JP4298025B2

JP4298025B2 - Vacuum pressure control system

Info

Publication number: JP4298025B2
Application number: JP33368998A
Authority: JP
Inventors: 良久須藤; 雅之渡辺
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: JPH11333277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は真空容器内を所定の真空圧力に調整し、保持するようにした真空圧力制御システムに関する。例えば、半導体の製造工程において、半導体用のウエハを１枚ずつ処理するようにした枚葉装置に適用され、その真空容器内を所定の真空圧力に調整するようにした真空圧力制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空容器内を所定の真空圧力に調整し、保持するようにした真空圧力制御システムがある。図４はこのシステムの一例を開示する。
このシステムは、エッチングを行うための真空容器である真空チャンバ８７を備える。真空チャンバ８７の中には、半導体用の１枚のウエハが配置される。真空チャンバ８７は、真空排気配管９５により、真空圧コントロールバルブ９２、遮断弁９３を介して、真空源である真空ポンプ９４に接続されている。
また、真空チャンバ８７には、ガス供給配管８６が接続している。ガス配管８６は、遮断弁９１、マスフローコントローラ９０を介して、ガス供給源であるプロセスガス供給源８９に接続している。
また、真空チャンバ８７には、真空圧力センサ８８が取り付けられており、その出力はコントローラ８５に接続されている。コントローラ８５は、バタフライ弁である真空圧コントロールバルブ９２の開度を制御している。
【０００３】
次に、上記構成を有する従来の真空圧力制御システムの作用を説明する。
真空チャンバ８７でエッチングが終了すると、ウエハの交換が行われる。真空チャンバ８７内に新しいウエハが置かれた後、真空チャンバ８７内を急速に真空にする必要がある。この真空にする工程に時間がかかると、全体のシステム効率が低下するからである。
この工程は、マスフローコントローラ９０の設定流量をゼロとし、遮断弁９１を閉じて真空チャンバ８７へのプロセスガスの流入を遮断し、遮断弁９３を開いて、同時にバタフライ弁であ
る真空圧コントロールバルブ９２を全開とする。マスフローコントローラ９０は設定流量をゼロにしても完全遮断ができないため、遮断弁９１により完全遮断する必要があるのである。これにより、真空ポンプ９４が真空チャンバ８７内の空気を吸引し排気する。
【０００４】
次に、プロセスガスによるエッチング工程が行われる。この工程では、遮断弁９１を開いて、真空チャンバ８７内にプロセスガスを供給するのであるが、プロセスガスの供給量は、マスフローコントローラ９０により制御されている。
プロセスガスの供給圧力となる真空チャンバ８７の真空圧力は、所定の値、例えば９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に保持されている必要がある。そのため、コントローラ８５が真空センサ８８の出力をフィードバックさせながら、真空圧コントロールバルブ９２の開度を制御している。
プロセスガスによるエッチング工程が終了すると、遮断弁９１及び遮断弁９３を閉じて、図示しないパージシステムにより真空チャンバ８７内のプロセスガスを窒素ガスに置換した後、真空チャンバ８７の扉を開いてウエハを取り出し、次のウエハを装着する。そして、上記工程を繰り返す。
【０００５】
一方、真空圧力制御システムは、プラズマＣＶＤ工程やプラズマエッチング工程においては、図９に示すように、ウエハ１０１を加工台１０３に戴置するときウエハ１０１の下面は密閉枠１０２により支持されている。加工台１０３は、内部を流れる冷媒１０４により冷却されている。
ウエハ１０１と加工台１０３上面と密閉枠１０２とで形成される空間であるヘリウムガス供給空間Ｈには、加工工程の期間、ウエハ１０１を冷却するためのヘリウムガスが注入されている。ヘリウムガス供給空間Ｈの圧力をコントロールすることにより、ウエハ１０１の冷却温度を制御している。ヘリウムガスの圧力コントロールは、マスフローコントローラ９０により行っている。一方、密閉枠１０２からヘリウムガスは若干漏れている。
ウエハ１０１が正常に装着されていない場合、ヘリウムガスの流量がかなり多くなる。従来、マスフローコントローラ９０において、ヘリウムガスの流量が所定値を越えた場合に、ウエハが正常に装着されていないと判断していた。また、工程の途中でヘリウムガスの流量が大きく増加したときには、ウエハが割れたり反りが大きくなって異常が発生したと判断していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の真空圧力制御システムには、次のような問題点があった。
（１）従来の真空圧力制御システムにおいては、応答性を高くすることと、ガス供給量を節約することとが相反則となっていた。
すなわち、従来のシステムでは、真空チャンバ８７内を所定の真空圧力にした後、真空チャンバ８７内をエッチング工程で必要な真空圧力の制御目標値、例えば９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）程度にする到達時間が、マスフローコントローラ９０の供給流量で決まってしまう。９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）程度に迅速に到達させようとすると、始めにマスフローコントローラ９０で大流量のプロセスガスを流す必要があるが、マスフローコントローラ９０で大流量のプロセスガスを流すと、プロセスガスが余分に使用される問題が起きるのである。
【０００７】
ここで、マスフローコントローラ９０の流量を切り替えることにより、すなわち、マスフローコントローラ９０で始めに大流量を流し目標値付近で小流量を流すことにより、上記問題点を解決することも考えられる。この場合の結果データを図５に示す。
横軸が時間経過を表し、上側のデータの縦軸が真空チャンバ８７内の真空圧を示し、下側のデータの縦軸がガス流量を示している。
真空チャンバ８７内の真空圧は、すぐにＱ１＝９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に到達している。このように、迅速に真空圧を所定の値にするために、マスフローコントローラ９０を用いてガス流量を、始めＨ２＝２５０ｃｃ／ｍｉｎ流し、２，３秒後にＨ１＝１０ｃｃ／ｍｉｎに切り替えている。
【０００８】
しかし、図５に示すように、真空圧を制御しながらガス流量が２５０ｃｃ／ｍｉｎから１０ｃｃ／ｍｉｎに切り替えるのに、１５秒以上かかってしまうことがわかる。マスフローコントローラ自体の応答性は、もっと速いが真空圧を一定に保持したままで流量を減少させようとすると、時間がかかることを意味している。また、流量変動中の安定制御は非常に困難である。図中斜線で示すように、大量のプロセスガスが無駄になってしまう。
マスフローコントローラ９０は微小流量を正確に流すことを目的として設計されているため、応答性に劣り流量の切り替えに時間がかかる。また、真空圧力コントロールバルブ９２は、マスフローコントローラ９０による流量の変動に対して制御をかけるため、更に応答時間が遅れてしまう。その間プロセスガスが無駄に使用されてしまうのである。
【０００９】
（２）また、従来のマスフローコントローラの機能について考察すると、マスフローコントローラは、微小流量を検出しながら制御できるため、必要な流量を流すことができる機能を持つ。そのため、マスフローコントローラは高価なコンポーネント部品である。
しかしながら、真空チャンバで使用されているマスフローコントローラは、微小流量を正確に流すという本来の目的と異なり、真空チャンバ内を所定の真空圧力に維持するためという目的に使用されているのみである。この使用方法では、マスフローコントローラの使用方法としてはその本来の機能から見て、もったいない使い方であった。
【００１０】
（３）また、マスフローコントローラ９０に完全遮断機能がないため、別に遮断弁９１を設けなければならず、余分なスペースをとるため、半導体の集積化に伴う製造設備の集積化の要請に答えられない問題があった。
さらに、真空圧コントロールバルブ９２にも完全遮断機能がないため、別に遮断弁９３を設けなければならず、余分なスペースをとるため、半導体の集積化に伴う製造設備の集積化の要請に答えられない問題があった。
【００１１】
（４）また、プラズマエッチング工程等におけるウエハ裏面からのヘリウムガスの漏れ量の増加を検知して、ウエハの装着不良やウエハの反り等を検出するには、マスフローコントローラを必要とするため、全体コストがアップする問題があった。従って、マスフローコントローラを用いないでヘリウムガスの漏り量の増加を検知できるシステムが望まれていたが、微量の変化を検知する必要があるため、コストダウンを図りながら代替できる方法がなかった。
【００１２】
本発明は上記した問題点を解決するためのものであり、真空チャンバ内の真空圧力を迅速に調整することができ、かつ、全体をコンパクトにすることを可能にした真空圧力制御システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の真空圧力制御システムは、以下の構成を有している。
（１）真空容器と、前記真空容器内に供給されたガスを吸引するための真空源と、前記真空容器にガスを供給するガス供給源と、前記真空容器と前記真空源とを接続するための真空排気配管と、前記真空容器と前記ガス供給源とを接続するためのガス供給配管と、前記真空容器内の真空圧力を検出するための圧力センサとを有する真空圧力制御システムであって、（ａ）ガス供給配管上に配置され、空気圧により流量が制御される空圧制御弁と、（ｂ）空圧制御弁へ所定の空気圧力を与える電空レギュレータと、（ｃ）圧力センサの出力を受けて電空レギュレータの出力空気圧力を制御するコントローラと、（ｄ）真空排気配管上に配置され、真空排気配管を流れる流量を遮断し、または絞る絞り弁とを有している。
【００１４】
（２）（１）に記載する真空圧力制御システムにおいて、前記絞り弁が、固定オリフィス、または、固定オリフィスを備える遮断弁であり、該絞り弁のオリフィスの径が真空チャンバ内の真空圧力を一定に維持するために必要な径に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
（３）（１）または（２）に記載する真空圧力制御システムのいずれか１つにおいて、前記真空容器がウエハを冷却するための冷却ガス供給空間であって、前記空圧制御弁が完全遮断機能を有し、前記圧力センサの出力が第一所定圧力となったときに、前記空圧制御弁を完全遮断し、一定時間経過後、前記圧力センサの出力が第二所定圧力まで低下した場合に、前記第一所定圧力、前記第二所定圧力、及び前記一定時間により、前記冷却ガス供給空間からの漏れ流量を検出し、その漏れ流量が所定値を越えたときに異常検出することを特徴とする。
【００１６】
次に、上記構成を有する真空圧力制御システムの作用を説明する。
真空チャンバ内に真空圧力が作られたことを圧力センサが検出すると、コントローラが、電空レギュレータを制御して瞬間的に、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量が流れるように、空気圧制御弁に制御用空気を供給し、空気圧制御弁を開く。
これにより、真空チャンバ内の真空圧力は、瞬時に目標値である９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に到達し、それを圧力センサが検出する。圧力センサが目標値を検出すると、直ちにコントローラは電空レギュレータを制御して、空気圧制御弁を所定の開度まで閉じる。
【００１７】
このとき、真空チャンバから排出されるガスは、排気側に設けられているオリフィス等を備える絞り弁により絞られているので、真空チャンバ内の真空圧力は９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に維持される。すなわち、真空チャンバ内をガスで９Torrにするために必要なガス量は、予め計算されており、瞬間的に流す大流量から、絞り弁のオリフィスの径も予め計算されているのである。
ここで、空気圧制御弁は、電空レギュレータにより瞬時に制御されるので、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量が流される時間は極めて短時間であり、応答時間を短縮できると共に、無駄となるプロセスガス量を低減することができる。
【００１８】
一方、上記真空容器がウエハを冷却するための冷却ガス供給空間である場合において、空圧制御弁が完全遮断機能を有し、冷却ガス供給空間の圧力を検出している圧力センサの出力が第一所定真空圧力となったときに、空圧制御弁を完全遮断し、一定時間経過後、圧力センサの出力が第二所定真空圧力まで低下した場合に、第一所定真空圧力、第二所定真空圧力、及び上記一定時間により、冷却ガス供給空間からの漏れ流量を検出し、その漏れ流量が所定値を越えたときに異常検出する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の真空圧力制御システムを具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。この実施の形態では、半導体の製造装置、特には枚葉装置において真空圧力制御システムが具体化される。
図２は枚葉装置１を示す概略構成図である。この装置１は半導体の製造工程において、同時に複数枚のウエハ２を処理する。この装置１は搬送用のロボット３と、真空容器である複数の真空チャンバ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅとを備える。複数の真空チャンバ４Ａ〜４Ｅは、ロボット３を中心に放射状に配置される。ロボット３と複数の真空チャンバ４Ａ〜４Ｅは、一つの密閉された部屋５の中に収容される。この部屋５の中は常に真空状態に設定される。
【００２０】
複数の真空チャンバ４Ａ〜４Ｅの一部は積載用のロードロック真空チャンバであり、一つの装置に１台又は２台設けられる。２台のロードロック真空チャンバが設けられた場合、そのうちの１台はウエハ２を搬入するための入口専用の真空チャンバとなり、他の１台はウエハ２を搬出するための出口専用の真空チャンバとなる。各真空チャンバ４Ａ〜４Ｅは、ロボット３と対向する位置に配置されたゲート６を有する。各ゲート６は選択的に開閉される。各ゲート６が開けられたときに、ロボット３は対応する真空チャンバ４Ａ〜４Ｅに対してウエハ２を出し入れする。
【００２１】
各真空チャンバ４Ａ〜４Ｅには、ガス供給用配管７と、ガス排出用配管８がそれぞれ接続される。供給用配管７には、プロセスガスの供給源（図示しない）と、パージ用の窒素ガスの供給源（図示しない）がそれぞれ接続される。排出用配管８には、真空ポンプ９（図１に示す）が接続される。各排出用の配管８上には、パイロット操作弁よりなる空気圧制御弁１０がそれぞれ設けられる。
半導体の製造工程において、各処理用の真空チャンバ４Ａ〜４Ｄには、それぞれ１枚のウエハ２が収容される。各処理用の真空チャンバ４Ａ〜４Ｄでは、真空圧力が制御される条件の下、プロセスガスの供給とそのパージとが行われる。各真空チャンバ４Ａ〜４Ｄでの工程終了後に、各ウエハ２はロボット３により、各真空チャンバ４Ａ〜４Ｄから取り出され、積載用の真空チャンバ４Ｅに一旦収容される。
【００２２】
積載用の真空チャンバ４Ｅは、ゲート６とは別のゲート１１を更に有する。このゲート１１が開かれることにより、この真空チャンバ４Ｅから、部屋５の外へとウエハ２が搬出される。搬出されたウエハ２は、キャリア１２に搭載され、コンベア１３により所定の位置まで搬送される。複数の真空チャンバ４Ａ〜４Ｅで実施される一連の工程は、その開始時期が互いに少しづつずれる。従って、各処理用の真空チャンバ４Ａ〜４Ｄで１枚のウエハ２が順次処理され、その処理されたウエハ２が順次真空チャンバ４Ｅを通じて部屋５の外へと搬出される。このような枚葉装置１の工程能力を向上させるには、処理用の各真空チャンバ４Ａ〜４Ｅにおいて、一連の工程を実施するのに要するタクト時間を短くする必要がある。
【００２３】
この実施の形態では、各真空チャンバ４Ａ〜４Ｅのそれぞれに対して一つの真空圧力制御システムが独立的に設けられる。図１は各真空チャンバ４Ａに対応する一つの真空制御システムの構成を示す。この構成は、その他の真空チャンバ４Ｂ〜４Ｄのそれと同様である。従って、以下には真空チャンバ４Ａを代表として、本制御システムを説明する。
真空チャンバ４Ａには、プロセスガスを供給するための供給用配管７が接続されている。供給用配管７は、空圧制御弁である空気圧制御弁１０を介してプロセスガスの供給源に接続している。また、真空チャンバ４Ａには、ガス排気用の排出用配管８が接続されている。排出用配管８は、絞り弁１５を介して真空ポンプ９に接続している。また、排出用配管８は、絞り弁１５と並列に配設された流量の大きいオリフィスを持つエアオペレート弁１６を介しても、真空ポンプ９と接続している。本実施の形態では、絞り弁１５として、流量の小さい固定オリフィスを用いている。
【００２４】
また、空圧制御弁である空気圧制御弁１０には、制御用空気用配管１７を介して電空レギュレータ１８が接続している。電空レギュレータ１８には、制御用空気源が接続されている。また、電空レギュレータ１８の制御系には、コントローラ１９が接続している。また、真空チャンバ４Ａ内の真空圧を検出するための圧力センサ２５が真空チャンバ４Ａに取り付けられている。圧力センサ２５は、コントローラ１９に接続している。また、コントローラ１９には、中央制御装置からコマンドが入力されている。
本実施の形態では、圧力センサ２５として、キャパシタンス・マノメータを使用している。
【００２５】
次に、上記構成を有する真空圧力制御システムの作用及び効果について説明する。
真空チャンバ４Ａでエッチングが終了すると、ウエハの交換が行われる。真空チャンバ４Ａ内に新しいウエハが置かれた後、真空チャンバ４Ａ内は急速に真空にされる。すなわち、コントローラ１９は、電空レギュレータ１８により空気圧制御弁１０を閉じて、同時にエアオペレート弁１６を開いて、真空ポンプ９により真空チャンバ４Ａ内の空気等を排気して、真空チャンバ４Ａ内を所定の真空圧力とする。
【００２６】
真空チャンバ４Ａ内に真空圧力が作られたことを圧力センサ２５が検出すると、コントローラ１９が、電空レギュレータ１８を制御して瞬間的に、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量が流れるように、空気圧制御弁１０に制御用空気を供給し、空気圧制御弁１０を開く。
これにより、真空チャンバ４Ａ内の真空圧力は、瞬時に目標値である９Torrに到達し、それを圧力センサ２５が検出する。圧力センサ２５が目標値を検出すると、直ちにコントローラ１９は電空レギュレータ１８を制御して、空気圧制御弁１０を所定の開度まで閉じる。
【００２７】
このとき、真空チャンバ４Ａから排出されるガスは、排気側に設けられているオリフィス等を備える絞り弁１５により絞られているので、真空チャンバ４Ａ内の真空圧力は９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に維持される。
この場合の結果データを図３に示す。横軸が時間経過を表し、上側のデータの縦軸が真空チャンバ４Ａ内の真空圧を示し、下側のデータの縦軸がガス流量を示している。
真空チャンバ４Ａ内の真空圧は、すぐにＱ１＝９Torrに到達している。このように、迅速に真空圧を所定の値にするために、空気圧制御弁１０によりガス流量を、始め瞬間的にＨ２＝２５０ｃｃ／ｍｉｎ流し、直ちにＨ１＝１０ｃｃ／ｍｉｎに切り替えている。
ここで、空気圧制御弁１０は、電空レギュレータ１８により瞬時に制御されるので、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量が流される時間は極めて短時間であり、応答時間を短縮できると共に、無駄となるプロセスガス量を低減することができる。
【００２８】
従来、真空チャンバ４Ａ内の真空圧を、例えばＱ１＝９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に正確に維持するには、マスフローコントローラが必須であると信じ込まれていた。しかしながら、本発明者らは、マスフローコントローラの代わりに、電空レギュレータ１８により空気圧制御弁１０を制御し、かつ排気側に絞り弁１５を設けることにより、図３に示すように、真空チャンバ４Ａ内の真空圧を、Ｑ１＝９＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝９Torr）に正確に維持することができることを考案したのである。
【００２９】
プロセスガスによるエッチング工程が終了すると、空気圧制御弁１０及び絞り弁１５を閉じて、図示しないパージシステムにより真空チャンバ４Ａ内のプロセスガスを窒素ガスに置換した後、真空チャンバ４Ａの扉を開いてウエハを取り出し、次のウエハを装着する。そして、上記工程を繰り返す。
【００３０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の真空圧力制御システムによれば、真空チャンバ４Ａと、真空チャンバ４Ａ内に供給されたガスを吸引するための真空ポンプ９と、真空チャンバ４Ａにガスを供給するガス供給源と、真空チャンバ４Ａと真空ポンプ９とを接続するための排出用配管８と、真空チャンバ４Ａとガス供給源とを接続するための供給用配管７と、真空チャンバ４Ａ内の真空圧力を検出するための圧力センサ２５とを有する真空圧力制御システムであって、（ａ）供給用配管７上に配置され、空気圧により流量が制御される空気圧制御弁１０と、（ｂ）空気圧制御弁１０へ所定の空気圧力を与える電空レギュレータ１８と、（ｃ）圧力センサ２５の出力を受けて電空レギュレータ１８の出力空気圧力を制御するコントローラ１９と、（ｄ）排出用配管８上に配置され、排出用配管８を流れる流量を遮断し、または絞る絞り弁１５とを有しているので、空気圧制御弁１０が、電空レギュレータ１８により瞬時に制御されるため、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量が流される時間は極めて短時間であり、応答時間を短縮できると共に、無駄となるプロセスガス量を低減することができる。
【００３１】
ここで、絞り弁１５の場合でも、エアオペレーション弁のオープン時の流路に小さい直径のオリフィスを設けているので、プロセス作業時にはオリフィスの径でプロセスガスの漏れ量が決まるため、漏れ量を一定かつ低量とすることができる。
【００３２】
次ぎに、ウエハの裏面を冷却するためのヘリウムガス供給空間Ｈに本発明を適用する場合について、第二の実施の形態として説明する。大略のことは、ウエハ用冷却ガス供給空間を第一の実施の形態の真空容器と見なせば、エアオペレート弁１６を用いていない点を除いて同じであるので、詳細な説明は省略し、相違する点のみ詳細に説明する。ここで、エアオペレート弁を用いていないのは、ヘリウムガス供給空間Ｈへは、常にヘリウムガスを供給しており、絞り弁１５のみを用いていても不便がないためである。
第二の実施の形態では、圧力センサ２５の出力が所定値である１０＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１０Torr）に安定しているときの任意のタイミングに、エアオペレート弁１０と絞り弁１５とを遮断する。
【００３３】
その後、ヘリウムガス供給空間Ｈは、通常約３０ＳＣＣＭ、ウエハ下面から漏れている。
エアオペレート弁１０と絞り弁１５とを遮断した後の圧力センサ２５の出力を図７に示す。（ａ）は正常な状態を示し、（ｂ）は異常が発生している状態を示す。共に縦軸は、圧力センサ２５の出力であり、横軸は時間経過である。
図７（ａ）に示すように、正常な漏れ量のときの圧力降下は、１秒後にＢ₃₀＝１．０＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１．０Torr）である。それが、ウエハ１０１に反り等が発生している場合、例えば、（ｂ）に示すように、正常な漏れ量より１０％増加した３３ＳＣＣＭのときの圧力降下は、１秒後にＢ₃₃＝１．２＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１．２Torr）であることを実験で確認している。
従って、本実施の形態では、ヘリウムガス供給空間Ｈの圧力が１０＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１０Torr）に安定しているときに、エアオペレート弁１０と絞り弁１５とを遮断すると、１秒後における圧力降下がＢ₃₃＝１．２＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１．２Torr）以上降下している場合に、異常が発生したと判断している。
【００３４】
稼働中での漏れ量の確認の方法を図８に示す。図に示すように、ヘリウムガス供給空間Ｈの圧力が１０＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１０Torr）に安定しているとき（図中Ｔ₁で示す。）に、エアオペレート弁１０と絞り弁１５とを遮断し、１秒後（図中Ｔ₂で示す。）における圧力降下Ｂを圧力センサ８５から読みとっている。そして、圧力降下ＢがＢ₃₃＝１．２＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１．２Torr）以上降下している場合に、異常が発生したと判断している。そうでない場合は、正常と判断している。
この方法によると、１秒余の時間圧力条件が変化してしまうが、プラズマエッチング等の加工工程への影響はほとんど無い。逆に、この方法により、早い時期にウエハ１０１の反り等の欠陥や、正常でない位置決め状態が検出できるため、不良品を製造するという無駄な時間を少なくすることができ、半導体の製造効率を向上させ、歩留まりを向上させることができる。
【００３５】
本実施の形態では、圧力降下Ｂの値で異常を判断しているが、圧力降下Ｂの値から漏れ量を算出することは容易であり、算出した漏れ量が正常な値である、例えば、３０ＳＣＣＭよりどれだけ増加したかにより、異常を判断しても良い。
【００３６】
以上詳細に説明したように、第二の実施の形態の真空圧力制御システムによれば、ウエハを冷却するための冷却ガス供給空間Ｈにおいて、空圧制御弁が完全遮断機能を有し、圧力センサ８５の出力が第一所定圧力１０＊１３３．３Ｎ／ｍ²（＝１０Torr）となったときに、空圧制御弁１０及び絞り弁１５を完全遮断し、一定時間（１秒間）経過後、圧力センサ８５の出力が第二所定圧力まで低下した場合に、第一所定圧力、第二所定圧力（第一所定圧力−第二所定圧力＝圧力降下Ｂ）、及び一定時間により、冷却ガス供給空間からの漏れ流量を検出し、その漏れ流量が所定値を越えたときに異常検出するので、早い時期にウエハ１０１の反り等の欠陥や、正常でない位置決め状態が検出できるため、不良品を製造するという無駄な時間を少なくすることができ、半導体の製造効率を向上させ、歩留まりを向上させることができる。
【００３７】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で以下のように実施することができる。
例えば、本実施の形態では、絞り弁１５として流路にオリフィスが設けられた遮断弁を用いているが、ニードル弁等の絞り弁を用いても同様である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御システムは、真空容器と、前記真空容器内に供給されたガスを吸引するための真空源と、前記真空容器にガスを供給するガス供給源と、前記真空容器と前記真空源とを接続するための真空排気配管と、前記真空容器と前記ガス供給源とを接続するためのガス供給配管と、前記真空容器内の真空圧力を検出するための圧力センサとを有する真空圧力制御システムであって、（ａ）ガス供給配管上に配置され、空気圧により流量が制御される空圧制御弁と、（ｂ）空圧制御弁へ所定の空気圧力を与える電空レギュレータと、（ｃ）圧力センサの出力を受けて電空レギュレータの出力空気圧力を制御するコントローラと、（ｄ）真空排気配管上に配置され、真空排気配管を流れる流量を絞る絞り弁とを有しているので、空圧制御弁が、電空レギュレータにより瞬時に制御されるため、大流量が流される時間は極めて短時間であり、応答時間を短縮できると共に、無駄となるプロセスガス量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である真空圧力制御システムの全体構成を示す図である。
【図２】半導体製造用の枚葉装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態である真空圧力制御システムの作用を示すデータ図である。
【図４】従来の真空圧力制御システムの全体構成を示す図である。
【図５】従来の真空圧力制御システムの作用を示すデータ図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態である真空圧力制御システムの構成を示すブロック図である。
【図７】漏れ量のデータ図である。
【図８】検出タイミングを示すデータ図である。
【図９】従来の真空圧力制御システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
４Ａ〜４Ｅ真空チャンバ
７，８配管
９真空ポンプ
１０空気圧制御弁
１５絞り弁
１６エアオペレート弁
１８電空レギュレータ
１９コントローラ
２５圧力センサ
１０１ウエハ
Ｈヘリウムガス供給空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum pressure control system in which the inside of a vacuum vessel is adjusted to a predetermined vacuum pressure and held. For example, the present invention relates to a vacuum pressure control system which is applied to a single wafer apparatus in which semiconductor wafers are processed one by one in a semiconductor manufacturing process, and the inside of the vacuum container is adjusted to a predetermined vacuum pressure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a vacuum pressure control system in which a vacuum container is adjusted to a predetermined vacuum pressure and held. FIG. 4 discloses an example of this system.
This system includes a vacuum chamber 87 which is a vacuum container for performing etching. In the vacuum chamber 87, one wafer for semiconductor is arranged. The vacuum chamber 87 is connected to a vacuum pump 94 that is a vacuum source by a vacuum exhaust pipe 95 through a vacuum pressure control valve 92 and a shut-off valve 93.
A gas supply pipe 86 is connected to the vacuum chamber 87. The gas pipe 86 is connected to a process gas supply source 89 which is a gas supply source via a shutoff valve 91 and a mass flow controller 90.
A vacuum pressure sensor 88 is attached to the vacuum chamber 87, and its output is connected to the controller 85. The controller 85 controls the opening degree of the vacuum pressure control valve 92 that is a butterfly valve.
[0003]
Next, the operation of the conventional vacuum pressure control system having the above configuration will be described.
When the etching is completed in the vacuum chamber 87, the wafer is exchanged. After a new wafer is placed in the vacuum chamber 87, the vacuum chamber 87 needs to be evacuated rapidly. This is because if this vacuuming process takes time, the overall system efficiency decreases.
In this process, the set flow rate of the mass flow controller 90 is set to zero, the shut-off valve 91 is closed to shut off the inflow of process gas to the vacuum chamber 87, the shut-off valve 93 is opened, and at the same time a butterfly valve.
The vacuum pressure control valve 92 is fully opened. Since the mass flow controller 90 cannot be completely shut down even if the set flow rate is zero, it is necessary to completely shut off by the shut-off valve 91. As a result, the vacuum pump 94 sucks and exhausts the air in the vacuum chamber 87.
[0004]
Next, an etching process using a process gas is performed. In this step, the shutoff valve 91 is opened and the process gas is supplied into the vacuum chamber 87, but the supply amount of the process gas is controlled by the mass flow controller 90.
The vacuum pressure in the vacuum chamber 87, which is the process gas supply pressure, is a predetermined value, for example, 9 * 133.3 N / m. ² (= 9 Torr). Therefore, the controller 85 controls the opening degree of the vacuum pressure control valve 92 while feeding back the output of the vacuum sensor 88.
When the etching process using the process gas is completed, the shutoff valve 91 and the shutoff valve 93 are closed, the process gas in the vacuum chamber 87 is replaced with nitrogen gas by a purge system (not shown), the door of the vacuum chamber 87 is opened, and the wafer is removed. Remove and load next wafer. Then, the above steps are repeated.
[0005]
On the other hand, the vacuum pressure control system is not shown in the plasma CVD process or plasma etching process. 9 When the wafer 101 is placed on the processing table 103, as shown in FIG. 101 Is supported by a sealing frame 102. The processing table 103 is cooled by the refrigerant 104 flowing inside.
A helium gas supply space H, which is a space formed by the wafer 101, the upper surface of the processing table 103, and the sealing frame 102, is injected with helium gas for cooling the wafer 101 during the processing step. By controlling the pressure in the helium gas supply space H, the cooling temperature of the wafer 101 is controlled. The helium gas pressure is controlled by the mass flow controller 90. On the other hand, helium gas slightly leaks from the sealing frame 102.
When the wafer 101 is not normally mounted, the flow rate of helium gas is considerably increased. Conventionally, the mass flow controller 90 has determined that the wafer is not properly mounted when the flow rate of helium gas exceeds a predetermined value. Further, when the flow rate of helium gas greatly increased during the process, it was determined that an abnormality occurred because the wafer was cracked or warped.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional vacuum pressure control system has the following problems.
(1) In the conventional vacuum pressure control system, increasing the responsiveness and saving the gas supply amount are reciprocal laws.
That is, in the conventional system, after the inside of the vacuum chamber 87 is set to a predetermined vacuum pressure, the control target value of the vacuum pressure necessary for the etching process in the vacuum chamber 87, for example, 9 * 133.3 N / m. ² The arrival time of about (= 9 Torr) is determined by the supply flow rate of the mass flow controller 90. 9 * 133.3N / m ² (= 9 Torr) In order to reach it quickly, it is necessary to flow a large flow rate of process gas at the mass flow controller 90 first. However, if a large flow rate of process gas is flowed at the mass flow controller 90, excess process gas is required. The problem that is used occurs.
[0007]
Here, it is conceivable to solve the above problem by switching the flow rate of the mass flow controller 90, that is, by first flowing a large flow rate with the mass flow controller 90 and flowing a small flow rate near the target value. The result data in this case is shown in FIG.
The horizontal axis represents the passage of time, the vertical axis of the upper data indicates the vacuum pressure in the vacuum chamber 87, and the vertical axis of the lower data indicates the gas flow rate.
The vacuum pressure in the vacuum chamber 87 is immediately Q1 = 9 * 133.3 N / m ² (= 9 Torr) has been reached. As described above, in order to quickly set the vacuum pressure to a predetermined value, the gas flow rate is initially set to H2 = 250 cc / min using the mass flow controller 90, and after a few seconds, the gas flow is switched to H1 = 10 cc / min.
[0008]
However, as shown in FIG. 5, it can be seen that it takes 15 seconds or more to switch the gas flow rate from 250 cc / min to 10 cc / min while controlling the vacuum pressure. Although the responsiveness of the mass flow controller itself is faster, it means that it takes time to reduce the flow rate while keeping the vacuum pressure constant. Moreover, stable control during flow rate fluctuation is very difficult. As indicated by the oblique lines in the figure, a large amount of process gas is wasted.
Since the mass flow controller 90 is designed for the purpose of accurately flowing a minute flow rate, the responsiveness is inferior and it takes time to switch the flow rate. Further, since the vacuum pressure control valve 92 controls the flow rate variation by the mass flow controller 90, the response time is further delayed. Meanwhile, process gas is wasted.
[0009]
(2) Considering the function of the conventional mass flow controller, the mass flow controller can control while detecting a minute flow rate, and thus has a function of allowing a necessary flow rate to flow. Therefore, the mass flow controller is an expensive component part.
However, the mass flow controller used in the vacuum chamber is used only for the purpose of maintaining the inside of the vacuum chamber at a predetermined vacuum pressure, unlike the original purpose of flowing a minute flow rate accurately. This method of use is a wasteful use of the mass flow controller in view of its original function.
[0010]
(3) Further, since the mass flow controller 90 does not have a complete shut-off function, a separate shut-off valve 91 must be provided, and an extra space is required. Therefore, it is possible to respond to the demand for integration of manufacturing facilities accompanying semiconductor integration. There was no problem.
Further, since the vacuum pressure control valve 92 does not have a complete shut-off function, a separate shut-off valve 93 must be provided, and an extra space is required, so that it is possible to respond to the demand for integration of manufacturing facilities accompanying the integration of semiconductors. There was no problem.
[0011]
(4) In addition, a mass flow controller is required to detect an increase in the amount of helium gas leaked from the back surface of the wafer in a plasma etching process, etc., and detect a wafer mounting failure or wafer warpage. There was a problem that costs increased. Therefore, a system capable of detecting an increase in the amount of helium gas leakage without using a mass flow controller has been desired. However, since a minute amount of change needs to be detected, there has been no alternative method while reducing costs.
[0012]
The present invention is for solving the above-described problems, and provides a vacuum pressure control system capable of quickly adjusting the vacuum pressure in a vacuum chamber and making the whole compact. For the purpose.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the vacuum pressure control system of the present invention has the following configuration.
(1) To connect a vacuum vessel, a vacuum source for sucking the gas supplied into the vacuum vessel, a gas supply source for supplying gas to the vacuum vessel, and the vacuum vessel and the vacuum source A vacuum pressure control system having a vacuum exhaust pipe, a gas supply pipe for connecting the vacuum container and the gas supply source, and a pressure sensor for detecting a vacuum pressure in the vacuum container, (A) a pneumatic control valve disposed on the gas supply pipe and whose flow rate is controlled by air pressure; (b) an electropneumatic regulator that applies a predetermined air pressure to the pneumatic control valve; and (c) an output of the pressure sensor. And a controller that controls the output air pressure of the electropneumatic regulator, and (d) a throttle valve that is disposed on the vacuum exhaust pipe and blocks or restricts the flow rate flowing through the vacuum exhaust pipe.
[0014]
(2) The vacuum pressure control system according to (1), wherein the throttle valve is a fixed orifice or a shutoff valve having a fixed orifice. And the diameter of the orifice of the throttle valve is set to a diameter necessary for maintaining the vacuum pressure in the vacuum chamber constant. It is characterized by that.
[0015]
(3) In any one of the vacuum pressure control systems described in (1) and (2), the vacuum vessel is a cooling gas supply space for cooling the wafer, and the pneumatic control valve is completely shut off The air pressure control valve is completely shut off when the output of the pressure sensor reaches the first predetermined pressure, and the output of the pressure sensor drops to the second predetermined pressure after a certain period of time. In addition, a leakage flow rate from the cooling gas supply space is detected based on the first predetermined pressure, the second predetermined pressure, and the predetermined time, and an abnormality is detected when the leakage flow rate exceeds a predetermined value. And
[0016]
Next, the operation of the vacuum pressure control system having the above configuration will be described.
When the pressure sensor detects that a vacuum pressure has been created in the vacuum chamber, the controller controls the electropneumatic regulator to supply control air to the pneumatic control valve so that a flow rate of 250 cc / min flows instantaneously. Supply and open pneumatic control valve.
As a result, the vacuum pressure in the vacuum chamber is instantaneously a target value of 9 * 133.3 N / m. ² (= 9 Torr) is reached, and this is detected by the pressure sensor. As soon as the pressure sensor detects the target value, the controller controls the electropneumatic regulator to close the pneumatic control valve to a predetermined opening.
[0017]
At this time, the gas discharged from the vacuum chamber is throttled by a throttle valve having an orifice or the like provided on the exhaust side, so the vacuum pressure in the vacuum chamber is 9 * 133.3 N / m. ² (= 9 Torr). That is, the amount of gas necessary to make the inside of the vacuum chamber 9 Torr with gas is calculated in advance, and the diameter of the orifice of the throttle valve is also calculated in advance from the large flow rate that flows instantaneously.
Here, since the pneumatic control valve is instantaneously controlled by the electropneumatic regulator, the flow time of 250 cc / min is very short, the response time can be shortened, and the amount of wasted process gas is reduced. can do.
[0018]
On the other hand, when the vacuum vessel is a cooling gas supply space for cooling the wafer, the pneumatic control valve has a complete shut-off function, and the output of the pressure sensor that detects the pressure in the cooling gas supply space is the first. When the predetermined vacuum pressure is reached, the pneumatic control valve is completely shut off, and after a certain period of time, when the output of the pressure sensor drops to the second predetermined vacuum pressure, the first predetermined vacuum pressure, the second predetermined vacuum A leakage flow rate from the cooling gas supply space is detected based on the pressure and the predetermined time, and an abnormality is detected when the leakage flow rate exceeds a predetermined value.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a vacuum pressure control system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the vacuum pressure control system is embodied in a semiconductor manufacturing apparatus, particularly a single wafer apparatus.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the single wafer apparatus 1. The apparatus 1 simultaneously processes a plurality of wafers 2 in a semiconductor manufacturing process. The apparatus 1 includes a transfer robot 3 and a plurality of vacuum chambers 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E that are vacuum containers. The plurality of vacuum chambers 4 A to 4 E are arranged radially around the robot 3. The robot 3 and the plurality of vacuum chambers 4 A to 4 E are accommodated in one sealed room 5. The inside of the room 5 is always set to a vacuum state.
[0020]
A part of the plurality of vacuum chambers 4A to 4E is a load lock vacuum chamber for loading, and one or two are provided in one apparatus. When two load-lock vacuum chambers are provided, one of them is a vacuum chamber dedicated to the entrance for carrying in the wafer 2, and the other one is a vacuum chamber dedicated to the exit for carrying out the wafer 2. Become. Each vacuum chamber 4 A to 4 E has a gate 6 disposed at a position facing the robot 3. Each gate 6 is selectively opened and closed. When each gate 6 is opened, the robot 3 moves the wafer 2 in and out of the corresponding vacuum chambers 4A to 4E.
[0021]
A gas supply pipe 7 and a gas discharge pipe 8 are connected to each of the vacuum chambers 4A to 4E. The supply pipe 7 is connected to a process gas supply source (not shown) and a purge nitrogen gas supply source (not shown). The discharge pipe 8 includes a vacuum pump 9 (see FIG. 1 Are connected). An air pressure control valve 10 including a pilot operation valve is provided on each discharge pipe 8.
In the semiconductor manufacturing process, one wafer 2 is accommodated in each of the processing vacuum chambers 4A to 4D. In each of the processing vacuum chambers 4A to 4D, a process gas is supplied and purged under a condition in which the vacuum pressure is controlled. After the process in each of the vacuum chambers 4A to 4D is completed, each wafer 2 is taken out from each of the vacuum chambers 4A to 4D by the robot 3 and temporarily accommodated in the loading vacuum chamber 4E.
[0022]
The loading vacuum chamber 4 E further includes a gate 11 different from the gate 6. By opening the gate 11, the wafer 2 is unloaded from the vacuum chamber 4E to the outside of the room 5. The unloaded wafer 2 is mounted on the carrier 12 and conveyed to a predetermined position by the conveyor 13. The start time of a series of steps performed in the plurality of vacuum chambers 4A to 4E is slightly shifted from each other. Accordingly, one wafer 2 is sequentially processed in the vacuum chambers 4A to 4D for processing, and the processed wafers 2 are sequentially carried out of the room 5 through the vacuum chamber 4E. In order to improve the process capability of such a single wafer apparatus 1, it is necessary to shorten the tact time required to perform a series of processes in each of the vacuum chambers 4A to 4E for processing.
[0023]
In this embodiment, one vacuum pressure control system is independently provided for each of the vacuum chambers 4A to 4E. FIG. 1 shows the configuration of one vacuum control system corresponding to each vacuum chamber 4A. This configuration is the same as that of the other vacuum chambers 4B to 4D. Therefore, the present control system will be described below with the vacuum chamber 4A as a representative.
A supply pipe 7 for supplying process gas is connected to the vacuum chamber 4A. The supply pipe 7 is connected to a process gas supply source via a pneumatic control valve 10 which is a pneumatic control valve. Further, a discharge pipe 8 for gas exhaust is connected to the vacuum chamber 4A. The discharge pipe 8 is connected to the vacuum pump 9 via the throttle valve 15. The discharge pipe 8 is also connected to the vacuum pump 9 via an air operated valve 16 having a large flow rate orifice arranged in parallel with the throttle valve 15. In the present embodiment, a fixed orifice with a small flow rate is used as the throttle valve 15.
[0024]
Further, an electropneumatic regulator 18 is connected to the pneumatic control valve 10 which is a pneumatic control valve via a control air pipe 17. A control air source is connected to the electropneumatic regulator 18. A controller 19 is connected to the control system of the electropneumatic regulator 18. A pressure sensor 25 for detecting the vacuum pressure in the vacuum chamber 4A is attached to the vacuum chamber 4A. The pressure sensor 25 is connected to the controller 19. A command is input to the controller 19 from the central control unit.
In the present embodiment, a capacitance manometer is used as the pressure sensor 25.
[0025]
Next, the operation and effect of the vacuum pressure control system having the above configuration will be described.
When the etching is completed in the vacuum chamber 4A, the wafer is exchanged. After a new wafer is placed in the vacuum chamber 4A, the vacuum chamber 4A is rapidly evacuated. That is, the controller 19 closes the pneumatic control valve 10 by the electropneumatic regulator 18 and simultaneously opens the air operated valve 16 and exhausts the air and the like in the vacuum chamber 4A by the vacuum pump 9 so that the inside of the vacuum chamber 4A is predetermined. Vacuum pressure.
[0026]
When the pressure sensor 25 detects that a vacuum pressure is created in the vacuum chamber 4A, the controller 19 controls the electropneumatic regulator 18 so that a flow rate of 250 cc / min instantaneously flows. Is supplied with control air and the pneumatic control valve 10 is opened.
Thereby, the vacuum pressure in the vacuum chamber 4A instantaneously reaches the target value of 9 Torr, and the pressure sensor 25 detects it. As soon as the pressure sensor 25 detects the target value, the controller 19 controls the electropneumatic regulator 18 to close the pneumatic control valve 10 to a predetermined opening.
[0027]
At this time, since the gas discharged from the vacuum chamber 4A is throttled by the throttle valve 15 having an orifice or the like provided on the exhaust side, the vacuum pressure in the vacuum chamber 4A is 9 * 133.3 N / m. ² (= 9 Torr).
The result data in this case is shown in FIG. The horizontal axis represents the passage of time, the vertical axis of the upper data indicates the vacuum pressure in the vacuum chamber 4A, and the vertical axis of the lower data indicates the gas flow rate.
The vacuum pressure in the vacuum chamber 4A immediately reaches Q1 = 9 Torr. In this way, in order to quickly set the vacuum pressure to a predetermined value, the gas flow rate is instantaneously H2 = 250 cc / min by the pneumatic control valve 10 and immediately switched to H1 = 10 cc / min.
Here, since the pneumatic control valve 10 is instantaneously controlled by the electropneumatic regulator 18, the flow time of 250 cc / min is very short, the response time can be shortened, and the amount of wasted process gas Can be reduced.
[0028]
Conventionally, the vacuum pressure in the vacuum chamber 4A is, for example, Q1 = 9 * 133.3 N / m. ² It was believed that a mass flow controller was essential to maintain exactly (= 9 Torr). However, the present inventors control the pneumatic control valve 10 by the electropneumatic regulator 18 instead of the mass flow controller, and provide the throttle valve 15 on the exhaust side, thereby providing the inside of the vacuum chamber 4A as shown in FIG. The vacuum pressure of Q1 = 9 * 133.3 N / m ² It was devised that it can be accurately maintained at (= 9 Torr).
[0029]
When the etching process using the process gas is completed, the pneumatic control valve 10 and the throttle valve 15 are closed, the process gas in the vacuum chamber 4A is replaced with nitrogen gas by a purge system (not shown), the door of the vacuum chamber 4A is opened, and the wafer is opened. And the next wafer is mounted. Then, the above steps are repeated.
[0030]
As described in detail above, according to the vacuum pressure control system of the present embodiment, the vacuum chamber 4A, the vacuum pump 9 for sucking the gas supplied into the vacuum chamber 4A, and the gas in the vacuum chamber 4A A gas supply source for supplying gas, a discharge pipe 8 for connecting the vacuum chamber 4A and the vacuum pump 9, a supply pipe 7 for connecting the vacuum chamber 4A and the gas supply source, and the inside of the vacuum chamber 4A A vacuum pressure control system having a pressure sensor 25 for detecting the vacuum pressure of (a) a pneumatic control valve 10 disposed on the supply pipe 7 and whose flow rate is controlled by air pressure; and (b). An electropneumatic regulator 18 that applies a predetermined air pressure to the pneumatic control valve 10; and (c) a controller that receives the output of the pressure sensor 25 and controls the output air pressure of the electropneumatic regulator 18. 9 and (d) a throttle valve 15 which is disposed on the discharge pipe 8 and cuts off or throttles the flow rate flowing through the discharge pipe 8, so that the pneumatic control valve 10 is controlled by the electropneumatic regulator 18. Since the flow rate is controlled instantaneously, the flow time of 250 cc / min is extremely short, so that the response time can be shortened and the amount of wasted process gas can be reduced.
[0031]
Here, even in the case of the throttle valve 15, since the orifice having a small diameter is provided in the flow path when the air operation valve is opened, the amount of leakage of the process gas is determined by the diameter of the orifice at the time of the process operation. And it can be made low.
[0032]
Next, a case where the present invention is applied to the helium gas supply space H for cooling the back surface of the wafer will be described as a second embodiment. If the wafer cooling gas supply space is regarded as the vacuum container of the first embodiment, the outline is the same except that the air operated valve 16 is not used. Only the differences will be described in detail. Here, the air operated valve is not used because helium gas is always supplied to the helium gas supply space H, and there is no inconvenience even if only the throttle valve 15 is used.
In the second embodiment, the output of the pressure sensor 25 is a predetermined value of 10 * 133.3 N / m. ² The air operated valve 10 and the throttle valve 15 are shut off at an arbitrary timing when stable at (= 10 Torr).
[0033]
Thereafter, the helium gas supply space H leaks from the lower surface of the wafer, usually about 30 SCCM.
FIG. 7 shows the output of the pressure sensor 25 after the air operated valve 10 and the throttle valve 15 are shut off. (A) shows a normal state, and (b) shows a state where an abnormality has occurred. In both figures, the vertical axis represents the output of the pressure sensor 25, and the horizontal axis represents the passage of time.
As shown in FIG. 7 (a), the pressure drop at the normal leakage amount is B after 1 second. ₃₀ = 1.0 * 133.3N / m ² (= 1.0 Torr). If the wafer 101 is warped, for example, as shown in (b), the pressure drop at 33 SCCM increased by 10% from the normal leakage amount is 1 second after B. ₃₃ = 1.2 * 133.3N / m ² It has been confirmed by experiments that (= 1.2 Torr).
Therefore, in the present embodiment, the pressure in the helium gas supply space H is 10 * 133.3 N / m. ² When the air operated valve 10 and the throttle valve 15 are shut off while being stable at (= 10 Torr), the pressure drop after 1 second becomes B ₃₃ = 1.2 * 133.3N / m ² It is determined that an abnormality has occurred when the pressure has dropped (= 1.2 Torr) or more.
[0034]
FIG. 8 shows a method for confirming the amount of leakage during operation. As shown in the figure, the pressure in the helium gas supply space H is 10 * 133.3 N / m. ² When stable at (= 10 Torr) (T in the figure) ₁ It shows with. ), The air operated valve 10 and the throttle valve 15 are shut off, and after 1 second (T in the figure) ₂ It shows with. ) Is read from the pressure sensor 85. And the pressure drop B is B ₃₃ = 1.2 * 133.3N / m ² It is determined that an abnormality has occurred when the pressure has dropped (= 1.2 Torr) or more. If not, it is judged as normal.
According to this method, the pressure condition changes for about one second, but there is almost no influence on the processing step such as plasma etching. On the other hand, this method can detect defects such as warpage of the wafer 101 and an abnormal positioning state at an early stage, thereby reducing wasteful time of manufacturing defective products and improving semiconductor manufacturing efficiency. And the yield can be improved.
[0035]
In the present embodiment, the abnormality is determined by the value of the pressure drop B, but it is easy to calculate the leak amount from the value of the pressure drop B, and the calculated leak amount is a normal value. Abnormality may be determined based on how much it has increased from 30 SCCM.
[0036]
As described above in detail, according to the vacuum pressure control system of the second embodiment, in the cooling gas supply space H for cooling the wafer, the pneumatic control valve has a complete cutoff function, and the pressure sensor The output of 85 is the first predetermined pressure 10 * 133.3 N / m ² (= 10 Torr) When the pneumatic control valve 10 and the throttle valve 15 are completely shut off and the output of the pressure sensor 85 drops to the second predetermined pressure after a predetermined time (1 second), The leakage flow rate from the cooling gas supply space is detected by one predetermined pressure, the second predetermined pressure (first predetermined pressure-second predetermined pressure = pressure drop B), and a predetermined time, and the leakage flow rate exceeds a predetermined value. Since abnormalities are sometimes detected, defects such as warpage of the wafer 101 and an abnormal positioning state can be detected at an early stage, so that wasteful time of manufacturing defective products can be reduced and semiconductor manufacturing efficiency is improved. And the yield can be improved.
[0037]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement as follows.
For example, in the present embodiment, a shut-off valve having an orifice provided in the flow path is used as the throttle valve 15, but the same applies when a throttle valve such as a needle valve is used.
[0038]
【The invention's effect】
The vacuum pressure control system of the present invention includes a vacuum vessel, a vacuum source for sucking a gas supplied into the vacuum vessel, a gas supply source for supplying gas to the vacuum vessel, the vacuum vessel and the vacuum A vacuum pressure having a vacuum exhaust pipe for connecting a source, a gas supply pipe for connecting the vacuum container and the gas supply source, and a pressure sensor for detecting a vacuum pressure in the vacuum container A control system comprising: (a) a pneumatic control valve disposed on a gas supply pipe, the flow rate of which is controlled by air pressure; (b) an electropneumatic regulator that applies a predetermined air pressure to the pneumatic control valve; c) Since it has a controller that receives the output of the pressure sensor and controls the output air pressure of the electropneumatic regulator, and (d) a throttle valve that is arranged on the vacuum exhaust pipe and throttles the flow rate flowing through the vacuum exhaust pipe. , Pneumatic system Valve, to be controlled instantaneously by the electropneumatic regulator, the time a large flow rate flows is very short, it is possible to shorten the response time, it is possible to reduce the process amount of gas wasted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a vacuum pressure control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a single wafer manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor.
FIG. 3 is a data diagram showing the operation of the vacuum pressure control system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a conventional vacuum pressure control system.
FIG. 5 is a data diagram showing the operation of a conventional vacuum pressure control system.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a vacuum pressure control system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a data diagram of a leakage amount.
FIG. 8 is a data diagram showing detection timing.
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of a conventional vacuum pressure control system.
[Explanation of symbols]
4A-4E Vacuum chamber
7,8 Piping
9 Vacuum pump
10 Pneumatic control valve
15 Throttle valve
16 Air operated valve
18 Electro-pneumatic regulator
19 Controller
25 Pressure sensor
101 wafer
H Helium gas supply space

Claims

A vacuum vessel, a vacuum source for sucking the gas supplied into the vacuum vessel, a gas supply source for supplying gas to the vacuum vessel, and a vacuum exhaust for connecting the vacuum vessel and the vacuum source In a vacuum pressure control system having a pipe, a gas supply pipe for connecting the vacuum container and the gas supply source, and a pressure sensor for detecting a vacuum pressure in the vacuum container,
An air pressure control valve disposed on the gas supply pipe, the flow rate of which is controlled by air pressure;
An electropneumatic regulator for applying a predetermined air pressure to the pneumatic control valve;
A controller that receives the output of the pressure sensor and controls the output air pressure of the electropneumatic regulator;
A vacuum pressure control system comprising a throttle valve disposed on the vacuum exhaust pipe and configured to cut off or restrict a flow rate through the vacuum exhaust pipe.

The vacuum pressure control system according to claim 1,
The throttle valve is a fixed orifice, or Ri shutoff valve der with a fixed orifice, is set to the desired diameter to the diameter of the orifice of the narrowed valve maintains the vacuum pressure in the vacuum chamber at a constant Rukoto Features a vacuum pressure control system.

In any one of the vacuum pressure control systems according to claim 1 or claim 2,
The vacuum vessel is a cooling gas supply space for cooling the wafer,
The pneumatic control valve has a complete shut-off function;
When the output of the pressure sensor reaches the first predetermined pressure, the pneumatic control valve is completely shut off, and when the output of the pressure sensor drops to the second predetermined pressure after a predetermined time has elapsed, A vacuum pressure control characterized by detecting a leakage flow rate from the cooling gas supply space according to a predetermined pressure, the second predetermined pressure, and the predetermined time, and detecting an abnormality when the leakage flow rate exceeds a predetermined value. system.