JPH02196423A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体装置の製造に用いられる真空処理装置、特に真空
チャンバ内に気体を導入しウェーハに各種の処理を施す
装置に関し、 小容量真空チャンバであってもＭＦＣの較正に際して、
圧力上昇法が適用できる真空処理装置の提供を目的とし
、 半導体装置の製造に用いられる真空処理装置であって主
真空チャンバの他に、主真空チャンバに供給される気体
の流量を制御するＭＦＣを有し、且つＭＦＣの流量を較
正する手段として、低コンダクタンス配管を介して主真
空チャンバに接続された副真空チャンバと、副真空チャ
ンバの圧力を測定する圧力計とを具えてなるようにに構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造に用いられる真空処理装置に
係り、特に真空チャンバ内に気体を導入しウェーハに各
種の処理を施す装置に関する。

近年、半導体装置の製造において真空チャンバ内に各種
の気体を導入し、ウェーハに処理を施す真空処理装置、
例えば減圧気相成長装置や減圧エツチング装置、スパッ
タ装置等が広く利用されている。かかる装置は気体の供
給量が反応の進行状況に大きく影響するため、気体流量
制御計（マス・フロー・コントローラ以下ＭＦＣと称す
る）を用いて高精度に制御することが要求される。

しかしＭＦＣは精度を維持するため定期的に較正する必
要があり、ＭＦＣの較正中およびその前後の期間は真空
処理装置が停止する。しかも多くの場合１台の真空処理
装置に数個のＭＦＣが組み込まれており、１個のＭＦＣ
の較正に費やされる時間の長い装置では装置の稼働率が
極めて低くなる。そこで短時間でＭＦＣを較正できる真
空処理装置の実現が望まれている。

（従来の技術〕 第５図は半導体製造装置の従来例を示す模式図である。

図において半導体の製造に用いられる従来の真空処理装
置は、真空チャンバ１および真空チャンバ１内の圧力を
表示する圧力計２と、それぞれバルブ３を介して真空チ
ャンバ１に接続された複数のＭＦＣ４と、バルブ５を介
して真空チャンバ１に接続された排気装置６とを具えて
いる。

かかる装置においてＭＦＣ４の流量が大きく真空チャン
バ１の容量が比較的小さい場合は、それぞれのＭＦＣ４
から真空チャンバ１への配管を取外し、市販されている
標準流量計等に接続することによってＭＦＣ４の流量を
較正する。

またＭＦＣ４の流量に比べて真空チャンバ１の容量が極
めて大きい場合は、気体の流入に伴う真空チャンバ１の
圧力変化を利用してＭＦＣ４の流量を較正する。圧力上
昇法と称されるこの方法は予め到達真空度まで引かれた
真空チャンバ１に、該当するバルブ３を開きいずれか一
つのＭＦＣ４を通して気体を流入せしめる。

この際、バルブ５は閉塞されており真空チャンバ１は排
気装置６から切り離されている。したがってＭＦＣ４を
通過した気体によって真空チャンバ１内の圧力が上昇し
、真空チャンバ１の容量が既知であれば圧力上昇比から
ＭＦＣ４の気体流量を算出できる。

即ち、図において主真空チャンバ１の容積を■、圧力を
Ｐとすると、Ｎ　ｍｏｌ／ｓｅｃの速度でｔ秒間ＭＦＣ
４を通って気体が流れた時の圧力Ｐは、初期圧力は無視
すると次の式で与えられる（但しＲは気体定数、Ｔは気
体の絶対温度）。

Ｔ Ｐ＝ΔＰ＝　□　・　Ｎ−ｔ ■ したがって主真空チャンバ１の容積■とＭＦＣ４を通過
する気体の速度Ｎが判れば、主真空チャンバ１の圧力変
化ΔＰは上式によって算出でき、この圧力変化ΔＰを計
測値と比較することによりＭＦＣ４の流量を容易に較正
することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし真空チャンバへの配管を取外しＭＦＣを標準流量
計等に接続する方法は、配管を取外すことによって真空
チャンバ内が大気圧になり、較正復配管を接続しリーク
チエツクを行って真空に引くまで時間が掛かる。例えば
真空チャンバに接続されているＭＦＣが１個であっても
、較正に要する時間は１台の真空処理装置について１時
間以上になるという問題がある。

第６図は圧力上昇法における真空チャンバの圧力上昇を
示す図である。

圧力上昇法は図示の如く真空チャンバの容量に対しＭＦ
Ｃの流量が小さい場合は、時間ｔの変化に対する圧力の
変化量ΔＰが小さく圧力変化を高精度に計測できるが、
真空チャンバの容量に対しＭＦＣの流量が大きい場合は
、時間ｔの変化に対する圧力の変化量ΔＰが大きく圧力
変化の計測精度が低下する。

小口径ウェーハが多く用いられていたときにはウェーハ
を一括処理することが多（、真空処理装置に大容量の真
空チャンバが用いられ圧力上昇法が適用可能であったが
、ウェーハが大口径化するに伴って１枚ずつ処理される
枚葉化が進み、真空処理装置の真空チャンバが小容量化
して圧力上昇法が適用できないという問題があった。

本発明の目的は小容量真空チャンバであってもＭＦＣの
較正に際して、圧力上昇法が適用できる真空処理装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明になる半導体製造装置を示す模式図であ
る。なお全図を通し同じ対象物は同一記号で表している
。

上記課題は半導体装置の製造に用いられる真空処理装置
であって主真空チャンバ１の他に、主真空チャンバ１に
供給される気体の流量を制御するＭＦＣ４を有し、且つ
ＭＦＣ４の流量を較正する手段として、低コンダクタン
ス配管７を介して主真空チャンバ１に接続された副真空
チャンバ８と、副真空チャンバ８の圧力を測定する圧力
計２とを具えてなる本発明の半導体製造装置によって達
成される。

〔作　用〕

第１図においてＭＦＣの流量を較正する手段として、低
コンダクタンス配管を介して主真空チャンバに接続され
た副真空チャンバと、副真空チャンバの圧力を測定する
圧力計とを設けることによって、時間の変化に対する圧
力の変化が主真空チャンバでは大きくても副真空チャン
バでは小さ（なり、小容量真空チャンバであってもＭＦ
Ｃの較正に際して、圧力上昇法が適用できる真空処理装
置を実現することができる。

〔実施例］ 以下添付図により本発明の実施例について説明する。な
お第２図は動作原理を説明するための模式図、第３図は
副真空チャンバの圧力上昇を示す図、第４図は本発明の
一実施例における特性を示す図である。

第１図において本発明になる半導体製造装置はパルプ３
を介してＭＦＣ４が接続され、バルブ５を介して排気装
置６が接続された主真空チャンバ１の他に、低コンダク
タンス配管７を介して主真空チャンバ１に接続された副
真空チャンバ８と、主真空チャンバ１または副真空チャ
ンバ８の圧力を測定する圧力計２を具えている。

圧力計２はパルプ２１を介して主真空チャンバ１に、バ
ルブ２２を介して副真空チャンバ８に接続されており、
パルプ２１を開くことによって主真空ナヤンバ１の圧力
Ｐが圧力計２に表示され、バルブ２２を開くことによっ
て副真空チャンバ８の圧力ｐが圧力計２に表示される。

かかる装置におけるＭＦＣ４の較正手段について以下詳
細に説明する。

第２図において真空処理装置は■なる容積の主真空チャ
ンバ１と、Ｖ′なる容積の副真空チャンバ８が低コンダ
クタンス配管７を介して接続され、低コンダクタンス配
管７は内径２ａ、長さ２のキャピラレで構成されている
。主真空チャンバ１にＮ　ｍｏｌ／ｓｅｃの速度で流入
した気体は、低コンダクタンス配管７を通りｆｉｚ　ｍ
ｏｌ／ｓｅｃの速度で副真空チャンバ８に流入する。図
中０１は低コンダクタンス配管７人口における気体の速
度である。

気体流路におけるコンダクタンスは気体の流れやすさを
表し、コンダクタンスが低くなるに伴って抵抗が増大し
て気体は流れ難くなる。このコンダクタンスは気体が流
れる状態によって左右され、前記低コンダクタンス配管
７の半径ａ（気体の平均自由行程λとなる分子流領域で
は、気体分子間の衝突が無視できるほど小さくコンダク
タンスが低い。例えばかかる領域におけるキャピラレの
コンダクタンスはＧ　＝　ａ　３／　４２で与えられる
。

一方、気体がｎｚ　ｍｏｌ／ｓｅｃの速度でｔ秒間流入
したときの副真空チャンバ８の圧力ｐは、初期圧力を無
視すると次の式で与えられる（但しＲは気体定数、Ｔは
気体の絶対温度）。

Ｔ Ｐ＝Δｐ＝　　　　　　□ｎｚ°　ｔ。

■ コンダクタンスの定義によればキャピラレの入口におけ
る気体速度ｎ、と、キャピラレの出口における気体速度
ｎ２およびのコンダクタンスＧとの間に次の関係がある
。

１　／ｎ＋　　＝　１　／ｒｉｚ　　＋　１　／　Ｇａ
（λなる条件におけるＧはキャピラレの形状によってき
まるため、キャビラレの入口における気体速度ｎ、が決
まれば上式からΔｐが算出され、一般に知られている気
体分子運動理論によればキャピラレの入口における気体
速度ｎｌは、次の式によって算出することができる（但
し、Ｎｏ＋は気体の分子速度を表す）。

即ち、主真空チャンバ１の容積■、主真空チャンバ１に
流入する気体の速度Ｎ、キャピラμの形状、および副真
空チャンバ８の容積Ｖが判れば、上式から副真空チャン
バ８の圧力上昇Δｐが算出可能であり、これを計測値と
比較することによってＭＦＣの流量を較正することがで
きる。

また主真空チャンバ１と副真空チャンバ８とを低コンダ
クタンス配管７で接続することにより、副真空チャンバ
８の容積を小さくしてもｎ　ｚ　／　ｖ　＜Ｎ／Ｖなる
関係を実現することができる。その結果Δｐ〈ΔＰにな
って第３図（ａ）に示す如＜ＭＦＣの流量が大きくても
、副真空チャンバの圧力上昇が緩やかになって圧力変化
を高精度に計測することができる。

なお前記低コンダクタンス配管７の半径ａ≧気体の平均
自由行程λとなる粘性流領域では、気体分子間の衝突が
大きく圧力差が有効に作用して気体が流れやすくコンダ
クタンスが高くなる。例えばキャピラμの両端における
気体の圧力をそれぞれＰ、ｐとすると、かかる領域にお
けるキャピラμのコンダクタンスＧは次の式で与えられ
る。

粘性流領域ではコンダクタンスがその両側の圧力差によ
って左右され、上記分子流領域の場合に比べてＭＦＣの
較正は極めて困難である。しかしキャピラμのｌを大き
くする等の手段でコンダクタンスを下げ、例えばＰ〉〜
１０ｐなる関係にすることによってｐの影響を無視する
ことができる。

即ちＧ＝Ａ’　Ｐａ’　／１．なる関係になりコンダク
タンスＧは時々刻々変化するが、°第３図（ｂ）に示す
如＜ＭＦＣの流量が大きくても圧力変化を高精度に計測
することができ、分子流領域の場合と同様にＭＦＣの流
量を較正することが可能である。

本発明の一実施例では容積が１００２の主真空チャンバ
と容積が１０ｆの副真空チャンバとを、直径が１ｎｕａ
、長さが１００ｍｍのキャピラμによって接続し、主真
空チャンバと副真空チャンバの圧力をそれぞれ１０−３
〜１．０Ｔｏｒｒの間で計測した。なおその計測に要し
た時間は１０分であり従来の較正に比べて大幅に短縮で
きる。

第４図は本発明の一実施例における気体の流量検出精度
を示しており、横軸は較正済のＭＦＣにおける気体の流
量、縦軸は副真空チャンバの圧力変化から算出された気
体の流量である。図示の如く両方の流量は一致しており
実用可能であることを示している。

このようにＭＦＣの流量を較正する手段として、低コン
ダクタンス配管を介して主真空チャンバに接続された副
真空チャンバと、副真空チャンバの圧力を測定する圧力
計とを設けることによって、主真空チャンバでは時間の
変化に対する圧力の変化量が太き（でも、副真空チャン
バでは時間の変化に対する圧力の変化量が小さくなり、
小容量真空チャンバであってもＭＦＣの較正に際して、
圧力上昇法が適用できる真空処理装置を実現することが
できる。

〔発明の効果〕

上述の如（本発明によれば小容量真空チャンバであって
もＭＦＣの較正に際して、圧力上昇法が適用できる真空
処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる半導体製造装置を示す模式図、 第２図は動作原理を説明するための模式図、第３図は副
真空チャンバの圧力上昇を示す図、第４図は本発明の一
実施例における特性を示す図、 第５図は半導体製造装置の従来例を示す模式図、第６図
は圧力上昇法における真空チャンバの圧力上昇を示す図 である。図において １は主真空チャンバ、２は圧力計、 ３． ５はバルブ、 ４はＭＦＣ。 ６は排気装置、 ７は低コンダクタンス配管、 ８は副真空チャンバ、 Ｌ ２２はパルプ、 をそれぞれ表す。 （α） （ｂ） 副真空ナマン１人′の圧θ上イとホｔｖ竿３霞 Ｊ’ｌ　Ｆ（ｊ；Ｊ　（ＣＣ／ｘｔｎ）末奈明の一実絶
４ダ１にお１話打冷生Ｆホず同第ｑ−図 木充明に馨半導体ち棧１装置を示す＃六」ｇ第　１　霞 動作ぶ理亥説ＢＡするための棧弐図 第２図 半導体製造Ｕの従来イ列８光すオ莫代図第Ｓロ ーー中Ｃ 圧力よ稈汰（；あ・（する真空チマ〉バの丘カニ稈をホ
寸口晃４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体装置の製造に用いられる真空処理装置であって主
   真空チャンバ（１）の他に、該主真空チャンバ（１）に
   供給される気体の流量を制御する気体流量制御計（４）
   を有し、 且つ該気体流量制御計（４）の流量を較正する手段とし
   て、低コンダクタンス配管（７）を介して該主真空チャ
   ンバ（１）に接続された副真空チャンバ（８）と、該副
   真空チャンバ（８）の圧力を測定する圧力計（２）とを
   具えてなることを特徴とする半導体製造装置。