JP6727871B2 - 排気システム及びこれを用いた基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力測定装置及びこれを用いた排気システム、並びに基板処理装置に関する。

従来から、基板を収容する処理室に供給されるガスの種類数と同じ数の圧力測定部を設け、圧力測定部のそれぞれが対応するガス専用に用いられるようにし、圧力測定部を構成するダイヤフラムセンサに成膜を進行させず、圧力測定値に誤差を発生させないように構成した基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ダイヤフラムに対向する位置に円形平板を設けて円環流路を形成し、ダイヤフラムへの応力の影響が少ない箇所に固体を付着させ、付着した固体によって作用する応力がダイヤフラムの変形に与える影響を軽減するようにした圧力測定器が知られている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開特許出願明細書ＷＯ ２００７／０３７２３３ 特開２０１４−１３７２７５号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の構成では、圧力計の誤差の発生を低減することはできるものの、正確な圧力計の誤差を把握することはできないため、定期的に圧力計シフト確認を行い、最高到達真空度まで排気した状態で圧力計をリセットしてゼロにするというゼロ調整を定期的に行う必要がある。

かかるゼロ調整は、正確に圧力計の誤差、シフト量を把握し、それに基づいて行う訳ではなく、最高真空到達度、即ち最もゼロに近い状態で圧力計をゼロにする、という近似レベルでの補正であり、圧力計を正確に補正することが困難であるという問題があった。あるいは、メンテナンス時に精度の良い圧力計を接続し、その値との差分を確認して圧力計の補正を行なっていた。いずれの場合も、圧力計の交換時期についても正確に把握することができず、不具合が生じたら交換する、という事後的な対策しか行うことができなかった。

そこで、本発明は、圧力計の誤差を正確に把握し、それに基づいて誤差の補正を正確に行うことが可能な圧力測定装置及びこれを用いた排気システム、並びに基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る排気システムは、処理対象を処理可能な処理室に接続され、前記処理対象を処理中の前記処理室内の圧力を直接測定する第１の圧力計と、
前記処理室に接続された第２の圧力計と、
前記処理室内で前記処理対象を処理中に、前記第２の圧力計と前記処理室との接続を遮断可能な第１の切換え弁と、を有し、
前記第２の圧力計は、前記処理室に前記第１の圧力計とともに接続される合流配管と、該合流配管に前記第２の圧力計のみが接続される分岐配管を介して前記処理室に接続されており、
前記第１の切換え弁は、該分岐配管に設けられており、
前記第１の圧力計と前記第２の圧力計は、共通の前記合流配管を介して、前記処理室と接続されており、
前記処理室に排気配管を介して接続された真空ポンプと、
前記排気配管に設けられ、前記真空ポンプにより排気される前記処理室内の圧力を調整する圧力調整弁と、
前記合流配管に設けられ、前記第１の圧力計及び前記第２の圧力計と前記処理室との接続を遮断可能な第２の切換え弁と、
前記合流配管の前記第２の切換え弁よりも前記第１の圧力計側及び前記第２の圧力計側の部分を前記真空ポンプに前記処理室及び前記圧力調整弁を経由することなく接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記第１の圧力計及び前記第２の圧力計と前記真空ポンプとの前記処理室及び前記圧力調整弁を経由しない接続を切換え可能な第３の切換え弁と、を有する。

本発明の他の態様に係る排気システムは、前記圧力測定装置と、
前記処理室に配管を介して接続された排気手段と、
該配管に設けられ、該排気手段により排気される前記処理室内の圧力を調整する圧力調整弁と、を有し、
前記制御手段は、前記第１の圧力計の誤差を補正する補正値を取り込んで前記圧力調整弁の設定値を設定する。

本発明の他の態様に係る基板処理装置は、前記排気システムと、
該排気システムが接続された処理室と、
該処理室内に設けられ、前記基板を保持可能な基板保持手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、を有する。

本発明によれば、圧力計の誤差を正確に把握することができる。

本発明の実施形態に係る圧力測定装置及びこれを用いた排気システム、並びに基板処理装置の一例を示した全体構成図である。 比較例に係る圧力測定装置、排気システム及び基板処理装置を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る圧力測定装置及びこれを用いた排気システム、並びに基板処理装置の一例を示した全体構成図である。

本発明の実施形態に係る圧力測定装置は、圧力計８０、８１と、切換え弁９０、９１と、コントローラー１００と、配管５１〜５３とを備える。

また、本実施形態に係る排気システムは、上述の圧力測定装置に加えて、配管５０、５４〜５６と、真空ポンプ６０と、圧力調整弁７０と、切換え弁９２、９３とを備える。

更に、本実施形態に係る基板装置は、上述の排気システムに加えて、処理室１０と、基板保持台２０と、処理ガス供給手段３０と、処理ガス供給源４０とを備える。

図１において、処理室１０が配管５０を介して真空ポンプ６０に接続され、処理室１０と真空ポンプ６０との間の配管５０に、圧力調整弁７０が設けられている。また、処理室１０と圧力計８０、８１とが配管５１〜５３を介して接続されている。共通の配管５１に、配管５２を介して圧力計８０が接続され、配管５３を介して圧力計８１が接続されている。また、配管５３には切換え弁９１が設けられている。更に、配管５４が配管５１と接続され、配管５６を介して配管５０に接続されている。配管５４には、切換え弁９２が設けられている。更に、配管５０に配管５５が接続されており、配管５６で配管５４と合流して配管５０に接続されている。配管５５には、切換え弁９３が設けられている。

処理室１０は、処理対象を収容して所定の処理を行うための室である。処理対象は、処理や加工が必要な種々の物体が対象となり得る。しかしながら、本実施形態では、基板、その中でもウエハＷを処理する基板処理装置に圧力測定装置及び排気システムを適用する例について説明する。但し、本実施形態に係る圧力測定装置は、処理中に圧力測定が必要であれば、加工も含めた種々の装置に適用可能であり、また、排気システムは、排気が必要な種々の装置に適用可能である。更に、基板処理装置は、排気系を備え、基板に処理を行う装置であれば、成膜装置、エッチング装置、アニール装置等、種々の基板処理装置に適用が可能である。但し、以下の説明では、基板処理装置が成膜装置として構成された例を挙げて説明する。

処理室１０内には、基板保持台２０と、処理ガス供給手段３０とが備えられる。基板保持台２０は、処理対象となるウエハＷ（基板）を保持するための基板保持手段である。基板保持台２０は、図１に示すようにテーブル状に構成されてもよいし、複数枚のウエハＷを鉛直方向に離間させて上面視で重なるように配置して保持するウエハボートのような保持手段であってもよい。基板保持台２０は、基板を保持するための構成は特に問わない。

処理ガス供給手段３０は、基板保持台２０に保持されたウエハＷに処理を施すために処理ガスを供給する手段である。処理ガスは、ウエハＷに成膜を行うための処理ガスであってもよいし、ウエハＷにエッチングを施すための処理ガスであってもよい。処理ガスが圧力計８０、８１のダイヤフラムに接触し、成膜等が行われてしまうと、ダイヤフラムに余分な応力が加わってしまい、正確な圧力測定ができなくなってしまう。本実施形態に係る圧力測定装置では、そのような処理ガスをウエハＷに供給する基板処理であっても、圧力計８０に測定誤差を発生させない圧力測定装置を提供する。

処理ガス供給源４０は、所定の処理ガスを処理ガス供給手段に供給するための手段であり、基板処理に応じた処理ガスを供給する。

真空ポンプ６０は、処理室１０内を真空排気するための排気手段である。なお、排気手段は、排気することができればよく、必ずしも真空排気を行う真空ポンプ６０である必要は無いが、本実施形態においては、排気手段として真空ポンプ６０を用い、処理室１０内を真空排気する例について説明する。

配管５０は、処理室１０と真空ポンプ６０とを接続するための排気用配管である。配管５０は、処理室１０の排気を行うことができれば、種々の配管５０を用いることができる。

圧力調整弁７０は、処理室１０内の圧力を調整するための調整手段であり、例えば、バルブの開度により処理室１０内の圧力を調整する。即ち、バルブの開度を大きくすれば、真空ポンプ６０からの排気量が多くなるので、処理室１０内の圧力は低下する。逆に、バルブの開度を小さくすれば、真空ポンプ６０からの排気量が低下するので、処理室１０内の圧力が高くなる。例えば、圧力調整弁７０は、このような動作で処理室１０内の圧力を調整できるので、処理室１０内の圧力設定は、圧力調整弁７０により行われる。

なお、圧力調整弁７０は、基本的には、レシピに従って圧力が設定され、設定された圧力になるように処理室１０内の圧力を調整するが、本実施形態においては、コントローラー１００が必要に応じて設定圧力の補正を行なう。なお、この点の詳細は後述する。

圧力計８０は、処理室１０内で処理を行っているときに処理室１０内の圧力測定を行うためのプロセス圧力計である。よって、処理室１０内でウエハＷの処理が行われているときには、切換え弁９０は開とされ、圧力計８０は、配管５１、５２を介して処理室１０に接続されている。ここで、配管５１は、圧力計８０、８１の双方と処理室１０とを接続する共通配管である。切換え弁９０は、共通配管である配管５１に設けられ、圧力計８０、８１の双方を処理室１０に接続するか否かを定めている。
一方、配管５２は、配管５１から分岐し、圧力計８０のみが接続された分岐配管である。分岐配管５２には、切換え弁は設けられていないので、圧力計８０は、切換え弁９０が開とされれば、自動的に処理室１０に接続され、処理室１０内の圧力測定を行う。よって、処理室１０内でウエハＷの処理が行われているときには、切換え弁９０は開とされる。

圧力計８１は、処理室１０内で処理を行っているときには処理室１０内の圧力測定を行わず、処理室１０内で処理を行っていないときに処理室１０内の圧力を測定するための補正圧力計である。このため、圧力計８１は、処理中には処理室１０から遮断される必要があり、配管５３に切換え弁９１が設けられている。

切換え弁９１は、処理室１０内でウエハＷの処理が行われているとこには閉とされ、圧力計８１を処理室１０との接続から遮断する。これにより、圧力計８１は、処理室１０内でウエハＷの処理が行われていても、処理室１０内の処理ガスに晒されないクリーンな状態を保つことができる。

なお、圧力計８０、８１は、種々の構成とされてよいが、例えば、一般的に用いられるダイヤフラム方式の圧力計８０、８１が用いられてもよい。ダイヤフラム方式の圧力計は、感応部がダイヤフラムで構成され、撓みによる変位を静電容量等で捉えて圧力を測定する。ダイヤフラムに成膜等により固体物が付着すると、固体の収縮等によりダイヤフラムが変位してしまい、ゼロ点がずれて誤差が生じる。

よって、圧力計８０は、処理室１０内でウエハＷを処理しているときには、処理室１０内に供給された処理ガス等が流入し、固体物が付着し、誤差が生じてしまうおそれがある。

一方、圧力計８１は、処理室１０内でウエハＷが処理されているときには、切換え弁９１を閉とすることにより処理室１０から遮断されているので、クリーンな状態を保っている。そして、ウエハＷの処理を停止し、圧力計８０の調整を行う場合には、切換え弁９１を開とし、圧力計８０、８１の双方で処理室１０内の圧力を測定する。この場合には、処理室１０内に処理ガスは供給されていないので、処理室１０から処理ガスは流入しない。よって、クリーンな状態で圧力測定を行うことができる。

なお、圧力計８０の調整を行う場合、真空ポンプ６０の最大限の能力の最高真空到達度まで排気した状態で、圧力測定を行うことが好ましい。この状態が、最も圧力測定の誤差が少ない状態だからである。

圧力計８０、８１で、同じ条件で同時に処理室１０内の圧力測定を行うことにより、圧力計８０に生じた誤差（シフト量）を知ることができる。即ち、圧力計８１は正確な圧力を示すので、圧力計８０と圧力計８１との差分が、圧力計８０の誤差を示している。

このように、ウエハＷの処理中には処理室１０から遮断し、圧力計８０の調整時にのみ処理室１０と接続して圧力測定を行う補正用の圧力計８１を設け、その接続と遮断を分岐配管５３に設けることにより、圧力計８０に生じた測定誤差を正確に把握することができる。

なお、図１においては、圧力計８０、８１が、ともに共通配管５１を介して処理室１０に接続されているが、共通配管５１を設けず、別個独立に各々を処理室１０に接続する構成であってもよい。この場合であっても、処理室１０内の圧力を同時に同じ条件で測定できるので、圧力計８０の誤差測定は可能である。しかしながら、配管が余分に必要になること、完全に別個の配管を用いることにより、配管５１内の付着の条件が共通ではなくなり、若干条件に相違が生じるので、図１に示すように、共通配管５１を介して処理室１０に接続される構成とする方が好ましい。

コントローラー１００は、圧力計８０、８１で測定された圧力値に基づいて、圧力調整弁７０の圧力設定を行うための手段である。コントローラー１００は、圧力計８０、８１で測定した圧力値を監視することが可能であり、それらの圧力測定値を把握することができる。よって、コントローラー１００は、圧力計８０と圧力計８１との差分から、プロセス用の圧力計８０に生じたシフト誤差も把握することができる。

コントローラー１００は、圧力計８０の誤差を補正する補正値を算出し、この補正値を取り込んで圧力調整弁７０の圧力設定を行う。例えば、圧力計８０に＋０．５Ｔｏｒｒの誤差が生じていた場合、圧力計８０による測定値は、実際の圧力よりも０．５Ｔｏｒｒ高い圧力が出力されてしまう。よって、レシピによる設定圧力が２．０Ｔｏｒｒだった場合、そのまま２．０Ｔｏｒｒを設定入力すると、圧力調整弁７０で最初に２．０Ｔｏｒｒに制御したとしても、圧力計８０からは２．５Ｔｏｒｒが出力されてしまう。この値に基づいてコントローラー１００を介してフィードバック制御を行うと、測定圧力は２．５Ｔｏｒｒであり、目標圧力の２．０Ｔｏｒｒよりも０．５Ｔｏｒｒ高いと判断し、圧力を０．５Ｔｏｒｒ低下させる調整を行う。よって、処理室１０内の実際の圧力は１．５Ｔｏｒｒに制御されてしまい、レシピ通りの圧力設定ができなくなってしまう。そこで、このような場合には、コントローラー１００が、圧力調整弁７０の目標圧力を２．５Ｔｏｒｒに設定する補正を行なう。圧力調整弁７０により処理室１０内の実際の圧力が２．５Ｔｏｒｒに設定されると、圧力計８０は３．０Ｔｏｒｒを出力し、これを基にフィードバック制御を行うと、圧力は目標圧力である２．５Ｔｏｒｒより０．５Ｔｏｒｒ高い３．０Ｔｏｒｒであるので、０．５Ｔｏｒｒ低下させる調整（制御）を圧力調整弁７０は行う。そうすると、処理室１０内の実際の圧力は２．０Ｔｏｒｒになり、レシピの設置圧力である２．０Ｔｏｒｒに制御される。

圧力計８０がマイナスシフトしている場合も同様であり、例えば、−０．５Ｔｏｒｒ分シフトしている場合には、圧力調整弁７０の目標圧力値をレシピの２．０Ｔｏｒｒよりも０．５Ｔｏｒｒ低い１．５Ｔｏｒｒに設定してやれば、処理室１０の実際の圧力が２．０Ｔｏｒｒの時に、圧力計８０は１．５Ｔｏｒｒと出力するので、実際の圧力を２．０Ｔｏｒｒとする制御を行うことができる。

このように、圧力計８０をシフト補正するシフト量を算出し、これを取り込んで上乗せ（加算）する形で圧力調整弁７０の目標圧力値を設定するようにすれば、処理室１０内の圧力をレシピの指示通りに制御することができる。この場合、コントローラー１００は、圧力調整弁７０の目標圧力をシフトさせるだけで、あとは通常のフィードバック制御を行えばよく、１回１回のフィードバック制御の際の細かい演算処理は不要となり、演算処理量を低減させることができる。

なお、コントローラー１００は、このような演算処理を行うため、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段等を備え、プログラムにより動作するマイクロコンピュータとして構成されてもよい。または、特定の用途向けに複数機能の回路を１つにまとめた集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の電子回路として構成されてもよい。このように、コントローラー１００は、上述のような演算処理及び制御が可能な限り、種々の構成とすることができる。

なお、レシピの情報は、例えば、記憶媒体に記録され、記憶媒体から情報をインストールすることによりコントローラー１００内に取り込まれてもよい。

配管５４は、処理室１０と真空ポンプ６０とを直接的に接続するバイパスラインの一部を構成する。配管５４には、切換え弁９２が設けられている。通常のウエハＷの処理時には、処理室１０は配管５０を介して真空ポンプ６０により真空排気される。しかしながら、配管５０の内部には、処理ガス３０等の影響により、固体物が付着している場合も多い。上述のように、圧力計８０の誤差測定、調整を行う場合には、切換え弁９０、９１を開放して行うが、最大真空到達度まで真空排気を行う必要があるため、時間を要する。また、上述の配管５０内の付着物の影響により、排気効率が低くなっていることも十分に考えられる。

そこで、本実施形態では、処理室１０と真空ポンプ６０とを直接的に接続するバイパスライン５１、５４、５６を設け、圧力計８０の調整を行う際には、配管５４に設けられた切換え弁９２を開とし、配管５０のみならず、バイパスライン５１、５４、５６からも処理室１０内の排気を行うようにする。バイパスライン５１、５４、５６のうち、配管５４、５６は通常の処理時には用いられていないので、固体物が付着していないクリーンな配管である。よって、圧力計８０の調整時には、切換え弁９０、９１のみならず、配管５４に設けられた切換え弁９２も開放することにより、バイパスライン５１、５４、５６を用いて効率良く真空排気を行うことができ、補正時間を短縮することができる。

このように、本実施形態に係る排気システム及び基板処理装置は、正確な圧力計８０の補正が可能であるばかりでなく、補正時間を短縮することもできる。

なお、配管５５及び９３は、真空ポンプ６０の運転を開始する際に、大気に近い圧力で排気を行うためのバイパスライン及びそのための切換え弁であり、通常の排気系に用いられている構成と同様である。配管５６は、配管５４、５５の合流配管であり、各バイパスラインの一部をなすものである。なお、配管５６は、配管５０に接続されている。

このように、本実施形態に係る圧力測定装置及びこれを用いた排気システム、並びに基板処理装置によれば、正確にプロセス圧力計８０の誤差を把握し、これを補正するような圧力調整器７０の設定を行うことができる。そして、補正を行なう際にも、バイパスライン５１、５４、５６を用いて、短時間に補正作業を行うことができる。

図２は、従来から用いられている比較例に係る圧力測定装置、排気システム及び基板処理装置を示した図である。図２において、図１に対応する構要素には同一の参照符号を付している。較正時にのみ取り付ける圧力計８３のみが図１には存在しない構成要素であり、他は図１に存在する構成要素である。

図２において、圧力計８３は、圧力計８０の誤差を確認する時のみ接続される。また、圧力計８３による補正は、手動によるものであり、コントローラー１００には入力されない。よって、圧力調整弁７０の設定値に補正を取り込むことはできない。また、真空ポンプ６０の運転開始時のバイパスライン５５、５６は存在するが、補正用のバイパスライン用の配管５４は設けられていない。よって、圧力計８０の正確な誤差の把握及びそれに基づく補正は困難であり、比較例と比較すると、本実施形態に係る圧力調整装置、排気システム及び基板処理装置がいかに優れた構成を有しているかが分かる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ 処理室
２０ 基板保持台
３０ 処理ガス供給手段
４０ 処理ガス供給源
５０〜５６ 配管
６０ 真空ポンプ
７０ 圧力調整弁
８０、８１、８３ 圧力計
９０〜９３ 切換え弁
１００ コントローラー

Claims (6)

1. 処理対象を処理可能な処理室に接続され、前記処理対象を処理中の前記処理室内の圧力を直接測定する第１の圧力計と、
   前記処理室に接続された第２の圧力計と、
   前記処理室内で前記処理対象を処理中に、前記第２の圧力計と前記処理室との接続を遮断可能な第１の切換え弁と、を有し、
   前記第２の圧力計は、前記処理室に前記第１の圧力計とともに接続される合流配管と、該合流配管に前記第２の圧力計のみが接続される分岐配管を介して前記処理室に接続されており、
   前記第１の切換え弁は、該分岐配管に設けられており、
   前記第１の圧力計と前記第２の圧力計は、共通の前記合流配管を介して、前記処理室と接続されており、
   前記処理室に排気配管を介して接続された真空ポンプと、
   前記排気配管に設けられ、前記真空ポンプにより排気される前記処理室内の圧力を調整する圧力調整弁と、
   前記合流配管に設けられ、前記第１の圧力計及び前記第２の圧力計と前記処理室との接続を遮断可能な第２の切換え弁と、
   前記合流配管の前記第２の切換え弁よりも前記第１の圧力計側及び前記第２の圧力計側の部分を前記真空ポンプに前記処理室及び前記圧力調整弁を経由することなく接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられ、前記第１の圧力計及び前記第２の圧力計と前記真空ポンプとの前記処理室及び前記圧力調整弁を経由しない接続を切換え可能な第３の切換え弁と、を有する排気システム。
2. 前記第１の切換え弁は、前記処理室内で前記処理対象が処理されていないときに開とされ、
   前記第２の圧力計は、前記切換え弁が開とされているときに前記処理室内の圧力を測定可能である請求項１に記載の排気システム。
3. 前記第１の圧力計により測定された前記処理対象を処理中でないときの前記処理室内の第１の圧力と、前記第２の圧力計により測定された前記処理対象を処理中でないときの前記処理室内の第２の圧力との差分に基づき、第１の圧力計の誤差を計測する制御手段を更に有する請求項１又は２に記載の排気システム。
4. 前記制御手段は、前記第１の圧力計の誤差のシフト量を取り込んで前記圧力調整弁の設定値を設定する請求項３に記載の排気システム。
5. 前記処理対象は基板である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気システム。
6. 請求項５に記載の排気システムと、
   該排気システムが接続された処理室と、
   該処理室内に設けられ、前記基板を保持可能な基板保持手段と、
   前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、を有する基板処理装置。

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