JP7489770B2 - 半導体製造装置のパイプを通して流体の流れを測定するための装置 - Google Patents

半導体製造装置のパイプを通して流体の流れを測定するための装置 Download PDF

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Description

一般に、本発明は、半導体製造装置のパイプ内の流体の流れを測定するための測定技術に関する。特に、本発明は、パイプ内の流体の流れを測定するための装置、およびそのような装置を備えた半導体製造装置に関する。
コータやボンダなどの半導体プロセス機械は、半導体ウエハなどの基板の表面を処理するために様々な化学薬品を使用する。ウエハ処理は、多くの場合、そのような機械のプロセスチャンバ内で、汚染空気などの流体廃棄物を生成する。流体廃棄物は、通常、プロセスチャンバに接続され、プロセス排気ダクトとして機能する特別なパイプを介してプロセスチャンバから除去される。
最適なウエハ処理を保証する手段として、このようなパイプを通る流体の流れを監視できる。例えば、予期しない流れの変化は、プロセス障害の兆候である。
通常、流量計は、このような排気パイプを通る流体の流れを測定するために使用される。流量計は、通常、差圧式流量計であり、パイプの狭窄部の上流と下流のパイプ内の流体の圧力差を測定する。流体の流れは、両方の圧力の差から決定できる。
これらのパイプ内の流体は、固体、腐食性液体、ペースト、ゲルなどの様々なプロセス材料で汚染されている可能性があり、流量測定が複雑になる。例えば、汚染は、流量計の圧力測定ポートを妨害し、ノイズの多い信号測定値につながる。
さらに、流体内の乱流は、圧力センサでの圧力変動につながる可能性があり、これにより測定がさらに複雑になる。特に、これらの乱流は、圧力測定が通常行われるパイプの狭窄部の前後に発生する。
乱流によるノイズの多い信号測定値または汚染による信号の損失は、流量計の制御システムを妨害する可能性がある。この制御システムは、流量レベルの測定値を安定させるため、より静かな制御が可能である。
本発明の目的は、パイプ内の流体の流れを効率的に測定するための装置を提供することであり、測定に対する流体の乱流および／または汚染の悪影響が低減される。
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実施形態は、従属請求項、説明および図から明らかである。
第１の態様によれば、本発明は、半導体製造装置のパイプを通る流体の流れを測定するための装置に関し、装置は、パイプに配置されたシーリング構造と、シーリング構造の上流に配置された流体入口と、シーリング構造の下流に配置された流体出口とを有するフロー構造と、シーリング構造の上流のパイプに配置された第１のチャンバと、シーリング構造の下流のパイプに配置された第２のチャンバと、測定デバイスであって、測定デバイスは、第１のチャンバ内の第１の流体圧力および第２のチャンバ内の第２の流体圧力を測定するように適合されている、測定デバイスと、を備え、測定デバイスは、第１および第２の流体圧力に基づいて流体の流れを決定するように構成されている。これは、パイプ内の流体の流れが、パイプ内の乱流および／または流体汚染によって乱されずに決定できるという利点を実現する。圧力測定はチャンバ内で実行されるため、このような乱流の影響を最小限に抑えることができる。
装置は、流量計、特に、差圧流量計を形成できる。測定された流体の流れは、パイプ内の流量である。流体の流れは、例えば、毎分リットルで測定される。
フロー構造は、パイプの制限を形成し、シーリング構造を通過するために、流体が通過する必要がある。これにより、流体入口の前および第１のチャンバ内の圧力が増加し、流体出口の背後および第２のチャンバ内の圧力が減少する。流体の流れは、両方のチャンバの異なる流体圧力の比較圧力測定に基づいて決定される。
流体の乱流および流体汚染は、フロー構造の流体入口の前および流体出口の後に最も強くなる。しかしながら、チャンバ内の流体は、これらの乱流や汚染から保護されているため、測定信号に対するこれらの外乱の影響は大幅に低減される。
流体は、気体状および／または液体状であり得る。流体は、例えば、汚染された空気である。汚染には、固体、腐食性液体、ペーストまたはゲルが含まれる。流体の温度は、最大５００℃である。温度制限は、例えば、プラスチックなどの装置の構成材料によって異なる。
パイプは、プロセスチャンバの排出ラインまたは排気ダクトであり得る。プロセスチャンバは、例えば、コータまたはボンダなどの半導体プロセス機械に配置することができる。半導体基板は、プロセスチャンバ内で化学処理され、汚染された流体を生じさせ、汚染流体は、プロセスチャンバからパイプを介して放出される。
パイプは、銅、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属、またはＰＶＣなどの合成材料で作られる。パイプは、亜鉛メッキされたパイプであり得る。
一実施形態によれば、フロー構造はパイプ内に延びている。これは、装置のコンパクトな設計の利点を実現する。
フロー構造は、パイプよりも小さい直径のチューブであり得、チューブは、パイプ内に延びている。
また、フロー構造が、シーリング構造をバイパスする別個のチューブであることも考えられる。
一実施形態によれば、フロー構造は、複数のチューブ、特に、整流チューブを備えている。これにより、フロー構造を通過する流体の乱流を低減するという利点が得られる。
一実施形態によれば、チューブは、シーリング構造の貫通孔によって形成される。これは、装置のコンパクトな設計の利点を実現する。
一実施形態によれば、シーリング構造は、シールされた障壁、特に、プラグである。これにより、パイプが効果的にシールされるという利点が得られ、流体は、フロー構造を介してのみシーリング構造を通過できる。
一実施形態によれば、第１のチャンバおよび／または第２のチャンバは、シーリング構造に接続される。これは、装置のコンパクトな設計の利点を実現する。
一実施形態によれば、第１のチャンバおよび第２のチャンバは、それぞれ、流体が第１のそれぞれ第２のチャンバに流入することを可能にする開口部を有している。これにより、チャンバ内の流体圧力が各位置のパイプ内の流体圧力に調整され、正確な圧力測定、したがって、流量測定が可能になるという利点が得られる。
一実施形態によれば、第１のチャンバおよび／または第２のチャンバは円錐形状である。これにより、パイプ内の乱流をさらに低減するという利点が得られる。
一実施形態によれば、第１のチャンバおよび／または第２のチャンバは、シーリング構造と同軸に配置される。これにより、パイプ内の乱流をさらに低減するという利点が得られる。
一実施形態によれば、測定デバイスは、第１および第２の流体圧力を測定するために、流体ラインなどの流体接続、および／または圧力ポートまたは圧力ラインなどの圧力接続を介して第１および第２のチャンバに接続される。これにより、チャンバ内の流体圧力を正確に測定できるという利点が得られる。
一実施形態によれば、測定デバイスは、第１の流体圧力および第２の流体圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサ要素を備えている。これにより、圧力ポートでの流体圧力を効率的に決定できるという利点が得られる。
測定デバイスは、チャンバ内の圧力を交互に測定する単一の圧力センサ要素、または２つの圧力センサ要素を有することができ、それぞれ１つのセンサ要素が１つのチャンバに割り当てられる。
一実施形態によれば、測定デバイスは、第１の流体圧力と第２の流体圧力との間の圧力差に基づいて流体の流れを決定するように構成された処理ユニットを備えている。これにより、流体の流れを効率的に決定できるという利点が得られる。
処理ユニットは、装置の制御ユニットであり得る。処理ユニットを測定デバイスに接続して、第１および第２の流体圧力を受信することができる。
一実施形態によれば、装置は、パイプ内に配置された流量調整器、特に、フラップまたはタービンを備え、流量調整器は、流体の流れを制御するように調整することができる。これにより、パイプ内の流量を積極的に調整できるという利点が得られる。
一実施形態によれば、測定デバイス、特に、処理ユニットは、決定された流体の流れに基づいて流量調整器を制御するように構成される。
第２の態様によれば、本発明は、パイプと、本発明の第１の態様に係るパイプを通る流体の流れを測定する装置とを備える半導体製造装置、特に、コータまたはボンダに関する。これにより、乱流および／または流体の汚染によって、パイプ内の流体の流れが妨げられずに決定できるという利点が得られる。
一実施形態によれば、パイプは、汚染された流体の排出ラインである。排出ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバから開始することができる。
本発明のさらなる実施形態は、以下の図に関して説明される。
パイプを通る流体の流れを測定するための装置の概略図を示している。 代替実施形態に係るパイプを通る流体の流れを測定するための装置の概略図を示している。 代替実施形態に係るパイプを通る流体の流れを測定するための装置の概略図を示している。 図３の装置のシーリング要素の断面図を示している。 図３の装置の流量調整器の概略図を示している。 パイプを通る流体の流れを測定するための装置の概略図を示している。 半導体製造装置の概略図を示している。
図１は、一実施形態に係る、パイプ１０１を通る流体の流れを測定するための装置１００の概略図を示している。
装置１００は、パイプ１０１内に配置されるシーリング構造１０３、シーリング構造１０３の上流に配置される流体入口１０７と、シーリング構造１０３の下流に配置される流体出口１０９とを有するフロー構造１０５、シーリング構造１０３の上流のパイプ１０１内に配置された第１のチャンバ１２３、およびシーリング構造１０３の下流のパイプ１０１内に配置された第２のチャンバ１２５を備えている。
装置１００は、測定デバイス１１１をさらに備え、測定デバイス１１１は、第１のチャンバ１２３内の第１の流体圧力および第２のチャンバ１２５内の第２の流体圧力を測定するように適合され、測定デバイス１１１は、第１および第２の流体圧力に基づいて流体の流れを決定するように構成されている。
フロー構造１０５は、パイプ１０１内に延在し、シーリング構造１０３を貫通する単一のチューブである。フロー構造１０５は、パイプ１０１よりも小さい直径を有し、したがって、シーリング構造１０３を通過するために、流体が通過しなければならないパイプにそれぞれ狭窄部を形成している。
フロー構造１０５の直径は、パイプ１０１の直径の７５％未満であり得、好ましくは、フロー構造１０５の直径は、パイプ１０１の直径の５０％未満であり、より好ましくは、フロー構造１０５の直径は、パイプ１０１の直径の２５％未満である。フロー構造１０５は、システムの流れ範囲および差圧センサ範囲に対応する大きさである。
それにより、フロー構造１０５は、少なくとも２ｃｍの長さ、特に、少なくとも５ｃｍの長さを有することができる。
フロー構造１０５がパイプ１０１よりも小さい直径を有するという事実は、流体入口１０７の前の流体の圧力増加と、流体出口１０９の背後の流体の圧力低下とを引き起こす。流体入口１０７での増加した流体圧力は、第１のチャンバ１２３内に広がり、流体出口１０９での低下した流体圧力は、第２のチャンバ１２５内に広がる。
したがって、第１のチャンバ１２３は、高圧チャンバであり、第２のチャンバ１２５は低圧チャンバである。シーリング構造１０３は、両方のチャンバ１２３，１２５間の圧力均等化を防止する。
測定デバイス１１１は、各チャンバ内の流体圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサ要素を備えている。次に、測定デバイス１１１は、測定された圧力差に基づいて流体の流量を決定する。特に、装置１００は、ベルヌーイの方程式を使用して圧力測定値に基づいて流体の流れを決定する差圧流量計である。
第１の流体圧力および第２の流体圧力を測定するために、測定デバイス１１１は、パイプ１０１の側壁に配置された２つの圧力ポート１１３，１１５を介して第１のチャンバ１２３および第２のチャンバ１２５に接続される。
圧力ポート１１３，１１５は、パイプ１０１に固定され、各ポート１１３，１１５の流体圧力を測定デバイス１１１の圧力センサ要素（または複数の圧力センサ要素）に伝える圧力ポートアダプタまたは圧力ジョイントを備えることができる。
両方の圧力ポート１１３，１１５は、第１の圧力ポート１１３が高圧タブとして作用し、第２の圧力ポート１１５が低圧タップとして作用するように、それぞれバルブを備えることができる。
図１の装置１００は、シーリング構造１０３の上流の第１のシール１１９と、シーリング構造の下流の第２のシール１２１とをさらに備えている。第１のチャンバ１２３は、第１のシール１１９とシーリング構造１０３との間のパイプ１０１内に形成され、第２のチャンバ１２５は、シーリング構造１０３と第２のシール１２１との間のパイプ１０１内に形成される。
フロー構造１０５は、第１のシール１１９および第２のシール１２１を貫通し、第１のチャンバ１２３の上流からの流体が流体入口１０７に流れ込み、第２のチャンバ１２５の下流の流体出口１０９を通ってパイプ１０１に戻ることを可能にする。
第１および第２のシール１１９，１２１は両方とも開口１２７，１２９を有し、第１のシール１１９の上流から第２のシール１２１のそれぞれ下流への流体が第１のそれぞれ第２のチャンバ１２３，１２５へ流れることを可能にする。
第１のシール１１９は、流体入口１０７のレベルまたは流体入口１０７の直後に配置することができる。同様に、第２のシール１２１は、流体出口１０９のレベルまたは流体出口１０９の直前に配置することができる。したがって、チャンバ内の流体は、それぞれ流体出口１０９の背後、流体入口１０７の前の流体と等しいかまたは同様の圧力を有することになる。
フロー構造１０５は、流体の狭窄部を形成し、これにより、流体入口１０７および／または出口１０９で流体乱流が引き起こされる可能性がある。これらの乱流は、圧力測定を妨害する圧力変動を引き起こし、例えば、高い測定ノイズをもたらす。さらに、流体汚染は、流体入口１０７および／または出口１０９に集まり、追加の外乱を引き起こす可能性がある。チャンバ１２３，１２５は、これらの乱流および流体の汚染から圧力測定値を保護し、流体圧力および流量の邪魔をされずノイズのない測定を可能にする。それにより、チャンバは、キャパシタンスとして機能し、測定信号を滑らかにする。
チャンバ１２３，１２５は両方とも、圧力測定に影響を及ぼす汚染を防ぐために、フィルタまたは薄いダイアフラムを備えることができる。フィルタまたはダイアフラムは、開口部１２７，１２９に、またはチャンバ１２３，１２５の内側に配置することができる。
図２は、代替実施形態に係る、パイプ１０１を通る流体の流れを測定するための装置１００の概略図を示している。
図２のフロー構造１０５は、パイプ１０１内に並んで配置された複数のチューブ２０１ａ～ｄを備えている。
各チューブは、流体入口２０３ａ～ｄおよび流体出口２０５ａ～ｄを有している。チューブ２０１ａ～ｄは、流体の整流器を形成するように配置され、したがって、入口２０３ａ～ｄおよび／または出口２０５ａ～ｄでの流体の乱流を低減する。
図３は、一実施形態に係る、パイプ１０１を通る流体の流れを測定するための装置１００の概略図を示している。
図３の装置１００のチャンバ１２３，１２５は、円錐形であり、中央シーリング構造１０３に位置している。それにより、チャンバは、パイプ１０１よりも小さい直径を有している、すなわち、パイプ１０１を完全に満たさない。チャンバ１２３，１２５の形状および位置により、パイプ１０１内の乱流の発生がさらに減少する。
図３の測定デバイス１１１は、第１および第２の流体圧力を測定するための圧力センサ要素３１１を備えている。
両チャンバ１２３，１２５と圧力センサ要素３１１との間の圧力接続は、２つの流体ライン３０１，３０３を介して部分的に実現される。流体ライン３０１，３０３は、シーリング構造１０３内のチャネルである。
図３は、測定デバイス１１１に接続された制御ユニット３０５をさらに示している。制御ユニットは、測定デバイス１１１から流体圧力値を受信し、これらの値に基づいて流体の流量を計算する。
制御ユニット３０５は、処理ユニットであっても、圧力値を受信して計算を実行する処理ユニットを備えてもよい。
図３の装置１００は、シーリング構造１０３の下流に位置する流量調整器３０９をさらに備えている。
図４は、一実施形態に係る図３の装置１００のシーリング構造１０３の断面図を示している。
図４に示される例示的な実施形態では、シーリング構造１０３、フロー構造１０５、およびチャンバ１２３，１２５は、装置１００の単一の構成要素を形成している。
図２に示される装置１００と同様に、図４のフロー構造１０５は、シーリング構造１０３に貫通孔として形成された複数のチューブ２０１ａ～ｃを備えている。この配置において、チューブ２０１ａ～ｃは、パイプ１０１内の乱流をさらに低減する整流器構造を形成している。
チューブ２０１ａ～ｃおよびチャンバ１２３，１２５は、流体の安定した貫流を達成するために同軸に配置されている。
図４はさらに、円錐形状のチャンバ１２３，１２５の開口部１２７，１２９が、チャンバコーンのそれぞれの先端に配置できることを示している。
図５は、一実施形態に係る図３の装置の流量調整器の概略図を示している。
流量調整器３０９は、流体の流れを完全にまたは部分的に遮断することができるフラップを備えることができる。あるいは、流量調整器は、流体の流れを増加させることができるタービンを備えることができる。
流量調整器３０９は、装置１００の制御ユニット３０５に接続することができる。制御ユニット３０５は、決定された流体の流量を受信し、この値に基づいて流量調整器を制御することができる。
例えば、流量が所定の範囲を超えると制御ユニット３０５が判断した場合、制御ユニット３０５は、例えば、流量調整器のフラップを閉じることにより、流量調整器３０９を制御して流体の流れを減少させる。流量調整器３０９の制御は、ＰＩＤ制御ループにより実現することができる。
図６は、一実施形態に係る、パイプ１０１を通る流体の流れを測定するための装置１００の概略図を示している。
図６に示される設計では、シーリング構造１０３は、両端でシーリング構造１０３に接続されるパイプ１０１よりも大きい直径を有している。チャンバ１２３，１２５は、シーリング構造の一部を形成し、整流チューブ（図示せず）によって囲まれている。
それにより、シーリング構造１０３、チャンバ１２３，１２５およびフロー構造１０５は、パイプ１０１を接続できる装置１００の単一の構成要素を形成している。
図７は、一実施形態に係る半導体製造装置７００の概略図を示している。
半導体製造装置７００は、パイプ１０１と、パイプ１０１を通る流体の流れを測定するための装置１００とを備えている。半導体製造装置７００の装置１００は、図１、図２または図３の実施形態に係る装置１００であり得る。
半導体製造装置７００は、ボンダ、コータ、マスククリーナまたは露光装置であり得る。
半導体製造装置７００は、プロセスチャンバ７０１を備えることができる。パイプ１０１は、プロセスチャンバ７０１の排出ラインまたは排気ダクトであり得る。半導体基板をプロセスチャンバ７０１内で化学処理して、汚染流体を生じさせ、汚染流体をパイプ１０１を介してプロセスチャンバから排出することができる。
半導体製造装置７００における半導体製造プロセス、例えば、コーティングプロセスは、パイプ１０２を通る流体の流れを測定することにより監視することができる。
１００ 装置
１０１ パイプ
１０３ シーリング構造
１０５ フロー構造
１０７ 流体入口
１０９ 流体出口
１１１ 測定デバイス
１１３ 第１の圧力ポート
１１５ 第２の圧力ポート
１１９ 第１のシール
１２１ 第２のシール
１２３ 第１のチャンバ
１２５ 第２のチャンバ
１２７ 開口部
１２９ 開口部
２０１ａ～ｄ チューブ
２０３ａ～ｄ 流体入口
２０５ａ～ｄ 流体出口
３０１ 流体ライン
３０３ 流体ライン
３０５ 制御ユニット
３０９ 流量調整器
３１１ 圧力センサ要素
７００ 半導体製造装置
７０１ プロセスチャンバ

Claims (20)

  1. 半導体製造装置（７００）のパイプ（１０１）を通る流体の流れを測定するための装置（１００）であって、
    前記パイプ（１０１）に配置されたシーリング構造（１０３）と、
    前記シーリング構造（１０３）の上流に配置された流体入口（１０７）と、前記シーリング構造（１０３）の下流に配置された流体出口（１０９）とを有するフロー構造（１０５）と、
    前記シーリング構造（１０３）の上流のパイプ（１０１）に配置された第１のチャンバ（１２３）、および前記シーリング構造（１０３）の下流のパイプ（１０１）に配置された第２のチャンバ（１２５）と、
    測定デバイス（１１１）であって、前記測定デバイス（１１１）は、前記第１のチャンバ（１２３）内の第１の流体圧力および前記第２のチャンバ（１２５）内の第２の流体圧力を測定するように適合されている、測定デバイス（１１１）と、を備え、
    前記第１のチャンバ（１２３）および前記第２のチャンバ（１２５）が前記シーリング構造（１０３）によって互いに分離されており、
    前記測定デバイス（１１１）は、前記第１および第２の流体圧力に基づいて流体の流れを決定するように構成されている、装置（１００）。
  2. 前記フロー構造（１０５）は、前記パイプ（１０１）内に延びている、請求項１に記載の装置（１００）。
  3. 前記フロー構造（１０５）は、複数のチューブ（２０１ａ～ｄ）を備えている、請求項１または２に記載の装置（１００）。
  4. 前記チューブは、前記シーリング構造（１０３）の貫通孔によって形成されている、請求項３に記載の装置（１００）。
  5. 前記シーリング構造（１０３）は、シールされた障壁である、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  6. 前記第１のチャンバ（１２３）および／または前記第２のチャンバ（１２５）は、シーリング構造（１０３）に接続されている、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  7. 前記第１のチャンバ（１２３）および前記第２のチャンバ（１２５）は、それぞれ開口部（１２７，１２９）を有し、流体が前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ（１２３，１２５）それぞれに流入することを可能にしている、請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  8. 前記第１のチャンバ（１２３）および／または前記第２のチャンバ（１２５）は、円錐形状である、請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  9. 前記第１のチャンバおよび／または前記第２のチャンバ（１２３，１２５）は、前記シーリング構造（１０３）と同軸に配置されている、請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  10. 前記測定デバイス（１１１）は、流体接続および／または圧力接続を介して前記第１のチャンバ（１２３）および前記第２のチャンバ（１２５）に接続され、前記第１および第２の流体圧力を測定する、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  11. 前記測定デバイス（１１１）は、前記第１の流体圧力および前記第２の流体圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサ要素（３１１）を備えている、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  12. 前記測定デバイス（１１１）は、前記第１および第２の流体圧力との圧力差に基づいて流体の流れを決定するように構成されている処理ユニットを備えている、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  13. 前記装置（１００）は、前記パイプ内に配置された流量調整器を備え、前記流量調整器は、流体の流れを制御するために調整することができる、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の装置（１００）。
  14. 前記測定デバイス（１１１）は、決定された流体の流れに基づいて前記流量調整器を制御するように構成されている、請求項１３に記載の装置（１００）。
  15. 請求項１ないし１４のうちいずれか１項に記載のパイプ（１０１）を通る流体の流れを測定するためのパイプ（１０１）および装置（１００）を備えている、半導体製造装置（７００）。
  16. 前記パイプ（１０１）は、汚染流体のための排出ラインである、請求項１５に記載の半導体製造装置（７００）。
  17. 前記チューブ（２０１ａ～ｄ）が整流チューブである、請求項３に記載の装置（１００）。
  18. 前記シーリング構造（１０３）がプラグである、請求項５に記載の装置（１００）。
  19. 前記流体接続が流体ラインであり、および／または前記圧力接続が圧力ポートまたは圧力ラインである、請求項１０に記載の装置（１００）。
  20. 半導体製造装置（７００）がコータまたはボンダである、請求項１５に記載の半導体製造装置（７００）。
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