｃ）との差が測定される。この場合、この差は較正時に確立されたバースト反復可能性の許容誤差の範囲内であったため、次の通気サイクルの通気停止遅延D_VentStop（Ｔ）は変更されない。つまり、レギュレータ圧力が変更されてシステムが通気速度の許容誤差範囲外となっても、システムはバースト許容誤差範囲内にあり、バーストは目標に近いため、次回は変更されない。

時刻３１５において、次の通気サイクルのための新しい通気停止遅延D_VentStop（２）に新しいD_VentStop（Ｔ）が設定される。この例において、本システムの自動補正機能によって、この非常に小さなD_VentStop（２）がシステムの新しい通気速度R_SubATM（２）を用いて自動的に計算されたことがわかる。時刻３０３において述べたように、オペレータは、各通気サイクル中に通気速度が低圧レギュレータの較正にて設定された範囲外であることの警告を受けることができる。それにより、オペレータはハードウェアを検査し、システムを再較正し、レギュレータを再調整することができる。その間、ツールはオペレータの介入なしに許容誤差内の圧力バーストによる高レギュレータ圧力のもとで稼動し続けることができる。

本システム及び方法は、ロードロックドアの開放までの一連の処理を最適化することによって、結果として発生する圧力バーストを制御し、粒子汚染を最小化する。

本システムは、ドアが開かれるたびに、小さい、反復可能な正の圧力バーストを生じさせる能力を有する。ある実施形態において、この圧力バーストは約４Torrである。このバーストにより、ドアが製造エリア環境に開かれたときに、ロードロックへ負の圧力が流れ込むことを回避し、ロードロックからのロードロック圧力の流れが最小限に抑えることが可能となる。

１つの態様は、システムがロードロック通気速度の変化に適応する能力である。圧力上昇の速度は、主にロードロックへの不活性ガスの流れに依存する。この流量は、ラインのコンダクタンスとガスの圧力に依存し、これは一般的にレギュレータ１２によって設定される。半導体産業において高スループットが要求されるために、処理されたウエハは、一般的に可能な限り速く機械から取り外される。したがって、オペレータは、通気サイクルに要する時間を短くするために、レギュレータの圧力を可能な限り高くすることがある。しかしながら、ロードロックをあまりにも迅速に通気することによって、チャンバが外部の大気圧よりもかなり高い圧力に達する前に、制御システムが通気バルブ１１を閉じるのに失敗した場合に、ドアが開くときに大きな圧力バーストが起こりうる。高スループットと最小圧力バーストとのトレードオフは、異なる顧客の現場での同じ種類のツールに対して、また同じ顧客の現場におけるマシン間においても用いることができる、幅広いレギュレータ圧力設定を導き出せる。本システムの自動補正アルゴリズムは、これを考慮に入れることによって、通気速度の変化にかかわらず、同じ、小さな正の圧力バーストを達成する。

本システムの別の態様は、通気バルブの閉鎖の応答時間及び圧力計の応答時間における固有の遅延を許容することによって、理想的な圧力バーストをもたらす特定のクロスオーバ圧力にロードロックが達する前に通気を停止する動作を開始することができる。高スループットシステムにおいて、通気速度が非常に高くなりうるため、制御システムがバルブを閉じるための命令を送信した後も、ロードロックは圧力を維持し続ける。例えば、空気圧バルブは、実際に閉じるまでに約５００ミリ秒かかることがある。一般的な５０Torr／秒の通気速度において、システムがバルブを閉じる命令を送信してから、ロードロック内の圧力は既に２５Torr上昇している。計測器の圧力信号をフィルタリングすることは、実際の圧力が通気中に測定された圧力よりも高いことを意味する。この実際の測定値と測定値との差は、より高い通気速度でより顕著である。つまり、バルブ遅延と計測器圧力センサのフィルタリングとの組み合わせは、測定されたロードロック圧力が所望のクロスオーバ圧力に達する前に、システムが通気を止める命令を送信する必要があることを意味する。本システムは、これらの遅延を考慮し、それに応じて調整を行う。

本発明は本明細書に記載の特定の実施形態によって保護範囲が制限されるものではない。実際に、本明細書の記載されたものに加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更は、前述の説明及び添付の図面から当業者には明らかである。したがって、これらの他の実施形態及び修正は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。さらに、本発明は、特定の目的のための特定の環境における特定の実装に関する説明として記載されているが、有用性はこの記載に限定されず、本発明が様々な目的のために様々な環境で有益に実装されうることを当業者は認識することができる。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される発明の完全な範囲及び精神を考慮して解釈されるものである。

Claims (15)

1. 半導体処理ツールのロードロックチャンバを通気するための方法であって、
   通気バルブを介して前記ロードロックチャンバにガスを供給するステップと、
   前記ガスが供給されている間に前記ロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定するステップと、
   測定された圧力上昇率に基づき前記通気バルブを無効にする時間を定義する通気停止遅延時間を決定するステップと、
   前記通気停止遅延時間後に前記通気バルブを閉鎖するステップと、
   前記ロードロックチャンバのドアを開放するステップを含み、当該ドアが開放されるときに圧力バーストを生じさせる、方法。
2. 前記測定するステップは、前記ロードロックチャンバと大気との差圧が所定の値に達したときに行われる、請求項１に記載の方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記通気バルブを前記閉鎖するステップと前記ドアを前記開放するステップとの間の整定遅延を待つステップと
   前記整定遅延中に前記差圧を監視するステップと、
   をさらに含む、方法。
4. 前記差圧が圧力バースト目標を下回った場合に、前記整定遅延の前に前記ドアを開放するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記ドアが開放される前に、前記ロードロックチャンバと大気との差圧を決定することによって、前記圧力バーストの大きさ及び方向を測定する、請求項１に記載の方法。
6. 前記圧力バーストの前記大きさ及び方向を圧力バースト目標と比較し、前記圧力バースト目標と前記圧力バーストとの前記大きさ及び方向の比較に基づいて、前記通気停止遅延時間を変更する、請求項５に記載の方法。
7. 前記測定された圧力上昇率が所定の反復性範囲内にある場合、前記通気停止遅延時間の以前の値を使用する、請求項１に記載の方法。
8. 前記測定された圧力上昇率が前記所定の反復性範囲外にある場合、前記通気停止遅延時間の新しい値を計算する、請求項７に記載の方法。
9. ドアを有するロードロックチャンバと、
   通気バルブを介して前記ロードロックチャンバと連携するガスの出力源と、
   前記ロードロックチャンバと大気との差圧を測定するために前記ロードロックチャンバに設けられた圧力センサと、
   コントローラと、を備え、
   当該コントローラは、
   前記ガスを前記ロードロックチャンバに供給するために前記通気バルブを作動させ、
   前記ガスが供給されている間に前記圧力センサを用いて前記ロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定し、
   測定された圧力上昇率に基づき、前記通気バルブを無効にする時間を定義する、通気停止遅延時間を決定し、
   前記通気停止遅延時間後に前記通気バルブを閉鎖し、
   前記ロードロックチャンバの前記ドアを開放し、当該ドアが開放されたときに圧力バーストを生じさせる、コントローラである、
   ロードロックシステム。
10. 前記ドアが開放される前に前記ロードロックチャンバと大気との前記差圧に基づいて前記コントローラによって前記圧力バーストの大きさ及び方向が測定され、前記コントローラは、前記圧力バーストの大きさ及び方向を圧力バースト目標と比較し、前記コントローラは前記圧力バーストと前記圧力バースト目標との前記大きさ及び方向の比較に基づいて前記通気停止遅延時間を変更する、請求項９に記載のロードロックシステム。
11. 前記通気停止遅延時間は、前記通気停止遅延時間と、前記圧力バーストの前記大きさ及び方向と、前記圧力バースト目標との間の数学的関係に従って変更される、請求項１０に記載のロードロックシステム。
12. 前記コントローラは前記通気停止遅延時間を記憶し、前記測定された圧力上昇率が所定の反復性範囲内にある場合、前記通気停止遅延時間の予め記憶された値が使用される、請求項９に記載のロードロックシステム。
13. 前記測定された圧力上昇率が前記反復性範囲外にある場合、前記通気停止遅延時間の新しい値が前記コントローラによって計算される、請求項１２に記載のロードロックシステム。
14. 非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、命令を記憶し、当該命令がコントローラによって実行されると、当該コントローラは、
    通気バルブを作動させてガスをロードロックチャンバに供給し、
    前記ガスが供給されている間に圧力センサを用いて前記ロードロックチャンバ内の圧力上昇率を測定し、
    測定された圧力上昇率に基づいて、前記通気バルブを無効にする時間を定義する通気停止遅延時間を決定し、
    前記通気停止遅延時間後に前記通気バルブを閉鎖し、
    前記ロードロックチャンバのドアを開放し、当該ドアが開放されるときに圧力バーストを生じさせる、コンピュータ可読記憶媒体。
15. 請求項１４に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、さらに命令を記憶し、当該命令が前記コントローラによって実行されると、前記コントローラは、
    前記圧力バーストの大きさ及び方向を圧力バースト目標と比較し、
    前記圧力バーストと前記圧力バースト目標との前記大きさ及び方向の比較に基づいて前記通気停止遅延時間を変更する、コンピュータ可読記憶媒体。

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