JP2744935B2

JP2744935B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP2744935B2
Application number: JP1314679A
Authority: JP
Inventors: 進田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH03174720A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、処理容器内に流れるガスの圧力を一定にし
て処理する処理装置に関する。

（従来の技術）常圧処理装置の一例として、第５図及び第６図に示す
ような拡散炉を挙げることができる。

第５図において、横型のプロセスチューブ10は、その
一端側にガス導入管12を連結し、他端側に排気管14を連
結している。また、プロセスチューブ10の周囲にはヒー
タ16が設けられ、プロセスチューブ10内を所定のプロセ
ス温度に設定可能としている。そして、このプロセスチ
ューブ10には多数枚のウエハ18がローディングされ、バ
ッチ処理が可能となっている。

前記ガス導入管12には、１種類またはそれ以上のプロ
セスガスが供給されることになるが、この各プロセスガ
スはマス・フロー・コントローラMCFによって一定流量
に制御され、プロセスチューブ10内に導入されることに
なる。

ウエハ10の拡散処理を行うに際しては、前記ガス導入
管12を介してプロセスチューブ10内にプロセスガスを一
定流量で供給しながら、前記排気管14を介して排気ファ
ン20の駆動により排気を行うようにしている。

一方、第６図に示すものは、複数のプロセスチューブ
10…の各排気管14…を共通排気管22に連結し、この供給
排気管22に設けた前記排気ファン20により、複数のプロ
セスチューブ10…の排気駆動を兼用している。

ここで、上記プロセスチューブ10内での拡散処理にあ
たっては、前記ガス導入管12を介してプロセスチューブ
10内に導入され、このプロセスチューブ10内を通過する
プロセスガスが、層流状態にて一様に流れる状態を確保
しなければならない。このような流れを実現しないと、
各ウエハ18での面内均一性あるいは多数枚のウエハ18管
の均一性（面間均一性）を確保できないからである。こ
のような流れ状態を確保するために、従来は第５図及び
第６図に示すように、各排気管14にそれぞれ手動によっ
て排気流量を制御可能な手動バルブ24を設けていた。

（発明が解決しようとする課題）プロセスチューブ10内での上記のような層流状態での
流れを確保するためには、プロセスチューブ10内に供給
される流量と、プロセスチューブ10内より排気される流
量とを一致させなければならない。この際、従来はその
調整を手動バルブ24によって行っていたため、その調整
作業が極めて煩雑であった。そして、供給流量と排気流
量とが等しくない場合には、例えばマス・フロー・コン
トローラMFCにて20/minのプロセスガスを導入し、排
気管14で19/minの排気流量が設定された場合には、プ
ロセスチューブ10内の圧力が大気圧より高くなり、プロ
セスチューブ10内の流速に乱れが発生してしまう。この
結果、ウエハ18表面での層流が不均一となってしまう。
一方、排気流量が多くなった場合には、プロセスチュー
ブ10内の圧力が逆に大気圧より低くなり、同様な現象が
生じてしまう。

一方、第６図に示すように複数のプロセスチューブを
１つの排気管20によって兼用して排気駆動する場合に
は、上記の問題に加えて下記のような問題が生じてい
る。

すなわち、各プロセスチューブ10…での処理動作のタ
イミングをずらして行う場合には、あるプロセスチュー
ブ10でウエハ18を搬入出と、このプロセスチューブ10の
圧力が大気圧に開放されることとなる。従って、このプ
ロセスチューブ10を介していずれかの排気管14に大流量
（100/min以上）が流れることになってしまう。この
ような現象は、各プロセスチューブ10のタイミングがず
れているため排気側の圧力状態は常に変動することにな
る。従って、各プロセスチューブ10に対してMFCを介し
て一定流量のプロセスガスを供給したとしても、各プロ
セスチューブでのガスの流れが一定にならず、プロセス
の均一性を確保できないという問題があった。

さらに、プロセス中の流量を変更する場合には、この
供給流量に対する排気流量の設定を手動バルブ24を介し
て行ったのでは追従できず、この流量の切り替え時にプ
ロセスチューブ内の圧力変動が生じて均一性が悪化する
とい問題もあった。

特に、近年は素子の高密度化が進み、均一性を向上さ
せることが強く要求されている。

そこで、本発明の目的とするところは、プロセスチュ
ーブ内でのプロセスガスの乱れのない流れ状態を常時確
保することができ、しかも、複数のプロセスチューブの
排気を１つの駆動源より兼用した場合にも、排気側の圧
力変動にかかわらず各プロセスチューブでのガスの流れ
を一定にすることができ、プロセス中にガス供給流量を
変更した場合にも、排気流量制御を速やかに追従させる
ことができる処理装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）請求項１に記載の発明に係る処理装置は、流量制御さ
れたプロセスガスが導入され、被処理体をそれぞれ処理
する複数のプロセスチューブと、各々の前記プロセスチ
ューブに配設され、処理された前記プロセスガスを排気
ガスとして排気する複数の個別排気管と、各々の前記排
気管が連結された共通排気管と、を有し、各々の前記個
別排気管は、前記個別排気管途中の排気圧を検出する排
気圧検出手段と、前記個別排気管途中にバラストガスを
導入するバラストガス導入部と、前記排気圧検出手段の
検出に基づいて、前記バラストガス導入部からの前記バ
ラストガスの流量を調整するバラストガス流量調整手段
と、前記個別排気管の前記バラストガス導入部の下流側
に配設されて、前記排気圧検出手段の検出に基づいて、
流量調整された前記バラストガスを含む前記排気ガスの
流量を調整する排気ガス流量調整手段と、前記排気圧検
出手段で検出される排気圧を一定にするように、前記バ
ラストガス流量調整手段を制御すると共に、他の前記プ
ロセスチューブに起因した圧力変動が生じた場合に、前
記排気ガス流量調整手段を調整制御する制御手段と、を
有し、各個別排気管に対応して設けられた前記各制御手
段により、それぞれ独立して排気圧制御を行うことを特
徴とする。

請求項２に記載の発明に係る処理装置は、請求項１に
おいて、前記排気圧検出手段は、前記個別排気管途中よ
り分岐して前記個別排気管途中の前記排気ガスの一部を
通過させるパイプに連結され、前記パイプ途中に連結さ
れ、非腐食性ガスを供給する非腐食性ガス導入管をさら
に有することを特徴とする。

（作用）請求項１に記載の発明によれば、以下の作用効果を有
する。

各プロセスチューブでの処理動作のタイミングがずれ
た場合には、ある一つのプロセスチューブに対する被処
理体の搬出入動作により、そのプロセスチューブの排気
管及び共通排気管での急激な排気圧変動が生じ、この影
響により他の各プロセスチューブの各排気管で各バラス
トガス流量調整手段により流量調整を行っているにもか
かわらず、各排気管においても圧力変動が生じる。

ここで、請求項１では、各排気管の各バラストガス導
入部の下流側に、各排気管の排気ガスの通過量を可変で
きる各排気圧調整手段を配設している。このため、各バ
ラストガス流量調整手段による流量調整時には、各排気
管での通過量は一定であるが、共通排気管側でいずれか
の排気管からの影響に基づく圧力変動があった場合に
は、各制御手段により各排気圧流量調整手段を可変調整
し、さらなる排気圧調整を行い、各排気管での差圧を一
定にできるので、他の各プロセスチューブ内でのプロセ
スガスの乱れを防止できる。

なお、各プロセスチューブでの処理時は、常時、各プ
ロセスチューブの排気管途中の排気圧を各排気圧検出手
段によって検出し、各排気圧検出手段により検出される
排気圧が常時一定になるように、各制御手段によりバラ
ストガスの導入流量を調整制御している。このため、各
排気管途中での排気圧を一定に制御し、これと連通する
各プロセスチューブ内の圧力を常時一定に確保でき、こ
の結果、被処理体の面内均一性及び面間均一性を所定に
保つことができる各プロセスチューブの流れ状態を実現
できる。

請求項２に記載の発明によれば、各パイプの途中にそ
れぞれ非腐食性ガスを供給するための非腐食性ガスを供
給するための非腐食性ガス導入管を連結している。この
ため、プロセスガスとして腐食性ガスを用いる場合に、
この各導入管を介して微少流量の非腐食性ガスを流すこ
とで、希釈効果を増大させて、各排気圧検出手段の腐食
対策を施すことが可能となる。

（実施例）以下、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例につい
て、図面を参照して具体的に説明する。

第１図は実施例にかかる拡散装置の概略断面図である
が、同図に示す部材のうち、第６図に示す部材と同一機
能を有するものついては、同一符号を付してその詳細な
説明を省略する。

この実施例では、複数のプロセスチューブ10…の排気
駆動を、共通排気管22に配設した１つの排気ファン20に
よって兼用している。排気ファン20は真空ポンプでもよ
い。

そして、この実施例の特徴的構成としては、複数のプ
ロセスチューブ10…に対応する各排気管14…の配管途中
に、排気圧制御装置30…を配設したことである。この排
気圧制御装置30の詳細について、第２図を参照して説明
する。

まず、前記排気管14途中にはパイプ32の一端が連結支
持され、配管14を通過する排気ガスの一部が、このパイ
プ32を通過できるようにしている。そして、このパイプ
32の他端側に圧力センサ34が設けられている。この圧力
センサ34は、例えばダイヤフラム方式にて構成されてい
る。この圧力センサ34は、容器34aを部屋A,Bに２分する
ダイヤフラム34bを有し、このダイヤフラム34bは前記パ
イプ32を介して導入される排気ガスにより同図の左右方
向に移動可能であるが、板ばね34cによって所定位置に
維持されている。そして、部屋Ｂ側は大気圧に開放さ
れ、この結果、パイプ32を介して部屋Ａに排気ガスを導
入することによって、ダイヤフラム34bの移動位置によ
り大気圧との差圧検出が可能である。

さらに、排気管14の前記パイプ32の連結端下流側に
は、例えばN₂ガスなどを導入するバラストガス導入管36
が連結され、この導入管36途中には、バラストガス用MF
C（マス・フロー・コントローラ）38が設けらている。

圧力センサ34での差圧検出出力を入力する制御部40
は、前記圧力センサ34で検出される圧力を常時一定にす
るための流量のバラストガスを導入するように、バラス
トガス用MFC38を制御する。

さらに、前記排気管14のバラストガス導入管36の連結
端下流側には、排気管14の排気ガスの通過横断面積を可
変できるバルブ42が配置され、このバルブ42の開閉動作
は、パルスモータ等のモータ44によって行われる。この
バルブ42の開き角度は常時は一定角度例えば45゜である
が、排気側にて圧力の大きな変動があった場合にのみ、
制御部40の指令により前記モータ44を駆動することによ
り、その開き角度が変更される。

次に、上記実施例装置の作用、特にプロセスチューブ
10内でのウエハ18の面内均一性及び面間均一性を向上す
るための作用について説明する。

プロセスチューブ10でのウエハ18の拡散処理は、ヒー
タ16を駆動してプロセスチューブ10内の温度を例えば90
0〜1000℃に維持すると共に、マス・フロー・コントロ
ーラMFCを介してプロセスガスを一定の流量にてガス導
入管12を介して導入する。このガス導入と同時に、排気
ファン20を駆動し、排気管14を介してガス排気を行いな
がら、プロセスチューブ10内での常圧下での拡散処理を
実行することになる。

この際、本実施例では、排気管14より分岐されたパイ
プ32を介して、排気ガスを圧力センサ34に導いている。
この配管14の圧力は大気圧に比べて負圧であるため、パ
イプ32を介して圧力センサの部屋Ａに排気ガスを導入す
ると、ダイヤフラム34bは第２図の左領域側に移動し、
このダイヤフラム34cの移動量に応じて、排気管14内部
の排気圧を、大気圧との差圧として検出できる。

ここで、例えば定格0.5KWの排気ファン20は、35m³/mi
nの流量を流すことができ、そのときの排気管内圧力は
大気圧より−28mmH₂Oの差圧となっている。そして、本
発明者は通常のプロセスで要求されるプロセスチューブ
10の排気管14での差圧は、−1mmH₂O〜−5mmH₂Oを維持で
きれば充分であることを確認した。このような排気管14
での差圧を実現するには、バラストガスの導入流量制御
によって可能である。

第３図は、バルブ42の開き角度を45゜に維持したとき
の排気管14を流れるガス流量と差圧との関係を示したも
のである。同図から明らかなように、差圧を−1mmH₂Oに
したいときには、25/minの流量を要するので、例えば
処理ガスが20/minの時には、バラストガスを５/min
流せばよい。また、バラストガス用MFC38の容量として
は10程度のもので足りる。

このようなバラスト容量の調整は、無段階にて応答性
良く実施できるので、圧力変動が生じても速やかに排気
圧を一定にすることが可能となる。

ここで、排気側にて大きな圧力変動が生じた場合に
は、制御部40の指令によりモータ44を介してバルブ42の
開き角度を変更制御すればよいが、変動が比較的少ない
場合には、必ずしもバルブ42,モータ44を設けなくても
よい。

このように、排気管14での差圧を一定にすることによ
り、プロセスチューブ10内の圧力変動をなくすことがで
き、プロセスチューブ10内のプロセスガスの流速に乱れ
が発生せず、従ってウエハ18のプロセスの均一性を大幅
に向上することができる。

また、プロセス中にプロセスガスの流量を変更した場
合にも、差圧を一定するように速やかに制御を行うの
で、このような流量変更時にあってもプロセスチューブ
10内でのガス流速の乱れを防止でき、均一性を確保する
ことができる。

さらに、ある１つのプロセスチューブ10に対するウエ
ハ18の搬入出動作を実施する場合には、排気圧制御装置
30の下流側での大幅な圧力変動が生ずるが、この影響に
よって排気圧制御装置30の上流側での圧力変動が生じた
際にも、上述した制御によって排気管14での差圧を一定
に維持するので、他のプロセスチューブ10内でのプロセ
スガスの乱れを防止することができる。

本実施例では、排気管14の排気圧を直接測定せず、パ
イプ32によって圧力センサ34に排気ガスを導いて差圧測
定を行っている。この理由は、圧力センサ34の腐蝕防止
と高温対策のためである。すなわち、プロセスチューブ
10を通過するプロセスガスは、ヒータ16により加熱され
ているため、この排気管14を通過する排気ガスも高温と
なっている。そこで、パイプ32を通すことによって排気
ガスを冷却し、例えばパイプ32の全長を1mとすることに
より、プロセス排気ガス温度がたとえ200℃であって
も、圧力センサ34での温度は40℃以下とすることができ
る。このため、圧力センサ34として耐熱部材により構成
する必要がなくなる。また、プロセスガスとしては腐蝕
性ガスを用いる場合がある。そこで、この腐蝕性ガスを
排気管14よりパイプ32を介して圧力センサ34に導くこと
で、パイプ32の中へは腐蝕性ガスが拡散して伝達される
ので、腐蝕の強さを希釈することができ、圧力センサ34
の腐蝕対策を施すことが可能となる。尚、圧力センサ34
の腐蝕対策としては、第２図に示すように、パイプ32の
途中に非腐蝕性ガスを供給するための非腐蝕ガス導入管
46を連結し、この導入管46を介して微少流量の非腐蝕性
ガス例えばN₂を流すことで、希釈効果をさらに増大させ
ることもできる。この非腐蝕性ガスの流量としては、圧
力センサ34での差圧検出に影響を及ぼさない程度の流量
とするものが好ましい。

［実施例］プロセスガスとして、N₂:20/min,Pocl₃:100mg/min
を流し、プロセス温度を900℃に設定して実験を行っ
た。

排気管側の圧力制御をしない場合には、ウエハ18のシ
ート抵抗の均一性は、面内均一性:20％，面間均一性:20
％と悪化していた。

本実施例装置にて、制御部40によって排気管14内部で
の大気圧に対する差圧を−1mmH₂Oに維持するように制御
した結果、シート抵抗の均一性は面内均一性:5％，面間
均一性:5％と均一性を大幅に向上することができた。

［比較例］第４図は、既存の流量制御装置を排気管14途中に設け
たものを示している。流量センサ50は、熱式流量センサ
であり、そのセンサ部50aは排気管14途中に挿入支持さ
れている。そして、この流量センサ50にて排気管14の流
量を検出し、制御部52によってモータ44を介してバルブ
42の開閉制御を行うことで、排気管14での排気ガスの流
量すなわち流速を一定にするように制御している。

このような既存の流量制御装置を排気管14途中に設け
た場合には、流量センサ50が熱式流量センサであるた
め、高温の排気ガスが排出された際には測定不能とな
る。

さらに、制御部52での流速の基準値が、マス・フロー
・コントローラMFCでの流速と一致しない場合には、プ
ロセスチューブ10内での圧力変動が生じ、ウエハ18のプ
ロセスの均一性が悪化してしまう。特に、マス・フロー
・コントローラMFCと上記の流量制御装置には通常誤差
として±５％程度あり、制御部52での設定値をたとえ正
しく調整したとしても、プロセスチューブ10内での圧力
変動を防止することはできない。

さらに、プロセス中に流量が変更した場合には、制御
部52での流量設定値をも変更しなければならず、その切
換え時にプロセスチューブ10内の圧力が変動してしま
い、均一性が悪化してしまうことになる。

また、この種の流量センサ50では、センサ部50aを耐
腐蝕性部材で構成することができず、プロセスガスとし
て腐蝕性ガスを使用した場合には、腐蝕によってセンサ
50の寿命を大幅に縮めてしまうことになってしまう。

さらに、バルブ42によってのみ流量調整を行なう場合
には、バルブの最少制御角度によっても比較的流量変動
が大きく、たとえ排気圧を一定にするためにバルブ42に
よって排気流量を調整したとしても、安定するまでに多
くの時間を要する。

本実施例の場合には排気ガスの一定流量制御ではな
く、しかも常時はバルブ42による調整でなく、バラスト
ガスの導入流量の調整により排気圧を一定に制御してい
るので、プロセスチューブ10内での圧力変動を速やかに
減少することができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明は、必ずしも複数のプロセスチューブ10に対し
て排気駆動源を共通化したものに適用するものに限ら
ず、単一のプロセスチューブ10での排気圧制御を行って
も、その単一のプロセスチューブ10内でのガス流速を一
定にできるという効果がある。

また、腐蝕性ガスを使用せず、かつ、高温処理を要し
ない場合には、必ずしもパイプ32を介して圧力センサに
排気ガスを導く構成を採用する必要はない。この圧力セ
ンサ34としても、大気圧との差圧を検出するものに限ら
ないが、このように大気圧との差圧を測定することによ
って、より緻密なコントロールを可能とすることができ
る。

尚、本発明は必ずしも横型の処理装置に適用されるも
のに限らず、縦型処理装置に適用しても同様の効果を奏
することができ、また処理装置としては上記実施例のよ
うな拡散炉に限らず、酸化炉等種々の装置に適用でき
る。その他、複数のプロセスチューブに限らずロードロ
ック室をプロセスチューブの前または前後に設けた処理
装置例えばエッチング装置，アッシング装置，イオン注
入装置，イオンリペア装置などの複数の気密容器の排気
系を有するものであれば何れにも適用できる。

［発明の効果］請求項１の発明によれば、各バラストガス用、排気ガ
ス用の流量調整手段を各制御手段にて制御することで、
各プロセスチューブでの通常の圧力変動に加えて、共通
排気管で連結された複数のプロセスチューブ全体におい
て、いずれかのプロセスチューブにおいて局所的に圧力
変動が生じた場合にも、他の各プロセスチューブに波及
する圧力変動を速やかに解消でき、各プロセスチューブ
での均一性の高い処理表現を実現できる。

請求項２の発明によれば、プロセスガスとして腐食性
ガスを用いる場合に、各導入管を介して微少流量の非腐
食性ガスを流すことで、希釈効果を増大させて、各排気
圧検出手段の腐食対策を施すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を横型拡散炉に適用した一実施例の概
略断面図、第２図は、排気管途中に設けられる排気圧制御装置の一
例を説明する概略説明図、第３図は、ガス流量と差圧との関係を示す特製図、第４図は、本発明の比較例として、排気管途中に流量制
御装置を接続した一例を示す概略説明図、第５図，第６図はそれぞれ従来の拡散装置を説明するた
めの概略断面図である。 10……プロセスチューブ、 12……ガス導入管、14……排気管、 18……被処理体、20……排気ファン、 22……共通排気管、 30……排気圧制御装置、32……パイプ、 34……排気圧検出手段（圧力センサ）、 36……バラストガス導入管、 38……バラストガス用流量調整手段、 40……制御手段、46……非腐蝕性ガス導入管。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流量制御されたプロセスガスが導入され、
被処理体をそれぞれ処理する複数のプロセスチューブ
と、各々の前記プロセスチューブに配設され、処理された前
記プロセスガスを排気ガスとして排気する複数の個別排
気管と、各々の前記排気管が連結された共通排気管と、を有し、各々の前記個別排気管は、前記個別排気管途中の排気圧を検出する排気圧検出手段
と、前記個別排気管途中にバラストガスを導入するバラスト
ガス導入部と、前記排気圧検出手段の検出に基づいて、前記バラストガ
ス導入部からの前記バラストガスの流量を調整するバラ
ストガス流量調整手段と、前記個別排気管の前記バラストガス導入部の下流側に配
設されて、前記排気圧検出手段の検出に基づいて、流量
調整された前記バラストガスを含む前記排気ガスの流量
を調整する排気ガス流量調整手段と、前記排気圧検出手段で検出される排気圧を一定にするよ
うに、前記バラストガス流量調整手段を制御すると共
に、他の前記プロセスチューブに起因した圧力変動が生
じた場合に、前記排気ガス流量調整手段を調整制御する
制御手段と、を有し、各個別排気管に対応して設けられた前記各制御手段によ
り、それぞれ独立して排気圧制御を行うことを特徴とす
る処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記排気圧検出手段は、前記個別排気管途中より分岐し
て前記個別排気管途中の前記排気ガスの一部を通過させ
るパイプに連結され、前記パイプ途中に連結され、非腐食性ガスを供給する非
腐食性ガス導入管をさらに有することを特徴とする処理
装置。