JP2500890B2 - ウエハ加工システム内のプロセスガスの流量検定、そのための装置および方法 - Google Patents
ウエハ加工システム内のプロセスガスの流量検定、そのための装置および方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はウエハ加工システムの反
応チャンバーにおけるプロセスガスの流量を検定するこ
とに関し、更に詳細には検定ガスの既知の流量と比較す
ることにより該プロセスガスの流量を検定することに関
する。
応チャンバーにおけるプロセスガスの流量を検定するこ
とに関し、更に詳細には検定ガスの既知の流量と比較す
ることにより該プロセスガスの流量を検定することに関
する。
【０００２】
【従来の技術】ウエハの製造中堆積物形成速度およびエ
ッチングによる除去速度はプロセスガスの導入流量およ
びそのチャンバー内圧力に依存する。導入流量の変更は
チャンバー内圧力の変化を生ずるが、これらの変化は堆
積システムにおける堆積層の変化および所定の暴露時間
内のエッチングシステム中の材料の除去との直接的相関
関係をもたない。これまで、プロセスガスの導入流量の
測定は、該反応チャンバーの周囲温度の最良の測定およ
び該周囲温度下での該チャンバーの体積の最良の見積も
りに基づいていた。該測定温度は校正された装置により
測定された絶対ベースライン温度を必要とした。このベ
ースライン温度は該装置の性能並びに条件、および該校
正技術の有効性の程度の精度に過ぎなかった。更に、該
反応チャンバーの温度の動作温度への上昇は基本的転移
誤差(transition error)を導入する。
ッチングによる除去速度はプロセスガスの導入流量およ
びそのチャンバー内圧力に依存する。導入流量の変更は
チャンバー内圧力の変化を生ずるが、これらの変化は堆
積システムにおける堆積層の変化および所定の暴露時間
内のエッチングシステム中の材料の除去との直接的相関
関係をもたない。これまで、プロセスガスの導入流量の
測定は、該反応チャンバーの周囲温度の最良の測定およ
び該周囲温度下での該チャンバーの体積の最良の見積も
りに基づいていた。該測定温度は校正された装置により
測定された絶対ベースライン温度を必要とした。このベ
ースライン温度は該装置の性能並びに条件、および該校
正技術の有効性の程度の精度に過ぎなかった。更に、該
反応チャンバーの温度の動作温度への上昇は基本的転移
誤差(transition error)を導入する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
の一つは、プロセスガスの流量の検定のための改良され
た方法並びに装置を提供することにある。本発明の他の
目的は、反応チャンバーの動作温度とは無関係に該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明の更に別
の目的は、該反応チャンバーの体積とは無関係に該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明の目的
は、更に該反応チャンバー中の絶対圧力とは無関係に該
プロセスガスの流量を検定することにある。本発明の更
に他の目的は、検定ガスの既知の流量に相対的な該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明は、更に
ウエハ製造工程間の該チャンバーの動作温度にて実施さ
れる簡単な手順で該プロセスガスの流量を検定すること
を目的とする。更に、本発明はシステムの漏洩補償を実
施しつつ、該プロセスガスの流量を検定することを目的
とする。本発明の他の目的は、パージ流量補償を実施し
つつ、該プロセスガスの流量を検定することにある。
の一つは、プロセスガスの流量の検定のための改良され
た方法並びに装置を提供することにある。本発明の他の
目的は、反応チャンバーの動作温度とは無関係に該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明の更に別
の目的は、該反応チャンバーの体積とは無関係に該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明の目的
は、更に該反応チャンバー中の絶対圧力とは無関係に該
プロセスガスの流量を検定することにある。本発明の更
に他の目的は、検定ガスの既知の流量に相対的な該プロ
セスガスの流量を検定することにある。本発明は、更に
ウエハ製造工程間の該チャンバーの動作温度にて実施さ
れる簡単な手順で該プロセスガスの流量を検定すること
を目的とする。更に、本発明はシステムの漏洩補償を実
施しつつ、該プロセスガスの流量を検定することを目的
とする。本発明の他の目的は、パージ流量補償を実施し
つつ、該プロセスガスの流量を検定することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、これらの
並びに他の本発明の目的は、検定ガスの既知の流量と比
較することにより、ウエハ加工システムの反応チャンバ
ーに流入するプロセスガスの流量を検定する方法を提供
することにより達成される。既知の流量を有する検定ガ
スの流れを該チャンバーに導入する。該チャンバー内の
該検定ガスの第一の圧力を第一の検定時間にて測定す
る。該チャンバー内の該検定ガスの第二の検定時間にお
ける第二の圧力を測定する。検定すべき流量のプロセス
ガスの流れを該チャンバーに導入する。該チャンバー内
のプロセスガスの第一の圧力を第一の加工時間において
測定する。第二の加工時間における該チャンバー内のプ
ロセスガスの第二の圧力を測定する。時間に関する該検
定ガス圧の変化率を決定する。時間に関する該プロセス
ガス圧の変化率を決定する。該チャンバー内への該プロ
セスガスの流量を該検定ガスの流量と該圧力の変化率に
基づいて決定する。本発明の要素は２桁の参照番号によ
り表示される。その第一の数値は該当する要素が最初に
記載されるかまたは初めて記載される図を表し、第二の
数値は図全体を通して類似する特徴および構造を示すの
に使用する。幾つかの参照番号は該要素の下位部分また
は特徴を示す文字を伴う。
並びに他の本発明の目的は、検定ガスの既知の流量と比
較することにより、ウエハ加工システムの反応チャンバ
ーに流入するプロセスガスの流量を検定する方法を提供
することにより達成される。既知の流量を有する検定ガ
スの流れを該チャンバーに導入する。該チャンバー内の
該検定ガスの第一の圧力を第一の検定時間にて測定す
る。該チャンバー内の該検定ガスの第二の検定時間にお
ける第二の圧力を測定する。検定すべき流量のプロセス
ガスの流れを該チャンバーに導入する。該チャンバー内
のプロセスガスの第一の圧力を第一の加工時間において
測定する。第二の加工時間における該チャンバー内のプ
ロセスガスの第二の圧力を測定する。時間に関する該検
定ガス圧の変化率を決定する。時間に関する該プロセス
ガス圧の変化率を決定する。該チャンバー内への該プロ
セスガスの流量を該検定ガスの流量と該圧力の変化率に
基づいて決定する。本発明の要素は２桁の参照番号によ
り表示される。その第一の数値は該当する要素が最初に
記載されるかまたは初めて記載される図を表し、第二の
数値は図全体を通して類似する特徴および構造を示すの
に使用する。幾つかの参照番号は該要素の下位部分また
は特徴を示す文字を伴う。
【０００５】一般的な態様（図１） 半導体ウエハ加工システム10は加工すべきウエハ12W を
含む反応チャンバー12、加工中該チャンバー内の圧力を
減ずるためのポンプ14および一定流量のプロセス反応ガ
ス流を該チャンバーに導入するための複数のプロセスガ
ス流制御器16を含む。該プロセスガスの流量は、基準源
である検定ガス流制御器18を介して既知の流量
「n'ver 」で流動する検定ガスと比較することにより周
期的に検定される。該既知の流量n'ver （標準流量）は
該チャンバーの任意の動作温度および体積に対するチャ
ンバー動作係数Ｋc の算出（以下の理想気体法則の項参
照）を可能とする。一旦Ｋc が特定の動作条件下で決定
されれば、プロセスガスの流量「n' pro 」を決定するこ
とができる。この検定は２つのシーケンスを必要とす
る。その第一は、該検定ガスが排気されたチャンバーに
流入する際の、該検定ガスの圧力変化率「P'ver 」に基
づいてＫc を決定するための検定ガスシーケンスであ
る。このチャンバーの圧は、その圧力変化の勾配を測定
するために、所定の時間間隔で圧力モニター14M により
測定される（図２参照）。その第二は、Ｋc および該プ
ロセスガスの圧力変化率「P'pro 」に基づいてn'pro を
決定するためのプロセスガスシーケンスである。該流量
制御器は該排気されたチャンバー内に一定流量のガスを
維持するための任意の適当な装置、例えばカリフォルニ
ア州, 92665,オレンジ、ウエストグローブアベニュー12
47のユニットインスツルメンツ社(Unit Instruments, I
nc.)により作製された「質量流量制御器(Mass Flow Con
trollers) 」, 1987年、５月に記載されている熱ガス質
量流量制御器等であり得る。このような質量流量制御器
は上流圧および下流圧の動作範囲に渡り、これを通過す
る質量の一定流量を維持する。これらのガスシーケンス
中、単位時間当たり一定数の分子が該チャンバー内に流
入する。
含む反応チャンバー12、加工中該チャンバー内の圧力を
減ずるためのポンプ14および一定流量のプロセス反応ガ
ス流を該チャンバーに導入するための複数のプロセスガ
ス流制御器16を含む。該プロセスガスの流量は、基準源
である検定ガス流制御器18を介して既知の流量
「n'ver 」で流動する検定ガスと比較することにより周
期的に検定される。該既知の流量n'ver （標準流量）は
該チャンバーの任意の動作温度および体積に対するチャ
ンバー動作係数Ｋc の算出（以下の理想気体法則の項参
照）を可能とする。一旦Ｋc が特定の動作条件下で決定
されれば、プロセスガスの流量「n' pro 」を決定するこ
とができる。この検定は２つのシーケンスを必要とす
る。その第一は、該検定ガスが排気されたチャンバーに
流入する際の、該検定ガスの圧力変化率「P'ver 」に基
づいてＫc を決定するための検定ガスシーケンスであ
る。このチャンバーの圧は、その圧力変化の勾配を測定
するために、所定の時間間隔で圧力モニター14M により
測定される（図２参照）。その第二は、Ｋc および該プ
ロセスガスの圧力変化率「P'pro 」に基づいてn'pro を
決定するためのプロセスガスシーケンスである。該流量
制御器は該排気されたチャンバー内に一定流量のガスを
維持するための任意の適当な装置、例えばカリフォルニ
ア州, 92665,オレンジ、ウエストグローブアベニュー12
47のユニットインスツルメンツ社(Unit Instruments, I
nc.)により作製された「質量流量制御器(Mass Flow Con
trollers) 」, 1987年、５月に記載されている熱ガス質
量流量制御器等であり得る。このような質量流量制御器
は上流圧および下流圧の動作範囲に渡り、これを通過す
る質量の一定流量を維持する。これらのガスシーケンス
中、単位時間当たり一定数の分子が該チャンバー内に流
入する。
【０００６】プロセスガスバルブ16V が、複数のプロセ
スガスソースのラインの各々の、プロセスガス流制御器
16と該反応チャンバーとの間に配置され、該プロセスガ
ス流の流動開始および停止を行う。選ばれたプロセスガ
ス用のバルブ16V は、該プロセスガスシーケンス中に該
バルブが開放された際に該チャンバーとの流体接続を確
立する。同様に、検定ガスバルブ18V は検定ガス源のラ
インの、検定ガス流量制御器18と該反応チャンバーとの
間に配置されて、該検定ガスシーケンス中に該バルブが
開放された場合に流体接続を設定する。圧力モニター14
M は任意の適当な圧力測定装置、例えばメイン州01810
、アンドーバー、シックスシャタックロードのMKS イ
ンスツルメンツ社(MKS Instruments, Inc.) により作製
された「MKS バラトロン、キャパシタンスマノメーター
ズ(MKS Baratron, Capacitance Manometers)」, 1987,
11月に記載されている容量性マノメータであり得る。こ
のMKS 装置は予め歪を与えた金属歪ゲージダイアフラム
を使用している。計算器15は適当な計算装置、例えばコ
ンピュータであり、これはＫc および該プロセスガスの
流量n'pro を測定するための圧力モニターからの該圧力
測定値に応答できる。コンピュータ15のメモリ15M は該
圧力変化率、係数、流量、および該コンピュータにより
与えられる他の計算値を受け取る。コンピュータ15のク
ロック15C は該検定手順に含まれる時間間隔を設定する
ための時間の基準を与え、かつ圧力の変化率の計算のた
めの経過時間を測定する。
スガスソースのラインの各々の、プロセスガス流制御器
16と該反応チャンバーとの間に配置され、該プロセスガ
ス流の流動開始および停止を行う。選ばれたプロセスガ
ス用のバルブ16V は、該プロセスガスシーケンス中に該
バルブが開放された際に該チャンバーとの流体接続を確
立する。同様に、検定ガスバルブ18V は検定ガス源のラ
インの、検定ガス流量制御器18と該反応チャンバーとの
間に配置されて、該検定ガスシーケンス中に該バルブが
開放された場合に流体接続を設定する。圧力モニター14
M は任意の適当な圧力測定装置、例えばメイン州01810
、アンドーバー、シックスシャタックロードのMKS イ
ンスツルメンツ社(MKS Instruments, Inc.) により作製
された「MKS バラトロン、キャパシタンスマノメーター
ズ(MKS Baratron, Capacitance Manometers)」, 1987,
11月に記載されている容量性マノメータであり得る。こ
のMKS 装置は予め歪を与えた金属歪ゲージダイアフラム
を使用している。計算器15は適当な計算装置、例えばコ
ンピュータであり、これはＫc および該プロセスガスの
流量n'pro を測定するための圧力モニターからの該圧力
測定値に応答できる。コンピュータ15のメモリ15M は該
圧力変化率、係数、流量、および該コンピュータにより
与えられる他の計算値を受け取る。コンピュータ15のク
ロック15C は該検定手順に含まれる時間間隔を設定する
ための時間の基準を与え、かつ圧力の変化率の計算のた
めの経過時間を測定する。
【０００７】理想気体法則 該チャンバーの条件付き動作係数Ｋc および該プロセス
ガスの流量n'pro の計算に使用する理想気体法則は気体
のボイル法則に基づく。この法則は閉じた系内の一定量
のガスの圧縮性に関連し、一般には次式ように表現され
る： PV = n(Ru T) （式−１） ここで、Ｐは該閉じた系内のガスの圧力であり、Ｖは該
閉じた系の体積であり、ｎは該ガスのモルで表した量で
あり、Ｔは該閉じた系内のガスの温度であり、かつ Ru
は普遍的気体定数である。この理想気体法則は、特に典
型的なウエハ製造法においてみられる低圧高温動作条件
に対して適用される。該チャンバー内の該ガス分子の低
密度および高速度は衝突間の長い平均自由工程を維持す
る。該検定ガスシーケンス（Ｋc の決定）に対して、こ
の理想気体法則はより有利には以下の式で表現される： Ｋc = R u T/V = P ver /nver （式−２） ここで、Ｋc は該チャンバーの条件付き動作係数、即ち
特定の体積および動作温度に対して条件付きの各反応チ
ャンバーの特徴であり、P ver は該チャンバー内の検定
ガスの圧力であり、かつn ver は検定ガスの量である。
該チャンバーの条件（温度および体積）はこれら２種の
ガスシーケンス全体を通して一定に保たれ、該検定ガス
シーケンス中に決定された係数Ｋc は該プロセスガスシ
ーケンスに対して妥当である。該温度は該チャンバーお
よびチャンバー部材に対して与えられた制御加熱により
一定に維持される。該体積は該チャンバーの剛性の側壁
により画成され、かつ用語「取り付け具」とは通常、例
えばウエハホルダー12H 等の両ガスシーケンス中該チャ
ンバーを占有するものを意味する。好ましくは、該ウエ
ハは該流量検定手順の何れかのガスシーケンス中該反応
チャンバー内には存在しない。
ガスの流量n'pro の計算に使用する理想気体法則は気体
のボイル法則に基づく。この法則は閉じた系内の一定量
のガスの圧縮性に関連し、一般には次式ように表現され
る： PV = n(Ru T) （式−１） ここで、Ｐは該閉じた系内のガスの圧力であり、Ｖは該
閉じた系の体積であり、ｎは該ガスのモルで表した量で
あり、Ｔは該閉じた系内のガスの温度であり、かつ Ru
は普遍的気体定数である。この理想気体法則は、特に典
型的なウエハ製造法においてみられる低圧高温動作条件
に対して適用される。該チャンバー内の該ガス分子の低
密度および高速度は衝突間の長い平均自由工程を維持す
る。該検定ガスシーケンス（Ｋc の決定）に対して、こ
の理想気体法則はより有利には以下の式で表現される： Ｋc = R u T/V = P ver /nver （式−２） ここで、Ｋc は該チャンバーの条件付き動作係数、即ち
特定の体積および動作温度に対して条件付きの各反応チ
ャンバーの特徴であり、P ver は該チャンバー内の検定
ガスの圧力であり、かつn ver は検定ガスの量である。
該チャンバーの条件（温度および体積）はこれら２種の
ガスシーケンス全体を通して一定に保たれ、該検定ガス
シーケンス中に決定された係数Ｋc は該プロセスガスシ
ーケンスに対して妥当である。該温度は該チャンバーお
よびチャンバー部材に対して与えられた制御加熱により
一定に維持される。該体積は該チャンバーの剛性の側壁
により画成され、かつ用語「取り付け具」とは通常、例
えばウエハホルダー12H 等の両ガスシーケンス中該チャ
ンバーを占有するものを意味する。好ましくは、該ウエ
ハは該流量検定手順の何れかのガスシーケンス中該反応
チャンバー内には存在しない。
【０００８】式−１中のガス圧P ver およびガスの量n
ver 両者を時間に関して微分することにより、以下の式
を得る： Ｋc = (dP ver /dt ver )/(dn ver /dt ver ) = P'ver /n' ver （式−３） 該係数Ｋc は、従って該検定ガスの流量n' ver（これは
既知である）および検定ガス圧の一次導関数P'ver （こ
れは正確に決定できる（動作の項参照のこと））に基づ
いて計算することができる。該プロセスガスシーケンス
（n'pro の決定）に対して、該理想気体の法則はより有
利には以下の如く表現される： n pro = P pro /(R u T/V) = P pro/Kc （式−４） ここで、n pro はプロセスガスの量であり、P pro は該
チャンバー内の該プロセスガスの体積であり、かつＫc
は該検定ガスシーケンス中に決定された該チャンバーの
条件付き動作係数である。ガス圧P pro およびガスの量
n pro 両者を時間に関して微分すると、該プロセスガス
の流量は以下の式で与えられる： n'pro = P'pro /Kc （式−５） または既知の検定ガス流量により以下の如く表現され
る： n'pro = (P' pro /P' ver )(n' ver) （式−６） 従って、流量n'pro は（既知である）検定ガスの流量n'
verと（測定できる（以下の動作の項参照））ガスの一
次導関数P' verおよびP' proに基づいて計算することが
できる。
ver 両者を時間に関して微分することにより、以下の式
を得る： Ｋc = (dP ver /dt ver )/(dn ver /dt ver ) = P'ver /n' ver （式−３） 該係数Ｋc は、従って該検定ガスの流量n' ver（これは
既知である）および検定ガス圧の一次導関数P'ver （こ
れは正確に決定できる（動作の項参照のこと））に基づ
いて計算することができる。該プロセスガスシーケンス
（n'pro の決定）に対して、該理想気体の法則はより有
利には以下の如く表現される： n pro = P pro /(R u T/V) = P pro/Kc （式−４） ここで、n pro はプロセスガスの量であり、P pro は該
チャンバー内の該プロセスガスの体積であり、かつＫc
は該検定ガスシーケンス中に決定された該チャンバーの
条件付き動作係数である。ガス圧P pro およびガスの量
n pro 両者を時間に関して微分すると、該プロセスガス
の流量は以下の式で与えられる： n'pro = P'pro /Kc （式−５） または既知の検定ガス流量により以下の如く表現され
る： n'pro = (P' pro /P' ver )(n' ver) （式−６） 従って、流量n'pro は（既知である）検定ガスの流量n'
verと（測定できる（以下の動作の項参照））ガスの一
次導関数P' verおよびP' proに基づいて計算することが
できる。
【０００９】検定ガスシーケンスの動作（図２） 該チャンバーの条件付き動作係数Ｋc の決定は該検定ガ
スの既知の流量および理想気体法則に基づいている。図
２は検定シーケンス中の検定ガス圧に関する時間対チャ
ンバー圧応答（曲線VER)を示す。この手順を開始する前
に（時間t B ）、該チャンバーとポンプとの間の分離バ
ルブ14V を開放する。同様に時間t B 前に、全プロセス
ガスバルブ16V および検定ガスバルブ18V を閉じて、検
定ガスもプロセスガスも流さないようにする。時間t B
により、該チャンバーは低いベースラインチャンバー圧
まで排気される。時間t B において、検定ガスバルブを
開放し、該チャンバー内に検定ガスを流す。スロットリ
ング過渡現象(throttling transients) を安定期間（ク
ロック15Cにより測定されるようなt B 〜ts1 ）中に低
下させることができ、かつ該検定ガス流はチャンバー圧
P0で安定化される。コンピュータ15は安定化チェック期
間中（ts1 〜ts2 ）圧力モニター14M からの圧力測定値
を受け取り、該ガス流が安定化されたか否かを決定す
る。時間零（時間t0）において、該分離バルブは閉じら
れ、該チャンバーの圧は検定ガスの導入流量n'ver のた
めに増大する。バルブ調整期間中（t0〜t1ver ）、該分
離バルブの閉鎖に伴う該過渡現象は低下する。第一の検
定時間(t1 ver ）において、該圧力モニターは第一の検
定圧(P1 ver ）をコンピュータ15に与える。続く第二の
検定時間(t2 ver ）において、該圧力モニターは第二の
検定圧(P2 ve r ）をコンピュータ15に与える。
スの既知の流量および理想気体法則に基づいている。図
２は検定シーケンス中の検定ガス圧に関する時間対チャ
ンバー圧応答（曲線VER)を示す。この手順を開始する前
に（時間t B ）、該チャンバーとポンプとの間の分離バ
ルブ14V を開放する。同様に時間t B 前に、全プロセス
ガスバルブ16V および検定ガスバルブ18V を閉じて、検
定ガスもプロセスガスも流さないようにする。時間t B
により、該チャンバーは低いベースラインチャンバー圧
まで排気される。時間t B において、検定ガスバルブを
開放し、該チャンバー内に検定ガスを流す。スロットリ
ング過渡現象(throttling transients) を安定期間（ク
ロック15Cにより測定されるようなt B 〜ts1 ）中に低
下させることができ、かつ該検定ガス流はチャンバー圧
P0で安定化される。コンピュータ15は安定化チェック期
間中（ts1 〜ts2 ）圧力モニター14M からの圧力測定値
を受け取り、該ガス流が安定化されたか否かを決定す
る。時間零（時間t0）において、該分離バルブは閉じら
れ、該チャンバーの圧は検定ガスの導入流量n'ver のた
めに増大する。バルブ調整期間中（t0〜t1ver ）、該分
離バルブの閉鎖に伴う該過渡現象は低下する。第一の検
定時間(t1 ver ）において、該圧力モニターは第一の検
定圧(P1 ver ）をコンピュータ15に与える。続く第二の
検定時間(t2 ver ）において、該圧力モニターは第二の
検定圧(P2 ve r ）をコンピュータ15に与える。
【００１０】該コンピュータは該圧力変化を経過時間間
隔で割ることにより以下の式で表される圧力の変化率
(P' ver ）を算出する： P' ver = (P2ver - P1ver )/(t2 ver - t1ver ) （式−７） この検定ガス圧の変化率P' verは図２の圧力応答曲線VE
R のt2 verとt1ver との間の傾きにより図式的に与えら
れる。この傾きP' verをメモリ15M に記録する。これら
２つの測定時間は、好ましくはこれら２つの圧力の読み
が該モニターの動作範囲の中央部分にくるように選択さ
れる。この中央部分は該範囲の低域および高域の端部よ
りも一層線形性をもつ傾向があり、従ってより正確な圧
力の読みを与える。該チャンバーの条件付き動作係数は
理想気体法則に基づいて以下のように計算され、 Ｋc = P'ver /n' ver （式−８） かつ該反応チャンバー内のガスの絶対圧力とは無関係で
ある。一定のチャンバー温度および一定のチャンバー体
積の効果はこの条件付き動作係数に含まれている。同一
のチャンバー係数が検定ガスシーケンスおよびプロセス
ガスシーケンス両者に対して成立する。検定ガスとして
使用するガスは、好ましくは適当な不活性の、非毒性の
容易に入手できるガス、例えば窒素ガス(N2)またはアル
ゴンガス(Ar)などの適当な化学的純度、例えば半導体製
造純度のものである。
隔で割ることにより以下の式で表される圧力の変化率
(P' ver ）を算出する： P' ver = (P2ver - P1ver )/(t2 ver - t1ver ) （式−７） この検定ガス圧の変化率P' verは図２の圧力応答曲線VE
R のt2 verとt1ver との間の傾きにより図式的に与えら
れる。この傾きP' verをメモリ15M に記録する。これら
２つの測定時間は、好ましくはこれら２つの圧力の読み
が該モニターの動作範囲の中央部分にくるように選択さ
れる。この中央部分は該範囲の低域および高域の端部よ
りも一層線形性をもつ傾向があり、従ってより正確な圧
力の読みを与える。該チャンバーの条件付き動作係数は
理想気体法則に基づいて以下のように計算され、 Ｋc = P'ver /n' ver （式−８） かつ該反応チャンバー内のガスの絶対圧力とは無関係で
ある。一定のチャンバー温度および一定のチャンバー体
積の効果はこの条件付き動作係数に含まれている。同一
のチャンバー係数が検定ガスシーケンスおよびプロセス
ガスシーケンス両者に対して成立する。検定ガスとして
使用するガスは、好ましくは適当な不活性の、非毒性の
容易に入手できるガス、例えば窒素ガス(N2)またはアル
ゴンガス(Ar)などの適当な化学的純度、例えば半導体製
造純度のものである。
【００１１】プロセスガスシーケンスの操作（図２） 該プロセスガスシーケンスは該検定ガスシーケンスと同
様であるが、時間t B 前に選択されたプロセスガスバル
ブ16V は開放位置にあり、かつ検定バルブ18Vは閉じら
れている。プロセスガスを検定ガスの代わりに流す。プ
ロセスガスの圧力の変化速度P'pro は図２に示した同一
の２点法により決定する。該コンピュータは該圧力変化
を経過時間間隔で割ることにより式−６の代わりに以下
の式で示される圧力の変化速度（P'pro ）を与え： P'pro = (P2 pro - P1pro )/(t2 pro - t1pro ） （式−９） これによりプロセスガス流量n'pro を算出する。該プロ
セスガスの圧力変化速度P'pro は図２の圧力応答曲線PR
O のt2 proとt1 pro との間の傾きにより図式的に示され
る。該傾きP'pro はメモリ15M に記録される。図２に示
した態様において、該プロセスガスの傾きP'pro は該検
定ガスの傾きP'ver よりも僅かに大きく、このことは該
プロセスガス流量（n'pro ）が該検定ガスの流量（n'
ver ）よりも僅かに大きいことを意味している。２つの
プロセスガス圧も、好ましくは該モニターの動作範囲の
中央部分のより線形性のよい部分から選択される。
様であるが、時間t B 前に選択されたプロセスガスバル
ブ16V は開放位置にあり、かつ検定バルブ18Vは閉じら
れている。プロセスガスを検定ガスの代わりに流す。プ
ロセスガスの圧力の変化速度P'pro は図２に示した同一
の２点法により決定する。該コンピュータは該圧力変化
を経過時間間隔で割ることにより式−６の代わりに以下
の式で示される圧力の変化速度（P'pro ）を与え： P'pro = (P2 pro - P1pro )/(t2 pro - t1pro ） （式−９） これによりプロセスガス流量n'pro を算出する。該プロ
セスガスの圧力変化速度P'pro は図２の圧力応答曲線PR
O のt2 proとt1 pro との間の傾きにより図式的に示され
る。該傾きP'pro はメモリ15M に記録される。図２に示
した態様において、該プロセスガスの傾きP'pro は該検
定ガスの傾きP'ver よりも僅かに大きく、このことは該
プロセスガス流量（n'pro ）が該検定ガスの流量（n'
ver ）よりも僅かに大きいことを意味している。２つの
プロセスガス圧も、好ましくは該モニターの動作範囲の
中央部分のより線形性のよい部分から選択される。
【００１２】流れの調整（図３） 上記２種のガスシーケンスの議論に固有の基本的な仮定
は、検定ガスまたはプロセスガスを除き他のいかなるガ
スも該チャンバーに流入させないことである。該検定ガ
スシーケンス中の、検定ガスではない任意の説明されな
いガス流はP've r を増大し、結果として高いＫc を与え
る。同様に、該プロセスガスシーケンス中の非プロセス
ガス流はP'pro に誤差を導入する。該検定手順の一部で
はないが該検定ガスシーケンスおよびプロセスガスシー
ケンス両者において起こる関連ガス流は気体法則から誘
導された式から差し引くことができる。主な関連ガス流
は、主として特別に低いチャンバー圧を必要とするエッ
チング工程で使用するターボ分子ポンプから該チャンバ
ーに流されるN2パージガスである。このターボポンプモ
ータは非常な高速（約27,000 rpm）で動作し、該エッチ
ングガスによる腐食作用から保護する必要がある。該パ
ージガスの内側への流れ（n'pur ）は該ポンプの軸受の
該エッチングガスへの暴露を防止する。関連ガス流のも
う一つの源は低いチャンバー内圧力のために封止部およ
びバルブを介して該チャンバー内に流入する漏洩流(n'
lk) である。該チャンバー係数の関係式（式−３）の圧
力の一次導関数は、該関連ガス圧の各々の一次圧力導関
数を引くことにより調整して、この関連ガス流に対して
補正することができる： K adj = 〔P'ver -(P'pur + P'lk) 〕/(n'ver ） （式−10） または K adj = （P'ver - P'adj )/(n' ver ） （式−11） ここで、P'pur は軸受表面を横切るパージ流などの任意
の意図的な流れであり、P'lkは任意の該システムの低圧
領域への付帯的な流れ、例えば漏洩流であり、かつP'
adj は検定ガスでもプロセスガスでもない該検定手順中
に該チャンバーに流入する全流れである。
は、検定ガスまたはプロセスガスを除き他のいかなるガ
スも該チャンバーに流入させないことである。該検定ガ
スシーケンス中の、検定ガスではない任意の説明されな
いガス流はP've r を増大し、結果として高いＫc を与え
る。同様に、該プロセスガスシーケンス中の非プロセス
ガス流はP'pro に誤差を導入する。該検定手順の一部で
はないが該検定ガスシーケンスおよびプロセスガスシー
ケンス両者において起こる関連ガス流は気体法則から誘
導された式から差し引くことができる。主な関連ガス流
は、主として特別に低いチャンバー圧を必要とするエッ
チング工程で使用するターボ分子ポンプから該チャンバ
ーに流されるN2パージガスである。このターボポンプモ
ータは非常な高速（約27,000 rpm）で動作し、該エッチ
ングガスによる腐食作用から保護する必要がある。該パ
ージガスの内側への流れ（n'pur ）は該ポンプの軸受の
該エッチングガスへの暴露を防止する。関連ガス流のも
う一つの源は低いチャンバー内圧力のために封止部およ
びバルブを介して該チャンバー内に流入する漏洩流(n'
lk) である。該チャンバー係数の関係式（式−３）の圧
力の一次導関数は、該関連ガス圧の各々の一次圧力導関
数を引くことにより調整して、この関連ガス流に対して
補正することができる： K adj = 〔P'ver -(P'pur + P'lk) 〕/(n'ver ） （式−10） または K adj = （P'ver - P'adj )/(n' ver ） （式−11） ここで、P'pur は軸受表面を横切るパージ流などの任意
の意図的な流れであり、P'lkは任意の該システムの低圧
領域への付帯的な流れ、例えば漏洩流であり、かつP'
adj は検定ガスでもプロセスガスでもない該検定手順中
に該チャンバーに流入する全流れである。
【００１３】この調整された条件付きチャンバー係数
は、該検定ガスシーケンスの時間に存在する特定のパー
ジおよび漏洩流に関して条件付けされる。関連流の一次
圧力導関数は、該検定ガスシーケンスと類似する図３に
示された別の関連ガスシーケンスにより集合的に決定さ
れる。該関連ガスシーケンス中、検定ガスバルブ18V お
よびプロセスガスバルブ16V両者は閉じられる。該チャ
ンバーに流入する唯一のガスは補正される関連ガスであ
る。t1adj とt2adj との間の圧力の傾きP'adj は該パー
ジガス流と該漏洩流との全体的効果を表す。該関連ガス
のパージ成分は（鎖線の曲線PUR に沿って取った）傾き
P'pur で示され、その漏洩成分は（同様に鎖線中の曲線
LKに沿って取った）傾きP'lkにより示される。該漏洩成
分は、典型的には該パージ成分よりも著しく低い。該プ
ロセスガスの関係式（式−６）の圧力の一次導関数はこ
の関連流に対して補正するために、該関連ガス圧の各々
の圧力の一次導関数を差し引くことにより調整できる： n'pro = 〔P'pro - (P' pur + P'lk) 〕/Kadj （式−12） これにK adj （式−10）を代入すると、 n'pro = 〔P'pro - (P' pur + P'lk) 〕(n' ver )/ 〔P'ver -(P' pur + P' lk) 〕 （式−13） これはより一般的には以下のように表される： n'pro = P'pro - P'adj )(n' ver )/(P'ver - P'adj ) （式−14） かくして、該プロセスガス流量は圧力の変化率に基づい
て関連ガス流に対して調節できる。該検定手順のため
に、実際のパージ流または漏洩流を知る必要はない。
は、該検定ガスシーケンスの時間に存在する特定のパー
ジおよび漏洩流に関して条件付けされる。関連流の一次
圧力導関数は、該検定ガスシーケンスと類似する図３に
示された別の関連ガスシーケンスにより集合的に決定さ
れる。該関連ガスシーケンス中、検定ガスバルブ18V お
よびプロセスガスバルブ16V両者は閉じられる。該チャ
ンバーに流入する唯一のガスは補正される関連ガスであ
る。t1adj とt2adj との間の圧力の傾きP'adj は該パー
ジガス流と該漏洩流との全体的効果を表す。該関連ガス
のパージ成分は（鎖線の曲線PUR に沿って取った）傾き
P'pur で示され、その漏洩成分は（同様に鎖線中の曲線
LKに沿って取った）傾きP'lkにより示される。該漏洩成
分は、典型的には該パージ成分よりも著しく低い。該プ
ロセスガスの関係式（式−６）の圧力の一次導関数はこ
の関連流に対して補正するために、該関連ガス圧の各々
の圧力の一次導関数を差し引くことにより調整できる： n'pro = 〔P'pro - (P' pur + P'lk) 〕/Kadj （式−12） これにK adj （式−10）を代入すると、 n'pro = 〔P'pro - (P' pur + P'lk) 〕(n' ver )/ 〔P'ver -(P' pur + P' lk) 〕 （式−13） これはより一般的には以下のように表される： n'pro = P'pro - P'adj )(n' ver )/(P'ver - P'adj ) （式−14） かくして、該プロセスガス流量は圧力の変化率に基づい
て関連ガス流に対して調節できる。該検定手順のため
に、実際のパージ流または漏洩流を知る必要はない。
【００１４】結論 当業者には、本発明の目的が上記の如く達成されたこと
を理解するであろう。明らかに、本発明の概念を逸脱せ
ずに、本明細書に記載した構造および態様に対して種々
の変更を行うことができる。更に、種々の図に示した態
様の諸特徴は他の図の態様で使用できる。従って、本発
明の範囲は上記の特許請求の範囲並びにその法的に等価
なものにより決定される。
を理解するであろう。明らかに、本発明の概念を逸脱せ
ずに、本明細書に記載した構造および態様に対して種々
の変更を行うことができる。更に、種々の図に示した態
様の諸特徴は他の図の態様で使用できる。従って、本発
明の範囲は上記の特許請求の範囲並びにその法的に等価
なものにより決定される。
【図１】本発明の検定装置を示す、ウエハ加工システム
の模式的な図である。
の模式的な図である。
【図２】チャンバー圧力対時間のチャートであり、検定
シーケンスに対する圧力変化（曲線VER)およびプロセス
シーケンスに対する圧力変化（曲線PRO)を示す。
シーケンスに対する圧力変化（曲線VER)およびプロセス
シーケンスに対する圧力変化（曲線PRO)を示す。
【図３】チャンバー圧力対時間のチャートであり、関連
ガス調節シーケンスに対する圧力変化（曲線ADJ)を示
す。
ガス調節シーケンスに対する圧力変化（曲線ADJ)を示
す。
１０・・・半導体ウエハ加工システム １２・・・反応チャンバー １２Ｈ・・ウエハホルダー １２Ｗ・・ウエハ １４・・・ポンプ １４Ｍ・・圧力モニター １５・・・コンピュータ １５Ｃ・・クロック １５Ｍ・・メモリ １６・・・プロセスガス流量制御器 １６Ｖ・・プロセスガスバルブ １８・・・検定ガス流量制御器 １８Ｖ・・検定ガスバルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｂ (72)発明者 リチャード シー ムー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フリーモント パークメドー ドライヴ 44297 (56)参考文献 特開 昭62−105997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−10323（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 加工中半導体ウエハを収容するための反
応チャンバーと、 該ウエハの加工に必要なプロセスガスを供給するため
の、該チャンバーと流体接続状態にあるプロセスガス源
手段と、 該プロセスガス源手段と該チャンバーとの間に配置され
た、該ウエハ加工中および該ガス流量検定中のプロセス
ガスの流量を一定に維持するためのプロセスガス流量制
御手段と、 該チャンバーと流体接続状態にある、該プロセスガスの
該一定流量を検定するのに必要な検定ガスを供給するた
めの検定ガス源手段と、 該検定ガス源手段と該チャンバーとの間に配置された、
該検定ガスの予め決められた一定の流量を維持するため
の検定ガス流量制御手段と、 該ウエハ加工中および流量検定中に必要とされる低いガ
ス圧にまで該チャンバーを排気するポンプ手段と、 該ウエハ加工中および流量検定中に、該チャンバー内の
該低いガス圧を測定するための圧力監視手段と、 該圧力監視手段および該検定ガスの流量に応答して、該
検定ガスの流量に相対的な該プロセスガスの流量を、気
体法則から導出された次の関係式： ｎ’ ｐｒｏ ＝（Ｐ’ ｐｒｏ ／Ｐ’ ｖｅｒ ）（ｎ’ ｖｅｒ ） （ここで、ｎ’ ｐｒｏ は該プロセスガスの流量であり、
ｎ’ ｖｅｒ は該検定ガスの流量であり、Ｐ’ ｐｒｏ は該
チャンバーに流入する該プロセスガスの圧力の時間に関
する変化率であり、Ｐ’ ｖｅｒ は該チャンバーに流入す
る該検定ガスの圧力の時間に関する変化率である）に従
って 算出するコンピュータ手段、 とを含むプロセスガス流量検定を行う半導体ウエハ加工
システム。 - 【請求項２】 検定ガスの既知の流量と比較することに
より、ウエハ加工システムの反応チャンバー中に流入す
るプロセスガスの流量を検定する方法であって、 既知の流量ｎ’ｖｅｒをもつ検定ガスの流れを該チャン
バーに与え、 第一の検定時間ｔ１ｖｅｒにおける該チャンバー内の該
検定ガスの第一の圧力Ｐ１ｖｅｒを測定し、 第二の検定時間ｔ２ｖｅｒにおける該チャンバー内の該
検定ガスの第二の圧力Ｐ２ｖｅｒを測定し、 検定すべき流量ｎ’ｐｒｏをもつプロセスガスの流れを
該チャンバー内に与え、 第一の加工時間ｔ１ｐｒｏにおける該チャンバー内の該
プロセスガスの第一の圧力Ｐ１ｐｒｏを測定し、 第二の加工時間ｔ２ｐｒｏにおける該チャンバー内の該
プロセスガスの第二の圧力Ｐ２ｐｒｏを測定し、 時間に関する該検定ガス圧の変化率Ｐ’ｖｅｒを次の関
係式： Ｐ’ｖｅｒ＝（Ｐ２ｖｅｒ−Ｐ１ｖｅｒ）／（ｔ２
ｖｅｒ−ｔ１ｖｅｒ） （ここで、Ｐ２ｖｅｒは時間ｔ２ｖｅｒにおける該チャ
ンバー中の該検定ガスの圧力であり、Ｐ１ｖｅｒは時間
ｔ１ｖｅｒにおける該チャンバー中の該検定ガスの圧力
である）に従って決定し、 時間に関する該プロセスガス圧の変化率Ｐ’ｐｒｏを次
の関係式： Ｐ’ｐｒｏ＝（Ｐ２ｐｒｏ−Ｐ１ｐｒｏ）／（ｔ２
ｐｒｏ−ｔ１ｐｒｏ） （ここで：Ｐ２ｐｒｏは時間ｔ２ｐｒｏにおける該チャ
ンバー中の該プロセスガスの圧力であり、Ｐ１ｐｒｏは
時間ｔ１ｐｒｏにおける該チャンバー中の該プロセスガ
スの圧力である）に従って決定し、および 次の関係式：ｎ’ｐｒｏ＝（Ｐ’ｐｒｏ／Ｐ’ｖｅｒ）
（ｎ’ｖｅｒ）に従って該チャンバー中の該プロセスガ
スの流量ｎ’ｐｒｏを決定する、 諸工程を含む上記方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/688,214 US5220515A (en) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | Flow verification for process gas in a wafer processing system apparatus and method |
| US07/688214 | 1991-04-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05186296A JPH05186296A (ja) | 1993-07-27 |
| JP2500890B2 true JP2500890B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=24763570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4102944A Expired - Fee Related JP2500890B2 (ja) | 1991-04-22 | 1992-04-22 | ウエハ加工システム内のプロセスガスの流量検定、そのための装置および方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5220515A (ja) |
| EP (1) | EP0510791B1 (ja) |
| JP (1) | JP2500890B2 (ja) |
| KR (1) | KR100248367B1 (ja) |
| DE (1) | DE69232759T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2714460B1 (fr) * | 1993-12-24 | 1996-02-02 | Seva | Procédé et dispositif de fourniture de gaz sous pression. |
| US5520969A (en) * | 1994-02-04 | 1996-05-28 | Applied Materials, Inc. | Method for in-situ liquid flow rate estimation and verification |
| US5763010A (en) * | 1996-05-08 | 1998-06-09 | Applied Materials, Inc. | Thermal post-deposition treatment of halogen-doped films to improve film stability and reduce halogen migration to interconnect layers |
| US6207027B1 (en) | 1997-05-07 | 2001-03-27 | Applied Materials, Inc. | Method to reduce overhead time in an ion metal plasma process |
| US6074691A (en) * | 1997-06-24 | 2000-06-13 | Balzers Aktiengesellschaft | Method for monitoring the flow of a gas into a vacuum reactor |
| KR20040015132A (ko) * | 2001-04-27 | 2004-02-18 | 마이크롤리스 코포레이션 | 질량 유동 제어기와 질량 유동 계량기의 출력을 여과하는장치 및 방법 |
| JP3985899B2 (ja) * | 2002-03-28 | 2007-10-03 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置 |
| US20070021935A1 (en) | 2005-07-12 | 2007-01-25 | Larson Dean J | Methods for verifying gas flow rates from a gas supply system into a plasma processing chamber |
| WO2007142850A2 (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Applied Materials | Gas flow control by differential pressure measurements |
| JP4806598B2 (ja) * | 2006-07-18 | 2011-11-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 真空処理装置 |
| US8986253B2 (en) | 2008-01-25 | 2015-03-24 | Tandem Diabetes Care, Inc. | Two chamber pumps and related methods |
| US20100036327A1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Tandem Diabetes Care, Inc. | Flow prevention, regulation, and safety devices and related methods |
| US8408421B2 (en) | 2008-09-16 | 2013-04-02 | Tandem Diabetes Care, Inc. | Flow regulating stopcocks and related methods |
| AU2009293019A1 (en) | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Tandem Diabetes Care Inc. | Solute concentration measurement device and related methods |
| WO2011014704A2 (en) | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Tandem Diabetes Care, Inc. | Infusion pump system with disposable cartridge having pressure venting and pressure feedback |
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